JP2005016343A - 圧縮着火式内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】圧縮着火燃焼モード中における失火やエンジンストールを確実に回避しながら、圧縮着火燃焼を最大限に実行できる圧縮着火式内燃機関の制御装置を提供する。
【解決手段】内燃機関２の失火度合を表す失火度合パラメータを気筒２ａごとに検出する失火度合パラメータ検出手段１３，３と、燃焼モードが圧縮着火燃焼モードの場合において、検出された失火度合パラメータが所定の第１しきい値よりも大きいときに、気筒２ａの燃焼モードを火花点火燃焼モードへ切り換える燃焼モード切換手段３と、燃焼モードが圧縮着火燃焼モードの場合において、失火度合パラメータが、第１しきい値よりも小さく且つ所定の第２しきい値よりも大きな所定の範囲内にあるときに、気筒２ａの燃焼室２ｄへ付加的に燃料を噴射する付加燃料噴射を実行する付加燃料噴射手段３と、を備えている。
【選択図】 図６

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃焼室に供給された混合気を圧縮着火により燃焼させる圧縮着火燃焼モードと、火花点火により燃焼させる火花点火燃焼モードに、燃焼モードを気筒ごとに切り換え可能に構成された圧縮着火式内燃機関の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
圧縮着火式内燃機関では一般に、圧縮着火による燃焼を火花点火による燃焼の場合よりも高い圧縮比、かつ大きな空燃比で行うことにより、良好な燃費および排気特性が得られる。このような圧縮着火式内燃機関の従来の制御装置として、例えば、特許文献１に開示されたものが知られている。この内燃機関は、燃焼モードを火花点火燃焼モードと圧縮着火燃焼モードに切り換え可能に構成されており、低負荷運転時や始動時に火花点火燃焼モードによる燃焼が実行される一方、それ以外の運転状態のときに圧縮着火燃焼モードによる燃焼が実行される。
【０００３】
この制御装置では、火花点火燃焼モードから圧縮着火燃焼モードへの切換条件が成立したときに、火花点火による燃焼を直ちに中止するのではなく、点火時期を徐々に遅角側へ補正しながら火花点火による燃焼を継続した後、圧縮着火燃焼モードへ移行する。これは、火花点火燃焼モードから圧縮着火燃焼モードへの切り換えを直ちに行うと、着火タイミングに大きなずれを生じるおそれがあるため、点火時期を徐々に遅角側へ補正し、圧縮着火による燃焼が火花点火による燃焼よりも先行して発生することによって、圧縮着火燃焼モードに円滑に移行させるようにするためである。また、この場合、点火時期を徐々に遅角させるのに伴い、出力されるトルクが徐々に低下するので、このときのトルク変動幅を小さくするようにしている。具体的には、このトルク変動幅が所定値よりも小さいときには、上述したように、点火時期を徐々に遅角側へ補正しながら火花点火による燃焼を継続した後、火花点火を中止する。一方、このトルク変動幅が所定値よりも大きいときには、圧縮着火だけでなく、火花点火も継続して実行することによって、着火を確実に行わせ、それにより、燃焼の安定性を確保するようにしている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−２２０４５８号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述した従来の圧縮着火式内燃機関の制御装置では、火花点火燃焼モードから圧縮着火燃焼モードへの切り換えの際に、燃焼の安定性を確保するためにトルク変動幅が大きいときに、火花点火による燃焼を継続して実行するにすぎない。このため、この制御装置では、例えば圧縮着火燃焼モード中に燃焼室内の作動ガスの温度が低くなるなどのために、燃焼状態が不安定になったとしても、それに応じた制御が行われないことで、圧縮着火による燃焼がさらに不安定になり、その結果、失火やエンジンストールに至ってしまう。
【０００６】
本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、圧縮着火燃焼モード中における失火やエンジンストールを確実に回避しながら、圧縮着火燃焼を最大限に実行できる圧縮着火式内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために、請求項１に係る発明は、複数の気筒２ａを有し、気筒２ａの燃焼室２ｄに供給された混合気を圧縮着火により燃焼させる圧縮着火燃焼モードと、火花点火により燃焼させる火花点火燃焼モードに、燃焼モードを気筒２ａごとに切り換え可能に構成された圧縮着火式内燃機関２の制御装置１であって、内燃機関２の失火度合を表す失火度合パラメータを気筒２ａごとに検出する失火度合パラメータ検出手段（実施形態における（以下、本項において同じ）クランク角センサ１３、ＥＣＵ３、図２（ｂ）のステップ１１）と、燃焼モードが圧縮着火燃焼モードの場合において、検出された失火度合パラメータ（回転変動量ΔＭ）が所定の第１しきい値ＭＳＬＭＴ１よりも大きいときに、気筒２ａの燃焼モードを火花点火燃焼モードへ切り換える燃焼モード切換手段（ＥＣＵ３、図６のステップ４３，５４）と、燃焼モードが圧縮着火燃焼モードの場合において、失火度合パラメータが、第１しきい値ＭＳＬＭＴ１よりも小さく且つ所定の第２しきい値ＭＳＬＭＴ２よりも大きな所定の範囲内にあるときに、気筒２ａの燃焼室２ｄへ付加的に燃料を噴射する付加燃料噴射を実行する付加燃料噴射手段（ＥＣＵ３、図６のステップ５１，５２）と、を備えていることを特徴とする。
【０００８】
この構成によれば、内燃機関の気筒ごとに、燃焼モードが圧縮着火燃焼モードと火花点火燃焼モードに切り換えられる。また、圧縮着火燃焼モード中に、失火度合を表す失火度合パラメータを気筒ごとに検出し、検出された失火度合パラメータが第１しきい値よりも大きいとき、すなわち失火度合が大きいときには、その気筒の燃焼モードが圧縮着火燃焼モードから火花点火燃焼モードへ切り換えられる。内燃機関が失火状態にあるときには、トルクの変動が大きくなることによって、失火が進行しやすい。したがって、内燃機関の失火度合が大きいときに、その気筒の燃焼モードを火花燃焼モードへ切り換えることにより、火花点火により燃焼を安定させることによって、気筒ごとに失火がそれ以上進行するのを防止でき、それにより、エンジンストールを確実に回避することができる。
【０００９】
また、圧縮着火燃焼モード中に、検出された失火度合パラメータが、第１しきい値よりも小さく且つ第２しきい値よりも大きな所定の範囲内にあるとき、すなわち失火が発生していて、かつその失火度合が小さいときには、その気筒の燃焼室に対して、付加燃料噴射を実行する。この付加燃料噴射により、燃焼室内の燃焼ガスの温度を高め、その熱によって次のサイクルの作動ガスを暖め、その温度を上昇させることができる。それにより、圧縮着火による燃焼が安定し、トルクの変動が抑制されることによって、失火の進行を抑制しながら、圧縮着火燃焼を続行することができる。また、そのような付加燃料噴射を、気筒ごとにきめ細かく制御するので、圧縮着火燃焼を気筒ごとに可能な限り実行することができ、その結果、圧縮着火燃焼による燃費や排気特性の向上などの利点を可能な限り得ることができる。
【００１０】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の圧縮着火式内燃機関２の制御装置１において、内燃機関２の負荷（要求トルクＰＭＥＣＭＤ）を検出する負荷検出手段（クランク角センサ１３、アクセル開度センサ１４、ＥＣＵ３、図６のステップ４１）と、内燃機関２の回転数（エンジン回転数ＮＥ）を検出する回転数検出手段（クランク角センサ１３、ＥＣＵ３）と、検出された負荷および回転数に応じて、第１および第２しきい値を設定するしきい値設定手段（ＥＣＵ３、図６のステップ４８，４９）と、をさらに備えていることを特徴とする。
【００１１】
内燃機関の回転の安定状態は、内燃機関の負荷および回転数に依存し、これらが低いほど、内燃機関の回転は不安定になりやすく、失火が発生しやすい。したがって、失火度合を判定するための第１および第２しきい値を、検出された内燃機関の負荷および回転数に応じ、例えばこれらの値が低いほど、より大きな値に設定することによって、火花点火燃焼モードへの燃焼モードの切り換え、および付加燃料噴射を、実際の失火度合に応じた最適なタイミングで実行することができる。それにより、圧縮着火燃焼を最大限に実行することができる。
【００１２】
請求項３に係る発明は、請求項１に記載の圧縮着火式内燃機関２の制御装置１において、付加燃料噴射の噴射量（付加燃料噴射量Ｐｏｓｔ＿ｑ）を、検出された失火度合パラメータが大きいほど、より大きな値に決定する付加燃料噴射量決定手段（ＥＣＵ３、図６のステップ５２）をさらに備えていることを特徴とする。
【００１３】
この構成によれば、付加燃料噴射の噴射量を、失火度合が大きいほど、すなわち内燃機関の回転が不安定であるほど、より多くなるように設定することによって、付加燃料噴射による燃焼ガスおよび作動ガスの昇温効果を高めることができる。それにより、圧縮着火による燃焼の安定化を適切に図ることができる。
【００１４】
請求項４に係る発明は、請求項１に記載の圧縮着火式内燃機関２の制御装置１において、内燃機関２の負荷（要求トルクＰＭＥＣＭＤ）を検出する負荷検出手段（クランク角センサ１３、アクセル開度センサ１４、ＥＣＵ３、図６のステップ４１）と、内燃機関２の回転数（エンジン回転数ＮＥ）を検出する回転数検出手段（クランク角センサ１３、ＥＣＵ３）と、をさらに備え、燃焼モード切換手段は、検出された内燃機関２の負荷および回転数が所定の圧縮着火運転領域（ＨＣＣＩ領域）内にあるときに、燃焼モードを圧縮着火燃焼モードに設定し、圧縮着火運転領域は、負荷および回転数がいずれも低い第２圧縮着火運転領域（ＨＣＣＩ２領域）を含み、燃焼モード切換手段は、失火度合パラメータが第１しきい値ＭＳＬＭＴ１よりも大きいことにより、燃焼モードを火花点火燃焼モードに切り換えた場合には、検出された負荷および回転数が第２圧縮着火運転領域にある限り、気筒２ａの燃焼モードを火花点火燃焼モードに維持することを特徴とする。
【００１５】
この構成によれば、検出された内燃機関の負荷および回転数が所定の圧縮着火運転領域内にあるときに、燃焼モードが圧縮着火燃焼モードに設定される。また、この圧縮着火運転領域には、負荷および回転数がいずれも低い第２圧縮着火運転領域が含まれており、この第２圧縮着火運転領域は、圧縮着火が可能ではあるものの圧縮着火燃焼が不安定になりやすい領域として設定されている。したがって、失火度合パラメータが第１しきい値よりも大きく、失火度合が大きいことにより、燃焼モードを火花点火燃焼モードに一旦、切り換えた場合には、検出された負荷および回転数が圧縮着火燃焼が不安定になりやすい第２圧縮着火運転領域に留まっている限り、その気筒の燃焼モードを火花点火燃焼モードに維持することによって、その気筒の燃焼の安定化を図り、それにより、内燃機関全体としての燃焼安定性を確保することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施形態を、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の実施形態による制御装置１を適用した圧縮着火式内燃機関を示している。この内燃機関（以下「エンジン」という）２は、図示しない車両に搭載された、例えば４気筒４サイクルのガソリンエンジンである。
【００１７】
同図に示すように、エンジン２は、気筒（１つのみ図示）２ａごとにピストン２ｂとシリンダヘッド２ｃを備え、ピストン２ｂとシリンダヘッド２ｃの間には燃焼室２ｄが形成されている。ピストン２ｂの上面の中央部には、凹部２ｅが形成されている。シリンダヘッド２ｃには、吸気管４および排気管５がそれぞれ接続されるとともに、燃焼室２ｄに臨むように燃料噴射弁（以下「インジェクタ」という）６および点火プラグ７が取り付けられている。
【００１８】
インジェクタ６は、燃料ポンプ（図示せず）から供給された燃料を直接、燃焼室２ｄ内に噴射する直噴タイプのものであり、その燃料噴射の時間ＴＯＵＴ（燃料噴射量）およびタイミングは、後述するＥＣＵ３からの駆動信号によって制御される。
【００１９】
点火プラグ７には、ＥＣＵ３からの駆動信号により点火時期ＩＧＬＯＧに応じたタイミングで高電圧が加えられ、次に遮断されることによって放電し、それにより、各気筒２ａ内で混合気の点火が行われる。また、このエンジン２では、燃焼室２ｄ内に供給された混合気を、点火プラグ７の火花により点火する火花点火燃焼（以下「ＳＩ燃焼」という）と、圧縮着火により着火する圧縮着火燃焼（以下「ＣＩ燃焼」という）が行われ、その切り換えはＥＣＵ３によって制御される。
【００２０】
吸気弁８および排気弁９は、それぞれ電磁式動弁機構１０，１０によって駆動される。各電磁式動弁機構１０は、２つの電磁石（図示せず）を備えており、ＥＣＵ３からの駆動信号により、これらの電磁石の励磁・非励磁のタイミングを制御することによって、吸気弁８および排気弁９が開閉駆動されるとともに、これらの開閉タイミングが自在に制御される。
【００２１】
エンジン２のクランクシャフト（図示せず）の周囲には、気筒判別センサ１１、ＴＤＣセンサ１２およびクランク角センサ１３が取り付けられている。気筒判別センサ１１は、特定の気筒２ａの所定のクランク角度位置で、気筒判別信号ＣＹＬ（以下「ＣＹＬ信号」という）を発生する。ＴＤＣセンサ１２は、各気筒の吸気行程開始時の上死点位置付近のタイミングで、ＴＤＣ信号を発生する。４気筒タイプの本例では、ＴＤＣ信号は、クランク角１８０°ごとに１パルスが出力される。また、クランク角センサ１３（失火度合パラメータ検出手段、負荷検出手段、回転数検出手段）は、ＴＤＣ信号よりも短い所定のクランク角度の周期（例えば３０°ごと）で、クランク角信号ＣＲＫ（以下「ＣＲＫ信号」という）を発生する。
【００２２】
ＥＣＵ３は、これらのＣＹＬ信号、ＴＤＣ信号およびＣＲＫ信号に基づき、気筒２ａごとのクランク角度位置を判別するとともに、ＣＲＫ信号に基づき、エンジン２の回転数（以下「エンジン回転数」という）ＮＥを算出する。
【００２３】
ＥＣＵ３には、アクセル開度センサ１４（負荷検出手段）から、エンジン２を搭載した車両のアクセルペダル（ともに図示せず）の踏み込み量（以下「アクセル開度」という）ＡＰを表す検出信号が出力される。
【００２４】
ＥＣＵ３は、本実施形態において、失火度合パラメータ検出手段、燃焼モード切換手段、付加燃料噴射手段、負荷検出手段、回転数検出手段、しきい値設定手段および付加燃料噴射量決定手段を構成するものであり、Ｉ／Ｏインターフェース、ＣＰＵ、ＲＡＭおよびＲＯＭなどからなるマイクロコンピュータで構成されている。上記の各種センサ１１〜１４の検出信号は、Ｉ／Ｏインターフェースを介して後述するＣＰＵに入力される。
【００２５】
ＣＰＵは、各種センサ１１〜１４で検出された検出信号に基づき、ＲＯＭに記憶されたプログラムなどに従って、エンジン２の運転状態を判別するとともに、判別した運転状態に応じて、エンジン２の燃焼モードを、ＳＩ燃焼モードまたはＣＩ燃焼モードのいずれにするかを後述するように決定する。また、エンジン２の失火度合を判定するとともに、その判定結果に応じて、燃焼モードの切り換えや付加燃料噴射の制御などを実行する。図１１に示すように、この付加燃料噴射は、排気行程から圧縮行程にかけて燃料を噴射するメイン噴射に加え、圧縮着火による燃焼を安定して行うべく、燃焼ガスの温度を高めるために、膨張行程において付加的に燃料を噴射するものである。
【００２６】
図２は、ＥＣＵ３で実行される気筒失火制御処理のメインフローである。同図（ａ）の処理は、ＣＲＫ信号の発生ごとにこれに同期して実行されるものであり、ステップ１（「Ｓ１」と図示。以下同様）において、ＣＲＫ信号の発生時間間隔ＣＲＭｅの平均値（以下「第１平均値」という）ＴＡＶＥを算出する。また、同図（ｂ）の処理は、ＴＤＣ信号の発生ごとにこれに同期して実行されるものであり、第１平均値ＴＡＶＥの平均値（以下「第２平均値」という）Ｍの変化量（以下「回転変動量」という）ΔＭを算出する（ステップ１１）とともに、算出した回転変動量ΔＭに基づき、エンジン２の気筒２ａごとに失火の発生の有無、および失火した気筒を判定する（ステップ１２）。
【００２７】
図３は、図２（ａ）のプログラムで実行される第１平均値ＴＡＶＥの算出サブルーチンを示している。ステップ２１では、ＣＲＫ信号の発生時間間隔ＣＲＭｅ（ｎ）を計測する。このＣＲＭｅ（ｎ）は、ＣＲＫ信号の前回と今回との間の発生時間間隔を表す今回値であり、図４に示すように、ｉ回前に計測されたＣＲＭｅ値は、ＣＲＭｅ（ｎ−ｉ）と表すものとする。次いで、次式（１）により、発生時間間隔の今回の計測値ＣＲＭｅ（ｎ）から１１回前の計測値ＣＲＭｅ（ｎ−１１）までの１２個のＣＲＭｅの値の平均値として、第１平均値ＴＡＶＥ（ｎ）を算出する（ステップ２２）。
【００２８】
【数１】

前述したように、本実施形態では、クランクシャフトが３０°回転するごとにＣＲＫ信号が発生するので、式（１）によって算出される第１平均値ＴＡＶＥ（ｎ）は、クランクシャフトの１回転に対応する平均値である。このような平均化処理を行うことによって、クランクシャフトの１回転周期におけるエンジン回転の１次振動成分、すなわちクランク角センサ１３の機械的誤差（製造誤差や取付誤差）に起因するノイズ成分が除去される。
【００２９】
図５は、図２（ｂ）のステップ１１で実行される第２平均値Ｍの回転変動量ΔＭの算出サブルーチンを示している。ステップ３１では、次式（２）により、第１平均値ＴＡＶＥの今回の算出値ＴＡＶＥ（ｎ）から５回前の算出値ＴＡＶＥ（ｎ−５）までの６個のＴＡＶＥ値の平均値と、第２平均値Ｍ（ｎ）を算出する。
【００３０】
【数２】

前述したように、本実施形態では、エンジン２が４気筒４サイクルエンジンであり、クランクシャフトが１８０°するごとに、いずれかの気筒で着火が行われる。したがって、式（２）によって算出される第２平均値Ｍ（ｎ）は、第１平均値ＴＡＶＥ（ｎ）の着火周期ごとの平均値である。このような平均化処理を行うことによって、燃焼に起因するエンジン回転のトルク変動分として現れる２次振動成分、すなわちクランクシャフトの半回転周期における振動成分が除去される。
【００３１】
次いで、ステップ３２では、第２平均値Ｍ（ｎ）の回転変動量ΔＭを、次式（３）によって算出する。
ΔＭ（ｎ）＝Ｍ（ｎ）−Ｍ（ｎ−１） ・・・・・（３）
なお、エンジン２の失火が発生した場合には、第２平均値Ｍ（ｎ）は増加傾向を示すので、これに応じて回転変動量ΔＭ（ｎ）も増加する。
【００３２】
図６は、図２（ｂ）のステップ１２で実行される気筒失火制御のサブルーチンを示している。まず、ステップ４１において、エンジン２の要求トルクＰＭＥＣＭＤを、エンジン回転数ＮＥなどを用いて次式（４）によって算出する。
ＰＭＥＣＭＤ＝ＣＯＮＳＴ・ＰＳＥ／ＮＥ ・・・・・（４）
ここで、ＣＯＮＳＴは定数であり、ＰＳＥはエンジン２の要求出力である。この要求出力ＰＳＥは、ＰＳＥテーブル（図示せず）に基づき、アクセル開度ＡＰおよびエンジン回転数ＮＥに応じて設定される。このＰＳＥテーブルは、０％〜１００％の範囲内の所定のアクセル開度ＡＰごとに設定された複数のテーブルで構成されており、アクセル開度ＡＰがこれらの中間値を示す場合には、要求出力ＰＳＥは補間演算によって求められる。また、これらのテーブルでは、要求出力ＰＳＥは、エンジン回転数ＮＥが大きいほど、およびアクセル開度ＡＰが大きいほど、大きな値に設定されている。
【００３３】
次に、ステップ４２において、エンジン２が、ＣＩ燃焼を実行すべき運転領域（以下「ＨＣＣＩ領域」という）にあるか否かを判別する。この判別は、図７に示す燃焼領域マップに基づき、前記ステップ４１で算出した要求トルクＰＭＥＣＭＤおよびエンジン回転数ＮＥに応じて行われる。この燃焼領域マップでは、ＨＣＣＩ領域は、ＣＩ燃焼を実行すべき運転領域として設定されており、要求トルクＰＭＥＣＭＤが低〜中負荷域にあり、かつエンジン回転数ＮＥが低〜中回転域にある運転領域に相当する。
【００３４】
また、ＨＣＣＩ領域は境界線Ｌ１を境に２つに区分されており、要求トルクＰＭＥＣＭＤおよびエンジン回転数ＮＥがいずれも低く、ＣＩ燃焼が不安定になりやすい運転領域が、ＨＣＣＩ２領域として設定され、それ以外の運転領域がＨＣＣＩ１領域として設定されている。
【００３５】
図６に戻り、前記ステップ４２の判別結果がＮＯで、エンジン２がＨＣＣＩ領域にないときには、すべての気筒２ａの燃焼モードをＳＩ燃焼モードに決定し、すべての気筒２ａをＳＩ燃焼モードで運転する（以下「全気筒ＳＩ運転」という）ようにする（ステップ４３）とともに、ＨＣＣＩ２領域失火フラグＦ＿ＨＣＣＩ２ｎを「０」にセットし（ステップ４４）、本処理を終了する。このＨＣＣＩ２領域失火フラグＦ＿ＨＣＣＩ２ｎは、後述するように、エンジン２の運転領域がＨＣＣＩ２領域にあり、かつ後述するｎ気筒が完全に失火していると判定されたときに「１」に、それ以外のときに「０」に、気筒２ａごとにそれぞれセットされるものである。
【００３６】
一方、前記ステップ４２の判別結果がＹＥＳで、エンジン２がＨＣＣＩ領域にあるときには、ステップ４５に進み、後述するダウンカウント式のタイマの値ＴｍＨＣＣＩが０であるか否かを判別する。この判別結果がＮＯで、このタイマ値ＴｍＨＣＣＩ＝０でないときには、前記ステップ４３以降に進み、本処理を終了する。
【００３７】
前記ステップ４５の判別結果がＹＥＳで、タイマ値ＴｍＨＣＣＩ＝０のときには、ＣＹＬ信号などに基づき、今回、失火を判定する気筒２ａが何番気筒であるかを判別する（ステップ４６）。以下、今回判別された気筒２ａを「ｎ気筒」という。
【００３８】
次いで、ステップ４７では、前記ステップ４６で判別したｎ気筒に関するＨＣＣＩ２領域失火フラグＦ＿ＨＣＣＩ２ｎが、「１」であるか否かを判別する。この判別結果がＮＯで、Ｆ＿ＨＣＣＩ２ｎ＝０のとき、すなわちｎ気筒の前回の失火判定時において、エンジン２の運転領域がＨＣＣＩ２領域にないか、またはｎ気筒が完全に失火していなかったときには、前記式（４）で算出した回転変動量ΔＭが、ヒステリシス付きの所定の第１しきい値ＭＳＬＭＴ１よりも大きいか否かを判別する（ステップ４８）。この第１しきい値ＭＳＬＭＴ１は、図８に示す第１しきい値用のマップを検索することによって求められる。
【００３９】
このマップでは、第１しきい値ＭＳＬＭＴ１は、要求トルクＰＭＥＣＭＤが小さいほど、およびエンジン回転数ＮＥが低いほど、より大きな値になるように設定されている。これは、これらの値が低いほど、エンジン２の回転が不安定になりやすく、失火が発生しやすいためである。
【００４０】
図６に戻り、前記ステップ４８の判別結果がＮＯで、ΔＭ≦ＭＳＬＭＴ１のときには、ｎ気筒が完全には失火していないとして、ステップ４９に進む。このステップ４９では、回転変動量ΔＭが、ヒステリシス付きの所定の第２しきい値ＭＳＬＭＴ２よりも大きいか否かを判別する。この第２しきい値ＭＳＬＭＴ２は、図９に示す第２しきい値用のマップを検索することによって求められる。このマップでは、第２しきい値ＭＳＬＭＴ２は、第１しきい値ＭＳＬＭＴ１よりも小さな値に設定されており、また、第１しきい値用のマップの場合と同じ理由から、要求トルクＰＭＥＣＭＤが小さいほど、およびエンジン回転数ＮＥが低いほど、より大きな値になるように設定されている。
【００４１】
図６に戻り、前記ステップ４９の判別結果がＮＯで、ΔＭ≦ＭＳＬＭＴ２のときには、ｎ気筒に失火が発生していないとして、ｎ気筒の燃焼モードをＣＩ燃焼モードに決定し、ｎ気筒をＣＩ燃焼モードで運転するようにする（ステップ５０）とともに、前記ステップ４４に進み、本処理を終了する。
【００４２】
一方、前記ステップ４９の判別結果がＹＥＳで、ＭＳＬＭＴ２＜ΔＭ≦ＭＳＬＭＴ１のときには、ｎ気筒に失火が発生しているものの、その失火度合が比較的小さいとして、前記ステップ５０と同様、ｎ気筒の燃焼モードをＣＩ燃焼モードに決定する（ステップ５１）。また、ＣＩ燃焼を安定化させるために、付加燃料噴射を実行するものとし、付加燃料噴射量Ｐｏｓｔ＿ｑを決定した（ステップ５２）後、前記ステップ４４に進み、本処理を終了する。
【００４３】
この付加燃料噴射量Ｐｏｓｔ＿ｑは、図１０に示す燃料噴射量テーブルを検索することによって決定される。この燃料噴射量テーブルでは、付加燃料噴射量Ｐｏｓｔ＿ｑは、回転変動量ΔＭが大きいほど、より大きな値に設定されている。これは、回転変動量ΔＭが大きく、エンジン２の回転が不安定であるほど、付加燃料噴射量Ｐｏｓｔ＿ｑを多くすることによって、付加燃料噴射による燃焼ガスおよび作動ガスの昇温効果を高め、ＣＩ燃焼の安定化をより図るためである。
【００４４】
図６に戻り、前記ステップ４８の判別結果がＹＥＳで、ΔＭ＞ＭＳＬＭＴ１のときには、ｎ気筒が完全に失火しているとして、ステップ５３に進む。
【００４５】
このステップ５３では、今回判定されたｎ気筒を含め、現在までに完全失火していると判定された気筒数（以下「完全失火気筒数」という）ＭＩＳＣＹＬが、所定気筒数ＣＹＬＪＵＤ（例えば２）に達したか否かを判別する。この完全失火気筒数ＭＩＳＣＹＬは、例えば全気筒分の完全失火履歴を格納するためのリングバッファなどを用いて記憶されている。
【００４６】
この判別結果がＮＯで、完全失火気筒数ＭＩＳＣＹＬ＜所定気筒数ＣＹＬＪＵＤのときには、ｎ気筒のみの燃焼モードをＳＩ燃焼モードへ切り換える（ステップ５４）とともに、要求トルクＰＭＥＣＭＤおよびエンジン回転数ＮＥに応じ、マップ（図示せず）を検索することによって、点火時期ＩＧＬＯＧおよび燃料噴射時間ＴＯＵＴをそれぞれ求める（ステップ５５）。これらのマップでは、点火時期ＩＧＬＯＧおよび燃料噴射時間ＴＯＵＴは、これらの値に基づいてＳＩ燃焼を実行したときに得られるトルクが、他の気筒においてＣＩ燃焼を実行したときに得られるトルクと同じになるように設定されている。これにより、ｎ気筒と他の気筒との間で、出力トルク差が発生するのを防止することができる。次いで、ステップ５６において、エンジン２がＨＣＣＩ２領域にあるか否かを判別する。この判別結果がＮＯのときには、前記ステップ４４に進み、本処理を終了する。
【００４７】
一方、前記ステップ５６の判別結果がＹＥＳで、エンジン２がＨＣＣＩ２領域にあるときには、ＨＣＣＩ２領域失火フラグＦ＿ＨＣＣＩ２ｎを「１」にセットし（ステップ５７）、本処理を終了する。以下、エンジン２がＨＣＣＩ２領域にあり、かつ気筒２ａが完全に失火している状態を、「ＨＣＣＩ２領域完全失火状態」という。
【００４８】
一方、前記ステップ４７の判別結果がＹＥＳで、ＨＣＣＩ２領域失火フラグＦ＿ＨＣＣＩ２ｎ＝１のときには、エンジン２がＨＣＣＩ２領域にあるか否かを判別する（ステップ５８）。この判別結果がＹＥＳで、エンジン２がＨＣＣＩ２領域にあるとき、すなわち前回のｎ気筒の失火判定時において、ＨＣＣＩ２領域完全失火状態にあると判定され、かつ今回の失火判定時にもエンジン２がＨＣＣＩ２領域に留まっているときには、ｎ気筒の燃焼安定性を確保するために、前記ステップ５３以降に進み、ｎ気筒についてＳＩ燃焼を継続して実行する。一方、ステップ５８の判別結果がＮＯで、今回、エンジン２がＨＣＣＩ２領域から離脱したときには、前記ステップ４８以降に進み、失火判定を改めて行う。
【００４９】
前記ステップ５３の判別結果がＹＥＳで、完全失火気筒数ＭＩＳＣＹＬが、所定気筒数ＣＹＬＪＵＤに達したときには、タイマ値ＴｍＨＣＣＩを所定時間ＴＨＣＣＩ（例えば３００ｓｅｃ）にセットする（ステップ５９）とともに、前記ステップ４３以降に進み、全気筒ＳＩ運転を実行するようにし、本処理を終了する。このタイマＴｍＨＣＣＩは、完全失火による全気筒ＳＩ運転への移行後に、エンジン２の燃焼状態が安定するまでの時間を計時するものである。すなわち、上記ステップ５９が実行されたときには、前記ステップ４５の判別結果がＮＯとなることで、前記ステップ４３に進む。これにより、完全失火によって全気筒ＳＩ運転に移行したときには、その後、所定時間ＴＨＣＣＩが経過するまでは、エンジン２がＨＣＣＩ領域にあったとしても、全気筒ＳＩ運転が継続して強制的に実行される。
【００５０】
図１１は、燃焼モードがＣＩ燃焼モードのときの吸気弁８および排気弁９の開閉、ならびにメイン噴射および付加燃料噴射のタイミングを示している。同図に示すように、ＣＩ燃焼モードにおいては、排気行程の終わりから吸気行程の開始時付近までの間に、１回目のメイン噴射を実行する。また、吸気行程の終わりから圧縮行程の始めまでの間に、２回目のメイン噴射を実行する。さらに、図６の前記ステップ５２により付加燃料噴射を実行する場合には、付加燃料噴射を膨張行程において実行する。このときの付加燃料噴射量Ｐｏｓｔ＿ｑは、前述したように回転変動量ΔＭに応じて設定される。
【００５１】
以上のように、本実施形態によれば、エンジン２の失火度合を気筒２ａごとに表すパラメータとして、回転変動量ΔＭを用い、その値が第１しきい値ＭＳＬＭＴ１よりも大きいとき（ΔＭ＞ＭＳＬＭＴ１）には、ｎ気筒が完全に失火しているとして、ｎ気筒の燃焼モードをＣＩ燃焼モードからＳＩ燃焼モードへ切り換える。これにより、完全失火と判定されたｎ気筒での燃焼を、火花点火により安定させることによって、気筒２ａごとに失火がそれ以上進行するのを防止でき、それにより、エンジンストールを確実に回避することができる。また、完全失火気筒数ＭＩＳＣＹＬが所定気筒数ＣＹＬＪＵＤに達したときには、エンジン２全体としてＣＩ燃焼が不安定状態にあるとして、全気筒ＳＩ運転を実行するので、エンジンストールを確実に回避することができる。
【００５２】
また、回転変動量ΔＭが、第１しきい値ＭＳＬＭＴ１よりも小さく且つ第２しきい値ＭＳＬＭＴ２よりも大きいとき（ＭＳＬＭＴ２＜ΔＭ≦ＭＳＬＭＴ１）には、ｎ気筒の燃焼モードをＣＩ燃焼モードに決定するとともに、付加燃料噴射を実行することによって、ＣＩ燃焼を安定化させ、トルクの変動を抑制することにより、失火の進行を抑制しながら、ＣＩ燃焼を続行することができる。また、そのような付加燃料噴射を、気筒２ａごとにきめ細かく制御するので、ＣＩ燃焼を気筒２ａごとに可能な限り実行することができ、その結果、ＣＩ燃焼による燃費や排気特性の向上などの利点を、可能な限り得ることができる。
【００５３】
さらに、第１および第２しきい値ＭＳＬＭＴ１、ＭＳＬＭＴ２を、エンジン２の要求トルクＰＭＥＣＭＤ、およびエンジン回転数ＮＥに応じ、それらの値が小さいほど、より大きな値に設定するので、完全失火を原因とする気筒２ａごとのＳＩ燃焼モードへの切り換え、および付加燃料噴射を、実際の失火度合に応じた最適なタイミングで実行でき、したがって、ＣＩ燃焼を最大限に実行することができる。
【００５４】
なお、本発明は、説明した実施形態に限定されることなく、種々の態様で実施することができる。例えば、説明した実施形態では、失火度合を表すパラメータとして、回転変動量ΔＭを用いているが、これに代えて他の適当なパラメータ、例えば筒内圧センサで検出された気筒ごとの筒内圧を採用してもよい。また、本実施形態では、付加燃料噴射を、膨張行程時に実行しているが、圧縮行程時に実行してもよい。また、実施形態のエンジン２は、燃料を燃焼室２ｄ内に直接、噴射する直噴タイプのものであるが、本発明を、吸気管４に燃料を噴射するポート噴射タイプの内燃機関に適用してもよい。また、本発明は、車両に搭載した圧縮着火式内燃機関に限らず、クランクシャフトを鉛直方向に配置した船外機などのような船舶推進機用エンジンなどを含む、様々な産業用の圧縮着火式内燃機関に適用することが可能である。その他、本発明の趣旨の範囲内で、細部の構成を適宜、変更することができる。
【００５５】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の圧縮着火式内燃機関の制御装置は、圧縮着火燃焼モード中における失火やエンジンストールを確実に回避しながら、圧縮着火燃焼を最大限に実行できるなどの効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態による制御装置を適用した圧縮着火式内燃機関の構成を示す図である。
【図２】気筒失火制御処理のメインフローを示すフローチャートである。
【図３】第１平均値ＴＡＶＥの算出サブルーチンのフローチャートである。
【図４】ＣＲＫ信号の発生時間間隔ＣＲＭｅとクランク角度位置との関係を説明するための図である。
【図５】第２平均値Ｍの回転変動量ΔＭの算出サブルーチンのフローチャートである。
【図６】気筒失火制御処理のサブルーチンのフローチャートである。
【図７】図６の処理で用いられる燃焼領域マップの一例を示す図である。
【図８】図６の処理で用いられる第１しきい値用のマップの一例である。
【図９】図６の処理で用いられる第２しきい値用のマップの一例である。
【図１０】図６の処理で用いられる付加燃料噴射の燃料噴射量テーブルの一例である。
【図１１】ＣＩ燃焼モードのときの吸気弁および排気弁の開閉、ならびにメイン噴射および付加燃料噴射のタイミングの一例を示す図である。
【符号の説明】
１ 制御装置
２ エンジン
２ａ 気筒
２ｄ 燃焼室
３ ＥＣＵ（失火度合パラメータ検出手段、燃焼モード切換手段、付加燃料噴射手段、負荷検出手段、回転数検出手段、第１および第２しきい値設定手段および付加燃料噴射量決定手段）
１３ クランク角センサ
１４ アクセル開度センサ
ΔＭ 回転変動量（失火度合パラメータ）
ＭＳＬＭＴ１ 第１しきい値
ＭＳＬＭＴ２ 第２しきい値
ＰＭＥＣＭＤ 要求トルク（負荷）
ＮＥ エンジン回転数（回転数）
Ｐｏｓｔ＿ｑ 付加燃料噴射量

Claims (4)

1. 複数の気筒を有し、当該気筒の燃焼室に供給された混合気を圧縮着火により燃焼させる圧縮着火燃焼モードと、火花点火により燃焼させる火花点火燃焼モードに、燃焼モードを前記気筒ごとに切り換え可能に構成された圧縮着火式内燃機関の制御装置であって、
   前記内燃機関の失火度合を表す失火度合パラメータを前記気筒ごとに検出する失火度合パラメータ検出手段と、
   前記燃焼モードが前記圧縮着火燃焼モードの場合において、前記検出された失火度合パラメータが所定の第１しきい値よりも大きいときに、当該気筒の前記燃焼モードを前記火花点火燃焼モードへ切り換える燃焼モード切換手段と、
   前記燃焼モードが前記圧縮着火燃焼モードの場合において、前記失火度合パラメータが、前記第１しきい値よりも小さく且つ所定の第２しきい値よりも大きな所定の範囲内にあるときに、当該気筒の前記燃焼室へ付加的に燃料を噴射する付加燃料噴射を実行する付加燃料噴射手段と、
   を備えていることを特徴とする圧縮着火式内燃機関の制御装置。
2. 前記内燃機関の負荷を検出する負荷検出手段と、
   前記内燃機関の回転数を検出する回転数検出手段と、
   前記検出された負荷および回転数に応じて、前記第１および第２しきい値を設定するしきい値設定手段と、
   をさらに備えていることを特徴とする請求項１に記載の圧縮着火式内燃機関の制御装置。
3. 前記付加燃料噴射の噴射量を、前記検出された失火度合パラメータが大きいほど、より大きな値に決定する付加燃料噴射量決定手段をさらに備えていることを特徴とする請求項１に記載の圧縮着火式内燃機関の制御装置。
4. 前記内燃機関の負荷を検出する負荷検出手段と、
   前記内燃機関の回転数を検出する回転数検出手段と、をさらに備え、
   前記燃焼モード切換手段は、前記検出された内燃機関の負荷および回転数が所定の圧縮着火運転領域内にあるときに、前記燃焼モードを前記圧縮着火燃焼モードに設定し、
   前記圧縮着火運転領域は、前記負荷および回転数がいずれも低い第２圧縮着火運転領域を含み、
   前記燃焼モード切換手段は、前記失火度合パラメータが前記第１しきい値よりも大きいことにより、前記燃焼モードを前記火花点火燃焼モードに切り換えた場合には、前記検出された負荷および回転数が前記第２圧縮着火運転領域にある限り、当該気筒の燃焼モードを前記火花点火燃焼モードに維持することを特徴とする請求項１に記載の圧縮着火式内燃機関の制御装置。

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