JP3852236B2 - 直噴火花点火式エンジンの燃焼制御装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジン運転条件に応じて成層燃焼と均質燃焼とに切換える直噴火花点火式エンジンの燃焼制御装置に関し、特に燃焼室内の点火プラグ用りに可燃混合気が偏在するよう燃焼室内を成層化して混合気の燃焼を行う成層燃焼時の点火プラグへのカーボン付着等による燃焼悪化を防止し得るようにした燃焼制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、直噴火花点火式エンジンの燃焼制御装置として、例えば特開昭60−36721号公報に示されるように、エンジンの運転条件を検出し、低負荷運転時には、燃焼室内への燃料供給量を少量とし、この燃料を燃焼室内の点火プラグ周りに偏在させて、混合気の成層燃焼を行うことにより、全体として混合気の空燃比を大(リーン)にして、燃費の向上を図ると共に、高負荷運転時には、運転状態に応じた量の燃料を燃焼室内に均一に分散させて、混合気の均質燃焼を行うことにより、その出力を確保するようにしたものが知られている。
【0003】
ところが、上記のような混合気の成層燃焼時には、可燃混合気が点火プラグ周りに偏在する関係上、不完全燃焼生成物としてのカーボンが生じやすく、このカーボンが点火プラグ等に付着する傾向がある。
【0004】
そこで、例えば特開昭63−138120号公報に示されるように、混合気の成層燃焼時には、一定時間毎に強制的に均質燃焼を行わせることにより、カーボンを定期的に焼失除去しようするものがある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかるに、成層燃焼であっても、運転状態によって、不完全燃焼生成物としてのカーボンの発生量が異なり、同カーボンが点火プラグ等に付着する傾向も異なる。従って、成層燃焼時において、一定時間おきに強制的な均質燃焼を行うということは、焼失除去する必要が無い状態での均質燃焼による燃費の悪化、あるいは、焼失除去が必要であるにも関わらず均質燃焼が行われないことでの燃焼悪化による運転性やエミッションの悪化等の可能性がある。
【0006】
本発明は、上記のような問題点に鑑み、成層燃焼から均質燃焼への強制的な切換えを燃焼状態によって行い、燃費の悪化を最小限にしながら、点火プラグのかぶりやカーボン付着の発生を効果的に防止することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項1に係る発明では、図1に示すように、エンジン運転条件に応じて成層燃焼と均質燃焼とに切換える燃焼方式切換手段を備える直噴火花点火式エンジンの燃焼制御装置において、成層燃焼時にエンジン安定度を検出する安定度検出手段と、エンジン安定度が悪化したときに、成層燃焼開始からエンジン安定度が悪化するまでの時間に応じて設定される時間、一時的に成層燃焼から均質燃焼に強制的に切換える強制切換手段と、を設けたことを特徴とする。
【0008】
請求項2に係る発明では、更に、図1に示すように、成層燃焼開始からエンジン安定度の悪化により均質燃焼に切換えるまでの成層燃焼の時間を学習する学習手段と、この学習結果に応じて、前記強制切換手段により強制的に行わせる均質燃焼の時間を可変設定する均質燃焼時間設定手段と、を設けたことを特徴とする。
【0009】
請求項3に係る発明では、前記学習手段は、エンジンの運転領域別に、成層燃焼開始からエンジン安定度の悪化により均質燃焼に切換えるまでの成層燃焼の時間を学習し、前記均質燃焼時間設定手段は、エンジンの運転領域別に、強制的に行わせる均質燃焼の時間を可変設定するものであることを特徴とする。
【0010】
【発明の効果】
請求項1に係る発明によれば、成層燃焼時にエンジン安定度を検出し、エンジン安定度が悪化したときに一時的に成層燃焼から均質燃焼に強制的に切換えることで、燃費の悪化を最小限にしながら、燃焼悪化の原因となる点火プラグ等に付着したカーボンを焼失除去することができ、点火プラグのかぶりやカーボン付着の発生を、効果的に防止可能となる。
【0011】
請求項2に係る発明によれば、成層燃焼開始からエンジン安定度の悪化により均質燃焼に切換えるまでの成層燃焼の時間を学習し、この学習結果に応じて、強制的に行わせる均質燃焼の時間を可変設定することで、強制切換えの経緯から点火プラグ等に付着したカーボンを焼失除去するための均質燃焼の時間設定を最適化することができ、燃費悪化を必要最小限にすることが可能となる。
【0012】
請求項3に係る発明によれば、エンジンの運転領域別に、成層燃焼の時間を学習して、均質燃焼の時間を可変設定することで、より適正なものとすることができる。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態について説明する。
図2は本発明の一実施形態を示す直噴火花点火式エンジンのシステム図である。先ず、これについて説明する。
【0014】
エンジン1の各気筒の燃焼室には、エアクリーナ2から吸気通路3により、スロットル弁4の制御を受けて、空気が吸入される。
そして、燃焼室内に燃料(ガソリン)を直接噴射するように、電磁式の燃料噴射弁(インジェクタ)5が設けられている。
【0015】
燃料噴射弁5は、エンジンコントロールユニット(ECU)10からエンジン回転に同期して吸気行程又は圧縮行程にて出力される噴射パルス信号によりソレノイドに通電されて開弁し、所定圧力に調圧された燃料を噴射するようになっている。そして、噴射された燃料は、吸気行程噴射の場合は燃焼室内に拡散して均質な混合気を形成し、また圧縮行程噴射の場合は点火プラグ6回りに集中的に層状の混合気を形成し、エンジンコントロールユニット10からの点火信号に基づき、点火プラグ6により点火されて、燃焼(均質燃焼又は成層燃焼)する。
【0016】
エンジン1からの排気は排気通路7より排出され、排気通路7には排気浄化用の触媒8が介装されている。
エンジンコントロールユニット10は、CPU、ROM、RAM、A/D変換器及び入出力インターフェイス等を含んで構成されるマイクロコンピュータを備え、各種センサからの入力信号を受け、これに基づいて演算処理して、燃料噴射弁5及び点火プラグ6などの作動を制御する。
【0017】
前記各種センサとしては、エンジン1のクランク軸回転を検出するクランク角センサ11が設けられている。このクランク角センサ11は、予め定めたクランク角位置で基準パルス信号REFを出力すると共に、1〜2°毎に単位パルス信号POSを出力するもので、基準パルス信号REFの周期などからエンジン回転数Neを算出可能である。
【0018】
この他、吸気通路3のスロットル弁4上流で吸入空気流量Qaを検出するエアフローメータ12、スロットル弁4の開度TVOを検出するスロットルセンサ13、エンジン1の冷却水温Twを検出する水温センサ14、排気通路7にて排気空燃比に応じた信号を出力する空燃比センサ(O2 センサ)15、触媒8の温度を検出する触媒温度センサ16などが設けられている。
【0019】
次に、エンジンコントロールユニット10により行われる燃焼方式の切換制御について、図3及び図4のフローチャートにより説明する。
図3は燃焼方式切換ルーチンであり、所定時間毎に実行される。本ルーチンが燃焼方式切換手段に相当する。
【0020】
ステップ1(図にはS1と記す。以下同様)では、各種センサ信号を読込む。ステップ2では、エンジン回転数及び負荷(スロットル開度又はアクセル開度等)に基づき、成層燃焼条件、すなわち、低回転・低負荷運転時か否かを判定する。
【0021】
成層燃焼条件(低回転・低負荷運転時)でない場合、すなわち、均質燃焼条件(高回転・高負荷運転時)の場合は、ステップ14で強制切換フラグF=0、ステップ15で成層燃焼時間カウンタTBS=0,均質燃焼カウンタTBH=0にして、ステップ16へ進み、均質燃焼を行わせる。
【0022】
成層燃焼条件(低回転・低負荷運転時)の場合は、ステップ3へ進む。
ステップ3では、強制切換フラグF=1か否かを判定し、強制切換フラグF=0の場合は、ステップ4へ進む。
【0023】
ステップ4では、エンジン安定度として、エンジン回転数の変動量ΔNeを検出する。この部分が成層燃焼時のエンジン安定度検出手段に相当する。
ステップ5では、エンジン安定度が悪化したか否か、すなわち、エンジン回転数の変動量ΔNeが所定値以上か否かを判定する。
【0024】
エンジン安定度が悪化していない場合は、ステップ12へ進み、成層燃焼を行わせる。
成層燃焼中は、ステップ13にて、成層燃焼開始からエンジン安定度の悪化により均質燃焼に切換えるまでの成層燃焼の時間を計測するための成層燃焼時間カウンタTBSをカウントアップする(TBS=TBS+1)。
【0025】
成層燃焼の継続により、エンジン安定度が悪化した場合は、ステップ5での判定で、ステップ6へ進む。
ステップ6では、強制切換フラグF=1にセットし、次のステップ7にて、このときの成層燃焼時間カウンタTBSの値を読込んで、成層燃焼開始からエンジン安定度の悪化により均質燃焼に切換えるまでの成層燃焼の時間として、記憶する。尚、この成層燃焼時間は、エンジン回転数と負荷との運転領域別に記憶し、また、すでに運転領域別の前回値が記憶されているときは、前回値をTBS(n-1) 、今回値をTBS(n) として記憶する。この部分が学習手段に相当する。
【0026】
この後、ステップ8へ進む。また、強制切換フラグF=1にセットされた後は、次回以降、ステップ3での判定で、ステップ8へ進む。
ステップ8では、強制的に行わせる均質燃焼の時間を計測するための均質燃焼時間カウンタTBHをカウントアップする(TBH=TBH+1)。
【0027】
次のステップ9では、均質燃焼時間カウンタTBHの値を読込み、運転領域別の均質燃焼時間の設定値TBH0(この設定値TBH0は、図4のルーチンによって設定される。)と比較し、TBH≧TBH0になったか否かを判定する。
【0028】
TBH<TBH0の場合は、成層燃焼でのエンジン安定度の悪化を回避すべく、ステップ16へ進んで、強制的に均質燃焼を行わせ、エンジン安定度の悪化原因である点火プラグ等に付着したカーボンを焼失除去するようにする。この部分が強制切換手段に相当する。
【0029】
TBH≧TBH0になった場合は、強制的に行わせた均質燃焼を終了すべく、ステップ9での判定で、ステップ10へ進む。
ステップ10では、強制切換フラグF=0に戻し、また次のステップ11にて、成層燃焼時間カウンタTBS=0,均質燃焼時間カウンタTBH=0に戻した後、ステップ12へ進ませて、成層燃焼に戻す。
【0030】
図4は強制的に行わせる均質燃焼時間TBH0の設定ルーチンである。
ステップ21では、運転領域(エンジン回転数及び負荷)を判別する。
ステップ22では、運転領域別に記憶されている成層燃焼時間の前回値TBS(n-1) と今回値TBS(n) とを読込み、成層燃焼時間変化量DTBS=TBS(n) −TBS(n-1) を演算する。
【0031】
ステップ23では、成層燃焼時間変化量DTBSに対して、強制的に行わせる均質燃焼時間TBH0を定めた運転領域別のテーブルを参照して、演算された実際の成層燃焼時間変化量DTBSから、強制的に行わせる均質燃焼時間TBH0を検索により設定する。この部分が均質燃焼時間可変設定手段に相当する。
【0032】
ここで、成層燃焼時間変化量DTBSがマイナス側に大きくなる程、すなわち、成層燃焼時間TBSが前回値に比して減少する程、カーボンが付着しやすくなっているので、均質燃焼時間TBH0を大きく設定する。逆に、成層燃焼時間変化量DTBSがプラス側に大きくなる程、すなわち、成層燃焼時間TBSが前回値に比して増大する程、均質燃焼時間TBH0を小さく設定する。
【0033】
以上のように、成層燃焼時にエンジン安定度を検出し、エンジン安定度が悪化したときに一時的に成層燃焼から均質燃焼に強制的に切換えることで、燃費の悪化を最小限にしながら、燃焼悪化の原因となる点火プラグ等に付着したカーボンを焼失除去することができる。よって、点火プラグのかぶりやカーボン付着の発生を、効果的に防止可能となる。
【0034】
また、燃焼方式の強制的な切換えの経緯から、点火プラグ等に付着したカーボンを焼失除去するための均質燃焼時間を最適化するようにエンジン運転領域別に学習することで、燃費悪化を必要最小限にすることが可能となる。
【0035】
尚、ステップ12にて成層燃焼を行わせる場合は、燃料噴射量を空燃比40程度のリーン空燃比になるように設定する一方、噴射時期を圧縮行程に設定する。また、ステップ16にて均質燃焼を行わせる場合は、燃料噴射量をストイキ空燃比(14.6)又はリーン空燃比(20〜30程度)になるように設定する一方、噴射時期を吸気行程に設定する。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の構成を示す機能ブロック図
【図2】 本発明の一実施形態を示す直噴火花点火式エンジンのシステム図
【図3】 燃焼方式切換ルーチンのフローチャート
【図4】 均質燃焼時間設定ルーチンのフローチャート
【符号の説明】
1 エンジン
4 スロットル弁
5 燃料噴射弁
6 点火プラグ
10 エンジンコントロールユニット
Claims (3)
- エンジン運転条件に応じて成層燃焼と均質燃焼とに切換える燃焼方式切換手段を備える直噴火花点火式エンジンの燃焼制御装置において、
成層燃焼時にエンジン安定度を検出する安定度検出手段と、
エンジン安定度が悪化したときに、成層燃焼開始からエンジン安定度が悪化するまでの時間に応じて設定される時間、一時的に成層燃焼から均質燃焼に強制的に切換える強制切換手段と、
を設けたことを特徴とする直噴火花点火式エンジンの燃焼制御装置。 - 成層燃焼開始からエンジン安定度の悪化により均質燃焼に切換えるまでの成層燃焼の時間を学習する学習手段と、この学習結果に応じて、前記強制切換手段により強制的に行わせる均質燃焼の時間を可変設定する均質燃焼時間設定手段と、を設けたことを特徴とする請求項1記載の直噴火花点火式エンジンの燃焼制御装置。
- 前記学習手段は、エンジンの運転領域別に、成層燃焼開始からエンジン安定度の悪化により均質燃焼に切換えるまでの成層燃焼の時間を学習し、前記均質燃焼時間設定手段は、エンジンの運転領域別に、強制的に行わせる均質燃焼の時間を可変設定するものであることを特徴とする請求項2記載の直噴火花点火式エンジンの燃焼制御装置。
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JP03582499A JP3852236B2 (ja) | 1999-02-15 | 1999-02-15 | 直噴火花点火式エンジンの燃焼制御装置 |
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