JP2004245185A

JP2004245185A - 筒内噴射式内燃機関及びその制御方法並びに筒内噴射式内燃機関の制御装置

Info

Publication number: JP2004245185A
Application number: JP2003038253A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Nishida; 茂西田; Koji Onishi; 浩二大西
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2003-02-17
Filing date: 2003-02-17
Publication date: 2004-09-02

Abstract

【課題】成層燃焼において燃焼悪化が発生すれば、燃費の悪化を低減、あるいは最低限に抑えて燃焼悪化を解消し、速やかに燃焼安定性の回復を図る。
【解決手段】燃料を機関燃焼室に直接噴射し、各気筒毎あるいはグループ分けされた気筒グループ毎に燃焼方式を均質燃焼と成層燃焼のいずれか一方に選択でき、燃焼異常を各気筒毎に判定し、成層燃焼における燃焼に異常があると判定された場合には、燃焼異常と判定された気筒だけ、あるいはその気筒が属する気筒グループだけ燃焼方式を均質燃焼に切り換える。
【選択図】図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、機関燃焼室に燃料を直接噴射する筒内噴射式内燃機関及びその制御方法並びに筒内噴射式内燃機関の制御装置に係り、特に、成層燃焼を行う多気筒の筒内噴射式内燃機関及びその制御方法並びに筒内噴射式内燃機関の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
燃料を機関燃焼室内に直接噴射する、いわゆる筒内噴射式内燃機関（直噴エンジン）は、圧縮行程での燃料噴射、スワール制御弁・タンブル制御弁等の吸入空気流動強化手段や、ピストン上面に設けたキャビティ形状等により燃焼室内の空気流動を積極的に発生・利用して燃料の分布を点火プラグ近傍に偏らせ、成層燃焼を行い、その結果、極めて希薄な燃焼（リーンバーン）を可能としている。
【０００３】
成層燃焼では、エンジン圧縮行程で燃料（ガソリン）を噴射したり、噴射燃料を一旦ピストン上面の窪み（キャビティ）に衝突させたりするため、燃料噴射時期から点火時期までの期間が短く、ポート噴射エンジンに比べ燃料の気化が劣る。また、ピストン上面への燃料付着が増加する等の理由により、燃焼行程においてスモーク（カーボン）や未燃燃料（ＨＣ）が発生し易い。
【０００４】
燃焼室内で発生したスモークは、そのほとんどが排気行程で排気通路に排出されるが、一部は燃焼室内に残り、燃焼室内に配置されている燃料噴射弁の噴孔に付着し、噴射燃料形状（燃料噴霧形状）の変化や噴射燃料量の低下を引き起こす原因になる。
【０００５】
成層燃焼における燃焼室内の噴射燃料の層状化は、燃焼室内のスワール制御弁やタンブル制御弁等の吸入空気流動強化手段による吸入空気流動強化と共に、噴射燃料形状や噴射燃料量が極めて重要であり、これらの変化は、燃焼不安定や、失火の発生の原因となり、運転性の悪化や排気ガス浄化装置（触媒）の損傷を招く虞れがある。
【０００６】
成層燃焼を行う従来の多気筒の筒内噴射式内燃機関としては、成層燃焼におけるエンジン回転数の変動や燃焼圧センサ等により検出した燃焼異常や失火発生が、あるレベルを越えた場合には、全気筒を均質燃焼に切り換え、成層燃焼を禁止とするもの（例えば、特許文献１）や、同じく全気筒均質燃焼に切り換えた後、一定時間均質燃焼させることにより燃焼安定性を回復させるものがある（例えば、特許文献２）。
【０００７】
【特許文献１】
特開２０００−５４９０６号公報
【特許文献２】
特開平９−３０３１８９号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
筒内噴射式内燃機関における成層燃焼は、均質燃焼より多量の空気を気筒内に導入したり、気筒内に直接噴射した燃料を点火プラグ近傍に集め、その周りを空気の層状にしたりするため、ポンピング損失や冷却損失を低減でき、結果として均質燃焼に対し燃費を向上することができる。
【０００９】
しかし、従来の多気筒の筒内噴射式内燃機関の燃焼制御は、成層燃焼において全気筒中一気筒でも燃焼の悪化が検出されると、燃焼悪化気筒のみならず全気筒の燃焼を成層燃焼から均質燃焼に切り換えてしまうため、せっかくの成層燃焼による燃費向上効果が全くなくなってしまう。
【００１０】
この発明は、前記の如き問題点を解消するためになされたもので、その目的とするところは、成層燃焼において燃焼悪化が発生すれば、燃費の悪化を低減、あるいは最低限に抑えて燃焼悪化を解消し、速やかに燃焼安定性の回復を図る燃焼制御を行う筒内噴射式内燃機関およびその制御方法および筒内噴射式内燃機関の制御装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、この発明による筒内噴射式内燃機関は、多気筒の筒内噴射式内燃機関において、燃料を機関燃焼室に直接噴射し、各気筒毎あるいはグループ分けされた気筒グループ毎に燃焼方式を均質燃焼と成層燃焼のいずれか一方に選択でき、燃焼異常を各気筒毎に判定し、成層燃焼における燃焼に異常があると判定された場合には、燃焼異常と判定された気筒だけ、あるいはその気筒が属する気筒グループだけ燃焼方式を均質燃焼に切り換える。
【００１２】
この発明による筒内噴射式内燃機関によれば、成層燃焼において、ある気筒で燃焼異常が生じると、その燃焼異常が生じた気筒だけ、あるいはその気筒が属する気筒グループだけ燃焼方式を均質燃焼に切り換えるから、多気筒全気筒を均質燃焼に切り換わる場合に比して均質燃焼による燃費の悪化が低減する。
【００１３】
また、上述の目的を達成するために、この発明による筒内噴射式内燃機関の制御方法は、燃料を機関燃焼室に直接噴射する多気筒の筒内噴射式内燃機関の制御方法において、各気筒毎あるいはグループ分けされた気筒グループ毎に燃焼方式を均質燃焼と成層燃焼のいずれか一方に選択し、燃焼異常を各気筒毎に判定し、成層燃焼における燃焼に異常があると判定された場合には、燃焼異常と判定された気筒だけ、あるいはその気筒が属する気筒グループだけ燃焼方式を均質燃焼に切り換える。
【００１４】
この発明による筒内噴射式内燃機関の制御方法によれば、成層燃焼において、ある気筒で燃焼異常が生じると、その燃焼異常が生じた気筒だけ、あるいはその気筒が属する気筒グループだけ燃焼方式を均質燃焼に切り換えるから、多気筒全気筒を均質燃焼に切り換わる場合に比して均質燃焼による燃費の悪化が低減する。
【００１５】
また、上述の目的を達成するために、この発明による筒内噴射式内燃機関の制御装置は、燃料を機関燃焼室に直接噴射し、燃焼方式を均質燃焼と成層燃焼のいずれかを選択できる多気筒の筒内噴射式内燃機関の制御装置において、各気筒毎の燃焼異常を判定する燃焼異常判定手段と、前記燃焼異常判定手段によって成層燃焼における燃焼に異常があると判定された場合には、燃焼異常と判定された気筒だけ、あるいはその気筒が属する気筒グループだけ燃焼方式を均質燃焼に切り換える制御を行う燃焼方式切換制御手段とを有する。
【００１６】
この発明による筒内噴射式内燃機関の制御装置によれば、燃焼異常判定手段によって各気筒毎に燃焼異常の判定が行われ、燃焼異常判定手段によって成層燃焼における燃焼に異常があると判定された場合には、燃焼方式切換制御手段が燃焼異常と判定された気筒だけ、あるいはその気筒が属する気筒グループだけ燃焼方式を均質燃焼に切り換える制御を行う。これにより、成層燃焼において、ある気筒で燃焼異常が生じると、その燃焼異常が生じた気筒だけ、あるいはその気筒が属する気筒グループだけ燃焼方式が均質燃焼に切り換えられるから、多気筒全気筒を均質燃焼に切り換わる場合に比して均質燃焼による燃費の悪化が低減する。
【００１７】
また、この発明による筒内噴射式内燃機関の制御装置では、前記燃焼方式切換制御手段は、燃焼異常判定後の均質燃焼を所定の時間継続し、所定時間経過後に成層燃焼への切り換えを許可する制御を行う。この所定時間は、燃焼安定性回復に必要な時間に応じて予めパラメータ設定でき、均質燃焼によって燃焼安定性が回復されたのちに、燃焼方式を、燃費のよい成層燃焼に自動復帰させることができる。
【００１８】
また、この発明による筒内噴射式内燃機関の制御装置は、さらに、成層燃焼状態下での燃焼異常判定回数を各気筒毎にカウントし、当該カウント値が所定値に達すれば、カウント値が所定値に達した気筒あるいはその気筒が属する気筒グループの燃焼方式を均質燃焼に切り換え、成層燃焼を禁止する異常処理手段を有する。
【００１９】
また、この発明による筒内噴射式内燃機関の制御装置によれば、ある気筒の成層燃焼状態下での燃焼異常判定回数が所定値に達すると、異常処理手段は、所定時間の均質燃焼では燃焼安定性の回復を望めないとして均質燃焼を維持し、成層燃焼を禁止し、無意味に燃焼方式が頻繁に切り替わることを回避する。
【００２０】
また、この発明による筒内噴射式内燃機関の制御装置は、気筒ごとあるいは気筒グループごとの成層燃焼から均質燃焼への切り換え、均質燃焼から成層燃焼への切り換える際に、燃焼異常の気筒以外の気筒または燃焼異常の気筒が属する気筒グループ以外のグループとほぼ同じ発生トルクとなるように燃料供給量や空気量や点火時期等のパラメータを制御する。これにより、成層−均質燃料切換時のトルク段差がなくなり、車輌等において乗員に燃焼方式変更時の違和感を与えることがない。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下に添付の図を参照してこの発明の実施形態を詳細に説明する。
（実施形態１）
図１は、実施形態１の制御装置を備えた筒内噴射式のＶ型６気筒の多気筒内燃機関の構成を解図的に示している。
多気筒内燃機関（エンジン）は、シリンダヘッドとシリンダブロックから構成されるエンジン本体１を有し、シリンダブロックに気筒数の相当する個数のシリンダボア１Ａを形成されている。シリンダボア１Ａの各々にはピストン２が挿入されており、各ピストン２がシリンダヘッド側に燃焼室３を画定している。
【００２２】
燃焼室３は、ピストン２と共に、気筒とも呼ばれ、Ｖ型６気筒エンジンでは、左右２列のバンクに各々３個ずつ合計６個の気筒（＃１〜＃６）を有する。ここで、気筒は、それぞれ燃焼順番（点火順序）が交互となるようにＡグループとＢグループとに区分される。このＡグループ、Ｂグループが、各々気筒グループと呼ばれるものであり、この実施形態では、２つの気筒グループに分けられている。
エンジン本体１のシリンダヘッド側には、吸気側に吸気ポート４、吸気弁６が、排気側に排気ポート５、排気弁７が各々各気筒毎に個別に設置されている。
【００２３】
吸気ポート４には、ＡグループとＢグループのそれぞれに、吸気管（吸気マニホールド）２６、モータ駆動の電子制御スロットルボディ２５、空気流量センサ２３、エアクリーナ２２が順に接続されており、各気筒グループ別に空気量の計量や制御が可能なシステムとなっている。
電子制御スロットルボディ２５の絞り弁２５Ａにはスロットル開度を検出するスロットルセンサ（図示省略）が、吸気管２６には吸気通路内の圧力を測定する圧力センサ２８が、ＡグループとＢグループのそれぞれに備えられている。
【００２４】
各気筒には、各気筒毎に燃焼室３内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁８が適宜位置に設けられている。燃料噴射弁８の上流側には、燃焼室３内の圧力が高い状態（例えば、圧縮行程中）でも燃焼室３内に燃料噴射を行えるよう、燃料分配管（図示せず）、燃料圧センサ１１、燃料を圧送する高圧ポンプ１２、低圧ポンプ１３、及び燃料タンク１４がそれぞれ燃料配管に接続されている。
高圧ポンプ１２は、エンジンのカム軸（図示せず）の回転に連動するカム（図示せず）により駆動され、燃料圧力を高圧に上昇させる。高圧ポンプ１２によって高圧に昇圧された燃料は、高圧レギュレータ１６によって所定の燃料圧力に調圧され、燃料分配管（図示せず）より各気筒の燃料噴射弁８に供給される。
【００２５】
低圧ポンプ１３は、始動時のエンジンキー・オン時点、あるいはエンジンのスターターが回り始めた時点から駆動され、以後の燃料噴射に備えて高圧ポンプ１２に供給される燃料の加圧が開始するように機能する。
エンジン本体１のクランクケースの適宜位置には、クランク軸１Ｂに同期して回転するリングギア１９の回転を検出する回転センサ２０が設けられている。また、エンジン本体１にはシリンダブロックに形成されている冷却水通路（図示せず）の冷却水温度を計測する水温センサ２１が取り付けられている。
【００２６】
排気ポート５には、ＡグループとＢグループのそれぞれに、排気マニホールド２９、排気管３１、触媒コンバータ３３、消音器３４（消音器３４は各グループ毎の配置でも、全グループ共通でもよい）が順に接続されている。排気マニホールド２９と触媒コンバータ３３との間の排気管３１には、排気ガス中の酸素濃度を計測するＯ２センサ３２が配置されている。
【００２７】
アクセルペダル５１にはアクセル踏込量を検出するアクセル位置センサ１０が取り付けられている。
アクセル位置センサ１０や、燃料圧センサ１１、回転センサ２０、水温センサ２１、空気流量センサ２３、圧力センサ２８等の各種センサの出力信号は、本実施形態の筒内噴射内燃機関の制御装置（ＥＣＵ）３６に入力される。
【００２８】
ＥＣＵ３６はマイクロコンピュータ等により構成されている。ＥＣＵ３６は、エンジンが冷機状態若しくは暖機状態にあるか、エンジン回転数やエンジン負荷等の状態を判断し、成層燃焼が可能であるか否かを判定する。成層燃焼が可能な場合には、ＥＣＵ３６は、プログラムされた燃料噴射プログラム、点火制御プログラム等の各種プログラムを実行し、燃料噴射弁８、点火プラグ９、高圧レギュレータ１６、絞り弁２５Ａ、吸気バルブ可変駆動部（図示せず）、及び排気バルブ可変駆動部（図示せず）等の各種アクチュエータに駆動信号を出力する。
【００２９】
また、本筒内噴射内燃機関は、図示していないが、ＡグループとＢグループのそれぞれに排気ガス再循環（外部ＥＧＲ）の通路と制御装置とを有しており、外部ＥＧＲ制御装置も、エンジンの運転状態に応じてＥＣＵ３６によって適宜制御されている。
【００３０】
また、本実施形態は、エンジンのクランク軸に連動したカム軸により吸気弁及び排気弁を駆動する機械式動弁機構について記述しているが、その他の動弁駆動装置として、電磁力により動弁を駆動する電磁駆動弁機構も適用できる。
筒内噴射式内燃機関を成層燃焼で運転する場合、空気流動生成機構を用いて燃焼室３に吸入される空気に縦渦（タンブル）や横渦（スワール）を生成させ、燃料と空気の層状化促進を図っている。
【００３１】
本実施形態で説明しているタンブル生成機構は、タンブルコントロールバルブ（ＴＣＶ）４１が、吸気ポート４の下段側（仕切り板４３で分けられた下側）を開閉するものである。このタンブル生成機構では、ＥＣＵ３６のからの出力信号に基づいて、ＴＣＶ４１を駆動する電動モータ若しくはダイヤフラムアクチュエータ（図示せず）を駆動し、Ａグループ、Ｂグループの気筒グループ別に、ＴＣＶ４１の開度をそれぞれ個別に可変制御し、気筒内に生成される空気流動、すなわち、主にタンブル流の強弱を制御する。
【００３２】
本実施形態の筒内噴射式内燃機関は、以上のような構成となっているので、絞り弁開度、燃料噴射時期、燃料噴射量、ＥＧＲ量、ＴＣＶ開度等のパラメータをＡ気筒グループとＢ気筒グループそれぞれ個別に制御して、気筒グループ毎に成層燃焼か均質燃焼のいずれかを選択できる。
【００３３】
本実施形態におけるＥＣＵ３６は、図２に示されているように、燃焼異常判定部３６Ａと、気筒グループ別の燃焼方式切換制御部３６Ｂと、異常処理部３６Ｃとを含み、エンジンの運転状態に応じて燃焼方式を均質燃焼と成層燃焼とに切り換える制御を気筒グループ単位で行う。
【００３４】
燃焼異常判定部３６Ａは、常時（所定のサンプリングサイクル毎に）、燃焼異常判定用の情報として、回転センサ２０によって検出される角速度の信号を入力し、角速度の変化を微分演算し、角速度の変化度合いより各気筒毎に燃焼異常を判定する。
【００３５】
燃焼方式切換制御部３６Ｂは、成層燃焼状態下で、燃焼異常判定部３６Ａが燃焼に異常があると判定した場合には、燃焼異常と判定された気筒が属する気筒グループの燃焼方式を成層燃焼より均質燃焼に切り換える制御（燃焼方式指令の出力）を行う。燃焼方式切換制御部３６Ｂは、燃焼異常判定後の均質燃焼による運転を、燃焼安定性回復に必要な時間に応じて予めパラメータ設定された所定時間、継続し、均質燃焼状態で新たに燃焼異常が検出されない限り、所定時間経過後に成層燃焼へ自動復帰する制御を行う。
【００３６】
異常処理部３６Ｃは、成層燃焼状態下での燃焼異常の回数を、気筒別（各気筒毎）にカウントしており、このカウント値が予めパラメータ設定された値になると、チェックフラグを立て、該当気筒が属する気筒気筒グループの成層燃焼を全面的に禁止して均質燃焼のみとする制御と、アラーム出力としてエンジンチェックランプ５２の点灯等の制御を行う。また、均質燃焼下で、燃焼異常が検出された場合には、その発生回数に拘わらず、即座に、チェックフラグを立て、エンジンチェックランプ５２の点灯等の制御を行う。チェックフラグは、ロギング情報として自己保持型のロギングメモリ等に格納される。このロギング情報は整備工場等でのメンテナンス作業に役立つ。
【００３７】
つぎに、本実施形態による燃焼方式切換制御を処理フローを図３に示されているフローチャートを参照して説明する。なお、本フローチャートでは、図１に示すように、気筒グループがＡグループとＢグループに分かれている内燃機関において、Ａグループに属する気筒に成層燃焼異常が発生し、Ａグループだけに燃焼方式切換を適応させるＡグループ側の処理フローについて説明する。尚、Ｂグループに属する気筒に成層燃焼異常が発生した場合においても、本フローチャートと同様の処理フローで制御が行われる。
【００３８】
まず、回転センサ２０の出力信号をＥＣＵ３６に取り込んでリングギア１９の角速度変化を計算し、この角速度変動、すなわち、エンジン回転数の変動に基づいてＡグループに属する各気筒の燃焼状態を検出する（ステップＳ１）。この燃焼状態の検出は、燃焼方式が均質燃焼の時でも成層燃焼の時でも所定のサンプリングタイム毎に実施する。
【００３９】
本実施形態では、回転センサ２０により検出されたエンジン回転数の変動に基づいて燃焼状態を検出しているが、燃焼状態検出のその他の技術としては、図示していないが、各気筒の燃焼室３に筒内圧センサを設け、燃焼室内の圧力により燃焼状態を検出する方法や、燃焼室３内に設けた電極間を流れるイオン電流により燃焼状態を検出する方法等もある。
【００４０】
つぎに、Ａグループ各気筒の回転変動を監視し、Ａグループ中で少なくとも一つの気筒の回転変動が所定値以上の場合、又は、その所定値以上の回転変動の頻度が、設定されたしきい値を超えた場合には、Ａグループに燃焼異常があると判定する（ステップＳ２、Ｓ３）。
Ａグループの各気筒に燃焼異常がないと判定された場合には（ステップＳ３否定）、ステップＳ１〜ステップＳ３を繰り返す。
【００４１】
これに対し、燃焼異常の判定がなされると（ステップＳ３肯定）、燃焼異常判定された気筒の燃焼異常発生時点での燃焼方式が均質燃焼であったか、成層燃焼であったかを判定する（ステップＳ４）。
燃焼異常発生時の燃焼方式が均質燃焼であると判定された場合には（ステップＳ４否定）、チェックフラグを立て、アラーム出力としてエンジンチェックランプ（ＭＩＬ）５２等を点灯し（ステップＳ５）、このことを運転者に異常を知らせる。これにより、運転者が異常発生を知らずに、異常のまま、エンジンか長期間に亘って運転されることの防止が図られる。さらに、ＥＣＵ３６の内部に装備されている記憶装置に異常発生気筒番号や発生時の内燃機関運転状態等のロギング情報を記録する。
【００４２】
これに対し、燃焼異常発生時の燃焼方式が成層燃焼であると判定された場合には（ステップＳ４肯定）、燃焼異常気筒の燃焼異常判定回数カウンタ（燃焼安定性回復形成回数カウンタ）を１つインクリメントする（ステップＳ６）。このカウント値はＥＣＵ３６の内部に装備されている記憶装置に記録される。
【００４３】
つぎに、インクリメント後のカウント値が所定値以下であるか否かを判定する（ステップＳ７）。カウント値が所定値を越えている場合には（ステップＳ７否定）、過去に幾度も成層燃焼の悪化が発生し、その都度、均質燃焼に移行して燃焼安定性の回復が図られたが、該当気筒が燃焼異常となりやすい状態になっている（詳細説明は後述する）と判断し、チェックフラグを立て、エンジンチェックランプ（ＭＩＬ）５２等を点灯し（ステップＳ８）、このことを運転者に異常を知らせる。また、ＥＣＵ３６の内部に装備されている記憶装置に異常発生気筒番号や発生時の内燃機関の運転状態、及び燃焼安定性回復手段経験回数等のロギング情報を記録する。
【００４４】
そして、異常発生の気筒が属するＡグループの各気筒の燃焼方式を均質燃焼に切り換え、これより以降、チェックフラグがリセットされるまで、Ａグループの各気筒が成層燃焼運転へ移行することを全面的に禁止する（ステップＳ９）。
成層燃焼状態下での燃焼異常の発生回数をカウントする理由として、成層燃焼時の燃焼悪化要因を考慮している。成層燃焼時は、燃料噴射弁８の噴射ノズル部や燃焼室の噴射口周囲にカーボン等のデポジットが堆積しやすく、このデポジットの堆積が進行すると、燃焼噴射弁８から噴射された燃料の貫通力低下、噴射方向のずれ、更に噴霧形状の変化等が発生する。このため、噴霧燃料が点火プラグ９近辺に集まりずらくなり、燃焼が悪化する。
【００４５】
しかし、この堆積物は、デポジットの発生が少ない均質燃焼の運転を続けることによってある程度除去可能であるが、堆積が進むと、完全に除去できない場合があることが分かっている。そのため、気筒毎に燃焼異常の発生回数をカウントするカウンタを設け、過去にある程度、燃焼安定性回復のための均質燃焼運転を経験した場合には、その気筒へのデポジットの堆積が相当進んでいてメンテナンスが必要であると判断している。
インクリメント後のカウント値が所定値以下である場合には（ステップＳ７否定）、燃焼室３内に堆積されたデポジットを除去するため、Ａグループの各気筒を均質燃焼に切り換え、成層燃焼を禁止する（ステップＳ１０）。
【００４６】
従来技術では、成層燃焼において、一つの気筒だけでも燃焼異常が発生すると、Ｂグループも含む全気筒を均質燃焼に切り換えるため、成層燃焼による燃費向上効果が全くなくなってしまう。これに対し、本実施形態では、燃焼異常となった気筒が属するグループだけを均質燃焼に切り換え、燃焼異常となった気筒を含まない燃焼が正常なグループは、そのまま成層燃焼で運転するため、燃費の悪化を最小限に抑えることができる。
【００４７】
均質燃焼に切り換えられたＡグループについては、切換後も、ステップＳ１やステップＳ２と同様に、引き続き各気筒の燃焼状態を検出し（ステップＳ１１）、燃焼異常の判定を実施する（ステップＳ１２、Ｓ１３）。
均質燃焼を行っているＡグループの気筒に燃焼異常が発生した場合には（ステップＳ１３否定）、ステップＳ５と同様に、チェックフラグを立て、アラーム出力としてエンジンチェックランプ（ＭＩＬ）５２等を点灯し（ステップＳ１４）、このことを運転者に異常を知らせる。さらに、ＥＣＵ３６の内部に装備されている記憶装置に異常発生気筒番号や発生時の内燃機関運転状態等のロギング情報を記録する。
【００４８】
これに対し、均質燃焼を行っているＡグループの気筒に燃焼異常が見られない場合には（ステップＳ１３肯定）、燃焼方式が均質燃焼に切り換えられた時点から所定の時間が経過したかをタイマで監視する（ステップＳ１５）。このタイマ制御時間は、燃焼安定性回復に必要な時間に応じて予め適正値にパラメータ設定されている。
Ａグループの均質燃焼が所定時間に亘って行われると（ステップＳ１５肯定）、Ａグループの成層燃焼への切り換えを許可し（ステップＳ１６）、ステップＳ１に戻る。これにより、冷却水温等、他の成層燃焼実行条件が成立していれば、Ａグループの燃焼方式が成層燃焼に切り換えられる。
【００４９】
ここで、燃焼異常気筒が属するＡグループの燃焼方式が成層から均質、または均質から成層へ切り換える時のエンジン制御について説明する。
従来の技術では、内燃機関全気筒の燃焼方式を、均質燃焼と成層燃焼の間で切り換える時、その前後でトルク段差が発生しないように、スロットル開度や燃料噴射時期、点火時期、ＴＣＶ開度、ＥＧＲ量等のパラメータを制御するといった提案が数々開示されている。
【００５０】
これに対し、本実施形態では、全気筒ではなく、グループ分けされた気筒群だけ燃焼方式を切り換えるため、スロットル開度や燃料噴射時期等の各種パラメータを、各燃焼方式に応じて気筒グループ毎に独立制御する必要がある。
燃焼方式が切り換えられる前は、両グループＡ、Ｂのトルクが互い同一となるように各気筒グループのスロットル開度や燃料噴射時期、点火時期、ＴＣＶ開度、ＥＧＲ量等のパラメータが適宜制御されている。この状態より、例えば、Ａグループだけ燃焼方式を均質燃焼に切り換える際には、Ｂグループのトルクはそのままで、さらにＡグループが切り換わる前後のトルクに段差が発生しないように、また、切り換え後はＢグループと同一のトルクとなるように、Ａグループの各種パラメータを適宜制御することになる。
【００５１】
以上が、燃焼気筒がＡグループとＢグループとに分かれていて、グループ毎に成層燃焼か均質燃焼のいずれかの燃焼方式を選択できる筒内噴射式内燃機関において、内燃機関の成層燃焼運転時に、ある気筒に燃焼異常が発生した場合、その燃焼悪化の気筒が属する気筒グループ全てに燃焼安定性回復のために、燃焼方式を成層燃焼より均質燃焼に切り換える実施形態の説明である。
【００５２】
（実施形態２）
図４は、実施形態２の制御装置を備えた筒内噴射式のＶ型６気筒の多気筒内燃機関の構成を解図的に示している。なお、図４において、図１に対応する部分は、説明の重複を避けるために、図１に付した符号と同一の符号を付けて、その説明を省略する。
【００５３】
図４において、一点鎖線枠Ａ内は、各気筒毎に備えられている構成部品であり、その他、一点鎖線枠Ａ外の構成部品は各気筒共通の構成部品を示してある。
すなわち、各気筒の吸気ポート４には、各気筒毎に空気流量センサ２３が個別に接続され、各気筒毎に空気量の計量や制御が個別に可能なシステムとなっている。また、各気筒の吸気ポート４には、各気筒の吸気ポート４毎に吸気通路内の圧力を測定する圧力センサ２８が備えられている。
また、吸気弁６と排気弁７を電磁力によりそれぞれ各気筒毎に独立して駆動する電磁駆動弁機構を各気筒に有している。吸気弁６は吸気弁駆動電磁コイル１５によって駆動され、排気弁７は排気弁駆動電磁コイル１７によって駆動される。
【００５４】
また、電磁駆動弁機構には、図示してないが、各弁のリフト量を検出するバルブリフト位置センサが備えており、各気筒のバルブリフト位置がＥＣＵ３６に送られる。そして、エンジンの運転状態に応じて、その開弁時期や閉弁時期、およびバルブリフト量等をＥＣＵ３６からの指令によって制御される。また、この電磁駆動弁は、バルブリフト量を可変制御可能なため、各気筒内に吸入される空気量を吸気バルブのリフト量によって制御することができ、本実施形態では電子制御スロットルボディが不要となる。
各気筒の排気ポート５には各気筒毎に触媒コンバータ３３が接続されている。また、各気筒毎に、排気ガス中の酸素濃度を計測するＯ２センサ３２が配置されている。
【００５５】
本実施形態のエンジンは、以上のような構成となっているので、気筒毎に独立して、バルブリフト量、燃料噴射時期、燃料噴射量、ＥＧＲ量、ＴＣＶ開度等のパラメータを制御し、燃焼方式を成層燃焼か均質燃焼のいずれかを各気筒毎に個別に選択できる。
本実施形態では、ＥＣＵ３６は、図５に示されているように、燃焼異常判定部３６Ｄと、各気筒毎の燃焼方式切換制御部３６Ｅと、異常処理部３６Ｆとを含み、エンジンの運転状態に応じて燃焼方式を均質燃焼と成層燃焼とに切り換える制御を気筒単位で行う。
【００５６】
燃焼異常判定部３６Ｄは、前述の実施形態のものと同様に、常時（所定のサンプリングサイクル毎に）、燃焼異常判定用の情報として、回転センサ２０によって検出される角速度の信号を入力し、角速度の変化を微分演算し、角速度の変化度合いより各気筒毎に燃焼異常を判定する。
燃焼方式切換制御部３６Ｅは、成層燃焼状態下で、燃焼異常判定部３６Ｄが燃焼に異常があると判定した場合には、燃焼異常と判定された気筒の燃焼方式を成層燃焼より均質燃焼に切り換える制御（燃焼方式指令の出力）を行う。燃焼方式切換制御部３６Ｅは、燃焼異常判定後の均質燃焼による運転を、燃焼安定性回復に必要な時間に応じて予めパラメータ設定された所定時間、継続し、均質燃焼状態で新たに燃焼異常が検出されない限り、所定時間経過後に成層燃焼へ自動復帰する制御を行う。
【００５７】
異常処理部３６Ｆは、成層燃焼状態下での燃焼異常の回数を、気筒別にカウントしており、このカウント値が予めパラメータ設定された値になると、チェックフラグを立て、該当気筒の成層燃焼を全面的に禁止して均質燃焼のみとする制御と、アラーム出力としてエンジンチェックランプ５２の点灯等の制御を行う。また、均質燃焼下で、燃焼異常が検出された場合には、その発生回数に拘わらず、即座に、チェックフラグを立て、エンジンチェックランプ５２の点灯等の制御を行う。
【００５８】
つぎに、本実施形態による燃焼方式切換制御を処理フローを図６に示されているフローチャートを参照して説明する。実施形態２の内燃機関システムは、気筒毎に独立して燃焼方式を切換制御できる構成になっているため、本フローチャートでは、第１気筒（１番気筒＃１）を例にとって説明する。尚、他気筒に成層燃焼異常が発生した場合においても、本フローチャートと同様の動作で当該燃焼異常気筒に燃焼安定性回復の処置を講じる。
【００５９】
まず、回転センサ２０の出力信号をＥＣＵ３６に取り込んでリングギア１９の角速度変化を計算し、この角速度変動、すなわち、エンジン回転数の変動に基づいて第１気筒の燃焼状態を検出する（ステップＳ２１）。この燃焼状態の検出は、燃焼方式が均質燃焼の時でも成層燃焼の時でも所定のサンプリングタイム毎に実施する。
この実施形態でも、燃焼状態の検出は、回転センサ２０により検出されたエンジン回転数の変動以外に、燃焼室３内の圧力により燃焼状態を検出する方法や、燃焼室３内に設けた電極間を流れるイオン電流により燃焼状態を検出する方法等により行うこともできる。
【００６０】
つぎに、第１気筒の回転変動を監視し、第１気筒の回転変動が所定値以上の場合、又は、その所定値以上の回転変動の頻度が設定されたしきい値を超えた場合には、第１気筒に燃焼異常があると判定する（ステップＳ２２、Ｓ２３）。
第１気筒に燃焼異常がないと判定された場合には（ステップＳ２３否定）、ステップＳ２１〜ステップＳ２３を繰り返す。
【００６１】
これに対し、燃焼異常の判定がなされると（ステップＳ２３肯定）、第１気筒の燃焼異常発生時点での燃焼方式が均質燃焼であったか、成層燃焼であったかを判定する（ステップＳ２４）。
燃焼異常発生時の燃焼方式が均質燃焼であると判定された場合には（ステップＳ２４否定）、チェックフラグを立て、アラーム出力としてエンジンチェックランプ（ＭＩＬ）５２等を点灯し（ステップＳ２５）、このことを運転者に異常を知らせる。さらに、ＥＣＵ３６の内部に装備されている記憶装置に異常発生気筒番号や発生時の内燃機関運転状態等のロギング情報を記録する。
【００６２】
これに対し、燃焼異常発生時の燃焼方式が成層燃焼であると判定された場合には（ステップＳ２４肯定）、第１気筒の燃焼異常判定回数カウンタを１つインクリメントする（ステップＳ２６）。このカウント値はＥＣＵ３６の内部に装備されている記憶装置に記録される。
【００６３】
つぎに、インクリメント後の第１気筒のカウント値が所定値以下であるか否かを判定する（ステップＳ２７）。カウント値が所定値を越えている場合には（ステップＳ２７否定）、過去に幾度も成層燃焼の悪化が発生し、その都度、均質燃焼に移行して燃焼安定性の回復が図られたが、第１気筒が燃焼異常となりやすい状態になっていると判断し、チェックフラグを立て、アラーム出力としてエンジンチェックランプ（ＭＩＬ）５２等を点灯し（ステップＳ２８）、このことを運転者に異常を知らせる。また、ＥＣＵ３６の内部に装備されている記憶装置に異常発生気筒番号や発生時の内燃機関の運転状態、及び燃焼安定性回復手段経験回数等のロギング情報を記録する。
【００６４】
そして、異常発生の第１気筒の燃焼方式を均質燃焼に切り換え、これより以降、チェックフラグがリセットされるまで、第１気筒が成層燃焼運転へ移行することを全面的に禁止する（ステップＳ２９）。
インクリメント後のカウント値が所定値以下である場合には（ステップＳ２７否定）、燃焼室３内に堆積されたデポジットを除去するため、第１気筒を均質燃焼に切り換え、成層燃焼を禁止する（ステップＳ３０）。
【００６５】
従来技術では、成層燃焼において、一つの気筒だけでも燃焼異常が発生すると、全気筒を均質燃焼に切り換えるため、成層燃焼による燃費向上効果が全くなくなってしまう。これに対し、本実施形態では、燃焼異常となった気筒だけを均質燃焼に切り換え、燃焼異常を生じていない正常燃焼の気筒は、そのまま成層燃焼で運転するため、燃費の悪化を最小限に抑えることができる。
均質燃焼に切り換えられた第１気筒については、切換後も、ステップＳ２１やステップＳ２２と同様に、引き続き各気筒の燃焼状態を検出し（ステップＳ３１）、燃焼異常の判定を実施する（ステップＳ３２、Ｓ３３）。
【００６６】
均質燃焼を行っている第１気筒に燃焼異常が発生した場合には（ステップＳ３３否定）、ステップＳ２５と同様に、チェックフラグを立て、エンジンチェックランプ（ＭＩＬ）５２等を点灯し（ステップＳ３４）、このことを運転者に異常を知らせる。さらに、ＥＣＵ３６の内部に装備されている記憶装置に異常発生気筒番号や発生時の内燃機関運転状態等のロギング情報を記録する。
これに対し、均質燃焼を行っている第１気筒に燃焼異常が見られない場合には（ステップＳ３３肯定）、燃焼方式が均質燃焼に切り換えられた時点から所定の時間が経過したかをタイマで監視する（ステップＳ３５）。このタイマ制御時間も、燃焼安定性回復に必要な時間に応じて予め適正値にパラメータ設定されている。
【００６７】
第１気筒の均質燃焼が所定時間に亘って行われると（ステップＳ３５肯定）、第１気筒の成層燃焼への切り換えを許可し（ステップＳ３６）、ステップＳ２１に戻る。これにより、冷却水温等、他の成層燃焼実行条件が成立していれば、第１気筒の燃焼方式が成層燃焼に切り換えられる。
ここで、燃焼異常気筒の燃焼方式が成層から均質、または均質から成層へ切り換える時のエンジン制御について説明する。
【００６８】
実施形態１でも述べたが、従来の技術では、内燃機関全気筒の燃焼方式を均質燃焼と成層燃焼の間で切り換える時、その前後でトルク段差が発生しないように、スロットル開度や燃料噴射時期、点火時期、ＴＣＶ開度、ＥＧＲ量等のパラメータを制御するといった提案が数々開示されている。
これに対し、実施形態２では、全気筒ではなく、燃焼悪化に陥った少なくとも一つの気筒だけ燃焼方式を切り換わるため、吸気バルブリフト量や燃料噴射時期等の各種パラメータを、各燃焼方式に応じて気筒毎に独立制御する必要がある。
【００６９】
燃焼悪化に陥った気筒の燃焼方式だけを切り換える時、当該気筒の燃焼方式が切り換わる前後のトルクに段差が発生しないように、さらに切り換え後も当該気筒とその他の気筒間にトルク差が生じないように、前記各種パラメータを適宜制御することになる。
【００７０】
以上が、気筒毎に独立して成層燃焼か均質燃焼のいずれかの燃焼方式を選択できる筒内噴射式内燃機関において、内燃機関の成層燃焼運転時に、ある気筒に燃焼異常が発生した場合、その燃焼悪化の気筒だけに燃焼安定性回のために、燃焼方式を成層燃焼より均質燃焼に切り換える実施形態の説明である。
【００７１】
【発明の効果】
以上の説明から理解できるように、本発明の筒内噴射式内燃機関の制御装置は、成層燃焼において燃焼悪化が発生した場合、燃料消費率の悪化を最小限に抑えながら成層燃焼安定性の回復を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１の制御装置を備えた筒内噴射式のＶ型６気筒の多気筒内燃機関の構成を解図的に示す構成図。
【図２】図１の実施形態１の多気筒内燃機関の制御装置のブロック図。
【図３】図１の実施形態１の多気筒内燃機関の制御装置の動作フローチャート。
【図４】本発明の実施形態２の制御装置を備えた筒内噴射式のＶ型６気筒の多気筒内燃機関の構成を解図的に示す構成図。
【図５】図４の実施形態２の多気筒内燃機関の制御装置のブロック図。
【図６】実施形態２の多気筒内燃機関の制御装置の動作フローチャート。
【符号の説明】
３燃焼室
６吸気弁
７排気弁
８燃料噴射弁
９点火プラグ
１５吸気弁駆動電磁コイル
１７排気弁駆動電磁コイル
２０回転センサ
２５電子制御スロットルボディ
３６筒内噴射式内燃機関の制御装置（ＥＣＵ）
３６Ａ燃焼異常判定部
３６Ｂ燃焼方式切換制御部
３６Ｃ異常処理部
３６Ｄ燃焼異常判定部
３６Ｅ燃焼方式切換制御部
３６Ｆ異常処理部
４１タンブルコントロールバルブ（ＴＣＶ）
４３吸気ポート仕切り板

Claims

燃料を機関燃焼室に直接噴射し、各気筒毎あるいはグループ分けされた気筒グループ毎に燃焼方式を均質燃焼と成層燃焼のいずれか一方に選択でき、燃焼異常を各気筒毎に判定し、成層燃焼における燃焼に異常があると判定された場合には、燃焼異常と判定された気筒だけ、あるいはその気筒が属する気筒グループだけ燃焼方式を均質燃焼に切り換える多気筒の筒内噴射式内燃機関。
燃料を機関燃焼室に直接噴射する多気筒の筒内噴射式内燃機関の制御方法において、
各気筒毎あるいはグループ分けされた気筒グループ毎に燃焼方式を均質燃焼と成層燃焼のいずれか一方に選択し、燃焼異常を各気筒毎に判定し、成層燃焼における燃焼に異常があると判定された場合には、燃焼異常と判定された気筒だけ、あるいはその気筒が属する気筒グループだけ燃焼方式を均質燃焼に切り換える筒内噴射式内燃機関の制御方法。
燃料を機関燃焼室に直接噴射し、燃焼方式を均質燃焼と成層燃焼のいずれかを選択できる多気筒の筒内噴射式内燃機関の制御装置において、
各気筒毎の燃焼異常を判定する燃焼異常判定手段と、
前記燃焼異常判定手段によって成層燃焼における燃焼に異常があると判定された場合には、燃焼異常と判定された気筒だけ、あるいはその気筒が属する気筒グループだけ燃焼方式を均質燃焼に切り換える制御を行う燃焼方式切換制御手段と、
を有する筒内噴射式内燃機関の制御装置。
前記燃焼方式切換制御手段は、燃焼異常判定後の均質燃焼を所定の時間継続し、所定時間経過後に成層燃焼への切り換えを許可する制御を行う請求項３記載の筒内噴射式内燃機関の制御装置。
成層燃焼状態下での燃焼異常判定回数を各気筒毎にカウントし、当該カウント値が所定値に達すれば、カウント値が所定値に達した気筒あるいはその気筒が属する気筒グループの燃焼方式を均質燃焼に切り換え、成層燃焼を禁止する異常処理手段を有する請求項３または４は記載の筒内噴射式内燃機関の制御装置。
前記異常処理手段は、前記カウント値が所定値に達すれば、そのことのロギング情報の記録あるいはアラーム出力の少なくともいずれか一方を行う請求項５記載の筒内噴射式内燃機関の制御装置。
気筒ごとあるいは気筒グループごとの成層燃焼から均質燃焼への切り換え、均質燃焼から成層燃焼への切り換える際に、燃焼異常の気筒以外の気筒または燃焼異常の気筒が属する気筒グループ以外のグループとほぼ同じ発生トルクとなるように燃料供給量や空気量や点火時期等のパラメータを制御する請求項３〜６のいずれか１項記載の筒内噴射式内燃機関の制御装置。