JP2005133632A - 内燃機関の制御装置及び内燃機関の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】バルブオーバーラップが存在する場合においても、燃料吹き抜けを抑制すること。
【解決手段】この内燃機関の制御装置１０は、ポート噴射弁と、筒内噴射弁と、吸気弁と、排気弁とを備える内燃機関を制御するものであり、内燃機関が均質燃焼領域で運転されるか否かを判定する燃焼判定部２１と、前記内燃機関が均質燃焼領域で運転される場合、前記吸気弁と前記排気弁とのバルブオーバーラップにより、許容できない燃料吹き抜けが発生しているか否かを判定する燃料吹き抜け判定部２２と、許容できない燃料吹き抜けが発生していると判定された場合には、ポート噴射弁からの燃料噴射を禁止するとともに、排気弁が閉じてから筒内噴射弁により燃料を噴射させる燃料噴射制御部２３とを含んで構成される。
【選択図】 図５

Description

本発明は、少なくとも筒内噴射弁を備える内燃機関の制御に関するものであり、さらに詳しくは、吸気弁の開く時期と排気弁の閉じる時期とにオーバーラップが存在する場合に、燃料の吹き抜けを抑制できる内燃機関の制御装置及び内燃機関の制御方法に関する。

気筒内に直接燃料を噴射して点火する、いわゆる直噴の内燃機関は、圧縮行程中に直接燃料を噴射して、点火プラグ付近に燃料噴霧をとどめて着火しやすい混合気を形成し、その周りの空気層と分離、すなわち成層化する。この状態で点火プラグ付近の混合気に点火して燃焼させる、いわゆる成層燃焼の下で直噴の内燃機関を運転することにより、超希薄燃焼運転を実現できる。これにより、燃費を向上させるとともに、ＣＯ₂の排出量を低減させることができる。

また、直噴の内燃機関は、吸入行程中に気筒内へ直接燃料を噴射して気筒内へ燃料を拡散させ、均質の混合気を形成して燃焼させる、いわゆる均質燃焼の下で運転することができる。均質燃焼領域では、吸入行程中に気筒内へ直接噴射した燃料の気化熱によって吸入空気をより冷却できるので、充填効率を高めることができる。これにより、直噴の内燃機関の均質燃焼領域における運転では高出力を得ることもできる。このような利点から、近年、直噴の内燃機関が注目されており、実用化されている。

特許文献１には、直噴の内燃機関に関する次のような技術が開示されている。これは、均質燃焼領域、かつ高回転、高負荷の運転領域において、排気行程の後半から気筒内へ燃料の噴射を開始するとともに、噴射された燃料が排気ポートへ到達するまでの間に排気排気ポートが閉じられている状態とするものである。

特開平１１−１０１１４３号公報

ところで、一般に、レシプロ式の内燃機関では、体積効率の向上や燃焼ガスを効率よく掃気する等の観点から、吸気弁の開く時期と排気弁の閉じる時期とにオーバーラップを設ける場合がある。また、直噴の内燃機関を均質燃焼領域で運転する場合には、吸気行程で燃料を噴射する必要がある。均質燃焼領域で直噴の内燃機関を運転する際に、前記オーバーラップがあると、吸気管圧力と排気管圧力との圧力差に起因して、気筒内に噴射した燃料が排気通路へ吹き抜ける場合がある。特許文献１に開示された技術では、この燃料の吹き抜けを抑制することはできない。

そこで、この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、吸気弁の開く時期と排気弁の閉じる時期とにオーバーラップが存在する場合においても、燃料吹き抜けを抑制できる内燃機関の制御装置及び内燃機関の制御方法を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するために、本発明に係る内燃機関の制御装置は、ポート噴射弁と、筒内噴射弁と、吸気弁と、排気弁とを備える内燃機関を制御するものであり、前記内燃機関が均質燃焼領域で運転されるか否かを判定する燃焼判定部と、均質燃焼領域で運転される場合、前記吸気弁と前記排気弁とのバルブオーバーラップにより、許容できない前記排気弁に抜ける燃料吹き抜けが発生しているか否かを判定する燃料吹き抜け判定部と、許容
できない前記排気弁に抜ける燃料吹き抜けが発生していると判定された場合には、前記ポート噴射弁からの燃料噴射を禁止するとともに、前記排気弁が閉じてから前記筒内噴射弁により燃料を噴射させる燃料噴射制御部と、を有することを特徴とする。

また、次の本発明に係る内燃機関の制御装置は、前記内燃機関の制御装置において、さらに、前記内燃機関は吸気圧力を検出する吸気圧力検出手段と、排気圧力を検出する排気圧力検出手段とを備えるとともに、前記燃料吹き抜け判定部は、前記吸気圧力検出手段により検出された吸気圧力と前記排気圧力検出手段により検出された排気圧力との差に基づいて、許容できない前記排気弁に抜ける燃料吹き抜けが発生しているか否かを判定することを特徴とする。

また、次の本発明に係る内燃機関の制御装置は、筒内噴射弁と、吸気弁と、排気弁と、吸気圧力を検出する吸気圧力検出手段と、排気圧力を検出する排気圧力検出手段とを備える内燃機関を制御するものであり、前記内燃機関が均質燃焼領域で運転されるか否かを判定する燃焼判定部と、均質燃焼領域で運転される場合、前記吸気圧力検出手段により検出された吸気圧力と前記排気圧力検出手段により検出された排気圧力との差に基づいて、前記吸気弁と前記排気弁とのバルブオーバーラップにより、許容できない前記排気弁に抜ける燃料吹き抜けが発生しているか否かを判定する燃料吹き抜け判定部と、許容できない前記排気弁に抜ける燃料吹き抜けが発生していると判定された場合には、前記ポート噴射弁からの燃料噴射を禁止するとともに、前記排気弁が閉じてから前記筒内噴射弁から燃料を噴射させる燃料噴射制御部と、を有することを特徴とする。

また、次の本発明に係る内燃機関の制御方法は、ポート噴射弁と、筒内噴射弁と、吸気弁と、排気弁とを備える内燃機関を制御するにあたり、前記内燃機関が均質燃焼領域で運転されるか否かを判定する手順と、均質燃焼領域で運転される場合、前記吸気弁と前記排気弁とのバルブオーバーラップにより、許容できない前記排気弁に抜ける燃料吹き抜けが発生しているか否かを判定する手順と、許容できない前記排気弁に抜ける燃料吹き抜けが発生していると判定された場合には、前記ポート噴射弁からの燃料噴射を禁止するとともに、前記排気弁が閉じてから前記筒内噴射弁により燃料を噴射する手順と、を含むことを特徴とする。

また、次の本発明に係る内燃機関の制御方法は、前記内燃機関の制御方法において、燃料吹き抜けが許容できない運転領域か否かを判定する手順においては、前記内燃機関の吸気圧力と排気圧力との差に基づいて、許容できない前記排気弁に抜ける燃料吹き抜けが発生しているか否かを判定することを特徴とする。

また、次の本発明に係る内燃機関の制御方法は、筒内噴射弁と、吸気弁と、排気弁とを備える内燃機関を制御するにあたり、前記内燃機関が均質燃焼領域で運転されるか否かを判定する手順と、均質燃焼領域で運転される場合、前記内燃機関の吸気圧力と排気圧力との差に基づいて、前記吸気弁と前記排気弁とのバルブオーバーラップにより、許容できない前記排気弁に抜ける燃料吹き抜けが発生しているか否かを判定する手順と、許容できない前記排気弁に抜ける燃料吹き抜けが発生していると判定された場合には、前記ポート噴射弁からの燃料噴射を禁止するとともに、前記排気弁が閉じてから前記筒内噴射弁から燃料を噴射する手順と、を含むことを特徴とする。

この発明に係る内燃機関の制御装置及び内燃機関の制御方法によれば、吸気弁の開く時期と排気弁の閉じる時期とにオーバーラップが存在する場合においても、燃料の吹き抜けを抑制できる。

以下、本発明の実施するための最良の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例の構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。また、本発明はレシプロ式の内燃機関に対して好適に適用でき、特に乗用車やバス、あるいはトラック等の車両に搭載される内燃機関に対して好ましい。

本発明に係る内燃機関の制御装置は、吸気通路に燃料を噴射するポート噴射弁と、気筒内に燃料を噴射する筒内噴射弁とを備える内燃機関の制御に用いられるものである。そして、実施例１の本発明に係る内燃機関の制御装置及び制御方法は、次の点に特徴がある。すなわち、均質燃焼領域の場合において、吸気弁の開く時期と排気弁の閉じる時期とのオーバーラップが発生する場合、ポート噴射弁による燃料噴射を禁止して筒内噴射弁により燃料を噴射させるとともに、排気弁が閉じる時期以降に筒内噴射弁から燃料を噴射させる。

図１は、本発明の実施例１に係る内燃機関の制御装置により内燃機関を制御する場合の一例を示す概念図である。内燃機関の制御装置１０の制御対象である内燃機関１は、ガソリンを燃料としたレシプロ式の内燃機関であり、気筒１ｓ内に燃料Ｆを噴射する筒内噴射弁２と、吸気通路４内に燃料を噴射するポート噴射弁３とを備える。このような構成により、この内燃機関１は、筒内噴射弁２により直接気筒１ｓ内へ燃料Ｆを噴射する筒内噴射（直噴）が可能である。また、ポート噴射弁３による燃料噴射（ポート噴射）も可能であり、内燃機関１の運転条件に応じて筒内噴射とポート噴射とを切り替えて、あるいは同時に使用することができる。

吸気通路４から気筒１ｓ内に導入される空気は、吸気弁４２を通って気筒１ｓ内へ導入されて、筒内噴射弁２から噴射される燃料Ｆと混合気を形成する。また、ポート噴射の場合は、ポート噴射弁３が吸気通路４内を通過する空気に燃料Ｆを噴射して混合気を形成し、この混合気が気筒１ｓ内へ導入される。この混合気は、点火プラグ７で着火されて燃焼する。混合気の燃焼圧力はピストン５に伝えられ、ピストン５を往復運動させる。燃焼後の混合気は排ガスとなり、排気弁４３を通って排気通路９へ排出される。ピストン５の往復運動はクランク軸６で回転運動に変換されて、内燃機関１の出力として取り出される。クランク軸６にはクランク角センサ４１が取り付けられており、クランク角センサ４１の出力をＥＣＵ（Engine Control Unit）３０が取得して、ピストン位置の検出や筒内噴射弁２に燃料を噴射させる時期の制御に使用する。

ＥＣＵ３０は、エアフローセンサ４０、クランク角センサ４１、アクセル開度センサ４４、その他の各種センサ類からの出力を取得して、内燃機関１の運転を制御する。また、この実施例において、本発明に係る内燃機関の制御装置１０はＥＣＵ３０に接続されており、本発明に係る内燃機関の制御方法を実現するにあたって、ＥＣＵ３０が備える内燃機関１の制御機能を利用できるように構成されている。

吸気通路４には、吸気圧力Ｐｉｎを測定するため、吸気圧力検出手段の一例である吸気圧力センサ４５が取り付けられており、排気通路９には、排気圧力Ｐｅｘを測定するため、排気圧力検出手段の一例である排気圧力センサ４６が取り付けられている。実施例１の本発明においては、吸気圧力センサ４５で測定された吸気圧力Ｐｉｎ、及び排気圧力センサ４６で測定された排気圧力Ｐｅｘに基づいて、後述する燃料吹き抜けを判定する。

図２は、吸気弁及び排気弁の開閉時期と、吸気弁の開く時期と排気弁の閉じる時期とのオーバーラップを説明する概念図である。図３は、吸気弁の開く時期と排気弁の閉じる時
期とのオーバーラップ期間中における燃料吹き抜けを示す説明図である。図４は、吸気弁の開く時期と排気弁の閉じる時期とのオーバーラップ期間中における吸気脈動と排気脈動とを示す説明図である。図２に示すように、吸気弁４２が吸気上死点前から開き始め、排気弁４３は吸気上死点後に閉じるようにして、吸気弁の開く時期と排気弁の閉じる時期とにオーバーラップを設ける場合がある。このオーバーラップをバルブオーバーラップという。バルブオーバーラップは、気筒１ｓ内へ吸入する空気の体積効率増加、燃焼ガスの効率よい掃気、バルブリフト量を確保するための作用角増加等を目的として設けられる。

ところで、図３に示すように、バルブオーバーラップが発生する場合は、吸気弁４２と排気弁４３とが同時に開いている。均質燃焼領域における運転で、ポート噴射弁３から燃料Ｆを噴射すると、図３に示すように、噴射した燃料Ｆが吸気弁４２から排気弁４３を抜けて排気通路９へ燃料Ｆが吹き抜ける（以下燃料吹き抜けという）場合がある。また、筒内噴射弁２により、バルブがオーバーラップする期間よりも前に燃料Ｆを噴射している場合も、燃料吹き抜けが発生する場合もある。なお、燃料Ｆのみならず、燃料Ｆと空気との混合気が燃料吹き抜ける場合もあるが、混合気中には燃料Ｆが含まれるので、このような場合も燃料Ｆが排気弁４３を通って排気通路９へ燃料吹き抜けるといえる。前記燃料吹き抜けは、図４に示すような、バルブオーバーラップ期間に吸気圧力Ｐｉｎが排気圧力Ｐｅｘよりも高くなった場合に発生する。燃料吹き抜けが発生すると、燃焼に関与しない燃料が発生することになるので、燃料消費が増大してしまう。

そこで、本発明においては、バルブオーバーラップが発生する時期においては、均質燃焼領域であってもポート噴射弁３による燃料噴射を禁止して筒内噴射弁２により燃料を噴射させるとともに、排気弁４３が閉じる時期以降に筒内噴射弁２から燃料を噴射させる。このような構成により、バルブオーバーラップに起因する燃料吹き抜けを極めて低減させることができるので、燃料消費を抑制することができる。

図５は、本発明の実施例に係る内燃機関の制御装置の構成を示す説明図である。図５を用いて、本発明の実施例に係る内燃機関の制御装置１０の構成を説明する。内燃機関の制御装置１０は、処理部１０ｐと、記憶部１０ｍとを含んで構成される。処理部１０ｐは、さらに燃焼判定部２１と、燃料吹き抜け判定部２２と、燃料噴射制御部２３とを含んで構成される。ここで、燃焼判定部２１と、燃料吹き抜け判定部２２と、燃料噴射制御部２３とが、本発明に係る内燃機関の制御方法を実行する部分となる。

燃焼判定部２１は、内燃機関１の負荷ＫＬや機関回転数ＮＥ、あるいはアクセル開度等の運転条件から、内燃機関１の燃焼領域を、均質燃焼領域であるか成層燃焼領域であるかを判定する。燃料吹き抜け判定部２２は、内燃機関１のバルブオーバーラップの期間に、許容できない燃料吹き抜けが発生するか否かを判定する。実施例１においては、吸気圧力と排気圧力とに基づいて燃料吹き抜けの発生を判定する。燃料噴射制御部２３は、バルブオーバーラップの期間に燃料吹き抜けが発生すると判定された場合に、排気弁４３が閉じてから筒内噴射弁２から燃料を噴射させる。

記憶部１０ｍと、燃焼判定部２１と、燃料吹き抜け判定部２２と、燃料噴射制御部２３とは、内燃機関の制御装置１０の入出力ポート（Ｉ／Ｏ）２９を介して接続される。これにより、記憶部１０ｍと、燃焼判定部２１と、燃料吹き抜け判定部２２と、燃料噴射制御部２３とは、それぞれ双方向でデータをやり取りできるように構成される。なお、装置構成上の必要に応じて片方向でデータを送受信するようにしてもよい。

この例では、吸気圧力センサ４５と排気圧力センサ４６とは、内燃機関の制御装置１０が備える入出力ポート（Ｉ／Ｏ）２９に接続されている。そして、処理部１０ｐの燃料吹き抜け判定部２２がこれらから測定値を取得して燃料吹き抜けを判定するように構成され
ている。なお、ＥＣＵ３０を介して、燃料吹き抜け判定部２２が吸気圧力センサ４５と排気圧力センサ４６との測定値を取得するようにしてもよい。

内燃機関の制御装置１０とＥＣＵ３０とは、内燃機関の制御装置１０の入出力ポート（Ｉ／Ｏ）２９を介して接続されており、両者間で相互にデータをやり取りすることができる。これにより、内燃機関の制御装置１０はＥＣＵ３０が有するエンジン制御データを取得したり、ＥＣＵを介して内燃機関１の各種センサからの情報を取得したり、内燃機関の制御装置１０の制御をＥＣＵ３０のエンジン制御ルーチンに割り込ませたりすることができる。また、本発明に係る内燃機関の制御装置１０は、ＥＣＵ３０に組み込んでもよく、ＥＣＵ３０の機能の一部を利用することで、本発明に係る内燃機関の制御装置１０の機能を実現してもよい。

記憶部１０ｍには、本発明に係る内燃機関の制御方法の処理手順を含むコンピュータプログラムや、燃料吹き抜け判定値テーブル、燃料吹き抜け判定マップその他のデータマップ等が格納されている。ここで、記憶部１０ｍは、ＲＡＭ（Random Access Memory）のような揮発性のメモリ、フラッシュメモリ等の不揮発性のメモリ、あるいはこれらの組み合わせにより構成することができる。また、処理部１０ｐは、メモリ及びＣＰＵにより構成することができる。

上記コンピュータプログラムは、処理部１０ｐやＥＣＵ３０にすでに記録されているコンピュータプログラムとの組み合わせによって、本発明に係る内燃機関の制御方法の処理手順を実現できるものであってもよい。この処理部１０ｐは、前記コンピュータプログラムの代わりに専用のハードウェアを用いて、燃焼判定部２１、燃料吹き抜け判定部２２及び燃料噴射制御部２３の機能を実現するものであってもよい。次に、この内燃機関の制御装置１０を用いて、本発明の実施例に係る内燃機関の制御方法を実現する手順を説明する。なお、この説明にあたっては、適宜図１〜５を参照されたい。

図６は、実施例１の本発明に係る内燃機関の制御方法の手順を示すフローチャートである。本発明の実施例に係る内燃機関の制御方法を実現するにあたり、まず、ＥＣＵ３０が、内燃機関１の機関回転数ＮＥ、空燃比Ａ／Ｆ、水温等を取得し、内燃機関１の負荷ＫＬ等を求め、内燃機関１に供給する全燃料噴射量ＴＡＵを算出する（ステップＳ１０１）。全燃料噴射量ＴＡＵは、例えば、ｆ（ＫＬ、ＮＥ）×ｋ₁×ｋ₂で求めることができる。ここで、ｋ₁、ｋ₂は、暖機補正や加速増量補正等を実行するときに用いる補正値である。

次に、燃焼判定部２１が、内燃機関１の負荷ＫＬやアクセル開度等から均質燃焼領域であるか否かを判定する（ステップＳ１０２）。均質燃焼領域であると判定された場合（ステップＳ１０２；Ｙｅｓ）、燃料吹き抜け判定部２２は、燃料吹き抜けが発生するか否かを判定する（ステップＳ１０３）。ここで、この燃料吹き抜け発生の判定手順について説明する。図７−１、図７−２は、実施例１の本発明による燃料吹き抜け発生の判定方法の説明図である。図８は、実施例１の本発明による燃料吹き抜け発生の判定手順を示すフローチャートである。

実施例１の本発明では、吸気圧力Ｐｉｎと排気圧力Ｐｅｘとに基づいて、燃料吹き抜けが発生するか否かを判定する。図７−１に示すように、バルブオーバーラップ領域において、排気圧力Ｐｅｘよりも吸気圧力Ｐｉｎの方が大きい場合、燃料吹き抜けが発生する場合がある。しかし、排気圧力Ｐｅｘよりも吸気圧力Ｐｉｎの方が大きい場合であってもその期間が短い場合には、燃料吹き抜けが発生しない場合もある。また、燃料吹き抜けが発生していても、それが許容できる範囲であれば燃料消費に与える影響は小さくなる。このため、実施例１の本発明においては、吸気圧力Ｐｉｎと排気圧力Ｐｅｘとの差分（Ｐｉｎ−Ｐｅｘ）をバルブオーバーラップ期間で積分した差圧積分値Ａと、所定の燃料吹き抜け
判定値Ｂとを比較することにより、許容できない燃料吹き抜けが発生しているか否かを判定する。これにより、単に吸気圧力Ｐｉｎと排気圧力Ｐｅｘとの差分による場合と比較して、より正確に燃料吹き抜けの発生を判定できるので、許容できない燃料吹き抜け比較的容易に判定できる。

前記燃料吹き抜け判定値Ｂは、図７−２に示す燃料吹き抜け判定値テーブル５０に示すように、機関回転数ＮＥの関数であり、機関回転数ＮＥの上昇とともに大きくなる。機関回転数ＮＥが大きくなるとバルブオーバーラップの時間が短くなるので、燃料吹き抜けは発生しにくくなる。したがって、機関回転数ＮＥの上昇に応じて燃料吹き抜け判定値Ｂも大きくする方が、より正確に燃料吹き抜けの発生を判定できる。なお、この燃料吹き抜け判定値テーブル５０に記述されている吹き抜け判定値Ｂ（実線）は機関回転数ＮＥに対して線形に変化するが、図７−２中の点線や一点鎖線で示すように非線形で変化する場合もある。燃料吹き抜け判定値Ｂは、予め実験やシミュレーションによって求めることができる。

燃料吹き抜けを判定するにあたり、燃料吹き抜け判定部２２は、吸気圧力センサ４５及び排気圧力センサ４６から吸気圧力Ｐｉｎと排気圧力Ｐｅｘとを取得する（ステップＳ２０１）。そして、吸気圧力Ｐｉｎと排気圧力Ｐｅｘとから、現在の機関回転数ＮＥ１における差圧積分値Ａ１（＝∫（Ｐｉｎ−Ｐｅｘ））を算出する（ステップＳ２０２）。積分期間は、吸気弁４２の開く時期ＩＶＯから排気弁４３の閉じる時期ＥＶＣまでである。なお、短時間で吸気圧力Ｐｉｎ及び排気圧力Ｐｅｘを計測する必要があるので、吸気圧力センサ４５及び排気圧力センサ４６は応答性能の高いものを用いることが好ましい。

次に、燃料吹き抜け判定部２２は、記憶部１０ｍに格納された燃料吹き抜け判定値テーブル５０に現在の機関回転数ＮＥ１を与えて燃料吹き抜け判定値Ｂ１を取得する（ステップＳ２０３）。そして、燃料吹き抜け判定部２２は、取得した燃料吹き抜け判定値Ｂ１と算出した差圧積分値Ａ１とを比較する（ステップＳ２０４）。その結果、Ａ１がＢ１よりも大きい場合には（ステップＳ２０４；Ｙｅｓ）、許容できない燃料吹き抜けが発生すると判定し（ステップＳ２０５）、Ａ１がＢ１以下の場合には（ステップＳ２０４；Ｎｏ）許容できない燃料吹き抜けは発生しないと判定する（ステップＳ２０６）。

燃料吹き抜け判定部２２が、許容できない燃料吹き抜けが発生すると判定した場合（ステップＳ１０３；Ｙｅｓ）、燃料噴射制御部２３は、ポート噴射弁３からの燃料噴射を禁止し、筒内噴射弁２単独で燃料を噴射させるように制御する。このとき、ポート噴射弁３の燃料噴射量Ｔ_P＝０とし、筒内噴射弁２の燃料噴射量Ｔ_D＝ＴＡＵとする（ステップＳ１０４）。また、燃料噴射制御部２３は、筒内噴射弁２の燃料噴射時期を、排気弁４３が閉じてからの吸気行程に設定し、筒内噴射弁２はこの設定された噴射時期で気筒１ｓ内へ燃料を噴射する（ステップＳ１０５）。このようにすることで、バルブオーバーラップに起因する燃料吹き抜けを抑制できるので、燃料消費を抑制できる。

図９−１、図９−２、図９−３は、筒内噴射弁２による燃料噴射時期を示す説明図である。機関回転数ＮＥが低いとき（図９−１）には、筒内噴射弁２による燃料Ｆの噴射から点火までの時間を確保できる。このため、筒内噴射弁２の燃料噴射時期θを吸気下死点側として空気冷却の効果を十分に発揮させることが好ましい（図９−３）。このようにすれば、気筒１ｓ内へ吸入する空気の充填効率を高くすることにより、内燃機関１のトルクを向上させることができる。一方、機関回転数ＮＥが高いとき（図９−２）には、筒内噴射弁２による燃料Ｆの噴射から点火までの時間は、機関回転数ＮＥが低いときよりも短くなる。このため、筒内噴射弁２の燃料噴射時期θを吸気上死点側として、燃料Ｆと空気とを十分に混合させてから点火することが好ましい（図９−３）。このようにすれば、燃料Ｆと空気とを十分に混合させることによって、内燃機関１のトルクを向上させることができ
る。したがって、図９−３に示すように、筒内噴射弁２による燃料噴射時期θは、機関回転数ＮＥの上昇にしたがって吸気下死点側から吸気上死点側へ進角させるように制御することが好ましい。

燃料吹き抜け判定部２２が、燃料吹き抜けが発生しないと判定した場合（ステップＳ１０３；Ｎｏ）燃料噴射制御部２３は、ポート噴射弁３と筒内噴射弁２とで燃料を噴射させるように制御する。その際、燃料噴射制御部２３は、ポート噴射弁３による燃料噴射割合と筒内噴射弁２による燃料噴射割合とを決定する。実施例１の本発明においては、燃料噴射制御部２３は、筒内噴射弁２による燃料噴射割合ｄを求める。図１０−１、図１０−２は、筒内噴射弁による燃料噴射割合を決定する噴射割合マップを示す説明図である。

図１０−１、図１０−２に示すように、筒内噴射弁２の燃料噴射割合ｄは、負荷ＫＬによって変更させることが好ましい。例えば、図１０-１に示す噴射割合マップ５１では、負荷ＫＬの増加とともに燃料噴射割合ｄを低減させることによって、内燃機関１のエミッションを改善する。また、図１０−２に示す噴射割合マップ５２では、負荷ＫＬの増加とともに燃料噴射割合ｄを増加させることによって、内燃機関１の出力を向上させる。このように、内燃機関１の仕様に応じて、より好ましい噴射割合マップを選択することができる。なお、噴射割合マップ５１、５２は、実験やシミュレーションにより予め求めることができる。また、噴射割合マップ５１、５２は線形（図１０−１、図１０−２中の実線）のみならず、図１０−１、図１０−２中の点線や一点鎖線で示すような非線形であってもよい。

燃料噴射制御部２３は、記憶部１０ｍに格納された噴射割合マップに負荷ＫＬを与え、筒内噴射弁２の燃料噴射割合ｄを算出する（ステップＳ１０６）。次に、求めた筒内噴射弁２の燃料噴射割合ｄにより、ポート噴射弁３の燃料噴射量Ｔ_Pと筒内噴射弁２の燃料噴射量Ｔ_Dとを次のように決定する（ステップＳ１０７）。
Ｔ_P＝（１−ｄ）×ＴＡＵ
Ｔ_D＝ｄ×ＴＡＵ
そして、ポート噴射弁３と筒内噴射弁２とは、決定されたこの燃料噴射量で燃料を噴射する（ステップＳ１０８）。なお、均質燃焼領域においては、筒内噴射弁２は吸気行程で気筒１ｓ内へ燃料を噴射する。

燃焼判定部２１が、均質燃焼領域でないと判定した場合は（ステップＳ１０２；Ｎｏ）、成層燃焼領域であるので、筒内噴射弁２単独で全燃料噴射量ＴＡＵを圧縮行程で噴射する。このため、燃料噴射制御部２３は、ポート噴射弁３の燃料噴射量Ｔ_Pを０とし、筒内噴射弁２の燃料噴射量Ｔ_DをＴＡＵとする（ステップＳ１０９）。そして、筒内噴射弁２は、圧縮行程において気筒１ｓ内へ燃料を噴射する（ステップＳ１１０）。

（変形例）
図１１は、実施例１の変形例に係る燃料吹き抜け判定マップを示す説明図である。上記実施例１では、燃料吹き抜けの判定に吸気圧力と排気圧力とを用いたが、実施例１の変形例では、予め準備した燃料吹き抜け判定マップ５３を用いる点が異なる。燃料吹き抜け判定マップ５３は、内燃機関の負荷ＫＬと機関回転数ＮＥとによって、燃料吹き抜けの発生する領域を判定するものである。燃料吹き抜け判定マップ５３の斜線で示す負荷ＫＬ及び機関回転数ＮＥの領域Ｄは、許容できない燃料吹き抜けが発生する領域である。この燃料吹き抜け判定マップ５３は、予め実験やシミュレーションによって求め、記憶部１０ｍに格納しておくことができる。

燃料吹き抜けの発生を判定するにあたっては、燃料吹き抜け判定部２２が内燃機関１の負荷ＫＬと機関回転数ＮＥとを燃料吹き抜け判定マップ５３に与え、当該負荷ＫＬと当該
機関回転数ＮＥとにおいて許容できない燃料吹き抜けが発生しているか否かを判定する。そして、許容できない燃料吹き抜けが発生している場合には、燃料噴射制御部２３は、ポート噴射弁３からの燃料噴射を禁止し、筒内噴射弁２単独で燃料を噴射させるように制御する。以後の処理手順、及び燃料吹き抜けが発生していない場合の処理手順は実施例１と同様である。このように、燃料吹き抜け判定マップ５３を使用することで、応答性能の高い吸気圧力センサ４５及び排気圧力センサ４６が不要になるので、内燃機関の制御装置１０の製造コストを低減することができる。

以上、実施例１及びその変形例に係る本発明においては、均質燃焼領域においてバルブオーバーラップによる燃料吹き抜けを抑制して、内燃機関１の燃料消費を抑えることができる。また、吸気圧力と排気圧力との差の積分値を用いる場合には、燃料吹き抜けの発生を正確に判定することができる。また、予め用意した燃料吹き抜け判定マップを用いる場合には、応答性能の高い圧力センサ類が不要になるので、内燃機関の制御装置の製造コストを低減することができる。

実施例１に係る本発明では、ポート噴射弁３と筒内噴射弁２とを備える内燃機関１が適用対象であったが、実施例２に係る本発明では、筒内噴射弁２のみを備える内燃機関１ａが適用対象である。その他は実施例１と同様なので共通する構成には同一の符号を付すとともに、その説明を省略する。次に、本発明の実施例２に係る内燃機関の制御方法を実現する手順を説明する。なお、本発明の実施例２に係る内燃機関の制御方法制御装置１０は、実施例１の内燃機関の制御装置１０により実現できる。

図１２は、実施例２の本発明に係る内燃機関の制御装置を含む内燃機関の構成図である。図１３は、実施例２の本発明に係る内燃機関の制御方法の手順を示すフローチャートである。実施例２に係る本発明では、吸気圧力Ｐｉｎ、及び排気圧力Ｐｅｘに基づいて、燃料吹き抜けを判定する。このため、内燃機関１ａの吸気通路４には、吸気圧力Ｐｉｎを測定するため、吸気圧力検出手段の一例である吸気圧力センサ４５が取り付けられている。また、排気通路９には、排気圧力Ｐｅｘを測定するため、排気圧力検出手段の一例である排気圧力センサ４６が取り付けられている。

本発明の実施例に係る内燃機関の制御方法を実現するにあたり、まず、ＥＣＵ３０が、内燃機関１の機関回転数ＮＥ、空燃比Ａ／Ｆ、水温等を取得し、内燃機関の負荷ＫＬ等を求め、内燃機関１に供給する全燃料噴射量ＴＡＵを算出する（ステップＳ３０１）。全燃料噴射量ＴＡＵは、例えば、ｆ（ＫＬ、ＮＥ）×ｋ₁×ｋ₂で求めることができる。ここで、ｋ₁、ｋ₂は、暖気補正や加速増量補正等を実行するときに用いる補正値である。

次に、燃焼判定部２１が、内燃機関１の負荷ＫＬやアクセル開度等から均質燃焼領域であるか否かを判定する（ステップＳ３０２）。均質燃焼領域であると判定された場合（ステップＳ３０２；Ｙｅｓ）、燃料吹き抜け判定部２２は、許容できない燃料吹き抜けが発生するか否かを判定する（ステップＳ３０３）。許容できない燃料吹き抜けが発生するか否かを判定する手順は、実施例１で説明した方法と同様なので、説明を省略する。

燃料吹き抜け判定部２２が、許容できない燃料吹き抜けが発生すると判定した場合（ステップＳ３０３；Ｙｅｓ）、燃料噴射制御部２３は、排気弁４３が閉じた後に筒内噴射弁２から全燃料噴射量ＴＡＵで燃料を噴射するように、筒内噴射弁２の燃料噴射時期を設定する。筒内噴射弁２はこの設定された噴射時期で気筒１ｓ内へ燃料を噴射する（ステップＳ３０４）。なお、均質燃焼領域では、排気弁４３が閉じてからの吸気行程で筒内噴射弁２から燃料を噴射する。このようにすることで、バルブオーバーラップに起因する燃料吹き抜けを抑制できるので、燃料消費を抑制できる。

燃料吹き抜け判定部２２が、燃料吹き抜けが発生しないと判定した場合（ステップＳ３０３；Ｎｏ）、燃料噴射制御部２３は、内燃機関１ａの吸気行程で筒内噴射弁２から全燃料噴射量ＴＡＵで燃料を噴射させるように制御する（ステップＳ３０５）。筒内噴射弁２は、設定された燃料噴射時期で、気筒１ｓ内へ燃料を噴射する。燃焼判定部２１が、均質燃焼領域でないと判定した場合（ステップＳ３０２；Ｎｏ）は、成層燃焼領域であるので、筒内噴射弁２単独で全燃料噴射量ＴＡＵを圧縮行程で気筒１ｓ内へ噴射する（ステップＳ３０６）。

以上、実施例２の本発明によれば、筒内噴射弁のみを備える内燃機関を均質燃焼領域で運転する場合においても、バルブオーバーラップによる燃料吹き抜けを抑制して、燃料消費を抑えることができる。また、吸気圧力と排気圧力との差の積分値を用いる場合には、燃料吹き抜けの発生を正確に判定することができる。

以上説明したように、本発明に係る内燃機関の制御装置及び制御方法は、少なくとも筒内噴射弁を備える内燃機関に適し、均質燃焼領域においてバルブオーバーラップに起因する燃料吹き抜けを抑制することに適している。

本発明の実施例１に係る内燃機関の制御装置により内燃機関を制御する場合の一例を示す概念図である。 吸気弁及び排気弁の開閉時期と、吸気弁の開く時期と排気弁の閉じる時期とのオーバーラップを説明する概念図である。 吸気弁の開く時期と排気弁の閉じる時期とのオーバーラップ期間中における燃料吹き抜けを示す説明図である。 吸気弁の開く時期と排気弁の閉じる時期とのオーバーラップ期間中における吸気脈動と排気脈動とを示す説明図である。 本発明の実施例に係る内燃機関の制御装置の構成を示す説明図である。 実施例１の本発明に係る内燃機関の制御方法の手順を示すフローチャートである。 実施例１の本発明による燃料吹き抜け発生の判定方法の説明図である。 実施例１の本発明による燃料吹き抜け発生の判定方法の説明図である。 実施例１の本発明による燃料吹き抜け発生の判定手順を示すフローチャートである。 筒内噴射弁２による燃料噴射時期を示す説明図である。 筒内噴射弁２による燃料噴射時期を示す説明図である。 筒内噴射弁２による燃料噴射時期を示す説明図である。 筒内噴射弁による燃料噴射割合を決定する噴射割合マップを示す説明図である。 筒内噴射弁による燃料噴射割合を決定する噴射割合マップを示す説明図である。 実施例１の変形例に係る燃料吹き抜け判定マップを示す説明図である。 実施例２の本発明に係る内燃機関の制御装置を含む内燃機関の構成図である。 実施例２の本発明に係る内燃機関の制御方法の手順を示すフローチャートである。

符号の説明

１、１ａ 内燃機関
１ｓ 気筒
２ 筒内噴射弁
３ ポート噴射弁
４ 吸気通路
５ ピストン
９ 排気通路
１０ 制御装置
１０ｍ 記憶部
１０ｐ 処理部
２１ 燃焼判定部
２２ 判定部
２３ 燃料噴射制御部
４２ 吸気弁
４３ 排気弁
４５ 吸気圧力センサ
４６ 排気圧力センサ

Claims (6)

1. ポート噴射弁と、筒内噴射弁と、吸気弁と、排気弁とを備える内燃機関を制御するものであり、
   前記内燃機関が均質燃焼領域で運転されるか否かを判定する燃焼判定部と、
   均質燃焼領域で運転される場合、前記吸気弁と前記排気弁とのバルブオーバーラップにより、許容できない前記排気弁に抜ける燃料吹き抜けが発生しているか否かを判定する燃料吹き抜け判定部と、
   許容できない前記排気弁に抜ける燃料吹き抜けが発生していると判定された場合には、前記ポート噴射弁からの燃料噴射を禁止するとともに、前記排気弁が閉じてから前記筒内噴射弁により燃料を噴射させる燃料噴射制御部と、
   を有することを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. さらに、前記内燃機関は吸気圧力を検出する吸気圧力検出手段と、排気圧力を検出する排気圧力検出手段とを備えるとともに、
   前記燃料吹き抜け判定部は、前記吸気圧力検出手段により検出された吸気圧力と前記排気圧力検出手段により検出された排気圧力との差に基づいて、許容できない前記排気弁に抜ける燃料吹き抜けが発生しているか否かを判定することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
3. 筒内噴射弁と、吸気弁と、排気弁と、吸気圧力を検出する吸気圧力検出手段と、排気圧力を検出する排気圧力検出手段とを備える内燃機関を制御するものであり、
   前記内燃機関が均質燃焼領域で運転されるか否かを判定する燃焼判定部と、
   均質燃焼領域で運転される場合、前記吸気圧力検出手段により検出された吸気圧力と前記排気圧力検出手段により検出された排気圧力との差に基づいて、前記吸気弁と前記排気弁とのバルブオーバーラップにより、許容できない前記排気弁に抜ける燃料吹き抜けが発生しているか否かを判定する燃料吹き抜け判定部と、
   許容できない前記排気弁に抜ける燃料吹き抜けが発生していると判定された場合には、前記ポート噴射弁からの燃料噴射を禁止するとともに、前記排気弁が閉じてから前記筒内噴射弁から燃料を噴射させる燃料噴射制御部と、
   を有することを特徴とする内燃機関の制御装置。
4. ポート噴射弁と、筒内噴射弁と、吸気弁と、排気弁とを備える内燃機関を制御するにあたり、
   前記内燃機関が均質燃焼領域で運転されるか否かを判定する手順と、
   均質燃焼領域で運転される場合、前記吸気弁と前記排気弁とのバルブオーバーラップにより、許容できない前記排気弁に抜ける燃料吹き抜けが発生しているか否かを判定する手順と、
   許容できない前記排気弁に抜ける燃料吹き抜けが発生していると判定された場合には、前記ポート噴射弁からの燃料噴射を禁止するとともに、前記排気弁が閉じてから前記筒内噴射弁により燃料を噴射する手順と、
   を含むことを特徴とする内燃機関の制御方法。
5. 燃料吹き抜けが許容できない運転領域か否かを判定する手順においては、
   前記内燃機関の吸気圧力と排気圧力との差に基づいて、許容できない前記排気弁に抜ける燃料吹き抜けが発生しているか否かを判定することを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の制御方法。
6. 筒内噴射弁と、吸気弁と、排気弁とを備える内燃機関を制御するにあたり、
   前記内燃機関が均質燃焼領域で運転されるか否かを判定する手順と、
   均質燃焼領域で運転される場合、前記内燃機関の吸気圧力と排気圧力との差に基づいて、前記吸気弁と前記排気弁とのバルブオーバーラップにより、許容できない前記排気弁に抜ける燃料吹き抜けが発生しているか否かを判定する手順と、
   許容できない前記排気弁に抜ける燃料吹き抜けが発生していると判定された場合には、前記ポート噴射弁からの燃料噴射を禁止するとともに、前記排気弁が閉じてから前記筒内噴射弁から燃料を噴射する手順と、
   を含むことを特徴とする内燃機関の制御方法。

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