JP2009062863A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】アルコール混合燃料の特性（ＰＭ排出粒子数が小さい等）を活用して、吸気弁温度が低い場合において内燃機関の性能低下を抑制しつつＰＭ排出粒子数を低減すること。
【解決手段】この制御装置では、吸気弁の温度が所定温度以上である場合、運転状態に基づいて決定される基本タイミングにて燃料が噴射される。一方、吸気弁の温度が所定温度未満である場合において、アルコール濃度が所定濃度以下のときには燃料噴霧が吸気弁及びピストンに直接接触しないタイミングで燃料が噴射される（Ｂ，Ｄ領域）。これにより、ＰＭ排出粒子数が低減される。一方、アルコール濃度が所定濃度よりも大きいときには燃料噴霧が吸気弁に直接接触するタイミングで燃料が噴射される（Ｃ領域）。これにより、アルコール濃度が大きいことでＰＭ排出粒子数が増大しないことに加えて、アルコール濃度大に起因する燃料噴射量の増大によるオイル希釈の程度の増大が抑制される。
【選択図】図３

Description

本発明は、内燃機関の燃焼室内にて燃料を直接噴射する燃料噴射弁を備えた筒内噴射式の内燃機関（特に、火花点火式の内燃機関）に適用される内燃機関の制御装置に関する。以下、「内燃機関の燃焼室に供給される混合気の空燃比」を単に「空燃比」と称呼し、「内燃機関」を単に「機関」と称呼することもある。

従来より、筒内噴射式の（火花点火式の）内燃機関が広く知られている（例えば、特許文献１を参照）。筒内噴射式の内燃機関にて、空燃比が目標空燃比（例えば、理論空燃比）に一致するように決定される量の燃料（純ガソリン）を吸気行程において噴射する場合、吸気ポートに燃料が噴射される従来のポート噴射式の内燃機関の場合に比して、噴霧燃料の気化熱の影響により燃焼室内の（燃焼前の）混合気の温度を下げることができる。この結果、圧縮比を大きくできる等の理由により、燃焼効率を高めることができる。
特開平１０−１７６５６２号公報

筒内噴射式の内燃機関では、燃料噴射タイミングによっては、噴射により燃焼室内を移動する燃料噴霧がピストンの頂面や吸気弁の背面に直接接触し得る。ピストン頂面に接触した燃料はそのままピストン頂面に付着・残留し易く、また、吸気弁の背面に接触した燃料は同背面で反射されて燃焼室の頂面に付着・残留し易い。このようにピストン頂面や燃焼室頂面に付着・残留した燃料の量が大きいと、ＰＭ（パティキュレート・マター、粒子状物質）の排出粒子数が大きくなる傾向がある。ここで、ＰＭ排出粒子数とは、例えば、所定パターンで機関を運転した場合におけるＰＭの総排出粒子数等である。

近年、自動車用の内燃機関に対してＰＭ排出粒子数の低減要求が高まってきている。このような状況下、筒内噴射式の内燃機関でも、ＰＭの排出粒子数を低減する必要性が高まってきている。

発明者による近時の研究によれば、ＰＭ排出粒子数は、吸気弁の温度と極めて強い相関があり、吸気弁温度が低いほどＰＭ排出粒子数が大きくなる傾向が極めて強いことが判ってきている。これは、吸気弁温度が低いほど、吸気弁背面で反射して燃焼室頂面に付着・残留する燃料の量が大きくなることに基づくものと考えられる。従って、ＰＭ排出粒子数の増大を抑制するためには、吸気弁温度が低い場合においてＰＭ排出粒子数を低減するための何らかの特別な制御（以下、「ＰＭ低減制御」と称呼する。）を行う必要がある。

ところで、近年、アルコール成分を含む燃料（例えば、ガソリン＋アルコール、或いはアルコールのみからなる、以下、「アルコール混合燃料」と称呼する。）が特に車両用の内燃機関の燃料として使用されてきている。燃料の理論空燃比は、燃料中のアルコール成分の濃度（アルコール濃度）が大きいほどより小さい値になる。従って、燃料噴射量はアルコール濃度に基づいて決定され、アルコール濃度が大きいほど燃料噴射量がより大きい値になる。

係るアルコール混合燃料が使用される場合においてアルコール濃度が大きい場合、純ガソリンが使用された場合に比して、ＰＭの排出粒子数が小さくなる傾向があることが判ってきた。このような傾向に基づけば、吸気弁温度が低い場合であってもアルコール濃度が大きい場合、上述したＰＭ低減制御を特別に行う必要性が低い。加えて、上述したＰＭ低減制御が特別に行われると、内燃機関の通常の運転が維持されなくなり得る。この結果、内燃機関の性能（出力、燃費等）が低下する可能性もある。以上より、吸気弁温度が低い場合であってもアルコール濃度が大きい場合、ＰＭ低減制御が行われない方が逆に好ましいと考えられる。

以上、本発明の目的は、アルコール混合燃料を使用可能な筒内噴射式の内燃機関の制御装置において、吸気弁温度が低い場合において機関の性能低下を抑制しつつＰＭ排出粒子数を低減できるものを提供することにある。

本発明に係る燃料噴射制御装置は、燃焼室内にて燃料を直接噴射する燃料噴射弁と、アルコール濃度を取得するアルコール濃度センサとを備えた筒内噴射式の（火花点火式）内燃機関に適用される。

本発明に係る内燃機関の制御装置は、前記燃焼室内に供給される混合気の空燃比が目標空燃比（例えば、理論空燃比）に一致するように少なくとも前記取得されたアルコール濃度に基づいて決定される量の燃料を吸気行程において前記内燃機関の運転状態に基づいて決定される基本タイミングで前記燃料噴射弁から噴射する燃料噴射手段を備えている。上述のように、この燃料噴射量は、アルコール濃度が大きいほど大きくなる。

本発明に係る制御装置の特徴は、吸気弁の温度を取得する吸気弁温度取得手段と、前記吸気弁の温度が所定温度よりも低い場合、所定の機関制御パラメータの調整によりＰＭの排出粒子数を低減するＰＭ低減制御を行うＰＭ低減制御手段と、前記吸気弁の温度が所定温度よりも低い場合であっても前記アルコール濃度が所定濃度よりも大きい場合、前記ＰＭ低減制御の実行を制限又は禁止する制限手段とを備えたことにある。

これによれば、吸気弁温度が低い場合、原則的に「ＰＭ低減制御」が実行されてＰＭ排出粒子数が低減される。一方、吸気弁温度が低い場合であってもアルコール濃度が大きい場合（即ち、ＰＭ発生粒子数が小さくて「ＰＭ低減制御」が行われる必要性が低い場合）、「ＰＭ低減制御」の実行が制限又は禁止される。従って、「ＰＭ低減制御」の実行に伴う上述した内燃機関の性能（出力、燃費等）の低下が抑制され得る。以上より、本発明によれば、アルコール混合燃料の特性（ＰＭ排出粒子数が小さい）を活用して、吸気弁温度が低い場合において機関の性能低下を抑制しつつＰＭ排出粒子数を低減できる。

この場合、例えば、前記ＰＭ低減制御手段は、前記ＰＭ低減制御として、前記基本タイミングとは異なる、噴射された燃料が前記燃焼室内を移動中にて前記吸気弁及びピストンに直接接触しないタイミングで吸気行程にて前記燃料噴射手段に燃料を噴射させるように構成され得、前記制限手段は、前記基本タイミングと同じタイミングで、又は前記基本タイミングとは異なる、噴射された燃料が前記燃焼室内を移動中にて前記吸気弁に直接接触するタイミングで吸気行程にて前記燃料噴射手段に燃料を噴射させるように構成され得る。

吸気行程における燃料噴射の上記基本タイミングは、運転状態によって変化し得る。従って、基本タイミングで燃料噴射を行う場合、運転状態によっては、噴射された燃料が燃焼室内を移動中にて吸気弁やピストンに直接接触する場合と、しない場合とが発生し得る。

ここで、上述のように、燃料噴霧のピストン及び吸気弁への直接接触に起因するピストン頂面及び燃焼室頂面への燃料の付着・残留量が大きいほど、ＰＭ排出粒子数が大きくなる。換言すれば、ＰＭ排出粒子数を低減するためには、燃料噴霧のピストン及び吸気弁への直接接触そのものを回避すればよい。上記ＰＭ低減制御手段の構成は係る知見に基づく。この「ＰＭ低減制御」により、燃料噴霧のピストン及び吸気弁への直接接触が積極的に回避されて、ＰＭ排出粒子数が確実に低減され得る。

他方、制限手段により「ＰＭ低減制御」の実行を制限又は禁止する場合（即ち、吸気弁温度が低くてアルコール濃度が大きい場合）、例えば、燃料噴射タイミングを基本タイミングと同じにしてもよい。これにより、通常の運転が確保されて上述した機関の性能（出力、燃費等）の低下（具体的には、燃料噴射時期の基本タイミングからの変更に起因する性能低下）が抑制される。

しかしながら、このように基本タイミングで燃料が噴射される場合、機関の運転状態によっては、上述のように、燃料噴霧が吸気弁やピストンに直接接触しないタイミングで燃料が噴射される場合もあり得る。ここで、燃料噴霧が吸気弁及びピストンに直接接触しないタイミングで吸気行程にて燃料が噴射されることは、燃料噴霧がシリンダ内壁（における燃料噴射弁とは反対側の部分）に到達して直接接触し得ることを意味する。吸気弁温度が低い場合（従って、シリンダ内壁の温度も低い場合）、このようにシリンダ内壁に接触した燃料がシリンダ内壁にそのまま付着・残留し易い。このようにシリンダ内壁に付着・残留した燃料は、その後の圧縮行程、膨張行程でのピストンの上下運動に伴ってピストンリング等によりシリンダの下方にあるオイルパンに向けて掻き落とされ得る。この結果、この燃料がオイルパン内のオイルに混入し、オイルが燃料によって希釈される（以下、この現象を「オイル希釈」と称呼する。）。

このオイル希釈の程度は、シリンダ内壁に付着・残留する燃料の量が大きいほど大きくなる。従って、吸気弁温度が低い場合（従って、シリンダ内壁の温度も低い場合）であって、且つ、アルコール濃度が大きくて燃料噴射量が大きい場合に、オイル希釈の程度は特に顕著となる。

以上より、制限手段により「ＰＭ低減制御」の実行を制限又は禁止する場合（即ち、吸気弁温度が低くてアルコール濃度が大きい場合）、燃料噴射タイミングを、噴射された燃料が燃焼室内を移動中にて吸気弁に直接接触するタイミングとしてもよい。これにより、燃料噴霧のシリンダ内壁への直接接触が吸気弁の介在により積極的に抑制されて、オイル希釈が抑制され得る。なお、この場合、燃料噴霧の吸気弁への直接接触に起因する燃焼室頂面への燃料の付着・残留量が大きくなるが、アルコール濃度が大きいことからＰＭ排出粒子数が増大することがない。

また、上記本発明に係る制御装置において、前記吸気弁の最大リフト量を前記内燃機関の運転状態に基づいて決定される基本最大リフト量に調整するリフト量調整手段が備えられている場合、前記ＰＭ低減制御手段は、前記ＰＭ低減制御として、前記リフト量調整手段に前記吸気弁の最大リフト量を（燃料噴霧が吸気弁に直接接触しないように）前記基本最大リフト量よりも小さい値に調整させるように構成され得、前記制限手段は、前記リフト量調整手段に前記吸気弁の最大リフト量を前記基本最大リフト量と同じ値に、又は前記基本最大リフト量よりも大きい値に調整させるように構成され得る。

吸気弁のリフト量が大きいほど燃料噴霧の吸気弁への直接接触が発生し易い。従って、吸気弁の最大リフト量を調整可能な機構を備えた内燃機関の場合、燃料噴霧の吸気弁への直接接触を回避するためには、吸気弁の最大リフト量を小さい値に制限してもよい。上記ＰＭ低減制御手段の構成は係る知見に基づく。この「ＰＭ低減制御」によっても、燃料噴霧の吸気弁への直接接触が積極的に回避されて、ＰＭ排出粒子数が確実に低減され得る。

他方、制限手段により「ＰＭ低減制御」の実行を制限又は禁止する場合（即ち、吸気弁温度が低くてアルコール濃度が大きい場合）、例えば、吸気弁の最大リフト量を基本最大リフト量と同じ値にしてもよい。これにより、通常の運転が確保されて上述した機関の性能（出力、燃費等）の低下（具体的には、吸気弁の最大リフト量の基本最大リフト量からの変更に起因する性能低下）が抑制される。

更には、制限手段により「ＰＭ低減制御」の実行を制限又は禁止する場合（即ち、吸気弁温度が低くてアルコール濃度が大きい場合）、吸気弁の最大リフト量を基本最大リフト量よりも大きい値に調整してもよい。これにより、燃料噴霧が吸気弁に直接接触し易くなる。この結果、燃料噴霧のシリンダ内壁への直接接触が吸気弁の介在により積極的に抑制されて、オイル希釈が抑制され得る。なお、この場合、燃料噴霧の吸気弁への直接接触に起因する燃焼室頂面への燃料の付着・残留量が大きくなるが、アルコール濃度が大きいことからＰＭ排出粒子数が増大することがない。

また、上記本発明に係る制御装置において、点火プラグの点火時期を前記内燃機関の運転状態に基づいて決定される基本点火時期に調整する点火時期調整手段が備えられている場合、前記ＰＭ低減制御手段は、前記ＰＭ低減制御として、前記点火時期調整手段に前記点火時期を前記基本点火時期よりも遅い時期に調整させるように構成され得、前記制限手段は、前記点火時期調整手段に前記点火時期を前記基本点火時期と同じ時期に、又は前記基本点火時期よりも早い時期に調整させるように構成され得る。

一般に、点火時期が遅いほどＰＭ排出粒子数が小さくなる傾向がある。これは、点火時期が遅いことにより燃料噴霧の蒸発時間が確保されるとともに圧縮端温度が上昇することで液滴燃料の量が減少するために考えられる。従って、点火時期を調整可能な内燃機関の場合、ＰＭ排出粒子数を低減するためには点火時期を基本点火時期よりも遅らせてもよい。上記ＰＭ低減制御手段の構成は係る知見に基づく。この「ＰＭ低減制御」によっても、ＰＭ排出粒子数が確実に低減され得る。

他方、制限手段により「ＰＭ低減制御」の実行を制限又は禁止する場合（即ち、吸気弁温度が低くてアルコール濃度が大きい場合）、例えば、点火時期を基本点火時期と同じ時期にしてもよい。これにより、通常の運転が確保されて上述した機関の性能（出力、燃費等）の低下（具体的には、点火時期の基本点火時期からの変更に起因する性能低下）が抑制される。

更には、制限手段により「ＰＭ低減制御」の実行を制限又は禁止する場合（即ち、吸気弁温度が低くてアルコール濃度が大きい場合）、点火時期を基本点火時期よりも早めてもよい。アルコール濃度が大きい場合、純ガソリンに比してノッキングが発生し難いから、点火時期を早めることが可能となる。加えて、一般に、点火時期が早いほど燃焼による筒内温度（ピーク温度）が高くなり、吸気弁温度が上昇し易くなる。以上より、上記構成によれば、アルコール混合燃料の特性（ノッキングが発生し難い）を活用して、吸気弁温度が低くてアルコール濃度が大きい場合、吸気弁温度を「ＰＭ低減制御」が不要となる温度（即ち、前記所定温度以上）まで早期に高めることができる。

以下、本発明による内燃機関の制御装置の各実施形態について図面を参照しつつ説明する。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る内燃機関の制御装置を筒内噴射式の火花点火式多気筒（４気筒）内燃機関１０に適用したシステムの概略構成を示している。この内燃機関１０は、シリンダブロック、シリンダブロックロワーケース、及びオイルパン等を含むシリンダブロック部２０と、シリンダブロック部２０の上に固定されるシリンダヘッド部３０と、シリンダブロック部２０にガソリン混合気を供給するための吸気系統４０と、シリンダブロック部２０からの排気ガスを外部に放出するための排気系統５０とを含んでいる。内燃機関１０は、燃料として、ガソリンのみ（アルコール濃度＝０％）、アルコール成分を含むガソリン、及びアルコールのみ（アルコール濃度＝１００％）を使用可能となっている。

シリンダブロック部２０は、シリンダ２１、ピストン２２、コンロッド２３、及びクランク軸２４を含んでいる。ピストン２２はシリンダ２１内を往復動し、ピストン２２の往復動がコンロッド２３を介してクランク軸２４に伝達され、これによりクランク軸２４が回転するようになっている。シリンダ２１とピストン２２のヘッドは、シリンダヘッド部３０とともに燃焼室２５を形成している。

シリンダヘッド部３０は、燃焼室２５に連通した吸気ポート３１、吸気ポート３１を開閉する吸気弁３２、吸気弁３２を駆動するインテークカムシャフトを含むとともにインテークカムシャフトの位相角及び吸気弁３２の最大リフト量を連続的に変更する可変吸気タイミング装置３３、可変吸気タイミング装置３３のアクチュエータ３３ａ、燃焼室２５に連通した排気ポート３４、排気ポート３４を開閉する排気弁３５、排気弁３５を駆動するエキゾーストカムシャフト３６、点火プラグ３７、点火プラグ３７に与える高電圧を発生するイグニッションコイルを含むイグナイタ３８、及び燃料を燃焼室２５内にて噴射するインジェクタ（燃料噴射弁）３９を備えている。インジェクタ３９の燃料噴射圧力は、図示しない燃料供給用ポンプの吐出流量をデューティ制御により変更すること等により変更可能となっている。

吸気系統４０は、吸気ポート３１に連通し吸気ポート３１とともに吸気通路を形成するインテークマニホールドを含む吸気管４１、吸気管４１の端部に設けられたエアフィルタ４２、吸気管４１内にあって吸気通路の開口断面積を可変とするスロットル弁４３、及びスロットル弁アクチュエータ４３ａを備えている。

排気系統５０は、排気ポート３４に連通したエキゾーストマニホールド５１、エキゾーストマニホールド５１（実際には、各排気ポート３４に連通した各々のエキゾーストマニホールド５１が集合した集合部）に接続されたエキゾーストパイプ（排気管）５２、エキゾーストパイプ５２に配設（介装）された上流側の三元触媒５３（以下、「第１触媒５３」と称呼する。）、及びこの第１触媒５３の下流のエキゾーストパイプ５２に配設（介装）された下流側の三元触媒５４（以下、「第２触媒５４」と称呼する。）を備えている。排気ポート３４、エキゾーストマニホールド５１、及びエキゾーストパイプ５２は、排気通路を構成している。

一方、このシステムは、熱線式エアフローメータ６１、スロットルポジションセンサ６２、カムポジションセンサ６３、クランクポジションセンサ６４、水温センサ６５、第１触媒５３の上流の排気通路（本例では、上記各々のエキゾーストマニホールド５１が集合した集合部）に配設された空燃比センサ６６（以下、「上流側空燃比センサ６６」と称呼する。）、第１触媒５３の下流であって第２触媒５４の上流の排気通路に配設された空燃比センサ６７（以下、「下流側空燃比センサ６７」と称呼する。）、アクセル開度センサ６８、及びアルコール濃度センサ６９を備えている。

熱線式エアフローメータ６１は、吸気管４１内を流れる吸入空気の単位時間あたりの質量流量を検出し、質量流量（吸入空気流量）Gaを表す信号を出力するようになっている。スロットルポジションセンサ６２は、スロットル弁４３の開度を検出し、スロットル弁開度TAを表す信号を出力するようになっている。カムポジションセンサ６３は、インテークカムシャフトが９０°回転する毎に（即ち、クランク軸２４が１８０°回転する毎に）一つのパルスを有する信号（Ｇ２信号）を発生するようになっている。クランクポジションセンサ６４は、クランク軸２４が１０°回転する毎に幅狭のパルスを有するとともにクランク軸２４が３６０°回転する毎に幅広のパルスを有する信号を出力するようになっている。この信号は、運転速度NEを表す。水温センサ６５は、内燃機関１０の冷却水の温度を検出し、冷却水温THWを表す信号を出力するようになっている。

上流側空燃比センサ６６、及び下流側空燃比センサ６７はそれぞれ、限界電流式の酸素濃度センサ、及び起電力式（濃淡電池式）の酸素濃度センサであり、排ガスの空燃比に応じた出力を発生するようになっている。アクセル開度センサ６８は、運転者によって操作されるアクセルペダル８１の操作量を検出し、アクセルペダル８１の操作量Accpを表す信号を出力するようになっている。

アルコール濃度センサ６９は、図示しない燃料タンク内に貯留されている燃料に含まれるアルコール成分（エタノール等）の濃度（即ち、上記アルコール濃度、本例では、質量濃度）を検出し、アルコール濃度Ｒ（０≦Ｒ≦１００（％））を表す信号を出力するようになっている。

本例では、図２に示すように設定される係数Ｋ（１≦Ｋ）が導入される。この係数Ｋは、アルコール濃度Ｒが０％のときに「１」に設定され、アルコール濃度Ｒの０％からの増大に応じて「１」から増大するように設定される。アルコール濃度Ｒ＝０％のときの理論空燃比stoichをstoich0（例えば、１４．６等）とすると、アルコール濃度Ｒ≧０％のときの理論空燃比stoichは「stoich0・(1/Ｋ)」と表すことができる。従って、理論空燃比stoichは、アルコール濃度Ｒ（従って、係数Ｋ）が大きいほどより小さい値になる。即ち、アルコール濃度Ｒが大きいほど、空燃比を理論空燃比stoichとするために必要な燃料噴射量がより大きい値になる。

電気制御装置７０は、互いにバスで接続されたＣＰＵ７１、ＣＰＵ７１が実行するルーチン（プログラム）、テーブル（ルックアップテーブル、マップ）、及びＲＯＭ７２、ＲＡＭ７３、バックアップＲＡＭ７４、並びにＡＤコンバータを含むインターフェース７５等からなるマイクロコンピュータである。インターフェース７５は、前記センサ６１〜６９と接続され、ＣＰＵ７１にセンサ６１〜６９からの信号を供給するとともに、ＣＰＵ７１の指示に応じて可変吸気タイミング装置３３のアクチュエータ３３ａ、イグナイタ３８、インジェクタ３９、及びスロットル弁アクチュエータ４３ａに駆動信号を送出するようになっている。

（燃料噴射時期とＰＭ排出粒子数との関係）
上記のように構成された第１実施形態に係る制御装置（以下、「本装置」と云う。）では、通常、吸気行程においてインジェクタ３９から燃料が燃焼室２５内にて直接噴射される。図３は、この場合における、吸気行程における燃料噴射時期と、ＰＭ排出粒子数との関係を示している。図３に示すように、ＰＭ排出粒子数は、吸気行程における燃料噴射時期によって変わる。以下、このことを図４〜図７を参照しながら説明する。

燃料噴射時期がＡ領域にある場合、ＰＭ排出粒子数が大きくなる。これは、以下の理由に基づく。即ち、この場合、図４に示すように、下降していくピストン２２が上死点ＴＤＣの直後の比較的高い位置に未だある状態でインジェクタ３９から燃料が噴射される。これにより、燃料噴霧はピストン２２の頂面に直接接触し易く、また、ピストン頂面に接触した燃料はそのままピストン頂面に付着・残留し易い。このピストン頂面への燃料の付着・残留に起因して、ＰＭ排出粒子数が大きい。Ａ領域において燃料噴射時期が遅いほどＰＭ排出粒子数が減少しているのは、燃料噴射時期が遅いほど、燃料噴射時期に対応するピストン２２の位置が低くなって燃料噴霧がピストン頂面に直接接触する量が減少していくことに基づくものと考えられる。

燃料噴射時期がＢ領域にある場合、ＰＭ排出粒子数が小さくなる。これは、以下の理由に基づく。即ち、この場合、図５に示すように、ピストン２２が既に十分に低い位置に下がった状態でインジェクタ３９から燃料が噴射される。これにより、燃料噴霧はピストン２２の頂面に直接接触し得ない。加えて、リフト量が増大していく（図中において下降していく）吸気弁３２のリフト量は小さく燃料噴霧は吸気弁３２にも直接接触し得ない。以上より、燃料噴霧のピストン２２及び吸気弁３２への直接接触に起因するピストン頂面及び燃焼室頂面への燃料の付着・残留が発生しないから、ＰＭ排出粒子数が小さい。

燃料噴射時期がＣ領域にある場合、ＰＭ排出粒子数が再び大きくなる。これは、以下の理由に基づく。即ち、この場合、図６に示すように、吸気弁３２が十分に下がった状態（即ち、リフト量が大きい状態）でインジェクタ３９から燃料が噴射される。これにより、燃料噴霧は吸気弁３２の背面に直接接触し易く、また、吸気弁３２の背面に接触した燃料は図中矢印に示すように反射して燃焼室２５の頂面付近に付着・残留し易い。この燃焼室頂面への燃料の付着・残留に起因して、ＰＭ排出粒子数が大きい。Ｃ領域におけるＰＭ排出粒子数の変化は、吸気弁３２のリフト量の変化に対応している。即ち、上述したように吸気弁のリフト量が大きいほど燃料噴霧の吸気弁への直接接触が発生し易い。従って、例えば、Ｃ領域においてＰＭ排出粒子数がピークとなる場合は、吸気弁３２のリフト量が最大リフト量となる場合（吸気弁３２が最も下がった場合）に対応している。

燃料噴射時期がＤ領域にある場合、ＰＭ排出粒子数が再び小さくなる。これは、以下の理由に基づく。即ち、この場合、図７に示すように、吸気弁３２が再び上がった状態（リフト量が小さい状態）でインジェクタ３９から燃料が噴射される。これにより、燃料噴霧は吸気弁３２の背面に直接接触し得ない。また、燃料噴霧はピストン２２の頂面にも直接接触し得ない。以上より、燃料噴霧のピストン２２及び吸気弁３２への直接接触に起因するピストン頂面及び燃焼室頂面への燃料の付着・残留が発生しないから、ＰＭ排出粒子数が小さい。

以上のように、ＰＭ排出粒子数は、吸気行程における燃料噴射時期によって変わる。加えて、このＰＭ排出粒子数は、吸気弁３２の温度と極めて強い相関があり、吸気弁３２の温度が低いほどＰＭ排出粒子数が大きくなる傾向があることが判っている。また、アルコール濃度Ｒが大きいほどＰＭ排出粒子数が小さくなる傾向があることも判っている。

ＰＭ排出粒子数が大きい場合においてＰＭ排出粒子数を低減するためには、Ｂ領域、及びＤ領域（図５、及び図７を参照）のように、燃料噴射タイミングを、燃料噴霧が吸気弁３２及びピストン２２に直接接触しないタイミングに調整すればよい。

（オイル希釈）
次に、発明の開示の欄で述べた「オイル希釈」について述べる。上述したように、吸気行程にて噴射された燃料の燃料噴霧がシリンダ２１の内壁に付着・残留することに起因して、オイル希釈が発生し得る。このオイル希釈は、吸気弁３２の温度が低い場合（従って、シリンダ２１の内壁の温度も低い場合）であって、且つ、アルコール濃度Ｒが大きくて燃料噴射量が大きい場合に、特に顕著となる。オイル希釈が顕著であると、図示しないブローバイガス還元装置により吸気系に戻される燃料蒸気の量が大きくなり、これは空燃比制御に対する大きな外乱となる。従って、オイル希釈を抑制する必要がある。

上述した図５、図７に示すように、燃料噴霧が吸気弁３２及びピストン２２に直接接触しないタイミングで吸気行程にて燃料が噴射されると、燃料噴霧がシリンダ２１の内壁に到達してそのまま付着・残留し易い。従って、オイル希釈が発生し易い。換言すれば、ＰＭ排出粒子数の抑制とオイル希釈の抑制とはトレードオフの関係にある。即ち、オイル希釈を抑制するためには、例えば、Ｃ領域（図４を参照）のように、燃料噴射タイミングを、燃料噴霧が吸気弁３２に直接接触するタイミングに調整すればよい。これにより、燃料噴霧のシリンダ２１の内壁への直接接触が吸気弁３２の介在により積極的に抑制されて、オイル希釈が抑制され得る。

（実際の作動）
本装置のＣＰＵ７１は、以上のことを総合的に考慮して、図８にフローチャートにより示したルーチンを実行する。なお、第１実施形態では、吸気弁３２の最大リフト量は基本最大リフト量に調整され、点火時期は基本点火時期に調整される。基本最大リフト量、及び基本点火時期はそれぞれ、エンジン回転速度NE、吸入空気流量Ga、冷却水温THW等に基づいて決定される。

即ち、先ず、ステップ８０５にて、吸気弁３２の温度が所定温度以上であるか否かが判定される。吸気弁３２の温度は、例えば、冷却水温THW、燃料噴射量Fiの積算値、上流側空燃比センサ６６、及び下流側空燃比センサ６７の出力等を利用して周知の手法の一つに基づいて推定できる。或いは、吸気弁３２の温度を検出できる温度センサにより吸気弁３２の温度を直接検出してもよい。

ステップ８０５にて「Ｙｅｓ」と判定される場合、ステップ８１０にて、基本タイミングで燃料を１回噴射する指示がなされる。基本タイミングは、例えば、エンジン回転速度NE、吸入空気流量Ga、冷却水温THW等に基づいて決定される。これにより、機関の通常の運転が維持される。なお、燃料噴射量Fiは、アクセル操作量Accp、エンジン回転速度NE、吸入空気流量Ga、アルコール濃度Ｒ等に基づいて決定される。具体的には、エンジン回転速度NE、吸入空気流量Ga等から吸気行程にて燃焼室２５内に吸入される空気量（筒内吸入空気量Mc）が推定され、このMcを理論空燃比stoich(＝stoich0・(1/Ｋ))で除することで燃料噴射量Fiが計算される。これにより、燃料噴射量Fiは、アルコール濃度Ｒ（従って、係数Ｋ）が大きいほど大きくなる。

一方、ステップ８０５にて「Ｎｏ」と判定される場合、ステップ８１５にて、アルコール濃度Ｒが所定濃度以下（即ち、係数Ｋが所定値以下）であるか否かが判定され、「Ｙｅｓ」と判定される場合、ステップ８２０にて、基本タイミングに代えて、図３に示したＢ領域及びＤ領域にてそれぞれ１回ずつ燃料噴射（分割噴射、マルチ噴射）する指示がなされる。この場合、例えば、Ｂ領域、及びＤ領域にて上記燃料噴射量Fiの半分の量の燃料がそれぞれ噴射される。この分割噴射が、「ＰＭ低減制御」に対応する。即ち、ステップ８２０が前記ＰＭ低減制御手段に対応する。

このように、吸気弁３２の温度が低く且つアルコール濃度Ｒが小さい場合、ＰＭ排出粒子数を低減する「ＰＭ低減制御」が行われる。これは、この場合、アルコール濃度Ｒが小さいことで、ＰＭ排出粒子数が大きい一方で燃料噴射量Fiが比較的小さいからオイル希釈の程度が小さいことに基づく。換言すれば、オイル希釈の抑制よりもＰＭ排出粒子数の抑制が優先される。

他方、ステップ８１５にて「Ｎｏ」と判定される場合、ステップ８２５にて、基本タイミングに代えて、図３に示したＣ領域にて燃料噴射量Fiの燃料を１回噴射する指示がなされる。このように、吸気弁３２の温度が低く且つアルコール濃度Ｒが大きい場合、オイル希釈を抑制する制御が行われる。これは、この場合、アルコール濃度Ｒが大きいことで、ＰＭ排出粒子数が小さい一方で燃料噴射量Fiが比較的大きいからオイル希釈の程度が大きいことに基づく。換言すれば、ＰＭ排出粒子数の抑制よりもオイル希釈の抑制が優先される。このステップ８２５が前記制限手段に対応する。

以上、説明したように、第１実施形態に係る制御装置によれば、吸気弁３２の温度が所定温度以上である場合、運転状態に基づいてテーブル検索で決定される基本タイミングにて燃料が噴射される。一方、吸気弁３２の温度が所定温度未満である場合において、アルコール濃度Ｒが所定濃度以下のときには燃料噴霧が吸気弁３２及びピストン２２に直接接触しないタイミングで燃料が噴射され（図３のＢ，Ｄ領域を参照）、アルコール濃度Ｒが所定濃度よりも大きいときには燃料噴霧が吸気弁３２に直接接触するタイミングで燃料が噴射される（図３のＣ領域を参照）。これにより、アルコール混合燃料の特性（ＰＭ排出粒子数が小さい）を活用して、吸気弁温度が低い場合において機関の性能低下を抑制しつつＰＭ排出粒子数を低減できる。

本発明は上記第１実施形態に限定されることはなく、本発明の範囲内において種々の変形例を採用することができる。例えば、上記第１実施形態においては、吸気弁３２の温度が低く且つアルコール濃度Ｒが小さい場合、Ｂ領域及びＤ領域にてそれぞれ１回ずつ燃料噴射（分割噴射、マルチ噴射）する指示がなされているが、Ｂ領域又はＤ領域にて燃料を１回噴射する指示がなされてもよい。

また、上記第１実施形態においては、吸気弁３２の温度が低く且つアルコール濃度Ｒが大きい場合、Ｃ領域にて燃料を１回噴射する指示がなされているが、基本タイミングで燃料を１回噴射する指示がなされてもよい。この場合、機関の通常の運転が維持されて、機関の性能低下（噴射時期の基本タイミングからの変更に起因する性能低下）が抑制される。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係る内燃機関の制御装置について説明する。この第２実施形態では、吸気弁３２の温度が所定温度未満の場合において、吸気弁３２の最大リフト量が調整される点においてのみ、燃料噴射時期が調整される上記第１実施形態と異なる。以下、係る相違点についてのみ説明する。なお、第２実施形態では、燃料噴射時期は上記基本タイミングに調整され、点火時期は上記基本点火時期に調整される。

第２実施形態のＣＰＵ７１は、図９にフローチャートにより示したルーチンを実行する。なお、図９において図８に示したステップと同じステップについては図８のものと同じステップ番号を付すことでそれらの説明に代える（後述する図１０も同様）。

即ち、ステップ８０５で「Ｙｅｓ」と判定される場合（吸気弁３２の温度が所定温度以上である場合）、ステップ９０５にて、吸気弁３２の最大リフト量が上述した基本最大リフト量に設定される。これにより、機関の通常の運転が維持される。

一方、ステップ８０５にて「Ｎｏ」と判定されてステップ８１５にて「Ｙｅｓ」と判定される場合（吸気弁３２の温度が所定温度未満であって且つアルコール濃度Ｒが所定濃度以下である場合）、ステップ９１０にて、吸気弁３２の最大リフト量が、基本最大リフト量に代えて、基本最大リフト量よりも小さい値に設定される。

これにより、燃料噴霧の吸気弁３２への直接接触が回避され得るから、ＰＭ排出粒子数が低減され得る。この吸気弁３２の最大リフト量を小さくする処理が、「ＰＭ低減制御」に対応する。即ち、ステップ９１０が前記ＰＭ低減制御手段に対応する。

このように、吸気弁３２の温度が低く且つアルコール濃度Ｒが小さい場合（即ち、ＰＭ排出粒子数が大きい一方でオイル希釈の程度が小さい場合）、上記第１実施形態と同様、オイル希釈の抑制よりもＰＭ排出粒子数の抑制が優先されて、「ＰＭ低減制御」が行われる。

他方、ステップ８１５にて「Ｎｏ」と判定される場合（吸気弁３２の温度が所定温度未満であって且つアルコール濃度Ｒが所定濃度よりも大きい場合）、ステップ９１５にて、吸気弁３２の最大リフト量が、基本最大リフト量と同じ値に設定される。これにより、機関の通常の運転が維持されて、機関の性能低下（吸気弁３２の最大リフト量の基本最大リフト量からの変更に起因する性能低下）が抑制される。また、このアルコール濃度Ｒが大きいから、ＰＭ排出粒子数の増大が抑制される。このステップ９１５が前記制限手段に対応する。

以上、説明したように、第２実施形態に係る制御装置によっても、上記第１実施形態と同様、アルコール混合燃料の特性（ＰＭ排出粒子数が小さい）を活用して、吸気弁温度が低い場合において機関の性能低下を抑制しつつＰＭ排出粒子数を低減できる。

本発明は上記第２実施形態に限定されることはなく、本発明の範囲内において種々の変形例を採用することができる。例えば、上記第２実施形態においては、吸気弁３２の温度が低く且つアルコール濃度Ｒが大きい場合、吸気弁３２の最大リフト量が基本最大リフト量と同じ値に設定されているが、吸気弁３２の最大リフト量が基本最大リフト量よりも大きい値に設定されてもよい。

これにより、燃料噴霧が吸気弁３２に直接接触し易くなるから、燃料噴霧のシリンダ２１の内壁への直接接触が吸気弁３２の介在により積極的に抑制されて、オイル希釈が積極的に抑制され得る。なお、この場合、燃料噴霧の吸気弁３２への直接接触に起因する燃焼室２５の頂面への燃料の付着・残留量が大きくなるが、アルコール濃度が大きいことからＰＭ排出粒子数の増大は抑制され得る。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態に係る内燃機関の制御装置について説明する。この第３実施形態では、吸気弁３２の温度が所定温度未満の場合において、点火プラグ３７の点火時期が調整される点においてのみ、燃料噴射時期が調整される上記第１実施形態と異なる。以下、係る相違点についてのみ説明する。なお、第３実施形態では、燃料噴射時期は上記基本タイミングに調整され、吸気弁３２の最大リフト量は上記基本最大リフト量に調整される。

第３実施形態のＣＰＵ７１は、図１０にフローチャートにより示したルーチンを実行する。即ち、ステッ８０５で「Ｙｅｓ」と判定される場合（吸気弁３２の温度が所定温度以上である場合）、ステップ１００５にて、点火時期が上述した基本点火時期に設定される。これにより、機関の通常の運転が維持される。

一方、ステップ８０５にて「Ｎｏ」と判定されてステップ８１５にて「Ｙｅｓ」と判定される場合（吸気弁３２の温度が所定温度未満であって且つアルコール濃度Ｒが所定濃度以下である場合）、ステップ１０１０にて、点火時期が、基本点火時期に代えて、基本点火時期よりも遅角した時期に設定される。

これにより、筒内温度（ピーク温度）が低くなること等に起因して、ＰＭ排出粒子数が低減され得る。この点火時期を遅角させる処理が、「ＰＭ低減制御」に対応する。即ち、ステップ１０１０が前記ＰＭ低減制御手段に対応する。

このように、吸気弁３２の温度が低く且つアルコール濃度Ｒが小さい場合（即ち、ＰＭ排出粒子数が大きい一方でオイル希釈の程度が小さい場合）、上記第１実施形態と同様、オイル希釈の抑制よりもＰＭ排出粒子数の抑制が優先されて、「ＰＭ低減制御」が行われる。

他方、ステップ８１５にて「Ｎｏ」と判定される場合（吸気弁３２の温度が所定温度未満であって且つアルコール濃度Ｒが所定濃度よりも大きい場合）、ステップ１０１５にて、点火時期が、基本点火時期に代えて、基本点火時期よりも進角した時期に設定される。この場合、アルコール濃度Ｒが大きいから点火時期を進角してもノッキングが発生し難い。

加えて、点火時期の進角により筒内温度（ピーク温度）が高くなることで、吸気弁３２の温度が上昇し易くなる。即ち、アルコール混合燃料の特性（ノッキングが発生し難い）を活用して、吸気弁３２の温度を「ＰＭ低減制御」が不要となる温度（即ち、前記所定温度以上）まで早期に高めることができる。また、このアルコール濃度Ｒが大きいから、ＰＭ排出粒子数の増大が抑制される。このステップ１０１５が前記制限手段に対応する。

以上、説明したように、第３実施形態に係る制御装置によっても、アルコール混合燃料の特性（ＰＭ排出粒子数が小さい）を活用して、吸気弁温度が低い場合において機関の性能低下を抑制しつつＰＭ排出粒子数を低減できる。

本発明は上記第３実施形態に限定されることはなく、本発明の範囲内において種々の変形例を採用することができる。例えば、上記第３実施形態においては、吸気弁３２の温度が低く且つアルコール濃度Ｒが大きい場合、点火時期が基本点火時期よりも進角した時期に設定されているが、点火時期が基本点火時期と同じ時期に設定されてもよい。これにより、機関の通常の運転が維持されて、機関の性能低下（点火時期の基本点火時期からの変更に起因する性能低下）が抑制される。

本発明の第１実施形態に係る内燃機関の制御装置を適用した筒内噴射式の内燃機関の概略図である。 アルコール濃度と係数Ｋとの関係を示したグラフである。 吸気行程における燃料噴射時期と、ＰＭ排出粒子数との関係を示している。 燃料噴射時期が図３に示したＡ領域にある場合における、燃料噴霧と、吸気弁及びピストンの位置との関係を示した図である。 燃料噴射時期が図３に示したＢ領域にある場合における、燃料噴霧と、吸気弁及びピストンの位置との関係を示した図である。 燃料噴射時期が図３に示したＣ領域にある場合における、燃料噴霧と、吸気弁及びピストンの位置との関係を示した図である。 燃料噴射時期が図３に示したＤ領域にある場合における、燃料噴霧と、吸気弁及びピストンの位置との関係を示した図である。 図１に示したＣＰＵが実行するルーチンを示したフローチャートである。 本発明の第２実施形態に係る制御装置のＣＰＵが実行するルーチンを示したフローチャートである。 本発明の第３実施形態に係る制御装置のＣＰＵが実行するルーチンを示したフローチャートである。

符号の説明

１０…内燃機関、２１…シリンダ、２２…ピストン、２５…燃焼室、３２…吸気弁、３９…インジェクタ、６９…アルコール濃度センサ、７０…電気制御装置、７１…ＣＰＵ

Claims (4)

1. 内燃機関の燃焼室内にて燃料を直接噴射する燃料噴射弁と、
   燃料に含まれるアルコール成分の濃度であるアルコール濃度を取得するアルコール濃度センサと、
   を備えた筒内噴射式の内燃機関に適用され、
   前記燃焼室内に供給される混合気の空燃比が目標空燃比に一致するように少なくとも前記取得されたアルコール濃度に基づいて決定される量の燃料を吸気行程において前記内燃機関の運転状態に基づいて決定される基本タイミングで前記燃料噴射弁から噴射する燃料噴射手段を備えた内燃機関の制御装置であって、
   吸気弁の温度を取得する吸気弁温度取得手段と、
   前記吸気弁の温度が所定温度よりも低い場合、所定の機関制御パラメータの調整によりＰＭの排出粒子数を低減するＰＭ低減制御を行うＰＭ低減制御手段と、
   前記吸気弁の温度が所定温度よりも低い場合であっても前記アルコール濃度が所定濃度よりも大きい場合、前記ＰＭ低減制御の実行を制限又は禁止する制限手段と、
   を備えた内燃機関の制御装置。
2. 請求項１に記載の内燃機関の制御装置において、
   前記ＰＭ低減制御手段は、前記ＰＭ低減制御として、
   前記基本タイミングとは異なる、噴射された燃料が前記燃焼室内を移動中にて前記吸気弁及びピストンに直接接触しないタイミングで吸気行程にて前記燃料噴射手段に燃料を噴射させるように構成されていて、
   前記制限手段は、
   前記基本タイミングと同じタイミングで、又は、前記基本タイミングとは異なる、噴射された燃料が前記燃焼室内を移動中にて前記吸気弁に直接接触するタイミングで吸気行程にて前記燃料噴射手段に燃料を噴射させるように構成された内燃機関の制御装置。
3. 請求項１に記載の内燃機関の制御装置であって、
   前記吸気弁の最大リフト量を前記内燃機関の運転状態に基づいて決定される基本最大リフト量に調整するリフト量調整手段を備え、
   前記ＰＭ低減制御手段は、前記ＰＭ低減制御として、
   前記リフト量調整手段に前記吸気弁の最大リフト量を前記基本最大リフト量よりも小さい値に調整させるように構成され、
   前記制限手段は、
   前記リフト量調整手段に前記吸気弁の最大リフト量を前記基本最大リフト量と同じ値に、又は前記基本最大リフト量よりも大きい値に調整させるように構成された内燃機関の制御装置。
4. 請求項１に記載の内燃機関の制御装置であって、
   点火プラグの点火時期を前記内燃機関の運転状態に基づいて決定される基本点火時期に調整する点火時期調整手段を備え、
   前記ＰＭ低減制御手段は、前記ＰＭ低減制御として、
   前記点火時期調整手段に前記点火時期を前記基本点火時期よりも遅い時期に調整させるように構成され、
   前記制限手段は、
   前記点火時期調整手段に前記点火時期を前記基本点火時期と同じ時期に、又は前記基本点火時期よりも早い時期に調整させるように構成された内燃機関の制御装置。

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