JP3494832B2

JP3494832B2 - 内燃機関の燃焼制御装置

Info

Publication number: JP3494832B2
Application number: JP33833396A
Authority: JP
Inventors: 宏幸水野
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1996-12-18
Filing date: 1996-12-18
Publication date: 2004-02-09
Anticipated expiration: 2016-12-18
Also published as: JPH10176568A; DE69705486T2; KR100241825B1; EP0849458A3; EP0849458B1; US5881693A; KR19980064208A; EP0849458A2; DE69705486D1

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、一般の車載用エンジンにおいて
は、燃料噴射弁から所定量の燃料が吸気ポートに噴射さ
れ、燃焼室には燃料と空気とからなる均質混合気が理論
空燃比となった状態で供給される。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バルブによって
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】こうした均質燃焼による技術では、エンジ
ンの燃費を向上させるために、燃焼室へ吸入される均質
混合気の空燃比を理論空燃比よりも大きい値にし、その
混合気に渦流を発生させることで「希薄燃焼（リーン燃
焼）」を行なう場合がある。「希薄燃焼」を行なうエン
ジンの燃焼制御装置としては、例えば特開平８−４５６
８号公報に記載されたものが知られている。

【０００４】同装置では、アクセル開度に基づいて決定
される基本燃料噴射量を補正により増減させて実燃料噴
射量とし、エンジンに供給される混合気の空燃比の値
を、同混合気が安定した燃焼を行ないうる限界（リーン
限界）に近づけるようにしている。「希薄燃焼」では空
燃比が大きいため、上記のように基本燃料噴射量を補正
により増減させて実燃料噴射量とすることにより、エン
ジンのトルク変動（出力変動）が大小する。そして、空
燃比がリーン限界に近づくように実燃料噴射量の値を設
定すると、エンジンのトルク変動が目標値に近づくよう
になっている。

【０００５】しかし、混合気の空燃比が理論空燃比であ
ろうとリーン限界であろうと、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。

【０００６】この技術を取り入れたエンジンでは、その
低負荷時に、燃料噴射弁から気筒内へ噴射される燃料を
点火プラグの周りに向けて偏在供給するとともにスロッ
トルバルブを開き、上記「成層燃焼」を実行する。これ
により、燃費の向上が図られるとともに、ポンピングロ
スの低減が図られるようになっている。また、同エンジ
ンにおいては、その負荷が大きくなると、燃料噴射弁か
ら噴射された燃料を気筒内で均一に拡散させ、「均質リ
ーン燃焼」実行するようになっている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のよう
に燃焼方式を切り換えるエンジンでは、「成層燃焼」の
実行時においても「均質リーン燃焼」の実行時と同様
に、エンジンのトルク変動を目標値に近づけるように制
御することが望ましい。しかし、「成層燃焼」の実行時
には点火プラグの周りに燃料の濃い混合気が常に存在す
るため、「均質リーン燃焼」の実行時のように基本燃料
噴射量を増減させて実燃料噴射量とすることによっては
トルク変動を目標値に近づけにくい。

【０００８】そのため従来は、エミッションの低減を図
るための排気ガス再循環（ＥＧＲ）機構をエンジン設
け、そのＥＧＲ機構によって「成層燃焼」実行時におけ
るトルク変動を目標値に近づけるようにしている。この
ＥＧＲ機構は、エンジンの排気通路と吸気通路とを連通
するＥＧＲ通路及び同ＥＧＲ通路を開閉するためのＥＧ
Ｒバルブを備えている。そして、例えばエンジンが低負
荷域にあるとき、ＥＧＲバルブを開閉制御することによ
り、空気過剰率の低下を図り、もって触媒装置における
窒素酸化物の浄化性能の向上を図るようにしている。

【０００９】また、トルク変動が目標値よりも大きくな
ったときには、ＥＧＲ量を減量することにより同トルク
変動を目標値以下に抑え、トルク変動が目標値よりも小
さくなったときには、ＥＧＲ量を増量することにより同
トルク変動を目標値に近づける。こうしてＥＧＲ量を増
減させることにより、「成層燃焼」の実行時において
も、エンジンのトルク変動が目標値に近づけられること
となる。なお、「成層燃焼」の実行時には、基本燃料噴
射量に対する補正は行われず、アクセル開度に基づいて
求められた基本燃料噴射量がそのまま実燃料噴射量とな
る。

【００１０】ところが、上記燃焼制御装置では、図１１
に示すように、エンジンの負荷（例えば基本燃料噴射量
Ｑf0により表される）が「成層燃焼」領域にある場合、
実際に噴射される実燃料噴射量Ｑf はアクセル開度に基
づいて求められる基本燃料噴射量Ｑf0と同じ値になり、
実線Ｌ１で示す態様でアクセル開度の変化に伴い推移す
る。また、エンジンの負荷が「均質リーン燃焼」領域に
ある場合、実燃料噴射量Ｑf は基本燃料噴射量Ｑf0を増
量補正又は減量補正した値となり、実線Ｌ１から変位し
た二点鎖線Ｌ２又はＬ３で示す態様でアクセル開度の変
化に伴い推移することとなる。従って、燃焼方式が切り
換えられるときには実燃料噴射量Ｑf の値が不連続とな
り、この不連続な実燃料噴射量Ｑf に起因してエンジン
にトルク段差が発生し、ドライバビリティが低下するこ
ととなる。

【００１１】本発明は上記問題点を解決するためになさ
れたものであって、その目的は、燃焼方式の切換時に実
燃料噴射量が不連続になることに起因するトルク段差が
発生するのを防止し、ドライバビリティ低下を抑制する
ことのできる内燃機関の燃焼制御装置を提供することに
ある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成させるた
め、請求項１記載の発明では、図１に示しように、内燃
機関Ｍ１の気筒内に供給される燃料を噴射するための燃
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Ｍ
３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、前記燃焼制御手段Ｍ４にて判別された燃焼状態が均
質燃焼の場合には、前記内燃機関Ｍ１の出力変動が目標
値に近づくように均質燃焼時の燃料噴射量を設定し、当
該燃料噴射量に基づいて燃料噴射制御を実行する均質用
噴射制御手段Ｍ５と、前記燃焼制御手段Ｍ４にて判別さ
れた燃焼状態が成層燃焼の場合には、均質燃焼実行時に
前記均質用噴射制御手段Ｍ５によって設定された燃料噴
射量に基づいて成層燃焼実行時の燃料噴射量を設定し、
当該燃料噴射量に基づいて燃料噴射制御を実行する成層
用噴射制御手段Ｍ６とを備えた。

【００１３】同構成にあっては、燃料噴射手段Ｍ２によ
って、内燃機関Ｍ１の気筒内に供給される燃料が噴射さ
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。さらに、運転状態検出手段Ｍ３によっ
て検出された内燃機関Ｍ１の運転状態に基づき、燃焼制
御手段Ｍ４は、内燃機関Ｍ１の燃焼状態が均質燃焼か或
いは成層燃焼となるように燃料噴射手段Ｍ２を制御す
る。均質燃焼時において均質用噴射制御手段Ｍ５は、内
燃機関Ｍ１の出力変動が目標値に近づくように燃料噴射
量を設定する。また、成層燃焼時において成層用噴射制
御手段Ｍ６は、均質燃焼実行時に均質用噴射制御手段Ｍ
５によって設定された燃料噴射量に基づいて成層燃焼実
行時の燃料噴射量を設定する。そのため、同構成によれ
ば、均質燃焼時の燃料噴射量と成層燃焼時の燃料噴射量
とが燃焼方式の切換時に連続的になるように、成層燃焼
時の燃料噴射量を設定することにより、燃焼方式の切換
時に燃料噴射量が不連続になることに起因するトルク段
差等が発生するのを防止することができるようになる。

【００１４】また、前記均質用噴射制御手段Ｍ５は、予
め定められた基本燃料噴射量を増量補正又は減量補正し
て実燃料噴射量を設定し、当該実燃料噴射量に基づいて
燃料噴射制御を実行するものであり、前記成層用噴射制
御手段Ｍ６は、前記均質燃焼時の実燃料噴射量が前記基
本噴射量を増量補正して設定された場合には、予め定め
られた基本燃料噴射量を同じく増量補正して成層燃焼時
の実燃料噴射量を設定し、当該実燃料噴射量に基づいて
燃料噴射制御を実行するとともに、前記均質燃焼時の実
燃料噴射量が前記基本噴射量を減量補正して設定された
場合には、予め定められた基本燃料噴射量を同じく増量
補正して成層燃焼時の実燃料噴射量を設定し、当該実燃
料噴射量に基づいて燃料噴射制御を実行するものとし
た。

【００１５】同構成によれば、均質燃焼時の実燃料噴射
量が増量補正により設定された場合には成層燃焼時の実
燃料噴射量も増量補正により設定され、成層燃焼時の実
燃料噴射量が減量補正により設定された場合には成層燃
焼時の実燃料噴射量も減量補正により設定される。その
ため、燃焼方式の切換時において、均質燃焼時の実燃料
噴射量と成層燃焼時の実燃料噴射量とが同一の傾向をも
って補正されることとなり、トルク段差の発生も好適に
抑制されるようになる。

【００１６】請求項２記載の発明では、前記成層用噴射
制御手段Ｍ６は、前記均質用噴射制御手段Ｍ５が均質燃
焼時の実燃料噴射量を設定するのに用いた補正係数に基
づいて、予め定められた基本燃料噴射量を増量又は減量
補正することにより成層燃焼時の実燃料噴射量を設定す
るものとした。

【００１７】同構成によれば、前記補正係数に基づいて
成層燃焼時の実燃料噴射量を設定することにより、燃焼
方式の切換時における均質燃焼時の燃料噴射量と成層燃
焼時の燃料噴射量との上記同一傾向での補正を容易且つ
的確なものとすることができるようになる。

【００１８】

【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、車載用エンジンに適用した一実施形態
を図面に基づいて詳細に説明する。

【００１９】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焼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＃１〜＃４を具備し、これら各気筒＃１〜＃４
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
では気筒＃１〜＃４の一つ一つに、４つの弁がそれぞれ
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。

【００２０】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。この点火プラグ１０には、
図示しないディストリビュータを介してイグナイタ１２
からの高電圧が印加されるようになっている。そして、
この点火プラグ１０の点火タイミングは、イグナイタ１
２からの高電圧の出力タイミングにより決定される。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＃１〜＃４内に噴射
されるようになっている。

【００２１】図３に示すように、各気筒＃１〜＃４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。

【００２２】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、ステップモータ２２によって開閉されるスロッ
トルバルブ２３が配設されている。つまり、本実施の形
態のスロットルバルブ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ＥＣ
Ｕ３０からの出力信号に基づいて駆動されることによ
り、スロットルバルブ２３が開閉制御される。そして、
このスロットルバルブ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。

【００２３】また、スロットルバルブ２３の近傍には、
その開度（スロットル開度）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＃１
〜＃４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を介して排気ダクト１４ａ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
ス再循環（ＥＧＲ）機構５１が設けられている。このＥ
ＧＲ機構５１は、排気ガス再循環通路としてのＥＧＲ通
路５２と、同通路５２の途中に設けられたＥＧＲバルブ
５３とを含んでいる。ＥＧＲ通路５２は、スロットルバ
ルブ２３の下流側の吸気ダクト２０と、排気ダクト１４
ａ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
させることにより調節される。そして、ＥＧＲバルブ５
３が開くことにより、排気ダクト１４ａ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機構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（ＥＧＲ量）が調整されるようになっている。

【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、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）３２、ＲＯ
Ｍ（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。

【００２６】スロットルバルブ２３を操作するためのア
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２６
Ａが接続され、該アクセルセンサ２６Ａ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２
４の踏込み量が「０」である場合に全閉信号として
「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
＃１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３
５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ＰＭ）を検出する吸気圧センサ６
１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）を検出する水温センサ６２が設けられて
いる。そして、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】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（点火プラグ１０）及びＥＧＲバルブ５３等の動
作を制御する。

【００３２】次に、本実施形態の燃焼制御装置による制
御態様を、図４〜図６のフローチャートを参照して説明
する。図４は燃焼方式を決定するための処理ルーチンを
示したものであって、ＥＣＵ３０を通じて所定クランク
角毎の角度割り込みにて実行される。この処理ルーチン
においてＥＣＵ３０は、ステップＳ１０１の処理とし
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。その後、ステップ１０２へ進み、ＥＣＵ３０は、
今回読み込んだアクセル開度ＡＣＣＰ及びエンジン回転
数ＮＥから、エンジン１の負荷を求める。さらに、求め
られたエンジン１の負荷に基づき、現時点において「成
層燃焼」、「均質リーン燃焼」及び「均質ストイキ燃
焼」の内の何れの燃焼方式を実行すべきか判定し、その
判定結果に基づいて燃焼モードＦＭＯＤＥを決定する。

【００３３】即ち、エンジン１が高負荷状態のときには
「均質ストイキ燃焼」を行なうべきと判定され、燃焼モ
ードＦＭＯＤＥは「０」に設定される。また、エンジン
１が低負荷状態のときには「成層燃焼」を行なうべきと
判定され、燃焼モードＦＭＯＤＥは「１」に設定され
る。さらに、エンジン１の負荷状態が高負荷と低負荷と
の中間にある場合には「均質リーン燃焼」を行なうべき
と判定され、燃焼モードＦＭＯＤＥは「２」に設定され
る。ＥＣＵ３０は、行なうべきと判定した燃焼方式を実
行すべく、燃料噴射弁１１やスワールコントロールバル
ブ１７等を制御する。

【００３４】なお、エンジン１の負荷は、例えばアクセ
ル開度ＡＣＣＰ及びエンジン回転数ＮＥから求められる
基本燃料噴射量Ｑf0によって表される。そして、燃焼方
式が「成層燃焼」から「均質リーン燃焼」へ、或いは
「均質リーン燃焼」から「成層燃焼」へ切り換えられる
際の基本燃料噴射量Ｑf0は、図１０に示すように基本燃
料噴射量Ｑ0 とされる。燃料噴射弁１１から実際に噴射
される燃料量である実燃料噴射量Ｑf は通常、基本燃料
噴射量Ｑf0であるため、上記のように燃焼方式が切り換
えられる際の実燃料噴射量Ｑ0cは基本燃料噴射量Ｑ0 と
なる。

【００３５】次に、燃料噴射量を算出するための燃料噴
射量算出ルーチンについて、図５及び図６に示すフロー
チャートを参照して説明する。この燃料噴射量算出ルー
チンも、ＥＣＵ３０を通じて所定クランク角毎の角度割
り込みにて実行される。

【００３６】同図に示される処理ルーチンにおいてＥＣ
Ｕ３０は、ステップＳ２０１の処理として、図示しない
基本燃料噴射量マップを参照することにより、回転数Ｎ
Ｅとアクセル開度ＡＣＣＰとから基本燃料噴射量Ｑf0を
求める。

【００３７】その後、ステップＳ２０２へ進み、ＥＣＵ
３０は燃焼モードＦＭＯＤＥが「０」に設定されている
か否かを判断する。そして、「ＦＭＯＤＥ≠０」でない
場合、即ち「均質ストイキ燃焼」が実行されている場合
にはステップＳ２０３へ進む。ステップＳ２０３におい
てＥＣＵ３０は、図示しない均質ストイキ燃焼用マップ
を参照することにより、回転数ＮＥと吸気圧ＰＭとから
実燃料噴射量Ｑf を求める。

【００３８】一方、ステップＳ２０２において、「ＦＭ
ＯＤＥ≠０」であると判断した場合には、ステップＳ２
０４へ進み、さらに燃焼モードＦＭＯＤＥが「１」に設
定されているか否かの判断を行なう。そして、「ＦＭＯ
ＤＥ＝１」でない場合、即ち「均質リーン燃焼」が実行
されている場合にはステップＳ２０５（図６）進み、
「ＦＭＯＤＥ＝１」である場合、即ち「成層燃焼」が実
行されている場合にはステップＳ２１１へ進む。なお、
ステップＳ２０５以降は「均質リーン燃焼」時の燃料噴
射量を算出するための処理ルーチンであり、ステップＳ
２１１以降は「成層燃焼」時の燃料噴射量を算出するた
めの処理ルーチンである。

【００３９】ＥＣＵ３０は、ステップＳ２０５の処理と
して、上死点センサ２７及びクランク角センサ２８から
の出力パルスに基づいて、エンジン１全体におけるトル
ク変動ｄｌｎを計算する。このトルク変動ｄｌｎは、各
気筒＃１〜＃４にて発生するそれぞれのトルク変動ｄｌ
ｎ１〜ｄｌｎ４の平均値であり、下記に示す式（１）に
よって算出される。

【００４０】

【数１】

【００４１】ここで、各気筒＃１〜＃４において、燃焼
毎にそれぞれ発生するトルクＴは、下記の式（２）に示
す関係がある。

【００４２】

【数２】

【００４３】同式において、ｔa は、エンジン１のクラ
ンクシャフトが上死点を含む所定のクランク角度分θ１
（図７参照）を通過するのに要した時間である。また、
ｔbは、クランクシャフトが上死点から９０°進角して
位置する所定のクランク角度分θ２を通過するのに要し
た時間である。なお、クランク角度分θ１とクランク角
度分θ２とは同じ値となっており、例えばそれぞれ３０
°とされる。

【００４４】例えば気筒＃１にて発生するトルク変動ｄ
ｌｎ１は、下記の式（３）に示すように、気筒＃１にお
いて燃焼毎に発生するトルクＴの差によって算出され
る。

【００４５】

【数３】

【００４６】そして、気筒＃２〜＃４にて発生するトル
ク変動ｄｌｎ２〜ｄｌｎ４も、上記気筒＃１におけるト
ルク変動ｄｌｎ１と同様にして算出される。こうして算
出された各気筒＃１〜＃４のトルク変動ｄｌｎ１〜ｄｌ
ｎ４に基づき、エンジン１全体のトルク変動ｄｌｎが上
記式（１）によって算出される。

【００４７】その後、ステップＳ２０６へ進み、ＥＣＵ
３０は、算出したトルク変動ｄｌｎが、目標値ｄｌｎｌ
ｖｌに所定値Ｃｌを加算したもの（「ｄｌｎｌｖｌ＋Ｃ
ｌ」）より大きいか否かを判断する。そして、「ｄｌｎ
＞ｄｌｎｌｖｌ＋Ｃｌ」である場合、即ちトルク変動ｄ
ｌｎが図８に示す領域Ａ内にある場合にはステップＳ２
０７へ進む。ＥＣＵ３０は、ステップＳ２０７の処理と
して、前回の燃料噴射量補正時における均質リーン用燃
料量補正係数ＦＬＭＴに所定値Ｃｆを加算したもの
（「ＦＬＭＴ＋Ｃｆ」）を、新たな均質リーン用燃料量
補正係数ＦＬＭＴとして設定する。そして、新たな均質
リーン用燃料量補正係数ＦＬＭＴを設定した後、ステッ
プＳ２１０へ進む。

【００４８】一方、ステップＳ２０６において「ｄｌｎ
＞ｄｌｎｌｖｌ＋Ｃｌ」でないと判断した場合には、ス
テップＳ２０８へ進む。このステップＳ２０８の処理と
して、ＥＣＵ３０は、トルク変動ｄｌｎが目標値ｄｌｎ
ｌｖｌから所定値Ｃｌを減算したもの（「ｄｌｎｌｖｌ
−Ｃｌ」）より小さいか否かを判断する。そして、「ｄ
ｌｎ＜ｄｌｎｌｖｌ−Ｃｌ」である場合、即ちトルク変
動ｄｌｎが図８に示す領域Ｃ内にある場合には、ステッ
プＳ２０９へ進む。ステップＳ２０９において、ＥＣＵ
３０は、前回の燃料噴射量補正時における均質リーン用
燃料量補正係数ＫＬＭＴから所定値Ｃｆを減算したもの
（「ＫＬＭＴ−Ｃｆ」）を新たな均質リーン用燃料量補
正係数ＫＬＭＴとして設定する。そして、新たな均質リ
ーン用燃料量補正係数ＫＬＭＴを設定した後、ステップ
Ｓ２１０へ進む。

【００４９】なお、上記ステップＳ２０８において「ｄ
ｌｎ＜ｄｌｎｌｖｌ−Ｃｌ」でないと判断した場合、即
ちトルク変動ｄｌｎが図８に示す領域Ｂ内にある場合、
ＥＣＵ３０は均質リーン用燃料量補正係数を新たに設定
することなく直接ステップＳ２１０へ進む。

【００５０】ＥＣＵ３０は、ステップＳ２１０（図５）
の処理として、成層用燃料量補正係数ＫＱfを「１」に
設定する。その後、ステップＳ２１２に進み、ＥＣＵ３
０は、実際に燃料噴射弁１１から噴射される燃料噴射量
である実燃料噴射量Ｑf を下記の式（４）により計算す
る。

【００５１】

【数４】

【００５２】ここで、エンジン１のトルク変動ｄｌｎが
図８に示す領域Ａ内にある場合、ステップＳ２０７の処
理により均質リーン用燃料量補正係数ＫＬＭＴが増加さ
れ、「ＫＩＭＴ＞０」とされるために実燃料噴射量Ｑf
は基本燃料噴射量Ｑf0よりも大きい値となる。その結
果、実燃料噴射量Ｑf は、図１０の実線Ｌ１で示す状態
から二点鎖線Ｌ２で示す状態へと移行し、基本燃料噴射
量Ｑf0の変化に対して同二点鎖線Ｌ２に示す態様で推移
することとなる。「均質リーン燃焼」時には混合気の空
燃比が理論空燃比よりも大きいため、こうして実燃料噴
射量Ｑf が基本燃料噴射量Ｑf0よりも大きくされること
により、トルク変動ｄｌｎが小さくなって目標値ｄｌｎ
ｌｖｌに近づけられる。

【００５３】また、エンジン１のトルク変動ｄｌｎが図
８に示す領域Ｃ内にある場合、ステップＳ２０９の処理
により均質リーン用燃料量補正係数ＫＬＭＴが減少さ
れ、「ＫＩＭＴ＜０」とされるために実燃料噴射量Ｑf
は基本燃料噴射量Ｑf0よりも小さい値となる。その結
果、実燃料噴射量Ｑf は、図１０の実線Ｌ１で示す状態
から二点鎖線Ｌ３で示す状態へと移行し、基本燃料噴射
量Ｑf0の変化に対して同二点鎖線Ｌ３に示す態様で推移
することとなる。「均質リーン燃焼」時には混合気の空
燃比が理論空燃比よりも大きいため、こうして実燃料噴
射量Ｑf が基本燃料噴射量Ｑf0よりも小さくされること
により、トルク変動ｄｌｎが大きくなって目標値ｄｌｎ
ｌｖｌに近づけられる。

【００５４】一方、ステップＳ２０４において、「ＦＭ
ＯＤＥ＝１」である場合、即ち「成層燃焼」が実行され
ている場合にはステップＳ２１１へ進む。このステップ
Ｓ２１１以降は、「成層燃焼」時の燃料噴射量を算出す
るための処理ルーチンである。ＥＣＵ３０は、ステップ
Ｓ２１１の処理として、図９に示す成層用燃料量補正係
数マップを参照することにより、基本燃料噴射量Ｑf0か
ら成層用燃料量補正係数ＫＱf を求める。

【００５５】その後、ステップＳ２１２に進み、ＥＣＵ
３０は、実際に燃料噴射弁１１から噴射される燃料噴射
量である実燃料噴射量Ｑf を上記の式（４）により計算
する。ここで、均質リーン用燃料量補正係数ＫＬＭＴ
は、「均質リーン燃焼」から「成層燃焼」へ移行したと
きの値となっているため、「ＫＬＭＴ＞０」または「Ｋ
ＬＭＴ＜０」となっている場合がある。

【００５６】そして、「ＫＬＭＴ＞０」となっている場
合、実燃料噴射量Ｑf において「成層燃焼」から「均質
リーン燃料」へと切り換わる付近の値が、基本燃料噴射
量Ｑf0よりも大きい値となる。その結果、実燃料噴射量
Ｑf において「成層燃焼」から「均質リーン燃料」へと
切り換わる付近の値は、図１０の実線Ｌ１で示す状態か
ら二点鎖線Ｌ４で示す状態へと移行し、基本燃料噴射量
Ｑf0の変化に対して同二点鎖線Ｌ４に示す態様で推移す
ることとなる。こうして実燃料噴射量Ｑf が二点鎖線Ｌ
４で示す状態へと移行すると、二点鎖線Ｌ４，Ｌ２が連
続的になる。そのため、燃焼方式が「成層燃焼」と「均
質リーン燃焼」とで切り換えられるとき、エンジン１の
出力トルクに段差が発生するのを防止することができる
ようになる。

【００５７】なお、実燃料噴射量Ｑf が基本燃料噴射量
Ｑf0の変化に対して二点鎖線Ｌ４，Ｌ２で示す態様で推
移するようになった場合、燃焼方式の切り換えが行われ
る基本燃料噴射量Ｑf0は、基本燃料噴射量Ｑ0 よりも若
干小さい値である基本燃料噴射量Ｑ01とされる。これは
燃焼方式の切り換えが行われる実燃料噴射量Ｑf を実燃
料噴射量Ｑ0cに保持し、実燃料噴射量Ｑf にみあった適
正な燃焼方式を確実に実行するためである。

【００５８】また、「ＫＬＭＴ＜０」となっている場
合、実燃料噴射量Ｑf において「成層燃焼」から「均質
リーン燃料」へと切り換わる付近の値が、基本燃料噴射
量Ｑf0よりも小さい値となる。その結果、実燃料噴射量
Ｑf において「成層燃焼」から「均質リーン燃料」へと
切り換わる付近の値は、図１０の実線Ｌ１で示す状態か
ら二点鎖線Ｌ５で示す状態へと移行し、基本燃料噴射量
Ｑf0の変化に対して同二点鎖線Ｌ５に示す態様で推移す
ることとなる。こうして実燃料噴射量Ｑf が二点鎖線Ｌ
５で示す状態へと移行すると、二点鎖線Ｌ５，Ｌ３が連
続的になる。そのため、この場合においても、燃焼方式
が「成層燃焼」と「均質リーン燃焼」とで切り換えられ
るとき、エンジン１の出力トルクに段差が発生するのを
防止できるようになる。

【００５９】なお、実燃料噴射量Ｑf が基本燃料噴射量
Ｑf0の変化に対して二点鎖線Ｌ５，Ｌ３で示す態様で推
移するようになった場合、燃焼方式の切り換えが行われ
る基本燃料噴射量Ｑf0は、基本燃料噴射量Ｑ0 よりも若
干大きい値である基本燃料噴射量Ｑ02とされる。これも
燃焼方式の切り換えが行われる実燃料噴射量Ｑf を実燃
料噴射量Ｑ0cに保持し、実燃料噴射量Ｑf にみあった適
正な燃焼方式を確実に実行するためである。

【００６０】以上詳述したように、本実施形態によれ
ば、下記（ａ）及び（ｂ）に示す効果が得られるように
なる。（ａ）「均質リーン燃焼」時に基本燃料噴射量Ｑfoを増
量補正することにより実燃料噴射量Ｑf が図１０の二点
鎖線Ｌ２で示す状態へ移行すると、「成層燃焼」時の実
燃料噴射量Ｑf は基本燃料噴射量Ｑfoを増量補正するこ
とにより二点鎖線Ｌ4 で示す状態へと移行する。また、
「均質リーン燃焼」時に基本燃料噴射量Ｑfoを減量補正
することにより実燃料噴射量Ｑf が図１０の二点鎖線Ｌ
３で示す状態へ移行すると、「成層燃焼」時の実燃料噴
射量Ｑf は基本燃料噴射量Ｑfoを減量補正することによ
り二点鎖線Ｌ５で示す状態へと移行する。即ち、燃焼方
式の切換時において、「均質リーン燃焼」時の燃料噴射
量と「成層燃焼」時の燃料噴射量とが同一の傾向をもっ
て補正されることとなる。そのため、「均質リーン燃
焼」と「成層燃焼」との切換時において、実燃料噴射量
Ｑf を容易に連続的にすることができる。そして、上記
燃焼方式の切換時に、実燃料噴射量Ｑf が不連続になる
ことに起因してエンジン1 の出力トルクに段差が発生す
るのを防止し、ドライバビリティの低下を抑制すること
ができる。

【００６１】（ｂ）「均質リーン燃焼」時に基本燃料噴
射量Ｑfoを補正して実燃料噴射量Ｑf を設定するのに用
いた均質リーン用燃料量補正係数ＫＬＭＴに基づいて、
「成層燃焼」時に基本燃料噴射量Ｑfoを補正して実燃料
噴射量Ｑf を設定した。そのため、上述した燃焼方式の
切換時における「均質リーン燃焼」時の燃料噴射量と
「成層燃焼」時の燃料噴射量との同一傾向での補正を容
易且つ確実なものとし、実燃料噴射量Ｑf を確実に連続
的にすることができる。

【００６２】尚、本実施形態は、例えば以下のように変
更することもできる。（１）上記各実施形態では、エンジン１の出力変動とし
てトルク変動ｄｌｎを検出したが、例えばエンジン１の
出力変動に対応した値となる空燃比を上記トルク変動ｄ
ｌｎの代わりに検出してもよい。

【００６３】（２）燃焼室５内の圧力を検出するための
筒内圧センサを設け、トルク変動ｄｌｎを検出する代わ
りに、エンジン１の出力変動に対応して変化する筒内圧
力最大時期を筒内圧センサによって検出してもよい。

【００６４】（３）筒内圧センサによりエンジン１の出
力変動に対応して変化する燃焼圧を、トルク変動ｄｌｎ
の代わりとして検出してもよい。（４）トルク変動ｄｌｎを検出する代わりに、エンジン
１の出力変動に対応して変化するクランクシャフトの回
転速度を検出してもよい。

【００６５】

【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、均質燃焼
時の燃料噴射量と成層燃焼時の燃料噴射量とが燃焼方式
の切換時に連続的になるように、均質燃焼時の燃料噴射
量に基づいて成層燃焼時の燃料噴射量が設定される。こ
のため、燃焼方式の切換時に燃料噴射量が不連続になる
ことに起因するトルク段差等が発生するのを防止するこ
とができ、ドライバビリティ低下を抑制することができ
る。

【００６６】また、均質燃焼時の実燃料噴射量が増量補
正又は減量補正により設定されると、それに合わせて成
層燃焼時の実燃料噴射量も増量補正又は減量補正により
設定される。そのため、燃焼方式の切換時において、均
質燃焼時の実燃料噴射量と成層燃焼時の実燃料噴射量と
が同一の傾向を持って補正されることとなり、トルク段
差の発生も好適に抑制されるようになる。

【００６７】請求項２記載の発明によれば、均質燃焼時
の実燃料噴射量を設定するために用いられた補正係数に
基づいて、成層燃焼時の実燃料噴射量を設定するように
したため、燃焼方式の切換時における均質燃焼時の燃料
噴射量と成層燃焼時の燃料噴射量との上記同一傾向での
補正を容易且つ的確になものとすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の基本的な概念を示すブロック図。

【図２】本実施形態におけるエンジンの燃焼制御装置を
示す概略ブロック図。

【図３】エンジンの気筒部分を拡大して示す断面図。

【図４】燃焼方式を決定するための処理ルーチンを示す
フローチャート。

【図５】同実施形態の燃料噴射量算出ルーチンを示すフ
ローチャート。

【図６】同実施形態の燃料噴射量算出ルーチンを示すフ
ローチャート。

【図７】トルク変動の計算方法を説明するための説明
図。

【図８】トルク変動の領域を示すグラフ。

【図９】成層用燃料量補正係数を求めるためのマップ例
を示すグラフ。

【図１０】基本燃料噴射量と実燃料噴射量との関係を示
すグラフ。

【図１１】従来の燃焼制御装置における基本燃料噴射量
と実燃料噴射量との関係を示すグラフ。

【符号の説明】

１…エンジン、１１…燃料噴射弁、２５…スロットルセ
ンサ、２６Ａ…アクセルセンサ、２６Ｂ…全閉スイッ
チ、２７…上死点センサ、２８…クランク角センサ、２
９…スワールコントロールバルブセンサ、３０…電子制
御装置（ＥＣＵ）、６１…吸気圧センサ、６２…水温セ
ンサ、＃１〜＃４…気筒。

フロントページの続き (56)参考文献特開平５−321718（ＪＰ，Ａ) 特開平４−370338（ＪＰ，Ａ) 特開平４−12153（ＪＰ，Ａ) 特開平８−4568（ＪＰ，Ａ) 特開平５−288098（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F02D 41/04

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】内燃機関の気筒内に供給される燃料を噴射
するための燃料噴射手段と、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、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
場合には、前記内燃機関の出力変動を検出し、検出され
る出力変動が目標値に近づくように、予め定められた基
本燃料噴射量を増量補正又は減量補正して均質燃焼時の
実燃料噴射量を設定し、当該燃料噴射量に基づいて燃料
噴射制御を実行する均質用噴射制御手段と、前記燃焼制御手段にて判別された燃焼状態が成層燃焼の
場合には、前記均質燃焼時の実燃料噴射量が前記基本噴
射量を増量補正して設定された場合、予め定められた基
本燃料噴射量を同じく増量補正して成層燃焼時の実燃料
噴射量を設定し、当該燃料噴射量に基づいて燃料噴射制
御を実行するとともに、前記均質燃焼時の実燃料噴射量
が前記基本噴射量を減量補正して設定された場合、予め
定められた基本燃料噴射量を同じく減量補正して成層燃
焼時の実燃料噴射量を設定し、当該燃料噴射量に基づい
て燃料噴射制御を実行する成層用噴射制御手段と、を備える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、前記均質用噴
射制御装置が均質燃焼時の実燃料噴射量を設定するのに
用いた補正係数に基づいて、予め定められた基本燃料噴
射量を増量又は減量補正することにより成層燃焼時の実
燃料噴射量を設定するものである請求項１記載の内燃機
関の燃焼制御装置。