(57)【要約】【課題】  層状希薄燃焼運転が可能なスプレーガイド直噴エンジンのノッキングを良好に抑制して安定燃焼とドライバビリティーの向上を図る。【解決手段】  燃料噴射弁１３から点火プラグ１２に指向して噴射された燃料１７に直接点火することで層状希薄燃焼運転が可能な筒内噴射型の内燃機関１を制御する制御装置において、内燃機関のノッキングを検出するノック検出手段２３と、層状希薄燃焼運転中に、ノック検出手段によってノッキングが検出されたときに燃料噴射弁１３の目標燃料噴射時期と点火プラグ１２の目標点火時期とを同時に等しく遅角側に制御手段２０で変更する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料噴射弁から点火プラグに指向して噴射された燃料に直接点火することで層状希薄燃焼運転が可能な筒内噴射型の内燃機関を制御する内燃機関の制御装置において、
前記内燃機関のノッキングを検出するノック検出手段と、
前記層状希薄燃焼運転中に、前記ノック検出手段によってノッキングが検出されたときに前記燃料噴射弁の目標燃料噴射時期と前記点火プラグの目標点火時期とを同時に等しく変更する制御手段とを備えたことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
請求項１記載の内燃機関の制御装置において、
前記制御手段は、前記ノック検出手段によりノッキングが検出された場合には、前記目標燃料噴射時期と前記目標点火時期とを同時に等しく遅角して前記燃料噴射装置および前記点火プラグをそれぞれ制御することを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項３】
請求項２記載の内燃機関の制御装置において、
前記ノック検出手段で検出されたノッキング情報に基づきノッキング強度を導出するノック強度導出手段を有し、
前記制御手段は、前記ノック強度導出手段で導出されたノッキング強度が大きくなる程、前記目標燃料噴射時期と前記目標点火時期に対する遅角度合い大きくして前記燃料噴射装置および前記点火プラグをそれぞれ制御することを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項４】
請求項３記載の内燃機関の制御装置において、
前期制御手段は、前記層状希薄燃焼運転中でない場合、前記ノック強度導出手段で導出されたノッキング強度が大きくなる程、前記目標点火時期だけを遅角して前記点火プラグを制御することを特徴とする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、内燃機関の制碑装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
層状希簿燃焼運転が可能な筒内噴射型のガソリンエンジンが実用化されている。このような筒内噴射型のガソリンエンジンでは、一般にピストン上面に凹部を形成し、ピストン上面の凹部に向けて燃料を噴射できるように燃料噴射弁が配設されているとともに、ピストン上面の凹部内に点火プラグの先端が位置するように点火プラグが配設されている。
【０００３】
これにより、燃焼室内へ噴射された燃料は、点火プラグ回りにおいては空燃比が比較的リッチとなり、点火プラグから離れた箇所においては超リーンの雰囲気を形成することで、燃焼室内に層状希薄状態を形成し、この状態で点火プラグが点火することで、燃焼室全体としてはリーンな空燃比であっても安定して運転できるようになっている。
【０００４】
一方、上述の一般的な筒内噴射型のエンジンとは別に、スプレーガイド方式と呼ばれる筒内噴射型ガソリンエンジン(以下、「スプレーガイド直噴エンジン」という)も開発されている。このスプレーガイド直噴エンジンは、燃焼室の上面に設けられた点火プラグヘ向けて燃料を直接的に噴射することで、燃焼室内に層状希薄状態を形成することができる筒内噴射型のガソリンエンジンとしては例えば、特許文献１においてその技術が開示されている。
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−５４２４６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、スプレーガイド直噴エンジンは、上述のように、一般的なポート噴射型のエンジンや一般的な筒内噴射型エンジンとは技術思想が大きく異なっているため、これらの従来型のエンジンと同様の制御を実行したとしても安定した状態で運転することは困難である。すなわち、スプレーガイド直噴エンジンでは燃料噴射弁から点火プラグに向かって噴射された燃料噴霧が点火プラグに到達してから通り抜けるまでの間に点火する燃焼形態であるので、ノックキングが発生した場合、従来のように点火時期だけを変更しても、それを良好に解消することは難しい。  
本発明は、層状希薄燃焼運転が可能なスプレーガイド直噴エンジンのノッキングを良好に抑制して安定燃焼とドライバビリティーの向上を図れる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、請求項１の発明は、燃料噴射弁から点火プラグに指向して噴射された燃料に直接点火することで層状希薄燃焼運転が可能な筒内噴射型の内燃機関を制御する内燃機関の制御装置において、内燃機関のノッキングを検出するノック検出手段と、層状希薄燃焼運転中に、ノック検出手段によってノッキングが検出されたときに燃料噴射弁の目標燃料噴射時期と点火プラグの目標点火時期とを同時に等しく変更する制御手段とを備えたことを特徴としている。
【０００８】
請求項２の発明は、ノック検出手段によりノッキングが検出された場合には、目標燃料噴射時期と目標点火時期とを同時に等しく遅角して燃料噴射装置および点火プラグを制御手段でそれぞれ制御することを特徴としている。
【０００９】
請求項３の発明は、ノック検出手段で検出されたノッキング情報に基づきノッキング強度を導出するノック強度導出手段を有し、ノック強度導出手段で導出されたノッキング強度が大きくなる程、目標燃料噴射時期と前記目標点火時期に対する遅角度合い大きくして燃料噴射装置および点火プラグを、制御手段がそれぞれ制御することを特徴としている。
【００１０】
請求項４の発明は、前記層状希薄燃焼運転中でない場合、ノック強度導出手段で導出されたノッキング強度が大きくなる程、目標点火時期だけを遅角して点火プラグを制御手段で制御することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、燃料噴射弁の目標燃料噴射時期と点火プラグの目標点火時期とをノック検出手段によってノッキングが検出されたときに同時に等しく変更することで、燃料噴射弁から点火プラグに指向して噴射された燃料が層状希薄状態で点火プラグ近傍に存在する状態で点火プラグを点火することで層状希薄燃焼運転が可能な筒内噴酎型の内燃機関(いわゆる、スプレーガイド直噴エンジン)のノッキングを容易に抑制でき、安定燃焼とドライバビリティーの向上を図ることができる。
【００１２】
本発明によれば、スプレーガイド直噴エンジンにノッキングが生じた場合には、基準燃料噴射時期および基準点火時期からそれぞれ等しく遅角することで得られた目標燃料噴射時期および目標点火時期に従って燃料噴射弁および点火プラグを制御するので、確実にスプレーガイド直噴エンジンのノッキングを抑制でき、より安定燃焼とドライバビリティーの向上を図ることができる。
【００１３】
本発明によれば、ノック強度導出手段で導出されたノッキング強度が大きくなる程、目標燃料噴射時期と目標点火時期に対する遅角度合い大きくして燃料噴射装置および点火プラグを制御するので、より確実にスプレーガイド直噴エンジンのノッキングを抑制でき、より安定燃焼とドライバビリティーの向上を図ることができる。
【００１４】
本発明によれば、燃料噴射弁から点火プラグに指向して噴射された燃料に直接点火する層状希薄燃焼運転中でない場合、ノック強度導出手段で導出されたノッキング強度が大きくなる程、目標点火時期だけを遅角して点火プラグを制御するので、層状希薄燃焼運転とそれ以外の運転時におけるノッキングの発生を抑制でき、安定燃焼とドライバビリティーの向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。図１に示す内燃機関１は、スプレーガイド方式の筒内噴射型ガソリンエンジン(以下、「スプレーガイド直噴エンジン１」と記す)である。このスプレーガイド直噴エンジン１の燃焼室７は、シリンダブロック２に形成されている円筒状のシリンダ３と、シリンダ３に上下摺動自在に嵌挿されているピストン５の頂面と、シリンダブロック３の上部に載置されているシリンダヘッド６の下面とに囲まれて形成されている。
【００１６】
シリンダヘッド６には、燃焼室７につながる吸気ポート８を開閉する吸気バルブ９と排気ポート１０を開閉する排気バルブ１１とがそれぞれ設けられるとともに、吸気ポート８と排気ポート１０との間に燃焼室７に電極部１２ａが突出するように点火プラグ１２が設けられている。吸気ポート８の下方には、点火プラグ１２の電極部１２ａへ指向して燃料（ガソリン）を噴射する燃料噴射弁１３が備えられている。燃料噴射弁１３は、燃料配管１４を介して燃料タンク１５内と接続している。燃料タンク１５内には燃料が貯留されていて、図示しない送圧ポンプによって汲み上げられた後、高圧ポンプ１６によって加圧されて燃料噴射弁１３に供給される。燃料噴射弁１３は、図示しない電磁アクチュエータを駆動することで燃料が噴射される電子式のものである。
【００１７】
スプレーガイド直噴エンジン１は、その運転を全般的に制御する制御手段となるエンジンコントロールユニット（以下「ＥＣＵ」）２０を備えている。ＥＣＵ２０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、タイマ、及びインターフェースを備えた周知のコンピュータで構成されている。ＥＣＵ２０の入力側には、エンジン回転数Ｎｅを検出するエンジン回転検出手段２１と、図示しないアクセルペダルの操作開度であるアクセル開度θを検出するアクセル開度センサ２２と、スプレーガイド直噴エンジン１のノッキングを検出するノック検出手段２３が電気的に接続されている。ＥＣＵ２０の出力側には点火プラグ１２、燃料噴射弁１３が電気的に接続されている。ノック検出手段２３には、シリンダブロックの振動状態からノッキングを検出するタイプ、あるいは燃焼室７内の圧力状態からノッキング状態を検出するタイプの周知のものが用いられている。
【００１８】
ＥＣＵ２０は、エンジン回転数Ｎｅとアクセル開度θから層状希薄燃焼運転領域を判断する運転領域判定手段２０１と、ノック検出手段２３によって検出された信号からノック状態を判定するノック判定手段２０２と、エンジン回転数Ｎｅとアクセル開度θから燃料噴射弁１３の目標燃料噴射時期と点火プラグ１２の目標点火時期とを算出する燃料噴射・点火時期算出部２０３と、ノック検出手段２３で検出された情報に基づきノッキング強度を導出するノック強度導出手段２０４を備えている。
【００１９】
運転領域判定手段２０１は、例えば図２に示す縦軸に負荷情報となるアクセル開度θ、横軸にエンジン回転数Ｎｅとするマップで構成されている。燃料噴射・点火時期算出部２０３によって算出される基準燃料噴射時期および基準点火時期は図３に符号Ｐ１で示す「マッチング点」といい、ここのマッチング点Ｐ１は層状希薄燃焼運転時における安定燃焼領域となるように設定されている。ＥＣＵ２０は、スプレーガイド運転領域においては圧縮行程中の上死点近傍で燃料噴射弁１３を駆動して圧縮行程噴射を実行するとともに、通常運転領域では吸気行程で燃料噴射弁１３を駆動して吸気行程噴射を実行する。
【００２０】
ノック強度導出手段２０４は、ノック強度が強くなる程、燃料噴射・点火時期算出部２０３で算出された目標燃料噴射時期と目標点火時期に対する遅角度合いが大きくなる図４に示すマップから構成されている。ＥＣＵ２０のＲＯＭにはノッキングであるか否かを判断するノック判定値が予め設定されている。
【００２１】
ＥＣＵ２０は、燃料噴射・点火時期制御部２０３で算出された点火プラグ１２によって点火される目標点火時期と燃料噴射弁１３によって燃料が噴射される目標燃料噴射時期とを設定して、そのタイミングで点火プラグ１２と燃料噴射弁１３とを駆動する。ＥＣＵ２０は、スプレーガイド直噴エンジン１が層状希薄燃焼運転中であり、ノック検出手段２３によってノッキングが検出されると、目標燃料噴射時期及び目標点火時期を同時に等しく変更する。具体的には同量遅角して、遅角した値を新たな目標燃料噴射時期および目標点火時期とし、点火プラグ１２及び燃料噴射弁１３を駆動するように制御する。ＥＣＵ２０はノック強度導出手段２０４で導出されたノッキング強度が大きくなる程、目標燃料噴射時期と目標点火時期に対する遅角度合いを大きくし、点火プラグ１２と燃料噴射弁１３をそれぞれ制御する。このような目標点火時期と目標燃料噴射時期との遅角制御は、単位時間(例えば、０．１秒)毎に繰り返し実行されるようになっている。つまり、燃料噴射弁１３によって実際に燃料が噴射される時期および点火プラグ１２によって実際に点火される時期を遅くすることができるようになっている。
【００２２】
このような構成の内燃機関の制御装置における制御について図５に示すフローチャートに沿って説明する。スプレーガイド直噴エンジン１が始動すると、ＥＣＵ２０は、図５のステップＳ１で示すように、センサからの各種情報を取込む。この中にはエンジン回転数Ｎｅ、アクセル開度θ、ノッキング信号が含まれている。
【００２３】
ステップＳ２では、エンジン回転数Ｎｅ、アクセル開度θから目標点火時期と目標燃料噴射時期を図示しないマップから算出し、マッチング点Ｐ１を得て、ここで得られたマッチング点Ｐ１を目標燃料噴射時期および目標点火時期として設定する。
【００２４】
ステップＳ３では、ノック検出手段２３からの信号と予め設定されているノック判定値とを比較し、検出信号がノック判定値を超えている場合にはノッキング発生と判定してステップＳ４に進み、検出信号がノック判定値を超えていない場合にはノッキング発生でないとしてこの制御を終了する。
【００２５】
ステップＳ４では、ノック検出手段２３の検出信号とノック判定値との差からノッキング強度を算出し、図４に示す遅角マップに基づき遅角度合いを導出する。この場合、遅角度合いが高くなるほど遅角の角度が大きくなり、少なくなるほど小さくなる。
【００２６】
ステップＳ５では、図２に示すマップを用いてスプレーガイド燃焼領域か否かを判定する。ここでエンジン回転数Ｎｅ、アクセル開度θによる値がスプレーガイド燃焼領域内に位置する場合にはステップＳ６に進む。ステップＳ６では、目標点火時期と目標燃料噴射時期をノッキング強度に応じた分だけ遅角するように変更する。すなわち、図３に示すように（マッチング点Ｐ１）遅角側に移動させる。そして、ステップＳ７において変更された目標点火時期と目標燃料噴射時期で点火プラグ１２と燃料噴射弁１３を駆動する。
【００２７】
一方、ステップＳ５においてスプレーガイド燃焼領域でない場合（通常燃焼領域）にはステップＳ８に進む。ステップＳ８ではスプレーガイド燃焼ではないので、目標燃料噴射時期は変更せずに、周知のノッキング抑制制御と同様に目標点火時期だけをノッキング強度に応じた分だけ遅角するように変更する。そして、ステップＳ９において変更された目標点火時期と通常の目標燃料噴射時期で点火プラグ１２と燃料噴射弁１３を駆動する。
【００２８】
スプレーガイド直噴エンジン１は、一般的なポート噴射型のエンジンや一般的な筒内噴射型のエンジンに比べ、その安定燃焼領域が狭いため、点火時期と燃料噴射時期との相関性が強い特性を有しているので、ノッキングの制御が難しい。この点について図３を用いて説明する。アクセル開度θが同一であり、且つ、走行条件や積載重量など、エンジンに対する負荷が一定であればエンジン回転数Ｎｅの変動は理論上生じないはずである。しかし、実際にはエンジン回転数Ｎｅは微妙に変動しており、また、この変動量は点火時期と燃料噴射時期とに相関している。この点は、スプレーガイド直噴エンジン１であっても、ポート噴射型などの一般的なエンジンであっても同様である。
【００２９】
しかしながら、スプレーガイド直噴エンジン１の場合は、その相関性が一般的なポート噴射型のエンジンなどよりも強く、図３の斜線で示す領域のように、スプレーガイド直噴エンジン１の回転数Ｎｅが比較的安定する点火時期と燃料噴射時期との関係は略１対１となるのである。これは、スプレーガイド直噴エンジン１が、燃料であるガソリンを点火プラグ１２に対して直接的に噴霧し、噴霧された燃料に対して着火するようになっているためである。
【００３０】
また、図３中符号Ｐ…で示す箇所は、基準となる目標点火時期及び目標燃料噴射時期、即ち、上述のマッチング点である。そして、このマッチング点から、点火時期および燃料噴射時期を同時に且つ同一の割合で遅角させると、スプレーガイド直噴エンジン１のノッキングが抑制されて回転安定性が向上する。
【００３１】
このように、燃料噴射弁１３の目標燃料噴射時期と点火プラグ１２の目標点火時期とをノック検出手段２３によってノッキングが検出されたときに同時に等しく変更することで、燃料噴射弁１３から点火プラグ１２に指向して噴射された燃料噴霧１７が点火プラグ近傍に存在する状態で点火プラグ１２を点火することができる。これにより、スプレーガイド直噴エンジン１のノッキングによる振動を容易に抑制でき、安定燃焼とドライバビリティーの向上を図ることができる。
【００３２】
以上の如く、本実施形態によれば、スプレーガイド直噴エンジン１にノッキングが生じた場合、基準燃料噴射時期および基準点火時期からそれぞれ等しく遅角することで得られた目標燃料噴射時期および目標点火時期に従って燃料噴射弁１３および点火プラグ１２を制御するので、確実にスプレーガイド直噴エンジン１のノッキングによる振動を抑制でき、より安定燃焼とドライバビリティーの向上を図ることができる。
【００３３】
また、ノック強度導出手段２０４で導出されたノッキング強度が大きくなる程、目標燃料噴射時期と目標点火時期（マッチング点）に対する遅角度合い大きくして燃料噴射装置および点火プラグを制御するので、より確実にスプレーガイド直噴エンジン１のノッキングを抑制では、より安定燃焼とドライバビリティーの向上を図ることができる。層状希薄燃焼運転中でない場合、ノック強度導出手段２０４で導出されたノッキング強度が大きくなる程、目標点火時期だけを遅角して点火プラグ１２を遅角制御するので、層状希薄燃焼運転とそれ以外の運転時におけるノッキングの発生を抑制でき、安定燃焼とドライバビリティーの向上を図ることができる。
【００３４】
上記実施形態では燃料噴射弁１３を燃焼室７の側方に配置したが、本発明はこれに限定されるものではなく、燃料噴射弁を燃焼室の中央に配置したタイプにも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の実施形態にかかるスプレーガイド方式の筒内噴射型内燃機関とその制御装置の概略構成を示す図である。
【図２】燃焼領域の判定に用いるマップである。
【図３】スプレーガイド直噴エンジンの安定燃焼領域の特性を示す図である。
【図４】ノック強度導出手段の一例を示す遅角マップである。
【図５】本発明にかかるノッキング抑制のための制御の一形態を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００３６】
１    筒内噴射型の内燃機関
１２    点火プラグ
１３    燃料噴射弁
１７    噴射された燃料
２０    制御手段
２３    ノック検出手段
２０４    ノック強度導出手段
【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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