WO2016166859A1 - エンジン制御装置及びエンジン制御方法 - Google Patents

エンジン制御装置及びエンジン制御方法 Download PDF

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露木　毅
佳宏 今岡
尊雄 井上
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日産自動車株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to an engine control device and an engine control method for controlling an in-cylinder direct fuel injection spark ignition engine.
  • a catalyst device for purifying exhaust gas is disposed in the exhaust passage of the engine. Since the catalyst carried by the catalyst device does not exhibit a good catalytic function below the activation temperature, a warm-up operation is required to quickly raise the catalyst to the activation temperature when the engine is started.
  • a warm-up operation method there is a method of raising the temperature of the catalyst by increasing the temperature of the exhaust gas by retarding the ignition timing. Also, in such warm-up operation, in order to ensure good ignitability even when the ignition timing is retarded, so-called stratified combustion is performed in which spark ignition is performed with fuel spray concentrated in the vicinity of the spark plug. May be implemented.
  • JP2009-2184A has an HPLEGR that uses an HPL passage that connects an exhaust passage upstream from the turbine and an intake passage downstream from the compressor, and an LPL passage that connects an exhaust passage downstream from the turbine and an intake passage upstream from the compressor. LPLEGR to be used is disclosed. And control which switches HPLEGR and LPLEGR is disclosed. JP2009-167887A discloses that in an internal combustion engine having an external EGR, the EGR valve opening degree is controlled based on the piston temperature.
  • an object of the present invention is to control the engine so that an increase in PN can be suppressed during acceleration when the temperature of the piston crown surface is low.
  • a fuel injection valve that directly injects fuel into a cylinder, a valve overlap period adjustment mechanism that adjusts a valve overlap period between an open period of an intake valve and an open period of an exhaust valve
  • an engine control device for controlling an in-cylinder direct fuel injection engine.
  • the engine control device includes an acceleration request sensor that detects a driver's acceleration request, and when there is an acceleration request and the crown surface temperature of the piston in the cylinder is lower than a predetermined temperature, the intake air that sandwiches the exhaust top dead center The valve overlap period between the valve open period and the exhaust valve open period is increased.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of the periphery of a combustion chamber of an in-cylinder direct fuel injection spark ignition engine to which the present embodiment is applied.
  • FIG. 2 is a flowchart showing a control routine for suppressing an increase in PN.
  • FIG. 3 is a table for setting the retard amount of the spark ignition timing in the first embodiment.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating the spark ignition timing in the first embodiment.
  • FIG. 5 is a diagram when the ignition timing is changed linearly with respect to the estimated amount of liquid fuel.
  • FIG. 6 is a diagram when the ignition timing is changed stepwise with respect to the estimated amount of liquid fuel.
  • FIG. 7 is a diagram when the ignition timing is linearly changed with respect to the fuel injection amount.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of the periphery of a combustion chamber of an in-cylinder direct fuel injection spark ignition engine to which the present embodiment is applied.
  • FIG. 2 is a flowchart showing a control routine for suppressing an increase in PN.
  • FIG. 8 is a table for setting the length of the valve overlap period in the first embodiment.
  • FIG. 9 is an explanatory diagram of the valve timing expansion amount when the valve overlap period is expanded.
  • FIG. 10 is a table of valve timings in the first embodiment.
  • FIG. 11 is a valve timing table for the estimated amount of liquid fuel.
  • FIG. 12 is a diagram when the valve overlap period is linearly changed with respect to the estimated amount of liquid fuel.
  • FIG. 13 is a diagram when the valve overlap period is linearly changed with respect to the fuel injection amount.
  • FIG. 14 is an explanatory diagram of the valve overlap period with respect to the injection timing.
  • FIG. 15 is a first diagram illustrating the effect of the ignition timing retard.
  • FIG. 16 is a second diagram for explaining the effect of the ignition timing retard.
  • FIG. 15 is a first diagram illustrating the effect of the ignition timing retard.
  • FIG. 17 is a third diagram for explaining the effect of the ignition timing retard.
  • FIG. 18 is a diagram showing the relationship between ignition timing, valve overlap, and PN concentration.
  • FIG. 19 is an explanatory diagram of the valve overlap correction amount with respect to the estimated amount of liquid fuel in the second embodiment.
  • FIG. 20 is an explanatory diagram of the valve overlap correction amount with respect to the fuel injection amount in the second embodiment.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram around a combustion chamber of an in-cylinder direct fuel injection spark ignition engine (hereinafter also referred to as “engine”) 1 to which the present embodiment is applied.
  • engine direct fuel injection spark ignition engine
  • FIG. 1 shows only one cylinder, this embodiment can also be applied to a multi-cylinder engine.
  • the cylinder block 1B of the engine 1 includes a cylinder 2.
  • a piston 3 is accommodated in the cylinder 2 so as to be able to reciprocate.
  • the piston 3 is connected to a crankshaft (not shown) via a connecting rod 12 and reciprocates as the crankshaft rotates.
  • the piston 3 includes a cavity 10 described later on a crown surface 3A (hereinafter also referred to as a piston crown surface 3A).
  • the cylinder head 1A of the engine 1 includes a concave combustion chamber 11.
  • the combustion chamber 11 is configured as a so-called pent roof type, and a pair of intake valves 6 are disposed on the inclined surface on the intake side, and a pair of exhaust valves 7 are disposed on the inclined surface on the exhaust side.
  • An ignition plug 8 is disposed along the axis of the cylinder 2 at a substantially central position of the combustion chamber 11 surrounded by the pair of intake valves 6 and the pair of exhaust valves 7.
  • a fuel injection valve 9 is arranged at a position between the pair of intake valves 6 in the cylinder head 1A so as to face the combustion chamber 11. The directivity of fuel spray injected from the fuel injection valve 9 will be described later.
  • the intake valve 6 and the exhaust valve 7 are driven by a variable valve mechanism 20 as a valve overlap period adjusting mechanism.
  • the variable valve mechanism 20 adjusts the valve timing of the intake valve 6 and the exhaust valve 7, that is, the valve opening timing and the valve closing timing so that a valve overlap period in which both the intake valve 6 and the exhaust valve 7 are opened occurs. Anything that can be changed is enough.
  • the valve opening timing is the timing for starting the valve opening operation
  • the valve closing timing is the timing for ending the valve closing operation.
  • a known variable valve mechanism 20 that changes the rotational phase of the camshaft that drives the intake valve 6 and the camshaft that drives the exhaust valve 7 with respect to the crankshaft is used.
  • variable valve mechanism 20 is not limited to one that can adjust both the opening and closing timings of the intake valve 6 and the exhaust valve 7, and may be one that can adjust only one of them. For example, even if only the opening / closing timing of the intake valve 6 can be adjusted, other mechanisms may be adopted as long as the valve overlap period between the opening period of the intake valve 6 and the opening period of the exhaust valve 7 can be adjusted longer or shorter. May be.
  • An exhaust purification catalyst for purifying the exhaust gas of the engine 1 is interposed on the exhaust flow downstream side of the exhaust passage 5.
  • the exhaust purification catalyst is, for example, a three-way catalyst.
  • the piston 3 includes the cavity 10 in the piston crown surface 3A as described above.
  • the cavity 10 is provided at a position biased toward the intake side on the piston crown surface 3A.
  • the fuel injection valve 9 is arranged so that the fuel spray is directed toward the cavity 10 when fuel is injected when the piston 3 is in the vicinity of the top dead center.
  • the fuel spray that has collided with the cavity 10 is wound up along the wall surface of the cavity 10 and is directed toward the spark plug 8.
  • the fuel injection amount, fuel injection timing, ignition timing, and the like of the engine 1 are controlled by the controller 100 according to the operating state of the engine 1.
  • the fuel injection timing is the timing at which fuel injection is started.
  • the engine 1 includes a crankshaft angle sensor, a cooling water temperature sensor 32, an air flow meter that detects the intake air amount, an accelerator opening sensor 31 that detects the depression amount of the accelerator pedal, and an exhaust purification catalyst.
  • Various detection devices such as a catalyst temperature sensor 33 for directly or indirectly detecting the temperature are provided.
  • the accelerator opening sensor 31 functions as an acceleration request sensor that detects a driver's acceleration request, the acceleration request sensor is not limited to this. For example, an accelerator operated by hand can be applied, and if the acceleration request amount can be detected, the form of the operation element is not particular.
  • Exhaust gas purification catalyst does not exhibit sufficient purification performance at temperatures lower than the activation temperature. For this reason, it is necessary to raise the temperature of the exhaust purification catalyst at an early stage at the time of cold start when the exhaust purification catalyst is lower than the activation temperature. Therefore, when the exhaust purification catalyst is in an inactive state in an idle state immediately after the cold start, the controller 100 performs super retarded stratified combustion to activate the exhaust purification catalyst at an early stage. Super retarded stratified combustion itself is known (see Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-25535).
  • the controller 100 sets the ignition timing to the first half of the expansion stroke, for example, 15-30 deg after compression top dead center. Further, the controller 100 sets the first fuel injection timing in the first half of the intake stroke, and sets the second fuel injection timing in the second half of the compression stroke so that the fuel spray can reach the periphery of the spark plug 8 by the ignition timing. For example, it is set to 50-60 deg before compression top dead center.
  • the air-fuel ratio of the exhaust gas discharged by the above-mentioned super retarded stratified combustion is stoichiometric (theoretical air-fuel ratio).
  • the controller 100 calculates the amount of fuel that can be completely combusted with the amount of intake air per combustion cycle (hereinafter also referred to as the total fuel amount), as in a general fuel injection amount setting method.
  • a part of the total fuel amount, for example, 50 to 90% by weight is set as the first injection amount, and the rest is set as the second injection amount.
  • the fuel spray injected in the first fuel injection diffuses into the cylinder 2 without colliding with the cavity 10, mixes with air, and is stoichiometric throughout the combustion chamber 11. A leaner homogeneous mixture is formed.
  • the fuel spray injected in the second fuel injection collides with the cavity 10 and reaches the vicinity of the spark plug 8 by being wound up, and concentrates the air-fuel mixture richer than stoichiometric around the spark plug 8. To form. Thereby, the air-fuel mixture in the combustion chamber 11 is in a stratified state. If a spark is ignited by the spark plug 8 in this state, combustion that is resistant to disturbances in which misfires and smoke are suppressed is performed.
  • the combustion mentioned above is stratified combustion, in order to distinguish from the general stratified combustion whose ignition timing is before compression top dead, it is called super retarded stratified combustion.
  • the exhaust temperature can be raised as compared with the conventional homogeneous stoichiometric combustion, and the amount of hydrocarbon (HC) discharged from the combustion chamber 11 to the exhaust passage 5 is reduced. it can. That is, according to super retarded stratified combustion, only conventional homogeneous stoichiometric combustion, only stratified combustion, or a combustion mode in which additional fuel is injected after the later stage of combustion (after the expansion stroke or during the exhaust stroke), etc. Compared with the case where warm-up is performed, early activation of the exhaust purification catalyst can be realized while suppressing the discharge of HC into the atmosphere between the start of starting and the activation of the exhaust purification catalyst.
  • super retarded stratified combustion is performed by two-stage fuel injection, but the number of fuel injection stages is not limited to this.
  • a part of the fuel that collided with the piston crown surface 3A during the execution of the super retarded stratified combustion does not roll up in the direction of the spark plug 8, but adheres to the piston crown surface 3A. Even when the fuel adheres to the piston crown surface 3A, the fuel does not remain on the piston crown surface 3A if the adhered fuel is vaporized and burned in the combustion cycle. However, since super retard stratified combustion is performed at the time of cold start, the attached fuel is difficult to vaporize until the temperature of the piston crown surface 3A rises. Further, if the attached fuel is burned by the propagation of the combustion flame of the combustion cycle, the fuel does not remain on the piston crown surface 3A.
  • the liquid fuel remaining on the piston crown surface 3A continues to increase for a predetermined period after the cold start.
  • the predetermined period here means that the amount of liquid fuel remaining on the piston crown surface 3A vaporizes in one combustion cycle is larger than the amount attached to the piston crown surface 3A during one combustion cycle. Is the period.
  • the super retarded stratified combustion may be switched to the homogeneous stoichiometric combustion with the liquid fuel remaining on the piston crown surface 3A.
  • the homogeneous stoichiometric combustion is a combustion mode in which a stoichiometric air-fuel mixture is formed in the entire combustion chamber 11 and spark ignition is performed.
  • the normal control is a spark ignition control at an optimal ignition timing (MBT: minimum advance for torque, ignition timing at the maximum torque point) in homogeneous stoichiometric combustion.
  • MBT minimum advance for torque, ignition timing at the maximum torque point
  • MBT during homogeneous stoichiometric combustion has an ignition timing that is slightly advanced from TDC.
  • the fuel injection at this time is intake stroke injection.
  • the controller 100 executes the control described below in order to suppress an increase in PN due to the combustion of the liquid fuel.
  • FIG. 2 is a flowchart showing a control routine for suppressing an increase in PN.
  • This control routine is executed by the controller 100. This routine is repeatedly executed at intervals as short as about 10 milliseconds, for example.
  • This routine retards the ignition timing in order to suppress PM generation due to the flame coming into contact with the liquid fuel remaining on the piston crown surface 3A. Further, in order to reduce the amount of liquid fuel remaining on the piston crown surface 3A (hereinafter, also simply referred to as “liquid fuel amount”), the valve overlap period is extended. Hereinafter, it demonstrates according to the step of a flowchart.
  • step S101 the controller 100 determines whether or not the accelerator pedal is depressed more than the predetermined amount A continuously from the super retard stratified combustion.
  • the predetermined amount A is the amount of depression of the accelerator pedal to the extent that the driver recognizes that there is an intention to accelerate.
  • This predetermined amount A is set in advance.
  • whether or not the super retarded stratified combustion has occurred can be determined based on the temperature of the exhaust purification catalyst. Specifically, it is determined that the exhaust purification catalyst is being executed if it is lower than the activation temperature, and is not being executed if it is equal to or higher than the activation temperature.
  • step S101 the controller 100 determines whether or not the catalyst temperature exceeds the catalyst activation temperature TC (S102). When the catalyst temperature does not exceed the catalyst activation temperature TC, the controller 100 continues the super retarded stratified combustion control described above (S103).
  • the controller 100 performs homogeneous stoichiometric combustion control. (S104).
  • the homogeneous stoichiometric combustion is a combustion mode in which a stoichiometric air-fuel ratio mixture is formed in the entire combustion chamber 11 and spark ignition is performed.
  • the process proceeds to step S104, and the control according to the temperature of the piston crown surface 3A is performed in step S105 described later. This is because the fact that the temperature of the piston crown surface 3A is not raised simply because it is active does not necessarily increase the temperature of the piston crown surface 3A, but the PN may increase.
  • step S105 the controller 100 acquires the temperature of the piston crown surface 3A (hereinafter, also simply referred to as “piston crown surface temperature”).
  • the piston crown surface temperature can be obtained from the detection value of the cooling water temperature sensor 32. For example, by obtaining the relationship between the temperature acquired by the existing cooling water temperature sensor 32 and the piston crown surface temperature in advance, the piston is controlled during the control of the engine 1 based on the temperature acquired by the existing cooling water temperature sensor 32. The temperature can be acquired.
  • step S106 the controller 100 determines whether or not the piston crown surface temperature acquired in step S105 is less than a preset threshold value T1.
  • the controller 100 executes the process of step S107 when the piston crown surface temperature is lower than the threshold value T1, and executes the process of step S111 when it is equal to or higher than the threshold value T1.
  • Threshold value T1 used in this step is set in advance to a value that can satisfy the emission regulation value of PN even when switching from super retarded stratified combustion to normal control.
  • the threshold value T1 can be said to be the temperature at the boundary between the temperature at which the liquid fuel adhering to the piston crown surface 3A can be vaporized and combusted in one cycle and the temperature at which it cannot.
  • the temperature at which vaporization and combustion cannot be performed in one cycle is a temperature at which the liquid fuel adhering to the piston crown surface 3A is carried over to the next cycle in a liquid state and causes generation of exhaust particulates (PM). It can also be said.
  • the threshold T1 may be a boundary temperature between the temperature and the temperature at which the flame does not occur because it has been found that the flame may be generated even when the piston crown surface 3A is not wet with the liquid fuel during acceleration.
  • step S107 the controller 100 calculates the retard amount of the spark ignition timing as will be described later.
  • the retard amount of the spark ignition timing (hereinafter sometimes simply referred to as “ignition timing”) is, for example, created in advance in the table shown in FIG. 3 and stored in the controller 100, and this table is stored at the piston crown surface temperature. Calculate by searching.
  • FIG. 3 is a table for setting the retard amount of the spark ignition timing in the first embodiment.
  • the vertical axis indicates the retard amount of the ignition timing
  • the horizontal axis indicates the piston crown surface temperature.
  • the retardation amount of the ignition timing is zero when the temperature T of the piston crown surface 3A is T> threshold T1, and is RT1 when threshold T1 ⁇ T.
  • step S108 the controller 100 sets the ignition timing. Specifically, a new ignition timing is calculated from the ignition timing for normal homogeneous stoichiometric combustion and the retard amount RT1 of the ignition timing calculated in step S107.
  • FIG. 4 is a diagram showing the spark ignition timing in the first embodiment.
  • FIG. 4 shows an example of the ignition timing when the processes of steps S107 and S108 are executed.
  • the vertical axis in FIG. 4 indicates the ignition timing, and the horizontal axis indicates the piston crown surface temperature T.
  • the ignition timing is set to be retarded by the retard amount RT1 from the basic ignition timing (MBT) at the time of homogeneous stoichiometric combustion during normal control.
  • MBT basic ignition timing
  • the ignition timing is not retarded here, the flame propagated by the ignition reaches the piston crown surface 3A immediately. If it does so, a flame will contact the liquid fuel which remains in the cavity 10 at an early stage, and PN will be increased.
  • the ignition timing is retarded, the flame propagating by ignition does not reach the piston crown surface 3A, or reaches the piston crown surface 3A even if it reaches the piston crown surface 3A.
  • the flame contact time with respect to can be shortened.
  • the combustion quantity of the liquid fuel which remains on 3 A of piston crown surfaces can be decreased, and the increase in PN can be suppressed.
  • the ignition timing is retarded, the temperature is lowered in the expansion stroke, and the flame reaches the piston crown surface 3A. Therefore, even if a pool fire is generated, the size can be reduced. And the increase in PN can be suppressed.
  • a table of ignition timing for the estimated amount of liquid fuel remaining on the piston crown surface 3A (hereinafter also referred to as “liquid fuel estimated amount”) is created, and the ignition timing is retarded in steps S107 and S108.
  • the estimated amount of liquid fuel may be obtained by referring to this table.
  • the estimated amount of liquid fuel correlates with the piston crown surface temperature. If the piston crown surface temperature is high, the liquid fuel is likely to evaporate, so the estimated amount of liquid fuel at the piston crown surface 3A is small. On the other hand, if the piston crown surface temperature is low, the liquid fuel is less likely to evaporate, so the estimated amount of liquid fuel at the piston crown surface 3A increases.
  • the table is set so that the retard amount of the spark ignition timing increases as the estimated amount of liquid fuel increases.
  • the ignition timing retard amount shown in FIG. 3 is shifted upward.
  • the greater the liquid fuel estimate the greater the PN when the liquid fuel comes into contact with the flame.
  • the contact time of the flame with the liquid fuel on the piston crown surface 3A can be shortened. And the increase in PN can be suppressed.
  • FIG. 5 is a diagram when the ignition timing is changed linearly with respect to the estimated amount of liquid fuel.
  • FIG. 6 is a diagram when the ignition timing is changed stepwise with respect to the estimated amount of liquid fuel.
  • the amount of liquid fuel can be estimated based on the piston crown surface temperature and the elapsed time from the start of the engine. Specifically, first, the residual amount per unit time is determined for each piston crown surface temperature based on the characteristic that the lower the piston crown temperature, the easier the liquid fuel remains on the piston crown surface 3A. The accumulated amount attached to the piston crown surface 3A is calculated by integrating the elapsed time from the engine start. Next, a vaporization amount, which will be described later, is subtracted from the integrated amount, and the result is used as an estimated amount of liquid fuel.
  • the above vaporization amount is the vaporized amount of the fuel adhering to the piston crown surface 3A. Since the fuel is more easily vaporized as the temperature increases, the amount of vaporization increases as the temperature of the piston crown surface 3A increases.
  • a table of ignition timing with respect to the fuel injection amount to the piston crown surface 3A is prepared, and a table corresponding to the fuel injection amount is selected when retarding the ignition timing in step S107 and step S108. Good. If the fuel injection amount is large, the residual amount of liquid fuel on the piston crown surface 3A increases. On the other hand, if the fuel injection amount is small, the residual amount of liquid fuel on the piston crown surface 3A is small.
  • the retard amount of the ignition timing is set larger for the table when the fuel injection amount is larger.
  • the table becomes such that the retard amount of the ignition timing in FIG. 3 is shifted upward.
  • the estimated amount of liquid fuel remaining on the piston crown surface 3A also increases, so that the PN increases when it comes into contact with the flame.
  • the retard amount of the spark ignition timing as described above, the flame contact time with the liquid fuel on the piston crown surface 3A can be shortened more reliably. And the increase in PN can be suppressed.
  • FIG. 7 is a diagram when the ignition timing is linearly changed with respect to the fuel injection amount.
  • step S109 the controller 100 calculates a valve overlap period based on the piston crown surface temperature T.
  • the valve overlap period here refers to a period in which the state in which the intake valve 6 and the exhaust valve 7 remain open is expressed by a crank angle.
  • FIG. 8 is a table for setting the length of the valve overlap period in the first embodiment.
  • the vertical axis represents the valve overlap period
  • the horizontal axis represents the piston crown surface temperature T.
  • the valve overlap period is V1 when the piston crown surface temperature T is T ⁇ T1, and is the basic overlap period V0 when T ⁇ T1.
  • the relationship V0 ⁇ V1 is established.
  • the so-called internal EGR gas amount increases. Since the internal EGR gas has a high temperature, the in-cylinder temperature from the intake stroke to the ignition timing rises by being sucked into the cylinder. If the in-cylinder temperature rises, the piston temperature also rises, and the vaporization of the liquid fuel adhering to the cavity is promoted. Therefore, the table of FIG. 8 is set so that the valve overlap period becomes longer when the crown surface temperature T is low.
  • step S110 the controller 100 sets the conversion angle of the variable valve mechanism 20 for realizing the valve overlap period calculated in step S109, and changes the valve overlap amount. More specifically, the valve timings of the intake valve 6 and the exhaust valve 7 are calculated by a method described later, and the conversion angles of the intake side and exhaust side variable valve mechanisms 20 are changed based on the calculation results.
  • FIG. 9 is an explanatory diagram of the valve timing expansion amount when the valve overlap period is expanded.
  • the advance amount of the opening timing of the intake valve 6 is set to be larger than the retard amount of the closing timing of the exhaust valve 7.
  • the amount of internal EGR gas returning to the intake port side in the exhaust stroke can be increased.
  • the internal EGR gas that has returned to the intake port flows into the cylinder in the next intake stroke.
  • the so-called internal EGR amount can be effectively increased.
  • FIG. 10 is a valve timing table in the first embodiment.
  • FIG. 10 is for obtaining the opening timing of the intake valve 6 (IVO in the drawing) and the closing timing of the exhaust valve 7 (EVC in the drawing) for realizing the valve overlap period calculated in step S109. It is a table.
  • the vertical axis represents the valve timing
  • the horizontal axis represents the valve overlap amount.
  • the valve overlap period is set. Since it is enlarged, the internal EGR increases.
  • the in-cylinder temperature can be increased by the hot EGR gas. Then, the liquid fuel in the piston crown surface 3A can be evaporated to reduce the liquid fuel accumulated in the piston crown surface 3A. And the increase in PN can be suppressed.
  • EGR gas has a characteristic of lowering the combustion temperature after spark ignition in order to lower the oxygen concentration in the cylinder.
  • generation of PM can be suppressed chemically. Therefore, an increase in PN can be suppressed by extending the valve overlap period.
  • a valve overlap period table for the estimated amount of liquid fuel remaining on the piston crown surface 3A is prepared, and the valve overlap period is referred to when the valve overlap period is expanded in steps S109 and S110.
  • the lap period may be obtained.
  • the estimated amount of liquid fuel correlates with the piston crown surface temperature. If the piston crown surface temperature is high, the liquid fuel is likely to evaporate, so the estimated amount of liquid fuel at the piston crown surface 3A is small. On the other hand, if the piston crown surface temperature is low, the liquid fuel is less likely to evaporate, so the estimated amount of liquid fuel at the piston crown surface 3A increases.
  • FIG. 11 is a valve timing table for the estimated amount of liquid fuel. As shown in FIG. 11, the table is set so that the valve overlap period becomes longer as the estimated amount of liquid fuel increases. The greater the estimated liquid fuel amount, the greater the PN when the liquid fuel comes into contact with the flame. However, by obtaining the valve overlap period as described above, the amount of liquid fuel remaining on the piston crown surface 3A can be reduced. And the increase in PN can be suppressed. Moreover, since the effect of internal EGR can be enhanced as described above, the increase in PN can also be suppressed by this.
  • FIG. 12 is a diagram when the valve overlap period is linearly changed with respect to the estimated amount of liquid fuel.
  • valve overlap period may be obtained by referring to this table when expanding the valve overlap period in steps S109 and S110. If the fuel injection amount is large, the residual amount of liquid fuel on the piston crown surface 3A increases. On the other hand, if the fuel injection amount is small, the residual amount of liquid fuel on the piston crown surface 3A is small.
  • the table is set so that the valve overlap period is set longer as the fuel injection amount is larger.
  • the valve overlap period of FIG. 8 is shifted upward.
  • the estimated amount of liquid fuel remaining on the piston crown surface 3A also increases, and the PN increases when the liquid fuel comes into contact with the flame.
  • the increase in PN can be suppressed.
  • the increase in PN can also be suppressed by this.
  • FIG. 13 is a diagram when the valve overlap period is linearly changed with respect to the fuel injection amount.
  • FIG. 14 is an explanatory diagram of the valve overlap period with respect to the injection timing.
  • the valve overlap period may be obtained based on the injection timing using a table as shown in FIG.
  • the vertical axis represents the valve overlap period
  • the horizontal axis represents the fuel injection timing.
  • the fuel injection timing is before the compression top dead center. And it goes to the timing before a compression top dead center, so that it goes to the right direction on a horizontal axis.
  • valve overlap period becomes longer as the injection timing approaches the top dead center.
  • the fuel tends to adhere to the piston crown surface 3A. That is, liquid fuel tends to remain on the piston crown surface 3A.
  • the valve overlap period is set longer as the injection timing approaches the top dead center, the residual amount of liquid fuel on the piston crown surface 3A can be reduced to suppress an increase in PN. .
  • steps S109-S110 may be executed prior to the processing of steps S107-S108.
  • only one of the processes in steps S107 to S108 and the processes in steps S109 to S110 may be executed.
  • step S101 or step S106 If the result of determination in step S101 or step S106 is that step S111 is executed, normal control is performed.
  • the normal control is operation control in which homogeneous stoichiometric combustion is performed by MBT.
  • the retard amount of the ignition timing is set to zero, and the ignition timing is set to the basic ignition timing to execute MBT.
  • the valve overlap period is set relatively short to V0.
  • the cylinder accumulation efficiency is set to be high while suppressing an increase in the amount of blown-in air. For example, the cylinder deposition efficiency is set to be the highest.
  • the controller 100 acquires the temperature T of the piston crown surface 3A during the homogeneous stoichiometric combustion control.
  • the controller 100 performs normal control in which homogeneous stoichiometric combustion is performed by MBT.
  • the controller 100 retards the spark ignition timing from that during normal control and extends the valve overlap period from that during normal control.
  • the ignition timing and the valve overlap period are changed stepwise with respect to the piston crown surface temperature, but the ignition timing and the valve overlap period change linearly with respect to the piston crown surface temperature. It may be allowed to be made.
  • the controller 100 when it is necessary to warm up the exhaust purification catalyst interposed in the exhaust passage 5, the controller 100 is in the compression stroke and the fuel spray collides with the piston crown surface 3A.
  • the catalyst is warmed up (super retarded stratified combustion) in which the fuel spray is injected along the shape of the piston crown surface 3A toward the spark plug 8 and spark ignition is performed after compression top dead center.
  • the temperature of the piston crown surface 3A is lower than the predetermined temperature after switching from super retarded stratified combustion to homogeneous stoichiometric combustion control, the time until the flame after ignition reaches the piston crown surface 3A becomes longer. To retard the spark ignition timing.
  • the spark ignition timing is retarded so that the time until the flame after ignition reaches the piston crown surface 3A is increased, so the PM generation time is shortened. be able to. And the increase in PN can be suppressed.
  • the spark ignition timing may be retarded as the estimated amount of liquid fuel remaining on the piston crown surface 3A is larger.
  • the larger the fuel injection amount in the cylinder the larger the retard amount of the spark ignition timing. If the fuel injection amount is large, it is considered that the liquid fuel remaining on the piston crown surface 3A also increases. Therefore, the larger the fuel injection amount, the greater the retard amount of the spark ignition timing, thereby making it difficult to cause contact between the flame and the liquid fuel.
  • the valve when the accelerator pedal is depressed more than the predetermined amount A during the execution of the super retarded stratified combustion, the valve is over when the temperature of the piston crown surface 3A in the cylinder is lower than the predetermined temperature. Increase the lap period.
  • valve overlap period is extended under such circumstances to increase the internal EGR.
  • the combustion chamber temperature can be increased by the hot EGR gas.
  • the liquid fuel in the piston crown surface 3A can be evaporated to reduce the liquid fuel accumulated in the piston crown surface 3A.
  • the increase in PN can be suppressed.
  • EGR gas has a characteristic of lowering the combustion temperature in order to lower the oxygen concentration in the cylinder.
  • generation of PM can be suppressed chemically. Therefore, an increase in PN can be suppressed by extending the valve overlap period.
  • the valve overlap period may be increased as the amount of liquid fuel remaining on the piston crown surface 3A increases.
  • the so-called internal EGR amount can be increased.
  • the temperature of the piston crown surface 3A can be further increased using the temperature of the combustion gas, and the liquid fuel can be further decreased. Therefore, even if the liquid fuel remaining on the piston crown surface 3A increases, the internal EGR can be increased by extending the valve overlap period. The liquid fuel remaining on the piston crown surface 3A can be further vaporized.
  • the valve overlap period may be increased as the amount of fuel injected into the cylinder increases.
  • the amount of internal EGR can be increased by extending the valve overlap period.
  • the temperature of the piston crown surface 3A can be further increased using the temperature of the combustion gas, and the liquid fuel can be further decreased. Therefore, even if the amount of liquid fuel remaining on the piston crown surface 3A increases due to a large amount of fuel injection as during acceleration, the valve overlap period can be extended to increase the internal EGR amount.
  • the liquid fuel remaining on the piston crown surface 3A can be further vaporized.
  • the valve overlap period may be increased. Even if the liquid fuel remaining on the piston crown surface 3A may increase due to the injection timing at which the liquid fuel easily adheres to the piston crown surface 3A, the internal EGR amount can be increased by increasing the valve overlap period. Can do. The liquid fuel remaining on the piston crown surface 3A can be vaporized.
  • the valve overlap period when the valve overlap period is increased, the period from the opening of the intake valve 6 to the exhaust top dead center is longer than the period from the exhaust top dead center to closing the exhaust valve 7. Increase the valve overlap period so that is longer. In this way, by expanding the valve overlap period so that the period from when the intake valve 6 is opened to the exhaust top dead center becomes longer, the amount of internal EGR gas returning to the intake port side in the exhaust stroke is increased. be able to. The internal EGR gas that has returned to the intake port flows into the cylinder in the next intake stroke. The so-called internal EGR amount can be effectively increased.
  • FIG. 15 is a first diagram illustrating the effect of ignition timing retard.
  • FIG. 16 is a second diagram for explaining the effect of the ignition timing retard.
  • FIG. 17 is a third diagram for explaining the effect of the ignition timing retard. 15 to 17 show the combustion state in the combustion chamber when the ignition timing is varied. In these figures, the bright flame in the combustion chamber is shown in white. It is known that a large amount of PM is generated when a bright flame is generated. That is, when the period during which the luminous flame is generated becomes longer, a large amount of PM is generated.
  • the top row is a picture of the combustion chamber when the ignition timing is ATDC (after top dead center) 10 (deg) when performing super retarded stratified combustion (FIR) control.
  • the middle row is a photograph of the combustion chamber immediately after switching from super retarded stratified combustion to homogeneous combustion, with -5 (deg) after top dead center as the ignition timing. That is, it is a photograph of the combustion chamber when the ignition timing is 5 (deg) before the top dead center.
  • the lowermost stage is a photograph of the combustion chamber when -25 (deg) is set as the ignition timing immediately after switching from super retarded stratified combustion to homogeneous combustion. That is, it is a photograph of the combustion chamber when the ignition timing is 25 (deg) before top dead center.
  • FIG. 15 shows photographs from ⁇ 30 (deg) after top dead center to 40 (deg) after top dead center.
  • FIG. 16 shows photographs from 40 (deg) after top dead center to 110 (deg) after top dead center.
  • FIG. 17 shows photographs from 110 (deg) after top dead center to 180 (deg) after top dead center.
  • Luminous flame is generated from about 10 (deg) before top dead center to about 120 (deg) after top dead center. It can be seen that the intensity of these luminous flames is stronger than that of other ignition timings.
  • the generation period of the luminous flame can be shortened.
  • the increase in PN can be suppressed.
  • the combustion temperature also decreases due to the effect of internal EGR. Thereby, the increase in PN can be further suppressed.
  • FIG. 18 is a diagram showing the relationship between ignition timing, valve overlap, and PN concentration.
  • the horizontal axis represents the ignition timing
  • the vertical axis represents the PN concentration.
  • FIG. 18 shows a result when the valve overlap is small and a result when the valve overlap is enlarged.
  • valve overlap period After obtaining the valve overlap period as described above, the valve overlap period may be corrected as follows.
  • FIG. 19 is an explanatory diagram of the valve overlap correction amount with respect to the estimated amount of liquid fuel in the second embodiment.
  • FIG. 20 is an explanatory diagram of the valve overlap correction amount with respect to the fuel injection amount in the second embodiment.
  • Corrected valve O / L period valve O / L period ⁇ (correction value (estimated amount of liquid fuel) + correction value (fuel injection amount) ⁇ 1)
  • valve O / L period is the valve overlap period finally obtained in the above-described embodiment.
  • the already obtained valve overlap period is corrected with the correction value, and the corrected valve overlap period is obtained. Then, valve overlap control is performed using the corrected valve overlap period.
  • correction value (estimated amount of liquid fuel)” is a function shown in FIG.
  • correction value (fuel injection amount) is a function shown in FIG. That is, here, the valve overlap period obtained from the temperature of the piston crown surface 3A is corrected by using the correction value obtained from the estimated liquid fuel amount and the correction value obtained from the fuel injection amount.
  • required by the temperature of 3 A of piston crown surfaces is correct

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Abstract

エンジン制御装置は、筒内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁と、吸気バルブの開期間と排気バルブの開期間とのバルブオーバーラップ期間を調整するバルブオーバーラップ期間調整機構と、を備える筒内直接燃料噴射式エンジンを制御する。エンジン制御装置は、運転者の加速要求を検出する加速要求センサを備え、加速要求がある場合であって筒内におけるピストンの冠面温度が所定温度より低い場合に、排気上死点を挟む吸気バルブの開期間と排気バルブの開期間とのバルブオーバーラップ期間を拡大させる。

Description

エンジン制御装置及びエンジン制御方法
　本発明は、筒内直接燃料噴射式火花点火エンジンを制御するエンジン制御装置及びエンジン制御方法に関する。
　エンジンの排気通路には、一般的に、排気ガスを浄化するための触媒装置が配置されている。触媒装置に担時された触媒は、活性化温度未満では良好な触媒機能を発揮しないので、機関始動時には触媒を早期に活性化温度まで昇温させるための暖機運転が必要となる。暖機運転の手法としては、点火タイミングを遅角させることによって排気ガスの温度を高めて、触媒を昇温させる手法がある。また、このような暖機運転において、点火タイミングを遅角した状態でも良好な着火性を確保するために、点火プラグの近傍に燃料噴霧を集中させた状態で火花点火を行う、いわゆる成層燃焼を実施する場合がある。
　このような暖機運転中において、例えば、加速を行うなどして急速に負荷が加わると、上記のような成層燃焼から均質ストイキ燃焼へと切り替わる。このように負荷が変化したときのエミッション低減手法が考えられている。ＪＰ２００９－２１８４Ａには、タービンより上流の排気通路とコンプレッサより下流の吸気通路とを接続するＨＰＬ通路を用いるＨＰＬＥＧＲと、タービンより下流の排気通路とコンプレッサより上流の吸気通路とを接続するＬＰＬ通路を用いるＬＰＬＥＧＲが開示されている。そして、ＨＰＬＥＧＲとＬＰＬＥＧＲとを切り替える制御が開示されている。また、ＪＰ２００９－１６７８８７Ａには、外部ＥＧＲを有する内燃機関において、ピストン温度に基づいてＥＧＲバルブ開度を制御することが開示されている。
　しかしながら、これらの手法は、排気微粒子（ＰＭ：Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ　Ｍａｔｔｅｒ）の生成量の抑制を全く考慮していない。よって、ピストン冠面の温度が低いときの加速時においてＰＭの排出量（以下、ＰＮ：Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ　Ｎｕｍｂｅｒともいう）増加を抑制することが難しい。
　そこで本発明では、ピストン冠面の温度が低いときの加速時においてＰＮの増加を抑制し得るようエンジンを制御することを目的とする。
　本発明のある態様によれば、筒内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁と、吸気バルブの開期間と排気バルブの開期間とのバルブオーバーラップ期間を調整するバルブオーバーラップ期間調整機構と、を備える筒内直接燃料噴射式エンジンを制御するエンジン制御装置が提供される。エンジン制御装置は、運転者の加速要求を検出する加速要求センサを備え、加速要求がある場合であって筒内におけるピストンの冠面温度が所定温度より低い場合に、排気上死点を挟む吸気バルブの開期間と排気バルブの開期間とのバルブオーバーラップ期間を拡大させる。
図１は、本実施形態を適用する筒内直接燃料噴射式火花点火エンジンの燃焼室周辺の概略構成図である。 図２は、ＰＮの増加を抑制するための制御ルーチンを示すフローチャートである。 図３は、第１実施形態における火花点火タイミングの遅角量を設定するテーブルである。 図４は、第１実施形態における火花点火タイミングを示す図である。 図５は、液状燃料推定量に対して点火タイミングを線形に変化させたときの図である。 図６は、液状燃料推定量に対して点火タイミングを段階的に変化させたときの図である。 図７は、燃料噴射量に対して点火タイミングを線形に変化させたときの図である。 図８は、第１実施形態におけるバルブオーバーラップ期間の長さを設定するテーブルである。 図９は、バルブオーバーラップ期間拡大時におけるバルブタイミング拡大量の説明図である。 図１０は、第１実施形態におけるバルブタイミングのテーブルである。 図１１は、液状燃料推定量に対するバルブタイミングのテーブルである。 図１２は、液状燃料推定量に対してバルブオーバーラップ期間を線形に変化させたときの図である。 図１３は、燃料噴射量に対してバルブオーバーラップ期間を線形に変化させたときの図である。 図１４は、噴射タイミングに対するバルブオーバーラップ期間の説明図である。 図１５は、点火タイミングリタードの効果を説明する第１の図である。 図１６は、点火タイミングリタードの効果を説明する第２の図である。 図１７は、点火タイミングリタードの効果を説明する第３の図である。 図１８は、点火タイミング及びバルブオーバーラップとＰＮ濃度の関係を示す図である。 図１９は、第２実施形態における液状燃料推定量に対するバルブオーバーラップ補正量の説明図である。 図２０は、第２実施形態における燃料噴射量に対するバルブオーバーラップ補正量の説明図である。
　以下、図面等を参照して、本発明の実施形態について説明する。
　（第１実施形態）
　図１は、本実施形態を適用する筒内直接燃料噴射式火花点火エンジン（以下、「エンジン」ともいう）１の、燃焼室周辺の概略構成図である。なお、図１はひとつの気筒についてのみ示しているが、本実施形態は多気筒エンジンにも適用可能である。
　エンジン１のシリンダブロック１Ｂはシリンダ２を備える。シリンダ２にはピストン３が往復動可能に収められている。ピストン３はコネクティングロッド１２を介して図示しないクランクシャフトと連結されており、クランクシャフトが回転することにより往復動する。また、ピストン３は冠面３Ａ（以下、ピストン冠面３Ａともいう）に後述するキャビティ１０を備える。
　エンジン１のシリンダヘッド１Ａは凹状の燃焼室１１を備える。燃焼室１１は、いわゆるペントルーフ型に構成されており、吸気側の傾斜面には一対の吸気バルブ６が、排気側の傾斜面には一対の排気バルブ７がそれぞれ配置されている。そして、これら一対の吸気バルブ６及び一対の排気バルブ７に囲まれた燃焼室１１の略中心位置に、点火プラグ８がシリンダ２の軸線に沿うように配置されている。
　また、シリンダヘッド１Ａの、一対の吸気バルブ６に挟まれた位置には、燃料噴射弁９が燃焼室１１に臨むように配置されている。燃料噴射弁９から噴射される燃料噴霧の指向性については後述する。
　吸気バルブ６及び排気バルブ７は、バルブオーバーラップ期間調整機構としての可変動弁機構２０により駆動される。可変動弁機構２０は、吸気バルブ６及び排気バルブ７がいずれも開弁したバルブオーバーラップ期間が生じるように、吸気バルブ６及び排気バルブ７のバルブタイミング、つまり開弁タイミング及び閉弁タイミング、を変化させ得るものであれば足りる。なお、開弁タイミングとは開弁動作を開始するタイミング、閉弁タイミングとは閉弁動作を終了するタイミングである。本実施形態では、吸気バルブ６を駆動するカムシャフト及び排気バルブ７を駆動するカムシャフトの、クランクシャフトに対する回転位相を変化させる公知の可変動弁機構２０を用いる。なお、回転位相だけでなく吸気バルブ６及び排気バルブ７の作動角も変化させ得る公知の可変動弁機構を用いてもよい。また、可変動弁機構２０としては、吸気バルブ６と排気バルブ７の開閉タイミングの両方が調整できるものに限らず、いずれか一方のみを調整できるものでもよい。例えば、吸気バルブ６の開閉タイミングのみが調整できるものであっても吸気バルブ６の開期間と排気バルブ７の開期間とのバルブオーバーラップ期間を長くしたり短くしたり調整できれば他の機構を採用してもよい。
　排気通路５の排気流れ下流側には、エンジン１の排気ガスを浄化するための排気浄化触媒が介装されている。排気浄化触媒は、例えば三元触媒である。
　ピストン３は、上述したようにピストン冠面３Ａにキャビティ１０を備える。キャビティ１０は、ピストン冠面３Ａにおいて吸気側に偏った位置に設けられている。そして、燃料噴射弁９は、ピストン３が上死点近傍にあるときに燃料噴射すると、燃料噴霧がこのキャビティ１０を指向するように配置されている。キャビティ１０に衝突した燃料噴霧が、キャビティ１０の壁面に沿って巻き上げられて点火プラグ８の方向へ向かう形状になっている。
　なお、エンジン１の燃料噴射量、燃料噴射タイミング、及び点火タイミング等は、コントローラ１００によりエンジン１の運転状態に応じて制御される。なお、燃料噴射タイミングとは、燃料噴射を開始するタイミングである。また、これらの制御を実行するために、エンジン１はクランクシャフト角度センサ、冷却水温センサ３２、吸入空気量を検出するエアフローメータ、アクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセル開度センサ３１、排気浄化触媒の温度を直接的に又は間接的に検出する触媒温度センサ３３等の各種検出装置を備える。アクセル開度センサ３１は、ドライバーの加速要求を検出する加速要求センサとして機能するが、加速要求センサはこれに限られない。例えば、手でアクセル操作するものも適用でき、加速要求量を検出できれば操作子の形態にはこだわらない。
　次に、コントローラ１００が実行する、エンジン１の始動時における制御について説明する。本実施形態では、１燃焼サイクルあたりに必要な燃料量を２回に分けて噴射する、いわゆる２段噴射を行うこととする。
　排気浄化触媒は、活性化温度より低温では十分な浄化性能を発揮しない。このため、排気浄化触媒が活性化温度より低温である冷機始動時には、排気浄化触媒を早期に昇温する必要がある。そこで、コントローラ１００は、冷間始動直後のアイドル状態で排気浄化触媒が不活性状態にある場合に、排気浄化触媒を早期に活性化させるために超リタード成層燃焼を実行する。なお、超リタード成層燃焼そのものは公知（特開２００８－２５５３５号公報参照）である。
　超リタード成層燃焼では、コントローラ１００は点火タイミングを膨張行程の前半の、例えば圧縮上死点後１５－３０ｄｅｇに設定する。また、コントローラ１００は１回目の燃料噴射タイミングを吸気行程の前半に設定し、２回目の燃料噴射タイミングを圧縮行程の後半の、燃料噴霧が点火タイミングまでに点火プラグ８の周辺に到達し得るタイミング、例えば圧縮上死点前５０－６０ｄｅｇに設定する。
　ここで、１回目の燃料噴射量と２回目の燃料噴射量とについて説明する。
　上述した超リタード成層燃焼で排出される排気ガスの空燃比はストイキ（理論空燃比）である。コントローラ１００は一般的な燃料噴射量設定方法と同様に、１燃焼サイクル当たりの吸入空気量で完全燃焼させ得る燃料量（以下、トータル燃料量ともいう）を算出する。このトータル燃料量のうちの一部、例えば５０－９０重量％を１回目の噴射量とし、残りを２回目の噴射量とする。
　上記のように燃料噴射量を設定すると、１回目の燃料噴射で噴射された燃料噴霧は、キャビティ１０に衝突することなくシリンダ２内に拡散し、空気と混合して燃焼室１１の全域にストイキよりもリーンな均質混合気を形成する。そして、２回目の燃料噴射で噴射された燃料噴霧は、キャビティ１０に衝突し、巻き上げられることによって点火プラグ８の近傍に到達し、点火プラグ８の周りにストイキよりもリッチな混合気を集中的に形成する。これにより燃焼室１１内の混合気は成層状態となる。この状態で点火プラグ８により火花点火すれば、失火やスモーク発生が抑制された外乱に強い燃焼が行われる。ところで、上述した燃焼は成層燃焼であるが、点火タイミングが圧縮上死前である一般的な成層燃焼と区別するために、超リタード成層燃焼と称する。
　上記のような超リタード成層燃焼によれば、従来の均質ストイキ燃焼と比較して排気温度を上昇させることができるだけでなく、燃焼室１１から排気通路５へのハイドロカーボン（ＨＣ）排出量を低減できる。すなわち、超リタード成層燃焼によれば、従来の均質ストイキ燃焼だけ、成層燃焼だけ、或いは、これらに対し更に追加燃料を燃焼後期以降（膨張行程以降や排気行程中）に噴射する燃焼形態等、で暖機を行なわせる場合に比べて、始動開始から排気浄化触媒が活性化するまでの間における大気中へのＨＣの排出を抑制しながら、排気浄化触媒の早期活性化を実現することができる。なお、ここでは超リタード成層燃焼を２段燃料噴射によって行うこととしているが燃料噴射の段数はこれに限られない。
　ところで、超リタード成層燃焼の実行中にピストン冠面３Ａに衝突した燃料の一部は、点火プラグ８の方向に巻き上がらずに、ピストン冠面３Ａに付着する。ピストン冠面３Ａに燃料が付着した場合でも、付着した燃料が気化して当該燃焼サイクルで燃焼すれば、ピストン冠面３Ａに燃料が残留することはない。しかし、超リタード成層燃焼を実行するのは冷機始動時なので、ピストン冠面３Ａの温度が上昇するまでは、付着した燃料は気化し難い。また、付着した燃料が当該燃焼サイクルの燃焼火炎が伝播することによって燃焼すれば、ピストン冠面３Ａに燃料が残留することはない。しかし、超リタード成層燃焼では膨張行程で燃焼を開始するので、燃焼火炎がピストン冠面３Ａに到達しなかったり、または膨張行程後半で温度低下した状態でピストン冠面３Ａに到達することとなったりするので、付着した燃料を当該サイクル中に燃やし切ることは難しい。なお、ピストン冠面３Ａに残留している液状燃料が燃焼火炎によって点火されて燃焼する現象をプールファイヤと称する。
　したがって、冷機始動してからの所定期間は、ピストン冠面３Ａに残留する液状燃料は増加し続ける。ここでいう所定期間とは、１燃焼サイクル中にピストン冠面３Ａに付着する量よりも、ピストン冠面３Ａに残留していた液状燃料が１燃焼サイクル中に気化する量の方が多くなるまでの期間である。
　つまり、所定期間を超えて超リタード成層燃焼を継続すれば、ピストン冠面３Ａに残留していた液状燃料は徐々に減少する。しかし、所定期間経過前に、ピストン冠面３Ａに液状燃料が残留した状態で超リタード成層燃焼から均質ストイキ燃焼に切り替わる場合がある。例えば、アクセルペダルが踏み込まれて加速する場合である。なお、ここでいう均質ストイキ燃焼とは、燃焼室１１の全体に理論空燃比の混合気を形成し、火花点火する燃焼形態である。
　超リタード成層燃焼が行われているときにアクセルペダルが踏み込まれ加速する場合、通常制御へと制御が切り替わる。本実施形態において通常制御とは、均質ストイキ燃焼において最適点火時期（ＭＢＴ：ｍｉｎｉｍｕｍ　ａｄｖａｎｃｅ　ｆｏｒ　ｂｅｓｔ　ｔｏｒｑｕｅ、トルク最大点における点火時期）で火花点火する制御である。一般的に均質ストイキ燃焼時におけるＭＢＴは、ＴＤＣよりも若干進角した点火タイミングとなっている。なお、このときの燃料噴射は吸気行程噴射である。
　ピストン冠面３Ａに液状燃料が残留している状態で超リタード成層燃焼から均質ストイキ燃焼をＭＢＴで行わせるように切り替えると、燃焼火炎が高温のままピストン冠面３Ａに到達してプールファイヤが生じ、残留している液状燃料が燃焼する。そして、今回の燃焼サイクルまでに蓄積した液状燃料が燃焼すると、ＰＮが増加する傾向がある。
　そこで本実施形態では、液状燃料が燃焼することによるＰＮの増加を抑制するために、コントローラ１００が以下に説明する制御を実行する。
　図２は、ＰＮの増加を抑制するための制御ルーチンを示すフローチャートである。この制御ルーチンは、コントローラ１００によって実行される。なお、本ルーチンは例えば１０ミリ秒程度の短い間隔で繰り返し実行される。
　本ルーチンは、ピストン冠面３Ａに残留する液状燃料に火炎が接触することによるＰＭ発生を抑制するために、点火タイミングを遅角させるものである。また、ピストン冠面３Ａに残留する液状燃料量（以下、単に「液状燃料量」ともいう）を低減するために、バルブオーバーラップ期間を拡大するものである。以下、フローチャートのステップにしたがって説明する。
　ステップＳ１０１で、コントローラ１００は、超リタード成層燃焼時から継続してアクセルペダルが所定量Ａよりも大きく踏み込まれたか否かを判定する。ここで、所定量Ａとは、ドライバーに加速意図有りと認められる程度のアクセルペダルの踏み込み量である。この所定量Ａは、予め設定されている。また、このとき、超リタード成層燃焼時であったか否かは、排気浄化触媒の温度に基づいて判定することができる。具体的には、排気浄化触媒が活性温度未満であれば実行中、活性温度以上であれば実行中でない、と判定する。
　そして、ステップＳ１０１においてアクセルペダルが所定量Ａよりも大きく踏み込まれていないときには、コントローラ１００は、触媒温度が触媒の活性化温度ＴＣを超えているか否かを判定する（Ｓ１０２）。そして、触媒温度が触媒の活性化温度ＴＣを超えていない場合には、コントローラ１００は、前述の超リタード成層燃焼制御を継続して行う（Ｓ１０３）。
　一方、ステップＳ１０１においてアクセルペダルが所定量Ａよりも大きく踏み込まれているとき、または、ステップＳ１０２において触媒温度が触媒の活性化温度ＴＣを超えた場合には、コントローラ１００は均質ストイキ燃焼制御を行う（Ｓ１０４）。均質ストイキ燃焼とは、前述のように、燃焼室１１の全体に理論空燃比の混合気を形成し、火花点火する燃焼形態である。なお、触媒温度が活性化温度ＴＣを超えている場合であってもステップＳ１０４に処理を進め、後述するステップＳ１０５でピストン冠面３Ａの温度に応じた制御を行うこととしているのは、触媒が活性しているからといってピストン冠面３Ａの温度が昇温しているとは限らず、ピストン冠面３Ａの温度が低い場合にはＰＮが増加する場合があるからである。
　次に、ステップＳ１０５で、コントローラ１００はピストン冠面３Ａの温度（以下、単に「ピストン冠面温度」ともいうことがある）を取得する。本実施形態において、ピストン冠面温度を冷却水温センサ３２の検出値から求めることができる。例えば、既存の冷却水温センサ３２によって取得される温度とピストン冠面温度との関係を予め求めておくことで、既存の冷却水温センサ３２によって取得される温度に基づいて、エンジン１の制御時にピストン温度を取得することができる。
　ステップＳ１０６で、コントローラ１００はステップＳ１０５で取得したピストン冠面温度が予め設定してある閾値Ｔ１未満であるか否かを判定する。コントローラ１００は、ピストン冠面温度が閾値Ｔ１未満の場合はステップＳ１０７の処理を実行し、閾値Ｔ１以上の場合はステップＳ１１１の処理を実行する。
　本ステップで用いる閾値Ｔ１には、超リタード成層燃焼から通常制御に切り替えたとしても、ＰＮの排出規制値を満足できる値が予め設定される。閾値Ｔ１は、換言すると、ピストン冠面３Ａに付着した液状燃料が１サイクル中で気化や燃焼のできる温度とできない温度との境界の温度とも言える。そして、１サイクル中で気化や燃焼ができない温度とは、ピストン冠面３Ａに付着した液状燃料が次のサイクルまで液状で持ち越されてしまい、排気微粒子（ＰＭ）の生成の要因となってしまう温度とも言える。なお、閾値Ｔ１を、加速時にピストン冠面３Ａが液状燃料で濡れていなくとも火炎が発生する場合もあることが解ったため、その温度と火炎が発生しない温度の境界の温度としてもよい。
　ステップＳ１０７で、コントローラ１００は、火花点火タイミングの遅角量を後述するように算出する。火花点火タイミング（以下、単に「点火タイミング」ということもある）の遅角量は、例えば、図３に示すテーブルを予め作成してコントローラ１００に格納しておき、このテーブルをピストン冠面温度で検索することにより算出する。
　図３は、第１実施形態における火花点火タイミングの遅角量を設定するテーブルである。図３は、縦軸が点火タイミングの遅角量を示し、横軸がピストン冠面温度を示している。点火タイミングの遅角量は、ピストン冠面３Ａの温度ＴがＴ＞閾値Ｔ１の場合はゼロ、閾値Ｔ１≧Ｔの場合はＲＴ１である。
　ステップＳ１０８で、コントローラ１００は点火タイミングを設定する。具体的には、通常の均質ストイキ燃焼用の点火タイミングとステップＳ１０７で算出した点火タイミングの遅角量ＲＴ１とから新たな点火タイミングを算出する。
　図４は、第１実施形態における火花点火タイミングを示す図である。図４には、上記ステップＳ１０７及びＳ１０８の処理を実行した場合の点火タイミングの一例が示されている。図４の縦軸が点火タイミングを示し、横軸がピストン冠面温度Ｔを示している。ピストン冠面温度Ｔが閾値Ｔ１未満の場合には、点火タイミングは通常制御時における均質ストイキ燃焼時の基本点火タイミング（ＭＢＴ）よりも遅角量ＲＴ１だけ遅角するように設定される。
　もし仮に、ここで点火タイミングが遅角されない場合には、点火により伝播する火炎がすぐにピストン冠面３Ａへと到達することになる。そうすると、キャビティ１０に残留する液状燃料に火炎が早期に接触しＰＮを増加させてしまう。しかしながら、上述のように、点火タイミングが遅角させられると、点火により伝播する火炎がピストン冠面３Ａへと到達しないか、仮に到達したとしても遅れて到達することになるため、ピストン冠面３Ａに対する火炎の接触時間を短くすることができる。そして、ピストン冠面３Ａに残留する液状燃料の燃焼量を少なくしてＰＮの増加を抑制することができる。また、点火タイミングが遅角されると、膨張行程で低温化して火炎がピストン冠面３Ａに到達するため、仮にプールファイアが生じたとしてもその大きさを小さくすることができる。そして、ＰＮの増加を抑制することができる。
　なお、ピストン冠面３Ａにおいて残留する液状燃料の推定量（以下、「液状燃料推定量」ということもある）に対する点火タイミングのテーブルを作成しておき、ステップＳ１０７及びステップＳ１０８で点火タイミングを遅角させる際にこのテーブルを参照して液状燃料推定量を求めるようにしてもよい。液状燃料推定量は、ピストン冠面温度と相関関係がある。ピストン冠面温度が高ければ液状燃料は蒸発しやすいため、ピストン冠面３Ａにおける液状燃料推定量は少なくなる。一方、ピストン冠面温度が低ければ液状燃料は蒸発しにくいため、ピストン冠面３Ａにおける液状燃料推定量は多くなる。
　よって、液状燃料推定量が多いほど、火花点火タイミングの遅角量が大きくなるようにテーブルを設定しておく。液状燃料推定量が多くなるほど、図３の点火タイミング遅角量が上にシフトしたテーブルになる。液状燃料推定量が多いほど、液状燃料が火炎と接触した場合にＰＮは増加する。しかしながら、上記のように点火タイミングの遅角量を算出することで、ピストン冠面３Ａにおける液状燃料に対する火炎の接触時間を短くすることができる。そして、ＰＮの増加を抑制することができる。
　図５は、液状燃料推定量に対して点火タイミングを線形に変化させたときの図である。このように、液状燃料推定量に対して点火タイミングを線形に変化させた場合であっても、上記と同様の作用によりＰＮの増加を抑制することができる。
　図６は、液状燃料推定量に対して点火タイミングを段階的に変化させたときの図である。このように、液状燃料推定量に対して点火タイミングを段階的変化させた場合であっても、上記と同様の作用によりＰＮの増加を抑制することができる。
　なお、液状燃料量の推定に際して、ピストン冠面温度とエンジン始動からの経過時間とに基づいて液状燃料量を推定することができる。具体的には、まず、ピストン冠面温度が低いほど液状燃料がピストン冠面３Ａに残留しやすいという特性に基づいて、ピストン冠面温度毎に単位時間あたりの残留量を定めておき、この値にエンジン始動からの経過時間を積算することによってピストン冠面３Ａに付着した積算量を算出する。次に、この積算量から後述する気化量を減算し、その結果を液状燃料の推定量とする。
　上記の気化量とは、ピストン冠面３Ａに付着していた燃料のうち気化した量である。燃料は温度が高いほど気化しやすくなるので、ピストン冠面３Ａの温度が高くなるほど気化量は多くなる。
　また、ピストン冠面３Ａへの燃料噴射量に対する点火タイミングのテーブルを作成しておき、ステップＳ１０７及びステップＳ１０８で点火タイミングを遅角させる際に燃料噴射量に応じたテーブルを選択するようにしてもよい。燃料噴射量が多ければ、ピストン冠面３Ａにおける液状燃料の残留量は多くなる。一方、燃料噴射量が少なければ、ピストン冠面３Ａにおける液状燃料の残留量は少なくなる。
　よって、燃料噴射量が多い場合のテーブルほど、点火タイミングの遅角量を大きく設定しておく。燃料噴射量が多くなるほど、図３の点火タイミングの遅角量が上にシフトしたテーブルになる。燃料噴射量が多いほどピストン冠面３Ａに残留する液状燃料推定量も多くなるため、それが火炎と接触した場合にＰＮが増加する。しかしながら、上記のように火花点火タイミングの遅角量を算出することで、より確実にピストン冠面３Ａにおける液状燃料に対する火炎の接触時間を短くすることができる。そして、ＰＮの増加を抑制することができる。
　図７は、燃料噴射量に対して点火タイミングを線形に変化させたときの図である。このように、燃料噴射量に対して点火タイミングを線形に変化させた場合であっても、上記と同様の作用によりＰＮの増加を抑制することができる。
　図２のフローチャートの説明に戻る。
　ステップＳ１０９で、コントローラ１００は、ピストン冠面温度Ｔに基づいてバルブオーバーラップ期間を算出する。ここでいうバルブオーバーラップ期間とは、吸気バルブ６及び排気バルブ７が開弁している状態が継続する期間をクランク角度で表したものである。
　図８は、第１実施形態におけるバルブオーバーラップ期間の長さを設定するテーブルである。図８は、縦軸がバルブオーバーラップ期間を示し、横軸がピストン冠面温度Ｔを示している。図８では、バルブオーバーラップ期間は、ピストン冠面温度ＴがＴ＜Ｔ１の場合はＶ１、Ｔ≧Ｔ１の場合は基本オーバーラップ期間Ｖ０となっている。ここで、Ｖ０＜Ｖ１の関係が成立する。
　バルブオーバーラップ期間が長くなると、所謂内部ＥＧＲガス量が増加する。内部ＥＧＲガスは高温であるため、これが筒内に吸入されることで吸気行程から点火タイミングまでの筒内温度が上昇する。筒内温度が上昇すればピストン温度も上昇し、キャビティに付着している液状燃料の気化が促進される。そこで、図８のテーブルは、冠面温度Ｔが低いと、バルブオーバーラップ期間が長くなるように設定されている。
　ステップＳ１１０で、コントローラ１００はステップＳ１０９で算出したバルブオーバーラップ期間を実現するための可変動弁機構２０の変換角を設定して、バルブオーバーラップ量を変更する。より詳細には、吸気バルブ６及び排気バルブ７のバルブタイミングを後述する方法により算出し、算出結果に基づいて吸気側及び排気側の可変動弁機構２０の変換角を変更する。
　図９は、バルブオーバーラップ期間拡大時におけるバルブタイミング拡大量の説明図である。本実施形態では、図９に示されるように、吸気バルブ６の開タイミングの進角量が排気バルブ７の閉タイミングの遅角量よりも大きくなるように設定される。
　このように、吸気バルブ６の開タイミングをより進角させてバルブオーバーラップ期間を拡大することで、排気行程において内部ＥＧＲガスが吸気ポート側に戻る量を多くすることができる。吸気ポートに戻った内部ＥＧＲガスは次の吸気行程で筒内に流入する。そして、所謂内部ＥＧＲ量を効果的に増加させることができる。
　図１０は、第１実施形態におけるバルブタイミングのテーブルである。図１０は、ステップＳ１０９で算出したバルブオーバーラップ期間を実現するための、吸気バルブ６の開タイミング（図中のＩＶＯ）と、排気バルブ７の閉タイミング（図中のＥＶＣ）と、を求めるためのテーブルである。図１０は、縦軸がバルブタイミングを示し、横軸がバルブオーバーラップ量を示している。バルブオーバーラップ期間が基本バルブオーバーラップ期間Ｖ０（図８）の場合は、吸気バルブ６の開タイミングがＩＶＯ０、排気バルブ７の閉タイミングがＥＶＣ０である。バルブオーバーラップ期間がＶ１の場合は、吸気バルブ６の開タイミングがＩＶＯ０より進角したＩＶＯ１、排気バルブ７の閉タイミングがＥＶＣ０より遅角したＥＶＣ１である。このように、バルブオーバーラップ期間がいずれの長さであっても、吸気バルブ６の開タイミングと排気バルブ７の閉タイミングは、排気上死点を挟むように設定されている。
　このように、本実施形態において、超リタード成層燃焼時にアクセルペダルが所定量Ａよりも大きく踏み込まれた場合であってピストン冠面温度Ｔが閾値Ｔ１未満である場合には、バルブオーバーラップ期間を拡大させるので、内部ＥＧＲが増加する。内部ＥＧＲが増加すると高温のＥＧＲガスにより筒内温度を上昇させることができる。そして、ピストン冠面３Ａにおける液状燃料を蒸発させて、ピストン冠面３Ａに溜まった液状燃料を減少させることができる。そして、ＰＮの増加を抑制することができる。
　また、ＥＧＲガスは、筒内の酸素濃度を引き下げるため火花点火後の燃焼温度を引き下げる特性を有する。燃焼温度が低いと化学反応的にＰＭの発生を抑制することができる。よって、バルブオーバーラップ期間を拡大することで、ＰＮの増加を抑制することができる。
　なお、ピストン冠面３Ａに残留する液状燃料推定量に対するバルブオーバーラップ期間のテーブルを作成しておき、ステップＳ１０９及びステップＳ１１０でバルブオーバーラップ期間を拡大させる際に、このテーブルを参照してバルブオーバーラップ期間を求めるようにしてもよい。液状燃料推定量は、ピストン冠面温度と相関関係がある。ピストン冠面温度が高ければ液状燃料は蒸発しやすいため、ピストン冠面３Ａにおける液状燃料推定量は少なくなる。一方、ピストン冠面温度が低ければ液状燃料は蒸発しにくいため、ピストン冠面３Ａにおける液状燃料推定量は多くなる。
　図１１は、液状燃料推定量に対するバルブタイミングのテーブルである。図１１に示されるように、液状燃料推定量が多いほど、バルブオーバーラップ期間が長くなるようにテーブルを設定しておく。液状燃料推定量が多いほど、液状燃料が火炎と接触した場合にＰＮが増加する。しかしながら、上記のようにバルブオーバラップ期間を求めることで、ピストン冠面３Ａに残留する液状燃料量を減少させることができる。そして、ＰＮの増加を抑制することができる。また、前述のように内部ＥＧＲの効果を高めることができるので、これによってもＰＮの増加を抑制することができる。
　図１２は、液状燃料推定量に対してバルブオーバーラップ期間を線形に変化させたときの図である。このように、液状燃料推定量に対してバルブオーバーラップ期間を線形に変化させた場合であっても、上記と同様の作用によりＰＮの増加を抑制することができる。
　また、燃料噴射量に対するバルブオーバーラップ期間のテーブルを作成しておき、ステップＳ１０９及びＳ１１０でバルブオーバーラップ期間を拡大させる際にこのテーブルを参照してバルブオーバーラップ期間を求めるようにしてもよい。燃料噴射量が多ければ、ピストン冠面３Ａにおける液状燃料の残留量は多くなる。一方、燃料噴射量が少なければ、ピストン冠面３Ａにおける液状燃料の残留量は少なくなる。
　よって、燃料噴射量が多いほど、バルブオーバーラップ期間が長く設定されるようにテーブルを設定しておく。燃料噴射量が多くなるほど、図８のバルブオーバーラップ期間が上にシフトしたテーブルになる。燃料噴射量が多いほどピストン冠面３Ａに残留する液状燃料推定量も多くなり、液状燃料が火炎と接触した場合にＰＮは増加する。しかしながら、上記のようにバルブオーバーラップ期間を求めることで、ピストン冠面３Ａに残留する液状燃料量を減少させることができる。そして、ＰＮの増加を抑制することができる。また、前述のように内部ＥＧＲの効果を高めることができるので、これによってもＰＮの増加を抑制することができる。
　図１３は、燃料噴射量に対してバルブオーバーラップ期間を線形に変化させたときの図である。このように、燃料噴射量に対してバルブオーバーラップ期間を線形に変化させた場合であっても、上記と同様の作用によりＰＮの増加を抑制することができる。
　図１４は、噴射タイミングに対するバルブオーバーラップ期間の説明図である。図１４に示されるようなテーブルを用いて、噴射タイミングに基づいてバルブオーバーラップ期間を求めることとしてもよい。図１４は、縦軸がバルブオーバーラップ期間を示し、横軸が燃料の噴射タイミングを示している。ここで、燃料の噴射タイミングは圧縮上死点前である。そして、横軸において右方向に向かうほど圧縮上死点よりも前のタイミングに向かうことになる。
　図１４のテーブルにおいて、噴射タイミングが上死点に近づくほどバルブオーバーラップ期間が長くなるようにされている。噴射タイミングが上死点に近づくと、燃料がピストン冠面３Ａに付着しやすくなる。すなわち、ピストン冠面３Ａに液状燃料が残存しやすくなる。しかしながら、ここでは、噴射タイミングが上死点に近づくほどバルブオーバーラップ期間が長くなるように設定するので、ピストン冠面３Ａの液状燃料の残留量を減らして、ＰＮの増加を抑制することができる。
　なお、図２のフローチャートにおいて、ステップＳ１０９－Ｓ１１０の処理を、ステップＳ１０７－Ｓ１０８の処理より先に実行してもよい。また、ステップＳ１０７－Ｓ１０８の処理、及び、ステップＳ１０９－Ｓ１１０の処理、のいずれか一方のみを実行することとしてもよい。
　ステップＳ１０１またはステップＳ１０６の判定の結果、ステップＳ１１１が実行された場合には、通常制御が行われる。通常制御は、均質ストイキ燃焼をＭＢＴで行わせる運転制御である。再度、図３及び図４を参照すると、冠面温度Ｔが閾値Ｔ１以上であった場合には、点火タイミングの遅角量はゼロにされ、点火タイミングはＭＢＴを実行するべく基本点火タイミングとされる。また、冠面温度Ｔが閾値Ｔ１以上であった場合には、バルブオーバーラップ期間はＶ０へと相対的に短く設定される。そして、吸入空気の吹き抜け量の増加を抑制して、シリンダ堆積効率が高くなるように設定される。例えば、シリンダ堆積効率が最も高くなるように設定される。これにより、ピストン冠面温度が高まった場合には、超リタード成層燃焼から均質ストイキ燃焼に切り替わった場合であっても加速要求に対して十分な加速を実現する。
　上述した制御ルーチンをまとめると、コントローラ１００は均質ストイキ燃焼制御時においてピストン冠面３Ａの温度Ｔを取得する。ピストン冠面３Ａの温度Ｔが閾値Ｔ１以上の場合は、コントローラ１００は均質ストイキ燃焼をＭＢＴで行う通常制御を行う。一方、ピストン冠面３Ａの温度Ｔが閾値Ｔ１未満の場合には、コントローラ１００は、火花点火タイミングを通常制御時よりも遅角させ、バルブオーバーラップ期間を通常制御時よりも拡大する。
　なお、上述の実施形態において、ピストン冠面温度に対して段階的に点火タイミング及びバルブオーバーラップ期間が変化させられたが、点火タイミング及びバルブオーバーラップ期間をピストン冠面温度に対して線形に変化させられるようにしてもよい。
　次に、本実施形態の効果について説明する。
　本実施形態では、排気通路５に介装される排気浄化触媒を暖機する必要がある場合に、コントローラ１００は、圧縮行程中であって、かつ燃料噴霧がピストン冠面３Ａに衝突し、衝突した燃料噴霧がピストン冠面３Ａの形状に沿って前記点火プラグ８へ向かうタイミングで燃料を噴射し、圧縮上死点以降に火花点火をする触媒暖機運転（超リタード成層燃焼）を実行する。そして、超リタード成層燃焼から均質ストイキ燃焼制御に切り替わった後においてピストン冠面３Ａの温度が所定温度よりも低い場合に、ピストン冠面３Ａに点火後の火炎が到達するまでの時間が長くなるように火花点火タイミングを遅角させる。
　燃料噴霧をピストン冠面３Ａに衝突させており、かつ、超リタード成層燃焼を実行させているときにおいて、液状燃料がピストン冠面３Ａに溜まりやすい。このような状況下で、例えば、アクセルペダルが所定量Ａよりも大きく踏み込まれ加速状態になると、均質燃焼をＭＢＴで行おうとするため、ピストン冠面３Ａに溜まった燃料に火炎が接触する。そして、これによりＰＭが生成されてしまう。
　しかしながら、本実施形態では、このような状況下において、ピストン冠面３Ａに点火後の火炎が到達するまでの時間が長くなるように火花点火タイミングを遅角させるので、ＰＭの発生時間を短くすることができる。そして、ＰＮの増加を抑制することができる。
　また、本実施形態のように、ピストン冠面３Ａにおいて残存する液状燃料の推定量が多いほど、火花点火タイミングを遅角させることとしてもよい。このようにすることで、ピストン冠面３Ａにおいて残存する液状燃料が多いほど、火炎と液状燃料との接触を生じさせにくくすることができる。そして、ＰＭの生成を抑制してＰＮの増加を抑制することができる。
　また、本実施形態のように、筒内における燃料噴射量が多いほど、火花点火タイミングの遅角量を大きくすることとしてもよい。燃料噴射量が多ければピストン冠面３Ａにおいて残存する液状燃料も多くなると考えられる。よって、燃料噴射量が多いほど、火花点火タイミングの遅角量を大きくすることで、火炎と液状燃料の接触を生じさせにくくすることができる。
　また、本実施形態では、超リタード成層燃焼の実行中に、アクセルペダルが所定量Ａよりも大きく踏み込まれた場合であって筒内におけるピストン冠面３Ａの温度が所定温度より低い場合にバルブオーバーラップ期間を拡大させる。
　燃料噴霧をピストン冠面３Ａに衝突させており、かつ、超リタード成層燃焼を実行させると、液状燃料がピストン冠面３Ａに溜まりやすい。このような状況下で、アクセルペダルが所定量Ａよりも大きく踏み込まれ加速状態になると、均質燃焼をＭＢＴで行う制御に切り替わるのでＰＮが増加してしまう。
　しかしながら、本実施形態では、このような状況下においてバルブオーバーラップ期間を拡大させて内部ＥＧＲを増加させる。内部ＥＧＲが増加すると高温のＥＧＲガスにより燃焼室温度を上昇させることができる。そして、ピストン冠面３Ａにおける液状燃料を蒸発させて、ピストン冠面３Ａに溜まった液状燃料を減少させることができる。そして、ＰＮの増加を抑制することができる。
　また、ＥＧＲガスは、筒内の酸素濃度を引き下げるため燃焼温度を引き下げる特性を有する。燃焼温度が低いと化学反応的にＰＭの発生を抑制することができる。よって、バルブオーバーラップ期間を拡大することでＰＮの増加を抑制することができる。
　また、本実施形態のように、ピストン冠面３Ａに残存する液状燃料が多いほどバルブオーバーラップ期間を拡大させることとしてもよい。バルブオーバーラップ期間を拡大させることによって所謂内部ＥＧＲ量を増加させることができる。内部ＥＧＲ量を増加させると、燃焼ガスの温度を利用してピストン冠面３Ａの温度をより上昇させて、液状燃料をより減少させることができる。そのため、ピストン冠面３Ａに残存する液状燃料が多くなったとしても、バルブオーバーラップ期間を拡大させることで、内部ＥＧＲを増加させることができる。そして、ピストン冠面３Ａに残留する液状燃料をより気化させることができる。
　また、筒内に噴射される燃料噴射量が多いほどバルブオーバーラップ期間を拡大させることとしてもよい。バルブオーバーラップ期間を拡大させることによって内部ＥＧＲ量を増加させることができる。内部ＥＧＲ量を増加させると、燃焼ガスの温度を利用してピストン冠面３Ａの温度をより上昇させて、液状燃料をより減少させることができる。そのため、加速時のように燃料噴射量が多いことによりピストン冠面３Ａに残存する液状燃料が多くなったとしても、バルブオーバーラップ期間を拡大させて内部ＥＧＲ量を増加させることができる。そして、ピストン冠面３Ａに残留する液状燃料をより気化させることができる。
　また、燃料噴射タイミングが、例えば、ピストン上死点付近の場合などピストン冠面３Ａに液状燃料が付着しやすい噴射タイミングである場合に、バルブオーバーラップ期間を拡大させることとしてもよい。ピストン冠面３Ａに液状燃料が付着しやすい噴射タイミングによりピストン冠面３Ａに残存する液状燃料が多くなる可能性があったとしても、バルブオーバーラップ期間を拡大させることで内部ＥＧＲ量を増加させることができる。そして、ピストン冠面３Ａに残留する液状燃料を気化させることができる。
　また、本実施形態では、バルブオーバーラップ期間を拡大させる際に、排気上死点から排気バルブ７を閉にするまでの期間よりも、吸気バルブ６を開にしてから排気上死点までの期間が長くなるようにバルブオーバーラップ期間を拡大させる。このように、吸気バルブ６を開にしてから排気上死点までの期間が長くなるようにバルブオーバーラップ期間を拡大することで、排気行程において内部ＥＧＲガスが吸気ポート側に戻る量を多くすることができる。吸気ポートに戻った内部ＥＧＲガスは次の吸気行程で筒内に流入する。そして、所謂内部ＥＧＲ量を効果的に増加させることができる。
　図１５は、点火タイミングリタードの効果を説明する第１の図である。図１６は、点火タイミングリタードの効果を説明する第２の図である。図１７は、点火タイミングリタードの効果を説明する第３の図である。図１５から図１７には、点火タイミングを異ならせたときの燃焼室内の燃焼状態が示されている。これらの図において、白く表れているのは燃焼室内の輝炎である。輝炎が発生するとＰＭが多く発生することが知られている。すなわち、輝炎が発生している期間が長くなると、ＰＭも多く発生することになる。
　図１５から図１７において、最上段は、超リタード成層燃焼（ＦＩＲ）制御を行っているときにおいて、ＡＴＤＣ（上死点後）１０（ｄｅｇ）を点火タイミングとしたときの燃焼室内の写真である。中段は、超リタード成層燃焼から均質燃焼に切り替えた直後において、上死点後－５（ｄｅｇ）を点火タイミングとしたときの燃焼室内の写真である。すなわち、上死点前５（ｄｅｇ）を点火タイミングとしたときの燃焼室内の写真である。最下段は、超リタード成層燃焼から均質燃焼に切り替えた直後において、－２５（ｄｅｇ）を点火タイミングとしたときの燃焼室内の写真である。すなわち、上死点前２５（ｄｅｇ）を点火タイミングとしたときの燃焼室内の写真である。
　図１５には、上死点後－３０（ｄｅｇ）から上死点後４０（ｄｅｇ）の写真を示している。また、図１６には、上死点後４０（ｄｅｇ）から上死点後１１０（ｄｅｇ）の写真を示している。図１７には、上死点後１１０（ｄｅｇ）から上死点後１８０（ｄｅｇ）の写真を示している。
　図１５から図１７を参照すると、超リタード成層燃焼（最上段）の場合、上死点後７０（ｄｅｇ）前後から上死点後１４０（ｄｅｇ）前後まで輝炎が発生している。ただし、他の点火タイミングの写真と比較して、輝炎は強くないことが読み取れる。
　また、超リタード成層燃焼から均質燃焼に切り替えた直後において、上死点後－２５（ｄｅｇ）を点火タイミングとした場合（最下段）の場合、上死点後－１０（ｄｅｇ）前後（すなわち、上死点前１０（ｄｅｇ）前後）から上死点後１２０（ｄｅｇ）前後まで輝炎が発生している。そして、これらの輝炎の強度は他の点火タイミングのものと比して強いことが読み取れる。
　これに対し、本実施形態のように、超リタード成層燃焼から均質燃焼に切り替えた直後において、上死点後－５（ｄｅｇ）を点火タイミングとした場合（中段）の場合、上死点後２０（ｄｅｇ）前後から上死点後１２０（ｄｅｇ）前後まで輝炎が発生している。つまり、これらの輝炎発生期間は、上死点後－２５（ｄｅｇ）を点火タイミングとした場合に比べて短くなっている。さらに、輝炎の強度も、点火タイミングを上死点後－２５（ｄｅｇ）とした場合に比して弱くなっていることが読み取れる。
　このように、本実施形態のように、点火タイミングを遅角させることで火炎がピストン冠面３Ａに到達しにくくなるため、輝炎の発生期間が短くすることができる。そして、ＰＮの増加を抑制することができている。また、内部ＥＧＲの効果により燃焼温度も低下する。これにより、さらにＰＮの増加を抑制することができる。
　図１８は、点火タイミング及びバルブオーバーラップとＰＮ濃度の関係を示す図である。図１８において、横軸は点火タイミングを示し、縦軸はＰＮ濃度を示す。そして、図１８には、バルブオーバーラップが小さいときの結果と、バルブオーバーラップを拡大したときの結果が示されている。
　これらの結果によると、バルブオーバーラップを拡大した方がＰＮ濃度を小さくできることがわかる。また、点火タイミングを遅角させるとその効果がさらに大きくなることがわかる。
　（第２実施形態）
　前述のようにしてバルブオーバーラップ期間を求めた後、バルブオーバーラップ期間を以下のようにして補正することとしてもよい。
　図１９は、第２実施形態における液状燃料推定量に対するバルブオーバーラップ補正量の説明図である。図２０は、第２実施形態における燃料噴射量に対するバルブオーバーラップ補正量の説明図である。
　そして、次のような式を用いて、補正後バルブＯ／Ｌ量を求める。

　補正後バルブＯ／Ｌ期間＝バルブＯ／Ｌ期間×（補正値（液状燃料推定量）＋補正値（燃料噴射量）－１）
　上式において、「バルブＯ／Ｌ期間」は、前述の実施形態で最終的に求められたバルブオーバーラップ期間である。ここでは、既に求められたバルブオーバーラップ期間を補正値で補正し、補正後バルブオーバーラップ期間を求める。そして、補正後バルブオーバーラップ期間を用いてバルブオーバーラップ制御を行う。
　また、上式において、「補正値（液状燃料推定量）」は、図１９に示される関数である。また、上式において、「補正値（燃料噴射量）」は、図２０に示される関数である。つまり、ここでは、ピストン冠面３Ａの温度によって求められたバルブオーバーラップ期間が、液状燃料推定量から求められる補正値と、燃料噴射量から求められる補正値とを用いて補正される。
　このようにすることで、ピストン冠面３Ａの温度によって求められたバルブオーバーラップ期間を、液状燃料推定量と燃料噴射量とを用いて補正して、より適正なバルブオーバーラップ期間を求めることができる。
　以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。
　上述した各実施形態は、それぞれ単独の実施形態として説明したが、適宜組み合わせてもよい。

Claims (8)

  1. 　筒内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁と、
    　吸気バルブの開期間と排気バルブの開期間とのバルブオーバーラップ期間を調整するバルブオーバーラップ期間調整機構と、
    を備える筒内直接燃料噴射式エンジンを制御するエンジン制御装置において、
    　運転者の加速要求を検出する加速要求センサを備え、
    　前記加速要求がある場合であって前記筒内におけるピストンの冠面温度が所定温度より低い場合に、排気上死点を挟む前記吸気バルブの開期間と前記排気バルブの開期間とのバルブオーバーラップ期間を拡大させるエンジン制御装置。
  2. 　請求項１に記載のエンジン制御装置において、
    　前記ピストンの冠面に残存する液状燃料量が多いほど前記バルブオーバーラップ期間を拡大させるエンジン制御装置。
  3. 　請求項１に記載のエンジン制御装置において、
    　前記筒内に噴射される燃料噴射量が多いほど前記バルブオーバーラップ期間を拡大させるエンジン制御装置。
  4. 　請求項１に記載のエンジン制御装置において、
    　前記燃料の噴射タイミングが、前記ピストンの冠面に液状燃料が付着する噴射タイミングである場合に、前記バルブオーバーラップ期間を拡大させるエンジン制御装置。
  5. 　請求項１から４のいずれかに記載のエンジン制御装置であって、
    　前記バルブオーバーラップ期間を拡大させる際に、前記排気上死点から前記排気バルブを閉にするまでの期間よりも、前記吸気バルブを開にしてから前記排気上死点までの期間が長くなるように前記バルブオーバーラップの期間を拡大させるエンジン制御装置。
  6. 　請求項１から５のいずれかに記載のエンジン制御装置であって、
    　前記拡大させられたバルブオーバーラップ期間が、前記ピストンの冠面に残存する液状燃料量及び前記筒内に噴射される燃料噴射量の少なくともいずれか一方に応じて補正されるエンジン制御装置。
  7. 　請求項１から６のいずれかに記載のエンジン制御装置であって、
    　前記ピストンの冠面温度が前記所定温度以上の場合に、前記バルブオーバーラップ期間をシリンダ堆積効率が最大となるバルブオーバーラップ期間に設定するエンジン制御装置。
  8. 　筒内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁と、
    　吸気バルブの開期間と排気バルブの開期間とのバルブオーバーラップ期間を調整するバルブオーバーラップ期間調整機構と、
    　運転者の加速要求を検出する加速要求センサと、
    を備える筒内直接燃料噴射式エンジンを制御するエンジン制御方法において、
    　前記加速要求がある場合であって前記筒内におけるピストンの冠面温度が所定温度より低い場合に、排気上死点を挟む前記吸気バルブの開期間と前記排気バルブの開期間とのバルブオーバーラップ期間を拡大させるエンジン制御方法。
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