JP2007032376A

JP2007032376A - 筒内直接噴射式火花点火内燃機関の制御装置

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Publication number: JP2007032376A
Application number: JP2005215206A
Authority: JP
Inventors: Akihiro Shikata; 章浩志方; Hitoshi Ishii; 仁石井
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2005-07-26
Filing date: 2005-07-26
Publication date: 2007-02-08
Anticipated expiration: 2025-07-26
Also published as: JP4375295B2

Abstract

【課題】点火時期の大幅な遅角と燃焼安定度とを両立させ、冷機時の排気ガス温度の昇温とＨＣ排出量低減とを実現する。
【解決手段】暖機完了状態では、通常の成層燃焼運転および均質燃焼運転を行う。冷機状態では、触媒コンバータの活性化促進とＨＣ排出量低減のために、上死点噴射運転モードとして、噴射開始時期ＩＴが圧縮上死点前、噴射終了時期ＩＴｅが上死点後となるように、上死点を跨いで燃料噴射が行われる。点火時期ＡＤＶは、上死点後となる。圧縮上死点では、スワールやタンブルが減衰して微小な乱れが活発化しており、ピストンの位置変化も少ないので、安定した燃焼を実現できる。アイドル運転中に過渡的に回転数低下が生じたときには、（ｃ）のように、点火時期ＡＤＶを進角補正するとともに第２の点火を追加する。ＭＢＴ点に近づくことで、吸気量の増加を待たずにトルクが応答性よく上昇する。
【選択図】図１

Description

この発明は、筒内に燃料を直接に噴射する筒内直接噴射式火花点火内燃機関に関し、特に、その噴射時期および点火時期の制御に関する。

特許文献１には、排気浄化用の触媒コンバータが活性温度よりも低い未暖機状態にあるときに、圧縮行程中に燃料噴射を行い、かつ、点火時期を圧縮上死点よりも遅角させる技術が開示されている。
特開２００１−３３６４６７号公報

内燃機関冷機時の触媒の早期活性化を図るべく排気ガス温度を昇温させるとともにＨＣを低減するためには、点火時期をなるべく大きく遅角させることが望ましいが、点火時期を大幅に遅角すると、燃焼安定度が悪化するため、燃焼安定度の観点から定まるある限界よりも遅角することはできない。特許文献１のような従来の技術では、特に冷機時のような条件下において、安定した燃焼の確保が難しく、燃焼安定度から定まる点火時期の遅角限界が比較的進み側にあり、十分な点火時期の遅角を実現することができない。

本発明は、筒内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁を備えるとともに、点火プラグを備えてなる筒内直接噴射式火花点火内燃機関の制御装置において、所定の運転状態のとき、例えば触媒コンバータの冷機時のような排気ガス温度の昇温が必要な場合などに、上死点噴射運転モードとして、燃料噴射を、噴射開始時期が圧縮上死点前で噴射終了時期が圧縮上死点後となるように圧縮上死点を跨ぐ期間に行い、かつ、上記噴射開始時期から遅れた圧縮上死点後に点火を行うことを特徴としている。そして、特に、この上死点噴射運転モード中に過渡的なトルク上昇が要求されたときに、点火時期を進角補正し、かつ上記点火時期よりも遅れた第２の点火を行うことを特徴としている。

図１は、本発明の上死点噴射運転モードにおける燃料噴射期間および点火時期を例示したものであり、同図の（ａ）のように、噴射開始時期ＩＴが圧縮上死点（ＴＤＣ）前、噴射終了時期ＩＴｅが圧縮上死点（ＴＤＣ）後となる。その間の噴射期間ＩＰの長さは、噴射量に相当する。点火時期ＡＤＶは、圧縮上死点（ＴＤＣ）後であり、噴射開始時期ＩＴから所定クランク角（例えば１０°ＣＡ〜２５°ＣＡ）遅れた時期となる。この遅れ期間Ｄは、一般に、燃料噴射弁から点火プラグまでの距離に相関する。

なお、圧縮上死点（ＴＤＣ）を中心として前半の圧縮上死点前の期間と後半の圧縮上死点後の期間とがほぼ等しくなるように、噴射開始時期ＩＴおよび噴射終了時期ＩＴｅを制御するようにしてもよい。

図２は、内燃機関の１サイクル中のピストンストロークによるピストン位置変化量と燃焼室の体積変化量とを示したものである。図示するように、単位クランク角当たりの変化量は、ストロークの中間位置付近で最も大きく、下死点（ＢＤＣ）付近ならびに上死点（ＴＤＣ）付近では、非常に小さい。従って、本発明で燃料噴射を行う圧縮上死点付近は、ピストン位置変化や体積変化が非常に小さく、ピストンの動き等に影響されない安定した場が形成され得る。

また、筒内には、吸気行程において、スワール流やタンブル流といった比較的大きな流れのガス流動が発生し、圧縮行程においても残存しているが、このようなスワール流やタンブル流といった大きな流れは、ピストンが圧縮上死点付近に達して燃焼室が狭小なものとなると、急激に崩壊する。図３は、種々の機関回転数の下での燃焼室内の大きな流れの流速変化を示したものであり、図示するように、回転数に応じた強さのスワール流ないしタンブル流が発生するが、圧縮上死点（３６０°ＣＡ）に達する前に、急激に崩壊する。従って、本発明において圧縮上死点付近で噴射された燃料噴霧は、スワール流やタンブル流のような大きな流れにより動かされることがなく、点火プラグに対し、常に安定した形で噴霧を形成することが可能である。

一方、上記のスワール流やタンブル流といった比較的大きな流れのエネルギは、その流れの崩壊に伴って、微小な乱れへと遷移する。従って、燃焼室内の微小な乱れは、圧縮上死点の直前に、急激に増大する。図４は、図３に示した流れの崩壊に伴って生じる微小な乱れの強さを、流速に換算していわゆる乱れ流速として示したものであり、図示するように、圧縮上死点直前に、乱れが大きく増加する。このような微小な乱れは、燃焼場の活性化に寄与し、燃焼改善作用が得られる。

つまり、燃料が噴射される圧縮上死点付近での燃焼室内の場は、噴霧を動かしてしまうような大きな流れが存在せず、かつ燃焼を活発化させる微小な乱れが多く存在し、しかも、ピストンの動きに対し非常に安定した場となる。従って、圧縮上死点よりも遅角した点火時期でもって、安定した燃焼が可能であり、燃焼安定度の上で制限される点火時期の遅角限界が、より遅角側となる。そのため、点火時期の大幅な遅角により、排気ガス温度を大幅に昇温させることができ、かつＨＣ排出量が低減する。

ここで、上記のような上死点噴射運転モードにおいては、点火時期ＡＤＶがＭＢＴ点から大幅に遅れているので、過渡的なトルク上昇が要求されたときに、点火時期ＡＤＶの進角補正つまりＭＢＴ点に近づけることで、トルクを応答性よく立ち上げることが可能である。つまり、吸気量の増加ひいては燃料量の増量には必ず応答遅れが伴うのに対し、点火時期ＡＤＶの進角補正によれば、同じ吸気量の下で応答性の高いトルク上昇が得られる。これは、例えばアイドル時のアイドル回転数制御に利用することができ、例えば、回転数偏差に基づく吸気量（燃料量）のフィードバック制御と組み合わせて、急激な回転数低下時に点火時期を進角補正することで、エンジンストールを確実に回避することができる。そして、本発明では、特に、このようにトルク上昇のために点火時期を進角補正する際に、これよりも遅れた時期に第２の点火を付加するので、燃焼不安定化を回避しつつ、点火時期の大幅な進角が可能となる。

上記第２の点火の点火時期としては、上死点噴射運転モードにおける基本的な点火時期、つまり進角補正していない状態での点火時期をそのまま用いることができる。

また、第２の点火は、トルク上昇のために点火時期を進角補正する際に常に付加してもよいが、望ましくは、上死点噴射運転モードにおける基本的な点火時期と進角補正後の点火時期との差が許容限度に相当する所定値を越える場合にのみ、上記第２の点火を行う。

図１の（ｂ）は、（ａ）に示した上死点噴射運転モードにおける点火時期ＡＤＶを進角補正した特性例を示しており、同じ吸気量の下では、燃料噴射量（噴射期間ＩＰ）は基本的に一定であるが、点火時期ＡＤＶがＭＢＴ点に近づき、燃焼効率が高くなることで、（ａ）の特性例に比べてトルクが上昇する。しかし、このような点火時期ＡＤＶの進角の結果、噴射開始時期ＩＴから点火時期ＡＤＶまでの遅れ期間Ｄは、相対的に短くなる。この遅れ期間Ｄが過度に短くなると、噴霧が点火プラグに到達する前に放電が生じ、失火の確率が高くなって燃焼安定性が低下する。これに対し、図１の（ｃ）は、進角補正後の点火時期ＡＤＶの後に、第２の点火を第２点火時期ＡＤＶ♯２において与えた特性例を示している。この例では、第２点火時期ＡＤＶ♯２は、上死点噴射運転モードにおける基本的な点火時期ＡＤＶ（（ａ）の点火時期）と等しく、従って、噴射開始時期ＩＴから第２点火時期ＡＤＶ♯２までの遅れ期間Ｄ１が、（ａ）に示す遅れ期間Ｄと等しい。このように第２の点火を付加することで、仮に最初の点火時期ＡＤＶで十分な着火燃焼に至らなかった場合でも、第２の点火により確実な着火が可能であり、燃焼安定性が確保される。

すなわち、図８は、燃料噴射時期（噴射開始時期ＩＴ）および点火時期ＡＤＶと燃焼安定性との関係を示したものであり、曲線Ｋで囲まれた内側の領域が燃焼安定性を確保し得る領域、外側の領域が燃焼不安定領域となる。そして、上死点噴射運転モードにおける基本的な点火時期ＡＤＶは、燃焼安定領域のほぼ中央となる線Ｓに沿って設定される。例えば、噴射開始時期ＩＴが上死点ＴＤＣであるときの基本的な点火時期ＡＤＶは、図のＰ点となるが、このＰ点から進角補正した場合に、曲線Ｋ上のＰ１点よりも進角側では、燃焼が不安定化する。従って、この場合には、Ｐ点もしくはこれに近い時期に、第２の点火を付加するのである。

なお、要求トルクの上昇に対しては、一般に吸気量の増加ひいては燃料量の増加が行われるので、過渡的なトルク上昇の要求に対し筒内に流入する吸気量が増加した後は、点火時期を、上死点噴射運転モードにおける本来の位置に戻すつまり遅角させることが望ましい。

本発明では、進角補正時を含め平均的な空燃比をほぼ理論空燃比もしくは若干リーンの一定値に維持することが可能である。

一方、トルク上昇のために２回の点火を行う状況においては、いずれの点火が付加的なものであるのかは特に重要ではない。本発明の第２の態様においては、所定の運転状態のときに、上死点噴射運転モードとして、燃料噴射を、噴射開始時期が圧縮上死点前で噴射終了時期が圧縮上死点後となるように圧縮上死点を跨ぐ期間に行い、かつ、上記噴射開始時期から遅れた圧縮上死点後に点火を行うとともに、この上死点噴射運転モード中に過渡的なトルク上昇が要求されたときに、上記の点火時期よりも早期に第２の点火を行う。この場合も、実質的に図１（ｃ）と同様に２回の点火が行われることになり、燃焼安定性を損なわずに速やかなトルク上昇が図れる。

この発明によれば、点火時期を圧縮上死点よりも大幅に遅角させた状態で安定した燃焼を得ることができ、例えば内燃機関の冷機時に、排気ガス温度を昇温させて触媒の早期活性化を図ることができるとともに、ＨＣ排出量の低減が可能となる。そして、アイドル回転数制御などのために過渡的なトルク上昇が要求されたときに、基本的な点火時期よりも進角した時期での点火と基本的な点火時期に近い時期での点火とを行うことで、安定した燃焼を維持しつつ応答性よくトルクを向上させることができる。従って、例えば、アイドル中の何らかの外乱による回転数低下に対し、吸気量の増加を待たずに応答性の高い回転数の回復が図れる。

以下、この発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。

図５〜図７は、この発明が適用される筒内直接噴射式火花点火内燃機関の一実施例を示しており、特に、図５，図６は、一つの気筒の構成を示し、図７は機関全体のシステム構成を示している。

図５，図６に示すように、シリンダブロック１に形成されたシリンダ２にピストン３が摺動可能に配置されているとともに、シリンダブロック１上面に固定されたシリンダヘッド４と上記ピストン３との間に、燃焼室５が形成されている。上記シリンダヘッド４には、吸気弁６によって開閉される吸気ポート７と、排気弁８によって開閉される排気ポート９と、が形成されている。１つの気筒に対し、一対の吸気弁６と一対の排気弁８とが設けられており、これらの４つの弁に囲まれた燃焼室５天井面中心部に、点火プラグ１０が配置されている。また、この実施例では、運転状態によってタンブル流を強化することができるように、吸気ポート７内に、該吸気ポート７内を上下２つの流路に区画する隔壁１１が設けられているとともに、その下側の流路を上流端で開閉するタンブル制御弁１２が設けられている。当業者には容易に理解できるように、タンブル制御弁１２によって下側の流路を閉塞した状態ではタンブル流が強化され、タンブル制御弁１２を開いた状態ではタンブル流が弱まる。なお、このタンブル制御弁１２は本発明において必ずしも必須のものではなく、省略することも可能であり、また、これに代えて、公知のスワール制御弁を設けるようにしてもよい。

上記シリンダヘッド４の吸気ポート７の下側、より詳しくは一対の吸気ポート７の中間部の位置には、筒内へ燃料を直接噴射する燃料噴射弁１５が配置されている。この燃料噴射弁１５は、平面図上において図示せぬピストンピンと直交する方向に沿って燃料を噴射するように配置されているとともに、図５の断面図上において、斜め下方を指向して配置されているが、下方への傾斜角は比較的小さく、つまり水平に近い方向へ燃料を噴射する。

一方、ピストン３の頂部は、ペントルーフ型をなす燃焼室５天井面の傾斜に沿った凸部形状をなしているとともに、その中央部に、平面図上において略矩形をなす凹部１６が形成されている。この凹部１６の底面は、タンブル流に沿うように、所定の曲率半径の円弧面ないしは円弧に近似した湾曲面をなしている。

図７に示すように、この実施例の内燃機関は、例えば直列４気筒機関であり、各気筒の排気ポート９が接続された排気通路２１に、排気浄化用の触媒コンバータ２２が設けられており、その上流側に、酸素センサ等の空燃比センサ２３が配置されている。また、各気筒の吸気ポート７が接続された吸気通路２４は、その入口側に、制御信号により開閉される電子制御スロットル弁２５を備えている。上記排気通路２１と上記吸気通路２４との間には、排気還流通路２６が設けられており、その途中に、排気還流制御弁２７が介装されている。また、各気筒のタンブル制御弁１２は、ソレノイドバルブ２８を介して導入される吸入負圧により動作する負圧式タンブル制御アクチュエータ２９によって、一斉に開閉される構成となっている。

また、上記燃料噴射弁１５には、燃料ポンプ３１およびプレッシャレギュレータ３２によって適宜な圧力に調圧された燃料が、燃料ギャラリ３３を介して供給されている。従って、各気筒の燃料噴射弁１５が制御パルスにより開弁することで、その開弁期間に応じた量の燃料が噴射される。また、各気筒の点火プラグ１０は、イグニッションコイル３４に接続されている。

上記内燃機関の燃料噴射時期や噴射量、点火時期等は、コントロールユニット３５によって制御される。このコントロールユニット３５には、アクセルペダル踏み込み量を検出するアクセル開度センサ３０の検出信号や、クランク角センサ３６の検出信号、空燃比センサ２３の検出信号、冷却水温を検出する水温センサ３７の検出信号、等が入力されている。

上記のように構成された内燃機関においては、暖機が完了した後の状態、例えば冷却水温が８０℃を越えているときには、通常の成層燃焼運転および均質燃焼運転が行われる。

すなわち、低速低負荷側の所定の領域では、通常の成層燃焼運転モードとして、基本的にタンブル制御弁１２を閉じた状態の下で、圧縮行程の適宜な時期に燃料噴射が行われ、かつ圧縮上死点前の時期に点火が行われる。なお、この運転モードでは、圧縮上死点前に必ず燃料噴射が終了する。圧縮行程中にピストン３へ向けて噴射された燃料は、凹部１６に沿って旋回するタンブル流を利用して点火プラグ１０近傍へ集められ、ここで点火される。そのため、平均的な空燃比がリーンとなった成層燃焼が実現される。

また、暖機完了後の高速高負荷側の所定の領域では、通常の均質燃焼運転モードとして、基本的にタンブル制御弁１２を開いた状態の下で、吸気行程中に燃料噴射が行われ、かつ圧縮上死点前のＭＢＴ点において点火が行われる。この場合は、燃料は筒内で均質な混合気となり、基本的に理論空燃比近傍で運転が行われる。

これに対し、内燃機関の冷却水温が８０℃以下のとき、つまり暖機が完了していない状態では、触媒コンバータ２２の活性化つまり温度上昇の促進とＨＣ排出量低減のために、上死点噴射運転モードとなる。この上死点噴射運転モードでは、前述した図１の（ａ）に示したように、噴射開始時期ＩＴが圧縮上死点（ＴＤＣ）前、噴射終了時期ＩＴｅが圧縮上死点（ＴＤＣ）後となり、圧縮上死点を跨いで燃料噴射が行われる。点火時期ＡＤＶは、圧縮上死点（ＴＤＣ）後となり、噴射開始時期ＩＴから１０°ＣＡ〜２５°ＣＡ遅れた時期に点火される。この遅れ期間の間に、燃料噴霧がちょうど点火プラグ１０付近に到達し、点火プラグ１０付近に可燃混合気を形成するので、確実に着火燃焼に至り、成層燃焼が行われる。このとき、燃料噴射量は、平均的な空燃比が理論空燃比ないしはこれよりも若干リーンな一定値（例えば１６〜１７程度）となるように制御される。

本実施例では、上記の燃料噴射時期は、噴射開始時期ＩＴが所定のクランク角となるように制御され、噴射終了時期ＩＴｅは、この噴射開始時期ＩＴと燃料噴射量（噴射時間）とによって定まる。なお、燃料噴射期間ＩＰにおける圧縮上死点前の期間と圧縮上死点後の期間とが等しくなるように、燃料噴射量に基づき、噴射開始時期ＩＴと噴射終了時期ＩＴｅとを求めるようにすることも可能である。

前述したように、この上死点噴射運転モードにおいて燃料が噴射される圧縮上死点付近での燃焼室内の場は、大きな流れの崩壊により噴霧を動かしてしまうような大きな流れが存在せず、かつ大きな流れの崩壊に伴い、燃焼を活発化させる微小な乱れが多く存在し、しかも、ピストンの動きに対し非常に安定した場となる。そして、このように大きな流れが存在しない安定した場の中で、高圧で燃料噴射を行うことにより、噴霧自体のエネルギによって筒内に微小な乱れを積極的に生成することができる。従って、圧縮上死点よりも遅角した点火時期でもって、安定した燃焼が可能であり、燃焼安定度の上で制限される点火時期の遅角限界が、より遅角側となる。そのため、点火時期の大幅な遅角により、排気ガス温度を大幅に昇温させることができ、かつＨＣ排出量が低減する。

一方、アクセルペダル踏み込み量ないしは電子制御スロットル弁２５の開度が実質的に０であることを示すアイドルスイッチ信号がＯＮである場合には、通常の均質燃焼運転モードや成層燃焼運転モードであるか上死点噴射運転モードであるかにかかわらず、点火時期のフィードバック制御と吸気量のフィードバック制御とを併用したアイドル回転数制御が実行される。つまり、目標アイドル回転数と実回転数との回転数偏差に応じてトルクが増加もしくは減少するように吸気量（例えば電子制御スロットル弁２５の開度）をフィードバック制御するとともに点火時期を補正する。アイドル回転数の急激な低下に対して、電子制御スロットル弁２５の開度制御による吸気量の増加は応答性が低く、これに比較して点火時期の進角補正によれば、点火時期がＭＢＴ点に近づくことで直ちにトルクが上昇するので、回転数低下を応答性よく回避できる。なお、上記のアイドルスイッチ信号は、必ずしも物理的なスイッチでなくともよく、例えばアクセル開度センサ３０の検出信号から生成される。

ここで、上記の上死点噴射運転モードによるアイドル運転中に、補機負荷（例えば空調装置のコンプレッサや車両のパワーステアリング装置）や自動変速機のレンジ位置の切換（ＮレンジからＤレンジへの切換）などによってアイドル回転数が大きく低下した場合、上記のアイドル回転数制御によって目標アイドル回転数を維持すべく点火時期が進角補正されるが、本発明では、この点火時期の進角補正に際して、図１の（ｃ）に例示するように、噴射開始時期ＩＴから点火時期ＡＤＶまでの遅れ期間Ｄが過度に短くなる場合に第２の点火を行い、燃焼安定性を維持しつつ大幅な点火時期の進角補正を可能としている。

図９のフローチャートは、上記の上死点噴射運転モードによるアイドル運転中の過渡的な回転数低下に対する上述した進角補正の処理の流れを示しており、また、図１０のタイムチャートは、補機負荷等によりアイドル回転数の低下が生じたときの作用の一例を示している。

図１０に示すように、機関回転数Ｎｅが所定の目標アイドル回転数に維持されているアイドル運転状態において、何らかの負荷が加わると、機関回転数Ｎｅの低下が生じる。この機関回転数Ｎｅの低下が検出されると、トルクを上昇させるべくスロットル弁開度ＴＶＯが増大補正（ＴＶＯ₀からＴＶＯ₂となる）されるが、筒内に実際に流入する吸気量Ｑａの変化は遅れを伴い、図のｔ₁の時点になってから、Ｑａ₀からＱａ₂へと徐々に変化していく。

このような吸気量変化の応答性遅れを補うために、点火時期ＡＤＶは、機関回転数Ｎｅの低下の検出に伴って、上死点噴射運転モードにおける基本的な特性（後述の基本点火時期ＡＤＶＳ）に沿ったＡＤＶ₀からＡＤＶ₁へと直ちに進角補正される。そして、このときの進角量が大きく、補正後の点火時期ＡＤＶ₁が基本的な点火時期特性から大きく離れる場合には、太実線で示すように、第２の点火が第２点火時期ＡＤＶ♯２において付加的に実行される。この第２の点火の第２点火時期ＡＤＶ♯２は、上死点噴射運転モードにおける基本的な点火時期特性に沿った値となる。燃料噴射期間ＩＰつまり燃料噴射量は、進角補正の前後で変化がなく、従って、空燃比（平均空燃比）は、例えば１６〜１７程度で一定に維持される。なお、図１０の例では、上死点噴射運転モードのときに、噴射期間ＩＰが上死点ＴＤＣを跨いで前後に対称となるように制御されている。このような点火時期ＡＤＶの進角補正によって、同じ吸気量ならびに燃料噴射量であっても、機関のトルクは高くなるため、機関回転数Ｎｅは目標アイドル回転数へ向かって速やかに立ち上がり、ストールが回避される。また、噴射開始時期ＩＴから点火時期ＡＤＶ₁までの遅れ期間Ｄが短くなるが、第２の点火を付加することで、失火や燃焼不安定化が確実に回避される。

ｔ₁の時点から実際に筒内に流入する吸気量Ｑａが増加していくので、空燃比を一定に維持するように燃料噴射量（燃料噴射期間ＩＰ）が制御される結果、当初の吸気量Ｑａ₀に見合う噴射量（噴射期間ＩＰ₀）から吸気量Ｑａ₂に見合う噴射量（噴射期間ＩＰ₂）へと徐々に増加していく。そして、この吸気量Ｑａおよび噴射量の増加に伴ってトルクが上昇するので、点火時期ＡＤＶは、上死点噴射運転モードの基本的な点火時期特性に近づくように、徐々に遅角される。そして、実際の吸気量Ｑａがスロットル弁開度ＴＶＯ₂に対応した吸気量Ｑａ₂に達するｔ₂時点で、この吸気量Ｑａ₂および機関回転数Ｎｅに対応した上死点噴射運転モードの基本的な点火時期ＡＤＶ₂となる。なお、噴射期間ＩＰ₂は、吸気量Ｑａ₂に見合ったものとなり、かつ上死点ＴＤＣを跨いで前後対称になるように噴射開始時期ＩＴが制御される。つまり、本来の上死点噴射運転モードに復帰し、これにより、高い排気温度が得られる。

上記の制御を図９のフローチャートに従って説明すると、まず、ステップ１で、負荷の急増が検出されたか否か判定する。この負荷の増加は、例えば、アイドル回転数の低下に基づいて検出されるが、補機負荷の投入などから直接的に検出することも可能である。そして、ステップ２で、アイドル回転数の回復に必要なトルクΔＴ（つまりトルク増加分）を算出する。これは、例えば、アイドル回転数の低下速度（ΔＮｅ／Δｔ）に基づいて求めることができるが、補機負荷など既知の値をそのまま用いてもよい。そして、この負荷増加検出時にタイマｔを０として、計時を開始する（ステップ３）。なお、図１０のタイムチャートの例では、アイドル回転数の低下から負荷増加の判定を行っているので、時点ｔ₀は、実際の負荷の増加タイミングから僅かに遅れて示されている。

次に、ステップ４において、必要なトルクΔＴに見合う点火時期ＡＤＶの進角量ΔＡＤＶを算出する。必要なトルクΔＴが大であるほど進角量ΔＡＤＶも大となる。また、ステップ５，６において、上記のトルクΔＴだけトルクが増加するように必要な吸気量Ｑａ₂を算出し、かつこの吸気量Ｑａ₂が得られるスロットル弁開度ＴＶＯ₂まで電子制御スロットル弁２５を開く。そして、ステップ７で、既知の吸気応答遅れの特性に基づき、電子制御スロットル弁２５へ制御信号が出力されてから筒内の吸気量Ｑａが実際に変化し始める時点ｔ₁および吸気量Ｑａ₂に達する時点ｔ₂までの遅れ時間ｔ₁，ｔ₂を算出する。

以上のステップ２からステップ７の処理は、ステップ１での負荷増加検出後の初回のみに行われ、以後は、ステップ１からステップ８へ進む。ステップ８では、負荷増加検出後の経過時間ｔが上述のｔ₁未満であるか判定しており、ｔ₁未満であれば、ステップ９へ進んで、上記進角量ΔＡＤＶにより進角補正した点火時期ＡＤＶを求める。つまり、そのときの吸気量Ｑａおよび機関回転数Ｎｅに基づいて所定のマップなどから決定される基本点火時期ＡＤＶＳに進角量ΔＡＤＶを加えて、点火時期ＡＤＶとする。これにより、図１０のｔ₀〜ｔ₁間の点火時期ＡＤＶ₁が決定される。進角量ΔＡＤＶが大きいほど、補正後の点火時期ＡＤＶ₁はＭＢＴ点に近づくので、同じ吸気量Ｑａおよび燃料量の下でより大きなトルクが発生する。

経過時間ｔがｔ₁に達していれば、さらにステップ１０で経過時間ｔが上述のｔ₂未満であるか判定する。経過時間ｔがｔ₂に達していれば、点火時期ＡＤＶによるトルク上昇が不要であるので、ステップ１２へ進み、点火時期ＡＤＶを基本点火時期ＡＤＶＳそのものに設定する。具体的には、吸気量Ｑａ₂に対応した点火時期ＡＤＶ₂となる。経過時間ｔがｔ₁とｔ₂の間にあれば、ステップ１１へ進み、実際の吸気量Ｑａの変化に対応するように、時間ｔの経過に伴って、点火時期ＡＤＶを、ステップ９の（ＡＤＶＳ＋ΔＡＤＶ）からステップ１２のＡＤＶＳへと徐々に変化させる。つまり、図１０の例のＡＤＶ₁からＡＤＶ₂へと徐々に変化させることになる。

以上のステップ８〜ステップ１２によって点火時期ＡＤＶの進角補正が行われるが、次に、ステップ１３で、そのときの算出された点火時期ＡＤＶと基本点火時期ＡＤＶＳとの差ＤＡＤＶを求め、ステップ１４で、これを許容限度を示す所定値ＤＡＤＶＨと比較する。そして、差ＤＡＤＶが所定値ＤＡＤＶＨ以下であれば、ステップ１６において１回のみの点火を行うものとし、他方、差ＤＡＤＶが所定値ＤＡＤＶＨを越えていれば、ステップ１５に進んで、第２の点火の第２点火時期ＡＤＶ♯２を、基本点火時期ＡＤＶＳに沿って設定する。

従って、この実施例では、トルク上昇のために点火時期ＡＤＶがある程度大きく進角補正された場合に、第２の点火が付加されることになり、吸気量Ｑａが徐々に増加して点火時期ＡＤＶが基本点火時期ＡＤＶＳに近づくと、第２の点火は行われなくなる。

なお、上記実施例では、進角によるトルク上昇をアイドル回転数制御に利用する例を説明したが、これに限らず、例えば上死点噴射運転モードで走行中に操舵によりパワーステアリング装置の負荷が上昇したような場合に、トルク段差感が生じないように進角により応答性よくトルクを上昇させることが可能である。

また、図１１は、本発明の第２実施例を示すタイムチャートであって、この実施例では、トルク上昇が要求されたときにも、基本点火時期ＡＤＶＳに沿った点火時期ＡＤＶが継続して維持される。そして、前述の進角補正に代えて、第２の点火が、太実線で示すように、上記点火時期ＡＤＶよりも進角側の第２点火時期ＡＤＶ♯２において付加的に実行される。上記第２点火時期ＡＤＶ♯２は、前述した進角量ΔＡＤＶだけ基本点火時期ＡＤＶＳから進角したものであり、ｔ₁後は基本点火時期ＡＤＶＳに収束するように徐々に遅角される。これは、前述した実施例と実質的に同様である。そして、経過時間ｔがｔ₂に近づいて第２点火時期ＡＤＶ♯２が基本点火時期ＡＤＶＳにある範囲まで接近した段階で、第２の点火の付加は終了する。

本発明の燃料噴射期間および点火時期の一例を示した特性図。サイクル中のピストン位置変化量と体積変化量の特性図。大きな流れのサイクル中の変化を示す特性図。微小な乱れのサイクル中の変化を示す特性図。筒内直接噴射式火花点火内燃機関の一実施例を示す断面図。同じく平面図。この内燃機関全体のシステム構成を示す構成説明図。噴射開始時期ＩＴおよび点火時期ＡＤＶと燃焼安定性との関係を示す特性図。アイドル運転中の回転数低下に対する進角補正の処理の流れを示すフローチャート。その作用の一例を示すタイムチャート。第２の実施例を示すタイムチャート。

符号の説明

３…ピストン
５…燃焼室
１０…点火プラグ
１５…燃料噴射弁
２５…電子制御スロットル弁
３０…アクセル開度センサ

Claims

筒内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁を備えるとともに、点火プラグを備えてなる筒内直接噴射式火花点火内燃機関の制御装置において、所定の運転状態のときに、上死点噴射運転モードとして、燃料噴射を、噴射開始時期が圧縮上死点前で噴射終了時期が圧縮上死点後となるように圧縮上死点を跨ぐ期間に行い、かつ、上記噴射開始時期から遅れた圧縮上死点後に点火を行うとともに、この上死点噴射運転モード中に過渡的なトルク上昇が要求されたときに、点火時期を進角補正し、かつ上記点火時期よりも遅れた第２の点火を行うことを特徴とする筒内直接噴射式火花点火内燃機関の制御装置。
筒内に流入する吸気量が増加するまでの間、燃料噴射量を増加させることなく上記進角補正によるトルク上昇を行うことを特徴とする請求項１に記載の筒内直接噴射式火花点火内燃機関の制御装置。
アイドル時の機関回転数を目標回転数に維持するために、上記点火時期をフィードバック制御することを特徴とする請求項１または２に記載の筒内直接噴射式火花点火内燃機関の制御装置。
上死点噴射運転モードにおける基本的な点火時期と進角補正後の点火時期との差が所定値を越える場合に上記第２の点火を行うことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の筒内直接噴射式火花点火内燃機関の制御装置。
上死点噴射運転モードにおける基本的な点火時期に沿って上記第２の点火の点火時期を設定することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の筒内直接噴射式火花点火内燃機関の制御装置。
過渡的なトルク上昇の要求に伴い、筒内に流入する吸気量が増加した後は、点火時期を、上死点噴射運転モードにおける基本的な点火時期に遅角させることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の筒内直接噴射式火花点火内燃機関の制御装置。
上記上死点噴射運転モードにおける基本的な点火時期は、上記噴射開始時期から１０°ＣＡ〜２５°ＣＡ遅れた時期であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の筒内直接噴射式火花点火内燃機関の制御装置。
圧縮上死点を跨ぐ燃料噴射期間における圧縮上死点前の期間と圧縮上死点後の期間とがほぼ等しいことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の筒内直接噴射式火花点火内燃機関の制御装置。
進角補正時を含め平均的な空燃比がほぼ理論空燃比もしくは若干リーンの一定値に維持されることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の筒内直接噴射式火花点火内燃機関の制御装置。
筒内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁を備えるとともに、点火プラグを備えてなる筒内直接噴射式火花点火内燃機関の制御装置において、所定の運転状態のときに、上死点噴射運転モードとして、燃料噴射を、噴射開始時期が圧縮上死点前で噴射終了時期が圧縮上死点後となるように圧縮上死点を跨ぐ期間に行い、かつ、上記噴射開始時期から遅れた圧縮上死点後に点火を行うとともに、この上死点噴射運転モード中に過渡的なトルク上昇が要求されたときに、上記の点火時期よりも早期に第２の点火を行うことを特徴とする筒内直接噴射式火花点火内燃機関の制御装置。
筒内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁を備えるとともに、点火プラグを備えてなる筒内直接噴射式火花点火内燃機関において、所定の運転状態のときに、上死点噴射運転モードとして、燃料噴射を、噴射開始時期が圧縮上死点前で噴射終了時期が圧縮上死点後となるように圧縮上死点を跨ぐ期間に行い、かつ、上記噴射開始時期から遅れた圧縮上死点後に点火を行うとともに、この上死点噴射運転モード中に過渡的なトルク上昇が要求されたときに、基本的な点火時期よりも進角側の第１の点火と該第１の点火よりも遅角側の第２の点火とを行うことを特徴とする筒内直接噴射式火花点火内燃機関の制御方法。