(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
機関運転状態に応じて燃焼形態を均質燃焼と成層燃焼との間で切り換える内燃機関の燃焼制御装置において、
前記内燃機関の冷却水の温度が暖機判定温度以上となることを条件として同機関の暖機完了有無を判定する暖機判定手段と、
前記内燃機関の始動から前記暖機判定手段による暖機完了有りの判定迄の間は機関運転状態に拘わらず当該機関の燃焼形態を均質燃焼に固定する始動時均質燃焼固定手段と、
前記暖機判定手段による暖機完了有りの判定から所定期間が経過する迄の間は機関運転状態に拘わらず当該機関の燃焼形態を均質燃焼に固定した状態を継続する暖機後均質燃焼固定手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の内燃機関の燃焼制御装置において、
前記暖機後均質燃焼固定手段は、冷間始動されたときに限り、燃焼形態を均質燃焼に固定した状態を継続するものである
ことを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の内燃機関の燃焼制御装置において、
前記暖機後均質燃焼固定手段は、機関運転状態に応じて前記所定期間を可変とするものである
ことを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。
【請求項４】
請求項３に記載の内燃機関の燃焼制御装置において、
前記暖機後均質燃焼固定手段は、機関回転数或いは機関負荷が大きな程、前記所定期間を短くするものである
ことを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の内燃機関の燃焼制御装置において、
前記暖機後均質燃焼固定手段によって燃焼形態が均質燃焼に固定されているときに点火時期を進角する点火時期進角手段を更に備える
ことを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。
【請求項６】
請求項１〜４のいずれかに記載の内燃機関の燃焼制御装置において、
機関運転状態が低負荷低回転域にあって、前記暖機後均質燃焼固定手段によって燃焼形態が均質燃焼に固定されているときに、点火時期を進角する点火時期進角手段を更に備える
ことを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の燃焼制御装置にかかり、特に機関運転状態に応じて燃焼形態を均質燃焼と成層燃焼との間で切り換える内燃機関に適用して好適な燃焼制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば筒内噴射方式の内燃機関のように、燃焼形態を均質燃焼と成層燃焼との間で切り換える内燃機関が実用化されている。
【０００３】
こうした内燃機関では、要求噴射量の少ない低負荷低回転域では、点火時期に近い圧縮行程の後期に燃料噴射を行い、点火プラグの発火部周囲のみに可燃な混合気を形成することで、非常に希薄な空燃比での燃焼、すなわち「成層燃焼」を行っている。また、要求噴射量の多い高負荷高回転域では、吸気行程中に燃料噴射を行うことで、燃焼室全体に均質に分散した混合気を形成して、通常の内燃機関と同様の「均質燃焼」を行っている。
【０００４】
ところで、冷間始動時には、空気や燃料の温度が低く、噴射された燃料が霧化され難いため、噴射された燃料が液相のまま、点火プラグに吹き付けられる。そして、液相のまま吹き付けられた燃料が、燃焼されず火炎に曝されることで炭化して、カーボンとなり点火プラグの発火部に付着する。こうした点火プラグ発火部のカーボン付着、すなわち点火プラグのくすぶりは、点火不良による失火の要因となる。
【０００５】
特に、燃料ラインに高圧燃料を供給する高圧燃料ポンプとして、内燃機関によって駆動される機関駆動式の高圧燃料ポンプを採用する場合には、機関始動時に十分な燃料圧を確保し難く、燃料噴霧の細粒化が困難なため、こうした傾向は更に増長される。
【０００６】
なお、成層燃焼では、点火プラグ付近のみに可燃な混合気が偏在した状態で燃焼が限定的に行われるため、同プラグが火炎に曝される時間（火炎曝露時間）が短くなり、点火プラグの発火部はあまり高温とならない。このため、冷間始動時に成層燃焼がなされていれば、上記の点火プラグ発火部へのカーボン付着が増大するおそれがある。
【０００７】
そこで、例えば特開平１０−３０４６８号公報にみられるように、冷間始動時においては、機関冷却水の温度が暖機判定温度以上となり、暖機が完了する迄は、機関運転状態に拘わらず燃焼形態を均質燃焼に固定することが提案されている。そして、暖機が完了するまでは成層燃焼を禁止して、上述の点火プラグのくすぶりを抑制し、暖機が完了すれば成層燃焼を許可するようにしている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ただし、冷間始動時にあっては、例え燃焼形態を均質燃焼に固定したとしても、やはり点火プラグ発火部へのある程度のカーボンが付着してしまうことは避け難い。こうした点火プラグのくすぶりは、速やかに除去することが望ましい。
【０００９】
ところが上記の如く、内燃機関の暖機が完了した時点で成層燃焼を許可すれば、以降しばらくの間、成層燃焼のみが継続されることがある。成層燃焼では、上記の点火プラグの火炎曝露時間が短く、また空気による断熱もあって、点火プラグ発火部を十分に昇温できないため、付着したカーボンを焼却除去することが困難となる。したがって、暖機完了以降にこうした成層燃焼が暫く継続された場合、冷間始動時に生じた点火プラグのくすぶりの清浄化を速やかに行えず、点火不良による失火を招くおそれがある。
【００１０】
本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、点火プラグのくすぶりの影響を好適に抑制することのできる内燃機関の燃焼制御装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
＜請求項１＞
請求項１に記載の発明は、機関運転状態に応じて燃焼形態を均質燃焼と成層燃焼との間で切り換える内燃機関の燃焼制御装置において、前記内燃機関の冷却水の温度が暖機判定温度以上となることを条件として同機関の暖機完了の有無を判定する暖機判定手段と、前記内燃機関の始動から前記暖機判定手段による暖機完了有りの判定迄の間は機関運転状態に拘わらず当該機関の燃焼形態を均質燃焼に固定する始動時均質燃焼固定手段と、前記暖機判定手段による暖機完了有りの判定から所定期間が経過する迄の間は機関運転状態に拘わらず当該機関の燃焼形態を均質燃焼に固定した状態を継続する暖機後均質燃焼固定手段とを備えるようにしたものである。
【００１２】
この請求項１に記載の構成では、内燃機関の冷却水の温度が暖機判定温度以上となることを条件として暖機が完了したと判定されたとしても、同判定から所定期間が経過する迄の間は、機関運転状態に拘わらず当該機関の燃焼形態が均質燃焼に固定された状態が継続されるようになる。点火プラグの火炎曝露時間がより長く、同点火プラグをより効果的に昇温可能な均質燃焼が、暖機完了以降も所定期間、確実に維持されるため、暖機完了以前に生じた点火プラグのくすぶりの清浄化をより早急に図ることができる。したがって、この請求項１に記載の発明によれば、点火プラグのくすぶりの影響を好適に抑制することができるようになる。
【００１３】
ちなみに内燃機関の冷間始動時には、点火プラグのくすぶりがより生じ易い為、冷間始動されたときに上記発明を適用すればより好適となる。ただし、冷間始動されていない場合であれ、暖機の完了以前には、ある程度は点火プラグのくすぶりが生じるおそれがあるため、冷間始動されたとき以外でも上記発明を適用すれば、相応の効果を奏することはできる。
【００１４】
＜請求項２＞
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関の燃焼制御装置において、前記暖機後均質燃焼固定手段を、冷間始動されたときに限り、燃焼形態を均質燃焼に固定した状態を継続するようにしたものである。
【００１５】
上述したように、点火プラグのくすぶりは主に、内燃機関が冷間始動されたときに生じる。この請求項２に記載の構成では、こうした冷間始動時に限り、暖機が完了されてから所定期間が経過する迄の間、燃焼形態が均質燃焼に固定するようにして、より効果的に点火プラグのくすぶりの清浄化を図るようにしている。したがって、あまり点火プラグのくすぶりが生じ得ない状況で、必要以上に燃焼形態が均質燃焼に固定されることを回避でき、燃焼制御の自由度を増すことができるようになる。そして、成層燃焼の実行機会が増えることで、内燃機関の燃費が向上されることともなる。
【００１６】
＜請求項３＞
また、請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の内燃機関の燃焼制御装置において、前記暖機後均質燃焼固定手段を、機関運転状態に応じて前記所定期間を可変とするようにしたものである。
【００１７】
均質燃焼にあっても、機関運転状態によって点火プラグの昇温度合いが変化するため、上記くすぶりの清浄化能力も機関運転状態に応じて自ずと異なるようになる。この請求項３に記載の構成では、そのときの機関運転状態でのくすぶりの清浄化能力に応じて、均質燃焼に固定される期間を可変とするようにしている。このため、必要以上に燃焼形態が均質燃焼に固定されることを回避して、点火プラグの清浄化に必要な期間を確保しながらも、より早期から成層燃焼を許可できるようになる。
【００１８】
＜請求項４＞
また、請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の内燃機関の燃焼制御装置において、前記暖機後均質燃焼固定手段を、機関回転数或いは機関負荷が大きな程、前記所定期間を短くするようにしたものである。
【００１９】
機関回転数或いは機関負荷が大きなほど、点火プラグはより早急に昇温し、くすぶりの清浄化を促進することができる。そこで、この請求項４に記載の構成では、機関回転数や機関負荷が大きくて、くすぶりがより好適に清浄化可能な状況にあれば、燃焼形態の均質燃焼への固定がより早期に解除されるようになる。このため、点火プラグの清浄化に必要な期間をより適正に確保しながらも、成層燃焼を更に早期より許可することができるようになる。
【００２２】
＜請求項５＞
また、請求項５に記載の構成では、請求項１〜４のいずれかに記載の内燃機関の燃焼制御装置において、前記暖機後均質燃焼固定手段によって燃焼形態が均質燃焼に固定されているときに、点火時期を進角する点火時期進角手段を更に備えるようにしたものである。
【００２３】
均質燃焼時に点火時期を進角すれば、点火プラグの火炎曝露時間を更に長くすることができ、同点火プラグの昇温を更に促進することができる。そこで、この請求項５に記載の構成では、点火プラグのくすぶりの清浄化を図るべく燃焼形態を均質燃焼に固定している間、点火時期を進角している。このため、点火プラグの清浄化を更に促進することができるようになる。なお、このように点火時期を進角すれば、例えば低負荷低回転域などの通常では点火プラグを十分に昇温し得ない機関運転状態にあっても、同点火プラグの火炎曝露時間を長くして、くすぶりの清浄化を図ることができるようにもなる。
【００２４】
＜請求項６＞
また、請求項６に記載の発明は、請求項１〜４のいずれかに記載の内燃機関の燃焼制御装置において、機関運転状態が低負荷低回転域にあって、前記均質燃焼固定手段によって燃焼形態が均質燃焼に固定されているときに、点火時期を進角する点火時期進角手段を更に備えるようにしたものである。
【００２５】
上述のように、機関運転状態が低負荷低回転域にあれば、通常であれば点火プラグを十分に昇温し得ず、くすぶりの清浄化をあまり期待することはできない。そこで、この請求項６に記載の構成では、こうした低負荷低回転域においても、燃焼形態を均質燃焼に固定すると共に点火時期を進角することで、くすぶりの清浄化を図ることができるようになる。また、こうした点火時期の進角を機関運転状態が低負荷低回転域にあるときに限定することで、高負荷高回転域での点火時期の進角によるノッキングの発生を抑制できるようにもなる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
次に、本発明にかかる内燃機関の燃焼制御装置を具体化した第１実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００２７】
図１は、本実施形態にかかる燃焼制御装置の適用される内燃機関の概略構成図である。まずはこの図１を参照して、この内燃機関の構成を説明する。
同図１に示すように、車載されたエンジン１０は筒内噴射方式の内燃機関であり、大きくは、燃焼室１３及びシリンダ１５ａが設けられたエンジン本体、排気通路１１、吸気通路１２に加え、更にこれら排気通路１１と吸気通路１２とを連通するＥＧＲ通路１４を備えて構成されている。
【００２８】
エンジン本体のシリンダブロック１５には、その頂面に凹状のくぼみ１６ａの形成されたピストン１６が摺動可能に配設されたシリンダ１５ａが形成されている。シリンダブロック１５にあってシリンダ１５ａの周囲には、機関冷却用の冷却水が循環されるウォータジャケット１５ｂが形成されている。また、このウォータジャケット１５ｂには、冷却水の温度を検出するための水温センサ１５ｃが設けられている。
【００２９】
シリンダ１５ａにあってピストン１６上方の空間は、燃料の燃焼が行われる燃焼室１３となっている。シリンダ１５ａの上方には、同シリンダ１５ａ内に燃料を直接噴射可能なようにインジェクタ１８が設けられている。燃焼室１３の上方には、点火プラグ１７が設けられている。この点火プラグ１７による点火の時期は、更にその上方に設けられたイグナイタ１７ａによって調整される。
【００３０】
燃焼室１３内での燃料の燃焼に基づくピストン１６の上下運動は、回転運動として機関出力軸であるクランクシャフト１９に伝達される。このクランクシャフト１９の近傍には、その回転速度（機関回転数）を検出する回転数センサ２０が設けられている。
【００３１】
一方、吸気通路１２においてその上流には、同通路１２の流路面積を可変とするスロットル弁２１が設けられている。このスロットル弁２１は、スロットル用モータ２１ａによって開閉駆動される。スロットル弁２１の近傍には、その開度を検出するためのスロットルセンサ２２と、アクセルペダル２４の踏み込み量を検出するためのアクセルセンサ２５が設けられている。また、吸気通路１２において、スロットル弁２１の下流には、吸気通路１２内の圧力（吸気通路内圧）を検出するための圧力センサ２３が設けられている。
【００３２】
更に、吸気通路１２においてスロットル弁２１の下流には、上記ＥＧＲ通路１４が接続されている。このＥＧＲ通路１４には、その流路面積を可変とするＥＧＲ弁２６が設けられ、排気通路１１との内圧差によって吸気通路１２に導入されるＥＧＲ（排気ガス再循環）ガスの量が調整される。
【００３３】
こうしたエンジン１０において、上記回転数センサ２０や圧力センサ２３をはじめとする各種センサの出力は、エンジン１０の燃焼制御などを行う制御系としての役割を司る電子制御装置（「ＥＣＵ」）に対して入力される。このＥＣＵは、イグナイタ１７ａ、インジェクタ１８、スロットル弁２１（スロットル用モータ２１ａ）及びＥＧＲ弁２６等を駆動制御して、エンジン１０の各種運転制御を行うと共に、その一環として同エンジン１０の燃焼制御を行っている。
【００３４】
図２は、このＥＣＵ３０のハードウェア構成についてその概要を示したものである。続いて、この図２を参照して、同ＥＣＵ３０の内部構成を説明する。
同図２に示すように、ＥＣＵ３０は、読み出し専用の記憶媒体であるＲＯＭ３３、上記エンジン１０の各種制御を実行するＣＰＵ３４、読み出し及び書き込みが自由な揮発性の記憶媒体であるＲＡＭ３２、及び読み込みと書き込みが自由で且つ、バッテリバックアップなどによりエンジン１０の停止後も記憶内容を保存可能な不揮発性の記憶媒体であるバックアップＲＡＭ３１等を中心に備えて構成される。
【００３５】
このＥＣＵ３０の入力回路３５には、上記回転数センサ２０やアクセルセンサ２５、水温センサ１５ｃ、圧力センサ２３、スロットルセンサ２２のほか、エンジン１０の運転制御に必要な各種センサが接続されている。また、同ＥＣＵ３０の出力回路３６には、上記のスロットル用モータ２１ａ、インジェクタ１８、イグナイタ１７ａ、ＥＧＲ弁２６などの駆動回路が接続されている。上記のバックアップＲＡＭ３１，ＲＡＭ３２，ＲＯＭ３３，ＣＰＵ３４と、これら入力回路３５及び出力回路３６とは、バス３７を介して電気的に接続されている。ＥＣＵ３０は、入力回路３５を介して取り込まれる各種センサの出力に基づいて、燃焼制御などのエンジン１０の運転制御にかかる各種制御を実行する。
【００３６】
次に、このエンジン１０の燃焼制御について、その概要を説明する。
このエンジン１０では、機関運転状態に応じて燃焼形態を「均質燃焼」と「成層燃焼」との間で切り換えるようにしている。そして低負荷低回転域では主に、燃費を向上することのできる成層燃焼を行い、高負荷高回転域では燃料噴射量をより増大することのできる均質燃焼を行っている。
【００３７】
＜成層燃焼＞
成層燃焼では、点火時期に近い圧縮行程の後半にインジェクタ１８からの燃料噴射が行われる。そして、上記ピストン１６頂面のくぼみ１６ａの形状やシリンダ１５ａ内の気流などによって、点火プラグ１７の発火部の周囲のみに可燃な混合気を形成するようにしている。こうして点火プラグ１７の発火部近傍に混合気が形成されるタイミングを見計らって同点火プラグ１７の着火が行われるように、イグナイタ１７ａによる点火時期を制御する。
【００３８】
このように成層燃焼では、点火プラグ１７の発火部近傍のみに可燃な濃い空燃比の混合気を形成することで、燃焼室１３全体としては非常に薄い空燃比での燃焼が可能となる。このため、少ない燃料噴射量でもスロットル弁２１の開度を大きくして空気を大量に導入することが可能となり、ポンピング損失を低減できる。更に、燃焼される可燃な混合気の周りの空気により断熱されるため、冷却損失も低減でき、燃費を大きく向上できる。
【００３９】
なお、成層燃焼では主に、点火プラグ１７近傍のみで燃焼が限定的に行われるため、同点火プラグ１７の火炎曝露時間が短くなる。また更に、空気による断熱もあって成層燃焼では、点火プラグ１７を昇温し難くなる。
【００４０】
＜均質燃焼＞
均質燃焼では、吸気行程の前半にインジェクタ１８からの燃料噴射が行われる。そして、点火時期までに燃焼室１３全体に均質に分散された混合気を形成するようにしている。均質燃焼では、燃焼室１３全体で燃焼が行われるため、点火プラグ１７の火炎曝露時間も長く、成層燃焼に比して同点火プラグ１７は昇温され易くなる。
【００４１】
なお、このエンジン１０では、機関始動から同エンジン１０の暖機が完了するまでは、機関運転状態に拘わらず燃焼形態を均質燃焼にするようにしている。ちなみにここでは、上記水温センサ１５ｃによって検出される冷却水の水温が所定温度（暖機判定温度）以上となることを条件として、暖機が完了されたと判定するようにしている。こうして暖機完了以前の成層燃焼を禁止することで、燃焼の安定化を図ると共に、上述の点火プラグ１７のくすぶりを抑制するようにしている。
【００４２】
更に、本実施形態の内燃機関の燃焼制御装置では、こうして暖機完了有りの判定がなされた後も、エンジン１０が冷間始動されたときであれば、更に所定期間が経過する迄の間、燃焼形態の均質燃焼への固定を継続するようにしている。こうして、暖機完了以降も暫くの間、均質燃焼を強制的に継続することで、冷間始動時に生じた点火プラグ１７のくすぶりを早期に清浄化するようにしている。
【００４３】
次に、こうした暖機完了以後の燃焼制御にかかる制御の手順について、フローチャートを参照して詳細に説明する。
図３は、こうした暖機完了以後の燃焼制御のための「成層燃焼許可判定ルーチン」を示すフローチャートである。本ルーチンは、ＥＣＵ３０によって所定時間毎に周期的に実行される。
【００４４】
さて、処理が本ルーチンに移行すると、ＥＣＵ３０はまずステップ１０において、そのとき暖機が完了しているか否かを判定する。上述のように、こうした暖機完了有りの判定は、水温センサ１５ｃによって検出される冷却水の温度が、エンジン１０が十分に暖まったことを示す所定温度（暖機判定温度）以上となることを条件として行われる。ここで、暖機完了無しと判定されれば、すなわちエンジン１０が未だ暖機未完了であれば（ステップ１０：NO）、本ルーチンの処理を一旦抜ける。またここで、暖機完了有りと判定されれば（ステップ１０：YES）、処理をステップ２０に移行する。
【００４５】
ステップ２０においては、今回のエンジン１０の始動が冷間始動であったか否かが判定される。この判定は、機関始動時の冷却水の温度に基づき行わる。そして、機関始動時の冷却水の温度が、エンジン１０が十分に冷えた状態にあることを示す所定の温度以下であることを条件に、冷間始動されたと判定している。
【００４６】
ここで、冷間始動されていないと判定されれば（ステップ２０：NO）、処理をステップ９０に移行する。そして、このステップ９０において、成層燃焼での運転を許可した後、本ルーチンを抜ける。すなわち、本実施形態では、冷間始動されていなければ、暖機が完了した時点で成層燃焼が許可され、機関運転状態に応じて均質燃焼と成層燃焼との間でエンジン１０の燃焼形態が切り換えられるようになる。
【００４７】
一方、冷間始動されたと判定された場合には（ステップ２０：YES）、本ルーチンが実行される毎に、ステップ３０以降の処理を実行する。
ステップ３０においては、暖機が完了されてからの経過時間を表すカウンタの値をインクリメントする。このカウンタの値は、機関始動時にはクリアされており、冷間始動されていれば暖機完了以降、本ルーチンが実行される毎に、このステップ３０の処理においてインクリメントされる。なお、本実施形態では、このステップ３０の処理がなされる毎に、カウンタの値を常に一定値ずつインクリメントするようにしている。
【００４８】
そして、ステップ４０においては、このカウンタの値が予め定められた判定値以上であるか否かが判定される。すなわち、ここでは、暖機が完了されてから、カウンタの値が判定値に達するのに要する所定期間が経過されているか否かが判定される。
【００４９】
ここで、カウンタの値が判定値未満であれば（ステップ４０：NO）、一旦本ルーチンの処理を抜ける。一方、カウンタの値が判定値以上となれば（ステップ４０：YES）、処理を上記ステップ９０に移行し、成層燃焼を許可した後、本ルーチンの処理を抜ける。
【００５０】
すなわち、本ルーチンでは、エンジン１０が冷間始動されていれば、カウンタの値が判定値に達するのに要する所定期間が経過される迄の間、成層燃焼での運転が許可されず、燃焼形態が均質燃焼に固定されるようになる。ちなみに上記判定値は、冷間始動時に生じた点火プラグ１７発火部のくすぶりを清浄化するのに要する期間、均質燃焼が固定されるように設定されている。
【００５１】
次に、本ルーチンによる制御態様について、タイムチャートを参照して説明する。
図４は、同ルーチンの処理を実施する本実施形態の燃焼制御装置の制御態様の一例を示すタイムチャートである。同図（ａ）はエンジン１０の冷却水温度の推移を、同図（ｂ）は上記カウンタの値の推移を、同図（ｃ）は成層燃焼の許可判定の有無の推移をそれぞれ示している。
【００５２】
さて、エンジン１０が冷間始動されて以降、同図（ａ）に示すように、エンジン１０の冷却水は時間の経過とともに昇温される。上述の通り、機関始動から暖機完了までは、成層燃焼が禁止されているため、同図（ｃ）に示すように、成層燃焼の許可判定は無効とされ、燃焼形態が均質燃焼に固定されている。
【００５３】
時刻ｔ１において、機関冷却水の温度が暖機判定温度を上回ると、カウンタのカウントが開始される。このときには、エンジン１０の暖機は完了しているものの、未だ成層燃焼は許可されず禁止されたままであり、燃焼形態が均質燃焼に固定された状態が継続されている。
【００５４】
その後、時刻ｔ２において、カウンタの値が判定値以上となると、同図（ｃ）に示すように成層燃焼が許可され、燃焼形態の均質燃焼への固定が解除される。したがってここでは、暖機の完了が判定されてから、カウンタの値が判定値に達するのに要する所定期間が経過する迄の間の期間［ｔ１〜ｔ２］、燃焼形態が点火プラグ１７発火部をより好適に昇温させることのできる均質燃焼に固定されている。
【００５５】
なお、この時刻ｔ２以降は、機関運転状態に応じて均質燃焼と成層燃焼との間でエンジン１０の燃焼形態が切り換えられるようになる。
以上説明した本実施形態の内燃機関の燃焼制御装置によれば、以下に記載の効果を得ることができる。
【００５６】
（１）本実施形態では、暖機が完了されたと判定されてから所定期間が経過する迄の間、エンジン１０の燃焼形態を、点火プラグ１７発火部をより好適に昇温することのできる均質燃焼に固定するようにしている。したがって、暖機が完了されるまでに生じた点火プラグ１７のくすぶりをより早期に清浄化でき、ひいてはその影響を好適に抑制することができる。
【００５７】
（２）本実施形態では、点火プラグ１７のくすぶりが主に生じる冷間始動されたときに限り、暖機完了有りの判定以降の燃焼形態の均質燃焼への固定を実施するようにしている。このため、不必要な、或いはあまり必要性の少ない状況で燃焼形態が均質燃焼に固定さることを好適に回避し、より早期に成層燃焼を許可することができるようになる。そしてひいては、点火プラグ１７のくすぶりの影響を抑制しながらも、成層燃焼の実行機会を増やし、燃費の向上を図ることができる。
【００５８】
（第２実施形態）
次に、本発明にかかる内燃機関の燃焼制御装置を具体化した第２実施形態について、先の第１実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００５９】
上述のように、均質燃焼では成層燃焼に比べ、点火プラグ１７を昇温し易いため、同点火プラグ１７のくすぶりをより効果的に清浄化することができる。ちなみに、均質燃焼にあっても、機関運転状態によって燃焼室１３内での燃焼態様が異なり、点火プラグ１７の昇温度合いも変化する。このため、同点火プラグ１７のくすぶりの清浄化能力も機関運転状態に応じて自ずと異なるようになる。
【００６０】
図５に、機関運転状態と点火プラグ１７の清浄化能力との関係を示す。この図５に示すように、より大量の燃料噴射が行われる高負荷高回転域では、点火プラグ１７がより効果的に昇温されるため、くすぶりの清浄化能力が高くなり、より短期間で清浄化を行うことができる。
【００６１】
そこで、この第２実施形態の燃焼制御装置では、そのときの機関運転状態に応じて、先述の燃焼形態を均質燃焼に固定する所定期間を可変とすることで、点火プラグ１７のくすぶりの清浄化能力を確保しながらも、より早期に成層燃焼を許可するようにしている。
【００６２】
以下、本実施形態における暖機完了後の燃焼制御について説明する。
本実施形態でも、先の図３に示した「成層燃焼許可判定ルーチン」と同様の処理を実行する。ただし、本実施形態では、冷間始動されたときの暖機完了判定がなされてから燃焼形態を均質燃焼に固定する所定期間を設定するためのカウンタのインクリメントの仕方を（図３：ステップ３０）、先の第１実施形態とは異ならせている。
【００６３】
先の第１実施形態では、暖機の完了判定がなされた後、同ルーチンの処理が実行される毎に、カウンタの値を常に一定値ずつインクリメントするようにしていたが、本実施形態では、カウンタをインクリメント量をそのときの機関運転状態に応じて重み付けするようにしている。ちなみにここでは、先の図５に示すように、機関回転数或いは機関負荷が高く、点火プラグ１７のくすぶりの清浄化能力が高い機関運転状態にある程、カウンタをより大きくインクリメントするようにしている。
【００６４】
このため、同様に燃焼形態が均質燃焼に固定されていても、くすぶりの清浄化能力の高い機関運転状態にあれば、より早期にカウンタの値が判定値に達し、上記固定が解除され、成層燃焼が許可されるようになる。また、くすぶりの清浄化能力の低い機関運転状態にあれば、くすぶりが確実に清浄化されるまで、より長期に亘って均質燃焼に固定された状態が継続されるようになる。
【００６５】
以上説明した本実施形態の内燃機関の燃焼制御装置によれば、上記（１）、（２）に記載の効果に加え、更に以下に記載の効果を得ることができる。
（３）本実施形態では、暖機完了判定後の燃焼形態を均質燃焼に固定する期間を、機関運転状態に応じて可変とするようにしている。このため、機関運転状態よる点火プラグ１７のくすぶりの清浄化能力の差異に応じて、適切な期間だけ、均質燃焼の固定を行うことができる。したがって、点火プラグ１７のくすぶりの清浄化を確実に行いながらも、より早期に成層燃焼を許可することができるようになる。
【００６６】
（４）本実施形態では、機関回転数或いは機関負荷が大きく、点火プラグ１７のくすぶりの清浄化能力が高くなるほど、暖機完了判定後の燃焼形態を均質燃焼に固定する期間を短くするようにしている。したがって、暖機完了判定後の燃焼形態を均質燃焼に固定する期間をより適正に設定することができる。
【００６７】
（第３実施形態）
続いて、本発明にかかる内燃機関の燃焼制御装置を具体化した第３実施形態について、上記各実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００６８】
上述のように、均質燃焼にあっても、機関運転状態に応じて、点火プラグ１７のくすぶりの清浄化能力に差異がある。そして、高回転或いは高負荷の機関運転状態では、こうした清浄化能力が高くなることも上述した通りである。
【００６９】
これに対して、低負荷低回転域では、均質燃焼にあっても、燃料噴射量が少なく、点火プラグ１７の昇温を図り難いため、くすぶりの清浄化もあまり期待することはできない。
【００７０】
そこで、この第３実施形態の燃焼制御装置では、くすぶりの清浄化があまり期待できない低負荷低回転域にあれば、例え暖機完了判定から所定期間が経過する迄の期間内にあっても、均質燃焼の固定を解除し、成層燃焼を許可するようにしている。
【００７１】
次に、こうした本実施形態での暖機完了後の燃焼制御にかかる制御の手順について、フローチャートを参照して詳細に説明する。
図６は、こうした暖機完了以後の燃焼制御のための「成層燃焼許可判定ルーチン」を示すフローチャートである。本ルーチンの処理も、ＥＣＵ３０によって所定時間毎に周期的に実行される。
【００７２】
なお、本ルーチンのステップ１１０〜１４０迄は、先の図３のステップ１０〜４０と同様の処理が行われる。すなわち、本ルーチンの処理においても、
・エンジン１０が冷間始動されていなければ（ステップ１２０：NO）、暖機が完了されたと判定された時点で、成層燃焼が許可される（ステップ１９０）。
・エンジン１０が冷間始動されていれば（ステップ１２０：YES）、暖機が完了されたと判定されただけでは成層燃焼を許可せず、暖機完了の判定後の経過時間を表すカウンタの値が判定値以上となった時点で（ステップ１４０：YES）、成層燃焼を許可する（ステップ１９０）。
ことが行われる。
【００７３】
ただし、本ルーチンでは、エンジン１０が冷間始動されており（ステップ１２２０：YES）、カウンタの値が判定値未満であるとき（ステップ１４０：NO）、すなわち暖機完了の判定がなされてから所定時間が経過するまでの期間内にあるときには、更にステップ１５０の処理が行われる。
【００７４】
このステップ１５０においては、そのときの機関運転状態が低負荷低回転域にあるか否かが判定される。ここで低負荷低回転域にないと判定されれば（ステップ１５０：NO）、そのまま一旦本ルーチンの処理を抜ける。すなわち、このときには、先の第１実施形態と同様に、燃焼形態を均質燃焼に固定した状態を保持している。
【００７５】
一方、ここで低負荷低回転域にあると判定されれば（ステップ１５０：YES）、処理をステップ１９０に移行して、成層燃焼を許可するようにしている。すなわち、本ルーチンでは、暖機完了の判定がなされてから所定時間が経過される迄の期間内にあっても、機関運転状態が低負荷低回転域にあれば、成層燃焼が許可され、燃焼形態の均質燃焼固定が一時的に解除されるようになる。
【００７６】
次に、同ルーチンによる制御態様について、タイムチャートを参照して説明する。
図７は、同ルーチンの処理を実施する本実施形態の燃焼制御装置の制御態様の一例を示すタイムチャートである。
【００７７】
さて、時刻ｔ１において、同図（ａ）に示すように、エンジン１０の冷却水の温度が暖機判定温度以上となって、暖機が完了されたと判定されると、同図（ｂ）に示すカウンタのカウントが開始される。エンジン１０が冷間始動されていれば、同図（ｄ）に示すように、この時刻ｔ１には成層燃焼が許可されず、燃焼形態が均質燃焼に固定されている。そして、このカウンタの値が判定値以上となった時刻ｔ４において、成層燃焼が許可され、均質燃焼への固定が解除される。この時刻ｔ１から時刻ｔ４迄の期間、すなわち暖機完了の判定がなされてからカウンタの値が判定値に達するのに要する所定期間が経過する迄の期間は、通常は、点火プラグ１７のくすぶりを清浄化すべく、燃焼形態が均質燃焼に固定されている。
【００７８】
ただし、同図（ｃ）に示すように、スロットル開度が絞られ、時刻ｔ２において機関運転状態が低負荷低回転域に移行すると、本来は均質燃焼に固定されるべき時刻ｔ１から時刻ｔ４迄の期間内にあっても、成層燃焼が許可され、上記均質燃焼の固定が解除される。時刻ｔ３において、機関運転状態が低負荷低回転域から離脱すれば、この成層燃焼の許可は無効となり、再び燃焼形態は均質燃焼に固定される。
【００７９】
以上説明した本実施形態の内燃機関の燃焼制御装置によれば、上記（１）、（２）に記載の効果に加え、更に以下に記載の効果を得ることができる。
（５）本実施形態では、点火プラグ１７のくすぶりを清浄化すべく燃焼形態を均質燃焼に固定する期間、すなわち暖機が完了したと判定されてから所定時間が経過する迄の期間内にあっても、くすぶりの清浄化をあまり期待できない低負荷低回転域に機関運転状態があれば、上記均質燃焼の固定を解除して成層燃焼を許可するようにしている。したがって、不必要な均質燃焼の固定を好適に回避することができ、燃焼制御の自由度を増すことができる。こうして、成層燃焼の実行機会が増えることで、内燃機関の燃費が向上されることともなる。
【００８０】
（第４実施形態）
続いて、本発明にかかる内燃機関の燃焼制御装置を具体化した第４実施形態について、上記各実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００８１】
上述のように、機関運転状態が低負荷低回転域にあるときには、燃焼形態を単に均質燃焼に固定しただけでは、点火プラグ１７を十分に昇温することができず、くすぶりの清浄化もあまり期待することはできない。ただし、均質燃焼時に点火時期を進角すれば、点火プラグ１７の火炎曝露時間が長くなり、同点火プラグ１７の昇温をより促進できるため、くすぶりの清浄化能力を高めることができる。したがって、通常は点火プラグ１７を十分に昇温し得ない上記低負荷低回転域であれ、このように点火時期を進角すれば、十分なくすぶりの清浄化能力を確保することができる。
【００８２】
そこで、この第４実施形態の燃焼制御装置では、点火プラグ１７のくすぶりを清浄化すべく燃焼形態を均質燃焼に固定する期間内において、機関運転状態が低負荷低回転域にあれば、点火時期を進角して清浄化能力を確保するようにしている。
【００８３】
次に、こうした本実施形態での暖機完了後の燃焼制御にかかる制御の手順について、フローチャートを参照して詳細に説明する。
図８は、こうした暖機完了以後の燃焼制御のための「成層燃焼許可判定ルーチン」を示すフローチャートである。本ルーチンの処理も、ＥＣＵ３０によって所定時間毎に周期的に実行される。
【００８４】
なお、本ルーチンのステップ２１０〜２４０迄は、先の図３のステップ１０〜４０と同様の処理が行われる。すなわち、本ルーチンの処理においても、
・エンジン１０が冷間始動されていなければ（ステップ２２０：NO）、暖機が完了されたと判定された時点で、成層燃焼が許可される（ステップ２９０）。
・エンジン１０が冷間始動されていれば（ステップ２２０：YES）、暖機が完了されたと判定されただけでは成層燃焼を許可せず、暖機完了の判定後の経過時間を表すカウンタの値が判定値以上となった時点で（ステップ２４０：YES）、成層燃焼を許可する（ステップ２９０）。
ことが行われる。
【００８５】
ただし、本ルーチンでは、エンジン１０が冷間始動されており（ステップ２２２０：YES）、カウンタの値が判定値未満であるときに（ステップ２４０：NO）、更にステップ２５０の処理が行われる。
【００８６】
このステップ２５０においては、そのときの機関運転状態が低負荷低回転域にあるか否かが判定される。ここで、低負荷低回転域になければ（ステップ２５０：NO）、そのまま本ルーチンの処理を一旦抜ける。
【００８７】
一方、低負荷低回転域にあれば（ステップ２５０：YES）、ステップ２６０の処理に移行し、点火時期を進角補正するようにしている。したがって、本ルーチンでは、点火プラグ１７のくすぶりを清浄化すべく燃焼形態を均質燃焼に固定する期間内に、機関運転状態が低負荷低回転域にあれば、点火時期を進角するようにしている。
【００８８】
図９は、本ルーチンの処理を実施する本実施形態の燃焼制御装置の制御態様の一例を示すタイムチャートである。次に、この図９を参照して本ルーチンの制御態様について説明する。
【００８９】
さて、時刻ｔ１において、同図（ａ）に示すように、エンジン１０の冷却水の温度が暖機判定温度以上となり、暖機が完了したと判定されると、同図（ｂ）に示すカウンタのカウントを開始する。そして、暖機完了判定がなされてから、このカウンタの値が判定値以上となるのに要する所定時間が経過する時刻ｔ４までの期間、同図（ｅ）に示すように成層燃焼が禁止され、燃焼形態が均質燃焼に固定される。
【００９０】
こうした時刻ｔ１から時刻ｔ４迄の期間内に、同図（ｃ）に示すようにスロットル開度が絞られて、時刻ｔ２において機関運転状態が低負荷低回転域に移行すると、同図（ｄ）に示すように、点火時期が進角補正される。この結果、通常であれば、点火プラグ１７を十分に昇温し得ない低負荷低回転域であれ、くすぶりの清浄化能力が十分に確保される。
【００９１】
時刻ｔ３において、同図（ｃ）に示すようにスロットル開度が開かれ、機関運転状態が低負荷低回転域から離脱すれば、同図（ｄ）に示すように、こうした点火時期の進角補正は解除される。
【００９２】
以上説明した本実施形態の内燃機関の燃焼制御装置によれば、上記（１）、（２）に記載の効果に加え、更に以下に記載の効果を得ることができる。
（６）本実施形態では、点火プラグ１７のくすぶりを清浄化すべく燃焼形態を均質燃焼に固定する期間に、点火時期を進角補正することで、くすぶりの清浄化能力を確保するようにしている。このため、例え低負荷低回転域のような通常であれば点火プラグ１７を十分に昇温できない機関運転状態にあっても、同点火プラグ１７の火炎曝露時間を長くして、十分なくすぶりの清浄化能力が確保されるようになる。したがって、より早期にくすぶりを清浄化することができる。
【００９３】
（７）また、本実施形態では、こうした燃焼形態を均質燃焼に固定する期間内の点火時期の進角補正を、機関運転状態が低負荷低回転域にあるときに限って行うようにしている。このため、通常であれば点火プラグ１７を十分に昇温できない低負荷低回転域にあっても、十分なくすぶりの清浄化能力を確保することができる。更に、こうした点火時期の進角補正を低負荷低回転域に限定することで、高負荷高回転域での点火時期の進角補正によるノッキングの発生を抑制することもできる。
【００９４】
（その他の実施形態）
続いて、以上説明したの各実施形態の変更例を以下に列記する。
・上記第４実施形態では、燃焼形態を均質燃焼に固定している期間内における点火時期の進角補正を、十分なくすぶりの浄化を行えない低負荷低回転域に限り実施するようにしているが、こうした点火時期の進角補正の実施域を進角補正によるノッキングの発生のおそれのない機関運転状態としてもよい。このようにしても、点火時期の進角によるノッキングの発生を抑制しながらも、点火プラグのくすぶりの清浄化をより早期に行うことができる。
【００９５】
・また、上記の点火時期の進角補正を機関運転状態によって限定せず、燃焼形態を均質燃焼に固定している期間中、常に実施するようにしてもよい。このようにしても、点火プラグのくすぶりの清浄化をより早期に行うことはできる。
【００９６】
・上記第３実施形態では、燃焼形態を均質燃焼に固定している期間内に、機関運転状態が低負荷低回転域にあれば、成層燃焼を許可し、均質燃焼の固定を解除するようにしているが、こうした固定解除を行っている間は、カウンタのカウントを停止するようにしてもよい。このようにすれば、点火プラグのくすぶりをより確実に清浄化することができる。
【００９７】
・また、上記第３及び第４実施形態において、燃焼形態を均質燃焼に固定する期間を機関運転状態に応じて可変とするようにしてもよい。このようにすれば、点火プラグのくすぶりを確実に清浄化しながらも、不必要に燃焼形態が均質燃焼に固定され続けることを好適に回避することができ、より早期に成層燃焼を許可することができる。
【００９８】
・なお、上記実施形態では、燃焼形態を均質燃焼に固定する期間を、機関回転数及び機関負荷に基づき可変設定するようにしているが、そのときの機関運転状態に応じた点火プラグのくすぶりの清浄化能力を把握可能な任意のパラメータを用いて上記期間を可変設定するようにしても、同様或いはそれに準じた効果を得ることができる。
【００９９】
・また、上記各実施形態では、エンジン１０が冷間始動されたときに限り、暖機完了の判定から所定期間が経過する迄の間、燃焼形態を均質燃焼に固定するようにしているが、冷間始動時に限らず、こうした燃焼形態の固定を実施するようにしてもよい。暖機が完了される期間には冷間始動時に限らず、ある程度は点火プラグのくすぶりが生じるおそれがあるため、冷間始動されたとき以外でも上記の燃焼形態の固定を実施すれば、相応の効果を奏することはできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態についてその適用対象となる内燃機関の概略構成を示す略図。
【図２】同実施形態についてその電気的構成を模式的に示す略図。
【図３】同実施形態についてその成層燃焼許可判定ルーチンの処理手順を示すフローチャート。
【図４】同ルーチンによる制御態様の一例を示すタイムチャート。
【図５】機関運転状態とプラグ清浄化能力との関係を示す略図。
【図６】本発明の第３実施形態についてその成層燃焼許可判定ルーチンの処理手順を示すフローチャート。
【図７】同ルーチンによる制御態様の一例を示すタイムチャート。
【図８】本発明の第４実施形態についてその成層燃焼許可判定ルーチンの処理手順を示すフローチャート。
【図９】同ルーチンによる制御態様の一例を示すタイムチャート。
【符号の説明】
１０…エンジン、１５ｃ…水温センサ、１７…点火プラグ、１７ａ…イグナイタ、１８…インジェクタ、２０…回転数センサ、２２…スロットルセンサ、２３…圧力センサ、２５…アクセルセンサ、２７…電子制御装置（ＥＣＵ）。
【図１】
0004325032.tif 000002
【図２】
0004325032.tif 000003
【図３】
0004325032.tif 000004
【図４】
0004325032.tif 000005
【図５】
0004325032.tif 000006
【図６】
0004325032.tif 000007
【図７】
0004325032.tif 000008
【図８】
0004325032.tif 000009
【図９】
0004325032.tif 000010