JP2023127848A - 内燃機関システム - Google Patents

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Abstract

【課題】燃焼が安定した内燃機関システムを提供することを課題とする。【解決手段】気筒、前記気筒を開閉する吸気弁及び排気弁、アルコールを含有した燃料を前記気筒内に直接噴射する筒内噴射弁、及び前記排気弁が閉弁してから前記吸気弁が開弁するまでの閉弁期間を形成する可変動弁機構、を有した内燃機関と、前記筒内噴射弁及び可変動弁機構を制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記内燃機関の暖機完了前に、圧縮行程で前記気筒内の温度が前記燃料の沸点以上となる第１クランク角区間と、前記閉弁期間で前記気筒内の温度が前記燃料の沸点以上となる第２クランク角区間とを算出する算出部と、前記第１及び第２クランク角区間で前記筒内噴射弁により燃料噴射を実行する噴射制御部と、を含む、内燃機関システム。【選択図】図３

Description

本発明は、内燃機関システムに関する。
アルコールを含有した燃料を使用可能な内燃機関が知られている。このような内燃機関の暖機完了前では気筒内の温度が低く、筒内噴射された燃料の気化性が低下して燃焼が不安定となるおそれがある。従って筒内噴射された燃料の気化を促進するために、気筒内でガスが断熱圧縮されて筒内温度が上昇する圧縮行程後半で筒内噴射が実行される（例えば特許文献１参照）。
特開２０１３－２２４６２３号公報
要求筒内噴射量によっては、上述した圧縮行程後半に加えて他の行程でも筒内噴射を実行する必要がある。この場合には、他の行程で筒内噴射した燃料の気化を十分に促進することができずに、燃焼が不安定となるおそれがある。
そこで本発明は、燃焼が安定した内燃機関システムを提供することを目的とする。
上記目的は、気筒、前記気筒を開閉する吸気弁及び排気弁、アルコールを含有した燃料を前記気筒内に直接噴射する筒内噴射弁、及び前記排気弁が閉弁してから前記吸気弁が開弁するまでの閉弁期間を形成する可変動弁機構、を有した内燃機関と、前記筒内噴射弁及び可変動弁機構を制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記内燃機関の暖機完了前に、圧縮行程で前記気筒内の温度が前記燃料の沸点以上となる第１クランク角区間と、前記閉弁期間で前記気筒内の温度が前記燃料の沸点以上となる第２クランク角区間とを算出する算出部と、前記第１及び第２クランク角区間で前記筒内噴射弁により燃料噴射を実行する噴射制御部と、を含む、内燃機関システムによって達成できる。
前記制御装置は、前記筒内噴射弁が要求筒内噴射量を前記第１クランク角区間内で噴射可能か否かを判定する第１判定部を含み、前記噴射制御部は、前記第１判定部で肯定判定の場合に前記第１クランク角区間内で前記筒内噴射弁により燃料噴射を実行し、前記第１判定部で否定判定の場合に前記第１及び第２クランク角区間で前記筒内噴射弁により燃料噴射を実行してもよい。
前記制御装置は、前記筒内噴射弁が前記要求筒内噴射量を前記第１及び第２クランク角区間で噴射可能か否かを判定する第２判定部を含み、前記噴射制御部は、前記第１判定部で否定判定であり前記第２判定部で肯定判定の場合に、前記第１及び第２クランク角区間で前記筒内噴射弁により燃料噴射を実行し、前記第１及び第２判定部で否定判定の場合に、前記第１及び第２クランク角区間と吸気行程とで前記筒内噴射弁により燃料噴射を実行してもよい。
前記燃料中のアルコール濃度を取得するアルコール濃度取得部を含み、前記算出部は、前記アルコール濃度が高いほど、前記第１クランク角区間の開始クランク角を遅角側に算出してもよい。
前記算出部は、前記アルコール濃度が高いほど、前記第２クランク角区間の開始クランク角を遅角側に算出してもよい。
前記制御装置は、前記内燃機関の温度を取得する温度取得部を含み、前記算出部は、前記温度が低いほど前記第１クランク角区間を短く算出してもよい。
前記算出部は、前記温度が低いほど前記第２クランク角区間を短く算出してもよい。
前記制御装置は、前記内燃機関の回転数を取得する回転数取得部を含み、前記算出部は、前記回転数が低いほど前記第１クランク角区間を短く算出してもよい。
前記算出部は、前記回転数が低いほど前記第２クランク角区間を短く算出してもよい。
前記閉弁期間は、吸気上死点を含んでもよい。
前記算出部は、前記第１クランク角区間の終了時期を圧縮上死点よりも進角側に設定してもよい。
前記算出部は、前記第２クランク角区間の終了時期を吸気上死点よりも進角側に設定してもよい。
本発明によれば、燃焼が安定した内燃機関システムを提供できる。
図１は、内燃機関システムの概略構成図である。 図２は、燃料噴射制御のタイミングチャートの一例である。 図３は、燃料噴射制御のタイミングチャートの一例である。 図４は、燃料噴射制御のタイミングチャートの一例である。 図５は、ＥＣＵが実行する燃料噴射制御を示したフローチャートの一例である。 図６は、アルコール濃度及び冷却水温度に基づいて圧縮行程噴射要求の有無を規定したマップの一例である。 図７Ａ及び図７Ｂは、アルコール濃度、冷却水温度、及びエンジン回転数に応じて設定される開始クランク角Ｓ１を規定したマップの一例である。 図８Ａは、アルコール濃度が高い場合の開始クランク角Ｓ１の変更の説明図であり、図８Ｂは、冷却水の温度が低い場合の開始クランク角Ｓ１の変更の説明図である。 図９Ａ及び図９Ｂは、アルコール濃度、冷却水温度、及びエンジン回転数に応じて設定される開始クランク角Ｓ２を規定したマップの一例である。 図１０Ａは、アルコール濃度が高い場合の開始クランク角Ｓ２の変更の説明図であり、図１０Ｂは、冷却水の温度が低い場合の開始クランク角Ｓ２の変更の説明図である。
［内燃機関システムの概略構成］
図１は、内燃機関システム１の概略構成図である。内燃機関システム１は、エンジン１０とＥＣＵ（Electronic Control Unit）３０とを備えている。エンジン１０は、アルコール燃料とガソリン燃料とが混合した燃料を使用可能な内燃機関である。エンジン１０は、例えばエンジン車両に搭載されるが、これに限定されず、ハイブリッド車両に搭載されていてもよい。エンジン１０の各気筒１２内にはピストン１３が備えられている。ピストン１３は、エンジン１０の出力軸であるクランク軸１５にコネクティングロッド１４を介して連結されている。ピストン１３の往復運動は、コネクティングロッド１４によりクランク軸１５の回転運動に変換される。
各気筒１２内にあってピストン１３の上方には燃焼室１６が形成されており、この燃焼室１６には、燃料及び空気の混合気に対して点火を行う点火プラグ１８が取り付けられている。この点火プラグ１８による混合気への点火タイミングは、点火プラグ１８の上方に設けられたイグナイタ１９によって調整される。
気筒１２には、この気筒１２を開閉する吸気弁２４及び排気弁２５が設けられている。吸気弁２４が開弁することにより燃焼室１６と吸気通路２０とが連通し、吸気弁２４が閉弁することにより燃焼室１６と吸気通路２０との連通が遮断される。排気弁２５が開弁することにより燃焼室１６と排気通路２１とが連通し、排気弁２５が閉弁することにより燃焼室１６と排気通路２１との連通が遮断される。
吸気弁２４には、吸気弁２４の開閉時期を変更する吸気側可変動弁機構（以下、吸気ＶＶＴと称する）２６が設けられている。同様に排気弁２５には、排気弁２５の開閉時期を変更する排気側可変動弁機構（以下、排気ＶＶＴと称する）２７が設けられている。吸気ＶＶＴ２６は、吸気側カムシャフトに設けられた吸気弁２４を開閉する吸気側駆動カムの位相を、吸気側カムシャフトに対して変更することにより、吸気弁２４の開閉時期を進角側又は遅角側に変更する。同様に、排気ＶＶＴ２７は、排気側カムシャフトに設けられた排気弁２５を開閉する排気側駆動カムの位相を、排気側カムシャフトに対して変更することにより、排気弁２５の開閉時期を進角側又は遅角側に変更する。カムシャフトに対する駆動カムの位相は、オイルコントロールバルブにより調整される油圧に応じて切り替えられる。また、油圧式の吸気ＶＶＴ２６や排気ＶＶＴ２７の代わりに、電動式の可変動弁機構を採用してもよい。
吸気通路２０には、燃焼室１６に導入される空気量を調量するスロットルバルブ２３が設けられている。排気通路２１には、混合気の空燃比が理論空燃比となっているときに最大の浄化能力を発揮する触媒５０が設けられている。触媒５０は、理論空燃比よりもリーンな排気中の酸素を吸蔵し、理論空燃比よりもリッチな排気に吸蔵した酸素を放出する酸素吸蔵能力を有した三元触媒である。
吸気通路２０の一部を構成する各吸気ポート２０ａには、吸気ポート２０ａ内に燃料を噴射するポート噴射弁２２が気筒１２毎に設けられている。エンジン１０には、各燃焼室１６内に燃料を直接噴射する筒内噴射弁１７が設けられている。
ＥＣＵ３０は、エンジン１０に関する制御処理を行う電子制御ユニットである。ＥＣＵ３０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）やＲＯＭ（Read Only Memory）等の揮発性や不揮発性のメモリを含むコンピュータを中心に構成される。ＥＣＵ３０は、メモリにインストールされるプログラムをＣＰＵ上で実行することによりエンジン１０に関する各種の制御処理を実現する。ＥＣＵ３０には詳しくは後述するが、各種センサが接続されている。ＥＣＵ３０は、制御装置の一例であり、詳しくは後述する算出部、第１判定部、第２判定部、動弁制御部、噴射制御部、アルコール濃度取得部、温度取得部、回転数取得部を機能的に実現する。
ＥＣＵ３０には、イグニッションスイッチ３１、アクセル開度センサ３２、エアフロメータ３３、クランク角センサ３４、燃圧センサ３５、水温センサ３６、及びアルコール濃度センサ３７が接続されており、それら各種センサからの出力信号が入力される。イグニッションスイッチ３１は、イグニッションのオンオフ状態を検出する。アクセル開度センサ３２は、アクセル開度を検出する。エアフロメータ３３は、吸入空気量を検出する。クランク角センサ３４は、クランク軸１５の回転角を検出する。燃圧センサ３５は、筒内噴射弁１７に供給する燃料を蓄圧する高圧デリバリパイプ内の燃料の圧力を検出する。水温センサ３６は、エンジン１０を冷却する冷却水の温度を検出する。アルコール濃度センサ３７は、例えば燃料タンクや燃料の搬送経路上に設けられ、燃料中のアルコール濃度を検出する。
ＥＣＵ３０は、クランク角センサ３４の検出値に基づいてエンジン回転数を算出し、エンジン回転数と吸入空気量とに基づいてエンジン負荷を算出する。ＥＣＵ３０は、アクセル開度に基づいて、目標回転数及び目標負荷を算出し、エンジン回転数及び負荷がそれぞれ目標回転数及び目標負荷になるように、燃料噴射量や吸入空気量、点火時期を制御する。また、ＥＣＵ３０は、エンジン１０の運転状態に応じて、総燃料噴射量に対する筒内噴射弁１７からの噴射量の比率である筒内噴射率、及び総燃料噴射量に対するポート噴射弁２２からの噴射量の比率であるポート噴射率を制御する。また、ＥＣＵ３０は、エンジン１０の運転状態に応じて吸気ＶＶＴ２６及び排気ＶＶＴ２７を制御することにより、吸気弁２４及び排気弁２５の開閉時期を制御する。
上述したようにエンジン１０はアルコールを含有した燃料を使用する。このような燃料は、アルコール濃度が高いほどその沸点も高くなり、気化しにくい。特にエンジン１０の暖機完了前では、気筒１２内の温度（以下、筒内温度と称する）も低いため、筒内噴射弁１７から噴射した燃料の気化が損なわれ、燃焼が不安定となるおそれがある。このため、本実施例のＥＣＵ３０では、エンジン１０の暖機完了前に所定の条件が成立した場合に、以下のような燃料噴射制御を実行する。
［燃料噴射制御］
図２～図４は、燃料噴射制御のタイミングチャートの一例である。図２～図４には、筒内噴射の状態、燃料沸点［℃］、筒内温度［℃］、吸気弁２４及び排気弁２５の各リフト量［ｍｍ］を示している。図２～図４の横軸はクランク角［°ＣＡ］を示す。図２～図４では、吸気上死点から圧縮下死点までが吸気行程に相当し、圧縮下死点から圧縮上死点までが圧縮行程に相当する。
最初に図２について説明する。図２では、吸気弁２４の開弁時期が吸気上死点よりも進角側に設定されており、排気弁２５の閉弁時期が吸気上死点よりも遅角側に設定されている。即ち、吸気弁２４及び排気弁２５の双方が開弁状態となったオーバーラップ期間が確保されている。
図２に示すように、筒内温度は吸気行程や圧縮行程前半で燃料沸点よりも下回り、圧縮行程後半で燃料沸点を超えて上昇する。吸気行程では、吸気弁２４が開弁状態でピストン１３が下降するため、気筒１２内に新気が導入されつつ燃焼室１６の容積が増大するからである。また、圧縮行程前半では燃焼室１６の容積は比較的大きく、圧縮行程後半では燃焼室１６の容積が減少して、気筒１２内のガスがピストン１３の上昇により断熱圧縮されるからである。図２の例では圧縮行程後半での筒内温度が燃料沸点以上となってから圧縮上死点までの間の第１クランク角区間Ｃ１で、筒内噴射が実行される。これにより第１クランク角区間Ｃ１で燃料の気化が促進される。尚、図２～図４には、圧縮行程後半での筒内噴射の開始クランク角Ｓ１と終了クランク角Ｅ１とを示している。
図３では、吸気弁２４の開弁時期が吸気上死点よりも遅角側に設定されており、排気弁２５の閉弁時期が吸気上死点よりも進角側に設定されている。即ち、吸気弁２４及び排気弁２５の双方が閉弁状態となった閉弁期間が確保されている。閉弁期間では、筒内温度は燃料沸点を超えて上昇する。密閉された気筒１２内のガスがピストン１３の上昇により断熱圧縮されるからである。図３の例では、図２の例と同様に第１クランク角区間Ｃ１で筒内噴射が実行されると共に、閉弁期間で筒内温度が燃料沸点以上となる第２クランク角区間Ｃ２においても筒内噴射が実行される。これにより第２クランク角区間Ｃ２で燃料の気化が促進される。尚、図３には、閉弁期間での筒内噴射の開始クランク角Ｓ２と終了クランク角Ｅ２とを示している。図３は、詳しくは後述するが要求筒内噴射量が図２の例よりも多い場合での筒内噴射の時期を示している。
図４では、図３と同様に閉弁期間が確保されている。図４では、図３の例と同様に第１クランク角区間Ｃ１及び第２クランク角区間Ｃ２で筒内噴射が実行されると共に、吸気行程での第３クランク角区間Ｃ３で筒内噴射が実行される。吸気弁２４が開弁した吸気行程では気筒１２内に新気が導入されている最中であるため、気筒１２内に導入された新気により燃料が撹拌され、燃焼室１６内の壁面に燃料が付着することを抑制し、燃料の気化を促進することができる。尚、図４には、吸気行程での筒内噴射の開始時期Ｓ３と終了クランク角Ｅ３とを示している。図４は、詳しくは後述するが要求筒内噴射量が図３の例よりも多い場合での筒内噴射の時期を示している。
図５は、ＥＣＵ３０が実行する燃料噴射制御を示したフローチャートの一例である。本制御はイグニッションオンの状態で繰り返し実行される。最初にＥＣＵ３０は、要求筒内噴射量、燃料中のアルコール濃度、冷却水の温度、及びエンジン回転数を取得する（ステップＳ１）。要求筒内噴射量は、要求総燃料噴射量に筒内噴射率を乗算することにより算出される。燃料中のアルコール濃度は、アルコール濃度センサ３７により検出される。冷却水の温度は、水温センサ３６により検出される。エンジン回転数は、クランク角センサ３４により検出される。ステップＳ１は、アルコール濃度取得部、温度取得部、及び回転数取得部が実行する処理の一例である。
次にＥＣＵ３０は、例えば冷却水の温度に基づいて、エンジン１０の暖機が完了前か否かを判定する（ステップＳ２）。ステップＳ２でＮｏの場合には、ＥＣＵ３０は暖機完了後の予め定められたタイミングで燃料噴射を実行する（ステップＳ３）。
ステップＳ２でＹｅｓの場合には、ＥＣＵ３０は筒内噴射要求があるか否かを判定する（ステップＳ４）。詳細には、ＥＣＵ３０は、筒内噴射率が０％以外の場合には筒内噴射要求があると判定する。ステップＳ４でＮｏの場合には、ＥＣＵ３０は暖機完了前の予め定められたタイミングでポート噴射弁２２により燃料噴射を実行する（ステップＳ３）。
ステップＳ４でＹｅｓの場合には、ＥＣＵ３０は圧縮行程噴射要求があるか否かを判定する（ステップＳ５）。具体的には、ＥＣＵ３０は図６のマップを参照して圧縮行程噴射要求があるか否かを判定する。図６は、アルコール濃度及び冷却水温度に基づいて圧縮行程噴射要求の有無を規定したマップの一例である。縦軸はアルコール濃度［％］を示し、横軸は冷却水温度［℃］を示している。冷却水の温度が低くアルコール濃度が高い場合には、燃料が気化しにくいため、圧縮行程噴射が要求される。冷却水の温度が高くアルコール濃度が低い場合には、燃料は気化しやすいため、圧縮行程噴射は要求されない。また、アルコール濃度が一定の場合において、冷却水の温度が低い場合には圧縮行程噴射が要求され、冷却水の温度が高い場合には圧縮行程噴射は要求されない。アルコール濃度が一定でも冷却水の温度が低いと、燃料は気化しにくいからである。また、冷却水の温度が一定の場合において、アルコール濃度が高い場合には圧縮行程噴射が要求され、アルコール濃度が低い場合には圧縮行程噴射が要求されない。冷却水の温度が一定でもアルコール濃度が高いと、燃料は気化しにくいからである。ステップＳ５でＮｏの場合には、ステップＳ３が実行される。
ステップＳ５でＹｅｓの場合、ＥＣＵ３０は第１クランク角区間Ｃ１を算出する（ステップＳ６）。第１クランク角区間Ｃ１は、終了クランク角Ｅ１と開始クランク角Ｓ１との差分である。ここで終了クランク角Ｅ１は、圧縮上死点よりも進角側に設定された固定値である。これによりピストン１３の頂面への燃料の付着量を抑制して、燃焼に寄与する燃料量を確保して燃焼を安定化させることができる。開始クランク角Ｓ１は、アルコール濃度、冷却水温度、及びエンジン回転数に基づいて設定される変動値である。ステップＳ６は、算出部が実行する処理の一例である。具体的にはＥＣＵ３０は、図７Ａ及び図７Ｂのマップを参照して開始クランク角Ｓ１を設定する。
図７Ａ及び図７Ｂは、アルコール濃度、冷却水温度、及びエンジン回転数に応じて設定される開始クランク角Ｓ１を規定したマップの一例である。縦軸はアルコール濃度［％］を示し、横軸は開始クランク角Ｓ１［°ＣＡ］を示している。図７Ａには冷却水の温度が高い場合と低い場合とを示しており、図７Ｂにはエンジン回転数が高い場合と低い場合とを示している。図７Ａ及び図７Ｂに示すように、アルコール濃度が高いほど、冷却水の温度が低いほど、及びエンジン回転数が低いほど開始クランク角Ｓ１は遅角側に設定される。
図８Ａは、アルコール濃度が高い場合の開始クランク角Ｓ１の変更の説明図である。燃料中のアルコール濃度が高いほど、燃料沸点が高くなる。このため、図８Ａに示すように筒内温度が燃料沸点を超えるタイミングが遅角側にずれる。また、図８Ｂは、冷却水の温度が低い場合の開始クランク角Ｓ１の変更の説明図である。冷却水の温度が低いほど筒内温度は低下する。このため、図８Ｂに示すように筒内温度が燃料沸点を超えるタイミングが遅角側にずれる。尚、エンジン回転数が低い場合には、気筒１２内に導入される吸気量も低下するため、エンジン回転数が低いほど筒内温度も低下する。この場合も、図８Ｂに示すように筒内温度が燃料沸点を超えるタイミングが遅角側にずれるからである。以上により、アルコール濃度が高いほど、冷却水温度が低いほど、及びエンジン回転数が低いほど、開始クランク角Ｓ１は遅角側に算出される。尚、第１クランク角区間Ｃ１のみで筒内噴射が実行される場合については、アルコール濃度が低いほど要求筒内噴射量が少なくなる。このため、アルコール濃度が高いほど必ずしも第１クランク角区間Ｃ１が短く算出されるわけではないが、冷却水温度が低いほど及びエンジン回転数が低いほど、第１クランク角区間Ｃ１が短く算出される。
図７Ａ及び図７Ｂのマップでは、アルコール濃度に対して開始クランク角Ｓ１は曲線状に変化するが、これに限定されず直線状又は階段状に変化してもよい。また上記の開始クランク角Ｓ１の設定方法では、上記のようなマップに限定されず、アルコール濃度、冷却水温度、及びエンジン回転数を引数とした演算式に基づいて開始クランク角Ｓ１を設定してもよい。
次にＥＣＵ３０は要求筒内噴射区間が第１クランク角区間Ｃ１未満であるか否かを判定する（ステップＳ７）。要求筒内噴射区間は、要求筒内噴射量と燃圧センサ３５により検出された燃圧に基づいて算出される。要求筒内噴射区間は、要求筒内噴射量が多いほど、及び燃圧が低いほど、長期化する。ステップＳ７は、第１判定部が実行する処理の一例である。ステップＳ７でＹｅｓの場合には、ＥＣＵ３０は第１クランク角区間Ｃ１内に筒内噴射を実行する（ステップＳ８）。ステップＳ８は、噴射制御部が実行する処理の一例である。
ステップＳ７でＮｏの場合には、ＥＣＵ３０は吸気ＶＶＴ２６及び排気ＶＶＴ２７を制御して、排気弁２５の閉弁時期を進角させ吸気弁２４の開弁時期を遅角させて、所定の閉弁期間を形成する（ステップＳ９）。
次にＥＣＵ３０は第２クランク角区間Ｃ２を算出する（ステップＳ１０）。第２クランク角区間Ｃ２は、終了クランク角Ｅ２と開始クランク角Ｓ２との差分である。ここで終了クランク角Ｅ２は、吸気上死点よりも進角側に設定された固定値である。これによりピストン１３の頂面への燃料の付着量を抑制して、燃焼に寄与する燃料量を確保して燃焼を安定化させることができる。開始クランク角Ｓ２は、開始クランク角Ｓ１と同様に、アルコール濃度、冷却水温度、及びエンジン回転数に基づいて設定される変動値である。ステップＳ１０は、算出部が実行する処理の一例である。具体的にはＥＣＵ３０は、図９Ａ及び図９Ｂのマップを参照して開始クランク角Ｓ２を設定する。
図９Ａ及び図９Ｂは、アルコール濃度、冷却水温度、及びエンジン回転数に応じて設定される開始クランク角Ｓ２を規定したマップの一例である。縦軸はアルコール濃度［％］を示し、横軸は開始クランク角Ｓ２［°ＣＡ］を示している。図９Ａには冷却水の温度が高い場合と低い場合とを示しており、図９Ｂにはエンジン回転数が高い場合と低い場合とを示している。図９Ａ及び図９Ｂに示すように、アルコール濃度が高いほど、冷却水の温度が低いほど、及びエンジン回転数が低いほど開始クランク角Ｓ２は遅角側に設定される。
図１０Ａは、アルコール濃度が高い場合の開始クランク角Ｓ２の変更の説明図である。燃料中のアルコール濃度が高いほど、燃料沸点が高くなる。このため、図１０Ａに示すように筒内温度が燃料沸点を超えるタイミングが遅角側にずれる。また、図１０Ｂは、冷却水の温度が低い場合の開始クランク角Ｓ２の変更の説明図である。冷却水の温度が低いほど筒内温度は低下する。このため、図１０Ｂに示すように筒内温度が燃料沸点を超えるタイミングが遅角側にずれる。尚、エンジン回転数が低い場合には、気筒１２内に導入される吸気量も低下するため、エンジン回転数が低いほど筒内温度も低下する。この場合も、図１０Ｂに示すように筒内温度が燃料沸点を超えるタイミングが遅角側にずれるからである。以上により、アルコール濃度が高いほど、冷却水温度が低いほど、及びエンジン回転数が低いほど、開始クランク角Ｓ２は遅角側に算出される。尚、第１クランク角区間Ｃ１及び第２クランク角区間Ｃ２のみで筒内噴射が実行される場合については、アルコール濃度が低いほど要求筒内噴射量が少なくなる。このため、アルコール濃度が高いほど必ずしも第２クランク角区間Ｃ２が短く算出されるわけではないが、冷却水温度が低いほど及びエンジン回転数が低いほど、第２クランク角区間Ｃ２が短く算出される。
図９Ａ及び図９Ｂのマップでは、アルコール濃度に対して開始クランク角Ｓ２は曲線状に変化するが、これに限定されず直線状又は階段状に変化してもよい。また上記の開始クランク角Ｓ２の設定方法では、上記のようなマップに限定されず、アルコール濃度、冷却水温度、及びエンジン回転数を引数とした演算式に基づいて開始クランク角Ｓ２を設定してもよい。
次にＥＣＵ３０は要求筒内噴射区間が第１クランク角区間Ｃ１と第２クランク角区間Ｃ２との合計期間未満であるか否かを判定する（ステップＳ１１）。ステップＳ１１は、第２判定部が実行する処理の一例である。ステップＳ１１でＹｅｓの場合には、ＥＣＵ３０は第１クランク角区間Ｃ１及び第２クランク角区間Ｃ２の双方で筒内噴射を実行する（ステップＳ１２）。ステップＳ１２は、噴射制御部が実行する処理の一例である。
ステップＳ１１でＮｏの場合には、ＥＣＵ３０は第１クランク角区間Ｃ１、第２クランク角区間Ｃ２、及び第３クランク角区間Ｃ３のそれぞれで筒内噴射を実行する（ステップＳ１３）。尚、第３クランク角区間Ｃ３は、予め実験などにより定められており、燃料がピストン１３の頂面に付着しにくいクランク角区間に設定されている。ステップＳ１３は、噴射制御部が実行する処理の一例である。
以上のように、要求筒内噴射量に応じて、可能な限り第３クランク角区間Ｃ３で筒内噴射を実行せずに筒内温度が燃料沸点を超える第１クランク角区間Ｃ１及び第２クランク角区間Ｃ２内で筒内噴射を実行する。これにより、燃料の気化を促進して燃焼を安定化することができる。
上述した実施例では第１クランク角区間Ｃ１、第２クランク角区間Ｃ２、及び第３クランク角区間Ｃ３の少なくとも一つの期間内で筒内噴射を分割して実行してもよい。
上記実施例では、吸気上死点を含んだ吸気弁２４及び排気弁２５の双方が閉弁した閉弁期間を、吸気ＶＶＴ２６及び排気ＶＶＴ２７により確保したがこれに限定されない。例えば、吸気ＶＶＴ２６が設けられておらず排気ＶＶＴ２７が設けられている場合には、排気ＶＶＴ２７を駆動してピストン１３が上昇中の期間において閉弁期間を確保すればよい。また、閉弁期間は必ずしも吸気上死点を含んでいる必要はないが、閉弁期間に吸気上死点を含んでいる場合には吸気上死点で最も筒内温度が高くなるため好ましい。
上記実施例では冷却水の温度を用いて第１クランク角区間Ｃ１及び第２クランク角区間Ｃ２を算出したが、冷却水の温度に代わりにエンジン１０を潤滑する潤滑油の温度を用いてもよい。冷却水の温度も潤滑油の温度もエンジン１０の温度に相関する温度だからである。
上記実施例では、エンジン１０には筒内噴射弁１７とポート噴射弁２２との双方が設けられているが、これに限定されず、筒内噴射弁１７のみが設けられているエンジンであってもよい。上記実施例では車両に搭載された内燃機関システム１を説明したが、これに限定されない。例えば、自動二輪車や、船舶や建設機械等のように車両以外の内燃機関システムにも上記実施例の内容を適用することができる。
以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例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 内燃機関システム
１０ エンジン
１２ 気筒
１７ 筒内噴射弁
２４ 吸気弁
２５ 排気弁
２６ 吸気側可変動弁機構（可変動弁機構）
２７ 排気側可変動弁機構（可変動弁機構）
３０ ＥＣＵ（算出部、第１判定部、第２判定部、噴射制御部、アルコール濃度取得部、温度取得部、回転数取得部）

Claims (12)

  1. 気筒、前記気筒を開閉する吸気弁及び排気弁、アルコールを含有した燃料を前記気筒内に直接噴射する筒内噴射弁、及び前記排気弁が閉弁してから前記吸気弁が開弁するまでの閉弁期間を形成する可変動弁機構、を有した内燃機関と、
    前記筒内噴射弁及び可変動弁機構を制御する制御装置と、を備え、
    前記制御装置は、
    前記内燃機関の暖機完了前に、圧縮行程で前記気筒内の温度が前記燃料の沸点以上となる第１クランク角区間と、前記閉弁期間で前記気筒内の温度が前記燃料の沸点以上となる第２クランク角区間とを算出する算出部と、
    前記第１及び第２クランク角区間で前記筒内噴射弁により燃料噴射を実行する噴射制御部と、を含む、内燃機関システム。
  2. 前記制御装置は、前記筒内噴射弁が要求筒内噴射量を前記第１クランク角区間内で噴射可能か否かを判定する第１判定部を含み、
    前記噴射制御部は、前記第１判定部で肯定判定の場合に前記第１クランク角区間内で前記筒内噴射弁により燃料噴射を実行し、前記第１判定部で否定判定の場合に前記第１及び第２クランク角区間で前記筒内噴射弁により燃料噴射を実行する、請求項１の内燃機関システム。
  3. 前記制御装置は、前記筒内噴射弁が前記要求筒内噴射量を前記第１及び第２クランク角区間で噴射可能か否かを判定する第２判定部を含み、
    前記噴射制御部は、前記第１判定部で否定判定であり前記第２判定部で肯定判定の場合に、前記第１及び第２クランク角区間で前記筒内噴射弁により燃料噴射を実行し、前記第１及び第２判定部で否定判定の場合に、前記第１及び第２クランク角区間と吸気行程とで前記筒内噴射弁により燃料噴射を実行する、請求項２の内燃機関システム。
  4. 前記燃料中のアルコール濃度を取得するアルコール濃度取得部を含み、
    前記算出部は、前記アルコール濃度が高いほど、前記第１クランク角区間の開始クランク角を遅角側に算出する、請求項１乃至３の何れかの内燃機関システム。
  5. 前記算出部は、前記アルコール濃度が高いほど、前記第２クランク角区間の開始クランク角を遅角側に算出する、請求項４の内燃機関システム。
  6. 前記制御装置は、前記内燃機関の温度を取得する温度取得部を含み、
    前記算出部は、前記温度が低いほど前記第１クランク角区間を短く算出する、請求項１乃至５の何れかの内燃機関システム。
  7. 前記算出部は、前記温度が低いほど前記第２クランク角区間を短く算出する、請求項６の内燃機関システム。
  8. 前記制御装置は、前記内燃機関の回転数を取得する回転数取得部を含み、
    前記算出部は、前記回転数が低いほど前記第１クランク角区間を短く算出する、請求項１乃至７の何れかの内燃機関システム。
  9. 前記算出部は、前記回転数が低いほど前記第２クランク角区間を短く算出する、請求項８の内燃機関システム。
  10. 前記閉弁期間は、吸気上死点を含む、請求項１乃至９の何れかの内燃機関システム。
  11. 前記算出部は、前記第１クランク角区間の終了時期を圧縮上死点よりも進角側に設定する、請求項１乃至１０の何れかの内燃機関システム。
  12. 前記算出部は、前記第２クランク角区間の終了時期を吸気上死点よりも進角側に設定する、請求項１乃至１１の何れかの内燃機関システム。
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