JP2000179377A - 筒内直接噴射式内燃機関の制御装置 - Google Patents

筒内直接噴射式内燃機関の制御装置

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JP2000179377A JP10352373A JP35237398A JP2000179377A JP 2000179377 A JP2000179377 A JP 2000179377A JP 10352373 A JP10352373 A JP 10352373A JP 35237398 A JP35237398 A JP 35237398A JP 2000179377 A JP2000179377 A JP 2000179377A
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  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 燃焼安定性を確保することができる筒内直接
噴射式内燃機関の制御装置を提供すること。 【解決手段】 点火プラグ1近傍に設置される空燃比計
測装置12を備えた筒内直接噴射式内燃機関において、
燃料噴射後における点火プラグ1近傍の空燃比を1サイ
クル中に時系列的に検出し、点火時期、点火方法、燃料
噴射時期の運転条件を、単独または複数同時に制御する
構成とした。点火プラグ1近傍に設置される空燃比計測
装置12を備えた筒内直接噴射式内燃機関において、燃
料噴射後における点火プラグ1近傍の空燃比を1サイク
ル中に時系列的に検出し、点火時期、点火方法、燃料噴
射時期の運転条件を、単独または複数同時に制御する構
成とした。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、筒内直接噴射式
内燃機関の制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の筒内直接噴射式内燃機関の制御装
置としては、例えば、特開平6−288283号公報に
示すようなものがある。この従来例は、ガソリンが選択
的に吸収する波長のレーザ光を燃焼室内に導き、点火プ
ラグ近傍の燃焼室内空間に透過させ、透過光強度を光電
変換素子によって検出しこの透過光強度と筒内圧とに基
づいて点火時期における空燃比を演算する。ここで噴射
タイミング制御の結果、前記検出空燃比が前回に比して
リッチ変化をしたか否かを判断し、リッチ変化を得た方
向への噴射タイミングの補正を行うよう制御している
(図14参照)。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の筒内直接噴射式内燃機関の制御装置にあって
は、燃料を圧縮行程噴射する場合、燃料噴射弁の噴霧形
状のばらつきや噴霧形状の経時変化により、着火可能空
燃比よりも濃空燃比となる可能性は充分にあり、そこで
濃空燃比方向に燃料噴射時期を補正すると失火サイクル
を生じることになる、また噴霧形状は背圧によって変化
するため噴射時期を補正すると設定点火時期において前
回検出した空燃比にならずに制御を繰返し、そのため応
答性が低下する可能性がある、あるいは点火プラグ近傍
の空燃比が設定点火時期近傍でサイクル毎に大きく変動
する場合には噴射時期のみの制御では充分な燃焼安定性
が得られない可能性があるという問題点がある。本発明
は上述の従来の問題点に着目してなされたものであっ
て、点火プラグ近傍に設置される空燃比計測装置を備え
た筒内直接噴射式内燃機関において、燃料噴射後におけ
る点火プラグ近傍の空燃比を1サイクル中において時系
列的に検出し、点火時期、点火方法、燃料噴射時期の運
転条件を、単独または複数同時に制御することにより上
記問題点を解決することを目的としている。
【0004】
【課題を解決するための手段】上述の目的達成のため、
本発明請求項1記載の発明では、点火プラグ近傍に設置
される空燃比計測装置を備えた筒内直接噴射式内燃機関
において、燃料噴射後における点火プラグ近傍の空燃比
を1サイクル中に時系列的に検出し、運転条件を制御す
ることを特徴とする。請求項2記載の発明では、請求項
1記載の筒内直接噴射式内燃機関の制御装置において、
点火プラグ近傍に設置される空燃比計測装置により時系
列的空燃比を計測し、適正空燃比となる時期を選択して
点火時期とするよう制御することを特徴とする。請求項
3記載の発明では、請求項1記載の筒内直接噴射式内燃
機関の制御装置において、点火プラグ近傍に設置される
空燃比計測装置により時系列的空燃比を計測し、点火方
法を1サイクル中に複数回点火する多重点火方式とする
よう制御することを特徴とする。請求項4記載の発明で
は、請求項1記載の筒内直接噴射式内燃機関の制御装置
において、点火プラグ近傍に設置される空燃比計測装置
により時系列的空燃比を計測し、点火方法を通常よりも
容量放電時間を長くする長放電方式とするよう制御する
ことを特徴とする。請求項5記載の発明では、請求項1
記載の筒内直接噴射式内燃機関の制御装置において、点
火プラグ近傍に設置される空燃比計測装置により時系列
的空燃比を計測し、燃料噴射時期を圧縮行程から吸気行
程に変更する、あるいは吸気行程から圧縮行程に変更す
るよう制御することを特徴とする。請求項6記載の発明
では、請求項1記載の筒内直接噴射式内燃機関の制御装
置において、上記請求項2〜5記載の条件の複数の条件
の組み合わせにより制御を行うことを特徴とする。請求
項7記載の発明では、請求項1ないし6記載の筒内直接
噴射式内燃機関の制御装置において、予め設定される噴
射時期−点火時期マップにより求められる最遅角点火時
期を点火時期に設定するサイクルを、所定サイクル数以
上の範囲において1サイクル混入させることを特徴とす
る。
【0005】
【作用】請求項1記載の発明では、点火プラグ近傍の時
系列的空燃比を検出することにより、所定点火時期での
空燃比の変化のみならず、燃料噴射後からの時系列的空
燃比をも検出して、燃料噴霧形態を全体的に把握して制
御することができる。請求項2記載の発明では、噴霧の
経時変化等により、所定タイミングでの点火プラグ近傍
空燃比が変化した場合において、検出した時系列的空燃
比に基づいて最適空燃比となる点火時期を設定すること
により燃焼安定性を確保する。請求項3記載の発明で
は、点火プラグ近傍空燃比の変動が大きい場合や、矩形
的に着火可能空燃比範囲内の最濃空燃比あるいは最希薄
空燃比となる場合において、複数回点火することにより
燃焼安定性を確保する。請求項4記載の発明では、点火
プラグ近傍空燃比の変動が大きい場合や、矩形的に着火
可能空燃比範囲内の最濃空燃比あるいは最希薄空燃比と
なる場合において、通常よりも放電時間を長くすること
により燃焼安定性を確保する。請求項5記載の発明で
は、燃料噴霧が変化して点火プラグ近傍に着火可能空燃
比の燃料噴霧を安定的に供給できなくなった場合に、燃
料の吸気行程噴射を行うことにより噴口付近に堆積した
デポジットを除去して燃料噴霧形状の回復を図り、着火
可能範囲空燃比の燃料を安定的に供給することができ
る。請求項6記載の発明では、上記請求項に示す制御の
うち、複数の制御を同時に行うことにより燃焼安定性を
確保することができる。請求項7記載の発明では、予め
設定される噴射時期−点火時期マップにより求められる
最遅角点火時期を一旦点火時期に設定することにより、
機関性能の悪化を抑制しつつ点火プラグ近傍の空燃比の
略全体を把握して最適制御を行うことができる。
【0006】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図
面に基づいて説明する。 (実施の形態1)図1は、実施の形態1のシステム全体
図である。図に示すように、本実施の形態の筒内直接噴
射式内燃機関の制御装置は、点火プラグ1と一体的に設
置される空燃比検出部13により得られる光学情報と、
燃焼室3に設置される筒内圧センサ11により得られる
筒内圧とに基づいて、ECU10において各サイクルの
燃料噴射時期からの初期設定点火時期あるいは最遅角点
火時期までの時系列的空燃比を演算し、点火プラグ1近
傍の空燃比を検出する。なお、4はピストン、6は吸気
バルブ、7は排気バルブ、8は吸気ポート、9は排気ポ
ート、12は空燃比計測装置、14はレーザ源、15は
光電変換素子である。
【0007】図13は本実施形態の点火時期制御のフロ
−チャ−トであって、当初よりECU10内に持つ機関
回転数および負荷毎の燃料噴射時期−点火時期マップに
より決定されるタイミングで運転する際の空燃比を前記
手法により検出し、機関の初期段階で得られている空燃
比と比較して、同程度の空燃比であれば補正をせずにそ
のまま運転を縦続する。しかし検出した空燃比が初期空
燃比と大きく異なる場合、安定的な燃焼を得るために点
火時期の補正を行う必要が生じ、図2に示すように最濃
空燃比となるタイミングが進角側にずれる場合は点火時
期までの検出で補正可能だが、図3に示すように最濃空
燃比となるタイミングが遅角側にずれる場合は点火時期
までの検出では不十分であり、再遅角点火時期まで一旦
遅角させて空燃比を時系列的に検出して点火時期の補正
を行う。
【0008】次に、作用を説明する。筒内直接噴射式内
燃機関においては燃料噴射弁2と点火プラグ1との距離
が短く、燃料噴霧5が直に点火プラグ1近傍を指向する
ため、点火プラグ1近傍の空燃比は燃料噴霧5の形態の
影響を大きく受ける。しかし燃料噴霧5内の燃料分布は
均一ではないため、1サイクル中においても時系列的に
見れば点火プラグ1近傍の空燃比は変動しており、タイ
ミングによっては着火可能空燃比よりも濃空燃比となる
場合も希薄空燃比となる場合もあり、あるいは運転中に
燃料噴射弁2の噴口にデポジットが堆積することによる
噴霧形状の経時変化により点火プラグ1近傍の空燃比が
大きく変化する場合もある。
【0009】そのため、筒内直接噴射式内燃機関におい
ては燃料噴霧5の形態の経時変化を考慮して点火時期を
決定する必要があり、検出した時系列的空燃比により最
適空燃比となるように点火時期を設定する。また図3に
示すように、点火時期を進角制御する場合は通常点火時
期までの空燃比検出で制御可能であるが、進角制御する
と燃費が悪化する等の不具合が生じる場合には遅角制御
する必要が生じ、その際には予め設定される噴射時期−
点火時期マップ(図4参照)により求められる最遅角点
火時期を点火時期に設定するサイクルを、所定サイクル
数以上の範囲において1サイクル混入させて運転し、機
関性能の悪化を生じさせることなく時系列的燃料噴霧形
態の略全体を把握することにより、より広範囲に空燃比
を検出して適正な制御を行うことができ、点火を確実に
行えるようにして燃焼安定性を確保する。
【0010】(実施の形態2)次に、実施の形態2につ
いて説明する。図5〜図7に示す実施の形態2では、時
系列的空燃比が着火可能空燃比範囲を含んで濃空燃比か
ら希薄空燃比まで大きく変動する場合には不均一な燃料
が点火プラグ近傍を通過していることを示しており、ま
た空燃比が矩形的に濃空燃比限界あるいは希薄空燃比限
界付近を示す場合には着火できるか否かの境界線上にあ
り、いずれの場合においても1回の点火では安定的に混
合気に着火できない、あるいは着火できても火炎が拡散
する際に希薄空燃比の部分で失火してしまう可能性があ
るため、1サイクル中に点火を複数回行うことにより失
火を抑制するように制御して、点火を確実に行えるよう
にして燃焼安定性を確保する。
【0011】(実施の形態3)次に、実施の形態3につ
いて説明する。図8〜図10に示す実施の形態3では、
時系列的空燃比が着火可能空燃比範囲を含んで濃空燃比
から希薄空燃比まで大きく変動する場合には不均一な燃
料が点火プラグ近傍を通過していることを示しており、
また空燃比が矩形的に濃空燃比限界あるいは希薄空燃比
限界付近を示す場合には着火できるか否かの境界線上に
あり、いずれの場合においても通常の点火期間では安定
的に混合気に着火できない、あるいは着火できても火炎
が拡散する際に希薄空燃比の部分で失火してしまう可能
性があるため、放電時間を通常よりも長くして長期間放
電を行うことにより失火を抑制するように制御して、点
火を確実に行えるようにして燃焼安定性を確保する。
【0012】(実施の形態4)次に、実施の形態4につ
いて説明する。図11,図12に示す実施の形態4で
は、燃料を圧縮行程噴射する際に時系列的空燃比が系列
的な変化をしない場合や、着火可能空燃比範囲よりも希
薄空燃比側にしかならない、あるいは極端に濃空燃比に
なってしまう場合、燃料噴射弁の噴口部にデポジットが
堆積することによる噴霧の経時変化が生じている可能性
が高いため、燃料噴射時期を吸気行程として、筒内圧が
低いことによる噴霧の貫徹力が相対的に強まり噴口内の
デポジットを除去する効果あるいは噴霧が広がり噴口周
辺のデポジットを除去する効果、および筒内流動が強い
ことによる噴口内残留燃料を気化する効果、等により燃
料噴霧形状の回復を図るよう制御して、点火プラグ近傍
に適正空燃比の燃料噴霧を供給できるようにして、点火
を確実に行えるようにして燃焼安定性を確保する。
【0013】
【発明の効果】以上説明してきたように、この発明によ
れば、筒内直接噴射式内燃機関の制御装置において、点
火プラグ近傍に設置される空燃比計測装置により、1サ
イクル中の燃料噴射後における点火プラグ近傍の空燃比
を時系列的に検出し、点火時期、点火方法、燃料噴射時
期の運転条件を、単独または複数同時に制御することに
より、燃焼安定性を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明実施の形態のシステム全体図である。
【図2】点火時期制御を示す図である。
【図3】空燃比検出範囲の違いによる点火時期制御を示
す図である。
【図4】燃焼安定領域と各噴射時期における最遅角点火
時期を示す図(噴射時期−点火時期マップ)である。
【図5】空燃比変動大の場合における多重点火制御を示
す図である。
【図6】濃限界空燃比の場合における多重点火制御を示
す図である。
【図7】希薄限界空燃比の場合における多重点火制御を
示す図である。
【図8】空燃比変動大の場合における長放電制御を示す
図である。
【図9】濃限界空燃比の場合における長放電制御を示す
図である。
【図10】希薄限界空燃比の場合における長放電制御を
示す図である。
【図11】空燃比変動大の場合における燃料噴霧経時変
化検出を示す図である。
【図12】過希薄空燃比の場合における燃料噴霧経時変
化検出を示す図である。
【図13】点火時期制御のフロ−チャ−トである。
【図14】従来列の制御を示すフロ−チャ−トである。
【符号の説明】
1 点火プラグ 2 燃料噴射弁 3 燃焼室 4 ピストン 5 燃料噴霧 6 吸気バルブ 7 排気バルブ 8 吸気ポート 9 排気ポート 10 ECU 11 筒内圧センサ 12 空燃比計測装置 13 空燃比検出部 14 レーザ源 15 光電変換素子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) F02D 43/00 301 F02D 43/00 301J 45/00 358 45/00 358H 368 368F F02P 3/045 303 F02P 3/045 303F 5/15 15/08 301M 15/08 301 5/15 A Fターム(参考) 3G019 BA05 BB05 BB10 CA00 DA02 DB19 DC07 FA01 FA23 GA00 GA01 GA15 KA01 3G022 AA07 BA01 CA09 DA02 DA10 EA01 FA03 GA00 GA15 3G084 AA04 BA15 BA16 BA17 DA28 EA04 EB02 EB08 EC02 EC03 FA21 FA26 FA38 3G301 HA01 HA04 HA16 JA21 KA06 LB04 MA01 MA19 NB02 NB03 NB06 NC02 PC00Z PC01Z PE03Z

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 点火プラグ近傍に設置される空燃比計測
    装置を備えた筒内直接噴射式内燃機関において、 燃料噴射後における点火プラグ近傍の空燃比を1サイク
    ル中に時系列的に検出し、 運転条件を制御することを特徴とする筒内直接項射式内
    燃機関の制御装置。
  2. 【請求項2】 点火プラグ近傍に設置される空燃比計測
    装置により時系列的空燃比を計測し、 適正空燃比となる時期を選択して点火時期とするよう制
    御することを特徴とする請求項1記載の筒内直接噴射式
    内燃機関の制御装置。
  3. 【請求項3】 点火プラグ近傍に設置される空燃比計測
    装置により時系列的空燃比を計測し、 点火方法を1サイクル中に複数回点火する多重点火方式
    とするよう制御することを特徴とする請求項1記載の筒
    内直接噴射式内燃機関の制御装置。
  4. 【請求項4】 点火プラグ近傍に設置される空燃比計測
    装置により時系列的空燃比を計測し、 点火方法を通常よりも容量放電時間を長くする長放電方
    式とするよう制御することを特徴とする請求項1記載の
    筒内直接噴射式内燃機関の制御装置。
  5. 【請求項5】 点火プラグ近傍に設置される空燃比計測
    装置により時系列的空燃比を計測し、 燃料噴射時期を圧縮行程から吸気行程に変更する、ある
    いは吸気行程から圧縮行程に変更するよう制御すること
    を特徴とする請求項1記載の筒内直接噴射式内燃機関の
    制御装置。
  6. 【請求項6】 上記請求項2〜5記載の条件の複数の条
    件の組み合わせにより制御を行うことを特徴とする請求
    項1記載の筒内直接噴射式内燃機関の制御装置。
  7. 【請求項7】 予め設定される噴射時期−点火時期マッ
    プにより求められる最遅角点火時期を点火時期に設定す
    るサイクルを、所定サイクル数以上の範囲において1サ
    イクル混入させることを特徴とする請求項1ないし6記
    載の筒内直接噴射式内燃機関の制御装置。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6948474B2 (en) 2001-07-02 2005-09-27 Hitachi, Ltd. Cylinder direct injection type internal combustion engine
JP2009024682A (ja) * 2007-07-24 2009-02-05 Denso Corp スプレーガイド式筒内噴射内燃機関の制御装置
JP2010163905A (ja) * 2009-01-13 2010-07-29 Toyota Motor Corp 燃料供給制御装置

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