JP4365812B2 - 内燃機関の制御装置及び制御方法 - Google Patents

内燃機関の制御装置及び制御方法 Download PDF

Info

Publication number
JP4365812B2
JP4365812B2 JP2005268644A JP2005268644A JP4365812B2 JP 4365812 B2 JP4365812 B2 JP 4365812B2 JP 2005268644 A JP2005268644 A JP 2005268644A JP 2005268644 A JP2005268644 A JP 2005268644A JP 4365812 B2 JP4365812 B2 JP 4365812B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
combustion
region
compression ignition
combustion mode
switching
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2005268644A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2007077919A (ja
JP2007077919A5 (ja
Inventor
士朗 山岡
啓 角谷
邦彦 鈴木
真也 佐藤
敦史 島田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP2005268644A priority Critical patent/JP4365812B2/ja
Priority to EP06019253.1A priority patent/EP1764490B1/en
Priority to US11/520,740 priority patent/US7516731B2/en
Publication of JP2007077919A publication Critical patent/JP2007077919A/ja
Publication of JP2007077919A5 publication Critical patent/JP2007077919A5/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP4365812B2 publication Critical patent/JP4365812B2/ja
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/30Controlling fuel injection
    • F02D41/3011Controlling fuel injection according to or using specific or several modes of combustion
    • F02D41/3017Controlling fuel injection according to or using specific or several modes of combustion characterised by the mode(s) being used
    • F02D41/3035Controlling fuel injection according to or using specific or several modes of combustion characterised by the mode(s) being used a mode being the premixed charge compression-ignition mode
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B11/00Engines characterised by both fuel-air mixture compression and air compression, or characterised by both positive ignition and compression ignition, e.g. in different cylinders
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/30Controlling fuel injection
    • F02D41/3011Controlling fuel injection according to or using specific or several modes of combustion
    • F02D41/3064Controlling fuel injection according to or using specific or several modes of combustion with special control during transition between modes
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)
  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)
  • Ignition Installations For Internal Combustion Engines (AREA)
  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)

Description

本発明は、火花点火燃焼モードと圧縮着火燃焼モードとを運転条件に応じて切換使用する内燃機関の制御装置及び制御方法に係り、特に、火花点火燃焼モードから圧縮着火燃焼モードへの燃焼モードの切換制御に好適な内燃機関の制御装置及び制御方法に関する。
ガソリン機関において、点火装置を用いて混合気を火花点火する火花点火燃焼モードと、ピストン圧縮によって混合気を自己着火させる圧縮着火燃焼モードとを運転条件に応じて切換使用する内燃機関が知られている。
このように、混合気を圧縮して自己着火させる燃焼方式を採用した圧縮着火燃焼方式の内燃機関においては、高効率・広い運転領域において自己着火燃焼を好適に制御すると同時に、自己着火燃焼と火花点火燃焼との切換を好適に制御する必要がある。
これに対応する技術として、火花点火と圧縮着火との燃焼モード切換時に、成層燃焼モードを経由させることで、トルク変動を抑制する技術がある(例えば、特許文献1)。
特開2001−152919号公報
しかし、上述の従来技術では、火花点火と圧縮着火との燃焼モードの切換時に、成層燃焼モードを経由させることによってトルク変動を抑えることはできても、排気ガス中のNOx排出量が増加することを避けることが難しい。
排気ガス中のNOxを浄化するためには、リーンNOx用の浄化触媒が必要になり、コストアップが避けられない。
本発明は、前記点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、火花点火燃焼モードから圧縮着火燃焼モードへの燃焼モードの切り換え時に、トルク変動と排気悪化の何れもを好適に抑制することのできる内燃機関の制御装置及び制御装置を提供することにある。
前記目的を達成するべく、本発明による内燃機関の制御装置は、点火装置を用いて混合気を火花点火する火花点火燃焼モードの運転ピストン圧縮によって混合気を自己着火させる圧縮着火燃焼モードの運転切換え制御する内燃機関の制御装置であって、該制御装置は、運転条件に応じて、火花点火運転領域、圧縮着火運転可能領域、及び、該圧縮着火運転可能領域内の燃焼切換安定領域を設定し、前記火花点火燃焼モードによる運転時に、運転条件が前記燃焼切換安定領域に設定された場合には、圧縮着火燃焼モードの運転に切換え、運転条件が前記燃焼切換安定領域以外の前記圧縮着火運転可能領域に設定された場合には、火花点火燃焼モードの運転を継続することを特徴としている。
本発明の内燃機関の制御装置の具体的な態様は、前記制御装置は、前記圧縮着火燃焼モードで運転中に、運転条件が前記燃焼切換安定領域から該切換安定領域以外の前記圧縮着火運転可能領域に設定された場合には、圧縮着火燃焼モードでの運転を継続し、運転条件が前記燃焼切換安定領域以外の前記圧縮着火運転可能領域に設定されていて前記火花点火燃焼モードで運転されている場合には、火花点火燃焼モードを継続し、運転条件が前記燃焼切換安定領域に属する状態になったら圧縮着火燃焼モードへの切換え制御を行うことを特徴としている。
本発明の内燃機関の制御装置の他の具体的な態様は、前記制御装置が、火花点火燃焼モードと圧縮着火燃焼モードとを検出する燃焼状態検出手段を有し、該燃焼状態検出手段は、内燃機関の筒内圧力を検出する筒内圧力検出手段、内燃機関の振動を検出する振動検出手段、燃焼室内のイオン電流を検出するイオン電流検出手段、空燃比を検出する空燃比検出手段の何れか或いは組み合わせであることを特徴としている。
本発明の内燃機関の制御装置の更に他の具体的な態様は、前記切換安定領域を前記燃焼状態検出手段の検出結果に応じて前記圧縮着火運転可能領域内にアクティビティに設定され、前記圧縮着火運転可能領域は、内燃機関の運転条件、内燃機関によって駆動される動力装置の運転状態、該動力装置の運転者の意図等に基づいて定められる運転領域であり、前記燃焼切換安定領域は、前記圧縮着火運転可能領域よりもエンジン回転数とエンジントルクが低い領域に設定されることを特徴としている。
本発明内燃機関の制御装置の更に他の具体的な態様は、制御量を検出する制御量検出手段を備え、前記燃焼切換安定領域は、前記制御量検出手段で検出した制御量に応じて前記圧縮着火可能領域内にアクティビティに設定されることを特徴としている。
本発明のよる内燃機関の制御方法は、点火装置を用いて混合気を火花点火する火花点火燃焼モードの運転と、ピストン圧縮によって混合気を自己着火させる圧縮着火燃焼モードの運転と、を切換え制御する内燃機関の制御方法であって、該制御方法は、運転条件に応じて、火花点火運転領域、圧縮着火運転可能領域、及び、該圧縮着火運転可能領域内の燃焼切換安定領域を設定し、前記火花点火燃焼モードによる運転時に、運転条件が前記燃焼切換安定領域に設定された場合には、圧縮着火燃焼モードの運転に切換え、運転条件が前記燃焼切換安定領域以外の前記圧縮着火運転可能領域に設定された場合には、火花点火燃焼モードの運転を継続することを特徴としている。
本発明の内燃機関の制御方法の具体的な態様は、前記圧縮着火燃焼モードで運転中に、運転条件が前記燃焼切換安定領域から該切換安定領域以外の前記圧縮着火運転可能領域に設定された場合には、圧縮着火燃焼モードでの運転を継続することを特徴としている。
本発明の内燃機関の制御方法の他の具体的な態様は、運転条件が前記燃焼切換安定領域以外の前記圧縮着火運転可能領域に設定されていて前記火花点火燃焼モードで運転されている場合には、火花点火燃焼モードを継続し、運転条件が前記燃焼切換安定領域に属する状態になったら圧縮着火燃焼モードへの切換え制御を行うことを特徴としている。
この発明による内燃機関の制御装置及び制御方法によれば、火花点火燃焼モードから圧縮着火燃焼モードへの燃焼切換時には、運転条件が予め設定された圧縮着火運転領域内であっても、火花点火燃焼モードを継続する制御を行うから、火花点火燃焼モードから圧縮着火燃焼モードへ燃焼を切り換える際のトルク変動が低減し、排気悪化も抑制される。
本発明の内燃機関の制御装置の実施形態を図面を参照して説明する。
図1(a)、(b)は、本発明による制御装置が適用される火花点火燃焼と火花点火燃焼との燃焼モード切換型の内燃機関の一つの実施形態を示している。
内燃機関3は、シリンダブロック9とピストン17とシリンダヘッド10によって画定された燃焼室16を有する。内燃機関が多気筒内燃機関である場合には、燃焼室16は複数個形成される。シリンダヘッド10には、各気筒毎に、燃焼室16に連通する吸気ポート6、排気ポート14が形成されている。この実施形態では、各気筒毎に、吸気ポート6、排気ポート14が各々二つずつ形成された4ポート内燃機関をなしている。
吸気ポート6は、吸気弁19aによって開閉され、排気ポート14は排気弁19bによって開閉される。吸気弁19aと排気弁19bは、各々可変バルブ機構23a、23bによって開閉駆動される。可変バルブ機構23aは、吸気弁19aの開閉タイミングおよびバルブリフト量をエンジン運転条件に応じて最適な制御量に変化させ、可変バルブ機構23bは、排気弁19bの開閉タイミングおよびバルブリフト量をエンジン運転条件に応じて最適な制御量に変化させる。
可変バルブ機構23a、23bは、機関吸気系のスロットル弁7と同様に、吸入空気量を調節する機能を有するものであり、本実施形態では、吸入空気量を調節する機能に加えて、圧縮着火燃焼モード中の実圧縮比および内部EGR量を調節し、燃焼状態制御手段として機能する。
燃焼状態制御手段、つまり、可変バルブ機構23a、23bは、点火装置を用いて混合気を火花点火する火花点火燃焼モードと、ピストン圧縮によって混合気を自己着火させる圧縮着火燃焼モードとを切り換え、燃焼モード切換型の圧縮着火式内燃機関を実現する。なお、このバルブ動作や実際の運転制御方式については後述する。
シリンダヘッド10には、各気筒毎に点火プラグ13が取り付けられている。点火プラグ13の火花放電部13aは燃焼室16内に配置される。
点火プラグ13は、エンジンコントロールユニット1(以下、ECUと記す)より火花点火燃焼を指示された場合には、火花放電部13aにて火花放電を行い、燃焼室16内の混合気(ガソリン燃料と空気)を火花点火する。
ECU1が圧縮着火燃焼を指示している場合には、点火プラグ13は、燃焼状態を検出するイオン電流検出手段として機能させることが可能であり、その場合には燃焼室16内の燃焼状態および着火時期などを監視する。
シリンダブロック9には、各気筒毎に燃料噴射弁11が取り付けられている。燃料噴射弁11は、燃焼室16内に燃料を直接噴射する。燃料噴射弁11の配置位置は、図1(b)では、吸気弁19a近傍の燃焼室16内側面付近となっているが、特にその場所を規定するものではなく、燃焼室16内に燃料を直接噴射可能な任意の場所でよい。
燃料噴射弁11には、燃料タンク26の燃料(ガソリン燃料)が高圧ポンプ27によって高圧加圧されて供給される。
ECU1は、マイクロコンピュータ式のものであり、圧縮着火式内燃機関を搭載した車両を運転するドライバの意図を検出するドライバ意図検出手段であるアクセル開度検出装置2aおよびブレーキ踏力検出装置2bより、それぞれの出力値(アクセル開度、ブレーキ踏力)を入力する。
ECU1は、車両走行状態を検出する車両走行状態検出手段として車速検出装置2cの出力値、さらに機関運転条件を検出するエアフローセンサ5、機関冷却水温センサ24、空燃比センサ22、クランク角センサ4の各々の出力値を入力し、燃料噴射制御、点火時期制御、吸排気の可変バルブ制御を行う。
エアフローセンサ5は、吸気温度を測定する機能を有するものであることが望ましく、この出力値も同時にECU1に取り込まれる。機関負荷は、アクセル開度検出装置2aの出力値により演算される。したがって、機関負荷検出手段は、アクセル開度検出装置2aとする。圧縮着火式内燃機関を搭載した車両の加速度を把握する手段として、車速センサ2cの出力値の微分値を用いているが、車両に加速度センサを設置し、その出力値を用いてもよい。ブレーキ踏力検出装置2bの出力値は、ドライバがブレーキペダルを踏んだか否かを判定するオン・オフ信号を用いているが、ブレーキ踏力センサを設置してその出力値を用いることも可能であり、またブレーキの油圧配管中に油圧センサを設けることによってドライバのブレーキ踏力を把握してもよい。
図2(a)〜(c)は、本実施形態に適用する可変バルブ23aおよび23bのバルブリフト特性例を示している。図2(a)〜(c)は、それぞれ、圧縮着火を実現するために内部EGRを導入するためのバルブタイミング設定を有している。
図2(a)は、吸気バルブリフト101および排気バルブリフト102が火花点火燃焼モード時のものを、吸気バルブリフト103および排気バルブリフト104が圧縮着火燃焼モード時のものを、各々示している。
吸気バルブリフト103、排気バルブリフト104によるタイミングとすることで、排気閉じ込め期間ができ、この期間の長さを制御することによって、内部EGR率を制御でき、圧縮着火燃焼を好適に制御することが可能となる。
なお、吸気バルブリフト101から103への変化および排気バルブリフト102から104への変化は、可変バルブ機構23a、23bを油圧もしくは電子制御によって連続的に変化させることにより実現でき、その機構や制御方式は特に問うものではない。また、連続変化でなく、2段切換のような不連続なものであっても、図2(a)が意図するバルブリフト特性であることは言うまでもない。
図2(b)における吸気バルブリフト101、排気バルブリフト102は、図2(a)と同様に火花点火燃焼モード時のものである。圧縮着火燃焼モード時には、このバルブリフトに加えてさらに排気バルブリフト105の動きを加え、一旦燃焼室外に出した排ガスを再吸入して、内部EGRを確保するものである。
なお、このようなバルブタイミング制御は、図2(a)の場合と同様、可変バルブ機構23a、23bを油圧もしくは電子制御によって変化させることにより行うことでき、その機構や制御方式は特に問うものではない。
図2(c)は、圧縮着火燃焼モード時には、バルブリフト106〜109のように制御して、2ストローク運転による圧縮着火燃焼モードを実行するものである。すなわち、バルブリフト107と108の間に、圧縮−燃焼−膨張過程が存在している。2ストローク化することによって、内部EGRを比較的残留させやすい、といったメリットがあり、火花点火燃焼モードにはノックの原因となるものの、圧縮着火燃焼モードに好適な燃焼室内状態をもたらす。さらに、比出力が4ストローク時よりも大きくなるため、圧縮着火燃焼モードによる運転領域が約2倍のトルク領域まで広がる。
なお、このようなバルブタイミング制御も、図2(a)の場合と同様、このようなバルブタイミングに制御するため、可変バルブ機構23aおよび23bを油圧もしくは電子制御によって変化させることにより行うことができ、その機構や制御方式は特に問うものではない。
上述した可変バルブ機構23a、23bによるバルブタイミング制御と、点火プラグ13の火花放電の有無により、内燃機関3は、燃焼モードを、点火プラグ(点火装置)13を用いて混合気を火花点火する火花点火燃焼モードと、ピストン圧縮によって混合気を自己着火させる圧縮着火燃焼モードの何れかに切換設定される。
内燃機関3は、基本的には、火花点火燃焼モードによってエンジン運転する火花点火運転領域と、圧縮着火燃焼モードによってエンジン運転する圧縮着火運転領域とをエンジントルク(負荷)とエンジン回転数とに応じて予め設定され、設定された火花点火運転領域と圧縮着火運転領域に応じて火花点火燃焼モードと圧縮着火燃焼モードの何れかによって運転される。圧縮着火運転領域は、内燃機関3の運転条件、内燃機関3を搭載した動力装置(例えば車両)の運転状態、動力装置のユーザのユーザ意図等に基づくパラメータによって予め定められる運転領域である。
この燃焼モード切換を行うエンジン制御システムを、図3を参照して説明する。燃焼モード切換のためのエンジン制御システムは、火花点火燃焼モードによってエンジン運転する火花点火運転領域と、圧縮着火燃焼モードによってエンジン運転する圧縮着火運転領域とをエンジントルク(負荷)とエンジン回転数とに応じて予め設定された運転領域設定手段として、火花点火運転領域・圧縮着火運転領域設定マップ記憶手段51と、内燃機関3の燃焼状態を検出する燃焼状態検出手段52と、可変バルブ機構23a、23bによる燃焼状態制御手段61の制御量を検出する制御量を検出する制御量検出手段53と、燃焼モード選択手段54とを有する。
燃焼状態検出手段52は、内燃機関3の筒内圧力を検出する筒内圧力検出センサ31、内燃機関3の振動を検出する振動検出センサ25、燃焼室16内のイオン電流を検出するイオン電流検出手段(点火プラグ)、空燃比を検出する空燃比センサ22の何れか或いは組み合わせであり、燃焼状態を検出、推定する。
燃焼状態検出(推定)手段52としては、シリンダブロック9もしくはシリンダヘッド10に設けられる振動検出センサ25があり、このセンサ25で検出する周波数を適正に解析することにより、各気筒の筒内圧力ピーク値、ピーク時期をそれぞれ検出または推定することができる。圧縮着火燃焼では、火花点火燃焼の場合と異なり、適正な燃焼時(高効率運転時)には、熱発生ピーク時期と筒内圧力ピーク時期が一致するという特徴があることが、実機試験によって判明している。
燃焼モード選択手段54は、たとえば、ECU1によるソウトウェア処理により具現化されるものであり、エンジントルクとエンジン回転数の検出値と、燃焼状態検出手段52および制御量検出手段53による燃焼状態、制御量の検出値を入力し、火花点火運転領域・圧縮着火運転領域設定マップ記憶手段51に設定された火花点火運転領域と圧縮着火運転領域を、火花点火燃焼モードから圧縮着火燃焼モードへの燃焼切換時を除いて、エンジントルク、エンジン回転数の検出値に応じて切換設定する制御を行い、燃焼モード切換指令を燃焼状態制御手段61に出力する。
また、燃焼モード選択手段54は、火花点火燃焼モードから圧縮着火燃焼モードへの燃焼切換時に、運転条件が火花点火運転領域・圧縮着火運転領域設定マップ記憶手段51に予め設定された圧縮着火運転領域内であっても、燃焼状態検出手段52によって検出される燃焼状態、あるいは/および制御量検出手段53によって検出される制御量が特定の値の場合には、燃焼状態制御手段61による火花点火燃焼モードを継続する制御を行う。
図4は、火花点火運転領域・圧縮着火運転領域設定マップ記憶手段51に格納されている各燃焼モードの運転領域を示している。領域112は、火花点火燃焼運転領域、領域110は、圧縮着火燃焼運転可能領域を各々示している。圧縮着火燃焼運転可能領域110の中に燃焼切換安定領域111が規定されている。
圧縮着火燃焼運転可能領域110は、図4に示されているように、縦軸にエンジントルクを、横軸にエンジン回転数をとったグラフにおいて、島状に存在し、燃焼切換安定領域111は、その島状の圧縮着火燃焼モード領域110の内側に、圧縮着火燃焼運転可能領域110より小さい島状に存在する。
本発明者らが行った実験的研究の結果、図2(a)〜(c)に示されているような特性をもって可変バルブ機構23aおよび23bを制御し、これによって内部EGRを制御して火花点火燃焼モードから圧縮着火燃焼モードに切り換えた場合、圧縮着火燃焼が安定する領域と、燃焼切換がトルク変動や排気の悪化なく安定して制御できる領域が、図に示されているような関係を持ついることが明らかとなった。これは、燃焼切換に必要な可変バルブのスペックや制御性能が、圧縮着火の安定燃焼のためのそれらと異なるためである。
よって、圧縮着火燃焼モードを有する内燃機関3を好適に制御するには、ECU1に予め、圧縮着火燃焼を安定して行なう領域や条件の規定と同時に、火花点火燃焼モードから圧縮着火燃焼モードに切り換えるための領域や条件を規定しておくことが、必要であると理解できる。
例えば、図4中の運転条件CやDでは、安定した圧縮着火は可能であるが、この運転条件では火花点火から圧縮着火に安定して切り換えることはできず、燃焼切換安定領域111に属する運転条件Bにおいて圧縮着火燃焼モードに切り換えられた後に、運転条件CもしくはDで圧縮着火燃焼モードによって運転することができる。
また、燃焼切換安定領域111内であっても、燃焼モード切換時の燃焼状態に基づいて、火花点火燃焼モードの継続、または圧縮着火燃焼モードへの切り換えを選択することもできる。
逆に、圧縮着火燃焼モードから火花点火燃焼モードに切り換える際は、この限りではなく、圧縮着火燃焼モード中の任意の運転条件において、火花点火燃焼モードに安定に切り換えることができる。
つまり、火花点火燃焼モードから圧縮着火燃焼モードへの燃焼切り換え時には、運転条件(エンジントルク、エンジン回転数)が、燃焼切換安定領域111に属する運転条件になって圧縮着火燃焼モードへの切換を実行し、運転条件が圧縮着火燃焼運転可能領域110でも燃焼切換安定領域111以外の領域に属している場合には、火花点火燃焼モードによる運転を続行する。そして、圧縮着火燃焼モードへの切換後、圧縮着火燃焼によって運転される状態になれば、運転条件が圧縮着火燃焼運転可能領域110であれば、燃焼切換安定領域111以外の領域に属している場合も、圧縮着火燃焼モードによる運転を行う。
すなわち、燃焼モード選択手段54は、火花点火燃焼モードから圧縮着火燃焼モードへの燃焼切換時には、運転条件が切換安定領域111に属する状態になるまで火花点火燃焼モードを継続し、運転条件が切換安定領域111に属する状態になれば、圧縮着火燃焼モードへ切り換える制御を行う。
要約すると、燃焼モード選択手段54は、運転条件が火花点火運転領域・圧縮着火運転可能領域設定マップ記憶手段51に設定された火花点火運転領域112内であれば、火花点火燃焼モードを選定し、火花点火燃焼モードによる運転時には運転条件が記憶手段51に設定された切換安定領域111内になれば、圧縮着火燃焼モードを選定し、圧縮着火燃焼モードによる運転時には運転条件が記憶手段51に設定された圧縮着火運転可能領域110内にある限り圧縮着火燃焼モードを継続する制御を行う。
これは、火花点火燃焼モードから圧縮着火燃焼モードへの燃焼切り換え時と、圧縮着火燃焼モードから火花点火燃焼モードへの燃焼切り換え時とで、切換値(エンジントルク、エンジン回転数)にヒステリシスを与えられているイメージである。
切換安定領域を111は、予め設定された固定的なものでなく、燃焼状態検出手段52の検出結果あるいは/および燃焼状態制御手段61の制御量検出手段53の検出結果に応じて圧縮着火運転領域110内にアクティブティに設定することもでき、より良い性能を得ることができる。
なお、この運転領域の関係は、図2(a)のバルブリフト特性となる場合の例を示しているが、図2(b)、(c)のバルブリフト特性としても、各燃焼モードの運転領域の関係はほぼ同義となることを付け加えておく。
図5は、本発明による内燃機関の制御装置において、火花点火燃焼モードから圧縮着火燃焼モードに切り換える際の制御フローの一例を示している。
まず、装置(車両)走行状態およびユーザ意図(例えば、アクセル開度α)、エンジン運転状態を読み込む(ステップ1001)。
つぎに、現在の燃焼モードが火花点火燃焼モードであるか否かを判定する(ステップ1002)。
つぎに、燃焼状態検出手段および燃焼状態制御手段の制御量を検出する制御量検出手段の出力値および学習値を読み込む。
燃焼状態検出手段は、好ましくは点火プラグ13に備えられたイオン電流検出装置であるが、筒内圧センサや振動検出センサ25、空燃比センサ22などであってもよい。
制御量検出手段は、燃焼状態制御手段である可変バルブ機構23a、23bの制御量、あるいは可変バルブ機構23a、23bを駆動するアクチュエータの制御量を検出もしくは推定する手段である。
つぎに、現在の運転条件が圧縮着火燃焼モード領域110かつ燃焼切換安定領域111内であるか否かを判断する(ステップ1004)。
現在の運転条件が圧縮着火燃焼運転可能領域110かつ燃焼切換安定領域111内であると判断されると、ステップ1001、1003で読み込んだ入力値によって、圧縮着火燃焼モードへの安定した燃焼切換が実行可能か否かを判断する(ステップ1005)。
ステップ1003で読み込んだ可変バルブ機構23a、23bの制御量の如何によっては、可変バルブ機構23a、23bが劣化あるいは故障したと判定される場合もある。この場合には、予め、ECU1に規定されている圧縮着火燃焼運転可能領域110および燃焼切り換え安定領域111を書き換える。
ステップ1005にて圧縮着火燃焼モードへの切り換えが許可されると、可変バルブ機構23a、23bを用いて圧縮着火燃焼モードへの切り換えを実行する。
上述した制御フローに従った制御を行うことにより、トルク変動や排気悪化を起こすことなく、火花点火燃焼モードより圧縮着火燃焼モードへの燃焼切換が行われる。
なお、上記の実施形態以外にも、同義の可変バルブ機構や切換制御を有する制御装置も本発明の範囲内であることは明白である。また、この制御装置の原理は、火花点火燃焼モードと圧縮着火燃焼モードの切換だけではなく、ディーゼルエンジンにおいて、通常の拡散燃焼モードから、EGRを大量に導入した予混合燃焼モード切り換える際にも用いることができることも付け加えておく。
(a)は本発明による制御装置が適用される燃焼モード切換型の圧縮着火式内燃機関の一つの実施形態の吸排気ポート部分の概略平面図、(b)は本発明による制御装置が適用される燃焼モード切換型の圧縮着火式内燃機関の一つの実施形態の全体構成を示すシステム構成図。 (a)〜(c)は本発明による制御装置が適用される燃焼モード切換型の圧縮着火式内燃機関の可変バルブ機構によるバルブリフト特性を示すグラフ。 本発明の内燃機関の制御装置における燃焼モード切換のエンジン制御システムを示すブロック図。 本発明による制御装置が適用される燃焼モード切換型の圧縮着火式内燃機関の燃焼モードの領域の一例を示すグラフ。 本発明の内燃機関の制御装置による火花点火燃焼モードから圧縮着火燃焼モードへの切換時の制御フローの一例を示すフローチャート。
符号の説明
1 エンジンコントロールユニット(ECU)
2a アクセル開度検出装置
2b ブレーキ踏力検出装置
2c 車速検出装置
3 内燃機関
4 クランクセンサ
5 エアフローセンサ
6 吸気ポート
11 燃料噴射弁
13 点火プラグ
14 排気ポート
16 燃焼室
19a 吸気弁
19b 排気弁
22 空燃比センサ
23a、23b 可変バルブ機構
24 機関冷却水温センサ
25 振動検出センサ
31 筒内圧力センサ

Claims (11)

  1. 点火装置を用いて混合気を火花点火する火花点火燃焼モードの運転ピストン圧縮によって混合気を自己着火させる圧縮着火燃焼モードの運転切換え制御する内燃機関の制御装置であって、
    該制御装置は、運転条件に応じて、火花点火運転領域、圧縮着火運転可能領域、及び、該圧縮着火運転可能領域内の燃焼切換安定領域を設定し、前記火花点火燃焼モードによる運転時に、運転条件が前記燃焼切換安定領域に設定された場合には、圧縮着火燃焼モードの運転に切換え、運転条件が前記燃焼切換安定領域以外の前記圧縮着火運転可能領域に設定された場合には、火花点火燃焼モードの運転を継続することを特徴とする内燃機関の制御装置。
  2. 前記制御装置は、前記圧縮着火燃焼モードで運転中に、運転条件が前記燃焼切換安定領域から該切換安定領域以外の前記圧縮着火運転可能領域に設定された場合には、圧縮着火燃焼モードでの運転を継続することを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の制御装置。
  3. 前記制御装置は、運転条件が前記燃焼切換安定領域以外の前記圧縮着火運転可能領域に設定されていて前記火花点火燃焼モードで運転されている場合には、火花点火燃焼モードを継続し、運転条件が前記燃焼切換安定領域に属する状態になったら圧縮着火燃焼モードへの切換え制御を行うことを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の制御装置。
  4. 前記制御装置は、火花点火燃焼モードと圧縮着火燃焼モードとを検出する燃焼状態検出手段を有し、該燃焼状態検出手段は、内燃機関の筒内圧力を検出する筒内圧力検出手段、内燃機関の振動を検出する振動検出手段、燃焼室内のイオン電流を検出するイオン電流検出手段、空燃比を検出する空燃比検出手段の何れか或いは組み合わせであることを特徴とする請求項に記載の内燃機関の制御装置。
  5. 前記燃焼切換安定領域を前記燃焼状態検出手段の検出結果に応じて前記圧縮着火運転可能領域内にアクティビティに設定することを特徴とする請求項4に記載の内燃機関の制御装置。
  6. 前記圧縮着火運転可能領域は、内燃機関の運転条件、内燃機関によって駆動される動力装置の運転状態、該動力装置の運転者の意図等に基づいて定められる運転領域であることを特徴とする請求項1から5のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
  7. 前記燃焼切換安定領域は、前記圧縮着火運転可能領域よりもエンジン回転数とエンジントルクが低い領域に設定されることを特徴とする請求項1から6のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
  8. 前記制御装置は、制御量を検出する制御量検出手段を備え、前記燃焼切換安定領域は、前記制御量検出手段で検出した制御量に応じて前記圧縮着火可能領域内にアクティビティに設定されることを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の制御装置。
  9. 点火装置を用いて混合気を火花点火する火花点火燃焼モードの運転と、ピストン圧縮によって混合気を自己着火させる圧縮着火燃焼モードの運転と、を切換え制御する内燃機関の制御方法であって、
    該制御方法は、運転条件に応じて、火花点火運転領域、圧縮着火運転可能領域、及び、該圧縮着火運転可能領域内の燃焼切換安定領域を設定し、前記火花点火燃焼モードによる運転時に、運転条件が前記燃焼切換安定領域に設定された場合には、圧縮着火燃焼モードの運転に切換え、運転条件が前記燃焼切換安定領域以外の前記圧縮着火運転可能領域に設定された場合には、火花点火燃焼モードの運転を継続することを特徴とする内燃機関の制御方法
  10. 前記制御方法は、前記圧縮着火燃焼モードで運転中に、運転条件が前記切換安定領域から該燃焼切換安定領域以外の前記圧縮着火運転可能領域に設定された場合には、圧縮着火燃焼モードでの運転を継続することを特徴とする請求項9に記載の内燃機関の制御方法。
  11. 前記制御方法は、運転条件が前記燃焼切換安定領域以外の前記圧縮着火運転可能領域に設定されていて前記火花点火燃焼モードで運転されている場合には、火花点火燃焼モードを継続し、運転条件が前記燃焼切換安定領域に属する状態になったら圧縮着火燃焼モードへの切換え制御を行うことを特徴とする請求項9に記載の内燃機関の制御方法
JP2005268644A 2005-09-15 2005-09-15 内燃機関の制御装置及び制御方法 Expired - Fee Related JP4365812B2 (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005268644A JP4365812B2 (ja) 2005-09-15 2005-09-15 内燃機関の制御装置及び制御方法
EP06019253.1A EP1764490B1 (en) 2005-09-15 2006-09-14 Apparatus and method for controlling internal combustion engine
US11/520,740 US7516731B2 (en) 2005-09-15 2006-09-14 Apparatus and method for controlling internal combustion engine

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005268644A JP4365812B2 (ja) 2005-09-15 2005-09-15 内燃機関の制御装置及び制御方法

Publications (3)

Publication Number Publication Date
JP2007077919A JP2007077919A (ja) 2007-03-29
JP2007077919A5 JP2007077919A5 (ja) 2007-09-27
JP4365812B2 true JP4365812B2 (ja) 2009-11-18

Family

ID=37460413

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2005268644A Expired - Fee Related JP4365812B2 (ja) 2005-09-15 2005-09-15 内燃機関の制御装置及び制御方法

Country Status (3)

Country Link
US (1) US7516731B2 (ja)
EP (1) EP1764490B1 (ja)
JP (1) JP4365812B2 (ja)

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6910449B2 (en) * 2002-12-30 2005-06-28 Ford Global Technologies, Llc Method for auto-ignition operation and computer readable storage device for use with an internal combustion engine
JP4474435B2 (ja) 2007-05-09 2010-06-02 日立オートモティブシステムズ株式会社 内燃機関の制御装置
JP2008291720A (ja) 2007-05-23 2008-12-04 Honda Motor Co Ltd 内燃機関の制御装置
JP4858397B2 (ja) 2007-10-15 2012-01-18 株式会社豊田自動織機 予混合圧縮着火機関
JP4836088B2 (ja) 2007-11-08 2011-12-14 日立オートモティブシステムズ株式会社 圧縮自己着火式内燃機関の制御装置および制御方法
US8132546B2 (en) * 2008-05-08 2012-03-13 Ford Global Technologies, Llc Control strategy for multi-stroke engine system
JP5055245B2 (ja) * 2008-10-30 2012-10-24 日立オートモティブシステムズ株式会社 圧縮自己着火式内燃機関の制御装置
US9074551B2 (en) * 2011-07-13 2015-07-07 GM Global Technology Operations LLC Method and apparatus for engine operation in homogeneous charge compression ignition and spark ignition
JP5756399B2 (ja) * 2011-12-27 2015-07-29 本田技研工業株式会社 圧縮着火内燃機関の制御装置
WO2018081854A1 (en) * 2016-11-02 2018-05-11 Australian Frozen Foods Pty Ltd Internal combustion engine

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3835142B2 (ja) * 1999-09-07 2006-10-18 日産自動車株式会社 自己着火・火花点火式内燃機関の制御装置
JP4253426B2 (ja) 1999-09-14 2009-04-15 日産自動車株式会社 圧縮自己着火式ガソリン機関
JP3873580B2 (ja) * 2000-06-15 2007-01-24 日産自動車株式会社 圧縮自己着火式内燃機関
WO2002014665A1 (fr) * 2000-08-17 2002-02-21 Hitachi, Ltd. Moteur a combustion interne par compression
US6390054B1 (en) * 2000-08-26 2002-05-21 Ford Global Technologies, Inc. Engine control strategy for a hybrid HCCI engine
AT5295U1 (de) * 2000-12-18 2002-05-27 Avl List Gmbh Verfahren zum betreiben einer brennkraftmaschine
AT5300U1 (de) * 2001-09-06 2002-05-27 Avl List Gmbh Verfahren zum betrieb einer brennkraftmaschine
JP3927395B2 (ja) * 2001-09-28 2007-06-06 株式会社日立製作所 圧縮着火エンジンの制御装置
JP2003343312A (ja) * 2002-05-22 2003-12-03 Hitachi Ltd ターボ過給機を備えた筒内噴射型内燃機関の制御方法及びターボ過給機を備えた筒内噴射型内燃機関
JP4066851B2 (ja) * 2003-03-03 2008-03-26 トヨタ自動車株式会社 可変サイクルエンジンおよび運転モードの切り替え方法

Also Published As

Publication number Publication date
US20070062485A1 (en) 2007-03-22
JP2007077919A (ja) 2007-03-29
EP1764490B1 (en) 2020-01-08
US7516731B2 (en) 2009-04-14
EP1764490A2 (en) 2007-03-21
EP1764490A3 (en) 2012-05-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4365812B2 (ja) 内燃機関の制御装置及び制御方法
US6619242B2 (en) Combustion control apparatus for engine
EP1083324B1 (en) Control system for self-ignition type gasoline engine
US6644019B2 (en) Combustion control apparatus for engine
US8025046B2 (en) System and method for facilitating homogeneous charge compression ignition
US7703438B2 (en) System and method for facilitating homogeneous charge compression ignition
US20040237910A1 (en) Internal combustion engine of compression ignition type
JP5359590B2 (ja) 可変圧縮比式内燃機関
JP4840289B2 (ja) ガソリンエンジンの制御装置
JP4631725B2 (ja) 筒内直接噴射式火花点火内燃機関の制御装置
JP2002221037A (ja) 筒内噴射式ガス燃料内燃機関
US7000586B2 (en) Control device for compression ignition operation of internal combustion engine
KR20000077089A (ko) 통내 분사형 내연기관
JP4518251B2 (ja) 内燃機関の制御装置
JP2007291990A (ja) 吸気制御弁開度推定装置
JP4166135B2 (ja) 内燃機関の運転領域制御装置
JP4501743B2 (ja) 筒内直接噴射式火花点火内燃機関の制御装置
JP4281647B2 (ja) 筒内直接噴射式火花点火内燃機関の制御装置
JP2007192235A (ja) 火花点火内燃機関の制御装置及び方法
JP3635670B2 (ja) 火花点火内燃機関の制御装置及び方法
JP4729920B2 (ja) 筒内直接噴射式火花点火内燃機関の制御装置
JP4464901B2 (ja) 圧縮着火内燃機関の制御装置
JP4360323B2 (ja) 筒内直接噴射式火花点火内燃機関の制御装置
JP2004346853A (ja) 内燃機関の制御装置
JP2005226492A (ja) ターボチャージャを備えた内燃機関

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20070605

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20070814

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20081202

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20090202

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20090818

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20090821

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120828

Year of fee payment: 3

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 4365812

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120828

Year of fee payment: 3

S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120828

Year of fee payment: 3

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130828

Year of fee payment: 4

S533 Written request for registration of change of name

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees