JP4874557B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、少なくともに筒内に向けて燃料を噴射する燃料噴射手段（筒内噴射用インジェクタ）を有する内燃機関の制御装置に関し、特に、異常燃焼を回避することができる制御装置に関する。

筒内噴射用インジェクタにより燃焼室に直接噴射された燃料と空気の混合気を点火プラグにより着火および燃焼させ、その燃焼にともない生じた燃焼ガスによりピストンを往復動させるようにした筒内噴射式内燃機関が公知である。さらに、このような筒内噴射用インジェクタに加えて吸気通路噴射用インジェクタから吸気ポートに燃料を噴射する内燃機関も公知である。このような内燃機関においては、たとえば、内燃機関の負荷が予め定められた設定負荷よりも低いときには吸気通路噴射用インジェクタからの燃料噴射を停止するとともに内燃機関の負荷が設定負荷よりも高いときには吸気通路噴射用インジェクタから燃料を噴射するようにしている。

筒内噴射用インジェクタにより燃料を燃焼室内に直接噴射して、燃料および空気の混合気を点火プラグの火花により着火および燃焼させるようにした内燃機関（あるいは、これに加えて吸気ポートに燃料を噴射する内燃機関）において、異常燃焼が発生することがある。たとえば、ノッキングやプレイグニッションと呼ばれる異常燃焼である。

ノッキングは、点火プラグで点火後に火炎が伝播していく前に未燃焼ガスの一部が自己着火して急激な燃焼を起こすことにより、その衝撃波が燃焼室壁に反射して異音を発生させるものである。一般的には、エンジンのシリンダブロックに取り付けられたノックセンサがノッキング（振動）を検知すると点火時期を遅らせて、ノッキングが検知されなくなるとノッキングが検知されるまで点火時期をまた進角させる、ノックコントロールシステムにより回避している。

また、プレイグニッション（早期点火：以下、プレイグと記載する場合がある）は、点火プラグによる本来の点火よりも前に、その点火プラグ自身の熱やカーボンの堆積等によって、混合気が自然着火する現象である。このプレイグニッションは、ノッキングの原因にもなる。

特開平１１−１５９３６８号公報（特許文献１）は、筒内直接噴射内燃機関において、燃焼性を悪化させることなく、早期点火を回避する内燃機関を開示する。この内燃機関は、燃料タンクからの燃料を燃料ポンプにより燃料配管内に加圧圧送し、加圧燃料を燃料噴射弁から直接燃焼室に噴射供給する筒内直接噴射式火花点火内燃機関であって、吸気行程において燃料噴射を行なう吸気行程噴射による機関の燃焼状態に早期点火があったと判断された場合に次のサイクルにおいて、少なくとも、その気筒の点火前の圧縮行程に燃料噴射を行ない、混合気をヒートスポットに衝突させることによりヒートスポットを冷却し、早期点火を防止する。

この筒内直接噴射式火花点火内燃機関によると、先行する吸気行程噴射による機関の燃焼状態に早期点火があったと判断された場合に次のサイクルにおいて、少なくとも、その気筒の点火前の圧縮行程に再度燃料噴射を行なっている。そのため、混合気をヒートスポットに衝突させることによりヒートスポットを冷却し、早期点火を防止することができる。

特開２００３−２０６７９６号公報（特許文献２）は、プレイグニッションの発生を確実に抑制することのできる筒内噴射式内燃機関を開示する。この内燃機関は、燃焼室に直接噴射された燃料と空気の混合気を点火プラグにより着火および燃焼させ、その燃焼にともない生じた燃焼ガスによりピストンを往復動させるようにした筒内噴射式内燃機関であって、プレイグニッションの発生または発生直前の状況を検出する検出手段と、検出手段による状況の検出に応じ、吸気行程の上死点近傍で点火プラグに燃料が到達するように燃料噴射を行なう燃料噴射手段とを備える。

この筒内噴射式内燃機関によると、燃焼室内がプレイグニッションの発生または発生直前の状況になると、その状況が検出手段によって検出される。この検出時には、燃料噴射手段により通常とは異なる形態で燃料噴射が行なわれる。この噴射により、ピストンが吸気行程において上死点近傍を移動するとき、点火プラグに燃料が到達する。この燃料が気化する際に点火プラグから熱（気化潜熱）が奪われて、点火プラグの温度が下がり、プレイグニッションの発生が抑制される。
特開平１１−１５９３６８号公報 特開２００３−２０６７９６号公報

しかしながら、上述した２つの特許文献とも、ピストンが上死点付近にあるときに筒内噴射用インジェクタから燃料を噴射している。このため、燃料噴射量が多く増量される高回転高負荷領域においては、ピストンが上死点付近にあるときに燃料を噴射すると、ピストン上面に燃料が気化しないで付着する可能性が高くなる。このため、気化されないでピストン上面に付着した燃料が拡散して燃焼することになり、このような場合、黒煙の発生という問題を生じる。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、燃焼室内に所望の混合気を形成するとともに、筒内での温度上昇を的確に抑制して、異常燃焼を抑制することができる内燃機関の制御装置を提供することである。

第１の発明に係る内燃機関の制御装置は、筒内に燃料を噴射するための燃料噴射手段を備えた内燃機関を制御する。この制御装置は、内燃機関の運転状態を検知するための検知手段と、内燃機関の異常燃焼を検知するための異常検知手段と、異常燃焼が検知された場合には、燃料噴射手段により噴射された燃料が内燃機関の吸気弁に当たるように、内燃機関を制御するための制御手段とを含む。

第１の発明によると、検知手段として設けられたノックセンサ等により異常燃焼が検知されると、燃料噴射手段（筒内噴射用インジェクタ）から噴射された燃料が吸気弁に当たるように、燃料噴射弁手段や吸気弁の作動態様が制御される。筒内噴射用インジェクタからの燃料噴射タイミングが異なったり、吸気弁の開閉タイミングまたはリフト量が異なると、噴射タイミングにおける吸気弁のリフト位置が異なる。このため、吸気弁の異なるリフト位置で、燃料が吸気弁に当たる。高圧で噴射された筒内噴射用インジェクタからの燃料は、リフト量が小さい位置（シリンダが上下方向に往復運動するエンジンにおいて高いリフト位置）で当たると（干渉すると）、その位置に比較的近い点火プラグ付近に飛散する。これにより、点火プラグの温度を低下することによりプレイグを回避することができる。高圧で噴射された筒内噴射用インジェクタからの燃料は、リフト量が大きい位置（シリンダが上下方向に往復運動するエンジンにおいて低いリフト位置）で当たると（干渉すると）、その位置から広がって点火プラグよりも遠い排気側燃焼室や燃焼室燃焼室ヘッド壁面に飛散する。これにより、燃焼室内の排気側壁面温度を低下させることにより排気側火炎伝播を遅くすることでノッキングを回避することができる。このように、筒内噴射用インジェクタから噴射された燃料が吸気弁に当たるタイミングにより、吸気弁に当たった燃料の飛散先が異なることを利用して、点火プラグを冷却したり、燃焼室内の排気側壁面を冷却したりして、異常燃焼を回避することができる。また、高圧で噴射された筒内噴射用インジェクタからの燃料は、リフト量が大きい位置（シリンダが上下方向に往復運動するエンジンにおいて低いリフト位置）で当たると（干渉すると）、その位置から大きく広がって燃焼室内に均質混合気を形成できる。その結果、均質混合気を形成するとともに、筒内での温度上昇を的確に抑制して、異常燃焼を抑制することができる内燃機関の制御装置を提供することができる。

第２の発明に係る内燃機関の制御装置においては、第１の発明の構成に加えて、制御手段は、燃料噴射手段により噴射された燃料が内燃機関の吸気弁に当たるように、燃料噴射手段による燃料噴射時期および吸気弁の作動態様の少なくともいずれかを制御するための手段を含む。

第２の発明によると、筒内噴射用インジェクタの噴射時期および吸気弁の作動態様の少なくともいずれかを制御することにより、筒内噴射用インジェクタから噴射された燃料が吸気弁に当たるタイミングを変更して、燃料が当たる吸気弁の位置を変更してその位置から飛散する燃料の位置を変えることにより、所望の位置を冷却したり、所望の混合気を形成したりすることができる。

第３の発明に係る内燃機関の制御装置においては、第２の発明の構成に加えて、検知手段は、内燃機関の回転数、燃料噴射手段による燃料噴射時間および吸気弁作動状態の少なくとも１つを検知するための手段を含む。制御手段は、回転数、燃料噴射時間および吸気弁作動状態の少なくとも１つに基づいて算出された噴射時期になるように、燃料噴射手段を制御するための手段、および、回転数、燃料噴射時間および吸気弁作動状態の少なくとも１つに基づいて算出された噴射時期になるように、吸気弁を制御するための手段の少なくともいずれかの手段を含む。

第３の発明によると、内燃機関の回転数、燃料噴射手段による燃料噴射時間および吸気弁作動状態の少なくとも１つを検知して、それに基づいて燃料噴射弁からの噴射時期や吸気弁の作動態様を算出して、所望の位置を冷却したり、所望の混合気を形成したりすることができる。

第４の発明に係る内燃機関の制御装置においては、第１〜３のいずれかの発明の構成に加えて、異常検知手段は、ノッキングを検知するための手段を含む。制御手段は、ノッキングが検知されたときには、吸気弁に当たった燃料が排気側燃焼室ヘッド壁および排気側燃焼室の少なくともいずれかの方向に向かう噴射時期になるように、燃料噴射手段および吸気弁の少なくともいずれかを制御するための手段を含む。

第４の発明によると、高圧で噴射された筒内噴射用インジェクタからの燃料を、リフト量が大きい位置で吸気弁に当てて、その位置から燃料を点火プラグよりも遠い排気側燃焼室や燃焼室燃焼室ヘッド壁面に飛散させることができる。これにより、燃焼室内の排気側壁面温度を低下させることにより排気側火炎伝播を遅くすることでノッキングを回避することができる。

第５の発明に係る内燃機関の制御装置においては、第１〜３のいずれかの発明の構成に加えて、検知手段は、内燃機関の運転状態が低回転軽負荷であるか否かを検知するための手段を含む。制御手段は、内燃機関の運転状態が低回転軽負荷でないことが検知されたときには、吸気弁に当たった燃料が排気側燃焼室の方向に向かう噴射時期になるように、燃料噴射手段および吸気弁の少なくともいずれかを制御するための手段を含む。

第５の発明によると、内燃機関の運転状態が低回転軽負荷の場合には、燃焼不安定になりやすいため、点火プラグ付近の混合気の形成を安定化させる必要がある。しかしながら、このような運転状態でない場合には、むしろ、燃焼室内に均質な混合気を形成することが重要になる。そのため、高圧で噴射された筒内噴射用インジェクタからの燃料を、リフト量が大きい位置で吸気弁に当てて、その位置から大きく広げて燃焼室内に均質混合気を形成することができる。

第６の発明に係る内燃機関の制御装置においては、第４または５の発明の構成に加えて、制御手段は、吸気弁がリフト量の大きい時期付近に燃料噴射時期を設定するための手段を含む。

第６の発明によると、吸気弁がリフト量の大きい時期付近に筒内噴射用インジェクタから燃料を噴射して、吸気弁に当たった燃料が排気側燃焼室の方向に向かうようにしたり、大きく広げて燃焼室内に均質混合気を形成したりできる。

第７の発明に係る内燃機関の制御装置においては、第１〜３のいずれかの発明の構成に加えて、異常検知手段は、プレイグニッションを検知するための手段を含む。制御手段は、プレイグニッションが検知されたときには、吸気弁に当たった燃料が点火プラグの方向に向かう噴射時期になるように、燃料噴射手段および吸気弁の少なくともいずれかを制御するための手段を含む。

第７の発明によると、高圧で噴射された筒内噴射用インジェクタからの燃料を、リフト量が小さい位置で吸気弁に当てて、燃料をその位置に比較的近い点火プラグ付近に飛散させる。これにより、点火プラグの温度を低下することによりプレイグを回避することができる。

第８の発明に係る内燃機関の制御装置においては、第１〜３のいずれかの発明の構成に加えて、検知手段は、内燃機関の運転状態が低回転軽負荷であるか否かを検知するための手段を含む。制御手段は、内燃機関の運転状態が低回転軽負荷であることが検知されたときには、吸気弁に当たった燃料が点火プラグの方向に向かう噴射時期になるように、燃料噴射手段および吸気弁の少なくともいずれかを制御するための手段を含む。

第８の発明によると、内燃機関の運転状態が低回転軽負荷の場合には、燃焼不安定になりやすいため、点火プラグ付近の混合気の形成を安定化させる必要がある。したがって、このような運転状態である場合には、高圧で噴射された筒内噴射用インジェクタからの燃料を、リフト量が小さい位置で吸気弁に当てて、その位置から点火プラグ方向に燃料を向かわせて、点火プラグ周りに安定した混合気（弱成層混合気）を形成させることができる。

第９の発明に係る内燃機関の制御装置においては、第７または８の発明の構成に加えて、制御手段は、吸気弁がリフト量の小さい時期付近に燃料噴射時期を設定するための手段を含む。

第９の発明によると、吸気弁がリフト量の小さい時期付近に筒内噴射用インジェクタから燃料を噴射して、吸気弁に当たった燃料が点火プラグの方向に向かうようにして、点火プラグを冷却したり、点火プラグ周りの混合気を安定化したりできる。

第１０の発明に係る内燃機関の制御装置においては、第１〜９のいずれかの発明の構成に加えて、検知手段は、内燃機関の点火プラグの絶縁抵抗を検知するための手段を含む。制御装置は、絶縁抵抗が予め定められた値以下になると、制御手段により、燃料噴射手段により噴射された燃料が内燃機関の吸気弁に当たるように、燃料噴射手段および吸気弁の少なくともいずれかが制御されることを中止するための手段をさらに含む。

第１０の発明によると、点火プラグに燃料が付着したり、過濃混合気の燃焼により点火プラグ硝子部に煤が形成されると、点火プラグの絶縁抵抗が低下する。このような状態では好ましい点火を実現できないため、筒内噴射用インジェクタにより噴射された燃料が吸気弁に当たるような制御を中止するようにして、点火プラグ自体の異常を回避する。

第１１の発明に係る内燃機関の制御装置は、第１０の発明の構成に加えて、絶縁抵抗が予め定められた値以下になった後に通常の状態に戻ると、制御手段により、燃料噴射手段により噴射された燃料が内燃機関の吸気弁に当たるように、燃料噴射手段および吸気弁の少なくともいずれかが制御されることを再開するための手段をさらに含む。

第１１の発明によると、点火プラグの絶縁状態が一旦低下したため制御手段による燃料を吸気弁に当てる制御を一旦中止した後、点火プラグの絶縁状態が元の正常な状態に復帰すると、筒内噴射用インジェクタにより噴射された燃料が吸気弁に当たるような制御を再開することができる。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがってそれらについての詳細な説明は繰返さない。

＜第１の実施の形態＞
図１を参照して、本実施の形態に係るエンジンについて説明する。このエンジンは、シリンダブロック１００、シリンダボア１２０、ピストン１４０、燃焼室１５０、コネクチングロッド１６０、クランク軸１８０、シリンダヘッド２００、燃料噴射弁２２０、点火プラグ２４０、吸気弁２６０、吸気ポート２８０、排気弁３００、排気ポート３２０、吸気管３４０、スロットル弁３６０が主要構成部品である。

また、吸気弁２６０および排気弁３００のバルブ開閉タイミングを可変に制御する可変バルブタイミング（ＶＶＴ（（Variable Valve Timing））機構２５０が備えられている。なお、このバルブタイミング機構２５０は、吸気弁２６０および排気弁３００のバルブ開閉タイミングおよびバルブリフト量を可変に制御するものであってもよい。

筒内直接噴射を行うため、燃料噴射弁２２０は、燃焼室１５０に直接開口するように設けられる。燃料噴射弁２２０の燃料入口は、配管３８０を介して、燃料タンク４００からフィードポンプ４１０および高圧ポンプ４０２に接続され、高圧の燃料が燃料噴射弁２２０に圧送され、筒内に直接噴射される。

ＥＣＵ（Electronic Control Unit）４２０は、マイクロコンピュータとして構成され、各センサからの内燃機関運転状態信号が入力され、ＥＣＵ４２０で必要な処理が実行され、燃料噴射弁２２０への燃料噴射信号および点火プラグ２４０への点火信号が出力される。このエンジンシステムに設けられるセンサとしては、クランク軸１８０に近接して設けられ、クランク角度の所定回転角度毎のパルス信号を発生するクランク角度センサ４４０、スロットル弁３６０の上流の吸気管３４０に設けられ、筒内に導入される吸入空気量を検出するエアーフローメータ４６０、スロットル弁３６０の開度を検知するスロットル開度センサ（図示せず）、排気管３２０に設けられ、空燃比を検出するための空燃比センサ（図示せず）がある。

また、シリンダブロック１００にノッキングを検出するためのノックセンサ５００が設けられる。ノックセンサ５００によりノッキングが検出された場合は、ＥＣＵ４２０は、通常のパターンでの燃料噴射から早期着火回避のための噴射パターンに移行する。このノックセンサ５００は、たとえば圧力センサ（圧電素子）であって、筒内圧力を検知することによりノッキングの振動を検知する。しかしながら、燃焼室に配置される電極により検出されるイオン電流や、排気ガス温度等からノッキングを検知するようにしてもよい。さらに、このようなノックセンサ５００に代えて、または加えて、早期着火(pre ignition)センサを設けるようにしてもよい。

図２を参照して、本実施の形態に係る制御装置であるＥＣＵ４２０で実行されるプログラムの制御構造について説明する。

ステップ（以下、ステップをＳと略す。）１００にて、ＥＣＵ４２０は、エンジン回転数センサ４４０、スロットル開度センサ、ノックセンサ５００および可変バルブタイミング機構２５０からの信号を検知する。このとき可変バルブタイミング機構２５０からの信号により、吸気弁２６０の開閉タイミングが検知される。

Ｓ１１０にて、ＥＣＵ４２０は、異常燃焼（ノック、プレイグ）があるか否かを判断する。異常燃焼があると判断されると（Ｓ１１０にてＹＥＳ）、処理はＳ１２０へ移される。もしそうでないと（Ｓ１１０にてＮＯ）、この処理は終了する。

Ｓ１２０にて、ＥＣＵ４２０は燃料噴射時期を算出する。このとき、エンジン回転数、スロットル開度、吸気弁の開閉タイミングにより、異常燃焼を回避する噴射時期を算出する。

Ｓ１３０にて、ＥＣＵ４２０は、噴射時期を変更する信号を出力する。

以上のような構造およびフローチャートに基づく、本実施の形態に係る制御装置であるＥＣＵ４２０により制御されるエンジンのシステムの動作について説明する。

エンジンが動作中にエンジン回転数センサ、スロットル開度センサ、可変バルブタイミング機構およびノックセンサからの信号が検知され、異常燃焼があると判断されると（Ｓ１１０にてＹＥＳ）、燃料噴射時期が算出される（Ｓ１２０）。

このときの状態について、図３を用いて、従来と本発明との相違点を説明する。図３には、吸排気弁リフトの挙動と、燃料噴射時期とを示す。従来の制御においては、噴射時期（Ａ）のタイミングで燃料が噴射されていた。すなわち、吸気弁２６０が開き出すと燃料噴射を開始し、噴霧（噴霧とは噴射された燃料）の吸気弁干渉期間に入ると間もなく燃料噴射を終了していた。

本発明においては、ノック発生時においては、噴射時期（Ｂ）が採用される。このとき、図３に示すように、噴射時期（Ｂ）は、噴霧の吸気弁干渉期間の中央付近に設けられ、高リフト時の燃料噴射となる。一方、プレイグ発生時においては、噴射時期（Ｃ）が採用される。このとき、図３に示すように、噴射時期（Ｃ）は、噴霧の吸気弁干渉期間の始期から中央付近までに設けられ、低リフト時の燃料噴射となる。

図４に、従来のように燃料噴射弁２２０による燃料噴射のタイミングを制御した場合であって、吸気弁２６０と噴射燃料との干渉がない場合を示す。これが、図３の噴射時期（Ａ）に対応している。すなわち、図４に示すように、燃料噴射弁２２０から噴射された燃料はピストン１４０の上面に当たり、黒煙を発生する原因となる。

図５に、吸気弁２６０と噴射燃料との干渉がある場合であって、吸気弁２６０が高リフト付近にあるときに、燃料噴射弁２２０から燃料が噴射された場合を示す。これが、図３の噴射時期（Ｂ）に対応する。図５に示すように、燃料噴射弁２２０から噴射された燃料は、高リフト付近にある吸気弁２６０に当たり、点火プラグ２４０を越えて反対側の排気側のバルブや壁面付近に到達する。このため、排気側の壁面が冷却された排気側火炎伝播を遅くすることでノッキングの抑制が可能となる。

図６に、吸気弁２６０と噴射燃料との干渉がある場合であって、吸気弁２６０が低リフト付近にあるときに、燃料噴射弁２２０から燃料が噴射された場合を示す。これが、図３の噴射時期（Ｃ）に対応する。図６に示すように、燃料噴射弁２２０から噴射された燃料は、低リフト付近にある吸気弁２６０に当たり、吸気弁２６０が大きく開いていないため（下方に大きく下がっていないため）、吸気弁２６０の近傍にある点火プラグ２４０近傍に飛散する。これにより、燃料噴射弁２２０から噴射された燃料は、吸気弁２６０に当たった後、点火プラグ２４０近傍に飛散されるため、点火プラグ２４０付近が冷却されることになる。これにより、高回転高負荷で発生するプレイグニッションは、点火プラグ２４０がヒートスポットとなり発生するため、点火プラグ２４０を冷却することで、このようなプレイグの抑制が可能となる。但し、圧縮時着火で発生するプレイグ（始動時、加速時等）は、排気側の壁面温度が高く発生するため、干渉した噴霧が排気側壁面に飛散するように高リフト付近で燃料噴射することが有効となる。

図７に、燃料噴射時期と噴霧の吸気弁干渉期間およびプラグ温度、排気側燃焼室壁面温度について示す。

噴霧の吸気弁干渉期間の始期と終期においては点火プラグ近傍の温度がより大きく冷却され、噴霧の吸気弁干渉期間の中央部付近においては排気側燃焼室壁面温度が大きく冷却される。これは、前述のように、燃料噴射弁２２０から噴射された燃料が吸気弁２６０と当たる位置が異なるため吸気弁に当たった燃料が飛散する先が異なるため、図７に示すように、点火プラグ温度がより大きく冷却されたり排気側燃焼室壁面温度がより大きく冷却されたりするという差異が発生するのである。

また、図８に示すように吸気弁２６０の高リフト付近で燃料噴射弁２２０から燃料が噴射されることにより、噴霧の筒内分散がより一層図られ、混合気の均質化を図ることができる。すなわち、図８（Ａ）に示すように、高リフト付近（リフト量が大きい位置）で燃料噴射弁２２０から燃料が噴射されると、吸気弁２６０に噴射された燃料が当たる。このとき、吸気弁２６０のリフト量が大きいこと（高リフトであってリフト位置が低位置であること）により、排気側への噴霧の分散量が多くなる。このような状態は、図８（Ｂ）に示すように、点火時において燃焼室内に均質な混合気を形成する。

すなわち、燃焼室内の混合気を均質化するためには、高リフト位置（リフト量が大きい位置、吸気弁２６０の位置が低い位置）のタイミングで、燃料噴射弁２２０から燃料を噴射することにより、噴霧の筒内分散をより一層図ることができ混合気の均質化を図ることができる。

また、図９に示すように吸気弁２６０が低リフト時において燃料噴射することにより点火プラグ２４０方向への燃料飛散が促進される。これにより、点火プラグ２４０付近で混合気の濃度が濃くなる、弱成層混合気の形成を図ることができる。すなわち、図９（Ａ）に示すように、燃料噴射時において燃料噴射弁２２０から燃料が噴射されるときに、吸気弁２６０の位置が低リフト位置（リフト量が小さい位置、吸気弁が高い位置）であると、燃料噴射弁２２０から噴射された燃料が吸気弁２６０に当たる。吸気弁２６０に当たった燃料は、吸気弁２６０の位置に近い点火プラグ２４０付近に飛散される。このため、図９（Ｂ）に示すように、点火直前の状態において、点火プラグ２４０付近の混合気の濃度が高く、点火プラグ２４０から離れるに従って混合気の濃度が低いという弱成層混合気を形成することができる。

すなわち、図９に示すように吸気弁２６０が低リフト（リフト量が小さい、吸気弁の位置が高い）において、燃料噴射弁２２０から噴射された燃料は、吸気弁２６０に当たって点火プラグ２４０付近に飛散するため、図８に示すような燃焼室内の均質混合気が形成されるのではなく、点火プラグ２４０付近に特に濃い混合気を形成する弱成層混合気を形成することができる。

以上のようにして、本実施の形態に係る制御装置であるＥＣＵにより制御されるエンジンシステムにおいては、吸気弁のリフト量が大きくなるにつれ燃料噴射弁と吸気弁との干渉が大きくなる。このとき、吸気弁との干渉が始まる吸気弁の低リフト位置において干渉した燃料噴霧は干渉位置に比較的近い点火プラグ付近へ飛散する。また高リフト付近で干渉した燃料噴霧は広がって排気側燃焼室ヘッド壁面や壁面に飛散する。このように、本実施の形態に係る制御装置においては、吸気弁に干渉する燃料噴霧の飛散状態が吸気弁リフト量（リフト位置）で異なることを利用して、燃料噴射弁による燃料噴射時期を制御することにより異常燃焼の発生原因を冷却し異常燃焼を抑制することができる。さらに、燃料噴射弁から噴射された燃料と吸気弁とのリフト位置とにより吸気弁により当たった燃料噴霧が飛散する先が異なることにより、吸気弁と燃料噴霧との干渉が始まる吸気弁低リフト位置において干渉した噴霧は干渉位置に比較的近いプラグ付近に飛散するのでこれを用いて、プラグ付近に特に濃い混合気が形成される弱成層混合気を形成することができる。また高リフト付近で干渉した噴霧は点火プラグ付近に高濃度の混合気を形成するのではなく、燃焼室内に均質な混合気を形成する。これにより、弱成層混合気や均質燃焼混合気を形成させることができる。

＜第２の実施の形態＞
以下、本発明の第２の実施の形態について説明する。本実施の形態は、前述の第１の実施の形態において説明した制御を中断する場合の処理を実行する。なお、本実施の形態におけるエンジンシステムのハードウェア構成は、前述の第１の実施の形態と同じである。したがって、それらについての詳細な説明はここでは繰返さない。

点火プラグ２４０の絶縁抵抗の低下は、主に点火プラグ２４０に燃料が付着した状態の燃焼、過濃混合気（濃過ぎる混合気）の燃焼により点火プラグ２４０のガラス部に煤が生成され発生する。

本実施の形態においては、点火プラグ２４０の絶縁抵抗の低下を検知すると、通常設定されている噴射時期制御により、噴霧と吸気弁２６０との干渉の有無を判定した後、干渉すると判断された運転条件では、吸気弁２６０に干渉しないように燃料噴射弁２２０の燃料噴射時期に制御される。これにより、噴射燃料の点火プラグ２４０方向への飛散や燃料の点火プラグ２４０への付着を抑制し、点火プラグ２４０の絶縁抵抗の回復を促進する。なお、絶縁抵抗が回復されると、第１の実施の形態における制御のように噴射時期が変更される。

図１０を参照して、本実施の形態に係る制御装置であるＥＣＵ４２０により実行されるプログラムの制御構造について説明する。

Ｓ２００にて、ＥＣＵ４００は、点火プラグ２４０の絶縁抵抗Ｒを検知する。Ｓ２１０にて、ＥＣＵ４２０は、絶縁抵抗Ｒがしきい値Ｒ（ＴＨ）よりも小さいか否かを判断する。絶縁抵抗Ｒ＜しきい値Ｒ（ＴＨ）であると（Ｓ２１０にてＹＥＳ）、処理はＳ２２０へ移される。もしそうでないと（Ｓ２１０にてＮＯ）、この処理は終了する。

Ｓ２２０にて、ＥＣＵ４２０は、エンジン回転数センサ、スロットル開度センサ、可変バルブタイミング機構からの信号を検知する。Ｓ２３０にて、ＥＣＵ４２０は、燃料噴射時期Ａを読込む。

Ｓ２４０にて、ＥＣＵ４２０は、燃料噴射時期Ａでの噴霧のバルブ干渉があるか否かを判断する。これは、エンジン回転数、スロットル開度、吸気弁２６０のバルブタイミングおよび燃料噴射時期Ａにより判断される。燃料噴射時期Ａでの噴霧のバルブ干渉があると判断されると（Ｓ２４０にてＹＥＳ）、処理はＳ２５０へ移される。もしそうでないと（Ｓ２４０にてＮＯ）、この処理は終了する。

Ｓ２５０にて、ＥＣＵ４２０は、燃料噴射弁２２０から噴射された燃料と吸気弁２６０とが干渉しないような燃料噴射時期を算出する。Ｓ２６０にて、ＥＣＵ４２０は、燃料噴射弁２２０の燃料噴射時期変更信号を出力する。

以上のようにして、本実施の形態に係る制御装置により制御されるエンジンシステムの動作について説明する。

前述の第１の実施の形態に係る制御装置において燃料噴射弁２２０から噴射された燃料が吸気弁２６０に当たって点火プラグ２４０付近に飛散されたり排気側ヘッド内壁面に飛散されたりするような状態が続いている場合において、特に点火プラグ２４０付近に噴射された燃料が飛散されると点火プラグ２４０の絶縁抵抗Ｒが次第に低下する。絶縁抵抗Ｒが検知され（Ｓ２００）、検知された絶縁抵抗Ｒがしきい値Ｒ（ＴＨ）よりも小さいと（Ｓ２１０にてＹＥＳ）、これ以上、このような点火プラグ２４０付近に噴射された燃料が吸気弁２６０に当たって点火プラグ２４０付近に燃料が到達することを避けなければならない。このため、エンジン回転数やスロットル開度や吸気弁２６０の開閉タイミングと現在の燃料噴射時期とに基づいて現在の燃料噴射時期での噴霧のバルブ干渉がある場合には（Ｓ２４０にてＹＥＳ）、干渉しないような燃料噴射時期が算出される（Ｓ２５０）。算出された燃料噴射時期になるように燃料噴射弁２２０から燃料が噴射されるように噴射時期変更信号が出力される（Ｓ２６０）。

以上のようにして、本実施の形態に係る制御装置であるＥＣＵにより制御されるエンジンシステムによると、点火プラグの絶縁抵抗が低下してくると、点火プラグに吸気弁に当たった燃料が到達しないように噴霧燃料とバルブとが干渉しないような燃料噴射時期が算出されそのように噴射時期が変更される。その結果、点火プラグの絶縁抵抗の低下を抑制することができる。

＜第１の実施の形態および第２の実施の形態の変形例＞
上述した第１の実施の形態および第２の実施の形態においては、燃料噴射弁２２０から噴射された噴霧と吸気弁２６０との位置関係を所望の位置関係に調整するために、燃料噴射弁２２０からの燃料噴射を制御していたが、本発明はこれに限定されない。燃料噴射弁２２０からの燃料噴射を制御することに代えてあるいは加えて可変バルブタイミング機構２５０や可変バルブリフト機構を用いて、吸気弁２６０の開閉タイミングやリフト量を変化させることにより、燃料噴射弁２２０から噴射された噴霧と吸気弁２６０との位置関係を所望の位置関係に調整するようにしてもよい。なお、これらのバルブ可変機構については、油圧式、電磁式のいずれであってもよい。

＜この制御装置が適用されるに適したエンジン＞
上述したエンジンシステムにおいては、筒内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁２２０のみを有するエンジンを本実施の形態に係る制御装置が適用されるとして説明したが、以下のような構成を有するエンジンシステムに、本実施の形態に係る制御装置を適用することもできる。

このエンジンシステムは、エンジンの吸気通路内に燃料を噴射するための吸気通路用燃料噴射弁（以下、吸気通路噴射用インジェクタと記載する）と、機関燃焼室内に燃料を直接噴射するための燃料噴射弁（以下、筒内噴射用インジェクタと記載する）とを具備し、エンジン回転数とエンジン負荷とに基づいて吸気通路噴射用インジェクタと吸気通路噴射用インジェクタとの燃料噴射比率を決定するエンジンである。

図１１を参照して、エンジンの運転状態に対応させた情報である、筒内噴射用インジェクタと吸気通路噴射用インジェクタとの噴き分け比率（以下、ＤＩ比率（r）とも記載する。）を表わすマップについて説明する。これらのマップは、エンジンＥＣＵ３００のＲＯＭ３２０に記憶される。

図１１に示すように、このマップは、エンジンの回転数を横軸にして、負荷率を縦軸にして、筒内噴射用インジェクタの分担比率がＤＩ比率ｒとして百分率で示されている。「ＤＩ比率ｒ＝１００％」とは、筒内噴射用インジェクタからのみ燃料噴射が行なわれる領域であることを意味し、「ＤＩ比率ｒ＝０％」とは、吸気通路噴射用インジェクタからのみ燃料噴射が行なわれる領域であることを意味する。「ＤＩ比率ｒ≠０％」、「ＤＩ比率ｒ≠１００％」および「０％＜ＤＩ比率ｒ＜１００％」とは、筒内噴射用インジェクタと吸気通路噴射用インジェクタとで燃料噴射が分担して行なわれる領域であることを意味する。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本実施の形態に係るエンジンシステムの概略構成図である。 図１のＥＣＵで実行されるプログラムの制御構造を示すフローチャート（その１）である。 吸気弁および排気弁の作動タイミングと燃料噴射タイミングとを示すタイミングチャートである。 燃料噴射状態を示す図（その１：従来）である。 燃料噴射状態を示す図（その２：本発明の高リフト時）である。 燃料噴射状態を示す図（その３：本発明の低リフト時）である。 燃料噴射時期と温度との関係を示す図である。 燃料状態を示す図（本発明の高リフト時）である。 燃料状態を示す図（本発明の低リフト時）である。 図１のＥＣＵで実行されるプログラムの制御構造を示すフローチャート（その２）である。 本発明の実施の形態に係る制御装置が適用されるに好適なエンジンの温間時のＤＩ比率マップを表わす図である。

符号の説明

１００ シリンダブロック、１４０ ピストン、１５０ 燃焼室、２２０ 燃料噴射弁、２４０ 点火プラグ、４２０ ＥＣＵ、５００ ノックセンサ。

Claims (8)

1. 筒内に燃料を噴射するための筒内燃料噴射手段を備えた内燃機関の制御装置であって、
   前記内燃機関の運転状態を検知するための検知手段と、
   前記内燃機関の異常燃焼を検知するための異常検知手段と、
   前記異常燃焼が検知された場合のみ、前記筒内燃料噴射手段により噴射された燃料が前記内燃機関の吸気弁に当たるように、前記内燃機関を制御するための制御手段とを含み、
   前記制御手段は、前記異常燃焼の種類に応じて前記筒内燃料噴射手段により噴射された燃料が前記内燃機関の前記吸気弁に当たって飛散する方向が異なるように、前記異常燃焼の種類に応じて前記筒内燃料噴射手段による燃料噴射時期を変化させる、内燃機関の制御装置。
2. 前記検知手段は、前記内燃機関の回転数および吸気弁作動状態の少なくとも１つを検知するための手段を含み、
   前記制御手段は、
   前記回転数および前記吸気弁作動状態の少なくとも１つに基づいて算出された噴射時期になるように、前記筒内燃料噴射手段を制御するための手段を含む、請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記異常検知手段は、ノッキングを検知するための手段を含み、
   前記制御手段は、前記ノッキングが検知されたときには、前記吸気弁に当たった燃料が排気側燃焼室ヘッド壁および排気側燃焼室の少なくともいずれかの方向に向かうように、前記筒内燃料噴射手段を制御するための手段を含む、請求項１または２に記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記制御手段は、前記吸気弁のリフト量の大きい時期付近に燃料噴射時期を設定するための手段を含む、請求項３に記載の内燃機関の制御装置。
5. 前記異常検知手段は、プレイグニッションを検知するための手段を含み、
   前記制御手段は、前記プレイグニッションが検知されたときには、前記吸気弁に当たった燃料が点火プラグの方向に向かうように、前記筒内燃料噴射手段を制御するための手段を含む、請求項１または２に記載の内燃機関の制御装置。
6. 前記制御手段は、前記吸気弁のリフト量の小さい時期付近に燃料噴射時期を設定するための手段を含む、請求項５に記載の内燃機関の制御装置。
7. 前記検知手段は、前記内燃機関の点火プラグの絶縁抵抗を検知するための手段を含み、
   前記制御装置は、前記絶縁抵抗が予め定められた値以下になると、前記制御手段により、前記筒内燃料噴射手段により噴射された燃料が前記内燃機関の前記吸気弁に当たるように、前記筒内燃料噴射手段が制御されることを中止するための手段をさらに含む、請求項５に記載の内燃機関の制御装置。
8. 前記制御装置は、前記絶縁抵抗が予め定められた値以下になった後に通常の状態に戻ると、前記制御手段により、前記筒内燃料噴射手段により噴射された燃料が前記内燃機関の前記吸気弁に当たるように、前記筒内燃料噴射手段が制御されることを再開するための手段をさらに含む、請求項７に記載の内燃機関の制御装置。

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