JP4443835B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、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内燃機関の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式エンジンの需要が急増している。この筒内噴射式エンジンは、エンジン運転状態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、成層燃焼モードでは、少量の燃料を圧縮行程で筒内に直接噴射して混合気を成層燃焼させ、均質燃焼モードでは、燃料噴射量を増量して吸気行程で筒内に燃料を直接噴射して混合気を均質燃焼させるようにしている。
【0003】
この燃焼モードの切換制御は、例えば特許文献1(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、燃焼モードを切り換える際に、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】
【特許文献1】
特許第3201936号公報(第1頁等)
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、EGR量(排出ガス還流量)、吸気バルブや排気バルブのバルブタイミングは、燃焼モード切換時の燃焼安定性に及ぼす影響が大きく、例えば図10(a)に示すように、EGR量が多いと、成層燃焼と均質燃焼の双方の安定燃焼領域が狭くなって、成層燃焼領域と均質燃焼領域との間の不安定燃焼領域が広くなる傾向がある。
【0006】
しかし、従来の燃焼モード切換制御では、燃焼モードが切り換えられる際に、EGR量やバルブタイミングが燃焼安定性に及ぼす影響を考慮せずに、燃焼モード切換要求が発生したときに、直ちにEGR量やバルブタイミングの目標値を他の空気系の制御パラメータ(例えばスロットル開度)と同じように切り換え先の燃焼モードの目標値に切り換えるため、切り換え前の燃焼モードにおける目標値よりも切り換え先の燃焼モードにおける目標値の方が成層燃焼領域と均質燃焼領域との間の不安定燃焼領域を広くする場合には、燃焼モードを切り換える際に通過する不安定燃焼領域の幅が広くなって、燃焼モード切換時の燃焼安定性が悪化してトルク変動や失火が発生する可能性がある。
【0007】
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、燃焼モード切換時の燃焼安定性を向上させることができる内燃機関の制御装置を提供することにある。
【0008】
【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の内燃機関の制御装置は、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燃焼モード切換制御手段により切り換えると共に、燃焼モードの切り換えに伴って排出ガス還流量と吸気バルブ及び/又は排気バルブのバルブタイミングのうちの少なくとも1つ(以下「特定制御パラメータ」という)を特定制御パラメータ切換制御手段により切り換えるシステムにおいて、燃焼モードを切り換える際に、特定制御パラメータの均質燃焼モードにおける目標値と成層燃焼モードにおける目標値とを入力し、両目標値のうちで燃焼モード切換中の燃焼安定性を高くできる方の目標値(以下「燃焼安定側目標値」という)を選択して該燃焼安定側目標値に特定制御パラメータを制御し、この状態で、燃焼モードを切り換えるようにしたものである。
【0009】
このようにすれば、燃焼モードを切り換える際に、特定制御パラメータ(例えば排出ガス還流量やバルブタイミング)を燃焼安定側目標値に制御して燃焼モード切換中の燃焼安定性を高くした状態(例えば成層燃焼領域と均質燃焼領域との間の不安定燃焼領域を狭くするか又は無くした状態)で、燃焼モード切換制御を行うことができ、燃焼モード切換時の燃焼安定性を向上させることができる。
【0010】
一般に、燃焼モードを切り換える際に、空気系の空燃比制御パラメータ(例えばスロットル開度)を切り換え先の燃焼モードの目標値に切り換えてから実空燃比が切り換え先の燃焼モードで燃焼可能な空燃比になるまでには応答遅れがある。このため、空気系の空燃比制御パラメータの切り換えと同時に燃料系及び点火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と、実空燃比が切り換え先の燃焼モードで燃焼可能な空燃比になる前に燃料系及び点火系の制御パラメータが切り換えられてしまい、燃焼モード切換時の燃焼状態が不安定になりやすい。
【0011】
そこで、請求項2のように、燃焼モード切換要求に応じて要求燃焼モードを切り換えたときに空気系の制御パラメータのうち少なくとも空燃比制御パラメータの目標値を切り換え先の燃焼モードにおける目標値に切り換え、その後、実空燃比が切り換え先の燃焼モードで燃焼可能な空燃比になった時点で燃料系及び点火系の制御パラメータの目標値を切り換え先の燃焼モードにおける目標値に切り換えて実燃焼モードを切り換えるようにすると良い。
【0012】
このようにすれば、燃焼モードを切り換える際に、空気系の空燃比制御パラメータの切り換えに対して実空燃比に応答遅れがあっても、実空燃比が切り換え先の燃焼モードで燃焼可能な空燃比になるまで待ってから、燃料系及び点火系の制御パラメータを切り換えて実燃焼モードを切り換えることができ、燃焼モード切換時の燃焼安定性を更に向上させることができる。
【0013】
この場合、特定制御パラメータ(例えば排出ガス還流量やバルブタイミング)の切り換えタイミングは、請求項3のように、燃焼モードが切り換えられる際に、特定制御パラメータの切り換え先の燃焼モードにおける目標値が燃焼安定側目標値となる場合には、要求燃焼モードが切り換わったときに特定制御パラメータの目標値を切り換え先の燃焼モードにおける目標値に切り換え、特定制御パラメータの切り換え前の燃焼モードにおける目標値が燃焼安定側目標値となる場合には、実燃焼モードが切り換わったときに特定制御パラメータの目標値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。
【0014】
このようにすれば、特定制御パラメータの切り換え先の燃焼モードにおける目標値が燃焼安定側目標値となる場合には、特定制御パラメータを切り換え先の燃焼モードの目標値(つまり燃焼安定側目標値)に切り換えた状態で燃焼モードの切換制御を行うことができ、燃焼モードを速やかに切り換えることができる。一方、特定制御パラメータの切り換え前の燃焼モードにおける目標値が燃焼安定側目標値となる場合には、特定制御パラメータを切り換え前の燃焼モードの目標値(つまり燃焼安定側目標値)に維持して燃焼安定性を高めた状態で燃焼モードを切り換えることができ、燃焼モード切換制御が終了して実燃焼モードが切り換わった時点で特定制御パラメータを速やかに切り換え先の燃焼モードの目標値に切り換えることができる。
【0015】
【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、吸入空気量を検出するエアフローメータ14が設けられている。このエアフローメータ14の下流側には、DCモータ等のモータ15によって駆動されるスロットルバルブ16が設けられ、このスロットルバルブ16の開度(スロットル開度)がスロットル開度センサ17によって検出される。
【0016】
また、スロットルバルブ16の下流側には、サージタンク18が設けられ、このサージタンク18に、吸気管圧力を検出する吸気管圧力センサ19が設けられている。また、サージタンク18には、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が設けられ、各気筒の吸気マニホールド20に、筒内の気流強度(スワール流強度やタンブル流強度)を制御する気流制御弁31が設けられている。
【0017】
エンジン11の各気筒の上部には、それぞれ燃料を筒内に直接噴射する燃料噴射弁21が取り付けられている。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22が取り付けられ、各点火プラグ22の火花放電によって筒内の混合気に着火される。また、エンジン11の吸気バルブ37と排気バルブには、それぞれバルブタイミングを可変する可変バルブタイミング機構39,40が設けられている。
【0018】
エンジン11のシリンダブロックには、ノッキングを検出するノックセンサ32と、冷却水温を検出する冷却水温センサ23とが取り付けられている。また、クランク軸(図示せず)の外周側には、所定のクランク角毎にクランク角信号を出力するクランク角センサ24が取り付けられている。このクランク角センサ24の出力信号に基づいてクランク角やエンジン回転速度が検出される。
【0019】
一方、エンジン11の排気管25には、排出ガスを浄化する上流側触媒26と下流側触媒27が設けられ、上流側触媒26の上流側に、排出ガスの空燃比又はリッチ/リーン等を検出する排出ガスセンサ28(空燃比センサ、酸素センサ等)が設けられている。本実施形態では、上流側触媒26として理論空燃比付近で排出ガス中のCO,HC,NOx等を浄化する三元触媒が設けられ、下流側触媒27としてNOx吸蔵還元型触媒が設けられている。このNOx吸蔵還元型触媒27は、排出ガスの空燃比がリーンのときに排出ガス中のNOxを吸蔵し、空燃比が理論空燃比付近又はリッチになったときに吸蔵NOxを還元浄化して放出する特性を持っている。
【0020】
また、排気管25のうちの上流側触媒26の下流側と吸気管12のうちのスロットルバルブ16の下流側のサージタンク18との間に、排出ガスの一部を吸気側に還流させるためのEGR配管33が接続され、このEGR配管33の途中に排出ガス還流量(EGR量)を制御するEGR弁34が設けられている。また、アクセルペダル35の踏込量(アクセル開度)がアクセルセンサ36によって検出される。
【0021】
前述した各種センサの出力は、エンジン制御回路(以下「ECU」と表記する)30に入力される。このECU30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)に記憶された各種の制御ルーチンを実行することで、エンジン運転状態に応じて燃料噴射弁21の燃料噴射量や燃料噴射時期、点火プラグ22の点火時期等を制御する。
【0022】
このECU30は、後述する図2乃至図7に示す各ルーチンを実行することで燃焼モード切換制御手段として機能し、エンジン運転状態(要求トルクやエンジン回転速度等)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る。成層燃焼モードでは、少量の燃料を圧縮行程で筒内に直接噴射して点火プラグ22の近傍に成層混合気を形成して成層燃焼させることで、燃費を向上させる。一方、均質燃焼モードでは、燃料噴射量を増量して吸気行程で筒内に燃料を直接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。
【0023】
この場合、ECU30は、燃焼モードを切り換える際に、エンジン運転状態に応じて要求燃焼モードが切り換えられたときに、まず、空燃比制御パラメータ及びその他の空気系の制御パラメータ(スロットル開度及び気流制御弁31の開度等)と目標空燃比を切り換え先の燃焼モードの目標値に切り換え、その後、実空燃比が切り換え先の燃焼モードで燃焼可能な空燃比になった時点で、燃料系と点火系の各制御パラメータ(燃料噴射量、燃料噴射時期、燃料圧力、点火時期等)を切り換え先の燃焼モードの目標値に切り換えて実燃焼モードを切り換える。
【0024】
また、ECU30は、後述する図8及び図9に示す各ルーチンを実行することで特定制御パラメータ切換制御手段として機能し、燃焼モードの切り換えに伴ってバルブタイミング(特定制御パラメータ)の目標値及びEGR量(特定制御パラメータ)の目標値を切り換える。
【0025】
この場合、ECU30は、燃焼モードが切り換えられる際に、バルブタイミングとEGR量の目標値として、それぞれ均質燃焼モード用の目標値と成層燃焼モード用の目標値のうちで燃焼安定側目標値となる方を選択し、バルブタイミングとEGR量をそれぞれ燃焼安定側目標値に制御した状態で燃焼モードの切換制御を行う。ここで、燃焼安定側目標値は、均質燃焼モード用の目標値と成層燃焼モード用の目標値のうちで燃焼モード切換中の燃焼安定性を高くできる方の目標値(例えば成層燃焼領域と均質燃焼領域との間の不安定燃焼領域を狭くするか又は無くすことができる方の目標値)とする。
【0026】
燃焼モードが切り換えられる際のバルブタイミングとEGR量の具体的な切換制御は、バルブタイミングとEGR量の切り換え先の燃焼モードにおける目標値が燃焼安定側目標値となる場合には、要求燃焼モードが切り換わったときにバルブタイミングとEGR量の目標値を切り換え先の燃焼モードにおける目標値に切り換える。これにより、バルブタイミングとEGR量を切り換え先の燃焼モードの目標値(つまり燃焼安定側目標値)に切り換えた状態で燃焼モードの切換制御を行う。
【0027】
一方、バルブタイミングとEGR量の切り換え前の燃焼モードにおける目標値が燃焼安定側目標値となる場合には、実燃焼モードが切り換わったときにバルブタイミングとEGR量の目標値を切り換え先の燃焼モードの目標値に切り換える。これにより、バルブタイミングとEGR量を切り換え前の燃焼モードの目標値(つまり燃焼安定側目標値)に維持した状態で燃焼モードの切換制御を行い、燃焼モードの切換制御が終了して実燃焼モードが切り換わった時点でバルブタイミングとEGR量を切り換え先の燃焼モードの目標値に切り換える。
以下、ECU30が実行する図2乃至図9に示す各ルーチンの処理内容を説明する。
【0028】
[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400〜600で、図5の空気系制御ルーチン、図6の燃料系制御ルーチン、図7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。
【0029】
[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。
【0030】
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。
【0031】
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205に進み、空気系制御モードを成層燃焼モードに維持する。
【0032】
[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。
【0033】
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。
【0034】
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。これにより、実燃焼モードが均質燃焼モードに切り換わる。
【0035】
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。
【0036】
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。これにより、実燃焼モードが成層燃焼モードに切り換わる。
【0037】
[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、空気系の空燃比制御パラメータ及びその他の空気系の制御パラメータ(スロットル開度及び気流制御弁31の開度等)の目標値として、それぞれ均質燃焼モード用のマップ等を用いてエンジン運転状態に応じた均質燃焼モード用の目標値を算出する。
【0038】
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、空気系の各制御パラメータの目標値として、それぞれ成層燃焼モード用のマップ等を用いてエンジン運転状態に応じた成層燃焼モード用の目標値を算出する。
【0039】
[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500で、図6の燃料系制御ルーチンが起動されると、まずステップ501で、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502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、燃料圧力等)の目標値として、それぞれ均質燃焼モード用のマップ等を用いてエンジン運転状態に応じた均質燃焼モード用の目標値を算出する。
【0040】
また、上記ステップ501で、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503に進み、燃料系の制御パラメータの目標値として、それぞれ成層燃焼モード用のマップ等を用いてエンジン運転状態に応じた成層燃焼モード用の目標値を算出する。
【0041】
[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600で、図7の点火系制御ルーチンが起動されると、まずステップ601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602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マップ等を用いてエンジン運転状態に応じた均質燃焼モード用の目標値を算出する。
【0042】
また、上記ステップ601で、点火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603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マップ等を用いてエンジン運転状態に応じた成層燃焼モード用の目標値を算出する。
【0043】
[バルブタイミング制御ルーチン]
図8のバルブタイミング制御ルーチンは、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。本ルーチンが起動されると、まずステップ701で、バルブタイミングの目標値として、均質燃焼モード用のマップ等を用いて現在のエンジン運転状態に応じた均質燃焼モード用の目標値TVTHmを算出すると共に、成層燃焼モード用のマップ等を用いて現在のエンジン運転状態に応じた成層燃焼モード用の目標値TVTStを算出する。
【0044】
ここで、吸気バルブタイミングは基準位置(例えば最遅角位置)からの進角量で表され、排気バルブタイミングは基準位置(例えば最進角位値)からの遅角量で表される。図10(b)に示すように、吸気バルブタイミング(進角量)や排気バルブタイミング(遅角量)が小さい方が、内部EGR量が少なくなって、成層燃焼領域と均質燃焼領域との間の不安定燃焼領域が狭くなるか又は無くなり、燃焼モード切換時の燃焼安定性が高くなる傾向があるため、吸気バルブタイミング(進角量)と排気バルブタイミング(遅角量)のいずれの場合も、均質燃焼モード用の目標値TVTHmと成層燃焼モード用の目標値TVTStのうちの小さい方が燃焼安定側目標値となる。
【0045】
この後、ステップ702に進み、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、ステップ703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。その結果、実燃焼モードが均質燃焼モードである判定された場合には、ステップ704に進み、バルブタイミングの目標値を均質燃焼モード用の目標値TVTHmに設定して、本ルーチンを終了する。一方、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)と判定された場合には、ステップ705に進み、バルブタイミングの目標値を成層燃焼モード用の目標値TVTStに設定して、本ルーチンを終了する。
【0046】
その後、上記ステップ702で、燃焼モード切換中であると判定されたときに、ステップ706に進み、要求燃焼モードが均質燃焼モードであるか否かを判定する。その結果、要求燃焼モードが均質燃焼モードであると判定された場合、つまり、成層燃焼モードから均質燃焼モードに切り換える場合には、ステップ707に進み、均質燃焼モード用の目標値TVTHmが成層燃焼モード用の目標値TVTSt以上であるか否かを判定する。
【0047】
均質燃焼モード用の目標値TVTHmが成層燃焼モード用の目標値TVTStよりも小さいと判定された場合、つまり、切り換え先の燃焼モードである均質燃焼モードの目標値TVTHmが燃焼安定側目標値となる場合には、ステップ708に進み、バルブタイミングの目標値を切り換え先の燃焼モードである均質燃焼モードの目標値TVTHm(燃焼安定側目標値)に切り換えて、本ルーチンを終了する。
【0048】
これに対して、上記ステップ707で、均質燃焼モード用の目標値TVTHmが成層燃焼モード用の目標値TVTSt以上であると判定された場合、つまり、切り換え前の燃焼モードである成層燃焼モードの目標値TVTStが燃焼安定側目標値となる場合には、ステップ708を飛び越して、バルブタイミングの目標値を切り換え前の燃焼モードである成層燃焼モードの目標値TVTSt(燃焼安定側目標値)に維持したまま、本ルーチンを終了する。その後、燃焼モードの切換制御が終了して実燃焼モードが均質燃焼モードに切り換わった時点で、バルブタイミングの目標値を切り換え先の燃焼モードである均質燃焼モードの目標値TVTHmに切り換える(ステップ703、704)。
【0049】
一方、上記ステップ706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、つまり、均質燃焼モードから成層燃焼モードに切り換える場合には、ステップ709に進み、均質燃焼モード用の目標値TVTHmが成層燃焼モード用の目標値TVTStよりも小さいか否かを判定する。
【0050】
均質燃焼モード用の目標値TVTHmが成層燃焼モード用の目標値TVTSt以上であると判定された場合、つまり、切り換え先の燃焼モードである成層燃焼モードの目標値TVTStが燃焼安定側目標値となる場合には、ステップ710に進み、バルブタイミングの目標値を切り換え先の燃焼モードである成層燃焼モードの目標値TVTSt(燃焼安定側目標値)に切り換えて、本ルーチンを終了する。
【0051】
これに対して、上記ステップ709で、均質燃焼モード用の目標値TVTHmが成層燃焼モード用の目標値TVTStよりも小さいと判定された場合、つまり、切り換え前の燃焼モードである均質燃焼モードの目標値TVTHmが燃焼安定側目標値となる場合には、ステップ710を飛び越して、バルブタイミングの目標値を切り換え前の燃焼モードである均質燃焼モードの目標値TVTHm(燃焼安定側目標値)に維持したまま、本ルーチンを終了する。その後、燃焼モードの切換制御が終了して実燃焼モードが成層燃焼モードに切り換わった時点で、バルブタイミングの目標値を切り換え先の燃焼モードである成層燃焼モードの目標値TVTStに切り換える(ステップ703、705)。
【0052】
[EGR量制御ルーチン]
図9のEGR量制御ルーチンは、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。本ルーチンが起動されると、まずステップ801で、EGR量の目標値として、均質燃焼モード用のマップ等を用いて現在のエンジン運転状態に応じた均質燃焼モード用の目標値TEGRHmを算出すると共に、成層燃焼モード用のマップ等を用いて現在のエンジン運転状態に応じた成層燃焼モード用の目標値TEGRStを算出する。
【0053】
図10(b)に示すように、EGR量が少ない方が、成層燃焼領域と均質燃焼領域との間の不安定燃焼領域が狭くなるか又は無くなって、燃焼モード切換時の燃焼安定性が高くなる傾向があるため、均質燃焼モード用の目標値TEGRHmと成層燃焼モード用の目標値TEGRStのうちの小さい方が燃焼安定側目標値となる。
【0054】
この後、ステップ802に進み、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、ステップ803に進み、実燃焼モードが均質燃焼モードの場合には、EGR量の目標値を均質燃焼モード用の目標値TEGRHmに設定し、実燃焼モードが成層燃焼モードの場合には、EGR量の目標値を成層燃焼モード用の目標値TEGRStに設定して、本ルーチンを終了する(ステップ803〜805)。
【0055】
その後、上記ステップ802で、燃焼モード切換中であると判定されたときに、ステップ806に進み、成層燃焼モードから均質燃焼モードに切り換える場合で、切り換え先の燃焼モードである均質燃焼モードの目標値TEGRHmが燃焼安定側目標値となる場合には、EGR量の目標値を切り換え先の燃焼モードである均質燃焼モードの目標値TEGRHm(燃焼安定側目標値)に切り換えて、本ルーチンを終了する(ステップ806〜808)。
【0056】
これに対して、切り換え前の燃焼モードである成層燃焼モードの目標値TEGRStが燃焼安定側目標値となる場合には、ステップ808を飛び越して、EGR量の目標値を切り換え前の燃焼モードである成層燃焼モードの目標値TEGRSt(燃焼安定側目標値)に維持したまま、本ルーチンを終了する(ステップ806、807)。その後、燃焼モードの切換制御が終了して実燃焼モードが均質燃焼モードに切り換わった時点で、EGR量の目標値を切り換え先の燃焼モードである均質燃焼モードの目標値TEGRHmに切り換える(ステップ803、804)。
【0057】
一方、均質燃焼モードから成層燃焼モードに切り換える場合で、切り換え先の燃焼モードである成層燃焼モードの目標値TEGRStが燃焼安定側目標値となる場合には、EGR量の目標値を切り換え先の燃焼モードである成層燃焼モードの目標値TEGRSt(燃焼安定側目標値)に切り換えて、本ルーチンを終了する(ステップ806、809、810)。
【0058】
これに対して、切り換え前の燃焼モードである均質燃焼モードの目標値TEGRHmが燃焼安定側目標値となる場合には、ステップ810を飛ばして、EGR量の目標値を切り換え前の燃焼モードである均質燃焼モードの目標値TEGRHm(燃焼安定側目標値)に維持したまま、本ルーチンを終了する。その後、燃焼モードの切換制御が終了して実燃焼モードが成層燃焼モードに切り換わった時点で、EGR量の目標値を切り換え先の燃焼モードである成層燃焼モードの目標値TEGRStに切り換える(ステップ803、805)。
【0059】
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乃至図14のタイムチャートを用いて説明する。ここで、図11及び図12は従来の燃焼モード切換制御の実行例を示すタイムチャートであり、図11はEGR量とバルブタイミングが両方とも均質燃焼モード用の目標値の方が大きい場合の実行例で、図12はEGR量は成層燃焼モード用の目標値の方が大きく、バルブタイミングは均質燃焼モード用の目標値の方が大きい場合の実行例である。
【0060】
一方、図13及び図14は、本実施形態の燃焼モード切換制御の実行例を示すタイムチャートであり、図13はEGR量とバルブタイミングは両方とも均質燃焼モード用の目標値の方が大きい場合の実行例で、図14はEGR量は成層燃焼モード用の目標値の方が大きく、バルブタイミングは均質燃焼モード用の目標値の方が大きい場合の実行例である。
【0061】
前述したように、EGR量、吸気バルブタイミング(進角量)、排気バルブタイミング(遅角量)が大きいと、成層燃焼領域と均質燃焼領域との間の不安定燃焼領域が広くなる傾向があるが、従来の燃焼モード切換制御では、図11及び図12に示すように、要求燃焼モードが切り換えられると、直ちにEGR量とバルブタイミングの目標値を切り換え先の燃焼モードの目標値に切り換えるため、切り換え前の燃焼モードにおける目標値よりも切り換え先の燃焼モードにおける目標値の方が大きい場合には、燃焼モードを切り換える際に通過する不安定燃焼領域の幅が広がって、燃焼モード切換時の燃焼安定性が悪化してトルク変動や失火が発生する可能性がある。
【0062】
これに対して、本実施形態の燃焼モード切換制御では、図13及び図14に示すように、バルブタイミングとEGR量の切り換え先の燃焼モードにおける目標値の方が小さい場合、つまり、切り換え先の燃焼モードにおける目標値が燃焼安定側目標値となる場合には、要求燃焼モードが切り換わったときに直ちにバルブタイミングとEGR量の目標値を切り換え先の燃焼モードにおける目標値に切り換える。これにより、バルブタイミングとEGR量を切り換え先の燃焼モードの目標値(つまり燃焼安定側目標値)に切り換えて燃焼安定性を高めた状態で燃焼モードの切換制御を行う。
【0063】
一方、バルブタイミングとEGR量の切り換え前の燃焼モードにおける目標値の方が小さい場合、つまり、切り換え前の燃焼モードにおける目標値が燃焼安定側目標値となる場合には、実燃焼モードが切り換わった時点でバルブタイミングとEGR量の目標値を切り換え先の燃焼モードの目標値に切り換える。これにより、バルブタイミングとEGR量を切り換え前の燃焼モードの目標値(つまり燃焼安定側目標値)に維持して燃焼安定性を確保した状態で燃焼モードの切換制御を行い、燃焼モードの切換制御が終了して実燃焼モードが切り換わった時点でバルブタイミングとEGR量を切り換え先の燃焼モードの目標値に切り換える。
【0064】
このようにすれば、燃焼モードを切り換える際に、バルブタイミングやEGR量を燃焼安定側目標値に制御して燃焼モード切換中の燃焼安定性を高くした状態(例えば成層燃焼領域と均質燃焼領域との間の不安定燃焼領域を狭くするか又は無くした状態)で、燃焼モードの切換制御を行うことができるので、燃焼モード切換時の燃焼安定性を向上させて、トルク変動や失火を防止することができる。
【0065】
また、本実施形態では、要求燃焼モードを切り換えたときに空気系の空燃比制御パラメータ(例えばスロットル開度)の目標値を切り換え先の燃焼モードにおける目標値に切り換え、その後、実空燃比が切り換え先の燃焼モードで燃焼可能な空燃比になった時点で、燃料系及び点火系の制御パラメータ(燃料噴射時期、点火時期等)の目標値を切り換え先の燃焼モードにおける目標値に切り換えて実燃焼モードを切り換えるようにしたので、燃焼モードを切り換える際に、空気系の空燃比制御パラメータの切り換えに対して実空燃比に応答遅れがあっても、実空燃比が切り換え先の燃焼モードで燃焼可能な空燃比になるまで待ってから、燃料系及び点火系の制御パラメータを切り換えて実燃焼モードを切り換えることができ、燃焼モード切換時の燃焼安定性を更に向上させることができる。
【0066】
尚、本実施形態では、燃焼モード切換時に、EGR量、吸気バルブタイミング、排気バルブタイミングを全て切り換えるようにしたが、EGR量、吸気バルブタイミング、排気バルブタイミングのうちの1つまたは2つを切り換えるシステムに本発明を適用しても良い。
【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】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7】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8】バルブタイミング制御ルーチンの処理の流れを示すフローチャート
【図9】EGR量制御ルーチンの処理の流れを示すフローチャート
【図10】(a)はEGR量が多いときの成層燃焼領域と均質燃焼領域を示す図、(b)はEGR量が少ないときの成層燃焼領域と均質燃焼領域を示す図
【図11】従来の燃焼モード切換制御の第1の実行例を示すタイムチャート
【図12】従来の燃焼モード切換制御の第2の実行例を示すタイムチャート
【図13】本実施形態の燃焼モード切換制御の第1の実行例を示すタイムチャート
【図14】本実施形態の燃焼モード切換制御の第2の実行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、16…スロットルバルブ、21…燃料噴射弁、22…点火プラグ、25…排気管、30…ECU(燃焼モード切換制御手段,特定制御パラメータ切換制御手段)、31…気流制御弁、34…EGR弁、37…吸気バルブ、38…排気バルブ、39,40…可変バルブタイミング機構。
Claims (3)
- 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る燃焼モード切換制御手段と、燃焼モードの切り換えに伴って排出ガス還流量と吸気バルブ及び/又は排気バルブのバルブタイミングのうちの少なくとも1つ(以下「特定制御パラメータ」という)を切り換える特定制御パラメータ切換制御手段とを備えた内燃機関の制御装置において、
前記特定制御パラメータ切換制御手段は、燃焼モードが切り換えられる際に、前記特定制御パラメータの均質燃焼モードにおける目標値と成層燃焼モードにおける目標値とを入力し、両目標値のうちで燃焼モード切換中の燃焼安定性を高くできる方の目標値(以下「燃焼安定側目標値」という)を選択して該燃焼安定側目標値に前記特定制御パラメータを制御し、前記燃焼モード切換制御手段は、前記特定制御パラメータが前記燃焼安定側目標値に制御された状態で燃焼モードを切り換えることを特徴とする内燃機関の制御装置。 - 前記燃焼モード切換制御手段は、燃焼モード切換要求に応じて要求燃焼モードを切り換えたときに空気系の制御パラメータのうち少なくとも空燃比制御パラメータの目標値を切り換え先の燃焼モードにおける目標値に切り換え、実空燃比が切り換え先の燃焼モードで燃焼可能な空燃比になった時点で燃料系及び点火系の制御パラメータの目標値を切り換え先の燃焼モードにおける目標値に切り換えて実燃焼モードを切り換えることを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の制御装置。
- 前記特定制御パラメータ切換制御手段は、燃焼モードが切り換えられる際に、前記特定制御パラメータの切り換え先の燃焼モードにおける目標値が前記燃焼安定側目標値となる場合には、前記要求燃焼モードが切り換わったときに前記特定制御パラメータの目標値を切り換え先の燃焼モードにおける目標値に切り換え、前記特定制御パラメータの切り換え前の燃焼モードにおける目標値が前記燃焼安定側目標値となる場合には、前記実燃焼モードが切り換わったときに前記特定制御パラメータの目標値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2に記載の内燃機関の制御装置。
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