JP2004245126A - 高圧縮比過給式リーンバーンエンジンの運転モード制御装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】出力トルクの低下や燃費の悪化を招来することなく高負荷域に於けるノックや自着火を防止し燃費を向上させる。
【解決手段】エンジン回転数Ｎｅに基づき基準値Ａｉｎｏが演算され（Ｓ１００）、エンジン負荷を示す吸入空気量Ａｉｎが基準値Ａｉｎｏを越えているか否かの判別が行われ（Ｓ１５０）、吸入空気量Ａｉｎが基準値以下であるときにはエンジン１０の運転モードが火花点火モードに設定され（Ｓ２００）、吸入空気量Ａｉｎが基準値を越えているときには、エンジン１０の運転モードが拡散燃焼モードに設定され（Ｓ２５０）、設定されたモードにてエンジンが運転される（Ｓ３００）。基準値Ａｉｎｏは例えば燃料の着火性が高いほど低くなるよう、燃料の着火性等のパラメータに応じて可変設定される。
【選択図】 図３
【解決手段】エンジン回転数Ｎｅに基づき基準値Ａｉｎｏが演算され（Ｓ１００）、エンジン負荷を示す吸入空気量Ａｉｎが基準値Ａｉｎｏを越えているか否かの判別が行われ（Ｓ１５０）、吸入空気量Ａｉｎが基準値以下であるときにはエンジン１０の運転モードが火花点火モードに設定され（Ｓ２００）、吸入空気量Ａｉｎが基準値を越えているときには、エンジン１０の運転モードが拡散燃焼モードに設定され（Ｓ２５０）、設定されたモードにてエンジンが運転される（Ｓ３００）。基準値Ａｉｎｏは例えば燃料の着火性が高いほど低くなるよう、燃料の着火性等のパラメータに応じて可変設定される。
【選択図】 図３
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高圧縮比過給式のリーンバーンエンジンに係り、更に詳細には高圧縮比過給式リーンバーンエンジンの運転モード制御装置に係る。
【０００２】
【従来の技術】
自動車等の車輌のエンジンの一つとして、例えば本願出願人の出願にかかる下記の特許文献１に記載されている如く、給気ポートに燃料を噴射するポート噴射弁と燃焼室内に直接燃料を噴射する筒内噴射弁とを備え、軽負荷域に於いてはポート噴射のみを使用しバルブオーバラップにより自着火域を拡大し、高負荷域に於いては筒内燃料噴射量を低減し、安定燃焼域を拡大するよう構成された圧縮点火式エンジンが従来より知られている。
【特許文献１】
特開平１０−２５２５１２号公報
【特許文献２】
特開２００２−１３０００６号公報
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、高負荷時にもリーンバーンを行わせて高効率及び低燃費を達成すべく、圧縮比が高く設定され給気の過給が行われる高圧縮比過給式リーンバーンエンジンに於いては、高負荷域では圧縮比が高く且つ高トルクを得るための過給により空気量が多いため、たとえ空燃比がリーンであってもノックや自着火が生じ易く、そのため燃焼騒音やエンジン損傷の問題が生じ易く、筒内直噴を行って混合気温度を下げるだけでは、これらの問題を解消することができない。
【０００４】
また従来の火花点火式エンジンに於いては、高負荷域に於けるノックや自着火を防止すべく点火時期を遅角することが行われているが、点火時期の遅角によりエンジンの出力トルクが低下したり燃費が悪化することが避けられないという問題がある。
【０００５】
本発明は、従来の高圧縮比過給式リーンバーンエンジンや火花点火式エンジンに於ける上述の如き問題に鑑みてなされたものであり、本発明の主要な課題は、拡散燃焼（圧縮点火による燃焼）によれば予混合火花点火の場合に比して空燃比のリーン化が可能であり、また高負荷域に於いて拡散燃焼をさせることによりノックフリーを実現できることに着目し、エンジン負荷に応じて火花点火による燃焼及び拡散燃焼を使い分けることにより、出力トルクの低下や燃費の悪化を招来することなく高負荷域に於けるノックや自着火を防止し燃費を向上させることである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上述の主要な課題は、本発明によれば、請求項１の構成、即ち高圧縮比過給式リーンバーンエンジンの運転モード制御装置にして、エンジン負荷が所定値以下であるときには燃料を火花点火により燃焼させる火花点火モードにてエンジンを運転し、エンジン負荷が所定値よりも高いときには燃料を拡散燃焼させる拡散燃焼モードにてエンジンを運転することを特徴とする高圧縮比過給式リーンバーンエンジンの運転モード制御装置によって達成される。
【０００７】
また本発明によれば、上述の主要な課題を効果的に達成すべく、上記請求項１の構成に於いて、前記運転モード制御装置はエンジンに於ける燃料の燃焼容易性を判定し、前記燃焼容易性が高いほど前記所定値が低くなるよう前記燃焼容易性に応じて前記所定値を可変設定するよう構成される（請求項２の構成）。
【０００８】
また本発明によれば、上述の主要な課題を効果的に達成すべく、上記請求項２の構成に於いて、前記運転モード制御装置は燃料の種類、エンジンの暖機状態、燃料の性状、エンジンの実圧縮比、エンジンの運転環境条件、燃料の燃焼状態、火花点火運転モードに於けるノック発生の有無の少なくとも何れかに基づいて前記燃焼容易性を判定するよう構成される（請求項３の構成）。
【０００９】
また本発明によれば、上述の主要な課題を効果的に達成すべく、上記請求項１の構成に於いて、前記運転モード制御装置はエンジンに於ける燃料の燃焼容易性を示す複数のパラメータに基づいて複数の所定値を設定し、エンジン負荷が全ての所定値よりも高いときにエンジンを拡散燃焼モードにて運転するよう構成される（請求項４の構成）。
【００１０】
また本発明によれば、上述の主要な課題を効果的に達成すべく、上記請求項４の構成に於いて、前記運転モード制御装置は燃料の種類、エンジンの暖機状態、燃料の性状、エンジンの実圧縮比、エンジンの運転環境条件、燃料の燃焼状態、火花点火運転モードに於けるノック発生の有無の少なくとも二つのパラメータに基づいて複数の所定値を設定するよう構成される（請求項５の構成）。
【００１１】
【発明の作用及び効果】
上記請求項１の構成によれば、エンジン負荷が所定値以下であるときには燃料を火花点火により燃焼させる火花点火モードにてエンジンを運転し、エンジン負荷が所定値よりも高いときには燃料を拡散燃焼させる拡散燃焼モードにてエンジンを運転するので、エンジンの高負荷域に於いて拡散燃焼により空燃比をリーン化すると共にノックフリーを達成することができ、従って点火時期の遅角に起因する出力トルクの低下や燃費の悪化を招来することなく高負荷域に於ける燃費を向上させることができる。
【００１２】
また上記請求項２の構成によれば、運転モード制御装置はエンジンに於ける燃料の燃焼容易性を判定し、燃焼容易性が高いほど所定値が低くなるよう燃焼容易性に応じて所定値を可変設定するので、エンジンに於ける燃料の燃焼容易性に応じて火花点火モードと拡散燃焼モードとの間に於けるエンジンの運転モードの切り替えを適正に行うことができ、エンジンに於ける燃料の燃焼容易性が高いほどエンジン負荷が低い領域より拡散燃焼モードにてエンジンを運転することができることにより、燃費を更に一層向上させることができる。
【００１３】
また上記請求項３の構成によれば、運転モード制御装置は燃料の種類、エンジンの暖機状態、燃料の性状、エンジンの実圧縮比、エンジンの運転環境条件、燃料の燃焼状態、火花点火運転モードに於けるノック発生の有無の少なくとも何れかに基づいて燃焼容易性を判定するので、エンジンに於ける燃料の燃焼容易性を適正に判定することができる。
【００１４】
また上記請求項４の構成によれば、運転モード制御装置はエンジンに於ける燃料の燃焼容易性を示す複数のパラメータに基づいて複数の所定値を設定し、エンジン負荷が全ての所定値よりも高いときにエンジンを拡散燃焼モードにて運転するので、エンジンに於ける燃料の燃焼容易性が確実に高い状況に於いてエンジンを拡散燃焼モードにて運転することができ、これにより失火の如きエンジンの運転状態が不安定になることを確実に防止することができる。
【００１５】
また上記請求項５の構成によれば、運転モード制御装置は燃料の種類、エンジンの暖機状態、燃料の性状、エンジンの実圧縮比、エンジンの運転環境条件、燃料の燃焼状態、火花点火運転モードに於けるノック発生の有無の少なくとも二つのパラメータに基づいて複数の所定値を設定するので、エンジンに於ける燃料の燃焼容易性が高い状況であるか否かを確実に判定することができる。
【００１６】
【課題解決手段の好ましい態様】
本発明の一つの好ましい態様によれば、上記請求項１乃至５の構成に於いて、運転モード制御装置は火花点火モードに於いてはエンジンの給気ポートに燃料を噴射するよう構成される（好ましい態様１）。
【００１７】
本発明の他の一つの好ましい態様によれば、上記請求項１乃至５の構成に於いて、運転モード制御装置は拡散燃焼モードに於いてはエンジンの燃焼室内に燃料を噴射するよう構成される（好ましい態様２）。
【００１８】
本発明の他の一つの好ましい態様によれば、上記請求項１乃至５の構成に於いて、運転モード制御装置はエンジン回転数に基づいて基準値を演算し、エンジン負荷が基準値以下であるときには火花点火モードにてエンジンを運転し、エンジン負荷が基準値よりも高いときには拡散燃焼モードにてエンジンを運転するよう構成される（好ましい態様３）。
【００１９】
本発明の他の一つの好ましい態様によれば、上記請求項４の構成に於いて、運転モード制御装置は各パラメータにより示される燃焼容易性が高いほど対応する所定値が低くなるよう各パラメータに応じて対応する所定値を可変設定するよう構成される（好ましい態様４）。
【００２０】
本発明の他の一つの好ましい態様によれば、上記好ましい態様４の構成に於いて、運転モード制御装置はエンジン回転数及び各パラメータに応じて対応する所定値を可変設定するよう構成される（好ましい態様５）。
【００２１】
本発明の他の一つの好ましい態様によれば、上記請求項１乃至５の構成に於いて、エンジン負荷の増大に伴いエンジンの運転モードが火花点火モードより拡散燃焼モードへ切り替わる際にもスロットル開度が全開状態にない場合には、運転モード制御装置はエンジンの運転モードが火花点火モードより拡散燃焼モードへ切り替わった直後にスロットル開度の増大率を漸次増大させつつスロットル開度を速やかに全開状態にもたらすよう構成される（好ましい態様６）。
【００２２】
本発明の他の一つの好ましい態様によれば、上記請求項１乃至５の構成に於いて、エンジンの運転モードが拡散燃焼モードより火花点火モードへ切り替わる際の所定値はエンジンの運転モードが火花点火モードより拡散燃焼モードへ切り替わる際の所定値よりも低いよう構成される（好ましい態様７）。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下に添付の図を参照しつつ、本発明を幾つかの好ましい実施の形態（以下単に実施形態という）について詳細に説明する。
【００２４】
第一の実施形態
図１は高圧縮比過給式リーンバーンガソリンエンジンに適用された本発明による燃焼モード制御装置の第一の実施形態を示す概略構成図である。
【００２５】
図１に於いて、１０は高圧縮比過給式リーンバーンガソリンエンジンを示しており、エンジン１０は各気筒に設けられた複数のピストン１２と、ピストン１２を往復動可能に支持するシリンダブロック１４と、各気筒毎にピストン１２及びシリンダブロック１４と共働して燃焼室１６を郭定するシリンダヘッド１８とを有している。尚エンジン１０の圧縮比は例えば１５以上２０以下程度の高圧縮比に設定されている。
【００２６】
シリンダヘッド１８には燃焼室１６と連通する給気ポート２０及び排気ポート２２が設けられており、給気ポート２０及び排気ポート２２はそれぞれ給気バルブ２４及び排気バルブ２６により開閉される。またシリンダヘッド１８には火花点火を行う点火プラグ２８及び燃焼室１６内に燃料を噴射する筒内噴射弁３０が設けられ、給気ポート２０には該給気ポート内に燃料を噴射するポート噴射弁３２が設けられている。
【００２７】
各給気ポート２０には給気マニホールドホールド３４の枝菅部が接続され、給気マニホールドホールド３４の集合管部は吸気管３６によりエアーフローメータ３８及びエアークリーナ４０に接続されている。吸気管３６にはスロットルバルブ４２が設けられており、スロットルバルブ４２の開度はアクチュエータ４４により制御される。
【００２８】
各排気ポート２２には排気マニホールドホールド４６の枝菅部が接続され、排気マニホールドホールド４６の集合管部は排気管４８により図１には示されていない排気ガス浄化装置及びマフラーに接続されている。排気管４８及び吸気管３６にはそれぞれターボチャージャ５０のタービン５２及びコンプレッサ５４が設けられ、これにより例えば１．１以上の過給圧比にて吸気の過給が行われるようになっている。
【００２９】
点火プラグ２８は図１には示されていないディストリビュータを介して電子制御装置５６により制御され、筒内噴射弁３０及びポート噴射弁３２も電子制御装置５６により制御され、スロットルバルブ４２もアクチュエータ４４を介して電子制御装置５６により制御される。
【００３０】
図１に示されている如く、電子制御装置５６にはエアーフローメータ３８より吸入空気量Ａｉｎを示す信号、アクセル開度センサ５８よりアクセル開度（運転者によるアクセルペダル踏み込み量）θを示す信号、エンジン回転数センサ６０よりエンジン回転数Ｎｅを示す信号が入力され、また図１には示されていないが、エンジン冷却水温の如き他のエンジン運転パラメータを示す信号が入力される。
【００３１】
尚図１には詳細に示されていないが、電子制御装置５６はＣＰＵとＲＯＭとＲＡＭと入出力ポート装置とを有し、これらが双方向性のコモンバスにより互いに接続された一般的な構成のマイクロコンピュータ及び駆動回路よりなっていてよい。
【００３２】
電子制御装置５６は後述の図３に示されたフローチャートに従ってエンジン１０の燃焼モードを制御する。特に第一の実施形態に於いては、電子制御装置５６はエンジン回転数Ｎｅに基づき図２に示されたグラフに対応するマップより基準値Ａｉｎｏを演算し、エンジン負荷としての吸入空気量Ａｉｎが基準値Ａｉｎｏ以下であるときには、ポート噴射弁３２により給気ポート２０を経て燃焼室１６内に燃料を噴射すると共に、点火プラグ２８により混合気を点火する火花点火モードにてエンジン１０を運転する。
【００３３】
これに対し電子制御装置５６は、吸入空気量Ａｉｎが基準値Ａｉｎｏを越えているときには、筒内噴射弁３０により燃焼室１６内に直接燃料を噴射すると共に、点火プラグ２８による点火を行うことなく圧縮点火により混合気を点火し拡散燃焼させる拡散燃焼モードにてエンジン１０を運転する。
【００３４】
尚上記二つの運転モードに於ける燃料噴射量やスロットル開度の制御及び火花点火モードに於ける点火時期の制御等は当技術分野に於いて公知の要領にて行われ、これらの制御は本発明の要旨をなすものではないので、これらの制御の説明については省略するが、何れの運転モードの場合にも燃料噴射量は空燃比がエンジン１０の運転状態に応じた所定のリーンの空燃比になるよう制御される。
【００３５】
また図５に示されている如く、エンジン負荷の増大に伴いエンジンの運転モードが火花点火モードより拡散燃焼モードへ切り替わる際にスロットル開度が既に全開状態になっている場合には、スロットル開度は拡散燃焼モードに於いてもそのまま全開状態に維持される。
【００３６】
これに対し図６に示されている如く、エンジン負荷の増大に伴いエンジンの運転モードが火花点火モードより拡散燃焼モードへ切り替わる際にスロットル開度が全開状態になっていない場合に、拡散燃焼モード時のポンプ損を低減すべく、図６に於いて仮想線にて示されている如く運転モードの切り替わりと同時にスロットル開度が全開に制御されると、吸入空気量の変化が大きくなり、出力トルクに段差が生じたりノックや自着火を起こしやすくなってしまう。
【００３７】
従って図６に於いて実線にて示されている如く、運転モードが火花点火モードより拡散燃焼モードへ切り替わった直後のエンジン負荷の増大に伴いスロットル開度はその増大率を漸次増大させることにより速やかに全開状態にもたらされるよう制御される。尚このスロットル開度の制御は後述の他の実施形態に於いても同様である。
【００３８】
次に図３に示されたフローチャートを参照して第一の実施形態に於ける燃焼モード制御ルーチンについて説明する。尚図３に示されたフローチャートによる制御は図には示されていないイグニッションスイッチの閉成により開始され、所定の時間毎に繰返し実行される。
【００３９】
まずステップ５０に於いてはエアーフローメータ３８により検出された吸入空気量Ａｉｎを示す信号等の読み込みが行われ、ステップ１００に於いてはエンジン回転数Ｎｅに基づき図２に示されたグラフに対応するマップより基準値Ａｉｎｏが演算される。
【００４０】
ステップ１５０に於いては吸入空気量Ａｉｎが基準値Ａｉｎｏを越えているか否かの判別が行われ、否定判別が行われたときには、即ちエンジン負荷が基準値以下であるときには、ステップ２００に於いてエンジン１０の運転モードを火花点火モードに設定し、肯定判別が行われたときには、即ちエンジン負荷が基準値を越えているときには、ステップ２５０に於いてエンジン１０の運転モードを拡散燃焼モードに設定する。
【００４１】
ステップ３００に於いては設定された運転モードが火花点火モードにであるときには、ポート噴射弁３２により給気ポート２０を経て燃焼室１６内に燃料を噴射すると共に、点火プラグ２８により混合気を点火する火花点火モードにてエンジン１０を運転制御し、設定された運転モードが拡散燃焼モードにであるときには、筒内噴射弁３０により燃焼室１６内に直接燃料を噴射すると共に、点火プラグ２８による点火を行うことなく圧縮点火により混合気を点火し拡散燃焼させる拡散燃焼モードにてエンジン１０を運転制御する。
【００４２】
かくして図示の第一の実施形態によれば、吸入空気量Ａｉｎが基準値Ａｉｎｏ未満でありエンジン負荷が基準値以下であるときには、ステップ１５０に於いて否定判別が行われ、ステップ２００に於いてエンジン１０の運転モードが火花点火モードに設定されるが、吸入空気量Ａｉｎが基準値Ａｉｎｏを越えておりエンジン負荷が基準値以上であるときには、ステップ１５０に於いて肯定判別が行われ、ステップ２５０に於いてエンジン１０の運転モードが拡散燃焼モードに設定される。
【００４３】
従って図４に示されている如く、エンジン負荷が高いときにはエンジンを拡散燃焼モードにて運転し、拡散燃焼により空燃比をリーン化すると共にノックの発生を効果的に防止することができ、これにより点火時期の遅角に起因する出力トルクの低下や燃費の悪化を招来することなく高負荷域に於ける燃費を向上させることができる。
【００４４】
特に図示の実施形態によれば、エンジン負荷の増大に伴いエンジンの運転モードが火花点火モードより拡散燃焼モードへ切り替わる際にスロットル開度が全開状態になっていない場合には、運転モードが火花点火モードより拡散燃焼モードへ切り替わった直後のエンジン負荷の増大に伴いスロットル開度はその増大率を漸次増大させることにより速やかに全開状態にもたらされるよう制御されるので、運転モードの切り替わりと同時にスロットル開度が全開に制御される場合に生じる出力トルクの段差的上昇及びノックや自着火の発生を効果的に防止することができる（尚この効果は後述の他の実施形態に於いても同様に得られる）。
【００４５】
第二の実施形態
図７は多種類の燃料を使用可能な高圧縮比過給式リーンバーンエンジンに適用された本発明による燃焼モード制御装置の第二の実施形態に於ける燃焼モード制御ルーチンを示すフローチャートである。尚図６に於いて図３に示されたステップと同一のステップには図３に於いて付されたステップ番号と同一のステップ番号が付されている（このことは後述の他の実施形態についても同様である）。
【００４６】
尚この第二の実施形態に於いては、図には示されていないが、エンジン１０は軽油、レギュラーガソリン、ハイオクタンガソリン、エタノールの如く多種類の燃料にて運転可能であり、電子制御装置５６には運転者により操作されるスイッチにより使用される燃料を示す信号が入力される。
【００４７】
この第二の実施形態に於いては、ステップ５０の次に実行されるステップ５５に於いて、使用される燃料が軽油であるか否かの判別が行われ、肯定判別が行われたときにはそのままステップ２５０へ進み、否定判別が行われたときにはステップ６０に於いて図８に示されている如く使用される燃料の種類（着火性）に応じて基準値Ａｉｎｏを演算するためのマップが選択される。
【００４８】
尚燃料の着火性は運転者により操作されるスイッチより入力される燃料を示す信号に基づいて判定されるが、一般に、燃料のオクタン価が高いほど燃料の着火性が低いと判定され、燃料のセタン価が高いほど燃料の着火性が高いと判定される。
【００４９】
ステップ１００に於いてはステップ６０に於いて選択されたマップ（図８）よりエンジン回転数Ｎｅに基づき基準値Ａｉｎｏが演算され、しかる後上述の第一の実施形態の場合と同様の要領にてステップ１５０〜３００が実行される。
【００５０】
かくしてこの第二の実施形態によれば、軽油を含む様々な燃料にてエンジンを運転することができると共に、使用される燃料の種類（着火性）及びエンジンの負荷に応じてエンジンの運転モードを火花点火モードと拡散燃焼モードとの間に適正に切り替えることができ、これにより様々な燃料が使用される場合にも点火時期の遅角に起因する出力トルクの低下や燃費の悪化を招来することなく高負荷域に於ける燃費を向上させることができる。
【００５１】
第三の実施形態
図９は高圧縮比過給式リーンバーンガソリンエンジンに適用された本発明による燃焼モード制御装置の第三の実施形態に於ける燃焼モード制御ルーチンを示すフローチャートである。
【００５２】
この第三の実施形態に於いては、ステップ５０の次に実行されるステップ７０に於いて、エンジンの暖機状態、燃料の性状（着火性）、エンジンの実圧縮比、エンジンの運転環境条件、燃料の燃焼状態、火花点火運転モードに於けるノック発生の有無に応じてエンジン１０に於ける燃料の燃焼容易性の指標値Ｋ１〜Ｋ６が演算される。
【００５３】
この場合、エンジン冷却水温Ｔｒｗが低いほど大きくなるよう、換言すればエンジンの暖機状態が低いほど大きくなるようエンジン１０の暖機状態に基づく燃焼容易性の指標値Ｋ１が演算され、燃料の着火性が高いほど小さくなるよう燃料の性状に基づく燃焼容易性の指標値Ｋ２が演算され、可変バルブタイミングの制御により変動するエンジン１０の実圧縮比が高いほど小さくなるようエンジンの実圧縮比に基づく燃焼容易性の指標値Ｋ３が演算される。
【００５４】
また吸気温度が低く吸気圧力が低く湿度が高いほど大きくなるようエンジンの運転環境条件に基づく燃焼容易性の指標値Ｋ４が演算され、筒内圧の検出又はイオン電流計の計測により筒内の燃焼状態が計測され、燃焼時間が長いほど大きくなるよう、またエンジン１０の軸トルクが予測値よりも小さくトルク変動が大きいほど大きくなるよう、燃料の燃焼状態に基づく燃焼容易性の指標値Ｋ５が演算され、火花点火運転モードに於いてノックの発生が検出されたときには小さくなるようノック発生の有無に基づく燃焼容易性の指標値Ｋ６が演算される。
【００５５】
ステップ７５に於いては燃焼容易性の指標値Ｋ１〜Ｋ６の和が燃焼容易性の指標値Ｋとして演算されると共に、図１０に示されている如く燃焼容易性の指標値Ｋに応じて基準値Ａｉｎｏを演算するためのマップが選択され、ステップ１００に於いてはステップ７５に於いて選択されたマップ（図１０）よりエンジン回転数Ｎｅに基づき基準値Ａｉｎｏが演算され、しかる後上述の第一の実施形態の場合と同様の要領にてステップ１５０〜３００が実行される。
【００５６】
かくしてこの第三の実施形態によれば、エンジン冷却水温Ｔｒｗに基づくエンジンの暖機状態、燃料の着火性、エンジンの実圧縮比、吸気温度や吸気圧力や湿度に基づくエンジンの運転環境条件、燃料の燃焼状態、火花点火運転モードに於けるノック発生の有無に基づいて燃焼容易性の指標値Ｋが演算され、燃焼容易性の指標値Ｋ及びエンジン回転数Ｎｅに基づき基準値Ａｉｎｏが演算される。
【００５７】
従ってこの実施形態によれば、エンジン１０に於ける燃焼容易性及びエンジンの負荷に応じて最適にエンジンの運転モードを火花点火モードと拡散燃焼モードとの間に切り替えることができ、上述の第一及び第二の実施形態の場合よりも適正にエンジンの運転モードを切り替え設定することができる。
【００５８】
第四の実施形態
図１１は高圧縮比過給式リーンバーンガソリンエンジンに適用された本発明による燃焼モード制御装置の第四の実施形態に於ける燃焼モード制御ルーチンを示すフローチャートである。
【００５９】
この第四の実施形態に於いては、ステップ５０の次に実行されるステップ８０に於いてエンジンの暖機状態を示すエンジン冷却水温Ｔｒｗに応じて可変設定される図１２に示されたグラフに対応するマップよりエンジン回転数Ｎｅに基づきエンジンの暖機状態に基づく判定の基準値Ａｉｎｏ１が演算され、ステップ８５に於いて吸入空気量Ａｉｎが基準値Ａｉｎｏ１を越えているか否かの判別が行われ、否定判別が行われたときにはそのままステップ２００へ進み、肯定判別が行われたときにはステップ９０へ進む。
【００６０】
ステップ９０に於いては燃料の着火性に応じて可変設定される図１３に示されたグラフに対応するマップよりエンジン回転数Ｎｅに基づき燃料の性状に基づく判定の基準値Ａｉｎｏ２が演算され、ステップ９５に於いては吸入空気量Ａｉｎが基準値Ａｉｎｏ２を越えているか否かの判別が行われ、否定判別が行われたときにはそのままステップ２００へ進み、肯定判別が行われたときにはステップ１００へ進む。
【００６１】
ステップ１００に於いてはエンジンの実圧縮比に応じて可変設定される図１４に示されたグラフに対応するマップよりエンジン回転数Ｎｅに基づきエンジンの実圧縮比に基づく判定の基準値Ａｉｎｏ３が演算され、ステップ１０５に於いては吸入空気量Ａｉｎが基準値Ａｉｎｏ３を越えているか否かの判別が行われ、否定判別が行われたときにはそのままステップ２００へ進み、肯定判別が行われたときにはステップ１１０へ進む。
【００６２】
ステップ１１０に於いてはエンジンの運転環境条件に応じて可変設定される図１５に示されたグラフに対応するマップよりエンジン回転数Ｎｅに基づきエンジンの運転環境条件に基づく判定の基準値Ａｉｎｏ４が演算され、ステップ１１５に於いては吸入空気量Ａｉｎが基準値Ａｉｎｏ４を越えているか否かの判別が行われ、否定判別が行われたときにはそのままステップ２００へ進み、肯定判別が行われたときにはステップ１２０へ進む。
【００６３】
ステップ１２０に於いては燃料の燃焼状態に応じて可変設定される図１６に示されたグラフに対応するマップよりエンジン回転数Ｎｅに基づき燃料の燃焼状態に基づく判定の基準値Ａｉｎｏ５が演算され、ステップ１２５に於いては吸入空気量Ａｉｎが基準値Ａｉｎｏ５を越えているか否かの判別が行われ、否定判別が行われたときにはそのままステップ２００へ進み、肯定判別が行われたときにはステップ１３０へ進む。
【００６４】
ステップ１３０に於いては火花点火運転モードに於けるノック発生の有無に応じて可変設定される図１７に示されたグラフに対応するマップよりエンジン回転数Ｎｅに基づきノック発生の有無に基づく判定の基準値Ａｉｎｏ６が演算され、ステップ１３５に於いては吸入空気量Ａｉｎが基準値Ａｉｎｏ６を越えているか否かの判別が行われ、否定判別が行われたときにはステップ２００へ進み、肯定判別が行われたときにはステップ２５０へ進む。尚この実施形態に於いてもステップ２００〜３００は上述の第一の実施形態の場合と同様に実行される。
【００６５】
かくしてこの第四の実施形態によれば、エンジンの暖機状態、燃料の性状（着火性）、エンジンの実圧縮比、エンジンの運転環境条件、燃料の燃焼状態、火花点火運転モードに於けるノック発生の有無の各パラメータについてエンジンの運転モードを判定するための基準値Ａｉｎｏ１〜Ａｉｎｏ６が演算され、全てのパラメータについて吸入空気量Ａｉｎが基準値を越えている場合にエンジン１０の運転モードが拡散燃焼モードに設定される。
【００６６】
従ってこの実施形態によれば、エンジン１０に於ける燃料の燃焼容易性が確実に高い状況に於いてエンジンを拡散燃焼モードにて運転することができ、これにより失火の如きエンジンの運転状態が不安定になることを確実に防止することができると共に、点火時期の遅角に起因する出力トルクの低下や燃費の悪化をできるだけ回避しつつ高負荷域に於ける燃費を確実に向上させることができる。
【００６７】
以上に於いては本発明を特定の実施形態について詳細に説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内にて他の種々の実施形態が可能であることは当業者にとって明らかであろう。
【００６８】
例えば上述の各実施形態に於いては、エンジン負荷の増大に伴いエンジンの運転モードが火花点火モードより拡散燃焼モードへ切り替わる際にスロットル開度が全開状態になっていない場合には、図６に於いて実線にて示されている如く、運転モードが火花点火モードより拡散燃焼モードへ切り替わった直後のエンジン負荷の増大に伴いスロットル開度はその増大率を漸次増大させることにより速やかに全開状態にもたらされるようになっているが、エンジンの運転モードが火花点火モードより拡散燃焼モードへ切り替わる際にスロットル開度が全開状態に近い開度である場合には、直ぐに全開に制御されてもよい。
【００６９】
また上述の第二の実施形態に於いては、燃料として軽油も使用可能であり、軽油が使用される場合にはエンジンの運転モードがエンジン負荷に拘らず拡散燃焼モードに設定されるようになっているが、軽油は使用されないよう修正されてもよい。
【００７０】
また上述の第三の実施形態に於いては、燃焼容易性の指標値Ｋ１〜Ｋ６の和が燃焼容易性の指標値Ｋとして演算されるようになっているが、燃焼容易性の指標値Ｋは例えば燃焼容易性の指標値Ｋ１〜Ｋ６の各々に重み係数が乗算された値の和として演算されてもよく、指標値Ｋ１〜Ｋ６の積として演算されてもよく、燃焼容易性の指標値Ｋ１〜Ｋ６の各々に重み係数が乗算された値の積として演算されてもよい。
【００７１】
更に上述の第三及び第四の実施形態に於いては、エンジン負荷判定のためのパラメータとしてエンジンの暖機状態、燃料の性状（着火性）、エンジンの実圧縮比、エンジンの運転環境条件、燃料の燃焼状態、火花点火運転モードに於けるノック発生の有無のパラメータが考慮されるようになっているが、これらのパラメータの何れかが省略されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】高圧縮比過給式リーンバーンガソリンエンジンに適用された本発明による燃焼モード制御装置の第一の実施形態を示す概略構成図である。
【図２】エンジン回転数Ｎｅと基準値Ａｉｎｏとの間の関係を示すグラフである。
【図３】第一の実施形態に於ける燃焼モード制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図４】エンジン回転数Ｎｅ及び吸入空気量Ａｉｎとエンジンの運転モードとの間の関係を示すグラフである。
【図５】エンジン負荷の増大に伴いエンジンの運転モードが火花点火運転モードより拡散燃焼モードへ切り替わる際にスロットル開度が既に全開状態になっている場合を示す説明図である。
【図６】エンジン負荷の増大に伴いエンジンの運転モードが火花点火運転モードより拡散燃焼モードへ切り替わる際にスロットル開度が既に全開状態になっていない場合のスロットル開度の制御を示す説明図である。
【図７】多種類の燃料を使用可能な高圧縮比過給式リーンバーンエンジンに適用された本発明による燃焼モード制御装置の第二の実施形態に於ける燃焼モード制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図８】エンジン回転数Ｎｅ及び燃料の種類（着火性）と基準値Ａｉｎｏとの間の関係を示すグラフである。
【図９】高圧縮比過給式リーンバーンガソリンエンジンに適用された本発明による燃焼モード制御装置の第三の実施形態に於ける燃焼モード制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図１０】エンジン回転数Ｎｅ及びエンジンに於ける燃料の燃焼容易性の指標値Ｋと基準値Ａｉｎｏとの間の関係を示すグラフである。
【図１１】高圧縮比過給式リーンバーンガソリンエンジンに適用された本発明による燃焼モード制御装置の第四の実施形態に於ける燃焼モード制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図１２】エンジン回転数Ｎｅ及びエンジン冷却水温Ｔｒｗと基準値Ａｉｎｏ１との間の関係を示すグラフである。
【図１３】エンジン回転数Ｎｅ及び燃料の性状（着火性）と基準値Ａｉｎｏ２との間の関係を示すグラフである。
【図１４】エンジン回転数Ｎｅ及びエンジンの実圧縮比と基準値Ａｉｎｏ３との間の関係を示すグラフである。
【図１５】エンジン回転数Ｎｅ及びエンジンの運転環境条件（吸気温度、吸気圧力、湿度）と基準値Ａｉｎｏ４との間の関係を示すグラフである。
【図１６】エンジン回転数Ｎｅ及び燃料の燃焼状態と基準値Ａｉｎｏ５との間の関係を示すグラフである。
【図１７】エンジン回転数Ｎｅ及びノック発生の有無と基準値Ａｉｎｏ６との間の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１０…エンジン
１２…ピストン
１４…シリンダブロック
１８…シリンダヘッド
２０…給気ポート
２２…排気ポート
２８…点火プラグ
３０…筒内噴射弁
３２…ポート噴射弁
３８…エアーフローメータ
５０…ターボチャージャ
５６…電子制御装置
５８…アクセル開度センサ
６０…エンジン回転数センサ
【発明の属する技術分野】
本発明は、高圧縮比過給式のリーンバーンエンジンに係り、更に詳細には高圧縮比過給式リーンバーンエンジンの運転モード制御装置に係る。
【０００２】
【従来の技術】
自動車等の車輌のエンジンの一つとして、例えば本願出願人の出願にかかる下記の特許文献１に記載されている如く、給気ポートに燃料を噴射するポート噴射弁と燃焼室内に直接燃料を噴射する筒内噴射弁とを備え、軽負荷域に於いてはポート噴射のみを使用しバルブオーバラップにより自着火域を拡大し、高負荷域に於いては筒内燃料噴射量を低減し、安定燃焼域を拡大するよう構成された圧縮点火式エンジンが従来より知られている。
【特許文献１】
特開平１０−２５２５１２号公報
【特許文献２】
特開２００２−１３０００６号公報
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、高負荷時にもリーンバーンを行わせて高効率及び低燃費を達成すべく、圧縮比が高く設定され給気の過給が行われる高圧縮比過給式リーンバーンエンジンに於いては、高負荷域では圧縮比が高く且つ高トルクを得るための過給により空気量が多いため、たとえ空燃比がリーンであってもノックや自着火が生じ易く、そのため燃焼騒音やエンジン損傷の問題が生じ易く、筒内直噴を行って混合気温度を下げるだけでは、これらの問題を解消することができない。
【０００４】
また従来の火花点火式エンジンに於いては、高負荷域に於けるノックや自着火を防止すべく点火時期を遅角することが行われているが、点火時期の遅角によりエンジンの出力トルクが低下したり燃費が悪化することが避けられないという問題がある。
【０００５】
本発明は、従来の高圧縮比過給式リーンバーンエンジンや火花点火式エンジンに於ける上述の如き問題に鑑みてなされたものであり、本発明の主要な課題は、拡散燃焼（圧縮点火による燃焼）によれば予混合火花点火の場合に比して空燃比のリーン化が可能であり、また高負荷域に於いて拡散燃焼をさせることによりノックフリーを実現できることに着目し、エンジン負荷に応じて火花点火による燃焼及び拡散燃焼を使い分けることにより、出力トルクの低下や燃費の悪化を招来することなく高負荷域に於けるノックや自着火を防止し燃費を向上させることである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上述の主要な課題は、本発明によれば、請求項１の構成、即ち高圧縮比過給式リーンバーンエンジンの運転モード制御装置にして、エンジン負荷が所定値以下であるときには燃料を火花点火により燃焼させる火花点火モードにてエンジンを運転し、エンジン負荷が所定値よりも高いときには燃料を拡散燃焼させる拡散燃焼モードにてエンジンを運転することを特徴とする高圧縮比過給式リーンバーンエンジンの運転モード制御装置によって達成される。
【０００７】
また本発明によれば、上述の主要な課題を効果的に達成すべく、上記請求項１の構成に於いて、前記運転モード制御装置はエンジンに於ける燃料の燃焼容易性を判定し、前記燃焼容易性が高いほど前記所定値が低くなるよう前記燃焼容易性に応じて前記所定値を可変設定するよう構成される（請求項２の構成）。
【０００８】
また本発明によれば、上述の主要な課題を効果的に達成すべく、上記請求項２の構成に於いて、前記運転モード制御装置は燃料の種類、エンジンの暖機状態、燃料の性状、エンジンの実圧縮比、エンジンの運転環境条件、燃料の燃焼状態、火花点火運転モードに於けるノック発生の有無の少なくとも何れかに基づいて前記燃焼容易性を判定するよう構成される（請求項３の構成）。
【０００９】
また本発明によれば、上述の主要な課題を効果的に達成すべく、上記請求項１の構成に於いて、前記運転モード制御装置はエンジンに於ける燃料の燃焼容易性を示す複数のパラメータに基づいて複数の所定値を設定し、エンジン負荷が全ての所定値よりも高いときにエンジンを拡散燃焼モードにて運転するよう構成される（請求項４の構成）。
【００１０】
また本発明によれば、上述の主要な課題を効果的に達成すべく、上記請求項４の構成に於いて、前記運転モード制御装置は燃料の種類、エンジンの暖機状態、燃料の性状、エンジンの実圧縮比、エンジンの運転環境条件、燃料の燃焼状態、火花点火運転モードに於けるノック発生の有無の少なくとも二つのパラメータに基づいて複数の所定値を設定するよう構成される（請求項５の構成）。
【００１１】
【発明の作用及び効果】
上記請求項１の構成によれば、エンジン負荷が所定値以下であるときには燃料を火花点火により燃焼させる火花点火モードにてエンジンを運転し、エンジン負荷が所定値よりも高いときには燃料を拡散燃焼させる拡散燃焼モードにてエンジンを運転するので、エンジンの高負荷域に於いて拡散燃焼により空燃比をリーン化すると共にノックフリーを達成することができ、従って点火時期の遅角に起因する出力トルクの低下や燃費の悪化を招来することなく高負荷域に於ける燃費を向上させることができる。
【００１２】
また上記請求項２の構成によれば、運転モード制御装置はエンジンに於ける燃料の燃焼容易性を判定し、燃焼容易性が高いほど所定値が低くなるよう燃焼容易性に応じて所定値を可変設定するので、エンジンに於ける燃料の燃焼容易性に応じて火花点火モードと拡散燃焼モードとの間に於けるエンジンの運転モードの切り替えを適正に行うことができ、エンジンに於ける燃料の燃焼容易性が高いほどエンジン負荷が低い領域より拡散燃焼モードにてエンジンを運転することができることにより、燃費を更に一層向上させることができる。
【００１３】
また上記請求項３の構成によれば、運転モード制御装置は燃料の種類、エンジンの暖機状態、燃料の性状、エンジンの実圧縮比、エンジンの運転環境条件、燃料の燃焼状態、火花点火運転モードに於けるノック発生の有無の少なくとも何れかに基づいて燃焼容易性を判定するので、エンジンに於ける燃料の燃焼容易性を適正に判定することができる。
【００１４】
また上記請求項４の構成によれば、運転モード制御装置はエンジンに於ける燃料の燃焼容易性を示す複数のパラメータに基づいて複数の所定値を設定し、エンジン負荷が全ての所定値よりも高いときにエンジンを拡散燃焼モードにて運転するので、エンジンに於ける燃料の燃焼容易性が確実に高い状況に於いてエンジンを拡散燃焼モードにて運転することができ、これにより失火の如きエンジンの運転状態が不安定になることを確実に防止することができる。
【００１５】
また上記請求項５の構成によれば、運転モード制御装置は燃料の種類、エンジンの暖機状態、燃料の性状、エンジンの実圧縮比、エンジンの運転環境条件、燃料の燃焼状態、火花点火運転モードに於けるノック発生の有無の少なくとも二つのパラメータに基づいて複数の所定値を設定するので、エンジンに於ける燃料の燃焼容易性が高い状況であるか否かを確実に判定することができる。
【００１６】
【課題解決手段の好ましい態様】
本発明の一つの好ましい態様によれば、上記請求項１乃至５の構成に於いて、運転モード制御装置は火花点火モードに於いてはエンジンの給気ポートに燃料を噴射するよう構成される（好ましい態様１）。
【００１７】
本発明の他の一つの好ましい態様によれば、上記請求項１乃至５の構成に於いて、運転モード制御装置は拡散燃焼モードに於いてはエンジンの燃焼室内に燃料を噴射するよう構成される（好ましい態様２）。
【００１８】
本発明の他の一つの好ましい態様によれば、上記請求項１乃至５の構成に於いて、運転モード制御装置はエンジン回転数に基づいて基準値を演算し、エンジン負荷が基準値以下であるときには火花点火モードにてエンジンを運転し、エンジン負荷が基準値よりも高いときには拡散燃焼モードにてエンジンを運転するよう構成される（好ましい態様３）。
【００１９】
本発明の他の一つの好ましい態様によれば、上記請求項４の構成に於いて、運転モード制御装置は各パラメータにより示される燃焼容易性が高いほど対応する所定値が低くなるよう各パラメータに応じて対応する所定値を可変設定するよう構成される（好ましい態様４）。
【００２０】
本発明の他の一つの好ましい態様によれば、上記好ましい態様４の構成に於いて、運転モード制御装置はエンジン回転数及び各パラメータに応じて対応する所定値を可変設定するよう構成される（好ましい態様５）。
【００２１】
本発明の他の一つの好ましい態様によれば、上記請求項１乃至５の構成に於いて、エンジン負荷の増大に伴いエンジンの運転モードが火花点火モードより拡散燃焼モードへ切り替わる際にもスロットル開度が全開状態にない場合には、運転モード制御装置はエンジンの運転モードが火花点火モードより拡散燃焼モードへ切り替わった直後にスロットル開度の増大率を漸次増大させつつスロットル開度を速やかに全開状態にもたらすよう構成される（好ましい態様６）。
【００２２】
本発明の他の一つの好ましい態様によれば、上記請求項１乃至５の構成に於いて、エンジンの運転モードが拡散燃焼モードより火花点火モードへ切り替わる際の所定値はエンジンの運転モードが火花点火モードより拡散燃焼モードへ切り替わる際の所定値よりも低いよう構成される（好ましい態様７）。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下に添付の図を参照しつつ、本発明を幾つかの好ましい実施の形態（以下単に実施形態という）について詳細に説明する。
【００２４】
第一の実施形態
図１は高圧縮比過給式リーンバーンガソリンエンジンに適用された本発明による燃焼モード制御装置の第一の実施形態を示す概略構成図である。
【００２５】
図１に於いて、１０は高圧縮比過給式リーンバーンガソリンエンジンを示しており、エンジン１０は各気筒に設けられた複数のピストン１２と、ピストン１２を往復動可能に支持するシリンダブロック１４と、各気筒毎にピストン１２及びシリンダブロック１４と共働して燃焼室１６を郭定するシリンダヘッド１８とを有している。尚エンジン１０の圧縮比は例えば１５以上２０以下程度の高圧縮比に設定されている。
【００２６】
シリンダヘッド１８には燃焼室１６と連通する給気ポート２０及び排気ポート２２が設けられており、給気ポート２０及び排気ポート２２はそれぞれ給気バルブ２４及び排気バルブ２６により開閉される。またシリンダヘッド１８には火花点火を行う点火プラグ２８及び燃焼室１６内に燃料を噴射する筒内噴射弁３０が設けられ、給気ポート２０には該給気ポート内に燃料を噴射するポート噴射弁３２が設けられている。
【００２７】
各給気ポート２０には給気マニホールドホールド３４の枝菅部が接続され、給気マニホールドホールド３４の集合管部は吸気管３６によりエアーフローメータ３８及びエアークリーナ４０に接続されている。吸気管３６にはスロットルバルブ４２が設けられており、スロットルバルブ４２の開度はアクチュエータ４４により制御される。
【００２８】
各排気ポート２２には排気マニホールドホールド４６の枝菅部が接続され、排気マニホールドホールド４６の集合管部は排気管４８により図１には示されていない排気ガス浄化装置及びマフラーに接続されている。排気管４８及び吸気管３６にはそれぞれターボチャージャ５０のタービン５２及びコンプレッサ５４が設けられ、これにより例えば１．１以上の過給圧比にて吸気の過給が行われるようになっている。
【００２９】
点火プラグ２８は図１には示されていないディストリビュータを介して電子制御装置５６により制御され、筒内噴射弁３０及びポート噴射弁３２も電子制御装置５６により制御され、スロットルバルブ４２もアクチュエータ４４を介して電子制御装置５６により制御される。
【００３０】
図１に示されている如く、電子制御装置５６にはエアーフローメータ３８より吸入空気量Ａｉｎを示す信号、アクセル開度センサ５８よりアクセル開度（運転者によるアクセルペダル踏み込み量）θを示す信号、エンジン回転数センサ６０よりエンジン回転数Ｎｅを示す信号が入力され、また図１には示されていないが、エンジン冷却水温の如き他のエンジン運転パラメータを示す信号が入力される。
【００３１】
尚図１には詳細に示されていないが、電子制御装置５６はＣＰＵとＲＯＭとＲＡＭと入出力ポート装置とを有し、これらが双方向性のコモンバスにより互いに接続された一般的な構成のマイクロコンピュータ及び駆動回路よりなっていてよい。
【００３２】
電子制御装置５６は後述の図３に示されたフローチャートに従ってエンジン１０の燃焼モードを制御する。特に第一の実施形態に於いては、電子制御装置５６はエンジン回転数Ｎｅに基づき図２に示されたグラフに対応するマップより基準値Ａｉｎｏを演算し、エンジン負荷としての吸入空気量Ａｉｎが基準値Ａｉｎｏ以下であるときには、ポート噴射弁３２により給気ポート２０を経て燃焼室１６内に燃料を噴射すると共に、点火プラグ２８により混合気を点火する火花点火モードにてエンジン１０を運転する。
【００３３】
これに対し電子制御装置５６は、吸入空気量Ａｉｎが基準値Ａｉｎｏを越えているときには、筒内噴射弁３０により燃焼室１６内に直接燃料を噴射すると共に、点火プラグ２８による点火を行うことなく圧縮点火により混合気を点火し拡散燃焼させる拡散燃焼モードにてエンジン１０を運転する。
【００３４】
尚上記二つの運転モードに於ける燃料噴射量やスロットル開度の制御及び火花点火モードに於ける点火時期の制御等は当技術分野に於いて公知の要領にて行われ、これらの制御は本発明の要旨をなすものではないので、これらの制御の説明については省略するが、何れの運転モードの場合にも燃料噴射量は空燃比がエンジン１０の運転状態に応じた所定のリーンの空燃比になるよう制御される。
【００３５】
また図５に示されている如く、エンジン負荷の増大に伴いエンジンの運転モードが火花点火モードより拡散燃焼モードへ切り替わる際にスロットル開度が既に全開状態になっている場合には、スロットル開度は拡散燃焼モードに於いてもそのまま全開状態に維持される。
【００３６】
これに対し図６に示されている如く、エンジン負荷の増大に伴いエンジンの運転モードが火花点火モードより拡散燃焼モードへ切り替わる際にスロットル開度が全開状態になっていない場合に、拡散燃焼モード時のポンプ損を低減すべく、図６に於いて仮想線にて示されている如く運転モードの切り替わりと同時にスロットル開度が全開に制御されると、吸入空気量の変化が大きくなり、出力トルクに段差が生じたりノックや自着火を起こしやすくなってしまう。
【００３７】
従って図６に於いて実線にて示されている如く、運転モードが火花点火モードより拡散燃焼モードへ切り替わった直後のエンジン負荷の増大に伴いスロットル開度はその増大率を漸次増大させることにより速やかに全開状態にもたらされるよう制御される。尚このスロットル開度の制御は後述の他の実施形態に於いても同様である。
【００３８】
次に図３に示されたフローチャートを参照して第一の実施形態に於ける燃焼モード制御ルーチンについて説明する。尚図３に示されたフローチャートによる制御は図には示されていないイグニッションスイッチの閉成により開始され、所定の時間毎に繰返し実行される。
【００３９】
まずステップ５０に於いてはエアーフローメータ３８により検出された吸入空気量Ａｉｎを示す信号等の読み込みが行われ、ステップ１００に於いてはエンジン回転数Ｎｅに基づき図２に示されたグラフに対応するマップより基準値Ａｉｎｏが演算される。
【００４０】
ステップ１５０に於いては吸入空気量Ａｉｎが基準値Ａｉｎｏを越えているか否かの判別が行われ、否定判別が行われたときには、即ちエンジン負荷が基準値以下であるときには、ステップ２００に於いてエンジン１０の運転モードを火花点火モードに設定し、肯定判別が行われたときには、即ちエンジン負荷が基準値を越えているときには、ステップ２５０に於いてエンジン１０の運転モードを拡散燃焼モードに設定する。
【００４１】
ステップ３００に於いては設定された運転モードが火花点火モードにであるときには、ポート噴射弁３２により給気ポート２０を経て燃焼室１６内に燃料を噴射すると共に、点火プラグ２８により混合気を点火する火花点火モードにてエンジン１０を運転制御し、設定された運転モードが拡散燃焼モードにであるときには、筒内噴射弁３０により燃焼室１６内に直接燃料を噴射すると共に、点火プラグ２８による点火を行うことなく圧縮点火により混合気を点火し拡散燃焼させる拡散燃焼モードにてエンジン１０を運転制御する。
【００４２】
かくして図示の第一の実施形態によれば、吸入空気量Ａｉｎが基準値Ａｉｎｏ未満でありエンジン負荷が基準値以下であるときには、ステップ１５０に於いて否定判別が行われ、ステップ２００に於いてエンジン１０の運転モードが火花点火モードに設定されるが、吸入空気量Ａｉｎが基準値Ａｉｎｏを越えておりエンジン負荷が基準値以上であるときには、ステップ１５０に於いて肯定判別が行われ、ステップ２５０に於いてエンジン１０の運転モードが拡散燃焼モードに設定される。
【００４３】
従って図４に示されている如く、エンジン負荷が高いときにはエンジンを拡散燃焼モードにて運転し、拡散燃焼により空燃比をリーン化すると共にノックの発生を効果的に防止することができ、これにより点火時期の遅角に起因する出力トルクの低下や燃費の悪化を招来することなく高負荷域に於ける燃費を向上させることができる。
【００４４】
特に図示の実施形態によれば、エンジン負荷の増大に伴いエンジンの運転モードが火花点火モードより拡散燃焼モードへ切り替わる際にスロットル開度が全開状態になっていない場合には、運転モードが火花点火モードより拡散燃焼モードへ切り替わった直後のエンジン負荷の増大に伴いスロットル開度はその増大率を漸次増大させることにより速やかに全開状態にもたらされるよう制御されるので、運転モードの切り替わりと同時にスロットル開度が全開に制御される場合に生じる出力トルクの段差的上昇及びノックや自着火の発生を効果的に防止することができる（尚この効果は後述の他の実施形態に於いても同様に得られる）。
【００４５】
第二の実施形態
図７は多種類の燃料を使用可能な高圧縮比過給式リーンバーンエンジンに適用された本発明による燃焼モード制御装置の第二の実施形態に於ける燃焼モード制御ルーチンを示すフローチャートである。尚図６に於いて図３に示されたステップと同一のステップには図３に於いて付されたステップ番号と同一のステップ番号が付されている（このことは後述の他の実施形態についても同様である）。
【００４６】
尚この第二の実施形態に於いては、図には示されていないが、エンジン１０は軽油、レギュラーガソリン、ハイオクタンガソリン、エタノールの如く多種類の燃料にて運転可能であり、電子制御装置５６には運転者により操作されるスイッチにより使用される燃料を示す信号が入力される。
【００４７】
この第二の実施形態に於いては、ステップ５０の次に実行されるステップ５５に於いて、使用される燃料が軽油であるか否かの判別が行われ、肯定判別が行われたときにはそのままステップ２５０へ進み、否定判別が行われたときにはステップ６０に於いて図８に示されている如く使用される燃料の種類（着火性）に応じて基準値Ａｉｎｏを演算するためのマップが選択される。
【００４８】
尚燃料の着火性は運転者により操作されるスイッチより入力される燃料を示す信号に基づいて判定されるが、一般に、燃料のオクタン価が高いほど燃料の着火性が低いと判定され、燃料のセタン価が高いほど燃料の着火性が高いと判定される。
【００４９】
ステップ１００に於いてはステップ６０に於いて選択されたマップ（図８）よりエンジン回転数Ｎｅに基づき基準値Ａｉｎｏが演算され、しかる後上述の第一の実施形態の場合と同様の要領にてステップ１５０〜３００が実行される。
【００５０】
かくしてこの第二の実施形態によれば、軽油を含む様々な燃料にてエンジンを運転することができると共に、使用される燃料の種類（着火性）及びエンジンの負荷に応じてエンジンの運転モードを火花点火モードと拡散燃焼モードとの間に適正に切り替えることができ、これにより様々な燃料が使用される場合にも点火時期の遅角に起因する出力トルクの低下や燃費の悪化を招来することなく高負荷域に於ける燃費を向上させることができる。
【００５１】
第三の実施形態
図９は高圧縮比過給式リーンバーンガソリンエンジンに適用された本発明による燃焼モード制御装置の第三の実施形態に於ける燃焼モード制御ルーチンを示すフローチャートである。
【００５２】
この第三の実施形態に於いては、ステップ５０の次に実行されるステップ７０に於いて、エンジンの暖機状態、燃料の性状（着火性）、エンジンの実圧縮比、エンジンの運転環境条件、燃料の燃焼状態、火花点火運転モードに於けるノック発生の有無に応じてエンジン１０に於ける燃料の燃焼容易性の指標値Ｋ１〜Ｋ６が演算される。
【００５３】
この場合、エンジン冷却水温Ｔｒｗが低いほど大きくなるよう、換言すればエンジンの暖機状態が低いほど大きくなるようエンジン１０の暖機状態に基づく燃焼容易性の指標値Ｋ１が演算され、燃料の着火性が高いほど小さくなるよう燃料の性状に基づく燃焼容易性の指標値Ｋ２が演算され、可変バルブタイミングの制御により変動するエンジン１０の実圧縮比が高いほど小さくなるようエンジンの実圧縮比に基づく燃焼容易性の指標値Ｋ３が演算される。
【００５４】
また吸気温度が低く吸気圧力が低く湿度が高いほど大きくなるようエンジンの運転環境条件に基づく燃焼容易性の指標値Ｋ４が演算され、筒内圧の検出又はイオン電流計の計測により筒内の燃焼状態が計測され、燃焼時間が長いほど大きくなるよう、またエンジン１０の軸トルクが予測値よりも小さくトルク変動が大きいほど大きくなるよう、燃料の燃焼状態に基づく燃焼容易性の指標値Ｋ５が演算され、火花点火運転モードに於いてノックの発生が検出されたときには小さくなるようノック発生の有無に基づく燃焼容易性の指標値Ｋ６が演算される。
【００５５】
ステップ７５に於いては燃焼容易性の指標値Ｋ１〜Ｋ６の和が燃焼容易性の指標値Ｋとして演算されると共に、図１０に示されている如く燃焼容易性の指標値Ｋに応じて基準値Ａｉｎｏを演算するためのマップが選択され、ステップ１００に於いてはステップ７５に於いて選択されたマップ（図１０）よりエンジン回転数Ｎｅに基づき基準値Ａｉｎｏが演算され、しかる後上述の第一の実施形態の場合と同様の要領にてステップ１５０〜３００が実行される。
【００５６】
かくしてこの第三の実施形態によれば、エンジン冷却水温Ｔｒｗに基づくエンジンの暖機状態、燃料の着火性、エンジンの実圧縮比、吸気温度や吸気圧力や湿度に基づくエンジンの運転環境条件、燃料の燃焼状態、火花点火運転モードに於けるノック発生の有無に基づいて燃焼容易性の指標値Ｋが演算され、燃焼容易性の指標値Ｋ及びエンジン回転数Ｎｅに基づき基準値Ａｉｎｏが演算される。
【００５７】
従ってこの実施形態によれば、エンジン１０に於ける燃焼容易性及びエンジンの負荷に応じて最適にエンジンの運転モードを火花点火モードと拡散燃焼モードとの間に切り替えることができ、上述の第一及び第二の実施形態の場合よりも適正にエンジンの運転モードを切り替え設定することができる。
【００５８】
第四の実施形態
図１１は高圧縮比過給式リーンバーンガソリンエンジンに適用された本発明による燃焼モード制御装置の第四の実施形態に於ける燃焼モード制御ルーチンを示すフローチャートである。
【００５９】
この第四の実施形態に於いては、ステップ５０の次に実行されるステップ８０に於いてエンジンの暖機状態を示すエンジン冷却水温Ｔｒｗに応じて可変設定される図１２に示されたグラフに対応するマップよりエンジン回転数Ｎｅに基づきエンジンの暖機状態に基づく判定の基準値Ａｉｎｏ１が演算され、ステップ８５に於いて吸入空気量Ａｉｎが基準値Ａｉｎｏ１を越えているか否かの判別が行われ、否定判別が行われたときにはそのままステップ２００へ進み、肯定判別が行われたときにはステップ９０へ進む。
【００６０】
ステップ９０に於いては燃料の着火性に応じて可変設定される図１３に示されたグラフに対応するマップよりエンジン回転数Ｎｅに基づき燃料の性状に基づく判定の基準値Ａｉｎｏ２が演算され、ステップ９５に於いては吸入空気量Ａｉｎが基準値Ａｉｎｏ２を越えているか否かの判別が行われ、否定判別が行われたときにはそのままステップ２００へ進み、肯定判別が行われたときにはステップ１００へ進む。
【００６１】
ステップ１００に於いてはエンジンの実圧縮比に応じて可変設定される図１４に示されたグラフに対応するマップよりエンジン回転数Ｎｅに基づきエンジンの実圧縮比に基づく判定の基準値Ａｉｎｏ３が演算され、ステップ１０５に於いては吸入空気量Ａｉｎが基準値Ａｉｎｏ３を越えているか否かの判別が行われ、否定判別が行われたときにはそのままステップ２００へ進み、肯定判別が行われたときにはステップ１１０へ進む。
【００６２】
ステップ１１０に於いてはエンジンの運転環境条件に応じて可変設定される図１５に示されたグラフに対応するマップよりエンジン回転数Ｎｅに基づきエンジンの運転環境条件に基づく判定の基準値Ａｉｎｏ４が演算され、ステップ１１５に於いては吸入空気量Ａｉｎが基準値Ａｉｎｏ４を越えているか否かの判別が行われ、否定判別が行われたときにはそのままステップ２００へ進み、肯定判別が行われたときにはステップ１２０へ進む。
【００６３】
ステップ１２０に於いては燃料の燃焼状態に応じて可変設定される図１６に示されたグラフに対応するマップよりエンジン回転数Ｎｅに基づき燃料の燃焼状態に基づく判定の基準値Ａｉｎｏ５が演算され、ステップ１２５に於いては吸入空気量Ａｉｎが基準値Ａｉｎｏ５を越えているか否かの判別が行われ、否定判別が行われたときにはそのままステップ２００へ進み、肯定判別が行われたときにはステップ１３０へ進む。
【００６４】
ステップ１３０に於いては火花点火運転モードに於けるノック発生の有無に応じて可変設定される図１７に示されたグラフに対応するマップよりエンジン回転数Ｎｅに基づきノック発生の有無に基づく判定の基準値Ａｉｎｏ６が演算され、ステップ１３５に於いては吸入空気量Ａｉｎが基準値Ａｉｎｏ６を越えているか否かの判別が行われ、否定判別が行われたときにはステップ２００へ進み、肯定判別が行われたときにはステップ２５０へ進む。尚この実施形態に於いてもステップ２００〜３００は上述の第一の実施形態の場合と同様に実行される。
【００６５】
かくしてこの第四の実施形態によれば、エンジンの暖機状態、燃料の性状（着火性）、エンジンの実圧縮比、エンジンの運転環境条件、燃料の燃焼状態、火花点火運転モードに於けるノック発生の有無の各パラメータについてエンジンの運転モードを判定するための基準値Ａｉｎｏ１〜Ａｉｎｏ６が演算され、全てのパラメータについて吸入空気量Ａｉｎが基準値を越えている場合にエンジン１０の運転モードが拡散燃焼モードに設定される。
【００６６】
従ってこの実施形態によれば、エンジン１０に於ける燃料の燃焼容易性が確実に高い状況に於いてエンジンを拡散燃焼モードにて運転することができ、これにより失火の如きエンジンの運転状態が不安定になることを確実に防止することができると共に、点火時期の遅角に起因する出力トルクの低下や燃費の悪化をできるだけ回避しつつ高負荷域に於ける燃費を確実に向上させることができる。
【００６７】
以上に於いては本発明を特定の実施形態について詳細に説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内にて他の種々の実施形態が可能であることは当業者にとって明らかであろう。
【００６８】
例えば上述の各実施形態に於いては、エンジン負荷の増大に伴いエンジンの運転モードが火花点火モードより拡散燃焼モードへ切り替わる際にスロットル開度が全開状態になっていない場合には、図６に於いて実線にて示されている如く、運転モードが火花点火モードより拡散燃焼モードへ切り替わった直後のエンジン負荷の増大に伴いスロットル開度はその増大率を漸次増大させることにより速やかに全開状態にもたらされるようになっているが、エンジンの運転モードが火花点火モードより拡散燃焼モードへ切り替わる際にスロットル開度が全開状態に近い開度である場合には、直ぐに全開に制御されてもよい。
【００６９】
また上述の第二の実施形態に於いては、燃料として軽油も使用可能であり、軽油が使用される場合にはエンジンの運転モードがエンジン負荷に拘らず拡散燃焼モードに設定されるようになっているが、軽油は使用されないよう修正されてもよい。
【００７０】
また上述の第三の実施形態に於いては、燃焼容易性の指標値Ｋ１〜Ｋ６の和が燃焼容易性の指標値Ｋとして演算されるようになっているが、燃焼容易性の指標値Ｋは例えば燃焼容易性の指標値Ｋ１〜Ｋ６の各々に重み係数が乗算された値の和として演算されてもよく、指標値Ｋ１〜Ｋ６の積として演算されてもよく、燃焼容易性の指標値Ｋ１〜Ｋ６の各々に重み係数が乗算された値の積として演算されてもよい。
【００７１】
更に上述の第三及び第四の実施形態に於いては、エンジン負荷判定のためのパラメータとしてエンジンの暖機状態、燃料の性状（着火性）、エンジンの実圧縮比、エンジンの運転環境条件、燃料の燃焼状態、火花点火運転モードに於けるノック発生の有無のパラメータが考慮されるようになっているが、これらのパラメータの何れかが省略されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】高圧縮比過給式リーンバーンガソリンエンジンに適用された本発明による燃焼モード制御装置の第一の実施形態を示す概略構成図である。
【図２】エンジン回転数Ｎｅと基準値Ａｉｎｏとの間の関係を示すグラフである。
【図３】第一の実施形態に於ける燃焼モード制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図４】エンジン回転数Ｎｅ及び吸入空気量Ａｉｎとエンジンの運転モードとの間の関係を示すグラフである。
【図５】エンジン負荷の増大に伴いエンジンの運転モードが火花点火運転モードより拡散燃焼モードへ切り替わる際にスロットル開度が既に全開状態になっている場合を示す説明図である。
【図６】エンジン負荷の増大に伴いエンジンの運転モードが火花点火運転モードより拡散燃焼モードへ切り替わる際にスロットル開度が既に全開状態になっていない場合のスロットル開度の制御を示す説明図である。
【図７】多種類の燃料を使用可能な高圧縮比過給式リーンバーンエンジンに適用された本発明による燃焼モード制御装置の第二の実施形態に於ける燃焼モード制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図８】エンジン回転数Ｎｅ及び燃料の種類（着火性）と基準値Ａｉｎｏとの間の関係を示すグラフである。
【図９】高圧縮比過給式リーンバーンガソリンエンジンに適用された本発明による燃焼モード制御装置の第三の実施形態に於ける燃焼モード制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図１０】エンジン回転数Ｎｅ及びエンジンに於ける燃料の燃焼容易性の指標値Ｋと基準値Ａｉｎｏとの間の関係を示すグラフである。
【図１１】高圧縮比過給式リーンバーンガソリンエンジンに適用された本発明による燃焼モード制御装置の第四の実施形態に於ける燃焼モード制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図１２】エンジン回転数Ｎｅ及びエンジン冷却水温Ｔｒｗと基準値Ａｉｎｏ１との間の関係を示すグラフである。
【図１３】エンジン回転数Ｎｅ及び燃料の性状（着火性）と基準値Ａｉｎｏ２との間の関係を示すグラフである。
【図１４】エンジン回転数Ｎｅ及びエンジンの実圧縮比と基準値Ａｉｎｏ３との間の関係を示すグラフである。
【図１５】エンジン回転数Ｎｅ及びエンジンの運転環境条件（吸気温度、吸気圧力、湿度）と基準値Ａｉｎｏ４との間の関係を示すグラフである。
【図１６】エンジン回転数Ｎｅ及び燃料の燃焼状態と基準値Ａｉｎｏ５との間の関係を示すグラフである。
【図１７】エンジン回転数Ｎｅ及びノック発生の有無と基準値Ａｉｎｏ６との間の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１０…エンジン
１２…ピストン
１４…シリンダブロック
１８…シリンダヘッド
２０…給気ポート
２２…排気ポート
２８…点火プラグ
３０…筒内噴射弁
３２…ポート噴射弁
３８…エアーフローメータ
５０…ターボチャージャ
５６…電子制御装置
５８…アクセル開度センサ
６０…エンジン回転数センサ
Claims (5)
- 高圧縮比過給式リーンバーンエンジンの運転モード制御装置にして、エンジン負荷が所定値以下であるときには燃料を火花点火により燃焼させる火花点火モードにてエンジンを運転し、エンジン負荷が所定値よりも高いときには燃料を拡散燃焼させる拡散燃焼モードにてエンジンを運転することを特徴とする高圧縮比過給式リーンバーンエンジンの運転モード制御装置。
- 前記運転モード制御装置はエンジンに於ける燃料の燃焼容易性を判定し、前記燃焼容易性が高いほど前記所定値が低くなるよう前記燃焼容易性に応じて前記所定値を可変設定することを特徴とする請求項１に記載の高圧縮比過給式リーンバーンエンジンの運転モード制御装置。
- 前記運転モード制御装置は燃料の種類、エンジンの暖機状態、燃料の性状、エンジンの実圧縮比、エンジンの運転環境条件、燃料の燃焼状態、火花点火運転モードに於けるノック発生の有無の少なくとも何れかに基づいて前記燃焼容易性を判定することを特徴とする請求項２に記載の高圧縮比過給式リーンバーンエンジンの運転モード制御装置。
- 前記運転モード制御装置はエンジンに於ける燃料の燃焼容易性を示す複数のパラメータに基づいて複数の所定値を設定し、エンジン負荷が全ての所定値よりも高いときにエンジンを拡散燃焼モードにて運転することを特徴とする請求項１に記載の高圧縮比過給式リーンバーンエンジンの運転モード制御装置。
- 前記運転モード制御装置は燃料の種類、エンジンの暖機状態、燃料の性状、エンジンの実圧縮比、エンジンの運転環境条件、燃料の燃焼状態、火花点火運転モードに於けるノック発生の有無の少なくとも二つのパラメータに基づいて複数の所定値を設定することを特徴とする請求項４に記載の高圧縮比過給式リーンバーンエンジンの運転モード制御装置。
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