(57)【要約】【課題】燃料カットの実行直後に、燃焼室内の温度が圧縮自己着火に必要な一定の温度に達していない場合には、圧縮着火燃焼による運転を禁止する。【解決手段】圧縮着火燃焼と火花点火燃焼の２つの燃焼方式で運転可能であり、運転状態に応じて燃料カットを実行する内燃機関において、燃料カットからの復帰時に所定時間の間火花点火燃焼を実行し、該所定時間の経過後に圧縮着火燃焼の実行を許可するように構成された制御装置を提供する。燃料カットからの復帰後は所定時間の間火花点火燃焼を行って、燃焼室の温度を上昇させてから圧縮着火燃焼を許可するようにしたので、燃料カットからの復帰後でも失火を起こすことなく圧縮着火燃焼を実行できる。前記所定時間は、燃料カット実施直前の燃焼室の温度に基づいて設定されることが好ましい。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮着火燃焼と火花点火燃焼の２つの燃焼方式で運転可能であり、運転状態に応じて燃料カットを実行する内燃機関の制御装置であって、
燃料カットからの復帰時に所定時間の間火花点火燃焼を実行し、該所定時間の経過後に圧縮着火燃焼の実行を許可するように構成された、内燃機関の制御装置。
【請求項２】
燃料カット実施直前の前記内燃機関の燃焼室の温度を決定する手段を備え、決定された燃焼室の温度に基づいて前記所定時間を設定する、請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記内燃機関の回転数を検出するセンサと、
前記内燃機関の要求トルクを算出する手段と、をさらに備え、
前記燃焼室の温度は回転数及び要求トルクから推定される、請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記所定時間は前記燃焼室の温度が低いほど長くなるように設定される、請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
燃料カット中の経過時間に応じて前記所定時間が長くなるように設定される、請求項１に記載の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】
本発明は、火花点火燃焼方式と圧縮着火燃焼方式の２つの燃焼方式で運転可能な内燃機関に関し、より詳細にはかかる内燃機関における燃料カット後の制御に関する。
【０００２】
【従来の技術】
圧縮着火式内燃機関は、圧縮比が高いため燃費が良く、また燃焼温度が低いのでＮＯｘ排出量が少ないという利点を有する。圧縮自己着火を起こさせるためには、燃焼室内のガス温度を所定の温度以上に高める必要があり、一般的に吸気加熱や内部ＥＧＲ等が利用されている。燃焼室内温度が所定の温度より低い場合（低負荷運転時等）は、上死点付近でも着火温度に達せず失火してしまうので、火花点火方式に切り替えて運転される（特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−８７７４９号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、例えば減速時燃料カットを行った後に圧縮着火運転に移行するような場合を考えると、たとえ運転状態が圧縮着火運転可能領域の中にあったとしても、燃料カットにより燃焼室内温度が低下しており、また内部ＥＧＲに用いる排気温度も低い状態にあるため、圧縮自己着火の温度に到達せず失火してしまうおそれがある。
【０００５】
従って、燃料カットの実行直後には、燃焼室内の温度が圧縮自己着火に必要な一定の温度に達していない場合には、圧縮着火燃焼による運転を禁止する技術が必要とされている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の一形態（請求項１）は、圧縮着火燃焼と火花点火燃焼の２つの燃焼方式で運転可能であり、運転状態に応じて燃料カットを実行する内燃機関の制御装置であって、燃料カットからの復帰時に所定時間の間火花点火燃焼を実行し、該所定時間の経過後に圧縮着火燃焼の実行を許可するように構成された、内燃機関の制御装置である。
【０００７】
この形態によれば、燃料カットからの復帰後は所定時間の間火花点火燃焼を行って、燃焼室の温度を上昇させてから圧縮着火燃焼を許可するようにしたので、燃料カットからの復帰後でも失火を起こすことなく圧縮着火燃焼を実行できる。
【０００８】
前記所定時間は、燃料カット実施直前の燃焼室の温度に基づいて設定されることが好ましい（請求項２）。燃焼室の温度は、内燃機関の回転数及び要求トルクから推定されることが好ましい（請求項３）が、温度センサによっても良い。
【０００９】
また、燃料カット実施直前の燃焼室温度が低いほど、長時間火花点火燃焼を行って燃焼室を暖める必要があるので、前記所定時間は長く設定される（請求項４）。燃料カット中の経過時間が長いほどこの燃焼室温度は低下するので、燃料カット中の経過時間に応じて前記所定時間を長く設定しても良い（請求項５）。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の好ましい実施形態について説明する。
【００１１】
図１は本発明の一実施形態である内燃機関の概略構成図である。内燃機関（以下「エンジン」という）１は、予混合圧縮着火（Ｈｏｍｏｇｅｎｅｏｕｓ  Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ  Ｉｇｎｉｔｉｏｎ）燃焼（以下「ＨＣＣＩ燃焼」という）と火花点火（Ｓｐａｒｋ  Ｉｇｎｉｔｉｏｎ）燃焼（以下「ＳＩ燃焼」という）の２つの燃焼方式で運転可能な直列４気筒タイプのエンジン（図１には、一気筒のみを示す）である。  エンジン１は、ピストン１ａ及びシリンダ１ｂを備えており、ピストンとシリンダヘッドの間には燃焼室１ｃが形成されている。燃焼室１ｃには点火プラグ１８が取り付けられている。点火プラグ１８は、ＳＩ燃焼の実行時に、電子制御装置（以下「ＥＣＵ」という。ＥＣＵの構成については後述する）５からの駆動信号により放電される。
【００１２】
エンジン１の各気筒には吸気弁１７と排気弁１９とが設けられており、それぞれ吸気管２から燃焼室１ｃへの吸気、または燃焼室１ｃから排気管１４への排気を制御する。吸気弁１７と排気弁１９は好適には電磁バルブであり、ＥＣＵ５からの信号に応じて駆動される。ＥＣＵ５は、各種センサにより検出されたエンジン回転数、吸気温、エンジン水温などに応じて吸気弁１７と排気弁１９の開閉タイミングを変化させて、運転条件に応じた最適なバルブタイミングを実現する。吸気弁１７と排気弁１９の制御により、内部排出ガス還流（ＥＧＲ）量を調節して燃焼温度を調節するとともに、排気中に含まれるＮＯｘ濃度を低下させることができる。
【００１３】
吸気管２の途中には吸気管内を流れる空気の流量を調節する吸気絞り弁（ＤＢＷ：Ｄｒｉｖｅ  Ｂｙ  Ｗｉｒｅ）３が設けられ、開度θＴＨを制御するためのアクチュエータ（図示せず）と連結されている。アクチュエータはＥＣＵ５に電気的に接続されており、ＥＣＵ５からの信号によって吸気絞り弁開度θＴＨ、すなわち吸気量を変化させる。吸気絞り弁３は、エンジン１がＳＩ運転を実行するときにはアクセルペダル（図示せず）の開度に応じた開度にされ、ＨＣＣＩ運転を実行するときには略全開に設定される。
【００１４】
吸気管２の吸気絞り弁３より下流側には、吸気圧センサ８及び吸気温センサ９が取り付けられており、それぞれ吸気官内の圧力ＰＢ及び温度ＴＡを検出して、その信号をＥＣＵ５に送る。
【００１５】
また、吸気管２には、各気筒毎に燃料噴射弁６が設けられている。燃料噴射弁６は燃料供給ポンプ（図示せず）に接続されている。エンジン１への燃料供給量は、ＥＣＵ５からの駆動信号により燃料噴射弁６の燃料噴射時間ＴＯＵＴを制御することによって決定される。
【００１６】
エンジンのクランクシャフト（図示せず）にはクランク角センサが取り付けられている。クランク角センサは、クランクシャフトの回転に伴い、パルス信号であるＴＤＣ信号を出力する。ＴＤＣ信号は、各シリンダにおけるピストンの吸気行程開始時の上死点位置付近の所定タイミングで発生するパルス信号であり、クランクシャフトが１８０°回転する毎に１パルスが出力される。またエンジンには回転数センサ１３も取り付けられており、エンジン回転数ＮＥを検出してその信号をＥＣＵ５に送る。
【００１７】
排気管１４には各気筒毎の排気温度を検出する温度センサ２０が設けられており、検出した温度を信号に変換してＥＣＵ５に送る。
【００１８】
排気管１４を通過した排気は、排気浄化装置１５に流入する。排気浄化装置１０にはＮＯｘ吸着触媒（ＬＮＣ）等が備えられる。排気浄化装置１５の上流側には、排気の広範囲の空燃比に渡ってそれに比例したレベルの出力を生成する空燃比センサ（以下、「ＬＡＦセンサ」という）１６が設けられる。このセンサの出力は、ＥＣＵ５に送られる。
【００１９】
ＥＣＵ５は、各種制御プログラムを実行するＣＰＵ５ａ、実行時に必要なプログラムおよびデータを一時記憶して演算作業領域を提供するＲＡＭやプログラムおよびデータを格納するＲＯＭからなるメモリ５ｂ、各種センサからの入力信号を処理する入力インターフェース５ｃ、及び各部に制御信号を送る出力インターフェース５ｄなどからなるマイクロコンピュータで構成されている。
【００２０】
ＥＣＵ５は、各センサの入力に基づいて要求トルクＰＭＥＣＭＤを算出する。要求トルクＰＭＥＣＭＤは、アクセルペダルストロークと車速により目標駆動力を演算し、これに、シフト位置やギヤ比、トルクコンバータ効率などを考慮して算出される。これについては、特開平１０−１９６４２４号公報などに記載されている。
【００２１】
続いてＥＣＵ５は、要求トルクに対応した基本燃料噴射量を算出し、さらに燃料を噴射する時期を決定する。またＥＣＵ５は、各センサの入力に基づいて、エンジン１の運転状態を判別し、ＲＯＭに記憶された制御プログラム等に従って、点火プラグ１８の点火時期や吸気絞り弁３の開度θＴＨ等を演算する。ＥＣＵ５は、演算結果に応じた駆動信号を出力インタフェース５ｄを介して出力し、吸気絞り弁３、燃料噴射弁６、点火プラグ１８、吸気弁１７及び排気弁１９等を制御する。これによって、エンジン１の燃焼方式をＨＣＣＩ燃焼とＳＩ燃焼の間で切り替えることができる。
【００２２】
運転状態は、ＥＣＵ５内のＲＯＭに格納されたマップを参照して、エンジン１の回転数ＮＥ及び要求トルクＰＭＥＣＭＤを用いて、エンジン１がＨＣＣＩ燃焼を行うべき運転領域（以下、「ＨＣＣＩ運転領域」という）にあるか、または、ＳＩ燃焼を行うべき運転領域にあるかによって判別される。このマップの例を図２に示す。基本的には、エンジン回転数ＮＥが高く、要求トルクＰＭＥＣＭＤが高い領域をＨＣＣＩ燃焼領域とし、低温始動時や低負荷運転時、及び高負荷運転時をＳＩ燃焼領域としている。
【００２３】
一般に、内燃機関においては、主に燃費向上を目的として減速時などに燃料の噴射を停止する燃料カットを実行するよう制御されている。このような燃料カットからの復帰直後に圧縮着火運転に移行すると、たとえそのときの運転状態がＨＣＣＩ運転領域内にあったとしても、燃料カットにより燃焼室内温度が低下しており、また内部ＥＧＲに用いる排気温度も低い状態にあるため、圧縮自己着火の温度に到達せず失火してしまうおそれがある。従って、燃料カットからの復帰直後には、まず火花点火燃焼を行って燃焼室内を暖め、燃焼室内の温度が圧縮自己着火に必要な一定の温度に達してから、圧縮着火燃焼を行う必要がある。
【００２４】
図３は、以上の制御を実現する本発明の一実施形態のフローチャートである。
【００２５】
まず、燃料カットの実行条件が成立しているか否かを判定する（Ｓ３１）。燃料カットは、具体的には、エンジン１の高回転時、ＤＢＷ３の全閉時、吸気管内圧力ＰＢの低下時、またはトラクションコントロールの実行時などに行われる。
【００２６】
燃料カット条件が成立していない場合は、運転状態として、エンジン回転数ＮＥ及び要求トルクＰＭＥＣＭＤが図２のＨＣＣＩ運転領域内に入っているか否かを判定する（Ｓ３２）。運転状態がＨＣＣＩ運転領域内にある場合は、後述するＳ４２で設定されるディレーカウンタＣ＿ＨＣＣＩＤＬＹが０になっているかを判定する（Ｓ３３）。初めは０なので、Ｓ３４に進みＨＣＣＩ燃焼を実行する。続いて、エンジン回転数ＮＥ、要求トルクＰＭＥＣＭＤを用いて図４に示すマップを検索して、燃焼室内の推定温度Ｓ＿ＥＮＧ０を求める（Ｓ３５）。図４のマップは、エンジン回転数ＮＥ及び要求トルクＰＭＥＣＭＤが大きいほど、推定温度Ｓ＿ＥＮＧ０の値が大きくなるように定められている。そして、次式によって、推定温度Ｓ＿ＥＮＧを算出する（Ｓ３６）。
【００２７】
【数１】
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この処理は、Ｓ＿ＥＮＧ０とＳ＿ＥＮＧの前回値を用いることで、推定温度が急変しないように実行される。αは実験等によって定められる定数である。
【００２８】
Ｓ３１の燃料カット条件が成立すると、燃料カットが実行される（Ｓ４０）。次に、燃料カット中は放熱によりある一定の割合で燃焼室内温度が低下するものとみなして、計算ルーチン毎に、推定温度Ｓ＿ＥＮＧを所定値ｄＦＣだけ減分していく（Ｓ４１）。そして、この推定温度Ｓ＿ＥＮＧにより図６に示すテーブルを検索して、低下した燃焼室内温度をＨＣＣＩ燃焼の実行に必要な温度まで上昇させるためにＳＩ燃焼を実行すべき時間に相当するカウンタ値をディレーカウンタＣ＿ＨＣＣＩＤＬＹにセットする（Ｓ４２）。このカウンタ値は、ＨＣＣＩ燃焼が可能な温度まで燃焼室内温度を上昇させるのに必要な待機時間に相当するものであり、予め実験やシミュレーション等により定められる。
【００２９】
燃料カット条件が成立しなくなると燃料カットは終了する。このときの運転状態がＨＣＣＩ運転領域内に入っている場合（Ｓ３２の判定で「ＹＥＳ」の場合）であって、Ｓ４２でセットされたカウンタＣ＿ＨＣＣＩＤＬＹが０でないときはＳ３３の判定で「ＮＯ」となり、ＳＩ燃焼が実行される（Ｓ３７）。さらに、エンジン回転数ＮＥ、要求トルクＰＭＥＣＭＤを用いて図５に示すマップを検索して、推定燃焼室内温度Ｓ＿ＥＮＧ０を求める（Ｓ３８）。図５のマップは、図４と同様に、エンジン回転数ＮＥ及び要求トルクＰＭＥＣＭＤが大きいほど、推定温度Ｓ＿ＥＮＧ０の値が大きくなるように定められている。続いて、カウンタが１だけデクリメントされる（Ｓ３９）。このように、運転状態がＨＣＣＩ運転領域内にある場合でも、ディレーカウンタＣ＿ＨＣＣＩＤＬＹが０となるまではＳＩ燃焼が継続される。
【００３０】
ＳＩ燃焼がカウンタ値に相当する時間だけ継続されると、Ｓ３３の判定で「ＹＥＳ」となり、Ｓ３４においてＨＣＣＩ燃焼が実行される。
【００３１】
なお、運転状態がＨＣＣＩ運転領域内にないときは、ディレーカウンタＣ＿ＨＣＣＩＤＬＹの値にかかわらず、ＳＩ燃焼が実行される（Ｓ３２において「ＮＯ」となる）。
【００３２】
以上の制御によって、燃料カットによる燃焼室内の温度低下によって失火等が生じることがなくなり、ＮＯｘが低減される。
【００３３】
図７は、上記制御を適用したときの各パラメータの変化を説明するタイミングチャートである。図６のＳ３１において燃料カット条件が成立していないときは、Ｓ３６によって燃焼室内推定温度Ｓ＿ＥＮＧの算出が行われる。時刻ｔ１で燃料カットの実行を示すフラグが立つと、これに伴ってＳ４１により推定温度Ｓ＿ＥＮＧが所定値ずつ減少されていき、さらにＳ４２により推定温度Ｓ＿ＥＮＧに応じたカウンタ値Ｃ＿ＨＣＣＩＤＬＹが設定されていく。時刻ｔ２で燃料カットが終了すると、運転状態がＨＣＣＩ運転領域内にあっても、カウンタＣ＿ＨＣＣＩＤＬＹが０でないので、Ｓ３７においてＳＩ燃焼が実行される。ＳＩ燃焼の間、カウンタＣ＿ＨＣＣＩＤＬＹの値はＳ４１によりデクリメントされていく。時刻ｔ３でカウンタＣ＿ＨＣＣＩＤＬＹが０になると、運転状態がＨＣＣＩ運転領域内にある間、Ｓ３４によりＨＣＣＩ燃焼が実行される。
【００３４】
本発明の一実施形態について述べたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、上述の実施形態では直列４気筒エンジンについて説明したが、気筒数の異なるエンジンにも本発明を適用できる。また、本発明は、クランク軸を鉛直方向とした船外機などのような船舶推進機用エンジンの制御にも適用することができる。
【００３５】
【発明の効果】
本発明によれば、燃料カットからの復帰時に所定時間の間火花点火燃焼を行って燃焼室の温度が上昇してから圧縮着火燃焼を行うので、燃料カット後でも失火を起こすことなく圧縮着火運転に移行でき、運転性を確保できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の内燃機関の概略構成図である。
【図２】圧縮着火燃焼と火花点火燃焼の運転領域を示す図である。
【図３】燃料カット後のＨＣＣＩ燃焼遅延処理の一実施形態のフローチャートである。
【図４】ＨＣＣＩ燃焼時の燃焼室内推定温度を決定するためのマップである。
【図５】ＳＩ燃焼時の燃焼室内推定温度を決定するためのマップである。
【図６】なまし後の燃焼室内推定温度に応じた遅延時間のテーブルである。
【図７】各パラメータのタイミングチャートである。
【符号の説明】
１    内燃機関（エンジン）
２    吸気管
３    吸気絞り弁（ＤＢＷ）
５    電子制御装置（ＥＣＵ）
６    燃料噴射弁
１７    吸気弁
１８    点火プラグ
１９    排気弁
【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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