JP2002161774A

JP2002161774A - 内燃機関の燃焼制御装置

Info

Publication number: JP2002161774A
Application number: JP2000359413A
Authority: JP
Inventors: Jun Maemura; 純前村
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2000-11-27
Filing date: 2000-11-27
Publication date: 2002-06-07

Abstract

(57)【要約】【課題】燃焼形態の切替え時におけるトルクショックの
発生を確実に抑制する。【解決手段】エンジン１１は、吸入空気及び燃料の混合
気を燃焼することによりクランクシャフト１７を回転さ
せるとともに、機関運転状態に基づく切替え要求に応じ
て燃焼形態を切替える。モータジェネレータ（ＭＧ）５
５はクランクシャフト１７に駆動連結され、アクチュエ
ータ３１，３４はスロットル弁２６及びスワール制御弁
３２の開度を変化させることにより吸入空気の流通状態
を調整する。電子制御ユニットは、燃焼形態の切替え要
求に応じてアクチュエータ３１，３４の制御を切替え先
の燃焼形態に応じた制御に切替える。切替え要求の発生
から、アクチュエータ３１，３４の切替えにともない、
吸入空気の流通状態が少なくとも切替え先の燃焼形態に
応じた状態に切替わるまで燃焼を停止させる。この燃焼
停止期間にＭＧ５５を作動させてクランクシャフト１７
を回転させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、吸入空気及び燃料
の混合気を複数種類の燃焼形態で燃焼させるとともに、
機関運転状態に応じて燃焼形態を切替えるようにした内
燃機関の燃焼制御装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】吸入空気及び燃料の混合気を複数種類の
燃焼形態で燃焼させ、かつその燃焼形態を機関運転状態
に応じて切替える内燃機関として、例えば筒内噴射式の
内燃機関が知られている。この内燃機関での燃焼形態に
は、例えば低負荷時に実行される成層燃焼と、中・高負
荷時に実行される均質燃焼とがある。成層燃焼時には、
燃料噴射弁からの噴射燃料が燃焼室内の点火プラグの周
りに偏在された状態で燃焼される。また、均質燃焼時に
は、燃料噴射弁からの噴射燃料が燃焼室内全体に拡散さ
れた状態で燃焼される。

【０００３】上記内燃機関では、成層燃焼時に要求され
る吸入空気の状態と、均質燃焼時に要求される吸入空気
の状態とが互いに異なっている。吸入空気の状態とは、
例えばスロットル弁の開度に応じて変化する吸入空気
量、スワール制御弁の開度に応じて変化するスワール
（旋回）流の強さ等である。

【０００４】ここで仮に、これらの吸入空気の状態が、
燃焼形態の切替え要求に応じて瞬時に切替わるものであ
れば、内燃機関の出力トルクが燃焼形態の切替え前後で
同程度となるように、各部の制御量を適切に設定するこ
とにより、その切替え時のトルク変動によるショック
（トルクショック）を抑えることが可能である。

【０００５】しかし、燃焼形態の切替え要求が生じた場
合、実際には吸気系アクチュエータの作動によりスロッ
トル弁、スワール制御弁等が、すぐに切替え先の燃焼形
態に適した状態に切替わる反面、吸入空気の状態が切替
え先の燃焼形態に適した状態に切替わるまでにある程度
時間がかかる。そのため、燃焼形態の切替え要求に応じ
て、吸気系アクチュエータの制御と、燃料噴射系・点火
系の制御とを同時に切替えた場合には、吸入空気の状態
が切替え先の燃焼形態に適した状態になっていないにも
かかわらず、燃料噴射及び点火が行われ、失火やトルク
ショックが生ずる場合がある。

【０００６】これに対しては、例えば特開平１１−２８
７１４３号公報に、燃焼形態の切替え要求に応じ、切替
え先の燃焼形態に対応した吸気系アクチュエータの制御
を開始し、所定のディレイ期間が経過した後に、燃料噴
射量、噴射時期、点火時期等の制御を切替え先の燃焼形
態に対応した制御に切替えることが提案されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところが、前記のよう
に燃料噴射系・点火系の制御の切替えタイミングを、吸
気系アクチュエータの制御の切替えタイミングより遅ら
せたとしても、ディレイ期間中にも燃焼が継続し出力ト
ルクが発生している。この燃焼は、吸入空気の状態が変
化している過渡時のものであるから、その燃焼にともな
い得られる出力トルクもまた、燃焼形態の切替え前後の
出力トルクとは異なる過渡時特有の値となる。すなわ
ち、ディレイ期間には、出力トルクが燃焼形態の切替え
前とも切替え後とも異なる値で変動する。そして、この
過渡状態特有のトルク変動により、燃焼形態切替え時の
トルクショックが依然として起こり、このことがドライ
バビリティの悪化を招く一因になっている。

【０００８】なお、前記公報に記載されているように、
さらに点火時期を遅らせる（遅角する）ことによりトル
ク変動を抑えることも考えられる。しかし、点火時期を
遅らせるにも限度があり、トルク変動を非常に小さくす
ることができない場合がある。一方、内燃機関の運転状
態の中には、わずかなトルク変動でも乗員がトルクショ
ックとして感じ取りやすい状態がある。例えば、内燃機
関が低負荷で安定して低速回転するアイドル状態であ
る。そのため、アイドル状態では、前記のように点火時
期を遅らせたとしても、トルク変動がわずかでも発生す
る限り、乗員はこれをトルクショックとして感じやす
い。このように、ディレイ期間と点火時期の遅角とを組
み合わせても、効果が得られる状況が限られてしまい、
トルクショックを根本的に解消することが困難である。

【０００９】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、燃焼形態の切替え時におけ
るトルクショックの発生を確実に抑制することのできる
内燃機関の燃焼制御装置を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】以下、上記目的を達成す
るための手段及びその作用効果について記載する。上記
目的を達成するため、請求項１記載の発明では、吸入空
気及び燃料の混合気を燃焼することにより出力軸を回転
させるとともに、機関運転状態に基づく切替え要求に応
じて燃焼形態を切替える内燃機関と、前記出力軸に駆動
連結された電動機と、前記吸入空気の流通状態を調整す
る吸気調整手段と、前記燃焼形態の切替え要求に応じて
前記吸気調整手段の制御を切替え先の燃焼形態に応じた
制御に切替える吸気切替え手段と、前記燃焼形態の切替
え要求発生から、前記吸気切替え手段による前記吸気調
整手段の切替えにともない、前記吸入空気の流通状態が
少なくとも切替え先の燃焼形態に応じた状態に切替わる
まで前記燃焼を停止させる燃焼停止手段と、前記燃焼停
止手段による燃焼停止期間に、前記電動機を作動させて
前記出力軸を回転させる出力制御手段とを備えている。

【００１１】上記の構成によれば、機関運転状態に基づ
き燃焼形態の切替え要求が生ずると、吸気切替え手段に
より吸気調整手段の制御が切替え先の燃焼形態に応じた
制御に切替えられる。この吸気調整手段の切替え動作に
遅れて、吸入空気の状態が切替え先の燃焼形態に応じた
状態に切替わる。

【００１２】一方、前記切替え要求に応じ、燃焼停止手
段により混合気の燃焼が停止される。この停止により、
燃焼の際のエネルギーによる出力軸の回転速度が低下
し、内燃機関の発生トルクが低下する。この燃焼停止
は、燃焼形態の切替え要求発生から、吸気切替え手段に
よる吸気調整手段の切替えにともない、吸入空気の流通
状態が少なくとも切替え先の燃焼形態に応じた状態に切
替わるまでの期間に行われる。

【００１３】さらに、燃焼停止手段による燃焼停止期間
には、出力制御手段により電動機が作動されて出力軸が
回転される。この回転により、燃焼停止にともない低下
する内燃機関の発生トルクに電動機の発生トルクが加わ
る。ここで、電動機の発生トルクが内燃機関の発生トル
クの低下分と略同一であれば、最終的に内燃機関から出
力されるトルクは燃焼形態の切替え前の出力トルクと略
同一になる。なお、燃焼形態の切替え要求発生から、吸
入空気の流通状態が切替え先の燃焼形態に応じた状態に
切替わるまでの期間には吸入空気の流通状態が変化する
が、混合気の燃焼が停止されることから、この変化が出
力トルクに影響を及ぼすことはない。また、失火のおそ
れもない。

【００１４】そして、吸入空気の流通状態が切替え先の
燃焼形態に応じた状態に切替わった後に、すなわち、切
替え先の燃焼形態に適した状態になってから混合気の燃
焼が再開される。

【００１５】このように、吸入空気の流通状態が切替わ
るまでの過渡時であっても、燃焼の停止と電動機の作動
とを行って内燃機関の出力トルクを制御することによ
り、トルク変動を確実に小さくすることができる。従っ
て、燃焼形態の切替え時におけるトルクショックの発生
を抑制し、そのトルクショックに起因するドライバビリ
ティの悪化を解消することができる。

【００１６】請求項２記載の発明では、請求項１記載の
発明において、前記吸気切替え手段による切替え、前記
燃焼停止手段による燃焼停止及び前記出力制御手段によ
る出力制御は、前記内燃機関のアイドル時における前記
燃焼形態の切替え要求に応じて行われるものであるとす
る。

【００１７】上記の構成によれば、内燃機関のアイドル
時に燃焼形態の切替え要求が出されると、吸気切替え手
段による切替え、燃焼停止手段による燃焼停止及び出力
制御手段による出力制御が行われる。この際、燃焼停止
にともなう内燃機関の発生トルクの低下分と略同一のト
ルクが電動機によって発生されることにより、同内燃機
関の出力トルクが、燃焼形態の切替え前後と略同一にな
る。このため、内燃機関が低負荷で低速回転するアイド
ル時には回転が安定するが、燃焼形態の切替えにともな
うトルク変動を、乗員にトルクショックとして感じられ
ないほど小さくすることができる。このように、トルク
ショックが最も感じ取られやすいアイドル時であっても
トルクショックの発生を確実に抑制できる。

【００１８】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、前記燃料は燃料供給手段により供
給され、前記混合気は点火プラグの火花により着火及び
燃焼されるものであり、前記燃焼停止手段は、前記混合
気の燃焼停止に際し、前記燃料供給手段による燃料供
給、及び前記点火プラグの点火の少なくとも一方を停止
するものであるとする。

【００１９】上記の構成によれば、燃焼形態の切替え要
求に応じた燃焼停止手段による燃焼停止に際しては、燃
料供給手段による燃料の供給、及び点火プラグの点火の
少なくとも一方が停止される。燃料の供給及び着火は混
合気の燃焼に必要な条件であるため、これらの条件の１
つでも満たされなくなると、燃焼が確実に停止する。こ
のため、燃焼による内燃機関の発生トルクを確実に低下
させることができる。

【００２０】請求項４記載の発明では、請求項３記載の
発明において、前記燃焼形態は、前記燃料供給手段によ
り供給される燃料を燃焼室内の点火プラグの周りに偏在
させて燃焼させる成層燃焼と、前記燃料供給手段により
供給される燃料を燃焼室内全体に拡散させて燃焼させる
均質燃焼とを少なくとも含むものとする。

【００２１】上記の構成によれば、燃焼形態が成層燃焼
の場合には、燃料供給手段から供給された燃料が燃焼室
内の点火プラグの周りに偏在されて燃焼される。このた
め、燃焼室内全体での混合気の空燃比（空気と燃料の重
量比）がリーンになり、燃費が向上する。ここで、リー
ンとは、燃料を完全燃焼させるのに必要な空燃比の理論
値（理論空燃比）よりも、燃料が少なく空気が多い状態
をいう。また、燃焼形態が均質燃焼の場合には、燃料供
給手段により供給された燃料が燃焼室内全体に拡散され
て燃焼される。十分に混合してからの点火となるため燃
焼が円滑に進み、高出力が得られる。

【００２２】さらに、燃焼形態を成層燃焼から均質燃焼
に切替えるための切替え要求が出された場合でも、その
逆に切替える切替え要求が出された場合でも、吸気切替
え手段による吸気調整手段の切替え、燃焼停止手段によ
る燃焼停止及び出力制御手段による出力制御を行うこと
で、燃焼形態の切替え時におけるトルクショックの発生
を抑制することができる。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明を内燃機関が搭載さ
れる自動車に適用した一実施形態について、図面に従っ
て説明する。

【００２４】図１及び図２に示すように、内燃機関の一
形態である筒内噴射式ガソリンエンジン（以下、単にエ
ンジンという）１１はシリンダヘッド１２と、複数の気
筒（シリンダ）１３を有するシリンダブロック１４とを
備えている。各シリンダ１３内には、ピストン１５が往
復動可能に収容されている。各ピストン１５は、コネク
ティングロッド１６を介し、エンジン１１の出力軸であ
るクランクシャフト１７に連結されている。各ピストン
１５の往復運動は、コネクティングロッド１６によって
回転運動に変換された後、クランクシャフト１７に伝達
される。

【００２５】燃焼室１８は、ピストン１５の頂面、シリ
ンダ１３の内壁面及びシリンダヘッド１２の下面によっ
て区画形成されている。シリンダヘッド１２には、各燃
焼室１８に連通する吸気ポート１９及び排気ポート２０
がそれぞれ設けられている。本実施形態では、吸気ポー
ト１９はシリンダ１３毎に一対ずつ設けられ、排気ポー
ト２０もまたシリンダ１３毎に一対ずつ設けられてい
る。

【００２６】これらの吸・排気ポート１９，２０を開閉
するために、シリンダヘッド１２には吸気弁２１及び排
気弁２２がそれぞれ往復動可能に支持されている。ま
た、シリンダヘッド１２において、吸・排気弁２１，２
２の各上方には、それぞれカムを有するカムシャフト２
３，２４が回転可能に設けられている。これらのカムシ
ャフト２３，２４は、図示しないタイミングプーリ、タ
イミングベルト等によりクランクシャフト１７に駆動連
結されている。そして、クランクシャフト１７が回転さ
れると、その回転がタイミングベルト、タイミングプー
リ等を介してカムシャフト２３，２４に伝達される。各
カムシャフト２３，２４の回転により吸・排気弁２１，
２２が往復動し、吸・排気ポート１９，２０が開放又は
閉鎖される。

【００２７】吸気ポート１９には、エアクリーナ２５、
スロットル弁２６、サージタンク２７、吸気マニホルド
２８等を有する吸気通路２９が接続されている。エンジ
ン１１の外部の空気は、図１及び図２において矢印で示
すように、吸気通路２９の各部２５〜２８を順に通過し
て燃焼室１８に取り込まれる。

【００２８】スロットル弁２６は吸気通路２９内に回動
可能に支持されており、同スロットル弁２６にステップ
モータ等のアクチュエータ３１が駆動連結されている。
アクチュエータ３１は、運転者によるアクセルペダル３
０の踏込み操作に応じて作動し、スロットル弁２６を回
動させる。吸気通路２９を流れる空気の量、すなわち吸
入空気量は、スロットル弁２６の回動角度（スロットル
開度）に応じて変化する。このように、スロットル弁２
６及びアクチュエータ３１は吸入空気の流通状態である
吸入空気量を調整する。

【００２９】吸気マニホルド２８はシリンダ１３と同数
に分岐されている。各分岐部の内部には２つの通路がそ
れぞれ仕切り形成されている。これらの通路は、前述し
た吸気ポート１９に接続されている。各分岐部内の一方
の通路内には、気流制御弁（スワール制御弁）３２が共
通の軸３３により回動可能に支持されている。スワール
制御弁３２は、一方の通路の開度を小さくすることによ
りスワール（旋回）流を燃焼室１８内に発生させ、燃焼
を促進させるためのものである。軸３３には、ステップ
モータ等のアクチュエータ３４が駆動連結されている。
各燃焼室１８内でのスワール流の強さは、スワール制御
弁３２の回動角度（スワール制御弁開度）に応じて変化
する。このように、スワール制御弁３２及びアクチュエ
ータ３４は、吸入空気の状態であるスワール流の強さを
調整する。なお、アクチュエータ３４としては、前記ス
テップモータに代えて、吸気通路２９の負圧により作動
して軸３３を回動させるものを用いてもよい。

【００３０】シリンダヘッド１２には、シリンダ１３毎
に電磁式の燃料噴射弁３５が取付けられている。各燃料
噴射弁３５には、燃料タンク３６から燃料配管３７及び
デリバリパイプ３８を通じて高圧の燃料が供給される。
各燃料噴射弁３５はこの高圧の燃料を、対応する燃焼室
１８内へ直接噴射する。この噴射により供給された燃料
は、吸気通路２９を通って燃焼室１８内に導入される吸
入空気と混ざり合って混合気となる。

【００３１】シリンダヘッド１２には、点火プラグ３９
が各シリンダ１３に対応して取付けられている。点火プ
ラグ３９は、ディストリビュータ（図示略）によって分
配された点火信号に基づいて駆動される。ディストリビ
ュータは、イグナイタ４０（図３参照）から出力される
高電圧を、クランクシャフト１７の回転角、すなわちク
ランク角に同期して、点火プラグ３９に分配して印加す
る。そして、前記混合気は点火プラグ３９の電気火花に
よって着火され、爆発・燃焼する。このときに生じた高
温高圧の燃焼ガスによりピストン１５が往復動され、ク
ランクシャフト１７が回転されて、エンジン１１の駆動
力（出力トルク）が得られる。

【００３２】本実施形態では、混合気の燃焼方式として
少なくとも均質燃焼と成層燃焼とがあり、これらはエン
ジン１１の運転状態に応じて切替えられる。均質燃焼
は、例えばエンジン１１の中・高負荷時において、吸気
行程（ピストン１５の下降中）に燃料を噴射させること
により拡散時間を長く取り、気化を促進して燃料と空気
とを均一に混合して理論空燃比付近の混合気とし、その
後に点火を行う燃焼方式である。均質燃焼では、十分に
混合してからの点火となるためススが出にくく、また燃
焼が円滑に進むため高出力を得ることができる。

【００３３】成層燃焼は、例えばエンジン１１の低負荷
時において、圧縮行程（ピストン１５の上昇中）の後半
に燃料をピストン１５の頂面に向けて噴射することによ
り、混合気を層状化し、その後に点火を行う燃焼方式で
ある。すなわち、燃料の噴射時期を可能な限り遅らせる
ことで、燃料が燃焼室１８の全体に拡散する前に、点火
プラグ３９の周辺には燃料の濃い（理論空燃比程度）混
合気の層を形成し、その周りには燃料の少ない混合気の
層を形成する方式である。成層燃焼では、シリンダ１３
内全体の空燃比を考えると、３０〜５０程度のリーン状
態となり、燃費が向上する。

【００３４】排気ポート２０には、排気マニホルド４
１、三元触媒４２、ＮＯｘ（窒素酸化物）吸蔵還元型三
元触媒４３等を有する排気通路４４が接続されている。
燃焼室１８で生じた燃焼ガスは、排気通路４４の各部４
１〜４３を順に通ってエンジン１１の外部へ排出され
る。三元触媒４２は、燃料の空燃比が理論空燃比付近と
なったとき排気を効率よく浄化する。ＮＯｘ吸蔵還元型
三元触媒４３は、希薄燃焼時（成層燃焼時）に発生した
排気中のＮＯｘを一時的に吸着する。さらに、この三元
触媒４３は、空燃比がリッチに切替えられたときに、燃
焼室１８で燃え残った燃料成分を還元剤として受け、前
記のように吸着したＮＯｘを還元（浄化）する。この還
元のためには、燃焼形態が成層燃焼から均質燃焼に切替
えられ、混合気が一時的にリッチにされる。ここで、均
質燃焼によって混合気がリッチにされることにより触媒
に供給される還元剤は、「リッチスパイク」と呼ばれ
る。

【００３５】自動車には、その制動力を増大させ、ブレ
ーキペダル４５の踏込み力を軽減するためのブレーキブ
ースタ４６が設けられている。このブレーキブースタ４
６の動力源としては、スロットル弁２６の下流の吸気通
路２９内に発生する負圧が利用される。すなわち、スロ
ットル弁２６の下流から分岐する導圧管４７を介して、
負圧がブレーキブースタ４６に導かれる。そして、ブレ
ーキペダル４５の踏込み量に応じた負圧が、ブレーキブ
ースタ４６に内蔵されたダイヤフラムに作用することに
よってブレーキ操作力が増加する。

【００３６】自動車には、燃料タンク３６等で発生した
蒸発燃料を処理する蒸発燃料処理装置４８が設けられて
いる。同装置４８は、活性炭等の吸着剤を内蔵するキャ
ニスタ４９、吸気通路２９のスロットル弁２６よりも下
流の箇所とキャニスタ４９とを接続するパージ通路５
０、及び同通路５０の途中に設けられたパージ弁５１を
備えている。蒸発燃料処理装置４８では、パージ弁５１
が閉弁されているときに、燃料タンク３６内で発生した
蒸発燃料がキャニスタ４９内の吸着剤に吸着される。パ
ージ弁５１が開弁されると、吸気通路２９内の負圧がパ
ージ通路５０を介してキャニスタ４９に作用する。この
負圧により、キャニスタ４９は吸着剤に吸着されていた
蒸発燃料を放出（パージ）する。この蒸発燃料は、吸気
通路２９の上流から流れてきた新気と混ざり合いながら
燃焼室１８へ導入され、燃料噴射弁３５から噴射される
燃料とともに燃焼される。

【００３７】エンジン１１のクランクシャフト１７に
は、その回転力を自動車の走行状態に応じて増減してド
ライブシャフト５２に伝達するためのトランスミッショ
ン５３が接続されている。ドライブシャフト５２はトラ
ンスミッション５３による回転力（動力）を駆動輪５４
に伝達する。エンジン１１とトランスミッション５３と
の間には、誘導モータ等からなるモータジェネレータ
（ＭＧ）５５が設けられている。ＭＧ５５は、フライホ
イール５６を介してクランクシャフト１７に直列に連結
されている。ＭＧ５５には図示しないインバータが接続
され、このインバータによりキャパシタ（あるいはバッ
テリ）からの直流電力が交流電力に変換されてＭＧ５５
に供給される。ＭＧ５５は電動機と発電機の機能を兼ね
備えている。ＭＧ５５は、クランクシャフト１７を強制
的に回転させる場合に電動機として機能する。これとは
逆に、ＭＧ５５は、クランクシャフト１７の回転力を受
けて作動することにより、発電機として機能して電力を
発生する。この電力は、必要に応じて蓄電装置に蓄えら
れる。

【００３８】エンジン１１には、その運転状態を検出す
るための各種センサが取付けられている。例えば、クラ
ンクシャフト１７の近傍には、同シャフト１７が一定ク
ランク角回転する毎にパルス状の信号を発生するクラン
ク角センサ５７が設けられている。カムシャフト２３の
近傍には、所定気筒のピストン１５が吸気上死点に達し
たときにパルス状の信号を発生する気筒判別センサ５８
が設けられている。これらクランク角センサ５７及び気
筒判別センサ５８の信号は、クランク角、エンジン回転
速度等の算出と、気筒の判別とに用いられる。

【００３９】スロットル弁２６の近傍には、その回動角
度（スロットル開度）を検出するスロットルセンサ５９
が配置されている。吸気通路２９において、スロットル
弁２６の下流側、例えばサージタンク２７には、吸入空
気の圧力（吸気圧）を検出する吸気圧センサ６０が設け
られている。アクセルペダル３０には、運転者による同
ペダル３０の踏込み量（アクセル開度）を検出するアク
セルセンサ６１が設けられている。

【００４０】さらに、前記各種センサ５７〜６１の検出
値に基づき、エンジン１１の各部を制御するために、図
３に示す電子制御ユニット（Electronic Control Uni
t：ＥＣＵ）６２が用いられている。ＥＣＵ６２はＣＰ
Ｕ６３、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）６４、ランダム
アクセスメモリ（ＲＡＭ）６５、バックアップＲＡＭ６
６、外部入力回路６７及び外部出力回路６８を備えてい
る。これらの各回路はバス６９によって互いに接続され
ている。

【００４１】ＲＯＭ６４は、所定の制御プログラムや初
期データを予め記憶している。ＣＰＵ６３は、ＲＯＭ６
４に記憶された制御プログラム及び初期データに従って
各種の演算処理を実行する。ＲＡＭ６５は、ＣＰＵ６３
による演算結果を一時的に記憶する。バックアップＲＡ
Ｍ６６は、ＥＣＵ６２に対する電源供給が停止された後
にも、ＲＡＭ６５内の各種データを保持するために、バ
ッテリ（図示略）によってバックアップされている。

【００４２】そして、ＣＰＵ６３は外部入力回路６７を
介して各種センサ５７〜６１の検出信号を入力する。ま
た、ＣＰＵ６３はそれらの入力に基づき、エンジン１１
の運転状態を判定し、その運転状態と、所定の演算式又
は所定の制御マップとに基づき燃料噴射量、燃料噴射時
期、スロットル弁２６の開度、スワール制御弁３２の開
度、点火時期、ＭＧ５５のトルク指令値等を算出する。
そして、ＣＰＵ６３は、算出結果に基づいてアクチュエ
ータ３１，３４、燃料噴射弁３５、イグナイタ４０、Ｍ
Ｇ５５等に対し制御信号を出力する。

【００４３】例えば、ＣＰＵ６３は、クランク角センサ
５７、アクセルセンサ６１（又は吸気圧センサ６０）等
の検出信号より、エンジン１１の運転状態が低負荷運転
領域にあると判定した場合は、アクチュエータ３４へ制
御信号を出力してスワール制御弁３２の開度を小さくす
る。また、アクチュエータ３１へ制御信号を出力してス
ロットル弁２６を実質的に全開状態とする。さらに、各
気筒の圧縮行程時に燃料噴射弁３５に通電して燃料を噴
射させる。

【００４４】この場合、各気筒の燃焼室１８には、吸気
行程時に主として片方の通路から新気が導入され、強い
スワール流が発生する。続く圧縮行程では、燃料噴射弁
３５から噴射された燃料がスワール流に従って燃焼室１
８内を旋回し、所定の時期に点火プラグ３９の近傍へ移
動する。このとき、燃焼室１８内は、点火プラグ３９の
近傍が可燃混合気層となり、その他の領域が空気層とな
る、いわゆる成層状態となる。そして、ＣＰＵ６３は、
上記した所定の時期に、イグナイタ４０を駆動して点火
プラグ３９を点火する。その結果、燃焼室１８内の混合
気は、点火プラグ３９の近傍の可燃混合気層を着火源と
して燃焼（成層燃焼）する。

【００４５】一方、ＣＰＵ６３はエンジン１１の運転状
態が中・高負荷運転領域にあると判定した場合は、アク
チュエータ３４へ制御信号を出力してスワール制御弁３
２を全開状態とする。また、スロットル弁２６がアクセ
ルペダル３０の踏込み量（アクセル開度）に対応した開
度となるようアクチュエータ３１へ制御信号を出力す
る。さらに、各気筒の吸気行程時に燃料噴射弁３５に通
電して燃料を噴射させる。この場合、各気筒の燃焼室１
８内の略全域にわたって、空気と燃料とが均質に混ざり
合った理論空燃比近傍の混合気が形成され、均質燃焼が
実現される。

【００４６】次に、前記のように構成された本実施形態
の作用について説明する。図４のフローチャートは、Ｅ
ＣＵ６２が実行する各処理のうち、アイドル時に燃焼形
態を切替えるためのルーチンを示している。このルーチ
ンの処理は、切替え要求発生からの経過時間を計時する
ためのカウンタＣに基づいて実行される。

【００４７】ＥＣＵ６２はまずステップＳ１０１におい
て、エンジン１１の運転状態がアイドル状態であるか否
かを判定し、ステップＳ１０２において、燃焼形態の切
替え要求が出されているか否かを判定する。両判定条件
のいずれか一方でも満たされていないと、この燃焼形態
切替え制御ルーチンを終了する。一方、両判定条件がい
ずれも満たされていると、すなわち、アイドル状態であ
り、かつ燃焼形態の切替え要求が出されていると、ステ
ップＳ１０３以降の処理を行う。

【００４８】ここで、アイドル状態かどうかの判定は、
例えば、アクセル開度に基づき行われる。また、燃焼形
態の切替え要求としては、別途用意されたルーチンによ
り、エンジン１１の運転状態に基づき判定されたものを
用いる。燃焼形態の切替え要求が出される状況として
は、例えば次に掲げるものが挙げられる。

【００４９】（１）成層燃焼中に、ブレーキブースタ４
６内の負圧を確保するために吸気通路２９の負圧を増加
させたいときに、均質燃焼への切替え要求が出される。
すなわち、成層燃焼時には、燃費向上及びポンピングロ
ス低減を目的としてスロットル弁２６が開かれることか
ら吸気通路２９の負圧が小さく、その負圧を駆動源とす
るブレーキブースタ４６の制動倍力効果が低下するた
め、ときどき均質燃焼に切替えて吸気通路２９内の負圧
を増加させてブレーキブースタ４６内の負圧を確保する
必要がある。そこで、例えば、ブレーキブースタ４６内
の負圧が所定値より低下したときに、燃焼形態を成層燃
焼から一時的に均質燃焼に切替えるための切替え要求が
出される。

【００５０】（２）成層燃焼中、触媒にリッチスパイク
を供給（投入）したいときに、均質燃焼への切替え要求
が出される。すなわち、ＮＯｘ吸蔵還元型三元触媒４３
は、前述したように、排気中の酸素濃度が高い成層燃焼
時に排気中のＮＯｘを吸着し、空燃比がリッチに切替え
られて排気中の酸素濃度が低下したときに、吸着したＮ
Ｏｘを還元浄化して放出するものである。そのため、こ
のＮＯｘの浄化性能を維持するために、成層燃焼中にと
きどき均質燃焼への切替え要求が出される。

【００５１】（３）成層燃焼中にキャニスタ４９に吸着
された蒸発燃料を吸気系にパージさせたいときに、均質
燃焼への切替え要求が出される。すなわち、成層燃焼時
に蒸発燃料がパージされると、前述したようにこの蒸発
燃料と新気とが混ざり合いながら燃焼室１８に供給され
るため、燃焼室１８内が成層化状態とならず、あるいは
可燃混合気層が燃料過剰状態となり、燃焼状態の悪化や
エミッションの悪化を招くおそれがある。そのため、基
本的には均質燃焼時に蒸発燃料がパージされ、燃焼を不
安定にすることなく蒸発燃料が処理される。ところが、
キャニスタ４９内に大量の蒸発燃料が貯留されている場
合は、蒸発燃料をパージしきれなくなるおそれがある。
そこで、成層燃焼中であってもときどき均質燃焼への切
替え要求が出され、蒸発燃料が処理される。

【００５２】（４）水温や吸気温が低いときには均質燃
焼が行われ、それらの水温や吸気温が高くなると、成層
燃焼への切替え要求が出される。続くステップＳ１０３
では、各燃料噴射弁３５からの燃料噴射を強制的に停止
させることにより燃料カットを開始する。すなわち、燃
焼室１８への燃料供給停止を開始し、燃焼を停止させ
る。

【００５３】ステップＳ１０４において、吸気系のアク
チュエータ３１，３４の各制御を、切替え先の燃焼形態
に応じた制御に切替える。すなわち、例えば燃焼形態の
切替え先のスロットル開度及びスワール制御弁開度を、
エンジン回転速度、負荷、燃焼形態等に基づき、所定の
演算式に従って、又はマップ等を参照して算出する。そ
して、算出したスロットル開度及びスワール制御弁開度
となるように、各アクチュエータ３１，３４を制御す
る。

【００５４】ステップＳ１０５においてカウンタＣに
「１」を加算する。この処理は、燃焼形態の切替え要求
発生からの経過時間を計時するための処理である。ステ
ップＳ１０６においてＭＧ５５によるトルク補正を開始
する。例えば、燃焼形態切替え前の燃料噴射量から出力
トルクを求め、これをＭＧ５５に対するトルク指令値と
する。このトルク指令値に基づきインバータのスイッチ
ングを制御し、ＭＧ５５を作動させて、エンジン１１の
クランクシャフトを１７強制的に回転（モータリング）
させる。この際、ＭＧ５５の制御量は、同ＭＧ５５によ
るクランクシャフト１７の回転にともなう出力トルク
を、燃料カットによる出力トルクの低下分と同程度とす
るのに必要な値に設定されている。このＭＧ５５による
クランクシャフト１７の回転に応じ、前記燃料カットに
ともなうエンジン１１の出力トルクの低下分が補われ、
同出力トルク及びエンジン回転速度が、燃焼形態の切替
え前の値に保持される。

【００５５】ステップＳ１０７において、カウンタＣの
値が所定値α以上であるか否かを判定する。ここで、所
定値αは、以下の時間Ｔに対応する値と同じか、又は大
きな値に設定されている。時間Ｔとは、前述したステッ
プＳ１０４の処理に応じ、吸入空気量、スワール流の強
さ等の吸入空気の状態が、切替え先の燃焼形態に適した
状態に切替わるまでの時間である。この判定条件が満た
されていない（Ｃ＜α）と、すなわち、切替え要求の発
生から時間Ｔが未だ経過していないと、前述したステッ
プＳ１０５へ戻る。

【００５６】そして、ステップＳ１０７の判定条件が満
たされている（Ｃ≧α）と、すなわち、切替え要求の発
生から時間Ｔが経過すると、ステップＳ１０８におい
て、ＭＧ５５によるトルク補正を終了（ＭＧ５５の作動
を停止）するとともに、燃料カットを終了し、各燃料噴
射弁３５からの燃料噴射を再開する。ステップＳ１０９
において、カウンタＣをリセットし、この燃焼形態切替
え制御ルーチンを終了する。

【００５７】上記制御ルーチンによると、エンジン１１
の発生トルク、ＭＧ５５の発生トルク等は、例えば図５
に示すように変化する。エンジン１１のアイドル時にお
いて、タイミングｔ１で成層燃焼から均質燃焼への切替
え要求が生ずると、吸気系のアクチュエータ３１，３４
が、成層燃焼に応じた制御から均質燃焼に応じた制御に
切替えられる。これらのアクチュエータ３１，３４の切
替え動作に遅れて、吸入空気の状態が切替え先の燃焼形
態に応じた状態に切替わる。

【００５８】一方、前記切替え要求に応じ、燃料カット
が開始されて混合気の燃焼が停止される。この停止によ
り、燃焼の際のエネルギーによるクランクシャフト１７
の回転速度が低下し、エンジン１１の本来の発生トルク
が低下する。この燃焼停止は、切替え要求発生時（タイ
ミングｔ１）から、アクチュエータ３１，３４の切替え
にともない、吸入空気の流通状態が均質燃焼に応じた状
態に切替わる時点（タイミングｔ２）までの期間に行わ
れる。

【００５９】さらに、燃料カットによる燃焼停止期間
（ｔ１〜ｔ２）には、ＭＧ５５が作動されてクランクシ
ャフト１７が強制的に回転される。この回転により、燃
焼停止にともない低下するエンジン１１の発生トルクに
ＭＧ５５の発生トルクが加わる。ここで、ＭＧ５５の発
生トルクがエンジン１１の発生トルクの低下分と略同一
に設定されていることから、最終的にエンジン１１から
出力されるトルクは燃焼形態の切替え前の出力トルクと
略同一になる。燃焼形態の切替え前の出力トルク及びエ
ンジン回転速度が維持される。

【００６０】そして、吸入空気の流通状態が均質燃焼に
応じた状態に切替わった後に、すなわち、切替え先の燃
焼形態に適した状態になってから混合気の燃焼が再開さ
れる。

【００６１】なお、図５は燃焼形態が成層燃焼から均質
燃焼に切替わる場合のみについて示しているが、均質燃
焼から成層燃焼に切替わる場合についても同様である。
以上詳述した本実施形態によれば、以下の効果が得られ
る。

【００６２】（１）吸入空気の流通状態が切替わる過渡
時であっても、燃焼の停止と、ＭＧ５５による出力制御
とを行ってエンジン１１の出力トルクを調整することに
よりトルク変動を小さくすることができる。燃焼形態の
切替え時におけるトルクショックの発生を抑制し、その
トルクショックに起因するドライバビリティの悪化を解
消することができる。

【００６３】（２）燃焼の停止期間にも、ＭＧ５５によ
りクランクシャフト１７が回転され、ピストン１５、吸
・排気弁２１，２２が作動し、吸気の流れが維持され
る。このため、燃焼形態切替え後の燃料噴射や点火に先
立ち、所望の吸入空気量やスワール流の強さを確保する
ことができる。燃焼停止が吸気の流通状態、ひいては混
合気形成や燃焼に悪影響を及ぼすおそれはない。

【００６４】（３）燃焼形態の切替え要求発生から、吸
入空気の流通状態が切替え先の燃焼形態に応じた状態に
切替わるまでの期間には、吸入空気の流通状態が変化す
るが、混合気の燃焼が停止されることから、この変化が
エンジン１１の出力トルクに影響を及ぼすことはない。
また、失火のおそれもない。

【００６５】（４）エンジン１１が低負荷で低速回転す
るアイドル時には回転が安定するが、燃焼形態の切替え
にともなうトルク変動を、乗員にトルクショックとして
感じられないほど小さくすることができる。このよう
に、乗員がトルクショックを最も感じ取りやすいアイド
ル状態であってもトルクショックの発生を抑制して、乗
員に感じさせないようにすることができる。

【００６６】（５）エンジン回転速度の低いアイドル時
に、ＭＧ５５によってクランクシャフト１７を回転させ
るため、回転速度があまり高くないタイプのＭＧであっ
ても用いることができる。

【００６７】（６）燃焼形態の切替え要求に応じ燃料カ
ットを行うことにより、確実かつ早期に燃焼を停止する
ことができる。このため、燃焼による内燃機関の発生ト
ルクを確実に低下させることができる。

【００６８】（７）混合気を複数種類の燃焼形態（成層
燃焼及び均質燃焼）で燃焼させるとともに、機関運転状
態に応じて燃焼形態を切替える筒内噴射式のエンジン１
１において、アクチュエータ３１，３４の制御の切替
え、燃料カットによる燃焼停止及びＭＧ５５による出力
制御を行うようにしたため、燃費及び出力の向上を図り
つつ、燃焼形態の切替え時におけるトルクショックの発
生を抑制することができる。

【００６９】なお、本発明は次に示す別の実施形態に具
体化することができる。・本発明は、クランクシャフトとＭＧとが電磁クラッチ
を介してベルト連結された構成を有するタイプの自動車
にも適用することができる。

【００７０】・燃焼停止期間の終期は、吸入空気の状態
が切替え先の燃焼形態に応じた状態に切替わる時点以降
であればよく、適宜変更可能である。・燃焼を停止するために、前記実施形態では燃料カット
を行ったが、これに代えて、又は加えて点火プラグ３９
による混合気への点火を停止してもよい。このようにし
ても前記実施形態と同様の作用及び効果が得られる。

【００７１】・前記実施形態では、電動機と発電機の機
能を兼ね備えたＭＧ（モータジェネレータ）を使用した
が、単なる電動機として機能するだけのモータを使用し
てもよい。

【００７２】・前記実施形態では、アイドル時に燃焼形
態を切替える場合に、燃焼停止及びＭＧ５５による出力
制御を行ったが、それ以外の運転領域においても同様の
制御を行ってもよい。この制御により、広範な運転領域
でトルクショックを抑制して、ドライバビリティの向上
を図ることができる。

【００７３】・本発明は、吸入空気の流通状態を調整す
るために、可変吸気システムを有するエンジンにも適用
可能である。同システムは、エンジンの回転速度に応じ
て吸気管の数、長さ、径等をバルブ等によって変化さ
せ、主として吸気脈動効果を利用して吸入効率を向上さ
せるものである。その他にも、本発明は、排気の一部を
排気還流通路を通じて吸気系に還流（ＥＧＲ）させるよ
うにしたエンジンや、バルブタイミングやバルブリフト
量を機関運転状態に応じて変化させるようにしたエンジ
ンにも適用可能である。

【００７４】・前記実施形態のように、吸入空気の流通
状態を調整するアクチュエータが複数種類用いられてい
る場合、切替え要求に応じたアクチュエータの作動開始
時期を異ならせてもよい。

【００７５】・本発明は、成層燃焼及び均質燃焼以外に
も、混合気を複数種類の燃焼形態で燃焼するタイプの内
燃機関であれば適用することができる。その他、前記各
実施形態から把握できる技術的思想を以下に記載する。
なお、必要に応じてその効果についても説明する。

【００７６】（１）請求項１〜４のいずれか１つに記載
の内燃機関の燃焼制御装置において、前記出力制御手段
は、前記燃焼停止手段による燃焼停止にともない低下し
た内燃機関の発生トルクと略同一のトルクを前記電動機
に発生させるものである。

【００７７】上記の構成によれば、吸入空気の流通状態
が変化する過渡時にも、内燃機関の出力トルクを燃焼形
態の切替え前と略同一に維持することができ、その切替
えにともなうトルクショックの発生を確実に抑制するこ
とができる。

【００７８】（２）請求項１〜４及び上記（１）のいず
れか１つに記載の内燃機関の燃焼制御装置において、前
記吸気調整手段は、吸気通路内に設けられたスロットル
弁と、同スロットル弁の開度を調整することにより、同
吸気通路を流れる吸入空気の量を調整するアクチュエー
タとを備える。

【００７９】（３）請求項１〜４及び上記（１），
（２）のいずれか１つに記載の内燃機関の燃焼制御装置
において、前記吸気調整手段は、吸気通路内に設けられ
たスワール制御弁と、同スワール制御弁の開度を調整す
ることにより、燃焼室内に導入される混合気のスワール
流の強さを調整するアクチュエータとを備える。

【００８０】上記（２），（３）の構成によれば、吸入
空気の量（又はスワール流の強さ）が、切替え先の燃焼
形態に適した量（又は強さ）に切替わるまでに時間がか
かるが、その状態が変化する途中（過渡時）にトルクシ
ョックが発生するのを抑制できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の内燃機関の燃焼制御装置の一実施形態
についてその構成を示す略図。

【図２】エンジンの概略構成を示す断面図。

【図３】エンジンの制御系の電気的構成を示すブロック
図。

【図４】アイドル時に燃焼形態を切替える手順を示すフ
ローチャート。

【図５】アイドル時に燃焼形態を切替える際の作用を説
明するタイムチャート。

【符号の説明】

１１…エンジン、１７…クランクシャフト、１８…燃焼
室、３１，３４…アクチュエータ、３５…燃料噴射弁、
３９…点火プラグ、５５…ＭＧ、６２…ＥＣＵ（電子制
御ユニット）。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｆ０２Ｄ 43/00 ３０１Ｆ０２Ｄ 43/00 ３０１ＡＦターム(参考） 3G084 AA04 BA13 BA16 BA21 CA03 DA02 DA11 EA11 EB12 EB16 FA10 FA11 FA38 FA39 3G092 AA06 AA09 AA10 AC02 BA08 BB01 CB04 CB05 DC06 DE01Y DG07 EA28 EC01 FA05 FA24 GA04 HA05Z HA06Z HE03Z HE05Z HF08Z 3G093 AA01 AA07 BA02 BA19 BA28 BA33 CA04 CA06 DA03 DA06 DA07 EA05 EB01 EC02 FA04 3G301 HA04 HA16 JA02 JA04 JA12 JA14 KA07 KA08 KA11 KA26 LB04 LC01 MA11 MA24 MA27 ND06 ND15 NE07 PA07Z PA11Z PE03Z PE05Z PF03Z

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】吸入空気及び燃料の混合気を燃焼すること
により出力軸を回転させるとともに、機関運転状態に基
づく切替え要求に応じて燃焼形態を切替える内燃機関
と、前記出力軸に駆動連結された電動機と、前記吸入空気の流通状態を調整する吸気調整手段と、前記燃焼形態の切替え要求に応じて前記吸気調整手段の
制御を切替え先の燃焼形態に応じた制御に切替える吸気
切替え手段と、前記燃焼形態の切替え要求発生から、前記吸気切替え手
段による前記吸気調整手段の切替えにともない、前記吸
入空気の流通状態が少なくとも切替え先の燃焼形態に応
じた状態に切替わるまで前記燃焼を停止させる燃焼停止
手段と、前記燃焼停止手段による燃焼停止期間に、前記電動機を
作動させて前記出力軸を回転させる出力制御手段とを備
えることを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。
【請求項２】前記吸気切替え手段による切替え、前記燃
焼停止手段による燃焼停止及び前記出力制御手段による
出力制御は、前記内燃機関のアイドル時における前記燃
焼形態の切替え要求に応じて行われるものである請求項
１記載の内燃機関の燃焼制御装置。
【請求項３】前記燃料は燃料供給手段により供給され、
前記混合気は点火プラグの火花により着火及び燃焼され
るものであり、前記燃焼停止手段は、前記混合気の燃焼
停止に際し、前記燃料供給手段による燃料供給、及び前
記点火プラグの点火の少なくとも一方を停止するもので
ある請求項１又は２記載の内燃機関の燃焼制御装置。
【請求項４】前記燃焼形態は、前記燃料供給手段により
供給される燃料を燃焼室内の点火プラグの周りに偏在さ
せて燃焼させる成層燃焼と、前記燃料供給手段により供
給される燃料を燃焼室内全体に拡散させて燃焼させる均
質燃焼とを少なくとも含む請求項３記載の内燃機関の燃
焼制御装置。