(57)【要約】【課題】この発明は、多種燃料内燃機関に関し、排気エミッションおよび燃費の悪化や潤滑不良が生ずるのを回避しつつ、低圧縮着火性燃料を用いた圧縮自着火拡散燃焼時の着火性を良好に改善させることを目的とする。【解決手段】頂面にキャビティ３２ａが形成されたピストン３２と、軽油およびガソリン、または軽油とガソリンとの混合燃料を燃焼室３４内に噴射する燃料噴射弁４４と、を備える。ピストン３２が吸気上死点後−２５°ＣＡから吸気上死点後２５°ＣＡの間に位置している状況下で燃料噴射が行われる場合に、燃料がキャビティ３２ａからはみ出さないように構成する。燃焼室３４内に導かれる燃料の圧縮着火性について指標化した着火性指標値に基づき、ガソリンを用いて圧縮自着火拡散燃焼を行う場合には、メイン噴射に先立ち、吸気上死点後５°ＣＡから吸気上死点後２５°ＣＡまでの期間中に、ガソリンを用いた吸気行程噴射がなされるように制御する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
頂面にキャビティが形成されたピストンと、
性状の異なる少なくとも２種類の燃料のうちの少なくとも１種類の燃料または当該少なくとも２種類の燃料からなる混合燃料を燃焼室内に噴射する燃料噴射弁と、を備え、
前記ピストンが吸気上死点後−２５°ＣＡから吸気上死点後２５°ＣＡの間に位置している状況下で燃料噴射が行われる場合に、燃料が前記キャビティからはみ出さないように構成されており、
前記燃焼室内に導かれる燃料の圧縮着火性について指標化した着火性指標値を取得する燃料特性取得手段と、
前記着火性指標値に基づき低圧縮着火性と判断された燃料を用いて圧縮自着火拡散燃焼を行う場合には、メイン噴射に先立ち、吸気上死点後−２５°ＣＡから吸気上死点後２５°ＣＡまでの期間中の少なくとも一部で、前記低圧縮着火性の燃料を用いた吸気行程噴射がなされるように制御する燃料噴射制御手段と、
を更に備えることを特徴とする多種燃料内燃機関。
【請求項２】
排気弁の閉じ時期を変更可能とする可変動弁機構を更に備え、
前記燃料噴射制御手段は、前記可変動弁機構によって変更される前記排気弁の閉じ時期に応じて、前記吸気行程噴射の開始時期を設定する噴射開始時期設定手段を含むことを特徴とする請求項１記載の多種燃料内燃機関。
【請求項３】
排気弁の閉じ時期を変更可能とする可変動弁機構を更に備え、
前記燃料噴射制御手段は、前記吸気行程噴射の終了時期が吸気上死点後２５°ＣＡよりも後にならないように、前記排気弁の閉じ時期の遅角量を制限する排気遅角量制限手段を含むことを特徴とする請求項１記載の多種燃料内燃機関。
【請求項４】
前記燃料噴射制御手段は、前記燃料特性取得手段による前記着火性指標値に応じて、燃料噴射時期および燃料噴射量の少なくとも一方を変更する噴射制御修正手段を含むことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項記載の多種燃料内燃機関。
【請求項５】
前記燃料噴射制御手段は、前記多種燃料内燃機関の負荷が高いほど、前記吸気行程噴射の量を少なくする噴射量修正手段を含むことを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項記載の多種燃料内燃機関。
【請求項６】
前記燃料噴射制御手段は、前記吸気行程噴射と前記メイン噴射との間に、前記低圧縮着火性の燃料を用いたパイロット噴射がなされるように制御し、
前記燃料噴射制御手段は、内燃機関の負荷が低くなるほど、前記パイロット噴射の量を多くし、前記吸気行程噴射の量を少なくする噴射量調整手段を含むことを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項記載の多種燃料内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、多種燃料内燃機関に係り、特に、性状の異なる少なくとも２種類の燃料のうちの少なくとも１種類の燃料または当該少なくとも２種類の燃料からなる混合燃料を燃焼室に導いて運転される多種燃料内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特許文献１には、性状の異なる複数種類の燃料を用いて運転される多種燃料内燃機関が開示されている。この従来の多種燃料内燃機関は、燃焼室内に導かれる燃料の圧縮着火性について指数化した着火性指数値を検出する燃料特性検出手段を備えている。また、上記従来の多種燃料内燃機関は、上記着火性指数値に基づき低圧縮着火性と判断された燃料を用いて圧縮自着火拡散燃焼させる際に、燃料を吸気行程から圧縮行程までの期間中の所定の時期に先立ち噴射させ、その後に主噴射させて燃焼室内に低圧縮着火性の燃料を導く燃料噴射制御手段を備えている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１２１６４１号公報
【特許文献２】特開平３−２６８４１号公報
【特許文献３】特表２００３−５３２８２７号公報
【特許文献４】特開平５−１５７４号公報
【特許文献５】特開２００５−９８１５９号公報
【特許文献６】特開２００５−３１５２１１号公報
【特許文献７】特開２００３−８３１１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１に記載の上記多種燃料内燃機関では、上述したように、低圧縮着火性の燃料を用いて圧縮自着火拡散燃焼させる際に、吸気行程から圧縮行程までの期間中の所定の時期に先立ち噴射を行うようにしている。上記特許文献１には、燃料の着火性指数値が小さいほど、先立ち噴射の時期を早めるという記載はあるものの、当該先立ち噴射の時期が具体的に特定されていない。仮に、燃料がシリンダ壁面に当たるタイミングで先立ち噴射が行われた場合には、シリンダ壁面への燃料付着に伴ってＨＣ排出量の増加や潤滑油の希釈化を招いてしまう。その結果、排気エミッションおよび燃費の悪化や潤滑不良を招くおそれがある。
【０００５】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、排気エミッションおよび燃費の悪化や潤滑不良が生ずるのを回避しつつ、低圧縮着火性燃料を用いた圧縮自着火拡散燃焼時の着火性を良好に改善させ得る多種燃料内燃機関を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１の発明は、多種燃料内燃機関であって、
頂面にキャビティが形成されたピストンと、
性状の異なる少なくとも２種類の燃料のうちの少なくとも１種類の燃料または当該少なくとも２種類の燃料からなる混合燃料を燃焼室内に噴射する燃料噴射弁と、を備え、
前記ピストンが吸気上死点後−２５°ＣＡから吸気上死点後２５°ＣＡの間に位置している状況下で燃料噴射が行われる場合に、燃料が前記キャビティからはみ出さないように構成されており、
前記燃焼室内に導かれる燃料の圧縮着火性について指標化した着火性指標値を取得する燃料特性取得手段と、
前記着火性指標値に基づき低圧縮着火性と判断された燃料を用いて圧縮自着火拡散燃焼を行う場合には、メイン噴射に先立ち、吸気上死点後−２５°ＣＡから吸気上死点後２５°ＣＡまでの期間中の少なくとも一部で、前記低圧縮着火性の燃料を用いた吸気行程噴射がなされるように制御する燃料噴射制御手段と、
を更に備えることを特徴とする。
【０００７】
また、第２の発明は、第１の発明において、
排気弁の閉じ時期を変更可能とする可変動弁機構を更に備え、
前記燃料噴射制御手段は、前記可変動弁機構によって変更される前記排気弁の閉じ時期に応じて、前記吸気行程噴射の開始時期を設定する噴射開始時期設定手段を含むことを特徴とする。
【０００８】
また、第３の発明は、第１の発明において、
排気弁の閉じ時期を変更可能とする可変動弁機構を更に備え、
前記燃料噴射制御手段は、前記吸気行程噴射の終了時期が吸気上死点後２５°ＣＡよりも後にならないように、前記排気弁の閉じ時期の遅角量を制限する排気遅角量制限手段を含むことを特徴とする。
【０００９】
また、第４の発明は、第１乃至第３の発明の何れかにおいて、
前記燃料噴射制御手段は、前記燃料特性取得手段による前記着火性指標値に応じて、燃料噴射時期および燃料噴射量の少なくとも一方を変更する噴射制御修正手段を含むことを特徴とする。
【００１０】
また、第５の発明は、第１乃至第４の発明の何れかにおいて、
前記燃料噴射制御手段は、前記多種燃料内燃機関の負荷が高いほど、前記吸気行程噴射の量を少なくする噴射量修正手段を含むことを特徴とする。
【００１１】
また、第６の発明は、第１乃至第５の発明の何れかにおいて、
前記燃料噴射制御手段は、前記吸気行程噴射と前記メイン噴射との間に、前記低圧縮着火性の燃料を用いたパイロット噴射がなされるように制御し、
前記燃料噴射制御手段は、内燃機関の負荷が低くなるほど、前記パイロット噴射の量を多くし、前記吸気行程噴射の量を少なくする噴射量調整手段を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
第１の発明によれば、吸気行程噴射を行う際に、ピストンのキャビティの外に燃料がはみ出すのを確実に防止できるようになる。これにより、未燃ＨＣの排出に伴う排気エミッションおよび燃費の悪化、並びに潤滑不良が生ずるのを回避しつつ、吸気行程噴射を行うことで、低圧縮着火性燃料を用いた圧縮自着火拡散燃焼時の着火性を良好に改善させることが可能となる。
【００１３】
第２の発明によれば、排気系への未燃ＨＣの排出を更に確実に抑制しつつ、吸気行程噴射を実現できるようになる。これにより、排気エミッションおよび燃費を良好に向上させられるようになる。
【００１４】
第３の発明によれば、排気弁の閉じ時期の遅角制御による内部ＥＧＲの増加を有効に利用しつつ、吸気行程噴射によって噴射された燃料をキャビティ内に留めるようにすることができ、未燃ＨＣの排出を良好に抑制することができる。
【００１５】
第４の発明によれば、少なくとも２種類の燃料が任意の混合割合で混ざっている場合であっても、任意の混合割合に適した燃料噴射量および燃料噴射時期の少なくとも一方が得られるので、精度の良い燃焼制御が可能となる。
【００１６】
内燃機関の負荷が高くなってくると、吸入空気温度の上昇、吸入空気量の増加、筒内壁面温度の上昇等により、吸気行程噴射により噴射された燃料が圧縮行程において自着火し易くなり、メイン噴射が行われる前に燃焼が起こり易くなる。このため、メイン噴射により噴射された燃料での拡散燃焼の制御性が悪くなってしまうことが懸念される（燃焼騒音の悪化、ＮＯｘ排出量の増加、等容度の悪化による燃費悪化）。これに対し、第５の発明によれば、上記の問題を回避して、最適な拡散燃焼を実現することができる。
【００１７】
内燃機関の負荷の高低に関わらずに吸気行程噴射量が一律に設定されていると、メイン噴射量に対する吸気行程噴射量の割合が相対的に増える低負荷において、吸気行程噴射に伴う未燃ＨＣがエミッションとして排出され、燃費も悪化してしまう。これに対し、第６の発明によれば、上記の問題を回避して、吸気行程噴射に伴う低負荷領域での未燃ＨＣの排出量を減らすことができ、排気エミッションおよび燃費を改善することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
実施の形態１．
［システム構成の説明］
図１は、本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための図である。図１に示すシステムは、内燃機関１０と、内燃機関１０に空気を供給する吸気系と、内燃機関１０から排気ガスを排出する排気系と、内燃機関１０の運転を制御する制御系とを備えている。内燃機関１０は、車両に搭載され、その動力源とされる。
【００１９】
内燃機関１０の吸気系には、吸気通路１２が備えられる。吸気通路１２の入口には、エアクリーナ１４が取り付けられている。エアクリーナ１４の下流近傍には、吸気通路１２に吸入される空気の流量に応じた信号を出力するエアフローメータ１６が設けられている。
【００２０】
また、吸気通路１２の下流には、圧縮された空気を冷却するインタークーラ１８が設けられている。インタークーラ１８の下流には、スロットルバルブ２０が設けられている。スロットルバルブ２０は、アクセル開度と独立してスロットル開度を制御することのできる電子制御式スロットルバルブである。また、スロットルバルブ２０の下流には、吸気通路１２内の圧力に応じた信号を出力する吸気圧センサ２２と、吸気通路１２内を流れる空気の温度に応じた信号を出力する吸気温度センサ２４とがそれぞれ配置されている。
【００２１】
エアフローメータ１６からインタークーラ１８に至る吸気通路１２の途中には、可変ノズル型のターボ過給機２６のコンプレッサ２６ａが設けられている。より具体的には、ターボ過給機２６は、排気ガスの排気エネルギによって作動するタービン２６ｂと、タービン２６ｂと一体的に連結され、タービン２６ｂに入力される排気ガスの排気エネルギによって回転駆動されるコンプレッサ２６ａとを有している。更に、ターボ過給機２６は、タービン２６ｂに供給される排気ガスの流量を調整するための可変ノズル（ＶＮ）２６ｃを有している。
【００２２】
内燃機関１０の排気系には、排気通路２８が備えられる。排気通路２８の途中には、上述したターボ過給機２６のタービン２６ｂが配置されている。タービン２６ｂの下流には、排気ガスを浄化可能な触媒３０が配置されている。
【００２３】
内燃機関１０の筒内には、その頂面にキャビティ３２ａが形成されたピストン３２が配置されている。また、内燃機関１０の筒内には、ピストン３２の頂面側に燃焼室３４が形成されている。吸気通路１２および排気通路２８のそれぞれのポート部には、燃焼室３４と吸気通路１２、および燃焼室３４と排気通路２８を導通状態または遮断状態とするための吸気弁３６および排気弁３８がそれぞれ設けられている。これらの吸気弁３６および排気弁３８は、吸気可変動弁機構４０および排気可変動弁機構４２によりそれぞれ駆動される。これらの可変動弁機構４０、４２の具体的構成は、特に限定されないが、ここでは、吸気弁３６や排気弁３８を駆動するカム（図示せず）の位相を連続的に可変とするＶＶＴ機構であるものとする。
【００２４】
また、内燃機関１０は、燃焼室３４内に直接燃料を噴射するための燃料噴射弁４４を備えている。燃料噴射弁４４は、ピストン３２のキャビティ３２ａと対向するようにして、シリンダヘッド４６の中央に配置されている。
【００２５】
図２は、上死点近傍における燃料噴射弁４４の噴霧角θとピストン３２のキャビティ３２ａの形状との関係を説明するための図である。
図２に示すように、燃料噴射弁４４は、その噴孔中心がピストン３２の中心線上に位置するように配置されている。本実施形態では、ピストン３２が吸気上死点後２５°ＣＡ（２５ＡＴＤＣ）以下である場合に、燃料噴射弁４４から噴射された燃料がキャビティ３２ａからはみ出さないように、燃料噴射弁４４の噴霧角θおよびキャビティ３２ａの形状が設定されている。
【００２６】
再び図１を参照して、システム構成の説明を継続する。燃料噴射弁４４は、燃料供給通路４８を介して燃料タンク５０に接続されている。本実施形態の燃料タンク５０は、性状の異なる複数燃料の給油を受けることが想定されているものとする。より具体的には、圧縮着火性の良好な燃料（例えば、軽油）と、圧縮着火性に劣る燃料（例えば、ガソリン）とが給油されることが想定されているものとする。
【００２７】
燃料供給通路４８の途中には、燃料タンク５０内の燃料を圧送するための高圧ポンプ５２と、高圧ポンプ５２によって加圧された高圧の燃料を貯留したうえで各気筒の燃料噴射弁４４に分配するためのコモンレール５４とが配置されている。また、燃料タンク５０には、燃料タンク５０内の燃料の比重、粘度、および電導率等を検出する燃料性状センサ５６が取り付けられている。このような燃料性状センサ５６によれば、燃料の圧縮着火性について指標化した着火性指標値（例えば、オクタン価やセタン価）を推定して取得することができるようになる。尚、着火性指標値は、燃焼が行われている気筒の筒内圧力から推定してもよい。
【００２８】
内燃機関１０の制御系には、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）６０が備えられている。ＥＣＵ６０は、図１に示すシステム全体を総合制御する制御装置である。また、ＥＣＵ６０の入力側には、上述した各種センサの他、アクセル開度センサ６２、クランク角センサ６４等の種々のセンサが接続されている。アクセル開度センサ６２は、アクセルペダルの踏み込み量（アクセル開度）に応じた信号を出力するセンサである。クランク角センサ６４は、クランクシャフト６６の回転角度に応じた信号を出力するセンサである。また、ＥＣＵ６０の出力側には、上述した各種アクチュエータが接続されている。より具体的には、燃料噴射弁４４は、当該燃料噴射弁４４を駆動するためのインジェクタＥＤＵ（Electrical Driver Unit）６８を介してＥＣＵ６０に接続されている。
【００２９】
以上のように構成された本実施形態の内燃機関１０は、主に軽油を燃料として圧縮自着火拡散燃焼を行うことを想定したハードウェア構成を備えつつ、軽油よりも圧縮着火性に劣るガソリンを用いた際にも拡散燃焼が成立するようなシステム構成を備える多種燃料対応の内燃機関である。尚、このような多種燃料内燃機関の基本的なシステム構成は、例えば特開２００８−１２１６４１号公報に詳述されている。
【００３０】
図３は、本発明の実施の形態１において用いられる燃料毎の噴射時期を説明するための図である。より具体的には、図３（Ａ）は、ガソリンを燃料として用いる際の燃料噴射時期を示し、図３（Ｂ）は、軽油を燃料として用いる際の燃料噴射時期を示している。
先ず、軽油を燃料として用いる場合には、図３（Ｂ）に示すように、軽油を用いた通常のディーゼルエンジンでの圧縮自着火拡散燃焼の場合と同様に、圧縮行程中に２回に分けてパイロット噴射（ＰＬ１およびＰＬ２）を行ったうえで、圧縮上死点（圧縮ＴＤＣ）経過後の所定の時期において、メイン噴射を行うようにしている。
【００３１】
一方、ガソリンを燃料として用いる場合には、図３（Ａ）に示すように、軽油の場合と同様に行うパイロット噴射（ＰＬ１およびＰＬ２）およびメイン噴射に先立ち、吸気行程噴射を行うようにしている。吸気行程噴射は、排気弁３８が閉弁した後において、吸気上死点（吸気ＴＤＣ）から数度（５°ＣＡ）経過した後に開始し、吸気上死点後２５°ＣＡまでに終了するように設定されている。つまり、本実施形態の吸気行程噴射は、排気系への燃料の吹き抜けを防止でき、かつ、ピストン３２のキャビティ３２ａ内部に確実に燃料を確実に噴射することでキャビティ３２ａの外への燃料のはみ出しを防止できるようなタイミングに設定されている。
【００３２】
次に、図４および図５を参照して、上述した吸気行程噴射を制御するためにＥＣＵ６０が実行する具体的な処理について説明する。
図４は、吸気行程噴射量ｑ＿ｔｄｃおよび吸気行程噴射開始時期θ＿ｑｔｄｃを設定するために、ＥＣＵ６０が実行するルーチンのフローチャートである。
図４に示すルーチンでは、先ず、燃料性状センサ５６の出力値が取得される（ステップ１００）。次いで、燃料性状センサ５６の出力により推定された燃料の着火性指標値（オクタン価など）に基づいて、現在の使用燃料がガソリンであるか軽油であるかが判別される（ステップ１０２）。
【００３３】
上記ステップ１０２において、現在の使用燃料がガソリンではなく軽油であると判定された場合には、吸気行程噴射フラグがＯＦＦとされる（ステップ１０４）。一方、上記ステップ１０２において、現在の使用燃料がガソリンであると判定された場合には、吸気行程噴射フラグがＯＮとされる（ステップ１０６）。
【００３４】
吸気行程噴射フラグがＯＮとされた後には、次いで、吸気行程噴射量ｑ＿ｔｄｃが内燃機関１０の負荷等の運転状態に応じた値に設定される（ステップ１０８）。更に、吸気行程噴射開始時期θ＿ｑｔｄｃが、上記図３に示すように吸気上死点後５°ＣＡに設定される（ステップ１１０）。
【００３５】
図５は、上記図４に示す設定に基づいて吸気行程噴射を制御するために、ＥＣＵ６０が実行するルーチンのフローチャートである。
図５に示すルーチンでは、先ず、クランク角センサ６４の出力に基づいて、クランク角度が取得される（ステップ２００）。
【００３６】
次に、吸気行程噴射フラグがＯＮとされ、かつ、現在のクランク角度が上記ステップ１１０において設定された吸気行程噴射開始時期θ＿ｑｔｄｃに達したか否かが判別される（ステップ２０２）。
【００３７】
その結果、上記ステップ２０２の判定が成立する場合には、吸気上死点後５〜２５°ＣＡの間で吸気行程噴射が行われるように、インジェクタタイマーの開始時刻およびその終了時刻がそれぞれ算出される（ステップ２０４、２０６）。次いで、インジェクタタイマーがセットされる（ステップ２０８）。これにより、インジェクタタイマーの作動期間中は、インジェクタＥＤＵ６８を用いて燃料噴射弁４４が開駆動されるようになる。
【００３８】
以上説明した図４および図５に示すルーチンによれば、ガソリンが燃料として用いられている場合には、パイロット噴射（ＰＬ１およびＰＬ２）およびメイン噴射に先立って、吸気上死点後５〜２５°ＣＡの期間中に、吸気行程噴射が実行されるようになる。このようなタイミングで吸気行程噴射を行うことで、当該吸気行程噴射時にピストン３２のキャビティ３２ａの外に燃料がはみ出すのを確実に防止できるようになる。
【００３９】
圧縮自着火拡散燃焼時には、燃料の圧力（噴射圧力）が非常に高い。このため、吸気行程噴射を行う際には、キャビティ３２ａに当たるように燃料を噴射しなければ、シリンダ壁面に対して燃料が勢い良く直撃してしまう。その結果、シリンダ壁面への燃料付着が生じ、クエンチエリア（消炎層）の燃料が燃えずに掻き出され、ＨＣの排出量が増加する可能性がある。更には、燃料がシリンダ壁面に存在する潤滑油に取り込まれ、潤滑油の希釈や粘度低下による機関焼き付きといった不具合を起こす可能性がある。これに対し、本実施形態の吸気行程噴射時期の制御によれば、未燃ＨＣの排出に伴う排気エミッションおよび燃費の悪化、並びに潤滑不良が生ずるのを回避しつつ、吸気行程噴射を行うことで、低圧縮着火性燃料（ガソリン）を用いた圧縮自着火拡散燃焼時の着火性を良好に改善させることが可能となる。
【００４０】
尚、上述した実施の形態１においては、ＥＣＵ６０が、上記ステップ１００の処理を実行することにより前記第１の発明における「燃料特性取得手段」が、上記図４および図５に示す各ルーチンの一連の処理を実行することにより前記第１の発明における「燃料噴射制御手段」が、それぞれ実現されている。
【００４１】
実施の形態２．
次に、図６を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。
本実施形態のシステムは、図１に示すハードウェア構成を用いて、ＥＣＵ６０に図４に示すルーチンに代えて後述する図６に示すルーチンを図５に示すルーチンとともに実行させることにより実現することができるものである。
【００４２】
本実施形態のシステムでは、排気可変動弁機構４２によって変更される排気弁３８の閉じ時期θ＿ｅｘｃｌに応じて、吸気行程噴射開始時期θ＿ｑｔｄｃを設定することを特徴としている。より具体的には、本実施形態では、排気弁３８の閉じ時期θ＿ｅｘｃｌから３°ＣＡ遅らせたクランク角度を吸気行程噴射開始時期θ＿ｑｔｄｃとした。尚、この３°ＣＡは、排気弁３８が開いているランプ部において、空気の出入りが十分に無くなることを想定したマージンである。
【００４３】
また、本実施形態のシステムでは、ピストン３２のキャビティ３２ａへの噴射を確実に行うようにするため、吸気行程噴射開始時期θ＿ｑｔｄｃを、吸気上死点後−２５°ＣＡよりも早くならないように制限するようにした。
【００４４】
図６は、上記の機能を実現するために、本実施の形態２においてＥＣＵ６０が実行するルーチンのフローチャートである。尚、図６において、実施の形態１における図４に示すステップと同一のステップについては、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。
【００４５】
図６に示すルーチンでは、吸気行程噴射フラグがＯＮ（ステップ１０６）とされた状況下で、吸気行程噴射量ｑ＿ｔｄｃが設定（ステップ１０８）された後は、次いで、排気カム角センサ（図示省略）およびクランク角センサ６４の出力に基づいて、排気ＶＶＴ進角量（排気弁３８の開閉時期の進角量）が取得される（ステップ３００）。次いで、排気ＶＶＴ進角量に基づいて、排気弁閉じ時期θ＿ｅｘｃｌが算出される（ステップ３０２）。
【００４６】
次に、吸気行程噴射開始時期θ＿ｑｔｄｃが、排気弁閉じ時期θ＿ｅｘｃｌプラス３°ＣＡとなるように設定される（ステップ３０４）。次いで、吸気行程噴射開始時期θ＿ｑｔｄｃが吸気上死点後−２５°ＣＡよりも小さくないか（早くないか）否かが判別される（ステップ３０６）。
【００４７】
その結果、上記ステップ３０６の判定が不成立である場合には、上記ステップ３０４で設定された吸気行程噴射開始時期θ＿ｑｔｄｃがそのまま使用され、一方、上記ステップ３０６の判定が成立する場合には、吸気行程噴射開始時期θ＿ｑｔｄｃが吸気上死点後−２５°ＣＡとなるように修正される（ステップ３０８）。
【００４８】
以上説明した図６に示すルーチンにおける吸気行程噴射開始時期θ＿ｑｔｄｃの設定によれば、排気弁３８の閉じ時期θ＿ｅｘｃｌが運転状態に応じて可変される場合において、排気系への未燃ＨＣの排出を更に確実に抑制しつつ、吸気行程噴射を実現できるようになる。これにより、排気エミッションおよび燃費を良好に向上させられるようになる。
【００４９】
また、上記ルーチンによれば、排気弁３８の閉じ時期θ＿ｅｘｃｌが進角された場合には、一定の制限（閉じ時期θ＿ｅｘｃｌを吸気上死点後−２５°ＣＡに制限）下で吸気行程噴射開始時期θ＿ｑｔｄｃが進角されることになる。このため、吸気行程噴射によって噴射された燃料の気化に要する時間（燃焼までの時間）を増大させることができる。これにより、未燃ＨＣを十分に減少させ、排気エミッションおよび燃費を良好に向上させられるようになる。
【００５０】
尚、上述した実施の形態２においては、ＥＣＵ６０が上記ステップ３００〜３０４の処理を実行することにより前記第２の発明における「噴射開始時期設定手段」が実現されている。
【００５１】
実施の形態３．
次に、図７を参照して、本発明の実施の形態３について説明する。
本実施形態のシステムは、図１に示すハードウェア構成を用いて、ＥＣＵ６０に図４に示すルーチンに代えて後述する図７に示すルーチンを図５に示すルーチンとともに実行させることにより実現することができるものである。
【００５２】
本実施形態のシステムにおいても、上述した実施の形態２と同様に、吸気行程噴射時期の制御と排気弁３８の閉じ時期θ＿ｅｘｃｌの制御との協調を行うようにしている。ただし、本実施形態では、吸気行程噴射終了時期θ＿ｑｔｄｃｅｎｄが吸気上始点後２５°ＣＡよりも後にならないように、排気弁３８の閉じ時期θ＿ｅｘｃｌの遅角量を制限することを特徴としている。
【００５３】
図７は、上記の機能を実現するために、本実施の形態３においてＥＣＵ６０が実行するルーチンのフローチャートである。尚、図７において、実施の形態１における図４または実施の形態２における図６に示すステップと同一のステップについては、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。
【００５４】
図７に示すルーチンでは、吸気行程噴射フラグがＯＮ（ステップ１０６）とされた状況下で、吸気行程噴射量ｑ＿ｔｄｃが設定（ステップ１０８）された後は、次いで、吸気行程噴射終了時期θ＿ｑｔｄｃｅｎｄが吸気上死点後２５°ＣＡ（最大吸気行程噴射終了時期）に設定される（ステップ４００）。次いで、上記吸気行程噴射終了時期θ＿ｑｔｄｃｅｎｄを終点として内燃機関１０の運転状態に応じた最大の吸気行程噴射期間が得られるような最大吸気行程噴射開始時期θｍａｘとして、吸気行程噴射開始時期θ＿ｑｔｄｃが算出される（ステップ４０２）。
【００５５】
次に、上記ステップ３０６および３０８の処理によって吸気行程噴射開始時期θ＿ｑｔｄｃ＜吸気上死点後−２５°ＣＡが成立する場合には、上記ステップ４０２で算出された吸気行程噴射開始時期θ＿ｑｔｄｃが吸気上死点後−２５°ＣＡとなるように修正される。
【００５６】
次に、排気弁閉じ時期θ＿ｅｘｃｌが、吸気行程噴射開始時期θ＿ｑｔｄｃマイナス３°ＣＡとなるように算出される（ステップ４０４）。次いで、そのように算出された排気弁閉じ時期θ＿ｅｘｃｌに基づいて、排気ＶＶＴ進角量が算出される（ステップ４０６）。尚、本ステップ４０６では、吸気行程噴射フラグがＯＦＦとされている場合には、通常通り、内燃機関１０の運転状態に応じて、排気ＶＶＴ進角量が算出される。次いで、算出された排気ＶＶＴ進角量に基づいて、排気ＶＶＴ進角制御（排気可変動弁機構４２を用いた排気弁３８の開閉時期の制御）が実行される（ステップ４０８）。
【００５７】
以上説明した図７に示すルーチンによれば、吸気行程噴射終了時期θ＿ｑｔｄｃｅｎｄが吸気上死点後２５°ＣＡとなるように設定されたうえで、吸気行程噴射時に噴射された燃料がキャビティ３２ａからはみ出さない範囲内（吸気上死点後−２５°ＣＡ以降）で、吸気行程噴射開始時期θ＿ｑｔｄｃが決定される。そして、そのように決定された吸気行程噴射開始時期θ＿ｑｔｄｃに基づき、吸気行程噴射時に排気系への燃料の吹き抜けが生じないように、排気弁閉じ時期θ＿ｅｘｃｌが、吸気行程噴射開始時期θ＿ｑｔｄｃマイナス３°ＣＡとして決定される。以上の処理によれば、排気ＶＶＴ遅角制御（排気弁３８の閉じ時期θ＿ｅｘｃｌの遅角制御）による内部ＥＧＲの増加を有効に利用しつつ、吸気行程噴射によって噴射された燃料をキャビティ３２ａ内に留めるようにすることができ、未燃ＨＣの排出を良好に抑制することができる。
【００５８】
尚、上述した実施の形態３においては、ＥＣＵ６０が上記ステップ４００〜４０８の処理を実行することにより前記第３の発明における「排気遅角量制限手段」が実現されている。
【００５９】
実施の形態４．
次に、図８および図９を参照して、本発明の実施の形態４について説明する。
本実施形態のシステムは、図１に示すハードウェア構成を用いて、ＥＣＵ６０に図４に示すルーチンに代えて後述する図９に示すルーチンを図５に示すルーチンとともに実行させることにより実現することができるものである。
【００６０】
本実施形態のシステムでは、給油時に車両のユーザーによって選択される油種、給油量、燃料タンク５０内の残留燃料量等に応じて、燃料噴射弁４４に供給される燃料が、ガソリン１００％の燃料、軽油１００％の燃料、或いは任意の混合割合のガソリンと軽油との混合燃料の間で変化し得る。
【００６１】
そこで、本実施形態では、燃料性状センサ５６によって取得されるオクタン価やセタン価等の着火性指標値に基づいて、吸気行程噴射、パイロット噴射、メイン噴射等の各噴射についての燃料噴射時期および燃料噴射量をリニアに可変させるようにした。
【００６２】
具体的には、本実施形態では、軽油１００％の燃料の場合の噴射制御値（燃料噴射時期および燃料噴射量）と、ガソリン１００％の燃料の場合の噴射制御値とを予め実験により用意しておく。そして、軽油とガソリンとが任意の混合割合で混合される際の噴射制御値を、各混合割合での着火性指標値に応じて、補間して求めるようにした。
【００６３】
図８は、本発明の実施の形態４における噴射制御の具体例を示す図である。より具体的には、図８（Ａ）は、ガソリン１００％の燃料（オクタン価９０）の場合の噴射制御を、図８（Ｂ）は、軽油とガソリンとが任意の混合割合で混合された燃料（オクタン価ａ）の場合の噴射制御を、図８（Ｃ）は、軽油１００％の燃料（オクタン価１４）の場合の噴射制御を、それぞれ示している。尚、既述したように、軽油１００％の燃料の場合には吸気行程噴射は行われないので、図８（Ｃ）に示すように、この場合の吸気行程噴射量ｑ＿ｔｄｃ＿１４はゼロとされている。
【００６４】
ここでは、メイン噴射を例に挙げて説明を行うが、他の吸気行程噴射やポスト噴射についても同様である。すなわち、本実施形態では、オクタン価ａの場合のメイン噴射量ｑ＿ｍ＿ａおよびメイン燃料噴射開始時期θ＿ｑｍ＿ａを、次の（１）および（２）式に従ってそれぞれ算出するようにしている。
ｑ＿ｍ＿ａ＝ｑ＿ｍ＿１４・ｘ＋ｑ＿ｍ＿９０・（１−ｘ）  ・・・（１）
θ＿ｑｍ＿ａ＝θ＿ｑｍ＿１４・ｘ＋θ＿ｑｍ＿９０・（１−ｘ）  ・・・（２）
ただし、上記（１）および（２）式において、ｘは、オクタン価１４（軽油１００％）の場合には０とされ、オクタン価９０（ガソリン１００％）の場合には１とされ、オクタン価ａが１４〜９０の間で変化する間に０〜１の間で変化する変数である。
【００６５】
図９は、上記の着火性指標値に応じた可変噴射制御を実現するために、本実施の形態４においてＥＣＵ６０が実行するルーチンのフローチャートである。尚、図９において、実施の形態１における図４に示すステップと同一のステップについては、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。尚、図９においては、吸気行程噴射を例に挙げて説明を行っている。
【００６６】
図９に示すルーチンでは、燃料性状センサ５６の出力値（オクタン価ａ）が取得（ステップ１００）された後に、次いで、図９に示すように、上記（１）式における各パラメータを吸気行程噴射時のパラメータに置き換えて得た式を用いて、現在のオクタン価ａでの吸気行程噴射量ｑ＿ｔｄｃ＿ａが算出される（ステップ５００）。次いで、上記ステップ５００と同様に、上記（２）式の変形式を用いて、現在のオクタン価ａでの吸気行程噴射開始時期θ＿ｑｔｄｃ＿ａが算出される（ステップ５０２）。
【００６７】
次に、上記のように算出された吸気行程噴射量ｑ＿ｔｄｃ＿ａが０より大きいか否かが判別される（ステップ５０４）。その結果、ｑ＿ｔｄｃ＿ａ＞０が不成立であると判定された場合、つまり、現在の使用燃料が軽油１００％の燃料であると判断できる場合には、吸気行程噴射フラグがＯＦＦとされる（ステップ５０６）。一方、ｑ＿ｔｄｃ＿ａ＞０が成立すると判定された場合、つまり、現在の使用燃料がガソリン１００％の燃料もしくは軽油に対して任意の混合割合のガソリンが混合された燃料であると判断できる場合には、吸気行程噴射フラグがＯＮとされる（ステップ５０８）。
【００６８】
以上説明した図９に示すルーチンによれば、軽油とガソリンとが任意の混合割合で混ざっている場合であっても、任意の混合割合に適した燃料噴射量ｑおよび燃料噴射時期θが得られるので、精度の良い燃焼制御が可能となる。また、各混合割合に対して燃料噴射量ｑや燃料噴射時期θの個別に適合値を備えておく必要がないため、実験点数の削減、ＥＣＵの記憶領域の削減、更にはコスト低減を図ることができる。
【００６９】
尚、上述した実施の形態４においては、ＥＣＵ６０が上記ステップ１００、５００、および５０２の処理を実行することにより前記第４の発明における「噴射制御修正手段」が実現されている。
【００７０】
実施の形態５．
次に、図１０および図１１を参照して、本発明の実施の形態５について説明する。
本実施形態のシステムは、図１に示すハードウェア構成を用いて、ＥＣＵ６０に図４に示すルーチンに代えて後述する図１１に示すルーチンを図５に示すルーチンとともに実行させることにより実現することができるものである。
【００７１】
図１０は、本発明の実施の形態５における特徴的な吸気行程噴射制御を説明するための図である。より具体的には、図１０は、全燃料噴射量ｑ＿ｔｏｔａｌに対する各燃料噴射量ｑ（吸気行程噴射量ｑ＿ｔｄｃ、メイン噴射量ｑ＿ｍ、および両者の合計噴射量）の波形を示している。
【００７２】
本実施形態のシステムは、全燃料噴射量ｑ＿ｔｏｔａｌが多いほど（エンジン負荷が高いほど）、吸気行程噴射量ｑ＿ｔｄｃを少なくした点に特徴を有している。より具体的には、図１０に示すように、全燃料噴射量ｑ＿ｔｏｔａｌが多いほど、メイン噴射量ｑ＿ｍに対する吸気行程噴射量ｑ＿ｔｄｃの割合を減らすようにしている。尚、ディーゼルエンジンでは、一般にスロットルバルブによる絞り損失は小さく（ＥＧＲの導入がない場合には０とされる）、吸入空気量と燃料噴射量との比（Ａ／Ｆ）が一定ではない。このため、吸気圧とエンジン負荷はリニアな関係にはならない。
【００７３】
図１１は、上記の機能を実現するために、本実施の形態５においてＥＣＵ６０が実行するルーチンのフローチャートである。尚、図１１において、実施の形態１における図４に示すステップと同一のステップについては、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。
図１１に示すルーチンでは、上記ステップ１０２において現在の使用燃料がガソリンではなく軽油であると判定された場合には、吸気行程噴射フラグがＯＦＦ（ステップ１０４）とされたうえで、エアフローメータ１６の出力に基づいて吸入空気量が取得される（ステップ６００）。
【００７４】
次に、吸入空気量やエンジン回転数等の情報に基づいて、全燃料噴射量ｑ＿ｔｏｔａｌ（エンジン負荷）が算出される（ステップ６０２）。次いで、所定のマップ等の設定に従って、全燃料噴射量ｑ＿ｔｏｔａｌからメイン噴射量ｑ＿ｍが設定される（ステップ６０４）。
【００７５】
一方、上記ステップ１０２において現在の使用燃料がガソリンであると判定された場合には、吸気行程噴射フラグがＯＮ（ステップ１０６）とされたうえで、上記ステップ６００および６０２と同様の処理によって、吸入空気量の取得（ステップ６０６）および全燃料噴射量ｑ＿ｔｏｔａｌの算出（ステップ６０８）が実行される。
【００７６】
更に、使用燃料がガソリンである場合には、次いで、上記図１０に示す傾向を有するマップに従って、全燃料噴射量ｑ＿ｔｏｔａｌからメイン噴射量ｑ＿ｍおよび吸気行程噴射量ｑ＿ｔｄｃがそれぞれ設定される（ステップ６１０および６１２）。
【００７７】
エンジン負荷が高くなってくると、吸入空気温度の上昇、吸入空気量の増加、筒内壁面温度の上昇等により、吸気行程噴射により噴射された燃料が圧縮行程において自着火し易くなり、メイン噴射が行われる前に燃焼が起こり易くなる。このため、メイン噴射により噴射された燃料での拡散燃焼の制御性が悪くなってしまうことが懸念される（燃焼騒音の悪化、ＮＯｘ排出量の増加、等容度の悪化による燃費悪化）。
【００７８】
これに対し、以上説明した図１１に示すルーチンによれば、吸気行程噴射が行われる場合には、全燃料噴射量ｑ＿ｔｏｔａｌが多いほど、メイン噴射量ｑ＿ｍに対する割合が小さくなるように吸気行程噴射量ｑ＿ｔｄｃが設定される。このような設定によれば、上記の問題を回避して、最適な拡散燃焼を実現することができる。
【００７９】
また、吸入空気温度の上昇、吸入空気量の増加、筒内壁面温度の上昇等により、メイン噴射により噴射された燃料の着火性も向上する。これにより、吸気行程噴射量ｑ＿ｔｄｃを減量することが可能であり、未燃ＨＣ排出量の減少によって排気エミッションおよび燃費が向上する。
【００８０】
尚、上述した実施の形態５においては、ＥＣＵ６０が上記ステップ６０８〜６１２の処理を実行することにより前記第５の発明における「噴射量修正手段」が実現されている。
【００８１】
実施の形態６．
次に、図１２および図１３を参照して、本発明の実施の形態６について説明する。
本実施形態のシステムは、図１に示すハードウェア構成を用いて、ＥＣＵ６０に図４に示すルーチンに代えて後述する図１３に示すルーチンを図５に示すルーチンとともに実行させることにより実現することができるものである。
【００８２】
図１２は、本発明の実施の形態６における特徴的な吸気行程噴射制御を説明するための図である。より具体的には、図１２は、全燃料噴射量ｑ＿ｔｏｔａｌに対する各燃料噴射量ｑ（吸気行程噴射量ｑ＿ｔｄｃ、パイロット１噴射量ｑ＿ｐｌ１、パイロット２噴射量ｑ＿ｐｌ２、およびこれらの合計噴射量）の波形を示している。
【００８３】
本実施形態のシステムは、図１２に示すように、未燃ＨＣ排出量が多くなる低負荷領域（全燃料噴射量ｑ＿ｔｏｔａｌが少なく領域）では、エンジン負荷が低くなるほど、パイロット１噴射量ｑ＿ｐｌ１およびパイロット２噴射量ｑ＿ｐｌ２を増量し、吸気行程噴射量ｑ＿ｔｄｃを減量するようにした点に特徴を有している。また、これらの合計噴射量は、上記図１０に示す吸気行程噴射量ｑ＿ｔｄｃと同等に設定されている。
【００８４】
図１３は、上記の機能を実現するために、本実施の形態６においてＥＣＵ６０が実行するルーチンのフローチャートである。尚、図１３において、実施の形態１における図４または実施の形態５における図１１に示すステップと同一のステップについては、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。
図１３に示すルーチンでは、上記ステップ１０２において現在の使用燃料がガソリンではなく軽油であると判定された場合には、吸気行程噴射フラグのＯＦＦ設定（ステップ１０４）、吸入空気量の取得（ステップ６００）、および全燃料噴射量ｑ＿ｔｏｔａｌの算出（ステップ６０２）が行われる。そのうえで、所定のマップ等の設定に従って、全燃料噴射量ｑ＿ｔｏｔａｌからパイロット１噴射量ｑ＿ｐｌ１の設定（ステップ７００）およびパイロット２噴射量ｑ＿ｐｌ２の設定（ステップ７０２）がそれぞれ行われる。
【００８５】
一方、上記ステップ１０２において現在の使用燃料がガソリンであると判定された場合には、吸気行程噴射フラグがＯＮ（ステップ１０６）とされたうえで、上記ステップ６００および６０２と同様の処理によって、吸入空気量の取得（ステップ６０６）および全燃料噴射量ｑ＿ｔｏｔａｌの算出（ステップ６０８）が実行される。
【００８６】
更に、使用燃料がガソリンである場合には、次いで、上記図１２に示す傾向を有するマップに従って、全燃料噴射量ｑ＿ｔｏｔａｌからパイロット１噴射量ｑ＿ｐｌ１、パイロット２噴射量ｑ＿ｐｌ２、および吸気行程噴射量ｑ＿ｔｄｃがそれぞれ設定される（ステップ７０４、７０６、および７０８）。
【００８７】
エンジン負荷の高低に関わらずに吸気行程噴射量ｑ＿ｔｄｃが一律に設定されていると、メイン噴射量ｑ＿ｍに対する吸気行程噴射量ｑ＿ｔｄｃの割合が相対的に増える低負荷において、吸気行程噴射に伴う未燃ＨＣがエミッションとして排出され、燃費も悪化してしまう。
【００８８】
これに対し、以上説明した図１３に示すルーチンによれば、吸気行程噴射が行われる場合には、エンジン負荷が低くなるほど、パイロット１噴射量ｑ＿ｐｌ１およびパイロット２噴射量ｑ＿ｐｌ２が増量され、吸気行程噴射量ｑ＿ｔｄｃが減量される。このような設定によれば、上記の問題を回避して、吸気行程噴射に伴う低負荷領域での未燃ＨＣの排出量を減らすことができ、排気エミッションおよび燃費を改善することができる。
【００８９】
また、パイロット１噴射量ｑ＿ｐｌ１およびパイロット２噴射量ｑ＿ｐｌ２と吸気行程噴射量ｑ＿ｔｄｃの合計噴射量（合計の熱量）を、パイロット噴射１、２を行わない場合の設定（上記図１０に示す設定）と同等とすることで、メイン噴射の適合を変更する必要なく、制御ロジックの簡素化、工数低減、およびコスト低減を図ることができる。
【００９０】
尚、上述した実施の形態６においては、ＥＣＵ６０が上記ステップ６０８、および７０４〜７０８の処理を実行することにより前記第６の発明における「噴射量調整手段」が実現されている。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための図である。
【図２】上死点近傍における燃料噴射弁の噴霧角θとピストンのキャビティの形状との関係を説明するための図である。
【図３】本発明の実施の形態１において用いられる燃料毎の噴射時期を説明するための図である。
【図４】本発明の実施の形態１において実行されるルーチンのフローチャートである。
【図５】本発明の実施の形態１において実行されるルーチンのフローチャートである。
【図６】本発明の実施の形態２において実行されるルーチンのフローチャートである。
【図７】本発明の実施の形態３において実行されるルーチンのフローチャートである。
【図８】本発明の実施の形態４における噴射制御の具体例を示す図である。
【図９】本発明の実施の形態４において実行されるルーチンのフローチャートである。
【図１０】本発明の実施の形態５における特徴的な吸気行程噴射制御を説明するための図である。
【図１１】本発明の実施の形態５において実行されるルーチンのフローチャートである。
【図１２】本発明の実施の形態６における特徴的な吸気行程噴射制御を説明するための図である。
【図１３】本発明の実施の形態６において実行されるルーチンのフローチャートである。
【符号の説明】
【００９２】
１０  内燃機関
１２  吸気通路
２８  排気通路
３２  ピストン
３２ａ  ピストンのキャビティ
３４  燃焼室
３６  吸気弁
３８  排気弁
４０  吸気可変動弁機構
４２  排気可変動弁機構
４４  燃料噴射弁
４８  燃料供給通路
５０  燃料タンク
５６  燃料性状センサ
６０  ＥＣＵ(Electronic Control Unit)
６８  インジェクタＥＤＵ
ｑ＿ｍ  メイン噴射量
ｑ＿ｐｌ１  パイロット１噴射量
ｑ＿ｐｌ２  パイロット２噴射量
ｑ＿ｔｄｃ  吸気行程噴射量
ｑ＿ｔｏｔａｌ  全燃料噴射量
θ  燃料噴射時期
θ＿ｅｘｃｌ  排気弁の閉じ時期
θ＿ｑｍ  メイン燃料噴射開始時期
θ＿ｑｐｌ１  パイロット１噴射開始時期
θ＿ｑｐｌ２  パイロット２噴射開始時期
θ＿ｑｔｄｃ  吸気行程噴射開始時期
θ＿ｑｔｄｃｅｎｄ  吸気行程噴射終了時期
【図１】
2010121591.tif 000003
【図２】
2010121591.tif 000004
【図３】
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【図４】
2010121591.tif 000006
【図５】
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【図６】
2010121591.tif 000008
【図７】
2010121591.tif 000009
【図８】
2010121591.tif 000010
【図９】
2010121591.tif 000011
【図１０】
2010121591.tif 000012
【図１１】
2010121591.tif 000013
【図１２】
2010121591.tif 000014
【図１３】
2010121591.tif 000015