JP2010222978A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】筒内噴射弁を備えた内燃機関の制御装置において、機関冷間時にＰＭの発生量が増加することを抑制できる技術を提供する。
【解決手段】機関冷間時において、ポート燃料噴射比率ＤＩＰを零に維持した状態でＥＧＲガス量を増加させ、ＥＧＲ限界量ＱＬｅｇｒにＥＧＲガス量Ｑｅｇｒが到達した場合には、ＥＧＲガス量ＱｅｇｒをＥＧＲ限界量ＱＬｅｇｒに維持した状態でポート燃料噴射比率ＤＩＰを零より大きな目標噴射比率ＤＩＰｔに変更する。目標噴射比率ＤＩＰｔは、ＥＧＲ限界時ＰＭ粒子数ＮＬｐｍと目標ＰＭ粒子数との差が大きいほど高く設定する。
【選択図】図３

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関する。

気筒内に燃料を直接噴射する筒内噴射弁を備えた内燃機関では、機関冷間時だと気筒内に噴射された燃料の気化が促進され難くなり、噴射燃料が機関ピストンの頂面（ピストン頂面）や気筒内周面（シリンダボア）に多量に付着する傾向がある。この付着燃料（以下、「ウェット燃料」とも称呼することもある）、特にピストン頂面への付着燃料）は、その後の機関燃焼時に不完全燃焼して気筒から排出されることになる。その結果、黒煙や未燃成分（これらを総称してＰＭ（ Particulate Matter ）と称する）が多く発生し、排気エミッションの悪化を招く要因となる。

特開２００６−２５８０２３号公報 特開２００３−２２７３７４号公報 特開２００５−２０７２５１号公報

本発明は上記の実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、気筒内に燃料を直接噴射する筒内噴射弁を備えた内燃機関の制御装置において、機関冷間時にＰＭの発生量が増加することを抑制できる技術を提供することである。

上記した課題を解決するために、本発明にかかる内燃機関の制御装置は、以下の手段を採用した。

すなわち、内燃機関の気筒内に燃料を直接噴射する筒内噴射弁と、前記内燃機関の吸気通路内に燃料を噴射する吸気通路内噴射弁と、前記内燃機関の排気通路に排出された排気ガスの一部をＥＧＲガスとして機関に導入させるＥＧＲ装置と、機関冷間時において、前記筒内噴射弁による燃料噴射量と前記吸気通路内噴射弁による燃料噴射量との和である総燃料噴射量に対する該吸気通路内噴射弁による燃料噴射量の比率である吸気通路内噴射比率を零に維持した状態でＥＧＲガス量を増加させ、機関燃焼が安定状態に維持される上限のＥＧＲ限界量にＥＧＲガス量が到達した場合には、ＥＧＲガス量を該ＥＧＲ限界量に維持した状態で該吸気通路内噴射比率を零より大きな目標噴射比率に変更することによって、気筒内で発生するＰＭ粒子数を目標ＰＭ粒子数まで低減する冷間時ＰＭ低減手段と、ＥＧＲガス量に基づいてＰＭ粒子数を推定するＰＭ粒子数推定手段と、を備え、前記冷間時ＰＭ低減手段は、ＥＧＲガス量が前記ＥＧＲ限界量に到達した際に推定された前記ＰＭ粒子数の推定値と前記目標ＰＭ粒子数との差が大きいほど、前記目標噴射比率を高く設定することを特徴とする。

機関冷間時においては、ＥＧＲガス量を多くするほど気筒内における混合気の温度を高めることができるので、機関燃焼状態の改善効果が得られる。従って、機関冷間時において気筒内で生成されるＰＭ粒子数は、ＥＧＲ装置によって機関に導入されるＥＧＲガス量と相関がある。本発明では、この相関を利用して機関冷間時におけるＥＧＲガス量に基づき、ＰＭ粒子数を推定することができる。

ＥＧＲガスは二酸化炭素などの不活性成分を多く含むため、多量のＥＧＲガスを導入し過ぎてしまうと燃焼変動が大きくなったり、失火を招く虞がある。そのため、この構成では、ＥＧＲガス量がＥＧＲ限界量を超えない範囲内で、ＥＧＲガス量を増加させることとしている。これにより、機関燃焼状態を安定状態に保ちながらＰＭ粒子数を減少させることができる。また、その際の吸気通路内噴射比率が零に維持されているため、機関冷間時における機関出力や走行燃費の向上を図りつつＰＭの発生量を減少させることができる。

そして、ＥＧＲガス量がＥＧＲ限界量に到達した場合には、ＥＧＲガス量を該ＥＧＲ限界量に維持した状態で吸気通路内噴射比率を零から、それよりも大きな目標噴射比率へと変更する。吸気通路内噴射弁から噴射された燃料は、吸気ガス（新気＋ＥＧＲガス）と充分に混合されてから気筒へと導入されるため、燃焼室内での気化が促進され易い。そのため、吸気通路内噴射弁から噴射された燃料は、筒内噴射弁から噴射された燃料に比べてピストン頂面やシリンダボアへ付着し難い。また、吸気通路内噴射弁による燃料噴射量に相当する分だけ、ピストン頂面などに付着しやすい筒内噴射弁による燃料噴射量を減らすことができる。これにより、ＥＧＲガス量をそれ以上増やすことなく（ＥＧＲ限界量を超えない範囲内に維持したままで）、ウェット燃料の量を減らすことができる。従って、機関燃焼状態の悪化を抑制しつつ、ＰＭの発生量を減少させることができる。

ここで、目標ＰＭ粒子数とは、機関冷間時におけるＰＭ粒子数の目標値を意味するものである。例えば、機関冷間時における機関負荷が低負荷のときに気筒内で生成されるＰＭ粒子数を目標ＰＭ粒子数として採用することもできる。

ＥＧＲガス量がＥＧＲ限界量に到達した以降、ＰＭ粒子数を目標ＰＭ粒子数まで低減させるために要求されるウェット燃料量の低減度合いは、ＥＧＲガス量がＥＧＲ限界量に到達したときのＰＭ粒子数の推定値と目標ＰＭ粒子数との差が大きいほど顕著になる。そこで、本発明においては、ＥＧＲガス量がＥＧＲ限界量に到達したときのＰＭ粒子数の推定値と目標ＰＭ粒子数との差が大きいほど、目標噴射比率を高く設定することとした。これによれば、ＥＧＲガス量がＥＧＲ限界量に到達したときのＰＭ粒子数の大小に関わらず、ＰＭ粒子数を確実に目標ＰＭ粒子数まで低減することができる。

本発明によれば、気筒内に燃料を直接噴射する筒内噴射弁を備えた内燃機関の制御装置において、機関冷間時にＰＭの発生量が増加することを抑制できる。

実施例１に係る内燃機関とその吸排気系の概略構成を示す図である。 機関冷間時の機関負荷毎におけるＥＧＲガス量Ｑｅｇｒと気筒で発生するＰＭ粒子数Ｎｐｍとの関係を示したＰＭ粒子数推定マップである。 実施例１における冷間時ＰＭ低減制御の内容を概念的に示した図である。 実施例１の複合噴射・ＥＧＲ定量処理におけるＰＭ粒子数低減要求量ΔＮＲｐｍ及び目標噴射比率ＤＩＰｔの関係を示した目標噴射比率設定マップである。 実施例１の機関冷間時に実行される冷間時ＰＭ低減制御ルーチンを示したフローチャート図である。

以下に図面を参照して、この発明を実施するための最良の形態を例示的に詳しく説明する。尚、本実施の形態に記載されている構成要素の寸法、材質、形状、その相対配置等は、特に特定的な記載がない限りは、発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

本発明に係る内燃機関の制御装置の実施例１について説明する。ここでは、本発明を車両駆動用のガソリンエンジンに適用した場合を例に挙げて説明する。図１は、本実施例に係る内燃機関とその吸排気系の概略構成を示す図である。

内燃機関１は、気筒２を有しており、気筒２内にはピストン３が摺動自在に設けられている。気筒２内上部の燃焼室４には、吸気ポート５と排気ポート６とが開口している。吸気ポート５は吸気管７と接続されており、排気ポート６は排気管８と接続されている。

吸気ポート５および排気ポート６の燃焼室４への開口部は、それぞれ吸気弁９および排気弁１０によって開閉される。吸気管７には、吸気ポート５内へ向けて燃料を噴射するポート内噴射弁１２が設けられている。また、気筒２内上部には、該気筒内に燃料を直接噴射する筒内噴射弁１３が設けられている。燃焼室４には混合気に点火するための点火プラグ１４が突出して設けられている。また、気筒２には、該気筒２のウォータージャケット内の冷却水温ＴＨｗを検出する水温センサ１５が設置されている。また、吸気管７には、該吸気管７を流れる空気の量を測定するエアフローメータ１１が設置されている。

また、排気管８を流れる排気の一部をＥＧＲガスとして吸気管７に還流（再循環）させるＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）装置１６を具備する。ＥＧＲ装置１６は、排気
管８と吸気管７におけるエアフローメータ１１の下流側とを接続するＥＧＲ管１７、及びＥＧＲ管１７の流路断面積を変更してＥＧＲガス量を調節するＥＧＲ弁１８とを有して構成される。

本実施例においては吸気ポート５及び吸気管７が本発明における吸気通路に対応する。また、排気ポート６及び排気管８が本発明における排気通路に対応する。また、ポート内噴射弁１２が本発明における吸気通路内噴射弁に対応する。

以上述べたように構成された内燃機関１には、この内燃機関１を制御するためのＥＣＵ（ Electronic Control Unit ）２０が併設されている。このＥＣＵ２０は、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の運転状態を制御するユニットである。ＥＣＵ２０には、エアフローメータ１１、水温センサ１５、内燃機関１の機関回転数を検出するクランクポジションセンサ、アクセル開度を検出するアクセルポジションセンサ（共に図示省略）等のセンサが電気配線を介して接続されており、これらの出力信号がＥＣＵ２０に入力される。例えば、ＥＣＵ２０は、水温センサ１５の検出値から気筒２内の温度を推定する。

また、ＥＣＵ２０には、ポート内噴射弁１２、筒内噴射弁１３、点火プラグ１４、ＥＧＲ弁１８等が電気的に接続されており、これらの機器はＥＣＵ２０によって制御されるようになっている。

例えば、概略的には、筒内噴射弁１３からの燃料噴射は内燃機関１の出力性能の上昇に寄与し、ポート内噴射弁１２からの燃料噴射は、混合気の均一性に寄与する。そこで、ＥＣＵ２０は、ポート内噴射弁１２からの燃料噴射量（以下、「ポート内燃料噴射量」という）と筒内噴射弁１３からの燃料噴射量（以下、「筒内燃料噴射量」という）との和である総燃料噴射量に対するポート内噴射量の比率（以下「ポート燃料噴射比率ＤＩＰ」と称する）を、適宜制御する。このポート燃料噴射比率ＤＩＰは、本発明における吸気通路内噴射比率に対応する。

また、ＥＣＵ２０は、ＥＧＲ装置１６のＥＧＲ管１７を介したＥＧＲガスの内燃機関１
への導入量（ＥＧＲガス量）Ｑｅｇｒを、ＥＧＲ弁１８の開度（以下、「ＥＧＲ開度」ということもある）を調節することで制御する。また、ＥＣＵ２０は、エアフローメータ１１の出力信号と、ＥＧＲ開度の制御信号に基づいて、現在のＥＧＲガス量Ｑｅｇｒを推定、検出することができる。

次に、機関冷間時におけるポート燃料噴射比率ＤＩＰ、及びＥＧＲガス量Ｑｅｇｒの制御について説明する。内燃機関１を冷間始動させる際など、機関冷間時においては、筒内噴射弁１３から噴射された燃料（以下、この燃料を「筒内噴射燃料」と称呼する）の気化が促進され難くなり、ピストン３の頂面（以下、「ピストン頂面」と称呼する）や気筒２内周面（以下、「シリンダボア」と称呼する）に多量に付着し易くなる。この付着燃料（以下、「ウェット燃料」と称呼する）は、その後の機関燃焼時に不完全燃焼して気筒から排出されることになる。これに起因して、黒煙や未燃成分などのＰＭ（ Particulate Matter ）が気筒２内で多く発生し、排気特性の悪化を招く要因になる。

そこで、本実施例では、機関冷間時におけるポート燃料噴射比率ＤＩＰ及びＥＧＲガス量Ｑｅｇｒを調節することによって、気筒２内で発生するＰＭ粒子数をその目標値である目標ＰＭ粒子数以下に低減する制御（以下、「冷間時ＰＭ低減制御」という）を行う。この冷間時ＰＭ低減制御はＥＣＵ２０によって実行される制御である。

図２は、機関冷間時の機関負荷毎におけるＥＧＲガス量Ｑｅｇｒと気筒２で発生するＰＭ粒子数Ｎｐｍとの関係を示したＰＭ粒子数推定マップである。この図においては、ポート燃料噴射比率ＤＩＰを零とした場合におけるＥＧＲガス量Ｑｅｇｒ及びＰＭ粒子数Ｎｐｍの関係を表している。図示したように、概略、ＥＧＲガス量Ｑｅｇｒが等しくなる条件下においては、機関負荷が高いほどこれに対応するＰＭ粒子数Ｎｐｍが多くなる。これは、低負荷（ＫＬｌｏ）に比べて中負荷（ＫＬｍｉｄ）の方が、さらに中負荷（ＫＬｍｉｄ）に比べて高負荷（ＫＬｈｉ）の方が総燃料噴射量は多くなり、他の条件が等しければウェット燃料量が増えることでＰＭ粒子数Ｎｐｍが増加することに因るものである。

また、機関負荷が等しくなる条件下においては、ＥＧＲガス量Ｑｅｇｒが多いほど（例えば、ＥＧＲ開度を増やすほど）、対応するＰＭ粒子数Ｎｐｍが多くなる。これは、ＥＧＲガスは既燃焼ガスであり、その温度が比較的に高いところ、高温のＥＧＲガスを多く内燃機関１に導入することで混合気の温度が高まり、機関の燃焼状態が改善されることによるものと考えられる。

以上のように、機関冷間時におけるＰＭ粒子数Ｎｐｍは、概略、ＥＧＲガス量Ｑｅｇｒを増やすほど低減され、ＰＭ粒子数Ｎｐｍが低減される度合いやその程度は、負荷が低いときほど小さくなる（緩やかになる）。このマップにおける低負荷ＫＬｌｏ時には、ＥＧＲガス量Ｑｅｇｒが変化してもＰＭ粒子数Ｎｐｍが一定値を示す関係が例示されている。縦軸の符号Ｎｐｍｌｏは、低負荷時（ＫＬｌｏ）に対応するＰＭ粒子数を表す。因みに、ＰＭ粒子数Ｎｐｍｌｏは、低負荷時（ＫＬｌｏ）に対応するＰＭ粒子数であるが、機関冷間時における機関負荷が中負荷や高負荷である場合に冷間時ＰＭ低減制御を実行する際の目標ＰＭ粒子数として採用される。以下、低負荷時（ＫＬｌｏ）に対応するＰＭ粒子数Ｎｐｍｌｏを、目標ＰＭ粒子数Ｎｐｍｌｏと称呼する場合もある。

図示したように、ポート燃料噴射比率ＤＩＰを零に制御する場合、機関冷間時におけるＰＭ粒子数Ｎｐｍを目標ＰＭ粒子数Ｎｐｍｌｏまで低減するためには、機関負荷が中負荷（ＫＬｍｉｄ）である場合にはＥＧＲガス量ＱｅｇｒをＱｅｇｒ１まで増やし、高負荷（ＫＬｈｉ）である場合にはＱｅｇｒ２まで増やす必要がある。

しかしながら、ＥＧＲガスは二酸化炭素などの不活性成分を多く含むため、大量のＥＧ
Ｒガスを導入し過ぎると燃焼変動が大きくなったり、失火を招く要因となる。従って、ＥＧＲガス量Ｑｅｇｒには、機関燃焼を安定状態に維持できる上限の値（以下、「ＥＧＲ限界量」と称する）ＱＬｅｇｒが存在する。そのため、本実施例における冷間時ＰＭ低減制御では、ＥＧＲ限界量ＱＬｅｇｒを超えない範囲内でＥＧＲガス量Ｑｅｇｒを制御することとした。

図３は、本実施例における冷間時ＰＭ低減制御の内容を概念的に示した図である。図中に示した機関負荷、ＥＧＲガス量Ｑｅｇｒ、ＰＭ粒子数Ｎｐｍの関係は、図２に示したものと同様であり、共通する符号については同義である。

前述したように、ポート燃料噴射比率ＤＩＰを零に維持した状態でＰＭ粒子数Ｎｐｍを目標ＰＭ粒子数Ｎｐｍｌｏまで低減するためには、高負荷時（中負荷時）ではＥＧＲガス量ＱｅｇｒをＱｅｇｒ２（Ｑｅｇｒ１）まで増やす必要がある。この図においては、ＥＧＲ限界量ＱＬｅｇｒがＱｅｇｒ１及びＱｅｇｒ２に比べて小さな値を示す（少ない）。また、中負荷時におけるＱＬｅｇｒ〜Ｑｅｇｒ１の範囲、及び高負荷時におけるＱＬｅｇｒ〜Ｑｅｇｒ２の範囲を鎖線で表したのは、ＥＧＲガス量ＱｅｇｒはＥＧＲ限界量ＱＬｅｇｒを超えない範囲内で制御されることを表したものである。なお、便宜上、この図においては中負荷時（ＫＬｍｉｄ）及び高負荷時（ＫＬｈｉ）におけるＥＧＲ限界量ＱＬｅｇｒを等しい値として図示しているが、実際にはＥＧＲ限界量ＱＬｅｇｒは機関負荷等、運転状態に応じて変化なし得る。

ここで、冷間時ＰＭ低減制御の具体的内容を説明するに当たり、高負荷時（ＫＬｈｉ）の場合を例に説明する。ＥＣＵ２０は、機関冷間時において、ＥＧＲガス量ＱｅｇｒがＥＧＲ限界量ＱＬｅｇｒポートを超えない範囲内で、燃料噴射比率ＤＩＰを零に維持した状態でＥＧＲガス量Ｑｅｇｒを増加させる処理（以下、「筒内単独噴射・ＥＧＲ増量処理」という）を行う。ここで、ポート燃料噴射比率ＤＩＰが零に維持されるということは、筒内噴射弁１３のみによる燃料噴射（以下、「筒内単独噴射」という）が行われることを意味する。筒内噴射燃料は、ポート内噴射弁１２から噴射された燃料（以下、「ポート内噴射燃料」という）に比べて内燃機関１の出力性能の上昇に寄与する。そのため、ＥＧＲガス量ＱｅｇｒがＥＧＲ限界量ＱＬｅｇｒに到達するまでにおいては、筒内単独噴射を行うことで内燃機関１の出力性能の向上を図るようにしている。また、筒内噴射燃料によって機関燃焼を行う場合とポート内噴射燃料によって機関燃焼を行う場合とを比較すると、前者における効率の方が優れているため、筒内単独噴射を行うことにより走行燃費を向上することができる。

筒内単独噴射・ＥＧＲ増量処理は、ＥＧＲガス量ＱｅｇｒがＥＧＲ限界量ＱＬｅｇｒに到達するまで継続される。そして、ＥＧＲガス量ＱｅｇｒがＥＧＲ限界量ＱＬｅｇｒに到達した場合、それ以上ＥＧＲガス量Ｑｅｇｒを増やすと燃焼状態の悪化を招く可能性が高まるため、ＥＣＵ２０は、冷間時ＰＭ低減制御に係る処理を「筒内単独噴射・ＥＧＲ増量処理」から「複合噴射・ＥＧＲ定量処理」に切り替える。この「複合噴射・ＥＧＲ定量処理」は具体的には、ＥＧＲガス量ＱｅｇｒをＥＧＲ限界量ＱＬｅｇｒに維持した状態でポート燃料噴射比率ＤＩＰを零より大きな目標噴射比率ＤＩＰｔに変更するものである。なお、目標噴射比率ＤＩＰｔの設定については後から詳述する。

ここで、「複合噴射・ＥＧＲ定量処理」において、ポート燃料噴射比率ＤＩＰを零よりも大きな値に変更すると、内燃機関１の燃料噴射が、筒内単独噴射から、筒内噴射弁１３及びポート内噴射弁１２を複合した燃料噴射（以下、「複合噴射」という）に切り替えられる。ここで、ポート内噴射燃料は、吸気ガス（新気＋ＥＧＲガス）と充分に混合されてから気筒２内に導入されるため燃焼室内で気化が促進され易い。そのため、ポート内噴射燃料は、筒内噴射燃料に比べてピストン頂面やシリンダボアへ付着し難いというメリット
がある。また、上記切り替えを行うことで、総燃料噴射量に占めるポート内燃料噴射量の分だけ、ピストン頂面などに付着しやすい筒内噴射燃料の量が減ることになる。従って、このように内燃機関１への燃料噴射を筒内単独噴射から複合噴射に切り替えることによって、ＥＧＲガス量Ｑｅｇｒをそれ以上増やすことなく（つまり、ＥＧＲガス量ＱｅｇｒをＥＧＲ限界量ＱＬｅｇｒ以下に維持したままで）、ウェット燃料量を減らすことができる。

ここで、冷間時ＰＭ低減制御において、ＥＧＲガス量ＱｅｇｒがＥＧＲ限界量ＱＬｅｇｒに到達した時（つまり、筒内単独噴射・ＥＧＲ増量処理から複合噴射・ＥＧＲ定量処理に切り替えられる時）に対応するＰＭ粒子数を、「ＥＧＲ限界時ＰＭ粒子数ＮＬｐｍ」と称呼する。ここで、機関冷間時における機関負荷が中負荷時（ＫＬｍｉｄ）、高負荷時（ＫＬｈｉ）の夫々に対応するＥＧＲ限界時ＰＭ粒子数ＮＬｐｍを図３の縦軸にプロットすると、それぞれ符号ＮＬｐｍ１，ＮＬｐｍ２で表される。

ここで、ＥＧＲ限界時ＰＭ粒子数ＮＬｐｍと目標ＰＭ粒子数Ｎｐｍｌｏとの差（ＮＬｐｍ−Ｎｐｍｌｏ）に注目すると、この値は複合噴射・ＥＧＲ定量処理の実施に際して要求されるＰＭ粒子数の低減要求量（以下、「ＰＭ粒子数低減要求量ΔＮＲｐｍ」と称呼する）に相当する。図示のように、高負荷時（ＫＬｈｉ）に対応するＥＧＲ限界時ＰＭ粒子数ＮＬｐｍ２は、中負荷時（ＫＬｍｉｄ）に対応するＥＧＲ限界時ＰＭ粒子数ＮＬｐｍ１よりも多い（ＮＬｐｍ２＞ＮＬｐｍ１）。そのため、中負荷時（ＫＬｍｉｄ）よりも高負荷時（ＫＬｈｉ）の方がＰＭ粒子数低減要求量ΔＮＲｐｍも多くなる（ΔＮＲｐｍ２＞ΔＮＲｐｍ１）。

図４は、本実施例の複合噴射・ＥＧＲ定量処理におけるＰＭ粒子数低減要求量ΔＮＲｐｍ及び目標噴射比率ＤＩＰｔの関係を示した目標噴射比率設定マップである。横軸にＰＭ粒子数低減要求量ΔＮＲｐｍを表し、縦軸に目標噴射比率ＤＩＰｔを表す。目標噴射比率ＤＩＰｔは、前述のように零よりも大きな値として設定される。目標噴射比率ＤＩＰｔが大きい値に設定されるときほど、ピストン頂面やシリンダボア面に付着するウェット燃料量を低減するときの低減効果を高めることができる。

そこで、この目標噴射比率設定マップでは、ＰＭ粒子数低減要求量ΔＮＲｐｍが大きいほど、それに対応する目標噴射比率ＤＩＰｔを大きい値としている。これにより、ＥＣＵ２０は、ＰＭ粒子数低減要求量ΔＮＲｐｍが大きいほど、目標噴射比率ＤＩＰｔを高く制御する。その結果、機関負荷に関わらず、ＰＭ粒子数ＮｐｍがＥＧＲ限界時ＰＭ粒子数ＮＬｐｍから目標ＰＭ粒子数Ｎｐｍｌｏへと確実に減少する。なお、ＰＭ粒子数低減要求量ΔＮＲｐｍは、機関冷間時における機関負荷に相関するため、目標噴射比率ＤＩＰｔを機関負荷に応じて設定することもできる。この場合、例えば図４のマップの横軸のパラメータとして機関負荷を採用し、機関負荷が高いときほど対応する目標噴射比率ＤＩＰｔを大きい値とすると良い。この場合、ＥＣＵ２０は、冷間時ＰＭ低減制御時における機関負荷が高いときほど目標噴射比率ＤＩＰｔを高く制御する。

図５は、本実施例の機関冷間時に実行される冷間時ＰＭ低減制御ルーチンを示したフローチャート図である。本ルーチンは、予めＥＣＵ２０に記憶されており所定時間毎に繰り返されるルーチンである。本実施例では、本ルーチンを実行するＥＣＵ２０が本発明における冷間時ＰＭ低減手段、ＰＭ粒子数推定手段に対応する。なお、ＥＣＵ２０が本ルーチンを実行する際におけるＥＧＲ弁１８、ポート内噴射弁１２、筒内噴射弁１３への制御信号の初期値は、それぞれ「閉弁」、「ＯＦＦ」、「ＯＮ」である。すなわち、ＥＧＲ開度Ｄｅｇｒ及び、ポート燃料噴射比率ＤＩＰは共に０（零）を初期設定値として制御されている。

本ルーチンでは、ＥＣＵ２０は、先ずＳ１０１においては、現在、筒内単独噴射・ＥＧＲ増量処理中であるか否かが判定される。筒内単独噴射・ＥＧＲ増量処理中ではないと判定された場合にはステップＳ１０２に進み、筒内単独噴射・ＥＧＲ増量処理中であると判定された場合にはステップＳ１０６に進む。

ステップＳ１０２では、現在、複合噴射・ＥＧＲ定量処理中であるか否かが判定される。複合噴射・ＥＧＲ定量処理中ではないと判定された場合にはステップＳ１０３に進み、複合噴射・ＥＧＲ定量処理中であると判定された場合にはステップＳ１１２に進む。

ステップＳ１０３では、水温センサ１５の出力信号に基づき内燃機関１の冷却水温ＴＨｗを検出し、この冷却水温ＴＨｗが規定水温ＴＨｗｂ以下であるか否かを判定する。本実施例における規定水温ＴＨｗｂは、機関冷間時に該当するかどうかを判断する基準となる水温であり、冷却水温ＴＨｗがこの温度以下であれば機関冷間時に該当するとＥＣＵ２０は判断する。本ステップにおいて、冷却水温ＴＨｗが規定水温ＴＨｗｂ以下であると判定された場合（ＴＨｗ≦ＴＨｗｂ）には、ステップＳ１０４に進む。

一方、冷却水温ＴＨｗが規定水温ＴＨｗｂよりも高いと判定された場合（ＴＨｗ＞ＴＨｗｂ）には、ＥＣＵ２０は、機関冷間時でないと判断し、そのまま本ルーチンを一旦抜ける。この場合、ＥＧＲ装置１６によるＥＧＲが行われずに、筒内単独噴射が行われる運転状態が継続する。なお、この制御ルーチンにおいて、機関冷間時ではない通常の運転時にＥＧＲを行わないのは気筒２内で発生するＰＭ粒子数が少ないことに因るが、通常の運転時にＥＧＲを行うことは何等妨げられるものではない。

ステップＳ１０４において、ＥＣＵ２０は、機関負荷率ＫＬをアクセルポジションセンサの出力信号に基づいて取得し、機関負荷率ＫＬが基準低負荷率ＫＬｌｏ以下であるか否かが判定される。基準低負荷率ＫＬｌｏは、冷間時ＰＭ低減制御を実行しないと機関冷間時におけるＰＭ粒子数Ｎｐｍが既述の目標ＰＭ粒子数Ｎｐｍｌｏを超えてしまうと判断される機関負荷率の上限値である。基準低負荷率ＫＬｌｏは、図２及び３に示した低負荷（ＫＬｌｏ）に対応している。

機関負荷率ＫＬが基準低負荷率ＫＬｌｏ以下であると判定された場合には（ＫＬ≦ＫＬｌｏ）、冷間時ＰＭ低減制御を実行しなくてもＰＭの排出量を充分に少なく維持することができると判断され、本ルーチンを一旦抜ける。一方、機関負荷率ＫＬが基準低負荷率ＫＬｌｏよりも高いと判定された場合には（ＫＬ＞ＫＬｌｏ）、冷間時ＰＭ低減制御を実行しないと排気エミッションが悪化すると判断され、ステップＳ１０５に進む。なお、このときの機関負荷率ＫＬは、図２及び３における中負荷（ＫＬｍｉｄ）や高負荷（ＫＬｈｉ）に対応している。

ステップＳ１０５において、ＥＣＵ２０は、ＥＧＲ弁１８を開弁させる。具体的には、ＥＧＲ開度Ｄｅｇｒの制御指令値を零から、零よりも大きいＤｅｇｒ（ｉ）に変更することでＥＧＲ弁１８を開弁させ、ＥＧＲ管１７を介してＥＧＲガスを内燃機関１に導入する。前述したように、ポート燃料噴射比率ＤＩＰの初期設定値は０（零）であるため、本ステップの処理を行うことにより、筒内単独噴射・ＥＧＲ増量処理が開始されることになる。そして、本ステップの処理が終了すると本ルーチンを一旦抜ける。

次に、本ルーチンのステップＳ１０１において、筒内単独噴射・ＥＧＲ増量処理中であると判定された後に進むステップＳ１０６の処理について説明する。ステップＳ１０６において、ＥＣＵ２０は、現在のＥＧＲガス量ＱｅｇｒがＥＧＲ限界量ＱＬｅｇｒに到達しているか否かが判定される。現在のＥＧＲガス量Ｑｅｇｒは、エアフローメータ１１の出力信号及びＥＧＲ開度Ｄｅｇｒの制御指令値Ｄｅｇｒ（ｉ）に基づいて求めることができ
る。また、ＥＧＲ限界量ＱＬｅｇｒについては、予め実験等の経験則に基づいて内燃機関１の運転状態毎に設定しておくことができる。或いは、内燃機関１の燃焼状態の良否を判定可能なパラメータに基づいてＥＧＲガス量ＱｅｇｒがＥＧＲ限界量ＱＬｅｇｒに到達しているか否かを判定しても良い。例えば、排気の空燃比に応じた電気信号を出力する空燃比センサ（図示省略）を排気管８に設置しておき、このセンサの出力信号の変動量が規定値を超えたときにＥＧＲガス量ＱｅｇｒがＥＧＲ限界量ＱＬｅｇｒを超えたものと判断することもできる。

本ルーチンにおいて、ＥＧＲガス量ＱｅｇｒがＥＧＲ限界量ＱＬｅｇｒに到達していると判定された場合（Ｑｅｇｒ≧ＱＬｅｇｒ）にはステップＳ１０７に進み、そうでない場合（Ｑｅｇｒ＜ＱＬｅｇｒ）にはステップＳ１０８に進む。先に、ステップＳ１０８の処理を説明すると、本ステップでは、ＥＧＲ開度Ｄｅｇｒの制御指令値をＤｅｇｒ（ｉ）から、さらに所定開度だけ開き側のＤｅｇｒ（ｉ＋α）に変更する。すなわち、ＥＧＲ開度Ｄｅｇｒを現在の開度から所定開度だけ増加させる処理が行われる。本ステップの処理が終了すると本ルーチンを一旦抜ける。すなわち、この場合には筒内単独噴射・ＥＧＲ増量処理が継続される。

ステップＳ１０７において、ＥＣＵ２０は、図２に示したＰＭ粒子数推定マップに現在のＥＧＲガス量Ｑｅｇｒ（すなわち、ＥＧＲ限界量ＱＬｅｇｒに一致する）及び機関負荷率ＫＬを代入してＥＧＲ限界時ＰＭ粒子数ＮＬｐｍを推定する。そして、続くステップＳ１０９では、ステップＳ１０７で推定したＥＧＲ限界時ＰＭ粒子数ＮＬｐｍから目標ＰＭ粒子数Ｎｐｍｌｏを減算してＰＭ粒子数低減要求量ΔＮＲｐｍを算出する（ΔＮＲｐｍ＝ＮＬｐｍ−Ｎｐｍｌｏ）。

続くステップＳ１１０において、ＥＣＵ２０は、図４に示した目標噴射比率設定マップに、ステップＳ１０９で算出したＰＭ粒子数低減要求量ΔＮＲｐｍを代入することによって、目標噴射比率ＤＩＰｔを演算する。続くステップＳ１１１において、ＥＣＵ２０は、ポート燃料噴射比率ＤＩＰを零から、ステップＳ１１０において求めた目標噴射比率ＤＩＰｔに変更する。本ステップの処理を行うことにより、複合噴射・ＥＧＲ定量処理が開始されることになる。そして、本ステップの処理が終了すると本ルーチンを一旦抜ける。

次に、本ルーチンのステップＳ１０２において、複合噴射・ＥＧＲ定量処理中であると判定された場合に進むステップＳ１１２の処理について説明する。ステップＳ１１２において、ＥＣＵ２０は、複合噴射・ＥＧＲ定量処理の終了条件が成立しているか否かを判定する。具体的には、冷却水温ＴＨｗが規定水温ＴＨｗｂより高いか、或いは、機関負荷率ＫＬが基準低負荷率ＫＬｌｏ以下である場合に、同処理の終了条件が成立する。本ルーチンにおいて複合噴射・ＥＧＲ定量処理の終了条件が成立していると判定された場合にはステップＳ１１３に進む。一方、そうでない場合には本ルーチンを一旦抜ける。この場合には、複合噴射・ＥＧＲ定量処理が継続して実施されることになる。

ステップＳ１１３において、ＥＣＵ２０は、ＥＧＲ開度Ｄｅｇｒの制御指令値を零に変更することでＥＧＲ弁１８を閉弁する。これにより、ＥＧＲ装置１６によるＥＧＲガスの再循環が停止される。また、本ステップでは、ＥＣＵ２０は、ポート燃料噴射比率ＤＩＰの設定値を０（零）に戻す。これにより、内燃機関１への燃料噴射制御が、複合噴射から筒内単独噴射に切り替えられる。このように、本ステップの処理によって複合噴射・ＥＧＲ定量処理が終了させられると、本ルーチンを一旦抜ける。

なお、この制御ルーチンにおいて、ステップＳ１０６で否定判定がなされた後、ステップＳ１０８の処理を行う前に、図２に示したＰＭ粒子数推定マップに現在のＥＧＲガス量Ｑｅｇｒ及び機関負荷率ＫＬを代入し、対応する現在のＰＭ粒子数Ｎｐｍを推定すると良
い。そして、ＰＭ粒子数Ｎｐｍの推定値と目標ＰＭ粒子数Ｎｐｍｌｏとの大小関係を比較し、ＰＭ粒子数Ｎｐｍの推定値が目標ＰＭ粒子数Ｎｐｍｌｏよりも多い場合に限りステップＳ１０８に進むと良い。そして、現在のＰＭ粒子数Ｎｐｍの推定値が目標ＰＭ粒子数Ｎｐｍｌｏ以下の場合には、これ以上ＥＧＲガス量Ｑｅｇｒを敢えて増やす必要がない。その場合には、冷却水温ＴＨｗが規定水温ＴＨｗｂよりも高くなり、内燃機関１の暖機が完了するまでこの制御状態を維持すると良い。

以上のように、本実施例における冷間時ＰＭ低減制御によれば、ＥＧＲガス量ＱｅｇｒがＥＧＲ限界量ＱＬｅｇｒに到達するまでは「筒内単独噴射・ＥＧＲ増量処理」を実施することで、機関出力や走行燃費の向上を実現しつつ、ＰＭ粒子数Ｎｐｍの低減を図ることができる。そして、ＥＧＲガス量ＱｅｇｒがＥＧＲ限界量ＱＬｅｇｒに到達した後は「複合噴射・ＥＧＲ定量処理」を実施することで、内燃機関１の燃焼状態が安定状態に維持しつつＰＭ粒子数Ｎｐｍを目標ＰＭ粒子数Ｎｐｍｌｏ以下に低減することができる。その結果、機関冷間時に多量のＰＭが排出されることが抑制される。従って、本実施例に係る冷間時ＰＭ低減制御が適用される内燃機関１の制御装置においては、機関冷間時における排気エミッションの悪化を確実に抑制することができる。

１・・・内燃機関
２・・・気筒
３・・・ピストン
４・・・燃焼室
５・・・吸気ポート
６・・・排気ポート
７・・・吸気管
８・・・排気管
１２・・ポート内噴射弁
１３・・筒内噴射弁
１４・・点火プラグ
１６・・ＥＧＲ装置
１７・・ＥＧＲ管
１８・・ＥＧＲ弁
２０・・ＥＣＵ

Claims (1)

1. 内燃機関の気筒内に燃料を直接噴射する筒内噴射弁と、
   前記内燃機関の吸気通路内に燃料を噴射する吸気通路内噴射弁と、
   前記内燃機関の排気通路に排出された排気ガスの一部をＥＧＲガスとして機関に導入させるＥＧＲ装置と、
   機関冷間時において、前記筒内噴射弁による燃料噴射量と前記吸気通路内噴射弁による燃料噴射量との和である総燃料噴射量に対する該吸気通路内噴射弁による燃料噴射量の比率である吸気通路内噴射比率を零に維持した状態でＥＧＲガス量を増加させ、機関燃焼が安定状態に維持される上限のＥＧＲ限界量にＥＧＲガス量が到達した場合には、ＥＧＲガス量を該ＥＧＲ限界量に維持した状態で該吸気通路内噴射比率を零より大きな目標噴射比率に変更することによって、気筒内で発生するＰＭ粒子数を目標ＰＭ粒子数まで低減する冷間時ＰＭ低減手段と、
   ＥＧＲガス量に基づいてＰＭ粒子数を推定するＰＭ粒子数推定手段と、
   を備え、
   前記冷間時ＰＭ低減手段は、ＥＧＲガス量が前記ＥＧＲ限界量に到達した際に推定された前記ＰＭ粒子数の推定値と前記目標ＰＭ粒子数との差が大きいほど、前記目標噴射比率を高く設定することを特徴とする内燃機関の制御装置。

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