(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室内の混合気を成層状態と均質状態とに切り換えることにより、燃焼状態を成層燃焼と均質燃焼とに切換可能な内燃機関の制御装置において、
成層燃焼中に燃焼状態の安定度を検出し、不安定な状態となったときに安定度に応じて設定した時間だけ均質燃焼を行うようにしたことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
燃焼室内の混合気を成層状態と均質状態とに切り換えることにより、燃焼状態を成層燃焼と均質燃焼とに切換可能な内燃機関の制御装置において、
成層燃焼中に燃焼状態の安定度を検出する燃焼状態安定度検出手段と、
燃焼状態が不安定である状態が検出されたとき、安定度に応じて均質燃焼を行う時間を設定する均質燃焼時間設定手段と、
前記設定した時間だけ均質燃焼を行う均質燃焼切換手段と、
を含んで構成した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】
前記燃焼状態の安定度の検出は、機関回転速度の変動率に基づいて燃焼状態の安定度を検出することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記燃焼状態の安定度の検出は、燃焼室内圧力の変動率に基づいて燃焼状態の安定度を検出することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記燃焼状態の安定度の検出は、機関回転速度の変動率又は燃焼室内圧力の変動率が設定値以上となる頻度に基づいて燃焼状態の安定度を検出することを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の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】
本発明は、内燃機関の制御装置に関し、特に成層燃焼と均質燃焼とを燃焼状態の安定度に応じて切り換える制御に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ガソリン機関等の火花点火式機関において燃料を燃焼室内に直接噴射し、低・中負荷領域では、燃料を圧縮行程で噴射することにより点火プラグ付近のみに可燃混合気を層状に生成して成層燃焼を行い、これにより、空燃比を大幅にリーンとした燃焼を可能として燃費，排気浄化性能を大きく改善した技術が開発されている。
【０００３】
ところで、該成層燃焼を行う内燃機関では、高負荷領域で高出力を確保するため均質燃焼に切り換えるようにしているが、これとは別に、燃焼性安定等の問題で均質燃焼に切り換えるようにしたものがある（特開昭６３−１３８１２０号公報参照) 。即ち、成層燃焼時には点火プラグや燃料噴射弁の周辺に濃い混合気が形成されるため、いわゆるくすぶり燃焼により長時間成層燃焼を継続すると該点火プラグや燃料噴射弁の周りにカーボンが付着して燃焼性が損なわれてしまうことがあるが、均質燃焼に切り換えると拡散混合燃焼により付着したカーボンを焼却除去することができる。そこで、成層燃焼が所定時間以上継続したときに、強制的に均質燃焼に切り換えるようにしている。
【０００４】
しかしながら、この方式では成層燃焼を継続した時間のみに応じて一定時間均質燃焼を行うものであるから、均質燃焼を行う時間が短過ぎて十分にカーボンを除去することができなかったり、また、均質燃焼時間が必要以上に長過ぎて成層燃焼による燃費や排気性能の向上効果を十分に発揮できなくなってしまうことがあった。
【０００５】
本発明は、このような従来の課題に着目してなされたもので、成層燃焼継続による燃焼状態悪化時に均質燃焼を行う時間を適切に設定することにより、燃焼状態の安定性を確保しつつ、燃費，排気性能を十分に向上できるようにした内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明によれば、
燃焼室内の混合気を成層状態と均質状態とに切り換えることにより、燃焼状態を成層燃焼と均質燃焼とに切換可能な内燃機関の制御装置において、
成層燃焼中に燃焼状態の安定度を検出し、不安定な状態となったときに安定度に応じて設定した時間だけ均質燃焼を行うようにしたことを特徴とする。
【０００７】
請求項１に係る発明によると、
成層燃焼が継続してカーボン等が点火栓や燃料噴射弁周りに付着して燃焼状態が不安定になると、燃焼状態の安定度に応じて設定された時間均質燃焼に切り換えられる。これにより、均質燃焼の拡散混合燃焼により前記付着したカーボンが焼却除去され、以後の成層燃焼で安定した燃焼状態を回復できる。
【０００８】
また、均質燃焼は燃焼状態の安定度に応じて設定された時間だけ過不足無く行われるので、均質燃焼による前記カーボンの焼却除去を良好に行いつつ、成層燃焼による燃費，排気浄化性能も十分に発揮できる。
また、請求項２に係る発明は、図１に示すように、
燃焼室内の混合気を成層状態と均質状態とに切り換えることにより、燃焼状態を成層燃焼と均質燃焼とに切換可能な内燃機関の制御装置において、
成層燃焼中に燃焼状態の安定度を検出する燃焼状態安定度検出手段と、
燃焼状態が不安定である状態が検出されたとき、安定度に応じて均質燃焼を行う時間を設定する均質燃焼時間設定手段と、
前記設定した時間だけ均質燃焼を行う均質燃焼切換手段と、
を含んで構成したことを特徴とする。
【０００９】
請求項２に係る発明によると、
運転状態安定度検出手段によって成層燃焼が継続してカーボン等が点火栓や燃料噴射弁周りに付着して燃焼状態が不安定になる状態が検出されると、均質燃焼時間設定手段が該燃焼状態の安定度に応じて均質燃焼時間を設定する。
これにより、均質燃焼切換手段が、前記設定された時間だけ均質燃焼に切り換えて実行する。これにより、均質燃焼の拡散混合燃焼により前記付着したカーボンが焼却除去され、以後の成層燃焼で安定した燃焼性能が得られる。
【００１０】
また、均質燃焼は燃焼状態の安定度に応じた時間だけ過不足無く行われるので、均質燃焼による前記カーボンの焼却除去を良好に行いつつ、成層燃焼による燃費，排気浄化性能も十分に発揮できる。
また、請求項３に係る発明は、
前記燃焼状態の安定度の検出は、機関回転速度の変動率に基づいて燃焼状態の安定度を検出することを特徴とする。
【００１１】
請求項３に係る発明によると、
燃焼状態が不安定になると機関回転速度の変動率が大きくなってくるので、該変動率に基づいて燃焼状態の安定度を検出することができる。
また、請求項４に係る発明は、
前記燃焼状態の安定度の検出は、燃焼室内圧力の変動率に基づいて燃焼状態の安定度を検出することを特徴とする。
【００１２】
請求項４に係る発明によると、
燃焼状態が不安定になると燃焼室内圧力の変動率が大きくなってくるので、該変動率に基づいて燃焼状態の安定度を検出することができる。
また、請求項５に係る発明は、
前記燃焼状態の安定度の検出は、機関回転速度の変動率又は燃焼室内圧力の変動率が設定値以上となる頻度に基づいて燃焼状態の安定度を検出することを特徴とする。
【００１３】
請求項５に係る発明によると、
機関回転速度の変動率や燃焼室内圧力の変動率が設定値以上であるときに燃焼不良であると判断できるので、その発生頻度に応じて燃焼状態の安定度を高精度に検出することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図に基づいて説明する。
図２は、本発明の一実施形態のシステム構成を示す。
アクセル開度センサ１は、ドライバによって操作されるアクセルペダルの開度を検出する。
【００１５】
クランク角センサ２は、単位クランク角毎のポジション信号及び気筒行程位相差毎の基準信号を発生し、前記ポジション信号の単位時間当りの発生数を計測することにより、あるいは前記基準信号発生周期を計測することにより、機関回転速度Ｎを検出できる。
エアフローメータ３は、内燃機関４への吸入空気量 (単位時間当りの吸入空気量) を検出する。
【００１６】
水温センサ５は、機関４の冷却水温度を検出する。
機関４には、燃料噴射信号によって駆動し、燃料を直接燃焼室内に噴射供給する燃料噴射弁６、燃焼室に装着されて点火を行う点火栓７が設けられる。該燃焼室内への圧縮行程噴射により成層燃焼が可能となると共に、吸気行程噴射により均質燃焼も可能であり、空燃比を広範囲に可変制御することができる。また、機関４の吸気通路８には、スロットル弁９が介装され、該スロットル弁９の開度をＤＣモータ等により電子制御するスロットル弁制御装置10が備えられている。
【００１７】
前記各種センサ類からの検出信号は、コントロールユニット11へ入力され、該コントロールユニット11は、前記センサ類からの信号に基づいて検出される運転状態に応じて前記スロットル弁制御装置10を介してスロットル弁９の開度を制御し、本発明に係る燃料噴射時期制御を行って所定の噴射時期で前記燃料噴射弁６を駆動して燃料噴射量 (燃料供給量) を制御し、点火時期を設定して該点火時期で前記点火栓７を点火させる制御を行う。また、本発明に係る制御として、成層燃焼中に燃焼状態の安定度を検出しつつ、燃焼状態が不安定となったときに安定度に応じて設定された時間だけ均質燃焼に切り換える制御を行う。
【００１８】
図３は、前記成層燃焼と均質燃焼との切換制御のメインルーチンのフローチャートを示す。
ステップ１０では、前記各種センサからの機関運転状態の検出信号を読み込む。
ステップ２０では、前記各種検出信号に基づいて後述するように成層燃焼の可否を判断する。
【００１９】
そして、成層燃焼条件が成立した場合は、ステップ３０へ進んで、後述するようにして設定された均質燃焼の設定時間が経過しているか否かを判断する。
そして、均質燃焼の設定時間が経過していないと判断されたときは、ステップ６０へ進み、該設定時間を経過するまで均質燃焼制御を行う。このステップ６０の機能が均質燃焼切換手段を構成する。
【００２０】
一方、均質燃焼の設定時間が経過したと判断されたときは、ステップ４０へ進んで成層燃焼制御を行う。なお、燃焼状態に基づく均質燃焼時間の設定が行われていないときは初期値０にリセットされているので、そのままステップ４０へ進む。
ステップ５０では、成層燃焼時において燃焼状態の悪化度合いを想定し、次回の均質制御時間を設定する。
【００２１】
図４は、ステップ２０で実行される成層燃焼可否判断のサブルーチンのフローチャートを示す。
ステップ２１では、機関の始動後所定時間以上が経過したかを判断する。
ステップ２２では、機関の冷却水温度が所定温度以上か否かを判断する。
ステップ２３では、機関回転速度が所定値以下かを判断する。
【００２２】
ステップ２４では、燃焼状態の良悪判断を行う。
そして、ステップ２１〜ステップ２４の各判断が全てＹＥＳのときは、ステップ２５へ進んで成層燃焼を許可し、それ以外のときは成層燃焼を許可せず、前記メインルーチンのステップ６０へ進んで均質燃焼を行わせる。
図５は、メインルーチンのステップ５０で示した燃焼状態悪化度合いを算出するサブルーチンのフローチャートを示す。
【００２３】
ステップ５１では、機関回転速度Ｎを読み込む。
ステップ５２では、機関回転速度Ｎの変動率ΔＮを算出する。
ステップ５３では、前記回転変動率ΔＮが所定値Ａ以上の燃焼不良状態か否かを判定する。
そして、燃焼不良状態でないと判定されたときは、ステップ５７へ進んで燃焼状態が良好であると判断する。
【００２４】
一方、燃焼不良状態であると判定されたときはステップ５６へ進んで、一定時間の間に該燃焼不良状態と判定された回数つまり頻度が設定値以上あるか否かを判定する。以上ステップ５１〜ステップ５５の機能が燃焼状態安定度検出手段を構成する。
そして、燃焼不良状態と判定された頻度が所定値以上と判定されたときは、ステップ５８へ進んで、該頻度に応じて強制的に均質燃焼を行う均質燃焼時間を設定する。具体的には、図６に示すように燃焼不良状態と判定された頻度が高くなるほど、均質燃焼時間を長くするように設定する。このステップ５８の機能が、均質燃焼時間設定手段を構成する。
【００２５】
ここで設定された均質制御時間だけ、前記メインルーチンのステップ20の判定がＮＯとなっている間に均質燃焼が行われることとなる。
これにより、成層燃焼中に点火栓や燃料噴射弁に付着したカーボンが均質燃焼による拡散混合燃焼によって焼却除去し、以て燃焼状態の安定性を回復する。また、均質制御時間は燃焼状態の安定度に基づいて必要最小限の値に設定されているので、過剰に均質燃焼が行われることもなく、成層燃焼による燃費，排気性能の改善効果を十分に発揮できる。
【００２６】
また、本実施の形態では、機関回転速度の変動率に基づいて燃焼状態の安定度を検出する構成としたが、燃焼室内の圧力を検出する筒内圧センサを設けて、燃焼室内圧力の変動率を算出し、該燃焼室内圧力の変動率に基づいて燃焼状態の安定度を検出する構成としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の構成・機能を示すブロック図。
【図２】本発明の一実施形態のシステム構成を示す図。
【図３】同上実施形態の成層・均質切換制御のメインルーチンを示すフローチャート。
【図４】同上制御の成層燃焼可否判断のサブルーチンを示すフローチャート。
【図５】同上制御の燃焼状態悪化度合い算出のサブルーチンを示すフローチャート。
【図６】同上制御に使用する均質燃焼時間を設定するためのマップ。
【符号の説明】
２      クランク角センサ
３      エアフロメータ
４      内燃機関
６      燃料噴射弁
11      コントロールユニット
【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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【図６】
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