(57)【要約】【課題】圧縮自己着火燃焼と火花点火燃焼とを不安定な燃焼を生じることなくスムーズに切り換える。【解決手段】低温始動時に、運転領域が圧縮自己着火燃焼を行う低負荷域であっても火花点火燃焼で運転を開始し（Ｓ１）、低負荷・低回転域にある間及び急制動時は、圧縮自己着火燃焼が可能と判断されても圧縮自己着火燃焼への切換を禁止して火花点火燃焼を継続して行い（Ｓ３→Ｓ１）、中高負荷・中高回転域へ移行した後、再度低負荷・低回転域に移行した時で、急制動でないときに圧縮自己着火燃焼への切換が行われる（Ｓ６→Ｓ７→Ｓ８）。【選択図】　図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮自己着火燃焼を実施する運転領域であっても圧縮自己着火燃焼が実施可能でないと判断したときは火花点火燃焼を実施すると共に、圧縮自己着火燃焼を実施する運転領域内で火花点火燃焼を実施した後、該運転領域内に引き続き存在する間は、圧縮自己着火燃焼が実施可能と判断しても、火花点火燃焼から圧縮自己着火燃焼への切り換えを禁止することを特徴とする圧縮自己着火式内燃機関の制御装置。
【請求項２】
運転領域に応じて圧縮自己着火燃焼と火花点火燃焼との２つの燃焼状態を切換可能な燃焼状態切換手段と、
前記圧縮自己着火燃焼が実施可能かどうかを判断する圧縮自己着火燃焼可否判断手段と、
前記圧縮自己着火燃焼を実施する運転領域であっても、圧縮自己着火燃焼を実施できないと判断したときは、火花点火燃焼を実施する燃焼状態制御手段と、
前記圧縮自己着火燃焼を実施する運転領域内で火花点火燃焼を実施した後、該運転領域内に引き続き存在する間は、圧縮自己着火燃焼を実施できると判断しても火花点火燃焼から圧縮自己着火燃焼への切り換えを禁止する切換禁止手段と、
を備えたことを特徴とする圧縮自己着火式内燃機関の制御装置。
【請求項３】
機関の排気弁の閉弁時期か吸気弁の開弁時期かの少なくとも一方を制御可能な可変動弁手段を備え、
前記燃焼状態切換手段は、前記火花点火燃焼から圧縮自己着火燃焼へ切り換えるとき、前記排気弁の閉弁時期を進角するか前記吸気弁の開弁時期を遅角するかの少なくとも一方を行なう可変動弁制御手段を含むことを特徴とする請求項２に記載の圧縮自己着火式内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記可変動弁制御手段は、負荷が小さくなるほど前記排気弁の閉弁時期を進角する量または前記吸気弁の開弁時期を遅角する量を大きくすることを特徴とする請求項３に記載の圧縮自己着火式内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記圧縮自己着火燃焼可否判断手段は、機関の水温または油温に基づき前記圧縮自己着火燃焼が実施可能かどうかを判断することを特徴とする請求項２〜請求項４のいずれか１つに記載の圧縮自己着火式内燃機関の制御装置。
【請求項６】
圧縮自己着火燃焼可否判断手段は、急制動時に前記圧縮自己着火燃焼が実施できないと判断することを特徴とする請求項２〜請求項５のいずれか１つに記載の圧縮自己着火式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、圧縮自己着火式内燃機関の燃焼制御に関する。
【０００２】
【従来の技術】
機関始動時においては、機関が冷え、圧縮自己着火燃焼が可能となる温度、圧力とならないため、特開２０００−８７７４９号公報では、所定に定めた圧縮自己着火燃焼での運転（以下圧縮自己着火運転という）を行う領域においても圧縮自己着火運転を禁止し、火花点火燃焼での運転（以下火花着火運転という）を行うことを提案している。
【０００３】
しかしながら、機関が圧縮自己着火燃焼が可能な温度となった場合でも、前記所定の圧縮自己着火運転領域内で火花着火運転から圧縮自己着火運転に切り換えることは、同一負荷近傍で筒内吸気温度及び圧力が、必要温度、圧力に変化するまでに時間を要するため燃焼不安定となる。また、圧縮自己着火運転は、筒内温度、圧力により着火時期を制御するため前サイクルの燃焼状態に大きく左右される。具体的には、前サイクルで失火した場合は現サイクルで圧縮自己着火燃焼が可能な吸気温度にならないため着火せず、同様に次サイクルにおいても着火せず運転不能となる。一方、前サイクルで急峻な燃焼となった場合は、吸気温度が上昇しすぎるため更に燃焼の急峻化が進み、やはり運転不能となってしまう。このように、圧縮自己着火運転における燃焼不安定は機関運転ひいては車両の安定走行を妨げる要因となる。
【０００４】
本発明は、このような従来の課題に着目してなされたもので、圧縮自己着火燃焼と火花点火燃焼と適切に切換制御することにより、機関運転を安定することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
このため、本発明は、圧縮自己着火燃焼と火花点火燃焼との２つの燃焼状態を切換可能な圧縮自己着火式内燃機関において、これら燃焼状態を以下のように制御する構成とした。
第１に、圧縮自己着火燃焼を実施する運転領域であっても圧縮自己着火燃焼が実施可能でないと判断したときは火花点火燃焼を実施する。
【０００６】
第２に、圧縮自己着火燃焼を実施する運転領域内で火花点火燃焼を実施した後、該運転領域内に引き続き存在する間は、圧縮自己着火燃焼を実施可能と判断しても、火花点火燃焼から圧縮自己着火燃焼への切り換えを禁止する。すなわち、運転領域が火花点火燃焼を実施する運転領域から圧縮自己着火燃焼を実施する運転領域に切り換わったことを条件として、火花点火燃焼から圧縮自己着火燃焼への切り換えを実施する。
【０００７】
このようにすれば、圧縮自己着火燃焼を実施する低負荷運転領域であっても、低温始動時や急制動時など、筒内温度が低く圧縮自己着火燃焼の実施が可能でない状態のときは、火花点火燃焼を実施する。その後、機関温度が上昇して定常的な圧縮自己着火燃焼は実施可能となっても低負荷運転領域での火花点火燃焼から圧縮自己着火燃焼への切り換えは、バルブタイミングの切換作動遅れなどにより瞬時に圧縮自己着火燃焼を開始できる程度に筒内温度を上昇させることができないので圧縮自己着火燃焼への切り換えを禁止する。なお、運転領域が一旦火花点火燃焼を実施する中・高負荷時等の運転領域に移行した後は、圧縮自己着火燃焼を実施する運転領域に移行する際は筒内温度が高く維持されているので、火花点火燃焼から圧縮自己着火燃焼への切換が可能となる。これにより、安定した燃焼状態の切り換えを行うことができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態について説明する。
図１は本発明に係る内燃機関をガソリンエンジンに適用した第１の実施形態の構成を示すシステム構成図である。本実施形態においては、運転条件に応じて圧縮自己着火燃焼と火花点火燃焼とを切換可能となっている。図中のエンジン本体は、ピストン１、燃料噴射弁２、吸気ポート３、吸気弁４、排気ポート５、排気弁６、点火プラグ７を備えている。ピストン１とシリンダブロック２１、シリンダヘッド２２により、燃焼室２３が画成される。前記吸気弁４及び排気弁６を開閉駆動する吸気カム８、排気カム９は、図示しないクランク軸に対する回転位相が可変に制御され、これにより、吸気弁４及び排気弁６バルブタイミングが可変に制御される可変動弁機構が構成される。なお、吸気弁４または排気弁６の一方のバルブタイミングのみを可変に制御する構成であってもよい。また、機関水温を検出する水温センサ１０を備え、該水温の検出値に基づいて、後述するように圧縮自己着火燃焼の実施が可能であるか否かを判定する。なお、該圧縮自己着火燃焼の実施の可否判定を、油温センサによって検出した潤滑油温度に基づいて行ってもよい。
【０００９】
上記エンジン本体を制御する電子制御装置（以下、ＥＣＵと略す）１１は、運転条件に応じて圧縮自己着火燃焼と火花点火燃焼のいずれかの燃焼方式で運転を行うかを判定する燃焼パターン判定部１２と、火花点火燃焼運転時の燃焼パラメータを制御する火花点火燃焼制御部１３と、圧縮自己着火燃焼運転時の燃焼制御パラメータを制御する自己着火燃焼制御部１４と、を備え、かつ、前記吸気カム８、排気カム９の回転位相を制御してバルブタイミングを制御するバルブタイミング制御部１５を備える。
【００１０】
尚、ＥＣＵ１１の構成要素は、燃焼パターン判定部１２、火花点火燃焼制御部１３、自己着火燃焼制御部１４、はハードワイヤードの論理回路で構成することもできるが、本実施形態では、マイクロコンピュータのプログラムとして実現されている。
上記システム構成において、本実施形態では、図２に示すように、基本的には中低負荷及び中回転速度以下の運転領域において圧縮自己着火燃焼を行い、高負荷または高回転速度の運転領域において火花点火燃焼を行う。
【００１１】
次に、本実施形態の動作について説明する。
図３は、火花着火運転領域と圧縮自己着火運転領域における機関の負荷及び回転速度と要求温度を説明する図である。圧縮自己着火運転領域では負荷及び回転速度が上がるにつれて要求温度が低くなり、また、火花着火運転領域における要求温度に線形的につながっている。
【００１２】
図４は、圧縮自己着火運転における要求温度と火花着火運転領域における要求温度の差を説明する図である。筒内の温度を１サイクル内にて変化させることは非常に難しく、圧縮自己着火運転領域内にて火花着火運転から圧縮自己着火運転に切り換える制御を行った場合、燃焼不安定領域を数サイクル通過する必要があるため、切り換えが不可能であることがわかる。また圧縮自己着火燃焼領域の高負荷もしくは高回転運転時は要求温度が同じであり、燃焼不安定領域を運転することなしに切り換えが可能となる。
【００１３】
図５は、火花着火運転領域と圧縮自己着火運転領域におけるバルブタイミング制御を説明する図である。図中のＩＶＯは吸気弁の開弁時期、ＥＶＣは排気弁の閉弁時期をそれぞれ表している。
火花着火運転領域から圧縮自己着火運転領域に移る領域で、バルブタイミングが線形的に切り換わっていることがわかる。また圧縮自己着火運転においては、排気上死点付近におけるバルブタイミングを排気行程後半に排気を閉じ込めるように排気弁を閉じ、かつ、吸気弁も閉じているマイナスのオーバーラップ期間を設けて、筒内の温度を上げている。
【００１４】
また、圧縮自己着火運転領域内で火花着火運転領域から圧縮自己着火運転領域に移るためには、１サイクルでバルブタイミングを切り換える必要があり、不可能である。
図６のフローで、内燃機関始動時の制御の流れを説明する。まず、低温始動時は機関が冷えているため圧縮端温度が低いので、圧縮自己着火運転を行うことは、不可能であると判断しステップ１で、火花着火運転を行って始動する。
【００１５】
ステップ２では、機関回転速度、負荷及び現在の燃焼形態を検出する。
次に、ステップ３では、燃焼領域を判断する。すなわち、機関回転速度及び負荷に基づいて図２のマップを使って、火花点火燃焼領域であるか、圧縮自己着火燃焼領域であるかを判断する。
ステップ３で圧縮自己着火燃焼領域であると判断された場合には、たとえ圧縮自己着火可能な温度になっていたとしても、その領域内での火花点火燃焼から圧縮自己着火燃焼への切換を禁止するようにステップ１へ戻って火花点火燃焼を維持するように制御する。
【００１６】
ステップ３で火花着火燃焼領域であると判断された場合には、ステップ４で圧縮自己着火燃焼が可能か否かを、機関の水温もしくは油温にて判断する。
ステップ４で圧縮自己着火燃焼が可能であると判断された場合は、ステップ５で再度機関回転速度及び負荷を検出して、ステップ６で運転状態の判断を行う。
そして、中高負荷もしくは中高回転運転領域に維持されていれば、ステップ１へ戻って火花着火運転を継続するが、低負荷もしくは低回転運転へ移行したと判定されたときは、ステップ７へ進む。
【００１７】
ステップ７では、急制動時であるかを判定し、急制動時であると判定されたときは、急制動時は燃焼せずに空気が流れるため筒内温度が低下し、その後に圧縮自己着火させようとしても失火してしまうので、圧縮自己着火運転への切換を禁止し、ステップ１へ戻って火花着火運転を継続する。
ステップ７で急制動時でないと判定されたときは、筒内温度が高温に維持されて圧縮自己着火燃焼が可能であると判断し、ステップ８へ進んで点火を停止し、かつ、バルブタイミングを図５に示したようにマイナスオーバラップ期間を有した圧縮自己着火燃焼用のバルブタイミングに切り換えて圧縮自己着火燃焼へ切り換える。
【００１８】
この点火制御及びバルブタイミングの可変制御が、燃焼状態切換手段に相当する。
上記実施形態によれば、運転状態に応じて圧縮自己着火燃焼と火花点火燃焼との２つの燃焼状態を、マップ参照による点火及びバルブタイミング制御で切換可能とし（燃焼状態切換手段）、機関の水温もしくは油温等によって前記圧縮自己着火燃焼が実施可能かどうかを判断し（燃焼状態可否手段）、図６のステップ１に示したように、低温始動時など前記圧縮自己着火燃焼を実施できないと判断したときは、前記圧縮自己着火燃焼が実施可能な運転領域であっても火花点火燃焼を実施し（燃焼状態制御手段）、図６のステップ３からステップ１に戻るときのように、火花点火燃焼を実施した後、圧縮自己着火燃焼が実施可能な運転領域内に存在する間は、前記圧縮自己着火燃焼を実施できると判断しても火花点火燃焼から圧縮自己着火燃焼への切り換えを禁止し（切換禁止手段）と、を備えた構成としたことにより、
圧縮自己着火燃焼を実施する運転領域であっても、筒内温度が高温であるなど圧縮自己着火燃焼を可能な条件が満たされていないときは、圧縮自己着火燃焼を禁止して火花点火燃焼を行い、上記圧縮自己着火燃焼を可能な条件が満たされたとき圧縮自己着火燃焼に切り換えられるので、安定した燃焼の切換を行うことができる。
【００１９】
また、機関の排気弁の閉弁時期及び吸気弁の開弁時期を制御可能な可変動弁機構を備え、前記燃焼状態の切換制御が、火花点火燃焼から圧縮自己着火燃焼へ切り換えるとき、排気弁の閉弁時期を進角すると共に、前記吸気弁の開弁時期を遅角する可変動弁制御を含む構成としたことにより、排気上死点付近におけるバルブタイミングを排気行程後半に排気を閉じ込める様に排気弁を閉じ、かつ吸気弁も閉じているマイナスのオーバーラップ期間を持つようにシフトすることにより、筒内の温度を非常に高い状態することが可能となる。これにより、圧縮自己着火燃焼を安定に運転するための要求温度が非常に高い場合おいてもバルブタイミング制御により容易に可能となる。
【００２０】
また、前記可変動弁制御は、負荷が小さくなるほど前記排気弁の閉弁時期を進角する量または前記吸気弁の開弁時期を遅角する量を大きくする構成としたことにより、マイナスオーバーラップ量が負荷が下がるにつれて大きくなり、低負荷時の圧縮自己着火燃焼を安定に運転するための要求温度が非常に高い場合も対応できる。一方、負荷が大きくなるにつれて圧縮自己着火燃焼を安定に運転するための要求温度が低くなるため、マイナスオーバーラップ量を小さくしてよく、かつ、火花着火運転から圧縮自己着火運転に移る際のバルブ可変量が小さくできるために燃焼安定性を確保した状態で火花着火運転から圧縮自己着火運転に切り換えることができる。
【００２１】
また、前記圧縮自己着火燃焼の可否判断は、機関の水温または油温に基づき前記圧縮自己着火燃焼が実施可能かどうかを判断することで行う構成としたことにより、筒内温度状態を容易に推定して圧縮自己着火燃焼の可否判断を行え、機関始動時においても火花着火運転領域から自己着火運転領域に移る際に、燃焼不安定にならずに切り換わることが可能となる。
【００２２】
また、圧縮自己着火燃焼可否判断手段を、急制動時に前記圧縮自己着火燃焼が実施できないと判断する構成としたことにより、急制動時に燃焼しないまま空気が流れて筒内温度が低下し、その後に圧縮自己着火させようとしても失火してしまう状態のときに圧縮自己着火燃焼が実施できないと判断して、火花点火燃焼を行わせることにより、失火を防止でき急制動後に安定した加速運転を行える。
【００２３】
なお、本実施形態ではフラット形状のシリンダヘッドにおける図を示したが、ペントルーフ形状のシリンダヘッドにおいても同様の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態におけるシステム構成図。
【図２】圧縮自己着火燃焼と火花点火燃焼を行う運転領域を示す図。
【図３】燃焼形態と要求温度との関係を示す図。
【図４】燃焼形態と要求温度の温度差の関係を示す図。
【図５】燃焼形態とバルブタイミング制御との関係を示す図。
【図６】同上実施形態における燃焼状態切換制御の制御フローを示すフローチャート。
【符号の説明】
２…点火プラグ　　３…燃料噴射弁　　４…吸気弁　　５…排気弁　　７…点火プラグ　　８…吸気カム　　９…排気カム　　１０…水温センサ　　１１…ＥＣＵ
【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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