JP6424067B2 - エンジン制御装置 - Google Patents

Description

本発明はエンジン制御装置に関する。

現在の自動車は、環境保全と資源有効活用の観点から高効率化と排気清浄化を強く要求されている。前記高効率化の手段として、筒内直噴燃料供給装置と排気再循環装置を備えるエンジンの開発が進められている（例えば、特許文献１）。

前記筒内直噴燃料供給装置は、燃料噴射弁（以下、インジェクタと呼ぶ）を用いて筒内に燃料噴射を直接実施するものであり、筒内を冷却することで異常燃焼の抑制効果が得られる。前記排気再循環装置（以下、ＥＧＲ手段と呼ぶ）は、前記エンジンから排出される排気を吸気管に還流し再度筒内に流入させ燃焼するものであり、筒内のガス比熱を増加させガス温度を低減することで異常燃焼の抑制が得られる。上記異常燃焼の抑制効果は、エンジンの高圧縮比化あるいはダウンサイジングを可能とし、高効率化の効果が得られる。また還流ガス率（以下、ＥＧＲ率と呼ぶ）を増加させることで吸入空気制御弁（以下、スロットルと呼ぶ）の開度を大きくすることができ、エンジンの排気行程と吸気行程の圧力差による損失（以下、ポンプロスと呼ぶ）を低減することができる。

特開２００４−１５６５１９号公報

しかしながら、ＥＧＲ手段によるＥＧＲ率を増加させると、筒内で実施される燃焼が緩慢化する（即ち、燃焼速度が低下する）という問題がある。これは、筒内の混合気中に占める燃焼済のガスの量が増えることによって、燃焼に必要な酸素の量が少なくなり、火炎の伝搬速度が低下するからである。このように燃焼が緩慢化すると、燃焼速度が低下するために、ノッキングが発生し易くなるおそれや、燃焼速度が低下するため燃焼効率が悪化するおそれや、燃焼変動が増大して燃費が悪化するおそれがあった。

そこで、本発明は、ＥＧＲ率を高めた場合にも、燃焼速度の低下を抑制することができるエンジン制御装置を提供することを目的とする。

本発明は、筒内へ直接燃料を噴射するインジェクタと、噴射された燃料に点火する点火装置と、燃焼ガスを再利用可能で、且つ、再利用される燃焼ガスのＥＧＲ率を変更可能なＥＧＲ手段とを備えるエンジンを制御し、１サイクル中に複数回の噴射を前記インジェクタに対して指令するエンジン制御装置において、前記ＥＧＲ率が高い場合は前記ＥＧＲ率が小さい場合と比較して１サイクル中の総噴射量に対する圧縮行程中の噴射量を増加させる制御、及び、前記ＥＧＲ率が高い場合は前記ＥＧＲ率が小さい場合と比較して前記１サイクルの総噴射回数に対する圧縮行程中の噴射回数を増加させる制御、の少なくともいずれか一方を指令し、
さらに、前記ＥＧＲ手段は、排気管と吸気管とを連結する排気還流管と、前記排気還流管を流れるガスの流量を調整するＥＧＲ弁とを備える外部ＥＧＲ装置によって構成され、吸気温度センサ、冷却水温度センサ、潤滑油温度センサの少なくともいずれか一つと、車速センサあるいはシフトレバー位置センサとに基づいて還流率調整を許可する手段と、アクセルペダル開度センサあるいはエアフロセンサと、クランク角センサあるいは回転数センサとに基づいてＥＧＲ率を調整する。
または、筒内の燃焼状態を検出する燃焼状態検出装置を有し、前記燃焼状態が良好な場合には前記ＥＧＲ率を高く設定し、前記燃焼状態が悪化する場合には前記ＥＧＲ率が小さく設定され前記燃焼状態検出装置は、アクセルペダル開度センサあるいはエアフロセンサと、筒内圧力センサあるいはクランク角センサとを用いて構成される。
または、筒内の燃焼状態を検出する燃焼状態検出装置を有し、前記燃焼状態が良好な場合には前記ＥＧＲ率を高く設定し、前記燃焼状態が悪化する場合には前記ＥＧＲ率が小さく設定され前記燃焼状態検出装置は、アクセルペダル開度センサあるいはエアフロセンサと、筒内圧力センサあるいはイオン電流センサあるいはノックセンサとの内いずれか一つ以上とを有する。

或いは、本発明は、筒内へ直接燃料を噴射するインジェクタと、噴射された燃料に点火する点火装置と、燃焼ガスを再利用可能で、且つ、再利用される燃焼ガスのＥＧＲ率を変更可能なＥＧＲ手段とを備えるエンジンを制御するエンジン制御装置において、前記ＥＧＲ率が高い場合は前記ＥＧＲ率が小さい場合と比較して前記点火装置の点火時期に近いタイミングで燃料噴射を終了するように構成され、
さらに、前記ＥＧＲ手段は、排気管と吸気管とを連結する排気還流管と、前記排気還流管を流れるガスの流量を調整するＥＧＲ弁とを備える外部ＥＧＲ装置によって構成され、吸気温度センサ、冷却水温度センサ、潤滑油温度センサの少なくともいずれか一つと、車速センサあるいはシフトレバー位置センサとに基づいて還流率調整を許可する手段と、アクセルペダル開度センサあるいはエアフロセンサと、クランク角センサあるいは回転数センサとに基づいてＥＧＲ率を調整する。
または、筒内の燃焼状態を検出する燃焼状態検出装置を有し、前記燃焼状態が良好な場合には前記ＥＧＲ率を高く設定し、前記燃焼状態が悪化する場合には前記ＥＧＲ率が小さく設定され、前記燃焼状態検出装置は、アクセルペダル開度センサあるいはエアフロセンサと、筒内圧力センサあるいはクランク角センサとを用いて構成される。
または、前記ＥＧＲ率が高い場合は前記ＥＧＲ率が小さい場合と比較して前記点火装置の点火時期に近いタイミングで燃料噴射を終了するように構成され、前記燃焼状態検出装置は、アクセルペダル開度センサあるいはエアフロセンサと、筒内圧力センサあるいはイオン電流センサあるいはノックセンサとの内いずれか一つ以上とを有する。

本発明によれば、ＥＧＲ率を高めた場合にも、燃焼速度の低下を抑制することができるエンジン制御装置を提供することができる。

本発明の実施例１における、エンジン制御装置が適用される自動車用エンジンシステムのシステム構成図。 実施例１における、ＥＣＵ１の構成を示すシステムブロック図。 実施例１における、アクセルペダル開度とエンジン回転数に対する目標エンジントルクの特性、および目標エンジントルクに対する目標吸入空気量の特性を示す特性図。 実施例１における、目標吸入空気量に対する目標スロットル開度の関係と、吸入空気量とエンジン回転数に対する目標空燃比を示す特性図。 実施例１における、総燃料噴射量とエンジン回転数に対する目標ＥＧＲ率の関係と、該目標ＥＧＲ率と目標ＥＧＲ弁開度の関係を示す特性図。 実施例１における、目標ＥＧＲ弁開度に対する吸気行程と圧縮行程の噴射割合と、該目標ＥＧＲ弁開度ＴＲＧＥＴＶＯに対する吸気行程と圧縮行程の噴射回数の関係を示す特性図。 実施例１における、吸気行程と圧縮行程における噴射量と燃料噴射圧に対する噴射パルス幅の特性を示す特性図。 実施例１における、目標スロットル開度と目標ＡＦと目標ＥＧＲ弁開度を設定するための入出力の関係を示すロジック図。 実施例１における、目標ＥＧＲ弁開度ＴＲＧＥＴＶＯに対する吸気行程噴射パルス幅と圧縮行程噴射パルス幅を設定するための入出力の関係を示すロジック図。 実施例１における、目標ＥＧＲ弁開度に基づく燃料噴射制御のタイミングチャート。 実施例１における、ＥＣＵ１における制御内容を示すフローチャート。 実施例２における、目標ＥＧＲ弁開度に対する吸気行程と圧縮行程の噴射割合と、該目標ＥＧＲ弁開度ＴＲＧＥＴＶＯに対する吸気行程と圧縮行程の噴射回数の関係を示す特性図。 実施例２における、目標ＥＧＲ弁開度ＴＲＧＥＴＶＯに対する吸気行程噴射パルス幅と圧縮行程噴射パルス幅を設定するための入出力の関係を示すロジック図。 実施例２における、目標ＥＧＲ弁開度に基づく燃料噴射制御のタイミングチャート。 実施例２における、ＥＣＵ１における制御内容を示すフローチャート。 実施例３における、筒内圧力センサの信号と圧力振動強度の特性図。 実施例３における、イオン電流センサの特性とイオン積分値に対するＥＧＲ流量ＱＥＧＲおよび窒素酸化物濃度の特性を示す特性図。 実施例３における、ノックセンサの信号と振動強度の特性図。 実施例３における、筒内圧力センサの信号と燃焼室内容積の特性図。 実施例３における、クランク角度センサの信号と回転速度の特性図。 実施例３における、運転領域の特性図。 実施例３における、点火時期の特性図。 実施例３における、高負荷Ｈ条件において設定される強度リミットの特性図。 実施例３における、高負荷Ｈ条件における噴射割合補正量と点火時期進角補正量を示す特性図。 実施例３における、低負荷Ｌ条件において設定されるポンプ仕事リミットの特性とポンプ仕事に対するＥＧＲ弁開度補正量の特性を示す特性図。 実施例３における、低負荷Ｌ条件において設定される回転変動リミットの特性と回転変動に対するＥＧＲ弁閉度補正量の特性を示す特性図。 実施例３における、高負荷Ｈ条件における目標ＥＧＲ弁開度に基づく燃料噴射および点火時期制御のタイミングチャート。 実施例３における、低負荷Ｌ条件における目標ＥＧＲ弁開度に基づく燃料噴射および点火時期制御のタイミングチャート。 実施例３における、ＥＣＵ１における制御内容を示すフローチャート。 実施例３における、エンジン始動からＥＧＲ弁が開くまでのＥＧＲ弁開度に基づく燃料噴射のタイミングチャート。 実施例３における、エンジン始動からＥＧＲ弁が開くまでの間に車両発進要求が発生した際のＥＧＲ弁開度に基づく燃料噴射のタイミングチャート。 変形例における、目標内部ＥＧＲ率ＴＲＧｉｎＥＧＲと目標オーバーラップＴＲＧＯＬとの関係を示す図。

以下、本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。

以下、図１から図１１を用いて本実施例のエンジンの制御装置の構成および動作について説明する。図１から図１１は、本実施例による筒内へ直接燃料を噴射する噴射装置と、排気ガスを吸気側へ還流する還流装置とを備え、１行程中に複数回の噴射を指令する分割噴射制御を行うエンジンの制御装置において、前記還流装置によって還流される排気ガス率が多い場合は少ない場合と比較して、前記１行程中の総噴射量に対する圧縮行程中の噴射割合を増加する、前記１行程中の総噴射回数に対する圧縮行程中の噴射回数を増加する、のいずれか、あるいは両方を指令することを特徴とするエンジンの制御装置を自動車用エンジンに適用させたシステムの構成についての説明図である。

図１は本実施形態による自動車用エンジンシステムの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エンジンである。吸入空気量を計測するエアフロセンサ３と、吸気管圧力を調整するスロットル５と、吸入空気温度および湿度検出器の一態様であって吸入空気の温度および湿度を計測する吸気温湿度センサ４と、吸気管内の面積を可変にするタンブル弁６が吸気管１１の各々の適宜位置に備えられている。エアフロセンサ３は吸入空気圧力センサとしてもよい。

またエンジン１００には、燃焼室１７の中に燃料を噴射するインジェクタ７と、点火エネルギを供給する点火プラグ１９が備えられ、燃焼室１７に流入する吸入空気と排出する排気を調整する可変動弁１２がエンジン１００の各々の適宜位置に備えられている。上記インジェクタ７と連結することで燃料を供給するコモンレール９と該コモンレール９に燃料を圧送するための燃料ポンプ８と該燃料ポンプ８に燃料を供給する燃料配管１０がエンジン１００の各々の適宜位置に備えられている。また燃料圧力検出器の一態様であって燃料の圧力を計測する燃料圧力センサがコモンレール９の適宜位置に備えられている。ここで燃料圧力センサは燃料温度センサであってもよい。

上記点火プラグ１９は点火コイル２０と接続され点火コイル２０によって点火エネルギを制御される。さらに排気を浄化する三元触媒２３と、排気温検出器が一態様であって三元触媒２３の上流側にて排気の温度を計測する排気温センサ２４と、空燃比検出器の一態様であって三元触媒２３の上流側にて排気の空燃比を検出する空燃比センサ２５と前記吸気管１１へ連結される排気還流管２８とが排気管２２の各々の適宜位置に備えられている。空燃比センサ２５は酸素濃度センサとしてもよい。

また、エンジン１００には、燃焼ガスを再利用可能で、且つ、再利用される燃焼ガスのＥＧＲ率を変更可能なＥＧＲ手段が設けられる。本実施例のＥＧＲ手段は、排気管２２と吸気管１１とを連結する排気還流管２８と、排気還流管２８を流れるガスの流量を調整するＥＧＲ弁２６とを備える外部ＥＧＲ装置によって構成される。また、ＥＧＲ手段は、還流ガス温度を調整するＥＧＲクーラ２７が排気還流管２８の適宜位置に備えられており、このＥＧＲクーラ２７は、還流ガス温度を検出する還流ガス温度検出器としても機能する。またＥＧＲクーラ２７は還流ガス温度の温度調整を実施するための冷却水の出入口を有し、該冷却水の流量を制御するための冷却水ポンプ２９と冷却水流路切替弁３０がエンジン１００の各々の適宜位置に備えられている。またクランクシャフト１４には該クランクシャフト１４の角度および回転速度およびピストン１３の移動速度を検出するためのクランク角センサ１５が備えられている。

またエンジン１００には、該エンジン１００の振動を加速度として検出するためのノックセンサ１６が備えられている。またエンジン内部のイオン量を検出するイオン電流センサ２１がエンジン１００の適宜位置に備えられている。また該イオン電流センサ２１はエンジン内部の圧力を検出する筒内圧力センサであってもよい。またエンジン１００内部の冷却水温度を検出する冷却水温センサ１８がエンジン１００の適宜位置に備えられている。

エアフロセンサ３と吸気温湿度センサ４とクランク角センサ１５とノックセンサ１６と冷却水温センサ１８とイオン電流センサ２１と排気温センサ２４と空燃比センサ２５と還流ガス温度検出器としても機能するＥＧＲクーラ２７から得られる信号は、エンジンコントロールユニット（以下、ＥＣＵ１）に送られる。アクセルペダル開度センサ２から得られる信号はＥＣＵ１に送られる。アクセルペダル開度センサ２はアクセルペダルの踏み込み量、すなわちアクセルペダル開度を検出する。

ＥＣＵ１はアクセルペダル開度センサ２の出力信号に基づいて要求トルクを演算する。すなわちアクセルペダル開度センサ２はエンジン１００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。ＥＣＵ１はクランク角センサ１５の出力信号に基づいてクランクシャフト１４の角度および回転速度およびピストン１３の移動速度を演算する。ＥＣＵ１は前記各種センサの出力から得られるエンジン１００の運転状態に基づいてスロットル５の開度とタンブル弁６の開度とインジェクタ７の噴射信号と燃料ポンプ８の駆動信号と可変動弁１２の弁開閉タイミングと点火コイル２０の点火信号とＥＧＲ弁２６の開度と冷却水制御として冷却水ポンプ２９と冷却水切替弁駆動信号などのエンジン１００の主要な作動量を好適に演算する。

ＥＣＵ１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スロットル５へ送られる。ＥＣＵ１で演算されたタンブル弁開度はタンブル弁駆動信号としてタンブル弁６へ送られる。ＥＣＵ１で演算された噴射信号はインジェクタ開弁パルス信号に変換されインジェクタ７に送られる。ＥＣＵ１で演算された燃料ポンプ駆動信号は燃料ポンプ８へ送られる。ＥＣＵ１で演算された弁開閉タイミングは可変動弁駆動信号として可変動弁１２へ送られる。ＥＣＵ１で演算された点火信号で点火されるように点火信号として点火コイル２０に送られる。ＥＣＵ１で演算されたＥＧＲ弁開度はＥＧＲ弁駆動信号としてＥＧＲ弁２６へ送られる。ＥＣＵ１で演算された冷却水制御信号は冷却水制御駆動信号として冷却水ポンプ２９と冷却水流路切替弁３０へ送られる。

吸気管１１から吸気弁を経て燃焼室１７内に流入した空気と排気管２２からＥＧＲ弁２６とＥＧＲクーラ２７を経て再循環する再循環ガスとの混合気に対し燃料が噴射され可燃混合気を形成する。可燃混合気は所定の点火タイミングで点火コイル２０により点火エネルギを供給された点火プラグ１９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１３を押し下げてエンジン１００の駆動力となる。爆発後の排気は排気管２２を経て三元触媒２３に送られ排気成分は三元触媒２３内で浄化された後排出される。

ここで、前記点火タイミングは、圧縮行程から膨張行程にかけての所定の時点に設定され、一般的には、圧縮行程から膨張行程に移行する時点（即ち、圧縮行程終了時）に設定される。ただし、例えばエンジン始動時などには、点火タイミングを圧縮上死点以降の膨張行程にリタードさせる場合もある。

エンジン１００は自動車に搭載されており、自動車の走行状態に関する情報はＥＣＵ１に送られる。また、ＥＣＵ１へは該エンジンを搭載する車体あるいは車輪に取り付けられた車速センサと、該エンジンを搭載する車体に取り付けられた変速機を制御するためのシフトレバーの位置を検出するシフトレバー位置センサとの信号が直接あるいはＥＣＵ１とは異なる制御装置から入力されている。

図２は本実施例によるＥＣＵ１の構成を示すシステムブロック図である。アクセルペダル開度センサ２、エアフロセンサ３、吸気温湿度センサ４、クランク角センサ１５、ノックセンサ１６、冷却水温センサ１８、イオン電流センサ２１、排気温センサ２４、空燃比センサ２５、ＥＧＲクーラに備えられた還流ガス温度検出器２７の出力信号は、ＥＣＵ１の入力回路５０ａに入力される。ただ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５０ｂ内の入出力ポートに送られる。入出力ポート５０ｂに送られた値は、ＲＡＭ５０ｃに保管されＣＰＵ５０ｅ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ＲＯＭ５０ｄ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、ＲＡＭ５０ｃに保管された後、入出力ポート５０ｂ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。

本実施例の場合は、駆動回路としてスロットル駆動回路５０ｆ、タンブル弁駆動回路５０ｇ、インジェクタ駆動回路５０ｈ、燃料ポンプ駆動回路５０ｉ、可変動弁駆動回路５０ｊ、点火信号出力回路５０ｋ、ＥＧＲ弁駆動回路５０ｌ、冷却水制御駆動回路５０ｍがある。各回路はスロットル５、タンブル弁６、インジェクタ７、燃料ポンプ８、可変動弁１２、点火コイル２０、ＥＧＲ弁２６、冷却水ポンプあるいは冷却水流路切替弁３０を制御する。本実施例においては、ＥＣＵ１内に前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前記駆動回路のいずれかをＥＣＵ１内に備えるものであってもよい。

図３は、本実施例によるアクセルペダル開度とエンジン回転数に対する目標エンジントルクの特性、および目標エンジントルクに対する目標吸入空気量の特性を示す特性図である。上図のＺ軸は目標エンジントルクＴＲＧＴＲＱを示し、Ｘ軸はアクセルペダル開度ＡＰＯを示し、Ｙ軸はエンジン回転数ＮＥを示しており、アクセルペダル開度ＡＰＯとエンジン回転数ＮＥに対する目標エンジントルクＴＲＧＴＲＱの特性を示している。アクセルペダル開度ＡＰＯの増加とエンジン回転数ＮＥの増加に応じて目標エンジントルクＴＲＧＴＲＱは増加する特性である。下図の縦軸は目標吸入空気量ＴＲＧＱＡを示し、横軸は上記特性図から得られた目標エンジントルクＴＲＧＴＲＱを示している。目標エンジントルクＴＲＧＴＲＱが増加すると、目標吸入空気量ＴＲＧＱＡは増加する関係を示している。

図４は、本実施例による目標吸入空気量に対する目標スロットル開度の関係と、吸入空気量とエンジン回転数に対する目標空燃比（以下、目標ＡＦと呼ぶ）を示す特性図である。上図の縦軸は目標スロットル開度ＴＲＧＴＶＯを示し、横軸は目標吸入空気量ＴＲＧＱＡを示している。目標吸入空気量ＴＲＧＱＡが増加すると、目標スロットル開度ＴＲＧＴＶＯは増加する関係を示している。当該関係を用いて目標スロットル開度ＴＲＧＴＶＯを演算し、スロットル５へ開閉指令を行う。下図の縦軸はエアフロセンサ３の入力信号から得られる吸入空気量ＱＡとエンジン回転数ＮＥに対する目標ＡＦの特性を示す特性図である。吸入空気量ＱＡが小さい時、目標ＡＦはリーンとし、該吸入空気量ＱＡが増加するに伴い目標ＡＦはストイキとし、エンジン回転数ＮＥが高く吸入空気量ＱＡが大きい時、目標ＡＦはリッチとなる特性である。ここで、当該目標ＡＦ特性図はこの例に限るものではなく、全域をストイキ、あるいはリーンとしても良い。

ところで、本実施例に係るエンジン制御装置は、ＥＧＲ手段によって再導入される排気ガスのＥＧＲ率が高い場合は、ＥＧＲ率が小さい場合と比較して、点火装置の点火時点に近いタイミングで燃料噴射を終了するように構成される。上述のとおり、点火時期は、通常、圧縮行程終了時に設定されるものであるため、例えばＥＧＲ率が高い場合は、燃料噴射の終了時点が点火時点に近くなる。このため、燃料の噴射期間が吸入行程と圧縮行程とに跨る場合、１サイクル（即ち、吸入、圧縮、燃焼、排気の４行程）での総噴射量に対する圧縮行程での噴射量の割合が増加することとなる。このようなことから、以下では、本実施例の制御を１サイクル中の総燃料噴射量ＱＦａｌｌに対する圧縮行程での噴射割合、又は、吸気行程と圧縮行程の噴射割合の観点で説明することとする。

図５は、本実施例による総燃料噴射量とエンジン回転数に対する目標ＥＧＲ率の関係と、該目標ＥＧＲ率と目標ＥＧＲ弁開度の関係を示す特性図である。上図の縦軸は、前記吸入吸気量ＱＡと目標ＡＦから演算された総燃料噴射量ＱＦａｌｌを示し、横軸はエンジン回転数ＮＥを示している。エンジン回転数ＮＥが増加し、総燃料噴射量ＱＦａｌｌが増加するに伴い目標ＥＧＲ率ＴＲＧＥＧＲは増減する特性とする。ここで、当該目標ＥＧＲ率の設定の仕方はこの例に限るものではなく、全域を一定値としても良く、あるいは総燃料噴射量ＱＦａｌｌの増加に伴い目標ＥＧＲ率ＴＲＧＥＧＲを大、中、小と減少させるものであっても良い。下図の縦軸は、目標ＥＧＲ弁開度ＴＲＧＥＴＶＯを示し、横軸は、上記特性図から得られた目標ＥＧＲ率ＴＲＧＥＧＲを示している。目標ＥＧＲ率ＴＲＧＥＧＲが増加すると、目標ＥＧＲ弁開度ＴＲＧＥＴＶＯは増加する関係を示している。該目標ＥＧＲ弁開度ＴＲＧＥＴＶＯに応じてＥＧＲ弁２６は開閉を指令される。

図６は、本実施例による目標ＥＧＲ弁開度に対する吸気行程と圧縮行程の噴射割合の関係を示す特性図である。横軸は、目標ＥＧＲ弁開度ＴＲＧＥＴＶＯを示している。縦軸は、吸気行程と圧縮行程における噴射量あるいは噴射パルス信号の総和を１００％とする噴射割合を示している。目標ＥＧＲ弁開度ＴＲＧＥＴＶＯが増加すると、吸気行程の噴射割合ＩＲｉｎは減少し、圧縮行程噴射割合ＩＲｃｏは増加する特性である。

図７は、本実施例による吸気行程と圧縮行程における噴射量と燃料噴射圧に対する噴射パルス幅の特性を示す特性図である。吸気行程の燃料噴射量ＱＦｉｎと燃料噴射圧ＦＰに応じて吸気行程噴射パルス幅ＩＰｉｎは演算される。吸気行程燃料噴射量ＱＦｉｎの減少と燃料噴射圧ＦＰが高い程、吸気行程噴射パルス幅ＩＰｉｎは短縮する特性である。圧縮行程の燃料噴射量ＱＦｃｏと燃料噴射圧ＦＰに応じて圧縮行程噴射パルス幅ＩＰｃｏは演算される。圧縮行程燃料噴射量ＱＦｃｏの減少と燃料噴射圧ＦＰが高い程、圧縮行程噴射パルス幅ＩＰｃｏは短縮する特性である。

図８は、本実施例による目標スロットル開度と目標ＡＦと目標ＥＧＲ弁開度を設定するための入出力の関係を示すロジック図である。アクセルペダル開度ＡＰＯとエンジン回転数ＮＥは目標空気量演算部へ入力される。この目標空気量演算部で前記図３の特性図を用いて目標空気量を演算し、この演算結果は目標スロットル開度演算部へ入力される。また、この目標空気量演算部で前記図３下図の特性図を用いて目標スロットル開度を演算し、この演算結果は目標スロットル開度ＴＲＧＴＶＯとしてスロットル５の開閉を指令する。次に、エアフロセンサ３を用いて得られた吸入空気量ＱＡとエンジン回転数ＮＥは目標ＡＦ演算部へ入力される。ここで、前記図４の特性図を用いて目標ＡＦ ＴＲＧＡＦを演算する。該目標ＡＦ ＴＲＧＡＦは以下の式を用いて総燃料噴射量ＱＦａｌｌへ変換される。
ＱＦａｌｌ ＝ ＱＡ ／ ＴＲＧＡＦ
該総燃料噴射量ＱＦａｌｌとエンジン回転数ＮＥは、目標ＥＧＲ率演算部へ入力される。この目標ＥＧＲ率演算部で前記図５の特性図を用いて目標ＥＧＲ率ＴＲＧＥＧＲを演算する。この演算結果は目標ＥＧＲ率ＴＲＧＥＧＲとして目標ＥＧＲ弁開度演算部へ入力される。また、この目標ＥＧＲ率演算部で前記図５下図の特性図を用いて目標ＥＧＲ弁開度ＴＲＧＥＴＶＯを演算する。この演算結果はＥＧＲ弁２６の開閉を指令する。

図９は、本実施例による目標ＥＧＲ弁開度ＴＲＧＥＴＶＯに対する吸気行程噴射パルス幅と圧縮行程噴射パルス幅を設定するための入出力の関係を示すロジック図である。ＥＧＲ弁開度ＴＲＧＥＴＶＯは噴射割合演算部に入力される。この噴射割合演算部で前記図６の特性図を用いて吸気行程噴射割合ＩＲｉｎと圧縮行程噴射割合ＩＲｃｏを演算する。この演算結果と燃料噴射圧ＦＰは噴射パルス幅演算部に入力される。この噴射パルス幅演算部で前記図７の特性図を用いて吸気行程噴射パルス幅ＩＰｉｎと圧縮行程噴射パルス幅ＩＰｃｏを演算する。この演算結果に基づきインジェクタ７は駆動される。

図１０は、本実施例による目標ＥＧＲ弁開度に基づく燃料噴射制御の結果の一例である。前記図５に示した様に目標ＥＧＲ率ＴＲＧＥＧＲの増加に伴い、目標ＥＧＲ弁開度ＴＲＧＥＴＶＯが段階的に増加する時、排気還流管２８、ＥＧＲ弁２６、ＥＧＲクーラ２７を通過し燃焼室１７に流入する還流量は増加し、吸気管１１とスロットル６を通過する吸入空気量は保持されるために還流率は増加する。これに伴い噴射割合ＩＲにおける吸気行程噴射割合ＩＲｉｎを減少し、これに同期して圧縮行程噴射割合ＩＲｃｏを増加する。その結果、圧縮行程噴射割合の増加による点火時点での燃焼室１９内の吸入空気、還流ガス、燃料の混合気の流動エネルギの減少を抑制でき、ＥＧＲ増加時の燃焼を高速化することが可能である。

望ましくは、１行程中の総噴射量は、前記複数回の噴射信号の噴射パルス幅の総和とし、前記圧縮行程噴射割合は、前記噴射信号の噴射パルス幅の総和に対する圧縮行程中の噴射信号の噴射パルス幅の総和とする。噴射パルス幅の比率を用いることで、インジェクタ７の個体差等のばらつき情報を予めＥＣＵ１が有する場合において個体差情報を噴射パルス幅演算時に考慮できるため、緻密な噴射量を気筒別あるいは噴射毎に制御することが可能となる。

図１１は、本実施例によるＥＣＵ１における制御内容を示すフローチャートである。図１１に示された制御内容はＥＣＵ１によって所定の周期で繰り返し実行される。ＥＣＵ１内ではステップＳ１０１においてアクセルペダル開度ＡＰＯ、エンジン回転数ＮＥ、ＥＣＵ１内のＲＯＭに書き込まれた値などを読み込む。次にステップＳ１０２においてエンジン１００に対する目標エンジントルクＴＲＧＴＲＱを演算する。次にステップＳ１０３においてステップＳ１０２の演算結果に基づき目標吸入空気量ＴＲＧＱＡを演算する。次にＳ１０４においてステップＳ１０３の演算結果に基づき目標スロットル開度ＴＲＧＴＶＯを演算し、スロットル５を制御する。次にＳ１０５においてステップＳ１０４のスロットル制御後のエアフロセンサ３の信号を用いて吸入空気量ＱＡを読み込む。次にＳ１０６においてステップＳ１０５で得られた吸入空気量ＱＡに基づき目標Ａ／Ｆ ＴＲＧＡＦを演算する。次にＳ１０７においてステップＳ１０６の演算結果に基づき総燃料噴射量ＱＦａｌｌを演算する。次にＳ１０８においてステップＳ１０７の演算結果に基づき目標ＥＧＲ率ＴＲＧＥＧＲを演算する。次にＳ１０９においてステップＳ１０８の演算結果に基づき目標ＥＧＲ弁開度ＴＲＧＥＴＶＯを演算する。次にＳ１１０においてステップＳ１０９の演算結果に基づき吸気行程噴射割合ＩＲｉｎ、圧縮行程噴射割合ＩＲｃｏを演算する。次にＳ１１１においてステップＳ１１０の演算結果に基づき吸気行程噴射量 ＱＦｉｎ、圧縮行程噴射量ＱＦｃｏを演算する。次にＳ１１２において燃料噴射圧ＦＰを読み込む。次にＳ１１３においてステップＳ１１２の演算結果に基づき吸気行程噴射パルス幅ＩＰｉｎ、 圧縮行程噴射パルス幅ＩＰｃｏを演算し、インジェクタ７を制御する。以上のフローがＥＣＵ１によって所定の周期で実施される。

実施例１に係るエンジン制御装置によれば、ＥＧＲ率を高めた場合にも、燃焼速度の低下を抑制することができるエンジン制御装置を提供することができる。そして、排気循環率の増加に応じて、前記１行程中の総噴射量に対する圧縮行程中の噴射割合を増加するとで、排気再循環率の増加時の燃焼高速化とスス抑制を得られ、しかも、排気再循環率のさらなる増加により前記異常燃焼の抑制効果と前記ポンプロスの低減効果を高めることができる。

次に、実施例２について説明する。本実施例では、実施例１で説明された制御に加え、ＥＧＲ増加時に分割噴射の回数を増加させる制御を行うものである。以下では、実施例１での説明と共通する構成や制御については説明を割愛し、実施例１とは異なる点を中心に説明することとする。

図１２は、本実施例による目標ＥＧＲ弁開度に対する吸気行程と圧縮行程の噴射割合と、該目標ＥＧＲ弁開度ＴＲＧＥＴＶＯに対する吸気行程と圧縮行程の噴射回数の関係を示す特性図である。図１２の上図は、図６で説明されたものと同じである。また、図１２の下図の縦軸は、吸気行程と圧縮行程における噴射回数を示している。目標ＥＧＲ弁開度ＴＲＧＥＴＶＯが増加すると、圧縮行程の噴射回数Ｎｃｏは増加し、それに伴い吸気行程と圧縮行程の噴射回数の総和であるＮａｌｌは増加する特性である。ここで、当該噴射回数の特性はこの例に限るものではなく、圧縮行程噴射回数Ｎｃｏの傾きと吸気行程と圧縮行程の噴射回数の総和であるＮａｌｌの傾きとが異なるものであっても良い。

また、図１３は、本実施例による目標ＥＧＲ弁開度ＴＲＧＥＴＶＯに対する吸気行程噴射パルス幅と圧縮行程噴射パルス幅を設定するための入出力の関係を示すロジック図である。噴射割合演算部において、図１２の特性図を用いて吸気行程噴射割合ＩＲｉｎと圧縮行程噴射割合ＩＲｃｏに加え、圧縮行程噴射回数Ｎｃｏと総噴射回数Ｎａｌｌを演算する。

また、図１４に示すように、目標ＥＧＲ弁開度ＴＲＧＥＴＶＯが段階的に増加する時、噴射回数Ｎにおける圧縮行程噴射回数ＩＲｃｏを増加する。これにより圧縮行程噴射割合ＩＲｃｏの増加に伴う圧縮行程噴射パルス幅ＩＰｃｏの増加を、点線で示すように圧縮行程噴射パルス幅ＩＰｃｏを圧縮行程噴射回数Ｎｃｏで除した噴射パルス幅ＩＰｃｏ（ｎ）で実現することができる。その結果、噴射回数の増加によるインジェクタ７からの噴射燃料の到達距離を短縮する効果が得られ、圧縮行程時のインジェクタ７とピストン１３の距離が短い状況においても燃料がピストン１３へ接触あるいは付着する現象を抑制することができ、ススの発生を抑制することが可能である。上記圧縮行程噴射割合の増加と圧縮行程噴射回数の増加は各々に作用および効果が異なるため独立して用いることができる他、両方を実施することで相乗して効果が得られる。

また、本実施例によるＥＣＵ１における制御内容を示すフローチャートは、図１５に示すとおりであり、実施例１と異なる点は、Ｓ３１０において、吸気行程噴射割合ＩＲｉｎ、圧縮行程噴射割合ＩＲｃｏの演算に加えて、吸気行程噴射回数Ｎｉｎ、圧縮行程噴射回数Ｎｃｏを演算する点である。

次に、実施例３について、図１２から図２５を用いて説明する。

図１６は実施例３のエンジン制御装置による筒内圧力センサの信号と圧力振動強度の特性図である。上図の縦軸はクランク角度センサの信号ＳＩＧＣＡである。ここでＥＣＵ１に予め定められた筒内圧力センサの検出開始時期Ｓｐ（ｉ）の時、筒内圧力信号ＳＩＧＰを読み込み、パワースペクトルＰＳＰ（ｉ）を演算する。ここで添え字のｉは該エンジン１００の気筒番号である。またＥＣＵ１に予め定められた筒内圧力センサの検出完了時期Ｆｐ （ｉ）までパワースペクトルＰＳＰ（ｉ）は演算される。検出開始時期Ｓｐ （ｉ）から検出完了時期Ｆｐ （ｉ）の期間において演算されたパワースペクトルＰＳＰ（ｉ）は積分され、圧力振動強度ＰＫＩ（ｉ）として演算される。ここで該エンジン１００において異常燃焼、（例えばノッキングと呼ばれる圧力振動）が発生することで筒内圧力信号ＳＩＧＰにおける圧力振動波形は増幅し、圧力振動強度ＰＫＩ（ｉ）は増加することとなる。

図１７は本実施例によるイオン電流センサの特性とイオン積分値に対するＥＧＲ流量ＱＥＧＲおよび窒素酸化物濃度の特性を示す特性図である。図１７の上図の縦軸はイオン電流センサ信号ＳＩＧＩＯＮを示しており、横軸は時間を示している。イオン電流センサ信号ＳＩＧＩＯＮは吸気行程から排気行程にかけ図に示すような振幅信号を出力する。ここで示す出力は一例であり、エンジン１００における動作状態に応じて出力は変化する。ここでイオン電流センサ信号ＳＩＧＩＯＮを圧縮行程から膨張行程にかけて積分した値をイオン強度ＩＩと定義する。ＥＣＵ１においては該イオン強度ＩＩを演算する。

図１７の下図の縦軸はＥＧＲ流量ＱＥＧＲと窒素酸化物濃度を示しており、横軸はイオン強度ＩＩを示している。イオン強度ＩＩが増加するにつれて窒素酸化物濃度は増加する。これは燃焼室１７内で行われる化学反応により高温化した際に発生する空気中の窒素の熱乖離による窒素酸化物イオンをイオン電流センサ２１が検出しているためであり、ＥＧＲ流量ＱＥＧＲが減少すると燃焼室１７内部の可燃混合気の比熱および熱容量が小さくなることで温度が高温化することで窒素酸化物濃度が増加しイオン強度ＩＩが増加する。またＥＧＲ流量ＱＥＧＲが増加すると燃焼室１７内部の可燃混合気の比熱および熱容量が大きくなることで温度が低温化することで窒素酸化物濃度が減少しイオン強度ＩＩが減少する。すなわちイオン強度ＩＩの増減に応じてＥＧＲ流量ＱＥＧＲを検出することが可能である。

図１８は本実施例によるノックセンサの信号と振動強度の特性図である。上図の縦軸はクランク角度センサの信号ＳＩＧＣＡである。ここでＥＣＵ１に予め定められたノックセンサの検出開始時期Ｓｋ（ｉ）の時、ノックセンサ信号ＳＩＧＰを読み込み、パワースペクトルＰＳ（ｉ）を演算する。ここで添え字のｉは該エンジン１００の気筒番号である。またＥＣＵ１に予め定められたノックセンサの検出完了時期Ｆｋ（ｉ）までパワースペクトルＰＳ（ｉ）は演算される。検出開始時期Ｓｋ（ｉ）から検出完了時期Ｆｋ（ｉ）の期間において演算されたパワースペクトルＰＳ（ｉ）は積分され、振動強度ＫＩ（ｉ）として演算される。ここで該エンジン１００において異常燃焼、（例えばノッキングと呼ばれる圧力振動）が発生することでノックセンサ信号ＳＩＧＫＳにおける振動波形は増幅し、振動強度ＫＩ（ｉ）は増加することとなる。

図１９は本実施例による筒内圧力センサの信号と燃焼室内容積の特性図である。縦軸は筒内圧力センサの信号ＳＩＧＰである。ここでＥＣＵ１に予め定められた燃焼室１７の容積Ｖの関係を示す。図中のポンプ仕事 ＰＭＥＰは該エンジン１００の排気行程から吸気行程までに行う仕事量に相当する。ポンプ仕事 ＰＭＥＰは当該排気行程中の筒内圧力と圧縮行程中の筒内圧力が交差するまでの仕事量としてＥＣＵ１内で演算されている。また、ポンプ仕事 ＰＭＥＰの演算は上記の限りではなく、排気行程から吸気行程の期間中の筒内圧力信号のみ、あるいは筒内圧力信号と燃焼室内容積を乗算かつ積分した値等を用いても良い。

図２０は本実施例によるクランク角度センサの信号と回転速度の特性図である。上図の縦軸はクランク角度センサの信号ＳＩＧＣＡである。ここでＥＣＵ１に予め定められたクランク角度センサの検出開始時期Ｓｃ（ｉ）の時、ＥＣＵ１内部のクロックＴ１を読み込む。ここで添え字のｉは該エンジン１００の気筒番号である。またＥＣＵ１に予め定められたクランク角度センサの検出完了時期Ｆｃ（ｉ）の時、ＥＣＵ１内部のクロックＴ２を読み込む。ここで内部クロックＴ１とＴ２の差分から検出時間Ｗ（ｉ）を演算する。また検出開始時期Ｓｃ（ｉ）と検出完了時期Ｆｃ（ｉ）の差分は検出時間Ｗ（ｉ）中の検出クランク角度ΔＣＡとなる。以下の式を用いて回転速度ω（ｉ）を演算する。
ω（ｉ） ＝ ΔＣＡ ／ Ｗ（ｉ）
回転速度ω（ｉ）は気筒番号ｉごとに演算され、気筒ごとに標準偏差を演算し回転変動σω（ｉ）としてＥＣＵ１内で格納される。回転変動σω（ｉ）は当該気筒の燃焼変動と等価として使用する。つまり回転変動σω（ｉ）が増加することは当該気筒の燃焼変動が増加することを示している。

図２１は本実施例による運転領域の特性図である。縦軸は吸入空気量ＱＡであり、横軸はエンジン回転数ＮＥである。図中に示されるように高負荷Ｈと低負荷Ｌの領域がＥＣＵ１内に予め定められており、その境界は吸入空気量リミットＬＩＭＱＡで与えられている。ここで、当該領域の判定は吸入空気量ＱＡとエンジン回転数ＮＥのみに限らず、吸入空気量ＱＡを目標スロットル開度ＴＲＧＴＶＯあるいは目標吸入空気量ＴＲＧＱＡあるいは目標エンジントルクＴＲＧＴＲＱとしても良い。

図２２は本実施例による点火時期の特性図である。縦軸は総燃料噴射量ＱＦａｌｌであり、横軸は目標ＥＧＲ弁開度ＴＲＧＥＴＶＯである。図中に示されるように総燃料噴射量ＱＦａｌｌの増加と、目標ＥＧＲ弁開度ＴＲＧＥＴＶＯの減少に応じて点火時期ＡＤＶは遅角するように、総燃料噴射量ＱＦａｌｌの減少と、目標ＥＧＲ弁開度ＴＲＧＥＴＶＯの増加に応じて点火時期ＡＤＶは進角するようにＥＣＵ１内に予め設定されている。

図２３は本実施例による高負荷Ｈ条件において設定される強度リミットの特性図である。縦軸は強度リミットＬＩＭＩＮＴであり、横軸は総燃料噴射量ＱＦａｌｌである。総燃料噴射量ＱＦａｌｌの増加に伴い、強度リミットＬＩＭＩＮＴは減少するようＥＣＵ１内に予め設定されている。ただし、該強度リミットＬＩＭＩＮＴの設定はこの限りではなく、総燃料噴射量ＱＦａｌｌの増加に対して一定であっても良い。

図２４は本実施例による高負荷Ｈ条件における噴射割合補正量と点火時期進角補正量を示す特性図である。図２４の上図の縦軸は噴射割合補正量を示し、横軸には圧力振動強度ＰＫＩ、あるいはイオン強度ＩＩ、あるいは振動強度ＫＩのいずれか一つ以上を用いる。ここでは圧力振動強度ＰＫＩを例に説明する。圧力振動強度ＰＫＩが増加し、前述の強度リミットＬＩＭＩＮＴ以上となった時、圧縮行程噴射割合補正量ΔＩＲｃｏは増加し、吸気行程噴射割合補正量ΔＩＲｉｎは減少する。これにより、圧力振動強度ＰＫＩが異常燃焼状態を示した時、圧縮行程噴射割合補正量ΔＩＲｃｏを増加でき、燃焼室１７内の冷却効果が得られ、かつ点火プラグ１９近傍への燃料噴霧の配置が可能となることによる層流燃焼速度の向上と点火時点の燃焼室１７内の混合気の流動エネルギを増加させることによる乱流燃焼速度の向上が得られ、これらのいずれか一つ以上が得られることにより異常燃焼を抑制することが可能となる。

図２４の下図の縦軸は点火時期進角補正量を示し、横軸には圧力振動強度ＰＫＩ、あるいはイオン強度ＩＩ、あるいは振動強度ＫＩのいずれか一つ以上を用いる。圧力振動強度ＰＫＩが増加し、前述の強度リミットＬＩＭＩＮＴ以上となった時、上記圧縮行程噴射割合補正量ΔＩＲｃｏは増加し、吸気行程噴射割合補正量ΔＩＲｉｎは減少するのに同期して、点火時期進角量ΔＡＤＶを増加する。これは上記噴射割合補正量の変更により得られる燃焼室１７内の冷却効果と点火プラグ１９近傍への燃料噴霧の配置が可能となることによる層流燃焼速度の向上効果と点火時点の燃焼室１７内の混合気の流動エネルギを増加させることによる乱流燃焼速度の向上効果とにより得られる異常燃焼抑制効果に伴い、点火時期を進角補正することを示している。

図２５は本実施例による低負荷Ｌ条件において設定されるポンプ仕事リミットの特性とポンプ仕事に対するＥＧＲ弁開度補正量の特性を示す特性図である。図２５の上図の縦軸はポンプ仕事リミットＬＩＭＰＭＥＰであり、横軸は目標ＥＧＲ率ＴＲＧＥＧＲである。目標ＥＧＲ率ＴＲＧＥＧＲの増加に伴い、ポンプ仕事リミットＬＩＭＰＭＥＰは減少するようＥＣＵ１内に予め設定されている。これは目標ＥＧＲ率ＴＲＧＥＧＲの増加が目標ＥＧＲ弁開度ＴＲＧＥＴＶＯを増加し、実際の還流量が増加することで還流率が増加した際に、前記図１９におけるポンプ仕事ＰＭＥＰを低減し、エンジンの熱効率を向上することで燃費が改善するメカニズムを利用するものである。

図２５の下図の縦軸はＥＧＲ弁開度補正量ΔＥＴＶＯＯを示し、横軸はポンプ仕事ＰＭＥＰを示している。ポンプ仕事ＰＭＥＰがポンプ仕事リミットＬＩＭＰＭＥＰ以上となった時、ＥＧＲ弁開度補正量ΔＥＴＶＯＯは増加する特性とする。これにより前記図１９に示したポンプ仕事ＰＭＥＰが所定量を超えないようにＥＧＲ弁開度を補正することができ、ポンプ仕事ＰＭＥＰを最小化できるために該エンジン１００の熱効率を向上することが可能となる。

図２６は本実施例による低負荷Ｌ条件において設定される回転変動リミットの特性と回転変動に対するＥＧＲ弁閉度補正量の特性を示す特性図である。図２６の上図の縦軸は回転変動リミットＬＩＭσωであり、横軸は目標ＥＧＲ率ＴＲＧＥＧＲである。目標ＥＧＲ率ＴＲＧＥＧＲの増加に伴い、回転変動リミットＬＩＭσωは減少するようＥＣＵ１内に予め設定されている。該回転変動リミットＬＩＭσωの設定はこの限りではなく、目標ＥＧＲ率ＴＲＧＥＧＲの増加に対して一定であっても良い。これは目標ＥＧＲ率ＴＲＧＥＧＲの増加と共に燃焼状態が不安定になり易くなる特性を考慮するものである。目標ＥＧＲ率ＴＲＧＥＧＲ、つまり還流率が増加するほど燃焼室１７に流入する混合気量が増加し、該クランクシャフト１４の回転速度の振幅が増大するため、回転変動σωのばらつきは相対的に小さくなる。このため回転変動リミットＬＩＭσωを小さく、あるいは一定にすることで精度良く燃焼状態の悪化を推定できる特徴がある。

図２６の下図の縦軸はＥＧＲ弁閉度補正量ΔＥＴＶＯＣを示し、横軸は回転変動σωを示している。回転変動σωが回転変動リミットＬＩＭσω以上となった時、ＥＧＲ弁閉度補正量ΔＥＴＶＯＣは増加する特性とする。これは還流率の増加に伴う燃焼状態の悪化が図示仕事ＩＭＥＰのばらつき、つまり図示仕事変動σＩＭＥＰとして発現し、その結果がクランクシャフト１４の回転変動σωとして現れることを利用するものであり、回転変動σωが回転変動リミットＬＩＭσωを超えない様に目標ＥＧＲ弁開度ＴＲＧＥＴＶＯを閉め方向に補正することで前記図示仕事ＩＭＥＰのばらつきを抑制し、燃焼安定性を改善することが可能となる。これにより前記図１９に示した図示仕事ＩＭＥＰが所定値に収束するようにＥＧＲ弁開度を補正することができ、該エンジン１００の熱効率を向上することが可能となる。以上の筒内圧力センサ２１を用いたポンプ仕事ＰＭＥＰに基づくＥＧＲ弁開度補正制御と、クランク角センサ１５を用いた図示仕事ＩＭＥＰに基づくＥＧＲ弁閉度補正制御を用いることで図１９に示す圧力−容積線図を最適化することができる。なお、前記クランク角センサ１５はイオン電流センサ２１あるいは筒内圧力センサ２１あるいはノックセンサ１６によっても代替可能である。

図２７は本実施例による高負荷Ｈ条件における目標ＥＧＲ弁開度に基づく燃料噴射および点火時期制御の結果の一例である。まず図中の目標ＥＧＲ弁開度ＴＲＧＥＴＶＯの増加に対する圧縮行程噴射パルス幅ＩＰｃｏと吸気行程噴射パルス幅ＩＰｉｎの増加は、前記図７の特性図に従い制御する。次に吸入空気量ＱＡが吸入空気量リミットＬＩＭＱＡ以上であり、ノッキング等の異常燃焼が発生する領域と判定する。かつ圧力振動強度ＰＫＩが強度リミットＬＩＭＩＮＴ以上となった時は異常燃焼が発生していると判定する。

この判定結果に基づき前記図２４の特性図に基づいて圧縮行程の噴射割合補正量ΔＩＲｃｏを増加し、吸気行程の噴射割合補正量ΔＩＲｉｎを負の値へ減少させることで圧縮行程噴射パルス幅ＩＰｃｏが延長され、筒内冷却効果および混合気の乱流エネルギ増加による燃焼速度向上と燃焼室中央への成層あるいは弱成層混合気を形成することによるエンドガス部リーンを行うことでエンドガスノッキングの抑制が得られる。かつ該ノッキング抑制効果に合わせ点火時期進角補正量ΔＡＤＶを増加させることにより、図２７における圧縮行程噴射パルス幅ＩＰｃｏと吸気行程噴射パルス幅ＩＰｉｎと点火時期ＡＤＶを補正し、圧力振動強度ＰＫＩを減少し、点火進角によるエンジン１００の効率向上を得ることができ、燃費が低減する。ここで、吸入空気量ＱＡが吸入空気量リミットＬＩＭＱＡ未満となった時は圧力振動強度ＰＫＩが強度リミットＬＩＭＩＮＴ以上となっても圧縮行程噴射パルス幅ＩＰｃｏと吸気行程噴射パルス幅ＩＰｉｎと点火時期ＡＤＶは補正されない。

図２８は本実施例による低負荷Ｌ条件における目標ＥＧＲ弁開度に基づく燃料噴射および点火時期制御の結果の一例である。まず図中の目標ＥＧＲ弁開度ＴＲＧＥＴＶＯの増加に対する圧縮行程噴射パルス幅ＩＰｃｏと吸気行程噴射パルス幅ＩＰｉｎの増加は、前記図７の特性図に従い制御する。次に吸入空気量ＱＡが吸入空気量リミットＬＩＭＱＡ未満であり、かつポンプ仕事ＰＭＥＰがポンプ仕事リミットＬＩＭＰＭＥＰ以上となった時、前記図２５の特性図にＥＧＲ弁開度補正量ΔＥＴＶＯＯを増加させることにより、図２８における目標ＥＧＲ弁開度ＴＲＧＥＴＶＯを開き補正し、ポンプ仕事ＰＭＥＰを減少する。

さらに吸入空気量ＱＡが吸入空気量リミットＬＩＭＱＡ未満であり、かつ回転変動σωが回転変動リミットＬＩＭσω以上となった時、前記図２６の特性図にＥＧＲ弁閉度補正量ΔＥＴＶＯＣを増加させることにより、図２８における目標ＥＧＲ弁開度ＴＲＧＥＴＶＯを閉め補正し、回転変動σωを減少する。上記目標ＥＧＲ弁開度ＴＲＧＥＴＶＯに応じて、圧縮行程噴射パルス幅ＩＰｃｏと吸入行程噴射パルス幅ＩＰｉｎは変更され、点火時期ＡＤＶは前記図２２に示した総燃料噴射量ＱＦａｌｌと目標ＥＧＲ弁開度ＴＲＧＥＴＶＯに応じて変更される。ここで、吸入空気量ＱＡが吸入空気量リミットＬＩＭＱＡ以上となった時はポンプ仕事ＰＭＥＰがポンプ仕事リミットＬＩＭＰＭＥＰ以上、あるいは回転変動σωが回転変動リミットＬＩＭσω以上となっても目標ＥＧＲ弁開度ＴＲＧＴＥＶＯは補正されない。

図２９は本実施例によるＥＣＵ１における制御内容を示すフローチャートである。図２９に示された制御内容はＥＣＵ１によって所定の周期で繰り返し実行される。ＥＣＵ１内ではステップＳ２０１においてアクセルペダル開度ＡＰＯ、エンジン回転数ＮＥ、ＥＣＵ１内のＲＯＭに書き込まれた値などを読み込む。次にステップＳ２０２においてエンジン１００に対する目標エンジントルクＴＲＧＴＲＱを演算する。次にステップＳ２０３においてステップＳ２０２の演算結果に基づき目標吸入空気量ＴＲＧＱＡを演算する。次にＳ２０４においてステップＳ２０３の演算結果に基づき目標スロットル開度ＴＲＧＴＶＯを演算し、スロットル５を制御する。次にＳ２０５においてステップＳ２０４のスロットル制御後のエアフロセンサ３の信号を用いて吸入空気量ＱＡを読み込む。

次にＳ２０６においてステップＳ２０５で得られた吸入空気量ＱＡと吸入空気量リミットＬＩＭＱＡを比較し、吸入空気量ＱＡが吸入空気量リミットＬＩＭＱＡ以上である場合、ステップＳ２０７へ進む。次にステップＳ２０７においてステップＳ２０５で得られた吸入空気量ＱＡを用いて目標ＡＦ ＴＲＧＡＦを演算する。次にステップＳ２０８においてステップＳ２０７で得られた目標ＡＦ ＴＲＧＡＦを用いて総燃料噴射量ＱＦａｌｌを演算する。次にステップＳ２０９においてステップＳ２０８で得られた総燃料噴射量ＱＦａｌｌを用いて目標ＥＧＲ率ＴＲＧＥＧＲを演算する。次にステップＳ２１０においてステップＳ２０９で得られた目標ＥＧＲ率ＴＲＧＥＧＲを用いて目標ＥＧＲ弁開度ＥＧＲＥＴＶＯを演算し、ＥＧＲ弁２６を制御する。次にステップＳ２１１においてステップＳ２１０で得られた目標ＥＧＲ弁開度ＥＧＲＥＴＶＯを用いて吸気行程噴射割合ＩＲｉｎ、圧縮行程噴射割合ＩＲｃｏ、吸気行程噴射回数Ｎｉｎ、圧縮行程噴射回数Ｎｃｏを演算する。次にステップＳ２１２においてステップＳ２１１で得られた演算結果を用いて吸気行程噴射量 ＱＦｉｎ、圧縮行程噴射量ＱＦｃｏを演算する。次にステップＳ２１３において燃料噴射圧ＦＰを読み込む。次にステップＳ２１４において、吸気行程噴射パルス幅ＩＰｉｎ、圧縮行程噴射パルス幅ＩＰｃｏを演算し、インジェクタ７を制御する。次にステップＳ２１５において点火時期ＡＤＶを演算し、点火コイル２０を制御する。次にステップＳ２１６において、圧力振動強度ＰＫＩ、イオン強度ＩＩ、振動強度ＫＩを演算する。

次にステップＳ２１７において、圧力振動強度ＰＫＩ、イオン強度ＩＩ、振動強度ＫＩが強度リミットＬＩＭＩＮＴ未満であるかを判定する。圧力振動強度ＰＫＩ、イオン強度ＩＩ、振動強度ＫＩが強度リミットＬＩＭＩＮＴ未満である場合、ＹＥＳへ進み本フローをリピートする。圧力振動強度ＰＫＩ、イオン強度ＩＩ、振動強度ＫＩが強度リミットＬＩＭＩＮＴ以上である場合、ステップＳ２１８へ進む。次にステップＳ２１８において吸気行程噴射割合補正量ΔＩＲｉｎ、圧縮行程噴射割合補正量ΔＩＲｃｏを演算する。次にステップＳ２１８における演算結果はステップＳ２１１へ入力され、該ステップＳ２１１において吸気行程噴射割合ＩＲｉｎと圧縮行程噴射割合ＩＲｃｏの演算に対して補正する。またステップＳ２１８における演算結果はステップＳ２１９へ入力され、該ステップＳ２１９において点火時期進角補正量ΔＡＤＶを演算する。次にステップＳ２１９における演算結果はステップＳ２１５へ入力され、該ステップＳ２１５において点火時期ＡＤＶの演算に対して補正する。

次にＳ２０６においてステップＳ２０５で得られた吸入空気量ＱＡと吸入空気量リミットＬＩＭＱＡを比較し、吸入空気量ＱＡが吸入空気量リミットＬＩＭＱＡ未満である場合、ステップＳ２２０へ進む。次にステップＳ２２０においてステップＳ２０５で得られた吸入空気量ＱＡを用いて目標ＡＦ ＴＲＧＡＦを演算する。次にステップＳ２２１においてステップＳ２２０で得られた目標ＡＦ ＴＲＧＡＦを用いて総燃料噴射量ＱＦａｌｌを演算する。次にステップＳ２２２においてステップＳ２２１で得られた総燃料噴射量ＱＦａｌｌを用いて目標ＥＧＲ率ＴＲＧＥＧＲを演算する。次にステップＳ２２３においてステップＳ２２２で得られた目標ＥＧＲ率ＴＲＧＥＧＲを用いて目標ＥＧＲ弁開度ＥＧＲＥＴＶＯを演算し、ＥＧＲ弁２６を制御する。次にＳ２２４においてポンプ仕事ＰＭＥＰと回転変動σωを演算する。

次にＳ２２５においてポンプ仕事ＰＭＥＰとポンプ仕事リミットＬＩＭＰＭＥＰを比較し、ポンプ仕事ＰＭＥＰがポンプ仕事リミットＬＩＭＰＭＥＰ以上である場合、ステップＳ２２６へ進み、ＥＧＲ弁開度補正量ΔＥＴＶＯＯを演算する。ステップＳ２２６における演算結果はステップＳ２２３へ入力され、目標ＥＧＲ弁開度ＴＲＧＥＴＶＯを補正する。

次にＳ２２７において回転変動σωと回転変動リミットＬＩＭσωを比較し、回転変動σωが回転変動リミットＬＩＭσω以上である場合、ステップＳ２２８へ進み、ＥＧＲ弁閉度補正量ΔＥＴＶＯＣを演算する。ステップＳ２２８における演算結果はステップＳ２２３へ入力され、目標ＥＧＲ弁開度ＴＲＧＥＴＶＯを補正する。

次にＳ２２７において回転変動σωが回転変動リミットＬＩＭσω未満である場合、ステップＳ２２９へ進み、ステップＳ２２３において補正演算された目標ＥＧＲ弁開度ＥＧＲＥＴＶＯを用いて吸気行程噴射割合ＩＲｉｎ、圧縮行程噴射割合ＩＲｃｏ、吸気行程噴射回数Ｎｉｎ、圧縮行程噴射回数Ｎｃｏを演算する。次にステップＳ２３０においてステップＳ２２９で得られた演算結果を用いて吸気行程噴射量 ＱＦｉｎ、圧縮行程噴射量ＱＦｃｏを演算する。次にステップＳ２３１において燃料噴射圧ＦＰを読み込む。次にステップＳ２３２において、吸気行程噴射パルス幅ＩＰｉｎ、圧縮行程噴射パルス幅ＩＰｃｏを演算し、インジェクタ７を制御する。次にステップＳ２３３において点火時期ＡＤＶを演算し、点火コイル２０を制御し、本フローをリピートする。以上のフローがＥＣＵ１によって所定の周期で実施される。

次に、実施例３について、図３０と図３１を用いて説明する。

図３０は本実施例によるエンジン始動からＥＧＲ弁が開くまでのＥＧＲ弁開度に基づく燃料噴射結果の一例である。ここでは車速は０であり、シフトレバー位置はＮレンジである。エンジン始動直後から触媒暖気モードへ移行し、噴射割合は吸気行程と圧縮行程において噴射制御を実施する。ここで触媒暖気モード中の噴射割合および噴射回数は２４排気温センサなどに基づいて制御される。望ましくは、吸気行程と圧縮行程における噴射回数は同一とし、隣接あるいは対向にある気筒の噴射タイミングとほぼ同一の噴射時期設定とする。次に触媒暖気モードが完了した後、エンジン暖機モードへと移行する。ここでエンジン暖機モード中の噴射割合および噴射回数は冷却水温度に基づいて制御される。望ましくは吸気行程のみの噴射制御とし、該エンジンが冷機状態における燃料の燃焼室への付着による排気の悪化を抑制する。次にＥＧＲ許可水温Ｎを超えた時エンジン暖機モードが完了し、目標ＥＧＲ弁開度は増加する。この際、エンジン暖機モードの圧縮行程噴射割合および圧縮行程噴射回数から増加することが望ましい。

図３１は本実施例によるエンジン始動からＥＧＲ弁が開くまでの間に車両発進要求が発生した際のＥＧＲ弁開度に基づく燃料噴射結果の一例である。ここでは車速は０であり、シフトレバー位置はＮレンジからＤレンジへ移行する。エンジン始動直後から前記触媒暖気モードへ移行し、噴射割合は吸気行程と圧縮行程において噴射制御を実施する。ここで触媒暖気モード中にＤレンジへ移行した場合、触媒暖気モードは完了し低温発進要求モードへ移行する。また望ましくはＤレンジにおけるＥＧＲ許可水温はＮからＤへと変更する。

低温発進要求モードでは触媒暖気モードと同等の噴射回数とし、圧縮行程噴射割合は微減させることが望ましい。次にＥＧＲ許可水温Ｄを超えた時低温発進要求モードが完了し、目標ＥＧＲ弁開度は増加する。この際、低温発進要求モードの圧縮行程噴射割合および圧縮行程噴射回数から増加することが望ましい。

上記ＥＧＲ許可水温制御を設けることで触媒暖気運転を損なう事無く排気浄化性能を改善し、かつＥＧＲ許可時に圧縮行程噴射割合を増加することで混合気の乱流エネルギを速やかに増加することができ燃焼速度を改善することができる。また圧縮行程噴射回数を増加することで燃焼室内壁面への燃料付着を低減し、ススの排出を低減することができる。さらにＤレンジにおける発進要求がある場合においては即座に触媒暖気モードから低温発進要求モードとし、ＥＧＲ許可水温Ｄを ＥＧＲ許可水温Ｎより高く設定することでドライバビリティを改善しつつ触媒暖気を除々に行うことができる。そしてＥＧＲ許可水温ＤをＥＧＲ許可水温Ｎより高く設定することは、低温発進要求時の排気還流管２８内での還流ガスの過冷却に伴う凝縮、および管路腐食を抑制することを可能とする。

なお、本発明に係るエンジン制御装置は、上記各実施例に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において適宜その構成を変更することができる。

例えば、上記各実施例は、排気管に排出された排気ガスを排気還流管を用いて吸入側へ還流させるいわゆる外部ＥＧＲ方式のＥＧＲ手段を有するものであったが、これに限定されるものではなく、本発明は、いわゆる内部ＥＧＲ方式のＥＧＲ手段にも適用することができる。内部ＥＧＲ方式のＥＧＲ手段とは、図３２の上図に示すとおり、排気弁と吸気弁の開閉タイミングをオーバーラップさせることにより、筒内に排気ガスを残留させるものである。このような内部ＥＧＲ方式のＥＧＲ手段の場合には、図３２の中図のように、目標内部ＥＧＲ率ＴＲＧｉｎＥＧＲが高いほど目標オーバーラップＴＲＧＯＬが大きくなる関係を有する。即ち、目標オーバーラップに対する吸気行程と圧縮行程の噴射割合は、図３２の下図に示すとおり、目標オーバーラップＴＲＧＯＬが増加すると、吸気行程の噴射割合ＩＲｉｎは減少し、圧縮行程噴射割合ＩＲｃｏは増加する関係を有する。

また、上記実施例においては、燃料を分割して噴射する分割噴射方式のものを例に説明したが、分割噴射方式に限定されるものではなく、燃料を連続的に噴射する方式のものであっても良い。

１…ＥＣＵ 、２…アクセルペダル開度センサ、３…エアフロセンサ、４…吸気温湿度センサ、５…スロットル、６…タンブル弁、７…インジェクタ、８…燃料ポンプ、９…コモンレール、１０…燃料配管、１１…吸気管、１２…可変吸気排気動弁、１３…ピストン、１４…クランクシャフト、１５…クランク角センサ、１６…ノックセンサ、１７…燃焼室、１８…冷却水温センサ、１９…点火プラグ、２０…点火コイル、２１…イオン電流センサ（筒内圧力センサ）、２２…排気管、２３…三元触媒、２４…排気温センサ、２５…空燃比センサ、２６…ＥＧＲ弁、２７…ＥＧＲクーラ、２８…排気還流管、２９…冷却水ポンプ、３０…冷却水流路切替弁、１００…エンジン

Claims (9)

1. 筒内へ直接燃料を噴射するインジェクタと、噴射された燃料に点火する点火装置と、燃焼ガスを再利用可能で、且つ、再利用される燃焼ガスのＥＧＲ率を変更可能なＥＧＲ手段とを備えるエンジンを制御し、１サイクル中に複数回の噴射を前記インジェクタに対して指令するエンジン制御装置において、
   前記ＥＧＲ率が高い場合は前記ＥＧＲ率が小さい場合と比較して１サイクル中の総噴射量に対する圧縮行程中の噴射量を増加させる制御、及び、前記ＥＧＲ率が高い場合は前記ＥＧＲ率が小さい場合と比較して前記１サイクルの総噴射回数に対する圧縮行程中の噴射回数を増加させる制御、の少なくともいずれか一方を指令し、
   前記ＥＧＲ手段は、排気管と吸気管とを連結する排気還流管と、前記排気還流管を流れるガスの流量を調整するＥＧＲ弁とを備える外部ＥＧＲ装置によって構成され、吸気温度センサ、冷却水温度センサ、潤滑油温度センサの少なくともいずれか一つと、車速センサあるいはシフトレバー位置センサとに基づいて還流率調整を許可する手段と、アクセルペダル開度センサあるいはエアフロセンサと、クランク角センサあるいは回転数センサとに基づいてＥＧＲ率を調整することを特徴とするエンジン制御装置。
2. 筒内へ直接燃料を噴射するインジェクタと、噴射された燃料に点火する点火装置と、燃焼ガスを再利用可能で、且つ、再利用される燃焼ガスのＥＧＲ率を変更可能なＥＧＲ手段とを備えるエンジンを制御するエンジン制御装置において、
   前記ＥＧＲ率が高い場合は前記ＥＧＲ率が小さい場合と比較して前記点火装置の点火時期に近いタイミングで燃料噴射を終了するように構成され、
   前記ＥＧＲ手段は、排気管と吸気管とを連結する排気還流管と、前記排気還流管を流れるガスの流量を調整するＥＧＲ弁とを備える外部ＥＧＲ装置によって構成され、吸気温度センサ、冷却水温度センサ、潤滑油温度センサの少なくともいずれか一つと、車速センサあるいはシフトレバー位置センサとに基づいて還流率調整を許可する手段と、アクセルペダル開度センサあるいはエアフロセンサと、クランク角センサあるいは回転数センサとに基づいてＥＧＲ率を調整することを特徴とするエンジン制御装置。
3. 筒内へ直接燃料を噴射するインジェクタと、噴射された燃料に点火する点火装置と、燃焼ガスを再利用可能で、且つ、再利用される燃焼ガスのＥＧＲ率を変更可能なＥＧＲ手段とを備えるエンジンを制御し、１サイクル中に複数回の噴射を前記インジェクタに対して指令するエンジン制御装置において、
   前記ＥＧＲ率が高い場合は前記ＥＧＲ率が小さい場合と比較して１サイクル中の総噴射量に対する圧縮行程中の噴射量を増加させる制御、及び、前記ＥＧＲ率が高い場合は前記ＥＧＲ率が小さい場合と比較して前記１サイクルの総噴射回数に対する圧縮行程中の噴射回数を増加させる制御、の少なくともいずれか一方を指令し、
   筒内の燃焼状態を検出する燃焼状態検出装置を有し、
   前記燃焼状態が良好な場合には前記ＥＧＲ率を高く設定し、前記燃焼状態が悪化する場合には前記ＥＧＲ率が小さく設定され
   前記燃焼状態検出装置は、アクセルペダル開度センサあるいはエアフロセンサと、筒内圧力センサあるいはクランク角センサとを用いて構成されることを特徴とするエンジン制御装置。
4. 筒内へ直接燃料を噴射するインジェクタと、噴射された燃料に点火する点火装置と、燃焼ガスを再利用可能で、且つ、再利用される燃焼ガスのＥＧＲ率を変更可能なＥＧＲ手段とを備えるエンジンを制御し、１サイクル中に複数回の噴射を前記インジェクタに対して指令するエンジン制御装置において、
   前記ＥＧＲ率が高い場合は前記ＥＧＲ率が小さい場合と比較して１サイクル中の総噴射量に対する圧縮行程中の噴射量を増加させる制御、及び、前記ＥＧＲ率が高い場合は前記ＥＧＲ率が小さい場合と比較して前記１サイクルの総噴射回数に対する圧縮行程中の噴射回数を増加させる制御、の少なくともいずれか一方を指令し、
   筒内の燃焼状態を検出する燃焼状態検出装置を有し、
   前記燃焼状態が良好な場合には前記ＥＧＲ率を高く設定し、前記燃焼状態が悪化する場合には前記ＥＧＲ率が小さく設定され
   前記燃焼状態検出装置は、アクセルペダル開度センサあるいはエアフロセンサと、筒内圧力センサあるいはイオン電流センサあるいはノックセンサとの内いずれか一つ以上とを有することを特徴とするエンジン制御装置。
5. 請求項１に記載のエンジン制御装置において、
   前記総噴射量は、前記インジェクタに対する噴射信号の噴射パルス幅によって決定され、前記圧縮行程中の噴射量は、前記インジェクタに対する圧縮行程中の噴射信号の噴射パルス幅によって決定されることを特徴とするエンジン制御装置。
6. 請求項１に記載のエンジン制御装置において、
   前記総噴射回数は、前記インジェクタに対する噴射信号の噴射パルス数によって決定され、前記圧縮行程中の噴射回数は、前記インジェクタに対する圧縮行程中の噴射信号の噴射パルス数によって決定されることを特徴とするエンジン制御装置。
7. 筒内へ直接燃料を噴射するインジェクタと、噴射された燃料に点火する点火装置と、燃焼ガスを再利用可能で、且つ、再利用される燃焼ガスのＥＧＲ率を変更可能なＥＧＲ手段とを備えるエンジンを制御するエンジン制御装置において、
   前記ＥＧＲ率が高い場合は前記ＥＧＲ率が小さい場合と比較して前記点火装置の点火時期に近いタイミングで燃料噴射を終了するように構成され、
   筒内の燃焼状態を検出する燃焼状態検出装置を有し、
   前記燃焼状態が良好な場合には前記ＥＧＲ率を高く設定し、前記燃焼状態が悪化する場合には前記ＥＧＲ率が小さく設定され、
   前記燃焼状態検出装置は、アクセルペダル開度センサあるいはエアフロセンサと、筒内圧力センサあるいはクランク角センサとを用いて構成されることを特徴とするエンジン制御装置。
8. 筒内へ直接燃料を噴射するインジェクタと、噴射された燃料に点火する点火装置と、燃焼ガスを再利用可能で、且つ、再利用される燃焼ガスのＥＧＲ率を変更可能なＥＧＲ手段とを備えるエンジンを制御するエンジン制御装置において、
   前記ＥＧＲ率が高い場合は前記ＥＧＲ率が小さい場合と比較して前記点火装置の点火時期に近いタイミングで燃料噴射を終了するように構成され、
   筒内の燃焼状態を検出する燃焼状態検出装置を有し、
   前記燃焼状態が良好な場合には前記ＥＧＲ率を高く設定し、前記燃焼状態が悪化する場合には前記ＥＧＲ率が小さく設定され、
   前記燃焼状態検出装置は、アクセルペダル開度センサあるいはエアフロセンサと、筒内圧力センサあるいはイオン電流センサあるいはノックセンサとの内いずれか一つ以上とを有するエンジン制御装置。
9. 請求項１に記載のエンジン制御装置において、
   前記点火装置は、前記総噴射量に対する圧縮行程中の噴射量の変化量、又は、前記総噴射回数に対する圧縮行程中の噴射回数の変化量に基づいて、点火時期が制御されることを特徴とするエンジン制御装置。