JP2001123925A

JP2001123925A - 内燃機関の制御装置

Info

Publication number: JP2001123925A
Application number: JP30307199A
Authority: JP
Inventors: Hironobu Sato; 広信佐藤
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 1999-10-25
Filing date: 1999-10-25
Publication date: 2001-05-08

Abstract

(57)【要約】【課題】内燃機関の制御装置に関し、燃料噴射量のみ
ならず点火時期についても最適値に設定することにより
排ガス特性等を悪化させることなく加速応答性をを向上
できるようにする。【解決手段】内燃機関の運転状態に基づいて燃料噴射
量Ｐｗを算出し、算出した量Ｐｗの燃料を吸気行程中に
燃焼室内に直接噴射するよう噴射装置を制御するととも
に、吸気行程中に吸入された空気量Ａ₂／Ｎｅ₂に基づい
て燃料の増加補正量Ｐｗａを算出し、算出した量Ｐｗａ
の補正用燃料を圧縮行程中に燃焼室内に噴射するよう噴
射装置を制御する。また、内燃機関の運転状態に基づい
て設定した点火時期ＩＧＴ₁を上記の燃料噴射量Ｐｗと
増加補正量Ｐｗａとの総和に基づいて補正し、補正した
点火時期ＩＧＴ₂で点火するように点火装置を制御す
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、少なくとも吸気行
程中に燃料噴射を行なう吸気行程噴射モードを有する筒
内噴射式内燃機関に用いて好適の、内燃機関の制御装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、燃焼室内に直接燃料噴射が可能な
火花点火式の筒内噴射式内燃機関が実用化されている。
この種の内燃機関では、燃焼室に臨んで配設された噴射
装置から燃焼室内に直接燃料を噴射するという特徴によ
り、吸気行程初期から圧縮行程後期までの広い範囲での
燃料供給が可能になっており、機関運転状態に応じて均
一燃焼（吸気行程噴射）と層状燃焼（圧縮行程噴射）と
を切り換えることによって高出力と低燃費との両立が可
能になっている。

【０００３】ところで、筒内噴射式内燃機関における噴
射装置の制御量（燃料噴射量及び噴射時期）は、吸気行
程中に燃料噴射を行なう吸気行程噴射モードでは、排気
行程末期から吸気行程初期での機関運転状態（機関負
荷，機関回転速度等）に基づき設定される。しかしなが
ら、噴射装置の制御量が決定された後にドライバがアク
セル操作を行ない走行状態が加速側に移行した場合、例
えば、定速走行状態から加速した場合や、弱い加速から
強い加速へ移行した場合や、減速側から定速走行状態に
移行した場合には、上記の制御方法では、加速側への移
行により機関運転状態が変化したにも関わらず、加速移
行前の機関運転状態に基づき設定された制御量に基づい
て噴射装置を制御することになってしまう。このため、
加速状態への移行により吸気行程での吸入空気量が増加
した分だけ空燃比が目標値よりもリーン化してしまい、
実際にドライバが要求する出力が得られず加速応答性が
悪化してしまうことになる。

【０００４】この点に関し、特公平７−５９９１０号公
報には、吸気行程末期付近でシリンダ内に吸入された空
気量を検出し、検出した空気量から燃料噴射量の不足分
を演算して、演算結果に基づき不足分の燃料を圧縮行程
中に直接シリンダ内に追加噴射することで加速応答性を
向上させるようにした技術が開示されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記の技術
（特公平７−５９９１０号）には次のような課題があ
る。内燃機関の制御においては、燃料噴射量や噴射時期
とともに点火装置の点火時期が重要になる。電子制御式
の内燃機関の場合、通常、機関負荷と機関回転速度とを
パラメータとして運転領域毎に最適点火時期がマップに
記憶されており、検出した機関負荷と機関回転速度に基
づきこのマップを参照することによって点火時期を設定
するようになっている。機関負荷としては、一般に吸入
空気量又は吸入空気量に相関するパラメータが用いられ
ている。

【０００６】点火時期が最適点火時期に対してずれた場
合、例えば遅角方向にずれた場合には、出力の低下や燃
費の悪化を招いてしまい、逆に点火時期が最適点火時期
に対して進角方向へずれた場合には、ノッキングの発生
を招き機関の損傷や排ガス特性の悪化を招いてしまうこ
とにもなる。したがって、点火時期をどの時期に設定す
るかは非常に重要となる。

【０００７】しかしながら、上記の特公平７−５９９１
０号公報には点火時期をどのように設定するかについて
は何ら記載も示唆もされていない。そこで、従来の一般
的な点火時期の設定方法が適用されるものとすると、ま
ず、排気行程初期から吸気行程初期で検出した吸入空気
量に基づき点火時期を設定することが考えられる。とこ
ろが、このような設定方法では、上記の燃料噴射量に関
する課題と同様に、吸入空気量の検出後の加速により吸
気行程での吸入空気量が増加した場合には点火時期が最
適値からずれてしまい、この場合には進角方向へずれて
しまいノッキングの発生を招き排ガス特性等を悪化させ
てしまう虞がある。

【０００８】また、常に吸気行程終了時以降に実際に検
出された吸入空気量に基づいて点火時期を設定するよう
にした技術も提案されている。このような技術によれば
吸気行程で吸入空気量が増加した場合にも対応でき、上
記のような点火時期の最適値からのずれに伴う不具合を
防止することができる。ところが、この場合には機関回
転速度が高回転になったときに不具合が生じる。

【０００９】つまり、電子制御式の内燃機関の場合、上
述した燃料噴射量，噴射時期及び点火時期の設定は、Ｅ
ＣＵ（電子制御ユニット）内のＣＰＵによって演算処理
されている。上記の場合では、点火時期の演算は吸気行
程終了時以降の吸入空気量の検出時から圧縮行程での点
火時期までの間に行なう必要がある。ところが、機関回
転速度が高くなるほどサイクルタイムは短くなり、吸気
行程終了時点から点火時期までの時間も短くなるが、Ｃ
ＰＵの演算処理速度は機関回転速度に関わらず常に一定
であるため、機関回転速度が高くなるにつれ処理負担が
高くなり、ＣＰＵの演算処理速度によっては処理が間に
合わなくなってしまう虞がある。このＣＰＵの演算処理
速度はＣＰＵの能力により決まるが、演算処理速度が速
いほど高性能であり、且つコストも高いのが一般的であ
る。したがって、演算処理の遅れ等の不具合を伴うこと
なく上記技術を用いるためにはコストの増大を招いてし
まうことになる。

【００１０】以上のように、上記技術（特公平７−５９
９１０号）は、吸気行程末期付近でシリンダ内に吸入さ
れた空気量から燃料噴射量の不足分を演算し、演算結果
に基づき不足分の燃料を追加噴射することで加速応答性
は確保することができるものの、点火時期については何
ら示唆されていないため、ノッキングや排ガス性能の悪
化等の不具合が発生する虞があるのである。

【００１１】本発明は、このような課題に鑑み創案され
たもので、燃料噴射量のみならず点火時期についても最
適値に設定することにより排ガス特性等を悪化させるこ
となく加速応答性を向上できるようにした、内燃機関の
制御装置を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の内燃機関の制御装置では、機関運転状態検
出手段により検出された内燃機関の運転状態に基づいて
燃料噴射量算出手段により燃料噴射量を算出し、算出し
た量の燃料を吸気行程中に燃焼室内に直接噴射するよう
第一燃料噴射制御手段により噴射装置を制御するととも
に、空気量検出手段により検出された吸気行程中に吸入
された空気量に基づいて補正量算出手段により燃料の増
加補正量を算出し、算出した量の補正用燃料を第一燃料
噴射制御手段による噴射が終了した後に燃焼室内に噴射
するよう第二燃料噴射制御手段により噴射装置を制御す
る。また、機関運転状態検出手段により検出された内燃
機関の運転状態に基づいて点火時期設定手段により点火
時期を設定するとともに、燃料噴射量算出手段により算
出された燃料噴射量と補正量算出手段により算出された
増加補正量との総和と、燃焼室内に吸入された総吸入空
気量との少なくとも一方に基づいて点火時期補正手段に
より点火時期を補正し、点火時期補正手段により補正さ
れた或いは点火時期設定手段により当初設定された点火
時期で点火するように点火制御手段により点火装置を制
御する。

【００１３】これにより、吸気行程での吸入空気量の増
加による燃料の不足が解消され加速応答性が向上すると
ともに、吸気行程での吸入空気量の増加による点火時期
の最適値からのずれも解消され排ガス特性の悪化等も防
止される。なお、好ましくは、吸気行程中に吸入された
空気量の増加量或いは増加率が所定値以上か否かを判定
し、空気量の増加量或いは増加率が所定値以上になった
ときにのみ、補正量算出手段による燃料の増加補正量の
算出及び第二燃料噴射制御手段による噴射装置の制御と
点火時期補正手段による点火時期の補正とを行なうよう
にする。これにより、燃料の不足や点火時期のずれが問
題になる程度に空気量が増加したときにだけ、補正量算
出手段，第二燃料噴射制御手段，点火時期補正手段によ
る各処理が行なわれるようになり、演算処理装置の負担
が軽減される。

【００１４】また、機関運転状態が低回転高負荷状態の
ときには吸気行程中に自己着火し得ない量の燃料を補助
噴射してその後の圧縮行程中に主噴射する２段混合噴射
を行なう機関の場合には、該２段混合噴射時の点火時期
制御マップを参照して点火時期を補正するのが好まし
い。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を説明する。なお、図１〜図５は本発明の一実
施形態としての内燃機関の制御装置を示すものである。
まず、本制御装置が適用される内燃機関の概要について
説明すると、本内燃機関は、吸気，圧縮，膨張，排気の
各行程を一作動サイクル中にそなえる内燃機関、即ち４
サイクル機関であって、火花点火式で、且つ、燃焼室内
に燃料を直接噴射可能なガソリン筒内噴射式内燃機関で
ある。燃料噴射の態様としては、予混合燃焼によるスト
イキ運転（理論空燃比運転）を実現し、出力を向上させ
るために吸気行程中に燃料噴射を行なうストイキモード
と、さらなる出力の向上のために理論空燃比よりも過濃
な空燃比で運転を行なうエンリッチモードと、予混合燃
焼によるリーン運転を実現し、緩加速による出力を得る
ために吸気行程中（特に吸気行程前半）に燃料噴射を行
なう前期リーン噴射モードと、層状燃焼によるリーン運
転を実現し、さらに燃費を向上させるために圧縮行程中
（特に、圧縮行程後半）で燃料噴射を行なう後期リーン
噴射モードとが設けられており、運転状態に応じて選択
されるようになっている。

【００１６】本筒内噴射式内燃機関の概略構成について
説明すると、図１に示すように、本筒内噴射式内燃機関
（以下、エンジンという）１のシリンダヘッド２には、
吸気通路４および排気通路５が燃焼室３に連通しうるよ
うに接続されている。吸気通路４と燃焼室３とは吸気弁
６によって連通制御されるとともに、排気通路５と燃焼
室３とは排気弁７によって連通制御されるようになって
いる。また、シリンダヘッド２には、燃焼室３の頂部中
央に点火プラグ（点火装置）８がそなえられており、吸
気通路３側には、インジェクタ（噴射装置）９が、その
開口を燃焼室３に臨ませるように配置されている。この
インジェクタ９には、図示しない高圧ポンプにより加圧
された燃料が供給されるようになっている。

【００１７】吸気通路４には、各気筒の燃焼室３内に吸
入空気を導入するための吸気マニホールド１１が、燃焼
室３に対して比較的直立して設けられた吸気ポート１０
に接続されている。吸気マニホールド１１の上流には、
エアクリーナ１３およびスロットルバルブ１２が設けら
れており、スロットルバルブ１２にはその開度を検出す
るためのスロットルポジションセンサ（ＴＰＳ）１４が
付設されている。また、エアクリーナ１３とスロットル
バルブ１２との間には、吸入空気流量Ａを検出するため
の空気量検出手段としてのエアフローセンサ（ＡＦＳ）
１５がそなえられている。

【００１８】一方、排気通路５には、各気筒の燃焼室３
から排出された排ガスを一つに集合させる排気マニホー
ルド１７が排気ポート１６に連接してそなえられてい
る。排気マニホールド１７の下流側には排気浄化装置１
８および図示しないマフラ (消音器）が設けられてい
る。排気浄化装置１８には、ＮＯx 触媒及び三元触媒が
そなえられており、排出ガス中の有害成分（ＣＯ，Ｈ
Ｃ，ＮＯx）を浄化するようになっている。

【００１９】また、クランクシャフト１９には、クラン
ク角度センサ２０がそなえられている。このクランク角
度センサ２０はクランクシャフト１９の回転の１８０°
を１周期としてパルス信号を出力するようになってお
り、図５に示すように７５°ＢＴＤＣ（４３５°ＢＴＤ
Ｃ）と２５５°ＢＴＤＣ（６１５°ＢＴＤＣ）とでオフ
からオンへ、５°ＢＴＤＣ（３６５°ＢＴＤＣ）と１８
５°ＢＴＤＣ（５４５°ＢＴＤＣ）とでオンからオフへ
信号が変化するようになっている。

【００２０】本制御装置３０は、上述のような構成のエ
ンジン１に適用され、機能手段として、運転モード選択
手段３１と燃料噴射制御手段３２と点火時期制御手段３
３とを有している。なお、本制御装置３０はＣＰＵ，Ｒ
ＡＭ，ＲＯＭ，Ｉ／Ｏ等の要素からなる電子制御ユニッ
ト（ＥＣＵ）として構成されており、上記機能手段３１
〜３３はこれらの要素の協働によって実現されるように
なっている。

【００２１】運転モード選択手段３１は、エンジン１の
運転状態に応じて上述した各運転モードの中から一つを
選択する手段である。エンジン１の運転状態はエンジン
回転速度Ｎｅやエンジン負荷（平均有効圧力）Ｐｅから
把握することができ、エンジン回転速度Ｎｅにはクラン
ク角センサ２０の検出情報から算出したものを用い、エ
ンジン負荷Ｐｅにはエンジン回転速度Ｎｅ及びＡＦＳ１
５で検出された吸入空気流量Ａ等の各情報から算出した
ものを用いるようになっている。すなわち、ここではク
ランク角センサ２０及びＡＦＳ１５が機関運転状態検出
手段として機能するようになっている。

【００２２】燃料噴射制御手段３２は、インジェクタ９
からの燃料の噴射時期と噴射量とを制御する手段であ
り、噴射量算出手段３４と第一燃料噴射制御手段３５と
補正量算出手段３６と第二燃料噴射制御手段３７とから
構成される。各構成手段について説明すると、噴射量算
出手段３４は、燃焼室３内に噴射すべき燃料量を算出す
る手段であり、まず、運転モード選択手段３１で設定さ
れた運転モードに応じた燃料噴射制御マップを選択し、
選択した燃料噴射制御マップを用いて、エンジン回転速
度Ｎｅ及びエンジン負荷Ｐｅに応じた目標空燃比を設定
するようになっている。そして、前行程の末期にＡＦＳ
１５で検出した吸入空気流量Ａとエンジン回転速度Ｎｅ
とからＡ／Ｎｅ（∝吸入空気量）を演算し、演算したＡ
／Ｎｅと目標空燃比とから燃料噴射量（噴射パルス幅）
Ｐｗを算出するようになっている。例えば、運転モード
が、吸気行程中に燃料噴射を行なうストイキモードや前
期リーン噴射モードの場合には、燃料噴射量Ｐｗは排気
行程末期に検出した吸入空気流量Ａとエンジン回転速度
Ｎｅとに基づき算出するようになっている。

【００２３】そして、第一燃料噴射制御手段３５は、噴
射量算出手段３４で算出された燃料噴射量Ｐｗと運転モ
ードに応じて決まる噴射時期とにしたがいインジェクタ
９を制御する手段である。運転モードに応じて選択され
た燃料噴射制御マップから、エンジン回転速度Ｎｅ及び
エンジン負荷Ｐｅに応じて燃料噴射終了時期を設定し、
設定した燃料噴射終了時期と燃料噴射量Ｐｗとから燃料
噴射開始時期を算出して、インジェクタ９に噴射パルス
を出力するようになっている。

【００２４】次に、補正量算出手段３６及び第二燃料噴
射制御手段３７について説明すると、これらの手段は、
選択された運転モードがストイキモードや前期リーン噴
射モードである場合に機能するようになっている。つま
り、吸気行程で燃料噴射を行なう場合にのみ機能する手
段である。吸気行程で燃料噴射を行なう場合、前述のよ
うに燃料噴射量Ｐｗは排気行程末期（ここでは、３６５
°ＢＴＤＣ）に計測した吸入空気流量Ａ₁に基づき算出
される。つまり、排気行程末期に計測した吸入空気流量
Ａ₁とエンジン回転速度（排気行程の平均エンジン回転
速度）Ｎｅ₁とから推定される吸入空気量が、実際に吸
気行程中に吸入される吸入空気と等しいものとして燃料
噴射量Ｐｗを算出するのである。ところが、加速等のた
めにドライバがアクセルを踏み込みスロットルバルブ１
２が開かれると、次第にブーストが上昇していき、吸入
空気量も増加していくことになる。この吸入空気量の増
加が吸気行程で生じると、実際に燃焼室３内に吸入され
る空気量は排気行程中のＡ₁／Ｎｅ₁から推定されるもの
よりも増加することになり、Ａ₁／Ｎｅ₁に基づき算出し
た燃料噴射量Ｐｗでは、目標空燃比よりもリーンな空燃
比になってしまう。

【００２５】そこで、補正量算出手段３６では、吸気行
程で吸入空気量が増加した場合には、その増加に応じて
燃料噴射量の補正量（噴射パルス幅）Ｐｗａの算出を行
なうようになっている。まず、補正量算出手段３６は、
吸気行程の末期（１８５°ＢＴＤＣ）においてＡＦＳ１
５により吸入空気流量Ａ₂を検出し、検出した吸入空気
流量Ａ₂とエンジン回転速度（吸気行程の平均エンジン
回転速度）Ｎｅ₂とからＡ₂／Ｎｅ₂を算出して、この算
出値Ａ₂／Ｎｅ₂を排気行程のＡ₁／Ｎｅ₁と比較するよう
になっている。そして、その差ΔＡ／Ｎｅ（ΔＡ／Ｎｅ
＝Ａ₂／Ｎｅ₂−Ａ ₁／Ｎｅ₁）が所定値以上のときには、
ΔＡ／Ｎｅを吸入空気量の増加分とみなしてΔＡ／Ｎｅ
に応じた燃料噴射量Ｐｗの補正量Ｐｗａを算出するよう
になっている。なお、上記所定値はインジェクタ９の最
小駆動パルス幅であり、ΔＡ／Ｎｅがこの所定値未満の
ときには、補正燃料を噴射するメリットが得られないた
め、補正量Ｐｗａの算出は行なわないようになってい
る。また、補正量Ｐｗａは、ΔＡ／Ｎｅと目標空燃比と
から算出するようになっている。

【００２６】そして、第二燃料噴射制御手段３７は、補
正量算出手段３６で算出された量（噴射パルス幅）Ｐｗ
ａの補正燃料を燃焼室３内に噴射すべくインジェクタ９
を制御する手段であり、補正燃料量Ｐｗａと運転モード
とに応じて圧縮行程中の所定時期にインジェクタ９を制
御して補正燃料を噴射するようになっている。なお、こ
のときの噴射時期は、ノッキング等を考慮して決定され
るようになっている。

【００２７】次に、点火時期制御手段３３について説明
する。点火時期制御手段３３は点火プラグ８の点火時期
を制御する手段であり、点火時期設定手段３８と点火制
御手段３９と点火時期再設定手段（点火時期補正手段）
４０とから構成されている。各構成手段について説明す
ると、まず、点火制御手段３９は所定の点火時期で点火
するように点火プラグ８を制御する手段であり、次に述
べる点火時期設定手段３８で設定された点火時期又は点
火時期再設定手段４０により再設定（補正）された点火
時期に基づき点火プラグ８を制御するようになってい
る。

【００２８】点火時期設定手段３８は、点火時期ＩＧＴ
を設定する手段であり、運転モード選択手段３１で設定
された運転モードに応じた点火時期制御マップを選択
し、選択した点火時期制御マップを用いて、エンジン回
転速度Ｎｅ及び燃料噴射量Ｐｗに応じた最適点火時期Ｉ
ＧＴを設定するようになっている。ここでは、点火時期
設定手段３８による点火時期ＩＧＴの演算タイミング
は、燃料噴射量Ｐｗや噴射時期の演算タイミング（排気
行程末期）とずらして演算処理負担を軽減するため、吸
気行程中期でのクランク角信号の立ち上がり時（２５５
°ＢＴＤＣ）に設定されており、点火時期設定手段３８
では、この演算タイミングに直近の排気行程末期（３６
５°ＢＴＤＣ）に演算されたエンジン回転速度Ｎｅ₁及
び燃料噴射量Ｐｗに基づき最適点火時期ＩＧＴ₁を設定
するようになっている。

【００２９】次に、点火時期再設定手段４０について説
明すると、この手段は、選択された運転モードがストイ
キモードや前期リーン噴射モードである場合に機能する
ようになっている。つまり、吸気行程で燃料噴射を行な
う場合にのみ機能する手段である。吸気行程で燃料噴射
を行なう場合、点火時期ＩＧＴ₁は前述のように排気行
程末期での検出情報に基づき算出したエンジン回転速度
Ｎｅ₁及び燃料噴射量Ｐｗに基づき算出される。ところ
が、燃料噴射量Ｐｗは前述のようにＡ／Ｎｅ（∝吸入空
気量）に基づき算出されたものであるが、加速等のため
にドライバがアクセルを踏み込みスロットルバルブ１２
が開かれると、吸入空気量は次第に増加していくことに
なる。この吸入空気量の増加が吸気行程で生じると、実
際に燃焼室３内に吸入される空気量は排気行程中のＡ₁
／Ｎｅ₁から推定されるものよりも増加することにな
り、実際に必要とされる燃料噴射量Ｐｗも増大すること
になる。したがって、排気行程末期に計測したエンジン
回転速度Ｎｅ₁及び燃料噴射量Ｐｗに基づき算出した点
火時期ＩＧＴ₁では、進角方向に進みすぎることになっ
てしまう。

【００３０】そこで、点火時期再設定手段４０では、補
正量算出手段３６により燃料噴射量Ｐｗの補正量Ｐｗａ
の算出が行なわえた場合には、点火時期ＩＧＴの再設定
を行なうようになっている。詳述すると、点火時期再設
定手段４０は、点火時期設定手段３８が点火時期の設定
に用いる点火時期制御マップとは別に、エンジン回転速
度Ｎｅと総燃料噴射量とをパラメータとして点火時期を
設定する再設定専用の点火時期制御マップを運転モード
毎に有している。そして、この再設定専用マップを参照
して、吸気行程末期（１８５°ＢＴＤＣ）でのエンジン
回転速度Ｎｅ₂、及び、先に噴射量算出手段３４で算出
された燃料噴射量Ｐｗと補正量算出手段３６により算出
された補正量Ｐｗａとの総和（総燃料噴射量）に応じた
最適点火時期ＩＧＴ₂を再設定するようになっている。
具体的にはこの再設定により、点火時期ＩＧＴはリター
ド側に補正されることになる。なお、この場合の点火時
期ＩＧＴ₂の演算タイミングは、圧縮行程でのクランク
角信号の立ち上がり時（７５°ＢＴＤＣ）に設定されて
おり、吸気行程末期（１８５°ＢＴＤＣ）での補正量Ｐ
ｗａ及び噴射時期の演算タイミングとずらして演算処理
負担を軽減させている。

【００３１】次に、上記構成の内燃機関の制御装置にお
ける制御手順について、図２〜図４に示すフローチャー
トを参照しながら説明する。まず、図２に示すように、
制御手段３０は、排気行程中においてクランク角度セン
サ２０が３６５°ＢＴＤＣを検出したとき（クランク角
度センサ２０の出力信号がオンからオフになったと
き）、１８０°周期、すなわち、５４５°ＢＴＤＣから
３６５°ＢＴＤＣまでのクランク角１８０°の回転に要
した時間からエンジン回転速度Ｎｅ₁を算出するととも
に（ステップＳ１００）、ＡＦＳ１５により吸入空気流
量Ａ₁を検出する（ステップＳ１１０）。

【００３２】そして、噴射量算出手段３４では、エンジ
ン回転速度Ｎｅ₁と吸入空気流量Ａ₁とからＡ₁／Ｎｅ₁を
算出し（ステップＳ１２０）、算出したＡ₁／Ｎｅ₁と目
標空燃比等から燃料噴射量Ｐｗを算出する（ステップＳ
１３０）。第一燃料噴射制御手段３５では、運転モード
に応じて選択された燃料噴射制御マップからエンジン回
転速度Ｎｅ及びエンジン負荷Ｐｅに応じて燃料噴射終了
時期を設定し、設定した燃料噴射終了時期と燃料噴射量
（噴射パルス幅）Ｐｗとから燃料噴射開始時期を算出す
る。そして、算出した燃料噴射開始時期から終了時期ま
での間、インジェクタ９から燃焼室３内に直接燃料を噴
射させる（ステップＳ１４０）。一方、点火時期設定手
段３８では、吸気行程中のクランク角信号の立ち上がり
時（２５５°ＢＴＤＣ）においてエンジン回転速度Ｎｅ
₁と燃料噴射量Ｐｗとに基づき点火時期ＩＧＴ₁を設定す
る（ステップＳ１５０）。

【００３３】次に、図３に示すように、制御手段３０
は、吸気行程中においてクランク角度センサ２０が１８
５°ＢＴＤＣを検出したとき、３６５°ＢＴＤＣから１
８５°ＢＴＤＣまでの１８０°周期からエンジン回転速
度Ｎｅ₂を算出するとともに（ステップＳ２００）、Ａ
ＦＳ１５により吸入空気流量Ａ₂を検出する（ステップ
Ｓ２１０）。

【００３４】そして、補正量算出手段３６では、エンジ
ン回転速度Ｎｅ₂と吸入空気流量Ａ₂とからＡ₂／Ｎｅ₂を
算出し（ステップＳ２２０）、算出したＡ₂／Ｎｅ₂とス
テップＳ１２０で算出したＡ₁／Ｎｅ₁との差ΔＡ／Ｎｅ
（ΔＡ／Ｎｅ＝Ａ₂／Ｎｅ₂−Ａ₁／Ｎｅ₁）を算出する
（ステップＳ２３０）。算出した差ΔＡ／Ｎｅを所定値
（第一の所定値）と比較したとき（ステップＳ２４
０）、差ΔＡ／Ｎｅが所定値以上の場合には、補正量算
出手段３６は、差ΔＡ／Ｎｅと目標空燃比等から補正量
Ｐｗａを算出する（ステップＳ２５０）。そして、第二
燃料噴射制御手段３７では、補正量Ｐｗａが算出された
後の圧縮行程中においてインジェクタ９を制御して燃焼
室３内に直接補正燃料を噴射する（ステップＳ２６
０）。

【００３５】また、図４に示すように、点火時期再設定
手段４０では、補正量算出手段３６により補正量Ｐｗａ
の算出が行なわれたか否か、すなわち、追加噴射が実行
されるか否かを判定し（ステップＳ３００）、追加噴射
が実行される場合には、圧縮行程中の７５°ＢＴＤＣに
おいて、吸気行程末期（１８５°ＢＴＤＣ）でのエンジ
ン回転速度Ｎｅ₂、及び、先に噴射量算出手段３４で算
出された燃料噴射量Ｐｗと補正量算出手段３６により算
出された補正量Ｐｗａとの総和（総燃料噴射量）に応じ
て点火時期ＩＧＴ₂を再設定する（ステップＳ３１
０）。

【００３６】そして、点火制御手段３９では、追加噴射
が実行されない場合には、点火時期設定手段３８で設定
された点火時期ＩＧＴ₁で点火プラグ８を作動させ、追
加噴射が実行される場合には、点火時期再設定手段４０
で再設定された点火時期ＩＧＴ₂で点火プラグ８を作動
させる（ステップＳ３２０）。以上の制御をタイムチャ
ートにより表したものが図５である。この図５を用い
て、吸気行程中に吸入空気量が増加した場合の本制御装
置による作用効果についてより具体的に説明する。

【００３７】図５に示すように、排気行程中（特に排気
行程の後半）にドライバがアクセルを操作してスロット
ルバルブ１２の開度を大きくしたとする。このとき、ブ
ーストもスロットル開度に応じた大きさに上昇するが、
スロットル開度の変化に完全に対応して上昇するのでは
なく、スロットル開度の変化にやや遅れて次第に上昇し
ていく。

【００３８】本制御装置では、まず、排気行程末期での
クランク角信号の立ち下がり時（３６５°ＢＴＤＣ）に
おいてＡＦＳ１５により吸入空気流量Ａ₁を検出し、検
出した吸入空気流量Ａ₁とエンジン回転速度Ｎｅ₁とに基
づき基本燃料噴射量Ｐｗを算出する。また、次のクラン
ク角信号の立ち上がり時（２５５°ＢＴＤＣ）におい
て、その時点での最新の情報となる３６５°ＢＴＤＣで
のエンジン回転速度Ｎｅ ₁と基本燃料噴射量Ｐｗとに基
づき点火時期ＩＧＴ₁を設定する。

【００３９】そして、吸気行程中の運転状態に応じた所
定時期に、算出した量Ｐｗの燃料をインジェクタ９から
燃焼室３内に直接噴射する。このように排気行程末期に
検出した吸入空気流量Ａ₁とエンジン回転速度Ｎｅ₁とか
ら吸気行程での吸入空気量を予測して燃料噴射量Ｐｗを
算出することにより、吸気行程初期から任意のタイミン
グでの燃料噴射が可能になる。

【００４０】ところが、吸入空気流量Ａ₁を検出した排
気行程末期（３６５°ＢＴＤＣ）ではブーストの変化は
まだ小さく、ブーストはその後の吸気行程にかけて大き
く上昇していき、吸入空気量が増加していく。このた
め、吸入空気流量Ａ₁に基づき算出した燃料噴射量Ｐｗ
では、この増加した吸入空気量に対しては過少であり、
空燃比は目標空燃比よりもリーンになってしまう。さら
に、燃料噴射量Ｐｗは吸入空気流量Ａ₁に基づき算出さ
れるため、この燃料噴射量Ｐｗに基づき算出した点火時
期ＩＧＴ₁では、増加した吸入空気量に対しては進角方
向に進みすぎることになり、この点火時期ＩＧＴ₁で点
火した場合にはノッキングが生じる虞がある。

【００４１】しかしながら、本制御装置では、吸気行程
末期でのクランク角信号の立ち下がり時（１８５°ＢＴ
ＤＣ）において再度吸入空気流量Ａ₂を検出し、吸気行
程末期でのＡ₂／Ｎｅ₂と排気行程末期でのＡ₁／Ｎｅ₁と
を比較して、その増加分ΔＡ／Ｎｅから吸入空気量の増
加量を予測してΔＡ／Ｎｅに応じた補正燃料量Ｐｗａを
算出する。そして、ノッキングを考慮して吸気行程末期
から圧縮行程間の所定時期に、補正量Ｐｗａをインジェ
クタ９から燃焼室３内に直接噴射する。これにより、吸
入空気量に対する燃料噴射量の不足が解消され、目標空
燃比での運転が可能になる。

【００４２】さらに、本制御装置では、次のクランク角
信号の立ち上がり時（７５°ＢＴＤＣ）において、１８
５°ＢＴＤＣでのエンジン回転速度Ｎｅ₂と総燃料噴射
量（Ｐｗ＋Ｐｗａ）とに基づき、点火時期ＩＧＴ₂を再
設定する。具体的には、当初の点火時期ＩＧＴ₁よりも
リタードさせる。そして、再設定した点火時期ＩＧＴ₂
で点火プラグ９を作動させ、燃焼室３内の混合気に点火
して燃焼させる。これにより、エンジン１の運転状態に
応じた最適な点火時期ＩＧＴ₂で点火することができ、
過早点火によるノッキングが防止される。

【００４３】このように、本内燃機関の制御装置によれ
ば、吸気行程末期（１８５°ＢＴＤＣ）において吸入空
気流量Ａ₂を検出し、吸気行程末期でのＡ₂／Ｎｅ₂と排
気行程末期でのＡ₁／Ｎｅ₁とを比較して、その増加分Δ
Ａ／Ｎｅに応じた補正量Ｐｗａを燃焼室３内に直接噴射
するようになっているので、吸入空気量に対する燃料噴
射量の不足を解消して目標空燃比での運転が可能にな
り、加えて、吸気行程中に吸入空気量が増加したときに
は、エンジン回転速度Ｎｅ₂と総燃料噴射量（Ｐｗ＋Ｐ
ｗａ）とに基づき点火時期ＩＧＴ₂を再設定するので、
吸気行程での吸入空気量の増加による点火時期の最適値
からのずれも解消でき、過早点火によるノッキング等を
防止して燃費の悪化や排ガス特性の悪化等を招くことな
く加速応答性を向上させることができるという利点があ
る。

【００４４】また、エンジン回転速度Ｎｅが高くなって
いくにつれ、ＣＰＵの演算処理負担は大きくなり、特
に、圧縮行程中の７５°ＢＴＤＣにおける点火時期ＩＧ
Ｔ₂の演算が厳しくなっていくが、エンジン回転速度Ｎ
ｅが高い場合には、アクセルはある程度踏まれた状態で
あり、それからさらに踏み込まれたとしても低回転時か
らの踏み込みに比較して吸入空気量の増加は少ない。つ
まり、エンジン回転速度Ｎｅが高くなるほど吸入空気量
の増加は少なくなり、点火時期の再設定は不要になって
当初の点火時期の設定で間に合うようになる。

【００４５】したがって、本制御装置によれば、高回転
時に圧縮行程中で点火時期を演算する必要がなく、吸気
行程中に設定した当初の点火時期ＩＧＴ₁を用いること
ができるので、エンジン回転速度Ｎｅの上昇に伴うＣＰ
Ｕの演算処理負担が軽減されるという利点がある。ま
た、仮に高回転時において吸入空気量が大きく変動し、
点火時期ＩＧＴ₂を再設定するための演算が間に合わな
くなったとしても、吸気行程中に設定した点火時期ＩＧ
Ｔ₁によって点火プラグ８を作動させることができるの
で、失火による排ガス特性の悪化を防止することができ
るという利点もある。

【００４６】以上、本発明の一実施形態について説明し
たが、本発明は上述した実施形態に限定されるものでは
なく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実
施することができることは言うまでもない。例えば、上
述の実施形態では、エンジン回転速度Ｎｅ₂と総燃料噴
射量（Ｐｗ＋Ｐｗａ）とに基づき点火時期ＩＧＴ₂を再
設定するようになっているが、エンジン回転速度Ｎｅ₂
と補正量Ｐｗａとに基づき当初設定した点火時期ＩＧＴ
₁を補正（リタード側に補正）するようにしてもよい。

【００４７】また、上述の実施形態では、エンジン回転
速度Ｎｅと燃料噴射量とに基づき点火時期ＩＧＴを設定
しているが、燃料噴射量を決定する上での基礎となる吸
入空気量をパラメータとして、エンジン回転速度Ｎｅと
吸入空気量とに基づき点火時期ＩＧＴを設定するように
してもよい。この場合、点火時期設定手段３８による点
火時期ＩＧＴ₁の設定は、排気行程末期（３６５°ＢＴ
ＤＣ）でのエンジン回転速度Ｎｅ₁及び吸入空気量（∝
Ａ₁／Ｎｅ₁）に基づき設定し、点火時期再設定手段４０
による点火時期ＩＧＴ₂の設定は、吸気行程末期（１８
５°ＢＴＤＣ）でのエンジン回転速度Ｎｅ₂及び吸入空
気量（∝Ａ₂／Ｎｅ₂）に基づき設定する。

【００４８】さらに、上述の実施形態では、エンジン１
の燃料噴射の態様として、ストイキモード，エンリッチ
モード，前期リーン噴射モード，後期リーン噴射モード
を有する場合について説明したが、さらに、２段混合噴
射モードを有する場合には、次のような制御を行なうこ
とができる。まず、２段混合噴射モードについて説明す
ると、この運転モードは吸気行程中に自己着火し得ない
量の燃料を補助噴射し、その後の圧縮行程中に主噴射す
ることによって、発進時のノッキングを回避しながら発
進応答性を向上させるようにしたものであり、図６の燃
料噴射マップに示すように低回転高負荷時に選択される
モードである。

【００４９】一方、上述した追加燃料の噴射は、吸気行
程中に燃料噴射を行なう運転モードにおいて吸気行程中
のアクセル操作等により吸入空気量が増大した場合に行
なわれるが、このような状況が通常起こり得るのはエン
ジン１の運転状態が比較的低回転時のストイキモード或
いは前期リーン噴射モードにある場合である。そして、
このとき、ドライバのアクセル操作により吸入空気量が
増大した場合には、エンジン負荷が増大してエンジン１
の運転状態は低回転高負荷状態となるが、上記の２段混
合噴射モードが設けられている場合には、図６中の矢印
（Ｐ₁→Ｐ₂，Ｐ ₃→Ｐ₄）で示すように、エンジン１の運
転状態はストイキモード（或いは吸気リーン噴射モー
ド）から２段混合噴射モードに突入することになる。

【００５０】ストイキモード（或いは吸気リーン噴射モ
ード）と２段混合噴射モードとを比較した場合、ノッキ
ングの発生し易さの違いから最適点火時期を設定するた
めの点火時期制御マップが異なっており、ストイキモー
ド（或いは吸気リーン噴射モード）から２段混合噴射モ
ードに移行する場合には、点火時期制御マップの切り換
えが必要となる。したがって、上述のように吸気行程中
のアクセル操作による吸入空気量の増大により２段混合
噴射モードに突入する場合には、点火時期の再設定を行
なうとともに点火時期制御マップの切換制御も行なう必
要がある。

【００５１】そこで、このような場合には図７に示すよ
うなフローにしたがい点火時期の再設定を行なうことに
する。なお、この図７に示すフローチャートは先に説明
した図５に示すフローチャートに対応するものであり、
図３，図４に示すフローについての変更はない。以下説
明すると、まず、点火時期制御手段３３では、フラグＣ
がオン（Ｃ＝１）になっているか否か判定する（ステッ
プＳ４００）。このフラグＣは２段混合噴射モードに入
っている場合にオンになり、最初の段階ではオフ（Ｃ＝
０）になっている。そして、フラグＣがオフのときには
ステップＳ４１０に進む。

【００５２】ステップＳ４１０では、補正量算出手段３
６により補正量Ｐｗａの算出が行なわれたか否か、すな
わち、追加噴射が実行されるか否かを判定する。そし
て、追加噴射が実行される場合には、まず、フラグＣを
オン（Ｃ＝１）にし（ステップＳ４２０）、続いて圧縮
行程中の７５°ＢＴＤＣにおいて、点火時期再設定手段
４０により点火時期の再設定を行なう。

【００５３】ここでも上述の実施形態と同様に吸気行程
末期（１８５°ＢＴＤＣ）でのエンジン回転速度Ｎ
ｅ₂、及び、先に噴射量算出手段３４で算出された燃料
噴射量Ｐｗと補正量算出手段３６により算出された補正
量Ｐｗａとの総和（総燃料噴射量）に応じて点火時期Ｉ
ＧＴ₂を再設定するが、再設定専用の点火時期制御マッ
プを参照するのではなく、２段混合噴射モード用の点火
時期制御マップを参照して点火時期ＩＧＴ₂を再設定す
る（以上、ステップＳ４３０）。

【００５４】そして、点火制御手段３９では、ステップ
Ｓ４１０において追加噴射が実行されないと判定された
場合には、点火時期設定手段３８で設定された点火時期
ＩＧＴ₁で点火プラグ８を作動させ、追加噴射が実行さ
れると判定された場合には、点火時期再設定手段４０で
再設定された点火時期ＩＧＴ₂で点火プラグ８を作動さ
せる（ステップＳ４５０）。

【００５５】また、一度追加噴射を行なうとフラグＣが
オンになるので、以後、ステップＳ４００における判定
ではステップＳ４４０に進む。この場合には運転モード
は既に２段混合噴射モードになっているので、ステップ
Ｓ４４０では２段混合噴射モードでの点火時期制御マッ
プを参照しながら点火時期ＩＧＴを設定し、ステップＳ
４５０では設定した２段混合噴射モード用の点火時期Ｉ
ＧＴで点火プラグ８を作動させる。なお、この２段混合
噴射モードでの点火時期制御は所定のサイクルだけ実行
され、その後は通常の制御に移行してフラグＣはリセッ
ト（Ｃ＝０）される。

【００５６】このような制御方法によれば、吸気行程で
の吸入空気量の増加による点火時期の最適値からのずれ
を解消できるとともに、再設定専用の点火時期制御マッ
プをそなえる必要がなく、ストイキモード（或いは前期
リーン噴射モード）から２段混合噴射モードへの点火時
期制御マップの切り換え制御の簡素化を図ることができ
るという利点がある。

【００５７】さらに、上述の実施形態における筒内噴射
式内燃機関の構成はあくまでも一例であり、少なくとも
吸気行程中に燃焼室内に直接燃料を噴射可能な内燃機関
であればよい。

【００５８】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明の内燃機関
の制御装置によれば、吸気行程末期までに空気量検出手
段により検出された吸入空気量に基づいて補正量算出手
段により燃料の補正量を算出し、算出した量の補正用燃
料を追加噴射するとともに、燃料噴射量算出手段により
算出された燃料噴射量と補正量算出手段により算出され
た増加補正量との総和と、空気量検出手段により検出さ
れた燃焼室内の吸入空気量との少なくとも一方に基づい
て点火時期を補正するので、吸気行程での吸入空気量の
増加による燃料の不足が解消され加速応答性が向上する
とともに、吸気行程での吸入空気量の増加による点火時
期の最適値からのずれも解消され排ガス特性の悪化等も
防止されるという利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態としての内燃機関の制御装
置の構成を示す模式図である。

【図２】本発明の一実施形態としての内燃機関の制御装
置にかかる制御の流れを示すフローチャートである。

【図３】本発明の一実施形態としての内燃機関の制御装
置にかかる制御の流れを示すフローチャートである。

【図４】本発明の一実施形態としての内燃機関の制御装
置にかかる制御の流れを示すフローチャートである。

【図５】本発明の一実施形態としての内燃機関の制御装
置にかかる吸気行程噴射時の作用効果を説明するための
タイムチャートである。

【図６】本発明の他の実施形態としての内燃機関の制御
装置にかかる運転モード（燃料噴射モード）の設定マッ
プを示すである。

【図７】本発明の他の実施形態としての内燃機関の制御
装置にかかる制御の流れを示すフローチャートである。

【符号の説明】

１エンジン（筒内噴射式内燃機関）３燃焼室８点火プラグ（点火装置）９インジェクタ（噴射装置）１５エアーフローセンサ（空気量検出手段，機関運転
状態検出手段）２０クランク角センサ（機関運転状態検出手段）３４噴射量算出手段３５第一燃料噴射制御手段３６補正量算出手段３７第二燃料噴射制御手段３８点火時期設定手段３９点火制御手段４０点火時期再設定手段（点火時期補正手段）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 3G022 AA07 CA04 DA00 EA06 FA06 FA08 FA10 GA00 GA01 GA06 3G084 AA04 BA13 BA15 BA17 CA04 DA01 EA11 EC02 EC03 FA07 FA13 FA18 FA38 3G301 HA01 HA04 HA16 JA03 KA12 LB04 MA01 MA12 MA19 MA20 MA26 NA01 NA06 NA08 NB02 NB06 NB11 NB14 NE01 NE13 NE14 NE15 PA01Z PA11Z PA18Z PC02Z PE04Z

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内燃機関の運転状態を検出する機関運転
状態検出手段と、該機関運転状態検出手段の出力に基づいて燃料噴射量を
算出する燃料噴射量算出手段と、該機関の燃焼室内に直接燃料を噴射する噴射装置と、該燃料噴射量算出手段により算出された量の燃料を吸気
行程中に噴射するように該噴射装置を制御する第一燃料
噴射制御手段と、該機関運転状態検出手段の出力に基づいて点火時期を設
定する点火時期設定手段と、該燃焼室内の混合気に点火する点火装置と、該点火時期設定手段により設定された点火時期で点火す
るように該点火装置を制御する点火制御手段と、吸入された空気量を検出する空気量検出手段と、該空気量検出手段により検出された吸入空気量に基づい
て燃料の増加補正量を算出する補正量算出手段と、該補正量算出手段により算出された量の燃料を該第一燃
料噴射制御手段による噴射が終了した後に該噴射装置に
追加噴射させる第二燃料噴射制御手段と、該燃料噴射量算出手段により算出された燃料噴射量と該
補正量算出手段により算出された増加補正量との総和
と、該空気量検出手段により検出された該燃焼室内の吸
入空気量との少なくとも一方に基づいて点火時期を補正
する点火時期補正手段とをそなえたことを特徴とする、
内燃機関の制御装置。