(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮行程で燃料噴射して始動する圧縮噴射始動が可能な筒内噴射型内燃機関の燃焼制御装置において、
機関回転速度を検出する回転速度検出手段と、
始動時に吹き上がる機関回転速度が所定回転速度に収束するように、前記回転速度検出手段により検出された機関回転速度と前記所定回転速度との差に応じて点火時期をリタードさせる吹き上がり抑制手段と、
前記圧縮噴射始動時に、点火時期が筒内への燃料噴射時期及び筒内への燃料噴射圧に基づいて設定されたリタード限界を超えてリタードしないように、前記吹き上がり抑制手段によるリタード量を制限するリタード制限手段と、
を備えたことを特徴とする筒内噴射型内燃機関の燃焼制御装置。
【請求項２】
前記吹き上がり抑制手段は、更に筒内への燃料噴射量を低減させて、始動時に吹き上がる機関回転速度を所定回転速度に収束させることを特徴とする請求項１に記載の筒内噴射型内燃機関の燃焼制御装置。
【請求項３】
前記吹き上がり抑制手段は、筒内への燃料噴射圧に基づいて前記筒内への燃料噴射量の低減量を変更することを特徴とする請求項２に記載の筒内噴射型内燃機関の燃焼制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、筒内噴射型内燃機関に関し、特に始動時における吹き上がりを抑制する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
筒内噴射型内燃機関(以下、エンジンという)において、吸気行程に燃料噴射する吸気行程噴射と圧縮行程に燃料噴射する圧縮行程噴射とを切り換え可能な燃焼制御装置が知られている。
吸気行程噴射では、燃料噴射終了から点火までの間に燃料が十分に拡散されて筒内で空燃比が均一化するので、筒内への燃料噴射量を多くすることができ、エンジントルクを大きく確保することができる。一方、圧縮行程噴射では、点火時に筒内での燃料の拡散が比較的少なく成層燃焼が可能となるので、筒内全体の空燃比を抑えて燃費の低減を図ることができる。したがって、一般的には、高回転あるいは高負荷時には吸気行程噴射が、低負荷低回転時には圧縮行程噴射が選択される。
【０００３】
ところで、エンジン始動時には、エンジンの吸気系の容量によるマニホールド圧の低下遅れにより、体積効率が増加して、機関回転速度が一時的に過大に上昇する吹き上がりが発生する。このような始動時における吹き上がりが大きいと、ドライバに違和感を与えたりＨＣ(未燃燃料)の排出が増加したりするといった問題点がある。
そこで、始動時に機関回転速度の過大な上昇に応じて点火時期をリタードさせることで、吹き上がりを抑制する技術が開発されている（特許文献１）。
【特許文献１】特開２００５−２１４０７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、始動時に吸気行程噴射を行うエンジンでは、吹き上がりを抑制するために点火時期をリタードしても燃焼安定性がある程度は確保されるものの、上記のように圧縮行程噴射が可能な内燃機関において始動時に圧縮行程噴射を行う場合には、点火時期をリタードすると燃焼が不安定化する虞がある。これは、圧縮行程噴射では、成層燃焼にするために燃料噴射時期と点火時期とのタイミングを正確に制御する必要があり、点火時期をリタードすると点火プラグの電極付近に十分な濃度の混合気が存在せずに失火する虞があるためである。
【０００５】
また、始動時には、燃料ポンプの回転速度が十分に上昇しておらず燃料噴射圧が十分に確保されない虞があり、これも燃焼の不安定化の要因になっている。
本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、始動時に圧縮行程噴射を行う筒内噴射型内燃機関において、燃焼安定性を確保した上で始動時における吹き上がりを十分に抑制可能にする燃焼制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達成するために、請求項１の発明は、圧縮行程で燃料噴射して始動する圧縮噴射始動が可能な筒内噴射型内燃機関の燃焼制御装置において、機関回転速度を検出する回転速度検出手段と、始動時に吹き上がる機関回転速度が所定回転速度に収束するように、回転速度検出手段により検出された機関回転速度と所定回転速度との差に応じて点火時期をリタードさせる吹き上がり抑制手段と、圧縮噴射始動時に、点火時期が筒内への燃料噴射時期及び筒内への燃料噴射圧に基づいて設定されたリタード限界を超えてリタードしないように、吹き上がり抑制手段によるリタード量を制限するリタード制限手段と、を備えたことを特徴とする。
【０００７】
また、請求項２の発明では、請求項１において、吹き上がり抑制手段は、更に筒内への燃料噴射量を低減させて、始動時に吹き上がる機関回転速度を所定回転速度に収束させることを特徴とする。
【０００８】
また、請求項３の発明では、請求項２において、吹き上がり抑制手段は、筒内への燃料噴射圧に基づいて筒内への燃料噴射量の低減量を変更することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の請求項１の筒内噴射型内燃機関の燃焼制御装置によれば、圧縮噴射始動時には、吹き上がりを抑制するためのリタード量がリタード限界を超えないように制限されるので、過大なリタードが防止され、圧縮噴射始動時における燃焼安定性を確保することができる。特に、このリタード限界は筒内への燃料噴射時期に基づいて設定されるので、燃焼安定性を確保した上でリタード量を大きくして吹き上がりを十分に抑制することができる。
【００１０】
更に、リタード限界を燃料噴射圧にも基づいて設定するので、燃料噴射圧の変動による燃焼性の変化を考慮したリタード限界の設定が可能となる。したがって、始動時に例えば燃料ポンプの加圧能力が未だ十分に発揮されない時点でも、燃料噴射圧に見合ったリタード限界が設定されて燃焼安定性を確保することができる。
【００１１】
本発明の請求項２の筒内噴射型内燃機関の燃焼制御装置によれば、始動時の吹き上がりをリタードだけではなく燃料噴射量を低減させることにより収束させるので、リタードだけでは吹き上がりが抑制できない場合でも吹き上がりをより十分に抑制することができる。
本発明の請求項３の筒内噴射型内燃機関の燃焼制御装置によれば、燃料噴射量の低減量を燃料噴射圧に基づいて変更するので、燃料噴射圧の変動による燃焼性の変化を考慮した燃料噴射量の設定が可能となり、燃焼安定性を十分に確保することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
図１は、本発明に係るエンジン（筒内噴射型内燃機関）１の概略構成図である。
図１に示すように、エンジン１のシリンダヘッド２には、気筒毎に点火プラグ４とともに電磁式の燃料噴射弁６が取り付けられており、これにより、燃焼室８内に燃料を直接噴射可能とされている。
【００１３】
燃料噴射弁６には、燃料パイプを介して燃料タンクを備えた燃料供給装置（図示せず）が接続されている。詳しくは、燃料供給装置は、燃料ポンプを備えており、この燃料ポンプにより、燃料タンク内の燃料を加圧して燃料噴射弁６に供給する。
シリンダヘッド２には、各気筒毎に略直立方向に吸気ポートが形成されており、各吸気ポートと連通するようにして吸気マニホールド１０の一端がそれぞれ接続されている。そして、吸気マニホールド１０の他端にはスロットル弁１１が接続されており、該スロットル弁１１にはスロットル開度を検出するスロットルセンサ１１ａが設けられている。
【００１４】
また、シリンダヘッド２には、気筒毎に略水平方向に排気ポートが形成されており、各排気ポートと連通するようにして排気マニホールド１２の一端がそれぞれ接続されている。排気マニホールド１２の他端には、排気管２０が接続されており、この排気管２０には排気浄化触媒３０を介してマフラー（図示せず）が接続されている。
排気浄化触媒３０は、排ガス中のＮＯxをＨＣ存在下で選択的に浄化する選択還元型ＮＯx触媒（以下、ＮＯx触媒という）３０ａと三元触媒３０ｂとの２つの触媒を備えて構成されており、三元触媒３０ｂがＮＯｘ触媒３０ａよりも下流側に配設されている。
【００１５】
エンジン１には、クランク角を検出するとともに、このクランク角の推移からエンジン回転速度Ｎｅを検出するクランク角センサ（回転速度検出手段）１３、エンジン冷却水の水温を検出する水温センサ１４及び燃料噴射弁６へ供給される燃料の圧力(燃圧）PFLを検出する燃圧センサ１６が設けられている。
ＥＣＵ（電子コントロールユニット）４０は、入出力装置、記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡＭ、不揮発性ＲＡＭ等）、中央処理装置（ＣＰＵ）、タイマカウンタ等を含んで構成されている。タイマカウンタは、特にエンジン始動後の運転時間を計測する機能を有している。
【００１６】
ＥＣＵ４０の入力側には、上述したスロットルセンサ１１ａ、クランク角センサ１３、水温センサ１４及び燃圧センサ１６の他に、図示しない空燃比センサ等の各種センサ類が接続されており、これらセンサ類からの検出情報が入力される。
一方、ＥＣＵ４０の出力側には、燃料噴射弁６や点火コイル９を介して点火プラグ４等の各種出力デバイスが接続されている。ＥＣＵ４０は、各種センサ類からの検出情報に基づき、理論空燃比やリーン空燃比といった目標空燃比を実現するための燃料噴射量、燃料噴射時期、点火時期等を例えばマップから読み出すことで演算して、各種出力デバイスを制御する。
【００１７】
また、ＥＣＵ４０は、燃料噴射時期を制御することで、燃料噴射モードとして、吸気行程で燃料噴射を行う吸気行程噴射モードと圧縮行程で燃料噴射を行う圧縮行程噴射モードとを選択的に実施可能となっている。
吸気行程噴射モードでは、燃料噴射終了から点火までの時間が比較的長く、均一予混合燃焼が可能となるので、筒内全体での空燃比を高くしてエンジントルクを大きく確保することができる。一方、圧縮行程噴射モードでは、燃料噴射終了から点火までの時間が比較的短く、成層燃焼が可能となるので、筒内全体での空燃比を抑制して燃費を低減することができる。ＥＣＵ４０は、低回転低負荷時には圧縮行程噴射モードを、高回転または高負荷時には吸気行程噴射モードを選択する。また、ＥＣＵ４０は、始動時に機関温度として水温センサ１４から冷却水温を入力して、冷態状態であるか否かを判別し、冷態状態、即ち冷態始動時には、排気浄化触媒３０の浄化効率が低下していることからＨＣが過剰に供給されないように圧縮行程噴射モードを選択して、圧縮噴射始動を実行させる。
【００１８】
本実施形態では、更にＥＣＵ４０は、始動時に、上記各種センサからの検出情報に基づいて演算された点火時期（基本点火時期）をリタードするとともに空燃比（基本A/F）をリーン化するよう燃料噴射量を制御して、回転速度Ｎｅの吹き上がりを抑制する（吹き上がり抑制手段）。
図２は、本発明の実施形態に係るＥＣＵ４０における点火時期及び空燃比の制御要領を示すフローチャートである。
【００１９】
本フローチャートは、エンジン運転時に繰り返し実行される。
先ずステップＳ１０では、タイマカウンタにより計測した始動後の運転時間が所定時間（始動後所定時間）内であるか否かを判別する。この始動後所定時間は、エンジン始動後にエンジン回転速度Ｎeの吹き上がりが確実に所定回転速度Ｎe1（例えばアイドリング設定速度）に収束する時間に設定すればよい。始動後所定時間内である場合は、ステップＳ２０に進む。
【００２０】
ステップＳ２０では、クランク角センサ１３から入力したエンジン回転速度Ｎeが所定回転速度Ｎe1より大きいか否かを判別する。エンジン回転速度Ｎeが所定回転速度Ｎe1より大きい場合はステップＳ３０に進む。
ステップＳ３０では、吹き上がり回転速度ΔＮeを求める。具体的には、ΔＮe＝Ｎe−Ｎe1を演算する。そして、ステップＳ４０に進む。
【００２１】
ステップＳ４０では、圧縮噴射始動であるか否か、即ち、現在のエンジン始動時において圧縮行程噴射モードに設定されているか否かを判別する。圧縮噴射始動である場合には、ステップＳ５０に進む。
ステップＳ５０では、制御点火時期TESITが後述するリタード下限点火時期TRDKAGENITであるか否かを判別する。具体的には、現在設定されている点火時期が、燃焼が成立する範囲内で最大にリタードした点火時期（リタード限界）に達しているか否かを判別する。制御点火時期TESITがリタード下限点火時期TRDKAGENITでない（達していない）場合には、ステップＳ６０に進む。
【００２２】
ステップＳ６０では、燃料噴射圧に関連する情報として燃圧センサ１６から燃圧PFLを入力するとともに、燃料噴射終了時期TFL（燃料噴射時期）を入力し、リタード下限点火時期TRDKAGENITを演算する。リタード下限点火時期TRDKAGENITは、例えば図３を用いて演算する。図３は、燃焼が成立する燃料噴射終了時期TFL及び点火時期の範囲（燃焼成立範囲）を示すグラフであり、（Ａ）は燃圧PFLが規定燃圧PFL1以上である場合、（Ｂ）は燃圧PFLが規定燃圧PFL1より低い場合を示している。なお、本図では、一例として燃料噴射終了時期TFLがａである場合のリタード下限点火時期TRDKAGENIT、及びリタード前の基本点火時期を参考として示している。本ステップでは、燃圧PFLに応じて図３の（Ａ）または（Ｂ）を選択し、選択した図中から燃料噴射終了時期TFLに応じた燃焼成立範囲内の点火時期の下限値（最遅角時期）をリタード下限点火時期TRDKAGENITとして読み出す。そして、ステップＳ７０に進む。
【００２３】
ステップＳ７０では、ステップＳ３０において演算された吹き上がり回転速度ΔＮeに基づいてΔＮeリタード量TRDΔNeを演算する。ΔＮeリタード量TRDΔNeは、吹き上がり回転速度ΔＮeが所定回転速度Ｎe1に収束するようなリタード量をあらかじめ確認して設定しておいたマップから読み出すことにより得ればよい。そして、ステップＳ８０に進む。
ステップＳ８０では、制御点火時期TESITを演算する。制御点火時期TESITは、上述したスロットルセンサ１１ａ等の各種センサから入力した検出情報に基づいて演算されたリタード前の点火時期である基本点火時期TBSITから、ステップＳ７０において演算されたΔＮeリタード量TRDΔＮeを減算して求める。そして、ステップＳ９０に進む。
【００２４】
ステップＳ９０では、ステップＳ８０において演算された制御点火時期TESITが、ステップＳ６０において演算されたリタード下限点火時期TRDKAGENIT未満（遅角側）であるか否かを判別する。制御点火時期TESITがリタード下限点火時期TRDKAGENIT未満であると判定した場合は、ステップＳ１００に進む。制御点火時期TESITがリタード下限点火時期TRDKAGENIT以上（進角側）であると判定した場合は、本ルーチンをリターンする。
【００２５】
ステップＳ１００では、制御点火時期TESITを、ステップＳ６０において演算されたリタード下限点火時期TRDKAGENITに書き換える（リタード制限手段）。そして、本ルーチンをリターンする。
一方、ステップＳ５０において制御点火時期TESITがリタード下限点火時期TRDKAGENITであると判定された場合は、ステップＳ１１０に進む。
【００２６】
ステップＳ１１０では、ステップＳ３０において演算された吹き上がり回転速度ΔＮeに基づいてΔＮe空燃比リーン化量A/FLEANΔNeを演算する。ΔＮe空燃比リーン化量A/FLEANΔNeは、吹き上がり回転速度ΔＮeが所定回転速度Ｎe1に収束するような空燃比のリーン化量をあらかじめ確認して設定しておいたマップから読み出すことにより得ればよい。そして、ステップＳ１２０に進む。
【００２７】
ステップＳ１２０では、制御空燃比A/FESを演算する。制御空燃比A/FESは、上述したスロットルセンサ１１ａ等の各種センサから入力した検出情報に基づいて演算された目標空燃比である基本空燃比A/FBSに、ステップＳ１１０において演算されたΔＮe空燃比リーン化量A/FLEANΔNeを加算して求める。そして、ステップＳ１３０に進む。
ステップＳ１３０では、燃圧センサ１６から燃圧PFLを入力し、この燃圧PFLに応じてリーン化限界値A/FLEANGENを演算する。具体的には、燃圧PFLが規定燃圧PFL1以上であるか否かを判別し、規定燃圧PFL1以上である場合はリーン化限界値A/FLEANGENとしてリーン化限界値A/FLEANGEN1を選択する一方、規定燃圧PFL1より低い場合はリーン化限界値A/FLEANGEN2を選択する。そして、ステップＳ１４０に進む。なお、リーン化限界値A/FLEANGEN1及びリーン化限界値A/FLEANGEN2は、あらかじめ確認の上得られた数値であって、以下に図４を用いてこれらの数値について説明する。図４は空燃比A/Fとエンジントルクとの関係を示すグラフであり、（Ａ）は燃圧PFLが規定燃圧PFL1以上である場合、（Ｂ）は燃圧PFLが規定燃圧PFL1より低い場合を示す。燃圧PFLが規定燃圧PFL1以上である場合は、同図（Ａ）においてエンジンが安定して運転可能なエンジントルクの最低値となる空燃比がリーン化限界値A/FLEANGEN1に相当する。一方、燃圧PFLが規定燃圧PFL1より低い場合は、同図（Ｂ）においてエンジントルクの最低値となる空燃比がリーン化限界値AFLEANGEN2に相当する。
【００２８】
ステップＳ１４０では、ステップＳ１２０において演算された制御空燃比A/FESが、ステップＳ１３０において設定されたリーン化限界値AFLEANGENより大きいか否かを判別する。リーン化限界値AFLEANGENより大きい場合は、ステップＳ１５０に進む。
ステップＳ１５０では、制御空燃比A/FESを、ステップＳ１３０において設定されたリーン化限界値AFLEANGENに書き換える。そして、本ルーチンを終了する。
【００２９】
ステップＳ１４０において制御空燃比A/FESがリーン化限界値AFLEANGEN以下であると判定された場合、またはステップＳ１０において始動後所定時間以上経過したと判定された場合、またはステップＳ２０においてエンジン回転速度Ｎeが所定回転速度Ｎe1以下であると判定された場合は本ルーチンをリターンする。
一方、ステップＳ４０において圧縮噴射始動でないと判定された場合には、ステップＳ１６０に進む。
【００３０】
ステップＳ１６０では、ステップＳ３０において演算された吹き上がり回転速度ΔＮeに基づいてΔＮeリタード量TRDΔNeを演算する。そして、ステップＳ１７０に進む。
ステップＳ１７０では、制御点火時期TESITを演算する。制御点火時期TESITは、基本点火時期TBSITからステップＳ１６０において演算されたΔＮeリタード量TRDΔNeを減算して求める。そして、本ルーチンを終了する。
【００３１】
以上の構成により、本実施形態では、圧縮噴射始動時においてエンジン回転速度Ｎeが所定回転速度Ｎe1以上となった時点で点火時期のリタードが開始されるが、その際にリタード下限点火時期TRDKAGENITを、燃料噴射時期TFLに応じて変化する燃焼成立範囲内での下限値に設定する。このように燃料噴射時期TFLに応じてリタード限界を設定するので、リタード量を大きく設定することができる。したがって、圧縮噴射始動時に、燃焼安定性を確保した上で、吹き上がりが十分に抑制され、排気中のＨＣ量を十分に低減させることができる。
【００３２】
更に、本実施形態では、すでに制御点火時期TESITがリタード下限点火時期TRDKAGENITに達している場合には、燃料噴射量を低減させるので、更に吹き上がりを抑制することができる。
また、本実施形態では、リタード下限点火時期TRDKAGENIT及びリーン化限界値AFLEANGENを燃圧PFLに応じて変更するので、例えばエンジン始動時に燃圧PFLが低下しているときでも確実に燃焼を成立させた上でリタード量や燃料噴射量の低減量を大きく確保することができる。
【００３３】
図５は、本実施形態における圧縮噴射始動時でのエンジン回転速度Ｎe、制御点火時期TESIT、制御空燃比A/FES及びＨＣ排出量の推移を示すタイムチャートである。図中、実線が本実施形態の燃焼制御装置によるリタード及びリーン化制御を実施した場合、点線が本リタード及びリーン化制御を実施しない場合を示す。
図５に示すように、本実施形態では、圧縮噴射始動時における吹き上がりによりエンジン回転速度Ｎeが所定回転速度Ｎe1以上となった時点で点火時期のリタードが開始され、これに伴いエンジン回転速度Ｎeの上昇が抑制される。そしてこのリタードだけでは十分でなくエンジン回転速度Ｎｅが上昇し続けた場合には、リーン化制御も行われることにより、更なるエンジン回転速度Ｎeの上昇が抑制され、圧縮噴射始動時の吹き上がりがより抑えられる。
【００３４】
以上で実施形態の説明を終えるが、本発明の形態はこの実施形態に限定されるものではない。例えば、本実施形態では、燃圧PFLが規定燃圧PFL1以上であるか否かによって、リタード下限点火時期TRDKAGENITやリーン化限界値AFLEANGENを２段階に変更しているが、これらを燃圧PFLに応じて連続的に変更してもよい。このようにすれば、リタード下限点火時期TRDKAGENITやリーン化限界値AFLEANGENをより正確に設定することができ、吹き上がりをより十分に抑制することができる。
【００３５】
また、本発明では、燃圧PFLに応じてリタード下限点火時期TRDKAGENITやリーン化限界値AFLEANGENのいずれか１つを変更させなくとも良く、少なくとも燃料噴射時期TFL及び燃圧PFLに応じてリタード下限点火時期TRDKAGENITを設定してリタード量を制限すれば、燃焼安定性を確保した上で、吹き上がりを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明に係る筒内燃料噴射型エンジンの概略構成図である。
【図２】本発明の実施形態に係るＥＣＵにおける点火時期及び燃料噴射量の制御要領を示すフローチャートである。
【図３】燃焼が成立する燃料噴射終了時期及び点火時期の範囲を示すグラフであり、（Ａ）は燃圧が規定燃圧以上である場合、（Ｂ）は燃圧が規定燃圧より低い場合を示す。
【図４】空燃比とエンジントルクとの関係を示すグラフであり、（Ａ）は燃圧が規定燃圧以上である場合、（Ｂ）は燃圧が規定燃圧より低い場合を示す。
【図５】本実施形態における圧縮噴射始動時でのエンジン回転速度、制御点火時期、制御空燃比及びＨＣ排出量の推移を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
【００３７】
１    エンジン
４    点火プラグ
６    燃料噴射弁
１３  クランク角センサ
１６  燃圧センサ
４０  ＥＣＵ
【図１】
0004868168.tif 000002
【図２】
0004868168.tif 000003
【図３】
0004868168.tif 000004
【図４】
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【図５】
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