(57)【要約】  【課題】ＨＣＣＩエンジンでは、エンジン回転速度や負荷が変化する過渡運転の場合、前サイクルの燃焼において燃料量、燃焼室壁温度、着火時期などが定常運転状態とは変化し、筒内既燃ガス温度すなわち内部ＥＧＲ温度が定常適合値を計測した状態とは異なると、内部ＥＧＲ温度が定常適合値よりも高い場合には、ヘビーノッキングやプレイグニッションが発生し、逆に低い場合は着火しなくなるので失火するといった不具合が生じる可能性が高くなる。  【解決手段】筒内に残留させる既燃ガスと新気との混合により混合気温度を制御して予混合圧縮自着火燃焼を実施し得る気筒内燃料噴射式の内燃機関において、予混合圧縮自着火燃焼を実施した際の筒内最大圧力を検出し、検出した筒内最大圧力によりサイクル毎の変動状態を把握し、把握した変動状態が所定範囲を逸脱して減少した直後に増加するものである場合に、失火の兆候を判断して混合気温度を上昇させる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒内に残留させる既燃ガスと新気との混合により混合気温度を制御して予混合圧縮自着火燃焼を実施し得る気筒内燃料噴射式の内燃機関において、予混合圧縮自着火燃焼を実施した際の筒内最大圧力を検出し、
検出した筒内最大圧力によりサイクル毎の変動状態を把握し、
把握した変動状態が所定範囲を逸脱して減少した直後に増加するものである場合に、失火の兆候を判断して混合気温度を上昇させる内燃機関の過渡時失火抑制制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、予混合圧縮自着火燃焼（以下、ＨＣＣＩと称する）を運転状態に応じて実施する内燃機関の過渡時失火抑制制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、点火プラグを備える内燃機関例えばガソリンを燃料とするエンジンにおいて、排気行程から吸気行程に移る際に、排気弁と吸気弁とが同時に閉じている状態、いわゆる負のオーバーラップ期間（以下、ＮＶＯと称する）を設け、既燃ガスをシリンダ内に残留させ、残留させた既燃ガスの熱により混合気を加熱しつつ圧縮することにより、混合気を自着火させて運転するＨＣＣＩエンジンが知られている。
【０００３】
例えば、特許文献１に記載のＨＣＣＩエンジンにあっては、燃焼室内にほぼ均一な混合気を形成するための第一の燃料噴射と点火プラグの近傍に燃料を偏在させるための第二の燃料噴射とを行い、点火プラグ近傍の濃混合気に対して点火プラグにより着火し、その後に濃混合気周囲の混合気を自己着火させる構成である。そして、自己着火時の燃焼状態を燃焼速度又は燃焼時期に相関するパラメータ例えば最大筒内圧力により検出し、検出したパラメータに基づいて燃料供給又は点火時期を制御するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２‐１８８４８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、このようなＨＣＣＩエンジンでは、エンジン回転速度や負荷が変化する過渡運転の場合、前サイクルの燃焼において燃料量、燃焼室壁温度、着火時期などが定常運転状態とは変化し、筒内既燃ガス温度すなわち内部ＥＧＲ（排気ガス再循環）温度が定常適合値を計測した状態とは異なる。
【０００６】
例えば、トルクがほぼ一定での加速時には、内部ＥＧＲ温度の要求値もほぼ一定となる。しかしながら、エンジン回転速度が上昇する場合、一サイクルに用いる燃料量が一定であっても、壁面への熱の移動も減少するため、内部ＥＧＲ温度が上昇する。このため、ＨＣＣＩエンジンは、内部ＥＧＲ率を低下させるように適合してある。ただし、エンジン回転速度やトルクが過渡的に変化する場合には、実際の壁面温度が適合時の壁面温度とは異なってくる。このため、適合の定常状態ほどには、内部ＥＧＲ温度が上昇しない場合が生じることがある。
【０００７】
このように、内部ＥＧＲ温度が定常適合値と異なると、種々の不具合が生じる可能性が高くなる。具体的には、内部ＥＧＲ温度が定常適合値よりも高い場合には、ヘビーノッキングやプレイグニッションが発生し、逆に低い場合は着火しなくなるので失火する可能性が考えられる。
【０００８】
そこで本発明は、このような不具合を解消することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
すなわち、本発明の内燃機関の過渡時失火抑制制御方法は、筒内に残留させる既燃ガスと新気との混合により混合気温度を制御して予混合圧縮自着火燃焼を実施し得る気筒内燃料噴射式の内燃機関において、予混合圧縮自着火燃焼を実施した際の筒内最大圧力を検出し、検出した筒内最大圧力によりサイクル毎の変動状態を把握し、把握した変動状態が所定範囲を逸脱して減少した直後に増加するものである場合に、失火の兆候を判断して混合気温度を上昇させることを特徴とする。
【００１０】
このような構成によれば、所定範囲を逸脱して減少した直後に増加する変動状態により、混合気温度の低下を推定することが可能であり、その推定により失火の兆候、言い換えれば着火性の低下を判断することで、失火に至る前に混合気温度の上昇のための制御を実行し得るものとなる。これにより、失火の発生を未然に抑制することで、燃焼及び着火を安定にすることが可能になる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明は、以上説明したような構成であり、失火の発生を未然に抑制することで、燃焼及び着火を安定にすることができ、過渡運転状態の場合に定常運転の場合とほぼ同等のＨＣＣＩ運転領域を確保することができる。従って、燃費の低減と排気ガス中の環境汚染物質の排出量の改善の効果を最大限に活用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態のエンジンの概略構成を示す概略構成説明図。
【図２】同実施形態の制御手順を示すフローチャート。
【図３】同実施形態の作用説明図。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。
【００１４】
この実施形態の火花点火式で、かつ筒内燃料噴射式のエンジン１００は、可変バルブタイミング機構３０を装備しているエンジンで、ＨＣＣＩを実施するために、圧縮比を通常の火花着火のみを実施するエンジンに比べて高くしてある。そしてこのような圧縮比の設定以外は、可変バルブタイミング機構３０を備える通常の火花点火式のエンジンと同じである。
【００１５】
具体的には、図１に１気筒の構成を概略的に示したエンジン１００は、自動車用の３気筒のもので、その吸気系１には図示しないアクセルペダルに応動して開閉する電子式スロットルバルブ２が配設され、その下流側にはサージタンク３が設けられ、サージタンク３からの吸入空気は吸気ポート１１及び吸気弁３７を介してシリンダ３８内に吸入される。この吸気系１には、スロットルバルブ２を迂回する迂回路であるバイパス通路１ａが設けてあり、そのバイパス通路１ａにはバイパス通路１ａを通過する空気量を制御するための流量制御バルブ１ｂが設けてある。この流量制御バルブ１ｂは、主としてエンジン１００のアイドル回転制御を実行する際に制御される。
【００１６】
シリンダヘッド１２に設けられる燃焼室３５に対して、燃料を燃焼室３５内に直接噴射し得るようにインジェクタ５が設けてある。このインジェクタ５は、後述する電子制御装置６により制御するように構成される。また、排気系２０には、燃焼室３５から排気弁３６を介して排出された排気ガス中の酸素濃度を測定するためのＯ2 センサ２１が、図示しないマフラに至るまで管路に配設された三元触媒２２の上流の位置に取り付けられている。
【００１７】
可変バルブタイミング機構３０は、例えば作動オイルにより作動する機械式のもので、電子制御装置６と協働して、排気弁３６と吸気弁３７とのそれぞれの開閉時期を独立して制御できるものである。すなわち、電子制御装置６が出力する信号により、作動オイルが制御されて作動するものである可変バルブタイミング機構３０は、排気弁３６及び吸気弁３７を全開にする作動中心を進角及び遅角するとともに、排気弁３６及び吸気弁３７の作動角度を制御するものである。可変バルブタイミング機構３０は、火花着火の際には排気弁３６と吸気弁３７との開成期間が重なり合うように排気弁３６と吸気弁３７とを制御し、ＨＣＣＩの際には、排気行程から吸気行程に移行する間に、ピストン３９が排気上死点近傍に位置する所定期間、排気弁３６と吸気弁３７とを同時に閉じるように制御する。この所定期間がＮＶＯである。
【００１８】
可変バルブタイミング機構３０とともにエンジン１００の運転を制御する電子制御装置６は、中央演算装置７と、記憶装置８と、入力インターフェース９と、出力インターフェース１０とを具備してなるマイクロコンピュータシステムを主体に構成されている。その入力インターフェース９には、サージタンク３内の圧力すなわち吸気管圧力を検出するための吸気圧センサ１９から出力される吸気圧信号ａ、エンジン回転数ＮＥを検出するための回転数センサ１４から出力される回転数信号ｂ、クランクセンサ４１から出力されるクランク角度信号ｍ、タイミングセンサ４２から出力される吸気カム信号ｎ、スロットルバルブ２の開閉状態を検出するためのアイドルスイッチ１６から出力されるＩＤＬ信号ｄ、エンジン１００の冷却水温を検出するための水温センサ１７から出力される水温信号ｅ、上記したＯ2 センサ２１から出力される電圧信号ｈ等が入力される。一方、出力インターフェース１０からは、インジェクタ５に対して燃料噴射信号ｆたる駆動パルスが、また火花着火の実施に際して点火プラグ１８に対して点火信号ｇが出力されるようになっている。
【００１９】
点火プラグ１８には、イオン電流を検出するために、イオン電流検出回路６０が接続されるとともに、点火コイルやスイッチングトランジスタなどを備える点火回路６１が接続される。イオン電流検出回路６０は、点火プラグ１８に対してイオン電流検出用の電圧をエンジン１００の運転中印加する電源を備えると共に、イオン電流を検出するための抵抗及び電圧センサを備えるものである。したがって、ＨＣＣＩの場合であっても通電信号ｇが点火回路６１に対して出力されるものである。
【００２０】
このような構成において、電子制御装置６には、吸気圧センサ１９から出力される吸気圧信号ａと回転数センサ１４から出力される回転数信号ｂとを主な情報とし、エンジン１００の運転状態に応じて決まる各種の補正係数で基本噴射時間（基本噴射量）を補正して燃料噴射弁開成時間すなわちインジェクタ最終通電時間Ｔを決定し、その決定された通電時間によりインジェクタ５を制御して、エンジン負荷に応じた燃料を吸気系１に噴射させるためのプログラムが内蔵してある。
【００２１】
又、電子制御装置６には、ＨＣＣＩを実施している過渡時運転において、筒内最大圧力を検出し、検出した筒内最大圧力によりサイクル毎の変動状態を把握し、把握した変動状態が所定範囲Ｒを逸脱して減少した直後に増加するものである場合に、失火の兆候を判断して混合気温度を上昇させる過渡時失火抑制制御プログラムが内蔵してある。
【００２２】
この実施形態における過渡時失火抑制制御プログラムの概略制御手順を、図２を交えて説明する。なお、この過渡時失火抑制制御プログラムでは、変動状態を、筒内最大圧力の変動率により把握するものである。従って、サイクル毎の変動率の演算のために、各サイクルにおいて演算した筒内最大圧力の所定個数が、記憶装置８に一時的に保存されるものである。
【００２３】
まず、ステップＳ１では、イオン電流を検出する。点火後に発生するイオン電流は、正常な燃焼の場合、点火後に一旦大きくなり、その後に減少した後に増加し続け、燃焼圧力が最大となる上死点近傍において最大電流値となり、その後は漸次減衰する。このようなイオン電流の特性を活用して、ステップＳ２では、検出したイオン電流により筒内最大圧力を推定する。この場合、イオン電流の最大電流値と筒内最大圧力との二次元マップにより、あるいは最大電流値に換算値を乗じる等して演算により、筒内最大圧力を推定するものであってよい。
【００２４】
ステップＳ３では、推定した筒内最大圧力に基づき、サイクル毎の筒内最大圧力の変動率を演算する。変動率は、例えば今回演算した筒内最大圧力を含めて、所定個数における筒内最大圧力の移動平均と、所定個数における筒内最大圧力の標準偏差とに基づいて演算するものである。
【００２５】
ステップＳ４では、演算した変動率が所定範囲Ｒ内にあるか否かを判定する。すなわち、筒内最大圧力の変動状態を把握するために、演算した変動率が、それまでのサイクルと同じか、異なるか、言い換えれば、異常な減少あるいは増加が生じていないか否かを判定するものである。所定範囲Ｒとは、図３に示すように、変動率が０の場合を中心にして、定常運転において演算した変動率が、その所定範囲Ｒ内にすべて収まるように設定するものである。具体的には、所定範囲Ｒは、例えば変動率０を中央にして、正負に０．１の幅で設定するものである。ステップＳ４において、演算した変動率が所定範囲Ｒを逸脱する、つまり正又は負に、０．１以上の変動率となったと判断した場合は、ステップＳ５に進み、そうでない場合は、今回のプログラムの実行を終了する。
【００２６】
ステップＳ５では、今回のサイクルの直前のサイクルにおいて、変動率が所定範囲Ｒを逸脱して減少したか否かを、記憶装置８に記憶された前回の変動率の演算結果を基に判定する。ステップＳ５において、前のサイクルにおいて変動率が減少したと判定する場合は、ステップＳ６に進み、そうでない場合は、今回のプログラムの実行を終了する。
【００２７】
ステップＳ６では、今回演算した変動率が、増加したか否か、すなわち、今回のサイクルが、前のサイクルで減少した直後のサイクルであって、変動率が増加したか否かを判定する。この判定により、失火の兆候有無を判断するものである。
【００２８】
燃焼状態が微小に不安定になる場合、混合気中の燃料の一部が燃えきらずに燃焼行程が終了する。この場合に、一部の燃料が未燃状態であることにより、未燃の燃料分だけ燃焼圧力が上昇せず、筒内最大圧力が低下する。このような燃焼行程に引き続く排気行程において、未燃燃料又は未燃ガスは内部ＥＧＲガスとしてシリンダ内に残留することになる。この結果、次のサイクルにあっては、残留した未燃燃料が、そのサイクルに対して設定された燃料量より多くなり、つまり未燃燃料分だけこのサイクルにおける燃料の総量が増加したことになり、筒内最大圧力が設定された燃料量による場合に比較して高くなるものである。
【００２９】
ステップＳ７では、混合気温度を上昇させる。この実施形態においては、混合気温度を上昇させるために、排気弁３６の開弁のタイミングを制御する。具体的には、可変バルブタイミング機構３０により排気弁３６を閉弁するタイミングを早くするもので、このように構成することにより既燃ガスの排出量が少なくなり、シリンダ内に残留する既燃ガスの量つまり内部ＥＧＲ量が増加する。従って、それ以前より多量の既燃ガスが、吸入された新気と混合されて、混合気温度が上昇するものとなる。
【００３０】
定常運転状態から過渡運転状態にエンジン１００の運転状態が変化した場合に、燃料量、燃焼室温度あるいは着火時期などが、それまでの定常運転状態から変化することで、内部ＥＧＲ温度が変化することがある。このような内部ＥＧＲ温度の変化により、燃焼状態が変化し、その変化が筒内最大圧力に現れた場合に、この過渡時失火抑制制御プログラムでは、その時の運転状態を維持するのか、又は混合気温度を上昇させるように排気弁３６を制御するかどうかを判断するものである。
【００３１】
そして、上述したように、筒内最大圧力の変動率を演算して、その変化を判断することにより、混合気温度の不足により失火の兆候の有無を判断することができ、失火に至る前に対策、つまり排気弁３６の閉弁のタイミングを早くして混合気温度を上昇させることを講じることができる。これによって燃焼の安定化を図ることができ、失火の発生を未然に抑制することができる。
【００３２】
なお、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではない。
【００３３】
上述の実施形態にあっては、筒内最大圧力の変動率に基づいて失火の兆候を判断したが、前サイクルの筒内最大圧力と今回のサイクルの筒内最大圧力との圧力差に基づいて、失火の兆候を判断するものであってもよい。この場合においても、前サイクルにおいて筒内最大圧力が所定範囲Ｒを逸脱して減少し、今回のサイクルにおいて筒内最大圧力が所定範囲Ｒを逸脱して増加するように変化することにより、失火の兆候を判断するものである。
【００３４】
筒内最大圧力は、上述の実施形態のように、イオン電流の最大電流値に基づいて推定する方法に代えて、燃焼室３５あるいはシリンダに沿って設ける圧力センサにより直接に検出あるいは測定するものであってよい。このような圧力センサにあっては、点火プラグ座型圧力センサやノックセンサを含むものである。
【００３５】
また、上述の実施形態では、排気弁３６と吸気弁３７とのバルブタイミングを可変する可変バルブタイミング機構３０を説明したが、少なくとも排気弁３６のバルブリフト量を変えることができるバルブリフト可変機構を備え、排気弁３６のバルブリフト量を小さくすることにより、排出される既燃ガス量を少なくして混合気温度を上昇させるように構成するものであってもよい。
【００３６】
このように、排気弁３６のバルブリフト量を小さくすることに代えて、吸気弁３７のバルブリフト量を小さくすることで吸入する新気量を減らし、その結果、残留する既燃ガス量に対する新気量の割合を小さく、つまり相対的に内部ＥＧＲ率を高くして混合気温度を上昇させるものであってもよい。
【００３７】
さらには、可変バルブタイミング機構３０とバルブリフト可変機構とを併せ持つ可変バルブ機構を、混合気温度の上昇のために備えるものであってもよく、上述したバルブタイミングの制御とバルブリフト量の制御とを組み合わせて、混合気温度を上昇させるように構成するものであってよい。
【００３８】
エンジンがターボチャージャを備えるものにあっては、ターボチャージャの背圧制御を実施することによって、混合気温度を上昇させるように構成するものであってもよい。すなわち、ウェイストゲートの開度を制御することにより、また可変ノズル式のものにあっては、ノズルを閉じることにより、ターボチャージャの背圧制御を実施するものである。
【００３９】
その他、各部の具体的構成についても上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明は、車両特には自動車に搭載される内燃機関において活用することができる。
【符号の説明】
【００４１】
５…インジェクタ
６…電子制御装置
７…中央演算処理装置
８…記憶装置
９…入力インターフェース
１０…出力インターフェース
３５…燃焼室
Ｒ…所定範囲
【図１】
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【図２】
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【図３】
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