JP2001073835A - 直噴火花点火式内燃機関の制御装置 - Google Patents
直噴火花点火式内燃機関の制御装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】排気温度上昇用の成層ストイキ燃焼の性能を改
善する。 【解決手段】始動後、成層ストイキ燃焼へ切り換えられ
た後、始動後経過時間に基づいて推定される燃焼室温度
の上昇に応じて、圧縮行程での燃料噴射時期を徐々に遅
角させる。これにより、成層ストイキ燃焼中、点火栓周
りに形成される成層混合気の濃度、領域を略一定の状態
に維持することができ、安定した燃焼により排気温度上
昇効果を良好に維持できる。
善する。 【解決手段】始動後、成層ストイキ燃焼へ切り換えられ
た後、始動後経過時間に基づいて推定される燃焼室温度
の上昇に応じて、圧縮行程での燃料噴射時期を徐々に遅
角させる。これにより、成層ストイキ燃焼中、点火栓周
りに形成される成層混合気の濃度、領域を略一定の状態
に維持することができ、安定した燃焼により排気温度上
昇効果を良好に維持できる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、直噴火花点火式内
燃機関の制御装置に関する。
燃機関の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、機関の燃焼室内に直接燃料を噴射
供給する構成とし、例えば、通常は吸気行程中に燃料噴
射して均質混合気（燃焼室内全体に均等に燃料が分散し
ている状態）で燃焼（均質燃焼）を行わせ、所定運転状
態（低回転・低負荷状態等）において、圧縮行程中に燃
料噴射し、点火栓周りに着火可能な可燃混合比の混合気
からなる層状の成層混合気を形成し、極希薄な空燃比
（リーン限界近傍の空燃比）での燃焼（成層リーン燃
焼）を行なわせるようにした内燃機関（直噴火花点火式
内燃機関）が知られている（特開昭６２−１９１６２２
号公報や特開平２−１６９８３４号公報等参照）。
供給する構成とし、例えば、通常は吸気行程中に燃料噴
射して均質混合気（燃焼室内全体に均等に燃料が分散し
ている状態）で燃焼（均質燃焼）を行わせ、所定運転状
態（低回転・低負荷状態等）において、圧縮行程中に燃
料噴射し、点火栓周りに着火可能な可燃混合比の混合気
からなる層状の成層混合気を形成し、極希薄な空燃比
（リーン限界近傍の空燃比）での燃焼（成層リーン燃
焼）を行なわせるようにした内燃機関（直噴火花点火式
内燃機関）が知られている（特開昭６２−１９１６２２
号公報や特開平２−１６９８３４号公報等参照）。
【０００３】上記のような直噴火花点火式内燃機関に関
し、冷機始動から暖機過程において、点火栓周りの局所
的な空燃比をリッチとすることで局所的な空気量不足の
状態を作り、燃焼で発生する不完全燃焼物（ＣＯ）と燃
え残った燃料の一部を筒内の余剰酸素と主燃焼以降に反
応させて、排気温度を上昇させることにより、排気浄化
触媒の活性化促進を図ったものがある（特開平１０−１
６９４８８号公報参照）。
し、冷機始動から暖機過程において、点火栓周りの局所
的な空燃比をリッチとすることで局所的な空気量不足の
状態を作り、燃焼で発生する不完全燃焼物（ＣＯ）と燃
え残った燃料の一部を筒内の余剰酸素と主燃焼以降に反
応させて、排気温度を上昇させることにより、排気浄化
触媒の活性化促進を図ったものがある（特開平１０−１
６９４８８号公報参照）。
【０００４】また、本願出願人は、上記技術では着火が
不安定でひいては未燃燃料（ＨＣ）排出量が増大すると
いう課題に鑑み、点火栓周りに局所的に空燃比をリッチ
とした成層混合気を形成しつつ、通常の成層リーン燃焼
より点火時期を遅らせるなどして噴霧燃料を十分に霧化
することにより、安定した着火燃焼を行なって排気温度
上昇による排気浄化触媒の活性化を促進しつつ未燃燃料
（ＨＣ）の排出を抑制する技術を提案している。さら
に、この中で、燃料を圧縮行程に噴射して前記点火栓周
りに局所的に空燃比をリッチとした成層混合気を形成す
ると共に、吸気行程でも燃料を噴射して燃焼室全体に空
燃比をリーンとした混合気を形成し、前記成層混合気の
主燃焼により発生するＣＯを、主燃焼後にリーンな混合
気によって燃焼室の隅々まで火炎伝播させることによ
り、より速やかに再燃焼させるものを提案している（特
願平１１−４６６１２号）。
不安定でひいては未燃燃料（ＨＣ）排出量が増大すると
いう課題に鑑み、点火栓周りに局所的に空燃比をリッチ
とした成層混合気を形成しつつ、通常の成層リーン燃焼
より点火時期を遅らせるなどして噴霧燃料を十分に霧化
することにより、安定した着火燃焼を行なって排気温度
上昇による排気浄化触媒の活性化を促進しつつ未燃燃料
（ＨＣ）の排出を抑制する技術を提案している。さら
に、この中で、燃料を圧縮行程に噴射して前記点火栓周
りに局所的に空燃比をリッチとした成層混合気を形成す
ると共に、吸気行程でも燃料を噴射して燃焼室全体に空
燃比をリーンとした混合気を形成し、前記成層混合気の
主燃焼により発生するＣＯを、主燃焼後にリーンな混合
気によって燃焼室の隅々まで火炎伝播させることによ
り、より速やかに再燃焼させるものを提案している（特
願平１１−４６６１２号）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のよう
に排気温度を上昇させて排気浄化触媒の活性化促進を図
るため、点火栓周りに局所的に空燃比をリッチとした成
層混合気を形成して、成層燃焼を行なうようにしたもの
では、暖機完了後に実行される成層リーン燃焼に比較し
て低温で圧縮行程で噴射された燃料が十分に霧化（気
化）されるように、噴射時期を進角側に設定している。
に排気温度を上昇させて排気浄化触媒の活性化促進を図
るため、点火栓周りに局所的に空燃比をリッチとした成
層混合気を形成して、成層燃焼を行なうようにしたもの
では、暖機完了後に実行される成層リーン燃焼に比較し
て低温で圧縮行程で噴射された燃料が十分に霧化（気
化）されるように、噴射時期を進角側に設定している。
【０００６】しかしながら、前記排気温度上昇用の成層
燃焼での圧縮行程での燃料噴射時期は、該成層燃焼開始
時の低温条件に合わせて設定されているため、時間経過
により燃焼室温度が上昇すると噴射燃料の霧化率が増大
することにより、図１１（Ａ）に示すように、点火栓周
りの成層混合気濃度が過度にリッチ化すると共にリッチ
領域が拡大し、主燃焼後のあと燃え時に酸素との接触不
足により燃焼効果が悪化してＨＣ排出量が増大する。ま
た、あと燃えによるＣＯ，ＨＣの再燃焼が十分良好に行
なわれず、排気温度上昇効果が損なわれ、さらには燃費
も悪化することがあった。
燃焼での圧縮行程での燃料噴射時期は、該成層燃焼開始
時の低温条件に合わせて設定されているため、時間経過
により燃焼室温度が上昇すると噴射燃料の霧化率が増大
することにより、図１１（Ａ）に示すように、点火栓周
りの成層混合気濃度が過度にリッチ化すると共にリッチ
領域が拡大し、主燃焼後のあと燃え時に酸素との接触不
足により燃焼効果が悪化してＨＣ排出量が増大する。ま
た、あと燃えによるＣＯ，ＨＣの再燃焼が十分良好に行
なわれず、排気温度上昇効果が損なわれ、さらには燃費
も悪化することがあった。
【０００７】本発明は、このような従来の課題に着目し
てなされたもので、排気温度上昇用の成層燃焼の実行し
ている間、圧縮行程で噴射された燃料が常に適性量霧化
されるようにし、以って安定した燃焼性を確保でき、良
好な排気温度上昇効果、燃費を確保できるようにした直
噴火花点火式内燃機関の制御装置を提供することを目的
とする。
てなされたもので、排気温度上昇用の成層燃焼の実行し
ている間、圧縮行程で噴射された燃料が常に適性量霧化
されるようにし、以って安定した燃焼性を確保でき、良
好な排気温度上昇効果、燃費を確保できるようにした直
噴火花点火式内燃機関の制御装置を提供することを目的
とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】このため、請求項１に係
る発明は、暖機完了前の条件で、圧縮行程での燃焼室内
への燃料噴射により、点火栓周りに空燃比がストイキよ
りリッチな混合気を形成して、排気温度上昇用の成層燃
焼を行なう直噴火花点火式内燃機関において、燃焼室温
度の上昇に応じて前記圧縮行程での燃料噴射時期を遅角
側に補正制御することを特徴とする。
る発明は、暖機完了前の条件で、圧縮行程での燃焼室内
への燃料噴射により、点火栓周りに空燃比がストイキよ
りリッチな混合気を形成して、排気温度上昇用の成層燃
焼を行なう直噴火花点火式内燃機関において、燃焼室温
度の上昇に応じて前記圧縮行程での燃料噴射時期を遅角
側に補正制御することを特徴とする。
【０００９】暖機完了前の条件で、圧縮行程での燃焼室
内への燃料噴射により、点火栓周りに空燃比がストイキ
よりリッチな混合気を形成して、排気温度上昇用の成層
燃焼を行なう直噴火花点火式内燃機関において、燃焼室
温度の変化に応じて前記圧縮行程での燃料噴射時期を可
変に制御することを特徴とする。
内への燃料噴射により、点火栓周りに空燃比がストイキ
よりリッチな混合気を形成して、排気温度上昇用の成層
燃焼を行なう直噴火花点火式内燃機関において、燃焼室
温度の変化に応じて前記圧縮行程での燃料噴射時期を可
変に制御することを特徴とする。
【００１０】また、請求項２に係る発明は、図１に示す
ように、機関の燃焼室内に直接燃料を噴射供給する燃料
噴射弁と、燃焼室内の混合気に火花点火する点火栓とを
備え、暖機完了前の条件で、前記燃料噴射弁からの圧縮
行程での燃料噴射により、前記点火栓周りに空燃比がス
トイキよりリッチな成層混合気を形成し、排気温度上昇
用の成層燃焼を行なわせる排気温度上昇用成層燃焼制御
手段と、燃焼室の温度状態を検出する燃焼室温度状態検
出手段と、前記燃焼室温度状態検出手段により検出され
た燃焼室の温度状態に基づいて、燃料室温度の上昇に応
じて前記燃料噴射弁からの圧縮行程での燃料噴射時期を
遅角側に補正制御する燃料噴射時期補正制御手段と、を
含んで構成したことを特徴とする。
ように、機関の燃焼室内に直接燃料を噴射供給する燃料
噴射弁と、燃焼室内の混合気に火花点火する点火栓とを
備え、暖機完了前の条件で、前記燃料噴射弁からの圧縮
行程での燃料噴射により、前記点火栓周りに空燃比がス
トイキよりリッチな成層混合気を形成し、排気温度上昇
用の成層燃焼を行なわせる排気温度上昇用成層燃焼制御
手段と、燃焼室の温度状態を検出する燃焼室温度状態検
出手段と、前記燃焼室温度状態検出手段により検出され
た燃焼室の温度状態に基づいて、燃料室温度の上昇に応
じて前記燃料噴射弁からの圧縮行程での燃料噴射時期を
遅角側に補正制御する燃料噴射時期補正制御手段と、を
含んで構成したことを特徴とする。
【００１１】請求項1又は請求項２に係る発明によると、
暖機完了前に排気浄化触媒活性化のため排気温度を上昇
させる要求があると、（成層燃焼制御手段が、燃料噴射
弁の燃料噴射量、燃料噴射時期及び点火栓の点火時期を
制御することにより、）点火栓周り空燃比をストイキよ
りリッチな成層混合気を形成して燃焼させる。このよう
に、成層混合気がストイキよりリッチな空燃比であるた
め、主燃焼により不完全燃焼物（ＣＯ）が発生し、該不
完全燃焼物や未燃燃料（ＨＣ）が主燃焼後に燃焼室内及
び排気通路内で再燃焼することにより、排気温度が上昇
し排気浄化触媒が活性化される。
暖機完了前に排気浄化触媒活性化のため排気温度を上昇
させる要求があると、（成層燃焼制御手段が、燃料噴射
弁の燃料噴射量、燃料噴射時期及び点火栓の点火時期を
制御することにより、）点火栓周り空燃比をストイキよ
りリッチな成層混合気を形成して燃焼させる。このよう
に、成層混合気がストイキよりリッチな空燃比であるた
め、主燃焼により不完全燃焼物（ＣＯ）が発生し、該不
完全燃焼物や未燃燃料（ＨＣ）が主燃焼後に燃焼室内及
び排気通路内で再燃焼することにより、排気温度が上昇
し排気浄化触媒が活性化される。
【００１２】そして、前記排気温度上昇用の成層燃焼が
実行されている間、（燃焼室温度状態検出手段により検
出される燃焼室の温度状態に基づいて）燃焼室温度の上
昇に応じて（燃料噴射時期制御手段によって）圧縮行程
での燃料噴射時期が遅角側に補正制御される。
実行されている間、（燃焼室温度状態検出手段により検
出される燃焼室の温度状態に基づいて）燃焼室温度の上
昇に応じて（燃料噴射時期制御手段によって）圧縮行程
での燃料噴射時期が遅角側に補正制御される。
【００１３】燃焼室温度が上昇すると、圧縮行程で噴射
された燃料の霧化率が増大するが、燃料噴射時期が遅角
側に補正されることにより、点火時期までの霧化時間が
減少するので、燃料の霧化量（絶対量）を一定化でき、
点火栓周りに形成される成層混合気層の組成や領域を一
定化できる。
された燃料の霧化率が増大するが、燃料噴射時期が遅角
側に補正されることにより、点火時期までの霧化時間が
減少するので、燃料の霧化量（絶対量）を一定化でき、
点火栓周りに形成される成層混合気層の組成や領域を一
定化できる。
【００１４】これにより、排気温度上昇用の成層燃焼が
開始から終了まで安定して行なわれ、良好な排気温度上
昇効果ひいては良好な排気浄化性能を確保でき、燃費も
良好に維持できる。
開始から終了まで安定して行なわれ、良好な排気温度上
昇効果ひいては良好な排気浄化性能を確保でき、燃費も
良好に維持できる。
【００１５】また、請求項３に係る発明は、前記圧縮行
程での燃料噴射に加えて吸気行程でも燃料噴射を行なっ
て、燃焼室全体に空燃比がストイキよりリーンな混合気
を形成することを特徴とする。
程での燃料噴射に加えて吸気行程でも燃料噴射を行なっ
て、燃焼室全体に空燃比がストイキよりリーンな混合気
を形成することを特徴とする。
【００１６】請求項３に係る発明によると、吸気行程で
噴射された燃料により燃焼室全体にリーンな混合気が形
成され、その後圧縮行程で噴射された燃料により、点火
栓周りに空燃比がストイキよりリッチな成層混合気が形
成される。
噴射された燃料により燃焼室全体にリーンな混合気が形
成され、その後圧縮行程で噴射された燃料により、点火
栓周りに空燃比がストイキよりリッチな成層混合気が形
成される。
【００１７】これにより、前記点火栓周りのリッチな成
層混合気が主燃焼し、該主燃焼によって生成された不完
全燃焼物（ＣＯ）が、リーン混合気と共に再燃焼して燃
焼室の隅々にまで火炎が良好に伝播されるので、燃焼室
内の低温領域（クエンチングエリア）を均質燃焼時と変
わりのない小さな領域とすることができる。さらに、リ
ーン混合気が燃焼する領域の過剰な酸素を主燃焼後も残
存させる形とするので、主燃焼の終了時点における残存
酸素の温度も比較的高温となっており、ＣＯの再燃焼が
より速やかに進行する。
層混合気が主燃焼し、該主燃焼によって生成された不完
全燃焼物（ＣＯ）が、リーン混合気と共に再燃焼して燃
焼室の隅々にまで火炎が良好に伝播されるので、燃焼室
内の低温領域（クエンチングエリア）を均質燃焼時と変
わりのない小さな領域とすることができる。さらに、リ
ーン混合気が燃焼する領域の過剰な酸素を主燃焼後も残
存させる形とするので、主燃焼の終了時点における残存
酸素の温度も比較的高温となっており、ＣＯの再燃焼が
より速やかに進行する。
【００１８】そして、上記のように燃焼室全体にリーン
混合気を形成するものにおいて、燃焼室温度の上昇に応
じた噴射時期補正を行って成層混合気層の組成、領域を
一定化することで、リーン混合気でのあと燃え燃焼効果
を良好に維持でき、ＨＣ量を増大させることなく、Ｃ
Ｏ，ＨＣの再燃焼による排気温度上昇効果を良好に維持
できる。
混合気を形成するものにおいて、燃焼室温度の上昇に応
じた噴射時期補正を行って成層混合気層の組成、領域を
一定化することで、リーン混合気でのあと燃え燃焼効果
を良好に維持でき、ＨＣ量を増大させることなく、Ｃ
Ｏ，ＨＣの再燃焼による排気温度上昇効果を良好に維持
できる。
【００１９】また、請求項４に係る発明は、前記燃焼室
の温度状態を、始動後の経過時間に基づいて推定するこ
とを特徴とする。
の温度状態を、始動後の経過時間に基づいて推定するこ
とを特徴とする。
【００２０】請求項４に係る発明によると、機関始動後
の経過時間の増大に応じて燃焼熱により燃焼室温度が上
昇するので、始動後の経過時間に基づいて燃焼室の温度
状態を推定する。
の経過時間の増大に応じて燃焼熱により燃焼室温度が上
昇するので、始動後の経過時間に基づいて燃焼室の温度
状態を推定する。
【００２１】これにより、特別なセンサを設けることな
く、簡易に燃焼室の温度状態を推定できる。また、請求
項５に係る発明は、始動後の経過時間と冷却水温度とに
基づいて燃焼室の温度状態を推定することを特徴とす
る。
く、簡易に燃焼室の温度状態を推定できる。また、請求
項５に係る発明は、始動後の経過時間と冷却水温度とに
基づいて燃焼室の温度状態を推定することを特徴とす
る。
【００２２】請求項５に係る発明によると、始動後の経
過時間と冷却水温度とに基づいて燃焼室温度の変化特性
を推測しつつ燃焼室の温度状態を推定する。
過時間と冷却水温度とに基づいて燃焼室温度の変化特性
を推測しつつ燃焼室の温度状態を推定する。
【００２３】即ち、燃焼室温度は始動時は冷却水温度と
一致し、その後燃焼熱の発生により急激に上昇した後、
冷却水温度が収束するのに略同期して収束する。そこ
で、始動後の経過時間と冷却水温度とに基づいて燃焼室
の温度変化特性に類似した変化特性を有する擬似水温を
生成し、該擬似水温に基づいて燃焼室の温度状態を推定
する。
一致し、その後燃焼熱の発生により急激に上昇した後、
冷却水温度が収束するのに略同期して収束する。そこ
で、始動後の経過時間と冷却水温度とに基づいて燃焼室
の温度変化特性に類似した変化特性を有する擬似水温を
生成し、該擬似水温に基づいて燃焼室の温度状態を推定
する。
【００２４】このようにすれば、一般的に装着されてい
る水温センサを用い、簡単な演算処理により比較的高精
度に燃焼室の温度状態を推定できる。また、請求項６に
係る発明は、燃焼室壁の温度を燃焼室温度として検出す
ることを特徴とする。
る水温センサを用い、簡単な演算処理により比較的高精
度に燃焼室の温度状態を推定できる。また、請求項６に
係る発明は、燃焼室壁の温度を燃焼室温度として検出す
ることを特徴とする。
【００２５】請求項６に係る発明によると、ピストン冠
面に埋設するなどして設けた温度センサにより、燃焼室
壁の温度を実際に検出し、燃焼室温度として燃料噴射時
期補正に用いる。
面に埋設するなどして設けた温度センサにより、燃焼室
壁の温度を実際に検出し、燃焼室温度として燃料噴射時
期補正に用いる。
【００２６】このようにすれば、燃焼室の温度を可及的
に高精度に検出することができる。また、請求項７に係
る発明は、燃焼室内圧力の検出値に基づいて燃焼室の温
度状態を推定することを特徴とする。
に高精度に検出することができる。また、請求項７に係
る発明は、燃焼室内圧力の検出値に基づいて燃焼室の温
度状態を推定することを特徴とする。
【００２７】請求項７に係る発明によると、燃焼室内圧
力の検出値に基づいて発生熱量を推定することにより、
燃焼室の温度状態を推定する。
力の検出値に基づいて発生熱量を推定することにより、
燃焼室の温度状態を推定する。
【００２８】このようにすれば、燃焼室の温度を高精度
に検出することができる。
に検出することができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態を、
添付の図面に基づいて説明する。本発明の第１の実施形
態のシステム構成を示す図２において、機関１の吸気通
路２には吸入空気流量Ｑａを検出するエアフローメータ
３及び吸入空気流量Ｑａを制御するスロットル弁４が設
けられると共に、各気筒の燃焼室に臨ませて、燃料噴射
弁５が設けられている。
添付の図面に基づいて説明する。本発明の第１の実施形
態のシステム構成を示す図２において、機関１の吸気通
路２には吸入空気流量Ｑａを検出するエアフローメータ
３及び吸入空気流量Ｑａを制御するスロットル弁４が設
けられると共に、各気筒の燃焼室に臨ませて、燃料噴射
弁５が設けられている。
【００３０】かかる燃料噴射弁５は、後述するコントロ
ールユニット５０において設定される駆動パルス信号に
よって開弁駆動され、図示しない燃料ポンプから圧送さ
れてプレッシャレギュレータ（図示せず）により所定圧
力に制御された燃料を燃焼室内に直接噴射供給すること
ができるようになっている。
ールユニット５０において設定される駆動パルス信号に
よって開弁駆動され、図示しない燃料ポンプから圧送さ
れてプレッシャレギュレータ（図示せず）により所定圧
力に制御された燃料を燃焼室内に直接噴射供給すること
ができるようになっている。
【００３１】なお、燃焼室に臨んで装着されて、コント
ロールユニット５０からの点火信号に基づいて吸入混合
気に対して点火を行う点火栓６が、各気筒に設けられて
いる。
ロールユニット５０からの点火信号に基づいて吸入混合
気に対して点火を行う点火栓６が、各気筒に設けられて
いる。
【００３２】一方、排気通路７には、排気中の特定成分
（例えば、酸素）濃度を検出することによって排気延い
ては吸入混合気の空燃比を検出する空燃比センサ８（リ
ッチ・リーン出力する酸素センサであっても良いし、空
燃比をリニアに広域に亘って検出する広域空燃比センサ
であってもよい）が設けられ、その下流側には、排気を
浄化するための排気浄化触媒９が介装されている。な
お、排気浄化触媒９としては、ストイキつまり理論空燃
比｛λ＝１、Ａ／Ｆ（空気重量／燃料重量）・１４．
７｝近傍において排気中のＣＯ，ＨＣの酸化とＮＯｘ
の還元を行って排気を浄化することができる三元触媒、
或いは排気中のＣＯ，ＨＣの酸化を行う酸化触媒等を用
いることができる。
（例えば、酸素）濃度を検出することによって排気延い
ては吸入混合気の空燃比を検出する空燃比センサ８（リ
ッチ・リーン出力する酸素センサであっても良いし、空
燃比をリニアに広域に亘って検出する広域空燃比センサ
であってもよい）が設けられ、その下流側には、排気を
浄化するための排気浄化触媒９が介装されている。な
お、排気浄化触媒９としては、ストイキつまり理論空燃
比｛λ＝１、Ａ／Ｆ（空気重量／燃料重量）・１４．
７｝近傍において排気中のＣＯ，ＨＣの酸化とＮＯｘ
の還元を行って排気を浄化することができる三元触媒、
或いは排気中のＣＯ，ＨＣの酸化を行う酸化触媒等を用
いることができる。
【００３３】更に、前記排気浄化触媒９の排気下流側に
は、排気中の特定成分（例えば、酸素）濃度を検出し、
リッチ・リーン出力する下流側酸素センサ１０が設けら
れるようになっている。
は、排気中の特定成分（例えば、酸素）濃度を検出し、
リッチ・リーン出力する下流側酸素センサ１０が設けら
れるようになっている。
【００３４】ここでは、下流側酸素センサ１０の検出値
により、空燃比センサ８の検出値に基づく空燃比フィー
ドバック制御を補正することで、空燃比センサ８の劣化
等に伴う制御誤差を抑制する等のために（所謂ダブル空
燃比センサシステム採用のために）、前記下流側酸素セ
ンサ１０を設けて構成したが、空燃比センサ８の検出値
に基づく空燃比フィードバック制御を行なわせるだけで
良い場合には、かかる下流側酸素センサ１０は省略する
ことができるものである。また、空燃比フィードバック
制御を行なわない場合には、空燃比センサ８と下流側酸
素センサ１０を共に省略することができるものである。
により、空燃比センサ８の検出値に基づく空燃比フィー
ドバック制御を補正することで、空燃比センサ８の劣化
等に伴う制御誤差を抑制する等のために（所謂ダブル空
燃比センサシステム採用のために）、前記下流側酸素セ
ンサ１０を設けて構成したが、空燃比センサ８の検出値
に基づく空燃比フィードバック制御を行なわせるだけで
良い場合には、かかる下流側酸素センサ１０は省略する
ことができるものである。また、空燃比フィードバック
制御を行なわない場合には、空燃比センサ８と下流側酸
素センサ１０を共に省略することができるものである。
【００３５】なお、本実施形態においては、クランク角
センサ１１が備えられており、コントロールユニット５
０では、該クランク角センサ１１から機関回転と同期し
て出力されるクランク単位角信号を一定時間カウントし
て、又は、クランク基準角信号の周期を計測して機関回
転速度Ｎｅを検出できるようになっている。
センサ１１が備えられており、コントロールユニット５
０では、該クランク角センサ１１から機関回転と同期し
て出力されるクランク単位角信号を一定時間カウントし
て、又は、クランク基準角信号の周期を計測して機関回
転速度Ｎｅを検出できるようになっている。
【００３６】そして、機関１の冷却ジャケットに臨んで
設けられ、冷却ジャケット内の冷却水温度Ｔｗを検出す
る水温センサ１２が設けられている。更に、前記スロッ
トル弁４の開度を検出するスロットルセンサ１３（アイ
ドルスイッチとしても機能させることができる）が設け
られている。
設けられ、冷却ジャケット内の冷却水温度Ｔｗを検出す
る水温センサ１２が設けられている。更に、前記スロッ
トル弁４の開度を検出するスロットルセンサ１３（アイ
ドルスイッチとしても機能させることができる）が設け
られている。
【００３７】ところで、本実施形態においては、前記ス
ロットル弁４の開度を、ＤＣモータ等のアクチュエータ
により制御することができるスロットル弁制御装置１４
が備えられている。
ロットル弁４の開度を、ＤＣモータ等のアクチュエータ
により制御することができるスロットル弁制御装置１４
が備えられている。
【００３８】当該スロットル弁制御装置１４は、運転者
のアクセルペダル操作量等に基づき演算される要求トル
クを達成できるように、コントロールユニット５０から
の駆動信号に基づき、スロットル弁４の開度を電子制御
するものとして構成することができる。
のアクセルペダル操作量等に基づき演算される要求トル
クを達成できるように、コントロールユニット５０から
の駆動信号に基づき、スロットル弁４の開度を電子制御
するものとして構成することができる。
【００３９】前記各種センサ類からの検出信号は、ＣＰ
Ｕ，ＲＯＭ，ＲＡＭ，Ａ／Ｄ変換器及び入出力インタフ
ェース等を含んで構成されるマイクロコンピュータから
なるコントロールユニット５０へ入力され、当該コント
ロールユニット５０は、前記センサ類からの信号に基づ
いて検出される運転状態に応じて、前記スロットル弁制
御装置１４を介してスロットル弁４の開度を制御し、前
記燃料噴射弁５を駆動して燃料噴射量 (燃料供給量) を
制御し、点火時期を設定して該点火時期で前記点火栓６
を点火させる制御を行う。
Ｕ，ＲＯＭ，ＲＡＭ，Ａ／Ｄ変換器及び入出力インタフ
ェース等を含んで構成されるマイクロコンピュータから
なるコントロールユニット５０へ入力され、当該コント
ロールユニット５０は、前記センサ類からの信号に基づ
いて検出される運転状態に応じて、前記スロットル弁制
御装置１４を介してスロットル弁４の開度を制御し、前
記燃料噴射弁５を駆動して燃料噴射量 (燃料供給量) を
制御し、点火時期を設定して該点火時期で前記点火栓６
を点火させる制御を行う。
【００４０】なお、例えば、所定運転状態（低・中負荷
領域など）で燃焼室内に圧縮行程で燃料噴射して、燃焼
室内の点火栓６周辺に可燃混合気を層状に形成して成層
燃焼を行なうことができる一方、他の運転状態（高負荷
領域など）では燃焼室内に吸気行程で燃料噴射して、シ
リンダ全体に略均質な混合比の混合気を形成して均質燃
焼を行なうことができるように、燃料噴射時期（噴射タ
イミング）についても、運転状態などに応じて変更可能
に構成されている。
領域など）で燃焼室内に圧縮行程で燃料噴射して、燃焼
室内の点火栓６周辺に可燃混合気を層状に形成して成層
燃焼を行なうことができる一方、他の運転状態（高負荷
領域など）では燃焼室内に吸気行程で燃料噴射して、シ
リンダ全体に略均質な混合比の混合気を形成して均質燃
焼を行なうことができるように、燃料噴射時期（噴射タ
イミング）についても、運転状態などに応じて変更可能
に構成されている。
【００４１】ところで、本実施形態に係るコントロール
ユニット５０では、始動開始から排気浄化触媒９が活性
化するまでの間における大気中へのＨＣの排出を抑制し
ながら、排気浄化触媒９の早期活性化を図るようにする
ために、キースイッチ１６など各種センサからの入力信
号を受け、例えば、以下のような制御を行なうようにな
っている。なお、本明細書に例示する実施形態では、本
発明にかかる排気温度上昇用の成層燃焼を行う際に燃焼
室内の平均空燃比をほぼストイキとするので、この燃焼
形態を成層ストイキ燃焼と表現する。
ユニット５０では、始動開始から排気浄化触媒９が活性
化するまでの間における大気中へのＨＣの排出を抑制し
ながら、排気浄化触媒９の早期活性化を図るようにする
ために、キースイッチ１６など各種センサからの入力信
号を受け、例えば、以下のような制御を行なうようにな
っている。なお、本明細書に例示する実施形態では、本
発明にかかる排気温度上昇用の成層燃焼を行う際に燃焼
室内の平均空燃比をほぼストイキとするので、この燃焼
形態を成層ストイキ燃焼と表現する。
【００４２】具体的には、例えば、図３に示すようなフ
ローチャートを実行するようになっている。ステップ
（図では、Ｓと記してある。以下、同様）１では、従来
同様の手法により、キースイッチ１６のイグニッション
信号がＯＮとなったか（キー位置がイグニションＯＮ位
置とされたか）否かを判断する。ＹＥＳであればステッ
プ２へ進み、ＮＯであれば本フローを終了する。
ローチャートを実行するようになっている。ステップ
（図では、Ｓと記してある。以下、同様）１では、従来
同様の手法により、キースイッチ１６のイグニッション
信号がＯＮとなったか（キー位置がイグニションＯＮ位
置とされたか）否かを判断する。ＹＥＳであればステッ
プ２へ進み、ＮＯであれば本フローを終了する。
【００４３】ステップ２では、従来同様の手法により、
キースイッチ１６のスタート信号がＯＮとなったか（キ
ー位置がスタート位置とされたか）否かを判断する。即
ち、スターターモータ（図示せず）によるクランキング
要求があるか否かを判断する。
キースイッチ１６のスタート信号がＯＮとなったか（キ
ー位置がスタート位置とされたか）否かを判断する。即
ち、スターターモータ（図示せず）によるクランキング
要求があるか否かを判断する。
【００４４】ＹＥＳであれば、始動クランキング要求が
あるとしてステップ３へ進み、ＮＯであれば未だクラン
キング要求はないと判断して、ステップ１へリターンす
る。ステップ３では、従来同様に、スターターモータの
駆動を開始して、機関１をクランキングする。
あるとしてステップ３へ進み、ＮＯであれば未だクラン
キング要求はないと判断して、ステップ１へリターンす
る。ステップ３では、従来同様に、スターターモータの
駆動を開始して、機関１をクランキングする。
【００４５】ステップ４では、従来同様に、始動のため
の燃料噴射｛吸気行程での直接燃料噴射、図４（Ｂ）参
照｝を行なわせて、機関１の運転（直噴均質燃焼）を行
なわせる。
の燃料噴射｛吸気行程での直接燃料噴射、図４（Ｂ）参
照｝を行なわせて、機関１の運転（直噴均質燃焼）を行
なわせる。
【００４６】次のステップ５では、排気浄化触媒９が活
性化していないか否かを判断する。当該判断は、例え
ば、排気通路７に臨んで設けられる下流側酸素センサ１
０が活性化していないか否かを判断することで代替する
ことができる。即ち、排気浄化触媒９が活性化している
か否かは、下流側酸素センサ１０の検出値号の変化の様
子に基づいて判断することができるものである。
性化していないか否かを判断する。当該判断は、例え
ば、排気通路７に臨んで設けられる下流側酸素センサ１
０が活性化していないか否かを判断することで代替する
ことができる。即ち、排気浄化触媒９が活性化している
か否かは、下流側酸素センサ１０の検出値号の変化の様
子に基づいて判断することができるものである。
【００４７】また、機関水温Ｔｗ若しくは油温等を検出
して排気浄化触媒９の温度（或いは出口温度）を推定
し、その結果に基づいて排気浄化触媒９の活性化を判断
することができ、或いは直接的に排気浄化触媒９の温度
（或いは出口温度）を検出することによっても判断する
ことができる。
して排気浄化触媒９の温度（或いは出口温度）を推定
し、その結果に基づいて排気浄化触媒９の活性化を判断
することができ、或いは直接的に排気浄化触媒９の温度
（或いは出口温度）を検出することによっても判断する
ことができる。
【００４８】触媒が活性化していなければ（ＹＥＳであ
れば）、ステップ６へ進む。一方、触媒が活性化してい
れば（ＮＯであれば）触媒活性化促進のための制御の必
要はないとしてステップ９へ進み、燃費改善等のため
に、運転状態に応じて、従来と同様の燃焼形態で燃焼を
行なわせて、本フローを終了する。
れば）、ステップ６へ進む。一方、触媒が活性化してい
れば（ＮＯであれば）触媒活性化促進のための制御の必
要はないとしてステップ９へ進み、燃費改善等のため
に、運転状態に応じて、従来と同様の燃焼形態で燃焼を
行なわせて、本フローを終了する。
【００４９】ステップ６では、成層ストイキ燃焼への移
行許可条件が成立したか否かを判定する。具体的には、
燃焼室の温度状態を推定し、燃焼室温度が所定温度以上
となって触媒活性化促進等のための成層ストイキ燃焼を
行なわせても良好な着火性・燃焼性延いては機関安定性
（機関運転性）等が得られると判断されるときに成層ス
トイキ燃焼への移行許可条件が成立したと判定する。該
燃焼室の温度状態の推定は、例えば、始動後経過時間、
後述するようにして求められる擬似水温、温度センサで
検出された燃焼室壁温度若しくは燃焼室内圧力に基づい
た発熱量などによって推定される。
行許可条件が成立したか否かを判定する。具体的には、
燃焼室の温度状態を推定し、燃焼室温度が所定温度以上
となって触媒活性化促進等のための成層ストイキ燃焼を
行なわせても良好な着火性・燃焼性延いては機関安定性
（機関運転性）等が得られると判断されるときに成層ス
トイキ燃焼への移行許可条件が成立したと判定する。該
燃焼室の温度状態の推定は、例えば、始動後経過時間、
後述するようにして求められる擬似水温、温度センサで
検出された燃焼室壁温度若しくは燃焼室内圧力に基づい
た発熱量などによって推定される。
【００５０】前記判定がＹＥＳの場合には、後述する触
媒活性化促進等のための成層ストイキ燃焼を行なわせて
も良好な着火性・燃焼性延いては機関安定性（機関運転
性）等が得られるとして、ステップ７へ進む。
媒活性化促進等のための成層ストイキ燃焼を行なわせて
も良好な着火性・燃焼性延いては機関安定性（機関運転
性）等が得られるとして、ステップ７へ進む。
【００５１】一方、前記判定がＮＯの場合には、後述す
る触媒活性化促進のための成層ストイキ燃焼を行なわせ
ると、燃焼室温度が所定より低温であるために、成層混
合気の霧化・気化促進などが良好に行なわれなくなり、
以って着火性、燃焼安定性延いては機関安定性（機関運
転性）等が低下する惧れがあるとして、成層ストイキ燃
焼への移行を禁止して、吸気行程での直接燃料噴射（直
噴均質燃焼）を継続すべく、ステップ４へリターンす
る。
る触媒活性化促進のための成層ストイキ燃焼を行なわせ
ると、燃焼室温度が所定より低温であるために、成層混
合気の霧化・気化促進などが良好に行なわれなくなり、
以って着火性、燃焼安定性延いては機関安定性（機関運
転性）等が低下する惧れがあるとして、成層ストイキ燃
焼への移行を禁止して、吸気行程での直接燃料噴射（直
噴均質燃焼）を継続すべく、ステップ４へリターンす
る。
【００５２】ステップ７では、触媒が活性化していない
場合で触媒活性化促進が必要であると共に、燃焼室温度
が所定温度以上であり成層混合気の生成が良好に行なえ
る場合であるので、触媒活性化促進のための成層ストイ
キ燃焼への移行を許可して、成層ストイキ燃焼を行なわ
せる。
場合で触媒活性化促進が必要であると共に、燃焼室温度
が所定温度以上であり成層混合気の生成が良好に行なえ
る場合であるので、触媒活性化促進のための成層ストイ
キ燃焼への移行を許可して、成層ストイキ燃焼を行なわ
せる。
【００５３】具体的には、例えば、１燃焼サイクル当た
りの吸入空気量で略完全燃焼させることができるトータ
ル燃料量｛略ストイキ（理論空燃比）を達成するのに必
要な燃料重量｝のうち、例えば略５０％乃至略９０％の
燃料重量を、吸気行程で燃焼室内に噴射供給し、燃焼室
内全体にストイキよりも比較的リーン（希薄）な均質混
合気を形成すると共に｛図４（Ｂ）に示す燃料噴射によ
り形成する｝、残りの略５０％乃至略１０％の燃料重量
を、圧縮行程で燃焼室内に噴射供給し、点火栓６周りに
ストイキよりも比較的リッチな（燃料濃度の高い）混合
気を層状に形成して｛図４（Ａ）参照｝、燃焼させる
（図５参照）。
りの吸入空気量で略完全燃焼させることができるトータ
ル燃料量｛略ストイキ（理論空燃比）を達成するのに必
要な燃料重量｝のうち、例えば略５０％乃至略９０％の
燃料重量を、吸気行程で燃焼室内に噴射供給し、燃焼室
内全体にストイキよりも比較的リーン（希薄）な均質混
合気を形成すると共に｛図４（Ｂ）に示す燃料噴射によ
り形成する｝、残りの略５０％乃至略１０％の燃料重量
を、圧縮行程で燃焼室内に噴射供給し、点火栓６周りに
ストイキよりも比較的リッチな（燃料濃度の高い）混合
気を層状に形成して｛図４（Ａ）参照｝、燃焼させる
（図５参照）。
【００５４】なお、当該成層ストイキ燃焼形態は、吸気
行程中に燃焼室内に（本実施形態では吸気行程噴射によ
り）形成されるストイキよりもリーンな混合気の空燃比
を１６〜２８とし、圧縮行程中の燃料噴射により点火栓
周りに形成されるストイキよりもリッチな混合気の空燃
比が９〜１３となるように、吸気行程中の燃料噴射量
と、圧縮行程中の燃料噴射量と、の分担率を設定するよ
うにしても良い。
行程中に燃焼室内に（本実施形態では吸気行程噴射によ
り）形成されるストイキよりもリーンな混合気の空燃比
を１６〜２８とし、圧縮行程中の燃料噴射により点火栓
周りに形成されるストイキよりもリッチな混合気の空燃
比が９〜１３となるように、吸気行程中の燃料噴射量
と、圧縮行程中の燃料噴射量と、の分担率を設定するよ
うにしても良い。
【００５５】また、各混合気層の空燃比を上記のような
範囲としておけば、燃焼室内の平均空燃比を理論空燃比
から多少ずれた空燃比（例えば、１３．８〜１８の範
囲）に設定しても良い。
範囲としておけば、燃焼室内の平均空燃比を理論空燃比
から多少ずれた空燃比（例えば、１３．８〜１８の範
囲）に設定しても良い。
【００５６】上記のような成層ストイキ燃焼によれば、
従来の均質ストイキ燃焼と比較して排気温度を上昇させ
ることができるだけでなく、燃焼室から排気通路に排出
される未燃ＨＣ量を減少させることができる。
従来の均質ストイキ燃焼と比較して排気温度を上昇させ
ることができるだけでなく、燃焼室から排気通路に排出
される未燃ＨＣ量を減少させることができる。
【００５７】即ち、成層ストイキ燃焼によれば、従来の
燃焼形態｛均質燃焼だけ、成層燃焼だけ、或いは、これ
らに対し更に追加燃料を燃焼後期以降（膨張行程以降や
排気行程中）に噴射する燃焼形態など｝で暖機を行なわ
せる場合に比べて、始動開始から排気浄化触媒９が活性
化するまでの間における大気中へのＨＣの排出を抑制し
ながら、排気浄化触媒９の早期活性化を格段に促進でき
ることになる。
燃焼形態｛均質燃焼だけ、成層燃焼だけ、或いは、これ
らに対し更に追加燃料を燃焼後期以降（膨張行程以降や
排気行程中）に噴射する燃焼形態など｝で暖機を行なわ
せる場合に比べて、始動開始から排気浄化触媒９が活性
化するまでの間における大気中へのＨＣの排出を抑制し
ながら、排気浄化触媒９の早期活性化を格段に促進でき
ることになる。
【００５８】次に、ステップ８では、ステップ５と同様
にして、排気浄化触媒９が活性化したか（暖機完了か）
否かを判断する。ＹＥＳであれば、ステップ１０へ進
む。ＮＯであれば、ステップ７へリターンして、排気浄
化触媒９が活性化するまで、成層ストイキ燃焼を継続す
る。
にして、排気浄化触媒９が活性化したか（暖機完了か）
否かを判断する。ＹＥＳであれば、ステップ１０へ進
む。ＮＯであれば、ステップ７へリターンして、排気浄
化触媒９が活性化するまで、成層ストイキ燃焼を継続す
る。
【００５９】ステップ９では、運転状態に応じ、所望の
排気性能、或いは燃費性能、或いは運転性能（出力性
能、安定性など）等を達成し得る燃焼形態（均質ストイ
キ燃焼、均質リーン燃焼或いは成層リーン燃焼など）へ
移行させた後、本フローを終了する。
排気性能、或いは燃費性能、或いは運転性能（出力性
能、安定性など）等を達成し得る燃焼形態（均質ストイ
キ燃焼、均質リーン燃焼或いは成層リーン燃焼など）へ
移行させた後、本フローを終了する。
【００６０】次に、前記成層ストイキ燃焼時に圧縮行程
での燃料噴射時期を、燃焼室温度の上昇に応じて遅角側
に補正する本発明に係る制御について説明する。前記噴
射時期制御の第１の実施の形態を、図６に示したフロー
チャートに従って説明する。
での燃料噴射時期を、燃焼室温度の上昇に応じて遅角側
に補正する本発明に係る制御について説明する。前記噴
射時期制御の第１の実施の形態を、図６に示したフロー
チャートに従って説明する。
【００６１】ステップ１１では、本制御に必要な各種検
出量を読み込む。即ち、機関回転速度Ｎ，吸入空気流量
Ｑ、始動後経過時間の計測値ｔなどを、読み込む。ステ
ップ１２では、現在の機関運転条件[機関回転速度Ｎと
負荷（Ｑ／Ｎ等）]に応じた圧縮行程での基本燃料噴射
時期ＩＴＢをマップ（図７参照）から検索する。該基本
燃料噴射時期ＩＴＢは、暖機完了後に実行される成層リ
ーン燃焼に適合して設定されている。
出量を読み込む。即ち、機関回転速度Ｎ，吸入空気流量
Ｑ、始動後経過時間の計測値ｔなどを、読み込む。ステ
ップ１２では、現在の機関運転条件[機関回転速度Ｎと
負荷（Ｑ／Ｎ等）]に応じた圧縮行程での基本燃料噴射
時期ＩＴＢをマップ（図７参照）から検索する。該基本
燃料噴射時期ＩＴＢは、暖機完了後に実行される成層リ
ーン燃焼に適合して設定されている。
【００６２】ステップ１３では、成層ストイキ燃焼に適
合した燃料噴射時期となるように、前記基本燃料噴射時
期ＩＴＢに機関回転速度Ｎに応じた進角補正分ＩＴＯを
算出する。即ち、暖機完了後の成層リーン燃焼に対して
低温時に実行される成層ストイキ燃焼では、燃料の霧化
率が低いため十分な霧化時間が確保されるように進角側
に設定される。したがって、例えば、前記進角補正分Ｉ
ＴＯを、成層ストイキ燃焼開始時（前記図３のステップ
６での成層ストイキ燃焼移行許可時）の燃焼室温度条件
に合わせて一定時間相当の進角量となるように、高速時
ほど大きい値に設定したマップ（図８参照）から検索す
る。
合した燃料噴射時期となるように、前記基本燃料噴射時
期ＩＴＢに機関回転速度Ｎに応じた進角補正分ＩＴＯを
算出する。即ち、暖機完了後の成層リーン燃焼に対して
低温時に実行される成層ストイキ燃焼では、燃料の霧化
率が低いため十分な霧化時間が確保されるように進角側
に設定される。したがって、例えば、前記進角補正分Ｉ
ＴＯを、成層ストイキ燃焼開始時（前記図３のステップ
６での成層ストイキ燃焼移行許可時）の燃焼室温度条件
に合わせて一定時間相当の進角量となるように、高速時
ほど大きい値に設定したマップ（図８参照）から検索す
る。
【００６３】ステップ１４では、始動後経過時間ｔに基
づいて推定される燃焼室温度に応じて前記圧縮行程時の
噴射時期の遅角補正分ＩＴＳを算出する。具体的には、
始動後経過時間の増大に応じて上昇する燃焼室温度の推
定値に基づいて遅角補正分ＩＴＳを増大するように設定
したマップ（図９参照）を設け、該マップから検索する
ようにすればよい。
づいて推定される燃焼室温度に応じて前記圧縮行程時の
噴射時期の遅角補正分ＩＴＳを算出する。具体的には、
始動後経過時間の増大に応じて上昇する燃焼室温度の推
定値に基づいて遅角補正分ＩＴＳを増大するように設定
したマップ（図９参照）を設け、該マップから検索する
ようにすればよい。
【００６４】ステップ１５では、前記ステップ１２で設
定された基本燃料噴射時期ＩＴＢを前記ステップ１３で
算出した進角補正分ＩＴＯで進角補正し、前記ステップ
１４で算出した遅角補正分ＩＴＳで遅角補正して、最終
的な圧縮行程時の燃料噴射時期ＩＴを算出する。
定された基本燃料噴射時期ＩＴＢを前記ステップ１３で
算出した進角補正分ＩＴＯで進角補正し、前記ステップ
１４で算出した遅角補正分ＩＴＳで遅角補正して、最終
的な圧縮行程時の燃料噴射時期ＩＴを算出する。
【００６５】図１０は、成層ストイキ燃焼時の圧縮行程
での燃料噴射時期の変化を示す。このように、始動後経
過時間に基づいて推定される燃焼室温度の上昇に応じ
て、圧縮行程での燃料噴射時期が遅角補正されることに
より、霧化率の増大と霧化時間の減少とが相殺されて、
燃料の霧化量を一定化でき、点火栓周りに形成される成
層混合気の組成や領域を一定化できる｛図１１（Ｂ）参
照｝。これにより、排気温度上昇用の成層燃焼が開始か
ら終了まで安定して行なわれ、良好な排気温度上昇効果
ひいては良好な排気浄化性能を確保でき、燃費も良好に
維持できる。
での燃料噴射時期の変化を示す。このように、始動後経
過時間に基づいて推定される燃焼室温度の上昇に応じ
て、圧縮行程での燃料噴射時期が遅角補正されることに
より、霧化率の増大と霧化時間の減少とが相殺されて、
燃料の霧化量を一定化でき、点火栓周りに形成される成
層混合気の組成や領域を一定化できる｛図１１（Ｂ）参
照｝。これにより、排気温度上昇用の成層燃焼が開始か
ら終了まで安定して行なわれ、良好な排気温度上昇効果
ひいては良好な排気浄化性能を確保でき、燃費も良好に
維持できる。
【００６６】次に、成層ストイキ燃焼時の圧縮行程での
燃料噴射時期制御の第２の実施の形態を、図１２に示し
たフローチャートにしたがって説明する。ステップ２１
では、後述する擬似水温生成のため、前記第１の実施の
形態でのステップ１１で読み込んだ機関回転速度Ｎ，吸
入空気流量Ｑ、始動後経過時間の計測値ｔに加えて水温
センサ１２によって検出された機関の冷却水温度Ｔｗを
読み込む。
燃料噴射時期制御の第２の実施の形態を、図１２に示し
たフローチャートにしたがって説明する。ステップ２１
では、後述する擬似水温生成のため、前記第１の実施の
形態でのステップ１１で読み込んだ機関回転速度Ｎ，吸
入空気流量Ｑ、始動後経過時間の計測値ｔに加えて水温
センサ１２によって検出された機関の冷却水温度Ｔｗを
読み込む。
【００６７】ステップ２２で基本燃料噴射時期ＩＴＢを
検索し、ステップ２３で機関回転速度Ｎに応じた進角補
正分ＩＴＯを算出することは、第１の実施の形態と同様
である。
検索し、ステップ２３で機関回転速度Ｎに応じた進角補
正分ＩＴＯを算出することは、第１の実施の形態と同様
である。
【００６８】ステップ２４では、前記始動後経過時間の
計測値ｔと冷却水温度Ｔｗとに基づいて擬似水温ＴＷＦ
を生成する。該疑似水温ＴＷＦは、次式により算出さ
れ、図１３に示すように、始動時水温ＴＷｅ０に応じ
て、疑似水温初期値ＴＷＦ０から始まり、単位時間毎に
吸入空気量Ｑａによって決まる遅れ補正係数Ｋｔｗｆず
つ一次遅れでエンジン水温Ｔｗｅに向かって収束する。
計測値ｔと冷却水温度Ｔｗとに基づいて擬似水温ＴＷＦ
を生成する。該疑似水温ＴＷＦは、次式により算出さ
れ、図１３に示すように、始動時水温ＴＷｅ０に応じ
て、疑似水温初期値ＴＷＦ０から始まり、単位時間毎に
吸入空気量Ｑａによって決まる遅れ補正係数Ｋｔｗｆず
つ一次遅れでエンジン水温Ｔｗｅに向かって収束する。
【００６９】ＴＷＦ[t] ＝ＴＷｅ[t] −( ＴＷｅ[t] −
ＴＷＦ[t-1])×(1−Ｋｔｗｆ) ここで、ＴＷＦ[0] ＝ＴＷＦ０、t はIGN/SW-ON 後の経
過時間。なお、疑似水温初期値ＴＷＦ０は、始動時水温
ＴＷｅ０に基づき図１３に示すテーブル等を参照するこ
とで求めることができ、遅れ補正係数Ｋｔｗｆは吸入空
気量Ｑａに基づき図１３に示すテーブル等を参照して求
めることができるものである。
ＴＷＦ[t-1])×(1−Ｋｔｗｆ) ここで、ＴＷＦ[0] ＝ＴＷＦ０、t はIGN/SW-ON 後の経
過時間。なお、疑似水温初期値ＴＷＦ０は、始動時水温
ＴＷｅ０に基づき図１３に示すテーブル等を参照するこ
とで求めることができ、遅れ補正係数Ｋｔｗｆは吸入空
気量Ｑａに基づき図１３に示すテーブル等を参照して求
めることができるものである。
【００７０】即ち、燃焼室温度（ピストン冠温度）が初
期値は冷却水温度に等しく、吸入空気量Ｑａに応じた発
熱量によって急激に上昇し、冷却水温度の収束に略同期
して収束するという変化特性に類似した変化特性を有す
るように形成されるものであり、該擬似水温に基づいて
燃焼室温度を精度よく推定できる。
期値は冷却水温度に等しく、吸入空気量Ｑａに応じた発
熱量によって急激に上昇し、冷却水温度の収束に略同期
して収束するという変化特性に類似した変化特性を有す
るように形成されるものであり、該擬似水温に基づいて
燃焼室温度を精度よく推定できる。
【００７１】図１２に戻って、ステップ２５では、前記
擬似水温ＴＷＦに基づいて、前記圧縮行程時の噴射時期
の遅角補正分ＩＴＴＷＦを算出する。具体的には、擬似
水温ＴＷＦにより推定される燃焼室温度の上昇に応じて
遅角補正分ＩＴＴＷＦを増大するように設定したマップ
（図１４参照）を設け、該マップから検索する。
擬似水温ＴＷＦに基づいて、前記圧縮行程時の噴射時期
の遅角補正分ＩＴＴＷＦを算出する。具体的には、擬似
水温ＴＷＦにより推定される燃焼室温度の上昇に応じて
遅角補正分ＩＴＴＷＦを増大するように設定したマップ
（図１４参照）を設け、該マップから検索する。
【００７２】ステップ２６では、前記基本燃料噴射時期
ＩＴＢを進角補正分ＩＴＯと遅角補正分ＩＴＴＷＦで補
正して、最終的な圧縮行程時の燃料噴射時期ＩＴを算出
する。
ＩＴＢを進角補正分ＩＴＯと遅角補正分ＩＴＴＷＦで補
正して、最終的な圧縮行程時の燃料噴射時期ＩＴを算出
する。
【００７３】このようにすれば、燃焼室温度を精度よく
推定した擬似水温に基づいて、圧縮行程時の燃料噴射時
期ＩＴを精度よく遅角補正でき、始動時の冷却水温度の
相違にも対処できる。
推定した擬似水温に基づいて、圧縮行程時の燃料噴射時
期ＩＴを精度よく遅角補正でき、始動時の冷却水温度の
相違にも対処できる。
【００７４】次に、成層ストイキ燃焼時の圧縮行程での
燃料噴射時期制御の第３の実施の形態について説明す
る。本実施の形態では、図２に点線で示すように、燃焼
室壁温度を直接検出する壁温センサ２１（ピストン冠面
に埋設したサーモカップル等で構成される）を設け、図
１５のフローチャートに示すように、該検出された燃焼
室壁温度ＴＳＷ（図１６参照）に基づいて図１７に示し
たマップからの検索などにより遅角補正分ＩＴＴ１を算
出して遅角補正を行なう。
燃料噴射時期制御の第３の実施の形態について説明す
る。本実施の形態では、図２に点線で示すように、燃焼
室壁温度を直接検出する壁温センサ２１（ピストン冠面
に埋設したサーモカップル等で構成される）を設け、図
１５のフローチャートに示すように、該検出された燃焼
室壁温度ＴＳＷ（図１６参照）に基づいて図１７に示し
たマップからの検索などにより遅角補正分ＩＴＴ１を算
出して遅角補正を行なう。
【００７５】このようにすれば、噴射燃料の霧化率に関
与する燃焼室温度を最も高精度に検出して噴射量遅角制
御を行なうことができる。更に、成層ストイキ燃焼時の
圧縮行程での燃料噴射時期制御の第４の実施の形態につ
いて説明する。
与する燃焼室温度を最も高精度に検出して噴射量遅角制
御を行なうことができる。更に、成層ストイキ燃焼時の
圧縮行程での燃料噴射時期制御の第４の実施の形態につ
いて説明する。
【００７６】このものでは、図２に一点鎖線で示すよう
に、燃焼室圧力を検出する筒内圧センサ２２を設け、該
検出された燃焼室圧力に基づいて燃焼室内の熱発生量、
該燃発生量に応じた燃焼室内仮想温度ＴＳＷ２を順次推
定し（図１８、図１９参照）、該推定された燃焼室内仮
想温度ＴＳＷ２に基づいて図２０に示したマップからの
検索などにより遅角補正分ＩＴＴ２を算出して遅角補正
を行なう。
に、燃焼室圧力を検出する筒内圧センサ２２を設け、該
検出された燃焼室圧力に基づいて燃焼室内の熱発生量、
該燃発生量に応じた燃焼室内仮想温度ＴＳＷ２を順次推
定し（図１８、図１９参照）、該推定された燃焼室内仮
想温度ＴＳＷ２に基づいて図２０に示したマップからの
検索などにより遅角補正分ＩＴＴ２を算出して遅角補正
を行なう。
【００７７】本実施の形態の制御のフローチャートを図
２１に示す。このようにすれば、燃焼室の温度を高精度
に検出することができる。
２１に示す。このようにすれば、燃焼室の温度を高精度
に検出することができる。
【図１】本発明の構成を示すブロック図。
【図２】本発明の実施形態に係るシステム構成図。
【図３】同上実施形態における制御を説明するためのフ
ローチャート。
ローチャート。
【図４】（Ａ）は、直噴圧縮行程噴射を説明するための
模式図。（Ｂ）は、直噴吸気行程噴射を説明するための
模式図。（Ｃ）は、燃料噴射時の平面図。
模式図。（Ｂ）は、直噴吸気行程噴射を説明するための
模式図。（Ｃ）は、燃料噴射時の平面図。
【図５】本発明にかかる成層ストイキ燃焼形態の燃焼室
内における混合気の形成状態を説明するための図。
内における混合気の形成状態を説明するための図。
【図６】成層ストイキ燃焼時における圧縮行程での燃料
噴射時期制御の第１の実施の形態を示すフローチャー
ト。
噴射時期制御の第１の実施の形態を示すフローチャー
ト。
【図７】同上実施の形態において用いる基本燃料噴射時
期の特性を示したマップ。
期の特性を示したマップ。
【図８】同じく機関回転速度に対する進角補正分の特性
を示したマップ。
を示したマップ。
【図９】同じく始動後経過時間に対する遅角補正分の特
性を示したマップ。
性を示したマップ。
【図10】同上実施の形態における燃料噴射時期の変化の
様子を示すタイムチャート。
様子を示すタイムチャート。
【図11】同上実施の形態における時間経過による燃焼室
内における混合気の形成状態の様子（Ｂ）を従来例
（Ａ）と比較して示した図。
内における混合気の形成状態の様子（Ｂ）を従来例
（Ａ）と比較して示した図。
【図12】成層ストイキ燃焼時における圧縮行程での燃料
噴射時期制御の第２の実施の形態を示すフローチャー
ト。
噴射時期制御の第２の実施の形態を示すフローチャー
ト。
【図13】同上実施の形態で生成される擬似水温の特性
と、それに必要な特性のマップを示す図。
と、それに必要な特性のマップを示す図。
【図14】前記第2の実施の形態で使用する擬似水温に対
する遅角補正分の特性を示したマップ。
する遅角補正分の特性を示したマップ。
【図15】成層ストイキ燃焼時における圧縮行程での燃料
噴射時期制御の第３の実施の形態を示すフローチャー
ト。
噴射時期制御の第３の実施の形態を示すフローチャー
ト。
【図16】前記第３の実施の形態で検出される燃料室壁温
度の経過時間に対する変化を示す図。
度の経過時間に対する変化を示す図。
【図17】同じく燃料室壁温度に対する遅角補正分の特性
を示したマップ。
を示したマップ。
【図18】成層ストイキ燃焼時における圧縮行程での燃料
噴射時期制御の第４の実施の形態で推定される燃焼室内
の熱発生量の特性を示す図。
噴射時期制御の第４の実施の形態で推定される燃焼室内
の熱発生量の特性を示す図。
【図19】同じく熱発生量に対する燃焼室内仮想温度の特
性を示す図。
性を示す図。
【図20】同じく燃焼室内仮想温度に対する遅角補正分の
特性を示したマップ。
特性を示したマップ。
【図21】前記第４の実施の形態の制御を示すフローチャ
ート。
ート。
１ 内燃機関 ５ 燃料噴射弁 ６ 点火栓 ７ 排気通路 ８ 空燃比センサ ９ 排気浄化触媒 10 下流側酸素センサ 11 クランク角センサ 15 ピストン 21 壁温センサ 22 筒内圧センサ 50 コントロールユニット
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3G023 AA02 AA03 AB01 AC04 AG01 AG02 3G301 HA01 HA04 HA16 JA02 JA21 KA05 KA11 LA03 LB04 MA01 MA11 MA19 MA23 MA26 NA06 NB02 NB06 NC02 ND02 NE12 NE13 NE15 NE22 NE23 PA01Z PA14Z PA18Z PC00Z PC01Z PC05Z PD03A PD03Z PD04A PD04Z PD09A PD09Z PE01Z PE03Z PE08Z PF03Z PF16Z
Claims (7)
- 【請求項１】暖機完了前の条件で、圧縮行程での燃焼室
内への燃料噴射により、点火栓周りに空燃比がストイキ
よりリッチな混合気を形成して、排気温度上昇用の成層
燃焼を行なう直噴火花点火式内燃機関において、燃焼室
温度の上昇に応じて前記圧縮行程での燃料噴射時期を遅
角側に補正制御することを特徴とする直噴火花点火式内
燃機関の制御装置。 - 【請求項２】機関の燃焼室内に直接燃料を噴射供給する
燃料噴射弁と、燃焼室内の混合気に火花点火する点火栓
とを備え、 暖機完了前の条件で、前記燃料噴射弁からの圧縮行程で
の燃料噴射により、前記点火栓周りに空燃比がストイキ
よりリッチな成層混合気を形成し、排気温度上昇用の成
層燃焼を行なわせる排気温度上昇用成層燃焼制御手段
と、 燃焼室の温度状態を検出する燃焼室温度状態検出手段
と、 前記燃焼室温度状態検出手段により検出された燃焼室の
温度状態に基づいて、燃料室温度の上昇に応じて前記燃
料噴射弁からの圧縮行程での燃料噴射時期を遅角側に補
正制御する燃料噴射時期補正制御手段と、 を含んで構成したことを特徴とする直噴火花点火式内燃
機関の制御装置。 - 【請求項３】前記圧縮行程での燃料噴射に加えて吸気行
程でも燃料噴射を行なって、燃焼室全体に空燃比がスト
イキよりリーンな混合気を形成することを特徴とする請
求項１又は請求項２に記載の直噴火花点火式内燃機関の
制御装置。 - 【請求項４】始動後の経過時間に基づいて燃焼室の温度
状態を推定することを特徴とする請求項１〜請求項３に
いずれか1つに記載の直噴火花点火式内燃機関の制御装
置。 - 【請求項５】始動後の経過時間と冷却水温度とに基づい
て燃焼室の温度状態を推定することを特徴とする請求項
１〜請求項３にいずれか1つに記載の直噴火花点火式内
燃機関の制御装置。 - 【請求項６】燃焼室壁の温度を燃焼室温度として検出す
ることを特徴とする請求項１〜請求項３にいずれか1つ
に記載の直噴火花点火式内燃機関の制御装置。 - 【請求項７】燃焼室内圧力の検出値に基づいて燃焼室の
温度状態を推定することを特徴とする請求項１〜請求項
３にいずれか1つに記載の直噴火花点火式内燃機関の制
御装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24538999A JP2001073835A (ja) | 1999-08-31 | 1999-08-31 | 直噴火花点火式内燃機関の制御装置 |
| DE10042902A DE10042902A1 (de) | 1999-08-31 | 2000-08-31 | Otto-Verbrennungsmotor mit Direkteinspritzung |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24538999A JP2001073835A (ja) | 1999-08-31 | 1999-08-31 | 直噴火花点火式内燃機関の制御装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001073835A true JP2001073835A (ja) | 2001-03-21 |
Family
ID=17132938
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24538999A Pending JP2001073835A (ja) | 1999-08-31 | 1999-08-31 | 直噴火花点火式内燃機関の制御装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001073835A (ja) |
| DE (1) | DE10042902A1 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004060493A (ja) * | 2002-07-26 | 2004-02-26 | Nissan Motor Co Ltd | 直噴火花点火式エンジンの制御装置 |
| JP2006316721A (ja) * | 2005-05-13 | 2006-11-24 | Nissan Motor Co Ltd | 筒内噴射内燃機関 |
| JP2014105686A (ja) * | 2012-11-29 | 2014-06-09 | Mitsubishi Motors Corp | エンジンの冷却水温推定装置及びエンジン制御装置 |
| CN107429619A (zh) * | 2015-03-23 | 2017-12-01 | 马自达汽车株式会社 | 直喷发动机的燃料喷射控制装置 |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10142493A1 (de) * | 2001-08-30 | 2003-04-03 | Bosch Gmbh Robert | Verfahren zum Betrieb einer direkteinspritzenden Brennkraftmaschine |
| DE10236856B4 (de) * | 2002-08-07 | 2016-11-24 | Volkswagen Ag | Verfahren zur Anhebung einer Abgastemperatur einer Verbrennungskraftmaschine |
| DE102006030213A1 (de) * | 2006-06-30 | 2008-01-03 | Fev Motorentechnik Gmbh | Homogenisiertes Einspritzverfahren |
-
1999
- 1999-08-31 JP JP24538999A patent/JP2001073835A/ja active Pending
-
2000
- 2000-08-31 DE DE10042902A patent/DE10042902A1/de not_active Ceased
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004060493A (ja) * | 2002-07-26 | 2004-02-26 | Nissan Motor Co Ltd | 直噴火花点火式エンジンの制御装置 |
| JP2006316721A (ja) * | 2005-05-13 | 2006-11-24 | Nissan Motor Co Ltd | 筒内噴射内燃機関 |
| JP4604829B2 (ja) * | 2005-05-13 | 2011-01-05 | 日産自動車株式会社 | 筒内噴射内燃機関 |
| JP2014105686A (ja) * | 2012-11-29 | 2014-06-09 | Mitsubishi Motors Corp | エンジンの冷却水温推定装置及びエンジン制御装置 |
| CN107429619A (zh) * | 2015-03-23 | 2017-12-01 | 马自达汽车株式会社 | 直喷发动机的燃料喷射控制装置 |
| CN107429619B (zh) * | 2015-03-23 | 2020-08-18 | 马自达汽车株式会社 | 直喷发动机的燃料喷射控制装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE10042902A1 (de) | 2001-05-03 |
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