(57)【要約】【課題】壁面ウェット燃焼の発生を抑制することにより燃費悪化とＰＭ排出量増加を回避可能な制御処理を実現する内燃機関の制御装置を提供すること。【解決手段】燃料を燃焼室１５内に直接噴射するようにインジェクタ２１が設置されている内燃機関型エンジン１０のＥＣＵ５０は、水温センサ２８の検出する燃焼室の壁面温度情報が予め設定されている温度閾値未満の状態で加速要求された場合に、加速要求に応じた要求燃料噴射量を取得するとともに、圧縮行程での燃料噴射量の上限値を取得して、これらの間の差分量を算出し、吸気行程では当該差分量の燃料噴射を実行し、圧縮行程では当該圧縮行程での燃料噴射量の上限値の燃料噴射を実行する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料を燃焼室内に直接噴射するようにインジェクタが設置されている内燃機関の制御装置であって、
前記燃焼室の壁面温度情報を取得する温度取得部と、加速要求に応じた要求燃料噴射量を取得する要求取得部と、圧縮行程での燃料噴射量の上限値を取得する上限取得部と、を備え、
前記燃焼室の壁面温度情報が予め設定されている温度閾値未満の状態で加速要求された場合に、前記要求取得部の要求燃料噴射量と前記上限取得部の燃料噴射量の上限値との間の差分量を算出して、吸気行程では当該差分量の燃料噴射を実行し、圧縮行程では当該圧縮行程での燃料噴射量の上限値の燃料噴射を実行する、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、燃焼室内に燃料を直接噴射する内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の内燃機関は、排気を浄化する触媒と共に搭載されている。その内燃機関は、制御装置により燃料噴射が制御されることによって、触媒の暖機が適宜に行われる（例えば、特許文献１を参照）。
【０００３】
この特許文献１には、従来には吸気行程で燃料噴射を実行していたところを、冷間始動直後に触媒の暖機を行う場合に、吸気行程と圧縮行程のオーバラップ期間を増大させて、圧縮行程での燃料噴射量を吸気行程での燃料噴射量よりも増量するとともに、点火時期を遅角させる制御処理を実行する内燃機関の制御装置が開示されている。この制御処理では、燃焼の安定性を確保しつつ、燃焼不良に起因する粒子状物質（ＰＭ：Particulate Matter）の排出量を効果的に低減することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−２５５３６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、内燃機関の制御装置にあっては、触媒の暖機後には、燃費向上のため、例えば、速やかに出力トルクを高効率に最大化するＭＢＴ（Minimum advance for the Best Torque）まで点火時期を進角し、また、ポンプロス低減のために、例えば、吸気弁の閉弁（ＩＶＣ：Intake Valve Close）時期を遅角させる場合がある。
【０００６】
また、燃焼室内に直接燃料噴射する内燃機関にあっては、冷間時には、触媒暖機直後でも、その燃焼室の壁面温度が低い場合がある。このため、燃焼室内に直接噴射される燃料がその壁面に付着したまま蒸発気化させることができずに残留させてしまう状況が発生する可能性がある。この壁面付着燃料を蒸発除去するために、例えば、燃焼熱を増大することを目的として、燃焼室内への燃料噴射量  を増量することが行われる場合がある。
【０００７】
しかしながら、特に、冷間状態での加速要求時などには、触媒暖機後に、速やかに、点火時期がＭＢＴに進角され、また、吸気弁の閉弁（ＩＶＣ）時期が遅角されることから、燃料が増量されても、噴射から点火までの燃料の蒸発時間が短く、燃焼室の壁面への燃料の付着が多い状況での燃焼、所謂、壁面ウェット燃焼が促進されてしまう場合がある。
【０００８】
この壁面ウェット燃焼では、蒸発気化されずに残留して燃焼エネルギに寄与しないことから、要求トルクを出力するために燃料噴射量が増量されるという側面もあり、すると、燃費が悪化するとともに、燃焼に伴って発生する粒子状物質（ＰＭ）も増加してしまうことになる。
【０００９】
ここで、粒子状物質（ＰＭ）は、排ガスの浄化処理として、触媒と併用されるＰＭフィルタにより捕集除去されるようになっている。ＰＭフィルタは、捕集したＰＭが適宜に燃焼されるなどして再生される。このＰＭは、燃料噴射量が増量されると、そのＰＭ排出量、所謂、ＰＮ（Particle Number）が増加する傾向にあるが、ＰＭフィルタの処理能力を超えないように抑制する必要がある。
【００１０】
なお、触媒でも、ＨＣ（炭化水素）、ＣＯ（一酸化炭素）、ＮＯｘ（窒素酸化物）等の排ガス成分を効果的に低減可能であるが、触媒により浄化可能な排気に抑える燃料噴射量を超えると、浄化処理能力を超えてしまい、この触媒で処理可能な排気に抑える燃焼の実現が難しくなる。
【００１１】
そこで、本発明は、壁面ウェット燃焼の発生を抑制することにより燃費悪化とＰＭ排出量増加を回避可能な制御処理を実現する内燃機関の制御装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決する内燃機関の制御装置の発明の一態様は、燃料を燃焼室内に直接噴射するようにインジェクタが設置されている内燃機関の制御装置であって、前記燃焼室の壁面温度情報を取得する温度取得部と、加速要求に応じた要求燃料噴射量を取得する要求取得部と、圧縮行程での燃料噴射量の上限値を取得する上限取得部と、を備え、前記燃焼室の壁面温度情報が予め設定されている温度閾値未満の状態で加速要求された場合に、前記要求取得部の要求燃料噴射量と前記上限取得部の燃料噴射量の上限値との間の差分量を算出して、吸気行程では当該差分量の燃料噴射を実行し、圧縮行程では当該圧縮行程での燃料噴射量の上限値の燃料噴射を実行するようになっている。
【発明の効果】
【００１３】
このように本発明の一態様によれば、燃焼室の壁面温度が設定温度閾値未満の低温時に加速要求された場合、圧縮行程での燃料噴射量の上限値の燃料噴射が実行され、その前の吸気行程では加速要求に応じた要求燃料噴射量の噴射しきれない差分量の燃料噴射が実行される。
【００１４】
したがって、加速要求に応じた要求燃料噴射量が圧縮行程での燃料噴射量の上限値を超える場合でも、無理に圧縮行程で燃料噴射することなく、吸気行程で差分量の燃料噴射を実行して蒸発気化を進めさせることができ、蒸発気化しきれずに燃焼室の壁面に付着する燃料量を抑えることができる。
【００１５】
この結果、壁面ウェット燃焼の発生を抑制することができ、燃料噴射量の増量を防止して、燃費悪化回避を実現するとともに、燃料の燃焼に伴うＰＮ増加回避を実現する制御処理を行う内燃機関の制御装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、本発明の第１の実施形態に係る内燃機関の制御装置を搭載する車両の一例を示す図であり、その要部構成を示す概念図である。
【図２】図２は、燃焼室の壁面温度と吸入空気量の積算値との相関を図示するマップである。
【図３】図３は、燃焼室の筒内圧力に対するストイキ燃焼を維持する燃料噴射量の上限値と共に燃料噴射を分割する必要性を説明するマップである。
【図４】図４は、圧縮行程における燃焼室の筒内圧力に対する燃料噴射量の上限値を図示するマップである。
【図５】図５は、圧縮行程における燃焼室の筒内圧力とＰＭ排出量（ＰＮ）の関係を示す図であり、上段には吸気弁の閉弁から点火までの燃焼室の筒内圧力の変化を図示し、下段にはその上段に図示する筒内圧力での燃料噴射タイミングに応じたＰＭ排出量（ＰＮ）の変化を図示することにより、ＰＭの発生の傾向を示している。
【図６】図６は、その燃料噴射の制御処理を説明するフローチャートである。
【図７】図７は、その図６の制御処理ステップ中におけるサブルーチンを示すフローチャートである。
【図８】図８は、本発明の第２の実施形態に係る内燃機関の制御装置を搭載する車両の一例を示す図であり、その燃料噴射の制御処理を説明するフローチャートである。
【図９】図９は、本発明の第３の実施形態に係る内燃機関の制御装置を搭載する車両の一例を示す図であり、その燃料噴射の制御処理を説明するフローチャートである。
【図１０】図１０は、その制御処理で用いるマップである。
【図１１】図１１は、始動開始後のＰＭ排出量を示す図であり、上段には始動後の時間経過に応じた車速と走行距離の変化を図示し、下段にはその始動後の時間経過に応じたＰＭ排出量（ＰＮ）の変化を図示することにより、ＰＭの発生の傾向を示している。
【図１２】図１２は、始動開始後の車速とＰＭ排出量との関係を示す図であり、上段には始動後の時間経過に応じた車速の変化を図示し、下段にはその始動後の時間経過に応じたＰＭ排出量（ＰＮ）の変化を図示することにより、ＰＭの発生の傾向を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。図１〜図７は本発明の第１の実施形態に係る内燃機関の制御装置を搭載する車両の一例を示す図である。
【００１８】
図１において、車両１００は、内燃機関型のエンジン１０を動力源として搭載し走行する。車両１００は、エンジン１０と共に搭載されているＥＣＵ（Electronic Control Unit）５０により統括制御される。
【００１９】
エンジン１０は、シリンダブロック１１のシリンダ１１ａ内に収容するピストン１２が上下動されることにより、そのピストン１２にコンロッド１３ａを介して連結されているクランクシャフト１３が回転されることによって回転動力が出力される。エンジン１０は、シリンダブロック１１上にシリンダヘッド１４が取り付けられてシリンダ１１ａの上部に燃焼室１５が形成されており、その燃焼室１５内に供給される空気と燃料との混合気が点火プラグ１５ｐで点火されて燃焼されることにより、ピストン１２がシリンダ１１ａ内で上下動される。
【００２０】
燃焼室１５は、シリンダヘッド１４に吸気管１６および排気管１７が連結されて外気側と連通されている。吸気管１６は、吸気口１６ａが燃焼室１５に開口されて連通されており、その吸気口１６ａが吸気側動弁機構１８により動作される吸気弁１８ａによって開閉される。排気管１７は、排気口１７ａが燃焼室１５に開口されて連通されており、その排気口１７ａが排気側動弁機構１９により動作される排気弁１９ａによって開閉される。
【００２１】
この燃焼室１５は、インジェクタ２１がシリンダブロック１１の上部（シリンダヘッド１４でもよい）に設置されており、そのインジェクタ２１から燃焼空間内に燃料が直接噴射される。
【００２２】
これにより、エンジン１０は、燃焼室１５内に、吸気管１６から外気の吸入空気が吸気されるとともに、インジェクタ２１から燃料が噴射されることにより混合気が形成される。エンジン１０は、その燃焼室１５内の混合気が圧縮点火燃焼されて膨張することによって、ピストン１２が押し下げられた後に、そのピストン１２が戻る際に、排気が排気管１７から外気に排出される。このとき、エンジン１０では、燃焼室１５内に吸気管１６から外気を吸入する吸気行程と、その吸入空気に燃料を混合した混合気を圧縮する圧縮行程と、その圧縮混合気を点火燃焼させて膨張させる膨張行程と、その燃焼後の排気を排気管１７から排出する排気行程との４サイクルでピストン１２を繰り返し上下動させる。
【００２３】
吸気管１６には、吸入空気にゴミ等が混入することを防止するように吸入空気の流路途中に介在するエアクリーナ２２と、そのエアクリーナ２２内を流れる吸入空気の吸気量を検出する空気流量計２３と、そのエアクリーナ２２の下流側で吸入空気の吸気量を調整するスロットル弁２４とが設置されている。排気管１７には、燃焼室１５から排出される排気を清浄化する触媒ユニット２５が設置されている。
【００２４】
これにより、エンジン１０は、スロットル弁２４が制御されて開度調整されることによりエアクリーナ２２内を流れる吸入空気の吸気量を調節することができ、その吸気量は空気流量計２３により検出される。また、排気管１７からの排気は触媒ユニット２５により浄化されて、ＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘ等の有害な排ガス成分が除去される。なお、燃料の燃焼に伴って発生する粒子状物質（ＰＭ）は、捕集除去能力を有する不図示のＰＭフィルタに排ガスが経由されることにより浄化されてＰＭ排出量（ＰＮ）が低減される。
【００２５】
そして、ＥＣＵ５０は、点火プラグ１５ｐ、吸気側動弁機構１８、排気側動弁機構１９、インジェクタ２１、スロットル弁２４などの駆動機構と共に、空気流量計２３を含む後述のセンサ群が制御・通信可能に接続されており、メモリ５１内に予め格納されている制御プログラムに従って各種制御処理を取得情報やパラメータ等に基づいて実行することにより、エンジン１０の各部を効率よく最適駆動させるようになっている。
【００２６】
例えば、ＥＣＵ５０は、空気流量計２３から吸入空気量の検出情報を受け取りつつスロットル弁２４を制御することにより吸入空気量を最適化する。ＥＣＵ５０は、燃焼室１５内の混合気の点火プラグ１５ｐによる点火タイミングを調整制御する。ＥＣＵ５０は、吸気側動弁機構１８や排気側動弁機構１９を制御することにより吸気弁１８ａや排気弁１９ａの開閉タイミングやリフト量（開口量）を調整する。ＥＣＵ５０は、燃焼室１５内へのインジェクタ２１の燃料噴射量やその燃料噴射のタイミングや後述の分割を調整制御する。
【００２７】
このＥＣＵ５０は、センサ群として、空気流量計２３と共に、クランクシャフト１３の回転数を検出するエンジン回転数センサ２６と、車両１００の不図示の駆動輪の回転数を走行速度として検出する車速センサ２７と、エンジン１０のシリンダブロック１１の冷却水の温度（冷却水温）を検出する水温センサ２８と、触媒ユニット２５の温度を検出する触媒温度センサ２９と、車両１００のドライバが踏み込むアクセルペダル１０９の踏込量を検出するアクセル開度センサ３０とが検出情報を取得可能に接続されている。
【００２８】
例えば、ＥＣＵ５０は、アクセル開度センサ３０のドライバによるアクセルペダル１０９の踏込量の検出情報から加速要求等を把握しつつ、エンジン回転数センサ２６や車速センサ２７の検出情報に応じて、インジェクタ２１やスロットル弁２４の駆動を制御して燃料噴射や吸入空気を調整する。ＥＣＵ５０は、水温センサ２８や触媒温度センサ２９の検出情報に基づいてエンジン１０の暖機運転などを実行する。
【００２９】
ところで、エンジン１０は、シリンダブロック１１の上部に設置（シリンダヘッド１４側でもよい）されているインジェクタ２１が燃焼室１５内に燃料を直接噴射する直噴式を採用することから、圧縮行程中に燃焼室１５内に燃料噴射して吸入空気との混合気を形成して圧縮するが、その噴射燃料が気化されることなくシリンダ１１ａの壁面に付着する場合がある。特に、エンジン１０の冷間状態での始動や加速要求時には、燃焼室１５の壁面を形成するシリンダブロック１１などが低温状態であることから、噴射燃料がシリンダ１１ａ壁面に付着して残留する量も増加する傾向にあり、燃焼室１５の壁面への燃料の付着が多い状態での燃焼、所謂、壁面ウェット燃焼が発生する場合がある。
【００３０】
その一方で、ＥＣＵ５０は、エンジン１０や触媒ユニット２５の始動に伴って暖機を行う場合、燃焼室１５内への燃料噴射量と吸入空気量を増加することにより、噴射燃料の燃焼に伴って発生する熱量を増大して、迅速に暖機を完了させる制御処理を実行する場合がある。このＥＣＵ５０は、早期に暖機処理を終了して、例えば、出力トルクを最大化するＭＢＴにより燃費向上させるために点火時期を進角し、また、ポンプロス低減のために吸気弁１８ａの閉弁（ＩＶＣ）時期を遅角させる制御処理を実行する場合がある。これらの制御処理では、燃料噴射量が増加する一方で、その燃料噴射から点火燃焼までの気化期間が短縮されることから、燃焼室１５内に噴射された燃料の全量を効率よく気化させて燃焼させない限り、一行程で処理し切れない余分な燃料がシリンダ１１ａの壁面に付着残留してしまい、相変わらず、壁面ウェット燃焼が発生してしまう場合がある。
【００３１】
この壁面ウェット燃焼では、インジェクタ２１の噴射燃料が燃焼室１５の壁面に付着して気化されることなく残留してしまうと、出力トルク（燃焼エネルギ）が足りずに燃料噴射量をＥＣＵ５０が増量することになる。すると、その増量された噴射燃料の燃焼に伴って、未燃焼の燃料の粒子状物質（以下、単にＰＭともいう）が発生してＰＭ排出量（以下、単にＰＮともいう）が増加してしまう。このＰＮが増加すると、触媒ユニット２５に並列されている不図示のＰＭフィルタの処理能力を浪費してしまい、そのＰＭフィルタの再生処理の頻度が多くなって、燃料消費されるなど燃費が悪化してしまう。このため、壁面ウェット燃焼を抑制して噴射燃料の増量を回避することによって、ＰＭの発生を抑えてＰＮを低減するとともに、燃費の向上を図る必要がある。
【００３２】
特に、車両１００が停止状態の冷間時における加速要求に伴って始動（燃焼開始）して走行する際のエンジン１０では、例えば、図１１に示すように、市街地走行で加速・停止を繰り返す場合、始動開始当初の加速時の数サイクルで、走行全体におけるＰＭの全排出量（ＰＮ）の８０％以上が生成されて排出されている。この冷間状態でインジェクタ２１から噴射されて燃焼される燃料は、暖機の完了していない低温のエンジン１０のシリンダ１１ａを含む燃焼室１５の壁面に付着した状態で燃焼（壁面ウェット燃焼）される。
【００３３】
このため、エンジン１０の冷間状態での加速要求に応じて実行される燃焼室１５内での初爆時（ピストンの上下動の１サイクル目）における筒内状況では、図示することは省略するが、燃焼空間内やシリンダ１１ａ壁面においてＰＭの燃焼に伴う強い発光、所謂、輝炎が観察される。また、この筒内輝炎は、特に、触媒ユニット２５の暖機完了直後の制御処理切換後に多く観察されている。例えば、筒内輝炎は、図１２に示すように、現実的な暖機処理が完了しておらず、燃焼室１５を形成するシリンダブロック１１などの壁面温度が十分に暖気されていないのにも拘わらずに、燃焼室１５内への燃料噴射量の増大や、早期に出力トルクを最大化するＭＢＴの点火時期の進角による燃焼期間の短縮によって発生する不完全気化燃料（液滴燃料）の燃焼でも観察される。このようにエンジン１０の冷間状態での始動処理でＰＭを発生させて残留させる壁面ウェット燃焼が増加するとインジェクタ２１からの燃料噴射量が増量されて燃費の悪化にも繋がってしまう。要するに、冷間状態で暖機状態と同様の制御処理を実行すると、ＰＭ排出量（ＰＮ）増大や燃費悪化などが発生してしまう。
【００３４】
このことから、本実施形態のＥＣＵ５０は、燃焼室１５の壁面温度と、加速要求に応じて算出する燃料噴射量と、圧縮行程中に可能な燃焼室１５内への燃料噴射量の上限値と、をそれぞれ取得する。そして、ＥＣＵ５０は、予めメモリ５１内に設定されている後述の温度閾値未満において、アクセルペダル１０９がドライバにより踏み込まれて加速要求された場合に、取得した要求燃料噴射量と燃料噴射量上限値との差分量を算出して、吸気行程ではその差分量の燃料噴射をし、また、圧縮行程ではその燃料噴射量上限値の燃料噴射をする、後述の燃料噴射の分割処理を実行するようになっている。
【００３５】
ここで、燃焼室１５の壁面温度は、シリンダ１１ａの現実の表面温度を計測するのに代えて、エンジン１０のシリンダブロック１１内に流通させている冷却水の温度を検出する水温センサ２８の検出情報が代用されて、燃焼室１５を形成するシリンダ１１ａの壁面温度情報としてＥＣＵ５０により取得される。すなわち、水温センサ２８が温度取得部を構成している。
【００３６】
なお、この燃焼室１５の壁面温度は、水温センサ２８のセンサ情報に限るものではなく、例えば、ピストン１２やシリンダヘッド１４の上部、所謂、シリンダライナの上部に温度センサが設置されて直接温度測定可能にされる場合にはそのセンサ情報を燃焼室１５の壁面温度として用いるようにしてもよい。また、燃焼室１５の壁面温度は、エンジン１０の始動後の燃焼熱量に追従することから、例えば、図２に示すように、空気流量計２３が検出する始動後の吸入空気量（インジェクタ２１の燃料噴射量でもよい）の積算値に対応する温度マップを準備して利用するようにしてもよい。この場合には、その積算値が予め設定する空気量閾値を越えるまでを冷間状態として、本実施形態で説明する制御処理を実行するようにしてもよい。
【００３７】
加速要求に応じて算出する要求燃料噴射量は、ＥＣＵ５０が各種制御処理を実行する各部制御情報や各種センサ情報等に基づいてマップなどを利用することにより、エンジン１０を効率よく最適駆動させて必要な走行トルクを出力可能な燃料噴射量を算出して取得する。すなわち、ＥＣＵ５０が要求取得部を構成している。
【００３８】
圧縮行程中に可能な燃焼室１５内への燃料噴射量の上限値は、圧縮行程のインジェクタ２１による燃料噴射から点火プラグ１５ｐによる燃料点火までの期間中に、冷間状態の燃焼室１５の壁面温度に応じて確実に気化可能な燃料噴射量を、予め実験等でマップ化してメモリ５１内に格納準備しておくことによって、ＥＣＵ５０が適宜に演算等により取得する。すなわち、ＥＣＵ５０が上限取得部を構成している。
【００３９】
これにより、吸気行程での燃料噴射では、シリンダ１１ａ内のピストン１２が降下して燃焼室１５の容積が拡大されることにより減圧されつつ、吸気口１６ａを閉塞する吸気弁１８ａがリフトされて開弁されることによって、吸気管１６を介して外気が吸入されるのと合わせて、インジェクタ２１から噴射される燃料が噴霧気化されつつ吸気（吸入空気）内に混合されて燃焼室１５内に導入される。
【００４０】
また、圧縮行程での燃料噴射では、吸気口１６ａが吸気弁１８ａにより閉塞されて閉弁されている状態で、シリンダ１１ａ内のピストン１２が上昇して燃焼室１５の容積が縮小されることにより昇圧（圧縮）されつつ、インジェクタ２１から噴射される燃料が吸気行程で燃焼室１５内に導入された吸入空気や混合気内に噴霧気化されつつ混合される。
【００４１】
ところで、燃焼室１５に噴射されている混合気の噴霧燃料は、図示することは省略するが、各種実験を行ったところ噴霧状の外形が筒内圧力に応じて変化し、大気圧での状態を基準にして、負圧場（減圧場）では拡大してピストン１２やシリンダ１１ａの表面の壁面等に接近することから、壁面ウェット燃焼が発生し易い傾向にあることが判明した。また、その燃焼室１５内の噴霧燃料は、正圧場（加圧場）では縮小してピストン１２やシリンダ１１ａの表面の壁面等から離隔することから、壁面ウェット燃焼が発生し難い傾向にあることが判明した。
【００４２】
そこで、本実施形態のＥＣＵ５０は、加速要求に応じた要求燃料噴射量を吸気行程と圧縮行程とで分割して気化能力（容量）に余裕を持たせるとともに、圧縮行程での燃料噴射量は上限値に設定することにより、壁面ウェット燃焼が発生することを効果的に回避する燃料噴射の制御処理を実行するにようになっている。
【００４３】
これにより、ＥＣＵ５０は、壁面ウェット燃焼を回避する燃焼処理を実現して燃焼不良を効果的に抑制することができ、燃費悪化を防止（燃費改善）することができる。なお、この制御処理では、ＴＨＣ（全炭化水素）、ＣＯ（一酸化炭素）、ＮＯｘ（窒素酸化物）等の排ガス成分が増加するなど悪化することもない。また、吸気弁１８ａの閉弁タイミング（ＩＶＣ）としては、進角させて圧縮期間を延長することによって、ＰＮの低減や燃料噴射量の増量を図ることもできる。
【００４４】
例えば、図３に示すように、燃焼室１５への燃料噴射量は、筒内圧力が高くなるほど吸入空気量と共に増量することによって、略完全な清浄な排気にする、所謂、ストイキ燃焼を実現する燃料噴射量の上限値も上昇する。また、その燃焼室１５内に噴射される噴霧燃料は、上述するように、燃焼室１５での筒内圧力が高くなるほど噴霧状の外形が縮小してシリンダ１１ａなどの壁面等から離隔することから、壁面ウェット燃焼を発生させることなく燃料噴射量と吸入空気量とを増量して気化させることができる。しかしながら、その燃焼室１５への燃料噴射量が限度を超えて噴霧燃料がシリンダ１１ａなどの壁面に付着すると壁面ウェット燃焼による不完全燃焼に伴ってＰＭが発生してＰＮが増加して排気清浄度が悪化してしまう。このことから、燃焼室１５への燃料噴射量としては、図中に実線で示すストイキ燃焼の上限値よりも下側領域かつ図中に二点差線で示す排気清浄悪化なしの限界領域の範囲内とするのが好適である。そして、その範囲内を超える要求燃料噴射量とする場合には、後述するように、その燃料噴射を２回以上に分割して、１回の燃料噴射毎にストイキ燃焼の上限値未満かつ排気清浄限界の範囲内とする燃料噴射処理を実行するのが好適である。
【００４５】
なお、この要求燃料噴射量は２分割に限らず、吸気行程および圧縮行程の一方または双方で２以上に分割して間欠的に燃料噴射させることにより、都度、気化させるようにしてもよい。例えば、この図３に示すようなグラフをマップとして用いて、一度の燃料噴射量ではストイキ燃焼上限値や排気清浄限界を超える場合に、その燃料噴射量を２分割以上にするようにしてもよい。ここで、燃料噴射を分割する場合には、ピストン１２の位置を考慮して噴射タイミングを決定するのが好適である。例えば、当初一度の燃料噴射タイミングを基準にして、吸気行程で分割する場合には２回目以降を遅角させて、また、圧縮行程で分割する場合には１回目から進角させることによって、ピストン１２に噴霧燃料が付着することを避けるようにするのが好適である。
【００４６】
さらに、上述の圧縮行程中における燃料噴射量の上限値としては、吸気行程とで燃料噴射量を２分割するにしても、図４に示すように、図３と同様に燃焼室１５の筒内圧力に応じて上昇するグラフとしてマップ化することができ、メモリ５１内に予め格納することにより、ＥＣＵ５０は、後述する燃料噴射制御処理で利用することができる。この燃焼室１５の筒内圧力は、吸気口１６ａが吸気弁１８ａにより閉弁されてからインジェクタ２１から燃料噴射されるタイミングまでに空気流量計２３の検出する吸入空気量の積算量から算出して取得（予測）することができ、その筒内圧力に応じた燃料噴射量の上限値を特定して取得（決定）することができる。
【００４７】
ここで、燃焼室１５の筒内圧力は、図５の上段に示すように、吸気弁１８ａの閉弁時点で大気圧程度の正圧、および、大気圧より低めの負圧のいずれの場合にも、圧縮に伴って点火前まで徐々に昇圧される。
【００４８】
これに対して、圧縮行程中の燃料噴射タイミングとしては、図５の下段に示すように、吸気弁１８ａの閉弁時点で大気圧より低めの負圧の場合には、圧縮行程の中間付近よりも遅角させると、ピストン１２やシリンダ１１ａの表面の壁面等に接近して付着した燃料が蒸発気化できずに、壁面ウェット燃焼を発生させ易くなってＰＭ排出量（ＰＮ）が急激に上昇されていることが推定される。一方、吸気弁１８ａの閉弁時点で大気圧程度以上の正圧の場合には、圧縮行程の中間付近よりも圧縮行程中の燃料噴射タイミングをある程度遅角させても、ピストン１２やシリンダ１１ａの表面の壁面等に接近付着する少量の燃料が筒内圧力に応じて蒸発気化されることによって、壁面ウェット燃焼が抑制されてＰＭ排出量（ＰＮ）の上昇タイミングが遅延されていることが推定される。
【００４９】
そこで、本実施形態のＥＣＵ５０は、加速要求に応じた要求燃料噴射量を吸気行程と圧縮行程とで分割するのに加えて、図４に示すように、燃焼室１５の筒内圧力を高めに設定するとともに、その筒内圧力に応じた圧縮行程中における燃料噴射量の上限値を燃料噴射量としてメモリ５１内に設定することにより、壁面ウェット燃焼が発生することを効果的に回避する燃料噴射の制御処理を実行するようになっている。
【００５０】
これにより、ＥＣＵ５０は、壁面ウェット燃焼を回避する燃焼処理を実現して燃焼不良を効果的に抑制することができ、粒子状物質（ＰＭ）の排出量（ＰＮ）に抑えて燃費悪化を防止（燃費改善）することができる。
【００５１】
具体的には、ＥＣＵ５０は、水温センサ２８の検出するシリンダブロック１１内の冷却水の温度（燃焼室１５の壁面温度の代用温度）に基づいて、エンジン１０が暖機完了前（始動直後）か否かを判定するようになっており、その判定をする温度閾値として、例えば、６０℃がメモリ５１内に設定されている。ＥＣＵ５０は、水温センサ２８の検出情報が６０℃未満の場合に、エンジン１０が暖機完了前、言い換えると、始動直後であると判定するようになっている。
【００５２】
そして、ＥＣＵ５０は、メモリ５１内に格納されている制御プログラムを実行して図６のフローチャートに示す燃料噴射の制御処理を実施する。このとき、ＥＣＵ５０は、アクセルペダル１０９が踏み込まれて加速要求された場合に、その加速要求に応じた要求燃料噴射量を算出する。また、ＥＣＵ５０は、メモリ５１内の暖機完了前か否かを判定する温度閾値として、水温センサ２８の検出情報が始動直後と判定可能な６０℃未満の場合に、算出した要求燃料噴射量を２分割して吸気行程と圧縮行程とで燃料噴射する必要があると判断し、分割燃料噴射制御処理を実行する。なお、水温センサ２８の検出情報が暖機完了と判定可能な６０℃以上の場合には、算出した要求燃料噴射量を主に吸気行程で燃料噴射する周知の制御処理（吸気と燃料噴射との並行処理）を実行する。
【００５３】
この分割燃料噴射制御処理においてＥＣＵ５０は、上述の壁面ウェット燃焼の発生を回避可能に、圧縮行程での燃料噴射タイミングにおける燃焼室１５の筒内圧力に応じた燃料噴射量の上限値を、メモリ５１内の図４に示すマップに基づいて決定して、その圧縮行程における上限値限界の燃料噴射量をメモリ５１内に設定する。また、ＥＣＵ５０は、加速要求に応じた要求燃料噴射量がその上限値を超える場合に、その要求燃料噴射量と上限値との差分量を吸気行程における燃料噴射量としてメモリ５１内に設定して、吸気行程と圧縮行程とのそれぞれで燃料噴射を行う。
【００５４】
詳細には、ＥＣＵ５０は、図６のフローチャートに示すように、アクセル開度センサ３０の検出するアクセルペダル１０９の踏込量に基づいてドライバによる加速要求の有無を繰り返し確認し（ステップＳ１１０）、その踏み込みによる加速要求を確認すると、水温センサ２８の検出する燃焼室１５の壁面温度の代用温度が６０℃未満か否か確認する（ステップＳ１２０）。
【００５５】
ステップＳ１２０において水温センサ２８の検出する冷却水温が６０℃以上でエンジン１０が始動直後ではなく暖機完了状態であることを確認したＥＣＵ５０は、アクセル開度センサ３０の検出するアクセルペダル１０９の踏込量と共に、エンジン回転数センサ２６の検出するエンジン１０の回転数や車速センサ２７の検出する車速などの車両１００の走行状態に基づいて、加速させるのに必要な要求燃料噴射量を算出する（ステップＳ１９１）。次いで、ＥＣＵ５０は、その算出した要求燃料噴射量を吸気行程における燃料噴射量としてメモリ５１内に設定する（ステップＳ１９２）。
【００５６】
この後に、ＥＣＵ５０は、吸気行程における外気の吸入と並行して、燃料噴射量として設定されている要求燃料噴射量の燃料噴射を行って燃焼室１５内に混合気を導入し（ステップＳ１９３）、吸気行程において燃料噴射量として設定されている要求燃料噴射量の燃料噴射を行う制御処理を終了する。
【００５７】
また、ステップＳ１２０において水温センサ２８の検出する燃焼室１５の壁面温度の代用温度が６０℃未満でエンジン１０が暖機完了前、すなわち、始動直後の冷間状態であることを確認したＥＣＵ５０は、暖機完了後のステップＳ１９１と同様に、アクセルペダル１０９の踏込量、エンジン１０の回転数、車速などの車両１００の走行状態に基づいて要求燃料噴射量を算出する（ステップＳ１３０）。
【００５８】
次いで、ＥＣＵ５０は、圧縮行程において壁面ウェット燃焼を回避可能な燃料噴射量の上限値を、後述する図７のフローチャートで説明する処理手順により決定する（ステップＳ１４０）。
【００５９】
このとき、ＥＣＵ５０は、図７に示すサブルーチンを実行して、まずは、当該エンジン１０の加速処理（出力トルクの増大）の圧縮行程における該当シリンダ（気筒）１１ａの吸気口１６ａの吸気弁１８ａによる閉弁タイミングを取得する（ステップＳ１４１）。次いで、ＥＣＵ５０は、その吸気弁１８ａの閉弁後のインジェクタ２１からの燃料噴射タイミングを取得する（ステップＳ１４２）。次いで、ＥＣＵ５０は、その吸気弁１８ａの閉弁から燃料噴射までの期間中における吸入空気量を空気流量計２３の検出情報から算出して積算することにより取得する（ステップＳ１４３）。次いで、ＥＣＵ５０は、その燃焼室１５内の推定筒内圧力に応じた壁面ウェット燃焼を回避可能な燃料噴射量の上限値を、メモリ５１内の図４に示すマップを参照して決定した後に（ステップＳ１４３）、図６のフローチャートに戻る。
【００６０】
この後に、図６のフローチャートに戻って、ＥＣＵ５０は、要求燃料噴射量が圧縮行程での燃料噴射量の上限値を超えているか否か確認する（ステップＳ１５０）。
【００６１】
ステップＳ１５０において圧縮行程での燃料噴射量の上限値を要求燃料噴射量が超えていることを確認したＥＣＵ５０は、要求燃料噴射量から圧縮行程での燃料噴射量の上限値を減算して差分量を算出し（ステップＳ１６１）、算出差分量を吸気行程における燃料噴射量として設定するとともに（ステップＳ１６２）、決定上限値を圧縮行程における燃料噴射量として設定する（ステップＳ１６３）。
【００６２】
この後に、ＥＣＵ５０は、吸気行程における外気の吸入と並行して、燃料噴射量として設定されている算出差分量の燃料噴射を行って燃焼室１５内に混合気を導入した後に（ステップＳ１６４）、圧縮行程において燃料噴射量として設定されている上限値の燃料噴射を行って（ステップＳ１６５）、要求燃料噴射量を分割して燃料噴射する分割燃料制御処理を終了する。
【００６３】
また、ステップＳ１５０において圧縮行程での燃料噴射量の上限値を要求燃料噴射量が超えていないことを確認したＥＣＵ５０は、要求燃料噴射量を圧縮行程における燃料噴射量として設定した後に（ステップＳ１７３）、吸気行程において、外気を吸入して燃焼室１５内への吸気を行う（ステップＳ１７４）。
【００６４】
この後に、ＥＣＵ５０は、圧縮行程において、燃料噴射量として設定されている要求燃料噴射量の燃料噴射を行って（ステップＳ１７５）、要求燃料噴射量を分割することなく、そのまま燃料噴射する燃料制御処理を終了する。
【００６５】
これにより、ＥＣＵ５０が加速要求に応じた燃料噴射制御処理を実行する際に、エンジン１０の燃焼室１５の壁面温度が温度閾値の６０℃未満で暖機されていない始動直後の場合に、壁面ウェット燃焼が促進されると判断されて、要求燃料噴射量のうちの圧縮行程の燃料噴射量上限値を超える差分量が吸気行程で燃料噴射された後に、その燃料噴射量上限値が圧縮行程で燃料噴射される、分割燃料噴射制御処理が実行される。
【００６６】
このとき、エンジン１０の燃焼室１５の壁面温度が温度閾値の６０℃以上で暖機完了状態の場合には、吸気行程での噴射燃料は気化され易く、壁面ウェット燃焼は発生し難くいことから、要求燃料噴射量の全量が吸気行程で燃料噴射されて、圧縮行程前から噴射燃料の気化時間が長く取られる。
【００６７】
このため、エンジン１０の燃焼室１５の壁面温度が温度閾値未満あるいは温度閾値以上のいずれであっても、吸気行程を含めて噴射燃料を蒸発気化させることにより、余裕を持って吸入空気との混合気を形成することができ、触媒ユニット２５で十分に浄化可能な排気にするストイキ燃焼を実現することができる。
【００６８】
このように、本実施形態のＥＣＵ５０においては、加速要求に応じた要求燃料噴射量が圧縮行程での燃料噴射量の上限値を超える場合には、その圧縮行程の燃料噴射では蒸発気化させ切れない余剰の差分量を吸気行程において燃料噴射させることにより蒸発気化を進めておくことができ、燃焼室１５の壁面に燃料が付着したまま、所謂、壁面ウェット燃焼が行われてしまうことを回避することができる。
【００６９】
したがって、壁面ウェット燃焼の発生を抑制して燃焼不良によるＰＮ増加を抑えることができ、ＰＮ低減を実現する燃料噴射制御処理を実行するＥＣＵ５０を提供することができる。
【００７０】
次に、図８は本発明の第２の実施形態に係る内燃機関の制御装置を搭載する車両の一例を示す図である。ここで、本実施形態は、上述の実施形態と略同様に構成されていることから、同様の構成には同一の符号を付して図面を流用することによって特徴部分を説明する（以下で説明する他の実施形態においても同様）。
【００７１】
本実施形態の図１に示すＥＣＵ５０は、水温センサ２８の検出するシリンダブロック１１の温度（燃焼室１５の壁面温度の代用温度）が６０℃の温度閾値未満で暖機完了前（始動直後）であるときに、メモリ５１内の制御プログラムを実行して図８のフローチャートに示す制御処理を実施する。このとき、ＥＣＵ５０は、アクセルペダル１０９の踏込による加速要求に応じた要求燃料噴射量を２分割して吸気行程と圧縮行程とで燃料噴射する分割燃料噴射制御処理を実行する場合に、吸気行程から圧縮行程に移行する際の吸気弁１８ａの閉弁タイミングを分割燃料噴射制御処理以外のタイミングよりも早めるようになっている。
【００７２】
詳細には、ＥＣＵ５０は、図８のフローチャートに示すように、図６に示す上述実施形態と同様に、ドライバの加速要求時に（ステップＳ１１０）、燃焼室１５の壁面温度の代用温度が６０℃未満でエンジン１０が暖機完了前（始動直後）の冷間状態であるか否かを確認する（ステップＳ１２０）。
【００７３】
本実施形態では、ステップＳ１２０において燃焼室１５の壁面温度の代用温度が６０℃未満でエンジン１０が始動直後の冷間状態であることを確認したＥＣＵ５０は、吸気側動弁機構１８を動作させて吸気管１６の吸気口１６ａを吸気弁１８ａにより閉塞する閉弁タイミングを、例えば、クランクアングル３５度（ｄｅｇＣＡ）だけ進角させて早める（ステップＳ１２３）。
【００７４】
この後に、ＥＣＵ５０は、上述実施形態と同様に、車両１００の走行状態などに基づいて要求燃料噴射量を算出し（ステップＳ１３０）、圧縮行程における壁面ウェット燃焼を回避可能な燃料噴射量の上限値を図７の処理手順により決定した後に（ステップＳ１４０：Ｓ１４１〜Ｓ１４４）、その要求燃料噴射量が圧縮行程での燃料噴射量の上限値を超えているか否かを確認する（ステップＳ１５０）。
【００７５】
以降、ＥＣＵ５０は、上述実施形態と同様に、ステップＳ１５０における確認結果に応じて、圧縮行程での燃料噴射量の上限値を要求燃料噴射量が超えている場合には、その要求燃料噴射量を吸気行程と圧縮行程とで２分割して燃料噴射し（ステップＳ１６１〜Ｓ１６５）、また、圧縮行程での燃料噴射量の上限値を要求燃料噴射量が超えていない場合には、吸気行程に続く圧縮行程において要求燃料噴射量の燃料噴射をして（ステップＳ１７３〜Ｓ１７５）、燃料噴射の燃料制御処理を終了する。
【００７６】
これにより、エンジン１０が冷間状態で加速要求があって分割燃料噴射制御処理を実行する場合に、圧縮行程に移行する吸気弁１８ａの閉弁タイミングが早められて、圧縮行程における燃焼室１５の筒内圧力が高められる。このため、その圧縮行程における燃料噴射量の上限値が上昇される。この結果、壁面に噴霧燃料が付着し易い吸気行程での燃料噴射量を低減することができ、より信頼性高く、壁面ウェット燃焼を起こり難くし、ＰＭの生成を抑制してＰＮを削減することができ、燃費が悪化することをより効果的に抑制することができる。
【００７７】
また、エンジン１０が冷間状態でなく暖機完了後の場合には、無闇に吸気弁１８ａを進角させて早期に閉弁することを回避することができ、暖機状態での吸気弁１８ａの閉弁タイミングの進角によりポンプロス促進やノッキング誘発や燃費悪化に至ってしまうことのない燃料噴射制御処理を実行することができる。
【００７８】
このように、本実施形態のＥＣＵ５０においては、上述の第１の実施形態による作用効果に加えて、ポンプロスやノッキングを誘発したり、燃費を悪化させることなく、吸気弁１８ａの閉弁タイミングを早めて圧縮行程における燃料噴射量の上限値を上昇させることができ、吸気行程における燃料噴射量を低減して、壁面ウェット燃焼の発生を効果的に抑制することができる。
【００７９】
したがって、壁面ウェット燃焼の発生をより効果的に抑制することができ、燃焼不良によるＰＮ増加を抑えてＰＮ低減を信頼性高く実現する燃料噴射制御処理を行うＥＣＵ５０を提供することができる。
【００８０】
次に、図９および図１０は本発明の第３の実施形態に係る内燃機関の制御装置を搭載する車両の一例を示す図である。
【００８１】
本実施形態の図１に示すＥＣＵ５０は、水温センサ２８の検出するシリンダブロック１１の温度（燃焼室１５の壁面温度の代用温度）が６０℃の温度閾値未満で暖機完了前（始動直後）であるときに、メモリ５１内の制御プログラムを実行して図９のフローチャートに示す制御処理を実施する。このとき、ＥＣＵ５０は、アクセルペダル１０９の踏込による加速要求に応じた要求燃料噴射量を２分割して吸気行程と圧縮行程とで燃料噴射する分割燃料噴射制御処理を実行する場合に、少なくとも吸気行程における吸気弁１８ａのリフト量（開口量）を、図１０のマップに示すアクセルペダル１０９の踏込量に応じてスロットル開度の感度を大きくする制御値（傾斜線）を選択して調整することにより、分割燃料噴射制御処理以外の場合よりも小さくするようになっている。
【００８２】
詳細には、ＥＣＵ５０は、図９のフローチャートに示すように、図６に示す上述実施形態と同様に、ドライバの加速要求時に（ステップＳ１１０）、燃焼室１５の壁面温度の代用温度が６０℃未満でエンジン１０が暖機完了前（始動直後）の冷間状態であるか否かを確認する（ステップＳ１２０）。
【００８３】
本実施形態では、ステップＳ１２０において燃焼室１５の壁面温度の代用温度が６０℃未満でエンジン１０が始動直後の冷間状態であることを確認したＥＣＵ５０は、吸気側動弁機構１８を動作させて吸気管１６の吸気口１６ａを開口する吸気弁１８ａのリフト量を小さくするように、例えば、図１０に示すアクセル開度の感度を決定するマップを参照して制御値（傾斜線）を切り換える（ステップＳ１２５）。このステップＳ１２５においてＥＣＵ５０は、吸気弁１８ａのリフト量を調整する傾斜角度の異なる制御値（傾斜線）の制御パターンＡから制御パターンＢに切り換えることにより、吸気弁１８ａのリフト量を小さくしつつ、アクセルペダル１０９の踏込量に対するスロットル開度の感度を大きくする。次いで、ＥＣＵ５０は、その制御パターンＢに応じたアクセルペダル１０９の踏込量に対応するスロットル開度を決定（取得）する（ステップＳ１２６）。
【００８４】
この後に、ＥＣＵ５０は、上述実施形態と同様に、車両１００の走行状態などに基づいて要求燃料噴射量を算出し（ステップＳ１３０）、圧縮行程における壁面ウェット燃焼を回避可能な燃料噴射量の上限値を図７の処理手順により決定した後に（ステップＳ１４０：Ｓ１４１〜Ｓ１４４）、その要求燃料噴射量が圧縮行程での燃料噴射量の上限値を超えているか否かを確認する（ステップＳ１５０）。
【００８５】
以降、ＥＣＵ５０は、上述実施形態と同様に、ステップＳ１５０における確認結果に応じて、圧縮行程での燃料噴射量の上限値を要求燃料噴射量が超えている場合には、その要求燃料噴射量を吸気行程と圧縮行程とで２分割して燃料噴射し（ステップＳ１６１〜Ｓ１６５）、また、圧縮行程での燃料噴射量の上限値を要求燃料噴射量が超えていない場合には、吸気行程に続く圧縮行程において要求燃料噴射量の燃料噴射をして（ステップＳ１７３〜Ｓ１７５）、燃料噴射の燃料制御処理を終了する。
【００８６】
これにより、エンジン１０が冷間状態で加速要求があって分割燃料噴射制御処理を実行する場合に、吸気行程における吸気弁１８ａのリフト量が小さくされつつスロットル開度が大きくされることにより、閉弁動作が短縮されるとともに、燃焼室１５内への吸気量が増量されて、上述の第２の実施形態と同様に、圧縮行程における燃焼室１５の筒内圧力が高められる。このため、その圧縮行程における燃料噴射量の上限値が上昇されて、吸気行程での燃料噴射量を低減することができ、ＰＮを削減して燃費の悪化を効果的に抑制することができる。
【００８７】
このように、本実施形態のＥＣＵ５０においては、上述の第１の実施形態による作用効果に加えて、閉弁動作を短縮するとともに、燃焼室１５内への吸気量を増量することによって、上述の第２の実施形態と同様に、圧縮行程における燃料噴射量の上限値を上昇させることができ、吸気行程における燃料噴射量を低減して、壁面ウェット燃焼の発生を効果的に抑制することができる。
【００８８】
したがって、壁面ウェット燃焼の発生をより効果的に抑制することができ、燃焼不良によるＰＮ増加を抑えてＰＮ低減を信頼性高く実現する燃料噴射制御処理を行うＥＣＵ５０を提供することができる。
【００８９】
本発明の実施形態を開示したが、当業者によっては本発明の範囲を逸脱することなく変更が加えられうることは明白である。すべてのこのような修正及び等価物が次の請求項に含まれることが意図されている。
【符号の説明】
【００９０】
１０……エンジン
１１……シリンダブロック
１５……燃焼室
１６……吸気管
１７……排気管
１８ａ……吸気弁
１９ａ……排気弁
２１……インジェクタ
２３……空気流量計
２４……スロットル弁
２５……触媒ユニット
２８……水温センサ
３０……アクセル開度センサ
５０……ＥＣＵ（要求取得部、上限取得部）
５１……メモリ
１０９……アクセルペダル
【図１】
2019015276.tif 000003
【図２】
2019015276.tif 000004
【図３】
2019015276.tif 000005
【図４】
2019015276.tif 000006
【図５】
2019015276.tif 000007
【図６】
2019015276.tif 000008
【図７】
2019015276.tif 000009
【図８】
2019015276.tif 000010
【図９】
2019015276.tif 000011
【図１０】
2019015276.tif 000012
【図１１】
2019015276.tif 000013
【図１２】
2019015276.tif 000014