JP4863980B2 - 火花点火式内燃機関の制御装置 - Google Patents

火花点火式内燃機関の制御装置 Download PDF

Info

Publication number
JP4863980B2
JP4863980B2 JP2007316923A JP2007316923A JP4863980B2 JP 4863980 B2 JP4863980 B2 JP 4863980B2 JP 2007316923 A JP2007316923 A JP 2007316923A JP 2007316923 A JP2007316923 A JP 2007316923A JP 4863980 B2 JP4863980 B2 JP 4863980B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
spark ignition
internal combustion
combustion engine
valve
control
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
JP2007316923A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2009138655A (ja
Inventor
賢吾 熊野
士朗 山岡
啓 角谷
義寛 助川
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 Astemo Ltd
Original Assignee
Hitachi Automotive Systems 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 Automotive Systems Ltd filed Critical Hitachi Automotive Systems Ltd
Priority to JP2007316923A priority Critical patent/JP4863980B2/ja
Priority to US12/329,386 priority patent/US8078387B2/en
Publication of JP2009138655A publication Critical patent/JP2009138655A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP4863980B2 publication Critical patent/JP4863980B2/ja
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/30—Controlling fuel injection
    • F02D41/38—Controlling fuel injection of the high pressure type
    • F02D41/40—Controlling fuel injection of the high pressure type with means for controlling injection timing or duration
    • F02D41/402—Multiple injections
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D13/00—Controlling the engine output power by varying inlet or exhaust valve operating characteristics, e.g. timing
    • F02D13/02—Controlling the engine output power by varying inlet or exhaust valve operating characteristics, e.g. timing during engine operation
    • F02D13/0261—Controlling the valve overlap
    • F02D13/0265—Negative valve overlap for temporarily storing residual gas in the cylinder
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D35/00—Controlling engines, dependent on conditions exterior or interior to engines, not otherwise provided for
    • F02D35/02—Controlling engines, dependent on conditions exterior or interior to engines, not otherwise provided for on interior conditions
    • F02D35/027—Controlling engines, dependent on conditions exterior or interior to engines, not otherwise provided for on interior conditions using knock sensors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D37/00—Non-electrical conjoint control of two or more functions of engines, not otherwise provided for
    • F02D37/02—Non-electrical conjoint control of two or more functions of engines, not otherwise provided for one of the functions being ignition
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/0025—Controlling engines characterised by use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures
    • F02D41/0047—Controlling exhaust gas recirculation [EGR]
    • F02D41/006—Controlling exhaust gas recirculation [EGR] using internal EGR
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D13/00—Controlling the engine output power by varying inlet or exhaust valve operating characteristics, e.g. timing
    • F02D13/02—Controlling the engine output power by varying inlet or exhaust valve operating characteristics, e.g. timing during engine operation
    • F02D13/0203—Variable control of intake and exhaust valves
    • F02D13/0215—Variable control of intake and exhaust valves changing the valve timing only
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/0002—Controlling intake air
    • F02D2041/001—Controlling intake air for engines with variable valve actuation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/30—Controlling fuel injection
    • F02D41/38—Controlling fuel injection of the high pressure type
    • F02D41/40—Controlling fuel injection of the high pressure type with means for controlling injection timing or duration
    • F02D41/401—Controlling injection timing
    • Y—GENERAL 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
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
    • Y—GENERAL 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
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/40—Engine management systems

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
  • Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)
  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)

Description

本発明は、火花点火機関の制御装置に係り、特に、筒内噴射式の火花点火機関の高圧縮比化や小型化時に用いるに好適な制御装置に関する。
自動車等に使用される火花点火式内燃機関（エンジン）の燃費性能向上策として、エンジンの高圧縮比化や小型化（ダウンサイジング）が注目されている。高圧縮比化して理論熱効率を向上させること、またダウンサイジングに過給を組合わせてポンプ損失やフリクションを低減させることによって、エンジンの燃費を低減することが可能となる。しかし、これらのエンジンは、通常のエンジンと比較して圧縮−膨張行程中に燃焼室内が高温、高圧状態となるため、高負荷運転時にはノックが生じやすいものである。
通常、ノックを回避するために、高負荷運転時には点火時期を遅角化（リタード）して燃焼室の高温・高圧化を回避する。しかし、その場合、最も熱効率が高くなる最適点火時期と実際の点火時期との差が大きくなり、熱効率が落ちることになる。その結果、高圧縮比化やダウンサイジングが持つ本来の燃費改善効果を得ることができない。
高負荷運転時におけるノックを回避するものとして、第１に、燃焼室内に残存する残留ガスを吸引する装置を設け、高負荷運転時に高温の残留ガスを吸引することにより、燃焼室内の圧縮端温度の上昇を抑制し、熱効率を落とさずにノックを回避するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
また、第２に、筒内噴射式（ＤＩ）エンジンにおいて、ノック検出時に燃料の分割噴射を行い、少なくとも１回は圧縮行程に噴射することで筒内噴射による気化冷却効果を最大限に活用し、ノックを回避するものが知られている（例えば、特許文献２参照）。
特開２００６−７７７１１号公報 特開２００６−３２９１５８号公報
しかしながら、特許文献１記載のものでは、残留ガスの吸引装置が必要となり、実用的でないという問題がある。
また、特許文献２記載のものでは、圧縮行程噴射では成層燃焼となるため、すすが増加し、排気ガスが悪化するという問題がある。
ここで、火花点火エンジンにおけるノックは、火炎伝播途中に未燃混合気（エンドガス）部の温度、圧力が上昇して自己着火に至ることによって生じる。従って、燃焼室内に温度の不均一が存在する場合、より高温な場所（ホットスポット）からノックが発生することになる。
燃焼室内の温度の不均一を生じさせる要因として、内部ＥＧＲ（高温残留ガス）の存在が挙げられる。吸気行程から圧縮行程の間に内部ＥＧＲと新気（空気）とを完全に混合させ、燃焼室内混合気を均質化することは極めて困難である。そのため、火炎伝播時においてエンドガス部にホットスポットが生成し、これがノック発生の一因となる。すなわち、火花点火エンジンにおいて耐ノック性を向上するためには、内部ＥＧＲに起因するホットスポットをなくすことが重要となる。
ＤＩエンジンにおいて、燃料の気化潜熱による冷却効果を最大限に得るためには、吸気行程終盤もしくは圧縮行程に燃料噴射を行うのが有効である。しかし、その場合、空気と内部ＥＧＲの混合気に向けて燃料噴射を行うため、混合気の平均温度を低下させる効果は大きいものの、ノック発生の原因となるホットスポットをなくすことは困難である。
本発明の目的は、残留ガスの吸引装置等を用いることなく、また、圧縮行程噴射による排気ガスの悪化を生じさせることなく、かつ、熱効率を減少させずに高負荷時のノックを回避することができる火花点火式内燃機関の制御装置を提供することにある。
（１）上記目的を達成するために、本発明は、筒内噴射式の、火花点火式内燃機関の制御装置であって、前記火花点火式内燃機関は、吸気弁及び排気弁の開閉時期を制御可能な可変動弁機構を備え、前記火花点火機関が高負荷運転する時に、燃料を複数回に分割して噴射するとともに、第１回目の燃料噴射を、吸気上死点を含み、前記吸気弁及び前記排気弁が共に開いている正のオーバーラップ期間中、又は、前記吸気弁及び前記排気弁が共に閉じている負のオーバーラップ期間中に、前記火花点火機関の燃焼室内に存在する内部ＥＧＲへ向けて行う制御手段を備え、前記制御手段は、前記第１回目の燃料噴射を、排気行程が終了する吸気上死点を基準として、クランク角で−１５°から＋１５°の間に開始するようにしたものである。
かかる構成により、残留ガスの吸引装置等を用いることなく、また、圧縮行程噴射による排気ガスの悪化を生じさせることなく、かつ、熱効率を減少させずに高負荷時のノックを回避することができるものとなる。
（２）上記（１）において、好ましくは、前記制御手段は、前記第１回目の燃料噴射を排気行程が終了する吸気上死点近傍に開始するように制御ようにしたものである。
（３）上記（２）において、好ましくは、前記制御手段は、前記吸気弁が開く時期が吸気上死点よりも遅角側になるように前記可変動弁を制御して、前記負のオーバーラップ期間が吸気上死点より遅角側になるよう設定するとともに、前記第１回目の燃料噴射を前記負のオーバーラップ期間に開始するように制御するようにしたものである。
（４）上記（２）において、好ましくは、前記火花点火機関は、現在のバルブタイミングを検出するバルブタイミング検出手段を備え、前記制御手段は、前記火花点火機関が高負荷運転する時に、前記バルブタイミング検出手段によって検出されたバルブタイミングに基づいて、前記第１回目の燃料噴射量を決定するようにしたものである。
（５）上記（４）において、好ましくは、前記制御手段は、前記バルブタイミング検出手段によって検出された現在のバルブタイミングが、バルブタイミングの目標値に到達するまでの期間は、現在の運転条件における点火時期の設定値よりも点火時期を遅角するように制御するようにしたものである。
（６）上記（１）において、好ましくは、前記高負荷運転とは、前記火花点火機関の吸入空気量を制御するために備えられたスロットルの開度を全開にしている時、もしくは現在の運転条件において最も熱効率が高くなる最適点火時期よりも実際の点火時期を遅角側に設定している時、のうちのいずれかである。
（７）上記（１）において、好ましくは、前記火花点火機関は、ノックを検出するノック検出手段を備え、前記制御手段は、前記ノック検出手段によってノックが生じていると判定された時に、前記第１回目の燃料噴射の噴射量を増量するように制御するようにしたものである。
（８）上記（７）において、好ましくは、前記制御手段は、前記ノック検出手段によってノックが生じていると判定された時に、前記第１回目の燃料噴射の噴射量を増量するように制御するとともに、前記負のオーバーラップ期間を長期化するよう制御するようにしたものである。
本発明によれば、残留ガスの吸引装置等を用いることなく、また、圧縮行程噴射による排気ガスの悪化を生じさせることなく、かつ、熱効率を減少させずに高負荷時のノックを回避することができるものとなる。
以下、図１〜図７を用いて、本発明の第１の実施形態による火花点火式内燃機関の制御装置の構成及び動作について説明する。
最初に、図１を用いて、本実施形態による火花点火式内燃機関の制御装置を自動車用ガソリンエンジンに適用させたシステムの構成について説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態による火花点火式内燃機関の制御装置を自動車用ガソリンエンジンに適用させたシステムの構成を示すシステム構成図である。
エンジン１００は、火花点火式燃焼を実施する自動車用ガソリンエンジンである。吸入空気量を計測するエアフローセンサ１と、吸気流量を調整する電子制御スロットル２とが、吸気管６の各々の適宜位置に備えられている。また、エンジン１００には、シリンダ７とピストン１４とで囲われる燃焼室に燃料を噴射するインジェクタ３と、点火エネルギーを供給する点火プラグ４と、がシリンダ７の各々の適宜位置に備えられている。また、筒内に流入する吸入ガスを調整する吸気バルブ５ａと筒内から排出される排気ガスを調整する排気バルブ５ｂとから構成される可変バルブ５と、がシリンダ７の各々の適宜位置に備えられている。可変バルブ５を調整することにより、筒内のＥＧＲ量を調整する。
さらに、排気を浄化する三元触媒１０と、空燃比検出器の一態様であって、三元触媒１０の上流側にて排気の空燃比を検出する空燃比センサ９と、排気温度検出器の一態様あって、三元触媒１０の上流側にて排気の温度を計測する排気温度センサ１１とが排気管８の各々の適宜位置に備えられる。また、クランク軸１２には、回転角度を算出するためのクランク角度センサ１３が備えられている。また、燃焼室に形成される混合気の流動強度を調整可能なスワール弁１５を備えている。
エアフローセンサ１と空燃比センサ９と排気温度センサ１１とクランク角センサ１３とから得られる信号は、エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）２０に送られる。また、アクセル開度センサ１７から得られる信号がＥＣＵ２０に送られる。アクセル開度センサ１７は、アクセルペダルの踏み込み量，すなわち、アクセル開度を検出する。ＥＣＵ２０は、アクセル開度センサ１７の出力信号に基づいて、要求トルクを演算する。すなわち、アクセル開度センサ１７は、エンジンへの要求トルクを検出する要求トルク検出センサとして用いられる。また、ＥＣＵ２０は、クランク角度センサ１３の出力信号に基づいて、エンジンの回転速度を演算する。ＥＣＵ２０は、上記各種センサの出力から得られるエンジンの運転状態に基づき、空気流量、燃料噴射量、点火時期のエンジンの主要な作動量を最適に演算する。
ＥＣＵ２０で演算された燃料噴射量は開弁パルス信号に変換され、インジェクタ３に送られる。また、ＥＣＵ２０で演算された点火時期で点火されるように、点火プラグ駆動信号が点火プラグ４に送られる。また、ＥＣＵ２０で演算されたスロットル開度は、スロットル駆動信号として電子制御スロットル２に送られる。また、ＥＣＵ２０で演算された可変バルブの作動量は、可変バルブ駆動信号として、可変バルブ５へ送られる。
吸気管６から吸気バルブ５ａを経てシリンダ７内に流入した空気に対し，燃料が噴射され，混合気を形成する。混合気は所定の点火時期で点火プラグ４から発生される火花により爆発し，その燃焼圧によりピストンを押し下げてエンジンの駆動力となる。更に，爆発後の排気ガスは排気管８を経て，三元触媒１０に送りこまれ，排気成分は三元触媒１０内で浄化され，外部へと排出される。
次に、図２を用いて、本実施形態による火花点火式内燃機関の制御装置の構成について説明する。
図２は、本発明の第１の実施形態による火花点火内燃機関の制御装置の構成を示すシステムブロック図である。
エアフローセンサ１、空燃比センサ９、排気温度センサ１１、クランク角センサ１３の出力信号は、ＥＣＵ２０の入力回路２０ａに入力する。但し、入力信号はこれらだけに限られない。入力された各センサの入力信号は入出力ポート２０ｂ内の入力ポートに送られる。入力ポート２０ｂに送られた値は、ＲＡＭ２０ｃに保管され、ＣＰＵ２０ｅで演算処理される。演算処理内容を記述した制御プログラムは、ＲＯＭ２０ｄに予め書き込まれている。
制御プログラムに従って演算された各アクチュエータの作動量を示す値は、ＲＡＭ２０ｃに保管された後、入出力ポート２０ｂ内の出力ポートに送られ、各駆動回路を経て各アクチュエータに送られる。本実施形態の場合は、駆動回路として、電子スロットル駆動回路２０ｆ、インジェクタ駆動回路２０ｇ、点火出力回路２０ｈ、可変バルブ駆動回路２０ｊがある。各回路は、それぞれ、電子制御スロットル２、インジェクタ３、点火プラグ４、可変バルブ５を制御する。本実施形態においては、ＥＣＵ２０内に上記駆動回路を備えた装置であるが、これに限るものではなく、上記駆動回路のいずれかをＥＣＵ２０内に備えるものであってもよい。
ＥＣＵ２０は、高負荷運転領域とそれ以外の通常運転領域とで燃料噴射方法を切り替える。高負荷運転領域では、高負荷用燃料噴射制御を行うことでノックを抑制し、点火リタード制御による効率の低下を防止する。特に、本実施形態にかかるＥＣＵ２０は、高負荷運転時に、燃料を上死点近傍で噴射し、高温の内部ＥＧＲを集中的に冷却することで、燃焼室内の局所的な高温化（ホットスポットの生成）を抑制する。その結果、高負荷運転時のノックを抑制することが可能となる。
次に、図３を用いて、本実施形態による火花点火式内燃機関の制御装置における高負荷運転領域について説明する。
図３は、本発明の第１の実施形態による火花点火内燃機関の制御装置における高負荷運転領域の説明図である。
高負荷運転領域Ｈｉ−Ｌｏａｄは、エンジントルクＴｅとエンジン回転数Ｎｅのマップ上で予め規定されており、図２のＲＯＭ２０ｄの中に保持されている。ＥＣＵ２０は、エンジントルクとエンジン回転数から、現在の運転条件が高負荷運転領域Ｈｉ−Ｌｏａｄであるか、通常運転領域Ｎｏｒｍａｌであるかを判定する。
この領域を規定する基準としては、例えば、全ての領域において高負荷用燃料噴射を行わないと仮定した場合に、各運転条件において熱効率が最も高くなる最適点火時期（ＭＢＴ）と実際に設定する点火時期が等しい領域を通常運転領域、両者の値に差がある領域を高負荷運転領域とする。
高負荷運転とは、火花点火機関の吸入空気量を制御するために備えられたスロットルの開度を全開にしている時、もしくは現在の運転条件において最も熱効率が高くなる最適点火時期よりも実際の点火時期を遅角側に設定している時である。
次に、図４〜図７を用いて、本実施形態による火花点火式内燃機関の制御装置における燃料噴射方法について説明する。
最初に、図４を用いて、本実施形態による火花点火式内燃機関の制御装置における燃料噴射制御内容について説明する。
図４は、本発明の第１の実施形態による火花点火内燃機関の制御装置における燃料噴射制御内容を示すフローチャートである。
図４に示す制御内容は、ＥＣＵ２０によって、所定の周期で繰り返し実行される。
ステップＳ１１０において、ＥＣＵ２０は、現在のエンジン運転条件に関する情報（エンジン回転数、エンジントルクなど）を読み込む。
次に、ステップＳ１２０において、ＥＣＵ２０は、予め記憶されたマップなどから、現在の運転条件が高負荷運転領域であるか否かを判定する。高負荷領域でない場合は、通常運転領域であると判断し、ステップ１３０において、ＥＣＵ２０は、通常燃料噴射制御を行う。通常燃料噴射制御の内容については、図５を用いて後述する。
これに対し、高負荷領域である場合、ステップ１４０において、ＥＣＵ２０は、高負荷用噴射制御Ａを行う。通常燃料噴射制御の内容については、図６を用いて後述する。
次に、図５を用いて、本実施形態による火花点火式内燃機関の制御装置による通常運転領域での燃料噴射制御内容について説明する。
図５は、本発明の第１の実施形態による火花点火内燃機関の制御装置による通常運転領域での燃料噴射制御内容を示すタイミングチャートである。
図５において、横軸は時間ｔを示している。図５（Ａ）の縦軸はバルブリフト量Ｌｖを示している。なお、図５（Ａ）において、実線Ｖ−ＥＸＴは排気バルブのリフト量を示し、実線Ｖ−ＩＮＴは吸気バルブのリフト量を示している。また、排気バルブと吸気バルブとの両方が開いている期間が、バルブオーバラップ期間Ｖ−ｏｖｌｐである。図５（Ｂ）の縦軸は、シリンダ内圧力Ｐｃを示している。図５（Ｃ）の縦軸は、燃料噴射信号Ｉｎｊを示している。
図５（Ａ）の実線Ｖ−ＥＸＴに示すように、排気バルブは、膨張行程（ＥＸＰ）の終盤で開き始め、吸気行程（ＩＮＴ）の初盤で閉じる。また、図５（Ａ）の実線Ｖ−ＩＮＴに示すように、吸気バルブは、排気行程（ＥＸＴ）の終盤で開き始め、圧縮行程（ＣＭＰ）の初盤で閉じる。従って、排気バルブと吸気バルブとの両方が開いているバルブオーバラップ期間Ｖ−ｏｖｌｐが存在する。
図５（Ｂ）の実線は、シリンダ内圧力Ｐｃの変化を示している。
図５（Ｃ）に示すように、ＥＣＵ２０は、通常運転領域では、通常燃料噴射制御を行う。具体的には、充填効率の確保や混合気の均質化の観点から、基本的に吸気行程（ＩＮＴ）の中盤で燃料噴射を行う。
次に、図６を用いて、本実施形態による火花点火式内燃機関の制御装置による高負荷運転領域での燃料噴射制御内容について説明する。
図６は、本発明の第１の実施形態による火花点火内燃機関の制御装置による高負荷運転領域での燃料噴射制御内容を示すタイミングチャートである。
図６において、横軸は時間ｔを示している。図６（Ａ）の縦軸はバルブリフト量Ｌｖを示している。なお、図６（Ａ）において、実線Ｖ−ＥＸＴは排気バルブのリフト量を示し、実線Ｖ−ＩＮＴは吸気バルブのリフト量を示している。また、排気バルブと吸気バルブとの両方が開いている期間が、バルブオーバラップ期間Ｖ−ｏｖｌｐである。図６（Ｂ）の縦軸は、シリンダ内圧力Ｐｃを示している。図６（Ｃ）の縦軸は、燃料噴射信号Ｉｎｊを示している。
図６（Ａ）の実線Ｖ−ＥＸＴに示すように、排気バルブは、膨張行程（ＥＸＰ）の終盤で開き始め、吸気行程（ＩＮＴ）の初盤で閉じる。また、図６（Ａ）の実線Ｖ−ＩＮＴに示すように、吸気バルブは、排気行程（ＥＸＴ）の終盤で開き始め、圧縮行程（ＣＭＰ）の初盤で閉じる。従って、排気バルブと吸気バルブとの両方が開いているバルブオーバラップ期間Ｖ−ｏｖｌｐが存在する。
図６（Ｂ）の実線は、シリンダ内圧力Ｐｃの変化を示している。
図６（Ｃ）に示すように、ＥＣＵ２０は、高負荷運転領域では、高負荷用燃料噴射制御Ａを行う。具体的には、燃料噴射を２回に分割し、第１回目の噴射（第１噴射）ＩＮＪ１の開始を上死点近傍とし、第２回目の噴射（第２噴射）ＩＮＪ２の開始を吸気行程中盤から終盤に設定する。第１噴射ＩＮＪ１は内部ＥＧＲへ向けた噴射を狙ったもので、気化冷却効果により効率的に内部ＥＧＲのみを冷却し、燃焼室内でのホットスポットの生成を抑制する。第２噴射ＩＮＪ２は、空気と内部ＥＧＲの混合気を冷却し、燃焼室内の平均温度を低下させる。また、全ての燃料を吸気バルブが閉じるまでに噴射し終えることで、充填効率（トルク）を確保するとともに、燃料と新気の混合時間を確保して混合気の均質化を図り、排気の悪化を防止している。
次に、図７を用いて、本実施形態による火花点火式内燃機関の制御装置による高負荷運転領域における、第１噴射時の燃焼室内の状態について説明する。
図７は、本発明の第１の実施形態による火花点火内燃機関の制御装置による高負荷運転領域における、第１噴射時の燃焼室内の状態の説明図である。なお、図１と同一符号は、同一部分を示している。
上死点ＴＤＣの近傍で燃料噴射を行うため、燃焼室に存在するガスの大部分が高温の内部ＥＧＲ（Ｉｎｔ−ＥＧＲ）である。そのため、インジェクタ３から噴射する第１噴射ＩＮＪ１の冷却効果を内部ＥＧＲに対してのみに適用することができる。
ここで、内部ＥＧＲのみを効率的に冷却するためには、第１噴射開始時期を上死点前１５°から上死点後１５°の範囲となるように制御する必要がある。図６（Ａ）に示したバルブオーバラップ期間Ｖ−ｏｖｌｐが上死点前１５°から上死点後１５°の範囲である。第１噴射の開始時期は、バルブオーバラップ期間Ｖ−ｏｖｌｐ内であって、図６（Ｃ）に示したように、吸気上死点ＴＤＣ−ｉ付近とする。
このように、上死点近傍にて燃料噴射をすると、ピストンとインジェクタとの距離が近いためにピストンへの燃料付着が生じやすい。そこで、図６（Ｃ）に示したように、第２噴射量（噴射パルス幅）ＩＮＪ２に対して、第１噴射量（噴射パルス幅）ＩＮＪ１を少なくすることで、燃料噴霧のペネトレーションを制御し、ピストンへの燃料付着を避けることができる。
以上説明したように、本実施形態によれば、高負荷領域において排気行程が終了する上死点近傍で燃料噴射を行い、内部ＥＧＲを効率的に冷却することによって、燃焼室内のホットスポットの生成を抑え、ノックを抑制することができる。従って、点火リタード制御による熱効率およびトルクの低下を抑えることが可能となる。
また、残留ガスの吸引装置も不要である。
さらに、第２噴射ＩＮＪ２の開始を吸気行程中盤から終盤としているため、すすの増加による排気ガスの悪化の問題も解消できる。
次に、図８及び図９を用いて、本発明の第２の実施形態による火花点火式内燃機関の制御装置の構成及び動作について説明する。本実施形態による火花点火式内燃機関の制御装置を自動車用ガソリンエンジンに適用させたシステムの構成は、図１と同様である。本実施形態による火花点火式内燃機関の制御装置の構成は、図２と同様である。本実施形態による火花点火式内燃機関の制御装置における高負荷運転領域は、図３と同様である。本実施形態による火花点火式内燃機関の制御装置における燃料噴射制御内容は、図４と同様である。
図８は、本発明の第２の実施形態による火花点火内燃機関の制御装置による高負荷運転領域での燃料噴射制御内容を示すタイミングチャートである。図９は、本発明の第２の実施形態による火花点火内燃機関の制御装置による高負荷運転領域における、第１噴射時の燃焼室内の状態の説明図である。なお、図９において、図１と同一符号は、同一部分を示している。
本実施形態では、第１の実施形態とは、高負荷運転領域での燃料噴射制御内容が相違している。
図８において、横軸は時間ｔを示している。図８（Ａ）の縦軸はバルブリフト量Ｌｖを示している。なお、図８（Ａ）において、実線Ｖ−ＥＸＴは排気バルブのリフト量を示し、実線Ｖ−ＩＮＴは吸気バルブのリフト量を示している。また、排気バルブと吸気バルブとの両方が開いている期間が、バルブオーバラップ期間Ｖ−ｏｖｌｐである。図８（Ｂ）の縦軸は、シリンダ内圧力Ｐｃを示している。図８（Ｃ）の縦軸は、燃料噴射信号Ｉｎｊを示している。
図８（Ａ）の実線Ｖ−ＥＸＴに示すように、排気バルブは、膨張行程（ＥＸＰ）の終盤で開き始め、吸気行程（ＩＮＴ）の初盤で閉じる。また、図８（Ａ）の実線Ｖ−ＩＮＴに示すように、吸気バルブは、排気行程（ＥＸＴ）の終盤で開き始め、圧縮行程（ＣＭＰ）の初盤で閉じる。従って、排気バルブと吸気バルブとの両方が開いているバルブオーバラップ期間Ｖ−ｏｖｌｐが存在する。
図８（Ｂ）の実線は、シリンダ内圧力Ｐｃの変化を示している。
図８（Ｃ）に示すように、ＥＣＵ２０は、高負荷運転領域では、高負荷用燃料噴射制御Ｂを行う。具体的には、燃料噴射を２回に分割し、第１噴射ＩＮＪ１の開始を排気弁が閉じた直後としている。第２噴射ＩＮＪ２の開始は、第１の実施形態と同様に、吸気行程中盤から終盤に設定する。また、点火ＳＰＫの時期は、圧縮行程の終盤としている。
第１の実施形態同様、第１噴射ＩＮＪ１は内部ＥＧＲへ向けた噴射を行うことで、燃焼室内でのホットスポットの生成を抑制し、第２噴射ＩＮＪ２は、空気と内部ＥＧＲの混合気を冷却し、燃焼室内の平均温度を低下させる。また、全ての燃料を吸気バルブが閉じるまでに噴射し終えることで、充填効率（トルク）を確保するとともに、燃料と新気の混合時間を確保して混合気の均質化を図り、排気の悪化を防止している。
次に、図９を用いて、本実施形態による高負荷運転領域における、第１噴射時の燃焼室内の状態について説明する。本実施形態では、排気バルブが閉じた後に第１燃料噴射ＩＮＪ１を開始するため、燃料がそのまま排気バルブ８を通って排気管へ吹き抜けることを防止できる。さらに、上死点よりもピストンが下がった状態で燃料噴射を開始することになるため、ピストンへの燃料付着が起こりにくくなり第１噴射量を増量できる。従って、より大きい内部ＥＧＲ冷却効果を得ることが可能となる。
本実施形態によれば、高負荷領域において排気バルブが閉じた直後に燃料噴射を開始して内部ＥＧＲを効率的に冷却することによって、燃焼室内のホットスポットの生成を抑えてノックを抑制できると同時に、排気管への燃料の吹き抜けを防止し、排気や燃費の悪化を避けることができる。
また、第１噴射量を増量して、内部ＥＧＲの冷却効果を大きくすることができる。
また、残留ガスの吸引装置も不要である。
さらに、第２噴射ＩＮＪ２の開始を吸気行程中盤から終盤としているため、すすの増加による排気ガスの悪化の問題も解消できる。
次に、図１０〜図１２を用いて、本発明の第３の実施形態による火花点火式内燃機関の制御装置の構成及び動作について説明する。本実施形態による火花点火式内燃機関の制御装置を自動車用ガソリンエンジンに適用させたシステムの構成は、図１と同様である。本実施形態による火花点火式内燃機関の制御装置の構成は、図２と同様である。本実施形態による火花点火式内燃機関の制御装置における高負荷運転領域は、図３と同様である。
図１０は、本発明の第３の実施形態による火花点火内燃機関の制御装置における燃料噴射制御内容を示すフローチャートである。図１１は、本発明の第３の実施形態による火花点火内燃機関の制御装置による高負荷運転領域での燃料噴射制御内容を示すタイミングチャートである。図１２は、本発明の第３の実施形態による火花点火内燃機関の制御装置による高負荷運転領域における、第１噴射時の燃焼室内の状態の説明図である。なお、図１２において、図１と同一符号は、同一部分を示している。
本実施形態では、第１や第２の実施形態とは、高負荷運転領域での燃料噴射制御および可変バルブ制御内容が相違している。
最初に、図１０により、本実施形態による燃料噴射制御および可変バルブ制御処理の内容について説明する。図１０に示す制御内容は、ＥＣＵ２０によって、所定の周期で繰り返し実行される。
ステップＳ１１０において、ＥＣＵ２０は、現在のエンジン運転条件に関する情報（エンジン回転数、エンジントルクなど）を読み込む。
次に、ステップＳ１２０において、ＥＣＵ２０は、予め記憶されたマップなどから、現在の運転条件が高負荷運転領域であるか否かを判定する。高負荷領域でない場合は、通常運転領域であると判断し、ステップＳ１３０において、ＥＣＵ２０は、通常燃料噴射制御を行う。そして、ステップＳ１５０において、ＥＣＵ２０は、通常バルブ制御を行う。
これに対し、ステップＳ１２０で高負荷領域であると判定された場合、ステップＳ１４０Ｃにおいて、ＥＣＵ２０は、高負荷用噴射制御Ｃを行う。そして、ステップＳ１６０において、ＥＣＵ２０は、高負荷用バルブ制御を行う。
次に、図１１において、横軸は時間ｔを示している。図１１（Ａ）の縦軸はバルブリフト量Ｌｖを示している。なお、図１１（Ａ）において、実線Ｖ−ＥＸＴは排気バルブのリフト量を示し、実線Ｖ−ＩＮＴは吸気バルブのリフト量を示している。また、排気バルブと吸気バルブとの両方が閉じている期間が、負のバルブオーバラップ期間Ｖ−ｍｉ−ｏｖｌｐである。図１１（Ｂ）の縦軸は、シリンダ内圧力Ｐｃを示している。図１１（Ｃ）の縦軸は、燃料噴射信号Ｉｎｊを示している。
ＥＣＵ２０は、高負荷運転領域では、高負荷用バルブ制御を行う。具体的には、図１１（Ａ）の実線Ｖ−ＩＮＴに示すように、吸気バルブの開く時期を遅角化し、吸気バルブ及び排気バルブがともに閉じている期間である、負のオーバーラップ期間Ｖ−ｍｉ−ｏｖｌｐを設けるよう、可変バルブを制御する。この時、図１１（Ａ）の実線Ｖ−ＥＸＴに示すように、排気バルブが閉じる時期は、内部ＥＧＲが出来る限り燃焼室に残留しないよう、吸気上死点ＴＤＣ−ｉ近傍に設定されている。
図１１（Ｂ）の実線は、シリンダ内圧力Ｐｃの変化を示している。
図１１（Ｃ）に示すように、ＥＣＵ２０は、高負荷運転領域では、高負荷用燃料噴射制御Ｃを行う。具体的には、燃料噴射を分割し、第１噴射ＩＮＪ１の開始を負のオーバーラップ期間Ｖ−ｍｉ−ｏｖｌｐに設定し、第２噴射ＩＮＪ２の開始は、第１や第２の実施形態と同様に、吸気行程中盤から終盤に設定する。
第１や第２の実施形態と同様に、第１噴射ＩＮＪ１は内部ＥＧＲへ向けた噴射を行うことで、燃焼室内でのホットスポットの生成を抑制し、第２噴射ＩＮＪ２は、空気と内部ＥＧＲの混合気を冷却し、燃焼室内の平均温度を低下させる。また、全ての燃料を吸気バルブが閉じるまでに噴射し終えることで、充填効率（トルク）を確保するとともに、燃料と新気の混合時間を確保して混合気の均質化を図り、排気の悪化を防止している。
次に、図１２を用いて、本実施形態による高負荷運転領域における、第１噴射時の燃焼室内の状態について説明する。本実施形態では、排気バルブの閉時期を吸気上死点ＴＤＣ−ｉの近傍とし、吸気バルブの開時期を吸気上死点よりも遅角化することにより、上死点より後に負のオーバーラップ期間Ｖ−ｍｉ−ｏｖｌｐを設けている。このようなバルブタイミングに設定することで、できる限り内部ＥＧＲを残留させずに、上死点以降も内部ＥＧＲのみが燃焼室内に存在する状態を長期間作ることができる。その上で、第１噴射ＩＮＪ１を負のオーバーラップ期間中に開始することで、完全に内部ＥＧＲのみへ向けた噴射が可能となり、燃料の気化冷却効果を全て内部ＥＧＲに対して適用することが可能となる。
また、排気バルブが閉じた後に燃料噴射を開始するため、燃料がそのまま排気バルブを通って排気管へ吹き抜けることを防止できる。さらに、上死点よりもピストンが下がった状態で燃料噴射を開始することになるため、ピストンへの燃料付着が起こりにくくなり第１噴射量を増量できる。従って、より大きい内部ＥＧＲ冷却効果を得ることが可能となる。
さらに、吸気バルブを遅開きにすることにより、吸気行程初期に燃焼室内が負圧となるため、吸気バルブが開いた直後における、吸気管から燃焼室へ吸入される空気の流速が大きくなる。この現象により、燃焼室内に強い流動（乱れ）が生成されて内部ＥＧＲと空気との混合が促進され、ホットスポットの生成を抑えることもできる。
本実施形態によれば、高負荷領域において、上死点以降に負のオーバーラップ期間を設け、その期間中に第１噴射を開始することで完全に内部ＥＧＲのみへ向けた噴射が可能となり、燃料の気化冷却効果の全てを内部ＥＧＲに対して適用することが可能となる。これにより、燃焼室内のホットスポットの生成を抑えてノックを抑制できると同時に、排気管への燃料の吹き抜けを防止し、排気や燃費の悪化を避けることができる。
また、第１噴射量を増量できるので、より大きい内部ＥＧＲ冷却効果を得ることができる。
さらに、吸気バルブを遅開きにすることにより、ホットスポットの生成を抑えることもできる。
また、残留ガスの吸引装置も不要である。
さらに、第２噴射ＩＮＪ２の開始を吸気行程中盤から終盤としているため、すすの増加による排気ガスの悪化の問題も解消できる。
次に、図１３及び図１４を用いて、本発明の第４の実施形態による火花点火式内燃機関の制御装置の構成及び動作について説明する。本実施形態による火花点火式内燃機関の制御装置を自動車用ガソリンエンジンに適用させたシステムの構成は、図１と同様である。本実施形態による火花点火式内燃機関の制御装置の構成は、図２と同様である。本実施形態による火花点火式内燃機関の制御装置における高負荷運転領域は、図３と同様である。
図１３は、本発明の第４の実施形態による火花点火内燃機関の制御装置における燃料噴射制御内容を示すフローチャートである。図１４は、本発明の第４の実施形態による火花点火内燃機関の制御装置による高負荷運転領域での燃料噴射制御内容を示すタイミングチャートである。
図１０〜図１２にて説明した第３の実施形態では、１サイクルおきに設定を切り替えることが可能な燃料噴射制御（第１噴射量制御）に対し、同じく１サイクルおきに設定を切り替えることが可能な高応答の可変バルブ機構を想定していたため、両者の目標値を同時に切り替えることが可能であった。
それに対して、本実施形態では、目標値を変更した際に、目標値に到達するまで最低でも数サイクルの期間を必要とする可変バルブ機構を搭載したエンジンを想定する。この場合、燃料噴射量とバルブタイミングの目標値を同時に切り替えると、燃料噴射量に対してバルブタイミングに遅れが生じ、バルブタイミングが目標値に達するまでの期間において、ピストン付着などの問題が発生する。
そこで、本実施形態では、高負荷領域での燃料噴射制御方法が、第３の実施形態とは異なる。具体的には、運転条件の変化などにより目標値の変更があった際、バルブタイミング（例えば排気バルブの閉じる時期）の応答速度に合わせて第１噴射量を徐々に増量させるとともに、バルブタイミングが目標値に達するまでの間、過渡的なノックを抑制するために、点火時期を一時的に現在の運転条件における目標値よりもリタードする。
最初に、図１３により、本実施形態による燃料噴射制御および可変バルブ制御処理の内容について説明する。図１３に示す制御内容は、ＥＣＵ２０によって、所定の周期で繰り返し実行される。
ステップＳ１１０において、ＥＣＵ２０は、現在のエンジン運転条件に関する情報（エンジン回転数、エンジントルクなど）を読み込む。
次に、ステップＳ１２０において、ＥＣＵ２０は、予め記憶されたマップなどから、現在の運転条件が高負荷運転領域であるか否かを判定する。高負荷領域でない場合は、通常運転領域であると判断し、ステップＳ１３０において、ＥＣＵ２０は、通常燃料噴射制御を行う。そして、ステップＳ１５０において、ＥＣＵ２０は、通常バルブ制御を行う。
これに対し、ステップＳ１２０で高負荷領域であると判定された場合、ステップＳ１６０において、ＥＣＵ２０は、高負荷用バルブ制御を行う。
次に、ステップＳ１７０において、ＥＣＵ２０は、現在のバルブタイミングを検出する。
次に、ステップＳ１４０Ｄ１において、ＥＣＵ２０は、ステップＳ１７０で検出された現在のバルブタイミングに基づいて、第１噴射量を決定する。さらに、ステップＳ１４０Ｄ２において、ＥＣＵ２０は、現在のバルブタイミングに基づいて、現在の運転条件での点火時期設定値に対する点火リタード量を決定する。
次に、図１４において、横軸は時間ｔを示している。図１１（Ａ）の縦軸はバルブリフト量Ｌｖを示している。ここでは、排気バルブの閉じるタイミングを例にして図示している。図１４（Ａ）において、破線は、排気バルブのバルブリフト量の指令値Ｌｖ−ｉｓｔを示している。実線は、排気バルブのバルブリフト量の実測値Ｌｖ−ｍｓを示している。図１４（Ａ）に破線で示すように、排気バルブのバルブリフト量の指令値Ｌｖ−ｉｓｔを可変バルブ機構に指令を出力しても、可変バルブ機構のバルブタイミングに遅れにより、実際のバルブリフト量は、実線で示すバルブリフト量の実測値Ｌｖ−ｍｓのように変化する。このバルブリフト量の実測値Ｌｖ−ｍｓは、図１３のステップＳ１７０によって、バルブタイミングとして検出される。
また、図１４（Ｂ）の縦軸は、燃料噴射信号Ｉｎｊを示している。
図１４（Ｂ）に示すように、ＥＣＵ２０は、高負荷運転領域では、高負荷用燃料噴射制御Ｄ及び点火時期制御を行う。具体的には、図１１（Ｃ）と同様に、燃料噴射を分割し、第１噴射ＩＮＪ１の開始を負のオーバーラップ期間Ｖ−ｍｉ−ｏｖｌｐに設定し、第２噴射ＩＮＪ２の開始は、吸気行程中盤から終盤に設定する。
ここで、膨張行程−排気行程−吸気行程−圧縮行程を１サイクルとして、通常運転領域Ｎｏｒｍａｌから高負荷運転領域Ｈ−Ｌｏａｄに切り替わった時を、第１サイクルとし、順次、第２サイクル、第３サイクルと続く場合、第１サイクルにおける第１噴射ＩＮＪ１−１の噴射量（図１４（Ｂ）における第１噴射ＩＮＪ１−１のパルスの幅）に対して、第２サイクルにおける第１噴射ＩＮＪ１−２の噴射量（図１４（Ｂ）における第１噴射ＩＮＪ１−２のパルスの幅）を増加させる。さらに、第２サイクルにおける第１噴射ＩＮＪ１−２の噴射量（図１４（Ｂ）における第１噴射ＩＮＪ１−２のパルスの幅）に対して、第３サイクルにおける第１噴射ＩＮＪ１−３の噴射量（図１４（Ｂ）における第１噴射ＩＮＪ１−３のパルスの幅）を増加させる。このように、バルブリフト量の応答遅れに応じて、第１噴射ＩＮＪ１の噴射量を徐々に増加させる。
また、点火時期について見ると、第１サイクルにおける点火ＳＰＫ−１の時期は、圧縮行程の終盤としている。これは、現在の運転条件における目標値ＳＰＫ−ｔｇｔよりもリタードしたタイミングである。そして、第１サイクルにおける点火ＳＰＫ−１の時期に対して、第２サイクルにおける点火ＳＰＫ−２の時期を少し進角させ、現在の運転条件における目標値ＳＰＫ−ｔｇｔに近づける。さらに、第２サイクルにおける点火ＳＰＫ−２の時期に対して、第３サイクルにおける点火ＳＰＫ−３の時期を進角させ、図示の状態では、現在の運転条件における目標値に一致している。
本実施形態でも、第１噴射ＩＮＪ１は内部ＥＧＲへ向けた噴射を行うことで、燃焼室内でのホットスポットの生成を抑制し、第２噴射ＩＮＪ２は、空気と内部ＥＧＲの混合気を冷却し、燃焼室内の平均温度を低下させる。
また、バルブタイミングの応答速度に合わせて、第１噴射量を徐々に増量させるとともに、バルブタイミングが目標値に達するまでの間、過渡的なノックを抑制するために、点火時期を一時的に現在の運転条件における目標値よりもリタードする。
本実施形態によれば、高負荷領域において、第１噴射を内部ＥＧＲに向けて噴射することで、燃料の気化冷却効果の全てを内部ＥＧＲに対して適用することが可能となる。これにより、燃焼室内のホットスポットの生成を抑えてノックを抑制できると同時に、排気管への燃料の吹き抜けを防止し、排気や燃費の悪化を避けることができる。
また、高負荷領域において運転条件が変化した際に、可変バルブ機構の応答性を考慮して、燃料噴射制御および点火リタード制御を行うことで、バルブタイミングが目標値に達するまでの期間における過渡的なノックや排気悪化を抑制することができる。
また、残留ガスの吸引装置も不要である。
さらに、第２噴射ＩＮＪ２の開始を吸気行程中盤から終盤としているため、すすの増加による排気ガスの悪化の問題も解消できる。
次に、図１５〜図１８を用いて、本発明の第５の実施形態による火花点火式内燃機関の制御装置の構成及び動作について説明する。本実施形態による火花点火式内燃機関の制御装置の構成は、図２と同様である。本実施形態による火花点火式内燃機関の制御装置における高負荷運転領域は、図３と同様である。
最初に、図１５を用いて、本実施形態による火花点火式内燃機関の制御装置を自動車用ガソリンエンジンに適用させたシステムの構成について説明する。
図１５は、本発明の第１の実施形態による火花点火式内燃機関の制御装置を自動車用ガソリンエンジンに適用させたシステムの構成を示すシステム構成図である。なお、図１と同一符号は、同一部分を示している。
本実施形態では、図１に示した内燃機関のシステム構成に対して、さらに、ノックセンサ１５を備えたものである。ノックセンサ１５は、シリンダ７の適宜位置にを備えている。ノックセンサ１５は、エンジン１００の振動状態を計測するもので、この出力信号に基づいて、ＥＣＵ２０は、エンジン１００においてノックが生じているか否かを判定する。
次に、図１６〜図１８を用いて、本実施形態による火花点火内燃機関の制御装置による燃料噴射制御内容について説明する。
図１６は、本発明の第５の実施形態による火花点火内燃機関の制御装置における燃料噴射制御内容を示すフローチャートである。図１７は、本発明の第５の実施形態による火花点火内燃機関の制御装置による通常運転領域での燃料噴射制御内容を示すタイミングチャートである。図１８は、本発明の第５の実施形態による火花点火内燃機関の制御装置による高負荷運転領域での燃料噴射制御内容を示すタイミングチャートである。
最初に、図１６により、本実施形態による燃料噴射制御および可変バルブ制御処理の内容について説明する。図１６に示す制御内容は、ＥＣＵ２０によって、所定の周期で繰り返し実行される。
ステップＳ１１０において、ＥＣＵ２０は、現在のエンジン運転条件に関する情報（エンジン回転数、エンジントルクなど）を読み込む。
次に、ステップＳ１２０において、ＥＣＵ２０は、予め記憶されたマップなどから、現在の運転条件が高負荷運転領域であるか否かを判定する。高負荷領域でない場合は、通常運転領域であると判断し、ステップＳ１３０において、ＥＣＵ２０は、通常燃料噴射制御を行う。そして、ステップＳ１５０において、ＥＣＵ２０は、通常バルブ制御を行う。
これに対し、ステップＳ１２０において高負荷領域であると判定された場合、ステップＳ１４０Ｃにおいて、ＥＣＵ２０は、図１０及び図１１にて説明したように、高負荷用噴射制御Ｃを行う。そして、ステップＳ１６０において、ＥＣＵ２０は、高負荷用バルブ制御を行う。
次に、ステップＳ１８０において、ＥＣＵ２０は、現在ノックが検出されているか否かを判定する。ノックが検出されている場合は、ステップＳ１８５において、ＥＣＵ２０は、第１噴射量を増量する。その後、さらに、ステップＳ１９０において、ＥＣＵ２０は、負のオーバーラップ期間を長期化し、さらに、ステップＳ１８５において、ＥＣＵ２０は、現在の噴射量およびバルブタイミングの設定値を記憶する。
図１７は、ノックが発生していない場合の、高負荷運転領域におけるタイムチャートである。この時の燃料噴射およびバルブの設定は、第３の実施形態と同様である。図１８は、ノックが発生した場合の、高負荷運転領域におけるタイムチャートである。
図１７及び図１８において、横軸は時間ｔを示している。図１７（Ａ）及び図１８（Ａ）の縦軸はバルブリフト量Ｌｖを示している。なお、図１７（Ａ）及び図１８（Ａ）において、実線Ｖ−ＥＸＴは排気バルブのリフト量を示し、実線Ｖ−ＩＮＴは吸気バルブのリフト量を示している。また、排気バルブと吸気バルブとの両方が閉じている期間が、負のバルブオーバラップ期間Ｖ−ｍｉ−ｏｖｌｐである。図１７（Ｂ）及び図１８（Ｂ）の縦軸は、シリンダ内圧力Ｐｃを示している。図１７（Ｃ）及び図１８（Ｃ）の縦軸は、燃料噴射信号Ｉｎｊを示している。
図１７においては、ノックが発生していない場合であり、高負荷運転領域における、燃料噴射およびバルブの設定は、第３の実施形態と同様である。
図１８は、ノックが発生した場合を示しており、ノックが発生すると、図１８（Ｃ）に示すように、第１噴射ＩＮＪ１’の噴射量を増量する。この時、第１噴射量を増量した分だけ、第２噴射ＩＮＪ２’の噴射量を減量する。また、第１噴射量の増量に伴って、図１８（Ａ）に示すように、吸気バルブＶ−ＩＮＴが開く時期を遅らせて、負のオーバーラップ期間Ｖ−ｍｉ−ｏｖｌｐを長期化する。
このような制御により、エンジン１００の経年変化や環境変化により、エンジン１００の耐ノック性能に変化が生じた際にも、第１噴射量および負のオーバーラップ量を適正に制御して、壁面付着を抑えつつ内部ＥＧＲを冷却することで、耐ノック性能を維持することが可能となる。
なお、以上の説明では、エンジンの振動を検知するノックセンサ１５による検出結果に基づき、第１燃料噴射量や負のオーバーラップ量の変更を行ったが、筒内圧力センサ信号を用いたノック検出結果もしくはノック前兆検出結果に基づき、第１燃料噴射量や負のオーバーラップ量の変更を行ってもよい。
また、ノックを検出した際、第１燃料噴射量や負のオーバーラップ期間の変更のみによりノックを回避しているが、これら噴射およびバルブ制御を、通常の点火リタードによるノック回避制御と組み合わせて行ってもよい。
また、１サイクルおきに設定を変更することが可能な高応答可変バルブ機構を搭載したエンジンシステムを想定したが、第４の実施形態のように、目標値に到達するまで最低でも数サイクルの期間を必要とする可変バルブ機構を搭載したエンジンである場合は、まずバルブ制御を先行して行い、検出された現在の負のオーバーラップ量に基づいて、第１噴射量を決定するようにしてもよい。さらに、負のオーバーラップ量が目標値に達するまでの期間は、過渡時のノックを抑制するために、点火時期をリタード制御してもよい。
以上説明したように、本実施形態によれば、ノック検出時に、第１噴射を増量し、それに応じて負のオーバーラップ期間を長期化することで、エンジンの経年変化や環境変化により、エンジンの耐ノック性能に変化が生じた際にも、燃料による冷却効果を最適に制御して、排気の悪化や熱効率の低下を抑えつつ、ノックを抑制することができる。
また、残留ガスの吸引装置も不要である。
さらに、第２噴射ＩＮＪ２の開始を吸気行程中盤から終盤としているため、すすの増加による排気ガスの悪化の問題も解消できる。
なお、本発明は、前記各実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の精神を逸脱しない範囲で、設計において種々の変更ができる。
本発明の第１の実施形態による火花点火式内燃機関の制御装置を自動車用ガソリンエンジンに適用させたシステムの構成を示すシステム構成図である。 本発明の第１の実施形態による火花点火内燃機関の制御装置の構成を示すシステムブロック図である。 本発明の第１の実施形態による火花点火内燃機関の制御装置における高負荷運転領域の説明図である。 本発明の第１の実施形態による火花点火内燃機関の制御装置における燃料噴射制御内容を示すフローチャートである。 本発明の第１の実施形態による火花点火内燃機関の制御装置による通常運転領域での燃料噴射制御内容を示すタイミングチャートである。 本発明の第１の実施形態による火花点火内燃機関の制御装置による高負荷運転領域での燃料噴射制御内容を示すタイミングチャートである。 本発明の第１の実施形態による火花点火内燃機関の制御装置による高負荷運転領域における、第１噴射時の燃焼室内の状態の説明図である。 本発明の第２の実施形態による火花点火内燃機関の制御装置による高負荷運転領域での燃料噴射制御内容を示すタイミングチャートである。 本発明の第２の実施形態による火花点火内燃機関の制御装置による高負荷運転領域における、第１噴射時の燃焼室内の状態の説明図である。 本発明の第３の実施形態による火花点火内燃機関の制御装置における燃料噴射制御内容を示すフローチャートである。 本発明の第３の実施形態による火花点火内燃機関の制御装置による高負荷運転領域での燃料噴射制御内容を示すタイミングチャートである。 本発明の第３の実施形態による火花点火内燃機関の制御装置による高負荷運転領域における、第１噴射時の燃焼室内の状態の説明図である。 本発明の第４の実施形態による火花点火内燃機関の制御装置における燃料噴射制御内容を示すフローチャートである。 本発明の第４の実施形態による火花点火内燃機関の制御装置による高負荷運転領域での燃料噴射制御内容を示すタイミングチャートである。 本発明の第１の実施形態による火花点火式内燃機関の制御装置を自動車用ガソリンエンジンに適用させたシステムの構成を示すシステム構成図である。 本発明の第５の実施形態による火花点火内燃機関の制御装置における燃料噴射制御内容を示すフローチャートである。 本発明の第５の実施形態による火花点火内燃機関の制御装置による通常運転領域での燃料噴射制御内容を示すタイミングチャートである。 本発明の第５の実施形態による火花点火内燃機関の制御装置による高負荷運転領域での燃料噴射制御内容を示すタイミングチャートである。
符号の説明
１…エアフローセンサ
２…電子制御スロットル
３…インジェクタ
４…点火プラグ
５…可変バルブ
５ａ…吸気バルブ
５ｂ…排気バルブ
６…吸気管
７…シリンダ
８…排気管
９…空燃比センサ
１０…三元触媒
１１…排気温度センサ
１２…クランク軸
１３…クランク角度センサ
１４…ピストン
１５…ノックセンサ
２０…ＥＣＵ
１００…エンジン
２０１…入力回路
２０２…入力ポート
２０３…ＲＡＭ
２０４…ＲＯＭ
２０５…ＣＰＵ
２０６…電子スロットル開路
２０７…インジェクタ駆動回路
２０８…点火出力回路
２０９…可変バルブ駆動回路

Claims (8)

  1. 筒内噴射式の、火花点火式内燃機関の制御装置であって、
    前記火花点火式内燃機関は、吸気弁及び排気弁の開閉時期を制御可能な可変動弁機構を備え、
    前記火花点火機関が高負荷運転する時に、
    燃料を複数回に分割して噴射するとともに、
    第１回目の燃料噴射を、吸気上死点を含み前記吸気弁及び前記排気弁が共に開いている正のオーバーラップ期間中、又は、前記吸気弁及び前記排気弁が共に閉じている負のオーバーラップ期間中に、前記火花点火機関の燃焼室内に存在する内部ＥＧＲへ向けて行う制御手段を備え、
    前記制御手段は、前記第１回目の燃料噴射を、排気行程が終了する吸気上死点を基準として、クランク角で−１５°から＋１５°の間に開始することを特徴とする火花点火式内燃機関の制御装置。
  2. 請求項１記載の火花点火式内燃機関の制御装置において、
    前記制御手段は、前記第１回目の燃料噴射を排気行程が終了する吸気上死点近傍に開始するように制御することを特徴とする火花点火式内燃機関の制御装置。
  3. 請求項１記載の火花点火式内燃機関の制御装置において、
    前記制御手段は、前記吸気弁が開く時期が吸気上死点よりも遅角側になるように前記可変動弁を制御して、前記負のオーバーラップ期間が吸気上死点より遅角側になるよう設定するとともに、
    前記第１回目の燃料噴射を前記負のオーバーラップ期間に開始するように制御することを特徴とする火花点火式内燃機関の制御装置。
  4. 請求項２記載の火花点火式内燃機関の制御装置において、
    前記火花点火機関は、現在のバルブタイミングを検出するバルブタイミング検出手段を備え、
    前記制御手段は、前記火花点火機関が高負荷運転する時に、前記バルブタイミング検出手段によって検出されたバルブタイミングに基づいて、前記第１回目の燃料噴射量を決定することを特徴とする火花点火式内燃機関の制御装置。
  5. 請求項４記載の火花点火式内燃機関の制御装置において、
    前記制御手段は、前記バルブタイミング検出手段によって検出された現在のバルブタイミングが、バルブタイミングの目標値に到達するまでの期間は、現在の運転条件における点火時期の設定値よりも点火時期を遅角するように制御することを特徴とする火花点火式内燃機関の制御装置。
  6. 請求項１記載の火花点火式内燃機関の制御装置において、
    前記高負荷運転とは、前記火花点火機関の吸入空気量を制御するために備えられたスロットルの開度を全開にしている時、もしくは現在の運転条件において最も熱効率が高くなる最適点火時期よりも実際の点火時期を遅角側に設定している時、のうちのいずれかであることを特徴とする火花点火式内燃機関の制御装置。
  7. 請求項１記載の火花点火式内燃機関の制御装置において、
    前記火花点火機関は、ノックを検出するノック検出手段を備え、
    前記制御手段は、前記ノック検出手段によってノックが生じていると判定された時に、前記第１回目の燃料噴射の噴射量を増量するように制御することを特徴とする火花点火式内燃機関の制御装置。
  8. 請求項７記載の火花点火式内燃機関の制御装置において、
    前記制御手段は、前記ノック検出手段によってノックが生じていると判定された時に、前記第１回目の燃料噴射の噴射量を増量するように制御するとともに、前記負のオーバーラップ期間を長期化するよう制御することを特徴とする火花点火式内燃機関の制御装置。
JP2007316923A 2007-12-07 2007-12-07 火花点火式内燃機関の制御装置 Expired - Fee Related JP4863980B2 (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007316923A JP4863980B2 (ja) 2007-12-07 2007-12-07 火花点火式内燃機関の制御装置
US12/329,386 US8078387B2 (en) 2007-12-07 2008-12-05 Control apparatus for spark-ignition engine

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007316923A JP4863980B2 (ja) 2007-12-07 2007-12-07 火花点火式内燃機関の制御装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2009138655A JP2009138655A (ja) 2009-06-25
JP4863980B2 true JP4863980B2 (ja) 2012-01-25

Family

ID=40722473

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2007316923A Expired - Fee Related JP4863980B2 (ja) 2007-12-07 2007-12-07 火花点火式内燃機関の制御装置

Country Status (2)

Country Link
US (1) US8078387B2 (ja)
JP (1) JP4863980B2 (ja)

Families Citing this family (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009024682A (ja) * 2007-07-24 2009-02-05 Denso Corp スプレーガイド式筒内噴射内燃機関の制御装置
US7720593B2 (en) * 2007-10-02 2010-05-18 Ford Global Technologies, Llc Fuel injection strategy for gasoline direct injection engine during high speed/load operation
JP5046190B2 (ja) * 2008-01-22 2012-10-10 スズキ株式会社 筒内噴射型内燃機関の制御装置
CN101946074B (zh) * 2008-02-15 2013-03-13 通用汽车环球科技运作公司 用于在低负载下控制火花点火直接喷射式内燃机的方法
US8316819B2 (en) * 2008-09-26 2012-11-27 Mazda Motor Corporation Control of spark ignited internal combustion engine
JP5334791B2 (ja) * 2009-10-19 2013-11-06 三菱電機株式会社 内燃機関の制御装置
JP5293638B2 (ja) * 2010-02-25 2013-09-18 三菱自動車工業株式会社 エンジンのバルブタイミング制御装置
WO2012090320A1 (ja) * 2010-12-28 2012-07-05 トヨタ自動車株式会社 筒内噴射式内燃機関
JP2012149552A (ja) * 2011-01-18 2012-08-09 Toyota Motor Corp 内燃機関の制御装置
JP2013007305A (ja) * 2011-06-23 2013-01-10 Toyota Motor Corp 内燃機関
WO2013030924A1 (ja) * 2011-08-29 2013-03-07 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の制御装置
DE102011081844A1 (de) * 2011-08-31 2013-02-28 Ford Global Technologies, Llc Verfahren zum Betreiben einer aufgeladenen Brennkraftmaschine und Brennkraftmaschine zur Durchführung eines derartigen Verfahrens
AT511604B1 (de) 2011-10-06 2013-01-15 Avl List Gmbh Brennkraftmaschine mit einem einlassstrang
JP2013151874A (ja) * 2012-01-24 2013-08-08 Daihatsu Motor Co Ltd 火花点火式内燃機関
US11212962B2 (en) 2013-02-20 2022-01-04 Deere & Company Field condition determination
JP6806483B2 (ja) * 2015-12-11 2021-01-06 現代自動車株式会社Ｈｙｕｎｄａｉ Ｍｏｔｏｒ Ｃｏｍｐａｎｙ 車両のインジェクター制御システム
JP6904071B2 (ja) * 2017-06-06 2021-07-14 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の制御装置
JP6960370B2 (ja) 2018-04-19 2021-11-05 日立Astemo株式会社 内燃機関の燃料噴射制御装置
JP7700488B2 (ja) * 2021-03-30 2025-07-01 株式会社デンソー エンジン制御装置

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07217478A (ja) * 1994-01-28 1995-08-15 Toyota Motor Corp 筒内噴射式火花点火機関の燃料噴射制御装置
DE19936201A1 (de) * 1999-07-31 2001-02-08 Bosch Gmbh Robert Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine
JP2002004913A (ja) * 2000-06-26 2002-01-09 Nissan Motor Co Ltd 圧縮自己着火式内燃機関
US6467452B1 (en) * 2000-07-13 2002-10-22 Caterpillar Inc Method and apparatus for delivering multiple fuel injections to the cylinder of an internal combustion engine
JP3963144B2 (ja) * 2002-10-04 2007-08-22 マツダ株式会社 火花点火式エンジンの制御装置
DE10242226A1 (de) * 2002-09-12 2004-03-25 Daimlerchrysler Ag Verfahren zum Betrieb einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine
DE10344428B4 (de) * 2003-09-25 2015-02-19 Daimler Ag Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine
JP2006077711A (ja) 2004-09-10 2006-03-23 Toyota Motor Corp 内燃機関
EP1681452A1 (en) * 2005-01-13 2006-07-19 Ford Global Technologies, LLC Internal combustion engine and method for auto-ignition operation of said engine
JP4100401B2 (ja) * 2005-02-24 2008-06-11 トヨタ自動車株式会社 内燃機関
JP2006329158A (ja) 2005-05-30 2006-12-07 Toyota Motor Corp 火花点火式筒内噴射型内燃機関の制御装置
JP2007224908A (ja) * 2006-02-20 2007-09-06 Robert Bosch Gmbh 内燃機関の運転方法

Also Published As

Publication number Publication date
JP2009138655A (ja) 2009-06-25
US20090150052A1 (en) 2009-06-11
US8078387B2 (en) 2011-12-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4863980B2 (ja) 火花点火式内燃機関の制御装置
JP4836088B2 (ja) 圧縮自己着火式内燃機関の制御装置および制御方法
US6330796B1 (en) Control device for direct injection engine
US6318074B1 (en) Control device for direct injection engine
EP1019623B1 (en) Catalyst light-off method and device for direct injection engine
CN102884300B (zh) 火花点火引擎的控制方法以及火花点火引擎
US8050846B2 (en) Apparatus and method for controlling engine
JP2006105047A (ja) ディーゼルエンジンの制御装置
JP2009287482A (ja) 火花点火式内燃機関の制御装置
JP2017020355A (ja) エンジンの制御装置
JP6350972B2 (ja) エンジンの制御装置
US10677187B2 (en) Combustion control device for compression autoignition engine
JP2016089733A (ja) エンジン制御装置
CN115680862A (zh) 发动机系统
JP5560237B2 (ja) 筒内噴射式内燃機関の制御装置
US6848435B2 (en) Control system for compression ignition internal combustion engine
JP7647425B2 (ja) エンジンシステム
WO2018066328A1 (ja) 内燃機関制御装置
JP5087569B2 (ja) 圧縮自己着火式内燃機関の制御装置
JP4539476B2 (ja) 筒内直接噴射式火花点火内燃機関の制御装置
JP4492399B2 (ja) 筒内直接噴射式火花点火内燃機関の制御装置および制御方法
JP2010223039A (ja) 内燃機関の過渡時失火抑制制御方法
JP7238571B2 (ja) エンジンの制御方法およびエンジンの制御装置
JP2004052634A (ja) 火花点火式内燃機関の始動制御装置
JP4360323B2 (ja) 筒内直接噴射式火花点火内燃機関の制御装置

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20091204

A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712

Effective date: 20100113

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20100419

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20100511

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20100712

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20110208

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20110408

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: 20111011

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: 20111108

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

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20141118

Year of fee payment: 3

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 4863980

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

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