(57)【要約】    【課題】機関の回転速度変動がある場合においても、できるだけ安定した着火を得るようにする。    【解決手段】  燃料噴射時期及び点火時期の目標値ＩＴｓ（ＣＡ）、Ａｄｖ（ＣＡ）に対し、それぞれの直前のクランク角度信号ＩＴｓＳｅｔ（ＣＡ）、ＡｄｖＳｅｔ（ＣＡ）のうち進角側にある方を共通設定用クランク角度信号として設定し、この共通設定用クランク角度信号からＩＴｓ（ＣＡ）及びＡｄｖ（ＣＡ）までのディレイ時間ＩＴＤｅｌａｙ及びＡｄｖＤｅｌａｙを直前のクランク角度信号との間隔から算出したエンジン回転速度Ｎｅに基づいて算出し、各ディレイ時間ＩＴＤｅｌａｙ、ＡｄｖＤｅｌａｙ後に、燃料噴射パルス及び点火ドエルパルスを出力する。【選択図】  図５
2006112334.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定のクランク角度毎にクランク角度信号を発生するクランク角度信号発生手段を備える内燃機関の制御装置において、
機関運転条件に基づいて燃料噴射時期と点火時期の目標値を決定し、
決定された燃料噴射時期と点火時期の目標値に対し、共通設定用クランク角度信号を決定し、
前記共通設定用クランク角度信号が発生してからの時間によって、燃料噴射時期及び点火時期を制御する制御モードを含むことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
所定のクランク角度毎にクランク角度信号を発生するクランク角度信号発生手段を備える内燃機関の制御装置において、
機関運転条件に基づいて燃料噴射時期と点火時期とを決定する手段と、
前記燃料噴射時期に基づいて噴射時期設定用クランク角度信号を決定する手段と、
前記点火時期に基づいて点火時期設定用クランク角度信号を決定する手段と、
前記燃料噴射時期と点火時期の共通設定用クランク角度信号を決定する手段と、
第１制御モードと第２制御モードのいずれかを選択する手段と、
を備え、
前記第１制御モードが選択されているとき、前記噴射時期設定用クランク角度信号が発生してから第１所定時間後に噴射弁駆動信号を出力し、前記点火時期設定用クランク角度信号が発生してから第２所定時間後に点火栓駆動信号を出力する一方、前記第２制御モードが選択されているとき、前記共通設定用クランク角度信号が発生してから第３所定時間後に噴射弁駆動信号を出力するとともに第４所定時間後に点火栓駆動信号を出力する
ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記共通設定用クランク角度信号を決定する手段は、前記噴射時期設定用クランク角度信号と前記点火時期設定用クランク角度信号のいずれか一方を前記共通設定用クランク角度信号として決定することを特徴とする請求項２記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記共通設定用クランク角度信号を決定する手段は、より進角側であるほうを前記共通設定用クランク角度信号として決定することを特徴とする請求項３記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記噴射時期設定用クランク角度信号から前記燃料噴射時期までのクランク角度を機関回転速度で除して前記第１所定時間を算出し、前記点火時期設定用クランク角度信号から前記点火時期までのクランク角度を機関回転速度で除して前記第２所定時間を算出し、前記共通設定用クランク角度信号から前記燃料噴射時期までのクランク角度を機関回転速度で除して前記第３所定時間を算出し、前記共通設定用クランク角度信号から前記点火時期までのクランク角度を機関回転速度で除して前記第４所定時間を算出することを特徴とする請求項２〜請求項４のいずれか１つに記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
筒内直接噴射式内燃機関の成層燃焼モードにおいて、前記第２制御モードを用いることを特徴とする請求項２〜請求項５のいずれか１つに記載の内燃機関の制御装置。
【請求項７】
燃料噴射弁による燃料噴霧がその貫徹力により直接点火プラグ近傍に到達可能であり、
点火プラグ近傍に到達した燃料噴霧に直接点火することで成層燃焼を行う筒内直接噴射式内燃機関の、点火プラグ近傍に到達した燃料噴霧に直接点火する成層燃焼モードにおいて、前記第２制御モードを用いることを特徴とする請求項２〜請求項６のいずれか１つに記載の内燃機関の制御装置。
【請求項８】
点火ドエルの開始時期を点火時期として制御し、点火ドエルの終了時期を点火ドエルの開始時期からの時間に基づいて決定することを特徴とする請求項２〜請求項７のいずれか１つに記載の内燃機関の制御装置。
【請求項９】
点火ドエルの開始時期を点火ドエルの終了時期とは別にクランク角度で決定し、点火ドエルの終了時期を点火時期として制御することを特徴とする請求項２〜請求項８のいずれか１つに記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１０】
前記第２制御モードにおいて、共通設定用クランク角度信号からの時間によって制御される時期が、所定のクランク角度の範囲外になる場合は、前記制御時期を補正することを特徴とする請求項２〜請求項９のいずれか１つに記載の内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の燃料噴射時期及び点火時期を制御する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関における燃料噴射時期および点火時期は、機関のクランク角度信号に基づき、所定のクランク角度に燃料噴射および点火が行われるよう制御されている。
【０００３】
例えば特許文献１に示されている発明では、燃料噴射または点火のパルスを発生させる基点となるクランク角信号とその直前のクランク角信号との時間間隔を用いて機関の回転速度変動を補正することにより、回転速度変動がある場合においても燃料噴射時期および点火時期の所定のクランク角度からのずれを最小限に抑えることができるとしている。
（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２０００−８０９５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、内燃機関における点火時期は、熱発生の位相がクランク角度に対して好適となるよう、かつ安定した着火を得られるよう制御される必要がある。熱発生の位相がクランク角度に対して好適となるには、点火時期を所定のクランク角度に精度よく合わせることが重要である一方で、安定した着火を得るためには点火プラグ近傍に可燃混合気が存在する時期に点火することが重要であり、このような混合気形成には燃料噴射時期より後に起こる燃料の気化および混合といった実時間の影響を強く受ける要因がある。
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１の発明によると、回転速度変動がある場合においても燃料噴射時期および点火時期の所定のクランク角度からのずれを最小限に抑えているため、燃料噴射時期から点火時期の間に大きな回転速度変動があった場合には燃料噴射時期から点火時期までの実時間間隔が変動することとなり、特に燃焼が安定しづらい運転状態において失火が発生する可能性がある。
【０００６】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、機関の回転速度変動がある場合においても、できるだけ安定した着火を得ることが可能な内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
このため本発明は、機関運転条件に基づいて燃料噴射時期と点火時期の目標値を決定し、
決定された燃料噴射時期と点火時期の目標値に対し、共通設定用クランク角度信号を決定し、前記共通設定用クランク角度信号が発生してからの時間によって、燃料噴射時期及び点火時期を制御する制御モードを含む構成とした。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によると、燃料の気化および混合の時間が着火に対して支配的になるなどの運転状態では、上記制御モードとすることにより、機関の回転速度変動がある場合においても該回転速度変動によらず燃料噴射時期から点火時期までの時間間隔が一定となるので、より安定した着火を得ることができる。また、比較的燃焼安定が得やすい運転状態においては、燃料噴射時期と点火時期の両方をクランク角度パルスに基づいて決定する通常の制御モードを用いることで熱発生の位相をクランク角度に対して好適に制御することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図１に本発明における第１実施形態の構成を示す。シリンダヘッド２と、シリンダブロック３と、ピストン４とによって燃焼室１が形成され、吸気弁５を介して吸気ポート６と、排気弁７を介して排気ポート８とが、それぞれ連通している。吸気弁５と排気弁７は、それぞれ吸気弁用カム９と、排気弁用カム１０とによって開閉駆動される。
【００１０】
燃焼室の上面の略中央付近には、燃料噴射弁１１と点火プラグ１２が配置されている。本内燃機関はエンジンコントロールユニット１３からの信号に基づいて、燃料噴射および点火が行われる。
【００１１】
また、本内燃機関では燃焼形態として、吸気行程中に燃料噴射を行い理論空燃比で運転する均質燃焼モードと、圧縮行程中に燃料噴射を行うことで希薄な空燃比で運転する成層燃焼モードとが設けられている。
【００１２】
そして、均質燃焼モードでは燃料噴射時期（燃料噴射開始時期）と点火時期を、それぞれの目標値に対応するクランク角度信号からの時間によって制御する通常の制御モード（第１制御モード）を用いるが、成層燃焼モードでは燃料噴射時期と点火時期を、進角側にある方の目標値に対応するクランク角度信号を共通のクランク角度信号として設定し、該共通設定クランク角信号からの時間によって制御する第２制御モードを用いる。なお、点火時期は点火ドエル期間の開始時期として制御することとする。
【００１３】
図２は、本実施形態における前記エンジンコントロールユニット１３の機能ブロック図を示している。
【００１４】
このエンジンコントロールユニット１３は、クランク角度センサ２１、アクセル開度センサ２２、水温センサ２３、吸気量センサ２４、燃料圧力センサ２５からの信号を受け取って１０ミリ秒毎に演算を行う１０ｍｓｅｃ毎演算部と、前記クランク角度センサ２１からの信号と１０ｍｓｅｃ毎演算部の演算結果を受け取ってクランク角度信号毎に演算を行うクランク角度信号毎演算部と、クランク角度信号毎演算部の演算結果を受け取って点火プラグ１２にパルス信号を発生する点火ディレイパルス発生部と、クランク角度信号毎演算部の演算結果を受け取って燃料噴射弁１１にパルス信号を発生する噴射ディレイパルス発生部とを持つ。
【００１５】
図３は、１０ｍｓｅｃ毎演算部における演算処理のフローチャートを示している。以下、図３に沿って１０ｍｓｅｃ毎演算部における演算処理について説明する。
【００１６】
Ｓ１では、クランク角センサ２１、アクセル開度センサ２２、水温センサ２３、吸気量センサ２４、燃料圧力センサ２５からの信号を受け取って、アクセル開度、エンジン回転速度Ｎｅなどの運転状態を算出し、Ｓ２に進む。
【００１７】
Ｓ２では、Ｓ１で受け取った各種センサの値と、あらかじめ記憶させておいたマップをもとに成層燃焼モードか均質燃焼モードかを判定し、Ｓ３に進む。
【００１８】
Ｓ３では、Ｓ１で受け取った各種センサの検出値と、Ｓ２で判定した燃焼モードおよびあらかじめ記憶させておいたマップから、クランク角度単位の燃料噴射時期目標値ＩＴｓ（ＣＡ）と、時間単位の燃料噴射期間Ｐ／Ｗ（Ｔｉｍｅ）と、クランク角度単位の点火時期目標値Ａｄｖ（ＣＡ）と、時間単位のドエル期間Ｄｔ（Ｔｉｍｅ）と、を算出し、Ｓ４に進む。
【００１９】
Ｓ４では、燃料噴射時期目標値ＩＴｓ（ＣＡ）直前のクランク角度信号の時期である燃料噴射パルス設定時期ＩＴｓＳｅｔ（ＣＡ）と、点火時期目標値Ａｄｖ（ＣＡ）直前のクランク角度信号の時期である点火パルス設定時期ＡｄｖＳｅｔ（ＣＡ）を算出する。
【００２０】
Ｓ５では、Ｓ２で判定した燃焼モードに従い成層燃焼モードであればＳ６に進み、均質燃焼モードであれば、リターンに進む。
【００２１】
Ｓ６では、燃料噴射パルス設定時期ＩＴｓＳｅｔ（ＣＡ）と点火パルス設定時期ＡｄｖＳｅｔ（ＣＡ）とを比較し、ＩＴｓＳｅｔ（ＣＡ）の方が進角側かＩＴｓＳｅｔ（ＣＡ）とＡｄｖＳｅｔ（ＣＡ）が同じ値であればＳ７に進み、ＡｄｖＳｅｔ（ＣＡ）の方が進角側であればＳ８に進む。
【００２２】
Ｓ７では、ＡｄｖＳｅｔ（ＣＡ）をＩＴｓＳｅｔ（ＣＡ）と同じ値とし、リターンに進む。
【００２３】
Ｓ８では、ＩＴｓＳｅｔ（ＣＡ）をＡｄｖＳｅｔ（ＣＡ）と同じ値とし、リターンに進む。
【００２４】
すなわち、燃料噴射パルス設定時期ＩＴｓＳｅｔ（ＣＡ）と点火パルス設定時期ＡｄｖＳｅｔ（ＣＡ）のうち、進角側にある方に合わせて共通設定用クランク角度信号が決定される。
【００２５】
図４はクランク角度信号毎演算部における演算処理のフローチャートを示している。以下、図４に沿ってクランク角度毎演算部における演算処理について説明する。
【００２６】
Ｓ１１では、クランク角度センサ２１から現在のクランク角度を算出し、Ｓ１２に進む。
【００２７】
Ｓ１２では、直前のクランク角度信号からの時間間隔を用いてエンジン回転速度Ｎｅを算出する。
【００２８】
Ｓ１３では、Ｓ１１で算出した現在のクランク角度と、燃料噴射パルス設定時期ＩＴｓＳｅｔ（ＣＡ）とを比較し、両者が同一値であればＳ１４に進み、そうでなければＳ１５に進む。
【００２９】
Ｓ１４では、燃料噴射パルス設定時期ＩＴｓＳｅｔ（ＣＡ）から燃料噴射時期目標値ＩＴｓ（ＣＡ）までの時間間隔であるＩＴＤｅｌａｙを、Ｓ１２で算出したエンジン回転速度Ｎｅを用いて算出し、Ｓ１５に進む。
【００３０】
Ｓ１５では、Ｓ１２で算出したＩＴＤｅｌａｙをディレイ時間に設定して噴射ディレイパルス発生部を作動させ、Ｓ１６に進む。
【００３１】
Ｓ１６では、Ｓ１１で算出した現在のクランク角度と点火パルス設定時期ＡｄｖＳｅｔ（ＣＡ）とを比較し、両者が同一値であればＳ１７に進み、そうでなければリターンに進む。
【００３２】
Ｓ１７では、ＡｄｖＳｅｔ（ＣＡ）からＡｄｖ（ＣＡ）までの時間間隔であるＡｄｖＤｅｌａｙを、前記エンジン回転速度Ｎｅを用いて算出し、Ｓ１８に進む。
【００３３】
Ｓ１８では、Ｓ１７で算出したＡｄｖＤｅｌａｙをディレイ時間に設定して点火ディレイパルス発生部を作動させ、リターンに進む。
【００３４】
図５に本実施形態における回転速度変動がある場合の成層燃焼時の制御モードと均質燃焼時の制御モードでの点火時期および燃料噴射時期の関係を示す。
【００３５】
このようにすれば、筒内での燃料の気化・混合および点火プラグ近傍までの混合気の輸送といった時間が着火に対して支配的になる成層燃焼時は、燃料噴射時期及び点火時期（ドエル開始時期）に基づいて設定された共通のクランク角度信号を基準として、共通のエンジン回転速度Ｎｅに基づいて換算された各ディレイ時間ずつ遅らせて燃料噴射時期と点火時期が制御されるので、回転変動の影響を受けることなく燃料噴射時期から点火時期までの時間間隔を一定に維持することができ、安定した着火が行われ良好な成層燃焼が得られる。
【００３６】
一方、比較的燃焼安定が得やすい均質燃焼時は、燃料噴射時期及び点火時期の目標値に基づいてそれぞれ最も進角側で近接するクランク角度信号を基準として、最新に算出されたエンジン回転速度Ｎｅに基づいて換算された各ディレイ時間ずつ遅らせて燃料噴射時期と点火時期が制御されるので、熱発生の位相をクランク角度に対して好適に制御することが可能となる。
【００３７】
また、点火ドエルの開始時期を点火時期として制御し、点火ドエルの終了時期を点火ドエルの開始時期からの時間に基づいて決定することにより、点火ドエルの期間が回転速度変動の影響を受けなくなるため、回転速度変動によらず点火エネルギを所望の値に設定して良好な点火性能を確保することが可能となる。
【００３８】
次に、本発明の第２実施形態について説明する。ここでは第１実施形態との違いについてのみ説明する。本実施形態では点火ドエルの開始時期を点火ドエルの終了時期とは別にクランク角度信号に基づいて決定し、点火ドエルの終了時期を点火時期として制御する。
【００３９】
図６に本実施形態におけるエンジンコントロールユニットの機能ブロック図を示す。図６のドエルパルス発生部は、ドエル開始ディレイパルス発生部からの信号によりドエルパルスの出力を開始し、ドエル終了ディレイパルス発生部からの信号によりドエルパルスの出力を終了するものである。
【００４０】
図７は、１０ｍｓｅｃ毎演算部における演算処理のフローチャートを示している。以下、図７に沿って１０ｍｓｅｃ毎演算部における演算処理について説明する。
【００４１】
Ｓ２３では、Ｓ２１で受け取った各種センサの値とＳ２２で判定した燃焼モードおよびあらかじめ記憶させておいたマップからクランク角度単位の燃料噴射時期目標値ＩＴｓ（ＣＡ）と時間単位の燃料噴射期間Ｐ／Ｗ（Ｔｉｍｅ）とクランク角度単位の点火時期目標値Ａｄｖ（ＣＡ）とドエル開始目標値Ｄｓ（ＣＡ）とを算出し、Ｓ２４に進む。
【００４２】
Ｓ２４では、ＩＴｓ（ＣＡ）直前のクランク角度信号の時期である燃料噴射パルス設定時期ＩＴｓＳｅｔ（ＣＡ）とＡｄｖ（ＣＡ）直前のクランク角度信号の時期である点火パルス設定時期ＡｄｖＳｅｔ（ＣＡ）とＤｓ（ＣＡ）直前のクランク角度信号の時期であるドエル開始パルス設定時期ＤｓＳｅｔ（ＣＡ）を算出する。
【００４３】
Ｓ２５〜Ｓ２８では、図３のＳ５〜Ｓ８と同様にして、成層燃焼モード時は、燃料噴射時期目標値ＩＴｓＳｅｔ（ＣＡ）と点火時期目標値ＡｄｖＳｅｔ（ＣＡ）のうち、進角側にある方に合わせて共通設定用クランク角度信号が決定される。
【００４４】
図８はクランク角度信号毎演算部における演算処理のフローチャートを示している。以下、図８に沿ってクランク角度信号毎演算部における演算処理について説明する。
【００４５】
Ｓ３６では、Ｓ３１で算出したクランク角度とＡｄｖＳｅｔ（ＣＡ）を比較し、両者が同一値であればＳ３７に進み、そうでなければＳ３９に進む。
【００４６】
Ｓ３７では、ＡｄｖＳｅｔ（ＣＡ）からＡｄｖ（ＣＡ）までの時間間隔であるＡｄｖＤｅｌａｙをＳ３２で算出したエンジン回転速度Ｎｅを用いて算出し、Ｓ３８に進む。
【００４７】
Ｓ３８では、Ｓ３７で算出したＡｄｖＤｅｌａｙをディレイ時間に設定してドエル終了ディレイパルス発生部を作動させ、Ｓ３９に進む。
【００４８】
Ｓ３９では、Ｓ１１で算出したクランク角度とＤｓＳｅｔ（ＣＡ）を比較し、両者が同一値であればＳ４０に進み、そうでなければリターンに進む。
【００４９】
Ｓ４０では、ＤｓＳｅｔ（ＣＡ）からＤｓ（ＣＡ）までの時間間隔であるＤｓＤｅｌａｙを、エンジン回転速度Ｎｅを用いて算出し、Ｓ４１に進む。
【００５０】
Ｓ４１では、Ｓ４０で算出したＤｓＤｅｌａｙをディレイ時間に設定してドエル開始ディレイパルス発生部を作動させ、リターンに進む。
【００５１】
本実施形態のように、点火ドエルの開始時期を点火ドエルの終了時期とは別にクランク角度信号に基づいて決定し、点火ドエルの終了時期を点火時期として制御することにより、実際に点火が行われる点火ドエル終了時期が、点火ドエル期間中の回転速度変動の影響を受けなくなるので、実際に点火が行われる時期を精度よく制御することが可能となり、より安定した点火性能を確保できる。
【００５２】
また、以上示した２つの実施形態に共通して、第２制御モードで、共通設定クランク角度信号からの時間により決定された燃料噴射時期または点火時期（の遅い方）が、回転速度変動によって所定のクランク角度範囲外（クランク角度で決定される目標時期に対する偏差が所定値より大）であるかを判定し、範囲外と判定されたときは、所定のクランク角度範囲内となるような補正を行う構成としてもよい。このような補正を行うことにより、燃焼による熱発生の位相がクランク角度に対して極端にずれることがないので、トルクの変動を抑えることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の第１実施形態にかかる内燃機関の構成を示す図
【図２】同上実施形態におけるエンジンコントロールユニットの機能ブロック図
【図３】同上実施形態における１０ｍｓｅｃ毎演算部の処理フローチャート
【図４】同上実施形態におけるクランク角度信号毎演算部の処理フローチャート
【図５】同上実施形態における成層燃焼時の制御モードと均質燃焼時の制御モードでの点火時期および噴射時期の関係を示す図
【図６】本発明の第２実施形態におけるエンジンコントロールユニットの機能ブロック図
【図７】同上実施形態における１０ｍｓｅｃ毎演算部の処理フローチャート
【図８】同上実施形態におけるクランク角度信号毎演算部の処理フローチャート
【図９】同上実施形態における成層燃焼時の制御モードと均質燃焼時の制御モードでの点火時期および噴射時期の関係を示す図
【符号の説明】
【００５４】
１  燃焼室
５  吸気弁
７  排気弁
１１  燃料噴射弁
１２  点火プラグ
１３  コントロールユニット
２１  クランク角センサ
２２  アクセル開度センサ
２３  水温センサ
２４  吸気量センサ
２５  燃料圧力センサ
【図１】
2006112334.tif 000003
【図２】
2006112334.tif 000004
【図３】
2006112334.tif 000005
【図４】
2006112334.tif 000006
【図５】
2006112334.tif 000007
【図６】
2006112334.tif 000008
【図７】
2006112334.tif 000009
【図８】
2006112334.tif 000010
【図９】
2006112334.tif 000011