JP3813332B2

JP3813332B2 - 内燃機関の筒内噴射式燃料制御装置

Info

Publication number: JP3813332B2
Application number: JP29456597A
Authority: JP
Inventors: 陽一門田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1997-10-27
Filing date: 1997-10-27
Publication date: 2006-08-23
Anticipated expiration: 2017-10-27
Also published as: KR100305000B1; DE19808920B4; DE19808920A1; JPH11132083A; US5988138A; KR19990036473A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、通常の自動車用エンジンなどに用いられる燃料噴射制御装置において、気筒内に燃料を直接噴射してエンジン発生トルクを制御する筒内噴射式燃料制御装置に関し、特に外部負荷の投入によるエンジン回転数の変動を抑制するために、空燃比を下限値でクリップして制御パラメータを補正することにより、コストアップを招くことなく燃焼改善を実現して運転性を確保した内燃機関の筒内噴射式燃料制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、自動車用エンジンなどに用いられる内燃機関においては、燃料噴射用のインジェクタが吸気管のインテークマニホールド内に設置されており、吸入空気とともに燃料を気筒内に供給するようになっている。
図７は吸気管内にインジェクタを設けた従来の内燃機関の燃料制御装置を示す構成図である。
【０００３】
図７において、内燃機関の本体となるエンジン１は、複数の気筒により構成されている。ここでは、簡略化のために１つの気筒のみが示されている。
エンジン１の燃焼室には、吸気管１ａおよび排気管１ｂが連通されており、エンジン１の一端には、クランク軸１ｃが連結されている。
【０００４】
吸気管１ａは、エンジン１に吸入空気および燃料を供給し、排気管１ｂは、エンジン１内で燃焼後の排気ガスを排出する。また、クランク軸１ｃはエンジン１と連動して回転する。エンジン１の外周部に配設された冷却水１ｄは、エンジン１を冷却する。
【０００５】
吸気管１ａの吸入口に設けられたエアフローセンサ２は、エンジン１に吸入される空気量を吸気量情報Ｑａとして計測する。
吸気管１ａ内に設けられたスロットル弁３は、運転者が操作するアクセルペダル（図示せず）と連動して開閉動作し、エンジン１の吸気量Ｑａを調節する。
【０００６】
スロットル弁３に設けられたスロットル開度センサ４は、スロットル弁３の開閉位置すなわちスロットル開度θを検出する。
クランク軸１ｃに関連して設けられたクランク角センサ５は、クランク軸１ｃの回転に同期したパルス信号すなわちクランク角信号ＳＧＴを出力する。クランク角信号ＳＧＴは、エンジン１の回転速度情報およびクランク軸１ｃの角度位置情報を示している。
【０００７】
冷却水１ｄの水温Ｔｗを検出する水温センサ６は、エンジン１の暖機状態を検出する手段として機能する。
排気管１ｂに設けられたＯ₂センサ７は、エンジン１から排気管１ｂ内に排出される排気ガスの酸素濃度Ｄｏを検出する。
【０００８】
マイクロコンピュータからなる制御回路８は、エンジン１の周辺各部に装着された各種センサからの検出情報（Ｑａ、θ、ＳＧＴ、Ｔｗ、Ｄｏなど）を取り込み、運転状態に応じて各種アクチュエータ（後述する点火プラグおよびインジェクタ）に対する駆動制御信号を出力し、エンジン１の各気筒毎に各種シーケンス駆動制御（点火時期制御および燃料噴射制御）を行う。これにより、エンジン１は、所望の点火タイミングおよび空燃比で燃焼駆動される。
【０００９】
エンジン１の気筒内の燃焼室に設けられた点火プラグ９は、制御回路８からの点火制御信号Ｐにより駆動される。
バイパス通路ＢＰは、スロットル弁３をバイパスするように吸気管１ａに設けられている。
【００１０】
バイパス通路ＢＰに設けられたエアバイパスバルブ１０は、制御回路８からのバイパス制御信号Ｂにより駆動され、バイパス通路ＢＰを開閉してスロットル弁３をバイパスする空気量を調節し、走行時のトルク制御およびアイドリング運転時（スロットル弁３の全閉時）のエンジン回転数制御を行う。
【００１１】
インジェクタ１１は、吸気管１ａの下流位置のインテークマニホールドに装着されており、制御回路８からの噴射制御信号Ｊにより駆動されて、エンジン１内に燃料を供給する。
【００１２】
吸気管１ａと排気管１ｂとを連通するＥＧＲ（排ガス還流）管ＥＰは、有害なＮＯｘ低減の目的でエンジン１から排出された排気ガスを再び燃焼室に戻して再燃焼させる。
ＥＧＲ管ＥＰに設けられたＥＧＲバルブ１２は、制御回路８からのＥＧＲ制御信号Ｅにより駆動され、排気管１ｂから吸気管１ａに還流されるＥＧＲ量を制御する。
【００１３】
エンジン１のカム軸に装着された気筒識別センサ１３は、エンジン１の吸気弁の動作に同期して、燃焼気筒を識別するための気筒識別信号ＳＧＣを制御回路８Ａに出力する。
【００１４】
各種センサ２、４〜７および１３から出力される検出信号Ｑａ、θ、ＳＧＴ、Ｔｗ、ＤｏおよびＳＧＣは、制御回路８に入力される。各種アクチュエータ９〜１２は、制御回路８から出力される制御信号Ｐ、Ｂ、ＪおよびＥにより駆動される。
【００１５】
図７のように構成された従来装置において、制御回路８から噴射制御信号Ｊが出力されると、噴射制御信号Ｊの駆動パルス幅に応じてインジェクタ１１が駆動され、噴射制御信号Ｊに応じた量の燃料が吸気管１ａ内に噴射される。
【００１６】
しかし、このように気筒外部で燃料噴射した場合、燃料が実際にエンジン１の気筒内に吸入される前に、燃料の一部が吸気管１ａの内壁やエンジン１の吸気弁に付着してしまう。このような付着燃料は、特に燃料が気化しにくい低温時（始動運転時）や早い燃料量応答が要求される過渡運転時において発生し易く、排気ガスの有害成分に大きな影響を与えることになる。
【００１７】
そこで、従来より、エンジン気筒内に直接燃料を噴射する筒内噴射式燃料制御装置が提案されている。
このような筒内噴射式燃料制御装置は、理想的なエンジンとして注目されており、一般的な自動車用ガソリンエンジンに用いた場合、以下の（１）〜（４）の効果がある。
【００１８】
（１）排気ガスの有毒ガス排出量の低減効果
燃焼室内の点火プラグ９（図７参照）の近傍に燃料が直接噴射されるので、燃料の輸送遅れなどを考慮せずに空燃比を希薄（リーン）化することができ、有害なＨＣガスおよびＣＯガスの排出量を低減することができる。
【００１９】
（２）燃費の低減効果
点火タイミングに合わせて、点火直前に燃料が噴射されるので、点火時に点火プラグ９の周辺に可燃燃料が形成されて、燃料を含む混合気の分布が不均一性となることから、成層燃焼が可能となる。したがって、エンジン１の気筒内に吸入される空気量と燃料供給量との見かけ上の供給空燃比を大幅に希薄（リーン）化することができる。
【００２０】
また、成層燃焼の実現により、ＥＧＲ（排気ガス還流）を大量に導入しても燃焼を悪化させる影響が少なくなるうえ、吸気量Ｑａを増大可能なことからポンピングロスも低減し、燃費の向上を実現することができる。
【００２１】
（３）エンジン１の出力増大効果
点火プラグ９の周辺に混合気が集中することから、ノッキングの原因となるエンドガス（点火プラグ９から離れた領域の混合気）が少なくなるので、上記の成層燃焼により、耐ノック性が向上し、エンジン１の圧縮比を大きくすることができる。
【００２２】
また、気筒内で燃料が気化することから、気化燃料が気筒内の吸入空気から気化熱を奪うので、吸入空気密度が上昇して体積効率が上昇し、エンジン１の出力を増大させることができる。
【００２３】
（４）ドライバビリティの向上効果
気筒内に燃料が直接噴射されるので、図７の装置と比べた場合、燃料を供給してから、燃料を燃焼させてエンジン１の出力が発生するまでの時間遅れが短く、運転者の要求に対し応答性の高いエンジンを実現することができる。
【００２４】
なお、筒内噴射式燃料制御装置においては、圧縮行程時に微少な燃料を供給して超希薄成層燃焼によりエミッションおよび燃費を向上させるリーン運転モードと、吸気行程時に所要量の燃料を供給して通常の均一混合燃焼により出力を向上させるストイキ運転モードとが存在する。
【００２５】
圧縮行程噴射（リーン運転）モードにおいては、吸気行程噴射（ストイキ運転）モードに比べてリーン側で運転させるために、或るスロットル開度θ（アクセル開度）に対して増大された吸気量Ｑａをエンジン１に供給する必要がある。したがって、通常では運転者のアクセル操作のみで制御されていた吸気量Ｑａを、別の系統で増量制御する必要がある。
【００２６】
図８はたとえば特開平４−１８７８１９号公報に記載された従来の内燃機関の筒内噴射式燃料制御装置を示す構成図であり、前述と同様の構成要素については、同一符号を付してここでは詳述しない。
この場合、燃焼改善を目的として、エンジン１の本体側における対応策が紹介されている。
【００２７】
図８において、制御回路８Ａは、たとえば燃料供給量および噴射タイミングを演算し、演算結果に応じて噴射制御信号Ｊを出力し、吸気行程中および圧縮行程中の少なくとも一方でインジェクタ１１Ａを駆動して燃料を噴射する。このとき、気筒識別信号ＳＧＣに基づいて制御対象気筒を識別することにより、エンジン１の各気筒毎に個別にインジェクタ１１Ａを制御する。
【００２８】
インジェクタ１１Ａは、吸気管１ａ内ではなく、エンジン１の気筒の燃焼室内に直接装着されており、吸気行程または圧縮行程の短期間に高圧燃料を噴射するために、高速且つ高圧仕様に設計されている。
【００２９】
制御回路８Ａとインジェクタ１１Ａとの間に挿入されたインジェクタドライバ１４は、制御回路８Ａからの噴射制御信号Ｊを高速且つ高圧仕様の噴射制御信号Ｋに変換してインジェクタ１１Ａを駆動する。
【００３０】
インジェクタドライバ１４は、制御回路８Ａからの噴射制御信号Ｊに応答して電力増幅された大電力の噴射制御信号Ｋを出力することにより、気筒内の圧力に打ち勝つ圧力で燃料を噴射する。
【００３１】
また、エアバイパスバルブ１０Ａは、スロットル弁３が全閉されるアイドリング運転時でのエンジン回転数の制御に加え、走行時を含むリーン運転時のトルク制御を目的として、前述よりもバイパス吸気量の制御範囲が大きく設定されている。
【００３２】
以下、図８に示した従来の内燃機関の筒内噴射式燃料制御装置の動作について説明する。
前述のように、筒内噴射式装置においては、点火直前に気筒に燃料を供給（圧縮行程噴射）する層状燃焼（超リーンモード）制御が行われており、制御空燃比Ａ／Ｆは、超リーン側の３０以上に制御されている。しかし、実際の燃焼部分での空燃比は、理論空燃比（１４．７）の近傍である。
【００３３】
したがって、図７の従来装置におけるリーン燃焼（吸入空気および燃料を均一混合後に空燃比２０程度で燃焼させる吸気行程噴射モード）とは異なり、空燃比１６の近傍（ＮＯｘが多く排出される）で運転されることになる。そこで、大量のＥＧＲ量を導入して、ＮＯｘの排出を抑制している。
【００３４】
このように、図８の筒内噴射式燃料制御装置においては、燃料噴射および点火タイミングの微妙な制御により実現している層状燃焼と、エンジン１の燃焼悪化を招き易いＥＧＲ大量導入とを組み合わせることにより、圧縮行程噴射でのリーン燃焼を実行している。
【００３５】
一方、加速時などの高いエンジン出力が要求される運転モードにおいては、吸気行程噴射でのストイキ（リッチ）燃焼により、図７の従来エンジンと同様に、均一混合燃焼を実行している。
【００３６】
通常、運転状態が圧縮行程噴射（超リーン燃焼）状態から吸気行程噴射（リッチ運転）状態に移行する場合、空燃比およびＥＧＲ量のみならず、燃料噴射タイミングおよび点火時期が補正される。また、このとき、燃料をリーンからリッチに切り替えることによるトルク変動（出力上昇）を抑制するために、エアバイパスバルブ１０Ａを制御して吸気量Ｑａを減少させている。
【００３７】
さらに、瞬時に空燃比をリッチ化するとトルク変動によるショックが発生するので、これを防止するために、通常、テーリングモードと称される過渡制御により、圧縮行程噴射（リーン）モードで燃焼可能な空燃比まで徐々に低減させた後で、吸気行程噴射モードに切り替えて空燃比をさらにリッチ化している。
【００３８】
しかし、上記のような運転モード切替時（テーリングモード）において、燃焼可能な空燃比に近い状態までリッチ化したときに外部負荷が投入された場合、燃焼悪化を避ける必要があるために、リッチ化することはほとんどできなくなる。したがって、外部負荷の投入によるトルク変動に対して補正することが困難になる。
【００３９】
一方、圧縮行程で燃料を供給して超希薄成層燃焼させるリーン運転モードにおいては、エンジン１の出力が燃料供給量と相関するので、エンジン１に外部負荷が加わってエンジン回転数が低下した場合には、空燃比Ａ／Ｆをリッチ化することにより回転変動を抑制することができる。
【００４０】
また、従来エンジンにおいては、たとえば、点火時期を補正することにより回転変動を抑制することも提案されているが、圧縮行程噴射モードでは、点火時期を変更すると、燃料噴射時期との位相関係が変化するので燃焼状態が変化してしまう。したがって、点火時期による補正が困難なため、燃料補正により回転変動の抑制を実現している。
【００４１】
しかし、圧縮行程噴射モードにおいて空燃比をリッチ化し過ぎると、燃焼状態が不安定になるので、外部負荷による回転変動抑制のために空燃比をリッチ化して燃焼不安定領域に突入した場合、さらなる燃焼不安定により回転変動の増大を引き起こすおそれがある。
【００４２】
【発明が解決しようとする課題】
従来の内燃機関の筒内噴射式燃料制御装置は以上のように、外部負荷投入時の回転変動を抑制するために空燃比をリッチ化しているので、燃焼不安定領域に突入した場合、さらに回転変動を助長するという問題点があった。
【００４３】
この発明は上記のような問題点を解決するためになされたもので、燃焼不安定による回転変動を抑制して、外部負荷などによる回転変動を空燃比で抑制するとともに空燃比を下限値でクリップし、圧縮行程噴射中に外部負荷が投入された場合に、空燃比のリッチ化によりエンジントルクを増大し、且つ、リッチ化を燃焼が安定な範囲内でクリップして、不足分を制御パラメータ（点火時期、燃料噴射タイミング、吸気量など）の補正で補うことにより、ローコストで安定な運転性を確保できる内燃機関の筒内噴射式燃料制御装置を得ることを目的とする。
【００４４】
また、この発明は、圧縮行程噴射モードから吸気行程噴射モードへの切替時における空燃比が、圧縮行程噴射での燃焼安定範囲を越えることが時間の問題であることから、空燃比のクリップおよび制御パラメータの補正を実行しないようにして、燃焼を安定化した内燃機関の筒内噴射式燃料制御装置を得ることを目的とする。
【００４５】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る内燃機関の筒内噴射式燃料制御装置は、内燃機関の運転状態を示す情報を出力する各種センサと、内燃機関の各気筒内に直接燃料を噴射するインジェクタと、運転状態に基づいて各気筒内への燃料供給量を演算するとともに、燃料供給量に基づいてインジェクタを圧縮行程噴射モードまたは吸気行程噴射モードで駆動制御する制御部とを備え、各種センサは、内燃機関の吸入空気量に相当する情報を出力する吸気量センサと、内燃機関の回転速度およびクランク角度に相当する情報を出力するクランク角センサとを含み、制御部は、圧縮行程噴射モードおよび吸気行程噴射モードにおける目標空燃比を運転状態に応じて設定する目標空燃比設定手段と、吸入空気量に相当する情報に基づいて目標空燃比を実現するように燃料供給量を演算する燃料供給量演算手段と、圧縮行程噴射モードにおいて、外部負荷変動に応じて目標空燃比を補正することにより、外部負荷変動による回転変動を抑制する回転変動抑制手段と、補正後の目標空燃比が所定の下限値に達したときにリッチ信号を生成するリッチ判定手段と、リッチ信号に応答して補正後の目標空燃比を下限値でクリップする空燃比クリップ手段と、リッチ信号に応答して内燃機関の制御パラメータを出力増大方向に補正するパラメータ補正手段と、圧縮行程噴射モードから吸気行程噴射モードへの切り替えに際して、圧縮行程噴射モードで目標空燃比をリッチ側に徐々に変化させる第１のテーリング手段と、第１のテーリング手段によるテーリング中に目標空燃比が第１の閾値に達したときに、圧縮行程噴射モードから吸気行程噴射モードに切り替える噴射モード切替手段と、圧縮行程噴射モードから吸気行程噴射モードに切り替えられた場合に、第１の閾値よりもリッチ側の第２の閾値から吸気行程噴射モードでの目標空燃比に向かって、目標空燃比を徐々にリッチ側に変化させる第２のテーリング手段とを含むものである。
【００４６】
また、この発明に係る内燃機関の筒内噴射式燃料制御装置による制御パラメータは、内燃機関の点火時期、インジェクタの駆動タイミング、および吸入空気量の少なくとも１つを含むものである。
【００４７】
また、この発明に係る内燃機関の筒内噴射式燃料制御装置による制御部は、圧縮行程噴射モードから吸気行程噴射モードヘの切替制御直後の第２のテーリングモードにおいては、空燃比クリップ手段およびパラメータ補正手段を無効にするものである。
【００４８】
また、この発明に係る内燃機関の筒内噴射式燃料制御装置による制御部は、圧縮行程噴射での第１のテーリング手段によるテーリング中において、外部負荷変動により目標空燃比が第２の閾値よりもリッチ側に低減した場合には、第１のテーリング手段によるテーリングモードから吸気行程噴射での第２のテーリング手段によるテーリングモードに切り替えるとともに、切り替えられた吸気行程噴射でのテーリングモードにおいて、目標空燃比を第２の閾値よりもリッチ側に設定された値からリッチ側に徐々に変化させるテーリングを開始するものである。
【００４９】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１を図について説明する。
図１はこの発明の実施の形態１による制御回路８Ｂを示す機能ブロック図であり、図示しない構成は図８に示した通りである。
【００５０】
ここでは、便宜的に各ブロックをパラレル処理形式で示すが、実際には、図２のフローチャート（後述する）に示すように、クランク角信号ＳＧＴに同期してシリアル処理されることは言うまでもない。
【００５１】
図１において、各種センサ２０は、前述（図８参照）の吸気量センサ２、スロットル開度センサ４、クランク角センサ５、水温センサ６などを含み、運転状態を示す情報として、前述の各種検出信号を制御回路８Ｂに入力する。
また、各種センサ２０は、パワーウィンドウなどの外部負荷の操作スイッチも含み、操作検出信号を運転状態情報として制御回路８Ｂに入力してもよい。
【００５２】
制御回路８Ｂは、運転状態に基づいて制御モードＭを判定する制御モード判定手段８１と、運転状態に応じて回転変動Ｎｄを検出する回転変動検出手段８２と、運転状態および制御モードＭに基づいて燃料供給量Ｆを演算する燃料供給量演算手段８３とを備えている。
【００５３】
燃料供給量演算手段８３は、回転変動検出手段８２と協動して、圧縮行程噴射モードにおける外部負荷変動による回転変動Ｎｄを、燃料供給量Ｆを補正して抑制するための回転変動抑制手段を構成している。
【００５４】
また、制御回路８Ｂは、運転状態（吸気量Ｑａ）および燃料供給量Ｆに基づいて目標空燃比Ａ／Ｆｏを演算する目標空燃比演算手段８４と、目標空燃比Ａ／Ｆｏを所定の下限値αと比較してリッチ状態を判定するリッチ判定手段８５とを備えている。
【００５５】
リッチ判定手段８５は、補正後の燃料供給量Ｆに基づく目標空燃比Ａ／Ｆｏが下限値αよりもリッチ側を示すときにリッチ信号ＲＣを生成する。また、リッチ判定手段８５は、リッチ信号ＲＣに応答して目標空燃比Ａ／Ｆｏと下限値αとの偏差量ΔＡ／Ｆを演算する偏差量演算手段を含み、リッチ信号ＲＣと同時に、偏差量ΔＡ／Ｆを出力する。
【００５６】
さらに、制御回路８Ｂは、燃料供給量Ｆおよびリッチ信号ＲＣに応答して制御空燃比Ａ／Ｆを下限値αでクリップする空燃比クリップ手段８６と、制御空燃比Ａ／Ｆに応じた噴射制御信号Ｊを出力するためのインジェクタ制御手段を含むパラメータ演算手段８７と、偏差量ΔＡ／Ｆに応じて内燃機関の制御パラメータを出力増大方向に補正するパラメータ補正手段８８とを備えている。
【００５７】
パラメータ演算手段８７は、インジェクタ１１Ａに対する噴射制御信号Ｊのみならず、エンジン１の運転状態および制御モードＭに応じた種々の制御パラメータを演算し、点火プラグ９に対する点火信号Ｐならびにエアバイパスバルブ１０Ａに対するバイパス制御信号Ｂなどを出力する。
【００５８】
偏差量ΔＡ／Ｆに応じてパラメータ補正手段８８から出力されるパラメータ補正信号ＨＣは、パラメータ演算手段８７に入力され、パラメータ補正信号ＨＣにより補正される制御パラメータは、エンジン１の点火時期、インジェクタ１１Ａの駆動タイミング、および吸気量Ｑａの少なくとも１つを含む。
なお、制御回路８Ｂ内の各手段８１〜８６および８７の機能は、パラメータ演算手段８７内に含まれてもよい。
【００５９】
以下、図２のフローチャート、図３のタイミングチャートおよび図４の特性図とともに、前述の図８を参照しながら、図１に示したこの発明の実施の形態１に関連する制御シーケンス動作について説明する。
図４は偏差量ΔＡ／Ｆとパラメータ補正量との関係を示し、破線Ｊｋは燃料噴射タイミングの補正量、実線Ｐｋは点火時期の補正量に対応している。
【００６０】
図２において、まず、制御回路８Ｂ内の制御モード判定手段８１は、運転状態情報となる各種センサ信号、すなわち、スロットル開度θ、エンジン回転数Ｎｅ、吸気量Ｑａおよび冷却水温Ｔｗなどを読み込み（ステップＳ１）、運転状態に基づいて制御モードを判定する（ステップＳ２）。
【００６１】
すなわち、現在の運転状態が吸気行程噴射（リッチまたはストイキ）モードか、圧縮行程噴射（リーン）モードかを判定するため、たとえばリーンモードか否かを判定する（ステップＳ３）。
【００６２】
たとえば、加減速運転などの過渡時ではなく定常走行状態であれば、制御モード判定手段８１は、リーン運転が可能な状態、すなわち、リーンモードを示す制御モードＭを出力する。
【００６３】
もし、ステップＳ３において、圧縮噴射時のテーリングモードを含むリーンモード（すなわち、ＹＥＳ）と判定されれば、燃料供給量演算手段８３、目標空燃比演算手段８４およびパラメータ演算手段８７は、リーン用の目標パラメータ値として、目標空燃比Ａ／Ｆｏおよび目標点火（および燃料噴射）タイミングを算出する（ステップＳ４）。その後、ステップＳ６に進む。
【００６４】
また、リッチまたはストイキモード（すなわち、ＮＯ）と判定されれば、ストイキ用の目標パラメータ値として、目標空燃比Ａ／Ｆｏおよび目標点火（および燃料噴射）タイミングを算出する（ステップＳ５）。その後、ステップＳ９に進む。
【００６５】
また、目標空燃比演算手段８４は、リーンモード時の制御パラメータの目標値演算（ステップＳ４）に続くステップＳ６において、操作スイッチまたはエンジン回転数Ｎｅの変動Ｎｄなどから、外部負荷がオンされたか否かを判定する。
もし、外部負荷がオンされた（すなわち、ＹＥＳ）と判定されれば、外部負荷のオンに応じたリッチ側への空燃比補正量ΔＡ／Ｆ１を演算する（ステップＳ７）。その後、ステップＳ８に進む。
【００６６】
たとえば、図３内の時刻ｔ１において外部負荷がオンされた場合、目標空燃比演算手段８４は、目標空燃比Ａ／Ｆｏとして、初期値Ａ／Ｆ１から空燃比補正量ΔＡ／Ｆ１だけ減少（リッチ化）された値Ａ／Ｆ２に可変設定する。
【００６７】
一方、図２内のステップＳ６において、外部負荷がオンされていない（すなわち、ＮＯ）と判定されれば、そのままステップＳ８に進む。
リッチ判定手段８５は、ステップＳ８において、補正後の目標空燃比Ａ／Ｆｉが所定の下限値αよりもリッチ（小さい）か否かを判定する。
【００６８】
もし、目標空燃比Ａ／Ｆｉが下限値αよりもリーン側であって、Ａ／Ｆｉ≧α（すなわち、ＮＯ）と判定されれば、ステップＳ９に進む。
また、目標空燃比Ａ／Ｆｉが下限値αよりもリッチ側であって、Ａ／Ｆｉ＜α（すなわち、ＹＥＳ）と判定されれば、リッチ判定手段８５からリッチ信号ＲＣおよび偏差量ΔＡ／Ｆが出力される。その後、ステップＳ１０に進む。
【００６９】
ストイキモード時の場合、ならびにリーンモード時に目標空燃比Ａ／Ｆｉが下限値α以上の場合、リッチ判定手段８５は、リッチ信号ＲＣを生成しない。
この場合、パラメータ補正手段８８は、パラメータ補正信号ＨＣを生成せず、ステップＳ９において、エンジン１の制御パラメータ（点火、燃料噴射タイミングなど）の補正量を０クリアする。その後、ステップＳ１２に進む。
【００７０】
たとえば、図３内の外部負荷オン期間ｔ１〜ｔ２のように、空燃比Ａ／Ｆ２が下限値α以上（リーン側）の場合、パラメータ演算手段８７は、外部負荷オン補正後の目標空燃比Ａ／Ｆｏに応じた演算を行い、点火時期Ｐ１、燃料噴射タイミングＪ１および吸気量Ｑ１に関して、点火制御信号Ｐ、噴射制御信号Ｊおよびバイパス制御信号Ｂのいずれも補正しない。
【００７１】
一方、外部負荷オン補正後の目標空燃比Ａ／Ｆｉが下限値αよりもリッチ側の場合、リッチ判定手段８５は、ステップＳ１０において、リッチ信号ＲＣを生成するとともに、偏差量ΔＡ／Ｆ（＝Ａ／Ｆｉ−α）を演算する。
また、ステップＳ１０において、空燃比クリップ手段８６は、リッチ信号ＲＣに応答して、目標空燃比Ａ／Ｆｏを下限値αにクリップして制御空燃比Ａ／Ｆとする。
【００７２】
続いて、パラメータ補正手段８８は、偏差量ΔＡ／Ｆに応じて制御パラメータの補正量を演算し（ステップＳ１１）、補正量を示すパラメータ補正信号ＨＣをパラメータ演算手段に入力する。その後、ステップＳ１２に進む。
【００７３】
パラメータ演算手段８７は、ステップＳ１２において、偏差量ΔＡ／Ｆに応じたパラメータ補正信号ＨＣにしたがって、制御パラメータを補正演算する。また、最終的な制御空燃比Ａ／Ｆを設定し（ステップＳ１３）、図２の処理ルーチンを抜け出る。
【００７４】
たとえば、図３内の外部負荷オン期間ｔ４〜ｔ５のように、初期値Ａ／Ｆ３から補正された目標空燃比Ａ／Ｆ４が下限値αより小さい（リッチ側）の場合、制御空燃比Ａ／Ｆは下限値αにクリップされる。
【００７５】
この場合、パラメータ演算手段８７は、偏差量ΔＡ／Ｆに応じたパラメータ補正信号ＨＣにしたがう演算を行い、点火時期、燃料噴射タイミングおよび吸気量Ｑａの各初期値Ｐ２、Ｊ２およびＱ２を各補正値Ｐ３、Ｊ３およびＱ３に設定する。
【００７６】
図３においては、点火時期、燃料噴射タイミングおよび吸気量Ｑａの全てが同時に補正される場合を示している。なお、ここでは示されないが、ＥＧＲ量を調整するＥＧＲ制御信号Ｅ（図８参照）を補正してもよい。
このときの各補正演算は、パラメータ補正量の加算または乗算により実行され得る。
【００７７】
また、前述のように、パラメータ補正量は、偏差量ΔＡ／Ｆの増大につれて出力（エンジントルク）が増大するように設定され、たとえば、図４において、点火時期の補正量Ｐｋについては、偏差量ΔＡ／Ｆが増大するほど進角側に補正される。
【００７８】
このように、筒内噴射式燃料制御装置において、燃料の圧縮行程噴射中に外部からエンジン１に負荷が加わった場合、燃料供給量Ｆを決定する噴射制御信号Ｊを制御して空燃比Ａ／Ｆを補正制御する。
【００７９】
また、このとき、空燃比Ａ／Ｆが下限値αでクリップされた場合には、燃料噴射タイミングを決定する噴射制御信号Ｊ、点火時期を決定する点火制御信号Ｐ、バイパス吸気量を決定するバイパス制御信号ＢおよびＥＧＲ量を決定するＥＧＲ制御信号Ｅなどを制御することにより、燃焼悪化を抑制しつつ、エンジン１の運転安定性を確保することができる。
【００８０】
したがって、圧縮行程噴射（リーンモード）中に外部負荷が投入された場合、低コストでエンジン１の運転性を確保することができる。
また、外部負荷変動によるエンジン１の運転性能を制御回路８Ｂ側で改善することができるので、特別な構成要素を追加する必要はない。
【００８１】
なお、上記制御シーケンスでは、テーリングモード中に外部負荷がオンされた場合について考慮しなかったが、圧縮行程噴射モードから吸気行程噴射モードヘの切替制御直後のテーリングモードにおいては、制御の安定性を確保するために、空燃比クリップ手段８６およびパラメータ補正手段８８を無効にすることが望ましい。
【００８２】
以下、この発明の実施の形態１による制御シーケンス動作について説明する。
図５はこの発明の実施の形態１による制御シーケンス動作を示すフローチャートであり、図６はこの発明の実施の形態１による制御シーケンス動作を説明するためのタイミングチャートである。
【００８３】
この場合、図１内の制御回路８Ｂは、燃焼が不安定な空燃比領域に対応した第１の閾値β（以下、単に「閾値」という）および閾値βよりもリッチ側の第２の閾値γ（以下、単に「閾値」という）を設定し、テーリングモード判定手段およびパラメータ補正禁止手段（図示せず）を含む。ここで、閾値βは、前述の下限値αに対応するものとする。
【００８４】
また、制御回路８Ｂは、圧縮行程噴射のテーリングモードにおいて、外部負荷変動により目標空燃比Ａ／Ｆｏが閾値βよりもリッチ側に急減した場合には、圧縮行程噴射のテーリングモードから吸気行程噴射のテーリングモードに瞬時に切り替え、制御空燃比Ａ／Ｆを閾値γよりもリッチ側に設定するようになっている。
【００８５】
図５において、ステップＳ１〜Ｓ１１については、前述（図２参照）と同様のステップなので図示を省略する。また、ステップＳ１１およびＳ１２も前述と同様のステップである。
【００８６】
図６において、空燃比Ａ／Ｆは、テーリングモードを介して、圧縮行程噴射モードでの初期値Ａ／Ｆ１１から吸気行程噴射モードでの目標値Ａ／Ｆ１２に切り替えられる。
【００８７】
燃焼が不安定となる空燃比領域は、各閾値βおよびγにより規定されており、閾値β〜γの範囲内は、制御空燃比Ａ／Ｆとして設定され得ないようになっている。
また、空燃比偏差量ΔＡ／Ｆ２は、外部負荷オン時の空燃比シフト量であり、燃焼不安定領域をスキップ可能な値に設定される。
【００８８】
時刻ｔ１１から開始した圧縮行程噴射のテーリングモードは、外部負荷がオンされなければ、時刻ｔ１３（破線参照）で吸気行程噴射のテーリングモードに切り替わる。このとき、吸気行程噴射のテーリングモードは、時刻ｔ１３〜ｔ１５の期間（破線参照）で実行される。
【００８９】
圧縮行程噴射のテーリングモード中の時刻ｔ１２で外部負荷がオンされると、圧縮行程噴射のテーリングモードから吸気行程噴射のテーリングモードに瞬時に切り替わる（実線参照）。このとき、吸気行程噴射のテーリングモードは、時刻ｔ１２〜ｔ１４の期間で実行される。
【００９０】
図６において、制御回路８Ｂは、まず、圧縮噴射（リーン）モード時に外部負荷に応じた空燃比補正（ステップＳ６、Ｓ７）を実行した後、テーリングモード判定手段により、テーリングモード中か否かを判定する（ステップＳ２１）。
【００９１】
もし、テーリングモードでない（すなわち、ＮＯ）と判定されれば、ステップＳ８（図２参照）に進み、前述の処理を実行してステップＳ１２に進む。
また、テーリングモード中（すなわち、ＹＥＳ）と判定されれば、続いて、テーリング中での目標空燃比Ａ／Ｆｔが閾値βよりも小さい（リッチ）か否かを判定する（ステップＳ２２）。
【００９２】
もし、Ａ／Ｆｔ≧β（すなわち、ＮＯ）と判定されれば、前述の補正量０クリア処理ステップＳ９（図２参照）を実行して、ステップＳ１２に進む。
また、Ａ／Ｆｔ＜β（すなわち、ＹＥＳ）と判定されれば、続いて、テーリング中での目標空燃比Ａ／Ｆｔが閾値γよりも小さい（リッチ）か否かを判定する（ステップＳ２３）。
【００９３】
もし、Ａ／Ｆｔ＜γ（すなわち、ＹＥＳ）と判定されれば、そのままステップＳ２５に進み、目標空燃比Ａ／Ｆｔが閾値γよりもリーン側であって、Ａ／Ｆｔ≧γ（すなわち、ＮＯ）と判定されれば、目標空燃比Ａ／Ｆｏをリッチ側の閾値γに設定する（ステップＳ２４）。これにより、不安定領域を回避した目標空燃比Ａ／Ｆｏにすることができる。
【００９４】
以下、ステップＳ２５において、点火時期などの制御パラメータを、圧縮行程噴射用の目標パラメータ値から、吸気行程噴射用の目標パラメータ値に変更し、ステップＳ１２に進む。このとき、パラメータ補正は行われない。
【００９５】
たとえば、図６内の点火時期（制御パラメータ）は、外部負荷が投入されなければ、破線のように、時刻ｔ１３において圧縮行程噴射用の目標値Ｐ１１から吸気行程噴射用の目標値Ｐ１２に切り替えられるが、外部負荷が投入されると、実線のように、時刻ｔ１２において吸気行程噴射用の目標値Ｐ１２に切り替えられる。
【００９６】
また、テーリング中の時刻ｔ１２で外部負荷が投入された場合に、もし、一点鎖線ａ、ｂのように、空燃比Ａ／Ｆを閾値βでクリップし、且つ点火時期を補正量Δθで補正すると、目標基準値がテーリング中であることから、リニア制御が困難となり、結局、制御が不安定となって過大補正状態になるおそれがある。
【００９７】
しかし、上述したように、外部負荷のオン時に瞬時に吸気行程噴射のテーリングモードに切り替えて、パラメータ補正を禁止することにより、不安定な制御状態を確実に回避することができる。
【００９８】
【発明の効果】
以上のように、この発明の請求項１によれば、内燃機関の運転状態を示す情報を出力する各種センサと、内燃機関の各気筒内に直接燃料を噴射するインジェクタと、運転状態に基づいて各気筒内への燃料供給量を演算するとともに、燃料供給量に基づいてインジェクタを圧縮行程噴射モードまたは吸気行程噴射モードで駆動制御する制御部とを備え、各種センサは、内燃機関の吸入空気量に相当する情報を出力する吸気量センサと、内燃機関の回転速度およびクランク角度に相当する情報を出力するクランク角センサとを含み、制御部は、圧縮行程噴射モードおよび吸気行程噴射モードにおける目標空燃比を運転状態に応じて設定する目標空燃比設定手段と、吸入空気量に相当する情報に基づいて目標空燃比を実現するように燃料供給量を演算する燃料供給量演算手段と、圧縮行程噴射モードにおいて、外部負荷変動に応じて目標空燃比を補正することにより、外部負荷変動による回転変動を抑制する回転変動抑制手段と、補正後の目標空燃比が所定の下限値に達したときにリッチ信号を生成するリッチ判定手段と、リッチ信号に応答して補正後の目標空燃比を下限値でクリップする空燃比クリップ手段と、リッチ信号に応答して内燃機関の制御パラメータを出力増大方向に補正するパラメータ補正手段と、圧縮行程噴射モードから吸気行程噴射モードへの切り替えに際して、圧縮行程噴射モードで目標空燃比をリッチ側に徐々に変化させる第１のテーリング手段と、第１のテーリング手段によるテーリング中に目標空燃比が第１の閾値に達したときに、圧縮行程噴射モードから吸気行程噴射モードに切り替える噴射モード切替手段と、圧縮行程噴射モードから吸気行程噴射モードに切り替えられた場合に、第１の閾値よりもリッチ側の第２の閾値から吸気行程噴射モードでの目標空燃比に向かって、目標空燃比を徐々にリッチ側に変化させる第２のテーリング手段とを含むので、ローコストで安定な運転性を確保した内燃機関の筒内噴射式燃料制御装置が得られる効果がある。
【００９９】
また、この発明の請求項２によれば、請求項１において、制御パラメータは、内燃機関の点火時期、インジェクタの駆動タイミング、および吸入空気量の少なくとも１つを含むので、ローコストで安定な運転性を確保した内燃機関の筒内噴射式燃料制御装置が得られる効果がある。
【０１００】
また、この発明の請求項３によれば、請求項１または請求項２において、制御部は、圧縮行程噴射モードから吸気行程噴射モードヘの切替制御直後の第２のテーリングモードにおいては、空燃比クリップ手段およびパラメータ補正手段を無効にするようにしたので、さらに燃焼を安定化した内燃機関の筒内噴射式燃料制御装置が得られる効果がある。
【０１０１】
また、この発明の請求項４によれば、請求項１から請求項３までのいずれか１項において、制御部は、圧縮行程噴射での第１のテーリング手段によるテーリング中において、外部負荷変動により目標空燃比が第２の閾値よりもリッチ側に低減した場合には、第１のテーリング手段によるテーリングモードから吸気行程噴射での第２のテーリング手段によるテーリングモードに切り替えるとともに、切り替えられた吸気行程噴射でのテーリングモードにおいて、目標空燃比を第２の閾値よりもリッチ側に設定された値からリッチ側に徐々に変化させるテーリングを開始するようにしたので、さらに燃焼を安定化した内燃機関の筒内噴射式燃料制御装置が得られる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１による制御回路を示す機能ブロック図である。
【図２】この発明の実施の形態１に関連した制御シーケンス動作を示すフローチャートである。
【図３】この発明の実施の形態１に関連した制御シーケンス動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図４】図１内のパラメータ補正手段（図２内のステップＳ１１）による補正量算出用の二次元マップを示す説明図である。
【図５】この発明の実施の形態１による制御シーケンス動作を示すフローチャートである。
【図６】この発明の実施の形態１による制御シーケンス動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図７】吸気管内への燃料噴射方式による従来の内燃機関の燃料制御装置を示す構成図である。
【図８】一般的な内燃機関の筒内噴射式燃料制御装置を示す構成図である。
【符号の説明】
１エンジン、１ａ吸気管、１ｂ排気管、２エアフローセンサ（吸気量センサ）、３スロットル弁、４スロットル開度センサ、５クランク角センサ、６水温センサ、８Ｂ制御回路（制御部）、９点火プラグ、１０Ａエアバイパスバルブ、１１Ａインジェクタ、１２ＥＧＲバルブ、１３気筒識別センサ、２０各種センサ、８１制御モード判定手段、８２回転変動検出手段、８３燃料供給量演算手段、８４目標空燃比演算手段、８５リッチ判定手段、８６空燃比クリップ手段、８７パラメータ演算手段、８８パラメータ補正手段、Ａ／Ｆ空燃比、Ａ／Ｆｏ目標空燃比、ＢＰバイパス通路、ＥＰＥＧＲ管、ＥＥＧＲ制御信号、Ｆ燃料供給量、ＨＣパラメータ補正信号、Ｊ、Ｋ噴射制御信号、Ｍ制御モード、Ｎｅエンジン回転数、Ｎｄ回転変動、Ｐ点火制御信号、Ｑａ吸入空気量、ＲＣリッチ信号、ＳＧＣ気筒識別信号、ＳＧＴクランク角信号、Ｔｅエンジントルク、Ｔｗ冷却水温、α 下限値、β 第１の閾値、γ 第２の閾値、θ スロットル開度、ΔＡ／Ｆ偏差量、Ｓ１運転状態を読み込むステップ、Ｓ２、Ｓ３制御モードを判定するステップ、Ｓ４、Ｓ５目標パラメータ値を算出するステップ、Ｓ６外部負荷のオンを判定するステップ、Ｓ７、Ｓ９パラメータ補正量を算出するステップ、Ｓ８目標空燃比を下限値と比較するステップ、Ｓ１０制御空燃比を下限値にクリップするステップ、Ｓ１１、Ｓ１２パラメータを補正するステップ、Ｓ１３制御空燃比を設定するステップ、Ｓ２１テーリングモードを判定するステップ、Ｓ２２目標空燃比を第１の閾値と比較するステップ、Ｓ２３目標空燃比を第２の閾値と比較するステップ、Ｓ２４制御空燃比を第２の閾値に設定するステップ、Ｓ２５吸気噴射用の目標パラメータに変更するステップ。

Claims

内燃機関の運転状態を示す情報を出力する各種センサと、
前記内燃機関の各気筒内に直接燃料を噴射するインジェクタと、
前記運転状態に基づいて前記各気筒内への燃料供給量を演算するとともに、前記燃料供給量に基づいて前記インジェクタを圧縮行程噴射モードまたは吸気行程噴射モードで駆動制御する制御部とを備え、
前記各種センサは、前記内燃機関の吸入空気量に相当する情報を出力する吸気量センサと、前記内燃機関の回転速度およびクランク角度に相当する情報を出力するクランク角センサとを含み、
前記制御部は、
前記圧縮行程噴射モードおよび前記吸気行程噴射モードにおける目標空燃比を前記運転状態に応じて設定する目標空燃比設定手段と、
前記吸入空気量に相当する情報に基づいて前記目標空燃比を実現するように前記燃料供給量を演算する燃料供給量演算手段と、
前記圧縮行程噴射モードにおいて、外部負荷変動に応じて前記目標空燃比を補正することにより、前記外部負荷変動による回転変動を抑制する回転変動抑制手段と、
補正後の前記目標空燃比が所定の下限値に達したときにリッチ信号を生成するリッチ判定手段と、
前記リッチ信号に応答して補正後の前記目標空燃比を前記下限値でクリップする空燃比クリップ手段と、
前記リッチ信号に応答して前記内燃機関の制御パラメータを出力増大方向に補正するパラメータ補正手段と、
前記圧縮行程噴射モードから前記吸気行程噴射モードへの切り替えに際して、前記圧縮行程噴射モードで前記目標空燃比をリッチ側に徐々に変化させる第１のテーリング手段と、
前記第１のテーリング手段によるテーリング中に前記目標空燃比が第１の閾値に達したときに、前記圧縮行程噴射モードから前記吸気行程噴射モードに切り替える噴射モード切替手段と、
前記圧縮行程噴射モードから前記吸気行程噴射モードに切り替えられた場合に、前記第１の閾値よりもリッチ側の第２の閾値から前記吸気行程噴射モードでの目標空燃比に向かって、前記目標空燃比を徐々にリッチ側に変化させる第２のテーリング手段と
を含むことを特徴とする内燃機関の筒内噴射式燃料制御装置。
前記制御パラメータは、前記内燃機関の点火時期、前記インジェクタの駆動タイミング、および前記吸入空気量の少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の筒内噴射式燃料制御装置。
前記制御部は、前記圧縮行程噴射モードから前記吸気行程噴射モードヘの切替制御直後の前記第２のテーリングモードにおいては、前記空燃比クリップ手段および前記パラメータ補正手段を無効にすることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の内燃機関の筒内噴射式燃料制御装置。
前記制御部は、
前記圧縮行程噴射での前記第１のテーリング手段によるテーリング中に、前記外部負荷変動により前記目標空燃比が前記第２の閾値よりもリッチ側に低減した場合には、前記第１のテーリング手段によるテーリングモードから前記吸気行程噴射での前記第２のテーリング手段によるテーリングモードに切り替えるとともに、切り替えられた前記吸気行程噴射でのテーリングモードにおいて、前記目標空燃比を前記第２の閾値よりもリッチ側に設定された値からリッチ側に徐々に変化させるテーリングを開始することを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の内燃機関の筒内噴射式燃料制御装置。