(57)【要約】【課題】  混合気の均質度と着火性の両立を図る。【解決手段】  吸気ポートに燃料を噴射するポート噴射用燃料噴射弁（４１）と、燃焼室に燃料を噴射する筒内噴射用燃料噴射弁（８）と、ピストンとシリンダとの相対位置関係を変化させることにより機械的な圧縮比を可変とする可変圧縮比機構（２）と、筒内流動を可変とする流動制御弁（５０）と、を備える。所定の運転条件のとき、所定レベルの混合気の均質度と着火性とが得られるように、筒内噴射とポート噴射との分担率と、圧縮比と、筒内流動と、を協調制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気ポートに燃料を噴射するポート噴射用燃料噴射弁と、燃焼室に燃料を噴射する筒内噴射用燃料噴射弁と、ピストンとシリンダとの相対位置関係を変化させることにより機械的な圧縮比を可変とする可変圧縮比機構と、筒内流動を可変とする流動デバイスと、を備える内燃機関の制御装置において、
所定の運転条件のとき、所定レベルの混合気の均質度と着火性とが得られるように、筒内噴射とポート噴射との分担率と、圧縮比と、筒内流動と、を協調制御することを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
均質度を向上させる場合、圧縮比の低下，ポート噴射の分担率増加，筒内流動の強化の少なくとも一つを行う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。
【請求項３】
着火性を向上させる場合、圧縮比の低下，筒内噴射の分担率増加，筒内流動の低減の少なくとも一つを行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
所定レベルの混合気の均質度と着火性とが得られる範囲で、圧縮比を優先的に増加させることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
所定レベルの混合気の均質度と着火性とが得られるように、上記分担率，圧縮比及び筒内流動の各々の目標値が機関運転状態に応じて設定されることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
混合気の均質度と着火性を検知もしくは推定し、これら検知もしくは推定された均質度と着火性とに基づいて、上記分担率，圧縮比及び筒内流動の少なくとも一つをフィードバック制御することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
【請求項７】
所定レベルの混合気の均質度と着火性とが得られるように、上記分担率，圧縮比及び筒内流動の各々の目標値が機関運転状態に応じて設定されるとともに、
混合気の均質度と着火性を検知もしくは推定し、これら検知もしくは推定された均質度と着火性とに基づいて、上記分担率，圧縮比及び筒内流動の少なくとも一つを目標値へ向けてフィードバック制御することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
【請求項８】
均質度と着火性のうちで所定レベルの着火性のみが得られない場合、点火時期の進角もしくはＥＧＲ率の低減の少なくとも一方を実施することを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
【請求項９】
吸気ポートに燃料を噴射するポート噴射用燃料噴射弁と、燃焼室に燃料を噴射する筒内噴射用燃料噴射弁と、ピストンとシリンダとの相対位置関係を変化させることにより機械的な圧縮比を可変とする可変圧縮比機構と、筒内流動を可変とする筒内流動デバイスと、を備える内燃機関の制御方法において、
所定の運転条件のとき、所定レベルの混合気の均質度と着火性とが得られるように、筒内噴射とポート噴射との分担率と、圧縮比と、筒内流動と、を協調制御することを特徴とする内燃機関の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、吸気ポートに燃料を噴射するポート噴射用燃料噴射弁と、燃焼室に燃料を噴射する筒内噴射用燃料噴射弁と、を併用する内燃機関の制御装置および制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
吸気ポートに燃料を噴射するポート噴射用燃料噴射弁と、燃焼室内に直接に燃料を噴射する筒内噴射用燃料噴射弁と、を併用し、機関運転条件に応じて両者を適宜に切り換えて使用する燃料噴射装置を備えた内燃機関が、特許文献１に記載されている。この特許文献１では、内燃機関の始動後の機関温度の上昇に伴ってポート噴射と筒内噴射の分担率の変化を制御している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−２５５０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
燃焼性を向上して未燃燃料の排出を抑制するためには、ポート噴射の分担率を増加して、混合気の均質度を向上することが有効であるが、ポート噴射の分担率を増加すると、着火性（点火容易性）が低下する、というデメリットがある。このため、単にポート噴射と筒内噴射の分担率を調整するだけでは、均質度と着火性を両立させることが難しい。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものである。すなわち本発明は、吸気ポートに燃料を噴射するポート噴射用燃料噴射弁と、燃焼室に燃料を噴射する筒内噴射用燃料噴射弁と、ピストンとシリンダとの相対位置関係を変化させることにより機械的な圧縮比を可変とする可変圧縮比機構と、筒内流動を可変とする流動デバイスと、を備える内燃機関の制御装置において、所定の運転条件のとき、所定レベルの混合気の均質度と着火性とが得られるように、筒内噴射とポート噴射との分担率と、圧縮比と、筒内流動と、を協調制御することを特徴としている。
【０００６】
例えば、均質度を向上させる場合には、圧縮比の低下，ポート噴射の分担率増加，筒内流動の強化の少なくとも一つが行われる。また、着火性を向上させる場合、圧縮比の低下，筒内噴射の分担率増加，筒内流動の低減の少なくとも一つが行われる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、例えば冷機始動後に暖機運転を行うファーストアイドル時のような所定の運転条件のとき、分担率と圧縮比と筒内流動とを協調制御することによって、所定レベルの混合気の均質度と着火性とを両立することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】この発明の一実施例に係る制御装置のシステム構成を示す構成説明図。
【図２】圧縮比及び分担率に対する点火容易性（Ａ）及び均質度（Ｂ）の関係を示す説明図。
【図３】流動強度及び分担率に対する点火容易性（Ａ）及び均質度（Ｂ）の関係を示す説明図。
【図４】均質度が低い場合の本実施例の協調制御の一例を示す説明図。
【図５】点火容易性が低い場合の本実施例の協調制御の一例を示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、この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、この発明の一実施例が適用された自動車用内燃機関１のシステム構成を示している。この内燃機関１は、例えば複リンク式ピストンクランク機構を利用した可変圧縮比機構２を備えた４ストロークサイクルのターボ過給器付き火花点火内燃機関であって、燃焼室３の天井壁面に、一対の吸気弁４および一対の排気弁５が配置されているとともに、これらの吸気弁４および排気弁５に囲まれた中央部に点火プラグ６が配置されている。
【００１０】
上記吸気弁４によって開閉される吸気ポート７の下方には、燃焼室３内に燃料を直接に噴射する筒内噴射用燃料噴射弁８が配置されている。また吸気ポート７には、該吸気ポート７内へ向けて燃料を噴射するポート噴射用燃料噴射弁４１が配置されている。これらの筒内噴射用燃料噴射弁８およびポート噴射用燃料噴射弁４１は、いずれも駆動パルス信号が印加されることによって開弁する電磁式ないし圧電式の噴射弁であって、駆動パルス信号のパルス幅に実質的に比例した量の燃料を噴射する。
【００１１】
上記吸気ポート７に接続された吸気通路１８のコレクタ部１８ａの上流側には、エンジンコントローラ９からの制御信号によって開度が制御される電子制御型のスロットルバルブ１９が介装されており、さらにその上流側に、ターボ過給器のコンプレッサ２０が配設されている。このコンプレッサ２０の上流側に、吸入空気量を検出するエアフロメータ１０が配設されている。
【００１２】
また、排気ポート１１に接続された排気通路１２には、三元触媒からなる触媒装置１３が介装されており、その上流側に、空燃比を検出する空燃比センサ１４が配置されている。
【００１３】
上記エンジンコントローラ９には、上記のエアフロメータ１０、空燃比センサ１４のほか、機関回転速度を検出するためのクランク角センサ１５、冷却水温を検出する水温センサ１６、運転者により操作される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１７、等のセンサ類の検出信号が入力されている。エンジンコントローラ９は、これらの検出信号に基づき、燃料噴射弁８，４１による燃料噴射量および噴射時期、点火プラグ６による点火時期、スロットルバルブ１９の開度、等を最適に制御している。
【００１４】
一方、可変圧縮比機構２は、公知の複リンク式ピストンクランク機構を利用したものであって、クランクシャフト２１のクランクピン２１ａに回転自在に支持されたロアリンク２２と、このロアリンク２２の一端部のアッパピン２３とピストン２４のピストンピン２４ａとを互いに連結するアッパリンク２５と、ロアリンク２２の他端部のコントロールピン２６に一端が連結されたコントロールリンク２７と、このコントロールリンク２７の他端を揺動可能に支持するコントロールシャフト２８と、を主体として構成されている。上記クランクシャフト２１および上記コントロールシャフト２８は、シリンダブロック２９下部のクランクケース内で図示せぬ軸受構造を介して回転自在に支持されている。上記コントロールシャフト２８は、該コントロールシャフト２８の回動に伴って位置が変化する偏心軸部２８ａを有し、上記コントロールリンク２７の端部は、詳しくは、この偏心軸部２８ａに回転可能に嵌合している。上記の可変圧縮比機構２においては、コントロールシャフト２８の回動に伴ってピストン２４の上死点位置が上下に変位し、従って、機械的な圧縮比が変化する。
【００１５】
また、上記可変圧縮比機構２の圧縮比を可変制御する駆動機構として、クランクシャフト２１と平行な回転中心軸を有する電動モータ３１がシリンダブロック２９下部に配置されており、この電動モータ３１と軸方向に直列に並ぶように減速機３２が接続されている。この減速機３２としては、減速比の大きな例えば波動歯車機構が用いられており、その減速機出力軸３２ａは、電動モータ３１の出力軸（図示せず）と同軸上に位置している。従って、減速機出力軸３２ａとコントロールシャフト２８とは互いに平行に位置しており、両者が連動して回動するように、減速機出力軸３２ａに固定された第１アーム３３とコントロールシャフト２８に固定された第２アーム３４とが中間リンク３５によって互いに連結されている。
【００１６】
すなわち、電動モータ３１が回転すると、減速機３２により大きく減速された形で減速機出力軸３２ａの角度が変化する。この減速機出力軸３２ａの回動は第１アーム３３から中間リンク３５を介して第２アーム３４へ伝達され、コントロールシャフト２８が回動する。これにより、上述したように、内燃機関１の機械的な圧縮比が変化する。なお図示例では、第１アーム３３および第２アーム３４が互いに同方向に延びており、従って、例えば減速機出力軸３２ａが時計回り方向に回動するとコントロールシャフト２８も時計回り方向に回動する関係となっているが、逆方向に回動するようにリンク機構を構成することも可能である。
【００１７】
上記可変圧縮比機構２の目標圧縮比は、エンジンコントローラ９において、機関運転条件（例えば要求負荷と機関回転速度）に基づいて設定され、この目標圧縮比を実現するように上記電動モータ３１が駆動制御される。
【００１８】
更に、筒内流動を制御する流動デバイスとして、吸気通路の一部を開閉することによりタンブル流動成分もしくはスワール流動成分を付与する流動制御弁５０が設けられている。この流動制御弁５０の動作も上記のエンジンコントローラ９により機関運転条件に基づいて制御される。
【００１９】
図２及び図３は、冷機始動直後のファーストアイドル運転時のように、燃焼安定性を確保するために均質度が要求される運転条件における、ポート噴射と筒内噴射の分担率，圧縮比（ε），及び筒内流動の強度と、点火容易性（着火性）及び均質度と、の相関関係を示している。なお、以下の説明では、筒内噴射用燃料噴射弁８による筒内噴射を「ＤＧＩ」とも呼び、ポート噴射用燃料噴射弁４１によるポート噴射を「ＭＰＩ」とも呼ぶ。
【００２０】
図２（Ａ）に示すように、基本的に、筒内噴射（ＧＤＩ）ではポート噴射（ＭＰＩ）に比して点火容易性は高い。また、筒内噴射（ＧＤＩ）とポート噴射（ＭＰＩ）のいずれの場合においても、圧縮比が所定の閾値εｓ以上の場合、圧縮比が高くなるほど二次電圧が増大すること等から、点火容易性は低下する。更に、筒内噴射（ＧＤＩ）とポート噴射（ＭＰＩ）のいずれの場合においても、閾値εｓ以下の低圧縮比領域では、圧縮比が低くなるほど、筒内の流動成分が潰れずに残り、横飛火や吹き消えのおそれが増大するために、点火容易性が低下する。
【００２１】
図２（Ｂ）に示すように、基本的に、ポート噴射（ＭＰＩ）では、筒内噴射（ＧＤＩ）に比して、均質度は高い。また、筒内噴射（ＧＤＩ）とポート噴射（ＭＰＩ）のいずれの場合においても、圧縮比が低くなるほど、筒内流動がつぶれずに残るために、均質度は高くなる。
【００２２】
図３（Ａ）を参照して、上述したように筒内噴射（ＧＤＩ）はポート噴射（ＭＰＩ）よりも点火容易性は高い。また、筒内の流動強度が高くなるほど、横飛火や吹き消えを生じるおそれが増大するために、点火容易性は低下する。
【００２３】
図３（Ｂ）を参照して、ポート噴射（ＭＰＩ）は吸気ポート内で予め燃料と空気とが混合された混合気が燃焼室内へ導入されることから、燃焼室内に直接燃料を噴射する筒内噴射（ＧＤＩ）よりも均質度は高い。また、筒内流動の強度が高くなるほど、均質度は高くなる。
【００２４】
そして本実施例では、混合気の均質度が要求される所定の運転条件のとき、均質度と着火性（点火容易性）の各々が所定レベルＴＧを満たすように、分担率，圧縮比及び筒内流動を協調制御するものである。例えば、図４（Ａ）に示すように、点火容易性と均質度のうち、均質度が所定レベルＴＧよりも低く、この均質度が大半の圧縮比で所定レベルＴＧを満たしていない場合には、図４（Ｂ）に示すように、均質度を向上するために、ポート噴射（ＭＰＩ）の分担率を増加させる。これによって、点火容易性は低下するものの、均質度が向上し、点火容易性と均質度の双方が所定レベルＴＧを超える領域Ｒ１が拡大する。従って、この領域Ｒ１内で可能な限り高い圧縮比に設定することで、所定レベルＴＧの点火容易性と均質度を確保しつつ、圧縮比を高めて燃焼効率を向上することができる。
【００２５】
一方、図５（Ａ）に示すように、点火容易性と均質度のうち、点火容易性が所定レベルＴＧよりも低い場合には、図５（Ｂ）に示すように、点火容易性を向上するために、筒内噴射（ＧＤＩ）の分担率を増加させる。これによって、均質度は低下するものの、均質度が向上し、点火容易性と均質度の双方が所定レベルＴＧを超える領域Ｒ２を確保することができる。従って、この領域Ｒ２内で可能な限り高い圧縮比に設定することで、所定レベルＴＧの点火容易性と均質度を確保しつつ、圧縮比を高めることが可能となる。
【００２６】
このような本実施例の特徴的な構成及び作用効果について、以下に列記する。
【００２７】
［１］本実施例では、冷機始動時に代表される所定の運転条件のとき、筒内噴射とポート噴射との分担率と、圧縮比と、筒内流動と、を協調制御することによって、所定レベルＴＧの混合気の均質度と着火性（点火容易性）を確保した上で、例えば圧縮比を可能な限り高く設定して燃焼効率の向上を図ることができる。
【００２８】
［２］均質度を向上させる場合、図４（Ｂ）に示す例ではポート噴射の分担率を増加させているが、これに限らず、圧縮比の低下や筒内流動の強化を単独又は組み合わせて行うようにしても良い。
【００２９】
［３］着火性を向上させる場合、図５（Ｂ）に示す例では筒内噴射の分担率を増加させれいるが、これに限らず、圧縮比の低下や筒内流動の低減を単独もしくは組み合わせて行うようにしても良い。
【００３０】
［４］但し、可能な限り圧縮比を高めて燃焼効率を向上させるために、図４及び図５の例のように、圧縮比を優先的に増加させることが望ましい。
【００３１】
［５］実際の制御では、一例として、所定レベルの混合気の均質度と着火性とが得られるように、上記分担率，圧縮比及び筒内流動の各々の目標値が、機関負荷や水温等をパラメータ等とするマップとして設定され、このマップを参照してフィードフォワード的に目標値が設定される。
【００３２】
［６］あるいは、混合気の均質度と着火性とをセンサ等を用いて検知もしくは推定し、これら検知もしくは推定された均質度と着火性とに基づいて、上記分担率，圧縮比及び筒内流動の少なくとも一つをフィードバック制御するようにしても良い。
【００３３】
［７］更には、上記のフィードフォワード的な制御とフィードバック的な制御とを組み合わせても良い。つまり、所定レベルの混合気の均質度と着火性とが得られるように予め適合されたマップ等を用いて上記分担率，圧縮比及び筒内流動の各々の目標値を設定するとともに、混合気の均質度と着火性を検知もしくは推定し、これら検知もしくは推定された均質度と着火性とに基づいて、上記分担率，圧縮比及び筒内流動の少なくとも一つを目標値へ向けてフィードバック制御するようにしても良い。
【００３４】
［８］なお、均質度と着火性のうちで所定レベルの着火性のみが得られないような場合には、点火時期の進角もしくはＥＧＲ率の低減の少なくとも一方を実施するようにしても良い。
【符号の説明】
【００３５】
１…内燃機関
２…可変圧縮比機構
６…点火プラグ
８…筒内噴射用燃料噴射弁
９…エンジンコントローラ
１４…空燃比センサ
２０…コンプレッサ
４１…ポート噴射用燃料噴射弁
５０…流動制御弁（流動デバイス）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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