(57)【要約】【課題】筒内噴射式内燃機関の制御装置において、吸気弁温度が低い場合において燃料噴霧の吸気弁への直接接触に起因するＰＭ排出粒子数の増大を抑制できるものの提供。【解決手段】この制御装置では、吸気弁温度Ｔｖが所定温度Ａよりも高い場合、内燃機関が通常運転される。例えば、ウォーターポンプは内燃機関の運転状態に基づいて決定される回転速度（即ち、エンジン冷却水の吐出流量）をもって通常制御される。一方、吸気弁温度Ｔｖが所定温度Ａ以下の場合、「吸気弁温度上昇制御」が実行される。例えば、ウォーターポンプが停止されてエンジン冷却水による内燃機関の冷却度合いが通常制御時に比して低下させられる。これにより、吸気弁温度が高められて所定温度Ａよりも高くなり得る。この結果、吸気弁の温度が低い場合において燃料噴霧の吸気弁への直接接触に起因するＰＭ排出粒子数の増大が抑制され得る。【選択図】図３
2009103014.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の燃焼室内にて燃料を直接噴射するとともに噴射タイミングによっては噴射された燃料が吸気弁に直接接触するように配置された燃料噴射弁、を備えた筒内噴射式の内燃機関に適用される内燃機関の制御装置であって、
吸気弁の温度を取得する吸気弁温度取得手段と、
前記吸気弁の温度が所定温度以下となった場合、前記吸気弁の温度を高めるための吸気弁温度上昇制御を行う吸気弁温度上昇制御手段と、
を備えた内燃機関の制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の内燃機関の制御装置において、
前記吸気弁温度上昇制御手段は、前記吸気弁温度上昇制御として、
前記内燃機関を冷却する冷却液による前記内燃機関の冷却度合いを低下させる制御を行うように構成された内燃機関の制御装置。
【請求項３】
請求項１に記載の内燃機関の制御装置において、
前記吸気弁温度上昇制御手段は、前記吸気弁温度上昇制御として、
前記吸気弁の閉弁タイミングをより吸気下死点に近づける制御を行うように構成された内燃機関の制御装置。
【請求項４】
請求項１に記載の内燃機関の制御装置において、
前記吸気弁温度上昇制御手段は、前記吸気弁温度上昇制御として、
排ガスの一部を吸気系に戻すＥＧＲ装置により前記吸気系に戻されるＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラーによる前記ＥＧＲガスの冷却度合いを低下させる制御を行うように構成された内燃機関の制御装置。
【請求項５】
請求項１に記載の内燃機関の制御装置において、
前記吸気弁温度上昇制御手段は、前記吸気弁温度上昇制御として、
排ガスの一部を吸気系に戻すＥＧＲ装置により前記吸気系に戻されるＥＧＲガスの流量の前記吸気系に吸入される新気の流量に対する割合を増大させる制御を行うように構成された内燃機関の制御装置。
【請求項６】
請求項１に記載の内燃機関の制御装置において、
前記吸気弁温度上昇制御手段は、前記吸気弁温度上昇制御として、
吸気系に吸入され過給機により圧縮された新気を冷却するインタクーラーによる前記圧縮された新気の冷却度合いを低下させる制御を行うように構成された内燃機関の制御装置。
【請求項７】
請求項１に記載の内燃機関の制御装置において、
前記吸気弁温度上昇制御手段は、
前記燃焼室内に供給される混合気の空燃比を理論空燃比よりもリーンの空燃比に一致するように制御するリーン運転状態において前記吸気弁の温度が前記所定温度以下となった場合、前記吸気弁温度上昇制御として、前記内燃機関の運転状態を前記リーン運転状態から前記混合気の空燃比を理論空燃比に一致するように制御するストイキ運転状態に切り替える制御を行うように構成された内燃機関の制御装置。
【請求項８】
請求項１に記載の内燃機関の制御装置であって、
前記燃料噴射弁が、噴射タイミングによっては噴射された燃料がピストンの頂面にも直接接触するように配置されていて、
冷間始動後から暖機完了までの間において、吸気行程及び圧縮行程後半、或いは、圧縮行程後半のみにて前記燃料噴射弁から燃料を噴射するとともに点火時期を圧縮上死点よりも後の時期に遅角して排気系に配設された触媒の暖機を促進させる触媒暖機制御を行う触媒暖機制御手段と、
前記ピストンの頂面の温度を取得するピストン頂面温度取得手段と、
前記触媒暖機制御中において前記ピストンの頂面の温度が第１温度以下である場合、圧縮行程後半での燃料噴射を禁止して吸気行程のみにて燃料噴射を行って前記ピストンの頂面への燃料付着を抑制するように前記触媒暖機制御手段を制御するピストン頂面燃料付着抑制手段と、
を備えた内燃機関の制御装置。
【請求項９】
請求項８に記載の内燃機関の制御装置において、
前記ピストン頂面燃料付着抑制手段は、
前記触媒暖機制御中において前記ピストンの頂面の温度が前記第１温度よりも高くて前記第１温度よりも高い第２温度以下であり、且つ前記ピストンの頂面の温度が前記吸気弁の温度よりも低い場合、圧縮行程後半での燃料噴射量の吸気行程での燃料噴射量に対する割合を減少させて前記ピストンの頂面への燃料付着を抑制するように前記触媒暖機制御手段を制御するように構成された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、内燃機関の燃焼室内にて燃料を直接噴射する燃料噴射弁を備えた筒内噴射式の内燃機関（特に、火花点火式の内燃機関）に適用される内燃機関の制御装置に関する。以下、「内燃機関の燃焼室に供給される混合気の空燃比」を単に「空燃比」と称呼し、「内燃機関」を単に「機関」と称呼することもある。
【背景技術】
【０００２】
従来より、筒内噴射式の（火花点火式の）内燃機関が広く知られている（例えば、特許文献１を参照）。筒内噴射式の内燃機関にて、空燃比が目標空燃比（例えば、理論空燃比）に一致するように決定される量の燃料を吸気行程において噴射する場合、吸気ポートに燃料が噴射される従来のポート噴射式の内燃機関の場合に比して、噴霧燃料の気化熱の影響により燃焼室内の（燃焼前の）混合気の温度を下げることができる。この結果、圧縮比を大きくできる等の理由により、燃焼効率を高めることができる。
【特許文献１】特開平１０−１７６５６２号公報
【０００３】
筒内噴射式の内燃機関では、燃料噴射タイミングによっては、噴射により燃焼室内を移動する燃料噴霧がピストンの頂面や吸気弁の背面に直接接触し得る。ピストン頂面に接触した燃料はそのままピストン頂面に付着・残留し易く、また、吸気弁の背面に接触した燃料はその背面で反射されて燃焼室の頂面に付着・残留し易い。このようにピストン頂面や燃焼室頂面に付着・残留した燃料の量が大きいと、ＰＭ（パティキュレート・マター、粒子状物質）の排出粒子数が大きくなる傾向がある。ここで、ＰＭ排出粒子数とは、例えば、所定パターンで機関を運転した場合におけるＰＭの総排出粒子数等である。
【０００４】
近年、自動車用の内燃機関に対してＰＭ排出粒子数の低減要求が高まってきている。このような状況下、筒内噴射式の内燃機関でも、ＰＭの排出粒子数を低減する必要性が高まってきている。
【発明の開示】
【０００５】
発明者による近時の研究によれば、ＰＭ排出粒子数は、吸気弁の温度と極めて強い相関があり、吸気弁温度が低いほどＰＭ排出粒子数が大きくなる傾向が極めて強いことが判ってきている。これは、吸気弁温度が低いほど、吸気弁背面で反射して燃焼室頂面に付着・残留する燃料の量が大きくなることに基づくものと考えられる。従って、ＰＭ排出粒子数の増大を抑制するためには、吸気弁温度が低い場合においてＰＭ排出粒子数を低減するための何らかの特別な制御（以下、「ＰＭ低減制御」と称呼する。）を行う必要がある。
【０００６】
係る観点より、本発明の目的は、吸気弁温度が低い場合において燃料噴霧の吸気弁への直接接触に起因するＰＭ排出粒子数の増大を抑制できるものを提供することにある。
【０００７】
本発明に係る燃料噴射制御装置は、内燃機関の燃焼室内にて燃料を直接噴射する燃料噴射弁を備えた筒内噴射式の（火花点火式）内燃機関に適用される。この燃料噴射弁は、噴射タイミングによっては噴射された燃料が（前記燃焼室内を移動中にて他の部材に接触することなく）吸気弁に直接接触するように配置されている。
【０００８】
本発明に係る内燃機関の制御装置は、吸気弁の温度を取得する吸気弁温度取得手段と、前記吸気弁の温度が所定温度以下となった場合に前記吸気弁の温度を高めるための吸気弁温度上昇制御を行う吸気弁温度上昇制御手段とを備えている。
【０００９】
ここにおいて、前記吸気弁温度上昇制御手段は、特に、噴射タイミングが、噴射された燃料が燃焼室内を移動中にて吸気弁に直接接触するタイミングに制御されている場合（即ち、燃料噴霧の吸気弁への直接接触に起因してＰＭが排出し得る場合）において前記吸気弁の温度が前記所定温度以下となった場合に前記吸気弁温度上昇制御を行う。また、前記「所定温度」は、吸気弁の温度がその温度以下になると上述した燃料噴霧の吸気弁への直接接触に起因するＰＭ排出粒子数の増大が顕著となる温度に設定される。
【００１０】
上記構成によれば、吸気弁温度が低い場合において吸気弁温度が高められ得る。これにより、吸気弁背面で反射して燃焼室頂面に付着・残留する燃料の量が小さくなり、この結果、燃料噴霧の吸気弁への直接接触に起因するＰＭ排出粒子数の増大を抑制できる。即ち、「吸気弁温度上昇制御」が上述の「ＰＭ低減制御」となり得る。
【００１１】
前記吸気弁温度上昇制御としては、例えば、前記内燃機関を冷却する冷却液による前記内燃機関の冷却度合いを低下させる制御が実行され得る。具体的には、係る制御として、例えば、冷却液を循環させるポンプの吐出流量を小さくする、前記ポンプを停止する等の制御が実行され得る。これにより、吸気弁温度を高めることができる。
【００１２】
また、前記吸気弁温度上昇制御としては、例えば、前記吸気弁の閉弁タイミングをより吸気下死点に近づける制御が実行され得る。具体的には、例えば、吸気弁温度が所定温度よりも高い場合において吸気下死点よりも後に設定される吸気弁の閉弁タイミングを（吸気弁の開閉タイミング（吸気ＶＶＴ）を進角して）早めることで吸気弁の閉弁タイミングが吸気下死点に近づけられる。これにより、圧縮端温度（圧縮上死点での筒内ガス温度）を高めることができ、この結果、吸気弁温度を高めることができる。
【００１３】
また、前記吸気弁温度上昇制御としては、例えば、排ガスの一部を吸気系に戻すＥＧＲ装置により前記吸気系に戻されるＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラーによる前記ＥＧＲガスの冷却度合いを低下させる制御が実行され得る。具体的には、係る制御として、例えば、ＥＧＲクーラー内に流れる冷却液の流量（従って、冷却液を循環させるポンプの吐出流量）を小さくする、前記ポンプを停止する等の制御が実行され得る。これにより、ＥＧＲガス温度を高めることができ、この結果、吸気弁温度を高めることができる。
【００１４】
また、前記吸気弁温度上昇制御としては、例えば、ＥＧＲ装置により前記吸気系に戻されるＥＧＲガスの流量の前記吸気系に吸入される新気の流量に対する割合（ＥＧＲ率に相当）を増大させる制御が実行され得る。これにより、燃焼室内に流入する高温のＥＧＲガスの量を大きくすることができ、この結果、吸気弁温度を高めることができる。
【００１５】
また、前記吸気弁温度上昇制御としては、例えば、吸気系に吸入され過給機により圧縮された新気を冷却するインタクーラーによる前記圧縮された新気の冷却度合いを低下させる制御が実行され得る。
【００１６】
具体的には、係る制御として、例えば、インタクーラー内に流れる冷却液の流量（従って、冷却液を循環させるポンプの吐出流量）を小さくする、前記ポンプを停止する等の制御が実行され得る。また、過給機（のコンプレッサ）の下流の吸気通路にインタクーラーを通過する第１通路とインタクーラーをバイパスする第２通路とが並列的に設けられていて、第１、第２通路を流れる新気の流量割合を調整する調整弁が設けられている場合、係る制御として、調整弁を制御して第２通路側の流量割合が増大される。これにより、吸入新気の温度を高めることができ、この結果、吸気弁温度を高めることができる。
【００１７】
また、混合気の空燃比を理論空燃比よりもリーンの空燃比に一致するように制御するリーン運転状態において前記吸気弁の温度が前記所定温度以下となった場合、前記吸気弁温度上昇制御として、前記内燃機関の運転状態を前記リーン運転状態から前記混合気の空燃比を理論空燃比に一致するように制御するストイキ運転状態に切り替える制御が実行され得る。これにより、燃焼温度が比較的低いリーン運転状態において吸気弁温度が所定温度以下になった場合、リーン運転状態よりも燃焼温度が高いストイキ運転状態に切り替えられ、この結果、吸気弁温度を高めることができる。
【００１８】
ところで、上述の筒内噴射式の火花点火式内燃機関の場合、冷間始動後から暖機完了までの間において（更には、例えば、暖機完了後に比してアイドル回転速度を大きい値に設定するファーストアイドル制御中において）、圧縮行程後半にて燃料噴射を行い且つ点火時期を圧縮上死点よりも後の時期に大幅に遅角することで、所謂成層燃焼を利用しながら、排気系に配設された触媒の暖機を大幅に促進する制御（以下、「触媒暖機制御Ａ」と称呼する。）が知られている。
【００１９】
このように圧縮行程後半にて燃料噴射を行うことは、ピストンが上死点に近い位置で上昇中に燃料噴射が行われることを意味する。この場合、燃料噴霧がピストン頂面に直接接触し易い。従って、上述した燃料噴霧のピストン頂面への直接接触に起因するＰＭ排出粒子数の増大が発生し易くなる。
【００２０】
ここで、ピストン頂面の温度が低いほどＰＭ排出粒子数が大きくなる傾向が極めて強いことも判ってきている。これは、ピストン頂面の温度が低いほど、ピストン頂面に付着・残留する燃料の量が大きくなることに基づくものと考えられる。以上より、上述した「触媒暖機制御Ａ」の実行中においてピストン頂面の温度が低い場合、上述した燃料噴霧のピストン頂面への直接接触に起因するＰＭ排出粒子数の増大が発生し易くなる。
【００２１】
係る観点に基づき、上記本発明に係る制御装置において、前記燃料噴射弁が、噴射タイミングによっては噴射された燃料が（吸気弁に加えて）ピストンの頂面にも（前記燃焼室内を移動中にて他の部材に接触することなく）直接接触するように配置されていて、且つ、冷間始動後から暖機完了までの間において（更には、例えば、上記ファーストアイドル制御中において）、吸気行程及び圧縮行程後半、或いは、圧縮行程後半のみにて前記燃料噴射弁から燃料を噴射するとともに点火時期を圧縮上死点よりも後の時期に遅角して排気系に配設された触媒の暖機を促進させる上記「触媒暖機制御Ａ」を行う触媒暖機制御手段が備えられている場合、前記ピストンの頂面の温度を取得するピストン頂面温度取得手段と、前記「触媒暖機制御Ａ」中において前記ピストンの頂面の温度が第１温度以下である場合、圧縮行程後半での燃料噴射を禁止して吸気行程のみにて燃料噴射を行って前記ピストンの頂面への燃料付着を抑制するように前記触媒暖機制御手段を制御するピストン頂面燃料付着抑制手段を備えることが好適である。
【００２２】
これにより、「触媒暖機制御Ａ」の実行中においてピストン頂面の温度が低い場合、圧縮行程後半での燃料噴射が禁止される。この結果、圧縮行程後半で噴射された燃料噴霧のピストン頂面への直接接触に起因するＰＭ排出粒子数の増大を抑制できる。なお、このように圧縮行程後半での燃料噴射が行われない場合、所謂成層燃焼を利用できない。従って、点火時期を圧縮上死点よりも後の時期に大幅に遅角すると失火が発生し易くなる。従って、この場合、点火時期が「触媒暖機制御Ａ」に基づいて制御される時期よりも進角される必要がある。この結果、触媒暖機の速度は、「触媒暖機制御Ａ」実行中に比して遅くなる。以下、このように実行される触媒暖機制御を「触媒暖機制御Ｂ」とも称呼する。
【００２３】
加えて、上記のように、ピストン頂面の温度が第１温度以下である場合に「触媒暖機制御Ａ」に代えて「触媒暖機制御Ｂ」が実行される場合、前記ピストン頂面燃料付着抑制手段は、前記「触媒暖機制御Ａ」中において前記ピストンの頂面の温度が前記第１温度よりも高くて前記第１温度よりも高い第２温度以下であり、且つ前記ピストンの頂面の温度が前記吸気弁の温度よりも低い場合、圧縮行程後半での燃料噴射量の吸気行程での燃料噴射量に対する割合（＝圧縮行程噴射割合（＞０））を減少させて前記ピストンの頂面への燃料付着を抑制するように前記触媒暖機制御手段を制御するように構成されることがより好適である。以下、このように「触媒暖機制御Ａ」に比して圧縮行程噴射割合（＞０）を小さめに設定する触媒暖機制御を「触媒暖機制御Ｃ」とも称呼する。
【００２４】
これによれば、ピストン頂面の温度が若干低い場合、「触媒暖機制御Ａ」に代えて「触媒暖機制御Ｃ」が実行される。従って、圧縮行程後半での燃料噴射量が小さめに設定されるから、「触媒暖機制御Ａ」実行時に比して、圧縮行程後半で噴射された燃料噴霧のピストン頂面への直接接触に起因するＰＭ排出粒子数の増大を抑制できる。加えて、圧縮行程後半での燃料噴射が確保されるから、点火時期を圧縮上死点よりも後の時期に大幅に遅角して所謂成層燃焼を利用しながら、触媒の暖機を大幅に促進することができる。即ち、「触媒暖機制御Ｂ」及び「触媒暖機制御Ｃ」が上述の「ＰＭ低減制御」となり得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明による内燃機関の制御装置の実施形態について図面を参照しつつ説明する。
【００２６】
図１は、本発明の実施形態に係る内燃機関の制御装置を筒内噴射式の火花点火式多気筒（４気筒）内燃機関１０に適用したシステムの概略構成を示している。この内燃機関１０は、シリンダブロック、シリンダブロックロワーケース、及びオイルパン等を含むシリンダブロック部２０と、シリンダブロック部２０の上に固定されるシリンダヘッド部３０と、シリンダブロック部２０にガソリン混合気を供給するための吸気系統４０と、シリンダブロック部２０からの排気ガスを外部に放出するための排気系統５０とを含んでいる。
【００２７】
シリンダブロック部２０は、シリンダ２１、ピストン２２、コンロッド２３、及びクランク軸２４を含んでいる。ピストン２２はシリンダ２１内を往復動し、ピストン２２の往復動がコンロッド２３を介してクランク軸２４に伝達され、これによりクランク軸２４が回転するようになっている。シリンダ２１とピストン２２のヘッドは、シリンダヘッド部３０とともに燃焼室２５を形成している。
【００２８】
シリンダヘッド部３０は、燃焼室２５に連通した吸気ポート３１、吸気ポート３１を開閉する吸気弁３２、吸気弁３２を駆動するインテークカムシャフトを含むとともにインテークカムシャフトの位相角（従って、吸気弁３２の開閉タイミング、以下、「吸気ＶＶＴ」と称呼する。）を連続的に変更する可変吸気タイミング装置３３、可変吸気タイミング装置３３のアクチュエータ３３ａ、燃焼室２５に連通した排気ポート３４、排気ポート３４を開閉する排気弁３５、排気弁３５を駆動するエキゾーストカムシャフト３６、点火プラグ３７、点火プラグ３７に与える高電圧を発生するイグニッションコイルを含むイグナイタ３８、及び燃料を燃焼室２５内にて直接噴射するインジェクタ（燃料噴射弁）３９を備えている。
【００２９】
吸気系統４０は、吸気ポート３１に連通し吸気ポート３１とともに吸気通路を形成するインテークマニホールドを含む吸気管４１、吸気管４１の端部に設けられたエアフィルタ４２、吸気管４１内にあって吸気通路の開口断面積を可変とするスロットル弁４３、及びスロットル弁アクチュエータ４３ａを備えている。
【００３０】
排気系統５０は、排気ポート３４に連通したエキゾーストマニホールド５１、エキゾーストマニホールド５１（実際には、各排気ポート３４に連通した各々のエキゾーストマニホールド５１が集合した集合部）に接続されたエキゾーストパイプ（排気管）５２、エキゾーストパイプ５２に配設（介装）された上流側の三元触媒５３（以下、「第１触媒５３」と称呼する。）、及びこの第１触媒５３の下流のエキゾーストパイプ５２に配設（介装）された下流側の三元触媒５４（以下、「第２触媒５４」と称呼する。）を備えている。排気ポート３４、エキゾーストマニホールド５１、及びエキゾーストパイプ５２は、排気通路を構成している。
【００３１】
一方、このシステムは、熱線式エアフローメータ６１、スロットルポジションセンサ６２、カムポジションセンサ６３、クランクポジションセンサ６４、水温センサ６５、第１触媒５３の上流の排気通路（本例では、上記各々のエキゾーストマニホールド５１が集合した集合部）に配設された空燃比センサ６６（以下、「上流側空燃比センサ６６」と称呼する。）、第１触媒５３の下流であって第２触媒５４の上流の排気通路に配設された空燃比センサ６７（以下、「下流側空燃比センサ６７」と称呼する。）、及びアクセル開度センサ６８を備えている。
【００３２】
熱線式エアフローメータ６１は、吸気管４１内を流れる吸入空気の単位時間あたりの質量流量を検出し、質量流量（吸入空気流量）Gaを表す信号を出力するようになっている。スロットルポジションセンサ６２は、スロットル弁４３の開度を検出し、スロットル弁開度TAを表す信号を出力するようになっている。カムポジションセンサ６３は、インテークカムシャフトの回転位相角度を表す信号（Ｇ２信号）を発生するようになっている。クランクポジションセンサ６４は、クランク軸２４の回転位相角度を表す信号を発生するようになっている。この信号は、運転速度NEを表す。水温センサ６５は、電動ウォーターポンプ６９の作動により循環する内燃機関１０の冷却水の温度を検出し、冷却水温THWを表す信号を出力するようになっている。
【００３３】
上流側空燃比センサ６６、及び下流側空燃比センサ６７はそれぞれ、限界電流式の酸素濃度センサ、及び起電力式（濃淡電池式）の酸素濃度センサであり、排ガスの空燃比に応じた出力を発生するようになっている。アクセル開度センサ６８は、運転者によって操作されるアクセルペダル８１の操作量を検出し、アクセルペダル８１の操作量Accpを表す信号を出力するようになっている。
【００３４】
電気制御装置７０は、互いにバスで接続されたＣＰＵ７１、ＣＰＵ７１が実行するルーチン（プログラム）、テーブル（ルックアップテーブル、マップ）等を記憶するＲＯＭ７２、ＲＡＭ７３、バックアップＲＡＭ７４、並びにＡＤコンバータを含むインターフェース７５等からなるマイクロコンピュータである。インターフェース７５は、前記センサ６１〜６８と接続され、ＣＰＵ７１にセンサ６１〜６８からの信号を供給するとともに、ＣＰＵ７１の指示に応じて可変吸気タイミング装置３３のアクチュエータ３３ａ、イグナイタ３８、インジェクタ３９、スロットル弁アクチュエータ４３ａ、及び電動ウォーターポンプ６９に駆動信号を送出するようになっている。
【００３５】
（燃料噴霧の吸気弁への直接接触に起因するＰＭ排出粒子数の増大）
上記のように構成された実施形態に係る制御装置（以下、「本装置」と云う。）では、通常（完全暖機後）、吸気行程においてインジェクタ３９から燃料が燃焼室２５内にて直接噴射される。この吸気行程での燃料噴射時期は、例えば、エンジン回転速度NE、吸入空気流量Ga、冷却水温THW等に基づいて決定される。
【００３６】
そして、燃料噴射タイミングによっては、図２に示すように、吸気弁３２が十分に下がった状態（即ち、リフト量が大きい状態）で吸気行程にてインジェクタ３９から燃料が噴射される。これにより、燃料噴霧は吸気弁３２の背面に直接接触し易く、また、吸気弁３２の背面に接触した燃料は図中矢印に示すように反射して燃焼室２５の頂面付近に付着・残留し易い。この燃焼室２５の頂面への燃料の付着・残留に起因して、ＰＭ排出粒子数が大きくなり得る。
【００３７】
ここで、上述のように、吸気弁３２の温度が低いほど、燃料噴霧の吸気弁３２への直接接触に起因するＰＭ排出粒子数が大きくなる傾向が強い。従って、吸気弁３２の温度が低い場合において燃料噴霧の吸気弁３２への直接接触に起因するＰＭ排出粒子数の増大を抑制するためには、吸気弁３２の温度を高める必要がある。
【００３８】
（実際の作動）
上述の知見に基づき、本装置のＣＰＵ７１は、図３にフローチャートにより示したルーチンを所定時間の経過毎に繰り返し実行する。なお、この実施形態では、通常（完全暖機後）において上述のように燃料噴射時期が吸気行程中に設定され、また、通常（完全暖機後）において点火時期は、圧縮上死点近傍（より具体的には、圧縮上死点よりも若干前）に設定される。点火時期は、例えば、エンジン回転速度NE、吸入空気流量Ga、冷却水温THW等に基づいて決定される。
【００３９】
即ち、先ず、ステップ３０５にて、吸気弁３２の温度（吸気弁温度Ｔｖ）が算出される。吸気弁温度Ｔｖは、例えば、冷却水温THW、燃料噴射量Fiの積算値、上流側空燃比センサ６６、及び下流側空燃比センサ６７の出力等を利用して周知の手法の一つに基づいて推定できる。或いは、吸気弁３２の温度を検出できる温度センサにより吸気弁３２の温度を直接検出してもよい。
【００４０】
ステップ３１０では、上記算出された吸気弁温度Ｔｖが所定温度Ａ以下であるか否かが判定される。この所定温度Ａは、吸気弁３２の温度がその温度以下になると燃料噴霧の吸気弁３２への直接接触に起因するＰＭ排出粒子数の増大が顕著となる温度に設定されている。このステップ３１０では、「燃料噴射タイミングが、噴射された燃料が吸気弁３２に直接接触するタイミングに制御されていること」が条件に加えられてもよい。
【００４１】
ステップ３１０にて「Ｎｏ」と判定される場合、ステップ３１５にて、ウォーターポンプ６９に対して通常制御が行われる。この通常制御では、ウォーターポンプ６９の回転速度（即ち、エンジン冷却水の吐出流量）は、例えば、エンジン回転速度NE、吸入空気流量Ga、冷却水温THW等に基づいて決定される。一方、ステップ３１０にて「Ｙｅｓ」と判定される場合、ステップ３２０にて、ウォーターポンプ６９が停止される。
【００４２】
以上、説明したように、上記実施形態に係る制御装置によれば、吸気弁３２の温度が所定温度Ａよりも高い場合、ウォーターポンプ６９は、内燃機関の運転状態に基づいて決定される回転速度（即ち、エンジン冷却水の吐出流量）をもって通常制御される。一方、吸気弁３２の温度が所定温度Ａ以下の場合、ウォーターポンプ６９が停止される。従って、内燃機関１０の冷却水による冷却度合いが通常制御時に比して低下する。これにより、吸気弁３２の温度が高められて所定温度Ａよりも高くなり得る。この結果、吸気弁３２の温度が低い場合において燃料噴霧の吸気弁３２への直接接触に起因するＰＭ排出粒子数の増大が抑制され得る。
【００４３】
本発明は上記実施形態に限定されることはなく、本発明の範囲内において種々の変形例を採用することができる。例えば、上記実施形態においては、「吸気弁温度上昇制御」として、ウォーターポンプ６９を停止する制御が実行されているが、ウォーターポンプ６９の回転速度（即ち、エンジン冷却水の吐出流量）を通常制御時よりも小さめに設定する制御が実行されてもよい。
【００４４】
また、図３に示したルーチンに代えて図４にフローチャートにより示したルーチンが所定時間の経過毎に繰り返し実行されてもよい。図４のルーチンにおいて図３のルーチンのステップと同じステップについては図３のステップ番号と同じステップ番号を付することでこれらの説明に代える（後出のルーチンについても同様）。
【００４５】
図４に示したルーチンでは、ステップ３１０にて「Ｎｏ」と判定される場合、即ち、吸気弁温度Ｔｖが所定温度Ａよりも高い場合、ステップ４０５にて、可変吸気タイミング装置３３（従って、吸気ＶＶＴ）に対して通常制御が行われる。この通常制御では、吸気ＶＶＴは、例えば、エンジン回転速度NE、吸入空気流量Ga、冷却水温THW等に基づいて決定され、吸気弁３２の閉弁タイミングが吸気下死点よりも後に設定される。一方、ステップ３１０にて「Ｙｅｓ」と判定される場合、即ち、吸気弁温度Ｔｖが所定温度Ａ以下の場合、ステップ４１０にて、吸気ＶＶＴが、通常制御時よりも進角側に設定される。
【００４６】
このように、この変形例に係る制御装置によれば、吸気弁３２の温度が所定温度Ａよりも高い場合、吸気ＶＶＴは内燃機関の運転状態に基づいて通常制御される。一方、吸気弁３２の温度が所定温度Ａ以下の場合、吸気ＶＶＴが通常制御時よりも進角側に設定されて吸気弁３２の閉弁タイミングが吸気下死点に近づけられる。これにより、圧縮端温度（圧縮上死点での筒内ガス温度）を高めることができるから、吸気弁３２の温度を高めて所定温度Ａよりも高くすることができる。この結果、上記実施形態と同様、吸気弁３２の温度が低い場合において燃料噴霧の吸気弁３２への直接接触に起因するＰＭ排出粒子数の増大が抑制され得る。
【００４７】
また、図５に示すように、ＥＧＲ装置が備えられている場合を考える。このＥＧＲ装置は、エキゾーストマニホールド５１と吸気管４１とを接続するＥＧＲ管４４、ＥＧＲ管４４を流れるＥＧＲガスの流量を制御するＥＧＲ制御弁４５、ＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラー４６、及びＥＧＲクーラー４６の冷却水の流量を制御するウォーターポンプ４７を備えている。
【００４８】
このＥＧＲ装置が備えられている場合、図３に示したルーチンに代えて図６にフローチャートにより示したルーチンが所定時間の経過毎に繰り返し実行されてもよい。図６に示したルーチンでは、ステップ３１０にて「Ｎｏ」と判定される場合、即ち、吸気弁温度Ｔｖが所定温度Ａよりも高い場合、ステップ６０５にて、ウォーターポンプ４７に対して通常制御が行われる。この通常制御では、ウォーターポンプ４７の回転速度（即ち、ＥＧＲクーラー４６の冷却水の吐出流量）は、例えば、エンジン回転速度NE、吸入空気流量Ga、冷却水温THW等に基づいて決定される。一方、ステップ３１０にて「Ｙｅｓ」と判定される場合、即ち、吸気弁温度Ｔｖが所定温度Ａ以下の場合、ステップ６１０にて、ウォーターポンプ４７の回転速度（即ち、ＥＧＲクーラー４６の冷却水の吐出流量）が、通常制御時よりも少なめに設定される。或いは、ウォーターポンプ４７を停止してもよい。
【００４９】
このように、この変形例に係る制御装置によれば、吸気弁３２の温度が所定温度Ａよりも高い場合、ウォーターポンプ４７は内燃機関の運転状態に基づいて決定される回転速度（即ち、ＥＧＲクーラー４６の冷却水の吐出流量）をもって通常制御される。一方、吸気弁３２の温度が所定温度Ａ以下の場合、ウォーターポンプ４７の回転速度（即ち、ＥＧＲクーラー４６の冷却水の吐出流量）が通常制御時よりも少なめに設定されてＥＧＲクーラー４６によるＥＧＲガスの冷却度合いが通常制御時に比して低下させられる。これにより、ＥＧＲガス温度を高めることができて吸気弁３２の温度を高めることができる。この結果、上記実施形態と同様、吸気弁３２の温度が低い場合において燃料噴霧の吸気弁３２への直接接触に起因するＰＭ排出粒子数の増大が抑制され得る。
【００５０】
また、上述のＥＧＲ装置が備えられている場合、図３に示したルーチンに代えて図７にフローチャートにより示したルーチンが所定時間の経過毎に繰り返し実行されてもよい。図７に示したルーチンでは、ステップ３１０にて「Ｎｏ」と判定される場合、即ち、吸気弁温度Ｔｖが所定温度Ａよりも高い場合、ステップ７０５にて、ＥＧＲ制御弁４５（即ち、ＥＧＲ率）に対して通常制御が行われる。この通常制御では、ＥＧＲ率は、例えば、エンジン回転速度NE、吸入空気流量Ga、冷却水温THW等に基づいて決定される。一方、ステップ３１０にて「Ｙｅｓ」と判定される場合、即ち、吸気弁温度Ｔｖが所定温度Ａ以下の場合、ステップ７１０にて、ＥＧＲ率が、通常制御時よりも大きめに設定される。
【００５１】
このように、この変形例に係る制御装置によれば、吸気弁３２の温度が所定温度Ａよりも高い場合、ＥＧＲ率は内燃機関の運転状態に基づいて通常制御される。一方、吸気弁３２の温度が所定温度Ａ以下の場合、ＥＧＲ率が通常制御時よりも大きめに設定される。これにより、燃焼室２５内に流入する高温のＥＧＲガスの量を大きくすることができて吸気弁３２の温度を高めることができる。この結果、上記実施形態と同様、吸気弁３２の温度が低い場合において燃料噴霧の吸気弁３２への直接接触に起因するＰＭ排出粒子数の増大が抑制され得る。
【００５２】
また、図８に示すように、過給システムが設けられている場合を考える。この過給システムでは、吸気管４１に過給機（ターボチャージャ）ＴＣのコンプレッサＴＣａが介装され、コンプレッサＴＣａの下流の吸気管４１にはコンプレッサＴＣａにより圧縮された空気を冷却するインタクーラー４８が介装されている。また、インタクーラー４８をバイパスするバイパス管４１ｂが設けられている。以下、インタクーラー４８を通過する圧縮空気を「冷却新気」と称呼し、バイパス管４１ｂを通過する圧縮空気を「バイパス新気」と称呼する。加えて、冷却新気の流量を調整可能な制御バルブ４９ａと、バイパス新気の流量を調整可能な制御バルブ４９ｂとがそれぞれ配設されていて、制御バルブ４９ａ，４９ｂを制御することで全新気流量（冷却新気流量＋バイパス新気流量）に対するバイパス新気流量の割合（バイパス新気割合）を調整可能となっている。
【００５３】
この過給システムが備えられている場合、図３に示したルーチンに代えて図９にフローチャートにより示したルーチンが所定時間の経過毎に繰り返し実行されてもよい。図９に示したルーチンでは、ステップ３１０にて「Ｎｏ」と判定される場合、即ち、吸気弁温度Ｔｖが所定温度Ａよりも高い場合、ステップ９０５にて、制御バルブ４９ａ，４９ｂ（従って、バイパス新気割合）に対して通常制御が行われる。この通常制御では、バイパス新気割合は、例えば、エンジン回転速度NE、吸入空気流量Ga、冷却水温THW等に基づいて決定される。一方、ステップ３１０にて「Ｙｅｓ」と判定される場合、即ち、吸気弁温度Ｔｖが所定温度Ａ以下の場合、ステップ９１０にて、バイパス新気割合が、通常制御時よりも大きめに設定される（換言すれば、バイパス新気流量が通常制御時よりも大きめに設定される）。或いは、インタクーラー４８内を循環する冷却水を循環させるウォーターポンプの吐出流量を小さくしてもよく、また、前記ウォーターポンプを停止してもよい。
【００５４】
このように、この変形例に係る制御装置によれば、吸気弁３２の温度が所定温度Ａよりも高い場合、バイパス新気割合は内燃機関の運転状態に基づいて通常制御される。一方、吸気弁３２の温度が所定温度Ａ以下の場合、バイパス新気割合が通常制御時よりも大きめに設定されてインタクーラー４８による新気の冷却度合いが通常制御時に比して低下させられる。これにより、吸入新気の温度を高めることができて吸気弁３２の温度を高めることができる。この結果、上記実施形態と同様、吸気弁３２の温度が低い場合において燃料噴霧の吸気弁３２への直接接触に起因するＰＭ排出粒子数の増大が抑制され得る。
【００５５】
また、このような過給システムが備えられている場合、図１０にフローチャートにより示したルーチンが所定時間の経過毎に繰り返し実行されてもよい。図１０に示したルーチンでは、ステップ３１０にて「Ｎｏ」と判定される場合、即ち、吸気弁温度Ｔｖが所定温度Ａよりも高い場合、ステップ１００５にて、過給機ＴＣの過給圧に対して通常制御が行われる。この通常制御では、過給圧は、例えば、エンジン回転速度NE、吸入空気流量Ga、冷却水温THW等に基づいて決定される。
【００５６】
一方、ステップ３１０にて「Ｙｅｓ」と判定される場合、即ち、吸気弁温度Ｔｖが所定温度Ａ以下の場合、ステップ１０１０にて、噴射期間が所定期間よりも長いか否かが判定され、「Ｎｏ」と判定される場合、ステップ１００５にて上述の過給圧に対する通常制御が行われる。一方、「Ｙｅｓ」と判定される場合、ステップ１０１５にて、過給圧が所定値以下に制限される。ここで、この「所定値」は、過給圧についての通常のリリーフ圧（上限値）よりも小さい値である。
【００５７】
このように、この例（参考例）では、吸気弁３２の温度が所定温度Ａよりも高い場合、過給圧は内燃機関の運転状態に基づいて通常制御される。一方、吸気弁３２の温度が所定温度Ａ以下であり且つ噴射期間が所定期間よりも長い場合、即ち、噴射燃料が吸気弁３２（及びピストン頂面）に直接接触する機会が多く且つ接触した燃料が燃焼室頂面（及びピストン頂面）に付着・残留し易い場合、過給圧が前記所定値以下に制限される。これにより、燃料噴射量が制限されて噴射期間が制限される。この結果、噴射燃料が吸気弁３２（及びピストン頂面）へ直接接触する機会が抑制され得、燃料噴霧の吸気弁３２（及びピストン頂面）への直接接触に起因するＰＭ排出粒子数の増大が抑制され得る。
【００５８】
また、混合気の空燃比を理論空燃比よりもリーンの空燃比に一致するように制御する「リーン運転状態」と、混合気の空燃比を理論空燃比に一致するように制御する「ストイキ運転状態」と、が運転状態に応じて切り替え可能に構成されている場合を考える。「リーン運転状態」は、例えば、所定の低回転・低負荷時にて選択され得る。
【００５９】
この場合、図３に示したルーチンに代えて図１１にフローチャートにより示したルーチンが所定時間の経過毎に繰り返し実行されてもよい。図１１に示したルーチンでは、ステップ１１０５にて「リーン運転状態」であるか否かが判定され、「Ｙｅｓ」と判定される場合、ステップ３１０に進んで「Ｎｏ」と判定されると（即ち、吸気弁温度Ｔｖが所定温度Ａよりも高いと）、ステップ１１１０にて、「リーン運転状態」が継続される。一方、ステップ３１０にて「Ｙｅｓ」と判定される場合（即ち、吸気弁温度Ｔｖが所定温度Ａ以下の場合）、ステップ１１１５にて、「リーン運転状態」から「ストイキ運転状態」へと切り替えられる。
【００６０】
このように、この変形例に係る制御装置によれば、「リーン運転状態」において吸気弁３２の温度が所定温度Ａよりも高い場合、「リーン運転状態」が継続される。一方、「リーン運転状態」において吸気弁３２の温度が所定温度Ａ以下の場合、「リーン運転状態」から「ストイキ運転状態」へと切り替えられる。即ち、燃焼温度が比較的低い「リーン運転状態」において吸気弁３２の温度が低い場合、「リーン運転状態」よりも燃焼温度が高い「ストイキ運転状態」に切り替えられる。この結果、吸気弁３２の温度を高めることができる。この結果、上記実施形態と同様、吸気弁３２の温度が低い場合において燃料噴霧の吸気弁３２への直接接触に起因するＰＭ排出粒子数の増大が抑制され得る。
【００６１】
また、本装置において、冷間始動後から暖機完了までの間において（且つ、所謂ファーストアイドル制御中において）、上述した「触媒暖機制御Ａ」（圧縮行程後半噴射＋点火時期大幅遅角により触媒暖機を大幅に促進する制御）が行われる場合を考える。
【００６２】
このように圧縮行程後半にて燃料噴射を行うことは、図１２に示すように、ピストン２２が上死点に近い位置で上昇中に燃料噴射が行われることを意味する。この場合、燃料噴霧がピストン２２の頂面に直接接触し易い。従って、上述した燃料噴霧のピストン頂面への直接接触に起因するＰＭ排出粒子数の増大が発生し易くなる。
【００６３】
ここで、上述のように、ピストン頂面の温度が低いほど、燃料噴霧のピストン頂面への直接接触に起因するＰＭ排出粒子数が大きくなる傾向が強い。従って、「触媒暖機制御Ａ」が行われる場合、ピストン頂面の温度が低いほど、燃料噴霧のピストン頂面への直接接触に起因するＰＭ排出粒子数の増大を抑制する必要がある。
【００６４】
以上の観点に基づいて、本装置では、（図３に示したルーチンに加えて）図１３にフローチャートにより示したルーチンが所定時間の経過毎に繰り返し実行されることが好ましい。図１３に示したルーチンでは、ステップ１３０５にて、ファーストアイドル制御中であるか否か（即ち、冷間始動後から暖機完了までの間であるか否か）が判定され、「Ｙｅｓ」と判定される場合、ステップ１３１０にて、上述のステップ３０５と同様に吸気弁温度Ｔｖが算出される。
【００６５】
続いて、ステップ１３１５にて、ピストン頂面温度Ｔｐが算出される。このピストン頂面温度Ｔｐは、例えば、冷却水温THW、燃料噴射量Fiの積算値、上流側空燃比センサ６６、及び下流側空燃比センサ６７の出力等を利用して周知の手法の一つに基づいて推定できる。
【００６６】
次に、ステップ１３２０にて「触媒暖機制御Ａ」が必要か否かが判定され、「Ｎｏ」と判定される場合、ステップ１３２５にて、噴射時期と点火時期の通常制御が行われる。この通常制御では、噴射時期が吸気行程中に設定され、点火時期が圧縮上死点近傍（具体的には、圧縮上死点よりも若干前）に設定される。このステップ１３２０では、例えば、第１、第２触媒５３，５４の温度（例えば、平均温度等）が所定温度以下の場合に「Ｙｅｓ」と判定される。
【００６７】
ステップ１３２０にて「Ｙｅｓ」と判定される場合、ステップ１３３０にて、冷却水温THWが所定温度Ｂ以下であるか否かが判定され、「Ｎｏ」と判定される場合、ステップ１３３５にて、上述の「触媒暖機制御Ａ」がそのまま実行される。これは、冷却水温THWが十分に高い場合、ピストン頂面温度も十分に高いと推定され得るから、「触媒暖機制御Ａ」により圧縮行程後半噴射を行っても、上述した燃料噴霧のピストン頂面への直接接触に起因するＰＭ排出粒子数の増大が発生し難いことに基づく。本例では、「触媒暖機制御Ａ」では、吸気行程噴射と圧縮行程後半噴射とが共に行われてもよいし、圧縮行程後半噴射のみが行われてもよい。
【００６８】
一方、ステップ１３３０にて「Ｙｅｓ」と判定される場合、ステップ１３４０にて、ピストン頂面温度Ｔｐが所定温度Ｃ以下であるか否かが判定され、「Ｎｏ」と判定される場合、ステップ１３４５にて、ピストン頂面温度Ｔｐが所定温度Ｄ以下であり且つピストン頂面温度Ｔｐ＜吸気弁温度Ｔｖであるか否かが判定される。ここにおいて、所定温度Ｄ＞所定温度Ｃである。ステップ１３４５にて「Ｎｏ」と判定される場合、ピストン頂面温度が十分に高いこと等から、ステップ１３３５にて、上述の「触媒暖機制御Ａ」がそのまま実行される。
【００６９】
一方、ステップ１３４５にて「Ｙｅｓ」と判定される場合、ステップ１３５０にて、上述した「触媒暖機制御Ｃ」（触媒暖機制御Ａに対して、圧縮行程噴射割合（総噴射量に対する圧縮行程後半での噴射量の割合）がより小さい値（＞０）に設定される制御）が行われる。このように、ピストン頂面温度が若干低い場合、「触媒暖機制御Ａ」に代えて「触媒暖機制御Ｃ」が実行される。従って、圧縮行程後半での燃料噴射量が小さめに設定されるから、「触媒暖機制御Ａ」実行時に比して、圧縮行程後半で噴射された燃料噴霧のピストン頂面への直接接触に起因するＰＭ排出粒子数の増大を抑制できる。加えて、圧縮行程後半での燃料噴射が確保されるから、点火時期大幅遅角＋成層燃焼を利用しながら、「触媒暖機制御Ａ」と同様、触媒暖機を大幅に促進することができる。
【００７０】
他方、ステップ１３４０にて「Ｙｅｓ」と判定される場合、ステップ１３５５にて、上述した「触媒暖機制御Ｂ」（吸気行程噴射割合（総噴射量に対する吸気行程での噴射量の割合）が１００％に設定され（圧縮行程後半での噴射が禁止され）、且つ、点火時期が触媒暖機制御Ａの場合に比して若干進角される制御）が行われる。このように、ピストン頂面の温度が十分に低い場合、圧縮行程後半での燃料噴射が禁止される。この結果、圧縮行程後半で噴射された燃料噴霧のピストン頂面への直接接触に起因するＰＭ排出粒子数の増大を抑制できる。なお、この場合、圧縮行程後半での燃料噴射が行われないから所謂成層燃焼が利用できない。従って、失火の発生を抑制するため、点火時期が「触媒暖機制御Ａ」に基づいて制御される時期よりも進角された時期（圧縮上死点よりは後の時期）に設定される。
【００７１】
以上、上述した各変形例に係る制御は、単独で実行されてもよいし、複数の変形例と組み合わせて実行されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明の実施形態に係る内燃機関の制御装置を適用した筒内噴射式の内燃機関の概略図である。
【図２】吸気行程にて燃料噴射された場合において燃料噴霧が吸気弁の背面に直接接触する様子を示した図である。
【図３】図１に示したＣＰＵが実行するルーチンを示したフローチャートである。
【図４】本発明の実施形態の第１変形例に係る制御装置のＣＰＵが実行する図３に対応するルーチンを示したフローチャートである。
【図５】ＥＧＲ装置の周りを示した図である。
【図６】本発明の実施形態の第２変形例に係る制御装置のＣＰＵが実行する図３に対応するルーチンを示したフローチャートである。
【図７】本発明の実施形態の第３変形例に係る制御装置のＣＰＵが実行する図３に対応するルーチンを示したフローチャートである。
【図８】過給システムの周りを示した図である。
【図９】本発明の実施形態の第４変形例に係る制御装置のＣＰＵが実行する図３に対応するルーチンを示したフローチャートである。
【図１０】本発明に関連する例に係る制御装置のＣＰＵが実行するルーチンを示したフローチャートである。
【図１１】本発明の実施形態の第５変形例に係る制御装置のＣＰＵが実行する図３に対応するルーチンを示したフローチャートである。
【図１２】圧縮行程後半にて燃料噴射された場合において燃料噴霧がピストン頂面に直接接触する様子を示した図である。
【図１３】本発明の実施形態の第６変形例に係る制御装置のＣＰＵが実行するルーチンを示したフローチャートである。
【符号の説明】
【００７３】
１０…内燃機関、２１…シリンダ、２２…ピストン、２５…燃焼室、３２…吸気弁、３３…可変吸気タイミング装置、３９…インジェクタ、４５…ＥＧＲ制御弁、４６…ＥＧＲクーラー、４８…インタクーラー、６９…ウォーターポンプ、７０…電気制御装置、７１…ＣＰＵ
【図１】
2009103014.tif 000003
【図２】
2009103014.tif 000004
【図３】
2009103014.tif 000005
【図４】
2009103014.tif 000006
【図５】
2009103014.tif 000007
【図６】
2009103014.tif 000008
【図７】
2009103014.tif 000009
【図８】
2009103014.tif 000010
【図９】
2009103014.tif 000011
【図１０】
2009103014.tif 000012
【図１１】
2009103014.tif 000013
【図１２】
2009103014.tif 000014
【図１３】
2009103014.tif 000015