JP3945174B2

JP3945174B2 - 内燃機関の燃焼制御装置

Info

Publication number: JP3945174B2
Application number: JP2001073138A
Authority: JP
Inventors: 明宏榊田; 浩幸小松; 昌嗣今津; 明裕飯山
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2001-03-14
Filing date: 2001-03-14
Publication date: 2007-07-18
Anticipated expiration: 2021-03-14
Also published as: JP2002276442A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば自動車用ガソリン機関のような４サイクル型の直噴火花点火圧縮自己着火式内燃機関において、圧縮自己着火燃焼のために、複数の燃料噴射と、点火とにより、所望の燃焼時期を得る内燃機関の燃焼制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
圧縮自己着火燃焼は、燃焼室の多点で燃焼が開始されるため、通常の火花点火燃焼（火花によって生起した火炎を燃焼室全体に伝播させる燃焼）に比べて、よりリーンな空燃比でも安定燃焼が得られるため、燃費を向上させることが可能である。また、非常にリーンな空燃比の混合気を燃焼させるために燃焼温度が低下し、ＮＯｘの発生量を大幅に低減できるメリットもある。
【０００３】
しかしながら、従来の圧縮自己着火燃焼では、ピストンの圧縮による温度と圧力の変化に応じて進行する燃料の予反応速度に燃焼開始時期（自己着火時期）が支配されていたため、外部環境状態（吸入する空気の温度や圧力）の変化やシリンダ壁温、ＥＧＲ量等の変化によって圧縮行程中の温度・圧力履歴が変化すると、過早着火による急激な筒内圧力上昇や着火時期の遅れによる不安定燃焼が発生するという問題があった。
【０００４】
このような問題を解決する技術としては、特開平１０−１９６４２４号公報に開示されたものがある。この技術では、ピストンの圧縮作用だけでは圧縮上死点までの間に自己着火が発生しないようにしておき、圧縮上死点付近で付加的な温度上昇を与えて自己着火を発生させるようにしている。
この従来技術によれば、圧縮行程中の温度・圧力履歴が多少変化しても、任意の時期に自己着火を発生させることが可能となる。
【０００５】
上記の技術を具体的に実施可能とする方法としては、特開平１１−２１０５３９号公報に開示されたものがあり、既存の点火プラグを用いて付加的な温度上昇を与えるようにしている。すなわち、この技術では、ＥＧＲ量、吸気弁の開弁時期、圧縮比、過給圧、排気弁の開弁時期のいずれかを調整して、圧縮行程末期における筒内温度を目標温度範囲内に制御し、筒内温度が目標温度範囲内となったときに火花点火を実行して筒内温度を付加的に上昇させ、これにより残りの燃料を自己着火させるようにしている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、筒内の空燃比を大幅にリーン化した場合、火花点火で生じた火炎が伝播する範囲は非常に狭くなり、付加的に与えることができる温度上昇幅が小さくなる。この場合、圧縮行程中の温度・圧力履歴の変化に対する許容幅が小さくなり、着火時期の制御が難しくなる。一方、リーンの度合いを小さくした場合、火炎伝播燃焼の範囲を拡大することは可能となるが、ＮＯｘ低減効果は減少することとなる。
【０００７】
尚、前記特開平１１−２１０５３９号公報には筒内の混合気を成層化することも記載されており、筒内全体の空燃比を大幅にリーン化しつつ点火プラグ近傍に比較的リッチな混合気層を形成することができれば、火花点火による付加的な温度上昇幅の確保とＮＯｘ低減効果の確保とを両立させることが可能であると考えられる。
【０００８】
しかしながら、このような成層状態を実現するには複雑な燃焼室形状が必要となり、通常の火花点火燃焼を行う高負荷運転時の出力性能を悪化させる要因となる。
本発明は、かかる課題に鑑みたもので、複雑な燃焼室形状を採用することなしに、自己着火燃焼によるＮＯｘ低減効果を確保しつつ、自己着火時期の制御を確実に行うことができるようにすることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明では、前記課題を解決するために、燃焼室内に直接燃料を噴射する燃料噴射装置と、点火プラグとを備え、燃焼室内に形成した混合気を自己着火により燃焼させる内燃機関の燃焼制御装置において、圧縮行程前半までの期間に第１の燃料噴射を行い、この燃料噴射で燃焼室内に形成した混合気に対し点火プラグにより火花点火を行って、点火プラグ近傍の燃料を燃焼させ、その後に第２の燃料噴射を行って、燃料噴霧の一部を点火プラグ近傍へ達しさせて着火させ、この火炎を噴霧領域全体に伝播させて燃焼させ、この燃焼による燃焼室内の温度圧力上昇により前記第１の燃料噴射により形成された混合気中の残りの燃料を自己着火燃焼させる一方、前記火花点火によって生じる燃焼における燃焼圧力の立ち上がり速度を検出する手段と、前記燃焼圧力の立ち上がり速度に応じて、前記第２の燃料噴射の噴射時期を制御する手段と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
請求項２の発明では、前記第２の燃料噴射の噴射時期を制御する手段は、前記燃焼圧力の立ち上がり速度が設定値より速い場合に、前記第２の燃料噴射の噴射時期を遅角し、前記燃焼圧力の立ち上がり速度が設定値より遅い場合に、前記第２の燃料噴射の噴射時期を進角することを特徴とする。
【００１２】
請求項３の発明では、前記第２の燃料噴射の噴射量は、高回転、高負荷になるにつれて増量することを特徴とする。
請求項４の発明では、前記第１の燃料噴射の噴射時期は、低負荷、高回転になるにつれて遅角することを特徴とする。
請求項５の発明では、前記火花点火の点火時期は、高回転、高負荷になるにつれて遅角することを特徴とする。
【００１３】
請求項６の発明では、前記第２の燃料噴射の噴射時期は、高回転、高負荷になるにつれて遅角するよう予め設定されていることを特徴とする。
【００１４】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、次のようなプロセスで燃焼が行われる。
（１）第１の燃料噴射で形成した混合気に対し火花点火を行うと、点火プラグ近傍の燃料は部分酸化反応を経て燃焼に至り、点火プラグ近傍の領域のガス温度が高温となる。
【００１５】
（２）このようなときに第２の燃料噴射を行うと、この噴射燃料が周囲の混合気より先に燃焼を開始する。これは、火花点火後の燃焼によって生じた高温のガスが着火源となって噴射燃料の一部が着火し、燃料密度が高い噴霧領域全体にこの火炎が伝播するためと考えられる。
（３）この燃焼によって燃焼室内の温度と圧力が上昇し、残りの燃料が自己着火燃焼する。
【００１６】
以上のような燃焼プロセスによれば、自己着火燃焼を制御するのに必要十分な量の燃料（第２の燃料噴射による燃料）を確実に燃焼させることができる。しかも、第２の燃料噴射による燃料を点火プラグ近傍に集中させなくてもこの噴射燃料は確実に燃焼するので、複雑な燃焼室形状を採用する必要がない。
尚、本明細書では、第１の燃料噴射で形成した混合気が火花点火によって燃焼する燃焼を１段目の燃焼と呼び、その後に発生する燃焼（第２の燃料噴射による噴射燃料の燃焼と残りの燃料の自己着火燃焼）を２段目の燃焼と呼ぶ。
【００１７】
また、火花点火によって生じる燃焼における燃焼圧力の立ち上がり速度を検出し、これに応じて、第２の燃料噴射の噴射時期を制御することで、熱発生率を好適に制御可能となる。
特に請求項２の発明のように、前記燃焼圧力の立ち上がり速度が設定値より速い場合に、第２の燃料噴射の噴射時期を遅らせることで、その後の自己着火燃焼を遅らせ、ノッキングを防ぐことができ、逆に、前記燃焼圧力の立ち上がり速度が設定値より遅い場合に、第２の燃料噴射の噴射時期を進めることで、その後の自己着火燃焼を早め、失火及び燃焼不安定を防ぐことができる。
【００１９】
請求項３の発明によれば、高回転、高負荷時に、ノッキングを防ぐために点火時期を遅らせても、第２の燃料噴射の噴射量を増加させることで、その後の自己着火を起こすことができる。これにより、圧縮自己着火燃焼運転領域を高回転、高負荷域まで広げることができる。
請求項４の発明によれば、低負荷、高回転になるにつれて、第１の燃料噴射の噴射時期を遅角させ、点火プラグ廻りに燃料を集中させることで、低負荷時に混合気濃度が低くなりすぎ、点火不能になることを防止できる。
【００２０】
請求項５の発明によれば、点火時期を、高回転、高負荷になるにつれて遅角することで、火花点火による燃焼が急激になるのを防止し、ノッキングの発生を防止できる。
請求項６の発明によれば、第２の燃料噴射の噴射時期を、高回転、高負荷になるにつれて遅角するよう予め設定することで、その後の自己着火が急激な燃焼になって、ノッキングが発生するのを防止できる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下に本発明を直噴火花点火圧縮自己着火式内燃機関である４サイクル型の自動車用ガソリン機関に適用した実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明に係る直噴火花点火圧縮自己着火式内燃機関の実施形態を示すシステム図である。
【００２２】
シリンダ１、シリンダヘッド２及びピストン３により画成される燃焼室４には、図示しないスロットル弁の制御を受けた空気が、吸気通路を構成する吸気マニフォルド５及び吸気ポート６より、吸気弁７の開時に吸入される。
シリンダヘッド２には、燃焼室４の吸気側に位置させて、燃焼室４内に直接燃料を噴射するように燃料噴射装置（燃料噴射弁）８が取付けられると共に、燃焼室４の中心部に位置させて、火花点火用の点火プラグ９が取付けられている。
【００２３】
燃焼後の排気は、排気弁１０の開時に、排気通路を構成する排気ポート１１及び排気マニフォルド１２より排出される。また、排気マニフォルド１２より排気の一部を吸気マニフォルド５に還流するＥＧＲ通路１３が設けられ、このＥＧＲ通路１３にはＥＧＲ量（ＥＧＲ率）を調整可能なＥＧＲ制御弁１４が介装されている。
【００２４】
機関制御用の電子制御装置（エンジンコントロールユニット；以下ＥＣＵという）２０は、マイクロコンピュータを内蔵しており、これには、クランク角センサ３１からのクランク角信号（これにより機関回転速度Ｎを検出可能）、アクセル開度センサ３２からのアクセル開度信号（これにより機関負荷Ｔを検出可能）が入力され、また必要により、エアフローメータ（図示せず）からの吸入空気量信号、吸気温度センサ（図示せず）からの吸気温度信号、排気温度センサ（図示せず）からの排気温度信号等も入力されている。
【００２５】
更には、筒内圧力（燃焼圧力）又はノッキングの検出のため、例えば点火プラグ９に対し座金状に取付けられる圧電式の筒内圧センサ３３が設けられ、その信号もＥＣＵ２０に入力されている。
ＥＣＵ２０は、これらの入力信号に基づいて、燃料噴射装置８、点火プラグ９、ＥＧＲ制御弁１４の作動を制御する。
【００２６】
特に、この内燃機関では、運転条件に応じた燃焼制御を行うため、ＥＣＵ２０は、運転条件に応じて火花点火燃焼と圧縮自己着火燃焼（火花点火圧縮自己着火燃焼）とのいずれの燃焼形態で運転を行うかを判断する燃焼形態判断部２１を備えると共に、その判定結果に従って燃焼パラメータを各燃焼形態にて最適となるように制御する燃料噴射量制御部２２、燃料噴射時期制御部２３、点火時期制御部２４、筒内温度制御のためのＥＧＲ率制御部２５を備えている。但し、これらはマイクロコンピュータのプログラムとして実現される。
【００２７】
次に、本実施形態での燃焼制御について説明する。
前記構成のもと、本実施形態では、機関回転速度、負荷の運転条件に応じて、火花点火燃焼と圧縮自己着火燃焼とを切換可能となっており、図２に示すように、機関回転速度Ｎと負荷Ｔとによる特定の運転領域（低中回転・低中負荷領域）において圧縮自己着火燃焼を行い、それ以外の運転領域においては火花点火燃焼を行う。
【００２８】
圧縮自己着火燃焼においては、圧縮行程前半までの期間に第１の燃料噴射を行い、この燃料噴射で形成した混合気に対し火花点火することで１段目の燃焼を行い、その後に第２の燃料噴射を行ってこの噴射燃料を燃焼（２段目の燃焼）させ、この燃焼による燃焼室内の温度圧力上昇により残りの燃料を自己着火燃焼（２段目の燃焼）させる。
【００２９】
図３には圧縮自己着火燃焼時のクランク角度に対する筒内圧力の変化の例を示している。図中の１回目の筒内圧ピークが１段目の燃焼に対応し、２回目の筒内圧ピークが２段目の燃焼に対応する。
圧縮自己着火燃焼においては、図４に示すように、圧力上昇率とノッキング強度とには相関があり、圧力上昇率が大きくなるとノッキング強度が強くなることが明らかとなっている。尚、図中の圧力上昇率ｄＰ／ｄｔmax は１サイクル中の最大圧力上昇率である。
【００３０】
また、図５に示すように、燃焼期間の増大に伴い、燃焼期間中にピストンが下降することにより燃焼が不完全となり、燃焼効率（投入した燃料の発熱量に対する、実際に燃焼した燃料の発熱量の比）が低下することが明らかとなっている。尚、図中の燃焼期間θ10−90は、燃焼室内に噴射された燃料の１０％が燃焼したクランク角度から同燃料の９０％が燃焼したクランク角度までの期間であり、燃焼期間を表す１パラメータである。
【００３１】
従って、燃焼効率を低下させないために一定クランク角以内で燃焼を完了させる場合に、燃焼が行われる実時間が減少し単位時間当たりの圧力上昇率が増加する高回転時、及び総発熱量が増加し単位時間当たりの圧力上昇率が増加する高負荷時ほど、ノッキングが起こり易く、圧縮自己着火運転領域の拡大を困難としている。
【００３２】
図６には機関回転速度Ｎ及び負荷Ｔと燃焼時期θ50とに対する圧力上昇率ｄＰ／ｄｔmax の関係を示している。θ50は燃焼室内に噴射された燃料の５０％が燃焼したクランク角度であり、燃焼時期を表す１パラメータである。この図からわかるように、同じ回転速度あるいは同じ負荷であれば、燃焼時期を上死点から遅角するほど、圧力上昇率は低下する。これはピストンが下降する時に燃焼が行われるため、ピストン下降による圧力の低下によって燃焼時の圧力上昇率が抑えられるからである。
【００３３】
従って、燃焼室内に噴射された燃料の５０％が燃焼したクランク角度で表す燃焼時期θ50を上死点後とし、図７に示すように、機関回転速度Ｎの上昇あるいは負荷Ｔの上昇に伴い、更に遅らせるよう制御することで、ノッキングを防止でき、その結果、圧縮自己着火燃焼運転領域の拡大が可能となる。
そのため、機関の運転条件に応じて、適切な燃焼時期（２段目の燃焼の開始時期）が得られるように、第１の燃料噴射時期、第２の燃料噴射時期、１段目の燃焼を開始する点火時期、第１の燃料噴射と第２の燃料噴射との噴射量割合（全噴射量に対する第２の噴射量割合）、ＥＧＲ率などを制御するが、特に本発明では、次のような燃焼プロセスで燃焼を行わせる。
【００３４】
図８に本発明での燃焼プロセスを示す。
本発明では、第１の燃料噴射により形成された混合気に対して火花点火を行うことで１段目の燃焼を行い、その後、第２の燃料噴射を行うことで、２段目の燃焼を制御する。
図中ａの時点で、燃料噴射装置８により第１の燃料噴射を行う。これにより、燃料と空気とを十分に混合させ、筒内全域にほぼ均質な混合気を形成する。
【００３５】
図中ｂの時点で、この混合気に対して、点火プラグ９により火花点火を行う。これにより、点火プラグ９近傍の燃料が燃焼する（１段目の燃焼）。火炎が伝播した領域は高温となり、かつ、周囲の温度、圧力も上昇する。
図中ｃの時点で、燃料噴射装置８により第２の燃料噴射を行う。これにより、噴霧領域内の燃料が燃焼する。この燃焼が生じるのは、噴霧領域内は燃料密度が高くなっているため、この噴霧領域が火花点火によって形成された高温領域に達すると部分的に着火し、この火炎が噴霧領域全体に伝播するためであると考えられる。この場合、噴霧が点火プラグ９の近傍を通過するようになっているだけで十分であり、点火プラグ９の近傍に燃料を集中させる必要はない。この燃焼によって周囲の温度、圧力がさらに上昇し、残りの燃料が自己着火して、燃焼する（２段目の燃焼）。
【００３６】
このように、２段目の燃焼は、第２の燃料噴射による燃料噴霧の火炎伝播燃焼と、第１の燃料噴射により形成された混合気中の残りの燃料の自己着火燃焼と、によりなされる。
以上に基づいて行われる本発明での燃焼制御の流れをフローチャートにより説明する。
【００３７】
図９は燃焼制御のフローチャートである。
Ｓ１では、機関回転速度Ｎ、負荷Ｔを検出する。
Ｓ２では、図２のマップに基づき、機関回転速度Ｎと負荷Ｔとから、火花点火燃焼運転領域であるか、圧縮自己着火燃焼運転領域であるか、燃焼形態を判断する。火花点火燃焼を行うと判断された場合は、Ｓ３に進み、通常の火花点火燃焼の制御を行う。
【００３８】
一方、圧縮自己着火燃焼を行うと判断された場合は、Ｓ４〜Ｓ１６に示す圧縮自己着火燃焼の制御を行う。以下、この圧縮自己着火燃焼の制御について説明する。
Ｓ４では、図１１のマップに基づき、機関回転速度Ｎと負荷Ｔとから、ＥＧＲガスにより筒内温度を適度に昇温させるためのＥＧＲ率を算出する。ここで、ＥＧＲ率は、高回転、低負荷になるにつれて大きく設定される。すなわち、回転速度の上昇に伴いＥＧＲ率を増加し、燃焼時期遅角時の圧縮自己着火燃焼の安定度低下を防止する。また、低負荷ほどＥＧＲ率を増加することで圧縮自己着火燃焼の安定度低下を防止すると共に、負荷の上昇に伴いＥＧＲ率を減少することでノッキングを防止する。
【００３９】
Ｓ５では、図１２のマップに基づき、ＥＧＲ率と、実際に検出した排気温度とから、ＥＧＲ制御弁開度を算出し、制御する。ここで、ＥＧＲ制御弁開度は、ＥＧＲ率の増大に伴って大きく、また排気温度の低下に伴って大きく設定される。目標とするＥＧＲ率が大きくなるほど、ＥＧＲ制御弁開度を大きくすることは当然であるが、排気温度により筒内温度を間接的に検出し、排気温度が低くなるに従って、筒内温度上昇のためＥＧＲ制御弁開度を大側に補正し、逆に排気温度が高くなるに従って、ＥＧＲ制御弁開度を小側に補正するのである。従って、排気温度に代えて、吸気温度を用いるようにしてもよい。但し、ＥＧＲ率による燃焼時期制御を行わない場合はこれらＳ４、Ｓ５は省略される。
【００４０】
Ｓ６では、第１の燃料噴射量ｑ１及び第２の燃料噴射量ｑ２を算出する。詳しくは、先ず、図１３のマップに基づき、機関回転速度Ｎと負荷Ｔとから、全噴射量ｑに対する第２の噴射量割合Ｍを算出する。ここで、第２の噴射量割合Ｍは、高回転、高負荷になるにつれて大きく設定される。そして、第１の燃料噴射量ｑ１＝全噴射量ｑ×（１−Ｍ）、第２の燃料噴射量ｑ２＝全噴射量ｑ×Ｍとして、算出する。尚、全噴射量ｑは吸入空気量、機関回転速度、目標空燃比等から周知の方法で算出される。
【００４１】
第２の燃料噴射量ｑ２を高回転、高負荷になるにつれて増量するのは、点火時期ＩＧＴが高回転、高負荷になるにつれて遅角するよう制御されるので、その場合に、全噴射量に対する第２の噴射量割合を増加することで発熱量を増加し、引き続く圧縮自己着火燃焼を確実に行わせるためである。
Ｓ７では、第１の燃料噴射時期ＩＴ１及び第２の燃料噴射時期ＴＴ２を算出する。
【００４２】
第１の燃料噴射時期ＩＴ１は、図１４のマップに基づき、機関回転速度Ｎと負荷Ｔとから、算出する。ここで、第１の燃料噴射時期ＩＴ１は、高回転、低負荷になるにつれて遅角側に設定される。すなわち、第１の燃料噴射時期ＩＴ１を回転速度の上昇に伴い遅らせることで、混合気の分散によるリーン化を抑制し、燃焼安定性の低下を防止する。また、第１の燃料噴射時期ＩＴ１を負荷の上昇に伴い進ませることで、燃料を燃焼室内に分散させ、燃料噴射量の増加による混合気のリッチ化を抑制し、急激な圧力上昇の発生を防止する一方、低負荷ほど遅らせ、点火プラグ廻りに燃料を集中させることで、低負荷時に混合気濃度が低くなりすぎ、点火不能になることを防止する。
【００４３】
第２の燃料噴射時期ＩＴ２は、図１５のマップに基づき、機関回転速度Ｎと負荷Ｔとから、算出する。ここで、第２の燃料噴射時期ＩＴ２は、高回転、高負荷になるにつれて遅角側に設定される。すなわち、第２の燃料噴射時期ＩＴ２を、回転速度及び負荷の上昇による点火時期ＩＧＴの遅角に伴って遅らせることで、その後の自己着火が急激な燃焼になり、ノッキングが発生するのを防止する。但し、ここで設定される第２の燃料噴射時期ＩＴ２は基本設定値であり、後に補正される。
【００４４】
Ｓ８では、図１０のマップに基づき、機関回転速度Ｎと負荷Ｔとから、点火時期ＩＧＴを算出する。ここで、点火時期ＩＧＴは、高回転、高負荷になるにつれて遅角側に設定される。すなわち、点火時期ＩＧＴを回転速度及び負荷の上昇に伴い遅らせることで、火花点火燃焼に引き続く燃焼が急激な燃焼になるのを防止する。
【００４５】
Ｓ９では、第１の燃料噴射を実行する。すなわち、Ｓ７で設定された第１の燃料噴射時期ＩＴ１において、Ｓ６で設定された第１の燃料噴射量ｑ１の燃料噴射を行う。
Ｓ１０では、点火を実行する。すなわち、Ｓ８で設定された点火時期ＩＧＴにおいて、点火を行う。
【００４６】
Ｓ１１では、筒内圧センサにより点火後の筒内圧力（燃焼圧力）Ｐの変化を検出し、これに基づいて、燃焼圧力Ｐの立ち上がり速度のパラメータとして、圧力上昇率ｄＰ／ｄｔを算出する。
Ｓ１２では、検出された圧力上昇率ｄＰ／ｄｔを設定値と比較する。
比較の結果、圧力上昇率ｄＰ／ｄｔが設定値より小さい場合は、Ｓ１３へ進み、燃焼安定性の悪化を防止するため、第２の噴射時期ＩＴ２（ここでは所定クランク角位置からの進角値とする）を進角補正すべく、噴射時期補正量ΔＩＴ２を増大させる（ΔＩＴ２＝ＩＴ２＋Ｃ；Ｃは所定の増分）。
【００４７】
逆に、圧力上昇率ｄＰ／ｄｔが設定値より大きい場合は、Ｓ１４へ進み、ノッキングを防止するため、第２の噴射時期ＩＴ２を遅角補正すべく、噴射時期補正量ΔＩＴ２を減少させる（ΔＩＴ２＝ＩＴ２−Ｃ）。
Ｓ１５では、Ｓ１３又はＳ１４にて増減された噴射時期補正量ΔＩＴ２に基づいて、第２の燃料噴射時期ＩＴ２を補正する（ＩＴ２＝ＩＴ２＋ΔＩＴ２）。
【００４８】
Ｓ１６では、第２の燃料噴射を実行する。すなわち、Ｓ７にて設定され、Ｓ１５にて補正された第２の燃料噴射時期ＩＴ２において、Ｓ６で設定された第２の燃料噴射量ｑ２の燃料噴射を行う。
このように制御することで、機関回転速度及び負荷に応じた最適な時期に燃焼を行うことができ、また、火花点火による１段目の燃焼における燃焼圧力の立ち上がり速度（ｄＰ／ｄｔ）を設定値近傍にフィードバック制御して、燃焼安定性の悪化やノッキングの発生を防止できる。ここで、特にＳ１１の部分が火花点火による１段目の燃焼における燃焼圧力の立ち上がり速度を検出する手段に相当し、Ｓ１２〜Ｓ１５の部分が前記燃焼圧力の立ち上がり速度に応じて第２の燃料噴射の噴射時期を制御する手段に相当する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を示す内燃機関のシステム図
【図２】圧縮自己着火燃焼を行う運転領域を示す図
【図３】圧縮自己着火燃焼時の筒内圧力の変化を示す図
【図４】圧力上昇率とノッキング強度との関係を示す図
【図５】燃焼期間と燃焼効率との関係を示す図
【図６】回転速度、負荷、燃焼時期と圧力上昇率との関係を示す図
【図７】回転速度及び負荷に対する好ましい燃焼時期を示す図
【図８】本発明での燃焼プロセスを示す図
【図９】燃焼制御のフローチャート
【図１０】回転速度及び負荷に対する点火時期の特性図
【図１１】回転速度及び負荷に対するＥＧＲ率の特性図
【図１２】ＥＧＲ率及び排気温度に対するＥＧＲ制御弁開度の特性図
【図１３】回転速度及び負荷に対する第２の噴射量割合の特性図
【図１４】回転速度及び負荷に対する第１の燃料噴射時期の特性図
【図１５】回転速度及び負荷に対する第２の燃料噴射時期の特性図
【符号の説明】
１シリンダ
２シリンダヘッド
３ピストン
４燃焼室
５吸気マニフォルド
６吸気ポート
７吸気弁
８燃料噴射装置
９点火プラグ
１０排気弁
１１排気ポート
１２排気マニフォルド
１３ＥＧＲ通路
１４ＥＧＲ制御弁
２０ＥＣＵ
２１燃焼形態判断部
２２燃料噴射量制御部
２３燃料噴射時期制御部
２４点火時期制御部
２５ＥＧＲ率制御部
３１クランク角センサ
３２アクセル開度センサ
３３筒内圧センサ

Claims

燃焼室内に直接燃料を噴射する燃料噴射装置と、点火プラグとを備え、燃焼室内に形成した混合気を自己着火により燃焼させる内燃機関の燃焼制御装置において、
圧縮行程前半までの期間に第１の燃料噴射を行い、この燃料噴射で燃焼室内に形成した混合気に対し点火プラグにより火花点火を行って、点火プラグ近傍の燃料を燃焼させ、その後に第２の燃料噴射を行って、燃料噴霧の一部を点火プラグ近傍へ達しさせて着火させ、この火炎を噴霧領域全体に伝播させて燃焼させ、この燃焼による燃焼室内の温度圧力上昇により前記第１の燃料噴射により形成された混合気中の残りの燃料を自己着火燃焼させる一方、
前記火花点火によって生じる燃焼における燃焼圧力の立ち上がり速度を検出する手段と、前記燃焼圧力の立ち上がり速度に応じて、前記第２の燃料噴射の噴射時期を制御する手段と、を備えることを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。
前記第２の燃料噴射の噴射時期を制御する手段は、前記燃焼圧力の立ち上がり速度が設定値より速い場合に、前記第２の燃料噴射の噴射時期を遅角し、前記燃焼圧力の立ち上がり速度が設定値より遅い場合に、前記第２の燃料噴射の噴射時期を進角することを特徴とする請求項１記載の内燃機関の燃焼制御装置。
前記第２の燃料噴射の噴射量は、高回転、高負荷になるにつれて増量することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の内燃機関の燃焼制御装置。
前記第１の燃料噴射の噴射時期は、低負荷、高回転になるにつれて遅角することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の内燃機関の燃焼制御装置。
前記火花点火の点火時期は、高回転、高負荷になるにつれて遅角することを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載の内燃機関の燃焼制御装置。
前記第２の燃料噴射の噴射時期は、高回転、高負荷になるにつれて遅角するよう予め設定されていることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１つに記載の内燃機関の燃焼制御装置。