JPH1061483A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

内燃機関の制御装置

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JPH1061483A
JPH1061483A JP8218584A JP21858496A JPH1061483A JP H1061483 A JPH1061483 A JP H1061483A JP 8218584 A JP8218584 A JP 8218584A JP 21858496 A JP21858496 A JP 21858496A JP H1061483 A JPH1061483 A JP H1061483A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 目標空燃比の異なる複数の燃料噴射モードに
おける燃焼悪化をそれぞれ確実に判断することのできる
内燃機関の制御装置を提供する。 【解決手段】 内燃機関の燃焼変動をエンジン回転の角
速度や角速度偏差等として検出する燃焼変動検出手段
と、目標空燃比の異なる複数の燃料噴射モードにおける
燃焼変化の特徴に応じて各別に設定された判定閾値に従
って前記燃焼変動検出結果を判定して内燃機関の燃焼悪
化を判定する燃焼悪化判定手段とを備える。特に圧縮行
程噴射モードにおける判定閾値を吸気行程噴射モードに
おける判定閾値に比較して大きく設定する。また圧縮行
程噴射モードにおける判定閾値を完全失火のレベルと
し、吸気行程噴射モードにおける判定閾値を完全失火の
レベルと燃焼が不安定となるレベルの2段階に設定す
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は複数の燃料噴射モー
ドを切り換え設定可能な内燃機関における燃焼悪化の状
態を上記各燃料噴射モードに応じて適切に判定すること
のできる内燃機関の制御装置に関する。
【0002】
【関連する背景技術】近時、内燃機関を理論空燃比より
も希薄な空燃比で運転することで燃料消費率(燃費)の
向上を図ることが種々試みられ、所謂リーンバーンエン
ジンとして実用化されている。また内燃機関からの有害
排出ガス成分の低減や燃費向上等を図るべく、従来一般
的な吸気管噴射型の内燃機関に代えて燃焼室に燃料を直
接噴射する、所謂筒内噴射型ガソリンエンジンも提案さ
れている。
【0003】ちなみに筒内噴射型ガソリンエンジンで
は、例えば燃料噴射弁からピストン頂部に設けたキャビ
ティ内に燃料を噴射することで、点火時点において点火
プラグの周囲に理論空燃比に近い空燃比の混合気を生成
させている。これにより全体に希薄な空燃比でも着火が
可能となり、COやHCの排出量を減少させることがで
き、またアイドル運転時や低負荷走行時における燃費を
大幅に向上させることができる。しかも燃料噴射量を増
減させる際にも吸気管による移送遅れがないので加減速
応答性を高めることができる。
【0004】しかしその反面、キャビティ内に燃料を直
接噴射するので、例えば要求燃料噴射量が増大する高負
荷運転時に点火プラグの近傍の空燃比がオーバリッチと
なって失火が生じる虞がある。このような問題を解決す
るべく、例えば特開平5−79370号公報や特開平7
−102976号公報には、負荷に応じて圧縮行程噴射
モード(後期噴射モード)と吸気行程噴射モード(前期
噴射モード)とを切り換えることが提唱されている。
【0005】具体的には低負荷運転時には、圧縮行程中
にキャビティ(深皿部や凹状溝)内に燃料を噴射するこ
とで、点火プラグの周囲やキャビティ内に理論空燃比に
近い空燃比(空気と燃料との重量比)の混合気を局部的
に形成するようにし、一方、高負荷走行時には、吸気行
程中にキャビティ外に燃料を噴射することで、燃焼室内
の全域に亘って均一な空燃比の混合気を形成し、これに
よって吸気管噴射型のものと同様に多量の燃料を燃焼さ
せるようにしたものである。
【0006】尚、筒内噴射型ガソリンエンジンでは、燃
圧と要求燃料噴射量とから燃料噴射弁の開弁時間が設定
された後、吸気行程や圧縮行程中に燃料の噴射が終了す
るようにその噴射終了時期が決定され、また噴射開始時
期は噴射終了時期と開弁時間とから決定される。特に圧
縮行程噴射モード(後期噴射モード)では、点火時点に
おけるキャビティ内の燃料を確実に気化させて不完全燃
焼を避けるべく、噴射終了時期と噴射開始時期とは燃料
の気化に要する時間も考慮して決定される。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】ところでこの種の内燃
機関において燃費の向上を図る場合、上述した希薄空燃
比での運転域(負荷およびエンジン回転速度)をできる
だけ広く設定することが望ましい。しかし前記圧縮行程
噴射モード(後期噴射モード)および吸気行程噴射モー
ド(前期噴射モード)の負荷域を広くすると、例えば圧
縮行程中における負荷(目標平均有効圧Pe)の増加に
伴って要求燃料噴射量が増大し、空燃比がオーバリッチ
となって失火が生じることがある。逆に吸気行程中にお
ける空燃比がリーンとなり過ぎて不完全燃焼(燃焼不
良)が生じることもある。このような失火や不完全燃焼
(燃焼不良)等の燃焼悪化が生じた場合、これを速やか
に検出して点火時期等をリタードしたり、空燃比をリッ
チ化する等の燃焼補正を施す必要がある。
【0008】しかしながら従来においては、専らエンジ
ン回転の角加速度や角加速度偏差から内燃機関の燃焼変
動を一義的に判定しているに過ぎないので、前述した各
燃料噴射モードにおけるリーン限界等を確実に判断する
ことができないと言う問題があった。即ち、圧縮行程噴
射モードや吸気行程噴射モード、更には通常の理論空燃
比での燃焼噴射モードによって失火や不完全燃焼(燃焼
不良)等の燃焼悪化の状態(現象)が異なるにも拘わら
ず、単に内燃機関の燃焼変動量を一定のレベルで判定し
ているに過ぎないので、各燃料噴射モードに固有の燃焼
悪化状態を確実に判断することができないと言う不具合
があった。
【0009】本発明はこのような事情を考慮してなされ
たもので、その目的は、異なる目標空燃比に基づいて設
定された複数の燃料噴射モードにおける燃焼悪化の状態
をそれぞれ確実に判断することができ、もって燃焼悪化
に対する燃焼補正を的確に施すことを可能とする内燃機
関の制御装置を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】上述した目的を達成する
べく本発明に係る内燃機関の制御装置は、互いに異なる
目標空燃比に基づいて設定された複数の燃料噴射モード
を、例えば運転状態に応じて切り換え設定可能な内燃機
関において、特に前記内燃機関の燃焼変動を、例えばエ
ンジン回転の角速度や角速度偏差として検出する燃焼変
動検出手段と、この燃焼変動検出結果を前記各燃料噴射
モード毎に、具体的には各燃料噴射モードにおける燃焼
変化の特徴に応じて各別に設定された判定閾値に従って
判定して前記内燃機関の燃焼悪化を判定する燃焼悪化判
定手段とを具備したことを特徴としている。
【0011】つまり複数種の燃料噴射モード毎にその燃
料噴射モードにおける燃焼状態の変化特性に応じて燃焼
悪化を判定する為の判定閾値を各別に設定することで、
各燃料噴射モードに応じて確実にその燃焼悪化を判定す
るようにしたことを特徴としている。また請求項2に記
載の発明は、主として圧縮行程で燃料噴射して理論空燃
比よりも希薄な希薄空燃比で運転する圧縮行程噴射モー
ドと、主として吸気行程で燃料噴射して前記理論空燃比
より希薄で、且つ上記希薄空燃比よりも濃厚な空燃比で
運転する吸気行程噴射モードとを、運転状態に応じて切
り換え設定可能な筒内噴射型内燃機関に適用したもので
あって、特に前記圧縮行程噴射モードにおける判定閾値
を、前記吸気行程噴射モードにおける判定閾値に比較し
て、前記内燃機関の燃焼変動量に対して大きく設定した
ことを特徴としている。
【0012】つまり圧縮行程噴射モードにおける燃焼悪
化の現象が、回転変動の離散的で大きな変化として生
じ、これに対して吸気行程噴射モードにおける燃焼悪化
の現象が、次第に増大する回転変動として生じることに
鑑み、その燃焼変動量に対する判定閾値を吸気行程噴射
モードに比較して圧縮行程噴射モードの方を大きく設定
し、各燃料噴射モードでの誤判定を防いで、その燃焼悪
化を確実に判定することを特徴としている。
【0013】更に請求項3に記載の発明は、主として圧
縮行程で燃料噴射して理論空燃比よりも希薄な希薄空燃
比で運転する圧縮行程噴射モードを備えた筒内噴射型内
燃機関に適用した際、前記圧縮行程噴射モードにおける
燃焼悪化の判定閾値を、前記内燃機関が完全失火に陥る
ときの燃焼変動状態に略対応させて設定することを特徴
としている。
【0014】つまり圧縮行程噴射モードにおける燃焼悪
化の現象が、その不完全燃焼(燃焼不良)がそのまま失
火に至る傾向にあることに鑑み、失火に陥る状態を判定
することで、その燃焼悪化を確実に検出するようにした
ことを特徴としている。また請求項4に記載の発明は、
主として吸気行程で燃料噴射して理論空燃比より希薄な
空燃比で運転する吸気行程噴射モードを備えた筒内噴射
型内燃機関に適用した際、前記吸気行程噴射モードにお
ける燃焼悪化の判定閾値を、前記内燃機関が完全失火に
陥るときの燃焼変動状態に略対応する第1の閾値と、前
記内燃機関の燃焼が不安定となる燃焼変動状態に略対応
する第2の閾値との2段階に設定することを特徴として
いる。
【0015】つまり吸気行程噴射モードでの燃焼悪化の
状態が、燃焼が不安定な不完全燃焼(燃焼不良)から失
火へと徐々に変化することからその判定閾値を2段階に
設定し、上記燃焼不良と失火とを別個に判定することを
特徴としている。そして請求項5に記載の発明は、上述
した如くして前記内燃機関の燃料噴射モードに応じた燃
焼悪化が検出されたとき、その燃料噴射モードに応じた
燃焼補正を施すことを特徴としている。
【0016】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の一
実施形態に係る内燃機関の制御装置について説明する。
図1は本発明を適用したエンジン制御システムの一実施
形態を示す概略構成図であり、図2は実施形態に係る筒
内噴射型ガソリンエンジンの要部縦断面図である。図に
おいて1は自動車用の筒内噴射型直列4気筒ガソリンエ
ンジン(以下、エンジンと略記す)であり、燃焼室を始
めとして吸気装置やEGR装置等が筒内噴射専用に設計
されている。
【0017】本実施形態の場合、エンジン1のシリンダ
ヘッド2には、各気筒毎に点火プラグ3と共に電磁式の
燃料噴射弁4が取り付けられており、燃焼室5内に燃料
が直接噴射されるようになっている。またシリンダ6に
上下摺動自在に保持されたピストン7の頂面には、その
圧縮行程後期に燃料噴射弁4からの燃料噴霧が到達する
部位に位置して半球状のキャビティ8が形成されてい
る。ちなみにこのエンジン1の理論圧縮比は、一般的な
吸気管噴射型のものに比べて高く(本実施形態では12
程度)設定されている。また動弁機構としてはDOHC
4弁式のものが採用されており、シリンダヘッド2の上
部には吸排気弁9,10をそれぞれ駆動するべく、吸気
側カムシャフト11と排気側カムシャフト12とがそれ
ぞれ回転自在に保持されている。
【0018】一方、シリンダヘッド2には上記両カムシ
ャフト11,12の間を抜けるようにして略直立方向に
吸気ポート13が形成されている。この吸気ポート13
を通過した吸気流が燃焼室5内で、後述する逆タンブル
流を発生させる。また排気ポート14については通常の
エンジンと同様に略水平方向に形成されているが、該排
気ポート15の斜め下方には大径のEGRポート15
(図2には図示せず)が分岐して設けられている。
【0019】尚、図中16は冷却水温Twを検出する水
温センサであり、17は各気筒の所定のクランク位置
(例えばBTDC5°およびBTDC75°)でクランク角信号
SGTを出力するベーン型のクランク角センサ、また1
9は点火プラグ3に高電圧を出力する点火コイルであ
る。またクランクシャフトの半分の回転数で回転するカ
ムシャフトには、気筒判別信号SGCを出力する気筒判
別センサ(図示せず)が取り付けられ、上記クランク角
信号SGTがどの気筒のものかが判別されるようになっ
ている。
【0020】さて図2に示すように吸気ポート13に
は、サージタンク20を有する吸気マニホールド21を
介して、エアフローセンサ32およびエアクリーナ2
2,スロットルボディ23,ステップモータ式の第1の
エアバイパスバルブ(#1ABV)24を備えた吸気管
25が接続されている。更にこの吸気管25には、スロ
ットルボディ23を迂回して前記吸気マニホールド21
に吸入気を導入する大径のエアバイパスパイプ26が併
設されており、その管路にはリニアソレノイド式で大型
の第2のエアバイパスバルブ(#2ABV)27が設け
られている。尚、エアバイパスパイプ26は前記吸気管
25に準ずる流路面積を有したもので、#2ABV27
の全開時にはエンジン1の低中速域で要求される量の吸
入気を適宜流通させる。
【0021】また前記スロットルボディ23には、その
流路を開閉するバタフライ式のスロットルバルブ28と
共に、スロットルバルブ28の開度θTHを検出するスロ
ットルセンサ29と、該スロットルバルブ28の全閉状
態を検出するアイドルスイッチ30とが備えられてい
る。尚、実際にはスロットルセンサ29からは開度θTH
に応じたスロットル電圧VTHが出力され、このスロット
ル電圧VTHに基づいてスロットルの開度θTHが認識され
る。また上記エアフローセンサ32は吸入空気量Qaを
検出するものであって、例えばカルマン渦式エアフロー
センサが使用される。尚、上記吸入空気量Qaについて
は、サージタンク20にブースト圧センサを取り付け、
このブースト圧センサにより検出される吸入管圧力から
求めるようにしても良い。
【0022】更に前記排気ポート14には、O2センサ
40が取付けられた排気マニホールド41を介して、三
元触媒42や図示しないマフラー等を備えた排気管43
が接続されている。また前記EGRポート15は、大径
のEGRパイプ44を介して吸気マニホールド21の上
流に接続されており、その管路にはステップモータ式の
EGRバルブ45が設けられている。
【0023】さて図示しない車体後部に設置された燃料
タンク50に貯留された燃料は、電動式の低圧燃料ポン
プ51により吸い上げられ、低圧フィードパイプ52を
介してエンジン1側に送給される。この低圧フィードパ
イプ52内における供給燃料の圧力(燃圧)は、リター
ンパイプ53の管路に介装された第1の燃圧レギュレー
タ54により比較的低圧(低燃圧)に設定されている。
そしてエンジン1側に送給された燃料は、シリンダヘッ
ド2に取り付けられた高圧燃料ポンプ55から高圧フィ
ードパイプ56,デリバリパイプ57を介して前記各燃
料噴射弁4に送給される。
【0024】尚、デリバリパイプ57内の燃圧は、リタ
ーンパイプ58の管路に介装された第2の燃圧レギュレ
ータ59によって比較的高圧(高燃圧)に調圧される。
また第2の燃圧レギュレータ59に取付けられた電磁式
の燃圧切換弁60は、オン状態で燃料をリリーフしてデ
リバリパイプ57内の燃圧を低燃圧に低下させる役割を
担う。また高圧燃料ポンプ55の潤滑や冷却等を行った
燃料は、リターンパイプ61を介して燃料タンク50に
還流される。
【0025】さて前記エンジン1の総合的な制御を司る
エンジン制御ユニット(ECU)70は、図示しない入
出力装置,制御プログラムや制御マップ等を記憶した記
憶装置(ROM,RAM等),中央処理装置(CP
U),タイマカウンタ等を備えて構成される。そしてE
CU70は、前述した各種のセンサ類からの検出情報を
入力し、燃料噴射モードや燃料噴射量を始めとして、点
火時期やEGRガスの導入量等を決定し、燃料噴射弁4
や点火コイル19,EGRバルブ45等をそれぞれ駆動
制御する。またこのECU70には、図示しない多数の
スイッチやその他のセンサ類が接続されると共に、各種
警告灯や機器類等が接続されている。
【0026】次に上述した如く構成されるエンジン制御
システムでのエンジン制御の基本的な流れについて簡単
に説明する。冷機時においてイグニッションキーをオン
操作すると、ECU70は低圧燃料ポンプ51と燃圧切
換弁60とをオンにし、燃料噴射弁4に低燃圧の燃料を
供給する。この状態でイグニッションキーをスタート操
作すると、図示しないセルモータによりエンジン1がク
ランキングされ、同時にECU70の制御の下で燃料噴
射制御が開始される。但し、この時点においては燃料の
気化率が低いので、ECU70は比較的リッチな空燃比
となるように燃料を噴射する。またこの始動時にはEC
U70によって#2ABV27が閉鎖しているため、燃
焼室5への吸入気はスロットルバルブ28の隙間や#1
ABV24から供給される。尚、#1ABV24および
#2ABV27はECU70により一元管理されてお
り、これらの開弁量はスロットルバルブ28を迂回する
吸入気(バイパスエア)の必要導入量に応じてそれぞれ
決定される。
【0027】始動が完了してエンジン1がアイドル運転
を開始すると、高圧燃料ポンプ55が定格の吐出作動を
始める、これを受けてECU70は燃圧切換弁60をオ
フにして燃料噴射弁4に高圧の燃料を供給する。そして
冷却水温Twが所定値に上昇するまで、ECU70は始
動時と同様に燃料を噴射してリッチな空燃比を確保する
と共に、#2ABV27も継続して閉鎖する。ちなみに
エア・コンディショナ等の補助機能品類の負荷の増減に
応じたアイドル回転数の制御は、吸気管噴射型と同様に
#1ABV24によって行われる。更に所定サイクルが
経過してO2センサ40が活性化された場合、ECU7
0はO2センサ40の出力電圧に応じて空燃比フィード
バック制御を開始し、有害排出ガス成分を三元触媒42
により浄化させる。このように冷機時においては吸気管
噴射型と略同様の燃料噴射制御が行われる。
【0028】さてエンジン1の暖機が終了すると、EC
U70は吸入空気量Qa、またはスロットル開度θTH等
から得た目標平均有効圧Peとエンジン回転速度Neとに
基づき、例えば図3に示す燃料噴射制御マップから現在
の燃料噴射制御領域を検索する。そして燃料噴射モー
ド、および燃料噴射量と燃料噴射時期とをそれぞれ決定
して燃料噴射弁4を駆動する。更にはこれに関連して#
1ABV24,#2ABV27やEGRバルブ45の開
閉制御等も行う。尚、当然のことであるが、燃料噴射量
は燃料噴射弁4の開弁時間幅と比例関係にある。
【0029】ちなみにアイドル運転時や低速走行時等の
低負荷域においては、図3のマップに示されるように圧
縮リーン域となるため、ECU70は圧縮行程噴射モー
ドを選択する。そして#2ABV27を開放し、リーン
な平均空燃比(例えば30〜40程度)となるように燃
料を噴射する。するとこの時点における燃料の気化率が
上昇しているので、吸気ポート13から流入した吸気流
は逆タンブル流を形成し、その燃料噴霧はピストン7の
キャビティ8内に保存される。その結果、点火時点にお
いては点火プラグ3の周囲には理論空燃比近傍の混合気
が層状に形成されることになり、全体としてリーンな空
燃比でも着火が可能となる。この状態における補助機能
品類の負荷の増減に応じたアイドル回転数の制御は、例
えば燃料噴射量を増減させることにより行われる。また
この制御領域においては、ECU70はEGRバルブ4
5を開放し、燃焼室5内に大量(例えば30%以上)の
EGRガスを導入することによりNOxの大幅な低減を
図る。
【0030】これに対して定速走行時等の中負荷域で
は、その負荷状態やエンジン回転速度Neに応じて図3
における吸気リーン域、或いはストイキオフィードバッ
ク域となるので、ECU70は吸気行程噴射モードを選
択し、所定の空燃比となるように燃料を噴射する。即
ち、吸気行程噴射モードの吸気リーン域にあっては、比
較的リーンな空燃比(例えば20〜23程度)となるよ
うに#1ABV24および#2ABV27の開弁量と燃
料噴射量とを制御し、ストイキオフィードバック域では
#2ABV27とEGRバルブ45とを開閉制御し、O
2センサ40の出力電圧に応じて空燃比フィードバック
制御を行う。
【0031】この場合、吸気ポート13から流入した吸
気流が形成する逆タンブル流による乱れの効果により、
リーンな空燃比でも着火が可能となる。またストイキオ
フィードバック域では、その有害排出ガス成分を三元触
媒42により浄化すると共にEGRバルブ45を制御
し、燃焼室5内に適量のEGRガスを導入することによ
り、発生するNOxの低減を図る。
【0032】そして急加速時や高速走行時等の高負荷域
にあっては、図3に示すオープンループ制御域となるた
め、ECU70は前期噴射モードを選択して#2ABV
27を閉鎖し、スロットル開度θTHやエンジン回転速度
Ne等に応じて、比較的リッチな空燃比となるように燃
料を噴射する。尚、中高速走行中の惰行運転時は図3に
示す燃料カット域となるため、ECU70は燃料噴射を
停止する。この燃料カットは、エンジン回転速度Neが
復帰回転速度より低下した場合や、アクセルペダルが踏
み込まれた際、即座に中止される。
【0033】さて基本的には上述した如く、運転状態に
応じて燃料噴射モードが切り換え設定される内燃機関に
おいて、本発明の実施形態に係る失火や不完全燃焼(燃
焼不良)等の燃焼悪化の判定は次のようにして行われ
る。図4はその処理手順(燃焼制御ルーチン)の一例を
示すもので、先ずエンジン1の回転数(回転速度Ne)
と運転負荷Peとを検出することから開始される[ステ
ップS1,S2]。そしてエンジン1での燃焼変動(回
転変動)を検出するべく、例えばその角速度ωや角速度
偏差dωを、その評価値(評価対象)として求める[ス
テップS3]。しかる後、エンジン1に対して現在設定
されている燃料噴射モードを調べ、例えば圧縮行程噴射
モード(圧縮リーンモード)であるか否か、更に吸気行
程噴射モード(吸気リーンモード)であるか否かを判定
する[ステップS4,S5]。
【0034】しかして圧縮リーンモードではなく、且つ
吸気リーンモードでもないと判定された場合には、これ
を通常の理論空燃比での運転であるストイキオ噴射モー
ドと判定する。そして予めそのモードにおけるエンジン
1の回転数と負荷とに応じて設定された判定閾値のマッ
プを参照し、該ストイキオ噴射モードにおける失火状況
を判断する為の回転変動に対する判定閾値Aを求める
[ステップS6]。
【0035】しかる後、この判定閾値Aに従って、例え
ば燃焼変動の評価値である角速度偏差dωを比較判定
し、角速度偏差dωが判定閾値Aより大なるとき、これ
をエンジン1の燃焼悪化(失火)として判定する[ステ
ップS7]。そして必要に応じて燃焼悪化に対する補正
を施す[ステップS8]。但し、この場合には空燃比の
フィードバック制御により燃焼の最適化を図っているの
で、例えば燃焼悪化が生じた事実を記憶し、点火プラグ
の機能劣化等に対する警報を必要に応じて発する等の処
置に留めるだけでも良い。
【0036】これに対して前述したステップS4におい
て圧縮リーンモードであると判定された場合には、予め
圧縮リーンモードにおけるエンジン1の回転数と負荷と
に応じて設定された判定閾値のマップを参照し、該圧縮
リーンモードにおける不完全燃焼(燃焼不良)を判断す
るための回転変動に対する判定閾値B1と、失火状況を
判断する為の回転変動に対する判定閾値B2とをそれぞ
れ求める[ステップS11]。
【0037】そして前述した如く検出される角速度偏差
dωを上記判定閾値B1,B2と順次比較し、該圧縮リー
ンモードにおける燃焼が悪化しているか否か、つまり不
完全燃焼(燃焼不良)となっているか、更には失火状態
に陥っているかをそれぞれ判定する[ステップS12,
S13]。そして燃焼悪化が検出された場合には、これ
を是正して安定な燃焼状態を確保するべく燃焼補正を施
す[ステップS14,S15]。この燃焼補正は、具体
的には燃料の噴射タイミングおよび点火時期をリタード
すること等によってなされる。
【0038】但し、上記の圧縮リーンモードにおける不
完全燃焼(燃焼不良)は、即時失火に繋がり、例えば図
5に示すように離散的(単発的)に生じる大きな回転変
動現象として現れる。従ってその判定閾値が大略等しい
と看做して1つの判定閾値Bだけを求めるようにし、例
えば不完全燃焼(燃焼不良)の判定、或いは失火判定だ
けを行うようにしても良い。またここでは角速度偏差d
ωを燃焼悪化の評価対象としているが、角速度ω自体も
燃焼悪化の評価対象としても良いことは勿論のことであ
る。この角速度ωに対する判定閾値は、上記判定閾値B
(B1,B2)とは別にb(b1,b2)として設定されるこ
とは言うまでもない。
【0039】一方、前述したステップS4において圧縮
リーンモードでないと判定され、次のステップS5にお
いて吸気リーンモードであると判定された場合には、予
め吸気リーンモードにおけるエンジン1の回転数と負荷
とに応じて設定された判定閾値のマップを参照し、該吸
気リーンモードにおける不完全燃焼(燃焼不良)を判断
するための回転変動に対する判定閾値C1と、失火状況
を判断する為の回転変動に対する判定閾値C2とをそれ
ぞれ求める[ステップS21]。
【0040】そして前述した如く検出される角速度偏差
dωを上記判定閾値C1,C2と順次比較し、該圧縮リー
ンモードにおける燃焼状態が悪化しているか否か、つま
り不完全燃焼(燃焼不良)となっているか、更には失火
状態に陥っているかをそれぞれ判定する[ステップS2
2,S23]。この判定処理によって不完全燃焼(燃焼
不良)または失火の燃焼悪化が検出された場合には、こ
れを是正するべく燃焼補正を施す[ステップS24,S
25]。この燃焼補正は、具体的には空燃比を一時的に
リッチ化すること等によってなされる。この場合におい
ても、角速度ω自体も燃焼悪化の評価対象としても良
く、その角速度ωに対する判定閾値を、前記判定閾値C
1,C2とは別にc1,c2として設定するようにすれば良
い。
【0041】ここで圧縮リーンモードにおいて設定され
る判定閾値B(B1,B2)と、吸気リーンモードにおい
て設定される判定閾値C1,C2について説明すると、前
述したように圧縮リーンモードにおける燃焼悪化の現象
は、図5に示すように単発的に生じる大きな回転変動
(回転変動量)として現れるが、吸気リーンモードにお
ける燃焼悪化は、例えば図6に示すように連続的に小刻
みに変動する回転変動量が、その悪化の程度によって次
第に大きくなる現象として生じる。また圧縮リーンモー
ドにおける燃焼は空燃比が変動しても比較的安定してお
り、これに対して吸気リーンモードにおける燃焼は上記
圧縮リーンモードでの燃焼に比較して、その空燃比の変
動に対して不安定である言う傾向がある。
【0042】これ故、仮に吸気リーンモードでの燃焼悪
化を検出する為に設定した判定閾値C1をそのまま利用
して圧縮リーンモードでの燃焼悪化を判定しようとする
と、単発的に生じる僅かな回転変動までも燃焼悪化(失
火)として誤判定することになる。これに対して圧縮リ
ーンモードで燃焼悪化(失火)を検出する為に設定した
判定閾値Bをそのまま利用して吸気リーンモードでの燃
焼悪化(燃焼不良)を判定しようとしても、燃焼悪化の
現象である回転変動量自体が小さいので、これを検出す
ることができないと言う不具合が生じる。つまり燃料噴
射モードによって燃焼変動が、その回転に及ぼす影響が
大きく異なるので、回転変動量を一義的に判定するだけ
では各燃料噴射モードにおける燃焼悪化の状態を判定す
るには無理がある。
【0043】そこで本発明においては、異なる目標空燃
比に基づいて設定された複数の燃料噴射モードに応じ
て、具体的には上述した圧縮リーンモード,吸気リーン
モードおよびストイキオ・モード毎に、そのモードに応
じた燃焼悪化の判定閾値を各別に設定するようにしてい
る。特に各燃料噴射モードにおいて、燃焼状態を示す評
価値(パラメータ)としての回転変動量を角加速度ωお
よび/または角加速度偏差dωとして検出し、これを判
定する場合、失火検出の為の判定閾値を不完全燃焼(燃
焼不良)検出の為の判定閾値よりも大きくしている。つ
まり前述した例にあっては、 圧縮リーンモード;B1(燃焼不良判定閾値) ≦ B2
(失火判定閾値)=B 吸気リーンモード;C1(燃焼不良判定閾値) < C2
(失火判定閾値) として設定している。
【0044】また特に吸気リーンモードに比較して圧縮
リーンモードでの燃焼が安定していることから、基本的
には各燃料噴射モードにおける燃焼不良判定閾値の関係
を C1(吸気リーンモード) < B1(圧縮リーンモード) としている。但し、各燃料噴射モードにおける失火判定
閾値の関係については実質的には前記ストイキオ・モー
ドでの失火判定閾値を含めて同程度に設定しても良い
が、例えば圧縮リーンモードでの燃焼不良状態と失火に
陥る状態とが似ているので、これをいち早く検出するべ
く、例えば B2(圧縮リーンモード) < C2(吸気リーンモード) として設定しておくようにしても良い。この場合、吸気
リーンモードにおける燃焼不良判定閾値C1と、上記圧
縮リーンモードにおける失火判定閾値B2との関係を C1 ≪ B2 として設定しておくことが望ましい。
【0045】また上述した如くして各燃料噴射モード毎
に各別に設定される燃焼悪化の判定閾値は、その燃焼状
態が内燃機関の回転数や負荷状態によって変化するの
で、例えば図7に示すようにその回転数や負荷に応じた
判定閾値を、各燃料噴射モード毎に予めマッピングデー
タとして求めておき、前述した図4の処理ルーチンに示
すようにエンジン1の運転状態と燃料噴射モードに応じ
て個別に求めるようにすれば良い。
【0046】かくして上述した如く構成された本実施形
態に係る制御装置によれば、目標空燃比を異にする複数
の燃料噴射モードに応じて、各燃料噴射モードにおける
燃焼悪化を検出する為の判定閾値が個別に設定されてい
るので、各燃料噴射モードでの燃焼悪化をそれぞれ確実
に検出することができる。特に吸気リーンモードにおい
ては圧縮リーンモードに比べて、その燃焼自体が不安定
な傾向にあるので、上述した如く設定される判定閾値C
1によって、その燃焼不良をいち早く、且つ確実に検出
することが可能となる。また失火判定を行うに際して
も、特に圧縮リーンモードにおいては、瞬時的な失火が
生じてもその後の燃焼応答性が良く、しかも正常燃焼時
における燃焼速度が速いので、前述した如く失火判定閾
値B2を設定しておくことで、実質的に無視できるよう
な瞬時的な失火に伴う微小な回転変動を不本意に検出す
ることがなくなり、その誤判定を効果的に防ぐことが可
能となる。
【0047】この結果、各燃料噴射モードに応じた燃焼
悪化の状態を、それぞれ的確に検出することが可能とな
り、その燃焼悪化に対する燃焼補正についても的確に施
すことが可能となるので、例えば燃焼悪化(失火や不完
全燃焼)状態での運転継続に起因する点火プラグの、所
謂被りを防ぎ、更にはドライバビリティの向上を図るこ
とが可能となる等の効果を奏する。
【0048】尚、本発明は上述した実施形態に限定され
るものではない。実施形態では筒内噴射型ガソリンエン
ジンを例に説明したが、吸気管噴射型ガソリンエンジン
の場合にも同様に適用することができる。またストイキ
オ・モードでの燃焼は、前述した圧縮リーンモードや吸
気リーンモードに比較して十分安定しているので、該ス
トイキオ・モードでの燃焼悪化判定を省略することも可
能である。また各燃料噴射モードにおいて燃焼悪化が検
出された場合における燃焼補正の形態についても、種々
変形できることは勿論のことであり、要するに本発明は
その要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施すること
ができる。
【0049】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、目
標空燃比の異なる複数の燃料噴射モードを切り換え設定
可能な内燃機関において、特に内燃機関の燃焼変動をそ
のエンジン回転の角速度や角速度偏差等として検出し、
この燃焼変動検出結果を各燃料噴射モードにおける燃焼
変化の特徴に応じて各別に設定された判定閾値に従って
判定して前記内燃機関の燃焼悪化を判定するので、各燃
料噴射モードにおける燃焼悪化を確実に検出することが
できる。
【0050】また請求項2に記載の発明によれば、理論
空燃比よりも希薄な希薄空燃比で運転する圧縮行程噴射
モードと、前記理論空燃比より希薄で、且つ上記希薄空
燃比よりも濃厚な空燃比で運転する吸気行程噴射モード
とを、運転状態に応じて切り換え設定可能な筒内噴射型
内燃機関に適用し、特に前記圧縮行程噴射モードにおけ
る判定閾値を、前記吸気行程噴射モードにおける判定閾
値に比較して、前記内燃機関の燃焼変動量に対して大き
く設定しているので、上記各燃料噴射モードでの誤判定
を防ぎながら、その燃焼悪化を確実に判定することがで
きる。
【0051】更に請求項3に記載の発明によれば、圧縮
行程噴射モードにおける燃焼悪化の判定閾値を、前記内
燃機関が完全失火に陥るときの燃焼変動状態に略対応さ
せて設定するので、圧縮行程噴射モードにおける不完全
燃焼(燃焼不良)がそのまま失火に至る傾向にある燃焼
悪化を確実に検出することができる。また請求項4に記
載の発明によれば、吸気行程噴射モードにおける燃焼悪
化の判定閾値を、前記内燃機関が完全失火に陥るときの
燃焼変動状態に略対応する第1の閾値と、前記内燃機関
の燃焼が不安定となる燃焼変動状態に略対応する第2の
閾値との2段階に設定するので、不完全燃焼(燃焼不
良)から失火へと徐々に変化する燃焼悪化を、燃焼不良
と失火との段階でそれぞれ別個に判定することができ
る。
【0052】そして請求項5に記載の発明によれば、内
燃機関の燃料噴射モードに応じた燃焼悪化が検出された
とき、その燃料噴射モードに応じた燃焼補正を施すの
で、複数の燃料噴射モードを切り換えて内燃機関を運転
する上での利点を損なうことがない等の効果が奏せられ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態に係る内燃機関の制御装置
を組み込んだエンジン制御システムの概略構成図。
【図2】実施形態に係る筒内噴射型ガソリンエンジンの
要部縦断面図。
【図3】実施形態に係る燃料噴射制御の動作域の例を示
す図。
【図4】実施形態における燃焼制御手順の例を示す図。
【図5】圧縮リーンモードにおける回転変動の例を示す
図。
【図6】吸気リーンモードにおける回転変動の例を示す
図。
【図7】回転数および負荷の変化に対する燃焼悪化の判
定閾値の設定特性を示す図。
【符号の説明】
1 エンジン 2 シリンダヘッド 3 点火プラグ 4 燃料噴射弁 5 燃焼室 6 シリンダ 7 ピストン 8 キャビティ 13 吸気ポート 70 ECU
フロントページの続き (72)発明者 吉田 正人 東京都港区芝五丁目33番8号 三菱自動車 工業株式会社内 (72)発明者 宮本 勝彦 東京都港区芝五丁目33番8号 三菱自動車 工業株式会社内

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 互いに異なる目標空燃比に基づいて設定
    された複数の燃料噴射モードを切り換え設定可能な内燃
    機関であって、 該内燃機関の燃焼変動を検出する燃焼変動検出手段と、 この燃焼変動検出結果を前記各燃料噴射モード毎に各別
    に設定された判定閾値に従って判定して前記内燃機関の
    燃焼悪化を判定する燃焼悪化判定手段とを具備したこと
    を特徴とする内燃機関の制御装置。
  2. 【請求項2】 前記内燃機関は、主として圧縮行程で燃
    料噴射して理論空燃比よりも希薄な希薄空燃比で運転す
    る圧縮行程噴射モードと、主として吸気行程で燃料噴射
    して前記理論空燃比より希薄で、且つ上記希薄空燃比よ
    りも濃厚な空燃比で運転する吸気行程噴射モードとを、
    運転状態に応じて切り換え設定可能な筒内噴射型内燃機
    関であって、 前記圧縮行程噴射モードにおける判定閾値は、前記吸気
    行程噴射モードにおける判定閾値に比較して、前記内燃
    機関の燃焼変動量に対して大きく設定されることを特徴
    とする請求項1に記載の内燃機関の制御装置。
  3. 【請求項3】 前記内燃機関は、主として圧縮行程で燃
    料噴射して理論空燃比よりも希薄な希薄空燃比で運転す
    る圧縮行程噴射モードを備えた筒内噴射型内燃機関であ
    って、 前記圧縮行程噴射モードにおける燃焼悪化の判定閾値
    は、前記内燃機関が完全失火に陥るときの燃焼変動状態
    に略対応させて設定され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。
  4. 【請求項4】 前記内燃機関は、主として吸気行程で燃
    料噴射して理論空燃比より希薄な空燃比で運転する吸気
    行程噴射モードを備えた筒内噴射型内燃機関であって、 前記吸気行程噴射モードにおける燃焼悪化の判定閾値
    は、前記内燃機関が完全失火に陥るときの燃焼変動状態
    に略対応する第1の閾値と、前記内燃機関の燃焼が不安
    定となる燃焼変動状態に略対応する第2の閾値とからな
    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。
  5. 【請求項5】 前記内燃機関の燃料噴射モードに応じた
    燃焼悪化が検出されたとき、該燃料噴射モードに応じた
    燃焼補正を施すことを特徴とする請求項1乃至4のいず
    れかに記載の内燃機関の制御装置。
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