(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダ内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁を備えると共に、吸気行程にて燃料を噴射させて行う均質燃焼と、圧縮行程にて燃料を噴射させて行う成層燃焼とが切り換えられる直噴ガソリンエンジンであって、シリンダ内に生じるスワール力を制御するスワールコントロールバルブを吸気系に備えた直噴ガソリンエンジンにおいて、エンジンの温度が第１の基準温度以下である均質燃焼時に、前記スワールコントロールバルブを閉じ、エンジン温度が前記第１の基準温度を超えかつ前記第１の基準温度よりも高い第２の基準温度以下であるときに、前記スワールコントロールバルブを開く一方、エンジンの温度が前記第２の基準温度以下であるときに、前記燃料噴射弁に対する燃料の供給圧を、エンジンの温度が前記第２の基準温度よりも高い温間時の値よりも増大させる冷間時制御手段を設けたことを特徴とする直噴ガソリンエンジンの制御装置。
【請求項２】
前記冷間時制御手段が、エンジンの温度が前記第１の基準温度以下の範囲において、温度が高くなるほど前記燃料の供給圧を徐々に減じて前記温間時の値に戻すようにすると共に、前記エンジン温度が前記第１の基準温度を超えかつ前記第２の基準温度以下の範囲において、温度が高くなるほど燃料の供給圧を徐々に減じて前記温間時の値に戻すようにすることを特徴とする請求項１記載の直噴ガソリンエンジンの制御装置。
【請求項３】
エンジンが所定の高負荷・高回転領域のときに、前記冷間時制御手段に優先して、前記スワールコントロールバルブを開くと共に、前記燃料噴射弁に対する燃料の供給圧を前記温間時の値に戻す一方、前記スワールコントロールバルブの閉制御及び／又は前記燃料供給圧の増大制御に代えて、前記燃料噴射弁による噴射タイミングを早める高負荷・高回転時制御手段を設けたことを特徴とする請求項１又は２記載の直噴ガソリンエンジンの制御装置。
【請求項４】
前記高負荷・高回転時制御手段が、エンジンの温度が低いときほど噴射タイミングをより早めることを特徴とする請求項３記載の直噴ガソリンエンジンの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、直噴ガソリンエンジンの制御装置に関し、特に、冷間時における燃料噴霧のシリンダボアへの付着を低減する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、直噴ガソリンエンジンにおいて、冷間時にシリンダボアに燃料が付着してオイル希釈等が発生することを防止する技術が種々提案されている。例えば、特開平９−０６８０７２号公報には、燃料噴射弁における燃料圧力を冷間時に低下させる構成、冷間時にピストン頂面にだけ燃料噴霧が衝突するタイミングで燃料噴射を行わせる構成、シリンダボアへの燃料付着が少ない第２の燃料噴射弁を備える構成、冷間時に吸気弁の傘裏部に燃料噴霧が衝突するように噴射タイミングを制御する構成が開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、冷間時に燃料圧力を低下させるようにすれば、噴射燃料の推進力が弱くなるものの、燃料の液滴が大きくなって気化し難くなるので、必ずしもシリンダボアに対して付着する燃料を低減できるとは限らないという問題があった。また、噴射タイミングを冷間時に切り換える構成では、シリンダボアに対する付着燃料量の低減効果が得られるとしても、燃料と新気との混合時間等から要求される最適な噴射タイミングからずれることになって、出力の低下などを生じてしまう可能性があった。
【０００４】
更に、冷間時専用の燃料噴射弁を備える構成とした場合には、構造が複雑化し、また、コストが増大してしまうという問題があった。本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、冷間時専用の燃料噴射弁を用いることなく、また、噴射タイミングを極力変更することなく、シリンダボアへの燃料付着を効果的に低減できるようにすることを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
そのため請求項１記載の発明は、シリンダ内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁を備えると共に、吸気行程にて燃料を噴射させて行う均質燃焼と、圧縮行程にて燃料を噴射させて行う成層燃焼とが切り換えられる直噴ガソリンエンジンであって、シリンダ内に生じるスワール力を制御するスワールコントロールバルブを吸気系に備えた直噴ガソリンエンジンにおいて、エンジンの温度が第１の基準温度以下である均質燃焼時に、前記スワールコントロールバルブを閉じ、エンジンの温度が前記第１の基準温度を越えかつ前記第１の基準温度よりも高い第２の基準温度以下であるときに、前記スワールコントロールバルブを開く一方、エンジン温度が前記第２の基準温度以下であるときに、前記燃料噴射弁に対する燃料の供給圧を、エンジンの温度が前記第２の基準温度よりも高い温間時の値よりも増大させる冷間時制御手段を設ける構成とした。
【０００６】
かかる構成によると、エンジンの温度が第１の基準温度以下では、燃料供給圧の増大制御とスワールを強める制御とが行われ、エンジンの温度が第１の基準温度を越えかつ第２の基準温度以下であるときには、燃料供給圧の増大制御のみが行われる。即ち、冷間時であっても、エンジンの温度が比較的高いときには、スワールを強める制御は行わずに、燃料供給圧を増大させる制御のみを行わせ、よりエンジン温度が低く燃料供給圧を増大させるだけでは、シリンダボアへの燃料付着を充分に低減できないときに、スワールを強める制御を併用する。
【０００７】
請求項２記載の発明では、前記冷間時制御手段が、エンジンの温度が前記第１の基準温度以下の範囲において、温度が高くなるほど前記燃料の供給圧を徐々に減じて前記温間時の値に戻すようにすると共に、前記エンジン温度が前記第１の基準温度を越えかつ前記第２の基準温度以下の範囲において、温度が高くなるほど燃料の供給圧を徐々に減じて前記温間時の値に戻す構成とした。
【０００８】
かかる構成によると、エンジンの温度が第２の基準温度よりも低くなるほど燃料の供給圧は徐々に高く設定されるが、スワールの強める制御が行われる第１の基準温度では、一旦前記温間時の値に戻され、第１の基準温度よりも低くなるほど徐々に燃料の供給圧を高く設定する。即ち、第１の基準温度を越えかつ第２の基準温度以下の温度範囲では、燃料供給圧の増大制御のみによってシリンダボア付着の低減を図れるので、温度が低く燃料が気化し難くなるほど燃料供給圧をより高くする。一方、第１の基準温度のときには、スワールを強める制御を行うことで、燃料供給圧の増大制御が不要になるが、更に温度が低い場合には、スワールを強めただけでは、シリンダボア付着を低減できなくので、燃料供給圧を徐々に高めていく。
【０００９】
請求項３記載の発明では、エンジンが所定の高負荷・高回転領域のときに、前記冷間時制御手段に優先して、前記スワールコントロールバルブを開くと共に、前記燃料噴射弁に対する燃料の供給圧を前記温間時の値に戻す一方、前記スワールコントロールバルブの閉制御及び／又は前記燃料供給圧の増大制御に代えて、前記燃料噴射弁による噴射タイミングを早める高負荷・高回転時制御手段を設ける構成とした。
【００１０】
かかる構成によると、エンジンが所定の高負荷・高回転領域に移行すると、前記冷間時制御手段によってスワールコントロールバルブを閉じる制御が行われていたときには強制的にスワールコントロールバルブを開き、また、燃料供給圧を増大させる制御が行われていたときには強制的に燃料供給圧を前記温間時の値に戻す。そして、スワールコントロールバルブ及び／又は燃料供給圧の制御に代えて、噴射タイミングを早める制御（噴射タイミングを吸気ＴＤＣに近づける制御）によって、シリンダボア付着の低減を図る。噴射タイミングを早めると、シリンダボアよりもピストンに噴霧が衝突することになって、シリンダボアへの付着が低減されることになる。
【００１１】
請求項４記載の発明では、前記高負荷・高回転時制御手段が、エンジンの温度が低いときほど噴射タイミングをより早める構成とした。かかる構成によると、エンジンの温度が低く燃料が気化し難いときほど、噴射タイミングをより早めて、シリンダボアへの燃料付着を低減させる。
【００１２】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によると、燃料供給圧の増大制御を行う一方、温度域に応じてスワール制御を選択的に実行して、シリンダボアへの燃料付着を広範囲な温度域で低減させることができると共に、シリンダボアへの燃料付着の低減を、噴射タイミングの変更や燃料噴射弁の追加を伴わずに実現でき、以て、出力の低下やコストアップも回避できるという効果がある。
【００１３】
請求項２記載の発明によると、燃料供給圧の制御によって、シリンダボアへの燃料付着を温度条件に因らずに安定的に低減できるという効果がある。
【００１４】
請求項３記載の発明によると、高負荷・高回転領域において必要空気量を確保しつつ、燃料噴霧のシリンダボアへの衝突を避けて、シリンダボアへの燃料付着を低減できるという効果がある。
【００１５】
請求項４記載の発明によると、最適な噴射タイミングに極力近い噴射タイミングで、シリンダボアへの燃料付着を低減させることができ、出力確保とボア壁のオイル希釈の低減との両立が図れるという効果がある。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図に基づいて説明する。図１は、実施形態における車両用の直噴ガソリンエンジンのシステム構成図である。この図１において、アクセル開度センサ１は、運転者によって操作されるアクセルペダルの開度を検出する。
【００１７】
クランク角センサ２は、単位クランク角毎のポジション信号及び気筒間の行程位相差毎のリファレンス信号を発生し、前記ポジション信号の単位時間当りの発生数を計測することにより、或いは、前記リファレンス信号の発生周期を計測することにより、エンジン回転数Ｎ（rpm)が検出される。エアフローメータ３は、エンジン４の吸入空気流量Ｑａを検出する。
【００１８】
水温センサ５は、エンジン４の冷却水温度Ｔｗを検出する。尚、本実施形態では、前記冷却水温度Ｔｗをエンジン４の温度を代表するパラメータとして用いる。エンジン４には、各気筒毎に、燃料を直接シリンダ内に噴射する燃料噴射弁６、及び、燃焼室に装着されて点火を行う点火栓７が設けられる。
【００１９】
ここで、前記燃料噴射弁６によってシリンダ内に圧縮行程で燃料噴射することにより、成層燃焼によるリーン化が可能であり、また、吸気行程で燃料噴射して均質燃焼を行わせることで出力を確保することができ、エンジン負荷，エンジン回転数Ｎ，冷却水温度Ｔｗ，始動後時間などの運転条件に基づいて、燃料噴射量制御における目標空燃比が設定されると共に、均質，成層燃焼のいずれかの燃焼方式が選択されるようになっている。
【００２０】
一方、エンジン４の吸気通路８にはスロットル弁９が介装され、該スロットル弁９は、ＤＣモータ等のスロットルアクチュエータ10によって開閉駆動されるようになっている。前記各種センサ類からの検出信号は、ＣＰＵ，ＲＡＭ，ＲＯＭ，入出力インターフェース等を含んで構成されるコントロールユニット11へ入力され、該コントロールユニット11は、前記センサ類からの信号に基づいて検出される運転状態に応じて、スロットル弁９の開度を制御し、前記燃料噴射弁６による燃料噴射量及び噴射タイミングを制御し、前記点火栓７による点火時期を制御する。
【００２１】
また、吸気通路８の吸気ポート部分にシリンダ内のスワール力を制御するスワールコントロールバルブ12が備えられており、このスワールコントロールバルブ12の開閉も前記コントロールユニット11によって制御される。前記スワールコントロールバルブ12は、閉じられたときにシリンダ内に強いスワールを発生させる流量調整弁である。
【００２２】
ところで、冷間時（暖機中）には、前記燃料噴射弁６により吸気行程で燃料噴射させて均質燃焼を行わせるが、かかる冷間時の均質燃焼時において、燃料噴射弁６から噴射された燃料が温度の低いシリンダボアに付着すると、ボア壁面のオイル希釈が生じる。そこで、本実施形態では、以下に示すコントロールユニット11の制御機能によって、冷間時におけるシリンダボアへの燃料付着の低減（オイル希釈の低減）を図るようになっている。
【００２３】
図２のフローチャートは、冷間時にシリンダボアに対する燃料付着を低減するための制御（冷間時制御手段）の実施形態を示すものである。
【００２４】
Ｓ２１では、前記水温センサ５で検出された冷却水温度Ｔｗを読み込む。Ｓ２２では、吸気行程噴射による均質燃焼を全運転領域で行わせるエンジン４の暖機運転中であるか否かを判別する。
【００２５】
Ｓ２３では、前記Ｓ２１で読み込んだエンジン温度を代表する冷却水温度Ｔｗが第１の基準温度Ｔ１（例えば50℃）以下であるか否かを判別する。
【００２６】
ここで、冷却水温度Ｔｗが第１の基準温度Ｔ１以下であると判別されたときには、Ｓ２４へ進み、エンジン回転数Ｎとエンジン負荷Ｔｐとを読み込む。尚、エンジン負荷Ｔｐを示すパラメータとしては、基準空燃比に対応する基本燃料噴射量、吸入空気量，目標エンジントルク，スロットル開度などを用いることができる。
【００２７】
Ｓ２５では、エンジン回転数Ｎが基準回転数Ｎ１以下であって、かつ、エンジン負荷Ｔｐが基準負荷Ｔｐ１以下であるか否かを判別する。前記基準回転数Ｎ１及び基準負荷Ｔｐ１は、スワールコントロールバルブ12を開く必要のある所定の高負荷・高回転領域を判別し得る値として設定される。エンジン回転数Ｎが基準回転数Ｎ１以下であって、かつ、エンジン負荷Ｔｐが基準負荷Ｔｐ１以下であるときには、Ｓ２６へ進み、スワールコントロールバルブ12を閉じると共に、燃料噴射弁６に対する燃料の供給圧（以下、燃圧という）を、そのときの冷却水温度Ｔｗに応じて通常値（温間時の値）よりも増大させる制御を行う。
【００２８】
前記燃圧の増大制御は、例えば燃圧センサで検出される実際の燃圧が目標値になるように燃料供給路又は燃料ポンプから燃料タンクに戻す燃料量を制御する構成とし、前記目標値として通常値よりも大きな値を設定することによって実現できる。前記冷却水温度Ｔｗに応じた燃圧の増大制御は、冷却水温度Ｔｗが第１の基準温度Ｔ１であるときには燃圧を通常値とし、冷却水温度Ｔｗが前記第１の基準温度Ｔ１よりも低くなるほど通常値よりもより大きな燃圧に制御されるようにする。但し、冷却水温度Ｔｗとは無関係に、燃圧を通常値から一定値だけ増大させる構成であっても良い。
【００２９】
上記のように、シリンダボアの温度が低い冷間時であって、吸気行程噴射が行われる均質燃焼時に、スワールコントロールバルブ12を閉じると共に、燃圧を通常値よりも増大させると、シリンダボアに対する燃料付着を低減でき、以て、オイル希釈を低減できる。燃圧を増大させると、噴射直後の燃料の推進力は強くなるが、一方で燃料が微粒化されるので、すぐに推進力を失うことになり、このときに、スワールコントロールバルブ12を閉じてシリンダ内に強いスワール（好ましくは斜めスワール）を発生させれば、前記推進力を失った燃料がスワールに巻き込まれてシリンダボアに付着することがなく、温度の低いシリンダボアに燃料が付着することによるボア壁のオイル希釈を低減できる。
【００３０】
図３に示すように、燃圧を増大させるだけでも、推進力を失った燃料がシリンダボアに届き難くなることでオイル希釈を低減できるが、更に、スワールコントロールバルブ12を閉じることで、オイル希釈の大幅な低減が図れるものである。また、冷却水温度Ｔｗが低いときほどより大きく燃圧を増大させる構成とすることで、燃料の気化し難さに応じた圧力に制御できることになり、空気と燃料との混合に最適な燃圧から不必要に増大されることを回避しつつ、温度条件に因らずにオイル希釈を効果的に低減できる。
【００３１】
また、前記燃圧を増大させた状態での燃料噴射において、噴射タイミングとしては通常値を用いるので、最適な噴射タイミングで噴射させることができ、出力を確保できる。更に、シリンダ内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁６をそのまま用いて、シリンダボアへの燃料付着を低減できるので、シリンダボアへの燃料付着を低減するために吸気通路に噴射する燃料噴射弁を別途設けるシステムに比べてコストを低減できる。
【００３２】
一方、Ｓ２５で所定の高負荷・高回転領域であると判別されたときには、Ｓ２７へ進んで、噴射タイミングを冷却水温度Ｔｗ，エンジン回転数Ｎ，エンジン負荷Ｔｐに基づいて設定し、Ｓ２８では、スワールコントロールバルブ12を開くと共に、燃圧を通常値に制御する。
【００３３】
通常時（温間時）には、そのときのエンジン回転数Ｎ，エンジン負荷Ｔｐから最も高トルクが得られる噴射タイミングを設定するが、前記Ｓ２７では、前記エンジン回転数Ｎ，エンジン負荷Ｔｐから求められる基本の噴射タイミングが、そのときの冷却水温度Ｔｗが低いときほど早められるようにしてある。
【００３４】
噴射タイミングを早めると、シリンダボアよりもピストン頂面に噴霧が衝突することになって、シリンダボアへの燃料付着が低減されが、噴射タイミングを早めると燃料と空気とが接触する機会が少なくなって出力が低下するので、シリンダボアへの燃料付着（オイル希釈）を許容値に抑制できる範囲内でなるべく通常値に近い噴射タイミングを設定し、オイル希釈の低減と出力確保との両立を図っている。
【００３５】
例えば、図４は、所定の負荷，回転条件で噴射タイミングと出力トルクとの相関を示すものであり、温間時であれば、最大トルクが得られるＡＴＤＣ90°を噴射タイミングとするが、冷間時に同じ噴射タイミングで噴射させると、シリンダボアへの燃料付着によってオイル希釈が生じるので、出力特性よりもシリンダボアへの燃料付着の低減を優先して、図５に示すように、冷却水温度Ｔｗが低くなるほど、噴射タイミングを吸気ＴＤＣに近づけて、ピストンの上死点付近で燃料噴射が行われるようにする。
【００３６】
この結果、図６に示すように、出力トルクは低下することになるが、オイル希釈を低減できることになり、然も、出力トルクの低下は必要最小限に抑制できる。尚、図５において、ＩＴ90とは、噴射タイミングがＡＴＤＣ90°であることを示し、同様に、ＩＴ０は、噴射タイミングが吸気ＴＤＣであることを示し、ＩＴはインジェクション・タイミングの略として用いている。
【００３７】
また、Ｓ２３で冷却水温度Ｔｗが第１の基準温度Ｔ１を越えていると判断されたときには、Ｓ２９へ進み、冷却水温度Ｔｗが前記第１の基準温度Ｔ１よりも高い第２の基準温度Ｔ２（例えば70℃）以下であるか否かを判別する。Ｓ２９で冷却水温度Ｔｗが前記第２の基準温度Ｔ２以下であると判別された場合、即ち、冷却水温度Ｔｗが、Ｔ１＜Ｔｗ≦Ｔ２であるときには、Ｓ３０へ進む。
【００３８】
Ｓ３０では、エンジン回転数Ｎとエンジン負荷Ｔｐとを読み込み、次のＳ３１では、所定の高負荷・高回転領域であるか否かを判別する。Ｓ３１で所定の高負荷・高回転領域でないと判別されたときには、Ｓ３２へ進み、スワールコントロールバルブ12を開くと共に、燃圧をそのときの冷却水温度Ｔｗが低いときほど通常値に対して増大させる。
【００３９】
Ｓ３１で、所定の高負荷・高回転領域であると判別されたときには、Ｓ２７，Ｓ２８へ進み、スワールコントロールバルブ12を開きかつ燃圧を通常値とし、噴射タイミングを冷却水温度Ｔｗに応じて早める制御によって、シリンダボアへの燃料付着を低減させる。
【００４０】
また、Ｓ２２で暖機中でないと判別されたとき、又は、Ｓ２９で冷却水温度Ｔｗが第２の基準温度Ｔ２を越えていると判断されたときには、シリンダボアに燃料が付着してもボアの熱で燃料が気化し、ボア壁面のオイル希釈が生じることがないものと判断し、Ｓ３３へ進んで、スワールコントロールバルブ12を開き、また、燃圧を通常値（温間時の値）とし、噴射タイミングとしても温間時の通常値を用いるようにする。
【００４１】
ここで、上記実施形態におけるスワールコントロールバルブ12の開閉制御及び燃圧制御は、図７に示すように、冷却水温度Ｔｗが第１の基準温度Ｔ１以下ではスワールコントロールバルブ12が閉じられ、冷却水温度Ｔｗが第１の基準温度Ｔ１を越えるときにはスワールコントロールバルブ12が開かれる一方、燃圧は冷却水温度Ｔｗが第２の基準温度Ｔ２以上であれば通常値（温間時の値）に制御されるが、冷却水温度Ｔｗが第２の基準温度Ｔ２よりも低いときには、Ｔ２から低くなるほどより通常値よりもより大きく制御される。
【００４２】
但し、冷却水温度Ｔｗが第１の基準温度Ｔ１であってスワールコントロールバルブ12が閉じられるときには、スワールコントロールバルブ12を閉じることのみによってシリンダボアへの燃料付着を必要充分に低減できるので、燃圧は通常値に戻され、Ｔ１よりも冷却水温度Ｔｗが低くなるに従って燃圧を通常値から徐々に増大させ、スワール強化のみでは低減できないシリンダボアへの燃料付着を低減させる。
【００４３】
冷却水温度Ｔｗが第１の基準温度Ｔ１以下の領域では、図３に示すように、燃圧を増大させることで、オイル希釈（シリンダボアへの燃料付着）を低減できるが、更にスワールコントロールバルブ12を閉じることによってオイル希釈（シリンダボアへの燃料付着）を大幅に低減できるため、燃圧の増大とスワールコントロールバルブ12の閉制御とを行わせる。
【００４４】
また、冷却水温度Ｔｗが第１の基準温度Ｔ１を越えかつ第２の基準温度Ｔ２以下の領域では、図８に示すように、燃圧の増大はオイル希釈（シリンダボアへの燃料付着）の低減に寄与するものの、スワールコントロールバルブ12の開閉によるオイル希釈の変化が小さいので、燃圧の増大制御のみを行わせる。上記実施形態によると、冷却水温度Ｔｗが第１の基準温度Ｔ１を越える温度域においても、シリンダボアへの燃料付着を燃圧の増大によって低減させることができ、シリンダボアへの燃料付着を低減できる温度域を拡大できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態における直噴式ガソリンエンジンを示すシステム図。
【図２】冷間時制御の実施形態を示すフローチャート。
【図３】燃圧制御とスワール制御とによるオイル希釈の効果を説明するための線図。
【図４】噴射タイミングと出力トルクとの相関を示す線図。
【図５】オイル希釈を許容値に抑制するための噴射タイミング要求を示す線図。
【図６】オイル希釈のために噴射タイミングを早めたときのトルク特性を示す線図。
【図７】実施形態におけるスワール制御と燃圧制御との相関を示す線図。
【図８】燃圧制御とスワール制御とによるオイル希釈の効果を説明するための線図。
【符号の説明】
１…アクセル開度センサ
２…クランク角センサ
３…エアフローメータ
４…エンジン
５…水温センサ
６…燃料噴射弁
７…点火栓
８…吸気通路
９…スロットル弁
10…スロットルアクチュエータ
11…コントロールユニット
12…スワールコントロールバルブ
【図１】
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【図３】
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【図２】
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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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