JP6139462B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、気筒ごとに設けられた２つの吸気弁のバルブタイミングを互いに異なるように変更するバルブタイミング変更装置と、互いに異なるオクタン価の燃料を噴射する２つの燃料噴射装置とを備えた内燃機関の制御装置に関する。

従来、内燃機関の制御装置として、特許文献１に記載されたものが知られている。この内燃機関は、ポート燃料噴射弁及び筒内燃料噴射弁を備えており、このポート燃料噴射弁からは、燃料としてのエタノールが吸気通路内に噴射され、筒内燃料噴射弁からは、燃料としてのガソリンが気筒内に直接、噴射される。

この制御装置の図７，８に示す実施例では、エアフローメータで検出された空気量、点火時期及びクランク角に応じて、スパークプラグに対する要求電圧Ｐｅを予測し（ステップ３１）、この要求電圧Ｐｅがしきい値Ｐｔよりも大きいときには、ポート燃料噴射弁によるエタノールの噴射量と、筒内燃料噴射弁によるガソリンの噴射量との比率を決定し、この比率に基づいて、筒内燃料噴射弁及びポート燃料噴射弁が駆動される（ステップ３３）。それにより、スパークプラグに対する要求電圧Ｐｅを低下させることができ、失火が抑制される。

特開２００９−１７４３５４号公報

上記特許文献１の制御装置によれば、気筒内の混合気の燃焼状態を考慮することなく、失火を抑制するために、要求電圧Ｐｅに応じて、ポート燃料噴射弁によるエタノールの噴射量と、筒内燃料噴射弁によるガソリンの噴射量との比率を決定しているものに過ぎないので、気筒内の混合気の燃焼状態に起因して、ノッキングが発生するおそれがある。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、互いに異なるオクタン価の２種類の燃料が噴射される内燃機関において、ノッキングの発生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を目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、気筒３ａごとに設けられた２つの吸気弁４ａ，４ｂと、２つの吸気弁４ａ，４ｂのバルブタイミングを互いに異なるように変更可能なバルブタイミング変更装置（第２可変カム位相機構９）と、所定オクタン価の第１燃料（エタノール）を噴射する第１燃料噴射装置（第１燃料噴射弁１１）と、第１燃料よりも低オクタン価の第２燃料（ガソリン）を噴射する第２燃料噴射装置（第２燃料噴射弁１２）とを有する内燃機関３の制御装置１であって、内燃機関３が所定の運転状態（第２運転領域）にあるときに、２つの吸気弁４ａ，４ｂの一方が他方よりも早いバルブタイミングになるように、バルブタイミング変更装置を制御するバルブタイミング制御手段（ＥＣＵ２、ステップ１３）と、一方の吸気弁４ａが開き始めるタイミング以降の所定の第１タイミングで第１燃料を噴射するように、第１燃料噴射装置を制御する第１噴射制御手段（ＥＣＵ２、ステップ４）と、所定の第１タイミングよりも遅い所定の第２タイミングで第２燃料を噴射するように、第２燃料噴射装置を制御する第２噴射制御手段（ＥＣＵ２、ステップ４）と、所定の第２タイミングよりも遅い所定の第３タイミングで第１燃料を再度、噴射するように、第１燃料噴射装置を制御する第３噴射制御手段（ＥＣＵ２、ステップ４）と、を備えることを特徴とする。

この内燃機関の制御装置によれば、内燃機関が所定の運転状態にあるときに、２つの吸気弁の一方が他方よりも早いバルブタイミングになるように、バルブタイミング変更装置が制御され、一方の吸気弁が開き始めるタイミング以降の所定の第１タイミングで第１燃料を噴射するように、第１燃料噴射装置が制御されるので、この所定の第１タイミングを、一方の吸気弁のみが開いているタイミングや、一方の吸気弁のリフトが他方の吸気弁よりも大きいときのタイミングに設定することによって、スワール流が気筒内に発生するようなタイミングで、第１燃料を噴射することができ、それにより、第１燃料の混合気層を気筒の内壁面に沿って形成することができる。また、所定の第１タイミングよりも遅い所定の第２タイミングで第２燃料を噴射するように、第２燃料噴射装置が制御されるので、第２燃料の混合気層を第１燃料の混合気層の内側に形成することができる。それにより、オクタン価の高い第１燃料を主成分とする混合気層をノッキングの発生しやすい気筒内壁面側に配置し、それよりもオクタン価の低い第２燃料を主成分とする混合気層をその内側に配置した状態の層状混合気を形成することができるので、混合気全体としてのオクタン価を上昇させることなく、ノッキングの発生を効果的に抑制することができる。さらに、所定の第２タイミングよりも遅い所定の第３タイミングで第１燃料を再度、噴射するように、第１燃料噴射装置が制御されるので、オクタン価の高い第１燃料を主成分とする混合気層をノッキングの発生しやすい気筒内壁面側に配置し、それよりもオクタン価の低い第２燃料を主成分とする混合気層をその内側に配置した状態の層状混合気を、確実に形成することができる。その結果、ノッキングの発生をさらに効果的に抑制することができる。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の内燃機関３の制御装置１において、所定の第１タイミングは、一方の吸気弁４ａが開き始めるタイミングから一方の吸気弁４ａのリフトが他方の吸気弁４ｂのリフトと同じになるタイミング付近までの期間中のタイミングに設定されており、所定の第２タイミングは、所定の第１タイミングよりも遅く、かつ他方の吸気弁４ｂが閉じるタイミング以前のタイミングに設定されていることを特徴とする。

この内燃機関の制御装置によれば、一方の吸気弁が開き始めるタイミングから一方の吸気弁のリフトが他方の吸気弁のリフトと同じになるタイミング付近までの期間中のタイミング、すなわちスワール流が気筒内に発生するようなタイミングで第１燃料が噴射され、第１燃料の噴射タイミングよりも遅く、かつ他方の吸気弁が閉じるタイミング以前のタイミングで、第２燃料が噴射されるので、オクタン価の高い第１燃料を主成分とする混合気層をノッキングの発生しやすい気筒内壁面側に配置し、それよりもオクタン価の低い第２燃料を主成分とする混合気層をその内側に配置した状態の層状混合気をより一層、確実に形成することができる。その結果、ノッキングの発生をより一層、効果的に抑制することができる。

請求項３に係る発明は、気筒３ａごとに設けられた２つの吸気弁４ａ，４ｂと、２つの吸気弁４ａ，４ｂのバルブタイミングを互いに異なるように変更可能なバルブタイミング変更装置（第２可変カム位相機構９）と、所定オクタン価の第１燃料（エタノール）を噴射する第１燃料噴射装置（第１燃料噴射弁１１）と、第１燃料よりも低オクタン価の第２燃料（ガソリン）を噴射する第２燃料噴射装置（第２燃料噴射弁１２）とを有する内燃機関３の制御装置１であって、内燃機関３が所定の運転状態（第２運転領域）にあるときに、２つの吸気弁４ａ，４ｂの一方が他方よりも早いバルブタイミングになるように、バルブタイミング変更装置を制御するバルブタイミング制御手段（ＥＣＵ２、ステップ１３）と、第１燃料噴射装置による第１燃料の噴射タイミング及び第２燃料噴射装置による第２燃料の噴射タイミングを、一方の吸気弁４ａが開き始めるタイミング以降から他方の吸気弁４ｂが閉じるタイミングまでの期間中になるように、第１燃料噴射装置及び第２燃料噴射装置を制御するとともに、第１燃料噴射装置からの第１燃料の噴射タイミングを、第１燃料の噴射タイミングにおいて気筒３ａ内で形成されるスワール流が第２燃料噴射装置の噴射タイミングにおいて気筒３ａ内で形成されるスワール流よりも強くなるタイミングに設定する噴射制御手段（ＥＣＵ２、ステップ４）と、を備えることを特徴とする。

この内燃機関の制御装置によれば、内燃機関が所定の運転状態にあるときに、２つの吸気弁の一方が他方よりも早いバルブタイミングになるように、バルブタイミング変更装置が制御され、第１燃料噴射装置による第１燃料の噴射タイミング及び第２燃料噴射装置による第２燃料の噴射タイミングを、一方の吸気弁が開き始めるタイミング以降から他方の吸気弁が閉じるタイミングまでの期間中になるように、第１燃料噴射装置及び第２燃料噴射装置が制御される。その際、第１燃料噴射装置からの第１燃料の噴射タイミングが、第１燃料の噴射タイミングにおいて気筒内で形成されるスワール流が第２燃料噴射装置の噴射タイミングにおいて気筒内で形成されるスワール流よりも強くなるタイミングに設定されるので、第１燃料の混合気層を気筒の内壁面に沿って形成しながら、第２燃料の混合気層を第１燃料の混合気層の内側に形成することができる。それにより、オクタン価の高い第１燃料を主成分とする混合気層をノッキングの発生しやすい気筒内壁面側に配置し、それよりもオクタン価の低い第２燃料を主成分とする混合気層をその内側に配置した状態の層状混合気を形成することができるので、混合気全体としてのオクタン価を上昇させることなく、ノッキングの発生を効果的に抑制することができる。

請求項４に係る発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載の内燃機関３の制御装置１において、第１燃料噴射装置は、２つの吸気弁４ａ，４ｂよりも上流側の吸気通路１０内に第１燃料を噴射するように設けられ、第２燃料噴射装置は、第２燃料を気筒３ａ内に直接、噴射するように設けられていることを特徴とする。

この内燃機関の制御装置によれば、第１燃料噴射装置が、２つの吸気弁よりも上流側の吸気通路内に第１燃料を噴射するように設けられているので、第１燃料の混合気が吸気ポートを介して気筒内に流入するタイミングを適切に設定することによって、第１燃料の混合気をスワール流の状態で気筒内に流入させることができる。さらに、第２燃料噴射装置は、第２燃料を気筒内に直接、噴射するように設けられているので、オクタン価の高い第１燃料を主成分とする混合気層をノッキングの発生しやすい気筒内壁面側に配置し、それよりもオクタン価の低い第２燃料を主成分とする混合気層をその内側に配置した状態の層状混合気を確実に形成することができる。その結果、請求項１ないし４のいずれかに係る発明の作用効果を確実に奏することができる。

本発明の一実施形態に係る制御装置及びこれを適用した内燃機関の構成を模式的に示す図である。 吸気動弁機構の構成を模式的に示す斜視図である。 第１可変カム位相機構によって、第１吸気弁及び第２吸気弁のカム位相が最進角位置と最遅角位置に設定されているときのリフト曲線を示す図である。 第２可変カム位相機構によって、第１吸気弁４ａと第２吸気弁４ｂとの間の位相差が値０に設定されているときのリフト曲線を示す図である。 第２可変カム位相機構によって、第１吸気弁４ａと第２吸気弁４ｂとの間の位相差が最大値に設定されているときのリフト曲線を示す図である。 燃料噴射制御処理を示すフローチャートである。 バルブタイミング制御処理を示すフローチャートである。 吸気行程の初期において第１吸気弁のみが開弁状態にあるときの気筒内における混合気の流れを模式的に示す（ａ）平面図と（ｂ）正面図である。 吸気行程の中期において第１吸気弁及び第２吸気弁が同一リフトで開弁状態にあるときの気筒内における混合気の流れ及び第２燃料噴射弁の燃料噴射を模式的に示す（ａ）平面図と（ｂ）正面図である。 吸気行程の後期において第１吸気弁のみが開弁状態にあるときの気筒内における混合気の流れを模式的に示す（ａ）平面図と（ｂ）正面図である。 内燃機関の運転領域がノッキングの発生しやすい高ノック域にあるときに生成される層状混合気を示す図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の一実施形態に係る内燃機関の制御装置について説明する。図１に示すように、本実施形態の制御装置１は、ＥＣＵ２を備えており、このＥＣＵ２によって、後述するように、燃料噴射制御処理などの各種の制御処理が実行される。

この内燃機関（以下「エンジン」という）３は、４組の気筒３ａ及びピストン３ｂ（１組のみ図示）を有する直列４気筒タイプのものであり、図示しない車両に搭載されている。また、エンジン３は、図１及び図２に示すように、気筒３ａごとに設けられた第１及び第２吸気弁４ａ，４ｂと、気筒３ａごとに設けられた排気弁５，５（１つのみ図示）と、第１及び第２吸気弁４ａ，４ｂを開閉駆動する吸気動弁機構６などを備えている。

この吸気動弁機構６は、具体的には、本出願人が特許第４７４７１５８号公報などで提案済みのものと同様に構成されているので、その詳細な説明は省略するが、吸気カムシャフト７、第１可変カム位相機構８及び第２可変カム位相機構９などで構成されている。

吸気カムシャフト７は、インナシャフト及びアウタシャフト（いずれも図示せず）を組み合わせたものであり、インナシャフトには、第１吸気カム７ａが一体に回転するように取り付けられている。吸気カムシャフト７の回転中、第１吸気弁４ａは、この第１吸気カム７ａによって駆動され、それに伴って、第１吸気ポート１０ａ（図８〜１０参照）を開閉する。

また、アウタシャフトは、インナシャフトの外側に配置され、インナシャフトに対して相対的に所定範囲内で軸線回りに回転可能に配置されており、このアウタシャフトには、第２吸気カム７ｂが一体に回転するように取り付けられている。吸気カムシャフト７の回転中、第２吸気弁４ｂは、この第２吸気カム７ｂによって駆動され、それに伴って、第２吸気ポート１０ｂ（図８〜１０参照）を開閉する。

さらに、第１可変カム位相機構８は、吸気カムシャフト７のクランクシャフト３ｃに対する相対的な位相（以下「吸気カム位相」という）ＣＡＩＮを所定範囲内で無段階に進角側又は遅角側に変更するものであり、吸気カムシャフト７の吸気スプロケット（図示せず）側の端部に設けられている。

この第１可変カム位相機構８は、本出願人が前述した特許第４７４７１５８号公報などで提案済みのものと同様に構成されているので、その詳細な説明は省略するが、第１カム位相制御弁８ａなどを備えている。この第１可変カム位相機構８の場合、ＥＣＵ２からの駆動信号によって第１カム位相制御弁８ａが制御されることにより、吸気カム位相ＣＡＩＮを、所定の最進角値ＣＡＩＮａｄと所定の最遅角値ＣＡＩＮｒｔとの間で連続的に変化させる。

この場合、２つの吸気弁４ａ，４ｂは、後述する位相差ＤＣＡＩＮ＝０となっている状態において、吸気カム位相ＣＡＩＮが所定の最進角値ＣＡＩＮａｄに制御されているときには、図３に実線で示す最進角タイミングで開閉し、吸気カム位相ＣＡＩＮが所定の最遅角値ＣＡＩＮｒｔに制御されているときには、図３に２点鎖線で示す最遅角タイミングで開閉する。すなわち、２つの吸気弁４ａ，４ｂのバルブタイミングは、第１可変カム位相機構８によって、図３に実線で示す最進角タイミングと図３に２点鎖線で示す最遅角タイミングとの間で無段階に変更される。なお、図３の横軸のＣＡはクランク角である。

一方、第２可変カム位相機構９（バルブタイミング変更装置）は、第１吸気カム７ａと第２吸気カム７ｂとの間の相対的な位相差、すなわち第１吸気弁４ａと第２吸気弁４ｂとの間の位相差ＤＣＡＩＮを所定範囲内で無段階に変更するものであり、吸気カムシャフト７の第１可変カム位相機構８と反対側の端部に設けられている。

この第２可変カム位相機構９は、本出願人が前述した特許第４７４７１５８号公報などで提案済みのものと同様に構成されているので、その詳細な説明は省略するが、第２カム位相制御弁９ａなどを備えている。この第２可変カム位相機構９の場合、ＥＣＵ２からの駆動信号によって第２カム位相制御弁９ａが制御されることにより、位相差ＤＣＡＩＮを値０と所定の最大値ＤＣＡＩＮｍａｘとの間で連続的に変化させる。この所定の最大値ＤＣＡＩＮｍａｘは、所定の正値に設定されている。

この場合、２つの吸気弁４ａ，４ｂは、ＤＣＡＩＮ＝０のときには、図４に示す同一位相タイミングで開閉し、ＤＣＡＩＮ＝ＤＣＡＩＮｍａｘのときには、図５に示す最大位相差タイミングで開閉する。すなわち、図５に示すように、最大位相差タイミングにあるときには、第２吸気弁４ｂは、第１吸気弁４ａと比べて、ＤＣＡＩＮｍａｘ分遅角側のタイミングで開閉する。以上の構成により、２つの吸気弁４ａ，４ｂのバルブタイミングは、第２可変カム位相機構９によって、図４に示す同一位相タイミングと図５に示す最大位相差タイミングとの間で無段階に変更される。

また、２つの排気弁５，５は、エンジン３の運転中、図示しない排気動弁機構によって駆動されることにより、気筒３ａ内の燃焼ガスを排気通路１５側に排出する。

また、エンジン３には、第１燃料噴射弁１１、第２燃料噴射弁１２、点火プラグ１３及びクランク角センサ２０が設けられている。この場合、第１燃料噴射弁１１、第２燃料噴射弁１２及び点火プラグ１３はいずれも、気筒３ａごとに設けられている（いずれも１つのみ図示）。

まず、第１燃料噴射弁１１（第１燃料噴射装置）は、図示しない燃料タンクからのエタノールを噴射するものであり、各気筒３ａの２つの吸気ポート１０ａ，１０ｂの分岐開始部分よりも上流側の吸気通路１０に臨むように、インテークマニホールドに取り付けられている。それにより、２つの吸気弁４ａ，４ｂがいずれも開弁状態にある場合、第１燃料噴射弁１１から噴射されたエタノールの噴霧は、２つの吸気ポート１０ａ，１０ｂを介して、気筒３ａ内に流入する（図９参照）。

また、第２燃料噴射弁１２（第２燃料噴射装置）は、図示しない燃料タンクからのガソリンを噴射するものであり、気筒３ａ内に臨むようにシリンダヘッドに取り付けられている。それにより、第２燃料噴射弁１２によって、ガソリンは、直接、気筒３ａ内に噴射される（図９，１０参照）。

さらに、以上の第１燃料噴射弁１１及び第２燃料噴射弁１２はいずれも、ＥＣＵ２に電気的に接続されており、ＥＣＵ２によって、後述するように、第１燃料噴射弁１１によるエタノールの噴射タイミング及び噴射量と、第２燃料噴射弁１２によるガソリンの噴射タイミング及び噴射量とが制御される。すなわち、燃料噴射制御が実行される。

これに加えて、点火プラグ１３もＥＣＵ２に電気的に接続されており、ＥＣＵ２によって、点火プラグ１３による混合気の点火時期が制御される。すなわち、点火時期制御が実行される。

一方、クランク角センサ２０は、マグネットロータ及びＭＲＥピックアップで構成されており、クランクシャフト３ｃの回転に伴い、いずれもパルス信号であるＣＲＫ信号及びＴＤＣ信号をＥＣＵ２に出力する。このＣＲＫ信号は、所定クランク角（例えば２゜）ごとに１パルスが出力され、ＥＣＵ２は、このＣＲＫ信号に基づき、エンジン３の回転数（以下「エンジン回転数」という）ＮＥを算出する。

また、ＴＤＣ信号は、各気筒３ａのピストン３ｂが吸気行程のＴＤＣ位置よりも若干、手前の所定のクランク角位置にあることを表す信号であり、本実施形態の４気筒エンジンの場合、クランク角１８０゜ごとに１パルスが出力される。

さらに、ＥＣＵ２には、アクセル開度センサ２１が電気的に接続されている。このアクセル開度センサ２１は、車両の図示しないアクセルペダルの踏み込み量（以下「アクセル開度」という）ＡＰを検出して、それを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。

一方、ＥＣＵ２は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ及びＩ／Ｏインターフェース（いずれも図示せず）などからなるマイクロコンピュータで構成されており、以上の各種のセンサ２０，２１の検出信号などに基づいて、以下に述べるように、燃料噴射制御処理などの各種の制御処理を実行する。なお、本実施形態では、ＥＣＵ２が、バルブタイミング制御手段、第１〜第５噴射制御手段及び噴射制御手段に相当する。

次に、図６を参照しながら、燃料噴射制御処理について説明する。この燃料噴射制御処理は、第１燃料噴射弁１１によるエタノールの噴射タイミング及び噴射量と、第２燃料噴射弁１２によるガソリンの噴射タイミング及び噴射量とを制御するものであり、ＥＣＵ２によりＴＤＣ信号の発生タイミングに同期して実行される。

同図に示すように、まず、ステップ１（図では「Ｓ１」と略す。以下同じ）で、エンジン回転数ＮＥ及びアクセル開度ＡＰに応じて、図示しないマップを検索することにより、要求トルクＴＲＱを算出する。

次いで、ステップ２に進み、運転領域判定処理を実行する。この運転領域判定処理では、エンジン回転数ＮＥ及び要求トルクＴＲＱに基づき、エンジン３の運転領域が高回転＆高負荷域などの、ノッキングの発生しやすい高ノック域にあるか否かを判定し、その判定結果に基づいて、高ノックフラグＦ＿ＫＮＯＣＫの値が設定される。具体的には、高ノックフラグＦ＿ＫＮＯＣＫは、エンジン３の運転領域が高ノック域にあるときには「１」に設定され、それ以外のときには「０」に設定される。

ステップ２に続くステップ３で、上述した高ノックフラグＦ＿ＫＮＯＣＫが「１」であるか否かを判別する。この判別結果がＹＥＳのときには、エンジン３の運転領域がノッキングの発生しやすい高ノック域にあることで、エタノール＆ガソリン噴射制御処理を実行すべきであると判定して、ステップ４に進み、エタノール＆ガソリン噴射制御処理を実行する。

このエタノール＆ガソリン噴射制御処理では、吸気行程の初期のタイミングで、第１燃料噴射弁１１によるエタノール噴射のみが実行され、吸気行程の中期のタイミングで、第２燃料噴射弁１２によるガソリン噴射のみが実行されるとともに、吸気行程の後期のタイミングで、第１燃料噴射弁１１によるエタノール噴射のみが再度、実行される。それにより、気筒３ａ内には、後述するように、エタノールの噴霧が気筒３ａの内壁面側に主に配置され、ガソリンの噴霧が気筒３ａの中心側に主に配置された層状の混合気が形成される（図１１参照）。

この場合、第１燃料噴射弁１１による１回目及び２回目のエタノールの噴射タイミング及び噴射量と、第２燃料噴射弁１２によるガソリンの噴射タイミング及び噴射量は、エンジン回転数ＮＥ、要求トルクＴＲＱ、目標吸気カム位相ＣＡＩＮｃｍｄ及び目標位相差ＤＣＡＩＮｃｍｄなどに応じて決定される。より具体的には、１回目のエタノールの噴射開始タイミング（所定の第１タイミング）は、第１吸気弁４ａが開き始めるタイミングから第１吸気弁４ａと第２吸気弁４ｂのリフトが同一になる同一リフトタイミング（例えば図５のクランク角ＣＡ＝ＣＡ１のタイミング）との間に設定される。

また、ガソリンの噴射開始タイミング（所定の第２及び第４タイミング）は、上記同一リフトタイミングから第２吸気弁４ｂが閉じるタイミングまでの間、すなわち第２吸気弁４ｂのリフトの方が第１吸気弁４ａのリフトよりも大きい期間に設定される。さらに、エタノールの２回目の噴射開始タイミング（所定の第３及び第５タイミング）は、ガソリンの噴射開始タイミングよりも後で第２吸気弁４ｂが閉じるタイミングまでの間に設定される。以上のように、ステップ４で、エタノール＆ガソリン噴射制御処理を実行した後、本処理を終了する。

一方、前述したステップ３の判別結果がＮＯのときには、エンジン３の運転領域がノッキングの発生しにくい領域にあることで、ガソリン噴射制御処理を実行すべきであると判定して、ステップ５に進み、ガソリン噴射制御処理を実行する。このガソリン噴射制御処理では、エンジン回転数ＮＥ、要求トルクＴＲＱ、目標吸気カム位相ＣＡＩＮｃｍｄ及び目標位相差ＤＣＡＩＮｃｍｄなどに応じて、第２燃料噴射弁１２によるガソリンの噴射タイミング及び噴射量が決定され、それに応じて、第２燃料噴射弁１２の開弁タイミング及び開弁時間が制御される。

次に、図７を参照しながら、バルブタイミング制御処理について説明する。このバルブタイミング制御処理は、第１可変カム位相機構８及び第２可変カム位相機構９を駆動することによって、吸気カム位相ＣＡＩＮ及び位相差ＤＣＡＩＮをそれぞれ制御するものであり、ＥＣＵ２によって所定の制御周期（例えば１０ｍｓｅｃ）で実行される。

同図に示すように、まず、ステップ１０で、エンジン回転数ＮＥ及び要求トルクＴＲＱなどに応じて、図示しないマップを検索することにより、目標カム位相ＣＡＩＮｃｍｄを算出する。この目標カム位相ＣＡＩＮｃｍｄは、吸気カム位相ＣＡＩＮの目標値に相当する。

次いで、ステップ１１に進み、エンジン回転数ＮＥ及び要求トルクＴＲＱなどに応じて、図示しないマップを検索することにより、目標位相差ＤＣＡＩＮｃｍｄを算出する。この目標位相差ＤＣＡＩＮｃｍｄは、位相差ＤＣＡＩＮの目標値に相当する値であり、具体的には、エンジン３の運転領域が所定の第１運転領域（例えば低負荷＆高回転域）にあるときには、値０に設定され、第１運転領域以外の運転領域である第２運転領域（所定の運転状態）にあるときには、値０よりも大きい正値から前述した所定の最大値ＤＣＡＩＮｍａｘまでの範囲内の値に設定される。特に、エンジン３の運転領域が前述した高ノック域にあるときには、所定の最大値ＤＣＡＩＮｍａｘ及びその付近の値に設定される。

ステップ１１に続くステップ１２で、第１カム位相制御処理を実行する。この第１カム位相制御処理では、ステップ１０で算出した目標カム位相ＣＡＩＮｃｍｄに対応する制御入力信号の値を算出し、そのように算出した制御入力信号が第１可変カム位相機構８に供給される。それにより、実際のカム位相ＣＡＩＮが目標カム位相ＣＡＩＮｃｍｄになるように制御される。

次いで、ステップ１３に進み、第２カム位相制御処理を実行する。この第２カム位相制御処理では、ステップ１１で算出した目標位相差ＤＣＡＩＮｃｍｄに対応する制御入力信号の値を算出し、そのように算出した制御入力信号が第２可変カム位相機構９に供給される。それにより、実際の位相差ＤＣＡＩＮが目標位相差ＤＣＡＩＮｃｍｄになるように制御される。

以上のように、ステップ１３で、第２カム位相制御処理を実行した後、本処理を終了する。

次に、図８〜１１を参照しながら、エンジン３の運転領域が高ノック域にある場合において、以上のように燃料噴射制御処理及びバルブタイミング制御処理を実行したときの、気筒３ａ内における混合気の生成動作について説明する。

まず、エンジン３の運転領域が高ノック域にある場合、前述したように、バルブタイミング制御処理において、目標位相差ＤＣＡＩＮｃｍｄが所定の最大値ＤＣＡＩＮｍａｘ及びその付近の値に設定されることにより、位相差ＤＣＡＩＮがＤＣＡＩＮｍａｘ付近の値になるように制御される。

このように位相差ＤＣＡＩＮが制御された場合、吸気行程の初期において、第１吸気弁４ａの方が第２吸気弁４ｂよりも早いタイミングで開き始めることで、吸気通路１０内の空気が、図８（ａ），（ｂ）の矢印Ｙ１で示すように、第１吸気ポート１０ａのみを介して気筒３ａ内に流入する。それにより、スワール流が気筒３ａ内に形成される。

その場合、燃料噴射制御処理のエタノール＆ガソリン噴射制御処理では、第１吸気弁４ａが開き始めるタイミングから第１吸気弁４ａと第２吸気弁４ｂのリフトが同一になる同一リフトタイミングとの間において、第１燃料噴射弁１１によるエタノールの噴射のみが実行されることにより、エタノールの混合気がスワール流となって気筒３ａ内の上方から下方に流れる。それにより、エタノールの混合気層が主として気筒３ａの内壁面側に形成される。

そして、吸気行程の中期において、第１吸気弁４ａと第２吸気弁４ｂのリフトが同一になる同一リフトタイミングの付近では、吸気通路１０内の空気が、図９（ａ），（ｂ）の矢印Ｙ２で示すように、第１吸気ポート１０ａ及び第２吸気ポート１０ｂの双方を介して、ほぼ同じ流量で気筒３ａ内に流入する。それにより、吸気通路１０内の空気は、スワール流をほとんど形成することなく気筒３ａ内に流れ込む。

その場合、前述したように、燃料噴射制御処理において、同一リフトタイミングから第２吸気弁４ｂが閉じるタイミングまでの間において、第２燃料噴射弁１２からのガソリン噴射が実行されることで、ガソリンを主成分とする混合気層がエタノールを主成分とする混合気層の内側すなわち気筒３ａの中心側に形成されることになる。

さらに、吸気行程の終期においては、第１吸気弁４ａが閉じてゆくのに伴い、吸気通路１０内の空気が、図１０（ａ），（ｂ）の矢印Ｙ３で示すように、第２吸気ポート１０ｂのみを介して、気筒３ａ内に流入する。それにより、気筒３ａ内のスワール流が再度、強くなる。その際、前述したように、ガソリンの噴射開始タイミングよりも後に、第１燃料噴射弁１１によるエタノールの２回目の噴射が実行されることで、気筒３ａの内壁面側に形成される混合気の層においてエタノール濃度が上昇する。

以上の動作により、エンジン３の運転領域が高ノック域にある場合には、図１１に示すように、ガソリンを主成分とする混合気層が気筒３ａの中心側に配置され、それを包み込むように、エタノールを主成分とする混合気層が気筒３ａの内壁面側に配置された層状の混合気が気筒３ａ内に形成される。以上のように、本実施形態の制御装置１によれば、オクタン価の高いエタノールを主成分とする混合気層をノッキングの発生しやすい気筒３ａの内壁面側に配置し、それよりもオクタン価の低いガソリンを主成分とする混合気層をその内側に配置した状態の層状混合気を形成することができるので、混合気全体としてのオクタン価を上昇させることなく、ノッキングの発生を効果的に抑制することができる。

なお、実施形態は、バルブタイミング変更装置として、第２可変カム位相機構９を用いた例であるが、本発明のバルブタイミング変更装置はこれに限らず、２つの吸気弁のバルブタイミングを互いに異なるように変更可能なものであればよい。例えば、バルブタイミング変更装置として、電磁石の動力によって２つの吸気弁をそれぞれ開閉駆動する２つの電磁動弁機構を用いてもよく、２つの吸気弁の一方を固定式の動弁機構で駆動し、他方を電磁動弁機構で駆動するタイプのものを用いてもよい。

また、実施形態は、第１燃料及び第２燃料として、エタノール及びガソリンを用いた例であるが、本発明の第１燃料及び第２燃料はこれらに限らず、第２燃料が第１燃料よりも低オクタン価のもの、言い換えれば、第１燃料が第２燃料よりも高オクタン価のものであればよい。例えば、第１燃料としてＭＴＢＥ（メチル・ターシャリー・ブチル・エーテル）又はＥＴＢＥ（エチルターシャリーブチルエーテル）を、第２燃料としてガソリンをそれぞれ用いてもよい。

さらに、実施形態は、第１燃料としてのエタノール噴射を吸気行程の初期に実行し、第２燃料としてのガソリン噴射を吸気行程の中期に実行するとともに、エタノールの再噴射を吸気行程の後期に実行した例であるが、第１燃料及び第２燃料の噴射手法はこれに限らず、図１１に示すような層状の混合気を生成できるものであればよい。例えば、実施形態の噴射手法において、吸気行程の初期におけるエタノール噴射を省略し、ガソリン噴射を吸気行程の中期に実行するとともに、エタノールの再噴射を吸気行程の後期に実行するように構成してもよい。

また、実施形態の噴射手法において、吸気行程の後期におけるエタノール再噴射を省略し、第１燃料としてのエタノール噴射を吸気行程の初期に実行し、第２燃料としてのガソリン噴射を吸気行程の中期に実行するように構成してもよい。さらに、エタノールの噴射タイミングを、エタノールの噴射タイミングにおいて気筒３ａ内で形成されるスワール流がガソリンの噴射タイミングにおいて気筒３ａ内で形成されるスワール流よりも強くなるタイミングに設定すればよい。

一方、実施形態は、第１燃料噴射弁として、ポート燃料噴射弁タイプのものを用いた例であるが、本発明の第１燃料噴射弁はこれに限らず、筒内燃料噴射弁タイプのものを用いてもよい。この場合、前述した図１１に示すような層状混合気を適切に生成する観点からは、第１燃料噴射弁としてポート燃料噴射弁タイプのものを用いた方が有利である。

また、実施形態は、本発明の制御装置を車両用の内燃機関に適用した例であるが、本発明の制御装置はこれに限らず、船舶用の内燃機関や、他の産業機器用の内燃機関にも適用可能である。

１ 制御装置
２ ＥＣＵ（バルブタイミング制御手段、第１噴射制御手段、第２噴射制御手段、第 ３噴射制御手段、第４噴射制御手段、第５噴射制御手段、噴射制御手段）
３ 内燃機関
３ａ 気筒
４ａ 第１吸気弁
４ｂ 第２吸気弁
９ 第２可変カム位相機構（バルブタイミング変更装置）
１０ 吸気通路
１１ 第１燃料噴射弁（第１燃料噴射装置）
１２ 第２燃料噴射弁（第２燃料噴射装置）

Claims (4)

1. 気筒ごとに設けられた２つの吸気弁と、当該２つの吸気弁のバルブタイミングを互いに異なるように変更可能なバルブタイミング変更装置と、所定オクタン価の第１燃料を噴射する第１燃料噴射装置と、当該第１燃料よりも低オクタン価の第２燃料を噴射する第２燃料噴射装置とを有する内燃機関の制御装置であって、
   当該内燃機関が所定の運転状態にあるときに、前記２つの吸気弁の一方が他方よりも早いバルブタイミングになるように、前記バルブタイミング変更装置を制御するバルブタイミング制御手段と、
   前記一方の吸気弁が開き始めるタイミング以降の所定の第１タイミングで前記第１燃料を噴射するように、前記第１燃料噴射装置を制御する第１噴射制御手段と、
   当該所定の第１タイミングよりも遅い所定の第２タイミングで前記第２燃料を噴射するように、前記第２燃料噴射装置を制御する第２噴射制御手段と、
   前記所定の第２タイミングよりも遅い所定の第３タイミングで前記第１燃料を再度、噴射するように、前記第１燃料噴射装置を制御する第３噴射制御手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記所定の第１タイミングは、前記一方の吸気弁が開き始めるタイミングから前記一方の吸気弁のリフトが前記他方の吸気弁のリフトと同じになるタイミング付近までの期間中のタイミングに設定されており、前記所定の第２タイミングは、前記所定の第１タイミングよりも遅く、かつ前記他方の吸気弁が閉じるタイミング以前のタイミングに設定されていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
3. 気筒ごとに設けられた２つの吸気弁と、当該２つの吸気弁のバルブタイミングを互いに異なるように変更可能なバルブタイミング変更装置と、所定オクタン価の第１燃料を噴射する第１燃料噴射装置と、当該第１燃料よりも低オクタン価の第２燃料を噴射する第２燃料噴射装置とを有する内燃機関の制御装置であって、
   当該内燃機関が所定の運転状態にあるときに、前記２つの吸気弁の一方が他方よりも早いバルブタイミングになるように、前記バルブタイミング変更装置を制御するバルブタイミング制御手段と、
   前記第１燃料噴射装置による前記第１燃料の噴射タイミング及び前記第２燃料噴射装置による前記第２燃料の噴射タイミングを、前記一方の吸気弁が開き始めるタイミング以降から前記他方の吸気弁が閉じるタイミングまでの期間中になるように、前記第１燃料噴射装置及び前記第２燃料噴射装置を制御するとともに、前記第１燃料噴射装置からの前記第１燃料の噴射タイミングを、当該第１燃料の噴射タイミングにおいて前記気筒内で形成されるスワール流が前記第２燃料噴射装置の噴射タイミングにおいて前記気筒内で形成されるスワール流よりも強くなるタイミングに設定する噴射制御手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
4. 前記第１燃料噴射装置は、前記２つの吸気弁よりも上流側の吸気通路内に前記第１燃料を噴射するように設けられ、
   前記第２燃料噴射装置は、前記第２燃料を気筒内に直接、噴射するように設けられていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。

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