(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮行程で燃料噴射を行う圧縮行程噴射モードと、吸気行程で燃料噴射を行う吸気行程噴射モードとを有するとともに、エンジンの出力軸に装着された無段変速機を有する筒内噴射式内燃機関の制御装置において、実際のエンジン負荷が前記無段変速機の許容負荷よりも大きくて出力低下要求を受けたときに前記内燃機関の出力を低下させる出力低減手段を設け、該出力低減手段は、前記圧縮行程噴射モードでは燃料噴射量を減量する一方、前記吸気行程噴射モードでは燃料噴射量を減量すると共に点火時期を遅らせることを特徴とする筒内噴射式内燃機関の制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の筒内噴射式内燃機関の制御装置において、
前記許容負荷は前記無段変速機の実ライン油圧に基づいて算出されることを特徴とする筒内噴射式内燃機関の制御装置。
【請求項３】
請求項２に記載の筒内噴射式内燃機関の制御装置において、
前記実際のエンジン負荷はエンジン回転数と燃料噴射パルス幅に基づいて算出されることを特徴とする筒内噴射式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、圧縮行程噴射モードと吸気行程噴射モードとを有する筒内噴射式内燃機関の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
燃料を吸気ポートではなく、筒内に直接噴射する筒内噴射式内燃機関と呼ばれるものがある。この筒内噴射式内燃機関では、エンジン回転数とスロットル開度とから目標負荷を求め、エンジン回転数とこの目標負荷とに基づいて燃料噴射モードを決定している。筒内噴射式内燃機関における燃料噴射モードは、加速走行時の高負荷域にて、主に吸気行程中に燃料を噴射して理論空燃比で予混合燃焼を行うストイキオモードと、定速走行時の中負荷域にて、主に吸気行程中に燃料を噴射して理論空燃比よりもリーンな空燃比で予混合燃焼を行う吸気リーンモードと、アイドル運転や低速走行時等の低負荷域にて、主に圧縮行程中に燃料を噴射して吸気リーンモードよりもリーンな空燃比で層状燃焼を行う圧縮リーンモードとがあり、エンジン回転数と目標負荷に基づき燃料噴射モードの切換制御を行っている。
【０００３】
ところで、上記のような筒内噴射式内燃機関に限らず、車両の内燃機関においては、所定の運転状態下で出力低下要求を受けて出力を低下させるものがある。例えば、特開平４−５０４４０号公報に記載されたものでは、可変Ｖ形プーリとスチールベルトとの間で滑りが発生しないようにＣＶＴ(Continuously Variable Trasmission) へ作用するエンジントルクを制限するするようにしている。この公報に記載された「ＣＶＴシステム搭載車のエンジン制御方法」は、ＣＶＴプーリにかかる油圧を検出してその伝達可能トルクを算出する一方、エンジンの出力トルクを求め、この両トルクからエンジンの要求低減トルクを求め、要求低減トルク及びエンジンの運転状態を表すパラメータ（エンジン回転数、吸入空気量等）によりエンジンの空燃比・点火時期を決定してエンジンの出力トルクを制限するようにしたものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
そして、所定の運転状態下で、前述の筒内噴射式内燃機関の出力を低下させるために、前述した特開平４−５０４４０号公報に記載されたエンジン制御方法を適用することが考えられるが、その場合、要求低減トルクとエンジンの運転状態を表すパラメータにより、各燃料噴射モードにて、エンジンの空燃比・点火時期を決定してエンジンの出力トルクを制限することとなる。
【０００５】
ところが、吸気行程中に燃料を噴射するストイキオモードや吸気リーンモードと、圧縮行程中に燃料を噴射する圧縮リーンモードとで、空燃比や点火時期を同じように制御してエンジンの出力トルクを制限すると適正な燃焼が行われなくなってしまう。例えば、吸気リーンモードでリーン化するように空燃比を制御すると、燃焼が不安定となってスモークが発生してしまう虞がある。また、圧縮リーンモードで点火時期を遅らせると、燃料噴霧が点火プラグ近傍に存在しないときに点火することとなり、失火が発生するする虞がある。
【０００６】
本発明は、このような問題を解決するものであって、車両から出力低下要求を受けたときに運転状態に応じて制御パラメータ変えることで安定した燃焼状態を維持したままで適正に内燃機関の出力を低下させることができる筒内噴射式内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するための本発明の筒内噴射式内燃機関の制御装置は、圧縮行程で燃料噴射を行う圧縮行程噴射モードと、吸気行程で燃料噴射を行う吸気行程噴射モードとを有するとともに、エンジンの出力軸に装着された無段変速機を有する筒内噴射式内燃機関の制御装置において、実際のエンジン負荷が前記無段変速機の許容負荷よりも大きくて出力低下要求を受けたときに前記内燃機関の出力を低下させる出力低減手段を設け、該出力低減手段は、前記圧縮行程噴射モードでは燃料噴射量を減量する一方、前記吸気行程噴射モードでは燃料噴射量を減量すると共に点火時期を遅らせることを特徴とするものである。
また、本発明の筒内噴射式内燃機関の制御装置は、前記許容負荷は前記無段変速機の実ライン油圧に基づいて算出されることを特徴とするものである。
また、本発明の筒内噴射式内燃機関の制御装置は、前記実際のエンジン負荷はエンジン回転数と燃料噴射パルス幅に基づいて算出されることを特徴とするものである。
【０００８】
従って、車両の運転状態に応じて出力低下要求を受けたときに、圧縮行程噴射モードでは燃料噴射量を減量して内燃機関の出力を低下させる一方、吸気行程噴射モードでは燃料噴射量を減量すると共に点火時期を遅らせて内燃機関の出力を低下させることとなり、安定した燃焼状態を維持したままで適正に内燃機関の出力を低下させることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００１０】
図１に本発明の一実施形態に係る筒内噴射式内燃機関の制御装置の概略構成、図２にエンジンの電子制御ユニットによる制御のフローチャート、図３にＣＶＴの電子油圧コントローラによる制御のフローチャートを示す。
【００１１】
本実施形態の筒内噴射式内燃機関の制御装置において、図１に示すように、エンジン１０は燃料を直接燃焼室に噴射する筒内噴射型直列４気筒ガソリンエンジンであって、シリンダヘッド１１には各気筒毎に点火プラグ１２が取付けられると共に、電磁式のインジェクタ１３が取付けられている。燃焼室１４内にはインジェクタ１３の噴射口が開口し、ドライバ１５を介してインジェクタ１３から噴射される燃料が燃焼室１４内に直接噴射されるようになっている。筒内噴射エンジン１０のシリンダ１６にはピストン１７が上下に摺動自在に支持され、ピストン１７の頂面にはキャビティ１８が形成されており、キャビティ１８によって吸気流に通常のタンブル流とは逆の逆タンブル流を発生させることができる。
【００１２】
シリンダヘッド１１には燃焼室１４を臨む吸気ポート１９及び排気ポート２０が形成され、吸気ポート１９は吸気弁２１の駆動によって開閉され、排気ポート２０は排気弁２２の駆動によって開閉される。シリンダヘッド１１の上部には吸気側のカムシャフト２３及び排気側のカムシャフト２４が回転自在に支持され、吸気側のカムシャフト２３の回転により吸気弁２１が駆動され、排気側のカムシャフト２４の回転により排気弁２２が駆動される。
【００１３】
筒内噴射エンジン１０には各気筒の所定のクランク位置でクランク角信号SGT を出力するクランク角センサ２５が設けられ、クランク角センサ２５はエンジン回転速度（Ｎｅ）を検出可能としている。また、クランクシャフトの半分の回転数で回転するカムシャフト２３，２４には気筒識別信号SGC を出力する識別センサ２６が設けられ、気筒識別信号SGC によりクランク角信号SGT がどの気筒のものか識別可能とされている。
【００１４】
吸気ポート１９には吸気マニホールド２７を介して吸気管２８が接続され、吸気管２８の空気取入口にはエアクリーナ２９が取付けられている。この吸気管２８には駆動モータ３０によって駆動して流路を開閉する電子制御スロットル弁３１が設けられると共に、スロットル弁３１の開度を検出するスロットルポジションセンサ３２が取付けられている。このスロットル弁３１はアクセル開度やエンジン回転数等に基づいて駆動モータ３０により開閉するものであり、スロットルポジションセンサ３２からはこのスロットル弁３１の開度に応じた開度信号がフィードバックされてスロットル弁３１の開度が認識されるようになっている。また、スロットル弁３１にはその全閉状態を検出して筒内噴射エンジン１０のアイドリング状態を認識するアイドルスイッチ３３が備えられている。更に、吸気管２８には吸入空気量を検出するエアフローセンサ３４が取付けられている。
【００１５】
一方、排気ポート２０には排気マニホールド３５を介して排気管３６が接続され、排気管３６には三元触媒３７及び図示しないマフラーが備えられている。
【００１６】
上述した筒内噴射エンジン１０の出力軸３８には無段変速機としてのＣＶＴ３９が装着されている。このＣＶＴ３９は、図示しない一対の可変Ｖ形プーリの間に無端のスチールベルトを掛け回し、一方の可変Ｖ形プーリの回転軸をエンジン１０の出力軸３８に連結し、他方の可変Ｖ形プーリの回転軸をドライブシャフト４０に連結して構成されている。従って、油圧の給排によって各可変Ｖ形プーリの幅を変更してプーリ比を変えると、エンジン１０の出力軸３８の回転力を一対の可変Ｖ形プーリ及びスチールベルトを介して無段階に調節してドライブシャフト４０に伝達することができる。
【００１７】
車両には出力低減手段としての機能を有するエンジンの電子制御ユニット（ＥＣＵ）４１が設けられ、このＥＣＵ４１には、入出力装置、制御プログラムや制御マップ等の記憶を行う記憶装置、中央処理装置及びタイマやカウンタ類が具備されており、このＥＣＵ４１によって筒内噴射エンジン１０の総合的な制御が実施される。前述したクランク角センサ２５、識別センサ２６、スロットルポジションセンサ３２、アイドルスイッチ３３、エアフローセンサ３４などの各種センサ類の検出情報がＥＣＵ４１に入力され、このＥＣＵ４１が各種センサ類の検出情報に基づいて、燃料噴射モードや燃料噴射量を始めとして点火時期等を決定し、インジェクタ１３のドライバ１５、点火プラグ１２、スロットル弁３１の駆動モータ３０等を駆動制御する。
【００１８】
また、車両にはＣＶＴ３９の制御を行う電子油圧コントローラ（ＥＬＣ）４２が設けられ、このＥＬＣ４２は油圧ポンプ及び電磁弁を制御することで、車両の運転状態に応じたライン油圧ＰL を調節し、可変Ｖ形プーリによるスチールベルトの挾持圧力を所定値に維持して動力が確実に伝達されるようにしている。また、このＥＬＣ４２は変速指令に対して各可変Ｖ形プーリへの供給油圧（プライマリー油圧ＰP 、セカンダリー油圧ＰS ）を制御することで、各可変Ｖ形プーリの幅を調節して変速比を無段階に調整している。
【００１９】
このＣＶＴ３９において、ライン油圧ＰL は、エンジン１０の出力軸３８からの入力トルクの大きさによって決まるものであり、この大きい入力トルクが可変Ｖ形プーリに作用すると、可変Ｖ形プーリとスチールベルトとの間で滑りが発生し、ドライブシャフト４０への駆動力の伝達効率が低下してしまう。一方で、この滑りが発生しないように予めライン油圧ＰL を大きくすると、可変Ｖ形プーリとスチールベルトとの間の摩擦抵抗が大きくなってエンジン１０の出力軸３８に負荷が作用して燃料消費率が低下してしまう。
【００２０】
そこで、本実施形態の筒内噴射式内燃機関の制御装置では、車両から出力低下要求を受けたとき、即ち、実際のエンジン負荷（エンジン１０の出力軸３８からの入力トルク）がＣＶＴ３９における許容負荷よりも大きいときには、ＥＣＵ４１がエンジン１０の出力を低下させるようにしている。この場合、本実施形態の筒内噴射式エンジン１０では、燃料噴射モードの制御を、主に吸気行程中に燃料を噴射して理論空燃比で予混合燃焼を行うストイキオモードと、主に吸気行程中に燃料を噴射して理論空燃比よりもリーンな空燃比で予混合燃焼を行う吸気リーンモードと、主に圧縮行程中に燃料を噴射して吸気リーンモードよりもリーンな空燃比で層状燃焼を行う圧縮リーンモードなどを切り換えて行っており、各燃料噴射モードに応じて制御パラメータ変えることでエンジン１０の出力を低下させている。
【００２１】
ここで、ＥＣＵ４１によるエンジン１０の出力を低下させる制御方法を図２及び図３のフローチャートを用いて説明する。
【００２２】
図２に示すように、ステップＳ１において、ＥＣＵ４１はエンジン回転数Ｎｅとスロットル開度ＴＰＳを読み込み、ステップＳ２にてエンジン回転数Ｎｅとスロットル開度ＴＰＳから目標負荷Ｐｅを求める。そして、ステップＳ３にて、この目標負荷Ｐｅとエンジン回転数Ｎｅとに基づいて図示しない燃料噴射マップから現在の燃料噴射域を検索して燃料噴射モードを決定する。即ち、ストイキオモード、吸気リーンモード、圧縮リーンモード、あるいはオープンループモード、燃料カットモードに設定する。このステップＳ３で、圧縮リーンモードと判定されたときはステップＳ４に移行し、目標空燃比に応じた燃料噴射量が決定され、所定の噴射時期に燃料噴射が実行される。
【００２３】
そして、ステップＳ５では、燃料噴射量と相関関係にあるインジェクタ１３による燃料噴射のパルス幅Ｐｗを読み込み、ステップＳ６にて、エンジン回転数Ｎｅとこの噴射パルス幅Ｐｗから実際のエンジン負荷ＰｅＰｗをマップ検索し、ステップＳ７にて、ＥＣＵ４１は求めた実エンジン負荷ＰｅＰｗをＣＶＴ３９のＥＬＣ４２に出力する。
【００２４】
ここで、図３に示すように、ＥＬＣ４２は、ステップＴ１において、実エンジン負荷ＰｅＰｗを読み込み、ステップＴ２にて、この実エンジン負荷ＰｅＰｗに応じた制御ライン油圧ＰL0を算出し、ステップＴ３にて、ＣＶＴ３９に出力する一方、ステップＴ４にて、ＣＶＴ３９の図示しない油圧センサから実際のライン油圧ＰL1を入力する。そして、ステップＴ５にて、この実ライン油圧ＰL1に基づき安全率を加味して許容負荷ＰｅＣＶＴを算出し、ステップＴ５で、ＥＬＣ４２はこの許容負荷ＰｅＣＶＴをＥＣＵ４１に出力する。
【００２５】
一方、ＥＣＵ４１では、図２に示すように、ステップＳ８で、ＥＬＣ４２から許容負荷ＰｅＣＶＴの入力待ちに状態にあり、ＥＣＵ４１に許容負荷ＰｅＣＶＴが入力されると、ステップＳ９にて、許容負荷ＰｅＣＶＴと実エンジン負荷ＰｅＰｗとの比較判定を行う。ここで、許容負荷ＰｅＣＶＴが実エンジン負荷ＰｅＰｗよりも大きければ、現在の燃料噴射モードを継続する。即ち、エンジン１０の出力軸３８からの入力トルクの大きさは、ＣＶＴ３９にて、可変Ｖ形プーリとスチールベルトとの間で適正にトルク伝達が実行されるような許容範囲内にあると判定される。
【００２６】
また、ステップＳ９にて、許容負荷ＰｅＣＶＴよりも実エンジン負荷ＰｅＰｗの方が大きければ、ＣＶＴ３９にて、可変Ｖ形プーリとスチールベルトとの間で滑りが発生する虞があるため、ステップＳ１０に移行し、ここで、エンジンのトルク抑制を行う。即ち、現在、エンジン１０は圧縮リーンモードで燃料噴射制御されているが、目標スロットル開度を減少してインジェクタ１３から噴射される燃料を減少させると共に、空燃比をリーン化傾向となるように駆動モータ３０を駆動してスロットル弁３１によるスロットル開度を閉方向側に調整することで、エンジンの出力トルクを抑制する。従って、エンジンの出力トルクが抑制されて実エンジン負荷ＰｅＰｗが低減し、エンジン１０の出力軸３８からの入力トルクは、ＣＶＴ３９にて適正にトルク伝達され、ドライブシャフト４０に出力される。
【００２７】
一方、ステップＳ３にて、目標負荷Ｐｅとエンジン回転数Ｎｅとに基づいて燃料噴射マップから現在の燃料噴射域を検索し、圧縮リーンモード以外の燃料噴射モード（ストイキオモード、吸気リーンモード他）と判定されたときはステップＳ１１に移行し、目標空燃比に応じた燃料噴射量が決定され、所定の噴射時期に燃料噴射が実行される。そして、ステップＳ１２以降では前述と同様の処理が行われる。即ち、ステップＳ１２で燃料噴射パルス幅Ｐｗを読み込み、ステップＳ１３で実エンジン負荷ＰｅＰｗを求め、ステップＳ１４でＥＣＵ４１が実エンジン負荷ＰｅＰｗをＣＶＴ３９のＥＬＣ４２に出力する。
【００２８】
ＥＬＣ４２は実エンジン負荷ＰｅＰｗに応じた制御ライン油圧ＰL0を算出してＣＶＴ３９に出力する一方、ＣＶＴ３９の実ライン油圧ＰL1を入力して許容負荷ＰｅＣＶＴを算出し、ＥＣＵ４１に出力する。ＥＣＵ４１では、ステップＳ１５でＥＬＣ４２から許容負荷ＰｅＣＶＴが入力されると、ステップＳ１６にて、許容負荷ＰｅＣＶＴと実エンジン負荷ＰｅＰｗとの比較判定を行う。ここで、許容負荷ＰｅＣＶＴが実エンジン負荷ＰｅＰｗよりも大きければ、現在の燃料噴射モードを継続する。
【００２９】
また、ステップＳ１６にて、許容負荷ＰｅＣＶＴよりも実エンジン負荷ＰｅＰｗの方が大きければ、ＣＶＴ３９にて、可変Ｖ形プーリとスチールベルトとの間で滑りが発生する虞があるため、ステップＳ１７に移行し、ここで、エンジンのトルク抑制を行う。即ち、現在、エンジン１０は非圧縮リーンモードで燃料噴射制御されているが、インジェクタ１３から噴射される燃料を減少させるように駆動モータ３０を駆動してスロットル弁３１のよるスロットル開度を減少すると共に、点火時期を遅らせることで、エンジンの出力トルクを抑制する。従って、エンジンの出力トルクが抑制されて実エンジン負荷ＰｅＰｗが低減し、エンジン１０の出力軸３８からの入力トルクは、ＣＶＴ３９にて適正にトルク伝達され、ドライブシャフト４０に出力される。
【００３０】
このように本実施形態にあっては、ＣＶＴ３９の許容負荷ＰｅＣＶＴよりもエンジン１０の実エンジン負荷ＰｅＰｗの方が大きい場合、ＣＶＴ３９にて、可変Ｖ形プーリとスチールベルトとの間で滑りが発生する虞があるため、エンジン１０が圧縮リーンモードで燃料噴射制御されているときは、燃料噴射量を減少させると共に空燃比をリーン化することでエンジンの出力トルクを抑制する一方、エンジン１０が非圧縮リーンモードで燃料噴射制御されているときは、燃料噴射量を減少させると共に点火時期を遅らせることで、エンジンの出力トルクを抑制する。このようにＣＶＴ３９から出力低下要求を受けたときには、燃料噴射モードに応じて制御パラメータ変えてエンジン出力を抑制することで、安定した燃焼状態を維持したままで適正にエンジン１０の出力を低下させることができる。
【００３１】
なお、上述の実施形態では、ＣＶＴ３９の許容負荷ＰｅＣＶＴよりもエンジン１０の実エンジン負荷ＰｅＰｗの方が大きいとき、圧縮リーンモードでは燃料噴射量を減少させると共に空燃比をリーン化し、非圧縮リーンモードでは燃料噴射量を減少させると共に点火時期を遅らせたが、目標負荷Ｐｅを変更して同様の制御を行ってもよい。
【００３２】
また、上述の実施形態では、本発明の筒内噴射式内燃機関の制御装置をＣＶＴ３９を有する筒内噴射式エンジン１０に適用したが、オートマチックトランスミッション（有段変速機）に適用することで、ロックアップ時の加速ショックを低減することもでき、更に、トラクションコントロールにも適用することで、スリップを防止することもできる。
【００３３】
【発明の効果】
以上、実施形態において詳細に説明したように本発明の筒内噴射式内燃機関の制御装置によれば、実際のエンジン負荷が前記無段変速機の許容負荷よりも大きくて出力低下要求を受けたときに、圧縮行程噴射モードでは燃料噴射量を減量して内燃機関の出力を低下させる一方、吸気行程噴射モードでは燃料噴射量を減量すると共に点火時期を遅らせて内燃機関の出力を低下させることとなり、安定した燃焼状態を維持したままで適正に内燃機関の出力を低下させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る筒内噴射式内燃機関の制御装置の概略構成図である。
【図２】エンジンの電子制御ユニットによる制御のフローチャートである。
【図３】ＣＶＴの電子油圧コントローラによる制御のフローチャートである。
【符号の説明】
１０  筒内噴射エンジン
１３  インジェクタ
２５  クランク角センサ
３０  駆動モータ
３１  スロットル弁
３２  スロットルポジションセンサ
３４  エアフローセンサ
３８  出力軸
３９  ＣＶＴ
４０  ドライブシャフト
４１  電子制御ユニット（ＥＣＵ）
４２  電子油圧コントローラ（ＥＬＣ）
【図１】
0003855493.tif 000002
【図２】
0003855493.tif 000003
【図３】
0003855493.tif 000004