内燃機関の制御装置
【課題】ＥＧＲ運転領域の拡大によって燃費性能を向上させると共に、ＥＧＲ運転中のエンジントルクを確保できる内燃機関の制御装置を提供する。
【解決手段】気筒毎に２つの吸気弁を備えたエンジンにおいて、一方の吸気弁をピストン上昇中に開弁させる一方、他方の吸気弁をピストン上死点以降に開弁させることで、燃焼室内の燃焼ガスが前記一方の吸気弁の上流側に吹き返すようにする。そして、前記一方の吸気弁上流側の吸気ポート内に導入された燃焼ガスが燃焼室内に導入される期間を、吹き返しガス量Ｗｍと吸入空気の流速ＡＳとから推定し、燃焼ガスが燃焼室内に導入された後の新気導入が開始されてから、燃料噴射弁の噴射を開始させることで、燃焼ガスに燃料が混じることを抑制する。
【解決手段】気筒毎に２つの吸気弁を備えたエンジンにおいて、一方の吸気弁をピストン上昇中に開弁させる一方、他方の吸気弁をピストン上死点以降に開弁させることで、燃焼室内の燃焼ガスが前記一方の吸気弁の上流側に吹き返すようにする。そして、前記一方の吸気弁上流側の吸気ポート内に導入された燃焼ガスが燃焼室内に導入される期間を、吹き返しガス量Ｗｍと吸入空気の流速ＡＳとから推定し、燃焼ガスが燃焼室内に導入された後の新気導入が開始されてから、燃料噴射弁の噴射を開始させることで、燃焼ガスに燃料が混じることを抑制する。
【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し、詳しくは、吸気通路内に燃料を噴射する燃料噴射弁の噴射開始時期を制御する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、燃焼室内を内部ＥＧＲガス層と可燃混合気層とに分け、前記可燃混合気層に着火して燃焼させるＥＧＲ成層燃焼を実現する内燃機関として、ピストンが上昇する排気行程時に、第１吸気弁を介して上流側の第１吸気ポートにＥＧＲガスを導入し、ピストンが上死点から下降する吸気行程時に、第１吸気ポート内に導入したＥＧＲガスを、前記第１吸気弁を介して燃焼室に導入すると共に、第２吸気弁を介して上流側の第２吸気ポート内の新気を燃焼室内に導入してＥＧＲ成層燃焼を行わせる内燃機関があった（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−２５５８６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、２つの吸気弁の一方から内部ＥＧＲガスをシリンダ内に導入し、他方から新気をシリンダ内に導入するようにすると、ＥＧＲ運転領域を高出力側に拡大しようとしても、片側の吸気弁から導入される新気分のエンジントルクしか発生させることができないため、エンジントルクを確保しつつＥＧＲ運転領域を高出力側に拡大させることが困難であった。
【０００５】
そこで、本願発明は、ＥＧＲ運転領域の拡大によって燃費性能を向上させると共に、ＥＧＲ運転中のエンジントルクを確保できる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
そのため、本願発明は、吸気通路内に燃料を噴射する燃料噴射弁を備えた内燃機関において、吸気通路内に導入される燃焼ガス量が多いほど燃料噴射弁による噴射開始時期をより遅い時期に設定し、かつ、吸気通路内を流れる吸入空気の流速が遅いほど前記噴射開始時期をより遅い時期に設定するようにした。
【発明の効果】
【０００７】
上記発明によると、ＥＧＲガスに続けてシリンダ内に導入される新気の導入時期に合わせて、燃料噴射弁の噴射開始時期を設定できるので、新気に噴射燃料を混合でき、エンジントルクを向上させることができると共に、ＥＧＲ効果によって燃費向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本願発明の実施形態におけるエンジンの構成図である。
【図２】本願発明の実施形態におけるエンジンの燃焼室周辺の構造を示す上面図である。
【図３】本願発明の実施形態における可変動弁機構（カム切替機構）の特性を示す線図である。
【図４】本願発明の実施形態における可変動弁機構（リフト及び作動角可変機構）の特性を示す線図である。
【図５】本願発明の実施形態における噴射開始時期の演算ルーチンを示すフローチャートである。
【図６】本願発明の実施形態における第１吸気弁の通過ガス量と噴射時期との相関を示すタイムチャートである。
【図７】本願発明の実施形態におけるエンジンの燃焼室周辺の構造を示す上面図である。
【図８】本願発明の実施形態における外部ＥＧＲを行うエンジンの燃焼室周辺の構造を示す上面図である。
【図９】本願発明の実施形態における外部ＥＧＲを行うエンジンでの噴射開始時期の演算ルーチンを示すフローチャートである。
【図１０】本願発明の実施形態における外部ＥＧＲを行うエンジンでの第１吸気弁の通過ガス量と噴射時期との相関を示すタイムチャートである。
【図１１】本願発明の実施形態における外部ＥＧＲを行うエンジンでの第１吸気弁の通過ガス量と分割噴射の時期との相関を示すタイムチャートである。
【図１２】本願発明の実施形態における吸気弁の開弁期間と燃料噴射の分割回数との相関を示す線図である。
【図１３】本願発明の実施形態における外部ＥＧＲを行うエンジンでの第１吸気弁の通過ガス量と分割噴射の時期との相関を示すタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下に本発明に係る内燃機関の制御装置の実施形態を説明する。
図１は、本発明に係る制御装置を適用する車両用エンジン（内燃機関）のシステム構成を示す図である。
尚、図１に示すエンジン１０１は、直列型多気筒内燃機関であるが、Ｖ型や水平対向型などの内燃機関であってもよい。
【００１０】
エンジン１０１の各気筒に空気を導入するための吸気管（吸気通路）１０２には、エンジン１０１の吸入空気流量ＱＡを検出する吸入空気量センサ１０３を設けてある。吸入空気量センサ１０３として、例えば、吸気の質量流量を検出する熱線式流量計などを用いることができる。
エンジン１０１の吸入空気流量ＱＡは、吸入空気量センサ１０３下流側の吸気管１０２に配置した電子制御スロットル１１９によって調整される。
【００１１】
図２に示すように、各燃焼室１０４には２つの吸気口１１５ａ，１１５ｂが開口し、各吸気口１１５ａ，１１５ｂに至る２つの吸気ポート１１３ａ，１１３ｂが気筒毎に設けられ、かつ、各吸気口１１５ａ，１１５ｂを開閉する２つの吸気弁１０５ａ，１０５ｂを設けてある。更に、第１吸気ポート１１３ａ内に燃料を噴射する第１燃料噴射弁１０６ａと、第２吸気ポート１１３ｂ内に燃料を噴射する第１燃料噴射弁１０６ａとを設けてある。
尚、第１吸気弁１０５ａ上流側の第１吸気ポート１１３ａと第２吸気弁１０５ｂ上流側の第２吸気ポート１１３ｂとが合流して吸気管１０２に接続される。
【００１２】
燃料噴射弁１０６ａ，１０６ｂから噴射された燃料は、吸気行程で吸気弁１０５ａ，１０５ｂが開くことで燃焼室１０４内に導入され、点火プラグ１０７による火花点火によって着火燃焼し、該燃焼による圧力がピストン１０８をクランクシャフト１０９に向けて押し下げることで、クランクシャフト１０９を回転駆動する。
また、図２に示すように、各燃焼室１０４には２つの排気口１１７ａ，１１７ｂが開口し、各排気口１１７ａ，１１７ｂを開閉する２つの排気弁１１０ａ，１１０ｂを備え、この排気弁１１０ａ，１１０ｂが排気行程で開くことで、燃焼ガス（排ガス）が排気管（排気通路）１１１に排出される。
排気管１１１には、排気の浄化を行うために、三元触媒等を備えた触媒コンバータ１１２を設置してある。
【００１３】
吸気弁１０５ａ，１０５ｂは、クランクシャフト１０９によって回転駆動される吸気カムシャフト（図示省略）の回転に伴って開動作し、排気弁１１０ａ，１１０ｂは、クランクシャフト１０９によって回転駆動される排気カムシャフト（図示省略）の回転に伴って開動作する。
また、排気弁１１０ａ，１１０ｂは、一定のバルブタイミング（開特性）で開動作するが、吸気弁１０５ａ，１０５ｂのバルブタイミング（開時期ＩＶＯ及び閉時期ＩＶＣ）は、可変動弁機構１１４ａ，１１４ｂによって可変とされる。
【００１４】
第１可変動弁機構１１４ａは、クランクシャフト１０９に対する吸気カムシャフトの回転位相を変化させることで、吸気弁１０５ａ，１０５ｂのバルブ作動角の中心位相を連続的に変化させる公知の機構である。
一方、第２可変動弁機構１１４ｂは、第１吸気弁１０５ａのバルブタイミング（開特性）を変化させることなく、第２吸気弁１０５ｂのバルブタイミング（開特性）を独立して可変とする機構であり、この第２可変動弁機構１１４ｂによって第２吸気弁１０５ｂのバルブタイミング（開特性）を、第１吸気弁１０５ａと同じタイミングから異なるタイミングにまで変化させることができるようになっている。
【００１５】
第２可変動弁機構１１４ｂとしては、例えば、特開２００８−２５５８６６号公報に開示される、制御軸の角度を変化させることで、吸気弁の最大バルブリフト量をバルブ作動角と共に連続的に可変とするリフト及び作動角可変機構や、同じく特開２００８−２５５８６６号公報に開示される、吸気弁の駆動に用いるカムを、大作動角カムと小作動角カムとのいずれか一方に切り替えるカム切替機構などを用いることができる。
ここで、第２可変動弁機構１１４ｂとしてカム切替機構を用いる場合、図３に示すように、大作動角カムの選択時には、第１吸気弁１０５ａ及び第２吸気弁１０５ｂのバルブリフト量（最大バルブリフト量）及びバルブ作動角が略同等になり、小作動角カムの選択時には、第２吸気弁１０５ｂのバルブリフト量及びバルブ作動角が第１吸気弁１０５ａのバルブリフト量及びバルブ作動角よりも小さくなるように設定してある。
【００１６】
また、第２可変動弁機構１１４ｂとして、リフト及び作動角可変機構を用いる場合には、図４に示すように、第２吸気弁１０５ｂのバルブリフト量（最大バルブリフト量）及びバルブ作動角の可変範囲には、第１吸気弁１０５ｂのバルブリフト量及びバルブ作動角と同じバルブリフト量及びバルブ作動角と、前記小作動角カムの選択時のバルブリフト量及びバルブ作動角とを少なくとも含むように設定する。
このように、第２可変動弁機構１１４ｂは、第２吸気弁１０５ｂの開弁特性を、第１吸気弁１０５ａと同じ特性と、第１吸気弁１０５ａよりもバルブリフト量及びバルブ作動角が小さい特性とのいずれかに切り替えられる機構である。
【００１７】
点火プラグ１０７それぞれには、点火プラグ１０７に対して点火エネルギを供給する点火モジュール１１６が直付けされている。点火モジュール１１６は、点火コイル及び当該点火コイルへの通電を制御するパワートランジスタを備えている。
エンジン制御装置（エンジンコントロールユニット）２０１は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭなどを含むコンピュータを備え、各種のセンサやスイッチからの信号を入力し、予め記憶されたプログラムに従って演算処理を行うことで、燃料噴射弁１０６、可変動弁機構１１４ａ，１１４ｂ、点火モジュール１１６などの各種デバイスの操作量を演算して出力する装置であり、本願発明に係る制御装置としての機能を後述するように備えている。
【００１８】
また、エンジン制御装置２０１は、吸入空気量センサ１０３の出力信号を入力する他、クランクシャフト１０９の回転角信号ＰＯＳを出力するクランク角センサ２０３、アクセルペダル２０７の踏込み量（アクセル開度ＡＣＣ）を検出するアクセル開度センサ２０６、吸気カムシャフトの回転角信号ＣＡＭを出力するカム角センサ２０４、エンジン１０１の冷却水の温度（機関温度）ＴＷを検出する水温センサ２０８、触媒コンバータ１１２上流側の排気管１１１に設置され、排気中の酸素濃度に基づいて空燃比ＡＦを検出する空燃比センサ２０９、電子制御スロットル１１９の開度ＴＶＯを検出するスロットルセンサ２１０、電子制御スロットル１１９と吸気弁１０５ａ，１０５ｂとの間の吸気管（吸気通路）１０２内の圧力である吸気負圧（ブースト）ＰＢを検出する吸気圧センサ１２１などからの信号を入力し、更に、エンジン１０１の運転及び停止のメインスイッチであるイグニッションスイッチ（ＩＧＮスイッチ）２０５の信号を入力する。
ここで、エンジン制御装置２０１は、クランク角センサ２０３が出力する回転角信号ＰＯＳに基づいてエンジン回転速度ＮＥを算出する。
【００１９】
次に、エンジン制御装置２０１による可変動弁機構１１４ａ，１１４ｂの制御を、概略的に説明する。
例えばエンジン１０１の低負荷低回転域など、燃費性能が要求される運転領域では、第１可変動弁機構１１４ａによって吸気カムシャフトの回転位相を進角させると共に、第２可変動弁機構１１４ａによって第２吸気弁１０５ｂのバルブ作動角を第１吸気弁１０５ａよりも小さくすることで、第１吸気弁１０５ａの開時期ＩＶＯを上死点ＴＤＣ前に設定し、第２吸気弁１０５ｂの開時期ＩＶＯを略上死点ＴＤＣ以降に設定し、第１吸気弁１０５ａの閉時期ＩＶＣ及び第２吸気弁１０５ｂの閉時期ＩＶＣを下死点ＢＤＣ以降の略同じ時期に設定する。
尚、排気弁１１０ａ，１１０ｂの閉時期ＥＶＣは、上死点ＴＤＣ付近に設定してある。
【００２０】
これにより、第１吸気弁１０５ａは、ピストン上昇中の排気行程（上死点ＴＤＣ前）で開くことになり、第１吸気弁１０５ａがピストン上昇中に開くと、燃焼室１０４内の燃焼ガス（燃焼後の排ガス）は、第１吸気弁１０５ａ上流の第１吸気ポート１１３ａに吹き返すことになる。
そして、第１吸気弁１０５ａの開状態で、ピストンが上死点ＴＤＣに達するまでに、第１吸気ポート１１３ａに吹き返した燃焼ガス（内部ＥＧＲガス）は、ピストンが上死点ＴＤＣから下降に転じて吸気行程に切り替わることで燃焼室１０４内に再度吸入され、内部ＥＧＲガスの吸入に続けて新気が第１吸気弁１０５ａを介して燃焼室１０４内に吸入されることになる（燃焼ガス導入手段）。
【００２１】
一方、第２吸気弁１０５ｂは、ピストン上昇中の排気行程（上死点ＴＤＣ前）では開弁せず、ピストンが上死点ＴＤＣに達した以降の吸気行程で開くので、第２吸気弁１０５ｂの上流側の第２吸気ポート１１３ｂに対する燃焼ガスの吹き返し（内部ＥＧＲ）は発生せず、第２吸気弁１０５ｂを介しては、新気が燃焼室１０４内に吸入される。
そして、第１吸気弁１０５ａを介した燃焼室１０４内への内部ＥＧＲガス及び新気の吸入動作に並行して、第２吸気弁１０５ｂを介して新気が燃焼室１０４内に吸入されるので、燃焼室１０４内におけるスワール（横向きの吸気渦流）の形成が抑制される。
【００２２】
これにより、第１吸気弁１０５ａを介した吸入動作の初期に燃焼室１０４内に吸入された内部ＥＧＲガスが、新気と混じることが抑制され、燃焼室１０４内で新気層と内部ＥＧＲガス層とに成層化してＥＧＲ成層燃焼を行わせることができ、大量内部ＥＧＲと新気に対する燃料の混合とによって、燃焼室１０４全体としては空燃比を大きくリーン化させて燃費の向上を図ることができる。
但し、内部ＥＧＲガス中に燃料が混じると、成層度が低下し、内部ＥＧＲ量の増大を図ることができなくなる。
【００２３】
そこで、エンジン制御装置２０１は、内部ＥＧＲガス中に燃料が混じることを抑制するために、第１燃料噴射弁１０６ａによる噴射開始タイミングを、第１吸気ポート１１３ａに吹き返したガスが、第１吸気弁１０５ａを介して燃焼室１０４に吸入された後であって、第１燃料噴射弁１０６ａからの燃料が新気中に噴射されることになるタイミングに設定する。
即ち、ピストンが下降に転じた直後の吸気行程初期には、内部ＥＧＲガスが第１吸気弁１０５ａを介して燃焼室１０４に吸入されるから、このときに第１燃料噴射弁１０６ａによる燃料噴射を行わせると、内部ＥＧＲガス中に燃料を噴射することになり、内部ＥＧＲガスに燃料が混ざって成層度が低下する。
【００２４】
このため、第１吸気弁１０５ａを介して内部ＥＧＲが吸入された後の新気の吸入状態で、第１燃料噴射弁１０６ａによる燃料噴射が行われるように、第１燃料噴射弁１０６ａによる燃料噴射を開始させる。
これによって、内部ＥＧＲガス中に燃料が混じることを抑制でき、以って、燃焼室１０４内における新気（混合気）と内部ＥＧＲガスとの成層度が向上するので、第１吸気弁１０５ａの開時期ＩＶＯをより進角させて内部ＥＧＲ量の増大を図ることができ、内部ＥＧＲ量を増大させることで燃費性能を改善できる。
【００２５】
ここで、上死点ＴＤＣから第１燃料噴射弁１０６ａによる噴射開始時期までの遅れ期間は、予め固定値として設定しておくことができるが、第１吸気ポート１１３ａに吹き返したガス量（内部ＥＧＲガス量）が多いほど、吹き返しガスが燃焼室１０４内に吸入されるのに要する時間が長くなり、かつ、吸入空気の流速が遅いほど、吹き返しガスが燃焼室１０４内に吸入されるのに要する時間が長くなる。
このため、吹き返しガス量（内部ＥＧＲ量、吸気通路に導入された燃焼ガスの量）が最も多く、かつ、吸気行程における吸入空気の流速が最も遅い場合であっても、内部ＥＧＲガス中に燃料が混じらないように、上死点ＴＤＣから第１燃料噴射弁１０６ａによる噴射開始時期までの遅れ期間を設定すると、吹き返しガス量が少ないとき及び／又は吸入空気の流速が速いときには、過剰に噴射開始タイミングが遅れ、燃料の気化時間が短くなり、また、燃焼混合気の均質度合いが低下し、燃焼安定性が低下してしまう。
【００２６】
そこで、上死点ＴＤＣから第１燃料噴射弁１０６ａの噴射開始時期までの遅れ期間を、吹き返しガス量及び吸入空気の流速に応じて可変に設定することが好ましく、前記遅れ期間の設定処理を、図５のフローチャートに従って説明する。
尚、第２燃料噴射弁１０６ｂが配置される第２吸気ポート１１３ｂへの燃焼ガスの吹き返しは、発生しないか又は無視できる程度に少ないので、内部ＥＧＲに燃料が混じることを抑制するための噴射開始時期の設定は不要であり、第２吸気弁１０５ｂを介して燃焼室１０４内に導入される新気に対して均一に燃料を混合できる最適時期に設定すればよく、第１燃料噴射弁１０６ａの噴射開始時期よりも早い時期（例えば、吸気ＴＤＣ）に燃料噴射を開始させることができる。
【００２７】
図５のフローチャートは、ＥＧＲ成層燃焼時、換言すれば、第１吸気ポート１１３ａに燃焼ガスを導入する運転領域において、エンジン制御装置２０１が一定時間毎に実行する、第１燃料噴射弁１０６ａの噴射開始遅れ時間（噴射開始時期）の設定ルーチンを示す。
まず、ステップＳ１（ガス量検出手段）では、第１吸気ポート１１３ａに対する吹き返しＥＧＲガス量Ｗｍ（cc）の演算を行う。前記吹き返しＥＧＲガス量Ｗｍとは、内部ＥＧＲガス量であり、また、第１吸気ポート１１３ａに導入される燃焼ガスの量である。
【００２８】
吹き返しＥＧＲガス量Ｗｍの演算は、例えば特開２００４−０４４５４８号公報に開示される推定手段を用いて行うことができる。
具体的には、第１吸気弁１０５ａのバルブ作動角内におけるバルブリフト量と、第１吸気弁１０５ｂの開時期ＩＶＯとに基づき、バルブオーバーラップ時の第１吸気弁１０５ａのバルブ開口面積ＡＷｍを演算し、このバルブ開口面積ＡＷｍに基づいてバルブオーバーラップ時の基本吹き返し量Ｗｍ０を算出する。
【００２９】
ここで、バルブ開口面積ＡＷｍが大きいほど、換言すれば、第１吸気弁１０５ａの開時期ＩＶＯが進角しバルブオーバーラップ量が大きくなるほど、また、吸気弁１０５ａのバルブリフト量が大きいほど、基本吹き返し量Ｗｍ０をより大きな値として算出する。
そして、この基本吹き返し量Ｗｍ０に対して、そのときの吸気負圧ＰＢやエンジン回転速度ＮＥに応じた補正を施して、吹き返しＥＧＲガス量Ｗｍを算出する。
前記吸気負圧ＰＢに応じた補正では、第１吸気弁１０５ａの上流側圧力である吸気圧が高いほど（負圧が小さいほど）、吹き返しＥＧＲガス量Ｗｍをより小さく補正する。また、機関回転速度Ｎｅが高いほど吹き返しＥＧＲガス量Ｗｍをより小さく補正する。
【００３０】
尚、簡易的には、第１吸気弁１０５ｂの開時期ＩＶＯ（バルブタイミング）が進角するほど、換言すれば、第１吸気弁１０５ｂと排気弁１１０ａ，１１０ｂとのバルブオーバーラップ期間が拡大するほど、吹き返しＥＧＲガス量Ｗｍがより多くなるものとして、吹き返しＥＧＲガス量（内部ＥＧＲガス量）Ｗｍを推定させることができる。
【００３１】
次のステップＳ２（流速検出手段）では、吸気行程において第１吸気ポート１１３ａを流れる吸入空気の流速ＡＳを検出する。
吸入空気の流速ＡＳは、吸気圧センサ１２１が検出した吸気負圧ＰＢや、スロットル開度ＴＶＯとエンジン回転速度ＮＥとの組み合わせや、吸入空気量センサ１０３の出力などから推定することができ、具体的には、高流量側（高負荷側）ほど吸入空気の流速が速いものと推定できる。
【００３２】
ステップＳ３では、ステップＳ１で検出した吹き返しＥＧＲガス量（内部ＥＧＲガス量）Ｗｍと、ステップＳ２で検出した第１吸気ポート１１３ａを流れる吸入空気の流速ＡＳとから、内部ＥＧＲの吸入期間ＴＳを算出する。
内部ＥＧＲの吸入期間ＴＳとは、第１吸気ポート１１３ａに吹き返したＥＧＲガス（内部ＥＧＲガス）が、吸気行程になった後に（吸気ＴＤＣ後に）燃焼室１０４内に吸引されるのに要する時間であり、この吸入期間ＴＳの経過後に新気が燃焼室１０４に吸引されることになる。
【００３３】
ここで、内部ＥＧＲの吸入期間ＴＳは、吹き返しＥＧＲガス量（内部ＥＧＲガス量）Ｗｍが多いほど長く、かつ、吸入空気の流速ＡＳが遅いほど長い時間として算出される。
即ち、吸入空気の流速ＡＳが同じであれば、吹き返しＥＧＲガス量（内部ＥＧＲガス量）Ｗｍが多いほど、第１吸気ポート１１３ａ内の内部ＥＧＲガスが燃焼室１０４内に吸引されるのに要する時間が長くなり、また、吹き返しＥＧＲガス量（内部ＥＧＲガス量）Ｗｍが同じであれば、吸入空気の流速ＡＳが遅いほど、第１吸気ポート１１３ａ内の内部ＥＧＲガスが燃焼室１０４内に吸引されるのに要する時間が長くなる。
【００３４】
従って、係る特性に基づき、そのときの吹き返しＥＧＲガス量（内部ＥＧＲガス量）Ｗｍ及び吸入空気の流速ＡＳから、内部ＥＧＲの吸入期間ＴＳ、換言すれば、吸気上死点ＴＤＣから内部ＥＧＲガスの燃焼室１０４内への吸引が略完了するまでの時間を推定する。
ステップＳ４（噴射開始時期設定手段）では、ステップＳ３で算出した内部ＥＧＲの吸入期間ＴＳに基づき、第１燃料噴射弁１０６ａの噴射開始時期を設定する。
【００３５】
ここで、内部ＥＧＲの吸入期間ＴＳが長いほど、吸気上死点ＴＤＣからより遅れた時期を、第１燃料噴射弁１０６ａの噴射開始時期に設定する。
即ち、第１吸気弁１０５ａ（吸気弁＃１）を通過して燃焼室１０４内に導入されるガスは、図６に示すように、吸気上死点ＴＤＣ直後は内部ＥＧＲガスであり、第１吸気ポート１１３ａに吹き返したＥＧＲガス（内部ＥＧＲガス）が燃焼室１０４内に導入されてから続けて新気が第１吸気弁１０５ａを通過して燃焼室１０４内に導入されることになる。
【００３６】
そして、第１燃料噴射弁１０６ａから噴射した燃料が内部ＥＧＲガスに混じって成層度が低下することを抑制し、第１燃料噴射弁１０６ａから噴射した燃料を新気と混合させたいので、吹き返しＥＧＲガス量（内部ＥＧＲガス量）の吸入期間ＴＳが略経過してから第１燃料噴射弁１０６ａによる燃料噴射を開始させる。
尚、第１燃料噴射弁１０６ａの噴射開始時期は、第１吸気ポート１１３ａ内の内部ＥＧＲガスの燃焼室１０４への吸引が略完了する時期を含む設定範囲内に設定され、前記設定範囲は、内部ＥＧＲガスへの燃料の混合を抑制して成層度を維持でき、かつ、燃焼室１０４内に吸引された空気に対して燃料を均一に混合させることができる範囲として設定し、前記ステップＳ４における内部ＥＧＲの吸入期間ＴＳから噴射開始時期を設定する特性を予め設定してある。
【００３７】
このようにして、第１燃料噴射弁１０６ａの噴射開始時期を設定すれば、第１吸気弁１０５ａを介し、内部ＥＧＲガスに続けて新気を燃焼室１０４内に導入させても、内部ＥＧＲガスに燃料が混じることを抑制し、かつ、新気に燃料を混ぜることができる。
従って、第２吸気弁１０５ｂを介して燃焼室１０４に新気が導入されると共に、第１吸気弁１０５ａを介しても新気を燃焼室１０４に導入させて、高いエンジントルクを発生させることができ、また、内部ＥＧＲガスに燃料が混じらないので、ＥＧＲ成層燃焼における成層度を確保して、内部ＥＧＲ量の拡大を図れ、燃費性能を改善でき、更に、新気に均一に燃料を混合させて高い燃焼安定性を実現できる。
【００３８】
また、吹き返しＥＧＲガス量（内部ＥＧＲガス量）Ｗｍが多いほど内部ＥＧＲの吸入期間ＴＳが長くなり、かつ、吸入空気の流速ＡＳが遅いほど内部ＥＧＲの吸入期間ＴＳが長くなることに対応して、第１燃料噴射弁１０６ａによる噴射開始時期を可変に設定するので、吹き返しＥＧＲガス量（内部ＥＧＲガス量）Ｗｍ及び／又は吸入空気の流速が異なっても、第１燃料噴射弁１０６ａによる噴射開始時期が早過ぎて内部ＥＧＲガスに燃料が混ざってしまうことを抑制でき、かつ、第１燃料噴射弁１０６ａによる噴射開始時期が過剰に遅くなって新気における空燃比のばらつきが発生したりすることを抑制できる。
【００３９】
尚、簡易には、ステップＳ３において、ステップＳ１で検出した吹き返しＥＧＲガス量（内部ＥＧＲガス量）Ｗｍと、ステップＳ２で検出した第１吸気ポート１１３ａを流れる吸入空気の流速ＡＳとから、第１燃料噴射弁１０６ａによる噴射開始時期を設定させるようにして、内部ＥＧＲの吸入期間ＴＳの算出を省略することができる。
また、図７に示すように、燃料噴射弁１０６として、第１吸気ポート１１３ａ（第１吸気弁１０５ａ）に向けて燃料を噴射すると共に、第２吸気ポート１１３ｂ（第２吸気弁１０５ｂ）に向けても燃料を噴射する２方向噴射弁を１つ備える場合には、ステップＳ４で設定した噴射開始時期で燃料噴射を開始させるようにすればよく、上記の２方向噴射弁を各気筒に１つ備えるエンジン１０１にも、上記の噴射開始時期の設定処理を適用できる。
また、第１燃料噴射弁１０６ａによる燃料噴射量と、第２燃料噴射弁１０６ｂによる燃料噴射量との比率を、各吸気弁１０５ａ，１０５ｂを介して燃焼室１０４に導入される新気の比率に合わせることで、混合気における空燃比ばらつきを抑制できる。
【００４０】
ところで、上記実施形態は、燃焼ガスが燃焼室１０４から第１吸気ポート１１３ａ内に吹き返す内部ＥＧＲを行わせることで、第１吸気ポート１１３ａに対して燃焼ガスを導入させるようにしたが、図８に示すように、第１燃料噴射弁１０６ａ下流側の第１吸気ポート１１３ａと排気管１１１とを連通させる排気還流通路１２２（燃焼ガス導入手段）と、該排気還流通路１２２に介装され排気還流量（外部ＥＧＲガス量）を制御する排気還流弁（電磁バルブ）１２３とを備え、排気管１１１から燃焼ガスを第１吸気ポート１１３ａに還流（導入）させる外部ＥＧＲを行うエンジン１０１においても、外部ＥＧＲガス量と吸入空気の流速ＡＳとから、第１燃料噴射弁１０６ａによる噴射開始時期を設定することにより、上記実施形態と同様な作用効果を得ることができる。
【００４１】
尚、上記の外部ＥＧＲを行うエンジン１０１の場合、吸気弁１０５ａ，１０５ｂの開時期ＩＶＯの設定によって吹き返しガス（内部ＥＧＲ）を第１吸気ポート１１３ａに導入する必要はないので、吸気弁１０５ａ，１０５ｂのバルブタイミングを同じに揃えることができる。
図９のフローチャートは、図８に示した構造によって外部ＥＧＲを行うエンジン１０１において、エンジン制御装置２０１が実施する第１燃料噴射弁１０６ａの噴射開始時期の設定処理を示す。
【００４２】
図９のフローチャートに示すルーチンは、エンジン制御装置２０１によって一定時間毎に実施され、まず、ステップＳ２１（ガス量検出手段）では、排気還流通路１２２を介して第１吸気ポート１１３ａ内に導入される外部ＥＧＲ量Ｗｍ１（第１吸気ポート１１３ａ内に導入される燃焼ガス量）を算出する。
前記外部ＥＧＲ量Ｗｍ１の算出は、排気管１１１内の圧力と、吸気管１０２内の圧力ＰＢとの差圧に基づいて行われる。即ち、外部ＥＧＲは、前記差圧に基づき排気管１１１内の燃焼ガスを吸気管１０２内に還流させるものであり、差圧が大きいほど、換言すれば、排気管１１１内の圧力よりも吸気管１０２内の圧力ＰＢが低いほど、還流される燃焼ガスの量が増えることになる。
【００４３】
そこで、ステップＳ２１では、排気管１１１内の圧力と、吸気管１０２内の圧力ＰＢとの差圧が大きいほど、外部ＥＧＲ量Ｗｍ１が多いと推定する。
ここで、吸気管１０２内の圧力ＰＢは、吸気圧センサ１２１の出力から検出できる他、吸気圧センサ１２１を備えないエンジン１０１では、スロットル開度ＴＶＯとエンジン回転速度ＮＥとから推定できる。
【００４４】
また、排気管１１１内の圧力は、スロットル開度ＴＶＯとエンジン回転速度ＮＥとに基づき推定できる他、圧力センサで検出させることができる。
また、吸気管１０２内の圧力及び排気管１１１内の圧力は、共にスロットル開度ＴＶＯとエンジン回転速度ＮＥとに基づき推定できるから、スロットル開度ＴＶＯとエンジン回転速度ＮＥとから差圧を推定することができる。
【００４５】
尚、排気還流弁（電磁バルブ）１２３が開又は閉に制御される場合は、上記のように、開状態での排気還流弁（電磁バルブ）１２３の前後差圧から、外部ＥＧＲ量Ｗｍ１を推定できるが、排気還流弁（電磁バルブ）１２３の開度を変化させて、外部ＥＧＲ量Ｗｍ１を調整する場合には、排気還流弁（電磁バルブ）１２３の開度と前記差圧とから、外部ＥＧＲ量Ｗｍ１を推定できる。
また、吸気弁１０５ａ，１０５ｂのバルブタイミングが可変動弁機構１１４ａ，１１４ｂによって可変とされる場合、バルブタイミング（開時期ＩＶＯ）が進角され、バルブオーバーラップ期間が拡大すると、内部ＥＧＲ量が増えるので、バルブタイミングが進角されるほど、外部ＥＧＲ量Ｗｍ１を増大補正し、内部ＥＧＲ量の含むガス量として外部ＥＧＲ量Ｗｍ１を算出させてもよい。
【００４６】
また、外部ＥＧＲ量Ｗｍ１をバルブタイミング（バルブオーバーラップ期間）に応じて補正する代わりに、バルブタイミングの進角に伴う内部ＥＧＲ量の増大に応じて、後述する吸入期間ＴＳ１を増大補正したり、噴射開始時期をより遅い時期に補正したりすることができる。
【００４７】
次のステップＳ２２（流速検出手段）では、前記ステップＳ２と同様にして、吸気行程において第１吸気ポート１１３ａを流れる吸入空気の流速ＡＳを検出する。
そして、ステップＳ２３では、ステップＳ２１で検出した外部ＥＧＲ量Ｗｍ１と、ステップＳ２２で検出した第１吸気ポート１１３ａを流れる吸入空気の流速ＡＳとから、外部ＥＧＲの吸入期間ＴＳ１を算出する。
【００４８】
外部ＥＧＲによって第１吸気ポート１１３ａ内に燃焼ガスを導入する場合、吸気上死点ＴＤＣから吸気下死点ＢＤＣに向けて徐々に第１吸気ポート１１３ａ内の圧力は上昇し、排気管１１１内の圧力と吸気管１０２内の圧力ＰＢとの差圧は徐々に小さくなる。
このため、図１０に示すように、第１吸気弁１０５ａを介して燃焼室１０４内に導入されるガスは、吸気行程の当初は外部ＥＧＲがその殆ど占めるが、その後は、外部ＥＧＲが占める割合が徐々に小さくなり、相対的に新気が占める割合が高くなる。
ここで、外部ＥＧＲの吸入期間ＴＳ１としては、例えば、吸気上死点ＴＤＣから、燃焼室１０４内に導入されるガスのうち外部ＥＧＲが占める割合が減少に転じるまでの期間として算出させる。そして、外部ＥＧＲの吸入期間ＴＳ１を、外部ＥＧＲ量Ｗｍ１が多いほど長く、かつ、吸入空気の流速ＡＳが遅いほど長い期間として算出する。
【００４９】
ステップＳ２４（噴射開始時期設定手段）では、ステップＳ２３で算出した外部ＥＧＲの吸入期間ＴＳ１に基づき、第１燃料噴射弁１０６ａの噴射開始時期を設定する。
ここで、外部ＥＧＲの吸入期間ＴＳ１が長いほど、吸気上死点ＴＤＣからより遅れた時期を、第１燃料噴射弁１０６ａの噴射開始時期に設定する。
【００５０】
このようにして、第１燃料噴射弁１０６ａの噴射開始時期を設定すれば、第１吸気弁１０５ａを介し、外部ＥＧＲガスに続けて新気を燃焼室１０４内に導入させても、外部ＥＧＲガスの燃焼室１０４への導入量が減り始めてから第１燃料噴射弁１０６ａによる燃料噴射を開始させるので、外部ＥＧＲガスに燃料が混じることを抑制し、新気に燃料を混ぜることができる。
従って、第２吸気弁１０５ｂを介して燃焼室１０４に新気が導入されると共に、第１吸気弁１０５ａを介しても新気を燃焼室１０４に導入させて、高いエンジントルクを発生させることができ、また、外部ＥＧＲガスに燃料が混じらないので、ＥＧＲ成層燃焼における成層度を確保して、外部ＥＧＲ量の拡大を図れ、燃費性能を改善でき、更に、新気に均一に燃料を混合させて高い燃焼安定性を実現できる。
【００５１】
また、外部ＥＧＲガス量Ｗｍ１が多いほど外部ＥＧＲの吸入期間ＴＳ１が長くなり、かつ、吸入空気の流速ＡＳが遅いほど外部ＥＧＲの吸入期間ＴＳ１が長くなることに対応して、第１燃料噴射弁１０６ａによる噴射開始時期を可変に設定するので、外部ＥＧＲガス量Ｗｍ１及び／又は吸入空気の流速ＡＳが異なっても、第１燃料噴射弁１０６ａによる噴射開始時期が早過ぎて外部ＥＧＲガスに燃料が混ざってしまうことを抑制でき、かつ、第１燃料噴射弁１０６ａによる噴射開始時期が過剰に遅くなって新気における空燃比のばらつきが発生したりすることを抑制できる。
【００５２】
尚、簡易には、ステップＳ２３において、ステップＳ２１で検出した外部ＥＧＲガス量Ｗｍ１と、ステップＳ２２で検出した第１吸気ポート１１３ａを流れる吸入空気の流速ＡＳとから、第１燃料噴射弁１０６ａによる噴射開始時期を設定させるようにして、外部ＥＧＲの吸入期間ＴＳ１の算出を省略することができる。
また、燃料噴射弁１０６として、第１吸気ポート１１３ａ（第１吸気弁１０５ａ）に向けて燃料を噴射すると共に、第２吸気ポート１１３ｂ（第２吸気弁１０５ｂ）に向けても燃料を噴射する２方向噴射弁を１つ備える場合には、ステップＳ２４で設定した噴射開始時期で燃料噴射を開始させるようにすればよく、上記の２方向噴射弁を各気筒に１つ備えかつ外部ＥＧＲが行われるエンジン１０１にも、上記の噴射開始時期の設定処理を適用できる。
【００５３】
ところで、外部ＥＧＲを行う場合、図１０に示したように、外部ＥＧＲ量は吸気行程中に徐々に低下し、新気が導入されるようになってからも新気と共に外部ＥＧＲガスが、第１吸気弁１０５ａを通過することになる。
従って、第１燃料噴射弁１０６ａから噴射される燃料噴霧の貫徹力が強いと、噴射開始時期を新気の吸引開始後に設定しても、排気還流通路１２２を介して第１吸気ポート１１３ａ内に導入された外部ＥＧＲガスにまで燃料噴霧が到達し、燃料が外部ＥＧＲに混じる可能性が高まってしまう。
【００５４】
そこで、外部ＥＧＲを行うエンジン１０１においては、排気還流通路１２２が合流する箇所よりも手前の第１吸気ポート１１３ａ内に存在している新気に対し、第１燃料噴射弁１０６ａが噴射した燃料が混じるように、換言すれば、第１燃料噴射弁１０６ａの燃料噴霧が、排気還流通路１２２が合流する箇所の下流側まで到達することを抑制できるように、第１燃料噴射弁１０６ａの燃料噴霧の貫徹力を弱くすることが好ましい。
貫徹力を弱くする手段としては、第１燃料噴射弁１０６ａから噴射される燃料噴霧の粒径を小さくする手段の他、図１１に示すように、第１燃料噴射弁１０６ａからの燃料噴射を複数回に分割して行わせることで、１回当たりの噴射時間を短くする手段（分割噴射制御手段）を用いることができる。
【００５５】
第１燃料噴射弁１０６ａによる噴射を複数回に分けて行い、１回当たりの噴射時間を短くすれば、燃料噴霧の貫徹力が弱まり、排気還流通路１２２の合流点以降まで燃料噴霧が到達することを抑制でき、排気還流通路１２２の合流点よりも手前の新気に燃料を混ぜることができ、以って、外部ＥＧＲガスに燃料が混じることを抑制できる。
ここで、燃料噴射の分割回数を多くして、１回当たりの噴射時間をより短くすれば、燃料噴霧の貫徹力が弱くなるが、燃料噴射の分割回数を多くするほど、噴射終了時点から次の噴射を開始するまでの間隔時間の総和が長くなり、同じ燃料噴射量に対して最終的に燃料噴射を終えるまでの時間が長くなる。
【００５６】
従って、吸気弁１０５ａの開弁時間、換言すれば、燃料噴射の可能時間の長短に応じて分割回数を設定することが好ましい。例えば、図１２に示すように、吸気弁１０５ａの開弁時間が長いほど、分割回数を多く設定し、設定した分割回数で、燃料噴射パルス幅ＴＩを除算して、１回当たりの噴射パルス幅を決定し、初回の噴射開始時期を、前述の外部ＥＧＲガス量Ｗｍ１及び吸入空気の流速ＡＳに応じて決定した噴射開始時期として、初回の噴射が終了した一定時間後に２回目の噴射を開始させ、最終的には、設定した分割回数だけ噴射を繰り返すようにする。
吸気弁１０５ａの開弁時間は、吸気弁１０５ａの作動角とそのときのエンジン回転速度ＮＥから求めることができる。
【００５７】
また、第１吸気弁１０５ａを通過して燃焼室１０４内に吸引される外部ＥＧＲガスの量は吸気行程中に徐々に低下するから、吸気行程の後半ほど（吸気下死点ＢＤＣに近づくほど）、燃料噴霧の貫徹力が強くなっても、外部ＥＧＲに対して燃料が混じることを抑制でき、また、分割各回の噴射パルス幅（１回当たりの噴射量）をなるべく大きくすれば、新気吸入中に燃料噴射していない期間が減って、新気に対して燃料を均一に混合させることができる。
そこで、分割噴射においては、各回の噴射パルス幅を均一にするのではなく、図１３に示すように、噴射回数の増加に対して噴射パルス幅（燃料噴射量）を増大変化させることが好ましい。ここで、噴射回数が増える毎に、前回よりも噴射パルス幅を増大させても良いし、例えば、２回目以降の噴射における噴射パルス幅を同じに設定し、係る２回目以降の噴射における噴射パルス幅を、１回目の噴射における噴射パルス幅よりも長くすることができる。
【００５８】
ここで、上記実施形態から把握し得る請求項以外の技術的思想について、以下に効果と共に記載する。
（イ）請求項１〜３のいずれか１つに記載の内燃機関の制御装置において、
前記吸気通路として、気筒毎に第１吸気弁を備えた第１吸気ポートと第２吸気弁を備えた第２吸気ポートとを備え、
前記燃料噴射弁として、前記第１吸気ポート内に燃料を噴射する第１燃料噴射弁と、前記第２吸気ポート内に燃料を噴射する第２燃料噴射弁とを備え、
前記燃焼ガス導入手段が、前記第１吸気弁をピストン上昇中に開弁させる一方、前記第２吸気弁をピストン上死点以降に開弁させることで、燃焼室内の燃焼ガスを前記第１吸気ポート内に導入させ、
前記噴射開始時期設定手段は、前記第１吸気ポート内に導入された燃焼ガスが前記第１吸気弁を介して燃焼室内に導入された後の新気導入開始時期に応じて、前記第１燃料噴射弁の噴射開始時期を設定する内燃機関の制御装置。
【００５９】
係る構成では、第１吸気ポートから、燃焼ガス（内部ＥＧＲガス）の導入に続けて新気を燃焼室内に導入するので、第１吸気ポートと第２吸気ポートとから並行してガスを燃焼室内に導入することができ、燃焼室内におけるスワールの形成を抑制でき、ＥＧＲ成層燃焼を可能にでき、かつ、内部ＥＧＲガスに燃料が混じることを抑制して成層度を向上させることができるので、ＥＧＲ量の増量によって燃費性能を改善できる。
【００６０】
（ロ）請求項３記載の内燃機関の制御装置において、
前記分割噴射制御手段は、噴射回数の増加に対して１回当たりの燃料噴射量を増大させる内燃機関の制御装置。
係る構成では、噴射開始当初の新気比率が小さいときは、噴射量の抑制によって燃料噴霧の貫徹力を弱め、外部ＥＧＲに対して燃料が混じることを抑制し、新気比率の増大に応じて噴射量（噴射パルス幅）を増大させて、新気に対する燃料の混合性を改善して、高い燃焼性を実現できる。
【符号の説明】
【００６１】
１０１…エンジン（内燃機関）、１０５ａ，１０５ｂ…吸気弁、１０６ａ，１０６ｂ…燃料噴射弁、１０７…点火プラグ、１０９…クランクシャフト、１１０ａ，１１０ｂ…排気弁、１１３ａ，１１３ｂ…吸気ポート、１１４ａ，１１４ｂ…可変動弁機構、１１５…点火モジュール、２０１…エンジン制御装置、２０３…クランク角センサ、２０４…カム角センサ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の制御装置に関し、詳しくは、吸気通路内に燃料を噴射する燃料噴射弁の噴射開始時期を制御する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、燃焼室内を内部ＥＧＲガス層と可燃混合気層とに分け、前記可燃混合気層に着火して燃焼させるＥＧＲ成層燃焼を実現する内燃機関として、ピストンが上昇する排気行程時に、第１吸気弁を介して上流側の第１吸気ポートにＥＧＲガスを導入し、ピストンが上死点から下降する吸気行程時に、第１吸気ポート内に導入したＥＧＲガスを、前記第１吸気弁を介して燃焼室に導入すると共に、第２吸気弁を介して上流側の第２吸気ポート内の新気を燃焼室内に導入してＥＧＲ成層燃焼を行わせる内燃機関があった（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−２５５８６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、２つの吸気弁の一方から内部ＥＧＲガスをシリンダ内に導入し、他方から新気をシリンダ内に導入するようにすると、ＥＧＲ運転領域を高出力側に拡大しようとしても、片側の吸気弁から導入される新気分のエンジントルクしか発生させることができないため、エンジントルクを確保しつつＥＧＲ運転領域を高出力側に拡大させることが困難であった。
【０００５】
そこで、本願発明は、ＥＧＲ運転領域の拡大によって燃費性能を向上させると共に、ＥＧＲ運転中のエンジントルクを確保できる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
そのため、本願発明は、吸気通路内に燃料を噴射する燃料噴射弁を備えた内燃機関において、吸気通路内に導入される燃焼ガス量が多いほど燃料噴射弁による噴射開始時期をより遅い時期に設定し、かつ、吸気通路内を流れる吸入空気の流速が遅いほど前記噴射開始時期をより遅い時期に設定するようにした。
【発明の効果】
【０００７】
上記発明によると、ＥＧＲガスに続けてシリンダ内に導入される新気の導入時期に合わせて、燃料噴射弁の噴射開始時期を設定できるので、新気に噴射燃料を混合でき、エンジントルクを向上させることができると共に、ＥＧＲ効果によって燃費向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本願発明の実施形態におけるエンジンの構成図である。
【図２】本願発明の実施形態におけるエンジンの燃焼室周辺の構造を示す上面図である。
【図３】本願発明の実施形態における可変動弁機構（カム切替機構）の特性を示す線図である。
【図４】本願発明の実施形態における可変動弁機構（リフト及び作動角可変機構）の特性を示す線図である。
【図５】本願発明の実施形態における噴射開始時期の演算ルーチンを示すフローチャートである。
【図６】本願発明の実施形態における第１吸気弁の通過ガス量と噴射時期との相関を示すタイムチャートである。
【図７】本願発明の実施形態におけるエンジンの燃焼室周辺の構造を示す上面図である。
【図８】本願発明の実施形態における外部ＥＧＲを行うエンジンの燃焼室周辺の構造を示す上面図である。
【図９】本願発明の実施形態における外部ＥＧＲを行うエンジンでの噴射開始時期の演算ルーチンを示すフローチャートである。
【図１０】本願発明の実施形態における外部ＥＧＲを行うエンジンでの第１吸気弁の通過ガス量と噴射時期との相関を示すタイムチャートである。
【図１１】本願発明の実施形態における外部ＥＧＲを行うエンジンでの第１吸気弁の通過ガス量と分割噴射の時期との相関を示すタイムチャートである。
【図１２】本願発明の実施形態における吸気弁の開弁期間と燃料噴射の分割回数との相関を示す線図である。
【図１３】本願発明の実施形態における外部ＥＧＲを行うエンジンでの第１吸気弁の通過ガス量と分割噴射の時期との相関を示すタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下に本発明に係る内燃機関の制御装置の実施形態を説明する。
図１は、本発明に係る制御装置を適用する車両用エンジン（内燃機関）のシステム構成を示す図である。
尚、図１に示すエンジン１０１は、直列型多気筒内燃機関であるが、Ｖ型や水平対向型などの内燃機関であってもよい。
【００１０】
エンジン１０１の各気筒に空気を導入するための吸気管（吸気通路）１０２には、エンジン１０１の吸入空気流量ＱＡを検出する吸入空気量センサ１０３を設けてある。吸入空気量センサ１０３として、例えば、吸気の質量流量を検出する熱線式流量計などを用いることができる。
エンジン１０１の吸入空気流量ＱＡは、吸入空気量センサ１０３下流側の吸気管１０２に配置した電子制御スロットル１１９によって調整される。
【００１１】
図２に示すように、各燃焼室１０４には２つの吸気口１１５ａ，１１５ｂが開口し、各吸気口１１５ａ，１１５ｂに至る２つの吸気ポート１１３ａ，１１３ｂが気筒毎に設けられ、かつ、各吸気口１１５ａ，１１５ｂを開閉する２つの吸気弁１０５ａ，１０５ｂを設けてある。更に、第１吸気ポート１１３ａ内に燃料を噴射する第１燃料噴射弁１０６ａと、第２吸気ポート１１３ｂ内に燃料を噴射する第１燃料噴射弁１０６ａとを設けてある。
尚、第１吸気弁１０５ａ上流側の第１吸気ポート１１３ａと第２吸気弁１０５ｂ上流側の第２吸気ポート１１３ｂとが合流して吸気管１０２に接続される。
【００１２】
燃料噴射弁１０６ａ，１０６ｂから噴射された燃料は、吸気行程で吸気弁１０５ａ，１０５ｂが開くことで燃焼室１０４内に導入され、点火プラグ１０７による火花点火によって着火燃焼し、該燃焼による圧力がピストン１０８をクランクシャフト１０９に向けて押し下げることで、クランクシャフト１０９を回転駆動する。
また、図２に示すように、各燃焼室１０４には２つの排気口１１７ａ，１１７ｂが開口し、各排気口１１７ａ，１１７ｂを開閉する２つの排気弁１１０ａ，１１０ｂを備え、この排気弁１１０ａ，１１０ｂが排気行程で開くことで、燃焼ガス（排ガス）が排気管（排気通路）１１１に排出される。
排気管１１１には、排気の浄化を行うために、三元触媒等を備えた触媒コンバータ１１２を設置してある。
【００１３】
吸気弁１０５ａ，１０５ｂは、クランクシャフト１０９によって回転駆動される吸気カムシャフト（図示省略）の回転に伴って開動作し、排気弁１１０ａ，１１０ｂは、クランクシャフト１０９によって回転駆動される排気カムシャフト（図示省略）の回転に伴って開動作する。
また、排気弁１１０ａ，１１０ｂは、一定のバルブタイミング（開特性）で開動作するが、吸気弁１０５ａ，１０５ｂのバルブタイミング（開時期ＩＶＯ及び閉時期ＩＶＣ）は、可変動弁機構１１４ａ，１１４ｂによって可変とされる。
【００１４】
第１可変動弁機構１１４ａは、クランクシャフト１０９に対する吸気カムシャフトの回転位相を変化させることで、吸気弁１０５ａ，１０５ｂのバルブ作動角の中心位相を連続的に変化させる公知の機構である。
一方、第２可変動弁機構１１４ｂは、第１吸気弁１０５ａのバルブタイミング（開特性）を変化させることなく、第２吸気弁１０５ｂのバルブタイミング（開特性）を独立して可変とする機構であり、この第２可変動弁機構１１４ｂによって第２吸気弁１０５ｂのバルブタイミング（開特性）を、第１吸気弁１０５ａと同じタイミングから異なるタイミングにまで変化させることができるようになっている。
【００１５】
第２可変動弁機構１１４ｂとしては、例えば、特開２００８−２５５８６６号公報に開示される、制御軸の角度を変化させることで、吸気弁の最大バルブリフト量をバルブ作動角と共に連続的に可変とするリフト及び作動角可変機構や、同じく特開２００８−２５５８６６号公報に開示される、吸気弁の駆動に用いるカムを、大作動角カムと小作動角カムとのいずれか一方に切り替えるカム切替機構などを用いることができる。
ここで、第２可変動弁機構１１４ｂとしてカム切替機構を用いる場合、図３に示すように、大作動角カムの選択時には、第１吸気弁１０５ａ及び第２吸気弁１０５ｂのバルブリフト量（最大バルブリフト量）及びバルブ作動角が略同等になり、小作動角カムの選択時には、第２吸気弁１０５ｂのバルブリフト量及びバルブ作動角が第１吸気弁１０５ａのバルブリフト量及びバルブ作動角よりも小さくなるように設定してある。
【００１６】
また、第２可変動弁機構１１４ｂとして、リフト及び作動角可変機構を用いる場合には、図４に示すように、第２吸気弁１０５ｂのバルブリフト量（最大バルブリフト量）及びバルブ作動角の可変範囲には、第１吸気弁１０５ｂのバルブリフト量及びバルブ作動角と同じバルブリフト量及びバルブ作動角と、前記小作動角カムの選択時のバルブリフト量及びバルブ作動角とを少なくとも含むように設定する。
このように、第２可変動弁機構１１４ｂは、第２吸気弁１０５ｂの開弁特性を、第１吸気弁１０５ａと同じ特性と、第１吸気弁１０５ａよりもバルブリフト量及びバルブ作動角が小さい特性とのいずれかに切り替えられる機構である。
【００１７】
点火プラグ１０７それぞれには、点火プラグ１０７に対して点火エネルギを供給する点火モジュール１１６が直付けされている。点火モジュール１１６は、点火コイル及び当該点火コイルへの通電を制御するパワートランジスタを備えている。
エンジン制御装置（エンジンコントロールユニット）２０１は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭなどを含むコンピュータを備え、各種のセンサやスイッチからの信号を入力し、予め記憶されたプログラムに従って演算処理を行うことで、燃料噴射弁１０６、可変動弁機構１１４ａ，１１４ｂ、点火モジュール１１６などの各種デバイスの操作量を演算して出力する装置であり、本願発明に係る制御装置としての機能を後述するように備えている。
【００１８】
また、エンジン制御装置２０１は、吸入空気量センサ１０３の出力信号を入力する他、クランクシャフト１０９の回転角信号ＰＯＳを出力するクランク角センサ２０３、アクセルペダル２０７の踏込み量（アクセル開度ＡＣＣ）を検出するアクセル開度センサ２０６、吸気カムシャフトの回転角信号ＣＡＭを出力するカム角センサ２０４、エンジン１０１の冷却水の温度（機関温度）ＴＷを検出する水温センサ２０８、触媒コンバータ１１２上流側の排気管１１１に設置され、排気中の酸素濃度に基づいて空燃比ＡＦを検出する空燃比センサ２０９、電子制御スロットル１１９の開度ＴＶＯを検出するスロットルセンサ２１０、電子制御スロットル１１９と吸気弁１０５ａ，１０５ｂとの間の吸気管（吸気通路）１０２内の圧力である吸気負圧（ブースト）ＰＢを検出する吸気圧センサ１２１などからの信号を入力し、更に、エンジン１０１の運転及び停止のメインスイッチであるイグニッションスイッチ（ＩＧＮスイッチ）２０５の信号を入力する。
ここで、エンジン制御装置２０１は、クランク角センサ２０３が出力する回転角信号ＰＯＳに基づいてエンジン回転速度ＮＥを算出する。
【００１９】
次に、エンジン制御装置２０１による可変動弁機構１１４ａ，１１４ｂの制御を、概略的に説明する。
例えばエンジン１０１の低負荷低回転域など、燃費性能が要求される運転領域では、第１可変動弁機構１１４ａによって吸気カムシャフトの回転位相を進角させると共に、第２可変動弁機構１１４ａによって第２吸気弁１０５ｂのバルブ作動角を第１吸気弁１０５ａよりも小さくすることで、第１吸気弁１０５ａの開時期ＩＶＯを上死点ＴＤＣ前に設定し、第２吸気弁１０５ｂの開時期ＩＶＯを略上死点ＴＤＣ以降に設定し、第１吸気弁１０５ａの閉時期ＩＶＣ及び第２吸気弁１０５ｂの閉時期ＩＶＣを下死点ＢＤＣ以降の略同じ時期に設定する。
尚、排気弁１１０ａ，１１０ｂの閉時期ＥＶＣは、上死点ＴＤＣ付近に設定してある。
【００２０】
これにより、第１吸気弁１０５ａは、ピストン上昇中の排気行程（上死点ＴＤＣ前）で開くことになり、第１吸気弁１０５ａがピストン上昇中に開くと、燃焼室１０４内の燃焼ガス（燃焼後の排ガス）は、第１吸気弁１０５ａ上流の第１吸気ポート１１３ａに吹き返すことになる。
そして、第１吸気弁１０５ａの開状態で、ピストンが上死点ＴＤＣに達するまでに、第１吸気ポート１１３ａに吹き返した燃焼ガス（内部ＥＧＲガス）は、ピストンが上死点ＴＤＣから下降に転じて吸気行程に切り替わることで燃焼室１０４内に再度吸入され、内部ＥＧＲガスの吸入に続けて新気が第１吸気弁１０５ａを介して燃焼室１０４内に吸入されることになる（燃焼ガス導入手段）。
【００２１】
一方、第２吸気弁１０５ｂは、ピストン上昇中の排気行程（上死点ＴＤＣ前）では開弁せず、ピストンが上死点ＴＤＣに達した以降の吸気行程で開くので、第２吸気弁１０５ｂの上流側の第２吸気ポート１１３ｂに対する燃焼ガスの吹き返し（内部ＥＧＲ）は発生せず、第２吸気弁１０５ｂを介しては、新気が燃焼室１０４内に吸入される。
そして、第１吸気弁１０５ａを介した燃焼室１０４内への内部ＥＧＲガス及び新気の吸入動作に並行して、第２吸気弁１０５ｂを介して新気が燃焼室１０４内に吸入されるので、燃焼室１０４内におけるスワール（横向きの吸気渦流）の形成が抑制される。
【００２２】
これにより、第１吸気弁１０５ａを介した吸入動作の初期に燃焼室１０４内に吸入された内部ＥＧＲガスが、新気と混じることが抑制され、燃焼室１０４内で新気層と内部ＥＧＲガス層とに成層化してＥＧＲ成層燃焼を行わせることができ、大量内部ＥＧＲと新気に対する燃料の混合とによって、燃焼室１０４全体としては空燃比を大きくリーン化させて燃費の向上を図ることができる。
但し、内部ＥＧＲガス中に燃料が混じると、成層度が低下し、内部ＥＧＲ量の増大を図ることができなくなる。
【００２３】
そこで、エンジン制御装置２０１は、内部ＥＧＲガス中に燃料が混じることを抑制するために、第１燃料噴射弁１０６ａによる噴射開始タイミングを、第１吸気ポート１１３ａに吹き返したガスが、第１吸気弁１０５ａを介して燃焼室１０４に吸入された後であって、第１燃料噴射弁１０６ａからの燃料が新気中に噴射されることになるタイミングに設定する。
即ち、ピストンが下降に転じた直後の吸気行程初期には、内部ＥＧＲガスが第１吸気弁１０５ａを介して燃焼室１０４に吸入されるから、このときに第１燃料噴射弁１０６ａによる燃料噴射を行わせると、内部ＥＧＲガス中に燃料を噴射することになり、内部ＥＧＲガスに燃料が混ざって成層度が低下する。
【００２４】
このため、第１吸気弁１０５ａを介して内部ＥＧＲが吸入された後の新気の吸入状態で、第１燃料噴射弁１０６ａによる燃料噴射が行われるように、第１燃料噴射弁１０６ａによる燃料噴射を開始させる。
これによって、内部ＥＧＲガス中に燃料が混じることを抑制でき、以って、燃焼室１０４内における新気（混合気）と内部ＥＧＲガスとの成層度が向上するので、第１吸気弁１０５ａの開時期ＩＶＯをより進角させて内部ＥＧＲ量の増大を図ることができ、内部ＥＧＲ量を増大させることで燃費性能を改善できる。
【００２５】
ここで、上死点ＴＤＣから第１燃料噴射弁１０６ａによる噴射開始時期までの遅れ期間は、予め固定値として設定しておくことができるが、第１吸気ポート１１３ａに吹き返したガス量（内部ＥＧＲガス量）が多いほど、吹き返しガスが燃焼室１０４内に吸入されるのに要する時間が長くなり、かつ、吸入空気の流速が遅いほど、吹き返しガスが燃焼室１０４内に吸入されるのに要する時間が長くなる。
このため、吹き返しガス量（内部ＥＧＲ量、吸気通路に導入された燃焼ガスの量）が最も多く、かつ、吸気行程における吸入空気の流速が最も遅い場合であっても、内部ＥＧＲガス中に燃料が混じらないように、上死点ＴＤＣから第１燃料噴射弁１０６ａによる噴射開始時期までの遅れ期間を設定すると、吹き返しガス量が少ないとき及び／又は吸入空気の流速が速いときには、過剰に噴射開始タイミングが遅れ、燃料の気化時間が短くなり、また、燃焼混合気の均質度合いが低下し、燃焼安定性が低下してしまう。
【００２６】
そこで、上死点ＴＤＣから第１燃料噴射弁１０６ａの噴射開始時期までの遅れ期間を、吹き返しガス量及び吸入空気の流速に応じて可変に設定することが好ましく、前記遅れ期間の設定処理を、図５のフローチャートに従って説明する。
尚、第２燃料噴射弁１０６ｂが配置される第２吸気ポート１１３ｂへの燃焼ガスの吹き返しは、発生しないか又は無視できる程度に少ないので、内部ＥＧＲに燃料が混じることを抑制するための噴射開始時期の設定は不要であり、第２吸気弁１０５ｂを介して燃焼室１０４内に導入される新気に対して均一に燃料を混合できる最適時期に設定すればよく、第１燃料噴射弁１０６ａの噴射開始時期よりも早い時期（例えば、吸気ＴＤＣ）に燃料噴射を開始させることができる。
【００２７】
図５のフローチャートは、ＥＧＲ成層燃焼時、換言すれば、第１吸気ポート１１３ａに燃焼ガスを導入する運転領域において、エンジン制御装置２０１が一定時間毎に実行する、第１燃料噴射弁１０６ａの噴射開始遅れ時間（噴射開始時期）の設定ルーチンを示す。
まず、ステップＳ１（ガス量検出手段）では、第１吸気ポート１１３ａに対する吹き返しＥＧＲガス量Ｗｍ（cc）の演算を行う。前記吹き返しＥＧＲガス量Ｗｍとは、内部ＥＧＲガス量であり、また、第１吸気ポート１１３ａに導入される燃焼ガスの量である。
【００２８】
吹き返しＥＧＲガス量Ｗｍの演算は、例えば特開２００４−０４４５４８号公報に開示される推定手段を用いて行うことができる。
具体的には、第１吸気弁１０５ａのバルブ作動角内におけるバルブリフト量と、第１吸気弁１０５ｂの開時期ＩＶＯとに基づき、バルブオーバーラップ時の第１吸気弁１０５ａのバルブ開口面積ＡＷｍを演算し、このバルブ開口面積ＡＷｍに基づいてバルブオーバーラップ時の基本吹き返し量Ｗｍ０を算出する。
【００２９】
ここで、バルブ開口面積ＡＷｍが大きいほど、換言すれば、第１吸気弁１０５ａの開時期ＩＶＯが進角しバルブオーバーラップ量が大きくなるほど、また、吸気弁１０５ａのバルブリフト量が大きいほど、基本吹き返し量Ｗｍ０をより大きな値として算出する。
そして、この基本吹き返し量Ｗｍ０に対して、そのときの吸気負圧ＰＢやエンジン回転速度ＮＥに応じた補正を施して、吹き返しＥＧＲガス量Ｗｍを算出する。
前記吸気負圧ＰＢに応じた補正では、第１吸気弁１０５ａの上流側圧力である吸気圧が高いほど（負圧が小さいほど）、吹き返しＥＧＲガス量Ｗｍをより小さく補正する。また、機関回転速度Ｎｅが高いほど吹き返しＥＧＲガス量Ｗｍをより小さく補正する。
【００３０】
尚、簡易的には、第１吸気弁１０５ｂの開時期ＩＶＯ（バルブタイミング）が進角するほど、換言すれば、第１吸気弁１０５ｂと排気弁１１０ａ，１１０ｂとのバルブオーバーラップ期間が拡大するほど、吹き返しＥＧＲガス量Ｗｍがより多くなるものとして、吹き返しＥＧＲガス量（内部ＥＧＲガス量）Ｗｍを推定させることができる。
【００３１】
次のステップＳ２（流速検出手段）では、吸気行程において第１吸気ポート１１３ａを流れる吸入空気の流速ＡＳを検出する。
吸入空気の流速ＡＳは、吸気圧センサ１２１が検出した吸気負圧ＰＢや、スロットル開度ＴＶＯとエンジン回転速度ＮＥとの組み合わせや、吸入空気量センサ１０３の出力などから推定することができ、具体的には、高流量側（高負荷側）ほど吸入空気の流速が速いものと推定できる。
【００３２】
ステップＳ３では、ステップＳ１で検出した吹き返しＥＧＲガス量（内部ＥＧＲガス量）Ｗｍと、ステップＳ２で検出した第１吸気ポート１１３ａを流れる吸入空気の流速ＡＳとから、内部ＥＧＲの吸入期間ＴＳを算出する。
内部ＥＧＲの吸入期間ＴＳとは、第１吸気ポート１１３ａに吹き返したＥＧＲガス（内部ＥＧＲガス）が、吸気行程になった後に（吸気ＴＤＣ後に）燃焼室１０４内に吸引されるのに要する時間であり、この吸入期間ＴＳの経過後に新気が燃焼室１０４に吸引されることになる。
【００３３】
ここで、内部ＥＧＲの吸入期間ＴＳは、吹き返しＥＧＲガス量（内部ＥＧＲガス量）Ｗｍが多いほど長く、かつ、吸入空気の流速ＡＳが遅いほど長い時間として算出される。
即ち、吸入空気の流速ＡＳが同じであれば、吹き返しＥＧＲガス量（内部ＥＧＲガス量）Ｗｍが多いほど、第１吸気ポート１１３ａ内の内部ＥＧＲガスが燃焼室１０４内に吸引されるのに要する時間が長くなり、また、吹き返しＥＧＲガス量（内部ＥＧＲガス量）Ｗｍが同じであれば、吸入空気の流速ＡＳが遅いほど、第１吸気ポート１１３ａ内の内部ＥＧＲガスが燃焼室１０４内に吸引されるのに要する時間が長くなる。
【００３４】
従って、係る特性に基づき、そのときの吹き返しＥＧＲガス量（内部ＥＧＲガス量）Ｗｍ及び吸入空気の流速ＡＳから、内部ＥＧＲの吸入期間ＴＳ、換言すれば、吸気上死点ＴＤＣから内部ＥＧＲガスの燃焼室１０４内への吸引が略完了するまでの時間を推定する。
ステップＳ４（噴射開始時期設定手段）では、ステップＳ３で算出した内部ＥＧＲの吸入期間ＴＳに基づき、第１燃料噴射弁１０６ａの噴射開始時期を設定する。
【００３５】
ここで、内部ＥＧＲの吸入期間ＴＳが長いほど、吸気上死点ＴＤＣからより遅れた時期を、第１燃料噴射弁１０６ａの噴射開始時期に設定する。
即ち、第１吸気弁１０５ａ（吸気弁＃１）を通過して燃焼室１０４内に導入されるガスは、図６に示すように、吸気上死点ＴＤＣ直後は内部ＥＧＲガスであり、第１吸気ポート１１３ａに吹き返したＥＧＲガス（内部ＥＧＲガス）が燃焼室１０４内に導入されてから続けて新気が第１吸気弁１０５ａを通過して燃焼室１０４内に導入されることになる。
【００３６】
そして、第１燃料噴射弁１０６ａから噴射した燃料が内部ＥＧＲガスに混じって成層度が低下することを抑制し、第１燃料噴射弁１０６ａから噴射した燃料を新気と混合させたいので、吹き返しＥＧＲガス量（内部ＥＧＲガス量）の吸入期間ＴＳが略経過してから第１燃料噴射弁１０６ａによる燃料噴射を開始させる。
尚、第１燃料噴射弁１０６ａの噴射開始時期は、第１吸気ポート１１３ａ内の内部ＥＧＲガスの燃焼室１０４への吸引が略完了する時期を含む設定範囲内に設定され、前記設定範囲は、内部ＥＧＲガスへの燃料の混合を抑制して成層度を維持でき、かつ、燃焼室１０４内に吸引された空気に対して燃料を均一に混合させることができる範囲として設定し、前記ステップＳ４における内部ＥＧＲの吸入期間ＴＳから噴射開始時期を設定する特性を予め設定してある。
【００３７】
このようにして、第１燃料噴射弁１０６ａの噴射開始時期を設定すれば、第１吸気弁１０５ａを介し、内部ＥＧＲガスに続けて新気を燃焼室１０４内に導入させても、内部ＥＧＲガスに燃料が混じることを抑制し、かつ、新気に燃料を混ぜることができる。
従って、第２吸気弁１０５ｂを介して燃焼室１０４に新気が導入されると共に、第１吸気弁１０５ａを介しても新気を燃焼室１０４に導入させて、高いエンジントルクを発生させることができ、また、内部ＥＧＲガスに燃料が混じらないので、ＥＧＲ成層燃焼における成層度を確保して、内部ＥＧＲ量の拡大を図れ、燃費性能を改善でき、更に、新気に均一に燃料を混合させて高い燃焼安定性を実現できる。
【００３８】
また、吹き返しＥＧＲガス量（内部ＥＧＲガス量）Ｗｍが多いほど内部ＥＧＲの吸入期間ＴＳが長くなり、かつ、吸入空気の流速ＡＳが遅いほど内部ＥＧＲの吸入期間ＴＳが長くなることに対応して、第１燃料噴射弁１０６ａによる噴射開始時期を可変に設定するので、吹き返しＥＧＲガス量（内部ＥＧＲガス量）Ｗｍ及び／又は吸入空気の流速が異なっても、第１燃料噴射弁１０６ａによる噴射開始時期が早過ぎて内部ＥＧＲガスに燃料が混ざってしまうことを抑制でき、かつ、第１燃料噴射弁１０６ａによる噴射開始時期が過剰に遅くなって新気における空燃比のばらつきが発生したりすることを抑制できる。
【００３９】
尚、簡易には、ステップＳ３において、ステップＳ１で検出した吹き返しＥＧＲガス量（内部ＥＧＲガス量）Ｗｍと、ステップＳ２で検出した第１吸気ポート１１３ａを流れる吸入空気の流速ＡＳとから、第１燃料噴射弁１０６ａによる噴射開始時期を設定させるようにして、内部ＥＧＲの吸入期間ＴＳの算出を省略することができる。
また、図７に示すように、燃料噴射弁１０６として、第１吸気ポート１１３ａ（第１吸気弁１０５ａ）に向けて燃料を噴射すると共に、第２吸気ポート１１３ｂ（第２吸気弁１０５ｂ）に向けても燃料を噴射する２方向噴射弁を１つ備える場合には、ステップＳ４で設定した噴射開始時期で燃料噴射を開始させるようにすればよく、上記の２方向噴射弁を各気筒に１つ備えるエンジン１０１にも、上記の噴射開始時期の設定処理を適用できる。
また、第１燃料噴射弁１０６ａによる燃料噴射量と、第２燃料噴射弁１０６ｂによる燃料噴射量との比率を、各吸気弁１０５ａ，１０５ｂを介して燃焼室１０４に導入される新気の比率に合わせることで、混合気における空燃比ばらつきを抑制できる。
【００４０】
ところで、上記実施形態は、燃焼ガスが燃焼室１０４から第１吸気ポート１１３ａ内に吹き返す内部ＥＧＲを行わせることで、第１吸気ポート１１３ａに対して燃焼ガスを導入させるようにしたが、図８に示すように、第１燃料噴射弁１０６ａ下流側の第１吸気ポート１１３ａと排気管１１１とを連通させる排気還流通路１２２（燃焼ガス導入手段）と、該排気還流通路１２２に介装され排気還流量（外部ＥＧＲガス量）を制御する排気還流弁（電磁バルブ）１２３とを備え、排気管１１１から燃焼ガスを第１吸気ポート１１３ａに還流（導入）させる外部ＥＧＲを行うエンジン１０１においても、外部ＥＧＲガス量と吸入空気の流速ＡＳとから、第１燃料噴射弁１０６ａによる噴射開始時期を設定することにより、上記実施形態と同様な作用効果を得ることができる。
【００４１】
尚、上記の外部ＥＧＲを行うエンジン１０１の場合、吸気弁１０５ａ，１０５ｂの開時期ＩＶＯの設定によって吹き返しガス（内部ＥＧＲ）を第１吸気ポート１１３ａに導入する必要はないので、吸気弁１０５ａ，１０５ｂのバルブタイミングを同じに揃えることができる。
図９のフローチャートは、図８に示した構造によって外部ＥＧＲを行うエンジン１０１において、エンジン制御装置２０１が実施する第１燃料噴射弁１０６ａの噴射開始時期の設定処理を示す。
【００４２】
図９のフローチャートに示すルーチンは、エンジン制御装置２０１によって一定時間毎に実施され、まず、ステップＳ２１（ガス量検出手段）では、排気還流通路１２２を介して第１吸気ポート１１３ａ内に導入される外部ＥＧＲ量Ｗｍ１（第１吸気ポート１１３ａ内に導入される燃焼ガス量）を算出する。
前記外部ＥＧＲ量Ｗｍ１の算出は、排気管１１１内の圧力と、吸気管１０２内の圧力ＰＢとの差圧に基づいて行われる。即ち、外部ＥＧＲは、前記差圧に基づき排気管１１１内の燃焼ガスを吸気管１０２内に還流させるものであり、差圧が大きいほど、換言すれば、排気管１１１内の圧力よりも吸気管１０２内の圧力ＰＢが低いほど、還流される燃焼ガスの量が増えることになる。
【００４３】
そこで、ステップＳ２１では、排気管１１１内の圧力と、吸気管１０２内の圧力ＰＢとの差圧が大きいほど、外部ＥＧＲ量Ｗｍ１が多いと推定する。
ここで、吸気管１０２内の圧力ＰＢは、吸気圧センサ１２１の出力から検出できる他、吸気圧センサ１２１を備えないエンジン１０１では、スロットル開度ＴＶＯとエンジン回転速度ＮＥとから推定できる。
【００４４】
また、排気管１１１内の圧力は、スロットル開度ＴＶＯとエンジン回転速度ＮＥとに基づき推定できる他、圧力センサで検出させることができる。
また、吸気管１０２内の圧力及び排気管１１１内の圧力は、共にスロットル開度ＴＶＯとエンジン回転速度ＮＥとに基づき推定できるから、スロットル開度ＴＶＯとエンジン回転速度ＮＥとから差圧を推定することができる。
【００４５】
尚、排気還流弁（電磁バルブ）１２３が開又は閉に制御される場合は、上記のように、開状態での排気還流弁（電磁バルブ）１２３の前後差圧から、外部ＥＧＲ量Ｗｍ１を推定できるが、排気還流弁（電磁バルブ）１２３の開度を変化させて、外部ＥＧＲ量Ｗｍ１を調整する場合には、排気還流弁（電磁バルブ）１２３の開度と前記差圧とから、外部ＥＧＲ量Ｗｍ１を推定できる。
また、吸気弁１０５ａ，１０５ｂのバルブタイミングが可変動弁機構１１４ａ，１１４ｂによって可変とされる場合、バルブタイミング（開時期ＩＶＯ）が進角され、バルブオーバーラップ期間が拡大すると、内部ＥＧＲ量が増えるので、バルブタイミングが進角されるほど、外部ＥＧＲ量Ｗｍ１を増大補正し、内部ＥＧＲ量の含むガス量として外部ＥＧＲ量Ｗｍ１を算出させてもよい。
【００４６】
また、外部ＥＧＲ量Ｗｍ１をバルブタイミング（バルブオーバーラップ期間）に応じて補正する代わりに、バルブタイミングの進角に伴う内部ＥＧＲ量の増大に応じて、後述する吸入期間ＴＳ１を増大補正したり、噴射開始時期をより遅い時期に補正したりすることができる。
【００４７】
次のステップＳ２２（流速検出手段）では、前記ステップＳ２と同様にして、吸気行程において第１吸気ポート１１３ａを流れる吸入空気の流速ＡＳを検出する。
そして、ステップＳ２３では、ステップＳ２１で検出した外部ＥＧＲ量Ｗｍ１と、ステップＳ２２で検出した第１吸気ポート１１３ａを流れる吸入空気の流速ＡＳとから、外部ＥＧＲの吸入期間ＴＳ１を算出する。
【００４８】
外部ＥＧＲによって第１吸気ポート１１３ａ内に燃焼ガスを導入する場合、吸気上死点ＴＤＣから吸気下死点ＢＤＣに向けて徐々に第１吸気ポート１１３ａ内の圧力は上昇し、排気管１１１内の圧力と吸気管１０２内の圧力ＰＢとの差圧は徐々に小さくなる。
このため、図１０に示すように、第１吸気弁１０５ａを介して燃焼室１０４内に導入されるガスは、吸気行程の当初は外部ＥＧＲがその殆ど占めるが、その後は、外部ＥＧＲが占める割合が徐々に小さくなり、相対的に新気が占める割合が高くなる。
ここで、外部ＥＧＲの吸入期間ＴＳ１としては、例えば、吸気上死点ＴＤＣから、燃焼室１０４内に導入されるガスのうち外部ＥＧＲが占める割合が減少に転じるまでの期間として算出させる。そして、外部ＥＧＲの吸入期間ＴＳ１を、外部ＥＧＲ量Ｗｍ１が多いほど長く、かつ、吸入空気の流速ＡＳが遅いほど長い期間として算出する。
【００４９】
ステップＳ２４（噴射開始時期設定手段）では、ステップＳ２３で算出した外部ＥＧＲの吸入期間ＴＳ１に基づき、第１燃料噴射弁１０６ａの噴射開始時期を設定する。
ここで、外部ＥＧＲの吸入期間ＴＳ１が長いほど、吸気上死点ＴＤＣからより遅れた時期を、第１燃料噴射弁１０６ａの噴射開始時期に設定する。
【００５０】
このようにして、第１燃料噴射弁１０６ａの噴射開始時期を設定すれば、第１吸気弁１０５ａを介し、外部ＥＧＲガスに続けて新気を燃焼室１０４内に導入させても、外部ＥＧＲガスの燃焼室１０４への導入量が減り始めてから第１燃料噴射弁１０６ａによる燃料噴射を開始させるので、外部ＥＧＲガスに燃料が混じることを抑制し、新気に燃料を混ぜることができる。
従って、第２吸気弁１０５ｂを介して燃焼室１０４に新気が導入されると共に、第１吸気弁１０５ａを介しても新気を燃焼室１０４に導入させて、高いエンジントルクを発生させることができ、また、外部ＥＧＲガスに燃料が混じらないので、ＥＧＲ成層燃焼における成層度を確保して、外部ＥＧＲ量の拡大を図れ、燃費性能を改善でき、更に、新気に均一に燃料を混合させて高い燃焼安定性を実現できる。
【００５１】
また、外部ＥＧＲガス量Ｗｍ１が多いほど外部ＥＧＲの吸入期間ＴＳ１が長くなり、かつ、吸入空気の流速ＡＳが遅いほど外部ＥＧＲの吸入期間ＴＳ１が長くなることに対応して、第１燃料噴射弁１０６ａによる噴射開始時期を可変に設定するので、外部ＥＧＲガス量Ｗｍ１及び／又は吸入空気の流速ＡＳが異なっても、第１燃料噴射弁１０６ａによる噴射開始時期が早過ぎて外部ＥＧＲガスに燃料が混ざってしまうことを抑制でき、かつ、第１燃料噴射弁１０６ａによる噴射開始時期が過剰に遅くなって新気における空燃比のばらつきが発生したりすることを抑制できる。
【００５２】
尚、簡易には、ステップＳ２３において、ステップＳ２１で検出した外部ＥＧＲガス量Ｗｍ１と、ステップＳ２２で検出した第１吸気ポート１１３ａを流れる吸入空気の流速ＡＳとから、第１燃料噴射弁１０６ａによる噴射開始時期を設定させるようにして、外部ＥＧＲの吸入期間ＴＳ１の算出を省略することができる。
また、燃料噴射弁１０６として、第１吸気ポート１１３ａ（第１吸気弁１０５ａ）に向けて燃料を噴射すると共に、第２吸気ポート１１３ｂ（第２吸気弁１０５ｂ）に向けても燃料を噴射する２方向噴射弁を１つ備える場合には、ステップＳ２４で設定した噴射開始時期で燃料噴射を開始させるようにすればよく、上記の２方向噴射弁を各気筒に１つ備えかつ外部ＥＧＲが行われるエンジン１０１にも、上記の噴射開始時期の設定処理を適用できる。
【００５３】
ところで、外部ＥＧＲを行う場合、図１０に示したように、外部ＥＧＲ量は吸気行程中に徐々に低下し、新気が導入されるようになってからも新気と共に外部ＥＧＲガスが、第１吸気弁１０５ａを通過することになる。
従って、第１燃料噴射弁１０６ａから噴射される燃料噴霧の貫徹力が強いと、噴射開始時期を新気の吸引開始後に設定しても、排気還流通路１２２を介して第１吸気ポート１１３ａ内に導入された外部ＥＧＲガスにまで燃料噴霧が到達し、燃料が外部ＥＧＲに混じる可能性が高まってしまう。
【００５４】
そこで、外部ＥＧＲを行うエンジン１０１においては、排気還流通路１２２が合流する箇所よりも手前の第１吸気ポート１１３ａ内に存在している新気に対し、第１燃料噴射弁１０６ａが噴射した燃料が混じるように、換言すれば、第１燃料噴射弁１０６ａの燃料噴霧が、排気還流通路１２２が合流する箇所の下流側まで到達することを抑制できるように、第１燃料噴射弁１０６ａの燃料噴霧の貫徹力を弱くすることが好ましい。
貫徹力を弱くする手段としては、第１燃料噴射弁１０６ａから噴射される燃料噴霧の粒径を小さくする手段の他、図１１に示すように、第１燃料噴射弁１０６ａからの燃料噴射を複数回に分割して行わせることで、１回当たりの噴射時間を短くする手段（分割噴射制御手段）を用いることができる。
【００５５】
第１燃料噴射弁１０６ａによる噴射を複数回に分けて行い、１回当たりの噴射時間を短くすれば、燃料噴霧の貫徹力が弱まり、排気還流通路１２２の合流点以降まで燃料噴霧が到達することを抑制でき、排気還流通路１２２の合流点よりも手前の新気に燃料を混ぜることができ、以って、外部ＥＧＲガスに燃料が混じることを抑制できる。
ここで、燃料噴射の分割回数を多くして、１回当たりの噴射時間をより短くすれば、燃料噴霧の貫徹力が弱くなるが、燃料噴射の分割回数を多くするほど、噴射終了時点から次の噴射を開始するまでの間隔時間の総和が長くなり、同じ燃料噴射量に対して最終的に燃料噴射を終えるまでの時間が長くなる。
【００５６】
従って、吸気弁１０５ａの開弁時間、換言すれば、燃料噴射の可能時間の長短に応じて分割回数を設定することが好ましい。例えば、図１２に示すように、吸気弁１０５ａの開弁時間が長いほど、分割回数を多く設定し、設定した分割回数で、燃料噴射パルス幅ＴＩを除算して、１回当たりの噴射パルス幅を決定し、初回の噴射開始時期を、前述の外部ＥＧＲガス量Ｗｍ１及び吸入空気の流速ＡＳに応じて決定した噴射開始時期として、初回の噴射が終了した一定時間後に２回目の噴射を開始させ、最終的には、設定した分割回数だけ噴射を繰り返すようにする。
吸気弁１０５ａの開弁時間は、吸気弁１０５ａの作動角とそのときのエンジン回転速度ＮＥから求めることができる。
【００５７】
また、第１吸気弁１０５ａを通過して燃焼室１０４内に吸引される外部ＥＧＲガスの量は吸気行程中に徐々に低下するから、吸気行程の後半ほど（吸気下死点ＢＤＣに近づくほど）、燃料噴霧の貫徹力が強くなっても、外部ＥＧＲに対して燃料が混じることを抑制でき、また、分割各回の噴射パルス幅（１回当たりの噴射量）をなるべく大きくすれば、新気吸入中に燃料噴射していない期間が減って、新気に対して燃料を均一に混合させることができる。
そこで、分割噴射においては、各回の噴射パルス幅を均一にするのではなく、図１３に示すように、噴射回数の増加に対して噴射パルス幅（燃料噴射量）を増大変化させることが好ましい。ここで、噴射回数が増える毎に、前回よりも噴射パルス幅を増大させても良いし、例えば、２回目以降の噴射における噴射パルス幅を同じに設定し、係る２回目以降の噴射における噴射パルス幅を、１回目の噴射における噴射パルス幅よりも長くすることができる。
【００５８】
ここで、上記実施形態から把握し得る請求項以外の技術的思想について、以下に効果と共に記載する。
（イ）請求項１〜３のいずれか１つに記載の内燃機関の制御装置において、
前記吸気通路として、気筒毎に第１吸気弁を備えた第１吸気ポートと第２吸気弁を備えた第２吸気ポートとを備え、
前記燃料噴射弁として、前記第１吸気ポート内に燃料を噴射する第１燃料噴射弁と、前記第２吸気ポート内に燃料を噴射する第２燃料噴射弁とを備え、
前記燃焼ガス導入手段が、前記第１吸気弁をピストン上昇中に開弁させる一方、前記第２吸気弁をピストン上死点以降に開弁させることで、燃焼室内の燃焼ガスを前記第１吸気ポート内に導入させ、
前記噴射開始時期設定手段は、前記第１吸気ポート内に導入された燃焼ガスが前記第１吸気弁を介して燃焼室内に導入された後の新気導入開始時期に応じて、前記第１燃料噴射弁の噴射開始時期を設定する内燃機関の制御装置。
【００５９】
係る構成では、第１吸気ポートから、燃焼ガス（内部ＥＧＲガス）の導入に続けて新気を燃焼室内に導入するので、第１吸気ポートと第２吸気ポートとから並行してガスを燃焼室内に導入することができ、燃焼室内におけるスワールの形成を抑制でき、ＥＧＲ成層燃焼を可能にでき、かつ、内部ＥＧＲガスに燃料が混じることを抑制して成層度を向上させることができるので、ＥＧＲ量の増量によって燃費性能を改善できる。
【００６０】
（ロ）請求項３記載の内燃機関の制御装置において、
前記分割噴射制御手段は、噴射回数の増加に対して１回当たりの燃料噴射量を増大させる内燃機関の制御装置。
係る構成では、噴射開始当初の新気比率が小さいときは、噴射量の抑制によって燃料噴霧の貫徹力を弱め、外部ＥＧＲに対して燃料が混じることを抑制し、新気比率の増大に応じて噴射量（噴射パルス幅）を増大させて、新気に対する燃料の混合性を改善して、高い燃焼性を実現できる。
【符号の説明】
【００６１】
１０１…エンジン（内燃機関）、１０５ａ，１０５ｂ…吸気弁、１０６ａ，１０６ｂ…燃料噴射弁、１０７…点火プラグ、１０９…クランクシャフト、１１０ａ，１１０ｂ…排気弁、１１３ａ，１１３ｂ…吸気ポート、１１４ａ，１１４ｂ…可変動弁機構、１１５…点火モジュール、２０１…エンジン制御装置、２０３…クランク角センサ、２０４…カム角センサ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気通路内に燃料を噴射する燃料噴射弁を備えた内燃機関の制御装置であって、
前記吸気通路内に燃焼ガスを導入する燃焼ガス導入手段と、
前記燃焼ガス導入手段によって前記吸気通路内に導入される燃焼ガス量を検出するガス量検出手段と、
前記吸気通路内を流れる吸入空気の流速を検出する流速検出手段と、
前記吸気通路内に導入される燃焼ガス量が多いほど前記燃料噴射弁による噴射開始時期をより遅い時期に設定し、かつ、前記吸入空気の流速が遅いほど前記噴射開始時期をより遅い時期に設定する噴射開始時期設定手段と、
を含む内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記燃焼ガス導入手段が、吸気バルブと排気バルブとのバルブオーバーラップ期間を可変に制御して、前記吸気通路内に導入される燃焼ガス量を制御し、
前記ガス量検出手段が、前記バルブオーバーラップ期間が増加するほど前記吸気通路内に導入される燃焼ガス量をより多く検出することで、前記噴射開始時期設定手段が、前記バルブオーバーラップ期間が増加するほど前記噴射開始時期をより遅い時期に設定する請求項１記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記燃焼ガス導入手段が、前記燃料噴射弁下流側の吸気通路内に排気通路から燃焼ガスを還流させる外部ＥＧＲ手段であって、
前記噴射開始時期設定手段が設定した噴射開始時期での噴射を初回として、前記燃料噴射弁による噴射を複数回に分割して行わせる分割噴射制御手段を設けた請求項１又は２記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１】
吸気通路内に燃料を噴射する燃料噴射弁を備えた内燃機関の制御装置であって、
前記吸気通路内に燃焼ガスを導入する燃焼ガス導入手段と、
前記燃焼ガス導入手段によって前記吸気通路内に導入される燃焼ガス量を検出するガス量検出手段と、
前記吸気通路内を流れる吸入空気の流速を検出する流速検出手段と、
前記吸気通路内に導入される燃焼ガス量が多いほど前記燃料噴射弁による噴射開始時期をより遅い時期に設定し、かつ、前記吸入空気の流速が遅いほど前記噴射開始時期をより遅い時期に設定する噴射開始時期設定手段と、
を含む内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記燃焼ガス導入手段が、吸気バルブと排気バルブとのバルブオーバーラップ期間を可変に制御して、前記吸気通路内に導入される燃焼ガス量を制御し、
前記ガス量検出手段が、前記バルブオーバーラップ期間が増加するほど前記吸気通路内に導入される燃焼ガス量をより多く検出することで、前記噴射開始時期設定手段が、前記バルブオーバーラップ期間が増加するほど前記噴射開始時期をより遅い時期に設定する請求項１記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記燃焼ガス導入手段が、前記燃料噴射弁下流側の吸気通路内に排気通路から燃焼ガスを還流させる外部ＥＧＲ手段であって、
前記噴射開始時期設定手段が設定した噴射開始時期での噴射を初回として、前記燃料噴射弁による噴射を複数回に分割して行わせる分割噴射制御手段を設けた請求項１又は２記載の内燃機関の制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１３−６０８６３（Ｐ２０１３−６０８６３Ａ）
【公開日】平成２５年４月４日（２０１３．４．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１９９３２３（Ｐ２０１１−１９９３２３）
【出願日】平成２３年９月１３日（２０１１．９．１３）
【出願人】（５０９１８６５７９）日立オートモティブシステムズ株式会社 (2,205)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月４日（２０１３．４．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月１３日（２０１１．９．１３）
【出願人】（５０９１８６５７９）日立オートモティブシステムズ株式会社 (2,205)
【Ｆターム（参考）】
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