JP2006016973A - Control device of cylinder injection internal combustion engine - Google Patents

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宏 高木
Hiromi Yoshioka
浩見 吉岡
Shigeru Nakagawa
滋 中川
Toshiki Matsue
利樹 松江
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  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To eliminate a torque shock by accurately adjusting engine torque when switching its two combustion modes, in a cylinder injection internal combustion engine for operating by switching to a lean stratified combustion mode and a rich uniform combustion mode of the air-fuel ratio. <P>SOLUTION: For example, when switching to the uniform combustion mode from the stratified combustion mode, before switching a fuel injection mode, a throttle valve 20 is operated for closing by a predetermine quantity (the time t2 to t3). Thus, an intake air quantity reduces, and when the ce ratio becomes a predetermined value R (a stratified combustion limit), a (t4) fuel injection mode is switched to intake stroke injection from compression stroke injection. In this case, an ignition retard is performed for negating a sudden increase in engine torque caused by a jump of the air-fuel ratio, and a fuel injection quantity is increasingly corrected by the first one combustion cycle with respective cylinders 2 after its switching, by estimating an air quantity remaining in the respective cylinders 2 for switching the injection mode. Thus, the torque shock can be eliminated when switching the injection mode. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、空燃比のリーンな成層燃焼状態とリッチな均一燃焼状態とに切替えて運転される筒内噴射式内燃機関の制御装置に関し、特にそれら運転状態の切替えの際に発生するトルクショックを抑えるための補正制御の技術分野に属する。   The present invention relates to a control device for a direct injection internal combustion engine that is operated by switching between a lean stratified combustion state and a rich uniform combustion state of an air-fuel ratio, and in particular, a torque shock that is generated when switching between these operating states. It belongs to the technical field of correction control for suppression.

従来より一般に、気筒内の燃焼室に燃料を直接、噴射して燃焼させるようにした筒内噴射式のガソリンエンジン(内燃機関)において、比較的軽負荷の運転状態では、気筒の圧縮行程で噴射した燃料の混合気を点火プラグの周りに偏在させて着火、燃焼させることにより(成層燃焼)、その燃料に対する空気量の比率が非常に大きな(例えば空燃比A/Fが30以上)リーン状態で運転するようにしており、これによりポンピングロスや熱損失を大幅に低減して機関効率を高めることができる。   In general, in a cylinder-injection gasoline engine (internal combustion engine) in which fuel is directly injected into a combustion chamber in a cylinder and burned, in a relatively light load operation state, injection is performed in a compression stroke of the cylinder. By igniting and igniting the mixed fuel mixture that is unevenly distributed around the spark plug (stratified combustion), the ratio of the amount of air to the fuel is very large (for example, the air-fuel ratio A / F is 30 or more) in a lean state. The engine can be operated, thereby significantly reducing pumping loss and heat loss and increasing engine efficiency.

一方、比較的負荷の大きな運転状態では気筒の吸気行程で燃料を噴射し、これを吸気と十分に混合した上で燃焼させるようにしている(均一燃焼)。具体的には、まず、エンジンの負荷や回転数により規定される運転状態に応じてスロットル弁の開度を制御し、これにより吸気流量を調整するとともに、この吸気流量をセンサにより検出し、この検出値に基づいて目標とする空燃比になるように燃料噴射量を制御する。この際、燃焼効率の高さと触媒による排気浄化効率の高さから、目標空燃比は理論空燃比近傍に設定されることが多い。   On the other hand, in an operation state where the load is relatively large, fuel is injected during the intake stroke of the cylinder, and is mixed with the intake air and then burned (uniform combustion). Specifically, first, the opening degree of the throttle valve is controlled in accordance with the operating state defined by the engine load and the rotational speed, thereby adjusting the intake air flow rate and detecting the intake air flow rate with a sensor. Based on the detected value, the fuel injection amount is controlled so as to achieve a target air-fuel ratio. At this time, the target air-fuel ratio is often set near the stoichiometric air-fuel ratio because of the high combustion efficiency and the high exhaust gas purification efficiency by the catalyst.

そのように燃焼状態を切替えるのは、仮に前記成層燃焼状態のままで、負荷の上昇に応じて燃料噴射量を増やしていくと、燃焼室全体の空燃比は未だ理論空燃比よりもリーンな状態であっても、点火プラグ周りに偏在する混合気は理論空燃比よりもリッチな過濃状態になってしまい、燃焼性が悪化するとともに失火を招く虞れもあるからである(これを成層燃焼限界という)。   The combustion state is switched in such a manner that the air-fuel ratio of the entire combustion chamber is still leaner than the stoichiometric air-fuel ratio if the fuel injection amount is increased as the load increases while the stratified combustion state is maintained. Even so, the air-fuel mixture that is unevenly distributed around the spark plug becomes richer than the stoichiometric air-fuel ratio, which may lead to deterioration of combustibility and misfire (this is stratified combustion) Called the limit).

ところで、そのように運転中に燃焼状態を切替える結果として、従来の筒内噴射式エンジンでは不快なトルクショックが発生する虞れがあった。すなわち、前記の如く空燃比のリーンな成層燃焼状態ではスロットル弁を大きく開いて、エンジンの気筒に多量の空気を吸入するようにしており、一方、均一燃焼状態では空燃比は理論空燃比近傍乃至それよりもリッチにするために、スロットル弁の開度は相対的には小さくなる。   By the way, as a result of switching the combustion state during operation as described above, there is a possibility that an unpleasant torque shock may occur in the conventional in-cylinder injection type engine. That is, as described above, in the lean stratified combustion state of the air-fuel ratio, the throttle valve is greatly opened so that a large amount of air is sucked into the engine cylinder, while in the uniform combustion state, the air-fuel ratio is close to the stoichiometric air-fuel ratio. In order to make it richer than that, the opening of the throttle valve becomes relatively small.

このため、例えばエンジンを成層燃焼状態から均一燃焼状態に切替えるときには、まずスロットル弁を閉じて吸気量を減少させ、このことによって空燃比が成層燃焼限界付近に達する頃に燃料噴射モードを圧縮行程噴射から吸気行程噴射へ切替えることになるが、このときの空燃比は上述したように依然として理論空燃比よりもリーンな状態であり、その分、空気が多いにも拘わらず一足飛びに理論空燃比へ切替えることから(以下、空燃比のジャンプともいう)、エンジントルクが急増して、ショックが発生するものである。   For this reason, for example, when switching the engine from the stratified combustion state to the uniform combustion state, the throttle valve is first closed to reduce the intake air amount, so that when the air-fuel ratio reaches the vicinity of the stratified combustion limit, the fuel injection mode is set to the compression stroke injection. The air-fuel ratio at this time is still leaner than the stoichiometric air-fuel ratio as described above, and the air-fuel ratio at this time is switched to the stoichiometric air-fuel ratio in spite of the large amount of air. For this reason (hereinafter also referred to as air-fuel ratio jump), the engine torque rapidly increases and a shock is generated.

このトルクショックの問題に対して、例えば特許文献1に開示される筒内噴射式内燃機関の点火時期制御装置では、前記のように吸気行程噴射へ切替えるのと略同時に点火時期を大幅に遅角側に補正して(点火リタード)、前記空燃比のジャンプに起因するトルクの増大を相殺するようにしており、これによりトルクショックを或る程度、軽減することができる。
特許第3211677号公報
With respect to this problem of torque shock, for example, in the ignition timing control device for a direct injection internal combustion engine disclosed in Patent Document 1, the ignition timing is greatly retarded substantially simultaneously with switching to the intake stroke injection as described above. Correction (ignition retard) to cancel out the increase in torque caused by the jump of the air-fuel ratio, so that the torque shock can be reduced to some extent.
Japanese Patent No. 3211679

しかしながら、前記従来例のように燃料噴射モードの切替え直後に大幅な点火リタードを行なって、空燃比のジャンプに起因するエンジントルクの急増を相殺するようにしていても、それだけでは不十分であり、未だトルクショックが残ってしまうことが分かった。   However, even if a large ignition retard is performed immediately after switching of the fuel injection mode as in the conventional example so as to offset the sudden increase in engine torque caused by the air-fuel ratio jump, that is not sufficient. It turns out that torque shock still remains.

その理由は、以下のように考えられる。すなわち、燃焼状態が成層燃焼から均一燃焼に切替わるときには、これに伴い各気筒内の平均的な空燃比がリッチ側に変化することになるが、当該各気筒毎の切替え後の最初の1燃焼サイクルにおいては成層燃焼による既燃ガスが残留しており、その空燃比が相対的にリーンで空気量が多いことから、当該気筒内に新たに形成される混合気の空燃比が目標値(理論空燃比)よりもややリーン側にずれてしまう。   The reason is considered as follows. That is, when the combustion state is switched from stratified combustion to uniform combustion, the average air-fuel ratio in each cylinder changes to the rich side accordingly, but the first one combustion after switching for each cylinder In the cycle, burnt gas from stratified combustion remains, the air-fuel ratio is relatively lean, and the air volume is relatively large. Therefore, the air-fuel ratio of the newly formed air-fuel mixture in the cylinder is the target value (theoretical). The air / fuel ratio is slightly leaner than the air / fuel ratio.

そして、前記の如く燃料噴射モードの切替え直後で大幅な点火リタードが行なわれているときに空燃比がリーン側にずれると、この空燃比のずれによってもエンジントルクが低下することになるので、その分、トルクダウン量が大きくなり過ぎてしまい、切替えの前後でエンジントルクを正確に合わせることができなかったのである。   As described above, if the air-fuel ratio shifts to the lean side when a large ignition retard is being performed immediately after the fuel injection mode is switched, the engine torque also decreases due to this air-fuel ratio shift. Therefore, the torque reduction amount becomes too large, and the engine torque cannot be accurately adjusted before and after the switching.

前記の如き知見に基づいて、本発明は、空燃比のリーンな成層燃焼状態とリッチな均一燃焼状態との間でエンジンの燃焼状態を切替えるときのエンジントルクを正確に合わせて、トルクショックを解消することを目的とするものである。   Based on the above knowledge, the present invention eliminates torque shock by accurately matching the engine torque when switching the engine combustion state between the lean stratified combustion state of the air-fuel ratio and the rich uniform combustion state. It is intended to do.

前記目的の達成のために、本発明は、エンジン(内燃機関)の運転状態が成層燃焼状態から均一燃焼状態に切替わるときに気筒内に残留している空気量を推定し、切替え後の最初の1燃焼サイクルだけは、前記残留空気量の推定値に基づいてエンジントルクを増大補正するようにした。   In order to achieve the above object, the present invention estimates the amount of air remaining in the cylinder when the operating state of the engine (internal combustion engine) is switched from the stratified combustion state to the uniform combustion state. In only one combustion cycle, the engine torque is corrected to be increased based on the estimated value of the residual air amount.

具体的に、請求項1の発明では、内燃機関の運転状態に応じて、少なくとも気筒の圧縮行程で燃料を噴射して成層リーン燃焼状態とする圧縮行程噴射モード、及び、吸気行程で燃料を噴射して均一リッチ燃焼状態とする吸気行程噴射モードの切替え制御を行う切替制御手段と、この切替制御手段によって圧縮行程噴射モードから吸気行程噴射モードへの切替えが行われるときに、この切替えに伴う機関トルクの変動を打ち消すように点火時期を遅角制御する遅角制御手段と、を備えた筒内噴射式内燃機関の燃料制御装置を対象とし、 前記切替制御手段によって圧縮行程噴射モードから吸気行程噴射モードへ切替えられる気筒内に残留する空気量を推定する残留空気量推定手段と、
前記吸気行程噴射モードへ切替え後の気筒の最初の1燃焼サイクルに対応して、少なくとも前記残留空気量推定手段により推定された残留空気量に基づいて機関トルクを増大補正するトルクアップ補正手段と、を備えるものとする。
Specifically, in the first aspect of the invention, in accordance with the operating state of the internal combustion engine, the fuel is injected at least in the compression stroke of the cylinder to be in the stratified lean combustion state, and the fuel is injected in the intake stroke. Switching control means for performing switching control of the intake stroke injection mode to achieve a uniform rich combustion state, and when the switching control means switches from the compression stroke injection mode to the intake stroke injection mode, the engine associated with this switching The present invention is directed to a fuel control device for a direct-injection internal combustion engine having retard control means for retarding ignition timing so as to cancel torque fluctuations, and is provided with an intake stroke injection from a compression stroke injection mode by the switching control means. A residual air amount estimating means for estimating an air amount remaining in the cylinder switched to the mode;
Torque-up correction means for increasing and correcting the engine torque based on at least the residual air amount estimated by the residual air amount estimation means, corresponding to the first one combustion cycle of the cylinder after switching to the intake stroke injection mode; Shall be provided.

前記の構成により、まず、筒内噴射式内燃機関(以下、エンジン)の運転状態が変化し、これに応じて、切替制御手段により圧縮行程噴射モード(成層燃焼状態)から吸気行程噴射モード(均一燃焼状態)への切替え制御が行われるときには、この切替えに伴い空燃比がリッチ側へ急変(ジャンプ)してもエンジントルクが変動しないように、遅角制御手段によって点火時期が大幅に遅角側に制御(点火リタード)される。   With the above configuration, first, the operating state of the direct injection internal combustion engine (hereinafter referred to as the engine) changes, and in response to this, the switching control means changes from the compression stroke injection mode (stratified combustion state) to the intake stroke injection mode (uniform). When the switching control to the combustion state) is performed, the ignition timing is greatly retarded by the retard control means so that the engine torque does not fluctuate even if the air-fuel ratio suddenly changes (jumps) to the rich side along with this switching. (Ignition retarded).

そのように圧縮行程噴射モードから吸気行程噴射モードへ切替えられる気筒内には、成層燃焼による既燃ガス(排気)が残留することになるので、通常の均一燃焼時に比べて気筒内の残留空気量が多くなっており、それ故に、切替え後の最初の1燃焼サイクルでは当該気筒内に新たに形成される混合気の空燃比がややリーン側にずれてしまい、前記の大幅な点火リタードと相俟って、エンジントルクがやや低下することになる。   In the cylinder that is switched from the compression stroke injection mode to the intake stroke injection mode in this way, burned gas (exhaust gas) due to stratified combustion remains, so the amount of residual air in the cylinder compared to normal uniform combustion Therefore, in the first one combustion cycle after switching, the air-fuel ratio of the air-fuel mixture newly formed in the cylinder slightly shifts to the lean side, which is incompatible with the significant ignition retard. As a result, the engine torque is slightly reduced.

これに対し、そのように吸気行程噴射モードへ切替えられる気筒内の残留空気量が残留空気量推定手段により推定され、その切替え後の気筒の最初の1燃焼サイクルにおいては少なくとも前記推定された残留空気量に基づいて、トルクアップ補正手段によりエンジントルクが増大補正される。このことで、前記残留空気の影響によって生じるエンジントルクの低下分も相殺することができ、燃料噴射モード切替えの前後におけるエンジントルクの変動がなくなって、トルクショックが解消される。   On the other hand, the residual air amount in the cylinder thus switched to the intake stroke injection mode is estimated by the residual air amount estimation means, and at least the estimated residual air in the first one combustion cycle of the cylinder after the switching. Based on the amount, the engine torque is increased and corrected by the torque-up correction means. As a result, a decrease in engine torque caused by the influence of the residual air can also be offset, and fluctuations in engine torque before and after fuel injection mode switching are eliminated, eliminating torque shock.

前記制御装置の具体的な構成として、切替制御手段による噴射モードの切替え制御に伴い気筒内の残留空気の影響によって生じる機関トルクの低下分を、残留空気量推定手段による残留空気量の推定値と遅角制御手段による点火時期の遅角制御量とに基づいて推定するトルクダウン量推定手段を備え、トルクアップ補正手段は、前記トルクダウン量推定手段による推定値に応じて機関トルクを増大補正するものとすればよい(請求項2の発明)。   As a specific configuration of the control device, a decrease in the engine torque caused by the influence of the residual air in the cylinder accompanying the switching control of the injection mode by the switching control means is used as an estimated value of the residual air quantity by the residual air quantity estimating means. Torque down amount estimation means for estimating the ignition timing based on the retard angle control amount by the retard angle control means is provided, and the torque up correction means increases and corrects the engine torque according to the estimated value by the torque down amount estimation means. What is necessary is just to be (the invention of Claim 2).

すなわち、一般に、均一燃焼状態においてエンジントルクは点火時期をMBTから遅角側に変更するに従い低下していくが、そのトルクダウン量は空燃比によって変化し、理論空燃比近傍ではリーン側ほどトルクダウン量が大きくなる傾向がある(図8参照)。   That is, in general, the engine torque in the uniform combustion state decreases as the ignition timing is changed from the MBT to the retard side, but the torque reduction amount changes depending on the air-fuel ratio, and the torque decreases as the lean side near the stoichiometric air-fuel ratio. The amount tends to increase (see FIG. 8).

そこで、残留空気量推定手段による残留空気量の推定値から気筒内の空燃比を求め、この空燃比と点火時期の遅角制御量とに基づいてトルクダウン量推定手段により、残留空気の影響によって生じるエンジントルクの低下分を正確に推定することができる。こうして推定したトルクダウンを相殺するようにエンジントルクを増大補正することで、切替えの前後におけるエンジントルクの変動をなくすことができる。   Therefore, the air-fuel ratio in the cylinder is obtained from the estimated value of the residual air amount by the residual air amount estimating means, and the torque-down amount estimating means based on the air-fuel ratio and the retarded control amount of the ignition timing is influenced by the influence of the residual air. It is possible to accurately estimate the reduction in engine torque that occurs. By correcting the increase of the engine torque so as to cancel out the estimated torque reduction, fluctuations in the engine torque before and after the switching can be eliminated.

より具体的に、前記トルクアップ補正手段は、吸気行程噴射モードへ切替え後の気筒の最初の1燃焼サイクルだけ、トルクダウン量推定手段による推定値に基づいて燃料噴射量を増量補正するものとすればよく(請求項3の発明)、或いは、トルクダウン量推定手段による推定値に基づいて点火時期の遅角制御量を減少補正するものとしてもよい(請求項4の発明)。   More specifically, the torque-up correction unit is configured to increase the fuel injection amount for the first one combustion cycle of the cylinder after switching to the intake stroke injection mode based on the estimated value by the torque-down amount estimation unit. (The invention of claim 3) or the ignition timing retardation control amount may be corrected to decrease based on the estimated value by the torque reduction amount estimating means (invention of claim 4).

尚、エンジンにトルクアシストの可能な電動モータが装備されている場合には、吸気行程噴射モードへ切替え後の最初の1燃焼サイクルだけ電動モータをアシスト作動させて、エンジントルクを増大補正することも可能である。この場合には、前記電動モータとその作動制御を行うコントローラとによって、トルクアップ補正手段が構成される。   If the engine is equipped with an electric motor capable of torque assist, the engine torque can be increased and corrected by assisting the electric motor for the first one combustion cycle after switching to the intake stroke injection mode. Is possible. In this case, a torque-up correction means is constituted by the electric motor and a controller that controls its operation.

さらに、前記制御装置の具体的な構成として、エンジン(内燃機関)の吸気圧を検出する吸気圧検出手段と、エンジンの排気圧に関するパラメータ値(例えば吸気流量及び燃料噴射量)を検出するパラメータ値検出手段とを備え、その上で、前記残留空気量推定手段は、前記検出された吸気圧及びパラメータ値に基づいて気筒内の残留空気量を推定するものとしてもよい(請求項5の発明)。   Further, as a specific configuration of the control device, an intake pressure detecting means for detecting an intake pressure of the engine (internal combustion engine) and a parameter value for detecting parameter values (for example, an intake flow rate and a fuel injection amount) relating to the exhaust pressure of the engine. Detection means, and the residual air amount estimation means may estimate the residual air amount in the cylinder based on the detected intake pressure and parameter values. (Invention of Claim 5) .

こうすれば、気筒の排気行程で一旦、吸排気通路に流出した後、吸気行程で再び当該気筒内に吸入される排気中の空気量も含めて、当該気筒内の残留空気量を極めて正確に推定することができる。   In this way, after the exhaust stroke of the cylinder once flows into the intake / exhaust passage, the residual air amount in the cylinder, including the amount of air in the exhaust drawn into the cylinder again in the intake stroke, is very accurately determined. Can be estimated.

以上のように、本発明に係る筒内噴射式内燃機関の制御装置によると、エンジンの燃料噴射形態を圧縮行程噴射モード(成層燃焼状態)から吸気行程噴射モード(均一燃焼状態)に切替えたときに、その切替え直後の気筒内に残留する空気量が通常の均一燃焼状態よりも多くなることによって、空燃比がリーン側にずれてしまい、このことと点火リタードとの相互作用でトルクダウンが生じることに着目し、前記燃料噴射モードの切替え直後の気筒内に残留する空気量を推定して、切替え直後の1燃焼サイクルだけは少なくとも前記残留空気量の推定値に基づいてエンジントルクを増大補正するようにしたので、燃料噴射モード切替えの前後におけるエンジントルクの変動をなくして、トルクショックを解消することができる。
As described above, according to the control apparatus for a direct injection internal combustion engine according to the present invention, when the fuel injection mode of the engine is switched from the compression stroke injection mode (stratified combustion state) to the intake stroke injection mode (uniform combustion state). In addition, since the air amount remaining in the cylinder immediately after the switching becomes larger than the normal uniform combustion state, the air-fuel ratio shifts to the lean side, and the torque reduction occurs due to the interaction between this and the ignition retard. Paying attention to this, the amount of air remaining in the cylinder immediately after switching of the fuel injection mode is estimated, and the engine torque is increased and corrected based on at least the estimated value of the remaining air amount for only one combustion cycle immediately after switching. Since it did in this way, the fluctuation | variation of the engine torque before and after fuel injection mode switching can be eliminated, and a torque shock can be eliminated.

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. It should be noted that the following description of the preferred embodiment is merely illustrative in nature, and is not intended to limit the present invention, its application, or its use.

(エンジンの概略構成)
図1は、本発明の実施形態に係る制御装置を備えた筒内噴射式のガソリンエンジン1(内燃機関)の概略構成を模式的に示し、この実施形態のエンジン1は、図には1つのみ示すが、複数のシリンダ(気筒)2,2,…が直列に配置されたものである。図示の如く、気筒2の上端はシリンダブロック3の上端面に開口していて、そこに載置されたシリンダヘッド4の下面により閉塞されている。該気筒2内にはピストン5が往復動可能に嵌挿されていて、このピストン5の上面とシリンダヘッド4の下面との間に燃焼室6が区画されている。
(Schematic configuration of the engine)
FIG. 1 schematically shows a schematic configuration of a direct-injection gasoline engine 1 (internal combustion engine) equipped with a control device according to an embodiment of the present invention. Only a plurality of cylinders (cylinders) 2, 2,... Are arranged in series. As shown in the figure, the upper end of the cylinder 2 is opened at the upper end surface of the cylinder block 3 and is closed by the lower surface of the cylinder head 4 placed there. A piston 5 is fitted in the cylinder 2 so as to be able to reciprocate. A combustion chamber 6 is defined between the upper surface of the piston 5 and the lower surface of the cylinder head 4.

一方、ピストン5の下方のクランクケース内にはクランク軸7が配設され、コネクティングロッドによって各気筒2のピストン5とそれぞれ連結されている。また、クランクケース内には、クランク軸7の一端側において、その回転角度を検出するためのクランク角センサ8が配設されている。   On the other hand, a crankshaft 7 is disposed in a crankcase below the piston 5, and is connected to the piston 5 of each cylinder 2 by a connecting rod. Further, a crank angle sensor 8 for detecting the rotation angle is disposed in one end side of the crankshaft 7 in the crankcase.

前記シリンダヘッド4には、各気筒2毎にその軸心に沿うようにして点火プラグ9が配設されている。この点火プラグ9の先端の電極は燃焼室6に臨むように配置され、一方、点火プラグ9の基端部は点火回路10に接続されている。この点火回路10にはイグナイタ及びイグニッションコイルが含まれており、後述のECU30からの制御信号を受けて各気筒2毎に所定のタイミングで点火プラグ9に通電するようになっている。   A spark plug 9 is disposed in the cylinder head 4 along the axis of each cylinder 2. The electrode at the tip of the spark plug 9 is disposed so as to face the combustion chamber 6, while the base end portion of the spark plug 9 is connected to the ignition circuit 10. The ignition circuit 10 includes an igniter and an ignition coil, and energizes the spark plug 9 at a predetermined timing for each cylinder 2 in response to a control signal from an ECU 30 described later.

また、各気筒2の周縁部には燃料噴射弁12が配設されていて、その先端の噴口が燃焼室6を臨む一方、燃料噴射弁12の基端部は図示しない燃料供給系に接続されている。そして、ECU30からの制御信号を受けて燃料噴射弁12が気筒2の圧縮行程の所定のタイミングで噴射作動すると、その噴口から噴出した燃料噴霧が点火プラグ9周りに層状に分布した混合気の層を形成し、一方、燃料噴射弁12が気筒2の吸気行程で噴射作動すると、燃料噴霧は燃焼室6に拡散して均一な混合気を形成するようになる。   A fuel injection valve 12 is disposed at the peripheral edge of each cylinder 2, and a nozzle hole at the tip of the cylinder 2 faces the combustion chamber 6, while a base end portion of the fuel injection valve 12 is connected to a fuel supply system (not shown). ing. When the fuel injection valve 12 receives the control signal from the ECU 30 and performs the injection operation at a predetermined timing of the compression stroke of the cylinder 2, the fuel mixture sprayed from the injection port is a layer of the air-fuel mixture distributed in a layered manner around the spark plug 9 On the other hand, when the fuel injection valve 12 performs the injection operation in the intake stroke of the cylinder 2, the fuel spray diffuses into the combustion chamber 6 to form a uniform air-fuel mixture.

さらに、前記シリンダヘッド4には、各気筒2毎の燃焼室6に臨んで開口するように吸気ポート13及び排気ポート14がそれぞれ形成され、その各ポート開口部にはそれぞれ図示しないカム軸によって開閉されるように吸気弁15及び排気弁16が配設されている。そのカム軸は吸気側及び排気側に1本ずつ設けられており、共通のタイミングチェーンによってクランク軸7と同期して回転されるようになっている。   Further, an intake port 13 and an exhaust port 14 are formed in the cylinder head 4 so as to open toward the combustion chamber 6 for each cylinder 2, and each port opening is opened and closed by a cam shaft (not shown). As shown, an intake valve 15 and an exhaust valve 16 are provided. One camshaft is provided on each of the intake side and the exhaust side, and the camshaft is rotated in synchronization with the crankshaft 7 by a common timing chain.

前記シリンダヘッド4の吸気側(図の右側)には、吸気ポート13に連通するようにして吸気通路17が接続されている。この吸気通路17は、各気筒2の燃焼室6に対してエアクリーナ(図示せず)で濾過した吸気を供給するためのものであり、サージタンク18よりも上流の共通通路には、電動アクチュエータ19などにより駆動されて吸気を絞るスロットル弁20が配設される一方、サージタンク18よりも下流側は、気筒2毎の独立通路に分かれた吸気マニホルドとされている。この吸気マニホルドには、吸気の圧力状態(マニホルド負圧)を検出するための吸気圧センサ21が配設されている。   An intake passage 17 is connected to the intake side (right side in the drawing) of the cylinder head 4 so as to communicate with the intake port 13. The intake passage 17 is for supplying intake air filtered by an air cleaner (not shown) to the combustion chamber 6 of each cylinder 2, and an electric actuator 19 is provided in a common passage upstream of the surge tank 18. A throttle valve 20 that is driven to throttle intake air is provided, and an intake manifold divided into independent passages for each cylinder 2 is provided downstream of the surge tank 18. The intake manifold is provided with an intake pressure sensor 21 for detecting an intake pressure state (manifold negative pressure).

また、シリンダヘッド4の排気側(図の左側)には、排気ポート14に連通するようにして、各気筒2の燃焼室6から既燃ガスを排出するための排気通路22が接続されている。その排気通路22の最上流側は各気筒2毎の独立通路からなる排気マニホルドによって構成され、この排気マニホルドよりも下流の排気通路22には、図示しないが、排気中のHC,CO、NOxなどを浄化するための触媒が介設されている。   Further, an exhaust passage 22 for discharging burned gas from the combustion chamber 6 of each cylinder 2 is connected to the exhaust side (the left side in the figure) of the cylinder head 4 so as to communicate with the exhaust port 14. . The most upstream side of the exhaust passage 22 is constituted by an exhaust manifold comprising an independent passage for each cylinder 2, and although not shown in the exhaust passage 22 downstream of the exhaust manifold, HC, CO, NOx, etc. in the exhaust The catalyst for purifying is interposed.

前記排気マニホルドには、排気中の酸素濃度を検出する酸素濃度センサ23が配設されるとともに、その上流側の排気通路22から分岐するようにして、排気の一部を吸気系に環流させるためのEGR通路24の上流端が接続されている。このEGR通路24の下流端は吸気通路17の例えばサージタンク18などに接続されていて、その近傍には排気の環流量を調節するためのEGR弁25が配設されている。   The exhaust manifold is provided with an oxygen concentration sensor 23 for detecting the oxygen concentration in the exhaust gas, and in order to circulate a part of the exhaust gas to the intake system so as to branch from the exhaust passage 22 on the upstream side. The upstream end of the EGR passage 24 is connected. The downstream end of the EGR passage 24 is connected to, for example, a surge tank 18 of the intake passage 17, and an EGR valve 25 for adjusting the exhaust gas flow rate is disposed in the vicinity thereof.

前記エンジン1の運転制御は、エンジンコントロールユニット30(以下、ECUという)によって行われる。すなわち、ECU30は、少なくとも前記のクランク角センサ8、吸気圧センサ21、酸素濃度センサ23からの信号と、スロットル弁20よりも上流の吸気通路17に配設された吸気流量センサ27からの信号と、エンジン1の冷却水温を検出する水温センサ28からの信号とを入力するとともに、車両のアクセルペダルの踏み操作量(アクセル開度)を検出するアクセル開度センサ31からの信号と、車両の走行速度を検出する車速センサ32からの信号とを入力し、これらの入力値に応じて、所定の制御プログラムに従って前記点火回路10、燃料噴射弁12、スロットル弁20、EGR弁25などを制御する。   Operation control of the engine 1 is performed by an engine control unit 30 (hereinafter referred to as ECU). That is, the ECU 30 includes at least signals from the crank angle sensor 8, the intake pressure sensor 21, and the oxygen concentration sensor 23, and a signal from the intake flow rate sensor 27 disposed in the intake passage 17 upstream of the throttle valve 20. A signal from a water temperature sensor 28 that detects the cooling water temperature of the engine 1 is input, a signal from an accelerator opening sensor 31 that detects a stepping amount (accelerator opening) of an accelerator pedal of the vehicle, and a vehicle running A signal from the vehicle speed sensor 32 that detects the speed is input, and the ignition circuit 10, the fuel injection valve 12, the throttle valve 20, the EGR valve 25, and the like are controlled in accordance with a predetermined control program in accordance with these input values.

(エンジン制御の概要)
具体的に、この実施形態に係るエンジン1は、温間であればその運転状態に応じて燃料の噴射形態が大きく2つに切替えられて、相互に異なる2つの燃焼状態で運転されるようになっている。すなわち、まず図2に模式的に示すように、エンジン1の負荷及び回転数によって規定される運転領域が、相対的に低負荷低回転側の成層燃焼領域と高負荷高回転側の均一燃焼領域とに2分されている。
(Outline of engine control)
Specifically, if the engine 1 according to this embodiment is warm, the fuel injection mode is largely switched to two according to the operation state, and is operated in two different combustion states. It has become. That is, first, as schematically shown in FIG. 2, the operation region defined by the load and the rotational speed of the engine 1 is a stratified combustion region on the relatively low load low rotation side and a uniform combustion region on the high load high rotation side. And two minutes.

そして、前記成層燃焼領域では、燃料噴射弁12により気筒2の圧縮行程で燃料を噴射させて(圧縮行程噴射モード)点火プラグ9の周りに層状に分布する混合気に着火して、燃焼させる(以下、この運転モードを成層燃焼モードという)。このときには、スロットル弁20を大きく開いて気筒2内に多量の空気を取り入れるようにしており、このことで、気筒2内燃焼室6の平均的な空燃比は非常にリーンな状態(例えばA/F>30くらい)になる。   In the stratified combustion region, fuel is injected by the fuel injection valve 12 in the compression stroke of the cylinder 2 (compression stroke injection mode), and the air-fuel mixture distributed in a layered manner around the spark plug 9 is ignited and burned ( Hereinafter, this operation mode is referred to as a stratified combustion mode). At this time, the throttle valve 20 is opened wide so that a large amount of air is taken into the cylinder 2, so that the average air-fuel ratio of the combustion chamber 6 in the cylinder 2 is in a very lean state (for example, A / F> 30).

一方、前記均一燃焼領域では、燃料噴射弁12により気筒2の吸気行程で燃料を噴射させ(吸気行程噴射モード)、この燃料が拡散しながら吸気と混合されて、燃焼室6に概ね均一な混合気が形成された後に着火して、燃焼させる(以下、この運転モードを均一燃焼モードという)。このときには、全負荷に近い高負荷状態を除いて、空燃比が略理論空燃比(A/F=14.7)になるように燃料噴射量やスロットル開度等を制御する。また、全負荷に近い高負荷状態では、空燃比は理論空燃比よりもリッチになるように制御する。   On the other hand, in the uniform combustion region, fuel is injected in the intake stroke of the cylinder 2 by the fuel injection valve 12 (intake stroke injection mode), and this fuel is mixed with the intake air while diffusing, so that the combustion chamber 6 is almost uniformly mixed. After the gas is formed, it is ignited and burned (hereinafter, this operation mode is referred to as a uniform combustion mode). At this time, the fuel injection amount, the throttle opening, and the like are controlled so that the air-fuel ratio becomes substantially the stoichiometric air-fuel ratio (A / F = 14.7) except for a high load state close to the full load. In a high load state close to the full load, the air-fuel ratio is controlled to be richer than the stoichiometric air-fuel ratio.

尚、図には特に示さないが、前記成層燃焼領域を含むエンジン1の低負荷及び中負荷の運転領域では、EGR弁25を開いて、EGR通路24により排気の一部を吸気通路17に還流させるようにしており、これにより燃焼室6の熱容量を増大させて、燃焼に伴うNOxの生成を抑えることができる。   Although not particularly shown in the figure, in the low load and medium load operation regions of the engine 1 including the stratified combustion region, the EGR valve 25 is opened and a part of the exhaust gas is recirculated to the intake passage 17 by the EGR passage 24. Thus, the heat capacity of the combustion chamber 6 can be increased, and the generation of NOx accompanying combustion can be suppressed.

より具体的に、図3は前記ECU30における燃料噴射弁12及びスロットル弁20の基本的な制御ロジックを示す機能ブロック図であり、この実施形態では図示の如く、まずアクセル開度及び車速に基づいてエンジン1への要求トルクTrを求める。これは、予めアクセル開度及び車速に対応付けて要求トルクTrを設定したマップから読み込むようにしてもよいし、予め設定した計算式により求めるようにしてもよい。そうして求めた要求トルクTrに対して要求ISCトルクを加算して、正味の目標負荷Peを求める。   More specifically, FIG. 3 is a functional block diagram showing basic control logic of the fuel injection valve 12 and the throttle valve 20 in the ECU 30. In this embodiment, as shown in the drawing, first, based on the accelerator opening and the vehicle speed. A required torque Tr for the engine 1 is obtained. This may be read from a map in which the required torque Tr is set in advance in association with the accelerator opening and the vehicle speed, or may be obtained by a preset calculation formula. The required ISC torque is added to the required torque Tr thus determined to determine the net target load Pe.

尚、前記要求ISCトルクというのは、エンジン1のアイドル運転時にアクセルペダルが全閉とされていても燃料供給が行われるようにするための制御上のパラメータであり、アイドル運転時にのみ所定値が入力され、それ以外は0とされる。これにより、アイドル運転時にアクセル開度及び車速が0であれば、前記正味の目標負荷Peは要求ISCトルクに相当するものとなり、これに基づいてアイドル運転に必要な燃料が供給されることになる。   The required ISC torque is a control parameter for allowing fuel to be supplied even when the accelerator pedal is fully closed during the idling operation of the engine 1. The predetermined ISC torque has a predetermined value only during the idling operation. It is input, otherwise it is set to 0. Thus, if the accelerator opening and the vehicle speed are zero during idle operation, the net target load Pe corresponds to the required ISC torque, and based on this, fuel necessary for idle operation is supplied. .

次に、ECU30は、前記のようにして求めた正味の目標負荷Peにエンジン1の機械損失やポンピングロスによる損失分の推定値Pfを加えて、以下の制御に用いられる目標負荷Piを決定する。ここで、前記機械損失及びポンピングロスの大きさは、それぞれ、図4に示すように予め設定されたテーブルから読み込むようにしており、図の例では、機械損失の大きさはエンジン1の運転状態によらず、エンジン水温に対応付けて設定されており(同図(a))、一方、エンジン1の定常的な運転状態に対応するポンピングロスは、例えば吸気の流量及びエンジン回転数から算出される実吸気充填効率(実ce)に対応付けて設定されている(同図(b))。   Next, the ECU 30 adds the estimated value Pf of the loss due to the mechanical loss or pumping loss of the engine 1 to the net target load Pe obtained as described above, and determines the target load Pi used for the following control. . Here, the magnitudes of the mechanical loss and the pumping loss are read from a preset table as shown in FIG. 4, and the magnitude of the mechanical loss is the operating state of the engine 1 in the example shown in the figure. Regardless of the engine water temperature, the pumping loss corresponding to the steady operating state of the engine 1 is calculated from, for example, the flow rate of the intake air and the engine speed. Is set in correspondence with the actual intake charging efficiency (actual ce) ((b) in the figure).

そして、前記制御上の目標負荷Piとエンジン回転数とに基づいて、ECU30は、前記図2に示したマップからエンジン1の運転モードを決定するとともに、目標燃料噴射量Fと目標空燃比A/Fとをそれぞれ決定する。すなわち、エンジン1が図2のマップ上の成層燃焼領域にあれば、ECU30は、燃料噴射弁12による燃料の噴射形態を圧縮行程噴射モードとし、一方、均一燃焼領域では吸気行程噴射モードとする。   Then, based on the control target load Pi and the engine speed, the ECU 30 determines the operation mode of the engine 1 from the map shown in FIG. 2, and also sets the target fuel injection amount F and the target air-fuel ratio A / F are determined respectively. That is, if the engine 1 is in the stratified combustion region on the map of FIG. 2, the ECU 30 sets the fuel injection form by the fuel injection valve 12 to the compression stroke injection mode, while setting the intake stroke injection mode in the uniform combustion region.

また、目標空燃比A/Fは、前記成層燃焼モード及び均一燃焼モードのそれぞれでエンジン1の出力特性及び排気性状の最適なバランスが得られるように、予め目標負荷Pi及びエンジン回転数に対応付けてマップとして設定されており、上述したように、成層燃焼モードでは非常にリーンに、また、前記均一燃焼領域の大部分では略理論空燃比に、さらに、均一燃焼領域の高負荷側では理論空燃比よりもリッチに設定されている。   Further, the target air-fuel ratio A / F is associated with the target load Pi and the engine speed in advance so that an optimum balance between the output characteristics and the exhaust properties of the engine 1 can be obtained in each of the stratified combustion mode and the uniform combustion mode. As described above, it is very lean in the stratified combustion mode, substantially the stoichiometric air-fuel ratio in most of the uniform combustion region, and further on the high load side of the uniform combustion region. It is set richer than the fuel ratio.

さらに、目標燃料噴射量Fは、前記成層燃焼モード及び均一燃焼モードのそれぞれで、エンジントルクが前記要求トルクTrに相当するものとなるように、予め目標負荷Pi及びエンジン回転数に対応する基本的な値Fa(以下、要求基本噴射量という)がマップとして設定されており、このマップから読み出した要求基本噴射量Faに基づいて目標燃料噴射量Fが設定される。   Further, the target fuel injection amount F corresponds to the target load Pi and the engine speed in advance so that the engine torque corresponds to the required torque Tr in each of the stratified combustion mode and the uniform combustion mode. A small value Fa (hereinafter referred to as a required basic injection amount) is set as a map, and the target fuel injection amount F is set based on the required basic injection amount Fa read from this map.

前記の燃料噴射量のマップは、予め前記の燃焼モードや空燃比の相違に起因するエンジン1の出力特性を織り込んで設定されており、圧縮行程噴射モードでは、前記目標燃料噴射量Fが概ねそのまま燃料噴射弁12の制御に用いられる目標燃料噴射量Fsとなって、ECU30は、そのFsに基づいて燃料噴射弁12への制御信号(噴射パルス)を出力する。一方、吸気行程噴射モードの目標燃料噴射量Fhは、空燃比の制御精度を優先して前記目標空燃比A/Fと実ceとに基づいて決定される。   The map of the fuel injection amount is set in advance by taking into account the output characteristics of the engine 1 resulting from the difference in the combustion mode and the air-fuel ratio. In the compression stroke injection mode, the target fuel injection amount F is almost unchanged. The ECU 30 outputs a control signal (injection pulse) to the fuel injection valve 12 based on the target fuel injection amount Fs used for controlling the fuel injection valve 12. On the other hand, the target fuel injection amount Fh in the intake stroke injection mode is determined based on the target air-fuel ratio A / F and the actual ce with priority given to the control accuracy of the air-fuel ratio.

また、ECU30は、前記の如く求めた目標燃料噴射量F(=要求基本噴射量Fa)と目標空燃比A/Fとに基づいて、エンジン1の運転モード毎にそれぞれ目標吸気充填効率(目標ce)を求め、さらに、この目標ceにエンジン回転数を掛け合わせて、目標吸気量を求める。そして、この目標吸気量に基づいて目標スロットル開度を決定し、これに応じてスロットル弁20のアクチュエータ19に制御信号を出力するようになっている。   Further, the ECU 30 sets the target intake charging efficiency (target ce) for each operation mode of the engine 1 based on the target fuel injection amount F (= required basic injection amount Fa) and the target air-fuel ratio A / F determined as described above. ) And the target ce is multiplied by the engine speed to determine the target intake air amount. A target throttle opening is determined based on the target intake air amount, and a control signal is output to the actuator 19 of the throttle valve 20 in accordance with the target throttle opening.

尚、そのようにしてスロットル弁20の制御が行われる結果として、定常運転状態であれば実ceと目標ceとが略一致することになるので、吸気行程噴射モードでも目標燃料噴射量Fが概ねFhに一致する。また、ECU30は、以下に述べる運転モード切替えの過渡時には前記目標ceの実ceに対する比率(ceレシオ)を算出し、このceレシオに基づいて燃料噴射モードの切替えタイミングを決定する。   As a result of controlling the throttle valve 20 in this manner, the actual ce and the target ce substantially coincide with each other in the steady operation state, so that the target fuel injection amount F is almost equal even in the intake stroke injection mode. Matches Fh. In addition, the ECU 30 calculates the ratio of the target ce to the actual ce (ce ratio) during the transition of the operation mode switching described below, and determines the fuel injection mode switching timing based on the ce ratio.

以上の如く、ECU30は、エンジン1への要求トルクTrに基づいて目標燃料噴射量Fを設定する目標噴射量設定部30aと、エンジン1の運転状態に応じて成層燃焼モード(圧縮行程噴射モード)と均一燃焼モード(吸気行程噴射モード)との切替え制御を行う切替制御部30bと、エンジン1の運転状態に応じて目標空燃比A/Fを、均一燃焼モードでは理論空燃比乃至それよりも小さなリッチ側の値に設定する一方、成層燃焼モードでは理論空燃比よりも大きなリーン側の値に設定する目標空燃比設定部30cと、そうして設定された目標燃料噴射量F及び目標空燃比A/Fとエンジン回転数とに基づいて、スロットル弁20の目標開度を設定する目標スロットル開度設定部30dとを備えている。   As described above, the ECU 30 sets the target fuel injection amount F based on the required torque Tr to the engine 1 and the stratified combustion mode (compression stroke injection mode) according to the operating state of the engine 1. And a control unit 30b that performs switching control between the uniform combustion mode (intake stroke injection mode) and the target air-fuel ratio A / F according to the operating state of the engine 1, and the stoichiometric air-fuel ratio or smaller in the uniform combustion mode. The target air-fuel ratio setting unit 30c is set to a value on the rich side, while in the stratified combustion mode, is set to a value on the lean side that is larger than the stoichiometric air-fuel ratio, and the target fuel injection amount F and target air-fuel ratio A thus set A target throttle opening setting unit 30d that sets the target opening of the throttle valve 20 based on / F and the engine speed is provided.

そして、図2に矢印で示すようにエンジン1の運転状態がマップ上の2つの領域に跨って変化するとき、ECU30は、燃料噴射モードを切替えるとともに、スロットル開度を変更することによって、エンジン1の燃焼モードを切替えることになる。この際、スロットル開度の変更による吸気量の変化は比較的応答遅れの大きなものであり、一方、燃料噴射モードの切替えは制御信号に速やかに応答するものであるから、その応答遅れの差を考慮して、先にスロットル弁20を作動させて吸気量を或る程度、変化させた後に、燃料噴射モードを切替えるようにしている。   When the operating state of the engine 1 changes across two regions on the map as indicated by arrows in FIG. 2, the ECU 30 switches the fuel injection mode and changes the throttle opening, thereby changing the engine 1. The combustion mode is switched. At this time, the change in the intake air amount due to the change in the throttle opening has a relatively large response delay, while the change of the fuel injection mode responds quickly to the control signal. Considering this, the fuel injection mode is switched after the throttle valve 20 is first operated to change the intake air amount to some extent.

尚、ハンチング防止のために、図に誇張して示すように成層燃焼領域から均一燃焼領域への境界(実線)と均一燃焼領域から成層燃焼領域への境界(破線)とは相互に異なるものとされている。また、詳しくは後述するが、前記成層燃焼から均一燃焼への切替え時には空燃比のジャンプに起因するエンジントルクの急増を打ち消すように点火時期を大幅に遅角補正するようにしており、図示しないが、ECU30は、そのような点火時期の制御を行う点火時期制御部(遅角制御手段)を備えている。   In order to prevent hunting, the boundary from the stratified combustion region to the uniform combustion region (solid line) and the boundary from the uniform combustion region to the stratified combustion region (broken line) are different from each other as shown exaggeratedly in the figure. Has been. As will be described in detail later, when switching from stratified combustion to uniform combustion, the ignition timing is greatly retarded so as to cancel the sudden increase in engine torque caused by the air-fuel ratio jump. The ECU 30 includes an ignition timing control unit (retard angle control means) that controls the ignition timing.

(燃焼モードの切替え)
以下に、燃焼モード切替え時の過渡的な制御手順を、例えば図2に太線の矢印で示すようにエンジン1の運転状態が低負荷側から高負荷側に変化して、成層燃焼モードから均一燃焼モードに切替わる場合について、図5〜8に基づいて具体的に説明する。
(Switching combustion mode)
In the following, the transitional control procedure at the time of switching the combustion mode is performed, for example, as indicated by a thick arrow in FIG. 2, the operating state of the engine 1 changes from the low load side to the high load side, The case of switching to the mode will be specifically described with reference to FIGS.

まず、図5及び図6に示す制御フローにおいて、図5のスタート後のステップS1では各種センサやスイッチなどからの検出信号を読み込み、続くステップS2では目標負荷Piやエンジン回転数などからエンジン1を成層燃焼モードとするかどうか判定する。すなわち、エンジン1が図2のマップ上で定常的に均一燃焼領域にあるか或いは均一燃焼領域から成層燃焼領域への切替え途中であればNOと判定して、リターンする(均一燃焼及び均一燃焼から成層燃焼への切替えについては詳しい説明を省略する)。一方、エンジン1が成層燃焼領域にあるか或いは成層燃焼領域から均一燃焼領域への切替え途中であればYESと判定して、ステップS3に進む。   First, in the control flow shown in FIG. 5 and FIG. 6, in step S1 after the start of FIG. 5, detection signals from various sensors and switches are read, and in step S2, the engine 1 is determined from the target load Pi, the engine speed, and the like. It is determined whether or not the stratified combustion mode is set. That is, if the engine 1 is constantly in the uniform combustion region on the map of FIG. 2 or is in the process of switching from the uniform combustion region to the stratified combustion region, it is determined NO and returns (from uniform combustion and uniform combustion). Detailed description of switching to stratified combustion is omitted). On the other hand, if the engine 1 is in the stratified combustion region or is in the middle of switching from the stratified combustion region to the uniform combustion region, it is determined YES and the process proceeds to step S3.

このステップS3では今度は燃焼モードの切替え途中かどうか判定する。これは、例えば、エンジン1が図2のマップ上で成層燃焼領域から均一燃焼領域に移行したときに判定フラグをオンにするとともに、このフラグを後述のステップS17にてオフにするようにし、その間は当該フラグのオン状態に基づいて切替え途中と判定するようにすればよい。そして、判定がYESであれば後述のステップS9〜S16に進んで、燃焼モードの切替え制御を行う一方、判定がNOであればステップS4〜S8に進んで、エンジン1を成層燃焼モードで運転する。   In step S3, it is determined whether or not the combustion mode is being switched. For example, the determination flag is turned on when the engine 1 shifts from the stratified combustion region to the uniform combustion region on the map of FIG. 2, and this flag is turned off in step S17 described later. May be determined to be in the middle of switching based on the ON state of the flag. And if determination is YES, it will progress to below-mentioned steps S9-S16, and will perform switching control of combustion mode, while if determination is NO, it will progress to steps S4-S8 and will drive engine 1 in stratified combustion mode. .

すなわち、前記図3のブロック図に基づいて上述したように、まず正味の目標負荷Peに機械損失やポンピングロスの損失分(推定値Pf)を加えて、制御上の目標負荷Piを決定し(ステップS4)、この目標負荷Piから目標燃料噴射量F(=Fa)及び目標空燃比A/Fを決定する(ステップS5)。この目標燃料噴射量Fが燃料噴射弁12の制御に用いられる(F=Fs)。また、目標空燃比A/Fは、理論空燃比よりも大きなリーン側の値に設定される。   That is, as described above with reference to the block diagram of FIG. 3, first, the target load Pi for control is determined by adding the loss (estimated value Pf) of mechanical loss or pumping loss to the net target load Pe ( In step S4), the target fuel injection amount F (= Fa) and the target air-fuel ratio A / F are determined from the target load Pi (step S5). This target fuel injection amount F is used for controlling the fuel injection valve 12 (F = Fs). Further, the target air-fuel ratio A / F is set to a lean value that is larger than the stoichiometric air-fuel ratio.

前記ステップS5に続いて、前記目標燃料噴射量F及び目標空燃比A/Fから目標ceを決定し(ステップS6)、これにより目標吸気量を決定する(ステップS7)。この目標吸気量に基づいて目標スロットル開度を決定し、これによりスロットル弁20の開度を比較的大きくなるように制御するとともに、目標燃料噴射量Fs(=F)に基づいて噴射パルス巾を決定し、これにより燃料噴射弁12を制御して気筒2の圧縮行程で燃料を噴射させて(ステップS8)、しかる後にリターンする。   Subsequent to step S5, the target ce is determined from the target fuel injection amount F and the target air-fuel ratio A / F (step S6), thereby determining the target intake air amount (step S7). The target throttle opening is determined based on the target intake air amount, and thereby the opening of the throttle valve 20 is controlled to be relatively large, and the injection pulse width is set based on the target fuel injection amount Fs (= F). Then, the fuel injection valve 12 is controlled to inject fuel in the compression stroke of the cylinder 2 (step S8), and then the process returns.

斯くして成層燃焼モードでは、燃料噴射弁12から気筒2内の燃焼室6に噴射された燃料噴噴霧が点火プラグ9周りに偏在する状態で着火され、当該燃焼室6の平均的な空燃比が非常にリーンな状態で良好に燃焼するようになる。   Thus, in the stratified combustion mode, the fuel spray sprayed from the fuel injection valve 12 to the combustion chamber 6 in the cylinder 2 is ignited in a state of being unevenly distributed around the spark plug 9, and the average air-fuel ratio of the combustion chamber 6 Will burn well in a very lean state.

一方、前記ステップS3でYESと判定して進んだステップS9では、まずEGR弁25が全閉になったかどうか判定する。これは、燃焼モード切替えの際にはトルクショックの解消のために空燃比を厳密に制御する必要があり、このためにエンジン1の均一燃焼領域への移行に伴い(例えばステップS3と同様にフラグのオンオフにて判定すればよい)EGR弁25を閉じるようにしているからである。こうして、燃焼モード切替えの際には図7のタイムチャートに示すように時刻t=t1〜t2においてEGR弁25が閉じられる。   On the other hand, in step S9, which is determined as YES in step S3, it is first determined whether or not the EGR valve 25 is fully closed. This is because it is necessary to strictly control the air-fuel ratio in order to eliminate the torque shock at the time of switching the combustion mode. For this reason, as the engine 1 shifts to the uniform combustion region (for example, the flag as in step S3). This is because the EGR valve 25 is closed. Thus, when the combustion mode is switched, the EGR valve 25 is closed at time t = t1 to t2, as shown in the time chart of FIG.

そして、その時刻t1〜t2の間は前記ステップS9の判定がNOになって、前記ステップS4に進む一方、時刻t2にEGR弁25が閉じられれば、判定がYESになってステップS10に進む。このステップS10では、前記ステップS4と同様にして目標負荷Piを決定し、続くステップS11において目標燃料噴射量F及び目標空燃比A/Fを決定する。   During the period from time t1 to time t2, the determination in step S9 is NO and the process proceeds to step S4. On the other hand, if the EGR valve 25 is closed at time t2, the determination is YES and the process proceeds to step S10. In step S10, the target load Pi is determined in the same manner as in step S4, and in step S11, the target fuel injection amount F and the target air-fuel ratio A / F are determined.

ここで、目標燃料噴射量Fは、前記ステップS5と同じマップから要求基本噴射量Faを読み込むとともに、燃焼モード切替えに伴う過渡的なポンピングロスの増大や空燃比のリッチ化によるトルクの低下を補完すべく、補正燃料量Fb,Fcを加えて燃料を増量補正する(F=Fa+Fb+Fc)。一方、目標空燃比A/Fは、前記時刻t2にEGR弁25が閉じられれば、直ちに均一燃焼モードでの目標値(理論空燃比)に切替える。   Here, the target fuel injection amount F reads the required basic injection amount Fa from the same map as in step S5, and complements the torque decrease due to transient pumping loss increase and air-fuel ratio enrichment due to combustion mode switching. Therefore, the fuel is increased and corrected by adding the corrected fuel amounts Fb and Fc (F = Fa + Fb + Fc). On the other hand, the target air-fuel ratio A / F is immediately switched to the target value (theoretical air-fuel ratio) in the uniform combustion mode if the EGR valve 25 is closed at the time t2.

続いてステップS12において、前記ステップS6と同様に目標燃料噴射量F及び目標空燃比A/Fから目標ceを決定する。このときにはエンジン1への要求トルクTrの大きさが変わらず、これに対応する目標燃料噴射量Fの変化がないので、前記ステップS11における目標空燃比A/Fの理論空燃比への切替えに伴い目標ceが所定量、急低下することになる。   Subsequently, in step S12, the target ce is determined from the target fuel injection amount F and the target air-fuel ratio A / F as in step S6. At this time, the magnitude of the required torque Tr for the engine 1 does not change, and the corresponding target fuel injection amount F does not change, so that the target air-fuel ratio A / F in step S11 is switched to the stoichiometric air-fuel ratio. The target ce suddenly drops by a predetermined amount.

続いて、ステップS13では目標ceに基づいて目標吸気量を算出し、これに基づいて、ステップS14において前記ステップS8と同様に燃料噴射弁12及びスロットル弁20の制御を行う。こうすると、前記の如く目標ceが急低下して、その分、目標吸気量も急低下することから、これに応じてスロットル弁20の開度も図7の時刻t2〜t3に示すように所定量だけ急速に低下することになる。これにより各気筒2において吸気の実ceも急速に低下し、実空燃比A/Fが急速にリッチ側に変化する。   Subsequently, in step S13, the target intake air amount is calculated based on the target ce, and based on this, the fuel injection valve 12 and the throttle valve 20 are controlled in step S14 as in step S8. As a result, the target ce suddenly decreases as described above, and the target intake air amount also decreases correspondingly. Accordingly, the opening of the throttle valve 20 is accordingly set as shown at times t2 to t3 in FIG. Only a fixed amount will drop rapidly. As a result, the actual ce of intake air in each cylinder 2 also decreases rapidly, and the actual air-fuel ratio A / F rapidly changes to the rich side.

そこで、前記ステップS14に続くステップS15では、理論空燃比に対応する前記目標ceを実ceで除算して、目標ceの実ceに対する比率(ceレシオ)を算出し、続くステップS16において、そのceレシオが所定値(1よりも小さな値であり、予め成層燃焼限界に対応付けて設定しておく)以上かどうか判定して、この判定がNOであれば(ceレシオ≧所定値)リターンする一方、ceレシオが所定値を越えれば、図6に示すステップS17〜S22に進んで、後述の如く燃料噴射形態を吸気行程噴射モードに切替えるようにする。   Therefore, in step S15 following step S14, the target ce corresponding to the stoichiometric air-fuel ratio is divided by actual ce to calculate a ratio (ce ratio) of the target ce to actual ce, and in the subsequent step S16, the ce It is determined whether the ratio is equal to or greater than a predetermined value (a value smaller than 1 and set in advance in association with the stratified combustion limit). If this determination is NO (ce ratio ≧ predetermined value), the process returns. If the ce ratio exceeds a predetermined value, the routine proceeds to steps S17 to S22 shown in FIG. 6, and the fuel injection mode is switched to the intake stroke injection mode as will be described later.

すなわち、前記のようにスロットル弁20が閉じられることによって吸気量が減少し、実空燃比A/Fが目標空燃比A/F(理論空燃比)に近づいていくと、圧縮行程噴射モードでは、燃焼室6全体の平均的な空燃比は未だリーンな状態であっても、点火プラグ9周りの局所空燃比は理論空燃比よりもリッチな過濃状態になり、良好な着火、燃焼が困難な成層燃焼限界(例えばA/Fで18〜19くらい)に近づいていく。   That is, when the throttle valve 20 is closed as described above, the intake air amount decreases, and when the actual air-fuel ratio A / F approaches the target air-fuel ratio A / F (theoretical air-fuel ratio), in the compression stroke injection mode, Even if the average air-fuel ratio of the entire combustion chamber 6 is still lean, the local air-fuel ratio around the spark plug 9 becomes richer than the stoichiometric air-fuel ratio, and it is difficult to achieve good ignition and combustion. It approaches the stratified combustion limit (for example, 18 to 19 in A / F).

これに伴い、実ceに対する目標ce(この場合は理論空燃比に対応する値になる)の比率であるceレシオは、図7の時刻t2〜t4に示すように増大していき、これが前記成層燃焼限界に相当する所定値(図にはRとして示す)に達すれば(時刻t4)、ECU30によって燃料の噴射形態が吸気行程噴射モードに切替えられるのである。   Along with this, the ce ratio that is the ratio of the target ce (in this case, a value corresponding to the theoretical air-fuel ratio) to the actual ce increases as shown at times t2 to t4 in FIG. When a predetermined value (shown as R in the figure) corresponding to the combustion limit is reached (time t4), the fuel injection mode is switched to the intake stroke injection mode by the ECU 30.

そのとき、燃料噴射モードの切替え直前には燃焼室6の平均的な空燃比は未だ理論空燃比よりもリーンで、相対的に吸気量の多い状態である(ceレシオ<1)にも拘わらず、噴射モードの切替え後は実ceに基づいて目標燃料噴射量Fhが決定され、図示の如く燃料噴射量が急増して(時刻t4)実空燃比A/Fが一足飛びに理論空燃比に変更されることから(空燃比のジャンプ)、そのままではエンジントルクが急増してショックが発生してしまう。   At that time, the average air-fuel ratio of the combustion chamber 6 is still leaner than the stoichiometric air-fuel ratio immediately before the fuel injection mode is switched, and the intake air amount is relatively large (ce ratio <1). After the switching of the injection mode, the target fuel injection amount Fh is determined based on the actual ce, and the fuel injection amount rapidly increases as shown in the figure (time t4), and the actual air-fuel ratio A / F is changed to the stoichiometric air-fuel ratio by a short jump. For this reason (air-fuel ratio jump), the engine torque suddenly increases and a shock occurs.

この点について、この実施形態では、図示の如く時刻t4から燃料噴射量の増大に対応するように点火時期をリタード(遅角補正)して、これにより前記空燃比のジャンプに起因するエンジントルクの急増を打ち消すようにしている。   With respect to this point, in this embodiment, the ignition timing is retarded (retarded angle correction) so as to correspond to the increase in the fuel injection amount from time t4 as shown in the figure, whereby the engine torque caused by the air-fuel ratio jump is reduced. I try to counter the surge.

(燃料噴射量の増量補正)
ところで、前記の如く燃料噴射モードの切替え直後に点火リタードを行って、エンジントルクの急増を打ち消すようにしても、それだけでは切替え前後のトルクの変動をなくすことはできず、トルクショックが残ってしまう。これは、エンジン1を成層燃焼状態から均一燃焼状態に切替えたときに、その切替え直後の気筒内に残留する空気量が通常の均一燃焼状態に比べて多いことから、空燃比A/Fが目標値からややリーン側にずれてしまうからである。
(Fuel injection amount increase correction)
By the way, as described above, even if ignition retard is performed immediately after switching of the fuel injection mode to cancel the sudden increase in engine torque, it is not possible to eliminate the torque fluctuation before and after switching, and torque shock remains. . This is because when the engine 1 is switched from the stratified combustion state to the uniform combustion state, the amount of air remaining in the cylinder immediately after the switching is larger than in the normal uniform combustion state, so the air-fuel ratio A / F is the target. This is because the value slightly shifts to the lean side.

すなわち、前記図7の時刻t4において燃料噴射モードが切替えられると、その後、燃料噴射タイミングを迎える各気筒2毎に燃料噴射の制御ロジックが切替えられて、空燃比A/Fが理論空燃比に変更されることになるが、この切替え後の各気筒2毎の最初の1燃焼サイクルにおいては成層燃焼による既燃ガスが残留しており、その空燃比が相対的にリーンで空気量が多いことから、当該気筒2内に新たに形成される混合気の空燃比が理論空燃比(A/F=14.7)よりもややリーン側(例えばA/F=16くらい)にずれてしまうのである。   That is, when the fuel injection mode is switched at time t4 in FIG. 7, the fuel injection control logic is switched for each cylinder 2 that reaches the fuel injection timing, and the air-fuel ratio A / F is changed to the stoichiometric air-fuel ratio. However, in the first combustion cycle for each cylinder 2 after this switching, burnt gas from stratified combustion remains, the air-fuel ratio is relatively lean, and the amount of air is large. Thus, the air-fuel ratio of the air-fuel mixture newly formed in the cylinder 2 is slightly shifted to the lean side (for example, A / F = 16) from the stoichiometric air-fuel ratio (A / F = 14.7).

そして、前記の如く大幅な点火リタードが行なわれているときに空燃比A/Fがリーン側にずれると、この空燃比のずれによってもエンジントルクが低下することから、結果として前記点火リタードによるトルクダウン量が大きくなり過ぎてしまい、そのままでは、切替えの前後でエンジントルクを正確に合わせることができなくなるのである。   If the air-fuel ratio A / F deviates to the lean side when a large ignition retard is being performed as described above, the engine torque also decreases due to this air-fuel ratio deviation. As a result, the torque due to the ignition retard The down amount becomes too large, and if it is left as it is, the engine torque cannot be accurately adjusted before and after the switching.

ここで、図8に、エンジン1の均一燃焼状態において空燃比を理論空燃比近傍で少しづつ変更しながら、点火リタードによるエンジントルクの低下量を測定した結果を示す。図示の4つのグラフa〜dは、それぞれ、空燃比A/Fが14.76、14.99、15.42、16.02の4つの場合であり、この実施形態では、燃料噴射量は固定して、吸気量を変化させることにより空燃比A/Fを変更している。   FIG. 8 shows the result of measuring the amount of decrease in engine torque due to ignition retard while gradually changing the air-fuel ratio in the vicinity of the theoretical air-fuel ratio in the uniform combustion state of the engine 1. The four graphs a to d shown are the four cases where the air-fuel ratios A / F are 14.76, 14.99, 15.42, and 16.02, respectively. In this embodiment, the fuel injection amount is fixed. Thus, the air-fuel ratio A / F is changed by changing the intake air amount.

図示の試験結果によれば、いずれの空燃比A/Fにおいても点火時期がMBT近傍の通常の時期(図の例では圧縮上死点(TDC)前25°CAくらい)にあるときに、エンジントルクが最大になっており、そこから遅角側に向かってエンジントルクは徐々に低下している。また、点火時期が概略BTDC10°CAよりも進角側にあるときは、空燃比A/Fのリーンな方が相対的にエンジントルクが大きくなっており、これは、空燃比A/Fのリーン化によってポンプ損失や冷却損失が減少することによると考えられる。   According to the test results shown in the figure, when the ignition timing is at a normal timing in the vicinity of MBT (in the example shown, about 25 ° CA before compression top dead center (TDC)) at any air-fuel ratio A / F, The torque is maximized, and the engine torque gradually decreases from there toward the retarded side. Further, when the ignition timing is on the more advanced side than BTDC 10 ° CA, the leaner air-fuel ratio A / F has a relatively larger engine torque, which is the leaner air-fuel ratio A / F. This is thought to be due to a decrease in pumping loss and cooling loss.

一方、点火時期をTDC近傍までリタードしたときには(図の例では概略BTDC10°CAよりも遅角側)、空燃比A/Fのリッチな方が相対的にエンジントルクが大きくなっている。これは、点火リタードによるトルクダウン量が空燃比A/Fによって変化し、空燃比のリーンなときほど燃焼期間の長くなることなどの影響によって、点火リタードによるトルクダウン量が大きくなるからであると考えられる。   On the other hand, when the ignition timing is retarded to the vicinity of TDC (in the example of the figure, the retarding side is approximately BTDC 10 ° CA), the engine torque is relatively larger when the air-fuel ratio A / F is rich. This is because the amount of torque reduction due to ignition retard increases due to the effect that the amount of torque reduction due to ignition retard varies with the air-fuel ratio A / F and the combustion period becomes longer as the air-fuel ratio becomes leaner. Conceivable.

前記図8のグラフから、エンジン1が成層燃焼状態から理論空燃比近傍の均一燃焼状態に切替わった直後に、気筒内に残留する空気の影響で空燃比が目標値よりもリーン側にずれると、そのときに点火時期がTDC付近までリタードされていることとの相互作用で、エンジントルクがやや低下してしまうことが分かる。   From the graph of FIG. 8, immediately after the engine 1 is switched from the stratified combustion state to the uniform combustion state near the stoichiometric air-fuel ratio, the air-fuel ratio shifts to the lean side from the target value due to the effect of air remaining in the cylinder. It can be seen that the engine torque slightly decreases due to the interaction with the ignition timing being retarded to near TDC at that time.

そして、そのようなエンジントルクの低下を打ち消すために、この実施形態では、本発明の特徴部分として以下に説明する図6のフローチャートに示すように、圧縮行程噴射モードから吸気行程噴射モードに切替わった直後の気筒2内に残留している空気量を推定して、その切替え後の最初の1燃焼サイクルだけは前記残留空気量の推定値に基づいて燃料噴射量を増量補正することにより、トルクダウンを相殺するようにしたものである。   In order to cancel such a decrease in engine torque, in this embodiment, as shown in the flowchart of FIG. 6 described below as a characteristic part of the present invention, the compression stroke injection mode is switched to the intake stroke injection mode. The amount of air remaining in the cylinder 2 immediately after is estimated, and the torque is increased by correcting the fuel injection amount based on the estimated value of the remaining air amount only for the first combustion cycle after the switching. This is to offset the down.

すなわち、上述の如く図5のフローのステップS16にてYESと判定して、図6のフローに進んだときには、まずステップS17においてエンジン1の燃料噴射モードを圧縮行程噴射モードから吸気行程噴射モードに切替え、続くステップS18において噴射モード切替え後の最初の1燃焼サイクルかどうか判定する。この判定がNOで最初の1燃焼サイクルでなければ、ステップS19に進み、通常の均一燃焼状態の制御ロジックに従って実ce及び目標空燃比A/Fから目標燃料噴射量Fhの基本値を求めるとともに、これに各種補正係数を乗算して、目標燃料噴射量Fhを設定する。そいて、続くステップS20において、その目標燃料噴射量Fhに基づいて噴射パルス巾を決定し、これにより燃料噴射弁12を制御して気筒2の吸気行程で燃料を噴射させて、しかる後にリターンする。   That is, as described above, when YES is determined in step S16 of the flow of FIG. 5 and the flow proceeds to the flow of FIG. 6, first, in step S17, the fuel injection mode of the engine 1 is changed from the compression stroke injection mode to the intake stroke injection mode. In the subsequent step S18, it is determined whether or not it is the first combustion cycle after switching the injection mode. If this determination is NO and the first combustion cycle is not the first one, the routine proceeds to step S19, where the basic value of the target fuel injection amount Fh is obtained from the actual ce and the target air-fuel ratio A / F according to the normal uniform combustion state control logic, This is multiplied by various correction factors to set the target fuel injection amount Fh. In step S20, the injection pulse width is determined based on the target fuel injection amount Fh, thereby controlling the fuel injection valve 12 to inject fuel in the intake stroke of the cylinder 2, and then returning. .

一方、前記ステップS18の判定がYESで、吸気行程噴射モードへ切替え後の最初の1燃焼サイクルであればステップS21に進み、気筒2内の残留空気量を推定する。すなわち、例えば、まず、気筒2の燃焼室容積(ピストン5が上死点にあるときの容積)と排気密度(エンジン1の運転状態に応じて予めマップとして設定)とに基づいて、該気筒2内に残る既燃ガスの量を求め、次に、吸気圧及び排気圧に基づいて、吸排気弁14,15のオーバーラップ期間に吸排気通路から気筒2内に再吸入される排気の量を求め、両者を足し合わせて気筒2内の残留ガス量を求める。そして、噴射モード切替え直前の成層燃焼状態における空燃比A/Fと燃焼効率とに基づいて、前記残留ガス中の空気量を求める。   On the other hand, if the determination in step S18 is YES and the first combustion cycle after switching to the intake stroke injection mode, the process proceeds to step S21, and the residual air amount in the cylinder 2 is estimated. That is, for example, based on the combustion chamber volume of the cylinder 2 (the volume when the piston 5 is at top dead center) and the exhaust density (previously set as a map according to the operating state of the engine 1), the cylinder 2 The amount of burned gas remaining in the exhaust gas is obtained, and then the amount of exhaust gas re-intaken into the cylinder 2 from the intake / exhaust passage during the overlap period of the intake / exhaust valves 14 and 15 is determined based on the intake pressure and the exhaust pressure. Obtained and added together, the residual gas amount in the cylinder 2 is obtained. Then, the amount of air in the residual gas is obtained based on the air-fuel ratio A / F and the combustion efficiency in the stratified combustion state immediately before switching the injection mode.

尚、前記吸気圧は吸気マニホルドの吸気圧センサ21によって検出する一方、排気圧は、吸気流量センサ27により検出される吸気流量(排気圧に関するパラメータ値)と噴射パルス巾から求められる実燃料噴射量(同パラメータ値)とから推定する。この推定は予め設定したマップから吸気流量と燃料噴射量Fとに対応する値を読み込むようにすればよい。   The intake pressure is detected by the intake pressure sensor 21 of the intake manifold, while the exhaust pressure is the actual fuel injection amount obtained from the intake flow rate (parameter value related to the exhaust pressure) detected by the intake flow rate sensor 27 and the injection pulse width. (Same parameter value). This estimation may be performed by reading values corresponding to the intake flow rate and the fuel injection amount F from a preset map.

前記のような演算により、バルブオーバーラップ期間に一旦、吸気通路17や排気通路22に流出した後に再び気筒2内に吸入される排気中の空気量も含めて、当該気筒2内に残留する空気量を極めて正確に推定することができる。   By the above-described calculation, the air remaining in the cylinder 2 including the amount of air in the exhaust gas that once flows into the intake passage 17 and the exhaust passage 22 and is again taken into the cylinder 2 during the valve overlap period. The quantity can be estimated very accurately.

前記ステップS21に続くステップS22では、前記ステップS19と同様に実ce及び目標空燃比A/Fから目標燃料噴射量Fhの基本値を求めるとともに、これに各種補正係数を乗算して目標燃料噴射量Fhを設定することになるが、この補正係数の中に前記ステップS21にて推定した残留空気量の影響を反映させる。すなわち、例えば図8に示すグラフのようなエンジン1の空燃比A/F及び点火時期とエンジントルクとの相関関係を予め実験的に調べて、これに基づいて、エンジン1の運転状態と気筒2内の残留空気量とから燃料増量のための補正係数を決定するためのマップを設定しておけばよい。   In step S22 subsequent to step S21, the basic value of the target fuel injection amount Fh is obtained from the actual ce and the target air-fuel ratio A / F as in step S19, and is multiplied by various correction coefficients to obtain the target fuel injection amount. Fh is set, but the effect of the residual air amount estimated in step S21 is reflected in this correction coefficient. That is, for example, the correlation between the air-fuel ratio A / F and ignition timing of the engine 1 and the engine torque as shown in the graph of FIG. 8 is experimentally examined in advance, and based on this, the operating state of the engine 1 and the cylinder 2 A map for determining a correction coefficient for increasing the amount of fuel from the residual air amount in the inside may be set.

そうして、前記マップから読み込んだ補正係数を用いて、気筒2内の残留空気による空燃比A/Fのリーン側へのずれを加味して目標燃料噴射量Fhを設定した後に、前記ステップS20に進んで燃料噴射弁12への制御信号(噴射パルス)を出力し、これにより、燃料噴射弁12を制御して気筒2の吸気行程で燃料を噴射させて、しかる後にリターンする。   Then, after setting the target fuel injection amount Fh by using the correction coefficient read from the map and taking into account the deviation of the air-fuel ratio A / F to the lean side due to the residual air in the cylinder 2, the step S20 Then, a control signal (injection pulse) is output to the fuel injection valve 12 to control the fuel injection valve 12 to inject fuel in the intake stroke of the cylinder 2 and then return.

つまり、エンジン1の燃焼状態を成層燃焼から均一燃焼に切替えるときに、圧縮行程噴射モードから吸気行程噴射モードに切替えた直後の各気筒2毎の1燃焼サイクルだけは、該各気筒2内に残留している空気の影響で生じる空燃比A/Fのリーン側へのずれの度合いを推定し、これに起因するエンジントルクの低下分を相殺するように燃料噴射量を増量補正するようにしている。   That is, when the combustion state of the engine 1 is switched from stratified combustion to uniform combustion, only one combustion cycle for each cylinder 2 immediately after switching from the compression stroke injection mode to the intake stroke injection mode remains in each cylinder 2. The degree of deviation of the air-fuel ratio A / F to the lean side caused by the influence of the air that is being used is estimated, and the fuel injection amount is corrected to increase so as to offset the decrease in engine torque caused by this. .

前記図6のフローのステップS17が、ECU30の切替え制御部30bによる圧縮行程噴射モードから吸気行程噴射モードへの切替え制御に対応しており、続くステップS18,S21によって、前記切替制御部30bにより吸気行程噴射モードへ切替えられる気筒2内に残留する空気量を推定する残留空気量推定手段30eが構成されている。   Step S17 in the flow of FIG. 6 corresponds to the switching control from the compression stroke injection mode to the intake stroke injection mode by the switching control unit 30b of the ECU 30, and the switching control unit 30b performs the intake control by the subsequent steps S18 and S21. Residual air amount estimation means 30e for estimating the amount of air remaining in the cylinder 2 switched to the stroke injection mode is configured.

詳しくは、前記ステップS21において吸気圧センサ21からの信号に基づいてエンジン1の吸気圧を検出する手順が吸気圧検出手段30fを構成し、同様に吸気流量センサ27からの信号に基づいて吸気流量を、また燃料噴射パルス巾から実燃料噴射量をそれぞれ求める手順が、エンジン1の排気圧に関するパラメータ値を検出するパラメータ値検出手段30gを構成していて、そして、残留空気量推定手段30eは、前記検出された吸気圧及び排気圧などに基づいて気筒2内の残留空気量を推定するようになっている。   Specifically, the procedure of detecting the intake pressure of the engine 1 based on the signal from the intake pressure sensor 21 in the step S21 constitutes the intake pressure detecting means 30f, and similarly, the intake flow rate based on the signal from the intake flow rate sensor 27. And the procedure for obtaining the actual fuel injection amount from the fuel injection pulse width constitutes the parameter value detection means 30g for detecting the parameter value related to the exhaust pressure of the engine 1, and the residual air amount estimation means 30e includes: The residual air amount in the cylinder 2 is estimated based on the detected intake pressure and exhaust pressure.

さらに、前記フローのステップS22により、前記残留空気量の推定値と点火時期の遅角制御量とに基づいて、吸気行程噴射モードへの切替えに伴い気筒2内の残留空気の影響によって生じるエンジントルクの低下分を推定するトルクダウン量推定手段30hと、このトルクダウン量の推定値に基づいて、前記噴射モード切替え後の各気筒2毎の最初の1燃焼サイクルだけ、目標燃料噴射量Fhを増量補正するトルクアップ補正手段30iと、が構成されている。   Further, in step S22 of the flow, based on the estimated value of the residual air amount and the retarded control amount of the ignition timing, the engine torque generated by the influence of the residual air in the cylinder 2 upon switching to the intake stroke injection mode The target fuel injection amount Fh is increased only in the first one combustion cycle for each cylinder 2 after switching the injection mode, based on the estimated torque reduction amount 30h for estimating the decrease in the amount of decrease. Torque-up correction means 30i for correction is configured.

したがって、この実施形態に係る筒内噴射式内燃機関の制御装置によると、例えば図2に太線の矢印で示すようにエンジン1の運転状態が低負荷側から高負荷側に変化して、その運転モードが成層燃焼モードから均一燃焼モードに切替えられるときには、まず、そのための燃料噴射モードの切替え(圧縮行程噴射モード→吸気行程噴射モード)に先立って、ECU30により、図7の時刻t2〜t3に示すようにスロットル弁20が閉じ側に作動制御される。   Therefore, according to the control apparatus for a direct injection internal combustion engine according to this embodiment, the operating state of the engine 1 changes from the low load side to the high load side as shown by a thick arrow in FIG. When the mode is switched from the stratified combustion mode to the uniform combustion mode, first, prior to the switching of the fuel injection mode (compression stroke injection mode → intake stroke injection mode), the ECU 30 shows the time t2 to t3 in FIG. In this way, the throttle valve 20 is controlled to be closed.

そのスロットル弁20の閉作動によって吸気流量が減少し、気筒2内の実空燃比A/Fが目標空燃比A/F(理論空燃比)に近づいていって、点火プラグ9周りの局所空燃比が過濃な成層燃焼限界になると(時刻t4)、ECU30により燃料の噴射形態が吸気行程噴射モードに切替えられるとともに、この切替えに伴い実空燃比A/Fがリッチ側へ急変(ジャンプ)してもエンジントルクが急増しないように、点火時期が大幅に遅角側へ変更(点火リタード)される。   When the throttle valve 20 is closed, the intake air flow rate decreases, and the actual air-fuel ratio A / F in the cylinder 2 approaches the target air-fuel ratio A / F (theoretical air-fuel ratio). Becomes the excessive stratified combustion limit (time t4), the fuel injection mode is switched to the intake stroke injection mode by the ECU 30, and the actual air-fuel ratio A / F suddenly changes (jumps) to the rich side in accordance with this switching. However, the ignition timing is significantly changed to the retarded side (ignition retard) so that the engine torque does not increase rapidly.

そのように圧縮行程噴射モードから吸気行程噴射モードへ切替えられる気筒2内には、成層燃焼による既燃ガスが残留することになるので、通常の均一燃焼時に比べて気筒2内の残留空気量が多くなっている。それ故に、切替え後の最初の1燃焼サイクルにおいては当該気筒2内に新たに形成される混合気の空燃比A/Fがややリーン側にずれてしまい、前記の如く点火時期が大幅にリタードされていることと相俟って、そのままではエンジントルクがやや低下することになる。   In the cylinder 2 that is switched from the compression stroke injection mode to the intake stroke injection mode in this way, burnt gas due to stratified combustion remains, so the amount of residual air in the cylinder 2 is smaller than that during normal uniform combustion. It is increasing. Therefore, in the first combustion cycle after switching, the air-fuel ratio A / F of the air-fuel mixture newly formed in the cylinder 2 slightly shifts to the lean side, and the ignition timing is significantly retarded as described above. In combination with this, the engine torque will decrease slightly.

これに対し、前記噴射モード切替後の最初の1燃焼サイクルにおいては、気筒2内の残留空気量の推定値と点火リタード量とに応じて燃料噴射量が増量補正され(時刻t4〜)、これにより前記残留空気の影響によって生じるエンジントルクの低下分も相殺される。こうして、空燃比のジャンプによるエンジントルクの急増が打ち消されるとともに、気筒2内に残留する空気の影響によるエンジントルクの低下も生じないことから、噴射モード切替えの前後でエンジントルクが一致して、トルクショックが解消される。   On the other hand, in the first combustion cycle after the switching of the injection mode, the fuel injection amount is corrected to increase in accordance with the estimated value of the residual air amount in the cylinder 2 and the ignition retard amount (from time t4). Therefore, the decrease in engine torque caused by the residual air is also canceled out. Thus, the sudden increase of the engine torque due to the air-fuel ratio jump is canceled and the engine torque does not decrease due to the influence of the air remaining in the cylinder 2, so that the engine torque matches before and after the injection mode switching, and the torque The shock is resolved.

(他の実施形態)
本発明の構成は、前記の実施形態に限定されることはなく、その他の種々の構成をも包含するものである。すなわち、例えば、前記実施形態においては、エンジン1の燃料噴射形態を圧縮行程噴射モードから吸気行程噴射モードに切替えるときに、その切替え後の各気筒2の最初の1燃焼サイクルは、当該各気筒2内の残留空気量に基づいて燃料噴射量を増量補正するようにしているが、これに限らず、例えば点火時期の遅角制御量を減少補正するようにしてもよい。
(Other embodiments)
The configuration of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and includes other various configurations. That is, for example, in the embodiment, when the fuel injection mode of the engine 1 is switched from the compression stroke injection mode to the intake stroke injection mode, the first one combustion cycle of each cylinder 2 after the switching is the cylinder 2 Although the fuel injection amount is increased and corrected based on the residual air amount, the present invention is not limited to this. For example, the retard control amount of the ignition timing may be corrected to decrease.

具体的には、前記図6のフローの一部を変更した図9のフローに示すように、ステップS22’において燃料噴射量は、均一燃焼の通常の制御ロジックに従ってステップS19と同様に設定し、続くステップS23において残留空気量の影響によるエンジントルクの低下を相殺するように、点火リタード量を減少補正する補正値を設定する。この点火リタード量の減少補正値は、例えば図8に示すグラフのような空燃比A/F、点火時期及びエンジントルクの相関関係のグラフに基づいて、エンジン1の運転状態と気筒2内の残留空気量とから補正値を決定するためのマップを設定しておけばよい。尚、図9のフローの他のステップの手順は図6のものと同じである。   Specifically, as shown in the flow of FIG. 9 in which a part of the flow of FIG. 6 is changed, in step S22 ′, the fuel injection amount is set in the same manner as in step S19 according to the normal control logic of uniform combustion, In the subsequent step S23, a correction value for reducing and correcting the ignition retard amount is set so as to offset the decrease in engine torque due to the influence of the residual air amount. The ignition retard reduction correction value is calculated based on the correlation between the air-fuel ratio A / F, the ignition timing, and the engine torque, such as the graph shown in FIG. A map for determining the correction value from the air amount may be set. The procedure of other steps in the flow of FIG. 9 is the same as that of FIG.

その場合、前記図9のフローのステップS23により、前記残留空気量の推定値と点火時期の遅角制御量とに基づいて、吸気行程噴射モードへの切替えに伴い気筒2内の残留空気の影響によって生じるエンジントルクの低下分を推定するトルクダウン量推定手段30hと、このトルクダウン量の推定値に基づいて、前記噴射モード切替え後の各気筒2毎の最初の1燃焼サイクルだけ、前記点火時期の遅角制御量を減少補正するトルクアップ補正手段30iと、が構成される。   In this case, the influence of the residual air in the cylinder 2 in accordance with the switching to the intake stroke injection mode based on the estimated value of the residual air amount and the retarded control amount of the ignition timing in step S23 of the flow of FIG. Torque reduction amount estimation means 30h for estimating a decrease in engine torque caused by the above-mentioned, and based on the estimated value of the torque reduction amount, the ignition timing is applied only for the first one combustion cycle for each cylinder 2 after switching the injection mode. Torque-up correction means 30i for reducing and correcting the retard control amount.

或いは、前記の如く気筒2内の残留空気量に応じて燃料噴射量又は点火時期のいずれか一方を補正するのではなく、それら両方を補正するようにしてもよい。この場合には、気筒2内の残留空気量に基づいて正確に理論空燃比になるように燃料噴射量を増量補正し、トルク変動は点火時期の補正で吸収することもできる。   Alternatively, instead of correcting either the fuel injection amount or the ignition timing according to the residual air amount in the cylinder 2 as described above, both of them may be corrected. In this case, the fuel injection amount is increased and corrected so that the stoichiometric air-fuel ratio is accurately set based on the residual air amount in the cylinder 2, and the torque fluctuation can be absorbed by correcting the ignition timing.

さらに、エンジン1にトルクアシストの可能な電動モータが装備されている場合には、噴射モード切替え後の最初の1燃焼サイクルだけ前記電動モータをアシスト作動させて、エンジントルクを増大補正することも可能であり、また、オルタネータ等の補機の駆動負荷を変更することによってエンジントルクを補正することも可能である。この場合には、前記電動モータや補機とその作動制御を行うコントローラとによって、トルクアップ補正手段が構成されることになる。   Further, when the engine 1 is equipped with an electric motor capable of torque assist, the electric motor can be assisted for only the first combustion cycle after switching the injection mode to increase the engine torque. In addition, it is possible to correct the engine torque by changing the driving load of an auxiliary machine such as an alternator. In this case, a torque-up correction means is constituted by the electric motor or auxiliary machine and a controller that controls the operation thereof.

本発明の実施形態に係る制御装置を備えたエンジンの概略構造図。The schematic structure figure of the engine provided with the control device concerning the embodiment of the present invention. エンジンの運転モードを切替えるための制御マップの一例を示す模式図。The schematic diagram which shows an example of the control map for switching the operation mode of an engine. 燃料及び吸気制御の基本的な制御ロジックを示す機能ブロック図。The functional block diagram which shows the basic control logic of fuel and intake control. 基本的な制御に用いられるテーブルの一例を示す模式図。The schematic diagram which shows an example of the table used for basic control. 燃料及び吸気制御の前半の制御手順を示すフローチャート図。The flowchart figure which shows the control procedure of the first half of fuel and intake control. 燃料及び吸気制御の後半の制御手順を示すフローチャート図。The flowchart figure which shows the control procedure of the latter half of fuel and intake control. 成層燃焼モードから均一燃焼モードに切り替わるときのEGR、スロットル開度、ceレシオ、燃料噴射量、点火時期等の変化を示すタイムチャート図。The time chart which shows changes, such as EGR, throttle opening, ce ratio, fuel injection amount, ignition timing, when switching from a stratified combustion mode to a uniform combustion mode. 均一燃焼状態において空燃比を理論空燃比近傍で少しづつ変更しながら、点火リタードによるエンジントルクの低下量を測定した結果を示すグラフ図。The graph which shows the result of having measured the fall amount of the engine torque by ignition retard, changing an air fuel ratio in the vicinity of a theoretical air fuel ratio little by little in a uniform combustion state. 燃料噴射モードの切替え時に気筒内の残留空気量に応じて点火リタード量を減少補正するようにした他の実施形態に係る図6相当図。FIG. 6 is a diagram corresponding to FIG. 6 according to another embodiment in which the ignition retard amount is corrected to decrease according to the residual air amount in the cylinder when the fuel injection mode is switched.

符号の説明Explanation of symbols

1 エンジン(筒内噴射式内燃機関)
2 気筒
21 吸気圧センサ(吸気圧検出手段)
27 吸気流量センサ(パラメータ値検出手段)
30 エンジンコントロールユニット(ECU)
30b 切替制御部
30e 残留空気量推定手段
30f 吸気圧検出手段
30g パラメータ値検出手段
30h トルクダウン量推定手段
30i トルクアップ補正手段
1 engine (cylinder injection internal combustion engine)
2 cylinder 21 intake pressure sensor (intake pressure detection means)
27 Intake flow sensor (parameter value detection means)
30 Engine control unit (ECU)
30b Switching control unit 30e Residual air amount estimating means 30f Intake pressure detecting means 30g Parameter value detecting means 30h Torque down amount estimating means 30i Torque up correcting means

Claims (5)

内燃機関の運転状態に応じて、少なくとも気筒の圧縮行程で燃料を噴射して成層リーン燃焼状態とする圧縮行程噴射モードと、吸気行程で燃料を噴射して均一リッチ燃焼状態とする吸気行程噴射モードと、の切替え制御を行う切替制御手段と、
前記切替制御手段によって圧縮行程噴射モードから吸気行程噴射モードへの切替えが行われるときに、この切替えに伴う機関トルクの変動を打ち消すように点火時期を遅角制御する遅角制御手段と、を備えた筒内噴射式内燃機関の制御装置であって、
前記切替制御手段によって圧縮行程噴射モードから吸気行程噴射モードへ切替えられる気筒内に残留する空気量を推定する残留空気量推定手段と、
前記吸気行程噴射モードへ切替え後の気筒の最初の1燃焼サイクルに対応して、少なくとも前記残留空気量推定手段により推定された残留空気量に基づいて機関トルクを増大補正するトルクアップ補正手段と、を備えることを特徴とする筒内噴射式内燃機関の制御装置。
A compression stroke injection mode in which fuel is injected at least in the compression stroke of the cylinder in accordance with the operating state of the internal combustion engine to make a stratified lean combustion state, and an intake stroke injection mode in which fuel is injected in the intake stroke to make a uniform rich combustion state Switching control means for performing switching control of, and
A retard control means for retarding the ignition timing so as to cancel the fluctuation of the engine torque accompanying the switching when the switching control means is switched from the compression stroke injection mode to the intake stroke injection mode. A control device for a direct injection internal combustion engine,
A residual air amount estimating means for estimating an air amount remaining in the cylinder switched from the compression stroke injection mode to the intake stroke injection mode by the switching control means;
Torque-up correction means for increasing and correcting the engine torque based on at least the residual air amount estimated by the residual air amount estimation means, corresponding to the first one combustion cycle of the cylinder after switching to the intake stroke injection mode; A control device for a direct injection internal combustion engine, comprising:
請求項1に記載の制御装置において、
切替制御手段による圧縮行程噴射モードから吸気行程噴射モードへの切替え制御に伴い、気筒内の残留空気の影響によって生じる機関トルクの低下分を、残留空気量推定手段による残留空気量の推定値と遅角制御手段による点火時期の遅角制御量とに基づいて推定するトルクダウン量推定手段を備え、
トルクアップ補正手段は、前記トルクダウン量推定手段による推定値に応じて機関トルクを増大補正するものであることを特徴とする筒内噴射式内燃機関の制御装置。
The control device according to claim 1,
Along with the switching control from the compression stroke injection mode to the intake stroke injection mode by the switching control means, the decrease in engine torque caused by the influence of the residual air in the cylinder is compared with the estimated value of the residual air quantity by the residual air quantity estimation means and the delay. A torque-down amount estimating means for estimating the ignition timing based on the ignition timing retarding control amount by the angle control means,
The control apparatus for a cylinder injection internal combustion engine, wherein the torque-up correction means is for increasing and correcting the engine torque according to the estimated value by the torque-down amount estimation means.
請求項2に記載の制御装置において、
トルクアップ補正手段は、吸気行程噴射モードへ切替え後の気筒の最初の1燃焼サイクルだけ、トルクダウン量推定手段による推定値に基づいて燃料噴射量を増量補正するものであることを特徴とする筒内噴射式内燃機関の制御装置。
The control device according to claim 2,
The torque-up correction means corrects the fuel injection amount to be increased based on the estimated value by the torque-down amount estimation means only for the first one combustion cycle of the cylinder after switching to the intake stroke injection mode. Control device for internal injection internal combustion engine.
請求項2に記載の制御装置において、
トルクアップ補正手段は、吸気行程噴射モードへ切替え後の気筒の最初の1燃焼サイクルだけ、トルクダウン量推定手段による推定値に基づいて点火時期の遅角制御量を減少補正するものであることを特徴とする筒内噴射式内燃機関の制御装置。
The control device according to claim 2,
The torque up correction means corrects the ignition timing retarded control amount to be decreased and corrected only for the first one combustion cycle of the cylinder after switching to the intake stroke injection mode based on the estimated value by the torque down amount estimation means. A control apparatus for a cylinder injection internal combustion engine.
請求項1〜4のいずれか1つに記載の制御装置において、
内燃機関の吸気圧を検出する吸気圧検出手段と、
内燃機関の排気圧に関するパラメータ値を検出するパラメータ値検出手段と、を備え、
残留空気量推定手段は、前記検出された吸気圧及びパラメータ値に基づいて気筒内の残留空気量を推定するものであることを特徴とする筒内噴射式内燃機関の制御装置。
In the control device according to any one of claims 1 to 4,
Intake pressure detecting means for detecting the intake pressure of the internal combustion engine;
Parameter value detecting means for detecting a parameter value related to the exhaust pressure of the internal combustion engine,
The residual air amount estimation means estimates the residual air amount in the cylinder based on the detected intake pressure and parameter value, and controls the in-cylinder injection internal combustion engine.
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