(57)【要約】【課題】吸気ポートに燃料を噴射するポート噴射弁と、燃焼室内に直接燃料を噴射する筒内噴射弁とを備える火花点火式の内燃機関において、ポート噴射弁による燃料噴射を主体にして理論空燃比よりも燃料リーンな空燃比によるリーン燃焼を実現させる第１燃焼モードから、筒内噴射弁による吸気行程での燃料噴射によりリーン燃焼を実現させる第２燃焼モードへ、ＮＯｘの排出量を低く維持したまま切り替えることを可能にする。【解決手段】本発明に係る内燃機関の制御装置は、第２燃焼モードにおける点火プラグの放電時間を第１燃焼モードでの放電時間よりも長くする。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気ポートに燃料を噴射するポート噴射弁と、燃焼室内に直接燃料を噴射する筒内噴射弁と、点火プラグとを備える内燃機関の制御装置において
前記制御装置により選択的に実行される燃焼モードには、前記ポート噴射弁による燃料噴射を主体にして理論空燃比よりも燃料リーンな空燃比によるリーン燃焼を実現させる第１燃焼モードと、前記筒内噴射弁による吸気行程での燃料噴射により前記リーン燃焼を実現させる第２燃焼モードと、が含まれ、
前記制御装置は、前記第２燃焼モードにおける前記点火プラグの放電時間を前記第１燃焼モードでの放電時間よりも長くすることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記制御装置は、前記第２燃焼モードにおける前記点火プラグの放電電流値を前記第１燃焼モードでの放電電流値よりも小さくすることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記内燃機関は、過給機付きの内燃機関であり、
前記制御装置は、前記内燃機関に対する要求トルクが前記第１燃焼モードによる最大トルクよりも大きくなったとき、吸気バルブと排気バルブとの間のバルブオーバラップ量を前記第１燃焼モードでのバルブオーバラップ量よりも増大させるとともに、前記第１燃焼モードから前記第２燃焼モードへ切り替えることを特徴とする請求項１又は２に記載の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、筒内噴射弁とポート噴射弁とを備える火花点火式の内燃機関の制御装置に関し、特に、理論空燃比よりも燃料リーンな空燃比によるリーン燃焼が可能な内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
上記技術分野では、内燃機関の燃費性能をより向上させるべく、リーン燃焼による運転域を拡大することが検討されている。リーン燃焼には、大きく分けて、点火プラグの周囲に燃料濃度の濃い層を形成して燃焼させるいわゆる成層リーン燃焼と、予混合により燃料と空気とを均質に混合させて燃焼させるいわゆる均質リーン燃焼とがある。均質リーン燃焼は、さらに、その実現方法によって、２つの燃焼モードに分けることができる。第１燃焼モードは、ポート噴射弁による燃料噴射のみ、或いは、ポート噴射弁による燃料噴射と筒内噴射弁による吸気行程での燃料噴射との組み合わせによって均質リーン燃焼を実現させる燃焼モードである。第２燃焼モードは、筒内噴射弁による吸気行程での燃料噴射のみによって均質リーン燃焼を実現させる燃焼モードである。
【０００３】
上記の２つの燃焼モードを比較した場合、燃料と空気とをより均質に混合させて斑のない燃焼を実現することができるのは、燃料と空気との予混合の時間をより長くとることができる第１燃焼モードである。ただし、高トルク域では、吸気効率を高めるために吸気バルブのバルブタイミングが進角され、それに伴って吸気バルブと排気バルブとの間のバルブオーバラップ量が拡大する。高トルク域でのバルブオーバラップは、吸気ポートから排気ポートへの空気の吹き抜け（いわゆるスカベンジ）を発生させる場合がある。特に、過給機付き内燃機関では、過給によって吸気圧が高められることによって、スカベンジの発生は顕著になる。第１燃焼モードの選択時にスカベンジが発生した場合、吸気ポート内の燃料の一部は空気とともに排気ポートへと流れてしまうため、燃費性能とエミッション性能の両方を悪化させてしまう。
【０００４】
この点に関し、下記の特許文献１には、上記の２つの燃焼モードをバルブオーバラップに伴う吹き抜けの有無に応じて使い分けることについて記載されている。詳しくは、特許文献１に記載された発明によれば、許容できない吹き抜けが生じていない間は、ポート噴射及び吸気行程での筒内噴射が行われ（つまり、第１燃焼モードが選択され）、許容できない吹き抜けが生じると判定された場合は、吸気行程での筒内噴射のみが行われる（つまり、第２燃焼モードが選択される）。第２燃焼モードによれば、燃料は筒内噴射弁によって燃焼室内に直接噴射されるため、吹き抜けによる未燃燃料の排気ポートへの流出を防ぐことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−１３３６３２号公報
【特許文献２】特開平１１−００２１７３号公報
【特許文献３】特開２０１０−１１６８７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、第２燃焼モードで用いられる吸気行程での筒内噴射は、成層リーン燃焼で用いられる圧縮行程での筒内噴射に比較すれば、燃料と空気との混合状態をより均質に近づけることができる。しかし、第１燃焼モードで用いられるポート噴射に比較すれば、燃料と空気との予混合の時間が短いために混合気の燃料濃度に斑が生じやすい。このため、点火タイミングにおいて、点火プラグの周辺の燃料濃度が全体よりも局所的に薄くなってしまう可能性がある。点火プラグの周辺の燃料濃度があまりにも薄い場合は、着火することができず、失火によるトルク段差の発生やエミッション性能の悪化を招くおそれがある。
【０００７】
着火性を確保する１つの方法は、第２燃焼モードにおける空燃比を、理論空燃比よりも燃料リーンな空燃比に維持しつつ、第１燃焼モードにおける空燃比よりも相対的に燃料リッチにすることである。これによれば、燃焼室内の混合気の燃料濃度に斑が生じたとしても、着火できないほどに燃料濃度の薄い部分が生じることを防ぐことができる。ただし、リーン燃焼による運転では、空燃比が少しでもリッチ側にずれると、そのずれた分に応じてＮＯｘの発生量が増大してしまう。
【０００８】
本発明は、上述のような課題に鑑みてなされたものであり、ポート噴射弁による燃料噴射を主体にして理論空燃比よりも燃料リーンな空燃比によるリーン燃焼を実現させる第１燃焼モードから、筒内噴射弁による吸気行程での燃料噴射によりリーン燃焼を実現させる第２燃焼モードへ、ＮＯｘの排出量を低く維持したまま切り替えることができ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】
【０００９】
本発明に係る内燃機関の制御装置は、吸気ポートに燃料を噴射するポート噴射弁と、燃焼室内に直接燃料を噴射する筒内噴射弁と、点火プラグとを備える内燃機関に適用される。本制御装置により選択的に実行される燃焼モードには、ポート噴射弁による燃料噴射を主体にして理論空燃比よりも燃料リーンな空燃比によるリーン燃焼を実現させる第１燃焼モードと、筒内噴射弁による吸気行程での燃料噴射によりリーン燃焼を実現させる第２燃焼モードとが含まれる。ポート噴射弁による燃料噴射を主体にするとは、ポート噴射弁による燃料噴射のみを行うこと、或いは、ポート噴射弁による燃料噴射と筒内噴射弁による燃料噴射とを併用するがポート噴射弁の燃料噴射量を多くすることを意味する。第１燃焼モードでは、ポート噴射弁による燃料噴射を行なってもよいし、ポート噴射弁による燃料噴射と筒内噴射弁による吸気行程での燃料噴射とを併用してもよい。ポート噴射弁による燃料噴射は、吸気バルブが閉じている間に燃料噴射を行ういわゆる非同期噴射が好ましい。
【００１０】
本制御装置は、第２燃焼モードにおける点火プラグの放電時間を第１燃焼モードでの放電時間よりも長くするように構成される。第２燃焼モードで用いられる吸気行程での筒内噴射は、第１燃焼モードで主として用いられるポート噴射に比較すると、燃料と空気との予混合の時間が短いために混合気の燃料濃度に斑が生じやすい。しかし、燃焼室内の混合気は流動しているので、放電時間を長くとれば、その分、放電時間内に燃料濃度の濃い部分が点火プラグの近傍に位置する確率が高まって着火性は向上する。つまり、本制御装置によれば、空燃比の燃料リッチ側への補正に頼らずとも、第２燃焼モードでの着火性を確保することができる。ゆえに、ＮＯｘの排出量を低く維持したまま第１燃焼モードから第２燃焼モードへ切り替えることができる。
【００１１】
好ましくは、第２燃焼モードにおける点火プラグの放電時間を第１燃焼モードでの放電時間よりも長くするとともに、第２燃焼モードにおける点火プラグの放電電流値を第１燃焼モードでの放電電流値よりも小さくする。これによれば、放電時間を長くとったことによる電力消費の増大を抑えることができる。より好ましくは、第１燃焼モードと第２燃焼モードとの間で放電エネルギが一定に保たれるように、放電時間に応じて放電電流値を調整する。
【００１２】
本制御装置が適用される内燃機関は、過給機付きの内燃機関であってもよい。この場合、本制御装置は、内燃機関に対する要求トルクが第１燃焼モードによる最大トルクよりも大きくなったとき、吸気バルブと排気バルブとの間のバルブオーバラップ量を第１燃焼モードでのバルブオーバラップ量よりも増大させ、それとともに第１燃焼モードから第２燃焼モードへ切り替えるように構成されてもよい。このような構成によれば、バルブオーバラップ量を増大させることでトルクのレスポンスを向上させつつ、第２燃焼モードへの切り替えによって燃料の吹き抜けを生じさせることなく均質リーン燃焼を維持することができる。もちろん、この場合も、第２燃焼モードへ切り替えた際の点火プラグの放電時間を第１燃焼モードでの放電時間よりも長くすることで、混合気の燃料濃度に斑が生じている状態での着火性を確保することができる。
【発明の効果】
【００１３】
以上述べたとおり、本発明に係る内燃機関の制御装置によれば、空燃比の燃料リッチ側への補正に頼らずとも、第２燃焼モードでの着火性を確保することができるので、ＮＯｘの排出量を低く維持したまま第１燃焼モードから第２燃焼モードへ切り替えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施の形態にかかる内燃機関のシステム構成を示す図である。
【図２】燃焼モードとトルク及びエンジン回転速度との関係を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態の制御ロジックを示すフローチャートである。
【図４】本発明の実施の形態の制御ロジックに従ったシステムの動作を示すタイムチャートである。
【図５】第２燃焼モードでの放電時間と着火可能な空燃比とＮＯｘ排出量との関係を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態の制御ロジックの効果を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。ただし、以下に示す実施の形態において各要素の個数、数量、量、範囲等の数に言及した場合、特に明示した場合や原理的に明らかにその数に特定される場合を除いて、その言及した数に、この発明が限定されるものではない。また、以下に示す実施の形態において説明する構造やステップ等は、特に明示した場合や明らかに原理的にそれに特定される場合を除いて、この発明に必ずしも必須のものではない。
【００１６】
１．内燃機関のシステム構成
図１は、本実施の形態に係る内燃機関のシステム構成を模式的に示す図である。図１には、内燃機関１を構成する要素がクランク軸に垂直な１つの平面上に投影して描かれている。本実施の形態に係る内燃機関１は、複数のシリンダ４を有する火花点火式の多気筒エンジン（以下、単にエンジンという）である。シリンダ４の数と配置に限定はない。エンジン１は、シリンダ４が形成されたシリンダブロック３と、シリンダブロック３上に図示しないガスケットを介して配置されるシリンダヘッド２とを有している。シリンダ４内にはその軸方向に往復動するピストン８が配置されている。シリンダヘッド２の下面には、シリンダ４の上部空間であるペントルーフ形状の燃焼室６が形成されている。燃焼室６の頂部付近には、点火プラグ２０が設けられている。
【００１７】
シリンダヘッド２には、燃焼室６に連通する吸気ポート１０及び排気ポート１２が形成されている。吸気ポート１０の燃焼室６に連通する開口部には、吸気バルブ１４が設けられ、排気ポート１２の燃焼室６に連通する開口部には、排気バルブ１６が設けられている。シリンダヘッド２には、吸気バルブ１４の開弁特性を可変とする可変動弁機構（ＩＮ−ＶＶＴ）３０と、排気バルブ１６の開弁特性を可変とする可変動弁機構（ＥＸ−ＶＶＴ）３２とが設けられている。これらの可変動弁機構には、少なくともバルブタイミングを可変にする公知の動弁機構を適用することができる。
【００１８】
図示はされていないが、吸気ポート１０は、シリンダヘッド２の側面に形成された入口から燃焼室６に連通する開口部に向かう途中で二股に分かれている。吸気ポート１０が二股に分かれる部分の上流には、吸気ポート１０の内部に燃料を噴射するポート噴射弁２４が設けられている。二股に分かれた吸気ポート１０の間であって、吸気ポート１０の下方には、先端が燃焼室６を臨むように、燃焼室６の内部に燃料を噴射する筒内噴射弁２６が設けられている。
【００１９】
エンジン１は、ターボ過給機６０が付けられたターボエンジンである。ターボ過給機６０は、吸気ポート１０につながる吸気通路４０に配置されたコンプレッサ６２と、排気ポート１２につながる排気通路５０に配置されたタービン６４とを有している。タービン６４をバイパスするバイパス通路６６が設けられ、バイパス通路６６には、ウェイストゲートバルブ６８が設けられている。吸気通路４０におけるコンプレッサ６２の下流には、インタークーラ４４とスロットルバルブ４２が設けられている。排気通路５０におけるタービン６４の下流には、図示しない三元触媒とＮＯｘ浄化触媒が設けられている。
【００２０】
エンジン１は、その運転を制御するための制御装置１００を備える。制御装置１００は、少なくとも入出力インタフェース、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＣＰＵを有するＥＣＵ（Electronic Control Unit）である。入出力インタフェースは、エンジン１及び車両に取り付けられた各種センサからセンサ信号を取り込むとともに、エンジン１が備えるアクチュエータに対して操作信号を出力するために設けられる。センサには、クランク角センサ、アクセル開度センサ、空燃比センサ、燃焼圧センサ、エアフローメータ、吸気圧センサ、過給圧センサ等（いずれも図示省略）が含まれる。アクチュエータには、ポート噴射弁２４、筒内噴射弁２６、点火プラグ２０を含む点火装置、スロットルバルブ４２、ウェイストゲートバルブ６８、可変動弁機構３０，３２などが含まれる。ＲＯＭには、エンジン１を制御するための各種の制御プログラムやマップを含む各種の制御データが記憶されている。ＣＰＵは、制御プログラムをＲＯＭから読みだして実行し、取り込んだセンサ信号に基づいて操作信号を生成する。
【００２１】
２．燃焼モードの選択
制御装置１００は、アクセルペダルの踏み込み量に応じて要求トルクを算出する。そして、要求トルクと現在のエンジン回転速度とに基づいてエンジン１の燃焼モードを選択し、選択した燃焼モードに従って操作量に関係する制御パラメータを決定する。
【００２２】
図２は、制御装置１００によって選択されるエンジン１の燃焼モードと、トルク（ＴＲＱ）及びエンジン回転速度（Ｎｅ）との関係を示す図である。図２に示すように、エンジン１の運転域は３つの領域に分けられる。領域ごとにエンジン１の燃焼モードが設定されている。エンジン１の燃焼モードのうち第１燃焼モードと第２燃焼モードは、理論空燃比よりも燃料リーンな空燃比によるリーン燃焼を行なうモードである。対して、第３燃焼モードは、理論空燃比によるストイキ燃焼を行なうモードである。
【００２３】
第１燃焼モードでは、ポート噴射弁２４による燃料噴射と筒内噴射弁２６による燃料噴射との併用によりリーン燃焼を実現させる。第１燃焼モードでの空燃比は、例えば２６程度の値に設定されている。ポート噴射弁２４による燃料噴射と筒内噴射弁２６による燃料噴射との分担比率は、１００：０から５０：５０までの間の比率に設定される。つまり、ポート噴射弁２４による燃料噴射のみを用いてもよい。ポート噴射弁２４による燃料噴射は、好ましくは、吸気バルブ１４が閉じている期間に行なわれる非同期噴射である。ただし、吸気バルブ１４が開いている期間と燃料噴射期間の少なくとも一部が重なる同期噴射となってもよい。筒内噴射弁２６による燃料噴射は、吸気行程で行なわれる吸気行程噴射である。
【００２４】
ポート噴射弁２４による燃料噴射（特に、非同期噴射）は、燃料噴射から点火までの時間、つまり、燃料と空気との予混合の時間を長くとることができる。よって、第１燃焼モードが選択された場合、燃料と空気とを均質に混合させて斑のない燃焼を実現することができる。ただし、リーン燃焼によって実現可能なトルクには限界がある。また、ポート噴射弁２４によって噴射された燃料は、スカベンジが発生した場合、空気とともに排気ポート１２に吹き抜けてしまう。これらの制約により、第１燃焼モードが選択可能な運転域は図２に示すように制限されている。
【００２５】
第２燃焼モードでは、筒内噴射弁２６による吸気行程での燃料噴射のみを用いてリーン燃焼を実現させる。つまり、ポート噴射弁２４による燃料噴射と筒内噴射弁２６による燃料噴射との分担比率が０：１００に設定される。第２燃焼モードを選択する運転域は、第１燃焼モードを選択する運転域に対して、相対的に高トルク低回転速度側に設定されている。第２燃焼モードを選択する運転域は、トルクの応答性を高めるために能動的にスカベンジを発生させる運転域でもある。スカベンジにより吹き抜ける空気の量（スカベンジ量）は、吸気バルブ１４と排気バルブ１６とのバルブオーバラップ量と、吸気ポート１０の圧力（吸気圧）と排気ポート１２の圧力（排気圧）との圧力差によって決まる。エンジン１に対する要求トルクが第１閾値トルクＴａ以上になったとき、第１燃焼モードから第２燃焼モードへの切り替えが行なわれる。第１閾値トルクＴａは、スカベンジによって燃料の吹き抜けが生じない範囲の最大トルクである。これはエンジン回転速度Ｎｅによって変わるパラメータであるので、第１閾値トルクＴａはマップにおいてエンジン回転速度Ｎｅに関連付けられている。
【００２６】
筒内噴射弁２６による燃料噴射は燃焼室６内に直接行なわれるので、ポート噴射弁２４による燃料噴射に比較してスカベンジの影響は小さい。スカベンジ量が大きくなったときには、排気バルブ１６が閉じてから筒内噴射弁２６による燃料噴射を行なうことで、未燃燃料が燃焼室６から排気ポート１２へ流れることを防ぐことができる。ただし、筒内噴射弁２６による吸気行程噴射は、燃料の噴射から点火までの時間がポート噴射に比べて短いため、予混合の時間を十分にとることができず燃焼室６内の混合気の燃料濃度に斑が生じやすい。
【００２７】
第２燃焼モードと第１燃焼モードとで異なる制御パラメータは、ポート噴射と筒内噴射との分担比率のみではない。第２燃焼モードと第１燃焼モードではともに１回点火方式がとられるが、第２燃焼モードを選択した場合には、点火プラグ２０の１回の放電あたりの放電時間が第１燃焼モードでの放電時間よりも長くされる。混合気は燃焼室６内で流動しているので、放電時間を長くとれば、その分、放電時間内に燃料濃度の濃い部分が点火プラグ２０の近傍に位置する確率が高まる。混合気の燃料濃度に斑があったとしても、放電期間内に燃料濃度の濃い部分が点火プラグ２０にくれば高い確率で着火する。ゆえに、第２燃焼モードを選択する場合、第１燃焼モードに比べて空燃比を相対的に燃料リッチにする必要がない。第２燃焼モードでの空燃比は、第１燃焼モードでの空燃比に維持されるか、ほとんど同じ空燃比に設定される。
【００２８】
また、第２燃焼モードを選択した場合には、点火プラグ２０の放電電流値が第１燃焼モードでの放電電流値よりも小さくされる。単に着火性を向上させるだけであるならば放電時間を長くとりさえすればよい。しかし、それでは点火にかかる電力消費が増大してしまい燃費を悪化させてしまう。そこで、放電時間を長くとったことによる電力消費の増大を抑えるべく、放電電流値を小さくして、１回の放電あたりの放電エネルギを第１燃焼モードと第２燃焼モードとの間で一定に保つようにする。放電の開始タイミングは、第１燃焼モードと第２燃焼モードとの間で一定に保たれる。ただし、放電の終了タイミングを一定に保つようにしてもよいし、放電期間の中心を一定に保つようにしてもよい。なお、放電時間及び放電電流値を制御する技術は、例えば特開２０１２−１６７６６５号公報や特開２０１０−２６１３９５号公報に開示されているように公知の技術である。
【００２９】
第３燃焼モードでは、筒内噴射弁２６による吸気行程での燃料噴射によりストイキ燃焼を実現させる。第３燃焼モードを選択する運転域は、第１燃焼モード或いは第２燃焼モードを選択する運転域よりも相対的に高トルク側に設定されている。エンジン１に対する要求トルクが第２閾値トルクＴｂ以上になったとき、第１燃焼モード或いは第２燃焼モードから第３燃焼モードへの切り替えが行なわれる。第２閾値トルクＴｂは、リーン燃焼によって実現できる範囲の最大トルクである。これはエンジン回転速度Ｎｅによって変わるパラメータであるので、第２閾値トルクＴｂはマップにおいてエンジン回転速度Ｎｅに関連付けられている。
【００３０】
３．システムの制御ロジック
図３は、システムの制御ロジックを示すフローチャートである。制御装置１００は、この制御ロジックに基づくルーチンをＥＣＵのクロック数に対応する所定の制御周期で繰り返し実行する。
【００３１】
制御装置１００は、ステップＳ２において、エンジン１に対する要求トルクＴｒｅｑが第２閾値トルクＴｂよりも小さいか否か判定する。第２閾値トルクＴｂはマップを参照してエンジン回転速度から決定される。
【００３２】
要求トルクＴｒｅｑが第２閾値トルクＴｂよりも小さい場合、制御装置１００は、ステップＳ４において、エンジン１に対する要求トルクＴｒｅｑが第１閾値トルクＴａよりも小さいか否か判定する。第１閾値トルクＴａはマップを参照してエンジン回転速度から決定される。
【００３３】
要求トルクＴｒｅｑが第１閾値トルクＴａよりも小さい場合、制御装置１００は、ステップＳ６において、エンジン１の燃焼モードに第１燃焼モードを選択する。第１燃焼モードが選択されている場合、ポート噴射弁２４による燃料噴射と筒内噴射弁２６による燃料噴射との併用（或いはポート噴射弁２４による燃料噴射のみの使用）による均質リーン燃焼が行なわれる。
【００３４】
要求トルクＴｒｅｑが第１閾値トルクＴａ以上で第２閾値トルクＴｂよりも小さい場合、制御装置１００は、ステップＳ８において、エンジン１の燃焼モードに第２燃焼モードを選択する。第２燃焼モードが選択されている場合、筒内噴射弁２６による燃料噴射のみの使用によるリーン燃焼が行なわれる。第２燃焼モードで実現されるリーン燃焼は、第１燃焼モードで実現されるリーン燃焼に比較すれば燃焼時の混合気の均質性に劣るものの、圧縮行程噴射により実現される成層リーン燃焼に比較すれば燃焼時の混合気の均質性は高いため、実質的には均質リーン燃焼に分類することができる。第２燃焼モードが選択されている場合、点火プラグ２０の放電エネルギは一定のまま、放電時間は第１燃焼モードのそれよりも長くされ、放電電流値は第１燃焼モードのそれよりも小さくされる。
【００３５】
要求トルクＴｒｅｑが第２閾値トルクＴｂ以上の場合、制御装置１００は、ステップＳ１０において、エンジン１の燃焼モードに第３燃焼モードを選択する。第３燃焼モードが選択されている場合、筒内噴射弁２６による燃料噴射のみの使用によるストイキ燃焼が行なわれる。リーン燃焼からストイキ燃焼への切り替え時には、スロットルバルブ開度、ウェイストゲートバルブ開度、バルブタイミング、点火タイミング等のトルクに関係する複数の制御パラメータがストイキ燃焼用の値に変更される。
【００３６】
４．システムの動作
図４は、上述の制御ロジックに従ったシステムの動作を示すタイムチャートである。タイムチャートは、上から順に、要求トルク、吸気圧、空燃比、バルブオーバラップ量、ポート噴射比率、放電時間、放電電流値の時刻による変化を示している。タイムチャートは、エンジン１が第１燃焼モードの運転域で運転しているところから始まっている。第１燃焼モードでは、ポート噴射弁２４による燃料噴射と筒内噴射弁２６による燃料噴射との併用によるリーン燃焼が行なわれる。全燃料噴射量に対するポート噴射弁２４による燃料噴射量の比率であるポート噴射比率は、５０％から１００％の間の比率に設定される。また、第１燃焼モードでは、放電時間はＴ１に設定され、放電電流値はＩ１に設定される。
【００３７】
運転者がアクセルペダルを踏み込み、アクセル開度から計算される要求トルクが増大すると、それに応じてスロットルバルブ４２が開かれることによって吸気圧が増大していく。また、要求トルクの増大に応じて吸気バルブ１４のバルブタイミングが進角されることによって、バルブオーバラップ量も増大していく。やがて、スロットルバルブ４２が全開なって吸気圧が大気圧に達すると、スロットルバルブ４２を全開に維持したままウェイストゲートバルブ６８が閉じられていき、コンプレッサ６２による過給によって吸気圧はさらに増大していく。
【００３８】
そして、要求トルクがスカベンジによって燃料の吹き抜けが生じない範囲の最大トルク（第１閾値トルク）に達したとき、燃焼モードは第１燃焼モードから第２燃焼モードへ切り替わる。燃焼モードの第２燃焼モードへの切り替えにより、筒内噴射弁２６による吸気行程噴射のみが用いられるようになり、ポート噴射比率は０％とされる。これにより、スカベンジによる燃料の吹き抜けは抑えられるので、第２燃焼モードでは、スカベンジを積極的に利用すべく、要求トルクの増大に応じてバルブオーバラップ量がさらに増大されていく。また、第２燃焼モードでは、放電時間は第１燃焼モードでの放電時間Ｔ１よりも長いＴ２に設定され、放電電流値は第１燃焼モードでの放電電流値Ｉ１よりも小さいＩ２に設定される。これにより、燃料濃度に斑のある全体的な燃料リーンな混合気に対しても着火性が向上するので、第１燃焼モードから第２燃焼モードへ切り替えた際、失火の防止の目的で第１燃焼モードに比べて空燃比を相対的に燃料リッチにする必要はない。
【００３９】
図５は、第２燃焼モードにおける放電時間と着火可能な空燃比とＮＯｘ排出量との関係を示す図である。この図より、空燃比を相対的に燃料リッチにすれば放電時間が短くても着火することができるが、ＮＯｘ排出量は増大してしまうことが分かる。また、この図より、放電時間を長くすれば、空燃比を相対的に燃料リーンにしても着火性を確保することができるので、ＮＯｘ排出量を低く抑えることができることが分かる。ゆえに、上述の制御ロジックによれば、第１燃焼モードから第２燃焼モードへの切り替えに合わせて放電時間を長くすることで、ＮＯｘ排出量を低く維持したまま第１燃焼モードから第２燃焼モードへ切り替えることができる。
【００４０】
図６は、ＮＯｘ排出量を基準値以下に抑えることができる範囲の上限トルクがエンジン回転速度によってどのように変わるのかを示した図である。図中に四角印で示す動作点は第１燃焼モードで実現できる上限トルクであり、黒丸印で示す動作点は第２燃焼モードで実現できる上限トルクである。この図に示すように、第１燃焼モードから第２燃焼モードへ切り替えることで、リーン燃焼による運転が可能な運転域が高トルク側に拡大する。よって、上述の制御ロジックによれば、ＮＯｘの排出量を低く維持したまま要求トルクに対して応答良くトルクを増大させることができる。
【００４１】
５．その他
上述の実施の形態では、ターボ過給機付きエンジンの制御装置に本発明を適用しているが、本発明は機械式過給機や電動式過給機を備えるエンジンの制御装置にも適用することができるし、さらに、自然吸気型のエンジンの制御装置にも適用することができる。
【符号の説明】
【００４２】
１  エンジン
４  シリンダ
６  燃焼室
１０  吸気ポート
１２  排気ポート
１４  吸気バルブ
１６  排気バルブ
２０  点火プラグ
２４  ポート噴射弁
２６  筒内噴射弁
４２  スロットルバルブ
６０  ターボ過給機
１００  制御装置
【図１】
2016217313.tif 000003
【図２】
2016217313.tif 000004
【図３】
2016217313.tif 000005
【図４】
2016217313.tif 000006
【図５】
2016217313.tif 000007
【図６】
2016217313.tif 000008