WO2016157700A1 - 制御装置 - Google Patents

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combustion
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徹治 光田
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株式会社デンソー
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    • F02P15/00—Electric spark ignition having characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F02P1/00 - F02P13/00 and combined with layout of ignition circuits
    • F02P15/08—Electric spark ignition having characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F02P1/00 - F02P13/00 and combined with layout of ignition circuits having multiple-spark ignition, i.e. ignition occurring simultaneously at different places in one engine cylinder or in two or more separate engine cylinders

Definitions

  • the present disclosure relates to a control device for an internal combustion engine having an injector that directly injects fuel into a combustion chamber of a cylinder, and an ignition plug that ignites an air-fuel mixture containing fuel injected by the injector.
  • stratified combustion As one form of combustion in the lean burn state, what is called stratified combustion is known.
  • stratified combustion a rich air-fuel mixture is distributed in the vicinity of the spark plug, while the air-fuel mixture is ignited and burned in a state where a lean air-fuel mixture is distributed in the vicinity thereof.
  • the air-fuel mixture becomes a lean and difficult-to-combust air-fuel ratio when considered in the entire combustion chamber, but becomes a sufficiently combustible air-fuel ratio when considered only in the vicinity of the spark plug.
  • stratified combustion can contribute to improvement in fuel consumption, there is a problem that nitrogen oxide and black smoke are likely to be generated with combustion when the distribution of the air-fuel mixture becomes inappropriate.
  • Patent Document 1 describes a control device that estimates a stratified combustion degree, which is a distribution tendency of a mixture of a combustible air-fuel ratio in a combustion chamber.
  • the control device detects the air-fuel ratio from the combustion gas discharged when the internal combustion engine is performing stratified combustion, and estimates the stratified combustion degree based on the waveform of the air-fuel ratio. Further, the control device adjusts the fuel injection timing based on the estimated stratified combustion degree, and controls so that the stratified combustion degree is maintained at an appropriate level.
  • Patent Document 1 has a low estimation accuracy of the mixture distribution in the combustion chamber. For this reason, the distribution cannot be maintained appropriately, and there is a risk that nitrogen oxides and the like generated with stratified combustion will increase.
  • An object of the present disclosure is to provide a control device that can estimate with high accuracy the degree of stratification, which is the degree to which an air-fuel mixture having a predetermined air-fuel ratio or less is distributed in the vicinity of a spark plug.
  • a control device is a control device for an internal combustion engine that includes an injector that directly injects fuel into a combustion chamber of a cylinder, and an ignition plug that ignites an air-fuel mixture containing fuel injected by the injector.
  • An air-fuel ratio acquisition unit for acquiring the air-fuel ratio of the air-fuel mixture in the combustion chamber, a nitrogen oxide concentration acquisition unit for acquiring the nitrogen oxide concentration of the combustion gas discharged from the internal combustion engine, and a predetermined air-fuel ratio set in advance
  • a stratification degree estimator that estimates the degree of stratification, which is the degree to which the following air-fuel mixture is distributed in the vicinity of the spark plug, and the stratification degree estimator includes the air-fuel ratio and nitrogen oxides acquired by the air-fuel ratio acquisition part The degree of stratification is estimated based on the nitrogen oxide concentration acquired by the concentration acquisition unit.
  • the stratification degree is estimated based on not only the air-fuel ratio of the air-fuel mixture in the combustion chamber but also the nitrogen oxide concentration of the combustion gas discharged from the internal combustion engine. That is, as a result of the stratified combustion, the nitrogen oxide concentration of the combustion gas may increase.
  • the stratification degree is estimated based on the nitrogen oxide concentration. Therefore, according to the present disclosure, it is possible to estimate the stratification degree with high accuracy.
  • the control device that can estimate the degree of stratification, which is the degree to which the air-fuel mixture equal to or lower than a predetermined air-fuel ratio is distributed in the vicinity of the spark plug with high accuracy.
  • FIG. 1 is a schematic diagram illustrating an ECU according to an embodiment of the present disclosure and an engine to be controlled.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing the distribution of the air-fuel mixture in the combustion chamber of FIG.
  • FIG. 3 is a graph showing the relationship between the air-fuel ratio of the air-fuel mixture in homogeneous combustion and the nitrogen oxide concentration of the combustion gas produced by homogeneous combustion
  • FIG. 4 is an explanatory diagram showing the nitrogen oxide concentration acquired by the nitrogen oxide concentration acquisition unit in FIG. 1 and the factors that affect the nitrogen oxide concentration.
  • FIG. 5 is a flowchart showing a flow of processing executed by the ECU of FIG.
  • FIG. 6 is an explanatory diagram showing a method of calculating the stratification degree of the air-fuel mixture
  • FIG. 7 is a graph showing the relationship between the nitrogen oxide concentration difference of the combustion gas and the stratification degree of the air-fuel mixture.
  • the ECU 10 controls an in-cylinder injection engine (internal combustion engine) 100 mounted on a vehicle (not shown). First, a schematic configuration of the engine 100 will be described.
  • the engine 100 has a cylinder block 41 made of cast iron.
  • the cylinder block 41 has a cylindrical cylinder 42 formed therein. Although a multi-cylinder spark ignition reciprocating engine is assumed as the engine 100, only one cylinder 42 is shown in FIG. 1 for convenience of explanation.
  • a piston 43 is accommodated in the cylinder 42.
  • the piston 43 can reciprocate within the cylinder 42.
  • a crankshaft that is an output shaft (not shown) is rotated by reciprocating movement of the piston 43 in the cylinder 42.
  • a cylinder head 45 is fixed to the upper end surface of the cylinder block 41.
  • a combustion chamber 46 is formed between the cylinder head 45 and the upper surface of the piston 43.
  • the cylinder head 45 is formed with an intake port 47 and an exhaust port 48 that open to the combustion chamber 46.
  • the intake port 47 and the exhaust port 48 are configured to be opened and closed by an intake valve 21 and an exhaust valve 22 driven by cams 21a and 22a, respectively.
  • a variable valve timing mechanism (not shown) is attached to each of the intake valve 21 and the exhaust valve 22, and the opening / closing timing thereof can be adjusted.
  • the intake pipe 47 is connected to the intake port 47.
  • Intake pipe 23 guides air taken from the outside of the vehicle to intake port 47 of engine 100.
  • An exhaust pipe 24 is connected to the exhaust port 48. The exhaust pipe 24 guides the combustion gas discharged from each cylinder 42 to the outside of the vehicle.
  • the intake pipe 23 is provided with a throttle valve 29 and a throttle opening sensor 31.
  • the throttle valve 29 is an electronically controlled on-off valve whose opening degree is adjusted by an actuator such as a DC motor. By changing the opening of the throttle valve 29, the flow rate of the air guided to the intake port 47 can be adjusted.
  • the throttle opening sensor 31 detects the opening and movement (opening fluctuation) of the throttle valve 29.
  • the throttle opening sensor 31 is electrically connected to the ECU 10 and transmits a signal corresponding to the detected value to the ECU 10.
  • “electrically connected” does not mean to be limited to a state where they are connected by wire, but may include a state where they can communicate with each other wirelessly.
  • a surge tank 23 a is provided in the intake pipe 23 on the downstream side of the throttle valve 29.
  • the passage area of the surge tank 23a is larger than that of the intake pipe 23 before and after the surge tank 23a.
  • an air-fuel ratio sensor 32 and a NOx sensor 33 are provided in a collector part 24a that is a part for collecting combustion gas discharged from each cylinder 42.
  • the air-fuel ratio sensor 32 is a device that detects the oxygen concentration of the combustion gas flowing through the exhaust pipe 24.
  • the NOx sensor 33 is a device that detects the nitrogen oxide concentration of the combustion gas flowing through the exhaust pipe 24.
  • Each of the air-fuel ratio sensor 32 and the NOx sensor 33 transmits a signal corresponding to the detected value to the ECU 10.
  • An injector 27 is attached to the combustion chamber 46 in the cylinder 42.
  • the injector 27 is an electromagnetically driven actuator that is supplied into the combustion chamber 46 by directly injecting gasoline as fuel.
  • the injector 27 provided in one cylinder 42 is illustrated, but such an injector 27 is provided for each cylinder 42.
  • an in-cylinder pressure sensor 34 and a spark plug 28 are attached to the combustion chamber 46.
  • the in-cylinder pressure sensor 34 is a device that detects the pressure in the combustion chamber 46.
  • the spark plug 28 is a device that applies a high voltage at a predetermined ignition timing based on an instruction from the ECU 10 and thereby ignites the air-fuel mixture.
  • the intake valve 21 is opened and the pressure in the combustion chamber 46 is lowered by the lowering of the piston 43, and air is sucked into the combustion chamber 46 through the intake pipe 23. Is done. At this time, fuel is injected from the injector 27 into the combustion chamber 46. The injected fuel is mixed with the air sucked into the combustion chamber 46 to become an air-fuel mixture.
  • the intake valve 21 is closed and the air-fuel mixture is compressed as the piston 43 rises.
  • fuel is injected from the injector 27 into the combustion chamber 46.
  • the amount of fuel injected from the injector 27 in this compression stroke is smaller than that injected in the intake stroke.
  • the air-fuel mixture is ignited and burned by the spark plug 28 in the combustion stroke of the engine 100.
  • the combustion gas generated by the combustion of the air-fuel mixture is discharged from the combustion chamber 46 to the exhaust pipe 24 by the opening operation of the exhaust valve 22 in the exhaust stroke of the engine 100.
  • the ECU 10 is partially or entirely configured by an analog circuit or a digital processor. In any case, in order to fulfill the function of outputting a control signal based on the received signal, the ECU 10 includes a functional control block.
  • FIG. 1 shows the ECU 10 as a functional control block diagram.
  • the software module incorporated in the analog circuit or digital processor constituting the ECU 10 does not necessarily have to be divided into the control blocks shown in FIG. 1, and may be configured to function as a plurality of control blocks. Of course, it may be further subdivided. As long as the processing can be executed, the actual configuration inside the ECU 10 can be appropriately changed by those skilled in the art.
  • the ECU 10 is electrically connected to various sensors such as the throttle opening sensor 31 and various actuators such as the injector 27. Further, the ECU 10 includes an air-fuel ratio acquisition unit 11, a nitrogen oxide concentration acquisition unit 12, a pressure acquisition unit 13, a collation data creation unit 14, a combustion gas temperature calculation unit 15, a stratification degree estimation unit 16, and a storage. A unit 17, a stratified combustion mode execution unit 18, and a homogeneous combustion mode execution unit 19.
  • the air-fuel ratio acquisition unit 11 is a part that acquires the air-fuel ratio of the air-fuel mixture in the combustion chamber 46 by performing a predetermined calculation based on a signal received from the air-fuel ratio sensor 32. Specifically, the air-fuel ratio acquisition unit 11 acquires the air-fuel ratio of the air-fuel mixture in the combustion chamber 46 based on the oxygen concentration of the combustion gas generated by the combustion in the combustion chamber 46.
  • the nitrogen oxide concentration acquisition unit 12 acquires the nitrogen oxide concentration of the combustion gas flowing through the exhaust pipe 24 by performing a predetermined calculation based on a signal received from the NOx sensor 33.
  • the pressure acquisition unit 13 acquires a pressure in the combustion chamber 46 by performing a predetermined calculation based on a signal received from the in-cylinder pressure sensor 34.
  • the combustion gas temperature calculation unit 15 is a part that calculates the temperature of the combustion gas in the combustion chamber 46 based on the pressure in the combustion chamber 46 acquired by the pressure acquisition unit 13.
  • the stratification degree estimation unit 16 calculates the air-fuel ratio of the air-fuel mixture in the combustion chamber 46 acquired by the air-fuel ratio acquisition unit 11, the nitrogen oxide concentration of the combustion gas acquired by the nitrogen oxide concentration acquisition unit 12, and the combustion gas temperature calculation Based on the temperature of the combustion gas in the combustion chamber 46 calculated by the unit 15, the stratification degree of the air-fuel mixture in the combustion chamber 46 is estimated.
  • the storage unit 17 is a part that stores the collation data created by the collation data creation unit 14.
  • the stratified combustion mode execution unit 18 is a part that executes a stratified combustion mode, which is an aspect of combustion of the air-fuel mixture in the combustion chamber 46.
  • the stratified combustion mode the air-fuel mixture is burned in a state where the stratification degree of the air-fuel mixture in the combustion chamber 46 is equal to or greater than a threshold value.
  • the stratified combustion mode execution unit 18 appropriately adjusts the amount of fuel injected by the injector 27, the injection timing, the number of injections, the pressure, the ignition energy of the spark plug 28, the ignition timing, the number of ignitions, and the like. While the stratification degree of the air-fuel mixture in the combustion chamber 46 is in a state equal to or higher than the threshold value, the air-fuel mixture is combusted.
  • the homogeneous combustion mode execution unit 19 is a part that executes a homogeneous combustion mode that is one mode of combustion of the air-fuel mixture in the combustion chamber 46.
  • the air-fuel mixture is burned in a state where the stratification degree of the air-fuel mixture in the combustion chamber 46 is less than a threshold value.
  • the homogeneous combustion mode execution unit 19 appropriately adjusts the amount of fuel injected by the injector 27, the injection timing, the number of injections, the pressure, the ignition energy of the spark plug 28, the ignition timing, the number of ignitions, etc. A state in which the stratification degree of the air-fuel mixture in the combustion chamber 46 is less than the threshold value is made, and the air-fuel mixture is homogeneously combusted.
  • FIG. 2 illustrates three states in which the stratification degree of the air-fuel mixture in the combustion chamber 46 is different from each other.
  • FIG. 2 (A) shows a state where the air-fuel ratio of the air-fuel mixture is substantially uniform in the combustion chamber 46.
  • the combustion in which the air-fuel mixture in this state is ignited by the spark plug 28 and is generated is called homogeneous combustion.
  • FIG. 3 is an example of a graph showing the relationship between the air-fuel ratio of the air-fuel mixture in the homogeneous combustion and the nitrogen oxide concentration of the combustion gas generated by the homogeneous combustion, and corresponds to the collation data.
  • the nitrogen oxide concentration of the combustion gas becomes maximum when the air-fuel ratio of the mixture is about 14.7, which is the stoichiometric air-fuel ratio. Further, as the air-fuel ratio of the air-fuel mixture increases or decreases from the stoichiometric air-fuel ratio, the nitrogen oxide concentration of the combustion gas tends to decrease.
  • FIG. 2B shows that the air-fuel ratio is distributed in the first region 461 in the vicinity of the spark plug 28 in the combustion chamber 46, and the air-fuel ratio is distributed in the second region 462 around the first region 461.
  • the air-fuel mixture having a small air-fuel ratio is distributed in the first region 461 in the vicinity of the spark plug 28, and the air-fuel ratio is distributed in the second region 462 around the first region 461.
  • a dense (small air-fuel ratio) air-fuel mixture is distributed in the vicinity of the spark plug 28, and further, a lean (high air-fuel ratio) mixture is present around it.
  • Combustion caused by igniting an air-fuel mixture in a state where air is distributed is called stratified combustion.
  • combustion in a state where the air-fuel ratio is 14 or less is distributed in the first region 461 is defined as stratified combustion, but the present disclosure is not limited to this.
  • the degree of stratification is defined as the degree to which the air-fuel mixture having an air-fuel ratio of 14 or less is distributed in the vicinity of the spark plug 28. That is, the lower the air-fuel ratio of the air-fuel mixture distributed in the vicinity of the spark plug 28, the higher the stratification degree.
  • the stratification degree increases as the amount of the air-fuel ratio distributed in the vicinity of the spark plug 28 is 14 or less. Further, the stratification degree increases as the air-fuel ratio of the air-fuel mixture distributed in the first region 461 in the combustion chamber 46 is smaller than the air-fuel ratio of the air-fuel mixture distributed in the second region 462.
  • the state of FIG. 2 (A) has the smallest stratification degree of the mixture
  • the state of FIG. 2 (A) has the largest stratification degree of the mixture.
  • the nitrogen oxide concentration acquired by the nitrogen oxide concentration acquisition unit 12 includes the intake N 2 concentration, the intake O 2 concentration, the in-cylinder average air-fuel ratio, and the in-cylinder air-fuel ratio distribution. And the maximum combustion gas temperature.
  • the intake N 2 concentration and the intake O 2 concentration are the nitrogen concentration and oxygen concentration of the air taken from the outside of the vehicle. These values can be regarded as substantially constant regardless of the environment in which the vehicle travels.
  • the in-cylinder air-fuel ratio distribution is the air-fuel ratio of the air-fuel mixture in the combustion chamber 46 acquired by the air-fuel ratio acquisition unit 11 (see FIG. 1).
  • the maximum combustion gas temperature is the maximum temperature of the combustion gas in the combustion chamber 46 calculated by the combustion gas temperature calculation unit 15 (see FIG. 1). That is, the intake N 2 concentration and the intake O 2 concentration are known values, and the in-cylinder air-fuel ratio distribution and the combustion gas maximum temperature are values that can be acquired by the air-fuel ratio acquisition unit 11 and the combustion gas temperature calculation unit 15.
  • the in-cylinder air-fuel ratio distribution that remains as a factor affecting the nitrogen oxide concentration is an index that correlates with the stratification degree of the air-fuel mixture in the combustion chamber 46.
  • the stratification degree of the air-fuel mixture in the combustion chamber 46 can be estimated.
  • the ECU 10 starts executing the homogeneous combustion mode in S11 shown in FIG. That is, as shown in FIG. 2 (A), the amount of fuel injected by the injector 27, the injection timing, the number of injections, the pressure, etc., so that the air-fuel ratio of the air-fuel mixture is substantially uniform in the combustion chamber 46.
  • the ignition energy of the spark plug 28, ignition timing, the number of times of ignition, etc. are adjusted as appropriate, and the air-fuel mixture is homogeneously combusted.
  • the ECU 10 acquires the air-fuel ratio of the air-fuel mixture in the combustion chamber 46 in S12.
  • the air-fuel ratio acquisition unit 11 performs a predetermined calculation based on a signal received from the air-fuel ratio sensor 32 to acquire the air-fuel ratio.
  • the ECU 10 acquires the nitrogen oxide concentration of the combustion gas flowing through the exhaust pipe 24 in S13.
  • the nitrogen oxide concentration is acquired by performing a predetermined calculation based on a signal received from the NOx sensor 33 by the nitrogen oxide concentration acquisition unit 12 in a state in which the air-fuel mixture is homogeneously combusted in the combustion chamber 46. To do.
  • the collation data is data indicating the relationship between the air-fuel ratio of the air-fuel mixture acquired in S12 and the nitrogen oxide concentration of the combustion gas calculated in S13, and is as shown in the graph shown in FIG. .
  • the relationship between the air-fuel ratio of the air-fuel mixture and the nitrogen oxide concentration of the combustion gas may vary with individual differences of the engine 100, but in S14, collation data is created based on the actual behavior of the engine 100 By doing so, the influence of this variation can be eliminated.
  • the ECU 10 starts executing the stratified combustion mode in S15. That is, the mode of combustion of the air-fuel mixture in the combustion chamber 46 is switched from the homogeneous combustion mode that has been executed so far to the stratified combustion mode.
  • the stratified combustion mode can be executed after the collation data creation unit 14 creates collation data.
  • the ECU 10 distributes the air-fuel mixture in the combustion chamber 46 in accordance with the traveling state of the vehicle as shown in FIGS. 2B and 2C, and the amount of fuel injected by the injector 27, the injection
  • the fuel is burned by adjusting the timing, the number of injections, the pressure, the ignition energy of the spark plug 28, the ignition timing, the number of ignitions, and the like.
  • the ECU 10 acquires the air-fuel ratio of the air-fuel mixture in the combustion chamber 46 in S16.
  • the air-fuel ratio acquisition unit 11 performs a predetermined calculation based on a signal received from the air-fuel ratio sensor 32, thereby acquiring the air-fuel ratio.
  • the ECU 10 acquires the nitrogen oxide concentration of the combustion gas flowing through the exhaust pipe 24 in S17.
  • the nitrogen oxide concentration is acquired by performing a predetermined calculation based on a signal received from the NOx sensor 33 by the nitrogen oxide concentration acquisition unit 12 in a state where the stratified combustion of the air-fuel mixture is performed in the combustion chamber 46. To do.
  • the ECU 10 calculates the stratification degree of the air-fuel mixture in the combustion chamber 46 in S18.
  • the calculation of the stratification degree is performed based on the air-fuel ratio of the air-fuel mixture in the combustion chamber 46 acquired in S16 and the nitrogen oxide concentration of the combustion gas flowing through the exhaust pipe 24 acquired in S17.
  • the ECU 10 collates the air-fuel ratio of the air-fuel mixture in the combustion chamber 46 acquired during execution of the stratified combustion mode with a table.
  • the table is a table of the collation data created in S14 described above, and the nitrogen oxides of the combustion gas when the homogeneous combustion mode is executed at the air-fuel ratio by collating the air-fuel ratio of the air-fuel mixture.
  • the concentration can be obtained. That is, here, if the air-fuel ratio of the air-fuel mixture obtained at the time of executing the stratified combustion mode is collated with the table, and the homogeneous combustion mode is executed at the air-fuel ratio, what is the nitrogen oxide concentration of the combustion gas? It can also be estimated.
  • the ECU 10 calculates the difference (NOx concentration difference) between the nitrogen oxide concentration of the combustion gas obtained when the homogeneous combustion mode is executed and the nitrogen oxide gas of the combustion gas obtained when the stratified combustion mode is executed. To do.
  • the ECU 10 acquires the correction coefficient by checking the temperature of the combustion gas in the cylinder 42 against the table.
  • the ECU 10 calculates the correlation index by multiplying the above-described NOx concentration difference by this correction coefficient.
  • the ECU 10 can calculate the stratification degree of the air-fuel mixture in the combustion chamber 46 by collating this correlation index with a table.
  • the table to be collated here has a NOx concentration difference and a stratification degree as shown in FIG. As shown in FIG. 7, the difference between the NOx concentration increases, that is, the difference between the nitrogen oxide concentration of the combustion gas when the homogeneous combustion mode is executed and the nitrogen oxide gas of the combustion gas when the stratified combustion mode is executed is large. As shown, the stratification degree of the air-fuel mixture in the combustion chamber 46 tends to increase.
  • the ECU 10 After completing the calculation of the stratification in S18 of FIG. 5, the ECU 10 next adjusts the fuel injection in S19. That is, the ECU 10 adjusts the amount of fuel injected by the injector 27, the injection timing, the number of injections, and the pressure based on the stratification degree calculated in S18.
  • the ECU 10 adjusts fuel ignition in S19. That is, the ECU 10 adjusts the ignition energy, ignition timing, number of ignitions, etc. of the spark plug 28 based on the stratification degree calculated in S18.
  • the stratification degree is estimated based on the nitrogen oxide concentration of the combustion gas discharged from the engine 100 as well as the air-fuel ratio of the air-fuel mixture in the combustion chamber 46. . That is, as a result of the stratified combustion, the nitrogen oxide concentration of the combustion gas may increase, and the ECU 10 estimates the stratification degree based on this nitrogen oxide concentration. Therefore, according to the present disclosure, it is possible to estimate the stratification degree with high accuracy.
  • the ECU 10 includes a pressure acquisition unit 13 that acquires the pressure in the combustion chamber 46 and a combustion gas temperature calculation unit 15 that calculates the temperature of the combustion gas based on the pressure in the combustion chamber 46.
  • the stratification degree estimation unit 16 estimates the stratification degree based on the combustion gas temperature calculated by the combustion gas temperature calculation unit 15.
  • the maximum temperature of the combustion gas is also a factor that affects the nitrogen oxide concentration of the combustion gas. Therefore, from the nitrogen oxide concentration acquired by the nitrogen oxide concentration acquisition unit 12, in addition to the influence of each factor of the intake N 2 concentration, the intake O 2 concentration, and the in-cylinder air-fuel ratio distribution, the influence of the combustion gas maximum temperature is also excluded. Thus, it becomes possible to estimate the stratification degree with higher accuracy.
  • the ECU 10 performs a stratified combustion mode execution unit 18 that executes a stratified combustion mode in which the air-fuel mixture is combusted in a state where the stratification degree is equal to or greater than a threshold, and a homogeneous combustion mode in which the air-fuel mixture is combusted in a state where the stratification degree is less than the threshold
  • the ECU 10 creates and stores collation data indicating the relationship between the air-fuel ratio acquired by the air-fuel ratio acquisition unit 11 and the nitrogen oxide concentration acquired by the nitrogen oxide concentration detection unit during execution of the homogeneous combustion mode.
  • a collation data creation unit 14 to be stored in the unit 17.
  • the stratification degree estimation unit 16 acquires the nitrogen oxide concentration obtained by collating the air-fuel ratio acquired by the air-fuel ratio acquisition unit 11 with the verification data during execution of the stratified combustion mode, and the nitrogen oxide concentration acquisition during execution of the stratified combustion mode.
  • the stratification degree is estimated based on the difference between the nitrogen oxide concentration acquired by the unit 12. Therefore, according to the ECU 10, the collation data is created in the homogeneous combustion that can be performed relatively easily in the combustion chamber 46, and the stratification degree is estimated by using the collation data, so that the stratification can be performed with higher accuracy. The degree can be estimated.
  • the stratified combustion mode execution unit 18 can execute the stratified combustion mode after the verification data creation unit 14 creates the verification data. Therefore, since the collation data is created and the stratified combustion mode is executed after the situation in which the stratification degree of the air-fuel mixture in the combustion chamber 46 can be accurately estimated, the stratification degree can be maintained at an appropriate value. .

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Abstract

　制御装置は、気筒（４２）の燃焼室（４６）内に燃料を直接噴射するインジェクタ（２７）と、該インジェクタが噴射した燃料を含有する混合気に点火する点火プラグ（２８）と、を有する内燃機関（１００）の制御装置であって、燃焼室内の混合気の空燃比を取得する空燃比取得部（１１）と、内燃機関から排出される燃焼ガスの窒素酸化物濃度を取得する窒素酸化物濃度取得部（１２）と、予め定められた所定空燃比以下の混合気が点火プラグの近傍に分布している度合である成層度を推定する成層度推定部（１６）と、を備え、成層度推定部は、空燃比取得部が取得した空燃比及び窒素酸化物濃度取得部が取得した窒素酸化物濃度に基づいて成層度を推定する。

Description

制御装置 関連出願の相互参照
　本出願は、２０１５年３月２７日に出願された日本特許出願番号２０１５－６７４５７号に基づくもので、ここにその記載内容を援用する。
　本開示は、気筒の燃焼室内に燃料を直接噴射するインジェクタと、該インジェクタが噴射した燃料を含有する混合気に点火する点火プラグと、を有する内燃機関の制御装置に関するものである。
　近年の内燃機関では、燃焼制御の高度化、複雑化が進んでいる。例えば、気筒の燃焼室内において、混合気をリーンバーン状態で燃焼させる内燃機関が広く普及している。燃料の燃焼をリーンバーン状態に維持することにより、内燃機関の燃費向上を図ることができる。
　リーンバーン状態における燃焼の一形態として、成層燃焼と称されるものが知られている。成層燃焼は、点火プラグの近傍に濃密な混合気を分布させる一方で、さらにその周辺には希薄な混合気を分布させた状態で、混合気の点火及び燃焼を行うものである。このような分布では、混合気は、燃焼室内全体で考えれば希薄で燃焼困難な空燃比となるものの、点火プラグの近傍だけで考えれば十分に燃焼可能な空燃比となる。成層燃焼は燃費の向上に寄与し得るものの、混合気の分布が不適切なものになると、その燃焼に伴って窒素酸化物や黒煙が発生し易いという課題がある。
　このような課題を解決するものとして、下記特許文献１には、燃焼室内における可燃空燃比の混合気の分布傾向である成層燃焼度合を推定する制御装置が記載されている。制御装置は、内燃機関が成層燃焼を行っている際に排出する燃焼ガスから空燃比を検出するとともに、その空燃比の波形に基づいて成層燃焼度合を推定している。また、制御装置は、推定した成層燃焼度合に基づいて燃料の噴射タイミングを調整し、成層燃焼度合が適切なものに維持されるように制御するものである。
特開２００２－５４４９２号公報
　しかしながら、上記特許文献１に記載の制御装置は、燃焼室内における混合気の分布の推定精度が低いものであった。このため、当該分布を適切なものに維持できなくなり、成層燃焼に伴い発生する窒素酸化物等が増加してしまうというおそれがあった。
　本開示の目的は、予め定められた所定空燃比以下の混合気が点火プラグの近傍に分布している度合である成層度を高い精度で推定可能な制御装置を提供することにある。
　本開示の一態様による制御装置は、気筒の燃焼室内に燃料を直接噴射するインジェクタと、該インジェクタが噴射した燃料を含有する混合気に点火する点火プラグと、を有する内燃機関の制御装置であって、燃焼室内の混合気の空燃比を取得する空燃比取得部と、内燃機関から排出される燃焼ガスの窒素酸化物濃度を取得する窒素酸化物濃度取得部と、予め定められた所定空燃比以下の混合気が点火プラグの近傍に分布している度合である成層度を推定する成層度推定部と、を備え、成層度推定部は、空燃比取得部が取得した空燃比及び窒素酸化物濃度取得部が取得した窒素酸化物濃度に基づいて成層度を推定する。
　本開示では、燃焼室内の混合気の空燃比のみならず、内燃機関から排出される燃焼ガスの窒素酸化物濃度に基づいて成層度を推定する。すなわち、成層燃焼が行われた結果として、燃焼ガスの窒素酸化物濃度が増加するおそれがあるところ、本開示では、この窒素酸化物濃度にも基づいて成層度を推定する。したがって、本開示によれば、成層度を高い精度で推定することが可能となる。
　本開示によれば、予め定められた所定空燃比以下の混合気が点火プラグの近傍に分布している度合である成層度を高い精度で推定可能な制御装置を提供することができる。
　本開示についての上記目的およびその他の目的、特徴や利点は、添付の図面を参照しながら下記の詳細な記述により、より明確になる。その図面は、
図１は、本開示の実施形態に係るＥＣＵと、その制御対象となるエンジンを示す模式図であり、 図２は、図１の燃焼室内における混合気の分布を示す模式図であり、 図３は、均質燃焼における混合気の空燃比と、均質燃焼によって生じる燃焼ガスの窒素酸化物濃度との関係を示すグラフであり、 図４は、図１の窒素酸化物濃度取得部によって取得される窒素酸化物濃度と、窒素酸化物濃度に影響を与える各因子を示す説明図であり、 図５は、図１のＥＣＵが実行する処理の流れを示すフローチャートであり、 図６は、混合気の成層度の算出方法を示す説明図であり、 図７は、燃焼ガスの窒素酸化物濃度差と混合気の成層度との関係を示すグラフである。
　以下、添付図面を参照しながら本開示の実施形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。
　図１を参照しながら、本開示の実施形態に係るＥＣＵ１０について説明する。ＥＣＵ１０は、図示しない車両に搭載される筒内噴射式のエンジン（内燃機関）１００を制御する。はじめに、このエンジン１００の概略構成について説明する。
　エンジン１００は、鋳鉄製のシリンダブロック４１を有している。シリンダブロック４１は、その内部に筒状の気筒４２が形成されている。エンジン１００としては多気筒の火花点火式レシプロエンジンを想定しているが、この図１においては、説明の便宜上１つの気筒４２のみを図示している。
　気筒４２内には、ピストン４３が収容されている。ピストン４３は、気筒４２内において往復動可能とされている。気筒４２内でのピストン４３の往復動により、図示しない出力軸であるクランク軸が回転するように構成されている。
　また、シリンダブロック４１の上端面には、シリンダヘッド４５が固定されている。そのシリンダヘッド４５とピストン４３上面との間には、燃焼室４６が形成されている。
　シリンダヘッド４５には、燃焼室４６に開口する吸気ポート４７及び排気ポート４８が形成されている。吸気ポート４７と排気ポート４８とは、それぞれカム２１ａ，２２ａによって駆動される吸気弁２１と排気弁２２とによって開閉されるように構成されている。
　吸気弁２１及び排気弁２２は、図示しない可変バルブタイミング機構がそれぞれ取り付けられており、いずれもその開閉タイミングが調整可能とされている。
　吸気ポート４７には、吸気管２３が接続されている。吸気管２３は、車両の外部から取り入れた空気をエンジン１００の吸気ポート４７に導く。また、排気ポート４８には、排気管２４が接続されている。排気管２４は、各気筒４２から排出された燃焼ガスを車両の外部に導く。
　吸気管２３には、スロットルバルブ２９及びスロットル開度センサ３１が設けられている。スロットルバルブ２９は、ＤＣモータ等のアクチュエータによって開度が調整される電子制御式の開閉弁である。スロットルバルブ２９の開度を変更することによって、吸気ポート４７に導かれる空気の流量を調節することができる。スロットル開度センサ３１は、このスロットルバルブ２９の開度や動き（開度変動）を検出する。スロットル開度センサ３１は、ＥＣＵ１０と電気的に接続されており、検出した値に対応する信号をＥＣＵ１０に送信する。尚、本開示において電気的に接続とは、有線によって接続された状態に限定される意味ではなく、無線により互いに通信可能とされた状態をも含みうるものとする。
　スロットルバルブ２９よりも下流側の吸気管２３には、サージタンク２３ａが設けられている。サージタンク２３ａは、その前後の吸気管２３よりも通路面積が拡大されている。吸気管２３にサージタンク２３ａを設けることによって、吸気脈動や吸気干渉を防止することができる。
　排気管２４のうち、各気筒４２から排出された燃焼ガスを集合させる部分であるコレクタ部２４ａには、空燃比センサ３２及びＮＯｘセンサ３３が設けられている。空燃比センサ３２は、排気管２４を流れる燃焼ガスの酸素濃度を検出する機器である。また、ＮＯｘセンサ３３は、排気管２４を流れる燃焼ガスの窒素酸化物濃度を検出する機器である。空燃比センサ３２及びＮＯｘセンサ３３は、それぞれ検出した値に対応する信号をＥＣＵ１０に送信する。
　気筒４２内の燃焼室４６には、インジェクタ２７が取り付けられている。インジェクタ２７は、燃料であるガソリンを直接噴射することで燃焼室４６内に供給する電磁駆動式のアクチュエータである。尚、ここでは便宜上１つの気筒４２内に設けられたインジェクタ２７のみを図示しているが、このようなインジェクタ２７は、各気筒４２に１つずつ設けられている。
　さらに、燃焼室４６には、筒内圧センサ３４及び点火プラグ２８が取り付けられている。筒内圧センサ３４は、燃焼室４６内の圧力の検出を行う機器である。点火プラグ２８は、ＥＣＵ１０からの指示に基づいて所定の点火時期に高電圧が印加され、これによって混合気への点火を行う機器である。
　以上のようなエンジン１００の吸気行程では、吸気弁２１が開状態になるとともに、ピストン４３の下降によって燃焼室４６内の圧力が低下し、吸気管２３を介して燃焼室４６内に空気が吸引される。このとき、インジェクタ２７から燃焼室４６内に燃料が噴射される。噴射された燃料は、燃焼室４６内に吸引された空気と混合されて混合気となる。
　また、エンジン１００の圧縮行程では、吸気弁２１が閉状態になるとともに、ピストン４３の上昇によって混合気が圧縮される。このとき、インジェクタ２７から燃焼室４６内に燃料が噴射される。この圧縮行程においてインジェクタ２７から噴射される燃料は、吸気行程において噴射される燃料よりも少量とされている。混合気は、エンジン１００の燃焼行程において点火プラグ２８によって点火され、燃焼する。この混合気の燃焼によって発生した燃焼ガスは、エンジン１００の排気行程における排気弁２２の開動作により、燃焼室４６から排気管２４に排出される。
　次に、ＥＣＵ１０について説明する。ＥＣＵ１０は、その一部又は全部が、アナログ回路で構成されるか、デジタルプロセッサとして構成される。いずれにしても、受信した信号に基づいて制御信号を出力する機能を果たすため、ＥＣＵ１０には機能的な制御ブロックが構成される。
　図１は、ＥＣＵ１０を、機能的な制御ブロック図として表している。尚、ＥＣＵ１０を構成するアナログ回路又はデジタルプロセッサに組み込まれるソフトウェアのモジュールは、必ずしも図１に示す制御ブロックに分割されている必要はなく、複数の制御ブロックの働きをするものとして構成されていても構わず、更に細分化されていても構わない。処理を実行できるように構成されていれば、ＥＣＵ１０内部の実際の構成は当業者が適宜変更できるものである。
　ＥＣＵ１０は、スロットル開度センサ３１等の各種センサや、インジェクタ２７等の各種アクチュエータと電気的に接続されている。また、ＥＣＵ１０は、空燃比取得部１１と、窒素酸化物濃度取得部１２と、圧力取得部１３と、照合データ作成部１４と、燃焼ガス温度算出部１５と、成層度推定部１６と、記憶部１７と、成層燃焼モード実行部１８と、均質燃焼モード実行部１９と、を有している。
　空燃比取得部１１は、空燃比センサ３２から受信する信号に基づいて所定の演算を行うことで、燃焼室４６内の混合気の空燃比を取得する部分である。詳細には、空燃比取得部１１は、燃焼室４６内における燃焼によって生成された燃焼ガスの酸素濃度に基づいて、燃焼室４６内の混合気の空燃比を取得する。窒素酸化物濃度取得部１２は、ＮＯｘセンサ３３から受信する信号に基づいて所定の演算を行うことで、排気管２４を流れる燃焼ガスの窒素酸化物濃度を取得する。圧力取得部１３は、筒内圧センサ３４から受信する信号に基づいて所定の演算を行うことで、燃焼室４６内の圧力を取得する。
　照合データ作成部１４は、空燃比取得部１１が取得した燃焼室４６内の混合気の空燃比と、窒素酸化物濃度取得部１２が取得した燃焼ガスの窒素酸化物濃度と、に基づいて、照合データを作成する部分である。燃焼ガス温度算出部１５は、圧力取得部１３が取得した燃焼室４６内の圧力に基づいて、燃焼室４６内の燃焼ガスの温度を算出する部分である。成層度推定部１６は、空燃比取得部１１が取得した燃焼室４６内の混合気の空燃比と、窒素酸化物濃度取得部１２が取得した燃焼ガスの窒素酸化物濃度と、燃焼ガス温度算出部１５が算出した燃焼室４６内の燃焼ガスの温度と、に基づいて、燃焼室４６内の混合気の成層度を推定する部分である。記憶部１７は、照合データ作成部１４が作成した照合データ等を記憶する部分である。
　成層燃焼モード実行部１８は、燃焼室４６内の混合気の燃焼の一態様である成層燃焼モードを実行する部分である。成層燃焼モードは、燃焼室４６内の混合気の成層度が閾値以上である状態で、混合気を燃焼させるものである。詳細には、成層燃焼モード実行部１８は、インジェクタ２７が噴射する燃料の量、噴射時期、噴射回数、圧力や、点火プラグ２８の点火エネルギー、点火時期、点火回数等を適宜調整することで、燃焼室４６内の混合気の成層度が閾値以上の状態を作るとともに、混合気を燃焼させる。
　均質燃焼モード実行部１９は、燃焼室４６内の混合気の燃焼の一態様である均質燃焼モードを実行する部分である。成層燃焼モードは、燃焼室４６内の混合気の成層度が閾値未満の状態で、混合気を燃焼させるものである。詳細には、均質燃焼モード実行部１９は、インジェクタ２７が噴射する燃料の量、噴射時期、噴射回数、圧力や、点火プラグ２８の点火エネルギー、点火時期、点火回数等を適宜調整することで、燃焼室４６内の混合気の成層度が閾値未満の状態を作るとともに、混合気を均質燃焼させる。
　続いて、図２及び図３を参照しながら、燃焼室４６内の混合気の成層度と、均質燃焼及び成層燃焼とについて説明する。図２は、燃焼室４６内の混合気の成層度が互いに異なる３つの状態を図示している。
　図２（Ａ）は、燃焼室４６内において混合気の空燃比が略一様となっている状態を示している。この状態における混合気に点火プラグ２８によって点火し、生じさせる燃焼を均質燃焼と称する。
　図３は、この均質燃焼における混合気の空燃比と、均質燃焼によって生じる燃焼ガスの窒素酸化物濃度との関係を示すグラフの一例であり、照合データに相当するものである。燃焼ガスの窒素酸化物濃度は、混合気の空燃比が理論空燃比である１４．７程度で最大となる。また、混合気の空燃比が理論空燃比から増加又は減少するのに伴って、燃焼ガスの窒素酸化物濃度が減少する傾向がある。
　図２（Ｂ）は、燃焼室４６内において、点火プラグ２８の近傍の第１領域４６１に空燃比が小さい混合気が分布しており、第１領域４６１の周辺の第２領域４６２に空燃比が大きい混合気が分布している状態を示している。この状態において、第１領域４６１の混合気の空燃比は１３程度であり、第２領域４６２の混合気の空燃比は１８程度である。
　図２（Ｃ）は、燃焼室４６内において、点火プラグ２８の近傍の第１領域４６１に空燃比が小さい混合気が分布しており、第１領域４６１の周辺の第２領域４６２に空燃比が大きい混合気が分布している状態を示している。この状態において、第１領域４６１の混合気の空燃比は１２程度であり、第２領域４６２の混合気の空燃比は２０程度である。
　図２（Ｂ）及び図２（Ｃ）に示されるように、点火プラグ２８の近傍に濃密な（空燃比が小さい）混合気が分布し、さらにその周囲に希薄な（空燃比が大きい）混合気が分布している状態において、混合気に点火して生じさせる燃焼を成層燃焼と称する。本実施形態では、第１領域４６１に空燃比が１４以下の混合気が分布している状態における燃焼を成層燃焼と定義するが、本開示はこれに限定されるものではない。
　また、本実施形態では、空燃比が１４以下の混合気が点火プラグ２８の近傍に分布している度合を成層度と定義する。すなわち、点火プラグ２８の近傍に分布している混合気の空燃比が小さいほど、成層度が大きくなる。また、点火プラグ２８の近傍に分布している空燃比が１４以下の混合気の量が多いほど、成層度が大きくなる。さらに、燃焼室４６内の第１領域４６１に分布している混合気の空燃比が、第２領域４６２に分布している混合気の空燃比と比べて小さいほど、成層度が大きくなる。図２に示される３つの状態の中では、図２（Ａ）の状態が最も混合気の成層度が小さく、図２（Ａ）の状態が最も混合気の成層度が大きくなる。
　続いて、図４を参照しながら、窒素酸化物濃度取得部１２（図１参照）によって取得される窒素酸化物濃度と、窒素酸化物濃度に影響を与える各因子との関係について説明する。図４に示されるように、窒素酸化物濃度取得部１２によって取得される窒素酸化物濃度には、吸気Ｎ2濃度と、吸気Ｏ2濃度と、筒内平均空燃比と、筒内空燃比分布と、燃焼ガス最高温度と、が影響を与えうる。
　このうち、吸気Ｎ2濃度と吸気Ｏ2濃度は、車両の外部から取り入れられる空気の窒素濃度と酸素濃度である。これらの値は、車両が走行する環境によらず、略一定とみなすことができる。また、筒内空燃比分布は、空燃比取得部１１（図１参照）によって取得される燃焼室４６内の混合気の空燃比である。また、燃焼ガス最高温度は、燃焼ガス温度算出部１５（図１参照）によって算出される燃焼室４６内の燃焼ガスの温度の最高値である。すなわち、吸気Ｎ2濃度及び吸気Ｏ2濃度は既知の値であり、筒内空燃比分布と燃焼ガス最高温度も、空燃比取得部１１と燃焼ガス温度算出部１５とによって取得できる値となる。
　ここで、窒素酸化物濃度に影響を与える因子として残る筒内空燃比分布が、燃焼室４６内の混合気の成層度と相関がある指標となる。換言すれば、窒素酸化物濃度取得部１２によって取得される窒素酸化物濃度から、吸気Ｎ2濃度、吸気Ｏ2濃度、筒内空燃比分布及び燃焼ガス最高温度の各因子の影響を除くことで、燃焼室４６内の混合気の成層度を推定することが可能となる。
　以上のような成層度の考え方に基づいて、ＥＣＵ１０が行う処理について図５乃至図７を参照しながら説明する。尚、実際にはＥＣＵ１０の空燃比取得部１１等の各部分が実行する処理についても、説明の簡便のため、ＥＣＵ１０が実行するものとして説明する。
　まず、ＥＣＵ１０は、図５に示されるＳ１１で、均質燃焼モードの実行を開始する。すなわち、図２（Ａ）で示されるように、燃焼室４６内において混合気の空燃比が略一様となるように、インジェクタ２７が噴射する燃料の量、噴射時期、噴射回数、圧力や、点火プラグ２８の点火エネルギー、点火時期、点火回数等を適宜調整し、混合気を均質燃焼させる。
　次に、ＥＣＵ１０は、Ｓ１２で、燃焼室４６内の混合気の空燃比を取得する。燃焼室４６内において混合気の均質燃焼が行われている状態において、空燃比取得部１１が空燃比センサ３２から受信する信号に基づいて所定の演算を行うことで、空燃比を取得する。
　次に、ＥＣＵ１０は、Ｓ１３で、排気管２４を流れる燃焼ガスの窒素酸化物濃度を取得する。燃焼室４６内において混合気の均質燃焼が行われている状態において、窒素酸化物濃度取得部１２がＮＯｘセンサ３３から受信する信号に基づいて所定の演算を行うことで、窒素酸化物濃度を取得する。
　次に、ＥＣＵ１０は、Ｓ１４で、照合データを作成し、記憶部１７（図１参照）に記憶させる。照合データは、Ｓ１２で取得した混合気の空燃比と、Ｓ１３で算出した燃焼ガスの窒素酸化物濃度と、の関係を示すデータであり、前述した図３に示されるグラフのようなものとなる。混合気の空燃比と燃焼ガスの窒素酸化物濃度との関係は、エンジン１００の個体差等に伴ってばらつきが生じ得るが、このＳ１４では、実際のエンジン１００の挙動に基づいて照合データを作成することで、このばらつきの影響を排除することができる。
　次に、ＥＣＵ１０は、Ｓ１５で、成層燃焼モードの実行を開始する。すなわち、燃焼室４６内の混合気の燃焼の態様を、それまで実行していた均質燃焼モードから成層燃焼モードに切り替える。成層燃焼モードは、照合データ作成部１４が照合データを作成した後に実行可能となるものである。ＥＣＵ１０は、車両の走行状態に応じて、燃焼室４６内において混合気を図２（Ｂ）や図２（Ｃ）に示されるように分布させるために、インジェクタ２７が噴射する燃料の量、噴射時期、噴射回数、圧力や、点火プラグ２８の点火エネルギー、点火時期、点火回数等を調整し、燃料を燃焼させる。
　次に、ＥＣＵ１０は、Ｓ１６で、燃焼室４６内の混合気の空燃比を取得する。燃焼室４６内において混合気の成層燃焼が行われている状態において、空燃比取得部１１が空燃比センサ３２から受信する信号に基づいて所定の演算を行うことで、空燃比を取得する。
　次に、ＥＣＵ１０は、Ｓ１７で、排気管２４を流れる燃焼ガスの窒素酸化物濃度を取得する。燃焼室４６内において混合気の成層燃焼が行われている状態において、窒素酸化物濃度取得部１２がＮＯｘセンサ３３から受信する信号に基づいて所定の演算を行うことで、窒素酸化物濃度を取得する。
　次に、ＥＣＵ１０は、Ｓ１８で、燃焼室４６内の混合気の成層度を算出する。この成層度の算出は、Ｓ１６で取得した燃焼室４６内の混合気の空燃比と、Ｓ１７で取得した排気管２４を流れる燃焼ガスの窒素酸化物濃度に基づいて行われる。
　ここで、Ｓ１８における混合気の成層度の算出方法について、図６及び図７を参照しながら詳述する。
　図６に示されるように、ＥＣＵ１０は、成層燃焼モード実行時に取得した燃焼室４６内の混合気の空燃比をテーブルと照合する。テーブルは、前述したＳ１４で作成した照合データをテーブル化したものであって、混合気の空燃比を照合することによって、空燃比で均質燃焼モードが実行されている場合の燃焼ガスの窒素酸化物濃度を得ることができるものである。すなわち、ここでは、成層燃焼モード実行時に得た混合気の空燃比をテーブルと照合し、空燃比で均質燃焼モードが実行されているとすれば燃焼ガスの窒素酸化物濃度がどの程度となるかを推定しているということもできる。そして、ＥＣＵ１０は、このようにして得た均質燃焼モード実行時の燃焼ガスの窒素酸化物濃度と、成層燃焼モード実行時の燃焼ガスの窒素酸化物ガスと、の差分（ＮＯｘ濃度差）を算出する。
　また、ＥＣＵ１０は、気筒４２内の燃焼ガスの温度をテーブルと照合することで、補正係数を取得する。ＥＣＵ１０は、この補正係数を、前述したＮＯｘ濃度差に乗算して相関指標を算出する。
　さらに、ＥＣＵ１０は、この相関指標をテーブルに照合することで、燃焼室４６内の混合気の成層度を算出することができる。ここで照合するテーブルは、図７に示されるように、ＮＯｘ濃度差と成層度とを有する。図７に示されるように、ＮＯｘ濃度差が大きくなるほど、すなわち、均質燃焼モード実行時の燃焼ガスの窒素酸化物濃度と、成層燃焼モード実行時の燃焼ガスの窒素酸化物ガスとの差分が大きくなるほど、燃焼室４６内の混合気の成層度も大きくなる傾向を示す。
　再び図５を参照しながら説明する。図５のＳ１８で成層度の算出を終えたＥＣＵ１０は、次に、Ｓ１９で、燃料噴射の調整を行う。すなわち、ＥＣＵ１０は、Ｓ１８で算出した成層度に基づいて、インジェクタ２７が噴射する燃料の量、噴射時期、噴射回数、圧力を調整する。
　次に、ＥＣＵ１０は、Ｓ１９で、燃料点火の調整を行う。すなわち、ＥＣＵ１０は、ＥＣＵ１０は、Ｓ１８で算出した成層度に基づいて、点火プラグ２８の点火エネルギー、点火時期、点火回数等を調整する。
　以上のように、本実施形態に係るＥＣＵ１０によれば、燃焼室４６内の混合気の空燃比のみならず、エンジン１００から排出される燃焼ガスの窒素酸化物濃度に基づいて成層度を推定する。すなわち、成層燃焼が行われた結果として、燃焼ガスの窒素酸化物濃度が増加するおそれがあるところ、ＥＣＵ１０では、この窒素酸化物濃度にも基づいて成層度を推定する。したがって、本開示によれば、成層度を高い精度で推定することが可能となる。
　また、ＥＣＵ１０は、燃焼室４６内の圧力を取得する圧力取得部１３と、燃焼室４６内の圧力に基づいて燃焼ガスの温度を算出する燃焼ガス温度算出部１５と、を備える。成層度推定部１６は、燃焼ガス温度算出部１５が算出した燃焼ガスの温度に基づいて成層度を推定する。図４を参照しながら前述したように、燃焼ガスの最高温度も、燃焼ガスの窒素酸化物濃度に影響を与える因子である。したがって、窒素酸化物濃度取得部１２によって取得される窒素酸化物濃度から、吸気Ｎ2濃度、吸気Ｏ2濃度、筒内空燃比分布の各因子の影響に加えて燃焼ガス最高温度の影響も除くことで、より高い精度で成層度を推定することが可能となる。
　また、ＥＣＵ１０は、成層度が閾値以上である状態で混合気を燃焼させる成層燃焼モードを実行する成層燃焼モード実行部１８と、成層度が閾値未満である状態で混合気を燃焼させる均質燃焼モードを実行する均質燃焼モード実行部１９と、を備える。また、ＥＣＵ１０は、均質燃焼モードの実行時に、空燃比取得部１１が取得した空燃比と、窒素酸化物濃度検出部が取得した窒素酸化物濃度と、の関係を示す照合データを作成して記憶部１７に記憶させる照合データ作成部１４と、を備える。成層度推定部１６は、成層燃焼モードの実行時に空燃比取得部１１が取得した空燃比を照合データと照合させることによって得られる窒素酸化物濃度と、成層燃焼モードの実行時に窒素酸化物濃度取得部１２が取得した窒素酸化物濃度と、の差分に基づいて成層度を推定する。したがって、ＥＣＵ１０によれば、燃焼室４６内において比較的容易に行わせることができる均質燃焼において照合データを作成するとともに、その照合データを用いて成層度を推定することにより、より高い精度で成層度を推定することが可能となる。
　また、成層燃焼モード実行部１８は、照合データ作成部１４が照合データを作成した後に成層燃焼モードを実行可能となる。したがって、照合データを作成し、燃焼室４６内の混合気の成層度を正確に推定できる状況となった後に成層燃焼モードを実行するため、成層度を適切な値に維持することが可能となる。
　以上、具体例を参照しつつ本開示の実施の形態について説明した。しかし、本開示はこれらの具体例に限定されるものではない。すなわち、これら具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本開示の特徴を備えている限り、本開示の範囲に包含される。前述した各具体例が備える各要素およびその配置、材料、条件、形状、サイズなどは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。
　本開示は、実施例に準拠して記述されたが、本開示は当該実施例や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。

 

Claims (4)

  1. 　気筒（４２）の燃焼室（４６）内に燃料を直接噴射するインジェクタ（２７）と、該インジェクタが噴射した燃料を含有する混合気に点火する点火プラグ（２８）と、を有する内燃機関（１００）の制御装置（１０）であって、
    　前記燃焼室内の混合気の空燃比を取得する空燃比取得部（１１）と、
    　前記内燃機関から排出される燃焼ガスの窒素酸化物濃度を取得する窒素酸化物濃度取得部（１２）と、
    　予め定められた所定空燃比以下の混合気が前記点火プラグの近傍に分布している度合である成層度を推定する成層度推定部（１６）と、を備え、
    　前記成層度推定部は、前記空燃比取得部が取得した空燃比及び前記窒素酸化物濃度取得部が取得した窒素酸化物濃度に基づいて前記成層度を推定する制御装置。
  2. 　前記燃焼室内の圧力を取得する圧力取得部（１３）と、
    　前記燃焼室内の圧力に基づいて燃焼ガスの温度を算出する燃焼ガス温度算出部（１５）と、を備え、
    　前記成層度推定部は、前記燃焼ガス温度算出部が算出した燃焼ガスの温度に基づいて前記成層度を推定する請求項１に記載の制御装置。
  3. 　前記成層度が閾値以上である状態で混合気を燃焼させる成層燃焼モードを実行する成層燃焼モード実行部（１８）と、
    　前記成層度が前記閾値未満である状態で混合気を燃焼させる均質燃焼モードを実行する均質燃焼モード実行部（１９）と、
    　前記均質燃焼モードの実行時に、前記空燃比取得部が取得した空燃比と、前記窒素酸化物濃度取得部が取得した窒素酸化物濃度と、の関係を示す照合データを作成する照合データ作成部（１４）と、を備え、
    　前記成層度推定部は、前記成層燃焼モードの実行時に前記空燃比取得部が取得した空燃比を前記照合データと照合させることによって得られる窒素酸化物濃度と、前記成層燃焼モードの実行時に前記窒素酸化物濃度取得部が取得した窒素酸化物濃度と、の差分に基づいて前記成層度を推定する請求項１又は２に記載の制御装置。
  4. 　前記成層燃焼モード実行部は、前記照合データ作成部が前記照合データを作成した後に前記成層燃焼モードの実行が可能となる請求項３に記載の制御装置。

     
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