JP2001289095A - 内燃機関の燃料噴射量制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】同一機関運転状態のもとでの均質燃焼運転と成
層燃焼運転との間で、発生する機関トルクに段差が生じ
るのを抑制することのできる内燃機関の燃料噴射量制御
装置を提供する。 【解決手段】均質燃焼運転時にノッキングを抑制すべく
点火時期が遅角側に遅角量ＲＴＤ分だけ補正されると、
この点火時期の遅角補正に伴い均質燃焼運転時における
エンジン１１の出力トルクが低下する。このときと同一
機関運転状態のもとでの成層燃焼運転時には、上記遅角
量ＲＴＤに対応した分だけ燃料噴射量が減量補正され、
成層燃焼運転時の出力トルクも上記のように低下する均
質燃焼運転時の出力トルクに対応して低下する。従っ
て、ノッキングを抑制すべく均質燃焼運転時に点火時期
が遅角補正されるとき、同一機関運転状態のもとでの成
層燃焼運転と均質燃焼運転との間で、発生する出力トル
クが互いに異なることは抑制される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の燃料噴
射量制御装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、自動車用の内燃機関においては、
燃費を改善することと必要な機関出力を得ることとの両
立を図るために、機関運転状態に応じて燃焼形態を均質
燃焼と成層燃焼との間で切り換えるタイプの内燃機関が
実用化されている。こうしたタイプの内燃機関では、高
出力が要求されるときには、空気に対して燃料が均等に
混合された均質混合気を燃焼させる均質燃焼を実行し、
必要な機関出力を確保する。一方、あまり高出力が要求
されないときには、点火プラグ周りのみが可燃混合気と
なる層状の混合気を形成し、この層状混合気を燃焼させ
て成層燃焼を実行することにより、内燃機関の燃費改善
を図るようにしている。

【０００３】また、燃焼形態が切り換えられる内燃機関
においては、同一機関運転状態のもとでの均質燃焼運転
と成層燃焼運転との間で機関トルクに段差が生じると、
このトルク段差に起因して運転性が悪化することとな
る。そのため、燃料噴射量の制御により機関トルクの制
御がなされる成層燃焼運転中には、上記のようなトルク
段差を生じさせないように同燃料噴射量が設定される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、燃焼形態を
切り換えるタイプの内燃機関においても、例えば特開平
１０−６１４８２号公報や特開平１０−１５９６４２号
公報に示されるように、均質燃焼運転時にノッキングが
発生した場合には点火時期を遅角補正して同ノッキング
を抑制することが行われる。しかし、均質燃焼運転中に
ノッキングを抑制すべく点火時期が遅角側に変更される
と、この点火時期の変更に伴い均質燃焼運転時の機関ト
ルクが変化してしまう。その結果、同一機関運転状態の
もとでの均質燃焼運転と成層燃焼運転との間で、発生す
る機関トルクが異なるものとなって上述したトルク段差
が発生し、運転性の悪化を招くおそれがある。

【０００５】本発明はこのような実情に鑑みてなされた
ものであって、その目的は、同一機関運転状態のもとで
の均質燃焼運転と成層燃焼運転との間で、発生する機関
トルクに段差が生じるのを抑制することのできる内燃機
関の燃料噴射量制御装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】以下、上記目的を達成す
るための手段及びその作用効果について記載する。上記
目的を達成するため、請求項１記載の発明では、燃焼形
態が均質燃焼と成層燃焼との間で切り換えられる内燃機
関に適用され、成層燃焼運転時には機関運転状態に基づ
き算出される噴射量指令値に基づき内燃機関の燃料噴射
量を制御して機関トルクを調整する内燃機関の燃料噴射
量制御装置において、均質燃焼運転時にノッキングが発
生したとき、内燃機関の運転制御に用いられる機関制御
量をノッキングが抑制される方向に変更する変更手段
と、前記機関制御量の変更に伴う均質燃焼運転での機関
トルクの変化に対応して成層燃焼運転での機関トルクが
変化するよう、前記噴射量指令値を補正する補正手段と
を備えた。

【０００７】上記の構成によれば、均質燃焼運転時にノ
ッキングを抑制すべく機関制御量が変更される際、この
機関制御量の変更に伴う均質燃焼運転時の機関トルクの
変化に対応して、このときと同一機関運転状態のもとで
成層燃焼運転を行ったときの機関トルクも噴射量指令値
の補正によって変化することとなる。従って、同一機関
運転状態のもとでの均質燃焼運転と成層燃焼運転との間
で、発生する機関トルクに段差が生じるのを抑制し、同
トルク段差に伴い運転性が悪化するのを抑制することが
できる。

【０００８】請求項２記載の発明では、請求項１記載の
発明において、前記補正手段は、前記変更手段により変
更される均質燃焼運転時の機関制御量の変化量に基づき
前記噴射量指令値の補正を行うものとした。

【０００９】上記の構成によれば、変更手段による均質
燃焼運転時の機関制御量の変更に伴う機関トルクの変化
に対応して、このときと同一機関運転状態のもとで成層
燃焼運転を行ったときの機関トルクを的確に変化させる
ことができる。従って、変更手段により機関制御量が変
更されるとき、同一機関運転状態のもとでの均質燃焼運
転と成層燃焼運転との間で、発生する機関トルクに段差
が生じるのを一層的確に抑制することができる。

【００１０】請求項３記載の発明では、請求項１又は２
記載の発明において、前記変更手段は、成層燃焼運転時
にノッキングが発生したときにも、前記機関制御量をノ
ッキングが抑制される方向に変更するものであって、前
記補正手段は、成層燃焼運転時にノッキングを抑制すべ
く前記機関制御量が変更されたとき、この機関制御量の
変更に伴う成層燃焼運転時の機関トルクの変化を抑制す
るよう前記噴射量指令値を補正するものとした。

【００１１】成層燃焼運転時にノッキングが発生したと
きにも同ノッキングを抑制すべく機関制御量が変更され
るが、この機関制御量の変更に伴い成層燃焼運転時の機
関トルクが変化し、同一機関運転状態のもとでの成層燃
焼運転と均質燃焼運転との間で、発生する機関トルクに
段差が生じるおそれがある。しかし、上記の構成によれ
ば、成層燃焼運転時にノッキングを抑制すべく機関制御
量が変更される際、この機関制御量の変化に伴う成層燃
焼運転時の機関トルクの変化が抑制されるため、上記の
ようなトルク段差の発生を抑制することができる。

【００１２】請求項４記載の発明では、請求項３記載の
発明において、前記補正手段は、前記変更手段により変
更される成層燃焼運転時の機関制御量の変化量に基づき
前記噴射量指令値の補正を行うものとした。

【００１３】上記の構成によれば、変更手段による成層
燃焼運転時の機関制御量の変更に伴う機関トルクの変化
を抑制するように、成層燃焼運転時の噴射量指令値を的
確に補正することができる。

【００１４】請求項５記載の発明では、請求項１〜４の
いずれかに記載の発明において、成層燃焼運転時の機関
運転状態のもとで均質燃焼運転を実行したときの内燃機
関の吸入空気量を推定し、この推定される吸入空気量に
基づき成層燃焼運転時の噴射量指令値を算出する算出手
段を備えた。

【００１５】上記の構成によれば、成層燃焼運転時の噴
射量指令値が上記推定される吸入空気量に基づき算出さ
れ、この噴射量指令値に基づき燃料噴射量を制御するこ
とで、成層燃焼運転時の機関トルクが調整される。ま
た、均質燃焼運転時には、内燃機関の吸入空気量に応じ
て燃料噴射量を制御することにより機関トルクが調整さ
れる。このように成層燃焼運転と均質燃焼運転とのいず
れにおいても、吸入空気量に応じて燃料噴射量を制御す
ることとなり、同燃料噴噴射量の制御によって機関トル
クの調整が行われる。そのため、成層燃焼運転と均質燃
焼運転とで機関トルクの制御に用いるパラメータが同じ
になり、同一機関運転状態のもとでの均質燃焼運転と成
層燃焼運転との間で機関トルクを機関過渡時における同
トルクの変化特性も含めて的確に合わせることができる
ようになる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明を筒内噴射火花点火
式の自動車用エンジンに適用した一実施形態を図１〜図
６に従って説明する。

【００１７】図１に示すように、エンジン１１において
は、そのピストン１２がコネクティングロッド１３を介
してクランクシャフト１４に連結され、同ピストン１２
の往復移動がコネクティングロッド１３によってクラン
クシャフト１４の回転へと変換される。クランクシャフ
ト１４には複数の突起１４ｂを備えたシグナルロータ１
４ａが取り付けられている。そして、シグナルロータ１
４ａの側方には、クランクシャフト１４が回転する際に
上記各突起１４ｂに対応してパルス状の信号を出力する
クランクポジションセンサ１４ｃが設けられている。

【００１８】エンジン１１の燃焼室１６には、吸気通路
３２及び排気通路３３が接続されている。吸気通路３２
と燃焼室１６との間、及び排気通路３３と燃焼室１６と
の間は、吸気バルブ１９及び排気バルブ２０の開閉駆動
によって連通・遮断される。これら吸気バルブ１９及び
排気バルブ２０の開閉駆動は、クランクシャフト１４の
回転が伝達される吸気カムシャフト２１及び排気カムシ
ャフト２２の回転によって行われる。吸気カムシャフト
２１の側方にはカムポジションセンサ２１ｂが設けられ
ている。そして、吸気カムシャフト２１の回転に伴い同
シャフト２１に形成された突起２１ａがカムポジション
センサ２１ｂの側方を通過する毎に、同カムポジション
センサ２１ｂからは検出信号が出力される。

【００１９】上記吸気通路３２において、その上流部分
にはエンジン１１の吸入空気量を調整するためのスロッ
トルバルブ２３設けられている。このスロットルバルブ
２３の開度は、自動車の室内に設けられたアクセルペダ
ル２５の踏込操作に応じてスロットル用モータ２４を駆
動制御することによって調整される。なお、上記アクセ
ルペダル２５の踏み込み量（アクセル踏込量）はアクセ
ルポジションセンサ２６によって検出される。また、吸
気通路３２においてスロットルバルブ２３の下流側には
吸気通路３２内の圧力（吸気圧）を検出するためのバキ
ュームセンサ３６が設けられている。

【００２０】エンジン１１には、燃焼室１６内に直接燃
料を噴射供給して燃料と空気とからなる混合気を形成す
る燃料噴射弁４０と、燃焼室１６内の混合気に対し点火
を行う点火プラグ４１とが設けられている。点火プラグ
４１による混合気への点火時期は、点火プラグ４１の上
方に設けられたイグナイタ４１ａによって調整される。
そして、燃焼室１６内の混合気に対し点火がなされて同
混合気が燃焼すると、このときの燃焼エネルギによりピ
ストン１２が往復移動してクランクシャフト１４が回転
するようになる。また、エンジン１１には、点火プラグ
４１による点火が行われた後に混合気が自然着火してノ
ッキングが発生することがあるが、こうしたノッキング
を検出するノックセンサ１１ｃも設けられている。

【００２１】上記のように構成されたエンジン１１にお
いては、その燃焼形態が機関運転状態に応じて均質燃焼
と成層燃焼との間で切り換えられる。即ち、高出力が要
求される高回転高負荷時等には、吸気行程中に燃焼室１
６に向けて燃料噴射を行うことで、空気に対して燃料が
均等に混合された均質混合気を形成し、同均質混合気を
燃焼させることで高出力を得ることが可能な均質燃焼が
実行される。こうした均質燃焼運転では、混合気の空燃
比が理論空燃比とされる。

【００２２】また、あまり高出力が要求されない低回転
低負荷時等には、圧縮行程中に燃焼室１６に向けて燃料
を噴射することで、点火プラグ４１周りのみが可燃混合
気となる層状の混合気を形成し、同層状混合気を燃焼さ
せることで成層燃焼を実行する。こうした成層燃焼運転
では、層状混合気全体の空燃比を理論空燃比よりも大幅
にリーンした状態で同混合気の燃焼が行われる。そのた
め、スロットル開度を均質燃焼運転時に比べて開き側に
制御することができ、エンジン１１のポンピングロスを
低減することができる。

【００２３】次に、本実施形態における燃料噴射量制御
装置の電気的構成について図２を参照して説明する。こ
の燃料噴射量制御装置は、スロットル開度制御、燃料噴
射制御、及び点火時期制御など、エンジン１１の運転状
態を制御するための電子制御ユニット（以下、ＥＣＵと
いう）９２を備えている。このＥＣＵ９２は、ＲＯＭ９
３、ＣＰＵ９４、ＲＡＭ９５、及びバックアップＲＡＭ
９６等を備える算術論理演算回路として構成されてい
る。

【００２４】ここで、ＲＯＭ９３は各種制御プログラム
や、それら各種制御プログラムを実行する際に参照され
るマップ等が記憶されたメモリであり、ＣＰＵ９４はＲ
ＯＭ９３に記憶された各種制御プログラムやマップに基
づいて演算処理を実行する。また、ＲＡＭ９５はＣＰＵ
９４での演算結果や各センサから入力されたデータ等を
一時的に記憶するメモリであり、バックアップＲＡＭ９
６はエンジン１１の停止時にその記憶されたデータ等を
保存する不揮発性のメモリである。そして、ＲＯＭ９
３、ＣＰＵ９４、ＲＡＭ９５及びバックアップＲＡＭ９
６は、バス９７を介して互いに接続されるとともに、外
部入力回路９８及び外部出力回路９９と接続されてい
る。

【００２５】外部入力回路９８には、ノックセンサ１１
ｃ、クランクポジションセンサ１４ｃ、カムポジション
センサ２１ｂ、アクセルポジションセンサ２６、及びバ
キュームセンサ３６等が接続されている。また、外部出
力回路９９には、スロットル用モータ２４、燃料噴射弁
４０、及びイグナイタ４１ａ等が接続されている。

【００２６】このように構成されたＥＣＵ９２は、アク
セルポジションセンサ２６からの検出信号に基づきアク
セル踏込量ＡＣＣＰを求め、アクセル踏込量ＡＣＣＰに
基づきスロットル用モータ２４を駆動制御してスロット
ルバルブ２３の開度制御を行う。こうしたスロットル開
度制御により、同一のアクセル踏込量ＡＣＣＰのもとで
は、成層燃焼運転時のスロットル開度が均質燃焼運転時
のスロットル開度に比べて開き側の値になる。

【００２７】また、ＥＣＵ９２は、クランクポジション
センサ１４ｃからの検出信号に基づきエンジン回転数Ｎ
Ｅを求めるとともに、バキュームセンサ３６からの検出
信号に基づき吸気圧ＰＭを求める。この吸気圧ＰＭは、
上記のようにアクセル踏込量ＡＣＣＰに基づき制御され
るスロットル開度に応じて変化し、吸気通路３２を通過
して燃焼室１６に吸入される空気の量（吸入空気量）に
対応した値となる。

【００２８】ところで、均質燃焼運転時においては、負
荷率ＫＬ及びエンジン回転数ＮＥに基づき燃料噴射量が
制御され、これによりエンジン１１の出力トルクが調整
される。上記負荷率ＫＬは、最大機関負荷に対する現在
の負荷割合を示す値として、吸気圧ＰＭ及びエンジン回
転数ＮＥに基づきマップ等参照して算出される。従っ
て、均質燃焼運転時には、アクセルペダル２５の踏み込
み操作に応じて吸気圧ＰＭが変化することにより、エン
ジン１１の出力トルクが変化するようになる。

【００２９】また、成層燃焼運転時においても、負荷率
ＫＬ及びエンジン回転数ＮＥに基づき燃料噴射量が制御
され、これによりエンジン１１の出力トルクが調整され
る。ただし、成層燃焼運転時には、成層燃焼運転時のア
クセル踏込量ＡＣＣＰで均質燃焼運転を行ったときの吸
気圧ＰＭ（吸入空気量）を推定する。そして、推定され
た吸気圧ＰＭを仮想吸気圧ＰＭｖとし、同仮想吸気圧Ｐ
Ｍｖ及びエンジン回転数ＮＥに基づき上記マップを参照
して負荷率ＫＬを算出する。従って、成層燃焼運転時に
は、アクセルペダル２５の踏み込み操作に応じて仮想吸
気圧ＰＭｖが変化することにより、エンジン１１の出力
トルクが変化するようになる。

【００３０】このように均質燃焼運転と成層燃焼運転と
のいずれにおいても、吸気圧（吸入空気量）という同一
のパラメータを用いて燃料噴射量が制御され、この燃料
噴射量の制御によってエンジン１１の出力トルクが調整
される。そのため、アクセル踏込量ＡＣＣＰ及びエンジ
ン回転数ＮＥといった機関運転状態が同一であるもとで
の均質燃焼運転と成層燃焼運転との間で、エンジン１１
が発生する出力トルクを機関過度時の同出力トルクの変
化特性も含めて的確に合わせることができるようにな
る。

【００３１】次に、エンジン１１の点火時期制御に用い
られる目標点火時期ＳＡｔの算出手順について、点火時
期算出ルーチンを示す図３のフローチャートを参照して
説明する。点火時期算出ルーチンは、ＥＣＵ９２を通じ
て例えば所定クランク角毎の角度割り込みにて実行され
る。

【００３２】目標点火時期ＳＡｔは、点火時期算出ルー
チンにおけるステップＳ１１１の処理で、後述する基本
点火時期ＳＡbse 、遅角量ＲＴＤ、及びその他の補正量
Ｂに基づき、下記の式（１）を用いて算出される。

【００３３】 ＳＡｔ＝ＳＡbse −ＲＴＤ＋Ｂ …（１） 式（１）において、基本点火時期ＳＡbse は、ステップ
Ｓ１０２の処理、若しくはステップＳ１０５の処理で、
エンジン１１の燃焼形態毎に機関運転状態に基づき算出
される。また、遅角量ＲＴＤは、ノッキングが発生した
ときに目標点火時期ＳＡｔを遅角側の値へと補正するた
めのものであって、ステップＳ１０３，１０４の処理、
若しくはステップＳ１０６，Ｓ１０７の処理で算出され
る。ＥＣＵ９２は、上記目標点火時期ＳＡｔと、クラン
クポジションセンサ１４ｃ及びカムポジションセンサ２
１ｂからの検出信号とに基づきイグナイタ４１ａを駆動
制御し、点火プラグ４１による混合気への点火時期を制
御する。

【００３４】点火時期算出ルーチンにおいて、ＥＣＵ９
２は、ステップＳ１０１の処理として、成層燃焼が実行
されているか否かを判断する。ステップＳ１０１の処理
において、成層燃焼運転中でなく均質燃焼運転中である
旨判断されると、ステップＳ１０５に進んでエンジン回
転数ＮＥ及び負荷率ＫＬに基づき均質燃焼用の基本点火
時期ＳＡbse を算出する。この負荷率ＫＬはエンジン回
転数ＮＥと吸気圧ＰＭとに基づき算出されるものであ
る。

【００３５】続いてＥＣＵ９２は、ステップＳ１０６の
処理として、ノックセンサ１１ｃからの検出信号（ノッ
ク信号）に基づき均質燃焼用の点火時期の遅角量ＲＴＤ
Ｓを算出する。この点火時期の遅角量ＲＴＤＳはノッキ
ングが発生したときに均質燃焼用の目標点火時期ＳＡｔ
を遅角側の値へと補正するものであって、ノック信号に
基づきノッキングが発生している旨判断されると、これ
まで記憶していた遅角量ＲＴＤＳに所定値ａを加算す
る。これにより、遅角量ＲＴＤＳは、均質燃焼用の目標
点火時期ＳＡｔを遅角側の値へと変化させる方向に所定
値ａ分だけ変化することとなる。また、ノック信号に基
づきノッキングが発生していない旨判断されると、これ
まで記憶していた遅角量ＲＴＤＳから所定値ａを減算す
る。これにより、遅角量ＲＴＤＳは、均質燃焼用の目標
点火時期ＳＡｔを進角側の値へと変化させる方向に所定
値ａ分だけ変化することとなる。

【００３６】従って、ノッキングが発生すると遅角量Ｒ
ＴＤＳが所定周期毎に所定値ａづつ大きくなって、目標
点火時期ＳＡｔが遅角側の値へと徐々に変化する。この
ように目標点火時期ＳＡｔが徐々に遅角側へと変化する
ことにより、点火時期の遅角補正が行われてノッキング
の抑制が図られる。また、ノッキングが発生していない
ときには、遅角量ＲＴＤＳが所定周期毎に所定値ａづつ
小さくなって、目標点火時期ＳＡｔが進角側の値へと徐
々に変化する。このように目標点火時期ＳＡｔが徐々に
進角側へと変化することにより、点火時期の遅角側への
補正が徐々に小さいものとなる。

【００３７】ステップＳ１０５の処理で遅角量ＲＴＤＳ
を変更した後、ステップＳ１０７に進む。ＥＣＵ９２
は、ステップＳ１０７の処理として、遅角量ＲＴＤＳが
過度に大きくなったり小さくなったりしないように、同
遅角量ＲＴＤＳのガード処理を行い、ガード処理後の遅
角量ＲＴＤＳを記憶更新した後、ステップＳ１０８に進
む。

【００３８】一方、上記ステップＳ１０１の処理におい
て、成層燃焼運転中である旨判断されると、ステップＳ
１０２に進む。ＥＣＵ９２は、ステップＳ１０２の処理
として、エンジン回転数ＮＥ及び負荷率ＫＬに基づき成
層燃焼用の基本点火時期ＳＡbse を算出する。この負荷
率ＫＬはエンジン回転数ＮＥと仮想吸気圧ＰＭｖとに基
づき算出されるものである。

【００３９】ＥＣＵ９２は、続くステップＳ１０３の処
理として、ノック信号に基づき成層燃焼用の点火時期の
遅角量ＲＴＤＴを算出する。この点火時期の遅角量ＲＴ
ＤＴはノッキングが発生したときに成層燃焼用の目標点
火時期ＳＡｔを遅角側の値へと補正するものであって、
ノック信号に基づきノッキングが発生している旨判断さ
れると、これまで記憶していた遅角量ＲＴＤＴに所定量
ｂを加算する。これにより、遅角量ＲＴＤＴは、成層燃
焼用の目標点火時期ＳＡｔを遅角側の値へと変化させる
方向に所定値ｂ分だけ変化することとなる。また、ノッ
ク信号に基づきノッキングが発生していない旨判断され
ると、これまで記憶していた遅角量ＲＴＤＴから所定値
ｂを減算する。これにより、遅角量ＲＴＤＴは、成層燃
焼用の目標点火時期ＳＡｔを進角側の値へと変化させる
方向に所定値ｂ分だけ変化することとなる。

【００４０】従って、ノッキングが発生すると遅角量Ｒ
ＴＤＴが所定周期毎に所定値ｂづつ大きくなって、目標
点火時期ＳＡｔが遅角側の値へと徐々に変化する。この
ように目標点火時期ＳＡｔが徐々に遅角側へと変化する
ことにより、点火時期の遅角補正が行われてノッキング
の抑制が図られる。また、ノッキングが発生していない
ときには、遅角量ＲＴＤＴが所定周期毎に所定値ｂづつ
小さくなって、目標点火時期ＳＡｔが進角側の値へと徐
々に変化する。このように目標点火時期ＳＡｔが徐々に
進角側へと変化することにより、点火時期の遅角側への
補正が徐々に小さいものとなる。

【００４１】続いてＥＣＵ９２は、ステップＳ１０４の
処理として、遅角量ＲＴＤＴが過度に大きくなったり小
さくなったりしないように、同遅角量ＲＴＤＴのガード
処理を行い、ガード処理後の遅角量ＲＴＤＴを記憶更新
した後、ステップＳ１０８に進む。

【００４２】ＥＣＵ９２は、ステップＳ１０８の処理と
して、成層燃焼が行われているか否かを判断する。そし
て、成層燃焼運転中であれば、ステップＳ１０９の処理
でそのときの遅角量ＲＴＤＴを遅角量ＲＴＤとして設定
し、その後にステップＳ１１１に進む。また、成層燃焼
運転中でなければ、ステップＳ１１０の処理でそのとき
の遅角量ＲＴＤＳを遅角量ＲＴＤとして設定し、その後
にステップＳ１１１に進む。ＥＣＵ９２は、ステップＳ
１１１の処理で、上記式（１）に基づき目標点火時期Ｓ
Ａｔを算出した後、この点火時期算出ルーチンを一旦終
了する。

【００４３】ところで、均質燃焼運転中にノッキングを
抑制すべく上記遅角量ＲＴＤに基づき点火時期が遅角補
正されると、これに伴い均質燃焼運転時におけるエンジ
ン１１の出力トルクが低下することとなる。その結果、
同一機関運転状態のもとでの均質燃焼運転と成層燃焼運
転との間で、エンジン１１が発生する出力トルクは互い
異なるものとなり、同一機関運転状態のもとでの燃焼形
態間でトルク段差が発生して運転性が悪化する。

【００４４】そこで本実施形態では、成層燃焼運転時に
は均質燃焼運転時の遅角量ＲＴＤに基づき燃料噴射量を
減量補正し、同遅角量ＲＴＤによる点火時期の遅角補正
に伴う均質燃焼運転時の出力トルクの低下に対応して、
成層燃焼運転時の出力トルクを低下させる。これによ
り、同一機関運転状態のもとでの均質燃焼運転と成層燃
焼運転との間で、エンジン１１が発生する出力トルクに
段差が生じるのを抑制し、同トルク段差に伴い運転性が
悪化するのを抑制することができる。

【００４５】また、ノッキングの発生を抑制するための
点火時期の遅角補正は、均質燃焼運転中だけでなく成層
燃焼運転中にも行われる。成層燃焼運転中に遅角量ＲＴ
Ｄに基づき点火時期が遅角補正されると、これに伴い成
層燃焼運転時におけるエンジン１１の出力トルクが低下
する。その結果、同一機関運転状態のもとでの均質燃焼
運転と成層燃焼運転との間で、発生する出力トルクに段
差が発生して運転性が悪化する。

【００４６】そこで本実施形態では、成層燃焼運転中に
おいて、同成層燃焼運転時の遅角量ＲＴＤに基づき燃料
噴射量を増量補正し、同遅角量ＲＴＤによる点火時期の
遅角補正に伴う成層燃焼運転時の出力トルクの低下を抑
制する。これにより、同一機関運転状態のもとでの均質
燃焼運転と成層燃焼運転との間で、エンジン１１が発生
する出力トルクに段差が生じるのを抑制し、同トルク段
差に伴い運転性が悪化するのを抑制することができる。

【００４７】次に、エンジン１１の燃料噴射量制御に用
いられる最終燃料噴射量Ｑfin の算出手順について、燃
料噴射量算出ルーチンを示す図４のフローチャートを参
照して説明する。燃料噴射量算出ルーチンは、ＥＣＵ９
２を通じて例えば所定クランク角毎の角度割り込みにて
実行される。

【００４８】最終燃料噴射量Ｑfin は、燃料噴射量算出
ルーチンにおけるステップＳ２１０の処理で、後述する
基本燃料噴射量Ｑbse 、補正量ｈ２、補正係数ｈ１、及
びその他の補正量Ａに基づき、下記の式（２）を用いて
算出される。

【００４９】 Ｑfin ＝（Ｑbse ＋ｈ２）＊ｈ１ …（２） 式（２）において、基本燃料噴射量Ｑbse は、ステップ
Ｓ２０２，Ｓ２０３の処理、若しくはステップＳ２０
６，Ｓ２０７の処理で、エンジン１１の燃焼形態毎に機
関運転状態に基づき算出される。また、補正係数ｈ１
は、均質燃焼運転時の遅角量ＲＴＤに基づき最終燃料噴
射量Ｑfin を減量側の値へと補正するためのものであ
る。更に、補正量ｈ２は、成層燃焼運転時の遅角量ＲＴ
Ｄに基づき最終燃料噴射量Ｑfin を増量側の値へと補正
するためのものである。ＥＣＵ９２は、最終燃料噴射量
Ｑfin に基づき燃料噴射弁４０を駆動制御し、燃焼室１
６に噴射供給される燃料量を制御する。

【００５０】燃料噴射量算出ルーチンにおいて、ＥＣＵ
９２は、ステップＳ２０１の処理として、成層燃焼が実
行されているか否かを判断する。そして、成層燃焼運転
中でなく均質燃焼運転中である旨判断されると、ステッ
プＳ２０６に進む。ＥＣＵ９２は、ステップＳ２０６の
処理で吸気圧ＰＭ及びエンジン回転数ＮＥに基づき負荷
率ＫＬを算出する。ＥＣＵ９２は、続くステップＳ２０
７の処理として、負荷率ＫＬ及びエンジン回転数ＮＥに
基づきマップを参照して均質燃焼用の基本燃料噴射量Ｑ
bse を算出する。

【００５１】続いてＥＣＵ９２は、ステップＳ２０８の
処理として補正係数ｈ１を「１．０」とし、ステップＳ
２０９の処理として補正量ｈ２を「０」とする。その
後、ステップＳ２１０に進む。ＥＣＵ９２は、ステップ
Ｓ２１０の処理として、上記式（２）に基づき最終燃料
噴射量Ｑfin を算出した後、この燃料噴射量算出ルーチ
ンを一旦終了する。均質燃焼運転時には、補正係数ｈ１
が「１．０」になるとともに補正量ｈ２が「０」となる
ため、遅角量ＲＴＤに応じて最終燃料噴射量Ｑfin が補
正されることはない。

【００５２】一方、上記ステップＳ２０１の処理におい
て、成層燃焼運転中である旨判断されると、ステップＳ
２０２に進む。ＥＣＵ９２は、ステップＳ２０２の処理
として、このとき（成層燃焼運転時）の機関運転状態で
均質燃焼運転を実行したときの吸気圧としての仮想吸気
圧ＰＭｖ及びエンジン回転数ＮＥに基づき負荷率ＫＬを
算出する。ＥＣＵ９２は、続くステップＳ２０３の処理
として、負荷率ＫＬ及びエンジン回転数ＮＥに基づきマ
ップを参照して成層燃焼用の基本燃料噴射量Ｑbse を算
出する。

【００５３】成層燃焼用の基本燃料噴射量Ｑbse を算出
するためのマップは、均質燃焼用の基本燃料噴射量Ｑbs
e を算出するためのマップと異なるものが用いられる。
そして、成層燃焼用の基本燃料噴射量Ｑbse は、負荷率
ＫＬ及びエンジン回転数ＮＥが同一である条件のもとで
は、均質燃焼用の基本燃料噴射量Ｑbse よりも小さい値
になる。これは、成層燃焼運転では均質燃焼運転に比べ
てポンプ損失や冷却損失が少なくなって燃焼効率が高ま
り、所定の出力トルクを得るために必要とされる燃料噴
射量が均質燃焼運転時に比べて少なくなるためである。

【００５４】ステップＳ２０３の処理で成層燃焼用の基
本燃料噴射量Ｑbse を算出した後、ステップＳ２０４に
進む。ＥＣＵ９２は、ステップＳ２０４の処理として、
遅角量ＲＴＤＳ（均質燃焼運転時の遅角量ＲＴＤ）に基
づき、燃料噴射量を減量補正するための補正係数ｈ１を
算出する。こうして算出される補正係数ｈ１は、例えば
図５に示すように、遅角量ＲＴＤＳが点火時期を遅角さ
せる側の値になるほど、「１．０」に対して小さい値へ
と変化する。

【００５５】従って、遅角量ＲＴＤＳが点火時期を遅角
させる側の値になって均質燃焼運転時の出力トルクが低
下するほど、成層燃焼運転時の燃料噴射量（最終燃料噴
射量Ｑfin ）が減量側に補正され、成層燃焼運転時の出
力トルクも低下するようになる。即ち、均質燃焼運転時
にノッキングを抑制すべく点火時期が遅角補正される際
に均質燃焼運転時の出力トルクが低下するが、このとき
の機関運転状態で成層燃焼運転を行った場合での出力ト
ルクも上記のような均質燃焼運転時の出力トルクの低下
に応じて低下するようになる。

【００５６】ステップＳ２０４の処理で補正係数ｈ１を
算出した後、ステップＳ２０５に進む。ＥＣＵ９２は、
ステップＳ２０５の処理として、そのとき（成層燃焼運
転時）の遅角量ＲＴＤに基づき、燃料噴射量を増量補正
するための補正量ｈ２を算出する。こうして算出される
補正量ｈ２は、例えば図６に示すように、遅角量ＲＴＤ
が点火時期を遅角させる側の値になるほど、「０」に対
して大きい値へと変化する。

【００５７】従って、成層燃焼運転時の遅角量ＲＴＤが
点火時期を遅角させる側の値になるほど、成層燃焼運転
時の燃料噴射量（最終燃料噴射量Ｑfin ）が大きく増量
側に補正されるようになる。その結果、成層燃焼運転時
にノッキングを抑制すべく点火時期が遅角補正されたと
き、これに伴う成層燃焼運転時の出力トルクの低下は、
同成層燃焼運転時における燃料噴射量の増量補正によっ
て的確に抑制されることとなる。

【００５８】ステップＳ２０５の処理で補正量ｈ２を算
出した後、ステップＳ２１０に進む。ＥＣＵ９２は、ス
テップＳ２１０の処理として、上記式（２）に基づき最
終燃料噴射量Ｑfin を算出した後、この燃料噴射量算出
ルーチンを一旦終了する。

【００５９】以上詳述した処理が行われる本実施形態に
よれば、以下に示す効果が得られるようになる。 （１）成層燃焼運転時には、均質燃焼運転時における点
火時期の遅角量ＲＴＤ（遅角量ＲＴＤＳ）に対応した分
だけ、補正係数ｈ１によって最終燃料噴射量Ｑfin が減
量側に補正される。そのため、均質燃焼運転時にノッキ
ングを抑制すべく点火時期が遅角補正される際、この点
火時期の遅角補正に伴う均質燃焼運転時の出力トルクの
低下に対応して、このときと同一機関運転状態で成層燃
焼運転を実行したときの出力トルクが上記最終燃料噴射
量Ｑfin の減量補正によって低下する。従って、均質燃
焼運転時にノッキング抑制のための点火時期の遅角補正
が行われたとき、同一機関運転状態のもとでの均質燃焼
運転と成層燃焼運転との間で、発生する出力トルクが互
いに異なるものになることは抑制される。そのため、同
一機関運転状態のもとでの燃焼形態間で、発生する出力
トルクに段差が生じるのを抑制し、同トルク段差に伴い
運転性が悪化するのを抑制することができる。

【００６０】（２）上記補正係数ｈ１は、遅角量ＲＴＤ
Ｓが点火時期を遅角する側の値になるほど、同遅角量Ｒ
ＴＤＳに応じて最終燃料噴射量Ｑfin を減量する側の値
になる。そのため、点火時期の遅角量ＲＴＤに対応した
分の均質燃焼運転時の出力トルクの低下に対応して、こ
のときと同一機関運転状態で成層燃焼運転を行ったとき
の出力トルクを燃料噴射量の減量補正によって的確に低
下させることができる。

【００６１】（３）成層燃焼運転時には、同成層燃焼運
転時における点火時期の遅角量ＲＴＤに対応した分だ
け、補正量ｈ２によって最終燃料噴射量Ｑfin が増量補
正される。そのため、成層燃焼運転時にノッキングを抑
制すべく点火時期が遅角補正される際、この点火時期の
遅角補正に伴う成層燃焼運転時の出力トルクの低下が燃
料噴射量の増量補正によって抑制される。従って、成層
燃焼運転時にノッキング抑制のための点火時期の遅角補
正が行われたとき、同一機関運転状態のもとでの均質燃
焼運転と成層燃焼運転との間で、発生する出力トルクが
互いに異なるものになることは抑制される。そのため、
同一機関運転状態のもとでの燃焼形態間で、発生する出
力トルクに段差が生じるのを抑制し、同トルク段差に伴
い運転性が悪化するのを抑制することができる。

【００６２】（４）上記補正量ｈ２は、成層燃焼運転時
の遅角量ＲＴＤが点火時期を遅角する側の値になるほ
ど、同遅角量ＲＴＤに応じて最終燃料噴射量Ｑfin を増
量する側の値になる。そのため、点火時期の遅角量ＲＴ
Ｄに対応した分の成層燃焼運転時の出力トルクの低下
を、成層燃焼運転時の燃料噴射量の増量補正によって的
確に抑制することができる。

【００６３】（５）均質燃焼運転時には、アクセル踏込
量ＡＣＣＰ（スロットル開度）に応じて変化する吸気圧
ＰＭ等に基づき最終燃料噴射量Ｑfin （基本燃料噴射量
Ｑbse ）が算出され、この最終燃料噴射量Ｑfin に基づ
き燃料噴射量を制御することで出力トルクが調整され
る。また、成層燃焼運転時には、そのときのアクセル踏
込量ＡＣＣＰで均質燃焼運転を実行したときの吸気圧Ｐ
Ｍを仮想吸気圧ＰＭｖとして算出し、アクセル踏込量Ａ
ＣＣＰに応じて変化する仮想吸気圧ＰＭｖ等に基づき、
最終燃料噴射量Ｑfin （基本燃料噴射量Ｑbse ）が算出
される。そして、この最終燃料噴射量Ｑfin に基づき燃
料噴射量を制御することで、成層燃焼運転時のエンジン
１１の出力トルクが調整されることとなる。このように
均質燃焼運転と成層燃焼運転とのいずれにおいても、吸
気圧（吸入空気量）に応じて燃料噴射量を制御すること
となり、同燃料噴射量の制御によって出力トルクの制御
が行われる。そのため、均質燃焼運転と成層燃焼運転と
で出力トルクの制御に用いるパラメータが同じになり、
同一機関運転状態のもとでの均質燃焼運転と成層燃焼運
転との間で出力トルクを機関過渡時における同トルクの
変化特性も含めて的確に合わせることができる。

【００６４】なお、本実施形態は、例えば以下のように
変更することもできる。・本実施形態において、成層燃
焼運転時に基本燃料噴射量Ｑbse を仮想吸気圧ＰＭｖ等
に基づき算出し、同一機関運転状態での燃焼形態間で出
力トルクに段差が生じないようにしたが、上記基本燃料
噴射量Ｑbse の算出に必ずしも仮想吸気圧ＰＭｖを用い
る必要はない。例えば、同一機関運転状態のもとでの成
層燃焼運転時と均質燃焼運転時との間で、発生する出力
トルクに段差が生じないよう予め設定されたマップを参
照してアクセル踏込量ＡＣＣＰ等に基づき上記基本燃料
噴射量Ｑbse を算出してもよい。

【００６５】・本実施形態では、均質燃焼運転時におけ
る点火時期の遅角量ＲＴＤ（遅角量ＲＴＤＳ）に基づ
き、成層燃焼運転時の燃料噴射量を減量補正するための
補正係数ｈ１を算出したが、本発明はこれに限定されな
い。例えば、均質燃焼運転時における点火時期の遅角補
正による出力トルクの低下量を求め、この出力トルクの
低下量に基づき上記補正係数ｈ１を算出してもよい。

【００６６】・本実施形態では、成層燃焼運転時の遅角
量ＲＴＤに基づき算出される補正量ｈ２により成層燃焼
運転時の燃料噴射量を増量補正したが、こうした成層燃
焼運転時における燃料噴射量の増量補正を必ずしも行う
必要はない。

【００６７】・本実施形態では、均質燃焼運転時のノッ
キングを点火時期の遅角補正によって抑制したが、これ
に代えて燃料噴射量を増量補正して空燃比を理論空燃比
よりもリッチ（例えば「１２」）にすることで上記ノッ
キングを抑制してもよい。この場合、成層燃焼運転時の
燃料噴射量を増量補正して出力トルクを増加することに
より、同一機関運転状態のもとでの燃焼形態間の出力ト
ルクに段差が生じるを抑制する。これは、均質燃焼運転
時にノッキング抑制のために燃料噴射量を増量補正する
と均質燃焼運転時の出力トルクが大きくなり、同均質燃
焼運転時における出力トルクの増加に対応して、このと
きと同一機関運転状態で成層燃焼運転を行う場合での出
力トルクを増加させる必要があるためである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施形態の燃料噴射量制御装置を適用したエ
ンジン全体を示す略図。

【図２】同燃料噴射量制御装置の電気的構成を示すブロ
ック図。

【図３】目標点火時期ＳＡｔの算出手順を示すフローチ
ャート。

【図４】最終燃料噴射量Ｑfin の算出手順を示すフロー
チャート。

【図５】遅角量ＲＴＤＳの変化に対する補正係数ｈ１の
推移傾向を示すグラフ。

【図６】遅角量ＲＴＤの変化に対する補正量ｈ２の推移
傾向をグラフ。

【符号の説明】

１１…エンジン、１１ｃ…ノックセンサ、１４ｃ…クラ
ンクポジションセンサ、２１ｂ…カムポジションセン
サ、２６…アクセルポジションセンサ、３６…バキュー
ムセンサ、４０…燃料噴射弁、４１…点火プラグ、４１
ａ…イグナイタ、９２…電子制御ユニット（ＥＣＵ）。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 出村 隆行 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 Ｆターム(参考） 3G084 AA04 BA13 BA17 DA11 FA10 FA11 FA25 FA33 FA38 3G301 HA01 HA04 HA16 JA04 LA00 LA03 LB04 PA07Z PC08Z PE01Z PE03Z PF03Z

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】燃焼形態が均質燃焼と成層燃焼との間で切
   り換えられる内燃機関に適用され、成層燃焼運転時には
   機関運転状態に基づき算出される噴射量指令値に基づき
   内燃機関の燃料噴射量を制御して機関トルクを調整する
   内燃機関の燃料噴射量制御装置において、 均質燃焼運転時にノッキングが発生したとき、内燃機関
   の運転制御に用いられる機関制御量をノッキングが抑制
   される方向に変更する変更手段と、 前記機関制御量の変更に伴う均質燃焼運転での機関トル
   クの変化に対応して成層燃焼運転での機関トルクが変化
   するよう、前記噴射量指令値を補正する補正手段と、 を備えることを特徴とする内燃機関の燃料噴射量制御装
   置。
2. 【請求項２】前記補正手段は、前記変更手段により変更
   される均質燃焼運転時の機関制御量の変化量に基づき前
   記噴射量指令値の補正を行う請求項１記載の内燃機関の
   燃料噴射量制御装置。
3. 【請求項３】前記変更手段は、成層燃焼運転時にノッキ
   ングが発生したときにも、前記機関制御量をノッキング
   が抑制される方向に変更するものであって、 前記補正手段は、成層燃焼運転時にノッキングを抑制す
   べく前記機関制御量が変更されたとき、この機関制御量
   の変更に伴う成層燃焼運転時の機関トルクの変化を抑制
   するよう前記噴射量指令値を補正する請求項１又は２記
   載の内燃機関の燃料噴射量制御装置。
4. 【請求項４】前記補正手段は、前記変更手段により変更
   される成層燃焼運転時の機関制御量の変化量に基づき前
   記噴射量指令値の補正を行う請求項３記載の内燃機関の
   燃料噴射量制御装置。
5. 【請求項５】請求項１〜４のいずれかに記載の内燃機関
   の燃料噴射量制御装置において、 成層燃焼運転時の機関運転状態のもとで均質燃焼運転を
   実行したときの内燃機関の吸入空気量を推定し、この推
   定される吸入空気量に基づき成層燃焼運転時の噴射量指
   令値を算出する算出手段を備えることを特徴とする内燃
   機関の燃料噴射量制御装置。