(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの吸入空気量を調節する吸入空気量調節手段と、
アイドル時の所定の運転状態のときに、点火時期を圧縮上死点以降の基本点火時期に設定するとともに、この基本点火時期より前に燃料を噴射するリタード燃焼を行うリタード燃焼手段と、
リタード燃焼時のエンジン要求トルクを算出し、その要求トルクに応じて前記吸入空気量の目標値を設定する目標吸入空気量設定手段と、
排気温度の過昇温を考慮して、リタード燃焼時における前記吸入空気量の限界値を設定する限界値設定手段と、
リタード燃焼時において、前記目標値が前記限界値より小さいときは、その目標値となるように吸入空気量調節手段を制御し、前記目標値が前記限界値より大きいときは、その限界値となるように吸入空気量調節手段を制御する吸入空気量制御手段と、
リタード燃焼時において、前記目標値が前記限界値より小さいときは、点火時期を前記基本点火時期に固定し、前記目標値が前記限界値より大きいときは、不足分の空気量に基づいて点火時期を前記基本点火時期から進角側に補正する点火時期制御手段と、
を備える筒内直接燃料噴射式火花点火エンジンのアイドル制御装置。
【請求項２】
前記点火時期制御手段は、前記目標値と前記限界値との差である不足分の空気量が大きいときほど、点火時期を前記基本点火時期から進角側に補正する補正量を大きくする
ことを特徴とする請求項１に記載の筒内直接燃料噴射式火花点火エンジンのアイドル制御装置。
【請求項３】
前記リタード燃焼を行う所定の運転状態は、エンジン冷機時であって、触媒コンバータの早期昇温の要求がある運転状態である
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の筒内直接燃料噴射式火花点火エンジンのアイドル制御装置。
【請求項４】
前記目標吸入空気量設定手段は、
目標アイドル回転速度を設定する手段と、
エンジン回転速度を検出する手段と、を備え、
前記エンジン回転速度が前記目標アイドル回転速度に一致するように目標吸入空気量を設定する
ことを特徴とする請求項１から３までのいずれか１つに記載の筒内直接燃料噴射式火花点火エンジンのアイドル制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は筒内直接燃料噴射式火花点火エンジンのアイドル制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のエンジンのアイドル制御装置として、エンジン冷機時に触媒を早期に活性させるため、点火時期を遅角側に制御するとともに吸入空気量を制御してエンジン回転速度を目標アイドル回転速度にフィードバック制御するものがある（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００５−１０５９６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、前述した従来のエンジンのアイドル制御装置は、点火時期及び吸入空気量を同時に補正しながら、エンジン回転速度が目標アイドル回転速度となるようにエンジントルクを制御していた。排気温度は、トルクを出すために点火時期を進角すると低下し、吸入空気量を増加させると上昇してしまう。そのため、点火時期及び吸入空気量を同時に補正すると、エンジン冷機時に適切な排気温度に調節することが難しいという問題点があった。
【０００４】
本発明はこのような従来の問題点に着目してなされたものであり、エンジン冷機時における排気温度の調節を容易にすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、以下のような解決手段によって前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために本発明の実施形態に対応する符号を付するが、これに限定されるものではない。
【０００６】
本発明は、エンジン（１）の吸入空気量を調節する吸入空気量調節手段（３２）と、アイドル時の所定の運転状態のときに、点火時期を圧縮上死点以降の基本点火時期に設定するとともに、この基本点火時期より前に燃料を噴射するリタード燃焼を行うリタード燃焼手段（Ｓ３）と、リタード燃焼時のエンジン要求トルクを算出し、その要求トルクに応じて前記吸入空気量の目標値を設定する目標吸入空気量設定手段（Ｓ４）と、排気温度の過昇温を考慮して、リタード燃焼時における前記吸入空気量の限界値を設定する限界値設定手段（Ｓ５）と、リタード燃焼時において、前記目標値が前記限界値より小さいときは、その目標値となるように吸入空気量調節手段を制御し、前記目標値が前記限界値より大きいときは、その限界値となるように吸入空気量調節手段を制御する吸入空気量制御手段（Ｓ６〜Ｓ８）と、リタード燃焼時において、前記目標値が前記限界値より小さいときは、点火時期を前記基本点火時期に固定し、前記目標値が前記限界値より大きいときは、不足分の空気量に基づいて点火時期を前記基本点火時期から進角側に補正する点火時期制御手段（Ｓ６，Ｓ９〜Ｓ１１）と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、アイドル時のリタード燃焼時には、原則として点火時期を圧縮上死点以降の基本点火時期に固定し、目標吸入空気量が限界値を超えるまでは、吸入空気量を制御してエンジン回転速度が目標アイドル回転速度となるように制御する。一方で、目標吸入空気量が限界値を超えた場合は、吸入空気量を限界値に固定し、例外として点火時期を制御することでエンジン回転速度が目標アイドル回転速度となるように制御する。このように、基本的に吸入空気量及び点火時期のいずれか一方を制御してエンジン回転速度が目標アイドル回転速度となるようにエンジントルクを制御するので、排気温度の制御を容易にすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、図面等を参照して本発明の実施形態について説明する。
【０００９】
図１は、本発明の一実施形態による筒内直接燃料噴射式火花点火エンジン（以下「エンジン」という）１の制御装置の全体システム図である。
【００１０】
エンジン１は、点火装置１０と、燃料噴射装置２０と、吸気通路３０と、排気通路４０と、を備える。
【００１１】
点火装置１０は、各気筒内で圧縮された混合気を着火する。
【００１２】
燃料噴射装置２０は、各気筒内に直接燃料を噴射する。
【００１３】
吸気通路３０は、各気筒に空気を供給するための通路である。吸気通路３０には、上流から順にエアフローセンサ３１と、電子制御スロットル３２とが設けられる。
【００１４】
エアフローセンサ３１は、エンジン１の吸入吸気量を検出する。
【００１５】
電子制御スロットル３２は、後述するコントローラ５０からの制御信号でスロットル弁３３を駆動し、運転状態に応じたスロットル開度に制御する。
【００１６】
排気通路４０は、各気筒内で発生する排気（燃焼ガスや空気など）を外部へと排出するための通路である。排気通路４０には、触媒コンバータ４１が設けられる。
【００１７】
触媒コンバータ４１は、排気中の炭化水素や窒素酸化物等の有害物質を取り除く。
【００１８】
コントローラ５０は、中央演算装置（ＣＰＵ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、及び入出力インタフェース（Ｉ／Ｏインタフェース）を備えたマイクロコンピュータで構成される。コントローラ５０には、前述したエアフローセンサ３１の他に、水温センサ５１、クランク角センサ５２、アイドルスイッチ５３などからの信号が入力される。
【００１９】
水温センサ５１は、エンジン１の水温を検出する。クランク角センサ５２は、エンジン回転速度や各気筒の基準位置を検出する。クランク角センサ５２は、クランクシャフトの単位回転角度ごとにポジション信号（以下「ＰＯＳ信号」という）を出力する。クランク角センサ５２は、クランクシャフトの基準位置でリファレンス信号（以下「ＲＥＦ信号」という）を出力する。コントローラ５０は、ＰＯＳ信号やＲＥＦ信号などに基づいて、点火時期や燃料噴射時期を算出する。
【００２０】
アイドルスイッチ５３は、アクセルペダルが踏み込まれていないときに出力されてアイドル運転中か否かを検出する。
【００２１】
ところで、エンジン冷機時における触媒の早期活性化及びハイドロカーボンの排出濃度低減のためには、点火時期の遅角が有効である。そして、より大きな効果を得るためには、圧縮上死点以降の点火（以下「ＡＴＤＣ点火」という）が有効である。
【００２２】
そこで、本実施形態では、エンジン冷機時のアイドル運転中に、点火時期を圧縮上死点以降に設定するとともに、この点火時期より前に燃料を噴射するリタード燃焼を行う。以下では、このリタード燃焼の点火時期及び燃料噴射時期について、図２を参照して説明する。
【００２３】
図２は、本実施形態によるリタード燃焼の２つの実施例を示した図である。
【００２４】
実施例１のリタード燃焼（以下「第１リタード燃焼」という）の点火時期は、圧縮上死点後の１０°ＡＴＤＣから５０°ＡＴＤＣの間の期間に設定される。燃料噴射時期は、吸気行程及び膨張行程に設定され、２回に分けて燃料が噴射される。
【００２５】
実施例２のリタード燃焼（以下「第２リタード燃焼」という）の点火時期は、第１リタード燃焼と同様に１０°ＡＴＤＣから５０°ＡＴＤＣの間の期間に設定される。燃料噴射時期は、圧縮行程及び膨張行程に設定され、２回に分けて燃料が噴射される。
【００２６】
このように、点火時期を１０°ＡＴＤＣから５０°ＡＴＤＣまでの間に設定し、点火時期を大幅に遅角することで、触媒の早期活性化及びハイドロカーボンの排出濃度低減のための十分な後燃え効果を得ることができる。
【００２７】
また、ＡＴＤＣ点火で燃焼を安定させるには、燃焼期間を短縮させる必要がある。そのためには、筒内乱れを強化して燃焼速度（火炎伝播速度）を上昇させる必要がある。筒内乱れは、筒内に高圧で噴射される燃料噴霧のエネルギによって生成・強化することができる。
【００２８】
第１リタード燃焼の場合は、膨張行程中に行われた２回目の燃料噴射によって点火時期の直前に筒内乱れが生成・強化される。一方、吸気行程中に行われた１回目の燃料噴射によって生じた筒内乱れは、圧縮行程後半で減衰してしまい、圧縮上死点後における筒内乱れの強化にほとんど影響を与えない。しかし、１回目の燃料噴射から点火時期までの期間が比較的長いので、噴射燃料を燃焼室全体に拡散させることができる。
【００２９】
このように、第１リタード燃焼によれば、点火時期を大幅に遅角しても、その直前に燃料を噴射して筒内乱れを強化して、燃焼速度を上昇させるので、燃焼を安定させることができる。また、吸気行程中に１回目の燃料噴射を行っているので、燃焼室全体に噴射燃料を拡散させることができる。したがって後述する第２リタード燃焼と比較して、より燃焼を安定させることができる。
【００３０】
第２リタード燃焼の場合は、圧縮行程中に行われた１回目の燃料噴射によって生じた筒内乱れは、圧縮上死点以降に徐々に減衰していく。しかし、第２リタード燃焼の場合は、この１回目の燃料噴射によって生じた筒内乱れが残っている圧縮上死点後の膨張行程中に２回目の燃料噴射が行われる。そのため、１回目の燃料噴射で生成した筒内乱れを強化することができる。
【００３１】
このように、第２リタード燃焼によれば、点火時期を大幅に遅角しても、その直前に燃料を噴射して筒内乱れを強化して、燃焼速度を上昇させるので、燃焼を安定させることができる。
【００３２】
ところで、アイドル運転中は、燃焼方式が通常の成層燃焼や均質燃焼であるかリタード燃焼であるかにかかわらず、エンジン回転速度が目標アイドル回転速度となるように電子制御スロットル３２のスロットル開度がフィードバック制御される。なお、ここでいう通常の成層燃焼とは、圧縮行程中に燃料を噴射し、点火装置１０の近傍に燃料を偏在させた状態で混合気を圧縮上死点前に点火することによって行われる希薄燃焼のことをいう。均質燃焼とは、吸気行程中に燃料を噴射し、空燃比が均一の混合気を燃焼室全体に形成してから点火することによって行われる燃焼のことをいう。
【００３３】
リタード燃焼を行うと、点火時期の遅角によってエンジントルクが低下するので、エンジン回転速度も低下する。したがって、アイドル運転中にリタード燃焼が行われると、気筒内に供給する空気量を増加させてエンジントルクの低下を防止するため、電子制御スロットル３２のスロットル弁３３が開かれる。
【００３４】
ここで、リタード燃焼が行われているときに、例えばエアコンの冷媒を圧縮するコンプレッサや、ハンドル操作力を軽減する油圧式パワーステアリング装置のパワーステアリングポンプなどの車両用補機からの負荷トルクがエンジンに入力されると、以下の問題が発生する。
【００３５】
すなわち、車両用補機からの負荷トルクがエンジンに入力されて、エンジン回転速度が低下すると、目標アイドル回転速度に制御するために、空気量が増量補正される。空気量が増加すると、それに応じて燃料噴射量も増加させられるため、排気温度も上昇する。リタード燃焼を行っているときは、すでに空気量が増量されている状態である。したがって、車両用補機からの負荷トルクが入力されて、さらに空気量が増量されると、その増量された空気量が大きいときには排気温度が異常上昇してしまうという問題が発生する。
【００３６】
このような問題を解決するため、空気量と点火時期とを同時に調節して排気温度を制御すると、その制御が困難なものとなる。
【００３７】
そこで本実施形態では、吸入空気量に限界値（限界空気量）を設定し、車両用補機等からの負荷トルクの入力によりエンジン回転速度が低下したときは、まず空気量を増量させてエンジン回転速度が目標アイドル回転速度となるよう制御する。そして、吸入空気量が限界値（限界空気量）に達したときは、空気量を限界値（限界空気量）以上増量させずに点火時期を進角させる。これにより、エンジントルクを高めてエンジン回転速度が目標アイドル回転速度となるよう制御する。以下では、このリタード燃焼時のアイドル制御について説明する。
【００３８】
図３は、本実施形態によるリタード燃焼時のアイドル制御について説明するフローチャートである。コントローラ５０は、このルーチンを所定の演算周期で繰り返し実行する。
【００３９】
ステップＳ１において、コントローラ５０は、リタード燃焼を実行しているか否かを判定する。すなわち、現在の燃焼方式がリタード燃焼であるか、通常の成層燃焼や均質燃焼であるかを判定する。コントローラ５０は、リタード燃焼を実行していないときはステップＳ２に処理を移行し、実行しているときはステップＳ４に処理を移行する。
【００４０】
ステップＳ２において、コントローラ５０は、リタード燃焼要求の有無を判定する。すなわち、エンジン回転速度が所定回転速度に達したあとのアイドル運転中であって、触媒コンバータ４１の早期昇温要求があるか否かを判定する。具体的には、エンジン回転速度が所定回転速に達したか、エンジン水温が所定温度より小さいか、アイドルスイッチ５３の出力があるかを判定する。コントローラ５０は、エンジン回転速度が所定回転速度より大きく、エンジン水温が所定温度より小さく、アイドルスイッチ５３の出力があればステップＳ３に処理を移行する。それ以外の場合は今回の処理を終了する。
【００４１】
ステップＳ３において、コントローラ５０は、燃焼方式をリタード燃焼に移行する。本実施形態では第１リタード燃焼に移行する。具体的には、点火時期を予め設定されている圧縮上死点後のリタード燃焼時用の基本点火時期に設定し、この基本点火時期より前の吸気行程及び膨張行程の２回に分けて燃料を噴射する。また、スロットル開度を予め設定されているリタード燃焼時用の基本スロットル開度に設定する。
【００４２】
ステップＳ４において、コントローラ５０は、エンジン回転速度を目標アイドル回転速度に保つために、エンジン回転速度と目標アイドル回転速度とから、エンジン１が要求トルクを発生するために必要な吸入空気量の目標値（以下「目標吸入空気量」という）を算出する。
【００４３】
ステップＳ５において、コントローラ５０は、吸入空気量の増大による排気温度の過昇温を防止するために、吸入空気量の限界値（以下「限界空気量」という）を設定する。本実施形態では、限界空気量は予め定められた所定値である。
【００４４】
ステップＳ６において、コントローラ５０は、目標吸入空気量が限界空気量より大きいか否かを判定する。コントローラ５０は、目標吸入空気量が限界空気量より大きければステップＳ８に処理を移行し、小さければステップＳ７に処理を移行する。
【００４５】
ステップＳ７において、コントローラ５０は、吸入空気量が目標吸入空気量となるように、電子制御スロットル３２のスロットル弁３３を駆動し、スロットル開度を補正する。
【００４６】
ステップＳ８において、コントローラ５０は、吸入空気量が限界空気量となるように、電子制御スロットル３２のスロットル弁３３を駆動し、スロットル開度を補正する。
【００４７】
ステップＳ９において、コントローラ５０は、目標吸入空気量と限界空気量との差（以下「点火時期変換分空気量」という）を算出する。
【００４８】
ステップＳ１０において、コントローラ５０は、点火時期変換分空気量に基づいて、予め実験等により定められ、ＲＯＭに記憶されたテーブルを参照して点火時期の補正進角量を算出する。点火時期変換分空気量が大きいほど、点火時期の進角量も大きくなる。このように、吸入空気量の不足によるエンジントルクの低下分を、点火時期を進角させて補うことで、エンジン回転速度をアイドル回転速度に安定して維持することができる。
【００４９】
ステップＳ１１において、コントローラ５０は、ステップＳ９で算出した補正進角量に基づいて、点火時期を進角補正する。
【００５０】
図４は、本実施形態によるリタード燃焼時のアイドル制御の動作を示すタイムチャートである。なお、図３のフローチャートとの対応を明確にするため、フローチャートのステップ番号を併記して説明する。
【００５１】
時刻ｔ１で、リタード燃焼の要求が出ると（図４（Ｅ）；Ｓ２でＹｅｓ）、点火時期をリタードし、それに応じてスロットル開度を大きくする（図４（Ｃ）（Ｄ）；Ｓ３）。
【００５２】
時刻ｔ１から時刻ｔ２までは、実エンジン回転速度と目標アイドル回転速度とから算出される目標吸入空気量が限界空気量よりも小さい（図４（Ｂ）；Ｓ６でＮｏ）。したがって、スロットル開度を制御することで、実エンジン回転速度が目標アイドル回転速度となるように制御する（図４（Ｃ）；Ｓ７）。そして点火時期は、リタード燃焼時の基本点火時期に固定したままとする（図４（Ｄ））。
【００５３】
これにより、点火時期のリタードによる触媒の早期活性を図ることができる。また、吸入空気量を増加させることによってエンジントルクを高めるので、確実に実エンジン回転速度が目標アイドル回転速度となるように制御することができる。
【００５４】
時刻ｔ２で、目標吸入空気量が限界空気量よりも大きくなると（図４（Ｂ）；Ｓ６でＹｅｓ）、スロットル開度は、限界空気量に対応するスロットル開度に固定される（図４（Ｃ）；Ｓ８）。一方で、目標吸入空気量が限界空気量よりも小さかった時刻ｔ１からｔ２までの間、基本点火時期に固定されていた点火時期を進角補正することで、実エンジン回転速度が目標アイドル回転速度となるように制御する（図４（Ｄ）；Ｓ９〜Ｓ１１）。
【００５５】
これにより、負荷トルクの入力等によって空気量が増大したとしても、限界空気量以上の空気が気筒内に吸入されることがなく、さらに点火時期が進角されることもあり、確実に排気温度の過昇温を防止できる。また、点火時期を進角補正してエンジントルクを高めるので、確実に実エンジン回転速度が目標アイドル回転速度となるように制御することができる。
【００５６】
時刻ｔ３で、目標吸入空気量が限界空気量よりも小さくなると（図４（Ｂ））、再び点火時期が基本点火時期に固定され（図４（Ｄ））、一方でスロットル開度が目標吸入空気量に応じて制御される。これにより、排気温度を高めて触媒の早期活性を促しつつ、実エンジン回転速度が目標アイドル回転速度となるように制御する（図４（Ｃ））。
【００５７】
以上説明した本実施形態によれば、アイドル運転中のリタード燃焼時において、目標吸入空気量が限界空気量を超えるまでは、スロットル開度を制御して、エンジン回転速度が目標アイドル回転速度となるように制御する。そして点火時期は、リタード燃焼時用の基本点火時期に固定したままとする。
【００５８】
これにより、点火時期のリタードによって、触媒の早期活性を図ることができる。また、吸入空気量を増加させることによってエンジントルクを高めるので、確実に実エンジン回転速度が目標アイドル回転速度となるように制御することができる。
【００５９】
そして、目標吸入空気量が限界空気量を超えたときは、スロットル開度を限界空気量に対応するスロットル開度に固定して、点火時期を進角補正することでエンジン回転速度が目標アイドル回転速度となるように制御する。
【００６０】
これにより、負荷トルクの入力等によって空気量が増大したとしても、限界空気量以上の空気が気筒内に吸入されることがなく、さらに点火時期が進角されることもあり、確実に排気温度の過昇温を防止できる。また、点火時期を進角補正してエンジントルクを高めるので、確実に実エンジン回転速度が目標アイドル回転速度となるように制御することができる。
【００６１】
このように、目標吸入空気量に応じて、スロットル開度及び点火時期のいずれか一方を制御して、エンジン回転速度が目標アイドル回転速度となるように制御するので、排気温度の制御を容易にすることができる。
【００６２】
なお、本発明は上記の実施形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。
【００６３】
本実施形態において、限界空気量を予め定められた所定値としたが、運転状態に応じて可変としても良い。
【００６４】
例えば、エンジン１の吸入負圧を倍力源としてブレーキペダルの操作力を軽減するブレーキブースタの要求負圧値に応じて変動させても良い。この場合は、限界空気量が、ブレーキブースタの要求負圧値を発生できる空気量（スロットル開度）と同じか、それよりも小さくなるように設定される。つまり、要求負圧値が大きいほど、限界空気量は小さくなる。これにより、スロットル開度を要求負圧を発生できる開度よりも小さくして、確実にブレーキブースタの要求負圧を発生させることができるので、運転者のブレーキ操作力を軽減することができる。
【００６５】
また、排気温度要求に応じて限界空気量を変動させても良い。この場合は、エンジン水温等に基づいて設定される要求排気温度が高いほど限界空気量も大きい値に設定する。なお、要求排気温度は、例えばエンジン冷機時のようにエンジン水温が低いときほど高くなるように設定されている。これにより、排気温度の上昇を早めて触媒の早期活性化を図ることができる。
【００６６】
また、本実施形態ではリタード燃焼時に第１リタード燃焼を行ったが、第２リタード燃焼を行ってもよい。
【００６７】
さらに、本実施形態で示した２つのリタード燃焼の実施例は、いずれも２回に分けて燃料を噴射しているが、２回に分けず、１度に圧縮行程又は膨張行程に燃料を噴射することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】筒内直接燃料噴射式火花点火エンジンの制御装置の全体システム図である。
【図２】リタード燃焼の２つの実施例を示した図である。
【図３】リタード燃焼時のアイドル制御について説明するフローチャートである。
【図４】リタード燃焼時のアイドル制御の動作について説明するタイムチャートである。
【符号の説明】
【００６９】
１    筒内直接燃料噴射式火花点火エンジン
３１    エアフローセンサ（吸入空気量検出手段）
３２    電子制御スロットル（吸入空気量調節手段）
４１    触媒コンバータ
５２    クランク角センサ（エンジン回転速度検出手段）
Ｓ３    リタード燃焼手段
Ｓ４    目標吸入空気量設定手段
Ｓ５    限界値設定手段
Ｓ６〜Ｓ８    吸入空気量制御手段
Ｓ６，Ｓ９〜Ｓ１１    点火時期制御手段
【図１】
0005003453.tif 000002
【図２】
0005003453.tif 000003
【図３】
0005003453.tif 000004
【図４】
0005003453.tif 000005