JP2000220458A - 圧縮着火式内燃機関の制御方法 - Google Patents
圧縮着火式内燃機関の制御方法Info
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Abstract
動性、さらには良好な運転性を確保しながら、コストを
削減することができ、燃費を向上させることができる圧
縮着火式内燃機関の制御方法を提供する。 【解決手段】 圧縮着火式内燃機関3の制御方法では、
運転状態に応じて(図2のステップ2)燃料の混合気を
圧縮着火により燃焼させる圧縮着火燃焼と火花点火によ
り燃焼させる火花点火燃焼とに切り換え可能であって、
火花点火燃焼から圧縮着火燃焼に切り換える際に、火花
点火の点火時期θigを徐々に遅角させる(図3のステッ
プ27)ことによって、圧縮着火燃焼に切り換えるよう
に制御する。
Description
どの燃料の混合気を圧縮着火(compression ignition)
によって燃焼させる圧縮着火式内燃機関の制御方法に関
する。
点火(spark ignition)による火花点火式内燃機関よ
りも高い圧縮比、かつ大きな空燃比で燃料を燃焼させる
(リーン燃焼させる)ことにより、ともに良好な燃費お
よび熱効率が得られる。このような圧縮着火式内燃機関
の従来の制御方法として、例えば特開平9−28752
8号公報に記載されたものが知られている。この制御方
法では、低負荷運転時に、吸気管に設けた電気ヒータ装
置で吸気を加熱することにより、吸入ガスの温度を上昇
させることによって、混合気の着火を早めるようにして
いる。これは、以下の理由による。すなわち、圧縮着火
式の内燃機関では、アイドリングなどの低負荷運転時
に、燃焼室内の温度が低下することによって、着火遅れ
が大きくなり、これによって、燃焼状態が不安定になっ
てしまう。特にガソリンなどの高オクタン価の燃料の場
合には、最終的に失火してしまう。このため、この制御
方法では、低負荷運転時の燃焼の安定性を確保するため
に、上記のような電気ヒータ装置による吸気の加熱によ
って、混合気の着火を早めている。
よれば、低負荷運転時の燃焼の安定性を確保するため
に、電気ヒータ装置を作動させなければならず、消費電
力量が増大することによって、ランニングコストが増大
するとともに、電気ヒータ装置の分だけ、内燃機関の製
造コストが増大してしまう。また、圧縮着火式内燃機関
では、低温始動時に、混合気が極めて圧縮着火しにくい
ことから、良好な始動性を確保するために、上記のよう
な電気ヒータ装置を長時間、作動させたり、圧縮比をか
なり高く設定したりしなければならない。電気ヒータ装
置を長時間、作動させると、消費電力量がさらに増大し
てしまう。また、圧縮比をかなり高く設定するために
は、動作部品の厚さなどを大きくすることによってその
強度を確保したり、ピストンとシリンダの間のシール性
を高めたりしなければならず、これにより、慣性質量の
増大に伴う慣性抵抗の増大や、シール性を高めることに
よるフリクションの増大などによって、燃費の悪化を招
いてしまう。
れたもので、低負荷運転時などの燃焼の安定性と良好な
始動性、さらには良好な運転性を確保しながら、コスト
を削減することができ、燃費を向上させることができる
圧縮着火式内燃機関の制御方法を提供することを目的と
する。
運転状態に応じて(例えば実施形態における(以下、こ
の項において同じ)図2のステップ2)燃料の混合気を
圧縮着火により燃焼させる圧縮着火燃焼と火花点火によ
り燃焼させる火花点火燃焼とに切り換え可能な圧縮着火
式内燃機関3の制御方法であって、火花点火燃焼から圧
縮着火燃焼に切り換える際に、火花点火の点火時期θig
を徐々に遅角させる(図3のステップ27)ことによっ
て、圧縮着火燃焼に切り換えるように制御することを特
徴とする。
圧縮着火式内燃機関の運転状態に応じて、圧縮着火燃焼
と火花点火燃焼に切り換えるので、混合気が圧縮着火し
にくい始動時や低負荷運転時などには、火花点火燃焼を
実行し、これら以外の運転状態のときには、圧縮着火燃
焼を実行するように制御すれば、圧縮着火燃焼のみを実
行する従来の制御方法と異なり、吸気や混合気を加熱し
たり、圧縮比をさらに高めたりすることなく、低負荷運
転時の燃焼の安定性や良好な始動性を確保することがで
きる。これにより、吸気や混合気を加熱する構成が不要
になることによって、製造コストやランニングコストを
削減できるとともに、高圧縮比化が不要になることによ
って、動作部品の慣性質量やフリクションを小さくで
き、それゆえ、燃費を向上させることができる。また、
火花点火燃焼から圧縮着火燃焼に切り換える際に、点火
時期を火花点火燃焼のときの点火時期から徐々に遅角さ
せてゆくと、最終的に圧縮着火が火花点火よりも先行す
るようになることにより、着火タイミングの大きなずれ
を生じることなく、圧縮着火燃焼に確実かつ円滑に移行
する。この場合、点火時期を徐々に遅角させるのに伴
い、燃焼時の発生圧力、すなわちトルクなどの出力が徐
々に低下するので、このときのトルクの変動幅(トルク
段差)を小さく抑制することができるとともに、出力が
小さい状態で圧縮着火燃焼に切り換えることができる。
したがって、良好な運転性を確保しながら、圧縮着火燃
焼にスムーズに移行させることができる。
燃焼に切り換える際に、圧縮着火燃焼のときの吸気量を
火花点火燃焼のときよりも増量させる(図4のステップ
46)ことによって、空燃比をより大きな値に制御する
ことが好ましい。
圧縮着火燃焼に切り換える際に、圧縮着火燃焼のときの
吸気量を、火花点火燃焼のときよりも増量させることに
よって、空燃比をより大きな値に制御するので、吸気量
を空燃比が圧縮着火燃焼に適するように増量することに
よって、圧縮着火燃焼の利点を得ることができる。すな
わち、圧縮着火式内燃機関を火花点火燃焼よりもリーン
側の空燃比で運転できることによって、良好な燃費や熱
効率を確保することができる。
花点火燃焼に切り換える際に、圧縮着火燃焼中に、点火
時期θigを徐々に進角させながら(図3のステップ3
3)、火花点火用の火花を発生させることによって、火
花点火燃焼に切り換えるように制御することが好まし
い。
ば、圧縮着火燃焼中に点火時期を徐々に進角させなが
ら、火花点火用の火花を発生させると、最終的に火花点
火による着火が圧縮着火よりも先行するようになること
によって、着火タイミングの大きなずれを生じることな
く、火花点火燃焼に円滑に移行する。また、点火時期を
徐々に進角させることにより、火花点火燃焼時のCut
出力を徐々に上昇させることができるので、このときの
トルクの変動幅を小さく抑制することができ、火花点火
燃焼にスムーズに移行させることができる。
火花点火燃焼に切り換える際に、火花点火燃焼のときの
吸気量を圧縮着火燃焼のときよりも減量させる(図4の
ステップ50)ことによって、空燃比をより小さな値に
制御することが好ましい。
火花点火燃焼に切り換える際に、火花点火燃焼のときの
吸気量を圧縮着火燃焼のときよりも減量させることによ
って、空燃比をより小さな値に制御するので、吸気量を
空燃比が火花点火燃焼に適するように減量することによ
って、火花点火燃焼の利点を得ることができる。すなわ
ち、圧縮着火式内燃機関を圧縮着火燃焼よりもリッチ側
の空燃比で運転できることにより、内燃機関の良好な始
動性と低負荷運転時の燃焼の安定性を確保することがで
きる。
本発明の一実施形態に係る圧縮着火式内燃機関の制御方
法について説明する。図1は、本発明の制御方法が適用
される制御装置の概略構成を示している。同図に示すよ
うに、この制御装置1は、ECU2を備えており、この
ECU2は、圧縮着火式内燃機関(以下「エンジン」と
いう)3の運転状態に応じて、後述するようにエンジン
3の点火時期θigおよびスロットルバルブ8の開度θTH
(以下「スロットル開度θTH」という)を制御すること
により、エンジン3の燃焼状態を火花点火による火花点
火燃焼(以下「SI燃焼」という)と圧縮着火による圧
縮着火燃焼(以下「CI燃焼」という)とに切り換えて
運転する。
ン3bを備えた(1つのみ図示)直列4気筒タイプのガ
ソリンエンジンであり、ピストン3bとシリンダヘッド
3cとの間に燃焼室3dが形成されている。また、シリ
ンダヘッド3cには、燃焼室3dに臨むように燃料噴射
弁(以下「インジェクタ」という)4および点火プラグ
5が取り付けられており、エンジン3は、燃料を直接、
燃焼室3d内に噴射する、いわゆる直噴式のものであ
る。エンジン3への燃料供給量は、ECU2からの駆動
信号により、インジェクタ4の燃料噴射時間Tout を制
御することによって制御される。さらに、ECU2から
点火時期θigに応じたタイミングで点火コイル6を介し
て点火プラグ5に高電圧が加えられ、点火プラグ5が放
電することによって、燃焼室3d内で混合気のSI燃焼
が行われる。
上記スロットルバルブ8が取り付けられ、スロットルバ
ルブ8には、スロットル開度θTHを制御するためのステ
ッピングモータ9が連結されている。ステッピングモー
タ9は、ECU2に電気的に接続されており、ECU2
からの駆動パルス信号によって、スロットル開度θTHす
なわち吸気量を変化させる。さらに、吸気管7のスロッ
トルバルブ8より下流側には、サーミスタなどで構成さ
れた吸気温センサ13が取り付けられており、吸気温セ
ンサ13は、吸気管7内の吸気温度TA を検出して、そ
の検出信号をECU2に送る。
れらを接続するようにEGR管11が設けられている。
このEGR管11は、エンジン3の排気ガスを吸気側に
再循環することによって、排気ガス中のNOxを低減さ
せるEGR動作を実行するためのものであり、その一端
が吸気管7のスロットルバルブ8よりも下流側に接続さ
れ、他端が排気管10の図示しない3元触媒よりも上流
側に接続されている。
は、EGR制御弁12が取り付けられている。EGR制
御弁12は、リニア電磁弁であり、ECU2からの駆動
信号に応じてそのバルブリフト量がリニアに変化し、こ
れによってEGR管11を開度制御する。EGR制御弁
12には、図示しないバルブリフトセンサが取り付けら
れており、ECU2は、バルブリフトセンサの検出信号
によってEGR制御弁12の実際のバルブリフト量を検
出するとともに、この検出値に応じてEGR制御弁12
のバルブリフト量をフィードバック制御することによ
り、吸気側に再循環される排気ガスの量すなわちEGR
量を制御する。
などから成る水温センサ14が取り付けられており、水
温センサ14は、エンジン3の冷却水温であるエンジン
水温TW を検出して、その検出信号をECU2に送る。
さらに、ECU2には、図示しないアクセルのアクセル
開度θACC を検出するアクセル開度センサ15が接続さ
れている。
マグネットロータ(タイミングロータ)16aが取り付
けられており、マグネットロータ16aは、MRE(磁
気抵抗素子)ピックアップ16bとともに、クランク角
センサ16を構成している。クランク角センサ16は、
クランクシャフト3eの回転に伴い、ともにパルス信号
であるCRK信号およびTDC信号を出力する。CRK
信号は、クランクシャフト3eの回転角度位置を示す信
号であり、所定のクランク角(例えば、1゜)ごとに1
パルスが出力されるとともに、ECU2は、このCRK
信号に基づき、エンジン3のエンジン回転数Neを求め
る。TDC信号は、各シリンダ3aにおけるピストン3
bの吸気行程開始時の上死点位置付近の所定タイミング
で発生するパルス信号であり、クランクシャフト3eが
180゜回転するごとに1パルスが出力される。
びI/Oインターフェースなどからなるマイクロコンピ
ュータ(いずれも図示せず)で構成されている。前述し
たセンサ13〜16の検出信号はそれぞれ、入力インタ
ーフェースでA/D変換や整形がなされた後、マイクロ
コンピュータに入力される。マイクロコンピュータは、
これらの入力信号に応じて、エンジン3の運転状態を判
別する。そして、ROMに記憶された制御プログラムな
どに基づき、点火時期θigおよびスロットル開度θTHを
演算する。そして、演算結果に応じた駆動信号を、出力
インターフェースを介して、点火コイル6およびステッ
ピングモータ9に出力することにより、点火プラグ5の
点火時期θigおよびスロットル開度θTHをそれぞれ制御
し、これによって、以下に述べるようにエンジン3の燃
焼状態をCI燃焼とSI燃焼に切り換え制御する。特
に、エンジン3が低負荷状態のときや始動時には、SI
燃焼を実行し、これら以外の運転状態のときには、CI
燃焼を実行するように制御する。
CI燃焼およびSI燃焼のいずれとすべきかを判別する
とともに、その判別結果に応じた制御処理に必要なフラ
グの値を設定する燃焼領域判別処理の手順を示すフロー
チャートである。本処理は、TDC信号パルスの発生に
同期して割込み処理により実行される。
1と略す。以下同様)において、センサ13〜16から
の検出信号(吸気温度TA 、エンジン水温TW 、CRK
信号およびアクセル開度θACC )と、スロットル開度θ
THと、EGR量などのデータを読み込むとともに、CR
K信号からエンジン3の回転数Neを求める。
OM内に格納された図示しないNe−θACC マップを参
照することにより、エンジン3がCI燃焼を行うべき運
転領域(以下「CI燃焼領域」という)にあるか否かを
判別する。このNe−θACCマップでは、基本的に回転
数Neが高くかつアクセル開度θACC の大きな領域がC
I燃焼領域として設定され、それ以外はSI燃焼を行う
べき運転領域(以下「SI燃焼領域」という)として設
定されている。さらに、この判別では、CI燃焼領域
は、吸気温度TA 、エンジン水温TW およびEGR量に
応じて補正される。このような補正は、低温始動時や低
負荷運転時などの燃焼温度が低いときには、燃焼が不安
定になり、また、極高負荷運転時などの燃焼温度が極め
て高いときには、オーバーヒート気味になることにより
ノッキングなどが発生するので、これらを防止するため
に行われる。以上の結果、低温始動時や低負荷運転時お
よび極高負荷運転時には、SI燃焼領域と判別され、そ
れ以外の高負荷運転時には、CI燃焼領域と判別され
る。
行に沿って本処理を説明する。始動直後には、フラグF
_CIを含む後述するすべてのフラグが「0」に初期化
される。また、始動時には、回転数Neが低いことで、
エンジン3がSI燃焼領域にあり、ステップ2の判別が
NOになるので、ステップ3に進んで、フラグF_CI
が「1」であるか否かを判別する。上記のように、フラ
グF_CIは「0」に初期化されているので、ステップ
3の判別がNOになり、ステップ4に進んでフラグF_
CIを「0」に再リセットし、ステップ5でフラグF_
TRANSを「0」に再リセットして、本処理を終了す
る。以上のように、始動時からステップ2の判別がYE
Sになるまで、すなわちエンジン3がSI燃焼領域にあ
る限りは、フラグF_CIおよびフラグF_TRANS
が「0」に維持されるとともに、後述するようにSI燃
焼が継続して実行される。
てCI燃焼領域に移行した場合には、ステップ2の判別
がYESになり、次いで、ステップ6でフラグF_CI
が「1」であるか否かを判別する。このとき、フラグF
_CIは「0」にリセットされているので、ステップ6
の判別がNOとなり、ステップ7に進んで、フラグF_
TRTDFが「1」であるか否かを判別する。このフラ
グF_TRTDFは、後述するように図3の点火時期θ
igの制御処理において、CI燃焼に切り換えるための、
点火時期θigを目標点火時期θigx まで徐々に遅角させ
る動作が終了したときに「1」にセットされ、それ以外
のときには「0」にリセットされる。この場合、CI燃
焼領域に移行した直後であるので、ステップ7の判別が
NOとなり、次いで、ステップ10でフラグF_TRA
NSを「1」にセットして本処理を終了する。
グF_TRTDFが「1」になっており、点火時期θig
の遅角動作が終了しているときには、ステップ8でエン
ジン3のトルク変動幅が大きいか否かを判別する。この
判別は、クランク軸3eの角速度の変動幅の実測値と設
定値を比較する公知の方法、例えば特公昭59−974
2号公報に記載された方法などによって行う。ステップ
8でトルク変動幅が大きいと判別されたときには、その
ことを示すためにステップ9でフラグF_TRQDを
「1」にセットした後、ステップ10を実行し、フラグ
F_TRANSを「1」に維持したまま、本処理を終了
する。
と判別されたときには、ステップ11でフラグF_TR
QDを「0」にリセットする。次いで、フラグF_CI
を「1」にセットし、さらにフラグF_TRANSを
「0」にリセットして(ステップ12〜13)、本処理
を終了する。また、前記ステップ6の判別がYESのと
きには、前記ステップ11〜13を実行して、本処理を
終了する。
に移行した場合において、CI燃焼へ切り換えるための
点火時期θigの遅角動作が終了し、かつトルク変動幅の
小さいときに、フラグF_CIが「1」にセットされ、
かつフラグF_TRANSが「0」にリセットされると
ともに、後述するようにCI燃焼が実行される。
り、ステップ6の判別がYESとなることによって、前
記ステップ11〜13が実行され、前記各フラグの状態
が維持されるとともに、CI燃焼が継続して実行され
る。
例えば低負荷運転状態になり、SI燃焼領域に移行した
場合には、前記ステップ2の判別がNOになるので、前
記ステップ3を実行する。CI燃焼時には、上記のよう
にフラグF_CIが「1」に維持されていることによ
り、ステップ3の判別がYESになるので、ステップ1
4で、フラグF_TDBWFが「0」であるか否かを判
別する。このフラグF_TDBWFは、後述するよう
に、図4に示すスロットル開度θTHの制御処理におい
て、SI燃焼用の通常開度制御が実行されているとき
に、「0」にリセットされ、それ以外のときには、
「1」にセットされる。
燃焼用の通常開度制御が実行されていないときには、ス
テップ16でフラグF_TRANSを「1」にセットし
て、本処理を終了する。また、ステップ14の判別がY
ES、すなわちSI燃焼用の通常開度制御が実行されて
いるときには、ステップ15で空燃比がSI燃焼可能な
値であるか否かを判別する。ステップ15で、空燃比が
SI燃焼可能な値でないと判別されたときは、前記ステ
ップ16を実行し、フラグF_TRANSを「1」にセ
ットして、本処理を終了する。一方、空燃比がSI燃焼
可能な値と判別されたときは、フラグF_CIおよびフ
ラグF_TRANSを「0」にリセットして、本処理を
終了する。
からSI燃焼領域に移行した場合において、SI燃焼用
の通常開度制御が実行されていないとき、またはSI燃
焼可能な空燃比になっていないときには、フラグF_C
Iが「1」に維持されるとともに、フラグF_TRAN
Sが「1」にセットされ、後述するように、CI燃焼が
引き続き実行される。一方、SI燃焼用の通常開度制御
が実行されており、かつ空燃比がSI燃焼可能な値のと
きには、フラグF_CIおよびフラグF_TRANSが
「0」にリセットされる。以降、エンジン3がSI燃焼
領域にある限り、SI燃焼が実行される。また、
ら、点火時期θigの制御処理の手順について説明する。
本処理は、前述したエンジン3の燃焼領域判別処理がT
DC信号に同期して実行された後に、これに続いて実行
される。本処理についても、始動時からの運転の進行に
沿って説明する。まず、ステップ20において、フラグ
F_CIが「1」であるか否かを判別する。前述したよ
うに、始動時には、フラグF_CIが「0」にリセット
されていることにより、ステップ20の判別がNOにな
り、次いで、ステップ21でフラグF_TRANSが
「1」であるか否かを判別する。始動時には、フラグF
_TRANSも「0」にリセットされていることによ
り、ステップ21の判別がNOになり、ステップ22に
進み、点火時期θigがSI燃焼用の点火時期θign であ
るか否かを判別する。
ESとなることにより、ステップ23でフラグF_TR
TDFを「0」にリセットし、ステップ24で通常の火
花点火式エンジンと同様の点火時期制御を実行しながら
SI燃焼を行い、本処理を終了する。以降、エンジン3
がSI燃焼領域にある限り、SI燃焼が継続して実行さ
れる。
た場合、その直後の状態では、前述したように、フラグ
F_CIは「0」になっているので、ステップ20の判
別がNOになり、前記ステップ21に進む。この場合、
前述したように、図2のステップ10でフラグF_TR
ANSが「1」になっていることにより、ステップ21
の判別がYESになり、ステップ25で点火時期θigの
目標点火時期θigx への遅角が終了しているか否かを判
別する。この目標点火時期θigx は、SI燃焼を行うと
きの通常点火時期θign よりもかなり遅角側に設定され
ており、この目標点火時期θigx で点火プラグ5から火
花を飛ばすと、圧縮着火が火花点火に先行して発生する
ような値に設定されている。
ないので、ステップ25の判別がNOになり、次いで、
フラグF_TRTDFを「0」にリセットし、点火時期
θigを所定角度、遅角させて(ステップ26〜27)、
本処理を終了する。その後、ステップ25〜27が繰り
返し実行されることにより、点火時期θigは、所定角度
ずつ目標点火時期θigx まで徐々に遅角される。
角が終了し、ステップ25の判別がYESになったとき
には、そのことを示すためにステップ28でフラグF_
TRTDFを「1」にセットした後、ステップ29でフ
ラグF_TRQDが「1」であるか否かを判別する。こ
の判別がNO、すなわちトルク変動幅が小さいときに
は、ステップ30で点火プラグ5の点火動作を停止し
て、本処理を終了する。これにより、CI燃焼のみが実
行される。一方、ステップ29の判別がNO、すなわち
トルク変動幅が大きいときには、ステップ31におい
て、点火プラグ5の点火動作を継続し、本処理を終了す
る。これにより、トルク変動幅が大きいときには、圧縮
着火だけでなく火花点火も実行することによって、着火
を確実に行わせ、燃焼状態を安定させることができる。
期θigx まで遅角されたときに、エンジン3がSI燃焼
からCI燃焼に切り換わり、そのときに、フラグF_T
RTDFは、「1」にセットされる。これにより、以降
は、エンジン3がCI燃焼領域にある限り、ステップ2
0の判別がYESになり、ステップ28〜30が続けて
実行され、CI燃焼が継続して実行される。
SI燃焼領域に移行した場合には、前述したように、S
I燃焼用の通常開度制御が実行されかつ空燃比がSI燃
焼可能な値になるまでは、フラグF_CIおよびフラグ
F_TRANSがそれぞれ「1」に維持されている(図
2のステップ14〜15)ので、前記ステップ20の判
別がYESになり、CI燃焼が継続して実行される。そ
して、上記の条件が成立したときに、フラグF_CIお
よびフラグF_TRANSがそれぞれ「0」にリセット
されることにより、ステップ20の判別がNOになり、
次いで、前記ステップ21の判別もNOになるので、ス
テップ22に進み、SI燃焼用の通常点火時期θign に
なっているか否かを判別する。
ないので、ステップ22の判別がNOになり、ステップ
32に進み、フラグF_TRTDFを「0」にリセット
し、ステップ33で点火時期θigを目標点火時期θigx
から所定角度、進角させるとともに、点火プラグ5によ
る点火を再開して、本処理を終了する。この後、ステッ
プ22,32〜33が繰り返し実行されることにより、
点火時期θigは、所定角度ずつ、SI燃焼用の通常点火
時期θign まで徐々に進角される。
が終了し、ステップ22の判別がYESになったときに
は、前記ステップ23〜24に進み、通常点火時期制御
を実行して、本処理を終了する。以上のようにして、エ
ンジン3がCI燃焼からSI燃焼に切り換わり、以降
は、エンジン3がSI燃焼領域にある限り、SI燃焼が
実行される。
ら、スロットル開度(図ではTH開度という)θTHの制
御処理について説明する。本処理は、タイマにより所定
周期(例えば20msecごと)で割り込み実行され
る。本処理についても、始動時からの運転の進行に沿っ
て説明する。まず、ステップ40において、フラグF_
CIが「1」であるか否かを判別する。前述したよう
に、始動時には、フラグF_CIが「0」にリセットさ
れていることにより、ステップ40の判別がNOにな
り、ステップ41に進み、フラグF_TDBWFを
「0」にリセットし、次いで、ステップ42でSI燃焼
用のスロットル開度θTHの通常開度制御を実行して、本
処理を終了する。以降、エンジン3がSI燃焼領域にあ
る限り、通常開度制御を行いながらステップ40〜42
が実行され、SI燃焼が継続して実行される。また、こ
のSI燃焼中にのみ、そのことを示すために、フラグF
_TDBWFが「0」に維持される。
た場合、その直後の状態では、前述したように、フラグ
F_CIは、点火時期θigが目標点火時期θigx まで遅
角され、かつトルク変動幅が小さくなるまで「0」に維
持されている(図2のステップ7〜8,12参照)の
で、ステップ42の通常開度制御が引き続き実行され
る。そして、上記の条件が成立し、CI燃焼が開始され
たときに、フラグF_CIが「1」にセットされること
によって、ステップ40の判別がYESになり、ステッ
プ43に進んで、フラグF_TRANSが「1」である
か否かを判別する。CI燃焼が開始されたときには、フ
ラグF_TRANSが「0」にリセットされる(図2の
ステップ13参照)ことにより、ステップ43の判別が
NOになる。
開度θTHがCI燃焼用の大開度であるか否かを判別す
る。この場合には、スロットル開度θTHが、SI燃焼用
の通常開度になっているので、ステップ44の判別がN
Oになり、ステップ45に進み、フラグF_TDBWF
を「1」にセットし、ステップ46でスロットル開度θ
THを所定開度、増大させて本処理を終了する。この後、
ステップ44〜46が繰り返し実行されることにより、
スロットル開度θTHは、所定開度ずつ、CI燃焼用の大
開度まで徐々に増大される。すなわち、吸気量が徐々に
増量される。
THの開放駆動が終了し、ステップ44の判別がYESに
なったときには、ステップ47でフラグF_TDBWF
を「1」に維持して、本処理を終了する。以降、エンジ
ン3がCI燃焼領域にある限り、スロットル開度θTHが
CI燃焼用の大開度の状態で、CI燃焼が実行されると
ともに、フラグF_TDBWFは「1」に維持される。
SI燃焼領域になった場合、その直後の状態では、前述
したように、フラグF_TDBWFが「1」に維持され
ていることにより、フラグF_TRANSが「1」にセ
ットされる(図2のステップ14,16参照)ので、ス
テップ43の判別がYESになる。次いで、ステップ4
8に進み、スロットル開度θTHがSI燃焼用の通常開度
になっているか否かを判別する。CI燃焼時には、スロ
ットル開度θTHが大開度になっているので、ステップ4
3の判別がYESになった直後は、ステップ48の判別
がNOになる。次いで、ステップ49に進み、フラグF
_TDBWFを「1」にセットし、ステップ50でスロ
ットル開度θTHを所定開度、減少させて本処理を終了す
る。この後、ステップ48〜50が繰り返し実行される
ことにより、スロットル開度θTHは、所定開度ずつ、S
I燃焼用の通常開度まで徐々に減少される。すなわち、
吸気量が徐々に減量される。
ステップ48の判別がYESになったときには、前記ス
テップ41〜42を実行して、本処理を終了する。以
降、エンジン3がSI燃焼領域にある限り、スロットル
開度θTHの通常開度制御を実行し、SI燃焼を実行する
とともに、フラグF_TDBWFは「0」に維持され
る。
点火時期制御処理およびTH開度制御処理をそれぞれ実
行した場合における点火時期θigおよびスロットル開度
θTHの経時変化を、各フラグの設定状態と併せて、図5
および図6に示すタイムチャートおよび表を参照しなが
ら説明する。両図において、図中の横軸は時間を示す。
る際のフローチャートである。まず、SI燃焼時には、
フラグF_CIおよびフラグF_TRANSがそれぞれ
「0」になっていることにより、SI燃焼用の点火時期
制御とスロットル開度θTHの通常開度制御を実行しなが
ら、SI燃焼が実行される。このとき、他のフラグも
「0」になっている。そして、エンジン3がCI燃焼領
域に移行した時点(時刻t1)で、フラグF_TRAN
Sが「1」にセットされるのに応じて、点火時期θigの
遅角が開始され、SI燃焼からCI燃焼への切換制御処
理が開始される。これにより、時刻t1以降、点火時期
θigがSI燃焼用の通常点火時期θign から目標点火時
期θigx に徐々に遅角され、時刻t2になった時点で、
圧縮着火が火花点火に先行して発生するようになる。こ
れにより、SI燃焼からCI燃焼に切り換わる。また、
スロットル開度θTHは、時刻t2までSI燃焼用の通常
開度に維持される。
の遅角が終了することにより、フラグF_TRTDFが
「1」にセットされ、トルクの変動幅が小さいときに、
点火が中止される。これと同時に、フラグF_CIが
「1」にセットされ、F_TRANSが「0」にリセッ
トされることにより、CI燃焼用の大開度へのスロット
ル開度θTHの駆動が開始されるとともに、F_TDBW
Fが「1」にセットされる。この後、時刻t3までスロ
ットル開度θTHが漸増され、最終的にCI燃焼用の大開
度になる。これにより、時刻t4において、SI燃焼か
らCI燃焼への切換制御処理が終了し、これ以降は、S
I燃焼よりもかなり大きな値の空燃比(リーンな空燃
比)でCI燃焼が実行される。すなわち、スロットル開
度θTHを大開度で固定することにより吸気量を大きな量
で一定にし、燃料供給量を増減することによって、エン
ジン3の出力が制御される。
換わる際のフローチャートである。まず、CI燃焼時に
おいて、エンジン3がSI燃焼領域に移行した時点(時
刻t5)でフラグF_TRANSが「1」にセットさ
れ、スロットル開度θTHを大開度からSI燃焼用の通常
開度へ駆動する動作が開始される(時刻t6)。
の大開度からSI燃焼用の通常開度まで漸減され(時刻
t7)、以降は、スロットル開度θTHの通常開度制御が
開始されるとともに、フラグF_TDBWFが「0」に
リセットされる。また、この時点でSI燃焼可能な空燃
比であるときに、フラグF_TRANSが「0」にリセ
ットされることにより、点火時期θigの進角が開始され
ると同時に、点火プラグ5による点火が再開される。こ
れにより、SI燃焼が開始される。なお、この点火を再
開した時点(時刻t7)ではまだ、圧縮着火が火花点火
に先行して発生する。この後、点火時期θigが徐々に進
角されることによって、火花点火が圧縮着火に先行して
発生するようになり、CI燃焼からSI燃焼に切り換わ
る。そして、時刻t8で最終的にSI燃焼用の通常点火
時期θign になり、切換制御処理が終了する。これによ
り、時刻t8以降は、CI燃焼よりも小さな空燃比(リ
ッチな空燃比)で通常のSI燃焼が行われる。
法によれば、エンジン回転数Ne、スロットル開度θT
H、エンジン水温TW 、吸気温度TA およびEGR量な
どの運転状態に応じて、燃料が圧縮着火しにくい始動時
や低負荷運転時などには、SI燃焼が行われ、それ以外
のときには、CI燃焼が行われる。これによって、従来
のCI燃焼のみを実行する圧縮着火式内燃機関の制御方
法と異なり、吸気を温めたり、圧縮比を高めたりするこ
となく、低負荷運転時などの燃焼の安定性や始動時の始
動性を確保することができる。それゆえ、吸気を加熱す
る構成が不要になることによって、製造コストやランニ
ングコストを削減することができる。また、圧縮比を高
める必要がなくなることにより、動作部品の慣性質量や
フリクションを小さくできることによって、燃費を向上
させることができる。
る際に、点火時期θigをSI燃焼用の通常点火時期θig
n から目標点火時期θigx に徐々に遅角させることによ
り、時刻t2で圧縮着火が火花点火に先行して発生する
ようになる。これにより、着火タイミングのずれを生じ
ることなく、CI燃焼に円滑に移行させることができ
る。また、点火時期θigを徐々に遅角させることによ
り、出力が徐々に低下するので、遅角させる際のトルク
の変動幅を小さく抑制することができる。さらに、目標
点火時期θigx まで遅角させ、出力を低下させた状態
で、CI燃焼に切り換えことができるので、CI燃焼に
切り換える際のトルクの変動幅を小さく抑制することが
できる。また、点火停止後にスロットル開度θTHをCI
燃焼用の大開度まで漸増させるので、これに伴って燃料
供給量を適切に制御することにより、CI燃焼時の出力
を徐々に上昇させることができ、このときのトルクの変
動幅を小さく抑制することができる。したがって、良好
な運転性を確保しながらSI燃焼からCI燃焼に確実に
かつスムーズに移行させることができる。
り換える際には、CI燃焼領域に切り換わった後に、ス
ロットル開度θTHをSI燃焼用の通常開度まで漸減させ
るので、これに伴って燃料供給量を適切に制御すれば、
トルクの変動幅を小さく抑制しながら出力を円滑に低下
させることができる。さらに、圧縮着火が火花点火にま
だ先行している時点(時刻t7)で点火を再開しかつ点
火時期θigの進角を開始することにより、それ以降のあ
る時点で火花点火が圧縮着火に先行して発生するように
なる。これにより、着火タイミングのずれを生じること
なく、SI燃焼に円滑に移行させることができる。ま
た、出力を低下させた状態で、点火時期θigを目標点火
時期θigx から徐々にSI燃焼用の通常点火時期θign
まで進角させることにより、出力が徐々に上昇するの
で、SI燃焼に切り換わるときのトルクの変動幅を小さ
く抑制することができる。したがって、良好な運転性を
確保しながらCI燃焼からSI燃焼に確実かつスムーズ
に移行させることができる。
きには、CI燃焼を行うので、従来の制御方法と同等の
特性、すなわちともに良好な燃費および排気ガスを確保
することができる。
燃焼からCI燃焼に切り換えるときに、点火時期θigの
遅角の終了と同時にスロットル開度θTHの漸増を開始し
たが、点火時期θigの遅角終了タイミングとスロットル
開度θTHの漸増開始タイミングとは、前後にずれていて
もよい。また、CI燃焼からSI燃焼に切り換えるとき
に、スロットル開度θTHの漸減の終了と同時に、点火時
期θigの進角および点火を開始するようにしたが、スロ
ットル開度θTHの漸減終了タイミングと点火開始タイミ
ングとは、または、スロットル開度θTHの漸減終了タイ
ミングと点火時期θigの進角開始タイミングとは、前後
にずれていてもよい。さらに、SI燃焼からCI燃焼に
切り換えるときに、遅角が終了しかつトルク変動が小さ
いときには、点火を中止するようにしたが、遅角終了後
にトルク変動が小さいときにも、点火を継続するように
してもよい。また、エンジン3の燃料は、ガソリンに限
らず、アルコールや軽油などエンジン3で燃焼可能なも
のであればよい。
機関の制御方法によれば、低負荷運転時などの燃焼の安
定性と良好な始動性、さらには良好な運転性を確保しな
がら、コストを削減でき、燃費を向上させることができ
る。
の制御方法を実行する制御装置の概略構成を示すブロッ
ク図である。
点火燃焼および圧縮着火燃焼のいずれの燃焼領域かを判
別する燃焼領域判別処理の手順を示すフローチャートで
ある。
である。
ャートである。
火燃焼に切り換わる際の点火時期θigおよびスロットル
開度θACC の経時変化を示すタイムチャートと、これに
伴う各フラグの設定状態の推移を示す表である。
花点火燃焼状態に切り換わる際の点火時期θigおよびス
ロットル開度θACC の経時変化を示すタイムチャート
と、これに伴う各フラグの設定状態の推移を示す表であ
る。
ータ) TW エンジン水温(運転状態を求めるための運転パ
ラメータ) Ne エンジン回転数(運転状態を求めるための運転
パラメータ) θACC アクセル開度(運転状態を求めるための運転パ
ラメータ) θig 点火時期 θTH スロットルバルブの開度 S2 運転状態に応じて燃焼領域を判別するステップ S27 点火時期を遅角させるステップ S33 点火時期を進角させるステップ S46 スロットルバルブの開度(吸気量)を増大させ
るステップ S50 スロットルバルブの開度(吸気量)を減少させ
るステップ
Claims (4)
- 【請求項1】 運転状態に応じて燃料の混合気を圧縮着
火により燃焼させる圧縮着火燃焼と火花点火により燃焼
させる火花点火燃焼とに切り換え可能な圧縮着火式内燃
機関の制御方法であって、 前記火花点火燃焼から前記圧縮着火燃焼に切り換える際
に、前記火花点火の点火時期を徐々に遅角させることに
よって、前記圧縮着火燃焼に切り換えるように制御する
ことを特徴とする圧縮着火式内燃機関の制御方法。 - 【請求項2】 前記火花点火燃焼から前記圧縮着火燃焼
に切り換える際に、前記圧縮着火燃焼のときの吸気量を
前記火花点火燃焼のときよりも増量させることによっ
て、空燃比をより大きな値に制御することを特徴とする
請求項1に記載の圧縮着火式内燃機関の制御方法。 - 【請求項3】 前記圧縮着火燃焼から前記火花点火燃焼
に切り換える際に、前記圧縮着火燃焼中に、点火時期を
徐々に進角させながら、前記火花点火用の火花を発生さ
せることによって、前記火花点火燃焼に切り換えるよう
に制御することを特徴とする請求項1または2に記載の
圧縮着火式内燃機関の制御方法。 - 【請求項4】 前記圧縮着火燃焼から前記火花点火燃焼
に切り換える際に、前記火花点火燃焼のときの吸気量を
前記圧縮着火燃焼のときよりも減量させることによっ
て、空燃比をより小さな値に制御することを特徴とする
請求項3に記載の圧縮着火式内燃機関の制御方法。
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