WO1997033082A1

WO1997033082A1 - Dispositif de commande d'un moteur a combustion interne de type a injection de carburant dans les cylindres

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Publication number: WO1997033082A1
Application number: PCT/JP1997/000683
Authority: WO
Inventors: Hideyuki Oda; Hitoshi Kamura; Nobuaki Murakami
Original assignee: Mitsubishi Jidosha Kogyo Kabushiki Kaisha
Priority date: 1996-03-08
Filing date: 1997-03-05
Publication date: 1997-09-12
Also published as: TW388786B; KR19990008443A; CN1083529C; EP0829633A4; KR100237533B1; JP3216139B2; CN1181800A; AU702713B2; EP0829633A1; US5749334A; AU2232197A

Description

明細書筒内噴射式内燃機関の制御装置技術分野

本発明は燃料噴射時期、点火時期及び排気ガス環流量の制御を行なう、筒内噴射式内燃機関の制御装置に関する。背景技術

近年、点火プラグを有する内燃機関（エンジン）で、シリンダ内に直接燃料噴射を行なうようにした、いわゆる筒内噴射式内燃機関（以下、筒内噴射式ェンジンという）と呼ばれているエンジンが開発されている _c このような筒内噴射式エンジンでは、燃料噴射弁（ィンジニクタ）による燃料噴射を、目的とする燃焼に最適な噴射タイミングで燃料噴射を行なう必要がある。

例えば、大きな出力を得るには、シリンダ内全体が最適な空燃比（ス卜ィキォ又はエンリッチ状態）となるように、いわゆる予混合と称されているが、燃料と空気との混合を十分に行なえるよう吸気行程を中心として燃料噴射（吸気行程噴射モード）を行なう必要がある。もちろん、燃料噴射タイミングが早過ぎれば、噴射燃料がビス卜ンに衝突して燃焼が悪化し排ガス性状に悪影響を及ぼすおそれがあるので、このようなことのないように、早過ぎないタイミングで燃料噴射を行なうことになる _; また、このような吸気行程噴射モードにおいても、出力よりも燃費を重視した希薄燃焼（リーンバーン）を行なうことができる。つまり、吸気通路及びピストン上面の形状の設定により、吸気流がいわゆるタンブル流と称される層状の縦スワールを形成するように案内し、このタンブル流内に燃料噴射を行なうことで、点火ブラグの近傍については比絞的着火し易い空燃比状態としながら全体として空燃比の大きい希薄状態とした燃焼運転を行なうことができる。

さらに、予混合リーンバーンではなく、全体としては空燃比が極めて大きい超希薄状態とした層状化燃焼運転（超リーンバーン）を行なうことも考えられている。この層状化燃焼運転では、圧縮行程に燃料噴射 (圧縮行程噴射モード）を行ない、この噴射燃料はピストン上面の弯曲面で案内されて点火プラグの近傍に集められる。したがって、点火ブラグの近傍については比較的着火し易い燃料過濃な空燃比部を形成し、その他の部分では極めて燃料希薄な空燃比の伏態を形成することが可能になり、優れた燃費が実現する。

ところで、このようなエンジンの圧縮行程噴射モードでは、噴射と点火との夕イミングの最適化を図り、燃費を向上させようとすると、燃焼安定性が低下しやすくなり、排気ガス中の N O Xが増大する傾向にある。また、 E G R率を低下すると燃焼安定性が向上するが排気ガス中の N O Xが増大する傾向にもある。すなわち、燃費と燃焼安定性及び排気ガス '净化とが卜レードオフの関係にあることが本発明者の研究により判明した。

そこで、通常運転時には燃費性能と燃焼安定性及び N 0 X低減性とがバランスするように、運転状態に応じて噴射と点火のタイミング及び E G R率を最適にマツチングするのである力ェンジンの使用環境や使用燃料やエンジン自体のコンディシヨンによっては、燃焼安定性が低下して、燃焼変動を生じて、場合によっては失火が発生する場合が考えられる。

この燃焼変動や失火の対策としてディーゼルエンジンにおいては、失火発生時に燃料噴射時期を遅角させる技術が、例えば特公平 7 - 1 8 3 7 5号公報に提案されている。

また、吸気管にィンジェクタを取り付けた、いわゆる吸気ポー卜噴射式リーンバーンエンジンにおいては、燃焼変動の原因が空燃比が大き過ぎる（即ち、燃料濃度がリーン過ぎる）ことにより発生するために、燃焼変動時に空燃比を減少（リッチ化）させる技術がある。

しかしながら、上述の各技術では、前述したような筒内噴射式内燃機関の圧縮行程噴射モードにおける点火時期と燃料噴射時期との関係が記載されておらず、上述の技術を筒内噴射式内燃機関の圧縮行程噴射モードにおける燃焼変動対策に単純に応用すると過度の遅角により失火の頻度が増える等の問題がある。

また、筒内噴射式内燃機関の圧縮行程噴射モードでの燃焼変動は、点火プラグ及びその周辺部分が燃料の汚損により生じるくすぶりに起因していることが本発明者の研究により判明した。よって、空燃比をリッチ化することのみによって筒内噴射式内燃機関の圧縮行程噴射モ一ドにおける燃焼変動を低減しょうとすると、点火プラグが微粒化されない燃料により汚損されてより一層くすぶりが発生し易いという問題がある。各技術ともに、筒内噴射式内燃機関の圧縮行程噴射モードにおいて、燃費の向上と燃焼安定性の確保及び N 0 X削減とをどのようにバランスさせるかに関しては、何ら示唆されていない。

本発明は、上述の課題に鑑み創案されたもので、筒内噴射式内燃機関の圧縮行程噴射モ一ドにおいて、燃費の向上を促進しながら併せて燃焼安定性の確保を行ない排気ガス浄化性能も確保できるようにした、筒内噴射式内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。発明の開示

このため、本発明の筒内噴射式内燃機関の制御装置は、燃料噴射モードとして、主として吸気行程において燃料噴射を行う吸気行程噴射モードと、主として圧縮行程において燃料噴射を行う圧縮行程噴射モードとを、運転状態に応じて選択可能な筒内噴射式内燃機関であって、該内燃機関の燃焼室内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁と、該燃焼室に設けられた点火プラグと、該内燃機関の排気ガスの一部を該内燃機関の吸気系へ璟流する排気ガス環流装置と、該内燃機関の燃焼変動状態を検出する燃焼変動検出手段と、該内燃機関の通常運転時に、該内燃機関の運転状態に対応して予め設定された、目標燃料噴射時期に基づいて該燃料噴射弁の燃料噴射時期を制御する燃料噴射時期制御手段と、該内燃機関の通常運転時に、該内燃機関の運転状態に対応して予め設定された、目標点火時期に基づいて該点火ブラグの点火時期を制御する点火時期制御手段と、該内燃機関の通常運転時に、該内燃機関の運転状態に対応して予め設定された、目標排気ガス環流量に基づいて該排気ガス環流装置の排気ガス環流量を制御する排気ガス環流量制御手段と、該圧縮行程噴射モードを選択しているときに、該燃焼変動検出手段の検出結果に応じて該燃料噴射時期、該点火時期、該排気ガス環流量の少なくとも何れか一つを補正することにより燃焼変動を低減することを特徴としている。

このような構成により、筒内噴射式内燃機関の圧縮行程噴射モードにおいて、燃費の向上を促進しながら併せて燃焼安定性の確保を行なうことが可能になり、ひいては、燃費の向上と燃焼の安定性の向上及び排気ガスの浄化とをともに実現することが可能になる。

また、好ましくは、該圧縮行程噴射モ一ドを選択しているときに、該燃焼変動検出手段の検出結果に応じて少なくとも該点火時期及び該排気ガス環流量を補正することにより燃焼変動を低減する。これにより、確実に燃費を向上させながら燃焼安定性と排気ガス性能の悪化の抑制を確保することができる。また、好ましくは、該圧縮行程噴射モードを選択しているときに、該燃焼変動検出手段の検出結果に応じて少なくとも該燃料噴射時期及び該排気ガス環流量を補正することにより燃焼変動を低減する。これにより、確実に燃費を向上させながら燃焼安定性と排気ガス性能の悪化の抑制を確保することができる。

また、好ましくは、該圧縮行程噴射モードを選択しているときに、該燃焼変動検出手段の検出結果に応じて少なくとも該燃料噴射時期及び該点火時期を補正することにより燃焼変動を低減する。これにより、確実に燃費の向上を促進させながら併せて燃焼安定性の確保を行なうことが可能になり、ひいては、燃費の向上と燃焼の安定性の向上及び排気ガスの浄化とをともに高いレベルで実現することが可能になる。

また、好ましくは、該圧縮行程噴射モードを選択しているときに、該燃焼変動検出手段の検出結果に応じて該燃料噴射時期，該点火時期，及び該排気ガス環流量を補正することにより燃焼変動を低減する。これにより、確実に燃費の向上を促進させながら併せて燃焼安定性の確保を行なうことが可能になり、ひいては、燃費の向上と燃焼の安定性の向上及び排気ガスの浄化とをともに極めて高いレベルで実現することが可能になる。

さらに、好ましくは、該燃料噴射時期制御手段を制御する場台は、該燃焼変動検出手段により燃焼変動が検出されると燃料噴射時期を第 1の所定値だけ遅らせ、また、該点火時期制御手段を制御する場合は、該燃焼変動検出手段により燃焼変動が検出されると点火時期を第 2の所定値だけ遅らせ、また、該排気ガス環流量制御手段を制御する場合は、該燃焼変動検出手段により燃焼変動が検出されると排気ガス環流量を所定量だけ減量する。これにより、確実に燃費の向上を促進させながら併せて燃焼安定性の確保を行なうことが可能になり、ひいては、燃費の向上と燃焼の安定性の向上及び排気ガスの浄化とをともに極めて高いレベルで実現することが可能になるとともに、制御ロジックを簡素化することができる。

また、好ましくは、該内燃機関の燃焼変動が該補正を行なっても低減しない塲合は、該圧縮行程噴射モードから該吸気行程噴射モードに燃料噴射モードを切り換える。これにより、圧縮行程噴射モードで燃焼の安定性が行えない場合でも確実に燃焼を安定することができる。

また、好ましくは、該吸気行程噴射モードを選択しているときに、該燃焼変動検出手段の検出結果に応じて該内燃機関に供給される混合気の空燃比を空燃比制御手段によつて補正することにより燃焼変動を低減する。これにより、吸気行程噴射モードでは圧縮行程噴射モードとは異なる制御手段によって燃焼の安定性の向上を図るため燃料噴射モードに応じた最適な制御を行なうことができる。

また、該目標燃料噴射時期及び該目標点火時期が、該内燃機関の運転状態に対して、最良燃費の得られる時期又は最良燃費の得られる時期の近くに設定されていることが好ましい。これにより、確実に燃費の向上させながら燃焼の安定性を確保できるようになり、さらには、燃費の向上と燃焼の安定性の確保と排気ガスの浄化とを高いレベルでバランスさせることができる。

また、該燃焼変動検出手段によって燃焼変動が検出されたときの該燃料噴射時期の補正量と該点火時期の補正量がほぼ同一に設定されていることが好ましい。これにより、制御ロジックを簡素化しながら上記の各効果ないし利点を得ることができるようになる。

さらに、該燃焼変動検出手段によつて燃焼変動が検出されたときの該燃料噴射時期の遅角量，該点火時期の遅角量，該排気ガス環流量の減量量は、内燃機関の運転状態に応じて設定されることが好ましい。これにより、燃焼変動時の遅角制御を適切に行なえるようになり、上記の各効果ないし利点をより確実に得ることができるようになる。

また、該内燃機関が複数の気筒を有し、該燃焼変動検出手段による燃焼変動の検出と、該燃料噴射時期制御手段及び該点火時期制御手段による該燃料噴射時期の遅角制御，該点火時期の遅角制御とが、いずれも各気筒毎に行われるように構成されることが、好ましい。これにより、燃焼変動時の遅角制御を各気筒毎に綿密且つ適切に行なえるようになり、上記の各効果ないし利点をより一層確実に得ることができるようになる c さらに、該燃焼変動検出手段は、該燃焼室での失火の発生を判定するものとしてもよい。これにより、エンジンの運転に支障をきたす失火を検出するので、ドライバピリティが悪化するのを防止できる。図面の簡単な説明

F I G . 1は、本発明の一実施形態としての筒内噴射式内燃機関の制御装置を示す模式的な構成図である。

F I G . 2は、本発明の一実施形態としての筒内噴射式内燃機関の制御装置の制御内容（燃料噴射時期と点火時期とを共に遅角させる場合）を示すフローチャー卜である。

F 1 G . 3は、本発明の一実施形態としての筒内噴射式内燃機関の制御装置の制御マップを示す図である。

F I G . 4は、本発明の一実施形態としての制御装置による制御下での筒内噴射式内燃機関の圧縮行程噴射モードでの特性を示す図である。

F I G . 5は、本発明の一実施形態としての制御装置による制御下での筒内噴射式内燃機関の圧縮行程噴射モードでの特性を示す図である。

F I G . 6は、本発明の一実施形態としての筒内噴射式内燃機関の制御装置の制御内容（燃料噴射時期及び/又は点火時期の遅角制御と E G R率の減量制御との両者を実施する場合）を示すフローチヤ一トである。発明を実施するための最良の形態

以下、図面により、本発明の実施の形態について説明すると、 F I G . 1〜F I G . 5は本発明の一実施形態としての筒内噴射式内燃機関の制御装置及びその特性を示すもので、 F I G . 1 はその模式的な構成図である。

本装置にかかる筒内噴射式内燃機関（以下、エンジンという）では、 F I G . 1に示すように、シリンダブロック 1に形成されたシリンダ 2 内にはピストン 3が装備され、このピストン 3の上方の燃焼室 4内に燃料噴射弁（インジェクタ） 5が設置されている。この燃料噴射弁 5の噴射口 5 Aは直接燃焼室 4内に臨んでおり、燃焼室 4に直接燃料噴射するように構成されている。

また、ピストン 3の頂面には、弯曲した凹所 3 Aが形成されており、吸気ポ一ト 8から吸入された空気は縦方向のスワール流となる。

インジヱクタ 5は、シリンダへッド 6に形成された燃焼室 4の天井部 4 Aに設けられるが、点火プラグ 7 も、この燃焼室天井部 4 Aにそなえられる。特に、これらのィンジヱクタ 5 と点火ブラグ 7 との位置関係は、インジヱクタ 5から吸気行程で噴射された燃料が、吸気ポ一卜 8から流入する空気流に沿ってこの点火プラグ 7の発火部 7 A付近に流動していくように、設定されている。また、圧縮行程で燃料噴射した場合には、弯曲凹所 3 Aに噴射燃料が案内されるように流れて点火ブラグ 7の発火部 7 A付近に集中していくように構成されている。

なお、 F I G . 1中、 9は吸気弁、 1 0は排気ポー卜、 1 1は排気弁である。

また、 E G R通路 1 2が E G R弁 1 3を介して上述の排気ポー卜と吸気ポートの上流側とを連通している。 £ 0 1^弁 1 3はエンジンの運転状態に応じてその開度を変更可能に設定されたステツパモータ式であり、このモー夕を所定ステツプ駆動することにより E G R率を変化させている。このような E G R通路 1 2， E G R弁 1 3により、エンジンの排気ガスの一部を吸気系へ環流する排気ガス環流装置が構成される。なお、 E G R弁 1 3を駆動するァクチユエ一タはステツパモータ式に限るものではなく、電磁式等の他のタイプのものでもよい。

そして、インジヱクタ 5、点火プラグ 7及び E G R弁 1 3は、電子制御ユニット（E C U ) 2 0により作動を制御されるようになっている。このため、 E C U 2 0内には、予め設定された目標燃料噴射時期に基づいてィンジクタ 5の燃料噴射時期を制御する機能（燃料噴射時期制御手段） 2 1 と、予め設定された目標点火時期に基づいて点火プラグ 7の点火時期を制御する機能（点火時期制御手段） 2 2と、予め設定された目標 E G R率に基づいて E G R弁 1 3の開度を制御する機能（排気ガス環流量制御手段） 2 5と、予め設定された目標空燃比に基づいてインジクタ 5からの燃料噴射量を制御する機能（空燃比制御手段） 2 6 とがそなえられる。

燃料噴射時期制御手段 2 1では、内燃機関の通常燃焼時には、内燃機関の運転状態、即ち、エンジン負荷やエンジン回転数に対応して、予め設定された目標燃料噴射時期に基づいてィンジクタ 5の作動を制御する

また、点火時期制御手段 2 2は、内燃機関の通常燃焼時には、内燃機関の運転状態、即ち、エンジン負荷やエンジン回転数に対応して、予め設定された目標点火時期に基づいてィンジュクタ 5の作動を制御する。

さらに、排気ガス環流量制御手段 2 5は、内燃機関の通常燃焼時には. 内燃機関の運転状態、即ち、エンジン負荷やエンジン回転数に対応して, 予め設定された目標 E G R率に基づいて E G R弁 1 3の開度を制御する。さらにまた、空燃比制御手段 2 6は、内燃機関の通常燃焼時には、内燃機関の運転状態、即ち、エンジン負荷やエンジン回転数に対応して、予め設定された目標空燃比に基づいてィンジヱクタ 5の作動を制御する。

ここで、圧縮行程噴射モードにおける目標燃料噴射時期、目標点火時期及び目標 E G R率について、 F I G. 4 , F I G. 5に基づいて説明すると、エンジン回転数 N e, 燃料噴射量，スロットル開度， E GR率 (例えば 5 0 %) がいずれも一定の条件下では、燃料噴射完了時期及び点火時期に対する燃費及び燃焼安定性の特性は、 F I G. 4に示すようになり、また、同様に、燃料噴射完了時期及び点火時期に対する排気ガス中の N 0 X発生量の特性は、 F I G. 5に示すようになる。

F I G. 4及び F I G. 5に基づいて圧縮行程噴射モードでの特性を説明すると、 F I G. 4中、 A 1 , A 2 , A 3は燃費レベルを示す等高線であり、 A l , A 2 , A 3の順で燃費がよくなり（即ち、より低燃費になり）、最良燃費点と示す点で最も燃費がよくなる。また、 B l , B 2, B 3 , B 4は、燃焼安定性のレベルを示す等高線であり、 B l , B 2 , B 3， B の順で燃焼安定性が高まる。

さらに、 F I G. 5では F I G. 4と同様な条件における燃料噴射完了時期及び点火時期に対する排気ガス中の NO X発生量を実箜で示し、点火時期を進角すると燃焼が早くなつて NO x発生量が増加し、燃料の噴射完了時期を早くすると混合気の層状化が低下し N 0 X発生量が增加することを示しており、 C l， C 2 , C 3 , C 4の順で NO x発生量が '减少する。

またさらに、 E GR率を減少（例えば 3 0 %) する力〈、これ以外の条件、つまり、エンジン回転数 N e，燃料噴射量，スロットル開度については F I G. 4及び F I G. 5にて実線で示したものと同様の条件として得られた、燃料噴射完了時期及び点火時期に対する燃焼安定性を破線で示す。 F I G. 4中、 b 1， b 2 , b 3， b 4は、燃焼安定性のレべルを示す等高線であり、各々のレベルは前述の燃焼安定性のレベルである B l , B 2 , B 3 , B 4と同一の燃焼安定性を示しており、 E GR率を減少することにより同一の燃料噴射完了時期及び点火時期であつても燃焼安定性が高まる。

さらに、 F I G. 5では燃料噴射完了時期及び点火時期に対する排気ガス中の N 0 X発生量を破線で示し、 c l， c 2 , c 3 , c 4の順で N 0 X発生量が減少し、各々の N 0 X発生量は前述の C 1， C 2 , C 3 , C 4と同一の NO X発生量を示しており、 E GR率が減少することにより同一の燃料噴射完了時期及び点火時期であつても N 0 X発生量が増大する。

これらの F I G. 4 , F I G. 5に示すように、最良燃費状態となるように燃料噴射完了時期、点火時期及び E G R率を設定すると、燃焼安定性及び N 0 X低減性に関しては必ずしも満足できるものとはならないので、エンジン負荷（例えばスロットル開度）及びエンジン回転数 N e に応じて、燃費性能と燃焼安定性及び NO X低減性とがバランスするような燃料噴射完了時期，点火時期及び E GR率を求めて、それぞれ、負荷一回転数マップにマッピングして、燃料噴射制御，点火時期制御及び E GR制御を行なうことが必要となる。もちろん、燃費を考えれば、燃料噴射完了時期及び点火時期を最良燃費点の時期又はこれに近い時期に , 設定することが最も好ましい。

基本的には、燃費の最も良くなる燃料噴射完了時期，点火時期及び E GR率、即ち、最良燃費点となる燃料噴射完了時期，点火時期及び E G R率に基づいて目標燃料噴射時期，目標点火時期及び目標排気ガス環流量を決めればよい。このような最良燃費点は、エンジン回転数 N e , 燃料噴射量，スロットル開度， E G R率が変化すれば、これに応じて変化するが、燃料噴射量や E G R率については、エンジン負荷〔正味平均有効圧 P eが最適だ力く、スロッ卜ル開度やアクセル開度（アクセル踏込量）も可〕及びェンジン回転数 N eに応じて制御する場合が多いので、最良燃費点はェンジン負荷（スロットル開度やアクセル開度）及びエンジン回転数 N eに応じて設定することが適していると考えられる。

そこで、燃料噴射時期制御手段 2 1 , 点火時期制御手段 2 2，排気ガス環流量制御手段 2 5及び空燃比制御手段 2 6に、エンジン負荷 -ェンジン回転数に対する目標燃料噴射時期，目標点火時期，目標 E G R率及び目標空燃比をマツビングしたマップをそれぞれ記憶させておき、これらのマップを用いてェンジン負荷とェンジン回転数とに基づいて、目標燃料噴射時期，目標点火時期，目標 E G R率及び目標空燃比を設定し、これらの目標燃料噴射時期，目標点火時期，目標 E G R率及び目標空燃比に基づきィンジヱクタ 5や点火プラグ 7及び E G R弁 1 3の駆動を制御するようになっている。

ただし、一般に想定されるエンジンの運転状態において、最良燃費点では燃焼安定性が十分に確保できない場合や、最良燃費点では N O X発生量が多くなる場合も考えられ、上述の目標燃料噴射時期設定マップや目標点火時期設定マップゃ目標 E G R率マツプ及び目標空燃比マップは、必ずしも最良燃費点に設定するのでなく、燃焼安定性と N 0 X発生量とを考慮してこれらをある程度満足できるような最良燃費点に近い燃料噴射完了時期，点火時期， E G R率，空燃比に基づいて設定している。なお、インジ二クタ 5の制御にかかる目標燃料噴射時期とは、燃料噴射開始時期と燃料噴射完了時期とで規定されるが、ここでは、燃料噴射完了時期については上記の目標燃料噴射時期設定マップから求めるが、燃料噴射開始時期については、やはりエンジン負荷，エンジン回転数等に基づいて算出される燃料噴射量に応じたィンジェクタ駆動時間と目標燃料噴射時期設定マップから求めた燃料噴射完了時期とから逆算して求めるようにする。

しかしながら、通常運転時には燃焼安定性を確保できるようにしながら好燃費の得られる目標燃料噴射時期、目標点火時期，目標 E G R率，目標空燃比を設定しても、ェンジンの使用環境や使用燃料ゃェンジン自体のコンディションによっては、燃焼安定性が低下する場合が想定される。

燃焼安定性が低下すれば燃焼変動が生じるので、本装置では、 E C U 2 0内に、燃焼変動を検出する機能（燃焼変動検出手段）を設けて、燃焼変動検出時には、目標燃料噴射時期や目標点火時期や目標 E G R率を補正させるように構成されている。ここでは、燃焼変動の典型的な現象である失火に着目して、この失火の発生を燃焼変動の発生としてとらえるようにしている。

このため、失火を判定する機能（失火判定手段） 2 3を設けており、圧縮行程噴射モード時に、失火判定手段（燃焼変動検出手段） 2 3で失火が判定されると（即ち、燃焼変動が検出されると）、燃料噴射時期制御手段 2 1，点火時期制御手段 2 2 , 排気ガス環流量制御手段 2 5では. 目標燃料噴射時期や目標点火時期を所定のクランク角度分だけ遅角させたり、目標 E G R率を減量させるように構成されている。

なお、失火判定手段 2 3による失火判定には、種々の手法がある力例えば特開平 6— 2 2 9 3 1 0号公報にも開示されているが、クランク角センサ 2 4からの判定信号に基づいて判定することができる。つまり. 失火が発生するとこの失火時だけ瞬間的にエンジン回転速度（したがつて、クランクシャフトの角速度）が低下するので、この点に着目して、所定のクランク角度毎に得られるクランク角信号の入力時間間隔を判定しながら、クランク角加速度が所定の第 1の負の値よりも小さくなつて、しかも、このようにクランク角加速度が所定の第 1の負の値よりも小さくなる直前にクランク角加速度偏差が所定の第 2の負の値よりも小さく、且つ、クランク角加速度が所定の第 1の負の値よりも小さくなつた直後のクランク角加速度偏差が所定の第 3の正の値よりも大きい場合には、失火が発生したと推定することができる。もちろん、クランク角信号に基づいて、失火した気筒を特定することもできる。

そして、このような失火判定時には、失火した気筒に関して、燃料噴射時期制御手段 2 1、点火時期制御手段 2 2による目標燃料噴射時期や目標点火時期の遅角制御を行なうようにし、もちろん、失火していない気筒に関しては、遅角制御は行なわずそれぞれマップから求められた目標燃料噴射時期や目標点火時期により各制御を行なう。

または、排気ガス環流量制御手段 2 5による目標 E GR率の減量制御を行なってもよい、もちろん、失火していない気筒に関しても E G R率が減少することになる力^ F I G. 4に示すように燃焼安定性が増す方向の制御であるため特に問題はない。

ところで、このような失火判定時の燃料噴射時期制御手段 2 1及び点火時期制御手段 2 2による目標燃料噴射時期の遅角量や目標点火時期の遅角量、さらには排気ガス環流量制御手段 2 5による目標 E GR率の減量量については、ェンジンの運転状態によって最適な遅角量及び減量量が異なるので、ェンジン負荷及びェンジン回転数に対応したものに設定することが好ましい。例えば、 F I G. 3に示すように、エンジン負荷及びェンジン回転数に応じて、 Z o n e O〜Z o n e 5のようにゾ一ンを区切って各ゾーン毎に遅角量初期値 X n (つまり、 X 0〜X 5 ) 及びを減量量初期値 Y n (つまり、 Υ 0〜Υ 5 ) 設定したマップを設けておき、判定されたェンジン負荷及びェンジン回転数に応じて遅角量初期値

X 0〜X 5または、 '减量量初期値 Y 0〜Y 5の中から一つを選択するの 'あ Ο ο

ただし、エンジン負荷及びエンジン回転数のゾーンが Z o n e 0〜Ζ o n e 5から外れてしまった場合には、前回に選択したゾ一ン（Z o n e 0〜Z o n e 5のいずれか）を用いるようにする。したがって、選択ゾーンを記憶する手段（図示略）がそなえられ、新たにゾーンを選択するごとに現在のゾーンを更新しながら前回に選択したゾーンとして記憶するようになつている。

また、各ゾーン毎の遅角量初期値 X nは各気筒において、また'减量量初期値 Y nは全気筒においては必ずしも最適なものとはできないので、本装置では、この遅角量初期値 X nまたは'减量量初期値 Y nで燃料噴射時期制御または点火時期制御または排気ガス環流量制御を開始しながら各ゾ一ン毎のより適した遅角量又は'减量量を学習しながら各ゾーン毎の遅角量学習値 R X n、減量量学習値 R Y nとして設定し、各ゾーン毎の遅角量学習値 R X n、減量量学習値 R Y nに基づいて、実際に制御に使用にする遅角量の値 R X及び減量量の値 R Yを設定するようになっている。なお、この各ゾーン毎の遅角量学習値 R X n、減量量学習値 R Y n は、他のゾーンでのデータを学習しながら、より小さな遅角量値及び'减量量で制御できるように遅角量学習値 R X n，減量量学習値 R Y nを設定していくのである。

また、エンジンの特性にもよるが、筒内噴射エンジンでは、一般に、点火ブラグの近傍に燃料が集まった時に点火するように設定されているため、点火時期に対してほぼ最適な燃料噴射時期を推定することができる。したがって、従来のエンジンのように点火時期のみを過度に遅角した場合には、 F I G . 4から明らかなように、却って燃焼安定性が悪化するおそれが生じるため、点火時期のみを遅角する場合は、少なくとも燃料噴霧が点火プラグ電極部分を通過する直前までは点火時期のみを遅角することにより燃焼安定性を向上することができる。そして、失火判定時の点火時期制御手段 2 2による目標点火時期の遅角制御は、制御開始後に更なる失火がなければ、その遅角量を漸減させていきながら、即ち、遅角後に点火時期を徐々に進角させていきながら、本来の目標点火時期に戻していくようになっている。

また、燃料噴射時期のみを過度に遅角した場合には、 F I G . 4から明らかなように、却って燃焼安定性が悪化するおそれが生じるため、燃料噴射時期のみを遅角する場合は、少なくとも点火プラグの放電中に燃料噴霧の先端部分が点火ブラグ電極部分に到達可能な燃料噴射時期までは燃料噴射時期のみを遅角することにより燃焼安定性を向上することができる。そして、失火判定時の燃料噴射時期制御手段 2 1による目標燃料噴射時期の遅角制御は、制御開始後に更なる失火がなければ、その遅角量を漸減させていきながら、即ち、遅角後に燃料噴射時期を徐々に進角させていきながら、本来の目標燃料噴射時期に戻していくようになつている。

さらに、 E G R率のみを減量する場合には、 F I G . 4から明らかなように、燃焼安定性が悪化するおそれはない。しかしながら、 E G R率を過度に減量すると N O X発生量が増加し排ガス性能が悪化するおそれがあるため、排ガス性能に多大な悪影響を及ぼさない範囲で E G R率を減量することが望ましい。そして、失火判定時の排気ガス環流量制御手段 2 5による目標 E G R率の減量制御は、制御開始後に更なる失火がなければ、その減量量を漸減させていきながら、即ち、減量後に徐々に增量させていきながら、本来の目標 E G R率に戻していくようになっている。

1 fi またさらに、点火時期と燃料噴射時期とを共に遅角させる場合は、 F I G . 4から明らかなようにどちらか片方のみを遅角する場合に比べて、燃焼安定性をより良好に向上することができる。このような失火時の目標燃料噴射時期の最適な遅角量と目標点火時期の最適な遅角量とは、ほぼ等しいものに設定できる。そこで、ここでは、設定された制御に使用にする遅角量 R Xを、目標燃料噴射時期の遅角量と目標点火時期の遅角量との両方に用いるようにしている。

もちろん、エンジンの特性によって失火時の目標燃料噴射時期の最適な遅角量と目標点火時期の最適な遅角量とが大きく異なれば、 F I G . 3に示すようなマップ（又は、テーブル）を、目標燃料噴射時期に関するものと目標点火時期に関するものとで別個に用意して、これらに従つて遅角量を設定するようにする。

そして、失火判定時の燃料噴射時期制御手段 2 1及び点火時期制御手段 2 2による目標燃料噴射時期及び目標点火時期の遅角制御は、制御開始後に更なる失火がなければ、その遅角量を漸減させていきながら、即ち、遅角後に徐々に進角させていきながら、本来の目標燃料噴射時期及び目標点火時期に戻していくようになっている。

またさらに、点火時期を遅角させ、 E G R率を減量する場合は、 F I G . 4から明らかなようにどちらか片方のみを遅角、減量する場台に比ベて、燃焼安定性をより良好に向上することができるとともに、 E G R 率減量に伴う N O Xの増加を抑制することができる。このような失火時の目標点火時期の最適な遅角量と目標 E G R率の最適な減量量とは、ほぼ等しい運転領域で設定できる。そこで、ここでは、設定された制御に使用にする遅角量 R X及び R Yを同一のマツプ内に記憶するようにしている。

もちろん、ェンジンの特性によって失火時の目標点火時期の最適な遅角量と目標 E G R率の最適な減量量が運転領域で大きく異なったり、一つのマップ容量が大きくなるのを防止するのが望ましいのであれば、 F I G . 3に示すようなマップ（又は、テーブル）を、目標点火時期に関するものと目標 E G R率に関するものとで別個に用意して、これらに従つて遅角量と減量量を設定するようにする。

そして、失火判定時の点火時期制御手段 2 2及び排気ガス環流量制御手段 2 5による目標点火時期の遅角制御及び目標 E G R率の減量制御は、制御開始後に更なる失火がなければ、その遅角量及び減量量を漸減させていきながら、即ち、遅角後及び減量後に徐々に進角及び増量させていきながら、本来の目標点火時期及び目標 E G R率に戻していくようになつている。

またさらに、燃料噴射時期を遅角させ、 E G R率を減量する場合も上述と同様である。

またさらに、燃料噴射時期及び点火時期を遅角させ、 E G R率を減量する場合は、 F I G . 4から明らかなように上述の方法に比べてより小さい遅角量、減量量で燃焼安定性をより良好に向上することができるとともに、より一層 N O xの增加を抑制できるため、失火発生時に速やかに燃焼安定性を向上することができる。

また、燃焼変動の判定値を例えば軽度の燃焼悪化判定値と重度の燃焼悪化判定値のように複数個有するものでは軽度な燃焼悪化では、燃料噴射時期、点火時期、 E G R率の内の一つまたは二つを制御することによつて燃焼安定性を向上させ、上記重度の燃焼悪化では上記すベてを制御することによって燃焼安定性を向上させるようにしてもよい。

次に、吸気行程噴射モ— ドにおいては、燃焼室全体に均一な混合気が導入されているため、従来エンジンと同様に空燃比制御手段 2 6によつて目標空燃比をリツチ化することにより、燃焼変動を低減させている。また、圧縮行程噴射モードにおいて、燃料噴射時期、点火時期、 E G R率の遅角制御、減量制御を行なつて燃焼安定化を図ったにもかからわず、相変わらず燃焼変動が生じる場合は、圧縮行程噴射モードを禁止し、吸気行程噴射を選択して目標空燃比制御手段 2 6により目標空燃比を理論空燃比近傍として制御を実施することにより燃焼安定性を向上するとともに、燃料系，点火系， E G R系のフヱ一ル判定及びフヱ一ル時の対策（例えば圧縮行程噴射モードを禁止）を兼ね備えるようにしてもよい本発明の一実施形態としての筒内噴射式内燃機関の制御装置は、上述のように構成されるので、その作用を説明すると以下のようになる。燃料噴射時期と点火時期とを共に遅角させる場合における各気筒毎に行われる制御について詳細に説明すると、例えば F I G . 2のフローチヤー卜に示すように、制御が行なわれる。

つまり、 F I G . 2に示すように、まず、失火判定手段 2 3によって失火判定結果を判断して（ステップ S 1 0 ) 、失火判定された時には失火判定フラグをセッ卜して（ステップ S 2 0 ) 、失火判定されなければ失火判定フラグをリセッ卜する（ステップ S 3 0 ) 。

さらに、失火判定フラグのセットを判断して（ステップ S 4 0 ) 、失火判定フラグがセッ卜されていれば、即ち、失火判定時には、ステップ S 5 0に進んで、エンジン回転数 N eとエンジン負荷（正味平均有効圧） P eとから現在のエンジン運転状態のゾーンが Z o n e 0〜Z o n e 5のいずれであるかが判定される。そして、ステップ S 6 0で、ステップ S 5 0で判定したゾーンが前回の判定ゾーンと異なるか否かが判断されて、前回の判定ゾーンと異なれば、現在の遅角量 R Xを遅角量学習値 R X nに設定する（ステップ S 7 0 ) 。現在の遅角量 R Xとは、最も近い時点で使用した遅角量、即ち、前回制御に制御に使用した遅角量であり、制御開始時には、ステップ S 5 0での判定ゾーンに対応した遅角量初期値（X 0〜X 5のいずれか）が現在の遅角量 R Xとされる。

次に、ステップ S 8 0で、ステップ S 5 0での判定ゾーンに対応した遅角量初期値（X 0〜X 5のいずれか）が遅角量学習値 RX n以上か否かを判断して、判定ゾーンに対応した遅角量初期値が遅角量学習値 RX n以上なら、遅角量学習値 RX nを現在の遅角量 RXに設定し（ステツプ S 1 0 0 ) 、判定ゾーンに対応した遅角量初期値が遅角量学習値 RX n以上でなければ、判定ゾーンに対応した遅角量初期値（X 0〜X 5のいずれか）を現在の遅角量 RXに設定する（ステップ S 9 0 ) 。即ち、現在の遅角量（制御に使用する遅角量） RXとしては、判定ゾーンに対応した遅角量初期値と遅角量学習値 RX nとの内の小さい方を使用するのである。

これにより、制御に使用する遅角量 RXとして、より小さな最適値が学習されながら更新されていき、燃費低下を抑制しながらエンジンの燃焼安定化を図ることができる。

そして、現在の遅角量 RXに応じて、目標燃料噴射時期及び目標点火時期の遅角制御を行なう。

また、この失火判定フラグのセッ卜判定時に失火判定フラグをリセットされていれば、ステップ S 4 0からステップ S 1 1 0に進んで、現在の遅角量（ここでは、前回使用した遅角量） RXが 0か否かを判定し、現在の遅角量（前回の遅角量） RXが 0でなければ、前回の遅角量 RX から単位角度（ここでは 1 となっている）を減算した遅角量（=RX— 1 ) 今回使用する遅角量 RXとする。

したがって、失火判定後に続いて失火がなければ、遅角量 RXは単位角度ずつ漸減されていき、やがて、遅角量 RXが 0となって、遅角制御が終了する。

このように、本装置では、予め燃費を良好にするように目標燃料噴射

1 0 時期及び目標点火時期を設定しながら制御し、失火が発生した場合には、燃料噴射時期及び点火時期を遅角制御することで、更なる失火を防止するようにできるので、燃費の向上と燃焼の安定性確保とを両立させることができるようになる。もちろん、燃焼が安定すると、 NO X低減にも有利になるので、燃費の向上と燃焼の安定性の確保と排気ガスの浄化とを高いレベルでバランスさせることができる。

また、遅角制御時の遅角量 RXは学習により極力小さなものに設定されるので、遅角制御時の燃費悪化も僅かであるとぃゔ利点がある。

さらに、遅角制御は遅角量 R Xを漸減させながら終了するので、遅角制御終了時に至る過渡時の燃焼フィーリングが良好なものとなる。

また、上述のフローチヤ一トでは、燃料噴射時期と点火時期とを共に遅角させる場合の制御を説明したが、これらに替えて E G R率の減量制御のみにより燃焼安定性を向上させる場合は、 F I G. 2における R x, R x n, X η, αを、それぞれ R y, R y n, Y n, 3に置き換えればよい。ここで、；8は E GR率を減量する際の単位量（単位減量量）である。このような E G R率の減量制御のみによっても、燃費の向上，燃焼の安定性向上及び排気ガスの浄化を実現することができる。

さらに、上述の燃料噴射時期及び Z又は点火時期の遅角制御と E G R 率の減量制御との両者又は三者を行なうようにしてもよい。例えば F I G. 6に示すフローチヤ一卜は、燃料噴射時期又は点火時期の遅角制御と E GR率の減量制御との両者、又は、燃料噴射時期及び点火時期の遅角制御と E GR率の減量制御との三者を行なう場合の制御を示している _c

F I G. 6において、 S 1 0〜S 1 2 0の各ステップの処理は、 F I G. 2に示すフローチヤ一卜と同一なのでこれらについては詳細な説明は省略し、 S 1 3 0〜S 1 8 0の各ステップが追加されているので、これらのステツプを中心に説明する。 F I G. 6に示すように、失火判定（ステップ S 1 0 ) により、失火判定フラッグがセットされる（ステップ S 2 0 ) と、ステップ S 4 0からステップ S 5 0に進みゾーン判定が行なわれるが、現在のエンジン運転伏態のゾーン判定結果が前回のゾーン判定結果と異なる場合は、ステップ S 6 0からステップ S 7 0に進み、現在の遅角量 RXを遅角学習値 R X nに設定するのに加えて、現在の E G R率の減量量 R Yを減量量学習値 RY nに設定する（ステップ S 1 3 0 ) 。

ついで、ステップ S 8 0〜 S 1 0 0の処理により現在の遅角量を更新した後、ステップ S 1 4 0〜S 1 6 0の処理により現在の減量量を更新する。つまり、ステップ S 1 4 0で、ステップ S 5 0での判定ゾ一ンに対応した減量量初期値 Υ η (Ύ 0〜Υ 5のいずれか）が減量量学習値 R Υ η以上か否かを判断して、判定ゾ一ンに対応した減量量初期値 Υ ηが減量量学習値 RY _η以上なら、減量量学習値 R Υ ηを現在の減量量 R Υ に設定し（ステップ S 1 5 0 ) 、判定ゾーンに対応した減量量初期値 Υ ηが減量量学習値 RY η以上でなければ、減量量初期値 Υ ηを現在の減量量 RYに設定する（ステップ S 1 6 0 ) 。即ち、現在の'減量量（制御に使用する减量量） RYとしては、判定ゾーンに対応した'减量量初期値 Υ ηと減量量学習値 RY ηとの内の小さい方を使用する。

—方、失火判定（ステップ S 1 0 ) の結果、失火判定フラッグがリセットされる（ステップ S 3 0 ) と、ステップ S 4 0からステップ S I 1 0〜S 1 2 0に進み、遅角量 RXの減算を行なうのに加えて、ステップ S 1 7 0〜 S 1 8 0で、減量量 R Yの減算を行なう。つまり、減量量 R Yが 0に達するまで、ステップ S 1 7 0からステップ S 1 8 0に進み、減量量 R Yを単位減量量 βずつ減算する。

この F I G. 6に示すように、燃料噴射時期及び/ '又は点火時期の遅角制御と E G R率の減量制御の両者又は三者を行なうようにすると、燃費の向上，燃焼の安定性向上及び排気ガスの浄化を極めて高い

実現することができる。

なお、上記実施形態では燃焼変動を失火の判別によって検出している力 <、本発明はこのような実施形態に限定されるものではなく、失火までには至らないような燃焼変動を検出して、燃料噴射時期制御手段 2 1及び点火時期制御手段 2 2による目標燃料噴射時期の遅角制御や目標点火時期の遅角制御、さらには、排気ガス環流量制御手段 2 5による目標 E G R率の減量制御を行なってもよい。この場合に用いる目標燃料噴射時期の遅角量や目標点火時期の遅角量や目標 E G R率の減量量については、失火に至るような燃焼変動の場台のものよりも、小さく設定したり、失火に至るような燃焼変動の場合と同様に設定しながら、燃料噴射時期，点火時期， E G R率の内の一つまたは二つを制御することによって燃焼安定性を向上させるようにしてもよい。産業上の利用可能性

筒内噴射式内燃機関において、圧縮行程噴射により燃費の向上を促進しながら燃焼安定性の確保を行なうことが可能になり、燃費の向上と燃焼の安定性の向上と排気ガスの浄化とを同時に実現することが可能になる。このため、例えば自動車をはじめとした乗物用のエンジンに好適であり、安定燃焼によるドライバピリティの向上，低燃費化による運転コストの低减，排気ガス浄化の促進による環境保護といった、乗物用ェンジンへの種々の要求を同時に満たすことができ、極めて有用である。

Claims

請求の範囲

1. 燃料噴射モードとして、主として吸気行程において燃料噴射を行う吸気行程噴射モードと、主として圧縮行程において燃料噴射を行う圧縮行程噴射モードとを、運転状態に応じて選択可能な筒内噴射式内燃機関であって、

該内燃機関の燃焼室（ 4 ) 内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁（ 5) と、

該燃焼室（ 4 ) に設けられた点火プラグ（7 ) と、

該内燃機関の排気ガスの一部を該内燃機関の吸気系へ環流する排気ガス環流装置（ 1 2， 1 3 ) と、

該内燃機関の燃焼変動状態を検出する燃焼変動検出手段（ 2 3 ) と、該内燃機関の通常運転時に、該内燃機関の運転状態に対応して予め設定された、目標燃料噴射時期に基づいて該燃料噴射弁の燃料噴射時期を制御する燃料噴射時期制御手段（2 1 ) と、

該内燃機関の通常運転時に、該内燃機関の運転状態に対応して予め設定された、目標点火時期に基づいて該点火プラグ（ 7 ) の点火時期を制御する点火時期制御手段（ 2 2 ) と、

該内燃機関の通常運転時に、該内燃機関の運転状態に対応して予め設定された、目標排気ガス環流量に基づいて該排気ガス環流装置（ 1 2 , 1 3 ) の排気ガス環流量を制御する排気ガス環流量制御手段（ 2 5) とが設けられて、

該圧縮行程噴射モ一ドを選択しているときに、該燃焼変動検出手段 ( 2 3 ) の検出結果に応じて該燃料噴射時期，該点火時期，該排気ガス環流量の少なくとも何れか一つを補正することにより燃焼変動を低減することを特徴とする、筒内噴射式内燃機関の制御装置。

2. 該圧縮行程噴射モードを選択しているときに、該燃焼変動検出手段 ( 2 3 ) の検出結果に応じて少なくとも該点火時期，該排気ガス環流量を補正することにより燃焼変動を低減することを特徴とする、請求の範囲第 1項記載の筒内噴射式内燃機関の制御装置。

3. 該圧縮行程噴射モードを選択しているときに、該燃焼変動検出手段 ( 2 3 ) の検出結果に応じて少なくとも該燃料噴射時期，該排気ガス環流量を補正することにより燃焼変動を低減することを特徴とする、請求の範囲第 1項記載の筒内噴射式内燃機関の制御装置。

4. 該圧縮行程噴射モードを選択しているときに、該燃焼変動検出手段 ( 2 3 ) の検出結果に応じて少なくとも該燃料噴射時期，該点火時期を補正することにより燃焼変動を低減することを特徴とする、請求の範囲第 1項記載の筒内噴射式内燃機関の制御装置。

5. 該圧縮行程噴射モードを選択しているときに、該燃焼変動検出手段 ( 2 3 ) の検出結果に応じて該燃料噴射時期，該点火時期，該排気ガス環流量を補正することにより燃焼変動を低減することを特徴とする、請求の範囲第 1項記載の筒内噴射式内燃機関の制御装置。

6. 該燃料噴射時期制御手段（ 2 1 ) を介して制御する場合は、該燃焼変動検出手段（2 3 ) により燃焼変動が検出されると燃料噴射時期を第 1の所定値だけ遅らせ、また、該点火時期制御手段（ 2 2 ) を介して制御する場合は、該燃焼変動検出手段（ 2 3 ) により燃焼変動が検出されると点火時期を第 2の所定値だけ遅らせ、また、該排気ガス環流量制御手段（ 2 5 ) を介して制御する場合は、該燃焼変動検出手段（ 2 3 ) により燃焼変動が検出されると排気ガス環流量を所定量だけ減量するものであることを特徴とする、請求の範囲第 1項記載の筒内噴射式内燃機関の制御装置。

7. 該内燃機関の燃焼変動が該補正を行なっても低減しない場合は、該圧縮行程噴射モードから該吸気行程噴射モードに燃料噴射モードを切り換えることを特徴とする、請求の範囲第 1項記載の筒内噴射式内燃機関の制御装置。

8. 該吸気行程噴射モードを選択しているときに、該燃焼変動検出手段 ( 2 3 ) の検出結果に応じて該内燃機関に供給される混合気の目標空燃比を空燃比制御手段（ 2 6 ) によって補正することにより燃焼変動を低減することを特徴とする、請求の範囲第 1項記載の筒内噴射式内燃機関の制御装置。

9. 該目標燃料噴射時期及び該目標点火時期が、該内燃機関の運転状態に対して、最良燃費の得られる時期又は最良燃費の得られる時期の近くに設定されていることを特徴とする、請求の範囲第 1項記載の筒内噴射式内燃機関の制御装置。

1 0. 該燃焼変動検出手段（ 2 3 ) によって燃焼変動が検出されたときの該燃料噴射時期の補正量と該点火時期の補正量がほぼ同一角度に設定されていることを特徵とする、請求の範囲第 4項記載の筒内噴射式内燃機関の制御装置。

1 1. 該燃焼変動検出手段（ 2 3) によって燃焼変動が検出されたときの該第 1の所定値，該第 2の所定値，該所定量は、内燃機関の運転状態に応じて設定されることを特徴とする、請求項 6記載の筒内噴射式内燃機関の制御装置。

1 2. 該内燃機関が複数の気筒を有し、該燃焼変動検出手段（ 2 3 ) による燃焼変動の検出と、該燃料噴射時期制御手段（2 1 ) 及び該点火時期制御手段（ 2 2 ) による該燃料噴射時期の遅角制御，該点火時期の遅角制御とが、いずれも各気筒毎に行われるように構成されたことを特徴とする、請求の範囲第 4項記載の筒内噴射式内燃機関の制御装置。

1 3. 該燃焼変動検出手段（ 2 3) は、該燃焼室での失火の発生を判定するものであることを特徴とする、請求の範囲第項記載の筒内噴射式内燃機関の制御装置。