(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
点火プラグ近傍に設置される空燃比計測装置を備えた筒内直接噴射式内燃機関において、
燃料噴射後における点火プラグ近傍の空燃比を１サイクル中に時系列的に検出し、
適正空燃比となる時期を選択して点火時期とするよう制御することを特徴とする筒内直接噴射式内燃機関の制御装置。
【請求項２】
点火プラグ近傍に設置される空燃比計測装置を備えた筒内直接噴射式内燃機関において、
燃料噴射後における点火プラグ近傍の空燃比を１サイクル中に時系列的に検出し、
点火方法を１サイクル中に複数回点火する多重点火方式とするよう制御することを特徴とする筒内直接噴射式内燃機関の制御装置。
【請求項３】
点火プラグ近傍に設置される空燃比計測装置を備えた筒内直接噴射式内燃機関において、
燃料噴射後における点火プラグ近傍の空燃比を１サイクル中に時系列的に検出し、
燃料噴射時期を圧縮行程から吸気行程に変更する、あるいは吸気行程から圧縮行程に変更するよう制御することを特徴とする筒内直接噴射式内燃機関の制御装置。
【請求項４】
点火プラグ近傍に設置される空燃比計測装置を備えた筒内直接噴射式内燃機関において、
燃料噴射後における点火プラグ近傍の空燃比を１サイクル中に時系列的に検出し、
適正空燃比となる時期を選択して点火時期とする制御、点火方法を１サイクル中に複数回点火する多重点火方式とする制御、点火方法を通常よりも放電時間を長くする長放電方式とする制御、燃料噴射時期を圧縮行程から吸気行程に変更あるいは吸気行程から圧縮行程に変更する制御のうち、複数の制御を組み合わせて実施することを特徴とする筒内直接噴射式内燃機関の制御装置。
【請求項５】
予め設定される噴射時期−点火時期マップにより求められる最遅角点火時期を点火時期に設定するサイクルを、所定サイクル数以上の範囲において１サイクル混入させることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載の筒内直接噴射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】
この発明は、筒内直接噴射式内燃機関の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の筒内直接噴射式内燃機関の制御装置としては、例えば、特開平６−２８８２８３号公報に示すようなものがある。
この従来例は、ガソリンが選択的に吸収する波長のレーザ光を燃焼室内に導き、点火プラグ近傍の燃焼室内空間に透過させ、透過光強度を光電変換素子によって検出しこの透過光強度と筒内圧とに基づいて点火時期における空燃比を演算する。ここで噴射タイミング制御の結果、前記検出空燃比が前回に比してリッチ変化をしたか否かを判断し、リッチ変化を得た方向への噴射タイミングの補正を行うよう制御している（図１４参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の筒内直接噴射式内燃機関の制御装置にあっては、燃料を圧縮行程噴射する場合、燃料噴射弁の噴霧形状のばらつきや噴霧形状の経時変化により、着火可能空燃比よりも濃空燃比となる可能性は充分にあり、そこで濃空燃比方向に燃料噴射時期を補正すると失火サイクルを生じることになる、また噴霧形状は背圧によって変化するため噴射時期を補正すると設定点火時期において前回検出した空燃比にならずに制御を繰返し、そのため応答性が低下する可能性がある、あるいは点火プラグ近傍の空燃比が設定点火時期近傍でサイクル毎に大きく変動する場合には噴射時期のみの制御では充分な燃焼安定性が得られない可能性があるという問題点がある。
本発明は上述の従来の問題点に着目してなされたものであって、点火プラグ近傍に設置される空燃比計測装置を備えた筒内直接噴射式内燃機関において、燃料噴射後における点火プラグ近傍の空燃比を１サイクル中において時系列的に検出し、点火時期、点火方法、燃料噴射時期の運転条件を、単独または複数同時に制御することにより上記問題点を解決することを目的としている。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上述の目的達成のため、本発明請求項１〜４記載の発明では、点火プラグ近傍に設置される空燃比計測装置を備えた筒内直接噴射式内燃機関において、燃料噴射後における点火プラグ近傍の空燃比を１サイクル中に時系列的に検出し、運転条件を制御することを特徴とする。
特に請求項１記載の発明では、点火プラグ近傍に設置される空燃比計測装置により時系列的空燃比を計測し、適正空燃比となる時期を選択して点火時期とするよう制御することを特徴とする。
特に請求項２記載の発明では、点火プラグ近傍に設置される空燃比計測装置により時系列的空燃比を計測し、点火方法を１サイクル中に複数回点火する多重点火方式とするよう制御することを特徴とする。
特に請求項３記載の発明では、点火プラグ近傍に設置される空燃比計測装置により時系列的空燃比を計測し、燃料噴射時期を圧縮行程から吸気行程に変更する、あるいは吸気行程から圧縮行程に変更するよう制御することを特徴とする。
特に請求項４記載の発明では、点火プラグ近傍に設置される空燃比計測装置により時系列的空燃比を計測し、適正空燃比となる時期を選択して点火時期とする制御、点火方法を１サイクル中に複数回点火する多重点火方式とする制御、点火方法を通常よりも放電時間を長くする長放電方式とする制御、燃料噴射時期を圧縮行程から吸気行程に変更あるいは吸気行程から圧縮行程に変更する制御のうち、複数の制御を組み合わせて実施することを特徴とする。
請求項５記載の発明では、請求項１〜４記載の筒内直接噴射式内燃機関の制御装置において、予め設定される噴射時期−点火時期マップにより求められる最遅角点火時期を点火時期に設定するサイクルを、所定サイクル数以上の範囲において１サイクル混入させることを特徴とする。
【０００５】
【作用】
請求項１〜４記載の発明では、点火プラグ近傍の時系列的空燃比を検出することにより、所定点火時期での空燃比の変化のみならず、燃料噴射後からの時系列的空燃比をも検出して、燃料噴霧形態を全体的に把握して制御することができる。
特に請求項１記載の発明では、噴霧の経時変化等により、所定タイミングでの点火プラグ近傍空燃比が変化した場合において、検出した時系列的空燃比に基づいて最適空燃比となる点火時期を設定することにより燃焼安定性を確保する。
特に請求項２記載の発明では、点火プラグ近傍空燃比の変動が大きい場合や、矩形的に着火可能空燃比範囲内の最濃空燃比あるいは最希薄空燃比となる場合において、複数回点火することにより燃焼安定性を確保する。
特に請求項３記載の発明では、燃料噴霧が変化して点火プラグ近傍に着火可能空燃比の燃料噴霧を安定的に供給できなくなった場合に、燃料の吸気行程噴射を行うことにより噴口付近に堆積したデポジットを除去して燃料噴霧形状の回復を図り、着火可能範囲空燃比の燃料を安定的に供給することができる。
特に請求項４記載の発明では、上記請求項１〜３に示す制御、及び、通常より放電時間を長くする制御のうち、複数の制御を同時に行うことにより燃焼安定性を確保することができる。
請求項５記載の発明では、予め設定される噴射時期−点火時期マップにより求められる最遅角点火時期を一旦点火時期に設定することにより、機関性能の悪化を抑制しつつ点火プラグ近傍の空燃比の略全体を把握して最適制御を行うことができる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１のシステム全体図である。
図に示すように、本実施の形態の筒内直接噴射式内燃機関の制御装置は、点火プラグ１と一体的に設置される空燃比検出部１３により得られる光学情報と、燃焼室３に設置される筒内圧センサ１１により得られる筒内圧とに基づいて、ＥＣＵ１０において各サイクルの燃料噴射時期からの初期設定点火時期あるいは最遅角点火時期までの時系列的空燃比を演算し、点火プラグ１近傍の空燃比を検出する。なお、４はピストン、６は吸気バルブ、７は排気バルブ、８は吸気ポート、９は排気ポート、１２は空燃比計測装置、１４はレーザ源、１５は光電変換素子である。
【０００７】
図１３は本実施形態の点火時期制御のフロ−チャ−トであって、当初よりＥＣＵ１０内に持つ機関回転数および負荷毎の燃料噴射時期−点火時期マップにより決定されるタイミングで運転する際の空燃比を前記手法により検出し、機関の初期段階で得られている空燃比と比較して、同程度の空燃比であれば補正をせずにそのまま運転を縦続する。
しかし検出した空燃比が初期空燃比と大きく異なる場合、安定的な燃焼を得るために点火時期の補正を行う必要が生じ、図２に示すように最濃空燃比となるタイミングが進角側にずれる場合は点火時期までの検出で補正可能だが、図３に示すように最濃空燃比となるタイミングが遅角側にずれる場合は点火時期までの検出では不十分であり、再遅角点火時期まで一旦遅角させて空燃比を時系列的に検出して点火時期の補正を行う。
【０００８】
次に、作用を説明する。
筒内直接噴射式内燃機関においては燃料噴射弁２と点火プラグ１との距離が短く、燃料噴霧５が直に点火プラグ１近傍を指向するため、点火プラグ１近傍の空燃比は燃料噴霧５の形態の影響を大きく受ける。
しかし燃料噴霧５内の燃料分布は均一ではないため、１サイクル中においても時系列的に見れば点火プラグ１近傍の空燃比は変動しており、タイミングによっては着火可能空燃比よりも濃空燃比となる場合も希薄空燃比となる場合もあり、あるいは運転中に燃料噴射弁２の噴口にデポジットが堆積することによる噴霧形状の経時変化により点火プラグ１近傍の空燃比が大きく変化する場合もある。
【０００９】
そのため、筒内直接噴射式内燃機関においては燃料噴霧５の形態の経時変化を考慮して点火時期を決定する必要があり、検出した時系列的空燃比により最適空燃比となるように点火時期を設定する。また図３に示すように、点火時期を進角制御する場合は通常点火時期までの空燃比検出で制御可能であるが、進角制御すると燃費が悪化する等の不具合が生じる場合には遅角制御する必要が生じ、その際には予め設定される噴射時期−点火時期マップ（図４参照）により求められる最遅角点火時期を点火時期に設定するサイクルを、所定サイクル数以上の範囲において１サイクル混入させて運転し、機関性能の悪化を生じさせることなく時系列的燃料噴霧形態の略全体を把握することにより、より広範囲に空燃比を検出して適正な制御を行うことができ、点火を確実に行えるようにして燃焼安定性を確保する。
【００１０】
（実施の形態２）
次に、実施の形態２について説明する。
図５〜図７に示す実施の形態２では、時系列的空燃比が着火可能空燃比範囲を含んで濃空燃比から希薄空燃比まで大きく変動する場合には不均一な燃料が点火プラグ近傍を通過していることを示しており、また空燃比が矩形的に濃空燃比限界あるいは希薄空燃比限界付近を示す場合には着火できるか否かの境界線上にあり、いずれの場合においても１回の点火では安定的に混合気に着火できない、あるいは着火できても火炎が拡散する際に希薄空燃比の部分で失火してしまう可能性があるため、１サイクル中に点火を複数回行うことにより失火を抑制するように制御して、点火を確実に行えるようにして燃焼安定性を確保する。
【００１１】
（実施の形態３）
次に、実施の形態３について説明する。尚、実施の形態３は、前述の実施の形態１、２、及び、後述の実施の形態４のうち、少なくとも１つと組み合わせて実施する。
図８〜図１０に示す実施の形態３では、時系列的空燃比が着火可能空燃比範囲を含んで濃空燃比から希薄空燃比まで大きく変動する場合には不均一な燃料が点火プラグ近傍を通過していることを示しており、また空燃比が矩形的に濃空燃比限界あるいは希薄空燃比限界付近を示す場合には着火できるか否かの境界線上にあり、いずれの場合においても通常の点火期間では安定的に混合気に着火できない、あるいは着火できても火炎が拡散する際に希薄空燃比の部分で失火してしまう可能性があるため、放電時間を通常よりも長くして長期間放電を行うことにより失火を抑制するように制御して、点火を確実に行えるようにして燃焼安定性を確保する。
【００１２】
（実施の形態４）
次に、実施の形態４について説明する。
図１１，図１２に示す実施の形態４では、燃料を圧縮行程噴射する際に時系列的空燃比が系列的な変化をしない場合や、着火可能空燃比範囲よりも希薄空燃比側にしかならない、あるいは極端に濃空燃比になってしまう場合、燃料噴射弁の噴口部にデポジットが堆積することによる噴霧の経時変化が生じている可能性が高いため、燃料噴射時期を吸気行程として、筒内圧が低いことによる噴霧の貫徹力が相対的に強まり噴口内のデポジットを除去する効果あるいは噴霧が広がり噴口周辺のデポジットを除去する効果、および筒内流動が強いことによる噴口内残留燃料を気化する効果、等により燃料噴霧形状の回復を図るよう制御して、点火プラグ近傍に適正空燃比の燃料噴霧を供給できるようにして、点火を確実に行えるようにして燃焼安定性を確保する。
【００１３】
【発明の効果】
以上説明してきたように、この発明によれば、筒内直接噴射式内燃機関の制御装置において、点火プラグ近傍に設置される空燃比計測装置により、１サイクル中の燃料噴射後における点火プラグ近傍の空燃比を時系列的に検出し、点火時期、点火方法、燃料噴射時期の運転条件を、単独または複数同時に制御することにより、燃焼安定性を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明実施の形態のシステム全体図である。
【図２】点火時期制御を示す図である。
【図３】空燃比検出範囲の違いによる点火時期制御を示す図である。
【図４】燃焼安定領域と各噴射時期における最遅角点火時期を示す図（噴射時期−点火時期マップ）である。
【図５】空燃比変動大の場合における多重点火制御を示す図である。
【図６】濃限界空燃比の場合における多重点火制御を示す図である。
【図７】希薄限界空燃比の場合における多重点火制御を示す図である。
【図８】空燃比変動大の場合における長放電制御を示す図である。
【図９】濃限界空燃比の場合における長放電制御を示す図である。
【図１０】希薄限界空燃比の場合における長放電制御を示す図である。
【図１１】空燃比変動大の場合における燃料噴霧経時変化検出を示す図である。
【図１２】過希薄空燃比の場合における燃料噴霧経時変化検出を示す図である。
【図１３】点火時期制御のフロ−チャ−トである。
【図１４】従来列の制御を示すフロ−チャ−トである。
【符号の説明】
１  点火プラグ
２  燃料噴射弁
３  燃焼室
４  ピストン
５  燃料噴霧
６  吸気バルブ
７  排気バルブ
８  吸気ポート
９  排気ポート
１０  ＥＣＵ
１１  筒内圧センサ
１２  空燃比計測装置
１３  空燃比検出部
１４  レーザ源
１５  光電変換素子
【図１】
0003945054.tif 000002
【図２】
0003945054.tif 000003
【図３】
0003945054.tif 000004
【図４】
0003945054.tif 000005
【図５】
0003945054.tif 000006
【図６】
0003945054.tif 000007
【図７】
0003945054.tif 000008
【図８】
0003945054.tif 000009
【図９】
0003945054.tif 000010
【図１０】
0003945054.tif 000011
【図１１】
0003945054.tif 000012
【図１２】
0003945054.tif 000013
【図１３】
0003945054.tif 000014
【図１４】
0003945054.tif 000015