JPH10331682A - 直噴式火花点火エンジンの燃焼安定化装置 - Google Patents
直噴式火花点火エンジンの燃焼安定化装置Info
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- JPH10331682A JPH10331682A JP9138850A JP13885097A JPH10331682A JP H10331682 A JPH10331682 A JP H10331682A JP 9138850 A JP9138850 A JP 9138850A JP 13885097 A JP13885097 A JP 13885097A JP H10331682 A JPH10331682 A JP H10331682A
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- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
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- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/40—Engine management systems
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- Electrical Control Of Ignition Timing (AREA)
- Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
- Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 成層燃焼運転を行う直噴式火花点火エンジン
において、的確な燃焼安定化制御を行い、燃焼安定度を
向上する。 【解決手段】 圧縮行程の後半に燃料噴射装置から燃料
を噴射供給して点火プラグ近傍に可燃空燃比の混合気層
を形成しつつ全体としては希薄な混合気とする成層燃焼
運転が可能な直噴式火花点火エンジンにおいて、筒内圧
力を検出する手段と、筒内圧力から燃料の着火遅れを代
表する燃焼パラメータを検出する手段と、成層燃焼運転
時にその燃焼パラメータが設定値内になるように点火プ
ラグの点火時期を補正する手段と、を備える。
において、的確な燃焼安定化制御を行い、燃焼安定度を
向上する。 【解決手段】 圧縮行程の後半に燃料噴射装置から燃料
を噴射供給して点火プラグ近傍に可燃空燃比の混合気層
を形成しつつ全体としては希薄な混合気とする成層燃焼
運転が可能な直噴式火花点火エンジンにおいて、筒内圧
力を検出する手段と、筒内圧力から燃料の着火遅れを代
表する燃焼パラメータを検出する手段と、成層燃焼運転
時にその燃焼パラメータが設定値内になるように点火プ
ラグの点火時期を補正する手段と、を備える。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、直噴式火花点火
エンジンの燃焼安定化装置に関する。
エンジンの燃焼安定化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の火花点火エンジンの制御装置とし
ては、例えば図８に示すようなものがある（特開昭６２
ー８５１４８号公報等）。
ては、例えば図８に示すようなものがある（特開昭６２
ー８５１４８号公報等）。
【０００３】これは、エンジン１の筒内圧を検出する筒
内圧センサ２を設け、この筒内圧センサ２の出力信号よ
り燃焼パターン（燃焼期間）や燃焼の変動（図示平均有
効圧）を演算し、この演算結果によって、エンジン回転
数と吸入空気量等から求められる燃料インジェクタ３の
燃料噴射時期、エンジン回転数と吸入空気量等から求め
られる点火プラグ４の点火時期等を補正制御するように
している。
内圧センサ２を設け、この筒内圧センサ２の出力信号よ
り燃焼パターン（燃焼期間）や燃焼の変動（図示平均有
効圧）を演算し、この演算結果によって、エンジン回転
数と吸入空気量等から求められる燃料インジェクタ３の
燃料噴射時期、エンジン回転数と吸入空気量等から求め
られる点火プラグ４の点火時期等を補正制御するように
している。
【０００４】筒内圧センサ２には点火プラグ４とシリン
ダヘッドとの間に介装した座金センサを用いている。６
はエンジンのクランク角を検出する回転数センサ（クラ
ンク角センサ）、７はスロットル弁８の上流の吸気通路
に介装した吸入空気量センサ、９は制御装置である。
ダヘッドとの間に介装した座金センサを用いている。６
はエンジンのクランク角を検出する回転数センサ（クラ
ンク角センサ）、７はスロットル弁８の上流の吸気通路
に介装した吸入空気量センサ、９は制御装置である。
【０００５】この場合、燃焼パターンや燃焼変動を演算
するためのパラメータに、燃料が質量割合で１０％から
９０％まで燃焼する主燃焼期間（クランク角期間）を表
すθ10-90または燃料が質量割合で９０％燃焼する燃焼
位置（クランク角位置）を表すθ90を算出している。
するためのパラメータに、燃料が質量割合で１０％から
９０％まで燃焼する主燃焼期間（クランク角期間）を表
すθ10-90または燃料が質量割合で９０％燃焼する燃焼
位置（クランク角位置）を表すθ90を算出している。
【０００６】この燃焼パラメータθ10-90、θ90は、図
９に示すようにエンジンの燃焼安定度との相関が高く、
点火時期によって変化する。したがって、この燃焼パラ
メータθ10-90、θ90が設定範囲に収まるように点火時
期を補正することにより、安定した燃焼状態を得るよう
に制御できる。
９に示すようにエンジンの燃焼安定度との相関が高く、
点火時期によって変化する。したがって、この燃焼パラ
メータθ10-90、θ90が設定範囲に収まるように点火時
期を補正することにより、安定した燃焼状態を得るよう
に制御できる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな燃焼パラメータつまり主燃焼期間が速いか遅いか等
を基に点火時期を補正するものは、吸気ポートに燃料を
噴射する通常のエンジンにあっては、安定燃焼を得るこ
とができるが、例えば近年空燃比を４０〜５０の希薄混
合気にして成層燃焼運転が可能な直噴式火花点火エンジ
ンにあっては、その成層燃焼領域に主燃焼期間の燃焼パ
ラメータ等と燃焼安定度に顕著な相関がないことが認め
られた。
うな燃焼パラメータつまり主燃焼期間が速いか遅いか等
を基に点火時期を補正するものは、吸気ポートに燃料を
噴射する通常のエンジンにあっては、安定燃焼を得るこ
とができるが、例えば近年空燃比を４０〜５０の希薄混
合気にして成層燃焼運転が可能な直噴式火花点火エンジ
ンにあっては、その成層燃焼領域に主燃焼期間の燃焼パ
ラメータ等と燃焼安定度に顕著な相関がないことが認め
られた。
【０００８】即ち、この直噴式火花点火エンジンでは、
圧縮行程の後半に燃料インジェクタから燃料を噴射供給
して点火プラグ近傍には可燃空燃比の混合気層を形成し
つつ全体としては希薄な混合気とする成層燃焼運転を行
わせるのであるが、このような成層燃焼運転時には主燃
焼期間の燃焼パラメータ等に基づく安定化制御が適用さ
れず、燃焼の安定化の改善が図れないのである。
圧縮行程の後半に燃料インジェクタから燃料を噴射供給
して点火プラグ近傍には可燃空燃比の混合気層を形成し
つつ全体としては希薄な混合気とする成層燃焼運転を行
わせるのであるが、このような成層燃焼運転時には主燃
焼期間の燃焼パラメータ等に基づく安定化制御が適用さ
れず、燃焼の安定化の改善が図れないのである。
【０００９】なお、この直噴式火花点火エンジンの成層
燃焼領域は低負荷域に限定され、それ以外の領域では均
質燃焼運転を行う。例えば、図１０に示すように２００
０ｃｃエンジンを例にとると、１２０ｋｍ／ｈ程度まで
が成層燃焼領域となる。また、成層燃焼領域と均質燃焼
領域の燃料の噴射タイミングを図１１に示すと、均質燃
焼領域では吸気行程中に燃料を噴霧することにより、筒
内混合気を均質にして、従来のマルチポイント噴射と同
様な燃焼を行う。一方、成層燃焼領域では圧縮行程後期
に燃料を噴射して、点火プラグ回りの混合気をリッチ
（空燃比１１〜１４）にすることにより、筒内の平均混
合比４０〜５０で燃焼を可能にする。
燃焼領域は低負荷域に限定され、それ以外の領域では均
質燃焼運転を行う。例えば、図１０に示すように２００
０ｃｃエンジンを例にとると、１２０ｋｍ／ｈ程度まで
が成層燃焼領域となる。また、成層燃焼領域と均質燃焼
領域の燃料の噴射タイミングを図１１に示すと、均質燃
焼領域では吸気行程中に燃料を噴霧することにより、筒
内混合気を均質にして、従来のマルチポイント噴射と同
様な燃焼を行う。一方、成層燃焼領域では圧縮行程後期
に燃料を噴射して、点火プラグ回りの混合気をリッチ
（空燃比１１〜１４）にすることにより、筒内の平均混
合比４０〜５０で燃焼を可能にする。
【００１０】この発明は、前記直噴式火花点火エンジン
に合った燃焼パラメータを得て、燃焼の安定化制御を行
うことにより、直噴式火花点火エンジンの成層燃焼運転
時の燃焼安定度を向上することを目的としている。
に合った燃焼パラメータを得て、燃焼の安定化制御を行
うことにより、直噴式火花点火エンジンの成層燃焼運転
時の燃焼安定度を向上することを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】第１の発明は、図１２に
示すようにエンジンの運転条件に基づいて燃料噴射装置
の燃料噴射量、噴射時期を制御する燃料噴射制御手段
と、エンジンの運転条件に基づいて点火プラグの点火時
期を制御する点火時期制御手段とを備え、圧縮行程の後
半に燃料噴射装置から燃料を噴射供給して点火プラグ近
傍に可燃空燃比の混合気層を形成しつつ全体としては希
薄な混合気とする成層燃焼運転が可能な直噴式火花点火
エンジンにおいて、筒内圧力を検出する筒内圧力検出手
段と、筒内圧力から燃料の着火遅れを代表する燃焼パラ
メータを検出する燃焼パラメータ検出手段と、成層燃焼
運転時にその燃焼パラメータが設定値内になるように点
火プラグの点火時期を補正する点火時期補正手段と、を
備える。
示すようにエンジンの運転条件に基づいて燃料噴射装置
の燃料噴射量、噴射時期を制御する燃料噴射制御手段
と、エンジンの運転条件に基づいて点火プラグの点火時
期を制御する点火時期制御手段とを備え、圧縮行程の後
半に燃料噴射装置から燃料を噴射供給して点火プラグ近
傍に可燃空燃比の混合気層を形成しつつ全体としては希
薄な混合気とする成層燃焼運転が可能な直噴式火花点火
エンジンにおいて、筒内圧力を検出する筒内圧力検出手
段と、筒内圧力から燃料の着火遅れを代表する燃焼パラ
メータを検出する燃焼パラメータ検出手段と、成層燃焼
運転時にその燃焼パラメータが設定値内になるように点
火プラグの点火時期を補正する点火時期補正手段と、を
備える。
【００１２】第２の発明は、第１の発明において、燃焼
パラメータは、燃焼初期にあって所定の筒内圧力になる
時期、あるいは点火後その所定の筒内圧力になるまでの
期間である。
パラメータは、燃焼初期にあって所定の筒内圧力になる
時期、あるいは点火後その所定の筒内圧力になるまでの
期間である。
【００１３】第３の発明は、第１の発明において、点火
時期補正手段は、燃焼パラメータが設定値内に維持され
る範囲で点火時期を進角補正する。
時期補正手段は、燃焼パラメータが設定値内に維持され
る範囲で点火時期を進角補正する。
【００１４】
【発明の効果】直噴式火花点火エンジンの成層燃焼運転
時には、点火プラグ近傍に可燃空燃比の混合気層を形成
しつつ全体として希薄な混合気として成層燃焼を行うた
め、燃料の着火性で燃焼安定度が決まる。即ち、燃料の
着火遅れは燃焼安定度そのものを表しており、成層燃焼
運転時に点火時期によって燃焼安定度が決まることが分
かった。燃料の着火が速すぎると燃焼安定度が悪くなる
が、この場合点火時期を遅くすると燃料の着火は遅くな
り、また燃料の着火が遅すぎると燃焼安定度が悪くなる
が、この場合点火時期を速くすると燃料の着火は速くな
る。
時には、点火プラグ近傍に可燃空燃比の混合気層を形成
しつつ全体として希薄な混合気として成層燃焼を行うた
め、燃料の着火性で燃焼安定度が決まる。即ち、燃料の
着火遅れは燃焼安定度そのものを表しており、成層燃焼
運転時に点火時期によって燃焼安定度が決まることが分
かった。燃料の着火が速すぎると燃焼安定度が悪くなる
が、この場合点火時期を遅くすると燃料の着火は遅くな
り、また燃料の着火が遅すぎると燃焼安定度が悪くなる
が、この場合点火時期を速くすると燃料の着火は速くな
る。
【００１５】したがって、第１の発明によれば、成層燃
焼運転時に燃料の着火遅れを代表する燃焼パラメータが
設定値内になるように、点火プラグの点火時期を補正す
ることによって、燃焼安定度を設定値内に保つことがで
きる。このため、成層燃焼運転時に燃焼の安定化制御を
的確に行うことができ、燃焼安定度を向上できる。
焼運転時に燃料の着火遅れを代表する燃焼パラメータが
設定値内になるように、点火プラグの点火時期を補正す
ることによって、燃焼安定度を設定値内に保つことがで
きる。このため、成層燃焼運転時に燃焼の安定化制御を
的確に行うことができ、燃焼安定度を向上できる。
【００１６】第２の発明によれば、燃焼初期にあって所
定の筒内圧力になる時期、あるいは点火後その所定の筒
内圧力になるまでの期間から、燃料の着火遅れを代表す
る燃焼パラメータを的確に検出できる。
定の筒内圧力になる時期、あるいは点火後その所定の筒
内圧力になるまでの期間から、燃料の着火遅れを代表す
る燃焼パラメータを的確に検出できる。
【００１７】第３の発明によれば、燃焼パラメータが設
定値内に維持される範囲で点火時期を進角補正すること
によって、燃費、ＨＣ等に有利な領域で運転でき、燃
費、ＨＣ性能等を向上できる。
定値内に維持される範囲で点火時期を進角補正すること
によって、燃費、ＨＣ等に有利な領域で運転でき、燃
費、ＨＣ性能等を向上できる。
【００１８】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。
に基づいて説明する。
【００１９】図１に示すように、エンジン２０のシリン
ダヘッド２１の燃焼室壁面にはシリンダ中心線上に燃焼
室２２に臨む点火プラグ２３が配置される。
ダヘッド２１の燃焼室壁面にはシリンダ中心線上に燃焼
室２２に臨む点火プラグ２３が配置される。
【００２０】点火プラグ２３の取付部には、シリンダヘ
ッド２１との間に筒内圧力を検出する筒内圧センサ（座
金センサ）２４が介装される。
ッド２１との間に筒内圧力を検出する筒内圧センサ（座
金センサ）２４が介装される。
【００２１】シリンダヘッド２１の点火プラグ２３の回
りの燃焼室壁面には、吸気ポート２５（１つまたは２
つ）、排気ポート２６（１つまたは２つ）が開口され、
それぞれバルブ口に吸気バルブ、排気バルブ（図示しな
い）が設けられる。
りの燃焼室壁面には、吸気ポート２５（１つまたは２
つ）、排気ポート２６（１つまたは２つ）が開口され、
それぞれバルブ口に吸気バルブ、排気バルブ（図示しな
い）が設けられる。
【００２２】シリンダヘッド２１の燃焼室壁面の周辺部
には、吸気ポート２５のバルブ口の外方または斜め外方
に燃焼室２２に向け燃料を噴射供給する燃料インジェク
タ２７が配置される。
には、吸気ポート２５のバルブ口の外方または斜め外方
に燃焼室２２に向け燃料を噴射供給する燃料インジェク
タ２７が配置される。
【００２３】シリンダ内を往復運動するピストン２８の
冠面には、燃料インジェクタ２７側から冠面中央にかけ
て深いキャビティ２９が形成される。
冠面には、燃料インジェクタ２７側から冠面中央にかけ
て深いキャビティ２９が形成される。
【００２４】図２に示すように、エンジンの運転条件を
検出する手段として、エンジンの回転数、クランク角を
検出する回転数センサ（クランク角センサ）３０、エン
ジンの吸入空気量（負荷）を検出する吸気センサ３１、
アクセル開度を検出するアクセル開度センサ３２、エン
ジンの冷却水温を検出する水温センサ３３等が設けら
れ、これらの信号は前記筒内圧センサ２４からの信号と
共に、コントロールユニット３５に入力される。
検出する手段として、エンジンの回転数、クランク角を
検出する回転数センサ（クランク角センサ）３０、エン
ジンの吸入空気量（負荷）を検出する吸気センサ３１、
アクセル開度を検出するアクセル開度センサ３２、エン
ジンの冷却水温を検出する水温センサ３３等が設けら
れ、これらの信号は前記筒内圧センサ２４からの信号と
共に、コントロールユニット３５に入力される。
【００２５】これらの信号に基づき、コントロールユニ
ット３５によって、燃料インジェクタ２７の燃料噴射
量、噴射時期、点火プラグ２３の点火時期が制御され
る。
ット３５によって、燃料インジェクタ２７の燃料噴射
量、噴射時期、点火プラグ２３の点火時期が制御され
る。
【００２６】燃料噴射量は、エンジンの負荷の軽い領域
（成層燃焼領域）にエンジン回転数と吸入空気量と冷却
水温等から成層燃焼を行うための希薄空燃比（予めマッ
プに定められる）となるように、また高負荷領域にエン
ジン回転数と吸入空気量と冷却水温等から基本噴射量が
求められ、所定の空燃比（理論空燃比等）となるよう
に、演算、制御される。
（成層燃焼領域）にエンジン回転数と吸入空気量と冷却
水温等から成層燃焼を行うための希薄空燃比（予めマッ
プに定められる）となるように、また高負荷領域にエン
ジン回転数と吸入空気量と冷却水温等から基本噴射量が
求められ、所定の空燃比（理論空燃比等）となるよう
に、演算、制御される。
【００２７】噴射時期は、エンジン回転数と吸入空気量
等から演算され（予めマップに定めらる）、成層燃焼領
域には圧縮行程の後半の所定の時期に、また高負荷領域
には吸気行程の所定の時期に制御される。
等から演算され（予めマップに定めらる）、成層燃焼領
域には圧縮行程の後半の所定の時期に、また高負荷領域
には吸気行程の所定の時期に制御される。
【００２８】点火時期は、エンジン回転数と吸入空気量
等から演算される時期（予めマップに定められる）に制
御されると共に、成層燃焼領域に後述する燃焼パラメー
タに応じて補正制御される。
等から演算される時期（予めマップに定められる）に制
御されると共に、成層燃焼領域に後述する燃焼パラメー
タに応じて補正制御される。
【００２９】ここで、成層燃焼時の噴射時期ＩＴ、点火
時期ＡＤＶの各マップ値は、図３のように燃費、安定
度、スモーク、ＮＯｘの各性能が良好となる点を設定点
として、予めエンジン回転数と吸入空気量等（負荷）に
基づき設定される。ただし、図３は一定の負荷、空燃比
のときの特性を示す。
時期ＡＤＶの各マップ値は、図３のように燃費、安定
度、スモーク、ＮＯｘの各性能が良好となる点を設定点
として、予めエンジン回転数と吸入空気量等（負荷）に
基づき設定される。ただし、図３は一定の負荷、空燃比
のときの特性を示す。
【００３０】次に、制御内容を説明する。
【００３１】エンジンの負荷の軽い領域では、燃料イン
ジェクタ２７から圧縮行程の後半に燃料を噴射供給し
て、点火プラグ２３近傍に可燃空燃比の混合気層を形成
しつつシリンダ内全体として希薄な混合気とする成層燃
焼運転を行う。
ジェクタ２７から圧縮行程の後半に燃料を噴射供給し
て、点火プラグ２３近傍に可燃空燃比の混合気層を形成
しつつシリンダ内全体として希薄な混合気とする成層燃
焼運転を行う。
【００３２】エンジンの高負荷領域では、燃料インジェ
クタ２７から吸気行程に燃料を噴射供給して、シリンダ
内全体の空燃比を一様とする均質混合気での運転を行
う。
クタ２７から吸気行程に燃料を噴射供給して、シリンダ
内全体の空燃比を一様とする均質混合気での運転を行
う。
【００３３】即ち、成層燃焼運転では、少ない燃料に対
して多い空気を吸入して、ポンピングロスや熱損失を少
なくして、エンジンの熱効率を向上させ、燃費を向上さ
せる。
して多い空気を吸入して、ポンピングロスや熱損失を少
なくして、エンジンの熱効率を向上させ、燃費を向上さ
せる。
【００３４】この希薄混合気での成層燃焼運転時に、点
火時期による燃焼の安定化制御を行う。
火時期による燃焼の安定化制御を行う。
【００３５】以下、この燃焼の安定化制御の内容を図４
のフローチャートに基づいて説明する。
のフローチャートに基づいて説明する。
【００３６】ステップ１，２では、回転数センサ３０、
吸気センサ３１等の信号からエンジン回転数、吸入空気
量等を読み込む。
吸気センサ３１等の信号からエンジン回転数、吸入空気
量等を読み込む。
【００３７】ステップ３では、エンジン回転数、吸入空
気量等から予め定めた点火時期マップを基に点火時期Ａ
ＤＶを算出する。
気量等から予め定めた点火時期マップを基に点火時期Ａ
ＤＶを算出する。
【００３８】ステップ４，５では、筒内圧センサ２４の
信号から筒内圧を読み込み、燃焼パラメータθ10または
θig-10を算出する。
信号から筒内圧を読み込み、燃焼パラメータθ10または
θig-10を算出する。
【００３９】燃焼パラメータθ10は、点火後、燃料が質
量割合で１０％燃焼する燃焼位置（クランク角位置）
を、燃焼パラメータθig-10は、点火後、燃料が質量割
合で１０％燃焼するまでの燃焼期間（クランク角期間）
を表しており、燃料の着火遅れ、初期燃焼を代表してい
る。
量割合で１０％燃焼する燃焼位置（クランク角位置）
を、燃焼パラメータθig-10は、点火後、燃料が質量割
合で１０％燃焼するまでの燃焼期間（クランク角期間）
を表しており、燃料の着火遅れ、初期燃焼を代表してい
る。
【００４０】この場合、エンジン回転数、吸入空気量等
を基に、予めθ10またはθig-10の基準データおよびθ
10またはθig-10の基準データに相当する筒内圧データ
を所定のマップに設定してあり、点火後の筒内圧がその
筒内圧データになったときのクランク角を読み込むこと
で、θ10またはθig-10を求める。
を基に、予めθ10またはθig-10の基準データおよびθ
10またはθig-10の基準データに相当する筒内圧データ
を所定のマップに設定してあり、点火後の筒内圧がその
筒内圧データになったときのクランク角を読み込むこと
で、θ10またはθig-10を求める。
【００４１】または、筒内圧波形より、クランク角毎の
圧力上昇代（ｄｐ／ｄθ）から熱発生率（ｄＱ／ｄθ）
を計算し、そのｄＱ／ｄθをクランク角に対して積分し
て、熱発生量および燃焼燃料の質量および全体を１００
％としたときの質量割合を算出して、その質量割合が１
０％になったときのクランク角からθ10またはθig-10
を求める。
圧力上昇代（ｄｐ／ｄθ）から熱発生率（ｄＱ／ｄθ）
を計算し、そのｄＱ／ｄθをクランク角に対して積分し
て、熱発生量および燃焼燃料の質量および全体を１００
％としたときの質量割合を算出して、その質量割合が１
０％になったときのクランク角からθ10またはθig-10
を求める。
【００４２】ステップ６では、算出した燃焼パラメータ
θ10またはθig-10が、予めエンジン回転数、吸入空気
量等に基づきマップに設定してある設定値（範囲）内に
あるかどうかを判定する。
θ10またはθig-10が、予めエンジン回転数、吸入空気
量等に基づきマップに設定してある設定値（範囲）内に
あるかどうかを判定する。
【００４３】燃焼パラメータθ10またはθig-10が設定
値内にあるときはステップ７に進み、ステップ３にて算
出した点火時期ＡＤＶを制御点火時期ＡＤＶにする。
値内にあるときはステップ７に進み、ステップ３にて算
出した点火時期ＡＤＶを制御点火時期ＡＤＶにする。
【００４４】一方、燃焼パラメータθ10またはθig-10
が設定値内にないときはステップ８に進み、ステップ３
にて算出した点火時期ＡＤＶを補正して制御点火時期Ａ
ＤＶを求める。
が設定値内にないときはステップ８に進み、ステップ３
にて算出した点火時期ＡＤＶを補正して制御点火時期Ａ
ＤＶを求める。
【００４５】この場合、燃焼パラメータθ10またはθ
ig-10が設定値よりも遅いときは、これを速くして設定
値内に入るように点火時期ＡＤＶに正の補正量（ΔＡＤ
Ｖ）を加えて進角補正し、燃焼パラメータθ10またはθ
ig-10が設定値よりも速いときは、これを遅くして設定
値内に入るように点火時期ＡＤＶに負の補正量（ΔＡＤ
Ｖ）を加えて遅角補正する。補正量（ΔＡＤＶ）は燃焼
パラメータθ10またはθig-10と設定値の差分およびエ
ンジン回転数、吸入空気量等の運転条件によって設定し
て良い。
ig-10が設定値よりも遅いときは、これを速くして設定
値内に入るように点火時期ＡＤＶに正の補正量（ΔＡＤ
Ｖ）を加えて進角補正し、燃焼パラメータθ10またはθ
ig-10が設定値よりも速いときは、これを遅くして設定
値内に入るように点火時期ＡＤＶに負の補正量（ΔＡＤ
Ｖ）を加えて遅角補正する。補正量（ΔＡＤＶ）は燃焼
パラメータθ10またはθig-10と設定値の差分およびエ
ンジン回転数、吸入空気量等の運転条件によって設定し
て良い。
【００４６】ステップ９，１０では、制御点火時期ＡＤ
Ｖが下限値を下回らないようにする。
Ｖが下限値を下回らないようにする。
【００４７】なお、噴射時期ＩＴは、図５のようにエン
ジン回転数と吸入空気量等（燃料噴射量でも良い）に基
づき予め定めた噴射時期マップから噴射時期ＩＴを読み
出し、設定する。
ジン回転数と吸入空気量等（燃料噴射量でも良い）に基
づき予め定めた噴射時期マップから噴射時期ＩＴを読み
出し、設定する。
【００４８】このように、点火後、燃料が質量割合で１
０％燃焼する燃焼位置または１０％燃焼するまでの燃焼
期間を表す燃焼パラメータθ10またはθig-10を求め、
この燃焼パラメータθ10またはθig-10に応じて点火時
期を補正するので、成層燃焼運転時に安定した燃焼状態
を得ることができる。
０％燃焼する燃焼位置または１０％燃焼するまでの燃焼
期間を表す燃焼パラメータθ10またはθig-10を求め、
この燃焼パラメータθ10またはθig-10に応じて点火時
期を補正するので、成層燃焼運転時に安定した燃焼状態
を得ることができる。
【００４９】即ち、成層燃焼運転時に、燃料の着火遅れ
（初期燃焼）を表す燃焼パラメータθ10またはθig-10
は燃焼安定度そのものを表すことを確認しており、この
際噴射時期ＩＴはエンジン回転数と吸入空気量等に応じ
て変化するが、こうした噴射時期ＩＴの変化に拘わら
ず、図６のように点火時期によって燃焼安定度が決まる
ことが分かった。これは、燃料の着火性で燃焼安定度が
決まることを表している。
（初期燃焼）を表す燃焼パラメータθ10またはθig-10
は燃焼安定度そのものを表すことを確認しており、この
際噴射時期ＩＴはエンジン回転数と吸入空気量等に応じ
て変化するが、こうした噴射時期ＩＴの変化に拘わら
ず、図６のように点火時期によって燃焼安定度が決まる
ことが分かった。これは、燃料の着火性で燃焼安定度が
決まることを表している。
【００５０】ただし、図６中燃焼パラメータθ10または
θig-10は２つの点火時期範囲にて設定値内に入るが、
そのうち遅い点火時期範囲は遅角すぎる（下限値以下と
なる）ので、使用しない。また、これは点火時期の補正
による燃焼パラメータθ10またはθig-10の進遅方向か
ら判別できる。
θig-10は２つの点火時期範囲にて設定値内に入るが、
そのうち遅い点火時期範囲は遅角すぎる（下限値以下と
なる）ので、使用しない。また、これは点火時期の補正
による燃焼パラメータθ10またはθig-10の進遅方向か
ら判別できる。
【００５１】したがって、直噴式火花点火エンジンの成
層燃焼領域にて、燃焼の安定化制御を的確に行え、高い
燃焼安定度を確保することができる。
層燃焼領域にて、燃焼の安定化制御を的確に行え、高い
燃焼安定度を確保することができる。
【００５２】これに対して、燃焼パラメータとしてθ
10-90（燃料が質量割合で１０％から９０％まで燃焼す
る主燃焼期間）またはθ90（燃料が質量割合で９０％燃
焼する燃焼位置）を用いたときの燃焼安定度との相関を
調べると、成層燃焼運転時にこれらの燃焼パラメータθ
10-90、θ90は、図７のように燃料インジェクタ２７の
噴射時期ＩＴ毎に点火時期に応じて燃焼安定度と関連付
けられる。ここで、噴射時期ＩＴは圧縮上死点前７０°
（早期）〜２０°（遅期）の範囲で変わり、これだと、
噴射時期ＩＴ毎に点火時期を補正制御する必要があり、
これに対応するマップ等を複数備える必要が生じる他、
制御が複雑になり、噴射時期ＩＴが様々に変化する実走
行条件を考慮すると、信頼性に問題が生じる。また、相
関そのものの精度も実際は低いのである。
10-90（燃料が質量割合で１０％から９０％まで燃焼す
る主燃焼期間）またはθ90（燃料が質量割合で９０％燃
焼する燃焼位置）を用いたときの燃焼安定度との相関を
調べると、成層燃焼運転時にこれらの燃焼パラメータθ
10-90、θ90は、図７のように燃料インジェクタ２７の
噴射時期ＩＴ毎に点火時期に応じて燃焼安定度と関連付
けられる。ここで、噴射時期ＩＴは圧縮上死点前７０°
（早期）〜２０°（遅期）の範囲で変わり、これだと、
噴射時期ＩＴ毎に点火時期を補正制御する必要があり、
これに対応するマップ等を複数備える必要が生じる他、
制御が複雑になり、噴射時期ＩＴが様々に変化する実走
行条件を考慮すると、信頼性に問題が生じる。また、相
関そのものの精度も実際は低いのである。
【００５３】そして、θ10-90、θ90は着火した後の燃
焼期間であり、これは筒内のガス流動、燃料の気化量、
混合気形成（混合気の濃淡空間分布）に強く影響を受
け、特にサイクル毎の変動が非常に大きい。そのため精
度、相関が低くなる。一方、θ10、θig-10は点火プラ
グ回りの混合気形成で決まり、噴射弁の噴霧特性やピス
トン冠面形状で点火プラグ回りに到達する燃料の分布が
決まる。そのため、精度、相関が高い。
焼期間であり、これは筒内のガス流動、燃料の気化量、
混合気形成（混合気の濃淡空間分布）に強く影響を受
け、特にサイクル毎の変動が非常に大きい。そのため精
度、相関が低くなる。一方、θ10、θig-10は点火プラ
グ回りの混合気形成で決まり、噴射弁の噴霧特性やピス
トン冠面形状で点火プラグ回りに到達する燃料の分布が
決まる。そのため、精度、相関が高い。
【００５４】本実施形態の燃焼パラメータθ10またはθ
ig-10は、前述したように、燃焼インジェクタ２７の噴
射時期ＩＴによらず燃焼安定度との高い相関があり、そ
のため制御が容易であり、安定化制御を良好に行えると
共に、高い信頼性を得ることができる。
ig-10は、前述したように、燃焼インジェクタ２７の噴
射時期ＩＴによらず燃焼安定度との高い相関があり、そ
のため制御が容易であり、安定化制御を良好に行えると
共に、高い信頼性を得ることができる。
【００５５】なお、燃焼パラメータθ10またはθig-10
が設定値内にある場合、設定値内に維持される範囲で点
火時期を進角補正して良い。このようにすれば、燃費、
ＨＣ性能等を向上できる。
が設定値内にある場合、設定値内に維持される範囲で点
火時期を進角補正して良い。このようにすれば、燃費、
ＨＣ性能等を向上できる。
【図１】実施の形態を示すエンジンの部分断面図であ
る。
る。
【図２】制御系統を示すブロック構成図である。
【図３】噴射時期、点火時期と、燃費、安定度、スモー
ク、ＮＯｘの関係を示す特性図である。
ク、ＮＯｘの関係を示す特性図である。
【図４】制御内容を示すフローチャートである。
【図５】制御内容を示すフローチャートである。
【図６】燃焼パラメータと燃焼安定度との相関図であ
る。
る。
【図７】燃焼パラメータと燃焼安定度との相関図であ
る。
る。
【図８】従来例のエンジンの概略構成図である。
【図９】従来例の燃焼パラメータと燃焼安定度との相関
図である。
図である。
【図１０】成層燃焼領域を示す特性図である。
【図１１】成層燃焼時と均質燃焼時の噴射時期を示す特
性図である。
性図である。
【図１２】発明の構成図である。
２０ エンジン ２１ シリンダヘッド ２２ 燃焼室 ２３ 点火プラグ ２４ 筒内圧センサ ２５ 吸気ポート ２６ 排気ポート ２７ 燃料インジェクタ ２８ ピストン ２９ キャビティ ３０ 回転数センサ（クランク角センサ） ３１ 吸気センサ ３２ アクセル開度センサ ３３ 冷却水温センサ ３５ コントロールユニット
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｆ０２Ｐ 5/15 Ｆ０２Ｐ 5/15 Ｂ
Claims (3)
- 【請求項１】 エンジンの運転条件に基づいて燃料噴射
装置の燃料噴射量、噴射時期を制御する燃料噴射制御手
段と、エンジンの運転条件に基づいて点火プラグの点火
時期を制御する点火時期制御手段とを備え、圧縮行程の
後半に燃料噴射装置から燃料を噴射供給して点火プラグ
近傍に可燃空燃比の混合気層を形成しつつ全体としては
希薄な混合気とする成層燃焼運転が可能な直噴式火花点
火エンジンにおいて、 筒内圧力を検出する筒内圧力検出手段と、 筒内圧力から燃料の着火遅れを代表する燃焼パラメータ
を検出する燃焼パラメータ検出手段と、 成層燃焼運転時にその燃焼パラメータが設定値内になる
ように点火プラグの点火時期を補正する点火時期補正手
段と、を備えたことを特徴とする直噴式火花点火エンジ
ンの燃焼安定化装置。 - 【請求項２】 前記燃焼パラメータは、燃焼初期にあっ
て所定の筒内圧力になる時期、あるいは点火後その所定
の筒内圧力になるまでの期間である請求項１に記載の直
噴式火花点火エンジンの燃焼安定化装置。 - 【請求項３】 前記点火時期補正手段は、燃焼パラメー
タが設定値内に維持される範囲で点火時期を進角補正す
る請求項１に記載の直噴式火花点火エンジンの燃焼安定
化装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13885097A JP3959784B2 (ja) | 1997-05-28 | 1997-05-28 | 直噴式火花点火エンジンの燃焼安定化装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13885097A JP3959784B2 (ja) | 1997-05-28 | 1997-05-28 | 直噴式火花点火エンジンの燃焼安定化装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10331682A true JPH10331682A (ja) | 1998-12-15 |
| JP3959784B2 JP3959784B2 (ja) | 2007-08-15 |
Family
ID=15231637
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13885097A Expired - Lifetime JP3959784B2 (ja) | 1997-05-28 | 1997-05-28 | 直噴式火花点火エンジンの燃焼安定化装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3959784B2 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010106828A (ja) * | 2008-10-09 | 2010-05-13 | Ifp | 内燃機関の異常燃焼検出方法 |
| JP2015094339A (ja) * | 2013-11-14 | 2015-05-18 | トヨタ自動車株式会社 | 内燃機関の制御装置 |
| JP2018003755A (ja) * | 2016-07-05 | 2018-01-11 | トヨタ自動車株式会社 | 内燃機関の制御装置 |
| US10288031B2 (en) | 2013-11-14 | 2019-05-14 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Controller for internal combustion engine |
| JP2020169594A (ja) * | 2019-04-02 | 2020-10-15 | マツダ株式会社 | 内燃機関の制御装置および制御方法 |
-
1997
- 1997-05-28 JP JP13885097A patent/JP3959784B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010106828A (ja) * | 2008-10-09 | 2010-05-13 | Ifp | 内燃機関の異常燃焼検出方法 |
| JP2015094339A (ja) * | 2013-11-14 | 2015-05-18 | トヨタ自動車株式会社 | 内燃機関の制御装置 |
| US10288031B2 (en) | 2013-11-14 | 2019-05-14 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Controller for internal combustion engine |
| JP2018003755A (ja) * | 2016-07-05 | 2018-01-11 | トヨタ自動車株式会社 | 内燃機関の制御装置 |
| JP2020169594A (ja) * | 2019-04-02 | 2020-10-15 | マツダ株式会社 | 内燃機関の制御装置および制御方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3959784B2 (ja) | 2007-08-15 |
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