JP5051031B2 - 予混合圧縮着火エンジンの燃焼制御装置 - Google Patents
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Description
本発明は、予混合圧縮着火エンジンの燃焼制御装置に関する。
従来から、希薄な均質予混合気をピストンにより圧縮して自着火させる予混合圧縮着火エンジンが広く知られている。予混合圧縮着火エンジンによれば、熱効率を高めることができ、さらに窒素酸化物（ＮＯｘ）の排出を抑制することができる。
特許文献１には、エンジン運転状態に応じて、希薄な均質予混合気を圧縮着火して燃焼させる圧縮着火燃焼（以下「ＨＣＣＩ燃焼」と称する）と、混合気を火花着火して燃焼させる火花着火燃焼（以下「ＳＩ燃焼」と称する）とを切り換えるエンジンが開示されている。
特開２００７−１６２６０１号公報
ところで、予混合気を圧縮着火させる運転領域では、圧縮開始時の筒内ガス温度が周期的に変動することが本件発明者の研究により明らかになった。このように圧縮開始時の筒内ガス温度が変動すると、予混合気の燃焼状態が変化するので、エンジンの出力トルクが変動してしまう。
そこで、本発明は、このような問題点に着目してなされたものであり、出力トルク変動を抑制することができる予混合圧縮着火エンジンを提供することを目的とする。
本発明は、燃焼室（１３）内の予混合気を圧縮着火して燃焼させる予混合圧縮着火エンジン（１００）の燃焼制御装置において、予混合気に火花着火する火花着火装置（５２）と、予混合気が火花着火燃焼した後に圧縮着火燃焼するエンジン運転状態にあるか否かを判定する運転状態判定手段（Ｓ１０２）と、燃焼により生じた排気の一部を内部ＥＧＲガスとして燃焼室（１３）内に残留させる内部ＥＧＲが実施されているか否かを判定する内部ＥＧＲ判定手段（Ｓ１０３）と、予混合気が火花着火燃焼した後に圧縮着火燃焼するエンジン運転状態であって、内部ＥＧＲが実施されている場合に、前回の燃焼サイクルにおける予混合気の圧縮着火燃焼時の最大熱発生時期と、前回の燃焼サイクルの図示平均有効圧力とに基づいて、今回の燃焼サイクルでの火花着火装置（５２）の火花着火時期を補正制御する火花着火時期補正制御手段（Ｓ４０５）と、を備えることを特徴とする。
本発明によれば、内部ＥＧＲの実施中にＳＩ−ＣＩ燃焼を行う場合に、前回の燃焼サイクルにおける図示平均有効圧力と最大熱発生時期とに基づいて、今回の燃焼サイクルにおける火花着火装置の火花着火時期を補正することで、予混合気の圧縮着火時期を制御する。これにより、圧縮開始時の筒内ガス温度が変動しても、予混合気の圧縮着火時期が変動するのを抑えることができ、エンジンの出力トルク変動を抑制することが可能となる。
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
図１は、ＨＣＣＩ燃焼とＳＩ燃焼とを切り換えて行うエンジンの概略構成図である。
エンジン１００は、車両用の筒内直接噴射式直列４気筒エンジンである。図１に示すように、エンジン１００は、シリンダブロック１０と、シリンダヘッド２０とを備える。
シリンダブロック１０には、ピストン１１を摺動自在に収納するシリンダ１２が形成される。シリンダ１２の壁面と、ピストン１１の冠面と、シリンダヘッド２０の下面とによって燃焼室１３が形成される。
シリンダヘッド２０には、燃焼室１３に吸気を流す吸気ポート３０と、燃焼室１３からの排気を流す排気ポート４０とが形成される。
吸気ポート３０には、吸気弁３１が設けられる。吸気弁３１は、可変動弁装置３２によって駆動され、ピストン１１の上下動に応じて吸気ポート３０を開閉する。可変動弁装置３２は、吸気弁３１のリフト量や作動角等のバルブ特性を変更する。
排気ポート４０には、排気弁４１が設けられる。排気弁４１は、可変動弁装置４２によって駆動され、ピストン１１の上下動に応じて排気ポート４０を開閉する。可変動弁装置４２は、排気弁４１のリフト量や作動角等のバルブ特性を変更する。
吸気ポート３０と排気ポート４０との間であって、シリンダヘッド２０の燃焼室中心近傍には、燃焼室１３内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁５１が設置され、燃料噴射弁５１に隣接するように点火プラグ５２が設置される。点火プラグ５２は、燃焼室１３内に形成された混合気に火花着火する。
燃料噴射弁５１や点火プラグ５２、可変動弁装置３２、４２の動作は、コントローラ６０によって制御される。コントローラ６０は中央演算装置（ＣＰＵ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）及び入出力インタフェース(Ｉ／Ｏインタフェース)を備えたマイクロコンピュータで構成される。コントローラ６０を複数のマイクロコンピュータで構成することも可能である。
コントローラ６０には、燃焼室１３内の圧力を検出する筒内圧センサ６１と、エンジン１００の所定クランク角度ごとにクランク角度信号を生成するクランク角度センサ６２と、車両が備えるアクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセルペダルセンサ６３とからの検出データがそれぞれ信号として入力する。コントローラ６０は、これらの入力信号に基づき、燃料噴射弁５１の燃料噴射量や点火プラグ５２の着火時期、吸気弁３１及び排気弁４１のバルブタイミングを調整する。
次に、図２を参照して、エンジン１００の運転状態について説明する。図２（Ａ）は、エンジン１００の運転マップを示す。図２（Ｂ）及び図２（Ｃ）は、吸気弁３１及び排気弁４１のバルブタイミングを示す。
エンジン１００は、図２（Ａ）の運転マップを参照し、エンジン運転状態に応じてＨＣＣＩ燃焼とＳＩ燃焼とを切り換える。この運転マップは、実験等の結果に基づいて予め作成してコントローラ６０に記憶させたものである。
図２（Ａ）の領域Ｐでは、エンジン１００は、点火プラグ５２によって混合気を火花着火して燃焼させるＳＩ燃焼を行う。
領域Ｐでは、図２（Ｂ）に示すように、吸気弁３１の開弁期間と排気弁４１の開弁期間がオーバラップするように（プラスオーバラップするように）、排気弁４１の閉弁時期が上死点後の所定時期ＥＶＣ1に設定され、吸気弁３１の開弁時期が上死点前の所定時期ＩＶＯ1に設定される。
図２（Ａ）の低回転速度・低負荷から中回転速度・中負荷における領域Ｑでは、エンジン１００は、点火プラグ５２を使用せずに、ピストン１１による圧縮作用を利用して希薄な均質予混合気を圧縮着火して燃焼させるＨＣＣＩ燃焼を行う。
領域Ｑでは、図２（Ｃ）に示すように、吸気弁３１の開弁期間と排気弁４１の開弁期間がオーバラップしないように（マイナスオーバラップするように）設定される。つまり、排気弁４１の閉弁時期は、図２（Ｂ）の所定時期ＥＶＣ1よりも進角されて上死点前の所定時期ＥＶＣ2に設定される。また、吸気弁３１の開弁時期は、図２（Ｂ）の所定時期ＩＶＯ1よりも遅角されて上死点後の所定時期ＩＶＯ2に設定される。このように排気弁４１を排気行程の途中で閉じることにより、排気の一部を内部ＥＧＲガスとして燃焼室１３に残留させることができる（内部ＥＧＲ）。これにより燃焼室１３内の予混合気と高温の内部ＥＧＲガスとが混合するので、圧縮開始時の筒内ガス温度を高めることができ、ＨＣＣＩ燃焼が実現される。
ＨＣＣＩ燃焼を行う領域Ｑの周囲には、ＳＩ燃焼からＨＣＣＩ燃焼へ、又はＨＣＣＩ燃焼からＳＩ燃焼へスムーズに移行するための遷移領域Ｒが設定される。この領域Ｒでは、エンジン１００は、希薄な均質予混合気を点火プラグ５２によって火花着火して予混合気の一部を燃焼させ、この燃焼の燃焼膨張とピストン１１の圧縮作用とによって未燃予混合気を圧縮着火して燃焼させる。この領域Ｒにおける予混合気の燃焼形態をＳＩ−ＣＩ燃焼と定義する。
領域Ｒでは、吸気弁３１の開弁時期は、所定時期ＩＶＯ1から所定時期ＩＶＯ2の間に設定され、エンジン運転状態がＳＩ燃焼を行う領域Ｐに近くなるほど所定時期ＩＶＯ1側に進角され、ＨＣＣＩ燃焼を行う領域Ｑに近くなるほど所定時期ＩＶＯ2側に遅角される。また、排気弁４１の閉弁時期は、所定時期ＥＶＣ1から所定時期ＥＶＣ2の間に設定され、エンジン運転状態がＳＩ燃焼を行う領域Ｐに近くなるほど所定時期ＥＶＣ1側に遅角され、ＨＣＣＩ燃焼を行う領域Ｑに近くなるほど所定時期ＥＶＣ2側に進角される。このように吸気弁３１及び排気弁４１のバルブタイミングを制御することで、ＳＩ燃焼からＨＣＣＩ燃焼へ、又はＨＣＣＩ燃焼からＳＩ燃焼へスムーズに移行することが可能となる。
ところで、ＳＩ−ＣＩ燃焼のように、内部ＥＧＲの実施中に、予混合気を圧縮着火して燃焼させる場合には、圧縮開始時の筒内ガス温度が周期的に変動し、予混合気の燃焼状態が変化して、その結果エンジン１００の出力トルクが変動してしまうという問題がある。この問題について、図８を参照して説明する。
図８は、内部ＥＧＲ実施中のＳＩ−ＣＩ燃焼時において、圧縮着火後の予混合気の最大熱発生時期と、図示平均有効圧力との関係を示す図である。図示平均有効圧力は、１サイクル当たりの仕事量を行程容積で割った値である。サイクルとは、吸気行程〜排気行程までの各行程を含む燃焼サイクルのことを意味する。
なお、図８において、ＳＩ−ＣＩ燃焼における点火プラグ５２による火花着火時期は一定時期に設定されている。
ここで、予混合気の燃焼状態が状態（Ａ）にあるとする。状態（Ａ）では、圧縮着火する時期が最適時期にあるので、後述する状態（Ｂ）及び状態（Ｃ）よりも図示平均有効圧力が高くなる。状態（Ａ）では予混合気の燃焼性は良好であるので、予混合気の燃焼後に未燃燃料（未燃ＨＣ）はほとんど発生しない。そのため排気温度が上昇しにくく、内部ＥＧＲガスによる圧縮開始時の筒内ガス温度の上昇効果が小さくなる。したがって、次の燃焼サイクルでは、圧縮開始時における筒内ガス温度が低くなり、予混合気の燃焼状態は状態（Ｂ）となる。
状態（Ｂ）では、筒内ガス温度の低下に起因して、予混合気の圧縮着火時期が状態（Ａ）よりも遅くなって最大熱発生時期が遅角するので、図示平均有効圧力が低下する。また、状態（Ｂ）では、予混合気の燃焼性が悪化して燃焼速度が遅くなるので、未燃ＨＣの発生量が多くなる。このように圧縮着火時期が遅れ、かつ未燃ＨＣの発生量が多くなると、排気温度が高くなる。したがって、次の燃焼サイクルでは、圧縮開始時における筒内ガス温度が高くなり、予混合気の燃焼状態は状態（Ｃ）となる。
状態（Ｃ）では、筒内ガス温度の上昇に起因して、圧縮着火する時期が早くなり最大熱発生時期が圧縮上死点近傍まで過進角されるので、図示平均有効圧力が状態（Ｂ）よりも高くなる。状態（Ｃ）では、予混合気の燃焼性が良好で燃焼速度が速いので、未燃ＨＣの発生量は少ない。未燃ＨＣの発生量が少なくなると、排気温度が上昇しにくく、内部ＥＧＲガスによる圧縮開始時の筒内ガス温度の上昇効果が小さくなる。したがって、次の燃焼サイクルでは、圧縮開始時における筒内ガス温度が低下し、予混合気の燃焼状態は状態（Ａ）に戻る。
状態（Ａ）では、筒内ガス温度の低下に起因して、圧縮着火する時期が遅くなって最大熱発生時期が遅角されるが、圧縮着火する時期が最適時期となるので、図示平均有効圧力は最も高くなる。
上述の通り、内部ＥＧＲの実施中にＳＩ−ＣＩ燃焼させる場合には、燃焼サイクル毎に圧縮開始時の筒内ガス温度が変動するので、予混合気の燃焼状態が状態（Ａ）〜状態（Ｃ）を繰り返す。これにより図示平均有効圧力も変化するので、エンジン１００の出力トルクが変動してしまうのである。特に、予混合気の燃焼状態が状態（Ａ）から状態（Ｂ）に変化する場合や状態（Ｂ）から状態（Ｃ）に変化する場合に、エンジン１００の出力トルク変動が大きくなる。
そこで、本実施形態のエンジン１００では、内部ＥＧＲの実施中にＳＩ−ＣＩ燃焼を行う場合に、前回の燃焼サイクルでの予混合気の燃焼状態に応じて今回の燃焼サイクルにおける予混合気の圧縮着火時期を制御することによって、上記した出力トルク変動を抑制する。
図３は、コントローラ６０が実行する制御ルーチンを説明するフローチャートである。この制御ルーチンは、エンジン１００の運転中に一定間隔、例えば１０ミリ秒間隔で繰り返し実行される。
ステップＳ１０１では、コントローラ６０は、負荷Ｔと、エンジン回転速度Ｎｅとを読み込み、処理をステップＳ１０２に移す。負荷Ｔは、アクセルペダルセンサ６３からの検出信号に基づいて算出される。また、エンジン回転速度Ｎｅは、クランク角度センサ６２からの検出信号に基づいて算出される。
ステップＳ１０２では、コントローラ６０は、負荷Ｔとエンジン回転速度Ｎｅとに基づいて、エンジン１００がＳＩ−ＣＩ燃焼を行う運転領域にあるか否かを判定する。この判定は、図２（Ａ）に示した運転マップを参照して行われる。
エンジン１００がＳＩ−ＣＩ燃焼を行う運転領域にないと判定した場合には、コントローラ６０は、圧縮着火時期制御を実行することなく処理を終了する。これに対して、エンジン１００がＳＩ−ＣＩ燃焼を行う運転領域にあると判定した場合には、コントローラ６０は処理をステップＳ１０３に移す。
ステップＳ１０３では、コントローラ６０は、エンジン１００が内部ＥＧＲを実施しているか否かを判定する。この判定は、吸気弁３１及び排気弁４１のバルブタイミングを制御する可変動弁装置３２、４２の制御量に基づいて行われる。
エンジン１００が内部ＥＧＲを実施している場合には、コントローラ６０は、圧縮着火時期制御を実行するために処理をステップＳ１０４に移す。これに対してエンジン１００が内部ＥＧＲを実施していない場合には、コントローラ６０は圧縮着火時期制御を実行することなく処理を終了する。
ステップＳ１０４では、コントローラ６０は、前回燃焼サイクルにおける予混合気の燃焼状態に応じて今回燃焼サイクルにおける予混合気の圧縮着火時期を調整するため、圧縮着火時期制御を実行して、処理を終了する。
図４は、コントローラ６０が実行する圧縮着火時期制御におけるサブルーチンを説明するフローチャートである。
ステップＳ４０１では、コントローラ６０は、最大熱発生時期の前回値ＣＡZと、図示平均有効圧力の前回値ＩＭＥＰZと、内部ＥＧＲ量の前回値ＥＧＲZとを読み込み、処理をステップＳ４０２に移す。
最大熱発生時期ＣＡは、筒内圧センサ６１によって検出される筒内圧から求められる予混合気燃焼時の熱発生量に基づいて決定される。つまり、図５に示すように、圧縮着火後の熱発生量が最大となる時のクランク角度を最大熱発生時期ＣＡとする。なお、予混合気燃焼時において筒内圧が最大となるクランク角度を最大熱発生時期ＣＡとするようにしてもよい。
図示平均有効圧力ＩＭＥＰは、筒内圧センサ６１によって検出される筒内圧の圧力波形に基づいて算出される。
内部ＥＧＲ量ＥＧＲは、吸気弁３１及び排気弁４１のバルブタイミングを制御する可変動弁装置３２、４２の制御量に基づいて算出される。
ステップＳ４０２では、コントローラ６０は、前回の燃焼サイクルにおける図示平均有効圧力ＩＭＥＰZが所定値ＩＭＥＰ1よりも小さいか否かを判定する。コントローラ６０は、前回値ＩＭＥＰZが所定値ＩＭＥＰ1よりも小さい場合には処理をステップＳ４０３に移し、それ以外の場合には処理をステップＳ４０７に移す。
ステップＳ４０３では、コントローラ６０は、前回の燃焼サイクルにおける最大熱発生時期ＣＡZが所定時期ＣＡ1よりも遅角しているか否かを判定する。前回値ＣＡZが所定時期ＣＡ1よりも遅角している場合には、エンジン１００の出力トルクの変動が大きいと判断して、コントローラ６０は処理をステップＳ４０４に移す。前回値ＣＡZが所定時期ＣＡ1よりも進角している場合には、エンジン１００の出力トルクの変動は小さいと判断して、コントローラ６０は処理を一旦抜ける。
ステップＳ４０４では、コントローラ６０は、前回の燃焼サイクルにおける内部ＥＧＲ量ＥＧＲZが所定量ＥＧＲ1よりも小さいか否かを判定する。前回値ＥＧＲZが所定量ＥＧＲ1よりも小さい場合には、コントローラ６０は処理をステップＳ４０５に移す。前回値ＥＧＲZが所定量ＥＧＲ1よりも大きい場合には、コントローラ６０は処理をステップＳ４０６に移す。
ステップＳ４０５では、コントローラ６０は、今回の燃焼サイクルにおける点火プラグ５２の火花着火時期を遅角補正し、処理を一旦抜ける。
図示平均有効圧力の前回値ＩＭＥＰZが所定値ＩＭＥＰ1よりも小さく（Ｓ４０２でＹＥＳ）、最大熱発生時期の前回値ＣＡZが所定時期ＣＡ1よりも遅角している（Ｓ４０３でＹＥＳ）場合には、コントローラ６０は、前回の燃焼サイクルにおける予混合気の燃焼状態が図７の状態（Ｂ）にあったと判断する。前回の燃焼状態が状態（Ｂ）であると、今回の燃焼サイクルにおける圧縮開始時の筒内ガス温度が高くなり、予混合気の燃焼状態は状態（Ｃ）となるので、最大熱発生時期が過進角されて図示平均有効圧力が大きく上昇してしまう。
しかしながら、前回の燃焼サイクルの予混合気の燃焼状態が状態（Ｂ）であって、内部ＥＧＲ量の前回値ＥＧＲZが所定量ＥＧＲ1よりも小さい（Ｓ４０４でＹＥＳ）の場合には、ステップＳ４０５に示すように火花着火時期を遅角補正することで、今回燃焼サイクルにおける予混合気の圧縮着火時期を遅らせる。そのため、圧縮開始時の筒内ガス温度が高い場合であったとしても、今回の燃焼サイクルでは圧縮着火後の予混合気の最大熱発生時期が過進角することがなく、図示平均有効圧力が大きく変動することがない。
ステップＳ４０６では、コントローラ６０は、今回の燃焼サイクルにおける燃料噴射弁５１の燃料噴射量を減少補正し、処理を一旦抜ける。
内部ＥＧＲ量の前回値ＥＧＲZが所定量ＥＧＲ1よりも大きくなると（Ｓ４０４でＮＯ）、点火プラグ５２によって火花着火時期を制御しても圧縮着火時期が変化しにくくなり、圧縮着火時期の制御応答性が悪化する。このような場合には、燃料噴射量を減少補正することで予混合気の圧縮着火時期を制御する。前回の燃焼サイクルでの予混合気の燃焼状態が状態（Ｂ）であって今回の燃焼サイクルにおける圧縮開始時の筒内ガス温度が高くなったとしても、上記のように燃料噴射量を減少補正すれば、今回の燃焼サイクルの予混合気の圧縮着火時期を遅らせることができ、最大熱発生時期の過進角が抑制されるので、図示平均有効圧力が大きく変動することがない。
一方、ステップＳ４０２において図示平均有効圧力の前回値ＩＭＥＰZが所定値ＩＭＥＰ1よりも大きい場合には、コントローラ６０は処理をステップＳ４０７に移す。このステップＳ４０７では、コントローラ６０は、前回の燃焼サイクルにおける最大熱発生時期ＣＡZが所定時期ＣＡ2より遅角しており所定時期ＣＡ1より進角しているか否かを判定する。
前回値ＣＡZが所定時期ＣＡ2より遅角しており所定時期ＣＡ1より進角している場合には、エンジン１００の出力トルクの変動が大きいと判断して、コントローラ６０は処理をステップＳ４０８に移す。それ以外の場合には、エンジン１００の出力トルクの変動が小さいと判断して処理を一旦抜ける。
ステップＳ４０８では、コントローラ６０は、前回の燃焼サイクルにおける内部ＥＧＲ量ＥＧＲZが所定量ＥＧＲ1よりも小さいか否かを判定する。前回値ＥＧＲZが所定量ＥＧＲ1よりも小さい場合には、コントローラ６０は処理をステップＳ４０９に移す。前回値ＥＧＲZが所定量ＥＧＲ1よりも大きい場合には、コントローラ６０は処理をステップＳ４１０に移す。
ステップＳ４０９では、コントローラ６０は、今回の燃焼サイクルにおける点火プラグ５２の火花着火時期を進角補正し、処理を一旦抜ける。
図示平均有効圧力の前回値ＩＭＥＰZが所定値ＩＭＥＰ1よりも大きく（Ｓ４０２でＮＯ）、最大熱発生時期の前回値ＣＡZが所定時期ＣＡ2と所定時期ＣＡ1との間にある（Ｓ４０７でＹＥＳ）場合には、コントローラ６０は、前回の燃焼サイクルにおける予混合気の燃焼状態が図７の状態（Ａ）にあったと判断する。このように前回の燃焼状態が状態（Ａ）であると、今回の燃焼サイクルにおける圧縮開始時の筒内ガス温度が低下するので、予混合気の燃焼状態は状態（Ｂ）となって、最大熱発生時期が遅角されて図示平均有効圧力が大きく低下してしまう。
しかしながら、前回の燃焼サイクルの予混合気の燃焼状態が状態（Ｂ）であって、内部ＥＧＲ量の前回値ＥＧＲZが所定量ＥＧＲ1よりも小さい（Ｓ４０８でＹＥＳ）の場合には、ステップＳ４０９に示すように火花着火時期を進角補正することで、今回燃焼サイクルにおける予混合気の圧縮着火時期を早める。そのため、今回の燃焼サイクルにおいて圧縮開始時の筒内ガス温度が低下したとしても、今回の燃焼サイクルでは圧縮着火後の最大熱発生時期が遅角するのを抑制でき、図示平均有効圧力が大きく変動することがない。
ステップＳ４１０では、コントローラ６０は、今回の燃焼サイクルにおける燃料噴射弁５１の燃料噴射量を増大補正し、処理を一旦抜ける。
内部ＥＧＲ量の前回値ＥＧＲZが所定量ＥＧＲ1よりも大きくなると（Ｓ４０８でＮＯ）、点火プラグ５２によって火花着火時期を制御しても圧縮着火時期の制御応答性が悪化するので、このような場合には燃料噴射量を増大補正することで予混合気の圧縮着火時期を制御する。前回の燃焼サイクルでの予混合気の燃焼状態が状態（Ａ）であって今回の燃焼サイクルにおける圧縮開始時の筒内ガス温度が低くなったとしても、上記のように燃料噴射量を増大補正すれば、今回の燃焼サイクルでの予混合気の圧縮着火時期を早めることができ、最大熱発生時期の遅角が抑制されるので、図示平均有効圧力が大きく変動することがない。
次に、ステップＳ４０５における火花着火時期の遅角補正量及びステップＳ４０６における燃料噴射量の減少補正量について、図６を参照して説明する。また、ステップＳ４０９における火花着火時期の進角補正量及びステップＳ４１０における燃料噴射量の増大補正量について図７を参照して説明する。
ステップＳ４０５における火花着火時期の遅角補正量及びステップＳ４０６における燃料噴射量の減少補正量は、図６（Ａ）及び図６（Ｂ）に示すように最大熱発生時期の前回値ＣＡZに基づいて決定される。
最大熱発生時期の前回値ＣＡZが大きくなる（遅角する）ほど、未燃ＨＣの発生量が多くなり、今回の燃焼サイクルにおける圧縮開始時の筒内ガス温度が高くなって、予混合気が圧縮着火しやすくなる。そのため、ステップＳ４０５における火花着火時期の遅角補正量は、図６（Ａ）に示すように最大熱発生時期の前回値ＣＡZが大きくなるほど大きく（火花着火時期が遅角するように）設定され、予混合気の圧縮着火時期の過進角を抑制する。また、ステップＳ４０６における燃料噴射量の減少補正量は、図６（Ｂ）に示すように最大熱発生時期の前回値ＣＡZが大きくなるほど大きく（燃料噴射量が減少するように）設定され、予混合気の圧縮着火時期の過進角を抑制する。
一方、ステップＳ４０９における火花着火時期の進角補正量及びステップＳ４１０における燃料噴射量の増大補正量は、図７（Ａ）及び図７（Ｂ）に示すように図示平均有効圧力の前回値ＩＭＥＰZに基づいて決定される。
図示平均有効圧力の前回値ＩＭＥＰZが大きくなるほど、予混合気の燃焼状態が未燃ＨＣの発生が少ない状態になっており、今回の燃焼サイクルにおける圧縮開始時の筒内ガス温度が低く、予混合気が圧縮着火しにくくなる。そのため、ステップＳ４０９における火花着火時期の進角補正量は、図７（Ａ）に示すように図示平均有効圧力の前回値ＩＭＥＰZが大きくなるほど大きく（火花着火時期が進角するように）設定され、予混合気の圧縮着火時期が遅くなるのを抑制する。また、ステップＳ４１０における燃料噴射量の増大補正量は、図７（Ｂ）に示すように図示平均有効圧力の前回値ＩＭＥＰZが大きくなるほど大きく（燃料噴射量が増大するように）設定され、予混合気の圧縮着火時期が遅くなるのを抑制する。
以上により、本実施形態のエンジン１００では、下記の効果を得ることができる。
エンジン１００では、内部ＥＧＲの実施中にＳＩ−ＣＩ燃焼を行う場合には、前回の燃焼サイクルにおける図示平均有効圧力と最大熱発生時期とに基づいて、今回の燃焼サイクルにおける点火プラグ５２の火花着火時期を補正することで、予混合気の圧縮着火時期を制御する。これにより、圧縮開始時の筒内ガス温度が変動しても、予混合気の圧縮着火時期が変動するのを抑えることができ、エンジン１００の出力トルク変動を抑制することが可能となる。この火花着火時期の補正制御は、燃料噴射量の補正制御と比べて、前回燃焼サイクルでの燃焼状態を検出してから火花着火時期を補正するまでの時間を長くとることができるので、制御性において優れる。
また、内部ＥＧＲ量が所定量よりも大きくなると、火花着火時期を補正しても予混合気の圧縮着火時期が変化しにくくなるので、前回の燃焼サイクルにおける図示平均有効圧力と最大熱発生時期とに基づいて、今回の燃焼サイクルにおける燃料噴射弁の燃料噴射量を補正することで、予混合気の圧縮着火時期を制御する。これにより、圧縮開始時の筒内ガス温度が変動しても、予混合気の圧縮着火時期が変動するのを抑えることができ、エンジン１００の出力トルク変動を抑制することが可能となる。
本発明は上記した実施形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。
１００ エンジン
１１ ピストン
１３ 燃焼室
３１ 吸気弁
３２ 可変動弁装置
４１ 排気弁
４２ 可変動弁装置
５１ 燃料噴射弁（燃料噴射装置）
５２ 点火プラグ（火花着火装置）
６０ コントローラ
６１ 筒内圧センサ
６２ クランク角度センサ
６３ アクセルペダルセンサ
Ｓ１０２ 運転状態判定手段
Ｓ１０３ 内部ＥＧＲ判定手段
Ｓ４０５、Ｓ４０９ 火花着火時期補正制御手段
Ｓ４０６、Ｓ４１０ 噴射量補正制御手段
１１ ピストン
１３ 燃焼室
３１ 吸気弁
３２ 可変動弁装置
４１ 排気弁
４２ 可変動弁装置
５１ 燃料噴射弁（燃料噴射装置）
５２ 点火プラグ（火花着火装置）
６０ コントローラ
６１ 筒内圧センサ
６２ クランク角度センサ
６３ アクセルペダルセンサ
Ｓ１０２ 運転状態判定手段
Ｓ１０３ 内部ＥＧＲ判定手段
Ｓ４０５、Ｓ４０９ 火花着火時期補正制御手段
Ｓ４０６、Ｓ４１０ 噴射量補正制御手段
Claims (10)
- 燃焼室内の予混合気を圧縮着火して燃焼させる予混合圧縮着火エンジンの燃焼制御装置において、
予混合気に火花着火する火花着火装置と、
予混合気が火花着火燃焼した後に圧縮着火燃焼するエンジン運転状態にあるか否かを判定する運転状態判定手段と、
燃焼により生じた排気の一部を内部ＥＧＲガスとして燃焼室内に残留させる内部ＥＧＲが実施されているか否かを判定する内部ＥＧＲ判定手段と、
予混合気が火花着火燃焼した後に圧縮着火燃焼するエンジン運転状態であって、内部ＥＧＲが実施されている場合に、前回の燃焼サイクルにおける予混合気の圧縮着火燃焼時の最大熱発生時期と、前回の燃焼サイクルの図示平均有効圧力とに基づいて、今回の燃焼サイクルでの前記火花着火装置の火花着火時期を補正制御する火花着火時期補正制御手段と、
を備えることを特徴とする予混合圧縮着火エンジンの燃焼制御装置。 - 前記火花着火時期補正制御手段は、前記図示平均有効圧力が所定値よりも小さく、かつ前記最大熱発生時期が所定時期よりも遅角している場合に、今回の燃焼サイクルでの予混合気の圧縮着火時期が遅くなるように前記火花着火装置の火花着火時期を遅角補正する、
ことを特徴とする請求項１に記載の予混合圧縮着火エンジンの燃焼制御装置。 - 前記火花着火時期補正制御手段は、前記最大熱発生時期が遅角するほど前記火花着火装置の火花着火時期を遅角させる、
ことを特徴とする請求項２に記載の予混合圧縮着火エンジンの燃焼制御装置。 - 前記火花着火時期補正制御手段は、前記図示平均有効圧力が所定値よりも大きく、かつ前記最大熱発生時期が進角側所定時期と遅角側所定時期との間にある場合に、今回の燃焼サイクルでの予混合気の圧縮着火時期が早くなるように前記火花着火装置の火花着火時期を進角補正する、
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１つに記載の予混合圧縮着火エンジンの燃焼制御装置。 - 前記火花着火時期補正制御手段は、前記図示平均有効圧力が大きくなるほど前記火花着火装置の火花着火時期を進角させる、
ことを特徴とする請求項４に記載の予混合圧縮着火エンジンの燃焼制御装置。 - 予混合気が火花着火燃焼した後に圧縮着火燃焼するエンジン運転状態であって、内部ＥＧＲガス量が所定量よりも多い場合に、前回の燃焼サイクルにおける予混合気の圧縮着火燃焼時の最大熱発生時期と、前回の燃焼サイクルの図示平均有効圧力とに基づいて、今回の燃焼サイクルでの燃料噴射装置の燃料噴射量を補正制御する噴射量補正制御手段をさらに備え、
前記噴射量補正制御手段は、前記図示平均有効圧力が所定値よりも小さく、かつ前記最大熱発生時期が所定時期よりも遅角している場合に、今回の燃焼サイクルでの予混合気の圧縮着火時期が遅くなるように前記燃料噴射装置の燃料噴射量を減少補正する、
ことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１つに記載の予混合圧縮着火エンジンの燃焼制御装置。 - 前記噴射量補正制御手段は、前記最大熱発生時期が遅角するほど前記燃料噴射装置の燃料噴射量を減少させる、
ことを特徴とする請求項６に記載の予混合圧縮着火エンジンの燃焼制御装置。 - 予混合気が火花着火燃焼した後に圧縮着火燃焼するエンジン運転状態であって、内部ＥＧＲガス量が所定量よりも多い場合に、前回の燃焼サイクルにおける予混合気の圧縮着火燃焼時の最大熱発生時期と、前回の燃焼サイクルの図示平均有効圧力とに基づいて、今回の燃焼サイクルでの燃料噴射装置の燃料噴射量を補正制御する噴射量補正制御手段をさらに備え、
前記噴射量補正制御手段は、前記図示平均有効圧力が所定値よりも大きく、かつ前記最大熱発生時期が進角側所定時期と遅角側所定時期との間にある場合に、今回の燃焼サイクルでの予混合気の圧縮着火時期が早くなるように前記燃料噴射装置の燃料噴射量を増大補正する、
ことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１つに記載の予混合圧縮着火エンジンの燃焼制御装置。 - 前記噴射量補正制御手段は、前記図示平均有効圧力が大きくなるほど前記燃料噴射装置の燃料噴射量を増大させる、
ことを特徴とする請求項８に記載の予混合圧縮着火エンジンの燃焼制御装置。 - 前記図示平均有効圧力及び前記熱発生最大時期は、燃焼室内の圧力に基づいて算出される、
ことを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１つに記載の予混合圧縮着火エンジンの燃焼制御装置。
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