JP7272251B2 - 内燃機関の駆動制御装置 - Google Patents

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Description

本発明は、内燃機関の駆動制御装置に関する。
特許文献１に、内燃機関からの排気中に含まれるエミッションを改善するために、所定の条件下で、１サイクルにおける要求噴射量を、吸気非同期噴射と、吸気同期噴射とに分割し、この順序で実行するマルチ噴射処理を実行する技術が記載されている。なお、吸気同期噴射は、吸気弁の開弁時期に同期して実行する燃料の噴射であり、吸気非同期噴射は、吸気同期噴射よりも進角側のタイミングで実行する燃料の噴射である。
特開２０１９－４４７６０号公報
特許文献１のマルチ噴射処理においては、吸気同期噴射の割合が大きい場合には、粒子状物質数（ＰＮ）等の発生量が低減しにくくなったり、増加したりするという知見に基づいて、吸気同期噴射は補助的に実行される。すなわち、吸気同期噴射における燃料の噴射量は、吸気非同期噴射における噴射量を超えない程度に調整される。
しかしながら、吸気非同期噴射における噴射量を多くすると、内燃機関の燃焼室内の温度が低い場合などに、燃焼室の内壁面等に燃料の液滴が付着する状態（燃料ウェット）が発生し易くなり、エミッションの悪化や、燃費の低下の原因となる。
上記に鑑み、本発明は、内燃機関における燃料ウェットを低減してエミッションを改善する技術を提供することを目的とする。
本発明は、燃料を噴射する燃料噴射弁と、吸気ポートに設けられた吸気弁の開閉を制御する吸気タイミング可変機構と、排気ポートに設けられた排気弁の開閉を制御する排気タイミング可変機構と、を備える内燃機関の駆動制御装置を提供する。この駆動制御装置は、前記内燃機関の始動時に、前記燃料が噴射される噴射場に面する前記内燃機関の壁面に付着する燃料量である燃料ウェット量を低減する要求があった場合に、前記吸気ポート側に吹き戻る対向流により前記燃料ウェット量を低減するように、前記吸気タイミング可変機構と前記排気タイミング可変機構との少なくともいずれか一方を制御するウェット低減制御を実行するバルブタイミング制御部を備える。
本発明の駆動制御装置によれば、内燃機関の始動時に、内燃機関における噴射場の温度が低い等により、噴射場に面する内燃機関の壁面に付着する燃料量である燃料ウェット量を低減する要求があった場合に、ウェット低減制御を実行するバルブタイミング制御部を備える。バルブタイミング制御部は、ウェット低減制御において、吸気ポート側に吹き戻る対向流により燃料ウェット量を低減するように、吸気タイミング可変機構と排気タイミング可変機構との少なくともいずれか一方を制御する。ウェット低減制御によれば、吸気ポート側に吹き戻る対向流を利用することにより、噴射場の温度を上昇させる等の効果を得ることができ、ひいては、燃料ウェット量を低減する効果を得ることができる。その結果、内燃機関における燃料ウェットを低減してエミッションを改善することができる。
実施形態に係る内燃機関の駆動システムの概要図。 排気／吸気タイミングについて説明する図。 雰囲気温度と位相角との関係を示す図。 雰囲気温度と位相角との関係を示す図。 排気／排気タイミングと燃料噴射タイミングとの関係を示す図。 吸気タイミングの進角について説明する図。 燃料ウェット量と燃料の噴射量との関係を示す図。 燃料ウェット量と水温または吸気温との関係を示す図。 燃料ウェット量と内燃機関の回転速度との関係を示す図。 第１実施形態に係る内燃機関の駆動制御処理のフローチャート。 第２実施形態に係る内燃機関の駆動制御処理のフローチャート。
（第１実施形態）
図１に示すように、車両の内燃機関２０の駆動システムは、吸気管１０と、吸気マニホールド１２と、内燃機関２０と、排気マニホールド３２と、排気管３０と、ＥＣＵ５０と、を備えている。
内燃機関２０は、ガソリン等の燃料の燃焼によって駆動され、吸気、圧縮、膨張及び排気の各行程を繰り返し実施する４サイクルエンジンである。内燃機関２０は、４気筒エンジンであり、各気筒には、それぞれ、ピストンが収容されている。内燃機関２０の気筒数に応じて、吸気マニホールド１２および排気マニホールド３２は、それぞれ４つに分岐している。なお、本実施形態では、内燃機関２０として、４気筒のエンジンを例示しているが、気筒数はいくつであってもよい。また、内燃機関２０は、ガソリンエンジンに限定されず、ディーゼルエンジンであってもよい。
吸気管１０には、上流側から、エアクリーナ１１と、スロットルバルブ１３とが設置されている。エアクリーナ１１の下流側かつスロットルバルブ１３の上流側に、吸気量を検出するエアフローセンサ１５が設置されている。スロットルバルブ１３の下流側に、吸気マニホールド１２が接続されている。スロットルバルブ１３の下流側かつ吸気マニホールド１２の上流側に吸気圧センサ１６が設置されている。吸気マニホールド１２から内燃機関２０の各気筒に空気が供給される。排気管３０には、内燃機関２０からの排気を浄化する排気浄化触媒層３１が設置されている。
内燃機関２０は、燃料噴射弁２１と、吸気タイミング可変機構２２と、可変バルブリフト機構２３と、排気タイミング可変機構２４と、点火装置２８とを備えている。燃料噴射弁２１は、内燃機関２０の各気筒に燃料を噴射する。吸気タイミング可変機構２２は、内燃機関２０の吸気弁の開閉タイミングを制御する。可変バルブリフト機構２３は、吸気弁のリフト量を制御する。排気タイミング可変機構２４は、内燃機関２０の排気弁の開閉タイミングを制御する。点火装置２８は、点火プラグであり、通電により内燃機関２０の燃焼室内の燃料に点火する。
内燃機関２０では、図示しないクランク軸（駆動軸）からの動力が吸気側カム軸２５と排気側カム軸２６とに伝達されるように構成されている。吸気タイミング可変機構２２は、吸気側カム軸２５に設置され、クランク軸に対する吸気側カム軸２５の進角量を調整する。排気タイミング可変機構２４は、排気側カム軸２６に設置され、クランク軸に対する排気側カム軸２６の進角量を調整する。
センサ類４０は、イグニッション（ＩＧ）センサ４１、クランクセンサ４２、カムセンサ４３、水温センサ４４、吸気温センサ４５、外気温センサ４６、油温センサ４７、燃温センサ４８等を備えている。センサ類４０は、さらに、アクセル操作量（アクセル開度）を検出するアクセルセンサ、車速を検出する車速センサ、ブレーキペダルの操作量を検出するブレーキセンサ、気筒内の筒内圧力を検出する筒内圧力センサ、バッテリの端子間電圧や充放電電流等を検出するバッテリセンサ等を備えていてもよい。センサ類４０からの信号は、ＥＣＵ５０に逐次入力される。
ＩＧセンサ４１は、内燃機関２０のイグニッションのオン／オフを検出する。ＩＧセンサ４１により、内燃機関２０の始動を検出することができる。
クランクセンサ４２は、クランク軸の基準位置に対する回転位置及び内燃機関２０の回転速度ＮＥを検出する。クランクセンサ４２は、内燃機関２０のクランク軸と共に回転するロータの周囲に所定の間隔で形成された複数の歯部を検知する毎に、パルス信号を出力する。ロータの周囲には、歯部が所定数だけ連続して欠落した部分が設けられている。このため、クランクセンサ４２からの信号においては、パルス信号の発生間隔が他のパルス信号の発生間隔と比べて所定数倍になる部分（欠け歯信号部）が生じる。
カムセンサ４３は、カム軸と共に回転するロータに形成された１つあるいは複数の歯部を検知する毎に、パルス信号を出力するセンサである。カムセンサ４３は、吸気側カム軸２５および排気側カム軸２６の回転に応じてパルス状の検出信号を出力する。クランクセンサ４２からの検出信号における欠け歯信号部とカムセンサ４３からの検出信号とにより、現在のクランク位置を判断することができるようになっている。
水温センサ４４は、内燃機関２０を冷却する冷却水温を検出する。吸気温センサ４５は、吸気弁から内燃機関２０の燃焼室内に送られる吸気の温度を検出する。外気温センサ４６は、内燃機関２０が搭載された車両の外気温を検出する。油温センサ４７は、内燃機関２０の潤滑油の温度を検出する。燃温センサ４８は、内燃機関２０に噴射される燃料の温度を検出する。
ＥＣＵ５０は、周知のＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等よりなるマイクロコンピュータ等を備えてなる電子制御装置であり、本システムに設けられている各種センサの検出結果に基づいて、内燃機関２０および内燃機関２０に適用される各アクチュエータの駆動制御を実施する駆動制御装置として機能する。より具体的には、ＥＣＵ５０は、スロットルバルブ１３の開度制御や、吸気タイミング可変機構２２、可変バルブリフト機構２３、および排気タイミング可変機構２４におけるタイミングやリフト量の制御、燃料噴射弁２１による燃料噴射の制御などを実行する。
ＥＣＵ５０は、クランクセンサ４２からの検出信号に基づき、クランク軸の単位時間当たりの回転数、つまり、内燃機関２０の回転速度ＮＥを算出する。また、ＥＣＵ５０は、クランクセンサ４２およびカムセンサ４３からの検出信号に基づき、気筒判別を行う。
ＥＣＵ５０は、始動判定部５１と、回転速度演算部５２と、ウェット算出部５３と、負荷演算部５４と、噴射制御部５５と、ＶＴ（バルブタイミング）制御部５６とを備えている。
始動判定部５１は、ＩＧセンサ４１の検出値に基づいて、内燃機関２０が始動していることを判定する。内燃機関２０の始動時を取得することにより、始動後のサイクル数を取得することができる。
回転速度演算部５２は、クランクセンサ４２からの検出信号に基づいて、内燃機関２０の回転速度ＮＥを算出する。また、回転速度演算部５２は、クランクセンサ４２およびカムセンサ４３からの検出信号に基づき、気筒判別を行う。
ウェット算出部５３は、噴射場に面する内燃機関２０の壁面に付着する燃料ウェット量を算出する。噴射場とは、内燃機関２０において燃料が噴射される場（空間）を意味し、具体的には、燃焼室内、吸気ポート内等を意味する。噴射場に面する内燃機関２０の壁面とは、噴射された燃料が到達し得る内燃機関２０の各構成の壁面を含み得る概念であり、具体的には、吸気ポートの内壁面、吸気バルブ、燃焼室等の内壁面等を例示できる。ウェット算出部５３は、燃料の要求噴射量、内燃機関２０の温度情報、内燃機関２０の回転回数のうちの少なくともいずれか１つに基づいて、燃料ウェット量を算出するように構成されていることが好ましい。ウェット算出部５３は、さらに、算出した燃料ウェット量に基づいて、燃料ウェット量の低減を要求するか否かを判定する。
負荷演算部５４は、内燃機関２０の負荷を演算する。例えば、吸気温度センサ１４と、クランク角センサ２９との検知値に基づいて、内燃機関２０の運転負荷を演算する。
噴射制御部５５は、燃料噴射弁２１を制御して内燃機関２０への燃料の噴射を制御する。より具体的には、燃料噴射弁２１の通電を制御して燃料の噴射時期と噴射期間とを制御する。
噴射制御部５５は、対向流発生期間と、燃料の要求噴射量とを取得する。対向流発生期間は、内燃機関２０の噴射場で対向流が発生している期間である。要求噴射量とは、燃焼サイクルの１サイクル内で内燃機関２０に噴射する燃料の全噴射量である。
噴射制御部５５は、要求噴射量を、対向流発生期間内に噴射できない場合に、その余剰量の燃料を吸気弁の閉弁時に噴射する。すなわち、噴射制御部５５は、対向流発生期間よりも進角側で実行する吸気閉弁時噴射と、対向流発生期間内に実行する対向流発生時噴射とに分割して噴射する。噴射制御部５５は、吸気閉弁時噴射と、対向流発生時噴射とのそれぞれをさらに分割してもよい。
ＶＴ制御部５６は、吸気タイミング可変機構２２および排気タイミング可変機構２４を制御して、内燃機関２０の燃焼室内に吸気する吸気タイミングと、燃焼室外に排気する排気タイミングとを制御する。
ＶＴ制御部５６は、内燃機関２０の始動時に、ウェット算出部５３によって、燃料ウェット量を低減する要求があった場合に、対向流により燃料ウェット量を低減するように、吸気タイミング可変機構２２と排気タイミング可変機構２４との少なくともいずれか一方を制御するウェット低減制御を実行する。ＶＴ制御部５６は、ウェット低減制御として、排気弁の閉弁時期を排気上死点よりも進角させる排気閉弁進角制御と、吸気弁の開弁時期を排気上死点よりも進角させる吸気開弁進角制御との少なくともいずれか一方を実行することが好ましい。
ＶＴ制御部５６は、吸気タイミング可変機構２２と排気タイミング可変機構２４との少なくともいずれか一方を制御することにより、対向流発生期間を拡張させることにより、燃料を蒸発させるために必要な対向流発生期間（必要対向流発生期間）に対する実際の対向流発生期間の不足を低減して燃料ウェット量を低減させる。
吸気タイミング可変機構２２または排気タイミング可変機構２４を制御することにより、対向流発生期間が拡張することについて、図２，３を用いて説明する。図２は、バルブタイミングの位相を示しており、「ＥＸ」で示す曲線は排気タイミングを示し、「ＩＮ」で示す曲線は吸気タイミングを示している。図３は、縦軸に内燃機関２０の噴射場の雰囲気温度を示しており、横軸に位相角を示している。図３の縦軸に示す温度Ａは、対向流発生温度を示しており、雰囲気温度が対向流発生温度Ａ以上である期間が対向流発生期間に相当する。
例えば、内燃機関２０の始動開始から１サイクル目では、ウェット低減制御として、図２（ａ）に示すように、排気弁の閉弁時期を排気上死点（図２においてＴＤＣで示す）よりも進角させる排気閉弁進角制御を実行することが好ましい。排気閉弁進角制御を実行することにより、図３（ａ）に示すように、燃焼室内の空気がより圧縮されて後続の吸気開弁時において対向流を効果的に形成することができるため、対向流発生期間を長くすることができる。
また、例えば、内燃機関２０の始動開始から２サイクル目以降のサイクルでは、ウェット低減制御として、図２（ｂ）に示すように、吸気弁の開弁時期を内燃機関２０の排気上死点よりも進角させる吸気開弁進角制御を実行することが好ましい。吸気開弁進角制御を実行することにより、図３（ｂ）に示すように、対向流発生期間を拡張することができる。
また、例えば、内燃機関２０の始動開始から２サイクル目以降のサイクルでは、ウェット低減制御として、図２（ｃ）に示すように、排気閉弁進角制御と、吸気開弁進角制御との双方を実行するように構成されていてもよい。排気閉弁進角制御と吸気開弁進角制御との双方を実行し、それぞれの進角量を制御することにより、排気弁と吸気弁との双方が開弁しているオーバーラップ期間を制御することができる。オーバーラップ期間を制御することにより、内燃機関２０の燃焼状態を安定な状態に維持しながら、対向流発生期間を拡張して燃料ウェット量を低減できる。このため、内燃機関２０の燃焼状態によっては、図３（ｃ）に示すように、吸気開弁時期のみを進角させる場合と比較して、対向流発生期間をより拡張することができる。
内燃機関２０において、点火時期を遅角側に制御する等により、燃焼状態の悪化をさらに改善する必要が生じる場合には、オーバーラップ期間の制御が制限され、十分に長いオーバーラップ期間を確保することができない場合がある。また、吸気タイミング可変機構２２や排気タイミング可変機構２４として、内燃機関２０の始動後速やかに高応答に作動可能な高応答タイミング可変機構が使用されていない場合には、オーバーラップ期間の制御が遅れて十分に長いオーバーラップ期間を確保できない場合がある。例えば、吸気タイミング可変機構２２としては高応答タイミング可変機構が用いられる一方で、排気タイミング可変機構２４としては応答性の低いタイミング可変機構が用いられる場合がある。
上記のように十分に長いオーバーラップ期間を確保できない場合には、図４に示すように、要求噴射量の燃料の噴射を完了するための噴射期間Ｔ１（位相角Ｐ１からＰ３までの期間として表される）が、対向流発生期間（位相角Ｐ２からＰ３までの期間として表される）を超える長期間となることがある。なお、図４においては、縦軸に内燃機関２０の噴射場の雰囲気温度を示しており、横軸に位相角を示している。
噴射期間Ｔ１が対向流発生期間よりも長い場合には、図４に示すように、噴射期間Ｔ１は、対向流発生期間外の噴射期間である超過期間Ｔ２を含む。この超過期間Ｔ２において噴射した燃料は、内燃機関２０の吸気ポート等に燃料ウェットとして付着し得る。しかしながら、超過期間Ｔ２の長さが、所定の閾値Ｘｔ２以下である場合には、後続の対向流発生期間において、燃料ウェットとして吸気ポート等に一旦付着した燃料が、吸気ポート側に吹き戻る対向流によって吸気ポートから剥離される。すなわち、要求噴射量の燃料の噴射を完了するための噴射期間Ｔ１が、対向流発生期間を超える長期間となる場合であっても、その超過期間Ｔ２が、所定の閾値Ｘｔ２以下の期間であり、対向流発生期間よりも進角側となるように設定できる場合には、燃料ウェット量を増加させることなく燃料の噴射を完了することができる。閾値Ｘｔ２は、例えば対向流発生期間の長さに応じて設定することができる。
ＥＣＵ５０は、さらに、噴射制御部５５によって、吸気閉弁時噴射を分割噴射とすることにより、燃料ウェット量を低減するように構成されていてもよい。噴射制御部５５は、１サイクル内で内燃機関２０に噴射する燃料の全噴射量を、対向流発生期間内に噴射できない場合に、吸気閉弁時噴射を複数回に分割して噴射するように燃料噴射弁２１を制御する分割噴射制御を実行するように構成されていてもよい。分割噴射を行うことにより、燃料噴射時の貫徹力を低減できるため、燃料ウェット量を低減することができる。
図５に分割噴射制御の一例を示す。図５（ａ）～（ｄ）は、それぞれ、排気弁、吸気弁、燃料噴射弁の開閉時期を示す図である。
図５（ａ）の破線は、排気弁の閉弁時期が排気上死点である場合を示しており、実線は、排気閉弁進角制御により排気弁の閉弁時期を排気上死点よりも進角させた場合を示している。図５（ｂ）の破線は、吸気弁の開弁時期が排気上死点である場合を示しており、実線は、吸気開弁進角制御により吸気弁の開弁時期を排気上死点よりも進角させた場合を示している。吸気開弁進角制御のみを実行する場合には、オーバーラップ期間はＢ２であるが、排気閉弁進角制御と吸気開弁進角制御との双方を実行する場合には、オーバーラップ期間をＢ１に縮小できる。
図５（ｃ）は、吸気閉弁時噴射を分割噴射しない場合の燃料噴射弁２１の開閉状態を示している。図５（ｃ）の破線は、排気閉弁進角制御および吸気開弁進角制御を実行しない場合を示しており、実線は、排気閉弁進角制御および吸気開弁進角制御を実行する場合を示している。排気閉弁進角制御および吸気開弁進角制御を実行することにより、対向流発生期間はＴＲ１からＴＲ２に拡張される。その結果、実線に示すように、吸気閉弁時噴射における噴射期間は短くなり、対向流発生噴射における噴射期間は長くなる。ＶＴ制御部５６によるウェット低減制御により対向流発生期間が拡張されたことにより、噴射制御部５５は、吸気閉弁時噴射において噴射される燃料が減少して対向流発生噴射において噴射される燃料が増加するように燃料噴射弁２１を制御するため、燃料ウェット量が低減される。
図５（ｄ）は、図５（ｃ）に対して、さらに、吸気閉弁時噴射を分割噴射する場合の燃料噴射弁２１の開閉状態を示している。図５（ｄ）における２つに分割された吸気閉弁時噴射において噴射される燃料の総量は、図５（ｃ）における単一の吸気閉弁時噴射において噴射される燃料の総量と同じである。しかしながら、図５（ｄ）のように、吸気閉弁時噴射を分割すると、噴射される燃料の貫徹力を低減することができるため、燃料ウェット量の低減に寄与できる。
なお、ＥＣＵ５０は、内燃機関２０の始動後１サイクル目から毎サイクル必ず噴射制御部５５による分割噴射制御またはＶＴ制御部５６によるウェット低減制御を実行する必要は無い。例えば、始動後１サイクル目の排気閉弁進角制御のみを実行する一方で、始動後２サイクル目以降の吸気閉弁進角制御は実行しないようにしてもよい。また、始動後１サイクル目の排気閉弁進角制御は実行しない一方で、始動後２サイクル目以降の吸気閉弁進角制御は実行するようにしてもよい。
また、各サイクルで実行する制御は、サイクル開始時から完了時までのいずれにおいて開始または完了されるものであってもよい。２サイクル目の吸気開弁進角制御を実行する場合を例示して説明すると、例えば、図６（ａ）および（ｂ）に示すように、２サイクル目の開始時Ｊ１よりも前に進角制御を開始し、２サイクル目の開始時Ｊ１に進角制御が完了しているようにしてもよい。また、図６（ａ）および（ｃ）に示すように、２サイクル目の開始時Ｊ１に進角制御を開始し、２サイクル目の終了時Ｊ２は進角制御が完了しているようにしてもよい。
ＥＣＵ５０は、内燃機関２０の運転状態等に基づいて、噴射制御部５５による分割噴射制御と、ＶＴ制御部５６によるウェット低減制御とのいずれを優先的に実行するかを判断可能に構成されていてもよい。例えば、内燃機関２０の回転速度ＮＥが所定の回転速度閾値ＮＸ以上である場合には、噴射制御部５５による分割噴射制御を、ＶＴ制御部５６によるウェット低減制御よりも優先させるように構成されていてもよい。回転速度ＮＥが速い場合には、１燃焼サイクル当たりの時間が短いため、要求噴射量の燃料の噴射を完了するまでに要する位相角が増加する。このため、回転速度閾値ＮＸは、要求噴射量の燃料の噴射を完了するための噴射期間を確保できる回転速度に基づいて設定される。また、例えば、ＥＣＵ５０は、内燃機関２０の燃焼状態が所定の安定状態ではない場合に、噴射制御部５５による分割噴射制御を、ＶＴ制御部５６によるウェット低減制御よりも優先させるように構成されていてもよい。なお、所定の安定状態とは、ＶＴ制御部５６によるウェット低減制御によって内部ＥＧＲ率が上昇しても、燃焼が不安定状態となるＥＧＲ率を超えないような燃焼状態である。
また、ＥＣＵ５０には、図７～図９に示すような燃料ウェット量と各パラメータとの関係を示すテーブルまたは数式が記憶されていてもよい。図７は、燃料ウェット量と１噴射当たりの噴射量との関係を示しており、１噴射当たりの噴射量が多くなるほど燃料ウェット量が多くなる。図８は、燃料ウェット量と内燃機関２０の冷却水温または吸気温との関係を示しており、冷却水温または吸気温が高くなるほど燃料ウェット量が少なくなる。図９は、燃料ウェット量と内燃機関２０の回転速度ＮＥとの関係を示しており、回転速度ＮＥが高速となるほど、燃料ウェット量が多くなる。ウェット算出部５３は、図７～図９に示す燃料ウェット量と各パラメータとの関係を示すテーブルを参照して燃料ウェット量を算出するように構成されていてもよい。
図１０に、ＥＣＵ５０が実行する内燃機関２０の駆動制御処理のフローチャートを示す。この処理は、所定の周期で繰り返し実行される。まず、ステップＳ１０１では、１燃焼サイクルにおいて内燃機関２０に噴射する燃料の噴射量である要求噴射量を算出し、ステップＳ１０２に進む。
ステップＳ１０２では、ウェット低減制御を実行するか否かを判定する。より具体的には、燃料ウェット量を低減する要求があった場合に、ウェット低減制御を実行すると判定する。ウェット低減制御を実行するか否かの判定は、例えば、ウェット算出部５３によって算出されるウェット量に基づいて実行される。具体的には、例えば、算出されるウェット量が所定の閾値以上である場合に、ウェット低減制御を実行すると判定する。また、算出されるウェット量が所定の閾値未満である場合に、ウェット低減制御を実行しないと判定する。
また、例えば、吸気温センサ４５や外気温センサ４６の検出値等のウェット量に影響する各種パラメータに基づいて、ウェット低減制御を実行するか否かを判定してもよい。具体的には、図７～図９に示す関係に基づいて、各種パラメータが、ウェット量が所定の閾値以上となるような状態にある場合に、ウェット低減制御を実行するように判定するものであってもよい。また、例えば、内燃機関２０の始動からのサイクル数に基づいて、ウェット低減制御を実行するか否かを判定してもよい。例えば、内燃機関２０の始動から所定サイクル目までは、ウェット低減制御を実行すると判定するものであってもよい。
ステップＳ１０２において、ウェット低減制御を実行すると判定した場合には、ステップＳ１０３に進む。ステップＳ１０３～Ｓ１１２の制御は、ウェット低減制御において実行する処理である。ウェット低減制御を実行しないと判定した場合には、ステップＳ１１３に進み、ウェット低減制御を行わない通常制御を実行することを決定し、処理を終了する。
ステップＳ１０３～Ｓ１１２におけるウェット低減制御において、まず、ステップＳ１０３では、内燃機関２０の始動開始後の１サイクル目であるか否かを判定する。１サイクル目である場合には、ステップＳ１０４に進む。ステップＳ１０４では、内燃機関２０の排気開弁時期を進角することを決定した後、ステップＳ１０８に進む。
２サイクル目以降である場合には、ステップＳ１０５に進む。ステップＳ１０５では、内燃機関２０の吸気開弁時期の進角を決定し、吸気開弁時期の進角量を算出した後、ステップＳ１０６に進む。ステップＳ１０６では、内燃機関２０の燃焼状態が不安定であるか否かを判定する。例えば、図５に示す関係に基づいて、吸気閉弁時期を進角すると内燃機関２０における内部ＥＧＲ率が燃料が不安定となるＥＧＲ率を超えて大きくなる場合には、燃焼状態が不安定であると判定する。ステップＳ１０６において、燃焼状態が不安定であると判定した場合には、ステップＳ１０７に進み、内燃機関２０の排気閉弁時期を進角することを決定し、内部ＥＧＲ率が燃料が不安定となるＥＧＲ率を超えないような排気閉弁時期の進角量を算出した後、ステップＳ１０８に進む。ステップＳ１０６において、燃焼状態が不安定ではないと判定した場合には、ステップＳ１０８に進む。
ステップＳ１０８では、噴射期間ＴＮが、実際の対向流発生期間ＴＲ以上であるか否かを判定する。ＴＮ≧ＴＲである場合には、ステップＳ１１１に進み、閉弁噴射において分割噴射を行うことを決定し、処理を終了する。ＴＮ＜ＴＲである場合には、ステップＳ１１３に進み、閉弁噴射において分割噴射を行わないことを決定し、処理を終了する。
上記のとおり、第１実施形態によれば、ステップＳ１０２において、噴射場に面する内燃機関２０の壁面に付着する燃料量である燃料ウェット量を低減する要求があったと判定された場合に、ステップＳ１０３～Ｓ１１２に示すウェット低減制御を実行する。ウェット低減制御においては、吸気ポート側に吹き戻る対向流により燃料ウェット量を低減するように、吸気タイミング可変機構２２と排気タイミング可変機構２４との少なくともいずれか一方を制御する。より具体的には、ステップＳ１０４～Ｓ１０７に示すように、排気閉弁時期を進角する制御または吸気開弁時期を進角する制御を実行することにより、対向流発生期間ＴＲを拡張できる。このため、対向流を積極的に利用することにより、噴射場の温度を上昇させる等の効果を得ることができ、ひいては、燃料ウェット量を低減する効果を得ることができる。その結果、内燃機関２０における燃料ウェットを低減してエミッションを改善することができる。
また、第１実施形態によれば、ステップＳ１０３，Ｓ１０４に示すように、内燃機関２０の始動後１サイクル目には、排気閉弁時期を進角する制御を実行して、内燃機関２０の燃焼室内の空気を圧縮する。これにより、後続の吸気開弁時において対向流を効果的に形成することができる。
また、ステップＳ１０３、Ｓ１０５に示すように、内燃機関２０の始動後２サイクル目以降には、吸気開弁時期を進角する制御を実行することにより、対向流発生期間を拡張することができる。さらに、ステップＳ１０６，Ｓ１０７に示すように、吸気開弁時期を進角したことにより燃焼状態が不安定となる場合には、排気閉弁時期を進角することにより、内燃機関２０における内部ＥＧＲ率が燃料が不安定となるＥＧＲ率を超えて大きくならないようにする。このため、内燃機関２０の燃焼状態を安定な状態に維持しながら、燃料ウェット量を低減できる。
また、第１実施形態によれば、ステップＳ１０８、Ｓ１１１，Ｓ１１２に示すように、噴射期間ＴＮが実際の対向流発生期間ＴＲ以上である場合に、吸気閉弁時に実行する燃料の噴射を分割噴射とすることができる。分割噴射を行うことにより、燃料噴射時の貫徹力を低減できるため、燃料ウェット量を低減することができる。
（第２実施形態）
図１１に、第２実施形態においてＥＣＵ５０が実行する内燃機関２０の駆動制御処理のフローチャートを示す。この処理は、所定の周期で繰り返し実行される。
ステップＳ２０１では、ステップＳ１０１と同様に、要求噴射量を算出し、ステップＳ２０２に進む。ステップＳ２０２では、ステップＳ１０２と同様に、ウェット低減制御を実行するか否かを判定する。ウェット低減制御を実行する場合にはステップＳ２０３に進む。ウェット低減制御を実行しない場合にはステップＳ２１３に進み、ステップＳ１１３と同様に、ウェット低減制御を行わない通常制御を実行することを決定し、処理を終了する。
ステップＳ２０３では、内燃機関２０の回転速度ＮＥが所定の回転速度閾値ＮＸ未満であるか否かを判定する。回転速度閾値ＮＸは、要求噴射量に応じて設定される。例えば、回転速度閾値ＮＸは、要求噴射量の燃料の噴射を完了するための噴射期間を確保することが困難となる回転速度の下限値に設定される。ＮＥ≧ＮＸである場合には、ステップＳ２０４に進み、ステップＳ１１１と同様に、閉弁噴射において分割噴射を行うことを決定し、処理を終了する。ＮＥ＜ＮＸである場合には、ステップＳ２０５に進み、ステップＳ１１２と同様に、閉弁噴射において分割噴射を行うことを決定した後で、ステップＳ２０６に進む。
ステップＳ２０６では、ステップＳ１０３と同様に、内燃機関２０の始動開始後の１サイクル目であるか否かを判定する。１サイクル目である場合には、ステップＳ２０７に進み、ステップＳ１０４と同様に内燃機関２０の排気開弁時期を進角することを決定した後、処理を終了する。ステップＳ２０６において、２サイクル目以降であると判定した場合には、ステップＳ２０８に進み、内燃機関２０の吸気開弁時期の進角および排気閉弁時期の進角を決定して、各進角量を算出した後、処理を終了する。
上記のとおり、第２実施形態によれば、内燃機関２０の回転速度ＮＥが速い場合、すなわち、ＮＥ≧ＮＸである場合には、１燃焼サイクル当たりの時間が短いため、要求噴射量の燃料の噴射を完了するまでに要する位相角が増加する。ステップＳ２０４に示すように、吸気閉弁時における分割噴射による燃料ウェット量の低減を優先的に実行することにより、要求噴射量の燃料の噴射を完了するために十分な噴射期間を確保することができる。
また、内燃機関２０の回転速度ＮＥが遅い場合、すなわち、ＮＥ＜ＮＸである場合には、１燃焼サイクル当たりの時間が長いため、要求噴射量の燃料の噴射を完了するまでに要する位相角は比較的小さくなる。このため、ステップＳ２０６～Ｓ２０８に示すように、対向流を効果的に形成する処理や対向流発生期間を拡張する処理を実行して、燃料ウェット量の低減を優先的に実行する。第２実施形態によれば、内燃機関２０の運転状態に応じて、より適切な燃料ウェット量を低減するための処理を選択し、優先的に実行することができる。
なお、ステップＳ２０３に示す内燃機関２０の回転速度ＮＥによる判定に替えて、内燃機関２０の燃焼状態による判定を実行してもよい。具体的には、内燃機関２０の運転状態が不安定である場合には、ステップＳ２０３において肯定判定側に進み、内燃機関２０の運転状態が安定である場合には、ステップＳ２０３において否定判定側に進むように構成してもよい。例えば、負荷演算部５４によって算出される内燃機関２０の運転負荷が所定の負荷未満である場合や、点火装置２８の点火において点火遅角量が大きい場合には、内燃機関２０の燃焼状態が不安定であると判定され、吸気閉弁時における分割噴射による燃料ウェット量の低減を優先的に実行することができる。
ステップＳ２０６～Ｓ２０８に示すように、対向流を効果的に形成する処理や対向流発生期間を拡張する処理を実行すると、内燃機関２０における内部ＥＧＲ率が上昇する可能性がある。このため、内部ＥＧＲ率の上昇により燃料が不安定となるＥＧＲ率を超えるような、燃焼状態が不安定であることが懸念される場合には、ステップＳ２０４に示すように、吸気閉弁時における分割噴射による燃料ウェット量の低減を優先的に実行する。内部ＥＧＲ率を上昇させない吸気閉弁時における分割噴射による燃料ウェット量の低減を優先的に実行することにより、内燃機関２０の燃焼状態を安定に維持して燃料ウェット量の低減を図ることができる。
上記の各実施形態によれば、下記の効果を得ることができる。
ＥＣＵ５０は、内燃機関２０の駆動制御装置として機能する。内燃機関２０は、燃料を噴射する燃料噴射弁２１と、吸気ポートに設けられた吸気弁の開閉を制御する吸気タイミング可変機構２２と、排気ポートに設けられた排気弁の開閉を制御する排気タイミング可変機構２４と、を備える。
ＥＣＵ５０は、吸気タイミング可変機構２２と排気タイミング可変機構２４との少なくともいずれか一方を制御するＶＴ制御部５６を備える。ＶＴ制御部５６は、内燃機関２０の始動時に、燃料が噴射される噴射場に面する内燃機関２０の壁面に付着する燃料量である燃料ウェット量を低減する要求があった場合に、吸気ポート側に吹き戻る対向流により燃料ウェット量を低減するように、吸気タイミング可変機構２２と排気タイミング可変機構２４との少なくともいずれか一方を制御するウェット低減制御を実行する。ウェット低減制御によれば、吸気ポート側に吹き戻る対向流を利用することにより、噴射場内の温度を上昇させる等の効果を得ることができ、ひいては、燃料ウェット量を低減する効果を得ることができる。その結果、内燃機関２０における燃料ウェットを低減してエミッションを改善することができる。
ＶＴ制御部５６は、ウェット低減制御として、内燃機関２０の始動開始から２サイクル目以降のサイクルで吸気弁の開弁時期を内燃機関２０の排気上死点よりも進角させる制御を実行するように構成されていてもよい。この制御により、対向流発生期間を拡張して燃料ウェット量を低減できる。
ＶＴ制御部５６は、ウェット低減制御として、内燃機関２０の始動開始から１サイクル目で排気弁の閉弁時期を内燃機関２０の排気上死点よりも進角させる制御を実行するように構成されていてもよい。この制御により、内燃機関２０の燃焼室内の空気を圧縮することができ、後続の吸気開弁時において対向流を効果的に形成して燃料ウェット量を低減できる。
ＶＴ制御部５６は、ウェット低減制御として、内燃機関２０の始動開始から１サイクル目で排気弁の閉弁時期を内燃機関２０の排気上死点よりも進角させる制御を実行するとともに、内燃機関２０の始動開始から２サイクル目以降のサイクルで吸気弁の開弁時期を内燃機関２０の排気上死点よりも進角させる制御を実行するように構成されていてもよい。この制御により、内燃機関２０の始動直後の１サイクル目から、２サイクル目以降の内燃機関２０が始動時にある所定のサイクルまでの間において、対向流発生期間を拡張して燃料ウェット量を低減できる。
ＶＴ制御部５６は、ウェット低減制御として、内燃機関２０の始動開始から２サイクル目以降のサイクルで、排気弁の閉弁時期を内燃機関２０の排気上死点よりも進角させる制御を実行するとともに、吸気弁の開弁時期を内燃機関２０の排気上死点よりも進角させる制御を実行する制御を実行するように構成されていてもよい。吸気開弁時期を進角したことにより燃焼状態が不安定となる場合には、排気閉弁時期を進角することにより、内燃機関２０における内部ＥＧＲ率が、燃料が不安定となるＥＧＲ率を超えて大きくならないようにする。このため、内燃機関２０の燃焼状態を安定な状態に維持しながら、燃料ウェット量を低減できる。
ＥＣＵ５０は、さらに、内燃機関２０への燃料の噴射を制御する噴射制御部５５を備えていてもよい。噴射制御部５５は、内燃機関２０内の噴射場で対向流が発生している期間である対向流発生期間を取得し、１サイクル内で内燃機関２０に噴射する燃料の全噴射量を、対向流発生期間内に噴射できない場合に、吸気弁の閉弁時に燃料を噴射する吸気閉弁時噴射を複数回に分割して噴射するように燃料噴射弁を制御する分割噴射制御を実行するように構成されていてもよい。分割噴射を行うことにより、燃料噴射時の貫徹力を低減できるため、燃料ウェット量を低減することができる。
ＥＣＵ５０は、内燃機関２０の回転速度ＮＥが所定の回転速度閾値ＮＸ以上である場合に、ＶＴ制御部５６によるウェット低減制御を、噴射制御部５５による分割噴射制御よりも優先させるように構成されていてもよい。１燃焼サイクル当たりの時間が短く、要求噴射量の燃料の噴射を完了するまでに要する位相角が増加する場合に、噴射制御部５５による分割噴射制御よりも優先させることにより、要求噴射量の燃料の噴射を完了するために十分な噴射期間を確保することができる。
ＥＣＵ５０は、内燃機関２０の燃焼状態が所定の安定状態ではない場合に、噴射制御部５５による分割噴射制御を、ＶＴ制御部５６によるウェット低減制御よりも優先させる。内燃機関２０の燃焼状態が安定状態でない場合には、内部ＥＧＲ率を上昇させない吸気閉弁時における分割噴射による燃料ウェット量の低減を優先的に実行することにより、内燃機関２０の燃焼状態を安定に維持して燃料ウェット量の低減を図ることができる。
ＥＣＵ５０は、燃料の要求噴射量、内燃機関２０の温度情報、内燃機関２０の回転回数のうちの少なくともいずれか１つに基づいて燃料ウェット量を判定するウェット算出部５３をさらに備えていてもよい。
本開示に記載の制御部及びその手法は、コンピュータプログラムにより具体化された一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。あるいは、本開示に記載の制御部及びその手法は、一つ以上の専用ハードウエア論理回路によってプロセッサを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。もしくは、本開示に記載の制御部及びその手法は、一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリと一つ以上のハードウエア論理回路によって構成されたプロセッサとの組み合わせにより構成された一つ以上の専用コンピュータにより、実現されてもよい。また、コンピュータプログラムは、コンピュータにより実行されるインストラクションとして、コンピュータ読み取り可能な非遷移有形記録媒体に記憶されていてもよい。
２０…内燃機関、２１…燃料噴射弁、２２…吸気タイミング可変機構、２４…排気タイミング可変機構、５０…ＥＣＵ、５６…ＶＴ制御部

Claims (10)

  1. 燃料を噴射する燃料噴射弁（２１）と、吸気ポートに設けられた吸気弁の開閉を制御する吸気タイミング可変機構（２２）と、排気ポートに設けられた排気弁の開閉を制御する排気タイミング可変機構（２４）と、を備える内燃機関（２０）の駆動制御装置（５０）であって、
    前記内燃機関の始動時に、前記燃料が噴射される噴射場に面する前記内燃機関の壁面に付着する燃料量である燃料ウェット量を低減する要求があった場合に、前記吸気ポート側に吹き戻る対向流により前記燃料ウェット量を低減するように、前記吸気タイミング可変機構と前記排気タイミング可変機構との少なくともいずれか一方を制御するウェット低減制御を実行するバルブタイミング制御部（５６）を備え、
    前記バルブタイミング制御部は、前記ウェット低減制御として、前記内燃機関の始動開始から１サイクル目では前記吸気弁の開弁時期を前記内燃機関の排気上死点よりも進角させる制御を実行せず、前記内燃機関の始動開始から２サイクル目以降のサイクルで前記吸気弁の開弁時期を前記内燃機関の排気上死点よりも進角させる制御を実行する駆動制御装置。
  2. 燃料を噴射する燃料噴射弁（２１）と、吸気ポートに設けられた吸気弁の開閉を制御する吸気タイミング可変機構（２２）と、排気ポートに設けられた排気弁の開閉を制御する排気タイミング可変機構（２４）と、を備える内燃機関（２０）の駆動制御装置（５０）であって、
    前記内燃機関の始動時に、前記燃料が噴射される噴射場に面する前記内燃機関の壁面に付着する燃料量である燃料ウェット量を低減する要求があった場合に、前記吸気ポート側に吹き戻る対向流により前記燃料ウェット量を低減するように、前記吸気タイミング可変機構と前記排気タイミング可変機構との少なくともいずれか一方を制御するウェット低減制御を実行するバルブタイミング制御部（５６）を備え、
    前記バルブタイミング制御部は、前記ウェット低減制御として、前記内燃機関の始動開始から１サイクル目で前記排気弁の閉弁時期を前記内燃機関の排気上死点よりも進角させる制御を実行する駆動制御装置。
  3. 燃料を噴射する燃料噴射弁（２１）と、吸気ポートに設けられた吸気弁の開閉を制御する吸気タイミング可変機構（２２）と、排気ポートに設けられた排気弁の開閉を制御する排気タイミング可変機構（２４）と、を備える内燃機関（２０）の駆動制御装置（５０）であって、
    前記内燃機関の始動時に、前記燃料が噴射される噴射場に面する前記内燃機関の壁面に付着する燃料量である燃料ウェット量を低減する要求があった場合に、前記吸気ポート側に吹き戻る対向流により前記燃料ウェット量を低減するように、前記吸気タイミング可変機構と前記排気タイミング可変機構との少なくともいずれか一方を制御するウェット低減制御を実行するバルブタイミング制御部（５６）を備え、
    前記バルブタイミング制御部は、前記ウェット低減制御として、前記内燃機関の始動開始から１サイクル目で前記排気弁の閉弁時期を前記内燃機関の排気上死点よりも進角させる制御を実行するとともに、前記内燃機関の始動開始から２サイクル目以降のサイクルで前記吸気弁の開弁時期を前記内燃機関の排気上死点よりも進角させる制御を実行する駆動制御装置。
  4. 前記バルブタイミング制御部は、前記ウェット低減制御として、前記内燃機関の始動開始から２サイクル目以降のサイクルで前記排気弁の閉弁時期を前記内燃機関の排気上死点よりも進角させる制御を実行する請求項１または３に記載の駆動制御装置。
  5. 前記噴射場で前記対向流が発生している期間である対向流発生期間を取得し、
    １サイクル内で前記内燃機関に噴射する燃料の全噴射量を、前記対向流発生期間内に噴射できない場合に、前記吸気弁の閉弁時に燃料を噴射する吸気閉弁時噴射を複数回に分割して噴射するように前記燃料噴射弁を制御する分割噴射制御を実行する噴射制御部（５５）をさらに備える請求項１～４のいずれかに記載の駆動制御装置。
  6. 燃料を噴射する燃料噴射弁（２１）と、吸気ポートに設けられた吸気弁の開閉を制御する吸気タイミング可変機構（２２）と、排気ポートに設けられた排気弁の開閉を制御する排気タイミング可変機構（２４）と、を備える内燃機関（２０）の駆動制御装置（５０）であって、
    前記内燃機関の始動時に、前記燃料が噴射される噴射場に面する前記内燃機関の壁面に付着する燃料量である燃料ウェット量を低減する要求があった場合に、前記吸気ポート側に吹き戻る対向流により前記燃料ウェット量を低減するように、前記吸気タイミング可変機構と前記排気タイミング可変機構との少なくともいずれか一方を制御するウェット低減制御を実行するバルブタイミング制御部（５６）を備え、
    前記噴射場で前記対向流が発生している期間である対向流発生期間を取得し、
    １サイクル内で前記内燃機関に噴射する燃料の全噴射量を、前記対向流発生期間内に噴射できない場合に、前記吸気弁の閉弁時に燃料を噴射する吸気閉弁時噴射を複数回に分割して噴射するように前記燃料噴射弁を制御する分割噴射制御を実行する噴射制御部（５５）をさらに備える駆動制御装置。
  7. 前記バルブタイミング制御部は、前記ウェット低減制御として、前記内燃機関の始動開始から２サイクル目以降のサイクルで前記吸気弁の開弁時期を前記内燃機関の排気上死点よりも進角させる制御を実行する請求項６に記載の駆動制御装置。
  8. 前記内燃機関の回転速度が所定の回転速度閾値以上である場合に、前記噴射制御部による前記分割噴射制御を、前記バルブタイミング制御部による前記ウェット低減制御よりも優先させる請求項５～７のいずれかに記載の駆動制御装置。
  9. 前記内燃機関の燃焼状態が所定の安定状態ではない場合に、前記噴射制御部による前記分割噴射制御を、前記バルブタイミング制御部による前記ウェット低減制御よりも優先させる請求項５～８のいずれかに記載の駆動制御装置。
  10. 前記燃料の要求噴射量、前記内燃機関の温度情報、前記内燃機関の回転回数のうちの少なくともいずれか１つに基づいて前記燃料ウェット量を算出するウェット算出部（５３）をさらに備える請求項１～９のいずれかに記載の駆動制御装置。
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