WO2019069443A1

WO2019069443A1 - 内燃機関の制御方法及び内燃機関の制御装置

Info

Publication number: WO2019069443A1
Application number: PCT/JP2017/036422
Authority: WO
Inventors: 露木　毅
Original assignee: 日産自動車株式会社
Priority date: 2017-10-06
Filing date: 2017-10-06
Publication date: 2019-04-11

Abstract

冷機時において、内燃機関の燃焼形態が超リタード成層燃焼から均質ストイキ燃焼へ移行したか否かを判定する（ステップＳ２）。内燃機関の燃焼形態が均質ストイキ燃焼に移行すると、冷却水温度Ｔｗが所定温度Ｂよりも低いか否かを判定し（ステップＳ３）、低い場合はピストン冠面１０ａの温度Ｔｐが所定温度Ａ以下であるか否かを判定する（ステップＳ５）。ピストン冠面１０ａの温度Ｔｐが所定温度Ａ以下の場合には、第１噴射タイミングで燃料噴射を開始する（ステップＳ６）。ピストン冠面１０ａの温度Ｔｐが所定温度Ａよりも高い場合には、第２噴射タイミングで燃料噴射を開始する（ステップＳ７）。

Description

内燃機関の制御方法及び内燃機関の制御装置

　本発明は、筒内直接噴射式の内燃機関の制御方法及び制御装置に関する。

　特許文献１には、温度の低いピストンの冠面に燃料噴霧が衝突するような場合、点火時期をリタードさせるとともに、吸気弁と排気弁のバルブオーバーラップ期間を拡大することで、ＰＭ（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ　Ｍａｔｔｅｒ）の排出量であるＰＮ（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ　Ｎｎｍｂｅｒ）の増加を抑制する技術が開示されている。

　ピストンの冠面に付着した液状の燃料が燃焼するとＰＮが増加する。ピストン冠面の温度が低いと、ピストンの冠面に付着した燃料が気化せず残留する。

　点火時期をリタードすると、点火により伝播する火炎がピストン冠面へと到達しなかったり、あるいは到達したとしても遅れて到達したりするため、ピストン冠面に対する火炎の接触時間が総じて短くなり、ＰＮの増加が抑制される。

　バルブオーバーラップ期間が長くなると、高温の内部ＥＧＲが増加するため筒内温度が上昇し、ピストンの冠面に付着した液状燃料の気化が促進され、ＰＮの増加が抑制される。

　ピストンの冠面に燃料噴霧が衝突するような場合、ピストンが往復動するシリンダの内周面には燃料噴霧により液状の燃料が相対的に付着しにくくなる。そのため、シリンダの内周面に付着した燃料がオイルに混入してオイルを希釈するオイル希釈が進行する可能性は低い。

　このような特許文献１においては、ＰＮが抑制されるとともに、結果的にオイル希釈の進行が抑制される。

　しかしながら、特許文献１は、そもそもピストン冠面に液状燃料が付着しないようにするものではなく、排気規制が厳しくなった場合に対応できるだけの十分なＰＮ抑制を実現できない虞がある。

　つまり、この特許文献１においては、ピストン冠面に付着する燃料の低減によるＰＮ抑制と、シリンダの内周面に付着する燃料の低減によるオイル希釈の低減と、を両立させる上で更なる改善の余地がある。

国際公開２０１６／１６６８５９号

　本発明の内燃機関は、ピストン温度が所定温度Ａ以下の場合には、燃料がピストン冠面に付着しにくい所定の第１噴射タイミングで筒内に燃料を噴射し、ピストン温度が上記所定温度Ａよりも高い場合には、燃料がシリンダの内周面に付着しにくい所定の第２噴射タイミングで筒内に燃焼を噴射する。

　ピストン温度に応じて燃料噴射の開始タイミングを切り替えることで、オイル希釈の抑制とＰＮ抑制とを高いレベルで両立することができる。

本発明が適用される内燃機関の燃焼室周辺の概略を模式的に示した説明図。冷機始動時における噴射タイミングの切り換え方を模式的に示した説明図。第１噴射タイミングの一例を示す説明図。第２噴射タイミングの一例を示す説明図。第３噴射タイミングの一例を示す説明図。始動時水温とピストン冠面の温度Ｔｐが所定温度Ａとなる始動後の燃焼サイクル数との相関関係を模式的に示した説明図。第１実施例における制御の流れを示すフローチャート。第２実施例における制御の流れを示すフローチャート。

　以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明が適用される内燃機関１の燃焼室２周辺の概略を模式的に示した説明図である。なお、図１は、便宜上、１つの気筒についてのみ記しているが、内燃機関１は単気筒であっても多気筒であってもよい。

　内燃機関１は、筒内直接噴射式火花点火内燃機関であって、駆動源として自動車等の車両に搭載されるものである。

　内燃機関１は、吸気通路３と排気通路４とを有している。吸気通路３は、吸気弁５を介して燃焼室２に接続されている。排気通路４は、排気弁６を介して燃焼室２に接続されている。排気通路４には、三元触媒等の排気触媒が設けられている。

　また、内燃機関１は、シリンダヘッド７と、シリンダブロック８と、シリンダブロック８のシリンダ９内を往復動するピストン１０と、燃焼室２内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁１１と、を有している。

　ピストン１０は、コネクティングロッド１２を介して図示せぬクランクシャフトと連結されている。

　ピストン１０の冠面１０ａ（ピストン冠面１０ａともいう）には、キャビティ１３が形成されている。キャビティ１３は、ピストン冠面１０ａにおいて吸気側（吸気弁側）に偏った位置に設けられている。

　キャビティ１３は、当該キャビティ１３に衝突した燃料噴霧が点火プラグ１４のある方向へ向かって巻き上げられるような形状に形成されている。

　燃料噴射弁１１は、ピストン１０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１３を指向するように配置されている。

　燃料噴射弁１１から噴射された燃料は、燃焼室２内で点火プラグ１４により点火される。

　吸気弁５は、当該吸気弁５の開閉時期を可変制御できる吸気側可変バルブタイミング機構１５ａを備えている。

　また、排気弁６は、当該排気弁６の開閉時期を可変制御できる排気側可変バルブタイミング機構１５ｂを備えている。

　可変バルブタイミング機構１５ａ、１５ｂとしては、カムシャフトの位相を遅進させることで開時期および閉時期が同時に遅進する構成のものとなっている。このような可変バルブタイミング機構は、種々の型式のものが知られており、本発明は特定の型式の可変バルブタイミング機構に限定されるものではない。

　可変バルブタイミング機構１５ａ、１５ｂによるバルブタイミングの変更は、コントロールユニット２１によって制御される。

　吸気弁５のバルブタイミング及び排気弁６のバルブタイミングは、内燃機関１の運転条件（機関運転条件）に応じて制御される。

　燃料噴射弁１１の燃料噴射量、燃料噴射弁１１の燃料噴射タイミング、点火プラグ１４の点火時期等は、制御部としてのコントロールユニット２１によって制御される。

　燃料噴射弁１１の燃料噴射タイミングとは、吸気、圧縮、膨張、排気からなる１つの燃焼サイクルにおいて、燃料噴射弁１１が燃料噴射を開始するタイミングである。

　なお、本発明は、１燃焼サイクルあたりに必要な燃料量を１回で噴射するものや、１燃焼サイクルあたりに必要な燃料量を複数回に分けて噴射するものに適用可能である。

　燃料噴射弁１１の燃料噴射量、燃料噴射弁１１の燃料噴射タイミング及び点火プラグ１４の点火時期は、内燃機関１の運転条件（機関運転条件）に応じて制御される。

　コントロールユニット２１は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ及び入出力インターフェースを備えた周知のデジタルコンピュータである。

　コントロールユニット２１には、吸入空気量を検出するエアフローメータ２２、クランクシャフトのクランク角を検出するクランク角センサ２３、アクセルペダルの踏込量を検出するアクセル開度センサ２４、冷却水温度Ｔｗを検出する水温センサ２５、吸気圧を検出する吸気圧センサ２６等の各種センサ類の検出信号が入力されている。コントロールユニット２１は、アクセル開度センサ２４の検出値を用いて、内燃機関の要求負荷（エンジン負荷）が算出する。また、コントロールユニット２１は、クランク角センサ２３の検出値を用いて、内燃機関１の始動後の燃焼サイクル数を算出する。

　エアフローメータ２２は、温度センサを内蔵したものであって、吸気温度を検出可能なものである。

　クランク角センサ２３は、内燃機関１の機関回転数を検出可能なものである。

　水温センサ２５は、ピストン１０の温度（ピストン温度）と相関する温度として、シリンダ９の周囲を流れる冷却水の温度を取得するものである。

　コントロールユニット２１は、各種センサ類の検出信号に基づいて、燃料噴射弁１１の燃料噴射量及び燃料噴射時期、点火プラグ１４の点火時期等を最適に制御している。

　次に、コントロールユニット２１が実行する、内燃機関１の始動時における制御について説明する。

　排気触媒は、活性化温度より低温では十分な浄化性能を発揮しない。そのため、排気触媒が活性化温度より低温である冷機始動時には、排気触媒を早期に昇温する必要がある。そこで、冷間始動直後のアイドル状態では、排気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。

　超リタード成層燃焼では、例えば、１回目の燃料噴射のタイミングを吸気行程の前半に設定し、２回目の燃料噴射のタイミングを圧縮行程の後半に設定する。なお、内燃機関１の燃焼超リタード成層燃焼は、例えば、特開２００８－２５５３５号公報等により公知である。

　超リタード成層燃焼の実行中にピストン冠面１０ａに衝突した燃料の一部は、点火プラグ１４のある方向に巻き上がらずに、ピストン冠面１０ａに付着する。しかしながら、超リタード成層燃焼中にピストン冠面１０ａの温度Ｔｐが上昇すれば、ピストン冠面１０ａに残留していた液状燃料は徐々に減少する。つまり、１燃焼サイクル中にピストン冠面１０ａに付着する量よりも、１燃焼サイクル中にピストン冠面１０ａから気化する量が多くなれば、超リタード成層燃焼の実行中であってもピストン冠面１０ａに残留していた液状燃料は徐々に減少する。

　ここで、冷機時に、内燃機関１の燃焼形態が超リタード成層燃焼から均質ストイキ燃焼（均質燃焼）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２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。

　冷機時、低温のピストン１０に燃料が付着すると、付着から点火まで燃料が蒸発せず、輝炎となってＰＮの生成要因となる。ここで、ＰＮ（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ　Ｎｎｍｂｅｒ）とは、ＰＭ（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ　Ｍａｔｔｅｒ）の排出量である。

　筒内直噴式の内燃機関１において、ピストン冠面１０ａに燃料が付着しないように燃料噴射弁１１が燃料を噴射すると、下死点前後のタイミングで燃料を噴射することになり、シリンダ９の内周面に燃料が付着し易くなる。

　シリンダ９の内周面に燃料が付着すると、付着した燃料がオイルに混入してオイルを希釈するオイル希釈が進行する可能性がある。例えば、シリンダ９の下部内周面に付着した燃料は、付着から蒸発までの時間が短いため、オイル希釈の要因となる。オイル希釈が進行すると、内燃機関１の摺動部位に潤滑不良が生じる虞がある。

　ピストン温度、すなわちピストン冠面１０ａの温度Ｔｐ（ピストン冠面温度Ｔｐ）は、シリンダ９の内周面の温度に比べて比較的短時間で上昇する。シリンダ９の内周面の温度は、冷却水温度Ｔｗと相関があり、冷却水温度Ｔｗから推定可能である。

　そこで、コントロールユニット２１は、冷機時に均質ストイキ燃焼を行う場合、ピストン冠面１０ａの温度Ｔｐに応じて燃料噴射の開始タイミングを切り替える。すなわち、均質ストイキ燃焼を行う冷機時にピストン冠面１０ａの温度Ｔｐが予め設定された所定温度Ａ（例えば８０～９０℃）以下の場合には、ピストン冠面１０ａに燃料が付着しないようなタイミングである第１噴射タイミングで燃料噴射を開始する。

　第１噴射タイミングは、ピストン冠面１０ａに燃料が付着しにくい噴射タイミング（ＰＮ対策用噴射タイミング）であり、気化潜熱による温度が抑制され、ピストン１０に付着した燃料（燃料液膜）によるＰＮを抑制できる。第１噴射タイミングは、ピストン冠面１０ａに燃料が付着しにくくなる分、シリンダ９の内周面に燃料が付着しやすい噴射タイミングである。

　また、均質ストイキ燃焼を行う冷機時にピストン冠面１０ａの温度Ｔｐが所定温度Ａよりも高い場合には、オイル希釈が進行しないように、シリンダ９の内周面に燃料が付着しないようなタイミング（オイル希釈対策用噴射タイミング）である第２噴射タイミングで燃料噴射を開始する。第２噴射タイミングは、シリンダ９の内周面に燃料が付着しにくくなる分、ピストン冠面１０ａに燃料が付着しやすい噴射タイミングである。

　なお、暖機完了後に均質ストイキ燃焼を行う場合は、燃焼室２に燃料が付着しないようなタイミングである第３噴射タイミングで燃料噴射を開始する。第３噴射タイミングでは、内燃期間の燃費が良好となる噴射タイミング（燃費対策用噴射タイミング）である。

　図２は、冷機始動時における噴射タイミングの切り換え方を模式的に示した説明図である。

　図２において、時刻ｔ０は、内燃機関１を始動したタイミングである。また、図２における時刻ｔ１は、冷機時に均質ストイキ燃焼を開始したタイミングである。図２における時刻ｔ２は、ピストン冠面１０ａの温度Ｔｐが所定温度Ａとなった時刻である。図２における時刻ｔ３は、冷却水温度Ｔｗが所定温度Ｂ（例えば６０℃）以上となって、内燃機関１の暖機状態となったタイミングである。

　すなわち、図２における時刻ｔ０～ｔ１までの期間では、内燃機関１が超リタード成層燃焼を実行している。図２における時刻ｔ１～ｔ２までの期間では、第１噴射タイミングで燃料噴射を開始する均質ストイキ燃焼を実行している。図２における時刻ｔ２～ｔ３までの期間では、第２噴射タイミングで燃料噴射を開始する均質ストイキ燃焼を実行している。そして、図２における時刻ｔ３以降、内燃機関１は、第３噴射タイミングで燃料噴射を開始する均質ストイキ燃焼を行っている。第１噴射タイミングでは、例えば、図３に示すように、上死点後１１０°ＣＡ～上死点後２２０°ＣＡの間で燃料噴射を開始する。すなわち、第１噴射タイミングは、吸気行程後半から圧縮行程前半の間に燃料噴射を開始する。

　第１噴射タイミングで燃料噴射を開始する期間において、１燃焼サイクルにおける燃料噴射の回数を複数回とする場合には、最後の燃料噴射の開始タイミングも上死点後１１０°ＣＡ～上死点後２２０°ＣＡの間となる。

　なお、第１噴射タイミングで燃料噴射を開始する場合、機関回転数が高いほど、また負荷が高くなるほど、上死点後１１０°ＣＡ～上死点後２２０°ＣＡの間で燃料噴射の開始タイミングを相対的に早くなるよう設定してもよい。

　第２噴射タイミングでは、例えば、図４に示すように、上死点から上死点後１２０°ＣＡの間で燃料噴射を開始する。すなわち、第２噴射タイミングは、吸気行程前半に燃料噴射を開始する。

　第２噴射タイミングで燃料噴射を開始する期間において、１燃焼サイクルにおける燃料噴射の回数を複数回とする場合には、最後の燃料噴射の開始タイミングも上死点から上死点後１２０°ＣＡの間となる。

　なお、第２噴射タイミングで燃料噴射を開始する場合、機関回転数が高いほど、また負荷が高くなるほど、上死点から上死点後１２０°ＣＡの間で燃料噴射の開始タイミングを相対的に早くなるよう設定してもよい。

　第３噴射タイミングでは、例えば、図５に示すように、上死点後５０°ＣＡ～上死点後２００°ＣＡの間で燃料噴射を開始する。すなわち、第３噴射タイミングは、吸気行程後半から圧縮行程前半の間に燃料噴射を開始する。

　第３噴射タイミングで燃料噴射を開始する期間において、１燃焼サイクルにおける燃料噴射の回数を複数回とする場合には、最後の燃料噴射の開始タイミングも上死点後５０°ＣＡ～上死点後２００°ＣＡの間となる。

　なお、第３噴射タイミングで燃料噴射を開始する場合、機関回転数が高いほど、また負荷が高くなるほど、上死点後５０°ＣＡ～上死点後２００°ＣＡの間で燃料噴射の開始タイミングを相対的に早くなるよう設定してもよい。

　このように、筒内直接噴射式の内燃機関１において冷機時に均質ストイキ燃焼を行う場合、ピストン冠面１０ａの温度Ｔｐに応じて燃料噴射の開始タイミングを切り替えることで、オイル希釈に至る可能性が高い第１噴射タイミングで燃料噴射を行う時間を可能な限り短くできる。そのため、オイル希釈の抑制とＰＮ抑制とを高いレベルで両立することができる。

　ピストン冠面１０ａの温度Ｔｐは、火炎がピストン１０を暖めることによって昇温する。そのため、点火回数すなわち燃焼サイクル数を用いることで、ピストン冠面１０ａの温度Ｔｐの温度上昇分を推定できる。

　内燃機関１の各部位が熱平衡状態であれば、始動時水温は、始動時のピストン冠面１０ａの温度Ｔｐと見なすことができる。ピストン１０は、始動時のピストン冠面１０ａの温度Ｔｐが高いほど、所定温度Ａに早く到達することになる。

　コントロールユニット２１は、始動後の燃焼サイクル数をカウントするとともに、始動時水温からピストン冠面１０ａの温度Ｔｐが所定温度Ａに到達するために必要な燃焼サイクル数（点火回数）である所定値Ｘを決定する。

　そして、コントロールユニット２１は、始動後の燃焼サイクル数が所定値Ｘを超えるとピストン冠面１０ａの温度Ｔｐが所定温度Ａをよりも高くなったと判定する。すなわち、コントロールユニット２１は、始動後の燃焼サイクル数が所定値Ｘを超えるとピストン冠面１０ａの温度Ｔｐが所定温度Ａをよりも高くなったと判定することができる。つまり、コントロールユニット２１は、ピストン温度推定部に相当するものである。

　内燃機関１の始動時水温と、ピストン冠面１０ａの温度Ｔｐが所定温度Ａとなる内燃機関１の始動後の燃焼サイクル数（点火回数）とは、例えば、図６に示すような相関関係にある。始動時水温が高いほど、始動から少ない燃焼サイクル数でピストン冠面１０ａの温度Ｔｐが所定温度Ａに達すると考えられる。このことから、始動時水温が高くなるほど、ピストン冠面１０ａの温度Ｔｐが所定温度Ａに到達するために必要な燃焼サイクル数である所定値Ｘは小さくなる。なお、図６における縦軸は、始動時からピストン冠面１０ａの温度Ｔｐが所定温度Ａになるまでの内燃機関１の点火回数と見ることも可能である。

　コントロールユニット２１は、図６に示すような相関関係を予め数値化して記憶しており、始動時水温に応じた所定値Ｘを算出する。

　また、ピストン冠面１０ａの温度Ｔｐは、内燃機関１の始動後に噴射された燃料を燃焼させた際に生じた発熱量と相関がある。発熱量は、燃料噴射量と相関がある。１燃焼サイクルに噴射される燃料噴射量が多くなるほど、１燃焼サイクルで発生する発熱量は多くなる。そこで、１燃焼サイクルに噴射される燃料噴射量が多くなるほど、上記所定値Ｘが小さくなるように補正してもよい。

　また、燃料噴射量は、内燃機関１の負荷、吸入空気量、吸気圧等と相関があるので、内燃機関１の負荷、吸入空気量あるいは吸気圧を用いて、上記所定値Ｘを補正してもよい。すなわち、内燃機関１の負荷が大きくなるほど、吸入空気量が多くなるほど、または吸気圧が高くなるほど、上記所定値Ｘを小さくなるように補正してもよい。

　このように、１燃焼サイクルに噴射される燃料噴射量、内燃機関１の負荷、吸入空気量、吸気圧等を用いて上記所定値Ｘを補正すれば、ピストン冠面１０ａの温度Ｔｐを一層精度よく推定できる。

　また、ピストン冠面１０ａの温度Ｔｐは、火炎がピストンに到達する速度やタイミングに関係するパラメータを用いて補正することが可能である。

　例えば、燃焼室２内の燃焼火炎は、内燃機関１の点火時期が最適点火時期（ＭＢＴ：ｍｉｎｉｍｕｍ　ａｄｖａｎｃｅ　ｆｏｒ　ｂｅｓｔ　ｔｏｒｑｕｅ、トルク最大点における点火時期）からリタードするほどピストン冠面１０ａに到達しにくくなる。一般的に、均質ストイキ燃焼時における最適点火時期は、上死点よりも若干進角した時期である。

　また、燃焼室２内の燃焼火炎は、内燃機関１の機械的圧縮比が低くなるほどピストン冠面１０ａに到達しにくくなる。

　そこで、点火時期の最適点火時期からのリタード量が大きくなるほど、上記所定値Ｘが大きくなるように補正すれば、ピストン冠面１０ａの温度Ｔｐを一層精度よく推定できる。

　あるいは、内燃機関１の機械的圧縮比が低いほど、上記所定値Ｘが大きくなるように補正すれば、ピストン冠面１０ａの温度Ｔｐを一層精度よく推定できる。

　内燃機関１に機械的圧縮比は、特開２００５－１２７２００号公報及び特開２００４－１１６４３４号公報等に記載された公知の複リンク式ピストンクランク機構を利用することで変更可能となる。

　また、吸気温度が低いほど、燃焼室２内の点火前の温度が低下することになる。そこで、吸気温度が低いほど、上記所定値Ｘが大きくなるように補正すれば、ピストン冠面１０ａの温度Ｔｐを一層精度よく推定できる。

　図７は、上述した第１実施例における制御の流れの一例を示すフローチャートである。

　ステップＳ１では、内燃機関１の始動からの燃焼サイクル数のカウントを開始する。上述した第１実施例においては、１燃焼サイクルをカウントした際のカウント値は、内燃機関１の燃焼形態等によらず「１」である。

　ステップＳ２では、内燃機関１の燃焼形態が超リタード成層燃焼から均質ストイキ燃焼へ移行したか否かを判定する。ステップＳ２において内燃機関１の燃焼形態が均質ストイキ燃焼へ移行した場合には、ステップＳ３へ進む。ステップＳ２において内燃機関１の燃焼形態が均質ストイキ燃焼へ移行していない場合には、上述した超リタード成層燃焼が継続されることになるため、今回のルーチンを終了する。なお、超リタード成層燃焼中も燃焼サイクル数のカウントは継続される。

　ステップＳ３では、冷却水温度Ｔｗが所定温度Ｂよりも低いか否かを判定する。換言すれば、ステップＳ３では、内燃機関１の冷機状態であるか否かを判定する。さらに言えば、ステップＳ３では、内燃機関１の暖機が完了したか否かを判定する。

　ステップＳ３において冷却水温度Ｔｗが所定温度Ｂよりも低い場合には、ステップＳ４へ進む。ステップＳ３において冷却水温度Ｔｗが所定温度Ｂ以上の場合には、ステップＳ８へ進む。

　ステップＳ４では、始動時水温を用いて所定値Ｘを算出する。所定値Ｘは、ピストン冠面１０ａの温度Ｔｐが所定温度Ａに到達するために必要な燃焼サイクル数（点火回数）である。

　なお、所定値Ｘを算出するにあたっては、上述したように、始動時からの運転状態に応じて補正するようにしてもよい。すなわち、１燃焼サイクルに噴射される燃料噴射量、点火時期、圧縮比、吸気温度に応じて、始動時水温を用いて算出された所定値Ｘを補正してもよい。

　ステップＳ５では、ピストン冠面１０ａの温度Ｔｐが所定温度Ａ以下であるか否かを判定する。具体的には、ステップＳ５において内燃機関１の始動からの燃焼サイクル数がＳ４で算出した所定値Ｘ以下の場合には、ピストン冠面１０ａの温度Ｔｐが所定温度Ａ以下であると判定してステップＳ６へ進む。ステップＳ５において内燃機関１の始動からの燃焼サイクル数がＳ４で算出した所定値Ｘよりも大きい場合には、ピストン冠面１０ａの温度Ｔｐが所定温度Ａよりも高いと判定してステップＳ７へ進む。

　ステップＳ６では、第１噴射タイミングで燃料噴射を開始する。

　ステップＳ７では、第２噴射タイミングで燃料噴射を開始する。

　ステップＳ８では、第３噴射タイミングで燃料噴射を開始する。

　ステップＳ９では、内燃機関１の始動からの燃焼サイクル数のカウントをクリアする。

　上述した第１実施例では、始動時からの燃焼サイクル数をカウントするにあたって、１燃焼サイクルのカウント値が燃焼形態によらず「１」であったが、燃焼形態に応じて１燃焼サイクルのカウント値を補正するようにしてもよい。

　例えば、１燃焼サイクルにおける発熱量が少ない場合には、ピストン１０の受熱量も少なくなるので、１燃焼サイクルにおける発熱量が多い場合に比べて、当該１燃焼サイクルのカウント値を小さくしてもよい。

　具体的には、１燃焼サイクルにおける発熱量が少ない場合のカウント値を「１」ではなく、「１」よりも小さい正の値（例えば「０．１」～「０．９」の間の値）に補正する。

　詳述すると、冷機始動直後の超リタード成層燃焼時においては、１燃焼サイクルのカウント値を「１」よりも小さい正値（例えば「０．５」といった値）に補正する。また、冷機時の均質ストイキ燃焼時においては、燃料噴射量、点火時期、圧縮比、吸気温度等による１燃焼サイクル当たりの発熱量に応じて、１燃焼サイクルのカウント値を「１」以外の正値に補正する。

　このように、１燃焼サイクルにおける発熱量に応じて当該１燃焼サイクルをカウントする際のカウント値を補正しても、ピストン冠面１０ａの温度Ｔｐを精度良く推定することができる。

　そのため、このような第２実施例においても、筒内直接噴射式の内燃機関１において冷機時に均質ストイキ燃焼を行う場合に、上述した第１実施例と同様に、オイル希釈の抑制とＰＮ抑制とを高いレベルで両立することができる。

　図８は、燃焼形態に応じて１燃焼サイクルのカウント値を補正する第２実施例における制御の流れを示すフローチャートである。

　ステップＳ２１では、内燃機関１の始動からの燃焼サイクル数のカウントを開始する。

　ステップＳ２２では、燃焼形態に応じて１燃焼サイクルのカウント値を補正する。すなわち、１燃焼サイクルにおける発熱量が少ない場合には、当該１燃焼サイクルのカウント値を小さくする。

　ステップＳ２３では、内燃機関１の燃焼形態が均質ストイキ燃焼へ移行したか否かを判定する。ステップＳ２３において内燃機関１の燃焼形態が均質ストイキ燃焼へ移行した場合には、ステップＳ２４へ進む。ステップＳ２３において内燃機関１の燃焼形態が均質ストイキ燃焼へ移行していない場合には、上述した超リタード成層燃焼が継続されることになるため、今回のルーチンを終了する。なお、超リタード成層燃焼中も燃焼サイクル数のカウントは継続される。

　ステップＳ２４では、冷却水温度Ｔｗが所定温度Ｂよりも低いか否かを判定する。換言すれば、ステップＳ２４では、内燃機関１の冷機状態であるか否かを判定する。さらに言えば、ステップＳ２４では、内燃機関１の暖機が完了したか否かを判定する。

　ステップＳ２４において冷却水温度Ｔｗが所定温度Ｂよりも低い場合には、ステップＳ２５へ進む。ステップＳ２４において冷却水温度Ｔｗが所定温度Ｂ以上の場合には、ステップＳ２９へ進む。

　ステップＳ２５では、始動時水温を用いて所定値Ｘを算出する。所定値Ｘは、ピストン冠面１０ａの温度Ｔｐが所定温度Ａに到達するために必要な燃焼サイクル数（点火回数）である。

　ステップＳ２６では、ピストン冠面１０ａの温度Ｔｐが所定温度Ａ以下であるか否かを判定する。具体的には、ステップＳ２６において内燃機関１の始動からの燃焼サイクル数がＳ２５で算出した所定値Ｘ以下の場合には、ピストン冠面１０ａの温度Ｔｐが所定温度Ａ以下であると判定してステップＳ２７へ進む。ステップＳ２６において内燃機関１の始動からの燃焼サイクル数がＳ２５で算出した所定値Ｘよりも大きい場合には、ピストン冠面１０ａの温度Ｔｐが所定温度Ａよりも高いと判定してステップＳ２８へ進む。

　ステップＳ２７では、第１噴射タイミングで燃料噴射を開始する。

　ステップＳ２８では、第２噴射タイミングで燃料噴射を開始する。

　ステップＳ２９では、第３噴射タイミングで燃料噴射を開始する。

　ステップＳ３０では、内燃機関１の始動からの燃焼サイクル数のカウントをクリアする。

　なお、上述した各実施例は、いずれも内燃機関の制御方法及び内燃機関の制御装置に関するものである。

Claims

　燃料噴射弁が筒内に燃料を直接噴射する内燃機関の制御方法であって、
　冷機時にピストン温度が所定温度Ａ以下の場合には、燃料がピストン冠面に付着しにくい所定の第１噴射タイミングで上記燃料噴射弁から筒内に燃料を噴射し、
　冷機時にピストン温度が上記所定温度Ａよりも高い場合には、燃料がシリンダの内周面に付着しにくい所定の第２噴射タイミングで上記燃料噴射弁から筒内に燃料を噴射する内燃機関の制御方法。
　内燃機関の始動後の燃焼サイクル数が所定値Ｘよりも大きくなると、ピストン温度が上記所定温度Ａよりも高くなったと判定する請求項１に記載の内燃機関の制御方法。
　上記所定値Ｘは、始動時における内燃機関の冷却水温度が低いほど大きくなる請求項２に記載の内燃機関の制御方法。
　上記所定値Ｘは、燃料噴射量が多くなるほど小さくなる請求項２または３に記載の内燃機関の制御方法。
　点火時期がリタードするほど上記所定値Ｘを大きくする請求項２～４のいずれかに記載の内燃機関の制御方法。
　内燃機関の圧縮比が低いほど上記所定値Ｘを大きくする請求項２～５のいずれかに記載の内燃機関の制御方法。
　吸気温度が低いほど上記所定値Ｘを大きくする請求項２～６のいずれかに記載の内燃機関の制御方法。
　始動後の燃焼サイクル数をカウントするにあたって、１燃焼サイクルにおける発熱量に応じて当該１燃焼サイクルをカウントする際のカウント値を補正する請求項２または３のいずれかに記載の内燃機関の制御方法。
　１燃焼サイクルで発生した熱量が小さくなるほど、当該１燃焼サイクルをカウントする際のカウント値が小さくなる請求項８に記載の内燃機関の制御方法。
　筒内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁と、
　ピストン温度を推定するピストン温度推定部と、
　冷機時にピストン温度が所定温度Ａ以下の場合には、燃料がピストン冠面に付着しにくい所定の第１噴射タイミングで上記燃料噴射弁の噴射時期を制御するとともに、冷機時にピストン温度が上記所定温度Ａよりも高い場合には、燃料がシリンダの内周面に付着しにくい所定の第２噴射タイミングで上記燃料噴射弁の噴射時期を制御する制御部と、を有する内燃機関の制御装置。