JP2009103101A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】噴射された燃料が気筒の内壁に付着すること起因する潤滑油の希釈を抑制することのできる内燃機関の制御装置を提供する。
【解決手段】内燃機関は、吸気行程においてインジェクタにより燃焼室内に燃料を直接噴射するとともに、吸気バルブの開弁時期ＴＫを上死点よりも遅角側に設定することにより燃焼室の内圧を低下させた後に吸入空気を燃焼室に導入する。内燃機関の電子制御装置は、燃焼室の壁温ＴＨを推定するとともに、燃料噴射時期Ｔの燃焼室の内圧ＰＣを推定し、推定された壁温ＴＨが判定温度ＴＨＬよりも低く且つ推定された内圧ＰＣが低いときにインジェクタの燃料噴射圧ＰＦを低下させる。
【選択図】図６

Description

本発明は、吸気行程において気筒内に燃料を直接噴射するとともに、吸気バルブの開弁時期を上死点よりも遅角側に設定することにより気筒の内圧を低下させた後に空気を同気筒に導入する内燃機関の制御装置に関する。

近年、高出力や低燃費を図るために吸気行程において気筒に燃料を直接噴射する筒内噴射式の内燃機関が実用化されている（例えば特許文献１参照）。こうした筒内噴射式の内燃機関は、吸気ポートに燃料を噴射するポート噴射式の内燃機関と比較して、噴射された燃料が吸入空気と混合される時間が短いため、燃料の霧化が促進されにくい傾向がある。そこで、筒内噴射式の内燃機関において燃料の霧化を促進するために、例えば以下のような方法を採用することが考えられる。すなわち、吸気バルブのバルブタイミングを変更可能なバルブタイミング変更機構を搭載するとともに、吸気行程において該バルブタイミング変更機構を通じて吸気バルブの開弁時期を上死点よりも遅角側に設定することにより気筒の内圧を低下させるようにする。そして、このように気筒の内圧が低下した後に吸気バルブを開弁させることにより、吸入空気が吸気ポートから気筒内に流入する際の速度が上昇するようになるため、この吸入空気の流れによって燃料が拡散されその霧化が促進されるようになる。
特開平８−３１２４０１号公報

ところで、このように燃料噴射時における気筒の内圧を低下させるようにした場合、噴射された燃料の噴霧長さが長くなることがある。そしてこのように燃料の噴霧長さが長くなると、噴射された燃料が気筒の内壁に付着しやすくなる。ここで、内燃機関の暖機完了後にあっては、気筒内及びその内壁の温度が相対的に高いため、燃料は気筒の内壁に付着する前に気化するか、あるいは仮に付着したとしてもその付着した燃料は速やかに蒸発する。しかしながら、内燃機関の冷間時には、気筒の内壁に付着した燃料は蒸発しにくくなり、その燃料の一部がシリンダとピストンとの間の隙間を通じてクランクケースに浸入することがある。そしてこの結果、燃料がクランクケースの貯留された潤滑油に混入して同潤滑油が希釈されることにより、その潤滑性能の悪化を招くこととなる。

本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、噴射された燃料が気筒の内壁に付着すること起因する潤滑油の希釈を抑制することのできる内燃機関の制御装置を提供することにある。

以下、上記課題を解決するための手段及びその作用効果について記載する。
請求項１に記載の発明は、吸気バルブのバルブタイミングを変更可能なバルブタイミング変更機構と、気筒内に燃料を直接噴射するインジェクタとを備え、吸気行程において前記インジェクタから前記気筒内に燃料を噴射するとともに、前記バルブタイミング変更機構を通じて前記吸気バルブの開弁時期を上死点よりも遅角側に設定することにより前記気筒の内圧を低下させた後に吸入空気を前記気筒に導入する筒内圧低下処理を実行する内燃機関の制御装置であって、前記気筒の壁温を推定する壁温推定手段と、前記気筒内に燃料が噴射される際の同気筒の内圧を推定する内圧推定手段と、前記筒内圧低下処理に際し、前記壁温推定手段によって推定された前記壁温が所定の判定温度よりも低く且つ前記内圧推定手段によって推定された前記気筒の内圧が低いときに前記インジェクタの燃料噴射圧を低下させる燃料噴射圧変更手段とを備えることをその要旨とする。

同構成によれば、気筒の壁温が所定の判定温度よりも低く気筒の内圧が低いときには燃料噴射圧が低い圧力に変更されるため、燃料の噴霧長さが過度に長くなることを抑制することができ、燃料が気筒の内壁に付着することを抑制することができるようになる。その結果、燃料が気筒の内壁に付着することに起因する潤滑油の希釈を抑制することができるようになる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関の制御装置において、前記噴射圧変更手段は前記推定される気筒の内圧が低いほどそれに応じて燃料噴射圧を連続的に又は段階的に低下させるものであることをその要旨とする。

燃料の噴霧長さは気筒の内圧が低いときほど長くなる傾向にあるが、上記構成によればこうした傾向に合わせて燃料噴射圧を変更することができるため、燃料噴射圧が過度に低くされることによる燃料の微粒化抑制を回避しつつ、潤滑油の希釈を抑制することができるようになる。

請求項３に記載の発明は、吸気バルブのバルブタイミングを変更可能なバルブタイミング変更機構と、気筒内に燃料を直接噴射するインジェクタとを備え、吸気行程において前記インジェクタから前記気筒内に燃料を噴射するとともに、前記バルブタイミング変更機構を通じて前記吸気バルブの開弁時期を上死点よりも遅角側に設定することにより前記気筒の内圧を低下させた後に吸入空気を前記気筒に導入する筒内圧低下処理を実行する内燃機関の制御装置において、前記気筒の壁温を推定する壁温推定手段と、前記気筒内に燃料が噴射される際の同気筒の内圧を推定する内圧推定手段と、前記筒内圧低下処理に際し、前記壁温推定手段によって推定された前記壁温が所定の判定温度よりも低く且つ前記内圧推定手段によって推定された前記気筒の内圧が低いときに、燃料噴射時の筒内圧が高くなるように前記インジェクタの燃料噴射時期を上死点側に進角する噴射時期変更手段とを備えることをその要旨とする。

同構成によれば、気筒の壁温が所定の判定温度よりも低く気筒の内圧が低いときには燃料噴射時期が上死点側に進角されるため、燃料噴射時における気筒の内圧が高くなる。したがって、燃料の噴霧長さが過度に長くなることを抑制することができ、噴射燃料が気筒の内壁に付着することを抑制することができるようになる。その結果、噴射燃料が気筒の内壁に付着することに起因する潤滑油の希釈を抑制することができるようになる。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の内燃機関の制御装置において、前記筒内圧低下処理に際し、前記壁温推定手段によって推定された前記壁温が所定の判定温度よりも低く且つ前記内圧推定手段によって推定された前記気筒の内圧が低いときに前記インジェクタの燃料噴射圧を低下させる燃圧変更手段を更に備えることをその要旨とする。

同構成によれば、噴射時期変更手段と燃圧変更手段とを併用することにより、機関冷間時等、気筒の壁温が相対的に低いときに、より高い信頼性と自由度をもって燃料が気筒の内壁に付着することに起因する潤滑油の希釈を抑制することができるようになる。

請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置において、前記内圧推定手段は、前記吸気バルブの開弁時期に基づいて前記気筒内に燃料が噴射される際の同気筒の内圧を推定することをその要旨とする。

吸気バルブの開弁時期が遅角するほど、吸気行程における気筒の内圧の最低値が低くなるとともに、その吸気バルブが開弁した後の気筒の内圧が低くなる。すなわち、吸気バルブの開弁時期の変化により、吸気行程における気筒の内圧の推移態様が変化する。

したがって、吸気バルブの開弁時期に基づいて気筒内に燃料が噴射される際の気筒の内圧を推定することにより、気筒の内圧を適確に推定することができるようになる。
請求項６に記載の発明は、請求項１〜５のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置において、前記内圧推定手段は、機関回転速度に基づいて前記気筒内に燃料が噴射される際の同気筒の内圧を推定することをその要旨とする。

機関回転速度が高いほど、吸気バルブの開弁時間が短くなるため、吸気行程における気筒の内圧の最低値が低くなるとともに、その吸気バルブが開弁した後の気筒の内圧が低くなる。すなわち、機関回転速度の変化により、吸気行程における気筒の内圧の推移態様が変化する。

したがって、機関回転速度に基づいて気筒内に燃料が噴射される際の気筒の内圧を推定することにより、気筒の内圧の推定精度を向上させることができるようになる。
請求項７に記載の発明は、請求項１〜６のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置において、前記内燃機関は前記吸気バルブの最大リフト量を変更可能なリフト量変更機構を備え、前記内圧推定手段は、前記リフト量変更機構により変更される前記吸気バルブの最大リフト量に基づいて前記気筒内に燃料が噴射される際の同気筒の内圧を推定することをその要旨とする。

吸気バルブの最大リフト量を変更可能なリフト量変更機構を備える内燃機関において、リフト量変更機構により変更される吸気バルブの最大リフト量が小さくなるほど、吸気バルブの開弁期間において吸気バルブを通じて気筒に流入する空気に対する抵抗が大きくなるため、その吸気バルブが開弁した後の気筒の内圧が低くなり、吸気行程における気筒の内圧の最低値も低くなる。すなわち、吸気バルブの最大リフト量の変化により、吸気行程における気筒の内圧の推移態様が変化する。

そのため、リフト量変更機構により変更される吸気バルブの最大リフト量に基づいて気筒内に燃料が噴射される際の同気筒の内圧を推定することにより、気筒の内圧の推定精度を向上させることができるようになる。

（第１の実施形態）
以下、本発明にかかる内燃機関の制御装置の第１の実施形態について、図１〜図１０を参照して説明する。

図１に、車輌に搭載される内燃機関及びその制御装置についてその概要を模式的に示す。同図１に示されるように、内燃機関１のシリンダブロック１０には、その内部に複数のシリンダ１１（図１にはその１つを示す）が形成されるとともに、各シリンダ１１の内部には同シリンダ１１内で往復動するピストン１２が設けられている。ピストン１２は、コネクティングロッド１３を介してクランクケース１４に収納されたクランクシャフト１５に連結されている。クランクケース１４の底部には、エンジンオイルが貯留されている。

シリンダブロック１０には、内燃機関の冷却水温を検出するための水温センサ１１１が設けられるとともに、クランクシャフト１５の近傍には、同クランクシャフト１５の回転角度を検出するためのクランクセンサ１１２が設けられている。これら水温センサ１１１及びクランクセンサ１１２の検出信号は、マイクロコンピュータを備えて内燃機関１の制御を統括的に実行する電子制御装置１００に取り込まれる。電子制御装置１００、特にその中枢となるマイクロコンピュータは、各種制御にかかる制御プログラムによって数値計算や情報処理等を行う中央演算処理装置１００ａ、及びそれら制御プログラムやその実行に必要となる各種関数マップ、及び同制御プラグラムの実行結果等を記憶するメモリ１００ｂを備えている。なお、電子制御装置１００では、上記クランクセンサ１１２による検出信号に基づいてその時々の機関回転速度ＮＥを算出する。

一方、シリンダブロック１０の上方にはシリンダヘッド２０が組み付けられている。そして、これらシリンダブロック１０、シリンダヘッド２０及びピストン１２によって燃焼室１８が区画されている。また、シリンダヘッド２０には、この燃焼室１８に接続される吸気ポート２１及び排気ポート２２が形成されている。吸気ポート２１は、吸気通路２３に接続される一方、排気ポート２２は、排気通路２４に接続されている。内燃機関の吸気行程において、大気から吸気通路２３及び吸気ポート２１を通じて空気が燃焼室１８に吸入される一方、内燃機関１の排気行程においては、燃焼室１８内の既燃焼ガスが排気ポート２２及び排気通路２４を通じて大気に排出される。吸気通路２３には、吸入空気量を検出するための空気量センサ１１３が設けられるとともに、排気通路２４には、排気中の酸素濃度を検出するための空燃比センサ１１４が設けられている。これら空気量センサ１１３及び空燃比センサ１１４の検出信号も、上記電子制御装置１００に取り込まれる。

また、シリンダヘッド２０には、筒内噴射式のインジェクタ２７が設けられるとともに、燃料供給装置６０によって供給される燃料が同インジェクタ２７から燃焼室１８に直接噴射される。この燃料供給装置６０は、クランクシャフト１５によって駆動される高圧ポンプ６１が設けられており、この高圧ポンプ６１により、内燃機関の燃料タンク６２における燃料が加圧されてインジェクタ２７に接続されたデリバリパイプ６３に圧送される。高圧ポンプ６１には、同高圧ポンプ６１による燃料の圧送量を変更可能な電磁弁６１ａが設けられるとともに、デリバリパイプ６３には、その内圧を検出するための燃圧センサ１１５が設けられている。

電子制御装置１００は、機関運転状態に基づいてデリバリパイプ６３の内圧、換言すればインジェクタ２７の燃料噴射圧ＰＦについてその目標値を設定するとともに、燃圧センサ１１５によりその燃料噴射圧ＰＦの実際値を検出し、この燃料噴射圧ＰＦの実際値が目標値と一致するように燃料噴射圧ＰＦをフィードバック制御する。すなわち、電子制御装置１００は、燃圧センサ１１５によって検出された内圧の実際値が目標値よりも低いときに、電磁弁６１ａを通じて高圧ポンプ６１の燃料圧送量を増大させてデリバリパイプ６３の内圧を上昇させる一方、検出された内圧の実際値がその目標値よりも高いときに、電磁弁６１ａを通じて高圧ポンプ６１の燃料圧送量を減少させることによりデリバリパイプ６３の内圧を低下させる。なお、本実施形態では、通常の運転時に燃料噴射圧ＰＦの目標値が一定の値（例えば１０Ｍｐａ）に設定され、燃料噴射圧ＰＦの実際値は、略一定の値に維持される。

また、電子制御装置１００は、機関回転速度ＮＥ等に基づいてインジェクタ２７の開弁時期を設定するとともに、インジェクタ２７の開弁期間、換言すれば燃料噴射期間の長さを変更することにより同インジェクタ２７による燃料噴射量を制御する。具体的には、電子制御装置１００は、機関運転状態に基づき空燃比の目標値（例えば理論空燃比）を設定するとともに、空燃比センサ１１４の検出信号に基づき空燃比の実際値を算出し、この空燃比の実際値が目標値と一致するようにインジェクタ２７の開弁期間の長さをフィードバック制御する。

また、シリンダヘッド２０には、一対の排気バルブ３０と一対の吸気バルブ４０とが往復動可能にそれぞれ設けられている。排気バルブ３０の基端部の近傍には、ラッシュアジャスタ３１が設けられるとともに、ラッシュアジャスタ３１と排気バルブ３０との間にはロッカーアーム３２が架設されている。ロッカーアーム３２は、その基端がラッシュアジャスタ３１に支持されるとともに先端が排気バルブ３０の基端部に当接されている。また、シリンダヘッド２０には、排気カムシャフト３３が回転可能に支持されており、この排気カムシャフト３３は、上記クランクシャフト１５の回転に連動して回転する。排気カムシャフト３３には複数のカム３４が形成されるとともに、それらカム３４の外周面にはロッカーアーム３２の中間部分に設けられたローラ３２ａが当接されている。排気バルブ３０にはリテーナ３５が設けられるとともに、このリテーナ３５とシリンダヘッド２０との間にはバルブスプリング３６が設けられている。なお、このバルブスプリング３６の付勢力によって排気バルブ３０は閉弁方向に付勢されている。そしてこれにより、ロッカーアーム３２のローラ３２ａはカム３４の外周面に押圧されている。機関運転時にカム３４が回転すると、ロッカーアーム３２はラッシュアジャスタ３１により支持される部分を支点として揺動する。その結果、排気バルブ３０はロッカーアーム３２によって開閉駆動されるようになる。

一方、吸気バルブ４０側にも、上述した排気側と同様にラッシュアジャスタ４１をはじめ、ロッカーアーム４２、リテーナ４５及びバルブスプリング４６が設けられている。シリンダヘッド２０には、カム４４が形成された吸気カムシャフト４３が回転可能に支持されており、この吸気カムシャフト４３も、クランクシャフト１５の回転に連動して回転する。ここで、排気バルブ３０側とは異なり、カム４４とロッカーアーム４２との間には吸気バルブ４０の最大リフト量を変更する最大リフト量変更機構５０が設けられている。この最大リフト量変更機構５０は入力部５１と一対の出力部５２とを有しており、これら入力部５１及び出力部５２はシリンダヘッド２０に固定された支持パイプ５３に揺動可能に支持されている。ロッカーアーム４２は、ラッシュアジャスタ４１及びバルブスプリング４６の付勢力によって出力部５２側に付勢され、同ロッカーアーム４２の中間部分に設けられたローラ４２ａが出力部５２の外周面に当接されている。これにより、入力部５１が出力部５２とともに左回り方向Ｗ１に揺動付勢され、入力部５１においてその径方向に延出した部分の先端に設けられたローラ５１ａがカム４４の外周面に押圧される。

機関運転時にカム４４が回転すると、同カム４４はローラ５１ａに摺接しつつ入力部５１を押圧し、これにより出力部５２が支持パイプ５３の周方向に揺動するようになる。そして出力部５２が揺動すると、ロッカーアーム４２はラッシュアジャスタ４１により支持される部分を支点として揺動する。その結果、吸気バルブ４０はロッカーアーム４２によって開閉駆動されるようになる。

また、支持パイプ５３には、その軸方向に沿って駆動可能なコントロールシャフト５４が挿入されている。このコントロールシャフト５４は、連結部材を介して入力部５１及び出力部５２に駆動連結されている。コントロールシャフト５４がその軸方向に沿って駆動すると、それら入力部５１及び出力部５２が相対的に揺動するようになる。次に、図２を参照して最大リフト量変更機構５０について詳述する。なお、図２は最大リフト量変更機構５０の内部構造を示す一部破断斜視図である。

図２に示されるように、入力部５１は一対の出力部５２の間に設けられており、これら入力部５１と出力部５２との内部には略円柱状の連通空間が形成されている。また、入力部５１の内周面にはヘリカルスプライン５１ｈが形成されるとともに、出力部５２の内周面には入力部５１のヘリカルスプライン５１ｈとその歯すじが逆向きに傾斜する一対のヘリカルスプライン５２ｈが形成されている。

入力部５１と出力部５２との内部に形成された空間には、略円筒状のスライダギア５５が収容されている。このスライダギア５５の外周面の中央部分には、入力部５１のヘリカルスプライン５１ｈに噛合するヘリカルスプライン５５ａが形成されるとともに、その外周面の両端部には出力部５２のヘリカルスプライン５２ｈに噛合する一対のヘリカルスプライン５５ｂ（図２ではその一つを示す）が形成されている。

また、この略円筒状のスライダギア５５の内壁には、その周方向に沿って延伸する溝５５ｃが形成されており、この溝５５ｃにはブッシュ５６が嵌合されている。なお、このブッシュ５６は、溝５５ｃの伸びる方向に沿って同溝５５ｃの内周面を摺動することができるが、スライダギア５５に対するその軸方向の相対変位は溝５５ｃによって規制されている。

そして、支持パイプ５３はスライダギア５５の内部に形成された貫通空間に挿入されるとともに、コントロールシャフト５４はその支持パイプ５３に挿入されている。また、支持パイプ５３の管壁にはその軸方向に延伸する長孔５３ａが形成されている。スライダギア５５とコントロールシャフト５４との間には、長孔５３ａを通じてこれらスライダギア５５とコントロールシャフト５４とを連結する係止ピン５７が設けられている。この係止ピン５７の一端がコントロールシャフト５４に形成された凹部（図示略）に挿入されるとともに、他端がブッシュ５６に形成された貫通孔５６ａに挿入されている。

こうした最大リフト量変更機構５０にあって、コントロールシャフト５４がその軸方向に沿って変位すると、これに連動してスライダギア５５が軸方向に変位する。スライダギア５５の外周面に形成されたヘリカルスプライン５５ａ，５５ｂは、入力部５１及び出力部５２の内周面に形成されたヘリカルスプライン５１ｈ、５２ｈとそれぞれ噛合されているため、スライダギア５５がその軸方向に変位すると、入力部５１と出力部５２とは逆の方向に回転する。その結果、入力部５１と出力部５２との相対位相差が変更され、吸気バルブ４０の最大リフト量Ｌ及び開弁時期が変更される。

図３は、それら入力部５１と出力部５２との相対位相差の変化に対応した吸気バルブ４０の最大リフト量Ｌ及び開弁期間（作用角）の変化態様を示す図である。同図３に示されるように、それら入力部５１と出力部５２との相対位相差が大きくなるほど、最大リフト量Ｌが大きくなるとともに開弁期間の長さが長くなる。

また、先の図１に示されるように、コントロールシャフト５４の基端部には、同コントロールシャフト５４をその軸方向に駆動可能なアクチュエータ５９が設けられている。電子制御装置１００は、このアクチュエータ５９を通じてコントロールシャフト５４を往復駆動することにより、吸気バルブ４０の最大リフト量Ｌ、換言すれば吸入空気量を制御する。このように、スロットルバルブの開度の代わりに吸気バルブ４０の最大リフト量Ｌを変更して吸入空気量、換言すれば車載内燃機関の出力を制御することにより、アクセルペダルの操作に基づいて出力を変化させる際の応答性を高めることができるようになる。

また、本実施形態では、吸気バルブ４０のバルブタイミングを変更可能なバルブタイミング変更機構バルブタイミング変更機構を採用するようにしている。以下、このバルブタイミング変更機構についてその構造並びに機能を説明する。

図１及び図４に併せて示されるように、バルブタイミング変更機構７０は、吸気カムシャフト４３の基端部に設けられており、同吸気カムシャフト４３の軸線を中心として所定範囲内で相対的に回転可能なベーン７１とハウジング７２とを備えている。ベーン７１は吸気カムシャフト４３に固定される一方、ハウジング７２はタイミングチェーンを介してクランクシャフト１５に駆動連結される。ベーン７１とハウジング７２との間には、進角油室７３と遅角油室７４とがそれぞれ複数区画形成されており、これら進角油室７３及び遅角油室７４には、同油室７３，７４に作動油を供給するための作動油供給回路８１が接続されている。

内燃機関１の運転時に、タイミングチェーンによってハウジング７２に伝達されたクランクシャフト１５の回転力は、油室７３，７４の作動油により位相調整されたベーン７１を介して吸気カムシャフト４３に伝達され、これによって吸気カムシャフト４３が、クランクシャフト１５に連動して回転する。

ここで、上記作動油供給回路８１には、進角油室７３及び遅角油室７４への作動油の供給・排出を切替可能な切替弁が設けられている。そして電子制御装置１００では、機関運転状態に基づきこの切替弁を通じてそれら進角油室７３及び遅角油室７４に対する作動油の供給・排出状態を切替えることにより、ベーン７１とハウジング７２との相対位相差を変更して吸気バルブ４０のバルブタイミングを変更する。

すなわち、進角油室７３に作動油が供給されるとともに、遅角油室７４の作動油が排出されると、ベーン７１がハウジング７２に対して進角側に相対回転し、吸気バルブ４０のバルブタイミングが進角側に変化する。一方、進角油室７３の作動油が排出されるとともに、遅角油室７４に作動油が供給されると、ベーン７１がハウジング７２に対して遅角側に相対回転し、吸気バルブ４０のバルブタイミングが遅角側に変化する。

前述したように、このような筒内噴射式の内燃機関は、例えば吸気ポート２１に燃料を噴射するポート噴射式の内燃機関と比較して、噴射された燃料が吸入空気と混合される時間が短いため、燃料の霧化が促進されにくい傾向がある。そこで、燃料の霧化を促進するために、燃料の吸気行程においてバルブタイミング変更機構７０及び最大リフト量変更機構５０を通じて吸気バルブ４０の開弁時期ＴＫを上死点よりも遅角側に設定する開弁時期制御を実行することができる。

図５は、吸気バルブ４０の開弁時期制御が実行される場合について、ピストン１２の位置、吸気バルブ４０のバルブリフト量及び燃焼室１８の内圧の推移を示している。同図５に示されるように、吸気バルブ４０の開弁時期ＴＫが上死点（ＴＤＣ）よりも遅角側に設定され、吸気バルブ４０が閉弁状態に維持されたままピストン１２が上死点から下死点（ＢＤＣ）側に下降すると、燃焼室１８の内圧はそのピストン１２の下降に伴って低下するようになる。そして、このように燃焼室１８の内圧が低下した後に吸気バルブ４０を開弁させることにより、吸入空気が吸気ポート２１から燃焼室１８に流入する際の速度が上昇するようになるため、この吸入空気の流れによって燃料が拡散されてその霧化が促進されるようになる。ちなみに、上述のように燃焼室１８の内圧が低下しているときに吸気バルブ４０が開弁されても、燃焼室１８の内圧は直ぐには上昇せず、その最低値にまで一旦低下した後に徐々に上昇するようになる。

ところで、同図５に示されるように、インジェクタ２７による燃料噴射が吸気行程に実行されるため、上述のように燃焼室１８の内圧を低下させると、燃料が噴射されるときの燃焼室１８の内圧が低下し、燃料の噴霧長さが長くなることがある。そしてこのように燃料の噴霧長さが長くなると、噴射された燃料が燃焼室１８の内壁、特に側壁に付着しやすくなる。ここで、内燃機関の暖機完了後にあっては、燃焼室１８内及びその内壁の温度が相対的に高いため、燃料は燃焼室１８の内壁に付着する前に気化するか、あるいは仮に付着したとしてもその付着した燃料は速やかに蒸発する。しかしながら、内燃機関の冷間時には、燃焼室１８の内壁に付着した燃料は蒸発しにくくなり、その燃料の一部がシリンダ１１とピストン１２との間の隙間を通じてクランクケース１４に浸入することがある。そしてこの結果、燃料がクランクケース１４の貯留された潤滑油に混入して同潤滑油が希釈されることにより、その潤滑性能の悪化を招くこととなる。

そこで、本実施形態では、以下に説明する処理を実行することにより燃料の噴霧長さが過度に長くなることを抑制し、燃料が燃焼室１８の内壁に付着することに起因する潤滑油の希釈を好適に抑制するようにしている。

以下、図６のフローチャートを参照して電子制御装置１００による燃料噴射制御の処理手順について説明する。なお、同図６に示される一連の処理は、電子制御装置１００に内蔵されるマイクロコンピュータにより所定の周期をもって繰り返し実行される。

この処理ではまず、機関運転状態に基づき最大リフト量変更機構５０を通じて吸気バルブ４０の最大リフト量Ｌを設定するとともに、バルブタイミング変更機構７０を通じて吸気バルブ４０の開弁時期ＴＫを上死点よりも遅角側に設定する（ステップＳ１０）。

そして、機関運転状態に基づいて燃料噴射圧ＰＦを設定するとともに、燃料噴射が開始される時期（以下、「燃料噴射時期」と称する）Ｔを設定する（ステップＳ２０）。ここで、上述したように燃料はインジェクタ２７の所定の開弁期間にわたって噴射されるが、その開弁期間の長さは吸気行程の長さと比較して相対的に短いため、本実施形態では便宜上、インジェクタ２７による燃料噴射は極短時間で完了するものと見做し、燃料噴射時期Ｔをインジェクタ２７の開弁時期とする。

そして、水温センサ１１１を通じて内燃機関の冷却水温を検出するとともに、この検出された冷却水温に基づいて燃焼室１８の内壁温度（以下、「壁温」と称する）ＴＨを推定し、この推定された壁温ＴＨが判定温度ＴＨＬよりも低いか否かを判断する（ステップＳ３０）。ここで、この判定温度ＴＨＬは、燃料が燃焼室１８の内壁に付着することに起因する潤滑油の希釈が発生しにくいと想定されるときの壁温ＴＨの最低値であり、予めメモリ１００ｂに記憶されている。そして、その推定された壁温ＴＨが判定温度ＴＨＬ以上である旨判断した場合には（ステップＳ３０：ＮＯ）、壁温ＴＨが相対的に高いため燃料の付着に起因する潤滑油の希釈が発生しにくいと判断し、この一連の処理を一旦終了する。

一方、推定された壁温ＴＨが判定温度ＴＨＬよりも低い旨判断した場合には（ステップＳ３０：ＹＥＳ）、吸気バルブ４０の開弁時期ＴＫ、最大リフト量Ｌ及び機関回転速度ＮＥに基づいて燃料噴射時期Ｔの燃焼室１８の内圧（以下、「噴射時内圧」と称する）ＰＣを演算用マップを参照して推定する（ステップＳ４０）。ここで、この演算用マップは、予めメモリ１００ｂに記憶されており、同演算用マップからそれら開弁時期ＴＫ、最大リフト量Ｌ、機関回転速度ＮＥ及び燃料噴射時期Ｔが与えられることにより、噴射時内圧ＰＣを読み出すことができる。

なお、これら開弁時期ＴＫ、最大リフト量Ｌ及び機関回転速度ＮＥの変化に対応して吸気行程における燃焼室１８の内圧態様は以下の通りに変化する。
・図７に示されるように、最大リフト量Ｌ及び機関回転速度ＮＥが一定であるとしたとき、吸気バルブ４０の開弁時期ＴＫが遅角するほど、吸気行程における燃焼室１８の内圧の最低値が低くなる。

・図８に示されるように、開弁時期ＴＫ及び機関回転速度ＮＥが一定であるとしたとき、最大リフト量Ｌが小さくなるほど、吸気バルブ４０の開弁後において吸入空気に対する抵抗が大きくなり、しかも吸気バルブ４０の開弁期間が短くなるため、吸気行程における燃焼室１８の内圧の最低値が低くなる。

・図９に示されるように、開弁時期ＴＫ及び最大リフト量Ｌが一定であるとしたとき、機関回転速度ＮＥが高くなるほど、吸気バルブ４０の開弁時間が短くなるため、吸気行程における燃焼室１８の内圧の最低値が低くなる。

次に、ステップＳ４０において推定された噴射時内圧ＰＣが判定圧力ＰＣＬよりも低いか否かを判断する（ステップＳ５０）。ここで、この判定圧力ＰＣＬは、インジェクタ２７から噴射されて燃焼室１８の内壁に付着する燃料の量が無視できるときの燃焼室１８の内圧の最低値であり、予めメモリ１００ｂに記憶されている。

噴射時内圧ＰＣが判定圧力ＰＣＬ以上である旨判断した場合には（ステップＳ５０：ＮＯ）、インジェクタ２７から噴射されて燃焼室１８の内壁に付着する燃料の量が無視できると判断し、この一連の処理を一旦終了する。一方、噴射時内圧ＰＣが判定圧力ＰＣＬよりも低い旨判断した場合には（ステップＳ５０：ＹＥＳ）、その噴射時内圧ＰＣに基づいて燃料噴射圧ＰＦに対する補正量ΔＰを演算用マップを参照して算出し、下記の算式（１）に基づいて燃料噴射圧ＰＦが低下するようにこれを補正する（ステップＳ６０）。

ＰＦ ←ＰＦ−ΔＰ …（１）

ここで、上記演算用マップは、予めメモリ１００ｂに記憶されており、噴射時内圧ＰＣが与えられることにより、その噴射時内圧ＰＣに対応して予め適合された補正量ΔＰを読み出すことができる。このように、上記算式（１）に基づいて燃料噴射圧ＰＦを補正量ΔＰだけ補正することにより、インジェクタ２７から噴射されて燃焼室１８の内壁に付着する燃料の量を無視できる程度の量まで減少させることができる。図１０は、この演算マップにおいて噴射時内圧ＰＣの変化に対応して補正量ΔＰが変化する態様を示している。同図１０に示されるように、噴射時内圧ＰＣが低いほど、それに応じて補正量ΔＰが連続的に大きく設定される。

以上説明した実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。
（１）燃焼室１８の壁温ＴＨが判定温度ＴＨＬよりも低く且つ噴射時内圧ＰＣが判定圧力ＰＣＬよりも低いときに燃料噴射圧ＰＦが低下するようにこれを補正することとした。これにより、燃料の噴霧長さが過度に長くなることを抑制することができ、燃料が燃焼室１８の内壁に付着することを抑制することができるようになる。その結果、燃料が燃焼室１８の内壁に付着することに起因する潤滑油の希釈を抑制することができるようになる。

（２）噴射時内圧ＰＣが低いほど、それに応じて補正量ΔＰを連続的に大きく設定することとした。これにより、噴射時内圧ＰＣが低いときほど燃料の噴霧長さが長くなるといった傾向に即して燃料噴射圧ＰＦを変更することができるため、燃料噴射圧ＰＦが過度に低くされることによる燃料の微粒化抑制を回避しつつ、潤滑油の希釈を抑制することができるようになる。

（３）吸気バルブ４０の開弁時期ＴＫ、最大リフト量Ｌ及び機関回転速度ＮＥに基づいて燃料噴射時期Ｔの噴射時内圧ＰＣを推定することとした。吸気バルブ４０の開弁時期ＴＫ、最大リフト量Ｌ及び機関回転速度ＮＥそれぞれの変化により、吸気行程における燃焼室１８の内圧の推移態様が変化するため、これらパラメータに基づいて噴射時内圧ＰＣを推定することにより、燃焼室１８の内圧の推定精度を向上させることができるようになる。
（第２の実施形態）
以下、図１１及び図１２を参照して、本発明にかかる第２の実施形態について、上記第１の実施形態との相違点を中心に説明する。この第２の実施形態の制御装置は、その基本的な構成は先に説明した第１の実施形態の制御装置と同様であり、燃料の噴霧長さが過度に長くなることを抑制するための処理の一部が第１の実施形態の制御装置と異なっている。

図１１は、本実施形態にかかる燃料の噴霧長さが過度に長くなることを抑制する処理の手順を示している。同図１１に示されるように、この処理も、先の第１の実施形態と同様に、吸気バルブ４０の最大リフト量Ｌ及び開弁時期ＴＫを設定するとともに（ステップＳ１０）、燃料噴射圧ＰＦ及び燃料噴射時期Ｔを設定する（ステップＳ２０）。そして、壁温ＴＨが判定温度ＴＨＬよりも低いか否かを判断し（ステップＳ３０）、壁温ＴＨが判定温度ＴＨＬよりも低い旨判断した場合には（ステップＳ３０：ＹＥＳ）吸気バルブ４０の開弁時期ＴＫ、最大リフト量Ｌ及び機関回転速度ＮＥに基づいて噴射時内圧ＰＣを演算用マップを参照して推定する（ステップＳ４０）。

次に、このように推定された噴射時内圧ＰＣが判定圧力ＰＣＬよりも低いか否かを判断し（ステップＳ５０）、噴射時内圧ＰＣが判定圧力ＰＣＬよりも低い旨判断した場合には（ステップＳ５０：ＹＥＳ）、開弁時期ＴＫと上死点との間においてその判定圧力ＰＣＬに対応する燃料の噴射時期（判定噴射時期ＴＬという）にまで燃料噴射時期Ｔを進角する（ステップＳ７０）。

以下、図１２を参照して上述の処理の一具体例について説明する。
同図１２に示されるように、開弁時期ＴＫ０、最大リフト量Ｌ０及び機関回転速度ＮＥ０に基づいて推定された燃料噴射時期Ｔ０の燃焼室１８の内圧、すなわち噴射時内圧ＰＣ０が判定圧力ＰＣＬよりも低い旨判断されたときに（ステップＳ５０：ＹＥＳ）、燃料噴射時期Ｔが時期Ｔ０から判定噴射時期ＴＬにまで進角される（ステップＳ７０）。これにより、噴射時内圧ＰＣは判定圧力ＰＣＬにまで上昇する。

以上説明した第２の実施形態によれば、上記第１の実施形態の効果（３）に加えて以下の効果が得られるようになる。
（４）燃焼室１８の壁温ＴＨが判定温度ＴＨＬよりも低く且つ噴射時内圧ＰＣが判定圧力ＰＣＬよりも低いときには、噴射時内圧ＰＣが高くなるように燃料噴射時期Ｔを上死点側に進角することとした。これにより、燃料の噴霧長さが過度に長くなることを抑制することができ、燃料が燃焼室１８の内壁に付着することを抑制することができるようになる。その結果、燃料が燃焼室１８の内壁に付着することに起因する潤滑油の希釈を抑制することができるようになる。

（５）また、このように進角させることにより燃焼室１８の側壁においてピストン１２によって覆われていない部分の面積が少ないときに燃料噴射が行われるようになるため、燃料が燃焼室１８の内壁に付着することを更に抑制することができる。

なお、上記実施形態は、これを適宜変更した以下の形態にて実施することもできる。
・上記第１の実施形態では、噴射時内圧ＰＣに応じて補正量ΔＰを連続的に大きく設定するようにしているが、これに限らず、例えば図１３に示されるように、噴射時内圧ＰＣに応じて補正量ΔＰを段階的に大きく設定してもよい。また、この補正量ΔＰを燃料の噴霧長さが過度に長くなることを抑制することができる程度の大きさに設定された一定値とすることもできる。

・上記第１の実施形態では、燃料噴射圧ＰＦを低下させることにより燃料の噴霧長さが過度に長くなることを抑制するようにしているが、例えば燃料噴射圧ＰＦを低下させるとともに、上記第２の実施形態のように燃料噴射時期Ｔを上死点側に進角させて噴射時内圧ＰＣを増大させるようにしてもよい。このように、燃料噴射時期Ｔの変更と燃料噴射圧ＰＦの変更とを併用することにより、機関冷間時等、燃焼室１８の壁温ＴＨが相対的に低いときに、より高い信頼性と自由度をもって燃料が燃焼室１８の内壁に付着することに起因する潤滑油の希釈を抑制することができるようになる。

・上記各実施形態では、吸気バルブ４０の開弁時期ＴＫ、最大リフト量Ｌ及び機関回転速度ＮＥに基づいて噴射時内圧ＰＣを推定するようにしている。これに対して、例えば要求される噴射時内圧ＰＣの推定精度が相対的に低い場合には、開弁時期ＴＫ及び最大リフト量Ｌのみ、開弁時期ＴＫ及び機関回転速度ＮＥのみ、或いは最大リフト量Ｌ及び機関回転速度ＮＥのみに基づいて噴射時内圧ＰＣを推定することもできる。また、吸気バルブ４０の開弁時期ＴＫ、最大リフト量Ｌ及び機関回転速度ＮＥのいずれか１つのみに基づいて噴射時内圧ＰＣを推定することもできる。

・上記各実施形態では、吸気バルブ４０の最大リフト量Ｌを変更する最大リフト量変更機構５０を備える内燃機関の制御装置に本発明を適用した場合について例示したが、これに限らず、その最大リフト量変更機構５０を備えていない内燃機関の制御装置に本発明を適用することもできる。なお、この場合には、吸気バルブ４０の最大リフト量Ｌが一定であるため、吸気バルブ４０の開弁時期ＴＫ及び機関回転速度ＮＥに基づいて噴射時内圧ＰＣを推定することができる。

この発明にかかる車載内燃機関の制御装置の第１の実施形態についてその概要を示す断面及びブロック図。 同実施形態の制御装置によって制御される最大リフト量変更機構の内部構造を示す一部破断斜視図。 最大リフト量変更機構の入力部と出力部との相対位相差の変化に対応した吸気バルブの最大リフト量及び開弁時期の変化態様を示すタイミングチャート。 同実施形態の制御装置によって制御されるバルブタイミング変更機構の内部構造を示す断面図。 同実施形態の制御装置による吸気バルブの開弁時期制御が実行される場合、ピストン行程、吸気バルブのバルブリフト量及び燃焼室の内圧の推移を示すタイミングチャート。 同実施形態の制御装置による燃料噴射制御についてその処理手順を示すフローチャート。 同実施形態の制御装置による燃料噴射制御が実行される場合、吸気バルブの開弁時期の変化に対応して燃焼室の内圧の変化態様を示すグラフ。 同実施形態の制御装置による燃料噴射制御が実行される場合、吸気バルブの最大リフト量の変化に対応して燃焼室の内圧の変化態様を示すグラフ。 同実施形態の制御装置による燃料噴射制御が実行される場合、機関回転速度の変化に対応して燃焼室の内圧の変化態様を示すグラフ。 同実施形態の制御装置が用いる補正量演算マップにおいて噴射時内圧ＰＣの変化に対応して補正量ΔＰが変化する態様を示すグラフ。 第２の実施形態による燃料噴射制御についてその処理手順を示すフローチャート。 同実施形態による燃料噴射制御についてその一具体例を説明するグラフ。 第１の実施形態にかかる補正量演算マップの変形例を示すグラフ。

符号の説明

１…内燃機関、１０…シリンダブロック、１１…シリンダ、１２…ピストン、１３…コネクティングロッド、１４…クランクケース、１５…クランクシャフト、１８…燃焼室、２０…シリンダヘッド、２１…吸気ポート、２２…排気ポート、２３…吸気通路、２４…排気通路、２７…インジェクタ、３０…排気バルブ、３１…ラッシュアジャスタ、３２…ロッカーアーム、３２ａ…ローラ、３３…排気カムシャフト、３４…カム、３５…リテーナ、３６…バルブスプリング、４０…吸気バルブ、４１…ラッシュアジャスタ、４２…ロッカーアーム、４２ａ…ローラ、４３…吸気カムシャフト、４４…カム、４５…リテーナ、４６…バルブスプリング、５０…最大リフト量変更機構、５１…入力部、５１ａ…ローラ、５１ｈ…ヘリカルスプライン、５２…出力部、５２ｈ…ヘリカルスプライン、５３…支持パイプ、５３ａ…長孔、５４…コントロールシャフト、５５…スライダギア、５５ａ…ヘリカルスプライン、５５ｂ…ヘリカルスプライン、５５ｃ…溝、５６…ブッシュ、５６ａ…貫通孔、５７…係止ピン、５９…アクチュエータ、６０…燃料供給装置、６１…高圧ポンプ、６１ａ…電磁弁、６２…燃料タンク、６３…デリバリパイプ、７０…バルブタイミング変更機構、７１…ベーン、７２…ハウジング、７３…進角油室、７４…遅角油室、８１…作動油供給回路、１００…電子制御装置（壁温推定手段、内圧推定手段、噴射時期変更手段）、１００ａ…中央演算処理装置、１００ｂ…メモリ、１１１…水温センサ、１１２…クランクセンサ、１１３…空気量センサ、１１４…空燃比センサ、１１５…燃圧センサ。

Claims (7)

1. 吸気バルブのバルブタイミングを変更可能なバルブタイミング変更機構と、気筒内に燃料を直接噴射するインジェクタとを備え、吸気行程において前記インジェクタから前記気筒内に燃料を噴射するとともに、前記バルブタイミング変更機構を通じて前記吸気バルブの開弁時期を上死点よりも遅角側に設定することにより前記気筒の内圧を低下させた後に吸入空気を前記気筒に導入する筒内圧低下処理を実行する内燃機関の制御装置であって、
   前記気筒の壁温を推定する壁温推定手段と、
   前記気筒内に燃料が噴射される際の同気筒の内圧を推定する内圧推定手段と、
   前記筒内圧低下処理に際し、前記壁温推定手段によって推定された前記壁温が所定の判定温度よりも低く且つ前記内圧推定手段によって推定された前記気筒の内圧が低いときに前記インジェクタの燃料噴射圧を低下させる燃料噴射圧変更手段とを備える
   ことを特徴とする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、
   前記燃料噴射圧変更手段は前記推定される気筒の内圧が低いほどそれに応じて燃料噴射圧を連続的に又は段階的に低下させるものである
   ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
3. 吸気バルブのバルブタイミングを変更可能なバルブタイミング変更機構と、気筒内に燃料を直接噴射するインジェクタとを備え、吸気行程において前記インジェクタから前記気筒内に燃料を噴射するとともに、前記バルブタイミング変更機構を通じて前記吸気バルブの開弁時期を上死点よりも遅角側に設定することにより前記気筒の内圧を低下させた後に吸入空気を前記気筒に導入する筒内圧低下処理を実行する内燃機関の制御装置において、
   前記気筒の壁温を推定する壁温推定手段と、
   前記気筒内に燃料が噴射される際の同気筒の内圧を推定する内圧推定手段と、
   前記筒内圧低下処理に際し、前記壁温推定手段によって推定された前記壁温が所定の判定温度よりも低く且つ前記内圧推定手段によって推定された前記気筒の内圧が低いときに、燃料噴射時の筒内圧が高くなるように前記インジェクタの燃料噴射時期を上死点側に進角する噴射時期変更手段とを備える
   ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
4. 請求項３に記載の内燃機関の制御装置において、
   前記筒内圧低下処理に際し、前記壁温推定手段によって推定された前記壁温が所定の判定温度よりも低く且つ前記内圧推定手段によって推定された前記気筒の内圧が低いときに前記インジェクタの燃料噴射圧を低下させる燃圧変更手段を更に備える
   ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置において、
   前記内圧推定手段は、前記吸気バルブの開弁時期に基づいて前記気筒内に燃料が噴射される際の同気筒の内圧を推定する
   ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置において、
   前記内圧推定手段は、機関回転速度に基づいて前記気筒内に燃料が噴射される際の同気筒の内圧を推定する
   ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置において、
   前記内燃機関は前記吸気バルブの最大リフト量を変更可能なリフト量変更機構を備え、
   前記内圧推定手段は、前記リフト量変更機構により変更される前記吸気バルブの最大リフト量に基づいて前記気筒内に燃料が噴射される際の同気筒の内圧を推定する
   ことを特徴とする内燃機関の制御装置。

Images