(57)【要約】【課題】本発明は、内燃機関の気筒内へ直接燃料噴射する燃料噴射弁を備えた火花点火式内燃機関の制御システムにおいて、燃料噴射時期の制限を緩和しつつオイル希釈を抑制することを課題とする。【解決手段】本発明は、気筒の内壁面に付着して潤滑油を希釈し得る燃料（オイル希釈燃料）の量が上限値を超える場合に、点火時期をＭＢＴより前へ過進角させることにより、オイル希釈燃料量を低減させる。かかる発明によれば、燃料噴射時期の制限が緩和されるため、噴射燃料と吸気とが均質に混合可能な時期に燃料噴射時期を設定することができる。その結果、燃費の悪化やスモークの増加を効果的に低減することができる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の気筒内へ直接燃料噴射する燃料噴射弁を備えた火花点火式内燃機関の制御システムにおいて、
前記内燃機関の点火時期をＭＢＴより前へ過進角させる過進角手段と、
前記内燃機関の気筒内壁面に付着した燃料のうち燃焼に供されない燃料量を取得する取得手段と、
前記取得手段により取得された燃料量が上限値を超えた場合に、前記過進角手段を作動させる制御手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御システム
【請求項２】
請求項１において、前記制御手段は、前記取得手段により取得された燃料量が多くなるほど、前記過進角手段による点火時期の進角量を増加させることを特徴とする内燃機関の制御システム。
【請求項３】
請求項１又は２において、前記取得手段は、気筒内の温度と燃料噴射量とに基づいて、燃焼に供されない燃料量を取得することを特徴とする内燃機関の制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気筒内に直接燃料噴射される火花点火式内燃機関の制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
気筒内に直接燃料噴射する燃料噴射弁を備えた内燃機関（以下、「筒内直接噴射式内燃機関」と称する）は、燃料噴射弁から噴射された燃料が気筒内壁面（シリンダボア壁面）に付着し易い。気筒内壁面に付着した燃料（以下、「付着燃料」と称する）の一部は、燃焼に供されずに気筒内壁面に付着し続ける。燃焼に供されない付着燃料は、潤滑油を希釈（以下、「オイル希釈」と称する）させる可能性がある。
【０００３】
これに対し、筒内直接噴射式内燃機関において、燃料噴射時期を所定範囲内に制限することによりオイル希釈を抑制する技術が提案されている（例えば、特許文献１を参照）
【特許文献１】特開２００２−１３４２８号公報
【特許文献２】特開２０００−２４０５４７号公報
【特許文献３】特開平５−３０２５３５号公報
【特許文献４】特開２００２−１９５１４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記従来技術のように燃料噴射時期が制限されると、燃料と吸気が均質に混合しない場合がある。このような場合は、燃費が悪化したり、或いはスモークが増加したりする可能性がある。
【０００５】
本発明は、上記した実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、気筒内へ直接燃料噴射される火花点火式内燃機関の制御システムにおいて、燃料噴射時期の制限を緩和しつつオイル希釈を抑制可能な技術の提供にある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上記した課題を解決するために、気筒内へ直接燃料噴射される火花点火式内燃機関において、気筒内壁面に付着する燃料が多くなる時に、燃料噴射時期を制限する代わりに点火時期をＭＢＴより前へ過進角させるようにした。
【０００７】
詳細には、本発明は、内燃機関の気筒内へ直接燃料噴射する燃料噴射弁を備えた火花点火式内燃機関の制御システムにおいて、点火時期をＭＢＴより前へ過進角させる過進角手段と、付着燃料のうち燃焼に供されない燃料量を取得する取得手段と、前記取得手段により取得された燃料量が上限値を超えた場合に前記過進角手段を作動させる制御手段と、を備えるようにした。
【０００８】
尚、ここでいう「燃焼に供されない燃料」とは、混合気の燃焼時に酸化されずに気筒内壁面に付着し続ける燃料に加え、気化されずに気筒内壁面に付着し続ける燃料も含む概念である。すなわち、「燃焼に供されない燃料」は、潤滑油を希釈させ得る燃料（以下、「オイル希釈燃料」と称する）である。
【０００９】
かかる内燃機関の制御システムによれば、オイル希釈燃料の量が上限値を超える時に、点火時期がＭＢＴより前へ過進角されることになる。
【００１０】
本願発明者が鋭意の実験及び検証を行った結果、火花点火式の内燃機関において点火時
期がＭＢＴより前へ過進角されると、オイル希釈燃料量が著しく減少することが見出された。
【００１１】
この知見によれば、オイル希釈燃料の量が上限値を超える場合に点火時期がＭＢＴより前へ過進角されると、燃料噴射時期の制限を緩和しつつオイル希釈燃料量を減少させることができる。その結果、燃料と吸気とが均質に混合可能な時期に燃料噴射時期を設定可能となり、燃費の悪化やスモークの増加を好適に抑制可能となる。
【００１２】
本発明にかかる内燃機関の制御システムにおいて、制御手段は、取得手段により取得されるオイル希釈燃料量が多くなるほど、過進角手段による点火時期の進角量を増加させるようにしてもよい。
【００１３】
本願発明者の鋭意の実験及び検証によれば、過進角時の点火時期の進角量が増加するほど、オイル希釈燃料量が減少することもわかった。このため、オイル希釈燃料量が多くなるほど過進角時の点火時期の進角量が増加されれば、点火時期の進角量を必要最小限に抑えつつオイル希釈燃料量を上限値以下に低減することができる。
【００１４】
尚、オイル希釈燃料量は、付着燃料量が多くなるほど多くなる傾向がある。付着燃料量は、気筒内の温度が低く且つ燃料噴射量が多くなるほど多くなる傾向がある。よって、本発明にかかる内燃機関の制御システムにおいて、取得手段は、気筒内の温度と燃料噴射量とをパラメータとして、オイル希釈燃料量を取得してもよい。
【００１５】
その際、気筒内の温度は、温度センサにより直接測定されてもよいが、冷却水の温度又は潤滑油の温度が用いられてもよい。
【００１６】
また、オイル希釈燃料量は、付着燃料量から燃焼に供される燃料の量を差し引いた燃料量であると考えることもできる。燃焼に供される燃料量は、点火時期によって変化する。過進角が行われない場合の点火時期（以下、「規定の点火時期」と称する）は、内燃機関の運転条件によって変化する。よって、取得手段は、気筒内の温度と、燃料噴射量と、規定の点火時期と、をパラメータとしてオイル希釈燃料量を取得してもよい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、気筒内へ直接燃料噴射される火花点火式内燃機関において、燃料噴射時期を制限することなくオイル希釈を抑制することができる。その結果、燃料と吸気とが均質に混合可能な時期に燃料噴射時期を設定することができるため、スモークの増加や燃費の悪化が抑制される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の具体的な実施形態について図１〜図７に基づいて説明する。
【００１９】
図１は、本発明にかかる内燃機関の制御システムの概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、複数の気筒２を有する４ストロークサイクルの火花点火式の内燃機関（ガソリンエンジン）である。内燃機関１の気筒２は、吸気ポート３を介して吸気通路３０に接続されるとともに、排気ポート４を介して排気通路４０に接続されている。
【００２０】
吸気通路３０には、該吸気通路３０内を流通する空気量を制御するスロットル弁５が設けられている。スロットル弁５より上流の吸気通路３０には、該吸気通路３０を流れる空気量を測定するエアフローメータ６が設けられている。
【００２１】
一方、排気通路４０には、排気浄化装置７が配置されている。排気浄化装置７は、三元
触媒や吸蔵還元型ＮＯｘ触媒等を具備し、所定の活性温度域にある時に排気を浄化する。
【００２２】
内燃機関１には、気筒２内に臨む吸気ポート３の開口端を開閉する吸気弁８と、気筒２内に臨む排気ポート４の開口端を開閉する排気弁９が設けられている。これら吸気弁８と排気弁９は、吸気側カムシャフト１０と排気側カムシャフト１１によりそれぞれ開閉駆動される。
【００２３】
気筒２の上部には、該気筒２内へ直接燃料を噴射する燃料噴射弁１２と、該気筒２内の混合気に点火する点火プラグ１３が設けられている。また、各気筒２内には、ピストン１４が摺動自在に挿入されている。ピストン１４はコネクティングロッド１５を介してクランクシャフト１６と接続されている。
【００２４】
クランクシャフト１６の近傍の内燃機関１には、該クランクシャフト１６の回転角度を検出するクランクポジションセンサ１７が配置されている。更に、内燃機関１には、該内燃機関１を循環する冷却水の温度を測定する水温センサ１８が取り付けられている。
【００２５】
このように構成された内燃機関１には、ＥＣＵ１９が併設されている。ＥＣＵ１９は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えた電子制御ユニットである。このＥＣＵ１９は、前述したエアフローメータ６、クランクポジションセンサ１７、及び水温センサ１８等の各種センサと電気的に接続され、各種センサの測定値を入力可能になっている。
【００２６】
ＥＣＵ１９は、前記した各種センサの測定値に基づいてスロットル弁５、燃料噴射弁１２、及び点火プラグ１３を電気的に制御する。例えば、ＥＣＵ１９は、オイル希釈燃料を減少させるオイル希釈燃料低減制御を行う。
【００２７】
以下、オイル希釈燃料低減制御について述べる。
【００２８】
内燃機関１が冷間状態にある場合のように気筒２内の温度が低い時は、燃料噴射弁１２から噴射された燃料が気筒２の内壁面に付着し易い。気筒２の内壁面に付着した燃料（付着燃料）の一部は、燃焼に供されることなく気筒２の内壁面に付着し続ける。
【００２９】
燃焼に供されない付着燃料は、潤滑油を希釈させる可能性がある。このため、燃焼に供されない付着燃料（オイル希釈燃料）が過多になると、ピストン１４と気筒内壁面のフリクションが過大にある虞がある。
【００３０】
これに対し、燃料噴射時期を上死点近傍に制限することにより付着燃料を減少させる方法が考えられる。しかしながら、ピストン１４が上死点近傍に位置する時に燃料噴射弁１２が燃料噴射を行うと、燃料噴射弁１２から噴射された燃料（以下、「噴射燃料」と称する）が拡散し難くなる。
【００３１】
その結果、燃料の霧化が図れず、燃料と吸気との均質な混合を図ることも困難となる。燃料と吸気が均質に混合する前に点火プラグ１３が作動すると、スモークの生成量が増加したり、内燃機関１の発生トルクが低下したりする可能性がある。
【００３２】
また、内燃機関１が冷間状態にある時に燃料噴射時期が上死点近傍に制限されると、噴射燃料がピストン１４の頂面に付着し易くなる。ピストン１４の頂面に付着した燃料はスモークの増加を誘発する可能性がある。
【００３３】
そこで、本実施例のオイル希釈燃料低減制御では、ＥＣＵ１９は、オイル希釈燃料が多くなる時に、燃料噴射時期を調整する代わりに、点火プラグ１３の作動タイミング（点火
時期）をＭＢＴより前へ過進角させるようにした。
【００３４】
本願発明者の鋭意の実験及び検証によれば、点火時期がＭＢＴより前へ過進角された場合は、図２に示されるように、点火時期の進角量が増加するほど筒内燃焼温度が高まるとともに、付着燃料のうち燃焼に供される燃料量（酸化反応量）が増加することがわかった。
【００３５】
このメカニズムについては明確に解明されていないが、凡そ以下のようなメカニズムによると考えられる。
【００３６】
点火時期が過進角された場合は、点火時期がＭＢＴ以前に設定された場合に比べ、圧縮上死点前に燃焼される混合気の量が多くなる。このため、混合気の燃焼により発生する熱エネルギのピークが圧縮上死点前へシフトする。
【００３７】
よって、混合気の燃焼による昇温・昇圧効果と、ピストンの上昇動作（下死点から上死点へ向かう動作）による圧縮効果との相乗効果により、圧縮行程から膨張行程までの期間における気筒２内の圧力及び筒内燃焼温度が大幅に上昇する。その結果、気筒２の内壁面に付着した燃料、および／または気筒２の内壁面に付着する前の燃料の気化及び酸化が促進されると考えられる。
【００３８】
点火時期の過進角により付着燃料の気化及び酸化が促進されると、燃料噴射時期の制限が緩和される。図３は、燃料噴射時期とオイル希釈燃料量との関係を計測した結果を示す図である。
【００３９】
図３において、一点破線は点火時期の過進角が行われない時（過進角非実行時）のオイル希釈燃料量を示し、実線は点火時期の過進角が行われた時（過進角実行時）のオイル希釈燃料量を示している。図３中のＡは、オイル希釈燃料量の上限値を示している。
【００４０】
点火時期が過進角されない場合は、オイル希釈燃料量が上限量Ａ以下となる燃料噴射時期が吸気上死点近傍（図３中のｔ１より上死点側の範囲）に制限される。一方、点火時期が過進角された場合は、オイル希釈燃料量が上限量Ａ以下となる燃料噴射時期が吸気下死点近傍（図３中のｔ２より上死点側の範囲）まで拡大される。
【００４１】
よって、点火時期が過進角された場合は、燃料噴射時期が吸気行程半ば以降に設定されてもオイル希釈燃料量が上限量Ａ以下に抑制される。その結果、噴射燃料と吸気が均質に混合可能な時期に燃料噴射時期を設定可能となる。
【００４２】
ところで、点火時期の進角量が過多になると、筒内燃焼温度が却って低下する可能性がある。このため、過進角時の点火時期の進角量は可能な限り少ない方が好ましい。
【００４３】
そこで、本実施例のオイル希釈燃料低減制御では、ＥＣＵ１９は、オイル希釈燃料量に応じて点火時期の進角量を増減させるようにした。
【００４４】
具体的には、ＥＣＵ１９は、先ず付着燃料量を求める。付着燃料量は、図４に示すように、冷却水温度（又は油温）が低く且つ燃料噴射量が多くなるほど多くなる。よって、ＥＣＵ１９は、水温センサ１８の測定値（冷却水温度）と目標燃料噴射量と図４のマップとに基づいて付着燃料量を求めることができる。
【００４５】
次に、ＥＣＵ１９は、付着燃料量に基づいてオイル希釈燃料量を求める。オイル希釈燃料量は、図５に示すように、付着燃料量が多くなるほど多くなる。よって、ＥＣＵ１９は
、付着燃料量と図５のマップとに基づいてオイル希釈燃料量を求めることができる。
【００４６】
このようにして求められたオイル希釈燃料量が上限量Ａを超えていると、ＥＣＵ１９は、オイル希釈燃料量から上限量Ａを減算することにより、オイル希釈燃料の目標低減量（＝（オイル希釈燃料量）−（上限量Ａ））を演算する。
【００４７】
ＥＣＵ１９は、目標低減量と図６に示すマップとに基づいて過進角時の点火時期を決定する。図６に示すマップは、各点火時期において除去（気化及び燃焼）可能なオイル希釈燃料量を定めたマップであり、予め実験的に求められている。
【００４８】
ＥＣＵ１９は、図６における除去可能なオイル希釈燃料量が前記目標低減量と等しくなる点火時期Ｉｔを求め、その点火時期Ｉｔを過進角時の目標点火時期とする。このようにして過進角時の点火時期が定められると、点火時期の進角量が必要最小限に抑えられる。
【００４９】
以下、本実施例におけるオイル希釈燃料低減制御の実行手順について図７のフローチャートに沿って説明する。図７は、オイル希釈燃料低減制御ルーチンを示すフローチャートである。このオイル希釈燃料低減制御ルーチンは、予めＥＣＵ１９のＲＯＭに記憶されており、ＥＣＵ１９によって周期的に実行される。
【００５０】
図７のオイル希釈燃料低減制御ルーチンにおいて、ＥＣＵ１９は、先ずＳ１０１で
各種データを読み込む。具体的には、ＥＣＵ１９は、水温センサ１８の測定値（冷却水温度ｔｈｗ）や目標燃料噴射量等を読み込む。
【００５１】
Ｓ１０２では、ＥＣＵ１９は、前記Ｓ１０１で読み込まれた目標燃料噴射量と冷却水温度ｔｈｗと前述した図４のマップとに基づいて、付着燃料量Ｄｐｆｕｅｌを演算する。
【００５２】
Ｓ１０３では、ＥＣＵ１９は、前記Ｓ１０２で算出された付着燃料量Ｄｐｆｕｅｌと前述した図５のマップとに基づいて、オイル希釈燃料量Ｏｄｆｕｅｌを演算する。
【００５３】
Ｓ１０４では、ＥＣＵ１９は、前記Ｓ１０３で算出されたオイル希釈燃料量Ｏｄｆｕｅｌが前記上限量Ａより多いか否かを判別する。Ｓ１０４で否定判定された場合は、ＥＣＵ１９は点火時期の過進角を実行せずに本ルーチンの実行を終了する。
【００５４】
Ｓ１０４で肯定判定された場合は、ＥＣＵ１９はＳ１０５〜Ｓ１０７において点火時期の過進角を実行する。詳細には、ＥＣＵ１９は、先ずＳ１０５においてオイル希釈燃料量Ｏｄｆｕｅｌから上限量Ａを減算することにより、オイル希釈燃料の目標低減量△Ｏｄｆｕｅｌを演算する。
【００５５】
Ｓ１０６では、ＥＣＵ１９は、前記Ｓ１０５で算出された目標低減量△Ｏｄｆｕｅｌと前述した図６に示すマップとに基づいて、目標点火時期Ｉｔを演算する。
【００５６】
Ｓ１０７では、ＥＣＵ１９は、前記Ｓ１０６で算出された目標点火時期Ｉｔに従って、点火時期の過進角を実行する。
【００５７】
このようにＥＣＵ１９が図７のオイル希釈燃料低減制御ルーチンを実行することにより、本発明にかかる過進角手段、取得手段、及び制御手段が実現される。
【００５８】
従って、本実施例の内燃機関の制御システムによれば、点火時期の過進角によりオイル希釈燃料量を低減することができるため、前述した図３の説明で述べたように燃料噴射時期の設定範囲を拡大させることができる。その結果、噴射燃料と吸気が均質に混合可能な
時期に燃料噴射時期を設定可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明にかかる内燃機関の制御システムの概略構成を示す図である。
【図２】点火時期と付着燃料の酸化反応量との関係、及び点火時期と筒内燃焼温度との関係を示す図である。
【図３】燃料噴射時期とオイル希釈燃料量との関係を示す図である。
【図４】冷却水温度と燃料噴射量と付着燃料量との関係を示す図である。
【図５】付着燃料量とオイル希釈燃料量との関係を示す図である。
【図６】筒内燃焼温度とオイル希釈燃料量との関係を示す図である。
【図７】オイル希釈燃料低減制御ルーチンを示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００６０】
１・・・・・内燃機関
２・・・・・気筒
３・・・・・吸気ポート
４・・・・・排気ポート
５・・・・・スロットル弁
６・・・・・エアフローメータ
７・・・・・排気浄化装置
８・・・・・吸気弁
９・・・・・排気弁
１０・・・・吸気側カムシャフト
１１・・・・排気側カムシャフト
１２・・・・燃料噴射弁
１３・・・・点火プラグ
１７・・・・クランクポジションセンサ
１８・・・・水温センサ
１９・・・・ＥＣＵ
３０・・・・吸気通路
４０・・・・排気通路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2008215211.tif 000006
【図５】
2008215211.tif 000007
【図６】
2008215211.tif 000008
【図７】
2008215211.tif 000009