(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
機関の燃焼室内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁を備えると共に、機関運転条件に応じ、吸気行程にて燃料を噴射させて行う均質燃焼と、圧縮行程にて燃料を噴射させて行う成層燃焼とを切換制御する燃焼方式切換制御手段を備える直噴火花点火式内燃機関において、
シリンダ内総ガス重量の算出手段と、未燃ガス密度の算出手段と、火炎速度の算出手段とを有し、これらに基づき、予め定めたＭＢＴ演算式により、均質燃焼用のＭＢＴ相当の点火時期を演算する均質用点火時期演算手段と、
機関運転状態のパラメータに基づき、予め定めたマップを参照して、成層燃焼用の点火時期を検索する成層用点火時期検索手段と、
前記燃焼方式切換制御手段の切換制御に従って、均質燃焼時に前記均質用点火時期演算手段による点火時期に制御し、成層燃焼時に前記成層用点火時期検索手段による点火時期に制御する点火時期切換制御手段と、
を設けたことを特徴とする直噴火花点火式内燃機関の点火時期制御装置。
【請求項２】
前記均質用点火時期演算手段は、前記燃焼方式切換制御手段の切換制御に従って、均質燃焼時のみ所定の演算間隔で作動するものとし、前記成層用点火時期検索手段は、前記燃焼方式切換制御手段の切換制御に従って、成層燃焼時のみ所定の演算間隔で作動するものとしたことを特徴とする請求項１記載の直噴火花点火式内燃機関の点火時期制御装置。
【請求項３】
前記均質用点火時期演算手段は、シリンダ内総ガス重量を未燃ガス密度及び火炎速度で割った値に所定の着火遅れ時間を加算し、この加算値を機関回転数によってクランク角に単位変換して、ＭＢＴ相当の点火時期を演算するものであることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の直噴火花点火式内燃機関の点火時期制御装置。
【請求項４】
前記成層用点火時期検索手段は、機関回転数と負荷とを機関運転状態のパラメータとして、成層燃焼用の点火時期を定めたマップを参照して、成層燃焼用の点火時期を検索するものであることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の直噴火花点火式内燃機関の点火時期制御装置。
【請求項５】
前記燃焼方式切換制御手段は、機関運転条件に応じ、均質燃焼と成層燃焼とのいずれの燃焼方式を選択するかを判定する燃焼方式判定手段と、燃焼方式の判定結果に従って、各気筒毎に、順次、燃焼方式に対応した燃料噴射量及び噴射時期の燃料噴射方式に制御する気筒別燃料噴射制御手段と、からなり、
前記均質用点火時期演算手段及び前記成層用点火時期検索手段は、前記燃焼方式判定手段の判定結果に従って、いずれか一方が作動するものとし、
前記点火時期切換制御手段は、前記気筒別燃料噴射制御手段による各気筒毎の燃料噴射方式に従って、各気筒毎に点火時期を制御するものとしたことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載の直噴火花点火式内燃機関の点火時期制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、直噴火花点火式内燃機関の点火時期制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、直噴火花点火式内燃機関が注目されており、このものでは、機関運転条件に応じ、燃焼方式を切換制御、すなわち、吸気行程にて燃料を噴射することにより、燃焼室内に燃料を拡散させ均質の混合気を形成して行う均質燃焼と、圧縮行程にて燃料を噴射することにより、点火栓回りに集中的に層状の混合気を形成して行う成層燃焼とを切換制御するのが一般的である（特開昭５９−３７２３６号公報参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、本出願人は、点火制御に際し、特願平８−１８３６３７号や特願平８−２３８７８４号にて提案しているように、機関運転状態のパラメータに基づいて、予め定めたＭＢＴ（最適点火時期）演算式を用いて、ＭＢＴ相当の点火時期を演算することにより、マップ方式に比べ、実験工数やメモリ容量の削減を可能にしている。
【０００４】
しかるに、ＭＢＴ演算式は、均質燃焼を前提としているため、成層燃焼時にこれを適用すると、進角し過ぎとなり、最適な燃焼を実現することはできない。
また、ＭＢＴ演算式を用いると、演算負荷が増大するため、ＭＢＴ演算式による点火時期の設定は必要なときに限るべきである。
本発明は、このような従来の問題点に鑑み、均質燃焼時及び成層燃焼時にそれぞれ最適な方式で、また必要最小限の演算負荷で、点火時期を設定できるようにすることを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項１に係る発明では、機関の燃焼室内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁を備えると共に、機関運転条件に応じ、吸気行程にて燃料を噴射させて行う均質燃焼と、圧縮行程にて燃料を噴射させて行う成層燃焼とを切換制御する燃焼方式切換制御手段を備える直噴火花点火式内燃機関の点火時期制御装置において、図１に示すように、シリンダ内総ガス重量の算出手段と、未燃ガス密度の算出手段と、火炎速度の算出手段とを有し、これらに基づき、予め定めたＭＢＴ演算式により、均質燃焼用のＭＢＴ相当の点火時期を演算する均質用点火時期演算手段と、機関運転状態のパラメータに基づき、予め定めたマップを参照して、成層燃焼用の点火時期を検索する成層用点火時期検索手段と、前記燃焼方式切換制御手段の切換制御に従って、均質燃焼時に前記均質用点火時期演算手段による点火時期に制御し、成層燃焼時に前記成層用点火時期検索手段による点火時期に制御する点火時期切換制御手段と、を設けたことを特徴とする。
【０００６】
請求項２に係る発明では、前記均質用点火時期演算手段は、前記燃焼方式切換制御手段の切換制御に従って、均質燃焼時のみ所定の演算間隔で作動するものとし、前記成層用点火時期検索手段は、前記燃焼方式切換制御手段の切換制御に従って、成層燃焼時のみ所定の演算間隔で作動するものとしたことを特徴とする。
【０００７】
請求項３に係る発明では、前記均質用点火時期演算手段は、シリンダ内総ガス重量を未燃ガス密度及び火炎速度で割った値に所定の着火遅れ時間を加算し、この加算値を機関回転数によってクランク角に単位変換して、ＭＢＴ相当の点火時期を演算するものであることを特徴とする。
請求項４に係る発明では、前記成層用点火時期検索手段は、機関回転数と負荷とを機関運転状態のパラメータとして、成層燃焼用の点火時期を定めたマップを参照して、成層燃焼用の点火時期を検索するものであることを特徴とする。
【０００８】
請求項５に係る発明では、前記燃焼方式切換制御手段は、機関運転条件に応じ、均質燃焼と成層燃焼とのいずれの燃焼方式を選択するかを判定する燃焼方式判定手段と、燃焼方式の判定結果に従って、各気筒毎に、順次、燃焼方式に対応した燃料噴射量及び噴射時期の燃料噴射方式に制御する気筒別燃料噴射制御手段と、からなり、前記均質用点火時期演算手段及び前記成層用点火時期検索手段は、前記燃焼方式判定手段の判定結果に従って、いずれか一方が作動するものとし、前記点火時期切換制御手段は、前記気筒別燃料噴射制御手段による各気筒毎の燃料噴射方式に従って、各気筒毎に点火時期を制御するものとしたことを特徴とする。
【０００９】
【発明の効果】
請求項１に係る発明によれば、均質燃焼時には、ＭＢＴ演算式を用いて、均質燃焼用のＭＢＴ相当の点火時期を演算するが、成層燃焼時には、マップを用いて、成層燃焼用の点火時期を検索する方式とすることにより、成層燃焼時に進角し過ぎることを防止して、最適な燃焼を実現することができるという効果が得られる。
また、シリンダ内総ガス重量と、未燃ガス密度と、火炎速度とに基づいて、ＭＢＴを演算することで、ＭＢＴを正確に演算でき、良好な均質燃焼を実現することができる。
【００１０】
請求項２に係る発明によれば、均質燃焼時には均質用点火時期演算手段のみを作動させ、成層燃焼時には成層用点火時期検索手段のみを作動させるので、特に成層燃焼時に、ＭＢＴ演算式を用いないことで、演算負荷を低減できる。
【００１１】
請求項３に係る発明によれば、シリンダ内総ガス重量を未燃ガス密度及び火炎速度で割った値に所定の着火遅れ時間を加算し、この加算値を機関回転数によってクランク角に単位変換して、ＭＢＴを演算することで、更に正確にＭＢＴを演算できる。
請求項４に係る発明によれば、機関回転数と負荷とをパラメータとして、成層燃焼用の点火時期のマップを設定することにより、成層燃焼用の点火時期を最適なものとすることができる。
【００１２】
請求項５に係る発明によれば、燃焼方式の判定結果に従って、均質用点火時期演算手段と成層用点火時期検索手段とのいずれかを作動させる一方、各気筒毎の実際の燃焼方式（燃料噴射方式）に従って、各気筒毎に点火時期を制御することで、各気筒毎の燃料噴射制御と点火時期制御とが対応したものとなる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態について説明する。
図２は実施の一形態を示す内燃機関のシステム図である。先ず、これについて説明する。
車両に搭載される内燃機関１の各気筒の燃焼室には、エアクリーナ２から吸気通路３により、電制スロットル弁４の制御を受けて、空気が吸入される。また、スワール制御弁５が設けられており、ポート断面積を制御して燃焼室に吸入される空気の流動を制御可能である。
【００１４】
そして、燃焼室内に燃料（ガソリン）を直接噴射するように、電磁式の燃料噴射弁（インジェクタ）６が設けられている。
燃料噴射弁６は、後述するコントロールユニット２０から機関回転に同期して吸気行程又は圧縮行程にて出力される噴射パルス信号によりソレノイドに通電されて開弁し、所定圧力に調圧された燃料を噴射するようになっている。そして、噴射された燃料は、吸気行程噴射の場合は燃焼室内に拡散して均質な混合気を形成し、また圧縮行程噴射の場合は点火栓７回りに集中的に層状の混合気を形成し、後述するコントロールユニット２０からの点火信号に基づき、点火栓７により点火されて、燃焼（均質燃焼又は成層燃焼）する。
【００１５】
機関１からの排気は排気通路８より排出され、排気通路８には排気浄化用の触媒９が介装されている。また、排気の一部は電制ＥＧＲ弁１０を介してＥＧＲ通路１１により吸気通路３のスロットル弁４下流（吸気マニホールド）に還流される。
コントロールユニット２０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ａ／Ｄ変換器及び入出力インターフェイス等を含んで構成されるマイクロコンピュータを備え、各種センサからの入力信号を受け、これに基づいて演算処理して、燃料噴射弁６及び点火栓７などの作動を制御する。
【００１６】
前記各種センサとしては、機関１のクランク軸又はカム軸回転を検出するクランク角センサ２１，２２が設けられている。これらのクランク角センサ２１，２２は、気筒数をｎとすると、クランク角７２０°／ｎ毎に、予め定めたクランク角位置（例えば圧縮上死点前１１０°）で基準パルス信号ＲＥＦを出力すると共に、１〜２°毎に単位パルス信号ＰＯＳを出力するもので、基準パルス信号ＲＥＦの周期などから機関回転数Ｎｅを算出可能である。また特に、カム軸センサ２２はクランク角７２０°毎に予め定めたクランク角位置で特定気筒に対応する気筒判別信号ＰＨＡＳＥを出力し、これにより気筒判別が可能となる。
【００１７】
この他、吸気通路３のスロットル弁４上流で吸入空気流量Ｑａを検出するエアフローメータ２３、アクセルペダルの踏込み量（アクセル開度）ＡＣＣを検出するアクセルセンサ２４、スロットル弁４の開度ＴＶＯを検出するスロットルセンサ２５（スロットル弁４の全閉位置でＯＮとなるアイドルスイッチを含む）、機関１の冷却水温Ｔｗを検出する水温センサ２６、排気通路８にて排気空燃比のリッチ・リーンに応じた信号を出力するＯ２  センサ２７、車速ＶＳＰを検出する車速センサ２８などが設けられている。
【００１８】
次に、コントロールユニット２０により行われる燃料噴射制御及び点火制御について、図３〜図８のフローチャートにより説明する。
図３は燃料噴射量・噴射時期演算ルーチンであり、１０ｍｓジョブとして実行される。
ステップ１（図にはＳ１と記す。以下同様）では、均質燃焼要求か、成層燃焼要求かを判定する。
【００１９】
ここで、均質燃焼とするか、成層燃焼とするかは、次のように定める。
先ず、機関回転数Ｎｅと目標機関トルクｔＴｅとを機関運転状態のパラメータとして基本目標当量比ＴＦＢＹＡ０を定めたマップを、水温Ｔｗ、始動後時間などの条件別に複数備えていて、これらの条件から選択されたマップより、実際の機関運転状態のパラメータに従って基本目標当量比ＴＦＢＹＡ０を設定する。尚、目標機関トルクｔＴｅは、アクセル開度ＡＣＣ及び車速ＶＳＰより設定される目標駆動力ｔＴｄをベースとし、変速比及びトルク比を考慮して、定める。
【００２０】
次に、マップから求められた基本目標当量比ＴＦＢＹＡ０を燃焼効率等により補正すると共に、１次遅れを与えて、実際の燃料噴射量演算に用いる目標当量比ＴＦＢＹＡを得る。ここでいう目標当量比ＴＦＢＹＡは、目標燃空補正係数ともいい、目標空燃比をｔＡＦとすると、１４．６／ｔＡＦで表される。
そして、この目標当量比ＴＦＢＹＡが燃焼方式の切換判定用の閾値を横切ったときに、燃焼方式の切換要求（均質燃焼への切換要求又は成層燃焼への切換要求）を発生させ、この要求に基づいて判定する（図９及び図１０参照）。
【００２１】
均質燃焼要求の場合は、ステップ２で、均質燃焼用の目標当量比ＴＦＢＹＡを演算し、これを用いて、均質用噴射量ＣＴＩＨを次式により演算する。
ＣＴＩＨ＝Ｔｐ×ＴＦＢＹＡ×α＋Ｔｓ
尚、Ｔｐはストイキ相当の基本燃料噴射量であり、Ｔｐ＝Ｋ×Ｑａ／Ｎｅ（Ｋは定数）により求める。αはＯ２  センサ信号に基づく空燃比フィードバック補正係数であり、リーン運転時は＝１にクランプされる。Ｔｓはバッテリ電圧に依存する無効噴射時間補正分である。
【００２２】
そして、ステップ３で、均質燃焼の場合の吸気行程噴射時期前の気筒に対する制御用の均質用噴射量ＴＩＳＥＴＨｎ  ＝ＣＴＩＨとしてセットする。
そして、ステップ４で、その気筒の気筒別均質要求フラグＦＨＤＭＤｎ  を１にセットする。
成層燃焼要求の場合は、ステップ５で、成層燃焼用の目標当量比ＴＦＢＹＡを演算し、これを用いて、成層用噴射量ＣＴＩＳを次式により演算する。
【００２３】
ＣＴＩＳ＝Ｔｐ×ＴＦＢＹＡ×α＋Ｔｓ
最終的な計算式は、均質燃焼の場合と同じであるが、目標当量比ＴＦＢＹＡを求める過程で用いるマップ等が異なるため、別々に演算する。また、成層燃焼の場合、空燃比フィードバック補正係数αは常に＝１にクランプされる。
そして、ステップ６で、均質燃焼の場合の吸気行程噴射時期前の気筒に対する制御用の成層用噴射量ＴＩＳＥＴＳｎ  ＝ＣＴＩＳとしてセットする。
【００２４】
そして、ステップ７で、その気筒の気筒別均質要求フラグＦＨＤＭＤｎ  を０にする。
これらの後、ステップ８，９へ進む。
ステップ８では、燃料噴射量（均質用噴射量ＣＴＩＨ）と機関回転数Ｎｅとを機関運転状態のパラメータとして吸気行程中に均質用噴射時期ＴＩＴＭＨを定めたマップ（図１１参照）から、均質用噴射時期ＴＩＴＭＨを検索する。
【００２５】
ステップ９では、燃料噴射量（成層用噴射量ＣＴＩＳ）と機関回転数Ｎｅとを機関運転状態のパラメータとして圧縮行程中に成層用噴射時期ＴＩＴＭＳを定めたマップ（図１１参照）から、成層用噴射時期ＴＩＴＭＳを検索して、本ルーチンを終了する。
このように、均質燃焼要求のときは均質用噴射量ＣＴＩＨのみを演算して、成層用噴射量ＣＴＩＳの演算を行わず、逆に、成層燃焼要求のときは成層用噴射量ＣＴＩＳのみを演算して、均質用噴射量ＣＴＩＨの演算を行わないようにすることで、演算負荷を低減できる。
【００２６】
これに対し、均質用噴射時期ＴＩＴＭＨ及び成層用噴射時期ＴＩＴＭＳについては、常に同時に演算することで、切換えをスムーズに行うことができるようにしている。
図４は噴射時期セットルーチンであり、ＲＥＦジョブとして、すなわち、基準パルス信号ＲＥＦの発生に同期して実行される。
【００２７】
ステップ１１では、均質用噴射時期ＴＩＴＭＨを読込む。
ステップ１２では、読込んだ最新の均質用噴射時期ＴＩＴＭＨに基づき、気筒毎に、均質燃焼する場合の吸気行程噴射時期までの基準パルス信号ＲＥＦの待ち数ＩＮＪＯＦＨｎ  と、直前の基準パルス信号ＲＥＦから噴射時期までの単位パルス信号ＰＯＳの待ち数（角度）ＡＮＧＴＭＨｎ  とを算出し、それぞれの減算カウンタにセットする。
【００２８】
ステップ１３では、成層用噴射時期ＴＩＴＭＳを読込む。
ステップ１４では、読込んだ最新の成層用噴射時期ＴＩＴＭＳに基づき、気筒毎に、成層燃焼する場合の圧縮行程噴射時期までの基準パルス信号ＲＥＦの待ち数ＩＮＪＯＦＳｎ  と、直前の基準パルス信号ＲＥＦから噴射時期までの単位パルス信号ＰＯＳの待ち数（角度）ＡＮＧＴＭＳｎ  とを算出し、それぞれの減算カウンタにセットして、本ルーチンを終了する。
【００２９】
このように、均質用噴射時期ＴＩＴＭＨ及び成層用噴射時期ＴＩＴＭＳについては、常に同時に演算するのみならず、両方をセットしておくことで、切換えをスムーズに行うことができるようにしている。
尚、ＩＮＪＯＦＨｎ  及びＩＮＪＯＦＳｎ  の各減算カウンタは、その後、基準パルス信号ＲＥＦをカウントして減算され、ＡＮＧＴＭＨｎ  及びＡＮＧＴＭＳｎ  の各減算カウンタは、対応するＩＮＪＯＦＨｎ  及びＩＮＪＯＦＳｎ  の減算カウンタが０となった後、単位パルス信号ＰＯＳをカウントして減算される。
【００３０】
図５は燃料噴射制御ルーチンであり、ＰＯＳジョブとして、すなわち、単位パルス信号ＰＯＳの発生に同期して実行される。
ステップ２１では、均質用噴射時期検出用のＡＮＧＴＭＨｎ  の減算カウンタが０になったか否かを判定し、ＹＥＳの場合に、ステップ２２へ進む。
ステップ２２では、該当する気筒について、気筒別均質要求フラグＦＨＤＭＤｎ  ＝１か否かを判定し、ＦＨＤＭＤｎ  ＝１の場合は、均質燃焼のための燃料噴射を実行すべく、ステップ２３へ進む。
【００３１】
ステップ２３では、その気筒の均質用噴射量ＴＩＳＥＴＨｎ  を読込んで、セットする。そして、ステップ２４で、その気筒の燃料噴射弁にＴＩＳＥＴＨｎ  に対応するパルス幅の噴射パルス信号を出力して、燃料噴射を行わせる。そして、ステップ２５で、均質噴射実行フラグＦＨＩＮＪＥＸｎ  を１にセットする。
ステップ２２での判定で気筒別均質要求フラグＦＨＤＭＤｎ  ＝０の場合、すなわち成層要求の場合は、均質噴射をすることなく、ステップ２６へ進み、均質噴射実行フラグＦＨＩＮＪＥＸｎ  を０にする。
【００３２】
一方、ステップ２７では、成層用噴射時期検出用のＡＮＧＴＭＳｎ  の減算カウンタが０になったか否かを判定し、ＹＥＳの場合に、ステップ２８へ進む。
ステップ２８では、該当する気筒について、均質噴射実行フラグＦＨＩＮＪＥＸｎ  ＝１か否かを判定し、ＦＨＩＮＪＥＸｎ  ＝１の場合は、均質燃焼のための燃料噴射を行ったのであるから、２重噴射避けるべく、成層噴射を行うことなく、本ルーチンを終了する。
【００３３】
ＦＨＩＮＪＥＸｎ  ＝０の場合は、成層燃焼のための燃料噴射を実行すべく、ステップ２９へ進む。
ステップ２９では、その気筒の成層用噴射量ＴＩＳＥＴＳｎ  を読込んで、セットする。そして、ステップ３０で、その気筒の燃料噴射弁にＴＩＳＥＴＳｎ  に対応するパルス幅の噴射パルス信号を出力して、燃料噴射を行わせ、本ルーチンを終了する。
【００３４】
このように、気筒毎に均質用噴射時期と成層用噴射時期との両方を設定しておいて、各気筒の均質用噴射時期（ＡＮＧＴＭＨｎ  ＝０）にて、燃焼方式の判定結果に従って、気筒別均質要求有り（ＦＨＤＭＤｎ  ＝１）の場合にのみ、均質燃焼用の燃料噴射を実行し、各気筒の成層用噴射時期（ＡＮＧＴＭＳｎ  ＝０）にて、直前の均質燃焼用の燃料噴射の実行・非実行から、非実行（ＦＨＩＮＪＥＸｎ  ＝０）の場合のみ、成層燃焼用の燃料噴射を実行するようにしている。
【００３５】
尚、図３〜図５のルーチンが燃焼方式切換制御手段に相当し、特に、図３のステップ１の部分が燃焼方式判定手段に相当し、図３のステップ２〜９、図４のステップ１１〜１４、図５のステップ２１〜３０の部分が気筒別燃料噴射制御手段に相当する。
図６は点火時期演算ルーチンであり、１０ｍｓジョブとして実行される。
【００３６】
ステップ３１では、均質燃焼要求か、成層燃焼要求かを判定する。
均質燃焼要求の場合は、ステップ３２，３３へ進んで、均質用点火時期ＡＤＶＨを演算する。具体的には、ステップ３２で、後述する図１２のＭＢＴ演算サブルーチンに従い、ＭＢＴ演算式を用いて、ＭＢＴ演算値（ＭＢＴＣＡＬ）を求め、ステップ３３で、均質用点火時期ＡＤＶＨ＝ＭＢＴＣＡＬに設定する。
【００３７】
成層燃焼要求の場合は、ステップ３４へ進んで、成層用点火時期ＡＤＶＳを演算する。具体的には、機関回転数Ｎｅと基本燃料噴射量Ｔｐ（又は目標機関トルクｔＴｅ）とを機関運転状態のパラメータとして成層用点火時期ＡＤＶＳを定めたマップから、成層用点火時期ＡＤＶＳを検索する。特性的には、均質燃焼の場合のＭＢＴよりも遅角側の設定となる。
【００３８】
このように、均質燃焼要求のときは均質用点火時期ＡＤＶＨのみを演算して、成層用点火時期ＡＤＶＳの演算を行わず、逆に、成層燃焼要求のときは成層用点火時期ＡＤＶＳのみを演算して、均質用点火時期ＡＤＶＨの演算を行わないようにすることで、演算負荷を低減できる。
また、均質燃焼の場合は、ＭＢＴ演算式を適用可能であるが、成層燃焼の場合は、条件が大きく異なり、ＭＢＴ演算式を適用すると不都合を生じるので、マップを用いて、適正な点火時期を演算できるようにしている。
【００３９】
図７は点火時期セットルーチンであり、ＲＥＦジョブとして実行される。
ステップ４１では、点火気筒について、均質噴射実行フラグＦＨＩＮＪＥＸｎ  ＝１か否かを判定する。
均質噴射実行フラグＦＨＩＮＪＥＸｎ  ＝１の場合は、均質燃焼のための燃料噴射（吸気行程噴射）を行っているので、ステップ４２へ進んで、制御用の点火時期ＡＤＶを均質用点火時期ＡＤＶＨに設定する。
【００４０】
均質噴射実行フラグＦＨＩＮＪＥＸｎ  ＝０の場合は、成層燃焼のための燃料噴射（圧縮行程噴射）を行っているので、ステップ４３へ進んで、制御用の点火時期ＡＤＶを成層用点火時期ＡＤＶＳに設定する。
このように、燃料噴射方式に応じて、点火時期を設定するのである。
次に、ステップ４４で、点火時期ＡＤＶは圧縮上死点からの点火進角［°ＢＴＤＣ］であるため、基準信号ＲＥＦから圧縮上死点までのクランク角度をＣＲＳＥＴ＃（例えば１１０°）とすると、次式により、基準信号ＲＥＦ（現時点）から点火時期までのクランク角度ＦＡＤＶを算出する。
【００４１】
ＦＡＤＶ＝ＣＲＳＥＴ＃−ＡＤＶ
そして、ステップ４５で、ＦＡＤＶを減算カウンタにセットして、本ルーチンを終了する。
尚、ＦＡＤＶの減算カウンタは、その後、単位パルス信号ＰＯＳをカウントして減算される。
【００４２】
図８は点火制御ルーチンであり、ＰＯＳジョブとして実行される。
ステップ５１では、点火時期検出用のＦＡＤＶの減算カウンタが０になったか否かを判定し、ＹＥＳの場合に、ステップ５２へ進む。
ステップ５２では、点火気筒に対し、点火信号を出力して、点火を行わせる。尚、図６のステップ３１の部分が燃焼方式判定手段に相当し、図６のステップ３２，３３の部分が均質用点火時期演算手段に相当し、図６のステップ３４の部分が成層用点火時期検索手段に相当する。また、図７のステップ４１〜４３の部分が点火時期切換制御手段に相当する。
【００４３】
次に、図９及び図１０を参照して、燃焼方式の切換えの様子を説明する。尚、この例は６気筒の場合で、点火順序で＃１〜＃４気筒についてのみ示してある。
図９は成層燃焼から均質燃焼へ切換える場合である。
目標当量比ＴＦＢＹＡが閾値を超えて、均質燃焼への切換要求が判定されると、均質燃焼の場合の吸気行程噴射時期直前の＃４気筒から、均質燃焼へ切換られる。
【００４４】
すなわち、均質燃焼への切換要求が判定されると、その時点で均質用噴射量ＣＴＩＨが演算され、その演算が終了すると、均質燃焼の場合の吸気行程噴射時期直前の＃４気筒から、気筒別均質要求（ＦＨＤＭＤｎ  ＝１）がセットされる。
このとき、＃４気筒では、その直前の基準パルス信号ＲＥＦの発生時に均質用噴射時期ＴＩＴＭＨと成層用噴射時期ＴＩＴＭＳとがセットされていて、均質用噴射時期の減算カウンタ（ＡＮＧＴＭＨｎ  ）は減算途中にあり、その減算カウンタが０になった時点で、気筒別均質要求（ＦＨＤＭＤｎ  ＝１）が判定され、均質用噴射がなされる。
【００４５】
その後、＃４気筒では、すでに成層用噴射時期ＴＩＴＭＳもセットされていて、その直前の基準パルス信号ＲＥＦから、成層用噴射時期の減算カウンタ（ＡＮＧＴＭＳｎ  ）も減算を開始するが、その減算カウンタが０になった時点では、均質噴射実行済み（ＦＨＩＮＪＥＸｎ  ＝１）のため、成層用噴射（２重噴射）がなされることはない。
【００４６】
点火制御については、均質燃焼への切換要求が判定されると、その時点から均質用点火時期ＡＤＶＨが演算され、＃４気筒の点火時期直前の基準パルス信号ＲＥＦの発生時に、均質噴射実行済み（ＦＨＩＮＪＥＸｎ  ＝１）かを判定し、実行済みであるので、点火時期ＡＤＶを最新の均質用点火時期ＡＤＶＨにセットして、点火制御を行う。
【００４７】
一方、成層燃焼の最後となる＃３気筒については、均質燃焼への切換要求が判定された時点では、均質燃焼の場合の吸気行程噴射時期を過ぎているため、気筒別均質要求（ＦＨＤＭＤｎ  ＝１）はセットされず、その後に、成層用噴射時期の減算カウンタ（ＡＮＧＴＭＳｎ  ）が０になった時点で、成層用噴射がなされる。このとき、成層用噴射量ＣＴＩＳの新たな演算は停止されており、保持されている最終の演算値が用いられる。
【００４８】
＃３気筒の点火制御については、＃３気筒の点火時期直前の基準パルス信号ＲＥＦの発生時に、均質噴射実行済み（ＦＨＩＮＪＥＸｎ  ＝１）かを判定し、実行済みではないので、点火時期ＡＤＶを成層用点火時期ＡＤＶＳにセットして、点火制御を行う。このとき、成層用点火時期ＡＤＶＳの新たな演算は停止されており、保持されている最終の演算値が用いられる。
【００４９】
図１０は均質燃焼から成層燃焼へ切換える場合である。
目標当量比ＴＦＢＹＡが閾値を下回って、成層燃焼への切換要求が判定されると、均質燃焼の場合の吸気行程噴射時期直前の＃４気筒から、成層燃焼へ切換られる。
すなわち、成層燃焼への切換要求が判定されると、その時点で成層用噴射量ＣＴＩＳが演算され、その演算が終了すると、均質燃焼の場合の吸気行程噴射時期直前の＃４気筒から、ＦＨＤＭＤｎ  ＝０（気筒別成層要求）となる。
【００５０】
このとき、＃４気筒では、その直前の基準パルス信号ＲＥＦの発生時に均質用噴射時期ＴＩＴＭＨと成層用噴射時期ＴＩＴＭＳとがセットされていて、均質用噴射時期の減算カウンタ（ＡＮＧＴＭＨｎ  ）は減算途中にあり、その減算カウンタが０になった時点で、気筒別均質要求（ＦＨＤＭＤｎ  ＝１）が判定されるが、、ＦＨＤＭＤｎ  ＝０（気筒別成層要求）のため、均質用噴射がなされことはない。
【００５１】
その後、＃４気筒では、すでに成層用噴射時期ＴＩＴＭＳもセットされていて、その直前の基準パルス信号ＲＥＦから、成層用噴射時期の減算カウンタ（ＡＮＧＴＭＳｎ  ）も減算を開始し、その減算カウンタが０になった時点で、均質噴射実行済み（ＦＨＩＮＪＥＸｎ  ＝１）か判定され、実行済みではないため、成層用噴射がなされる。
【００５２】
点火制御については、成層燃焼への切換要求が判定されると、その時点から成層用点火時期ＡＤＶＳが演算され、＃４気筒の点火時期直前の基準パルス信号ＲＥＦの発生時に、均質噴射実行済み（ＦＨＩＮＪＥＸｎ  ＝１）かを判定し、実行済みではないので、点火時期ＡＤＶを最新の成層用点火時期ＡＤＶＳにセットして、点火制御を行う。
【００５３】
一方、均質燃焼の最後となる＃３気筒については、成層燃焼への切換要求が判定された時点では、均質燃焼の場合の吸気行程噴射時期を過ぎて、均質用噴射を終了しているため、その後に、成層用噴射時期の減算カウンタ（ＡＮＧＴＭＳｎ  ）が０になった時点は、均質噴射実行済み（ＦＨＩＮＪＥＸｎ  ＝１）のため、成層用噴射がなされことはない。
【００５４】
＃３気筒の点火制御については、＃３気筒の点火時期直前の基準パルス信号ＲＥＦの発生時に、均質噴射実行済み（ＦＨＩＮＪＥＸｎ  ＝１）かを判定し、実行済みであるので、点火時期ＡＤＶを均質用点火時期ＡＤＶＨにセットして、点火制御を行う。このとき、均質用点火時期ＡＤＶＨの新たな演算は停止されており、保持されている最終の演算値が用いられる。
【００５５】
最後に、図１２のＭＢＴ演算サブルーチンについて説明する。尚、これは特願平８−１８３６３７号や特願平８−２３８７８４号にて提案されているものである。
ステップ１０１では、シリンダ吸入空気量相当の基本燃料噴射量Ｔｐを用いて、次式により、充填効率ＩＴＡＣを計算する。
【００５６】
ＩＴＡＣ＝Ｔｐ／Ｔｐ１００                          ・・・（１）
但し、Ｔｐ１００は、１００％の充填効率に相当するＴｐの適合固定値である。
ステップ１０２では、目標当量比ＴＦＢＹＡを用いて、次式により、燃料重量相当係数ＦＵＥＬＧを計算する。
【００５７】
ＦＵＥＬＧ＝ＴＦＢＹＡ０／１４．６                    ・・・（２）
例えば理論空燃比のときは、ＦＵＥＬＧ＝１．０／１４．６となり、リーン空燃比のときは、１．０／１４．６より小さな値となる。
ステップ１０３では、シリンダ内ガス重量（新規空気重量ＧＡＩＲ  と自己残留ガス重量ＧＲＥＧ  との合計）と新規空気重量（ＧＡＩＲ  ）との比である新気割合ＩＴＡＮを計算する。具体的には、充填効率ＩＴＡＣと機関回転数Ｎｅより所定のマップを検索して求める。
【００５８】
ステップ１０４では、充填効率ＩＴＡＣより、所定のテーブルを検索して、未燃ガス密度基本値ＤＥＮＳを求める。この未燃ガス密度基本値ＤＥＮＳはＩＴＡＣが大きくなるにつれて大きくなる値である。
ステップ１０５では、充填効率ＩＴＡＣと機関回転数Ｎｅより、所定のマップを検索して、層流火炎速度基本値ＦＬＭＬを求める。層流火炎速度とはガスが静止している場合の火炎伝播速度、すなわち流動（乱れ）がない場合の火炎伝播速度のことである。従って、この層流火炎速度基本値ＦＬＭＬは機関回転数Ｎが一定の条件ではＩＴＡＣが大きくなるほど大きくなり、またＩＴＡＣが一定のときは機関回転数Ｎが高くなるほど大きくなる値である。
【００５９】
ステップ１０６では、先ず、スワール制御弁開度より、所定のテーブルを検索して、スワール制御弁開度係数ＳＣＡＤＭＰを求める。次に、このスワール制御弁開度係数ＳＣＡＤＭＰを用いて、次式により、スワール修正係数ＳＣＶＴＦを計算する。
ＳＣＶＴＦ＝ＳＣＡＤＭＰ×ＳＣＶＫ＋１．０          ・・・（３）
但し、ＳＣＶＫは適合係数。
【００６０】
このスワール修正係数ＳＣＶＴＦは、スワール制御弁の全閉時に乱れが強くなることによって火炎速度が速くなる割合を示す値である。この値はスワール制御弁開度により定まるので、スワール制御弁の全開位置で０、全閉位置で１となり、中間開度では線形補間により計算される値を、スワール制御弁開度係数ＳＣＡＤＭＰとして用いる。また、機関の吸気ポートの形状によって異なるので、適合係数ＳＣＶＫは機関ごとに定める。
【００６１】
ステップ１０７では、水温Ｔｗより、所定のテーブルを検索して、水温補正係数ＴＷＨＯＳ１、ＴＷＨＯＳ２を求める。
ステップ１０８では、目標当量比ＴＦＢＹＡより、所定のテーブルを検索して、当量比補正係数ＲＭＤＨＳ１、ＲＭＤＨＳ２を求める。
ステップ１０９では、先ず、充填効率ＩＴＡＣと機関回転数Ｎｅより、所定のマップを検索して、設定ＥＧＲ率ＲＡＴＥＧＲを求める。この設定ＥＧＲ率ＲＡＴＥＧＲは、ＥＧＲガス流量／（新規空気流量＋ＥＧＲガス流量）として定義される値である。次に、この設定ＥＧＲ率ＲＡＴＥＧＲを用いて、次式により、修正ＥＧＲ値ＥＧＲＣを計算する。
【００６２】
ＥＧＲＣ＝ＲＡＴＥＧＲ×ＨＫ                        ・・・（４）
ここで、ＨＫは補正係数（一定値）で、実際のＥＧＲ率と設定ＥＧＲ率とのずれを修正するために、機関ごとに適合される。
ステップ１１０では、充填効率ＩＴＡＣ、修正ＥＧＲ値ＥＧＲＣ、燃料重量相当係数ＦＵＥＬＧ、新気割合ＩＴＡＮを用いて、次式により、シリンダ内総ガス質量（正確には単位シリンダ容積当たりの値）ＭＡＳＳＣを計算する。
【００６３】
ＭＡＳＳＣ＝ＩＴＡＣ×〔１＋ＥＧＲＣ＋ＦＵＥＬＧ＋（１−ＩＴＡＮ）／ＩＴＡＮ〕・・・（５）
この式において、右辺第２項、第３項、第４項はそれぞれＥＧＲ、空燃比、自己残留ガスがシリンダ内総ガス質量に及ぼす影響を考慮したものである。
【００６４】
ステップ１１１では、層流火炎速度基本値ＦＬＭＬ、当量比補正係数ＲＭＤＨＳ２、水温補正係数ＴＷＨＯＳ２、スワール修正係数ＳＣＶＴＦなどを用いて、次式により、火炎伝播速度ＦＬＶを計算する。
ＦＬＶ＝ＦＬＭＬ×ＲＭＤＨＳ２×ＴＷＨＯＳ２×（１−Ａ２×ＥＧＲ０）＋ＦＬＭＴ×ＳＣＶＴＦ×Ａ３・・・（６）
但し、Ａ２：火炎速度補正係数
Ａ３：火炎速度補正係数
ＥＧＲ０：ＥＧＲ補正係数
ＦＬＭＴ：乱流火炎速度基本値（固定値）。
【００６５】
この式において、右辺第１項はスワールがないときの火炎速度、右辺第２項はスワールによる火炎速度の改善分である。
右辺第１項において、ＲＭＤＨＳ２は空燃比（目標当量比ＴＦＢＹＡ）が層流火炎速度に与える影響を、またＴＷＨＯＳ２は冷却水温Ｔｗが層流火炎速度に与える影響をそれぞれ考慮するものである。
【００６６】
また、右辺第１項のＥＧＲ補正係数ＥＧＲ０はＥＧＲを行うときに火炎速度が遅くなるために必要となる値で、設定ＥＧＲ率と新気割合より算出する。係数Ａ２は一定値で機関ごとに適合する。
右辺第２項の乱流火炎速度基本値ＦＬＭＴはスワール制御弁の全閉状態でフィッシュフック実験を行って定めた値（固定値）である。従って、スワール制御弁が全閉位置にない中間開度にあるときは、スワール修正係数ＳＣＶＴＦによりＦＬＭＴを減量補正するようにしている。係数Ａ３は機関回転数Ｎｅに比例する値である。
【００６７】
ステップ１１２では、未燃ガス密度基本値ＤＥＮＳ、当量比補正係数ＲＭＤＨＳ１、水温補正係数ＴＷＨＯＳ１を用いて、次式により、未燃ガス密度ＲＯＵを計算する。
ＲＯＵ＝ＤＥＮＳ×ＲＭＤＨＳ１×ＴＷＨＯＳ１        ・・・（７）
この式において、ＴＷＨＯＳ１は冷却水温Ｔｗが未燃ガス密度に与える影響を、また  ＲＭＤＨＳ１は空燃比（目標当量比ＴＦＢＹＡ）が未燃ガス密度に与える影響を考慮するものである。
【００６８】
このようにして、シリンダ内総ガス質量ＭＡＳＳＣ、火炎速度ＦＬＶ、未燃ガス密度ＲＯＵを計算したら、ステップ１１３へ進む。
ステップ１１３では、これらを用いて、次式により、ＭＢＴ演算値ＭＢＴＣＡＬ［°ＢＴＤＣ］を計算する。
0003608343.tif 000002
但し、Ｂ１：着火遅れ時間
Ｂ２：時間よりクランク角への換算変数
Ｂ３：ＭＢＴＣＡＬ演算用クランク角補正係数。
【００６９】
また、Ａ１＝ρ０×Ｖｃｙｌ  で、ρ０は標準空気密度、Ｖｃｙｌ  は行程容積である。従って、Ａ１×ＭＡＳＳＣは、シリンダ内総空気重量である。
燃焼時のシリンダ内圧力が最大となるクランク角位置が圧縮上死点後所定のクランク角（１０°〜１５°）の位置にくるように設定したときの点火時期がＭＢＴである。この場合に、従来一般にはＭＢＴを基本点火時期として採用し、機関回転数と負荷とをパラメータとする基本点火時期のマップを適合実験により予め定めておくのに対して、ここでは演算式によりＭＢＴを定量化したものである。
【００７０】
この（８）式において、シリンダ内総ガス重量であるＡ１×ＭＡＳＳＣを未燃ガス密度ＲＯＵと火炎速度ＦＬＶとの積で割った値はシリンダ内の未燃ガスの全てに火炎が達する時間（燃焼時間）で、ロジック上は［ｍｓ］の単位となる。この燃焼時間に着火遅れ時間Ｂ１［ｍｓ］を加えた値を換算変数Ｂ２によりクランク角単位に換算することによって、ＭＢＴが得られる点火進角値を決定しているのである。
【００７１】
この式により、火炎速度ＦＬＶが一定のときは、シリンダ内総ガス重量が多くなるほど燃焼に要する時間が長くなるので、その分ＭＢＴＣＡＬの値が進角側に、またシリンダ内総ガス重量が一定のときは火炎速度ＦＬＶが速くなるほど燃焼に要する時間が短くなり、その分ＭＢＴＣＡＬの値が遅角側に移動する。さらに燃焼に要する時間が一定であっても、その時間に対応するクランク角区間は回転数により変化し、回転数が速いほどＭＢＴＣＡＬを進角側にしなければならないので、換算変数Ｂ２を機関回転数Ｎｅに比例させている。Ｂ１、Ｂ３は一定値で、機関ごとに適合する。
【００７２】
ここで、基本点火時期マップを用いたＭＢＴ制御方式では、機関回転数及び負荷の代表点に対応して多大な適合実験を必要とするのに対して、独自の演算式によるＭＢＴ制御方式では、少ない実験によりＭＢＴ演算式の適合が可能であり、開発期間を短縮化することができると共に、コントロールユニットのメモリが削減されるため、低コスト化が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の構成を示す機能ブロック図
【図２】本発明の実施の一形態を示す内燃機関のシステム図
【図３】燃料噴射量・噴射時期演算ルーチンのフローチャート
【図４】噴射時期セットルーチンのフローチャート
【図５】燃料噴射制御ルーチンのフローチャート
【図６】点火時期演算ルーチンのフローチャート
【図７】点火時期セットルーチンのフローチャート
【図８】点火制御ルーチンのフローチャート
【図９】成層燃焼から均質燃焼への切換えの様子を示す図
【図１０】均質燃焼から成層燃焼への切換えの様子を示す図
【図１１】噴射時期設定用マップを示す図
【図１２】ＭＢＴ演算サブルーチンのフローチャート
【符号の説明】
１  内燃機関
３  吸気通路
４  電制スロットル弁
５  スワール制御弁
６  燃料噴射弁
７  点火栓
８  排気通路
１０  電制ＥＧＲ弁
２０  コントロールユニット
２１，２２  クランク角センサ
２３  エアフローメータ
２４  アクセルセンサ
【図１】
0003608343.tif 000003
【図２】
0003608343.tif 000004
【図３】
0003608343.tif 000005
【図４】
0003608343.tif 000006
【図５】
0003608343.tif 000007
【図６】
0003608343.tif 000008
【図７】
0003608343.tif 000009
【図８】
0003608343.tif 000010
【図９】
0003608343.tif 000011
【図１０】
0003608343.tif 000012
【図１１】
0003608343.tif 000013
【図１２】
0003608343.tif 000014