(57)【要約】    【課題】  圧縮着火燃焼を行わせるエンジンにおいて、エンジン圧縮系の劣化に対応可能とする。    【解決手段】  低回転側（クランキング時）での圧縮圧力と高回転側（減速燃料カット時）での圧縮圧力とをそれぞれ検出する。低回転側での圧縮圧力の初期値からの低下代Ｘと高回転側での圧縮圧力の初期値からの低下代Ｙとの差が所定値以上の場合に、劣化と判定する。劣化と判定されたときは、エンジン回転数に応じて、着火性を改善するように、燃料噴射量を増量補正する。又は、マイナスオーバーラップ期間を持たせて、筒内温度を上昇させる。又は、火花点火燃焼に切換える。【選択図】  図５
2007040218.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一部の運転領域で圧縮着火燃焼を行わせる内燃機関において、
低回転側での圧縮圧力と高回転側での圧縮圧力とをそれぞれ検出する圧縮圧力検出手段と、
低回転側での圧縮圧力と高回転側での圧縮圧力とに基づいて、機関の圧縮系の劣化を判定する劣化判定手段と、
劣化と判定されたときに、機関回転数に応じて、機関の着火性を改善するように制御する着火性改善制御手段と、
を備えることを特徴とする圧縮着火内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記圧縮圧力検出手段は、クランキング時に低回転側での圧縮圧力を検出し、減速燃料カット時に高回転側での圧縮圧力を検出するものであることを特徴とする請求項１記載の圧縮着火内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記劣化判定手段は、低回転側での圧縮圧力の初期値からの低下代と高回転側での圧縮圧力の初期値からの低下代との差又は比が所定値以上の場合に、劣化と判定することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の圧縮着火内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記着火性改善制御手段は、燃料噴射量を増量補正するものであり、機関回転数に応じて、燃料噴射量の増量補正値を可変制御することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の圧縮着火内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記着火性改善制御手段は、機関回転数と劣化度合とに応じて、燃料噴射量の増量補正値を可変制御することを特徴とする請求項４記載の圧縮着火内燃機関の制御装置。
【請求項６】
前記着火性改善制御手段は、排気行程と吸気行程との間で排気弁と吸気弁とが共に閉となるマイナスオーバーラップ期間を持たせるように制御するものであり、機関回転数に応じて、マイナスオーバーラップ期間を可変制御することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の圧縮着火内燃機関の制御装置。
【請求項７】
前記着火性改善制御手段は、機関回転数と劣化度合とに応じて、マイナスオーバーラップ期間を可変制御することを特徴とする請求項６記載の圧縮着火内燃機関の制御装置。
【請求項８】
前記着火性改善制御手段は、機関回転数が低回転側のときに、圧縮着火燃焼から火花点火燃焼に切換えるものであることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の圧縮着火内燃機関の制御装置。
【請求項９】
前記着火性改善制御手段は、圧縮着火燃焼を行わせる最低回転数を低回転側に変更することにより、前記最低回転数未満で圧縮着火燃焼から火花点火燃焼に切換えるものであることを特徴とする請求項８記載の圧縮着火内燃機関の制御装置。
【請求項１０】
前記着火性改善制御手段は、劣化度合に応じて、低回転側に変更する前記最低回転数を可変制御することを特徴とする請求項９記載の圧縮着火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、少なくとも一部の運転領域にて圧縮着火燃焼（圧縮自己着火燃焼）を行わせる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、所定の運転領域にて、リーン燃焼により優れた燃費及び排気組成が得られる圧縮着火燃焼を行わせ、他の運転領域にて、高出力が得られる火花点火燃焼を行わせるようにした内燃機関が記載されている。
尚、特許文献１に記載の内燃機関では、圧縮着火燃焼から火花点火燃焼へ切換えるときに、吸気絞りや圧縮比低下により機関の筒内温度を低下させることで、円滑に切換えることができるようにしており、温度低下の時間的遅れの間は、燃料リッチ化により燃焼性を良好に維持している。
【特許文献１】特開２００３−１８４６０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記のように圧縮着火燃焼を行わせる内燃機関では、機関の圧縮系の劣化、例えばピストンリングの張力低下やシリンダボアの削れ等を生じると、圧縮圧力の低下により、着火性が悪化し、特に低回転側で影響が顕著となる。
従って、機関の圧縮系の劣化を的確に検出し、対策を講じる必要がある。これが本発明の課題である。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明では、低回転側での圧縮圧力と高回転側での圧縮圧力とに基づいて、機関の圧縮系の劣化を判定し、劣化と判定されたときに、機関回転数に応じて、機関の着火性を改善するように制御する構成とする。
【発明の効果】
【０００５】
本発明によれば、機関の圧縮系の劣化による圧縮圧力の低下は低回転側ほど大きく、高回転側ほど小さいことから、低回転側での圧縮圧力と高回転側での圧縮圧力とに基づいて、劣化を的確に検出することができ、また、低回転側ほど圧縮圧力の低下により着火性が悪化するので、劣化と判定されたときに、機関回転数に応じて、機関の着火性を改善するように制御することにより、的確に対策できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明の一実施形態を示す内燃機関（エンジン）のシステム図である。
シリンダヘッド１、シリンダブロック２及びピストン３によって画成される燃焼室４は、吸気弁５を介して吸気ポート６と接続され、また排気弁７を介して排気ポート８と接続されている。吸気弁５及び排気弁７の開閉時期は、それぞれ、可変動弁装置９、１０により制御可能である。
【０００７】
燃焼室４内には、燃料噴射弁１１と、点火プラグ１２とが臨んでいる。燃料噴射弁１１は吸気ポート６に配置してもよい。点火プラグ１２は火花点火燃焼用である。
燃料噴射弁１１、点火プラグ１２、可変動弁装置９、１０の作動は、エンジンコントロールユニットユニット（ＥＣＵ）１３により制御される。
ＥＣＵ１３には、クランク角センサ１４により検出されるエンジン回転数Ｎｅ、アクセル開度センサ（図示せず）により検出されるアクセル開度ＡＰＯ、エアフローメータ（図示せず）により検出される吸入空気量Ｑａの他、燃焼室４内に臨ませた筒内圧センサ１５により検出される筒内圧力Ｐｃ等の情報が入力されている。
【０００８】
本実施形態のエンジンでは、比較的低負荷側の所定の運転領域（図４参照）にて、必要により吸気通路に設けた吸気加熱装置（ヒータ、過給機など）により吸気温度を上昇させつつ、圧縮着火燃焼を行わせ、このとき空燃比をリーン化することで、燃費を節減する。
その一方、高負荷側やアイドル運転域など、他の運転領域では、点火プラグ１２を用いて、火花点火燃焼を行わせ、高出力やアイドル安定性を確保する。
【０００９】
ところで、エンジンの圧縮系の劣化、例えばピストンリングの張力の低下や、シリンダボアの削れ等を生じると、圧縮着火燃焼を行わせる際に、所望の圧縮圧力が得られなくなって、着火性が悪化することがある。この場合、エンジン回転数が低いときほど、圧縮圧力の低下代が大となり、圧縮着火燃焼への影響が大きくなる一方、エンジン回転数が高いときは、圧縮圧力の低下代は少なく、圧縮着火燃焼への影響も小さくなる（図５参照）。
【００１０】
そこで、本発明では、低回転側及び高回転側での圧縮圧力（モータリング筒内圧）をそれぞれ検出し、低回転側での圧縮圧力の初期値からの低下代が高回転側での圧縮圧力の初期値からの低下代に比べて大きくなったときに、エンジンの圧縮系の劣化と判定する。そして、劣化と判定されたときは、エンジン回転数に応じて、エンジンの着火性を改善するように、例えば燃料噴射量を増量補正する増量補正値を可変制御する。
【００１１】
具体的な制御をフローチャートによって説明する。
図２は低回転側での圧縮圧力の低下代Ｘと高回転側での圧縮圧力の低下代Ｙとをそれぞれ算出・記憶するルーチンのフローチャートであり、所定時間毎に実行される。本ルーチンが圧縮圧力検出手段に相当する。
Ｓ１では、低回転側での圧縮圧力の検出条件（低回転かつ非燃焼の条件）として定めたクランキング時か否かを判定し、クランキング時である場合に、Ｓ２、Ｓ３の処理を実行する。
【００１２】
Ｓ２では、筒内圧センサを用いて、クランキング時の筒内圧力（圧縮上死点近傍での値もしくはピーク値）を検出することにより、低回転側での圧縮圧力Ｐ１を検出する。
Ｓ３では、低回転側での圧縮圧力の初期値Ｐ０からの低下代Ｘ＝Ｐ０−Ｐ１を算出し（図５参照）、バックアップＲＡＭに記憶する。このとき、前回までの記憶値との加重平均をとり、これを新たな記憶値とすると、学習精度を向上させることができる。
【００１３】
Ｓ４では、高回転側での圧縮圧力の検出条件（高回転かつ非燃焼の条件）として定めた減速燃料カット時か否かを判定し、減速燃料カット時である場合に、Ｓ５、Ｓ６の処理を実行する。尚、減速燃料カットは、エンジン回転数が所定の燃料カット回転数以上の状態で、アクセル開度が０になったときに行われる。
Ｓ５では、筒内圧センサを用いて、減速燃料カット時の筒内圧力（圧縮上死点近傍での値もしくはピーク値）を検出することにより、高回転側での圧縮圧力Ｐ２を検出する。
【００１４】
Ｓ６では、高回転側での圧縮圧力の初期値Ｐ０からの低下代Ｙ＝Ｐ０−Ｐ２を算出し（図５参照）、バックアップＲＡＭに記憶する。このときも、前回までの記憶値との加重平均をとり、これを新たな記憶値とすると、学習精度を向上させることができる。
尚、クランキング時や減速燃料カット時に圧縮圧力を検出する際に、常にほぼ同じ基準回転数で検出するようにしてもよいし、基準回転数と実際の回転数との差に応じて、圧縮圧力を補正するようにしてもよい。
【００１５】
図３はエンジン圧縮系の劣化対応制御を含む燃焼制御ルーチンのフローチャートであり、所定時間毎に実行される。
Ｓ１１では、図４のマップを参照し、現在の運転条件（エンジン回転数Ｎｅ及び負荷；負荷としては、アクセル開度ＡＰＯ、エンジントルクなど）から、圧縮着火燃焼領域か、火花点火燃焼領域かを判定する。
【００１６】
圧縮着火燃焼領域の場合は、Ｓ１２へ進み、低回転側での圧縮圧力の低下代Ｘと高回転側での圧縮圧力の低下代Ｙとを読込み、これらの差（Ｘ−Ｙ）が所定値より大きいか否かを判定する。
Ｘ−Ｙ＜所定値の場合には、エンジン圧縮系の劣化無しと判定して、Ｓ１３へ進み、通常の圧縮着火燃焼を行わせる。
【００１７】
Ｘ−Ｙ≧所定値の場合には、エンジン圧縮系の劣化有りと判定して、Ｓ１４へ進む。
図５に示されるように、エンジン圧縮系の劣化による圧縮圧力の低下は低回転側ほど大きく、高回転側ほど小さいことから、低回転側での圧縮圧力の低下代Ｘと、高回転側での圧縮圧力の低下代Ｙとに基づいて、これらの差（Ｘ−Ｙ）が所定値以上の場合は、劣化と判定できる。尚、これらの比（Ｘ／Ｙ）が所定値以上の場合に、劣化と判定するようにしてもよい。
【００１８】
Ｓ１４では、図６のマップを参照し、エンジン回転数Ｎｅと、劣化度合に相当する低回転側で圧縮圧力の低下代Ｘとに応じて、燃料噴射量の増量補正値（燃料増量補正値）を算出する。尚、劣化度合として、Ｘ−Ｙ、又は、Ｘ／Ｙを用いてもよい。
ここで、燃料増量補正値は、エンジン回転数Ｎｅが低いほど、劣化による圧縮圧力の低下が大となって着火性が悪化することから、着火性を改善するように、大きな値とし、また、劣化度合（低回転側での圧縮圧力の低下代Ｘ）が大きいほど、圧縮圧力の低下が大となって着火性が悪化することから、着火性を改善するように、大きな値とする。
【００１９】
そして、Ｓ１５へ進み、通常の圧縮着火燃焼に比べ、前記燃料増量補正値の分、燃料噴射量を増量した上で、圧縮着火燃焼を行わせる。
図７は投入燃料と圧縮着火可能な筒内圧力との関係を示したもので、燃料噴射量の増量補正によって投入燃料を増加させることで、圧縮着火可能な筒内圧力が低下し、エンジン圧縮系の劣化の下でも、圧縮着火燃焼が可能となることがわかる。
【００２０】
Ｓ１１での判定で火花点火燃焼領域の場合は、Ｓ１６へ進み、点火プラグを用いて、火花点火燃焼を行わせる。
本実施形態においては、図３のルーチンのＳ１２の部分が劣化判定手段に相当し、Ｓ１４、Ｓ１５の部分が着火性改善制御手段に相当する。
本実施形態によれば、エンジン圧縮系の劣化による圧縮圧力の低下は、低回転側ほど大きく、高回転側ほど小さく、エンジン回転数に対して感度を持つことから、低回転側での圧縮圧力と高回転側での圧縮圧力とに基づいて、エンジン圧縮系の劣化を判定することにより、的確に判定することができる。
【００２１】
また、本実施形態によれば、エンジン圧縮系の劣化による圧縮圧力の低下は、低回転側ほど大きく、高回転側ほど小さいことから、低回転側ほど圧縮圧力の低下により着火性が悪化するので、劣化と判定されたときに、エンジン回転数に応じて、エンジンの着火性を改善するように制御することにより、的確に対策できる。
また、本実施形態によれば、クランキング時に低回転側での圧縮圧力を検出し、減速燃料カット時に高回転側での圧縮圧力を検出することにより、エンジン圧縮系の劣化と関連する低回転側及び高回転側での圧縮圧力を的確に検出できる。
【００２２】
また、本実施形態によれば、低回転側での圧縮圧力の初期値からの低下代Ｘと高回転側での圧縮圧力の初期値からの低下代Ｙとの差（Ｘ−Ｙ）又は比（Ｘ／Ｙ）が所定値以上の場合に、劣化と判定することにより、劣化を的確に判定できる。
また、本実施形態によれば、着火性の改善を燃料噴射量を増量補正することによって行い、エンジン回転数に応じて、燃料噴射量の増量補正値を可変制御することにより、エンジン圧縮系の劣化による着火性の悪化を確実に回避することができる。
【００２３】
また、本実施形態によれば、エンジン回転数と劣化度合とに応じて、燃料噴射量の増量補正値を可変制御することにより、過不足のない補正が可能となる。
次に本発明の他の実施形態について説明する。本実施形態は、図３のフローに代えて、図８のフローを用いるものである。
図８は本実施形態でのエンジン圧縮系の劣化対応制御を含む燃焼制御のフローチャートであり、図３のフローと同一部分には同一符号を付して、異なる部分についてのみ説明する。
【００２４】
Ｓ１２での判定で、Ｘ−Ｙ≧所定値の場合には、エンジン圧縮系の劣化有りと判定して、Ｓ１７へ進む。
Ｓ１７では、図９のマップを参照し、エンジン回転数Ｎｅと、劣化度合に相当する低回転側で圧縮圧力の低下代Ｘとに応じて、マイナスオーバーラップ量（マイナスＯ／Ｌ量）を算出する。
【００２５】
マイナスオーバーラップとは、排気行程と吸気行程との間で排気弁と吸気弁とが共に閉となる期間を持たせることであり、可変動弁装置により排気弁の閉時期を早め、及び／又は、吸気弁の開時期を遅らせることで、実現でき、マイナスオーバーラップを持たせることで、内部ＥＧＲ量（残ガス量）の増加により、筒内温度を上昇できる。
ここで、マイナスオーバーラップ量（期間の長さ）は、エンジン回転数Ｎｅが低いほど、劣化による圧縮圧力の低下が大となって着火性が悪化することから、着火性を改善するように、大きな値とし、また、劣化度合（低回転側での圧縮圧力の低下代Ｘ）が大きいほど、圧縮圧力の低下が大となって着火性が悪化することから、着火性を改善するように、大きな値とする。
【００２６】
そして、Ｓ１８へ進み、通常の圧縮着火燃焼に比べ、前記マイナスオーバーラップ量の分、マイナスオーバーラップ期間を持たせた上で、圧縮着火燃焼を行わせる。
図１０はマイナスオーバーラップ量と筒内温度との関係を示したもので、マイナスオーバーラップ期間を持たせて、これを大きくすることで、内部ＥＧＲの増加により、筒内温度が上昇し、エンジン圧縮系の劣化の下でも、圧縮着火燃焼が可能となることがわかる。
【００２７】
本実施形態においては、図８のルーチンのＳ１７、Ｓ１８の部分が着火性改善制御手段に相当する。
特に本実施形態によれば、着火性の改善をマイナスオーバーラップ期間を持たせることによって行い、エンジン回転数に応じて、マイナスオーバーラップ期間を可変制御することにより、エンジン圧縮系の劣化による着火性の悪化を低回転側ほど筒内温度を上昇させることによって確実に回避することができる。
【００２８】
また、特に本実施形態によれば、エンジン回転数と劣化度合とに応じて、マイナスオーバーラップ期間を可変制御することにより、過不足のない制御が可能となる。
次に本発明の更に他の実施形態について説明する。本実施形態は、図３のフローに代えて、図１１のフローを用いるものである。
図１１は本実施形態でのエンジン圧縮系の劣化対応制御を含む燃焼制御のフローチャートであり、図３のフローと同一部分には同一符号を付して、異なる部分についてのみ説明する。
【００２９】
Ｘ−Ｙ≧所定値の場合には、エンジン圧縮系の劣化有りと判定して、Ｓ１９へ進む。
Ｓ１９では、図１２のテーブルを参照し、劣化度合に相当する低回転側で圧縮圧力の低下代Ｘに応じて、圧縮着火燃焼の最低回転数Ｎmin を算出する。
圧縮着火燃焼の最低回転数Ｎmin とは、図５の圧縮着火燃焼領域における低回転側の境界値（限界値）に相当するものであり、これ未満の回転数では、火花点火燃焼に切換えるられる。
【００３０】
ここで、圧縮着火燃焼の最低回転数Ｎmin は、劣化度合（低回転側での圧縮圧力の低下代Ｘ）が大きいほど、圧縮圧力の低下が大となって着火性が悪化することから、より広い範囲で、着火性を改善するように（着火性に優れる火花点火燃焼へ切換えるように）、高回転側の値とする。
そして、Ｓ２０へ進んで、現在のエンジン回転数Ｎｅを読込み、これを前記最低回転数Ｎmin と比較し、Ｎｅ＜Ｎmin か否かを判定する。
【００３１】
この判定の結果、ＮＯ、すなわち、Ｎｅ≧Ｎmin の場合は、圧縮着火燃焼が可能であると判定し、Ｓ１３へ進んで、圧縮着火燃焼を行わせる。
Ｓ２０での判定の結果、ＹＥＳ、すなわち、Ｎｅ＜Ｎmin の場合は、圧縮着火燃焼が困難であると判定し、Ｓ１６へ進んで、火花点火燃焼を行わせる。
本実施形態においては、図３のルーチンのＳ１９，Ｓ２０→Ｓ１６の部分が着火性改善制御手段に相当する。
【００３２】
特に本実施形態によれば、着火性の改善を、エンジン回転数が低回転側のときに、圧縮着火燃焼から火花点火燃焼に切換えることによって行うことにより、エンジン圧縮系の劣化による着火性の悪化を確実に回避することができる。
また、特に本実施形態によれば、着火性の改善に際し、圧縮着火燃焼を行わせる最低回転数Ｎmin を低回転側に変更することにより、前記最低回転数Ｎmin 未満で圧縮着火燃焼から火花点火燃焼に切換えることにより、簡単で的確な制御を実現できる。
【００３３】
また、特に本実施形態によれば、劣化度合に応じて、前記最低回転数Ｎmin を可変制御することにより、劣化度合を考慮した制御が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の一実施形態を示すエンジンのシステム図
【図２】圧縮圧力の低下代Ｘ、Ｙの算出・記憶ルーチンのフローチャート
【図３】劣化対応制御を含む燃焼制御ルーチンのフローチャート
【図４】圧縮着火燃焼／火花点火燃焼を行わせる運転領域マップの概略図
【図５】劣化によるエンジン回転数と圧縮圧力との関係の変化を示す図
【図６】燃料増量補正値のマップの概略図
【図７】投入燃料と圧縮着火可能な筒内圧力との関係を示す図
【図８】本発明の他の実施形態（燃焼制御ルーチン）のフローチャート
【図９】マイナスオーバーラップ量のマップの概略図
【図１０】マイナスオーバーラップ量と筒内温度との関係を示す図
【図１１】本発明の更に他の実施形態（燃焼制御ルーチン）のフローチャート
【図１２】圧縮着火燃焼最低回転数のテーブルの概略図
【符号の説明】
【００３５】
４  燃焼室
５  吸気弁
７  排気弁
９、１０  可変動弁装置
１１  燃料噴射弁
１２  点火プラグ
１３  ＥＣＵ
１４  クランク角センサ
１５  筒内圧センサ
【図１】
2007040218.tif 000003
【図２】
2007040218.tif 000004
【図３】
2007040218.tif 000005
【図４】
2007040218.tif 000006
【図５】
2007040218.tif 000007
【図６】
2007040218.tif 000008
【図７】
2007040218.tif 000009
【図８】
2007040218.tif 000010
【図９】
2007040218.tif 000011
【図１０】
2007040218.tif 000012
【図１１】
2007040218.tif 000013
【図１２】
2007040218.tif 000014