JP2007040237A - 圧縮着火内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】圧縮着火運転と火花点火運転を行い、かつ火花点火運転をアトキンソンサイクルで行う圧縮着火内燃機関の制御装置において、燃料噴射量が零付近の下限値となるときも、実噴射量を要求噴射量に一致させてドライバビリティの低下あるいは排気エミッション性能の悪化を回避するようにした圧縮着火内燃機関の制御装置を提供する。
【解決手段】内燃機関の運転状態に応じて吸気バルブの開閉角（仮値）を算出し（Ｓ１６）と、それに基づいて噴射燃料の壁面付着量を算出し（Ｓ１８）、算出された壁面付着量を用いて燃料噴射量を算出し（Ｓ１８）、算出された燃料噴射量が下限値あるいはその付近にあるとき、算出された吸気バルブの開閉角を補正する（Ｓ２０，Ｓ２２）。
【選択図】図２

Description

この発明は、圧縮着火内燃機関の制御装置に関する。

内燃機関にあっては、インジェクタが吸気バルブの手前の吸気ポート付近に配置されるとき、噴射された燃料がその付近の壁面に付着する。この壁面付着による燃料の輸送遅れは空燃比制御の外乱となることから、壁面付着量を推定して燃料噴射量を補正する必要がある。また、吸気バルブが可変に制御されるとき、バルブタイミングの変更によって壁面付着量も影響を受ける。そこで、例えば特許文献１記載の技術のように、燃焼室近傍の付着燃料と燃焼室から離れた位置での付着燃料に対して付着率と蒸発率のモデルパラメータを演算すると共に、バルブオーバラップ量の変化に伴う内部ＥＧＲガスの変化状態からモデルパラメータを演算し、空燃比のずれを補正することが提案されている。

ところで、近時、ガソリンを燃料とする内燃機関において、所定の運転領域で燃焼室に供給される混合気を圧縮着火燃焼させる圧縮着火（Homogeneous Charge Compression Ignition） 運転（ＨＣＣＩ運転）を行ってＮＯｘ（窒素酸化物）排出の低減と熱効率あるいは燃費性能の向上を図ると共に、それ以外の運転領域で点火プラグを介して混合気を火花点火燃焼させる火花点火（Spark Ignition）運転を行う、いわゆる圧縮自己着火内燃機関が、種々提案されている。本出願人も下記の特許文献２に示すように、この種の技術を提案している。このような内燃機関にあっては、圧縮比を火花点火機関より上げることができて熱効率あるいは燃費性能も向上させることができる。

また、内燃機関の運転手法（より正確には熱機関の一種）として、吸気弁を遅れて閉じてポンピングロスを低減するようにしたアトキンソンサイクル（あるいはミラーサイクル）という運転手法がある。
特開２００３−２０９６５号公報 特開２００５−０９３２４号公報

特許文献２記載の圧縮着火内燃機関において、燃焼室の混合気を火花点火しつつ、アトキンソンサイクル運転を行うと、吸気バルブは圧縮行程に入っても直ぐ閉じられず、開弁されたままであることから、前回制御周期以前に噴射されて吸気ポート付近の壁面に付着していた燃料が、燃焼室内に急激に吸入されることがある。さらには、今回制御周期に噴射された燃料が、一旦燃焼室内に流入した後、吸気ポート内に吹き返され、見かけ上、付着量が大きくなることがあった。

従って、特許文献１記載の技術のように、吸気バルブのバルブタイミング、即ち、吸気バルブの開閉角に基づいて噴射燃料の壁面付着量を算出して燃料噴射量を演算することになるが、具体的には付着量に応じて減少するように燃料噴射量を演算する結果、場合によっては、燃料噴射量が零付近の下限値となることがある。そのため、要求シリンダ吸入燃料量に制御することができず、空燃比が目標値からずれて燃焼が不安定となり、トルク変動が生じてドライバビリティが低下すると共に、排気エミッション性能が悪化する恐れがある。

そのような不都合は、圧縮着火内燃機関においてアトキンソンサイクルの火花点火運転から圧縮着火運転に切り替えられるとき、特に顕著となる。

従って、この発明の目的は上記した課題を解決し、吸気バルブを可変に調整する機構を備えると共に、圧縮着火運転と火花点火運転を行い、かつ火花点火運転をアトキンソンサイクルで行う圧縮着火内燃機関の制御装置において、燃料噴射量が零付近の下限値となるときも、実噴射量を要求噴射量に一致させてドライバビリティの低下あるいは排気エミッション性能の悪化を回避するようにした圧縮着火内燃機関の制御装置を提供することにある。

上記の目的を解決するために、請求項１にあっては、少なくとも吸気バルブを可変に調整する可変バルブ機構と、燃焼室の混合気を点火する点火手段を備え、所定の運転領域で前記燃焼室に供給される混合気を圧縮着火燃焼させる圧縮着火運転を行うと共に、前記所定の運転領域以外の運転領域で前記点火手段を介して前記混合気を火花点火燃焼させる火花点火運転を行い、さらに前記火花点火運転をアトキンソンサイクルで行う圧縮着火内燃機関の制御装置において、前記内燃機関の運転状態に応じて前記吸気バルブの開閉角を算出する吸気バルブ開閉角算出手段と、前記算出された吸気バルブの開閉角に基づいて噴射燃料の壁面付着量を算出する壁面付着量算出手段と、前記算出された壁面付着量を用いて燃料噴射量を算出する燃料噴射量算出手段と、および前記算出された燃料噴射量が下限値あるいはその付近にあるとき、前記算出された吸気バルブの開閉角を補正する吸気バルブ開閉角補正手段とを備える如く構成した。

請求項２にあっては、少なくとも吸気バルブを可変に調整する可変バルブ機構と、燃焼室の混合気を点火する点火手段を備え、所定の運転領域で前記燃焼室に供給される混合気を圧縮着火燃焼させる圧縮着火運転を行うと共に、前記所定の運転領域以外の運転領域で前記点火手段を介して前記混合気を火花点火燃焼させる火花点火運転を行い、さらに前記火花点火運転をアトキンソンサイクルで行う圧縮着火内燃機関の制御装置において、前記内燃機関の運転状態に応じて前記吸気バルブの開閉角を算出する吸気バルブ開閉角算出手段と、前記算出された吸気バルブの開閉角に基づいて噴射燃料の壁面付着量を算出する壁面付着量算出手段と、燃料噴射量が下限値を下回らないように、前記算出された壁面付着量に応じて空燃比をリーン方向に補正する空燃比補正係数を算出する空燃比補正係数算出手段と、前記算出された空燃比補正係数を用いて前記燃料噴射量を算出する燃料噴射量算出手段とを備える如く構成した。

請求項１に係る圧縮着火内燃機関の制御装置においては、内燃機関の運転状態に応じて吸気バルブの開閉角を算出し、算出された吸気バルブの開閉角に基づいて噴射燃料の壁面付着量を算出し、算出された壁面付着量を用いて燃料噴射量を算出すると共に、算出された燃料噴射量が下限値あるいはその付近にあるとき、算出された吸気バルブの開閉角を補正するように構成したので、換言すれば、実噴射量を微量にしながら吸気バルブの開閉角を徐々に補正するようにしたので、実噴射量を要求噴射量に一致させるのが容易となり、よって空燃比を目標値に一致させることができ、燃焼が安定するように吸気バルブの開閉角の変化を制限することができる。それにより、トルク変動を除去することができ、ドライバビリティの低下を回避できると共に、排気エミッション性能の悪化を回避することができる。

請求項２に係る圧縮着火内燃機関の制御装置においては、内燃機関の運転状態に応じて吸気バルブの開閉角を算出し、算出された吸気バルブの開閉角に基づいて噴射燃料の壁面付着量を算出し、燃料噴射量が下限値を下回らないように、算出された壁面付着量に応じて空燃比をリーン方向に補正する空燃比補正係数を算出すると共に、算出された空燃比補正係数を用いて燃料噴射量を算出する如く構成したので、空燃比をリーン方向に補正することで実噴射料を低減させることができ、その結果、実噴射量を要求噴射量に一致させるのが容易となり、よって空燃比を目標値に一致させることができ、燃焼が安定させることができる。それにより、トルク変動を除去することができ、ドライバビリティの低下を回避できると共に、排気エミッション性能の悪化を回避することができる。

以下、添付図面に即してこの発明に係る圧縮着火内燃機関の制御装置を実施するための最良の形態について説明する。

図１は、この発明の第１実施例に係る圧縮着火内燃機関の制御装置を全体的に示す概略図である。

図１において、符号１０は、ガソリンを燃料とする４気筒４サイクルの内燃機関（１気筒のみ図示。以下「エンジン」という）を示す。エンジン１０において、エアクリーナ１２から吸入されて吸気管１４を通る空気（吸気）はスロットルバルブ１６で流量を調節されて吸気マニホルド２０を流れ、２個の吸気バルブ（１個のみ図示）２２が開弁されるとき、燃焼室２４に流入する。

吸気バルブ２２の手前の吸気ポート付近にはインジェクタ２６が配置される。インジェクタ２６には燃料供給管（図示せず）を介して燃料タンク（図示せず）に貯留されたガソリン燃料が圧送される。インジェクタ２６は、駆動回路（図示せず）を通じてＥＣＵ（Electronic Control Unit。電子制御ユニット）３０に接続される。

インジェクタ２６は、ＥＣＵ３０から開弁時間を示す駆動信号が駆動回路を通じて供給されると開弁し、開弁時間に応じたガソリン燃料を吸気ポートに噴射する。噴射されたガソリン燃料は、流入した空気と混合して混合気（予混合気）を形成し、吸気バルブ２２が開弁されるとき、燃焼室に流入する。

燃焼室２４には点火プラグ（点火手段）３２が配置される。点火プラグ３２はイグナイタなどからなる点火装置（点火手段。図示せず）を介してＥＣＵ３０に接続され、ＥＣＵ３０から点火信号が供給されると、燃焼室に臨む電極間に火花放電を生じる。混合気はそれによって着火されて燃焼し、ピストン３４を下方に駆動する。

尚、エンジン１０は、所定の運転領域で混合気を圧縮着火燃焼させる圧縮着火（Homogeneous Charge Compression Ignition）運転と、点火プラグ３２などを介して火花点火燃焼させる火花点火（Spark Ignition）運転の間で切り替え自在な、圧縮着火エンジン（内燃機関）として構成される。

燃焼によって生じた排気（排ガス）は、２個の排気バルブ（１個のみ図示）３６が開弁するとき、排気マニホルド４０に流れる。

尚、排気バルブ３６と吸気バルブ２２は、ステムに閉弁用電磁ソレノイド３６ａ，２２ａと、開弁用電磁ソレノイド３６ｂ，２２ｂと、スプリング３６ｃ，２２ｃと、スプリング３６ｄ，２２ｄとが装着され、各電磁ソレノイド３６ａ，２２ａ，３６ｂ，２２ｂの電磁力によって作動する電磁弁として構成される。排気バルブ３６と吸気バルブ２２は、具体的には、閉弁用電磁ソレノイド３６ａ，２２ａを励磁し、開弁用電磁ソレノイド３６ｂ，２２ｂを消磁することで閉弁されると共に、閉弁用電磁ソレノイド３６ａ，２２ａを消磁し、開弁用電磁ソレノイド３６ｂ，２２ｂを励磁することで開弁される。このように、排気バルブ３６と吸気バルブ２２は、装着された各電磁ソレノイド３６ａ，２２ａ，３６ｂ，２２ｂを励磁・消磁されることで、クランクシャフト（図示せず）の回転角度に関わりなく、バルブ（開閉）タイミングを可変に調整する可変バルブ機構３８として構成される。

排気マニホルド４０は下流で集合して排気系集合部を形成し、そこに排気管４２が接続される。排気は排気マニホルド４０から排気管４２を流れる。排気管（排気系）４２には、三元触媒からなる触媒装置４４が配置される。排気は、触媒装置４４が活性状態にあるとき、ＨＣ，ＣＯ，ＮＯｘなどの有害成分を除去されてエンジン外の大気に放出される。

排気管４２は、ＥＧＲ管４６を介して吸気管１４にスロットルバルブ１６が配置される位置の下流付近で接続される。ＥＧＲ管４６にはＥＧＲバルブ４６ａが介挿される。ＥＧＲバルブ４６ａはＥＣＵ３０に電気的に接続され、駆動されるとき、ＥＧＲ管４６を開放して排気の一部の吸気系への還流（外部ＥＧＲ）を行う。

排気管４２において触媒装置４４の上流には、ターボチャージャ５０が設けられる。ターボチャージャ５０は、図１に模式的に示す如く、排気管４２に配置され、そこを通過する排気で回転させられるタービン５０ａと、タービン５０ａに連結されつつ吸気管１４に配置され、タービン５０ａの回転力で駆動されて過給するコンプレッサ５０ｂからなる。タービン５０ａの付近には、可変ノズル（図示せず）が設けられ、タービン５０ａのインペラ（図示せず）を流れる排気の流量や速度を調整する。

また、吸気管１４に配置されたスロットルバルブ１６には、スロットルアクチュエータ（パルスモータなど）５２が連結され、スロットルアクチュエータ５２によって開閉される。即ち、スロットルバルブ１６は、エンジン１０が搭載される車両（図示せず）の運転席床面に配置されたアクセルペダル５４との機械的な接続が絶たれ、スロットルバルブ１６をアクセルペダル５４の動作と独立に開閉するＤＢＷ（Drive By Wire）機構５６として構成される。

ピストン３４の往復動はコンロッド３４ａを介してクランクシャフト（図示せず）を回転させる。エンジン１０には、前進５速、後進１速からなる自動変速機（図に「Ａ／Ｔ」と示す）５８が接続される。クランクシャフトの回転を通じて入力されたエンジン１０の回転は自動変速機５８で変速され、駆動輪（図示せず）に伝達されて車両を走行させる。

エンジン１０のクランクシャフトの付近にはクランク角センサ６０が配置され、気筒判別信号と、各気筒のＴＤＣ（上死点）あるいはその付近のクランク角度を示すＴＤＣ信号と、ＴＤＣ信号を細分してなるクランク角度信号とを出力する。それらの出力はＥＣＵ３０に入力される。

ＥＣＵ３０はマイクロコンピュータからなり、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ，Ａ／Ｄ変換回路、入出力回路およびカウンタ（全て図示せず）を備える。ＥＣＵ３０は入力信号の中、クランク角度信号をカウントしてエンジン回転数（ＥＮＧ回転数）ＮＥを算出（検出）する。

エアクリーナ１２の付近には温度検出素子を備えたエアフローメータ６２が配置され、エアクリーナ１２から吸入される空気（吸気）の流量（エンジン負荷を示す）Ｇａｉｒと温度ＴＡに応じた信号を出力する。

吸気管１４においてスロットルバルブ１６の下流にはＭＡＰセンサ６４が配置され、吸気管内圧力ＰＢＡを絶対圧で示す信号を出力すると共に、スロットルバルブ１６にはスロットル開度センサ６６が配置され、スロットルバルブ１６の位置（スロットル開度）ＴＨに応じた信号を出力する。また、スロットルアクチュエータ５２にはロータリエンコーダ７０が配置され、スロットルアクチュエータ５２の駆動量（回転量）に応じた信号を出力する。

エンジン１０の冷却水通路（図示せず）には水温センサ７２が配置されてエンジン冷却水温ＴＷに応じた信号を出力する。

アクセルペダル５４の付近にはアクセル開度センサ７４が設けられ、運転者のアクセルペダル踏み込み量を示すアクセル開度（エンジン負荷を示す）ＡＰに応じた信号を出力する。

排気系において、排気マニホルド４０の集合部の下流付近には広域空燃比センサ７６が配置され、その部位を流れる排気の酸素濃度（即ち、空燃比）に比例する信号を出力すると共に、ターボチャージャ５０のタービン５０ａの付近に配置された可変ノズルの付近には可変ノズル位置センサ８０が配置され、可変ノズルの位置に応じた信号を出力する。

自動変速機５８に作動油（Automatic Transmission Fluid）を供給する油路あるいはオイルパン（図示せず）の適宜位置にはＡＴＦ温度センサ８２が配置され、ＡＴＦ温度に比例した出力ＴＡＴＦを生じる。

上記したセンサ群の出力も、ＥＣＵ３０に入力される。ＥＣＵ３０は入力値に基づき、ＲＯＭに格納されている命令に従って後述するように、火花点火運転から圧縮着火運転への切り替え許可などの制御を実行する制御装置として機能する。

次いで、図１に示す制御装置の動作を説明する。

図２は、その動作、具体的にはＥＣＵ３０の動作を示すフロー・チャートである。尚、図示のプログラムは、所定時間（例えば１０ｍｓｅｃ）ごとに時間割り込みで起動される。

以下説明すると、Ｓ１０において前記したセンサ群を通じて検出したアクセル開度ＡＰ、吸気管内絶対圧ＰＢＡ、吸気温度ＴＡなどのＡ／Ｄ変換値をサンプリングすると共に、算出したエンジン回転数ＮＥを読み込む。

次いでＳ１２に進み、要求トルクＰＭＣＭＤ（エンジン負荷）を算出する。この実施例に係るエンジン１０はＤＢＷ機構５６で制御されることから、要求トルクＰＭＣＭＤは、以下のように算出される。
ＰＭＣＭＤ＝ＣＯＮＳＴ・ＰＳＥ／ＮＥ

上記で、ＣＯＮＳＴは定数である。ＰＳＥはアクセル開度ＡＰとエンジン回転数ＮＥとから予め設定されたマップ（特性図示省略）を検索して得られるエンジン１０の要求出力である。ＰＳＥは、具体的には、アクセル開度ＡＰが大きいほど、あるいはエンジン回転数ＮＥが高いほど、増加するように設定される。

次いでＳ１４に進み、圧縮着火（以下「ＨＣＣＩ」という）運転可能領域判断を行う。即ち、エンジン１０はＨＣＣＩ運転が可能な領域にあるか否か判断する。

図３はその処理を示すサブ・ルーチン・フロー・チャートである。

以下説明すると、Ｓ１００において検出されたエンジン冷却水温ＴＷが所定水温ＴＷＨＣＣＩを超えるか否か判断し、否定されるときはＳ１０２に進み、エンジン１０は火花点火（以下「ＳＩ」という）運転領域にあるとし、フラグF_HCCIのビットを０にリセットする。

Ｓ１００で肯定されるときはＳ１０４に進み、検出された吸気温度ＴＡが所定吸気温度ＴＡＨＣＣＩを超えるか否か判断し、否定されるときはＳ１０２に進むと共に、肯定されるときはＳ１０６に進み、排気温度ＴＥＸが所定排気温度ＴＥＸＨＣＣＩを超えるか否か判断する。

尚、排気温度ＴＥＸは、エンジン回転数ＮＥと燃料噴射量Ｔｏｕｔ（あるいは要求トルクＰＭＣＭＤ）と目標筒内ガス温度ＴｅｍｐＣＹＬなどから算出する。ただし、これら目標筒内ガス温度ＴｅｍｐＣＹＬおよび排気温度ＴＥＸの算出は、特許文献２に記載されているので、詳細な説明は省略する。

Ｓ１０６で否定されるときはＳ１０２に進むと共に、肯定されるときはＳ１０８に進み、ＨＣＣＩが可能な範囲内にあるか否か判断する。これは、要求トルクＰＭＣＭＤとエンジン回転数ＮＥから図４にその特性を示すマップを検索して行う。図４に示す如く、中、低負荷領域がＨＣＣＩ可能範囲とされる。

Ｓ１０８で否定されるときはＳ１０２に進むと共に、肯定されるときはＳ１１０に進み、エンジン１０はＨＣＣＩ運転が可能な領域にあると判断し、フラグF_HCCIのビットを１にセットする。

図２フロー・チャートの説明に戻ると、次いでＳ１６に進み、エンジン回転数ＮＥと要求トルクＰＭＣＭＤと目標内部ＥＧＲ量ｎＥＧＲとから、排気バルブ３６のＶＴ（バルブタイミング）、即ち、開閉角と、吸気バルブ２２のＶＴ（バルブタイミング）、即ち、開閉角（仮値）を算出する。吸気バルブ２２の開閉角は、図２フロー・チャートに関して後述するように、補正されることから、ここで算出される開閉角は、仮値とする。

尚、目標内部ＥＧＲ量ｎＥＧＲは、目標筒内ガス温度ＴｅｍｐＣＹＬと吸気管内絶対圧ＰＢＡとから、燃焼室２４のトータル（新気とＥＧＲ量を足した）充填量ｎＣＹＬＧＡＳを算出し、算出したトータル充填量ｎＣＹＬＧＡＳと目標筒内ガス温度ＴｅｍｐＣＹＬと吸気温度ＴＡと排気温度ＴＥＸから算出するが、これについても、特許文献２に記載されているので、詳細な説明は省略する。

図５は、吸気バルブ２２と排気バルブ３６のＶＴ（バルブタイミング）の算出例を示す説明図である。

図５において、吸気バルブ２２をＩｎ−ｖａｌｖｅと、排気バルブ３６をＥｘ−ｖａｌｖｅと示す。エンジン１０はアトキンソンサイクルで運転されることから、吸気バルブＩｎ−ｖａｌｖｅは、実線で示す如く、遅く（クランク角度において）閉じられるように制御される。尚、破線で示す特性は、アトキンソンサイクル運転を行わない場合を示す。

また、排気バルブＥｘ−ｖａｌｖｅは、ＳＩ運転において実線で示す如く制御される一方、ＨＣＣＩ運転において後述の如く内部ＥＧＲを行うことから、遅く閉じるように制御される。

図２フロー・チャートの説明に戻ると、次いでＳ１８に進み、燃料噴射量ＴＯＵＴｍｉｎ（ｎ）を算出する。

尚、Ｓ１８で算出される燃料噴射量ＴＯＵＴｍｉｎは、本来の燃料噴射量算出周期で算出される値と異なり、吸気バルブ２２の開閉角（仮値）を補正するための値であり、その意図から、燃料噴射量が下限値あるいはその付近にあるとき、算出された吸気バルブ２２の開閉角（仮値）を補正するための値、より正確には、算出された吸気バルブ２２の開閉角（仮値）を補正するために、故意に下限値あるいはその付近となるように算出される値である。下限値は、具体的には、零である。尚、本来の燃料噴射量は、それぞれの気筒のＴＤＣ付近、即ち、ＴＤＣ周期で算出される。

図６はその処理を示すサブ・ルーチン・フロー・チャートである。

以下説明すると、先ずＳ２００において燃料噴射量ＴＯＵＴｍｉｎ１を算出し、Ｓ２０２に進んで燃料噴射量ＴＯＵＴｍｉｎ２を算出し、Ｓ２０４に進んで燃料噴射量ＴＯＵＴｍｉｎ３を算出し、以下Ｓ２０ｎまで同様の処理を行って燃料噴射量ＴＯＵＴｍｉｎ（ｎ）までのｎ個の燃料噴射量を算出する。

図７は、図６のＳ２００などの燃料噴射量の算出処理を詳細に示すサブ・ルーチン・フロー・チャートである。

以下説明すると、Ｓ３００において吸気バルブ２２のＶＴｎから適宜設定された特性を検索し、直接率ＡＦＷ（ｎ）と持ち去り率ＢＦＷ（ｎ）を検索し、図示の式に従って付着量Ｆｗを演算する。

ＶＴｎは、上記した吸気バルブ２２の開閉角（仮値）を中心として所定クランク角度、例えば５度ごとに変化させたと仮定したときの値であり、従って直接率ＡＦＷ（ｎ）と持ち去り率ＢＦＷ（ｎ）は、該当の開閉角に対応して求められる値である。また、ｋは離散系のサンプル時刻、より具体的には図２フロー・チャートのプログラムループ時刻である。

尚、吸気バルブ２２のＶＴのみを用いるのは、最初に述べた如く、アトキンソンサイクル運転を行うと吸気バルブ２２は遅閉じとなることから、付着燃料が燃焼室２４に急激に吸入されて燃焼室２４にエンジン１０が要求する以上の燃料が流入し、ＨＣＣＩ運転に切り替える場合、空燃比のずれがＨＣＣＩの着火時期に影響し、ノッキングが発生してドライバビリティが低下すると共に、排気エミッション性能が悪化する恐れがあるからである。

上記で、直接率ＡＦＷは、あるサイクル（ＴＤＣサイクル）で噴射された燃料の中、そのサイクルで燃焼室２４に吸入される燃料の割合を、持ち去り率ＢＦＷは、そのサイクル前に噴射されて吸気ポートの壁面などに付着していた燃料の中、そのサイクルで燃焼室２４に吸入される燃料の割合を示す。

次いでＳ３０２に進み、算出された付着量Ｆｗ（ｎ）などを用い、燃料噴射量ＴＯＵＴｍｉｎ（ｎ）を図示の式に従って算出する。図示の式において、Ｔｃｙｌはエンジン１０の要求噴射量であり、以下のように算出される。
Ｔｃｙｌ＝Ｔｉ×ＫＣＭＤ×ＫＴＴ＋ＫＴ

上記で、Ｔｉ：エンジン回転数ＮＥとエンジン負荷（例えばエアフローメータ６２で検出された新気量）からマップ検索して求められる基本燃料噴射量、ＫＣＭＤ：空燃比補正係数、ＫＴＴ：ＫＣＭＤを除くエンジン冷却水温ＴＷなどに基づく乗算補正項、ＫＴ：残余の加算補正項である。尚、燃料噴射量は具体的には、インジェクタ２６の開弁時間で定義される。

このように、図６および図７の処理において、仮値を中心として吸気バルブ２２の開閉角（仮値）を所定クランク角度ごとに変化させたと仮定したときの燃料噴射量ＴＯＵＴｍｉｎが１，２，３．．．ｎ個まで算出される。

図２フロー・チャートの説明に戻ると、次いでＳ２０に進み、Ｓ１８で算出された燃料噴射量ＴＯＵＴｍｉｎ（ｎ）に基づいて吸気バルブ２２のＶＴ（開閉角）上限値を算出する。

図８はその処理を示すサブ・ルーチン・フロー・チャートである。

以下説明すると、Ｓ４００において算出された燃料噴射量ＴＯＵＴｍｉｎ１が下限値ＴＯＵＴＨＣＬを超えるか否か判断する。下限値ＴＯＵＴＨＣＬは零あるいはその付近の値、より具体的にはインジェクタ２６の無効ストロークに相当する値に設定される。

Ｓ４００で肯定されるときはＳ４０２に進み、そのときの吸気バルブ２２の開閉角ＶＴ１をＶＴ上限値とする。他方、Ｓ４００において算出された燃料噴射量ＴＯＵＴｍｉｎ１が負値であるときはＳ４００の判断は否定されてＳ４０４に進み、算出された燃料噴射量ＴＯＵＴｍｉｎ２が下限値ＴＯＵＴＨＣＬを超えるか否か判断する。

Ｓ４０４で肯定されるときはＳ４０６に進み、そのときの吸気バルブ２２の開閉角ＶＴ２をＶＴ上限値とする。他方、燃料噴射量ＴＯＵＴｍｉｎ２が負値であるときはＳ４０４の判断は否定されてＳ４０８に進み、算出された燃料噴射量ＴＯＵＴｍｉｎ３が下限値ＴＯＵＴＨＣＬを超えるか否か判断する。Ｓ４０８で肯定されるときはＳ４１０に進み、そのときの吸気バルブ２２の開閉角ＶＴ３をＶＴ上限値とする。

Ｓ４０８で否定されるときは以降同様の処理を繰り返しつつＳ４１２に進み、算出された燃料噴射量ＴＯＵＴｍｉｎ（ｎ）が下限値ＴＯＵＴＨＣＬを超えるか否か判断し、肯定されるときはＳ４１４に進み、そのときの吸気バルブ２２の開閉角ＶＴ（ｎ）をＶＴ上限値とする。尚、Ｓ４１２でも否定されるときはＳ４１６に進み、適宜設定した値ＶＴＨＨをＶＴ上限値とする。

図２フロー・チャートの説明に戻ると、次いでＳ２２に進み、算出されたＶＴ上限値に基づいて開閉角（仮値）を補正、即ち、吸気バルブ２２の開閉角（仮値）を算出されたＶＴ上限値とする。尚、これに応じ、可変バルブ機構３８において吸気バルブ２２の開閉が調整される。

図９および図１０を参照して上記を説明する。

図９はこの実施例に係る制御を行わない場合、図１０はこの実施例に係る制御を行った場合の吸気バルブ２２の開閉動作などを示すタイム・チャートである。図９に示す場合、空燃比の制御精度が悪いため、トルク段差が生じて先に述べたような不都合を生じる。

それに対し、この実施例に係る制御においては、エンジン１０の回転数ＮＥ、要求トルクなどの運転状態に応じて吸気バルブ２２の開閉角を算出し、算出された吸気バルブの開閉角に基づいて噴射燃料の壁面付着量ＦＷを算出し、算出された壁面付着量を用いて燃料噴射量を算出すると共に、算出された燃料噴射量が下限値ＴＯＵＴＨＣＬあるいはその付近にあるとき、算出された吸気バルブ２２の開閉角を補正するように構成した。

換言すれば、実噴射量を微量にしながら吸気バルブの開閉角を徐々に補正するようにしたので、図１０に示す如く、仮値を中心として吸気バルブ２２の開閉角（仮値）を所定クランク角度ごとに変化させたと仮定したときの燃料噴射量ＴＯＵＴｍｉｎを１，２，３．．．ｎ個まで算出する。具体的には、燃料噴射量ＴＯＵＴｍｉｎ（ｎ）を負値から正値に向けて徐々に変化するように算出することで、燃料噴射量が下限値あるいはその付近にあるとき、算出された吸気バルブ２２の開閉角（仮値）を補正するように、より正確には、算出された吸気バルブ２２の開閉角（仮値）を補正するために、故意に下限値あるいはその付近となるように算出することができる。

そして、そのときの燃料噴射量は微量であることから、実噴射量を要求噴射量に一致させるのが容易であり、それによって空燃比を目標値に一致させて燃焼が安定するように吸気バルブの開閉角の変化を制限することが可能となる。従って、それによってトルク変動を除去することができ、ドライバビリティの低下を回避できると共に、排気エミッション性能の悪化を回避することができる。

図１１は、この発明の第２実施例に係る圧縮着火内燃機関の制御装置の動作を示す、図２と同様のフロー・チャートである。

以下、第１実施例と相違する点に焦点をおいて説明すると、Ｓ５００からＳ５０４まで第１実施例と同様の処理を行った後、Ｓ５０６に進み、排気バルブ３６と吸気バルブ２２のＶＴ（バルブタイミング）、即ち、開閉角を算出する。尚、第２実施例では吸気バルブ２２の開閉角は補正しないことから、算出された吸気バルブ２２の開閉角は仮値としない。

次いでＳ５０８に進み、リーン化係数を算出する。

図１２はその処理を示すサブ・ルーチン・フロー・チャートである。

以下説明すると、Ｓ６００においてＳ５０６で算出した吸気バルブ２２のＶＴから適宜設定された特性を検索して直接率ＡＦＷと持ち去り率ＢＦＷを検索し、図示の式に従って付着量Ｆｗ（ｋ）を演算する。

次いでＳ６０２に進み、算出された付着量Ｆｗ（ｎ）などを用い、エンジン１０の最小要求噴射量ＴＣＹＬｍｉｎを図示の式に従って算出する。尚、式中のＴＯＵＴＨＣＬは、第１実施例で使用された下限値（零あるいはその付近の値）である。

次いでＳ６０４に進み、エンジン１０の仮要求シリンダ流入燃料量ＴＣＹＬＰを図示の式に従って算出する。式中のＴｏｕｔは、第１実施例の図７フロー・チャートのＳ３０２で算出される燃料噴射量である。

次いでＳ６０６に進み、算出された最小要求噴射量を仮要求シリンダ流入燃料量で除算して得た比をリーン化係数ＫＬＥＡＮＨＣとする(算出する)。次いでＳ６０８に進み、算出されたリーン化係数ＫＬＥＡＮＨＣが１．０を超えるか否か判断し、肯定されるときはＳ６１０に進み、１．０に制限する。

図１１フロー・チャートの説明に戻ると、次いでＳ５１０に進み、燃料噴射量Ｔｏｕｔを算出する。尚、この算出は、第１実施例の図７フロー・チャートのＳ３０２に示すと同様である。このとき、リーン化係数ＫＬＥＡＮＨＣは、要求噴射量Ｔｃｙｌを算出するときに使用される空燃比補正係数ＫＣＭＤと同様、基本燃料噴射量Ｔｉに乗じられてそれを補正する。

ここで、図１２のＳ６００からＳ６０６までの処理で算出されるリーン化係数ＫＬＥＡＮＨＣは、吸気バルブ２２の開閉角に応じて決定される壁面付着量にもとづいて算出される要求噴射量に対する下限値に設定される要求噴射量の比として算出されることから、リーン化係数ＫＬＥＡＮＨＣは、換言すれば、燃料噴射量が下限値を下回らないように、算出された壁面付着量に応じて空燃比をリーン方向に補正する空燃比補正係数に相当する。

このように、第２実施例においては、エンジン１０の回転数ＮＥ、要求トルクＰＭＣＭＤなどの運転状態に応じて吸気バルブ２２の開閉角を算出し、算出された吸気バルブの開閉角に基づいて噴射燃料の壁面付着量Ｆｗを算出し、燃料噴射量が下限値ＴＯＵＴＨＣＬを下回らないように、算出された壁面付着量に応じて空燃比をリーン方向に補正するリーン化係数（空燃比補正係数）ＫＬＥＡＮＨＣを算出すると共に、算出されたリーン化係数を用いて燃料噴射量ＴＯＵＴを算出する如く構成した。

それにより、空燃比をリーン方向に補正することで実噴射料を低減させることができ、その結果、実噴射量を要求噴射量に一致させるのが容易となり、よって空燃比を目標値に一致させることができ、燃焼を安定させることができる。それにより、トルク変動を除去することができ、ドライバビリティの低下を回避できると共に、排気エミッション性能の悪化を回避することができる。

尚、残余の構成および効果は、第１実施例と同様である。

上記した如く、第１実施例においては、少なくとも吸気バルブ２２を可変に調整する可変バルブ機構３８と、燃焼室２４の混合気を点火する点火手段（点火プラグ３２など）を備え、所定の運転領域で前記燃焼室に供給される混合気を圧縮着火燃焼させる圧縮着火（ＨＣＣＩ）運転を行うと共に、前記所定の運転領域以外の運転領域で前記点火手段を介して前記混合気を火花点火燃焼させる火花点火（ＳＩ）運転を行い、さらに前記火花点火（ＳＩ）運転をアトキンソンサイクルで行う圧縮着火内燃機関（エンジン）１０の制御装置において、前記内燃機関（エンジン）１０の運転状態（より具体的にはエンジン回転数ＮＥ、要求トルクＰＭＣＭＤなど）に応じて前記吸気バルブ２２の開閉角（仮値）を算出する吸気バルブ開閉角算出手段（ＥＣＵ３０，Ｓ１６）と、前記算出された吸気バルブの開閉角に基づいて噴射燃料の壁面付着量Ｆｗを算出する壁面付着量算出手段（ＥＣＵ３０，Ｓ１８，Ｓ２００など、Ｓ３００）と、前記算出された壁面付着量を用いて燃料噴射量ＴＯＵＴｍｉｎ（ｎ）を算出する燃料噴射量算出手段（ＥＣＵ３０，Ｓ１８，Ｓ２００など、Ｓ３０２）と、および前記算出された燃料噴射量が下限値ＴＯＵＴＨＣＬあるいはその付近にあるとき、前記算出された吸気バルブの開閉角を補正する吸気バルブ開閉角補正手段（ＥＣＵ３０，Ｓ２０，Ｓ２２，Ｓ４００からＳ４１６）とを備える如く構成した。

また、第２実施例においては、少なくとも吸気バルブ２２を可変に調整する可変バルブ機構３８と、燃焼室２４の混合気を点火する点火手段（点火プラグ３２など）を備え、所定の運転領域で前記燃焼室に供給される混合気を圧縮着火燃焼させる圧縮着火（ＨＣＣＩ）運転を行うと共に、前記所定の運転領域以外の運転領域で前記点火手段を介して前記混合気を火花点火燃焼させる火花点火（ＳＩ）運転を行い、さらに前記火花点火（ＳＩ）運転をアトキンソンサイクルで行う圧縮着火内燃機関（エンジン）１０の制御装置において、前記内燃機関の運転状態に応じて前記吸気バルブ２２の開閉角を算出する吸気バルブ開閉角算出手段（ＥＣＵ３０，Ｓ５０６）と、前記算出された吸気バルブ２２の開閉角に基づいて噴射燃料の壁面付着量ＦＷを算出する壁面付着量算出手段（ＥＣＵ３０，Ｓ５０８，Ｓ６００）と、燃料噴射量が下限値を下回らないように、前記算出された壁面付着量に応じて空燃比をリーン方向に補正する空燃比補正係数ＫＬＥＡＮＨＣを算出する空燃比補正係数算出手段（ＥＣＵ３０，Ｓ５０８，Ｓ６０２からＳ６１０）と、前記算出された空燃比補正係数を用いて前記燃料噴射量を算出する燃料噴射量算出手段（ＥＣＵ３０，Ｓ５１０）とを備える如く構成した。

尚、上記において、図５に示す吸気バルブ２２と排気バルブ３６のＶＴ特性は例示であり、これに限定されるものではない。さらに、吸気バルブ２２と排気バルブ３６を電磁弁から構成してＶＴを可変に制御したが、その他の機構を用いて可変に制御しても良い。

また、ＨＣＣＩ運転において内部ＥＧＲを実行するようにしたが、内部ＥＧＲと共に、ＥＧＲ管４６を経由して排気の一部を吸気系に還流させる外部ＥＧＲを実行しても良い。

また、排気温度ＴＥＸを演算によって推定したが、図１に想像線で示す如く、排気系に温度センサ１００を設け、排気温度ＴＥＸを直接測定しても良い。

また、この発明をエンジン１０として燃料を吸気バルブ２２の前の吸気ポートに噴射する構成を例にとって説明したが、この発明は、燃料を燃焼室２４に直接噴射する筒内噴射エンジンにも妥当する。

この発明の第１実施例に係る圧縮着火内燃機関の制御装置を全体的に示す概略図である。 図１に示す装置の動作を説明するフロー・チャートである。 図２の圧縮着火運転可能領域判断処理を示すサブ・ルーチン・フロー・チャートである。 図３の圧縮着火可能範囲判断に使用されるマップの特性を示す説明図である。 図２の処理で算出される吸気バルブと排気バルブのＶＴ（バルブタイミング）の算出例を示す説明図である。 図２の燃料噴射量算出処理を示すサブ・ルーチン・フロー・チャートである。 図２の燃料噴射量算出処理を詳細に示すサブ・ルーチン・フロー・チャートである。 図２の吸気バルブのＶＴ（開閉角）上限値の算出処理を示すサブ・ルーチン・フロー・チャートである。 この実施例に係る制御を行わない場合の吸気バルブの開閉動作などを示すタイム・チャートである。 この実施例に係る制御を行った場合の吸気バルブの開閉動作などを示すタイム・チャートである。 この発明の第２実施例に係る圧縮着火内燃機関の制御装置の動作を示す、図２と同様のフロー・チャートである。 図１１のリーン化係数算出処理を示すサブ・ルーチン・フロー・チャートである。

符号の説明

１０ 圧縮着火内燃機関（エンジン）、２２ 吸気バルブ、２６ インジェクタ、３０ ＥＣＵ（電子制御ユニット）、３２ 点火プラグ（点火手段）、３６ 排気バルブ、３８ 可変バルブ機構、４４ 触媒装置、５０ ターボチャージャ、５６ ＤＢＷ機構、６０ クランク角センサ、６２ エアフローメータ、７２ 水温センサ、７４ アクセル開度センサ、１００ 温度センサ

Claims (2)

1. 少なくとも吸気バルブを可変に調整する可変バルブ機構と、燃焼室の混合気を点火する点火手段を備え、所定の運転領域で前記燃焼室に供給される混合気を圧縮着火燃焼させる圧縮着火運転を行うと共に、前記所定の運転領域以外の運転領域で前記点火手段を介して前記混合気を火花点火燃焼させる火花点火運転を行い、さらに前記火花点火運転をアトキンソンサイクルで行う圧縮着火内燃機関の制御装置において、前記内燃機関の運転状態に応じて前記吸気バルブの開閉角を算出する吸気バルブ開閉角算出手段と、前記算出された吸気バルブの開閉角に基づいて噴射燃料の壁面付着量を算出する壁面付着量算出手段と、前記算出された壁面付着量を用いて燃料噴射量を算出する燃料噴射量算出手段と、および前記算出された燃料噴射量が下限値あるいはその付近にあるとき、前記算出された吸気バルブの開閉角を補正する吸気バルブ開閉角補正手段とを備えたことを特徴とする圧縮着火内燃機関の制御装置。
2. 少なくとも吸気バルブを可変に調整する可変バルブ機構と、燃焼室の混合気を点火する点火手段を備え、所定の運転領域で前記燃焼室に供給される混合気を圧縮着火燃焼させる圧縮着火運転を行うと共に、前記所定の運転領域以外の運転領域で前記点火手段を介して前記混合気を火花点火燃焼させる火花点火運転を行い、さらに前記火花点火運転をアトキンソンサイクルで行う圧縮着火内燃機関の制御装置において、前記内燃機関の運転状態に応じて前記吸気バルブの開閉角を算出する吸気バルブ開閉角算出手段と、前記算出された吸気バルブの開閉角に基づいて噴射燃料の壁面付着量を算出する壁面付着量算出手段と、燃料噴射量が下限値を下回らないように、前記算出された壁面付着量に応じて空燃比をリーン方向に補正する空燃比補正係数を算出する空燃比補正係数算出手段と、前記算出された空燃比補正係数を用いて前記燃料噴射量を算出する燃料噴射量算出手段とを備えたことを特徴とする圧縮着火内燃機関の制御装置。
   

Images