(57)【要約】  【課題】  筒内噴射式エンジンにおいて、重質燃料使用時の燃焼安定性を向上させる。  【解決手段】  成層燃焼運転中に、外部ＥＧＲ量とバルブオーバーラップ量（内部ＥＧＲ量）が所定値Ａ以上となる高ＥＧＲ領域で、重質燃料使用時に、外部ＥＧＲ量とバルブオーバーラップ量（内部ＥＧＲ量）を減少させる方向に制御して、筒内への新気の吸入量を増加させ、燃焼温度を上昇させることで、重質燃料使用時のスモークを低減させる。また、成層燃焼運転中に、外部ＥＧＲ量とバルブオーバーラップ量が所定値Ｃ以下となる低ＥＧＲ領域では、重質燃料使用時に、外部ＥＧＲ量とバルブオーバーラップ量を増加させる方向に制御して、筒内温度を上昇させて、燃料の霧化を促進させ、重質燃料使用時のスモークを低減させる。  【選択図】  図４
2005220823.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気行程又は圧縮行程で筒内に燃料を噴射して均質燃焼又は成層燃焼させる筒内噴射式内燃機関の制御装置において、
排気系から吸気系に環流する外部排気環流量を制御する排気環流制御手段と、吸気バルブ及び／又は排気バルブの開閉動作を可変する可変バルブ機構の少なくとも一方と、
燃料の性状を判定する燃料性状判定手段と、
前記燃料性状判定手段で重質燃料と判定されたときに前記排気環流制御手段及び／又は前記可変バルブ機構を軽質燃料使用時よりも外部排気環流量及び／又はバルブオーバーラップ量を減少させる方向に制御する制御手段と、
を備えていることを特徴とする筒内噴射式内燃機関の制御装置。
【請求項２】
吸気行程又は圧縮行程で筒内に燃料を噴射して均質燃焼又は成層燃焼させる筒内噴射式内燃機関の制御装置において、
排気系から吸気系に環流する外部排気環流量を制御する排気環流制御手段と、吸気バルブ及び／又は排気バルブの開閉動作を可変する可変バルブ機構の少なくとも一方と、
燃料の性状を判定する燃料性状判定手段と、
前記燃料性状判定手段で重質燃料と判定されたときに、外部排気環流量及び／又はバルブオーバーラップ量が所定値以下の場合に前記排気環流制御手段及び／又は前記可変バルブ機構を外部排気環流量及び／又はバルブオーバーラップ量を増加させる方向に制御する制御手段と
を備えていることを特徴とする筒内噴射式内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記制御手段は、均質燃焼運転中には前記燃料性状に応じた制御を実行しないことを特徴とする請求項１又は２に記載の筒内噴射式内燃機関の制御装置。
【請求項４】
圧縮行程で筒内に燃料を噴射して成層燃焼させる筒内噴射式内燃機関の制御装置において、
筒内に生じさせる気流の強さを制御する気流制御弁と、
燃料の性状を判定する燃料性状判定手段と、
成層燃焼運転中に前記燃料性状判定手段で重質燃料と判定されたときに前記気流制御弁を軽質燃料使用時よりも気流を強める方向に制御する制御手段と
を備えていることを特徴とする筒内噴射式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、重質燃料使用時の制御特性を改善した筒内噴射式内燃機関の制御装置に関する発明である。
【背景技術】
【０００２】
近年、低燃費、低排気エミッション、高出力の特長を兼ね備えた筒内噴射式エンジン（直噴エンジン）の需要が急増している。この筒内噴射式エンジンは、成層燃焼モードと均質燃焼モードの２つ燃焼モードがあり、低負荷領域では、成層燃焼モードに切り換えて、少量の燃料を圧縮行程で筒内に直接噴射して点火プラグの近傍に成層混合気を形成して成層燃焼させ、中・高負荷領域では、均質燃焼モードに切り換えて、燃料噴射量を増量して吸気行程で筒内に燃料を直接噴射して均質混合気を形成して均質燃焼させるようにしている。
【０００３】
この筒内噴射式エンジンには、排出ガスの一部を吸気系に環流させる排気環流装置（ＥＧＲ）や、筒内に生じさせる気流（スワール流やタンブル流）の強さを制御する気流制御弁が搭載され、更に最近では吸気バルブや排気バルブの開閉タイミングを可変する可変バルブタイミング機構を搭載したものが増加しており、これらを制御する様々な技術が提案されている。
【０００４】
例えば、特許文献１（特公平６−５８０６７号公報）では、成層燃焼運転時に負荷に応じてスワール比を変化させるようにスワール制御弁を制御することで、負荷の影響を排除するようにしている。
【０００５】
また、特許文献２（特開平１１−５０８５３号公報）では、成層燃焼運転時にエンジン回転速度に応じてスワール強さを変化させるようにスワール制御弁を制御することで、加減速時に燃焼状態が急変することを防止するようにしている。
【０００６】
また、特許文献３（特開平７−１１９５１３号公報）では、燃焼圧変動（トルク変動）に応じてＥＧＲ弁開度を制御することで、トルク変動を低減しながらＮＯｘ排出量を低減させるようにしている。
【特許文献１】特公平６−５８０６７号公報（第２頁等）
【特許文献２】特開平１１−５０８５３号公報（第１頁等）
【特許文献３】特開平７−１１９５１３号公報（第３頁等）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
一般に、排気環流装置、気流制御弁、可変バルブタイミング機構の制御パラメータの適合は、標準的な燃料性状を有する燃料（標準燃料）を使用して行われる。従って、上記各特許文献の技術も、標準燃料の使用が前提で制御パラメータが適合されており、燃料性状は全く考慮されていない。
【０００８】
しかし、市場で実際に使用される燃料の燃料性状は様々であり、燃料性状によって燃料噴射弁から噴射される燃料の蒸発特性ひいては霧化特性が変化する。このため、霧化特性の悪い重質の燃料が使用されると、標準燃料で適合した制御パラメータでは、噴射燃料を十分に霧化させることができず、燃焼状態が悪化して、スモーク排出量が増加したり、ドライバビリティが悪化するという問題がある。
【０００９】
本発明はこのような事情を考慮してなされたものであり、従ってその目的は、重質燃料使用時でも安定した燃焼状態を確保することができ、重質燃料使用時のスモーク低減とドライバビリティ向上を実現することができる筒内噴射式内燃機関の制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、吸気行程又は圧縮行程で筒内に燃料を噴射して均質燃焼又は成層燃焼させる筒内噴射式内燃機関の制御装置において、排気系から吸気系に環流する外部排気環流量（外部ＥＧＲ量）を制御する排気環流制御手段と、吸気バルブ及び／又は排気バルブの開閉動作を可変する可変バルブ機構の少なくとも一方を備え、燃料の性状を燃料性状判定手段により判定し、重質燃料と判定されたときに、排気環流制御手段及び／又は可変バルブ機構を軽質燃料使用時よりも外部ＥＧＲ量及び／又はバルブオーバーラップ量を減少させる方向に制御手段により制御するようにしたものである。
【００１１】
ここで、バルブオーバーラップ量が増加すると、内部ＥＧＲ量（筒内に残留する燃焼ガス量）が増加するという関係がある。外部ＥＧＲ量や内部ＥＧＲ量が増加するほど、筒内への新気の吸入量が減少し、燃焼温度が低下する。このため、軽質燃料よりも霧化性・燃焼性が悪い重質燃料を使用する場合は、外部ＥＧＲ量や内部ＥＧＲ量が多い運転領域で、燃焼状態が不安定になりやすく、燃焼温度低下によりスモークが発生しやすくなる。
【００１２】
この特性を考慮して、本発明では、重質燃料と判定されたときに、排気環流制御手段及び／又は可変バルブ機構を軽質燃料使用時よりも外部ＥＧＲ量及び／又はバルブオーバーラップ量（内部ＥＧＲ量）を減少させる方向に制御するようにしたものである。外部ＥＧＲ量や内部ＥＧＲ量を減少させると、筒内への新気の吸入量が増加し、燃焼温度が高くなるため、重質燃料使用時に、外部ＥＧＲ量とバルブオーバーラップ量（内部ＥＧＲ量）の両方又はいずれか一方を減少させる方向に制御すれば、新気吸入量の増加と燃焼温度の高温化の効果によって重質燃料でも安定して燃焼させることができ、重質燃料使用時のスモーク低減とドライバビリティ向上を実現することができる。
【００１３】
ところで、外部ＥＧＲや内部ＥＧＲは、筒内温度（吸入空気温度）を上昇させて燃料の霧化を促進させる作用があるため、外部ＥＧＲ量や内部ＥＧＲ量が少なくなり過ぎると、筒内温度が重質燃料を霧化させるのに必要な温度域よりも低くなってしまい、重質燃料使用時には、燃料の霧化が不足して、ピストンウェット（ピストンに付着する燃料）が増加し、スモークが発生しやすくなる。
【００１４】
この対策として、請求項２のように、重質燃料と判定されたときに、外部排気環流量及び／又はバルブオーバーラップ量（内部ＥＧＲ量）が所定値以下の場合に、排気環流制御手段及び／又は前記可変バルブ機構を外部ＥＧＲ及び／又はバルブオーバーラップ量（内部ＥＧＲ量）を増加させる方向に制御するようにすると良い。
【００１５】
このようにすれば、外部ＥＧＲ量や内部ＥＧＲ量を減少させると、筒内温度が重質燃料を霧化させるのに必要な温度域よりも低くなってしまう運転領域では、重質燃料使用時に外部ＥＧＲ量とバルブオーバーラップ量（内部ＥＧＲ量）の両方又はいずれか一方を増加させて、筒内温度を上昇させることができ、それによって、燃料の霧化を促進させることができて、ピストンウェットを低減することができ、重質燃料使用時のスモークを低減することができる。
【００１６】
以上説明した請求項１，２の燃料性状に応じた制御は、均質燃焼運転中に実行せず、成層燃焼運転中のみに実行するようにしても良い（請求項３）。吸気行程で燃料を噴射する均質燃焼運転は、圧縮行程で燃料を噴射する成層燃焼運転と比較して、燃料噴射から点火までの時間が長く、燃料の霧化時間を長くとれるため、均質燃焼運転中は、燃料性状に応じた特別な制御を行わなくても、重質燃料の霧化に必要な時間を確保できると共に、吸入空気の気流によって燃料と空気との混合を促進させることができ、重質燃料でも燃焼安定性を確保することができる。
【００１７】
また、請求項４のように、成層燃焼運転中に、重質燃料と判定されたときに気流制御弁を軽質燃料使用時よりも気流を強める方向に制御するようにしても良い。このようにすれば、重質燃料で成層燃焼運転を行う場合に、筒内に生じさせる気流（スワール流やタンブル流）を強めることで、燃料と空気との混合を促進させて、燃料の霧化を促進させることができ、重質燃料でも燃焼安定性を確保することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明を実施するための最良の形態を具体化した３つの実施例１〜３を説明する。
【実施例１】
【００１９】
本発明の実施例１を図１乃至図５に基づいて説明する。まず、図１に基づいてエンジン制御システム全体の概略構成を説明する。筒内噴射式の内燃機関である筒内噴射式エンジン１１の吸気管１２の最上流部には、エアクリーナ１３が設けられ、このエアクリーナ１３の下流側に、吸入空気量を検出するエアフローメータ１４が設けられている。このエアフローメータ１４の下流側には、ＤＣモータ等のモータ１５によって駆動されるスロットルバルブ１６が設けられ、このスロットルバルブ１６の開度（スロットル開度）がスロットル開度センサ１７によって検出される。
【００２０】
また、スロットルバルブ１６の下流側には、サージタンク１８が設けられ、このサージタンク１８に、吸気管圧力を検出する吸気管圧力センサ１９が設けられている。また、サージタンク１８には、エンジン１１の各気筒に空気を導入する吸気マニホールド２０が設けられ、各気筒の吸気マニホールド２０に、筒内の気流強度（スワール流強度やタンブル流強度）を制御する気流制御弁３１が設けられている。
【００２１】
エンジン１１の各気筒の上部には、それぞれ燃料を筒内に直接噴射する燃料噴射弁２１が取り付けられている。エンジン１１のシリンダヘッドには、各気筒毎に点火プラグ２２が取り付けられ、各点火プラグ２２の火花放電によって筒内の混合気に着火される。また、エンジン１１の吸気バルブ３７には、開閉タイミングを可変する可変バルブタイミング機構３９（可変バルブ機構）が設けられている。
【００２２】
エンジン１１のシリンダブロックには、ノッキングを検出するノックセンサ３２と、冷却水温を検出する冷却水温センサ２３とが取り付けられている。また、クランク軸（図示せず）の外周側には、所定のクランク角毎にクランク角信号を出力するクランク角センサ２４が取り付けられている。このクランク角センサ２４の出力信号に基づいてクランク角やエンジン回転速度が検出される。
【００２３】
一方、エンジン１１の排気管２５には、排出ガスを浄化する上流側触媒２６と下流側触媒２７が設けられ、上流側触媒２６の上流側に、排出ガスの空燃比又はリッチ／リーン等を検出する排出ガスセンサ２８（空燃比センサ、酸素センサ等）が設けられている。本実施例１では、上流側触媒２６として理論空燃比付近で排出ガス中のＣＯ，ＨＣ，ＮＯｘ等を浄化する三元触媒が設けられ、下流側触媒２７としてＮＯｘ吸蔵還元型触媒が設けられている。このＮＯｘ吸蔵還元型触媒２７は、排出ガスの空燃比がリーンのときに排出ガス中のＮＯｘを吸蔵し、空燃比が理論空燃比付近又はリッチになったときに吸蔵ＮＯｘを還元浄化して放出する特性を持っている。
【００２４】
また、排気管２５のうちの上流側触媒２６の下流側と吸気管１２のうちのスロットルバルブ１６の下流側のサージタンク１８との間に、排出ガスの一部を吸気側に還流させるためのＥＧＲ配管３３が接続され、このＥＧＲ配管３３の途中に外部排気環流量（外部ＥＧＲ量）を制御するＥＧＲ弁３４（排気環流制御手段）が設けられている。また、アクセルペダル３５の踏込量（アクセル開度）がアクセルセンサ３６によって検出される。
【００２５】
前述した各種センサの出力は、エンジン制御回路（以下「ＥＣＵ」と表記する）３０に入力される。このＥＣＵ３０は、マイクロコンピュータを主体として構成され、内蔵されたＲＯＭ（記憶媒体）に記憶された各種の制御ルーチンを実行することで、エンジン運転状態に応じて燃料噴射弁２１の燃料噴射量や燃料噴射時期、点火プラグ２２の点火時期等を制御すると共に、吸気バルブ３７の可変バルブタイミング機構３９を制御して、吸気バルブ３７の実バルブタイミングを目標バルブタイミングに一致させるように制御する。
【００２６】
このＥＣＵ３０は、エンジン運転状態（要求トルクやエンジン回転速度等）に応じて成層燃焼モードと均質燃焼モードとを切り換える。成層燃焼モードでは、少量の燃料を圧縮行程で筒内に直接噴射して点火プラグ２２の近傍に成層混合気を形成して成層燃焼させることで、燃費を向上させる。一方、均質燃焼モードでは、燃料噴射量を増量して吸気行程で筒内に燃料を直接噴射して均質混合気を形成して均質燃焼させることで、エンジン出力を高める。
【００２７】
一般に、吸気バルブ３７と排気バルブ３８の両方が開いているバルブオーバーラップが増加すると、内部ＥＧＲ量（筒内に残留する燃焼ガス量）が増加するという関係がある。図４及び図５に示すように、重質燃料使用時には、成層燃焼運転中に外部ＥＧＲ量や内部ＥＧＲ量が適正な範囲を越えて増加すると、スモークが増加する。この理由は、外部ＥＧＲ量や内部ＥＧＲ量が増加するほど、筒内への新気の吸入量が減少し、燃焼温度が低下するため、軽質燃料よりも霧化性・燃焼性が悪い重質燃料を使用する場合は、外部ＥＧＲ量や内部ＥＧＲ量が多い高ＥＧＲ領域で、燃焼状態が不安定になりやすく、燃焼温度低下によりスモークが発生しやすくなるためである。
【００２８】
そこで、ＥＣＵ３０は、成層燃焼運転中に図２及び図３の各ルーチンを実行することで、外部ＥＧＲ量とバルブオーバーラップ量が所定値Ａ，Ｂ以上となる高ＥＧＲ領域で、重質燃料使用時に、外部ＥＧＲ量とバルブオーバーラップ量（内部ＥＧＲ量）を減少させる方向に制御して、筒内への新気の吸入量を増加させ、燃焼温度を上昇させることで、重質燃料使用時のスモークを低減させるようにしている。これにより、ＥＣＵ３０は、特許請求の範囲でいう制御手段としての役割を果たす。
【００２９】
尚、ＥＣＵ３０は、図示しない燃料性状判定ルーチンを実行することで、燃料性状判定手段として機能し、エンジン始動後の燃焼安定性（回転変動）、過渡運転時の空燃比のずれ等に基づいて噴射燃料の燃料性状を判定する。或は、燃料タンク内に設けた燃料性状センサ等のセンサ出力（燃料の蒸発性）に基づいて噴射燃料の燃料性状を判定するようにしても良い。
以下、ＥＣＵ３０が実行する図２及び図３の各ルーチンの処理内容を説明する。
【００３０】
［外部ＥＧＲ量演算ルーチン］
図２の外部ＥＧＲ量演算ルーチンは、成層燃焼運転中にＥＧＲ弁３４の制御周期で実行される。本ルーチンが起動されると、まずステップ１０１で、エンジン回転速度Ｎｅを読み込み、次のステップ１０２で、アクセル開度等に基づいて設定された要求トルクを読み込む。この後、ステップ１０３に進み、エンジン運転状態（例えばエンジン回転速度Ｎｅと要求トルク）に応じてマップ又は数式により基本外部ＥＧＲ量ＥＧＲＢを演算する。
【００３１】
この後、ステップ１０４に進み、使用燃料が重質燃料であるか否かを判定する。その結果、重質燃料でない（軽質燃料である）と判定されれば、重質燃料によるスモーク増加やドライバビリティ低下の問題は発生しないため、ステップ１０７に進み、外部ＥＧＲ量補正量ＥＧＲＣを最小値（０）に設定する。
【００３２】
これに対して、ステップ１０４で、重質燃料であると判定された場合には、外部ＥＧＲ量が多くなり過ぎると、スモーク増加やドライバビリティ低下の問題が発生するため、ステップ１０５に進み、前記ステップ１０３で算出した基本外部ＥＧＲ量ＥＧＲＢが所定値Ａよりも多いか否かを判定する。この所定値Ａは、図４に示すように、高ＥＧＲ領域でスモークの発生が顕著になり始める外部ＥＧＲ量に設定されている。この所定値Ａは、演算処理の簡略化のために予め設定した固定値に設定しても良いが、エンジン運転状態（例えばエンジン回転速度Ｎｅと要求トルク）及び／又は重質度合いに応じて所定値Ａをマップ又は数式により算出するようにしても良い。
【００３３】
このステップ１０５で、基本外部ＥＧＲ量ＥＧＲＢが所定値Ａ以下と判定されれば、スモーク増加やドライバビリティ低下の問題が発生しないと判断して、ステップ１０７に進み、外部ＥＧＲ量補正量ＥＧＲＣを最小値（０）に設定する。
【００３４】
一方、ステップ１０５で、基本外部ＥＧＲ量ＥＧＲＢが所定値Ａよりも多いと判定された場合には、重質燃料によるスモーク増加やドライバビリティ低下の問題を回避するために、ステップ１０６に進み、エンジン運転状態（例えばエンジン回転速度Ｎｅと要求トルク）に応じてマップ又は数式等により外部ＥＧＲ量補正量ＥＧＲＣを算出する。
【００３５】
以上のようにしてステップ１０６又は１０７で外部ＥＧＲ量補正量ＥＧＲＣを決定した後、ステップ１０８に進み、基本外部ＥＧＲ量ＥＧＲＢから外部ＥＧＲ量補正量ＥＧＲＣを減算して最終外部ＥＧＲ量ＥＧＲを求める。これにより、重質燃料使用時には、基本外部ＥＧＲ量ＥＧＲＢが所定値Ａよりも多い高ＥＧＲ領域で、外部ＥＧＲ量がエンジン運転状態に応じて設定された外部ＥＧＲ量補正量ＥＧＲＣによって減量補正されることになる。
【００３６】
［バルブタイミング演算ルーチン］
図３のバルブタイミング演算ルーチンは、成層燃焼運転中に可変バルブタイミング機構３９，４０の制御周期で実行される。本ルーチンが起動されると、まずステップ２０１で、エンジン回転速度Ｎｅを読み込み、次のステップ２０２で、アクセル開度等に基づいて設定された要求トルクを読み込む。この後、ステップ２０３に進み、エンジン運転状態（例えばエンジン回転速度Ｎｅと要求トルク）に応じてマップ又は数式により吸気バルブ３７の基本バルブタイミングＶＣＴＢを演算する。
【００３７】
この後、ステップ２０４に進み、使用燃料が重質燃料であるか否かを判定する。その結果、重質燃料でない（軽質燃料である）と判定されれば、重質燃料によるスモーク増加やドライバビリティ低下の問題は発生しないため、ステップ２０８に進み、バルブタイミング補正量ＶＣＴＣを最小値（０）に設定する。
【００３８】
これに対して、ステップ２０４で、重質燃料であると判定された場合には、バルブオーバーラップ量（内部ＥＧＲ量）が多くなり過ぎると、スモーク増加やドライバビリティ低下の問題が発生するため、ステップ２０５に進み、前記ステップ２０３で算出した基本バルブタイミングＶＣＴＢに基づいてバルブオーバーラップ量ＯＬを算出した後、ステップ２０６に進み、バルブオーバーラップ量ＯＬが所定値Ｂよりも多いか否かを判定する。この所定値Ｂは、図５に示すように、バルブオーバーラップ量（内部ＥＧＲ量）が多い領域で、スモークの発生が顕著になり始めるバルブオーバーラップ量に設定されている。この所定値Ｂは、演算処理の簡略化のために予め設定した固定値に設定しても良いが、エンジン運転状態（例えばエンジン回転速度Ｎｅと要求トルク）及び／又は重質度合いに応じて所定値Ｂをマップ又は数式により算出するようにしても良い。
【００３９】
このステップ２０６で、バルブオーバーラップ量ＯＬが所定値Ｂ以下と判定されれば、重質燃料によるスモーク増加やドライバビリティ低下の問題が発生しないと判断して、ステップ２０８に進み、バルブタイミング補正量ＶＣＴＣを最小値（０）に設定する。
【００４０】
一方、ステップ２０６で、バルブオーバーラップ量ＯＬが所定値Ｂよりも多いと判定された場合には、重質燃料によるスモーク増加やドライバビリティ低下の問題を回避するために、ステップ２０７に進み、エンジン運転状態（例えばエンジン回転速度Ｎｅと要求トルク）に応じてマップ又は数式等によりバルブタイミング補正量ＶＣＴＣを算出する。
【００４１】
以上のようにしてステップ２０７又は２０８でバルブタイミング補正量ＶＣＴＣを決定した後、ステップ２０９に進み、基本バルブタイミングＶＣＴＢからバルブタイミング補正量ＶＣＴＣを減算して最終バルブタイミングＶＣＴを求める。これにより、重質燃料使用時には、バルブオーバーラップ量ＯＬ（内部ＥＧＲ量）が所定値Ｂよりも多い運転領域で、バルブオーバーラップ量（内部ＥＧＲ量）がエンジン運転状態に応じて設定されたバルブタイミング補正量ＶＣＴＣによって減量補正されることになる。
【００４２】
以上説明した本実施例１では、成層燃焼運転中に外部ＥＧＲ量とバルブオーバーラップ量が所定値Ａ，Ｂ以上となる高ＥＧＲ領域で、重質燃料使用時に、外部ＥＧＲ量とバルブオーバーラップ量を減少させる方向に制御するようにしたので、重質燃料使用時にスモーク増加やドライバビリティ低下の問題が懸念される高ＥＧＲ領域で、筒内への新気の吸入量を増加させて、燃焼温度を高めることができ、重質燃料でも安定して成層燃焼させることができて、重質燃料使用時のスモーク低減とドライバビリティ向上を実現することができる。
【００４３】
尚、本実施例１では、図２と図３の各ルーチンによる重質燃料使用時の外部ＥＧＲ量とバルブオーバーラップ量の補正は、均質燃焼運転中に実行せず、成層燃焼運転中のみに実行するようにしている。この理由は、吸気行程で燃料を噴射する均質燃焼運転は、圧縮行程で燃料を噴射する成層燃焼運転と比較して、燃料噴射から点火までの時間が長く、燃料の霧化時間を長くとれるため、均質燃焼運転中は、重質燃料使用時の補正を行わなくても、重質燃料の霧化に必要な時間を確保できると共に、吸入空気の気流によって燃料と空気との混合を促進させることができ、重質燃料でも燃焼安定性を確保できるためである。
【００４４】
しかし、均質燃焼運転中にも、重質燃料使用時に外部ＥＧＲ量とバルブオーバーラップ量のいずれか一方又は両方を補正するようにしても良いことは言うまでもない。
【００４５】
また、本実施例１では、外部ＥＧＲ量補正量ＥＧＲＣとバルブタイミング補正量ＶＣＴＣをエンジン運転状態（例えばエンジン回転速度Ｎｅと要求トルク）に応じて算出するようにしたが、外部ＥＧＲ量補正量ＥＧＲＣとバルブタイミング補正量ＶＣＴＣのいずれか一方又は両方を演算処理の簡略化のために予め設定した固定値としたり、重質度合いに応じて、又は重質度合いとエンジン運転状態に応じて算出するようにしても良い。
【００４６】
また、本実施例１では、重質燃料使用時に外部ＥＧＲ量とバルブオーバーラップ量の両方を補正するようにしたが、いずれか一方のみを補正するようにしても良い。
【実施例２】
【００４７】
ところで、外部ＥＧＲや内部ＥＧＲは、筒内温度（吸入空気温度）を上昇させて燃料の霧化を促進させる作用があるため、外部ＥＧＲ量や内部ＥＧＲ量が少なくなり過ぎると、筒内温度が重質燃料を霧化させるのに必要な温度域よりも低くなってしまい、重質燃料使用時には、燃料を十分に霧化させることができなくなって、ピストンウェット（ピストンに付着する燃料）が増加してしまい、スモークが発生しやすくなる（図４及び図５参照）。
【００４８】
そこで、本発明の実施例２では、成層燃焼運転中に図６及び図７の各ルーチンを実行することで、外部ＥＧＲ量とバルブオーバーラップ量（内部ＥＧＲ量）が所定値Ｃ，Ｄ以下となる低ＥＧＲ領域で、重質燃料使用時に、外部ＥＧＲ量とバルブオーバーラップ量を増加させる方向に制御して、筒内温度を上昇させて、燃料の霧化を促進させ、重質燃料使用時のスモークを低減させるようにしている。以下、図６及び図７の各ルーチンの処理内容を説明する。
【００４９】
［外部ＥＧＲ量演算ルーチン］
図６の外部ＥＧＲ量演算ルーチンは、図２の外部ＥＧＲ量演算ルーチンのステップ１０５と１０８の処理をステップ１０５ａと１０８ａの処理に変更したものであり、それ以外の各ステップの処理は、図２の各ステップの処理と同じである。
【００５０】
本ルーチンのステップ１０４で、使用燃料が重質燃料であると判定されると、ステップ１０５ａに進み、ステップ１０３で算出した基本外部ＥＧＲ量ＥＧＲＢが所定値Ｃよりも少ないか否かを判定する。この所定値Ｃは、図４に示すように、低ＥＧＲ領域で、スモークを少なくするのに必要な外部ＥＧＲ量に設定されている。この所定値Ｃは、演算処理の簡略化のために予め設定した固定値に設定しても良いが、エンジン運転状態（例えばエンジン回転速度Ｎｅと要求トルク）及び／又は重質度合いに応じて所定値Ｃをマップ又は数式により算出するようにしても良い。
【００５１】
このステップ１０５ａで、基本外部ＥＧＲ量ＥＧＲＢが所定値Ｃ以上と判定されれば、重質燃料によるスモーク増加やドライバビリティ低下の問題が発生しないと判断して、ステップ１０７に進み、外部ＥＧＲ量補正量ＥＧＲＣを最小値（０）に設定する。
【００５２】
一方、ステップ１０５ａで、基本外部ＥＧＲ量ＥＧＲＢが所定値Ｃよりも少ないと判定された場合には、重質燃料によるスモーク増加やドライバビリティ低下の問題を回避するために、ステップ１０６に進み、エンジン運転状態（例えばエンジン回転速度Ｎｅと要求トルク）に応じてマップ又は数式等により外部ＥＧＲ量補正量ＥＧＲＣを算出する。
【００５３】
以上のようにしてステップ１０６又は１０７で外部ＥＧＲ量補正量ＥＧＲＣを決定した後、ステップ１０８ａに進み、基本外部ＥＧＲ量ＥＧＲＢに外部ＥＧＲ量補正量ＥＧＲＣを加算して最終外部ＥＧＲ量ＥＧＲを求める。これにより、重質燃料使用時には、基本外部ＥＧＲ量ＥＧＲＢが所定値Ｃよりも少ない低ＥＧＲ領域で、外部ＥＧＲ量がエンジン運転状態に応じて設定された外部ＥＧＲ量補正量ＥＧＲＣによって増量補正され、それによって、筒内温度が上昇して、燃料の霧化が促進され、重質燃料使用時のスモークが低減される。
【００５４】
［バルブタイミング演算ルーチン］
図７のバルブタイミング演算ルーチンは、図３のバルブタイミング演算ルーチンのステップ２０６と２０９の処理をステップ２０６ａと２０９ａの処理に変更したものであり、それ以外の各ステップの処理は、図３の各ステップの処理と同じである。
【００５５】
本ルーチンのステップ２０４で、使用燃料が重質燃料であると判定されると、ステップ２０５に進み、バルブオーバーラップ量ＯＬを算出した後、ステップ２０６ａに進み、バルブオーバーラップ量ＯＬが所定値Ｄよりも少ないか否かを判定する。この所定値Ｄは、図５に示すように、バルブオーバーラップ量（内部ＥＧＲ量）が少ない領域で、スモークを少なくするのに必要なバルブオーバーラップ量に設定されている。この所定値Ｄは、演算処理の簡略化のために予め設定した固定値に設定しても良いが、エンジン運転状態（例えばエンジン回転速度Ｎｅと要求トルク）及び／又は重質度合いに応じて所定値Ｄをマップ又は数式により算出するようにしても良い。
【００５６】
このステップ２０６ａで、バルブオーバーラップ量ＯＬが所定値Ｄ以上と判定されれば、重質燃料によるスモーク増加やドライバビリティ低下の問題が発生しないと判断して、ステップ２０８に進み、バルブタイミング補正量ＶＣＴＣを最小値（０）に設定する。
【００５７】
一方、ステップ２０６ａで、バルブオーバーラップ量ＯＬが所定値Ｄよりも少ないと判定された場合には、重質燃料によるスモーク増加やドライバビリティ低下の問題を回避するために、ステップ２０７に進み、エンジン運転状態（例えばエンジン回転速度Ｎｅと要求トルク）に応じてマップ又は数式等によりバルブタイミング補正量ＶＣＴＣを算出する。
【００５８】
以上のようにしてステップ２０７又は２０８でバルブタイミング補正量ＶＣＴＣを決定した後、ステップ２０９ａに進み、基本バルブタイミングＶＣＴＢにバルブタイミング補正量ＶＣＴＣを加算して最終バルブタイミングＶＣＴを求める。これにより、重質燃料使用時には、バルブオーバーラップ量ＯＬ（内部ＥＧＲ量）が所定値Ｄよりも少ない運転領域で、バルブオーバーラップ量（内部ＥＧＲ量）がエンジン運転状態に応じて設定されたバルブタイミング補正量ＶＣＴＣによって増量補正され、それによって、筒内温度が上昇して、燃料の霧化が促進され、重質燃料使用時のスモークが低減される。
【００５９】
尚、本実施例２においても、重質燃料使用時の外部ＥＧＲ量とバルブオーバーラップ量の補正は、均質燃焼運転中に実行せず、成層燃焼運転中のみに実行するようにしているが、均質燃焼運転中にも、重質燃料使用時に外部ＥＧＲ量とバルブオーバーラップ量のいずれか一方又は両方を補正するようにしても良いことは言うまでもない。
【００６０】
また、本実施例２では、外部ＥＧＲ量補正量ＥＧＲＣとバルブタイミング補正量ＶＣＴＣをエンジン運転状態（例えばエンジン回転速度Ｎｅと要求トルク）に応じて算出するようにしたが、外部ＥＧＲ量補正量ＥＧＲＣとバルブタイミング補正量ＶＣＴＣのいずれか一方又は両方を演算処理の簡略化のために予め設定した固定値としたり、重質度合いに応じて、又は重質度合いとエンジン運転状態に応じて算出するようにしても良い。
【００６１】
また、本実施例２では、重質燃料使用時に外部ＥＧＲ量とバルブオーバーラップ量の両方を補正するようにしたが、いずれか一方のみを補正するようにしても良い。
【実施例３】
【００６２】
ところで、気流制御弁３１によって筒内に生じさせる気流（スワール流やタンブル流）は、噴射燃料と空気との混合を促進させて燃料の霧化を促進させる作用がある。このため、均質燃焼運転と比較して本来的に燃料の霧化性が悪い成層燃焼運転中に、筒内に生じさせる気流の強度が弱いと、燃料の霧化が不足して燃焼状態が悪化し、図９に示すように、スモークが増加すると共に、トルク変動が大きくなってドライバビリティが悪化するという問題が発生する。
【００６３】
そこで、本発明の実施例３では、図８の気流制御弁開度演算ルーチンを実行することで。成層燃焼運転中に、重質燃料と判定されたときに気流制御弁３１を軽質燃料使用時よりも気流を強める方向に制御することで、噴射燃料と空気との混合を促進させて燃料の霧化を促進させ、成層燃焼の燃焼状態を安定させるようにしている。
【００６４】
図８の気流制御弁開度演算ルーチンは、エンジン運転中に気流制御弁３１の制御周期で実行される。本ルーチンが起動されると、まずステップ３０１で、エンジン回転速度Ｎｅを読み込み、次のステップ３０２で、アクセル開度等に基づいて設定された要求トルクを読み込む。この後、ステップ３０３に進み、エンジン運転状態（例えばエンジン回転速度Ｎｅと要求トルク）に応じてマップ又は数式等により基本気流制御弁開度ＳＣＶＢを演算する。
【００６５】
この後、ステップ３０４に進み、使用燃料が重質燃料であるか否かを判定する。その結果、重質燃料でない（軽質燃料である）と判定されれば、重質燃料によるスモーク増加やドライバビリティ低下の問題は発生しないため、ステップ３０７に進み、気流制御弁開度補正量ＳＣＶＣを最小値（０）に設定する。
【００６６】
これに対して、ステップ３０４で、重質燃料であると判定された場合には、気流強度が弱くなり過ぎると、スモーク増加やドライバビリティ低下の問題が発生するため、ステップ３０５に進み、成層燃焼運転中であるか否かを判定し、成層燃焼運転でない（均質燃焼運転である）と判定されれば、重質燃料によるスモーク増加やドライバビリティ低下の問題が発生しないと判断して、ステップ３０７に進み、気流制御弁開度補正量ＳＣＶＣを最小値（０）に設定する。
【００６７】
一方、ステップ３０５で、成層燃焼運転中であると判定された場合には、重質燃料によるスモーク増加やドライバビリティ低下の問題を回避するために、ステップ３０６に進み、エンジン運転状態（例えばエンジン回転速度Ｎｅと要求トルク）に応じてマップ又は数式等により気流制御弁開度補正量ＳＣＶＣを算出する。
【００６８】
以上のようにしてステップ３０６又は３０７で気流制御弁開度補正量ＳＣＶＣを決定した後、ステップ３０８に進み、基本気流制御弁開度ＳＣＶＢから気流制御弁開度補正量ＳＣＶＣを減算して最終気流制御弁開度ＳＣＶを求める。これにより、成層燃焼運転中に重質燃料を使用する場合は、気流制御弁３１の開度がエンジン運転状態に応じて設定された気流制御弁開度補正量ＳＣＶＣによって減量補正され、気流強度が強められることになる。
【００６９】
以上説明した本実施例３によれば、成層燃焼運転中に重質燃料を使用する場合に、気流制御弁３１の開度をエンジン運転状態に応じた気流制御弁開度補正量ＳＣＶＣによって減量補正し、筒内に生じさせる気流（スワール流やタンブル流）を強めるようにしているので、燃料と空気との混合を促進させて、燃料の霧化を促進させることができ、重質燃料でも燃焼安定性を確保することができて、スモーク低減とドライバビリティ向上を実現することができる。
【００７０】
尚、本実施例３では、気流制御弁開度補正量ＳＣＶＣをエンジン運転状態（例えばエンジン回転速度Ｎｅと要求トルク）に応じて算出するようにしたが、気流制御弁開度補正量ＳＣＶＣを演算処理の簡略化のために予め設定した固定値としたり、重質度合いに応じて、又は重質度合いとエンジン運転状態に応じて算出するようにしても良い。
また、本実施例３は、前記実施例１又は実施例２と組み合わせて実施するようにしても良い。
【００７１】
また、図１のシステム構成例では、吸気側のみに可変バルブタイミング機構３９を設けるようにしたが、排気側にも可変バルブタイミング機構を設けるようにしても良く、また、バルブタイミングの他に、バルブリフト量や作用角を可変する各種の可変バルブ機構を搭載した筒内噴射エンジンにも本発明を適用して実施できる。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明の実施例１におけるエンジン制御システム全体の概略構成図である。
【図２】実施例１の外部ＥＧＲ量演算ルーチンの処理の流れを示すフローチャートである。
【図３】実施例１のバルブタイミング演算ルーチンの処理の流れを示すフローチャートである。
【図４】重質燃料使用時の外部ＥＧＲ量（ＥＧＲ弁開度）とスモーク排出量との関係を説明する図である。
【図５】重質燃料使用時のバルブオーバーラップ量（内部ＥＧＲ量）とスモーク排出量との関係を説明する図である。
【図６】実施例２の外部ＥＧＲ量演算ルーチンの処理の流れを示すフローチャートである。
【図７】実施例２のバルブタイミング演算ルーチンの処理の流れを示すフローチャートである。
【図８】実施例３の気流制御弁開度演算ルーチンの処理の流れを示すフローチャートである。
【図９】成層燃焼運転時の気流制御弁開度（気流強度）とスモーク排出量とトルク変動との関係を説明する図である。
【符号の説明】
【００７３】
１１…筒内噴射式エンジン（筒内噴射式内燃機関）、１２…吸気管、１６…スロットルバルブ、２１…燃料噴射弁、２２…点火プラグ、２３…冷却水温センサ、２５…排気管、３０…ＥＣＵ（燃料性状判定手段，制御手段）、３１…気流制御弁、３４…ＥＧＲ弁（排気環流制御手段）、３７…吸気バルブ、３８…排気バルブ、３９…可変バルブタイミング機構（可変バルブ機構）。
【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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