JP7238459B2

JP7238459B2 - エンジン制御装置

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Publication number: JP7238459B2
Application number: JP2019030825A
Authority: JP
Inventors: 佳吉村
Original assignee: Suzuki Motor Co Ltd
Current assignee: Suzuki Motor Co Ltd
Priority date: 2019-02-22
Filing date: 2019-02-22
Publication date: 2023-03-14
Anticipated expiration: 2039-02-22
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Description

本発明は、予混合圧縮着火（ＨＣＣＩ）を適用したガソリンエンジンのエンジン制御装置に関する。

現在、予混合圧縮着火を適用したガソリンエンジンの研究・開発が進められている。予混合圧縮着火によれば、希薄予混合気を自着火燃焼させるため、火花点火（ＳＩ）と比較して燃焼温度が低く、ＮＯｘを大幅に低減することができる。また、高い圧縮比を実現することができ、熱効率を高めることができる。

下記の特許文献１には、多気筒の４サイクルガソリンエンジンにおいて、排気行程と吸気行程とが重なる一対の気筒間において、排気行程にある先行気筒でリーン燃焼させた既燃ガスを吸気行程にある後続気筒に導入し、後続気筒で圧縮自己着火を行われる技術が記載されている。

特開２００６－７０８５９号公報

しかしながら、予混合圧縮着火においては、気筒内に導入した混合気をピストンで圧縮することによって昇温させて自着火させる。そのため、エンジンの負荷が低い状況においては、気筒内の混合気の温度の上昇が不十分となり、失火し易くなるという問題がある。

本発明は例えば上述したような問題に鑑みなされたものであり、本発明の課題は、予混合圧縮着火を適用したガソリンエンジンにおける低負荷状況下での失火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にある。

上記課題を解決するために、本発明は、４サイクルエンジンを制御するエンジン制御装置であって、前記エンジンの気筒における燃焼室に接続された吸気通路を流れる空気に燃料を噴射する吸気通路インジェクタと、前記エンジンに設けられ、前記燃焼室と連通する副室と、前記副室内に燃料を噴射する副室インジェクタと、前記副室内の混合気に点火する点火プラグと、演算処理装置とを備え、前記演算処理装置は、前記エンジンの運転状況に応じて、前記副室内の混合気に前記点火プラグにより点火することによって燃料を燃焼させる火花点火燃焼制御と、前記気筒内の混合気を圧縮して自着火させることによって燃料を燃焼させる予混合圧縮着火燃焼制御とを切り替える燃焼制御切替部と、前記予混合圧縮着火燃焼制御の実行時において、前記気筒の燃焼室側の壁面の温度の推定値を算出する壁面温度推定部と、前記予混合圧縮着火燃焼制御の実行時において、前記エンジンの吸気、圧縮、膨張および排気の行程からなる１サイクルにおける所定の噴射時期に燃料噴射を行いかつ所定の点火時期に点火を行うように前記副室インジェクタおよび前記点火プラグを制御することにより前記壁面を加熱する壁面加熱処理を行う壁面加熱制御部と、記憶部とを備え、前記記憶部には、前記予混合圧縮着火燃焼制御の実行時において維持すべき前記壁面の温度範囲を示す目標壁面温度範囲が記憶され、前記壁面加熱制御部は、前記予混合圧縮着火燃焼制御の実行時において、前記推定値が前記目標壁面温度範囲の下限閾値未満であるときに前記壁面加熱処理を行い、前記壁面加熱処理において、前記壁面加熱制御部は、前記壁面の温度を前記推定値から前記目標壁面温度範囲の上限閾値に達するまで上昇させるのに要する熱量と燃料の発熱量とに基づいて前記副室インジェクタによる燃料の総噴射量を算出することを特徴とする。

本発明によれば、予混合圧縮着火を適用したガソリンエンジンにおける低負荷状況下での失火を抑制することができる。

本発明の実施例におけるエンジンを示す説明図である。本発明の実施例のエンジン制御装置を示すブロック図である。本発明の実施例のエンジン制御装置におけるエンジンの燃焼制御を示す説明図である。本発明の実施例において、エンジンの１サイクルにおける吸気バルブおよび排気バルブのそれぞれのバルブタイミング、吸気通路インジェクタの燃焼噴射時期、副室インジェクタの燃焼噴射時期、並びに点火プラグの点火時期を示す説明図である。本発明の実施例のエンジン制御装置における燃焼制御を示すフローチャートである。本発明の実施例のエンジン制御装置における壁面温度推定処理および壁面加熱処理等を示すフローチャートである。

本発明の実施形態のエンジン制御装置は、４サイクルエンジンを制御するエンジン制御装置であって、エンジンの気筒における燃焼室に接続された吸気通路を流れる空気に燃料を噴射する吸気通路インジェクタと、エンジンに設けられ、燃焼室と連通する副室と、副室内に燃料を噴射する副室インジェクタと、副室内の混合気に点火する点火プラグと、演算処理装置とを備えている。

また、演算処理装置は、燃料制御切替部、壁面温度推定部および壁面加熱制御部を有している。燃料制御切替部は、副室内の混合気に点火プラグにより点火することによって燃料を燃焼させる火花点火燃焼制御と、気筒内の混合気を圧縮して自着火させることによって燃料を燃焼させる予混合圧縮着火燃焼制御とを、エンジンの運転状況に応じて切り替える。壁面温度推定部は、予混合圧縮着火燃焼制御の実行時において、気筒の燃焼室側の壁面の温度の推定値を算出する。壁面加熱制御部は、予混合圧縮着火燃焼制御の実行時において、気筒の燃焼室側の壁面の温度の推定値が所定の閾値未満であるときに、エンジンの吸気、圧縮、膨張および排気の行程からなる１サイクルにおける所定の噴射時期に燃料噴射を行い、かつ所定の点火時期に点火を行うように、副室インジェクタおよび点火プラグを制御することにより、気筒の燃焼室側の壁面を加熱する壁面加熱処理を行う。

本実施形態のエンジン制御装置によれば、予混合圧縮着火燃焼制御の実行時において、気筒の燃焼室側の壁面の温度の推定値が所定の閾値未満であるときに、副室インジェクタにより副室内へ燃料を噴射し、かつ点火プラグにより副室内の混合気に点火する。これにより、副室内における混合気の燃焼により生じる熱を利用して、気筒の燃焼室側の壁面を加熱し、当該壁面の温度を上昇させることができる。気筒の燃焼室側の壁面の温度の上昇により、燃焼室内の混合気の温度が上昇するので、気筒内における混合気の圧縮による燃料の自着火が促進され、失火が生じ難くなる。したがって、失火を抑制することができ、安定した予混合圧縮着火燃焼を実現することができる。

（エンジン制御装置）
図１は本発明の実施例におけるエンジン１を示している。図２は本発明の実施例のエンジン制御装置５を示している。エンジン１は４サイクルガソリンエンジンであり、例えば自動車等の車両に搭載されている。エンジン１のシリンダブロック１１の下部にはクランクシャフトが支持されている。また、図１に示すように、シリンダブロック１１の上部に配置された気筒１２内にはピストン１３が設けられ、ピストン１３はコネクティングロッド１４を介してクランクシャフトに接続されている。

また、シリンダブロック１１の上方に設けられたシリンダヘッド１５には、吸気ポート１６を開閉する吸気バルブ１８、および排気ポート１７を開閉する排気バルブ１９が設けられている。また、シリンダヘッド１５内に設けられた動弁機構には、吸気バルブ１８および排気バルブ１９のバルブタイミングを変化させることができる可変バルブ機構２０が組み付けられている。また、吸気ポート１６には吸気管２１（インテークマニホールド）が接続され、排気ポート１７には排気管２２（エキゾーストマニホールド）が接続されている。

また、エンジン１には吸気通路インジェクタ２５が設けられている。吸気通路インジェクタ２５は、吸気ポート１６の近傍、または吸気管２１の近傍に取り付けられ、吸気ポート１６または吸気管２１を燃焼室２３へ向かって流れる吸入空気に燃料を噴射する。なお、吸気ポート１６および吸気管２１は「吸気通路」の具体例である。

また、エンジン１の例えばシリンダヘッド１５には副室２４が形成されている。副室２４は、気筒１２内においてピストン１３の上方に形成された燃焼室２３の上部に連通している。また、副室２４の近傍には、副室インジェクタ２６および点火プラグ２７が設けられている。

副室インジェクタ２６は、その燃料噴射口が副室２４内、または副室２４内に臨む位置に配置されるように、例えばシリンダヘッド１５に取り付けられている。副室インジェクタ２６は、後述する低負荷ＨＣＣＩ制御時において所定の条件が成立したときに、副室２４内の混合気に燃料を噴射する。

点火プラグ２７は、その点火用電極が副室２４内、または副室２４内に臨む位置に配置されるように、例えばシリンダヘッド１５に取り付けられている。点火プラグ２７は、後述する低負荷ＨＣＣＩ燃焼時において所定の条件が成立したとき、またはＳＩ制御時に、副室２４内の混合気に火花を飛ばして点火する。

また、図２に示すように、エンジン１には、クランク角を検出するクランク角センサ３１、エンジン回転数を検出する回転数センサ３２、吸気圧を検出する吸気圧センサ３３、およびエンジン１の冷却水温度（具体的には気筒１２の周壁内に設けられた図示しない冷却水通路を流れる冷却水の温度）を検出する冷却水温度センサ３４等が設けられている。また、エンジン１が搭載された車両には、排気温度を検出する排気温度センサ３５、およびアクセル開度を検出するアクセル開度センサ３６等が設けられている。

さらに、エンジン１が搭載された車両には、ＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）３７、および記憶回路３８が設けられている。ＥＣＵ３７は例えばＣＰＵ（中央演算処理装置）を備えている。記憶回路３８は例えば半導体記憶素子を備えている。クランク角センサ３１、回転数センサ３２、吸気圧センサ３３、冷却水温度センサ３４、排気温度センサ３５およびアクセル開度センサ３６はそれぞれＥＣＵ３７に接続され、ＥＣＵ３７に対して検出信号を出力する。また、ＥＣＵ３７には、可変バルブ機構２０、吸気通路インジェクタ２５、副室インジェクタ２６、および点火プラグ２７に電圧を印加する点火回路３９が接続され、ＥＣＵ３７はこれらを制御する。また、ＥＣＵ３７には記憶回路３８が接続され、ＥＣＵ３７は、記憶回路３８に記憶された情報を読み取り、または情報を記憶回路３８に書き込むことができる。なお、ＥＣＵ３７は「演算処理装置」の具体例であり、記憶回路３８は「記憶部」の具体例である。

本発明の実施例のエンジン制御装置５は、少なくとも、吸気通路インジェクタ２５、副室２４、副室インジェクタ２６、点火プラグ２７、点火回路３９、各センサ３１～３６、ＥＣＵ３７および記憶回路３８から構成されている。

エンジン制御装置５はエンジン１の燃焼制御を行う。図３はエンジン制御装置５におけるエンジン１の燃焼制御を示している。図３に示すように、エンジン制御装置５は、火花点火燃焼制御および予混合圧縮着火燃焼制御をエンジン１の運転状況に応じて選択的に行う。火花点火燃焼制御とは、燃焼室２３内に連通した副室２４内の混合気に点火プラグ２７により点火することによって燃料を燃焼させる制御である。予混合圧縮着火燃焼制御とは、気筒１２内の混合気を圧縮して自着火させることによって燃料を燃焼させる制御である。以下、火花点火燃焼制御を「ＳＩ制御」といい、予混合圧縮着火燃焼制御を「ＨＣＣＩ制御」という。具体的には、エンジン制御装置５は、エンジン回転数が所定の回転数閾値Ｎ_ａ未満のときにはＨＣＣＩ制御を行い、エンジン回転数が回転数閾値Ｎ_ａ以上のときにはＳＩ制御を行う。

また、エンジン制御装置５は２通りのＨＣＣＩ制御をエンジンの運転状況に応じて選択的に行う。具体的には、エンジン制御装置５は、エンジン１の負荷の大きさが所定の負荷閾値Ｌ_ａ未満のときには低負荷ＨＣＣＩ制御（低負荷予混合圧縮着火燃焼制御）を行い、エンジン１の負荷の大きさが負荷閾値Ｌ_ａ以上のときには高負荷ＨＣＣＩ制御（高負荷予混合圧縮着火燃焼制御）を行う。

エンジン制御装置５は、低負荷ＨＣＣＩ制御においては、気筒１２の燃焼室２３側の壁面の温度（以下、これを「燃焼室壁面温度」という。）を推定し、燃焼室壁面温度の推定値が所定の閾値未満であるときに、エンジンの１サイクルにおける所定の噴射時期に燃料噴射を行い、かつ所定の点火時期に点火を行うように副室インジェクタ２６および点火プラグ２７を制御することによって気筒１２の燃焼室２３側の壁面を加熱する処理を行う。以下、このようにして気筒１２の燃焼室２３側の壁面を加熱する処理を「壁面加熱処理」という。一方、エンジン制御装置５は、高負荷ＨＣＣＩ制御においては、燃焼室壁面温度を推定する処理、燃焼室壁面温度の推定値が所定の閾値未満であるか否かを判断する処理、および壁面加熱処理をいずれも行わない。したがって、高負荷ＨＣＣＩ制御においては、副室インジェクタ２６による燃料噴射も、点火プラグ２７による点火も行われない。

このようなエンジン１の燃焼制御を行うために、ＥＣＵ３７は、記憶回路３８に記憶されたコンピュータプログラムを読み取って実行することにより、燃焼制御切替部４１、壁面温度推定部４２および壁面加熱制御部４３として機能する。燃焼制御切替部４１は、エンジン回転数に基づいてＳＩ制御とＨＣＣＩ制御とを切り替え、かつエンジン１の負荷の大きさに基づいて低負荷ＨＣＣＩ制御と高負荷ＨＣＣＩ制御とを切り替える。壁面温度推定部４２は、低負荷ＨＣＣＩ制御において気筒１２の燃焼室２３側の壁面の温度を推定する。壁面加熱制御部４３は、低負荷ＨＣＣＩ制御において、燃焼室壁面温度の推定値が所定の閾値未満であるか否かを判断し、燃焼室壁面温度の推定値が所定の閾値未満であるときに壁面加熱処理を行う。

図４は、エンジン１の吸気、圧縮、膨張および排気の行程からなる１サイクルにおける吸気バルブ１８および排気バルブ１９のそれぞれのバルブタイミング、吸気通路インジェクタ２５の燃焼噴射時期、副室インジェクタ２６の燃焼噴射時期、並びに点火プラグ２７の点火時期を示している。

エンジン制御装置５によるＳＩ制御においては、吸気バルブ１８のバルブタイミングは、図４において破線で示すバルブタイミングＶ_ｉ１に設定され、排気バルブ１９のバルブタイミングは、図４において破線で示すバルブタイミングＶ_ｅ１に設定される。また、エンジン制御装置５による高負荷ＨＣＣＩ制御および低負荷ＨＣＣＩ制御のそれぞれにおいては、吸気バルブ１８のバルブタイミングは、図４において実線で示すバルブタイミングＶ_ｉ２に設定され、排気バルブ１９のバルブタイミングは、図４において実線で示すバルブタイミングＶ_ｅ２に設定される。

高負荷ＨＣＣＩ制御および低負荷ＨＣＣＩ制御のそれぞれにおいては、ＳＩ制御と比較して、排気バルブ１９のバルブタイミングを進め、吸気バルブ１８のバルブタイミングを遅らせる。これにより、負のオーバーラップを形成し、前サイクルの高温の既燃ガスを利用した燃焼制御、すなわち、内部ＥＧＲ（内部排気再循環）を適用した燃焼制御を行う。なお、吸気バルブ１８および排気バルブ１９のそれぞれのバルブタイミングの変更は、ＥＣＵ３７が可変バルブ機構２０を制御することにより行われる。

また、図４に示すように、ＳＩ制御、高負荷ＨＣＣＩ制御および低負荷ＨＣＣＩ制御のそれぞれにおいて、吸気通路インジェクタ２５の燃料の噴射時期Ｐ_ａは、クランク角がおよそ９０度から３６０度である間に設定されている。また、ＳＩ制御とＨＣＣＩ制御とにおいて、混合気における燃料の濃度が異なる。すなわち、ＨＣＣＩ制御における予混合圧縮着火燃焼に用いられる混合気における燃料の濃度は、ＳＩ制御における火花点火燃焼に用いられる混合気における燃料の濃度と比較して低い。ＳＩ制御およびＨＣＣＩ制御のそれぞれにおいて、混合気における燃料の濃度が適切となるように、吸気通路インジェクタ２５の燃料噴射量が制御される。また、ＳＩ制御における点火プラグ２７の点火時期Ｐ_ｓはクランク角がおよそ６７５度から７２０度である間に設定されている。なお、低負荷ＨＣＣＩ制御で実行される壁面加熱処理における副室インジェクタ２６の燃料の噴射時期Ｐ_ｂについては後述する。また、後述するように、低負荷ＨＣＣＩ制御で実行される壁面加熱処理における点火プラグ２７の点火時期は、ＳＩ制御における点火プラグ２７の点火時期Ｐ_ｓと同じである。

（燃焼室壁面温度の推定）
ここで、低負荷ＨＣＣＩ制御において行われる燃焼室壁面温度の推定の方法について、その一例を説明する。燃焼室壁面温度は燃焼ガスからの受熱と冷却水への放熱により決まる。まず、燃焼ガス温度Ｔ_ｇ（θ）を次の式（１）により算出する。

ただし、式（１）において、Ｔ_ｅｘは排気温度であり、θはクランク角であり、Ｖ_ｅｘは排気バルブ１９の開時における気筒１２内の体積であり、Ｖ（θ）は気筒１２内の体積であり、γは比熱比である。

また、燃焼ガスから気筒１２の燃焼室側の壁面への伝熱量ｄＱ／ｄθ［Ｗ］は一般に次の式（２）で表される。

ただし、ｈは熱伝導率であり、Ａは燃焼室２３の表面積であり、Ｔ_ｗｇは燃焼室壁面温度である。

ここで、熱伝導率ｈは次の式（３）で見積もる。

ただし、Ｃ_ｈはモデル定数であり、Ｃ_ｍは平均ピストン速度であり、ｐは吸気圧であり、ｍａｘ（Ｔ_ｇ（θ））は最高燃焼ガス温度である。

一方、一次元定常熱伝導を仮定すると、燃焼室壁面温度Ｔ_ｗｇと冷却水温度Ｔ_ｗとの間には次の式（４）に示す関係がある。

ただし、Ｄは燃焼室２３の壁面の厚さであり、ｋは熱伝導率である。

上記式（１）～（４）より、燃焼室壁面温度Ｔ_ｗｇは次の式（５）で推定することができる。

ただし、上線付きの変数はサイクル平均をとったものである。低負荷ＨＣＣＩ制御においては、上記式（１）～（５）で推定した燃焼室壁面温度Ｔ_ｗｇが用いられる。以下、この燃焼室壁面温度Ｔ_ｗｇを、燃焼室壁面温度の推定値Ｔ_ｗｇと表現する。

（エンジン制御装置における燃焼制御）
図５はエンジン制御装置５における燃焼制御の流れを示している。この制御は、エンジン１の運転中に実行される。図５に示す燃焼制御において、まず、ＥＣＵ３７の燃焼制御切替部４１は、回転数センサ３２からの検出信号に基づき、エンジン回転数が回転数閾値Ｎ_ａ未満であるか否かを判断する（ステップＳ１）。エンジン回転数が回転数閾値Ｎ_ａ未満であるときには（ステップＳ１：ＹＥＳ）、次に、燃焼制御切替部４１は、アクセル開度センサ３６からの検出信号等に基づき、エンジン１の負荷の大きさが負荷閾値Ｌ_ａ未満であるか否かを判断する（ステップＳ２）。エンジン１の負荷の大きさが負荷閾値Ｌ_ａ未満であるときには（ステップＳ２：ＹＥＳ）、エンジン制御装置５は低負荷ＨＣＣＩ制御を実行する（ステップＳ３）。一方、ステップＳ２において、エンジン１の負荷の大きさが負荷閾値Ｌ_ａ未満でないときには（ステップＳ２：ＮＯ）、エンジン制御装置５は高負荷ＨＣＣＩ制御を実行する（ステップＳ４）。他方、ステップＳ１において、エンジン回転数が回転数閾値Ｎ_ａ未満でないときには（ステップＳ１：ＮＯ）、エンジン制御装置５はＳＩ制御を実行する（ステップＳ５）。なお、回転数閾値Ｎ_ａおよび負荷閾値Ｌ_ａは記憶回路３８に予め記憶されている。燃焼制御切替部４１は回転数閾値Ｎ_ａおよび負荷閾値Ｌ_ａを記憶回路３８から読み取って図５中のステップＳ１およびステップＳ２の処理を行う。

図６は壁面温度推定処理および壁面加熱処理等の流れを示している。これらの処理は、図５中のステップＳ３の低負荷ＨＣＣＩ制御において実行される。図６において、まず、ＥＣＵ３７の壁面温度推定部４２が、クランク角センサ３１、排気温度センサ３５、吸気圧センサ３３および冷却水温度センサ３４からクランク角θ、排気温度Ｔ_ｅｘ、吸気圧ｐ、冷却水温度Ｔ_ｗをそれぞれ取得する（ステップＳ１１）。また、壁面温度推定部４２は、気筒内体積Ｖ（θ）、燃焼室表面積Ａ、燃焼室壁面厚さＤ等、燃焼室壁面温度の推定に必要なパラメータを記憶回路３８から読み取る。また、壁面温度推定部４２は、クランク角θおよび気筒内体積Ｖ（θ）等に基づき、排気バルブ１９の開時の気筒内体積Ｖ_ｅｘを算出する。

次に、壁面温度推定部４２は、ステップＳ１１で取得または算出した情報を用いて、燃焼室壁面温度の推定値Ｔ_ｗｇを算出する（ステップＳ１２）。この燃焼室壁面温度の推定値Ｔ_ｗｇの算出には、上述した燃焼室壁面温度の推定方法を用いることができる。

次に、ＥＣＵ３７の壁面加熱制御部４３は、燃焼室壁面温度の推定値Ｔ_ｗｇが目標壁面温度範囲の下限閾値Ｔ_ｔｃ未満であるか否かを判断する（ステップＳ１３）。ここで、目標壁面温度範囲とは、ＨＣＣＩ制御の実行時において維持すべき燃焼室壁面温度の範囲である。目標壁面温度範囲は、例えば試験等により取得され、記憶回路３８に予め記憶されている。

燃焼室壁面温度の推定値Ｔ_ｗｇが目標壁面温度範囲の下限閾値Ｔ_ｔｃ未満であるときには（ステップＳ１３：ＹＥＳ）、壁面加熱制御部４３は壁面加熱処理を行う。図６中のステップＳ１４からステップＳ１６までが壁面加熱処理である。

壁面加熱処理において、まず、壁面加熱制御部４３は、低負荷ＨＣＣＩ制御において副室インジェクタ２６により副室２４内に噴射する燃料の総噴射量Ｍ_ｆを算出する（ステップＳ１４）。ステップＳ１４において、壁面加熱制御部４３は、燃焼室壁面温度を、燃焼室壁面温度の推定値Ｔ_ｗｇから目標壁面温度範囲の上限閾値Ｔ_ｔｈに達するまで上昇させるのに要する熱量と燃料の低位発熱量とに基づいて副室インジェクタ２６の総噴射量Ｍ_ｆを算出する。具体的には、壁面加熱制御部４３は次の式（６）により、副室インジェクタ２６の総噴射量Ｍ_ｆを算出する。

ただし、Ｃは気筒１２の壁面材質の比熱であり、Ｃ_Ｔは気筒１２の壁面厚さ係数であり、Ｈ_ｕは燃料の低位発熱量である。

次に、壁面加熱制御部４３は、副室インジェクタ２６および点火プラグ２７を制御し、副室インジェクタ２６による副室２４内への燃焼噴射、および点火プラグ２７による副室２４内の混合気への点火を実行する（ステップＳ１５、Ｓ１６）。具体的に説明すると、図４に示すように、副室インジェクタ２６の燃料の噴射時期Ｐ_ｂは、エンジン１の１サイクルにおいて、クランク角がおよそ６３０度から６７５度である間に設定されている。また、低負荷ＨＣＣＩ制御の壁面加熱処理における点火プラグ２７の点火時期は、ＳＩ制御における点火プラグ２７の点火時期Ｐ_ｓと同様に、クランク角がおよそ６７５度から７２０度である間に設定されている。壁面加熱制御部４３は、副室インジェクタ２６および点火プラグ２７を制御し、壁面加熱処理における副室インジェクタ２６による実際の燃料噴射量の合計が、ステップＳ１４で算出した副室インジェクタ２６の総噴射量Ｍ_ｆに達するまで、噴射時期Ｐ_ｂにおける燃料噴射と、点火時期Ｐ_ｓにおける点火とをエンジン１の１サイクルごとに繰り返し行う。これにより、副室インジェクタ２６による実際の燃料噴射量の合計が、ステップＳ１４で算出した副室インジェクタ２６の総噴射量Ｍ_ｆに達するまで、エンジン１の各サイクルにおいて、副室２４内への燃料噴射と副室２４内の混合気への点火とが行われる。

副室２４内への燃料噴射と、副室２４内の混合気への点火により、副室２４内の混合気が燃焼し、副室２４から燃焼室２３内へ高温の火炎ジェットが放出される。その結果、気筒１２の燃焼室側の壁面が加熱され、燃焼室壁面温度が目標壁面温度範囲の上限閾値Ｔ_ｔｈまで上昇する。

なお、低負荷ＨＣＣＩ制御において、壁面加熱処理における副室インジェクタ２６による実際の燃料噴射量の合計が、ステップＳ１４で算出した副室インジェクタ２６の総噴射量Ｍ_ｆに達した後は、副室インジェクタ２６による燃焼噴射および点火プラグ２７による点火はそれぞれ停止される。

一方、ステップ１３において、燃焼室壁面温度の推定値Ｔ_ｗｇが目標壁面温度範囲の下限閾値Ｔ_ｔｃ未満でないときには（ステップＳ１３：ＮＯ）、壁面加熱制御部４３は壁面加熱処理を行わない。

以上説明した通り、本発明の実施例のエンジン制御装置５においては、低負荷ＨＣＣＩ制御において、気筒１２の燃焼室壁面温度を推定し、燃焼室壁面温度の推定値Ｔ_ｗｇが目標壁面温度範囲の下限閾値Ｔ_ｔｃ未満であるときに、副室インジェクタ２６により副室２４内へ燃料を噴射し、その直後、点火プラグ２７により副室２４内の混合気に点火することにより、燃焼室壁面温度を上昇させることができる。燃焼室壁面温度の上昇により、燃焼室２３内の混合気の温度が上昇するので、気筒１２内における混合気の圧縮による燃料の自着火が促進され、失火が生じ難くなる。したがって、失火を抑制することができ、予混合圧縮着火燃焼を安定化させることができる。

また、本実施例のエンジン制御装置５は、低負荷ＨＣＣＩ制御において壁面加熱処理を行い、高負荷ＨＣＣＩ制御においては壁面加熱処理を行わない。すなわち、ＨＣＣＩ制御において、エンジン１の負荷の大きさが負荷閾値Ｌ_ａ未満であり、かつ燃焼室壁面温度の推定値Ｔ_ｗｇが目標壁面温度範囲の下限閾値Ｔ_ｔｃ未満であるときに壁面加熱処理を行う。エンジン１が低負荷であるときは、高負荷であるときと比較して混合気における燃料の濃度が低くなる。それゆえ、失火が生じ易くなる。エンジン１の運転状況において失火が生じ易くなる状況のときに限り壁面加熱制御を行うことで、燃焼制御における処理効率を高めることができる。

また、壁面加熱処理においては、上記式（６）を見るとわかる通り、実際の燃焼室壁面温度を、燃焼室壁面温度の推定値Ｔ_ｗｇから目標壁面温度範囲の上限閾値Ｔ_ｔｈに達するまで上昇させるのに要する熱量と燃料の低位発熱量とに基づいて副室インジェクタ２６による燃料の総噴射量Ｍ_ｆを算出する。そして、副室インジェクタ２６による実際の燃料噴射量の合計が、算出した総噴射量Ｍ_ｆに達するまで、副室インジェクタ２６による燃料の噴射をエンジン１の１サイクルごとに繰り返し行い、副室インジェクタ２６による実際の燃料噴射量の合計が総噴射量Ｍ_ｆに達した後は、副室インジェクタ２６による燃料の噴射を停止する。これにより、必要最小限の燃料噴射量により低負荷状況下におけるＨＣＣＩ制御の安定化を図ることができる。

なお、上記実施例では、エンジン１の負荷に基づいて高負荷ＨＣＣＩ制御と低負荷ＨＣＣＩ制御とを切り替える場合を例にあげた。しかしながら、本発明はこれに限らず、エンジン１の負荷に基づいて高負荷ＨＣＣＩ制御と低負荷ＨＣＣＩ制御とを切り替える制御を行わないようにしてもよい。すなわち、ＨＣＣＩ制御において、エンジン１の負荷の大きさに拘わらず、燃焼室壁面温度の推定を行い、燃焼室壁面温度の推定値Ｔ_ｗｇが目標壁面温度範囲の下限閾値Ｔ_ｔｃ未満であるときに壁面加熱処理を行うようにしてもよい。

また、上記実施例では、副室２４をシリンダヘッド１５に形成したが、エンジン１の他の場所に副室２４を設けてもよい。例えば、シリンダブロック１１において燃焼室２３に近い位置に副室２４を設けてもよい。

また、上記実施例では、副室２４に設けられた点火プラグ２７によりＳＩ制御における点火と、低負荷ＨＣＣＩ制御の壁面加熱処理における点火とを行う場合を例にあげたが、ＳＩ制御用の点火プラグと、壁面加熱処理用の点火プラグとの２つの点火プラグを設けもよい。この場合、ＳＩ制御用の点火プラグを、その点火用電極が燃焼室２３内に直接臨むように配置してもよい。

また、上記実施例では、ＨＣＣＩ制御において、吸気バルブ１８および排気バルブ１９のそれぞれのバルブタイミングを変更して負のオーバーラップを形成することにより前サイクルの高温の既燃ガスを利用して燃料の自着火を促進する方式（内部ＥＧＲの一形態）を採用したが、本発明はこれに限らない。ＨＣＣＩ制御において、外部ＥＧＲを採用することもできる。外部ＥＧＲを採用する場合には、例えば、排気ポート１７または排気管２２から吸気ポート１６または吸気管２１へ既燃ガスを戻す排気循環配管、および排気循環配管における既燃ガスの流量を制御するバルブ等をエンジン１に追加する。

また、上記実施例では、エンジン制御装置５により自動車等の車両に搭載されたエンジン１を制御する場合を例にあげたが、本発明のエンジン制御装置５は、例えば船舶等に搭載されたエンジン１の制御にも適用することができる。

また、本発明は、請求の範囲および明細書全体から読み取ることのできる発明の要旨または思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴うエンジン制御装置もまた本発明の技術思想に含まれる。

１エンジン
５エンジン制御装置
１２気筒
１６吸気ポート（吸気通路）
２１吸気管（吸気通路）
２３燃焼室
２４副室
２５吸気通路インジェクタ
２６副室インジェクタ
２７点火プラグ
３７ＥＣＵ（演算処理装置）
３８記憶回路（記憶部）
４１燃焼制御切替部
４２壁面温度推定部
４３壁面加熱制御部

Claims

４サイクルエンジンを制御するエンジン制御装置であって、
前記エンジンの気筒における燃焼室に接続された吸気通路を流れる空気に燃料を噴射する吸気通路インジェクタと、
前記エンジンに設けられ、前記燃焼室と連通する副室と、
前記副室内に燃料を噴射する副室インジェクタと、
前記副室内の混合気に点火する点火プラグと、
演算処理装置とを備え、
前記演算処理装置は、
前記エンジンの運転状況に応じて、前記副室内の混合気に前記点火プラグにより点火することによって燃料を燃焼させる火花点火燃焼制御と、前記気筒内の混合気を圧縮して自着火させることによって燃料を燃焼させる予混合圧縮着火燃焼制御とを切り替える燃焼制御切替部と、
前記予混合圧縮着火燃焼制御の実行時において、前記気筒の燃焼室側の壁面の温度の推定値を算出する壁面温度推定部と、
前記予混合圧縮着火燃焼制御の実行時において、前記エンジンの吸気、圧縮、膨張および排気の行程からなる１サイクルにおける所定の噴射時期に燃料噴射を行いかつ所定の点火時期に点火を行うように前記副室インジェクタおよび前記点火プラグを制御することにより前記壁面を加熱する壁面加熱処理を行う壁面加熱制御部と、
記憶部とを備え、
前記記憶部には、前記予混合圧縮着火燃焼制御の実行時において維持すべき前記壁面の温度範囲を示す目標壁面温度範囲が記憶され、
前記壁面加熱制御部は、前記予混合圧縮着火燃焼制御の実行時において、前記推定値が前記目標壁面温度範囲の下限閾値未満であるときに前記壁面加熱処理を行い、
前記壁面加熱処理において、前記壁面加熱制御部は、前記壁面の温度を前記推定値から前記目標壁面温度範囲の上限閾値に達するまで上昇させるのに要する熱量と燃料の発熱量とに基づいて前記副室インジェクタによる燃料の総噴射量を算出することを特徴とするエンジン制御装置。
前記壁面加熱制御部は、前記壁面加熱処理における前記副室インジェクタによる実際の燃料噴射量の合計が前記算出した総噴射量に達するまで、前記所定の噴射時期に燃料の噴射を前記１サイクルごとに繰り返し行うように前記副室インジェクタを制御することを特徴とする請求項１に記載のエンジン制御装置。