JP2009174465A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関が吸気通路噴射用インジェクタと筒内噴射用インジェクタと吸気バルブの可変動弁機構とを備える場合において、機関低温時においてもインジェクタによって噴射された燃料を好適に気化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１０の電子制御装置７０は、内燃機関１０の冷間時に冷却水温が低いほど、吸気行程において吸気バルブ３０の開弁時期が遅角されるようにバルブタイミング可変機構２３を制御するとともに、吸気通路噴射用インジェクタ１５と筒内噴射用インジェクタ１９とによって噴射される燃料の総量における吸気通路噴射用インジェクタ１５によって噴射される燃料の量の比率が増大するように制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、吸気通路噴射用インジェクタと筒内噴射用インジェクタとを備える内燃機関の制御装置に関する。

従来、内燃機関においては、例えば特許文献１に記載されるように、吸気通路に燃料を噴射する吸気通路噴射用インジェクタと、気筒内に燃料を直接噴射する筒内噴射用インジェクタとの２つのインジェクタを備えたものがある。

特許文献１に記載の内燃機関では、始動時に基本的には吸気通路噴射用インジェクタによる燃料噴射を実行するようにしている。しかしながら、例えば燃料として気化しにくい重質燃料を用いると、冷間始動時等に吸気通路噴射用インジェクタによって噴射された燃料が吸気通路に付着することに起因して燃焼室に供給される燃料の量が少なくなるため、失火等の燃焼状態の悪化を招く虞がある。そこで、特許文献１に記載の内燃機関では、このような燃焼状態の悪化が検出された場合には、吸気通路噴射用インジェクタによる燃料噴射とともに、又は吸気通路噴射用インジェクタによる燃料噴射に代わって筒内噴射用インジェクタによる燃料噴射を実行し、これにより失火等の燃焼状態の悪化を抑制するようにしている。

すなわち、この内燃機関では、例えば機関低温時などにおいて燃焼室に供給される燃料の量が少なくなることに起因した燃焼状態の悪化を抑制すべく、２つのインジェクタによって噴射される燃料の総量における筒内噴射用インジェクタによって噴射される燃料の量の比率を高くして失火の発生を抑制するようにしている。

また従来、内燃機関においては、燃焼室と吸気通路とを連通遮断する吸気バルブの開弁時期やリフト量等を可変とする可変動弁機構を備え、吸気行程において吸気弁の開弁時期を遅角して減圧状態で気筒内に燃料を直接噴射することにより燃料の気化を促進するものがある（例えば特許文献２参照）。
特開２００５−３２５８２５号公報 特開２００１−１０７７５８号公報

ところで、上記特許文献１に記載の内燃機関では、筒内噴射用インジェクタにより気筒内に燃料を直接噴射して燃焼状態を向上させるようにはしているものの、冷間始動時等において燃料が適切に気化されないといった問題点については未だ解決されていない。したがって、筒内噴射用インジェクタによって噴射される燃料の量の比率を高くすると、吸気通路への燃料の付着は少なくなるものの、気筒の内壁には燃料が付着することとなり、このような燃料付着を見越した上で燃料を噴射することが必要となるとともに、付着燃料に起因したエミッションの悪化を招く虞がある。

なお、上記特許文献２に記載の内燃機関では、減圧状態で気筒内に燃料を噴射することにより燃料の気化を促進するものの、筒内噴射では燃料噴射から燃焼までの期間が短いため、燃料の気化が十分に行われるとは言い難い。

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、内燃機関が吸気通路噴射用インジェクタと筒内噴射用インジェクタと吸気バルブの可変動弁機構とを備える場合において、機関低温時においてもインジェクタによって噴射された燃料を好適に気化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、吸気通路に燃料を噴射する吸気通路噴射用インジェクタと、気筒内に燃料を直接噴射する筒内噴射用インジェクタと、前記吸気通路と機関の燃焼室とを連通遮断する吸気バルブと、同吸気バルブの少なくとも開弁時期を可変とする可変動弁機構とを備える内燃機関に適用される制御装置であって、前記機関の冷間時に同機関の温度が低いほど、吸気行程において前記吸気バルブの開弁時期が遅角されるように前記可変動弁機構を制御するとともに、前記吸気通路噴射用インジェクタと前記筒内噴射用インジェクタとによって噴射される燃料の総量における前記吸気通路噴射用インジェクタによって噴射される燃料の量の比率が増大するように制御することを要旨とする。

吸気通路噴射用インジェクタによって燃料を噴射すると、噴射された燃料が燃焼室に到達するまでに時間を要するため、筒内噴射用インジェクタによって燃料を噴射する場合に比して燃料の気化が促進される。この点、上記構成によれば、機関の冷間時に機関温度が低く燃料が気化しにくくなる状態であるほど、吸気通路噴射用インジェクタによる燃料噴射量の比率を増大するようにしているため、燃料の気化を促進することができる。また、このように吸気通路噴射用インジェクタによる燃料噴射量の比率を増大させると、吸気通路から燃焼室に吸入される燃料と空気との混合気においては、同混合気に含まれる燃料の量が増大することとなる。そして上記構成によれば、機関温度が低いほど吸気行程において吸気バルブの開弁時期を遅角させているため、燃焼室が充分に負圧となった状態で吸気バルブが開弁されることとなり、これにより燃料が多く含まれる混合気を燃焼室に急速に吸入させることができることから、燃料の気化をさらに促進することができる。加えて、吸気バルブの開弁時期の遅角により燃焼室に吸入される混合気の流速が速くなるため、この混合気と吸気バルブ等との摩擦熱も増大することから、混合気及び燃焼室内周辺の温度が上昇する。したがって、吸気通路噴射用インジェクタによって噴射された燃料の気化をさらに好適に促進することができるとともに、この温度上昇により筒内噴射用インジェクタによって噴射された燃料の気化も促進することができる。

すなわち、上記構成によれば、機関温度が低いほど、吸気通路噴射用インジェクタによる燃料噴射量を増大させることによって燃料の気化を促進することができ、さらに燃料を多く含む混合気の流速を高めることと混合気及び燃焼室周辺の温度を上昇させることにより燃料の気化を好適に促進することができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記機関の温度が高いほど、吸気行程において前記吸気バルブの開弁時期が進角されるように前記可変動弁機構を制御するとともに、前記吸気通路噴射用インジェクタと前記筒内噴射用インジェクタとによって噴射される燃料の総量における前記筒内噴射用インジェクタによって噴射される燃料の量の比率が増大するように制御することを要旨とする。

内燃機関の温度が高いときには、ノッキングが起りやすい。この点、上記の構成によれば、機関温度が高いほど、吸気行程において吸気バルブの開弁時期が進角されるため、燃焼室における負圧の度合がさほど大きくない状態で吸気バルブが開弁されることとなる。したがって、吸気通路から燃焼室に吸入される混合気の流速もさほど速くなく、混合気と吸気バルブ等とによる摩擦熱の発生も少なくなるため、混合気や燃焼室周辺における温度上昇が抑制される。さらに上記構成によれば、筒内噴射用インジェクタによって噴射される燃料の量の比率を増大させているため、筒内噴射用インジェクタによって噴射される燃料の気化熱により燃焼室内の冷却が促進される。このようにして機関温度を低下させることができるため、ノッキングの発生を抑制することができる。

請求項３に記載の発明は、吸気通路に燃料を噴射する吸気通路噴射用インジェクタと、気筒に燃料を直接噴射する筒内噴射用インジェクタと、前記吸気通路と機関の燃焼室とを連通遮断する吸気バルブと、同吸気バルブの少なくとも開弁時期を可変とする可変動弁機構とを備える内燃機関に適用される制御装置であって、前記機関の冷間時に大気圧が低いほど、吸気行程において前記吸気バルブの開弁時期が遅角されるように前記可変動弁機構を制御するとともに、前記吸気通路噴射用インジェクタと前記筒内噴射用インジェクタとによって噴射される燃料の総量における前記吸気通路噴射用インジェクタによって噴射される燃料の量の比率が増大するように制御することを要旨とする。

大気圧が低いと、例えばスロットルバルブの開度が同じ場合であっても吸入空気量が少なくなり吸気流速が遅くなることに起因して燃料が気化しにくくなる。この点、上記構成によれば、機関の冷間時に大気圧が低く燃料が気化しにくい状態であるほど、吸気通路噴射用インジェクタによる燃料噴射量の比率を増大するようにしているため、燃料の気化を促進することができる。また、大気圧が低いほど吸気行程において吸気バルブの開弁時期を遅角しているため、このように大気圧が低い場合でも吸気通路から燃焼室に吸入される混合気の流速が遅くなることを抑制することができることから、燃料が多く含まれる混合気を燃焼室に吸入する際に可能な限り急速に吸入させることができ、燃料の気化をより促進することができる。さらに、燃焼室に吸入される混合気の流速を可能な限り速くすることによりこの混合気と吸気バルブ等との摩擦熱も増大させることができるため混合気及び燃焼室内周辺の温度を上昇させることができる。したがって、吸気通路噴射用インジェクタによって噴射された燃料の気化をさらに好適に促進することができるとともに、この温度上昇により筒内噴射用インジェクタによって噴射された燃料の気化も促進することができる。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、大気圧が高いほど、吸気行程において前記吸気バルブの開弁時期が進角されるように前記可変動弁機構を制御するとともに、前記吸気通路噴射用インジェクタと前記筒内噴射用インジェクタとによって噴射される燃料の総量における前記筒内噴射用インジェクタによって噴射される燃料の量の比率が増大するように制御することを要旨とする。

大気圧が高いと、例えばスロットルバルブの開度が同じ場合であっても吸入空気量が多くなり燃焼室内の圧力が高くなることに起因してノッキングが起りやすい。この点、上記の構成によれば、大気圧が高くノッキングが起きやすい状態であるほど、吸気行程において吸気バルブの開弁時期が進角されて吸気流速が低下するとともに、混合気と吸気バルブ等とによる摩擦熱の発生が抑制されて混合気や燃焼室周辺における温度上昇が抑制される。さらに上記構成によれば、筒内噴射用インジェクタによって噴射される燃料の量の比率を増大させているため、筒内噴射用インジェクタによって噴射される燃料の気化熱による燃焼室内の冷却が促進される。このようにして、上記構成によれば機関温度を低下させることができるため、ノッキングの発生を抑制することができる。

請求項５に記載の発明は、請求項１〜４の何れかに記載の発明において、前記可変動弁機構は、前記吸気バルブの最大リフト量を可変とし、前記吸気バルブの開弁時期が遅角されるように制御される際に、同吸気バルブの最大リフト量が小さくなるように制御されることを要旨とする。

上記の構成によれば、機関の冷間時に機関温度が低い又は大気圧が低いといった燃料が気化しにくい状態であるほど、吸気行程において吸気バルブの開弁時期が遅角され、これと併せて吸気バルブの最大リフト量が小さくなるように制御される。このように吸気バルブの最大リフト量が小さくなると、吸気通路から燃焼室に吸入される燃料と空気との混合気がより狭い流路を通って燃焼室に吸入されることとなる。したがって、燃料を多く含む混合気の流速がより速くなることと、この流速が速くなることに起因して混合気と吸気バルブ等との摩擦熱がさらに大きくなることとにより、吸気通路噴射用インジェクタによって噴射された燃料の気化を一層促進することができる。また、このより大きな温度上昇によって筒内噴射用インジェクタによって噴射された燃料の気化をより促進することができる。

請求項６に記載の発明は、請求項１〜５の何れかに記載の発明において、前記内燃機関に用いられる燃料は重質燃料であることを要旨とする。
上記構成によれば、揮発性の低い重質燃料を用いる場合、機関温度が低いときや大気圧が低いときに燃料が気化しにくくなるといった性質がより顕著となるが、このような場合でも上記の吸気バルブ及び燃料噴射量の比率の制御を行うことにより、燃料を好適に気化することができる。

（第１の実施形態）
以下、本発明に係る内燃機関の制御装置を具体化した第１の実施形態を図１〜図６に基づいて説明する。図１は、本実施形態に係る制御装置が適用される内燃機関及びその周辺機構を示す模式図である。

図１に示すように、内燃機関１０は、各気筒１１に形成される燃焼室１８と、燃焼室１８に吸入空気を送り込む吸気通路１２と、燃焼室１８での燃焼により生じた排気が排出される排気通路１３とを備えている。

吸気通路１２には、スロットルバルブ１４が設けられている。このスロットルバルブ１４は、スロットルモータ１６の駆動制御を通じて開度調整がなされ、これにより燃焼室１８に吸入される空気の量が調整される。また、吸気通路１２には、吸気ポートに燃料を噴射する吸気通路噴射用インジェクタ１５が設けられている。さらに吸気通路１２には、この吸気通路１２を通過して燃焼室１８に吸入される空気の量を検出するためのエアフロメータ５２、吸入空気の温度を測定する吸気温センサ５０が設けられている。

各気筒１１には、同気筒１１内に燃料を直接噴射する筒内噴射用インジェクタ１９が設けられており、同気筒１１内の燃焼室１８を臨むように点火プラグ１７が配設されている。そして吸気通路１２を流れた吸入空気と吸気通路噴射用インジェクタ１５により噴射された燃料との混合気が燃焼室１８に供給され、この混合気に筒内噴射用インジェクタ１９により燃料が噴射された状態で点火プラグ１７からの火花放電により点火されて同混合気が燃焼する。これによりこの燃焼のエネルギーによってピストン２６が往復移動して、クランクシャフト２０が回転する。そして、燃焼後の混合気は排気として燃焼室１８から排気通路１３に送り出される。なお本実施形態では、例えば筒内噴射用インジェクタ１９による燃料噴射を圧縮行程で行うことにより点火プラグ１７付近の空燃比を低くして着火性を向上させ、その周囲に吸気通路噴射用インジェクタ１５により噴射された燃料と空気とからなる均質な混合気を存在させることにより火炎の広がりを向上させるようにしている。また、本実施形態の内燃機関１０では、燃料としてアルコールとガソリンとの混合燃料を用いている。

内燃機関１０において、燃焼室１８と吸気通路１２との間は吸気バルブ３０の開閉動作によって連通・遮断され、燃焼室１８と排気通路１３との間は排気バルブ３２の開閉動作によって連通・遮断される。これら吸気バルブ３０及び排気バルブ３２については、クランクシャフト２０の回転が伝達される吸気カムシャフト２１及び排気カムシャフト２２の回転に伴い開閉動作する。

さらに本実施形態では、内燃機関１０が吸気バルブ３０のバルブ特性を可変とする可変動弁機構として、吸気カムシャフト２１に設けられた油圧駆動式のバルブタイミング可変機構２３と、吸気カムシャフト２１と吸気バルブ３０との間に設けられて電動モータ２５にて駆動されるリフト量可変機構２４とを備えている。

バルブタイミング可変機構２３は、図２に示すように、クランクシャフト２０に対する吸気カムシャフト２１の相対回転位相を調節して吸気バルブ３０の開弁時期を変更することで、吸気バルブ３０の開弁期間を一定に保持した状態で同吸気バルブ３０の開弁時期ＩＶＯ及び閉弁時期ＩＶＣを共に進角又は遅角させるものである。

また、リフト量可変機構２４は、図３に示すように、吸気バルブ３０の最大リフト量を変化させるものである。なお、本実施形態では吸気バルブ３０の最大リフト量を変化させると同吸気バルブ３０の開弁期間も同期して変化し、具体的には最大リフト量が大きくなるほど開弁期間も長くなる。また、リフト量可変機構２４により最大リフト量を増大させると、吸気バルブ３０の開弁時期ＩＶＯが進角側に、閉弁時期ＩＶＣが遅角側に移行する。

こうした内燃機関１０の各種制御は、車両に搭載された電子制御装置７０によって行われる。電子制御装置７０は、内燃機関１０の制御にかかる演算処理を実行するＣＰＵ、その制御に必要なプログラムやデータの記憶されたＲＯＭ、ＣＰＵの演算結果が一時的に記憶されるＲＡＭ、外部との間で信号を入・出力するための入・出力ポート等を備えて構成されている。

電子制御装置７０の入力ポートには、各種センサからの検出信号が入力される。各種センサとしては上記エアフロメータ５２、上記吸気温センサ５０、内燃機関１０の冷却水温を検出するための水温センサ５４が挙げられる。さらに、各種センサとしてはアクセル操作量を検出するアクセルセンサ５６、機関回転速度の算出等のためにクランクシャフト２０の回転信号を出力するクランクポジションセンサ５５、及びスロットルバルブ１４の開度を検出するスロットルポジションセンサ５１等が挙げられる。また電子制御装置７０の出力ポートには、吸気通路噴射用インジェクタ１５、筒内噴射用インジェクタ１９、点火プラグ１７、バルブタイミング可変機構２３及びリフト量可変機構２４などの駆動回路が接続されている。

電子制御装置７０は、上記各種センサから入力した検出信号に基づいて機関運転状態を把握し、その把握した機関運転状態に応じて上記出力ポートに接続された各種駆動回路に指令信号を出力する。こうして吸気通路噴射用インジェクタ１５、筒内噴射用インジェクタ１９による燃料噴射量の制御、点火プラグ１７の点火時期の制御、吸気バルブ３０の開弁時期の制御、吸気バルブ３０の最大リフト量の制御、及びスロットルバルブ１４の開度制御等が電子制御装置７０を通じて実施される。

ここで、内燃機関１０の冷間時においては、上記各インジェクタ１５，１９によって噴射された燃料が気化しにくくなるため、燃焼状態の悪化を招く虞がある。特に本実施形態の内燃機関１０では、燃料としてアルコールとガソリンとの混合燃料を用いており、このようにアルコールを含む混合燃料は揮発性が低い重質燃料であるため、他の燃料に比して冷間時に気化しにくいといった性質が顕著となる。なおこの問題に対しては、従来から吸気通路噴射用インジェクタ１５と筒内噴射用インジェクタ１９とを備えた内燃機関１０では、２つのインジェクタ１５，１９によって噴射される燃料の総量における筒内噴射用インジェクタ１９によって噴射される燃料の量の比率を増大させることにより燃焼室１８内に供給される燃料の量を確保するようにしている。しかしながら、このように２つのインジェクタ１５，１９のうち筒内噴射用インジェクタ１９による燃料噴射量を増大させるといった方法では燃料の気化が不十分であるといった問題は未だ解決されていない。そこで本実施形態では、内燃機関１０の制御装置としての電子制御装置７０が、内燃機関１０の冷間時として例えば始動時において燃料の気化を好適に促進すべく、吸気バルブ３０の開弁時期及び最大リフト量と、吸気通路噴射用インジェクタ１５と筒内噴射用インジェクタ１９とによって噴射される燃料の量の比率とを可変制御する。

以下、電子制御装置７０により実行される内燃機関１０の始動時における吸気バルブ３０及び燃料噴射比率の可変制御ルーチンについて図４のフローチャートに基づいて説明する。なお、この制御ルーチンは、電子制御装置７０を通じて、例えば所定時間毎の時間割り込みにて周期的に実行される。

図４に示すように、吸気バルブ・燃料噴射量比率の可変制御が開始されると、まずステップＳ１１において、現在が内燃機関１０の始動時であるか否かが判定される。具体的には、例えばスタータスイッチが「ＯＮ」の状態で機関回転数が所定回転数以下であるか否かを判定することにより、現在が内燃機関１０の始動時であるか否かを判定することができる。そしてステップＳ１１において現在が機関始動時でないと判定されると、燃料の気化が不十分であるといった問題は生じにくくなるためエンドに移る。

一方、ステップＳ１１において現在が機関始動時であると判定されると、ステップＳ１２において内燃機関１０の温度を示す指標として冷却水温が検出される。なお、本実施形態では機関温度を示す指標として冷却水温を用いているが、機関温度として吸気温など冷却水温以外の指標を用いるようにしてもよい。そして、ステップＳ１３に移り、ステップＳ１２で検出された水温を図５及び図６に示すマップに適用することにより、２つのインジェクタ１５，１９によって噴射される燃料の量と吸気バルブ３０の開弁時期及び最大リフト量とを可変制御する。

図５は、冷却水温に対する吸気通路噴射用インジェクタ１５及び筒内噴射用インジェクタ１９によって噴射される燃料の量を示すマップである。この図５において線Ｐは吸気通路噴射用インジェクタ１５による燃料噴射量、線Ｄは筒内噴射用インジェクタ１９による燃料噴射量を示している。この図５に示すように、冷却水温が低いほど各インジェクタ１５，１９によって噴射される燃料の量がそれぞれ増大するとともに、冷却水温が低いほど２つのインジェクタ１５，１９によって噴射される燃料の総量における吸気通路噴射用インジェクタ１５による燃料の量が多くなるように設定される。そして、ステップＳ１２で検出された冷却水温が所定温度Ｔｈｂよりも低い温度Ｔｈａであれば、この温度Ｔｈａを図５に示すマップに適用し、吸気通路噴射用インジェクタ１５による燃料噴射量Ｐａと筒内噴射用インジェクタ１９による燃料噴射量Ｄａとが設定される。そして電子制御装置７０により、各インジェクタ１５，１９によって噴射される燃料の量がこの設定された量Ｐａ，Ｄａとなるように制御される。

ここで吸気通路噴射用インジェクタ１５によって燃料を噴射すると、噴射された燃料が燃焼室１８に到達するまでに時間を要するため、筒内噴射用インジェクタ１９によって燃料を噴射する場合に比して燃料の気化が促進される。この点、本実施形態によれば冷却水温が低く燃料が気化しにくくなる状態であるほど、吸気通路噴射用インジェクタ１５による燃料噴射量の比率を増大するようにしているため、燃料の気化を促進することができる。なお、冷却水温が所定温度Ｔｈｂよりも高い場合は、燃料の気化が不十分であるといった問題は生じにくくなるため、２つのインジェクタ１５，１９のそれぞれによって噴射される燃料の量と、吸気バルブ３０の開弁時期及び最大リフト量とは予め設定された一定値となるように制御される。

また図６は、冷却水温に対する吸気バルブ３０の開弁時期及び最大リフト量の関係を示すマップであり、この図６に示すように、冷却水温が低いほど吸気バルブ３０の開弁時期は遅角され且つ最大リフト量が小さくなるように設定される。なお、この図６は吸気バルブ３０の開弁時期及び最大リフト量の可変設定態様を模式的に示しており、開弁時期と最大リフト量との設定態様はこのように冷却水温の変化に対して同じ変化率で変化するものに限られない。また、吸気バルブ３０の開弁時期の最遅角時期は、例えばピストン２６が吸気行程において上死点に達してからクランクシャフトが８０°回転した時期（ＡＴＤＣ８０°ＣＡ）に設定される。そして、ステップＳ１２で検出された冷却水温Ｔｈａをこの図６に示すマップに適用して、吸気バルブ３０の開弁時期として時期ＩＶＯａと最大リフト量としてリフト量Ｌａとが設定され、吸気バルブ３０の開弁時期が時期ＩＶＯａとなり最大リフト量がリフト量Ｌａなるようにバルブタイミング可変機構２３とリフト量可変機構２４とが制御される。

ここで、本実施形態では、冷却水温が低いほど吸気行程において吸気バルブ３０の開弁時期を遅角させているため、冷却水温が低いほど燃焼室１８の負圧の度合が大きくなった状態で吸気バルブ３０が開弁されることとなる。また図５に示すマップにより、冷却水温が低いほど吸気通路噴射用インジェクタ１５によって噴射される燃料の量の比率を増大させているため、吸気通路１２から燃焼室１８に吸入される燃料と空気との混合気においては、冷却水温が低いほど同混合気に含まれる燃料の量が増大することとなる。したがって、冷却水温が低いほど燃料が多く含まれる混合気を燃焼室１８に急速に吸入させることができることから、燃料の気化をさらに促進することができる。加えて、吸気バルブ３０の開弁時期の遅角により燃焼室１８に吸入される混合気の流速が速くなるため、この混合気と吸気バルブ３０等との摩擦熱も増大することから、混合気及び燃焼室１８内周辺の温度が上昇する。

さらに本実施形態においては、吸気バルブ３０の開弁時期の遅角に併せて吸気バルブ３０の最大リフト量が小さくなるように制御される。そして、このように吸気バルブ３０の最大リフト量が小さくなると、吸気通路１２から燃焼室１８に吸入される燃料と空気との混合気がより狭い流路を通って燃焼室１８に吸入されることとなる。したがって、燃料を多く含む混合気の流速がより速くなることと、この流速が速くなることに起因して混合気と吸気バルブ３０等との摩擦熱がさらに大きくなることとにより、吸気通路噴射用インジェクタ１５によって噴射された燃料の気化を一層促進することができる。すなわち、吸気通路噴射用インジェクタ１５によって噴射された燃料の気化をさらに好適に促進することができる。また、このより大きな温度上昇により筒内噴射用インジェクタ１９によって噴射された燃料の気化をより促進することができる。なお、上記作用効果を得るべく吸気バルブ３０の最大リフト量を変更した場合でも燃焼室１８に吸入される空気の量が所望の量となるように、例えば最大リフト量を小さくする場合にはスロットルバルブ１４の開度をより大きくするといった態様で吸入空気量を調整するようにしてもよい。

このようにして本実施形態では、電子制御装置７０が内燃機関１０の冷間時としての始動時に冷却水温が低いほど、吸気行程において吸気バルブ３０の開弁時期が遅角され且つ最大リフト量が小さくなるようにバルブタイミング可変機構２３とリフト量可変機構２４とを制御する。また、同電子制御装置７０は、この吸気バルブ３０の制御とともに各インジェクタ１５，１９によって噴射される燃料の総量における吸気通路噴射用インジェクタ１５によって噴射される燃料の量の比率が増大するように制御する。したがって、機関温度が低いほど各インジェクタ１５，１９によって噴射される燃料の気化をより促進することができる。また、このように各インジェクタ１５，１９によって噴射される燃料の気化を促進することができることから、冷間時であっても吸気通路１２や燃焼室１８内への燃料の付着もさほど問題とならない。したがって従来のように燃料付着を見越した上で燃料を過剰に噴射するといった必要もなくなるため、従来に比して燃料の噴射量を少なくすることができ、燃費の向上やエミッションの悪化の抑制をも図ることができる。

以上詳述した本実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。
（１）本実施形態では、内燃機関１０が吸気通路噴射用インジェクタ１５と筒内噴射用インジェクタ１９と吸気バルブ３０と同吸気バルブ３０の開弁時期を可変とするバルブタイミング可変機構２３とを備えている。そして、電子制御装置７０は、内燃機関１０の冷間時として始動時に機関温度の指標となる冷却水温が低いほど、吸気行程において吸気バルブ３０の開弁時期を遅角させるとともに、２つのインジェクタ１５，１９よって噴射される燃料の総量における吸気通路噴射用インジェクタ１５によって噴射される燃料の量の比率が増大するように制御している。

したがって、機関温度が低いほど、吸気通路噴射用インジェクタ１５による燃料噴射量を増大させることによって燃料の気化を促進することができる。さらに、吸気バルブ３０の開弁時期の遅角により吸気通路１２から燃焼室１８に吸入される燃料を多く含む混合気の流速を高めることと、同吸気バルブ３０と混合気とによる摩擦熱の増大により混合気及び燃焼室１８周辺の温度を上昇させることができる。したがって２つのインジェクタ１５，１９によって噴射される燃料の気化を好適に促進することができる。

（２）本実施形態では、内燃機関１０が吸気バルブ３０の最大リフト量を可変とするリフト量可変機構２４を備え、電子制御装置７０は、機関温度が低いほど吸気バルブ３０の開弁時期が遅角されるように制御する際に、同吸気バルブ３０の最大リフト量も小さくなるように制御している。そしてこのように吸気バルブ３０の最大リフト量が小さくなると、吸気通路１２から燃焼室１８に吸入される燃料と空気との混合気がより狭い流路を通って燃焼室１８に吸入されることとなる。したがって吸気通路１２から燃焼室１８へ流れる燃料を多く含む混合気の流速がより速くなることと、この流速が速くなることに起因して混合気と吸気バルブ３０等との摩擦熱がさらに大きくなることとにより、吸気通路噴射用インジェクタ１５によって噴射された燃料の気化を一層促進することができる。また、このより大きな温度上昇によって筒内噴射用インジェクタ１９によって噴射された燃料の気化もより促進することができる。

（３）本実施形態では、内燃機関１０の燃料としてアルコールとガソリンとの混合燃料を用いている。そしてアルコールを含む混合燃料は、揮発性が低い重質燃料であるため、冷間時に各インジェクタ１５，１９により燃料噴射された際に気化が不十分となるといった性質がより顕著となる。しかしながら、本実施形態では上述した吸気バルブ３０の開弁時期及び最大リフト量の制御と２つのインジェクタ１５，１９によって噴射される燃料の量の比率の制御を行っているため、燃料を好適に気化することができる。

（４）本実施形態では、筒内噴射用インジェクタ１９による燃料噴射を圧縮行程で行うようにしている。したがって、点火プラグ１７による点火時に同プラグ１７付近に燃料を多く存在させることにより着火性を向上させ、さらに吸気通路噴射用インジェクタ１５により噴射された燃料と空気とからなる均質な混合気を存在させることにより火炎の広がりを向上させることができ、内燃機関１０の始動性をより向上させることができる。なお冷間時に圧縮行程噴射を行うと通常は排気中のスモークが発生しやすくなるものの、本実施形態では吸気バルブ３０の開弁時期及び最大リフト量の制御により燃焼室１８内の温度上昇を図ることができるため、排気中のスモークの発生を抑制することができる。

（第２の実施形態）
次に本発明の第２の実施形態について、図１及び図７〜図９を参照して説明する。本発明の第２の実施形態は、上記第１の実施形態に記載した制御に加えて、機関冷間時以外にも機関温度に基づいて吸気バルブ３０の開弁時期及び最大リフト量と２つのインジェクタ１５，１９によって噴射される燃料の量の比率を可変制御するようにしている。

すなわち機関高温時には、インジェクタ１５，１９によって噴射された燃料の気化が不十分となるといった問題は生じにくくなるものの、ノッキングが起こりやすくなるといった問題が生じる。そこで本実施形態では、第１の実施形態に記載した制御に加え、機関温度が高いほど、吸気行程における吸気バルブ３０の開弁時期を進角するとともに最大リフト量を増大させ、２つのインジェクタ１５，１９のうちの筒内噴射用インジェクタ１９によって噴射される燃料の量の比率を増大させることにより、ノッキングの発生も抑制するようにしている。

以下、電子制御装置７０により実行される内燃機関１０の吸気バルブ３０及び燃料噴射比率の可変制御ルーチンについて図７のフローチャートに基づいて説明する。なお、この制御ルーチンは、電子制御装置７０を通じて、例えば所定時間毎の時間割り込みにて周期的に実行される。

図７に示すように、吸気バルブ３０及び燃料噴射比率の可変制御が開始されると、ステップＳ２１において機関温度を示す指標として冷却水温が検出される。すなわち、今回は機関始動時などの冷間時に限らず吸気バルブ３０及び燃料噴射量比率の可変制御が行われるため、先の第１の実施形態において図４に示したステップＳ１１の判定を行うことなく、ステップＳ２１において冷却水温の検出が行われる。

そして、ステップＳ２２に移り、ステップＳ２１で検出された水温を図８及び図９に示すマップに適用することにより、２つのインジェクタ１５，１９によって噴射される燃料の量と吸気バルブ３０の開弁時期及び最大リフト量とが可変制御される。

図８は、本実施形態における冷却水温に対する吸気通路噴射用インジェクタ１５及び筒内噴射用インジェクタ１９によって噴射される燃料の量を示すマップである。この図８において線Ｐは吸気通路噴射用インジェクタ１５による燃料噴射量、線Ｄは筒内噴射用インジェクタ１９による燃料噴射量を示している。ここで、第１の実施形態においては、冷却水温が所定温度Ｔｈｂ以下となる領域では冷却水温が低いほど２つのインジェクタ１５，１９のうち吸気通路噴射用インジェクタ１５による燃料噴射量の比率が大きくなり、冷却水温が所定温度Ｔｈｂより高い領域では各インジェクタ１５，１９による燃料噴射量が一定値に設定されている。しかしながら、本実施形態では、冷却水温が所定温度Ｔｈｂより高くなる領域においても各インジェクタ１５，１９による燃料噴射量が可変設定されている。すなわち、より具体的に本実施形態では、冷却水温が高くなるほど、２つのインジェクタ１５，１９による燃料噴射量が減少するとともに、２つのインジェクタ１５，１９のうちの筒内噴射用インジェクタ１９による燃料噴射比率が大きくなるように設定される。そして、ステップＳ２１で検出された冷却水温が比較的高い温度Ｔｈｃである場合、この温度Ｔｈｃが図８に示すマップに適用される。これにより、図８に示すように吸気通路噴射用インジェクタ１５による燃料噴射量Ｐｃと筒内噴射用インジェクタ１９による燃料噴射量Ｄｃとが設定され、各インジェクタ１５，１９によって噴射される燃料の量がこの設定される量となるように制御される。

ここで本実施形態では、内燃機関１０の冷却水温が高くなるほど筒内噴射用インジェクタ１９によって噴射される燃料の量の比率を増大させているため、筒内噴射用インジェクタ１９によって噴射される燃料の気化熱により燃焼室１８内の冷却が促進される。これにより、内燃機関１０が高温の状態であっても同機関１０の温度を低下させることができ、燃焼室１８の温度が高温になりすぎることが抑制される。なお、機関始動時には始動時の燃料噴射量が上記の態様となるように可変制御され、機関始動時以外には機関運転状態に基づいて設定される基本燃料噴射量が上記の態様となるように可変制御される。

また図９は、冷却水温に対する吸気バルブ３０の開弁時期及び最大リフト量の関係を示すマップである。ここで、第１の実施形態では、冷却水温が所定温度Ｔｈｂ以下となる領域において冷却水温が低いほど、吸気バルブ３０の開弁時期は遅角され且つ最大リフト量が小さくなるように可変設定される一方、冷却水温が所定温度Ｔｈｂより高い領域においては吸気バルブ３０の開弁時期及び最大リフト量は一定値に設定されていた。しかしながら、本実施形態では、冷却水温が所定温度Ｔｈｂより高くなる領域においても各インジェクタ１５，１９による燃料噴射量が可変設定されている。具体的に本実施形態では、図９に示すように、冷却水温が高いほど、吸気バルブ３０の開弁時期は進角され且つ最大リフト量が大きくなるように設定される。なお、吸気バルブ３０の開弁時期の最進角時期は、例えばピストン２６が吸気行程において上死点に達する時期よりもクランクシャフトの回転角１０°分進角させた時期（ＢＴＤＣ１０°ＣＡ）に設定される。そして、ステップＳ２１で検出された冷却水温が温度Ｔｈｃをこの図９に示すマップに適用して、吸気バルブ３０の開弁時期として時期ＩＶＯｃと最大リフト量としてリフト量Ｌｃとが設定され、吸気バルブ３０の開弁時期が時期ＩＶＯｃとなり最大リフト量がリフト量Ｌｃなるようにバルブタイミング可変機構２３とリフト量可変機構２４とが制御される。

このように本実施形態では、冷却水温が高いほど、吸気行程において吸気バルブ３０の開弁時期が進角されるため、燃焼室１８における負圧の度合がさほど大きくない状態で吸気バルブ３０が開弁されることとなる。したがって、吸気通路１２から燃焼室１８に吸入される混合気の流速もさほど速くなく、混合気と吸気バルブ３０等とによる摩擦熱の発生も少なくなるため、混合気や燃焼室１８周辺における温度上昇が抑制される。さらに本実施形態では、吸気バルブ３０の開弁時期を進角させることに併せて吸気バルブ３０の最大リフト量を増大させているため、混合気が燃焼室１８へ吸入される際に通過する流路の面積が大きくなり、これによっても吸気流速の低下を図ることができ、混合気と吸気バルブ３０等とによる摩擦熱の発生をより低減することができる。以上のように本実施形態では内燃機関１０の温度が高温となるほど、筒内噴射用インジェクタ１９による燃料噴射比率を増大させるとともに、吸気バルブ３０の開弁時期を進角しさらに最大リフト量を増大させているため、燃焼室１８の温度上昇を抑制することができ、ノッキングの発生を抑制することができる。

なお、本実施形態においても、ステップＳ２１において検出される冷却水温が低い場合には、上記第１の実施形態と同様の態様で吸気バルブ３０及び燃料噴射比率が可変制御される。すなわち、内燃機関１０の冷却水温が低いほど、吸気行程において吸気バルブ３０の開弁時期が遅角されるように制御されるとともに、２つのインジェクタ１５，１９よって噴射される燃料の総量における吸気通路噴射用インジェクタ１５によって噴射される燃料の量の比率が増大するように制御される。したがって、ステップＳ２１において、例えば冷却水温が低温の温度Ｔｈａと検出された場合には、図８に示すように、吸気通路噴射用インジェクタ１５による燃料噴射量Ｐａと筒内噴射用インジェクタ１９による燃料噴射量Ｄａとが設定され、吸気バルブ３０の開弁時期が時期ＩＶＯａとなり最大リフト量がリフト量Ｌａと設定される。

以上詳述した本実施形態によれば、上記第１の実施形態の（１）〜（４）の作用効果に加えて、以下の（５）及び（６）の作用効果を得ることができる。なお特に言及しないその他の構成及び作用は上記第１の実施形態と同じである。

（５）本実施形態では、電子制御装置７０は、内燃機関１０の冷却水温が高いほど、吸気行程において吸気バルブ３０の開弁時期が進角されるように制御するとともに、２つのインジェクタ１５，１９よって噴射される燃料の総量における筒内噴射用インジェクタ１９によって噴射される燃料の量の比率が増大するように制御するようにしている。したがって、内燃機関１０の冷却水温が高いほど、燃焼室１８における負圧の度合がさほど大きくない状態で吸気バルブ３０が開弁されることとなるため、吸気通路１２から燃焼室１８に吸入される混合気の流速もさほど速くなく、混合気と吸気バルブ３０等とによる摩擦熱の発生を少なくすることができる。さらに、内燃機関１０の冷却水温が高いほど、筒内噴射用インジェクタ１９によって噴射される燃料の量の比率を増大させているため、筒内噴射用インジェクタ１９によって噴射される燃料の気化熱により燃焼室１８内の冷却が促進される。以上のようにして機関温度を低下させることができるため、ノッキングの発生を抑制することができる。

（６）本実施形態の内燃機関１０は吸気バルブ３０の最大リフト量を可変とするリフト量可変機構２４を備え、電子制御装置７０は、内燃機関１０の冷却水温が高いほど吸気バルブ３０の開弁時期が進角されるように制御する際に、同吸気バルブ３０の最大リフト量が大きくなるように制御するようにしている。そして吸気バルブ３０の最大リフト量が大きくなると、吸気通路１２から燃焼室１８に吸入される燃料と空気との混合気が燃焼室１８に吸入される際に流れる流路面積を大きくすることができるため、同混合気の流速をさらに遅くすることができ、これにより混合気と吸気バルブ３０等とによる摩擦熱の発生を少なくすることができる。したがって燃焼室１８の温度上昇をより好適に抑制することができるため、機関温度が高い状況であってもノッキングの発生を好適に抑制することができる。

なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
・上記各実施形態では、筒内噴射用インジェクタ１９による燃料噴射を圧縮行程時に行うようにしていたが、筒内噴射用インジェクタ１９による燃料噴射を吸気行程時に行うようにしてもよい。

・上記各実施形態では、内燃機関１０の燃料としてアルコールを含む重質燃料を用いるようにしていたが、内燃機関１０の燃料としてアルコールを含まない燃料を用いるようにしてもよい。すなわち、アルコールを含まない重質燃料やさほど揮発性の低くない燃料を用いる場合であっても、上記第１の実施形態に記載した（１）及び（２）の効果、上記第２の実施形態に記載した（５）及び（６）の効果を奏することができる。

・上記各実施形態では、機関温度に基づいて吸気バルブ３０の開弁時期及び最大リフト量と２つのインジェクタ１５，１９の燃料噴射量の比率とを可変制御するようにしている。しかしながら、これら吸気バルブ３０の開弁時期及び最大リフト量と２つのインジェクタ１５，１９の燃料噴射量の比率とを可変制御する指標として機関温度に代わって大気圧用いるようにしてもよい。

すなわち、例えば機関の冷間時に大気圧を検出し、電子制御装置７０により大気圧が低いほど吸気行程において吸気バルブ３０の開弁時期が遅角されるようにバルブタイミング可変機構２３を制御し、２つのインジェクタ１５，１９のうちの吸気通路噴射用インジェクタ１５によって噴射される燃料の量の比率が増大するように制御するようにしてもよい。すなわち内燃機関１０の冷間時には大気圧が低いと、例えばスロットルバルブ１４の開度が同じ場合でも吸入空気量が少なくなり吸気流速が遅くなることに起因して燃料が気化しにくくなる。しかしながら、大気圧が低いほど吸気バルブ３０及び２つのインジェクタ１５，１９による燃料噴射量の比率が上記態様で可変制御されるため、燃料の気化を促進することができる。さらに、内燃機関１０の冷間時に大気圧が低いほど、吸気バルブ３０の開弁時期を遅角することに併せて最大リフト量を小さくするように制御すれば、上記第１の実施形態等と同様の態様で燃料の気化をより促進することができる。したがって、燃焼状態の悪化等を抑制することができる。

また機関冷間時に限らず、大気圧を検出し、大気圧が低いときには上記制御を行う一方、大気圧が高いほど吸気行程において吸気バルブ３０の開弁時期が進角されるようにバルブタイミング可変機構２３を制御し、２つのインジェクタ１５，１９のうちの筒内噴射用インジェクタ１９による燃料噴射量の比率が増大するように制御するようにしてもよい。これにより、大気圧が高いと、例えばスロットルバルブ１４の開度が同じ場合であっても吸入空気量が多くなり燃焼室１８内の圧力が高くなることに起因してノッキングが起りやすいものの、大気圧が高いほど上記第２の実施形態と同様の態様で燃焼室１８における温度上昇を抑制する制御が行われるため、ノッキングの発生を抑制することができる。

・上記各実施形態では、内燃機関１０の機関温度に基づいて吸気バルブ３０の開弁時期を可変制御する際に吸気バルブ３０の最大リフト量も可変制御するようにしている。しかしながら、吸気バルブ３０の最大リフト量は常に一定で開弁時期のみを可変制御するようにしてもよい。この場合であっても、上記（１）及び（５）の作用効果を奏することができる。

本発明にかかる第１の実施形態において内燃機関の制御装置が適用される内燃機関とその周辺機構とを示す模式図。 第１の実施形態においてバルブタイミング可変機構による吸気バルブの開弁時期の変更態様を示すグラフ。 第１の実施形態においてリフト量可変機構による吸気バルブの最大リフト量の変更態様を示すグラフ。 第１の実施形態において、吸気バルブの開弁時期、最大リフト量、及び吸気通路噴射用インジェクタと筒内噴射用インジェクタとの燃料噴射量の比率の可変制御の実行手順を示すフローチャート。 第１の実施形態において、内燃機関の冷却水温に対する吸気通路噴射用インジェクタ及び筒内噴射用インジェクタによって噴射される燃料の量を示すグラフ。 第１の実施形態において、内燃機関の冷却水温に対する吸気バルブの開弁時期及び最大リフト量を示すグラフ。 本発明にかかる第２の実施形態において、吸気バルブの開弁時期、最大リフト量、及び吸気通路噴射用インジェクタと筒内噴射用インジェクタとの燃料噴射量の比率の可変制御の実行手順を示すフローチャート。 第２の実施形態において、内燃機関の冷却水温に対する吸気通路噴射用インジェクタ及び筒内噴射用インジェクタによって噴射される燃料の量を示すグラフ。 第２の実施形態において、内燃機関の冷却水温に対する吸気バルブの開弁時期及び最大リフト量を示すグラフ。

符号の説明

１０…内燃機関、１１…気筒、１２…吸気通路、１３…排気通路、１４…スロットルバルブ、１５…吸気通路噴射用インジェクタ、１６…スロットルモータ、１７…点火プラグ、１８…燃焼室、１９…筒内噴射用インジェクタ、２０…クランクシャフト、２１…吸気カムシャフト、２２…排気カムシャフト、２３…バルブタイミング可変機構、２４…リフト量可変機構、２５…電動モータ、２６…ピストン、３０…吸気バルブ、３２…排気バルブ、５０…吸気温センサ、５１…スロットルポジションセンサ、５２…エアフロメータ、５４…水温センサ、５５…クランクポジションセンサ、５６…アクセルセンサ、７０…電子制御装置。

Claims (6)

1. 吸気通路に燃料を噴射する吸気通路噴射用インジェクタと、気筒内に燃料を直接噴射する筒内噴射用インジェクタと、前記吸気通路と機関の燃焼室とを連通遮断する吸気バルブと、同吸気バルブの少なくとも開弁時期を可変とする可変動弁機構とを備える内燃機関に適用される制御装置であって、
   前記機関の冷間時に同機関の温度が低いほど、吸気行程において前記吸気バルブの開弁時期が遅角されるように前記可変動弁機構を制御するとともに、前記吸気通路噴射用インジェクタと前記筒内噴射用インジェクタとによって噴射される燃料の総量における前記吸気通路噴射用インジェクタによって噴射される燃料の量の比率が増大するように制御する
   ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 請求項１において、
   前記機関の温度が高いほど、吸気行程において前記吸気バルブの開弁時期が進角されるように前記可変動弁機構を制御するとともに、前記吸気通路噴射用インジェクタと前記筒内噴射用インジェクタとによって噴射される燃料の総量における前記筒内噴射用インジェクタによって噴射される燃料の量の比率が増大するように制御する
   ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
3. 吸気通路に燃料を噴射する吸気通路噴射用インジェクタと、気筒に燃料を直接噴射する筒内噴射用インジェクタと、前記吸気通路と機関の燃焼室とを連通遮断する吸気バルブと、同吸気バルブの少なくとも開弁時期を可変とする可変動弁機構とを備える内燃機関に適用される制御装置であって、
   前記機関の冷間時に大気圧が低いほど、吸気行程において前記吸気バルブの開弁時期が遅角されるように前記可変動弁機構を制御するとともに、前記吸気通路噴射用インジェクタと前記筒内噴射用インジェクタとによって噴射される燃料の総量における前記吸気通路噴射用インジェクタによって噴射される燃料の量の比率が増大するように制御する
   ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
4. 請求項３において、
   大気圧が高いほど、吸気行程において前記吸気バルブの開弁時期が進角されるように前記可変動弁機構を制御するとともに、前記吸気通路噴射用インジェクタと前記筒内噴射用インジェクタとによって噴射される燃料の総量における前記筒内噴射用インジェクタによって噴射される燃料の量の比率が増大するように制御する
   ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
5. 請求項１〜４の何れか１項において、
   前記可変動弁機構は、前記吸気バルブの最大リフト量を可変とし、
   前記吸気バルブの開弁時期が遅角されるように制御される際に、同吸気バルブの最大リフト量が小さくなるように制御される
   ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
6. 請求項１〜５の何れか１項において、
   前記内燃機関に用いられる燃料は重質燃料である
   ことを特徴とする内燃機関の制御装置。

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