(57)【要約】【課題】燃焼形態を切り替える際のトルク変動を抑制する。【解決手段】内燃機関１００の制御装置２００は、火炎伝播燃焼を行う第１運転領域と、拡散燃焼を行う第２運転領域と、の間の中間領域において、第１噴射と第２噴射とを順次実施してスパークアシスト拡散燃焼を実施し、スパークアシスト拡散燃焼を実施する場合は、機関負荷が第１運転領域と中間領域との境界上の第１負荷となったときに第２噴射を開始して機関負荷が高くなるにつれて第２噴射による噴射量を増加させると共に、機関負荷が高くなるにつれて第１噴射による噴射量を減少させて機関負荷が中間領域と第２運転領域との境界上の第２負荷となったときに第１噴射を停止させる。【選択図】図１
2019152106.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
機関本体と、
前記機関本体の燃焼室に直接燃料を噴射するための燃料噴射弁と、
前記燃焼室内に臨むように配置された点火プラグと、
を備える内燃機関を制御するための内燃機関の制御装置であって、
機関運転状態に基づいて前記燃料噴射弁を制御すると共に必要に応じて前記点火プラグを制御して燃料を燃焼させる燃焼制御部を備え、
前記燃焼制御部は、
低負荷側の第１運転領域において、火炎伝播燃焼用の予混合気を形成するための燃料を噴射する第１噴射のみを実施して、前記第１噴射によって形成された予混合気を前記点火プラグによって点火して火炎伝播燃焼を実施し、
高負荷側の第２運転領域において、拡散燃焼用の圧縮着火させるための燃料を噴射する第２噴射のみを実施して、当該第２噴射によって噴射された燃料を圧縮着火させて拡散燃焼を実施し、
前記第１運転領域と前記第２運転領域との間の中間領域において、前記第１噴射と前記第２噴射とを順次実施して、前記第１噴射によって形成された予混合気を前記点火プラグによって点火して火炎伝播燃焼させ、前記第２噴射によって噴射された燃料を圧縮着火させて拡散燃焼させるスパークアシスト拡散燃焼を実施し、
前記スパークアシスト拡散燃焼を実施する場合は、機関負荷が前記第１運転領域と前記中間領域との境界上の第１負荷となったときに前記第２噴射を開始して機関負荷が高くなるにつれて前記第２噴射による噴射量を増加させると共に、機関負荷が高くなるにつれて前記第１噴射による噴射量を減少させて機関負荷が前記中間領域と前記第２運転領域との境界上の第２負荷となったときに前記第１噴射を停止させるように構成される、
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。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、従来の内燃機関の制御装置として、機関運転状態に基づいて燃焼形態を予混合圧縮自着火燃焼、又は火花点火燃焼のいずれか一方に切り替えて、機関本体を運転させるように構成されたものが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−２１６３２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前述した従来の内燃機関の制御装置では、燃焼形態を切り替える際に、燃焼形態が一方の燃焼形態から他方の燃焼形態へとステップ的に切り替わるため、トルク変動が生じるおそれがあった。
【０００５】
本発明はこのような問題点に着目してなされたものであり、燃焼形態を切り替える際のトルク変動の発生を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明のある態様によれば、機関本体と、機関本体の燃焼室に直接燃料を噴射するための燃料噴射弁と、燃焼室内に臨むように配置された点火プラグと、を備える内燃機関を制御するための制御装置が、機関運転状態に基づいて燃料噴射弁を制御すると共に必要に応じて点火プラグを制御して燃料を燃焼させる燃焼制御部を備える。燃焼制御部は、低負荷側の第１運転領域において、火炎伝播燃焼用の予混合気を形成するための燃料を噴射する第１噴射のみを実施して、第１噴射によって形成された予混合気を前記点火プラグによって点火して火炎伝播燃焼を実施し、高負荷側の第２運転領域において、拡散燃焼用の圧縮着火させるための燃料を噴射する第２噴射のみを実施して、第２噴射によって噴射された燃料を圧縮着火させて拡散燃焼を実施し、第１運転領域と第２運転領域との間の中間領域において、第１噴射と第２噴射とを順次実施して、第１噴射によって形成された予混合気を点火プラグによって点火して火炎伝播燃焼させ、第２噴射によって噴射された燃料を圧縮着火させて拡散燃焼させるスパークアシスト拡散燃焼を実施し、スパークアシスト拡散燃焼を実施する場合は、機関負荷が第１運転領域と中間領域との境界上の第１負荷となったときに第２噴射を開始して機関負荷が高くなるにつれて第２噴射による噴射量を増加させると共に、機関負荷が高くなるにつれて第１噴射による噴射量を減少させて機関負荷が中間領域と第２運転領域との境界上の第２負荷となったときに第１噴射を停止させるように構成される。
【発明の効果】
【０００７】
本発明のこの態様によれば、燃焼形態を切り替える際のトルク変動の発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、本発明の一実施形態による内燃機関及び内燃機関を制御する電子制御ユニットの概略構成図である。
【図２】図２は、本発明の一実施形態による内燃機関の概略要部断面図である。
【図３】図３は、機関本体の運転領域を示す図である。
【図４】図４は、本発明の一実施形態による燃焼制御について説明するフローチャートである。
【図５】図５は、或る機関回転速度における目標第１噴射量と目標第２噴射量とを、機関負荷に応じて示したマップの一例である。
【図６】図６は、或る機関回転速度における目標第１噴射時期と目標第２噴射時期を、機関負荷に応じて示したマップの一例である。
【図７】図７は、或る機関回転速度における目標点火時期を、機関負荷に応じて示したマップの一例である。
【図８】図８は、或る機関回転速度における目標第１噴射量と目標第２噴射量とを、機関負荷に応じて示したマップの一例である。
【図９】図９は、燃料噴射を実施してからの経過時間と、当該燃料噴射によって燃焼室１１内に形成される噴霧内の燃料濃度（噴霧内燃料割合）と、の関係を、燃料噴射量に応じて比較して示した図である。
【図１０】図１０は、燃料噴射を実施してからの経過時間と、当該燃料噴射によって点火プラグの周りに形成される予混合気内の燃料濃度（プラグ部燃料割合）と、の関係を、燃料噴射量に応じて比較して示した図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明では、同様な構成要素には同一の参照番号を付す。
【００１０】
図１は、本発明の一実施形態による内燃機関１００及び内燃機関１００を制御する電子制御ユニット２００の概略構成図である。図２は、本発明の一実施形態による内燃機関１００の概略要部断面図である。
【００１１】
内燃機関１００は、複数の気筒１０を備える機関本体１と、燃料供給装置２と、吸気装置３と、排気装置４と、吸気動弁装置５と、排気動弁装置６と、を備える。
【００１２】
機関本体１は、各気筒１０に形成される燃焼室１１内（図２参照）で燃料を燃焼させて、例えば車両などを駆動するための動力を発生させる。機関本体１には、気筒毎に一対の吸気弁５０と一対の排気弁６０とが設けられる。
【００１３】
また機関本体１には、気筒毎に少なくとも１つの点火プラグ１５が、各気筒１０の燃焼室１１に臨むように設けられる。点火プラグ１５は、燃焼室１１内に火花を生じさせて、後述する燃料噴射弁２０から噴射された燃料と空気との予混合気に点火する。点火プラグ１５の点火時期は、電子制御ユニット２００からの制御信号によって任意の時期に制御される。
【００１４】
燃料供給装置２は、電子制御式の燃料噴射弁２０と、デリバリパイプ２１と、サプライポンプ２２と、燃料タンク２３と、圧送パイプ２４と、を備える。
【００１５】
燃料噴射弁２０は、各気筒１０の燃焼室１１内にそれぞれ直接燃料を噴射することができるように、気筒毎に１つ設けられる。燃料噴射弁２０の開弁時間（噴射量）及び開弁時期（噴射時期）は電子制御ユニット２００からの制御信号によって変更され、燃料噴射弁２０が開弁されると燃料噴射弁２０から燃焼室１１内に直接燃料が噴射される。
【００１６】
デリバリパイプ２１は、圧送パイプ２４を介して燃料タンク２３に接続される。圧送パイプ２４の途中には、燃料タンク２３に貯蔵された燃料を加圧してデリバリパイプ２１に供給するためのサプライポンプ２２が設けられる。デリバリパイプ２１は、サプライポンプ２２から圧送されてきた高圧燃料を一時的に貯蔵する。燃料噴射弁２０が開弁されると、デリバリパイプ２１に貯蔵された高圧燃料が燃料噴射弁２０から燃焼室１１内に直接噴射される。デリバリパイプ２１には、デリバリパイプ２１内の燃料圧力、すなわち燃料噴射弁２０から燃焼室１１内に噴射される燃料の圧力（噴射圧）を検出するための燃圧センサ２１０が設けられる。
【００１７】
サプライポンプ２２は、吐出量を変更することができるように構成されており、サプライポンプ２２の吐出量は、電子制御ユニット２００からの制御信号によって変更される。サプライポンプ２２の吐出量を制御することで、デリバリパイプ２１内の燃料圧力、すなわち燃料噴射弁２０の噴射圧が制御される。
【００１８】
吸気装置３は、各燃焼室１１内に吸気を導くための装置であって、各燃焼室１１内に吸入される吸気の状態（吸気圧力、吸気温度、ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）ガス量）を変更することができるように構成されている。吸気装置３は、エアクリーナ３０と、吸気管３１と、ターボチャージャ３２のコンプレッサ３２ａと、インタクーラ３３と、吸気マニホールド３４と、電子制御式のスロットル弁３５と、エアフローメータ２１１と、ＥＧＲ通路３６と、ＥＧＲクーラ３７と、ＥＧＲ弁３８と、を備える。
【００１９】
エアクリーナ３０は、空気中に含まれる砂などの異物を除去する。
【００２０】
吸気管３１は、一端がエアクリーナ３０に連結され、他端が吸気マニホールド３４のサージタンク３４ａに連結される。
【００２１】
ターボチャージャ３２は過給機の一種であり、排気のエネルギを利用して空気を強制的に圧縮し、その圧縮した空気を各燃焼室１１に供給する。これにより充填効率が高められるので、機関出力が増大する。コンプレッサ３２ａは、ターボチャージャ３２の一部を構成する部品であり、吸気管３１に設けられる。コンプレッサ３２ａは、同軸上に設けられた後述するターボチャージャ３２のタービン３２ｂによって回されて、空気を強制的に圧縮する。なおターボチャージャ３２に替えて、クランクシャフト（図示せず）の回転力を利用して機械的に駆動される過給機（スーパチャージャ）を用いても良い。
【００２２】
インタクーラ３３は、コンプレッサ３２ａよりも下流の吸気管３１に設けられ、コンプレッサ３２ａによって圧縮されて高温となった空気を冷却する。
【００２３】
吸気マニホールド３４は、サージタンク３４ａと、サージタンク３４ａから分岐して機関本体１のシリンダヘッド１２（図２参照）の内部に形成されている各吸気ポート１３（図２参照）の開口に連結される複数の吸気枝管３４ｂと、を備える。サージタンク３４ａに導かれた空気は、吸気枝管３４ｂを介して各燃焼室１１内に均等に分配される。このように、吸気管３１、吸気マニホールド３４及び吸気ポート１３が、各燃焼室１１内に空気を導くための吸気通路を形成する。
【００２４】
スロットル弁３５は、インタクーラ３３とサージタンク３４ａとの間の吸気管３１内に設けられる。スロットル弁３５は、スロットルアクチュエータ３５ａによって駆動され、吸気管３１の通路断面積を連続的又は段階的に変化させる。スロットルアクチュエータ３５ａによってスロットル弁３５の開度を調整することで、各燃焼室１１内に吸入される空気の流量を調整することができる。
【００２５】
エアフローメータ２１１は、コンプレッサ３２ａよりも上流側の吸気管３１内に設けられる。エアフローメータ２１１は、吸気通路内を流れて最終的に各燃焼室１１内に吸入される空気の流量を検出する。
【００２６】
ＥＧＲ通路３６は、後述する排気マニホールド４０と吸気マニホールド３４のサージタンク３４ａを連通し、各燃焼室１１から排出された排気の一部を圧力差によってサージタンク３４ａに戻すための通路である。以下、ＥＧＲ通路３６に流入した排気のことを「ＥＧＲガス」という。ＥＧＲガスをサージタンク３４ａ、ひいては各燃焼室１１に還流させることで、燃焼温度を低減させて窒素酸化物（ＮＯｘ）の排出を抑えることができる。
【００２７】
ＥＧＲクーラ３７は、ＥＧＲ通路３６に設けられる。ＥＧＲクーラ３７は、ＥＧＲガスを、例えば走行風や冷却水などによって冷却するための熱交換器である。
【００２８】
ＥＧＲ弁３８は、ＥＧＲクーラ３７よりもＥＧＲガスの流れ方向下流側のＥＧＲ通路３６に設けられる。ＥＧＲ弁３８は、連続的又は段階的に開度を調整することができる電磁弁であり、その開度は電子制御ユニット２００によって制御される。ＥＧＲ弁３８の開度を制御することで、サージタンク３４ａに還流させるＥＧＲガスの流量が調節される。
【００２９】
排気装置４は、燃焼室１１内で生じた燃焼ガス（排気）を浄化して外気に排出するための装置であって、排気マニホールド４０と、排気管４１と、ターボチャージャ３２のタービン３２ｂと、排気後処理装置４２と、を備える。
【００３０】
排気マニホールド４０は、機関本体１のシリンダヘッド１２の内部に形成されている各排気ポート１４（図２参照）の開口と連結される複数の排気枝管と、排気枝管を集合させて１本にまとめた集合管と、を備える。
【００３１】
排気管４１は、一端が排気マニホールド４０の集合管に連結され、他端が開口端となっている。各燃焼室１１から排気ポート１４を介して排気マニホールド４０に排出された排気は、排気管４１を流れて外気に排出される。
【００３２】
タービン３２ｂは、ターボチャージャ３２の一部を構成する部品であり、排気管４１に設けられる。タービン３２ｂは、排気のエネルギによって回されて、同軸上に設けられたコンプレッサ３２ａを駆動する。
【００３３】
タービン３２ｂの外側には、可変ノズル３２ｃが設けられている。可変ノズル３２ｃは絞り弁として機能し、可変ノズル３２ｃのノズル開度（弁開度）は電子制御ユニット２００によって制御される。可変ノズル３２ｃのノズル開度を変化させることでタービン３２ｂを駆動する排気の流速を変化させることができる。すなわち、可変ノズル３２ｃのノズル開度を変化させることで、タービン３２ｂの回転速度を変化させて過給圧を変化させることができる。具体的には、可変ノズル３２ｃのノズル開度を小さくする（可変ノズル３２ｃを絞る）と、排気の流速が上がってタービン３２ｂの回転速度が増大し、過給圧が増大する。
【００３４】
排気後処理装置４２は、タービン３２ｂよりも下流側の排気管４１に設けられる。排気後処理装置４２は、排気を浄化した上で外気に排出するための装置であって、有害物質を浄化する各種の触媒（例えば三元触媒）を担体に担持させたものである。
【００３５】
吸気動弁装置５は、各気筒１０の吸気弁５０を開閉駆動するための装置であって、機関本体１に設けられる。本実施形態による吸気動弁装置５は、吸気弁５０の開閉時期を制御できるように、例えば電磁アクチュエータによって吸気弁５０を開閉駆動するように構成される。
【００３６】
排気動弁装置６は、各気筒１０の排気弁６０を開閉駆動するための装置であって、機関本体１に設けられる。本実施形態による排気動弁装置６は、排気弁６０の開閉時期を制御できるように、例えば電磁アクチュエータによって排気弁６０を開閉駆動するように構成される。
【００３７】
なお、吸気動弁装置５及び排気動弁装置６としては、電磁アクチュエータに限らず、例えばカムシャフトによって吸気弁５０又は排気弁６０を開閉駆動するように構成し、当該カムシャフトの一端部に油圧制御によってクランクシャフトに対するカムシャフトの相対位相角を変更する可変動弁機構を設けることによって、吸気弁５０又は排気弁６０の開閉時期を制御できるようにしてもよい。
【００３８】
電子制御ユニット２００は、デジタルコンピュータから構成され、双方性バス２０１によって互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）２０２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）２０３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）２０４、入力ポート２０５及び出力ポート２０６を備える。
【００３９】
入力ポート２０５には、前述した燃圧センサ２１０などの出力信号が、対応する各ＡＤ変換器２０７を介して入力される。また、入力ポート２０５には、アクセルペダル２２１の踏み込み量（以下「アクセル踏込量」という。）に比例した出力電圧を発生する負荷センサ２１７の出力電圧が、対応するＡＤ変換器２０７を介して入力される。さらに入力ポート２０５には、機関回転速度を算出するための信号として、機関本体１のクランクシャフトが例えば１５°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ２１８の出力信号が入力される。このように入力ポート２０５には、内燃機関１００を制御するために必要な各種センサの出力信号が入力される。
【００４０】
出力ポート２０６は、対応する駆動回路２０８を介して、点火プラグ１５などの各制御部品に接続される。
【００４１】
電子制御ユニット２００は、入力ポート２０５に入力された各種センサの出力信号に基づいて、各制御部品を制御するための制御信号を出力ポート２０６から出力して内燃機関１００を制御する。以下、電子制御ユニット２００が実施する内燃機関１００の制御について説明する。
【００４２】
電子制御ユニット２００は、機関運転状態（機関回転速度、及び機関負荷）に基づいて、機関本体１の運転モードを火炎伝播燃焼モード、拡散燃焼モード、又はスパークアシスト拡散燃焼モードのいずれかに切り替えて、機関本体１の運転を行う。
【００４３】
具体的には、電子制御ユニット２００は、図３に示すように、機関運転状態が低負荷側の第１運転領域内にあれば、運転モードを火炎伝播燃焼モードに切り替え、低回転・高負荷側の第２運転領域内にあれば、運転モードを拡散燃焼モードに切り替える。
【００４４】
本実施形態では第１運転領域を、最適点火時期（ＭＢＴ；Minimum advance for the Best Torque）に予混合気に点火して火炎伝播燃焼を実施しても、ノッキングが生じない運転領域に設定している。また第２運転領域を、最適点火時期に点火して火炎伝播燃焼を実施するとノッキングが生じ得る運転領域であって、燃料を圧縮着火させて、拡散燃焼を安定的に実施することが可能な温度（以下「着火要求温度」という。）まで筒内温度を上昇させることが可能な運転領域に設定している。
【００４５】
仮に第２運転領域においてノッキングが生じないように火炎伝播燃焼を実施しようとすると、点火時期を最適点火時期よりも遅角させる必要があるため、熱効率が低下する。これに対して本実施形態では、第２運転領域において拡散燃焼を実施するため、このような熱効率の低下を抑制することができる。
【００４６】
そして本実施形態による電子制御ユニット２００は、機関運転状態が第１運転領域と第２運転領域との間の中間領域内にあれば、運転モードをスパークアシスト拡散燃焼モードに切り替える。このように、機関運転状態が中間領域内にあるときに、運転モードをスパークアシスト拡散燃焼モードに切り替える理由については後述する。
【００４７】
以下、各運転モード時において電子制御ユニット２００が実施する燃焼制御について説明する。
【００４８】
電子制御ユニット２００は、運転モードが火炎伝播燃焼モードのときには、火炎伝播燃焼用の予混合気（均質予混合気、又は成層予混合気）を形成するための燃料を噴射する第１噴射のみを実施し、当該第１噴射によって形成された予混合気を点火プラグ１５によって点火して火炎伝播燃焼を実施する。本実施形態では電子制御ユニット２００は、吸気行程に第１噴射を実施することで燃焼室１１内に理論空燃比又は理論空燃比近傍の均質な予混合気を形成し、当該予混合気を圧縮行程後半（基本的には最適点火時期）に点火プラグ１５によって点火して火炎伝播燃焼させる均質燃焼を実施している。
【００４９】
電子制御ユニット２００は、運転モードが拡散燃焼モードのときには、拡散燃焼用の燃料を噴射する第２噴射のみを実施して、当該第２噴射によって噴射された燃料を圧縮着火させて拡散燃焼を実施する。本実施形態では電子制御ユニット２００は、圧縮上死点近傍で第２噴射を実施して高温・高圧となった燃焼室１１内に燃料を供給し、当該燃料を拡散燃焼させている。
【００５０】
電子制御ユニット２００は、運転モードがスパークアシスト拡散燃焼モードのときには、まず第１噴射を実施し、第１噴射によって形成された予混合気を圧縮行程後半に点火プラグ１５によって点火して火炎伝播燃焼させ、次に予混合気を点火プラグ１５によって点火した後の圧縮上死点近傍において第２噴射を実施し、第２噴射によって噴射された燃料を圧縮着火させて拡散燃焼させるスパークアシスト拡散燃焼を実施する。
【００５１】
燃料を燃焼室１１内で圧縮着火させて拡散燃焼させるには、筒内温度を前述した着火要求温度まで上昇させる必要があり、火炎伝播燃焼モードのように予混合気を全て火炎伝播燃焼させるときよりも筒内温度を高温にする必要がある。第２運転領域よりも低負荷側の運転領域内においては、筒内温度が着火要求温度まで上昇しない場合があり、安定的に燃料を拡散燃焼させることが難しい。
【００５２】
これに対して本実施形態では、第２運転領域よりも低負荷側の中間領域内において、第１噴射によって形成された予混合気を点火プラグ１５によって点火して火炎伝播燃焼させることで、そのときに生じる熱によって筒内温度を強制的に上昇させて、筒内温度を着火要求温度まで上昇させることができる。そのため予混合気を点火した後に実施される第２噴射の燃料を、安定的に圧縮着火させて拡散燃焼させることができる。
【００５３】
このようにスパークアシスト拡散燃焼モードは、第１噴射燃料を点火プラグ１５によって点火して火炎伝播燃焼させることで筒内温度を上昇させ、これにより第２噴射燃料の着火アシストを行って第２噴射燃料を拡散燃焼させるモードであり、スパークアシスト拡散燃焼モードでは、基本的に第１噴射燃料が火炎伝播燃焼し、第２噴射燃料が拡散燃焼することになる。
【００５４】
そのため、スパークアシスト拡散燃焼モード中においては、総噴射量（＝第１噴射量＋第２噴射量。機関負荷に応じた要求トルクを発生させるために必要な目標噴射量。）に占める第１噴射量の割合を大きくするほど（逆を言えば第２噴射量の割合を小さくするほど）、総噴射燃料のうち、火炎伝播燃焼する燃料の割合が大きくなる。その結果、スパークアシスト拡散燃焼モード中における燃焼形態は、火炎伝播燃焼に近い燃焼形態となる。
【００５５】
一方で、総噴射量に占める第１噴射量の割合を小さくするほど（逆を言えば第２噴射量の割合を大きくするほど）、総噴射燃料のうち、拡散燃焼する燃料の割合が大きくなる。その結果、スパークアシスト拡散燃焼モード中における燃焼形態は、拡散燃焼に近い燃焼形態となる。
【００５６】
したがって、本実施形態のように第１運転領域と第２運転領域との間に中間領域を設け、中間領域内でスパークアシスト拡散燃焼を実施することで、例えば第１運転領域から第２運転領域へと移行する過程（すなわち機関負荷が増加する過程）の中間領域内において、総噴射量に占める第１噴射量の割合を徐々に小さくすると共に、総噴射量に占める第２噴射量の割合を大きくしていけば、火炎伝播燃焼に近い燃焼形態から拡散燃焼に近い燃焼形態へと徐々に変化させることができる。
【００５７】
また逆に、第２運転領域から第１運転領域へと移行する過程（すなわち機関負荷が低下する過程）の中間領域内において、総噴射量に占める第１噴射量の割合を徐々に大きくすると共に、総噴射量に占める第２噴射量の割合を小さくしていけば、拡散燃焼に近い燃焼形態から火炎伝播燃焼に近い燃焼形態へと徐々に変化させることができる。
【００５８】
すなわち、燃焼形態が火炎伝播燃焼から拡散燃焼に、又は拡散燃焼から火炎伝播燃焼にステップ的に変化してしまうのを抑制することができる。そのため、燃焼形態を切り替える際のトルク変動の発生を抑制することができる。そこで本実施形態では、第１運転領域と第２運転領域との間に中間領域を設け、中間領域内で運転モードをスパークアシスト拡散燃焼モードに切り替えることとしたのである。
【００５９】
以下、図４から図７を参照して、この本実施形態による燃焼制御について説明する。
【００６０】
図４は、本実施形態による燃焼制御について説明するフローチャートである。電子制御ユニット２００は、本ルーチンを所定の演算周期で繰り返し実行する。
【００６１】
ステップＳ１において、電子制御ユニット２００は、クランク角センサ２１８の出力信号に基づいて算出された機関回転速度と、負荷センサ２１７によって検出された機関負荷と、を読み込み、機関運転状態を検出する。
【００６２】
ステップＳ２において、電子制御ユニット２００は、予め実験等によって作成されたマップを参照し、機関運転状態に基づいて、第１噴射の目標噴射量（以下「目標第１噴射量」という。）と、第２噴射の目標噴射量（以下「目標第２噴射量」という。）と、を算出する。
【００６３】
図５は、或る機関回転速度における目標第１噴射量と目標第２噴射量とを、機関負荷に応じて示したマップの一例である。
【００６４】
第１運転領域においては、目標第１噴射量が、機関負荷に応じた要求トルクを発生させるために必要な噴射量であり、燃料噴射弁２０から噴射される総噴射量となる。中間領域においては、目標第１噴射量と目標第２噴射量との合計量が、機関負荷に応じた要求トルクを発生させるために必要な噴射量であり、燃料噴射弁２０から噴射される総噴射量となる。第２運転領域においては、目標第２噴射量が、機関負荷に応じた要求トルクを発生させるために必要な噴射量であり、燃料噴射弁２０から噴射される総噴射量となる。
【００６５】
そして図５に示すように、本実施形態では、スパークアシスト拡散燃焼を実施する中間領域において、機関負荷が第１運転領域と中間領域との境界上の機関負荷（以下「第１切替負荷」という。）となったときに第２噴射が開始されると共に、機関負荷が高くなるにつれて第２噴射燃料が多くなるように、目標第２噴射量が設定されている。
【００６６】
またスパークアシスト拡散燃焼を実施する中間領域において、機関負荷が高くなるにつれて第１噴射燃料が少なくなると共に、機関負荷が中間領域と第２運転領域との境界上の機関負荷（以下「第２切替負荷」という。）となったときに第１噴射が停止されるように、目標第１噴射量が設定されている。
【００６７】
中間領域において、図５に示すように第１目標噴射量と第２目標噴射量とを設定することで、第１運転領域から第２運転領域へと移行する過程の中間領域内において、総噴射量に占める第１噴射量の割合を徐々に小さくすることができると共に、総噴射量に占める第２噴射量の割合を大きくすることができる。そのため、火炎伝播燃焼に近い燃焼形態から拡散燃焼に近い燃焼形態へと徐々に変化させることができる。
【００６８】
また逆に、第２運転領域から第１運転領域へと移行する過程の中間領域内において、総噴射量に占める第１噴射量の割合を徐々に大きくすることができると共に、総噴射量に占める第２噴射量の割合を小さくすることができる。そのため、拡散燃焼に近い燃焼形態から火炎伝播燃焼に近い燃焼形態へと徐々に変化させることができる。
【００６９】
したがって、燃焼形態が火炎伝播燃焼から拡散燃焼に、又は拡散燃焼から火炎伝播燃焼にステップ的に変化してしまうのを抑制することができ、燃焼形態を切り替える際のトルク変動の発生を抑制することができる。
【００７０】
ステップＳ３において、電子制御ユニット２００は、予め実験等によって作成されたマップ等を参照し、機関運転状態に基づいて、第１噴射の目標噴射時期（以下「目標第１噴射時期」という。）と、第２噴射の目標噴射時期（以下「目標第２噴射時期」という。）と、を算出する。
【００７１】
図６は、或る機関回転速度における目標第１噴射時期と目標第２噴射時期を、機関負荷に応じて示したマップの一例である。
【００７２】
図６に示すように、第１噴射は火炎伝播燃焼用の予混合気を形成するものであり、第２噴射は拡散燃焼用の燃料を噴射するものであるため、目標第１噴射時期は、目標第２噴射時期よりも進角側の時期に設定される。
【００７３】
ステップＳ４において、電子制御ユニット２００は、予め実験等によって作成されたマップ等を参照し、機関運転状態に基づいて予混合気の目標点火時期を算出する。
【００７４】
図７は、或る機関回転速度における目標点火時期を、機関負荷に応じて示したマップの一例である。
【００７５】
本実施形態では中間領域においては機関負荷が高くなるにつれて火炎伝播燃焼用の予混合気を形成するための目標第１噴射量が少なくされ、その結果としてノッキングが発生しににくくなる。そのため図７に示すように、本実施形態では中間領域において機関負荷が高くなるにつれて目標点火時期を進角させている。なお、本実施形態では第２運転領域において点火プラグ１５による点火は実施していないが、燃焼に影響の無い範囲で点火を実施することもできる。
【００７６】
ステップＳ５において、電子制御ユニット２００は、各運転モードに応じた燃焼制御を実施して、機関本体１の運転を行う。具体的には電子制御ユニット２００は、第１目標噴射時期に第１目標噴射量の燃料を燃料噴射弁２０から噴射し、第２目標噴射時期に第２目標噴射量の燃料を燃料噴射弁２０から噴射する。また目標点火時期に点火プラグ１５によって予混合気に点火する。
【００７７】
以上説明した本実施形態によれば、機関本体１と、機関本体１の燃焼室１１に直接燃料を噴射するための燃料噴射弁２０と、燃焼室１１内に臨むように配置された点火プラグ１５と、を備える内燃機関１００を制御するための電子制御ユニット２００（制御装置）が、機関運転状態に基づいて燃料噴射弁２０を制御すると共に必要に応じて点火プラグ１５を制御して燃料を燃焼させる燃焼制御部を備える。
【００７８】
燃焼制御部は、低負荷側の第１運転領域において、火炎伝播燃焼用の予混合気を形成するための燃料を噴射する第１噴射のみを実施して、第１噴射によって形成された予混合気を点火プラグ１５によって点火して火炎伝播燃焼を実施するように構成される。
【００７９】
また燃焼制御部は、高負荷側の第２運転領域において、拡散燃焼用の圧縮着火させるための燃料を噴射する第２噴射のみを実施して、第２噴射によって噴射された燃料を圧縮着火させて拡散燃焼を実施するように構成される。
【００８０】
また燃焼制御部は、第１運転領域と第２運転領域との間の中間領域において、第１噴射と第２噴射とを順次実施して、第１噴射によって形成された予混合気を点火プラグ１５によって点火して火炎伝播燃焼させ、第２噴射によって噴射された燃料を圧縮着火させて拡散燃焼させるスパークアシスト拡散燃焼を実施するように構成される。
【００８１】
そして燃焼制御部は、スパークアシスト拡散燃焼を実施する場合は、機関負荷が第１運転領域と中間領域との境界上の第１切替負荷（第１負荷）となったときに第２噴射を開始して機関負荷が高くなるにつれて第２噴射による噴射量を増加させると共に、機関負荷が高くなるにつれて第１噴射による噴射量を減少させて機関負荷が中間領域と第２運転領域との境界上の第２切替負荷（第２負荷）となったときに第１噴射を停止させるように構成される。
【００８２】
これにより、第１運転領域から第２運転領域へと移行する過程の中間領域内において、総噴射量に占める第１噴射量の割合を徐々に小さくすることができると共に、総噴射量に占める第２噴射量の割合を大きくすることができる。そのため、火炎伝播燃焼に近い燃焼形態から拡散燃焼に近い燃焼形態へと徐々に変化させることができる。
【００８３】
また逆に、第２運転領域から第１運転領域へと移行する過程の中間領域内において、総噴射量に占める第１噴射量の割合を徐々に大きくすることができると共に、総噴射量に占める第２噴射量の割合を小さくすることができる。そのため、拡散燃焼に近い燃焼形態から火炎伝播燃焼に近い燃焼形態へと徐々に変化させることができる。
【００８４】
したがって、燃焼形態が火炎伝播燃焼から拡散燃焼に、又は拡散燃焼から火炎伝播燃焼にステップ的に変化してしまうのを抑制することができる。そのため、燃焼形態を切り替える際のトルク変動の発生を抑制することができる。
【００８５】
以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。
【００８６】
例えば上記の実施形態では、図５に示すマップを参照して第１目標噴射量、及び第２目標噴射量を算出していたが、図８に示すマップを参照して第１目標噴射量、及び第２目標噴射量を算出するようにしても良い。
【００８７】
図８は、或る機関回転速度における目標第１噴射量と目標第２噴射量とを、機関負荷に応じて示したマップの一例である。
【００８８】
図８に示すマップにおいては、第１切替負荷と、中間領域内の第１切替負荷よりも機関負荷が高い第１所定負荷と、の間の目標第２噴射量が所定量以上となるようにしている。すなわち、第２噴射を実施する際は、必ず所定量以上の燃料が噴射されるようにしている。以下、この理由について、図９を参照して説明する。
【００８９】
図９は、燃料噴射を実施してからの経過時間と、当該燃料噴射によって燃焼室１１内に形成される噴霧内の燃料濃度（以下「噴霧内燃料割合」という。）と、の関係を、燃料噴射量に応じて比較して示した図である。
【００９０】
燃料を拡散燃焼させる場合、燃料が噴射されてから当該燃料を圧縮着火させるまでの時間が短いため、燃料噴射量が少なすぎると燃料を十分に拡散させることができず、噴霧内燃料割合が大きくなってしまう場合がある。噴霧内燃料割合が大きすぎると、酸素不足によって燃料を十分に燃焼させることができず、またスモークの原因となる煤の生成が助長されるおそれがある。
【００９１】
そのため、図９に示すように、燃料を拡散燃焼させる場合においては、噴霧内燃料割合を可燃域となる割合まで低下させる必要がある。そこで図８に示すマップにおいては、第２噴射を実施する際には必ず所定量以上の燃料が噴射されるように、第１切替負荷から第１所定負荷までの目標第２噴射量を、所定量以上に設定しているのである。
【００９２】
これにより、火炎伝播燃焼モードからスパークアシスト拡散燃焼モードへ、又はスパークアシスト拡散燃焼モードから火炎伝播燃焼モードへ切り替える際に、拡散燃焼が不安定になるのを抑制できるので、その際のトルク変動の発生を抑制することができる。また煤の発生を抑制できるので、排気エミッションの悪化を抑制することができる。
【００９３】
また図８に示すマップにおいては、中間領域内の第２切替負荷よりも機関負荷が低い第２所定負荷と、第２切替負荷と、の間の目標第１噴射量が所定量以上となるようにしている。すなわち、第１噴射を実施する際は、必ず所定量以上の燃料が噴射されるようにしている。以下、この理由について、図１０を参照して説明する。
【００９４】
図１０は、燃料噴射を実施してからの経過時間と、当該燃料噴射によって点火プラグ１５の周りに形成される予混合気内の燃料濃度（以下「プラグ部燃料割合」という。）と、の関係を、燃料噴射量に応じて比較して示した図である。
【００９５】
燃料を火炎伝播燃焼させる場合、点火プラグ１５の周りに当該点火プラグ１５によって点火することが可能な燃料濃度を有した予混合気を形成する必要がある。しかしながら、燃料噴射量が少なすぎると、噴霧の長さが短くなってしまって、点火プラグ１５の周りに当該点火プラグ１５によって点火することが可能な燃料濃度を有した予混合気を形成することができない場合がある。すなわち、図１０に示すように、燃料噴射量が少なすぎると、プラグ部燃料割合を可燃域となる割合まで増大させることができない場合がある。
【００９６】
そこで図８に示すマップにおいては、第１噴射を実施する際には必ず所定量以上の燃料が噴射されるように、第２所定負荷から第２切替負荷までの間の目標第１噴射量を、所定量以上に設定しているのである。
【００９７】
これにより、スパークアシスト拡散燃焼モードから拡散燃焼モードへ、又は拡散燃焼モードからスパークアシスト拡散燃焼モードへ切り替える際に、火炎伝播燃焼が不安定になるのを抑制できるので、その際のトルク変動の発生を抑制することができる。
【符号の説明】
【００９８】
１    機関本体
１５    点火プラグ
２０    燃料噴射弁
１００    内燃機関
２００    電子制御ユニット（制御装置）
【図１】
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【図２】
2019152106.tif 000004
【図３】
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【図４】
2019152106.tif 000006
【図５】
2019152106.tif 000007
【図６】
2019152106.tif 000008
【図７】
2019152106.tif 000009
【図８】
2019152106.tif 000010
【図９】
2019152106.tif 000011
【図１０】
2019152106.tif 000012