JP4479524B2

JP4479524B2 - 圧縮着火内燃機関の発進制御装置

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Publication number: JP4479524B2
Application number: JP2005033329A
Authority: JP
Inventors: 崇小山; 久大木; 清藤原; 崇志松本; 雄介伯耆; 嗣史藍川
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2005-02-09
Filing date: 2005-02-09
Publication date: 2010-06-09
Anticipated expiration: 2025-02-09
Also published as: JP2006220041A

Description

本発明は、いわゆる予混合燃焼と通常燃焼とを行う圧縮着火内燃機関において、坂道発進時の燃焼状態を制御する圧縮着火内燃機関の発進制御装置に関する。

圧縮着火内燃機関において、ＮＯｘの抑制とスモークの抑制を目的として予混合燃焼を行う場合、該圧縮着火内燃機関の運転状態が高負荷運転状態となって機関負荷および機関回転数が上昇するに従い、過早着火が生じる可能性が高くなる。そこで、該圧縮着火内燃機関の運転状態に基づいて、低負荷時は予混合燃焼を行い、高負荷時は通常燃焼を行う技術が公開されている（例えば、特許文献１を参照。）。この技術においては、予混合燃焼から通常燃焼への切替は、一サイクル中に予混合燃焼と通常燃焼の双方を行う多段噴射を経由して行われる。これにより、燃焼切替の円滑化を図ろうとするものである。

また、圧縮着火内燃機関を搭載する車両が坂道で停止した状態から発進する時、坂道の勾配に起因する重力負荷によって、機関停止したり車両が後退したりする場合がある。そこで、車両の停止状態において車両の発進動作が確認されたときから所定の走行状態に至るまでの間、路面の勾配に応じて圧縮着火内燃機関のアイドル運転時の機関回転数を上昇させて、アイドル運転時のトルクを上昇させ機関停止等を回避する技術が公開されている（例えば、特許文献２を参照。）。
特開平１１−３２４７６４号公報特開平６−１４６９４５号公報特開昭６３−４５４３４号公報特開平１０−２３６０４号公報特開平１１−６２６７２号公報特開平１１−３４３８８８号公報特開２００３−２５９７７号公報

運転状態に応じて予混合燃焼と通常燃焼とを切り替えて行う圧縮着火内燃機関において、通常は圧縮着火内燃機関の運転状態が属する燃焼領域に従って、予混合燃焼と通常燃焼とが選択的に行われる。一般に、過早着火の回避等の観点から、予混合燃焼が行われる燃焼領域は通常燃焼が行われる燃焼領域よりも低負荷側にある。

ここで、圧縮着火内燃機関を搭載する車両が坂道に停止しアイドル運転状態にある場合、圧縮着火内燃機関の運転状態は低負荷側の予混合燃焼領域に属しているため予混合燃焼が行われる。しかし、そのような状態から車両が発進する坂道発進時には比較的大きい発進トルクが必要になるが、それにもかかわらず予混合燃焼が行われると、過早着火回避のために気筒内に導入される多量のＥＧＲガスによって、圧縮着火内燃機関が坂道発進のために十分なトルクを発揮することが困難となり、またはエミッションの悪化を招く虞がある。

本発明では、上記した問題に鑑み、圧縮着火内燃機関の運転状態に応じて予混合燃焼と通常燃焼とを切り替えて行う圧縮着火内燃機関を搭載する車両において、該車両が坂道発進をする際に、発進のための十分なトルクを発揮することを目的とする。

本発明は、上記した課題を解決するために、予混合燃焼と通常燃焼とを選択的に行う圧縮着火内燃機関において、その圧縮着火内燃機関を搭載する車両が坂道発進するときに行われている燃焼状態に着目した。通常、予混合燃焼時は過早着火を回避するために気筒内に多量のＥＧＲガスが導入され、通常燃焼時は高機関出力を発揮するために気筒内に導入されるＥＧＲガス量は少なく新気量が多い。そこで、本来、圧縮着火内燃機関の運転状態に従うと予混合燃焼が行われる坂道発進時に、予混合燃焼ではなく一時的に通常燃焼を行うことで、坂道発進に十分な発進トルクを発揮させるとともにエミッションの悪化を回避することが可能となる。

詳細には、本発明は、圧縮着火内燃機関の燃料を気筒内に噴射する燃料噴射弁と、前記圧縮着火内燃機関の運転状態が、該圧縮着火内燃機関で行われる燃焼に応じた燃焼領域のいずれに属しているかを判定する燃焼領域判定手段と、前記圧縮着火内燃機関で行われる燃焼に応じた量のＥＧＲガスを前記気筒内に再循環させるべくＥＧＲ弁の開度を制御するＥＧＲ制御手段と、を備え、前記燃焼領域判定手段によって判定される燃焼領域が低負荷側の予混合燃焼領域である場合には、圧縮行程上死点近傍の時期より早い時期の燃料噴射によって予混合気を形成することで行われる予混合燃焼が行われ、該燃焼領域が高負荷側の通常燃焼領域である場合には、圧縮行程上死点近傍の時期の燃料噴射による通常燃焼が行われる圧縮着火内燃機関において、前記圧縮着火内燃機関を搭載する車両が置かれた路面の勾配を検出又は推定する路面勾配検出手段と、前記路面勾配検出手段によって検出又は推定される路面勾配が所定勾配以上である場合に前記車両が停止状態から発進するとき、該路面勾配に応じてアイドル回転数を増大させるとともに、該発進時における前記圧縮着火内燃機関で行われる燃焼を予混合燃焼から通常燃焼へ切り替える坂道発進時燃焼制御手段と、を更に備えることを特徴とする圧縮着火内燃機関の発進制御装置である。

上述の圧縮着火内燃機関においては、圧縮着火内燃機関の機関回転数や機関負荷等によって決定される運転状態がどの燃焼領域に属するか、即ち燃焼領域判定手段によって判定される燃焼領域が、予混合燃焼が行われる予混合燃焼領域と通常燃焼が行われる通常燃焼領域との何れであるかによって、該内燃機関で行われる燃焼が決定される。この予混合燃焼領域および通常燃焼領域は、予混合燃焼時の過早着火の生じやすさ等に基づいて実験等で決定される。

ここで、圧縮着火内燃機関において予混合燃焼を行う場合は、燃料噴射を圧縮行程上死点近傍の時期、即ち通常燃焼時の燃料噴射時期より早い時期に行うことで、吸気と燃料がより混合された予混合気を形成する。これによって、ＮＯｘやスモークの抑制を図る。尚、本発明における予混合燃焼においては、予混合燃料を一回の燃料噴射で噴射する場合に限られず、気筒の内壁面に燃料が付着するのを回避する等の理由で複数回の燃料噴射によって予混合燃料を噴射する場合も含まれる。また、通常燃焼時は、圧縮行程上死点近傍の時期に燃料を噴射していわゆる拡散燃焼が行われる。

そして、圧縮着火内燃機関で予混合燃焼が行われているときに圧縮着火内燃機関の運転状態が変動し燃焼領域判定手段によって判定された燃焼領域が予混合燃焼領域から通常燃焼領域へ移行することで、予混合燃焼から通常燃焼への切替が行われる。またその逆に、燃焼領域判定手段によって判定された燃焼領域が通常燃焼領域から予混合燃焼領域へ移行することで、通常燃焼から予混合燃焼への切替が行われる。

また、予混合燃焼と通常燃焼が行われているときとでは、それぞれの燃焼に応じた適量のＥＧＲガスが、ＥＧＲ制御手段によって気筒内に再循環させられている。このＥＧＲガス量は、それぞれの燃焼状態において燃焼騒音が増大したりエミッションが悪化したりするのを回避すべく、予混合燃焼や通常燃焼の燃焼特性が考慮された上で決定される。一般に、予混合燃焼においては過早着火を回避すべく、通常燃焼時よりも多量のＥＧＲガスが
ＥＧＲ制御手段によって気筒内に再循環される。

ここで、圧縮着火内燃機関を搭載する車両が坂道の途中で停止状態となった場合、圧縮着火内燃機関はアイドル運転状態に置かれる。このとき、機関負荷が低いため圧縮着火内燃機関では予混合燃焼が行われている。この状態で車両が発進するとき、坂道の勾配に応じた重力に打ち勝つために、圧縮着火内燃機関には比較的大きいトルクを発揮することが要求される。しかし、予混合燃焼下では燃料噴射弁から多量の燃料が気筒内に噴射されても、気筒内における新気の占める割合は低く、十分なトルクを圧縮着火内燃機関が発揮できないばかりか、新気量の少ない条件化での燃焼となるためエミッションが悪化する虞がある。

そこで、本発明に係る圧縮着火内燃機関の発進制御装置では、坂道発進時燃焼制御手段による燃焼制御が行われる。具体的には、該燃焼制御は、坂道発進を行うのに十分なトルクを発揮するために路面勾配に応じた量の燃料を噴射し、それとともに噴射された燃料が十分に燃焼しトルクに寄与するために、本来圧縮着火内燃機関の運転状態は予混合燃焼領域に属しているにもかかわらず予混合燃焼ではなく通常燃焼を行う。即ち、坂道発進時は、エミッション改善等を目的とした予混合燃焼よりも、円滑な坂道発進のためのトルク発揮を優先する通常燃焼が行われる。

尚、この坂道発進時燃焼制御手段による燃焼制御は、路面勾配検出手段によって検出又は推定された路面勾配が所定勾配以上であるときにのみ行われる。即ち、該路面勾配が比較的低い場合には、坂道発進時の燃料噴射量は比較的少なくてすむ場合があり、その場合にはアイドル運転時からの予混合燃焼を継続して行うことでエミッション改善等を図っていく。従って、ここでいう所定勾配とは、坂道発進時のトルクが比較的大きくなりそれに応じた多量の燃料噴射を行うとともに、十分量の新気を供給するためには通常燃焼を行う必要がある路面勾配の閾値をいう。

ここで、上記の圧縮着火内燃機関の発進制御装置において、前記坂道発進時燃焼制御手段による予混合燃焼から通常燃焼への切替は、前記ＥＧＲ制御手段によって前記ＥＧＲ弁の開度が全閉とされた後に、実行されるようにしてもよい。即ち、ＥＧＲ弁の開度を全閉とすることで、気筒内へのＥＧＲガスの供給量を速やかに低減させ、坂道発進時燃焼制御手段による通常燃焼への切替を円滑に行うことが可能となる。

また、上記の圧縮着火内燃機関の発進制御装置において、前記坂道発進時燃焼制御手段によって予混合燃焼から通常燃焼へ切り替えられたとき、前記路面勾配検出手段によって検出又は推定される路面勾配が高い程、前記ＥＧＲ制御手段によって前記気筒内に再循環されるＥＧＲガス量を減量するようにしてもよい。即ち、該路面勾配が高くなるほど、坂道発進時に発揮すべきトルクが増えるため、より多量の噴射燃料をトルクに寄与させるべく、坂道発進時燃焼制御手段によって通常燃焼が行われているときのＥＧＲガス量を減量させるものである。

上述までの圧縮着火内燃機関の発進制御装置において、前記圧縮着火内燃機関には機関出力を駆動系に伝達するクラッチが、更に備えられる場合、前記路面勾配検出手段によって検出又は推定される路面勾配が前記所定勾配以上の状態で車両が停止しているときに前記クラッチが切断されたことをもって、前記坂道発進時燃焼制御手段は予混合燃焼から通常燃焼への切替を行うようにしてもよい。

即ち、坂道で車両が停止している状態でのクラッチの切断をもって、車両が坂道発進を行う直前状態にあると推定し、そのように推定される場合には、可及的に早く坂道発進時燃焼制御手段によって通常燃焼への切替を行うことで、気筒内に残留するＥＧＲガスを排
出して噴射燃料に応じた新気をより確実に気筒内に準備することが可能となる。従って、車両が坂道発進をする時点では、ＥＧＲガス量も通常燃焼に応じた量となり円滑な通常燃焼への移行が達成される。尚、あまりにも早い時期、例えばクラッチの切断が行われる前のアイドル運転時に坂道発進時燃焼制御手段によって通常燃焼への切替を行うのは、あまり好ましくはない。過早の通常燃焼への移行は、予混合燃焼によるエミッション改善という効果を弱めてしまうからである。

上記の圧縮着火内燃機関の発進制御装置において、前記クラッチの切断後に前記坂道発進時燃焼制御手段によって予混合燃焼から通常燃焼への切替が行われた後、レーシングが行われてもよい。クラッチが切断された状態で、且つ坂道発進時燃焼制御手段によって通常燃焼に切り替えられることで気筒内へのＥＧＲガス供給量が低下した状態で、レーシング、即ち空ふかしを行うことで、圧縮着火内燃機関の機関回転数を上昇させる。これにより、気筒内に残留するＥＧＲガスをより早期に排出して、通常燃焼での噴射燃料に応じた新気をより確実に気筒内に準備することが可能となる。また、レーシングにより機関回転数を上げることで、クラッチが接続されたときの機関回転数の変動を可及的に抑制することが可能ともなる。

圧縮着火内燃機関の運転状態に応じて予混合燃焼と通常燃焼とを切り替えて行う圧縮着火内燃機関を搭載する車両において、該車両が坂道発進をする際に、発進のための十分なトルクを発揮することが可能となる。

ここで、本発明に係る圧縮着火内燃機関の発進制御装置の実施の形態について図面に基づいて説明する。

図１は、本発明が適用される圧縮着火内燃機関（以下、単に「内燃機関」という。）１およびその制御系統の概略構成を表すブロック図である。内燃機関１は、４つの気筒２を有する圧縮着火式内燃機関である。また、気筒２の燃焼室に直接燃料を噴射する燃料噴射弁３を備えている。燃料噴射弁３は、所定圧に加圧された燃料を貯留する蓄圧室４と接続されている。内燃機関１には吸気枝管７が接続されており、吸気枝管７の各枝管は、吸気ポートを介して燃焼室に接続される。同様に、内燃機関１には排気枝管１２が接続され、排気枝管１２の各枝管は排気ポートを介して燃焼室に接続される。ここで、吸気ポートおよび排気ポートには、各々吸気弁および排気弁が設けられている。

また、吸気枝管７は吸気管８に接続されている。更に、吸気管８における吸気枝管７の直上流に位置する部位には、吸気管８内を流れる吸気の流量を調節する吸気絞り弁１０が、更に吸気絞り弁１０の上流側には、吸気管８を流れる吸入空気量を検出するエアフローメータ９が設けられている。この吸気絞り弁１０には、ステップモータ等で構成されて該吸気絞り弁１０を開閉駆動する吸気絞り用アクチュエータ１１が取り付けられている。一方、内燃機関１には、ＥＧＲ装置２１が設けられている。ＥＧＲ装置２１は排気枝管１２を流れる排気の一部を吸気枝管７へ再循環させる。ＥＧＲ装置２１は、排気枝管１２（上流側）から吸気枝管７（下流側）へ延出しているＥＧＲ通路２２と、ＥＧＲ通路２２上に上流側から順に設けられたＥＧＲガス冷却用のＥＧＲクーラ２３と、ＥＧＲガスの流量調整用のＥＧＲ弁２４と、から構成される。

エアフローメータ９と吸気絞り弁１０との間に位置する吸気管８には、排気のエネルギーを駆動源として作動する過給機１６のコンプレッサ側が設けられ、排気枝管１２には過給機１６のタービン側が設けられている。ここで、過給機１６は、図２に示すように、低
圧側過給機１６ｂと高圧側過給機１６ａが直列に構成される二段過給機である。先ず、排気によって低圧側過給機１６ｂによって一段階目の過給圧に加圧された後に下流の吸気管に設けられた吸気冷却用のインタークーラ１６ｃによって冷却され、更に高圧側過給機１６ａによって目的の過給圧へと加圧される。ここで、過給機１６における高圧側過給機１６ａは、いわゆる可変容量型遠心過給機であって、高圧側過給機１６ａの可変ノズルの開度が調整されることで、最終的に到達する過給圧を細かく調整することが可能となる。

また、過給機１６の高圧側過給機１６ａのタービン側に排気が流入するのを回避するためのバイパス路１７が、高圧側過給機１６ａの上流側の排気枝管１２の部位から、高圧側過給機１６ａのタービン側と低圧側過給機１６ｂのタービン側の間の排気通路の部位へと繋がっている。そして、後者の部位にはバイパス通路１７における排気の流れを制御する排気流量調整弁１８が設けられている。従って、排気流量調整弁１８が閉弁しているときは、排気は、高圧側過給機１６ａ、低圧側過給機１６ｂのタービン側に順次流れ込むことで、内燃機関１において比較的高い過給圧を発生させる。一方で、排気流量調整弁１８の開度が大きくなるに従い、高圧側過給機１６ａのタービンに流れ込む排気量は減少し、低圧側過給機１６ｂのタービン側に作用する排気エネルギーが大きくなっていく。その結果、排気流量調整弁１８が閉弁されて二段過給される場合と比べて最終的な過給圧が低下する。排気流量調整弁１８による排気流量の調整は、内燃機関１での燃焼に応じて行われ、その制御については後述する。

図１に戻って、過給機１６より下流の吸気管８には、過給機１６における高圧側過給機１６ａによって加圧されて高温となった吸入空気を冷却するためのインタークーラ１５が設けられている。また、過給機１６のタービン側は、排気管１３と接続され、この排気管１３は、下流にてマフラーに接続されている。そして、排気管１３の途中には、内燃機関１からの排気を浄化する排気浄化触媒１４が設けられている。

また、内燃機関１には、該内燃機関１を制御するための電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」という）２０が併設されている。このＥＣＵ２０は、ＣＰＵの他、後述する各種のプログラム及びマップを記憶するＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えており、内燃機関１の運転条件や操縦者の要求に応じて内燃機関１の運転状態等を制御するユニットである。

ここで、燃料噴射弁３は、ＥＣＵ２０からの制御信号によって開閉動作を行う。即ち、ＥＣＵ２０からの指令によって、燃料噴射弁３からの燃料噴射時期および燃料噴射量が、内燃機関１の機関負荷や機関回転数等の運転状態に応じて、噴射弁毎に制御され、以て内燃機関１において予混合燃焼や、通常燃焼が行われる。内燃機関１で行われる燃焼制御につては、後述する。また、ＥＧＲ弁２４、アクチュエータ１１、高圧側過給機１６ａの可変ノズルの開度、排気流量調整弁１８の開閉等も、ＥＣＵ２０からの指令に従って制御される。

更に、アクセル開度センサ２６がＥＣＵ２０と電気的に接続されており、ＥＣＵ２０はアクセル開度に応じた信号を受け取り、それより内燃機関１に要求される機関負荷等を算出する。また、クランクポジションセンサ２５がＥＣＵ２０と電気的に接続されており、ＥＣＵ２０は内燃機関１の出力軸の回転角に応じた信号を受け取り、内燃機関１の機関回転数や、該機関回転数とギア比等から内燃機関１が搭載されている車両の車両速度等を算出する。

更に、内燃機関１に接続されたクラッチの接続状態を検出するクラッチスイッチ２７がＥＣＵ２０と電気的に接続されており、ＥＣＵ２０は該クラッチが接続されているか、または内燃機関１を搭載する車両のシフト変更に伴って該クラッチが切断されているかを検出することが可能である。また、内燃機関１が備えられた車両の傾き角、即ち車両の位置
する路面勾配を検出する角度センサ（水平器）２８が設けられており、ＥＣＵ２０と電気的に接続されることで、ＥＣＵ２０は路面勾配値を取得する。

ここで、上記の内燃機関１においては、機関回転数および機関負荷で表される内燃機関１の運転状態に基づいて、予混合燃焼と通常燃焼とが選択的に行われる。図３に、内燃機関１の運転状態の属する燃焼領域と内燃機関１で行われる燃焼との関係を示す。尚、図３に示すグラフの横軸は内燃機関１の機関回転数で、縦軸は内燃機関１の機関負荷を表す。ここで、内燃機関１の運転状態は機関回転数と機関負荷とで表され、低負荷側の予混合燃焼領域Ｒ１、高負荷側の通常燃焼領域Ｒ２の何れかの燃焼領域に属する。

内燃機関１の機関負荷が大きくなり燃焼室に供給される燃料量が増大すると、又は機関回転数が高くなり燃焼室内に予混合気を形成する実質的な時間が短くなると、燃焼室に形成される予混合気が均一とならず、過早着火が生じやすくなる。そこで、内燃機関１の運転状態が、過早着火を回避し得る予混合燃焼領域Ｒ１に属するときは予混合燃焼を行うことで、エミッションの改善や燃焼騒音の低減を図る。また、内燃機関１が、過早着火の回避が困難となる通常燃焼領域Ｒ２に属するときは予混合燃焼ではなく、いわゆる拡散燃焼である通常燃焼を行うことで、高機関出力の発揮を図る。

上述したように、内燃機関１の運転状態が属する燃焼領域に応じて、予混合燃焼又は通常燃焼が行われるが、予混合燃焼時には、燃料噴射時期が圧縮行程上死点近傍の時期より早い時期において燃料噴射弁３から燃料が噴射されることで、気筒２内に予混合気が形成される。そして、予混合燃焼時の過早着火を抑制するために、内燃機関１の運転状態が予混合燃焼領域Ｒ１に属すると、ＥＣＵ２０によってＥＧＲ弁２４の開度が、内燃機関１の運転状態が通常燃焼領域Ｒ２に属する場合よりも開き側に制御され、より多くのＥＧＲガスが吸気枝管７を経て気筒２内に供給される。即ち、予混合燃焼と通常燃焼が行われるときとでは、ＥＧＲ弁２４の開度は、それぞれの燃焼に適した開度に制御される。

また、内燃機関１において予混合燃焼が行われるときは、気筒２内に吸気を導入すべく比較的高い過給圧が要求される。そこで、予混合燃焼時には、排気流量調整弁１８を閉弁状態として内燃機関１における過給圧を上昇させる。一方で、通常燃焼時は、機関負荷が比較的大きいことによって排気枝管１２内の排気圧の過度の上昇に伴って燃焼状態が悪化するのを回避するために、機関負荷に応じて排気流量調整弁１８の開弁を大きく設定する。

このように構成される内燃機関１を備える車両が坂道で停止した場合、操縦者の何らかのブレーキ操作によって車両はその位置を保っている。このとき内燃機関１はアイドル運転状態にあるため、その運転状態は予混合燃焼領域Ｒ１に属している。このような状態で、車両が坂道発進をする場合、坂道の路面勾配に基づく重力負荷が内燃機関１にかかるため、発進時は内燃機関１に対して高い機関出力の発揮が要求される。しかし、アイドル運転で停止状態において、高い機関出力を発揮するために燃料噴射弁３からの燃料噴射量を増量すると、予混合燃焼の状況下での噴射量増量となる。予混合燃焼下では、ＥＧＲ装置２１によって気筒２内に比較的多量のＥＧＲガスが再循環されているため、新気不足によって噴射量増量を行っても機関出力が十分に発揮できなかったり、エミッションが悪化したりする虞がある。

そこで、予混合燃焼を行う内燃機関１を備えた車両の坂道発進時において、発進のための機関出力を十分に発揮するとともにエミッションが悪化するのを回避するべく、図４に示す坂道発進時燃焼制御が行われる。以下に、坂道発進時燃焼制御について説明する。尚、本実施例における坂道発進時燃焼制御は、ＥＣＵ２０によって一定のサイクルで繰り返し実行されるルーチンである。

Ｓ１０１では、内燃機関１を搭載する車両が停止したか否かが判定される。この車両停止状態とは、車両の操縦者によって何らかのブレーキ操作がされて車両の速度が零となっている状態である。車両が停止したと判定されるとＳ１０２へ進み、車両が停止していないと判定されると、本制御を終了する。

Ｓ１０２では、車両停止状態にある内燃機関１において、アイドル運転が行われる。このとき、内燃機関１の運転状態は低負荷、低回転速度であるため予混合燃焼領域Ｒ１に属しており、従って予混合燃焼が行われる。これにより、車両停止時におけるエミッションの悪化を抑制する。Ｓ１０２の処理が終了すると、Ｓ１０３へ進む。

Ｓ１０３では、内燃機関１においてクラッチが切断されたか否かが判定される。具体的には、クラッチセンサ２７からの出力信号に従って、クラッチの接続状態を検出し当該判定が行われる。このクラッチ切断動作の検出は、その後のシフト変更（通常であれば発進時の一速ギアへの変更）、半クラッチ状態での発進とつながる一連の発進動作を予見するための動作である。即ち、操縦者によるクラッチ切断を以て、車両が発進すると判定するのである。内燃機関１においてクラッチが切断されたと判定された場合、即ち車両が発進すると予見された場合、Ｓ１０４へ進む。一方で、内燃機関１においてクラッチが切断されていないと判定された場合、即ち車両が発進するとは予見されない場合、予混合燃焼を伴うアイドル運転を継続すべくＳ１０２以降の処理が再び行われる。

Ｓ１０４では、角度センサ２８の出力に基づいて、車両の置かれた路面勾配が所定角度Ａ１以上であるか否かが判定される。この所定角度Ａ１は、車両が坂道発進をするとき、その直前まで行っていた予混合燃焼を継続し続けた状態で、エミッションを悪化させることなく坂道発進時の重力負荷に対応する機関出力を発揮することが可能な路面勾配の閾値である。即ち、路面勾配が所定角度Ａ１より大きくなると、坂道発進時に予混合燃焼を行うと、良好な坂道発進を行うことが困難となることを意味する。路面勾配が所定角度Ａ１以上であると判定されるとＳ１０５へ進み、路面勾配が所定角度Ａ１以上でないと判定されるとＳ１０７へ進む。

Ｓ１０５では、角度センサ２８によって検出された路面勾配に応じた量の燃料を噴射することで、即ち、該路面勾配が大きくなるに従い噴射燃料量を増やすことで、アイドル回転数を上昇させる。それとともに、本来、機関負荷が低く機関回転数も比較的低いため内燃機関１の運転状態は予混合燃焼領域Ｒ１に属しているため予混合燃焼が行われるところ、本制御においては予混合燃焼から通常燃焼へ切り替え、燃料噴射時期を圧縮行程上死点近傍の時期とする。

尚、このとき、気筒２内に残留するＥＧＲガス量を通常燃焼に応じた量に減量すべく、ＥＧＲ弁２４の開度が制御される。具体的には、路面勾配が大きくなるほど車両の発進時により大きな機関トルクの発揮が要求され、それに応じてより多くの噴射燃料量と新気量が必要とされることを鑑みて、路面勾配が大きくなるほどＥＧＲ弁２４の開度をより閉じ側に調整し、気筒２内にＥＧＲガス量をより少なくする。

また、上述したＥＧＲ弁２４の開度の調整に代えて、ＥＧＲ弁２４の開度を全閉とした後に、上述した予混合燃焼から通常燃焼への切替を行ってもよい。このようにすることで、より早期にＥＧＲガスを気筒２内から排出して、通常燃焼に適した燃焼環境が気筒２内に形成される。Ｓ１０５の処理が終了すると、Ｓ１０６へ進む。

Ｓ１０６では、クラッチが切断された状態でレーシングが行われる。これにより、内燃機関１の機関回転数が急激に上昇し、気筒２内により多量の吸気が送り込まれ、気筒２内
のＥＧＲガスの排出を促進し、通常燃焼の噴射燃料量に応じた新気を気筒２内に確保することが可能となる。Ｓ１０６の処理が終了すると、Ｓ１０８へ進む。

ここでＳ１０７では、路面勾配が予混合燃焼を行うと良好な坂道発進を行うことが困難となる程大きくはないことを以て、Ｓ１０２で行われていた予混合燃焼を継続し、後の坂道発進動作につなげる。Ｓ１０７の処理が終了すると、Ｓ１０８へ進む。

Ｓ１０８では、切断状態にあるクラッチを半クラッチ状態を経由して接続状態へと移行させる。これにより、内燃機関１の機関出力が車両の駆動系に伝達され、車両が坂道発進を行う。Ｓ１０８の処理後、本制御を終了する。

本制御によると、車両の坂道発進時に路面勾配が所定角度Ａ１以上であると、本来予混合燃焼を行う燃焼領域に運転状態が属していても、気筒２内へのＥＧＲガス供給量が少ない通常燃焼によって坂道発進が行われる。その結果、路面勾配に起因する重力負荷に対応する噴射燃料を十分に燃焼させるための新気を気筒２内に確保することが可能となり、以て車両が坂道発進をする際に、発進のための十分なトルクを内燃機関１が発揮することが可能となる。また、本制御においては、クラッチの切断状態を以て車両の発進を予見するため、より早期に予混合燃焼から通常燃焼への切替を行うことが可能となり、実際にクラッチがつながり車両が発進するときに気筒２内に、より確実に十分量の新気を確保することが可能となる。

本発明の実施例に係る圧縮着火内燃機関の発進制御装置が適用される圧縮着火内燃機関の概略構成を表す図である。本発明の実施例に係る圧縮着火内燃機関の発進制御装置に用いられる二段過給機の概略構成を表す図である。本発明の実施例に係る圧縮着火内燃機関の発進制御装置において、圧縮着火内燃機関の運転状態が属する燃焼領域を示す図である。本発明の実施例に係る圧縮着火内燃機関の発進制御装置を備える車両が坂道発進する際に行われる坂道発進時燃焼制御に関するフローチャートである。

符号の説明

１・・・・圧縮着火内燃機関（内燃機関）
３・・・・燃料噴射弁
７・・・・吸気枝管
８・・・・吸気管
１２・・・・排気枝管
１６・・・・過給機
２０・・・・ＥＣＵ
２１・・・・ＥＧＲ装置
２５・・・・クランクポジションセンサ
２６・・・・アクセル開度センサ
２７・・・・クラッチセンサ
２８・・・・角度センサ
Ｒ１・・・・予混合燃焼領域
Ｒ２・・・・通常燃焼領域

Claims

圧縮着火内燃機関の燃料を気筒内に噴射する燃料噴射弁と、
前記圧縮着火内燃機関の運転状態が、該圧縮着火内燃機関で行われる燃焼に応じた燃焼領域のいずれに属しているかを判定する燃焼領域判定手段と、
前記圧縮着火内燃機関で行われる燃焼に応じた量のＥＧＲガスを前記気筒内に再循環させるべくＥＧＲ弁の開度を制御するＥＧＲ制御手段と、を備え、
前記燃焼領域判定手段によって判定される燃焼領域が低負荷側の予混合燃焼領域である場合には、圧縮行程上死点近傍の時期より早い時期の燃料噴射によって予混合気を形成することで行われる予混合燃焼が行われ、該燃焼領域が高負荷側の通常燃焼領域である場合には、圧縮行程上死点近傍の時期の燃料噴射による通常燃焼が行われる圧縮着火内燃機関において、
前記圧縮着火内燃機関を搭載する車両が置かれた路面の勾配を検出又は推定する路面勾配検出手段と、
前記路面勾配検出手段によって検出又は推定される路面勾配が所定勾配以上である場合に前記車両が停止状態から発進するとき、該路面勾配に応じてアイドル回転数を増大させるとともに、前記圧縮着火内燃機関の運転状態が前記予混合燃焼領域に属している場合であっても該発進時における前記圧縮着火内燃機関で行われる燃焼を予混合燃焼から通常燃焼へ切り替える坂道発進時燃焼制御手段と、
を更に備えることを特徴とする圧縮着火内燃機関の発進制御装置。
前記坂道発進時燃焼制御手段による予混合燃焼から通常燃焼への切替は、前記ＥＧＲ制御手段によって前記ＥＧＲ弁の開度が全閉とされた後に、実行されることを特徴とする請求項１に記載の圧縮着火内燃機関の発進制御装置。
前記坂道発進時燃焼制御手段によって予混合燃焼から通常燃焼へ切り替えられたとき、前記路面勾配検出手段によって検出又は推定される路面勾配が大きい程、前記ＥＧＲ制御手段によって前記気筒内に再循環されるＥＧＲガス量を減量することを特徴とする請求項１に記載の圧縮着火内燃機関の発進制御装置。
前記圧縮着火内燃機関には機関出力を駆動系に伝達するクラッチが、更に備えられ、
前記路面勾配検出手段によって検出又は推定される路面勾配が前記所定勾配以上の状態
で車両が停止しているときに前記クラッチが切断されたことをもって、前記坂道発進時燃焼制御手段は予混合燃焼から通常燃焼への切替を行うことを特徴とする請求項１から請求項３の何れかに記載の圧縮着火内燃機関の発進制御装置。
前記クラッチの切断後に前記坂道発進時燃焼制御手段によって予混合燃焼から通常燃焼への切替が行われた後、レーシングが行われることを特徴とする請求項４に記載の圧縮着火内燃機関の発進制御装置。