WO2014136935A1

WO2014136935A1 - エンジンの制御装置及び制御方法

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Publication number: WO2014136935A1
Application number: PCT/JP2014/055948
Authority: WO
Inventors: 芳国倉島
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Astemo Ltd
Priority date: 2013-03-07
Filing date: 2014-03-07
Publication date: 2014-09-12
Anticipated expiration: 2015-09-07
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Abstract

　本発明は、ピストンの上死点位置を変更する圧縮比可変機構と、筒内に燃料を直接噴射する燃料噴射装置とを備えたエンジンの制御装置及び制御方法に関する。本発明に係るエンジンの制御装置及び制御方法では、圧縮比可変機構により圧縮比が増加するときに、ピストン冠面に付着する燃料を減少させるように、燃料噴射装置による燃料噴射における噴射タイミング、燃料圧力、分割噴射回数などを変更する。

Description

エンジンの制御装置及び制御方法

　本発明は、ピストンの上死点位置を変更する圧縮比可変機構と、筒内に燃料を直接噴射する燃料噴射装置とを備えたエンジンの制御装置及び制御方法に関する。

　特許文献１には、圧縮比可変機構を備えた筒内直接噴射式内燃機関において、目標圧縮比に比べて実際の圧縮比が高い場合に、吸気行程噴射と圧縮行程噴射とを組み合わせた燃料噴射を行い、圧縮比の低下に応じて圧縮行程噴射の噴射開始時期を遅角させることが開示されている。

特開２００９－２３６１０７号公報

　筒内に燃料を直接噴射する燃料噴射装置を備えたエンジンにおけるＰＭ（Particulate Matter）排出量は、ピストン冠面への燃料付着によって変動する。
　また、ピストンの上死点位置を変更する圧縮比可変機構を備えたエンジンでは、圧縮比に応じてピストンと燃料噴射装置との距離が変動する。
　このため、ピストンと燃料噴射装置との距離が短くなる高圧縮比の状態では、燃料がピストン冠面に付着し易くなり、ＰＭ排出量が増加する場合があった。

　本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、圧縮比可変機構と筒内に燃料を直接噴射する燃料噴射装置とを備えたエンジンにおいて、ピストン冠面への燃料付着を抑制できる制御装置及び制御方法を提供することを目的とする。

　そのため、本発明に係るエンジンの制御装置は、圧縮比可変機構により圧縮比が増加するときに、ピストン冠面に付着する燃料を減少させるように燃料噴射装置の噴射を変更する噴射制御部を備えるようにした。
　また、本発明に係るエンジンの制御方法は、運転条件に応じて圧縮比可変機構を制御し、圧縮比が増加するときに、ピストン冠面に付着する燃料を減少させるように燃料噴射装置の噴射を変更するようにした。

　上記発明によると、圧縮比の増加に伴ってピストン冠面に付着する燃料が増えることを抑制でき、以って、エンジンのＰＭ排出量の増大を抑制することができる。

本願発明の実施形態におけるエンジンのシステム図である。本願発明の実施形態における圧縮比に応じた噴射時期の制御の流れを示すフローチャートである。本願発明の実施形態における吸気行程噴射の噴射時期と圧縮比との相関を示す図であり、（Ａ）は圧縮比と噴射時期との相関を示すタイムチャート、（Ｂ）はクランク角とピストン位置との相関を示す線図である。本願発明の実施形態における圧縮行程噴射の噴射時期と圧縮比との相関を示す図であり、（Ａ）は圧縮比と噴射時期との相関を示すタイムチャート、（Ｂ）はクランク角とピストン位置との相関を示す線図である。本願発明の実施形態における圧縮比に応じた燃料圧力の制御の流れを示すフローチャートである。本願発明の実施形態における圧縮比に応じた分割噴射回数の制御の流れを示すフローチャートである。

　以下に本発明の実施の形態を説明する。
　図１は、本発明に係る制御装置及び制御方法を適用可能なエンジンの一例を示す図である。
　図１にエンジン１０は、ピストン３３の上死点位置を変更する圧縮比可変機構５０と、筒内に燃料を直接噴射する燃料噴射装置４１を備えている。

　圧縮比可変機構５０は、クランクシャフト３２とピストン３３とを、ロアリンク１１及びアッパリンク１２で連結すると共に、コントロールリンク１３でロアリンク１１の移動を規制し、ピストン３３の上死点位置を変更することで圧縮比を変更する機構である。
　ロアリンク１１は、左右の２部材に分割可能に構成され、略中央の連結孔でクランクシャフト３２のクランクピン３２ｂに取り付けられる。そして、ロアリンク１１は、クランクピン３２ｂを中心軸として回転する。

　クランクシャフト３２は、複数のジャーナル３２ａとクランクピン３２ｂとを備える。ジャーナル３２ａは、シリンダブロック３１及びラダーフレーム３４によって回転自在に支持される。クランクピン３２ｂは、ジャーナル３２ａから所定量偏心しており、ここにロアリンク１１が回転自在に連結する。
　ロアリンク１１の一端は、連結ピン２１を介してアッパリンク１２に連結し、ロアリンク１１の他端は、連結ピン２２を介してコントロールリンク１３に連結する。

　アッパリンク１２の下端は、連結ピン２１を介してロアリンク１１の一端に連結し、アッパリンク１２の上端は、ピストンピン２３を介してピストン３３に連結する。
　ピストン３３は、燃焼圧力を受け、シリンダブロック３１のシリンダ３１ａ内を往復動する。

　コントロールリンク１３は、先端に設けた連結ピン２２を介して、ロアリンク１１に回動可能に連結し、コントロールリンク１３の他端は、連結ピン２４を介してコントロールシャフト２５に偏心して連結し、コントロールリンク１３は、連結ピン２４を中心として揺動する。
　コントロールシャフト２５にはギヤが形成されており、ギヤがアクチュエータ５１の回転軸５２に設けられたピニオン５３に噛合する。そして、アクチュエータ５１によってコントロールシャフト２５が回転させられ、連結ピン２４が移動する。

　制御装置としてのコントローラ７０は、アクチュエータ５１を制御してコントロールシャフト２５を回転させることで、ピストン３３の上死点位置を変更し、エンジン１０の圧縮比（機械圧縮比）を変更する。
　燃料噴射装置（燃料噴射弁）４１は、例えば、噴霧方向がシリダボアの軸心に斜めに交差するように、燃焼室側方にピストン３３側を向くように傾けて配置され、筒内に燃料を直接噴射する。
　なお、燃料噴射装置４１を、例えば燃焼室の天井面の略中央に下向きに配置することができ、燃料噴射装置４１を燃焼室側方に配置する構成に限定するものではない。

　コントローラ７０は、燃料噴射装置４１による燃料噴射を制御し、また、点火プラグ４２の点火時期を制御する。
　コントローラ７０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力インタフェースなどを備えたマイクロコンピュータを含んで構成され、各種センサからの検出信号を入力し、圧縮比可変機構５０、燃料噴射装置４１、点火プラグ４２などの制御信号を出力する。

　上記の各種センサとして、エンジン１０には、エンジン負荷ＴＰを検出する負荷センサ６１、エンジン１０の回転速度ＮＥを検出する回転センサ６２、エンジン１０の冷却水の温度ＴＷを検出する水温センサ６３などを設けてある。
　なお、エンジン１０の冷却水の温度は、エンジン１０の温度を代表する温度である。
　コントローラ７０は、圧縮比可変機構５０により圧縮比が増加するときに、ピストン３３の冠面に付着する燃料を減少させるように燃料噴射装置４１の噴射を変更する噴射制御部としての機能を備えている。

　燃料噴射装置４１から噴射された燃料のうち、ピストン３３の冠面に付着する量は、噴射タイミング、燃料噴霧のペネトレーションなどに応じて変化するので、上記の燃料噴射装置４１の噴射を変更する機能には、噴射タイミング、燃料噴霧のペネトレーションを変更することが含まれる。
　そして、圧縮比を増加させるときにピストン３３の冠面に付着する燃料を減少させることで、高圧縮比状態でのエンジン１０のＰＭ排出量を抑制でき、排気性状を改善することができる。

　図２のフローチャートは、コントローラ７０が実施する、圧縮比に応じた噴射タイミング制御の一例を示す。
　図２のフローチャートにおいて、ステップＳ１０１で、コントローラ７０は、エンジン負荷ＴＰ、エンジン回転速度ＮＥなどのエンジン１０の運転状態に応じて、燃料噴射装置４１の噴射を開始させるタイミングの基本値である基本噴射開始位置を、マップ検索などによって決定する。

　噴射タイミングは、吸気行程中又は圧縮行程中に設定され、例えば、基準クランク角度位置から進角角度又は遅角角度で表されるものとする。なお、本願では、遅角方向をプラス角度で示し、進角方向をマイナス角度で示すものとする。
　コントローラ７０は、ステップＳ１０１で基本噴射開始位置を決定すると、次のステップＳ１０２で、冷却水温度ＴＷが所定温度よりも低いか否かを判定する。つまり、コントローラ７０は、冷却水温度領域を、所定温度を境界として高温領域と低温領域との区分し、ステップＳ１０２では、現在の冷却水温が高温領域と低温領域とのいずれに該当しているかを判定する。

　エンジン１０の冷却水温度ＴＷが高い場合には、燃料噴射装置４１から噴射される燃料の霧化性能が向上し、噴射タイミングが同じでも冷機に比べてピストン３３の冠面に付着する燃料が少なくなる。逆に、冷却水温度ＴＷが低い場合には、高い場合に比べて同じ噴射タイミングでピストン３３の冠面に付着する燃料量が多くなる。
　そこで、コントローラ７０は、ステップＳ１０２で、噴射タイミングを変更しないと、ピストン冠面に付着する燃料の量が許容レベルを超える機関温度条件であるか否かを冷却水温度ＴＷに基づき判定する。

　つまり、コントローラ７０は、所定温度よりも冷却水温度ＴＷが高い場合には、噴射タイミングを変更しなくても、高い霧化性能によって、ピストン冠面に付着する燃料量を許容レベル内に抑制できるものと推定する。また、コントローラ７０は、所定温度よりも冷却水温度ＴＷが低い場合には、噴射タイミングをピストン冠面に付着する燃料が減少する方向に変更しないと、ピストン冠面に付着する燃料の量が許容レベルを超える可能性があると推定する。
　上記のようなコントローラ７０による推定処理が行えるように、所定温度を予め実験やシミュレーションによって決定してある。
　従って、コントローラ７０は、所定温度よりも冷却水温度ＴＷが高い場合には、ピストン冠面に付着する燃料を低減するための噴射タイミングの変更は不要と判断する。そして、コントローラ７０は、そのまま本ルーチンを終了させることで、基本噴射開始時期に基づいて燃料噴射装置４１による噴射タイミングを制御する。

　一方、コントローラ７０は、所定温度よりも冷却水温度ＴＷが低い場合には、ピストン付着燃料量を低減するために噴射タイミングの変更が必要であると判断して、ステップＳ１０３へ進む。
　ステップＳ１０３で、コントローラ７０は、圧縮比可変機構５０によって変更される実圧縮比が所定圧縮比以上であるか否かを判定する。即ち、圧縮比可変機構５０によって可変とされる圧縮比領域を、所定圧縮比を境に高圧縮比領域と低圧縮比領域に区分し、コントローラ７０は、現在の実圧縮比が高圧縮比領域と低圧縮比領域とのいずれに該当しているかを判定する。

　なお、コントローラ７０は、コントロールシャフト２５の角度位置を実圧縮比に相当する状態量として検出することができる。つまり、コントローラ７０は、コントロールシャフト２５の角度位置の検出値を圧縮比に変換し、当該変換で得た圧縮比を実圧縮比として用いることができ、また、コントロールシャフト２５の角度位置の検出値と、所定圧縮比に相当する角度位置とを比較することで、高圧縮比状態であるか否かを判定することができる。
　圧縮比可変機構５０は、ピストンの上死点位置を変更することで圧縮比を変更する機構であるから、実圧縮比が低いほど同じクランク角位置におけるピストンの位置がより低くなり、結果、燃料噴射装置４１とピストン冠面との距離がより長くなる。そして、燃料噴射装置４１とピストン冠面との距離がより長いなるほど、ピストン冠面に燃料が付着し難くなる。

　そこで、噴射タイミングを変更しないと、ピストン冠面に付着する燃料の量を許容レベル内に抑えることができない高圧縮比状態を、実圧縮比が所定圧縮比以上の状態として検出することができるように、所定圧縮比を、予め実験やシミュレーションによって決定してある。
　従って、コントローラ７０は、実圧縮比が所定圧縮比よりも低い場合には、噴射タイミングでの燃料噴射装置４１とピストン冠面との距離が、ピストン冠面に付着する燃料の量を許容レベル内に抑えることができる程度に十分に長いと判定する。そして、コントローラ７０は、本ルーチンをそのまま終了させることで、基本噴射開始時期に基づいて燃料噴射装置４１による噴射タイミングを制御する。

　一方、コントローラ７０は、実圧縮比が所定圧縮比以上であれば、噴射タイミングの変更を行わないと、ピストン冠面に付着する燃料の量が許容レベルを超える可能性があると判定し、ステップＳ１０４へ進む。
　ステップＳ１０４で、コントローラ７０は、燃料噴射装置４１による燃料噴射タイミングが吸気行程噴射と圧縮行程噴射とのいずれに設定されているかを、ステップＳ１０１で決定した基本噴射開始時期に基づいて判定する。

　そして、コントローラ７０は、吸気行程中に燃料を噴射させる吸気行程噴射である場合、ステップＳ１０５へ進む。
　ステップＳ１０５で、コントローラ７０は、実圧縮比及び基本噴射開始時期に基づき第１補正角度ＨＡ１を設定する。
　なお、第１補正角度ＨＡ１は、吸気行程中に設定される基本噴射開始時期の遅角補正項であり、第１補正角度ＨＡ１の値が大きいほど基本噴射開始時期がより大きく遅角側に変更される。

　第１補正角度ＨＡ１は、図３（Ａ）に示したように、実圧縮比が高いほどより大きな値に設定され、また、基本噴射開始時期が排気上死点ＴＤＣに近いほどより大きな値に設定され、第１補正角度ＨＡ１が大きいほど噴射タイミングをより遅角させることになる。
　ここで、噴射開始時期における燃料噴射装置４１とピストン冠面との距離を設定値以上とすることで、ピストン冠面に付着する燃料の量を許容レベル内に抑えることができる。

　一方、図３（Ｂ）に示すように、圧縮比が高いほど同じ噴射時期でのピストン冠面はより高くなり、また、ピストンが下降する吸気行程での噴射では、噴射タイミングが進角するほど、燃料噴射装置４１とピストン冠面との距離がより短い状態で燃料噴射を行うことになる。
　従って、噴射開始時期における燃料噴射装置４１とピストン冠面との距離を設定値以上とするためには、圧縮比が高いほど噴射タイミングをより遅角させる、つまり、排気上死点から遠ざける必要がある。

　また、基本噴射開始時期がより遅角側であるほど、噴射開始時期における燃料噴射装置４１とピストン冠面との距離を設定値以上とするために要求される噴射タイミングの遅角補正量は小さくなる。
　そこで、ステップＳ１０５で、コントローラ７０は、実圧縮比が高いほど第１補正角度ＨＡ１をより大きな値に設定して、実圧縮比が高いほど噴射開始時期をより大きく遅角させる。また、コントローラ７０は、基本噴射開始時期が排気上死点ＴＤＣに近いほど第１補正角度ＨＡ１をより大きな値に設定して、基本噴射開始時期が排気上死点ＴＤＣに近いほど噴射開始時期をより大きく遅角させる。

　コントローラ７０は、ステップＳ１０５で第１補正角度ＨＡ１を設定すると、次のステップＳ１０６では、目標圧縮比から所定値を減算した圧縮比が実圧縮比以上であるか否か、換言すれば、増大した目標圧縮比に向けて実圧縮比が増大しつつある過渡状態であるか否かを判定する。
　実圧縮比が増大変化している場合には、現時点での実圧縮比に基づき第１補正角度ＨＡ１を設定しても、燃料噴射タイミングの変更は遅れて実行されるから、実際に燃料噴射を行う時点では、第１補正角度ＨＡ１を設定した時点よりも圧縮比が増大していることになる。

　そこで、コントローラ７０は、ステップＳ１０６で、実圧縮比が増大しつつある過渡状態であると判定すると、ステップＳ１０７へ進み、実圧縮比の増大方向への変化速度に応じて第２補正角度ＨＡ２を設定する。
　なお、コントローラ７０は、実圧縮比の増大方向への変化速度を、今回実圧縮比と前回実圧縮比との差に基づいて判断する。
　ここで、第２補正角度ＨＡ２は、実圧縮比の増大変化速度が大きいほど、つまり、実際に燃料噴射が開始されるまでの遅れ時間における実圧縮比の増大代が大きいほど、より大きな角度に設定され、基本噴射開始時期をより大きく遅角する。
　係る第２補正角度ＨＡ２により、過渡状態で応答遅れを補償して、実圧縮比に見合った噴射タイミングに変更することができる。

　一方、実圧縮比が増大しつつある過渡状態でない場合、コントローラ７０は、ステップＳ１０８へ進み、第２補正角度ＨＡ２を零として、第２補正角度ＨＡ２による補正をキャンセルする。
　ステップＳ１０９で、コントローラ７０は、燃料噴射開始位置を、基本噴射開始位置から第１補正角度ＨＡ１及び第２補正角度ＨＡ２だけ遅角した位置に設定する。つまり、コントローラ７０は、以下の式に従って燃料噴射開始位置を算出する。
　　燃料噴射開始位置＝基本噴射開始位置＋第１補正角度ＨＡ１＋第２補正角度ＨＡ２
　そして、コントローラ７０は、ステップＳ１０９で設定した燃料噴射開始位置が検出されたときに、燃料噴射装置４１に向けて噴射パルス信号を出力する。

　以上のように、吸気行程噴射においては、圧縮比が増加するときに燃料噴射開始時期を遅角させることで、排気上死点から噴射開始時期を遠ざけ、ピストン冠面への燃料付着量を減少させる。
　つまり、圧縮比の増加するときに噴射タイミングを変更しないと、噴射タイミングにおける燃料噴射装置４１とピストン３３の冠面との距離が近づき、冠面に付着する燃料の量が増えてしまうため、噴射タイミングを、ピストン冠面への燃料付着量が減少する方向に変更する。ここで、ピストン冠面への燃料付着量が減少する方向は、吸気行程噴射では遅角方向となる。
　これにより、圧縮比が増大しても、ピストン冠面に付着する燃料の量が増えることを抑制でき、以って、エンジン１０のＰＭ排出量が増えることを抑制できる。

　また、コントローラ７０は、ステップＳ１０４で圧縮行程噴射が設定されていると判定すると、ステップＳ１１０へ進む。
　ステップＳ１１０で、コントローラ７０は、実圧縮比及び基本噴射開始時期に基づき第３補正角度ＨＡ３を設定する。
　なお、第３補正角度ＨＡ３は、圧縮行程中に設定される基本噴射開始時期の進角補正項であり、第３補正角度ＨＡ３の値が大きいほど、基本噴射開始時期がより大きく進角側に変更される。

　第３補正角度ＨＡ３は、図４（Ａ）に示したように、実圧縮比が高いほどより大きな値に設定され、また、基本噴射開始時期が圧縮上死点ＴＤＣに近いほどより大きな値に設定され、第３補正角度ＨＡ３が大きいほど噴射タイミングはより進角側に変更される。
　前述のように、噴射開始時期における燃料噴射装置４１とピストン冠面との距離を、設定値以上とすることで、ピストン冠面に付着する燃料の量を許容レベル内に抑えることができる。

　一方、図４（Ｂ）に示すように、圧縮比が高いほど同じ噴射時期でのピストン冠面はより高くなり、また、ピストンが上昇する圧縮行程での噴射では、噴射タイミングが遅角するほど、燃料噴射装置４１とピストン冠面との距離がより短い状態で燃料噴射を行うことになる。
　従って、噴射開始時期における燃料噴射装置４１とピストン冠面との距離を設定値以上とするためには、圧縮比が高いほど噴射タイミングをより進角させる、つまり、圧縮上死点から遠ざける必要がある。

　また、基本噴射開始時期がより進角側であるほど、噴射開始時期における燃料噴射装置４１とピストン冠面との距離を設定値以上とするために要求される、噴射タイミングの進角補正量は小さくなる。
　そこで、コントローラ７０は、ステップＳ１１０で、第３補正角度ＨＡ３を実圧縮比が高いほどより大きな値に設定して、実圧縮比が高いほど噴射開始時期をより大きく進角させる。また、コントローラ７０は、基本噴射開始時期が圧縮上死点ＴＤＣに近いほど第３補正角度ＨＡ３をより大きな値に設定して、基本噴射開始時期が圧縮上死点ＴＤＣに近いほど噴射開始時期をより大きく進角させる。

　次のステップＳ１１１で、コントローラ７０は、目標圧縮比から所定値を減算した圧縮比が実圧縮比以上であるか否か、換言すれば、増大した目標圧縮比に向けて実圧縮比が増大しつつある過渡状態であるか否かを判定する。
　実圧縮比が増大変化している場合には、現時点での実圧縮比に基づき第３補正角度ＨＡ３を設定しても、燃料噴射タイミングの変更は遅れて実行されるから、実際に燃料噴射を行う時点では、第３補正角度ＨＡ３を設定した時点でよりも圧縮比が増大していることになる。

　そこで、ステップＳ１１１で、コントローラ７０は、実圧縮比が増大しつつある過渡状態であると判定すると、ステップＳ１１２へ進み、実圧縮比の増大方向への変化速度に応じて第４補正角度ＨＡ４を設定する。
　ここで、第４補正角度ＨＡ４は、第２補正角度ＨＡ２と同様に、実圧縮比の増大変化速度が大きいほど、つまり、実際に燃料噴射が開始されるまでの遅れ時間における実圧縮比の増大代が大きいほどより大きな角度に設定され、基本噴射開始時期をより大きく進角する。

　一方、実圧縮比が増大しつつある過渡状態でない場合、コントローラ７０は、ステップＳ１１３へ進み、第４補正角度ＨＡ４を零として、第４補正角度ＨＡ４による補正をキャンセルする。
　そして、ステップＳ１１４で、コントローラ７０は、燃料噴射開始位置を、基本噴射開始位置から第３補正角度ＨＡ３及び第４補正角度ＨＡ４だけ進角した位置に設定する。つまり、コントローラ７０は、以下の式に従って燃料噴射開始時期を算出する。
　燃料噴射開始位置＝基本噴射開始位置－第３補正角度ＨＡ３－第４補正角度ＨＡ４

　以上のように、コントローラ７０は、圧縮行程噴射においては、圧縮比が増加するときに燃料噴射開始時期を進角させることで、圧縮上死点から噴射開始時期を遠ざけ、ピストン冠面への燃料付着量を減少させる。
　つまり、圧縮比の増加するときに噴射タイミングを変更しないと、噴射タイミングにおける燃料噴射装置４１とピストン３３の冠面との距離が近づき、冠面に付着する燃料の量が増えてしまうため、噴射タイミングを、ピストン冠面への燃料付着量が減少する方向に変更する。
　なお、ピストン冠面への燃料付着量が減少する方向は、圧縮行程噴射では進角方向となる。
　これにより、圧縮比が増大しても、ピストン冠面に付着する燃料の量が増えることを抑制でき、以って、エンジン１０のＰＭ排出量が増えることを抑制できる。

　ところで、ピストン冠面への燃料付着量を減少させるための燃料噴射装置４１の噴射の変更として、コントローラ７０は、前述のように噴射タイミングを変更できる他、燃料噴射装置４１の燃料噴霧のペネトレーションを変更できる。
　圧縮比を高くすることで、噴射タイミングにおける燃料噴射装置４１とピストン３３の冠面との距離が短くなるときに、燃料噴霧のペネトレーションを弱めれば、燃料噴霧の到達距離が短くなってピストン冠面にまで到達する燃料が減り、以って、ピストン冠面への燃料付着量が増えることを抑制できる。

　図５のフローチャートは、コントローラ７０が実施する、圧縮比に応じたペネトレーション制御の一例を示す。
　図５のフローチャートに示す制御で、コントローラ７０は、燃料噴射装置４１に供給される燃料の圧力ＦＰを変更することで、燃料噴霧のペネトレーションを変更する。
　つまり、燃料圧力ＦＰを高くすれば、ペネトレーションが強まってピストン冠面にまで到達する燃料が増え、ピストン冠面への燃料付着量が増えるが、燃料圧力ＦＰを低くすれば、ペネトレーションが弱まってピストン冠面にまで到達する燃料が減り、ピストン冠面への燃料の付着量が減少する。

　なお、燃料噴射装置４１に供給される燃料の圧力ＦＰの変更は、例えば、燃料噴射装置４１に向けて燃料を圧送する燃料供給装置７１に含まれる燃料ポンプの制御などによって行われる。
　図５のフローチャートにおいて、ステップＳ２０１で、コントローラ７０は、エンジン負荷ＴＰ、エンジン回転速度ＮＥ、冷却水温度ＴＷなどのエンジン１０の運転状態に応じて、燃料噴射装置４１に供給する燃料の圧力ＦＰの目標値である基本目標燃圧ＦＰｂを、マップ検索などによって決定する。

　ステップＳ２０２で、コントローラ７０は、ステップＳ１０２と同様に、冷却水温度ＴＷが所定温度よりも低いか否かを判定する。
　そして、コントローラ７０は、冷却水温度ＴＷが所定温度よりも低く、燃料噴射装置４１から噴射される燃料の霧化性能が低い場合に、ステップＳ２０３へ進む。

　ステップＳ２０３で、コントローラ７０は、ステップＳ１０３と同様に、圧縮比可変機構５０によって変更される実圧縮比が所定圧縮比以上であるか否かを判定する。
　ここで、実圧縮比が所定圧縮比以上であれば、コントローラ７０は、ステップＳ２０４へ進み、実圧縮比及び燃料噴射装置４１の噴射タイミングに応じて燃圧補正値ＨＰを設定する。

　なお、燃圧補正値ＨＰは、基本目標燃圧ＦＰｂから減算される補正項であり、燃圧補正値ＨＰの値が大きいほど、基本目標燃圧ＦＰｂはより低い圧に補正される。
　燃圧補正値ＨＰは、実圧縮比が高いほどより大きな値、つまり、燃料圧力ＦＰをより低く補正する値に設定され、また、噴射タイミングが上死点に近いほどより大きな値に設定される。
　なお、吸気行程噴射では排気上死点に近いほど燃圧補正値ＨＰはより大きな値に設定され、また、圧縮行程噴射では圧縮上死点に近いほど燃圧補正値ＨＰはより大きな値に設定される。

　前述のように、圧縮比が高いほど同じ噴射タイミングでのピストン冠面はより高くなって、燃料噴射装置４１とピストン冠面との距離がより短い状態で燃料噴射を行うことになり、ピストン冠面に燃料が付着し易くなる。
　そこで、コントローラ７０は、圧縮比が高いほど燃料圧力ＦＰをより低くして、燃料噴射装置４１から噴射される燃料噴霧のペネトレーションを弱める。これにより、圧縮比が高いときに燃料噴霧の到達距離が短くなり、ピストン冠面に付着する燃料量が増えることが抑制される。

　また、噴射タイミングが上死点に近いほど、噴射タイミングにおける燃料噴射装置４１とピストン冠面との距離が短くなるので、コントローラ７０は、噴射タイミングが上死点に近いほど燃料圧力ＦＰをより低くして、燃料噴射装置４１から噴射される燃料噴霧のペネトレーションを弱める。これにより、噴射タイミングが上死点に近いときに燃料噴霧の到達距離が短くなり、ピストン冠面に付着する燃料量が増えることが抑制される。
　コントローラ７０は、ステップＳ２０４で燃圧補正値ＨＰを設定すると、ステップＳ２０５に進み、燃料噴射装置４１に供給する燃料の圧力の最終的な目標値ＦＰtgを、基本目標燃圧ＦＰｂから燃圧補正値ＨＰを減算した値に設定する。
　つまり、コントローラ７０は、以下の式に従って目標値ＦＰtgを算出する。
　　　ＦＰtg＝ＦＰｂ－ＨＰ

　そして、コントローラ７０は、実際の燃料圧力が目標燃圧ＦＰtgに近づくように、燃料供給装置７１からの燃料の吐出量を制御する。
　上記のように、圧縮比を増加させるときに、燃料圧力ＦＰをより低く変更してペネトレーションを弱めることで、ピストン３３の冠面に付着する燃料の量が増えることを抑制でき、エンジン１０のＰＭ排出量が増大することを抑制できる。

　なお、コントローラ７０は、圧縮比の増大に応じて噴射タイミングを上死点から遠ざける処理と、圧縮比の増大に応じて燃料圧力ＦＰをより低く変更する処理とを、並行して実施したり、切り替えて実施したりすることができる。
　噴射タイミング制御と燃圧制御とを切り替えて実施する態様として、コントローラ７０は、圧縮比の増大に応じて噴射タイミングを上死点から限界角度まで遠ざけた後に、更に圧縮比が増大するときに、噴射タイミングを保持したまま燃圧を低下させる制御を実施することができる。また、コントローラ７０は、圧縮比の増大に応じて燃圧を限界まで低下させた後に、更に圧縮比が増大するときに、燃圧を保持したまま噴射タイミングを上死点から遠ざける制御を実施することができる。

　ところで、燃料噴霧のペネトレーションの変更は、燃料圧力ＦＰの変更によって行える他、分割燃料噴射における分割回数を変更することによっても、ペネトレーションを変更することができる。
　燃料噴射においては、噴射の継続時間が長くなるほどペネトレーションが強くなるので、同じ量の燃料を噴射する場合に、より多くの回数に分けて噴射を行って噴射の継続時間を短くした方が、ペネトレーションは弱くなる。

　図６のフローチャートは、コントローラ７０が実施する、圧縮比に応じた分割噴射回数制御の一例を示す。
　図６のフローチャートにおいて、ステップＳ３０１で、コントローラ７０は、エンジン負荷ＴＰ、エンジン回転速度ＮＥ、冷却水温度ＴＷなどのエンジン１０の運転状態に応じて、燃料噴射装置４１による噴射の基本分割回数ＤＮをマップ検索などによって決定する。

　なお、分割回数とは、１サイクル当たりの燃料噴射量を何回に分けて噴射させるかを示し、例えば、分割回数を２回とする場合には、燃料噴射量に相当する噴射パルス幅の半分の時間での噴射を行った後、所定の中断期間が経過してから、残る半分の時間での噴射を行わせる。
　ただし、各回当たりの噴射量は不均一とすることができ、また、分割回数を３回以上とする場合に、中断期間を不均一とすることができる。

　また、ステップＳ３０１で設定される基本分割回数ＤＮを一律に１回として、分割噴射を行わない設定とすることができる。
　ステップＳ３０２で、コントローラ７０は、ステップＳ１０２と同様に、冷却水温度ＴＷが所定温度よりも低いか否かを判定する。
　そして、冷却水温度ＴＷが所定温度よりも低く、燃料噴射装置４１から噴射される燃料の霧化（気化）性能が低い場合、コントローラ７０は、ステップＳ３０３へ進む。

　ステップＳ３０３で、コントローラ７０は、ステップＳ１０３と同様に、圧縮比可変機構５０によって変更される実圧縮比が所定圧縮比以上であるか否かを判定する。
　ここで、実圧縮比が所定圧縮比以上であれば、コントローラ７０はステップＳ３０４へ進み、実圧縮比に応じて補正回数ＨＮを設定する。

　なお、補正回数ＨＮは、基本分割回数ＤＮの加算補正項であり、補正回数ＨＮの値が大きいほど基本分割回数ＤＮがより多い回数に補正され、より細かく噴射パルス幅が分割されることになる。
　補正回数ＨＮは、実圧縮比が高いほどより大きな値に設定され、実圧縮比が高くなるほど燃料噴射をより多くの回数に分割して実施させる。

　前述のように、圧縮比が高いほど同じ噴射タイミングでのピストン冠面はより高くなって、燃料噴射装置４１とピストン冠面との距離がより短い状態で燃料噴射を行うことになり、ピストン冠面に燃料が付着し易くなる。
　そこで、コントローラ７０は、圧縮比が高いほど分割回数ＤＮを増やして、分割噴射の１回当たりの噴射時間を短くし、燃料噴射装置４１から噴射される燃料噴霧のペネトレーションを弱める。これにより、燃料噴霧の到達距離が短くなり、ピストン冠面に付着する燃料量が増えることが抑制される。

　コントローラ７０は、ステップＳ３０４で補正回数ＨＮを設定すると、ステップＳ３０５に進み、燃料噴射装置４１の分割噴射における最終的な分割回数ＤＮtgを、基本分割回数ＤＮに補正回数ＨＮを加算した値に設定する。
　つまり、コントローラ７０は、以下の式に従って最終的な分割回数ＤＮtgを算出する。
　　　ＤＮtg＝ＤＮ＋ＨＮ
　そして、コントローラ７０は、分割回数ＤＮtgに応じて１サイクル当たりの燃料噴射を分割して行わせる。
　上記のように、コントローラ７０は、圧縮比が増加するときに、分割噴射における分割回数ＤＮを増やして燃料噴霧のペネトレーションを弱めることで、ピストン３３の冠面に付着する燃料の量が増えることを抑制し、エンジン１０のＰＭ排出量が増大することを抑制する。

　なお、コントローラ７０は、圧縮比の増大に応じて噴射タイミングを上死点から遠ざける制御と、圧縮比の増大に応じて燃料圧力ＦＰをより低く変更する制御と、圧縮比の増大に応じて分割噴射の分割回数を増やす制御とのうちの少なくとも２つを、並行で実施したり、切り替えて実施したりすることができる。
　コントローラ７０は、例えば、圧縮比の増大に応じて分割回数ＤＮを限界まで増やした後に更に圧縮比が増大するときには、分割回数ＤＮを保持したまま燃圧を低下させる制御を実施することができる。また、コントローラ７０は、圧縮比の増大に応じて燃圧を限界まで低下させた後に更に圧縮比が増大するときには、燃圧を保持したまま分割回数を増やす制御を実施することができる。

　以上、好ましい実施形態を参照して本発明の内容を具体的に説明したが、本発明の基本的技術思想及び教示に基づいて、当業者であれば、種々の変形態様を採り得ることは自明である。
　例えば、燃料噴射装置４１の燃料噴霧のペネトレーションの変更は、燃料圧力、分割回数によって変更できる他、燃料噴射装置４１における噴射特性を変更することによっても実行可能である。

　噴射特性の変更は、ペネトレーションが相対的に強い燃料噴霧を噴射する第１の燃料噴射装置と、ペネトレーションが相対的に弱い燃料噴霧を噴射する第２の燃料噴射装置との双方を備え、実際に噴射を行わせる燃料噴射装置を切り替えることで実現できる。
　また、燃料噴射装置４１にペネトレーションを変更できる機構、例えば、弁体のリフト位置を切り替える機構などを設け、圧縮比に応じて係る機構を制御することで、ペネトレーションを変更することができる。
　また、噴射開始時期の補正角度、燃圧補正値、分割噴射の補正回数などを、機関温度が低いほどより大きな値に設定することができる。

　１０…エンジン、３３…ピストン、４１…燃料噴射装置、５０…圧縮比可変機構、７０…コントローラ

Claims

　ピストンの上死点位置を変更する圧縮比可変機構と、筒内に燃料を直接噴射する燃料噴射装置とを備えたエンジンの制御装置であって、
　前記制御装置は、前記圧縮比可変機構により圧縮比が増加するときに、ピストン冠面に付着する燃料を減少させるように前記燃料噴射装置の噴射を変更する噴射制御部を備える、エンジンの制御装置。
　前記噴射制御部は、前記燃料噴射装置による噴射タイミングを変更して前記ピストン冠面に付着する燃料を減少させる、請求項１記載のエンジンの制御装置。
　前記噴射制御部は、前記燃料噴射装置によって噴射される燃料噴霧のペネトレーションを変更して前記ピストン冠面に付着する燃料を減少させる、請求項１記載のエンジンの制御装置。
　前記噴射制御部は、前記圧縮比可変機構により圧縮比が増加するときに、前記燃料噴射装置による噴射タイミングを上死点から遠ざかる方向に変更する、請求項１記載のエンジンの制御装置。
　前記噴射制御部は、前記圧縮比可変機構により圧縮比を増加するときに、前記燃料噴射装置による分割噴射における分割回数を増やす、請求項１記載のエンジンの制御装置。
　前記噴射制御部は、前記圧縮比可変機構により圧縮比が増加するときに、前記燃料噴射装置の燃料圧力を低下させる、請求項１記載のエンジンの制御装置。
　前記噴射制御部は、前記圧縮比可変機構により圧縮比が増加するときに、前記燃料噴射装置による噴射タイミングを上死点から遠ざかる方向に変更する処理、前記燃料噴射装置による分割噴射における分割回数を増やす処理、前記燃料噴射装置の燃料圧力を低下させる処理のうちの少なくとも１つを実行する、請求項１記載のエンジンの制御装置。
　前記噴射制御部は、エンジンの温度が設定温度よりも低い状態において前記圧縮比可変機構により圧縮比が増加するときに、前記ピストンの冠面に付着する燃料を減少させるように前記燃料噴射装置の噴射を変更する、請求項１記載のエンジンの制御装置。
　前記噴射制御部は、前記圧縮比可変機構により圧縮比が増加するときに、前記ピストン冠面に付着する燃料を、エンジンの温度が低いほどより大きく減少させるように前記燃料噴射装置の噴射を変更する、請求項１記載のエンジンの制御装置。
　前記燃料噴射装置は、噴射特性が相互に異なる複数の燃料噴射装置を含み、
　前記噴射制御部は、燃料噴射を行わせる燃料噴射装置を切り替えて、前記ピストン冠面に付着する燃料を減少させる、請求項１記載のエンジンの制御装置。
　前記噴射制御部は、前記圧縮比可変機構により圧縮比が増加するときに、圧縮行程における前記燃料噴射装置の噴射タイミングを進角させる、請求項１記載のエンジンの制御装置。
　ピストンの上死点位置を変更する圧縮比可変機構と、筒内に燃料を直接噴射する燃料噴射装置とを備えたエンジンの制御方法であって、
　運転条件に応じて前記圧縮比可変機構を制御し、
　圧縮比が増加するときに、ピストン冠面に付着する燃料を減少させるように前記燃料噴射装置の噴射を変更する、
　エンジンの制御方法。
　前記燃料噴射装置の噴射を変更するステップは、
　圧縮比が増加するときに、前記燃料噴射装置による噴射タイミングを上死点から遠ざかる方向に変更する、請求項１２記載のエンジンの制御方法。
　前記燃料噴射装置の噴射を変更するステップは、
　圧縮比が増加するときに、前記燃料噴射装置による分割噴射における分割回数を増やす、請求項１２記載のエンジンの制御方法。
　前記燃料噴射装置の噴射を変更するステップは、
　圧縮比が増加するときに、前記燃料噴射装置の燃料圧力を低下させる、請求項１２記載のエンジンの制御方法。