JP2005291119A - 筒内噴射式エンジンの燃焼制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
経年変化や機差が生じた場合の圧縮行程噴射モードと吸気行程噴射モードの燃焼切換時において、トルク段差を抑制しうる最適な燃料補正を行う制御装置を提供し、また、燃焼安定性が悪化している場合には、燃焼安定性を回復させる手段を同時に提供する。
【解決手段】
圧縮行程噴射モードと吸気行程噴射モードのいずれかにあるかを判定する燃焼切換判定手段と、圧縮行程噴射モードと吸気行程噴射モードの燃焼切換後の所定期間内に燃料噴射量を補正する燃料噴射量補正手段と、圧縮行程噴射モードと吸気行程噴射モードの燃焼切換後の所定期間内に発生する回転変動を検出する手段と、前記回転変動の大きさに応じて燃焼切換時にトルク段差を吸収するために行う燃料補正量の補正を行う手段と、前記補正を監視し、圧縮行程噴射を禁止し燃焼回復モードを行う圧縮行程噴射禁止手段と、を具備して構成される。
【選択図】図５

Description

本発明は、燃焼室内に縦渦等の空気流を形成するとともに、燃焼室内に燃料を直接噴射するようにされてなる筒内噴射式エンジンの燃焼制御装置及び方法に係り、特に、エンジンの運転状態に応じて、吸気行程噴射モードと圧縮行程噴射モードとを選択的に取り得るようにされた筒内噴射式エンジンの燃焼制御装置及び方法に関する。

近年、燃焼室内に直接燃料を噴射し、従来の均質ストイキ燃焼や均質リーン燃焼（以下まとめて「均質燃焼」）よりも、さらに希薄な混合気での燃焼（以下成層燃焼）を可能とする筒内噴射型エンジンに関する技術が開発されている。

筒内噴射型エンジンでは、燃焼室内において、点火プラグ付近のみ可燃混合気（例えばＡ／Ｆ≒１５）を生成させ、燃焼室全体としては均質燃焼よりも希薄な空燃比（例えばＡ／Ｆ≒４０）で燃焼が可能な成層燃焼を実現している。成層燃焼では、均質燃焼と比べて多量の空気をシリンダ内に吸入させるため、スロットル弁を大きく開くことによるポンピングロスの低減や、直接シリンダ内に燃料を噴射することによる燃料による冷却損失の低減等により、均質燃焼より燃費を向上させることができる。

次に、成層燃焼の実現方法について述べる。成層燃焼は、主に、燃焼室内に燃料噴射装置から噴射される燃料の噴射タイミングを変更する手段と、点火プラグ近傍のＡ／Ｆのみ可燃とするための、空気流生成手段より実現する。つまり、均質燃焼は吸気行程中に燃料を噴射する吸気行程噴射モードにより燃焼室内全体に可燃混合気を生成させるのに対し、成層燃焼は、空気流生成装置により、燃焼室内に縦渦等の空気流を生成させ、圧縮行程中に燃料を噴射する（いわゆる圧縮行程噴射モード）ことによって、点火プラグ近傍のみ可燃混合気を生成させることにより実現する。

一方、成層燃焼は、高トルクの発生が難しいことや、成層燃焼運転中の排気ガス（特にＮＯｘ）発生等の問題から継続して運転することは難しい。そこで、ドライバからの高トルク要求時や、排気ガス浄化の要求時等には、均質燃焼運転に切換る必要がある。かかる切換は、エンジンの運転状態やドライバからの要求エンジン負荷やエンジン回転数等の条件等によって行われる。

次に、圧縮行程噴射モードと吸気行程噴射モード切換時の燃焼室内混合気の様子について述べる。圧縮行程噴射モードでは、吸気弁と排気弁が共に閉じて密閉された燃焼室内に燃料を噴射するため、噴射した燃料は全て燃焼室内に残る。それに対し、吸気行程噴射モードでは、空気を吸入するために吸気弁が開いている吸気行程で燃料を噴射し、さらに圧縮行程へ移行した後も、しばらくは吸気弁が開いているように制御されていることがあるため、このときの燃焼室内は密閉されておらず、特に圧縮行程においては燃焼室内の混合気に圧縮される力が加わる上に、吸気管から燃焼室内へと空気を吸入する圧力がなくなるため、噴射した燃料の一部が吸気管へと吹き返されることがある。このとき、吸気行程噴射モードのままで連続運転している場合のあるサイクルに着目すると、上記のように燃料が吸気管へと吹き返されることによって燃焼室内で燃料が不足する一方で、前サイクルにおいても同様にして吸気管へと吹き返された燃料は、次のサイクルで燃焼室内へと吸入されるため、前後のサイクルで平衡状態を保ちながら、燃焼室内の空燃比は一定に保たれる。

しかし、圧縮行程噴射モードから吸気行程噴射モードへと切換えた直後の吸気行程噴射モードにおいては、直前のサイクルが圧縮行程噴射モードであるため、吸気管内に滞留している燃料は存在せず、吸気管からは新気のみが吸入される。そのため、吸気行程噴射モードへと切換えた直後の燃焼室内は、吸気管へと吹き返す燃料分だけリーン状態になってしまう。

また、前述した空気流生成装置を、吸気管内に設けられたタンブル生成弁によって、燃焼室内のタンブルを自在に調整し、成層燃焼時には燃焼室内に強力なタンブルを生成することによって、前記キャビティを浅くしながらも、前記タンブルを主に利用して可燃混合気を点火プラグ付近に集中させる方式（以下「エアーガイド方式」）を用いた場合では、先に述べた吸気弁閉時期と相関した吹き返し燃料とは別に、吸気弁閉時期と相関しない吹き返し燃料が存在する。この吸気弁閉時期と相関しない吹き返し燃料は、吸気行程中に燃焼室内に生成された強力なタンブルによって生じるものであり、燃焼室内に形成されたスワール（横渦の空気流）やタンブル（縦渦の空気流）などを合わせて利用する方式（以下「ウォールガイド方式」）の筒内噴射型エンジンではほとんど発生しないものである。

従って、エアーガイド方式の筒内噴射型エンジンにおいて、圧縮行程噴射モードから吸気行程噴射モードへと切換える場合に必要とされる補正は、吸気弁閉時期から算出される燃料噴射量の補正量のみでは不十分であり、前述の補正のみでは吸気行程噴射モードへ切換え後の所定期間内で空燃比がリーン状態になってしまい噴射モード切換時にトルク段差が発生してしまいドライバに不快感を与えてしまう。

一方、吸気行程噴射モードから圧縮行程噴射モードへと切換える場合に関しても、圧縮行程噴射モードへと切換え後の所定期間内では、前サイクルが吸気行程噴射モードであるために、切換え前の吸気行程噴射モードで発生した吹き返し燃料が吸気管内に滞留しており、切換え後の圧縮行程噴射モードで燃焼室内に吸入されるため、この場合には空燃比がリッチになり、同様にトルク段差が発生してしまう。

かかる観点から従来の技術では、圧縮行程噴射モード（層状燃焼モード）から吸気行程噴射モード（均質燃焼モード）へと切換え時であってエンジン燃焼が悪化する場合には圧縮行程中に燃料を追加噴射することによりトルクショックの発生を抑制する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００１−１９３５２４号公報

ところで、筒内噴射は前述しているように、燃料噴射装置を用いて筒内に直接燃料を噴くことで実現する。従って、燃料噴射装置は直接筒内の燃焼にさらされることから、燃料噴射口の周囲にはデポジットが堆積しやすくなる。

デポジットは、成層燃焼において燃焼安定性を悪化させる要因であるため、従来の技術では、デポジット堆積時には燃焼切換時のトルク段差を招いてしまうという課題があった。

また、従来の方法では、各デバイス（空気流生成装置や燃料噴射装置）の機差や、経年変化、あるいは、燃焼室そのものに堆積するにデポジットに対して、配慮がされていないため、やはりトルク段差を招く原因となっていた。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、圧縮行程噴射モードと吸気行程噴射モードが切換る時の空燃比補正（トルク補正）を、最終補正することで、経年変化や機差が生じた場合の燃焼切換時においても、トルク段差を抑制しうる最適な燃料補正を行う制御装置を提供する。また、最終補正値を監視することで、燃焼安定性が悪化していると判定された場合には、燃焼安定性を回復させる手段を同時に提供する。

前記目的を達成すべく、本発明に係る筒内噴射式エンジンの燃焼制御装置は、燃焼室内に縦渦等の空気流を生成するとともに、前記燃焼室内に燃料を直接噴射する装置と、エンジンの燃焼状態を圧縮行程噴射運転領域と吸気行程噴射運転領域に切換える燃焼モード切換手段と、前記燃焼切換手段によって、前記圧縮行程噴射運転領域から前記吸気行程噴射運転領域に移行に際し、前記移行からの所定時間内に、吸気行程噴射領域の燃料噴射量を増量補正する燃料噴射量補正手段と、前記燃焼切換手段によって、前記圧縮行程噴射運転領域から前記吸気行程噴射運転領域に移行せしめられるときに発生するトルク段差を検出する燃焼切換段差検出手段と、を具備し、前記燃焼切換段差検出手段によって検出された燃焼切換段差の大きさに応じて、前記燃料噴射量補正手段によって算出された補正量を補正する補正手段を有することを特徴としている。

圧縮行程噴射運転領域から吸気行程噴射運転領域に切換わる時は、前述したように燃焼室内に、吸気管に噴き返す分の燃料分が不足するため、燃料噴射量補正手段により増量補正される。しかし、前記増量補正を行っても、燃焼切換段差検出手段により、燃焼切換時のトルク段差が所定値以上と判定されたきは、燃料噴射量をさらに増量補正するような最終補正を行う。また、燃焼切換段差検出手段により、燃焼切換時のトルク段差が所定値以下と判定されたときは、逆に燃料噴射量を減量するように最終補正を行う。これにより、機差や経年変化時の補正量のずれを補正することができ、更に、無駄に燃料増量補正することを防ぐことができる。また、最終補正手段により、所定値以上の増量補正を行ってもトルク段差が解消されないときは、デポジット等による燃焼悪化が発生していると判定し、所定期間圧縮行程噴射（成層燃焼）を禁止する。これにより、デポジットを燃焼させて除去することができる。

また更に、本発明に係る筒内噴射式エンジンの燃焼制御装置は、燃焼室内に縦渦等の空気流を生成するとともに、前記燃焼室内に燃料を直接噴射する装置と、エンジンの燃焼状態を圧縮行程噴射運転領域と吸気行程噴射運転領域に切換える燃焼モード切換手段と、
前記燃焼切換手段によって、前記吸気行程噴射運転領域から前記圧縮行程噴射運転領域に移行に際し、前記移行からの所定時間内に、圧縮行程噴射領域の燃料噴射量を減量補正する燃料噴射量補正手段と、前記燃焼切換手段によって、前記吸気行程噴射運転領域から前記圧縮行程噴射運転領域に移行せしめられる時に発生するトルク段差を検出する燃焼切換段差検出手段と、を具備し、
前記燃焼切換段差検出手段によって検出された燃焼切換段差の大きさに応じて、前記燃料噴射量補正手段によって算出された補正量を補正する補正手段を有することを特徴としている。

吸気行程噴射運転領域から圧縮行程噴射運転領域に切換わる時は、前述したように燃焼室内に、吸気管に噴き返す分の燃料分が多く存在するため、燃料噴射量補正手段により減量補正される。しかし、前記減量補正を行っても、燃焼切換段差検出手段により、燃焼切換時のトルク段差が所定値以上と判定されたきは、燃料噴射量をさらに減量補正するような補正を行う。これにより、機差や経年変化時の補正量のずれを補正することができる。但し、最終補正による減量補正は、下限値を持つ。つまり、所定値以下まで減量すると、失火等の恐れがあり逆にトルク段差を生じさせてしまう可能性があるためである。また、最終補正手段により、所定値以上の減量補正を行ってもトルク段差が解消されないときは、デポジット等による燃焼悪化が発生していると判定し、所定期間圧縮行程噴射（成層燃焼）を禁止する。これにより、デポジットを燃焼させて除去することができる。

また、請求項８の発明によれば、燃焼切換段差検出手段は、前記燃焼モード切換手段によって、燃焼モードが切換えられた直後の所定時間内に前記回転速度変動検出手段によって検出することを特徴とする。

燃焼切換時の段差は、気筒毎の燃焼圧センサで検出する方法が最適であるが、燃焼圧センサではコストアップにつながる可能性があるため、本発明では、エンジン制御の一般的な情報であるエンジン回転数の変動で判定する方法を特徴としている。

また、請求項９の発明によれば、前記補正手段は、エンジン回転，エンジン負荷毎に行うことを特徴とする。

先述したとおり、圧縮行程噴射モードと吸気行程噴射モードの切換は主に、エンジン回転，エンジン負荷に応じて行う方法が一般的である。以上に鑑み、前記燃料噴射量補正手段においても、各エンジン回転，負荷毎に補正値を設定する方法が考えられる。

一方、圧縮行程噴射モードと吸気行程噴射モードの切換時は、どのエンジン回転，負荷領域で切換えられるのかは、その都度異なるため、本発明では、各領域毎に補正を行えることを特徴とする。以上により、機差や経年変化発生時にも、ドライバにトルク段差（不快感）を感じさせない最適な補正を提供することができる。

以上の説明から明らかなように、本発明に係る筒内噴射式エンジン燃焼制御装置及び燃焼制御方法によれば、圧縮行程噴射モードと吸気行程噴射モードが切り換わるときの、ドライバに与えるトルク段差を機差，経年変化に影響せず軽減することを可能にし、また燃焼モード切換時に必要以上の燃料を補正する必要もなくなるため、燃料消費量の軽減も可能になる。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明に係る燃焼制御装置５０を、それが適用された筒内噴射式エンジン２００と共に示す概略構成図である。

図示の筒内噴射式エンジン２００は、例えば４つの気筒＃１，＃２，＃３，＃４を有する直列４気筒エンジンであって、シリンダヘッド２１３と、シリンダブロック２２９と、このシリンダブロック２２９内に嵌挿されたピストン２２７とを有し、該ピストン２２７上方には燃焼室２２８が具備され、この燃焼室２２８に吸入される吸入空気は、各吸気通路２２５始端部に設けられたエアクリーナー２２０の入口部２１９から取り入れられ、空気流量計(エアフローセンサ)２１８を通り、吸気流量を制御する電制スロットル弁２２４が収容されたスロットルボディ２２１を通ってコレクタ２２３に入る。

前記エアフローセンサ２１８からは、吸気流量を表す信号が燃焼制御装置５０の主要部を構成するコントロールユニット１００（図２も参照）に出力される。また、前記スロットルボディ２２１には、モータ２２２駆動の電制スロットル弁２２４の開度を検出するスロットルセンサ２１７が取り付けられており、その信号もコントロールユニット１００に出力される。

前記コレクタ２２３に吸入された空気は、エンジン２００の各気筒＃１，＃２，＃３，＃４に接続された各吸気通路（分岐通路部）２２５に分配された後、各気筒＃１，＃２，＃３，＃４の燃焼室２２８に導かれる。また、各吸気通路２２５の下流部分（吸気ポート２２５ａ側）は、図６〜図１０の拡大図を参照すればよくわかるように、上段側吸気通路部分２２５Ａと下段側吸気通路部分２２５Ｂとに隔壁で分割されていて、その下段側吸気通路部分２２５Ｂの上流端部を開閉するようにタンブル（縦渦）生成弁２３１が配在されている。このタンブル生成弁２３１の開度を調整することによって、上流側吸気通路部分２２５Ａと下段側吸気通路部分２２５Ｂに流れる空気量の割合を変えることができ、これによって、前記燃焼室２２８内で生成されるタンブルの強さが調整される。この場合、前記タンブル生成弁２３１が全閉状態の時（図６〜図８に示される状態）、前記タンブルが最も強くされ、前記タンブル生成弁２３１が全開状態の時、前記タンブルが最も弱くされる。

一方、ガソリン等の燃料は、燃料タンク２０５から燃料ポンプ２０４により一次加圧されて燃料圧力レギュレータ２０３により一定の圧力(例えば３kg／cm²) に調圧されるとともに、高圧燃料ポンプ２０１でより高い圧力に二次加圧(例えば５０kg／cm²) されてコモンレールへ圧送される。前記高圧燃料は、各シリンダブロック２２９に設けられている燃料噴射弁２１４から燃焼室２２８に噴射される。該燃焼室２２８に噴射された燃料は、点火コイル２１１で高電圧化された点火信号により点火プラグ２１５で点火される。

また、排気弁のカムシャフトに取り付けられたカム角センサ２０７は、カムシャフト
２０２の位相を検出するための信号をコントロールユニット１００に出力する。ここで、カム角センサ２０７は吸気弁側のカムシャフト２１２に取り付けても良い。また、エンジン２００のクランクシャフト２４１の回転と位相を検出するためにクランク角センサ230をクランクシャフト軸上に設け、その出力もコントロールユニット１００に入力される。

さらに、排気管２０９には、排気ガス中の例えば酸素濃度をリニアに検出してその検出信号をコントロールユニット１００に出力する空燃比センサ２０８，排気ガス浄化用触媒２１０等が設けられている。

前記コントロールユニット１００は、図２に示される如くに、ＭＰＵ３０２，ＲＯＭ
３０１，ＲＡＭ３０３及びＡ／Ｄ変換器を含むＩ／ＯＬＳＩ３０４等で構成され、エンジンの運転状態を計測（検出）する手段の一つであるエアフローセンサ２１８，燃料圧力センサ２０６，空燃比センサ２０８等のセンサ類からの信号を取り込み、所定の演算処理を実行し、この演算結果として算定された各種の制御信号を出力し、燃料噴射弁２１４，点火コイル２１１及び高圧燃料ポンプ２０１，スロットル弁２２４（２２２），タンブル生成弁２３１等に制御信号を供給して燃料供給量制御，点火時期制御及び高圧ポンプによる燃料圧力制御を実行する。

ここで、本実施形態の筒内噴射エンジン２００の制御装置５０においては、圧縮行程噴射（成層燃焼）を行う運転領域が予め設定されている。かかる圧縮行程噴射運転領域は、図４に示す如くに、エンジン回転数とエンジン負荷（トルク）からのマップ等で設定されている。低回転・低負荷域には成層燃焼運転領域とされ、このときは、目標空燃比が例えば４０以上の極めてリーンな値（燃焼室内全体での値）に設定され、圧縮行程中に燃料を噴射する圧縮行程噴射モードを実行する。一方、高回転・高負荷領域では均質燃焼運転領域とされ、このときは、目標空燃比が例えば理論空燃比(１４.７) またはその近傍値に設定され、吸気行程中に燃料を噴射する吸気行程噴射モードを実行する。実際にエンジンが運転している状態では、要求に応じて、これら吸気行程噴射と圧縮行程噴射との間で燃料噴射モード（運転領域）を切換える。これは、均質燃焼に対して成層燃焼では、出し得るトルクに上限があるためであり、ドライバが要求するトルクを満足させるためには、必然的に上記のような運転領域設定が必要になる。

そして、本実施形態コントロールユニット１００は、図３の機能ブロック図で示されているように、エンジン２００の運転状態（負荷，回転）が前記した圧縮行程噴射運転領域及び吸気行程噴射運転領域の何れかを判定する運転領域判定手段１０１と、燃焼切換判定手段１０２（後述）と、設定された目標空燃比を達成すべくスロットル弁２２４及びタンブル生成弁２３１の開度を制御する空気量制御手段１０３と、燃料噴射弁２１４による燃料噴射量及び噴射時期を制御する燃料噴射制御手段１０４，点火コイル２１１（点火プラグ２１５）に所定のタイミングで点火信号を出力する点火時期制御手段１０５と、を有する。

前記燃焼切換判定手段１０２は、前記運転領域判定手段１０１の判定結果を受けて、エンジンの運転状態が例えば、圧縮行程噴射モード領域から吸気行程噴射モード領域へ移行せしめられると、燃焼切換許可と判定し、空気量制御手段１０３を介しスロットル弁224（２２３）が閉じるように制御する。その後、図１１に示すように、気筒内のＡ／Ｆは徐々にリッチ方向に漸減し、Ａ／Ｆ＝Ｓａ（Ｓｂ）となったとき、圧縮行程噴射モードから吸気行程噴射モードに切換えるようにされる。このとき、燃料噴射タイミング，噴射量は燃料噴射制御手段１０４（後述）で、切換えられる。また、吸気行程噴射モードから圧縮行程噴射モードに移行せしめられたときは、図１２に示すようにその逆の動作をすれば良い。

前記燃料噴射制御手段１０４は、より詳細には、図６に示す如くに、燃料噴射時期算出手段１１０と、燃料噴射弁駆動手段１１１と、基本燃料噴射量算出手段１１２と、最終燃料噴射量算出手段１１３と、燃料噴射量補正値算出手段１１４と、燃焼切換段差検出手段１１５と、切換段差発生時補正量算出手段１１６と、燃料噴射量最終補正手段１１７を備える。前記燃料噴射時期算出手段１１０は、前記運転領域判定手段１０１及び燃焼切換判定手段１０２から得られる運転領域及び燃焼モード情報，エンジン回転数，エンジン負荷等に基づいて燃料噴射時期を算出する。前記基本噴射量１１２は、前記運転領域及び燃焼モード情報，エンジン回転数，エンジン負荷等に基づいて目標空燃比を実現するための算出する。前記燃料噴射量算出手段１１４は、前記運転領域及び燃焼モード情報，エンジン回転数，エンジン負荷、さらに空燃比センサ２０８により検出される実空燃比、タンブル生成弁開度および吸気弁閉時期等に基づいて燃料噴射量補正値を算出する。ここで、前記実空燃比は、空燃比センサ２０８の出力を用いずに、空気の応答遅れ等から筒内のＡ／Ｆを推定する手段を用いても良い。前記燃焼切換段差検出手段１１５は、回転速度変動検出手段１０６により算出された回転変動から、切換時の切換え段差（トルク段差）を検出する。ここで、前記回転速度変動検出手段１０６は、回転速度の変化分（ΔＮｅ）を用い、また、回転変動が燃焼切換以外の要因で発生したことによる誤判定を防ぐために、前記燃焼切換判定手段１０２により判定された燃焼切換許可後、所定時間内のみ検出する（図
１１Ｔｂ）。前記切換段差発生時補正量算出手段１１６は、前記燃焼切換段差検出手段
１１５から算出された回転変動に応じて、切換段差発生時補正量を算出する。切換段差発生時補正量の算出方法については、図１３，図１４および図１５を用いて後述する。前記燃料噴射量最終補正手段１１７は、前記燃料噴射量補正値と前記切換段差発生時補正量に基づいて、燃料噴射量最終補正値を算出する。前記最終燃料噴射量算出手段１１３は、前記基本燃料噴射量と前記燃料噴射量とに基づいて最終燃料噴射量を算出する。前記燃料噴射弁駆動手段１１１は、前記燃料噴射時期算出手段１１０及び最終燃料噴射量算出手段の算出結果に基づいて、駆動パルス信号を燃料噴射弁２１４に供給してそれを開弁駆動する。ここで、前記燃料補正量算出手段１１４は、燃焼切換判定手段１０２により圧縮行程噴射モードと吸気行程噴射モードとの間の切り換えが行われた直後の所定期間（図１１，図１２においてＴａ１，Ｔａ２）は、燃料噴射量を補正する補正量を算出するようにされる。

より具体的には、圧縮行程噴射モードから吸気行程噴射モードへの切換が行われた場合には、切換後の吸気行程噴射モードにおいて、燃料噴射量を増量補正（図１１Ｋａ１）し、上記とは逆に、吸気行程噴射モードから圧縮行程噴射モードへの切換えが行われた場合には、燃料噴射量を減量補正（図１２Ｋａ２）するようにされる。ここで補正量Ｋａ１およびＫａ２は、前記各吸気通路２２５内に発生する吹き返し量（図７〜図１０に示す）で決定されるが、簡単には、図４で示すようにエンジン動作点（エンジン回転と負荷）に応じてマップ（補正量Ｎ１Ｔ１〜ＮｎＴｍ）で設定する。また、吹き返し量は、タンブル生成弁２３１の開度に応じて変化するので、タンブル生成弁２３１の開度に応じて決定しても良い。本実施形態では、前記マップでの実施例について説明する。

図１３は、圧縮行程噴射モードから吸気行程噴射モードに切り換わったときの本実施形態を示したものである。前述したように、前記燃焼切換判定手段１０２により、圧縮行程噴射モードから吸気行程噴射モードに切り換わった直後の所定時間内に、前記回転速度変動検出手段１０６により算出された回転変動１２０２が予め設定されてあるしきい値1203を超えたときは、燃焼切換時のトルク段差が発生していると判定し、前記燃料補正量算出手段１１４で算出された燃料噴射補正量ＮｎＴｍに対し、前記燃料噴射量最終手段１１７によりα１だけ補正する（図１３（Ａ））。また、図１３（Ｂ）で示すようにモード切換時の回転変動がしきい値１２０３より小さいときは、燃焼切換時のトルク段差が発生していないと判定し、補正を元に戻す。

以上操作を燃焼モードが切り換わるたびに行い、ＮｎＴｍ＋αｎが燃焼状態ＮＧ判定しきい値１２０４を超えたときは、燃焼状態ＮＧと判定し、圧縮行程噴射を禁止し、燃焼安定回復を図る。これは、デポジットによる燃焼安定性への影響を除去するためであり、デポジット堆積の初期段階で吸気行程噴射にすることで燃焼安定性が回復することは既に知られている。圧縮行程噴射を禁止する期間については、例えば、そのＴＲＩＰ（ｋｅｙ
ＯＮ〜ＯＦＦ）中は禁止するとしてもよい。また、回転変動ＮＧしきい値１２０３は、図１３のように回転が落ち込む側のみをみても、吹けあがる側（あるいは両方）を見ても良いが、基本的に燃焼切換時にドライバに不快を与えるときは回転の落ち込み側の要素が強いので、切換直後の回転落ち込みを見るほうが良い。またＮＧ判定しきい値１２０４は、燃焼のばらつき（各デバイス，気筒間のばらつき）を考慮した値や、前述の燃焼安定性が早期に回復できる値とするとよい。

前記燃料噴射量最終手段１１７により算出されたαは、図４で示すように各動作点毎に行う。つまり、燃焼切換が行われるときは、どの動作点で切り換わるかわからず、また、補正値も前記マップで設定しているため、マップ設定値そのものの誤差や、各デバイスの機差，劣化，デポジット付着等がどの動作点で影響を判断するには、図１４で示すように、各動作点（Ｎ１Ｔ１〜ＮｎＴｎ）毎に判定する必要がある。

図１４は、吸気行程噴射モードから圧縮行程噴射モードに切り換わったときの本実施形態を示したものである。前述したように、前記燃焼切換判定手段１０２により、吸気行程噴射モードから圧縮行程噴射モードに切り換わった直後の所定時間内に、前記回転速度変動検出手段１０６により算出された回転変動１４０２が予め設定されてあるしきい値1403を超えたときは、燃焼切換時のトルク段差が発生していると判定し、前記燃料補正量算出手段１１４で算出された燃料噴射補正量ＮｎＴｍに対し、前記燃料噴射量最終手段１１７によりβ１だけ補正する（図１５（Ａ））。また、図１５（Ｂ）で示すようにモード切換時の回転変動がしきい値１４０３より小さいときは、燃焼切換時のトルク段差が発生していないと判定し、補正はしない。これは、燃焼切換時の燃料増量補正はできれば行いたくないためである。

以上操作を燃焼モードが切り換わるたびに行い、ＮｎＴｍ−βｎが燃焼状態ＮＧ判定しきい値１４０４を超えたときは、燃焼状態ＮＧと判定し、圧縮行程噴射モードから吸気行程噴射モードのときと同様圧縮行程噴射を禁止し、燃焼安定回復を図る。ここで、燃焼状態ＮＧ判定しきい値１４０４は、リーン限界を超えないように下限リミッタとして設定する必要がある。また、燃焼安定回復モードの考え方，動作点毎の補正の仕方は、圧縮行程噴射モードから吸気行程噴射モードのときと同等でよい。

次に、前記コントロールユニット１００が燃焼モード切換時（燃焼運転領域過渡時）に実行する燃料噴射量補正ルーチンを、図１６および図１７を参照しながら説明する。図
１６は、圧縮行程噴射モードから吸気行程噴射モードに移行する際のルーチンを示したもので、所定の制御周期をもって繰り返して行われ、まずステップ５０１において、現在燃焼切換中（圧縮行程噴射モードから吸気行程噴射モードに移行中）であるか否か、言い換えれば、図１１において、ＪａからＪｂまでの期間であるか否かを判定し、燃焼切換中でないと判定されると、燃料噴射量補正は必要としないので、このルーチンを終了する。

ステップ５０１にて燃焼切換中であると判定された場合には、次に、ステップ５０２において、気筒内Ａ／Ｆが所定値以下か否か、言い換えれば、図１１において、Ａ／Ｆ≦
Ｓａか否かを判定し、Ａ／Ｆ≦Ｓａでないときは、まだ燃焼切換Ａ／Ｆに到達していないと判定しこのルーチンを終了する。また、ここで気筒内Ａ／Ｆは、先述したとおり、実Ａ／Ｆでも推定Ａ／Ｆでも良い。

ステップ５０２において、Ａ／Ｆ≦Ｓａと判定された場合は、ステップ５０３に進み、燃料噴射補正（基本噴射量＋ＮｎＴｎ）を行う。この補正は燃料噴射量補正値算出手段
１１４に相当し、吹き返し分の燃料分を増量補正する処理である。次にステップ５０４に進み、燃焼切換後の所定時間内、すなわち図１１におけるＴｂ内において回転変動が所定値（図１３中回転変動ＮＧしきい値１２０３に相当するが、本ルーチンでは、＋側，−側の回転変動で判定できるようにしている）以上か否かを判定し、所定値以上の場合は切換段差が発生していると判定し、ステップ５０５に進み、ステップ５０３にて算出した補正値ＮｎＴｎに所定値αｎ加えステップ５０７に進む。ステップ５０４にて回転変動が所定値以下の場合は、ステップ５０６に進み、ステップ５０３にて算出した補正値ＮｎＴｎに所定値αｎを減じ、ステップ５０７に進む。ステップ５０７では、ステップ５０５で算出したＮｎＴｎ＋αｎが所定値（図１３中燃焼状態ＮＧ判定しきい値１２０４に相当）以上か否かを判定し、所定値以上の時は、ステップ５０８に進み圧縮行程噴射を禁止し、燃焼回復モードを行い、このルーチンを終了する。尚、燃焼回復モードの期間については上述のとおりである。また、ステップ５０７にてＮｎＴｎ＋αｎが所定値より小さいと判定されたときは、そのままこのルーチンを終了する。

次に、前記コントロールユニット１００が吸気行程噴射モードから圧縮行程噴射モードに移行する際に実行する燃料噴射量補正ルーチンを、図１７を用いて説明する。図１７は図１６と同様、所定の制御周期をもって繰り返して行われ、まずステップ６０１において、現在燃焼切換中（圧縮行程噴射モードから吸気行程噴射モードに移行中）であるか否か、言い換えれば、図１２において、ＪｃからＪｄまでの期間であるか否かを判定し、燃焼切換中でないと判定されると、燃料噴射量補正は必要としないので、このルーチンを終了する。

ステップ６０１にて燃焼切換中であると判定された場合には、次に、ステップ６０２において、気筒内Ａ／Ｆが所定値以上か否か、言い換えれば、図１２において、Ａ／Ｆ≧
Ｓｂか否かを判定し、Ａ／Ｆ≧Ｓｂでないときは、まだ燃焼切換Ａ／Ｆに到達していないと判定しこのルーチンを終了する。また、ここで気筒内Ａ／Ｆは、先述したとおり、実Ａ／Ｆでも推定Ａ／Ｆでも良い。

ステップ６０２において、Ａ／Ｆ≧Ｓｂと判定された場合は、ステップ６０３に進み、燃料噴射補正（基本噴射量−ＮｎＴｎ）を行う。この補正は燃料噴射量補正値算出手段
１１４に相当し、吹き返し分の燃料分を減量補正する処理である。次にステップ６０４に進み、燃焼切換後の所定時間内、すなわち図１２におけるＴｂ内において回転変動が所定値（図１５中回転変動ＮＧしきい値１４０３に相当するが、本ルーチンでは、＋側，−側の回転変動で判定できるようにしている）以上か否かを判定し、所定値以上の場合は切換段差が発生していると判定し、ステップ６０５に進み、ステップ６０３にて算出した補正値ＮｎＴｎに所定値βｎを減じステップ６０６に進む。ステップ６０４にて回転変動が所定値以下の場合は、そのままステップ６０６に進む。ステップ６０６では、ステップ604で算出したＮｎＴｎ−βｎが所定値(図１５中燃焼状態ＮＧ判定しきい値１４０４に相当)以下か否かを判定し、所定値以下の時は、ステップ６０７に進み圧縮行程噴射を禁止し、燃焼回復モードを行い、このルーチンを終了する。尚、燃焼回復モードの期間については上述のとおりである。また、ステップ６０６にてＮｎＴｎ−βｎが所定値より大きいと判定されたときは、そのままこのルーチンを終了する。

本発明に係る燃焼制御装置の一実施形態を、それが適用された筒内噴射式エンジンの一例と共に示す概略構成図。 図１に示される燃焼制御装置の主要部を構成するコントロールユニットの説明に供されるブロック図。 図２に示されるコントロールユニットの説明に供される機能ブロック図。 圧縮行程噴射運転領域と吸気行程噴射領域の領域設定例および燃料噴射補正量設定例を示す図。 図３に示される燃料噴射制御手段の詳細説明に供される機能ブロック図。 圧縮行程噴射モード（Ａ）と吸気行程噴射モード（Ｂ）における吸気通路への燃料の吹き返しの説明に供される、燃焼室周辺の概略断面図。 吸気行程噴射モードの圧縮行程中に発生する燃料の吹き返しの説明に供される、燃焼室周辺の概略図。 吸気行程噴射モードの吸気行程中に発生する燃料の吹き返しの説明に供される、燃焼室周辺の概略図。 タンブル生成弁が全開にされている場合における燃料の吹き返しの説明に供される、燃焼室周辺の概略断面図。 タンブル生成弁が中間開度にされている場合における燃料の吹き返しの説明に供される、燃焼室周辺の概略断面図。 圧縮行程噴射モードから吸気行程噴射モードへの切換時に行われる燃料噴射量の補正例の説明に供されるタイムチャート。 吸気行程噴射モードから圧縮行程噴射モードへの切換時に行われる燃料噴射量の補正例の説明に供されるタイムチャート。 圧縮行程噴射モードから吸気行程噴射モードへの切換時に行われる燃料噴射量の最終補正例および燃焼状態判定の説明に供されるタイムチャート。 圧縮行程噴射モードから吸気行程噴射モードへの切換時に行われる燃料噴射量の最終補正例の説明に供されるタイムチャート。 圧縮行程噴射モードから吸気行程噴射モードへの切換時に行われる燃料噴射量の最終補正例および燃焼状態判定の説明に供されるタイムチャート。 図１に示されるコントロールユニットが圧縮行程噴射モードから吸気行程噴射モードへの切換時に行われる燃料噴射量の補正例の説明に供されるタイムチャート。 図１に示されるコントロールユニットが吸気行程噴射モードから圧縮行程噴射モードへの切換時に行われる燃料噴射量の補正例の説明に供されるタイムチャート。

符号の説明

１０１…運転領域判定手段、１０２…燃焼切換判定手段、１０３…空気量制御手段、
１０４…燃料噴射制御手段、１０５…点火時期制御手段、１０６…回転速度変動検出手段、１０７，２３１…タンブル生成弁、１０８，２１４…燃料噴射弁、１０９，２１１…点火コイル、２０１…高圧燃料ポンプ、２０２…カムシャフト、２０３…燃料圧力レギュレータ、２０４…燃料ポンプ、２０５…燃料タンク、２０７…カム角センサ、２０８…空燃比センサ、２０９…排気管、２１０…触媒、２１３…シリンダヘッド、２１５…点火プラグ、２１６…コントロールユニット、２１７…スロットルセンサ、２１８…空気流量計、２２０…エアクリーナー、２２１…スロットルボディ、２２３…コレクタ、２２４…電制スロットル弁、２２５…各吸気通路、２２５Ａ…上段側吸気通路部分、２２５Ｂ…下段側吸気通路部分、２２７…ピストン、２２８…燃焼室、２２９…シリンダブロック、２３０…クランク角センサ、２３２…吸気弁、２３３…排気弁。

Claims (9)

1. 燃焼室内に縦渦等の空気流を生成するとともに、前記燃焼室内に燃料を直接噴射する装置と、エンジンの燃焼状態を圧縮行程噴射運転領域と吸気行程噴射運転領域に切換える燃焼モード切換手段と、前記燃焼切換手段によって、前記圧縮行程噴射運転領域から前記吸気行程噴射運転領域に移行に際し、前記移行からの所定時間内に、吸気行程噴射領域の燃料噴射量を増量補正する燃料噴射量補正手段と、前記燃焼切換手段によって、前記圧縮行程噴射運転領域から前記吸気行程噴射運転領域に移行せしめられるときに発生するトルク段差を検出する燃焼切換段差検出手段と、を具備し、
   前記燃焼切換段差検出手段によって検出された燃焼切換段差の大きさに応じて、前記燃料噴射量補正手段によって算出された補正量を補正する補正手段を有することを特徴とするエンジン制御装置。
2. 前記補正手段は、前記圧縮行程噴射から前記吸気行程噴射に移行した直後の所定時間内に、前記燃焼切換段差検出手段によって検出された燃焼切換段差が所定しきい値以上の時は、前記補正量を増量補正することを特徴とする請求項１記載のエンジン制御装置。
3. 前記補正手段は、前記圧縮行程噴射から前記吸気行程噴射に移行した直後の所定時間内に、前記燃焼切換段差検出手段によって検出された燃焼切換段差が所定しきい値以下の時は、前記補正量を減量補正することを特徴とする請求項１記載のエンジン制御装置。
4. 前記補正手段によって補正された前記補正量が、所定しきい値以上となったときは、所定期間圧縮行程噴射を禁止することを特徴とする請求項１または２記載のエンジン制御装置。
5. 燃焼室内に縦渦等の空気流を生成するとともに、前記燃焼室内に燃料を直接噴射する装置と、
   エンジンの燃焼状態を圧縮行程噴射運転領域と吸気行程噴射運転領域に切換える燃焼モード切換手段と、
   前記燃焼切換手段によって、前記吸気行程噴射運転領域から前記圧縮行程噴射運転領域に移行に際し、前記移行からの所定時間内に、圧縮行程噴射領域の燃料噴射量を減量補正する燃料噴射量補正手段と、前記燃焼切換手段によって、前記吸気行程噴射運転領域から前記圧縮行程噴射運転領域に移行せしめられるときに発生するトルク段差を検出する燃焼切換段差検出手段と、を具備し、
   前記燃焼切換段差検出手段によって検出された燃焼切換段差の大きさに応じて、前記燃料噴射量補正手段によって算出された補正量を補正する補正手段を有することを特徴とするエンジン制御装置。
6. 前記補正手段は、前記吸気行程噴射から前記圧縮行程噴射に移行した直後の所定時間内に、前記燃焼切換段差検出手段によって検出された燃焼切換段差が所定しきい値以上の時は、前記補正量を減量補正することを特徴とする請求項４記載のエンジン制御装置。
7. 前記補正手段によって補正された前記補正量が、所定しきい値以下となったときは、所定期間圧縮行程噴射を禁止することを特徴とする請求項５または６記載のエンジン制御装置。
8. 前記燃焼切換段差検出手段は、前記燃焼モード切換手段によって、燃焼モードが切換えられた直後の所定時間内に前記回転速度変動検出手段によって検出することを特徴とする請求項１，２，３，５または６のいずれかに記載のエンジン制御装置。
9. 前記補正手段は、エンジン回転，エンジン負荷毎に行うことを特徴とする請求項１，２，３，５または６のいずれかに記載のエンジン制御装置。
   

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