JP3927395B2 - 圧縮着火エンジンの制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧縮着火エンジンの制御装置に係り、特に、火花点火運転と圧縮着火運転との切り替え時、及び圧縮着火運転時の排気悪化を防止する圧縮着火エンジンの制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のリーンバーンエンジンは、ポンピングロス低減効果等により燃費の向上が可能である。
【０００３】
しかし、リーン運転中のＮＯｘが三元触媒では浄化できないという問題があるため、この問題の解決策の一つとしてリーン空燃比においてエンジンアウトのＮＯｘを数ｐｐｍに抑えることができる圧縮着火エンジンの技術が提案されている（例えば、特開昭６２−１５７２２号公報等参照）。該公報所載の圧縮着火エンジンは、空気と燃料の予混合気を圧縮して自己着火させることで、ＮＯｘが発生する温度１８００Ｋよりも低い燃焼温度での燃焼を可能にする（図１）。
【０００４】
しかし、該公報でも指摘されているように、エンジン始動時や高負荷領域等において圧縮着火を実現することは困難であり、運転領域或いはエンジンの状態に基づいて圧縮着火運転領域と点火プラグによる火花点火運転領域とを切り替える必要があることから（図２）、これを達成する圧縮着火エンジンの制御装置の技術が提案されている（例えば、特開平１１−６４３５号公報等参照）。該公報所載の圧縮着火エンジンは、燃焼室内のイオン電流に基づいて着火時期を検出し、検出した着火時期と点火プラグによる火花点火時期との差が所定値以下になったときに燃焼を切り替えることによって燃焼異常を防止する。或いは、排気中のＮＯｘを検出し、このＮＯｘ濃度の変化に基づいて燃焼を切り替えることによって燃焼が不安定になるのを防止する技術も提案されており（例えば、特開平１１−３３６６００号公報等参照）、切り替えのタイミングを適切に判断することで失火による排気悪化を防止している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記の従来の技術は、切り替え時の燃焼異常に伴う排気悪化を防止することはできるものの、排気を浄化する触媒のことが考慮されておらず、触媒で排気が浄化できない状態においても燃焼を切り替えてしまい、大気中に放出される排気を悪化させる可能性があるという不都合が生ずる。つまり、排気管に三元触媒を備えた場合では、切り替え時において空燃比が極度にリーンとなればＮＯｘが浄化できずに排出され、逆に、空燃比が極度にリッチになればＨＣ、ＣＯが浄化されずに排出されてしまうという問題がある。
また、リーン空燃比において圧縮着火を行っている場合には、ＮＯｘは三元触媒では浄化できないことから、このときにエンジンから排出されるＮＯｘ悪化を防止する何等かの手段が必要になる。
【０００６】
すなわち、本願発明者は、三元触媒と、該三元触媒の下流側に設けられたＮＯｘ検出器とを用いることにより、火花点火運転と圧縮着火運転との切り替え時において触媒で排気が浄化されているかを監視できるとともに、圧縮着火運転時においても燃焼が悪化しているかを監視できるとの新たな知見を得、この知見から最小のエンジンシステムで構築させることを見出している。しかし、前記従来の技術は、いずれもこれらの点について格別な配慮がなされていない。
【０００７】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、火花点火と圧縮着火との燃焼切り替え時、前記火花点火燃焼時、及び前記圧縮着火燃焼時における排気悪化を防止するとともに、ＮＯｘ検出器及び三元触媒の劣化を診断して排気悪化を防止することができる圧縮着火エンジンの制御装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成すべく、本発明に係る圧縮着火エンジンの制御装置は、燃料及び空気の予混合気を圧縮して着火させる圧縮着火エンジンの排気管に設置された三元触媒と、該三元触媒の上流側にて空燃比を検出する空燃比検出器と、前記三元触媒の下流側にてＮＯｘを検出するＮＯｘ検出器と、を備え、火花点火と圧縮着火とを切り替える燃焼切り替え手段と、該切り替え時のＮＯｘ検出値に基づいて排気悪化要因を推定する排気悪化要因推定手段と、該排気悪化要因に基づいて前記燃焼切り替え手段の制御量又は制御対象を学習する切り替え学習手段とを備え、前記ＮＯｘ検出器により求められるＮＯｘスパイクに基づいて排気悪化の要因を分析する手段を有することを特徴としている。
【０００９】
前記の如く構成された本発明の圧縮着火エンジンの制御装置は、三元触媒の下流側にＮＯｘ検出器が備えられ、このＮＯｘ検出値に基づいてエンジン制御がなされているので、該圧縮着火エンジンの最小のシステムを構築することができ、しかも、この構成によって、火花点火燃焼時、圧縮着火燃焼時のほか、火花点火と圧縮着火との燃焼切り替え時における排気悪化の防止と、ＮＯｘセンサ、三元触媒等の各種診断による排気悪化の防止を図ることができる。
【００１０】
また、本発明に係る圧縮着火エンジンの制御装置の具体的態様は、前記ＮＯｘ検出器により求められるＮＯｘスパイクが、ＮＯｘスパイクの発生時期であること、又は前記排気悪化の要因を分析する手段が、ＮＯｘの発生が空気量制御のずれなのか又はＥＧＲ制御のずれなのかを判断することを特徴としている。
【００１１】
さらに、本発明に係る圧縮着火エンジンの制御装置の他の具体的態様は、前記切り替え学習手段は、点火時期を学習すること、前記切り替え学習手段は、スロットル制御量を学習する、前記切り替え学習手段は、燃料噴射量を学習すること、前記切り替え学習手段は、前記圧縮着火に切り替える以前の燃料カット時間を学習すること、若しくは前記切り替え学習手段は、目標空気量又は目標ＥＧＲ量を学習することを特徴とし、又は前記切り替え学習手段は、前記火花点火と前記圧縮着火とによる燃焼切り替え領域を学習することを特徴としている。
【００１２】
さらにまた、本発明に係る圧縮着火エンジンの制御装置のさらに他の具体的態様は、前記制御装置は、前記圧縮着火の運転時における膨張から排気行程の間に燃料噴射を行うこと、前記制御装置は、前記空燃比検出器の出力を目標空燃比に近づけるように制御する空燃比制御手段と、前記三元触媒の浄化率が最適になるように前記目標空燃比を演算する目標空燃比演算手段とを備え、該目標空燃比演算手段は、前記ＮＯｘ検出器の出力信号に基づいて前記目標空燃比を演算すること、前記制御装置は、前記ＮＯｘ検出値が所定値を越えた場合には、前記目標空燃比を一時的にリッチ側に設定すること、前記制御装置は、前記ＮＯｘ検出器の異常を診断するＮＯｘ検出器診断手段を備え、前記ＮＯｘ検出器の異常が判定された場合には、前記空燃比検出器の出力がストイキになるように空燃比を制御すること、前記制御装置は、前記圧縮着火燃焼時におけるＮＯｘ検出値に基づいて燃焼悪化を検出する燃焼悪化検出手段を備えること、前記燃焼悪化検出手段は、前記空燃比検出器の出力がリーンである場合に、前記圧縮着火燃焼時における燃焼悪化を検出すること、前記制御装置は、前記燃焼悪化検出手段によって燃焼悪化が検出された場合に前記圧縮着火の燃焼改善を行う燃焼改善制御手段とを備えること、若しくは前記制御装置は、前記燃焼改善制御手段の実施後に、前記排気悪化検出手段によって燃焼悪化が検出された場合には、前記空燃比検出器の出力がストイキになるように空燃比を制御すること、又は前記制御装置は、前記空燃比検出器の異常を検出する空燃比検出器診断手段を備え、該空燃比検出器の異常が診断された場合には、前記ＮＯｘ検出器の出力信号に基づいて燃料噴射量を補正することを特徴としている。
【００１３】
また、前記制御装置は、前記ＮＯｘ検出器及び／又は前記三元触媒の劣化を診断して排気悪化を防止すること、前記制御装置は、減速時に燃料噴射を中止させる燃料カット手段を備え、該燃料カット中の前記ＮＯｘ検出器の出力信号に基づいて前記ＮＯｘ検出器の劣化を診断すること、若しくは前記制御装置は、前記燃料カット後に燃料噴射を再開させる燃料リカバ手段を備え、該燃料リカバ中の前記ＮＯｘ検出値と前記燃料カット中の前記ＮＯｘ検出値との差が所定値以下である場合には、前記ＮＯｘ検出器の異常と判定すること、又は前記制御装置は、前記空燃比検出器の出力を目標空燃比に近づけるように制御する空燃比制御手段を備え、前記目標空燃比がストイキに設定されたときの前記ＮＯｘ検出器の出力信号に基づいて前記三元触媒の劣化を診断することを特徴としている。
さらに、自動車が前記圧縮着火エンジンの制御装置を備えたことを特徴としている。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面により本発明の実施形態について説明する。
図３は、本発明の実施形態を示すものであり、該実施形態の圧縮着火エンジンの制御装置を自動車用ガソリンエンジンに適用させたシステム構成図である。
【００１５】
該エンジン５０は、燃料及び空気の予混合気を圧縮して自己着火させる圧縮着火エンジンであり、吸入空気量を計測するエアフローセンサ１と、吸気流量を調整するスロットル２とが吸気管１１の各々の適宜位置に備えられ、燃焼室に燃料を噴射するインジェクタ３と、点火エネルギーを供給する点火プラグ４と、筒内のＥＧＲ量を調整するための可変バルブ５とが気筒１２の各々の適宜位置に備えられ、また、排気を浄化する三元触媒７と、空燃比検出器の一態様あって、三元触媒７の上流側にて排気の空燃比を検出する空燃比センサ６と、ＮＯｘ検出器の一態様あって、三元触媒７の下流側にてＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘセンサ８とが排気管１３の各々の適宜位置に備えられ、さらに、クランク軸１４には、回転角度を算出するためのクランク角度センサ9が備えられており、これら各種信号は、該信号を処理するマイコンを備えたエンジン制御装置（以下、ＥＣＵとする）１０に入力される。該ＥＣＵ１０は、排気悪化を防止するべく、ＮＯｘセンサ８の出力信号に基づいて各種制御を行う排気制御装置１０Ａ及び診断装置１０Ｂを備えている。そして、後述のように、排気制御装置１０Ａは、火花点火と圧縮着火との燃焼切り替え時、前記火花点火燃焼時、及び前記圧縮着火燃焼時における排気悪化を防止し、診断装置１０Ｂは、ＮＯｘセンサ８及び三元触媒７の劣化を診断して排気悪化を防止している。
【００１６】
図４は、ＥＣＵ１０による火花点火時における燃焼室内圧力及び燃料噴射信号と点火タイミングとを説明したものである。
図示のように、通常の火花点火運転では、吸気行程においてインジェクタ３が燃料を噴射し、圧縮行程において点火プラグ４が燃料を着火させている。
【００１７】
一方、図５は、ＥＣＵ１０による圧縮着火運転における燃焼室内圧力及び燃料噴射信号等を説明したものである。
ここで、圧縮着火運転を実現する方法はいくつか存在するが、ここでは図示のように、まず、吸排気弁５、５のプロフィールを変えて排気を閉じこめ（内部ＥＧＲ）、この閉じこめた排気中にインジェクタ３が副燃料を噴射して圧縮することでラジカルを発生させ、次に、圧縮行程においてインジェクタ３が主燃料を噴射することで燃料を自己着火させている。つまり、ＥＣＵ１０は、内部ＥＧＲによって気筒１２内の筒内温度を制御し、かつ、副燃料噴射及び主燃料噴射により着火温度を制御することが可能であり、圧縮着火時期を適切にコントロールしている。
【００１８】
図６は、前記内部ＥＧＲを制御するための吸排気弁５のプロフィールを示したものであり、図６（ａ）は、圧縮着火時の吸排気弁５のリフト量を火花点火時に比べて減らすことにより、排気を閉じこめて前記内部ＥＧＲを増加させる方法を示しており、また、図６（ｂ）は、圧縮着火時の排気弁５のリフト時間を吸気弁５のリフト時間に比べて短くすることにより、排気を閉じこめて前記内部ＥＧＲを増加させる方法を示している。
【００１９】
ところで、上述の図１にも示したように、圧縮着火運転時にはＮＯｘがほとんど生成されず、しかも、このときのＮＯｘ生成は空燃比にほとんど依存しないため、圧縮着火運転時には空燃比をリーンにしても排気が悪化しない。すなわち、本実施形態のエンジン５０は、排気管１３に三元触媒７を設置するとともに、該三元触媒７の下流側にＮＯｘセンサ８を設置し、ＥＣＵ１０の排気制御装置１０Ａは、火花点火運転時には空燃比をストイキに制御することによって大気中に放出される排気の低減を図り、また、圧縮着火運転時にはストイキ或いはリーンに空燃比を制御することによって大気中に放出される排気の低減を図っている。
【００２０】
ここで、三元触媒７の下流側に設置されたＮＯｘセンサ８のＮＯｘ検出値に基づいた火花点火運転時の空燃比制御について説明する。
図７は、ＥＣＵ１０の排気制御装置１０Ａによる空燃比制御系の制御ブロック図である。
【００２１】
ＥＣＵ１０は、燃料噴射演算部７０１と、目標空燃比演算部７０２とを備えており、前記排気制御装置１０Ａが三元触媒７において排気を高効率で浄化するためには、触媒７内の貯蔵酸素量を適切に制御する必要があるので、目標空燃比演算部７０２は、ＮＯｘセンサ８からのＮＯｘ検出値に基づいて三元触媒７の浄化率が最適になるように目標空燃比を演算して、空燃比制御手段の一態様である燃料噴射演算部７０１に出力し、該燃料噴射演算部７０１は、空燃比センサ６からの実空燃比を前記目標空燃比に近づけるように燃料量を演算してインジェクタ３に出力し、三元触媒７内の貯蔵酸素量を制御している。
【００２２】
ここで、図８は、空燃比検出器６の検出値がリーンにずれた場合の貯蔵酸素量とＮＯｘ検出値とを示したものであり、図示のように、空燃比がリーンの場合において貯蔵酸素量が貯蔵限界に達すると、三元触媒７でＮＯｘが浄化できなくなるためＮＯｘ検出値が上昇することが分かる。
【００２３】
そこで、図９に示すように、前記排気制御装置１０Ａは、ＮＯｘセンサ８の検出値が所定値ＮＯｘＨＬｅを越えた場合には、空燃比Ｆ／Ｂの目標空燃比を一時的にリッチ側にスキップさせ、その後、通常の目標空燃比に徐々に戻すことで貯蔵酸素量を制御している。なお、一部のＮＯｘセンサでは、酸素濃度を同時に測定できるので、三元触媒７の下流側の酸素濃度が一定となるように目標空燃比を設定して空燃比Ｆ／Ｂ制御を行い、ＮＯｘが検出された場合には前記酸素濃度の目標値をＮＯｘが検出されなくなるまでリッチ側に移動することによっても、貯蔵酸素量を適切に制御できる。
【００２４】
また、ＥＣＵ１０は、空燃比センサ６の検出値が目標空燃比に近づけるように燃料量を補正しているが、空燃比センサ６が異常と判断された場合には、空燃比を目標空燃比に近づける制御を実施できないことから、前記排気制御装置１０Ａは、空燃比センサ６の異常が診断されたときには、次記のように、ＮＯｘセンサ８に基づいて排気を低減させている。
【００２５】
図１０は、空燃比センサ故障時におけるＥＣＵ１０の排気制御装置１０ＡによるＮＯｘ検出値と燃料補正量との関係を示したものである。
該排気制御装置１０Ａは、空燃比センサ６の異常を検出する空燃比検出器診断手段を備えており、図示のように、該空燃比センサ６の異常が診断された場合には、ＮＯｘセンサ８の出力信号に基づいて燃料噴射量を補正している。つまり、ＮＯｘ検出値が所定値ＮＯｘＨＬｅ以下の場合には、燃料補正量を所定の割合で減少させるのに対し、ＮＯｘＨＬｅを越えたときには、リッチ側に所定量の燃料補正を行い、その後、燃料補正量を所定の割合で増加させる。そして、ＮＯｘ検出値が所定値ＮＯｘＬＬｅよりも小さくなったときには、リーン側に所定量の燃料補正を行い、その後、燃料補正量を所定の割合で減少させる。これにより、空燃比は若干リーンになるものの、極度の空燃比ずれが生じないため、排気悪化を防止できることになる。
【００２６】
次に、ＥＣＵ１０の排気制御装置１０Ａによる火花点火と圧縮着火の燃焼切り替え時の排気制御について説明する。
図１１は、該排気制御装置１０Ａによる燃焼切り替え時の排気悪化を防止する制御ブロック図である。
該排気制御装置１０Ａは、燃焼判定部１１０１と、切り替え制御部１１０２と、排気悪化検出部１１０３と、切り替え学習部１１０４とを備えている。
【００２７】
燃焼判定部１１０１は、機関回転数、機関負荷、アクセル開度、水温、触媒温度等を読み込み、燃焼切り替えを行うか否かの判定を行っており、その判定結果に基づいて切り替え要求を切り替え制御部１１０２に出力する。例えば、図２に示したように、機関回転数と機関負荷とに対して圧縮着火可能な領域をマップとして持ち、アクセル開度から目標の機関負荷を演算し、現在の回転数と目標とする機関負荷とが前記マップの圧縮着火可能な範囲にある場合には、火花点火から圧縮着火への燃焼切り替えを行うか否かを判定する。ただし、排気悪化を防止するためには、圧縮着火が可能な運転領域であっても、水温或いは触媒温度が所定値に達しない場合には、圧縮着火への切り替えを禁止する。
【００２８】
切り替え制御部１１０２は、前記切り替え要求に従って火花点火から圧縮着火、或いは圧縮着火から火花点火へと燃焼を切り替えて切り替え学習部１１０４に出力する。
排気悪化検出部１１０３は、後述のように、前記切り替え時のＮＯｘセンサ８の検出値に基づいて排気悪化要因を推定する手段であり、この推定結果を切り替え学習部１１０４に出力する。
【００２９】
切り替え学習部１１０４は、後述のように、排気悪化検出部１１０３の排気悪化要因に基づいて、前記切り替え制御部１１０２の制御量（例えば、点火時期、スロットル制御量、燃料噴射量、圧縮着火に切り替える以前の燃料カット時間、若しくは目標空気量或いは目標ＥＧＲ量等）を学習する、又は前記切り替え制御部１１０２の制御対象（例えば、前記燃焼判定部１１０１の火花点火と圧縮着火とによる燃焼切り替え領域等）を学習することによって、燃焼切り替え時の排気悪化を防止している。
【００３０】
以上の制御により、経時変化などにより内部ＥＧＲ量にずれが生じても、学習によって内部ＥＧＲ量に対してリッチにならない空気量を確保し、かつ、圧縮着火に切り替え可能な内部ＥＧＲ量に制御されることができるので、排気悪化を防止することができる。
【００３１】
図１２は、排気制御装置１０Ａの切り替え制御部１１０２による火花点火から圧縮着火へと燃焼を切り替える場合の切り替え制御の一例を示したものであり、定常状態（出力一定）での切り替え制御である。
【００３２】
そして、スロットル２の操作量、排気弁５のリフト量、点火プラグ４の点火信号のタイミング、及びインジェクタ３の燃料噴射パルス幅の各目標値を時系列に沿って示したものである（図面上方に向かってそれぞれ、スロットル開放、リフト量増加、点火時期進角、燃料パルス幅増加を表す）。
【００３３】
まず、内部ＥＧＲ量と排気弁リフト量ＥＶ１或いは該排気弁５のリフト時間との関係は、機関回転数や負荷等の運転状態によって異なるため、予め実験或いはシミュレーションにより運転状態毎の内部ＥＧＲ量と排気弁リフト量ＥＶ１或いはリフト時間との関係を求めておき、マップ或いはモデルとして持っておく必要がある。
【００３４】
ここで、排気弁５のバルブリフト量低下により内部ＥＧＲを増加させると、気筒１２内に流入される新規空気量が減少するため、空燃比がリッチになる恐れがある。この極度なリッチ空燃比は、三元触媒７での酸化作用を低下させて排気悪化に繋がることから、排気制御装置１０Ａは、燃焼切り替え開始時にスロットル２を内部ＥＧＲ量に応じて予め開くことにより、空燃比がリッチになることを防止する。
【００３５】
そのためには、内部ＥＧＲ量と同等の空気量を気筒１２内に流入させる必要があることから、ＴＶ１分のスロットル２を開く。内部ＥＧＲ量は、運転領域毎に異なるため、スロットル量ＴＶ１は、運転領域毎のマップから呼び出されるＦ／Ｆ制御量とし、空燃比がリッチにならないスロットル量ＴＶ１を予め実験或いはシミュレーションにより求めておく。
【００３６】
そして、空気流量によって決まる吸気遅れの後、膨張工程にある気筒１２を検出して、排気行程に入る前に排気弁５のリフト量を所定値まで移動させることで内部ＥＧＲを制御して圧縮着火可能な状態に切り替える。その後、当該気筒１２の点火時期を圧縮着火の時期、すなわち予混合気が自己着火する時期よりもリタードすることによって、火花点火から圧縮着火に切り替えることができる。
【００３７】
次に、圧縮着火に切り替わると、空燃比の目標値をリーンに設定する。より具体的には、スロットル２をさらに開いて空気量を増やす一方、燃料量はポンピングロス分の改善と燃焼効率の向上分を見込んで減らしていく。このとき、圧縮着火の時期を制御することでトルクが最大となるようにすることが望ましい。
【００３８】
図１３は、排気制御装置１０Ａによる本制御を実行した時の気筒１２内の空気量、エンジンアウトの空燃比、触媒７前後のＮＯｘ濃度を時系列で示したものである（図面上方に向かって空気量増加、空燃比リーン、ＮＯｘ濃度増加を示す。）。
【００３９】
排気制御装置１０Ａによる本制御では、空気量は火花点火の時は一定となり、圧縮着火に切り替えた後には、スロットル２が開かれるため、空気量が増加する。また、空燃比センサ６によって検出される空燃比は、火花点火運転の時はストイキに、圧縮着火運転時はリーンとなる。さらに、三元触媒７の上流側たる前ＮＯｘは、火花点火から圧縮着火に切り替わるときに減少し、圧縮着火後は圧縮着火時と同レベルまで低下するので、三元触媒７の下流側たる後ＮＯｘは、切り替え前後で同レベルの濃度となることが分かる。
【００４０】
以上で説明したように、排気制御装置１０Ａによる排気制御は、気筒１２内の空燃比がリッチになるのを防ぐために、スロットル２をＴＶ１開き、また、圧縮着火に切り替えるべく内部ＥＧＲ量を制御するために、排気弁５のリフト量をＥＶ１だけ小さくしている。しかし、これらの制御量は、出荷時に調整されたものであることから、経時変化等により必ずしも適切でなくなる場合がある。
【００４１】
例えば、図１４に示すように、スロットル開度ＴＶ１により気筒１２内に流入される実空気量が大きければ、空気量が増加した分だけ空燃比がリーンとなり、この結果、火花点火時に生じたＮＯｘが三元触媒７でＮＯｘが一時的に浄化できなくなってＮＯｘがスパイク状に放出されることがある。また、図１５に示すように切り替え時の内部ＥＧＲ量制御が適切でないと、圧縮着火から火花点火へと切り替わるタイミングが遅れるため、空燃比をリーンにする過程でＮＯｘがスパイク状に放出されることがある。
【００４２】
そこで、排気制御装置１０Ａは、図１１の如く排気悪化検出部１１０３を設けており、該排気悪化検出部１１０３において、切り替え時におけるＮＯｘスパイクを検出して排気悪化要因を分析し、切り替え学習部１１０４に分析結果を出力している。
【００４３】
より具体的には、排気悪化検出部１１０３は、ＮＯｘスパイクの発生時期と燃焼切り替えタイミング及び触媒前側の空燃比センサ６出力との関係からＮＯｘの発生が空気量制御のずれなのか、ＥＧＲ制御のずれなのかを判断する。そして、切り替え学習部１１０４では、ＮＯｘスパイクが燃焼切り替え前に検出された場合にはスロットル開度ＴＶ１をＮＯｘスパイク量に応じて小さくし、また、燃焼切り替え後に検出された場合には排気弁５のリフト量ＥＶ１をＮＯｘスパイク量に応じて大きくするように切り替え制御部１１０２のＦ／Ｆ制御量を学習する。
【００４４】
また、切り替え学習部１１０４は、学習後の値が予め決められていた制御範囲を超えた場合には燃焼を切り替えることが不可能と判断し、燃焼判定部１１０１が持つ燃焼切り替え領域マップを変更し、切り替えを禁止する。なお、燃焼切り替え領域マップは、図２に示したマップと同じマップでも良いし、排気を悪化せずに燃焼切り替え制御が実施できるという意味の別のマップにしても良い。
【００４５】
図１６乃至図１９は、排気制御装置１０Ａによる排気制御の動作フローチャートであり、図１６は、図１１の制御ブロックをフローチャートで表現したものである。
ステップ１６０１では、運転状態（機関回転数、アクセル開度、水温、触媒温度等）を各種センサから読み込み、ステップ１６０２では、燃焼判定部１１０１において燃焼状態を切り替えるか否かを判定をしてステップ１６０３に進む。
【００４６】
ステップ１６０３では、燃焼切り替え要求があるか否かを判定し、切り替え要求がある場合、すなわちＹＥＳのときにはステップ１６０４に進んで、切り替え制御部１１０２で燃料を切り替えてステップ１６０５に進む。なお、ステップ１６０３で燃焼切り替え要求が無い場合には一連の動作を終了する。
【００４７】
ステップ１６０５では、燃焼切り替えが完了しているか否かを判断し、切り替え制御が終わるまではステップ１６０６に進まず、切り替えが完了している場合、すなわちＹＥＳのときにはステップ１６０６に進み、切り替え学習部１１０４にて、ＮＯｘセンサ８の検出値をもとに切り替え制御部１１０２の制御量或いは燃焼判定部１１０１の切り替え領域を学習して一連の動作を終了する。
【００４８】
次に、これら、ステップ１６０２の燃焼判定部１１０１、ステップ１６０４の切り替え制御部１１０２、ステップ１６０６の切り替え学習部１１０４における各動作をフローチャートに基づいて説明する。
図１７は、排気制御装置１０Ａの燃焼判定部１１０１の動作フローチャートである。
【００４９】
ステップ１７０１では、切り替え要求フラグをクリアし、ステップ１７０２では、現在の燃焼状態が火花点火であるか否かを判定し、火花点火である場合、すなわち、ＹＥＳのときにはステップ１７０３に進み、火花点火でないとき（圧縮着火のとき）にはステップ１７０６に進む。
【００５０】
ステップ１７０３及びステップ１７０４では、火花点火から圧縮着火へ移行可能か否かをチェックする。より具体的には、ステップ１７０３では、水温が所定値以上であること、回転数が所定値以下であること、空気流量が所定値以下であること、アクセル開度変化が所定範囲内であること、回転数変動が所定値以内であること等、安定して圧縮着火燃焼が制御可能であるかの条件をチェックし、該制御可能であるときにはステップ１７０４に進む。そして、ステップ１７０４では、火花点火から圧縮着火に切り替えるのに許可されている運転領域にあるかを判断している。ここでは、火花点火から圧縮着火に切り替わるときに排気が悪化しない領域を、例えば回転数とトルクのマップとして用い、現在の運転領域がその範囲に入っているかをチェックしており、現在の運転領域が排気の悪化しない領域内にあるとき、すなわち、ＹＥＳのときにはステップ１７０５に進み、一方、ステップ１７０３で安定して圧縮着火燃焼が制御可能ではない、又はステップ１７０４で現在の運転領域が排気の悪化しない領域内にないときには一連の動作を終了する。
【００５１】
ステップ１７０５では、火花点火から圧縮着火切り替え要求フラグをオンにして一連の動作を終了する。
一方、ステップ１７０２にて、現在の燃焼が圧縮着火の場合には、ステップ１７０６に進んで、圧縮着火許可条件が不成立か否かをチェックし、許可条件が不成立の場合、すなわち、ＹＥＳのときには、ステップ１７０８に進み、ステップ１７０６で許可条件が成立のときにはステップ１７０７に進んで、燃焼悪化が生じているか否かをチェックする。ここでは、クランク角度センサ９の信号等に基づいた失火チェック、及びＮＯｘセンサ８の信号等に基づいた燃焼異常のチェックする。そして、燃焼悪化が検出された場合、すなわち、ＹＥＳのときにはステップ１７０８に進み、圧縮着火から火花点火への切り替え要求フラグをオンにして一連の動作を終了する。なお、燃焼悪化が検出されないときには一連の動作を終了する。
【００５２】
したがって、排気制御装置１０Ａの燃焼判定部１１０１は、圧縮着火が可能であるかの判断部に加えて、排気を悪化せずに切り替え可能である領域においてのみ燃焼の切り替えが行われるので、切り替え時の排気悪化が防止できる。
【００５３】
また、さらに圧縮着火時において燃焼悪化をモニタし、燃焼悪化が検出された場合には速やかに火花点火に戻されているので、圧縮着火運転時の排気悪化も防止できる。さらに、燃焼悪化の判定にＮＯｘセンサ８の出力を用いることで、混合気の不均質性に基づくＮＯｘ排出量の増加等、回転変動では分からない微妙な排気悪化も検出することができる。
【００５４】
図１８は、排気制御装置１０Ａの切り替え制御部１１０２において火花点火から圧縮着火に切り替えるときの一例の動作フローチャートである。
ステップ１８０１では、圧縮着火に切り替えるための目標ＥＧＲ量を演算し、この目標ＥＧＲ量に応じてリッチになるのを防止するための目標空気量を設定する。そして、ステップ１８０２では、目標ＥＧＲ量及び目標空気量を実現するためのスロットル２の目標スロットル開度ＴＶ１及び排気弁５の目標リフト量ＥＶ１を設定する。
【００５５】
ステップ１８０３では、切り替えを始める気筒１２を設定し、ステップ１８０４では、スロットル２の開度をＴＶ１だけ開く。
ステップ１８０５では、切り替える気筒１２が膨張行程に入るまで待ってステップ１８０６に進み、排気弁５のリフト量をＥＶ１だけ下げ、ステップ１８０７で切り替える気筒１２が圧縮行程に入るまで待ち、ステップ１８０８で点火時期を圧縮着火時期よりも後にリタードして一連の動作を終了する。
【００５６】
したがって、排気制御装置１０Ａの切り替え制御部１１０２は、運転領域毎に適切な内部ＥＧＲを演算し、排気弁５のリフト量を設定することによって、圧縮着火に着実に移行でき、また、内部ＥＧＲ量に応じた目標空気量を設定し、予めスロットル２を開くことによって空燃比がリッチになり、排気の悪化を防止することができる。
【００５７】
さらに、点火時期を圧縮着火時期よりも後にリタードすることによって、火花点火から圧縮着火への移行時に、万が一、圧縮着火しない場合でも、火花点火による燃焼が起こるので、失火による排気悪化を防止することができる。
【００５８】
図１９は、排気制御装置１０Ａの切り替え学習部１１０４の動作フローチャートである。
ステップ１９０１では、火花点火時の排気悪化があったか否かを判定し、排気悪化がある場合、すなわち、ＹＥＳのときにはステップ１９０２に進み、排気悪化がなければステップ１９０３に進む。
【００５９】
ステップ１９０２では、目標空気量を減らすように学習する。つまり、火花点火時の排気悪化要因は、空燃比がリーンになりすぎたためであるので、目標空気量を小さくする、より具体的には、スロットル２の開度ＴＶ１を小さくすることで排気の悪化を防止する。
【００６０】
ステップ１９０３では、圧縮着火時の排気悪化があったか否かを判定し、排気悪化がある場合、すなわち、ＹＥＳのときにはステップ１９０４に進み、排気悪化がなければステップ１９０５に進む。この圧縮着火時の排気悪化は、ＥＧＲが十分には入らず圧縮時の気筒１２内温度が圧縮着火に至らないためであるので、ステップ１９０４にて目標ＥＧＲ量を増やすように学習する。より具体的には、排気弁５のリフト量ＥＶ１を小さくすることで排気の悪化を防止する。
【００６１】
次に、ステップ１９０５では、ステップ１９０２或いはステップ１９０４で設定された各学習値と、スロットル２や排気弁５の稼働範囲等で決まる所定値とを比較し、前記学習値が前記所定値以下であるか否かを判定し、前記学習値が前記所定値以下である場合、すなわち、ＹＥＳのときには一連の動作を終了し、一方、前記学習値が前記所定値を越えていたときには、ステップ１９０６に進み、当該領域での切り替えを禁止する。
【００６２】
したがって、排気制御装置１０Ａの切り替え学習部１１０４は、火花点火時における空気量制御の制御量を学習で適切に設定することにより排気の悪化を防止でき、また、圧縮着火時における内部ＥＧＲ制御の制御量を学習で適切に設定することにより排気の悪化を防止でき、さらに、学習による制御量の設定量が所定値範囲を超えている場合には、その領域での切り替えを禁止することによっても排気の悪化を防止できる。
【００６３】
ここで、切り替え学習部１１０４において、火花点火から圧縮着火への切り替えは、ストイキで行うのが原則であるが、いくつかの例外がある。
図２０は、その例外の一つであり、燃料カット運転後の燃料リカバを圧縮着火で行う場合について示したものであり、燃料リカバ時の火花点火から圧縮着火への切り替え制御時における、スロットル２の操作量、排気弁５のリフト量、点火プラグ４の点火タイミング、インジェクタ３の燃料噴射パルス幅の各目標値を時系列に沿って示したものである（図面上方に向かってそれぞれ、スロットル開放、リフト量増加、点火時期進角、燃料パルス幅増加を表す）。
【００６４】
ここでは、減速時に燃料カットし、その後燃料リカバを圧縮着火運転によって行っている例である。スロットル２を閉じ、回転数が所定値以下になったときに燃料供給を開始して圧縮着火によって動力を発生させため、排気弁５のリフト量を下げて排気を閉じこめ、燃料を噴射する気筒１２の点火時期をリタードして圧縮着火に移行させる。
【００６５】
図２１は、図１３と同様に、このときの空気量、空燃比、触媒前後のＮＯｘを示したものである。
まず、燃料カット中はＮＯｘが発生しないため、三元触媒７前後のＮＯｘ検出値は０となる。よって、燃料カット中のＮＯｘ値によってセンサ８の診断及びキャリブレーションができるがこれについては後述する。
【００６６】
この切り替えにおける問題は、燃料カット中は燃焼が行われないために排気温度が下がることである。このため、燃料カット時間が長い場合、図２２に示すように、圧縮着火できずにリタードした点火信号による火花点火による燃焼が起こり、スパイク状にＮＯｘ濃度が変化する場合がある。したがって、図２１のように、燃料リカバを圧縮着火で行える時間ＦＣ１を予め実験或いはシミュレーションにより求めておき、燃料カット後の所定時間（ＦＣ１）内であれば圧縮着火で燃料リカバをし、そうでなければ空燃比をストイキに制御して、火花点火で燃料リカバを実現する必要がある。そして、圧縮着火で燃料リカバを行い、ＮＯｘがスパイク状に発生してしまった場合には、前記ＦＣ１を短くするように学習すれば、排気の悪化をさらに確実に防止できる。
【００６７】
次は、上述の火花点火から圧縮着火とは逆に、排気制御装置１０Ａの切り替え学習部１１０４による圧縮着火から火花点火に切り替える制御について説明する。
図２３は、定常時におけるスロットル２の操作量、排気弁５のリフト量、点火プラグ４の点火タイミング、インジェクタ３の燃料噴射パルス幅の各目標値を時系列に沿って示したものである（図面上方に向かってそれぞれ、スロットル開放、リフト量増加、点火時期進角、燃料パルス幅増加を表す）。
【００６８】
圧縮着火から火花点火への切り替え要求に基づき、まず、空燃比をストイキに戻すためにスロットル２を閉じ、次に、内部ＥＧＲを減らすために排気弁５のリフトを大きくする。そして、点火信号をオンにして内部ＥＧＲが抜けた気筒１２から点火信号を進角させて火花点火に切り替える。なお、このときポンプロスの増加及び燃焼効率の悪化が伴うため、火花点火運転時の燃料パルス幅は、圧縮着火運転時の燃料パルス幅よりも増量させることでトルク段差が無く切り替えることできる。
【００６９】
図２４は、排気制御装置１０Ａによる本制御を実行した時の気筒１２内の空気量、空燃比、触媒７前後のＮＯｘ濃度を時系列で示したものである（図面上方に向かって空気量増加、空燃比リーン、ＮＯｘ濃度増加を示す）。
【００７０】
図示のように、圧縮着火から火花点火へと切り替えるときには空気量は減少し、空燃比は、リーン（或いはストイキ）からストイキへと変化する。また、触媒７の下流のＮＯｘは、切り替え前後で一定であるが、触媒７の上流のＮＯｘは、火花点火に切り替わると増加している。
図２５は、排気制御装置１０Ａによる圧縮着火運転時の排気空燃比をストイキに制御するための一例を示したものである。
【００７１】
排気制御装置１０Ａは、圧縮着火の運転時における膨張行程から排気行程の間に、空燃比合わせを行うべく２回の副燃料噴射が行われており、空燃比をストイキに制御している。
この副燃料噴射による燃料は、ほとんどトルクに関与しないため、トルク段差を伴わずに排気空燃比をストイキに制御することができる。
【００７２】
図２６は、圧縮着火から火花点火時への切り替え時における排気悪化の一例を示したものである。
これは、圧縮着火から火花点火への切り替え時に空燃比をストイキに戻す前に火花点火が行われたためにＮＯｘが悪化している状態である、したがって、このような場合は、図２５で示した空燃比合わせの燃料量を増加するように学習することにより、排気悪化防止が可能である。或いは切り替え時間が長くなるものの、点火時期を進角させるタイミングを遅くしても同様の効果が得られる。
【００７３】
次に、図２７は、切り替え制御部１１０２において、加速時に圧縮着火から火花点火に切り替える場合の一例を示したものである。
つまり、スロットル及び燃料パルス幅を制御して圧縮着火時の空燃比をストイキ近傍まで近づけ、排気弁５のリフト量を大きくして内部ＥＧＲを筒内から減らし、点火信号を進角させることにより、圧縮着火から火花点火へと燃焼を切り替えている。なお、圧縮着火から火花点火への切り替え時の時トルクショックが大きい場合には、点火進角量を目標値より小さくすることでトルクショックを低減することが好ましい。
【００７４】
図２８は、切り替え制御部１１０２による本制御を行ったときの空気量、空燃比、及び触媒前後のＮＯｘ値を示す。
空気量は加速に伴って増加し、空燃比はリーンからストイキへと移行する。また、触媒７の下流のＮＯｘは切り替え前後でほぼ一定だが、触媒７の上流のＮＯｘは火花点火へ切り替え後に急激に上昇している。
【００７５】
図２９は、切り替え時に排気が悪化した例を示したものである。
ここでは、圧縮着火から火花点火へ切り替える場合に、リーンの空燃比で火花点火を行ったためにスパイク状にＮＯｘが排出されていることが分かる。
【００７６】
したがって、排気悪化を防止するためには、切り替え制御部１１０２のように、燃料噴射の増量分を多くするか、或いは点火進角タイミングを遅くするように学習する必要がある。
【００７７】
次に、排気制御装置１０Ａによる圧縮着火運転時の排気制御について説明する。
図３０は、圧縮着火時における燃焼異常をＮＯｘセンサで検出し、燃焼悪化時には燃焼改善或いは圧縮着火を禁止して排気悪化を防止する動作フローチャートである。
【００７８】
ステップ３００１では、ＮＯｘセンサ８及び三元触媒７の診断を行う。これについては後述するが、例えば、排気制御装置１０Ａに備えられたＮＯｘセンサ８の異常を診断するＮＯｘ検出器診断手段において行われる。
【００７９】
ステップ３００２では、ＮＯｘセンサ８の故障や三元触媒７の劣化が無いことをチェックし、劣化や故障がない場合、すなわち、ＹＥＳのときにはステップ３００３に進み、一方、劣化や故障があるときには、一連の動作を終了する。
【００８０】
ステップ３００３では、現在の運転状態が圧縮着火運転であるか及び空燃比がリーンであるか否かをチェックし、圧縮着火運転、かつ、リーン空燃比である場合、すなわち、ＹＥＳのときにはステップ３００４に進み、一方、圧縮着火運転、かつ、リーン空燃比でないときには、一連の動作を終了する。
【００８１】
ステップ３００４では、ＮＯｘ検出値と燃焼悪化しきい値ＮＯｘＨＬとを比較する。この燃焼悪化しきい値ＮＯｘＨＬは、検出クライテリアによって決まる値であり、空気流量が多ければ小さい値となる。そして、ＮＯｘ検出値が燃焼悪化しきい値ＮＯｘＨＬ以上である、すなわち、ＹＥＳのときにはステップ３００５に進み、一方、ＮＯｘ検出値が燃焼悪化しきい値ＮＯｘＨＬ以下のときには、一連の動作を終了する。
【００８２】
ステップ３００５以降は、燃焼改善制御手段において、圧縮着火燃焼の改善のため燃料の微粒化或いは混合気均質化を目的とした制御を行う。
具体的には、排気制御装置１０Ａは、圧縮着火の運転時におけるＮＯｘセンサ８の検出値に基づいて燃焼悪化を検出する燃焼悪化検出手段と、該燃焼悪化検出手段によって燃焼悪化が検出された場合に圧縮着火の燃焼改善を行う燃焼改善制御手段とを備えており、前記燃焼悪化検出手段によって燃焼悪化が検出された場合には、前記燃焼改善制御手段は、空燃比センサ６の出力がストイキになるように空燃比を制御している。
【００８３】
つまり、ステップ３００５では、前記燃焼改善制御手段にて、例えば、通常よりも燃圧を上げる、タンブルコントロールバルブ或いはスワールコントロールバルブを通常よりも閉めて筒内流動を強化する、若しくは圧縮着火時の空燃比をリーンにする、若しくはＥＧＲ量を増やす等の制御を行い、混合気の均質化を図る制御を実施し、これでも燃焼改善されない場合（ＮＯｘ検出値が所定値以下にならずに、ＮＯｘセンサ８の異常が判定されたとき）には、インジェクタ３に付着したデポを焼くために、燃焼を火花点火に切り替えて高負荷運転を所定時間行うまで圧縮着火を禁止する。そして、これらの燃焼改善制御を行った後、ステップ３００６に進み、燃焼改善効果があるか否かをチェックして、燃焼改善効果がある場合には一連の動作を終了し、燃焼改善効果が無いときには、ステップ３００７に進み、圧縮着火運転の時であっても空燃比センサ６の出力がストイキになるように空燃比を制御し、排気を三元触媒７で浄化させることとする。
【００８４】
次に、ＥＣＵ１０の診断装置１０Ｂについて説明する。
本実施形態のＥＣＵ１０は、上述のように排気制御装置１０Ａのほか、排気悪化を防止するべく、三元触媒７下流側に設けられたＮＯｘセンサ８の出力信号に基づいてＮＯｘセンサ８の劣化の診断等を行う診断装置１０Ｂを備えている。
【００８５】
具体的には、図３０のステップ３００１において行われるＮＯｘセンサ８の診断は、例えば、図３１に示されているように、ＥＣＵ１０に備えられた燃料カット手段が、減速時に燃料噴射を中止させ、この燃料カット中のＮＯｘ検出値に基づいて行われる。つまり、燃料カット中には燃焼が行われないため、ＮＯｘが排出されず、燃料カット中のＮＯｘ検出値が０になることから、ＥＣＵ１０に備えられた燃料リカバ手段による燃料リカバの際には三元触媒７内の空燃比がリーンとなるため、若干のＮＯｘが排出される場合が多い。したがって、燃料カット中のＮＯｘ検出値の下限値と、燃料リカバ中のＮＯｘ検出値、より具体的には、燃料リカバ直後のＮＯｘピーク値との差ΔＮＯｘ１を求め、この値が所定値以下であればＮＯｘセンサが劣化していると判断するものである。
【００８６】
また、図３０のステップ３００１において行われる三元触媒７の劣化を診断は、例えば、図３２の触媒が正常である時の触媒前の空燃比と触媒内の貯蔵酸素量及びＮＯｘ検出値との関係にも示されているように、三元触媒７の上流側の空燃比センサ６と、三元触媒７の下流側のＮＯｘセンサ８との各出力を用い、三元触媒７が正常であれば、空燃比がストイキからリーン又はリッチに外れても、三元触媒７内に酸素が貯蔵されるために三元触媒７の下流のＮＯｘはほとんど変動しないことが分かる。
【００８７】
一方、図３３に示すように、三元触媒７が劣化してくると、酸素を貯蔵できる貯蔵限界が低くなり、この限界量を超えたところではＮＯｘが触媒内で浄化できず、スパイク状のＮＯｘが検出されるようになる。
【００８８】
したがって、ＥＣＵ１０に備えられた空燃比制御手段が、空燃比センサ６の出力を目標空燃比に近づけるように制御し、診断装置１０Ｂは、前記目標空燃比がストイキに設定されたときのＮＯｘセンサ８の出力信号に基づいて三元触媒７の劣化を診断している。例えば、空燃比の振幅とＮＯｘ検出値との相関が所定値を越えた場合、空燃比の振幅が所定範囲内のときのＮＯｘ検出値が所定値を越えたとき、或いはＮＯｘ検出値を周波数変換した際の高周波数特性のパワーが所定値を越えたとき等には三元触媒７の劣化を診断している。
【００８９】
また、図３０のステップ３００４において行われる燃焼悪化の検出もまた、診断装置１０Ｂにて行われる。つまり、診断装置１０Ｂは、前記圧縮着火の運転時におけるＮＯｘセンサ８の検出値と、前記燃焼悪化しきい値との比較から燃焼悪化を検出しており、より具体的には、診断装置１０Ｂは、空燃比センサ６の出力がリーンである場合に、圧縮着火の燃焼悪化の検出を行う燃焼悪化検出手段を備えており、該燃焼悪化検出手段にて比較判定が行われる。
以上のように、本発明の前記各実施形態は、上記の構成としたことによって次の機能を奏するものである。
【００９０】
すなわち、前記実施形態のＥＣＵ１０の排気制御装置１０Ａは、圧縮自己着火エンジンにおいて、排気管１３の三元触媒７の下流側にＮＯｘセンサ８が配置され、該ＮＯｘセンサ８の検出値に基づいて、火花点火と圧縮着火との燃焼切り替え時、火花点火時、及び圧縮着火時において三元触媒７で排気が浄化されているかを監視できるので、各運転時及び移行時の排気悪化を防止することができ、さらに、前記ＥＣＵ１０の診断装置１０Ｂは、ＮＯｘセンサ８及び三元触媒７の診断、並びに圧縮着火時の燃焼の診断をも行うことができるので、各機器類の劣化等の場合における排気悪化をも防止することができる。
【００９１】
また、前記ＥＣＵ１０による排気悪化の防止を行う前記構成は、圧縮自己着火エンジンにおける最小システムとなることから、エンジン製造コストの低廉化等を図ることができる。
【００９２】
以上、本発明の一実施形態について詳説したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の精神を逸脱しない範囲で、設計において種々の変更ができるものである。
【００９３】
例えば、前記各実施形態では、図６において、圧縮着火時の吸排気弁５のリフト量、及びリフト時間を変えることにより、排気を閉じこめて前記内部ＥＧＲを増加させる方法を示しているが、この方法以外にも吸排気弁５のバルブオーバーラップを増やして排気を吸気側に吹き戻させる如くの内部ＥＧＲを増加させる方法によっても内部ＥＧＲの制御を行うことができ、また、排気管１３と吸気管１２とを繋ぐバイパス流路を設け、そのバイパス流路途中に設置されたバルブの開度によって排気を吸気側に引き戻す外部ＥＧＲ制御を併用しても良く、これらの場合にも前記と同様の効果を得ることができるものである。
【００９４】
また、図３０のステップ３００４では、ＮＯｘセンサ８のノイズの影響を避けるため、ＮＯｘ検出値の重みつき平均値と所定値とを比較しても良く、さらに、図３４に示すように、ＮＯｘ検出値が所定時間ＴＮＯｘよりも多くＮＯｘＨＬを越えたときには、前記ステップ３００５に進むようにしても良い。
【００９５】
【発明の効果】
以上の説明から理解できるように、本発明の圧縮着火エンジンの制御装置は、三元触媒の下流に備えられたＮＯｘ検出器の出力信号に基づいて排気制御及び診断をするので、該エンジンの最小のシステムを構築することができるとともに、燃焼切り替え時のほか、圧縮着火運転時の排気悪化を防止することができ、しかも、ＮＯｘ検出器、三元触媒等の各種診断をも行うこともできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】火花点火運転と圧縮着火運転の燃焼温度とＮＯｘ排出量の関係を示す図。
【図２】火花点火と圧縮着火の運転領域或いは切り替え可能領域を示す図。
【図３】本発明の実施形態の圧縮着火エンジンの制御装置を筒内噴射エンジンに適用したときのシステム構成図。
【図４】図３のエンジン制御装置による火花点火運転時の１サイクル制御を示す図。
【図５】図３のエンジン制御装置による圧縮着火運転時の１サイクル制御を示す図。
【図６】図３のエンジン制御装置による火花点火と圧縮着火運転時の排気弁プロフィールを示す図。
【図７】図３のエンジン制御装置による空燃比及びＮＯｘ検出値に基づいた空燃比制御のブロック図。
【図８】図３の排気制御装置による火花点火運転時の空燃比及びＮＯｘ検出値のチャート。
【図９】図７の目標空燃比演算部の出力例を示す図。
【図１０】空燃比センサ故障時における図７の燃料噴射量演算部の補正量演算例を示す図。
【図１１】図３の排気制御装置による切り替え制御部分の制御ブロック図。
【図１２】図１１の燃焼切り替え制御（火花点火から圧縮着火）時の制御信号１を示す図。
【図１３】図１２の正常時における各種センサ出力１を示す図。
【図１４】図１２の空気量制御ミスによる異常時における各種センサ出力２を示す図。
【図１５】図１２のＥＧＲ制御ミスによる異常時における各種センサ出力３を示す図。
【図１６】図１１の排気制御の動作フローチャート。
【図１７】図１１の燃焼判定部の動作フローチャート
【図１８】図１１の燃焼切り替え制御部の動作フローチャート。
【図１９】図１１の切り替え学習部の動作フローチャート。
【図２０】図１１の燃焼切り替え制御（火花点火から圧縮着火）時の制御信号２を示す図。
【図２１】図２０の正常時における各種センサ出力１を示す図。
【図２２】図２０の燃料リカバ制御ミスによる異常時における各種センサ出力２を示す図。
【図２３】図１１の燃焼切り替え制御（圧縮着火から火花点火）時の制御信号１を示す図。
【図２４】図２３の正常時における各種センサ出力１を示す図。
【図２５】図２３の排気制御装置による圧縮着火運転時の１サイクル制御を示す図。
【図２６】図２３の燃料制御ミスによる異常時における各種センサ出力２を示す図。
【図２７】図１１の燃焼切り替え制御（圧縮着火から火花点火）時の制御信号２を示す図。
【図２８】図２７の正常時における各種センサ出力１を示す図。
【図２９】図２７の燃料制御ミス或いは点火時期制御ミスによる異常時における各種センサ出力２を示す図。
【図３０】図３の診断装置を備えたエンジン制御装置による圧縮着火運転時の排気制御の動作フローチャート。
【図３１】図３０の診断装置によるＮＯｘセンサ診断を示す図。
【図３２】図３０の診断装置による三元触媒正常時の触媒診断を示す図。
【図３３】図３０の診断装置による三元触媒異常時の触媒診断を示す図。
【図３４】図３０の診断装置による燃焼悪化時のＮＯｘセンサ出力を示す図。
【符号の説明】
１ エアフローセンサ
２ スロットル
３ インジェクタ
４ 点火プラグ
５ 吸排気弁
６ 空燃比検出器
７ 三元触媒
８ ＮＯｘ検出器
１０ 制御装置（ＥＣＵ）
１３ 排気管
５０ 圧縮自己着火エンジン
７０１ 空燃比制御手段（燃料噴射量演算部）
７０２ 目標空燃比演算手段
１１０２ 燃焼切り替え手段
１１０３ 排気悪化要因推定手段
１１０４ 切り替え学習手段

Claims (23)

1. 燃料及び空気の予混合気を圧縮して着火させる圧縮着火エンジンの排気管に設置された三元触媒と、該三元触媒の上流側にて空燃比を検出する空燃比検出器と、前記三元触媒の下流側にてＮＯｘを検出するＮＯｘ検出器と、を備え、
   火花点火と圧縮着火とを切り替える燃焼切り替え手段と、該切り替え時のＮＯｘ検出値に基づいて排気悪化要因を推定する排気悪化要因推定手段と、該排気悪化要因に基づいて前記燃焼切り替え手段の制御量又は制御対象を学習する切り替え学習手段とを備え、
   前記ＮＯｘ検出器により求められるＮＯｘスパイクに基づいて排気悪化の要因を分析する手段を有することを特徴とする圧縮着火エンジンの制御装置。
2. 前記ＮＯｘスパイクに基づいて排気悪化の要因を分析する手段は、前記ＮＯｘスパイクの発生時期に基づいて排気悪化の要因を分析する手段であることを特徴とする請求項１記載の圧縮着火エンジンの制御装置。
3. 前記排気悪化の要因を分析する手段は、ＮＯｘの発生が空気量制御のずれなのか又はＥＧＲ制御のずれなのかを判断することを特徴とする請求項１又は２記載の圧縮着火エンジンの制御装置。
4. 前記切り替え学習手段は、点火時期を学習することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の圧縮着火エンジンの制御装置。
5. 前記切り替え学習手段は、スロットル制御量を学習することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の圧縮着火エンジンの制御装置。
6. 前記切り替え学習手段は、燃料噴射量を学習することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の圧縮着火エンジンの制御装置。
7. 前記切り替え学習手段は、前記圧縮着火に切り替える以前の燃料カット時間を学習することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の圧縮着火エンジンの制御装置。
8. 前記切り替え学習手段は、目標空気量又は目標ＥＧＲ量を学習することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の圧縮着火エンジンの制御装置。
9. 前記切り替え学習手段は、前記火花点火と前記圧縮着火とによる燃焼切り替え領域を学習することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の圧縮着火エンジンの制御装置。
10. 前記制御装置は、前記圧縮着火の運転時における膨張から排気行程の間に燃料噴射を行うことを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載の圧縮着火エンジンの制御装置。
11. 前記制御装置は、前記空燃比検出器の出力を目標空燃比に近づけるように制御する空燃比制御手段と、前記三元触媒の浄化率が最適になるように前記目標空燃比を演算する目標空燃比演算手段とを備え、該目標空燃比演算手段は、前記ＮＯｘ検出器の出力信号に基づいて前記目標空燃比を演算することを特徴とする請求項１から１０のいずれか一項に記載の圧縮着火エンジンの制御装置。
12. 前記制御装置は、前記ＮＯｘ検出値が所定値を越えた場合には、前記目標空燃比を一時的にリッチ側に設定することを特徴とする請求項１１記載の圧縮着火エンジンの制御装置。
13. 前記制御装置は、前記ＮＯｘ検出器の異常を診断するＮＯｘ検出器診断手段を備え、前記ＮＯｘ検出器の異常が判定された場合には、前記空燃比検出器の出力がストイキになるように空燃比を制御することを特徴とする請求項１から１２のいずれか一項に記載の圧縮着火エンジンの制御装置。
14. 前記制御装置は、前記圧縮着火燃焼時におけるＮＯｘ検出値に基づいて燃焼悪化を検出する燃焼悪化検出手段を備えることを特徴とする請求項１から１３のいずれか一項に記載の圧縮着火エンジンの制御装置。
15. 前記燃焼悪化検出手段は、前記空燃比検出器の出力がリーンである場合に、前記圧縮着火燃焼時における燃焼悪化を検出することを特徴とする請求項１４記載の圧縮着火エンジンの制御装置。
16. 前記制御装置は、前記燃焼悪化検出手段によって燃焼悪化が検出された場合に前記圧縮着火の燃焼改善を行う燃焼改善制御手段とを備えることを特徴とする請求項１４又は１５記載の圧縮着火エンジンの制御装置。
17. 前記制御装置は、前記燃焼改善制御手段の実施後に、前記排気悪化検出手段によって燃焼悪化が検出された場合には、前記空燃比検出器の出力がストイキになるように空燃比を制御することを特徴とする請求項１６記載の圧縮着火エンジンの制御装置。
18. 前記制御装置は、前記空燃比検出器の異常を検出する空燃比検出器診断手段を備え、該空燃比検出器の異常が診断された場合には、前記ＮＯｘ検出器の出力信号に基づいて燃料噴射量を補正することを特徴とする請求項１から１７のいずれか一項に記載の圧縮着火エンジンの制御装置。
19. 前記制御装置は、前記ＮＯｘ検出器及び／又は前記三元触媒の劣化を診断して排気悪化を防止することを特徴とする請求項１から１８のいずれか一項に記載の圧縮着火エンジンの制御装置。
20. 前記制御装置は、減速時に燃料噴射を中止させる燃料カット手段を備え、該燃料カット中の前記ＮＯｘ検出器の出力信号に基づいて前記ＮＯｘ検出器の劣化を診断することを特徴とする請求項１９記載の圧縮着火エンジンの制御装置。
21. 前記制御装置は、前記燃料カット後に燃料噴射を再開させる燃料リカバ手段を備え、該燃料リカバ中の前記ＮＯｘ検出値と前記燃料カット中の前記ＮＯｘ検出値との差が所定値以下である場合には、前記ＮＯｘ検出器の異常と判定することを特徴とする請求項２０記載の圧縮着火エンジンの制御装置。
22. 前記制御装置は、前記空燃比検出器の出力を目標空燃比に近づけるように制御する空燃比制御手段を備え、前記目標空燃比がストイキに設定されたときの前記ＮＯｘ検出器の出力信号に基づいて前記三元触媒の劣化を診断することを特徴とする請求項１９から２１のいずれか一項に記載の圧縮着火エンジンの制御装置。
23. 請求項１から２２のうち、少なくともいずれか一項に記載の前記圧縮着火エンジンの制御装置を備えたことを特徴とする自動車。

Images