JP4126942B2 - Internal combustion engine control device - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の運転中に燃焼モード切換要求に応じて成層燃焼モードと均質燃焼モードとを切り換えて運転する内燃機関制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、低燃費、低排気エミッション、高出力の特長を兼ね備えた筒内噴射エンジンの需要が急増している。この筒内噴射エンジンは、低負荷時には、少量の燃料を圧縮行程で噴射して点火プラグの近傍に成層混合気を形成して成層燃焼させることで、低燃費、低排気エミッションの運転を行い、高負荷時には、燃料噴射量を増量して吸気行程で噴射して均質混合気を形成して均質燃焼させることで、エンジン出力を高めるようにしている。従って、筒内噴射エンジンは、エンジン運転中に負荷等に応じて要求燃焼モードを決定して、その要求燃焼モードに応じて燃焼モードを成層燃焼モードと均質燃焼モードとの間で切り換えるようにしている。
【０００３】
この燃焼モードの切換制御は、例えば特許第３２０１９３６号公報に示すように、空気系、燃料系、点火系の各制御パラメータの目標値を各燃焼モード毎にマップ等で設定し、要求燃焼モードが切り換わったときに、空気系、燃料系、点火系の各制御パラメータを切り換え先の燃焼モードの目標値に切り換えるようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、筒内の混合気を成層燃焼させるためには、筒内の点火プラグの近傍に成層混合気を形成する必要があり、成層混合気を形成するには、吸気ポートに設けられた気流制御弁（スワール制御弁、タンブル制御弁等）を成層燃焼用の目標値に設定して筒内にスワール流やタンブル流を生じさせる必要がある。一方、均質燃焼モードでは、気流制御弁を成層燃焼用の目標値とは異なる開度に設定するようにしている。従って、燃焼モードを成層燃焼モードから均質燃焼モードに切り換えるときには、気流制御弁を成層燃焼可能な開度から均質燃焼可能な開度に設定すると共に、スロットル開度、ＥＧＲ弁等の空気系の制御パラメータを均質燃焼モードの目標値に切り換えるようにしている。
【０００５】
しかし、空気系の制御パラメータを均質燃焼モードの目標値に切り換えてから実際に筒内の混合気の状態が図９に示す成層燃焼可能な領域から均質燃焼可能な領域に到達するまでに応答遅れがあるため、その間は、成層燃焼を続ける必要があるが、気流制御弁をそれ以外の空気系の制御パラメータと同時に均質燃焼モードの目標値に切り換えると、実際に筒内の混合気の状態が均質燃焼可能な状態になる前に、筒内に成層燃焼に適したスワール流やタンブル流を生じさせることができなくなって、筒内の点火プラグの近傍に成層混合気を形成できなくなってしまい、燃焼状態が不安定になってトルク変動や失火を発生することがある。
【０００６】
本発明はこのような事情を考慮してなされたものであり、従ってその目的は、燃焼モードの切換時に安定した燃焼状態を維持しながら燃焼モードを切り換えることができる内燃機関制御装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１の内燃機関制御装置は、燃焼モードを切り換える際に気流制御手段とそれ以外の空気系、燃料系、点火系の各制御パラメータを切り換える燃焼モード切換制御手段を備え、成層燃焼モードから均質燃焼モードへの切換時に、気流制御手段の切換タイミングをそれ以外の空気系の制御パラメータの切換タイミングよりも遅らせて当該気流制御手段を燃料系と同じタイミングで切り換えて均質燃焼モードに切り換え、均質燃焼モードから成層燃焼モードへの切換時には気流制御手段をそれ以外の空気系の制御パラメータと同じタイミングで切り換え、これらの空気系の制御パラメータの切換タイミングから遅れたタイミングで燃料系の制御パラメータを切り換えて成層燃焼モードに切り換えるようにしたものである。
【０００８】
前述したように、燃焼モードを成層燃焼モードから均質燃焼モードに切り換える際に、実際に筒内の混合気の状態が図９に示す成層燃焼可能な領域から均質燃焼可能な領域に到達するまでに応答遅れがあるため、その間は、成層燃焼を続ける必要がある。本発明は、このような事情を考慮して、成層燃焼モードから均質燃焼モードへの切換時に、気流制御手段の切換タイミングをそれ以外の空気系の制御パラメータの切換タイミングよりも遅らせて当該気流制御手段を燃料系と同じタイミングで切り換えて均質燃焼モードに切り換えるようにしたので（図１２参照）、要求燃焼モードが均質燃焼モードに切り換わった後も、暫くは気流制御手段を均質燃焼モードの目標値に維持して、筒内に成層燃焼に適した気流（スワール流やタンブル流）を生じさせることができる。その結果、要求燃焼モードが均質燃焼モードに切り換わった後も、暫くは安定した成層燃焼を続けて、その後、筒内の混合気の状態が均質燃焼可能な状態になるのを待って気流制御手段を均質燃焼モードの目標値に切り換えて均質燃焼に切り換えるという制御を行うことができる。これにより、成層燃焼モードから均質燃焼モードへの切り換えを安定した燃焼状態を維持しながら行うことができて、燃焼モード切換時のトルク変動や失火を防止することができる。
【０００９】
更に、請求項１に係る発明では、均質燃焼モードから成層燃焼モードへの切換時に、気流制御手段をそれ以外の空気系の制御パラメータと同じタイミングで切り換え、これらの空気系の制御パラメータの切換タイミングから遅れたタイミングで燃料系の制御パラメータを切り換えて成層燃焼モードに切り換えるようにしている（図１２参照）。つまり、図９及び図１０に示すように、均質燃焼は、成層燃焼と比較して筒内の気流の影響が少なく、筒内の気流が強くても弱くても安定した均質燃焼を行うことができるため、均質燃焼モードから成層燃焼モードに切り換えるときは、気流制御手段を早期に切り換えても、暫くは安定した均質燃焼を続けることができる。そして、気流制御手段を早期に切り換えれば、筒内に成層混合気を形成するための気流（スワール流やタンブル流）を早期に発生させることができるため、均質燃焼モードから成層燃焼モードへの切り換えを安定した燃焼状態を維持しながら早期に行うことができる。
【００１０】
また、請求項２のように、要求燃焼モードが切り換えられたときに、直ちに気流制御手段以外の空気系の制御パラメータ（例えばスロットル開度、ＥＧＲ弁等）を切り換え先の燃焼モードの目標値に切り換えるようにすると良い。このようにすれば、要求燃焼モードが切り換えられてから筒内の混合気の状態が切り換え先の燃焼モードで燃焼可能な状態になるまでの時間を短くすることができる。
【００１１】
本発明の好ましい実施態様としては、請求項３のように、要求燃焼モードが成層燃焼モードから均質燃焼モードに切り換えられたときに、直ちに気流制御手段以外の空気系の制御パラメータを均質燃焼モードの目標値に切り換え、筒内の混合気の状態が均質燃焼可能な状態になった時点で、気流制御手段を均質燃焼モードの目標値に切り換え、一方、要求燃焼モードが均質燃焼モードから成層燃焼モードに切り換えられたときには、直ちに気流制御手段とそれ以外の空気系の制御パラメータとを同時に成層燃焼モードの目標値に切り換えるようにすると良い。このようにすれば、燃焼モードを成層燃焼モードと均質燃焼モードのいずれの方向に切り換える場合でも、燃焼状態を悪化させることなく、燃焼モードを短時間で切り換えることができる。
【００１２】
この場合、要求燃焼モードが切り換えられたときに、直ちに燃料系と点火系の各制御パラメータを切り換えると、筒内の混合気の状態が切り換え先の燃焼モードで燃焼可能な状態になる前に燃料系と点火系の各制御パラメータが切り換えられてしまい、燃焼状態が不安定になってトルク変動や失火を発生してしまう。
【００１３】
これを防ぐために、請求項４のように、燃焼モードを切り換える際に筒内の混合気の状態が切り換え先の燃焼モードで燃焼可能な状態になった時点で燃料系と点火系の各制御パラメータを切り換え先の燃焼モードの目標値に切り換えるようにすると良い。このようにすれば、燃焼モードを成層燃焼モードと均質燃焼モードのいずれの方向に切り換える場合でも、空気系と燃料系と点火系の全ての制御パラメータを最適なタイミングで切り換えることができ、燃焼モードの切り換えを安定した燃焼状態を維持しながら行うことができて、燃焼モード切換時のトルク変動や失火を防止することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。まず、図１に基づいてエンジン制御システム全体の概略構成を説明する。筒内噴射式の内燃機関である筒内噴射式エンジン１１の吸気管１２の最上流部には、エアクリーナ１３が設けられ、このエアクリーナ１３の下流側には、モータ１４によって開度調節されるスロットル弁１５が設けられている。このモータ１４がエンジン電子制御回路（以下「ＥＣＵ」と表記する）１６からの出力信号に基づいて駆動されることで、スロットル弁１５の開度（スロットル開度）が制御され、そのスロットル開度に応じて各気筒ヘの吸入空気量が調節される。スロットル弁１５の近傍には、スロットル開度を検出するスロットルセンサ１７が設けられている。
【００１５】
このスロットル弁１５の下流側には、サージタンク１９が設けられ、このサージタンク１９に、エンジン１１の各気筒に空気を導入する吸気マニホールド２０が接続されている。各気筒の吸気マニホールド２０内には、それぞれ第１吸気路２１と第２吸気路２２が仕切り形成され、これら第１吸気路２１と第２吸気路２２が、エンジン１１の各気筒に形成された２つの吸気ポート２３にそれぞれ連結されている。
【００１６】
また、各気筒の第２吸気路２２内には、成層燃焼モード運転時に筒内に混合気の旋回流（スワール流又はタンブル流）を生じさせる気流制御弁２４（気流制御手段）が配置されている。各気筒の気流制御弁２４は、共通のシャフト２５を介してステップモータ２６に連結されている。このステップモータ２６がＥＣＵ１６からの出力信号に基づいて駆動されることで、気流制御弁２４の開度が制御され、その開度に応じて各気筒内の気流強度が調節される。ステップモータ２６には、気流制御弁２４の開度を検出する気流制御弁センサ２７が取り付けられている。
【００１７】
エンジン１１の各気筒の上部には、燃料を気筒内に直接噴射する燃料噴射弁２８が取り付けられている。燃料タンク（図示せず）から燃料配管２９を通して燃料デリバリパイプ３０に送られてくる燃料は、各気筒の燃料噴射弁２８から気筒内に直接噴射され、吸気ポート２３から導入される吸入空気と混合して混合気が形成される。
【００１８】
更に、エンジン１１のシリンダヘッドには、各気筒毎に点火プラグ（図示せず）が取り付けられ、各点火プラグの火花放電によって気筒内の混合気に着火される。また、気筒判別センサ３２は、特定気筒（例えば第１気筒）が吸気上死点に達したときに出力パルスを発生し、クランク角センサ３３は、エンジン１１のクランクシャフトが一定クランク角（例えば３０℃Ａ）回転する毎に出力パルスを発生する。これらの出力パルスによって、クランク角やエンジン回転速度が検出され、気筒判別が行われる。
【００１９】
一方、エンジン１１の各排気ポート３５から排出される排気が排気マニホールド３６を介して１本の排気管３７に合流する。この排気管３７には、理論空燃比付近で排出ガスを浄化する三元触媒３８とＮＯｘ吸蔵還元型触媒（以下「ＮＯｘ触媒」という）３９とが直列に配置されている。このＮＯｘ触媒３９は、排気中の酸素濃度が高い成層燃焼モード運転中（リーン運転中）に、排気中のＮＯｘを吸着する。そして、燃焼モードが成層燃焼モードに切り換えられとき（つまり空燃比がリッチ又は理論空燃比付近に切り換えられて排気中の酸素濃度が低下したとき）に、それまでにＮＯｘ触媒３９に吸着されたＮＯｘを還元浄化して放出する。
【００２０】
このＮＯｘ触媒３９の下流側には、ＮＯｘ触媒３９から流出する排気中のＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘ濃度センサ（図示せず）が設置され、排気中のＮＯｘ濃度から推定したＮＯｘ触媒３９のＮＯｘ吸着量が所定値より多くなった時に、燃焼モードが一時的に成層燃焼モード（リーン運転）から均質燃焼モード（リッチ運転）に切り換えられ、それまでにＮＯｘ触媒３９に吸着されたＮＯｘが還元浄化されて放出される（ＮＯｘパージ）。
【００２１】
また、排気管３７のうちの三元触媒３８の上流側とサージタンク１９との間には、排出ガスの一部を吸気系に還流させるＥＧＲ配管４０が接続され、このＥＧＲ配管４０の途中に、ＥＧＲ弁４１が設けられている。ＥＣＵ１６からの出力信号に基づいてＥＧＲ弁４１の開度が制御され、その開度に応じてＥＧＲ量（排気還流量）が調節される。また、アクセルペダル１８には、アクセル開度を検出するアクセルセンサ４２が設けられている。
【００２２】
上述した各種センサの出力信号は、ＥＣＵ１６に入力される。このＥＣＵ１６は、マイクロコンピュータを主体として構成され、内蔵されたＲＯＭ（記憶媒体）に記憶された図２乃至図８に示す各ルーチンを実行することで、特許請求の範囲でいう燃焼モード切換制御手段として機能し、燃焼モード切換要求に応じて燃焼モードを成層燃焼モードと均質燃焼モードとの間で切り換える。
【００２３】
そして、成層燃焼モードでは、気流制御弁２４を成層燃焼用の目標値（例えば５０％）に設定して筒内にスワール流、タンブル流等の旋回気流を生じさせながら、少量の燃料を圧縮行程で噴射して点火プラグの周辺に部分的に濃いめの成層混合気を形成することで、稀薄な混合気を燃焼させて、低燃費、低排気エミッションの運転を行う。一方、均質燃焼モードでは、気流制御弁２４を均質燃焼用の目標値（例えば低負荷時には目標値＝０％［全閉］、高負荷時には目標値＝１００％［全開］）に設定して、理論空燃比付近又はそれよりも若干リッチとなるように燃料噴射量を増量し、燃料を吸気行程で噴射して均質混合気を形成して均質燃焼させることで、エンジン出力を高める。
【００２４】
この場合、ＥＣＵ１６は、図１２に示すように、要求燃焼モードが成層燃焼モードから均質燃焼モードに切り換えられたときに、まず気流制御弁２４以外の空気系の制御パラメータ（スロットル開度、ＥＧＲ弁４１）と目標空燃比のみを均質燃焼モードの目標値に切り換え、その後、筒内の混合気の状態が均質燃焼可能な状態になった時点で、気流制御弁２４を均質燃焼モードの目標値である全閉位置に切り換える。一方、要求燃焼モードが均質燃焼モードから成層燃焼モードに切り換えられたときには、直ちに気流制御弁２４とそれ以外の空気系の制御パラメータ（スロットル開度、ＥＧＲ弁４１の開度）と目標空燃比とを同時に成層燃焼モードの目標値に切り換える。
【００２５】
更に、ＥＣＵ１６は、燃焼モードを切り換える際に筒内の混合気の状態が切り換え先の燃焼モードで燃焼可能な状態になった時点で燃料系と点火系の各制御パラメータ（燃料噴射時期と点火時期）を切り換え先の燃焼モードの目標値に切り換える。
以下、ＥＣＵ１６がこれらの制御を行うために実行する図２乃至図８の各ルーチンの処理内容を説明する。
【００２６】
［エンジン制御メインルーチン］
図２のエンジン制御メインルーチンは、イグニッションスイッチ（図示せず）のオン後に所定周期で実行される。本メインルーチンが起動されると、まずステップ１００で、アクセル開度とエンジン回転速度等に基づいて要求トルクを算出する。この後、ステップ２００に進み、図３の燃焼モード決定ルーチンを実行して燃焼モードを決定した後、ステップ３００に進み、図４の燃焼モード切換制御ルーチンを実行して、燃焼モード切換要求があれば、燃焼モード切換制御を実行し、次のステップ４００〜７００で、図５の空気系制御ルーチン、図６の気流制御弁制御ルーチン、図７の燃料系制御ルーチン、図８の点火系制御ルーチンを実行して、空気系、燃料系、点火系の各制御パラメータを後述するタイミングで切り換え先の燃焼モードの目標値に切り換えて燃焼モードを切り換える。
【００２７】
［燃焼モード決定ルーチン］
図２のエンジン制御メインルーチンのステップ２００で、図３の燃焼モード決定ルーチンが起動されると、まずステップ２０１で、要求燃焼モード判定マップを検索して現在のエンジン運転状態（例えばエンジン回転速度と要求トルク）に応じて成層燃焼モードと均質燃焼モードのいずれか一方を要求燃焼モードとして選択する。この要求燃焼モード判定マップは、低回転、低トルク領域では、燃費節減を優先して成層燃焼モードが選択され、一方、高回転、高トルク領域では、エンジン出力を優先して均質燃焼モードが選択されるように設定されている。
【００２８】
この後、ステップ２０２に進み、現在のエンジン運転状態に応じて選択した要求燃焼モードが均質燃焼モードであるか否かを判定し、要求燃焼モードが均質燃焼モードであれば、ステップ２０３に進み、現在の実燃焼モードが均質燃焼モードであるか否かを判定する。もし、現在の実燃焼モードが均質燃焼モードでなければ、燃焼モードを切り換える必要があるため、ステップ２０４に進み、燃焼モード切換中フラグをＯＮして、ステップ２０５に進み、空気系制御モードを均質燃焼モードに設定する。一方、現在の実燃焼モードが均質燃焼モードであれば、燃焼モードを切り換える必要がないため、ステップ２０４を飛び越して、ステップ２０５に進み、空気系制御モードを均質燃焼モードに維持する。
【００２９】
前記ステップ２０２で、要求燃焼モードが均質燃焼モードでない（成層燃焼モードである）と判定された場合には、ステップ２０７に進み、現在の実燃焼モードが成層燃焼モードであるか否かを判定する。もし、現在の実燃焼モードが成層燃焼モードでなければ、燃焼モードを切り換える必要があるため、ステップ２０８に進み、燃焼モード切換中フラグをＯＮして、ステップ２０９に進み、空気系制御モードを均質燃焼モードに設定する。一方、現在の実燃焼モードが成層燃焼モードであれば、燃焼モードを切り換える必要がないため、ステップ２０８を飛び越して、ステップ２０９に進み、空気系制御モードを成層燃焼モードに維持する。
【００３０】
［燃焼モード切換制御ルーチン］
図２のエンジン制御メインルーチンのステップ３００で、図４の燃焼モード切換制御ルーチンが起動されると、まずステップ３０１で、燃焼モード切換中フラグがＯＮであるか否かによって燃焼モード切換中であるか否かを判定し、燃焼モード切換中でなければ、以降の処理を行うことなく、本ルーチンを終了する。
【００３１】
一方、燃焼モード切換中であれば、ステップ３０２に進み、要求燃焼モードが成層燃焼モードであるか否かを判定し、要求燃焼モードが成層燃焼モードでなければ（つまり要求燃焼モードが均質燃焼モードであれば）、ステップ３０３に進み、実空燃比Ａ／Ｆが均質燃焼領域判定値ＣＡＦ２よりリッチであるか否かで、実空燃比Ａ／Ｆが均質燃焼領域であるか否かを判定する。その結果、実空燃比Ａ／Ｆが均質燃焼領域判定値ＣＡＦ２よりリーンである（実空燃比Ａ／Ｆが均質燃焼領域に入っていない）と判定された場合は、以降の処理を行うことなく、本ルーチンを終了する。
【００３２】
その後、実空燃比Ａ／Ｆが均質燃焼領域判定値ＣＡＦ２よりもリッチになって実空燃比Ａ／Ｆが均質燃焼可能な領域に入ったと判定された時点で、ステップ３０４に進み、燃料系制御モード（＝実燃焼モード）を均質燃焼モードに設定して、燃料噴射モードを吸気行程噴射に切り換えた後、燃焼モード切換中フラグをＯＦＦして本ルーチンを終了する。
【００３３】
また、燃焼モード切換中で、且つ要求燃焼モードが成層燃焼モードであると判定された場合（ステップ３０１、３０２で共に「Ｙｅｓ」と判定された場合）は、ステップ３０６に進み、実空燃比Ａ／Ｆが成層燃焼領域判定値ＣＡＦ１よりもリーンであるか否かで、実空燃比Ａ／Ｆが成層燃焼領域であるか否かを判定する。その結果、実空燃比Ａ／Ｆが成層燃焼領域判定値ＣＡＦ１よりもリッチである（実空燃比Ａ／Ｆが成層燃焼領域に入っていない）と判定された場合は、以降の処理を行うことなく、本ルーチンを終了する。
【００３４】
その後、実空燃比Ａ／Ｆが成層燃焼領域判定値ＣＡＦ１よりもリーンになって実空燃比Ａ／Ｆが成層燃焼可能な領域に入ったと判定された時点で、ステップ３０８に進み、燃料系制御モード（＝実燃焼モード）を成層燃焼モードに設定して、燃料噴射モードを圧縮行程噴射に切り換えた後、燃焼モード切換中フラグをＯＦＦして本ルーチンを終了する。
【００３５】
［空気系制御ルーチン］
図２のエンジン制御メインルーチンのステップ４００で、図５の空気系制御ルーチンが起動されると、まずステップ４０１で、空気系制御モードが均質燃焼モードであるか否かを判定し、均質燃焼モードであれば、ステップ４０２に進み、空気系の気流制御弁３１以外の各制御パラメータ（スロットル開度、ＥＧＲ弁４１の開度）の目標値として、均質燃焼モード用の目標値を算出する。
【００３６】
一方、上記ステップ４０１で、空気系制御モードが均質燃焼モードでない（成層燃焼モードである）と判定された場合は、ステップ４０３に進み、空気系の気流制御弁３１以外の各制御パラメータ（スロットル開度、ＥＧＲ弁４１の開度）の目標値として、成層燃焼モード用の目標値を算出する。
【００３７】
［気流制御弁制御ルーチン］
図２のエンジン制御メインルーチンのステップ５００で、図６の気流制御弁制御ルーチンが起動されると、まずステップ５０１で、要求燃焼モードが成層燃焼モードであるか否かを判定し、要求燃焼モードが成層燃焼モードであれば、ステップ５０３に進み、気流制御弁３１の開度目標値として成層燃焼モード用の目標値を算出する。
【００３８】
一方、要求燃焼モードが成層燃焼モードでなければ（つまり要求燃焼モードが均質燃焼モードであれば）、ステップ５０２に進み、燃料系制御モード（＝実燃焼モード）が成層燃焼モードであるか否かを判定する。その結果、燃料系制御モード（＝実燃焼モード）が成層燃焼モードであると判定されれば、ステップ５０３に進み、気流制御弁３１の開度目標値として成層燃焼モード用の目標値を算出する。これにより、要求燃焼モードが均質燃焼モードに切り換えられた後も、燃料系制御モード（＝実燃焼モード）が成層燃焼モードである間は、気流制御弁３１の開度目標値が成層燃焼モード用の目標値に維持される。
【００３９】
これに対し、要求燃焼モードと燃料系制御モード（＝実燃焼モード）の両方が共に均質燃焼モードである場合（つまりステップ５０１、５０２で共に「Ｎｏ」と判定された場合）は、ステップ５０４に進み、気流制御弁３１の開度目標値として均質燃焼モード用の目標値を算出する。
【００４０】
［燃料系制御ルーチン］
図２のエンジン制御メインルーチンのステップ６００で、図７の燃料系制御ルーチンが起動されると、まずステップ６０１で、燃料系制御モード（＝実燃焼モード）が均質燃焼モードであるか否かを判定し、均質燃焼モードであれば、ステップ６０２に進み、燃料系の制御パラメータ（燃料噴射量、燃料噴射時期）の目標値として、均質燃焼モード用の目標値を算出する。
【００４１】
また、上記ステップ６０１で、燃料系制御モード（＝実燃焼モード）が均質燃焼モードでない（成層燃焼モードである）と判定された場合は、ステップ６０３に進み、燃料系の制御パラメータの目標値として、成層燃焼モード用の目標値を算出する。
【００４２】
［点火系制御ルーチン］
図２のエンジン制御メインルーチンのステップ７００で、図８の点火系制御ルーチンが起動されると、まずステップ７０１で、点火系制御モード（＝燃料系制御モード）が均質燃焼モードであるか否かを判定し、均質燃焼モードであれば、ステップ７０２に進み、点火系の制御パラメータ（点火時期）の目標値として、均質燃焼モード用の目標値を算出する。
【００４３】
また、上記ステップ７０１で、点火系制御モード（＝燃料系制御モード）が均質燃焼モードでない（成層燃焼モードである）と判定された場合は、ステップ７０３に進み、点火系の制御パラメータの目標値として、成層燃焼モード用の目標値を算出する。
【００４４】
以上説明した本実施形態の燃焼モード切換制御と従来の燃焼モード切換制御との相違について図１１及び図１２のタイムチャートを用いて説明する。図１１は従来の筒内噴射エンジンで燃焼モードを成層→均質→成層の順に切り換えるときの燃焼モード切換制御の一例を示すタイムチャートであり、図１２は本実施形態において燃焼モードを成層→均質→成層の順に切り換えるときの燃焼モード切換制御の一例を示すタイムチャートである。
【００４５】
従来の筒内噴射エンジンでは、図１１に示すように、要求燃焼モードが成層燃焼モードから均質燃焼モードに切り換えられると、直ちに空気系の制御パラメータ（スロットル開度、ＥＧＲ弁４１）と目標空燃比が均質燃焼モードの目標値に切り換えられ、それと同時に気流制御弁２４も均質燃焼モードの目標値（全閉位置）に切り換えられる。
【００４６】
要求燃焼モードが均質燃焼モードに切り換えられてから筒内の実空燃比Ａ／Ｆが均質燃焼可能な領域（均質燃焼領域判定値ＣＡＦ２よりリッチの領域）に到達するまでに応答遅れ期間Ａがあるため、その応答遅れ期間Ａ中は、成層燃焼を続ける必要がある。従って、応答遅れ期間Ａ中には、引き続き成層混合気を形成するための気流（スワール流やタンブル流）を生じさせる必要があるが、従来の燃焼モード切換制御では、要求燃焼モードが均質燃焼モードに切り換えられると、直ちに気流制御弁２４が均質燃焼モードの目標値に切り換えられるため、応答遅れ期間Ａ中に、成層混合気を形成するための気流（スワール流やタンブル流）を生じさせることが困難となる。このため、応答遅れ期間Ａ中に成層燃焼が不安定になって、トルク変動や失火を発生することがある。
【００４７】
これに対し、本実施形態の燃焼モード切換制御では、図１２に示すように、要求燃焼モードが成層燃焼モードから均質燃焼モードに切り換えられたときに、まず、気流制御弁２４以外の空気系の制御パラメータ（スロットル開度、ＥＧＲ弁４１）と目標空燃比のみが均質燃焼モードの目標値に切り換えられだけであり、筒内の実空燃比Ａ／Ｆが均質燃焼可能な領域（均質燃焼領域判定値ＣＡＦ２よりリッチの領域）に到達するまでの応答遅れ期間Ａ中は、引き続き気流制御弁３１が均質燃焼モードの目標値に維持される。
【００４８】
これにより、本実施形態では、要求燃焼モードが均質燃焼モードに切り換わった後も、応答遅れ期間Ａ中は、気流制御弁３１を均質燃焼モードの目標値に維持して、筒内に成層混合気を形成するための気流（スワール流やタンブル流）を生じさせることができる。その結果、要求燃焼モードが均質燃焼モードに切り換わった後も、応答遅れ期間Ａ中は、安定した成層燃焼を続けて、その後、筒内の実空燃比Ａ／Ｆが均質燃焼可能な領域（均質燃焼領域判定値ＣＡＦ２よりリッチの領域）に到達するのを待って気流制御弁３１を燃料系と同じタイミングで均質燃焼モードの目標値に切り換えて均質燃焼に切り換えるという制御を行うことができる。これによって、成層燃焼モードから均質燃焼モードへの切り換えを安定した燃焼状態を維持しながら行うことができて、燃焼モード切換時のトルク変動や失火を防止することができる。
【００４９】
一方、要求燃焼モードが均質燃焼モードから成層燃焼モードに切り換えられたときには、直ちに気流制御弁２４とそれ以外の空気系の制御パラメータ（スロットル開度、ＥＧＲ弁４１の開度）と目標空燃比とが同時に成層燃焼モードの目標値に切り換えられ、これらの空気系の制御パラメータの切換タイミングから遅れたタイミングで燃料系の制御パラメータが切り換えられて成層燃焼モードに切り換えられる（図１２参照）。図９及び図１０に示すように、均質燃焼は、成層燃焼と比較して筒内の気流の影響が少なく、筒内の気流が強くても弱くても安定した均質燃焼を行うことができるため、均質燃焼モードから成層燃焼モードに切り換えるときは、気流制御弁３１を早期に切り換えても、暫くは安定した均質燃焼を続けることができる。そして、気流制御弁３１を早期に切り換えれば、筒内に成層混合気を形成するための気流（スワール流やタンブル流）を早期に発生させることができるため、均質燃焼モードから成層燃焼モードへの切り換えを安定した燃焼状態を維持しながら早期に行うことができる。
【００５０】
ところで、燃焼モードを成層燃焼モードと均質燃焼モードのいずれの方向に切り換える場合でも、要求燃焼モードが切り換えられたときに、直ちに燃料系と点火系の各制御パラメータを切り換えると、筒内の実空燃比Ａ／Ｆが切り換え先の燃焼モードで燃焼可能な状態になる前に燃料系と点火系の各制御パラメータが切り換えられてしまい、燃焼状態が不安定になってトルク変動や失火を発生してしまう。
【００５１】
これを防ぐために、本実施形態では、燃焼モードを切り換える際に、筒内の実空燃比Ａ／Ｆが切り換え先の燃焼モードで燃焼可能な状態になった時点で燃料系と点火系の各制御パラメータが切り換え先の燃焼モードの目標値に切り換えられる。このようにすれば、燃焼モードを成層燃焼モードと均質燃焼モードのいずれの方向に切り換える場合でも、空気系と燃料系と点火系の全ての制御パラメータを最適なタイミングで切り換えることができ、燃焼モードの切り換えを安定した燃焼状態を維持しながら行うことができて、燃焼モード切換時のトルク変動や失火を防止することができる。
【００５２】
尚、本実施形態では、筒内に成層混合気を形成するための気流（スワール流やタンブル流）を生じさせる気流制御手段として気流制御弁（スワール制御弁、タンブル制御弁）を用いたが、１気筒当たり２個以上の吸気バルブを設けて、２個以上の吸気バルブのリフト量を独立して制御できる可変バルブリフト機構を搭載したエンジンでは、各気筒の一部の吸気バルブのリフト量を他の吸気バルブのリフト量より小さくすることで筒内に成層混合気を形成するための気流を生じさせるようにしても良い。
【００５３】
また、本実施形態では、エンジン運転状態（例えばエンジン回転速度と要求トルク）に応じて要求燃焼モードを決定するようにしたが、この他、成層燃焼モード運転中に、ＮＯｘ触媒２７のＮＯｘパージやブレーキブースタ内の負圧確保等の要求があったときに、要求燃焼モードを一時的に均質燃焼モードに切り換えるようにしても良く、このような一時的な燃焼モードの切り換えについても、本発明を同様に適用して実施できることは言うまでもない。
【００５４】
また、空気系の制御パラメータは、スロットル開度、ＥＧＲ弁４１の開度に限定されず、例えば吸気及び／又は排気のバルブタイミングやパージ制御弁等を含めるようにしても良い。
【００５５】
また、成層燃焼モードと均質燃焼モードの気流制御弁２４の制御方法は上記実施形態に限定されず、例えば、成層燃焼モードでは、気流制御弁２４を閉弁して筒内にスワール流、タンブル流等の旋回気流を生じさせ、一方、均質燃焼モードで、気流制御弁２４を開弁するようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態におけるエンジン制御システム全体の概略構成図
【図２】エンジン制御メインルーチンの処理の流れを示すフローチャート
【図３】燃焼モード決定ルーチンの処理の流れを示すフローチャート
【図４】燃焼モード切換制御ルーチンの処理の流れを示すフローチャート
【図５】空気系制御ルーチンの処理の流れを示すフローチャート
【図６】気流制御弁制御ルーチンの処理の流れを示すフローチャート
【図７】燃料系制御ルーチンの処理の流れを示すフローチャート
【図８】点火系制御ルーチンの処理の流れを示すフローチャート
【図９】成層燃焼と均質燃焼の燃焼可能空燃比領域と気流強さとの関係を示す図
【図１０】成層燃焼と均質燃焼の燃焼安定領域と気流強さとの関係を示す図
【図１１】従来の筒内噴射エンジンの燃焼モード切換制御の一例を示すタイムチャート
【図１２】本発明の実施形態の燃焼モード切換制御の一例を示すタイムチャート
【符号の説明】
１１…エンジン（内燃機関）、１２…吸気管、１４…モータ、１５…スロットル弁、１６…ＥＣＵ（燃焼モード切換制御手段）、１７…スロットルセンサ、１８…アクセルペダル、１９…サージタンク、２４…気流制御弁（気流流制御手段）、２６…ステップモータ、２７…気流制御弁センサ、２８…燃料噴射弁、３７…排気管、３９…ＮＯｘ触媒、４０…ＥＧＲ配管、４１…ＥＧＲ弁。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an internal combustion engine control apparatus that operates by switching between a stratified combustion mode and a homogeneous combustion mode in response to a combustion mode switching request during operation of the internal combustion engine.
[0002]
[Prior art]
In recent years, the demand for in-cylinder injection engines that combine the features of low fuel consumption, low exhaust emissions, and high output has increased rapidly. This in-cylinder injection engine performs low fuel consumption, low exhaust emission operation by injecting a small amount of fuel in the compression stroke at low load, forming a stratified mixture near the spark plug and stratified combustion, When the load is high, the engine output is increased by increasing the fuel injection amount and injecting it in the intake stroke to form a homogeneous mixture and performing homogeneous combustion. Therefore, the direct injection engine determines the required combustion mode according to the load or the like during engine operation, and switches the combustion mode between the stratified combustion mode and the homogeneous combustion mode according to the required combustion mode. Yes.
[0003]
In this combustion mode switching control, for example, as shown in Japanese Patent No. 3320936, target values of control parameters for the air system, fuel system, and ignition system are set on a map or the like for each combustion mode. When switching, the control parameters of the air system, the fuel system, and the ignition system are switched to the target values of the switching destination combustion mode.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in order to stratify combustion of the air-fuel mixture in the cylinder, it is necessary to form the stratified air-fuel mixture in the vicinity of the spark plug in the cylinder. To form the stratified air-fuel mixture, the air flow control provided in the intake port It is necessary to set a valve (swirl control valve, tumble control valve, etc.) to a target value for stratified combustion to generate a swirl flow or a tumble flow in the cylinder. On the other hand, in the homogeneous combustion mode, the airflow control valve is set to an opening different from the target value for stratified combustion. Therefore, when switching the combustion mode from the stratified combustion mode to the homogeneous combustion mode, the air flow control valve is set from the opening capable of stratified combustion to the opening capable of homogeneous combustion, and the control of the air system such as the throttle opening and the EGR valve. The parameter is switched to the target value of the homogeneous combustion mode.
[0005]
However, after switching the control parameter of the air system to the target value of the homogeneous combustion mode, there is a response delay until the state of the air-fuel mixture in the cylinder actually reaches the region where homogeneous combustion is possible from the region where stratified combustion is possible as shown in FIG. During this period, stratified combustion must be continued. However, if the airflow control valve is switched to the target value of the homogeneous combustion mode simultaneously with other air system control parameters, the state of the air-fuel mixture in the cylinder is actually changed. Before becoming homogeneously combustible, it becomes impossible to generate a swirl flow or tumble flow suitable for stratified combustion in the cylinder, and it becomes impossible to form a stratified mixture near the spark plug in the cylinder, The combustion state may become unstable, causing torque fluctuations and misfires.
[0006]
The present invention has been made in view of such circumstances. Accordingly, an object of the present invention is to provide an internal combustion engine control device capable of switching a combustion mode while maintaining a stable combustion state when switching the combustion mode. It is in.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
  In order to achieve the above object, an internal combustion engine control device according to claim 1 of the present invention is a combustion mode for switching air flow control means and other control parameters of the air system, fuel system, and ignition system when switching the combustion mode. The switching control means is provided, and when switching from the stratified combustion mode to the homogeneous combustion mode, the switching timing of the airflow control means is delayed from the switching timing of other air system control parameters.Switch the air flow control means to the homogeneous combustion mode at the same timing as the fuel system.When switching from homogeneous combustion mode to stratified combustion mode, the airflow control means is switched at the same timing as other air system control parameters.The control parameters of the fuel system are switched at the timing delayed from the switching timing of the control parameters of the air system to switch to the stratified combustion mode.
[0008]
  As described above, when the combustion mode is switched from the stratified combustion mode to the homogeneous combustion mode, the state of the air-fuel mixture in the cylinder actually reaches from the stratified combustion possible region shown in FIG. 9 to the homogeneously combustible region. Since there is a response delay, it is necessary to continue stratified combustion during that time. In consideration of such circumstances, the present invention delays the switching timing of the airflow control means from the switching timing of other air system control parameters when switching from the stratified combustion mode to the homogeneous combustion mode.Therefore, the air flow control means is switched to the homogeneous combustion mode at the same timing as the fuel system (see FIG. 12).Even after the required combustion mode is switched to the homogeneous combustion mode, the airflow control means is maintained at the target value of the homogeneous combustion mode for a while, and airflow (swirl flow or tumble flow) suitable for stratified combustion is generated in the cylinder. Can be made. As a result, even after the required combustion mode has been switched to the homogeneous combustion mode, stable stratified combustion continues for a while, and then the air-flow control is waited until the mixture in the cylinder becomes homogeneously combustible. Control can be performed in which the means is switched to the target value in the homogeneous combustion mode to switch to homogeneous combustion. As a result, switching from the stratified combustion mode to the homogeneous combustion mode can be performed while maintaining a stable combustion state, and torque fluctuation and misfire during the combustion mode switching can be prevented.
[0009]
  Furthermore, in the invention according to claim 1, when switching from the homogeneous combustion mode to the stratified combustion mode, the air flow control means is switched at the same timing as the other air system control parameters.The fuel system control parameters are switched to the stratified combustion mode at a timing delayed from the switching timing of these air system control parameters (see FIG. 12).That is, as shown in FIGS. 9 and 10, homogeneous combustion is less affected by the airflow in the cylinder than stratified combustion, and can perform stable homogeneous combustion regardless of whether the airflow in the cylinder is strong or weak. Therefore, when switching from the homogeneous combustion mode to the stratified combustion mode, stable homogeneous combustion can be continued for a while even if the airflow control means is switched early. If the air flow control means is switched at an early stage, an air flow (swirl flow or tumble flow) for forming a stratified mixture in the cylinder can be generated at an early stage, so that the homogeneous combustion mode is switched to the stratified combustion mode. Switching can be performed early while maintaining a stable combustion state.
[0010]
  Claims2Thus, when the required combustion mode is switched, it is preferable to immediately switch the control parameters of the air system other than the airflow control means (for example, the throttle opening, the EGR valve, etc.) to the target value of the switching destination combustion mode. . In this way, it is possible to shorten the time from when the required combustion mode is switched until the state of the air-fuel mixture in the cylinder becomes combustible in the switching combustion mode.
[0011]
  Preferred embodiments of the invention include the following claims:3When the required combustion mode is switched from the stratified combustion mode to the homogeneous combustion mode, the control parameters of the air system other than the airflow control means are immediately switched to the target value of the homogeneous combustion mode, and the state of the mixture in the cylinder Is switched to the target value of the homogeneous combustion mode, while the required combustion mode is switched from the homogeneous combustion mode to the stratified combustion mode, the air flow control means and the It is preferable to switch the control parameters of the other air system to the target value of the stratified combustion mode at the same time. In this way, the combustion mode can be switched in a short time without deteriorating the combustion state even when the combustion mode is switched to either the stratified combustion mode or the homogeneous combustion mode.
[0012]
In this case, if the control parameters of the fuel system and ignition system are immediately switched when the required combustion mode is switched, the fuel-air mixture in the cylinder will be in the state before it becomes combustible in the switching destination combustion mode. The control parameters of the system and ignition system are switched, and the combustion state becomes unstable, resulting in torque fluctuations and misfires.
[0013]
  To prevent this, the claims4Thus, when the combustion mode is switched, when the state of the air-fuel mixture in the cylinder becomes combustible in the switching destination combustion mode, the control parameters of the fuel system and the ignition system are changed to the target of the switching combustion mode. It is better to switch to a value. In this way, it is possible to switch all control parameters of the air system, the fuel system, and the ignition system at the optimal timing, regardless of whether the combustion mode is switched to the stratified combustion mode or the homogeneous combustion mode. Can be performed while maintaining a stable combustion state, and torque fluctuation and misfire can be prevented when switching the combustion mode.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. First, a schematic configuration of the entire engine control system will be described with reference to FIG. An air cleaner 13 is provided at the most upstream portion of the intake pipe 12 of the direct injection engine 11 which is an internal combustion engine of the direct injection type, and a throttle whose opening degree is adjusted by a motor 14 on the downstream side of the air cleaner 13. A valve 15 is provided. The motor 14 is driven based on an output signal from an engine electronic control circuit (hereinafter referred to as “ECU”) 16, whereby the opening degree (throttle opening degree) of the throttle valve 15 is controlled. Accordingly, the intake air amount to each cylinder is adjusted. A throttle sensor 17 for detecting the throttle opening is provided in the vicinity of the throttle valve 15.
[0015]
A surge tank 19 is provided downstream of the throttle valve 15, and an intake manifold 20 that introduces air into each cylinder of the engine 11 is connected to the surge tank 19. A first intake passage 21 and a second intake passage 22 are respectively formed in the intake manifold 20 of each cylinder, and the first intake passage 21 and the second intake passage 22 are formed in each cylinder of the engine 11. The two intake ports 23 are connected to each other.
[0016]
Further, an air flow control valve 24 (air flow control means) that generates a swirling flow (swirl flow or tumble flow) of the air-fuel mixture in the cylinder during the stratified combustion mode operation is disposed in the second intake passage 22 of each cylinder. Yes. The airflow control valve 24 of each cylinder is connected to a step motor 26 through a common shaft 25. The step motor 26 is driven based on an output signal from the ECU 16 to control the opening degree of the airflow control valve 24, and the airflow intensity in each cylinder is adjusted according to the opening degree. An airflow control valve sensor 27 that detects the opening degree of the airflow control valve 24 is attached to the step motor 26.
[0017]
A fuel injection valve 28 for directly injecting fuel into the cylinder is attached to the upper part of each cylinder of the engine 11. The fuel sent from the fuel tank (not shown) to the fuel delivery pipe 30 through the fuel pipe 29 is directly injected into the cylinder from the fuel injection valve 28 of each cylinder and mixed with the intake air introduced from the intake port 23. Thus, an air-fuel mixture is formed.
[0018]
Further, an ignition plug (not shown) is attached to the cylinder head of the engine 11 for each cylinder, and the air-fuel mixture in the cylinder is ignited by spark discharge of each ignition plug. Further, the cylinder discrimination sensor 32 generates an output pulse when a specific cylinder (for example, the first cylinder) reaches the intake top dead center, and the crank angle sensor 33 is configured so that the crankshaft of the engine 11 has a constant crank angle (for example, 30). ° C A) An output pulse is generated every rotation. The crank angle and engine speed are detected by these output pulses, and cylinder discrimination is performed.
[0019]
On the other hand, the exhaust discharged from each exhaust port 35 of the engine 11 merges into one exhaust pipe 37 via the exhaust manifold 36. In the exhaust pipe 37, a three-way catalyst 38 for purifying exhaust gas in the vicinity of the stoichiometric air-fuel ratio and a NOx storage reduction catalyst (hereinafter referred to as “NOx catalyst”) 39 are arranged in series. The NOx catalyst 39 adsorbs NOx in the exhaust during the stratified combustion mode operation (during lean operation) in which the oxygen concentration in the exhaust is high. When the combustion mode is switched to the stratified combustion mode (that is, when the air-fuel ratio is switched to rich or near the stoichiometric air-fuel ratio and the oxygen concentration in the exhaust gas decreases), the NOx adsorbed by the NOx catalyst 39 so far Is reduced and purified.
[0020]
A NOx concentration sensor (not shown) for detecting the NOx concentration in the exhaust gas flowing out from the NOx catalyst 39 is installed on the downstream side of the NOx catalyst 39, and the NOx adsorption of the NOx catalyst 39 estimated from the NOx concentration in the exhaust gas is provided. When the amount exceeds a predetermined value, the combustion mode is temporarily switched from the stratified combustion mode (lean operation) to the homogeneous combustion mode (rich operation), and the NOx adsorbed by the NOx catalyst 39 until then is reduced and purified. (NOx purge).
[0021]
Further, an EGR pipe 40 that recirculates a part of the exhaust gas to the intake system is connected between the upstream side of the three-way catalyst 38 in the exhaust pipe 37 and the surge tank 19, and in the middle of the EGR pipe 40. , An EGR valve 41 is provided. The opening degree of the EGR valve 41 is controlled based on the output signal from the ECU 16, and the EGR amount (exhaust gas recirculation amount) is adjusted according to the opening degree. The accelerator pedal 18 is provided with an accelerator sensor 42 that detects the accelerator opening.
[0022]
Output signals from the various sensors described above are input to the ECU 16. The ECU 16 is mainly composed of a microcomputer, and executes the routines shown in FIGS. 2 to 8 stored in a built-in ROM (storage medium), whereby the combustion mode switching control means referred to in the claims. The combustion mode is switched between the stratified combustion mode and the homogeneous combustion mode in response to the combustion mode switching request.
[0023]
In the stratified combustion mode, the airflow control valve 24 is set to a target value for stratified combustion (for example, 50%), and a swirling airflow such as a swirl flow or a tumble flow is generated in the cylinder while a small amount of fuel is compressed. The fuel gas is injected to form a partially thick stratified air-fuel mixture around the spark plug, so that the lean air-fuel mixture is combusted to operate with low fuel consumption and low exhaust emissions. On the other hand, in the homogeneous combustion mode, the air flow control valve 24 is set to a target value for homogeneous combustion (for example, target value = 0% [fully closed] at low load, target value = 100% [fully open] at high load), The engine output is increased by increasing the fuel injection amount so as to be near or slightly richer than the theoretical air-fuel ratio, and injecting fuel in the intake stroke to form a homogeneous mixture and performing homogeneous combustion.
[0024]
  In this case, as shown in FIG. 12, when the required combustion mode is switched from the stratified combustion mode to the homogeneous combustion mode, the ECU 16 first controls the air system control parameters other than the airflow control valve 24 (throttle opening, EGR valve). 41) and only the target air-fuel ratio are switched to the target value of the homogeneous combustion mode, and then the air flow control valve 24 is set to the target value of the homogeneous combustion mode when the state of the air-fuel mixture in the cylinder becomes a state capable of homogeneous combustion. is thereall closedSwitch to position. On the other hand, when the required combustion mode is switched from the homogeneous combustion mode to the stratified combustion mode, the air flow control valve 24 and other air system control parameters (throttle opening, opening of the EGR valve 41), the target air-fuel ratio, and Are simultaneously switched to the target value for the stratified combustion mode.
[0025]
Further, when the combustion mode is switched, the ECU 16 controls each parameter of the fuel system and the ignition system (fuel injection timing and ignition timing) when the state of the air-fuel mixture in the cylinder becomes combustible in the switching destination combustion mode. ) Is switched to the target value of the combustion mode to be switched to.
Hereinafter, processing contents of the routines of FIGS. 2 to 8 executed by the ECU 16 to perform these controls will be described.
[0026]
[Engine control main routine]
The engine control main routine of FIG. 2 is executed at a predetermined cycle after an ignition switch (not shown) is turned on. When the main routine is started, first, in step 100, the required torque is calculated based on the accelerator opening, the engine speed, and the like. After this, the routine proceeds to step 200, the combustion mode determination routine of FIG. 3 is executed to determine the combustion mode, and then the routine proceeds to step 300, where the combustion mode switching control routine of FIG. For example, the combustion mode switching control is executed, and in the next steps 400 to 700, the air system control routine of FIG. 5, the airflow control valve control routine of FIG. 6, the fuel system control routine of FIG. 7, and the ignition system control routine of FIG. Is executed to switch the control parameters of the air system, the fuel system, and the ignition system to the target value of the combustion mode of the switching destination at the timing described later, thereby switching the combustion mode.
[0027]
[Combustion mode decision routine]
When the combustion mode determination routine of FIG. 3 is started in step 200 of the engine control main routine of FIG. 2, first, in step 201, the required combustion mode determination map is searched and the current engine operating state (for example, engine speed and Depending on the required torque), either the stratified combustion mode or the homogeneous combustion mode is selected as the required combustion mode. In this required combustion mode determination map, the stratified combustion mode is selected in the low rotation and low torque regions with priority on fuel economy, while the homogeneous combustion mode is selected in the high rotation and high torque regions with priority on engine output. Is set to be.
[0028]
Thereafter, the process proceeds to step 202, where it is determined whether the required combustion mode selected according to the current engine operating state is the homogeneous combustion mode. If the required combustion mode is the homogeneous combustion mode, the process proceeds to step 203, It is determined whether or not the current actual combustion mode is the homogeneous combustion mode. If the current actual combustion mode is not the homogeneous combustion mode, it is necessary to switch the combustion mode. Therefore, the routine proceeds to step 204, the combustion mode switching flag is turned on, and the routine proceeds to step 205, where the air system control mode is made homogeneous. Set to combustion mode. On the other hand, if the current actual combustion mode is the homogeneous combustion mode, it is not necessary to switch the combustion mode. Therefore, the process skips step 204 and proceeds to step 205 to maintain the air system control mode in the homogeneous combustion mode.
[0029]
When it is determined in step 202 that the required combustion mode is not the homogeneous combustion mode (stratified combustion mode), the routine proceeds to step 207, where it is determined whether or not the current actual combustion mode is the stratified combustion mode. . If the current actual combustion mode is not the stratified combustion mode, it is necessary to switch the combustion mode. Therefore, the routine proceeds to step 208, the combustion mode switching flag is turned on, and the routine proceeds to step 209, where the air system control mode is made homogeneous. Set to combustion mode. On the other hand, if the current actual combustion mode is the stratified combustion mode, there is no need to switch the combustion mode, so step 208 is skipped and the routine proceeds to step 209 to maintain the air system control mode in the stratified combustion mode.
[0030]
[Combustion mode switching control routine]
When the combustion mode switching control routine of FIG. 4 is started in step 300 of the engine control main routine of FIG. 2, first, in step 301, the combustion mode switching is being performed depending on whether or not the combustion mode switching flag is ON. If it is not during combustion mode switching, this routine is terminated without performing the subsequent processing.
[0031]
On the other hand, if the combustion mode is being switched, the routine proceeds to step 302, where it is determined whether or not the required combustion mode is the stratified combustion mode, and the required combustion mode is not the stratified combustion mode (that is, the required combustion mode is the homogeneous combustion mode). If so, the process proceeds to step 303, where it is determined whether or not the actual air-fuel ratio A / F is in the homogeneous combustion region by determining whether or not the actual air-fuel ratio A / F is richer than the homogeneous combustion region determination value CAF2. . As a result, when it is determined that the actual air-fuel ratio A / F is leaner than the homogeneous combustion region determination value CAF2 (the actual air-fuel ratio A / F is not in the homogeneous combustion region), the subsequent processing is not performed. This routine is terminated.
[0032]
Thereafter, when it is determined that the actual air-fuel ratio A / F becomes richer than the homogeneous combustion region determination value CAF2 and the actual air-fuel ratio A / F has entered a region where homogeneous combustion can be performed, the routine proceeds to step 304, where fuel system control is performed. After setting the mode (= actual combustion mode) to the homogeneous combustion mode and switching the fuel injection mode to the intake stroke injection, the combustion mode switching flag is turned OFF and this routine is terminated.
[0033]
Further, when the combustion mode is being switched and it is determined that the required combustion mode is the stratified combustion mode (when both the determinations in steps 301 and 302 are “Yes”), the routine proceeds to step 306 and the actual air-fuel ratio A Whether or not the actual air-fuel ratio A / F is in the stratified combustion region is determined by whether / F is leaner than the stratified combustion region determination value CAF1. As a result, when it is determined that the actual air-fuel ratio A / F is richer than the stratified combustion region determination value CAF1 (the actual air-fuel ratio A / F does not enter the stratified combustion region), the subsequent processing is performed. This routine is terminated.
[0034]
Thereafter, when it is determined that the actual air-fuel ratio A / F is leaner than the stratified charge combustion region determination value CAF1 and the actual air-fuel ratio A / F has entered a region where stratified combustion is possible, the routine proceeds to step 308, where fuel system control is performed. After setting the mode (= actual combustion mode) to the stratified combustion mode and switching the fuel injection mode to the compression stroke injection, the combustion mode switching flag is turned OFF and this routine is terminated.
[0035]
[Air control routine]
When the air system control routine of FIG. 5 is started in step 400 of the engine control main routine of FIG. 2, first, in step 401, it is determined whether or not the air system control mode is the homogeneous combustion mode. If so, the process proceeds to step 402, and the target value for the homogeneous combustion mode is calculated as the target value of each control parameter (throttle opening, opening of the EGR valve 41) other than the airflow control valve 31 of the air system.
[0036]
On the other hand, if it is determined in step 401 that the air system control mode is not the homogeneous combustion mode (stratified combustion mode), the process proceeds to step 403 and each control parameter (throttle opening) other than the air system air flow control valve 31 is advanced. The target value for the stratified combustion mode is calculated as the target value of the degree of opening of the EGR valve 41).
[0037]
[Airflow control valve control routine]
When the airflow control valve control routine of FIG. 6 is started in step 500 of the engine control main routine of FIG. 2, first, in step 501, it is determined whether or not the required combustion mode is the stratified combustion mode, and the required combustion mode. If is the stratified combustion mode, the routine proceeds to step 503, where the target value for the stratified combustion mode is calculated as the opening target value of the airflow control valve 31.
[0038]
On the other hand, if the required combustion mode is not the stratified combustion mode (that is, if the required combustion mode is the homogeneous combustion mode), the routine proceeds to step 502, and whether or not the fuel system control mode (= actual combustion mode) is the stratified combustion mode. Determine. As a result, if it is determined that the fuel system control mode (= actual combustion mode) is the stratified combustion mode, the routine proceeds to step 503, where the target value for the stratified combustion mode is calculated as the opening target value of the airflow control valve 31. . Thereby, even after the required combustion mode is switched to the homogeneous combustion mode, while the fuel system control mode (= actual combustion mode) is the stratified combustion mode, the target opening value of the airflow control valve 31 is used for the stratified combustion mode. The target value is maintained.
[0039]
On the other hand, when both the required combustion mode and the fuel system control mode (= actual combustion mode) are both in the homogeneous combustion mode (that is, when it is determined “No” in steps 501 and 502), the flow proceeds to step 504. Then, the target value for the homogeneous combustion mode is calculated as the target opening value of the airflow control valve 31.
[0040]
[Fuel system control routine]
When the fuel system control routine of FIG. 7 is started in step 600 of the engine control main routine of FIG. 2, first, in step 601, it is determined whether or not the fuel system control mode (= actual combustion mode) is the homogeneous combustion mode. If it is determined that the mode is the homogeneous combustion mode, the process proceeds to step 602, and the target value for the homogeneous combustion mode is calculated as the target value of the fuel system control parameters (fuel injection amount, fuel injection timing).
[0041]
If it is determined in step 601 that the fuel system control mode (= actual combustion mode) is not the homogeneous combustion mode (stratified combustion mode), the process proceeds to step 603, where the target value of the fuel system control parameter is set. The target value for the stratified combustion mode is calculated.
[0042]
[Ignition system control routine]
When the ignition system control routine of FIG. 8 is started in step 700 of the engine control main routine of FIG. 2, first, in step 701, it is determined whether or not the ignition system control mode (= fuel system control mode) is the homogeneous combustion mode. If it is the homogeneous combustion mode, the routine proceeds to step 702, where the target value for the homogeneous combustion mode is calculated as the target value of the ignition system control parameter (ignition timing).
[0043]
If it is determined in step 701 that the ignition system control mode (= fuel system control mode) is not the homogeneous combustion mode (stratified combustion mode), the routine proceeds to step 703, where the target value of the ignition system control parameter is set. As a result, a target value for the stratified combustion mode is calculated.
[0044]
The difference between the combustion mode switching control of the present embodiment described above and the conventional combustion mode switching control will be described with reference to the time charts of FIGS. FIG. 11 is a time chart showing an example of combustion mode switching control when the combustion mode is switched in the order of stratification → homogeneous → stratification in a conventional in-cylinder injection engine, and FIG. 12 shows the combustion mode in this embodiment as stratified → homogeneous → It is a time chart which shows an example of the combustion mode switching control when switching in order of stratification.
[0045]
  In the conventional in-cylinder injection engine, as shown in FIG. 11, when the required combustion mode is switched from the stratified combustion mode to the homogeneous combustion mode, the air system control parameters (throttle opening, EGR valve 41) and the target air-fuel ratio are immediately set. Is switched to the target value for the homogeneous combustion mode, and at the same time, the air flow control valve 24 is also set to the target value for the homogeneous combustion mode (all closedPosition).
[0046]
There is a response delay period A from when the required combustion mode is switched to the homogeneous combustion mode until the actual air-fuel ratio A / F in the cylinder reaches a region in which homogeneous combustion is possible (region richer than the homogeneous combustion region determination value CAF2). Therefore, during the response delay period A, it is necessary to continue stratified combustion. Therefore, during the response delay period A, it is necessary to continuously generate an air flow (a swirl flow or a tumble flow) for forming a stratified mixture, but in the conventional combustion mode switching control, the required combustion mode is the homogeneous combustion mode. Since the air flow control valve 24 is immediately switched to the target value in the homogeneous combustion mode, the air flow (swirl flow or tumble flow) for forming the stratified mixture is generated during the response delay period A. It becomes difficult. For this reason, stratified combustion becomes unstable during the response delay period A, and torque fluctuation or misfire may occur.
[0047]
On the other hand, in the combustion mode switching control of the present embodiment, as shown in FIG. 12, when the required combustion mode is switched from the stratified combustion mode to the homogeneous combustion mode, first, the air system other than the airflow control valve 24 is switched. Only the control parameters (throttle opening, EGR valve 41) and the target air-fuel ratio are switched to the target value in the homogeneous combustion mode, and the actual air-fuel ratio A / F in the cylinder can be combusted (homogeneous combustion region determination). During the response delay period A until reaching the region richer than the value CAF2, the air flow control valve 31 is continuously maintained at the target value in the homogeneous combustion mode.
[0048]
  Thereby, in this embodiment, even after the required combustion mode is switched to the homogeneous combustion mode, during the response delay period A, the air flow control valve 31 is maintained at the target value of the homogeneous combustion mode and stratified mixing is performed in the cylinder. An air flow (swirl flow or tumble flow) for forming a gas can be generated. As a result, even after the required combustion mode is switched to the homogeneous combustion mode, during the response delay period A, stable stratified combustion is continued, and thereafter the region where the actual air-fuel ratio A / F in the cylinder can be homogeneously combusted ( Wait until it reaches the rich combustion region determination value CAF2), the air flow control valve 31At the same timing as the fuel systemIt is possible to control to switch to the homogeneous combustion mode by switching to the target value of the homogeneous combustion mode. As a result, switching from the stratified combustion mode to the homogeneous combustion mode can be performed while maintaining a stable combustion state, and torque fluctuation and misfire during the combustion mode switching can be prevented.
[0049]
  On the other hand, when the required combustion mode is switched from the homogeneous combustion mode to the stratified combustion mode, the air flow control valve 24 and other air system control parameters (throttle opening, opening of the EGR valve 41), the target air-fuel ratio, and Are simultaneously switched to the target value for the stratified charge combustion mode.Then, the fuel system control parameters are switched at a timing delayed from the switching timing of these air system control parameters to switch to the stratified combustion mode (see FIG. 12).As shown in FIGS. 9 and 10, homogeneous combustion is less affected by the airflow in the cylinder than stratified combustion, and can perform stable homogeneous combustion regardless of whether the airflow in the cylinder is strong or weak. When switching from the homogeneous combustion mode to the stratified combustion mode, stable homogeneous combustion can be continued for a while even if the air flow control valve 31 is switched early. If the air flow control valve 31 is switched at an early stage, an air flow (swirl flow or tumble flow) for forming a stratified mixture in the cylinder can be generated early, so that the homogeneous combustion mode is switched to the stratified combustion mode. The switching can be performed at an early stage while maintaining a stable combustion state.
[0050]
By the way, regardless of whether the combustion mode is switched to the stratified combustion mode or the homogeneous combustion mode, if the control parameters of the fuel system and the ignition system are switched immediately when the required combustion mode is switched, The control parameters of the fuel system and the ignition system are switched before the fuel ratio A / F becomes combustible in the switching combustion mode, and the combustion state becomes unstable, resulting in torque fluctuations and misfires. End up.
[0051]
In order to prevent this, in the present embodiment, when the combustion mode is switched, each control of the fuel system and the ignition system is performed when the in-cylinder actual air-fuel ratio A / F becomes combustible in the switching destination combustion mode. The parameter is switched to the target value of the combustion mode to be switched to. In this way, it is possible to switch all control parameters of the air system, the fuel system, and the ignition system at the optimal timing, regardless of whether the combustion mode is switched to the stratified combustion mode or the homogeneous combustion mode. Can be performed while maintaining a stable combustion state, and torque fluctuation and misfire can be prevented when switching the combustion mode.
[0052]
In this embodiment, an air flow control valve (swirl control valve, tumble control valve) is used as an air flow control means for generating an air flow (a swirl flow or a tumble flow) for forming a stratified mixture in the cylinder. In an engine equipped with a variable valve lift mechanism in which two or more intake valves per cylinder are provided and the lift amount of two or more intake valves can be controlled independently, the lift amount of some of the intake valves of each cylinder is An air flow for forming a stratified mixture in the cylinder may be generated by making it smaller than the lift amount of other intake valves.
[0053]
In the present embodiment, the required combustion mode is determined according to the engine operating state (for example, the engine speed and the required torque). In addition, during the stratified combustion mode operation, the NOx purge of the NOx catalyst 27 is performed. When there is a request for securing a negative pressure in the brake booster, the required combustion mode may be temporarily switched to the homogeneous combustion mode, and the present invention is also applied to such a temporary combustion mode switching. Needless to say, the present invention can be similarly applied.
[0054]
Further, the control parameters of the air system are not limited to the throttle opening and the opening of the EGR valve 41, and may include, for example, intake and / or exhaust valve timing, a purge control valve, and the like.
[0055]
Further, the control method of the airflow control valve 24 in the stratified combustion mode and the homogeneous combustion mode is not limited to the above embodiment. For example, in the stratified combustion mode, the airflow control valve 24 is closed and swirl flow or tumble flow in the cylinder. Alternatively, the airflow control valve 24 may be opened in the homogeneous combustion mode.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an entire engine control system according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a flowchart showing a flow of processing of an engine control main routine.
FIG. 3 is a flowchart showing the flow of processing of a combustion mode determination routine.
FIG. 4 is a flowchart showing a process flow of a combustion mode switching control routine.
FIG. 5 is a flowchart showing a flow of processing of an air system control routine.
FIG. 6 is a flowchart showing a flow of processing of an airflow control valve control routine.
FIG. 7 is a flowchart showing the flow of processing of a fuel system control routine.
FIG. 8 is a flowchart showing the flow of processing of an ignition system control routine.
FIG. 9 is a diagram showing the relationship between the combustible air-fuel ratio region and airflow strength in stratified combustion and homogeneous combustion.
FIG. 10 is a diagram showing a relationship between a combustion stable region and airflow strength in stratified combustion and homogeneous combustion.
FIG. 11 is a time chart showing an example of combustion mode switching control of a conventional in-cylinder injection engine.
FIG. 12 is a time chart showing an example of combustion mode switching control according to the embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Engine (internal combustion engine), 12 ... Intake pipe, 14 ... Motor, 15 ... Throttle valve, 16 ... ECU (combustion mode switching control means), 17 ... Throttle sensor, 18 ... Accelerator pedal, 19 ... Surge tank, 24 ... Airflow control valve (airflow flow control means), 26 ... step motor, 27 ... airflow control valve sensor, 28 ... fuel injection valve, 37 ... exhaust pipe, 39 ... NOx catalyst, 40 ... EGR piping, 41 ... EGR valve.

Claims (4)

圧縮行程で燃料を筒内に直接噴射して点火プラグの近傍に成層混合気を形成して成層燃焼させる成層燃焼モードと、吸気行程で燃料を筒内に直接噴射して均質混合気を形成して均質燃焼させる均質燃焼モードとを燃焼モード切換要求に応じて切り換えて運転する内燃機関制御装置において、
前記成層燃焼モードの運転中に筒内に成層混合気を形成するための気流を生じさせる気流制御手段と、
燃焼モードを切り換える際に前記気流制御手段とそれ以外の空気系、燃料系、点火系の各制御パラメータを切り換える燃焼モード切換制御手段とを備え、
前記燃焼モード切換制御手段は、成層燃焼モードから均質燃焼モードへの切換時には前記気流制御手段の切換タイミングをそれ以外の空気系の制御パラメータの切換タイミングよりも遅らせて前記気流制御手段を燃料系と同じタイミングで切り換えて均質燃焼モードに切り換え、均質燃焼モードから成層燃焼モードへの切換時には前記気流制御手段をそれ以外の空気系の制御パラメータと同じタイミングで切り換え、これらの空気系の制御パラメータの切換タイミングから遅れたタイミングで燃料系の制御パラメータを切り換えて成層燃焼モードに切り換えることを特徴とする内燃機関制御装置。In the compression stroke, fuel is injected directly into the cylinder to form a stratified mixture near the spark plug and stratified combustion mode, and in the intake stroke, fuel is injected directly into the cylinder to form a homogeneous mixture. In an internal combustion engine control apparatus that operates by switching between a homogeneous combustion mode for homogeneous combustion and switching according to a combustion mode switching request,
An airflow control means for generating an airflow for forming a stratified mixture in the cylinder during operation in the stratified charge combustion mode;
Combustion mode switching control means for switching the airflow control means and other control parameters of the air system, fuel system, and ignition system when switching the combustion mode,
The combustion mode switching control means delays the switching timing of the airflow control means from the switching timing of other air system control parameters when switching from the stratified combustion mode to the homogeneous combustion mode, thereby making the airflow control means a fuel system. Switch to the homogeneous combustion mode by switching at the same timing, and when switching from the homogeneous combustion mode to the stratified combustion mode, switch the air flow control means at the same timing as the other air system control parameters, and switch these air system control parameters. An internal combustion engine controller characterized by switching a fuel system control parameter to a stratified combustion mode at a timing delayed from the timing . 前記燃焼モード切換制御手段は、要求燃焼モードが切り換えられたときに直ちに前記気流制御手段以外の空気系の制御パラメータを切り換え先の燃焼モードの目標値に切り換えることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関制御装置。  2. The combustion mode switching control means immediately switches a control parameter of an air system other than the airflow control means to a target value of a switching destination combustion mode when the required combustion mode is switched. The internal combustion engine control device. 前記燃焼モード切換制御手段は、要求燃焼モードが成層燃焼モードから均質燃焼モードに切り換えられたときには、直ちに前記気流制御手段以外の空気系の制御パラメータを均質燃焼モードの目標値に切り換え、筒内の混合気の状態が均質燃焼可能な状態になった時点で、前記気流制御手段を均質燃焼モードの目標値に切り換え、要求燃焼モードが均質燃焼モードから成層燃焼モードに切り換えられたときには、直ちに前記気流制御手段とそれ以外の空気系の制御パラメータとを同時に成層燃焼モードの目標値に切り換えることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関制御装置。  When the required combustion mode is switched from the stratified combustion mode to the homogeneous combustion mode, the combustion mode switching control means immediately switches the control parameters of the air system other than the airflow control means to the target value of the homogeneous combustion mode. When the air-fuel mixture becomes homogeneously combustible, the air flow control means is switched to the target value of the homogeneous combustion mode, and when the required combustion mode is switched from the homogeneous combustion mode to the stratified combustion mode, the air flow is immediately 3. The internal combustion engine control device according to claim 1, wherein the control means and other air system control parameters are simultaneously switched to a target value in the stratified combustion mode. 前記燃焼モード切換制御手段は、燃焼モードを切り換える際に筒内の混合気の状態が切り換え先の燃焼モードで燃焼可能な状態になった時点で燃料系と点火系の各制御パラメータを切り換え先の燃焼モードの目標値に切り換えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の内燃機関制御装置。  The combustion mode switching control means switches the control parameters of the fuel system and the ignition system at the time of switching the combustion mode when the state of the air-fuel mixture in the cylinder becomes combustible in the combustion mode of the switching destination. 4. The internal combustion engine control device according to claim 1, wherein the control value is switched to a target value for the combustion mode.
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