(57)【要約】  燃料噴射制御装置は、シリンダヘッドを冷却するヘッド側冷却通路と、シリンダブロックを冷却するブロック側冷却通路と、を含み、ヘッド側冷却通路の冷却液の循環とブロック側冷却通路の冷却液の循環とを独立して制御し得る冷却装置を備える火花点火式の筒内直噴内燃機関の燃料噴射を制御する。そして、燃料噴射制御装置は、ヘッド側冷却通路に冷却液を循環させ、ブロック側冷却通路の冷却液の循環を停止した状態で、噴射した燃料の蒸発潜熱による筒内ガス温度低下が生じている間に吸気弁閉弁タイミングとなる筒内冷却用燃料噴射タイミングを設定する燃料噴射タイミング設定手段を備え、筒内冷却用燃料噴射タイミングに基づいて燃料噴射を実行する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダヘッドを冷却するヘッド側冷却通路と、シリンダブロックを冷却するブロック側冷却通路と、を含み、前記ヘッド側冷却通路の冷却液の循環と前記ブロック側冷却通路の冷却液の循環とを独立して制御し得る冷却装置を備える火花点火式の筒内直噴内燃機関の燃料噴射を制御する燃料噴射制御装置において、
前記ヘッド側冷却通路に冷却液を循環させ、前記ブロック側冷却通路の冷却液の循環を停止した状態で、噴射した燃料の蒸発潜熱による筒内ガス温度低下が生じている間に吸気弁閉弁タイミングとなる筒内冷却用燃料噴射タイミングを設定する燃料噴射タイミング設定手段を備え、
前記筒内冷却用燃料噴射タイミングに基づいて燃料噴射を実行する燃料噴射制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料噴射制御装置において、
前記筒内冷却用燃料噴射タイミングは、噴射した燃料の蒸発潜熱による筒内ガス温度低下量が最大のときに吸気弁閉弁タイミングとなる燃料噴射タイミングである燃料噴射制御装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の燃料噴射制御装置において、
１サイクル当たり複数回の燃料噴射を行う多段噴射の場合には、
前記燃料噴射タイミング設定手段は、前記複数回の燃料噴射のいずれかを前記筒内冷却用燃料噴射タイミングにする燃料噴射制御装置。
【請求項４】
請求項３に記載の燃料噴射制御装置において、
前記燃料噴射タイミング設定手段は、前記複数回の燃料噴射の最後の燃料噴射を前記筒内冷却用燃料噴射タイミングにする燃料噴射制御装置。
【請求項５】
請求項１または２に記載の燃料噴射制御装置において、
１サイクル当たり複数回の燃料噴射を行う多段噴射の場合であっても、１サイクル当たり１回の燃料噴射を行う単段噴射に切り換え、
前記燃料噴射タイミング設定手段は、１回の燃料噴射を前記筒内冷却用燃料噴射タイミングにする燃料噴射制御装置。
【請求項６】
請求項１に記載の燃料噴射制御装置において、
１サイクル当たり複数回の燃料噴射を行う多段噴射の場合には、
前記筒内冷却用燃料噴射タイミングは、前記多段噴射の噴射重心が吸気弁閉タイミングと一致するように設定された、前記多段噴射の各回の燃料噴射タイミングである燃料噴射制御装置。
【請求項７】
請求項１から６のいずれかに記載の燃料噴射制御装置において、
前記ヘッド側冷却通路の冷却水温を検知するヘッド側水温検知手段、または前記シリンダヘッドの壁温を検知するヘッド側壁温検知手段、の少なくとも一方をさらに備え、
前記ヘッド側冷却通路の冷却水温または前記シリンダヘッドの壁温が所定値以上の場合に、前記燃料噴射タイミング設定手段が前記筒内冷却用燃料噴射タイミングを設定する燃料噴射制御装置。
【請求項８】
請求項１から７のいずれかに記載の燃料噴射制御装置において、
前記内燃機関の潤滑油の温度を検知する油温検知手段をさらに備え、
前記潤滑油の温度が所定値以下の場合に、前記燃料噴射タイミング設定手段が前記筒内冷却用燃料噴射タイミングを設定する燃料噴射制御装置。
【請求項９】
請求項１に記載の燃料噴射制御装置において、
前記筒内冷却用燃料噴射タイミングは、吸気弁閉タイミングよりも燃料噴射期間分だけ進角側のタイミングである燃料噴射制御装置。
【請求項１０】
シリンダヘッドを冷却するヘッド側冷却通路と、シリンダブロックを冷却するブロック側冷却通路と、を含み、前記ヘッド側冷却通路の冷却液の循環と前記ブロック側冷却通路の冷却液の循環とを独立して制御し得る冷却装置を備える火花点火式の筒内直噴内燃機関の燃料噴射を制御する燃料噴射制御方法において、
前記ヘッド側冷却通路に冷却液を循環させ、前記ブロック側冷却通路の冷却液の循環を停止した状態で、噴射した燃料の蒸発潜熱による筒内ガス温度低下が生じている間に吸気弁閉弁タイミングとなる筒内冷却用燃料噴射タイミングを設定し、
前記筒内冷却用燃料噴射タイミングに基づいて燃料噴射を実行する燃料噴射制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の燃料噴射制御装置及び燃料噴射制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の熱効率を向上させて燃費性能の改善を図る方策として、圧縮比を高めることが有効である。しかし、ガソリンを燃料とする内燃機関では、圧縮比が高くなるほどノッキングが発生し易くなるため、ノッキングを抑制するための対策が必要となる。例えば、ノッキングを抑制する方法として、点火時期を遅角させることが知られているが、点火時期を遅角するほどトルクが低下してしまう。つまり、点火時期を遅角することで、高圧縮比化によって得られるはずのトルクが得られなくなる。【０００３】
そこで、ＪＰ２０１２−１０２６５４Ａでは、高圧縮比化しつつノッキングを抑制するために、燃料を多段噴射する内燃機関において、ノッキングが発生し易い低回転領域では多段噴射の最後の噴射を圧縮行程で行うようにしている。この制御では、圧縮行程で噴射した燃料の蒸発潜熱によって、筒内のガス温度を低下させることを目的としている。
【発明の概要】
【０００４】
ところで、圧縮行程は吸気バルブ及び排気バルブが閉じた状態での圧縮であり、断熱圧縮行程とみなすことができる。このような断熱圧縮行程の途中で燃料を噴射すると、蒸発潜熱による筒内ガス温度の低下は生じるものの、ノッキングが発生し易い上死点付近における筒内ガス温度を低下させる効果は小さい。すなわち、上記文献の制御は、ノッキング抑制のための制御としては改善の余地がある。
【０００５】
そこで、本発明では、より確実にノッキングを抑制し得る燃料噴射の制御を行うことを目的とする。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】図１は、冷却システムの一例を示す構成図である。
【図２】図２は、燃料噴射制御パターンの一例を示す図である。
【図３】図３は、圧縮行程における筒内ガス温度の変化を示す図である。
【図４】図４は、蒸発潜熱と筒内ガス温度との関係を示すタイミングチャートである。
【図５】図５は、燃料噴射制御パターンの他の例を示す図である。
【図６】図６は、燃料噴射制御パターンのさらに他の例を示す図である。
【図７】図７は、四段噴射の燃料噴射パルスを示す図である。
【図８】図８は、燃料噴射制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図９】図９は、燃料噴射タイミングマップの切り換えを説明するための図である。
【図１０】図１０は、燃料噴射タイミングマップの一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。
【０００８】
図１は、本実施形態を適用する冷却システムの一例を示す構成図である。本冷却システムは、火花点火式の筒内直噴内燃機関（以下、単に「内燃機関」ともいう）１により駆動されるウォータポンプ５を用いて冷却水を循環させて、内燃機関１を冷却するものである。なお、ウォータポンプ５を、電動モータにより駆動される電動ポンプとしてもよい。
【０００９】
内燃機関１の内部の冷却水通路は、シリンダヘッド２に設けたヘッド側冷却通路２１と、シリンダブロック３に設けたブロック側冷却通路２２と、の２系統に分岐している。ヘッド側冷却通路２１のシリンダヘッド出口側には第１コントロールバルブ１３が、ブロック側冷却通路２２のシリンダブロック出口側には第２コントロールバルブ１４が、それぞれ配置されている。
【００１０】
また、ヘッド側冷却通路２１のシリンダヘッド出口と第１コントロールバルブ１３との間には、ヘッド側冷却通路２１の水温（以下、「ヘッド側水温」ともいう）を検出するヘッド側水温センサ１２Ａが配置されている。ブロック側冷却通路２２のシリンダブロック出口と第２コントロールバルブ１４との間には、ブロック側冷却通路２２の水温（以下「ブロック側水温」ともいう）を検出するブロック側水温センサ１２Ｂが配置されている。ヘッド側水温センサ１２Ａ及びブロック側水温センサ１２Ｂの検出信号は、後述するコントローラ１００に読み込まれる。
【００１１】
第１コントロールバルブ１３には、ヒータコア１０へ繋がるヒータ通路２５、第２コントロールバルブ１４へ繋がる連結通路２８、及びラジエータ６へ繋がるラジエータ通路２３が接続されており、これらのいずれかの通路を選択してヘッド側冷却通路２１と連通させることができる。また、第１コントロールバルブ１３は、閉弁することによって、ヘッド側冷却通路２１の冷却水の流れを制限することもできる。
【００１２】
一方、第２コントロールバルブ１４には、オイルクーラ１５及びオイルウォーマ１６へ繋がるエンジン側リターン通路２４及び連結通路２８が接続されており、これらのいずれかの通路を選択してブロック側冷却通路２２と連通させることができる。また、第２コントロールバルブ１４は、閉弁することによって、ブロック側冷却通路２２の冷却水の流れを制限することもできる。
【００１３】
第１コントロールバルブ１３及び第２コントロールバルブ１４は、いずれも後述するコントローラ１００により制御される。なお、システムの簡略化のため、第２コントロールバルブ１４をサーモスタット弁としてもよい。
【００１４】
ヒータ通路２５は、ヒータコア１０へ冷却水を供給するための通路である。ヒータコア１０には、ヒータコア１０で空気と熱交換した冷却水をウォータポンプ５へ戻すヒータ側リターン通路２７が接続されている。ヒータ側リターン通路２７には、ＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲクーラ９が介装されている。
【００１５】
エンジン側リターン通路２４は、第２コントロールバルブ１４とウォータポンプ５とを連通する通路であって、一部が分岐している。分岐した一方には、内燃機関１の潤滑油を冷却するためのオイルクーラ１５が、他方には自動変速機４の作動油を温めるためのオイルウォーマ１６が、それぞれ介装されている。
【００１６】
ラジエータ通路２３は、第１コントロールバルブ１３とウォータポンプ５とを連通する通路であり、途中にラジエータ６が介装されている。
【００１７】
また、ヘッド側冷却通路２１からは、スロットルチャンバ７およびＥＧＲバルブ８を経由してヒータ側リターン通路２７へ合流するスロットル側通路２６が分岐している。
【００１８】
シリンダヘッド２には、シリンダヘッド内に設けたオイルジャケット内の潤滑油温度を検出する油温センサ１１が設けられている。油温センサ１１の検出信号は、コントローラ１００に読み込まれる。
【００１９】
コントローラ１００は、中央演算装置（ＣＰＵ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）及び入出力インタフェース（Ｉ／Ｏインタフェース）を備えたマイクロコンピュータで構成される。コントローラ１００を複数のマイクロコンピュータで構成することも可能である。
【００２０】
コントローラ１００は、油温センサ１１、ヘッド側水温センサ１２Ａ、及びブロック側水温センサ１２Ｂの検出信号の他、運転者のアクセルペダル開度を検出するアクセルペダル開度センサ１７及び内燃機関１の回転速度を検出するクランク角度センサ１８の検出信号も読み込む。そして、これらの検出信号に基づいて、スロットルチャンバ７およびＥＧＲバルブ８の開度制御、内燃機関１の燃料噴射制御、点火時期制御、第１コントロールバルブ１３及び第２コントロールバルブ１４の制御等を実行する。また、コントローラ１００は、ヘッド側水温に基づいてシリンダヘッド２の壁温（以下、「ヘッド側壁温」ともいう）を、ブロック側水温に基づいてシリンダブロック３の壁温（以下「ブロック側壁温」ともいう）を、それぞれ推定する。例えば、内燃機関１における冷却水温と壁温との関係を予め調べてマップ化しておき、検出した冷却水温でマップ検索する。
【００２１】
上記の冷却システムでは、内燃機関１が冷機状態であれば、コントローラ１００は第１コントロールバルブ１３及び第２コントロールバルブ１４を閉弁して、ヘッド側冷却通路２１及びブロック側冷却通路２２の冷却水の流れを制限する。これにより、冷却水の昇温が促進される。
【００２２】
一方、内燃機関１が暖機状態であれば、コントローラ１００は、第１コントロールバルブ１３及び第２コントロールバルブ１４を開弁する。このとき、コントローラ１００は、ヘッド側水温及びブロック側水温に応じて、冷却水をラジエータ通路２３へ流すか、エンジン側リターン通路２４へ流すか、を決定し、第１コントロールバルブ１３及び第２コントロールバルブ１４を制御する。
【００２３】
なお、本実施形態では、ヘッド側壁温及びブロック側壁温の閾値を８０℃、ヘッド側水温及びブロック側水温の閾値を８０℃、油温の閾値を８０℃とし、上記各温度のいずれもが閾値以上であれば暖機状態とし、そうでない場合は冷機状態とする。そして、冷機状態のうち、ヘッド側壁温及びヘッド側水温が８０℃以上かつ油温が８０℃より低い状態を、高水温状態とする。
【００２４】
また、コントローラ１００は、燃料噴射タイミング設定手段として、内燃機関１の状態に応じて燃料噴射の態様を変化させる。
【００２５】
図２は、三段噴射の場合の、内燃機関１の状態に応じた燃料噴射制御の態様を示す図である。以下の説明における「燃料噴射タイミング」とは、燃料噴射を開始するタイミングのことをいう。
【００２６】
高水温状態を除く冷機状態（以下、単に冷機状態ともいう）では、微粒子の排出量（ＰＮ：Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｎｕｍｂｅｒ）の低減するため、ピストンやシリンダ壁への燃料の付着が少なくなるように、燃料噴射の進角側限界（ＰＮリミット）が他の状態に比べて遅角側となる。また、三段噴射の各噴射は、燃料によるオイル希釈を抑制することを優先した燃料噴射タイミングとなっている。なお、冷機状態では、コントローラ１００がヘッド側冷却通路２１及びブロック側冷却通路２２の冷却水の循環を遮断する。これにより、ヘッド側壁温及びブロック側壁温の昇温が促進される。また、ヘッド側冷却通路２１及びブロック側冷却通路２２内の冷却水も、昇温が促進される。
【００２７】
一方、暖機状態では、ＥＧＲ制御を実行するか否かで燃料噴射の態様が異なる。ＥＧＲ制御を実行する場合は、ＥＧＲ制御によってノッキングが発生し難くなっているので、筒内ガスのミキシング時間をより長くとるために、下死点より進角側で三回の燃料噴射が終了する燃料噴射タイミングとなっている。また、ＥＧＲ制御を実行しない場合は、ミキシング時間の確保と筒内ガス温度の低下とを両立するため、二回目と三回目の燃料噴射タイミングがＥＧＲ制御を実行する場合に比べて遅角側となっている。特に、三回目の燃料噴射タイミングは、下死点から吸気バルブ閉タイミングの間に設定されている。
【００２８】
上述した冷機状態及び暖機状態の燃料噴射の態様は公知なので、詳細な説明は省略する。
【００２９】
本実施形態は、以下に説明する高水温状態の燃料噴射制御に特徴がある。
【００３０】
高水温状態は、ヘッド側壁温及びブロック側壁温は暖機状態の温度まで上昇しているにもかかわらず、油温は暖機状態の温度まで上昇していない状態である。油温が低いほど各部のフリクションが大きくなって燃費性能が低下するので、高水温状態では、油温の上昇を促進することが望まれる。冷却水を循環させると、ヘッド側壁温及びブロック側壁温が低下して油温の上昇が妨げられるので、高水温状態ではコントローラ１００は少なくともブロック側冷却通路２２の冷却水の循環を停止する。
【００３１】
しかしながら、冷却水の循環を停止したままでは、ヘッド側壁温が上昇し続けてノッキングが発生し易くなってしまう。
【００３２】
そこで、コントローラ１００はノッキングを防止するために、例えば、図２に示すように、三段噴射の二回目の燃料噴射と三回目の燃料噴射とを、下死点から吸気バルブ閉タイミングの間に行う。
【００３３】
燃料を噴射すると、燃料の蒸発潜熱により筒内ガス温度が低下する。ただし、筒内ガス温度が低下してからの経過時間が長くなるほど、筒内ガスとシリンダヘッド及びシリンダブロックとの熱交換が進んで、筒内ガス温度の低下代が小さくなってしまう。そこで、燃料の蒸発潜熱による筒内ガス温度の低下を有効に活用する為に、上記のように二回目の燃料噴射と三回目の燃料噴射を吸気弁閉タイミングに近づける。
【００３４】
より具体的には、三回目に噴射した燃料の蒸発潜熱による筒内ガス温度の低下が生じている間に吸気バルブ閉タイミングとなるように、三回目の燃料噴射タイミングを設定する。これは、次に説明するように、吸気バルブ閉タイミングにおける筒内ガス温度の低下代が、圧縮上死点において増幅されるからである。なお、上記の燃料噴射タイミングを、筒内冷却用燃料噴射タイミングという。
【００３５】
図３は、圧縮行程における筒内ガス温度の変化を示す図であり、吸気バルブ閉タイミング（図中のＩＶＣ）付近及び圧縮上死点（図中のＴＤＣ）付近については、拡大図を付した。なお、本実施形態でいう「圧縮行程」とは、吸気バルブ閉タイミングから排気バルブ開タイミングまでをいう。
【００３６】
内燃機関１の圧縮行程を断熱圧縮行程とみなすと、式（１）の関係が成立する。
【００３７】
Ｔ・Ｖ（ｋ−１）＝一定      ・・・（１）
ただし、Ｔは筒内ガス温度、Ｖは燃焼室容積、ｋは比熱比である。
【００３８】
そして、吸気バルブ閉タイミングにおける筒内ガス温度Ｔｉｖｃ、圧縮上死点における筒内ガス温度Ｔｔｄｃ、吸気バルブ閉タイミングにおける燃焼室容積Ｖｉｖｃ、圧縮上死点における燃焼室容積Ｖｔｄｃを用いると、式（２）が成立する。
【００３９】
Ｔｔｄｃ・Ｖｔｄｃ（ｋ−１）＝Ｔｉｖｃ・Ｖｉｖｃ（ｋ−１）      ・・・（２）
【００４０】
式（２）を変形することによって、式（３）が得られる。
【００４１】
Ｔｔｄｃ＝Ｔｉｖｃ×ε（ｋ−１）      ・・・（３）
ただし、εは圧縮比である。
【００４２】
式（３）において、比熱比を１．３、圧縮比を１３とすると、式（４）のようになる。
【００４３】
Ｔｔｄｃ≒２×Ｔｉｖｃ      ・・・（４）
【００４４】
つまり、内燃機関１の圧縮比が１３の場合には、圧縮上死点における筒内ガス温度は吸気バルブ閉タイミングにおける筒内ガス温度の約２倍になる。そして、吸気バルブ閉タイミングにおける温度差は、圧縮上死点では２倍に増幅される。すなわち、吸気バルブ閉タイミングにおいて筒内ガス温度を低下させると、圧縮上死点での温度低下量はその２倍になる。
【００４５】
そこで、本実施形態では、吸気バルブ閉タイミングにおける筒内ガス温度がより低下するような燃料噴射制御を行う。
【００４６】
図４は、燃料の蒸発潜熱により筒内ガス温度が低下する場合の、タイミングチャートの一例である。なお、図中の「壁」とは、ヘッド側壁面及びブロック側壁面のことをいう。また、「蒸発量」、「壁からの熱伝達量」、及び「潜熱による温度変化量」は、各タイミングにおける量である。したがって、各チャートと横軸とで囲まれた面積が、筒内ガス温度に影響を与える量に相当する。
【００４７】
タイミングＴ１で燃料噴射を開始すると、噴射された燃料は時間遅れをもってタイミングＴ２から蒸発し始める。蒸発開始後は、筒内の燃料量の増加及び燃料の拡散の進行に伴って、蒸発量が徐々に増加する。その後、未蒸発の燃料量の減少及び燃料噴射の停止に伴って、蒸発量は減少する。
【００４８】
蒸発潜熱による温度変化量は、上記の蒸発量の挙動と同様の挙動を示す。ただし、温度変化の方向は、筒内ガス温度を低下させる方向となる。これにより、筒内ガス温度は低下し始める。ただし、蒸発開始から筒内ガス温度が低下し始めるまでには、遅れが生じる。
【００４９】
また、筒内ガス温度には、壁から伝達される熱量も影響を及ぼす。そして、壁からの熱伝達量は、筒内ガス温度と壁の温度との差が大きくなるほど大きくなる。つまり、蒸発潜熱により筒内ガス温度が低下すると、遅れ時間をもって壁からの熱伝達量が増加する。
【００５０】
したがって、蒸発潜熱によって低下した筒内ガス温度は、その後、壁からの熱伝達によって上昇に転じる。
【００５１】
そこで本実施形態では、筒内ガス温度が上昇に転じる直前のタイミングＴ３と吸気バルブ閉タイミングとが一致するように、コントローラ１００が図２の三回目の燃料噴射の開始タイミングを設定する。つまり、三段噴射の二回目の燃料噴射と三回目の燃料噴射とを、吸気バルブ閉タイミングに近付け、特に、三回目の燃料噴射タイミングについては、上述したように設定する。二回目の燃料噴射と三回目の燃料噴射との間隔を近づければ、二回目の燃料噴射で筒内ガス温度が低下している状態で三回目の燃料噴射を行うことになるので、吸気バルブ閉タイミングにおける筒内ガス温度を効果的に低下させることができる。
【００５２】
ところで、吸気バルブ閉タイミングにおける筒内ガス温度を低下させる燃料噴射の態様は、上述したものに限られない。
【００５３】
例えば、図５に示すように単段噴射の場合には、単段噴射の燃料噴射タイミングを上述したタイミングに設定する。単段噴射の場合は、燃料が蒸発する期間が長くなることで壁からの熱伝達量が増大するものの、一回当たりの燃料噴射量が多段噴射よりも多くなることで、蒸発潜熱による筒内ガス温度の低下代が大きくなる。なお、冷機状態及び暖機状態では多段噴射を行う場合に、高水温状態では単段噴射に切り換えるようにしてもよい。
【００５４】
また、図６に示すように、多段噴射の重心（以下、単に「噴射重心」ともいう）が吸気バルブ閉タイミングとなるように設定してもよい。ここで、噴射重心について、図７を参照して説明する。
【００５５】
図７は、四段噴射の燃料噴射パルスを示す図である。ＩＴ１−ＩＴ４は各燃料噴射の開始タイミングであり、Ｔｉｎｊ１−Ｔｉｎｊ４は各燃料噴射の燃料噴射期間（噴射パルス幅）である。また、ＩＴ１ｍｉｄ−ＩＴ４ｍｉｄは、各燃料噴射期間の中間点である。このとき、噴射重心ＩＴｃは、式（５）で表すことができる。
【００５６】
【数１】
2015173937.tif 000003
ただし、Ｔｉｎｊｔｏｔａｌは各噴射パルス幅の合計値である。
【００５７】
なお、二段噴射や三段噴射のように噴射回数が異なる場合も、燃料噴射開始タイミングＩＴｎ、噴射パルス幅Ｔｉｎｊｎ、燃料噴射期間の中間点ＩＴｎｍｉｄを用いて同様に算出する。
【００５８】
噴射重心ＩＴｃと吸気バルブ閉タイミングとが一致するように燃料噴射タイミングを設定する場合には、吸気バルブ閉タイミングより前の燃料噴射量が少なくなる分、図２や図５の場合に比べて吸気バルブ閉タイミングにおける筒内ガス温度を低下させる効果は小さくなる。ただし、圧縮行程で噴射された燃料の蒸発潜熱により、筒内ガス温度が低下する。
【００５９】
次に、上述した高水温状態における燃料噴射制御の制御ルーチンについて説明する。
【００６０】
図８は、コントローラ１００が実行する、燃料噴射制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【００６１】
ステップＳ１０で、コントローラ１００は、運転状態を読み込む。具体的には、エンジン回転速度としてクランク角度センサ１８の検出信号を、負荷としてアクセルペダル開度センサ１７の検出信号を、それぞれ読み込む。
【００６２】
ステップＳ２０で、コントローラ１００は高水温状態であるか否かを判定する。当該判定は、上述した閾値に基づいて行う。高水温状態である場合はステップＳ３０の処理を実行し、高水温状態でない場合はステップＳ７０の処理を実行する。ステップＳ７０では、コントローラ１００は通常の燃料噴射制御、つまり冷機状態であれば冷機状態用、暖機状態であれば暖機状態用の、燃料噴射制御を実行する。
【００６３】
ステップＳ３０で、コントローラ１００は燃料噴射量を演算する。燃料噴射量の演算には、公知の演算方法を用いる。すなわち、エンジン回転速度と負荷とパラメータとする燃料噴射量マップを予め作成しておき、ステップＳ１０で読み込んだエンジン回転速度と負荷とでマップを検索する。
【００６４】
ステップＳ４０で、コントローラ１００は可変動弁機構ＶＴＣの変換角を演算する。可変動弁機構ＶＴＣは、吸気バルブの開閉タイミングを可変に制御し得る機構である。本実施形態で用いる可変動弁機構ＶＴＣは、公知のものと同様なので、可変動弁機構ＶＴＣの構成についての説明は省略する。
【００６５】
コントローラ１００は、運転状態としての負荷及びエンジン回転速度をパラメータとする変換角マップを予め作成しておき、読み込んだ運転状態を用いてマップを検索する。なお、可変動弁機構ＶＴＣを備えない場合は、本ステップを省略する。
【００６６】
ステップＳ５０で、コントローラ１００は、燃料噴射タイミングを、上述したような高水温状態に応じたタイミングに切り換える。例えば、冷機状態から高水温状態へ移行した場合には、図９に示すように、冷機状態用の噴射時期マップから、高水温状態用の噴射時期マップに切り換える。各噴射時期マップは、運転状態としての負荷及びエンジン回転速度をパラメータとして、各運転状態に適した噴射時期を割り付けたものである。多段噴射を行なう場合は、各噴射についての噴射時期マップを用意する。そして、高水温状態用の燃料噴射時期マップから燃料噴射開始タイミングを算出する。
【００６７】
なお、点火時期マップを切り換える代わりに、ノッキングが発生し易い運転領域のみ、演算により高水温状態用の点火時期を算出してもよい。例えば、図１０の冷機状態用の点火時期マップにおいて、斜線を付した領域がノッキングの発生し易い運転領域であるとする。この場合、吸気バルブ閉タイミングにおける筒内ガス温度を低下させるための燃料噴射タイミングＩＴｎは式（６）により算出できる。
【００６８】
ＩＴｎ＝ＩＶＣ−Ｔｅｖａｐ      ・・・（６）
ただし、ＩＶＣは吸気バルブ閉タイミング、Ｔｅｖａｐは蒸発潜熱によって温度が低下し始めてから、温度低下量が最大になるまでに要する時間、である。
【００６９】
多段噴射を行う場合には、上記の燃料噴射タイミングを基準として、他の噴射タイミングを算出できる。
【００７０】
上記のように、ノッキングが発生し易い運転領域でのみ、ノッキング防止用の点火時期の演算を行い、他の運転領域では冷機状態用の点火時期マップをそのまま用いることで、演算負荷を軽減することができる。
【００７１】
なお、噴射重心を吸気バルブ閉タイミングに一致させる場合も同様に、ノッキングが発生し易い運転領域のみ、高水温状態用の点火時期を算出するようにしてもよい。この場合、式（７）により噴射重心ＩＴｃが定まる。そして、噴射重心ＩＴｃに基づいて、各燃料噴射の開始タイミングを算出できる。
【００７２】
ＩＴｃ＝ＩＶＣ−Ｔｅｖａｐ      ・・・（７）
【００７３】
ステップＳ６０で、コントローラ１００は、ステップＳ３０で求めた燃料噴射量と、ステップＳ５０で求めた燃料噴射開始タイミングと、を今回の燃料噴射量及び燃料噴射開始タイミングとして設定する。
【００７４】
上述した本実施形態の作用効果について説明する。
【００７５】
（１）本実施形態の燃料噴射制御装置としてのコントローラ１００は、ヘッド側冷却通路２１の冷却液の循環とブロック側冷却通路２２の冷却液の循環とを独立して制御し得る火花点火式の筒内直噴内燃機関１の燃料噴射を制御する。そして、コントローラ１００は、高水温状態において、噴射した燃料の蒸発潜熱による筒内ガス温度低下が生じている間に吸気バルブ閉タイミングとなる筒内冷却用燃料噴射タイミングを設定し、筒内冷却用燃料噴射タイミングに基づいて燃料噴射を実行する。これにより、ノッキングが発生し易い圧縮上死点付近での筒内ガス温度を低下させてノッキングを防止できる。すなわち、ノッキングを防止しつつ油温の上昇を促進できる。
【００７６】
（２）本実施形態では、コントローラ１００が、筒内冷却用燃料噴射タイミングを噴射した燃料の蒸発潜熱による筒内ガス温度低下量が最大のときに吸気弁閉弁タイミングとなるように設定するので、圧縮上死点付近での筒内ガス温度をより低下させることができる。
【００７７】
（３）多段噴射を行なう場合には、コントローラ１００は、多段噴射のいずれかの噴射を筒内冷却用燃料噴射タイミングにする。これにより、いずれかの噴射で噴射された燃料の蒸発潜熱を利用して、圧縮上死点付近での筒内ガス温度を低下させることができる。
【００７８】
（４）多段噴射を行なう場合に、コントローラ１００は、複数回の燃料噴射の最後の燃料噴射を筒内冷却用燃料噴射タイミングに設定する。これにより、圧縮行程中に燃料を噴射する場合に比べて、燃料のミキシング時間を長くとることができるので、ノッキングを防止できるだけでなく、排気エミッションの悪化も防止できる。
【００７９】
（５）冷機状態及び暖機状態では多段噴射を行う場合に、コントローラ１００は、高水温状態では単段噴射に切り換え、単段噴射の燃料噴射タイミングを筒内冷却用燃料噴射タイミングに設定してもよい。この場合も、燃料の蒸発潜熱によって圧縮上死点付近での筒内ガス温度を低下させて、ノッキングを防止することができる。
【００８０】
（６）多段噴射を行う場合には、筒内冷却用燃料噴射タイミングを、噴射重心が吸気バルブ閉タイミングと一致するように設定された多段噴射の各回の燃料噴射タイミングとしてもよい。この場合でも、燃料の蒸発潜熱によって圧縮上死点付近での筒内ガス温度を低下させて、ノッキングを防止することができる。
【００８１】
（７）ヘッド側壁温及びブロック側壁温が高くなるほど、燃料が噴射されてから蒸発するまでの遅れ時間が短くなる。このため、筒内冷却用燃料噴射タイミングを、吸気バルブ閉タイミングよりも燃料噴射期間（例えば０．５ミリ秒−５ミリ秒程度）分だけ進角側に設定したとしても、吸気バルブ閉タイミングにおける筒内ガス温度を低下させる効果は十分に得られる。
【００８２】
なお、暖機状態となった後も、ブロック側冷却通路２２の水温が例えば９５℃より低くなった場合には、ブロック側冷却通路２２の冷却水の循環を停止するようにしてもよい。シリンダブロック３の温度を高めることで、ピストンとシリンダ壁とのフリクションを低下させ、燃費性能の低下を抑制するためである。この場合、シリンダブロック３の温度が上昇することによってノッキングが発生し易くなるので、上述した高水温状態における燃料噴射制御を実行して、ノッキングを防止する。
【００８３】
以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。
【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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【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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【国際調査報告】
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