内燃機関
【課題】冷間時にＰＭ粒子数およびオイル希釈を効果的に低減することが可能な内燃機関を提供することを目的とする。
【解決手段】ＥＣＵ５１は、水温が閾値以下の場合に、冷間ＰＭ粒子数抑制制御を実行して燃料噴射時期を制限し、かかる冷間ＰＭ粒子数抑制制御では、水温、および水温と油温との差分に基づいて、その進角限界噴射時期Ｔ１を決定すると共に、始動時の水温に基づいてその遅角限界噴射時期Ｔ１（第１の遅角限界噴射時期）を算出し、また、油温に基づいてその遅角限界噴射時期Ｔ２（第２の遅角限界噴射時期）を算出し、いずれか遅い時期を遅角限界噴射時期に決定する。
【解決手段】ＥＣＵ５１は、水温が閾値以下の場合に、冷間ＰＭ粒子数抑制制御を実行して燃料噴射時期を制限し、かかる冷間ＰＭ粒子数抑制制御では、水温、および水温と油温との差分に基づいて、その進角限界噴射時期Ｔ１を決定すると共に、始動時の水温に基づいてその遅角限界噴射時期Ｔ１（第１の遅角限界噴射時期）を算出し、また、油温に基づいてその遅角限界噴射時期Ｔ２（第２の遅角限界噴射時期）を算出し、いずれか遅い時期を遅角限界噴射時期に決定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関に関し、特に、燃焼室に直接燃料を噴射する筒内直接噴射式の内燃機関に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、吸気行程または圧縮行程において燃焼室内に燃料噴霧を直接噴射して、点火プラグにより燃料噴霧と空気との混合気に火花点火する筒内噴射式内燃機関が知られている（例えば、特許文献１参照）。かかる筒内噴射式内燃機関は、吸気通路に燃料噴霧を噴射する内燃機関に比べて、噴射される燃料噴霧がシリンダ内壁に付着しやすいという特徴がある。このため、機関温度が低い冷機状態では、シリンダ内壁に付着した燃料噴霧（以下「付着燃料」という）の気化が促進されず、点火時期になっても付着燃料が残っているおそれがある。この場合には、付着燃料が燃焼されることなく大気中に排出されたり、或いは、付着燃料がオイルに混入してオイル希釈を起こすおそれがあった。燃料噴射時期を抑制することでオイル希釈を抑制することが可能であるが、燃料噴射時期を吸気行程初期とした場合、ピストン頂面に燃料が付着するため、ＰＭ発生の原因となるという問題がある。
【０００３】
エンジン水温に基づいて燃料噴射時期の進角量を抑制することにより、主に、ピストン頂面と噴霧との干渉によるＰＭ粒子数は低減されるが、オイル希釈抑制の点からは、できるだけ噴射時期は進角したい。しかしながら、冷間時には、吸気バルブとの干渉によってもＰＭ粒子数が発生することが知られているため、吸気バルブとの干渉も抑制する必要がある。
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−２０９７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、冷間時にＰＭ粒子数およびオイル希釈を効果的に低減することが可能な内燃機関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】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、燃料噴射装置により直接筒内に燃料を噴射する内燃機関において、エンジン水温を検出する水温検出手段と、エンジンオイルの油温を検出する油温検出手段と、前記検出されたエンジン水温が閾値以下の場合に、前記燃料噴射装置の燃料噴射時期を制限し、前記検出されたエンジン水温、および前記検出されたエンジン水温と前記検出された油温との差分に基づいて、前記燃料噴射装置の進角限界噴射時期を決定する制御手段と、を備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明に係る内燃機関によれば、燃料噴射装置により直接筒内に燃料を噴射する内燃機関において、エンジン水温を検出する水温検出手段と、エンジンオイルの油温を検出する油温検出手段と、前記検出されたエンジン水温が閾値以下の場合に、前記燃料噴射装置の燃料噴射時期を制限し、前記検出されたエンジン水温、および前記検出されたエンジン水温と前記検出された油温との差分に基づいて、前記燃料噴射装置の進角限界噴射時期を決定する制御手段と、を備えているので、冷間時にＰＭ粒子数およびオイル希釈を効果的に低減することが可能な内燃機関を提供することが可能になるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下に、本発明に係る内燃機関の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、或いは実質的に同一のものが含まれる。
【実施例】
【０００９】
図１は、本発明の実施例に係るエンジンを表す概略構成図である。本実施例に係る内燃機関としてのエンジン１０は、図１に示すように、乗用車、トラックなどの車両に搭載され、後述するインジェクタ４１によって燃料噴霧を燃焼室１８に直接噴射する多気筒筒内噴射式のエンジンであり、シリンダボア１３内に往復運動可能に設けられるピストン１４が２往復する間に、吸気行程、圧縮行程、膨張行程及び排気行程からなる一連の４行程を行う、いわゆる４サイクルエンジンである。
【００１０】
このエンジン１０は、多気筒筒内噴射式であって、シリンダブロック１１上にシリンダヘッド１２が締結されており、このシリンダブロック１１に形成された複数のシリンダボア１３にピストン１４がそれぞれ上下移動自在に嵌合している。そして、シリンダブロック１１の下部にクランクケース１５が締結され、このクランクケース１５内にクランクシャフト１６が回転自在に支持されており、各ピストン１４はコネクティングロッド１７を介してこのクランクシャフト１６にそれぞれ連結されている。なお、このクランクケース１５の底部には、エンジン１０の各部に供給されるエンジンオイルが貯留されるオイルパン６２が設けられている。オイルパン６２には、エンジンオイルの油温を検出する油温センサ６３が設けられており、検出した油温をＥＣＵ５１に出力している。なお、ここでは、油温を油温センサ６３で検出することにしているが、エンジン冷却水温や運転状態等に基づいて推定することにしてもよい。
【００１１】
燃焼室１８は、シリンダブロック１１におけるシリンダボア１３の壁面とシリンダヘッド１２の下面としての筒内天井部とピストン１４の頂面により構成されており、この燃焼室１８は、上部、すなわち、シリンダヘッド１２の下面としての筒内天井部の中央部が高くなるように傾斜したペントルーフ形状をなしている。燃焼室１８は、燃料と空気との混合気が燃焼可能であり、この燃焼室１８の上部である筒内天井部に吸気ポート１９及び排気ポート２０が対向して形成されており、この吸気ポート１９及び排気ポート２０に対して吸気バルブ２１及び排気バルブ２２の下端部がそれぞれ位置している。この吸気バルブ２１及び排気バルブ２２は、シリンダヘッド１２に軸方向に沿って移動自在に支持されると共に、吸気ポート１９及び排気ポート２０を閉止する方向（図１にて上方）に付勢支持されている。また、シリンダヘッド１２には、吸気カムシャフト２３及び排気カムシャフト２４が回転自在に支持されており、吸気カム２５及び排気カム２６が吸気バルブ２１及び排気バルブ２２の上端部に接触している。
【００１２】
なお、図示しないが、クランクシャフト１６に固結されたクランクシャフトスプロケットと、吸気カムシャフト２３及び排気カムシャフト２４にそれぞれ固結された各カムシャフトスプロケットとは、無端のタイミングチェーンが掛け回されており、クランクシャフト１６と吸気カムシャフト２３と排気カムシャフト２４が連動可能となっている。
【００１３】
したがって、クランクシャフト１６に同期して吸気カムシャフト２３及び排気カムシャフト２４が回転すると、吸気カム２５及び排気カム２６が吸気バルブ２１及び排気バルブ２２を所定のタイミングで上下移動することで、吸気ポート１９及び排気ポート２０を開閉し、吸気ポート１９と燃焼室１８、燃焼室１８と排気ポート２０とをそれぞれ連通することができる。この場合、この吸気カムシャフト２３及び排気カムシャフト２４は、クランクシャフト１６が２回転（７２０度）する間に１回転（３６０度）するように設定されている。そのため、エンジン１０は、クランクシャフト１６が２回転する間に、吸気行程、圧縮行程、膨張行程、排気行程の４行程を実行することとなり、このとき、吸気カムシャフト２３及び排気カムシャフト２４が１回転することとなる。
【００１４】
また、このエンジン１０の動弁機構は、運転状態に応じて吸気バルブ２１及び排気バルブ２２を最適な開閉タイミングに制御する吸気・排気可変動弁機構（ＶＶＴ：Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｖａｌｖｅ Ｔｉｍｉｎｇ-ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ）２７，２８となっている。この可変動弁手段としての吸気・排気可変動弁機構２７，２８は、吸気カムシャフト２３及び排気カムシャフト２４の軸端部にＶＶＴコントローラ２９，３０が設けられて構成され、オイルコントロールバルブ３１，３２からの油圧をこのＶＶＴコントローラ２９，３０の図示しない進角室及び遅角室に作用させることによりカムスプロケットに対するカムシャフト２３，２４の位相を変更し、吸気バルブ２１及び排気バルブ２２の開閉時期を進角又は遅角することができるものである。この場合、吸気・排気可変動弁機構２７，２８は、吸気バルブ２１及び排気バルブ２２の作用角（開放期間）を一定としてその開閉時期を進角又は遅角する。また、吸気カムシャフト２３及び排気カムシャフト２４には、その回転位相を検出するカムポジションセンサ３３，３４が設けられている。
【００１５】
吸気ポート１９には、吸気マニホールド３５を介してサージタンク３６が連結され、このサージタンク３６に吸気管３７が連結されており、この吸気管３７の空気取入口にはエアクリーナ３８が取付けられている。そして、このエアクリーナ３８の空気流動方向下流側にスロットルバルブ３９を有する負荷調節手段としての電子スロットル装置４０が設けられている。また、シリンダヘッド１２には、燃焼室１８に直接燃料を噴射する燃料噴射手段としてのインジェクタ（燃料噴射弁）４１が装着されている。このインジェクタ４１は、吸気ポート１９側に位置して上下方向に所定角度傾斜して配置されている。このインジェクタ４１は、燃焼室１８に生成される吸気流動に燃料が乗るようにピストン１４の頂面に向かって燃料を噴射可能である。各気筒に装着されるインジェクタ４１は、デリバリパイプ４２に連結され、このデリバリパイプ４２には、高圧燃料供給管４３を介して高圧燃料ポンプ（燃料ポンプ）４４が連結されている。更に、シリンダヘッド１２には、燃焼室１８の上方に位置して混合気に着火する点火プラグ４５が装着されている。
【００１６】
一方、排気ポート２０には、排気マニホールド４６を介して排気管４７が連結されており、この排気管４７には排気ガス中に含まれるＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘなどの有害物質を浄化処理する三元触媒４８，４９が装着されている。また、エンジン１０には、クランキングを行うスタータモータ５０が設けられており、エンジン始動時に図示しないピニオンギヤがリングギヤと噛み合った後、回転力がピニオンギヤからリングギヤへと伝わり、クランクシャフト１６を回転することができる。
【００１７】
ところで、車両にはマイクロコンピュータを中心として構成されエンジン１０の各部を制御可能な電子制御ユニット（ＥＣＵ）５１が搭載されており、このＥＣＵ５１は、インジェクタ４１や点火プラグ４５などを制御可能となっている。すなわち、吸気管３７の空気流動方向上流側にはエアフローセンサ５２及び吸気温センサ５３が装着され、また、サージタンク３６には吸気圧センサ５４が設けられており、計測した吸入空気量、吸気温度、吸気圧（吸気管負圧）をＥＣＵ５１に出力している。また、電子スロットル装置４０にはスロットルポジションセンサ５５が装着されており、現在のスロットル開度をＥＣＵ５１に出力している。ここで、ＥＣＵ５１は、検出されたスロットル開度や吸入空気量に基づいて内燃機関負荷としてのエンジン負荷（負荷率）を算出することができる。アクセルポジションセンサ５６は、現在のアクセル開度をＥＣＵ５１に出力している。更に、エンジン１０のクランク角度を検出するクランク角度検出手段としてのクランク角センサ５７は、検出した各気筒のクランク角度をＥＣＵ５１に出力し、このＥＣＵ５１は検出したクランク角度に基づいて各気筒における吸気行程、圧縮行程、膨張行程、排気行程を判別すると共に、エンジン回転数を算出している。なおここで、エンジン回転数は、言い換えれば、クランクシャフト１６の回転速度に対応し、このクランクシャフト１６の回転速度が高くなれば、クランクシャフト１６の回転数、すなわち、エンジン１０のエンジン回転数も高くなる。
【００１８】
また、シリンダブロック１１にはエンジン冷却水温を検出する水温センサ５８が設けられており、検出したエンジン冷却水温（以下、「エンジン水温」または「水温」と称する）をＥＣＵ５１に出力している。また、各インジェクタ４１に連通するデリバリパイプ４２には燃料圧力を検出する燃圧センサ５９が設けられており、検出した燃料圧力をＥＣＵ５１に出力している。一方、排気管４７には、三元触媒４８の排気ガス流動方向上流側にエンジン１０の空燃比を検出するＡ／Ｆセンサ６０、排気ガス流動方向下流側に酸素センサ６１が設けられている。Ａ／Ｆセンサ６０は、三元触媒４８に導入される前の排気ガスの排気ガス空燃比を検出し、検出した空燃比をＥＣＵ５１に出力し、酸素センサ６１は、三元触媒４８から排出された後の排気ガスの酸素濃度を検出し、検出した酸素濃度をＥＣＵ５１に出力している。このＡ／Ｆセンサ６０により検出された空燃比（推定空燃比）は、吸入空気と燃料とからなる混合ガスの空燃比（理論空燃比）をフィードバック制御するために用いられる。すなわち、Ａ／Ｆセンサ６０は、排気ガス中の酸素濃度と未燃ガス濃度から排気空燃比をリッチ域からリーン域までの全域にわたり検出し、これをＥＣＵ５１にフィードバックすることにより燃料噴射量を補正し、燃焼を運転状態に合わせた最適な燃焼状態に制御可能となる。
【００１９】
したがって、ＥＣＵ５１は、検出した燃料圧力に基づいてこの燃料圧力が所定圧力となるように高圧燃料ポンプ４４を駆動すると共に、検出した吸入空気量、吸気温度、吸気圧、スロットル開度、アクセル開度、エンジン回転数、水温などのエンジン運転状態に基づいて燃料噴射量（燃料噴射期間）、噴射時期、点火時期などを決定し、インジェクタ４１及び点火プラグ４５を駆動して燃料噴射及び点火を実行する。また、ＥＣＵ５１は、検出した排気ガスの酸素濃度をフィードバックして空燃比がストイキ（理論空燃比）となるように燃料噴射量を補正している。
【００２０】
また、ＥＣＵ５１は、エンジン運転状態に基づいて吸気・排気可変動弁機構２７，２８を制御可能となっている。即ち、低温時、エンジン始動時、アイドル運転時や軽負荷時には、排気バルブ２２の閉止時期と吸気バルブ２１の開放時期のオーバーラップをなくすことで、排気ガスが吸気ポート１９又は燃焼室１８に吹き返す量を少なくし、燃焼安定及び燃費向上を可能とする。また、中負荷時には、このオーバーラップを大きくすることで、内部ＥＧＲ率を高めて排ガス浄化効率を向上させると共に、ポンピングロスを低減して燃費向上を可能とする。更に、高負荷低中回転時には、吸気バルブ２１の閉止時期を進角することで、吸気が吸気ポート１９に吹き返す量を少なくし、体積効率を向上させる。そして、高負荷高回転時には、吸気バルブ２１の閉止時期を回転数にあわせて遅角することで、吸入空気の慣性力に合わせたタイミングとし、体積効率を向上させる。
【００２１】
さらに、本実施例では、ＥＣＵ５１は、冷間時のＰＭ粒子数およびオイル希釈を効果的に低減するために、水温が閾値以下の場合に、冷間ＰＭ粒子数抑制制御を実行する。かかる冷間ＰＭ粒子数抑制制御では、インジェクタ４１の燃料噴射時期を制限し、水温、および水温と油温との差分に基づいて、その進角限界噴射時期Ｔ３を決定する。また、エンジン始動時の水温に基づいてその遅角限界噴射時期Ｔ１（第１の遅角限界噴射時期）を算出し、また、油温に基づいてその遅角限界噴射時期Ｔ２（第２の遅角限界噴射時期）を算出し、いずれか遅い時期を遅角限界噴射時期に決定している。
【００２２】
上記のように構成されるエンジン１０では、ピストン１４がシリンダボア１３内を下降することで、吸気ポート１９を介して燃焼室１８内に空気が吸入され（吸気行程）、このピストン１４が吸気行程下死点を経てシリンダボア１３内を上昇することで空気が圧縮される（圧縮行程）。このとき、吸気行程又は圧縮行程にてインジェクタ４１から燃焼室１８内へ燃料が噴射され、この燃料と空気とが混合して混合気を形成する。そして、ピストン１４が圧縮行程上死点付近に近づくと点火プラグ４５により混合気に点火され、該混合気が燃焼し、その燃焼圧力によりピストン１４を下降させる（膨張行程）。燃焼後の混合気は、ピストン１４が膨張行程下死点を経て吸気行程上死点に向かって再び上昇することで排気ポート２０を介して排気ガスとして放出される（排気行程）。このピストン１４のシリンダボア１３内での往復運動は、コネクティングロッド１７を介してクランクシャフト１６に伝えられ、ここで回転運動に変換され、出力として取り出されると共に、このピストン１４は、カウンタウェイトと共にクランクシャフト１６が慣性力によりさらに回転することで、このクランクシャフト１６の回転に伴ってシリンダボア１３内を往復する。このクランクシャフト１６が２回転することで、ピストン１４はシリンダボア１３を２往復し、この間に吸気行程、圧縮行程、膨張行程及び排気行程からなる一連の４行程を行い、燃焼室１８内で１回の爆発が行われる。
【００２３】
次に、図２〜図１５を参照して、上記ＥＣＵ５１によるエンジン１０の冷間始動時のＰＭ粒子数抑制制御を詳細に説明する。図２は、エンジン始動後の各部温度（吸気バルブ温度、油温、水温）の挙動Ａ（水温と油温との差が大きい場合）を示す図である。同図において、横軸はエンジン始動後時間（分）、縦軸は温度（℃）を示している。従来より、ＰＭ粒子数は冷間時の吸気バルブ２１との干渉により増加することが知られているが、実際の車両においては、冷間時の吸気バルブ２１との干渉によるＰＭ粒子数が問題となるのは、図２に示す吸気バルブ温度が急激に上昇する領域Ｉである。
【００２４】
図３は、図２の領域ＩでのＰＭ粒子数噴射時期感度を示す図である。図４は、図２の領域ＩＩでのＰＭ粒子数噴射時期感度を示す図である。図３および図４において、横軸は噴射時期、縦軸はＰＭ粒子数を示している。図３において、領域Ｉでは、吸気バルブ２１との干渉割合により噴射時期の遅角限界を算出することで吸気バルブ２１からのＰＭ粒子数の影響を減少させることが可能となる。また、この遅角限界は、始動時の水温から算出される積算噴射量（積算噴射規定量Ｑｍ）によって決定可能である。
【００２５】
図５は、エンジン始動後の各部温度（吸気バルブ温度、油温、水温）の挙動Ｂ（水温と油温との差が小さい場合）を示す図である。同図において、横軸はエンジン始動後時間（分）、縦軸は温度（℃）を示している。
【００２６】
図６は、領域ＩＩでの同一水温でのＰＭ粒子数噴射時期感度を示す図である。同図において、横軸は噴射時期、縦軸はＰＭ粒子数を示している。図６に示すように、水温が低く、水温と油温との差が大きいほどピストン１４との干渉によるＰＭ粒子数は急激に増加する。このため、実際の車両においては、燃料の積算噴射量以上の場合、ＰＭ粒子数はピストン１４からの排出が支配的となる。水温が低く油温との差が大きいほど、進角限界噴射時期を遅角することでＰＭ粒子数を抑制する噴射時期を設定可能となる。
【００２７】
本実施例では、後述するように、各部温度（例えば、吸気バルブ温度やピストン温度）を直接計測することなく、油温および水温と、エンジン始動からの燃料の積算噴射量とだけにより簡便に、ＰＭ粒子数とオイル希釈の低減が可能となり、併せてスモークも低減可能となる。
【００２８】
図７は、上記ＥＣＵ５１によるエンジン１０の冷間時の制御を説明するためのフローチャート、図８は、図７の冷間ＰＭ粒子数抑制制御を説明するためのフローチャートである。
【００２９】
図７において、まず、ＥＣＵ５１は、水温Ｔｗ≦閾値Ｔｔｈであるか否かを判断し（ステップＳ１）、水温Ｔｗ≦閾値Ｔｔｈである場合には（ステップＳ１の「Ｙｅｓ」）、冷間ＰＭ粒子数抑制制御を実行する一方（ステップＳ２）、水温Ｔｗ≦閾値Ｔｔｈでない場合には（ステップＳ１の「Ｎｏ」）、通常噴射時期制御を実行する（ステップＳ３）。
【００３０】
つぎに、上記ステップＳ２の冷間ＰＭ粒子数抑制制御を図８を参照して説明する。同図において、まず、ＥＣＵ５１は、始動時水温・積算噴射量規定値Ｑｍマップを参照して、エンジン始動時水温に基づいて積算噴射量規定値Ｑｍを算出する（ステップＳ１０）。
【００３１】
図９は、始動時水温・積算噴射量規定値Ｑｍマップの一例を示す図である。同図に示すように、始動時水温・積算噴射量規定値Ｑｍマップは、エンジン始動時水温を変数として、実験またはシミュレーションで算出した積算噴射量規定値Ｑｍが登録されている。エンジン始動時水温が低いほど吸気バルブ温度が上がるのに積算噴射量が多く必要であるため、積算噴射量規定値Ｑｍを増加させている。この始動時水温・積算噴射量規定値Ｑｍマップは、ＥＣＵ５１のメモリに記憶されている。ＥＣＵ５１は、検出したエンジン始動時水温に対応する始動時水温・積算噴射量規定値Ｑｍマップの積算噴射量規定値Ｑｍを算出する。
【００３２】
つぎに、ＥＣＵ５１は、エンジン始動からの積算噴射量Ｑ≦算出した積算噴射量規定値Ｑｍであるか否かを判断する（ステップＳ１１）。エンジン始動からの積算噴射量Ｑ≦算出した積算噴射量規定値Ｑｍでない場合には（ステップＳ１１「Ｎｏ」）、ステップＳ１３に移行する。他方、ＥＣＵ５１は、エンジン始動からの積算噴射量Ｑ≦算出した積算噴射量規定値Ｑｍである場合には（ステップＳ１１の「Ｙｅｓ」）、進角量マップを参照して、吸気バルブ最大バルブリフト量からの進角量を算出した後（ステップＳ１２）、ステップＳ１３に移行する。
【００３３】
図１０は、進角量マップの一例を示す図である。進角量マップは、同図に示すように、積算噴射量Ｑ／積算噴射量規定値Ｑｍ（積算噴射量Ｑを積算噴射量規定値Ｑｍで除算した値）を変数として、実験またはシミュレーションで算出した好適な吸気バルブ最大バルブリフト時からの進角量が登録されている。積算噴射量Ｑ／積算噴射量規定値Ｑｍが小さいほど、吸気バルブ２１の温度が低いため、吸気バルブ最大リフトタイミングからの進角量を増加させる。この進角量マップは、ＥＣＵ５１のメモリに記憶されている。ＥＣＵ５１は、算出した積算噴射量Ｑ／積算噴射量規定値Ｑｍに対応する進角量マップの吸気バルブ最大バルブリフト時からの進角量を算出する。
【００３４】
ステップＳ１３では、ＥＣＵ５１は、遅角限界噴射時期Ｔ１を算出する。エンジン始動からの積算噴射量Ｑ≦算出した積算噴射量規定値Ｑｍである場合には、遅角限界噴射時期Ｔ１＝ステップＳ１２で算出した吸気バルブ最大バルブリフトタイミングからの進角量とする。エンジン始動からの積算噴射量Ｑ≦算出した積算噴射量規定値Ｑｍでない場合には、遅角限界噴射時期Ｔ１＝初期値とする。この場合の遅角限界噴射時期Ｔ１の初期値＜遅角限界噴射時期Ｔ２とする。
【００３５】
つぎに、ＥＣＵ５１は、遅角限界噴射時期Ｔ２マップを参照して、遅角限界噴射時期Ｔ２を算出する（ステップＳ１４）。図１１は、遅角限界噴射時期Ｔ２マップの一例を示す図である。遅角限界噴射時期Ｔ２マップは、図１１に示すように、油温を変数として、遅角限界噴射時期Ｔ２が登録されている。ＥＣＵ５１は、現在の油温に対応する遅角限界噴射時期Ｔ２マップの遅角限界噴射時期Ｔ２を算出する。
【００３６】
ＥＣＵ５１は、進角限界噴射時期Ｔ３マップを参照して、進角限界噴射時期Ｔ３を算出する（ステップＳ１５）。図１２は、進角限界噴射時期Ｔ３マップの一例を示す図である。進角限界噴射時期Ｔ３マップは、図１２に示すように、水温と水温−油温（水温と油温の差分）とを変数として、実験またはシミュレーションで算出した好適な進角限界噴射時期Ｔ３が段階的に登録されている。水温が低いほど、また、水温−油温が大きいほど遅角させる。進角限界噴射時期Ｔ３マップはＥＣＵ５１のメモリに記憶されている。ＥＣＵ５１は、現在の水温および水温−油温に対応する進角限界噴射時期Ｔ３マップの進角限界噴射時期Ｔ３を算出する。
【００３７】
つぎに、ＥＣＵ５１は、遅角限界噴射時期Ｔ１＜遅角限界噴射時期Ｔ２であるか否かを判定する（ステップＳ１６）。ＥＣＵ５１は、遅角限界噴射時期Ｔ１＜遅角限界噴射時期Ｔ２である場合には（ステップＳ１６の「Ｙｅｓ」）、進角限界噴射時期Ｔ３＜噴射時期＜遅角限界噴射時期Ｔ２の範囲で燃料噴射を行う（ステップＳ１７）。他方、ＥＣＵ５１は、遅角限界噴射時期Ｔ１＜遅角限界噴射時期Ｔ２でない場合には（ステップＳ１６の「Ｎｏ」）、進角限界噴射時期Ｔ３＜噴射時期＜遅角限界噴射時期Ｔ１の範囲で燃料噴射を行う（ステップＳ１８）。
【００３８】
図１３〜図１５は、本実施例による燃料噴射時期を説明するための図であり、図１３は、図２の領域ＩでのＰＭ粒子数噴射時期感度を示す図、図１４は、図２の領域ＩＩでのＰＭ粒子数噴射時期感度を示す図、図１５は図２の領域ＩＩでの同一水温でのＰＭ粒子数噴射時期感度を示す図であり、矢印は本実施例による燃料噴射時期を示している。図１３〜図１５に示すように、ＰＭ粒子数が最も少ない領域で燃料を噴射することができ、いたずらに噴射時期を遅角することによるオイル希釈の悪化や吸気バルブ２１との干渉によるＰＭ粒子数の増加を抑制することができる。
【００３９】
以上説明したように、本実施例によれば、ＥＣＵ５１は、水温が閾値以下の場合に、冷間ＰＭ粒子数抑制制御を実行して燃料噴射時期を制限し、かかる冷間ＰＭ粒子数抑制制御では、水温、および水温と油温との差分に基づいて、その進角限界噴射時期Ｔ１を決定すると共に、始動時の水温に基づいてその遅角限界噴射時期Ｔ１（第１の遅角限界噴射時期）を算出し、また、油温に基づいてその遅角限界噴射時期Ｔ２（第２の遅角限界噴射時期）を算出し、いずれか遅い時期を遅角限界噴射時期に決定しているので、冷間時にＰＭ粒子数およびオイル希釈を効果的に低減することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
以上のように、本発明に係る内燃機関は、燃焼室に直接燃料を噴射する種々の筒内直接噴射式内燃機関に用いて好適である。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の実施例に係るエンジンを表す概略構成図である。
【図２】エンジン始動後の各部温度（吸気バルブ温度、油温、水温）の挙動Ａ（水温と油温との差が大きい場合）を示す図である。
【図３】図２の領域ＩでのＰＭ粒子数噴射時期感度を示す図である。
【図４】図２の領域ＩＩでのＰＭ粒子数噴射時期感度を示す図である。
【図５】エンジン始動後の各部温度（吸気バルブ温度、油温、水温）の挙動Ｂ（水温と油温との差が小さい場合）を示す図である。
【図６】領域ＩＩでの同一水温でのＰＭ粒子数噴射時期感度を示す図である。
【図７】ＥＣＵ５１によるエンジン１０の冷間時の制御を説明するためのフローチャートである。
【図８】図７の冷間ＰＭ粒子数抑制制御を説明するためのフローチャートである。
【図９】始動時水温・積算噴射量規定値Ｑｍマップの一例を示す図である。
【図１０】進角量マップの一例を示す図である。
【図１１】遅角限界噴射時期Ｔ２マップの一例を示す図である。
【図１２】進角限界噴射時期Ｔ３マップの一例を示す図である。
【図１３】本実施例による燃料噴射時期を説明するための図である。
【図１４】本実施例による燃料噴射時期を説明するための図である。
【図１５】本実施例による燃料噴射時期を説明するための図である。
【符号の説明】
【００４２】
１０ エンジン（内燃機関）
１３ シリンダボア
１４ ピストン
１８ 燃焼室
２１ 吸気バルブ
２２ 排気バルブ
４１ インジェクタ
５１ ＥＣＵ（制御手段）
５８ 水温センサ（水温検出手段）
６２ 油温センサ（油温検出手段）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関に関し、特に、燃焼室に直接燃料を噴射する筒内直接噴射式の内燃機関に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、吸気行程または圧縮行程において燃焼室内に燃料噴霧を直接噴射して、点火プラグにより燃料噴霧と空気との混合気に火花点火する筒内噴射式内燃機関が知られている（例えば、特許文献１参照）。かかる筒内噴射式内燃機関は、吸気通路に燃料噴霧を噴射する内燃機関に比べて、噴射される燃料噴霧がシリンダ内壁に付着しやすいという特徴がある。このため、機関温度が低い冷機状態では、シリンダ内壁に付着した燃料噴霧（以下「付着燃料」という）の気化が促進されず、点火時期になっても付着燃料が残っているおそれがある。この場合には、付着燃料が燃焼されることなく大気中に排出されたり、或いは、付着燃料がオイルに混入してオイル希釈を起こすおそれがあった。燃料噴射時期を抑制することでオイル希釈を抑制することが可能であるが、燃料噴射時期を吸気行程初期とした場合、ピストン頂面に燃料が付着するため、ＰＭ発生の原因となるという問題がある。
【０００３】
エンジン水温に基づいて燃料噴射時期の進角量を抑制することにより、主に、ピストン頂面と噴霧との干渉によるＰＭ粒子数は低減されるが、オイル希釈抑制の点からは、できるだけ噴射時期は進角したい。しかしながら、冷間時には、吸気バルブとの干渉によってもＰＭ粒子数が発生することが知られているため、吸気バルブとの干渉も抑制する必要がある。
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−２０９７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、冷間時にＰＭ粒子数およびオイル希釈を効果的に低減することが可能な内燃機関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】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、燃料噴射装置により直接筒内に燃料を噴射する内燃機関において、エンジン水温を検出する水温検出手段と、エンジンオイルの油温を検出する油温検出手段と、前記検出されたエンジン水温が閾値以下の場合に、前記燃料噴射装置の燃料噴射時期を制限し、前記検出されたエンジン水温、および前記検出されたエンジン水温と前記検出された油温との差分に基づいて、前記燃料噴射装置の進角限界噴射時期を決定する制御手段と、を備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明に係る内燃機関によれば、燃料噴射装置により直接筒内に燃料を噴射する内燃機関において、エンジン水温を検出する水温検出手段と、エンジンオイルの油温を検出する油温検出手段と、前記検出されたエンジン水温が閾値以下の場合に、前記燃料噴射装置の燃料噴射時期を制限し、前記検出されたエンジン水温、および前記検出されたエンジン水温と前記検出された油温との差分に基づいて、前記燃料噴射装置の進角限界噴射時期を決定する制御手段と、を備えているので、冷間時にＰＭ粒子数およびオイル希釈を効果的に低減することが可能な内燃機関を提供することが可能になるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下に、本発明に係る内燃機関の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、或いは実質的に同一のものが含まれる。
【実施例】
【０００９】
図１は、本発明の実施例に係るエンジンを表す概略構成図である。本実施例に係る内燃機関としてのエンジン１０は、図１に示すように、乗用車、トラックなどの車両に搭載され、後述するインジェクタ４１によって燃料噴霧を燃焼室１８に直接噴射する多気筒筒内噴射式のエンジンであり、シリンダボア１３内に往復運動可能に設けられるピストン１４が２往復する間に、吸気行程、圧縮行程、膨張行程及び排気行程からなる一連の４行程を行う、いわゆる４サイクルエンジンである。
【００１０】
このエンジン１０は、多気筒筒内噴射式であって、シリンダブロック１１上にシリンダヘッド１２が締結されており、このシリンダブロック１１に形成された複数のシリンダボア１３にピストン１４がそれぞれ上下移動自在に嵌合している。そして、シリンダブロック１１の下部にクランクケース１５が締結され、このクランクケース１５内にクランクシャフト１６が回転自在に支持されており、各ピストン１４はコネクティングロッド１７を介してこのクランクシャフト１６にそれぞれ連結されている。なお、このクランクケース１５の底部には、エンジン１０の各部に供給されるエンジンオイルが貯留されるオイルパン６２が設けられている。オイルパン６２には、エンジンオイルの油温を検出する油温センサ６３が設けられており、検出した油温をＥＣＵ５１に出力している。なお、ここでは、油温を油温センサ６３で検出することにしているが、エンジン冷却水温や運転状態等に基づいて推定することにしてもよい。
【００１１】
燃焼室１８は、シリンダブロック１１におけるシリンダボア１３の壁面とシリンダヘッド１２の下面としての筒内天井部とピストン１４の頂面により構成されており、この燃焼室１８は、上部、すなわち、シリンダヘッド１２の下面としての筒内天井部の中央部が高くなるように傾斜したペントルーフ形状をなしている。燃焼室１８は、燃料と空気との混合気が燃焼可能であり、この燃焼室１８の上部である筒内天井部に吸気ポート１９及び排気ポート２０が対向して形成されており、この吸気ポート１９及び排気ポート２０に対して吸気バルブ２１及び排気バルブ２２の下端部がそれぞれ位置している。この吸気バルブ２１及び排気バルブ２２は、シリンダヘッド１２に軸方向に沿って移動自在に支持されると共に、吸気ポート１９及び排気ポート２０を閉止する方向（図１にて上方）に付勢支持されている。また、シリンダヘッド１２には、吸気カムシャフト２３及び排気カムシャフト２４が回転自在に支持されており、吸気カム２５及び排気カム２６が吸気バルブ２１及び排気バルブ２２の上端部に接触している。
【００１２】
なお、図示しないが、クランクシャフト１６に固結されたクランクシャフトスプロケットと、吸気カムシャフト２３及び排気カムシャフト２４にそれぞれ固結された各カムシャフトスプロケットとは、無端のタイミングチェーンが掛け回されており、クランクシャフト１６と吸気カムシャフト２３と排気カムシャフト２４が連動可能となっている。
【００１３】
したがって、クランクシャフト１６に同期して吸気カムシャフト２３及び排気カムシャフト２４が回転すると、吸気カム２５及び排気カム２６が吸気バルブ２１及び排気バルブ２２を所定のタイミングで上下移動することで、吸気ポート１９及び排気ポート２０を開閉し、吸気ポート１９と燃焼室１８、燃焼室１８と排気ポート２０とをそれぞれ連通することができる。この場合、この吸気カムシャフト２３及び排気カムシャフト２４は、クランクシャフト１６が２回転（７２０度）する間に１回転（３６０度）するように設定されている。そのため、エンジン１０は、クランクシャフト１６が２回転する間に、吸気行程、圧縮行程、膨張行程、排気行程の４行程を実行することとなり、このとき、吸気カムシャフト２３及び排気カムシャフト２４が１回転することとなる。
【００１４】
また、このエンジン１０の動弁機構は、運転状態に応じて吸気バルブ２１及び排気バルブ２２を最適な開閉タイミングに制御する吸気・排気可変動弁機構（ＶＶＴ：Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｖａｌｖｅ Ｔｉｍｉｎｇ-ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ）２７，２８となっている。この可変動弁手段としての吸気・排気可変動弁機構２７，２８は、吸気カムシャフト２３及び排気カムシャフト２４の軸端部にＶＶＴコントローラ２９，３０が設けられて構成され、オイルコントロールバルブ３１，３２からの油圧をこのＶＶＴコントローラ２９，３０の図示しない進角室及び遅角室に作用させることによりカムスプロケットに対するカムシャフト２３，２４の位相を変更し、吸気バルブ２１及び排気バルブ２２の開閉時期を進角又は遅角することができるものである。この場合、吸気・排気可変動弁機構２７，２８は、吸気バルブ２１及び排気バルブ２２の作用角（開放期間）を一定としてその開閉時期を進角又は遅角する。また、吸気カムシャフト２３及び排気カムシャフト２４には、その回転位相を検出するカムポジションセンサ３３，３４が設けられている。
【００１５】
吸気ポート１９には、吸気マニホールド３５を介してサージタンク３６が連結され、このサージタンク３６に吸気管３７が連結されており、この吸気管３７の空気取入口にはエアクリーナ３８が取付けられている。そして、このエアクリーナ３８の空気流動方向下流側にスロットルバルブ３９を有する負荷調節手段としての電子スロットル装置４０が設けられている。また、シリンダヘッド１２には、燃焼室１８に直接燃料を噴射する燃料噴射手段としてのインジェクタ（燃料噴射弁）４１が装着されている。このインジェクタ４１は、吸気ポート１９側に位置して上下方向に所定角度傾斜して配置されている。このインジェクタ４１は、燃焼室１８に生成される吸気流動に燃料が乗るようにピストン１４の頂面に向かって燃料を噴射可能である。各気筒に装着されるインジェクタ４１は、デリバリパイプ４２に連結され、このデリバリパイプ４２には、高圧燃料供給管４３を介して高圧燃料ポンプ（燃料ポンプ）４４が連結されている。更に、シリンダヘッド１２には、燃焼室１８の上方に位置して混合気に着火する点火プラグ４５が装着されている。
【００１６】
一方、排気ポート２０には、排気マニホールド４６を介して排気管４７が連結されており、この排気管４７には排気ガス中に含まれるＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘなどの有害物質を浄化処理する三元触媒４８，４９が装着されている。また、エンジン１０には、クランキングを行うスタータモータ５０が設けられており、エンジン始動時に図示しないピニオンギヤがリングギヤと噛み合った後、回転力がピニオンギヤからリングギヤへと伝わり、クランクシャフト１６を回転することができる。
【００１７】
ところで、車両にはマイクロコンピュータを中心として構成されエンジン１０の各部を制御可能な電子制御ユニット（ＥＣＵ）５１が搭載されており、このＥＣＵ５１は、インジェクタ４１や点火プラグ４５などを制御可能となっている。すなわち、吸気管３７の空気流動方向上流側にはエアフローセンサ５２及び吸気温センサ５３が装着され、また、サージタンク３６には吸気圧センサ５４が設けられており、計測した吸入空気量、吸気温度、吸気圧（吸気管負圧）をＥＣＵ５１に出力している。また、電子スロットル装置４０にはスロットルポジションセンサ５５が装着されており、現在のスロットル開度をＥＣＵ５１に出力している。ここで、ＥＣＵ５１は、検出されたスロットル開度や吸入空気量に基づいて内燃機関負荷としてのエンジン負荷（負荷率）を算出することができる。アクセルポジションセンサ５６は、現在のアクセル開度をＥＣＵ５１に出力している。更に、エンジン１０のクランク角度を検出するクランク角度検出手段としてのクランク角センサ５７は、検出した各気筒のクランク角度をＥＣＵ５１に出力し、このＥＣＵ５１は検出したクランク角度に基づいて各気筒における吸気行程、圧縮行程、膨張行程、排気行程を判別すると共に、エンジン回転数を算出している。なおここで、エンジン回転数は、言い換えれば、クランクシャフト１６の回転速度に対応し、このクランクシャフト１６の回転速度が高くなれば、クランクシャフト１６の回転数、すなわち、エンジン１０のエンジン回転数も高くなる。
【００１８】
また、シリンダブロック１１にはエンジン冷却水温を検出する水温センサ５８が設けられており、検出したエンジン冷却水温（以下、「エンジン水温」または「水温」と称する）をＥＣＵ５１に出力している。また、各インジェクタ４１に連通するデリバリパイプ４２には燃料圧力を検出する燃圧センサ５９が設けられており、検出した燃料圧力をＥＣＵ５１に出力している。一方、排気管４７には、三元触媒４８の排気ガス流動方向上流側にエンジン１０の空燃比を検出するＡ／Ｆセンサ６０、排気ガス流動方向下流側に酸素センサ６１が設けられている。Ａ／Ｆセンサ６０は、三元触媒４８に導入される前の排気ガスの排気ガス空燃比を検出し、検出した空燃比をＥＣＵ５１に出力し、酸素センサ６１は、三元触媒４８から排出された後の排気ガスの酸素濃度を検出し、検出した酸素濃度をＥＣＵ５１に出力している。このＡ／Ｆセンサ６０により検出された空燃比（推定空燃比）は、吸入空気と燃料とからなる混合ガスの空燃比（理論空燃比）をフィードバック制御するために用いられる。すなわち、Ａ／Ｆセンサ６０は、排気ガス中の酸素濃度と未燃ガス濃度から排気空燃比をリッチ域からリーン域までの全域にわたり検出し、これをＥＣＵ５１にフィードバックすることにより燃料噴射量を補正し、燃焼を運転状態に合わせた最適な燃焼状態に制御可能となる。
【００１９】
したがって、ＥＣＵ５１は、検出した燃料圧力に基づいてこの燃料圧力が所定圧力となるように高圧燃料ポンプ４４を駆動すると共に、検出した吸入空気量、吸気温度、吸気圧、スロットル開度、アクセル開度、エンジン回転数、水温などのエンジン運転状態に基づいて燃料噴射量（燃料噴射期間）、噴射時期、点火時期などを決定し、インジェクタ４１及び点火プラグ４５を駆動して燃料噴射及び点火を実行する。また、ＥＣＵ５１は、検出した排気ガスの酸素濃度をフィードバックして空燃比がストイキ（理論空燃比）となるように燃料噴射量を補正している。
【００２０】
また、ＥＣＵ５１は、エンジン運転状態に基づいて吸気・排気可変動弁機構２７，２８を制御可能となっている。即ち、低温時、エンジン始動時、アイドル運転時や軽負荷時には、排気バルブ２２の閉止時期と吸気バルブ２１の開放時期のオーバーラップをなくすことで、排気ガスが吸気ポート１９又は燃焼室１８に吹き返す量を少なくし、燃焼安定及び燃費向上を可能とする。また、中負荷時には、このオーバーラップを大きくすることで、内部ＥＧＲ率を高めて排ガス浄化効率を向上させると共に、ポンピングロスを低減して燃費向上を可能とする。更に、高負荷低中回転時には、吸気バルブ２１の閉止時期を進角することで、吸気が吸気ポート１９に吹き返す量を少なくし、体積効率を向上させる。そして、高負荷高回転時には、吸気バルブ２１の閉止時期を回転数にあわせて遅角することで、吸入空気の慣性力に合わせたタイミングとし、体積効率を向上させる。
【００２１】
さらに、本実施例では、ＥＣＵ５１は、冷間時のＰＭ粒子数およびオイル希釈を効果的に低減するために、水温が閾値以下の場合に、冷間ＰＭ粒子数抑制制御を実行する。かかる冷間ＰＭ粒子数抑制制御では、インジェクタ４１の燃料噴射時期を制限し、水温、および水温と油温との差分に基づいて、その進角限界噴射時期Ｔ３を決定する。また、エンジン始動時の水温に基づいてその遅角限界噴射時期Ｔ１（第１の遅角限界噴射時期）を算出し、また、油温に基づいてその遅角限界噴射時期Ｔ２（第２の遅角限界噴射時期）を算出し、いずれか遅い時期を遅角限界噴射時期に決定している。
【００２２】
上記のように構成されるエンジン１０では、ピストン１４がシリンダボア１３内を下降することで、吸気ポート１９を介して燃焼室１８内に空気が吸入され（吸気行程）、このピストン１４が吸気行程下死点を経てシリンダボア１３内を上昇することで空気が圧縮される（圧縮行程）。このとき、吸気行程又は圧縮行程にてインジェクタ４１から燃焼室１８内へ燃料が噴射され、この燃料と空気とが混合して混合気を形成する。そして、ピストン１４が圧縮行程上死点付近に近づくと点火プラグ４５により混合気に点火され、該混合気が燃焼し、その燃焼圧力によりピストン１４を下降させる（膨張行程）。燃焼後の混合気は、ピストン１４が膨張行程下死点を経て吸気行程上死点に向かって再び上昇することで排気ポート２０を介して排気ガスとして放出される（排気行程）。このピストン１４のシリンダボア１３内での往復運動は、コネクティングロッド１７を介してクランクシャフト１６に伝えられ、ここで回転運動に変換され、出力として取り出されると共に、このピストン１４は、カウンタウェイトと共にクランクシャフト１６が慣性力によりさらに回転することで、このクランクシャフト１６の回転に伴ってシリンダボア１３内を往復する。このクランクシャフト１６が２回転することで、ピストン１４はシリンダボア１３を２往復し、この間に吸気行程、圧縮行程、膨張行程及び排気行程からなる一連の４行程を行い、燃焼室１８内で１回の爆発が行われる。
【００２３】
次に、図２〜図１５を参照して、上記ＥＣＵ５１によるエンジン１０の冷間始動時のＰＭ粒子数抑制制御を詳細に説明する。図２は、エンジン始動後の各部温度（吸気バルブ温度、油温、水温）の挙動Ａ（水温と油温との差が大きい場合）を示す図である。同図において、横軸はエンジン始動後時間（分）、縦軸は温度（℃）を示している。従来より、ＰＭ粒子数は冷間時の吸気バルブ２１との干渉により増加することが知られているが、実際の車両においては、冷間時の吸気バルブ２１との干渉によるＰＭ粒子数が問題となるのは、図２に示す吸気バルブ温度が急激に上昇する領域Ｉである。
【００２４】
図３は、図２の領域ＩでのＰＭ粒子数噴射時期感度を示す図である。図４は、図２の領域ＩＩでのＰＭ粒子数噴射時期感度を示す図である。図３および図４において、横軸は噴射時期、縦軸はＰＭ粒子数を示している。図３において、領域Ｉでは、吸気バルブ２１との干渉割合により噴射時期の遅角限界を算出することで吸気バルブ２１からのＰＭ粒子数の影響を減少させることが可能となる。また、この遅角限界は、始動時の水温から算出される積算噴射量（積算噴射規定量Ｑｍ）によって決定可能である。
【００２５】
図５は、エンジン始動後の各部温度（吸気バルブ温度、油温、水温）の挙動Ｂ（水温と油温との差が小さい場合）を示す図である。同図において、横軸はエンジン始動後時間（分）、縦軸は温度（℃）を示している。
【００２６】
図６は、領域ＩＩでの同一水温でのＰＭ粒子数噴射時期感度を示す図である。同図において、横軸は噴射時期、縦軸はＰＭ粒子数を示している。図６に示すように、水温が低く、水温と油温との差が大きいほどピストン１４との干渉によるＰＭ粒子数は急激に増加する。このため、実際の車両においては、燃料の積算噴射量以上の場合、ＰＭ粒子数はピストン１４からの排出が支配的となる。水温が低く油温との差が大きいほど、進角限界噴射時期を遅角することでＰＭ粒子数を抑制する噴射時期を設定可能となる。
【００２７】
本実施例では、後述するように、各部温度（例えば、吸気バルブ温度やピストン温度）を直接計測することなく、油温および水温と、エンジン始動からの燃料の積算噴射量とだけにより簡便に、ＰＭ粒子数とオイル希釈の低減が可能となり、併せてスモークも低減可能となる。
【００２８】
図７は、上記ＥＣＵ５１によるエンジン１０の冷間時の制御を説明するためのフローチャート、図８は、図７の冷間ＰＭ粒子数抑制制御を説明するためのフローチャートである。
【００２９】
図７において、まず、ＥＣＵ５１は、水温Ｔｗ≦閾値Ｔｔｈであるか否かを判断し（ステップＳ１）、水温Ｔｗ≦閾値Ｔｔｈである場合には（ステップＳ１の「Ｙｅｓ」）、冷間ＰＭ粒子数抑制制御を実行する一方（ステップＳ２）、水温Ｔｗ≦閾値Ｔｔｈでない場合には（ステップＳ１の「Ｎｏ」）、通常噴射時期制御を実行する（ステップＳ３）。
【００３０】
つぎに、上記ステップＳ２の冷間ＰＭ粒子数抑制制御を図８を参照して説明する。同図において、まず、ＥＣＵ５１は、始動時水温・積算噴射量規定値Ｑｍマップを参照して、エンジン始動時水温に基づいて積算噴射量規定値Ｑｍを算出する（ステップＳ１０）。
【００３１】
図９は、始動時水温・積算噴射量規定値Ｑｍマップの一例を示す図である。同図に示すように、始動時水温・積算噴射量規定値Ｑｍマップは、エンジン始動時水温を変数として、実験またはシミュレーションで算出した積算噴射量規定値Ｑｍが登録されている。エンジン始動時水温が低いほど吸気バルブ温度が上がるのに積算噴射量が多く必要であるため、積算噴射量規定値Ｑｍを増加させている。この始動時水温・積算噴射量規定値Ｑｍマップは、ＥＣＵ５１のメモリに記憶されている。ＥＣＵ５１は、検出したエンジン始動時水温に対応する始動時水温・積算噴射量規定値Ｑｍマップの積算噴射量規定値Ｑｍを算出する。
【００３２】
つぎに、ＥＣＵ５１は、エンジン始動からの積算噴射量Ｑ≦算出した積算噴射量規定値Ｑｍであるか否かを判断する（ステップＳ１１）。エンジン始動からの積算噴射量Ｑ≦算出した積算噴射量規定値Ｑｍでない場合には（ステップＳ１１「Ｎｏ」）、ステップＳ１３に移行する。他方、ＥＣＵ５１は、エンジン始動からの積算噴射量Ｑ≦算出した積算噴射量規定値Ｑｍである場合には（ステップＳ１１の「Ｙｅｓ」）、進角量マップを参照して、吸気バルブ最大バルブリフト量からの進角量を算出した後（ステップＳ１２）、ステップＳ１３に移行する。
【００３３】
図１０は、進角量マップの一例を示す図である。進角量マップは、同図に示すように、積算噴射量Ｑ／積算噴射量規定値Ｑｍ（積算噴射量Ｑを積算噴射量規定値Ｑｍで除算した値）を変数として、実験またはシミュレーションで算出した好適な吸気バルブ最大バルブリフト時からの進角量が登録されている。積算噴射量Ｑ／積算噴射量規定値Ｑｍが小さいほど、吸気バルブ２１の温度が低いため、吸気バルブ最大リフトタイミングからの進角量を増加させる。この進角量マップは、ＥＣＵ５１のメモリに記憶されている。ＥＣＵ５１は、算出した積算噴射量Ｑ／積算噴射量規定値Ｑｍに対応する進角量マップの吸気バルブ最大バルブリフト時からの進角量を算出する。
【００３４】
ステップＳ１３では、ＥＣＵ５１は、遅角限界噴射時期Ｔ１を算出する。エンジン始動からの積算噴射量Ｑ≦算出した積算噴射量規定値Ｑｍである場合には、遅角限界噴射時期Ｔ１＝ステップＳ１２で算出した吸気バルブ最大バルブリフトタイミングからの進角量とする。エンジン始動からの積算噴射量Ｑ≦算出した積算噴射量規定値Ｑｍでない場合には、遅角限界噴射時期Ｔ１＝初期値とする。この場合の遅角限界噴射時期Ｔ１の初期値＜遅角限界噴射時期Ｔ２とする。
【００３５】
つぎに、ＥＣＵ５１は、遅角限界噴射時期Ｔ２マップを参照して、遅角限界噴射時期Ｔ２を算出する（ステップＳ１４）。図１１は、遅角限界噴射時期Ｔ２マップの一例を示す図である。遅角限界噴射時期Ｔ２マップは、図１１に示すように、油温を変数として、遅角限界噴射時期Ｔ２が登録されている。ＥＣＵ５１は、現在の油温に対応する遅角限界噴射時期Ｔ２マップの遅角限界噴射時期Ｔ２を算出する。
【００３６】
ＥＣＵ５１は、進角限界噴射時期Ｔ３マップを参照して、進角限界噴射時期Ｔ３を算出する（ステップＳ１５）。図１２は、進角限界噴射時期Ｔ３マップの一例を示す図である。進角限界噴射時期Ｔ３マップは、図１２に示すように、水温と水温−油温（水温と油温の差分）とを変数として、実験またはシミュレーションで算出した好適な進角限界噴射時期Ｔ３が段階的に登録されている。水温が低いほど、また、水温−油温が大きいほど遅角させる。進角限界噴射時期Ｔ３マップはＥＣＵ５１のメモリに記憶されている。ＥＣＵ５１は、現在の水温および水温−油温に対応する進角限界噴射時期Ｔ３マップの進角限界噴射時期Ｔ３を算出する。
【００３７】
つぎに、ＥＣＵ５１は、遅角限界噴射時期Ｔ１＜遅角限界噴射時期Ｔ２であるか否かを判定する（ステップＳ１６）。ＥＣＵ５１は、遅角限界噴射時期Ｔ１＜遅角限界噴射時期Ｔ２である場合には（ステップＳ１６の「Ｙｅｓ」）、進角限界噴射時期Ｔ３＜噴射時期＜遅角限界噴射時期Ｔ２の範囲で燃料噴射を行う（ステップＳ１７）。他方、ＥＣＵ５１は、遅角限界噴射時期Ｔ１＜遅角限界噴射時期Ｔ２でない場合には（ステップＳ１６の「Ｎｏ」）、進角限界噴射時期Ｔ３＜噴射時期＜遅角限界噴射時期Ｔ１の範囲で燃料噴射を行う（ステップＳ１８）。
【００３８】
図１３〜図１５は、本実施例による燃料噴射時期を説明するための図であり、図１３は、図２の領域ＩでのＰＭ粒子数噴射時期感度を示す図、図１４は、図２の領域ＩＩでのＰＭ粒子数噴射時期感度を示す図、図１５は図２の領域ＩＩでの同一水温でのＰＭ粒子数噴射時期感度を示す図であり、矢印は本実施例による燃料噴射時期を示している。図１３〜図１５に示すように、ＰＭ粒子数が最も少ない領域で燃料を噴射することができ、いたずらに噴射時期を遅角することによるオイル希釈の悪化や吸気バルブ２１との干渉によるＰＭ粒子数の増加を抑制することができる。
【００３９】
以上説明したように、本実施例によれば、ＥＣＵ５１は、水温が閾値以下の場合に、冷間ＰＭ粒子数抑制制御を実行して燃料噴射時期を制限し、かかる冷間ＰＭ粒子数抑制制御では、水温、および水温と油温との差分に基づいて、その進角限界噴射時期Ｔ１を決定すると共に、始動時の水温に基づいてその遅角限界噴射時期Ｔ１（第１の遅角限界噴射時期）を算出し、また、油温に基づいてその遅角限界噴射時期Ｔ２（第２の遅角限界噴射時期）を算出し、いずれか遅い時期を遅角限界噴射時期に決定しているので、冷間時にＰＭ粒子数およびオイル希釈を効果的に低減することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
以上のように、本発明に係る内燃機関は、燃焼室に直接燃料を噴射する種々の筒内直接噴射式内燃機関に用いて好適である。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の実施例に係るエンジンを表す概略構成図である。
【図２】エンジン始動後の各部温度（吸気バルブ温度、油温、水温）の挙動Ａ（水温と油温との差が大きい場合）を示す図である。
【図３】図２の領域ＩでのＰＭ粒子数噴射時期感度を示す図である。
【図４】図２の領域ＩＩでのＰＭ粒子数噴射時期感度を示す図である。
【図５】エンジン始動後の各部温度（吸気バルブ温度、油温、水温）の挙動Ｂ（水温と油温との差が小さい場合）を示す図である。
【図６】領域ＩＩでの同一水温でのＰＭ粒子数噴射時期感度を示す図である。
【図７】ＥＣＵ５１によるエンジン１０の冷間時の制御を説明するためのフローチャートである。
【図８】図７の冷間ＰＭ粒子数抑制制御を説明するためのフローチャートである。
【図９】始動時水温・積算噴射量規定値Ｑｍマップの一例を示す図である。
【図１０】進角量マップの一例を示す図である。
【図１１】遅角限界噴射時期Ｔ２マップの一例を示す図である。
【図１２】進角限界噴射時期Ｔ３マップの一例を示す図である。
【図１３】本実施例による燃料噴射時期を説明するための図である。
【図１４】本実施例による燃料噴射時期を説明するための図である。
【図１５】本実施例による燃料噴射時期を説明するための図である。
【符号の説明】
【００４２】
１０ エンジン（内燃機関）
１３ シリンダボア
１４ ピストン
１８ 燃焼室
２１ 吸気バルブ
２２ 排気バルブ
４１ インジェクタ
５１ ＥＣＵ（制御手段）
５８ 水温センサ（水温検出手段）
６２ 油温センサ（油温検出手段）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料噴射装置により直接筒内に燃料を噴射する内燃機関において、
エンジン水温を検出する水温検出手段と、
エンジンオイルの油温を検出する油温検出手段と、
前記検出されたエンジン水温が閾値以下の場合に、前記燃料噴射装置の燃料噴射時期を制限し、前記検出されたエンジン水温、および前記検出されたエンジン水温と前記検出された油温との差分に基づいて、前記燃料噴射装置の進角限界噴射時期を決定する制御手段と、
を備えたことを特徴とする内燃機関。
【請求項２】
前記制御手段は、前記検出されたエンジン水温が低く、かつ、前記検出されたエンジン水温と前記検出された油温との差分が大きいほど、前記進角限界噴射時期を遅角させることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
【請求項３】
前記制御手段は、内燃機関始動時のエンジン水温に基づいて前記燃料噴射装置の第１の遅角限界噴射時期を算出し、また、前記検出した油温に基づいて前記燃料噴射装置の第２の遅角限界噴射時期を算出し、いずれか遅い時期を前記燃料噴射装置の遅角限界噴射時期に決定することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の内燃機関。
【請求項１】
燃料噴射装置により直接筒内に燃料を噴射する内燃機関において、
エンジン水温を検出する水温検出手段と、
エンジンオイルの油温を検出する油温検出手段と、
前記検出されたエンジン水温が閾値以下の場合に、前記燃料噴射装置の燃料噴射時期を制限し、前記検出されたエンジン水温、および前記検出されたエンジン水温と前記検出された油温との差分に基づいて、前記燃料噴射装置の進角限界噴射時期を決定する制御手段と、
を備えたことを特徴とする内燃機関。
【請求項２】
前記制御手段は、前記検出されたエンジン水温が低く、かつ、前記検出されたエンジン水温と前記検出された油温との差分が大きいほど、前記進角限界噴射時期を遅角させることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
【請求項３】
前記制御手段は、内燃機関始動時のエンジン水温に基づいて前記燃料噴射装置の第１の遅角限界噴射時期を算出し、また、前記検出した油温に基づいて前記燃料噴射装置の第２の遅角限界噴射時期を算出し、いずれか遅い時期を前記燃料噴射装置の遅角限界噴射時期に決定することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の内燃機関。
【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１４】
【図１５】
【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１４】
【図１５】
【公開番号】特開２０１０−４８１７８（Ｐ２０１０−４８１７８Ａ）
【公開日】平成２２年３月４日（２０１０．３．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２１３３３５（Ｐ２００８−２１３３３５）
【出願日】平成２０年８月２１日（２００８．８．２１）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年３月４日（２０１０．３．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年８月２１日（２００８．８．２１）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]