(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室に燃料を直接に噴射する燃料噴射弁と、上記燃焼室内のガス流動を強化するガス流動強化デバイスと、を備え、内燃機関の所定の減速時に燃料カットを行い、その後、所定の燃料カットリカバー条件が成立したときに燃料カットリカバーを行う、内燃機関の制御装置において、
上記燃料カット中に推定ピストン温度を繰り返し推定し、上記推定ピストン温度が所定の温度よりも低くなったときに限り、上記燃料カットリカバーに先立って上記ガス流動強化デバイスの作動を開始し、上記燃焼室のガス流動が強化された状態で、燃料カットリカバー時における燃料噴射を行う、内燃機関の制御装置。
【請求項２】
ガス流動が強化された状態で、上記推定ピストン温度が上記所定の温度を越えたときに、上記ガス流動強化デバイスの開度を通常の開度に戻す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】
上記燃料カットリカバー後に上記ガス流動強化デバイスが作動しているときに、アクセル開度の変化速度が所定の閾値よりも大きい場合には、上記ガス流動強化デバイスの作動を中止することを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
上記ガス流動強化デバイスは、タンブル制御弁、スワール制御弁、一対の吸気弁における片弁停止機構、または一対の吸気弁におけるリフト差生成機構であ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】
上記燃料カットリカバー時に、上記燃料噴射弁からの燃料噴射量が増加補正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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃焼室に燃料を直接に噴射する燃料噴射弁と、燃焼室内のガス流動を強化するガス流動強化デバイスと、を備えてなる内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、燃焼室に燃料を直接に噴射する、筒内直接噴射式内燃機関が開示されている。この内燃機関では、例えば機関の減速時に、燃費向上のため、燃料の噴射を一時的に停止する燃料カットが行われる。そして、燃料カット後には、燃料供給を再開する燃料カットリカバーが開始される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−２４１６５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
燃料カット中は、シリンダ内で燃焼が行われないため、シリンダ内の温度は徐々に低下していく。このような状況においては、燃料カットリカバーの際に噴射した燃料が、十分に気化せずにシリンダ壁面やピストン冠面に付着し易くなる。このような燃料の付着は、排気中の粒子状物質（ＰＭ: Particulate Matter）を増加させる要因となる。なお、近年、極小の排気微粒子を考慮して、排気微粒子の排出量が、微粒子の総重量ではなく粒子数（ＰＮ:Particle Number）によっても規制される傾向にある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、燃焼室に燃料を直接に噴射する燃料噴射弁と、燃焼室内のガス流動を強化するガス流動強化デバイスと、を備え、内燃機関の所定の減速時に燃料カットを行い、その後、所定の燃料カットリカバー条件が成立したときに燃料カットリカバーを行う、内燃機関の制御装置に関するものである。この制御装置は、燃料カット中に推定ピストン温度を繰り返し推定し、推定ピストン温度が所定の温度よりも低くなったときに限り、燃料カットリカバーに先立ってガス流動強化デバイスの作動を開始し、燃焼室のガス流動が強化された状態で、燃料カットリカバー時における燃料噴射を行う。
【０００６】
従って、燃料カットリカバー時に、シリンダ内のガス流動が強化された状態で燃料が噴射され、この噴射された燃料の気化が促進される。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、燃料カットリカバーの前にシリンダ内のガス流動が予め強化された状態となっているので、燃料カットリカバー時に噴射された燃料の気化が促進され、シリンダ壁面やピストン冠面への燃料の付着が低減される。これにより、排気中の粒子数が減少する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一実施例の筒内直接噴射式内燃機関の説明図である。
【図２】一実施例における燃料カット後のタンブル制御弁の制御についてのフローチャートである。
【図３】リカバー時燃焼回数クライテリアの特性を示すマップである。
【図４】燃料カットおよびリカバー時の種々のパラメータの変化を示す、図２の実施例に関連したタイムチャートである。
【図５】他の実施例における燃料カット後のタンブル制御弁の制御についてのフローチャートである。
【図６】燃料カットおよびリカバー時の種々のパラメータの変化を示す、図５の実施例に関連したタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照して、本発明の一実施例を説明する。
【００１０】
図１には、本発明の一実施例の筒内直接噴射式内燃機関１のシステム構成が示されている。内燃機関１は、シリンダ２を形成するシリンダブロック３と、該シリンダブロック３の上面に固定されたシリンダヘッド４と、を備えている。シリンダヘッド４には、吸気ポート５および排気ポート６が形成されており、シリンダヘッド４の下面に凹設された例えばペントルーフ型の燃焼室７へと開口している。吸気ポート５の先端は吸気弁８によって開閉され、排気ポート６の先端は排気弁９によって開閉される。なお、図には、１つの吸気ポート５および１つの排気ポート６が燃焼室７へと開口して示されているが、実際には、一対の吸気ポート５，５および一対の排気ポート６，６が燃焼室７に開口しており、それぞれ吸気弁８および排気弁９によって開閉される。燃焼室７の中央には、点火プラグ１０が配置されている。吸気ポート５の下方には、燃焼室７に燃料を直接に噴射する燃料噴射弁１１が配置されている。
【００１１】
また、吸気ポート５内には、燃焼室７内のガス流動を強化するガス流動強化デバイスとして、タンブル制御弁１２が設けられている。図１には、閉状態のタンブル制御弁１２、つまり、タンブル制御弁１２が吸気ポート５のポート壁面の下面部５Ａ側に回動して、吸気ポート５の下半部を塞いだ状態で示されている。この閉状態では、吸気ポート５内で吸気の流速が増加し、かつポート壁面の上面部５Ｂに沿って燃焼室７内へ流入するので、燃焼室７内でタンブル流が強化される。また、タンブル制御弁１２は、上記閉状態となる位置から、吸気ポート５内の吸気の主流方向と概ね平行となる位置まで開度を調整することができるように構成されている。タンブル制御弁１２の開度は、内燃機関１の運転条件に応じて制御される。
【００１２】
吸気ポート５に接続された吸気通路１３のコレクタ部１４上流側には、エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）１５からの制御信号によって開度が制御される電子制御型スロットルバルブ１６が介装されており、その上流側に吸入空気量を検出するエアフロメータ１７が配設されている。
【００１３】
また、排気ポート６に接続された排気通路１８には、例えば三元触媒からなる触媒コンバータ１９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２０が配置されている。
【００１４】
エンジンコントロールユニット１５には、上記のエアフロメータ１７、空燃比センサ２０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２１、冷却水温を検出する水温センサ２２、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２３、車速を検出する車速センサ２４、吸気通路１３例えばコレクタ部１４における吸気温度を検出する吸気温度センサ２５、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ルユニット１５は、これらの検出信号に基づき、燃料噴射弁１１による燃料噴射量および噴射時期、点火プラグ１０による点火時期、スロットルバルブ１６の開度、等を最適に制御している。
【００１５】
図２は、本実施例における燃料カット後のタンブル制御弁１２の制御について説明するためのフローチャートである。
【００１６】
ステップ１において、燃料カットが既に開始されているか否か、換言すれば、燃料カット中であるか否かを判定する。車両の走行中に運転者がアクセルペダル開度を全閉とすると、所定の燃料カット条件（例えば、冷却水温が暖機完了後であること、車速が所定の閾値以上であること、機関回転速度が所定の閾値以上であること、など）を満たすことを条件として燃料カットが実行される。
【００１７】
ステップ１において燃料カット中でない場合には、このフローチャートの処理を終了する。
【００１８】
また、ステップ１において燃料カット中である場合には、ステップ２に進み、燃料カット期間を示すカウンタFCTCNTを用いて燃料カット期間の計測を行う。なお、燃料カット期間としては、燃料カット時間や燃料カットサイクル数を用いることができる。そして、ステップ３において、ステップ２で計測した燃料カット期間（カウンタFCTCNT）を、所定の燃料カット期間タンブル制御弁閉クライテリアSLFCTCVと比較する。ステップ３において、燃料カット期間FCTCNTが所定のクライテリアSLFCTCV以下の場合には、ステップ９でタンブル制御弁１２を開とし、かつステップ５に進む。なお、適当な中間開度に保つようにしても良い。
【００１９】
また、燃料カット期間FCTCNTが所定のクライテリアSLFCTCVよりも長い場合には、ステップ４に進み、燃料カットリカバーに備えて、タンブル制御弁１２を閉状態にする。これは、長時間の燃料カットによりシリンダ２内の温度が低下している状態に相当する。そして、ステップ５に進み、燃料カットリカバー制御中であるか否かを判定する。つまり、所定の燃料カットリカバー条件が成立したか否かを判定する。例えば、燃料カットリカバー条件としては、運転者によるアクセルペダルの踏込のほか、車速が所定の閾値以下に低下したこと、あるいは、機関回転速度が所定の閾値以下に低下したこと、などが挙げられる。この燃料カットリカバー条件の成立に基づき、図示せぬ燃料噴射制御ルーチンに従って、燃料噴射弁１１からの燃料噴射が再開される。
【００２０】
ステップ５において、燃料カットリカバー制御中でない場合には、ステップ２に戻り、燃料カット期間FCTCNTの計測を継続する。
【００２１】
ステップ５において燃料カットリカバー制御中である場合には、ステップ６に進み、燃料カットリカバー後の燃焼サイクル数を示すリカバー時燃焼回数RCMBCNTを、所定のリカバー時燃焼回数クライテリアSLRCCNTと比較する。ここで、リカバー時燃焼回数クライテリアSLRCCNTは、燃料カット期間FCTCNTおよびリカバー時の負荷（リカバー時のシリンダ内空気量）をパラメータとして予め設定された、図３に示すような特性のマップにより求められる。クライテリアSLRCCNTは、燃料カット期間FCTCNTが長く、かつリカバー時の負荷が低いときほど、燃焼回数が多くなるように設定されている。即ち、燃料カット期間FCTCNTが長いと、シリンダ２内の温度が低下しているので、燃焼回数を増やすようにしてある。また、シリンダ内空気量が少ないと、発熱量が少なくなるので、同じく、燃焼回数を増やすようにしてある。
【００２２】
ステップ６において、リカバー時燃焼回数RCMBCNTが所定のクライテリアSLRCCNTを越えたときには、ステップ７に進み、タンブル制御弁１２を通常制御とする。これにより、タンブル制御弁１２の開度は、内燃機関１の運転条件に応じた通常の開度に制御される。従って、燃焼によりシリンダ内の温度が上昇した後は、タンブル制御弁１２の開度を通常の開度に戻すことにより、過早な燃焼が防止される。
【００２３】
また、ステップ６において、リカバー時燃焼回数RCMBCNTが所定のクライテリアSLRCCNT以下の場合には、ステップ８を経て、リカバー時燃焼回数のカウントを繰り返す。ステップ８では、加速判定を行う。ここで、加速判定は、アクセル開度センサ２３により検出したアクセル開度の変化速度を所定の閾値と比較することにより行う。検出したアクセル開度の変化速度が所定の閾値よりも大きい場合には、タンブル制御弁１２の閉作動を中止し、通常制御を行う。これにより、タンブル制御弁１２による吸入空気量の低下を防止し、加速性能の悪化を防止することができる。
【００２４】
図４は、上記実施例の制御による動作を説明するためのタイムチャートであって、燃料カット開始から燃料カットリカバーに至るまでの種々のパラメータの変化を示している。図の上から順に、（ａ）機関回転速度、（ｂ）筒内の当量比、（ｃ）燃料カット期間を示すカウンタFCTCNT、（ｄ）タンブル制御弁の開度、（ｅ）リカバー時燃焼回数RCMBCNT、（ｆ）排気中の粒子数（ＰＮ:Particle Number）、をそれぞれ示す。
【００２５】
この図の例では、時間ｔ１の直前までは、タンブル制御弁１２が閉状態となっている。時間ｔ１において、運転者がアクセルペダル開度を全閉としたことで燃料カットが実行される。これにより、機関回転速度は徐々に低下する。燃料カット期間は、カウンタFCTCNTによって計測される。この燃料カットに伴って、タンブル制御弁１２は開状態となる。
【００２６】
そして、時間ｔ２において、燃料カット期間FCTCNTが所定の燃料カット期間タンブル制御弁閉クライテリアSLFCTCVを上回ると、タンブル制御弁１２が閉状態へと制御される。これにより、シリンダ２内のガス流動が強化される。
【００２７】
時間ｔ３において、例えば車速の閾値までの低下などのリカバー条件に基づき、燃料カットリカバーが実行され、燃料噴射が開始される。これと同時に、リカバー時燃焼回数RCMBCNTのカウントが開始される。
【００２８】
つぎに、時間ｔ４において、リカバー時燃焼回数RCMBCNTが所定のクライテリアSLRCCNTを上回ると、タンブル制御弁１２は、強制的な閉状態から通常の開度制御へと戻される。
【００２９】
このように燃料カットリカバー時の燃料噴射に際して、タンブル制御弁１２を予め閉状態にしておくことで、リカバー時に噴射された燃料の気化が促進され、シリンダ壁面やピストン冠面への燃料の付着が低減される。これにより、リカバー時の排気中の粒子数ＰＮが抑制される。
【００３０】
また、燃料カット中に触媒コンバータ１９に過剰に吸収された酸素を強制的に放出させるために、燃料カットリカバー時には、一般に、燃料噴射量を増量補正して排気の空燃比を一時的にリッチにする所謂燃料リカバーリッチ噴射が行なわれる。仮に、燃料カットリカバーの開始前にタンブル制御弁１２を作動させずに燃料リカバーリッチ噴射を行うと、より多量の燃料が、燃料カット中に温度低下したシリンダ壁面やピストン冠面に付着し、通常の燃料噴射時よりも排気中の粒子数ＰＮが増加してしまう。しかし、燃料カットリカバーの開始前にタンブル制御弁１２を予め作動しておいてから燃料リカバーリッチ噴射を行うと、シリンダ２内でタンブル流が生じた状態で、燃焼室７に燃料を噴射することになる。従って、噴射した燃料の気化が促進され、シリンダ壁面やピストン冠面に付着しにくくなる。これにより、排気中の粒子数ＰＮが減少する。
【００３１】
なお、図の（ｆ）の破線は、燃料カットリカバーの開始前にタンブル制御弁１２を作動させずに燃料リカバーリッチ噴射を行った場合の粒子数ＰＮの特性を示し、実線は、上記実施例のように燃料カットリカバーの開始前にタンブル制御弁１２を予め作動しておいてから燃料リカバーリッチ噴射を行った場合の粒子数ＰＮの特性を示している。
【００３２】
次に、図５は、他の実施例における燃料カット後のタンブル制御弁１２の制御について説明するためのフローチャートである。
【００３３】
ステップ１１において、燃料カットが既に開始されているか否か、換言すれば、燃料カット中であるか否かを判定する。図２のフローチャートのステップ１と同様に、車両の走行中に運転者がアクセルペダル開度を全閉とすると、所定の燃料カット条件を満たすことを条件として燃料カットが実行される。
【００３４】
ステップ１１において燃料カット中でない場合には、このフローチャートの処理を終了する。
【００３５】
また、ステップ１１において燃料カット中である場合には、ステップ１２に進み、推定ピストン温度ESPSTMPを演算する。ここで、推定ピストン温度ESPSTMPは、燃料カット前の負荷（吸入空気量）、燃料カット中にシリンダ２を通過する空気量、等を用いて演算される。そして、ステップ１３において、ステップ１２で演算した推定ピストン温度ESPSTMPを、所定の推定ピストン温度タンブル制御弁閉クライテリアSLPSTMPと比較する。ステップ１３において、推定ピストン温度ESPSTMPが所定のクライテリアSLPSTMP以上の場合には、ステップ１９でタンブル制御弁１２を開とし、かつステップ１５に進む。なお、適当な中間開度に保つようにしても良い。
【００３６】
また、推定ピストン温度ESPSTMPが所定のクライテリアSLPSTMPよりも低い場合には、ステップ１４に進み、燃料カットリカバーに備えてタンブル制御弁１２を閉状態にする。そして、ステップ１５に進み、燃料カットリカバー制御中であるか否かを判定する。つまり、所定の燃料カットリカバー条件が成立したか否かを判定する。燃料カットリカバー条件は、図２のフローチャートのステップ５と同様である。この燃料カットリカバー条件の成立に基づき、図示せぬ燃料噴射制御ルーチンに従って、燃料噴射弁１１からの燃料噴射が再開される。
【００３７】
ステップ１５において、燃料カットリカバー制御中でない場合には、ステップ１２に戻り、ピストン温度ESPSTMPの推定および所定のクライテリアSLPSTMPとの比較を繰り返す。
【００３８】
また、ステップ１５において燃料カットリカバー制御中である場合には、ステップ１６に進み、推定ピストン温度ESPSTMPを、所定の推定ピストン温度タンブル制御弁閉クライテリアSLPSTMPと比較する。推定ピストン温度ESPSTMPが所定のクライテリアSLPSTMPを越えたときにはステップ１７に進み、タンブル制御弁１２を通常制御とする。これにより、タンブル制御弁１２の開度は、内燃機関１の運転条件に応じた通常の開度に制御される。
【００３９】
ステップ１６において、推定ピストン温度ESPSTMPが所定のクライテリアSLPSTMP以下の場合には、ステップ１８を経て、ステップ１６における温度の比較を繰り返す。ステップ１８では、加速判定を行う。ここで、この加速判定は、図２のフローチャートのステップ８と同様に行われる。検出したアクセル開度の変化速度が所定の閾値よりも大きい場合には、タンブル制御弁１２の閉作動を中止し、通常制御を行う。
【００４０】
図６は、上記実施例による制御による動作を説明するためのタイムチャートであって、燃料カット開始から燃料カットリカバーに至るまでの種々のパラメータの変化を示している。図の上から順に、（ａ）機関回転速度、（ｂ）筒内の当量比、（ｃ）推定ピストン温度ESPSTMP、（ｄ）タンブル制御弁の開度、（ｅ）排気中の粒子数ＰＮ、をそれぞれ示す。
【００４１】
この図の例では、時間ｔ１の直前までは、タンブル制御弁１２が閉状態となっている。時間ｔ１において、運転者がアクセルペダル開度を全閉としたことで燃料カットが実行される。これにより、機関回転速度は徐々に低下する。推定ピストン温度ESPSTMPは、上述したように、燃料カット前の負荷（吸入空気量）、燃料カット中にシリンダ２を通過する空気量、等を用いて演算される。この燃料カットに伴って、タンブル制御弁１２は開状態となる。
【００４２】
その後、時間ｔ２において、推定ピストン温度ESPSTMPが所定の推定ピストン温度タンブル制御弁閉クライテリアSLPSTMPを下回ると、タンブル制御弁１２が閉状態へと制御される。
【００４３】
時間ｔ３において、例えば車速の閾値までの低下などのリカバー条件に基づき、燃料カットリカバーが実行され、燃料噴射が開始される。これにより、燃焼室７内で燃料が再び燃焼されるので、ピストン温度が上昇し始める。
【００４４】
次に、時間ｔ４において、推定ピストン温度ESPSTMPが所定のクライテリアSLPSTMPを上回ると、タンブル制御弁１２は、強制的な閉状態から通常の開度制御へと戻される。
【００４５】
従って、図４の実施例と同様に、燃料カットリカバー時の燃料噴射に際して、タンブル制御弁１２を予め閉状態にしておくことで、リカバー時の排気中の粒子数ＰＮが抑制される。
【００４６】
なお、燃料リカバーリッチ噴射についても、図４の実施例と同様である。
【００４７】
なお、図の（ｅ）の破線は、燃料カットリカバーの開始前にタンブル制御弁１２を作動させずに燃料リカバーリッチ噴射を行った場合の粒子数ＰＮの特性を示し、実線は、上記実施例のように燃料カットリカバーの開始前にタンブル制御弁１２を予め作動しておいてから燃料リカバーリッチ噴射を行った場合の粒子数ＰＮの特性を示している。
【００４８】
上記各実施例では、タンブル制御弁の作動によってシリンダ２内のガス流動を強化する例を開示したが、このガス流動の強化を、スワール制御弁の作動、一対の吸気弁における片弁の停止、一対の吸気弁におけるリフト差、等によって行うようにしても良い。
【００４９】
また、上記各フローチャートでは、燃料カットリカバー時の燃料噴射に備えてリカバー前にタンブル制御弁１２の作動を開始するために、燃料カット期間FCTCNTや推定ピストン温度ESPSTMPを、関連したクライテリアと比較し、この比較の時期をトリガーとしてタンブル制御弁１２を作動する例を開示した。しかし、本発明では、タンブル制御弁１２の作動時期は、上記比較の時期と必ずしも一致している必要はなく、応答遅れを考慮して、燃料カットリカバー時における燃料噴射に先立ってタンブル制御弁１２を作動させれば良い。
【符号の説明】
【００５０】
１・・・内燃機関
５・・・吸気ポート
１１・・・燃料噴射弁
１２・・・タンブル制御弁
１５・・・エンジンコントロールユニット
【図１】
0006497035.tif 000002
【図２】
0006497035.tif 000003
【図３】
0006497035.tif 000004
【図４】
0006497035.tif 000005
【図５】
0006497035.tif 000006
【図６】
0006497035.tif 000007