JP2006329158A - 火花点火式筒内噴射型内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 スモークの排出を抑えつつ、十分なトルクの維持とノッキングの回避とを両立できる火花点火式筒内噴射型内燃機関の制御装置を提供する。
【解決手段】 燃焼室１８内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁２０を備える火花点火式筒内噴射型内燃機関の制御装置において、ノッキングの発生を検出するノッキング検出手段６４と、該ノッキング検出手段によりノッキングの発生が検出されたときの実際の点火時期と、その運転条件における推定最適点火時期との「ずれ」を取得する点火時期ずれ取得手段と、該点火時期ずれ取得手段により取得された「ずれ」に基づき、燃料噴射弁２０からの燃料噴射を吸気行程と圧縮行程とに分割噴射すると共に、それらの噴射圧、噴射時期および噴射割合の中の少なくともいずれか一つを変更制御する燃料噴射変更制御手段と、を備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、筒内に直接に燃料を噴射する燃料噴射弁を備える火花点火式筒内噴射型内燃機関の制御装置に関し、特に、自動車用エンジンとして用いて好適な火花点火式筒内噴射型内燃機関の制御装置に関する。

近年、点火プラグにより火花点火する内燃機関であって、シリンダ内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁を備える火花点火式筒内噴射型内燃機関が実用化されている。かかる火花点火式筒内噴射型内燃機関において、ノッキングの回避とそれによる機関トルクの向上を図る技術がいくつか提案されている。

例えば、特許文献１には、ノッキングが発生し易い低速・高負荷運転領域においては、吸気行程中に少量の燃料を噴射すると共に、圧縮行程で残りの燃料（６０〜９０％程度）を噴射する、いわゆる分割噴射において圧縮行程での噴射割合を多くするようにした技術が開示されている。この技術によると、吸気行程中にのみ燃料を噴射する場合に比べ、点火時期を進角側に設定することが可能となる結果、上記の低速・高負荷運転領域における機関トルクの向上が図れるとしている。

また、特許文献２には、吸気行程に大量の燃料噴射を行い、圧縮行程では全体量の１０％程度の分割噴射を行うようにすることで、トルクの維持とノッキングの回避とを実現できるとする技術が開示されている。

特開平１０−２１３７４４号公報 特開２００３−９０２４９号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示された技術によれば、確かに、低速・高負荷運転領域における機関トルクの向上は期待できるが、全噴射量の６０〜９０％程度の燃料が圧縮行程に噴射されることから、スモークの排出が増加するという新たな問題が生ずるおそれがある。

また、特許文献２に開示された技術では、本発明者等の実験によると、圧縮行程で全体量の１０％程度、換言すると、吸気行程に全噴射量の９０％程度の燃料噴射を行なうよりも、過給条件や燃料性状等の条件の違いによって、圧縮行程での燃料噴射量を多くした方がトルクが向上することが判明しており、必ずしも、トルクの維持とノッキングの回避とを両立できるものではない。

そこで、本発明の目的は、かかるスモークの排出を抑えつつ、十分なトルクの維持とノッキングの回避とを両立できるようにした火花点火式筒内噴射型内燃機関の制御装置を提供することにある。

このため、本発明に係る火花点火式筒内噴射型内燃機関の制御装置の一形態は、燃焼室内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁を備える火花点火式筒内噴射型内燃機関の制御装置において、ノッキングの発生を検出するノッキング検出手段と、該ノッキング検出手段によりノッキングの発生が検出されたときの実際の点火時期と、その運転条件における推定最適点火時期との「ずれ」を取得する点火時期ずれ取得手段と、該点火時期ずれ取得手段により取得された「ずれ」に基づき、前記燃料噴射弁からの燃料噴射を吸気行程と圧縮行程とに分割噴射すると共に、それらの噴射圧、噴射時期および噴射割合の中の少なくともいずれか一つを変更制御する燃料噴射変更制御手段と、を備えることを特徴とする。

ここで、前記燃料噴射変更制御手段は、前記実際の点火時期の「ずれ」が遅角側であるときに、圧縮行程における噴射時期を所定量遅角させるように制御するようにしてもよい。

また、前記燃料噴射変更制御手段は、前記実際の点火時期の「ずれ」が遅角側であるときに、圧縮行程における噴射割合を所定量増やすように制御するようにしてもよい。

さらに、前記燃料噴射変更制御手段は、前記実際の点火時期の「ずれ」が遅角側であるときに、噴射圧を所定量増やすように制御するようにしてもよい。

そして、排気ガス中の黒煙濃度を検出する黒煙濃度検出手段を備え、前記燃料噴射変更制御手段は、該黒煙濃度検出手段により所定濃度以上の黒煙が検出されたときには、前記圧縮行程における噴射時期を所定量進角させるように制御するようにしてもよい。

また、排気ガス中の黒煙濃度を検出する黒煙濃度検出手段を備え、前記燃料噴射変更制御手段は、該黒煙濃度検出手段により所定濃度以上の黒煙が検出されたときには、前記圧縮行程における噴射割合を所定量減らすように制御するようにしてもよい。

さらに、発生トルクを検出する発生トルク検出手段を備え、前記燃料噴射変更制御手段は、該発生トルク検出手段により検出された発生トルクの増加分がなくなったときには、前記噴射圧を所定量減らすように制御するようにしてもよい。

本発明に係る火花点火式筒内噴射型内燃機関の制御装置の一形態によれば、ノッキング検出手段によりノッキングの発生が検出されると、点火時期ずれ取得手段により、このときの実際の点火時期と、その運転条件における推定最適点火時期との「ずれ」が取得される。そして、該点火時期ずれ取得手段により取得された「ずれ」に基づいて、燃料噴射変更制御手段によって、燃料噴射弁からの燃料噴射が吸気行程と圧縮行程とに分割噴射されると共に、それらの噴射圧、噴射時期および噴射割合の中の少なくともいずれか一つが変更制御される。噴射圧が変更される場合には、燃料噴射弁から噴射される燃料の噴霧性状が変更されるので、ノッキングを回避しつつトルクを制御することができる。噴射時期が変更される場合には、圧縮行程における噴射時期の制御により混合気への乱れ生成作用が制御されるので、同じくノッキングを回避しつつトルクを制御することができる。噴射割合が変更される場合には、圧縮行程における燃料噴射量の制御により筒内の冷却作用が制御されるので、同じくノッキングを回避しつつトルクを制御することができる。

ここで、前記燃料噴射変更制御手段が、前記実際の点火時期の「ずれ」が遅角側であるときに、圧縮行程における噴射時期を所定量遅角させるように制御する形態によれば、吸気行程噴射により形成された混合気に対し、圧縮行程において所定量遅角された噴射時期で燃料が噴射されるので、混合気に乱れが生成されノッキングが回避されつつトルクの向上を図ることができる。

また、前記燃料噴射変更制御手段が、前記実際の点火時期の「ずれ」が遅角側であるときに、圧縮行程における噴射割合を所定量増やすように制御する形態によれば、吸気行程噴射により形成された希薄混合気に対し、圧縮行程において割合が所定量増やされて燃料が噴射されるので、上記乱れと共に筒内の冷却作用によりノッキングが回避されつつトルクの向上を図ることができる。

さらに、前記燃料噴射変更制御手段が、前記実際の点火時期の「ずれ」が遅角側であるときに、噴射圧を所定量増やすように制御する形態によれば、燃料噴射弁から噴射される燃料の噴霧がさらに微粒化され、燃焼速度が上昇するので、ノッキングが回避されつつトルクの向上を図ることができる。

そして、排気ガス中の黒煙濃度を検出する黒煙濃度検出手段を備え、前記燃料噴射変更制御手段が、該黒煙濃度検出手段により所定濃度以上の黒煙が検出されたときには、前記圧縮行程における噴射時期を所定量進角させるように制御するようにした形態によれば、黒煙の発生を抑制することができる。

また、排気ガス中の黒煙濃度を検出する黒煙濃度検出手段を備え、前記燃料噴射変更制御手段が、該黒煙濃度検出手段により所定濃度以上の黒煙が検出されたときには、前記圧縮行程における噴射割合を所定量減らすように制御するようにした形態によれば、黒煙の発生を抑制することができる。

さらに、発生トルクを検出する発生トルク検出手段を備え、前記燃料噴射変更制御手段が、該発生トルク検出手段により検出された発生トルクの増加分がなくなったときには、前記噴射圧を所定量減らすように制御するようにしした形態によれば、ノッキングを回避しつつ発生トルクを最大に維持することができる。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明が適用される、過給機を備えた火花点火式筒内噴射型内燃機関（以下、単に、エンジンともいう）の制御装置の概要を示すシステム構成図であり、１０はエンジン本体である。エンジン本体１０は、シリンダが形成されたシリンダブロック１２およびシリンダヘッド１４を備え、１６はシリンダ内を往復動するピストン、１８はピストン１６の上部に形成される燃焼室である。２０は燃焼室１８へ直接に燃料噴射するように配設された筒内インジェクタであり、２２は点火プラグである。さらに、図示は省略するが、燃焼室１８にはトルク検出手段としての筒内圧センサが設けられている。なお、筒内インジェクタ２０は各々、高圧燃料ポンプ２４から高圧の燃料が供給される燃料デリバリパイプ２６に連通されている。

エンジン１０の吸気系では、吸気弁２８を介して燃焼室１８に連通する吸気ポート３０に吸気マニホルドを介して吸気通路３２が連通されている。吸気通路３２はスロットル弁３４が介装されたスロットルチャンバに連通されている。スロットル弁３４はスロットルモータ３６によって駆動され、その開度がスロットル開度センサ３５により検出される、いわゆる電子制御スロットルである。そして、このスロットルチャンバの上流に過給機３８（例えば、ターボチャージャのコンプレッサ）が配設されている。更に、過給機３８の上流には吸入空気流量を計測するためのエアフローメータ４０が配設されている。

一方、エンジン１０の排気系では、排気弁４２を介して燃焼室１８に連通する排気ポート４４に排気マニホルドを介して排気通路４６が連通されている。排気通路４６には前述の過給機３８のタービン（不図示）が介装され、その下流に、三元触媒４８が配設されている。本実施の形態の過給機３８としてのターボチャージャは、タービンに導入する排気のエネルギーによりコンプレッサが回転駆動され、空気を吸入、加圧して過給するものであるが、過給機３８としては、他の機械式過給機を用いることができる。

また、エンジン１０には、エンジン１０の回転数を検出するためのクランク角センサ（以下、回転数センサと称す）５０や要求負荷（アクセル開度）を検出するためのアクセル開度センサ５２が設けられている。さらに、エンジン１０の冷却水温を検出する水温センサ５４や過給圧を制御するのに用いられる圧力センサ（不図示）および排気ガス中の黒煙（スモーク）の有無を検出するための黒煙検出センサ５６が設けられている。さらに、本実施の形態では、上述の燃料デリバリパイプ２６内の燃料圧力、延いては筒内インジェクタ２０からの噴射圧を検出するための噴射圧センサ５８、吸気の温度および湿度をそれぞれ計測するための吸気温度センサ６０および吸気湿度センサ６２、およびエンジン１０におけるノッキングを検出するためのノッキングセンサ６４が設けられ、これらの各種センサの出力がマイクロコンピュータ等で構成される電子制御ユニット１００に送られるようになっている。

電子制御ユニット（以下、ＥＣＵと称す）１００は、上述の各センサから送られてきた出力値に応じて、燃料噴射量、燃料噴射時期、点火時期、過給圧等を制御する。なお、燃料噴射量、燃料噴射時期、点火時期、過給圧等の制御のために使用される基本的な制御値は、例えば縦軸に吸入空気量等で代表されるエンジンの負荷をとり、横軸にエンジン回転数をとったエンジン１０の運転状態を表す基本マップに、エンジン１０の要求特性等に合わせて実験的に求めた最適値が制御値として設定されており、これらの基本マップは電子制御ユニット１００のテーブルに保存されている。

ここで、本実施の形態のエンジン１０において、ＥＣＵ１００により実行される基本的制御内容について、図２を参照して説明する。このエンジン１０では、吸気行程においてのみ燃焼室１８内に燃料を噴射する噴射条件Ａ運転と、吸気行程と共に圧縮行程においても燃焼室１８内に燃料を噴射する、いわゆる分割噴射を行う噴射条件Ｂ運転とを行うことが可能なように設定されている。この噴射条件Ｂ運転には、後述するように、エンジン１０にノッキングが生じたときに噴射条件Ａ運転から切替えられる。噴射条件Ａ運転のときは、吸気行程において体積効率および混合気の均質性が高くなる吸気行程上死点（ＴＤＣ）後の所定のクランク角位置から所定のクランク角間隔において、図２に示すような単発噴射、もしくは複数回に分割されての吸気行程分割噴射が行われる。一方、噴射条件Ｂ運転のときは、吸気行程における噴射量が減量されて噴射されると共にその減量分が圧縮行程下死点（ＢＤＣ）後の所定のクランク角位置から所定のクランク角間隔において噴射される、吸気行程および圧縮行程分割噴射が行われる。そして、本発明では、吸気行程における燃料噴射量に対しこの圧縮行程における燃料噴射量の割合または燃料噴射時期を制御することでもって、十分なトルクの維持とノッキングの回避とを両立させるようにしている。

そこで、本発明の第１の実施形態に係る制御装置による制御の一形態につき、図３に示すフローチャートを参照して説明する。なお、この制御ルーチンは噴射条件Ａにての運転中にノッキングが検出されたときに例えば所定のクランク角毎に実行される。すなわち、制御が開始されてステップＳ１０１においての所定の運転状態の下で基本マップに基づく噴射条件Ａによる運転が行われているとき、ステップＳ１０２に進みノッキングが発生したか否かが判定される。この判定でノッキングが発生していないときには、本制御ルーチンは一旦終了され、再度、ステップＳ１０１に戻ることになる。換言すると、上述のエアフローメータ４０により検出されるエンジン負荷を表す吸入空気量および回転数センサ５０によるエンジン回転数に基づき、基本マップから求められた所定の点火時期の下に、所定の燃料噴射量が吸気行程においてのみ燃焼室１８内に噴射される噴射条件Ａによる運転が継続されるのである。

ところで、ステップＳ１０２において、ノッキングの発生が検出されるとステップＳ１０３に進み、このノッキングが発生したときの点火時期と最適点火時期（ＭＢＴ）との「ずれ」が取得される。より詳しく説明すると、ノッキングが発生したときの実際の点火時期とその運転条件における推定最適点火時期との「ずれ」が取得されるのである。この推定最適点火時期は、上述のエンジン負荷およびエンジン回転数に加えて、吸気温度、吸気湿度、冷却水温および燃料噴射時期等をパラメータにとって、エンジンが最大トルクを発生する最小進角度として予め実験等により求めてマップに保存されている。本実施の形態では、上述のエンジン負荷およびエンジン回転数に加えて、吸気温度センサ６０および吸気湿度センサ６２により計測された吸気温度および吸気湿度、水温センサ５４により計測された冷却水温に基づき、推定最適点火時期がマップから求められる。そして、これとノッキングが発生したときの実際の点火時期とが比較され、「ずれ」が取得されるのである。

次に、ステップＳ１０４において、この「ずれ」が遅角側であるか否かが判定される。すなわち、最適点火時期（ＭＢＴ）に対して実際の点火時期が遅角側にずれているときには、ステップＳ１０５に進み噴射条件Ａによる運転中か否かが判定される。一方、「ずれ」が進角側であるときは燃料噴射変更制御によるノッキング抑制は困難であるからステップＳ１０６に進み、通常の点火時期によるノッキングを抑制し得る点火時期まで遅角させて制御ルーチンが終了される。

ここで、噴射条件Ａによる運転が行われているときにノッキングが発生したと判定された結果の最初の制御ルーチンサイクルでは、ステップＳ１０５で噴射条件Ａによる運転中であると判定され、ステップＳ１０７に進む。このステップＳ１０７では、上述の噴射条件Ｂによる運転に切替えられ、吸気行程および圧縮行程分割噴射が行われる。この切替え直後の噴射条件Ｂによる運転の初期条件は、圧縮行程噴射割合が全噴射量の１０％、噴射開始時期が圧縮行程でのＢＴＤＣ１８０°ＣＡ（クランク角）程度となるように設定されている。噴射条件Ａ運転から噴射条件Ｂ運転への切替えに際し、急激な条件変化によるトルク変動を伴わせないためである。そして、次のステップＳ１１１では、上述の噴射条件Ｂによる運転に切替えられた後のトルクＴｊが、トルク検出手段としての不図示の筒内圧センサによって検出、あるいはエンジン回転数の変動率によって算出され、記憶される。

そして、次のステップＳ１１２では、ノッキングが発生しているか否か、換言すると、ノッキングが回避されたか否かが判定される。すなわち、ステップＳ１０７での噴射条件Ｂによる運転への切替え、または後述するステップＳ１０８での噴射条件Ｂによる運転の調整制御の結果としてノッキングが回避されたか否かが判定されるのである。ステップＳ１１２でノッキングが回避されたと判定されると、ステップＳ１１３に進み、点火時期が所定量（例えば、１°ＣＡ）進角される。そして、ステップＳ１１１に戻り、トルクＴｊが再度検出ないしは算出され、記憶される。このステップＳ１１１ないしステップＳ１１３のルーチンは、ステップＳ１１２でノッキングが発生したと判定されるまで、すなわち、ノッキングが再び発生するまで、ステップＳ１１３で点火時期が所定量（例えば、１°ＣＡ）ずつ進角されて繰り返されることになる。

さらに、ステップＳ１１２で上述のノッキングが回避されていない、もしくはノッキングが再び発生したと判定されると、再度、ステップＳ１０３に戻る。ステップＳ１０３では、このノッキングが発生した運転条件における推定最適点火時期と実際の点火時期との「ずれ」が取得され、ステップＳ１０４において、この「ずれ」が遅角側であるか否かが判定されること前述の通りである。そして、最適点火時期（ＭＢＴ）に対して実際の点火時期が遅角側にずれているときには、ステップＳ１０５に進み噴射条件Ａによる運転中か否かが判定される。このステップＳ１０５の判定で噴射条件Ａによる運転中でない、すなわち、既に噴射条件Ｂによる運転に切替えられた後の制御ルーチンサイクルでは、ステップＳ１０８に進む。このステップＳ１０８では、上述の初期条件に対し圧縮行程噴射割合を所定の一定量（例えば、１０％）増やすと共に、圧縮行程噴射開始時期を所定の一定量（例えば、１０°ＣＡ）遅角させる。このように、本実施形態では、ノッキングが発生し実際の点火時期の「ずれ」が遅角側である限りは、圧縮行程における噴射割合が所定量づつ増やされると共に噴射時期が所定量づつ遅角されるので、混合気に乱れが生成されると共に筒内の冷却作用により、ノッキングが回避されつつトルクの向上が図られる。

そして、この噴射条件Ｂによる運転の調整制御の結果、黒煙（スモーク）が発生したか否かが黒煙検出センサ５６の検出結果に基づきステップＳ１０９にて判定される。ステップＳ１０９において、スモークが発生したと判定されるとステップＳ１１４に進み、ステップＳ１０８で所定の一定量（例えば、１０％）増やした圧縮行程噴射割合および所定の一定量（例えば、１０°ＣＡ）遅角させた圧縮行程噴射開始時期を、それぞれ、１ルーチンサイクル前の状態に戻すべく減量且つ進角され、制御が終了される。

一方、ステップＳ１０９において、スモークは発生していないと判定されるとステップＳ１１０に進み、前述のステップＳ１１１において検出ないしは算出され、記憶されていたトルクＴｊに対し所定量以上のトルク低下がなかったか否かが判定される。所定量以上のトルク低下があるときにはステップＳ１１４に進み、上述のように、ステップＳ１０８で一定量（例えば、１０％）増やした圧縮行程噴射割合および一定量（例えば、１０°ＣＡ）遅角させた圧縮行程噴射開始時期を、それぞれ、１ルーチンサイクル前の状態に戻すべく減量且つ進角され、制御が終了される。

ステップＳ１１０において所定量以上のトルク低下はなかったと判定されるとステップＳ１１１進み、このトルクに更新されてトルクＴｊとして記憶される。そして、次のステップＳ１１２では、前述のステップＳ１０８で行なった噴射条件Ｂによる運転の調整制御の結果としてノッキングが回避されたか否かが判定され、ノッキングが回避されたと判定されるとステップＳ１１３に進み、前述のように、ノッキングが再び発生するまで点火時期が所定量（例えば、１°ＣＡ）ずつ進角される。そして、ノッキングが再び発生すると、再度、ステップＳ１０３に戻り噴射条件Ｂによる運転の調整制御が行われることになる。

ここで、上述した黒煙（スモーク）検出センサ５６の一例について、図４を参照して説明する。図４に示すのは光透過式であり、排気通路４６からサンプリングプローブ７０により排気ガスを吸入し、流量計７２および温度計７４を介して測定室７６に導く。測定室７６にはその一側に光源７８が、他側に光検出器８０が配置されている。測定室７６を通過する排気ガスに対し直交する方向に光源から照射された光の強度が光検出器８０で検出される。黒煙ないしはスモークにより光が吸収されたり散乱が起こるので、光の透過率を計測することで黒煙ないしはスモークの濃度が測定可能である。なお、上記測定室７６自体を排気通路４６内に設置すれば、サンプリングプローブ７０等を設けることなく測定が可能である。さらに、黒煙（スモーク）検出センサ５６の他の例として、ろ紙にスモークを吸着させ、ろ紙の裏側に配置した反射鏡で光を反射させたときの反射強度を計測することによる光反射式を用いてもよい。

次に、本発明の第２の実施形態に係る制御装置による制御の一形態につき、図５に示すフローチャートを参照して説明する。この第２の実施形態は、上述の第１の実施形態の圧縮行程における噴射時期および噴射割合の制御に加えて、噴射圧をも制御するようにしている点において異なるのみであるから、図５のフローチャートにおいては、理解の容易化を図るために、図３に示したフローチャートのステップの符号をそのまま用い、その一部としての追加変更されたステップをＳ２００台で表し全体の表示を省略する。

この第２の実施形態においては、上述の第１の実施形態におけるステップＳ１０８での圧縮行程噴射割合を所定の一定量（例えば、１０％）増やすと共に、圧縮行程噴射開始時期を所定の一定量（例えば、１０°ＣＡ）遅角させる噴射条件Ｂによる運転の調整制御の次にステップＳ２０１に進み、このときの筒内インジェクタ２０からの噴射圧Ｐｊが噴射圧センサ５８で検出されて記憶される。そして、このステップＳ２０１の後に上述のステップＳ１０９におけるスモークが発生したか否かの判定、およびステップＳ１１０におけるトルクＴｊに対し所定量以上のトルク低下がなかったか否かの判定が行われる。

そして、ステップＳ１０９においてスモークが発生したと判定されたとき、およびステップＳ１１０において所定量以上のトルク低下があると判定されたときにステップＳ１１４に直接に進むのではなく、本実施の形態ではステップＳ２０２に進む。そして、そのスモーク値がスモーク濃度Ｓｊおよびそのトルク値がトルクＴｊとして記憶される。次に、ステップＳ２０３に進み噴射圧Ｐｊが所定量（例えば、１ＭＰa）増やされる。そこで、ステップＳ２０４においてスモーク値がスモーク濃度Ｓｊよりも悪化したか、あるいはトルク値がトルクＴｊよりも低下したか否かが判定され、悪化あるいは低下しない限りはステップＳ２０３における噴射圧Ｐｊの所定量の昇圧が繰り返される。

そして、ステップＳ２０４の判定で悪化あるいは低下が認められるときは、ステップＳ２０５に進み、噴射圧Ｐｊが所定量（例えば、１ＭＰa）減らされ、そして前述のステップＳ１１４へと進む。

次に、本発明の第３の実施形態に係る制御装置による制御の一形態につき、図６に示すフローチャートを参照して説明する。上述の第２の実施形態におけるステップＳ２０３において、噴射圧Ｐｊを所定量づつ上昇させるように制御したが、このことはエンジンの低速運転領域の吸気行程で筒内インジェクタ２０からの噴射圧を上昇させることを意味し、噴霧の高噴射率化による混合気形成の悪化および燃焼効率の低下をきたし、また、噴霧貫徹力の増大によるライナウエット増加等により排気性能の悪化やフリクション増大をきたすおそれがある。そこで、第３の実施形態は、これらを抑制する制御を加えたものである。この第３の実施形態は第２の実施形態に擬似的にかかる噴射率や貫徹力を低下させる制御を加えているのみであるから、図６のフローチャートにおいては、理解の容易化を図るために、図３および図５に示したフローチャートのステップの符号をそのまま用い、その一部としての追加変更されたステップをＳ３００代で表し全体の表示を省略する。

この第３の実施形態においては、上述の第２の実施形態におけるステップＳ２０３で噴射圧Ｐｊが所定量（例えば、１ＭＰa）増やされた後に、ステップＳ３０１においてこの噴射圧Ｐｊが所定値を超えるか否かが判定される。所定値を超えるときにはステップＳ３０２に進み、吸気行程噴射の分割回数が１回増やされる。なお、ステップＳ３０１の判定で所定値を超えないとき、およびステップＳ３０２の後は、ステップＳ２０４に進む。かくて、本実施の形態では吸気行程中の分割噴射回数が増やされることで、１回当たりの噴霧密度および貫徹力が低下され、混合気形成の悪化および燃焼効率の低下をきたすことがないように噴霧形成が制御される。

次に、本発明の制御装置を適用した火花点火式筒内噴射型内燃機関おける実験結果を図７に示す。図７において横軸には噴射開始時期（上死点前（ＢＴＤＣ）クランク角（°ＣＡ））を、縦軸にはトルク（Ｎｍ）を取り、使用燃料をレギュラーガソリンとハイオクガソリンとし、それぞれについて噴射開始時期を異ならせて得られた最大トルクが示されている。なお、このときの点火時期はノッキング発生に至る限界の点火時期に調整されている。

レギュラーガソリンを使用した場合には、噴射条件ＡでもってＢＴＤＣ１８０°ＣＡ、すなわち下死点（ＢＤＣ）付近のみで燃料噴射を行わせるよりも、噴射条件Ｂでもって圧縮行程のＢＴＤＣ１００°ＣＡでも燃料噴射を行わせる方がより大きなトルクが得られた。これは圧縮行程噴射により燃焼速度が速くなるからであり、オクタン価が低く耐ノッキング性能が低いことからＭＢＴとの「ずれ」が大きいレギュラーガソリンの場合程その効果が大きくなるからである。

ハイオクガソリンを使用した場合には、噴射条件ＡでもってＢＴＤＣ１８０°ＣＡに燃料噴射を行わせるよりも、ＢＴＤＣ２２０°ＣＡに燃料噴射を行わせる方がより大きなトルクが得られた。噴射条件Ｂでもって圧縮行程のＢＴＤＣ１８０°ＣＡでも燃料噴射を行わせると、レギュラーガソリン使用時ほどの向上代はないもののより大きなトルクが得られた。これは、ハイオクガソリンではＭＢＴとの「ずれ」が小さいために、圧縮行程噴射により燃焼速度を速めてトルクを向上させるという効果よりも、充填効率を向上させる吸気行程噴射の方が影響が強いためと推定される。

上記実験結果から理解されるように、レギュラーガソリンのように燃料のオクタン価が低く耐ノッキング性能の悪い（ＭＢＴとの「ずれ」が大きくなる）燃料では、なるべく圧縮行程での噴射割合を増し、筒内全域を冷却しつつ、さらに燃料の噴霧による筒内の乱れを活用して火炎伝播速度を向上させることによる、ノッキング回避が有効となる。従って、圧縮行程噴射の量を増し、さらに圧縮行程噴射の噴射時期を遅角側に移動させるのが好ましい。このとき、圧縮行程噴射による黒煙(スモーク)の発生を監視し、黒煙が発生した場合は、圧縮行程噴射の量を減らすかおよび／または噴射時期を進角させるかして、黒煙の発生を抑制すればよい。

一方、ハイオクガソリンのように耐ノッキング性能に有利な（ＭＢＴとの「ずれ」が小さい）燃料の場合には、吸気行程で大部分の燃料を噴射することで充填効率向上および均質性向上によるトルク向上を狙いつつ、圧縮行程に少量の燃料噴射を加え筒内を冷却させることでノッキングを回避することが有効である。従って、ハイオクガソリンの場合は、圧縮行程噴射量を減らし、圧縮行程噴射開始時期を進角側に移動させるのが好ましい。

本発明が適用される、過給機を備えた火花点火式筒内噴射型内燃機関の制御装置の概要を示すシステム構成図である。 本発明に用いられる、吸気行程においてのみ燃焼室内に燃料を噴射する噴射条件Ａと、吸気行程と共に圧縮行程においても燃焼室内に燃料を噴射する噴射条件Ｂとを示すタイミングチャートである。 本発明の第１の実施形態に係る制御装置による制御の一形態を示すフローチャートである。 黒煙（スモーク）検出センサの一例を示す概略説明図である。 本発明の第２の実施形態に係る制御装置による制御の一形態を示すフローチャートである。 本発明の第３の実施形態に係る制御装置による制御の一形態を示すフローチャートである。 使用燃料をレギュラーガソリンとハイオクガソリンとし、それぞれについて噴射開始時期を異ならせて実験を行い、得られた最大トルクを示すグラフである。

符号の説明

１０ エンジン本体
２０ 筒内インジェクタ
３４ スロットル弁
３８ 過給機
４０ エアフローメータ
５４ 水温センサ
５６ 黒煙検出センサ
５８ 噴射圧センサ
６０ 吸気温度センサ
６２ 吸気湿度センサ
６４ ノッキングセンサ
１００ 電子制御ユニット

Claims (7)

1. 燃焼室内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁を備える火花点火式筒内噴射型内燃機関の制御装置において、
   ノッキングの発生を検出するノッキング検出手段と、
   該ノッキング検出手段によりノッキングの発生が検出されたときの実際の点火時期と、その運転条件における推定最適点火時期との「ずれ」を取得する点火時期ずれ取得手段と、
   該点火時期ずれ取得手段により取得された「ずれ」に基づき、前記燃料噴射弁からの燃料噴射を吸気行程と圧縮行程とに分割噴射すると共に、それらの噴射圧、噴射時期および噴射割合の中の少なくともいずれか一つを変更制御する燃料噴射変更制御手段と、
   を備えることを特徴とする火花点火式筒内噴射型内燃機関の制御装置。
2. 前記燃料噴射変更制御手段は、前記実際の点火時期の「ずれ」が遅角側であるときに、圧縮行程における噴射時期を所定量遅角させるように制御することを特徴とする請求項１に記載の火花点火式筒内噴射型内燃機関の制御装置。
3. 前記燃料噴射変更制御手段は、前記実際の点火時期の「ずれ」が遅角側であるときに、圧縮行程における噴射割合を所定量増やすように制御することを特徴とする請求項１に記載の火花点火式筒内噴射型内燃機関の制御装置。
4. 前記燃料噴射変更制御手段は、前記実際の点火時期の「ずれ」が遅角側であるときに、噴射圧を所定量増やすように制御することを特徴とする請求項１に記載の火花点火式筒内噴射型内燃機関の制御装置。
5. 排気ガス中の黒煙濃度を検出する黒煙濃度検出手段を備え、
   前記燃料噴射変更制御手段は、該黒煙濃度検出手段により所定濃度以上の黒煙が検出されたときには、前記圧縮行程における噴射時期を所定量進角させるように制御することを特徴とする請求項２に記載の火花点火式筒内噴射型内燃機関の制御装置。
6. 排気ガス中の黒煙濃度を検出する黒煙濃度検出手段を備え、
   前記燃料噴射変更制御手段は、該黒煙濃度検出手段により所定濃度以上の黒煙が検出されたときには、前記圧縮行程における噴射割合を所定量減らすように制御することを特徴とする請求項３に記載の火花点火式筒内噴射型内燃機関の制御装置。
7. 発生トルクを検出する発生トルク検出手段を備え、
   前記燃料噴射変更制御手段は、該発生トルク検出手段により検出された発生トルクの増加分がなくなったときには、前記噴射圧を所定量減らすように制御することを特徴とする請求項４に記載の火花点火式筒内噴射型内燃機関の制御装置。
   

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