(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気行程において燃焼室内に渦流を形成させ、該燃焼室内の特定領域に可燃混合気を形成して、この可燃混合気を点火プラグにより着火することで希薄燃焼を実現する内燃機関の制御装置を、現在のエンジントルクに対して変更を指示するトルク変更指示手段と、上記燃焼室内の可燃混合気の移動経路に配置され正規の点火時期において可燃混合気が周辺に到達する位置に配置された第１の点火プラグと、該第１の点火プラグより下流の可燃混合気移動経路上に前記正規の点火時期より所定の遅角された点火時期において可燃混合気が周辺に到達する位置に配置された第２の点火プラグと、上記トルク変更指示手段に応じてエンジントルクが現在値より低い値に変更されるときに点火時期を現在値よりトルク指示値に応じて遅らせ、或は、エンジントルクが現在値より高い値に変更されるときは点火時期を現在値よりトルク指示値に応じて進ませる点火時期設定手段と、該点火時期設定手段により設定された点火時期が所定の点火時期より進角側である場合は第１の点火プラグを選択し、遅角側である場合は第２の点火プラグを選択する点火プラグ選択手段と、で構成したことを特徴とする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】
この発明は、自動車等の内燃機関の制御装置に係り、特に、供給燃料の成層化による希簿空燃比燃焼が可能な内燃機関の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
気筒内に直接燃料噴射を行う燃料噴射弁を備えた内燃機関において、自動変速機の変速時等にトルクダウンが要求されたときには、例えば、特開平４−３０１１５３号公報に示されているように、直噴式の燃料噴射弁からの噴射時期を熱効率が悪化するように遅らせることによりトルクダウンを実現する内燃機関の制御装置や、燃料供給量を減量して混合気を希薄化してトルクダウンを図る方法が公知である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の燃料噴射時期によってトルクを変更する内燃機関の制御方法では、成層燃焼による希薄空燃比の実現によって燃費向上を図る場合に、噴射時期を大きく変更すると可燃混合気が点火プラグの位置を通りすぎてから火花が飛んでしまうため、燃焼状態が悪化したり失火したりするため、運転特性や排気特性がダウンする虞れを有していた。また、成層燃焼では燃費向上のために燃焼が不安定になる限界近くまで混合気が予め希薄化されているので、このような混合気の希薄化によりトルクダウンを図る場合でも、やはり燃焼状態が所望以上に悪化したり失火したりするため、この方法にあっても運転特性や排気特性が悪化してしまい易い、という課題を有していた。
【０００４】
この発明は、かかる現状に鑑み創案されたものであって、その目的とするところは、上記内燃機関におけるトルクダウンの要求が生じた場合、点火時期を正規のタイミングより遅らせても、可燃混合気塊に近い点火プラグで確実に着火することができ、その結果、成層燃焼による燃費の向上を図る内燃機関における運転特性や排気特性を大幅に向上させることができる内燃機関の制御装置を提供しようとするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、この発明にあっては、吸気行程において燃焼室内に渦流を形成させ、該燃焼室内の特定領域に可燃混合気を形成して、この可燃混合気を点火プラグにより着火することで希薄燃焼を実現する内燃機関の制御装置を、現在のエンジントルクに対して変更を指示するトルク変更指示手段と、上記燃焼室内の可燃混合気の移動経路に配置され正規の点火時期において可燃混合気が周辺に到達する位置に配置された第１の点火プラグと、該第１の点火プラグより下流の可燃混合気移動経路上に前記正規の点火時期より所定の遅角された点火時期において可燃混合気が周辺に到達する位置に配置された第２の点火プラグと、上記トルク変更指示手段に応じてエンジントルクが現在値より低い値に変更されるときに点火時期を現在値よりトルク指示値に応じて遅らせ、或は、エンジントルクが現在値より高い値に変更されるときは点火時期を現在値よりトルク指示値に応じて進ませる点火時期設定手段と、該点火時期設定手段により設定された点火時期が所定の点火時期より進角側である場合は第１の点火プラグを選択し、遅角側である場合は第２の点火プラグを選択する点火プラグ選択手段と、で構成したことを特徴とするものである。
【０００６】
【発明の実施の形態例】
以下、添付図面に示す発明の実施の一形態例に基づき、この発明を詳細に説明する。
【０００７】
図１は、本形態例に係る制御装置が適用されるエンジンの基本構成を示す図であり、同図中、符号１は燃料噴射弁を、符号２はシリンダ壁面を、符号３は制御弁を、符号４，５は吸気管を、符号６は吸気弁を、符号７は可燃混合気塊を、符号８は排気管を、符号９は排気弁を、符号１０は第１の点火プラグを、符号１１は第２の点火プラグを夫々示している。また、図２は、ピストンの渦流形成のために形成された凹部１２を示す図１Ｘ−Ｘ線断面図である。
【０００８】
次に、上記構成からなるエンジンの作用について説明する。
【０００９】
点火時期と燃焼により発生するトルクである「図示平均有効圧Ｐｉ  」の間には図３に示すような関係がある。
【００１０】
正規、即ち、熱効率の最良点を与える点火時期の状態では、図４のように、筒内圧力最大時期θｐｍａｘが所定目標値（θｔａｒｇ：ＭＢＴ或はノツク限界点）となるように、点火時期と燃料噴射時期を第１の点火プラグ１０の位置に対して設定している。
【００１１】
そして、上記「図示平均有効圧Ｐｉ  」は、図４に示す筒内圧力Ｐｃｙｌ  と容積変化率ｄＶを１サイクルにわたって積分し、その結果を行程容積で割ることで得られる。
【００１２】
筒内圧力Ｐｃｙｌ  のピーク時期が後にずれてピーク値が下がれば、発生トルクが減少するので、一般に筒内圧力Ｐｃｙｌ  のピーク位置と図示平均有効圧Ｐｉ  には図３に示すような関係になる。
【００１３】
従って、この燃料噴射時期や点火時期を制御して、筒内圧力Ｐｃｙｌ  のピーク時期を変えてやれば、空燃比を変えることなくトルクの低下を実現することができる。噴射時期や点火時期は１燃焼ごとに変更できるので、極めて応答性が良好なトルク変化を実現することができる。
【００１４】
このような成層燃焼を行うメリットとしては、空燃比の希薄化による大幅な燃費の向上が挙げられる。図１に示す内燃機関では、運転状態により成層燃焼成と均質燃焼とに切り替えられる。
【００１５】
例えば、均質燃焼時には制御弁３は全開であるが、成層燃焼時には制御弁３は全閉となる。このとき、吸入空気は、吸気管５からだけ燃焼室内に吸入されるので、ピストンに設けられた凹部１２の効果と相俟って、燃焼室の吸気弁６側の半分に反時計回りの渦流がピストン運動方向垂直平面内に形成される。
【００１６】
この渦流が形成されたところで、上記燃料噴射弁１より燃料を噴射すると、着火可能な濃い混合気の塊である可燃混合気塊７が形成され、可燃混合気塊７は渦流に乗って運動する。
【００１７】
成層燃焼を行うエンジンで良好な燃焼を実現するためには、可燃混合気塊７が点火プラグ周辺に到達したときに点火を行う必要がある。今、燃料噴射時期が一定であるとする。通常のエンジンでは、点火プラグは、上記正規点火時期で可燃混合気塊７が丁度点火プラグの周辺に到達するように配置されている。このため正規点火時期より大きく点火時期を遅らせてトルクダウン要求に応じようとすると、可燃混合気塊７は点火の周辺を通りすぎてしまい、確実に燃焼されなくなることがある。
【００１８】
この形態例では、これに対して、正規点火時期に対応する第１の点火プラグ１０と、それより時間的に後に可燃混合気塊７が通過する位置に第２の点火プラグ１１を配設しているので、点火時期を正規より遅らせても確実に可燃混合気塊７に着火することができる。
【００１９】
図５と図６は、これを実現するための制御装置の基本的な構成を示すブロック図であり、同図中、符号２１はトルク変更指示手段を、符号２２は点火時期設定手段を、符号２３は点火プラグ選択手段を、符号２４は点火コイルを、符号２５は点火回路を、符号２６はプラグ切替スイッチを、符号２７は点火スイッチを、符号２８は電池を、符号２９はクランク角センサを夫々示している。
【００２０】
即ち、上記トルク変更指示手段２１は、エンジンの１サイクルの開始にあたって起動され、スロットル開度やトルクコンバータのシフト信号等のエンジン運転状態信号やトランスミッションの運転状態信号を入力し、トルクの変化分を演算するものである。
【００２１】
また、上記点火プラグ選択手段２３は、点火時期Ｔの設定に応じて、点火時期Ｔが予め設定されている所定値ＴＯ  より小さく進角していれば第１の点火プラグ１０を点火回路２５に接続し、点火時期Ｔが所定値ＴＯ  と同じか、或は、より大きい（遅角）とき、第２の点火プラグ１１を点火回路２５に接続する。
【００２２】
実際には、プラグ切替スイッチ２６は、トランジスタ等の電気的なスイッチ回路として構成されており、点火プラグ選択手段２３の電気的な信号に応じて第１の点火プラグ１０と第２の点火プラグ１１とを切り換える。所定値Ｔｏは渦流の速度や、第１の点火プラグ１０と第２の点火プラグ１１との間隔及び噴射される燃料の量等に対応させて予め設定される。
【００２３】
点火時期設定手段２２は、トルク変化分を入力して点火時期Ｔを演算する。この点火時期Ｔは、トルク変化分に対してマツプとして予め記憶しておくことができる。
【００２４】
即ち、点火時期Ｔは、クランク角信号と比較され、クランク角が点火時期Ｔと一致したときに点火スイッチ２７のＯＮ‐ＯＦＦが行われる。実際には点火スイッチ２７はトランジスタ等の電気的なスイッチ回路として構成されており、噴射時期設定手段（図示せず）の点火スイッチのＯＮ‐ＯＦＦの信号に応じて点火プラグ１０．１１が点火回路２５を介して電池２８と接続され、第１の点火プラグ１０または第２の点火プラグ１１に火花が生じる。
【００２５】
以上の説明は、ピストン運動面に対して垂直方向に渦流が形成されるエンジンを例にとり説明したが、例えば、渦流がピストン運動方向の面内に形成されるタンブル渦流式内燃機関では、第１の点火プラグ１０と第２の点火プラグ１１は、図７，８に示すように、渦流が形成される面とシリンダヘッドの断面の交わる曲線に配置すればよい。尚、本形態例において、図１乃至図６に記載された形態例と同様の構成部分については、図７と図８において図１乃至図６に記載された形態例と同一の符号を付して、その詳細な説明をここでは省略する。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明に係る内燃機関の制御装置にあっては、成層燃焼によって燃費の向上をねらう内燃機関において、トルク変更の要求が生じた場合、点火時期を正規のタイミングより遅らせても可燃混合気塊に近い点火プラグで確実に着火することができるので、成層燃焼による燃費の向上を図る内燃機関における運転特性や排気特性を大幅に向上させることができる、という優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の一形態例に係る制御装置が適用されるエンジンの基本的な構成を示す説明図である。
【図２】図１Ｘ−Ｘ線断面説明図である。
【図３】同制御装置による図示平均有効圧と点火時期の関係を示すグラフである。
【図４】同制御装置による筒内圧力変化と容積変化率及びクランク角度の関係を示すグラフである。
【図５】この発明の実施の一形態例に係る制御装置の基本的な構成を示すブロック図である。
【図６】同制御装置の制御ステップ例を示すフローチャートである。
【図７】この発明をタンブル渦流式エンジンに適用した場合の点火プラグの配置状態を示す説明図である。
【図８】図７Ｘ−Ｘ線断面説明図である。
【符号の説明】
１  燃料噴射弁
４，５  吸気管
７  可燃混合気塊
８  排気管
１０  第１の点火プラグ
１１  第２の点火プラグ
２１  トルク変更指示手段
２２  点火時期設定手段
２３  点火プラグ選択手段
２５  点火回路
２６  プラグ切替スイッチ
２７  点火スイッチ
２８  電池
２９  クランク角センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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