(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定負荷未満の時に圧縮行程末期に燃料を噴射することで成層燃焼を実現させ、所定負荷以上の時に吸気行程中に燃料を噴射することで均一燃焼を実現する内燃機関の燃料噴射時期切り換え制御方法において、
前記内燃機関は、排気ガス再循環装置と、前記排気ガス再循環装置に設けられ、燃焼方法と機関運転状態とに応じた最適ＥＧＲ率が実現されるように再循環させる排気ガス量を制御する制御弁とを有し、
燃料噴射時期の切り換え時に前記制御弁を介しての再循環排気ガス量の増減遅れを検出し、前記増減遅れが検出されている間は前記圧縮行程末期及び前記吸気行程中の両方の燃料噴射時期で燃料を噴射することを特徴とする内燃機関の燃料噴射時期切り換え制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の燃料噴射時期切り換え制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
気筒内へ直接燃料を噴射する第１燃料噴射弁と、吸気通路に燃料を噴射する第２燃料噴射弁とを有し、所定機関負荷未満の低負荷側運転領域の時には第１燃料噴射弁を使用して低燃費の成層燃焼を実現し、所定機関負荷以上の高負荷側運転領域の時には第２燃料噴射弁を使用して高出力が得られる均一燃焼を実現する内燃機関が公知である。
【０００３】
一方、排気ガス再循環は、主成分が不活性ガスである排気ガスを燃焼室へ再循環させることにより、不活性ガスのもつ熱容量によって燃焼温度を低下させ、ＮＯｘの発生量を低減させるものである。再循環させる排気ガス量が多い程、前述のＮＯｘ低減効果が向上すると共に、その分のポンピングロスの低減が可能であるために、気筒内で占める排気ガス量の割合（以下ＥＧＲ率として表す）は、できるだけ大きくすることが好ましい。しかし、排気ガス再循環は、一方で着火性及び燃焼性の悪化を伴うために、機関負荷毎のＥＧＲ率は、確実な着火性及び所望の出力が得られる範囲における最大値が設定されている。このように設定されたＥＧＲ率は、同一燃焼においては機関負荷が大きい程小さくなるようになっており、また成層燃焼と均一燃焼とを比較すると、前者の方が着火性が良好であるために、成層燃焼時には同じ機関負荷における均一燃焼時よりＥＧＲ率が大きくされている。実際のＥＧＲ率の制御は、排気ガス再循環通路内に配置された制御弁の開度を制御することによって行われる。
【０００４】
従って、前述のように成層燃焼と均一燃焼が切り換えられる内燃機関において、この切り換え時には所望のＥＧＲ率を実現するために、制御弁の開度変化はかなり大きなものとなる。しかし、制御弁が急激に開閉されても再循環させる排気ガス量は直ぐには増減せず、この間において所望のＥＧＲ率を実現することができない。所望のＥＧＲ率を上回る場合には着火性の悪化に伴い失火が発生する可能性があり、また下回る場合にはＮＯｘの発生量が増加する。
【０００５】
特開昭６３−１５４８１６号公報には、成層燃焼と均一燃焼の切り換え時において、所定時間、両方の燃料噴射弁を併用するものが記載されている。これにより、成層燃焼から均一燃焼に切り換えられる場合に、所定時間は成層燃焼が併用されるために、許容ＥＧＲ率が高まり所望のＥＧＲ率を上回っても失火の発生を防止することができ、また逆に均一燃焼から成層燃焼に切り換えられる場合に、所定時間は均一燃焼が併用されるために、燃焼室の周囲部に形成される混合気は成層燃焼時の過リーンなものよりリッチ側となってＮＯｘが発生しにくくなり、再循環排気ガス量が同じでもＮＯｘの発生量を減少させることができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
前述の従来技術において、両方の燃料噴射弁を併用する期間は常時所定時間であるために、特に、機関負荷変化が成層燃焼と均一燃焼の切り換え時の所定負荷を跨ぐ比較的大きなものであると、所定時間経過後にも所望のＥＧＲ率が得られていない可能性があり、この時に依然として前述の問題が発生する。
【０００７】
従って、本発明の目的は、排気ガス再循環装置を有し、所定負荷未満の時に圧縮行程末期に燃料を噴射することで成層燃焼を実現させ、所定負荷以上の時に吸気行程中に燃料を噴射することで均一燃焼を実現する内燃機関の燃料噴射時期切り換え制御方法において、燃料噴射時期の切り換え時に再循環排気ガスの増減遅れによって所望のＥＧＲ率が実現されなくても、失火の発生及びＮＯｘの発生量の増加を完全に防止することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明による内燃機関の燃料噴射時期切り換え制御方法は、所定負荷未満の時に圧縮行程末期に燃料を噴射することで成層燃焼を実現させ、所定負荷以上の時に吸気行程中に燃料を噴射することで均一燃焼を実現する内燃機関の燃料噴射時期切り換え制御方法において、前記内燃機関は、排気ガス再循環装置と、前記排気ガス再循環装置に設けられ、燃焼方法と機関運転状態とに応じた最適ＥＧＲ率が実現されるように再循環させる排気ガス量を制御する制御弁とを有し、燃料噴射時期の切り換え時に前記制御弁を介しての再循環排気ガス量の増減遅れを検出し、前記増減遅れが検出されている間は前記圧縮行程末期及び前記吸気行程中の両方の燃料噴射時期で燃料を噴射することを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は、内燃機関の概略断面図である。同図において、１は燃焼室、２はピストン、３は吸気弁４を介して燃焼室１に通じる吸気通路、５は排気弁６を介して燃焼室１に通じる排気通路である。７は燃焼室１内に直接燃料を噴射するための第１燃料噴射弁である。また８は点火プラグである。
【００１１】
吸気通路３にはスロットル弁９が配置され、スロットル弁９の下流には吸気通路３に燃料を噴射する第２燃料噴射弁１０が設置されている。また、吸気通路３のスロットル弁９下流と排気通路５とは、排気ガス再循環通路１１によって連通され、この排気ガス再循環通路１１内には、再循環させる排気ガス量を制御するための制御弁１２が配置されている。１３はこの制御弁１２を駆動するためのステップモータ等の駆動装置である。
【００１２】
２０は、第１燃料噴射弁７及び第２燃料噴射弁１０を介しての燃料噴射制御と、駆動装置１３を介しての制御弁１２の開度制御とを担当する制御装置であり、機関負荷としてのアクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセルペダルストロークセンサ２１、機関回転数を検出するための回転センサ２２、及び機関温度としての冷却水温を検出するための冷却水温センサ２３等の機関運転状態を決定するためのセンサが接続されている。
【００１３】
前述の内燃機関は、既に公知となっているように、所定負荷未満の時に第１燃料噴射弁を使用して圧縮行程末期に燃料を噴射することで低燃費の成層燃焼を実現させ、また所定負荷以上の時に第２燃料噴射弁を使用して吸気行程以前又は吸気行程中に燃料を噴射することで高出力が得られる均一燃焼を実現するものである。
【００１４】
制御弁１２の開度制御は、機関一回転毎にアクセルペダルストロークセンサ２１により検出される機関負荷としてのアクセルペダルの踏み込み量Ｌを基に図２に示すマップによって行われる。このマップは、各機関負荷毎に、確実な着火性及び所望の出力が得られる範囲における最大ＥＧＲ率が実現されるような制御弁１２の開度θが設定されている。従って、この開度θは、同一燃焼においては機関負荷が大きい程小さくなるように設定されており、また成層燃焼と均一燃焼とを比較すると、前者の方が着火性が良好であるために、所定負荷Ｌ１未満の成層燃焼時には同じ機関負荷における均一燃焼時よりＥＧＲ率を大きくすることが可能であり、開度θは所定負荷Ｌ１で大きく変化するように設定されている。
【００１５】
このような制御弁１２の開度制御において、同一燃焼が行われる機関負荷範囲内であれば、負荷変化に対する制御弁１２の開度変化は比較的小さく、制御弁１２の開度に応じた量の排気ガスを再循環させることができ、瞬間的に変化後の負荷における所望のＥＧＲ率を実現することができる。しかし、成層燃焼と均一燃焼とが切り換わる負荷Ｌ１を跨ぐ負荷変化が発生すると、制御弁１２の開度変化は非常に大きくなり、この時には再循環させる排気ガス量が直ぐには所望量まで増減せず、この間において所望のＥＧＲ率が実現できない。
【００１６】
本実施例では、図３に示す第１フローチャートにより第１燃料噴射弁７及び第２燃料噴射弁１０による燃料噴射制御を行う。このフローチャートは機関一回転毎に実行されるものである。まずステップ１０１において、アクセルペダルストロークセンサ２１によって機関負荷としてのアクセルペダルの踏み込み量Ｌが検出され、回転センサ２２によって機関回転数Ｎが検出され、また冷却水温センサ２３によって機関温度としての冷却水温Ｔが検出される。
【００１７】
次にステップ１０２において、現在の負荷Ｌが燃焼が切り換わる負荷Ｌ１以上であるかどうかが判断される。この判断が肯定される時はステップ１０３に進み、ステップ１０１において検出された現在の負荷Ｌ、回転数Ｎ、及び機関温度Ｔを基に均一燃焼時の燃料噴射量Ｑ１が決定され、ステップ１０４に進む。
【００１８】
ステップ１０４において、フラグＦが０であるかどうかが判断され、この判断が肯定される時は、前回の処理における燃焼が均一燃焼であることを示しており、ステップ１０５に進み、今回も第２燃料噴射弁１０を使用してステップ１０３において決定された燃料噴射量Ｑ１の燃料噴射が実行され、ステップ１０６において、フラグＦは０とされ終了する。
【００１９】
一方、ステップ１０２における判断が肯定される時は、ステップ１０７に進み、ステップ１０１において検出された現在の負荷Ｌ、回転数Ｎ、及び機関温度Ｔを基に成層燃焼時の燃料噴射量Ｑ２が決定され、ステップ１０８に進む。ステップ１０８において、フラグＦが１であるかどうかが判断され、この判断が肯定される時は、前回の処理における燃焼が成層燃焼であることを示しており、ステップ１０９に進み、今回も第１燃料噴射弁７を使用してステップ１０７において決定された燃料噴射量Ｑ２の燃料噴射が実行され、ステップ１１０において、フラグＦは１とされ終了する。
【００２０】
また、ステップ１０４における判断が否定される時、すなわち前回の燃焼が均一燃焼でない時には、ステップ１１１に進む。この時は、成層燃焼から均一燃焼へ切り換わる時であり、前述したように再循環させる排気ガスの減少遅れが発生し、図５に示すタイムチャートのように点線で示す所望のＥＧＲ率Ｒに対して実線で示す実際のＥＧＲ率Ｒ’はそれをしばらく上回る。本フローチャートは、ステップ１１２において次式（１）によって実際のＥＧＲ率Ｒ’を算出する。
Ｒ’＝Ｒ’−（Ｒ’−Ｒ）＊ｘ１  …  （１）
ここで、左辺におけるＲ’は前回の実際のＥＧＲ率であり、当初は前回の成層燃焼におけるＥＧＲ率である。Ｒは今回の均一燃焼における所望のＥＧＲ率であり、ｘ１は本フローチャートの実行間隔におけるＥＧＲ率の減少率である。
【００２１】
次にステップ１１３において、算出された現在の実際のＥＧＲ率Ｒ’とこの時の所望のＥＧＲ率Ｒとの差が０近傍の所定値Ａ以下であるかどうかが判断され、当初この判断は否定されてステップ１１３に進み、ステップ１０３において決定された燃料噴射量Ｑ１が第１燃料噴射弁７及び第２燃料噴射弁１０の両方を使用して各噴射時期で噴射され、ステップ１１４においてフラグＦは２とされ終了する。
【００２２】
次回の処理において、フラグＦは２とされているために、ステップ１０４における判断が否定され、再びステップ１１１以降の処理が繰り返され、ステップ１１２における判断が肯定される時、すなわち、所望のＥＧＲ率がほぼ実現された時は、ステップ１０５に進み、第２燃料噴射弁１０だけを使用する燃料噴射が実行される。
【００２３】
このように、再循環排気ガスの減少遅れによって実際のＥＧＲ率が均一燃焼における所望のＥＧＲ率を上回っている間は、第１燃料噴射弁７による燃料噴射も実行され、成層燃焼が併用されるために、燃焼の許容ＥＧＲ率が高められて失火を防止することができる。
【００２４】
一方、ステップ１０８における判断が否定される時、すなわち前回の燃焼が成層燃焼でない時には、ステップ１１５に進む。この時は、均一燃焼から成層燃焼へ切り換わる時であり、前述したように再循環させる排気ガスの増加遅れが発生し、図６に示すタイムチャートのように点線で示す所望のＥＧＲ率Ｒに対して実線で示す実際のＥＧＲ率Ｒ’はそれをしばらく下回る。本フローチャートは、ステップ１１０において次式（２）によって実際のＥＧＲ率Ｒ’を算出する。
Ｒ’＝Ｒ’＋（Ｒ−Ｒ’）＊ｘ２  …  （１）
ここで、左辺におけるＲ’は前回の実際のＥＧＲ率であり、当初は前回の均一燃焼におけるＥＧＲ率である。Ｒは今回の成層燃焼における所望のＥＧＲ率であり、ｘ２は本フローチャートの実行間隔におけるＥＧＲ率の増加率である。
【００２５】
次にステップ１１７において、この時の所望のＥＧＲ率Ｒと算出された現在の実際のＥＧＲ率Ｒ’との差が０近傍の所定値Ａ以下であるかどうかが判断され、当初この判断は否定されてステップ１１７に進み、ステップ１０７において決定された燃料噴射量Ｑ２が第１燃料噴射弁７及び第２燃料噴射弁１０の両方を使用して各噴射時期で噴射され、ステップ１１８においてフラグＦは２とされ終了する。
【００２６】
次回の処理において、フラグＦは２とされているために、ステップ１０８における判断が否定され、再びステップ１１５以降の処理が繰り返され、ステップ１１０における判断が肯定される時、すなわち、所望のＥＧＲ率がほぼ実現された時は、ステップ１０９に進み、第１燃料噴射弁７だけを使用する燃料噴射が実行される。
【００２７】
このように、再循環排気ガスの増加遅れによって実際のＥＧＲ率が成層燃焼における所望のＥＧＲ率を下回っている間は、第２燃料噴射弁１０よる燃料噴射も実行され、均一燃焼が併用されるために、燃焼室１の周囲部に形成される混合気は成層燃焼時の過リーンなものよりリッチ側となってＮＯｘが発生しにくくなり、所望量の排気ガスが再循環されなくてもＮＯｘの発生量を減少させることができる。
【００２８】
また図４に示す第２フローチャートは、第１燃料噴射弁７及び第２燃料噴射弁１０による燃料噴射制御のためのもう一つのフローチャートである。前述の第１フローチャートとの違いについてのみ説明する。
【００２９】
本フローチャートでは、ステップ２０４において、フラグＦが０であるかどうかが判断され、この判断が否定される時、すなわち前回の燃焼が均一燃焼でない時には、ステップ２１１に進んで前述同様に実際のＥＧＲ率Ｒ’を算出し、前述同様なステップ２１２における判断が否定される時には、ステップ２０７以降の処理を実行する。すなわち、ステップ２０７において決定された現在の機関運転状態の成層燃焼時の燃料噴射量Ｑ２を第１燃料噴射弁７を使用して噴射する。
【００３０】
このように、再循環排気ガスの減少遅れによって実際のＥＧＲ率が均一燃焼における所望のＥＧＲ率を上回っている間は、第１燃料噴射弁７により燃料を噴射して成層燃焼を実行し、すなわち前述の図５に対応する図７に示すように所望のＥＧＲ率が実現されるまでは燃焼を切り換えないために、許容ＥＧＲ率が高められて失火を防止することができる。
【００３１】
一方、ステップ２０８において、フラグＦが１であるかどうかが判断され、この判断が否定される時、すなわち前回の燃焼が成層燃焼でない時には、ステップ２１５に進んで前述同様に実際のＥＧＲ率Ｒ’を算出し、前述同様なステップ２１６における判断が否定される時には、ステップ２０３以降の処理を実行する。すなわち、ステップ２０３において決定された現在の機関運転状態の均一燃焼時の燃料噴射量Ｑ１を第２燃料噴射弁１０を使用して噴射する。
【００３２】
このように、再循環排気ガスの増加遅れによって実際のＥＧＲ率が成層燃焼における所望のＥＧＲ率を下回っている間は、第２燃料噴射弁１０により燃料を噴射して均一燃焼を実行し、すなわち前述の図６に対応する図８に示すように所望のＥＧＲ率が実現されるまでは燃焼を切り換えないために、燃焼室１の周囲部に形成される混合気は成層燃焼時の過リーンなものよりリッチ側となってＮＯｘが発生しにくくなり、ＮＯｘの発生量を減少させることができる。
【００３３】
前述の第１フローチャートにおけるステップ１１３での燃料噴射において、第１燃料噴射弁７によって噴射される燃料量は、所定量を上限として実際のＥＧＲ率Ｒ’と所望のＥＧＲ率との差が小さくなる程少なくするように制御されており、第２燃料噴射１０によって噴射される燃料量は、ステップ１０３において決定される燃料噴射量Ｑ１からこの分が減量される。また、ステップ１１７における第２燃料噴射弁１０によって噴射される燃料量も同様に徐々に減量するように制御され、第１燃料噴射弁７によって噴射される燃料量は、ステップ１０７において決定される燃料噴射量Ｑ２からこの分が減量される。それにより実際のＥＧＲ率に適合する燃焼を実現することができる。
【００３４】
しかし、本発明はこのような燃料噴射量制御に限定されず、例えば、ステップ１１７における第２燃料噴射弁１０によって噴射される燃料量を、前述同様、所定量を上限として実際のＥＧＲ率Ｒ’と所望のＥＧＲ率との差が小さくなる程少なくするように制御すると共に、第１燃料噴射弁７によって噴射される燃料量をステップ１０７において決定される燃料噴射量Ｑ２を減量することなく噴射するようにすることで、燃焼室の周囲部に形成される混合気をさらにリッチ側にすることができ、それにより、この時に発生するＮＯｘをさらに低減することが可能となる。
【００３５】
【発明の効果】
このように、本発明による内燃機関の燃料噴射時期切り換え制御方法によれば、所定負荷未満の時に圧縮行程末期に燃料を噴射することで成層燃焼を実現させ、所定負荷以上の時に吸気行程中に燃料を噴射することで均一燃焼を実現する内燃機関の燃料噴射時期切り換え制御方法において、内燃機関は、排気ガス再循環装置と、排気ガス再循環装置に設けられ、燃焼方法と機関運転状態とに応じた最適ＥＧＲ率が実現されるように再循環させる排気ガス量を制御する制御弁とを有し、燃料噴射時期の切り換え時に制御弁を介しての再循環排気ガス量の増減遅れを検出し、増減遅れが検出されている間は圧縮行程末期及び吸気行程中の両方の燃料噴射時期で燃料を噴射するようにされる。それにより、再循環排気ガス量の増減遅れによって所望のＥＧＲ率が実現されず、実際のＥＧＲ率がそれを上回る場合には成層燃焼を併用して燃焼の許容ＥＧＲ率を高めて失火を防止し、下回る場合には均一燃焼を併用して燃焼室の周囲部に形成される混合気を成層燃焼時よりリッチ側とすることで、ＮＯｘが発生しにくくなるためにＮＯｘの発生量の増加を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】内燃機関の概略断面図である。
【図２】制御弁の開度制御のためのマップである。
【図３】燃料噴射制御のための第１フローチャートである。
【図４】燃料噴射制御のための第２フローチャートである。
【図５】成層燃焼から均一燃焼へ切り換わる時のＥＧＲ率変化のタイムチャートである。
【図６】均一燃焼から成層燃焼へ切り換わる時のＥＧＲ率変化のタイムチャートである。
【図７】図５と同様なタイムチャートである。
【図８】図６と同様なタイムチャートである。
【符号の説明】
１…燃焼室
２…ピストン
３…吸気通路
５…排気通路
７…第１燃料噴射弁
８…点火プラグ
９…スロットル弁
１０…第２燃料噴射弁
１１…排気ガス再循環通路
１２…制御弁
【図１】
0003900036.tif 000002
【図２】
0003900036.tif 000003
【図３】
0003900036.tif 000004
【図４】
0003900036.tif 000005
【図５】
0003900036.tif 000006
【図６】
0003900036.tif 000007
【図７】
0003900036.tif 000008
【図８】
0003900036.tif 000009