JP5858971B2 - 内燃機関の制御装置およびその方法 - Google Patents

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Description

この発明は、火花点火燃焼モードと圧縮着火燃焼モードを切換え可能な内燃機関の制御装置等に関する。
従来から、内燃機関(以下、エンジン)において燃費性能と排気性能の向上を両立できる燃焼方法として、均質な混合気をピストンにより圧縮して自着火燃焼させる燃焼方法(以下、ＨＣＣＩ燃焼モード)が知られている。
このＨＣＣＩ燃焼モードは、点火プラグによる火花点火により混合気に着火して火炎伝播燃焼させる燃焼方法(以下、ＳＩ燃焼モード)に比べ、高圧縮比による熱効率の向上、急速燃焼による冷却損失の低減、ポンプ損失の低減等により燃料消費量を低減することができ、また、空燃比が大きいまたはＥＧＲ(排気再循環)率の高い均質混合気の低温燃焼により窒素酸化物(以下、ＮＯｘ)の発生を抑制することができる。
このようなＨＣＣＩ燃焼モードにおいては、前回の燃焼サイクルの既燃ガスの一部を残留させる(以下、内部ＥＧＲ)ことにより混合気温度を高めることでＨＣＣＩ燃焼が実現されるが、エンジンが相対的に低負荷、低回転側の運転領域にあるときには、内部ＥＧＲによる混合気の昇温が不十分となりＨＣＣＩ燃焼が実現できないため、このような運転領域においてはＳＩ燃焼を行うべく燃焼モードを切換える必要がある。
燃焼モードを切換える技術として、特許文献１には、内部ＥＧＲを増加するとともに、火花点火による火炎伝播燃焼の燃焼圧力によって、残りの混合気の圧力及び温度を上昇させて圧縮着火させる混在燃焼を経由することで、燃焼モードを切換える技術が開示されている。
特許第４４３８７９２号公報
しかしながら前記特許文献１による燃焼モード切換え方法においては、内部ＥＧＲの増加に伴い混合気中に含まれる不活性ガスも増加するため、火花点火による火炎伝播燃焼が困難となり燃焼変動や失火を来す。このため、所定量以上の内部ＥＧＲが実施された場合には、燃焼変動の増加や失火により安定した混在燃焼を実現することができずに、燃焼モードを切換えることができなくなるという問題がある。
また、内部ＥＧＲの増加に伴い燃焼期間が長くなるため、熱効率が最適となるように点火時期を早期化する必要がある。この場合、点火時期が圧縮上死点(以下、圧縮ＴＤＣ)から離れれば離れるほど、点火時期における混合気の圧力及び温度は低くなる。さらに、内部ＥＧＲの増加に伴い燃焼温度が低くなるため、前述したような点火時期を早期化した状態では、火花点火による火炎伝播燃焼では残りの混合気が圧縮着火する圧力及び温度に至らずに、燃焼モードを切換えることができないという問題がある。
この発明は、これらの問題を解決するためになされたものであり、ＳＩ燃焼モードとＨＣＣＩ燃焼モードの切換えを円滑に行うことができる内燃機関の制御装置等を提供することを目的とする。
この発明は、所定の間隔の制御サイクルで制御を行い、燃焼サイクルを制御すると共に、燃焼室に形成された混合気を火花点火により燃焼させる火花点火燃焼モードと、前記混合気を圧縮着火により燃焼させる圧縮着火燃焼モードと、を切換え可能な内燃機関の制御装置であって、前記混合気に火花点火する時期を制御する点火時期制御部と、前記燃焼室に供給する燃料噴射量を制御する燃料噴射量制御部と、前記燃焼室に燃焼により生じた既燃ガスの一部を内部ＥＧＲとして残留させる内部ＥＧＲ制御部と、前記燃焼モードの切換えを行う燃焼モード切換え制御部と、を備え、前記燃焼モード切換え制御部が、燃焼が変動していることを検出する燃焼変動判定部を含み、前記火花点火燃焼モードから圧縮着火燃焼モードへ切換える際に、それぞれ前回燃焼サイクルに対して、前記内部ＥＧＲの内部ＥＧＲ量を増加させるとともに、前記燃焼変動判定部により燃焼変動値が所定値以下と判定された場合に、前記点火時期を早期化させ、前記燃焼変動判定部により燃焼変動値が所定値より大きくなった場合に、前記混合気の形成に用いられる内部ＥＧＲに含まれる酸素濃度が高くなるように前記燃料噴射量を減量させ、さらに前記点火時期を遅延化させる、ことを特徴とする内燃機関の制御装置等にある。
この発明では、ＳＩ燃焼モードとＨＣＣＩ燃焼モードの切換えを円滑に行うことができる内燃機関の制御装置等を提供できる。
この発明の一実施の形態による内燃機関の制御装置における燃焼モード切換え制御の制御手順を示すフローチャートである。 この発明の一実施の形態による内燃機関の制御装置を備えたＳＩ燃焼モードとＨＣＣＩ燃焼モードを切換え可能なエンジンシステムの全体構成図である。 この発明の一実施の形態におけるＳＩ燃焼モードとＨＣＣＩ燃焼モードと中間燃焼モードの運転領域を示す運転領域マップである。 この発明の一実施の形態におけるＳＩ燃焼モードとＨＣＣＩ燃焼モードでのバルブ動作を示す図である。
以下、この発明による内燃機関の制御装置等を各実施の形態に従って図面を用いて説明する。なお、各実施の形態において、同一もしくは相当部分は同一符号で示し、重複する説明は省略する。
実施の形態１．
図２はこの発明の一実施の形態による内燃機関の制御装置を備えたＳＩ燃焼モードとＨＣＣＩ燃焼モードを切換え可能なエンジンシステムの全体構成図である。図２において、エンジン１００における気筒１の燃焼室２には、吸気バルブ３と排気バルブ４とピストン５、更に、燃焼室２内を臨むようにして、点火プラグ６とインジェクタ７とが備えられている。
吸気バルブ３及び排気バルブ４は吸気バルブ可変動弁機構２３及び排気バルブ可変動弁機構２４によってそれぞれ駆動され、吸気バルブ可変動弁機構２３及び排気バルブ可変動弁機構２４は吸気バルブ３及び排気バルブ２４のリフト量や作動角等のバルブ特性をそれぞれ変更する。
ピストン５はコネクティングロッド１５によってクランク軸１４に連結されており、クランク軸１４の回転角(クランク角度)を検出するためクランク角度センサ１３が備えられている。
また、吸気通路８に設けられた電子制御スロットル９により、燃焼室２に供給する吸入空気量が調整される。電子制御スロットル９は、スロットルバルブ９ａと、これを駆動するモータ９ｂ、スロットルバルブ９ａの開度を検出するスロットル開度センサ９ｃとから構成されている。
エンジン制御部であるエンジン制御ユニット(以下、ＥＣＵ)１０は、アクセルペダル１１の操作量を検出するアクセルポジションセンサ１２の出力信号を取得して、モータ９ｂに制御信号を送り、スロットル開度センサ９ｃからのスロットルバルブ開度信号に基づいて、スロットルバルブ９ａを適切な開度に制御する。
また、ＥＣＵ１０は、アクセルポジションセンサ１２、クランク度角センサ１３、エアフローセンサ１６、空燃比センサ２１のほか、各種センサ類(図示省略)からの出力信号を取得して、点火時期や燃料噴射量などを決定する。そして、それらの各決定値に基づいて、インジェクタ７を駆動して燃料を燃焼室２内に噴射供給し、点火プラグ６に接続された点火コイル１９を駆動することにより点火プラグ６のプラグギャップから火花を放電させる。
エアクリーナ１７によって塵やごみが除去された吸入空気は、エアフローセンサ１６で流量が計測された後、電子制御スロットル９を通過してサージタンク１８へと導かれ、更に、サージタンク１８から吸気バルブ３を通って燃焼室２に導入される。燃焼室２内に導入された吸入空気とインジェクタ７から噴射された燃料とが混ざりあって混合気が形成され、ＳＩ燃焼モードの場合には点火プラグ６の火花放電によって混合気が着火されて火炎伝播燃焼し、ＨＣＣＩ燃焼モードの場合にはピストン５の上昇によって混合気が圧縮されて燃焼室全体で略同時に着火して燃焼する。
混合気の燃焼圧力はピストン５に伝えられてピストン５を往復運動させる。ピストン５の往復運動はコネクティングロッド１５を介してクランク軸１４に伝えられ、ここで回転運動に変換されて、エンジン１００の出力として取り出される。燃焼後の混合気は排気ガスとなり、排気バルブ４を通って排気通路２０へ排出される。排気通路２０の集合部には排気中の空燃比を検出する空燃比センサ２１が備えられている。また、排気通路２５の集合部より下流側には、排気中の有害成分を浄化するための三元触媒２２が備えられている。
次に、図３および図４を参照しながら、エンジン１００の運転状態について説明する。図３は、エンジン１００の運転領域マップであり、図４は、吸気バルブ３および排気バルブ４のバルブプロフィールである。
エンジン１００は、図３の運転領域マップを参照したＥＣＵ１０(燃焼モード切換え制御部)の制御により運転状態に応じてＳＩ燃焼モードとＨＣＣＩ燃焼モードに切換えられる。なお、この運転領域マップは、実験等により予め設定される。
また上述のスロットルバルブの開度制御、点火時期、燃料噴射量等の制御、及び以下に説明する動作についてもＥＣＵ１０の制御により行われる。
図３の(ａ)ＳＩ領域では、エンジン１００は、点火プラグ６による火花放電により混合気を着火して火炎伝播燃焼させるＳＩ燃焼モードを行う。(ａ)ＳＩ領域では、図４の(ａ)ＳＩ燃焼時バルブプロフィールに示すように、吸気バルブ３と排気バルブ４の両方が同時に開く、所謂「オーバラップ期間」を設けるため、排気上死点(以下、排気ＴＤＣ)前のＩＶＯａにて吸気バルブ３を開き、排気ＴＤＣ後のＥＶＣａにて排気バルブを閉じる。
図３の(ｂ)ＨＣＣＩ領域では、エンジン１００は、点火プラグ６を用いずに、ピストン５の上昇によって混合気が圧縮されて燃焼室全体で略同時に着火して燃焼するＨＣＣＩ燃焼モードを行う。(ｂ)ＨＣＣＩ領域では、図４の(ｂ)ＨＣＣＩ燃焼時バルブプロフィールに示すように、吸気バルブ３と排気バルブ４の両方が同時に閉じる、所謂「負のオーバラップ期間」を設けるため、排気ＴＤＣ前のＥＶＣｂにて排気バルブ４を閉じ、排気ＴＤＣ後のＩＶＯｂにて吸気バルブ３を開く。このように排気行程の途中で排気バルブ４を閉じることにより、前回サイクルにおける既燃ガスの一部を内部ＥＧＲとして燃焼室２に残留させることができる。これにより、燃焼室２に導入された吸入空気と高温の内部ＥＧＲが混合するため、圧縮開始時(吸気バルブ３が閉じるＩＶＣ)における混合気温度を高めることができ、ＨＣＣＩ燃焼を実現できる。
ＨＣＣＩ燃焼モードを行う(ｂ)ＨＣＣＩ領域の周りには、ＳＩ燃焼モードとＨＣＣＩ燃焼モードとを切換えるための(ｃ)中間領域が設定される。この(ｃ)中間領域では、吸気バルブ３の開時期をＩＶＯａからＩＶＯｂへと移行させ、排気バルブ４の閉時期をＥＶＣａからＥＶＣｂへと移行させることで、内部ＥＧＲを増加するとともに、点火プラグ６による火花放電により混合気を着火して火炎伝播燃焼を行い、この火炎伝播の燃焼圧力によって残りの混合気の圧力及び温度を上昇させて圧縮着火させる中間燃焼モードを行う。
このように、ＳＩ燃焼モードとＨＣＣＩ燃焼モードとを切換える際に中間燃焼モードを介することで、燃焼モードの切換えを円滑に行うことができる。
しかしながら、内部ＥＧＲを増量させていくと、混合気中に含まれる不活性ガスの増加に伴って点火プラグ６による火炎伝播燃焼が困難となり、燃焼変動や失火を来す。このため、所定量以上の内部ＥＧＲが実施された場合には、燃焼変動の増加や失火により安定した中間燃焼モードを実現することができずに、ＳＩ燃焼モードとＨＣＣＩ燃焼モードを切換えることができないとなるという問題がある。
また、内部ＥＧＲの増加に伴い燃焼期間が長くなるため、熱効率が最適となるように点火時期を早期化する必要がある。この場合、点火時期が圧縮ＴＤＣから離れれば離れるほど、点火時期における混合気の圧力及び温度は低くなる。さらに、内部ＥＧＲの増加に伴い燃焼温度が低くなるため、前述したような点火時期を早期化した状態では、点火プラグ６による火炎伝播燃焼では残りの混合気が圧縮着火する圧力及び温度に至らずに、ＳＩ燃焼モードとＨＣＣＩ燃焼モードを切換えることができないという問題がある。
そこでこの発明においては、ＳＩ燃焼モードとＨＣＣＩ燃焼モードとを切換える際に、燃焼変動の有無や燃焼温度に応じて、混合気形成に用いられる内部ＥＧＲに含まれる酸素濃度が高くなるように燃料噴射量を減量することで、混合気の比熱比を大きくし、圧縮行程における混合気の圧力及び温度を増加させて混合気が圧縮着火しやすくすることで、燃焼モードの切換えを円滑に行う。
この発明の内燃機関の制御装置およびその方法では、燃焼室に形成された混合気を火花点火により燃焼させる火花点火燃焼モードと、前記混合気を圧縮着火により燃焼させる圧縮着火燃焼モードと、を切換え可能な内燃機関の制御装置であって、前記混合気に火花点火する時期を制御する点火時期制御部と、前記燃焼室に供給する燃料噴射量を制御する燃料噴射量制御部と、前記燃焼室に燃焼により生じた既燃ガスの一部を内部ＥＧＲとして残留させる内部ＥＧＲ制御部と、前記燃焼モードの切換えを行う燃焼モード切換え制御部と、を備え、前記燃焼モード切換え制御部が、前記火花点火燃焼モードから圧縮着火燃焼モードへ切換える際に、前記内部ＥＧＲの内部ＥＧＲ量を増加させるとともに、前記点火時期を早期化させ、かつ前記混合気の形成に用いられる内部ＥＧＲに含まれる酸素濃度が高くなるように前記燃料噴射量を減量させる。
これにより、内部ＥＧＲや点火時期の調整だけではＳＩ燃焼モードとＨＣＣＩ燃焼モードの切換えが困難な場合においても、燃料噴射量を減量することで内部ＥＧＲに含まれる酸素濃度を高くし、内部ＥＧＲに含まれる酸素濃度を高くすることで混合気の比熱比を大きくし、圧縮行程における圧力及び温度を増加させることで混合気の圧縮着火が可能となり、燃焼モードを切換えることができる。
また、燃焼が変動していることを検出する燃焼変動判定部を設け、前記燃焼モード切換え制御部は、前記燃焼変動判定部により燃焼変動が生じていると判定された場合に、前記酸素濃度が高くなるように前記燃料噴射量を減量させる。
これにより、燃焼変動が生じたと判定された場合に内部ＥＧＲや点火時期の調整だけではＳＩ燃焼モードとＨＣＣＩ燃焼モードの切換えが困難と判定し、燃料噴射量を減量することで内部ＥＧＲに含まれる酸素濃度を高くし、内部ＥＧＲに含まれる酸素濃度を高くすることで混合気の比熱比を大きし、圧縮行程における圧力及び温度を増加させることで混合気の圧縮着火が可能となり、燃焼変動を生じることなく燃焼モードを切換えることができる。
また、前記燃焼変動判定部は、エンジントルクおよび燃焼位置の燃焼サイクル間の変動率の少なくとも１つを燃焼変動値として算出し、前記燃焼変動値が所定値よりも大きくなった場合に燃焼変動が生じたと判定する。
これにより、エンジントルクおよび燃焼位置の燃焼サイクル間の変動率の少なくとも１つを燃焼変動値として用いることで、燃焼不良や着火不良に起因する燃焼変動を精度よく検出することができる。
また、燃焼温度を検出する燃焼温度検出部を備え、前記燃焼モード切換え制御部は、前記燃焼温度が所定値よりも低くなった場合に、前記混合気の形成に用いられる内部ＥＧＲに含まれる酸素濃度が高くなるように前記燃料噴射量を減量する。
これにより、燃焼温度が所定値よりも低くなった場合にＮＯｘの排出量が低減していると判定し、燃料噴射量を減量することで内部ＥＧＲに含まれる酸素濃度を高くし、内部ＥＧＲに含まれる酸素濃度を高くすることで混合気の比熱比を大きし、圧縮行程における圧力及び温度を増加させることで混合気の圧縮着火が可能となり、エミッションの悪化を生じることなく燃焼モードを切換えることができる。
また、前記燃焼モード切換え制御部は、燃料噴射量を減量して前記内部ＥＧＲに含まれる酸素濃度を高くした場合は、前記点火時期を遅延化する。
これにより、燃料噴射量を減量することで次回の燃焼サイクルにおける混合気の比熱比を大きくし、圧縮後の混合気の圧力及び温度を上昇させることで混合気が圧縮着火しやすい状態になった場合に、点火時期を遅延化することで、燃焼位置を最適にすることができる。
図１は、ＥＣＵ１０が実行する燃焼モード切換え制御の制御手順を示すフローチャートである。この制御手順は、エンジントルクとエンジン回転(数)より、前述した図３の運転領域マップにもとづいて現在の運転領域が(ｃ)中間領域にあると判定された場合に、所定の間隔(例えば１０[ｍｓ])で繰り返し実行される。なお、エンジントルクはアクセルポジションセンサ１２からの検出信号にもとづいて算出される。また、エンジン回転はクランク角度センサ１３の検出信号にもとづいて算出される。
ステップＳ１０１では、燃焼モード切換え制御の実行中に燃焼変動が生じたか否かを判定する燃焼変動判定フラグＦＬＧをＯＦＦ(ＦＬＧ＝０、燃焼変動なし)にセットする。
ステップＳ１０２では、前述した負のオーバラップ(吸気バルブ３と排気バルブ４の両方が同時に閉じている状態)を増大して燃焼室内の内部ＥＧＲを増量させる。これにより、燃焼室２に導入された吸入空気と高温の内部ＥＧＲが混合するため、圧縮開始時(吸気バルブ３が閉じるＩＶＣ)における混合気温度を高めることができ、ＨＣＣＩ燃焼可能な混合気状態に近づける。
続くステップＳ１０３(燃焼変動判定部)では、燃焼変動値が所定値以下かつ燃焼変動判定フラグＦＬＧがＯＦＦ(ＦＬＧ＝０)か否かを判定する。ここで、燃焼変動値はエンジントルクおよび燃焼位置の燃焼サイクル間の変動率の少なくとも１つのことであり、クランク角度センサ１３、図２には明記しないが燃焼室内の圧力を検出する筒内圧力センサ、ノックセンサ等(燃焼変動検出部)の検出値にもとづいて算出され、燃焼不良や着火不良による燃焼変動を精度良く検出することができる。
燃焼変動値が所定値以下かつ燃焼変動判定フラグＦＬＧがＯＦＦ(ステップＳ１０３でＹＥＳ)の場合はステップＳ１０４に進み、それ以外(ステップＳ１０３でＮＯ)の場合はステップＳ１０９に進む。以降では先ず、ステップＳ１０３でＹＥＳの場合の以降の手順について説明する。
ステップＳ１０４では、燃焼温度が所定値以上か否かを判定する。ここで、燃焼温度は、図２には明記しない筒内圧力センサ、吸入空気の温度を検出する吸気温度センサ、排気ガスの温度を検出する排気温度センサ、の少なくとも１つ(燃焼温度検出部)の検出値にもとづいて算出される。なお、ステップＳ１０２にて内部ＥＧＲを増量させていくと燃焼温度が低くなり、燃焼温度が低く(例えば１７５０[℃]より低く)なるとＮＯｘの発生が抑制されることが一般的に知られている。
燃焼温度が所定値以上(ステップＳ１０４でＹＥＳ)の場合はステップＳ１０５に進み、それ以外(ステップＳ１０４でＮＯ)の場合はステップＳ１１１に進む。以降では先ず、ステップＳ１０４でＹＥＳの場合の以降の手順について説明する。
ステップＳ１０５では、三元触媒２２の浄化作用によりＮＯｘの排出量を抑制するため、空燃比センサ２１により検出される空燃比が略理論空燃比となるように燃料噴射量を調整する。具体的には、ステップＳ１０２における内部ＥＧＲの増量に応じて、燃焼室２に導入される吸入空気量を一定とするためにスロットルバルブ９ａが開かれることにより、ポンプ損失が低減される。このため、燃料噴射量一定のままではエンジントルクが増大してしまうため、エンジントルクを一定とする場合には燃料噴射量は理論空燃比を保ちつつ減量される。
続くステップＳ１０６(点火時期制御部)では、ステップＳ１０２における内部ＥＧＲの増量に応じて、燃焼位置が最適となるように点火時期を早期化する。
次に、ステップＳ１０３でＮＯ、すなわち、燃焼変動値が所定値よりも大きい、または燃焼変動判定フラグＦＬＧがＯＮ(ＦＬＧ＝１)の場合の以降の手順について説明する。
ステップＳ１０９(燃焼変動判定部)では、燃焼変動値が所定値以下かつ燃焼変動判定フラグＦＬＧがＯＮ(ＦＬＧ＝１)か否かを判定する。燃焼変動が所定値以下かつ燃焼変動判定フラグＦＬＧがＯＮ(ステップＳ１０９でＹＥＳ)の場合はステップＳ１１３に進み、それ以外(ステップＳ１０９でＮＯ)の場合はステップＳ１１０に進む。以降では先ず、ステップＳ１０９でＮＯの場合の以降の手順について説明する。
ステップＳ１０９でＮＯ、すなわち、燃焼変動値が所定値よりも大きい場合は、ステップＳ１１０にて燃焼変動判定フラグＦＬＧをＯＮ(ＦＬＧ＝１)にセットして、燃焼モード切換え制御の実行中に燃焼変動が生じたと判定する。
続くステップＳ１１１では、内部ＥＧＲに含まれる酸素濃度が高くなるように燃料噴射量を減量する。これにより、次回の燃焼サイクルにおける混合気の比熱比が大きくなる。
ここで、圧縮行程において混合気は断熱変化すると仮定すると、混合気の圧力Ｐ、体積Ｖ、及び温度Ｔは比熱比κを用いて下記式(１)及び式(２)により表される。
ＰＣＡ１ＶＣＡ１ κ＝ＰＣＡ２ＶＣＡ２ κ＝ｃｏｎｓｔ(一定) (１)
ＴＣＡ１ＶＣＡ１ κ−１＝ＴＣＡ２ＶＣＡ２ κ−１＝ｃｏｎｓｔ(一定) (２)
ここで、
Ｐ：混合気の圧力
Ｖ：混合気の体積
Ｔ：混合気の温度
κ：混合気の比熱比
ＣＡ１：圧縮前
ＣＡ２：圧縮後
上記式(１)及び式(２)より下記式(１)’及び式(２)’が導出される。
ＰＣＡ２＝ＰＣＡ１×(ＶＣＡ１／ＶＣＡ２)κ [∵ＶＣＡ１／ＶＣＡ２＞１] (１)’
ＴＣＡ２＝ＴＣＡ１×(ＶＣＡ１／ＶＣＡ２)κ−１ [∵ＶＣＡ１／ＶＣＡ２＞１](２)’
式(１)’及び式(２)’より、混合気の比熱比κが大きいほど圧縮後の混合気の圧力ＰＣＡ２及び温度ＴＣＡ２が高くなることが解る。すなわち、ステップＳ１１１にて燃料噴射量を減量することで次回の燃焼サイクルにおける混合気の比熱比κを大きくし、圧縮後の混合気の圧力ＰＣＡ２及び温度ＴＣＡ２を上昇させることで混合気が圧縮着火しやすくなり、燃焼モードの切換えを円滑に行うことができる。なお、比熱比κを大きくする手段として燃焼室２に導入される吸入空気を増量することが考えられるが、吸入空気を増量すると圧縮前の混合気の温度ＴＣＡ１が低下するため、ＨＣＣＩ燃焼モードへの切換えには不適切である。
また、エンジンの熱効率ηｔｈは下記式(３)により表される。
ηｔｈ＝１−１／εκ−１ (３)
ここで、
ηｔｈ：エンジンの熱効率
ε：エンジンの圧縮比
上記式(３)より、比熱比κが大きいほどエンジンの効率ηｔｈが高くなることが解る。すなわち、ステップＳ１１１にて燃料噴射量を減量したとしても、中間燃焼モードが正常に行われている状態においては、エンジントルクの低下を生じることなく、燃焼モードの切換えを行うことができる。
続くステップＳ１１２(点火時期制御部)では、ステップＳ１１１における燃料噴射量の減量に応じて、燃焼位置が最適となるように点火時期を遅延化する。
次に、ステップＳ１０９でＹＥＳ、すなわち、燃焼変動値が所定値以下かつ燃焼変動判定フラグＦＬＧがＯＮ(ＦＬＧ＝１)の場合の以降の手順について説明する。これは、燃焼モード切換え制御の実行中に燃焼変動が生じた(ＦＬＧ＝１)が、燃料噴射量の減量等により燃焼変動が収束した状態である。
ステップＳ１１３では、前述のステップＳ１０４と同様に、燃焼温度が所定値以上か否かを判定する。
燃焼温度が所定値以上(ステップＳ１１３でＹＥＳ)の場合はステップＳ１１４に進み、それ以外(ステップＳ１１３でＮＯ)の場合はステップＳ１１１に進む。以降では先ず、ステップＳ１１３でＹＥＳの場合の以降の手順について説明する。
ステップＳ１１４では、空燃比センサ２１により検出される空燃比が前回の燃焼サイクルにおける空燃比となるように燃料噴射量を調整する。これにより、燃焼変動が生じる可能性の高い運転領域において燃焼モードを切換える際に、混合気の比熱比の変化に伴う不要な燃焼変動を生じることなく、燃焼モードの切換えを行うことができる。
続くステップＳ１１５(点火時期制御部)では、前述のステップＳ１０６と同様に、ステップＳ１０２における内部ＥＧＲの増量に応じて、燃焼位置が最適となるように点火時期を早期化する。
次に、前述のステップＳ１０４及び前述のステップＳ１１３にてＮＯ、すなわち、燃焼温度が所定値よりも低くなった場合は、前述のステップＳ１１１にて、内部ＥＧＲに含まれる酸素濃度が高くなるように燃料噴射量を減量する。前述のとおり、燃焼温度が低く(例えば１７５０[℃]より低く)なるとＮＯｘの発生が抑制されるため、三元触媒２２によりＮＯｘを浄化するために空燃比を理論空燃比とする必要がない。このような燃焼状態においては、内部ＥＧＲに含まれる酸素濃度が高くなるように燃料噴射量を減量することができるため、エミッションの悪化を生じることなく、燃焼モードの切換えを円滑に行うことができる。
ステップＳ１０７では、燃焼モードの切換えが完了したか否かを判定する。燃焼モード切換えが完了したか否かを判定する方法については本実施の形態では詳述しないが、燃焼速度や熱効率等の燃焼パラメータや、点火時期の変化に対する燃焼位置の変化の有無等により判定されるべきである。燃焼モードの切換えが完了した(ステップＳ１０７でＹＥＳ)と判定された場合は燃焼モード切換え制御を終了し、それ以外(ステップＳ１０７でＮＯ)の場合はステップＳ１０８に進む。
ステップＳ１０８では、燃焼モードの切換えが困難か否かを判定する。燃焼モードの切換えが困難か否かを判定する方法については本実施の形態では詳述しないが、燃焼変動が所定時間収束しない場合や燃焼変動値が所定値を上回った場合等に燃焼モード切換えが困難であると判定されるべきである。燃焼モードの切換えが困難である(ステップＳ１０８でＹＥＳ)と判定された場合は燃焼モード切換え制御を終了し、それ以外(ステップＳ１０８でＮＯ)の場合はステップＳ１０２に進み、処理を繰り返す。
以上により、この発明の実施の形態による内燃機関の制御装置によれば、内部ＥＧＲや火花点火により燃焼モードの切換えを行う場合に、燃焼変動の有無や燃焼温度にもとづいて内部ＥＧＲに含まれる酸素濃度が高くなるように燃料噴射量を減量する。これにより、エミッションの悪化を生じることなく、次回の燃焼サイクルにおける混合気の比熱比を大きくし、圧縮後の混合気の圧力及び温度を上昇させることで混合気が圧縮着火しやすくなり、燃焼モードの切換えを円滑に行うことができる。
１ 気筒、２ 燃焼室、３ 吸気バルブ、４ 排気バルブ、５ ピストン、６ 点火プラグ、７ インジェクタ、８ 吸気通路、９ 電子制御スロットル、９ａ スロットルバルブ、９ｂ モータ、９ｃ スロットル開度センサ、１０ ＥＣＵ、１１ アクセルペダル、１２ アクセルポジションセンサ、１３ クランク角度センサ、１４ クランク軸、１５ コネクティングロッド、１６ エアフローセンサ、１７ エアクリーナ、１８ サージタンク、１９ 点火コイル、２０ 排気通路、２１ 空燃比センサ、２２ 三元触媒、２３ 吸気バルブ可変動弁機構、２４ 排気バルブ可変動弁機構、２５ 排気通路、１００ エンジン。

Claims (4)

  1. 所定の間隔の制御サイクルで制御を行い、燃焼サイクルを制御すると共に、燃焼室に形成された混合気を火花点火により燃焼させる火花点火燃焼モードと、前記混合気を圧縮着火により燃焼させる圧縮着火燃焼モードと、を切換え可能な内燃機関の制御装置であって、
    前記混合気に火花点火する時期を制御する点火時期制御部と、
    前記燃焼室に供給する燃料噴射量を制御する燃料噴射量制御部と、
    前記燃焼室に燃焼により生じた既燃ガスの一部を内部ＥＧＲとして残留させる内部ＥＧＲ制御部と、
    前記燃焼モードの切換えを行う燃焼モード切換え制御部と、
    を備え、
    前記燃焼モード切換え制御部が、燃焼が変動していることを検出する燃焼変動判定部を含み、
    前記火花点火燃焼モードから圧縮着火燃焼モードへ切換える際に、それぞれ前回燃焼サイクルに対して、
    前記内部ＥＧＲの内部ＥＧＲ量を増加させるとともに、
    前記燃焼変動判定部により燃焼変動値が所定値以下と判定された場合に、前記点火時期を早期化させ、
    前記燃焼変動判定部により燃焼変動値が所定値より大きくなった場合に、前記混合気の形成に用いられる内部ＥＧＲに含まれる酸素濃度が高くなるように前記燃料噴射量を減量させ、さらに前記点火時期を遅延化させる、
    ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
  2. 前記燃焼変動判定部は、エンジントルクおよび前記点火時期に従った燃焼位置の燃焼サイクル間の変動率の少なくとも１つを燃焼変動値として算出し、前記燃焼変動値が所定値よりも大きくなった場合に燃焼変動が生じたと判定す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。
  3. 前記燃焼モード切換え制御部が、燃焼温度を検出する燃焼温度検出部を含み、
    それぞれ前回燃焼サイクルに対して、
    前記燃焼温度が所定値よりも低くなった場合に、前記混合気の形成に用いられる内部ＥＧＲに含まれる酸素濃度が高くなるように前記燃料噴射量を減量させ、さらに前記点火時期を遅延化させる、
    ことを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の制御装置。
  4. 所定の間隔の制御サイクルで制御を行い、燃焼サイクルを制御すると共に、燃焼室に形成された混合気を火花点火により燃焼させる火花点火燃焼モードと、前記混合気を圧縮着火により燃焼させる圧縮着火燃焼モードと、を切換え可能な内燃機関の制御において、前記火花点火燃焼モードから圧縮着火燃焼モードへ切換える際に、
    前記燃焼室に燃焼により生じた既燃ガスの一部を内部ＥＧＲとして残留させる内部ＥＧＲ制御において、それぞれ前回燃焼サイクルに対して、前記内部ＥＧＲの内部ＥＧＲ量を増加させるとともに、
    燃焼変動値が所定値以下と判定された場合に、前記点火時期を早期化させ、
    前記燃焼変動値が所定値より大きくなった場合に、前記混合気の形成に用いられる内部ＥＧＲに含まれる酸素濃度が高くなるように前記燃料噴射量を減量させ、さらに前記点火時期を遅延化させる、
    ことを特徴とする内燃機関の制御方法。
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