(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
機関回転数と負荷状態を検出する運転状態検出手段と、
アイドル運転時に目標トルクが得られるように混合気の空燃比を制御する空燃比制御手段と、
機関回転数と負荷状態とがあらかじめ定めた基準値よりも小さい低速低負荷域を含む所定の成層領域では成層燃焼を、それ以外の運転領域では均質燃焼を行わせる燃焼状態制御手段とを備えた内燃機関において、
アクセルペダルの踏み込み状態を検出するアクセル位置検出手段と、
成層領域の上限負荷を、アクセルオフ状態ではアクセルオン状態よりも高く設定する上限負荷設定手段
とを備えた内燃機関の制御装置。
【請求項２】
空燃比制御手段は、負荷状態として内燃機関の補機負荷を検出し、この補機負荷状態に応じて空燃比を補正するように構成されていることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
空燃比制御手段は、燃焼状態に応じた目標当量比を機関運転状態に基づいて設定し、該目標当量比が得られるように機関の吸入空気量および燃料供給量を制御するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は内燃機関の空燃比制御装置に関し、特に成層燃焼と均質燃焼とを運転状態に応じて切り換えるようにした制御装置の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術と解決すべき課題】
ガソリン機関等の火花点火式内燃機関において、燃料を燃焼室内に直接噴射し、比較的回転数と負荷の低い運転領域では、燃料を圧縮行程で噴射することにより点火プラグ付近のみに可燃混合気を層状に生成して成層燃焼を行い、これにより希薄空燃比による運転を可能として燃費、排気浄化性能を改善したものがある。（公知文献としては例えば特開平９−３８７７３号公報参照）
ところで、ある程度回転数または負荷の高い運転領域では、出力性能を確保するために燃料を吸気行程で噴射して混合気を均質化し、比較的濃い空燃比による均質燃焼運転を行わせるのであるが、この均質燃焼運転と成層燃焼運転の切換時には燃焼状態の変化に伴って機関の出力トルクが変動する。このトルク段差は、運転者がアクセルペダル踏み込んでいないアイドル運転状態では、意図しない出力変化として運転者に違和感を与えるおそれがある。
【０００３】
通常はアイドル運転時で無負荷状態では成層燃焼運転が継続されるのでトルク段差は生じないが、例えばエアコンやパワーステアリングなどの補機負荷が加わると成層燃焼から均質燃焼に切り換わってトルク段差が生じる。
【０００４】
本発明はこのような問題点に着目してなされたもので、アイドル域での要求負荷の変動に対して成層燃焼と均質燃焼とが切り換わる頻度を少なくすることを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明では、図１に示したように、機関回転数と負荷状態を検出する運転状態検出手段１０１と、
アイドル運転時に目標トルクが得られるように混合気の空燃比を制御する空燃比制御手段１０２と、機関回転数と負荷状態とがあらかじめ定めた基準値よりも小さい低速低負荷域を含む所定の成層領域では成層燃焼を、それ以外の運転領域では均質燃焼を行わせる燃焼状態制御手段１０３とを備えた内燃機関において、アクセルペダルの踏み込み状態を検出するアクセル位置検出手段１０４と、成層領域の上限負荷を、アクセルオフ状態ではアクセルオン状態よりも高く設定する上限負荷設定手段１０５とを備えた。
【０００６】
上記空燃比制御手段１０２としては、負荷状態として内燃機関の補機負荷を検出し、この補機負荷状態に応じて空燃比を補正するように構成したものとすることができる。
【０００７】
また、空燃比制御手段１０２としては、燃焼状態に応じた目標当量比を機関運転状態に基づいて設定し、該目標当量比が得られるように機関の吸入空気量および燃料供給量を制御するように構成したものとすることができる。
【０００８】
【作用・効果】
上記発明において、アクセルオフのアイドル運転状態が検出されると、成層燃焼を行う負荷領域の上限値が、アクセルペダルが踏み込まれているオフアイドル時よりも高く設定される。このため、アイドル運転状態で補機負荷の投入等により要求負荷が増大したとしても、この負荷増大に伴って均質燃焼に切り換えられてしまう機会が少なくなる。すなわち燃焼状態の切換に伴うトルク変動を起こしにくくなり、これによりアイドル運転状態にて運転者に違和感を与えることが少なくなる。一方、オフアイドル状態では負荷に対して成層燃焼を行う運転域の上限値を十分に下げられるので、運転状態に応じた最適の燃焼状態による運転を行わせて良好な機関性能を発揮させることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図２は本発明の一実施形態のシステム構成を示す。
【００１０】
図中１はアクセル位置検出手段としてのアクセルセンサであり、運転者によるアクセルペダルの操作量ＡＰＳを検出すると共に、アクセルペダルがアイドル位置であるか否かを検出する。２は機関回転速度検出手段としてのクランク角センサであり、単位クランク角毎のポジション信号及び気筒行程の基準位置を示す基準位置信号を発生し、前記ポジション信号の単位時間当たりの発生数を計測することにより、あるいは前記基準位置信号の発生周期を計測することにより機関回転数ＮＥが求められる。３はエアフローメータであり、機関４への単位時間当たりの吸入空気量を検出する。５は水温センサであり、機関冷却水温Ｔｗを検出する。機関４のシリンダ部には、燃焼室１２内に燃料を噴射供給する燃料噴射弁６と、燃焼室１２内で放電着火を行わせるための点火栓７が設けられる。
【００１１】
この機関では、後述するコントロールユニット１１の制御により、予め定められた低速低負荷運転領域を含む成層領域では燃焼室１２内に圧縮行程で燃料噴射することにより点火栓７付近に可燃混合気層を形成して成層燃焼による超希薄空燃比運転を行わせ、前記以外の比較的回転数または負荷の高い運転領域では吸気行程で燃料噴射することによりシリンダ内全体に均質な混合気を形成して均質燃焼による比較的濃い空燃比での運転を行わせることができるようになっている。
【００１２】
内燃機関４の吸気通路８には、スロットル弁９が介装され、このスロットル弁９の開度を電子制御可能なステップモータ等からなるスロットル弁制御装置１０が備えられている。
【００１３】
コントロールユニット１１は本発明の燃料制御手段、燃焼状態制御手段、上限負荷設定手段等の機能を発揮するもので、上限負荷設定手段の作用としては、アクセルセンサ１からの信号に基づきアクセルペダルの踏み込みの有無を検出し、アクセルペダルが踏み込まれているアクセルオン状態（オフアイドル時）または踏み込まれてないアクセルオフ状態（アイドル時）を判定して、後述するようにアイドル領域付近での成層領域の上限を修正する。
【００１４】
また、コントロールユニット１１は、前記センサ類からの信号に基づいて検出される運転状態に応じて燃料噴射弁６を駆動して燃料噴射時期および燃料噴射量を制御すると共に、スロットル弁制御装置１０を介して吸入空気量を制御する。また、点火時期を設定して点火栓７を放電させる制御を行う。
【００１５】
コントロールユニット１１が行う空燃比制御としては、例えば目標当量比（空燃比の逆数に比例する量）を用いた燃料供給量ないし吸入空気量の制御であり、その概略は次の通りである。まず、アクセル操作量ＡＰＳと機関回転数ＮＥ、またはこれらによって演算される機関の目標トルクＩＴｃと機関回転数ＮＥに基づき、理論空燃比で得られる吸入空気量に相当する値として基準目標吸入空気量ｔＴＰを、マッブからの検索等により演算する。該基準目標吸入空気量ｔＴＰとしては、１吸気行程毎の吸入空気量に対応する基本燃料噴射量の他、１吸気行程毎の吸入空気量そのもの、前記エアフローメータ３で検出される単位時間当りの吸入空気量などを用いることができる。
【００１６】
次に、機関回転数ＮＥと前記目標トルクＩＴｃとからマップ検索等により基本目標当量比ＴＦＢＹＡＢを求め、これに対応する目標吸入空気量ｔＴＰ’を算出する。これは例えば簡易的には前記基準目標吸入空気量ｔＴＰを基本目標当量比ＴＦＢＹＡＢで除算することにより求められるが、理論空燃比に対応する基準当量比に対して基本目標当量比ＴＦＢＹＡＢが異なることにより燃焼効率が異なり、必要燃料量が異なってくるので、好ましくはこれに応じて予め燃焼効率に応じた補正を施すことで、目標トルクと目標当量比とを同時に満たす目標吸入空気量ｔＴＰ’を求める。
【００１７】
次に、前記目標吸入空気量ｔＴＰ’と機関回転数ＮＥとから目標スロットル弁開度ｔＴＰＳを演算する。該目標スロットル弁開度ｔＴＰＳは、目標吸入空気量ｔＴＰ’が得られるスロットル開度である。前記目標スロットル弁開度ｔＴＰＳの信号は、スロットル弁制御装置１０に入力され、これによって該スロットル弁制御装置１０はスロットル弁９を目標スロットル弁開度ｔＴＰＳになるように駆動する。
【００１８】
一方、エアフローメータ３で検出された単位時間当りの吸入空気量Ｑと、内燃機関回転数ＮＥとに基づき、理論空燃比（基準当量比）時における１吸気行程当りの吸入空気量に対応する基本燃料噴射パルス幅ＴＰが演算される。前記基本燃料噴射パルス幅ＴＰには、基本目標当量比ＴＦＢＹＡＢに応答遅れ等を考慮して補正して得た最終的な目標当量比ＴＦＢＹＡを乗じて実効燃料噴射バルス幅ＴＣを演算し、該実効燃料噴射パルス幅ＴＣにバッテリ電圧に応じた無効パルス幅ＴＳを加えて最終的な燃料噴射パルス幅ＴＩを演算する。燃料噴射パルス幅ＴＩを持つ噴射パルス信号が、燃料噴射弁６に出力され、核燃料噴射弁６が駆動されて目標空燃比に対応した燃料量が噴射供給される。
【００１９】
このようにして、スロットル弁開度の制御による吸入空気量と燃料供給量とがそれぞれの目標値に制御されることにより、目標当量比を維持して排気浄化性能等を満たしつつ、必要な目標トルクを得て良好な運転性能を確保することができる。
【００２０】
ところで、運転者がアクセルペダルを踏み込んでいないアイドル運転状態においては回転数または有効な出力トルクが略一定となるように空気量ないし目標当量比が設定されており、またこのような低速低負荷域では成層燃焼運転が行われる。一方、アイドル運転状態から負荷が増大し、または回転数が増大して成層燃焼域を超えると均質燃焼運転に切り換えられる。成層燃焼から均質燃焼へと切り換える上限負荷の値は、運転性を考慮すると低めに設定し、アクセルペダルの踏み込みに応じて速やかに均質燃焼に移行させることが望ましい。ところが、上限負荷を低く設定すると、既述したようにアイドル運転状態において例えばエアコンのコンプレッサやパワーステアリングの負荷が加わったときに均質燃焼に移行してしまい、燃焼状態の変化に伴うトルク段差が発生するという問題が生じる。
【００２１】
そこで本発明ではアイドル運転状態でのアクセルペダルの踏み込み状態に応じて成層燃焼から均質燃焼に切り換える負荷値を修正することにより、このようなトルク段差が発生する頻度を減少しようとするものである。以下この制御の内容につき流れ図に沿って説明する。
【００２２】
この制御では、まず機関回転数ＮＥ、吸入空気量Ｑ、冷却水温Ｔなどの機関運転状態およびアクセルペダル位置（操作量）ＡＰＳを検出する（Ｓ２０１）。次に、アクセルペダルが踏み込まれているか否かを位置信号ＡＰＳから判定し、踏み込まれているオフアイドル状態のときには成層燃焼を行う上限負荷の基準値Ｔｃａとして第一の基準値Ｔｃ１を設定し、踏み込まれていないアイドル状態では上限負荷の基準値Ｔｃａとして第二の基準値Ｔｃ２を設定する（Ｓ２０２〜２０４）。前記Ｔｃ１，Ｔｃ２は、図４に例示したようにＴｃ２がＴｃ１よりも大となるように設定されている。
【００２３】
次に、既述したアクセルペダル位置ＡＰＳとエンジン回転数ＮＥとから算出される目標トルクＩＴｃを上記基準値Ｔｃａと比較し、ＩＴｃ＞Ｔｃａのときは均質燃焼域であるので成層燃焼を禁止して均質燃焼運転を行う（Ｓ２０５，２０８）。ＩＴｃ≦Ｔｃａのときには次にエンジン回転数ＮＥが予め定められた成層燃焼域の上限回転数Ｎａを超えていないか否かが判定され、ＮＥ＞Ｎａのときは均質燃焼域であるので成層燃焼を禁止して均質燃焼運転を行う（Ｓ２０６，２０８）。ＮＥ≦ｎａのときには、負荷と回転数がともに基準値以下の成層燃焼域であるので、成層燃焼運転を行う（Ｓ２０６，２００７）。
【００２４】
上記制御の繰り返しにより、負荷を代表する機関目標トルクＩＴｃが基準値Ｔｃａ以下でかつ回転数ＮＥが基準値Ｎａ以下の運転領域では成層燃焼運転が行われ、負荷または回転数が前記基準値を超える比較的負荷・回転数の高い運転領域では均質燃焼運転が行われることになる。
【００２５】
図４に示したように、成層領域では上述したようにアクセルペダルの踏み込み状態に応じて、オフアイドルのときに比較してアイドル運転状態での成層運転を行う上限負荷基準値Ｔｃａが大きく設定されるため、運転者がアクセルペダルを踏み込んでいないアイドル運転状態でエアコンやパワーステアリング等の負荷が投入されて目標トルクＩＴｃが増大してもこれによって燃焼状態が成層から均質へと切り換わってしまうようなことがなく、燃焼状態の切換に伴うトルク変動の発生により運転者に違和感を与えるようなことがない。一方、発進や加速のためにアクセルペダルを踏み込めば成層運転の上限負荷基準値Ｔｃａが小さくなるため、アクセルペダルの踏み込み操作に対して応答よく均質運転に移行させて十分な機関性能を発揮させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の構成図。
【図２】本発明の一実施形態の概略構成図。
【図３】上記一実施形態の制御内容を示す流れ図。
【図４】同じく成層領域での制御特性を示す説明図。
【符号の説明】
１  アクセルセンサ
２  クランク角センサ
３  エアフローメータ
４  内燃機関
５  水温センサ
６  燃料噴射弁
７  点火栓
８  吸気通路
９  スロットル弁
１０  スロットル制御装置
１１  コントロールユニット
【図１】
0003651275.tif 000002
【図２】
0003651275.tif 000003
【図３】
0003651275.tif 000004
【図４】
0003651275.tif 000005