JP2000205023A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

内燃機関の制御装置

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JP2000205023A
JP2000205023A JP11005361A JP536199A JP2000205023A JP 2000205023 A JP2000205023 A JP 2000205023A JP 11005361 A JP11005361 A JP 11005361A JP 536199 A JP536199 A JP 536199A JP 2000205023 A JP2000205023 A JP 2000205023A
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torque
engine
combustion
control
reduction
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Naohide Fuwa
直秀 不破
Noboru Takagi
登 高木
Hiroyuki Mizuno
宏幸 水野
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Toyota Motor Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】燃焼方式が切り換えられる内燃機関にあって
も、適切に出力トルクダウンを実行することのできる内
燃機関の制御装置を提供する。 【解決手段】エンジン11の燃焼方式は「成層燃焼」と
「均質燃焼」との間で切り換えられる。所定のトルクダ
ウン要求に応じたエンジン11の出力トルクダウンは、
「均質燃焼」には点火時期の遅角制御により行われ、
「成層燃焼」時には燃料噴射量の減量制御により行われ
る。こうして燃焼方式に応じてトルクダウン方式が点火
時期の遅角制御と燃料噴射量の減量制御とで切り換えら
れる。そして、点火時期の遅角制御に用いられる遅角量
ΔSAから燃料噴射量の減量制御に用いられる減量係数
KQへのへの変換、若しくは上記減量係数KQから遅角
量ΔSAへの変換が行われる。これらの変換を行うこと
により、エンジン11のトルクダウン制御に必要なマッ
プの数が少なくなる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、燃焼方式を切り換
えるタイプの内燃機関に係り、その内燃機関における出
力トルクのトルクダウン制御を行う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5−2
88098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、自動車に搭載される内燃機関におい
ては、機関運転条件に応じて種々の機関出力トルクのト
ルクダウンが要求される。こうしたトルクダウン要求が
なされる状況としては、例えば内燃機関の出力軸に連結
された自動変速機の変速時があげられる。自動変速機の
変速時には変速ショックが生じることとなるが、その変
速時に内燃機関の出力トルクをトルクダウンさせること
で上記変速ショックを低減させることができるようにな
る。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】ところで、内燃機関に
おける出力トルクのトルクダウン方式としては、吸入空
気量減量、点火時期遅角、及び燃料供給量減量等が知ら
れている。そして、それら各種トルクダウン方式を先に
述べた燃焼方式が切り換えられる内燃機関に採用するこ
とも考えられるが、必ずしも各種燃焼方式に応じた最適
なトルクダウン方式が選択されるとは限らない。
【0008】即ち、「成層燃焼」時に過度に点火時期遅
角が行われると、その点火時期遅角によって燃焼が不安
定となって失火を招くおそれがある。これは、「成層燃
焼」時には点火プラグ周りに燃料濃度の高い混合気が存
在するときに点火を実行する必要があるが、上記のよう
に点火時期遅角が行われることによって点火プラグ周り
に燃料濃度の高い混合気が存在していないときに点火が
行われてしまうためである。
【0009】また、「均質燃焼」時には、内燃機関の吸
入空気量を一定とした状態のもとでは、燃料噴射量を過
度に減量させると失火が生じてしまう。そのため、燃料
噴射量減量によっては出力トルクを大幅に低下させるこ
とができず、燃料噴射量減量による出力トルクの低下幅
が小さいものとなって同出力トルクを要求される値まで
低下させることは困難になる。
【0010】なお、こうした問題は、自動変速機の変速
時に出力トルクダウンが要求されたときのみならず、自
動車のトラクションコントロールにおいてホイールスピ
ンを防止するために出力トルクダウンが要求されたとき
や、アクセルペダルが急激に踏み込まれたときのショッ
ク防止のために出力トルクダウンが要求されたときなど
においても、概ね共通したものとなっている。
【0011】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、燃焼方式が切り換えられる
内燃機関にあっても、適切に出力トルクダウンを実行す
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。
【0012】
【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、機関運転状態に応じて燃
焼方式を切り換える内燃機関にあって、同機関の出力ト
ルクタウンが要求されたときには所定のトルクダウン方
式にて機関出力トルクの低減を行う内燃機関の制御装置
において、所定の燃焼方式で内燃機関の運転が行われて
いるときには第1のトルクダウン方式にて機関出力トル
クの低減制御を行うとともに、前記燃焼方式とは別の燃
焼方式で内燃機関の運転が行われているときには第2の
トルクダウン方式にて機関出力トルクの低減制御を行う
制御手段と、前記第1及び第2のトルクダウン方式のう
ちの一方のトルクダウン方式に対応してトルクダウン要
求に対する要求トルクダウン制御量を設定する設定手段
と、前記設定手段により設定された要求トルクダウン制
御量を他方のトルクダウン方式における要求トルクダウ
ン制御量に変換する変換手段とを備え、前記制御手段
は、前記一方のトルクダウン方式にて機関出力トルクの
低減制御を行うときには、前記設定手段により設定され
た要求トルクダウン制御量に基づき同低減制御を行い、
前記他方のトルクダウン方式にて機関出力トルクの低減
制御を行うときには、前記変換手段により変換された要
求トルクダウン制御量に基づき同低減制御を行うものと
した。
【0013】同構成によれば、燃焼方式に応じて第1の
トルクダウン方式、若しくは第2のトルクダウン方式に
て機関出力トルクの低減制御が行われる。そのため、燃
焼方式に応じて適切なトルクダウン方式を用いて機関出
力トルクの低減制御を行うことができ、燃焼方式が切り
換えられる内燃機関にあっても、適切に機関出力トルク
を低減させることができるようになる。また、第1及び
第2のトルクダウン方式のうちの一方のトルクダウン方
式における要求トルクダウン制御量が設定されると、そ
の制御量から他方のトルクダウン方式における要求トル
クダウン制御量への変換が行われる。このような変換が
行われるため、トルクダウン要求に応じて設定される要
求トルクダウン制御量の適合に要する時間を短くすると
ともに、要求トルクダウン制御量を設定するために必要
なマップ等の記憶容量の増大を抑えることができる。
【0014】請求項2記載の発明では、請求項1記載の
発明において、前記変換手段は、前記設定手段により設
定された要求トルクダウン制御量から他方のトルクダウ
ン方式における要求トルクダウン制御量への変換を機関
負荷及び機関回転数に基づいて行うものとした。
【0015】同構成によれば、一方のトルクダウン方式
の要求トルクダウン制御量から他方のトルクダウン方式
のトルクダウン制御量への変換が機関負荷及び機関回転
数に基づき行われるため、その変換を精度良く行うこと
ができるようになる。
【0016】請求項3記載の発明では、請求項1又は2
記載の発明において、前記内燃機関は燃焼方式を成層燃
焼と均質燃焼との間で切り換えるものであって、前記制
御手段は、成層燃焼運転時に第1のトルクダウン方式で
ある燃料噴射量の減量制御を行い、均質燃焼運転時には
第2のトルクダウン方式である点火時期の遅角制御を行
うものとした。
【0017】同構成によれば、成層燃焼運転時には燃料
噴射量の減量制御により燃焼状態を悪化させることなく
出力トルクダウンが行われ、均質燃焼運転時には点火時
期の遅角制御により失火を生じさせることなく且つ的確
に要求される値まで出力トルクダウンが行われる。
【0018】
【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。
【0019】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、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。また、ピストン12の頭部に
は、成層燃焼を実行するのに必要な窪み12aが形成さ
れている。
【0020】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。
【0021】また、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。
【0022】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。
【0023】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。
【0024】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。
【0025】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。
【0026】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。
【0027】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。
【0028】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。
【0029】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。
【0030】外部入力回路98には、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、及びバキュームセンサ36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。
【0031】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。
【0032】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Qbse を算出する。ECU92は、上記基
本燃料噴射量Qbse から求められる最終燃料噴射量Qfi
n に基づき燃料をエンジン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24、びイグ
ナイタ41a等を駆動制御する。
【0033】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Qbse を算出
する。ECU92は、上記基本燃料噴射量Qbse から求
められる最終燃料噴射量Qfin に基づき燃料をエンジン
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。
【0034】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。
【0035】ところで、エンジン11においては、搭載
される自動車の運転状況に応じて出力トルクダウンが要
求されることとなる。こうした出力トルクダウン要求
は、例えば自動変速機の変速が行われるとき、トラクシ
ョンコントロールが行われている自動車の車輪がホイー
ルスピンを起こしたとき、及び自動車を急加速させよう
としてアクセルペダル25を急激に踏み込んたとき等に
なされる。ECU92は、エンジン11の出力トルクダ
ウン要求に応じて、どの程度の出力トルクダウンを実行
するか決定するための要求トルクダウン量を設定する。
この設定される要求トルクダウン量が大きいほど、エン
ジン11の大きな出力トルクダウンが要求されているこ
とになる。
【0036】ECU92は、「均質燃焼」時には点火時
期の遅角制御によって上記要求トルクダウン量に応じた
エンジン11の出力トルクダウンを行う。これは、「均
質燃焼」時には、燃料噴射量の減量制御による出力トル
クダウンに比べ、点火時期の遅角制御による出力トルク
ダウンの方がトルクダウンの幅を大きくとれて、要求さ
れる値まで的確にトルクダウンを行うことができるため
である。そして、上記点火時期の遅角制御は、吸気圧P
M 及びエンジン回転数NEに基づき求められる基本点
火時期SAbse に遅角量ΔSAを加算して最終点火時期
SAfin を算出し、点火時期を最終点火時期SAfin に
制御することによって行われる。上記遅角量ΔSAは、
上記要求トルクダウン量が大きくなるほど大きい値とさ
れる。
【0037】また、ECU92は、「成層燃焼」時には
燃料噴射量の減量制御によって上記要求トルクダウン量
に応じたエンジン11の出力トルクダウンを行う。これ
は、「成層燃焼」時には、点火プラグ回りに燃料濃度の
高い混合気が存在するときに点火を実行する必要がある
ことから、出力トルクダウンのために点火時期を遅角制
御すると燃焼状態が悪化してしまうためである。そし
て、上記燃料噴射量の減量制御は、基本燃料噴射量Qbs
e に減量係数KQを乗算して最終燃料噴射量Qfin を算
出し、最終燃料噴射量Qfin に対応した量の燃料を燃料
噴射弁40から噴射させることによって行われる。上記
減量係数KQは、上記要求トルクダウン量が大きくなる
ほど小さい値とされる。
【0038】このようにエンジン11のトルクダウン方
式を燃焼方式に応じて点火時期の遅角制御と燃料噴射量
の減量制御とで切り換えることにより、燃焼方式が切り
換えられるエンジン11にあっても、燃焼方式に応じた
トルクダウン方式にて適切な出力トルクダウンを行うこ
とができるようになる。
【0039】しかし、点火時期の遅角制御と燃料噴射量
の減量制御との二種類のトルクダウン方式が行われるた
め、所定のトルクダウン要求に対して遅角量ΔSAと減
量係数KQとの両方を算出しなければならない。また、
要求トルクダウン量に対する最適な遅角量ΔSA及び減
量係数KQは、トルクダウン要求の種類、即ち自動変速
機の変速ショック低減を意図したものか、ホイールスピ
ン防止を意図したものか、加速時のショック低減を意図
したものか等によって異なる。従って、トルクダウン要
求の種類別にそれぞれ遅角量ΔSA算出用のマップと減
量係数KQ算出用のマップとを設定する必要がある。そ
して、これらマップは、トルクダウン要求に対して最適
な遅角量ΔSA及び減量係数KQを算出できるように予
め適合実験等によって一つ一つ設定しなければならず、
同適合実験に多大な時間を要する。また、多数のマップ
を記憶する必要があるため、ROM93の記憶容量が大
きくなってしまう。
【0040】そこで本実施形態では、トルクダウン要求
に対する遅角量ΔSAをマップ演算し、算出される遅角
量ΔSAに所定の変換値nを乗算することで、遅角量Δ
SAを減量係数KQへと変換して同係数KQの算出を行
う。上記所定の変換値nは、エンジン回転数NEと機関
負荷とからマップ演算され、遅角量ΔSAが大きくなる
ほど変換される減量係数KQを小さくするものである。
【0041】変換値nを算出するためのマップを設定す
る際にも適合実験等を行う必要はある。しかし、変換値
n算出用のマップはトルクダウン要求の全種類毎にそれ
ぞれ設定する必要はなく、各種トルクダウン要求のうち
同種類のものに対して一つの変換値n算出用のマップを
設定すればよい。そのため、変換値n算出用のマップ
は、上述した減量係数KQ算出用のマップよりも数が少
なくてすむ。
【0042】従って、上記のように遅角量ΔSAから減
量係数KQへの変換により同係数KQの算出を行うこと
で、遅角量ΔSA及び減量係数KQの算出に必要なマッ
プの数を減らすことが可能になる。そして、マップの数
を減らすことにより、マップ設定のための適合実験を短
時間で行うことができ、しかもROM93の記憶容量が
大きくなるのを防止することもできる。
【0043】次に、最終点火時期SAfin の算出手順に
ついて図3を参照して説明する。図3は最終点火時期S
Afin を算出するための最終点火時期算出ルーチンであ
る。この最終点火時期算出ルーチンは、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。
【0044】最終点火時期算出ルーチンにおいて、EC
U92は、ステップS101の処理として、吸気圧PM
若しくは基本燃料噴射量Qbse と、エンジン回転数NE
とに基づき周知のマップを参照して基本点火時期SAbs
e を算出する。こうして算出される基本点火時期SAbs
e は、エンジン回転数NEが高くなるほど進角側の値に
なり、吸気圧PM若しくは基本燃料噴射量Qbse が大き
くなるほど(高負荷になるほど)遅角側の値になる。
【0045】ECU92は、ステップS102の処理と
して、トルクダウン要求に応じた遅角量ΔSAの算出、
即ち要求トルクダウン量に基づく遅角量ΔSAのマップ
演算を行う。こうした遅角量ΔSAの算出は、トルクダ
ウン要求の種類に応じて設定されたマップを参照して行
われる。また、算出される遅角量ΔSAは、要求トルク
ダウン量が大きくなるほど大きい値になり、トルクダウ
ン要求がされていないときには「0」になる。
【0046】ECU92は、ステップS103の処理と
して、現在「成層燃焼」を実行中か否かを判断する。そ
して、「成層燃焼」実行中であればステップS104の
処理で基本点火時期SAbse をそのまま最終点火時期S
Afin としてこの最終点火時期算出ルーチンを一旦終了
し、「均質燃焼」を実行中であれば直接ステップS10
5の処理として基本点火時期SAbse に遅角量ΔSAを
加算して最終点火時期SAfin を算出した後、この最終
点火時期算出ルーチンを一旦終了する。
【0047】こうして最終点火時期SAfin が算出され
ると、ECU92は、点火時期を最終点火時期SAfin
に制御すべく別のルーチンによってイグナイタ41aを
駆動制御する。
【0048】従って、「成層燃焼」中にはステップS1
04の処理で基本点火時期SAbseがそのまま最終点火
時期SAfin とされ、出力トルクダウンのために遅角量
ΔSAに基づく点火時期の遅角制御が行われることはな
い。これに対し、「均質燃焼」中には上記遅角量ΔSA
に基づきトルクダウン要求に応じた点火時期の遅角制御
が行われ、「均質燃焼」中におけるエンジン11の出力
トルクダウンが的確に行われるようになる。
【0049】次に、最終燃料噴射量Qfin の算出手順に
ついて図4を参照して説明する。図4は、最終燃料噴射
量Qfin を算出するための最終燃料噴射量算出ルーチン
を示すフローチャートである。この最終燃料噴射量算出
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。
【0050】最終燃料噴射量算出ルーチンにおいて、E
CU92は、ステップS201の処理として、吸気圧P
M若しくはアクセル踏込量ACCPと、エンジン回転数
NEとに基づき基本燃料噴射量Qbse を算出する。こう
して算出される基本燃料噴射量Qbse は、吸気圧PM若
しくはアクセル踏込量ACCPが大きくなるほど、且つ
エンジン回転数NEが高くなるほど大きい値になる。
【0051】ECU92は、ステップS202の処理と
して、現在「成層燃焼」を実行中か否かを判断する。そ
して、「成層燃焼」中でなく「均質燃焼」中であるなら
ばステップS205に進み、減量係数KQを「1.0」
にした後にステップS206に進む。また、ステップS
202の処理で、現在「成層燃焼」を実行中である旨判
断されると、ステップS203に進む。ECU92は、
ステップS203の処理として、最終点火時期算出ルー
チン(図3)におけるステップS102の処理で算出さ
れた遅角量ΔSAが「0」であるか否か、即ちトルクダ
ウン要求されているか否かを判断する。
【0052】そして、「ΔSA=0」であってトルクダ
ウン要求がされていない旨判断されると、ステップS2
05に進んで減量係数KQを「1.0」にした後にステ
ップS206に進む。また、上記ステップS203の処
理において、「ΔSA≠0」であってトルクダウン要求
がなされている旨判断されると、ステップS204に進
む。ECU92は、ステップS204の処理として、遅
角量ΔSAに所定の変換値nを乗算して減量係数KQを
算出する。
【0053】この変換値nは、アクセル踏込量ACCP
等から求められた基本燃料噴射量Qbse (機関負荷)と
エンジン回転数NEとに基づき例えば図5に示されるマ
ップを参照して算出される。こうしたマップは、トルク
ダウン要求の全種類毎に設定されるのではなく、各種ト
ルクダウン要求のうち同種類のものについて一つ設定さ
れる。従って、変換値n算出用のマップの数は、トルク
ダウン要求の種類数よりも少なくなる。そして、変換値
nを算出する際には、トルクダウン要求の種類に応じた
マップが選択され、選択されたマップに基づき変換値n
の算出が行われる。
【0054】こうして算出される変換値nに基づき算出
される減量係数KQは、要求トルクダウン量が大きくな
って遅角量ΔSAが大きくなるほど小さい値になる。な
お、変換値nは、エンジン11の運転状態が低回転低負
荷領域にあるときには、その他の領域にあるときよりも
変換された減量係数KQが大きくなるように算出され
る。これは、エンジン11の運転状態が低回転低負荷領
域にあるときには、燃料噴射量の減量によって過度に出
力トルクダウンが行われるおそれがあるためである。
【0055】上記ステップS204とステップS205
のいずれかの処理を経た後、ステップS206に進む。
ECU92は、ステップS206の処理として、基本燃
料噴射量Qbse に減量係数KQを乗算して最終燃料噴射
量Qfin を算出した後、この最終燃料噴射量算出ルーチ
ンを一旦終了する。こうして最終燃料噴射量Qfin が算
出されると、ECU92は、最終燃料噴射量Qfin に対
応した量の燃料を供給すべく燃料噴射弁40を駆動制御
する。
【0056】従って、「均質燃焼」中若しくはトルクダ
ウン要求がなされていないときには、ステップS205
の処理で減量係数KQが「1.0」に設定される。その
ため、基本燃料噴射量Qbse がそのまま最終燃料噴射量
Qfin とされ、出力トルクダウンのために減量係数KQ
に基づく燃料噴射量の減量制御が行われることはない。
これに対し、「成層燃焼」中には上記減量係数KQに基
づきトルクダウン要求に応じた燃料噴射量の減量制御が
行われ、「成層燃焼」中におけるエンジン11の出力ト
ルクダウンが的確に行われるようになる。
【0057】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11のトルクダウン要求がなされたと
き、そのときの燃焼方式に応じてトルクダウン方式が点
火時期の遅角制御と燃料噴射量の減量制御とで切り換え
られる。そのため、燃焼方式が「成層燃焼」と「均質燃
焼」とで切り換えられるエンジン11にあっても、燃焼
方式に応じたトルクダウン方式にて適切な出力トルクダ
ウンを行うことができる。
【0058】(2)点火時期の遅角制御に用いられる遅
角量ΔSAが算出されると、変換値nに基づき遅角量Δ
SAから燃料噴射量の減量制御に用いられる減量係数K
Qへの変換が行われる。この変換値nを算出するための
マップは、トルクダウン要求の全種類毎に設定されるの
ではなく、各種トルクダウン要求のうち同種類のものに
ついて一つ設定される。そのため、変換値n算出用のマ
ップの数は、トルクダウン要求の種類数よりも少なくな
る。従って、遅角量ΔSA算出用のマップと減量係数K
Q算出用マップとを、各種トルクダウン要求の全種類に
ついてそれぞれ設定する場合に比べ、必要とされるマッ
プの数が少なくてすむ。このようにマップ数が少なくて
すむことにより、マップ設定のための適合実験に要する
時間を短くすることができるとともに、それらマップを
記憶するROM93の記憶容量を小さく抑えることがで
きる。
【0059】(3)遅角量ΔSAを減量係数KQへと変
換するための変換値nは、エンジン回転数NE及び機関
負荷に応じて設定されるため、その変換を精度良く行う
ことができる。また、エンジン11の運転状態が低回転
低負荷領域にあるときには、他の領域にあるときよりも
上記変換された減量係数KQが大きくなるよう変換値n
が設定される。そのため、「成層燃焼」時において、低
回転低負荷領域にある際に燃料噴射量の減量制御が行わ
れることで、過度にエンジン11の出力トルクダウンが
行われるのを防止することができる。
【0060】(4)「均質燃焼」時に点火時期の遅角制
御による出力トルクダウンを行い、「成層燃焼」時に燃
料噴射量の減量制御による出力トルクダウンを行うよう
にした。そのため、「均質燃焼」時には出力トルクダウ
ン幅を燃料噴射量の減量制御に比べて大きくとることが
できて要求される値まで的確にトルクダウンを行うこと
ができ、「成層燃焼」時には燃焼状態を悪化させること
なく出力トルクダウンを行うことができる。
【0061】(第2実施形態)次に、本発明の第2実施
形態について図6〜図8に基づき説明する。本実施形態
では、トルクダウン要求に応じて燃料噴射量の減量制御
に用いる減量係数KQを算出し、減量係数KQを変換値
mに基づき点火時期の遅角制御に用いる遅角量ΔSAへ
と変換する点が第1実施形態と異なる。従って、本実施
形態においては第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。
【0062】先ず、最終燃料噴射量Qfin の算出手順に
ついて図6を参照して説明する。図6は本実施形態の最
終燃料噴射量算出ルーチンを示すフローチャートであ
る。この最終燃料噴射量算出ルーチンも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。
【0063】同ルーチンにおいて、ECU92は、ステ
ップS301の処理として基本燃料噴射量Qbse を算出
する。ECU92は、続くステップS302の処理とし
て、トルクダウン要求に応じた減量係数KQの算出、即
ち要求トルクダウン量に基づく減量係数KQのマップ演
算を行う。こうした減量係数KQの算出は、トルクダウ
ン要求の種類に応じて設定されたマップを参照して行わ
れる。また、算出される減量係数KQは、要求トルクダ
ウン量が大きくなるほど小さい値になり、トルクダウン
要求がされていないときには「1.0」になる。更に、
上記減量係数KQは、エンジン11の運転状態が低回転
低負荷領域にあるときでも燃料噴射量の減量制御によっ
て過度に出力トルクダウンが行われることのない値にな
る。
【0064】ECU92は、ステップS303の処理と
して、現在「均質燃焼」を実行中か否かを判断する。そ
して、「均質燃焼」実行中であればステップS304の
処理で基本燃料噴射量Qbse をそのまま最終燃料噴射量
Qfin としてこの最終燃料噴射量算出ルーチンを一旦終
了し、「成層燃焼」実行中であればステップS305の
処理として基本燃料噴射量Qbse に減量係数KQを乗算
して最終燃料噴射量Qfin を算出した後、この最終燃料
噴射量算出ルーチンを一旦終了する。
【0065】従って、「均質燃焼」中にはステップS3
04の処理で基本燃料噴射量Qbseがそのまま最終燃料
噴射量Qfin とされ、出力トルクダウンのために減量係
数KQに基づく燃料噴射量の減量制御が行われることは
ない。これに対し、「成層燃焼」中には上記減量係数K
Qに基づきトルクダウン要求に応じた燃料噴射量の減量
制御が行われ、「成層燃焼」中におけるエンジン11の
出力トルクダウンが的確に行われるようになる。
【0066】次に、最終点火時期SAfin の算出手順に
ついて図7を参照して説明する。図7は本実施形態の最
終点火時期算出ルーチンを示すフローチャートである。
この最終点火時期算出ルーチンもECU92を通じて所
定時間毎の時間割り込みにて実行される。
【0067】同ルーチンにおいて、ECU92は、ステ
ップS401の処理として基本点火時期SAbse を算出
し、ステップS402の処理として現在「均質燃焼」を
実行中であるか否かを判断する。そして「均質燃焼」中
でなく「成層燃焼」中であるならばステップS405に
進み、遅角量ΔSAを「0」にした後にステップS40
6に進む。また、ステップS402の処理で、現在「均
質燃焼」実行中である旨判断されると、ステップS40
3に進む。ECU92は、ステップS403の処理とし
て、最終燃料噴射量算出ルーチン(図6)におけるステ
ップS302の処理で算出された減量係数KQが「1.
0」であるか否か、即ちトルクダウン要求されているか
否かを判断する。
【0068】そして、「KQ=1.0」であってトルク
ダウンが要求されていない旨判断されると、ステップS
405に進む。また、上記ステップS403の処理にお
いて、「KQ≠1.0」であってトルクダウン要求がな
されている旨判断されると、ステップS404に進む。
ECU92は、ステップS404の処理として、減量係
数KQに所定の変換値mを乗算して遅角量ΔSAを算出
する。
【0069】この変換値mは、吸気圧PM(機関負荷)
とエンジン回転数NEとに基づき例えば図8に示される
マップを参照して算出される。こうしたマップは、トル
クダウン要求の全種類毎に設定されるのではなく、各種
トルクダウン要求のうち同種類のものについて一つ設定
される。従って、変換値m算出用のマップの数は、トル
クダウン要求の種類数よりも少なくなる。そして、変換
値mを算出する際には、トルクダウン要求の種類に応じ
たマップが選択され、選択されたマップに基づき変換値
mの算出が行われる。
【0070】こうして算出される変換値mに基づき算出
される遅角量ΔSAは、要求トルクダウン量が大きくな
って減量係数KQが小さくなるほど大きい値になる。な
お、変換値mは、エンジン11の運転状態が低回転低負
荷領域以外の領域にあるときには、低回転高負荷領域に
あるときよりも変換された遅角量ΔSAが大きくなるよ
うに算出される。これは、減量係数KQは、エンジン1
1の運転状態が低回転低負荷領域にあるときには、燃料
噴射量の減量制御により過度に出力トルクダウンが行わ
れることのない値になるよう、最終燃料噴射量算出ルー
チン(図6)のステップS302の処理で算出されるた
めである。即ち、エンジン11の運転状態が低回転低負
荷領域以外の領域にあるときの上記算出される減量係数
KQは適正値よりも若干小さめになる。そのため、上記
のように減量係数KQから遅角量ΔSAへの変換を行う
ことで、低回転低負荷領域以外の領域においても点火時
期の遅角制御により的確に出力トルクダウンが行われ
る。
【0071】上記ステップS404とステップS405
のいずれかの処理を経た後、ステップS406に進む。
ECU92は、ステップS406の処理として、基本点
火時期SAbse に遅角量ΔSAを加算して最終点火時期
SAfin を算出した後、この燃料点火時期算出ルーチン
を一旦終了する。こうして最終点火時期SAfin が算出
されると、ECU92は、点火時期を最終点火時期SA
fin に制御すべくイグナイタ41aを駆動制御する。
【0072】従って、「成層燃焼」中若しくはトルクダ
ウン要求がなされていないときには、ステップS405
の処理で遅角量ΔSAが「0」に設定される。そのた
め、基本点火時期SAbse がそのまま最終点火時期SA
fin とされ、出力トルクダウンのために遅角量ΔSAに
基づく点火時期の遅角制御が行われることはない。これ
に対し、「均質燃焼」中には上記遅角量ΔSAに基づき
トルクダウン要求に応じた点火時期の遅角制御が行わ
れ、「均質燃焼」中におけるエンジン11の出力トルク
ダウンが的確に行われるようになる。
【0073】以上詳述した処理が行われる本実施形態に
よれば、第1実施形態に記載した(1)及び(4)の効
果に加え、以下に示す効果が得られるようになる。 (5)燃料噴射量の減量制御に用いられる減量係数KQ
が算出されると、変換値mに基づき減量係数KQから点
火時期の遅角制御に用いられる遅角量ΔSAへの変換が
行われる。この変換値mを算出するためのマップは、ト
ルクダウン要求の全種類毎に設定されるのではなく、各
種トルクダウン要求のうち同種類のものについて一つ設
定される。そのため、変換値m算出用のマップの数は、
トルクダウン要求の種類数よりも少なくなる。従って、
遅角量ΔSA算出用マップと減量係数KQ算出用マップ
とを、各種トルクダウン要求の全種類についてそれぞれ
設定する場合に比べ、必要とされるマップの数が少なく
てすむ。このようにマップ数が少なくてすむことによ
り、マップ設定のための適合実験に要する時間を短くす
ることができるとともに、それらマップを記憶するRO
M93の記憶容量を小さく抑えることができる。
【0074】(6)減量係数KQから遅角量ΔSAへと
変換するための変換値mは、エンジン回転数NE及び機
関負荷に応じて設定されるため、その変換を精度良く行
うことができる。また、エンジン11の運転状態が低回
転低負荷領域以外の領域にあるときには、低回転低負荷
領域にあるときよりも上記変換された遅角量ΔSAが大
きくなるよう変換値mが設定される。そのため、「均質
燃焼」時において、低回転低負荷領域以外の領域におい
ても点火時期の遅角制御により的確に出力トルクダウン
を行うことができる。
【0075】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、燃焼方式を「成層燃焼」と「均
質燃焼」との二種類で切り換える場合について説明した
が、これに代えて「成層燃焼」、「弱成層燃焼」、「均
質リーン燃焼」、及び「均質ストイキ燃焼」の四種類で
燃焼方式を切り換える場合について本発明を適用しても
よい。上記「均質リーン燃焼」とは混合気中の燃料が空
気に対して均等に混合された状態で、理論空燃比よりも
リーンな空燃比で混合気の燃焼が行われる燃焼方式であ
って、「弱成層燃焼」とは上記「均質リーン燃焼」と
「成層燃焼」との中間の形態での混合気の燃焼が行われ
る燃焼方式である。この場合、「成層燃焼」及び「弱成
層燃焼」のときには燃料噴射量の減量制御により出力ト
ルクダウンが行われ、「均質リーン燃焼」及び「均質ス
トイキ燃焼」のときには点火時期の遅角制御によって出
力トルクダウンが行われる。そして、燃焼方式の切換態
様、即ちいずれの燃焼方式からいずれの燃焼方式へ切り
換えられるかに応じて変換値n、mを算出するためのマ
ップを切り換え、それら変換値n,mに基づき遅角量Δ
SAと減量係数KQとの間の変換が行われる。
【0076】・上記各実施形態では、エンジン11のト
ルクダウン方式として点火時期の遅角制御と燃料噴射量
の減量制御とを例示したが、その他のトルクダウン方式
にてエンジン11の出力トルクダウンを行ってもよい。
【0077】・上記各実施形態では、変換値n,mをマ
ップ演算したが、これを式による算出に代えてもよい。
【0078】
【発明の効果】請求項1記載の発明によれば、燃焼方式
に応じて第1のトルクダウン方式、若しくは第2のトル
クダウン方式にて機関出力トルクの低減制御が行われ
る。そのため、燃焼方式に応じて適切なトルクダウン方
式を用いて機関出力トルクの低減制御を行うことがで
き、燃焼方式が切り換えられる内燃機関にあっても、適
切に機関出力トルクを低減させることができる。また、
第1及び第2のトルクダウン方式のうちの一方のトルク
ダウン方式における要求トルクダウン制御量が設定され
ると、その制御量から他方のトルクダウン方式における
要求トルクダウン制御量への変換が行われる。このよう
な変換が行われるため、トルクダウン要求に応じて設定
される要求トルクダウン制御量の適合に要する時間を短
くするとともに、要求トルクダウン制御量を設定するた
めに必要なマップ等の記憶容量の増大を抑えることがで
きる。
【0079】請求項2記載の発明によれば、一方のトル
クダウン方式の要求トルクダウン制御量から他方のトル
クダウン方式のトルクダウン制御量への変換が機関負荷
及び機関回転数に基づき行われるため、その変換を精度
良く行うことができる。
【0080】請求項3記載の発明によれば、成層燃焼運
転時には燃料噴射量の減量制御により燃焼状態を悪化さ
せることなく出力トルクダウンを行うことでき、均質燃
焼運転時には点火時期の遅角制御により失火を生じさせ
ることなく且つ的確に要求される値まで出力トルクダウ
ン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】第1実施形態の最終点火時期の算出手順を示す
フローチャート。
【図4】第1実施形態の最終燃料噴射量の算出手順を示
すフローチャート。
【図5】変換値nを算出する際に参照されるマップ。
【図6】第2実施形態の最終燃料噴射量の算出手順を示
すフローチャート。
【図7】第2実施形態の最終点火時期の算出手順を示す
フローチャート。
【図8】変換値m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、14a…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、40…燃料噴射弁、41…点火プラグ、41a…
イグナイタ、92…電子制御ユニット(ECU)。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 水野 宏幸 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自動 車株式会社内 Fターム(参考) 3G022 AA07 AA08 FA06 GA01 GA07 GA08 3G084 AA04 BA02 BA05 BA13 BA17 CA00 DA13 EB09 FA10 FA11 FA38 3G301 HA01 HA16 HA17 JA19 KA00 LA00 LA01 MA11 NC04 PA07Z PA11Z PE03Z PF03Z

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】機関運転状態に応じて燃焼方式を切り換え
    る内燃機関にあって、同機関の出力トルクタウンが要求
    されたときには所定のトルクダウン方式にて機関出力ト
    ルクの低減を行う内燃機関の制御装置において、 所定の燃焼方式で内燃機関の運転が行われているときに
    は第1のトルクダウン方式にて機関出力トルクの低減制
    御を行うとともに、前記燃焼方式とは別の燃焼方式で内
    燃機関の運転が行われているときには第2のトルクダウ
    ン方式にて機関出力トルクの低減制御を行う制御手段
    と、 前記第1及び第2のトルクダウン方式のうちの一方のト
    ルクダウン方式に対応してトルクダウン要求に対する要
    求トルクダウン制御量を設定する設定手段と、 前記設定手段により設定された要求トルクダウン制御量
    を他方のトルクダウン方式における要求トルクダウン制
    御量に変換する変換手段とを備え、 前記制御手段は、前記一方のトルクダウン方式にて機関
    出力トルクの低減制御を行うときには、前記設定手段に
    より設定された要求トルクダウン制御量に基づき同低減
    制御を行い、前記他方のトルクダウン方式にて機関出力
    トルクの低減制御を行うときには、前記変換手段により
    変換された要求トルクダウン制御量に基づき同低減制御
    を行うことを特徴とする内燃機関の制御装置。
  2. 【請求項2】前記変換手段は、前記設定手段により設定
    された要求トルクダウン制御量から他方のトルクダウン
    方式における要求トルクダウン制御量への変換を機関負
    荷及び機関回転数に基づいて行うものである請求項1記
    載の内燃機関の制御装置。
  3. 【請求項3】前記内燃機関は燃焼方式を成層燃焼と均質
    燃焼との間で切り換えるものであって、前記制御手段
    は、成層燃焼運転時に第1のトルクダウン方式である燃
    料噴射量の減量制御を行い、均質燃焼運転時には第2の
    トルクダウン方式である点火時期の遅角制御を行う請求
    項1又は2記載の内燃機関の制御装置。
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