(57)【要約】【課題】成層燃焼モード運転中におけるノッキングの発生抑制のために点火時期を遅角する場合に、燃料噴射時期を適正に制御する。【解決手段】圧縮行程において筒内噴射弁から燃料噴射を行い、点火プラグ近傍に成層混合気を形成して成層燃焼を行う成層燃焼モードでの運転中に、ノッキングが検出された場合には、ノッキングが検出されなくなるまで点火時期の遅角を行う。ノッキングが検出されない場合、ノッキングが検出されなくなったときの点火時期下で、前回のサイクルにおける燃焼速度よりも今回のサイクルにおける燃焼速度が速くなる期間中、燃料噴射時期を遅角する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮行程における筒内噴射弁からの燃料噴射である圧縮行程噴射を行い、点火プラグ近傍に成層混合気を形成して成層燃焼を行う成層燃焼モードを選択可能な内燃機関の制御装置であって、
前記成層燃焼モードでの運転中に、
ノッキングが検出された場合には、ノッキングが検出されなくなるまで点火時期を遅角し、
ノッキングが検出されない場合、ノッキングが検出されなくなったときの点火時期下で、前回の燃焼サイクルにおける燃焼速度よりも今回の燃焼サイクルにおける燃焼速度が速くなる期間中、燃料噴射時期を遅角する、
ように構成されている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制御装置に関する。より具体的に、圧縮行程において燃料噴射を行い成層燃焼させる成層燃焼モードを選択可能な火花点火式直噴エンジンの制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
圧縮行程で燃料を筒内に噴射して成層混合気を生成して燃焼させる成層燃焼モードでの運転が可能な火花点火式直噴エンジンが知られている。また例えば、特許文献１には成層燃焼モードでの運転中にノッキング発生が検出された場合、点火時期を遅角するとともに、点火時期遅角量に応じて燃料噴射時期を遅角することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−００３４２９号公報
【特許文献２】特開２００５−０３０２９３号公報
【特許文献３】特開平１１−０３０１７７号公報
【特許文献４】特開平０４−１８３９５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
成層燃焼モードにおいて、点火時期に対する最適な燃焼燃料噴射時期、即ち、点火時期と燃料噴射時期との最適なインターバルは、エンジン回転速度、燃焼噴射量、及びバルブタイミング等によって変化する。従って、点火時期遅角量だけによって燃料噴射時期を決定する場合、燃料噴射時期を最適に制御することは難しく、遅角により燃料性が悪化する恐れがある。この点、特許文献１の燃料噴射時期制御には、改善の余地が残る。
【０００５】
本発明は、以上の課題を解決するため、成層燃焼モード運転中におけるノッキングの発生抑制のために点火時期を遅角する場合に、燃料噴射時期を適正に制御することができるように改良した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】
【０００６】
以上の目的を達成するため、本発明の内燃機関の制御装置は、圧縮行程における筒内噴射弁からの燃料噴射である圧縮行程噴射を行い、点火プラグ近傍に成層混合気を形成して成層燃焼を行う成層燃焼モードを選択可能な内燃機関に適用される制御装置であって、以下の構成を備えている。内燃機関の成層燃焼モードでの運転中に、ノッキングが検出された場合には、ノッキングが検出されなくなるまで点火時期の遅角を行う。ノッキングが検出されない場合、ノッキングが検出されなくなったときの点火時期下で、前回のサイクルにおける燃焼速度よりも今回のサイクルにおける燃焼速度が速くなる期間中、燃料噴射時期を遅角する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の制御によれば、点火時期遅角によりノッキングの発生を抑制しつつ、燃焼速度が最も速くなるタイミングまで燃料噴射時期を遅角することができ、燃焼性の悪化及びトルクの低減を最小限に抑えることができる。また、複雑な制御や制御実行のための多量のマップを必要としないため、制御遅れの発生を抑制することができる。更に、実機において運転中に燃料噴射時期を決定する制御であるため、筒内噴射弁の経年変化や、製造ばらつき等の影響を抑えて、適正なタイミングに燃料噴射時期を制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施の形態における燃料噴射時期及び点火時期の制御について説明するためのタイミングチャートである。
【図２】筒内の非定常タンブル比の変化について説明するための図である。
【図３】実施の形態において制御装置が実行する制御のルーチンについて説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の実施の形態の制御装置が適用される内燃機関（以下、単にエンジンという）は、火花点火式直噴エンジンである。エンジンの各気筒には、その先端が燃焼室に臨むように、燃焼室の内部に燃料を噴射する筒内噴射弁が設けられている。また燃焼室の頂部付近には点火プラグが設置されている。このエンジンは、圧縮行程において筒内噴射弁から燃料噴射を行い、点火プラグ近傍に成層混合気を形成して成層燃焼を行う成層燃焼モードでの運転が可能である。
【００１０】
エンジンが有する各種のセンサ及びアクチュエータは、制御装置に電気的に接続されている。制御装置はＥＣＵ(Electronic Control Unit)である。制御装置は、エンジンのシステム全体の制御を行うものであり、少なくとも１つのＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭを含むコンピュータを主体として構成されている。ＲＯＭには、後述する点火時期及び燃料噴射時期の制御ルーチンを含む各種制御ルーチンが記憶されている。制御装置は各センサからの信号に基づいて、各アクチュエータを操作することによってエンジンを制御する。
【００１１】
具体的に、本実施の形態の制御装置は、各センサからの信号に基づいて、ノッキングの検出、エンジン回転速度の検出、及びトルクもしくは燃焼速度を検出する機能を有している。また制御装置は成層燃焼モードでの運転中にノッキングが検出された場合には、下記の制御により燃料噴射時期及び点火時期を決定して制御する。
【００１２】
以下、具体的に、燃料噴射時期及び点火時期の制御について説明する。図１は、本実施の形態における燃料噴射時期及び点火時期の制御について説明するためのタイミングチャートである。この制御は、成層燃焼モードにおける制御であるため、燃料噴射は、圧縮行程において筒内噴射弁から実行され、点火プラグ近傍に成層混合気が形成されている所定のタイミングで点火が行われる。
【００１３】
図１の例では、成層燃焼モードで運転中の、ある燃焼サイクルにおける時間ｔ１において、ノッキングの発生が検出されると、次の燃焼サイクル中の時間ｔ２から、点火時期の遅角が開始され、ノッキングが検出されなくなる時間ｔ３まで、繰り返し遅角量ｄθｓずつ遅角される。
【００１４】
時間ｔ３においてノッキングが検出されなくなると、次の燃焼サイクル中の時間ｔ４では、燃料噴射時期の遅角が開始される。燃料噴射時期は、ノッキングが再び検出されるか、又は、燃料噴射時期の遅角により燃焼速度の低下が検出されるまでの間、遅角量ｄθｉずつ繰り返し遅角される。図１の例では、ノッキングが再び検出される時間ｔ５まで、燃料噴射時期の遅角が繰り返されている。この間、点火時期は、ノッキングが検出されなくなる時間ｔ３の直前に設定された点火時期に維持される。
【００１５】
時間ｔ５においてノッキングが検出されると、次のサイクル中の時間ｔ６から、点火時期の遅角が再び開始される。一方、燃料噴射時期の遅角は停止される。従って、燃料噴射時期は、ノッキングが再検出される時間ｔ５の直前に設定された燃料噴射時期に維持される。
【００１６】
時間ｔ７において、再びノッキングが検出されなくなると、次の燃焼サイクル中の時間ｔ８では、燃料噴射時期の遅角が再開される。点火時期の遅角は停止され、ノッキングが検出されなくなる時間ｔ７の直前に設定された点火時期に維持される。
【００１７】
その後、時間ｔ９において、前回のサイクルよりも今回のサイクルにおける燃焼速度が遅くなったことが検知されると、次のサイクルでは燃料噴射時期は、燃焼速度が遅くなる時間ｔ８の直前に設定された燃料噴射時期に戻される。つまり、ノッキングが発生していないことを前提として、燃料噴射時期の遅角は、前回の燃焼サイクルにおける燃焼速度よりも今回の燃焼サイクルにおける燃焼速度が速くなっている期間中、即ち、燃焼期間が短縮を続けている間、燃料噴射期間の遅角が繰り返される。
【００１８】
なお、以上の制御において、点火時期の遅角量ｄθｓと燃料噴射時期の遅角量ｄθｉとは、必ずしも同一である必要はなく、また、一定値である必要もない。図２は、ＣＦＤ解析結果であり、筒内の非定常タンブル比の変化について説明する図である。図２から、燃料噴射時期が遅角するほど、タンブル比が弱くなっていることがわかる。タンブル比が低下すれば、燃料が点火プラグ近傍に到達する時期が遅角することが予想される。従って、燃料噴射時期遅角量は、点火時期遅角量よりも小さくすることが望ましい。また遅角量ｄθｓ、ｄθｉはマップに従って算出するようにすることもできる。
【００１９】
図３は実施の形態において制御装置が実行する制御のルーチンについて説明するための図である。図３のルーチンでは、まず、ステップＳ２においてノッキングが発生したか否かが判別される。ノッキングの発生の有無はノッキングセンサ等の出力に応じて判定することができる。ステップＳ２においてノッキングが発生していないと判別された場合、今回の処理は一旦終了する。
【００２０】
一方、ステップＳ２においてノッキングが発生したと判別された場合、次に、ステップＳ４において、点火時期が遅角量ｄθｓだけ遅角される。次に、ステップＳ６において、遅角された点火時期下で、ノッキングが発生したか否かが判別される。
【００２１】
ステップＳ６において、ノッキングが発生したと判別された場合、処理はステップＳ４に戻され、点火時期が、現在の点火時期から遅角量ｄθｓだけ再び遅角される。ステップＳ４の点火時期の遅角と、ステップＳ６のノッキングの発生の有無の判別処理は、ステップＳ６においてノッキングが発生していないと判別されるまで繰り返される。
【００２２】
ステップＳ６において、ノッキングが発生していないと判別されると、次に、Ｓ８において、燃料噴射時期が現在の燃料噴射時期から遅角量ｄθｉだけ遅角される。次に、ステップＳ１０において、遅角後の点火時期及び燃料噴射時期の条件下で、ノッキングが発生したか否かが判別される。ノッキングが発生したと判別された場合には、処理はステップＳ４に戻され、点火時期の遅角から、順次、上述の処理が実行される。
【００２３】
一方、ステップＳ１０において、ノッキングが発生していないと判別された場合、次に、ステップＳ１１において、現在の点火時期及び燃料噴射時期下における燃焼期間ｔ１が演算され、保存される。燃焼期間は、例えば筒内圧センサの出力等を用いて、周知の演算式に従って算出することができる。
【００２４】
次に、ステップＳ１２において、燃料噴射時期が遅角量ｄθｉだけ遅角される。次に、ステップＳ１４において、設定された点火時期及び燃料噴射時期の条件下で、ノッキングが発生したか否かが判別される。ステップＳ１４においてノッキングが発生したと判別された場合、処理は再びＳ４に戻され、点火時期の遅角から、順次、上述の処理が実行される。
【００２５】
一方、ステップＳ１４において、ノッキングが発生していないと判別されると、次に、ステップＳ１６において、現在の点火時期及び燃料噴射時期下における燃焼期間ｔ２が演算される。次に、ステップＳ１８において、ステップＳ１６において算出された燃焼期間ｔ２が、前回の燃焼サイクルでの燃焼期間ｔ１より短くなったか否か、即ち、燃焼期間が短縮したか否かが判別される。
【００２６】
ステップＳ１８において、燃焼期間が短縮したと判別された場合、ステップＳ２０に進み、ステップＳ１６において演算された燃焼期間ｔ２が、燃焼期間ｔ１として保存される。その後、処理はステップＳ１２に戻され、燃料噴射時期が遅角量ｄθｉだけ再び遅角される。
【００２７】
燃料噴射時期の遅角は、ステップＳ１８において燃焼期間が短縮していないと判別されるまで繰り返される。ただし、ステップＳ１２〜Ｓ１８の処理が繰り返される間、ステップＳ１４において、ノッキングの発生が検出されたときは、処理はステップＳ４に戻され、点火時期の遅角から、順次、上述の処理が実行される。
【００２８】
ステップＳ１８において、燃焼期間が短縮していないと判別された場合、即ち、燃焼速度の低下が確認された場合には、次に、ステップＳ２２において、現在の燃料噴射時期を遅角量ｄθｉだけ進角して、進角された燃料噴射時期を保存する。つまり、燃料噴射時期は、燃焼速度が低下する直前に設定された燃料噴射時期に戻される。その後、今回の処理は一旦終了する。
【００２９】
以上説明したように、本実施の形態の制御によれば、点火時期の遅角によりノッキングを回避した上で、燃料噴射時期は、徐々に遅角され、最終的に燃焼期間が最も短くなる燃料噴射時期に設定される。従って、多量のマップを用いた複雑な制御を行うことなく、実機においてそのときの運転条件ごとに気筒ごとに最適な燃料噴射時期に制御することができる。また、点火時期だけを遅角してノッキングを回避した場合、トルクの低減につながるが、ノッキング回避のための点火時期の遅角を実行しつつ、燃料噴射時期を遅角するため、点火時期遅角によるトルク減少の影響を最低限に抑えることが可能となる。
【００３０】
なお、点火時期の遅角量ｄθｓ及び燃料噴射時期の遅角量ｄθｉは、一定値である場合に限られない。即ち、点火時期の遅角量ｄθｓ及び燃料噴射時期ｄθｉは運転条件に応じて変化する値としてもよく、例えば、エンジン回転速度又は噴射量と、各遅角量との関係を定めた２次元マップ、又は、エンジン回転速度と噴射量と各遅角量との関係を定めた３次元マップに従って、算出される構成としてもよい。
【００３１】
なお、以上の実施の形態において各要素の個数、数量、量、範囲等の数に言及した場合、特に明示した場合や原理的に明らかにその数に特定される場合を除いて、その言及した数に、この発明が限定されるものではない。また、この実施の形態において説明する構造等は、特に明示した場合や明らかに原理的にそれに特定される場合を除いて、この発明に必ずしも必須のものではない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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