JP2000205019A

JP2000205019A - 内燃機関の制御装置

Info

Publication number: JP2000205019A
Application number: JP11005360A
Authority: JP
Inventors: Naohide Fuwa; 直秀不破
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1999-01-12
Filing date: 1999-01-12
Publication date: 2000-07-25

Abstract

(57)【要約】【課題】機関始動後における成層燃焼への切り換え許可
を適切な時期に行い、成層燃焼による燃費向上という効
果を的確に得ることのできる内燃機関の制御装置を提供
する。【解決手段】燃焼方式が「均質燃焼」と「成層燃焼」と
の間で切り換えられるエンジン１１においては、エンジ
ン始動時等の機関低温時には「均質燃焼」が行われる。
そして、エンジン１１を制御するための電子制御ユニッ
ト（ＥＣＵ）は、エンジン始動時におけるエンジン１１
の冷却水温と、エンジン受熱量から求められる燃焼室温
度上昇量とに基づき燃焼室温度を推定する。この推定さ
れる燃焼室温度が「成層燃焼」を実行可能な値以上にな
ったとき、ＥＣＵは「均質燃焼」から「成層燃焼」への
燃焼方式の切り換えを許可する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、機関運転状態に基
づき燃焼方式が均質燃焼と成層燃焼との間で切り換えら
れる内燃機関の制御装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、自動車用の内燃機関においては、
燃費を向上させること及び十分な機関出力を得ることの
両立を図るために、機関運転状態に応じて燃焼方式を切
り換えるタイプの内燃機関が提案され、実用化されてい
る。こうしたタイプの内燃機関としては、特開平１０−
３０４６８号公報に載されたものがあげられる。

【０００３】同公報に記載された内燃機関は、燃焼室に
燃料を供給するための燃料噴射弁を備えている。そし
て、高出力が要求される高回転高負荷時には、空気に対
して燃料が均等に混合された均質混合気を燃焼させる
「均質燃焼」を実行し、十分な機関出力を得るようにし
ている。この「均質燃焼」は、内燃機関の吸気行程にて
噴射された燃料が空気に均等に混ぜ合わされ、燃焼室内
で上記空気及び燃料からなる混合気に点火プラグにより
点火がなされることによって実行される。

【０００４】また、あまり高出力が要求されない低回転
低負荷時には、点火プラグ周りの燃料濃度を高めて着火
性を向上させるとともに、混合気の平均空燃比を理論空
燃比よりも大きくすることで燃費を向上させることが可
能な「成層燃焼」を実行する。この「成層燃焼」は、内
燃機関の圧縮行程にて燃焼室内に噴射供給された燃料が
ピストン頭部の窪みに当たって点火プラグ周りに集めら
れ、その集められた燃料と燃焼室内の空気とからなる混
合気に点火プラグにより点火がなされることによって実
行される。

【０００５】上記のように内燃機関の燃焼方式を、機関
運転状態に応じて「均質燃焼」と「成層燃焼」との間で
切り換えることにより、燃費を向上させることができる
とともに十分な機関出力が得られるようになる。

【０００６】また、同公報に記載された内燃機関におい
ては、内燃機関の冷却水温を機関温度として検出し、機
関始動時など機関温度が低いときには強制的に「均質燃
焼」を実行するようにしている。これは、「成層燃焼」
では点火プラグ周りに着火可能な混合気を形成する必要
があるが、機関温度が低いときには点火プラグ周りに着
火可能な混合気を形成するこことが困難なためである。
そして、内燃機関の冷却水温が所定値以上になって点火
プラグ周りに着火可能な混合気を形成できるようになる
と、「均質燃焼」から「成層燃焼」への燃焼方式の切り
換えが許可される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記公報に記
載の内燃機関においては、機関冷却水温を機関温度とし
て検出しているが、その冷却水温の上昇は実際の機関温
度の上昇よりも緩やかなものとなる。従って、機関温度
が極低温のときに内燃機関が始動された場合などには冷
却水温の上昇が遅く、「均質燃焼」から「成層燃焼」へ
の切り換えが許可されるのに時間を要することとなる。
そして、上記のように「均質燃焼」から「成層燃焼」へ
の切り換えの許可に時間を要することから、その「成層
燃焼」による燃費向上という効果が得られにくくなる。

【０００８】本発明はこのような実情に鑑みてなされた
ものであって、その目的は、機関始動後における成層燃
焼への切り換え許可を適切な時期に行い、成層燃焼によ
る燃費向上という効果を的確に得ることのできる内燃機
関の制御装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１記載の発明では、機関運転状態に基づき成
層燃焼運転と均質燃焼運転とを切り換える内燃機関にあ
って、機関低温時には均質燃焼運転を行う内燃機関の制
御装置において、機関始動時の機関冷却水温と機関温度
上昇量に関係する状態量とに基づき機関温度を推定する
推定手段と、前記推定手段によって推定される機関温度
が所定値以上になったときに成層燃焼運転の実行を許可
する許可手段とを備えた。

【００１０】機関温度は、機関始動時における機関温度
からの機関温度上昇量を把握することにより的確に推定
することができる。また、機関始動時の機関温度は、機
関始動時の機関冷却水温から推定することができる。同
構成によれば、機関始動時の機関冷却水温と機関温度上
昇量に関係する状態量とに基づき推定される機関温度が
所定値以上になったとき、均質燃焼運転から成層燃焼運
転への切り換えが許可されるため、その許可を適切な時
期に行って成層燃焼運転による燃費向上という効果を的
確に得ることができるようになる。

【００１１】請求項２記載の発明では、請求項１記載の
発明において、前記機関温度上昇量に関係する状態量
は、機関始動時からの機関冷却水温の上昇量であるもの
とした。

【００１２】同構成によれば、機関始動時の機関冷却水
温と同冷却水温における機関始動時からの上昇量とに基
づき機関温度が推定される。そして、推定される機関温
度が所定値以上になったとき、均質燃焼運転から成層燃
焼運転への切り換えが許可されるため、その許可を適切
な時期に行って成層燃焼運転による燃費向上という効果
を的確に得ることができるようになる。

【００１３】請求項３記載の発明では、請求項１記載の
発明において、前記機関温度上昇量に関与する状態量
は、機関受熱量に関与する状態量であるものとした。同
構成によれば、機関始動時の機関冷却水温と機関受熱量
に関与する状態量とに基づき機関温度が推定される。そ
して、推定される機関温度が所定値以上になったとき、
均質燃焼運転から成層燃焼運転への切り換えが許可され
るため、その許可を適切な時期に行って成層燃焼運転に
よる燃費向上という効果を的確に得ることができるよう
になる。

【００１４】請求項４記載の発明では、請求項３記載の
発明において、前記機関受熱量に関与する状態量は、燃
料噴射量或いは吸入空気量であるものとした。同構成に
よれば、機関始動時の機関冷却水温と燃料噴射量或いは
吸入空気量とに基づき機関温度が推定される。そして、
推定される機関温度に基づき均質燃焼運転から成層燃焼
運転への切り換えが許可されるため、その許可を適切な
時期に行って成層燃焼運転による燃費の向上という効果
を的確に得ることができるようになる。

【００１５】請求項５記載の発明では、請求項１〜４の
いずれかに記載の発明において、前記推定手段は、更に
機関停止から機関始動までの時間に基づいて機関温度を
推定するものとした。

【００１６】機関始動時の機関温度は、厳密には機関停
止から機関始動までの時間によっても変化する。同構成
によれば、更に機関停止から機関始動までの時間に基づ
き機関温度を推定するため、一層精度よく機関温度の推
定を行うことができるようになる。

【００１７】

【発明の実施の形態】（第１実施形態）以下、本発明を
直列４気筒の自動車用ガソリンエンジンに適用した第１
実施形態を図１〜図５に従って説明する。

【００１８】図１に示すように、エンジン１１は、その
シリンダブロック１１ａ内に往復移動可能に設けられた
合計四つのピストン１２（図１には一つのみ図示）を備
えている。これらピストン１２は、自身の頭部に成層燃
焼を行うための窪み１２ａが形成されるとともに、コン
ロッド１３を介して出力軸であるクランクシャフト１４
に連結されている。そして、ピストン１２の往復移動
は、上記コンロッド１３によってクランクシャフト１４
の回転へと変換されるようになっている。こうしたエン
ジン１１には、始動時にクランクシャフト１４を強制的
に回転させるためのスタータモータ５１が設けられてい
る。このスタータモータ５１の駆動は、自動車の室内に
設けられたスタータスイッチ５２を操作することによっ
て行われる。

【００１９】クランクシャフト１４にはシグナルロータ
１４ａが取り付けられている。このシグナルロータ１４
ａの外周部には、複数の突起１４ｂがクランクシャフト
１４の軸線を中心とする等角度毎に設けられている。ま
た、シグナルロータ１４ａの側方には、クランクポジシ
ョンセンサ１４ｃが設けられている。そして、クランク
シャフト１４が回転して、シグナルロータ１４ａの各突
起１４ｂが順次クランクポジションセンサ１４ｃの側方
を通過することにより、同センサ１４ｃからはそれら各
突起１４ｂの通過に対応したパルス状の検出信号が出力
されるようになる。

【００２０】一方、シリンダブロック１１ａには、エン
ジン１１の冷却水温を検出するための水温センサ１１ｂ
が設けられている。更に、シリンダブロック１１ａの上
端にはシリンダヘッド１５が設けられ、シリンダヘッド
１５とピストン１２との間には燃焼室１６が設けられて
いる。この燃焼室１６には、シリンダヘッド１５に設け
られた吸気ポート１７と排気ポート１８とが連通してい
る。

【００２１】一方、図１に示すように、シリンダヘッド
１５には、上記吸気バルブ１９及び排気バルブ２０を開
閉駆動するための吸気カムシャフト２１及び排気カムシ
ャフト２２が回転可能に支持されている。これら吸気及
び排気カムシャフト２１，２２は、タイミングベルト及
びギヤ（共に図示せず）等を介してクランクシャフト１
４に連結され、同ベルト及びギヤ等によりクランクシャ
フト１４の回転が伝達されるようになる。そして、吸気
カムシャフト２１が回転すると、吸気バルブ１９が開閉
駆動されて、吸気ポート１７と燃焼室１６とが連通・遮
断される。また、排気カムシャフト２２が回転すると、
排気バルブ２０が開閉駆動されて、排気ポート１８と燃
焼室１６とが連通・遮断される。

【００２２】シリンダヘッド１５において、吸気カムシ
ャフト２１の側方には、同シャフト２１の外周面に設け
られた突起２１ａを検出して検出信号を出力するカムポ
ジションセンサ２１ｂが設けられている。そして、吸気
カムシャフト２１が回転すると、同シャフト２１の突起
２１ａがカムポジションセンサ２１ｂの側方を通過す
る。この状態にあっては、カムポジションセンサ２１ｂ
から上記突起２１ａの通過に対応して所定間隔毎に検出
信号が出力されるようになる。

【００２３】吸気ポート１７及び排気ポート１８には、
それぞれ吸気管３０及び排気管３１が接続されている。
この吸気管３０内及び吸気ポート１７内は吸気通路３２
となっており、排気管３１内及び排気ポート１８内は排
気通路３３となっている。吸気通路３２の上流部分には
スロットルバルブ２３が設けられている。このスロット
ルバルブ２３は、スロットル用モータ２４の駆動により
回動されて開度調節がなされる。

【００２４】また、上記スロットル用モータ２４の駆動
は、自動車の室内に設けられたアクセルペダル２５の踏
込量に基づき制御される。即ち、自動車の運転者がアク
セルペダル２５を踏込操作すると、アクセルペダル２５
の踏込量がアクセルポジションセンサ２６によって検出
され、同センサ２６の検出信号に基づきスロットル用モ
ータ２４が駆動制御される。このスロットル用モータ２
４の駆動制御に基づくスロットルバルブ２３の開度調節
により、吸気通路３２の空気流通面積が変化して燃焼室
１６へ吸入される空気の量が調整されるようになる。

【００２５】吸気通路３２においてスロットルバルブ２
３の下流側に位置する部分には、同通路３２内の圧力を
検出するバキュームセンサ３６が設けられている。そし
て、バキュームセンサ３６は検出した吸気通路３２内の
圧力に対応した検出信号を出力する。

【００２６】また、図１に示すように、シリンダヘッド
１５には、燃焼室１６内に燃料を噴射供給する燃料噴射
弁４０と、燃焼室１６内に充填される燃料と空気とから
なる混合気に対して点火を行う点火プラグ４１とが設け
られている。この点火プラグ４１による上記混合気への
点火時期は、点火プラグ４１の上方に設けられたイグナ
イタ４１ａによって調整される。そして、燃料噴射弁４
０から燃焼室１６内へ燃料が噴射されると、同燃料が吸
気通路３２を介して燃焼室１６に吸入された空気と混ぜ
合わされ、燃焼室１６内で空気と燃料とからなる混合気
が形成される。更に、燃焼室１６内の混合気は点火プラ
グ４１によって点火がなされて燃焼し、燃焼後の混合気
は排気として排気通路３３に送り出される。

【００２７】次に、本実施形態におけるエンジン１１の
制御装置の電気的構成を図２に基づいて説明する。この
制御装置は、燃料噴射量制御、燃料噴射時期制御、点火
時期制御、スロットル開度制御、及び燃焼方式切換制御
など、エンジン１１の運転状態を制御するための電子制
御ユニット（以下「ＥＣＵ」という）９２を備えてい
る。このＥＣＵ９２は、ＲＯＭ９３、ＣＰＵ９４、ＲＡ
Ｍ９５及びバックアップＲＡＭ９６等を備える論理演算
回路として構成されている。

【００２８】ここで、ＲＯＭ９３は各種制御プログラム
や、それら各種制御プログラムを実行する際に参照され
るマップ等が記憶されたメモリであり、ＣＰＵ９４はＲ
ＯＭ９３に記憶された各種制御プログラムやマップに基
づいて演算処理を実行する。また、ＲＡＭ９５はＣＰＵ
９４での演算結果や各センサから入力されたデータ等を
一時的に記憶するメモリであり、バックアップＲＡＭ９
６はエンジン１１の停止時に保存すべきデータを記憶す
る不揮発性のメモリである。そして、ＲＯＭ９３、ＣＰ
Ｕ９４、ＲＡＭ９５及びバックアップＲＡＭ９６は、バ
ス９７を介して互いに接続されるとともに、外部入力回
路９８及び外部出力回路９９と接続されている。

【００２９】外部入力回路９８には、水温センサ１１
ｂ、クランクポジションセンサ１４ｃ、カムポジション
センサ２１ｂ、アクセルポジションセンサ２６、バキュ
ームセンサ３６、及びスタータスイッチ５２等が接続さ
れている。一方、外部出力回路９９には、スロットル用
モータ２４、燃料噴射弁４０、及びイグナイタ４１ａ等
が接続されている。

【００３０】このように構成されたＥＣＵ９２は、エン
ジン１１の運転状態に応じて燃焼方式を「成層燃焼」と
「均質燃焼」との間で切り換える。例えば、エンジン１
１の運転状態が高回転高負荷領域にあるときに「均質燃
焼」を行い、低回転低負荷領域にあるときには「成層燃
焼」を行う。このように燃焼方式を変化させるのは、高
出力が要求される高回転高負荷時には混合気の空燃比を
リッチ側の値にしてエンジン出力を高め、あまり高出力
を必要としない低回転低負荷時には空燃比をリーン側の
値にして燃費の向上を図るためである。

【００３１】エンジン１１の燃焼方式を「均質燃焼」と
した場合、ＥＣＵ９２は、バキュームセンサ３６からの
検出信号に基づき求められる吸気圧ＰＭと、クランクポ
ジションセンサ１４ｃからの検出信号に基づき求められ
るエンジン回転数ＮＥとから周知のマップを参照して基
本燃料噴射量Ｑを算出する。この基本燃料噴射量Ｑは、
吸気圧ＰＭ及びエンジン回転数ＮＥが高くなるほど大き
い値になる。基本燃料噴射量Ｑが算出されると、ＥＣＵ
９２は、燃料噴射弁４０を駆動制御して、上記基本燃料
噴射量Ｑに対応した量の燃料をエンジン１１の吸気行程
中に噴射させる。こうした燃料噴射に基づき燃焼室１６
内に形成される混合気においては、その空燃比が理論空
燃比若しくは理論空燃比よりも大きい値となる。更に、
ＥＣＵ９２は、スロットル開度及び点火時期等が「均質
燃焼」に適したものとなるよう、スロットル用モータ２
４及びイグナイタ４１ａ等を駆動制御する。

【００３２】エンジン１１の燃焼方式を「成層燃焼」と
した場合、ＥＣＵ９２は、アクセル踏込量ＡＣＣＰ及び
エンジン回転数ＮＥとから基本燃料噴射量Ｑを算出す
る。この基本燃料噴射量Ｑは、アクセル踏込量ＡＣＣＰ
が大きくなるとともに、エンジン回転数ＮＥが高くなる
ほど大きい値になる。基本燃料噴射量Ｑが算出される
と、ＥＣＵ９２は、燃料噴射弁４０を駆動制御して、上
記基本燃料噴射量Ｑに対応した量の燃料をエンジン１１
の圧縮行程中に噴射させる。こうした燃料噴射により燃
焼室１６内に形成される混合気においては、その空燃比
が「均質燃焼」時の空燃比よりもリーン側の値とされ
る。また、ＥＣＵ９２は、スロットル開度、及び点火時
期等が「成層燃焼」に適したものとなるよう、スロット
ル用モータ２４及びイグナイタ４１ａ等を駆動制御す
る。

【００３３】こうした「成層燃焼」時において、エンジ
ン１１の圧縮行程中に燃料噴射弁４０から噴射された燃
料は、ピストン１２の頭部に設けられた窪み１２ａ（図
１）内に入り込み、ピストン１２の移動により点火プラ
グ４１の周りに集められる。このように点火プラグ４１
の周りに燃料を集めることによって、燃焼室１６内の混
合気全体の平均空燃比を「均質燃焼」時よりリーン側の
値にしても、同プラグ４１周りの混合気の空燃比が着火
に適したものとされて良好な混合気への着火が行われ
る。また、燃焼室１６内の混合気全体の平均空燃比を
「均質燃焼」時よりリーン側の値にするためにスロット
ル開度が開き側に制御されて吸入空気量が多くされるた
め、「成層燃焼」時にはエンジン１１のポンピングロス
が低減されるようになる。

【００３４】また、ＥＣＵ９２は、エンジン始動時など
機関温度が低いときには燃焼方式を強制的に「均質燃
焼」とする。これは「成層燃焼」では点火プラグ４１周
りに着火可能な混合気を形成する必要があるが、機関温
度が低いときには点火プラグ４１周りに着火可能な混合
気を形成することが困難なためである。そして、機関温
度が上昇して点火プラグ４１周りに着火可能な混合気を
形成できるようになると、ＥＣＵ９２は、「均質燃焼」
から「成層燃焼」への燃焼方式の切り換えを許可する。
この状態にあって、機関運転状態に応じて燃焼方式が
「成層燃焼」に切り換えられると、エンジン１１のポン
ピングロスが低減されて燃費が向上するようになる。

【００３５】ところで、エンジン１１の機関温度として
は、例えば水温センサ１１ｂからの検出信号に基づき求
められるエンジン１１の冷却水温ＴＨＷが用いられる。
しかし、冷却水温ＴＨＷは、燃焼室１６内の温度上昇よ
りも緩やかに上昇する。そのため、極低温時でのエンジ
ン始動などでは、燃焼室１６内の温度が「成層燃焼」可
能な値に達しているにも係わらす、冷却水温ＴＨＷが十
分上昇せずに「成層燃焼」への切り換えが許可されない
という事態が生じる。そして、この場合には、冷却水温
ＴＨＷが十分に上昇してから「成層燃焼」への切り換え
が許可されるため、エンジン始動から「成層燃焼」への
切り換え許可がなされるまでに時間を要し、「成層燃
焼」による燃費向上という効果が得られにくくなる。

【００３６】そこで、本実施形態では、エンジン始動時
の燃焼室温度、及びエンジン始動時における燃焼室温度
から燃焼室温度上昇量を把握すれば現在の燃焼室温度を
的確に推定することができるとの考えに基づいて、この
ように燃焼室温度を推定する。即ち、エンジン始動時の
冷却水温ＴＨＷ、及び燃焼室温度上昇量に関係する状態
量であるエンジン受熱量Ｑcyl 等に基づき燃焼室温度Ｔ
cyl を推定する。そして、上記燃焼室温度Ｔcyl が所定
値ａ以上になったときに「成層燃焼」への切り換えを許
可する。このように推定される燃焼室温度Ｔcyl に基づ
き「成層燃焼」への切り換えを許可することで、その許
可を適切な時期に行って「成層燃焼」による燃費向上と
いう効果を的確に得ることができるようになる。

【００３７】次に、エンジン始動後における「成層燃
焼」への切り換え許可の手順について図４を参照して説
明する。図４は、エンジン始動後における「成層燃焼」
への切り換え許可を適切な時期に行うための成層燃焼許
可ルーチンを示すフローチャートである。この成層燃焼
許可ルーチンは、ＥＣＵ９２を通じて例えば所定時間毎
の時間割り込みにて実行される。

【００３８】同ルーチンにおいて、ステップＳ１０１〜
Ｓ１０５，Ｓ１０９の処理は燃焼室温度Ｔcyl を推定し
て算出するためのものであり、ステップＳ１０６〜Ｓ１
０８の処理は上記燃焼室温度Ｔcyl に基づき燃焼方式を
「均質燃焼」に固定するか、或いは「成層燃焼」への切
り換えを許可するかを決定するためのものである。

【００３９】成層燃焼許可ルーチンにおいて、ＥＣＵ９
２は、ステップＳ１０１の処理として、例えばスタータ
スイッチ５２がオフであって且つエンジン回転数ＮＥが
４００ｒｐｍ以上であるか否かに基づき、エンジン１１
が始動完了しているか否かを判断する。そして、エンジ
ン１１が始動完了していない旨判断されると、ステップ
Ｓ１０９に進む。

【００４０】ＥＣＵ９２は、ステップＳ１０９の処理と
して、前回エンジン１１が停止したときの燃焼室温度Ｔ
cyl 、前回エンジン１１が停止した時から今回のエンジ
ン始動時までの機関停止時間ｔ、今回のエンジン始動時
の冷却水温ＴＨＷに基づき、今回のエンジン始動時にお
ける燃焼室温度Ｔcyl を算出する。なお、機関停止時間
ｔは、ＥＣＵ９２がタイマ等にて前回のエンジン停止時
から今回のエンジン始動時までの時間を計測することで
求められる。また、前回エンジン１１が停止したときの
燃焼室温度Ｔcyl は、図５に示す燃焼室温度記憶ルーチ
ンによって記憶されたものである。ここで、燃焼室温度
記憶ルーチンについて説明する。

【００４１】燃焼室温度記憶ルーチンは、ＥＣＵ９２を
通じて例えば所定時間毎の時間割り込みにて実行され
る。同ルーチンにおいてＥＣＵ９２は、ステップＳ２０
１の処理として、エンジン回転数ＮＥ等に基づきエンジ
ン１１が停止したか否かを判断する。そして、エンジン
１１が停止していれば当該燃焼室温度記憶ルーチンを一
旦終了し、エンジン１１が停止していなければステップ
Ｓ２０２に進む。ＥＣＵ９２は、ステップＳ２０２の処
理として、現在の燃焼室温度Ｔcyl をバックアップＲＡ
Ｍ９６の所定領域に記憶した後、この燃焼室温度記憶ル
ーチンを一旦終了する。

【００４２】こうして記憶される燃焼室温度Ｔcyl は、
図４に示す成層燃焼許可ルーチンのステップＳ１０５の
処理によって算出されるものである。従って、エンジン
１１が停止されたときにはバックアップＲＡＭ９６にエ
ンジン停止時の燃焼室温度Ｔcyl が記憶されることとな
る。そして、上記ステップＳ１０９の処理においては、
バックアップＲＡＭ９６に記憶された燃焼室温度Ｔcyl
がエンジン停止時の値として用いられる。

【００４３】さて、説明を成層燃焼許可ルーチンに戻
す。上記ステップＳ１０９の処理において、ＥＣＵ９２
は、前回のエンジン停止時の燃焼室温度Ｔcyl 、機関停
止時間ｔ、今回のエンジン始動時の冷却水温ＴＨＷに基
づき、予め実験等によって設定されたマップを参照して
エンジン始動時の燃焼室温度Ｔcyl を算出する。こうし
てマップ演算されるエンジン始動時の燃焼室温度Ｔcyl
は、エンジン停止時の燃焼室温度Ｔcyl が高く、機関停
止時間ｔが短いほど高い値になる。これは、実際の燃焼
室温度は、図３に実線で示すようにエンジン停止時が最
も高温な状態であって、エンジン停止時間の経過に伴い
徐々に低下するためである。また、上記マップ演算され
るエンジン始動時の燃焼室温度Ｔcyl は、エンジン始動
時の冷却水温ＴＨＷが高いほど高い値になる。こうして
エンジン始動時の燃焼室温度Ｔcyl が算出された後、Ｅ
ＣＵ９２は、この成層燃焼許可ルーチンを一旦終了す
る。

【００４４】一方、上記ステップＳ１０１の処理におい
て、例えばスタータスイッチ５２がオフであって且つエ
ンジン回転数ＮＥが４００ｒｐｍ以上であり、エンジン
１１が始動完了している旨判断されると、ステップＳ１
０２に進む。ＥＣＵ９２は、ステップＳ１０２の処理と
して、燃焼室１６内に噴射供給される実行燃料噴射量Ｑ
all 、及びエンジン回転数ＮＥに基づき予め実験等によ
り設定されたマップを参照して燃焼室内発熱量Ｑｂを算
出する。こうしてマップ演算される燃焼室内発熱量Ｑｂ
は、エンジン回転数ＮＥを一定とした条件下では、実行
燃料噴射量Ｑall が大きくなるほど大きい値になる。燃
焼室内発熱量Ｑｂを算出した後、ステップＳ１０３に進
む。

【００４５】ＥＣＵ９２は、ステップＳ１０３の処理と
して、燃焼室内発熱量Ｑｂ及びエンジン回転数ＮＥに基
づき予め実験等により設定されたマップを参照してエン
ジン受熱量Ｑcyl を算出する。こうしてマップ演算され
るエンジン受熱量Ｑcyl は、エンジン回転数ＮＥを一定
とした条件下では、燃焼室内発熱量Ｑｂが大きくなるほ
ど大きい値になる。エンジン受熱量Ｑcyl を算出した
後、ステップＳ１０４に進む。

【００４６】ＥＣＵ９２は、ステップＳ１０４の処理と
して、エンジン受熱量Ｑcyl 及び現在の燃焼室温度Ｔcy
l に基づき予め実験等により設定されたマップを参照し
て燃焼室温度上昇量ΔＴcyl を算出する。こうしてマッ
プ演算される燃焼室温度上昇量ΔＴcyl は、現在の燃焼
室温度Ｔcyl の温度を一定とした条件下では、エンジン
受熱量Ｑcyl が大きくなるほど大きい値になる。なお、
エンジン始動完了後、最初にステップＳ１０４の処理が
実行されたときには、上記ステップＳ１０９の処理で算
出されたエンジン始動時の燃焼室温度Ｔcyl が現在の燃
焼室温度Ｔcylとなる。燃焼室温度上昇量ΔＴcyl を算
出した後、ステップＳ１０５に進む。

【００４７】ＥＣＵ９２は、ステップＳ１０５の処理と
して、現在の燃焼室温度Ｔcyl に上記燃焼室温度上昇量
ΔＴcyl を加算して新たな燃焼室温度Ｔcyl を算出す
る。こうして算出される燃焼室温度Ｔcyl は、同燃焼室
温度Ｔcyl が低温領域にあるときには時間経過に対して
の上昇率が大きく、同燃焼室温度Ｔcyl が高温領域へ移
行するほど時間経過に対しての上昇率が低下するように
なる。これは、燃焼室温度Ｔcyl が高温領域に移行する
ほど、エンジン１１の冷却水によって燃焼室１６の温度
上昇が効率よく抑えられるためである。

【００４８】上記ステップＳ１０２〜Ｓ１０５の処理に
より、実行燃料噴射量Ｑall 等に基づきエンジン受熱量
Ｑcyl が算出され、更にエンジン受熱量Ｑcyl 等に基づ
きエンジン始動完了後の燃焼室温度Ｔcyl が推定され
る。こうして燃焼室温度Ｔcylが算出されると、ステッ
プＳ１０６に進む。

【００４９】ＥＣＵ９２は、ステップＳ１０６の処理と
して、燃焼室温度Ｔcyl が所定値ａ以上か否かを判断す
る。この所定値ａは、「成層燃焼」を実行することが可
能な燃焼室１６の温度であって、例えば本実施形態では
５００℃に設定されている。そして、ステップＳ１０６
の処理において、「Ｔcyl ≧所定値ａ」でない旨判断さ
れるとステップＳ１０８に進み、ＥＣＵ９２はエンジン
１１の燃焼方式を「均質燃焼」に固定する。また、ステ
ップＳ１０６の処理において、「Ｔcyl ≧所定値ａ」で
ある旨判断されるとステップＳ１０７に進み、ＥＣＵ９
２は「成層燃焼」への切り換えを許可する。上記ステッ
プＳ１０７とステップＳ１０８とのいずれかの処理が実
行された後、ＥＣＵ９２は、この成層燃焼許可ルーチン
を一旦終了する。

【００５０】上記のように燃焼室温度Ｔcyl を推定し、
同燃焼室温度Ｔcyl が所定値ａ以上になることに基づき
「成層燃焼」の実行を許可することで、その許可を実際
の燃焼室温度が「成層燃焼」実行可能な値（本実施形態
では５００℃）になったときに的確に行うことができる
ようになる。従って、実際の燃焼室温度が「成層燃焼」
を実行可能な値に達しているにも係わらず、「成層燃
焼」への切り換え許可がなされず、その許可に時間がか
かることもない。そのため、エンジン始動完了後におい
て「均質燃焼」から「成層燃焼」への切り換えを適切な
時期に行い、「成層燃焼」による燃費向上という効果を
的確に得ることができるようになる。

【００５１】以上詳述した処理が行われる本実施形態に
よれば、以下に示す効果が得られるようになる。（１）エンジン始動時の冷却水温ＴＨＷ等に基づきエン
ジン始動時の燃焼室温度Ｔcyl を算出した。更に、基本
燃料噴射量Ｑの積算値Ｑall 等に基づきエンジン受熱量
Ｑcyl を求め、このエンジン受熱量Ｑcyl 等から燃焼室
温度上昇量ΔＴcyl を求めた。そして、上記エンジン始
動時の燃焼室温度Ｔcyl と上記燃焼室温度上昇量ΔＴcy
l とに基づき現在の燃焼室温度Ｔcyl を推定し、同燃焼
室温度Ｔcyl が所定値ａ以上になったときに「成層燃
焼」への切り換えを許可するようにした。従って、エン
ジン始動完了後において、「均質燃焼」から「成層燃
焼」への切り換え許可を適切な時期に行うことができ、
「成層燃焼」による燃費向上という効果を的確に得るこ
とができるようになる。

【００５２】（２）上記エンジン始動時の燃焼室温度Ｔ
cyl をエンジン始動時の冷却水温ＴＨＷだけでなく、前
回エンジン１１が停止したときの燃焼室温度Ｔcyl 、及
びエンジン停止時からエンジン始動時までの機関停止時
間ｔに基づいても算出するようにした。従って、エンジ
ン始動時における実際の燃焼室温度は機関停止時間ｔが
長くなるほど低くなるが、こうした実際の燃焼室温度の
特性に応じてエンジン始動時に算出される燃焼室温度Ｔ
cyl を一層正確なものとすることができる。そして、エ
ンジン始動時の燃焼室温度Ｔcyl を正確に算出すること
で、その燃焼室温度Ｔcyl と燃焼室温度上昇量ΔＴcyl
とに基づき、現在の燃焼室温度Ｔcyl を一層正確に推定
することができる。

【００５３】（第２実施形態）次に、本発明の第２実施
形態を図６及び図７に基づき説明する。本実施形態では
燃焼室温度Ｔcyl の推定の仕方のみが第１実施形態と異
なる。従って、本実施形態において第１実施形態と異な
る部分についてのみ説明し、第１実施形態と同一の部分
については詳細な説明を省略する。

【００５４】図６は、本実施形態の成層燃焼許可ルーチ
ンを示すフローチャートである。この成層燃焼許可ルー
チンは、ＥＣＵ９２を通じて例えば所定時間毎の時間割
り込みにて実行される。

【００５５】同ルーチンにおいてＥＣＵ９２は、ステッ
プＳ３０１の処理として、エンジン１１が始動完了した
か否か判断する。そして、エンジン１１が始動完了して
いればステップＳ３０２に進み、エンジン１１が始動完
了していなければステップＳ３０６に進む。ＥＣＵ９２
は、ステップＳ３０５の処理として、後述するステップ
Ｓ３０２の処理で用いられる所定値ｂを、機関停止時間
ｔ及びエンジン始動時の冷却水温ＴＨＷに基づき、予め
実験等により設定された図７に示すマップを参照して算
出する。

【００５６】この所定値ｂは、燃焼室温度が「成層燃
焼」を実行可能な値に達したときの冷却水温ＴＨＷに対
応した値であって、エンジン始動時の冷却水温ＴＨＷが
低いほど小さくなるとともに、同冷却水温ＴＨＷが低温
領域にあるときには機関停止時間ｔが長くなるほど大き
くなる。これは、機関停止時間ｔが長くなるほど燃焼室
温度が低下し、燃焼室温度が「成層燃焼」を実行可能な
値に達したときの冷却水温ＴＨＷも高くなるためであ
る。

【００５７】上記ステップＳ３０２の処理において、Ｅ
ＣＵ９２は、現在の冷却水温ＴＨＷが上記所定値ｂ以上
であるか否か、即ち冷却水温ＴＨＷにおけるエンジン始
動時の値に同水温ＴＨＷの現在までの上昇量を加算した
ものが所定値ｂ以上であるか否かを判断する。このステ
ップＳ１０３の判断処理を行うことは、エンジン始動時
の冷却水温ＴＨＷと同水温ＴＨＷにおけるエンジン始動
時からの上昇量、つまり燃焼室温度上昇量とに基づき燃
焼室温度を推定し、推定される燃焼室温度が「成層燃
焼」を実行可能な値以上であるか否かを判断することに
他ならない。

【００５８】そして、上記ステップＳ３０２の処理にお
いて、「ＴＨＷ≧所定値ｂ」でなく、推定される燃焼温
度が「成層燃焼」を実行可能な値よりも小さい旨判断さ
れると、ステップＳ３０４に進んで燃焼方式を「均質燃
焼」に固定する。また、上記ステップＳ３０２の処理に
おいて、「ＴＨＷ≧所定値ｂ」であって、推定される燃
焼温度が「成層燃焼」を実行可能な値以上である旨判断
されると、ステップＳ３０３に進んで「成層燃焼」の実
行を許可する。上記ステップＳ３０３とステップＳ３０
４とのいずれかの処理を行った後、ＥＣＵ９２は、この
成層燃焼許可ルーチンを一旦終了する。

【００５９】以上詳述した処理が行われる本実施形態に
よれば、以下に示す効果が得られるようになる。（３）現在の冷却水温ＴＨＷがエンジン始動時の冷却水
温ＴＨＷ、及び機関停止時間ｔに応じて変化する所定値
ｂ以上であるとき、即ちエンジン始動時の冷却水温ＴＨ
Ｗと同水温ＴＨＷにおけるエンジン始動時からの上昇量
とに基づき推定される燃焼室温度が、「成層燃焼」を実
行可能な値以上であるときに「均質燃焼」から「成層燃
焼」への切り換えを許可するようにした。従って、エン
ジン始動完了後において、「均質燃焼」から「成層燃
焼」への切り換え許可を適切な時期に行うことができ、
「成層燃焼」による燃費向上という効果を的確に得るこ
とができるようになる。

【００６０】（４）推定される燃焼室温度が「成層燃
焼」を実行可能な値以上であるか否か判断するために用
いられる上記所定値ｂは、エンジン始動時の冷却水温Ｔ
ＨＷのみならず機関停止時間ｔに基づいても算出され
る。従って、エンジン始動時の燃焼室温度は機関停止時
間ｔが長くなるほど低くなるが、こうした燃焼室温度の
特性に応じて上記所定値ｂを算出することで、上記「均
質燃焼」から「成層燃焼」への切り換え許可が一層正確
な時期に行われるようになる。

【００６１】なお、本実施形態は、例えば以下のように
変更することもできる。・上記各実施形態では、推定される燃焼室温度に基づく
「成層燃焼」への切り換え許可が機関停止時間ｔを考慮
して行われるが、必ずしも機関停止時間ｔを考慮する必
要はない。

【００６２】・第１実施形態においては、エンジン受熱
量Ｑcyl を求めるための燃焼室内発熱量Ｑｂを、実行燃
料噴射量Ｑall に基づき算出するようにしたが、本発明
はこれに限定されない。即ち、エンジン１１における吸
入空気量に基づき燃焼室内発熱量Ｑｂを算出してエンジ
ン受熱量Ｑcyl を求めるようにしてもよい。

【００６３】次に、以上の実施形態から把握することの
できる請求項以外の発明を、その効果とともに以下に記
載する。（１）機関運転状態に基づき成層燃焼運転と均質燃焼運
転とを切り換える内燃機関にあって、機関低温時には均
質燃焼運転を行うとともに、機関冷却水温が所定値以上
になったとき成層燃焼運転への切り換えを許可する内燃
機関の制御装置において、前記成層燃焼運転を許可する
か否かの判断に用いられる前記所定値を機関始動時の機
関冷却水温に基づき変化させる可変手段を備えることを
特徴とする内燃機関の制御装置。

【００６４】機関始動時の機関冷却水温が変化すると、
成層燃焼を実行可能な機関冷却水温も変化する。同構成
によれば、機関始動時の機関冷却水温に基づき成層燃焼
運転を許可するか否かの判断に用いられる所定値が変化
するため、極低温での機関始動時などにおいても均質燃
焼運転から成層燃焼運転への切り換え許可を適切な時期
に行うことができる。そのため、均質燃焼運転から成層
燃焼運転への切り換えが遅れることはなく、成層燃焼運
転による燃費向上という効果を的確に得ることができる
ようになる。

【００６５】（２）上記（１）に記載の内燃機関の制御
装置において、前記可変手段は、更に機関停止から機関
始動までの時間に基づいて前記所定値を変化させるもの
である内燃機関の制御装置。

【００６６】成層燃焼を実行可能な機関冷却水温は機関
停止から機関始動までの時間によっても変化する。同構
成によれば、成層燃焼運転への切り換えを許可するか否
かの判断に用いられる所定値を、機関停止から機関始動
までの時間を考慮して変化させるため、均質燃焼運転か
ら成層燃焼運転への切り換え許可を行う時期を一層的確
なものとすることができる。

【００６７】

【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、機関始動
時の機関冷却水温と機関温度上昇量に関係する状態量と
に基づき推定される機関温度が所定値以上になったと
き、均質燃焼運転から成層燃焼運転への切り換えが許可
されるため、その許可を適切な時期に行って成層燃焼運
転による燃費向上という効果を的確に得ることができ
る。

【００６８】請求項２記載の発明によれば、機関始動時
の機関冷却水温と同冷却水温における機関始動時からの
上昇量とに基づき機関温度が推定される。そして、推定
される機関温度が所定値以上になったとき、均質燃焼運
転から成層燃焼運転への切り換えが許可されるため、そ
の許可を適切な時期に行って成層燃焼運転による燃費向
上という効果を的確に得ることができる。

【００６９】請求項３記載の発明によれば、機関始動時
の機関冷却水温と機関受熱量に関与する状態量とに基づ
き機関温度が推定される。そして、推定される機関温度
が所定値以上になったとき、均質燃焼運転から成層燃焼
運転への切り換えが許可されるため、その許可を適切な
時期に行って成層燃焼運転による燃費向上という効果を
的確に得ることができる。

【００７０】請求項４記載の発明によれば、機関始動時
の機関冷却水温と燃料噴射量或いは吸入空気量とに基づ
き機関温度が推定される。そして、推定される機関温度
に基づき均質燃焼運転から成層燃焼運転への切り換えが
許可されるため、その許可を適切な時期に行って成層燃
焼運転による燃費の向上という効果を的確に得ることが
できる。

【００７１】請求項５記載の発明によれば、更に機関停
止から機関始動までの時間に基づき機関温度を推定する
ため、一層精度よく機関温度の推定を行うことができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施形態の制御装置が適用されたエンジン
全体を示す断面図。

【図２】同制御装置の電気的構成を示すブロック図。

【図３】機関停止時間ｔの増加に対する実際の燃焼室温
度の推移を示すグラフ。

【図４】第１実施形態の成層燃焼許可手順を示すフロー
チャート。

【図５】燃焼室温度記憶手順を示すフローチャート。

【図６】第２実施形態の成層燃焼許可手順を示すフロー
チャート。

【図７】所定値ｂを算出する際に参照されるマップ。

【符号の説明】

１１…エンジン、１１ｂ…水温センサ、１４ｃ…クラン
クポジションセンサ、２６…アクセルポジションセン
サ、３６…バキュームセンサ、５１…スタータモータ、
５２…スタータスイッチ、９２…電子制御ユニット（Ｅ
ＣＵ）。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】機関運転状態に基づき成層燃焼運転と均質
燃焼運転とを切り換える内燃機関にあって、機関低温時
には均質燃焼運転を行う内燃機関の制御装置において、機関始動時の機関冷却水温と機関温度上昇量に関係する
状態量とに基づき機関温度を推定する推定手段と、前記推定手段によって推定される機関温度が所定値以上
になったときに成層燃焼運転の実行を許可する許可手段
と、を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】前記機関温度上昇量に関係する状態量は、
機関始動時からの機関冷却水温の上昇量である請求項１
記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】前記機関温度上昇量に関与する状態量は、
機関受熱量に関与する状態量である請求項１記載の内燃
機関の制御装置。
【請求項４】前記機関受熱量に関与する状態量は、燃料
噴射量或いは吸入空気量である請求項３記載の内燃機関
の制御装置。
【請求項５】前記推定手段は、更に機関停止から機関始
動までの時間に基づいて機関温度を推定するものである
請求項１〜４のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。