JPH10331752A

JPH10331752A - 直噴火花点火式内燃機関の点火時期制御装置

Info

Publication number: JPH10331752A
Application number: JP9144173A
Authority: JP
Inventors: Yuki Nakajima; 祐樹中島
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1997-06-02
Filing date: 1997-06-02
Publication date: 1998-12-15
Anticipated expiration: 2017-06-02
Also published as: JP3608343B2

Abstract

(57)【要約】【課題】均質燃焼時及び成層燃焼時にそれぞれ最適な
方式で、また必要最小限の演算負荷で、点火時期を設定
する。【解決手段】均質燃焼要求か成層燃焼要求かを判定し
（Ｓ３１）、均質燃焼要求のときは、機関運転状態のパ
ラメータに基づき、予め定めたＭＢＴ演算式により、均
質燃焼用のＭＢＴ相当の点火時期ＡＤＶＨを演算する
（Ｓ３２，３３）。成層燃焼要求のときは、機関運転状
態のパラメータに基づき、予め定めたマップを参照し
て、成層燃焼用の点火時期ＡＤＶＨを検索する（Ｓ３
４）。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、直噴火花点火式内
燃機関の点火時期制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、直噴火花点火式内燃機関が注目さ
れており、このものでは、機関運転条件に応じ、燃焼方
式を切換制御、すなわち、吸気行程にて燃料を噴射する
ことにより、燃焼室内に燃料を拡散させ均質の混合気を
形成して行う均質燃焼と、圧縮行程にて燃料を噴射する
ことにより、点火栓回りに集中的に層状の混合気を形成
して行う成層燃焼とを切換制御するのが一般的である
（特開昭５９−３７２３６号公報参照）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、本出願人
は、点火制御に際し、特願平８−１８３６３７号や特願
平８−２３８７８４号にて提案しているように、機関運
転状態のパラメータに基づいて、予め定めたＭＢＴ（最
適点火時期）演算式を用いて、ＭＢＴ相当の点火時期を
演算することにより、マップ方式に比べ、実験工数やメ
モリ容量の削減を可能にしている。

【０００４】しかるに、ＭＢＴ演算式は、均質燃焼を前
提としているため、成層燃焼時にこれを適用すると、進
角し過ぎとなり、最適な燃焼を実現することはできな
い。また、ＭＢＴ演算式を用いると、演算負荷が増大す
るため、ＭＢＴ演算式による点火時期の設定は必要なと
きに限るべきである。本発明は、このような従来の問題
点に鑑み、均質燃焼時及び成層燃焼時にそれぞれ最適な
方式で、また必要最小限の演算負荷で、点火時期を設定
できるようにすることを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】このため、請求項１に係
る発明では、機関の燃焼室内に直接燃料を噴射する燃料
噴射弁を備えると共に、機関運転条件に応じ、吸気行程
にて燃料を噴射させて行う均質燃焼と、圧縮行程にて燃
料を噴射させて行う成層燃焼とを切換制御する燃焼方式
切換制御手段を備える直噴火花点火式内燃機関の点火時
期制御装置において、図１に示すように、機関運転状態
のパラメータに基づき、予め定めたＭＢＴ演算式によ
り、均質燃焼用のＭＢＴ相当の点火時期を演算する均質
用点火時期演算手段と、機関運転状態のパラメータに基
づき、予め定めたマップを参照して、成層燃焼用の点火
時期を検索する成層用点火時期検索手段と、前記燃焼方
式切換制御手段の切換制御に従って、均質燃焼時に前記
均質用点火時期演算手段による点火時期に制御し、成層
燃焼時に前記成層用点火時期検索手段による点火時期に
制御する点火時期切換制御手段と、を設けたことを特徴
とする。

【０００６】請求項２に係る発明では、前記均質用点火
時期演算手段は、前記燃焼方式切換制御手段の切換制御
に従って、均質燃焼時のみ所定の演算間隔で作動するも
のとし、前記成層用点火時期検索手段は、前記燃焼方式
切換制御手段の切換制御に従って、成層燃焼時のみ所定
の演算間隔で作動するものとしたことを特徴とする。請
求項３に係る発明では、前記均質用点火時期演算手段
は、シリンダ内総ガス重量の算出手段と、未燃ガス密度
の算出手段と、火炎速度の算出手段とを有し、これらに
基づいて、ＭＢＴを演算するものであることを特徴とす
る。

【０００７】請求項４に係る発明では、前記均質用点火
時期演算手段は、シリンダ内総ガス重量を未燃ガス密度
及び火炎速度で割った値に所定の着火遅れ時間を加算
し、この加算値を機関回転数によってクランク角に単位
変換して、ＭＢＴを演算するものであることを特徴とす
る。請求項５に係る発明では、前記成層用点火時期検索
手段は、機関回転数と負荷とを機関運転状態のパラメー
タとして、成層燃焼用の点火時期を定めたマップを参照
して、成層燃焼用の点火時期を検索するものであること
を特徴とする。

【０００８】請求項６に係る発明では、前記燃焼方式切
換制御手段は、機関運転条件に応じ、均質燃焼と成層燃
焼とのいずれの燃焼方式を選択するかを判定する燃焼方
式判定手段と、燃焼方式の判定結果に従って、各気筒毎
に、順次、燃焼方式に対応した燃料噴射量及び噴射時期
の燃料噴射方式に制御する気筒別燃料噴射制御手段と、
からなり、前記均質用点火時期演算手段及び前記成層用
点火時期検索手段は、前記燃焼方式判定手段の判定結果
に従って、いずれか一方が作動するものとし、前記点火
時期切換制御手段は、前記気筒別燃料噴射制御手段によ
る各気筒毎の燃料噴射方式に従って、各気筒毎に点火時
期を制御するものとしたことを特徴とする。

【０００９】

【発明の効果】請求項１に係る発明によれば、均質燃焼
時には、ＭＢＴ演算式を用いて、均質燃焼用のＭＢＴ相
当の点火時期を演算するが、成層燃焼時には、マップを
用いて、成層燃焼用の点火時期を検索する方式とするこ
とにより、成層燃焼時に進角し過ぎることを防止して、
最適な燃焼を実現することができるという効果が得られ
る。

【００１０】請求項２に係る発明によれば、均質燃焼時
には均質用点火時期演算手段のみを作動させ、成層燃焼
時には成層用点火時期検索手段のみを作動させるので、
特に成層燃焼時に、ＭＢＴ演算式を用いないことで、演
算負荷を低減できる。請求項３に係る発明によれば、シ
リンダ内総ガス重量と、未燃ガス密度と、火炎速度とに
基づいて、ＭＢＴを演算することで、ＭＢＴを正確に演
算でき、良好な均質燃焼を実現することができる。

【００１１】請求項４に係る発明によれば、シリンダ内
総ガス重量を未燃ガス密度及び火炎速度で割った値に所
定の着火遅れ時間を加算し、この加算値を機関回転数に
よってクランク角に単位変換して、ＭＢＴを演算するこ
とで、更に正確にＭＢＴを演算できる。請求項５に係る
発明によれば、機関回転数と負荷とをパラメータとし
て、成層燃焼用の点火時期のマップを設定することによ
り、成層燃焼用の点火時期を最適なものとすることがで
きる。

【００１２】請求項６に係る発明によれば、燃焼方式の
判定結果に従って、均質用点火時期演算手段と成層用点
火時期検索手段とのいずれかを作動させる一方、各気筒
毎の実際の燃焼方式（燃料噴射方式）に従って、各気筒
毎に点火時期を制御することで、各気筒毎の燃料噴射制
御と点火時期制御とが対応したものとなる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態につい
て説明する。図２は実施の一形態を示す内燃機関のシス
テム図である。先ず、これについて説明する。車両に搭
載される内燃機関１の各気筒の燃焼室には、エアクリー
ナ２から吸気通路３により、電制スロットル弁４の制御
を受けて、空気が吸入される。また、スワール制御弁５
が設けられており、ポート断面積を制御して燃焼室に吸
入される空気の流動を制御可能である。

【００１４】そして、燃焼室内に燃料（ガソリン）を直
接噴射するように、電磁式の燃料噴射弁（インジェク
タ）６が設けられている。燃料噴射弁６は、後述するコ
ントロールユニット２０から機関回転に同期して吸気行
程又は圧縮行程にて出力される噴射パルス信号によりソ
レノイドに通電されて開弁し、所定圧力に調圧された燃
料を噴射するようになっている。そして、噴射された燃
料は、吸気行程噴射の場合は燃焼室内に拡散して均質な
混合気を形成し、また圧縮行程噴射の場合は点火栓７回
りに集中的に層状の混合気を形成し、後述するコントロ
ールユニット２０からの点火信号に基づき、点火栓７に
より点火されて、燃焼（均質燃焼又は成層燃焼）する。

【００１５】機関１からの排気は排気通路８より排出さ
れ、排気通路８には排気浄化用の触媒９が介装されてい
る。また、排気の一部は電制ＥＧＲ弁１０を介してＥＧ
Ｒ通路１１により吸気通路３のスロットル弁４下流（吸
気マニホールド）に還流される。コントロールユニット
２０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ａ／Ｄ変換器及び入
出力インターフェイス等を含んで構成されるマイクロコ
ンピュータを備え、各種センサからの入力信号を受け、
これに基づいて演算処理して、燃料噴射弁６及び点火栓
７などの作動を制御する。

【００１６】前記各種センサとしては、機関１のクラン
ク軸又はカム軸回転を検出するクランク角センサ２１，
２２が設けられている。これらのクランク角センサ２
１，２２は、気筒数をｎとすると、クランク角７２０°
／ｎ毎に、予め定めたクランク角位置（例えば圧縮上死
点前１１０°）で基準パルス信号ＲＥＦを出力すると共
に、１〜２°毎に単位パルス信号ＰＯＳを出力するもの
で、基準パルス信号ＲＥＦの周期などから機関回転数Ｎ
ｅを算出可能である。また特に、カム軸センサ２２はク
ランク角７２０°毎に予め定めたクランク角位置で特定
気筒に対応する気筒判別信号ＰＨＡＳＥを出力し、これ
により気筒判別が可能となる。

【００１７】この他、吸気通路３のスロットル弁４上流
で吸入空気流量Ｑａを検出するエアフローメータ２３、
アクセルペダルの踏込み量（アクセル開度）ＡＣＣを検
出するアクセルセンサ２４、スロットル弁４の開度ＴＶ
Ｏを検出するスロットルセンサ２５（スロットル弁４の
全閉位置でＯＮとなるアイドルスイッチを含む）、機関
１の冷却水温Ｔｗを検出する水温センサ２６、排気通路
８にて排気空燃比のリッチ・リーンに応じた信号を出力
するＯ₂センサ２７、車速ＶＳＰを検出する車速センサ
２８などが設けられている。

【００１８】次に、コントロールユニット２０により行
われる燃料噴射制御及び点火制御について、図３〜図８
のフローチャートにより説明する。図３は燃料噴射量・
噴射時期演算ルーチンであり、１０ｍｓジョブとして実
行される。ステップ１（図にはＳ１と記す。以下同様）
では、均質燃焼要求か、成層燃焼要求かを判定する。

【００１９】ここで、均質燃焼とするか、成層燃焼とす
るかは、次のように定める。先ず、機関回転数Ｎｅと目
標機関トルクｔＴｅとを機関運転状態のパラメータとし
て基本目標当量比ＴＦＢＹＡ０を定めたマップを、水温
Ｔｗ、始動後時間などの条件別に複数備えていて、これ
らの条件から選択されたマップより、実際の機関運転状
態のパラメータに従って基本目標当量比ＴＦＢＹＡ０を
設定する。尚、目標機関トルクｔＴｅは、アクセル開度
ＡＣＣ及び車速ＶＳＰより設定される目標駆動力ｔＴｄ
をベースとし、変速比及びトルク比を考慮して、定め
る。

【００２０】次に、マップから求められた基本目標当量
比ＴＦＢＹＡ０を燃焼効率等により補正すると共に、１
次遅れを与えて、実際の燃料噴射量演算に用いる目標当
量比ＴＦＢＹＡを得る。ここでいう目標当量比ＴＦＢＹ
Ａは、目標燃空補正係数ともいい、目標空燃比をｔＡＦ
とすると、１４．６／ｔＡＦで表される。そして、この
目標当量比ＴＦＢＹＡが燃焼方式の切換判定用の閾値を
横切ったときに、燃焼方式の切換要求（均質燃焼への切
換要求又は成層燃焼への切換要求）を発生させ、この要
求に基づいて判定する（図９及び図１０参照）。

【００２１】均質燃焼要求の場合は、ステップ２で、均
質燃焼用の目標当量比ＴＦＢＹＡを演算し、これを用い
て、均質用噴射量ＣＴＩＨを次式により演算する。ＣＴＩＨ＝Ｔｐ×ＴＦＢＹＡ×α＋Ｔｓ尚、Ｔｐはストイキ相当の基本燃料噴射量であり、Ｔｐ
＝Ｋ×Ｑａ／Ｎｅ（Ｋは定数）により求める。αはＯ₂
センサ信号に基づく空燃比フィードバック補正係数であ
り、リーン運転時は＝１にクランプされる。Ｔｓはバッ
テリ電圧に依存する無効噴射時間補正分である。

【００２２】そして、ステップ３で、均質燃焼の場合の
吸気行程噴射時期前の気筒に対する制御用の均質用噴射
量ＴＩＳＥＴＨn ＝ＣＴＩＨとしてセットする。そし
て、ステップ４で、その気筒の気筒別均質要求フラグＦ
ＨＤＭＤn を１にセットする。成層燃焼要求の場合は、
ステップ５で、成層燃焼用の目標当量比ＴＦＢＹＡを演
算し、これを用いて、成層用噴射量ＣＴＩＳを次式によ
り演算する。

【００２３】ＣＴＩＳ＝Ｔｐ×ＴＦＢＹＡ×α＋Ｔｓ最終的な計算式は、均質燃焼の場合と同じであるが、目
標当量比ＴＦＢＹＡを求める過程で用いるマップ等が異
なるため、別々に演算する。また、成層燃焼の場合、空
燃比フィードバック補正係数αは常に＝１にクランプさ
れる。そして、ステップ６で、均質燃焼の場合の吸気行
程噴射時期前の気筒に対する制御用の成層用噴射量ＴＩ
ＳＥＴＳn ＝ＣＴＩＳとしてセットする。

【００２４】そして、ステップ７で、その気筒の気筒別
均質要求フラグＦＨＤＭＤn を０にする。これらの後、
ステップ８，９へ進む。ステップ８では、燃料噴射量
（均質用噴射量ＣＴＩＨ）と機関回転数Ｎｅとを機関運
転状態のパラメータとして吸気行程中に均質用噴射時期
ＴＩＴＭＨを定めたマップ（図１１参照）から、均質用
噴射時期ＴＩＴＭＨを検索する。

【００２５】ステップ９では、燃料噴射量（成層用噴射
量ＣＴＩＳ）と機関回転数Ｎｅとを機関運転状態のパラ
メータとして圧縮行程中に成層用噴射時期ＴＩＴＭＳを
定めたマップ（図１１参照）から、成層用噴射時期ＴＩ
ＴＭＳを検索して、本ルーチンを終了する。このよう
に、均質燃焼要求のときは均質用噴射量ＣＴＩＨのみを
演算して、成層用噴射量ＣＴＩＳの演算を行わず、逆
に、成層燃焼要求のときは成層用噴射量ＣＴＩＳのみを
演算して、均質用噴射量ＣＴＩＨの演算を行わないよう
にすることで、演算負荷を低減できる。

【００２６】これに対し、均質用噴射時期ＴＩＴＭＨ及
び成層用噴射時期ＴＩＴＭＳについては、常に同時に演
算することで、切換えをスムーズに行うことができるよ
うにしている。図４は噴射時期セットルーチンであり、
ＲＥＦジョブとして、すなわち、基準パルス信号ＲＥＦ
の発生に同期して実行される。

【００２７】ステップ１１では、均質用噴射時期ＴＩＴ
ＭＨを読込む。ステップ１２では、読込んだ最新の均質
用噴射時期ＴＩＴＭＨに基づき、気筒毎に、均質燃焼す
る場合の吸気行程噴射時期までの基準パルス信号ＲＥＦ
の待ち数ＩＮＪＯＦＨn と、直前の基準パルス信号ＲＥ
Ｆから噴射時期までの単位パルス信号ＰＯＳの待ち数
（角度）ＡＮＧＴＭＨn とを算出し、それぞれの減算カ
ウンタにセットする。

【００２８】ステップ１３では、成層用噴射時期ＴＩＴ
ＭＳを読込む。ステップ１４では、読込んだ最新の成層
用噴射時期ＴＩＴＭＳに基づき、気筒毎に、成層燃焼す
る場合の圧縮行程噴射時期までの基準パルス信号ＲＥＦ
の待ち数ＩＮＪＯＦＳn と、直前の基準パルス信号ＲＥ
Ｆから噴射時期までの単位パルス信号ＰＯＳの待ち数
（角度）ＡＮＧＴＭＳn とを算出し、それぞれの減算カ
ウンタにセットして、本ルーチンを終了する。

【００２９】このように、均質用噴射時期ＴＩＴＭＨ及
び成層用噴射時期ＴＩＴＭＳについては、常に同時に演
算するのみならず、両方をセットしておくことで、切換
えをスムーズに行うことができるようにしている。尚、
ＩＮＪＯＦＨn 及びＩＮＪＯＦＳn の各減算カウンタ
は、その後、基準パルス信号ＲＥＦをカウントして減算
され、ＡＮＧＴＭＨn 及びＡＮＧＴＭＳn の各減算カウ
ンタは、対応するＩＮＪＯＦＨn 及びＩＮＪＯＦＳn の
減算カウンタが０となった後、単位パルス信号ＰＯＳを
カウントして減算される。

【００３０】図５は燃料噴射制御ルーチンであり、ＰＯ
Ｓジョブとして、すなわち、単位パルス信号ＰＯＳの発
生に同期して実行される。ステップ２１では、均質用噴
射時期検出用のＡＮＧＴＭＨn の減算カウンタが０にな
ったか否かを判定し、ＹＥＳの場合に、ステップ２２へ
進む。ステップ２２では、該当する気筒について、気筒
別均質要求フラグＦＨＤＭＤn ＝１か否かを判定し、Ｆ
ＨＤＭＤn ＝１の場合は、均質燃焼のための燃料噴射を
実行すべく、ステップ２３へ進む。

【００３１】ステップ２３では、その気筒の均質用噴射
量ＴＩＳＥＴＨn を読込んで、セットする。そして、ス
テップ２４で、その気筒の燃料噴射弁にＴＩＳＥＴＨn
に対応するパルス幅の噴射パルス信号を出力して、燃料
噴射を行わせる。そして、ステップ２５で、均質噴射実
行フラグＦＨＩＮＪＥＸn を１にセットする。ステップ
２２での判定で気筒別均質要求フラグＦＨＤＭＤn ＝０
の場合、すなわち成層要求の場合は、均質噴射をするこ
となく、ステップ２６へ進み、均質噴射実行フラグＦＨ
ＩＮＪＥＸn を０にする。

【００３２】一方、ステップ２７では、成層用噴射時期
検出用のＡＮＧＴＭＳn の減算カウンタが０になったか
否かを判定し、ＹＥＳの場合に、ステップ２８へ進む。
ステップ２８では、該当する気筒について、均質噴射実
行フラグＦＨＩＮＪＥＸn ＝１か否かを判定し、ＦＨＩ
ＮＪＥＸn ＝１の場合は、均質燃焼のための燃料噴射を
行ったのであるから、２重噴射避けるべく、成層噴射を
行うことなく、本ルーチンを終了する。

【００３３】ＦＨＩＮＪＥＸn ＝０の場合は、成層燃焼
のための燃料噴射を実行すべく、ステップ２９へ進む。
ステップ２９では、その気筒の成層用噴射量ＴＩＳＥＴ
Ｓn を読込んで、セットする。そして、ステップ３０
で、その気筒の燃料噴射弁にＴＩＳＥＴＳn に対応する
パルス幅の噴射パルス信号を出力して、燃料噴射を行わ
せ、本ルーチンを終了する。

【００３４】このように、気筒毎に均質用噴射時期と成
層用噴射時期との両方を設定しておいて、各気筒の均質
用噴射時期（ＡＮＧＴＭＨn ＝０）にて、燃焼方式の判
定結果に従って、気筒別均質要求有り（ＦＨＤＭＤn ＝
１）の場合にのみ、均質燃焼用の燃料噴射を実行し、各
気筒の成層用噴射時期（ＡＮＧＴＭＳn ＝０）にて、直
前の均質燃焼用の燃料噴射の実行・非実行から、非実行
（ＦＨＩＮＪＥＸn ＝０）の場合のみ、成層燃焼用の燃
料噴射を実行するようにしている。

【００３５】尚、図３〜図５のルーチンが燃焼方式切換
制御手段に相当し、特に、図３のステップ１の部分が燃
焼方式判定手段に相当し、図３のステップ２〜９、図４
のステップ１１〜１４、図５のステップ２１〜３０の部
分が気筒別燃料噴射制御手段に相当する。図６は点火時
期演算ルーチンであり、１０ｍｓジョブとして実行され
る。

【００３６】ステップ３１では、均質燃焼要求か、成層
燃焼要求かを判定する。均質燃焼要求の場合は、ステッ
プ３２，３３へ進んで、均質用点火時期ＡＤＶＨを演算
する。具体的には、ステップ３２で、後述する図１２の
ＭＢＴ演算サブルーチンに従い、ＭＢＴ演算式を用い
て、ＭＢＴ演算値（ＭＢＴＣＡＬ）を求め、ステップ３
３で、均質用点火時期ＡＤＶＨ＝ＭＢＴＣＡＬに設定す
る。

【００３７】成層燃焼要求の場合は、ステップ３４へ進
んで、成層用点火時期ＡＤＶＳを演算する。具体的に
は、機関回転数Ｎｅと基本燃料噴射量Ｔｐ（又は目標機
関トルクｔＴｅ）とを機関運転状態のパラメータとして
成層用点火時期ＡＤＶＳを定めたマップから、成層用点
火時期ＡＤＶＳを検索する。特性的には、均質燃焼の場
合のＭＢＴよりも遅角側の設定となる。

【００３８】このように、均質燃焼要求のときは均質用
点火時期ＡＤＶＨのみを演算して、成層用点火時期ＡＤ
ＶＳの演算を行わず、逆に、成層燃焼要求のときは成層
用点火時期ＡＤＶＳのみを演算して、均質用点火時期Ａ
ＤＶＨの演算を行わないようにすることで、演算負荷を
低減できる。また、均質燃焼の場合は、ＭＢＴ演算式を
適用可能であるが、成層燃焼の場合は、条件が大きく異
なり、ＭＢＴ演算式を適用すると不都合を生じるので、
マップを用いて、適正な点火時期を演算できるようにし
ている。

【００３９】図７は点火時期セットルーチンであり、Ｒ
ＥＦジョブとして実行される。ステップ４１では、点火
気筒について、均質噴射実行フラグＦＨＩＮＪＥＸn＝
１か否かを判定する。均質噴射実行フラグＦＨＩＮＪＥ
Ｘn ＝１の場合は、均質燃焼のための燃料噴射（吸気行
程噴射）を行っているので、ステップ４２へ進んで、制
御用の点火時期ＡＤＶを均質用点火時期ＡＤＶＨに設定
する。

【００４０】均質噴射実行フラグＦＨＩＮＪＥＸn ＝０
の場合は、成層燃焼のための燃料噴射（圧縮行程噴射）
を行っているので、ステップ４３へ進んで、制御用の点
火時期ＡＤＶを成層用点火時期ＡＤＶＳに設定する。こ
のように、燃料噴射方式に応じて、点火時期を設定する
のである。次に、ステップ４４で、点火時期ＡＤＶは圧
縮上死点からの点火進角［°ＢＴＤＣ］であるため、基
準信号ＲＥＦから圧縮上死点までのクランク角度をＣＲ
ＳＥＴ＃（例えば１１０°）とすると、次式により、基
準信号ＲＥＦ（現時点）から点火時期までのクランク角
度ＦＡＤＶを算出する。

【００４１】ＦＡＤＶ＝ＣＲＳＥＴ＃−ＡＤＶそして、ステップ４５で、ＦＡＤＶを減算カウンタにセ
ットして、本ルーチンを終了する。尚、ＦＡＤＶの減算
カウンタは、その後、単位パルス信号ＰＯＳをカウント
して減算される。

【００４２】図８は点火制御ルーチンであり、ＰＯＳジ
ョブとして実行される。ステップ５１では、点火時期検
出用のＦＡＤＶの減算カウンタが０になったか否かを判
定し、ＹＥＳの場合に、ステップ５２へ進む。ステップ
５２では、点火気筒に対し、点火信号を出力して、点火
を行わせる。尚、図６のステップ３１の部分が燃焼方式
判定手段に相当し、図６のステップ３２，３３の部分が
均質用点火時期演算手段に相当し、図６のステップ３４
の部分が成層用点火時期検索手段に相当する。また、図
７のステップ４１〜４３の部分が点火時期切換制御手段
に相当する。

【００４３】次に、図９及び図１０を参照して、燃焼方
式の切換えの様子を説明する。尚、この例は６気筒の場
合で、点火順序で＃１〜＃４気筒についてのみ示してあ
る。図９は成層燃焼から均質燃焼へ切換える場合であ
る。目標当量比ＴＦＢＹＡが閾値を超えて、均質燃焼へ
の切換要求が判定されると、均質燃焼の場合の吸気行程
噴射時期直前の＃４気筒から、均質燃焼へ切換られる。

【００４４】すなわち、均質燃焼への切換要求が判定さ
れると、その時点で均質用噴射量ＣＴＩＨが演算され、
その演算が終了すると、均質燃焼の場合の吸気行程噴射
時期直前の＃４気筒から、気筒別均質要求（ＦＨＤＭＤ
n ＝１）がセットされる。このとき、＃４気筒では、そ
の直前の基準パルス信号ＲＥＦの発生時に均質用噴射時
期ＴＩＴＭＨと成層用噴射時期ＴＩＴＭＳとがセットさ
れていて、均質用噴射時期の減算カウンタ（ＡＮＧＴＭ
Ｈn ）は減算途中にあり、その減算カウンタが０になっ
た時点で、気筒別均質要求（ＦＨＤＭＤn ＝１）が判定
され、均質用噴射がなされる。

【００４５】その後、＃４気筒では、すでに成層用噴射
時期ＴＩＴＭＳもセットされていて、その直前の基準パ
ルス信号ＲＥＦから、成層用噴射時期の減算カウンタ
（ＡＮＧＴＭＳn ）も減算を開始するが、その減算カウ
ンタが０になった時点では、均質噴射実行済み（ＦＨＩ
ＮＪＥＸn ＝１）のため、成層用噴射（２重噴射）がな
されることはない。

【００４６】点火制御については、均質燃焼への切換要
求が判定されると、その時点から均質用点火時期ＡＤＶ
Ｈが演算され、＃４気筒の点火時期直前の基準パルス信
号ＲＥＦの発生時に、均質噴射実行済み（ＦＨＩＮＪＥ
Ｘn ＝１）かを判定し、実行済みであるので、点火時期
ＡＤＶを最新の均質用点火時期ＡＤＶＨにセットして、
点火制御を行う。

【００４７】一方、成層燃焼の最後となる＃３気筒につ
いては、均質燃焼への切換要求が判定された時点では、
均質燃焼の場合の吸気行程噴射時期を過ぎているため、
気筒別均質要求（ＦＨＤＭＤn ＝１）はセットされず、
その後に、成層用噴射時期の減算カウンタ（ＡＮＧＴＭ
Ｓn ）が０になった時点で、成層用噴射がなされる。こ
のとき、成層用噴射量ＣＴＩＳの新たな演算は停止され
ており、保持されている最終の演算値が用いられる。

【００４８】＃３気筒の点火制御については、＃３気筒
の点火時期直前の基準パルス信号ＲＥＦの発生時に、均
質噴射実行済み（ＦＨＩＮＪＥＸn ＝１）かを判定し、
実行済みではないので、点火時期ＡＤＶを成層用点火時
期ＡＤＶＳにセットして、点火制御を行う。このとき、
成層用点火時期ＡＤＶＳの新たな演算は停止されてお
り、保持されている最終の演算値が用いられる。

【００４９】図１０は均質燃焼から成層燃焼へ切換える
場合である。目標当量比ＴＦＢＹＡが閾値を下回って、
成層燃焼への切換要求が判定されると、均質燃焼の場合
の吸気行程噴射時期直前の＃４気筒から、成層燃焼へ切
換られる。すなわち、成層燃焼への切換要求が判定され
ると、その時点で成層用噴射量ＣＴＩＳが演算され、そ
の演算が終了すると、均質燃焼の場合の吸気行程噴射時
期直前の＃４気筒から、ＦＨＤＭＤn ＝０（気筒別成層
要求）となる。

【００５０】このとき、＃４気筒では、その直前の基準
パルス信号ＲＥＦの発生時に均質用噴射時期ＴＩＴＭＨ
と成層用噴射時期ＴＩＴＭＳとがセットされていて、均
質用噴射時期の減算カウンタ（ＡＮＧＴＭＨn ）は減算
途中にあり、その減算カウンタが０になった時点で、気
筒別均質要求（ＦＨＤＭＤn ＝１）が判定されるが、、
ＦＨＤＭＤn ＝０（気筒別成層要求）のため、均質用噴
射がなされことはない。

【００５１】その後、＃４気筒では、すでに成層用噴射
時期ＴＩＴＭＳもセットされていて、その直前の基準パ
ルス信号ＲＥＦから、成層用噴射時期の減算カウンタ
（ＡＮＧＴＭＳn ）も減算を開始し、その減算カウンタ
が０になった時点で、均質噴射実行済み（ＦＨＩＮＪＥ
Ｘn ＝１）か判定され、実行済みではないため、成層用
噴射がなされる。

【００５２】点火制御については、成層燃焼への切換要
求が判定されると、その時点から成層用点火時期ＡＤＶ
Ｓが演算され、＃４気筒の点火時期直前の基準パルス信
号ＲＥＦの発生時に、均質噴射実行済み（ＦＨＩＮＪＥ
Ｘn ＝１）かを判定し、実行済みではないので、点火時
期ＡＤＶを最新の成層用点火時期ＡＤＶＳにセットし
て、点火制御を行う。

【００５３】一方、均質燃焼の最後となる＃３気筒につ
いては、成層燃焼への切換要求が判定された時点では、
均質燃焼の場合の吸気行程噴射時期を過ぎて、均質用噴
射を終了しているため、その後に、成層用噴射時期の減
算カウンタ（ＡＮＧＴＭＳn）が０になった時点は、均
質噴射実行済み（ＦＨＩＮＪＥＸn ＝１）のため、成層
用噴射がなされことはない。

【００５４】＃３気筒の点火制御については、＃３気筒
の点火時期直前の基準パルス信号ＲＥＦの発生時に、均
質噴射実行済み（ＦＨＩＮＪＥＸn ＝１）かを判定し、
実行済みであるので、点火時期ＡＤＶを均質用点火時期
ＡＤＶＨにセットして、点火制御を行う。このとき、均
質用点火時期ＡＤＶＨの新たな演算は停止されており、
保持されている最終の演算値が用いられる。

【００５５】最後に、図１２のＭＢＴ演算サブルーチン
について説明する。尚、これは特願平８−１８３６３７
号や特願平８−２３８７８４号にて提案されているもの
である。ステップ１０１では、シリンダ吸入空気量相当
の基本燃料噴射量Ｔｐを用いて、次式により、充填効率
ＩＴＡＣを計算する。

【００５６】ＩＴＡＣ＝Ｔｐ／Ｔｐ１００・・・（１）但し、Ｔｐ１００は、１００％の充填効率に相当するＴ
ｐの適合固定値である。ステップ１０２では、目標当量
比ＴＦＢＹＡを用いて、次式により、燃料重量相当係数
ＦＵＥＬＧを計算する。

【００５７】ＦＵＥＬＧ＝ＴＦＢＹＡ０／１４．６・・・（２）例えば理論空燃比のときは、ＦＵＥＬＧ＝１．０／１
４．６となり、リーン空燃比のときは、１．０／１４．
６より小さな値となる。ステップ１０３では、シリンダ
内ガス重量（新規空気重量ＧAIR と自己残留ガス重量Ｇ
REG との合計）と新規空気重量（ＧAIR ）との比である
新気割合ＩＴＡＮを計算する。具体的には、充填効率Ｉ
ＴＡＣと機関回転数Ｎｅより所定のマップを検索して求
める。

【００５８】ステップ１０４では、充填効率ＩＴＡＣよ
り、所定のテーブルを検索して、未燃ガス密度基本値Ｄ
ＥＮＳを求める。この未燃ガス密度基本値ＤＥＮＳはＩ
ＴＡＣが大きくなるにつれて大きくなる値である。ステ
ップ１０５では、充填効率ＩＴＡＣと機関回転数Ｎｅよ
り、所定のマップを検索して、層流火炎速度基本値ＦＬ
ＭＬを求める。層流火炎速度とはガスが静止している場
合の火炎伝播速度、すなわち流動（乱れ）がない場合の
火炎伝播速度のことである。従って、この層流火炎速度
基本値ＦＬＭＬは機関回転数Ｎが一定の条件ではＩＴＡ
Ｃが大きくなるほど大きくなり、またＩＴＡＣが一定の
ときは機関回転数Ｎが高くなるほど大きくなる値であ
る。

【００５９】ステップ１０６では、先ず、スワール制御
弁開度より、所定のテーブルを検索して、スワール制御
弁開度係数ＳＣＡＤＭＰを求める。次に、このスワール
制御弁開度係数ＳＣＡＤＭＰを用いて、次式により、ス
ワール修正係数ＳＣＶＴＦを計算する。ＳＣＶＴＦ＝ＳＣＡＤＭＰ×ＳＣＶＫ＋１．０・・・（３）但し、ＳＣＶＫは適合係数。

【００６０】このスワール修正係数ＳＣＶＴＦは、スワ
ール制御弁の全閉時に乱れが強くなることによって火炎
速度が速くなる割合を示す値である。この値はスワール
制御弁開度により定まるので、スワール制御弁の全開位
置で０、全閉位置で１となり、中間開度では線形補間に
より計算される値を、スワール制御弁開度係数ＳＣＡＤ
ＭＰとして用いる。また、機関の吸気ポートの形状によ
って異なるので、適合係数ＳＣＶＫは機関ごとに定め
る。

【００６１】ステップ１０７では、水温Ｔｗより、所定
のテーブルを検索して、水温補正係数ＴＷＨＯＳ１、Ｔ
ＷＨＯＳ２を求める。ステップ１０８では、目標当量比
ＴＦＢＹＡより、所定のテーブルを検索して、当量比補
正係数ＲＭＤＨＳ１、ＲＭＤＨＳ２を求める。ステップ
１０９では、先ず、充填効率ＩＴＡＣと機関回転数Ｎｅ
より、所定のマップを検索して、設定ＥＧＲ率ＲＡＴＥ
ＧＲを求める。この設定ＥＧＲ率ＲＡＴＥＧＲは、ＥＧ
Ｒガス流量／（新規空気流量＋ＥＧＲガス流量）として
定義される値である。次に、この設定ＥＧＲ率ＲＡＴＥ
ＧＲを用いて、次式により、修正ＥＧＲ値ＥＧＲＣを計
算する。

【００６２】ＥＧＲＣ＝ＲＡＴＥＧＲ×ＨＫ・・・（４）ここで、ＨＫは補正係数（一定値）で、実際のＥＧＲ率
と設定ＥＧＲ率とのずれを修正するために、機関ごとに
適合される。ステップ１１０では、充填効率ＩＴＡＣ、
修正ＥＧＲ値ＥＧＲＣ、燃料重量相当係数ＦＵＥＬＧ、
新気割合ＩＴＡＮを用いて、次式により、シリンダ内総
ガス質量（正確には単位シリンダ容積当たりの値）ＭＡ
ＳＳＣを計算する。

【００６３】ＭＡＳＳＣ＝ＩＴＡＣ ×〔１＋ＥＧＲＣ＋ＦＵＥＬＧ＋（１−ＩＴＡＮ）／ＩＴＡＮ〕・・・（５）この式において、右辺第２項、第３項、第４項はそれぞ
れＥＧＲ、空燃比、自己残留ガスがシリンダ内総ガス質
量に及ぼす影響を考慮したものである。

【００６４】ステップ１１１では、層流火炎速度基本値
ＦＬＭＬ、当量比補正係数ＲＭＤＨＳ２、水温補正係数
ＴＷＨＯＳ２、スワール修正係数ＳＣＶＴＦなどを用い
て、次式により、火炎伝播速度ＦＬＶを計算する。ＦＬＶ＝ＦＬＭＬ×ＲＭＤＨＳ２×ＴＷＨＯＳ２×（１−Ａ２×ＥＧＲ０）＋ＦＬＭＴ×ＳＣＶＴＦ×Ａ３・・・（６）但し、Ａ２：火炎速度補正係数Ａ３：火炎速度補正係数ＥＧＲ０：ＥＧＲ補正係数ＦＬＭＴ：乱流火炎速度基本値（固定値）。

【００６５】この式において、右辺第１項はスワールが
ないときの火炎速度、右辺第２項はスワールによる火炎
速度の改善分である。右辺第１項において、ＲＭＤＨＳ
２は空燃比（目標当量比ＴＦＢＹＡ）が層流火炎速度に
与える影響を、またＴＷＨＯＳ２は冷却水温Ｔｗが層流
火炎速度に与える影響をそれぞれ考慮するものである。

【００６６】また、右辺第１項のＥＧＲ補正係数ＥＧＲ
０はＥＧＲを行うときに火炎速度が遅くなるために必要
となる値で、設定ＥＧＲ率と新気割合より算出する。係
数Ａ２は一定値で機関ごとに適合する。右辺第２項の乱
流火炎速度基本値ＦＬＭＴはスワール制御弁の全閉状態
でフィッシュフック実験を行って定めた値（固定値）で
ある。従って、スワール制御弁が全閉位置にない中間開
度にあるときは、スワール修正係数ＳＣＶＴＦによりＦ
ＬＭＴを減量補正するようにしている。係数Ａ３は機関
回転数Ｎｅに比例する値である。

【００６７】ステップ１１２では、未燃ガス密度基本値
ＤＥＮＳ、当量比補正係数ＲＭＤＨＳ１、水温補正係数
ＴＷＨＯＳ１を用いて、次式により、未燃ガス密度ＲＯ
Ｕを計算する。ＲＯＵ＝ＤＥＮＳ×ＲＭＤＨＳ１×ＴＷＨＯＳ１・・・（７）この式において、ＴＷＨＯＳ１は冷却水温Ｔｗが未燃ガ
ス密度に与える影響を、またＲＭＤＨＳ１は空燃比
（目標当量比ＴＦＢＹＡ）が未燃ガス密度に与える影響
を考慮するものである。

【００６８】このようにして、シリンダ内総ガス質量Ｍ
ＡＳＳＣ、火炎速度ＦＬＶ、未燃ガス密度ＲＯＵを計算
したら、ステップ１１３へ進む。ステップ１１３では、
これらを用いて、次式により、ＭＢＴ演算値ＭＢＴＣＡ
Ｌ［°ＢＴＤＣ］を計算する。ＭＢＴＣＡＬ＝〔Ｂ１＋Ａ１×ＭＡＳＳＣ／（ＲＯＵ×ＦＬＶ）〕 ×Ｂ２−Ｂ３・・・（８）但し、Ｂ１：着火遅れ時間Ｂ２：時間よりクランク角への換算変数Ｂ３：ＭＢＴＣＡＬ演算用クランク角補正係数。

【００６９】また、Ａ１＝ρ０×Ｖcyl で、ρ０は標準
空気密度、Ｖcyl は行程容積である。従って、Ａ１×Ｍ
ＡＳＳＣは、シリンダ内総空気重量である。燃焼時のシ
リンダ内圧力が最大となるクランク角位置が圧縮上死点
後所定のクランク角（１０°〜１５°）の位置にくるよ
うに設定したときの点火時期がＭＢＴである。この場合
に、従来一般にはＭＢＴを基本点火時期として採用し、
機関回転数と負荷とをパラメータとする基本点火時期の
マップを適合実験により予め定めておくのに対して、こ
こでは演算式によりＭＢＴを定量化したものである。

【００７０】この（８）式において、シリンダ内総ガス
重量であるＡ１×ＭＡＳＳＣを未燃ガス密度ＲＯＵと火
炎速度ＦＬＶとの積で割った値はシリンダ内の未燃ガス
の全てに火炎が達する時間（燃焼時間）で、ロジック上
は［ｍｓ］の単位となる。この燃焼時間に着火遅れ時間
Ｂ１［ｍｓ］を加えた値を換算変数Ｂ２によりクランク
角単位に換算することによって、ＭＢＴが得られる点火
進角値を決定しているのである。

【００７１】この式により、火炎速度ＦＬＶが一定のと
きは、シリンダ内総ガス重量が多くなるほど燃焼に要す
る時間が長くなるので、その分ＭＢＴＣＡＬの値が進角
側に、またシリンダ内総ガス重量が一定のときは火炎速
度ＦＬＶが速くなるほど燃焼に要する時間が短くなり、
その分ＭＢＴＣＡＬの値が遅角側に移動する。さらに燃
焼に要する時間が一定であっても、その時間に対応する
クランク角区間は回転数により変化し、回転数が速いほ
どＭＢＴＣＡＬを進角側にしなければならないので、換
算変数Ｂ２を機関回転数Ｎｅに比例させている。Ｂ１、
Ｂ３は一定値で、機関ごとに適合する。

【００７２】ここで、基本点火時期マップを用いたＭＢ
Ｔ制御方式では、機関回転数及び負荷の代表点に対応し
て多大な適合実験を必要とするのに対して、独自の演算
式によるＭＢＴ制御方式では、少ない実験によりＭＢＴ
演算式の適合が可能であり、開発期間を短縮化すること
ができると共に、コントロールユニットのメモリが削減
されるため、低コスト化が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の構成を示す機能ブロック図

【図２】本発明の実施の一形態を示す内燃機関のシス
テム図

【図３】燃料噴射量・噴射時期演算ルーチンのフロー
チャート

【図４】噴射時期セットルーチンのフローチャート

【図５】燃料噴射制御ルーチンのフローチャート

【図６】点火時期演算ルーチンのフローチャート

【図７】点火時期セットルーチンのフローチャート

【図８】点火制御ルーチンのフローチャート

【図９】成層燃焼から均質燃焼への切換えの様子を示
す図

【図10】均質燃焼から成層燃焼への切換えの様子を示
す図

【図11】噴射時期設定用マップを示す図

【図12】ＭＢＴ演算サブルーチンのフローチャート

【符号の説明】

１内燃機関３吸気通路４電制スロットル弁５スワール制御弁６燃料噴射弁７点火栓８排気通路 10 電制ＥＧＲ弁 20 コントロールユニット 21，22 クランク角センサ 23 エアフローメータ 24 アクセルセンサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＧ０５Ｂ 11/36 ５０１Ｇ０５Ｂ 11/36 ５０１Ｆ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】機関の燃焼室内に直接燃料を噴射する燃料
噴射弁を備えると共に、機関運転条件に応じ、吸気行程
にて燃料を噴射させて行う均質燃焼と、圧縮行程にて燃
料を噴射させて行う成層燃焼とを切換制御する燃焼方式
切換制御手段を備える直噴火花点火式内燃機関におい
て、機関運転状態のパラメータに基づき、予め定めたＭＢＴ
演算式により、均質燃焼用のＭＢＴ相当の点火時期を演
算する均質用点火時期演算手段と、機関運転状態のパラメータに基づき、予め定めたマップ
を参照して、成層燃焼用の点火時期を検索する成層用点
火時期検索手段と、前記燃焼方式切換制御手段の切換制御に従って、均質燃
焼時に前記均質用点火時期演算手段による点火時期に制
御し、成層燃焼時に前記成層用点火時期検索手段による
点火時期に制御する点火時期切換制御手段と、を設けたことを特徴とする直噴火花点火式内燃機関の点
火時期制御装置。
【請求項２】前記均質用点火時期演算手段は、前記燃焼
方式切換制御手段の切換制御に従って、均質燃焼時のみ
所定の演算間隔で作動するものとし、前記成層用点火時
期検索手段は、前記燃焼方式切換制御手段の切換制御に
従って、成層燃焼時のみ所定の演算間隔で作動するもの
としたことを特徴とする請求項１記載の直噴火花点火式
内燃機関の点火時期制御装置。
【請求項３】前記均質用点火時期演算手段は、シリンダ
内総ガス重量の算出手段と、未燃ガス密度の算出手段
と、火炎速度の算出手段とを有し、これらに基づいて、
ＭＢＴを演算するものであることを特徴とする請求項１
又は請求項２記載の直噴火花点火式内燃機関の点火時期
制御装置。
【請求項４】前記均質用点火時期演算手段は、シリンダ
内総ガス重量を未燃ガス密度及び火炎速度で割った値に
所定の着火遅れ時間を加算し、この加算値を機関回転数
によってクランク角に単位変換して、ＭＢＴを演算する
ものであることを特徴とする請求項３記載の直噴火花点
火式内燃機関の点火時期制御装置。
【請求項５】前記成層用点火時期検索手段は、機関回転
数と負荷とを機関運転状態のパラメータとして、成層燃
焼用の点火時期を定めたマップを参照して、成層燃焼用
の点火時期を検索するものであることを特徴とする請求
項１〜請求項４のいずれか１つに記載の直噴火花点火式
内燃機関の点火時期制御装置。
【請求項６】前記燃焼方式切換制御手段は、機関運転条
件に応じ、均質燃焼と成層燃焼とのいずれの燃焼方式を
選択するかを判定する燃焼方式判定手段と、燃焼方式の
判定結果に従って、各気筒毎に、順次、燃焼方式に対応
した燃料噴射量及び噴射時期の燃料噴射方式に制御する
気筒別燃料噴射制御手段と、からなり、前記均質用点火時期演算手段及び前記成層用点火時期検
索手段は、前記燃焼方式判定手段の判定結果に従って、
いずれか一方が作動するものとし、前記点火時期切換制御手段は、前記気筒別燃料噴射制御
手段による各気筒毎の燃料噴射方式に従って、各気筒毎
に点火時期を制御するものとしたことを特徴とする請求
項１〜請求項５のいずれか１つに記載の直噴火花点火式
内燃機関の点火時期制御装置。