JP2005214102A - 筒内噴射式内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 筒内噴射式エンジンの均質燃焼の燃焼状態を向上させる。
【解決手段】 可変バルブタイミング機構３９，４０を搭載した筒内噴射式エンジンの均質燃焼モードの運転中に、吸気バルブ３７と排気バルブ３８の両方が開いているバルブオーバーラップの有無を判定し、バルブオーバーラップがあるときには燃料噴射時期をバルブオーバーラップ期間内に設定する。バルブオーバーラップを設ける運転領域では、バルブオーバーラップにより内部ＥＧＲが増加して筒内温度が上昇するため、このバルブオーバーラップ期間内に燃料噴射時期を設定すれば、噴射燃料の霧化を促進させることができる。バルブオーバーラップを設けない運転領域では、燃料噴射時期を吸気バルブ３７の開弁タイミング又はその付近に設定する。これにより、吸気バルブ３７の開弁時の筒内圧力の減圧による減圧沸騰や強い気流により噴射燃料の霧化を促進させることができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、均質燃焼モードの制御特性を改善した筒内噴射式内燃機関の制御装置に関する発明である。

近年、低燃費、低排気エミッション、高出力の特長を兼ね備えた筒内噴射式エンジン（直噴エンジン）の需要が急増している。この筒内噴射式エンジンは、成層燃焼モードと均質燃焼モードの２つ燃焼モードがあり、低負荷領域では、成層燃焼モードに切り換えて、少量の燃料を圧縮行程で筒内に直接噴射して点火プラグの近傍に成層混合気を形成して成層燃焼させ、中・高負荷領域では、均質燃焼モードに切り換えて、燃料噴射量を増量して吸気行程で筒内に燃料を直接噴射して均質混合気を形成して均質燃焼させるようにしている。

近年、均質燃焼モードの燃焼性を向上させるために、均質燃焼モードの燃料噴射時期や噴射燃料の圧力（以下「燃圧」という）を可変する技術が提案されている。例えば、特許文献１（特開平５−７９３７０号公報）に示すように、均質燃焼モード時にエンジン負荷に応じて燃料噴射時期を変化させるようにしたものがある。このものは、均質燃焼モード時に、所定負荷以下の領域では、燃料噴射時期を吸気行程初期まで進角させ、所定負荷以上の領域では、燃料噴射時期を吸気行程中期まで遅角させるようにしている。

一般に、高負荷時には、燃料噴射量が増量されるため、噴射燃料の霧化に要する時間が長くなるが、上記特許文献１では、高負荷時には燃料噴射時期が吸気行程中期まで遅角されるため、燃料噴射時期から点火時期までの時間が短くなってしまう。このため、燃料噴射量が多い場合や気流が弱い場合には、噴射燃料が十分に霧化する前に点火時期を迎えてしまい、燃料の霧化状態が不十分なまま点火されて、ＨＣやスモークの排出量が増加する可能性がある。また、上記特許文献１のように、所定負荷以下の領域で、燃料噴射時期を吸気行程初期まで進角させると、燃料の霧化時間は確保できるが、吸気行程初期は、ピストンの位置が上死点に近く、燃料噴射弁とピストンとの間隔が短いため、この吸気行程初期に燃料を噴射すると、ピストンに付着する燃料（ピストンウェット）が増加して排気エミッションが悪化したり、点火プラグの燻りが発生する可能性がある。

また、特許文献２（特開平１０−１３１７８６号公報）に示すように、均質燃焼モード時に車速に応じて燃圧を変化させるようにしたものがある。このものは、低速時には、燃料噴射時期から点火時期までの時間が長くなることを考慮して、燃圧を低下させて噴射時間を長くすることで、噴射燃料と吸気との混合を促進し、高速時には、燃圧を高く設定して噴射時間を短くするようにしている。

しかし、高速時には、燃料噴射量が増量されるため、燃圧を高くすると、ピストンウェットが増加して排気エミッションが悪化したり、点火プラグの燻りが発生する可能性がある。
特開平５−７９３７０号公報（第１頁等） 特開平１０−１３１７８６号公報（第１頁等）

上述したように、従来技術では、均質燃焼モード時の燃料噴射時期や燃圧の設定方法に解決すべき課題があり、均質燃焼モード時の噴射燃料の霧化やピストンウェットを改善する必要がある。

本発明はこのような事情を考慮してなされたものであり、従ってその目的は、均質燃焼モード時に噴射燃料の霧化を促進させてピストンウェットを低減することができ、均質燃焼の燃焼状態を向上させることがでる筒内噴射式内燃機関の制御装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、少なくとも吸気バルブの開閉タイミングを可変する可変バルブタイミング機構を搭載し、吸気行程で筒内に燃料を噴射して均質燃焼させる機能を備えた筒内噴射式内燃機関の制御装置において、吸気バルブと排気バルブの両方が開いているバルブオーバーラップの有無をバルブオーバーラップ判定手段により判定し、燃料噴射時期設定手段によって、バルブオーバーラップがあるときには燃料噴射時期をバルブオーバーラップ期間内に設定し、バルブオーバーラップがないときには燃料噴射時期を吸気バルブの開弁タイミング又はその付近に設定するようにしたものである。

可変バルブタイミング機構を搭載した内燃機関では、バルブオーバーラップを設けても燃焼安定性を確保できる運転領域でのみ、バルブオーバーラップを設けるようにしている。バルブオーバーラップを設ける運転領域では、バルブオーバーラップによって内部ＥＧＲ（筒内に残留する燃焼ガス）が増加して筒内温度が上昇するため、このバルブオーバーラップ期間内に燃料噴射時期を設定すれば、高い筒内温度によって噴射燃料の霧化を促進させ、且つ、ピストンウェットを低減することができ、燃料噴射量が多い場合や気流が弱い場合でも、点火時期を迎えるまでに良好な均質混合気を形成することができて、安定した均質燃焼の実現することができる。

一方、バルブオーバーラップを設けると燃焼安定性を確保できない運転領域では、バルブオーバーラップが設けられないため、この場合には、燃料噴射時期を吸気バルブの開弁タイミング又はその付近に設定する。このようにすれば、吸気バルブの開弁時の筒内圧力の減圧による減圧沸騰や強い気流により噴射燃料の霧化を促進させて、燃料と空気との混合を促進させることができ、点火時期を迎えるまでに良好な均質混合気を形成することができて、安定した均質燃焼を実現することができる。

また、内燃機関が十分に暖機された後は、シリンダの内壁面やピストンの表面が高温になって燃料の霧化が促進され、ピストンウェットが低減されることを考慮して、請求項２のように、内燃機関の冷却水温を検出する水温検出手段を設け、この水温検出手段で検出した冷却水温が所定温度以上のときには、前記バルブオーバーラップの有無による燃料噴射時期の設定を行わず、内燃機関の運転状態に応じて燃料噴射時期を設定するようにしても良い。このようにすれば、燃料霧化やピストンウェットが問題となる運転領域でのみ、バルブオーバーラップの有無に応じて燃料噴射時期を設定し、それ以外の運転領域では、内燃機関の運転状態に応じて最適な燃料噴射時期を設定することができるので、全ての運転領域で、安定した均質燃焼を実現することができる。

また、噴射燃料の性状が軽質の場合には、燃料の霧化が促進され、ピストンウェットが低減されることを考慮して、請求項３のように、燃料の性状を検出する燃料性状検出手段を設け、この燃料性状検出手段で検出した燃料性状が軽質の場合には、前記バルブオーバーラップの有無による燃料噴射時期の設定を行わず、内燃機関の運転状態に応じて燃料噴射時期を設定するようにすると良い。このようにすれば、燃料性状の観点から燃料霧化やピストンウェットが問題となる重質燃料を使用する場合のみ、バルブオーバーラップの有無に応じて燃料噴射時期を設定し、軽質燃料を使用する場合は、内燃機関の運転状態に応じて最適な燃料噴射時期を設定することができるので、重質燃料、軽質燃料のいずれを使用する場合でも、安定した均質燃焼を実現することができる。

また、噴射燃料の圧力（以下「燃圧」という）を制御する機能を備えた筒内噴射式内燃機関では、内燃機関の運転状態に応じて燃圧の制御目標値（以下「目標燃圧」という）を目標燃圧設定手段により設定すると共に、内燃機関の運転状態に応じて燃料噴射時期を燃料噴射時期設定手段により設定し、この燃料噴射時期に応じて目標燃圧を補正するようにしても良い。具体的には、請求項４のように、燃料噴射時期がピストン位置の上死点付近に設定された場合には目標燃圧を低下させ、請求項５のように、燃料噴射時期がピストン位置の下死点付近に設定された場合には目標燃圧を上昇させるようにしても良い。ピストン位置が上死点付近のときには、燃料噴射弁とピストンとの間隔が短いため、この上死点で燃料を噴射すると、ピストンウェットが増加する。この点を考慮して、請求項４のように、燃料噴射時期がピストン位置の上死点付近に設定された場合に目標燃圧を低下させるようにすれば、この目標燃圧の低下によって噴射時間が長くなって、その噴射時間中にピストンが下降して燃料噴射弁から離れていくため、ピストンウェットを低減することができる。

一方、燃料噴射時期がピストン位置の下死点付近に設定されていると、燃料噴射時期から点火時期までの時間が短くなるため、燃料噴射量が多い場合や気流が弱い場合には、噴射燃料が十分に霧化する前に点火時期を迎えてしまう可能性がある。この点を考慮して、請求項５のように、燃料噴射時期がピストン位置の下死点付近に設定された場合に目標燃圧を上昇させるようにすれば、この目標燃圧の上昇によって噴射時間が短くなって、噴射燃料の霧化時間を確保することができる。

前述したように、燃料霧化やピストンウェットが問題となるのは、低水温時や重質燃料使用時であることを考慮して、請求項６のように、水温検出手段で検出した冷却水温が所定温度以上の場合には、燃料噴射時期による目標燃圧の補正を行わないようにしたり、或は、請求項７のように、燃料性状検出手段で検出した燃料性状が軽質の場合には、燃料噴射時期による目標燃圧の補正を行わないようにしても良い。このようにすれば、燃料霧化やピストンウェットが問題となる低水温時や重質燃料使用時のみに限定して、目標燃圧の補正を行うことができ、目標燃圧の不必要な補正を行わずに済む。

以下、本発明を実施するための最良の形態を具体化した４つの実施例１〜４を説明する。

本発明の実施例１を図１乃至図４に基づいて説明する。まず、図１に基づいてエンジン制御システム全体の概略構成を説明する。筒内噴射式の内燃機関である筒内噴射式エンジン１１の吸気管１２の最上流部には、エアクリーナ１３が設けられ、このエアクリーナ１３の下流側に、吸入空気量を検出するエアフローメータ１４が設けられている。このエアフローメータ１４の下流側には、ＤＣモータ等のモータ１５によって駆動されるスロットルバルブ１６が設けられ、このスロットルバルブ１６の開度（スロットル開度）がスロットル開度センサ１７によって検出される。

また、スロットルバルブ１６の下流側には、サージタンク１８が設けられ、このサージタンク１８に、吸気管圧力を検出する吸気管圧力センサ１９が設けられている。また、サージタンク１８には、エンジン１１の各気筒に空気を導入する吸気マニホールド２０が設けられ、各気筒の吸気マニホールド２０に、筒内の気流強度（スワール流強度やタンブル流強度）を制御する気流制御弁３１が設けられている。

エンジン１１の各気筒の上部には、それぞれ燃料を筒内に直接噴射する燃料噴射弁２１が取り付けられている。エンジン１１のシリンダヘッドには、各気筒毎に点火プラグ２２が取り付けられ、各点火プラグ２２の火花放電によって筒内の混合気に着火される。また、エンジン１１の吸気バルブ３７と排気バルブ３８には、それぞれ開閉タイミングを可変する可変バルブタイミング機構３９，４０が設けられている。

エンジン１１のシリンダブロックには、ノッキングを検出するノックセンサ３２と、冷却水温を検出する冷却水温センサ２３（冷却水温検出手段）とが取り付けられている。また、クランク軸（図示せず）の外周側には、所定のクランク角毎にクランク角信号を出力するクランク角センサ２４が取り付けられている。このクランク角センサ２４の出力信号に基づいてクランク角やエンジン回転速度が検出される。

一方、エンジン１１の排気管２５には、排出ガスを浄化する上流側触媒２６と下流側触媒２７が設けられ、上流側触媒２６の上流側に、排出ガスの空燃比又はリッチ／リーン等を検出する排出ガスセンサ２８（空燃比センサ、酸素センサ等）が設けられている。本実施例１では、上流側触媒２６として理論空燃比付近で排出ガス中のＣＯ，ＨＣ，ＮＯｘ等を浄化する三元触媒が設けられ、下流側触媒２７としてＮＯｘ吸蔵還元型触媒が設けられている。このＮＯｘ吸蔵還元型触媒２７は、排出ガスの空燃比がリーンのときに排出ガス中のＮＯｘを吸蔵し、空燃比が理論空燃比付近又はリッチになったときに吸蔵ＮＯｘを還元浄化して放出する特性を持っている。

また、排気管２５のうちの上流側触媒２６の下流側と吸気管１２のうちのスロットルバルブ１６の下流側のサージタンク１８との間に、排出ガスの一部を吸気側に還流させるためのＥＧＲ配管３３が接続され、このＥＧＲ配管３３の途中に排出ガス還流量（ＥＧＲ量）を制御するＥＧＲ弁３４が設けられている。また、アクセルペダル３５の踏込量（アクセル開度）がアクセルセンサ３６によって検出される。

前述した各種センサの出力は、エンジン制御回路（以下「ＥＣＵ」と表記する）３０に入力される。このＥＣＵ３０は、マイクロコンピュータを主体として構成され、内蔵されたＲＯＭ（記憶媒体）に記憶された各種の制御ルーチンを実行することで、エンジン運転状態に応じて燃料噴射弁２１の燃料噴射量や燃料噴射時期、点火プラグ２２の点火時期等を制御すると共に、吸気側及び排気側の可変バルブタイミング機構３９，４０を制御して、吸気バルブ３７と排気バルブ３８の実バルブタイミングを目標バルブタイミングに一致させるように制御する。

このＥＣＵ３０は、エンジン運転状態（要求トルクやエンジン回転速度等）に応じて成層燃焼モードと均質燃焼モードとを切り換える。成層燃焼モードでは、少量の燃料を圧縮行程で筒内に直接噴射して点火プラグ２２の近傍に成層混合気を形成して成層燃焼させることで、燃費を向上させる。一方、均質燃焼モードでは、燃料噴射量を増量して吸気行程で筒内に燃料を直接噴射して均質混合気を形成して均質燃焼させることで、エンジン出力を高める。

更に、ＥＣＵ３０は、均質燃焼モードの運転中に図２の燃料噴射時期演算ルーチンを実行することで、吸気バルブ３７と排気バルブ３８の両方が開いているバルブオーバーラップの有無を判定し、図３に示すように、バルブオーバーラップがあるときには燃料噴射時期をバルブオーバーラップ期間内に設定し、図４に示すように、バルブオーバーラップがないときには燃料噴射時期を吸気バルブ３７の開弁タイミング又はその付近に設定するようにしている。以下、図２の燃料噴射時期演算ルーチンの処理内容を説明する。

図２の燃料噴射時期演算ルーチンは、均質燃焼モードの運転中に各気筒の燃料噴射時期の算出タイミングに同期して実行され、特許請求の範囲でいう燃料噴射時期設定手段としての役割を果たす。本ルーチンが起動されると、まずステップ１０１で、エンジン回転速度Ｎｅを読み込み、次のステップ１０２で、アクセル開度等に基づいて設定された要求トルクを読み込む。この後、ステップ１０３に進み、エンジン運転状態（例えばエンジン回転速度Ｎｅと要求トルク）に応じて吸気バルブ３７と排気バルブ３８の目標バルブタイミングをマップ等により算出した後、ステップ１０４に進み、吸気バルブ３７と排気バルブ３８の両方が開いているバルブオーバーラップが有るか否かを判定する。このステップ１０４の処理が特許請求の範囲でいうバルブオーバーラップ判定手段としての役割を果たす。

このステップ１０４で、バルブオーバーラップ有りと判定されれば、ステップ１０５に進み、燃料噴射時期をバルブオーバーラップ期間内においてエンジン運転状態（例えばエンジン回転速度Ｎｅと要求トルク）に応じてマップ等により算出する。これに対して、ステップ１０４で、バルブオーバーラップ無しと判定されれば、ステップ１０６に進み、燃料噴射時期を吸気バルブ３７の開弁タイミング又はその付近においてエンジン運転状態（例えばエンジン回転速度Ｎｅと要求トルク）に応じてマップ等により算出する。

以上説明した本実施例１では、均質燃焼モードの運転中に、バルブオーバーラップがあるときには燃料噴射時期をバルブオーバーラップ期間内に設定し、バルブオーバーラップがないときには燃料噴射時期を吸気バルブ３７の開弁タイミング又はその付近に設定するところに特徴がある。バルブオーバーラップを設ける運転領域では、バルブオーバーラップによって内部ＥＧＲ（筒内に残留する燃焼ガス）が増加して筒内温度が上昇するため、このバルブオーバーラップ期間内に燃料噴射時期を設定すれば、高い筒内温度によって噴射燃料の霧化を促進させ、且つ、ピストンウェットを低減することができ、燃料噴射量が多い場合や気流が弱い場合でも、点火時期を迎えるまでに良好な均質混合気を形成することができて、安定した均質燃焼の実現することができる。

一方、バルブオーバーラップを設けない運転領域では、燃料噴射時期を吸気バルブ３７の開弁タイミング又はその付近に設定するようにしたので、吸気バルブ３７の開弁時の筒内圧力の減圧による減圧沸騰や強い気流により噴射燃料の霧化を促進させて、燃料と空気との混合を促進させることができ、点火時期を迎えるまでに良好な均質混合気を形成することができて、安定した均質燃焼を実現することができる。

尚、本実施例１では、吸気系と排気系の両方に可変バルブタイミング機構３９，４０を設けたが、排気系の可変バルブタイミング機構４０を省略して、吸気系の可変バルブタイミング機構３９のみを設けたシステムにも、本発明を適用して実施できる。

ところで、燃料の霧化やピストンウェットは、エンジン１１の温度や燃料性状によっても変化する。
例えば、エンジン１１が十分に暖機されてエンジン温度が高温になれば、シリンダの内壁面やピストンの表面が高温になるため、その熱で燃料の霧化が促進され、ピストンウェットが低減される。従って、エンジン温度が高温になれば、均質燃焼モードの燃料噴射時期をバルブオーバーラップ期間内に設定しなくても、燃料霧化やピストンウェットの問題は発生しない。

但し、エンジン温度が高温であっても、噴射燃料の性状が重質であると、燃料の霧化が悪くなるため、エンジン温度が低い場合と同様の問題が発生する可能性がある。また、噴射燃料の性状が軽質であっても、エンジン温度が低ければ、燃料の霧化が悪くなるため、重質燃料の場合と同様の問題が発生する可能性がある。

そこで、本発明の実施例２では、均質燃焼モードの運転中に図５の燃料噴射時期演算ルーチンを実行することで、(1) エンジン温度の代表的な温度情報である冷却水温が所定温度未満の場合、(2) 噴射燃料の性状が重質である場合のいずれかに該当するときのみに、前記実施例１と同様の方法で燃料噴射時期を設定し、上記(1) 、(2) のいずれにも該当しない場合には、燃料霧化やピストンウェットの問題は発生しないと判断して、エンジン運転状態に応じて燃料噴射時期を設定するようにしている。

尚、ＥＣＵ３０は、図示しない燃料性状判定ルーチンを実行することで、燃料性状検出手段として機能し、エンジン始動後の燃焼安定性（回転変動）、過渡運転時の空燃比のずれ等に基づいて噴射燃料の燃料性状を判定する。或は、燃料タンク内に設けた燃料性状センサ等のセンサ出力（燃料の蒸発性）に基づいて噴射燃料の燃料性状を判定するようにしても良い。

図５の燃料噴射時期演算ルーチンは、ＥＣＵ３０によって均質燃焼モードの運転中に各気筒の燃料噴射時期の算出タイミングに同期して実行される。本ルーチンが起動されると、まずステップ２０１で、エンジン回転速度Ｎｅを読み込み、次のステップ２０２で、アクセル開度等に基づいて設定された要求トルクを読み込む。この後、ステップ２０３に進み、冷却水温センサ２３で検出した冷却水温が所定温度未満であるか否かを判定する。ここで、所定温度は、軽質燃料使用時でも燃料霧化やピストンウェットの問題が発生する可能性のある温度域の上限温度（この問題が発生しない温度域の下限温度）に設定されている。従って、冷却水温が所定温度未満であれば、燃料霧化やピストンウェットの問題が発生する可能性があると判断して、ステップ２０５〜２０８の処理によって、図２のステップ１０３〜１０６と同様の方法で、バルブオーバーラップがあるときには燃料噴射時期をバルブオーバーラップ期間内に設定し、バルブオーバーラップがないときには燃料噴射時期を吸気バルブ３７の開弁タイミング又はその付近に設定する。

これに対して、上記ステップ２０３で、冷却水温が所定温度以上と判定されれば、ステップ２０４に進み、噴射燃料が重質燃料であるか否かを判定する。その結果、重質燃料と判定されれば、エンジン温度が高くても燃料霧化やピストンウェットの問題が発生する可能性があると判断して、ステップ２０５〜２０８の処理によって、図２のステップ１０３〜１０６と同様の方法で、バルブオーバーラップがあるときには燃料噴射時期をバルブオーバーラップ期間内に設定し、バルブオーバーラップがないときには燃料噴射時期を吸気バルブ３７の開弁タイミング又はその付近に設定する。

また、上記ステップ２０４で、噴射燃料が軽質燃料であると判定されれば、均質燃焼モードの燃料噴射時期をバルブオーバーラップ期間内や吸気バルブ３７の開弁タイミング付近に設定しなくても、燃料霧化やピストンウェットの問題は発生しないと判断して、ステップ２０９に進み、エンジン運転状態（例えばエンジン回転速度Ｎｅと要求トルク）に応じて燃料噴射時期を基本マップにより算出する。

以上説明した本実施例２では、均質燃焼モードの運転中に、燃料霧化やピストンウェットが問題となるエンジン低温時や重質燃料使用時のみ、バルブオーバーラップの有無に応じて燃料噴射時期を設定し、それ以外の場合は、エンジン運転状態に応じて最適な燃料噴射時期を設定することができるので、均質燃焼モードの燃料噴射時期をエンジン温度や燃料性状に応じた最適な燃料噴射時期に設定することができ、安定した均質燃焼を実現することができる。

尚、冷却水温と燃料性状のいずれか一方を判定する処理（ステップ２０３又は２０４）を省略しても良い。

筒内噴射式エンジン１１の燃料系は、クランク軸の駆動力で高圧ポンプを駆動して、この高圧ポンプで燃料を高圧にして各気筒の燃料噴射弁２１に供給すると共に、高圧ポンプの吐出圧力（燃圧）を制御する機能を備えている。例えば、図７に示すように、走行中に、時刻ｔ1 で加速要求が発生すると、要求トルクが増加して燃料噴射量が増量される。そして、燃料の霧化時間を確保するために、燃料噴射時期を遅角させると共に、目標燃圧を上昇させる。

ところで、ピストン位置が上死点付近のときには、燃料噴射弁２１とピストンとの間隔が短いため、この上死点付近で燃料を噴射すると、ピストンウェットが増加する。一方、燃料噴射時期がピストン位置の下死点付近に設定されていると、燃料噴射時期から点火時期までの時間が短くなるため、燃料噴射量が多い場合や気流が弱い場合には、噴射燃料が十分に霧化する前に点火時期を迎えてしまう可能性がある。

そこで、本発明の実施例３では、図６の目標燃圧演算ルーチンを実行することで、エンジン運転状態に応じて設定された燃料噴射時期が上死点付近のときには、目標燃圧を低下させ、燃料噴射時期が上死点付近でないときには、目標燃圧を上昇させるようにしている。具体的には、目標燃圧算出マップを低圧用と高圧用の２種類設け、燃料噴射時期が上死点付近のときには、低圧用の目標燃圧算出マップを用いて目標燃圧を算出し、燃料噴射時期が上死点付近でないときには、高圧用の目標燃圧算出マップを用いて目標燃圧を算出する。燃料噴射時期が上死点付近に設定された場合に目標燃圧を低下させるようにすれば、この目標燃圧の低下によって噴射時間が長くなって、その噴射時間中にピストンが下降するため、ピストンウェットを低減することができる。また、燃料噴射時期が上死点付近でない場合（つまり下死点付近である場合）には、目標燃圧を上昇させるため、この目標燃圧の上昇によって噴射時間が短くなって、噴射燃料の霧化時間を確保することができる。以下、図６の目標燃圧演算ルーチンの処理内容を説明する。

図６の目標燃圧演算ルーチンは、ＥＣＵ３０によって均質燃焼モードの運転中に各気筒の燃料噴射時期の算出タイミングに同期して実行され、特許請求の範囲でいう目標燃圧設定手段としての役割を果たす。本ルーチンが起動されると、まずステップ３０１で、エンジン回転速度Ｎｅを読み込み、次のステップ３０２で、アクセル開度等に基づいて設定された要求トルクを読み込む。この後、ステップ３０３に進み、エンジン運転状態（例えばエンジン回転速度Ｎｅと要求トルク）に応じて燃料噴射時期ＳＯＩをマップ等により算出する。

この後、ステップ３０４に進み、燃料噴射時期ＳＯＩが上死点付近（Ａ＜ＳＯＩ＜Ｂ）であるか否かを判定し、燃料噴射時期ＳＯＩが上死点付近であれば、ステップ３０５に進み、低圧用の目標燃圧算出マップを用いて、エンジン運転状態（例えばエンジン回転速度Ｎｅと要求トルク）に応じて目標燃圧を算出する。これにより、目標燃圧を低下させる。これに対して、燃料噴射時期ＳＯＩが上死点付近でないと判定された場合には、ステップ３０５に進み、高圧用の目標燃圧算出マップを用いて、エンジン運転状態（例えばエンジン回転速度Ｎｅと要求トルク）に応じて目標燃圧を算出する。これにより、目標燃圧を上昇させる。

以上説明した本実施例３では、燃料噴射時期が上死点付近のときには、目標燃圧を低下させるようにしたので、ピストンウェットを低減することができると共に、噴射燃料の霧化時間を確保することができて、安定した均質燃焼を実現することができる。しかも、燃料噴射時期が上死点付近でないときには、目標燃圧を上昇させるようにしたので、この目標燃圧の上昇によって噴射時間を短くすることができて、噴射燃料の霧化時間を確保することができる。

尚、本実施例３では、目標燃圧算出マップを低圧用と高圧用の２種類設けたが、目標燃圧算出マップを例えば高圧用の１種類のみとし、燃料噴射時期が上死点付近のときには、高圧用の目標燃圧算出マップから算出した目標燃圧を補正して（例えば補正係数を乗算して）、目標燃圧を低下させるようにしても良い。

また、本実施例３では、燃料噴射時期を上死点付近であるか否かで、目標燃圧を低圧と高圧の２段階に切り換えるようにしたが、燃料噴射時期を、上死点付近、上死点と下死点との中間位置付近、下死点付近の３つに区分し、この３つの区分に対応して、目標燃圧を低圧、中圧、高圧の３段階に切り換えるようにしても良い。

前記実施例２で説明したように、燃料の霧化やピストンウェットは、エンジン１１の温度や燃料性状によっても変化し、エンジン温度が高温になるほど、燃料の霧化が促進され、ピストンウェットが低減される。また、燃料性状が軽質になるほど、燃料の霧化が促進され、ピストンウェットが低減される。

そこで、本発明の実施例４では、均質燃焼モードの運転中に図８の目標燃圧演算ルーチンを実行することで、(1) エンジン温度の代表的な温度情報である冷却水温が所定温度未満の場合、(2) 噴射燃料の性状が重質である場合のいずれかに該当するときのみに、前記実施例３と同様の方法で目標燃圧を設定し、上記(1) 、(2) のいずれにも該当しない場合には、燃料霧化やピストンウェットの問題は発生しないと判断して、エンジン運転状態に応じて目標燃圧を設定するようにしている。

図８の目標燃圧演算ルーチンは、ＥＣＵ３０によって均質燃焼モードの運転中に各気筒の燃料噴射時期の算出タイミングに同期して実行される。本ルーチンが起動されると、まずステップ４０１で、エンジン回転速度Ｎｅを読み込み、次のステップ４０２で、アクセル開度等に基づいて設定された要求トルクを読み込む。この後、ステップ４０３に進み、冷却水温センサ２３で検出した冷却水温が所定温度未満であるか否かを判定する。ここで、所定温度は、軽質燃料使用時でも燃料霧化やピストンウェットの問題が発生する可能性のある温度域の上限温度に設定されている。従って、冷却水温が所定温度未満であれば、燃料霧化やピストンウェットの問題が発生する可能性があると判断して、ステップ４０５〜４０８の処理によって、図６のステップ３０３〜３０６と同様の方法で、燃料噴射時期ＳＯＩが上死点付近（Ａ＜ＳＯＩ＜Ｂ）であるか否かで、目標燃圧を低下／上昇させる。

これに対して、上記ステップ４０３で、冷却水温が所定温度以上と判定されれば、ステップ４０４に進み、噴射燃料が重質燃料であるか否かを判定する。その結果、重質燃料と判定されれば、エンジン温度が高くても燃料霧化やピストンウェットの問題が発生する可能性があると判断して、ステップ４０５〜４０８の処理によって、図６のステップ６０３〜６０６と同様の方法で、燃料噴射時期ＳＯＩによって目標燃圧を低下／上昇させる。

また、上記ステップ４０４で、噴射燃料が軽質燃料であると判定されれば、燃料霧化やピストンウェットの問題は発生しないと判断して、ステップ４０９に進み、エンジン運転状態（例えばエンジン回転速度Ｎｅと要求トルク）に応じて目標燃圧を基本マップにより算出する。

以上説明した本実施例４では、均質燃焼モードの運転中に、燃料霧化やピストンウェットが問題となるエンジン低温時や重質燃料使用時のみ、燃料噴射時期ＳＯＩによって目標燃圧を低下／上昇させ、それ以外の場合は、エンジン運転状態に応じて最適な目標燃圧を設定することができるので、均質燃焼モードの目標燃圧をエンジン温度や燃料性状に応じた最適な目標燃圧に設定することができ、安定した均質燃焼を実現することができる。

尚、冷却水温と燃料性状のいずれか一方を判定する処理（ステップ４０３又は４０４）を省略しても良い。
本発明は、実施例１（又は２）と実施例３（又は３）とを組み合わせて実施するようにしても良い。

本発明の実施例１におけるエンジン制御システム全体の概略構成図である。 実施例１の燃料噴射時期演算ルーチンの処理の流れを示すフローチャートである。 バルブオーバーラップがある場合の燃料噴射時期の設定例を説明するタイムチャートである。 バルブオーバーラップがない場合の燃料噴射時期の設定例を説明するタイムチャートである。 実施例２の燃料噴射時期演算ルーチンの処理の流れを示すフローチャートである。 実施例３の目標燃圧演算ルーチンの処理の流れを示すフローチャートである。 加速時の要求トルクと燃料噴射時期と目標燃圧の挙動を説明するタイムチャートである。 実施例４の目標燃圧演算ルーチンの処理の流れを示すフローチャートである。

符号の説明

１１…筒内噴射式エンジン（筒内噴射式内燃機関）、１２…吸気管、１６…スロットルバルブ、２１…燃料噴射弁、２２…点火プラグ、２３…冷却水温センサ（冷却水温検出手段）、２５…排気管、３０…ＥＣＵ（バルブオーバーラップ判定手段，燃料噴射時期設定手段，燃料性状検出手段，目標燃圧設定手段）、３７…吸気バルブ、３８…排気バルブ、３９，４０…可変バルブタイミング機構

Claims (7)

1. 少なくとも吸気バルブの開閉タイミングを可変する可変バルブタイミング機構を搭載し、吸気行程で筒内に燃料を噴射して均質燃焼させる機能を備えた筒内噴射式内燃機関の制御装置において、
   吸気バルブと排気バルブの両方が開いているバルブオーバーラップの有無を判定するバルブオーバーラップ判定手段と、
   バルブオーバーラップがあるときには燃料噴射時期をバルブオーバーラップ期間内に設定し、バルブオーバーラップがないときには燃料噴射時期を吸気バルブの開弁タイミング又はその付近に設定する燃料噴射時期設定手段と
   を備えていることを特徴とする筒内噴射式内燃機関の制御装置。
2. 内燃機関の冷却水温を検出する水温検出手段を備え、
   前記燃料噴射時期設定手段は、前記水温検出手段で検出した冷却水温が所定温度以上のときには、前記バルブオーバーラップの有無による燃料噴射時期の設定を行わず、内燃機関の運転状態に応じて燃料噴射時期を設定することを特徴とする請求項１に記載の筒内噴射式内燃機関の制御装置。
3. 燃料の性状を検出する燃料性状検出手段を備え、
   前記燃料噴射時期設定手段は、前記燃料性状検出手段で検出した燃料性状が軽質の場合には、前記バルブオーバーラップの有無による燃料噴射時期の設定を行わず、内燃機関の運転状態に応じて燃料噴射時期を設定することを特徴とする請求項１又は２に記載の筒内噴射式内燃機関の制御装置。
4. 吸気行程で筒内に燃料を噴射して均質燃焼させる機能と、噴射燃料の圧力（以下「燃圧」という）を制御する機能とを備えた筒内噴射式内燃機関の制御装置において、
   内燃機関の運転状態に応じて前記燃圧の制御目標値（以下「目標燃圧」という）を設定する目標燃圧設定手段と、
   内燃機関の運転状態に応じて燃料噴射時期を設定する燃料噴射時期設定手段とを備え、 前記目標燃圧設定手段は、前記燃料噴射時期設定手段により燃料噴射時期がピストン位置の上死点付近に設定された場合には前記目標燃圧を低下させることを特徴とする筒内噴射式内燃機関の制御装置。
5. 前記目標燃圧設定手段は、燃料噴射時期がピストン位置の下死点付近に設定された場合には前記目標燃圧を上昇させることを特徴とする請求項４に記載の筒内噴射式内燃機関の制御装置。
6. 内燃機関の冷却水温を検出する水温検出手段を備え、
   前記目標燃圧設定手段は、前記水温検出手段で検出した冷却水温が所定温度以上の場合には、前記燃料噴射時期による目標燃圧の補正を行わないことを特徴とする請求項４又は５に記載の筒内噴射式内燃機関の制御装置。
7. 燃料の性状を検出する燃料性状検出手段を備え、
   前記目標燃圧設定手段は、前記燃料性状検出手段で検出した燃料性状が軽質の場合には、前記燃料噴射時期による目標燃圧の補正を行わないことを特徴とする請求項４乃至６のいずれかに記載の筒内噴射式内燃機関の制御装置。

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