JP3173375B2

JP3173375B2 - 内燃機関の燃焼制御装置

Info

Publication number: JP3173375B2
Application number: JP14010596A
Authority: JP
Inventors: 宏幸水野
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1996-06-03
Filing date: 1996-06-03
Publication date: 2001-06-04
Anticipated expiration: 2016-06-03
Also published as: JPH09324675A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の燃焼制
御装置に係り、詳しくは、筒内噴射式内燃機関の如く、
成層燃焼及び均質燃焼を行いうる内燃機関の燃焼制御装
置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、一般的に使用されているエンジン
においては、燃料噴射弁からの燃料は吸気ポートに噴射
され、燃焼室には予め燃料と空気との均質混合気が供給
される。かかるエンジンでは、アクセル操作に連動する
スロットル弁によって吸気通路が開閉され、この開閉に
より、エンジンの燃焼室に供給される吸入空気量（結果
的には燃料と空気とが均質に混合された気体の量）が調
整され、もってエンジン出力が制御される。

【０００３】しかし、上記のいわゆる均質燃焼による技
術では、スロットル弁の絞り動作に伴って大きな吸気負
圧が発生し、ポンピングロスが大きくなって効率は低く
なる。これに対し、スロットル弁の絞りを小とし、燃焼
室に直接燃料を供給することにより、点火プラグの近傍
に可燃混合気を存在させ、当該部分の空燃比を高めて、
着火性を向上するようにしたいわゆる「成層燃焼」とい
う技術が知られている。

【０００４】例えば特開平６−１２３２４５号公報に開
示された技術においては、燃焼室内に直接的に燃料を噴
射せしめることで成層燃焼が行われるようになっている
（筒内噴射式）。また、この技術では、成層燃焼を行う
場合においては、燃料噴射終了から点火までの時間が、
また、均質燃焼を行う場合においては燃料噴射開始時期
が、それぞれマップに基づいて設定される。これによ
り、複数気筒の燃料噴射時期の少なくとも立上がり電圧
印加時間の重複がないように修正され、各気筒のインジ
ェクタでの電圧低下が抑制される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記従来技
術では、負荷に応じて算出された噴射量に対して噴射開
始時期等が設定されるが、噴射量を算出するタイミング
については何ら示されてはいない。成層燃焼を行うに際
しては、噴射のタイミング、噴射量、及び点火のタイミ
ングをいかに最適なものに適合させるかが重要な問題と
なってくるため、かかる場合には、一般に予め所定のタ
イミングでもって噴射開始時期、噴射量及び点火時期が
セットで設定される。

【０００６】しかしながら、燃焼状態が成層燃焼から均
質燃焼に移行した場合においても、上記と同様に噴射量
を設定した場合には、次に示すような不具合が生じう
る。例えば、アクセルペダルが急激に踏み込まれた加速
時を想定した場合、上記技術ではアクセルペダルの開度
が比較的小さい時期での吸入空気量情報でもって、先の
噴射量等が決められることとなる。このため、実際に噴
射が実行されるタイミングにおいては、吸入空気量に対
する燃料噴射量が少ないもの（リーン）となってしまう
おそれがあった。また、減速時においては、上記とは逆
に、吸入空気量に対する燃料噴射量が多いもの（リッ
チ）となってしまうおそれがあった。このように、成層
燃焼における噴射量算出タイミングを採用した場合に
は、（均質燃焼では）空燃比がリーン或いはリッチとな
りすぎて、燃焼が不安定なものとなってしまうおそれが
あった。

【０００７】

【０００８】本発明は前述した事情に鑑みてなされたも
のであって、その目的は、成層燃焼及び均質燃焼を行い
うる内燃機関の燃焼制御装置において、成層燃焼及び均
質燃焼いずれにおいても安定した燃焼を得ることがで
き、特に運転状態の過渡時においても好適な燃焼を確保
することができる内燃機関の燃焼制御装置を提供するこ
とにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に記載の発明においては、図１に示すよう
に、内燃機関Ｍ１の気筒内に燃料を噴射する燃料噴射手
段Ｍ２と、前記内燃機関Ｍ１の運転状態を検出する運転
状態検出手段Ｍ３と、前記運転状態検出手段Ｍ３の検出
結果に基づき、前記内燃機関Ｍ１の燃焼状態を成層燃焼
とするか均質燃焼とするかを判別し、その判別結果に応
じて少なくとも前記燃料噴射手段Ｍ２を制御して成層燃
焼或いは均質燃焼を実行する燃焼制御手段Ｍ４とを備え
た内燃機関の燃焼制御装置であって、前記燃焼制御手段
Ｍ４にて判別された燃焼状態が成層燃焼の場合に、前記
運転状態検出手段Ｍ３により検出されるそのときどきの
運転状態に応じて燃料噴射時間、燃料噴射時期を算出す
るとともにセットタイミングを設定し、当該セットタイ
ミングにおいて、前記算出される燃料噴射時間、燃料噴
射時期を目標燃料噴射時間、目標燃料噴射時期としてセ
ットし、それら目標燃料噴射時間、目標燃料噴射時期に
基づいて燃料噴射量制御、燃料噴射時期制御をそれぞれ
実行する成層用噴射制御手段Ｍ５と、前記燃焼制御手段
Ｍ４にて判別された燃焼状態が均質燃焼の場合に、前記
運転状態検出手段Ｍ３により検出されるそのときどきの
運転状態に応じて燃料噴射時間、燃料噴射時期を算出す
るとともにセットタイミングを設定し、当該セットタイ
ミングにおいて、前記算出される燃料噴射時間、燃料噴
射時期を目標燃料噴射時間、目標燃料噴射時期としてセ
ットし、当該目標燃料噴射時期に基づいて燃料噴射時期
制御を実行する一方、燃料噴射が開始される直前におい
て、前記運転状態に応じて算出される最新の燃料噴射時
間を前記目標燃料噴射時間としてセットし直し、当該再
セットされた目標燃料噴射時間に基づいて燃料噴射量制
御を実行する均質用噴射制御手段Ｍ６とを備えたことを
その要旨としている。

【００１０】

【００１１】また、請求項２に記載の発明では、請求項
１に記載の内燃機関の燃焼制御装置において、前記成層
用噴射制御手段Ｍ５は、前記運転状態検出手段Ｍ３によ
り検出されるそのときどきの運転状態に応じて点火時期
を併せて算出し、前記設定されるセットタイミングにお
いて、前記算出される点火時期を目標点火時期としてセ
ットし、当該目標点火時期に基づいて点火時期制御を実
行するものであることをその要旨としている。

【００１２】（作用）上記請求項１に記載の発明によれ
ば、図１に示すように、燃料噴射手段Ｍ２によって、内
燃機関Ｍ１の気筒内に燃料が噴射され、気筒内の燃料が
燃焼することにより、内燃機関Ｍ１は駆動力を得る。

【００１３】さらに、運転状態検出手段Ｍ３により、内
燃機関Ｍ１の運転状態が検出される。そして、その検出
結果に基づき、燃焼制御手段Ｍ４では、内燃機関Ｍ１の
燃焼状態を成層燃焼とするか均質燃焼とするかが判別さ
れ、その判別結果に応じて少なくとも前記燃料噴射手段
Ｍ２が制御されて成層燃焼或いは均質燃焼が実行され
る。

【００１４】ここで、燃焼制御手段Ｍ４にて判別された
燃焼状態が成層燃焼の場合に、成層用噴射制御手段Ｍ５
によって、そのときどきの運転状態に応じた燃料噴射時
間、燃料噴射時期が算出されるとともにセットタイミン
グが設定され、当該セットタイミングにおいて、前記燃
料噴射時間、燃料噴射時期が目標燃料噴射時間、目標燃
料噴射時期としてそれぞれセットされる。そして、成層
用噴射制御手段Ｍ５は、これら目標燃料噴射時間、目標
燃料噴射時期に基づいて燃料噴射量制御、燃料噴射時期
制御をそれぞれ実行する。

【００１５】また、燃焼制御手段Ｍ４にて判別された燃
焼状態が均質燃焼の場合に、均質用噴射制御手段Ｍ６に
よって、そのときどきの運転状態に応じた燃料噴射時
間、燃料噴射時期が算出されるとともにセットタイミン
グが設定され、当該セットタイミングにおいて、前記算
出される燃料噴射時間、燃料噴射時期が目標燃料噴射時
間、目標燃料噴射時期としてそれぞれセットされる。そ
して、均質用噴射制御手段Ｍ６は、この目標燃料噴射時
期に基づいて燃料噴射時期制御を実行する一方、燃料噴
射が開始される直前において、前記運転状態に応じて算
出される最新の燃料噴射時間を前記目標燃料噴射時間と
してセットし直し、当該再セットされた目標燃料噴射時
間に基づいて燃料噴射量制御を実行する。このため、加
減速時等の過渡時において、最新の運転状態検出情報に
基づいて噴射量が決められることとなる。従って、実際
に噴射が実行されるタイミングにおいて、吸入空気量に
対する燃料噴射量が過少となったり過多となったりする
ことがない。

【００１６】

【００１７】

【００１８】また、請求項２に記載の発明では、前記成
層用噴射制御手段Ｍ５により、そのときどきの運転状態
に応じて点火時期が併せて算出され、前記セットタイミ
ングにおいて、この算出される点火時期が目標点火時期
としてセットされる。そして、成層用噴射制御手段Ｍ５
は、この目標点火時期に基づいて点火時期制御を実行す
る。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明における内燃機関の
燃焼制御装置を具体化した一実施の形態を図面に基づい
て詳細に説明する。

【００２０】図２は本実施の形態において、車両に搭載
された筒内噴射式エンジンの燃料噴射制御装置を示す概
略構成図である。内燃機関としてのエンジン１は、例え
ば４つの気筒１ａを具備し、これら各気筒１ａの燃焼室
構造が図３に示されている。これらの図に示すように、
エンジン１はシリンダブロック２内にピストンを備えて
おり、当該ピストンはシリンダブロック２内で往復運動
する。シリンダブロック２の上部にはシリンダヘッド４
が設けられ、前記ピストンとシリンダヘッド４間には燃
焼室５が形成されている。また、本実施の形態では１気
筒１ａあたり、４つの弁が配置されており、図中におい
て、符号６ａとして第１吸気弁、６ｂとして第２吸気
弁、７ａとして第１吸気ポート、７ｂとして第２吸気ポ
ート、８として一対の排気弁、９として一対の排気ポー
トがそれぞれ示されている。

【００２１】図３に示すように、第１の吸気ポート７ａ
はヘリカル型吸気ポートからなり、第２の吸気ポート７
ｂはほぼ真っ直ぐに延びるストレートポートからなる。
また、シリンダヘッド４の内壁面の中央部には、点火プ
ラグ１０が配設されている。さらに、第１吸気弁６ａ及
び第２吸気弁６ｂ近傍のシリンダヘッド４内壁面周辺部
には燃料噴射手段としての燃料噴射弁１１が配置されて
いる。すなわち、本実施の形態においては、燃料噴射弁
１１からの燃料は、直接的に気筒１ａ内に噴射されるよ
うになっている。

【００２２】図２に示すように、各気筒１ａの第１吸気
ポート７ａ及び第２吸気ポート７ｂは、それぞれ各吸気
マニホルド１５内に形成された第１吸気路１５ａ及び第
２吸気路１５ｂを介してサージタンク１６内に連結され
ている。各第２吸気通路１５ｂ内にはそれぞれスワール
コントロールバルブ１７が配置されている。これらのス
ワールコントロールバルブ１７は共通のシャフト１８を
介して例えばステップモータ１９に連結されている。こ
のステップモータ１９は、後述する電子制御装置（以下
単に「ＥＣＵ」という）３０からの出力信号に基づいて
制御される。なお、当該ステップモータ１９の代わり
に、エンジン１の吸気ポート７ａ，７ｂの負圧に応じて
制御されるものを用いてもよい。

【００２３】前記サージタンク１６は、吸気ダクト２０
を介してエアクリーナ２１に連結され、吸気ダクト２０
内には、アクチュエータたるステップモータ２２によっ
て開閉されるスロットル弁２３が配設されている。つま
り、本実施の形態のスロットル弁２３はいわゆる電子制
御式のものであり、基本的には、ステップモータ２２が
前記ＥＣＵ３０からの出力信号に基づいて駆動されるこ
とにより、スロットル弁２３が開閉制御される。そし
て、このスロットル弁２３の開閉により、吸気ダクト２
０を通過して燃焼室５内に導入される吸入空気量が調節
されるようになっている。本実施の形態では、吸気ダク
ト２０、サージタンク１６並びに第１吸気路１５ａ及び
第２吸気路１５ｂ等により、吸気通路が構成されてい
る。また、スロットル弁２３の近傍には、その開度（ス
ロットル開度ＴＡ）を検出するためのスロットルセンサ
２５が設けられている。なお、前記各気筒の排気ポート
９には排気マニホルド１４が接続されている。そして、
燃焼後の排気ガスは当該排気マニホルド１４を介して図
示しない排気ダクトへ排出されるようになっている。

【００２４】さらに、本実施の形態では、公知の排気ガ
ス循環（ＥＧＲ）装置５１が設けられている。このＥＧ
Ｒ装置５１は、排気ガス循環通路としてのＥＧＲ通路５
２と、同通路５２の途中に設けられた排気ガス循環弁と
してのＥＧＲバルブ５３とを含んでいる。ＥＧＲ通路５
２は、スロットル弁２３の下流側の吸気ダクト２０と、
排気ダクトとの間を連通するよう設けられている。ま
た、ＥＧＲバルブ５３は、弁座、弁体及びステップモー
タ（いずれも図示せず）を内蔵している。ＥＧＲバルブ
５３の開度は、ステップモータが弁体を弁座に対して断
続的に変位させることにより、変動する。そして、ＥＧ
Ｒバルブ５３が開くことにより、排気ダクトへ排出され
た排気ガスの一部がＥＧＲ通路５２へと流れる。その排
気ガスは、ＥＧＲバルブ５３を介して吸気ダクト２０へ
流れる。すなわち、排気ガスの一部がＥＧＲ装置５１に
よって吸入混合気中に再循環する。このとき、ＥＧＲバ
ルブ５３の開度が調節されることにより、排気ガスの再
循環量が調整されるのである。

【００２５】さて、上述したＥＣＵ３０は、デジタルコ
ンピュータからなっており、双方向性バス３１を介して
相互に接続されたＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）３
２、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）３３、マイクロプロ
セッサからなるＣＰＵ（中央処理装置）３４、入力ポー
ト３５及び出力ポート３６を具備している。本実施の形
態においては、当該ＥＣＵ３０により、燃焼制御検出手
段、成層用噴射制御手段及び均質用噴射制御手段が構成
されている。

【００２６】前記アクセルペダル２４には、当該アクセ
ルペダル２４の踏込み量に比例した出力電圧を発生する
アクセルセンサ２６Ａが接続され、該アクセルセンサ２
６Ａによりアクセル開度ＡＣＣＰが検出される。当該ア
クセルセンサ２６Ａの出力電圧は、ＡＤ変換器３７を介
して入力ポート３５に入力される。また、同じくアクセ
ルペダル２４には、アクセルペダル２４の踏込み量が
「０」であることを検出するための全閉スイッチ２６Ｂ
が設けられている。すなわち、この全閉スイッチ２６Ｂ
は、アクセルペダル２４の踏込み量が「０」である場合
に全閉信号ＸＬＬ２ＳＷとして「１」の信号を、そうで
ない場合には「０」の信号を発生する。そして、該全閉
スイッチ２６Ｂの出力電圧も入力ポート３５に入力され
るようになっている。

【００２７】また、上死点センサ２７は例えば１番気筒
１ａが吸気上死点に達したときに出力パルスを発生し、
この出力パルスが入力ポート３５に入力される。クラン
ク角センサ２８は例えばクランクシャフトが３０°ＣＡ
回転する毎に出力パルスを発生し、この出力パルスが入
力ポートに入力される。ＣＰＵ３４では上死点センサ２
７の出力パルスとクランク角センサ２８の出力パルスか
らエンジン回転数ＮＥが算出される（読み込まれる）。

【００２８】さらに、前記シャフト１８の回転角度はス
ワールコントロールバルブセンサ２９により検出され、
これによりスワールコントロールバルブ１７の開度が測
定される。そして、スワールコントロールバルブセンサ
２９の出力はＡ／Ｄ変換器３７を介して入力ポート３５
に入力される。

【００２９】併せて、前記スロットルセンサ２５によ
り、スロットル開度ＴＡが検出される。このスロットル
センサ２５の出力はＡ／Ｄ変換器３７を介して入力ポー
ト３５に入力される。

【００３０】加えて、本実施の形態では、サージタンク
１６内の圧力（吸気圧ＰｉＭ）を検出する吸気圧センサ
６１が設けられている。さらに、エンジン１の冷却水の
温度（冷却水温ＴＨＷ）を検出する水温センサ６２が設
けられている。これら両センサ６１，６２の出力もＡ／
Ｄ変換器３７を介して入力ポート３５に入力されるよう
になっている。

【００３１】本実施の形態において、これらスロットル
センサ２５、アクセルセンサ２６Ａ、全閉スイッチ２６
Ｂ、上死点センサ２７、クランク角センサ２８、スワー
ルコントロールバルブセンサ２９、吸気圧センサ６１及
び水温センサ６２等により、運転状態検出手段が構成さ
れている。

【００３２】一方、出力ポート３６は、対応する駆動回
路３８を介して各燃料噴射弁１１、各ステップモータ１
９，２２、イグナイタ１２及びＥＧＲバルブ５３（ステ
ップモータ）に接続されている。そして、ＥＣＵ３０は
各センサ等２５〜２９，６１，６２からの信号に基づ
き、ＲＯＭ３３内に格納された制御プログラムに従い、
燃料噴射弁１１、ステップモータ１９，２２、イグナイ
タ１２及びＥＧＲバルブ５３等を好適に制御する。

【００３３】次に、上記構成を備えたエンジンの燃焼制
御装置における本実施の形態に係る各種制御に関するプ
ログラムについて、フローチャートを参照して説明す
る。まず、図４は、本実施の形態における燃焼制御に際
して各種データを算出等するための「メインルーチン」
を示すフローチャートである。

【００３４】処理がこのルーチンへ移行すると、ＥＣＵ
３０は、先ず、ステップ１０１において、各種センサ等
２５〜２９，６１，６２よりアクセル開度ＡＣＣＰ、エ
ンジン回転数ＮＥ等の各種信号を読み込む。

【００３５】次に、ステップ１０２においては、今回読
み込んだアクセル開度ＡＣＣＰ、エンジン回転数ＮＥに
基づき、現時点における燃焼モードＦＭＯＤＥを決定す
る。ここで、この燃焼モードＦＭＯＤＥは、現在成層燃
焼を行うべきか均質燃焼を行うべきかを判定するもので
ある。例えば、高負荷、あるいは高回転数でない場合に
は成層燃焼を行うべく燃焼モードＦＭＯＤＥは「０」
に、そうでない場合には均質燃焼を行うべく燃焼モード
ＦＭＯＤＥは「１」に設定される。

【００３６】続いて、ステップ１０３においては、現在
設定されている燃焼モードＦＭＯＤＥが「０」であるか
否かを判断する。そして、燃焼モードＦＭＯＤＥが
「０」の場合には、成層燃焼を行うべくステップ１０４
において、今回読み込んだエンジン回転数ＮＥ及びアク
セル開度ＡＣＣＰに基づいて燃料噴射量ＱＩＮＪを算出
する。なお、この燃料噴射量ＱＩＮＪの算出に際しては
図示しないマップが参酌される。

【００３７】一方、燃焼モードＦＭＯＤＥが「１」の場
合には、均質燃焼を行うべくステップ１０５において、
今回読み込んだエンジン回転数ＮＥ及び吸気圧ＰｉＭに
基づいて燃料噴射量ＱＩＮＪを算出する。ここで、吸気
圧ＰｉＭに基づくこととしたのは、吸気圧ＰｉＭから吸
入空気量の情報が得られ、より一層の精度の向上を図る
ためである。なお、この燃料噴射量ＱＩＮＪの算出に際
しても図示しないマップが参酌される。

【００３８】ステップ１０４或いはステップ１０５から
移行して、ステップ１０６においては、今回算出された
燃料噴射量ＱＩＮＪに基づき燃料噴射時間ＴＡＵ（噴射
量に対応する）を算出する。

【００３９】また、続くステップ１０７においては、今
回のエンジン回転数ＮＥ、燃料噴射量ＱＩＮＪ及び燃焼
モードＦＭＯＤＥに基づいて、燃料噴射時期ＡＩＮＪ及
び点火時期ＳＡをそれぞれ算出する。

【００４０】さらに、ＥＣＵ３０は、ステップ１０８に
おいて、今回算出された燃料噴射時期ＡＩＮＪに基づい
て、セットタイミングＴｎ（ｎは気筒番号に対応する）
を設定する。このセットタイミングＴｎは後述する「回
転信号割込みルーチン」において採用されるタイミング
である。そして、ＥＣＵ３０はその後の処理を一旦終了
する。

【００４１】このように、上記「メインルーチン」にお
いては、そのときどきの運転状態に応じて、燃料噴射量
ＱＩＮＪ（燃料噴射時間ＴＡＵ）、燃料噴射時期ＡＩＮ
Ｊ及び点火時期ＳＡが算出されるとともに、セットタイ
ミングＴｎが設定される。

【００４２】次に、燃料噴射量ＱＩＮＪ（燃料噴射時間
ＴＡＵ）、燃料噴射時期ＡＩＮＪ及び点火時期ＳＡに基
づいて、これらのデータをセットで設定等を行う処理内
容について説明する。すなわち、図５は、本実施の形態
におけるインジェクタ１１等を制御して燃料噴射制御等
を実行するための「回転信号割込みルーチン」を示すフ
ローチャートであって、例えば所定回転数毎の割り込み
で実行される。

【００４３】処理がこのルーチンへ移行すると、ＥＣＵ
３０は、先ず、上記「メインルーチン」で算出された燃
料噴射時間ＴＡＵ等の各種データ等を読み込む。そし
て、ステップ２０２において、クランク角センサ２８に
よる現在のクランク角ＣＣＲＡＮＫが、上記「メインル
ーチン」で設定されたセットタイミングＴｎに等しいか
否か、すなわち、気筒毎の目標燃料噴射時間ＴＡＵｎ等
をセットで設定するタイミングが到来したか否かを判断
する。そして、現在のクランク角ＣＣＲＡＮＫがセット
タイミングＴｎに等しい場合には、ステップ２０３にお
いて、上記「メインルーチン」で算出された燃料噴射時
間ＴＡＵ、燃料噴射時期ＡＩＮＪ及び点火時期ＳＡをそ
れぞれ、当該気筒における目標燃料噴射時間ＴＡＵｎ、
目標燃料噴射時期ＡＩＮＪｎ及び目標点火時期ＳＡｎと
してそれぞれ設定する。

【００４４】さらに、続くステップ２０４においては、
今回設定された目標燃料噴射時期ＡＩＮＪｎ及び目標点
火時期ＳＡｎに基づき、これらの時期に相当する時刻
（噴射開始予約タイミング及び点火予約タイミング）を
計算しておき、ステップ２０５へ移行する。

【００４５】一方、ステップ２０２において、現在のク
ランク角ＣＣＲＡＮＫがセットタイミングＴｎに等しく
ない場合には、新たに目標燃料噴射時間ＴＡＵｎ等を設
定することなく、ステップ２０５へと移行する。

【００４６】ステップ２０２或いはステップ２０４から
移行してステップ２０５においては、現在が噴射開始予
約タイミングであるか否かを判断する。そして、現在が
噴射開始予約タイミングの場合には、ステップ２０６に
おいて、噴射コンペアレジスタ（制御ＯＮ／ＯＦＦの時
刻をセットするレジスタ）をセットし、同時に、噴射の
出力ポートＹＩＮＪｎをオンにセットし、ステップ２０
７へ移行する。また、現在が噴射開始予約タイミングで
ない場合には、何らの処理をも行うことなくステップ２
０７へ移行する。

【００４７】さらに、ステップ２０７においては、現在
が点火予約タイミングであるか否かを判断する。そし
て、現在が点火予約タイミングの場合には、ステップ２
０８において、点火コンペアレジスタをセットし、同時
に、点火の出力ポートＹＩＧＴｎをオンにセットし、そ
の後の処理を一旦終了する。また、現在が点火予約タイ
ミングでない場合には、何らの処理をも行うことなくそ
の後の処理を一旦終了する。

【００４８】このように、上記「回転信号割込みルーチ
ン」では、セットタイミングＴｎにおいて、当該気筒に
おける目標燃料噴射時間ＴＡＵｎ、目標燃料噴射時期Ａ
ＩＮＪｎ及び目標点火時期ＳＡｎがそれぞれセットで設
定される。また、噴射開始予約タイミング及び点火予約
タイミングが計算され、それぞれのタイミングに達した
際に噴射コンペアレジスタ或いは点火コンペアレジスタ
がセットされ、同時に、噴射の出力ポートＹＩＮＪｎ、
点火の出力ポートＹＩＧＴｎがオンにセットされる。

【００４９】次に、上記噴射コンペアレジスタセットと
同時に噴射の出力ポートＹＩＮＪｎが、或いは点火コン
ペアレジスタセットと同時に点火の出力ポートＹＩＧＴ
ｎがオンにセットされた場合に、ＥＣＵ３０により実行
される処理動作について説明する。すなわち、図６はＥ
ＣＵ３０により実行される「噴射コンペア割込みルーチ
ン」を示すフローチャートであって、上記噴射コンペア
レジスタがタイマと一致すると実行される。

【００５０】処理がこのルーチンに移行すると、ＥＣＵ
３０はまず、ステップ３０２において、別途のルーチン
で設定される噴射時ラッチＹＬＩＮＪｎがオンであるか
否かを判断し、噴射時ラッチＹＬＩＮＪｎがオンの場合
（噴射実行中）にのみステップ３０３へ移行する。一
方、噴射時ラッチＹＬＩＮＪｎがオフの場合には、その
後の処理を一旦終了する。

【００５１】ステップ３０３においては、現在の燃焼モ
ードＦＭＯＤＥが「０」であるか否かを判断する。そし
て、現在の燃焼モードＦＭＯＤＥが「０」の場合には、
現在成層燃焼が実行されているものと判断して、ステッ
プ３０４へ移行する。ステップ３０４においては、現在
の時刻Ｔ１に対し、上記「回転信号割込みルーチン」で
設定された目標燃料噴射時間ＴＡＵｎを加算した時刻を
噴射終了時刻ＦＯＦＦとして設定する。

【００５２】これに対し、現在の燃焼モードＦＭＯＤＥ
が「１」の場合には、現在均質燃焼が実行されているも
のと判断して、ステップ３０５へ移行する。ステップ３
０５においては、現在の時刻Ｔ１に対し、上記「メイン
ルーチン」で設定された燃料噴射時間ＴＡＵ（最新の燃
料噴射時間）を加算した時刻を噴射終了時刻ＦＯＦＦと
して設定する。

【００５３】そして、ステップ３０４又はステップ３０
５から移行して、ステップ３０６においては、噴射コン
ペアレジスタをセットし、同時に噴射の出力ポートＹＩ
ＮＪｎをオフにセットして、ＥＣＵ３０はその後の処理
を一旦終了する。

【００５４】このように、上記「噴射コンペア割込みル
ーチン」においては、そのときどきの燃焼モードＦＭＯ
ＤＥに応じて噴射終了時刻ＦＯＦＦが設定され、その設
定後において噴射コンペアレジスタがセットされ、同時
に噴射の出力ポートＹＩＮＪｎがオフにセットされる。

【００５５】また、図７はＥＣＵ３０により実行される
「点火コンペア割込みルーチン」を示すフローチャート
であって、上記点火コンペアレジスタがタイマと一致す
ると実行される。

【００５６】処理がこのルーチンに移行すると、ＥＣＵ
３０はまず、ステップ４０２において、別途のルーチン
で設定される点火時ラッチＹＬＩＧＴｎがオンであるか
否かを判断し、点火時ラッチＹＬＩＧＴｎがオン（充電
中）の場合にのみステップ４０３へ移行する。一方、点
火時ラッチＹＬＩＧＴｎがオフの場合には、その後の処
理を一旦終了する。

【００５７】ステップ４０３においては、現在の燃焼モ
ードＦＭＯＤＥにかかわらず、現在の時刻Ｔ２に対し、
上記「回転信号割込みルーチン」で設定された目標点火
時期ＳＡｎを加算した時刻を点火時刻ＩＯＦＦとして設
定する。なお、本実施の形態では、点火時刻ＩＯＦＦに
達した場合、すなわち、充電ＯＦＦと同時に点火が実行
される。

【００５８】そして、ステップ４０４においては、点火
コンペアレジスタをセットすると同時に、点火の出力ポ
ートＹＩＧＴｎをオフにセットして、ＥＣＵ３０はその
後の処理を一旦終了する。

【００５９】このように、上記「点火コンペア割込みル
ーチン」においては、そのときどきの燃焼モードＦＭＯ
ＤＥにかかわらず点火時刻ＩＯＦＦが設定され、その設
定後において点火コンペアレジスタがセットされると同
時に、点火の出力ポートＹＩＧＴｎがオフにセットされ
る。

【００６０】次に、本実施の形態の作用及び効果につい
て説明する。（イ）本実施の形態によれば、図８に示すように、燃焼
モードＦＭＯＤＥが「０」、すなわち成層燃焼時におい
ては、所定のセットタイミングＴｎにおいて、目標燃料
噴射時間ＴＡＵｎ、目標燃料噴射時期ＡＩＮＪｎ及び目
標点火時期ＳＡｎがそれぞれセットされる。そして、こ
れら各データに基づいて燃料噴射量制御、噴射時期制御
及び点火時期制御が実行される。ここで、成層燃焼にと
っては、噴射時期（噴射量も含む）及び点火時期をいか
に適合させるかが重要であるが、本実施の形態ではこれ
らのデータが、所定のセットタイミングＴｎでもってセ
ットで設定される。このため、成層燃焼に際して、安定
した燃焼を確保することができる。

【００６１】（ロ）また、図８に示すように、燃焼モー
ドＦＭＯＤＥが「１」、すなわち均質燃焼時において
は、「メインルーチン」で算出された最新の燃料噴射時
間ＴＡＵが採用されて噴射終了時刻ＦＯＦＦが設定され
る。このため、加減速時等の過渡時において、最新の運
転状態検出情報に基づいて噴射量が決められることとな
る。

【００６２】例えば、加速時を考えた場合、図９に示す
ように、メインルーチン周回毎に、すなわち時刻ｔ１，
ｔ２，ｔ３，ｔ４において燃料噴射時間ＴＡＵ、燃料噴
射時期ＡＩＮＪ及び点火時期ＳＡが算出される。さら
に、所定のセットタイミングＴｎ（例えばＴｎが時刻ｔ
１とｔ２の間だとする）において目標燃料噴射時間ＴＡ
Ｕｎ、目標燃料噴射時期ＡＩＮＪｎ及び目標点火時期Ｓ
Ａｎがそれぞれセットされる。そして、時刻ｔ５におい
て燃料噴射が開始されるとすると、従来では、時刻ｔ１
における運転状態に基づいて噴射量が定められていたの
に対し、本実施の形態では、均質燃焼時においては時刻
ｔ３における運転状態（吸気量等）に基づいて噴射量
（燃料噴射時間ＴＡＵ）が算出され、その燃料噴射時間
ＴＡＵに基づいて噴射が実行される（すなわち、事実上
噴射量が算出し直されることとなる）。従って、実際に
噴射が実行されるタイミングにおいて、吸入空気量に対
する実際の燃料噴射量が過少となったりすることがな
い。

【００６３】また、逆に、減速時においても同様に実際
の燃料噴射量が過多となったりすることがない。その結
果、均質燃焼に際しても安定した燃焼を確保することが
できる。

【００６４】尚、本発明は上記実施の形態に限定される
ものではなく、例えば次の如く構成してもよい。（１）上記実施の形態においては、成層燃焼、均質燃焼
に関係なく、点火時期については「回転信号割込みルー
チン」で設定された目標点火時期ＳＡｎを採用すること
としたが、必要によっては燃料噴射時間と同様、均質燃
焼時には、「メインルーチン」で算出された点火時期Ｓ
Ａを採用するようにしてもよい。

【００６５】（２）上記実施の形態では、筒内噴射式の
エンジン１に本発明を具体化するようにしたが、いわゆ
る成層燃焼、弱成層燃焼を行うタイプの内燃機関であれ
ばいかなるタイプのものに具体化してもよい。例えば吸
気ポート７ａ，７ｂの吸気弁６ａ，６ｂの傘部の裏側に
向かって噴射するタイプのものも含まれる。また、吸気
弁６ａ，６ｂ側に燃料噴射弁が設けられてはいるが、直
接シリンダボア（燃焼室５）内に噴射するタイプのもの
も含まれる。

【００６６】（３）また、上記実施の形態では、ヘリカ
ル状の吸気ポートを有し、いわゆるスワールを発生させ
ることが可能な構成としたが、かならずしもスワールを
発生しなくともよい。従って、例えば上記実施の形態に
おけるスワールコントロールバルブ１７、ステップモー
タ１９等を省略することもできる。

【００６７】（４）上記実施の形態における燃料噴射量
ＱＩＮＪの算出に際しては、別途異なるパラメータ（例
えば吸入空気量、スロットル開度等）を採用することと
してもよい。

【００６８】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
成層燃焼及び均質燃焼を行いうる内燃機関の燃焼制御装
置において、成層燃焼及び均質燃焼いずれにおいても安
定した燃焼を得ることができ、特に、加速時或いは減速
時といった運転状態の過渡時においても好適な燃焼を確
保することができるという従来にはない優れた効果を奏
する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の基本的な概念を示す概念構成図であ
る。

【図２】一実施の形態におけるエンジンの燃焼制御装置
を示す概略構成図である。

【図３】エンジンの気筒部分を拡大して示す断面図であ
る。

【図４】ＥＣＵにより実行される「メインルーチン」を
示すフローチャートである。

【図５】ＥＣＵにより実行される「回転信号割込みルー
チン」を示すフローチャートである。

【図６】ＥＣＵにより実行される「噴射コンペア割込み
ルーチン」を示すフローチャートである。

【図７】ＥＣＵにより実行される「点火コンペア割込み
ルーチン」を示すフローチャートである。

【図８】成層燃焼時、均質燃焼時の燃料噴射、点火の挙
動を示すタイミングチャートである。

【図９】均質燃焼時における作用効果を説明するタイミ
ングチャートである。

【符号の説明】

１…内燃機関としてのエンジン、１０…点火プラグ、１
１…燃料噴射手段としての燃料噴射弁、２５…運転状態
検出手段を構成するスロットルセンサ、２６Ａ…運転状
態検出手段を構成するアクセルセンサ、２６Ｂ…運転状
態検出手段を構成する全閉スイッチ、２７…運転状態検
出手段を構成する上死点センサ、２８…運転状態検出手
段を構成するクランク角センサ、２９…運転状態検出手
段を構成するスワールコントロールバルブセンサ、３０
…燃焼制御手段、成層用噴射制御手段及び均質用噴射制
御手段を構成するＥＣＵ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩＦ０２Ｐ 5/15 Ｆ０２Ｐ 5/15 Ｂ (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F02D 41/04 325 F02D 41/34

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】内燃機関の気筒内に燃料を噴射する燃料
噴射手段と、前記内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段
と、前記運転状態検出手段の検出結果に基づき、前記内燃機
関の燃焼状態を成層燃焼とするか均質燃焼とするかを判
別し、その判別結果に応じて少なくとも前記燃料噴射手
段を制御して成層燃焼或いは均質燃焼を実行する燃焼制
御手段とを備えた内燃機関の燃焼制御装置であって、前記燃焼制御手段にて判別された燃焼状態が成層燃焼の
場合に、前記運転状態検出手段により検出されるそのと
きどきの運転状態に応じて燃料噴射時間、燃料噴射時期
を算出するとともにセットタイミングを設定し、当該セ
ットタイミングにおいて、前記算出される燃料噴射時
間、燃料噴射時期を目標燃料噴射時間、目標燃料噴射時
期としてセットし、それら目標燃料噴射時間、目標燃料
噴射時期に基づいて燃料噴射量制御、燃料噴射時期制御
をそれぞれ実行する成層用噴射制御手段と、前記燃焼制御手段にて判別された燃焼状態が均質燃焼の
場合に、前記運転状態検出手段により検出されるそのと
きどきの運転状態に応じて燃料噴射時間、燃料噴射時期
を算出するとともにセットタイミングを設定し、当該セ
ットタイミングにおいて、前記算出される燃料噴射時
間、燃料噴射時期を目標燃料噴射時間、目標燃料噴射時
期としてセットし、当該目標燃料噴射時期に基づいて燃
料噴射時期制御を実行する一方、燃料噴射が開始される
直前において、前記運転状態に応じて算出される最新の
燃料噴射時間を前記目標燃料噴射時間としてセットし直
し、当該再セットされた目標燃料噴射時間に基づいて燃
料噴射量制御を実行する均質用噴射制御手段とを備えた
ことを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。
【請求項２】前記成層用噴射制御手段は、前記運転状
態検出手段により検出されるそのときどきの運転状態に
応じて点火時期を併せて算出し、前記設定されるセット
タイミングにおいて、前記算出される点火時期を目標点
火時期としてセットし、当該目標点火時期に基づいて点
火時期制御を実行する請求項１記載の内燃機関の燃焼制
御装置。