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発明の名称 筒内直接噴射式火花点火内燃機関の制御装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2007−32376(P2007−32376A)
公開日 平成19年2月8日(2007.2.8)
出願番号 特願2005−215206(P2005−215206)
出願日 平成17年7月26日(2005.7.26)
代理人 【識別番号】100096459
【弁理士】
【氏名又は名称】橋本 剛
発明者 志方 章浩 / 石井 仁
要約 課題
点火時期の大幅な遅角と燃焼安定度とを両立させ、冷機時の排気ガス温度の昇温とHC排出量低減とを実現する。

解決手段
暖機完了状態では、通常の成層燃焼運転および均質燃焼運転を行う。冷機状態では、触媒コンバータの活性化促進とHC排出量低減のために、上死点噴射運転モードとして、噴射開始時期ITが圧縮上死点前、噴射終了時期ITeが上死点後となるように、上死点を跨いで燃料噴射が行われる。点火時期ADVは、上死点後となる。圧縮上死点では、スワールやタンブルが減衰して微小な乱れが活発化しており、ピストンの位置変化も少ないので、安定した燃焼を実現できる。アイドル運転中に過渡的に回転数低下が生じたときには、(c)のように、点火時期ADVを進角補正するとともに第2の点火を追加する。MBT点に近づくことで、吸気量の増加を待たずにトルクが応答性よく上昇する。
特許請求の範囲
【請求項1】
筒内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁を備えるとともに、点火プラグを備えてなる筒内直接噴射式火花点火内燃機関の制御装置において、所定の運転状態のときに、上死点噴射運転モードとして、燃料噴射を、噴射開始時期が圧縮上死点前で噴射終了時期が圧縮上死点後となるように圧縮上死点を跨ぐ期間に行い、かつ、上記噴射開始時期から遅れた圧縮上死点後に点火を行うとともに、この上死点噴射運転モード中に過渡的なトルク上昇が要求されたときに、点火時期を進角補正し、かつ上記点火時期よりも遅れた第2の点火を行うことを特徴とする筒内直接噴射式火花点火内燃機関の制御装置。
【請求項2】
筒内に流入する吸気量が増加するまでの間、燃料噴射量を増加させることなく上記進角補正によるトルク上昇を行うことを特徴とする請求項1に記載の筒内直接噴射式火花点火内燃機関の制御装置。
【請求項3】
アイドル時の機関回転数を目標回転数に維持するために、上記点火時期をフィードバック制御することを特徴とする請求項1または2に記載の筒内直接噴射式火花点火内燃機関の制御装置。
【請求項4】
上死点噴射運転モードにおける基本的な点火時期と進角補正後の点火時期との差が所定値を越える場合に上記第2の点火を行うことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の筒内直接噴射式火花点火内燃機関の制御装置。
【請求項5】
上死点噴射運転モードにおける基本的な点火時期に沿って上記第2の点火の点火時期を設定することを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の筒内直接噴射式火花点火内燃機関の制御装置。
【請求項6】
過渡的なトルク上昇の要求に伴い、筒内に流入する吸気量が増加した後は、点火時期を、上死点噴射運転モードにおける基本的な点火時期に遅角させることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の筒内直接噴射式火花点火内燃機関の制御装置。
【請求項7】
上記上死点噴射運転モードにおける基本的な点火時期は、上記噴射開始時期から10°CA〜25°CA遅れた時期であることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の筒内直接噴射式火花点火内燃機関の制御装置。
【請求項8】
圧縮上死点を跨ぐ燃料噴射期間における圧縮上死点前の期間と圧縮上死点後の期間とがほぼ等しいことを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の筒内直接噴射式火花点火内燃機関の制御装置。
【請求項9】
進角補正時を含め平均的な空燃比がほぼ理論空燃比もしくは若干リーンの一定値に維持されることを特徴とする請求項1〜8のいずれかに記載の筒内直接噴射式火花点火内燃機関の制御装置。
【請求項10】
筒内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁を備えるとともに、点火プラグを備えてなる筒内直接噴射式火花点火内燃機関の制御装置において、所定の運転状態のときに、上死点噴射運転モードとして、燃料噴射を、噴射開始時期が圧縮上死点前で噴射終了時期が圧縮上死点後となるように圧縮上死点を跨ぐ期間に行い、かつ、上記噴射開始時期から遅れた圧縮上死点後に点火を行うとともに、この上死点噴射運転モード中に過渡的なトルク上昇が要求されたときに、上記の点火時期よりも早期に第2の点火を行うことを特徴とする筒内直接噴射式火花点火内燃機関の制御装置。
【請求項11】
筒内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁を備えるとともに、点火プラグを備えてなる筒内直接噴射式火花点火内燃機関において、所定の運転状態のときに、上死点噴射運転モードとして、燃料噴射を、噴射開始時期が圧縮上死点前で噴射終了時期が圧縮上死点後となるように圧縮上死点を跨ぐ期間に行い、かつ、上記噴射開始時期から遅れた圧縮上死点後に点火を行うとともに、この上死点噴射運転モード中に過渡的なトルク上昇が要求されたときに、基本的な点火時期よりも進角側の第1の点火と該第1の点火よりも遅角側の第2の点火とを行うことを特徴とする筒内直接噴射式火花点火内燃機関の制御方法。
発明の詳細な説明
【技術分野】
【0001】
この発明は、筒内に燃料を直接に噴射する筒内直接噴射式火花点火内燃機関に関し、特に、その噴射時期および点火時期の制御に関する。
【背景技術】
【0002】
特許文献1には、排気浄化用の触媒コンバータが活性温度よりも低い未暖機状態にあるときに、圧縮行程中に燃料噴射を行い、かつ、点火時期を圧縮上死点よりも遅角させる技術が開示されている。
【特許文献1】特開2001−336467号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
内燃機関冷機時の触媒の早期活性化を図るべく排気ガス温度を昇温させるとともにHCを低減するためには、点火時期をなるべく大きく遅角させることが望ましいが、点火時期を大幅に遅角すると、燃焼安定度が悪化するため、燃焼安定度の観点から定まるある限界よりも遅角することはできない。特許文献1のような従来の技術では、特に冷機時のような条件下において、安定した燃焼の確保が難しく、燃焼安定度から定まる点火時期の遅角限界が比較的進み側にあり、十分な点火時期の遅角を実現することができない。
【課題を解決するための手段】
【0004】
本発明は、筒内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁を備えるとともに、点火プラグを備えてなる筒内直接噴射式火花点火内燃機関の制御装置において、所定の運転状態のとき、例えば触媒コンバータの冷機時のような排気ガス温度の昇温が必要な場合などに、上死点噴射運転モードとして、燃料噴射を、噴射開始時期が圧縮上死点前で噴射終了時期が圧縮上死点後となるように圧縮上死点を跨ぐ期間に行い、かつ、上記噴射開始時期から遅れた圧縮上死点後に点火を行うことを特徴としている。そして、特に、この上死点噴射運転モード中に過渡的なトルク上昇が要求されたときに、点火時期を進角補正し、かつ上記点火時期よりも遅れた第2の点火を行うことを特徴としている。
【0005】
図1は、本発明の上死点噴射運転モードにおける燃料噴射期間および点火時期を例示したものであり、同図の(a)のように、噴射開始時期ITが圧縮上死点(TDC)前、噴射終了時期ITeが圧縮上死点(TDC)後となる。その間の噴射期間IPの長さは、噴射量に相当する。点火時期ADVは、圧縮上死点(TDC)後であり、噴射開始時期ITから所定クランク角(例えば10°CA〜25°CA)遅れた時期となる。この遅れ期間Dは、一般に、燃料噴射弁から点火プラグまでの距離に相関する。
【0006】
なお、圧縮上死点(TDC)を中心として前半の圧縮上死点前の期間と後半の圧縮上死点後の期間とがほぼ等しくなるように、噴射開始時期ITおよび噴射終了時期ITeを制御するようにしてもよい。
【0007】
図2は、内燃機関の1サイクル中のピストンストロークによるピストン位置変化量と燃焼室の体積変化量とを示したものである。図示するように、単位クランク角当たりの変化量は、ストロークの中間位置付近で最も大きく、下死点(BDC)付近ならびに上死点(TDC)付近では、非常に小さい。従って、本発明で燃料噴射を行う圧縮上死点付近は、ピストン位置変化や体積変化が非常に小さく、ピストンの動き等に影響されない安定した場が形成され得る。
【0008】
また、筒内には、吸気行程において、スワール流やタンブル流といった比較的大きな流れのガス流動が発生し、圧縮行程においても残存しているが、このようなスワール流やタンブル流といった大きな流れは、ピストンが圧縮上死点付近に達して燃焼室が狭小なものとなると、急激に崩壊する。図3は、種々の機関回転数の下での燃焼室内の大きな流れの流速変化を示したものであり、図示するように、回転数に応じた強さのスワール流ないしタンブル流が発生するが、圧縮上死点(360°CA)に達する前に、急激に崩壊する。従って、本発明において圧縮上死点付近で噴射された燃料噴霧は、スワール流やタンブル流のような大きな流れにより動かされることがなく、点火プラグに対し、常に安定した形で噴霧を形成することが可能である。
【0009】
一方、上記のスワール流やタンブル流といった比較的大きな流れのエネルギは、その流れの崩壊に伴って、微小な乱れへと遷移する。従って、燃焼室内の微小な乱れは、圧縮上死点の直前に、急激に増大する。図4は、図3に示した流れの崩壊に伴って生じる微小な乱れの強さを、流速に換算していわゆる乱れ流速として示したものであり、図示するように、圧縮上死点直前に、乱れが大きく増加する。このような微小な乱れは、燃焼場の活性化に寄与し、燃焼改善作用が得られる。
【0010】
つまり、燃料が噴射される圧縮上死点付近での燃焼室内の場は、噴霧を動かしてしまうような大きな流れが存在せず、かつ燃焼を活発化させる微小な乱れが多く存在し、しかも、ピストンの動きに対し非常に安定した場となる。従って、圧縮上死点よりも遅角した点火時期でもって、安定した燃焼が可能であり、燃焼安定度の上で制限される点火時期の遅角限界が、より遅角側となる。そのため、点火時期の大幅な遅角により、排気ガス温度を大幅に昇温させることができ、かつHC排出量が低減する。
【0011】
ここで、上記のような上死点噴射運転モードにおいては、点火時期ADVがMBT点から大幅に遅れているので、過渡的なトルク上昇が要求されたときに、点火時期ADVの進角補正つまりMBT点に近づけることで、トルクを応答性よく立ち上げることが可能である。つまり、吸気量の増加ひいては燃料量の増量には必ず応答遅れが伴うのに対し、点火時期ADVの進角補正によれば、同じ吸気量の下で応答性の高いトルク上昇が得られる。これは、例えばアイドル時のアイドル回転数制御に利用することができ、例えば、回転数偏差に基づく吸気量(燃料量)のフィードバック制御と組み合わせて、急激な回転数低下時に点火時期を進角補正することで、エンジンストールを確実に回避することができる。そして、本発明では、特に、このようにトルク上昇のために点火時期を進角補正する際に、これよりも遅れた時期に第2の点火を付加するので、燃焼不安定化を回避しつつ、点火時期の大幅な進角が可能となる。
【0012】
上記第2の点火の点火時期としては、上死点噴射運転モードにおける基本的な点火時期、つまり進角補正していない状態での点火時期をそのまま用いることができる。
【0013】
また、第2の点火は、トルク上昇のために点火時期を進角補正する際に常に付加してもよいが、望ましくは、上死点噴射運転モードにおける基本的な点火時期と進角補正後の点火時期との差が許容限度に相当する所定値を越える場合にのみ、上記第2の点火を行う。
【0014】
図1の(b)は、(a)に示した上死点噴射運転モードにおける点火時期ADVを進角補正した特性例を示しており、同じ吸気量の下では、燃料噴射量(噴射期間IP)は基本的に一定であるが、点火時期ADVがMBT点に近づき、燃焼効率が高くなることで、(a)の特性例に比べてトルクが上昇する。しかし、このような点火時期ADVの進角の結果、噴射開始時期ITから点火時期ADVまでの遅れ期間Dは、相対的に短くなる。この遅れ期間Dが過度に短くなると、噴霧が点火プラグに到達する前に放電が生じ、失火の確率が高くなって燃焼安定性が低下する。これに対し、図1の(c)は、進角補正後の点火時期ADVの後に、第2の点火を第2点火時期ADV♯2において与えた特性例を示している。この例では、第2点火時期ADV♯2は、上死点噴射運転モードにおける基本的な点火時期ADV((a)の点火時期)と等しく、従って、噴射開始時期ITから第2点火時期ADV♯2までの遅れ期間D1が、(a)に示す遅れ期間Dと等しい。このように第2の点火を付加することで、仮に最初の点火時期ADVで十分な着火燃焼に至らなかった場合でも、第2の点火により確実な着火が可能であり、燃焼安定性が確保される。
【0015】
すなわち、図8は、燃料噴射時期(噴射開始時期IT)および点火時期ADVと燃焼安定性との関係を示したものであり、曲線Kで囲まれた内側の領域が燃焼安定性を確保し得る領域、外側の領域が燃焼不安定領域となる。そして、上死点噴射運転モードにおける基本的な点火時期ADVは、燃焼安定領域のほぼ中央となる線Sに沿って設定される。例えば、噴射開始時期ITが上死点TDCであるときの基本的な点火時期ADVは、図のP点となるが、このP点から進角補正した場合に、曲線K上のP1点よりも進角側では、燃焼が不安定化する。従って、この場合には、P点もしくはこれに近い時期に、第2の点火を付加するのである。
【0016】
なお、要求トルクの上昇に対しては、一般に吸気量の増加ひいては燃料量の増加が行われるので、過渡的なトルク上昇の要求に対し筒内に流入する吸気量が増加した後は、点火時期を、上死点噴射運転モードにおける本来の位置に戻すつまり遅角させることが望ましい。
【0017】
本発明では、進角補正時を含め平均的な空燃比をほぼ理論空燃比もしくは若干リーンの一定値に維持することが可能である。
【0018】
一方、トルク上昇のために2回の点火を行う状況においては、いずれの点火が付加的なものであるのかは特に重要ではない。本発明の第2の態様においては、所定の運転状態のときに、上死点噴射運転モードとして、燃料噴射を、噴射開始時期が圧縮上死点前で噴射終了時期が圧縮上死点後となるように圧縮上死点を跨ぐ期間に行い、かつ、上記噴射開始時期から遅れた圧縮上死点後に点火を行うとともに、この上死点噴射運転モード中に過渡的なトルク上昇が要求されたときに、上記の点火時期よりも早期に第2の点火を行う。この場合も、実質的に図1(c)と同様に2回の点火が行われることになり、燃焼安定性を損なわずに速やかなトルク上昇が図れる。
【発明の効果】
【0019】
この発明によれば、点火時期を圧縮上死点よりも大幅に遅角させた状態で安定した燃焼を得ることができ、例えば内燃機関の冷機時に、排気ガス温度を昇温させて触媒の早期活性化を図ることができるとともに、HC排出量の低減が可能となる。そして、アイドル回転数制御などのために過渡的なトルク上昇が要求されたときに、基本的な点火時期よりも進角した時期での点火と基本的な点火時期に近い時期での点火とを行うことで、安定した燃焼を維持しつつ応答性よくトルクを向上させることができる。従って、例えば、アイドル中の何らかの外乱による回転数低下に対し、吸気量の増加を待たずに応答性の高い回転数の回復が図れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0020】
以下、この発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
【0021】
図5〜図7は、この発明が適用される筒内直接噴射式火花点火内燃機関の一実施例を示しており、特に、図5,図6は、一つの気筒の構成を示し、図7は機関全体のシステム構成を示している。
【0022】
図5,図6に示すように、シリンダブロック1に形成されたシリンダ2にピストン3が摺動可能に配置されているとともに、シリンダブロック1上面に固定されたシリンダヘッド4と上記ピストン3との間に、燃焼室5が形成されている。上記シリンダヘッド4には、吸気弁6によって開閉される吸気ポート7と、排気弁8によって開閉される排気ポート9と、が形成されている。1つの気筒に対し、一対の吸気弁6と一対の排気弁8とが設けられており、これらの4つの弁に囲まれた燃焼室5天井面中心部に、点火プラグ10が配置されている。また、この実施例では、運転状態によってタンブル流を強化することができるように、吸気ポート7内に、該吸気ポート7内を上下2つの流路に区画する隔壁11が設けられているとともに、その下側の流路を上流端で開閉するタンブル制御弁12が設けられている。当業者には容易に理解できるように、タンブル制御弁12によって下側の流路を閉塞した状態ではタンブル流が強化され、タンブル制御弁12を開いた状態ではタンブル流が弱まる。なお、このタンブル制御弁12は本発明において必ずしも必須のものではなく、省略することも可能であり、また、これに代えて、公知のスワール制御弁を設けるようにしてもよい。
【0023】
上記シリンダヘッド4の吸気ポート7の下側、より詳しくは一対の吸気ポート7の中間部の位置には、筒内へ燃料を直接噴射する燃料噴射弁15が配置されている。この燃料噴射弁15は、平面図上において図示せぬピストンピンと直交する方向に沿って燃料を噴射するように配置されているとともに、図5の断面図上において、斜め下方を指向して配置されているが、下方への傾斜角は比較的小さく、つまり水平に近い方向へ燃料を噴射する。
【0024】
一方、ピストン3の頂部は、ペントルーフ型をなす燃焼室5天井面の傾斜に沿った凸部形状をなしているとともに、その中央部に、平面図上において略矩形をなす凹部16が形成されている。この凹部16の底面は、タンブル流に沿うように、所定の曲率半径の円弧面ないしは円弧に近似した湾曲面をなしている。
【0025】
図7に示すように、この実施例の内燃機関は、例えば直列4気筒機関であり、各気筒の排気ポート9が接続された排気通路21に、排気浄化用の触媒コンバータ22が設けられており、その上流側に、酸素センサ等の空燃比センサ23が配置されている。また、各気筒の吸気ポート7が接続された吸気通路24は、その入口側に、制御信号により開閉される電子制御スロットル弁25を備えている。上記排気通路21と上記吸気通路24との間には、排気還流通路26が設けられており、その途中に、排気還流制御弁27が介装されている。また、各気筒のタンブル制御弁12は、ソレノイドバルブ28を介して導入される吸入負圧により動作する負圧式タンブル制御アクチュエータ29によって、一斉に開閉される構成となっている。
【0026】
また、上記燃料噴射弁15には、燃料ポンプ31およびプレッシャレギュレータ32によって適宜な圧力に調圧された燃料が、燃料ギャラリ33を介して供給されている。従って、各気筒の燃料噴射弁15が制御パルスにより開弁することで、その開弁期間に応じた量の燃料が噴射される。また、各気筒の点火プラグ10は、イグニッションコイル34に接続されている。
【0027】
上記内燃機関の燃料噴射時期や噴射量、点火時期等は、コントロールユニット35によって制御される。このコントロールユニット35には、アクセルペダル踏み込み量を検出するアクセル開度センサ30の検出信号や、クランク角センサ36の検出信号、空燃比センサ23の検出信号、冷却水温を検出する水温センサ37の検出信号、等が入力されている。
【0028】
上記のように構成された内燃機関においては、暖機が完了した後の状態、例えば冷却水温が80℃を越えているときには、通常の成層燃焼運転および均質燃焼運転が行われる。
【0029】
すなわち、低速低負荷側の所定の領域では、通常の成層燃焼運転モードとして、基本的にタンブル制御弁12を閉じた状態の下で、圧縮行程の適宜な時期に燃料噴射が行われ、かつ圧縮上死点前の時期に点火が行われる。なお、この運転モードでは、圧縮上死点前に必ず燃料噴射が終了する。圧縮行程中にピストン3へ向けて噴射された燃料は、凹部16に沿って旋回するタンブル流を利用して点火プラグ10近傍へ集められ、ここで点火される。そのため、平均的な空燃比がリーンとなった成層燃焼が実現される。
【0030】
また、暖機完了後の高速高負荷側の所定の領域では、通常の均質燃焼運転モードとして、基本的にタンブル制御弁12を開いた状態の下で、吸気行程中に燃料噴射が行われ、かつ圧縮上死点前のMBT点において点火が行われる。この場合は、燃料は筒内で均質な混合気となり、基本的に理論空燃比近傍で運転が行われる。
【0031】
これに対し、内燃機関の冷却水温が80℃以下のとき、つまり暖機が完了していない状態では、触媒コンバータ22の活性化つまり温度上昇の促進とHC排出量低減のために、上死点噴射運転モードとなる。この上死点噴射運転モードでは、前述した図1の(a)に示したように、噴射開始時期ITが圧縮上死点(TDC)前、噴射終了時期ITeが圧縮上死点(TDC)後となり、圧縮上死点を跨いで燃料噴射が行われる。点火時期ADVは、圧縮上死点(TDC)後となり、噴射開始時期ITから10°CA〜25°CA遅れた時期に点火される。この遅れ期間の間に、燃料噴霧がちょうど点火プラグ10付近に到達し、点火プラグ10付近に可燃混合気を形成するので、確実に着火燃焼に至り、成層燃焼が行われる。このとき、燃料噴射量は、平均的な空燃比が理論空燃比ないしはこれよりも若干リーンな一定値(例えば16〜17程度)となるように制御される。
【0032】
本実施例では、上記の燃料噴射時期は、噴射開始時期ITが所定のクランク角となるように制御され、噴射終了時期ITeは、この噴射開始時期ITと燃料噴射量(噴射時間)とによって定まる。なお、燃料噴射期間IPにおける圧縮上死点前の期間と圧縮上死点後の期間とが等しくなるように、燃料噴射量に基づき、噴射開始時期ITと噴射終了時期ITeとを求めるようにすることも可能である。
【0033】
前述したように、この上死点噴射運転モードにおいて燃料が噴射される圧縮上死点付近での燃焼室内の場は、大きな流れの崩壊により噴霧を動かしてしまうような大きな流れが存在せず、かつ大きな流れの崩壊に伴い、燃焼を活発化させる微小な乱れが多く存在し、しかも、ピストンの動きに対し非常に安定した場となる。そして、このように大きな流れが存在しない安定した場の中で、高圧で燃料噴射を行うことにより、噴霧自体のエネルギによって筒内に微小な乱れを積極的に生成することができる。従って、圧縮上死点よりも遅角した点火時期でもって、安定した燃焼が可能であり、燃焼安定度の上で制限される点火時期の遅角限界が、より遅角側となる。そのため、点火時期の大幅な遅角により、排気ガス温度を大幅に昇温させることができ、かつHC排出量が低減する。
【0034】
一方、アクセルペダル踏み込み量ないしは電子制御スロットル弁25の開度が実質的に0であることを示すアイドルスイッチ信号がONである場合には、通常の均質燃焼運転モードや成層燃焼運転モードであるか上死点噴射運転モードであるかにかかわらず、点火時期のフィードバック制御と吸気量のフィードバック制御とを併用したアイドル回転数制御が実行される。つまり、目標アイドル回転数と実回転数との回転数偏差に応じてトルクが増加もしくは減少するように吸気量(例えば電子制御スロットル弁25の開度)をフィードバック制御するとともに点火時期を補正する。アイドル回転数の急激な低下に対して、電子制御スロットル弁25の開度制御による吸気量の増加は応答性が低く、これに比較して点火時期の進角補正によれば、点火時期がMBT点に近づくことで直ちにトルクが上昇するので、回転数低下を応答性よく回避できる。なお、上記のアイドルスイッチ信号は、必ずしも物理的なスイッチでなくともよく、例えばアクセル開度センサ30の検出信号から生成される。
【0035】
ここで、上記の上死点噴射運転モードによるアイドル運転中に、補機負荷(例えば空調装置のコンプレッサや車両のパワーステアリング装置)や自動変速機のレンジ位置の切換(NレンジからDレンジへの切換)などによってアイドル回転数が大きく低下した場合、上記のアイドル回転数制御によって目標アイドル回転数を維持すべく点火時期が進角補正されるが、本発明では、この点火時期の進角補正に際して、図1の(c)に例示するように、噴射開始時期ITから点火時期ADVまでの遅れ期間Dが過度に短くなる場合に第2の点火を行い、燃焼安定性を維持しつつ大幅な点火時期の進角補正を可能としている。
【0036】
図9のフローチャートは、上記の上死点噴射運転モードによるアイドル運転中の過渡的な回転数低下に対する上述した進角補正の処理の流れを示しており、また、図10のタイムチャートは、補機負荷等によりアイドル回転数の低下が生じたときの作用の一例を示している。
【0037】
図10に示すように、機関回転数Neが所定の目標アイドル回転数に維持されているアイドル運転状態において、何らかの負荷が加わると、機関回転数Neの低下が生じる。この機関回転数Neの低下が検出されると、トルクを上昇させるべくスロットル弁開度TVOが増大補正(TVO0からTVO2となる)されるが、筒内に実際に流入する吸気量Qaの変化は遅れを伴い、図のt1の時点になってから、Qa0からQa2へと徐々に変化していく。
【0038】
このような吸気量変化の応答性遅れを補うために、点火時期ADVは、機関回転数Neの低下の検出に伴って、上死点噴射運転モードにおける基本的な特性(後述の基本点火時期ADVS)に沿ったADV0からADV1へと直ちに進角補正される。そして、このときの進角量が大きく、補正後の点火時期ADV1が基本的な点火時期特性から大きく離れる場合には、太実線で示すように、第2の点火が第2点火時期ADV♯2において付加的に実行される。この第2の点火の第2点火時期ADV♯2は、上死点噴射運転モードにおける基本的な点火時期特性に沿った値となる。燃料噴射期間IPつまり燃料噴射量は、進角補正の前後で変化がなく、従って、空燃比(平均空燃比)は、例えば16〜17程度で一定に維持される。なお、図10の例では、上死点噴射運転モードのときに、噴射期間IPが上死点TDCを跨いで前後に対称となるように制御されている。このような点火時期ADVの進角補正によって、同じ吸気量ならびに燃料噴射量であっても、機関のトルクは高くなるため、機関回転数Neは目標アイドル回転数へ向かって速やかに立ち上がり、ストールが回避される。また、噴射開始時期ITから点火時期ADV1までの遅れ期間Dが短くなるが、第2の点火を付加することで、失火や燃焼不安定化が確実に回避される。
【0039】
1の時点から実際に筒内に流入する吸気量Qaが増加していくので、空燃比を一定に維持するように燃料噴射量(燃料噴射期間IP)が制御される結果、当初の吸気量Qa0に見合う噴射量(噴射期間IP0)から吸気量Qa2に見合う噴射量(噴射期間IP2)へと徐々に増加していく。そして、この吸気量Qaおよび噴射量の増加に伴ってトルクが上昇するので、点火時期ADVは、上死点噴射運転モードの基本的な点火時期特性に近づくように、徐々に遅角される。そして、実際の吸気量Qaがスロットル弁開度TVO2に対応した吸気量Qa2に達するt2時点で、この吸気量Qa2および機関回転数Neに対応した上死点噴射運転モードの基本的な点火時期ADV2となる。なお、噴射期間IP2は、吸気量Qa2に見合ったものとなり、かつ上死点TDCを跨いで前後対称になるように噴射開始時期ITが制御される。つまり、本来の上死点噴射運転モードに復帰し、これにより、高い排気温度が得られる。
【0040】
上記の制御を図9のフローチャートに従って説明すると、まず、ステップ1で、負荷の急増が検出されたか否か判定する。この負荷の増加は、例えば、アイドル回転数の低下に基づいて検出されるが、補機負荷の投入などから直接的に検出することも可能である。そして、ステップ2で、アイドル回転数の回復に必要なトルクΔT(つまりトルク増加分)を算出する。これは、例えば、アイドル回転数の低下速度(ΔNe/Δt)に基づいて求めることができるが、補機負荷など既知の値をそのまま用いてもよい。そして、この負荷増加検出時にタイマtを0として、計時を開始する(ステップ3)。なお、図10のタイムチャートの例では、アイドル回転数の低下から負荷増加の判定を行っているので、時点t0は、実際の負荷の増加タイミングから僅かに遅れて示されている。
【0041】
次に、ステップ4において、必要なトルクΔTに見合う点火時期ADVの進角量ΔADVを算出する。必要なトルクΔTが大であるほど進角量ΔADVも大となる。また、ステップ5,6において、上記のトルクΔTだけトルクが増加するように必要な吸気量Qa2を算出し、かつこの吸気量Qa2が得られるスロットル弁開度TVO2まで電子制御スロットル弁25を開く。そして、ステップ7で、既知の吸気応答遅れの特性に基づき、電子制御スロットル弁25へ制御信号が出力されてから筒内の吸気量Qaが実際に変化し始める時点t1および吸気量Qa2に達する時点t2までの遅れ時間t1,t2を算出する。
【0042】
以上のステップ2からステップ7の処理は、ステップ1での負荷増加検出後の初回のみに行われ、以後は、ステップ1からステップ8へ進む。ステップ8では、負荷増加検出後の経過時間tが上述のt1未満であるか判定しており、t1未満であれば、ステップ9へ進んで、上記進角量ΔADVにより進角補正した点火時期ADVを求める。つまり、そのときの吸気量Qaおよび機関回転数Neに基づいて所定のマップなどから決定される基本点火時期ADVSに進角量ΔADVを加えて、点火時期ADVとする。これにより、図10のt0〜t1間の点火時期ADV1が決定される。進角量ΔADVが大きいほど、補正後の点火時期ADV1はMBT点に近づくので、同じ吸気量Qaおよび燃料量の下でより大きなトルクが発生する。
【0043】
経過時間tがt1に達していれば、さらにステップ10で経過時間tが上述のt2未満であるか判定する。経過時間tがt2に達していれば、点火時期ADVによるトルク上昇が不要であるので、ステップ12へ進み、点火時期ADVを基本点火時期ADVSそのものに設定する。具体的には、吸気量Qa2に対応した点火時期ADV2となる。経過時間tがt1とt2の間にあれば、ステップ11へ進み、実際の吸気量Qaの変化に対応するように、時間tの経過に伴って、点火時期ADVを、ステップ9の(ADVS+ΔADV)からステップ12のADVSへと徐々に変化させる。つまり、図10の例のADV1からADV2へと徐々に変化させることになる。
【0044】
以上のステップ8〜ステップ12によって点火時期ADVの進角補正が行われるが、次に、ステップ13で、そのときの算出された点火時期ADVと基本点火時期ADVSとの差DADVを求め、ステップ14で、これを許容限度を示す所定値DADVHと比較する。そして、差DADVが所定値DADVH以下であれば、ステップ16において1回のみの点火を行うものとし、他方、差DADVが所定値DADVHを越えていれば、ステップ15に進んで、第2の点火の第2点火時期ADV♯2を、基本点火時期ADVSに沿って設定する。
【0045】
従って、この実施例では、トルク上昇のために点火時期ADVがある程度大きく進角補正された場合に、第2の点火が付加されることになり、吸気量Qaが徐々に増加して点火時期ADVが基本点火時期ADVSに近づくと、第2の点火は行われなくなる。
【0046】
なお、上記実施例では、進角によるトルク上昇をアイドル回転数制御に利用する例を説明したが、これに限らず、例えば上死点噴射運転モードで走行中に操舵によりパワーステアリング装置の負荷が上昇したような場合に、トルク段差感が生じないように進角により応答性よくトルクを上昇させることが可能である。
【0047】
また、図11は、本発明の第2実施例を示すタイムチャートであって、この実施例では、トルク上昇が要求されたときにも、基本点火時期ADVSに沿った点火時期ADVが継続して維持される。そして、前述の進角補正に代えて、第2の点火が、太実線で示すように、上記点火時期ADVよりも進角側の第2点火時期ADV♯2において付加的に実行される。上記第2点火時期ADV♯2は、前述した進角量ΔADVだけ基本点火時期ADVSから進角したものであり、t1後は基本点火時期ADVSに収束するように徐々に遅角される。これは、前述した実施例と実質的に同様である。そして、経過時間tがt2に近づいて第2点火時期ADV♯2が基本点火時期ADVSにある範囲まで接近した段階で、第2の点火の付加は終了する。
【図面の簡単な説明】
【0048】
【図1】本発明の燃料噴射期間および点火時期の一例を示した特性図。
【図2】サイクル中のピストン位置変化量と体積変化量の特性図。
【図3】大きな流れのサイクル中の変化を示す特性図。
【図4】微小な乱れのサイクル中の変化を示す特性図。
【図5】筒内直接噴射式火花点火内燃機関の一実施例を示す断面図。
【図6】同じく平面図。
【図7】この内燃機関全体のシステム構成を示す構成説明図。
【図8】噴射開始時期ITおよび点火時期ADVと燃焼安定性との関係を示す特性図。
【図9】アイドル運転中の回転数低下に対する進角補正の処理の流れを示すフローチャート。
【図10】その作用の一例を示すタイムチャート。
【図11】第2の実施例を示すタイムチャート。
【符号の説明】
【0049】
3…ピストン
5…燃焼室
10…点火プラグ
15…燃料噴射弁
25…電子制御スロットル弁
30…アクセル開度センサ




 

 


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