JP3797011B2 - 筒内噴射式内燃機関 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、成層燃焼を行う筒内噴射式内燃機関に関する。
【０００２】
【従来の技術】
燃料消費率の向上の観点から、成層燃焼を行う筒内噴射式内燃機関が開発されている。成層燃焼とは、燃焼室内に濃混合気と希薄混合気とを層状に形成し、まず、濃混合気の部分に着火し、その炎によって希薄混合気の部分も燃焼させることにより、不完全燃焼及び失火を回避しつつ全体として希薄な混合気を燃焼させるものである。かかる成層燃焼を行う場合には圧縮行程で噴射を行う一方、ストイキな混合気を燃焼させる均質燃焼を行う場合には吸気行程で噴射を行うようにしている。
【０００３】
このように、筒内噴射式内燃機関では、成層燃焼と均質燃焼という異なる運転モードを有しており、この運転モードの違いにより、運転状態の負荷検出パラメータをアクセル操作量から検出する場合と、吸気に関わる流量、負圧、スロットル開度等から検出する場合とを使い分けている。このような制御環境下では、燃料噴射量や点火時期に関する制御と吸気量やＥＧＲに関する制御とで応答性に差を与えるなどの配慮が必要となってくる（例えば、特開平５−９９０２０号公報参照）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このように、一方の運転モードでは、負荷検出パラメータから、補正を加えることなく、直接に燃料噴射量や点火時期の制御量を演算するのに対し、他方の運転モードでは、補正を加えるようにして演算を行うことで、それぞれのモードでの運転を良好に維持することができる。しかしながら、補正を加える運転モード側へのモード切り換え時には、即座に適切な補正量を用意することができないため、円滑な運転モード切り換えが行われない。
【０００５】
本発明は、上述した問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、筒内噴射式内燃機関において、機関制御量の演算にて補正を加える運転モード側へのモード切り換え時に、即座に補正量を加えた適正な制御量を得ることができるようにすることにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明によれば、運転状態の負荷検出パラメータをアクセル操作量から検出する第１の運転モードと、該負荷検出パラメータを流量、負圧、スロットル開度等の吸気に関わる量から検出する第２の運転モードと、を使い分ける筒内噴射式内燃機関において、前記第２の運転モードにあるときのみ燃料噴射量、点火時期等の機関制御量の変化の応答性に補正を加えるとともに、前記第１の運転モードにあるときにも前記補正のための補正量の演算を実行せしめるようにしたことを特徴とする筒内噴射式内燃機関が提供される。
【０００７】
上記の如く構成された筒内噴射式内燃機関では、第２の運転モードにあるときのみ必要となる補正量がいずれの運転モードにあるときにも演算されているため、第１の運転モードから第２の運転モードへの切り換え時においても、即座に補正量を加えた適正な機関制御量を得ることができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
【０００９】
図１は、本発明の一実施形態に係る筒内噴射式内燃機関の全体概要図である。内燃機関１は、車両搭載用の直列多気筒４ストロークサイクルレシプロガソリン機関であって均質燃焼及び成層燃焼を行うものである。機関１は、シリンダブロック２及びシリンダヘッド３を備えている。シリンダブロック２には、上下方向へ延びる複数個の気筒４が紙面の厚み方向へ並設され、各気筒４内には、ピストン５が往復動可能に収容されている。各ピストン５は、コネクティングロッド６を介し共通のクランクシャフト７に連結されている。各ピストン５の往復運動は、コネクティングロッド６を介してクランクシャフト７の回転運動に変換される。
【００１０】
シリンダブロック２とシリンダヘッド３との間において、各ピストン５の上側は燃焼室８となっている。シリンダヘッド３には、その両外側面と各燃焼室８とを連通させる吸気ポート９及び排気ポート１０がそれぞれ設けられている。これらのポート９及び１０を開閉するために、シリンダヘッド３には吸気バルブ１１及び排気バルブ１２がそれぞれ略上下方向への往復動可能に支持されている。また、シリンダヘッド３において、各バルブ１１，１２の上方には、吸気側カムシャフト１３及び排気側カムシャフト１４がそれぞれ回転可能に設けられている。カムシャフト１３及び１４には、バルブ１１及び１２を駆動するためのカム１５及び１６が取り付けられている。カムシャフト１３及び１４の端部にそれぞれ設けられたタイミングプーリ１７及び１８は、クランクシャフト７の端部に設けられたタイミングプーリ１９へタイミングベルト２０により連結されている。
【００１１】
吸気ポート９には、エアクリーナ３１、スロットルバルブ３２、サージタンク３３、吸気マニホルド３４等を備えた吸気通路３０が接続されている。機関１外部の空気（外気）は、燃焼室８へ向けて吸気通路３０の各部３１，３２，３３及び３４を順に通過する。なお、本実施形態におけるスロットルバルブ３２は、いわゆる電子スロットルであり、運転席のアクセルペダルと直接機械的に結合されておらず、スロットルモータ３７によって駆動せしめられる。
【００１２】
また、シリンダヘッド３には、各燃焼室８へ向けて燃料を噴射する燃料噴射弁４０が取付けられている。燃料は、燃料タンク４１に貯蔵されており、そこから燃料ポンプ４２によりくみ上げられ、燃料配管４３を経て、機関により駆動される高圧ポンプ４４により昇圧され、燃料噴射弁４０に供給される。燃料噴射弁４０から噴射される燃料は、吸気通路３０、吸気ポート９及び吸気バルブ１１を介して燃焼室８へ導入される空気と燃焼室８において合流して混合気となる。なお、均質燃焼を行う場合には吸気行程で噴射が行われる一方、成層燃焼を行う場合には圧縮行程で噴射が行われる。
【００１３】
この混合気に着火するために、シリンダヘッド３には点火プラグ５０が取付けられている。各気筒には、各気筒毎に独立して点火プラグ５０に結合するイグナイタ内蔵点火コイル５２が設けられている。点火時には、点火信号を受けた各気筒毎のイグナイタ内蔵点火コイル５２内でイグナイタが１次電流の通電及び遮断を制御し、２次電流が点火プラグ５０に供給される。均質燃焼の場合、吸気行程噴射により燃焼室８内に均一な混合気が形成された後に点火が行われる。一方、成層燃焼の場合、圧縮行程噴射により噴射された燃料が点火プラグ５０付近に多くあってその部分の混合気のみがリッチな状態にあるときに点火が行われ、その炎によって周辺のリーンな混合気の部分も燃焼することとなる。
【００１４】
燃焼した混合気は、排気ガスとして排気バルブ１２を介して排気ポート１０に導かれる。排気ポート１０には、排気マニホルド６１、触媒コンバータ６２等を備えた排気通路６０が接続されている。触媒コンバータ６２には、不完全燃焼成分であるＨＣ（炭化水素）及びＣＯ（一酸化炭素）の酸化と、空気中の窒素と燃え残りの酸素とが反応して生成されるＮＯx （窒素酸化物）の還元とを同時に促進する三元触媒が収容されている。こうして触媒コンバータ６２において浄化された排気ガスが大気中に排出される。
【００１５】
また、この機関１は、ＮＯx の低減を目的とするＥＧＲ（排気ガス再循環）を行うものであり、排気通路６０とスロットルバルブ３２より下流側の吸気通路３０との間には、排気ガスを循環させるための通路６４が設けられている。そのＥＧＲガス流量は、その通路６４の途中に設けられたＥＧＲバルブ６８によって制御される。
【００１６】
機関１には各種のセンサが取り付けられているが、そのうち本実施形態に関連するセンサについて説明する。吸気通路３０において、スロットルバルブ３２の近傍には、その軸の回動角度を検出するスロットル開度センサ７２とアクセル操作量（アクセル踏み込み量、アクセル開度等とも呼ばれる）を検出するアクセル開度センサ７７とが設けられている。サージタンク３３には、その内部の圧力（吸気管負圧）を検出するためのバキュームセンサ７１が取付けられている。また、ＥＧＲバルブ６８には、そのバルブ開度を検出するためのＥＧＲバルブ開度センサ７８が取り付けられている。
【００１７】
また、カムシャフト１３には、クランク角（ＣＡ）に換算して７２０°ＣＡごとに基準位置検出用パルスを発生させるクランク基準位置センサ８０が設けられている。また、クランクシャフト７には、３０°ＣＡごとに回転速度検出用パルスを発生させるクランク角センサ８１が設けられている。電子制御装置９０においては、クランク角センサ８１のパルス信号が入力する毎に、そのパルス間隔から機関回転速度が算出され、内部のメモリに機関回転速度データＮＥとして格納される。
【００１８】
電子制御装置（ＥＣＵ）９０は、燃料噴射制御、点火制御、スロットル制御、ＥＧＲ制御等を実行するマイクロコンピュータシステムであり、メモリに格納されたプログラム及び各種のマップに従って、各種センサからの信号を入力し、その入力信号に基づいて演算処理を実行し、その演算結果に基づき各種アクチュエータ用制御信号を出力する。
【００１９】
前述のように、この機関１では、成層燃焼を実行する運転モードと均質燃焼を実行する運転モードとが、運転状態に応じて切り換えられる。成層燃焼運転モードにおいては、アクセル開度センサ７７によって検出されるアクセル操作量を負荷検出パラメータとして燃料噴射量、点火時期等の機関制御量が演算される。一方、均質燃焼運転モードにおいては、バキュームセンサ７１によって検出される吸気管負圧を負荷検出パラメータとして燃料噴射量、点火時期等の機関制御量が演算される。この吸気管負圧に代えて、同じく吸気に関わる量であるスロットル開度、流量等を採用してもよい。
【００２０】
図２は、運転モード切り換え時の問題点について説明するための図である。成層燃焼運転モードにおいては、アクセル操作量に基づいて予めＥＧＲバルブ開度ＥＶＤが定められており、アクセル操作量から燃料噴射量、点火時期等の機関制御量を決定するためのマップには、既にＥＧＲ量の効果が盛り込まれている。したがって、燃料噴射量、点火時期等の機関制御量をマップに基づき補間演算する際には、ＥＧＲバルブ開度ＥＶＤに基づく補正を実行する必要はない。
【００２１】
一方、均質燃焼運転モードにおいては、吸気管負圧に基づきマップを参照して機関制御量を補間演算した後に、ＥＧＲバルブ開度ＥＶＤに基づく補正を実行する必要がある。ただし、ＥＧＲバルブ開度ＥＶＤの変化に応じてＥＧＲ量が変化するときには、応答遅れが存在する。図２におけるＫＥＧＲst及びＫＥＧＲは、ともに、ＥＧＲバルブ開度ＥＶＤに応じて燃料噴射量を補正するための補正係数であるが、ＫＥＧＲstは、かかる応答遅れがないと仮定したときに、図２におけるＥＧＲバルブ開度ＥＶＤによってユニークに定まる補正係数（すなわち定常状態における補正係数）である。しかし、実際には、過渡状態においては、かかる応答遅れを考慮して、ＫＥＧＲstをなましたＫＥＧＲを補正係数として使用しなければならない。すなわち、燃料噴射量という機関制御量の変化の応答性に補正を加える必要がある。
【００２２】
上述のように、ＥＧＲバルブ開度ＥＶＤに基づく燃料噴射量補正係数ＫＥＧＲは、均質燃焼運転モードにおいてのみ必要となるものであり、このＫＥＧＲは、定常状態においてはＫＥＧＲstに一致するが、過渡状態においてはＫＥＧＲstになまし演算を施した値となる。したがって、成層燃焼運転モードから均質燃焼モードに切り換わった時点より、ＥＧＲバルブ開度ＥＶＤに基づいて補正係数ＫＥＧＲを求めるなまし演算を突然開始しても、過去の履歴が反映されないため、その値は適正な値からずれている可能性が高い。そこで、本発明は、均質燃焼運転モードにあるときのみ必要となる機関制御用補正量を、成層燃焼運転モードにあっても演算しておくことにより、成層燃焼運転モードから均質燃焼モードへの切り換え時点においても、即座に適正な機関制御量を得ることができるようにしようというものである。
【００２３】
図３は、ＥＧＲバルブ開度ＥＶＤに基づく燃料噴射量補正係数ＫＥＧＲ及び点火時期補正量ＡＥＧＲの演算ルーチンを示すフローチャートである。このルーチンは、運転モードにかかわらず所定時間周期で実行される。また、図４、図５及び図６は、このルーチンで使用されるべく予めメモリに記憶されているマップであって、図４は、吸気管負圧ＰＭ及びＥＧＲバルブ開度ＥＶＤから定常時燃料噴射量補正係数ＫＥＧＲstを求めるためのマップを示し、図５は、吸気管負圧ＰＭ、ＥＧＲバルブ開度ＥＶＤ及び機関回転速度ＮＥからＥＧＲ時定数ＴＩＭＣegr を求めるためのマップを示し、図６は、吸気管負圧ＰＭ及び燃料噴射量補正係数ＫＥＧＲから点火時期補正量ＡＥＧＲを求めるためのマップを示している。
【００２４】
まず、ステップ１０２では、バキュームセンサ７１の出力に基づいて吸気管負圧ＰＭが検出される。次いで、ステップ１０４では、ＥＧＲバルブ開度センサ７８の出力に基づいてＥＧＲバルブ開度ＥＶＤが検出される。次いで、ステップ１０６では、図４に示されるマップを参照することにより、吸気管負圧ＰＭとＥＧＲバルブ開度ＥＶＤとに応じた定常時燃料噴射量補正係数ＫＥＧＲstが補間演算される。なお、図４のマップによれば、ＰＭが大きいほど、また、ＥＶＤが小さいほど、ＫＥＧＲstは１００％に近づく。
【００２５】
次いで、ステップ１０８では、図５に示されるマップを参照することにより、吸気管負圧ＰＭとＥＧＲバルブ開度ＥＶＤと機関回転速度ＮＥとに応じたＥＧＲ時定数ＴＩＭＣegr が補間演算される。なお、図５のマップによれば、ＰＭが小さいほど、また、ＥＶＤが大きいほど、また、ＮＥが低いほど、ＴＩＭＣegr は長くなる。
【００２６】
次いで、ステップ１１０では、ＥＧＲ時定数ＴＩＭＣegr を本ルーチンの処理周期ＴＰＥＲで除すことにより、ＫＥＧＲなまし回数ＮＳＭegr が算出される。例えば、ＴＩＭＣegr が１６０ｍｓでＴＰＥＲが８ｍｓのときには、ＮＳＭegr は２０になる。
【００２７】
次いで、ステップ１１２では、
なるなまし演算により、ＥＧＲバルブ開度ＥＶＤに基づく燃料噴射量補正係数ＫＥＧＲを更新する。ＮＳＭegr ＝２０のときには、前回の本ルーチンの走行時に演算されたＫＥＧＲに１９の重みを付け、ＫＥＧＲstに１の重みを付けて、加重平均がとられることとなる。
【００２８】
最後に、ステップ１１４では、図６に示されるマップを参照することにより、吸気管負圧ＰＭと燃料噴射量補正係数ＫＥＧＲとに応じた点火時期補正量ＡＥＧＲが補間演算される。このＡＥＧＲは、圧縮上死点前クランク角度として表される点火時期を進角側に補正する量である。図６のマップに示されるように、ＰＭが大きいほど、また、ＫＥＧＲが小さいほど、ＡＥＧＲは大きくなる。
【００２９】
図７は、機関制御量演算ルーチンの処理手順を示すフローチャートである。このルーチンは、所定の時間周期で実行される。まず、ステップ２０２では、運転状態に基づいて、燃料噴射時期、基本燃料噴射量ＴＡＵＰ、基本点火時期ＡＢＳＥ等の機関制御量が決定される。詳細には、まず、機関運転状態に基づいて運転モードが決定され、成層燃焼運転モードの場合にはアクセル操作量及び機関回転速度から所定のマップを参照して各制御量が補間演算される一方、均質燃焼運転モードの場合には吸気管負圧及び機関回転速度から所定のマップを参照して各制御量が補間演算される。
【００３０】
次いで、ステップ２０４では、均質燃焼運転モードにあるか又は成層燃焼運転モードにあるかを判定し、成層燃焼運転モードにあるときに本ルーチンが終了せしめられる一方、均質燃焼運転モードにあるときにはステップ２０６及び２０８が実行されてから本ルーチンが終了せしめられる。
【００３１】
ステップ２０６では、
ＴＡＵ←ＴＡＵＰ＊（ＫＥＧＲ／１００）
なる演算が実行される。すなわち、ＥＧＲバルブ開度に基づく補正係数ＫＥＧＲ（単位％）を用いて基本燃料噴射量ＴＡＵＰが補正されることにより、最終燃料噴射量ＴＡＵが決定される。また、ステップ２０８では、
ＡＯＰ←ＡＢＳＥ＋ＡＥＧＲ
なる演算が実行される。すなわち、ＥＧＲバルブ開度に基づく補正量ＡＥＧＲ（進角量）を用いて基本点火時期ＡＢＳＥが補正されることにより、最終点火時期ＡＯＰが決定される。
【００３２】
上述のように、ステップ２０６及び２０８で使用されるＫＥＧＲ及びＡＥＧＲは、成層燃焼運転モードにあっても図３のルーチンで常に算出されているため、均質燃焼運転モードへの切り換え直後においても適正な補正演算が保証されることとなる。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、筒内噴射式内燃機関において、機関制御量の演算にて補正を加える運転モード側へのモード切り換え時に、即座に補正量を加えた適正な制御量が得られるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る筒内噴射式内燃機関の全体概要図である。
【図２】運転モード切り換え時の問題点について説明するための図である。
【図３】ＥＧＲバルブ開度に基づく燃料噴射量補正係数ＫＥＧＲ及び点火時期補正量ＡＥＧＲの演算ルーチンの処理手順を示すフローチャートである。
【図４】吸気管負圧ＰＭ及びＥＧＲバルブ開度ＥＶＤから定常時燃料噴射量補正係数ＫＥＧＲstを求めるためのマップを示す図である。
【図５】吸気管負圧ＰＭ、ＥＧＲバルブ開度ＥＶＤ及び機関回転速度ＮＥからＥＧＲ時定数ＴＩＭＣegr を求めるためのマップを示す図である。
【図６】吸気管負圧ＰＭ及び燃料噴射量補正係数ＫＥＧＲから点火時期補正量ＡＥＧＲを求めるためのマップを示す図である。
【図７】機関制御量演算ルーチンの処理手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１…筒内噴射式直列多気筒４ストロークサイクルレシプロガソリン機関
２…シリンダブロック
３…シリンダヘッド
４…気筒
５…ピストン
６…コネクティングロッド
７…クランクシャフト
８…燃焼室
９…吸気ポート
１０…排気ポート
１１…吸気バルブ
１２…排気バルブ
１３…吸気側カムシャフト
１４…排気側カムシャフト
１５…吸気側カム
１６…排気側カム
１７，１８，１９…タイミングプーリ
２０…タイミングベルト
３０…吸気通路
３１…エアクリーナ
３２…スロットルバルブ
３３…サージタンク
３４…吸気マニホルド
３７…スロットルモータ
４０…燃料噴射弁
４１…燃料タンク
４２…燃料ポンプ
４３…燃料配管
４４…高圧ポンプ
５０…点火プラグ
５２…イグナイタ内蔵点火コイル
６０…排気通路
６１…排気マニホルド
６２…触媒コンバータ
６４…排気ガス循環通路
６８…ＥＧＲバルブ
７１…バキュームセンサ
７７…アクセル開度センサ
７８…ＥＧＲバルブ開度センサ
８０…クランク基準位置センサ
８１…クランク角センサ
９０…電子制御装置（ＥＣＵ）
【発明の属する技術分野】
本発明は、成層燃焼を行う筒内噴射式内燃機関に関する。
【０００２】
【従来の技術】
燃料消費率の向上の観点から、成層燃焼を行う筒内噴射式内燃機関が開発されている。成層燃焼とは、燃焼室内に濃混合気と希薄混合気とを層状に形成し、まず、濃混合気の部分に着火し、その炎によって希薄混合気の部分も燃焼させることにより、不完全燃焼及び失火を回避しつつ全体として希薄な混合気を燃焼させるものである。かかる成層燃焼を行う場合には圧縮行程で噴射を行う一方、ストイキな混合気を燃焼させる均質燃焼を行う場合には吸気行程で噴射を行うようにしている。
【０００３】
このように、筒内噴射式内燃機関では、成層燃焼と均質燃焼という異なる運転モードを有しており、この運転モードの違いにより、運転状態の負荷検出パラメータをアクセル操作量から検出する場合と、吸気に関わる流量、負圧、スロットル開度等から検出する場合とを使い分けている。このような制御環境下では、燃料噴射量や点火時期に関する制御と吸気量やＥＧＲに関する制御とで応答性に差を与えるなどの配慮が必要となってくる（例えば、特開平５−９９０２０号公報参照）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このように、一方の運転モードでは、負荷検出パラメータから、補正を加えることなく、直接に燃料噴射量や点火時期の制御量を演算するのに対し、他方の運転モードでは、補正を加えるようにして演算を行うことで、それぞれのモードでの運転を良好に維持することができる。しかしながら、補正を加える運転モード側へのモード切り換え時には、即座に適切な補正量を用意することができないため、円滑な運転モード切り換えが行われない。
【０００５】
本発明は、上述した問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、筒内噴射式内燃機関において、機関制御量の演算にて補正を加える運転モード側へのモード切り換え時に、即座に補正量を加えた適正な制御量を得ることができるようにすることにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明によれば、運転状態の負荷検出パラメータをアクセル操作量から検出する第１の運転モードと、該負荷検出パラメータを流量、負圧、スロットル開度等の吸気に関わる量から検出する第２の運転モードと、を使い分ける筒内噴射式内燃機関において、前記第２の運転モードにあるときのみ燃料噴射量、点火時期等の機関制御量の変化の応答性に補正を加えるとともに、前記第１の運転モードにあるときにも前記補正のための補正量の演算を実行せしめるようにしたことを特徴とする筒内噴射式内燃機関が提供される。
【０００７】
上記の如く構成された筒内噴射式内燃機関では、第２の運転モードにあるときのみ必要となる補正量がいずれの運転モードにあるときにも演算されているため、第１の運転モードから第２の運転モードへの切り換え時においても、即座に補正量を加えた適正な機関制御量を得ることができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
【０００９】
図１は、本発明の一実施形態に係る筒内噴射式内燃機関の全体概要図である。内燃機関１は、車両搭載用の直列多気筒４ストロークサイクルレシプロガソリン機関であって均質燃焼及び成層燃焼を行うものである。機関１は、シリンダブロック２及びシリンダヘッド３を備えている。シリンダブロック２には、上下方向へ延びる複数個の気筒４が紙面の厚み方向へ並設され、各気筒４内には、ピストン５が往復動可能に収容されている。各ピストン５は、コネクティングロッド６を介し共通のクランクシャフト７に連結されている。各ピストン５の往復運動は、コネクティングロッド６を介してクランクシャフト７の回転運動に変換される。
【００１０】
シリンダブロック２とシリンダヘッド３との間において、各ピストン５の上側は燃焼室８となっている。シリンダヘッド３には、その両外側面と各燃焼室８とを連通させる吸気ポート９及び排気ポート１０がそれぞれ設けられている。これらのポート９及び１０を開閉するために、シリンダヘッド３には吸気バルブ１１及び排気バルブ１２がそれぞれ略上下方向への往復動可能に支持されている。また、シリンダヘッド３において、各バルブ１１，１２の上方には、吸気側カムシャフト１３及び排気側カムシャフト１４がそれぞれ回転可能に設けられている。カムシャフト１３及び１４には、バルブ１１及び１２を駆動するためのカム１５及び１６が取り付けられている。カムシャフト１３及び１４の端部にそれぞれ設けられたタイミングプーリ１７及び１８は、クランクシャフト７の端部に設けられたタイミングプーリ１９へタイミングベルト２０により連結されている。
【００１１】
吸気ポート９には、エアクリーナ３１、スロットルバルブ３２、サージタンク３３、吸気マニホルド３４等を備えた吸気通路３０が接続されている。機関１外部の空気（外気）は、燃焼室８へ向けて吸気通路３０の各部３１，３２，３３及び３４を順に通過する。なお、本実施形態におけるスロットルバルブ３２は、いわゆる電子スロットルであり、運転席のアクセルペダルと直接機械的に結合されておらず、スロットルモータ３７によって駆動せしめられる。
【００１２】
また、シリンダヘッド３には、各燃焼室８へ向けて燃料を噴射する燃料噴射弁４０が取付けられている。燃料は、燃料タンク４１に貯蔵されており、そこから燃料ポンプ４２によりくみ上げられ、燃料配管４３を経て、機関により駆動される高圧ポンプ４４により昇圧され、燃料噴射弁４０に供給される。燃料噴射弁４０から噴射される燃料は、吸気通路３０、吸気ポート９及び吸気バルブ１１を介して燃焼室８へ導入される空気と燃焼室８において合流して混合気となる。なお、均質燃焼を行う場合には吸気行程で噴射が行われる一方、成層燃焼を行う場合には圧縮行程で噴射が行われる。
【００１３】
この混合気に着火するために、シリンダヘッド３には点火プラグ５０が取付けられている。各気筒には、各気筒毎に独立して点火プラグ５０に結合するイグナイタ内蔵点火コイル５２が設けられている。点火時には、点火信号を受けた各気筒毎のイグナイタ内蔵点火コイル５２内でイグナイタが１次電流の通電及び遮断を制御し、２次電流が点火プラグ５０に供給される。均質燃焼の場合、吸気行程噴射により燃焼室８内に均一な混合気が形成された後に点火が行われる。一方、成層燃焼の場合、圧縮行程噴射により噴射された燃料が点火プラグ５０付近に多くあってその部分の混合気のみがリッチな状態にあるときに点火が行われ、その炎によって周辺のリーンな混合気の部分も燃焼することとなる。
【００１４】
燃焼した混合気は、排気ガスとして排気バルブ１２を介して排気ポート１０に導かれる。排気ポート１０には、排気マニホルド６１、触媒コンバータ６２等を備えた排気通路６０が接続されている。触媒コンバータ６２には、不完全燃焼成分であるＨＣ（炭化水素）及びＣＯ（一酸化炭素）の酸化と、空気中の窒素と燃え残りの酸素とが反応して生成されるＮＯx （窒素酸化物）の還元とを同時に促進する三元触媒が収容されている。こうして触媒コンバータ６２において浄化された排気ガスが大気中に排出される。
【００１５】
また、この機関１は、ＮＯx の低減を目的とするＥＧＲ（排気ガス再循環）を行うものであり、排気通路６０とスロットルバルブ３２より下流側の吸気通路３０との間には、排気ガスを循環させるための通路６４が設けられている。そのＥＧＲガス流量は、その通路６４の途中に設けられたＥＧＲバルブ６８によって制御される。
【００１６】
機関１には各種のセンサが取り付けられているが、そのうち本実施形態に関連するセンサについて説明する。吸気通路３０において、スロットルバルブ３２の近傍には、その軸の回動角度を検出するスロットル開度センサ７２とアクセル操作量（アクセル踏み込み量、アクセル開度等とも呼ばれる）を検出するアクセル開度センサ７７とが設けられている。サージタンク３３には、その内部の圧力（吸気管負圧）を検出するためのバキュームセンサ７１が取付けられている。また、ＥＧＲバルブ６８には、そのバルブ開度を検出するためのＥＧＲバルブ開度センサ７８が取り付けられている。
【００１７】
また、カムシャフト１３には、クランク角（ＣＡ）に換算して７２０°ＣＡごとに基準位置検出用パルスを発生させるクランク基準位置センサ８０が設けられている。また、クランクシャフト７には、３０°ＣＡごとに回転速度検出用パルスを発生させるクランク角センサ８１が設けられている。電子制御装置９０においては、クランク角センサ８１のパルス信号が入力する毎に、そのパルス間隔から機関回転速度が算出され、内部のメモリに機関回転速度データＮＥとして格納される。
【００１８】
電子制御装置（ＥＣＵ）９０は、燃料噴射制御、点火制御、スロットル制御、ＥＧＲ制御等を実行するマイクロコンピュータシステムであり、メモリに格納されたプログラム及び各種のマップに従って、各種センサからの信号を入力し、その入力信号に基づいて演算処理を実行し、その演算結果に基づき各種アクチュエータ用制御信号を出力する。
【００１９】
前述のように、この機関１では、成層燃焼を実行する運転モードと均質燃焼を実行する運転モードとが、運転状態に応じて切り換えられる。成層燃焼運転モードにおいては、アクセル開度センサ７７によって検出されるアクセル操作量を負荷検出パラメータとして燃料噴射量、点火時期等の機関制御量が演算される。一方、均質燃焼運転モードにおいては、バキュームセンサ７１によって検出される吸気管負圧を負荷検出パラメータとして燃料噴射量、点火時期等の機関制御量が演算される。この吸気管負圧に代えて、同じく吸気に関わる量であるスロットル開度、流量等を採用してもよい。
【００２０】
図２は、運転モード切り換え時の問題点について説明するための図である。成層燃焼運転モードにおいては、アクセル操作量に基づいて予めＥＧＲバルブ開度ＥＶＤが定められており、アクセル操作量から燃料噴射量、点火時期等の機関制御量を決定するためのマップには、既にＥＧＲ量の効果が盛り込まれている。したがって、燃料噴射量、点火時期等の機関制御量をマップに基づき補間演算する際には、ＥＧＲバルブ開度ＥＶＤに基づく補正を実行する必要はない。
【００２１】
一方、均質燃焼運転モードにおいては、吸気管負圧に基づきマップを参照して機関制御量を補間演算した後に、ＥＧＲバルブ開度ＥＶＤに基づく補正を実行する必要がある。ただし、ＥＧＲバルブ開度ＥＶＤの変化に応じてＥＧＲ量が変化するときには、応答遅れが存在する。図２におけるＫＥＧＲst及びＫＥＧＲは、ともに、ＥＧＲバルブ開度ＥＶＤに応じて燃料噴射量を補正するための補正係数であるが、ＫＥＧＲstは、かかる応答遅れがないと仮定したときに、図２におけるＥＧＲバルブ開度ＥＶＤによってユニークに定まる補正係数（すなわち定常状態における補正係数）である。しかし、実際には、過渡状態においては、かかる応答遅れを考慮して、ＫＥＧＲstをなましたＫＥＧＲを補正係数として使用しなければならない。すなわち、燃料噴射量という機関制御量の変化の応答性に補正を加える必要がある。
【００２２】
上述のように、ＥＧＲバルブ開度ＥＶＤに基づく燃料噴射量補正係数ＫＥＧＲは、均質燃焼運転モードにおいてのみ必要となるものであり、このＫＥＧＲは、定常状態においてはＫＥＧＲstに一致するが、過渡状態においてはＫＥＧＲstになまし演算を施した値となる。したがって、成層燃焼運転モードから均質燃焼モードに切り換わった時点より、ＥＧＲバルブ開度ＥＶＤに基づいて補正係数ＫＥＧＲを求めるなまし演算を突然開始しても、過去の履歴が反映されないため、その値は適正な値からずれている可能性が高い。そこで、本発明は、均質燃焼運転モードにあるときのみ必要となる機関制御用補正量を、成層燃焼運転モードにあっても演算しておくことにより、成層燃焼運転モードから均質燃焼モードへの切り換え時点においても、即座に適正な機関制御量を得ることができるようにしようというものである。
【００２３】
図３は、ＥＧＲバルブ開度ＥＶＤに基づく燃料噴射量補正係数ＫＥＧＲ及び点火時期補正量ＡＥＧＲの演算ルーチンを示すフローチャートである。このルーチンは、運転モードにかかわらず所定時間周期で実行される。また、図４、図５及び図６は、このルーチンで使用されるべく予めメモリに記憶されているマップであって、図４は、吸気管負圧ＰＭ及びＥＧＲバルブ開度ＥＶＤから定常時燃料噴射量補正係数ＫＥＧＲstを求めるためのマップを示し、図５は、吸気管負圧ＰＭ、ＥＧＲバルブ開度ＥＶＤ及び機関回転速度ＮＥからＥＧＲ時定数ＴＩＭＣegr を求めるためのマップを示し、図６は、吸気管負圧ＰＭ及び燃料噴射量補正係数ＫＥＧＲから点火時期補正量ＡＥＧＲを求めるためのマップを示している。
【００２４】
まず、ステップ１０２では、バキュームセンサ７１の出力に基づいて吸気管負圧ＰＭが検出される。次いで、ステップ１０４では、ＥＧＲバルブ開度センサ７８の出力に基づいてＥＧＲバルブ開度ＥＶＤが検出される。次いで、ステップ１０６では、図４に示されるマップを参照することにより、吸気管負圧ＰＭとＥＧＲバルブ開度ＥＶＤとに応じた定常時燃料噴射量補正係数ＫＥＧＲstが補間演算される。なお、図４のマップによれば、ＰＭが大きいほど、また、ＥＶＤが小さいほど、ＫＥＧＲstは１００％に近づく。
【００２５】
次いで、ステップ１０８では、図５に示されるマップを参照することにより、吸気管負圧ＰＭとＥＧＲバルブ開度ＥＶＤと機関回転速度ＮＥとに応じたＥＧＲ時定数ＴＩＭＣegr が補間演算される。なお、図５のマップによれば、ＰＭが小さいほど、また、ＥＶＤが大きいほど、また、ＮＥが低いほど、ＴＩＭＣegr は長くなる。
【００２６】
次いで、ステップ１１０では、ＥＧＲ時定数ＴＩＭＣegr を本ルーチンの処理周期ＴＰＥＲで除すことにより、ＫＥＧＲなまし回数ＮＳＭegr が算出される。例えば、ＴＩＭＣegr が１６０ｍｓでＴＰＥＲが８ｍｓのときには、ＮＳＭegr は２０になる。
【００２７】
次いで、ステップ１１２では、
【００２８】
最後に、ステップ１１４では、図６に示されるマップを参照することにより、吸気管負圧ＰＭと燃料噴射量補正係数ＫＥＧＲとに応じた点火時期補正量ＡＥＧＲが補間演算される。このＡＥＧＲは、圧縮上死点前クランク角度として表される点火時期を進角側に補正する量である。図６のマップに示されるように、ＰＭが大きいほど、また、ＫＥＧＲが小さいほど、ＡＥＧＲは大きくなる。
【００２９】
図７は、機関制御量演算ルーチンの処理手順を示すフローチャートである。このルーチンは、所定の時間周期で実行される。まず、ステップ２０２では、運転状態に基づいて、燃料噴射時期、基本燃料噴射量ＴＡＵＰ、基本点火時期ＡＢＳＥ等の機関制御量が決定される。詳細には、まず、機関運転状態に基づいて運転モードが決定され、成層燃焼運転モードの場合にはアクセル操作量及び機関回転速度から所定のマップを参照して各制御量が補間演算される一方、均質燃焼運転モードの場合には吸気管負圧及び機関回転速度から所定のマップを参照して各制御量が補間演算される。
【００３０】
次いで、ステップ２０４では、均質燃焼運転モードにあるか又は成層燃焼運転モードにあるかを判定し、成層燃焼運転モードにあるときに本ルーチンが終了せしめられる一方、均質燃焼運転モードにあるときにはステップ２０６及び２０８が実行されてから本ルーチンが終了せしめられる。
【００３１】
ステップ２０６では、
ＴＡＵ←ＴＡＵＰ＊（ＫＥＧＲ／１００）
なる演算が実行される。すなわち、ＥＧＲバルブ開度に基づく補正係数ＫＥＧＲ（単位％）を用いて基本燃料噴射量ＴＡＵＰが補正されることにより、最終燃料噴射量ＴＡＵが決定される。また、ステップ２０８では、
ＡＯＰ←ＡＢＳＥ＋ＡＥＧＲ
なる演算が実行される。すなわち、ＥＧＲバルブ開度に基づく補正量ＡＥＧＲ（進角量）を用いて基本点火時期ＡＢＳＥが補正されることにより、最終点火時期ＡＯＰが決定される。
【００３２】
上述のように、ステップ２０６及び２０８で使用されるＫＥＧＲ及びＡＥＧＲは、成層燃焼運転モードにあっても図３のルーチンで常に算出されているため、均質燃焼運転モードへの切り換え直後においても適正な補正演算が保証されることとなる。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、筒内噴射式内燃機関において、機関制御量の演算にて補正を加える運転モード側へのモード切り換え時に、即座に補正量を加えた適正な制御量が得られるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る筒内噴射式内燃機関の全体概要図である。
【図２】運転モード切り換え時の問題点について説明するための図である。
【図３】ＥＧＲバルブ開度に基づく燃料噴射量補正係数ＫＥＧＲ及び点火時期補正量ＡＥＧＲの演算ルーチンの処理手順を示すフローチャートである。
【図４】吸気管負圧ＰＭ及びＥＧＲバルブ開度ＥＶＤから定常時燃料噴射量補正係数ＫＥＧＲstを求めるためのマップを示す図である。
【図５】吸気管負圧ＰＭ、ＥＧＲバルブ開度ＥＶＤ及び機関回転速度ＮＥからＥＧＲ時定数ＴＩＭＣegr を求めるためのマップを示す図である。
【図６】吸気管負圧ＰＭ及び燃料噴射量補正係数ＫＥＧＲから点火時期補正量ＡＥＧＲを求めるためのマップを示す図である。
【図７】機関制御量演算ルーチンの処理手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１…筒内噴射式直列多気筒４ストロークサイクルレシプロガソリン機関
２…シリンダブロック
３…シリンダヘッド
４…気筒
５…ピストン
６…コネクティングロッド
７…クランクシャフト
８…燃焼室
９…吸気ポート
１０…排気ポート
１１…吸気バルブ
１２…排気バルブ
１３…吸気側カムシャフト
１４…排気側カムシャフト
１５…吸気側カム
１６…排気側カム
１７，１８，１９…タイミングプーリ
２０…タイミングベルト
３０…吸気通路
３１…エアクリーナ
３２…スロットルバルブ
３３…サージタンク
３４…吸気マニホルド
３７…スロットルモータ
４０…燃料噴射弁
４１…燃料タンク
４２…燃料ポンプ
４３…燃料配管
４４…高圧ポンプ
５０…点火プラグ
５２…イグナイタ内蔵点火コイル
６０…排気通路
６１…排気マニホルド
６２…触媒コンバータ
６４…排気ガス循環通路
６８…ＥＧＲバルブ
７１…バキュームセンサ
７７…アクセル開度センサ
７８…ＥＧＲバルブ開度センサ
８０…クランク基準位置センサ
８１…クランク角センサ
９０…電子制御装置（ＥＣＵ）
Claims (1)
- 運転状態の負荷検出パラメータをアクセル操作量から検出する第１の運転モードと、該負荷検出パラメータを流量、負圧、スロットル開度等の吸気に関わる量から検出する第２の運転モードと、を使い分ける筒内噴射式内燃機関であって、前記第２の運転モードにあるときのみ燃料噴射量、点火時期等の機関制御量の変化の応答性に補正を加えるとともに、前記第１の運転モードにあるときにも前記補正のための補正量のなまし演算を実行せしめるようにした筒内噴射式内燃機関において、
前記第１の運転モードにあるときには、ＥＧＲバルブ開度による補正を伴うことなくアクセル操作量に基づいて燃料噴射量を演算する一方、前記第１の運転モードにあるときから、前記第２の運転モードにおいて吸気に関わる量に基づいて燃料噴射量を演算する際に必要となるＥＧＲバルブ開度による補正量をなまし演算しておくようにしたことを特徴とする筒内噴射式内燃機関。
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