(57)【要約】【課題】シリンダヘッドに燃料が付着することで発生するＰＭ量を低減する。【解決手段】内燃機関の気筒内に燃料を噴射する筒内噴射弁と、内燃機関のシリンダヘッドの温度を取得する温度取得手段と、筒内噴射弁からの燃料噴射の時期を変更する噴射時期変更手段と、内燃機関の吸気弁の開く時期またはリフト量を変更する可変動弁機構と、温度取得手段により取得される温度が所定値未満のときには、所定値以上のときよりも、筒内噴射弁から噴射される燃料の吸気弁への衝突量が減少するように、燃料噴射時期、吸気弁の開く時期またはリフト量の少なくとも１つを変更する制御手段と、を備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の気筒内に燃料を噴射する筒内噴射弁と、
前記内燃機関のシリンダヘッドの温度を取得する温度取得手段と、
前記筒内噴射弁からの燃料噴射の時期を変更する噴射時期変更手段と、
前記内燃機関の吸気弁の開く時期またはリフト量を変更する可変動弁機構と、
前記温度取得手段により取得される温度が所定値未満のときには、所定値以上のときよりも、前記筒内噴射弁から噴射される燃料の前記吸気弁への衝突量が減少するように、燃料噴射時期、吸気弁の開く時期またはリフト量の少なくとも１つを変更する制御手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃焼室内に直接燃料を噴射する筒内噴射弁と、吸気バルブの開弁時期を変更するバルブタイミング変更機構を備えた内燃機関の制御装置において、吸気バルブの傘部の温度を推定し、この温度が判定温度未満であるときには、判定温度以上であるときよりも、吸気バルブの傘部と筒内噴射弁から噴射された燃料噴霧とが干渉し難くなるように、吸気バルブの開弁時期及び筒内噴射弁の噴射態様の少なくとも一方を変更する技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
しかし、噴霧が吸気バルブに衝突すると、吸気バルブに燃料が付着したり、吸気バルブに衝突することで進行方向が変わった噴霧がシリンダヘッドに付着したりする。このようにシリンダヘッドなどに付着した燃料が原因となって、粒子状物質（ＰＭ）が発生する虞がある。とくに、吸気バルブの温度が高く且つシリンダヘッドの温度が低いときにＰＭの発生量が増加する傾向にある。また、内燃機関の運転状態により燃料の噴霧の形状が変化するため、吸気弁に燃料噴霧が衝突しないように設定されていたとしても内燃機関の運転状態によっては、吸気弁に燃料噴霧が衝突する虞がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２２８５３０号公報
【特許文献２】特開２００９−０７９５８１号公報
【特許文献３】特開２００４−３１６４４９号公報
【特許文献４】特開２００９−１９７６３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記したような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、シリンダヘッドに燃料が付着することで発生するＰＭ量を低減することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を達成するために本発明による内燃機関の制御装置は、
内燃機関の気筒内に燃料を噴射する筒内噴射弁と、
前記内燃機関のシリンダヘッドの温度を取得する温度取得手段と、
前記筒内噴射弁からの燃料噴射の時期を変更する噴射時期変更手段と、
前記内燃機関の吸気弁の開く時期またはリフト量を変更する可変動弁機構と、
前記温度取得手段により取得される温度が所定値未満のときには、所定値以上のときよりも、前記筒内噴射弁から噴射される燃料の前記吸気弁への衝突量が減少するように、燃料噴射時期、吸気弁の開く時期またはリフト量の少なくとも１つを変更する制御手段と、
を備える。
【０００７】
本発明では、燃料噴霧が吸気弁に衝突した後に該燃料噴霧が向かうシリンダヘッドの温度の影響によりＰＭ発生量が変わることに着目して、燃料噴射時期、吸気弁の開く時期またはリフト量の少なくとも１つを変更している。すなわち、吸気弁が開いているときに燃料を噴射すると、該燃料が吸気弁に衝突することで該燃料がシリンダヘッドに付着してしまう。これに対し、吸気弁が閉じているときや、吸気弁の開度が小さいときに燃料を噴射
すれば燃料噴霧が吸気弁に衝突することを抑制できる。この衝突の抑制は、燃料噴射時期、吸気弁の開く時期またはリフト量の少なくとも１つを変更することにより可能となる。なお、温度取得手段は、筒内噴射弁から噴射される燃料が衝突する箇所の温度を取得してもよい。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、シリンダヘッドに燃料が付着することで発生するＰＭ量を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施例に係る内燃機関の概略構成を表す図である。
【図２】実施例に係る内燃機関の制御フローを示したフローチャートである。
【図３】機関始動時からの吸気弁の温度と、シリンダヘッドの温度との推移を示したタイムチャートである。
【図４】内燃機関の状態に対するＰＭの発生量を示した図である。
【図５】参考例に係る内燃機関の制御フローを示したフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明に係る内燃機関の制御装置の具体的な実施態様について図面に基づいて説明する。
【実施例１】
【００１１】
図１は、本実施例に係る内燃機関１の概略構成を表す図である。なお、本実施例においては、内燃機関１を簡潔に表示するため、一部の構成要素の表示を省略している。内燃機関１は、４サイクルガソリン機関である。
【００１２】
気筒２には、シリンダヘッド１０に設けられた吸気ポート３を介して吸気管４が接続されている。吸気ポート３と気筒２との境には、吸気弁５が設けられている。吸気弁５の開閉は、吸気側可変動弁機構６によって行なわれる。吸気側可変動弁機構６は、吸気弁５の開弁特性を機械的に変更可能に構成されている。なお、吸気弁５の開弁特性を電磁駆動により変更可能に構成されていてもよい。
【００１３】
また、シリンダヘッド１０に設けられた排気ポート７を介して、排気管８が接続されている。排気ポート７と気筒２との境には、排気弁９が設けられている。排気弁９の開閉は排気側可変動弁機構１１によって行なわれる。排気側可変動弁機構１１は、排気弁９の開弁特性を機械的に変更可能に構成されている。なお、排気弁９の開弁特性を電磁駆動により変更可能に構成されていてもよい。
【００１４】
そして、内燃機関１のクランクシャフト１３にコンロッド１４を介して連結されたピストン１５が、気筒２内で往復運動を行う。
【００１５】
また、吸気管４の途中には、該吸気管４を流れる吸気の量を調整するスロットル１６が備えられている。スロットル１６よりも上流の吸気管４には、該吸気管内を流れる空気の量に応じた信号を出力するエアフローメータ９３が取り付けられている。このエアフローメータ９３により内燃機関１の吸入空気量が検出される。
【００１６】
また、内燃機関１には、気筒２内へ燃料を噴射する筒内噴射弁８１が取り付けられている。さらに、内燃機関１には、気筒２内に電気火花を発生させる点火プラグ８２が取り付けられている。また、内燃機関１には、該内燃機関１の冷却水の温度を測定する冷却水温度センサ９４が取り付けられている。さらに、シリンダヘッド１０には、該シリンダヘッ
ドの温度を測定するシリンダヘッド温度センサ９５が取り付けられている。シリンダヘッド温度センサ９５は、筒内噴射弁８１から噴射する燃料が衝突する箇所の壁面の温度を測定する。なお、シリンダヘッド温度センサ９５により直接温度を測定することに代えて、内燃機関１の運転状態の履歴（たとえば機関回転数及び機関負荷の履歴）や冷却水温度センサ９４により得られる冷却水温度に基づいてシリンダヘッド１０の温度を推定してもよい。なお、本実施例においてはシリンダヘッド温度センサ９５が、本発明における温度取得手段に相当する。
【００１７】
そして、内燃機関１には、該内燃機関１を制御するための電子制御装置であるＥＣＵ９０が併設されている。このＥＣＵ９０は、ＣＰＵの他、各種のプログラム及びマップを記憶するＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えており、内燃機関１の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関１の運転状態等を制御する。
【００１８】
ここで、上記各種センサの他、アクセル開度センサ９１およびクランクポジションセンサ９２がＥＣＵ９０と電気的に接続されている。ＥＣＵ９０はアクセル開度センサ９１からアクセル開度に応じた信号を受け取り、この信号に応じて内燃機関１に要求される機関負荷等を算出する。また、ＥＣＵ９０はクランクポジションセンサ９２から内燃機関１の出力軸の回転角に応じた信号を受け取り、内燃機関１の機関回転数を算出する。
【００１９】
一方、ＥＣＵ９０には、筒内噴射弁８１、点火プラグ８２が電気配線を介して接続されており、該ＥＣＵ９０によりこれらの機器が制御される。なお、本実施例では筒内噴射弁８１からの燃料噴射時期を変更するＥＣＵ９０が、本発明における噴射時期変更手段に相当する。
【００２０】
そして、ＥＣＵ９０は、少なくともシリンダヘッド温度センサ９５により得られる温度に基づいて、筒内噴射弁８１からの燃料噴射時期、吸気弁５の開時期、吸気弁５のリフト量の少なくとも１つを制御する。
【００２１】
図２は、本実施例に係る内燃機関１の制御フローを示したフローチャートである。本ルーチンはＥＣＵ９０により所定の時間毎に実行される。
【００２２】
ステップＳ１０１では、機関情報が読み込まれる。たとえば、機関回転数、機関負荷、冷却水温度、スロットル開度（アクセル開度としてもよい）などである。
【００２３】
ステップＳ１０２では、内燃機関１の運転履歴が読み込まれる。この運転履歴は、以下のステップによりシリンダヘッド１０の温度を推定するときに利用される。よって、シリンダヘッド１０の温度をシリンダヘッド温度センサ９５により直接測定する場合には、本ステップは必要ない。
【００２４】
ステップＳ１０３では、シリンダヘッド温度ＴＨが算出される。本ステップでは、ステップＳ１０２で読み込まれた内燃機関１の運転履歴及びステップＳ１０１で読み込まれた冷却水温度、潤滑油温度などの少なくとも１つに基づいてシリンダヘッド温度ＴＨが算出される。なお、シリンダヘッド温度センサ９５による測定値をシリンダヘッド温度ＴＨとしてもよい。
【００２５】
ステップＳ１０４では、シリンダヘッド温度ＴＨが所定値Ａ未満であるか否か判定される。所定値Ａは、たとえばシリンダヘッド１０に燃料が付着したとしても、点火までに気化するために、該シリンダヘッド１０に付着した燃料によるＰＭの発生への影響が小さな温度である。シリンダヘッド温度ＴＨが所定値Ａ未満であれば、ＰＭの発生が許容範囲を超えるとしてもよい。なお、所定値Ａは、他の運転条件、内燃機関１の諸元などによって
変更してもよい。
【００２６】
ステップＳ１０４で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０５へ進み、否定判定がなされた場合には燃料噴射時期などを変更する必要がないため、本ルーチンを終了させる。
【００２７】
ステップＳ１０５では、筒内噴射弁８１からの燃料噴射時期が変更される。ステップＳ１０６では、吸気弁５の開弁時期が変更される。ステップＳ１０７では、吸気弁５のリフト量が変更される。なお、筒内噴射弁８１からの燃料噴射時期、吸気弁５の開弁時期、吸気弁５のリフト量の少なくとも１つ変更すればよい。これらは、筒内噴射弁８１から噴射される燃料が、吸気弁５に衝突しないように変更される。たとえば、筒内噴射弁８１から燃料が噴射されるときには吸気弁５が閉じているように、燃料噴射時期または吸気弁５の開時期が変更される。また、吸気弁５のリフト量を小さくすることで、該吸気弁５と燃料との衝突を抑制してもよい。夫々の変更量は、予め設定しておきＥＣＵ９０に記憶される。
【００２８】
このようにして、吸気弁５と燃料との衝突を抑制することができるため、シリンダヘッド１０に燃料が付着することを抑制できる。これにより、ＰＭの発生を抑制できる。なお、本実施例ではステップＳ１０５から１０７を処理するＥＣＵ９０が、本発明における噴射時期変更手段に相当する。
【００２９】
図３は、機関始動時からの吸気弁５の温度（一点鎖線）と、シリンダヘッド１０の温度（実線）との推移を示したタイムチャートである。内燃機関１の始動後に吸気弁５の温度は急激に上昇するのに対し、シリンダヘッド１０の温度は冷却水温度の影響を受け易いため緩やかに上昇する。したがって、吸気弁５の温度が収束するよりも、シリンダヘッド１０の温度が収束するまでに要する時間のほうが長くなる。本実施例では、温度上昇が緩やかでＰＭ発生量に影響が大きいシリンダヘッド温度に基づいた制御を行っている。
【００３０】
図４は、内燃機関の状態に対するＰＭの発生量を示した図である。図４中の「従来」とは、従来技術相当の制御、すなわち吸気弁５の温度に基づいた制御を行った場合を示している。また、図４中の「本願」とは、本願実施例に係る制御、すなわちシリンダヘッド１０の温度に基づいた制御を行った場合を示している。
【００３１】
従来では、温度上昇の早い吸気弁５の温度に基づいた制御を行っているため、始動直後ではＰＭ低減の効果が得られるものの、暖機途中のような吸気弁５の温度が比較的高くかつシリンダヘッド１０の温度が比較的低い場合には、燃料噴霧の吸気弁５への衝突が多くなり、ＰＭ発生量が増加する。一方、本願では、温度上昇が緩やかで且つＰＭ排出の温度感度が高いシリンダヘッド１０の温度に基づいた制御を行っているため、暖機途中であっても燃料噴霧の吸気弁５への衝突を抑制することができるので、ＰＭ発生量をより低減することができる。
【００３２】
（参考例）
機関負荷と気筒内温度とに基づいて、筒内噴射弁８１からの燃料噴射時期、吸気弁５の開弁時期、吸気弁５のリフト量の少なくとも１つを変更してもよい。気筒内温度は気筒２内のガスの温度であり、シリンダヘッド１０の温度とは異なる。
【００３３】
ここで、燃料噴霧が吸気弁５に衝突することを回避するために、燃料噴霧の形状を吸気弁５に衝突しないような形状とすることがある。たとえば、吸気弁５と衝突しないような多方向へ燃料噴霧を形成することが考えられる。しかし、内燃機関１の運転状態によって噴霧の形状が変わり得るため、燃料噴霧の形状を調整するのみでは吸気弁５への衝突を回
避できない虞がある。たとえば、気筒２内の温度が高い場合には、筒内噴射弁８１から噴射された燃料の気化が早く進んで燃料噴霧が膨張するために、多方向へ燃料を噴射した場合に隣り合う噴霧同士が結合し、噴霧の進行方向が変わることが判明した。また、軽負荷の場合にも、燃料噴射時の気筒内圧力が低いために燃料噴霧が膨張し、同様の現象が起こることが判明した。
【００３４】
これに対し、機関負荷や気筒内の温度に基づいて燃料噴射時期などを調節すれば、燃料噴霧が吸気弁５に衝突することを抑制できる。
【００３５】
図５は、本参考例に係る内燃機関１の制御フローを示したフローチャートである。本ルーチンはＥＣＵ９０により所定の時間毎に実行される。
【００３６】
ステップＳ２０１では、機関情報が読み込まれる。たとえば、機関回転数、機関負荷、冷却水温度、スロットル開度（アクセル開度としてもよい）などである。
【００３７】
ステップＳ２０２では、気筒２内の温度（筒内温度ＴＣ）が算出される。たとえば吸入空気量や吸入空気温度などから周知の技術を用いて算出することができる。また、センサにより直接測定してもよい。
【００３８】
ステップＳ２０３では、機関負荷が所定値Ｂ未満であるか否か判定される。この所定値Ｂは、隣り合う燃料噴霧が結合しないような機関負荷の下限値である。なお、気筒内の圧力が所定値未満であるか否か判定してもよい。ステップ２０３で肯定判定がなされた場合には、燃料噴霧が結合して進行方向が変化する虞があるため、ステップＳ２０４へ進む。
【００３９】
一方、ステップＳ２０３で否定判定がなされた場合には、ステップＳ２０７へ進んで、筒内温度ＴＣが所定値Ｃよりも高いか否か判定される。この所定値Ｃは、隣り合う燃料噴霧が結合しないような筒内温度の上限値である。ステップＳ２０７で肯定判定がなされた場合には、燃料噴霧が結合して進行方向が変化する虞があるためステップＳ２０８へ進む。一方、ステップＳ２０７で否定判定がなされた場合には、燃料噴霧が吸気弁５に衝突する虞はないため本ルーチンを終了させる。
【００４０】
ステップＳ２０４及びステップＳ２０８では、筒内噴射弁８１からの燃料噴射時期を変更する。ステップＳ２０５及びステップＳ２０９では、吸気弁５の開弁時期が変更される。ステップＳ２０６及びステップＳ２１０では、吸気弁５のリフト量が変更される。なお、筒内噴射弁８１からの燃料噴射時期、吸気弁５の開弁時期、吸気弁５のリフト量の少なくとも１つ以上変更すればよい。これらの変更量は、筒内噴射弁８１から噴射される燃料が、吸気弁５に衝突しないような量として予め設定しておきＥＣＵ９０に記憶される。
【００４１】
このようにしても、シリンダヘッド１０に燃料が付着することを抑制できるため、ＰＭの発生を抑制できる。
【符号の説明】
【００４２】
１     内燃機関
２     気筒
３     吸気ポート
４     吸気管
５     吸気弁
６     吸気側可変動弁機構
７     排気ポート
８     排気管
９     排気弁
１０   シリンダヘッド
１１   排気側可変動弁機構
１３   クランクシャフト
１４   コンロッド
１５   ピストン
１６   スロットル
８１   筒内噴射弁
８２   点火プラグ
９０   ＥＣＵ
９１   アクセル開度センサ
９２   クランクポジションセンサ
９３   エアフローメータ
９４   冷却水温度センサ
９５   シリンダヘッド温度センサ
【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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