(57)【要約】【課題】内燃機関が低負荷状態や冷機状態にある場合においても、圧縮着火による燃焼の安定性を確保することにより、内燃機関の失火やエンジンストールを防止するとともに、圧縮着火の実行領域の拡大によって排気ガス特性および燃費を向上させることができる圧縮着火式内燃機関の制御装置を提供する。【解決手段】燃焼室２ｃに供給された混合気を圧縮着火により燃焼させる圧縮着火燃焼モードと、火花点火により燃焼させる火花点火燃焼モードに、燃焼モードを切り換え可能に構成された圧縮着火式内燃機関２の制御装置１であって、内燃機関２の負荷を検出する負荷検出手段３，１４と、燃焼モードが圧縮着火燃焼モードの場合において、検出された内燃機関２の負荷が所定の負荷よりも低いときに、燃焼室２ｃへ付加的に燃料を噴射する付加燃料噴射を実行する低負荷時付加燃料噴射手段３と、を備えている。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室に供給された混合気を圧縮着火により燃焼させる圧縮着火燃焼モードと、火花点火により燃焼させる火花点火燃焼モードに、燃焼モードを切り換え可能に構成された圧縮着火式内燃機関の制御装置であって、
前記内燃機関の負荷を検出する負荷検出手段と、
前記燃焼モードが前記圧縮着火燃焼モードの場合において、前記検出された前記内燃機関の負荷が所定の負荷よりも低いときに、前記燃焼室へ付加的に燃料を噴射する付加燃料噴射を実行する低負荷時付加燃料噴射手段と、
を備えていることを特徴とする圧縮着火式内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記負荷検出手段は、前記負荷として、前記内燃機関に対する要求トルクおよびアクセル開度の少なくとも一方を検出し、
前記低負荷時付加燃料噴射手段は、前記検出された要求トルクおよびアクセル開度の前記少なくとも一方が所定値よりも小さいときに、前記付加燃料噴射を実行することを特徴とする請求項１に記載の圧縮着火式内燃機関の制御装置。
【請求項３】
燃焼室に供給された混合気を圧縮着火により燃焼させる圧縮着火燃焼モードと、火花点火により燃焼させる火花点火燃焼モードに、燃焼モードを切り換え可能に構成された圧縮着火式内燃機関の制御装置であって、
前記内燃機関の冷機状態を表す冷機状態パラメータを検出する冷機状態パラメータ検出手段と、
前記燃焼モードが前記圧縮着火燃焼モードの場合において、前記検出された前記冷機状態パラメータが、前記内燃機関の冷機状態を表すときに、前記燃焼室へ付加的に燃料を噴射する付加燃料噴射を実行する冷機時付加燃料噴射手段と、
を備えていることを特徴とする圧縮着火式内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記冷機状態パラメータ検出手段は、前記冷機状態パラメータとして、前記内燃機関の水温、油温および始動後の経過時間の少なくとも１つを検出し、
前記冷機時付加燃料噴射手段は、前記検出された水温、油温および始動後の経過時間の前記少なくとも１つが所定値よりも小さいときに、前記付加燃料噴射を実行することを特徴とする請求項３に記載の圧縮着火式内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記内燃機関の排気温度を検出する排気温度検出手段と、
前記付加燃料噴射の噴射時期を前記検出された排気温度に応じて決定する付加燃料噴射時期決定手段と、
をさらに備えていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の圧縮着火式内燃機関の制御装置。
【請求項６】
前記燃焼室に吸入される吸入空気の温度を検出する吸入空気温度検出手段と、
前記内燃機関の水温および油温の一方を検出する機関温度検出手段と、
前記付加燃料噴射の噴射量を、前記検出された吸入空気の温度と、水温および油温の前記一方とに応じて決定する付加燃料噴射量決定手段と、
をさらに備えていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の圧縮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、燃焼室に供給された混合気を圧縮着火により燃焼させる圧縮着火燃焼モードと、火花点火により燃焼させる火花点火燃焼モードに、燃焼モードを切り換え可能に構成された圧縮着火式内燃機関の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
圧縮着火式内燃機関では一般に、圧縮着火による燃焼を火花点火による燃焼の場合よりも高い圧縮比、かつ大きな空燃比で行うことにより、良好な燃費および排気ガス特性が得られる。このような圧縮着火式内燃機関の従来の制御装置として、例えば、特許文献１に開示されたものが知られている。この内燃機関は、火花点火燃焼モードと圧縮着火燃焼モードに切り換え可能に構成されており、低負荷運転状態のときに圧縮着火燃焼モードが実行される一方、それ以外の運転状態のときに火花点火燃焼モードが実行される。また、この内燃機関では、吸気弁および排気弁の開弁および閉弁タイミングがそれぞれ可変に構成されている。
【０００３】
この制御装置では、火花点火燃焼モードから圧縮着火燃焼モードへの切り換えの際に、火花点火による燃焼を直ちに中止するのではなく、圧縮比および燃焼室の作動ガスの温度を徐々に高めながら火花点火を継続した後、圧縮着火燃焼モードへ移行する。これは、火花点火燃焼モードから圧縮着火燃焼モードへの切り換えを直ちに行うと、その直後では、燃焼室内の温度が圧縮着火を実行できるほど十分に高くないため、燃焼室内の作動ガスの温度を上昇させ、高温状態にすることによって、圧縮着火による燃焼を生じやすくするためである。
【０００４】
具体的には、火花点火燃焼モードから圧縮着火燃焼モードへの切り換えの際に、吸気弁の閉弁タイミングをより早く設定することによって、圧縮比を高めるとともに、排気弁の閉弁タイミングをより早く設定することによって、燃焼ガスの一部を燃焼室内に残留させる。また、膨張行程において付加燃料噴射を実行する。これにより、燃焼室内の燃焼ガスの温度が上昇し、燃焼ガスの熱によって次のサイクルの作動ガスが暖められ、その温度が高められることによって、圧縮着火による燃焼が生じやすくなる。そして、圧縮比が、圧縮着火による燃焼を行える程度まで高められたときに、火花点火および付加燃料噴射を中止することにより、火花点火燃焼モードから圧縮着火燃焼モードへの移行が完了する。このように、火花点火燃焼モードから圧縮着火燃焼モードへの切り換えの際に、圧縮比および燃焼室内の作動ガスの温度を徐々に高めることによって、切り換え中の着火を確保することにより、圧縮着火による燃焼を安定して行うようにしている。
【０００５】
【特許文献１】
特開２０００−１９２８２８号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述した従来の圧縮着火式内燃機関の制御装置では、火花点火燃焼モードから圧縮着火燃焼モードへの切り換えの際に、着火を確保するために付加燃料噴射を実行するにすぎない。このため、この制御装置では、例えば、内燃機関がアイドル運転中などのような低負荷状態や、始動直後のような冷機状態にある場合に、圧縮着火燃焼モードによる燃焼が行われたときには、燃焼室内の作動ガスの温度が低くなることによって、着火しにくくなるおそれがある。このため、圧縮着火による燃焼が不安定になり、その結果、失火やエンジンストールに至ってしまう。
【０００７】
本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、内燃機関が低負荷状態や冷機状態にある場合においても、圧縮着火による燃焼の安定性を確保することにより、内燃機関の失火やエンジンストールを防止するとともに、圧縮着火の実行領域の拡大によって排気ガス特性および燃費を向上させることができる圧縮着火式内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために、請求項１に係る発明は、燃焼室２ｃに供給された混合気を圧縮着火により燃焼させる圧縮着火燃焼モードと、火花点火により燃焼させる火花点火燃焼モードに、燃焼モードを切り換え可能に構成された圧縮着火式内燃機関２の制御装置１であって、内燃機関２の負荷を検出する負荷検出手段（実施形態における（以下、本項において同じ）ＥＣＵ３、アクセル開度センサ１４、図２のステップ１，３）と、燃焼モードが圧縮着火燃焼モードの場合において、検出された内燃機関２の負荷が所定の負荷よりも低いときに、燃焼室２ｃへ付加的に燃料を噴射する付加燃料噴射を実行する低負荷時付加燃料噴射手段（ＥＣＵ３、図２のステップ７，８）と、を備えていることを特徴とする。
【０００９】
この構成によれば、内燃機関の燃焼モードが圧縮着火燃焼モードと火花点火燃焼モードに切り換えられる。また、圧縮着火燃焼モードによる燃焼の実行中に、負荷検出手段で検出された、内燃機関の負荷が所定の負荷よりも低いとき、すなわち内燃機関が低負荷状態のときには、低負荷時付加燃料噴射手段によって、燃焼室への付加燃料噴射を実行する。前述したように、内燃機関がアイドル運転時などのような低負荷状態にあるときには、燃焼室内の作動ガスの温度が低くなることによって、圧縮着火による燃焼が不安定になる。したがって、内燃機関が低負荷状態のときに付加燃料噴射を実行することによって、燃焼ガスの温度を高め、その熱によって次のサイクルの作動ガスを暖め、その温度を上昇させることができる。それにより、圧縮着火による燃焼の安定性を確保することによって、内燃機関の失火やエンジンストールを防止することができる。その結果、圧縮着火の実行領域を低負荷側に拡大でき、それによって排気ガス特性および燃費を向上させることができる。
【００１０】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の圧縮着火式内燃機関２の制御装置１において、負荷検出手段は、負荷として、内燃機関２に対する要求トルクＰＭＥＣＭＤおよびアクセル開度θＡＣＣの少なくとも一方を検出し、低負荷時付加燃料噴射手段は、検出された要求トルクＰＭＥＣＭＤおよびアクセル開度θＡＣＣの少なくとも一方が所定値（所定トルクＰＭＥＪＵＤ、所定開度ＡＣＣＪＵＤ）よりも小さいときに、付加燃料噴射を実行することを特徴とする。
【００１１】
この構成によれば、内燃機関の負荷を表すパラメータとして、要求トルクおよびアクセル開度の少なくとも一方を用い、その検出値が所定値よりも小さいときに付加燃料噴射を実行するので、内燃機関が低負荷状態のときに、付加燃料噴射を適切に行うことができる。
【００１２】
また、本発明の請求項３に係る発明は、燃焼室２ｃに供給された混合気を圧縮着火により燃焼させる圧縮着火燃焼モードと、火花点火により燃焼させる火花点火燃焼モードに、燃焼モードを切り換え可能に構成された圧縮着火式内燃機関２の制御装置１であって、内燃機関２の冷機状態を表す冷機状態パラメータを検出する冷機状態パラメータ検出手段（ＥＣＵ３、始動後タイマ３ａ、エンジン水温センサ１２、エンジン油温センサ１５、図２のステップ４，５）と、燃焼モードが圧縮着火燃焼モードの場合において、検出された冷機状態パラメータが、内燃機関２の冷機状態を表すときに、燃焼室２ｃへ付加的に燃料を噴射する付加燃料噴射を実行する冷機時付加燃料噴射手段（ＥＣＵ３、図２のステップ７，８）と、を備えていることを特徴とする。
【００１３】
この構成によれば、内燃機関の燃焼モードが圧縮着火燃焼モードと火花点火燃焼モードに切り換えられる。また、圧縮着火燃焼モードによる燃焼の実行中に、冷機状態検出パラメータ手段によって検出された冷機状態パラメータが、内燃機関の冷機状態を表すときには、冷機時付加燃料噴射手段によって、燃焼室への付加燃料噴射を実行する。前述したように、始動直後などのように内燃機関が冷機状態にあるときには、燃焼室内の作動ガスの温度が低くなることによって、圧縮着火による燃焼が不安定になる。したがって、内燃機関が冷機状態のときに付加燃料噴射を実行することによって、燃焼ガスの温度を高め、作動ガスの温度を上昇させることができる。それにより、圧縮着火による燃焼の安定性を確保することにより、内燃機関の失火やエンジンストールを防止することができる。その結果、圧縮着火を冷機状態においても安定して実行でき、その分、排気ガス特性および燃費を向上させることができる。
【００１４】
請求項４に係る発明は、請求項３に記載の圧縮着火式内燃機関２の制御装置１において、冷機状態パラメータ検出手段は、冷機状態パラメータとして、内燃機関２の水温（エンジン水温ＴＷ）、油温（エンジン油温ＴＯＩＬ）および始動後の経過時間（始動後時間ＴＭＡＳＴ）の少なくとも１つを検出し、冷機時付加燃料噴射手段は、検出された水温、油温および始動後の経過時間の少なくとも１つが所定値（所定水温ＴＷＪＵＤ、所定油温ＴＯＩＬＪＵＤ、所定時間ＴＭＡＳＴＪＵＤ）よりも小さいときに、付加燃料噴射を実行することを特徴とする。
【００１５】
この構成によれば、冷機状態パラメータとして、水温、油温または始動後の経過時間の少なくとも１つを用い、その検出値が所定値よりも小さいときに付加燃料噴射を実行するので、内燃機関が冷機状態のときに、付加燃料噴射を最適に実行することができる。
【００１６】
請求項５に係る発明は、請求項１ないし４のいずれかに記載の圧縮着火式内燃機関２の制御装置１において、内燃機関２の排気温度（推定燃焼ガス温度ＴＥＸＧＡＳ）を検出する排気温度検出手段（ＥＣＵ３、図６のステップ１４）と、付加燃料噴射の噴射時期Ｐｏｓｔ＿Ｉｎｊ＿θを検出された排気温度に応じて決定する付加燃料噴射時期決定手段（ＥＣＵ３、図２のステップ８）と、をさらに備えていることを特徴とする。
【００１７】
排気温度、すなわち燃焼ガスの温度が低いと、付加燃料噴射を実行したときに燃焼ガスによって暖められる作動ガスの温度の上昇度合は低くなる。したがって、付加燃料噴射の噴射時期を、排気温度に応じ、例えば排気温度が低いほど、より早くなるように決定することによって、燃焼ガスの温度の上昇度合を高めることができ、それにより、作動ガスの温度を適切に上昇させることができる。
【００１８】
請求項６に係る発明は、請求項１ないし５のいずれかに記載の圧縮着火式内燃機関２の制御装置１において、燃焼室２ｃに吸入される吸入空気の温度（吸気温ＴＡ）を検出する吸入空気温度検出手段（ＥＣＵ３、吸気温センサ１１）と、内燃機関２の水温（エンジン水温ＴＷ）および油温（エンジン油温ＴＯＩＬ）の一方を検出する機関温度検出手段（ＥＣＵ３、エンジン水温センサ１２、エンジン油温センサ１５）と、付加燃料噴射の噴射量Ｐｏｓｔ＿ｑを、検出された吸入空気の温度と、水温および油温の一方とに応じて決定する付加燃料噴射量決定手段（ＥＣＵ３、図２のステップ７）と、をさらに備えていることを特徴とする。
【００１９】
作動ガスの温度は、吸入空気の温度と内燃機関の温度に依存する。したがって、付加燃料噴射の噴射量を、吸入空気の温度と、内燃機関の温度を表すパラメータとしての、水温または油温に応じ、例えば吸入空気の温度が低く、水温または油温が低いほど、より多くなるように決定することによって、燃焼ガスを実際の作動ガスの温度に応じて適切に上昇させることができ、それにより、作動ガスの温度をその燃焼前の実際の温度状態に応じて適切に上昇させることができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施形態を、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の実施形態による制御装置１を適用した圧縮着火式内燃機関を示している。この内燃機関（以下「エンジン」という）２は、図示しない車両に搭載された、例えば４気筒４サイクルエンジンである。
【００２１】
同図に示すように、エンジン２は、気筒（１つのみ図示）ごとにピストン２ａとシリンダヘッド２ｂを備え、ピストン２ａとシリンダヘッド２ｂの間には燃焼室２ｃが形成されている。ピストン２ａの上面の中央部には、凹部２ｄが形成されている。シリンダヘッド２ｂには、吸気管４および排気管５がそれぞれ接続されるとともに、燃焼室２ｃに臨むように燃料噴射弁（以下「インジェクタ」という）６および点火プラグ７が取り付けられている。
【００２２】
インジェクタ６は、燃料ポンプ（図示せず）から供給された燃料を直接、燃焼室２ｃ内に噴射する直噴タイプのものであり、その燃料噴射の時間（燃料噴射量）およびタイミングは、後述するＥＣＵ３からの駆動信号によって制御される。
【００２３】
点火プラグ７には、ＥＣＵ３からの駆動信号により点火時期に応じたタイミングで高電圧が加えられ、次に遮断されることによって放電し、それにより、各気筒内で混合気の点火が行われる。また、このエンジン２では、燃焼室２ｃ内に供給された混合気を、点火プラグ７の火花により点火する火花点火燃焼（以下「ＳＩ燃焼」という）と、圧縮着火により着火する圧縮着火燃焼（以下「ＣＩ燃焼」という）が切り換えて行われ、その切り換えはＥＣＵ３によって制御される。
【００２４】
エンジン２の吸気管４および排気管５には、吸気弁８および排気弁９がそれぞれ設けられている。吸気弁８および排気弁９は、それぞれ電磁式動弁機構１０，１０によって駆動される。各電磁式動弁機構１０は、２つの電磁石（図示せず）を備えており、ＥＣＵ３からの駆動信号により、これらの電磁石の励磁・非励磁のタイミングを制御することによって、吸気弁８および排気弁９が開閉駆動されるとともに、これらの開閉タイミングが自在に制御される。また、排気弁９の閉弁タイミングを通常よりも早くするとともに、吸気弁８の開弁タイミングを通常よりも遅くするように制御することによって、燃焼ガスを燃焼室２ｃ内に残留させる（以下「内部ＥＧＲ」という）とともに、その残留量、すなわち内部ＥＧＲ量を制御することが可能である。
【００２５】
また、吸気管４には、吸気温センサ１１が取り付けられている。この吸気温センサ１１は、吸気管４内に吸入される吸入空気の温度（以下「吸気温」という）ＴＡを検出し、その検出信号をＥＣＵ３に出力する。
【００２６】
エンジン２本体には、エンジン水温センサ１２およびクランク角センサ１３が取り付けられている。エンジン水温センサ１２は、エンジン２のシリンダブロック（図示せず）内を循環する冷却水の温度（以下「エンジン水温」という）ＴＷを検出し、その検出信号をＥＣＵ３に出力する。クランク角センサ１３は、エンジン２のクランクシャフト（図示せず）の回転に伴い、パルス信号であるＣＲＫ信号およびＴＤＣ信号を、それぞれの所定のクランク角ごとにＥＣＵ３に出力する。ＥＣＵ３は、このＣＲＫ信号に基づいてエンジン２の回転数（以下「エンジン回転数」という）ＮＥを求める。さらに、ＴＤＣ信号は、各気筒のピストン２ａが吸気行程開始時のＴＤＣ（上死点）付近の所定クランク角度位置にあることを表す信号であり、エンジン２が４気筒タイプの本例では、クランク角１８０ｄｅｇごとに出力される。
【００２７】
ＥＣＵ３には、アクセル開度センサ１４から、エンジン２を搭載した車両のアクセルペダル（ともに図示せず）の踏み込み量（以下「アクセル開度」という）θＡＣＣを表す検出信号が、エンジン油温センサ１５から、エンジン２の潤滑油の温度（以下「エンジン油温」という）ＴＯＩＬを表す検出信号が、それぞれ出力される。
【００２８】
ＥＣＵ３は、本実施形態において、負荷検出手段、低負荷時付加燃料噴射手段、冷機状態パラメータ検出手段、冷機時付加燃料噴射手段、排気温度検出手段、付加燃料噴射時期決定手段、吸入空気温度検出手段、機関温度検出手段および付加燃料噴射量決定手段を構成するものであり、Ｉ／Ｏインターフェース、ＣＰＵ、ＲＡＭおよびＲＯＭなどからなるマイクロコンピュータで構成されており、さらに、エンジン２の始動後の経過時間（以下「始動後時間」という）ＴＭＡＳＴを計時する始動後タイマ３ａなどを備えている。上記の各種センサ１１〜１５の検出信号は、Ｉ／Ｏインターフェースを介して後述するＣＰＵに入力される。
【００２９】
ＣＰＵは、各種センサ１１〜１５で検出された検出信号に基づき、ＲＯＭに記憶されたプログラムなどに従って、エンジン２の運転状態を判別するとともに、判別した運転状態に応じて、以下のような各種の制御処理を実行する。
【００３０】
まず、ＣＰＵは、エンジン２の燃焼モードを、ＳＩ燃焼モードまたはＣＩ燃焼モードのいずれにするかを決定する。具体的には、エンジン２が低〜中負荷状態で、かつエンジン回転数ＮＥが低〜中回転領域にあるときには、燃焼モードをＣＩ燃焼モードに決定し、それ以外のときには、ＳＩ燃焼モードに決定する。
【００３１】
また、燃焼モードがＣＩ燃焼モードのときには、エンジン２の運転状態に応じて、付加燃料噴射の制御などを実行する。この付加燃料噴射は、排気行程から圧縮行程にかけて燃料を噴射するメイン噴射に加え、圧縮着火による燃焼を安定して行うべく、燃焼ガスの温度を高めるために、膨張行程において付加的に燃料を噴射するものである。図９は、燃焼モードがＣＩ燃焼モードのときの吸気弁８および排気弁９の開閉、ならびにメイン噴射および付加燃料噴射のタイミングを示している。
【００３２】
同図に示すように、ＣＩ燃焼モードにおいては、排気弁９の開弁タイミングは、所定のクランク角（例えば下死点前３０ｄｅｇ）に一律に設定され、閉弁タイミングは、吸気行程開始時の上死点を基準とし、燃焼ガスの温度が低いほど、より早いタイミングに設定される。そして、排気弁９の閉じ終わりの直前から吸気行程の開始時付近までの間に、１回目のメイン噴射を実行する。
【００３３】
また、吸気弁８の開弁タイミングは、吸気行程開始時の上死点を基準とし、燃焼ガスの温度が低いほど、より遅いタイミングに設定される。吸気弁８の閉弁タイミングは、所定のクランク角（例えば下死点前３０ｄｅｇ）に一律に設定される。これにより、吸気弁８は、その後の所定のクランク角（例えば下死点後３０ｄｅｇ）に完全に閉じ終わる。そして、吸気弁８の閉じ終わり付近から圧縮行程の途中までの間に、２回目のメイン噴射を実行する。このように、燃焼ガスの温度が低いときには、排気弁９の閉弁タイミングを早くするとともに、吸気弁８の開弁タイミングを遅くすることにより、内部ＥＧＲ量を増加させることによって、次のサイクルの作動ガスの温度を高め、圧縮着火による燃焼の安定性を確保する。
【００３４】
また、後述する付加燃料噴射の実行条件が成立したときには、膨張行程において、圧縮着火による燃焼を安定して行うべく、燃焼ガスの温度を高めるために、付加燃料噴射を実行する。このときの付加燃料噴射のタイミングは、後述するように、燃焼ガスの温度に応じて設定される。
【００３５】
図２は、この付加燃料噴射の制御処理を示している。本処理は、ＴＤＣ信号の発生に同期して実行される。同図に示すように、まず、ステップ１（「Ｓ１」と図示。以下同様）において、エンジン２に対する要求トルクＰＭＥＣＭＤを、エンジン回転数ＮＥなどを用いて次式（１）によって算出する。
ＰＭＥＣＭＤ＝ＣＯＮＳＴ・ＰＳＥ／ＮＥ・・・（１）
ここで、ＣＯＮＳＴは定数であり、ＰＳＥはエンジン２の要求出力である。この要求出力ＰＳＥは、図３に示すＰＳＥテーブルに基づき、検出されたアクセル開度θＡＣＣおよびエンジン回転数ＮＥに応じて設定される。このＰＳＥテーブルは、０％〜１００％の範囲内の所定のアクセル開度θＡＣＣごとに設定された複数のテーブルで構成されており、アクセル開度θＡＣＣがこれらの中間値を示す場合には、要求出力ＰＳＥは補間演算によって求められる。また、これらのテーブルでは、要求出力ＰＳＥは、エンジン回転数ＮＥが大きいほど、およびアクセル開度θＡＣＣが大きいほど、大きな値に設定されている。
【００３６】
図２に戻り、前記ステップ１に続くステップ２では、燃焼モードフラグＦ＿ＨＣＣＩが「１」であるか否かを判別する。この燃焼モードフラグＦ＿ＨＣＣＩは、エンジン２の燃焼モードがＣＩ燃焼モードのときに「１」に、ＳＩ燃焼モードのときに「０」にそれぞれセットされるものである。
【００３７】
この判別結果がＮＯで、燃焼モードがＳＩ燃焼モードのときには、付加燃料噴射を実行しないとして、ステップ６に進み、付加燃料噴射量Ｐｏｓｔ＿ｑを値０に設定し、本処理を終了する。
【００３８】
一方、前記ステップ２の判別結果がＹＥＳで、燃焼モードがＣＩ燃焼モードのときには、ステップ３に進み、前記ステップ１で算出した要求トルクＰＭＥＣＭＤが所定トルクＰＭＥＪＵＤよりも小さいか否か、またはアクセル開度θＡＣＣが所定開度ＡＣＣＪＵＤよりも小さいか否かをそれぞれ判別する。
【００３９】
この判別結果がＮＯで、ＰＭＥＣＭＤ≧ＰＭＥＪＵＤ、かつθＡＣＣ≧ＡＣＣＪＵＤのときには、エンジン２が低負荷状態にないとして、エンジン水温ＴＷが所定水温ＴＷＪＵＤ（例えば６０℃）よりも低いか否か、またはエンジン油温ＴＯＩＬが所定油温ＴＯＩＬＪＵＤ（例えば６０℃）よりも低いか否かをそれぞれ判別する（ステップ４）。この判別結果がＮＯで、ＴＷ≧ＴＷＪＵＤ、かつＴＯＩＬ≧ＴＯＩＬＪＵＤのときには、エンジン２が冷機状態にないとして、ステップ５に進む。このステップ５では、始動後時間ＴＭＡＳＴが所定時間ＴＭＡＳＴＪＵＤ（例えば２４０ｓｅｃ）よりも短いか否かを判別する。これは、エンジン２の始動直後には、燃焼室２ｃ内の作動ガスの温度が低いことによって、圧縮着火による燃焼が不安定になるおそれがあるので、それを回避するためである。
【００４０】
この判別結果がＮＯ、すなわちエンジン２の始動後、所定時間ＴＭＡＳＴＪＵＤが経過しているときには、所定の冷機状態になく、付加燃料噴射の実行条件が成立していないとして、前記ステップ６に進み、本処理を終了する。
【００４１】
前記ステップ３の判別結果がＹＥＳで、ＰＭＥＣＭＤ＜ＰＭＥＪＵＤもしくはθＡＣＣ＜ＡＣＣＪＵＤのとき、すなわちエンジン２が低負荷状態にあるとき、あるいは前記ステップ４または５の判別結果がＹＥＳで、ＴＷ＜ＴＷＪＵＤ、ＴＯＩＬ＜ＴＯＩＬＪＵＤ、もしくはＴＭＡＳＴ＜ＴＭＡＳＴＪＵＤのとき、すなわちエンジン２が冷機状態にあるときには、付加燃料噴射の実行条件が成立しているとして、ステップ７および８に進む。このステップ７では、吸気温ＴＡおよびエンジン水温ＴＷに応じ、図４に示す燃料噴射量マップを検索することによって、付加燃料噴射量Ｐｏｓｔ＿ｑを算出する。
【００４２】
この燃料噴射量マップでは、付加燃料噴射量Ｐｏｓｔ＿ｑは、吸気温ＴＡが所定吸気温ＴＡＪＵＤ（例えば３０℃）以上のとき、またはエンジン水温ＴＷが前記所定水温ＴＷＪＵＤ以上のときに、値０に設定されている。また、このマップでは、付加燃料噴射量Ｐｏｓｔ＿ｑは、吸気温ＴＡが低いほど、およびエンジン水温ＴＷが低いほど、より大きな値に設定されている。これは、燃焼室２ｃ内の作動ガスの温度は、吸気温ＴＡとエンジン水温ＴＷで表されるエンジン２の温度に依存するため、作動ガスの温度を、その燃焼前の実際の温度状態に応じて最適に上昇させるためである。なお、図４の括弧書きに示すように、エンジン２の温度を表すパラメータとして、エンジン水温ＴＷに代えてエンジン油温ＴＯＩＬを用い、同様にして付加燃料噴射量Ｐｏｓｔ＿ｑを求めてもよい。
【００４３】
図２に戻り、前記ステップ７に続くステップ８では、推定燃焼ガス温度ＴＥＸＧＡＳに応じ、図５に示す燃料噴射時期テーブルを検索することによって、付加燃料噴射時期Ｐｏｓｔ＿Ｉｎｊ＿θを算出し、本処理を終了する。この推定燃焼ガス温度ＴＥＸＧＡＳは、燃焼室２ｃ内で燃焼によって生成される燃焼ガスの温度を推定したものであり、その算出の詳細については後述する。
【００４４】
この燃料噴射時期テーブルでは、付加燃料噴射時期Ｐｏｓｔ＿Ｉｎｊ＿θは、推定燃焼ガス温度ＴＥＸＧＡＳが低いほど、より進角側に設定されている。これは、推定燃焼ガス温度ＴＥＸＧＡＳが低いほど、付加燃料噴射を実行したときに燃焼ガスによって暖められる作動ガスの温度の上昇度合は低くなるため、噴射時期を早めることにより、作動ガスの温度を最適に上昇させるためである。また、付加燃料噴射時期Ｐｏｓｔ＿Ｉｎｊ＿θは、推定燃焼ガス温度ＴＥＸＧＡＳが、所定排気温度ＴＥＸＪＵＤ以上のときには、所定のクランク角（例えば上死点後９０ｄｅｇ）に収束する。これは、付加燃料噴射時期Ｐｏｓｔ＿Ｉｎｊ＿θが遅すぎると、燃焼ガスの温度が上昇しにくくなり、作動ガスの昇温効果が得にくくなるので、それを回避するためである。
【００４５】
図６は、推定燃焼ガス温度ＴＥＸＧＡＳの算出処理を示しており、本処理は、ＴＤＣ信号の発生に同期して割り込み実行される。
【００４６】
本処理では、まず、ステップ１１において、現在の推定燃焼ガス温度ＴＥＸＧＡＳをその前回値ＴＥＸＧＡＳＺとして設定する。なお、前回値ＴＥＸＧＡＳＺは、エンジン２の始動時には、所定温度（例えば１５０℃）に設定される。
【００４７】
前記ステップ１１に続くステップ１２では、フューエルカットフラグＦ＿ＦＣが「１」であるか否かを判別する。このフューエルカットフラグＦ＿ＦＣは、フューエルカット（以下「Ｆ／Ｃ」という）が実行されているときに「１」に、Ｆ／Ｃが実行されていないときに「０」にそれぞれセットされるものである。
【００４８】
この判別結果がＹＥＳ、すなわちＦ／Ｃが実行されているときには、燃焼ガス温度暫定値ＴＥＸＧＡＳＴを、所定値ＴＣＹＬＷＡＬに設定する（ステップ１３）。この所定値ＴＣＹＬＷＡＬは、Ｆ／Ｃにより燃焼が行われない場合において、それまでの燃焼によって加熱されたシリンダブロックの温度に相当し、例えば８０℃である。
【００４９】
次に、今回の推定燃焼ガス温度ＴＥＸＧＡＳを、その前回値ＴＥＸＧＡＳＺ、および設定した燃焼ガス温度暫定値ＴＥＸＧＡＳＴなどを用いて、次式（２）によって算出し（ステップ１４）、本処理を終了する。
ＴＥＸＧＡＳ＝ＴＥＸＧＡＳＴ・（１−ＴＤＴＧＡＳ）＋ＴＥＸＧＡＳＺ・ＴＤＴＧＡＳ      ・・・（２）
ここで、ＴＤＴＧＡＳは、値１．０未満の所定のなまし係数（例えば０．９）である。
【００５０】
一方、前記ステップ１２の判別結果がＮＯで、Ｆ＿ＦＣ＝０、すなわちＦ／Ｃが実行されていないときには、燃焼モードフラグＦ＿ＨＣＣＩが「１」であるか否かを判別する（ステップ１５）。この判別結果がＮＯで、燃焼モードがＳＩ燃焼モードのときには、ステップ１６に進み、吸気温ＴＡおよび要求トルクＰＭＥＣＭＤに応じ、ＳＩ燃焼モード用のＴＥＸＧＡＳＳＩＭマップ（図示せず）を検索することによって、マップ値ＴＥＸＧＡＳＳＩＭを求め、燃焼ガス温度中間値ＴＥＸＧＡＳαとして設定する。この燃焼ガス温度中間値ＴＥＸＧＡＳαは、作動ガスの燃焼によって直接的に得られる（外部からの影響を受けないと仮定したときの）燃焼ガスの温度に相当する。また、このマップでは、マップ値ＴＥＸＧＡＳＳＩＭは、吸気温ＴＡが高いほど、および要求トルクＰＭＥＣＭＤが大きいほど、より大きな値に設定されている。
【００５１】
一方、前記ステップ１５の判別結果がＹＥＳで、燃焼モードがＣＩ燃焼モードのときには、ステップ１７に進み、後述する推定作動ガス温度ＴＣＹＬＧＡＳ、および要求トルクＰＭＥＣＭＤに応じ、ＣＩ燃焼モード用のＴＥＸＧＡＳＣＩＭマップ（図示せず）を検索することによって、マップ値ＴＥＸＧＡＳＣＩＭを求め、燃焼ガス温度中間値ＴＥＸＧＡＳαとして設定する。また、このマップでは、マップ値ＴＥＸＧＡＳＣＩＭは、要求トルクＰＭＥＣＭＤが大きいほど、および推定作動ガス温度ＴＣＹＬＧＡＳが高いほど、より大きな値に設定されている。
【００５２】
前記ステップ１６または１７に続くステップ１８では、燃焼ガス温度暫定値ＴＥＸＧＡＳＴを、前記ステップ１６または１７で設定した燃焼ガス温度中間値ＴＥＸＧＡＳα、および前記ステップ１３で用いた所定値ＴＣＹＬＷＡＬなどを用いて、次式（３）によって算出するとともに、前記ステップ１４を実行し、本処理を終了する。
2005009357.tif 000003
ここで、ＫＴＥＸＧＭＥは値１．０未満の所定のなまし係数（例えば０．０１）であり、ＴＤＣＭＥは現在のＴＤＣ信号の周期である。また、ＴＤＣＭＥαは、エンジン回転数ＮＥが、高速時Ｆ／Ｃが実行される限界回転数（例えば６０００ｒｐｍ）にあるときのＴＤＣ信号の周期に設定されている。
【００５３】
上記の式（３）の右辺の第１項は、作動ガスの燃焼によって直接的に得られる燃焼ガスの温度に相当し、第２項は、燃焼ガスの温度に対するシリンダブロックの温度の影響分に相当する。また、式（３）から明らかなように、右辺中に第２項が占める割合は、ＴＤＣ信号の周期ＴＤＣＭＥが長いほどより大きい。これは、ＴＤＣ信号の周期ＴＤＣＭＥが長いほど、燃焼サイクル間の時間間隔が長いことで、燃焼ガスの生成後、次の圧縮行程の開始時までの作動ガスの温度の低下度合がより大きいことで、その燃焼によって生成される燃焼ガスの温度がより低いためである。
【００５４】
図７は、図６のステップ１７で用いられる推定作動ガス温度ＴＣＹＬＧＡＳの算出処理を示している。本処理は、ＣＩ燃焼モード中にのみ実行され、ＴＤＣ信号の発生に同期して割り込み実行される。
【００５５】
同図に示すように、そのステップ２１では、推定作動ガス温度ＴＣＹＬＧＡＳを、前回値ＴＥＸＧＡＳＺ、吸気温ＴＡ、および後述する目標充填効率ＥＴＡＣＣなどを用いて、次式（４）によって算出する。
ＴＣＹＬＧＡＳ＝（ＴＥＸＧＡＳＺ−ＴＡ）・ＮＥＧＲ／ＥＴＡＣＣ・ＮＴＣＹＬＭＡＸ＋ＴＡ      ・・・（４）
ここで、ＮＥＧＲは、排気弁９の実際の閉弁タイミングおよび要求トルクＰＭＥＣＭＤに応じて、マップ（図示せず）を検索することによって推定した推定ＥＧＲガス量であり、ＮＴＣＹＬＭＡＸは、燃焼室２ｃの容積と行程容積との和である。
【００５６】
この式（４）の右辺の（ＴＥＸＧＡＳＺ−ＴＡ）は、燃焼ガスと新気との温度差を表し、ＮＥＧＲ／ＥＴＡＣＣ・ＮＴＣＹＬＭＡＸは、作動ガス中に占めるＥＧＲガスの割合を表す。したがって、両者の積、すなわち第１項は、ＥＧＲガスによる作動ガスの温度の上昇分を表し、それにさらに吸気温ＴＡを加算することによって、圧縮行程の開始時における実際の作動ガスの温度である推定作動ガス温度ＴＣＹＬＧＡＳを、適切に算出することができる。
【００５７】
図８は、図７のステップ２１で用いられる目標充填効率ＥＴＡＣＣの算出処理を示しており、本処理は、所定時間（例えば１０ｍｓｅｃ）ごとに実行される。まず、ステップ３１において、燃焼モードフラグＦ＿ＨＣＣＩが、「１」であるか否かを判別する。この判別結果がＮＯで、燃焼モードがＳＩ燃焼モードのときには、そのまま本処理を終了する。
【００５８】
一方、ステップ３１の判別結果がＹＥＳで、燃焼モードがＣＩ燃焼モードのときには、ステップ３２において、エンジン回転数ＮＥおよび要求トルクＰＭＥＣＭＤに応じ、マップ（図示せず）を検索することによって、目標作動ガス温度ＴＣＹＬＧＡＳＣを求める。この目標作動ガス温度ＴＣＹＬＧＡＳＣは、圧縮行程時の開始時における作動ガスの温度を自己着火が生じやすいような温度に制御するために設定されるものである。また、このマップでは、目標作動ガス温度ＴＣＹＬＧＡＳＣは、エンジン回転数ＮＥが低いほど、および要求トルクＰＭＥＣＭＤが小さいほど、より大きな値に設定されている。
【００５９】
次いで、求めた目標作動ガス温度ＴＣＹＬＧＡＳＣに基づき、目標充填効率ＥＴＡＣＣ（ＥＧＲガスを含む混合気の充填量）を、テーブル（図示せず）を検索することによって求め（ステップ３３）、本処理を終了する。この目標充填効率ＥＴＡＣＣは、作動ガスの充填効率（燃焼室２ｃの容積と行程容積との和に対する作動ガスの充填量の比）の目標値である。このテーブルでは、目標充填効率ＥＴＡＣＣは、目標作動ガス温度ＴＣＹＬＧＡＳＣが大きいほど、より大きな値に設定されている。
【００６０】
以上のように、本実施形態によれば、エンジン２の負荷状態を検出するパラメータとして、要求トルクＰＭＥＣＭＤおよびアクセル開度θＡＣＣを用い、それらの値が、所定トルクＰＭＥＪＵＤまたは所定開度ＡＣＣＪＵＤよりも小さいときに付加燃料噴射を実行するので、エンジン２が低負荷状態のときに、燃焼室２ｃ内の燃焼ガスの温度を高めることによって、その熱によって次のサイクルの作動ガスを暖め、その温度を上昇させることができる。それにより、圧縮着火による燃焼の安定性を確保することによって、エンジン２の失火やエンジンストールを防止することができる。その結果、圧縮着火の実行領域を低負荷側に拡大でき、それによって排気ガス特性および燃費を向上させることができる。
【００６１】
また、エンジン２の冷機状態パラメータとして、エンジン水温ＴＷ、エンジン油温ＴＯＩＬおよび始動後時間ＴＭＡＳＴを用い、それらの値が、所定水温ＴＷＪＵＤ、所定油温ＴＯＩＬＪＵＤ、または所定時間ＴＭＡＳＴＪＵＤよりも小さいときに付加燃料噴射を実行するので、エンジン２が冷機状態のときに、燃焼室２ｃ内の燃焼ガスの温度を高め、作動ガスの温度を上昇させることができる。それにより、圧縮着火を冷機状態においても安定して実行でき、その分、排気ガス特性および燃費を向上させることができる。
【００６２】
さらに、付加燃料噴射時期Ｐｏｓｔ＿Ｉｎｊ＿θを推定燃焼ガス温度ＴＥＸＧＡＳに応じて決定するので、それに応じて燃焼ガスの温度の上昇度合を高めることができ、それにより、作動ガスの温度を適切に上昇させることができる。
【００６３】
さらには、付加燃料噴射量Ｐｏｓｔ＿ｑを、吸気温ＴＡと、エンジン２の温度を表すエンジン水温ＴＷまたはエンジン油温ＴＯＩＬに応じて決定するので、燃焼ガスの温度を実際の作動ガスの温度に応じて、適切に上昇させることができ、それにより、作動ガスの温度をその燃焼前の実際の温度状態に応じて適切に上昇させることができる。
【００６４】
なお、本発明は、説明した実施形態に限定されることなく、種々の態様で実施することができる。例えば、説明した実施形態では、排気温度として、燃焼ガス温度を演算により推定しているが、実際の排気温度をセンサなどを用いて、直接検出してもよい。また、実施形態のエンジン２は、燃料を燃焼室２ｃ内に直接、噴射する直噴タイプのものであるが、本発明を吸気管４に燃料を噴射するポート噴射タイプの内燃機関に適用してもよい。また、本発明の制御装置は、車両に搭載した圧縮着火式内燃機関に限らず、クランクシャフトを鉛直方向に配置した船外機などのような船舶推進機用エンジンなどを含む、様々な産業用の圧縮着火式内燃機関に適用することが可能である。その他、本発明の趣旨の範囲内で、細部の構成を適宜、変更することができる。
【００６５】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の圧縮着火式内燃機関の制御装置は、内燃機関が低負荷状態や冷機状態にある場合においても、圧縮着火による燃焼の安定性を確保することにより、内燃機関の失火やエンジンストールを防止するとともに、圧縮着火の実行領域の拡大によって排気ガス特性および燃費を向上させることができるなどの効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態による制御装置を適用した圧縮着火式内燃機関の構成を示す図である。
【図２】付加燃料噴射の制御処理を示すフローチャートである。
【図３】図２の処理で用いられるＰＳＥテーブルの一例である。
【図４】図２の処理で用いられる付加燃料噴射の燃料噴射量マップの一例である。
【図５】図２の処理で用いられる付加燃料噴射の燃料噴射時期テーブルの一例である。
【図６】推定燃焼ガス温度の算出処理を示すフローチャートである。
【図７】圧縮開始時における作動ガス温度の推定処理を示すフローチャートである。
【図８】目標充填効率の算出処理を示すフローチャートである。
【図９】ＣＩ燃焼モードのときの吸気弁および排気弁の開閉、ならびにメイン噴射および付加燃料噴射のタイミングの一例を示す図である。
【符号の説明】
１  制御装置
２  内燃機関
２ｃ  燃焼室
３  ＥＣＵ（負荷検出手段、低負荷時付加燃料噴射手段、冷機状態パラメータ検出手段、冷機時付加燃料噴射手段、排気温度検出手段、付加燃料噴射時期決定手段、吸入空気温度検出手段、機関温度検出手段および付加燃料噴射量決定手段）
３ａ  始動後タイマ（冷機状態パラメータ検出手段）
１１  吸気温センサ（吸入空気検出手段）
１２  エンジン水温センサ（冷機状態パラメータ検出手段、機関温度検出手段）
１４  アクセル開度センサ（負荷検出手段）
１５  エンジン油温センサ（冷機状態パラメータ検出手段、機関温度検出手段）
１６  排気温センサ（排気温度検出手段）
ＰＭＥＣＭＤ  要求トルク
θＡＣＣ  アクセル開度
ＴＷ  エンジン水温（水温）
ＴＯＩＬ  エンジン油温（油温）
ＴＭＡＳＴ  始動後時間（始動後の経過時間）
ＰＭＥＪＵＤ  所定トルク（所定値）
ＡＣＣＪＵＤ  所定開度（所定値）
ＴＷＪＵＤ  所定水温（所定値）
ＴＯＩＬＪＵＤ  所定油温（所定値）
ＴＭＡＳＴＪＵＤ  所定時間（所定値）
ＴＥＸＧＡＳ  推定燃焼ガス温度（排気温度）
Ｐｏｓｔ＿Ｉｎｊ＿θ  付加燃料噴射時期
ＴＡ  吸気温（吸入空気温度）
Ｐｏｓｔ＿ｑ  付加燃料噴射量
【図１】
2005009357.tif 000004
【図２】
2005009357.tif 000005
【図３】
2005009357.tif 000006
【図４】
2005009357.tif 000007
【図５】
2005009357.tif 000008
【図６】
2005009357.tif 000009
【図７】
2005009357.tif 000010
【図８】
2005009357.tif 000011
【図９】
2005009357.tif 000012