JP4388258B2 - Control device for direct-injection spark ignition engine - Google Patents

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    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、直噴火花点火式エンジンの制御装置に関し、特に、運転状態に応じて燃焼形態を切り換えるエンジンにおける燃焼形態切り換え時の制御に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、燃費や排気浄化性能の向上を目的として、エンジンの燃焼室内に直接燃料を噴射供給して成層燃焼を行わせる直噴火花点火式エンジンが、採用されてきている。
同上の直噴火花点火式エンジンにおいて、排気浄化触媒の昇温活性化促進のため、燃料を吸気行程と圧縮行程とで分割して噴射することにより、点火栓周りの空燃比をその外側の空燃比よりリッチな混合気を形成して、成層燃焼させるようにしたものがある。上記燃料噴射を複数回分割して行う成層燃焼(以下、分割噴射成層燃焼という)では、燃焼室内の平均空燃比はストイキ付近でもよいが、特にλ=1.1付近としたときに、最も効率良く触媒を活性化できる(特開平11−36919号公報参照)。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、始動後に、前記触媒活性化の要求から前記分割成層燃焼に切り換える場合、燃焼室全体の平均空燃比が目標空燃比に一致するように空燃比をフィードバック制御するが、一般に始動後であることから、空燃比フィードバック制御は、空燃比がリッチの状態から開始されることになる。
【0004】
しかしながら、分割噴射成層燃焼は均質燃焼に比較して安定度を確保できる空燃比範囲が狭いため、空燃比フィードバック制御開始時のリッチの程度が大きいと安定した分割噴射成層燃焼に移行することができない。
空燃比フィードバック制御後、空燃比センサ検出値がリーン反転したときに、安定度を確保できると判断することも考えられるが、リーン反転前にリッチ側の安定限界を通過して安定度を確保できる空燃比領域に入っているのに判断時期が遅れることになり、始動後なるべく早く分割噴射成層燃焼を開始して触媒を暖機したいという要求を満たせない。特に、分割噴射成層燃焼の平均空燃比をリーンとする場合、空燃比が目標リーン空燃比に達したときに分割噴射成層燃焼を開始することにすると、さらに時間を要する。
【0005】
なお、分割噴射成層燃焼を開始する際、成層混合気生成を良好にするためスワールコントロールバルブを閉じる制御や、分割された噴射期間を長引かせて燃料噴射弁の開弁期間−噴射量のリニアリティを確保するため燃圧を減少する制御を行うことがある。したがって、空燃比フィードバック制御開始と同時に、これら制御を開始し制御完了後さらには均質燃焼から分割噴射成層燃焼への切換時のトルク段差吸収のための点火時期遅角制御完了後に分割噴射成層燃焼に切り換えれば、空燃比が安定領域に入っている場合もあるが、空燃比フィードバック制御開始時リッチ度合いが大きい場合には、上記制御完了後でも安定度を確保できない場合がある。
【0006】
本発明は、このような従来の課題に着目してなされたもので、均質燃焼から分割噴射成層燃焼への切り換えを、安定性を確保しつつ行えるようにすることを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
このため、本発明は、始動性を考慮して空燃比がリッチに設定された均質燃焼から目標とする分割噴射成層燃焼への切り換え時、まず、均質燃焼での空燃比フィードバック制御を開始する。そして、分割噴射成層燃焼の開始に必要な制御の期間より大きく、かつ、フィードバック制御の開始時にリッチズレがあっても、その後のフィードバック制御により分割噴射成層燃焼開始時に安定して燃焼が行われる空燃比範囲となることを保証して設定したディレイ期間を経過後に、燃焼切換時のトルク段差吸収用の点火時期遅角制御を開始する。さらに、該点火時期遅角制御完了後、燃焼を分割噴射成層燃焼に切り換える構成とした。
【0008】
このようにすれば、均質燃焼での空燃比フィードバック制御開始時のリッチ程度が最も大きいときでも、分割噴射成層燃焼開始時には、安定度を確保できる空燃比領域内に確実に収束させることができ、もって、安定した燃焼の切り換えを行って良好な運転性を確保できる。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を、添付の図面に基づいて説明する。
本発明の実施形態のシステム構成を示す図1において、機関1の吸気通路2には吸入空気流量Qaを検出するエアフローメータ3及び吸入空気流量Qaを制御するスロットル弁4が設けられると共に、各気筒の燃焼室に臨ませて、燃料噴射弁5が設けられている。
【0010】
燃料タンク21内の燃料は、電動式の低圧燃料ポンプ22によって吸引され、該低圧燃料ポンプ22から吐出された低圧燃料は、燃料フィルタ23を介して機関駆動される高圧燃料ポンプ24に供給される。
前記低圧燃料ポンプ22による高圧燃料ポンプ24に対する燃料の供給圧は、高圧燃料ポンプ24の上流側から前記燃料タンク21に戻るリターン通路25に介装された低圧プレッシャレギュレータ26によって所定の低圧に調整される。
【0011】
前記低圧プレッシャレギュレータ26は、燃圧が目標の低圧よりも高いときに前記リターン通路25を開いて燃料を燃料タンク21に戻すことで、燃圧を所定の低圧に調整するものである。
一方、前記高圧燃料ポンプ24から吐出されて燃料噴射弁5に供給される燃圧は、高圧プレッシャレギュレータ27によって所定の高圧に調整される。
【0012】
前記高圧プレッシャレギュレータ27は、後述するコントロールユニット50からの制御信号に応じて、前記高圧燃料ポンプ24の下流側の燃料を低圧側に戻す通路28の開口面積を連続的に変化させるものであり、コントロールユニット50は、燃圧センサ29で検出される燃圧(燃料噴射弁5への燃料供給圧力)が目標の高圧になるように、前記制御信号を高圧プレッシャレギュレータ27に出力する。
【0013】
前記燃料噴射弁5は、前記コントロールユニット50において設定される駆動パルス信号によって開弁駆動され、前記高圧プレッシャレギュレータ27により所定圧力に制御された燃料を燃焼室内に直接噴射供給することができるようになっている。
また、吸気ポートには、スワールコントロールバルブ30が装着され、成層燃焼時には、スワールコントロールバルブ30を閉じて燃焼室内にスワールを生成することにより、成層混合気を生成する。
【0014】
なお、燃焼室に臨んで装着されて、コントロールユニット50からの点火信号に基づいて吸入混合気に対して点火を行う点火栓(点火プラグ)6が、各気筒に設けられている。
一方、排気通路7には、排気中の特定成分(例えば、酸素)濃度を検出することによって排気延いては吸入混合気の空燃比を検出する空燃比センサ8(リッチ・リーン出力する酸素センサであっても良いし、空燃比をリニアに広域に亘って検出する広域空燃比センサであってもよい)が設けられ、その下流側には、排気を浄化するための排気浄化触媒9が介装されている。なお、排気浄化触媒9としては、ストイキつまり理論空燃比{λ=1、A/F(空気重量/燃料重量)・14.7}近傍において排気中のCO,HCの酸化とNOxの還元を行って排気を浄化することができる三元触媒、或いは排気中のCO,HCの酸化を行う酸化触媒、或いは理論空燃比近傍において三元機能は発揮し、リーン空燃比において排気中のNOxをトラップし、ストイキ乃至リッチ空燃比になったときにトラップしたNOxを還元放出するNOxトラップ触媒等を用いることができる。
【0015】
更に、前記排気浄化触媒9の排気下流側には、排気中の特定成分(例えば、酸素)濃度を検出し、リッチ・リーン出力する下流側酸素センサ10が設けられるようになっている。
ここでは、下流側酸素センサ10の検出値により、空燃比センサ8の検出値に基づく空燃比フィードバック制御を補正することで、空燃比センサ8の劣化等に伴う制御誤差を抑制する等のために(所謂ダブル空燃比センサシステム採用のために)、前記下流側酸素センサ10を設けて構成したが、空燃比センサ8の検出値に基づく空燃比フィードバック制御を行わせるだけで良い場合には、かかる下流側酸素センサ10は省略することができるものである。
【0016】
ところで、空燃比センサ8は、排気浄化触媒9の排気上流側に設けられ、かつ熱容量も小さいので、排気浄化触媒9に比べれば、活性化速度は極めて速い。また、空燃比センサ8を電熱ヒータ等により強制的に昇温(活性化)させることもできる。
そこで、本実施の形態では、始動後直ちに空燃比センサ8を活性化させて、均質燃焼でのストイキ制御を所定のディレイ時間行ってから、後述する成層ストイキ燃焼時を介して、分割噴射での成層リーン燃焼に切り換えるが、均質燃焼でのストイキ制御は勿論、成層ストイキ燃焼時にも燃焼室全体の空燃比がストイキとなるように、空燃比センサ8の検出値に基づいて、フィードバック制御することができる。
【0017】
また、クランク角センサ11が備えられており、コントロールユニット50では、該クランク角センサ11から機関回転と同期して出力されるクランク単位角信号を一定時間カウントして、又は、クランク基準角信号の周期を計測して機関回転速度Neを検出できるようになっている。
そして、機関1の冷却ジャケットに臨んで設けられ、冷却ジャケット内の冷却水温度Twを検出する水温センサ12が設けられている。
【0018】
また、前記スロットル弁4の開度を検出するスロットルセンサ13(アイドルスイッチとしても機能させることができる)が設けられ、さらに、前記スロットル弁4の開度を、DCモータ等のアクチュエータにより制御することができるスロットル弁制御装置14が備えられている。
当該スロットル弁制御装置14は、運転者のアクセルペダル操作量等に基づき演算される要求トルクを達成できるように、コントロールユニット50からの駆動信号に基づき、スロットル弁4の開度を電子制御するものとして構成することができる。
【0019】
前記各種センサ類からの検出信号は、CPU,ROM,RAM,A/D変換器及び入出力インタフェース等を含んで構成されるマイクロコンピュータからなるコントロールユニット50へ入力され、当該コントロールユニット50は、前記センサ類からの信号に基づいて検出される運転状態に応じて、前記スロットル弁制御装置14を介してスロットル弁4の開度を制御し、前記燃料噴射弁5を駆動して燃料噴射量 (燃料供給量) を制御し、点火時期を設定して該点火時期で前記点火栓6を点火させる制御を行う。
【0020】
なお、例えば、所定運転状態(低・中負荷領域など)で燃焼室内に圧縮行程で燃料噴射して、燃焼室内の点火栓6周辺に可燃混合気を層状に形成して成層燃焼を行うことができる一方、他の運転状態(高負荷領域など)では燃焼室内に吸気行程で燃料噴射して、シリンダ全体に略均質な混合比の混合気を形成して均質燃焼を行うことができるように、燃料噴射時期(噴射タイミング)についても、運転状態などに応じて変更可能に構成されている。
【0021】
コントロールユニット50は、始動開始から排気浄化触媒9が活性化するまでの間における大気中へのHCの排出を抑制しながら、排気浄化触媒9の早期活性化を図るようにするために、キースイッチ16など各種センサからの入力信号を受け、以下の制御を行う。
具体的には、例えば、図2及び図3に示すようなフローチャートを実行するようになっている。図9は、該制御時における各部の変化の様子を示す。
【0022】
ステップ(図では、Sと記してある。以下、同様)1では、従来同様の手法により、キースイッチ16のイグニッション信号がONとなったか(キー位置がイグニションON位置とされたか)否かを判断する。YESであればステップ2へ進み、NOであれば本フローを終了する。
ステップ2では、従来同様の手法により、キースイッチ16のスタート信号がONとなったか(キー位置がスタート位置とされたか)否かを判断する。即ち、スターターモータ(図示せず)によるクランキング要求があるか否かを判断する。
【0023】
YESであれば、始動クランキング要求があるとしてステップ3へ進み、NOであれば未だクランキング要求はないと判断して、ステップ1へリターンする。
ステップ3では、従来同様に、スターターモータの駆動を開始して、機関1をクランキングする。
ステップ4では、従来同様に、始動のための燃料噴射{吸気行程での直接燃料噴射、図4(B)参照}を行わせて、機関1の運転(直噴均質燃焼)を行わせる。ここで、始動性を考慮して空燃比はリッチに設定されている。
【0024】
次のステップ5では、排気浄化触媒9が活性化していないか否かを判断する。当該判断は、該触媒9の温度をセンサを設けて検出し、あるいは、機関の運転履歴から該触媒9の温度を推定して、判断することができる。
触媒が活性化していなければ(YESであれば)、ステップ6へ進む。
一方、ホットリスタート時など既に触媒が活性化していれば(NOであれば)触媒活性化促進のための制御の必要はないとしてステップ15へ進み、燃費改善等のために、運転状態に応じて、従来と同様の燃焼形態で燃焼を行わせ、該燃焼に応じた点火時期制御を行って本フローを終了する。
【0025】
ステップ6では、空燃比フィードバック制御条件が成立したかを判定する。空燃比フィードバック制御条件が成立していない場合は、ステップ4へ戻って空燃比リッチでの均質燃焼が継続される。
ステップ6で、空燃比フィードバック制御条件が成立したと判定されたときは、均質燃焼での空燃比をストイキ(理論空燃比)とする空燃比フィードバック制御を開始すると共に、引き続く成層ストイキ燃焼への安定した切り換えを行うため、ステップ7で該空燃比フィードバック制御のディレイ時間を設定する。
【0026】
すなわち、図5に示すように、成層ストイキ燃焼で燃焼が安定する空燃比範囲は均質燃焼に比較して狭く、前記空燃比フィードバック制御条件が成立したときの均質燃焼におけるリッチ空燃比のストイキからのズレが最も大きい場合を考慮すると、均質燃焼でのストイキ制御を所定時間以上継続して行って、前記成層ストイキ燃焼で燃焼が安定する空燃比範囲となってから、成層ストイキ燃焼に切り換える必要がある。空燃比範囲から外れた状態で成層ストイキ燃焼に切り換えた場合、燃料噴射量をストイキに制御しても、切り換え前のリッチな均質燃焼での壁流量が多いため、実際の空燃比はリッチとなって安定した燃焼が得られない。実際には、前記スワールコントロールバルブ30の閉弁が完了してから成層ストイキ燃焼に切り換えるので、閉弁ディレイ時間があり、さらには、その後のトルク吸収用の点火時期遅角制御を行うので、その間に、安定した成層ストイキ燃焼が得られる空燃比範囲に入る場合もあるが、前記空燃比フィードバック制御条件が成立したときの均質燃焼におけるリッチ空燃比のストイキからのズレが最も大きい場合には、該空燃比範囲に入るのに前記閉弁ディレイ時間及び点火時期遅角制御が完了する以上の時間を要するので、確実に空燃比範囲に入るように、追加のディレイ時間を設定する。なお、成層ストイキ燃焼時に燃料を分割噴射するときは、分割された各噴射時間が短縮されて燃料噴射弁の開弁時間と燃料噴射量とのリニアリティが低下することがある。このため、成層ストイキ燃焼開始前に燃圧を減少させておき、分割された各噴射時間を増大させてリニアリティを確保することがある(図9最下部参照)が、この場合も、燃圧減少ディレイ時間では、安定した成層ストイキ燃焼が得られる空燃比範囲に入らないことがあるので、確実に空燃比範囲に入るように、追加のディレイ時間を設定する。
【0027】
ステップ8では、前記成層ストイキ燃焼の許可条件が成立しているか否かを判定する。具体的には、下記の各条件が共に成立しているとき、成層ストイキ燃焼が許可される。
(1)空燃比センサ8が活性化していること(完爆から所定時間が経過していることで代替してもよい)。
【0028】
(2)アイドルスイッチがONであること。
(3)上記ステップ7で設定したディレイ時間経過後に、スワールコントロールバルブ30を閉弁駆動し、該閉弁完了時間を経過していること。なお、ディレイ時間経過後に前記燃圧減少制御も行う場合は、スワールコントロールバルブ30の閉弁と燃圧減少制御の完了のいずれか遅い方を経過していること。
【0029】
そして、前記成層ストイキ燃焼の許可条件が成立したと判定された場合は、成層ストイキ燃焼を行わせても良好な着火性・燃焼性延いては機関安定性(機関運転性)等が得られるとして、ステップ9へ進む。
一方、NOの場合には、成層ストイキ燃焼さらにはその後の分割噴射成層リーン燃焼を行わせると、燃焼安定性延いては機関安定性(機関運転性)等が低下する惧れがあるとして、成層ストイキ燃焼への移行を禁止して、吸気行程での直接燃料噴射(直噴均質燃焼)を継続すべく、ステップ4へリターンする。
【0030】
前記成層ストイキ燃焼の許可条件が成立してステップ9へ進むと、前記均質燃焼から成層ストイキ燃焼への切り換えに応じたトルク段差を吸収するための点火時期制御を行いつつ、ステップ10で燃料噴射を吸気行程と圧縮行程とに分割して、成層ストイキ燃焼を実行する。該成層ストイキ燃焼では、点火栓周りはストイキよりリッチ、その外側はストイキよりリーンな成層混合気が生成され、燃焼室内の平均空燃比が略ストイキに制御されて燃焼が行われる。
【0031】
このようにして、一旦過渡的に成層ストイキ燃焼に切り換えた後、触媒活性化を最大限促進するため、燃焼室全体の平均空燃比を成層ストイキ燃焼よりリーン化した分割噴射成層リーン燃焼に切り換える。この場合も、燃焼切り換えによるトルク段差を吸収するための点火時期制御をステップ11で行いつつステップ12で空燃比(分割比)を切り換えることによって燃焼を切り換え、切り換え後は、ステップ13で分割噴射成層リーン燃焼で、最も効率よく触媒活性化を促進でき、かつ、燃費も良い遅角側の安定限界付近まで徐々に遅角させる。
【0032】
そして、上記最大限に効率の良い分割噴射成層リーン燃焼を行いつつ、ステップ14で、排気浄化触媒9が活性化していないか否かを再度判断し、活性化されたと判断されるまで分割噴射成層リーン燃焼を継続し、活性化されたと判断された後、ステップ15でトルク段差吸収用の点火時期制御を経て、ステップ15で一回の燃料噴射による通常時の燃焼に切り換える。
【0033】
図6は、前記均質ストイキ燃焼から分割噴射成層燃焼への切換時の制御を示すサブルーチンである。
均質燃焼から過渡的な分割噴射成層燃焼である成層ストイキ燃焼に切り換える場合は、熱効率が低い成層ストイキ燃焼への切換時のトルク低下を無くすためにトルクを増大補正する必要があるが、均質燃焼では、点火時期は、所定の燃費(或いは機関安定性)を達成できるように、MBT(最大トルク発生点火時期)に制御されるので、そのままではトルクを増大補正するための点火時期の進角補正代がない。
【0034】
そこで、まず、ステップ111で、燃焼切換時のトルク増大補正が可能な進角代を確保できるまで点火時期を均質燃焼での遅角側安定限界付近に設定した目標遅角点火時期まで徐々に遅角する補正を行う(図7[A]→[B])。
そして、ステップ112で前記目標遅角点火時期に達したと判定されたときに、ステップ113へ進んで、燃焼を均質燃焼から成層ストイキ燃焼に切り換える。具体的には、燃料噴射弁5から燃料噴射を吸気行程噴射から吸気行程噴射及び圧縮行程噴射(分割噴射)に切り換えて、成層ストイキ燃焼に切り換える。さらに、前記燃焼切換と同時に前記遅角補正開始からの総遅角補正量分を0として、点火時期を前記遅角補正開始前のMBTに戻す(図7[B]→[C])。即ち、前記総遅角補正量分を一気に進角方向に補正することにより、均質ストイキ燃焼から成層ストイキ燃焼への切換時のトルク段差(図7のa)の発生を解消する。これにより、安定した運転性を確保できる。
【0035】
ステップ114以降では、該過渡的な成層ストイキ燃焼から最終目標とする燃焼室内平均空燃比がストイキよりリーンなλ=1.1程度の分割噴射成層リーン燃焼への切り換えを開始する。
成層ストイキ燃焼と成層リーン燃焼とを比較すると、成層リーン燃焼の方がトルクが低い(そのため、均質ストイキ燃焼から成層リーン燃焼へ一気に切り換えられない)ので、まず、ステップ114では、均質ストイキ燃焼から成層ストイキ燃焼への切り換え時と同様に、燃焼切換時のトルク増大補正が可能な進角代を確保できるまで点火時期を成層ストイキ燃焼での遅角側安定限界付近に設定された目標遅角点火時期まで徐々に遅角する補正を行う(図7[C]→[D])。
【0036】
そして、ステップ115で前記目標遅角点火時期に達したと判定されたときに、ステップ116へ進んで、燃焼を成層ストイキ燃焼から分割噴射成層リーン燃焼に切り換える。具体的には、平均空燃比をリーン化する(そのため、成層ストイキ燃焼よりトルクが小さい)が、吸気行程噴射量を減少して圧縮行程噴射量の噴射割合(分割比)を相対的に増大させることにより、HC排出量を略一定としつつ排気中酸素濃度を高めて触媒活性効果を最大限高められるようにする。ここで、吸気行程噴射量を減少してリーン化するのは、図8に示すように、平均空燃比をリーン化しても圧縮行程噴射で形成される点火栓周りの混合気の空燃比は、所定のリッチ状態を確保して良好な成層リーン燃焼が得られるようにするためである。
【0037】
さらに、前記燃焼切換と同時に前記遅角補正開始からの総遅角補正量分を0として、点火時期を前記遅角補正開始前のMBTに戻す(図7[D]→[E])。即ち、この場合も、前記総遅角補正量分を一気に進角方向に補正することにより、成層ストイキ燃焼から分割噴射成層リーン燃焼への切換時のトルク段差(図7のb)の発生を解消でき、安定した運転性を確保できる。
【0038】
その後は、ステップ117に進んで、分割噴射成層リーン燃焼での触媒活性化を最も促進できる最適な目標点火時期まで徐々に遅角する制御を行う(図7[E]→[F])。なお、該分割噴射成層リーン燃焼での目標点火時期は、遅角側安定限界付近にある。安定性を確保しつつ遅角によって排気温度を最大限上昇させることができるからである。
【0039】
このようにすれば、始動用の均質燃焼から成層ストイキ燃焼、成層ストイキ燃焼から分割噴射成層リーン燃焼へのそれぞれの切換過渡時のトルク段差を解消しながら、触媒活性化促進を最大限促進することができる。
また、本発明にかかる構成として、追加のディレイ時間を与えることで、均質燃焼での空燃比フィードバック制御を開始してから成層ストイキ燃焼の開始に必要な制御(スワールコントロールバルブの閉制御や燃圧減少制御)の期間より大きく設定したディレイ期間を経過後に、燃焼切換時のトルク段差吸収用の点火時期遅角制御を開始し、該点火時期遅角制御完了後、成層ストイキ燃焼に切り換えるようにしたので、該成層ストイキ燃焼を安定度が確保される空燃比領域で開始することができ、安定した燃焼切り換えを行うことができる。
【0040】
なお、本実施形態では、成層ストイキ燃焼で分割噴射の分割比を一定のまま、成層リーン燃焼で、吸気行程噴射量を所定量減少して分割比を一気に切り換えるようにしたが、図9に点線で示すように、点火時期の遅角方向への制御と併行して吸気行程噴射量を徐々に減少して分割比を変化させつつ空燃比もリーン化させていき、点火時期が遅角側安定限界となって燃焼を切り換えるときに、最終目標の空燃比との差分を賄うように空燃比(分割比)を切り換え、点火時期を該空燃比差分に応じたトルク段差吸収分だけ進角させるようにしてもよい。このようにすれば、より速やかに点火時期も含めた最終目標の成層リーン燃焼に近づけることができ、制御遅れやバラツキによるトルク段差の影響も小さくできる。
【0041】
上記分割噴射成層リーン燃焼によって触媒活性完了後、1回噴射での通常燃焼、例えば、均質ストイキ燃焼に切り換えるときには、均質ストイキ燃焼から分割噴射成層リーン燃焼に切り換えるときとは略逆の経緯を辿るように制御すればよい。
すなわち、図9に示すように、燃焼切換要求発生後、トルク段差吸収のため点火時期を徐々に進角させた後、空燃比(分割比)を切り換えて成層ストイキ燃焼に切り換えると共に前記進角総量分を一気に0とする遅角制御を行ってトルク段差を吸収し、同様に、成層ストイキ燃焼から均質ストイキ燃焼への切り換え時も、トルク段差吸収のため点火時期を徐々に進角させた後、一回燃料噴射に切り換えて均質ストイキ燃焼に切り換えると共に前記進角総量分を一気に0とする遅角制御を行ってトルク段差を吸収する。その後、点火時期をMBTまで徐々に進角しるが、スワールコントロールバルブの開制御や、燃圧の上昇制御は、この点火時期進角制御と併行して行う。
【0042】
次に、第2の実施形態を説明する。
第1の実施形態では、成層ストイキ燃焼から分割噴射成層リーン燃焼への切り換え時に、空燃比をそのまま若しくはある程度偏差を縮めた後、偏差分をステップ的に切り換え、同時に点火時期をステップ的に進角させることで、空燃比段差に伴うトルク段差を吸収する構成としたが、第2の実施形態では成層ストイキ燃焼から分割噴射成層リーン燃焼へ、空燃比を徐々にリーン化しながら切り換える構成とする。
【0043】
空燃比を徐々にリーン化する制御は、単純に吸入空気量に対する燃料噴射量を減少させる制御でもよいが、本実施形態では、空燃比フィードバック制御の制御定数を徐々に変更することで行う構成とする。
具体的には、図10に示すように、空燃比センサ8がリッチからリーンに反転したときに燃料噴射量増量方向に与える比例分PLを所定時間遅らせるPL減算ディレイを行い、空燃比センサ8がリーンからリッチに反転したときに燃料噴射量減量方向に与える比例分PRを前記比例分PLより大きくすることで、平均空燃比を徐々にリーン化させることができる。なお、PL減算ディレイ、比例分PRを比例分PLより大きくすることの一方のみを行うだけでもよい。
【0044】
成層ストイキ燃焼(λ=1.0)から最終的に切り換える分割噴射成層リーン燃焼(λ=1.1程度)への空燃比の変化幅が小さいので、上記のように空燃比フィードバック制御の制御定数を徐々に変更することで高精度な切り換え制御を行うことができる。なお、空燃比のリーン化と同時に圧縮行程噴射量割合(分割比)も図8に示したように徐々に増大させる。
【0045】
また、点火時期制御は図11に示すように、第1の実施形態と同様、均質ストイキ燃焼の安定限界付近まで遅角させた状態(図示B)から成層ストイキ燃焼のMBT(図示C)まで一気に進角させてトルク段差を吸収した後、分割噴射成層リーン燃焼の安定限界付近(図示F)まで徐々に遅角させる。
本実施形態における燃焼切り換え時の各種状態の変化を図12に示す。
【0046】
本実施形態によれば、所望の燃焼形態により滑らかに切り換えることができる。
さらに、図12に一点鎖線で示すように(A/F,目標A/F,点火時期)、均質燃焼での空燃比フィードバック制御開始時から最終目標とする平均空燃比(λ=1.1程度)での分割噴射成層燃焼まで、上記制御定数を徐々に変更しながら連続的に空燃比をリーン化させる構成であってもよく、均質燃焼から成層ストイキ燃焼への切り換え時に点火時期により吸収するトルク段差を小さくすることができ、より滑らかな燃焼の切り換えを行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態に係るシステム構成図。
【図2】本発明における燃焼切換制御のメインルーチンの前半を示すフローチャート。
【図3】同上メインルーチンの後半を示すフローチャート。
【図4】(A)は、直噴圧縮行程噴射を説明するための模式図。(B)は、直噴吸気行程噴射を説明するための模式図。
【図5】燃焼形態による燃焼安定性の相違により、均質ストイキ燃焼のディレイの必要性を説明するための図。
【図6】第1の実施形態における均質ストイキ燃焼から成層ストイキ燃焼を経て分割噴射成層リーン燃焼への切換制御のサブルーチンを示すフローチャート。
【図7】同上実施形態における均質ストイキ燃焼から成層ストイキ燃焼を経て分割噴射成層リーン燃焼への切り換え時の点火時期制御を示す図。
【図8】成層ストイキ燃焼と分割噴射成層リーン燃焼との空燃比に応じた吸気行程時と圧縮行程時との燃料噴射割合(分割比)を示す図。
【図9】同上実施形態における燃焼切換制御時の各種状態の変化の様子を示すタイムチャート。
【図10】第2の実施形態における成層ストイキ燃焼から分割噴射成層リーン燃焼への切り換え時の空燃比フィードバック制御の様子を示すタイムチャート。
【図11】第2の実施形態における点火時期制御を示す図。
【図12】第2の実施形態における燃焼切換制御時の各種状態の変化の様子を示すタイムチャート。
【符号の説明】
1…エンジン 4…スロットル弁 5…燃料噴射弁 6…点火栓7…排気通路 8…空燃比センサ 9…排気浄化触媒 50…コントロールニット
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a control device for a direct-injection spark-ignition engine, and more particularly to control at the time of combustion mode switching in an engine that switches the combustion mode according to an operating state.
[0002]
[Prior art]
In recent years, direct-injection spark ignition engines that perform stratified combustion by injecting and supplying fuel directly into the combustion chamber of the engine have been adopted for the purpose of improving fuel efficiency and exhaust gas purification performance.
In the direct-injection spark-ignition engine, the fuel is divided into an intake stroke and a compression stroke and injected in order to promote the temperature increase activation of the exhaust purification catalyst. There is an engine in which an air-fuel mixture richer than the fuel ratio is formed and stratified combustion is performed. In stratified combustion (hereinafter referred to as split injection stratified combustion) in which the fuel injection is divided into a plurality of times, the average air-fuel ratio in the combustion chamber may be close to the stoichiometric range, but the most efficient is achieved particularly when λ = 1.1. The catalyst can be activated well (see JP-A-11-36919).
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, when switching from the catalyst activation request to the split stratified combustion after startup, the air-fuel ratio is feedback controlled so that the average air-fuel ratio of the entire combustion chamber matches the target air-fuel ratio. Thus, the air-fuel ratio feedback control is started from a state where the air-fuel ratio is rich.
[0004]
However, since split injection stratified combustion has a narrow air-fuel ratio range in which stability can be ensured compared to homogeneous combustion, if the degree of rich at the start of air-fuel ratio feedback control is large, it is not possible to shift to stable split injection stratified combustion. .
After the air-fuel ratio feedback control, it may be judged that the stability can be secured when the detected value of the air-fuel ratio sensor reverses lean, but the stability can be secured by passing the stability limit on the rich side before the lean inversion. The judgment timing is delayed even though the air-fuel ratio region is entered, and the demand for warming up the catalyst by starting split injection stratified combustion as soon as possible after starting cannot be satisfied. In particular, when the average air-fuel ratio of the split injection stratified combustion is made lean, it takes more time to start the split injection stratified combustion when the air-fuel ratio reaches the target lean air-fuel ratio.
[0005]
When starting split injection stratified combustion, the control of closing the swirl control valve to improve the generation of the stratified mixture and the length of the divided injection period to extend the fuel injection valve open period-linearity of the injection amount In order to ensure, control to reduce the fuel pressure may be performed. Therefore, simultaneously with the start of the air-fuel ratio feedback control, these controls are started, and after completion of the control, further, the ignition timing retarding control for absorbing the torque step at the time of switching from homogeneous combustion to split injection stratified combustion is completed, and then split injection stratified combustion is performed If switching is performed, the air-fuel ratio may be in the stable region, but if the richness at the time of starting the air-fuel ratio feedback control is large, the stability may not be ensured even after the control is completed.
[0006]
The present invention has been made paying attention to such a conventional problem, and an object thereof is to enable switching from homogeneous combustion to split injection stratified combustion while ensuring stability.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
Therefore, according to the present invention, at the time of switching from homogeneous combustion in which the air-fuel ratio is set rich to the target split injection stratified combustion in consideration of startability, first, air-fuel ratio feedback control in homogeneous combustion is started. And larger than the period of control required for the start of split injection stratified combustion, In addition, even if there is a rich shift at the start of feedback control, the subsequent feedback control ensures that the air-fuel ratio range is such that combustion is stably performed at the start of split injection stratified combustion. After the set delay period has elapsed, ignition timing retardation control for absorbing a torque step during combustion switching is started. Further, after completion of the ignition timing retardation control, the combustion is switched to split injection stratified combustion.
[0008]
In this way, even when the rich degree at the start of air-fuel ratio feedback control in homogeneous combustion is the largest, at the start of split injection stratified combustion, it can be reliably converged in the air-fuel ratio region where stability can be ensured, Therefore, stable operation can be switched to ensure good operability.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
In FIG. 1 showing a system configuration of an embodiment of the present invention, an intake passage 2 of an engine 1 is provided with an air flow meter 3 for detecting an intake air flow rate Qa and a throttle valve 4 for controlling the intake air flow rate Qa. A fuel injection valve 5 is provided facing the combustion chamber.
[0010]
The fuel in the fuel tank 21 is sucked by the electric low-pressure fuel pump 22, and the low-pressure fuel discharged from the low-pressure fuel pump 22 is supplied to the high-pressure fuel pump 24 driven by the engine through the fuel filter 23. .
The fuel supply pressure to the high-pressure fuel pump 24 by the low-pressure fuel pump 22 is adjusted to a predetermined low pressure by a low-pressure pressure regulator 26 interposed in a return passage 25 returning from the upstream side of the high-pressure fuel pump 24 to the fuel tank 21. The
[0011]
The low pressure regulator 26 adjusts the fuel pressure to a predetermined low pressure by opening the return passage 25 and returning the fuel to the fuel tank 21 when the fuel pressure is higher than a target low pressure.
On the other hand, the fuel pressure discharged from the high-pressure fuel pump 24 and supplied to the fuel injection valve 5 is adjusted to a predetermined high pressure by the high-pressure pressure regulator 27.
[0012]
The high pressure regulator 27 continuously changes the opening area of the passage 28 for returning the fuel on the downstream side of the high pressure fuel pump 24 to the low pressure side in response to a control signal from the control unit 50 described later. The control unit 50 outputs the control signal to the high pressure regulator 27 so that the fuel pressure detected by the fuel pressure sensor 29 (fuel supply pressure to the fuel injection valve 5) becomes a target high pressure.
[0013]
The fuel injection valve 5 is driven to open by a drive pulse signal set in the control unit 50 so that the fuel controlled to a predetermined pressure by the high-pressure pressure regulator 27 can be directly injected into the combustion chamber. It has become.
A swirl control valve 30 is attached to the intake port. During stratified combustion, the swirl control valve 30 is closed to generate swirl in the combustion chamber, thereby generating a stratified mixture.
[0014]
An ignition plug (ignition plug) 6 that is mounted facing the combustion chamber and ignites the intake air mixture based on an ignition signal from the control unit 50 is provided in each cylinder.
On the other hand, in the exhaust passage 7, an air-fuel ratio sensor 8 (an oxygen sensor that performs rich / lean output) detects the air-fuel ratio of the exhaust gas mixture by detecting the concentration of a specific component (for example, oxygen) in the exhaust gas. Or a wide area air-fuel ratio sensor that linearly detects the air-fuel ratio over a wide area), and an exhaust purification catalyst 9 for purifying exhaust gas is provided downstream thereof. Has been. The exhaust purification catalyst 9 performs the oxidation of CO and HC in the exhaust gas and the reduction of NOx in the vicinity of stoichiometric, that is, the theoretical air-fuel ratio {λ = 1, A / F (air weight / fuel weight) · 14.7}. A three-way catalyst that can purify the exhaust gas, an oxidation catalyst that oxidizes CO and HC in the exhaust gas, or a three-way function in the vicinity of the theoretical air-fuel ratio, traps NOx in the exhaust gas at a lean air-fuel ratio. A NOx trap catalyst that reduces and releases NOx trapped when the stoichiometric or rich air-fuel ratio is reached can be used.
[0015]
Further, a downstream oxygen sensor 10 that detects the concentration of a specific component (for example, oxygen) in the exhaust and outputs a rich lean gas is provided on the exhaust downstream side of the exhaust purification catalyst 9.
Here, in order to suppress a control error associated with deterioration of the air-fuel ratio sensor 8 or the like by correcting the air-fuel ratio feedback control based on the detection value of the air-fuel ratio sensor 8 based on the detection value of the downstream oxygen sensor 10. Although the downstream oxygen sensor 10 is provided (in order to adopt a so-called double air-fuel ratio sensor system), when the air-fuel ratio feedback control based on the detected value of the air-fuel ratio sensor 8 only needs to be performed, The downstream oxygen sensor 10 can be omitted.
[0016]
By the way, the air-fuel ratio sensor 8 is provided on the exhaust upstream side of the exhaust purification catalyst 9 and has a small heat capacity. Therefore, the activation rate is extremely fast compared to the exhaust purification catalyst 9. Further, the air-fuel ratio sensor 8 can be forcibly heated (activated) by an electric heater or the like.
Therefore, in the present embodiment, the air-fuel ratio sensor 8 is activated immediately after the start and the stoichiometric control in the homogeneous combustion is performed for a predetermined delay time, and then the split injection in the stratified stoichiometric combustion described later is performed. Although switching to stratified lean combustion is performed, not only stoichiometric control in homogeneous combustion, but also feedback control can be performed based on the detection value of the air-fuel ratio sensor 8 so that the air-fuel ratio of the entire combustion chamber becomes stoichiometric during stratified stoichiometric combustion. it can.
[0017]
Further, a crank angle sensor 11 is provided, and the control unit 50 counts a crank unit angle signal output from the crank angle sensor 11 in synchronization with the engine rotation for a certain period of time or outputs a crank reference angle signal. The engine speed Ne can be detected by measuring the cycle.
A water temperature sensor 12 that is provided facing the cooling jacket of the engine 1 and detects the cooling water temperature Tw in the cooling jacket is provided.
[0018]
Further, a throttle sensor 13 (which can also function as an idle switch) for detecting the opening degree of the throttle valve 4 is provided, and the opening degree of the throttle valve 4 is controlled by an actuator such as a DC motor. A throttle valve control device 14 is provided.
The throttle valve control device 14 electronically controls the opening degree of the throttle valve 4 based on the drive signal from the control unit 50 so that the required torque calculated based on the driver's accelerator pedal operation amount and the like can be achieved. Can be configured.
[0019]
Detection signals from the various sensors are input to a control unit 50 including a microcomputer including a CPU, a ROM, a RAM, an A / D converter, an input / output interface, and the like. The opening of the throttle valve 4 is controlled via the throttle valve control device 14 in accordance with the operating state detected based on the signals from the sensors, and the fuel injection valve 5 is driven to drive the fuel injection amount (fuel The amount of supply) is controlled, the ignition timing is set, and the ignition plug 6 is ignited at the ignition timing.
[0020]
Note that, for example, stratified combustion may be performed by injecting fuel into the combustion chamber in a compression stroke in a predetermined operation state (low / medium load region, etc.) and forming a combustible air-fuel mixture layered around the spark plug 6 in the combustion chamber. On the other hand, in other operating conditions (high load region, etc.), fuel can be injected into the combustion chamber during the intake stroke, so that an air-fuel mixture with a substantially uniform mixing ratio can be formed in the entire cylinder to perform homogeneous combustion. The fuel injection timing (injection timing) can also be changed according to the operating state.
[0021]
The control unit 50 controls the key switch so that the exhaust purification catalyst 9 can be activated early while suppressing the discharge of HC into the atmosphere from the start to the activation of the exhaust purification catalyst 9. In response to input signals from various sensors such as 16, the following control is performed.
Specifically, for example, flowcharts as shown in FIGS. 2 and 3 are executed. FIG. 9 shows how each part changes during the control.
[0022]
In step (denoted as S in the figure, the same applies hereinafter) 1, whether or not the ignition signal of the key switch 16 is turned ON (whether the key position is set to the ignition ON position) is determined by a method similar to the prior art. To do. If YES, the process proceeds to Step 2, and if NO, this flow ends.
In step 2, it is determined whether or not the start signal of the key switch 16 is turned ON (whether or not the key position is set to the start position) by a method similar to the conventional technique. That is, it is determined whether or not there is a cranking request by a starter motor (not shown).
[0023]
If YES, it is determined that there is a start cranking request, and the process proceeds to step 3. If NO, it is determined that there is no cranking request yet, and the process returns to step 1.
In step 3, the starter motor is started and the engine 1 is cranked as in the prior art.
In step 4, as in the prior art, fuel injection for start-up (direct fuel injection in the intake stroke, see FIG. 4B) is performed to operate the engine 1 (direct injection homogeneous combustion). Here, the air-fuel ratio is set to be rich in consideration of startability.
[0024]
In the next step 5, it is determined whether or not the exhaust purification catalyst 9 is not activated. The determination can be made by detecting the temperature of the catalyst 9 by providing a sensor, or by estimating the temperature of the catalyst 9 from the operation history of the engine.
If the catalyst is not activated (if YES), go to step 6.
On the other hand, if the catalyst has already been activated, such as during a hot restart (if NO), it is determined that there is no need for control to promote catalyst activation, and the process proceeds to step 15 to improve the fuel consumption. Thus, combustion is performed in the same manner as in the prior art, ignition timing control corresponding to the combustion is performed, and this flow is finished.
[0025]
In step 6, it is determined whether the air-fuel ratio feedback control condition is satisfied. If the air-fuel ratio feedback control condition is not satisfied, the routine returns to step 4 where the homogeneous combustion with rich air-fuel ratio is continued.
If it is determined in step 6 that the air-fuel ratio feedback control condition is satisfied, the air-fuel ratio feedback control is started with the air-fuel ratio in stoichiometric combustion as the stoichiometric (theoretical air-fuel ratio), and the stability to the stratified stoichiometric combustion is continued. In order to perform the switching, the delay time of the air-fuel ratio feedback control is set in step 7.
[0026]
That is, as shown in FIG. 5, the air-fuel ratio range in which combustion is stabilized by stratified stoichiometric combustion is narrower than that of homogeneous combustion, and from the stoichiometric rich air-fuel ratio in homogeneous combustion when the air-fuel ratio feedback control condition is satisfied. Considering the case where the deviation is the largest, it is necessary to carry out the stoichiometric control in the homogeneous combustion continuously for a predetermined time or more and switch to the stratified stoichiometric combustion after the air-fuel ratio range in which the combustion is stabilized by the stratified stoichiometric combustion. . When switching to stratified stoichiometric combustion outside the air-fuel ratio range, even if the fuel injection amount is controlled to stoichiometric, the wall flow rate in rich homogeneous combustion before switching is large, so the actual air-fuel ratio becomes rich. And stable combustion cannot be obtained. Actually, since switching to stratified stoichiometric combustion is performed after completion of the closing of the swirl control valve 30, there is a valve closing delay time, and further, ignition timing delay control for subsequent torque absorption is performed. In addition, there may be an air-fuel ratio range where stable stratified stoichiometric combustion can be obtained, but when the deviation from the stoichiometric rich air-fuel ratio in homogeneous combustion when the air-fuel ratio feedback control condition is satisfied is the largest, Since it takes more time to complete the valve closing delay time and ignition timing retardation control to enter the air-fuel ratio range, an additional delay time is set so as to surely enter the air-fuel ratio range. When fuel is divided and injected during stratified stoichiometric combustion, the divided injection times may be shortened, and the linearity between the fuel injection valve opening time and the fuel injection amount may be reduced. For this reason, the fuel pressure may be decreased before the start of stratified stoichiometric combustion, and the divided injection times may be increased to ensure linearity (see the lowermost part of FIG. 9). Then, since the air-fuel ratio range in which stable stratified stoichiometric combustion is obtained may not be entered, an additional delay time is set so as to surely enter the air-fuel ratio range.
[0027]
In step 8, it is determined whether or not the stratified stoichiometric combustion permission condition is satisfied. Specifically, stratified stoichiometric combustion is permitted when the following conditions are both satisfied.
(1) The air-fuel ratio sensor 8 is activated (it may be replaced when a predetermined time has passed since the complete explosion).
[0028]
(2) The idle switch is ON.
(3) Above Step 7 The swirl control valve 30 is driven to close after the delay time set in step e has elapsed, and the valve closing completion time has elapsed. When the fuel pressure reduction control is also performed after the delay time has elapsed, the later of the closing of the swirl control valve 30 and the completion of the fuel pressure reduction control has elapsed.
[0029]
When it is determined that the stratified stoichiometric permission condition is satisfied, good ignitability, combustibility, and engine stability (engine driving performance) can be obtained even when stratified stoichiometric combustion is performed. , Step 9 Proceed to
On the other hand, in the case of NO, if the stratified stoichiometric combustion and the subsequent split injection stratified lean combustion are performed, the combustion stability and the engine stability (engine operability) may be lowered. Return to step 4 in order to prohibit the transition to stoichiometric combustion and continue the direct fuel injection (direct injection homogeneous combustion) in the intake stroke.
[0030]
When the stratified stoichiometric combustion permission condition is satisfied and the routine proceeds to step 9, fuel injection is performed in step 10 while performing ignition timing control to absorb the torque step corresponding to the switching from the homogeneous combustion to the stratified stoichiometric combustion. The stratified stoichiometric combustion is performed by dividing into an intake stroke and a compression stroke. In the stratified stoichiometric combustion, a stratified mixture that is richer than stoichiometric around the spark plug and leaner than stoichiometric is generated outside, and combustion is performed while the average air-fuel ratio in the combustion chamber is controlled to be substantially stoichiometric.
[0031]
In this way, after transiently switching to stratified stoichiometric combustion, the average air-fuel ratio of the entire combustion chamber is switched to split injection stratified lean combustion in which the average air-fuel ratio of the entire combustion chamber is made leaner than stratified stoichiometric combustion. Also in this case, the ignition timing control for absorbing the torque step due to the combustion switching is performed in step 11, while the combustion is switched by switching the air-fuel ratio (division ratio) in step 12, and after the switching, the divided injection stratification is performed in step 13. With lean combustion, the catalyst activation can be promoted most efficiently, and the angle is gradually retarded to near the retarded stability limit with good fuel efficiency.
[0032]
Then, while performing the maximally efficient split injection stratified lean combustion, it is determined again in step 14 whether or not the exhaust purification catalyst 9 is activated, and the divided injection stratification is performed until it is determined that the catalyst is activated. After it is determined that the lean combustion is continued and activated, in step 15, the ignition timing control for absorbing the torque step is performed, and in step 15, the combustion is switched to normal combustion by one fuel injection.
[0033]
FIG. 6 is a subroutine showing the control at the time of switching from the homogeneous stoichiometric combustion to the split injection stratified combustion.
When switching from homogeneous combustion to stratified stoichiometric combustion, which is a transient split injection stratified combustion, it is necessary to compensate for an increase in torque in order to eliminate the torque drop when switching to stratified stoichiometric combustion with low thermal efficiency. The ignition timing is controlled to MBT (maximum torque generation ignition timing) so that a predetermined fuel consumption (or engine stability) can be achieved. There is no.
[0034]
Therefore, first, in step 111, the ignition timing is gradually delayed to the target retarded ignition timing set near the retarded-side stability limit in homogeneous combustion until a lead angle allowing correction of torque increase at the time of combustion switching is secured. Corner correction is performed (FIG. 7 [A] → [B]).
When it is determined in step 112 that the target retarded ignition timing has been reached, the routine proceeds to step 113 where the combustion is switched from homogeneous combustion to stratified stoichiometric combustion. Specifically, the fuel injection from the fuel injection valve 5 is switched from intake stroke injection to intake stroke injection and compression stroke injection (split injection) to switch to stratified stoichiometric combustion. Further, simultaneously with the combustion switching, the total retardation correction amount from the start of the retardation correction is set to 0, and the ignition timing is returned to the MBT before the start of the retardation correction (FIG. 7 [B] → [C]). That is, by correcting the total retardation correction amount in the advance direction at once, occurrence of a torque step (a in FIG. 7) at the time of switching from homogeneous stoichiometric combustion to stratified stoichiometric combustion is eliminated. Thereby, stable drivability can be ensured.
[0035]
In step 114 and subsequent steps, switching from the transient stratified stoichiometric combustion to split injection stratified lean combustion in which the average air-fuel ratio in the combustion chamber, which is the final target, is leaner than the stoichiometric, is about λ = 1.1.
When comparing stratified stoichiometric combustion with stratified lean combustion, stratified lean combustion has a lower torque (so that it cannot be switched from homogeneous stoichiometric combustion to stratified lean combustion at a stretch). As with switching to stoichiometric combustion, the target retarded ignition timing is set near the retarded-side stability limit in stratified stoichiometric combustion until the advance angle that allows torque increase correction during combustion switching is secured. Correction is performed so that the angle is gradually retarded (FIG. 7 [C] → [D]).
[0036]
When it is determined at step 115 that the target retarded ignition timing has been reached, the routine proceeds to step 116 where the combustion is switched from stratified stoichiometric combustion to split injection stratified lean combustion. Specifically, the average air-fuel ratio is made lean (thus, the torque is smaller than that of stratified stoichiometric combustion), but the intake stroke injection amount is reduced and the injection ratio (split ratio) of the compression stroke injection amount is relatively increased. As a result, the exhaust gas oxygen concentration is increased while the HC emission amount is substantially constant, so that the catalytic activity effect can be maximized. Here, as shown in FIG. 8, the air-fuel ratio of the air-fuel mixture around the spark plug formed by the compression stroke injection is reduced even when the average air-fuel ratio is made lean as shown in FIG. This is to ensure a predetermined rich state and obtain good stratified lean combustion.
[0037]
Further, simultaneously with the combustion switching, the total retardation correction amount from the start of the retardation correction is set to 0, and the ignition timing is returned to the MBT before the start of the retardation correction (FIG. 7 [D] → [E]). That is, in this case as well, by correcting the total retardation correction amount in the advance direction at once, the occurrence of a torque step (b in FIG. 7) at the time of switching from stratified stoichiometric combustion to split injection stratified lean combustion is eliminated. And stable driving performance can be secured.
[0038]
After that, the routine proceeds to step 117, where control is performed to gradually retard the optimum target ignition timing that can most promote catalyst activation in split injection stratified lean combustion (FIG. 7 [E] → [F]). The target ignition timing in the split injection stratified lean combustion is in the vicinity of the retard side stability limit. This is because the exhaust temperature can be raised to the maximum by retarding while ensuring stability.
[0039]
In this way, it is possible to maximize the acceleration of catalyst activation while eliminating the torque step at the switching transition from homogeneous starting combustion to stratified stoichiometric combustion and stratified stoichiometric combustion to split injection stratified lean combustion. Can do.
In addition, as an arrangement according to the present invention, by providing an additional delay time, control necessary for starting stratified stoichiometric combustion after starting air-fuel ratio feedback control in homogeneous combustion (closing control of swirl control valve or reduction of fuel pressure) Since the ignition timing delay control for absorbing the torque difference at the time of combustion switching is started after the delay period set larger than the control) period has elapsed, and the ignition timing delay control is completed, the engine is switched to stratified stoichiometric combustion. The stratified stoichiometric combustion can be started in the air-fuel ratio region where the stability is ensured, and stable combustion switching can be performed.
[0040]
In this embodiment, the split ratio of split injection is kept constant in stratified stoichiometric combustion, and the intake stroke injection amount is reduced by a predetermined amount and the split ratio is switched at a stroke in stratified lean combustion. As shown in Fig. 4, the air-fuel ratio is made leaner while changing the split ratio by gradually decreasing the intake stroke injection amount in parallel with the control of the ignition timing in the retarded direction, so that the ignition timing is stabilized on the retarded side. When switching combustion at the limit, the air-fuel ratio (division ratio) is switched so as to cover the difference from the final target air-fuel ratio, and the ignition timing is advanced by the amount of absorption of the torque step corresponding to the air-fuel ratio difference. It may be. In this way, it is possible to approach the final target stratified lean combustion including the ignition timing more quickly, and the influence of the torque step due to control delay and variation can be reduced.
[0041]
After the catalyst activity is completed by the split injection stratified lean combustion, when switching to the normal combustion in the single injection, for example, the homogeneous stoichiometric combustion, the process of switching from the homogenous stoichiometric combustion to the split injection stratified lean combustion should be substantially reversed. It may be controlled to.
That is, as shown in FIG. 9, after the combustion switching request is generated, the ignition timing is gradually advanced to absorb the torque step difference, and then the air-fuel ratio (division ratio) is switched to switch to stratified stoichiometric combustion, and the total advance amount In order to absorb the torque step by performing the retard control that makes the minute 0 at once, similarly, when switching from stratified stoichiometric combustion to homogeneous stoichiometric combustion, after gradually igniting the ignition timing to absorb the torque step, Switching to single fuel injection to switch to homogeneous stoichiometric combustion, and at the same time, retarding control is performed so that the total amount of advance is zero at a stroke to absorb the torque step. Thereafter, the ignition timing is gradually advanced to MBT. The swirl control valve opening control and the fuel pressure increase control are performed in parallel with the ignition timing advance control.
[0042]
Next, a second embodiment will be described.
In the first embodiment, at the time of switching from stratified stoichiometric combustion to split injection stratified lean combustion, the air-fuel ratio is left as it is or after the deviation is reduced to some extent, the deviation is switched stepwise, and the ignition timing is advanced stepwise at the same time. In this case, the second embodiment is configured to switch from stratified stoichiometric combustion to split injection stratified lean combustion while gradually reducing the air-fuel ratio.
[0043]
Although the control for gradually leaning the air-fuel ratio may be a control for simply reducing the fuel injection amount relative to the intake air amount, in this embodiment, the control is performed by gradually changing the control constant of the air-fuel ratio feedback control. To do.
Specifically, as shown in FIG. 10, when the air-fuel ratio sensor 8 reverses from rich to lean, a PL subtraction delay that delays a proportional amount PL given in the fuel injection amount increasing direction for a predetermined time is performed. The average air-fuel ratio can be gradually made lean by making the proportional amount PR given in the fuel injection amount decreasing direction larger than the proportional amount PL when reversing from lean to rich. Note that only one of the PL subtraction delay and the proportional component PR may be made larger than the proportional component PL.
[0044]
Since the change range of the air-fuel ratio from the stratified stoichiometric combustion (λ = 1.0) to the split injection stratified lean combustion (λ = 1.1) that is finally switched is small, the control constant of the air-fuel ratio feedback control as described above By gradually changing, high-precision switching control can be performed. At the same time as the air-fuel ratio is made lean, the compression stroke injection amount ratio (division ratio) is also gradually increased as shown in FIG.
[0045]
Further, as shown in FIG. 11, the ignition timing control is performed at once from the state (B in the figure) delayed to the vicinity of the stability limit of homogeneous stoichiometric combustion to the MBT (in the figure C) of stratified stoichiometric combustion as in the first embodiment. After advancing and absorbing the torque step, the angle is gradually retarded to the vicinity of the stability limit (F in the figure) of the split injection stratified lean combustion.
Changes in various states at the time of combustion switching in the present embodiment are shown in FIG.
[0046]
According to the present embodiment, it is possible to switch smoothly according to a desired combustion mode.
Further, as shown by a one-dot chain line in FIG. 12 (A / F, target A / F, ignition timing), the average air / fuel ratio (λ = 1.1 or so) that is the final target from the start of the air / fuel ratio feedback control in homogeneous combustion. In this case, the air-fuel ratio may be continuously made lean while gradually changing the control constant until split injection stratified combustion at (3), and the torque absorbed by the ignition timing when switching from homogeneous combustion to stratified stoichiometric combustion A level | step difference can be made small and switching of more smooth combustion can be performed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a system configuration diagram according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a flowchart showing the first half of a main routine of combustion switching control in the present invention.
FIG. 3 is a flowchart showing the second half of the main routine;
FIG. 4A is a schematic diagram for explaining direct injection compression stroke injection. (B) is a schematic diagram for explaining direct injection intake stroke injection.
FIG. 5 is a diagram for explaining the necessity of delay in homogeneous stoichiometric combustion due to the difference in combustion stability depending on the combustion form;
FIG. 6 is a flowchart showing a subroutine for switching control from homogeneous stoichiometric combustion to stratified stoichiometric combustion to split injection stratified lean combustion in the first embodiment.
FIG. 7 is a diagram showing ignition timing control when switching from homogeneous stoichiometric combustion to stratified stoichiometric combustion to split injection stratified lean combustion in the same embodiment.
FIG. 8 is a view showing a fuel injection ratio (split ratio) between an intake stroke and a compression stroke according to an air-fuel ratio between stratified stoichiometric combustion and split injection stratified lean combustion.
FIG. 9 is a time chart showing how various states change during combustion switching control in the embodiment.
FIG. 10 is a time chart showing a state of air-fuel ratio feedback control at the time of switching from stratified stoichiometric combustion to split injection stratified lean combustion in the second embodiment.
FIG. 11 is a diagram showing ignition timing control in the second embodiment.
FIG. 12 is a time chart showing how various states change during combustion switching control in the second embodiment.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Engine 4 ... Throttle valve 5 ... Fuel injection valve 6 ... Spark plug 7 ... Exhaust passage 8 ... Air-fuel ratio sensor 9 ... Exhaust gas purification catalyst 50 ... Control knit

Claims (7)

エンジン運転状態に応じた燃焼形態として、1回の燃料噴射で燃焼室全体に均質な混合気を形成して燃焼させる均質燃焼と、複数回に分割した燃料噴射で点火栓周りの空燃比を外側の空燃比よりリッチとした混合気を形成して燃焼させる分割噴射成層燃焼を含む直噴火花点火式エンジンの制御装置において、
始動性を考慮して空燃比がリッチに設定された均質燃焼から分割噴射成層燃焼への切り換えを、均質燃焼での空燃比フィードバック制御を開始してから分割噴射成層燃焼の開始に必要な制御の期間より大きく、かつ、フィードバック制御の開始時にリッチズレがあっても、その後のフィードバック制御により分割噴射成層燃焼開始時に安定して燃焼が行われる空燃比範囲となることを保証して設定したディレイ期間を経過後に、燃焼切換時のトルク段差吸収用の点火時期遅角制御を開始し、該点火時期遅角制御完了後、燃焼を分割噴射成層燃焼に切り換えることを特徴とする直噴火花点火式エンジンの制御装置。
As a combustion mode according to the engine operating state, a homogeneous fuel mixture is formed in the entire combustion chamber by one fuel injection and burned, and an air-fuel ratio around the spark plug is outside by fuel injection divided into multiple times. In a control device for a direct-injection spark-ignition engine including split injection stratified combustion that forms and burns an air-fuel mixture richer than the air-fuel ratio of
Switching from homogeneous combustion with rich air-fuel ratio to split injection stratified combustion in consideration of startability, the control necessary for starting split injection stratified combustion after starting air-fuel ratio feedback control in homogeneous combustion A delay period that is set to ensure that the air-fuel ratio is within the range that allows stable combustion at the start of split injection stratified combustion even if there is a rich shift at the start of feedback control, even if there is a rich shift at the start of feedback control. After the elapse of time, an ignition timing retarding control for absorbing a torque step at the time of combustion switching is started, and after completion of the ignition timing retarding control, the combustion is switched to split injection stratified combustion. Control device.
前記分割噴射成層燃焼の開始に必要な制御は、燃焼室内にスワールを生成させるためのスワールコントロールバルブを閉駆動する制御を含む請求項1に記載の直噴火花点火式エンジンの制御装置。The control apparatus for a direct injection spark ignition engine according to claim 1, wherein the control necessary for starting the split injection stratified combustion includes a control for driving a swirl control valve for generating a swirl in the combustion chamber. 前記分割噴射成層燃焼の開始に必要な制御は、エンジンに燃料を噴射供給する燃料噴射弁へ供給する燃料圧力を減少する制御を含む請求項1または請求項2に記載の直噴火花点火式エンジンの制御装置。The direct injection spark ignition engine according to claim 1 or 2, wherein the control necessary for starting the split injection stratified combustion includes a control for reducing a fuel pressure supplied to a fuel injection valve for supplying fuel to the engine. Control device. 前記分割噴射成層燃焼を、排気系に装着された排気浄化触媒の活性要求時に行うことを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれか1つに記載の直噴火花点火式エンジンの制御装置。The direct injection spark ignition engine control device according to any one of claims 1 to 3, wherein the split injection stratified combustion is performed when an activation of an exhaust purification catalyst mounted on an exhaust system is requested. . 前記分割噴射成層燃焼における燃料噴射は、吸気行程と圧縮行程とに分割して行うことを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれか1つに記載の直噴火花点火式エンジンの制御装置。The direct injection spark ignition engine control device according to any one of claims 1 to 4, wherein fuel injection in the split injection stratified combustion is performed by being divided into an intake stroke and a compression stroke. . 前記分割噴射成層燃焼における燃焼室内の平均空燃比は、ストイキ近傍であることを特徴とする請求項1〜請求項5のいずれか1つに記載の直噴火花点火式エンジンの制御装置。The control device for a direct injection spark ignition engine according to any one of claims 1 to 5, wherein an average air-fuel ratio in the combustion chamber in the split injection stratified combustion is in the vicinity of stoichiometry. 前記分割噴射成層燃焼における燃焼室内の平均空燃比は、ストイキよりややリーンであることを特徴とする請求項1〜請求項5のいずれか1つに記載の直噴火花点火式エンジンの制御装置。6. The control device for a direct injection spark ignition engine according to claim 1, wherein an average air-fuel ratio in the combustion chamber in the split injection stratified combustion is slightly leaner than stoichiometric.
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