JP5333172B2

JP5333172B2 - 内燃機関の制御装置

Info

Publication number: JP5333172B2
Application number: JP2009266807A
Authority: JP
Inventors: 進荒木
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2009-11-24
Filing date: 2009-11-24
Publication date: 2013-11-06
Anticipated expiration: 2029-11-24
Also published as: JP2011111921A

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関する。

内燃機関は、燃焼室内の混合気が自己着火する異常燃焼、いわゆるノッキングが発生することが広く知られている。一般的に、ノッキングが発生した場合には、火花点火式内燃機関の点火時期を遅角させることでノッキングを抑制する制御が行われている。このような点火時期の遅角によるノッキングの抑制は、燃焼開始が適切な時期から遅れることによる燃費の悪化や、排気温度の上昇による浄化触媒等の耐久性の悪化を引き起こすことが知られている。

このような問題に対して、ノッキングを検出したときに、点火時期を速やかに遅角させてノッキングを抑制すると共に、吸気弁の作動角および中心位相のそれぞれを可変制御してノッキング回避へと置き換えていくことにより、内燃機関のノッキング回避制御に伴う燃費の悪化を抑制する技術が特許文献１に開示されている。

また、吸気ポート内に燃料を噴射することで均質燃焼を実現可能なポート噴射用インジェクタに加えて、燃焼室内に燃料を噴射する筒内噴射用インジェクタを備えた内燃機関が広く知られている。このような内燃機関は、機関の運転状態に応じて各インジェクタからの燃料噴射量の噴き分け比率を制御することで、広い運転領域においてエンジンの高出力・低燃費を達成することができる。
特に、筒内噴射用インジェクタは、内燃機関の圧縮行程に燃料を燃焼室内へ噴射し、点火時期において点火プラグ近傍だけに着火性の良好な混合気を形成させることで、燃焼室全体としては希薄な混合気の燃焼、いわゆる成層燃焼を実現することができる。

このような内燃機関は、ノッキング抑制のために点火時期を遅角させると、筒内噴射用インジェクタから噴射された燃料が点火プラグの近傍を流動するタイミングに対して点火時期がずれる場合がある。その結果、内燃機関の失火や排気エミッションの悪化を招く場合がある。

このような問題に対して、成層燃焼モード運転中にノッキングを検出したときに、ノッキングの検出レベルに応じて点火時期を遅角補正すると共に、点火時期の遅角補正量に基づいて筒内噴射用インジェクタの噴射時期を遅角補正することにより、ノッキング回避制御に伴う失火や排気エミッションの悪化を抑制する技術が特許文献２に開示されている。

また、ノッキング抑制による点火時期の遅角補正に合わせて筒内噴射用インジェクタの噴射時期の遅角補正を実行し、噴射時期の遅角補正量に基づいて筒内噴射用インジェクタに供給する燃料圧力を増大させることで、ノッキングを抑制しつつ、気筒内圧の上昇に伴う筒内噴射用インジェクタの実噴射量の不足を解消する技術が特許文献３に開示されている。

特開２００１−３３６４４６号公報特開２００４−００３４２９号公報特開２００２−３３９７８８号公報

このようなノッキング回避制御によると、筒内噴射用インジェクタおよびポート噴射用インジェクタを備えることで成層燃焼および均質燃焼を実現可能な内燃機関では、点火時期およびバルブタイミングが遅角されることで、各インジェクタの燃料噴射時期、燃料圧力や噴き分け比率等の燃料噴射制御の要求値が変化する。しかしながら、特許文献１の技術では、成層燃焼および均質燃焼を実現可能な内燃機関におけるノッキング抑制時に各インジェクタの燃料噴射制御を適切に実行するための手段をなんら備えていない。そのため、ノッキング抑制の際に、内燃機関の燃費や排気エミッションの悪化等による運転性能の低下が生じてしまう、といった問題点がある。
また、特許文献２および３の技術では、ノッキング回避制御時の筒内噴射用インジェクタの燃料噴射制御において、それぞれ点火時期の遅角補正量、燃料噴射時期の遅角補正量を考慮しているが、バルブタイミングの遅角補正量は考慮していない。そのため、ノッキング抑制時に各インジェクタの燃料噴射制御を適切に実行するための手段としては、更なる改善の余地がある。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、成層燃焼および均質燃焼を実現可能な内燃機関におけるノッキング抑制時の運転性能の低下を抑制することができる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の内燃機関の制御装置は、内燃機関の各気筒の吸気弁および排気弁のバルブタイミングを所望するタイミングに変更する可変動弁手段と、前記内燃機関の燃焼室へ燃料を噴射供給する第１燃料噴射手段と、前記内燃機関の吸気ポートへ燃料を噴射供給する第２燃料噴射手段と、を備える内燃機関の制御装置であって、前記内燃機関の各気筒のノッキング発生を検出するノッキング検出手段と、前記ノッキング検出手段の検出結果に基づいて、前記内燃機関の各気筒の点火タイミングを遅角側へ制御する点火時期制御手段と、前記ノッキング検出手段の検出結果に基づいて、前記可変動弁手段によって前記吸気弁の開弁タイミングを遅角側へ制御する可変動弁制御手段と、前記点火時期制御手段による点火タイミングの遅角量、および前記可変動弁制御手段による吸気弁の開弁タイミングの遅角量に基づいて、前記第１燃料噴射手段の燃料噴射タイミングを遅角側へ制御する燃料噴射時期制御手段と、を備えることを特徴とする。
上記の構成により、ノッキングの発生が検出された際に、点火タイミングの遅角量および吸気弁の開弁タイミングの遅角量に基づいて、第１燃料噴射手段の燃料噴射タイミングを適切に遅角側へ制御することができる。よって、成層燃焼および均質燃焼を実現可能な内燃機関におけるノッキング抑制時の運転性能の低下を抑制することができる。

特に、本発明の内燃機関の制御装置は、前記内燃機関の運転状態に基づいて、前記第１燃料噴射手段に供給する燃料の圧力を調整する燃圧調整手段を備え、前記燃圧調整手段が、前記点火時期制御手段による点火タイミングの遅角量、および前記可変動弁制御手段による吸気弁の開弁タイミングの遅角量に基づいて、前記第１燃料噴射手段に供給する燃料の圧力を増圧側へ調整する構成とすることができる。
上記の構成により、ノッキングの発生が検出された際に、点火タイミングの遅角量および吸気弁の開弁タイミングの遅角量に基づいて、第１燃料噴射手段に供給する燃料圧力を適切に増圧側へ調整できる。よって、成層燃焼および均質燃焼を実現可能な内燃機関におけるノッキング抑制時の運転性能の低下を抑制することができる。

また、本発明の内燃機関の制御装置は、前記内燃機関の運転状態に基づいて、前記第１燃料噴射手段が噴射供給する燃料量と前記第２燃料噴射手段が噴射供給する燃料量との噴き分け比率を制御する噴き分け比率制御手段を備え、前記噴き分け比率制御手段が、前記点火時期制御手段による点火タイミングの遅角量、および前記可変動弁制御手段による吸気弁の開弁タイミングの遅角量に基づいて、前記第１燃料噴射手段が噴射供給する燃料量と前記第２燃料噴射手段が噴射供給する燃料量との噴き分け比率を制御する構成とすることができる。
上記の構成により、ノッキングの発生が検出された際に、点火タイミングの遅角量および吸気弁の開弁タイミングの遅角量に基づいて、第１燃料噴射手段と第２燃料噴射手段との燃料の噴き分け比率を適切な比率に制御することができる。よって、成層燃焼および均質燃焼を実現可能な内燃機関におけるノッキング抑制時の運転性能の低下を抑制することができる。

本発明の内燃機関の制御装置によれば、内燃機関のノッキング抑制時に、筒内噴射用インジェクタおよびポート噴射用インジェクタの燃料噴射制御を適切に実行することができる。よって、成層燃焼および均質燃焼を実現可能な内燃機関におけるノッキング抑制時の運転性能の低下を抑制することができる。

実施例のエンジンシステムの一構成例を示した図である。燃焼室近傍の概略構成を示した構成図である。エンジンＥＣＵが実行するノッキング回避制御の一例を示している。実施例のエンジンＥＣＵが行う制御のフローを示している。

以下、本発明を実施するための形態を図面と共に詳細に説明する。

本発明の実施例について図面を参照しつつ説明する。図１は、本発明の内燃機関の制御装置を搭載したエンジンシステム１の一構成例を示した図である。なお、図１にはエンジンの一部の構成のみを示している。

図１に示すエンジンシステム１は、動力源であるエンジン１００を備えており、エンジン１００の運転動作を総括的に制御するエンジンＥＣＵ（ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ）１０を備えている。また、エンジンシステム１は、燃焼室１１ａおよび吸気ポート１３にそれぞれ筒内インジェクタ２５およびポートインジェクタ２６を備えている。そして、エンジンシステム１は、吸気弁１８および排気弁１９のバルブタイミングを変更する電動ＶＶＴ機構２２および油圧ＶＶＴ機構２３を備えている。更に、エンジンシステム１は、エンジン１００のノッキング発生を検出するノッキングセンサ４２を備えている。

エンジン１００は、車両に搭載される多気筒エンジンであって、各気筒は燃焼室１１ａを構成するピストン１１を備えている。各燃焼室のピストン１１はそれぞれコネクティングロッドを介して出力軸であるクランクシャフト１２の軸に連結されており、ピストン１１の往復運動がコネクティングロッドによってクランクシャフト１２の回転へと変換される。

各気筒の燃焼室１１ａはそれぞれ点火プラグ２７を備えており、点火プラグ２７の点火タイミングはイグナイタ２８によって調整される。吸気ポート１３から流入された吸入空気および混合ガスは気筒内で筒内インジェクタ２５から噴射された燃料と混合し、ピストン１１の上昇運動により燃焼室１１ａ内で圧縮される。エンジンＥＣＵ１０は、クランク角センサ３１からのピストン１１の位置、および吸気カム角センサ３２からのカム軸回転位相の情報に基づき、点火タイミングを決定しイグナイタ２８に信号を送る。イグナイタ２８はエンジンＥＣＵ１０の信号に従って、指示された点火タイミングでバッテリからの電力を点火プラグ２７に通電する。点火プラグ２７はバッテリからの電力により点火し、圧縮混合ガスを着火させて、燃焼室１１ａ内を膨張させピストン１１を下降させる。この下降運動がコネクティングロッドを介してクランクシャフト１２の軸回転に変更されることにより、エンジン１００は動力を得る。

燃焼室１１ａには、それぞれ燃焼室１１ａと連通する吸気ポート１３と、吸気ポート１３に連結し、吸入空気を吸気ポート１３から燃焼室１１ａへと導く吸気通路１４とが接続されている。更に、燃焼室１１ａの各気筒には、それぞれ燃焼室１１ａと連通する排気ポート１５と、燃焼室１１ａで発生した排気ガスをエンジン外へと導く排気通路１６が接続されている。また、各気筒に接続された排気通路１６は、下流側で合流して一本の合流排気通路１７となる。

燃焼後の排気ガスは、排気弁１９が開いた際に排気ポート１５、排気通路１６を通って合流排気通路１７で合流し、浄化触媒２９を通過してエンジン１００の外部へと排出される。浄化触媒２９は、エンジン１００の排ガスを浄化するために用いられるもので、例えば三元触媒やＮＯｘ吸蔵還元型触媒などが適用される。浄化触媒２９は、エンジン１００の排気量、使用地域等の違いによって複数個組み合わせて用いられる場合もある。
合流排気通路１７には排気温センサ３６、Ａ／Ｆセンサ３７、Ｏ２センサ３８が設けられており、燃焼室１１ａから排出される排気ガスの温度、空燃比を検出し、その結果をエンジンＥＣＵ１０へと送信する。また、浄化触媒２９には触媒温度センサ４０が設けられており、浄化触媒２９の温度を検出し、その結果をエンジンＥＣＵ１０へと送信する。

ピストン１１は、その頂面にキャビティを有する。キャビティは、筒内インジェクタ２５の方向から点火プラグ２７の方向へと連続するなだらかな曲面によってその壁面が形成されており、筒内インジェクタ２５から噴射された燃料を壁面形状に沿って点火プラグ２７近傍へと導く（図２参照）。この場合、ピストン１１は、その頂面の中央部分に円環状にキャビティが形成されるリエントラント型燃焼室など、エンジン１００の仕様に応じて任意の位置・形状でキャビティを形成することができる。

クランクシャフト１２の軸の近傍には、クランク角センサ３１が設けられている。クランク角センサ３１は、クランクシャフト１２軸の回転角度を検出するように構成されており、検出結果をエンジンＥＣＵ１０に送信する。それにより、エンジンＥＣＵ１０は、運転時のエンジン回転数や回転角速度など、クランク角に関する情報を取得する。

各気筒の燃焼室１１ａの吸気通路、排気通路に対応して複数の吸気弁、排気弁が設けられている。図１には吸気通路、排気通路と吸気弁、排気弁をそれぞれ１つずつ示している。燃焼室１１ａの各吸気ポート１３には、それぞれ吸気弁１８が配置されており、吸気弁１８を開閉駆動させるための吸気カムシャフト２０が配置されている。更に、燃焼室１１ａの各排気ポート１５には、それぞれ排気弁１９が配置されており、排気弁１９を開閉駆動させるための排気カムシャフト２１が配置されている。

吸気弁１８および排気弁１９はクランクシャフト１２の回転が連結機構（例えばタイミングベルト、タイミングチェーンなど）により伝達された吸気カムシャフト２０および排気カムシャフト２１の回転により開閉され、吸気ポート１３および排気ポート１５と燃焼室１１ａとを連通・遮断する。なお、吸気弁１８、および排気弁１９の位相は、クランク角を基準にして表される。

吸気カムシャフト２０は可変動弁機構（以下、ＶＶＴ機構という）である電動ＶＶＴ機構２２を有している。この電動ＶＶＴ機構２２はエンジンＥＣＵ１０の指示により電動モータで吸気カムシャフト２０を回転させる。それにより吸気カムシャフト２０のクランクシャフト１２に対する回転位相が変更されることから、吸気弁１８のバルブタイミングが変更される。この場合、吸気カムシャフト２０の回転位相は、吸気カム角センサ３２にて検出され、エンジンＥＣＵ１０へと出力される。それにより、エンジンＥＣＵ１０は、吸気カムシャフト２０の位相を取得することができるとともに、吸気弁１８の位相を取得することができる。また、吸気カムシャフト２０の位相は、クランク角を基準にして表される。
なお、電動ＶＶＴ機構２２は、本発明の可変動弁手段の一構成例である。

排気カムシャフト２１は油圧ＶＶＴ機構２３を有している。この油圧ＶＶＴ機構２３はエンジンＥＣＵ１０の指示によりオイルコントロールバルブ（以下、ＯＣＶという）で排気カムシャフト２１を回転させる。それにより排気カムシャフト２１のクランクシャフト１２に対する回転位相が変更されることから、排気弁１９のバルブタイミングが変更される。この場合、排気カムシャフト２１の回転位相は、排気カム角センサ３３にて検出され、エンジンＥＣＵ１０へと出力される。それにより、エンジンＥＣＵ１０は、排気カムシャフト２１の位相を取得することができるとともに、排気弁１９の位相を取得することができる。また、排気カムシャフト２１の位相は、クランク角を基準にして表される。
なお、油圧ＶＶＴ機構２３は、本発明の可変動弁手段の一構成例である。

エンジン１００の吸気通路１４にはエアフロメータ３４、スロットルバルブ２４およびスロットルポジションセンサ３５が設置されている。エアフロメータ３４およびスロットルポジションセンサ３５は、それぞれ吸気通路１４を通過する吸入空気量、およびスロットルバルブ２４の開度を検出し、検出結果をエンジンＥＣＵ１０に送信する。エンジンＥＣＵ１０は、送信された検出結果に基づいて吸気ポート１３および燃焼室１１ａへ導入される吸入空気量を認識し、スロットルバルブ２４の開度を調整することでエンジン１００の運転に必要な吸入空気を燃焼室１１ａへ取り込む。
スロットルバルブ２４は、ステップモータを用いたスロットルバイワイヤ方式を適用することが好ましいが、例えばステップモータの代わりにワイヤなどを介してアクセルペダル（図示しない）と連動し、スロットルバルブ２４の開度が変更されるような機械式スロットル機構を適用することもできる。

燃焼室１１ａおよび吸気ポート１３には、筒内インジェクタ２５およびポートインジェクタ２６が装着されている（図２参照）。高圧燃料ポンプ３０より燃料配管を通じて供給された燃料は、エンジンＥＣＵ１０の指示により筒内インジェクタ２５にてエンジン気筒内の燃焼室１１ａに噴射供給される。また、低圧燃料ポンプ（図示しない）より燃料配管を通じて供給された燃料は、エンジンＥＣＵ１０の指示によりポートインジェクタ２６にて吸気ポート１３に噴射供給される。エンジンＥＣＵ１０は、エアフロメータ３４およびスロットルポジションセンサ３５からの吸入空気量、および吸気カム角センサ３２からのカム軸回転位相の情報に基づき、燃料噴射量と噴射タイミングを決定し筒内インジェクタ２５、ポートインジェクタ２６に信号を送る。筒内インジェクタ２５、ポートインジェクタ２６はエンジンＥＣＵ１０の信号に従って、指示された燃料噴射量・噴射タイミングにて燃焼室１１ａ、吸気ポート１３へ燃料を高圧噴射する。筒内インジェクタ２５およびポートインジェクタ２６のリーク燃料は、リリーフ配管を通じて燃料タンク（図示しない）へと戻される。この場合、高圧燃料ポンプ３０と筒内インジェクタ２５との間に蓄圧室を設けることで、筒内インジェクタ２５へ高圧の燃料を供給する構成としてもよい。また、同じ燃料ポンプから筒内インジェクタ２５とポートインジェクタ２６に燃料を供給する構成としてもよい。

高圧燃料ポンプ３０は、その内部にシリンダと、シリンダ内を往復運動するプランジャとを備えている。高圧燃料ポンプ３０は、エンジン１００の回転と同期した吸気カムシャフト２０と駆動連結され、吸気カムシャフト２０の回転駆動によって内部のプランジャが往復運動することで高圧の燃料を吐出する。高圧燃料ポンプ３０は、エンジンＥＣＵ１０の指示に基づいて燃料の吐出圧力を調整することで、筒内インジェクタ２５へ供給される燃料の圧力を所望する圧力に調整する。この場合、筒内インジェクタ２５と連通するリリーフ配管の途中に、ソレノイド式等の既知の圧力調整弁（リリーフ弁）を設けることで、筒内インジェクタ２５へ供給される燃料の圧力を調整する構成としてもよい。
なお、高圧燃料ポンプ３０は、本発明の燃圧調整手段の一構成例である。

筒内インジェクタ２５は、吸気ポート１３下部の燃焼室１１ａに斜め方向に装着されている。筒内インジェクタ２５は、エンジンＥＣＵ１０の指示に基づいて、エンジン１００の圧縮行程の所定タイミングに燃料を燃焼室１１ａへ噴射する。高圧噴射された燃料は霧化してピストン１１のキャビティ内へ進入し、キャビティの形状に沿って点火プラグ２７近傍へと導かれる。そして、飛行中に吸気弁１８の開弁時に供給された吸入空気と混合され、点火タイミングにおいて点火プラグ２７近傍だけにエンジン１００の燃焼に適した混合ガスが形成されることで、燃焼室全体としては希薄な混合気の燃焼、いわゆる成層燃焼を実現させる（図２参照）。この場合、筒内インジェクタ２５は、吸気ポート１３下部に限られず、成層燃焼を実現できる任意の位置に装着することができる。
なお、筒内インジェクタ２５は、本発明の第１燃料噴射手段の一構成例である。

筒内インジェクタ２５の燃料配管には燃圧センサ４１が設けられている。燃圧センサ４１は、筒内インジェクタ２５に供給される燃料の圧力を検出し、検出結果をエンジンＥＣＵ１０に送信する。エンジンＥＣＵ１０は、送信された検出結果に基づいて筒内インジェクタ２５に供給される燃料の圧力を認識する。燃圧センサ４１は、燃料配管に関わらず、筒内インジェクタ２５に供給される燃料の圧力を検出できる任意の部位に設けることができる。

ポートインジェクタ２６は、エンジンＥＣＵ１０の指示に基づいて、エンジン１００の吸気行程の所定タイミングに燃料を吸気ポート１３へ噴射する。高圧噴射された燃料は霧化して吸入空気と混合され、エンジン１００の燃焼に適した混合ガスとなる。そして、混合ガスを吸気弁１８の開弁時に燃焼室１１ａへ供給することで、燃焼室全体を同程度の空燃比として燃焼させる、いわゆる均質燃焼を実現させる（図２参照）。
なお、ポートインジェクタ２６は、本発明の第２燃料噴射手段の一構成例である。

エンジン１００の各気筒にはノッキングセンサ４２が設けられている。ノッキングセンサ４２は、燃焼室内の圧力変化やノッキングの振動周波数に感応して起電力を発生し、その信号をエンジンＥＣＵ１０へと送信する。エンジンＥＣＵ１０は、ノッキングセンサ４２からの信号に基づいて、エンジン１００にノッキングが発生したか否かを判断する。この場合、振動型の角速度センサ等の振動センサを設けることで、エンジン１００のノッキング発生を検出する構成としてもよい。
なお、ノッキングセンサ４２は、本発明のノッキング検出手段の一構成例である。

エンジンＥＣＵ１０は、演算処理を行うＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）と、プログラム等を記憶するＲＯＭ（ＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）と、データ等を記憶するＲＡＭ（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）やＮＶＲＡＭ（ＮｏｎＶｏｌａｔｉｌｅＲＡＭ）と、を備えるコンピュータである。エンジンＥＣＵ１０は、クランク角センサ３１、吸気カム角センサ３２、エアフロメータ３４、スロットルポジションセンサ３５、排気温センサ３６、水温センサ３９等の検出結果を読み込み、スロットルバルブ２４の動作、吸気弁１８、排気弁１９の動作、筒内インジェクタ２５およびポートインジェクタ２６の動作、点火プラグ２７の点火時期など、エンジン１００の運転動作を統合的に制御する。

また、エンジンＥＣＵ１０は、エンジン１００の運転状態に基づいて筒内インジェクタ２５が噴射供給する燃料量とポートインジェクタ２６が噴射供給する燃料量との噴き分け比率を制御し、筒内インジェクタ２５へ供給される燃料の圧力を調整する。
エンジンＥＣＵ１０は、例えば、エンジン１００が低回転・低負荷運転の時に、筒内インジェクタ２５に燃料噴射を指示して燃焼室１１ａ内に燃料を直接噴射させて成層燃焼を実行する。また、エンジンＥＣＵ１０は、例えば、エンジン回転数が所定値を超えた場合に、ポートインジェクタ２６に燃料噴射を指示して吸気ポート１３内に燃料を噴射させて均質燃焼を実行するか、または直噴とポート噴射とを併用する弱成層燃焼を実行する。筒内インジェクタ２５とポートインジェクタ２６との噴き分け比率は、台上試験等によって求められた適切な値に設定され、エンジンＥＣＵ１０のＲＯＭに予め記憶される。
この場合、エンジンＥＣＵ１０は、エンジン１００の運転状態および燃圧センサ４１からの信号に基づいて、高圧燃料ポンプ３０に指示し、筒内インジェクタ２５に供給する燃料圧力を目標燃圧へと調整する。

そして、エンジンＥＣＵ１０は、エンジン１００のノッキング抑制の際に、ノッキング回避制御に基づいて筒内インジェクタ２５の燃料噴射タイミングを適切な噴射タイミングに制御し、筒内インジェクタ２５に供給する燃料圧力を適切な圧力に調整する。更に、エンジンＥＣＵ１０は、筒内インジェクタ２５とポートインジェクタ２６との燃料の噴き分け比率を適切な比率に制御する。

エンジンＥＣＵ１０は、ノッキングセンサ４２の検出結果に基づき、エンジン１００にノッキングが発生していると判断するとノッキング回避制御を実行する。具体的には、エンジンＥＣＵ１０は、ノッキングセンサ４２の信号から、エンジン１００のノッキングの検出レベルを認識する。そして、エンジンＥＣＵ１０は、認識したノッキングの検出レベルに基づき（１）点火時期の遅角量（図３（ａ）参照）、および（２）吸気弁１８の開弁タイミングの遅角量（図３（ｂ）参照）、を算出する。エンジンＥＣＵ１０は、算出した（１）および（２）に基づき、イグナイタ２８、および電動ＶＶＴ機構２２に指示して、点火プラグ２７の点火時期、および吸気弁１８の開弁タイミングを遅角させる。この場合、（１）（２）のノッキング回避制御としては、従来の内燃機関のノッキング回避制御方法と同等の技術を適用することができる。

エンジンＥＣＵ１０は、ノッキング回避制御の開始に伴い、算出した（１）点火時期の遅角量、および（２）吸気弁１８の開弁タイミングの遅角量に基づいて、以下の（３）式から筒内インジェクタ２５の燃料噴射タイミングの遅角量を算出する。
Δａｉｎｊｄ＝ΔＳＡ＋ΔｉｎＶＶＴ・・・（３）
（Δａｉｎｊｄ：燃料噴射タイミングの遅角量，ΔＳＡ：点火時期の遅角量，ΔｉｎＶＶＴ：吸気弁の開弁タイミングの遅角量）
つづいて、エンジンＥＣＵ１０は、以下の（４）式に基づいて筒内インジェクタ２５の目標噴射タイミングを算出し、筒内インジェクタ２５に指示して燃料噴射タイミングを目標噴射タイミングへ制御する。
ａｉｎｊｄ´＝ａｉｎｊｄ＋Δａｉｎｊｄ・・・（４）
（ａｉｎｊｄ´：目標噴射タイミング，ａｉｎｊｄ：制御前の燃料噴射タイミング）

ノッキング回避制御に伴って点火時期、および吸気弁の開弁タイミングを遅角させると、筒内インジェクタは、燃焼室内へ噴射する燃料を適切に燃焼させるために、より圧縮行程の後期に燃料を噴射することが要求される。すなわち、目標とする燃焼室内への燃料噴射タイミングが遅角側へ変化することになる。そのため、ノッキング抑制時に、筒内インジェクタの燃料噴射タイミングが目標噴射タイミングと異なることで、内燃機関の運転性能の低下が生じてしまう場合がある。そこで、上記の制御を実行することにより、ノッキング抑制時の点火時期および吸気弁の開弁タイミングの遅角量から目標噴射タイミングを算出し、算出した目標噴射タイミングに基づいて筒内インジェクタ２５の燃料噴射タイミングを適切に制御することができる。よって、ノッキング抑制時に内燃機関の運転性能の低下が生じることを抑制することができる。

また、エンジンＥＣＵ１０は、ノッキング回避制御の開始に伴い、算出した（１）点火時期の遅角量、および（２）吸気弁１８の開弁タイミングの遅角量に基づいて、以下の（５）式から筒内インジェクタ２５の燃料圧力の調整量を算出する。
Δｅｐｒ＝（ΔＳＡ＋ΔｉｎＶＶＴ）×Ｋｅｐｒ・・・（５）
（Δｅｐｒ：燃料圧力の調整量，ΔＳＡ：点火時期の遅角量，ΔｉｎＶＶＴ：吸気弁の開弁タイミングの遅角量，Ｋｅｐｒ：燃料圧力への変換係数）
ここで、燃料圧力への変換係数（Ｋｅｐｒ）は、エンジン１００の型式等で決定される係数であり、台上試験等によって求められた適切な値に設定され、エンジンＥＣＵ１０のＲＯＭに予め記憶される。
つづいて、エンジンＥＣＵ１０は、以下の（６）式に基づいて筒内インジェクタ２５に供給する燃料の目標燃圧を算出し、高圧燃料ポンプ３０に指示して燃料圧力を目標燃圧へ調整する。
ｅｐｒ´＝ｅｐｒ＋Δｅｐｒ・・・（６）
（ｅｐｒ´：目標燃圧，ｅｐｒ：調整前の燃料圧力）

ノッキング回避制御に伴って点火時期、および吸気弁の開弁タイミングを遅角させると、筒内インジェクタは、より圧縮行程の後期に燃焼室内へ燃料を噴射することが要求される。すなわち、より高い筒内圧に抗して燃焼室内へ燃料噴射を行うことになり、筒内インジェクタに供給される燃圧と筒内圧との差圧がより縮小することになる。そのため、ノッキング抑制時に、筒内インジェクタに供給される燃料の圧力が充分でないために、筒内インジェクタの単位時間当たりの燃料噴射量が減少することで内燃機関の運転性能の低下が生じてしまう場合がある。そこで、上記の制御を実行することにより、ノッキング抑制時の点火時期および吸気弁の開弁タイミングの遅角量から筒内圧を認識し、認識した筒内圧に基づいて筒内インジェクタ２５に供給する燃料の圧力を適切な燃圧に増圧調整することができる。よって、ノッキング抑制時に内燃機関の運転性能の低下が生じることを抑制することができる。

更に、エンジンＥＣＵ１０は、ノッキング回避制御の開始に伴い、算出した（１）点火時期の遅角量、および（２）吸気弁１８の開弁タイミングの遅角量に基づいて、以下の（７）式から筒内インジェクタ２５とポートインジェクタ２６との燃料の噴き分け比率の調整量を算出する。
Δｋｐｆｉ＝（ΔＳＡ＋ΔｉｎＶＶＴ）×Ｋｋｐｆｉ・・・（７）
（Δｋｐｆｉ：噴き分け比率の調整量，ΔＳＡ：点火時期の遅角量，ΔｉｎＶＶＴ：吸気弁の開弁タイミングの遅角量，Ｋｋｐｆｉ：噴き分け比率への変換係数）
ここで、噴き分け比率への変換係数（Ｋｋｐｆｉ）は、エンジン１００の型式等で決定される係数であり、台上試験等によって求められた適切な値に設定され、エンジンＥＣＵ１０のＲＯＭに予め記憶される。
つづいて、エンジンＥＣＵ１０は、以下の（８）式に基づいて筒内インジェクタ２５とポートインジェクタ２６との燃料の目標噴き分け比率を算出し、筒内インジェクタ２５とポートインジェクタ２６に指示して噴き分け比率を目標比率へ制御する。
ｋｐｆｉ´＝ｋｐｆｉ＋Δｋｐｆｉ・・・（８）
（ｋｐｆｉ´：目標噴き分け比率，ｋｐｆｉ：制御前の噴き分け比率）

ノッキング回避制御に伴って点火時期、および吸気弁の開弁タイミングを遅角させると、筒内インジェクタおよびポートインジェクタは、より圧縮行程の後期に燃料を噴射することが要求される。すなわち、燃焼室内および吸気ポート内への燃料噴射タイミングが変化するために、それに伴って目標とするインジェクタの燃料の噴き分け比率も変化することになる。そのため、ノッキング抑制時に、筒内インジェクタおよびポートインジェクタの燃料の噴き分け比率が目標比率と異なることで、内燃機関の燃費や排気エミッションの悪化等による運転性能の低下が生じてしまう場合がある。そこで、上記の制御を実行することにより、ノッキング抑制時の点火時期および吸気弁の開弁タイミングの遅角量から燃料の目標噴き分け比率を算出し、算出した目標比率に基づいて筒内インジェクタ２５とポートインジェクタ２６との噴き分け比率を適切に制御することができる。よって、ノッキング抑制時に内燃機関の運転性能の低下が生じることを抑制することができる。

この場合、エンジンＥＣＵ１０は、エンジン１００の運転状態に基づいて、筒内インジェクタ２５の燃料噴射タイミングの制御、筒内インジェクタ２５の燃料圧力の調整、筒内インジェクタ２５とポートインジェクタ２６との噴き分け比率の制御、の少なくとも１つを実行することもできる。また、エンジンＥＣＵ１０は、（１）点火時期の遅角量、に代えて（３）式から算出する筒内インジェクタ２５の燃料噴射時期の遅角量、を用いて筒内インジェクタ２５の燃料圧力の調整量、および筒内インジェクタ２５とポートインジェクタ２６との噴き分け比率の調整量を算出する構成としてもよい。
なお、エンジンＥＣＵ１０は、本発明の燃圧調整手段および噴き分け比率制御手段の一構成例である。

つづいて、エンジンＥＣＵ１０の制御の流れに沿って、エンジンシステム１の動作を説明する。図４はエンジンＥＣＵ１０の処理の一例を示すフローチャートである。本実施例のエンジンシステム１は、可変動弁手段と、第１燃料噴射手段と、第２燃料噴射手段と、ノッキング検出手段と、燃圧調整手段と、噴き分け比率制御手段とを備えることで、エンジン１００のノッキング抑制時に、筒内インジェクタ２５の燃料噴射タイミングの制御、筒内インジェクタ２５の燃料圧力の調整および筒内インジェクタ２５とポートインジェクタ２６との噴き分け比率の制御を実行する。

エンジンＥＣＵ１０の制御は、エンジン１００の始動要求がされると、すなわちイグニッションスイッチがＯＮにされると開始し、エンジン１００の停止要求がされるまで以下の制御を繰り返す。まず、エンジンＥＣＵ１０はステップＳ１で、ノッキングセンサ４２の検出結果に基づき、エンジン１００にノッキングが発生しているか否かを判断する。ノッキングが発生していない場合（ステップＳ１／ＮＯ）、エンジンＥＣＵ１０は制御の処理を終了する。ノッキングが発生している場合（ステップＳ１／ＹＥＳ）は、エンジンＥＣＵ１０は次のステップＳ２へ進む。

ステップＳ２で、エンジンＥＣＵ１０は、ステップＳ１で検出されたノッキングセンサ４２の信号からエンジン１００のノッキングの検出レベルを認識する。そして、エンジンＥＣＵ１０は、認識したノッキングの検出レベルに基づき点火時期の遅角量（図３（ａ）参照）、および吸気弁１８の開弁タイミングの遅角量（図３（ｂ）参照）、を算出する。エンジンＥＣＵ１０は、ステップＳ２の処理を終えると、次のステップＳ３へ進む。

ステップＳ３で、エンジンＥＣＵ１０は、ステップＳ３で算出したそれぞれの遅角量に基づいて、（３）（４）式より筒内インジェクタ２５の目標噴射タイミングを算出する。また、エンジンＥＣＵ１０は、ステップＳ３で算出したそれぞれの遅角量に基づいて、（５）（６）式より筒内インジェクタ２５の目標燃圧を算出する。更に、エンジンＥＣＵ１０は、ステップＳ３で算出したそれぞれの遅角量に基づいて、（７）（８）式より筒内インジェクタ２５とポートインジェクタ２６との燃料の目標噴き分け比率を算出する。エンジンＥＣＵ１０は、ステップＳ３の処理を終えると、次のステップＳ４へ進む。

ステップＳ４で、エンジンＥＣＵ１０は、ステップＳ３で算出した目標噴射タイミングに基づいて、筒内インジェクタ２５に指示して燃料噴射タイミングを目標噴射タイミングへ制御する。また、エンジンＥＣＵ１０は、ステップＳ３で算出した目標燃圧に基づいて、高圧燃料ポンプ３０に指示して燃料圧力を目標燃圧へ調整する。更に、エンジンＥＣＵ１０は、ステップＳ３で算出した燃料の目標噴き分け比率に基づいて、筒内インジェクタ２５とポートインジェクタ２６に指示して噴き分け比率を目標比率へ制御する。
この制御を実行することにより、エンジン１００のノッキング抑制時に筒内インジェクタ２５とポートインジェクタ２６の燃料噴射制御を適切に実行することができる。よって、成層燃焼および均質燃焼を実現可能な内燃機関におけるノッキング抑制時の運転性能の低下を抑制することができる。
エンジンＥＣＵ１０は、ステップＳ４の処理を終えると、制御の処理を終了する。

以上のように、本実施例のエンジンシステムは、エンジンのノッキング抑制時に、点火タイミングの遅角量および吸気弁の開弁タイミングの遅角量に基づいて、筒内インジェクタの燃料噴射タイミングを遅角側へ制御し、筒内インジェクタに供給する燃料の圧力を増圧側へ調整し、筒内インジェクタとポートインジェクタとの噴き分け比率を適切に制御することで、内燃機関のノッキング抑制時に、筒内インジェクタおよびポートインジェクタの燃料噴射制御を適切に実行することができる。よって、成層燃焼および均質燃焼を実現可能な内燃機関におけるノッキング抑制時の運転性能の低下を抑制することができる。

上記実施例は本発明を実施するための一例にすぎない。よって本発明はこれらに限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

１エンジンシステム
１０エンジンＥＣＵ（燃圧調整手段，噴き分け比率制御手段）
１１ピストン
１１ａ燃焼室
１３吸気ポート
１８吸気弁
２２電動ＶＶＴ機構（可変動弁手段）
２３油圧ＶＶＴ機構（可変動弁手段）
２５筒内インジェクタ（第１燃料噴射手段）
２６ポートインジェクタ（第２燃料噴射手段）
２７点火プラグ
３０高圧燃料ポンプ（燃圧調整手段）
４１燃圧センサ
４２ノッキングセンサ（ノッキング検出手段）
１００エンジン

Claims

内燃機関の各気筒の吸気弁および排気弁のバルブタイミングを所望するタイミングに変更する可変動弁手段と、前記内燃機関の燃焼室へ燃料を噴射供給する第１燃料噴射手段と、前記内燃機関の吸気ポートへ燃料を噴射供給する第２燃料噴射手段と、を備える内燃機関の制御装置であって、
前記内燃機関の各気筒のノッキング発生を検出するノッキング検出手段と、
前記ノッキング検出手段の検出結果に基づいて、前記内燃機関の各気筒の点火タイミングを遅角側へ制御する点火時期制御手段と、
前記ノッキング検出手段の検出結果に基づいて、前記可変動弁手段によって前記吸気弁の開弁タイミングを遅角側へ制御する可変動弁制御手段と、
前記点火時期制御手段による点火タイミングの遅角量、および前記可変動弁制御手段による吸気弁の開弁タイミングの遅角量に基づいて、前記第１燃料噴射手段の燃料噴射タイミングを遅角側へ制御する燃料噴射時期制御手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
前記内燃機関の運転状態に基づいて、前記第１燃料噴射手段に供給する燃料の圧力を調整する燃圧調整手段を備え、
前記燃圧調整手段は、前記点火時期制御手段による点火タイミングの遅角量、および前記可変動弁制御手段による吸気弁の開弁タイミングの遅角量に基づいて、前記第１燃料噴射手段に供給する燃料の圧力を増圧側へ調整することを特徴とする請求項１記載の内燃機関の制御装置。
前記内燃機関の運転状態に基づいて、前記第１燃料噴射手段が噴射供給する燃料量と前記第２燃料噴射手段が噴射供給する燃料量との噴き分け比率を制御する噴き分け比率制御手段を備え、
前記噴き分け比率制御手段は、前記点火時期制御手段による点火タイミングの遅角量、および前記可変動弁制御手段による吸気弁の開弁タイミングの遅角量に基づいて、前記第１燃料噴射手段が噴射供給する燃料量と前記第２燃料噴射手段が噴射供給する燃料量との噴き分け比率を制御することを特徴とする請求項１または２記載の内燃機関の制御装置。