(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
各燃焼室に設けられた第１吸気弁及び第２吸気弁と、
吸気ポートに設けられ、前記第１吸気弁及び第２吸気弁それぞれに向けて燃料を噴射する燃料噴射装置と、
前記第１吸気弁のバルブタイミングと前記第２吸気弁のバルブタイミングとを相互に異なるバルブタイミングに変更可能な可変動弁機構と、
を備えた内燃機関に適用される制御装置であって、
前記可変動弁機構を制御して、前記第１吸気弁の開時期を上死点前に設定し、前記第２吸気弁の開時期を上死点以降に設定し、前記第１吸気弁の閉時期及び前記第２吸気弁の閉時期を下死点以降に設定するバルブタイミング設定手段と、
前記バルブタイミング設定手段による前記バルブタイミングの設定状態において、前記燃料噴射装置による前記第１吸気弁に向けての燃料噴射の開始タイミングを、前記第１吸気弁を介して吸気ポート側に吹き返すガス量が多いほど上死点からより遅れた時期に設定する噴射タイミング設定手段と、
を含む内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記燃料噴射装置が、前記第１吸気弁に向けて燃料を噴射する第１燃料噴射弁と、前記第２吸気弁に向けて燃料を噴射する第２燃料噴射弁とを含んでなり、
前記噴射タイミング設定手段が、前記第１燃料噴射弁による燃料噴射の開始タイミングを前記第１吸気弁を介して吸気ポート側に吹き返すガス量が多いほど上死点からより遅れた時期に設定すると共に、前記第２燃料噴射弁による燃料噴射の開始タイミングを前記第１燃料噴射弁による燃料噴射の開始タイミングよりも前に設定する請求項１記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
各燃焼室に設けられた第１吸気弁及び第２吸気弁と、
吸気ポートに設けられ、前記第１吸気弁に向けて燃料を噴射する第１燃料噴射弁と、
吸気ポートに設けられ、前記第２吸気弁に向けて燃料を噴射する第２燃料噴射弁と、
前記第１吸気弁のバルブタイミングと前記第２吸気弁のバルブタイミングとを相互に異なるバルブタイミングに変更可能な可変動弁機構と、
を備えた内燃機関に適用される制御装置であって、
前記可変動弁機構を制御して、前記第１吸気弁の開時期を上死点前に設定し、前記第２吸気弁の開時期を上死点以降に設定し、前記第１吸気弁の閉時期及び前記第２吸気弁の閉時期を下死点以降に設定するバルブタイミング設定手段と、
前記バルブタイミング設定手段による前記バルブタイミングの設定状態において、前記第１燃料噴射弁による前記第１吸気弁に向けての燃料噴射の開始タイミングを上死点から遅れた時期に設定する噴射タイミング設定手段と、
前記バルブタイミング設定手段によるバルブタイミングの設定状態において、前記第２燃料噴射弁による燃料噴射量よりも前記第１燃料噴射弁による燃料噴射量を少なく設定し、前記第１吸気弁を介して吸気ポート側に吹き返すガス量が多いほど前記第１燃料噴射弁による燃料噴射量をより少なくする噴射量設定手段と、
を含む内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記噴射タイミング設定手段が、前記第１燃料噴射弁による燃料噴射の開始タイミングを、前記第１吸気弁を介して吸気ポート側に吹き返すガス量が多いほど上死点からより遅れたタイミングに設定する請求項３記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記噴射タイミング設定手段が、前記第１燃料噴射弁による燃料噴射の開始タイミングを、上死点から遅れた時期に設定すると共に、前記第２燃料噴射弁による燃料噴射の開始タイミングを、前記第１燃料噴射弁による燃料噴射の開始タイミングよりも前に設定する請求項３又は４記載の内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＥＧＲ成層燃焼を実現する内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、燃焼室内を内部ＥＧＲガス層と可燃混合気層とに分け、前記可燃混合気層に着火して燃焼させるＥＧＲ成層燃焼を実現する内燃機関として、ピストンが上昇する排気行程時に、第１吸気弁を介して上流側の第１吸気ポートに内部ＥＧＲガスを導入し、ピストンが上死点から下降する吸気行程時に、第１吸気ポート内に導入した内部ＥＧＲガスを、前記第１吸気弁を介して燃焼室に導入すると共に、第２吸気弁を介して上流側の第２吸気ポート内の新気を燃焼室内に導入してＥＧＲ成層燃焼を行わせる内燃機関があった（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−２５５８６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、従来では、内部ＥＧＲガスを導入する第１吸気ポートに設けた第１吸気弁を、吸気行程の中期で閉じるようにしているため、第１吸気ポートを介しての吸気導入が途切れ、その結果、吸気行程の初期で発生したスワール流が継続せずに燃焼室内のガス流動が弱くなってしまうため、新気と燃料との混合を充分に促進させることができないという問題があった。
ここで、スワール流（ガス流動）を強化すれば、新気と燃料との混合を促進できるが、スワール流（ガス流動）を強化すると、内部ＥＧＲガスに燃料が混ざり易くなり、これによって、ＥＧＲ成層燃焼における成層度が低下し、内部ＥＧＲ量を充分に増やすことができなくなってしまうという問題が発生する。
【０００５】
そこで、本願発明は、ガス流動の強化によって新気と燃料との混合を促進させつつ、内部ＥＧＲガスに燃料が混じることを抑制でき、以って、ＥＧＲ成層燃焼における混合気の均質度を向上させることができる内燃機関の制御装置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】
そのため、本願発明は、可変動弁機構を制御して、第１吸気弁の開時期を上死点前に設定し、第２吸気弁の開時期を上死点以降に設定し、第１吸気弁の閉時期及び第２吸気弁の閉時期を下死点以降に設定すると共に、係るバルブタイミングの設定状態において、燃料噴射装置による第１吸気弁に向けての燃料噴射の開始タイミングを、第１吸気弁を介して吸気ポート側に吹き返すガス量が多いほど上死点からより遅れた時期に設定するようにした。
また、本願発明は、第１吸気弁の開時期を上死点前に設定し、第２吸気弁の開時期を上死点以降に設定し、第１吸気弁の閉時期及び前記第２吸気弁の閉時期を下死点以降に設定すると共に、係るバルブタイミングの設定状態において、第１燃料噴射弁による第１吸気弁に向けての燃料噴射の開始タイミングを上死点から遅れた時期に設定し、更に、第２燃料噴射弁による燃料噴射量よりも第１燃料噴射弁による燃料噴射量を少なく設定し、第１吸気弁を介して吸気ポート側に吹き返すガス量が多いほど第１燃料噴射弁による燃料噴射量をより少なくするようにした。
【発明の効果】
【０００７】
上記発明によると、吸気行程の初期で発生したスワール流を吸気行程中で継続させて燃焼室内のガス流動を強化でき、これによって、新気と燃料との混合を促進できると共に、内部ＥＧＲガスを導入する第１吸気弁に向けての燃料噴射の開始タイミングによって、内部ＥＧＲガスに燃料が混じることを抑止でき、ＥＧＲ成層燃焼における混合気の均質度が向上し、引いては、燃費性能の改善を図れる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本願発明の実施形態におけるエンジンの構成図である。
【図２】本願発明の実施形態における可変動弁機構の特性を示す線図である。
【図３】本願発明の実施形態における可変動弁機構の特性を示す線図である。
【図４】本願発明の実施形態における可変動弁機構の制御特性を示す図である。
【図５】本願発明の実施形態における燃料噴射装置を示す図である。
【図６】本願発明の実施形態におけるバルブタイミング及び噴射タイミングを示す図である。
【図７】本願発明の実施形態における噴射タイミングの演算ルーチンを示すフローチャートである。
【図８】本願発明の実施形態における燃料噴射装置を示す図である。
【図９】本願発明の実施形態における噴射タイミングの演算ルーチンを示すフローチャートである。
【図１０】本願発明の実施形態におけるバルブタイミング及び噴射タイミングを示す図である。
【図１１】本願発明の実施形態におけるバルブタイミング，噴射タイミング及び噴射量特性を示す図である。
【図１２】本願発明の実施形態における噴射量比率の演算ルーチンを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下に本発明に係る内燃機関の制御装置の実施形態を説明する。
図１は、本発明に係る制御装置を適用する車両用エンジン（内燃機関）のシステム構成を示す図である。
図１に示すエンジン１０１は、直列型多気筒内燃機関であるが、Ｖ型や水平対向型などの内燃機関であってもよい。
【００１０】
エンジン１０１の各気筒に空気を導入するための吸気管１０２には、エンジン１０１の吸入空気流量ＱＡを検出する吸入空気量センサ１０３を設けてある。吸入空気量センサ１０３として、例えば、吸気の質量流量を検出する熱線式流量計などを用いることができる。
各燃焼室１０４には、燃焼室１０４の吸気口を開閉する第１吸気弁１０５ａ，第２吸気弁１０５ｂが設けられ、吸気弁１０５ａ，１０５ｂの上流側の吸気管（吸気ポート）１０２には、気筒毎に燃料噴射弁１０６を設けてある。
【００１１】
燃料噴射弁１０６から噴射された燃料は、吸気弁１０５ａ，１０５ｂを介して燃焼室１０４内に空気と共に吸入され、点火プラグ１０７による火花点火によって着火燃焼し、該燃焼による圧力がピストン１０８をクランクシャフト１０９に向けて押し下げることで、クランクシャフト１０９を回転駆動する。
また、各燃焼室１０４には、燃焼室１０４の排気口を開閉する第１排気弁１１０ａ，第２排気弁１１０ｂが設けられ、この排気弁１１０ａ，１１０ｂが開くことで排ガスが排気管１１１に排出される。
【００１２】
排気管１１１には、三元触媒等を備えた触媒コンバータ１１２が設置され、触媒コンバータ１１２によって排気を浄化する。
尚、本実施形態では、前述のように、気筒毎に２つの吸気弁１０５ａ，１０５ｂ及び２つの排気弁１１０ａ，１１０ｂを備えており、第１吸気弁１０５ａ上流側の第１吸気ポート１１３ａと第２吸気弁１０５ｂ上流側の第２吸気ポート１１３ｂとが合流して吸気管１０２に接続されている。
【００１３】
吸気弁１０５ａ，１０５ｂ及び排気弁１１０ａ，１１０ｂは、クランクシャフト１０９によって回転駆動される吸気カムシャフト及び排気カムシャフトの回転に伴って開動作する。
２つの排気弁１１０ａ，１１０ｂは、一定のバルブタイミングで開動作するが、２つの吸気弁１０５ａ，１０５ｂのバルブタイミング（開時期ＩＶＯ及び閉時期ＩＶＣ）は、可変動弁機構１１４ａ，１１４ｂによって可変とされる。
【００１４】
第１可変動弁機構１１４ａは、クランクシャフト１０９に対する吸気カムシャフトの回転位相を変化させることで、吸気弁１０５ａ，１０５ｂのバルブ作動角の位相を連続的に進角方向及び遅角方向に変化させる公知の機構である。
また、第２可変動弁機構１１４ｂは、第１吸気弁１０５ａのバルブタイミングを変化させることなく、第２吸気弁１０５ｂのバルブタイミングを可変とする機構であり、この第２可変動弁機構１１４ｂによって第２吸気弁１０５ｂのバルブタイミングを、第１吸気弁１０５ａと同じタイミングから異なるタイミングにまで変化させることができるようになっている。
【００１５】
第２可変動弁機構１１４ｂとしては、特開２００８−２５５８６６号公報に開示される、制御軸の角度を変化させることで、吸気弁の最大バルブリフト量をバルブ作動角と共に連続的に可変とするリフト及び作動角可変機構や、同じく特開２００８−２５５８６６号公報に開示される、吸気弁の駆動に用いるカムを、大作動角カムと小作動角カムとのいずれか一方に切り替えるカム切替機構や、米国特許出願公開第２００９／０２１７８９３号明細書（特開２００９−１９７５９７号公報）に開示される、１本のバルブに対して複数設けられたカムノーズと、複数のカムノーズのいずれか１つの駆動力をバルブに伝達する伝達切替機構とを備えた動弁装置などを用いることができる。
ここで、第２可変動弁機構１１４ｂとして、カム切替機構を用いる場合、図２に示すように、大作動角カムの選択時には、第１吸気弁１０５ａ及び第２吸気弁１０５ｂのバルブリフト量（最大バルブリフト量）及びバルブ作動角が略同等になり、小作動角カムの選択時には、第２吸気弁１０５ｂのバルブリフト量及びバルブ作動角が第１吸気弁１０５ａよりも小さくなるように設定してある。
【００１６】
また、第２可変動弁機構１１４ｂとして、リフト及び作動角可変機構を用いる場合には、図３に示すように、第２吸気弁１０５ｂのバルブリフト量（最大バルブリフト量）及びバルブ作動角の可変範囲（ＭＩＮ〜ＭＡＸ）には、第１吸気弁１０５ａのバルブリフト量及びバルブ作動角と同じバルブリフト量及びバルブ作動角と、前記小作動角カムの選択時のバルブリフト量及びバルブ作動角とを少なくとも含む。
また、点火プラグ１０７それぞれには、点火プラグ１０７に対して点火エネルギを供給する点火モジュール１１６が直付けされている。点火モジュール１１６は、点火コイル及び点火コイルへの通電を制御するパワートランジスタを備えている。
【００１７】
エンジン制御装置２０１は、コンピュータを備え、各種のセンサやスイッチからの信号を入力し、予め記憶されたプログラムに従って演算処理を行うことで、燃料噴射弁１０６、可変動弁機構１１４ａ，１１４ｂ、点火モジュール１１６などの各種デバイスの操作量を演算して出力する装置であり、本願発明に係る制御装置としての制御機能を後述するように備えている。
【００１８】
また、エンジン制御装置２０１は、吸入空気量センサ１０３の出力信号を入力する他、クランクシャフト１０９の回転角信号ＰＯＳを出力するクランク角センサ２０３、アクセルペダル２０７の踏込み量（アクセル開度ＡＣＣ）を検出するアクセル開度センサ２０６、吸気カムシャフトの回転角信号ＣＡＭを出力するカム角センサ２０４、エンジン１０１の冷却水の温度ＴＷを検出する水温センサ２０８、触媒コンバータ１１２上流側の排気管１１１に設置され、排気中の酸素濃度に基づいて空燃比ＡＦを検出する空燃比センサ２０９などからの信号を入力し、更に、エンジン１０１の運転及び停止のメインスイッチであるイグニッションスイッチ（ＩＧＮスイッチ）２０５の信号を入力する。
【００１９】
ここで、エンジン制御装置２０１による可変動弁機構１１４ａ，１１４ｂの制御を、図４に従って概略的に説明する。
エンジン制御装置（バルブタイミング設定手段）２０１は、エンジン１０１の負荷、回転速度、温度（冷却水温度）などの各種運転条件に基づき、各運転条件に適した吸気弁１０５ａ，１０５ｂのバルブタイミングを設定し、このバルブタイミングになるように可変動弁機構１１４ａ，１１４ｂを制御する。
【００２０】
例えば図４に示すように、エンジン１０１の運転条件（運転モード）を、エンジン負荷、エンジン回転速度、エンジン温度などに基づき、燃費向上条件（低負荷域）、ノッキング抑制条件（高負荷域）、排気浄化条件（暖機運転時など）、出力要求条件（加速運転時など）などに場合分けし、それぞれに吸気弁１０５ａ，１０５ｂのバルブタイミングの目標値（設計値）を予め設定する。
【００２１】
燃費向上条件（ＥＧＲ成層燃焼モード）は、出力よりも燃費性能を優先することが要求される低回転低負荷側の運転条件であり、この燃費向上条件では、第１可変動弁機構１１４ａによって吸気カムシャフトの回転位相を進角させると共に、第２可変動弁機構１１４ａによって第２吸気弁１０５ｂのバルブ作動角を第１吸気弁１０５ａよりも小さくすることで、第１吸気弁１０５ａの開時期ＩＶＯを上死点ＴＤＣ前（例えば、上死点ＴＤＣ前８deg）に設定し、第２吸気弁１０５ｂの開時期ＩＶＯを上死点ＴＤＣ以降（例えば、上死点ＴＤＣ後３６deg）に設定し、第１吸気弁１０５ａの閉時期ＩＶＣ及び第２吸気弁１０５ｂの閉時期ＩＶＣを下死点ＢＤＣ以降の略同じ時期（例えば、下死点ＢＤＣ後４０deg）に設定して、ＥＧＲ成層燃焼の実現により燃費の向上を図る。
【００２２】
また、ノッキング抑制条件（ノッキング抑制モード）は、ノッキングが発生し易い暖機後の高負荷側の運転条件であり、このノッキング抑制条件では、吸気弁１０５ａ，１０５ｂのバルブ作動角を、燃費向上条件と同等に保ったまま、第１可変動弁機構１１４ａによって吸気カムシャフトの回転位相を遅角させることで、吸気弁１０５ａ，１０５ｂのバルブタイミングを共に燃費向上条件のときよりも遅らせ、第１吸気弁１０５の開時期ＩＶＯを上死点付近に設定することで、内部ＥＧＲ量の低減、及び、ガス流動の強化による燃焼速度の増大（燃焼期間の短縮）によって、ノッキングの抑制を図る。
【００２３】
また、排気浄化条件（排気浄化モード）は、触媒コンバータ１１２の温度を速やかに活性温度にまで昇温させることが要求されるエンジン１０１の低温条件（暖機運転状態）であり、ノッキング抑制条件と同じバルブタイミングに設定することで、より遅れた点火時期での点火を可能とし、点火時期を遅角することで排気温度を高め、触媒コンバータ１１２の活性を促進させる。
【００２４】
また、出力要求条件（出力要求モード）は、燃費性能よりも出力が要求される加速運転状態や中高負荷域などの運転条件であり、この出力要求条件では、第１可変動弁機構１１４ａによる吸気カムシャフトの回転位相は、ノッキング抑制条件や排気浄化条件と同等に保持したまま、第２可変動弁機構１１４ｂによって第２吸気弁１０５ｂのバルブ作動角を第１吸気弁１０５ａと同等に設定することで、吸気弁１０５ａ，１０５ｂの開時期ＩＶＯが共に上死点付近で、吸気弁１０５ａ，１０５ｂの閉時期ＩＶＣが共に下死点以降の略同じ時期に設定されるようにすることで新気充填効率を高め、均質燃焼を行わせる。
【００２５】
次に、エンジン制御装置２０１による前記燃費向上条件でのバルブタイミング制御及び燃料噴射制御を詳述する。
まず、図５に示すように、気筒毎に１本の燃料噴射弁１０６からなる燃料噴射装置を吸気管１０２に備え、この燃料噴射弁１０６が、第１吸気弁１０５ａに向かう方向と、第２吸気弁１０５ｂに向かう方向との２方向に燃料を噴射する場合の制御を、図６に基づき説明する。
【００２６】
前記燃費向上条件において、エンジン制御装置２０１（バルブタイミング設定手段）は、前述のように、第１吸気弁１０５ａの開時期ＩＶＯを上死点よりも前（例えば上死点ＴＤＣ前８deg）に設定し、第２吸気弁１０５ｂの開時期ＩＶＯを上死点ＴＤＣ以降（例えば上死点ＴＤＣ後３６deg）に設定する一方、第１吸気弁１０５ａの閉時期ＩＶＣ及び第２吸気弁１０５ｂの閉時期ＩＶＣを下死点ＢＤＣ以降の略同じ時期（例えば、下死点ＢＤＣ後４０deg）に設定する。
尚、排気弁１１０ａ，１１０ｂの閉時期ＥＶＣは、上死点付近（例えば、上死点ＴＤＣ後２３deg）に設定し、排気弁１１０ａ，１１０ｂの開時期ＥＶＯは、下死点付近（例えば、下死点ＢＤＣ前５deg）に設定してある。
これにより、第１吸気弁１０５ａは、ピストン上昇中の排気行程で開くことになり、第１吸気弁１０５ａがピストン上昇中に開くと、燃焼室内の燃焼後のガスは、第１吸気弁１０５ａ上流の第１吸気ポート１１３ａに吹き返すことになる。
【００２７】
そして、第１吸気弁１０５ａの開状態で、ピストンが上死点に達するまでに、第１吸気ポート１１３ａに吹き返したガス（内部ＥＧＲガス）は、ピストンが上死点ＴＤＣから下降に転じて吸気行程に切り替わることで燃焼室１０４内に吸入され、内部ＥＧＲガスの吸入に続けて新気が第１吸気弁１０５ａを介して燃焼室１０４内に吸入されることになる。
一方、第２吸気弁１０５ｂは、ピストン上昇中の排気行程では開かず、ピストンが上死点ＴＤＣに達した以降の吸気行程で開くので、第２吸気弁１０５ｂの上流側の第２吸気ポート１１３ｂに対する吹き返しは発生しない。
【００２８】
ここで、第１吸気弁１０５ａと第２吸気弁１０５ｂとが位相差をもって開弁することで、燃焼室１０４内にスワール流が発生し、その後、吸気弁１０５ａ，１０５ｂの双方が下死点ＢＤＣ以降まで開状態を保持するので、開弁初期（吸気行程初期）に発生したスワール流が吸気行程中において継続し、燃焼室１０４内におけるスワール流が強化される。その結果、燃焼室１０４内における平均流速が増加して、燃焼室１０４内でのガスの運動エネルギーが増大し、新気と燃料との混合を促進させることができる。
尚、燃焼室１０４内への内部ＥＧＲガスの導入がほぼ完了した直後の吸気行程の途中で、第１吸気弁１０５ａを閉じると、スワール流が弱くなってしまうので、吸気弁１０５ａ，１０５ｂを位相差をもって開弁し、双方の開弁状態を下死点ＢＤＣ後まで継続させることで、スワール流の強化を図れる。
【００２９】
但し、ガス流動（スワール流）を強化すると、内部ＥＧＲガスに燃料が混ざり易くなり、これによって、ＥＧＲ成層燃焼における成層度（新気とＥＧＲガスとの分離度）が低下し、燃焼安定度が低下するため、内部ＥＧＲ量を充分に増やすことができなくなってしまう。そこで、エンジン制御装置２０１（噴射タイミング設定手段）は、燃料噴射弁１０６による噴射開始タイミングを、第１吸気ポート１１３ａに吹き返したガスが、第１吸気弁１０５ａを介して燃焼室１０４に吸入された後であって、燃料噴射弁１０６からの燃料が新気中に噴射されることになるタイミングに設定する。
【００３０】
即ち、ピストンが下降に転じた直後の吸気行程初期には、内部ＥＧＲガスが第１吸気弁１０５ａを介して燃焼室に吸入されるから、このときに燃料噴射弁１０６による燃料噴射を行わせると、内部ＥＧＲガスに燃料が混ざって成層度が低下する。このため、燃料噴射弁１０６からの燃料噴霧が第１吸気弁１０５ａに到達した時点で、既に、内部ＥＧＲガスが燃焼室１０４に吸入されていて、燃料が新気中に噴射されるように、内部ＥＧＲガスの吸入期間である吸気行程初期を過ぎてから、換言すれば、上死点ＴＤＣから設定期間だけ遅れたタイミングで、燃料噴射弁１０６による燃料噴射を開始させる。
これによって、内部ＥＧＲガス中に燃料が混じることを抑制でき、以って、燃焼室１０４内における新気と内部ＥＧＲガスとの成層度が向上するので、第１吸気弁１０５ａの開時期ＩＶＯをより進角させて内部ＥＧＲ量の増大を図ることができる。更に、ガス流動が強化されて、新気と燃料との混合が促進されるので、混合気の均質度が増加し、燃費を改善できる。
【００３１】
ここで、上死点ＴＤＣから燃料噴射弁１０６による燃料噴射開始までの遅れ期間は、固定の時間或いは固定のクランク角度として予め設定しておくことができるが、第１吸気ポート１１３ａに吹き返したガス量が多いほど、吹き返しガスが燃焼室内に吸入されるのに要する時間が長くなる。このため、吹き返しガス量が多い場合であっても、内部ＥＧＲガス中に燃料が混じらないように、上死点ＴＤＣから噴射開始タイミングまでの遅れ期間を設定すると、吹き返しガス量が少ないときには、過剰に噴射開始タイミングが遅れ、燃料の気化時間が短くなり、また、燃焼混合気の均質度合いが低下し、燃焼安定性が低下してしまう。
【００３２】
そこで、上死点ＴＤＣから噴射開始タイミングまでの遅れ期間を、吹き返しガス量に応じて可変に設定することが好ましく、前記遅れ期間の設定処理を、図７のフローチャートに従って説明する。
図７のフローチャートは、エンジン制御装置２０１が一定時間毎に実行する、噴射開始遅れ時間（噴射開始タイミング）の設定ルーチンを示す。
【００３３】
まず、ステップＳ１（吹き返しガス量推定手段）では、第１吸気ポート１１３ａに対する吹き返しＥＧＲガス量Ｗｍ（cc）の演算を行う。
吹き返しＥＧＲガス量Ｗｍの演算は、例えば特開２００４−０４４５４８号公報に開示される推定方法を用いて行うことができる。
【００３４】
具体的には、第１吸気弁１０５ａのバルブ作動角内におけるバルブリフト量と、第１吸気弁１０５ｂの開時期ＩＶＯとに基づき、バルブオーバーラップ時の第１吸気弁１０５ａのバルブ開口面積ＡＷｍを演算し、このバルブ開口面積ＡＷｍに基づいてバルブオーバーラップ時の基本吹き返し量Ｗｍ０を算出する。
ここで、バルブ開口面積ＡＷｍが大きいほど、換言すれば、第１吸気弁１０５ａの開時期ＩＶＯが進角するほど、また、吸気弁１０５ａのバルブリフト量が大きいほど、基本吹き返し量Ｗｍ０はより大きな値として算出される。
【００３５】
そして、この基本吹き返し量Ｗｍ０に対して、そのときの吸気圧やエンジン回転速度に応じた補正を施して、吹き返しＥＧＲガス量Ｗｍを算出する。
前記吸気圧に応じた補正では、第１吸気弁１０５ａの上流側圧力である吸気管圧が高いほど、吹き返しＥＧＲガス量Ｗｍをより小さく補正する。また、機関回転速度Ｎｅが高いほど吹き返しＥＧＲガス量Ｗｍをより小さく補正する。
【００３６】
次のステップＳ２では、ステップＳ１で求めた吹き返しＥＧＲガス量Ｗｍに基づき、吹き返しガスが燃焼室内に吸入されるのに要する時間Ｔdelay（ms）を演算する。
前記時間Ｔdelayは、１気筒のシリンダ容積をＶＯＬ（cc）、１吸気サイクルの時間をＴ１（ms）としたときに、下記の式（１）に基づき算出される。
式（１）…Ｔdelay＝（Ｗｍ／ＶＯＬ）×Ｔ１
【００３７】
ここで、１吸気サイクルの時間Ｔ１（ms）は、エンジン回転速度Ｎｅ（rpm）に基づき、下記の式（２）に基づき算出される。
式（２）…Ｔ１＝（６０×１０００）／Ｎｅ／２
【００３８】
また、１気筒のシリンダ容積ＶＯＬ（cc）は、シリンダボア及びピストンストロークに基づき、下記の式（３）に基づき算出される。
式（３）…ＶＯＬ＝（ボア／２）2×π×ストローク
【００３９】
ステップＳ３では、燃料噴射弁１０６による噴射開始タイミングを、吹き返しＥＧＲガスの燃焼室１０４への吸入が開始される上死点ＴＤＣから、前記時間Ｔdelayだけ経過した時点に設定する。
尚、燃料噴射弁１０６から噴射された燃料が吸気弁１０５に到達するまでの輸送時間があるため、係る輸送時間分だけ前記時間Ｔdelayを補正してもよいが、輸送時間は短い時間であるため、式（１）で算出される時間Ｔdelayに基づき、噴射開始タイミングを決定すれば、必要充分な精度を得られる。
【００４０】
また、吹き返しＥＧＲガス量Ｗｍを演算式に基づき演算し、更に、演算した吹き返しＥＧＲガス量Ｗｍに基づき時間Ｔdelayを演算する代わりに、エンジン負荷及びエンジン回転速度によって区分される運転領域毎に、そのときの吹き返しＥＧＲガス量Ｗｍを見込んだ時間Ｔdelayを求め、前記運転領域毎に時間Ｔdelayを記憶したマップを設定し、係るマップからそのときのエンジン負荷及びエンジン回転速度に対応して記憶されている時間Ｔdelayを検索することができる。
【００４１】
上記のようにして、吹き返しＥＧＲガス量Ｗｍが多いときには、吹き返しＥＧＲガスが燃焼室に吸入されるまでの時間が長くなることに対応して、燃料噴射弁１０６の噴射開始タイミングをより遅らせる。これにより、内部ＥＧＲガス中に燃料噴射弁１０６から噴射された燃料が混じることを抑制しつつ、燃料噴射弁１０６の噴射開始タイミングをなるべく早い時期に設定でき、燃料噴霧の気化時間を長くでき、また、燃焼混合気の均質化を促進でき、燃焼安定性を向上させることができる。
【００４２】
上記の実施形態では、１つの燃料噴射弁（燃料噴射装置）１０６によって第１吸気弁１０５ａ側と第２吸気弁１０５ｂ側との双方に向けて燃料を噴射させたが、図８に示すように、第１吸気弁１０５ａに向けて燃料を噴射する第１燃料噴射弁１０６ａと、第２吸気弁１０５ｂに向けて燃料を噴射する第２燃料噴射弁１０６ｂとからなる燃料噴射装置を備えるエンジン１０１においても、前述のように、吸気弁１０５ａ，１０５ｂのバルブタイミングを設定し、かつ、第１吸気弁１０５ａに向けた燃料の噴射開始タイミングを設定することができる。
【００４３】
ここで、第１燃料噴射弁１０６ａと第２燃料噴射弁１０６ｂとを備える場合、第１吸気弁１０５ａに向けて燃料を噴射する第１燃料噴射弁１０６ａについては、内部ＥＧＲガスが燃焼室内に吸入されてから燃料噴射を開始させることが、成層度を向上させるために要求されるが、吹き返しが発生しない第２吸気弁１０５ｂに向けて燃料を噴射する第２燃料噴射弁１０６ｂについては、第１燃料噴射弁１０６ａと同じ時期に燃料を噴射する必要はない。
そこで、第１燃料噴射弁１０６ａと第２燃料噴射弁１０６ｂとを備えるエンジン１０１では、図９のフローチャートに従って、エンジン制御装置２０１が、第１燃料噴射弁１０６ａの噴射開始タイミングと、第２燃料噴射弁１０６ｂの噴射開始タイミングとを個別に設定することができる。
【００４４】
図９のフローチャートは、一定時間毎に実行される、噴射開始タイミングの設定ルーチンを示す。
ステップＳ１１では、ステップＳ１と同様に、吹き返しＥＧＲガス量Ｗｍ（cc）を演算し、ステップＳ１２では、ステップＳ２と同様に、吹き返しガスが燃焼室１０４内に吸入されるのに要する時間Ｔdelay（ms）を演算する。
【００４５】
ステップＳ１３では、第２燃料噴射弁１０６ｂの噴射開始タイミングＩＴ２を演算する。前述のように、第２燃料噴射弁１０６ｂの噴射開始タイミングＩＴ２は、第１燃料噴射弁１０６ａの噴射開始タイミングＩＴ１とは異なる時期に設定することができ、また、第１燃料噴射弁１０６ａの噴射開始タイミングＩＴ１よりも早い時期に第２燃料噴射弁１０６ｂによる燃料噴射を開始させても、内部ＥＧＲガスに燃料が混じることを抑制することができる。
そこで、第２燃料噴射弁１０６ｂの噴射開始タイミングＩＴ２については、気化時間を充分に確保でき、かつ、第２吸気弁１０５ｂを介して燃焼室内に吸入される新気を均質な燃焼混合気とすることができる適当な時期に設定することができる。
【００４６】
具体的には、図１０に示すように、例えば、第２吸気弁１０５ｂの開時期ＩＶＯ（上死点）を、第２燃料噴射弁１０６ｂの噴射開始タイミングＩＴ２とする。このように、第２吸気弁１０５ｂの開時期ＩＶＯに合わせて第２燃料噴射弁１０６ｂの噴射を開始させれば、第２吸気弁１０５ｂを介して燃焼室に吸入するガス流動が強いときに燃料を噴射させることができ、燃焼混合気の均質化を図ることができ、また、燃焼室内での燃料噴霧の気化時間を充分に確保できる。
但し、第２燃料噴射弁１０６ｂの噴射開始タイミングＩＴ２は、第２吸気弁１０５ｂの開時期ＩＶＯに限定されるものではなく、例えば、第２吸気弁１０５ｂの開時期ＩＶＯ前（上死点前）に設定することができる。
【００４７】
ステップＳ１４では、ステップＳ３と同様に、第１燃料噴射弁１０６ａによる噴射開始タイミングＩＴ１を、吹き返しＥＧＲガスの燃焼室への吸入が開始される上死点ＴＤＣから、前記時間Ｔdelayだけ経過した時点に設定する。
図１０に示した例では、第１燃料噴射弁１０６ａの噴射パルス幅（燃料噴射量）と、第２燃料噴射弁１０６ｂの噴射パルス幅（燃料噴射量）とを同等に設定してある。即ち、燃焼室１０４に吸入される新気量に対応して目標空燃比の混合気を形成させるために要求される燃料量の半分を、第１燃料噴射弁１０６ａから噴射させ、残りの半分を第２燃料噴射弁１０６ｂから噴射させている。
【００４８】
但し、第１吸気弁１０５ａを介しては、内部ＥＧＲガスと新気とが燃焼室１０４内に吸入されるのに対し、第２吸気弁１０５ｂを介しては、新気が燃焼室１０４内に吸入され、第２吸気弁１０５ｂを通過する新気の量は、第１吸気弁１０５ａを通過する新気の量に比べて多くなる。
従って、均質な可燃混合気を形成させるためには、図１１に示すように、第１燃料噴射弁１０６ａが噴射する燃料量よりも、第２燃料噴射弁１０６ｂが噴射する燃料量を多くすることが好ましい。
【００４９】
ここで、第１燃料噴射弁１０６ａの燃料噴射量と第２燃料噴射弁１０６ｂの燃料噴射量との比率を予め設定した一定値に固定し、新気量に見合う燃料量を、前記比率に従って第１燃料噴射弁１０６ａと第２燃料噴射弁１０６ｂとにそれぞれ分担させて噴射させることができる。
また、内部ＥＧＲガス量に応じて第１吸気弁１０５ａを通過する新気量が変化することに対応して、第１燃料噴射弁１０６ａの燃料噴射量と第２燃料噴射弁１０６ｂの燃料噴射量との比率を可変に設定することができる。
【００５０】
図１２のフローチャートは、エンジン制御装置（噴射量設定手段）２０１が一定時間毎に実行する、噴射量比率の設定ルーチンを示す。
ステップＳ２１では、吸入空気量センサ１０３の信号から吸入空気量Ｑａを演算する。
ステップＳ２２では、吸入空気量Ｑａ、エンジン回転速度Ｎｅなどから燃料噴射量Ｔｐを演算する。
【００５１】
ステップＳ２３では、前記ステップＳ１と同様にして、吹き返しＥＧＲガス量Ｗｍを演算する。
ステップＳ２４では、第１吸気弁１０５ａを介して燃焼室１０４に吸入される新気量と、第２吸気弁１０５ｂを介して燃焼室１０４に吸入される新気量との比率を演算する。
ここで、第１吸気弁１０５ａを介して新気及び吹き返しＥＧＲガスが燃焼室１０４に吸入され、この新気及び吹き返しＥＧＲガスの総量は、第２吸気弁１０５ａを介して燃焼室１０４に吸入される新気量と略同等になる。
【００５２】
即ち、第１吸気弁１０５ａを介して吸入される新気量をＱａ１、第２吸気弁１０５ｂを介して吸入される新気量をＱａ２としたときに、Ｑａ＋Ｗｍが燃焼室内に吸入されるガスの総量であり、該総量の半分は、第２吸気弁１０５ｂを介して吸入される新気量Ｑａ２と略同量になるから、新気量Ｑａ２は、Ｑａ２＝（Ｑａ＋Ｗｍ）／２として求められる。
一方、Ｑａ２＝Ｑａ１＋Ｗｍであるから、新気量Ｑａ１は、Ｑａ１＝Ｑａ２−Ｗｍ＝（Ｑａ＋Ｗｍ）／２−Ｗｍとして求められ、新気量比率は、Ｑａ１：Ｑａ２＝（Ｑａ＋Ｗｍ）／２−Ｗｍ：（Ｑａ＋Ｗｍ）／２となる。
【００５３】
前記新気量比率に対応する比率で第１燃料噴射弁１０６ａ及び第２燃料噴射弁１０６ｂから燃料を噴射させればよいので、次のステップＳ２５では、前記新気量比率に基づき、第１燃料噴射弁１０６ａから噴射させる燃料噴射量Ｔｐ１と、第２燃料噴射弁１０６ｂから噴射させる燃料噴射量Ｔｐ２とを演算する。
即ち、Ｔｐ＝Ｔｐ１＋Ｔｐ２で、かつ、Ｔｐ１：Ｔｐ２＝Ｑａ１：Ｑａ２となるように、各噴射量Ｔｐ１，Ｔｐ２を、Ｔｐ１＝Ｔｐ×Ｑａ１／Ｑａ、Ｔｐ２＝Ｔｐ×Ｑａ２／Ｑａとして演算する。
【００５４】
上記のようにして、各吸気弁１０５ａ，１０５ｂを通過する新気量の違いに対応して、燃料噴射弁１０６ａ，１０６ｂそれぞれの燃料噴射量を個別に設定すれば、各吸気弁１０５ａ，１０５ｂを通過する新気に対して目標空燃比相当の燃料を噴射することになり、目標空燃比の均質な可燃混合気を形成することができ、燃焼安定性を向上させることができる。
【００５５】
尚、第１吸気弁１０５ａに向けて燃料を噴射する第１燃料噴射弁１０６ａ、及び、第２吸気弁１０５ｂに向けて燃料を噴射する第２燃料噴射弁１０６ｂを設ける場合、これらの燃料噴射弁１０６ａ，１０６ｂを吸気管１２の上下流方向に離して設置することができ、燃料噴射弁１０６ａ，１０６ｂの配置は適宜設定することができる。
また、吸気弁１０５ａ，１０５ｂとして、電磁石による磁気吸入力によって開閉動作する電磁駆動弁を用いることができる。
【００５６】
また、第１燃料噴射弁１０６ａと第２燃料噴射弁１０６ｂとを備えたエンジン１０１において、第１燃料噴射弁１０６ａの噴射開始タイミングを、第２燃料噴射弁１０６ｂの噴射開始タイミングから第１燃料噴射弁１０６ａの噴射開始タイミングまでの遅延時間を、吹き返した内部ＥＧＲガス量に応じて設定し、第２燃料噴射弁１０６ｂの噴射開始から前記遅延時間が経過してから第１燃料噴射弁１０６ａの噴射を開始させることができる。従って、第１燃料噴射弁１０６ａの噴射開始タイミングの基準位置は、上死点に限定されるものではない。
【００５７】
また、第２燃料噴射弁１０６ａの燃料噴射を、第２吸気弁１０５ｂの開弁前と開弁後との２回に分けて行わせたり、第２吸気弁１０５ｂの開弁後に複数回に分けて行わせたりすることができる。
また、第１吸気弁１０５ａと第２吸気弁１０５ｂとの双方に向けて燃料を噴射する２方向燃料噴射弁と、第２吸気弁１０５ｂに向けて燃料を噴射する１方向燃料噴射弁とを設け、第１吸気弁１０５ａを通過する新気量に見合った燃料を２方向燃料噴射弁から噴射させ、第２吸気弁１０５ｂを通過する新気量に見合った燃料を、２方向燃料噴射弁からの噴射と１方向燃料噴射弁からの噴射との合計で得られるようにすることができる。
【００５８】
更に、第１燃料噴射弁１０６ａと第２燃料噴射弁１０６ｂとは、同じ噴霧特性であっても良いし、噴霧角、噴霧粒径などが異なる燃料噴射弁を用いることができ、更に、第１燃料噴射弁１０６ａに対する燃料の供給圧と、第２燃料噴射弁１０６ｂに対する燃料の供給圧とを異ならせることができる。
また、上記実施形態では、燃費向上条件（ＥＧＲ成層燃焼モード）において、第１吸気弁１０５ａの閉時期と第２吸気弁１０５ｂの閉時期とを、下死点以降の同じ時期としたが、下死点以降の異なる時期に設定することができ、例えば、第１吸気弁１０５ａの開弁期間（作動角）と第２吸気弁１０５ｂの開弁期間（作動角）とを同じに設定して、第１吸気弁１０５ａの閉弁時期ＩＶＣを、第２吸気弁１０５ｂの閉弁時期ＩＶＣよりも早くすることができる。
【００５９】
ここで、上記実施形態から把握し得る請求項以外の技術的思想について、以下に効果と共に記載する。
（イ）請求項１から５のいずれか１つに記載の内燃機関の制御装置において、
前記第１吸気弁を介して吸気ポート側に吹き返すガス量を、前記第１吸気弁の開時期、内燃機関の吸気圧、及び、内燃機関の回転速度に基づいて推定する吹き返しガス量推定手段を設けた内燃機関の制御装置。
係る構成では、吸気ポート側に吹き返すガス量が、第１吸気弁の開時期、内燃機関の吸気圧、及び、内燃機関の回転速度に応じて変化することに対応して、吹き返しガス量を精度良く推定することができ、引いては、噴射開始タイミングや燃料噴射量を精度良く設定できる。
【符号の説明】
【００６０】
１０１…エンジン（内燃機関）、１０５ａ，１０５ｂ…吸気弁、１０６ａ，１０６ｂ…燃料噴射弁、１０７…点火プラグ、１０９…クランクシャフト、１１０ａ，１１０ｂ…排気弁、１１３ａ，１１３ｂ…吸気ポート、１１４ａ，１１４ｂ…可変動弁機構、１１５…点火モジュール、２０１…エンジン制御装置、２０３…クランク角センサ、２０４…カム角センサ
【図１】
0005502033.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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