JP2007262937A

JP2007262937A - 直噴ガソリンエンジンの制御装置

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Publication number: JP2007262937A
Application number: JP2006086875A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Miyagawa; 浩宮川; Makoto Koike; 誠小池
Original assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 2006-03-28
Filing date: 2006-03-28
Publication date: 2007-10-11

Abstract

【課題】直噴ガソリンエンジンにおいて安定かつ低ＮＯｘの運転を可能とする。
【解決手段】燃焼室１２に点火栓２０と燃料噴射弁１８が取り付けられた直噴ガソリンエンジン１の制御装置３０であって、排気ガス中のＮＯｘ量を測定するＮＯｘ量測定手段５０と、前記点火栓の点火時期を変更する点火時期変更手段５４と、ＥＧＲ量を変更するＥＧＲ量変更手段５６と、を備え、所定のＮＯｘ量制限下における運転を行う直噴ガソリンエンジンの制御装置３０において、前記燃焼室内での混合気の自着火発生を判定する自着火判定手段５２と、前記自着火判定手段５２に基づいて自着火燃焼運転を行うとともに、自着火燃焼運転中のＮＯｘを所定値に抑制するために前記点火時期変更手段５４と前記ＥＧＲ量変更手段５６とを用いて点火時期とＥＧＲ量とを制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、燃焼室に点火栓と燃料噴射弁が取り付けられた直噴ガソリンエンジンの制御装置に関する。

ガソリンエンジンにおいて、ＥＧＲや空気による大量希釈運転はポンピング損失を低減できるために熱効率向上に有効であるとともに火炎温度が低下するために低ＮＯｘ化にも有効な手段であることが知られている。しかし、混合気のリーン度を増すと、燃焼速度が遅くなり、点火栓を用いた火炎伝播による燃焼が不安定化することから混合気のリーン度には限界がある。そこで、このような燃焼安定度の悪化を避けながら混合気をリーン化する技術として、エンジンの吸気通路において空気に燃料を混合した予混合気をエンジンに吸気し、ピストンの圧縮により圧縮自着火燃焼する方法が知られている。この予混合圧縮自着火燃焼では、複数の位置から燃焼反応が起こるため、空燃比がリーン化した場合であっても火花点火に比べて燃焼期間が長期化せず、よりリーンな空燃比でも安定した運転が可能になる。

しかし、この予混合圧縮自着火方燃焼は、着火時期や燃焼の早さを調整することが困難であることから安定に運転することが難しい。そこで、空燃比と内部ＥＧＲ量を把握し、内部ＥＧＲ量を調整することで失火やノッキングを抑制し、安定な予混合圧縮自着火運転を行う方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１に開示された従来技術では、図１３に示すように、予混合圧縮自着火運転の可能な範囲を回転数と負荷の関係、排気弁閉タイミング（ＥＶＣ）と空燃比の関係でマップ化し、このマップ内に入るようにＥＶＣによって内部ＥＧＲを調整している。しかし、予混合された混合気を圧縮自着火させるために内部ＥＧＲ量を調整しても、着火時期は吸気温度や気圧などの雰囲気条件によって変化することから、的確に着火時期の制御をすることが困難で、様々な運転状況下において安定した運転を継続することは困難であるという問題点があった。

そこで、予混合した混合気を自着火させるのではなく、燃焼室に直接燃料を噴射するようにして、この燃料の噴射時期、噴射量を制御することによって安定した自着火燃焼を行うことが提案されている（例えば、特許文献２参照）。特許文献２では、マイナスのオーバーラップ期間の間に２回の燃料噴射を行うようにし、筒内圧力センサによって自着火を検出し、１回目、２回目の燃料噴射タイミングと量を制御するものである。しかし、このような二段燃料直接噴射方式の自着火燃焼でも着火の時期を直接制御しているのではないことから、上記の予混合自着火燃焼の場合と同様、様々な条件下で安定した運転を継続することは困難であるという問題点があった。

このような問題を解決する手段として、混合気を点火栓によって点火して混合気内に火炎伝播燃焼させ、それに引き続いて残りの混合気を自着火燃焼させる、火花点火一部混合気自着火気燃焼方式が提案されている（例えば、特許文献３参照）。この特許文献３に開示された従来技術では、最初に点火栓の火花によって着火して火炎伝播燃焼させるので、最初の着火時期については確実に制御することができる。しかし、火炎伝播燃焼後の残りの混合気に確実に自着火を発生させて、打音やノックの燃焼騒音の無い静粛な運転をするためには、上記の予混合自着火燃焼や、二段燃料直接噴射方式の自着火燃焼と同様に自着火時期や自着火燃焼量を制御する必要がある。このため、特許文献３に記載の従来技術ではオクタン価と点火栓による点火時期を制御することによって自着火時期と自着火燃焼量を制御している。しかし、オクタン価を制御しようとすると、オクタン価の異なる２種類以上の燃料を搭載して混合比率を変えてエンジンに供給するか、１種の燃料から高オクタン価の燃料と低オクタン価の燃料を製造する装置を搭載する必要があり、装置が複雑となってしまうという問題点があった。

特開２００５−３１５１２６号公報特開２００５−２２０８３９号公報特開２００１−２５４６６０号公報

また、上記のそれぞれの特許文献にはいずれも自着火燃焼をいかに安定的に発生させて内燃機関を安定して運転するかという点についての技術が開示されている。しかし、ガソリンエンジンの特性上、安定した自着火燃焼と排出ＮＯｘの低減は一部で相反する関係にあり、前記の各従来の技術では、自着火燃焼の安定化と低ＮＯｘ運転を両立させることができないという問題があった。

そこで、本発明の目的は、混合気の一部を安定に自着火燃焼させると共に、排出ＮＯｘの低減を図り、安定かつ低ＮＯｘの運転が可能な直噴ガソリンエンジンの制御部を提供することにある。

本発明の直噴ガソリンエンジンの制御装置は、燃焼室に点火栓と燃料噴射弁が取り付けられた直噴ガソリンエンジンの制御装置であって、排気ガス中のＮＯｘ量を測定するＮＯｘ量測定手段と、前記点火栓の点火時期を変更する点火時期変更手段と、ＥＧＲ量を変更するＥＧＲ量変更手段と、を備え、所定のＮＯｘ量制限下における運転を行う直噴ガソリンエンジンの制御装置において、前記燃焼室内での混合気の自着火発生を判定する自着火判定手段と、前記自着火判定手段に基づいて自着火燃焼運転を行うとともに、自着火燃焼運転中のＮＯｘを所定値に抑制するために前記点火時期変更手段と前記ＥＧＲ量変更手段とを用いて点火時期とＥＧＲ量とを制御する制御部と、を有することを特徴とする。

ここで、前記制御部は、前記直噴ガソリンエンジンが自着火燃焼状態にあるときに、点火時期とＥＧＲ量との関係において自着火燃焼限界を示す自着火燃焼限界線と排出ＮＯｘ量が一定となる等ＮＯｘ量線を有する運転特性マップ上で、前記点火時期変更手段によって点火時期を自着火限界線近くまで遅角した後、点火時期とＥＧＲ量を前記点火時期変更手段と前記ＥＧＲ量変更手段を協調させて、前記自着火限界線近くに沿って、所定のＮＯｘ量以下で自着火運転状態となるような制御手段を有していても好適であるし、ＥＧＲ量が、前記運転特性マップ上の限界ＥＧＲ線に近づいた際には、点火時期とＥＧＲ量を前記点火時期変更手段と前記ＥＧＲ量変更手段を協調させて、前記限界ＥＧＲ線の近くに沿って、所定のＮＯｘ量以下で自着火運転状態となるような協調制御手段を有することとしても好適であるし、前記点火時期変更手段と前記ＥＧＲ量変更手段の協調制御手段は、前記自着火限界線近くに沿って設定した２本の自着火制御限界線の間に運転点を挟みこんでいく制御手段であってもよいし、前記点火時期変更手段と前記ＥＧＲ量変更手段の協調制御手段は、前記自着火限界線近くに沿って設定した自着火制御限界線に跨ってジグザクに運転点移動させていく制御手段であってもよい。また、前記点火時期変更手段と前記ＥＧＲ量変更手段の協調制御手段において、１回の点火時期の設定変更量及びＥＧＲ量変更は、前記自着火制御限界線に近いほど小さいこととしてもよい。

また、前記制御部は、前記直噴ガソリンエンジンが自着火燃焼状態にないときに、点火時期とＥＧＲ量との関係において自着火燃焼限界を示す自着火燃焼限界線と排出ＮＯｘ量が一定となる等ＮＯｘ量線を有する運転特性マップ上で、前記点火時期変更手段によって点火時期を所定の等ＮＯｘ線近くまで進角した後、点火時期とＥＧＲ量を前記点火時期変更手段と前記ＥＧＲ量変更手段を協調させて、前記所定の等ＮＯｘ線近くに沿って、所定のＮＯｘ量以下で自着火運転状態となるような制御手段を有することも好適である。ここで、前記点火時期変更手段と前記ＥＧＲ量変更手段の協調制御手段は、前記所定の等ＮＯｘ線近くに沿って設定した２本のＮＯｘ制御限界線の間に運転点を挟みこんでいく協調制御手段であることとしてもよいし、前記点火時期変更手段と前記ＥＧＲ量変更手段の協調制御手段は、前記所定の等ＮＯｘ線近くに沿って設定したＮＯｘ制御限界線に跨ってジグザクに運転点移動させていく制御手段であることとしてもよい。また、前記点火時期変更手段と前記ＥＧＲ量変更手段の協調制御手段において、１回の点火時期の設定変更量及びＥＧＲ量変更は、前記ＮＯｘ制御限界線に近いほど小さいこととしてもよい。

また、本発明の直噴ガソリンエンジンの制御装置において、前記自着火判定手段は、燃焼室に取り付けられた圧力センサからの圧力信号に基づいた燃焼期間によって判定する手段であってもよいし、燃焼室に取り付けられた光学センサからの光強度信号に基づいて判定する判定する手段であること、としてもよい。さらに、前記ＥＧＲ量設定手段は、燃焼室に取り付けられた吸気弁及び排気弁のいずれか一方または両方の開閉時期を設定することによって行うものであること、としてもよい。

本発明は、直噴ガソリンエンジンにおいて、混合気の一部を安定して自着火燃焼させると共に、排出ＮＯｘの低減を図ることができるという効果を奏する。

以下、本発明にかかる実施形態の構成について図面を参照しながら説明する。図１は本発明の実施形態である直噴ガソリンエンジン１の概略断面と制御装置３０の構成を示している。直噴ガソリンエンジン１は、シリンダブロック４と、シリンダブロック４の中を上下に移動するピストン１０と、シリンダブロック４の天井面を構成するシリンダヘッド６を備えている。シリンダヘッド６には吸気ポート１５及び排気ポート１７が配設され、それぞれのポートには吸気弁１４及び排気弁１６が配設され、各弁には開閉駆動用の吸気弁駆動装置２２と排気弁駆動装置２４が取り付けられている。そして、シリンダブロック４とピストン１０とシリンダヘッド６によって囲まれる領域に燃焼室１２が形成されている。シリンダヘッド６には、燃焼室への燃料噴射量を調整する燃料噴射弁１８が配設され、また、シリンダヘッド６には、燃料噴射弁１８から噴射された燃料噴霧８に火花を飛ばして燃料噴霧８に点火することができるような位置に点火栓２０が配設されている。更に、シリンダブロック４上部には、燃焼室１２の圧力を検出する圧力センサ２６が取り付けられている。

直噴ガソリンエンジン１には上記の圧力センサ２６のほかにも、空燃比センサ３２、ＮＯｘセンサ３４、クランク角センサ３６、負荷センサ３８、回転数センサ４０が取り付けられている。空燃比センサ３２は、排気中に配設したステンレス製ケース内のセラミック素子が、酸素と燃え残った可燃ガスの割合（空燃比）に応じて電流の強さが変わることを利用して排ガスの空燃比を測定する全領域空燃比センサでもよいし、排気中の酸素濃度を測定することによって、一定の空燃比より空燃比が大きいか小さいかを判断するものでもよい。ＮＯｘセンサ３４は、排ガス管に直接取り付けるので、耐熱性のある耐熱性機能材料である酸化物半導体を用いた抵抗変化型や，固体電解質を用いた起電力型及び電流型などのＮＯｘセンサが好適である。クランク角センサ３６は直噴ガソリンエンジン１のクランク角を測定するものであるが、回転数も測定できるものであってもよい。この場合には回転数センサ４０は不要となる。

本実施形態の直噴ガソリンエンジン１の制御装置３０は、内部に演算、データ処理用のＣＰＵを含むもので、ＮＯｘ量測定手段５０、自着火判定手段５２、点火時期変更手段５４、ＥＧＲ量変更手段５６及び点火時期とＥＧＲ量を制御する制御部３１を備えている。制御装置３０は、上記の圧力センサ２６、空燃比センサ３２、ＮＯｘセンサ３４、クランク角センサ３６、負荷センサ３８、回転数センサ４０と信号線で結ばれており、各センサからの信号が入力されるようになっている。各センサと制御装置３０の間には必要に応じて信号を制御装置３０の内部ＣＰＵの信号に合わせるためのインターフェースを配設するのが好適である。また、制御装置３０には制御用の各種設定値、制御プログラムなどを格納した記憶部４２がデータバスを介して接続されている。

制御装置３０は、燃料噴射弁１８、点火栓２０、吸気弁駆動装置２２、排気弁駆動装置２４と信号線で接続されており、制御装置３０からの信号に従ってこれらの各機器を駆動することができるように構成されている。制御装置３０とこれら機器との間にも必要に応じてインターフェースを配設するようにしてもよい。

次に本実施形態の直噴ガソリンエンジン１の点火、燃焼動作について図５を参照しながら説明する。図５は、ＥＧＲなどのほかのパラメータが同一の場合における、直噴ガソリンエンジン１のクランク角度θに対する熱発生率（ｄＱ／ｄθ）を表したものである。熱発生率は単位クランク角度あたりの発生熱量で示される数字であり、直噴ガソリンエンジン１の燃焼状態を示す指数である。図５の実線は通常の運転状態を示し、２点鎖線は通常の運転状態よりも点火が進角しているときの燃焼状態を示し、１点鎖線は通常状態よりも若干点火時期が遅角している場合を示し、点線は通常の運転時状態から点火時期が遅角している状態を示している。図中の点火１〜点火４は点火栓２０による点火時期を示し、自着火１から自着火３は自着火発生の時期を示している。

本実施形態の直噴ガソリンエンジン１においては、吸気ポート１５の吸気弁１４が開弁されて空気を吸気した後、ピストン１０は上昇を開始する。ピストン１０が上昇して燃焼室１２の空気が圧縮されてくると制御装置３０からの指令によって燃料噴射弁１８から燃料が燃焼室１２に噴射される。そしてその直後に制御装置３０からの信号によって点火栓２０によって燃料噴霧８に点火される。通常運転時は、図５のクランク角度が点火２のところで点火される。すると、点火によって火炎伝播燃焼が始まり、熱発生率は上昇を開始する。このとき、クランク角は上死点付近にあり、燃焼による温度の上昇によって、燃焼室１２の圧力、温度は上昇を続ける。そして熱発生率がピークを少し過ぎたあたりで、燃焼室１２の圧力、温度が一定の値に達し、図５の自着火２の点において自着火が発生する。すると残っていた混合気が急速に燃焼し、熱発生率も急激に上昇する。その後、熱発生率は急速に低下し、燃焼が終了する。

通常の点火時期よりも点火時期が進角しているときには、クランク角が図５の点火１の点にて点火される。すると、通常状態よりも燃焼室１２の内容積が大きい状態で燃料の噴射、点火が行われることになるため、燃焼による温度の上昇に圧縮による温度の上昇が加わって、燃焼室１２の圧力、温度は急速に上昇し、火炎伝播燃焼後すぐに自着火１で示す位置で自着火燃焼が始まってしまい、熱発生率が急速に立ち上がる。このためノックや過激な燃焼音が発生し、安定した運転ができなくなってしまう。

一方、点火時期が、図５の点火４の時期まで遅角されると、点火栓２０の火花によって火炎伝播燃焼が開始された後、燃焼室１２の圧力と温度があまり上昇せず、自着火発生状態に達しない。すると図５の点線に示すように、自着火燃焼なしの火炎伝播燃焼となり、燃焼時間が長くなってしまう。クランク角が、通常の点火時期の点火２と自着火の発生しない点火４との間の点火３にて点火された場合には、通常の場合よりも点火栓２０の点火による火炎伝播燃焼の時間が長くなり、燃焼室１２の圧力、温度の上昇が遅くなることから、通常の燃焼よりも遅い、図５の自着火３の点で自着火燃焼が開始される。点火時期がこの点火３の時期よりも遅くなると、自着火は発生せず、図５の点線のような火炎伝播燃焼のみの燃焼状態となる。このように、本実施形態の直噴ガソリンエンジン１は、ＥＧＲなどのほかのパラメータが同一の場合には、点火時期を進角すると自着火燃焼しやすくなり、点火時期を遅角すると自着火燃焼を起こしにくくなるという特性を有している。

次に、火炎伝播燃焼の後に一部混合気が自着火燃焼した場合の燃焼期間の変化について図６を参照しながら説明する。図６は点火時期を同一時期にそろえた場合における燃焼期間の変化を示す図で、横軸はクランク角θ、縦軸は図５と同様に熱発生率ｄＱ／ｄθである。実線は自着火燃焼した場合であり、点線は自着火燃焼しない場合であり、１点鎖線は中間領域を示している。この図からわかるように、自着火燃焼発生時の燃焼期間τｃ_１は自着火が生じない場合の燃焼期間τｃ_３よりも短くなっている。そして、自着火する場合と自着火しない場合の中間領域では、図６の１点鎖線で示すように、自着火発生限界となる燃焼期間τｃ_２が存在する。このことからセンサによって自着火の燃焼期間を測定すれば、その燃焼期間がτｃ_２よりも長いか短いかによって自着火していないか、自着火しているかの判定ができることとなる。本実施形態の自着火判定手段５２では、圧力センサ２６によって燃焼室１２の圧力を検出し、クランク角センサ３６によって検出したクランク角から計算される燃焼室容積を用いて演算した熱発生率に基づいて燃焼期間を求め、予め定めた値と比較して自着火の有無の判断及び自着火限界に近いかどうかの判断を行う。また、自着火が発生すると、燃焼室１２内の光の強度が増加することから、ラジカル発光計測などによって光強度を測定して自着火の有無又は自着火限界を測定するもことも好適である。

一方、エンジンの一般的な特性としてＥＧＲを導入することによってＮＯｘを低減することができることが知られている。本実施形態では内部ＥＧＲ方式を用いている。以下、本実施形態のＥＧＲ量変更手段５６について図７を参照しながら説明する。

図７は吸気弁１４の開弁タイミングと排気弁１６の閉弁タイミングを示した図である。この図でＴＤＣ，ＢＤＣはそれぞれ上死点、下死点を示し、ＩＶＯは吸気弁１４の開弁位置を示し、ＥＶＣは排気弁１６の閉弁位置を示す。図７に示すように、排気弁１６の閉弁位置（ＥＶＣ）と吸気弁１４の開弁位置（ＩＶＯ）との間のハッチング部分は、排気弁１６、吸気弁１４共に閉弁状態となっている。この部分が負のオーバーラップ期間で、本実施形態の内部ＥＧＲ方式は、この期間、排気ガスを燃焼室１２内に閉じ込めて排気を再循環させる方式である。この内部ＥＧＲ方式は、負のオーバーラップ期間を変化させることによりＥＧＲ量の増減と吸入空気流量の増減を同時に行うことができる。例えば、吸入空気量を減らす場合は、排気弁１６の閉時期を図７のＥＶＣからｄＥＶだけ早め、吸気弁１４の開時期を図７のＩＶＯからｄＶＯだけ遅らせて負のオーバーラップ量を増す。この方法によれば、吸入空気量を減らすとＥＧＲ量が増えるようにすることができる。この内部ＥＧＲによると、高温の排ガスを再循環させることができるので、未燃混合気の温度を上げることができ、点火時期を一定とした場合には、ＥＧＲの量が多くなると、自着火しやすくなる傾向がある。本実施形態のＥＧＲ変更手段５６では、ＥＧＲ量を増加させる時には、排気弁１６の閉時期を図７のＥＶＣからｄＥＶだけ早め、吸気弁１４の開時期を図７のＩＶＯからｄＶＯだけ遅らせて負のオーバーラップ量を増して吸入空気量を減らし、逆に、ＥＧＲ量を減少させる時には、排気弁１６の閉時期を図７のＥＶＣからｄＥＶだけ遅くし、吸気弁１４の開時期を図７のＩＶＯからｄＶＯだけ早めて負のオーバーラップ量を減少させて吸入空気量を増やすようにする。

なお、吸気空気量を減少させてＥＧＲ量を増加させる手段としては、他にも以下のような手段がある。まず、上記の負のオーバーラップを設ける場合において、排気弁駆動装置２４を調整して排気弁１６のリフト量を小さくして多くの排気が燃焼室１２の中に滞留するようにする手段がある。また、排気弁１６の閉弁時期（ＥＶＣ）を吸気行程または圧縮行程の初期とすることにより、または、吸気行程中に排気弁１６を再度開弁させることにより、排気ガスの一部を吸気行程中に燃焼室１２に吸入させる手段がある。この場合には、吸気行程における排気弁１６の開弁期間を長くするか、吸気行程における排気弁１６のリフト量を大きくするか、吸気ポート１５に絞り弁を設けて吸気ポートを絞るか、吸気行程中の吸気弁１４の開弁期間を短くするか、吸気弁１４のリフト量を小さくするか、排気ポート１７に設けた絞り弁を絞るかの手段、あるいはこれらを相互に組み合わせることが好適である。更に、吸気弁１４の開弁時期を排気行程とすることにより、または、排気行程と吸気行程のそれぞれに吸気弁１４を開弁させることにより、排気ガスの一部を排気行程中に吸気ポート１５に逆流させ、逆流させた排気ガスを吸気行程中に燃焼室１２内へ再吸入させる手段がある。この場合には、排気行程中の吸気弁１４の開弁期間を長くするか、排気行程中の吸気弁１４のリフト量を大きくするか、排気ポート１７絞り弁を設けて排気ポートを絞るか、排気行程中の排気弁１６の開弁期間を短くするか、排気行程申の排気弁１６のリフト量を小さくするかの手段あるいは、あるいはこれらを相互に組み合わせることが好適である。このような、他の手段を用いて吸気空気量を減少させてＥＧＲ量を増加させてもよい。

次に、本実施形態の直噴ガソリンエンジン１の運転特性について図２を参照しながら説明する。図２は、本実施形態の直噴ガソリンエンジン１の点火時期とＥＧＲ量に対する運転状態を示すマップである。横軸は点火栓２０による点火時期であり、図２で右側に行くほど点火時期は進角している状態で、左に行くほど遅角している状態である。縦軸はＥＧＲ量で図中、上に行くほどＥＧＲ量が多く、下に行くほどＥＧＲ量が少ない状態を示している。図２の１点鎖線は自着火が発生する限界の点火時期とＥＧＲの関係を示した自着火限界線で、この線の右側のハッチング部分は火炎伝播燃焼に続いて、自着火燃焼が発生する領域であり、この線の左側は火炎伝播燃焼のみで自着火燃焼が生じない領域を示している。図２の斜めの実線は等ＮＯｘ線を示し、図中で上の方にある線ほど低い等ＮＯｘ線であり、下に行くほど高い等ＮＯｘ線となっている。これはＥＧＲ量が多くなるとＮＯｘ量が少なくなり、ＥＧＲ量が少なくなるとＮＯｘ量が多くなってくることと一致している。図２の破線の曲線は限界ＥＧＲ線を示し、これ以上ＥＧＲ量が増加すると燃焼速度低下によるトルク変動が許容値以上となってしまう線を示している。

この図に示すように、本実施形態の直噴ガソリンエンジン１は、ＥＧＲ量が多いほどＮＯｘ量は少なくなり自着火しやすい方向に行き、点火時期が進角側に行くほど自着火しやすくなりＮＯｘは若干増加するという特性を持っている。そして、運転状態のパターンは図中に四角で囲ったＡ〜Ｄに示す４つの領域を持つことがわかる。領域ＡはＮＯｘが目標ＮＯｘより低く自着火燃焼する領域で、低ＮＯｘで燃焼期間が短く、安定した運転が可能となる領域である。領域ＢはＮＯｘが目標ＮＯｘより低いが自着火燃焼していない領域で、燃焼期間が長く燃焼変動が大きくなる可能性のある領域である。領域ＣはＮＯｘが目標ＮＯｘよりも高く、自着火燃焼もしていない領域で、ＮＯｘ量も大きく、燃焼期間も長く燃焼変動が大きくなる可能性もある領域である。領域ＤはＮＯｘが目標ＮＯｘよりも高いが、自着火燃焼しているため運転は安定している領域である。このことから、本実施形態の直噴ガソリンエンジン１の運転は図２の領域Ａに入るように制御することが必要である。一方、吸入空気量を減らしてＥＧＲ量を増加すると燃焼ガスの比熱比が低下し、燃費が悪くなるおそれがある。このことから、燃費の観点からはなるべくＥＧＲ量が少ない状態で運転することが望ましい。すると、本実施形態の直噴ガソリンエンジン１は図２の領域Ａの中で、一番ＥＧＲ量が少なくなる点で運転すれば、低ＮＯｘで自着火燃焼による安定運転ができ、しかも燃費がよくなるということになる。この点は、図２に設定点として示した領域Ａの最下部のコーナーになる。そこで、本発明の実施形態では、点火時期とＥＧＲ量を調整して、直噴ガソリンエンジン１を図２の設定点において運転するような制御を行う。

図２に示すような、点火時期とＥＧＲ量、自着火限界線、等ＮＯｘ線、限界ＥＧＲ線の各関係は、本実施形態の直噴ガソリンエンジン１の運転されている気温、気圧などの雰囲気の条件が変動してくると、その基本的な傾向は変わらないものの、実際の境界線の数値にはずれが生じてくる。このため、運転初期に要求トルク、回転数を制御装置３０に取り込み、記憶部４２に蓄えられている運転条件データに基づいて、基準となる吸気弁１４排気弁１６のバルブタイミング、点火時期を設定しても、その運転点は図２の設定点になるとは限らず、Ａ領域ではなく、ほかのＢ,Ｃ,Ｄ領域に入ってしまうことがある。

図３を参照して、初期の運転状態が図２のＢ領域に入った場合の基本的な制御について説明する。図３は、本実施形態の直噴ガソリンエンジン１の点火時期とＥＧＲ量の関係に対する運転状態の制御を示す図で、図２のＢ領域からＡ領域へ運転点を移動させる制御を示した図である。図２のＢ領域の初期運転点から、Ａ領域の設定点になるように運転状態を移していくには、その運転状態における目標点の点火時期とＥＧＲ量が既知であれば、その値に制御定数を変更すればよいが、上記のようにこの量が運転雰囲気によって様々に変化することから、本実施形態の直噴ガソリンエンジン１の特性である、進角すれば自着火しやすくなりＮＯｘが若干増加し、ＥＧＲを減らせばＮＯｘが増加するという特性を用いる。具体的には、まず点火時期を進角して自着火領域に近づけていく。このときＮＯｘの量はＮＯｘ量測定手段５０によって監視され、ＮＯｘ量の信号が制御部３１に出力されている。本実施形態の直噴ガソリンエンジン１の特性から、点火時期を進角していくとＮＯｘ量は次第に増加してくる。そしてＮＯｘが目標ＮＯｘに近い制御限界値に達してもまだ自着火判定手段５２によって自着火が検出されないときには、制御部３１は、ＮＯｘ量測定手段５０によってＮＯｘを監視ながらＥＧＲ量をＥＧＲ量変更手段５６によって増加させると共に点火時期変更手段５４によって点火時期を更に進角していくように指令する。この制御は目標ＮＯｘ線の近くで、目標ＮＯｘ線に沿うように運転状態をＡ領域に向かって変更していくものである。そして、自着火判定手段５２から自着火判定信号が出力されると制御部３１は運転点がＡ領域に入ったと判断して、その時の設定値によって本実施形態の直噴ガソリンエンジン１の運転を継続していく。このように本実施形態では、直噴ガソリンエンジン１において、混合気の一部を安定して自着火燃焼させると共に、排出ＮＯｘの低減を図ることができるＡ領域に運転点を制御することができるという効果を奏する。

次に、図４を参照しながら、初期の運転状態が図２のＤ領域に入った時の基本的な制御について説明する。図４は、本実施形態の直噴ガソリンエンジン１の点火時期とＥＧＲ量の関係に対する運転状態の制御を示す図で、図２のＤ領域からＡ領域に運転点を移動させる制御を示した図である。この場合は、すでに自着火領域に入っていることから、自着火運転状態を保ったまま、ＮＯｘを低減すればよい。そこで、本実施形態の直噴ガソリンエンジン１の特性である、ＥＧＲ量が同一ならば点火を遅角するとＮＯｘが低下するという特性とＥＧＲ量を多くするとＮＯｘ量が低下するという特性を用いる。制御部３１は、点火時期変更手段５４によって点火時期を遅角させる。そして、自着火判定手段５２からの信号によって自着火状態を監視しながら自着火限界に近づけていく。このときＮＯｘの量はＮＯｘ量測定手段５０によって監視され、ＮＯｘ量の信号が制御部３１に出力されている。本実施形態の直噴ガソリンエンジン１の特性から、ＥＧＲ量を変化させない場合には点火時期を遅角していくとＮＯｘ量は次第に減少してくる。そして、自着火判定手段５２によって、自着火限界に近づいたという信号が制御部３１に出力されても、ＮＯｘが目標ＮＯｘ１に達しない場合には、制御部３１は、ＮＯｘ量測定手段５０からの信号によってＮＯｘ量を監視しながらＥＧＲ量をＥＧＲ量変更手段５６によって増加させると共に点火時期変更手段５４によって点火時期を更に遅角させていく。この制御は自着火限界線の近くで、自着火限界線に沿うように運転状態をＡ領域に向かって変更していくものである。そして、ＮＯｘ量測定手段５０からＮＯｘ量が目標ＮＯｘ１より低くなったという信号が制御部３１に出力されると制御部３１は運転点がＡ領域に入ったと判断して、その時の設定値によって本実施形態の直噴ガソリンエンジン１の運転を継続していく。このように本実施形態では、直噴ガソリンエンジン１において、混合気の一部を安定して自着火燃焼させると共に、排出ＮＯｘの低減を図ることができるＡ領域に運転点を制御することができるという効果を奏する。

目標ＮＯｘ量が図４のＮＯｘ目標値１で設定目標が図４の設定点１のように、ＥＧＲ限界線の下側のあるときには、上記のような制御で目標ＮＯｘ１は達成されるが、目標ＮＯｘが目標ＮＯｘ２のように非常に低く、設定点２が自着火限界線とＥＧＲ限界量を示すＥＧＲ限界線の交点よりも進角側になっている場合がある。この場合には、上記のような制御では、自着火限界線とＥＧＲ限界量を示すＥＧＲ限界線の交点までしか制御できず、設定点２に近づけない。そこでこのようにＥＧＲ量がＥＧＲ限界線に到達し、点火時期の遅角とＥＧＲ量の増加ではＮＯｘの低下と自着火燃焼の運転が保持できなくなった時には、制御部３１は、限界ＥＧＲ線の下側に沿って、ＥＧＲ量を増加させると共に点火時期を進角していく制御を行う。これによって、ＮＯｘ量測定手段５０からＮＯｘ量が目標ＮＯｘ２より低くなったという信号が出力されると制御部３１は運転点が設定点２になったと判断して、その時の設定値によって本実施形態の直噴ガソリンエンジン１の運転を継続していく。このように本実施形態では、直噴ガソリンエンジン１において、混合気の一部を安定して自着火燃焼させると共に、排出ＮＯｘの低減を図ることができるＡ領域に運転点を制御することができるという効果を奏する。

以上、本実施形態の直噴ガソリンエンジンの制御装置３０の基本的な制御について説明したが、以下、詳細の制御について説明する。図８ａ，８ｂは本発明の直噴ガソリンエンジン１の制御部３１の実施形態のフローチャートである。図９は図３の拡大図で、図２のＢ領域から設定値のある図２のＡ領域までの制御の詳細を表したものであり、図１０、図１１は図４の拡大図で、図２のＤ領域から図２のＡ領域に向かって制御していく状態を示したものである。

以下、図８ａ，８ｂのフローチャートに従って制御について説明する。図３、図４を参照して説明した基本的な制御動作については同様の動作に同様の符号を用いて省略する。エンジンが起動されると、図８ａのステップＳ１０１からＳ１０３のように、初期設定によってエンジンの運転状態が設定される。そして調整制御に入る前に、図８ａのステップＳ１０４に示すように、点火時期の制御をする場合は遅角側に変更するように設定する。そして、制御部３１は、図８ａのステップＳ１０５に示すように、ＮＯｘ量測定手段５０からＮＯｘ量を取得して目標ＮＯｘ線に近い方のＮＯｘ制御リミットであるＮＯｘ＿ｓ_１と比較する。ＮＯｘ量がＮＯｘ＿ｓ_１より少ない場合には、エンジンは図２のＡ領域かＢ領域で運転されている。図２のＡ領域で運転されている場合には、低ＮＯｘで一部自着火燃焼となっていることから調整する必要はあまりない。そこで、制御部３１は運転が図２のＢ領域に入っているときの調整に対応するため、図８ａのステップＳ１０６に示すように、点火時期変更手段５４によって点火時期を進角側に変更できるように設定しなおす。

次に、図８ａのステップＳ１０７に示すように、制御装置３０の自着火判定手段５２は圧力センサ２６、クランク角センサ３６等に基づいて求めた燃焼期間τｃと自着火限界線に近い燃焼期間制御設定値τｓ_１とを比較する。ここで、燃焼期間τｃが燃焼期間制御設定値τｓ_１よりも短い時には自着火燃焼している状態であることから、自着火判定手段５２は自着火状態であることを示す信号を制御部３１に出力する。制御部３１は、この信号によって運転点が図２のＡ領域に入っていると判断し、調整制御を終了する（図８ａのステップＳ１１７）。

一方、燃焼期間τｃが燃焼期間制御設定値τｓ_１よりも長い場合には、自着火判定手段５２は自着火状態でないことを示す信号を制御部３１に出力する。制御部３１は、この信号によってエンジンが図２のＢ領域において運転されているものと判断し、図８ａのステップＳ１０８に示すように、点火時期変更手段５４により、点火時期Ｔｉｇを所定のｄＴだけ進角させる。そして、制御部３１は、図８ａのステップＳ１０９においてＮＯｘ量測定手段５０によって取得されたＮＯｘがＮＯｘ制御リミットのＮＯｘ＿ｓ_１より少ない時には、図８ａのステップＳ１０７に戻って自着火判定手段５２からの信号によって自着火を判断する。自着火していないと判断された場合には、制御部３１は、図８ａのステップＳ１０８に進み、点火時期Ｔｉｇを所定のｄＴだけ更に進角させる。この制御は図９のマップ上では、初期状態から運転点が水平に進角方向に移っていっていることに対応する。

そして、制御部３１は、図８ａのステップＳ１０９においてＮＯｘ量測定手段５０によって取得されたＮＯｘがＮＯｘ制御リミットのＮＯｘ＿ｓ_１に達したと判断した場合には、図８ａのステップＳ１１０に進み、ＥＧＲ量変更手段５６によって吸気弁１４の開弁時期（ＩＶＯ）をｄＩＶだけ遅くし、排気弁１６の閉弁時期（ＥＶＣ）をｄＥＶだけ早くして、マイナスのオーバーラップを増やしてＥＧＲ量を増やす。すると図９のマップ上では運転点は水平方向から垂直方向に移動方向がかわる。そして、制御部３１は、図８ａのステップＳ１１１において、ＮＯｘ量測定手段５０によって取得されたＮＯｘと目標ＮＯｘ線から遠い方のＮＯｘ制御リミットのＮＯｘ＿ｓ_２とを比較する。ＮＯｘ量がＮＯｘ＿ｓ_２よりも高い場合には、制御部３１は図８ａのステップＳ１１０に戻って再度ＥＧＲ量変更手段５６によってＥＧＲ量を増加させる。そして、図８ａのステップＳ１１１においてＮＯｘ量がＮＯｘ＿ｓ_２よりも低い場合には、制御部３１は、再度進角によって自着火領域に向けて運転点を移動させることが可能と判断し、図８ａのステップＳ１０７に戻って自着火検出手段５２によって自着火状態を監視しながら、図８ａのステップＳ１０８によって点火時期変更手段５４によって点火時期Ｔｉｇを進角していく。

上記の制御を図９のマップに示すと、初期状態から水平方向に目標ＮＯｘ線に近い方のＮＯｘ制御リミットであるＮＯｘ＿ｓ_１に近づき、その目標ＮＯｘ線から遠い方のＮＯｘ制御リミットのＮＯｘ＿ｓ_２になるまで、ＥＧＲ量を増加し、垂直方向に運転点を移動させ、ＮＯｘ＿ｓ_２に達すると再び点火時期Ｔｉｇを進角して運転点を水平方向に移動させていく。つまり、目標ＮＯｘ線に近い方のＮＯｘ制御リミット線１と目標ＮＯｘ線から遠い方のＮＯｘ制御リミット線２との間に運転点を挟みこんで目標ＮＯｘ線に沿って運転点をＡ領域に向かって移動させていく制御方式となる。そして、ＮＯＸ量がＮＯｘ＿ｓ_１、ＮＯｘ＿ｓ_２の間にあり、図８ａのステップＳ１０７において、自着火判定手段５２によって燃焼期間τｃが燃焼期間制御設定値τｓ_１よりも短く自着火状態を示す信号が出力された時に、制御部３１は運転点が図２のＡ領域に入り、設定点に達したと判断して調整制御を終了する。

次に、図８ａのステップＳ１０５において、ＮＯｘ量がＮＯｘ＿ｓ_１より多い場合には、エンジンは図２のＣ領域かＤ領域で運転されている。ここでは、運転点が図２のＤ領域に入っている場合の調整制御について説明する。図８ａのステップＳ１１２において、制御装置３０の自着火判定手段５２は、燃焼期間τｃと燃焼期間制御設定値τｓ_１とを比較する。ここで、燃焼期間τｃが自着火限界線に近い燃焼期間制御設定値τｓ_１よりも短い時には自着火燃焼している状態であることから、自着火状態を示す信号を制御部３１に出力し、制御部３１はこの信号により運転点が図２のＤ領域に入っていると判断する。そして、制御部３１は、図８ａのステップＳ１１３において点火時期ＴｉｇをＴｉｇ＋ｄＴに変更する。すでに図８ａのステップＳ１０４においてｄＴはマイナスに設定していることから、この図８ａのステップＳ１０８の動作によって点火時期Ｔｉｇは遅角されることとなる。そして、図８ａのステップＳ１０５に戻って、ＮＯｘ量測定手段５０によってＮＯｘ量を監視し、図８ａのステップＳ１１２で自着火判定手段５２で自着火状態を監視しながら、燃焼期間τｃが燃焼期間制御設定値τｓ_１になるまで点火時期変更手段５４によって徐々に点火時期Ｔｉｇを遅角していく。

そして、燃焼期間τｃが自着火限界線に近い燃焼期間制御設定値τｓ_１になったという信号が自着火判定手段５２から出力されると、制御装置３１は、点火時期の遅角を停止する。そして、制御装置３１は、図８ａのステップＳ１１４に示すように、ＥＧＲ量変更手段５６によって吸気弁１４の開弁時期（ＩＶＯ）を遅らし、排気弁の閉弁時期（ＥＶＣ）を早くしてＥＧＲ量を増加させていく。そして、制御部３１は、図８ａのステップＳ１１５に示すように、自着火判定手段５２で燃焼期間τｃが自着火限界線に近い燃焼期間制御設定値τｓ_２になっているかどうかを監視し、燃焼期間τｃが自着火限界線に近い燃焼期間制御設定値τｓ_２になるまで、図８ａのステップＳ１１４でＥＧＲ量を増加させていく。制御部３１は、図８ａのステップＳ１１６で、ＥＧＲ量がＥＧＲ限界線に近い方の制御設定値ＥＧＲ_１を越えていない場合には、図８ａのステップＳ１０５に戻ってＮＯｘと自着火状態を監視しながら再び点火時期Ｔｉｇを遅角させていく。そして、制御部３１は、ＮＯｘ量がＮＯｘ＿ｓ_１より少なくなった時に、運転点が図２のＡ領域に入り、設定点に達したと判断して調整制御を終了する。

上記の制御を図１０のマップで見ると、最初の運転点から水平に点火時期Ｔｉｇを遅角し、燃焼期間がτｓ_１になると、点火時期の遅角を停止し、ＥＧＲ量を増加していくので、運転点は垂直方向に移動し、燃焼期間がτｓ_２になると、ＥＧＲ量の増加を停止して再び点火時期Ｔｉｇを遅角していくというよう動きとなる。つまり、点火時期Ｔｉｇの遅角とＥＧＲ量の増加を交互に行い、自着火限界線の自着火領域側に設定した燃焼期間制御リミット線１と燃焼期間制御リミット線２の間に運転点を挟みこんでいくことにより、運転点を自着火限界線近くに沿ってＡ領域に移動させていく制御となる。

図８ａのステップＳ１１６において、ＥＧＲ量がＥＧＲ限界線に近い方の制御設定値ＥＧＲ１になっても、ＮＯｘ量がまだ目標ＮＯｘ値以下とならない場合には、図８ｂに示すように、制御していく。まず、今まで遅角方向に運転点を移動させて来たのを、限界ＥＧＲ線に近くで、この限界ＥＧＲ線に沿って運転点を移動させていけるように、制御部３１は、図８ｂのステップＳ１１８でｄＴを正に再設定する。そして、制御部３１は、図８ｂのステップＳ１２０に示すように、点火時期が、図９の限界ＥＧＲ線から離れたほうのＥＧＲ制御リミット線２とＥＧＲ量一定の水平線の交点のＴｉｇ＿_ＥＧＲ２となるまで点火時期変更手段５４によって点火時期を進角させていく。そして点火時期ＴｉｇがＴｉｇ＿_ＥＧＲ２となったら、図８ｂのステップＳ１２２に示すように、再びＥＧＲ量をＥＧＲ_１まで増加させていく。このように、制御部３１はＥＧＲ量の増加と点火時期Ｔｉｇの進角を交互に行っていくことによって運転点を図２のＡ領域の設定点２に近づけていく制御を行う。そして、制御部３１は図８ｂのステップＳ１２３に示すように、ＮＯｘ量が制御リミットＮＯｘ＿ｓ_３より少なくなった時に、運転点が図２のＡ領域に入り、設定点２に達したと判断して調整制御を終了する。

上記の制御を図１１のマップで見ると、ＥＧＲ量がＥＧＲ_１を越えたところから、点火時期Ｔｉｇを進角して運転点を水平に移動させ、点火時期ＴｉｇがＴｉｇ＿_ＥＧＲ２になったところで点火時期Ｔｉｇの進角を停止し、再びＥＧＲ量を増加して、運転点を垂直方向に移動させていくという動きとなる。つまり、点火時期Ｔｉｇの進角とＥＧＲ量の増加を交互に行い、ＥＧＲ限界線の下側に設定した設定したＥＧＲ制御リミット線１とＥＧＲ制御リミット線２の間に運転点を挟みこんでいくことにより、運転点をＥＧＲ限界線近くに沿ってＡ領域の設定点２に移動させていく制御となる。

以上、詳細の制御について説明したが、本実施形態は、このような挟み込み制御方式によって、エンジンの運転される雰囲気が変化しても、図２のＡ領域で示される低ＮＯｘ、一部自着火燃焼による安定運転領域において運転が可能になるように制御することができるという効果を奏する。

上記の詳細の制御方式は、いずれも２本の制御リミット線の間に運転点を挟みこんでいく制御方式であるが、制御限界線が１本の場合には、以下のような実施形態で制御していく。図１２は図１０と同様にＤ領域からＡ領域への制御による運転点の移動を示すマップである。図１２に示すように、τ_ｃ＝τ_ｓ５となる１本の自着火制御限界線がマップ上の自着火燃焼領域内に規定されている。同様にＮＯｘも目標ＮＯｘ線１よりＮＯｘの低い側にＮＯｘ＝ＮＯｘ＿_ｓ５となる１本のＮＯｘ制御限界線が規定されている。また、図中の矢印は初期状態からの運転点の移動を示し、各矢印の長さは１回の制御動作によって移動する運転点の距離を示している。

図８ａ，ｂ、図１０で説明したのと同様に、初期状態がＤ領域に入っているので、制御部３１は点火時期変更手段５４よって、点火時期を遅角していく。１回の遅角によって、燃焼期間が自着火限界線の近傍に達しない時には、制御部３１は更に点火時期変更手段５４によって点火時期を遅角していく。ただし最初の遅角によって運転点は自着火燃焼限界線に近づいていることから、２回目の遅角は初回の遅角に比べて少ない遅角量とする。具体的には、遅角の回数によって図８ａ，ｂに示すｄＴの値に係数をかけて、順次１回の動作による遅角量を少なくしていく。そして、自着火判定手段５２からτ_ｃ＜τ_ｓ５の状態を示す信号が制御部３１に入力されると、制御部３１は点火時期の遅角を停止し、ＥＧＲ量
変更手段５６によって、ＥＧＲ量を増加させていく。この増加の割合も前記の点火時期の遅角と同様、１回の動作ごとにＥＧＲ量の増加量を小さくしていく。具体的にはＥＧＲ量の増加回数にしたがって、図８ａ，ｂのｄＩＶ，ｄＥＶに係数をかけて順次１回の動作によって増加するＥＧＲ量が少なくなるようにしていく。そして、ＮＯｘ量測定手段５０からＮＯｘ制御限界線のＮＯｘ＿_ｓ５より低いＮＯｘ量となったことを示す信号が制御部３１に入力されると、制御部３１は運転点はＡ領域に入ったと判断して調整制御を終了する。このように、１本の自着火制御限界線に跨ってジグザクに運転点移動させていく制御方式によると、運転点は先に説明した２本の制御制限値によって挟みこんでいく制御方式よりも、簡便に自着火制御限界線の近くに沿って制御されることとなる。

以上、図１２を参照して、１本の制御限界線によってＤ領域からＡ領域への運転点の調整制御を説明したが、図９のようにＢ領域からＡ領域への運転点の調整制御、図１１のような限界ＥＧＲ線に沿った運転点の調整制御もみな、上記と同様に１本の制御限界線を設定し、この制御限界線に跨ってジグザクに運転点移動させていく制御方式を用いることが出来る。

以上のような制御限界線に跨ってジグザクに運転点移動させていく制御方式を用いても先に述べた実施形態と同様に、エンジンの運転される雰囲気が変化した場合でも、図２のＡ領域で示される低ＮＯｘ、一部自着火燃焼による安定運転領域において運転が可能になるように制御することができるという効果を奏する。

本発明の実施形態の直噴ガソリンエンジンの概略断面と制御部の構成を示す図である。本発明の実施形態の直噴ガソリンエンジンの点火時期とＥＧＲ量の関係に対する運転状態のマップである。本発明の実施形態の直噴ガソリンエンジンの点火時期とＥＧＲ量の関係に対する運転状態の制御を示す図で、自着火していない状態から自着火状態へ運転点を移動させる制御を示した図である。本発明の実施形態の直噴ガソリンエンジンの点火時期とＥＧＲ量の関係に対する運転状態の制御を示す図で、ＮＯｘが目標より高く自着火している状態から自着火状態を保持しつつ、ＮＯｘ量が目標以下になるよう運転点を移動させる制御を示した図である。点火時期と熱発生率の変化を示す説明図である。自着火の有無による燃焼期間の変化を示す説明図である。内部ＥＧＲの説明図である。本発明の実施形態の制御のフローチャートである。本発明の実施形態の制御のフローチャートである。２本の制御限界線を用いた場合の図３の部分拡大図である。２本の制御限界線を用いた場合の図４の部分拡大図である。２本の制御限界線を用いた場合の図４の部分拡大図である。１本の制御限界線を用いた場合の図４の部分拡大図である。従来技術による予混合自着火燃焼制御のための制御マップである。

符号の説明

１直噴ガソリンエンジン、４シリンダブロック、６シリンダヘッド、８燃料噴霧、１０ピストン、１２燃焼室、１４吸気弁、１５吸気ポート、１６排気弁、１７排気ポート、１８燃料噴射弁、２０点火栓、２２吸気弁駆動装置、２４排気弁駆動装置、２６圧力センサ、３０制御装置、３１制御部、３２空燃比センサ、３４ＮＯｘセンサ、３６クランク角センサ、３８負荷センサ、４０回転数センサ、４２記憶部、５０ＮＯｘ量測定手段、５２自着火判定手段、５４点火時期変更手段、５６ＥＧＲ量変更手段、Ａ〜Ｄ領域、ＮＯｘ＿ｓ_１〜ＮＯｘ＿ｓ_５ＮＯｘ制御リミット、Ｔｉｇ点火時期、θ クランク角、ｄＱ／ｄθ 熱発生率、τｃ燃焼期間、τｓ_１，τｓ_２，τｓ_５燃焼期間制御設定値。

Claims

燃焼室に点火栓と燃料噴射弁が取り付けられた直噴ガソリンエンジンの制御装置であって、
排気ガス中のＮＯｘ量を測定するＮＯｘ量測定手段と、
前記点火栓の点火時期を変更する点火時期変更手段と、
ＥＧＲ量を変更するＥＧＲ量変更手段と、を備え、所定のＮＯｘ量制限下における運転を行う直噴ガソリンエンジンの制御装置において、
前記燃焼室内での混合気の自着火発生を判定する自着火判定手段と、
前記自着火判定手段に基づいて自着火燃焼運転を行うとともに、自着火燃焼運転中のＮＯｘを所定値に抑制するために前記点火時期変更手段と前記ＥＧＲ量変更手段とを用いて点火時期とＥＧＲ量とを制御する制御部と、
を有することを特徴とする直噴ガソリンエンジンの制御装置。
請求項１に記載の直噴ガソリンエンジンの制御装置において、
前記制御部は、前記直噴ガソリンエンジンが自着火燃焼状態にあるときに、点火時期とＥＧＲ量との関係において自着火燃焼限界を示す自着火燃焼限界線と排出ＮＯｘ量が一定となる等ＮＯｘ量線を有する運転特性マップ上で、前記点火時期変更手段によって点火時期を自着火限界線近くまで遅角した後、点火時期とＥＧＲ量を前記点火時期変更手段と前記ＥＧＲ量変更手段を協調させて、前記自着火限界線近くに沿って、所定のＮＯｘ量以下で自着火運転状態となるような制御手段を有すること、
を特徴とする直噴ガソリンエンジンの制御装置。
請求項２に記載の直噴ガソリンエンジンの制御装置において、
前記制御部は、ＥＧＲ量が、前記運転特性マップ上の限界ＥＧＲ線に近づいた際には、点火時期とＥＧＲ量を前記点火時期変更手段と前記ＥＧＲ量変更手段を協調させて、前記限界ＥＧＲ線の近くに沿って、所定のＮＯｘ量以下で自着火運転状態となるような協調制御手段を有すること、
を特徴とする直噴ガソリンエンジンの制御装置。
請求項２または３に記載の直噴ガソリンエンジンの制御装置において、前記点火時期変更手段と前記ＥＧＲ量変更手段の協調制御手段は、前記自着火限界線近くに沿って設定した２本の自着火制御限界線の間に運転点を挟みこんでいく制御手段であること、
を特徴とする直噴ガソリンエンジンの制御装置。
請求項２または３に記載の直噴ガソリンエンジンの制御装置において、
前記点火時期変更手段と前記ＥＧＲ量変更手段の協調制御手段は、前記自着火限界線近くに沿って設定した自着火制御限界線に跨ってジグザクに運転点移動させていく制御手段であること、
を特徴とする直噴ガソリンエンジンの制御装置。
請求項５に記載の直噴ガソリンエンジンの制御装置において、
前記点火時期変更手段と前記ＥＧＲ量変更手段の協調制御手段において、１回の点火時期の設定変更量及びＥＧＲ量変更は、前記自着火制御限界線に近いほど小さいこと、
を特徴とする直噴ガソリンエンジンの制御装置。
請求項１に記載の直噴ガソリンエンジンの制御装置において、
前記制御部は、前記直噴ガソリンエンジンが自着火燃焼状態にないときに、点火時期とＥＧＲ量との関係において自着火燃焼限界を示す自着火燃焼限界線と排出ＮＯｘ量が一定となる等ＮＯｘ量線を有する運転特性マップ上で、前記点火時期変更手段によって点火時期を所定の等ＮＯｘ線近くまで進角した後、点火時期とＥＧＲ量を前記点火時期変更手段と前記ＥＧＲ量変更手段を協調させて、前記所定の等ＮＯｘ線近くに沿って、所定のＮＯｘ量以下で自着火運転状態となるような制御手段を有すること、
を特徴とする直噴ガソリンエンジンの制御装置。
請求項７に記載の直噴ガソリンエンジンの制御装置において、
前記点火時期変更手段と前記ＥＧＲ量変更手段の協調制御手段は、前記所定の等ＮＯｘ線近くに沿って設定した２本のＮＯｘ制御限界線の間に運転点を挟みこんでいく協調制御手段であること、
を特徴とする直噴ガソリンエンジンの制御装置。
請求項７に記載の直噴ガソリンエンジンの制御装置において、
前記点火時期変更手段と前記ＥＧＲ量変更手段の協調制御手段は、前記所定の等ＮＯｘ線近くに沿って設定したＮＯｘ制御限界線に跨ってジグザクに運転点移動させていく制御手段であること、
を特徴とする直噴ガソリンエンジンの制御装置。
請求項９に記載の直噴ガソリンエンジンの制御装置において、
前記点火時期変更手段と前記ＥＧＲ量変更手段の協調制御手段において、１回の点火時期の設定変更量及びＥＧＲ量変更は、前記ＮＯｘ制御限界線に近いほど小さいこと、
を特徴とする直噴ガソリンエンジンの制御装置。
請求項１から１０のいずれか１項に記載の直噴ガソリンエンジンの制御装置において、
前記自着火判定手段は、燃焼室に取り付けられた圧力センサからの圧力信号に基づいた燃焼期間によって判定する手段であること、
を特徴とする直噴ガソリンエンジンの制御装置。
請求項１から１０のいずれか１項に記載の直噴ガソリンエンジンの制御装置において、
前記自着火判定手段は、燃焼室に取り付けられた光学センサからの光強度信号に基づいて判定する判定する手段であること、
を特徴とする直噴ガソリンエンジンの制御装置。
請求項１から１２のいずれか１項に記載の直噴ガソリンエンジンの制御装置において、
前記ＥＧＲ量設定手段は、燃焼室に取り付けられた吸気弁及び排気弁のいずれか一方または両方の開閉時期を設定することによって行うものであること、
を特徴とする直噴ガソリンエンジンの制御装置。