(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジン運転条件に応じて成層燃焼と均質燃焼とに切換える燃焼方式切換手段を備える直噴火花点火式エンジンの燃焼制御装置において、
成層燃焼時にエンジン安定度を検出する安定度検出手段と、
エンジン安定度が悪化したときに、成層燃焼開始からエンジン安定度が悪化するまでの時間に応じて設定される時間、一時的に成層燃焼から均質燃焼に強制的に切換える強制切換手段と、
を設けたことを特徴とする直噴火花点火式エンジンの燃焼制御装置。
【請求項２】
成層燃焼開始からエンジン安定度の悪化により均質燃焼に切換えるまでの成層燃焼の時間を学習する学習手段と、この学習結果に応じて、前記強制切換手段により強制的に行わせる均質燃焼の時間を可変設定する均質燃焼時間設定手段と、を設けたことを特徴とする請求項１記載の直噴火花点火式エンジンの燃焼制御装置。
【請求項３】
前記学習手段は、エンジンの運転領域別に、成層燃焼開始からエンジン安定度の悪化により均質燃焼に切換えるまでの成層燃焼の時間を学習し、前記均質燃焼時間設定手段は、エンジンの運転領域別に、強制的に行わせる均質燃焼の時間を可変設定するものであることを特徴とする請求項２記載の直噴火花点火式エンジンの燃焼制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジン運転条件に応じて成層燃焼と均質燃焼とに切換える直噴火花点火式エンジンの燃焼制御装置に関し、特に燃焼室内の点火プラグ用りに可燃混合気が偏在するよう燃焼室内を成層化して混合気の燃焼を行う成層燃焼時の点火プラグへのカーボン付着等による燃焼悪化を防止し得るようにした燃焼制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、直噴火花点火式エンジンの燃焼制御装置として、例えば特開昭６０−３６７２１号公報に示されるように、エンジンの運転条件を検出し、低負荷運転時には、燃焼室内への燃料供給量を少量とし、この燃料を燃焼室内の点火プラグ周りに偏在させて、混合気の成層燃焼を行うことにより、全体として混合気の空燃比を大（リーン）にして、燃費の向上を図ると共に、高負荷運転時には、運転状態に応じた量の燃料を燃焼室内に均一に分散させて、混合気の均質燃焼を行うことにより、その出力を確保するようにしたものが知られている。
【０００３】
ところが、上記のような混合気の成層燃焼時には、可燃混合気が点火プラグ周りに偏在する関係上、不完全燃焼生成物としてのカーボンが生じやすく、このカーボンが点火プラグ等に付着する傾向がある。
【０００４】
そこで、例えば特開昭６３−１３８１２０号公報に示されるように、混合気の成層燃焼時には、一定時間毎に強制的に均質燃焼を行わせることにより、カーボンを定期的に焼失除去しようするものがある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかるに、成層燃焼であっても、運転状態によって、不完全燃焼生成物としてのカーボンの発生量が異なり、同カーボンが点火プラグ等に付着する傾向も異なる。従って、成層燃焼時において、一定時間おきに強制的な均質燃焼を行うということは、焼失除去する必要が無い状態での均質燃焼による燃費の悪化、あるいは、焼失除去が必要であるにも関わらず均質燃焼が行われないことでの燃焼悪化による運転性やエミッションの悪化等の可能性がある。
【０００６】
本発明は、上記のような問題点に鑑み、成層燃焼から均質燃焼への強制的な切換えを燃焼状態によって行い、燃費の悪化を最小限にしながら、点火プラグのかぶりやカーボン付着の発生を効果的に防止することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項１に係る発明では、図１に示すように、エンジン運転条件に応じて成層燃焼と均質燃焼とに切換える燃焼方式切換手段を備える直噴火花点火式エンジンの燃焼制御装置において、成層燃焼時にエンジン安定度を検出する安定度検出手段と、エンジン安定度が悪化したときに、成層燃焼開始からエンジン安定度が悪化するまでの時間に応じて設定される時間、一時的に成層燃焼から均質燃焼に強制的に切換える強制切換手段と、を設けたことを特徴とする。
【０００８】
請求項２に係る発明では、更に、図１に示すように、成層燃焼開始からエンジン安定度の悪化により均質燃焼に切換えるまでの成層燃焼の時間を学習する学習手段と、この学習結果に応じて、前記強制切換手段により強制的に行わせる均質燃焼の時間を可変設定する均質燃焼時間設定手段と、を設けたことを特徴とする。
【０００９】
請求項３に係る発明では、前記学習手段は、エンジンの運転領域別に、成層燃焼開始からエンジン安定度の悪化により均質燃焼に切換えるまでの成層燃焼の時間を学習し、前記均質燃焼時間設定手段は、エンジンの運転領域別に、強制的に行わせる均質燃焼の時間を可変設定するものであることを特徴とする。
【００１０】
【発明の効果】
請求項１に係る発明によれば、成層燃焼時にエンジン安定度を検出し、エンジン安定度が悪化したときに一時的に成層燃焼から均質燃焼に強制的に切換えることで、燃費の悪化を最小限にしながら、燃焼悪化の原因となる点火プラグ等に付着したカーボンを焼失除去することができ、点火プラグのかぶりやカーボン付着の発生を、効果的に防止可能となる。
【００１１】
請求項２に係る発明によれば、成層燃焼開始からエンジン安定度の悪化により均質燃焼に切換えるまでの成層燃焼の時間を学習し、この学習結果に応じて、強制的に行わせる均質燃焼の時間を可変設定することで、強制切換えの経緯から点火プラグ等に付着したカーボンを焼失除去するための均質燃焼の時間設定を最適化することができ、燃費悪化を必要最小限にすることが可能となる。
【００１２】
請求項３に係る発明によれば、エンジンの運転領域別に、成層燃焼の時間を学習して、均質燃焼の時間を可変設定することで、より適正なものとすることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態について説明する。
図２は本発明の一実施形態を示す直噴火花点火式エンジンのシステム図である。先ず、これについて説明する。
【００１４】
エンジン１の各気筒の燃焼室には、エアクリーナ２から吸気通路３により、スロットル弁４の制御を受けて、空気が吸入される。
そして、燃焼室内に燃料（ガソリン）を直接噴射するように、電磁式の燃料噴射弁（インジェクタ）５が設けられている。
【００１５】
燃料噴射弁５は、エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）１０からエンジン回転に同期して吸気行程又は圧縮行程にて出力される噴射パルス信号によりソレノイドに通電されて開弁し、所定圧力に調圧された燃料を噴射するようになっている。そして、噴射された燃料は、吸気行程噴射の場合は燃焼室内に拡散して均質な混合気を形成し、また圧縮行程噴射の場合は点火プラグ６回りに集中的に層状の混合気を形成し、エンジンコントロールユニット１０からの点火信号に基づき、点火プラグ６により点火されて、燃焼（均質燃焼又は成層燃焼）する。
【００１６】
エンジン１からの排気は排気通路７より排出され、排気通路７には排気浄化用の触媒８が介装されている。
エンジンコントロールユニット１０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ａ／Ｄ変換器及び入出力インターフェイス等を含んで構成されるマイクロコンピュータを備え、各種センサからの入力信号を受け、これに基づいて演算処理して、燃料噴射弁５及び点火プラグ６などの作動を制御する。
【００１７】
前記各種センサとしては、エンジン１のクランク軸回転を検出するクランク角センサ１１が設けられている。このクランク角センサ１１は、予め定めたクランク角位置で基準パルス信号ＲＥＦを出力すると共に、１〜２°毎に単位パルス信号ＰＯＳを出力するもので、基準パルス信号ＲＥＦの周期などからエンジン回転数Ｎｅを算出可能である。
【００１８】
この他、吸気通路３のスロットル弁４上流で吸入空気流量Ｑａを検出するエアフローメータ１２、スロットル弁４の開度ＴＶＯを検出するスロットルセンサ１３、エンジン１の冷却水温Ｔｗを検出する水温センサ１４、排気通路７にて排気空燃比に応じた信号を出力する空燃比センサ（Ｏ2 センサ）１５、触媒８の温度を検出する触媒温度センサ１６などが設けられている。
【００１９】
次に、エンジンコントロールユニット１０により行われる燃焼方式の切換制御について、図３及び図４のフローチャートにより説明する。
図３は燃焼方式切換ルーチンであり、所定時間毎に実行される。本ルーチンが燃焼方式切換手段に相当する。
【００２０】
ステップ１（図にはＳ１と記す。以下同様）では、各種センサ信号を読込む。ステップ２では、エンジン回転数及び負荷（スロットル開度又はアクセル開度等）に基づき、成層燃焼条件、すなわち、低回転・低負荷運転時か否かを判定する。
【００２１】
成層燃焼条件（低回転・低負荷運転時）でない場合、すなわち、均質燃焼条件（高回転・高負荷運転時）の場合は、ステップ１４で強制切換フラグＦ＝０、ステップ１５で成層燃焼時間カウンタＴＢＳ＝０，均質燃焼カウンタＴＢＨ＝０にして、ステップ１６へ進み、均質燃焼を行わせる。
【００２２】
成層燃焼条件（低回転・低負荷運転時）の場合は、ステップ３へ進む。
ステップ３では、強制切換フラグＦ＝１か否かを判定し、強制切換フラグＦ＝０の場合は、ステップ４へ進む。
【００２３】
ステップ４では、エンジン安定度として、エンジン回転数の変動量ΔＮｅを検出する。この部分が成層燃焼時のエンジン安定度検出手段に相当する。
ステップ５では、エンジン安定度が悪化したか否か、すなわち、エンジン回転数の変動量ΔＮｅが所定値以上か否かを判定する。
【００２４】
エンジン安定度が悪化していない場合は、ステップ１２へ進み、成層燃焼を行わせる。
成層燃焼中は、ステップ１３にて、成層燃焼開始からエンジン安定度の悪化により均質燃焼に切換えるまでの成層燃焼の時間を計測するための成層燃焼時間カウンタＴＢＳをカウントアップする（ＴＢＳ＝ＴＢＳ＋１）。
【００２５】
成層燃焼の継続により、エンジン安定度が悪化した場合は、ステップ５での判定で、ステップ６へ進む。
ステップ６では、強制切換フラグＦ＝１にセットし、次のステップ７にて、このときの成層燃焼時間カウンタＴＢＳの値を読込んで、成層燃焼開始からエンジン安定度の悪化により均質燃焼に切換えるまでの成層燃焼の時間として、記憶する。尚、この成層燃焼時間は、エンジン回転数と負荷との運転領域別に記憶し、また、すでに運転領域別の前回値が記憶されているときは、前回値をＴＢＳ(n-1) 、今回値をＴＢＳ(n) として記憶する。この部分が学習手段に相当する。
【００２６】
この後、ステップ８へ進む。また、強制切換フラグＦ＝１にセットされた後は、次回以降、ステップ３での判定で、ステップ８へ進む。
ステップ８では、強制的に行わせる均質燃焼の時間を計測するための均質燃焼時間カウンタＴＢＨをカウントアップする（ＴＢＨ＝ＴＢＨ＋１）。
【００２７】
次のステップ９では、均質燃焼時間カウンタＴＢＨの値を読込み、運転領域別の均質燃焼時間の設定値ＴＢＨ０（この設定値ＴＢＨ０は、図４のルーチンによって設定される。）と比較し、ＴＢＨ≧ＴＢＨ０になったか否かを判定する。
【００２８】
ＴＢＨ＜ＴＢＨ０の場合は、成層燃焼でのエンジン安定度の悪化を回避すべく、ステップ１６へ進んで、強制的に均質燃焼を行わせ、エンジン安定度の悪化原因である点火プラグ等に付着したカーボンを焼失除去するようにする。この部分が強制切換手段に相当する。
【００２９】
ＴＢＨ≧ＴＢＨ０になった場合は、強制的に行わせた均質燃焼を終了すべく、ステップ９での判定で、ステップ１０へ進む。
ステップ１０では、強制切換フラグＦ＝０に戻し、また次のステップ１１にて、成層燃焼時間カウンタＴＢＳ＝０，均質燃焼時間カウンタＴＢＨ＝０に戻した後、ステップ１２へ進ませて、成層燃焼に戻す。
【００３０】
図４は強制的に行わせる均質燃焼時間ＴＢＨ０の設定ルーチンである。
ステップ２１では、運転領域（エンジン回転数及び負荷）を判別する。
ステップ２２では、運転領域別に記憶されている成層燃焼時間の前回値ＴＢＳ(n-1) と今回値ＴＢＳ(n) とを読込み、成層燃焼時間変化量ＤＴＢＳ＝ＴＢＳ(n) −ＴＢＳ(n-1) を演算する。
【００３１】
ステップ２３では、成層燃焼時間変化量ＤＴＢＳに対して、強制的に行わせる均質燃焼時間ＴＢＨ０を定めた運転領域別のテーブルを参照して、演算された実際の成層燃焼時間変化量ＤＴＢＳから、強制的に行わせる均質燃焼時間ＴＢＨ０を検索により設定する。この部分が均質燃焼時間可変設定手段に相当する。
【００３２】
ここで、成層燃焼時間変化量ＤＴＢＳがマイナス側に大きくなる程、すなわち、成層燃焼時間ＴＢＳが前回値に比して減少する程、カーボンが付着しやすくなっているので、均質燃焼時間ＴＢＨ０を大きく設定する。逆に、成層燃焼時間変化量ＤＴＢＳがプラス側に大きくなる程、すなわち、成層燃焼時間ＴＢＳが前回値に比して増大する程、均質燃焼時間ＴＢＨ０を小さく設定する。
【００３３】
以上のように、成層燃焼時にエンジン安定度を検出し、エンジン安定度が悪化したときに一時的に成層燃焼から均質燃焼に強制的に切換えることで、燃費の悪化を最小限にしながら、燃焼悪化の原因となる点火プラグ等に付着したカーボンを焼失除去することができる。よって、点火プラグのかぶりやカーボン付着の発生を、効果的に防止可能となる。
【００３４】
また、燃焼方式の強制的な切換えの経緯から、点火プラグ等に付着したカーボンを焼失除去するための均質燃焼時間を最適化するようにエンジン運転領域別に学習することで、燃費悪化を必要最小限にすることが可能となる。
【００３５】
尚、ステップ１２にて成層燃焼を行わせる場合は、燃料噴射量を空燃比４０程度のリーン空燃比になるように設定する一方、噴射時期を圧縮行程に設定する。また、ステップ１６にて均質燃焼を行わせる場合は、燃料噴射量をストイキ空燃比（１４．６）又はリーン空燃比（２０〜３０程度）になるように設定する一方、噴射時期を吸気行程に設定する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の構成を示す機能ブロック図
【図２】  本発明の一実施形態を示す直噴火花点火式エンジンのシステム図
【図３】  燃焼方式切換ルーチンのフローチャート
【図４】  均質燃焼時間設定ルーチンのフローチャート
【符号の説明】
１  エンジン
４  スロットル弁
５  燃料噴射弁
６  点火プラグ
１０  エンジン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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