JP2002030960A - 火花点火式内燃機関の噴射時期制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】機関冷間時における噴射時期の遅角量を燃焼状
態の悪化を招くことのない範囲で極力大きく設定するこ
とができ、点火プラグのくすぶりをより効果的に抑制す
ることのできる火花点火式内燃機関の噴射時期制御装置
を提供する。 【解決手段】電子制御装置３０は、燃焼室１２内に燃料
を直接噴射する燃料噴射弁１４の噴射時期を制御して、
内燃機関１０の燃焼形態を成層燃焼と均質燃焼との間で
切り替える。電子制御装置３０は、均質燃焼時におい
て、吸気行程前期に設定される機関温間時の燃料噴射時
期を機関冷間時には遅角側の時期に変更する。電子制御
装置３０は、機関回転速度の変動を燃焼変動量として検
出し、その検出される燃焼変動量に基づいて、燃料噴射
時期を遅角側の時期に変更する際の遅角量を変更する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、気筒内に燃料を
直接噴射するようにした火花点火式内燃機関の噴射時期
制御装置に係り、詳しくは、均質燃焼時における噴射時
期を機関冷間時には機関温間時よりも遅角させるように
した火花点火式内燃機関の噴射時期制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】燃料噴射弁から気筒内に燃料を直接噴射
する筒内噴射式の内燃機関は、吸気通路内に燃料を噴射
する吸気ポート噴射式の内燃機関と比較して、噴射燃料
と吸入空気とが混合され難い傾向にある。このため、筒
内噴射式内燃機関にあって、均質燃焼を行う際には、燃
料の噴射時期を例えば吸気行程前期に設定することによ
り、噴射燃料と吸入空気との混合時間を極力確保するよ
うにしている。

【０００３】ところで、機関冷間時においては機関の熱
による噴射燃料の霧化が促進され難いことから、吸気行
程前期に噴射された燃料がピストンの頂面に衝突してそ
のまま跳ね返り点火プラグに付着することがある。この
ように点火プラグに燃料が付着すると、同点火プラグの
くすぶりを招き、最悪の場合には失火に至るおそれがあ
る。

【０００４】そこで従来では、特開平９−６８０７２号
公報に記載されるように、機関冷間時には噴射時期を遅
角させ、ピストンの頂面が点火プラグから離れたときに
燃料噴射を行うことにより、同頂面に衝突して跳ね返る
噴射燃料を減少させて点火プラグへの燃料付着を抑制す
るようにしている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ここで、点火プラグへ
の燃料付着を確実に抑制する上では、燃料の噴射時期を
より遅角側の時期に設定するのが望ましいが、このよう
に噴射時期の遅角量を増大させると、噴射燃料と吸入空
気との混合が促進されず、これに加えて噴射燃料のうち
ピストンの頂面に衝突して点火プラグの周辺に到達する
ものの割合も少なくなる。その結果、点火プラグ周辺に
おける混合気の燃料濃度が部分的に薄くなり、燃焼状態
の悪化を招くおそれがある。このため、上記のように機
関冷間時において噴射時期を遅角させる際には、その遅
角量をこうした燃焼状態の悪化を招かない範囲で設定す
るのが望ましい。

【０００６】但し、このように噴射時期の遅角に伴って
点火プラグ周辺の燃料濃度が薄くなる際の程度は、燃料
噴射弁の噴射特性の違いに起因して燃料噴射量がばらつ
いたり、ピストンに堆積するデポジットの量が変化して
同ピストンへの燃料の付着し易さが変化したりすること
によっても異なるものとなる。例えば、機関固体差によ
って単位開弁時間当たりの燃料噴射量が規定量よりも少
なくなっているような場合や、長期間の運転により堆積
したデポジットによってピストンに燃料が付着し易い状
況にあるときには、点火プラグ周辺における混合気の燃
料濃度は一層薄くなる傾向がある。

【０００７】従って、噴射時期の遅角量を燃焼状態の悪
化を招かない範囲で設定するに際し、上述したような燃
料噴射にかかる機関特性の固体差や機関状態の経時変化
による影響までも予め考慮するとなると、同遅角量を十
分に大きく設定することができなくなる。このため、従
来にあっては、噴射時期の遅角により点火プラグのくす
ぶりを抑制することはできるものの、より効果的な抑制
という点では自ずと限界のあるものとなっていた。

【０００８】この発明は、こうした従来の実情に鑑みて
なされたものであり、その目的は、機関冷間時における
噴射時期の遅角量を燃焼状態の悪化を招くことのない範
囲で極力大きく設定することができ、点火プラグのくす
ぶりをより効果的に抑制することのできる火花点火式内
燃機関の噴射時期制御装置を提供することにある。

【０００９】

【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以下に記載す
る。

【００１０】請求項１記載の発明では、気筒内に燃料を
直接噴射する燃料噴射手段と、均質燃焼時における前記
燃料噴射手段の噴射時期を機関冷間時には機関温間時よ
りも遅角させる噴射時期制御手段とを備えた火花点火式
内燃機関の噴射時期制御装置において、前記内燃機関の
燃焼変動を検出する検出手段と、前記噴射時期制御手段
により噴射時期を遅角させる際の遅角量を前記検出され
る燃焼変動に基づいて変更する変更手段とを備えるよう
にしている。

【００１１】上記構成によれば、燃焼状態の悪化に起因
して燃焼変動が発生しても、燃料の噴射時期を遅角させ
る際の遅角量がこの燃焼変動に即したかたちで設定され
るようになるため、上記遅角量を燃焼状態の悪化を招か
ない範囲で極力大きく設定することができ、点火プラグ
のくすぶりをより効果的に抑制することができるように
なる。

【００１２】尚、前記内燃機関の燃焼変動については、
例えばこれを機関回転速度の変動や、燃焼圧の変動、或
いは排気空燃比の変動として検出することができる。ま
たその他にも、燃焼行程中に機関燃焼室内に生じるイオ
ンをイオン電流として検出し、このイオン電流に基づい
て燃焼変動を検出することもできる。また、噴射時期の
遅角量を燃焼変動に基づいて変更する際には、例えば、
燃焼変動が大きくなるほど噴射時期の遅角量が小さくな
るように、同遅角量を変更することができる。

【００１３】請求項２に記載の発明では、請求項１記載
の火花点火式内燃機関の噴射時期制御装置において、前
記変更手段は前記検出される燃焼変動の大きさが所定値
より大きいことを条件に前記遅角量を徐々に減少させる
ものであるとしている。

【００１４】上記構成によれば、燃焼変動の大きさを監
視しつつ、噴射時期の遅角量を徐々に変更するようにし
ているため、燃焼変動の大きさを所定値以下に抑える上
でより適切な値に遅角量を精度良く変更することがで
き、同遅角量が必要以上に小さく設定されることを極力
抑制することができるようになる。

【００１５】ここで、上記のように噴射時期の遅角量を
徐々に減少させることにより、点火プラグ周辺における
混合気の燃料濃度も徐々に濃くなるため、それに伴って
燃焼状態の悪化が抑えられ、燃焼変動も減少するように
なる。但し、何らかの要因により噴射時期の遅角量が過
度に小さく設定されて点火プラグのくすぶりを抑制しき
れなくなると、燃焼状態が悪化して燃焼変動の大きさが
上記所定値を超える場合がある。そして、このような場
合にもなお遅角量を減少させて噴射時期を進角させるよ
うにすると、燃焼状態を更に悪化させてしまう懸念があ
る。

【００１６】そこで、請求項３に記載の発明では、請求
項２記載の火花点火式内燃機関の噴射時期制御装置にお
いて、前記変更手段による前記遅角量の徐変操作に伴っ
て噴射時期が予め定められた最進角時期よりも更に進角
側の時期になるのを禁止する禁止手段を更に備えるよう
にしている。

【００１７】上記構成によれば、噴射時期が上記最進角
時期に達した時点で同噴射時期の変更が禁止されるた
め、上述したように噴射時期が過度に進角されることに
起因した燃焼状態の悪化を抑制することができるように
なる。

【００１８】請求項４に記載の発明では、請求項１乃至
３のいずれかに記載の火花点火式内燃機関の噴射時期制
御装置において、前記変更手段は前記遅角量を変更する
際の変更量を前記検出される燃焼変動の大きさに基づい
て可変設定するものであるとしている。

【００１９】上記構成によれば、噴射時期の遅角量を変
更する際の変更量を燃焼変動の大きさに即して設定する
ことができるため、燃焼変動を速やかに減少させて燃焼
状態の悪化を抑制することができるようになる。

【００２０】請求項５記載の発明では、請求項１乃至４
のいずれかに記載の火花点火式内燃機関の噴射時期制御
装置において、前記検出手段は前記内燃機関の燃焼変動
を各気筒毎に検出するものであり、前記変更手段は前記
検出される燃焼変動に基づいて前記遅角量を各気筒につ
いて各別に変更するものであるとしている。

【００２１】上記構成によれば、噴射時期の遅角により
点火プラグ周辺の燃料濃度が薄くなる際の程度が各気筒
毎で異なる場合であっても、そうした各気筒の違いに合
わせて上記遅角量が各気筒について各別に変更されるた
め、燃焼状態の悪化を各気筒の状況に見合ったかたちで
これを回避できるとともに、点火プラグのくすぶりにつ
いても一層効果的に抑制することができるようになる。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、この発明の一実施形態にか
かる噴射時期制御装置について図１〜図４を参照して説
明する。

【００２３】図１に示されるように、この噴射時期制御
装置が適用される内燃機関１０は、４つの気筒＃１〜＃
４を備えており、それら各気筒＃１〜＃４には、燃焼室
１２を区画するピストン１６と、同燃焼室１２内に燃料
を直接噴射する燃料噴射弁１４とがそれぞれ設けられて
いる。この燃料噴射弁１４から燃焼室１２内に噴射され
た燃料は、吸気通路１１から燃焼室１２に導入される吸
入空気と混合され、点火プラグ１５の点火によって燃焼
爆発した後、燃焼室１２から排気通路１３に排出され
る。

【００２４】各燃料噴射弁１４による燃料噴射は、内燃
機関１０の各種制御を統括して実行する電子制御装置３
０によって制御される。この電子制御装置３０には、機
関回転速度及びクランク角を検出するためのクランクセ
ンサ３１、アクセルペダル（図示略）の踏み込み量（ア
クセル開度）を検出するアクセルセンサ３２、並びに機
関冷却水の温度（冷却水温）を検出する水温センサ３３
等々、機関運転状態を監視するための各種センサの検出
信号が取り込まれる。そして、電子制御装置３０は、こ
れら検出信号に基づいて燃料噴射量制御や燃料噴射時期
制御等、燃料噴射にかかる各種制御を実行する。電子制
御装置３０は、こうした各種制御を実行する際の演算用
マップ等、所定のデータが記憶されるメモリ３０ａを備
えている。

【００２５】また、電子制御装置３０は、機関運転状態
に応じて燃料噴射弁１４の噴射時期を変更することによ
り、内燃機関１０における燃焼形態を成層燃焼と均質燃
焼との間で切り替える制御を実行する。

【００２６】即ち、電子制御装置３０は、機関運転状態
が例えば低負荷低回転域にあるときには、燃焼形態を成
層燃焼に切り替えるべく、噴射時期を各気筒＃１〜＃４
の圧縮行程後期に設定するとともに、空燃比が理論空燃
比よりも薄くなるように噴射量を設定する。その結果、
点火プラグ（図示略）の近傍にのみ燃料濃度の濃い混合
気が偏在した状態で燃焼が行われるようになる。

【００２７】一方、電子制御装置３０は、機関運転状態
が例えば高負荷高回転域にあるときには、燃焼形態を均
質燃焼に切り替えるべく、噴射時期を各気筒＃１〜＃４
の吸気行程前期に設定する。その結果、燃料噴射弁１４
から噴射された燃料と吸入空気との混合時間が確保さ
れ、燃焼室１２の混合気は略均質な状態で燃焼されるよ
うになる。この均質燃焼では、空燃比が理論空燃比や、
同理論空燃比よりもリッチ或いはリーンになるように、
噴射量が機関運転状態に応じて適宜設定される。

【００２８】更に、電子制御装置３０は、上記均質燃焼
を行う際に、冷却水温に基づき機関温度を推定し、機関
冷間時には機関温間時よりも噴射時期を遅角させるとと
もに、その際の遅角量を内燃機関１０の燃焼変動に基づ
いて変更する制御を実行する。

【００２９】以下、こうした均質燃焼時の噴射時期制御
における詳細な処理手順について図３及び図４のフロー
チャートを参照して説明する。尚、このフローチャート
に示される一連の処理は、燃焼形態として均質燃焼が選
択されていることを条件に、各気筒＃１〜＃４の噴射時
期に同期した所定クランク角毎の制御周期をもって繰り
返し実行される。

【００３０】この一連の処理では、まず、各種センサ３
１〜３３の検出信号に基づいて機関回転速度ＮＥ、アク
セル開度ＰＡ、冷却水温ＴＨＷがそれぞれ読み込まれる
（ステップ１００）。そして、この読み込まれた機関回
転速度ＮＥ及びアクセル開度ＰＡに基づいて噴射時期Ａ
ＩＮＪが算出される（ステップ１１０）。この噴射時期
ＡＩＮＪは、圧縮行程上死点を基準とし、この圧縮上死
点前のクランク角の大きさとして設定される。従って、
燃料噴射弁１４の燃料噴射は、この噴射時期ＡＩＮＪが
大きくなるほど、圧縮上死点から離れた、より進角側の
時期で行われ、同噴射時期ＡＩＮＪが小さくなるほど、
圧縮上死点に近い、より遅角側の時期で行われることと
なる。

【００３１】次に、冷却水温ＴＨＷと所定の判定値ＪＴ
ＨＷとが比較される（ステップ１２０）。この判定値Ｊ
ＴＨＷは、機関冷間時にあるか機関温間時にあるか判定
するための値である。冷却水温ＴＨＷがこの判定値ＪＴ
ＨＷ以上であるときには、機関温間時にあり、噴射燃料
は機関熱により十分に霧化されるため、点火プラグ１５
のくすぶりは発生しないと判定される。

【００３２】ここで、冷却水温ＴＨＷが判定値ＪＴＨＷ
未満であり、点火プラグ１５のくすぶりが懸念される機
関冷間時であると判定されると（ステップ１２０：ＹＥ
Ｓ）、まず冷却水温ＴＨＷに基づいて噴射時期遅角量Ｋ
が算出される（ステップ１３０）。

【００３３】図２は、この噴射時期遅角量Ｋの算出に際
して参照される演算用マップを示している。同図に示さ
れるように、この噴射時期遅角量Ｋは、冷却水温ＴＨＷ
が低いときほど大きな値として算出される。従って、吸
気行程前期に設定される噴射時期ＡＩＮＪは、冷却水温
ＴＨＷが低いときほど、より遅角側の時期に補正される
こととなる。このため、噴射燃料の霧化が促進されず、
点火プラグ１５のくすぶりが発生し易いときほど、ピス
トン１６が点火プラグ１５からより離れた位置にあると
きに燃料噴射が実行されるようになる。このように、本
実施形態において、上記噴射時期遅角量Ｋは、点火プラ
グ１５のくすぶりを確実に抑制し得る大きさとなるよう
に、機関温度（冷却水温ＴＨＷ）に基づいて設定され
る。

【００３４】このようにして噴射時期遅角量Ｋが算出さ
れると、次に機関定常状態であるか否かが判断される
（ステップ１４０）。この判断に際しては、例えば内燃
機関１０がアイドル状態にあるか否かが判断され、アイ
ドル状態である場合に機関定常状態である旨判断され
る。

【００３５】ここで、機関定常状態である旨判断される
と（ステップ１４０：ＹＥＳ）、次に、燃焼変動量ＤＮ
Ｅｎ（ｎ＝１〜４）が算出される（ステップ１５０）。
尚、この燃焼変動量「ＤＮＥｎ」において、その添え字
「ｎ」は、各気筒＃１〜＃４にそれぞれ対応するもので
あり、例えば、「ＤＮＥ１」は、第１気筒＃１における
燃焼変動量を、「ＤＮＥ２」は、第２気筒＃２における
燃焼変動量をそれぞれ示すものとする。

【００３６】この燃焼変動量ＤＮＥｎは、燃焼状態の悪
化を各気筒＃１〜＃４毎に評価するためのものである。
即ち、燃焼変動量ＤＮＥｎが大きくなるほど、その気筒
燃焼状態が悪化していると評価される。

【００３７】この燃焼変動量ＤＮＥｎは、例えば以下の
ようにして算出される。即ち、この算出に際しては、ま
ず、クランクセンサ３１の検出信号に基づいて、各気筒
＃１〜＃４について、吸気、圧縮、燃焼、排気の各行程
のうち燃焼行程に要する時間Ｔ１〜Ｔ４がそれぞれ計測
される。そして、次式（１）に基づき、これら計測時間
Ｔｎ（ｎ＝１〜４）の最新の値についてそれらの平均値
ＴＡＶＥが算出される。

【００３８】 ＴＡＶＥ←（Ｔ１＋Ｔ２＋Ｔ３＋Ｔ４）／４ ・・・（１） 次に、以下の演算式（２）に基づいて燃焼変動量ＤＮＥ
ｎが算出される。

【００３９】 ＤＮＥｎ←（ＴＡＶＥ−Ｔｎ）＾２ （「＾」はべき乗） ・・・（２） ここで例えば、各気筒＃１〜＃４の全てについて良好な
燃焼状態が確保されている場合には、上記計測時間Ｔ１
〜Ｔ４並びにそれらの平均値ＴＡＶＥはいずれも略等し
い値になる。従って、各気筒＃１〜＃４の燃焼変動量Ｄ
ＮＥｎは、いずれも極めて小さな値になる。一方、例え
ば、ある特定の気筒の燃焼状態が悪化すると、その気筒
の燃焼爆発力が他の気筒と比較して小さくなるため、上
記計測時間Ｔｎも他の気筒と比較して長くなる。従っ
て、その燃焼状態の悪化した気筒については上記燃焼変
動量ＤＮＥｎが増大するようになるため、こうした燃焼
変動量ＤＮＥｎの増大を監視することで燃焼状態の悪化
を検出することができる。

【００４０】このようにして燃焼変動量ＤＮＥｎが算出
されると、次に、この燃焼変動量ＤＮＥｎと所定の判定
値ＪＤＮＥとが比較される（ステップ１６０）。例え
ば、今回の制御周期が第１気筒＃１の噴射時期を算出す
る周期である場合には、第１気筒＃１に対応する燃焼変
動量ＤＮＥ１と上記判定値ＪＤＮＥとの比較が行われ
る。尚、上記判定値ＪＤＮＥは、各気筒＃１〜＃４のそ
れぞれについて燃焼状態が悪化していることを判定する
ための値である。

【００４１】ここで、燃焼変動量ＤＮＥｎがこの判定値
ＪＤＮＥを上回っている場合には（ステップ１６０：Ｙ
ＥＳ）、同燃焼変動量ＤＮＥｎに対応する気筒＃１〜＃
４において燃焼状態の悪化が無視できないものと判定さ
れる。そしてこの場合には、以下の式（３）に基づいて
遅角補正量ＤＫｎが更新される（ステップ１７０）。

【００４２】ＤＫｎ←ＤＫｎ＋α ・・・（３） 尚、上式（３）において、更新量αは、「０」よりも大
きい一定の値に設定されている。この遅角補正量ＤＫｎ
は、噴射時期遅角量Ｋを燃焼変動量ＤＮＥｎに応じて各
気筒＃１〜＃４毎に補正するための値であり、これが大
きくなるほど、噴射時期遅角量Ｋはより小さい値（Ｋ−
ＤＮＥｎ）に補正される。従って、この遅角補正量ＤＫ
ｎが大きくなるほど、噴射時期ＡＩＮＪは進角側の時期
に設定されることとなる。

【００４３】次に、以下の式（４）に基づいて噴射時期
遅角量Ｋが補正される（ステップ１８０）。 Ｋ←Ｋ−ＤＫｎ ・・・（４） 尚、上式（３）に基づいて算出される遅角補正量ＤＫｎ
の値は、内燃機関１０の運転が停止されるまで電子制御
装置３０のメモリ３０ａに各気筒＃１〜＃４毎の値とし
て記憶保持される。従って、内燃機関１０の運転期間中
は、噴射時期遅角量Ｋがこの記憶保持される遅角補正量
ＤＫｎに基づいて更新されるようになり、噴射時期遅角
量Ｋについて実質的にその学習が各気筒＃１〜＃４毎に
行われることになる。

【００４４】このようにして噴射時期遅角量Ｋが補正さ
れた後、今回の制御周期において算出対象となっている
気筒＃１〜＃４の噴射時期ＡＩＮＪｎ（ｎ＝１〜４）が
次式（５）に基づいて算出される（ステップ１９０）。

【００４５】ＡＩＮＪｎ←ＡＩＮＪ−Ｋ ・・・（５） 一方、先のステップ１４０において機関定常状態ではな
いと判断されると（ステップ１４０：ＮＯ）、燃焼変動
量ＤＮＥｎに基づいて燃焼状態の悪化を正確に評価する
ことが困難であるため、遅角補正量ＤＫｎの更新処理
（ステップ１７０）を含む各ステップ１５０〜１７０の
処理は行われない。そして、この場合には、メモリ３０
ａに記憶されている遅角補正量ＤＫｎに基づいて噴射時
期遅角量Ｋが補正され、更にその補正後の噴射時期遅角
量Ｋに基づいて噴射時期ＡＩＮＪｎが算出される（ステ
ップ１８０，１９０）。

【００４６】また、先のステップ１６０において燃焼変
動量ＤＮＥｎが上記判定値ＪＤＮＥ以下であると判定さ
れる場合（ステップ１６０：ＮＯ）には、燃焼変動が小
さく、従って燃焼状態の悪化も殆ど無視できる範囲にあ
るため、遅角補正量ＤＫｎの更新処理（ステップ１７
０）は行われない。そして、この場合にも同様に、メモ
リ３０ａに記憶されている遅角補正量ＤＫｎに基づいて
噴射時期遅角量Ｋが補正され、その補正後の噴射時期遅
角量Ｋに基づいて噴射時期ＡＩＮＪｎが算出される（ス
テップ１８０，１９０）。

【００４７】このようにして噴射時期ＡＩＮＪｎが算出
されると、次にこの噴射時期ＡＩＮＪｎと最進角時期Ａ
ＩＮＪＭＡＸとが比較される（図４のステップ２０
０）。この最進角時期ＡＩＮＪＭＡＸは、噴射時期ＡＩ
ＮＪｎが過度に進角側の時期に制御されるのを制限する
際の制限値であり、例えば、これは先のステップ１１０
において機関回転速度ＮＥ及びアクセル開度ＰＡに基づ
き算出される補正前の噴射時期ＡＩＮＪから冷却水温Ｔ
ＨＷにより定まる所定値βを減算した値（ＡＩＮＪ−β
（ＴＨＷ））として設定される。

【００４８】ここで噴射時期ＡＩＮＪｎが最進角時期Ａ
ＩＮＪＭＡＸよりも大きい場合、即ち同噴射時期ＡＩＮ
Ｊｎが最進角時期ＡＩＮＪＭＡＸよりも更に進角側の時
期に設定されている場合には（ステップ２００：ＹＥ
Ｓ）、噴射時期ＡＩＮＪｎが最進角時期ＡＩＮＪＭＡＸ
と等しい時期に再設定される（ステップ２１０）。従っ
て、これら各ステップ２００，２１０の一連の処理を通
じて、噴射時期ＡＩＮＪｎが最進角時期ＡＩＮＪＭＡＸ
よりも更に進角側の時期に変更されるのが禁止される。

【００４９】通常、上記のように遅角補正量ＤＫｎによ
る補正を通じて噴射時期遅角量Ｋを減少させることによ
り、点火プラグ１５の周辺における混合気の燃料濃度が
徐々に濃くなるため、それに伴って燃焼状態の悪化が抑
えられるようになる。但しここで、何らかの要因により
噴射時期遅角量Ｋが過度に小さく設定され、換言すれば
噴射時期ＡＩＮＪｎが過剰に進角されて点火プラグ１５
のくすぶりを抑制しきれなくなると、燃焼状態が悪化し
て燃焼変動量ＤＮＥｎが上記判定値ＪＤＮＥを超えてし
まう場合がある。そして、このような場合にもなお噴射
時期遅角量Ｋを減少させて噴射時期ＡＩＮＪｎを進角さ
せるようにすると、燃焼状態を更に悪化させてしまう懸
念がある。

【００５０】上記各ステップ２００，２１０の一連の処
理では、噴射時期ＡＩＮＪｎを最進角時期ＡＩＮＪＭＡ
Ｘよりも更に遅角側の時期になるようにその変更範囲を
制限することで、こうした燃焼状態の悪化を抑制するよ
うにしている。

【００５１】このようにして噴射時期ＡＩＮＪｎが最進
角時期ＡＩＮＪＭＡＸに制限された後、或いは噴射時期
ＡＩＮＪｎが最進角時期ＡＩＮＪＭＡＸ以下であってこ
うした制限を行う必要がない場合（ステップ２００：Ｎ
Ｏ）、噴射時期ＡＩＮＪｎに基づいて対応する気筒＃１
〜＃４の燃料噴射が実行される（ステップ２２０）。

【００５２】一方、先のステップ１２０において、冷却
水温ＴＨＷが判定値ＪＴＨＷ以上であり、機関温間時で
あると判定される場合（図３のステップ１２０：ＮＯ）
には、点火プラグ１５のくすぶりが発生し難く、噴射時
期ＡＩＮＪを遅角側の時期に変更する必要性も低いた
め、先のステップ１１０において算出された噴射時期Ａ
ＩＮＪがそのまま各気筒＃１〜＃４の噴射時期ＡＩＮＪ
ｎとして設定され（ステップ１９５）、その噴射時期Ａ
ＩＮＪｎに基づいて対応する気筒＃１〜＃４の燃料噴射
が実行される（図４のステップ２２０）。

【００５３】以上説明した態様をもって燃料噴射時期を
制御するようにした本実施形態の噴射時期制御装置によ
れば、以下に記載するような作用効果を奏することがで
きる。

【００５４】（１）燃焼状態の悪化に起因して燃焼変動
が発生しても、噴射時期ＡＩＮＪｎを遅角させる際の噴
射時期遅角量Ｋが遅角補正量ＤＫｎに基づき補正され、
この補正を通じて燃焼変動量ＤＮＥｎに即したかたちで
設定されるようになる。従って、この噴射時期遅角量Ｋ
を燃焼状態の悪化を招かない範囲で極力大きく設定する
ことができ、点火プラグ１５のくすぶりをより効果的に
抑制することができるようになる。

【００５５】（２）また、燃焼変動量ＤＮＥｎが上記判
定値ＪＤＮＥより大きいことを条件に、遅角補正量ＤＫ
ｎを徐々に増大させ、その遅角補正量ＤＫｎに基づいて
噴射時期遅角量Ｋを徐々に減少させるようにしている。
このように、燃焼変動量ＤＮＥｎを監視しつつ、噴射時
期遅角量Ｋの更新を徐々に行うようにしているため、燃
焼変動を抑える上でより適切な値に噴射時期遅角量Ｋを
精度良く変更することができ、同噴射時期遅角量Ｋが必
要以上に小さく設定されるのを極力抑制することができ
るようになる。

【００５６】（３）噴射時期遅角量Ｋに基づいて噴射時
期ＡＩＮＪｎを遅角させるに際し、同噴射時期ＡＩＮＪ
ｎが最進角時期ＡＩＮＪＭＡＸよりも更に進角側に設定
されるのを禁止するようにしている。従って、何らかの
要因により噴射時期遅角量Ｋが過度に小さく設定される
ことで、点火プラグ１５のくすぶりを抑制しきれなくな
り、燃焼変動量ＤＮＥｎが上記判定値ＪＤＮＥを超える
ような状況になっても、噴射時期ＡＩＮＪｎが最進角時
期ＡＩＮＪＭＡＸを超えて更に進角側の時期に設定され
ることはない。その結果、噴射時期ＡＩＮＪｎが過度に
進角されることに起因した燃焼状態の悪化を抑制するこ
とができるようになる。

【００５７】（４）上記燃焼変動量ＤＮＥｎを各気筒＃
１〜＃４毎に検出するとともに、その燃焼変動量ＤＮＥ
ｎに基づいて噴射時期遅角量Ｋを各気筒＃１〜＃４につ
いて各別に変更するようにしている。従って、噴射時期
ＡＩＮＪの遅角により点火プラグ１５の周辺の燃料濃度
が薄くなる際の程度が各気筒＃１〜＃４毎で異なる場合
であっても、そうした各気筒＃１〜＃４の違いに合わせ
て上記噴射時期遅角量Ｋが各気筒＃１〜＃４について各
別に変更されるようになる。その結果、燃焼状態の悪化
を各気筒＃１〜＃４の状況に見合ったかたちでこれを回
避できるとともに、点火プラグ１５のくすぶりについて
も一層効果的に抑制することができるようになる。

【００５８】以上、本発明の一実施形態について説明し
たが、この実施形態は以下のように構成を変更して実施
することもできる。 ・上記実施形態では、燃焼変動量ＤＮＥｎに基づいて噴
射時期遅角量Ｋを各気筒＃１〜＃４について各別に変更
するようにしたが、例えば、いずれかの気筒＃１〜＃４
に対応する燃焼変動量ＤＮＥｎが上記判定値ＪＤＮＥを
上回ったときに、全ての気筒＃１〜＃４の噴射時期ＡＩ
ＮＪｎについて一律に変更するようにしてよい。

【００５９】・上記実施形態では、各気筒＃１〜＃４に
ついて、燃焼行程に要する時間Ｔ１〜Ｔ４を計測し、そ
れらの平均値ＴＡＶＥと各計測時間Ｔ１〜Ｔ４との間の
乖離量を燃焼変動量ＤＮＥｎとして検出するようにした
が、この燃焼変動量は、その他にも例えば、各気筒＃１
〜＃４について燃焼行程中における機関回転速度の最大
値を検出するとともに、それらの平均値と各最大値との
間の乖離量としてこれを求めることもできる。或いは、
燃焼行程中における機関回転速度の変動量を各気筒＃１
〜＃４についてそれぞれ求めるとともに、これらを燃料
噴射量等に応じて設定される基準の変動量と比較し、両
者の差を燃焼変動量として求めることもできる。

【００６０】・上記実施形態では、内燃機関１０の燃焼
変動を機関回転速度の変動として求めるようにしたが、
例えばこの燃焼変動は、燃焼圧の変動、或いは排気空燃
比の変動として求めることもできる。尚、燃焼圧は、例
えば燃焼室に取り付けられた燃焼圧センサの検出信号に
基づいて検出することができ、また、排気空燃比は排気
通路に取り付けられた空燃比センサの検出信号に基づい
て検出することができる。またその他にも、燃焼行程中
に燃焼室内に生じるイオンを点火プラグの電極間に流れ
るイオン電流として検出し、このイオン電流に基づいて
燃焼変動を検出することもできる。

【００６１】・上記実施形態では、内燃機関１０が定常
運転状態にあることを条件に、燃焼変動量ＤＮＥｎを検
出するとともに、この燃焼変動量ＤＮＥｎに基づいて遅
角補正量ＤＫｎを更新するようにしたが、例えば上記燃
焼変動量ＤＮＥｎに関して、機関運転状態に変化に基づ
く変動分と、燃焼状態の悪化に起因する変動分とを区別
して検出するようにすれば、過渡運転時においても遅角
補正量ＤＫｎの更新を行うことができる。

【００６２】・上記実施形態では、燃焼変動量ＤＮＥｎ
が判定値ＪＤＮＥを上回っていることを条件に、遅角補
正量ＤＫｎを徐々に増大させる際の更新量αを一定値と
したが、この更新量αを燃焼変動量ＤＮＥｎの大きさに
応じて可変設定するようにしてもよい。また、この場合
には、図５に示されるように、燃焼変動量ＤＮＥｎが大
きいときほど、同更新量αを大きく設定し、噴射時期Ａ
ＩＮＪｎを進角側の時期に設定するようにするのが望ま
しい。こうした構成によれば、噴射時期遅角量Ｋを変更
する際の変更速度を燃焼変動量ＤＮＥｎの大きさに即し
て設定することができるため、燃焼変動を速やかに抑え
て燃焼状態の悪化を抑制することができるようになる。

【００６３】・上記実施形態では、燃焼変動量ＤＮＥｎ
が判定値ＪＤＮＥを上回っていることを条件に、遅角補
正量ＤＫｎを所定の更新量αをもって徐々に増大させる
ようにしたが（図３のステップ１７０）、例えば、遅角
補正量ＤＫｎと燃焼変動量ＤＮＥｎとの関係を予め演算
用マップとして記憶しておき、この演算用マップを参照
して遅角補正量ＤＫｎを燃焼変動量ＤＮＥｎに基づき直
接算出するようにしてもよい。尚、この場合には、燃焼
変動量ＤＮＥｎが大きくなるほど、遅角補正量ＤＫｎが
大きくなるように同遅角補正量ＤＫｎを設定するのが望
ましい。こうした構成によれば、噴射時期ＡＩＮＪｎの
噴射時期遅角量Ｋを変更する際の変更量を燃焼変動の大
きさに即して設定することができるため、燃焼変動を速
やかに減少させて燃焼状態の悪化を抑制することができ
るようになる。

【００６４】・上記実施形態では、遅角補正量ＤＫｎの
値を内燃機関１０の運転期間中においてのみ記憶保持す
るようにしたが、この遅角補正量ＤＫｎの値を運転停止
中も記憶保持し、次回の運転時における噴射時期制御に
これを反映させるようにしてもよい。尚、このようにし
た場合には、先の図３に示すステップ１６０において燃
焼変動量ＤＮＥｎが上記判定値ＪＤＮＥ以下であると判
定される場合（ステップ１６０：ＮＯ）、或いはこの否
定判定が所定期間継続する場合に、遅角補正量ＤＫｎを
減少させる処理を行うようにするのが望ましい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態にかかる燃料噴射時期制御
装置の概略構成図。

【図２】噴射時期遅角量と冷却水温との関係を示すマッ
プ。

【図３】燃料噴射時期を制御する際の手順を示すフロー
チャート。

【図４】燃料噴射時期を制御する際の手順を示すフロー
チャート。

【図５】燃料噴射時期を遅角側に更新する際の更新量と
燃焼変動量との関係を示すマップ。

【符号の説明】

１０…内燃機関、１１…吸気通路、１２…燃焼室、１３
…排気通路、１４…燃料噴射弁、１５…点火プラグ、１
６…ピストン、３０…電子制御装置、３０ａ…メモリ、
３１…クランクセンサ、３２…アクセルセンサ、３３…
水温センサ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 広瀬 清夫 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車 株式会社内 (72)発明者 伊藤 之一 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車 株式会社内 (72)発明者 北村 融 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 BA09 BA15 CA01 CA02 CA03 CA04 CA05 CA09 DA28 EA07 EA11 EB25 EC02 FA17 FA20 FA21 FA28 FA34 FA38 FA39 3G301 HA01 HA04 HA16 JA23 KA01 KA05 KA07 KA08 KA09 KA21 KA24 KA25 LB04 MA01 MA19 NA01 NA08 NB11 NE12 NE13 NE14 NE15 NE23 PB05Z PC01Z PD01Z PE02Z PE03Z PE05Z PE08Z PE09Z PF03Z

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】気筒内に燃料を直接噴射する燃料噴射手段
   と、均質燃焼時における前記燃料噴射手段の噴射時期を
   機関冷間時には機関温間時よりも遅角させる噴射時期制
   御手段とを備えた火花点火式内燃機関の噴射時期制御装
   置において、 前記内燃機関の燃焼変動を検出する検出手段と、 前記噴射時期制御手段により噴射時期を遅角させる際の
   遅角量を前記検出される燃焼変動に基づいて変更する変
   更手段と を備えることを特徴とする火花点火式内燃機関の噴射時
   期制御装置。
2. 【請求項２】前記変更手段は前記検出される燃焼変動の
   大きさが所定値より大きいことを条件に前記遅角量を徐
   々に減少させる請求項１記載の火花点火式内燃機関の噴
   射時期制御装置。
3. 【請求項３】請求項２記載の火花点火式内燃機関の噴射
   時期制御装置において、 前記変更手段による前記遅角量の徐変操作に伴って噴射
   時期が予め定められた最進角時期よりも更に進角側の時
   期になるのを禁止する禁止手段を更に備えることを特徴
   とする火花点火式内燃機関の噴射時期制御装置。
4. 【請求項４】前記変更手段は前記遅角量を変更する際の
   変更量を前記検出される燃焼変動の大きさに基づいて可
   変設定する請求項１乃至３のいずれかに記載の火花点火
   式内燃機関の噴射時期制御装置。
5. 【請求項５】前記検出手段は前記内燃機関の燃焼変動を
   各気筒毎に検出し、 前記変更手段は前記検出される燃焼変動に基づいて前記
   遅角量を各気筒について各別に変更する請求項１乃至４
   のいずれかに記載の火花点火式内燃機関の噴射時期制御
   装置。