JP2002130007A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】成層リーン燃焼から均質燃焼に切り換える際
に、再循環排気量（ＥＧＲ量）の過多に起因するドライ
バビリティ悪化の抑制と、ＥＧＲ量の不足に起因するＮ
Ｏx エミッションの悪化抑制との両立を図る。 【解決手段】圧縮行程での燃料噴射による成層リーン燃
焼から、吸気行程での燃料噴射による均質燃焼への燃焼
形態形態の切換要求がなされると、燃料噴射形態の圧縮
行程噴射から吸気行程噴射への切り換えに先立ち、吸気
行程噴射と圧縮行程噴射との両方による成層ストイキ燃
焼が所定時間実行される。この成層ストイキ燃焼では、
圧縮行程噴射により点火プラグ４１周りに燃料が集めら
れるため、ＥＧＲ量の過多に伴う失火によりドライバビ
リティが悪化することは抑制される。更に、成層ストイ
キ燃焼では、成層リーン燃焼ほどＮＯx 排出量が多くな
らないため、ＥＧＲ量の不足に伴うエミッションの悪化
が生じることも抑制される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の制御装
置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、筒内噴射火花点火式内燃機関
のように、圧縮行程での燃料噴射による成層リーン燃焼
と吸気行程での燃料噴射による均質燃焼との間で燃焼形
態を切り換える内燃機関においては、窒素酸化物（ＮＯ
x ）の排出量低減等を意図して、同機関の排気の一部を
排気系から吸気系に再循環させるようにしたものが知ら
れている。

【０００３】こうした内燃機関にあっては、排気系から
吸気系に排気を流す排気再循環通路（ＥＧＲ通路）にＥ
ＧＲバルブが設けられ、このＥＧＲバルブを機関運転状
態に応じて設定される要求開度へと制御することで再循
環排気量（ＥＧＲ量）が調節される。ＥＧＲバルブの要
求開度は、ＮＯx 排出量を低減するためにＥＧＲ量を均
質燃焼時よりも成層リーン燃焼時で多くする必要がある
ことから、成層リーン燃焼時よりも均質燃焼時の方が閉
じ側の開度に設定される。

【０００４】従って、成層リーン燃焼運転中に均質燃焼
への切換要求がなされると、ＥＧＲバルブの要求開度が
成層リーン燃焼に対応した開度から均質燃焼に対応した
開度へと変化し、この要求開度の変化に応じてＥＧＲバ
ルブが閉じ側に制御される。ただし、このようにＥＧＲ
バルブを閉じ側に制御したとしても、しばらくの間はＥ
ＧＲ通路等に残留する排気が引き続き吸気系に流れるた
め、切換直後の均質燃焼時にＥＧＲ量が要求される値よ
りも多くなって失火が生じ易くなる。

【０００５】そこで、例えば特開平８−１８９４０５号
公報や特開平９−１９５８３９号公報に記載されるよう
に、成層リーン燃焼から均質燃焼への切換要求に応じ
て、まずＥＧＲバルブを均質燃焼時の要求開度へと閉じ
側に制御し、その後に所定遅延時間が経過してから燃料
噴射形態を圧縮行程噴射から吸気行程噴射へと切り換え
て均質燃焼を実行することも考えられる。このように均
質燃焼の実行を遅延させることで、燃焼形態が実際に均
質燃焼へと切り換えられたときにＥＧＲ量が要求される
値よりも過度に多くなって失火が生じ易くなるのを抑制
することができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記所定遅
延時間が経過するまでの間は、成層リーン燃焼が行われ
ているにも係わらず、ＥＧＲバルブが均質燃焼時の要求
開度へと制御され、ＥＧＲ量が成層リーン燃焼時に要求
される値に対して不足する。このように成層リーン燃焼
時にＥＧＲ量が不足するとＮＯx エミッションが悪化す
るため、上記のような所定遅延時間については可能な限
り短い時間に設定することが好ましい。

【０００７】しかし、この所定遅延時間を短くし過ぎる
と、同所定時間経過後に燃焼形態が均質燃焼に切り換え
られたとき、ＥＧＲ量が均質燃焼時に要求される値まで
少なくなっておらず、ＥＧＲ量の過多により失火が生じ
てドライバビリティが悪化するおそれがある。

【０００８】このように、ドライバビリティやＮＯx エ
ミッションがそれぞれ最適な状態となるよう上記所定遅
延時間を設定しようとしても、この所定遅延時間を短く
するとドライバビリティに関して不利になり、同所定遅
延時間を長くするとＮＯx エミッションに関して不利に
なるため、ドライバビリティの悪化抑制とＮＯx エミッ
ションの悪化抑制との両立は困難なものとなっていた。

【０００９】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、成層リーン燃焼から均質燃
焼に切り換える際に、再循環排気量（ＥＧＲ量）の過多
に起因するドライバビリティ悪化の抑制と、ＥＧＲ量の
不足に起因するＮＯx エミッションの悪化抑制との両立
を図ることのできる内燃機関の制御装置を提供すること
にある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】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、排気系
から吸気系に再循環する排気の量をＥＧＲバルブの開度
制御によって調節するとともに、圧縮行程での燃料噴射
による成層リーン燃焼と吸気行程での燃料噴射による均
質燃焼との間で燃焼形態が切り換えられる筒内噴射火花
点火式内燃機関に適用され、成層リーン燃焼から均質燃
焼への切換要求に基づき、燃料噴射形態を圧縮行程噴射
から吸気行程噴射に切り換えて均質燃焼を実行する内燃
機関の制御装置において、成層リーン燃焼から均質燃焼
への切換要求がなされたとき、前記ＥＧＲバルブの開度
を成層リーン燃焼時の要求開度から均質燃焼時の要求開
度へと切り換えるバルブ制御手段と、前記切換要求に基
づく圧縮行程噴射から吸気行程噴射への切り換えに先立
ち、吸気行程噴射と圧縮行程噴射との両方による成層ス
トイキ燃焼を所定時間実行する燃焼制御手段とを備え
た。

【００１１】成層ストイキ燃焼では、圧縮行程噴射によ
って点火プラグ周りに燃料が集められるため、排気が点
火プラグ周りに過度に多く存在して失火が生じることは
抑制され、この失火によってドライバビリティが悪化す
ることも抑制される。また、成層ストイキ燃焼では、成
層リーン燃焼時ほどＮＯx 排出量が多くならないため、
排気再循環量の不足によるＮＯx エミッションの悪化が
生じにくくなる。上記の構成によれば、こうした成層ス
トイキ燃焼が成層リーン燃焼から均質燃焼への切換過程
で実行されるため、この切換過程においてドライバビリ
ティの悪化抑制とＮＯx エミッションの悪化抑制との両
立を図ることができる。

【００１２】請求項２記載の発明では、請求項１記載の
発明において、前記燃焼制御手段は、前記バルブ制御手
段によって前記ＥＧＲバルブの開度が成層リーン燃焼時
の要求開度から均質燃焼時の要求開度へと切り換えられ
てから所定時間経過後に前記成層ストイキ燃焼を実行す
るものとした。

【００１３】上記の構成によれば、ＥＧＲバルブの開度
が成層リーン燃焼時の要求開度から均質燃焼時の要求開
度に切り換えられ、排気再循環量が均質燃焼に適した量
へと変化する過程において成層ストイキ燃焼が実行され
る。このように成層ストイキ燃焼が行われるため、排気
再循環量が上記のように変化する過程において、点火プ
ラグ周りでの排気過多による失火を確実に抑制すること
ができる。

【００１４】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、前記成層ストイキ燃焼を実行した
ときにノッキングの生じる可能性が有るか否かを判断す
る判断手段と、前記判断手段によってノッキングの生じ
る可能性が有る旨判断されたときには、ノッキングの生
じる可能性が無い旨判断されたときに比べ、前記成層ス
トイキ燃焼時の点火時期を遅角側に設定する点火時期設
定手段とを更に備えた。

【００１５】成層ストイキ燃焼時には、点火プラグから
離れた部分にも燃料濃度の比較的高い混合気が存在する
ため、その部分で異常燃焼が生じ易くなり、ノッキング
耐性が劣るようになる。しかし、上記の構成によれば、
成層ストイキ燃焼の実行時にノッキングが生じる可能性
があるときには、成層ストイキ燃焼時の点火時期が遅角
側に設定されることにより燃焼室内での温度上昇が抑制
され、点火プラグから離れた部分での異常燃焼、及びそ
れに伴うノッキングの発生が抑制されるようになる。

【００１６】なお、成層ストイキ燃焼の実行時にノッキ
ングの生じる可能性のある状況としては、例えば内燃機
関の燃料としてオクタン価の低い燃料が用いられている
場合があげられる。このような状況のとき、点火時期設
定手段により設定される成層ストイキ燃焼時の点火時期
は、内燃機関の燃料としてオクタン価の高い燃料が用い
られている場合に比べて遅角側に設定される。

【００１７】請求項４記載の発明では、請求項３記載の
発明において、前記点火時期設定手段は、前記成層スト
イキ燃焼の実行時にノッキングの生じる可能性が有ると
き、前記成層ストイキ燃焼時の点火時期を機関運転状態
に基づき算出される点火時期遅角量の分だけ遅角側に設
定するものとした。

【００１８】上記の構成によれば、成層ストイキ燃焼時
における点火時期の遅角量を機関運転状態に応じて最適
に設定することができ、点火時期を過度に遅角側に設定
するのを抑制することができる。

【００１９】請求項５記載の発明では、請求項３又は４
記載の発明において、内燃機関の点火時期は、成層リー
ン燃焼時若しくは均質燃焼時にノッキング発生の有無に
応じて増減する補正値によってノッキングが抑制される
よう進角側若しくは遅角側に補正されるものであって、
前記判断手段は、前記補正値を記憶した値である点火時
期学習値の大きさに応じて、前記成層ストイキ燃焼の実
行時にノッキングの生じる可能性が有るか否かを判断す
るものとした。

【００２０】点火時期学習値の大きさは成層リーン燃焼
時若しくは均質燃焼時にノッキング発生の有無に応じて
変化することから、点火時期学習値はノッキングが発生
する可能性の大きさに対応したパラメータとなる。上記
の構成によれば、この点火時期学習値の大きさに応じて
成層ストイキ燃焼の実行時にノッキングの生じる可能性
があるか否かが判断されるため、当該判断を的確なもの
とすることができる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明を自動車に搭載され
る筒内噴射火花点火式エンジンに適用した一実施形態を
図１〜図５に従って説明する。

【００２２】図１に示されるエンジン１１は、吸気通路
３２及び排気通路３３が接続された燃焼室１６内に直接
燃料を噴射供給する燃料噴射弁４０と、燃焼室１６内の
混合気に対し点火を行って混合気を燃焼させる点火プラ
グ４１とを備えている。そして、燃焼室１６内での混合
気の燃焼に基づきエンジン１１のピストン１２が往復移
動し、こ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。また、
燃焼室１６内で燃焼した後の混合気は、排気として排気
通路３３に送り出される。

【００２３】エンジン１１の吸気通路３２及び排気通路
３３には、排気通路３３内の排気の一部を吸気通路３２
に流すＥＧＲ通路４２が接続されている。ＥＧＲ通路４
２を通じて排気通路３３から吸気通路３２に再循環され
る排気の量（ＥＧＲ量）は、ＥＧＲ通路４２に設けられ
たＥＧＲバルブ４３の開度を制御することによって調節
される。そして、上記のような排気の再循環を行うこと
により、燃焼温度が下がって窒素酸化物（ＮＯx ）の生
成が抑制され、エンジン１１のＮＯx エミッションが低
減される。

【００２４】また、エンジン１１の吸気通路３２におい
て、その下流端に近い部分は二つに分岐した状態で燃焼
室１６に接続され、分岐した一方の吸気通路３２には燃
焼室１６内におけるガスの流動状態を変更するための気
流制御弁４８が設けられている。そして、気流制御弁４
８が開かれると吸気通路３２の空気流通面積が大きくな
ってエンジン１１の吸気抵抗が低減され、気流制御弁４
８が閉じられると吸気通路３２の空気流通面積が小さく
なって燃焼室１６に吸入される空気の流速が早くなる。

【００２５】このように構成されたエンジン１１の各種
運転制御、即ち燃料噴射制御、点火時期制御、ＥＧＲ制
御、気流制御弁の開閉制御といった制御は、電子制御装
置（以下、ＥＣＵ９２という）９２によって行われる。
ＥＣＵ９２には、上記燃料噴射弁４０及びＥＧＲバルブ
４３が接続されるとともに、エンジン１１でのノッキン
グ発生の有無を検出するノックセンサ１１ｃ、クランク
シャフト１４の回転に対応した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、自動車のアクセル
ペダル２５の踏込量（アクセル踏込量ＡＣＣＰ）を検出
するためのアクセルポジションセンサ２６、吸気通路３
２においてスロットルバルブ（図示せず）よりも下流側
の圧力（吸気圧ＰＭ）を検出するためのバキュームセン
サ３６、点火プラグ４１の点火時期を制御するイグナイ
タ４１ａ、及び気流制御弁４８を開閉するアクチュエー
タ４９等が接続されている。

【００２６】ＥＣＵ９２は、混合気の燃焼形態をエンジ
ン運転状態に応じて成層リーン燃焼と均質燃焼との間で
切り換える。成層リーン燃焼運転では、圧縮行程での燃
料噴射により点火プラグ４１周りのみに可燃混合気が存
在した状態で混合気の燃焼が行われるため、混合気の空
燃比を理論空燃比よりもリーンとして燃費を改善するこ
とが可能になる。また、均質燃焼運転では、吸気行程で
の燃料噴射により燃料が空気に対して均等に混合された
状態で混合気の燃焼が行われるため、混合気全体の燃料
濃度を高めて高出力を得ることが可能になる。

【００２７】こうした成層リーン燃焼と均質燃焼とでは
燃焼室１６内での混合気の形態が互いに異なるため、エ
ンジン運転状態が同一である条件のもとでも、それぞれ
の燃焼形態に適した燃料噴射量、燃料噴射時期、点火時
期、及びＥＧＲバルブ４３の開度等は互いに異なるもの
となる。従って、ＥＣＵ９２は、実行される燃焼形態に
適した燃料噴射量、燃料噴射時期、点火時期、及びＥＧ
Ｒバルブ４３の開度等が得られるよう、燃料噴射弁４
０、イグナイタ４１ａ、及びＥＧＲバルブ４３等を制御
する。

【００２８】そして、燃焼形態の切り換えに対応したＥ
ＧＲバルブ４３の開度の切り換えは、ＥＣＵ９２を通じ
て設定されるＥＧＲ用モードＭＯＤＥ１の値、例えば
「０（成層リーン燃焼）」、「１（均質燃焼）」のよう
に設定される値に応じて行われる。また、燃焼形態の切
り換えに対応した燃料噴射量、燃料噴射時期、及び点火
時期の切り換えは、ＥＣＵ９２を通じて設定される噴射
・点火用モードＭＯＤＥ２の値、例えば上記と同じく
「０（成層リーン燃焼）」、「１（均質燃焼）」のよう
に設定される値に応じて行われる。

【００２９】ここで、燃焼形態を成層リーン燃焼から均
質燃焼に切り換える手順の概要について図２（ａ）〜
（ｃ）のタイムチャートを参照して説明する。なお、図
２において、（ａ）及び（ｂ）はＥＧＲ用モードＭＯＤ
Ｅ１及び噴射・点火用モードＭＯＤＥ２の切換態様を示
すものであり、（ｃ）はＥＧＲバルブ４３の開度の切換
態様を示すものである。

【００３０】成層リーン燃焼から均質燃焼への切換要求
が有ると、ＥＣＵ９２は、ＥＧＲ用モードＭＯＤＥ１を
図２（ａ）に示すように「０」から「１」へと切り換
え、その後に所定の時間ｔ１が経過した時点で噴射・点
火用モードＭＯＤＥ２を図２（ｂ）に示すように「０」
から「１」に切り換える。

【００３１】ＥＧＲ用モードＭＯＤＥ１が「０」から
「１」へと切り換えられると、ＥＣＵ９２は、図２
（ｃ）に示されるようにＥＧＲバルブ４３の開度を成層
リーン燃焼時の要求開度から均質燃焼時の要求開度に制
御する。ＥＧＲバルブ４３の要求開度は均質燃焼時に比
べて成層リーン燃焼時に大となるが、これは均質燃焼時
よりも成層リーン燃焼時にＮＯx 排出量が多くなる傾向
があり、こうした傾向をとるＮＯx 排出量を的確に低減
するためである。従って、成層リーン燃焼から均質燃焼
に切り換えられる際には、ＥＧＲバルブ４３の開度が閉
じ側に変化してＥＧＲ量が徐々に少なくなる。

【００３２】一方、噴射・点火用モードＭＯＤＥ２が
「１」であるときには、燃料噴射量、燃料噴射時期、及
び点火時期が均質燃焼時に適した状態とされる。これに
より、吸気行程で所定量の燃料噴射が行われるととも
に、燃料が空気に均等に混合した状態の混合気に対し点
火が行われ、同混合気が燃焼するようになる。こうした
均質燃焼をＥＧＲバルブ４３の開度が均質燃焼時の要求
開度に切り換えた直後に実行した場合、ＥＧＲバルブ４
３の開度の切り換えに対しＥＧＲ量が減少するのに応答
遅れがあることから、切換直後の均質燃焼時にはＥＧＲ
が過多になって失火が生じるおそれがある。

【００３３】そのため、このような失火を抑制する手法
として、ＥＧＲバルブ４３の開度の切り換えに対し、燃
料噴射量、燃料噴射時期、及び点火時期の切り換えを所
定時間だけ遅らせることが考えられる。ただし、この場
合、上記所定時間が経過するまでの間は成層リーン燃焼
が続いているにも係わらず、ＥＧＲ量が均質燃焼時に適
した値に向けて徐々に減少するため、ＥＧＲ量の不足に
よるＮＯx エミッションの悪化は避けられない。

【００３４】ＮＯx エミッションの観点からすれば、上
記所定時間を可能な限り短く設定することが好ましい
が、この所定時間を短くし過ぎると上記のような失火が
生じてドライバビリティが悪化してしまう。従って、ド
ライバビリティやＮＯx エミッションをそれぞれ最適な
状態となるよう上記所定時間を設定しようとしても、同
所定時間の長短に伴いドライバビリティとＮＯx エミッ
ションとのいずれが不利になるため、ドライバビリティ
の悪化抑制とＮＯx エミッションの悪化抑制との両立を
図ることは困難であった。

【００３５】こうした実情を鑑み、本実施形態では、噴
射・点火用モードＭＯＤＥ２が「０」から「１」に切り
換えられたとき、吸気行程噴射と圧縮行程噴射との両方
による成層ストイキ燃焼を実行し、それを所定時間続け
た後に吸気行程噴射による均質燃焼を実行する。

【００３６】上記のような成層ストイキ燃焼では、圧縮
行程噴射により点火プラグ４１周りに燃料が集められる
ため、ＥＧＲ量が過多であっても排気が点火プラグ４１
周りに過度に多く存在して失火に繋がることは抑制され
る。また、成層ストイキ燃焼では、成層リーン燃焼時ほ
どＮＯx 排出量が多くならないため、ＥＧＲ量の不足に
伴うＮＯx エミッションの悪化が生じにくくなる。こう
した成層ストイキ燃焼が成層リーン燃焼から均質燃焼へ
の切換過程で実行されるため、この切換過程においてド
ライバビリティの悪化抑制とＮＯx エミッションの悪化
抑制との両立を図ることができるようになる。

【００３７】次に、燃焼形態を成層リーン燃焼から均質
燃焼へと切り換える手順の詳細について、燃焼形態切換
ルーチンを示す図３及び図４のフローチャートを参照し
て説明する。この燃焼形態切換ルーチンは、ＥＣＵ９２
を通じて例えば所定時間毎の時間割り込みにて実行され
る。

【００３８】燃焼形態切換ルーチンの処理として、まず
成層リーン燃焼から均質燃焼への切換要求が有った直後
が否かが判断される（Ｓ１０１）。そして、当該切換要
求が有った直後であれば、ＥＧＲ用モードＭＯＤＥ１が
「０（成層リーン燃焼）」から「１（均質燃焼）」に切
り換えられるとともに、気流制御弁４８を開弁状態に固
定すべくアクチュエータ４９が制御される（Ｓ１０２，
Ｓ１０３）。なお、ここで気流制御弁４８を開弁状態に
固定するのは、成層リーン燃焼は気流制御弁４８の閉弁
による燃焼室１６内のガス流の助けをかりることなく実
行されるものであり、燃焼形態を切り換える際にはトル
クショック抑制の観点から燃焼室１６内でのガスの流動
状態を変更しない方が好ましいためである。

【００３９】ＥＧＲ用モードＭＯＤＥ１が「１」に切り
換えられると、ＥＧＲバルブ４３の開度が成層リーン燃
焼時の要求開度から均質燃焼時の要求開度へと閉じ側に
制御される（Ｓ１０４，Ｓ１０５）。そして、ＥＧＲ用
モードＭＯＤＥ１が「１」になってから時間ｔ１が経過
した時点であるか否かが判断され（Ｓ１０６）、肯定判
定であれば噴射・点火用モードＭＯＤＥ２が「０（成層
リーン燃焼）」から「１（均質燃焼）」に切り換えられ
る（Ｓ１０７）。この噴射・点火用モードＭＯＤＥ２が
「０」である間は、圧縮行程噴射による成層リーン燃焼
が実行された状態となっている。更に、ステップＳ１０
７の処理が実行された後、成層ストイキ燃焼を実行する
か否かの判断に用いられる成層ストイキフラグＦが「１
（実行）」に設定される（Ｓ１０８）。

【００４０】成層ストイキ燃焼は、後述する成層ストイ
キ燃焼実行ルーチン（図５）に基づき、成層ストイキフ
ラグＦに応じて実行又は停止される。即ち、噴射・点火
用モードＭＯＤＥ２が「０」から「１」に切り換えられ
ることに基づき、成層ストイキフラグＦが図２（ｄ）に
示されるように「１（実行）」に設定されると、圧縮行
程噴射と吸気行程噴射との両方による成層ストイキ燃焼
が開始される。従って、成層ストイキ燃焼は、成層リー
ン燃焼から均質燃焼への切換要求に基づき、ＥＧＲバル
ブ４３の開度が均質燃焼時の要求開度に切り換えられて
から時間ｔ１が経過した後に実行されるようになる。

【００４１】噴射・点火用モードＭＯＤＥ２が「１」に
切り換えられると、噴射・点火用モードＭＯＤＥ２が
「１」になってから所定の時間ｔ２が経過した時点であ
るか否かが判断され（Ｓ１０９，Ｓ１１０）、肯定判定
であれば気流制御弁４８の開弁状態での固定が解除され
る（Ｓ１１１）。こうした気流制御弁４８の固定解除が
行われたとき、エンジン運転状態が気流制御弁４８を閉
弁することが好ましい運転領域にあれば、ＥＣＵ９２を
通じたアクチュエータ４９の駆動制御によって気流制御
弁４８が図２（ｅ）に示されるように閉弁される。

【００４２】更に、噴射・点火用モードＭＯＤＥ２が
「１」であるときには、噴射・点火用モードＭＯＤＥ２
が「１」になってから所定の時間ｔ３（ｔ３＞ｔ２）が
経過したか否かが判断される（Ｓ１１２）。そして、こ
の時間ｔ３が経過した旨判断されると、成層ストイキフ
ラグＦが「０（停止）」に設定される（Ｓ１１３）。こ
うして成層ストイキフラグＦが図２（ｄ）に示されるよ
うに「１」から「０」に切り換えられると、後述する成
層ストイキ燃焼実行ルーチン（図５）に基づき成層スト
イキ燃焼が停止される。なお、上記時間ｔ３は、上記時
間ｔ２が経過した時点で気流制御弁４８の開閉状態が変
化した場合に、それ伴う燃焼室１６内でのガス流動状態
の変動が収束するのに必要な時間以上に設定される。

【００４３】このように成層ストイキ燃焼が停止される
と、噴射・点火用モードＭＯＤＥ２が「１（均質燃
焼）」であることに基づき吸気行程噴射による均質燃焼
が開始される。従って、成層ストイキ燃焼は、燃料噴射
形態が成層リーン燃焼を行うための圧縮行程噴射から均
質燃焼を行うための吸気行程噴射への切り換えに先立っ
て実行されることとなる。

【００４４】次に、成層ストイキ燃焼を実行する手順に
ついて、成層ストイキ燃焼実行ルーチンを示す図５のフ
ローチャートを参照して説明する。この成層ストイキ燃
焼実行ルーチンは、ＥＣＵ９２を通じて例えば所定時間
毎の時間割り込みにて実行される。

【００４５】成層ストイキ燃焼実行ルーチンの処理とし
て、まず成層ストイキフラグＦが「１（実行）」である
か否かが判断される（Ｓ２０１）。そして、肯定判定で
あれば成層ストイキ燃焼を行うためのステップＳ２０２
以降の処理が実行され、否定判定であれば一連の処理が
一旦終了される。従って、成層ストイキ燃焼は、成層ス
トイキフラグＦが「１」であるときに実行され、同フラ
グＦが「０」であるときに停止されるようになる。

【００４６】成層ストイキフラグＦが「１」である旨判
断されると、吸気行程と圧縮行程との両方で燃料噴射が
行われる（Ｓ２０２）。この吸気行程噴射と圧縮行程噴
射とによる燃料噴射噴射量は、それらの合計が例えば混
合気の空燃比を理論空燃比とする値になるよう調整され
る。また、圧縮行程噴射の燃料噴射時期は例えば実験に
よって予め定められる所定の時期とされ、吸気行程噴射
の燃料噴射時期は例えば均質燃焼時の吸気行程噴射と同
じ時期にされる。その後、成層ストイキ燃焼時の点火時
期を制御するためのステップＳ２０３以降の処理が実行
される。

【００４７】成層ストイキ燃焼時における点火時期の制
御には、エンジン運転状態に応じてマップから算出され
る点火時期指令値ＳＡｔが用いられる。この点火時期指
令値ＳＡｔは、クランクポジションセンサ１４ｃの検出
信号から求められるエンジン回転数ＮＥと、最大機関負
荷に対する現在の負荷割合を示す値である負荷率ＫＬと
に基づきマップを参照して算出される。こうしたマップ
としては、気流制御弁４８の開弁時に対応したものと閉
弁時に対応したものとの二種類が用意され、例えば均質
燃焼時に気流制御弁４８の開閉状態に対応した均質燃焼
用の点火時期指令値を算出するための二種類のマップが
そのまま用いられる。

【００４８】従って、成層ストイキ燃焼時には、均質燃
焼時に用いられる二種類のマップのうちから気流制御弁
４８の開閉状態に対応したマップが選択され、このマッ
プを参照してエンジン回転数ＮＥ及び負荷率ＫＬに応じ
た成層ストイキ燃焼時の点火時期指令値ＳＡｔが設定さ
れる（Ｓ２０３）。なお、負荷率ＫＬは、バキュームセ
ンサ３６の検出信号から求められる吸気圧ＰＭやアクセ
ルポジションセンサ２６の検出信号から求められるアク
セル踏込量ＡＣＣＰなど、エンジン１１の吸入空気量に
対応するパラメータと、エンジン回転数ＮＥとに基づき
算出される。

【００４９】ところで、成層ストイキ燃焼時には、燃焼
室１６内の点火プラグ４１から離れた位置に吸気行程噴
射による燃料が分布して比較的燃料濃度の高い混合気が
存在することから、その位置で異常燃焼が発生し易くな
り、ノッキング耐性が劣るようになる。従って、エンジ
ン１１の燃料としてオクタン価の低いものを使用してい
るときなどには、オクタン価の高い燃料を使用している
ときに比べてノッキングが生じ易くなる。

【００５０】ステップＳ２０４〜Ｓ２０６の処理では、
使用燃料がオクタン価の低いものか否かなど、成層スト
イキ燃焼時にノッキングが生じる可能性が有るか否かを
判断し、その可能性があれば点火時期指令値ＳＡｔを遅
角側の値に再設定してノッキング発生を抑制する。成層
ストイキ燃焼時におけるノッキング発生の可能性の有無
は、成層リーン燃焼若しくは均質燃焼時にノッキング発
生を抑制すべく増減する点火時期の補正量Ｈを記憶した
値である学習値ＲＴＤを用いて判断される。

【００５１】ここで、成層リーン燃焼時及び均質燃焼時
でのノッキング抑制のための点火時期制御について説明
する。成層リーン燃焼時及び均質燃焼時には、エンジン
運転状態に応じて算出される点火時期指令値に基づき点
火時期が制御されるが、これら点火時期指令値はノッキ
ング発生の有無に応じて増減する補正量Ｈによって補正
される。そして、ノッキング発生が有る場合には補正量
Ｈが大きくされて点火時期指令値が遅角側に補正され、
ノッキング発生が無い場合には補正量Ｈが小さくされて
点火時期指令値が進角側に補正される。このようにノッ
キング発生に伴い点火時期を遅角側に補正することで、
燃焼室１６内の温度上昇が抑制されて異常燃焼によるノ
ッキングの発生が抑制される。

【００５２】上記のように成層リーン燃焼時に増減する
補正量Ｈ、及び均質燃焼時に増減する補正量Ｈのそれぞ
れは、所定条件のもとで学習値ＲＴＤとしてＥＣＵ９２
の記憶部に記憶される。これら学習値ＲＴＤは成層リー
ン燃焼時若しくは均質燃焼時にノッキングが多発するほ
ど大きい値になるため、これらの学習値ＲＴＤが大きい
ほど成層ストイキ燃焼の実行時にノッキングが発生する
可能性は高くなる。従って、学習値ＲＴＤの大きさに基
づき、成層ストイキ燃焼の実行時にノッキングの発生す
る可能性が有るか否かを判断することができる。

【００５３】そして、成層ストイキ燃焼を実行するとき
には、ノッキングの発生する可能性があるか否かを、上
記学習値ＲＴＤが所定値ａ以上か否かに基づき判断する
（Ｓ２０４）。この学習値ＲＴＤが所定値ａ以上であっ
て成層ストイキ燃焼時にノッキングの発生する可能性が
有る旨判断されると、負荷率ＫＬ及びエンジン回転数Ｎ
Ｅに基づき点火時期遅角量Ｒが算出され（Ｓ２０５）、
ステップＳ２０３の処理で設定された点火時期指令値Ｓ
Ａｔが点火時期遅角量Ｒの分だけ遅角側に再設定される
（Ｓ２０６）。一方、学習値ＲＴＤが所定値ａ未満であ
って成層ストイキ燃焼時にノッキングの発生する可能性
は無い旨判断された場合には、上記のような点火時期指
令値ＳＡｔの再設定が行われることはない。

【００５４】成層ストイキ燃焼時においては、こうして
設定された点火時期指令値ＳＡｔに基づきイグナイタ４
１ａを駆動するこことで点火時期が制御される（Ｓ２０
７）。成層ストイキ燃焼時の点火時期は、図２（ｆ）に
示されるように気流制御弁４８の開閉状態に応じて変化
するとともに、ノッキングの発生する可能性がある場合
（二点鎖線）には、ノッキングの発生する可能性の無い
場合（実線）に比べて遅角側に設定される。そして、こ
のような点火時期の遅角量（図中の二点鎖線と実線との
幅）は、負荷率ＫＬとエンジン回転数ＮＥとに応じて最
適となるようにされる。

【００５５】以上詳述した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）成層リーン燃焼から均質燃焼への切換要求に基づ
き、燃料噴射形態が成層リーン燃焼のための圧縮行程噴
射から均質燃焼のための吸気行程噴射に切り換えられる
のに先立ち、吸気行程噴射と圧縮行程噴射との両方によ
る成層ストイキ燃焼が所定時間（時間ｔ３の間）実行さ
れる。成層ストイキ燃焼時には、圧縮行程噴射により点
火プラグ４１周りに燃料が集められることからＥＧＲ量
の過多に伴う失火が抑制されるとともに、成層リーン燃
焼時ほどＮＯx 排出量が多くならないためにＥＧＲ量の
不足に伴うＮＯx エミッション悪化や燃焼音増大が起こ
りにくくなる。こうした成層ストイキ燃焼が成層リーン
燃焼から均質燃焼への切換過程で実行されるため、この
切換過程においてドライバビリティ悪化の抑制と、ＥＧ
Ｒの不足に伴うＮＯx エミッション悪化や燃焼音増大の
抑制とを両立することができる。

【００５６】（２）また、成層ストイキ燃焼は、成層リ
ーン燃焼から均質燃焼への切換要求があってから所定時
間（時間ｔ１）経過後に実行される。そのため、ＥＧＲ
バルブ４３の開度が成層リーン燃焼時の要求開度から均
質燃焼時の要求開度へと閉じ側に切り換えられ、ＥＧＲ
量が均質燃焼時に適した値へと減少する過程で成層スト
イキ燃焼が実行される。このように成層ストイキ燃焼が
実行されるため、ＥＧＲ量が均質燃焼時に適した値へと
減少する過程において、点火プラグ４１周りでの排気過
多による失火を確実に抑制することができる。

【００５７】（３）成層ストイキ燃焼時には、吸気行程
噴射により燃焼室１６内の点火プラグ４１から離れた部
分にも比較的燃料濃度の高い混合気が存在するため、そ
の部分で異常燃焼が生じ易くなり、ノッキング耐性が劣
るようになる。しかし、成層ストイキ燃焼を実行すると
き、ノッキングの発生する可能性が有る場合には、この
可能性が無い場合に比べて点火時期が遅角側に設定さ
れ、燃焼室１６内の温度上昇の抑制が図られる。そのた
め、例えばエンジン１１の燃料としてオクタン価の低い
ものを使用しているときなど、ノッキングの発生し易い
状況で成層ストイキ燃焼を実行する場合でも、点火プラ
グ４１から離れた部分での異常燃焼、及びそれに伴うノ
ッキングの発生を的確に抑制することができる。

【００５８】（４）上記のような成層ストイキ燃焼時で
の点火時期の遅角量は、負荷率ＫＬ及びエンジン回転数
ＮＥといったエンジン運転状態に応じて設定される。そ
のため、上記遅角量をエンジン運転状態に応じて最適に
設定することができ、成層ストイキ燃焼時の点火時期を
過度に遅角側に設定してまうのを抑制することができ
る。

【００５９】（５）成層ストイキ燃焼が実行されるとき
にノッキングの発生する可能性が有るか否かは、成層リ
ーン燃焼時若しくは均質燃焼時でのノッキング発生の有
無に応じて増減する点火時期の補正量Ｈを記憶した値で
ある学習値ＲＴＤの大きさに基づき判断される。この学
習値ＲＴＤは、成層リーン燃焼時若しくは均質燃焼時で
のノッキング発生の有無に応じて変化することから、ノ
ッキングが発生する可能性の大きさに対応したパラメー
タとなる。従って、この学習値ＲＴＤの大きさに基づい
て成層ストイキ燃焼を実行するときにノッキングの発生
する可能性が有るか否かを判断することにより、当該判
断を的確なものとすることができる。

【００６０】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。 ・成層ストイキ燃焼時にノッキング抑制のために点火時
期を遅角側に設定する際の遅角量を、必ずしも負荷率Ｋ
Ｌ及びエンジン回転数ＮＥといったエンジン運転状態に
応じて設定する必要はない。例えば、的確にノッキング
発生を抑制可能な一定の遅角量によって、成層ストイキ
燃焼時の点火時期を遅角側に設定することも考えられ
る。

【００６１】・成層リーン燃焼から均質燃焼への切換要
求があってから所定時間（時間ｔ１）が経過した後に成
層ストイキ燃焼を開始するのではなく、例えば上記切換
要求があったときに成層ストイキ燃焼を開始してもよ
い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施形態のエンジン制御装置が適用されるエ
ンジン全体を示す略図。

【図２】成層リーン燃焼から均質燃焼への切り換えに伴
う、ＥＧＲ用モード、噴射・点火用モード、ＥＧＲバル
ブの開度、成層ストイキフラグ、気流制御弁、及び点火
時期の切換態様を示すタイムチャート。

【図３】成層リーン燃焼から均質燃焼に燃焼形態を切り
換える手順を示すフローチャート。

【図４】成層リーン燃焼から均質燃焼に燃焼形態を切り
換える手順を示すフローチャート。

【図５】成層ストイキ燃焼を実行する手順を示すフロー
チャート。

【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、２５…アクセルペダル、２６…
アクセルポジションセンサ、３２…吸気通路、３３…排
気通路、３６…バキュームセンサ、４０…燃料噴射弁、
４１…点火プラグ、４１ａ…イグナイタ、４２…ＥＧＲ
通路、４３…ＥＧＲバルブ、９２…電子制御装置（ＥＣ
Ｕ）。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０２Ｄ 43/00 ３０１ Ｆ０２Ｄ 43/00 ３０１Ｈ ３０１Ｎ ３０１Ｂ Ｆ０２Ｍ 25/07 ５５０ Ｆ０２Ｍ 25/07 ５５０Ｒ ５７０ ５７０Ａ Ｆ０２Ｐ 5/152 Ｆ０２Ｐ 5/15 Ｄ 5/153 (72)発明者 福永 孝 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） 3G022 AA07 AA10 DA02 EA02 FA05 GA01 GA07 GA08 GA13 3G062 AA07 BA04 BA05 BA06 BA08 CA06 GA02 GA04 GA05 GA06 GA15 GA18 GA21 GA26 3G084 AA04 BA09 BA13 BA15 BA17 BA20 DA04 DA10 DA38 DA39 EB13 EB17 FA10 FA11 FA13 FA17 FA24 FA35 FA37 FA38 3G092 AA01 AA06 AA09 AA17 BA06 BA07 BA09 BB01 BB06 BB11 DC06 DC09 EA02 EA04 EA06 EA11 EA12 EA17 EC02 EC05 FA03 FA14 FA16 FA17 GA14 HA05Z HB01X HB02X HC05Z HC07X HC09X HE03Z HF08Z 3G301 HA13 HA16 JA03 JA22 JA23 JA25 JA37 KA11 LA05 LB04 MA01 MA11 MA13 MA18 NC02 ND03 ND21 NE12 NE14 NE21 NE23 PA07Z PB03Z PB05Z PC08Z PD15Z PE03Z PE09Z PF03Z

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】排気系から吸気系に再循環する排気の量を
   ＥＧＲバルブの開度制御によって調節するとともに、圧
   縮行程での燃料噴射による成層リーン燃焼と吸気行程で
   の燃料噴射による均質燃焼との間で燃焼形態が切り換え
   られる筒内噴射火花点火式内燃機関に適用され、成層リ
   ーン燃焼から均質燃焼への切換要求に基づき、燃料噴射
   形態を圧縮行程噴射から吸気行程噴射に切り換えて均質
   燃焼を実行する内燃機関の制御装置において、 成層リーン燃焼から均質燃焼への切換要求がなされたと
   き、前記ＥＧＲバルブの開度を成層リーン燃焼時の要求
   開度から均質燃焼時の要求開度へと切り換えるバルブ制
   御手段と、 前記切換要求に基づく圧縮行程噴射から吸気行程噴射へ
   の切り換えに先立ち、吸気行程噴射と圧縮行程噴射との
   両方による成層ストイキ燃焼を所定時間実行する燃焼制
   御手段と、 を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 【請求項２】前記燃焼制御手段は、前記バルブ制御手段
   によって前記ＥＧＲバルブの開度が成層リーン燃焼時の
   要求開度から均質燃焼時の要求開度へと切り換えられて
   から所定時間経過後に前記成層ストイキ燃焼を実行する
   請求項１記載の内燃機関の制御装置。
3. 【請求項３】請求項１又は２記載の内燃機関の制御装置
   において、 前記成層ストイキ燃焼を実行したときにノッキングの生
   じる可能性が有るか否かを判断する判断手段と、 前記判断手段によってノッキングの生じる可能性が有る
   旨判断されたときには、ノッキングの生じる可能性が無
   い旨判断されたときに比べ、前記成層ストイキ燃焼時の
   点火時期を遅角側に設定する点火時期設定手段と、 を更に備える内燃機関の制御装置。
4. 【請求項４】前記点火時期設定手段は、前記成層ストイ
   キ燃焼の実行時にノッキングの生じる可能性が有ると
   き、前記成層ストイキ燃焼時の点火時期を機関運転状態
   に基づき算出される点火時期遅角量の分だけ遅角側に設
   定する請求項３記載の内燃機関の制御装置。
5. 【請求項５】内燃機関の点火時期は、成層リーン燃焼時
   若しくは均質燃焼時にノッキング発生の有無に応じて増
   減する補正値によってノッキングが抑制されるよう進角
   側若しくは遅角側に補正されるものであって、 前記判断手段は、前記補正値を記憶した値である点火時
   期学習値の大きさに応じて、前記成層ストイキ燃焼の実
   行時にノッキングの生じる可能性が有るか否かを判断す
   る請求項３又は４記載の内燃機関の制御装置。