(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
理論空燃比より希薄側の空燃比で燃焼を行う第１の燃焼モードと、該第１の燃焼モードより過濃側の空燃比で燃焼を行う第２の燃焼モードとを切替可能な内燃機関の燃焼モード切替制御装置であって、
前記第１の燃焼モードと前記第２の燃焼モードとの切替条件を、前記内燃機関の所定の運転状態に応じて可変設定する燃焼モード切替条件可変手段と、
前記車両のシフトチェンジを検出するシフトチェンジ検出手段と、
該シフトチェンジ検出手段によりシフトチェンジが検出されると、前記燃焼モード切替条件可変手段により可変設定された燃焼モードの切替条件を一旦初期の状態である第１の燃焼モードが成立し易い条件に戻すリセット手段とを備えたことを特徴とする内燃機関の燃焼モード切替制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃焼モードを選択可能な内燃機関の燃焼モード切替制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、理論空燃比よりも希薄側（リーン）の空燃比で燃焼させることで低燃費を実現させることのできる希薄燃焼内燃機関（リーンバーンエンジン）が知られている。
当該リーンバーンエンジンでは、負荷が高くなった場合には十分な出力を実現するため、上記リーン空燃比よりも過濃側の空燃比で燃焼を行う通常燃焼モードへの切り替えを行っている。
【０００３】
そして通常、当該燃焼モード切替条件は所定の負荷やエンジン回転数で設定されている。
しかし、このような設定だけでは、実走行において頻繁に燃焼モードの切り替えが行われることとなる。燃焼モードの切り替えは、噴射時期や点火時期、吸入空気量、ＥＧＲ量等を瞬時に切り替える動作であるため、運転状態によっては燃焼が不安定となりやすく、そのため外乱に弱く失火やエンスト等を引き起こし易い上、トルクショックも生じる。このような燃焼モードの切り替えが頻繁に行われると、燃費や排ガスの悪化、ドライバビリティの悪化等を招くという問題がある。
【０００４】
このため一般には、加速時は通常燃焼モードとし、定速走行や緩加速時に希薄燃焼モードで運転するよう制御することで、燃焼モード切替を過度に制限したり、複雑な制御を入れてトルクショック等を軽減させたりしていた。
しかし、実走行条件では一定速度での走行はごく稀であり、希薄燃焼モードでの運転割合が非常に小さくなってしまい、燃費のメリットを十分に享受することができなかった。
【０００５】
そこで、所定の負荷やエンジン回転数で設定されている燃焼モードの切替条件にヒステリシスを持たせることで、頻繁な燃焼モード切替を防止する技術が開発されている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００１−１３２４９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１に開示された技術では、負荷とエンジン回転数とからなる燃焼モード切替条件にヒステリシスを持たせており、このようなヒステリシスを常に持たせた状態でいると例えば希薄燃焼モードで運転している際に運転者が強い加速を要求しているときであっても負荷とエンジン回転数がヒステリシスの領域を越えて通常燃焼モードの領域に入らないと通常燃焼モードへの切り替えが行われず、通常燃焼モードへの切り替えが遅れてしまい十分な加速を得られなかったり、ヒステリシスの領域において通常燃焼モードで運転している際に運転者が強い加速を要求していない緩加速状態となっても所定時間経過しなければ希薄燃焼モードに切り換わり難いため希薄燃焼による燃費メリットを享受できないという問題がある。また、加速途中や定常走行中に燃焼モードの切り替えが行われる可能性が高く、トルクショックによるドライバビリティの悪化を伴う。
【０００７】
本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、燃費とドライバビリティの両立を実現することのできる内燃機関の燃焼モード切替制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記した目的を達成するために、請求項１の内燃機関の燃焼モード切替制御装置では、理論空燃比より希薄側の空燃比で燃焼を行う第１の燃焼モードと、該第１の燃焼モードより過濃側の空燃比で燃焼を行う第２の燃焼モードとを切替可能な内燃機関の燃焼モード切替制御装置であって、前記第１の燃焼モードと前記第２の燃焼モードとの切替条件を、前記内燃機関の所定の運転状態に応じて可変設定する燃焼モード切替条件可変手段と、前記車両のシフトチェンジを検出するシフトチェンジ検出手段と、該シフトチェンジ検出手段によりシフトチェンジが検出されると、前記燃焼モード切替条件可変手段により可変設定された燃焼モードの切替条件を一旦初期の状態である第１の燃焼モードが成立し易い条件に戻すリセット手段とを備えたことを特徴としている。
【０００９】
つまり、内燃機関の所定の運転状態に応じて可変設定される燃焼モードの切替条件が、シフトチェンジが検出されると一旦初期の状態である第１の燃焼モードが成立し易い条件にリセットされる。
【発明の効果】
【００１０】
上記手段を用いる本発明の請求項１の内燃機関の燃焼モード切替制御装置によれば、可変設定される燃焼モード切替条件が、シフトチェンジにより初期状態である第１の燃焼モードが成立しやすい条件に戻されるので、燃焼モードの切り替えがシフトチェンジと同時に行われ、運転者が強い加速を望んでない同一シフト内での加速中には燃焼モード切替が起こり難くなり、複雑なモード切替を抑制させることができ、燃費を向上させることができる。
【００１１】
さらに、シフトチェンジ時は動力が遮断されているので、燃焼モード切替によるショックは低減される上、シフトチェンジによるショックと重なり、運転者に不意なショックを与えず、ドライバビリティを向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
図１を参照すると、本発明に係る内燃機関の燃焼モード切替制御装置の概略構成図が示されている。
エンジン１（内燃機関）は、筒内噴射型の４サイクル直列４気筒型エンジンであり、図１にはそのうちの１つの気筒についての縦断面が示されている。なお、他の気筒についても同様の構成をしているものとして図示及び説明を省略する。
【００１３】
図１に示すように、エンジン１の燃焼室２には、点火を行う点火プラグ４と、燃料を燃焼室２内に直接噴射可能な燃料噴射弁６とが臨んでいる。
また、燃焼室２には、エンジン１の略上下方向に延びる吸気ポート８と、エンジン１の略幅方向に延びる排気ポート１０とが連通している。当該吸気ポート８と排気ポート１０には、燃焼室２と吸気ポート８、排気ポート１０との連通と遮断を行う吸気弁１２、排気弁１４がそれぞれ設けられている。さらに、エンジン１の気筒内には上下摺動可能なピストン１６が設けられ、凹部が形成された当該ピストン１６の頂面は燃焼室２の下面をなしている。
【００１４】
ピストン１６はコンロッド１８を介してクランクシャフト２０に連結されている。また、エンジン１にはクランクシャフト２０の回転角、即ちクランク角を検出するクランク角センサ２２が設けられている。
そして、点火プラグ４、燃料噴射弁６、クランク角センサ２２等の各種装置や各種センサ類はＥＣＵ（電子コントロールユニット）３０と電気的に接続されており、当該ＥＣＵ３０は各種センサ類からの各情報に基づき各種装置を作動制御する。
【００１５】
また、ＥＣＵ３０は車速を検出する車速センサ３２、アクセル開度を検出するアクセルポジションセンサ（ＡＰＳ）３４と電気的に接続されている。
以上のような構成のエンジン１は、空燃比を理論空燃比（ストイキ）よりも希薄側の空燃比とし圧縮行程中に燃料噴射を行い層状燃焼させる希薄燃焼モード（第１の燃焼モード）と、当該希薄燃焼モードよりも過濃（理論空燃比近傍）条件で吸気行程中に燃料噴射を行い均一混合燃焼させる通常燃焼モード（第２の燃焼モード）の２つの燃焼モードを切替可能であり、ＥＣＵ３０によってこれら２つの燃焼モードの切替制御が行われる。
【００１６】
なお、エンジン１は吸気行程後半に燃料を噴射もしくは吸気行程・圧縮行程の２回に分けて燃料を噴射して弱成層燃焼を成立させ希薄燃焼モードとすることができる。また、吸気ポートに燃料を噴射するＭＰＩのリーンバーンエンジンにおいては吸気行程後半に燃料噴射をして弱成層燃焼を成立させ希薄燃焼モードとすることができる。
ここで、本発明に係る内燃機関の燃焼モード切替制御装置の燃焼モード切替制御についての第１実施例及び第２実施例を説明する。
【００１７】
まず、第１実施例について説明する。
図２にはエンジン１の負荷及びエンジン回転数に基づき設定された燃焼モードマップが、図３には第１実施例における燃焼モード切替条件の設定制御ルーチン（燃焼モード切替条件可変手段）のフローチャートが、図４には第１実施例における燃焼モード切替制御ルーチンのフローチャートが、図５には第１実施例における燃焼モード切替制御により１０・１５モード試験を行った際のタイムチャートがそれぞれ示されており、以下同図に基づき説明する。
【００１８】
図２の燃焼モードマップには、負荷及びエンジン回転数に基づき希薄燃焼可能な領域が示されている。主に低負荷低回転数側が希薄燃焼モード領域に設定されており、希薄燃焼が不可能な高負荷高回転数側は通常燃焼モード領域に設定されている。
そして、図３に示す燃焼モード切替条件設定制御のフローチャートでは、まず、ステップＳ１において、クランク角センサ２２、ＡＰＳ３４等からエンジン１のエンジン回転数、負荷を算出し、当該エンジン回転数、負荷が図２に示されている燃焼モードマップの希薄燃焼モード領域内にあるか否かを判別する。判別結果が真（Ｙｅｓ）である場合、即ちエンジン回転数、負荷が希薄燃焼モードでの運転が可能な領域内にある場合はステップＳ２に進む。
【００１９】
ステップＳ２では、ＡＰＳ３４より検出されるアクセル開度に基づきアクセル開度の変化率ΔＡＰＳ（以下、アクセル開度変化率ΔＡＰＳという）を算出し、当該アクセル開度変化率ΔＡＰＳが、予め設定されている規定値未満であるか否かを判別する。当該判別により、運転者の加速要求度合いを検出する。判別結果が真（Ｙｅｓ）である場合、即ち運転者が強い加速を望んでない場合は、ステップＳ３に進む。
【００２０】
ステップＳ３では、エンジン１の現在の燃焼モードが希薄燃焼モードまたは車両が停車中であるか否かを判別する。判別結果が真（Ｙｅｓ）である場合はステップＳ４に進む。
ステップＳ４では、燃焼モードの切替条件を第１の切替条件に設定し、当該ルーチンを抜ける。燃焼モードの切替条件は車速の変化率ΔＶｓ（以下、切替ΔＶｓという）と、エンジン回転数の変化率ΔＮｅ（以下、切替ΔＮｅという）に基づいて設定され、第１の切替条件では切替ΔＶｓを所定のΔＶｓ１に、切替ΔＮｅを所定のΔＮｅ１に設定される。なお、当該ΔＶｓ１及びΔＮｅ１は、比較的高い値、即ち希薄燃焼モードを維持する方向の値に設定されている。例えば当該ΔＶｓ１及びΔＮｅ１の値を無限大に設定し希薄燃焼モードを確実に維持するようにしても構わない。
【００２１】
一方、上記ステップＳ１またはステップＳ２の判別結果が偽（Ｎｏ）である場合、即ち負荷が図２の燃焼モードマップにおける希薄燃焼モード領域外にある場合、またはアクセル開度変化率ΔＡＰＳが規定値以上の強い加速を運転者が望んでいるような場合は、ステップＳ５に進む。
ステップＳ５では、燃焼モードの切替条件を第２の切替条件に設定し、当該ルーチンを抜ける。当該第２の切替条件は切替ΔＶｓを所定のΔＶｓ２に、切替ΔＮｅを所定のΔＮｅ２に設定する。なお、当該第２の切替条件ΔＶｓ２、ΔＮｅ２は上記第１の切替条件ΔＶｓ１、ΔＮｅ１よりも低い値、即ち希薄燃焼モードに切り替わり難くなるよう設定されている。例えば当該ΔＶｓ２及びΔＮｅ２の値を０に設定し希薄燃焼モードには切り替らないようにしても構わない。
【００２２】
また、上記ステップＳ３において、判別結果が偽（Ｎｏ）である場合、即ち負荷が希薄燃焼モード領域内にありアクセル開度変化率ΔＡＰＳが規定値未満である場合に、通常燃焼モードで運転しているときには、ステップＳ６に進む。
ステップＳ６では、シフトチェンジが行われたか否かを判別する。当該シフトチェンジの判別は、例えばクランク角センサ２２から検出されるエンジン回転数が一時的に急低下（例えば１００ｍ秒間に２００ｒｐｍ以上低下）したことで判定したり、図示しないクラッチスイッチやトランスミッションＥＣＵ等から検出することで行われる（シフトチェンジ検出手段）。
【００２３】
そして、当該判別結果が真（Ｙｅｓ）である場合、即ちシフトチェンジが行われた場合は、上記ステップＳ４に進み燃焼モード切替条件が第１の切替条件に設定され、当該ルーチンを終了する。一方、判別結果が偽（Ｎｏ）である場合は、上記ステップＳ５に進み燃焼モード切替条件が第２の切替条件に設定され当該ルーチンを終了する。
負荷は希薄燃焼モード領域内にあり、強い加速を望んでいないような場合に通常燃焼モードで運転しているときには、シフトチェンジが行われることで燃焼モード切替条件が第１の切替条件にリセットされる（リセット手段）。
【００２４】
続いて、図４に示す燃焼モード切替制御のフローチャートでは、まずステップＳ１０において、負荷が図２に示されている燃焼モードマップの希薄燃焼モード領域内にあるか否かを判別する。判別結果が真（Ｙｅｓ）である場合はステップＳ１１に進む。
ステップＳ１１では、実際の車速変化率ΔＶｓ（以下、実ΔＶｓという）及び実際の回転数変化率ΔＮｅ（以下、実ΔＮｅという）が、上記燃焼モード切替条件の設定制御によって設定された切替ΔＶｓ及び切替ΔＮｅ未満であるか否かを判別する。判別結果が真（Ｙｅｓ）である場合、即ち実ΔＶｓが切替ΔＶｓ未満且つ実ΔＮｅが切替ΔＮｅ未満である場合は、ステップＳ１２に進む。
【００２５】
ステップＳ１２では、燃焼モードを希薄燃焼モードに設定し当該ルーチンを抜ける。
一方、上記ステップＳ１０、Ｓ１１のいずれかが偽（Ｎｏ）である場合、即ち負荷が希薄燃焼モード領域外にある場合や、燃焼モード切替条件を満たしていない場合は、ステップＳ１３に進む。
ステップＳ１３では、燃焼モードを通常燃焼モードに設定し当該ルーチンを抜ける。
【００２６】
ここで、図５に示すように、当該第１実施例の燃焼モード切替制御により１０・１５モード相当の走行を行うと、まず、図５（ａ）に示すように理想的な走行（加速・定常・減速走行を明確にして走行）を行った場合、定速時と、ほとんどの加速時において希薄燃焼モードで走行される。なお、減速時は燃料カット状態となっている。
そして、図５（ｂ）に示すように実走行、即ち加速・定常・減速走行を曖昧にして走行した場合でも、定速時と、加速初期と急加速時を除いた加速時に希薄燃焼モードで走行され、上記理想的な走行に近い割合で希薄燃焼モードの走行がなされている。従来制御でこの走行を行った場合には、希薄燃焼モードでの走行はほとんどなされかったため、本制御では実走行条件においても大幅な燃費改善を得ることができる。
【００２７】
以上のように、本発明に係る第１実施例では、燃焼モードマップやアクセル開度変化率ΔＡＰＳによって２つの燃焼モード切替条件に可変設定されており、シフトチェンジが検出されると、燃焼モードマップが希薄燃焼領域内であってアクセル開度変化率が規定値未満であるときに通常燃焼モードで走行している場合であっても、第１の切替条件、即ち初期の状態に一旦リセットされる。
【００２８】
これにより、燃焼モードの切り替えがシフトチェンジと同時に行われ、運転者が強い加速を望んでない同一シフト内での加速中には燃焼モード切替が起こり難くなり、複雑なモード切替を抑制させることができ、燃費を向上させることができる。
さらに、シフトチェンジ時は動力が遮断されているので、燃焼モード切替によるショックは低減される上、シフトチェンジによるショックと重なり、運転者に不意なショックを与えず、ドライバビリティを向上させることができる。
【００２９】
また、アクセル開度変化率ΔＡＰＳより運転者の要求する加速度を読み取り、運転者が強い加速を望んでいない場合は、燃焼モードの切替条件が比較的低い値の第１の切替条件とすることで、希薄燃焼モードが維持されやすくなり、希薄燃焼モードでの運転割合を増加させることができ、より燃費を向上させることができる。
また、運転者が強い加速を望んでいるときには燃焼モード切替条件を比較的厳しい第２の切替条件とすることで、希薄燃焼モードに切り替わり難くなり、十分な加速性能を確保することができる。
【００３０】
このように運転者の加速要求度合いに応じて切替条件を可変させることで、運転者の要求に適した燃焼モードが選択・維持されるため、不必要な燃焼モードの切替の回数をさらに低減させることができる。これにより、燃焼モード切替による燃焼不安定や燃費、排ガス悪化、トルクショック等を一層抑制させることができる。
以上のことから、燃費及びドライバビリティの両立を実現させることができる。
【００３１】
次に、第２実施例について説明する。
図６には第２実施例における燃焼モード切替条件の設定制御ルーチンのフローチャートが、図７には第２実施例における燃焼モード切替制御ルーチンのフローチャートがそれぞれ示されており、以下同図に基づき説明する。
図６に示す第２実施例における燃焼モード切替条件設定制御のフローチャートでは、上記第１実施例における図３のフローチャートのシフトチェンジの判別（ステップＳ６）を行わないようにしたものであり、その他の部分は上記実施例１における燃焼モード切替条件の設定制御と共通している。
【００３２】
つまり、図２の燃焼モードマップより負荷が希薄燃焼モード領域内にあり（ステップＳ２０）、アクセル開度変化率が規定値未満であって（ステップＳ２１）、希薄燃焼モードまたは車両停止中であれば（ステップＳ２２）、第１の切替条件ΔＶｓ１、ΔＮｅ１に設定される（ステップＳ２３）。一方、これらの条件（ステップＳ２０〜Ｓ２２）を満たさなければ、第２の切替条件ΔＶｓ２、ΔＮｅ２に設定される。
【００３３】
そして、図７に示す第２実施例における燃焼モード切替制御のフローチャートでは、まずステップＳ３０において、上記図２に示されている燃焼モードマップから負荷が希薄燃焼モード領域内にあるか否かを判別する。判別結果が真（Ｙｅｓ）である場合はステップＳ３１に進む。
ステップＳ３１では、シフトチェンジが行われたか否かを判別する。判別結果が偽（Ｎｏ）である場合、即ちシフトチェンジが行われていない場合は、ステップＳ３２に進む。
【００３４】
ステップＳ３２では、実ΔＶｓ及び実ΔＮｅが、上記燃焼モード切替条件の設定制御によって設定された切替ΔＶｓ及び切替ΔＮｅ未満であるか否かを判別する。判別結果が真（Ｙｅｓ）であれば、ステップＳ３３に進み。
ステップＳ３３では、燃焼モードを希薄燃焼モードに設定し当該ルーチンを抜ける。
そして、上記ステップＳ３０またはステップＳ３２の判別結果が偽（Ｎｏ）である場合、即ち負荷が希薄燃焼モード領域外にある場合、または燃焼モード切替条件を満たしていない場合は、ステップＳ３４に進み燃焼モードを通常燃焼モードにセットして、当該ルーチンを抜ける。
【００３５】
一方、上記ステップＳ３１の判別結果が真（Ｙｅｓ）である場合、即ちシフトチェンジが行われた場合は、ステップＳ３５に進む。
ステップＳ３５では、燃焼モード切替条件の設定を初期状態にリセット、即ち上記燃焼モード切替条件の設定制御で設定された燃焼モード切替条件を解除し、燃焼モードマップのみに基づく燃焼モード切替とする。したがって、当該ステップＳ３５では上記ステップＳ３０における希薄燃焼モード領域の判別が真（Ｙｅｓ）であることから、ステップＳ３３に進み希薄燃焼モードに設定して、当該ルーチンを抜ける。
【００３６】
そして、再度上記燃焼モード切替条件の設定制御により燃焼モード切替条件が設定される。
以上のように、本発明に係る第２実施例では、燃焼モードマップにのみに基づく燃焼モード切替条件を初期の状態とし、燃焼モードマップやアクセル開度変化率ΔＡＰＳによって当該初期の状態から２つの燃焼モード切替条件に可変設定されている。そして、シフトチェンジが検出されると、初期の状態である燃焼モードマップにのみに基づく燃焼モード切替条件に一旦リセットされる。
【００３７】
これにより第２実施例においても上記第１実施例を同様の効果を奏することができる。
以上で本発明に係る内燃機関の燃焼モード切替制御装置の実施形態についての説明を終えるが、実施形態は上記実施形態に限られるものではない。
例えば、上記実施形態では、燃焼モードの切替条件をアクセル開度の変化率ΔＡＰＳによって可変設定させているが、これに限られるものではなく、他の運転状態に応じて可変設定されても構わない。
【００３８】
また、燃焼モードの切替条件は車速の変化率ΔＶｓと、エンジン回転数の変化率ΔＮｅに基づいて行われているが、これに限られるものではなく他の運転状態に基づいて設定されても構わない。
また、上記実施形態では、運転者の加速要求度合いをアクセル開度の変化率ΔＡＰＳより検出しているが、これに限られるものではなく、例えばスロットル開度から検出しても構わない。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明に係る内燃機関の燃焼モード切替制御装置の概略構成図である。
【図２】エンジン負荷及びエンジン回転数に基づき設定された燃焼モードマップである。
【図３】第１実施例における燃焼モード切替条件の設定制御ルーチンのフローチャートである。
【図４】第１実施例における燃焼モード切替制御ルーチンのフローチャートである。
【図５】第１実施例における燃焼モード切替制御により１０・１５モード試験を行った際のタイムチャートである。
【図６】第２実施例における燃焼モード切替条件の設定制御ルーチンのフローチャートである。
【図７】第２実施例における燃焼モード切替制御ルーチンのフローチャートである。
【符号の説明】
【００４０】
１  エンジン（内燃機関）
４  点火プラグ
６  燃料噴射弁
２２  クランク角センサ
３０  ＥＣＵ
３２  車速センサ
３４  アクセル開度センサ（ＡＰＳ）
【図１】
0004497319.tif 000002
【図２】
0004497319.tif 000003
【図３】
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【図４】
0004497319.tif 000005
【図５】
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【図６】
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【図７】
0004497319.tif 000008