JP2002188550A

JP2002188550A - 直噴火花点火式エンジンの制御装置

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Publication number: JP2002188550A
Application number: JP2000387847A
Authority: JP
Inventors: Takao Yonetani; 孝雄米谷; Iwao Yoshida; 岩雄吉田
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2000-12-20
Filing date: 2000-12-20
Publication date: 2002-07-05
Anticipated expiration: 2020-12-20
Also published as: JP3724369B2

Abstract

(57)【要約】【課題】直噴火花点火式エンジンにおいて、成層ストイ
キ燃焼から加速によって均質燃焼に移行するときの応答
性を向上する。【解決手段】排気浄化触媒が活性化するまでの間、分割
した燃料噴射により成層ストイキ燃焼形態で燃焼させ、
この状態で加速されると、スロットル弁開度ＴＶＯと、
その変化速度ΔＴＶＯとがそれぞれ大きいほど、大きな
進角補正割合で進角補正を行って均質燃焼での目標点火
時期ＭＢＴに達したときに、吸気行程での１回噴射に切
り換え、かつ、スワールコントロールバルブを開いて均
質燃焼に切り換える。これにより、加速の程度に応じた
トルク上昇率と切り換え時間で均質燃焼に移行し、トル
ク段差を吸収しつつ良好なエンジンレスポンスが得られ
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、直噴火花点火式エ
ンジンの制御装置に関し、特に、運転状態に応じて燃焼
方式を切り換えるエンジンにおける燃焼方式切り換え時
の点火時期制御に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、燃費や排気浄化性能の向上を目的
として、エンジンの燃焼室内に直接燃料を噴射供給して
成層燃焼を行わせる直噴火花点火式エンジンが、採用さ
れてきている。同上の直噴火花点火式エンジンにおい
て、排気浄化触媒の昇温活性化促進のため、燃料を吸気
行程と圧縮行程とで分割して噴射することにより、点火
栓周りに空燃比がストイキよりリッチな空燃比の成層混
合気を形成し、その外側にストイキよりリーンな空燃比
の混合気を形成して、燃焼させるようにしたものがある
（特開平１０−２１２９８７号参照）。

【０００３】即ち、点火栓周りの比較的リッチな混合気
の初期燃焼で燃焼速度を早めつつ、リーン混合気による
主燃焼へ移行させることにより、点火時期のリタードを
可能とし、最後に点火栓付近で余剰燃料による後燃えを
発生させることなどによって、ＨＣ,ＮＯｘ等の排出を
抑制しつつ排気温度を上昇させて、排気浄化触媒の活性
化促進を図っている。なお、点火栓周りの混合気の空燃
比はストイキとする場合もあり、以下、このようにして
形成された混合気の燃焼を成層ストイキ燃焼と称して説
明する。

【０００４】ところで、例えば上記のように排気温度上
昇の要求から成層ストイキ燃焼を行っているときでも、
エンジンを加速操作したときは、出力確保のため燃焼室
全体に均質な混合気を形成して燃焼する均質燃焼に切り
換えられるが、加速操作によって燃焼の切り換え要求が
発生すると同時に燃焼を切り換えると、トルク段差を発
生する。

【０００５】このため、上記のような燃焼の切り換え時
に、トルク段差を抑制するための点火時期補正を行うよ
うにしたものが提案されている。具体的には、成層スト
イキ燃焼（均質燃焼）から均質燃焼（成層ストイキ燃
焼）への切り換え時に、該切り換え要求が発生してから
点火時期を、切り換え後の燃焼に適合した点火時期まで
補正してから燃焼を切り換えることにより、トルク段差
の発生を抑制している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、例え
ば、急加速時には上記の点火時期補正では、補正の完了
に時間が掛かりすぎて燃焼の切り換えが遅くなり、エン
ジンレスポンスが悪化し良好な運転性を確保できなくな
ることがあった。具体的には、成層ストイキ燃焼は、半
成層燃焼であり、吸気通路等に装着されたスワールコン
トロールバルブ（流動制御弁）等を閉じて、燃焼室内の
ガス流動を強め、点火栓周りに可燃混合気を形成し安定
した燃焼を確保している。

【０００７】一方、急加速要求時には、前記成層ストイ
キ燃焼のままでは、前記ガス流動強化用のスワールコン
トロールバルブ等が閉じているため、吸気が絞られてい
るので、急加速時要求の吸入空気量をまかないきれな
く、エンジンレスポンスの悪化ひいては運転性の悪化を
招くおそれがあった。本発明は、このような従来の課題
に着目してなされたもので、トルク段差の発生を抑制し
つつ良好な過渡運転性能が得られるようにした直噴火花
点火式エンジンの制御装置を提供することを目的とす
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】エンジン運転状態に応じ
て、燃焼室全体に均質な混合気を形成して燃焼させる均
質燃焼と、点火栓周りに空燃比がストイキもしくはスト
イキよりリッチな混合気を形成し、その外側にストイキ
よりリーンな混合気を形成して燃焼させる成層ストイキ
燃焼と、を切り換えるエンジンにおいて、前記燃焼切り
換え要求の発生後、点火時期を燃焼切り換えに見合った
目標点火時期まで補正してから燃焼切り換えを行い、か
つ、該点火時期の補正割合をアクセル開度に応じて可変
に制御することを特徴とする。

【０００９】請求項１に係る発明によると、燃焼切り換
え要求の発生時に、運転者の要求を表すアクセル開度に
応じて目標点火時期への補正割合が設定されるので、要
求された運転性を満たすように適度な時間で燃焼の切り
換えが実行され、トルク段差の吸収と過渡運転性とを両
立させることができる。

【００１０】また、請求項２に係る発明は、エンジン運
転状態に応じて、燃焼室全体に均質な混合気を形成して
燃焼させる均質燃焼と、点火栓周りに空燃比がストイキ
もしくはストイキよりリッチな混合気を形成し、その外
側にストイキよりリーンな混合気を形成して燃焼させる
成層ストイキ燃焼と、を切り換えるエンジンにおいて、
前記燃焼切り換え要求の発生後、点火時期を燃焼切り換
えに見合った目標点火時期まで補正してから燃焼切り換
えを行い、かつ、該点火時期の補正割合をアクセル開度
の変化速度に応じて可変に制御することを特徴とする。

【００１１】請求項２に係る発明によると、燃焼切り換
え要求の発生時に、運転者の要求を表すアクセル開度の
変化速度に応じて目標点火時期への補正割合が設定され
るので、要求された運転性を満たすように適度な時間で
燃焼の切り換えが実行され、トルク段差の吸収と過渡運
転性とを両立させることができる。

【００１２】また、請求項３に係る発明は、エンジン運
転状態に応じて、燃焼室全体に均質な混合気を形成して
燃焼させる均質燃焼と、点火栓周りに空燃比がストイキ
もしくはストイキよりリッチな混合気を形成し、その外
側にストイキよりリーンな混合気を形成して燃焼させる
成層ストイキ燃焼と、を切り換えるエンジンにおいて、
前記燃焼切り換え要求の発生後、点火時期を燃焼切り換
えに見合った目標点火時期まで補正してから燃焼切り換
えを行い、かつ、該点火時期の補正割合をアクセル開度
とアクセル開度の変化速度とに応じて可変に制御するこ
とを特徴とする。

【００１３】また、請求項３に係る発明は、燃焼切り換
え要求の発生時に、運転者の要求を表すアクセル開度
と、該アクセル開度の変化速度との両方に応じて目標点
火時期への補正割合が設定されるので、より的確に把握
された要求運転性を満たすように適度な時間で燃焼の切
り換えが実行され、トルク段差の吸収と過渡運転性とを
両立させることができる。

【００１４】また、請求項４に係る発明は、前記成層ス
トイキ燃焼から均質燃焼への切り換え時、点火時期を前
記目標点火時期に近づける進角方向の補正割合を、アク
セル開度が大きいときに大きくすることを特徴とする。
請求項４に係る発明によると、急加速時などアクセル開
度が大きくなると、均質燃焼に適合した目標点火時期
（ＭＢＴ）への進角方向の補正割合が大きい値に設定さ
れるので、点火時期が速やかに目標点火時期まで進角補
正されて、短時間で均質燃焼に切り換えられる。

【００１５】一方、アクセル開度が小さく留まる緩加速
時などは、進角方向の補正割合を比較的小さい値に設定
されるので、比較的緩やかにトルクを上昇させつつ均質
燃焼に切り換えられる。したがって、要求加速に応じた
トルク上昇速度と切り換え時間で均質燃焼へ移行し、ト
ルク段差を吸収しつつ加速応答性（エンジンレスポン
ス）を満たすことができる。

【００１６】また、請求項５に係る発明は、前記成層ス
トイキ燃焼から均質燃焼への切り換え時、アクセル開度
が所定開度以上で目標点火時期への切り換えが完了する
ように前記進角方向の補正割合を設定することを特徴と
する。請求項５に係る発明によると、アクセル開度が所
定開度以上になったときには、目標点火時期への切り換
えが完了して均質燃焼に切り換えられるので、燃焼の切
り換え遅れを確実に防止して急加速応答性を確保するこ
とができる。

【００１７】また、請求項６に係る発明は、前記成層ス
トイキ燃焼から均質燃焼への切り換え時、点火時期を前
記目標点火時期に近づける単位時間あたりの進角方向の
補正割合を、アクセル開度の増大速度が大きいときに大
きくすることを特徴とする。請求項６に係る発明による
と、アクセル開度の変化速度が大きい急加速時は、均質
燃焼に適合した目標点火時期（ＭＢＴ）への単位時間あ
たり進角補正割合すなわち進角補正速度が大きい値に設
定されるので、点火時期が短時間で目標点火時期まで進
角補正されて、短時間で均質燃焼に切り換えられる。

【００１８】一方、アクセル開度の変化速度が小さい緩
加速時は、進角補正速度が比較的小さい値に設定される
ので、比較的緩やかにトルクを上昇させつつ均質燃焼に
切り換えられる。したがって、要求加速に応じたトルク
上昇速度と切り換え時間で均質燃焼へ移行し、トルク段
差を吸収しつつ加速応答性（エンジンレスポンス）を満
たすことができる。

【００１９】また、請求項７に係る発明は、前記成層ス
トイキ燃焼用の混合気形成を促進する吸気流動制御弁を
備え、前記成層ストイキ燃焼から均質燃焼への切り換え
と同時に前記流動制御弁を閉から開に切り換えることを
特徴とする。請求項７に係る発明によると、既述のよう
に、吸気流動制御弁を備えることにより、燃焼室内に適
度な吸気流動を生じさせて成層ストイキ燃焼用の混合気
形成が促進され、安定した成層ストイキ燃焼を行わせる
ことができるが、該吸気流動制御弁を作動した成層スト
イキ燃焼のままでは急加速時要求の吸入空気量をまかな
いきれない。

【００２０】したがって、本発明を適用して、成層スト
イキ燃焼から速やかに均質燃焼への切り換えることによ
り、急加速時要求を満たせる効果が大きい。また、請求
項８に係る発明は、前記成層ストイキ燃焼時は、吸気行
程中の燃焼噴射により燃焼室全体にリーンな混合気を形
成し、圧縮行程中の燃料噴射により点火栓周りに空燃比
がストイキもしくはストイキよりリッチな混合気を形成
することを特徴とする。

【００２１】請求項８に係る発明によると、吸気行程と
圧縮行程とに分割して燃料噴射することで、成層ストイ
キ燃焼用の混合気を容易かつ良好な状態に形成すること
ができる。また、請求項９に係る発明は、前記アクセル
開度を、スロットル開度によって検出することを特徴と
する。

【００２２】請求項９に係る発明によると、アクセル開
度に応じたスロットル開度の検出値を用いても同様に機
能し、実際の吸気特性に見合った燃焼切り換え時の点火
時期制御を行える。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態を、
添付の図面に基づいて説明する。本発明の、実施形態の
システム構成を示す図１において、エンジン（内燃機
関）１の吸気通路２には吸入空気流量Ｑａを検出するエ
アフローメータ３及び吸入空気流量Ｑａを制御するスロ
ットル弁４が設けられると共に、各気筒の吸気ポートに
成層ストイキ燃焼用の吸気流動制御弁としてのスワール
コントロールバルブ２１が装着される。該スワールコン
トロールバルブ２１は、コントロールユニット５０によ
って制御されるアクチュエータ２２により成層ストイキ
燃焼時に絞り制御され、燃焼室内のガス流動を強めて成
層ストイキ燃焼に適した混合気が形成されるようにして
いる。

【００２４】また、各気筒の燃焼室に臨ませて、燃料噴
射弁５が設けられている。前記燃料噴射弁５は、前記コ
ントロールユニット５０において設定される駆動パルス
信号によって開弁駆動され、図示しない燃料ポンプから
圧送されてプレッシャレギュレータ（図示せず）により
所定圧力に制御された燃料を燃焼室内に直接噴射供給す
ることができるようになっている。

【００２５】なお、燃焼室に臨んで装着されて、コント
ロールユニット５０からの点火信号に基づいて吸入混合
気に対して点火を行う点火栓６が、各気筒に設けられて
いる。一方、排気通路７には、排気中の特定成分（例え
ば、酸素）濃度を検出することによって排気延いては吸
入混合気の空燃比を検出する空燃比センサ８（リッチ・
リーン出力する酸素センサであっても良いし、空燃比を
リニアに広域に亘って検出する広域空燃比センサであっ
てもよい）が設けられ、その下流側には、排気を浄化す
るための排気浄化触媒９が介装されている。なお、排気
浄化触媒９としては、ストイキつまり理論空燃比｛λ＝
１、Ａ／Ｆ（空気重量／燃料重量）・１４．７｝近傍に
おいて排気中のＣＯ，ＨＣの酸化とＮＯｘの還元を行
って排気を浄化することができる三元触媒、或いは排気
中のＣＯ，ＨＣの酸化を行う酸化触媒、或いは理論空燃
比近傍において三元機能は発揮し、リーン空燃比におい
て排気中のＮＯｘをトラップし、ストイキ乃至リッチ空
燃比になったときにトラップしたＮＯｘを還元放出する
ＮＯｘトラップ触媒等を用いることができる。

【００２６】更に、前記排気浄化触媒９の排気下流側に
は、排気中の特定成分（例えば、酸素）濃度を検出し、
リッチ・リーン出力する下流側酸素センサ１０が設けら
れるようになっている。ここでは、下流側酸素センサ１
０の検出値により、空燃比センサ８の検出値に基づく空
燃比フィードバック制御を補正することで、空燃比セン
サ８の劣化等に伴う制御誤差を抑制する等のために（所
謂ダブル空燃比センサシステム採用のために）、前記下
流側酸素センサ１０を設けて構成したが、空燃比センサ
８の検出値に基づく空燃比フィードバック制御を行わせ
るだけで良い場合には、かかる下流側酸素センサ１０は
省略することができるものである。また、空燃比フィー
ドバック制御を行わない場合には、空燃比センサ８と下
流側酸素センサ１０を共に省略することができるもので
ある。

【００２７】ところで、空燃比センサ８は、排気浄化触
媒９の排気上流側に設けられ、かつ熱容量も小さいの
で、排気浄化触媒９に比べれば、活性化速度は極めて速
い。また、空燃比センサ８を電熱ヒータ等により強制的
に昇温（活性化）させることもできるから、成層ストイ
キ燃焼中（排気浄化触媒９の暖機過程中）に、当該空燃
比センサ８の検出結果に基づく空燃比フィードバック制
御を行うことは可能である。

【００２８】そこで、本実施の形態では、始動後直ちに
空燃比センサ８を活性化させて、後述する成層ストイキ
燃焼時に、燃焼室全体の空燃比がストイキとなるよう
に、空燃比センサ８の検出値に基づいて、フィードバッ
ク制御する。また、クランク角センサ１１が備えられて
おり、コントロールユニット５０では、該クランク角セ
ンサ１１からエンジン回転と同期して出力されるクラン
ク単位角信号を一定時間カウントして、又は、クランク
基準角信号の周期を計測してエンジン回転速度Ｎｅを検
出できるようになっている。

【００２９】そして、エンジン１の冷却ジャケットに臨
んで設けられ、冷却ジャケット内の冷却水温度Ｔｗを検
出する水温センサ１２が設けられている。更に、前記ス
ロットル弁４の開度を検出するスロットルセンサ１３
（アイドルスイッチとしても機能させることができる）
が設けられている。ところで、本実施形態においては、
前記スロットル弁４の開度を、ＤＣモータ等のアクチュ
エータにより制御することができるスロットル弁制御装
置１４が備えられている。

【００３０】当該スロットル弁制御装置１４は、アクセ
ル開度等に基づき演算される要求トルクを達成できるよ
うに、コントロールユニット５０からの駆動信号に基づ
き、スロットル弁４の開度を電子制御するものとして構
成することができる。前記各種センサ類からの検出信号
は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ，Ａ／Ｄ変換器及び入出力
インタフェース等を含んで構成されるマイクロコンピュ
ータからなるコントロールユニット５０へ入力され、当
該コントロールユニット５０は、前記センサ類からの信
号に基づいて検出される運転状態に応じて、前記スロッ
トル弁制御装置１４を介してスロットル弁４の開度を制
御し、前記燃料噴射弁５を駆動して燃料噴射量 (燃料供
給量) を制御し、点火時期を設定して該点火時期で前記
点火栓６を点火させる制御を行う。

【００３１】なお、例えば、所定運転状態（低・中負荷
領域など）で燃焼室内に圧縮行程で燃料噴射して、燃焼
室内の点火栓６周辺に可燃混合気を層状に形成して成層
燃焼を行うことができる一方、他の運転状態（高負荷領
域など）では燃焼室内に吸気行程で燃料噴射して、シリ
ンダ全体に略均質な混合比の混合気を形成して均質燃焼
を行うことができるように、燃料噴射時期（噴射タイミ
ング）についても、運転状態などに応じて変更可能に構
成されている。

【００３２】また、コントロールユニット５０は、始動
開始から排気浄化触媒９が活性化するまでの間における
大気中へのＨＣの排出を抑制しながら、排気浄化触媒９
の早期活性化を図るようにするために、キースイッチ１
６など各種センサからの入力信号を受け、例えば、以下
のような制御を行うようになっている。具体的には、例
えば、図２に示すようなフローチャートを実行するよう
になっている。

【００３３】ステップ（図では、Ｓと記してある。以
下、同様）１では、従来同様の手法により、キースイッ
チ１６のイグニッション信号がＯＮとなったか（キー位
置がイグニションＯＮ位置とされたか）否かを判断す
る。ＹＥＳであればステップ２へ進み、ＮＯであれば本
フローを終了する。ステップ２では、従来同様の手法に
より、キースイッチ１６のスタート信号がＯＮとなった
か（キー位置がスタート位置とされたか）否かを判断す
る。即ち、スターターモータ（図示せず）によるクラン
キング要求があるか否かを判断する。

【００３４】ＹＥＳであれば、始動クランキング要求が
あるとしてステップ３へ進み、ＮＯであれば未だクラン
キング要求はないと判断して、ステップ１へリターンす
る。ステップ３では、従来同様に、スターターモータの
駆動を開始して、エンジン１をクランキングする。ステ
ップ４では、従来同様に、始動のための燃料噴射｛吸気
行程での直接燃料噴射、図３（Ｂ）参照｝を行わせて、
エンジン１の運転（直噴均質燃焼）を行わせる。

【００３５】次のステップ５では、排気浄化触媒９が活
性化していないか否かを判断する。当該判断は、該触媒
９の温度を、センサを設けて検出し、あるいは、エンジ
ンの運転履歴から該触媒９の温度を推定して、判断する
ことができる。触媒が活性化していなければ（ＹＥＳで
あれば）、ステップ６へ進む。一方、触媒が活性化して
いれば（ＮＯであれば）触媒活性化促進のための制御の
必要はないとしてステップ１３へ進み、点火時期切換制
御を行いつつ均質燃焼に切り換える。

【００３６】ステップ６では、前記成層ストイキ燃焼の
許可条件が成立しているか否かを判定する。具体的に
は、下記、の条件が共に成立しているとき、成層ス
トイキ燃焼が許可される。空燃比センサ８が活性化していること（完爆から所定
時間が経過していることで代替してもよい）。

【００３７】アイドルスイッチがＯＮであること。そ
して、前記成層ストイキ燃焼の許可条件が成立したと判
定された場合は、後述する触媒活性化促進等のための成
層ストイキ燃焼を行わせても良好な着火性・燃焼性延い
てはエンジン安定性（エンジン運転性）等が得られると
して、ステップ７へ進む。

【００３８】一方、ＮＯの場合には、後述する触媒活性
化促進のための成層ストイキ燃焼を行わせると、燃焼安
定性延いてはエンジン安定性（エンジン運転性）等が低
下するおそれがあるとして、成層ストイキ燃焼への移行
を禁止して、吸気行程での直接燃料噴射（直噴均質燃
焼）を継続すべく、ステップ４へリターンする。ステッ
プ７では、前記均質燃焼から成層ストイキ燃焼への切り
換えに応じた点火時期制御を行いつつ成層ストイキ燃焼
へ切り換える。

【００３９】前記点火時期制御の概要を説明すると、ま
ず、均質燃焼における点火時期［ＭＢＴ（最大トルク発
生点火時期）］を徐々に遅角して均質燃焼時の発生トル
クを徐々に低下させ、成層ストイキ燃焼に適合した目標
遅角点火時期まで遅角した後、成層ストイキ燃焼に切り
換えると同時に、点火時期を前記遅角補正分一気に進角
補正して燃焼切り換え時のトルク段差を解消する。その
後、前記目標遅角点火時期まで徐々に遅角する。

【００４０】そして、成層ストイキ燃焼への移行が終了
すると、ステップ８で、成層ストイキ燃焼が継続され
る。成層ストイキ燃焼は、具体的には、例えば、１燃焼
サイクル当たりの吸入空気量で略完全燃焼させることが
できるトータル燃料量｛略ストイキ（理論空燃比）を達
成するのに必要な燃料重量｝のうち、例えば略５０％乃
至略９０％の燃料重量を、吸気行程で燃焼室内に噴射供
給し、燃焼室内全体にストイキよりも比較的リーン（希
薄）な均質混合気を形成すると共に｛図３（Ｂ）に示す
燃料噴射により形成する｝、残りの略５０％乃至略１０
％の燃料重量を、圧縮行程で燃焼室内に噴射供給し、点
火栓６周りにストイキよりも比較的リッチな（燃料濃度
の高い）混合気を層状に形成して｛図３（Ａ）参照｝、
燃焼させる（図４参照）。ただし、点火栓６周りの混合
気はストイキとしてもよい。

【００４１】なお、当該成層ストイキ燃焼形態は、吸気
行程中に燃焼室内に（本実施形態では吸気行程噴射によ
り）形成されるストイキよりもリーンな混合気の空燃比
を１６〜２８とし、圧縮行程中の燃料噴射により点火栓
周りに形成されるストイキよりもリッチな混合気の空燃
比が９〜１３となるように、吸気行程中の燃料噴射量
と、圧縮行程中の燃料噴射量と、の分担率を設定するよ
うにしても良い。

【００４２】また、各混合気層の空燃比を上記のような
範囲としておけば、燃焼室内の平均空燃比を理論空燃比
から多少ずれた空燃比（例えば、１３．８〜１８の範
囲）に設定しても良い。上記のような成層ストイキ燃焼
によれば、従来の均質ストイキ燃焼と比較して排気温度
を上昇させることができるだけでなく、燃焼室から排気
通路に排出される未燃ＨＣ量を減少させることができ
る。

【００４３】即ち、成層ストイキ燃焼によれば、従来の
燃焼形態｛均質燃焼だけ、成層燃焼だけ、或いは、これ
らに対し更に追加燃料を燃焼後期以降（膨張行程以降や
排気行程中）に噴射する燃焼形態など｝で暖機を行わせ
る場合に比べて、始動開始から排気浄化触媒９が活性化
するまでの間における大気中へのＨＣの排出を抑制しな
がら、排気浄化触媒９の早期活性化を格段に促進できる
ことになる。

【００４４】図２に戻って、上記のようにして成層スト
イキ燃焼への切換後、ステップ９で加速されたか否かを
判定する。加速されたと判定された場合は、ステップ１
０へ進み点火時期切換制御を行った後、ステップ１１で
均質燃焼に切り換える。また、ステップ９で加速されて
いないと判定されたときは、ステップ１２で排気浄化触
媒９が活性したかを判定し、活性していない場合はステ
ップ８へ戻って成層ストイキ燃焼を継続するが、活性し
たと判定された場合はステップ１３へ進んで点火時期切
換制御を行いつつ均質燃焼に切り換える。

【００４５】前記ステップ９で加速されたと判定された
ときの、ステップ１０での均質燃焼への移行に際して行
う本発明に係る点火時期切換制御を図５に示したフロー
チャートに従って説明する。図５は、該点火時期切換制
御ルーチンのフローチャートである。ステップ２１で
は、均質(ストイキ)燃焼が許可されている（図２のステ
ップ９で加速と判定されて均質燃焼の切換要求が発生し
た）か否かを判定する。

【００４６】そして、均質燃焼が許可されているとき、
つまり、成層ストイキ燃焼から加速操作によって均質燃
焼への切換要求が発生しているときには、ステップ２２
へ進み、均質燃焼への切換に見合った点火時期の進角補
正制御を開始する。このとき、前記遅角割合の初期値は
100％に設定されている。即ち、成層ストイキ燃焼から
均質燃焼に切り換える場合は、成層ストイキ燃焼での点
火時期をエンジン安定限界内で最大限遅角させている。
該遅角された成層ストイキ燃焼での点火時期から、均質
燃焼に適合した点火時期であるＭＢＴ（最大トルク発生
点火時期）まで、進角補正して燃焼切り換えによるトル
ク段差の発生を抑制する。

【００４７】ステップ２３では、遅角量を算出する。す
なわち、最終的な燃焼切り換え時の目標点火時期である
ＭＢＴからの遅角量によって点火時期制御を制御するの
で、該遅角量を算出する。該遅角量の算出を、図６に示
したサブルーチンのフローチャートにしたがって説明す
る。

【００４８】ステップ３１では、スロットル弁開度ＴＶ
Ｏによる遅角補正率ｐを算出する。この遅角補正率ｐ
は、前記ＭＢＴに対する燃焼切り換え要求発生時の点火
時期の遅角量に乗じられる補正係数として設定され、ス
ロットル弁開度ＴＶＯの増大に応じてＭＢＴからの遅角
量を減少させ、つまり進角補正量を大きくさせてＭＢＴ
に近づけるように設定される。具体的には、図７に示す
ように、スロットル弁開度ＴＶＯが第１の所定開度Ａ以
下のときはｐ＝１で一定、第１の所定開度Ａより大きく
第２の所定開度Ｂ未満のときは、ＴＶＯの増大に応じて
ｐは１から０まで漸減して設定され、第２の所定開度Ｂ
以上でｐ＝０で一定となるように設定されている。

【００４９】ステップ３２では、スロットル弁開度ＴＶ
Ｏの変化速度ΔＴＶＯによる遅角割合のデクリメント量
ｑを算出する。該デクリメント量ｑは、現在の点火時期
から均質燃焼でのＭＢＴに達するまでの単位時間あたり
の進角補正割合として設定されるものであり、変化速度
ΔＴＶＯが大きいときほど大きい値、つまり短時間でＭ
ＢＴに達するように設定される。具体的には、図８に示
すように、変化速度ΔＴＶＯが第１の所定速度Ｃ以下の
ときはｑ＝最小値で一定、第１の所定速度Ｃより大きく
第２の所定速度Ｄ未満のときは、ΔＴＶＯの増大に応じ
てｑは最小値から最大値まで漸増して設定され、第２の
所定速度Ｄ以上でｑ＝最大値で一定となるように設定さ
れている。

【００５０】ステップ３３では、前記算出されたデクリ
メント量ｑを、現在の遅角割合からデクリメントして遅
角割合を更新する。これにより、遅角割合は、このルー
チンの実行周期毎にｑずつ減少していく。ステップ３４
では、次式によってＭＢＴに対する遅角量を算出する。遅角量＝（ＭＢＴ−目標遅角点火時期）×ｐ×遅角割合ここで、目標遅角点火時期は、均質燃焼への切り換え要
求発生時における成層ストイキ燃焼での点火時期であ
り、該目標遅角点火時期のＭＢＴに対する遅角量である
（ＭＢＴ−目標遅角点火時期）に前記逐次のスロットル
弁開度ＴＶＯに応じた遅角補正率ｐが乗じられ、かつ、
このルーチンの実行周期毎に前記デクリメント量ｑずつ
減算される遅角割合が乗じられる。

【００５１】このようにして遅角量を算出した後、図５
のステップ２４に戻って、燃焼切り換え前の点火時期を
次式のように算出する。点火時期＝ＭＢＴ−遅角量ステップ２５では、ステップ２４で算出された点火時期
がＭＢＴまで進角したか（遅角量＝０か）を判定する。

【００５２】そして、ＭＢＴに達するまでは、ステップ
２３に戻って遅角量を算出更新しつつステップ２４で設
定された点火時期に制御する。このようにして、ＭＢＴ
に近づける点火時期の進角補正を行いつつ、点火時期が
ＭＢＴに達したと判定されたときに、ステップ２６に進
んで燃焼の切り換えを行う。具体的には、燃料噴射を吸
気行程での１回噴射に切り換えると共に、スワールコン
トロールバルブ２１を全開として吸入空気量を確保しつ
つ燃焼室全体に均質な混合気を形成して均質燃焼を行わ
せる。

【００５３】その後は、ステップ２７に進んでエンジン
の回転速度、負荷等の運転状態に基づいて、マップから
参照した点火時期を設定し、該設定された点火時期に制
御する。上記制御の様子を、図９に示す。加速時のアク
セル操作により、スロットル弁開度ＴＶＯが図に実線で
示すように低開度から全開まで所定の変化速度ΔＴＶＯ
１で増大する場合、ＴＶＯが前記第１の所定開度Ａに達
する（図示Ｙ）までは、成層ストイキ燃焼時における燃
焼切り換え要求発生時の点火時期からΔＴＶＯ１により
設定される遅角割合のデクリメント量ｑによって時間あ
たり所定の割合で進角されていく。

【００５４】ＴＶＯが前記第１の所定開度Ａ以上になっ
てからは、増大するＴＶＯに応じて前記遅角補正率ｐが
減少することによって進角補正されるので、進角補正割
合が増大し、ＴＶＯが第２の所定開度Ｂになったとき
（図示Ｚ）には、遅角補正率ｐ＝０となってＭＢＴに達
する。また、図示一点鎖線に示すように、より大きな変
化速度ΔＴＶＯ２での急加速時は、ΔＴＶＯの増大に応
じて遅角割合のデクリメント量ｑが大きい値に設定さ
れ、また、ＴＶＯが第２の所定開度Ｂに達する時間も短
いので、点火時期も立ち上がりから速やかに大きな割合
で進角補正されより短時間でＭＢＴに達する特性とな
る。

【００５５】図示点線は、従来の遅角割合のデクリメン
ト量ｑを一定とし、遅角補正率ｐによる補正を行わない
場合（ｐ＝１）を示したもので、ＴＶＯ、ΔＴＶＯによ
らず点火時期がＹ’でＭＢＴに達して均質燃焼に切り換
えるのに時間を要し、加速レスポンスを満たせない。こ
れに対し、本実施形態では、ＴＶＯ、ΔＴＶＯに応じて
加速の要求に見合った補正割合で均質燃焼の要求点火時
期であるＭＢＴに到達させることができるので、トルク
段差の発生を抑制しつつ速やかにスワールコントロール
バルブを開動作と共に均質燃焼へ切り換えることがで
き、エンジンレスポンスひいては運転性が向上する。

【００５６】なお、従来は、加速によって成層ストイキ
燃焼から均質燃焼に切り換える場合でも、燃焼切り換え
と同時に該切り換え時のトルク段差を完全に無くすよう
に一旦所定量ステップ的に遅角してから再度ＭＢＴに徐
々に近づける点火時期制御としてきたため、均質燃焼で
ＭＢＴに達するのは更に遅れることとなっていた（図示
Ｚ’）。しかし、加速時は燃焼切り換えによってトルク
アップを生じても加速要求に見合っているためトルク段
差として感じにくく、速やかに要求点火時期（ＭＢＴ）
に切り換えて最大の出力を確保する方が、要求に適って
いると考えられるので、燃焼切り換え後も遅角補正する
ことなく直ちに均質燃焼での要求点火時期ＭＢＴに制御
することとした。ただし、図２のステップ１２で触媒９
が活性されたと判断されたときにステップ１３で成層ス
トイキ燃焼から均質燃焼に切り換えるときは、均質燃焼
への切り換えと同時に一旦所定量ステップ的に遅角し
て、燃焼切り換え時のトルクショックを完全に解消して
から再度ＭＢＴに徐々に近づける点火時期制御とする。

【００５７】また、本実施形態において、急加速時にΔ
ＴＶＯに対する遅角量のデクリメント量ｑを十分大きく
した場合には、それによって遅角割合が０に達する方
が、スロットル弁開度ＴＶＯが第２の所定開度Ｂに達す
るより早くなるようにすることも可能であり、ΔＴＶＯ
に応じてより速やかに燃焼の切り換えが行われる。ま
た、前記ステップ２３での遅角割合の算出を、次式で行
うようにしてもよい。

【００５８】遅角割合＝遅角割合−ｑ／ｐこの式では、ΔＴＶＯに応じた単位時間あたりの進角補
正量が、遅角補正率ｐの大きさに影響されないので、よ
り速やかにＭＢＴに達成する特性となる。どちらの式を
選択するかは、エンジン特性を考慮して、適宜決めれば
よい。また、本実施形態では、ＴＶＯとΔＴＶＯの双方
に対して進角補正割合を可変制御するものを示したが、
ＴＶＯとΔＴＶＯの一方のみに対して進角補正割合を可
変制御する構成としてもよい。すなわち、前記遅角補正
率ｐをＴＶＯに応じて可変に制御するだけの構成とし、
あるいは、遅角割合のデクリメント量をΔＴＶＯに応じ
て可変に制御するだけの構成としてもよい。

【００５９】また、本実施形態では、アクセル開度に相
当する量としてスロットル弁開度を検出するようにした
ので、実際の吸気特性に見合った点火時期制御を行える
が、アクセル開度の検出値を用いてもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係るシステム構成図。

【図２】同上実施形態における全体制御のフローチャー
ト。

【図３】（Ａ）は、直噴圧縮行程噴射を説明するための
模式図。（Ｂ）は、直噴吸気行程噴射を説明するための
模式図。（Ｃ）は、燃料噴射時の平面図。

【図４】成層ストイキ燃焼形態の燃焼室内における混合
気の形成状態を説明するための図。

【図５】同上実施形態において成層ストイキ燃焼から均
質燃焼へ切り換える時の燃焼切換時の制御を説明するた
めのフローチャート。

【図６】上記制御における遅角量算出のサブルーチンを
示すフローチャート。

【図７】上記制御におけるスロットル弁開度ＴＶＯに対
する遅角補正率ｐの特性を示す図。

【図８】上記制御におけるスロットル弁開度変化速度Δ
ＴＶＯに対する遅角割合のデクリメント量ｑの特性を示
す図。

【図９】上記制御時の様子を示すタイムチャート。

【符号の説明】

１エンジン４スロットル弁５燃料噴射弁６点火栓７排気通路８空燃比センサ９排気浄化触媒 21 スワールコントロールバルブ 50 コントロールユニット

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 41/04 ３０５Ｆ０２Ｄ 41/04 ３３０Ｂ３３０３３０Ｃ 41/10 ３０５ 41/10 ３０５３３０Ｂ３３０ 43/00 ３０１Ｂ 43/00 ３０１３０１ＨＦ０２Ｐ 5/15 ＦＦターム(参考） 3G022 AA07 CA04 DA01 EA07 FA06 GA08 3G084 BA09 BA13 BA17 DA11 DA15 FA10 3G301 HA01 HA04 HA16 HA17 JA03 JA04 KA06 KA12 LA05 LB04 MA01 MA11 ND01 NE01 NE11 NE12 NE13 NE14 NE15 NE16 PA11A PA14Z PB01A PD02Z PD09Z PE01Z PE03Z PE08Z PE09Z PF04Z

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】エンジン運転状態に応じて、燃焼室全体に
均質な混合気を形成して燃焼させる均質燃焼と、点火栓
周りに空燃比がストイキもしくはストイキよりリッチな
混合気を形成し、その外側にストイキよりリーンな混合
気を形成して燃焼させる成層ストイキ燃焼と、を切り換
えるエンジンにおいて、前記燃焼切り換え要求の発生後、点火時期を燃焼切り換
えに見合った目標点火時期まで補正してから燃焼切り換
えを行い、かつ、該点火時期の補正割合をアクセル開度
に応じて可変に制御することを特徴とする直噴火花点火
式エンジンの制御装置。
【請求項２】エンジン運転状態に応じて、燃焼室全体に
均質な混合気を形成して燃焼させる均質燃焼と、点火栓
周りに空燃比がストイキもしくはストイキよりリッチな
混合気を形成し、その外側にストイキよりリーンな混合
気を形成して燃焼させる成層ストイキ燃焼と、を切り換
えるエンジンにおいて、前記燃焼切り換え要求の発生後、点火時期を燃焼切り換
えに見合った目標点火時期まで補正してから燃焼切り換
えを行い、かつ、該点火時期の補正割合をアクセル開度
の変化速度に応じて可変に制御することを特徴とする直
噴火花点火式エンジンの制御装置。
【請求項３】エンジン運転状態に応じて、燃焼室全体に
均質な混合気を形成して燃焼させる均質燃焼と、点火栓
周りに空燃比がストイキもしくはストイキよりリッチな
混合気を形成し、その外側にストイキよりリーンな混合
気を形成して燃焼させる成層ストイキ燃焼と、を切り換
えるエンジンにおいて、前記燃焼切り換え要求の発生後、点火時期を燃焼切り換
えに見合った目標点火時期まで補正してから燃焼切り換
えを行い、かつ、該点火時期の補正割合をアクセル開度
とアクセル開度の変化速度とに応じて可変に制御するこ
とを特徴とする直噴火花点火式エンジンの制御装置。
【請求項４】前記成層ストイキ燃焼から均質燃焼への切
り換え時、点火時期を前記目標点火時期に近づける進角
方向の補正割合を、アクセル開度が大きいときに大きく
することを特徴とする請求項１または請求項３に記載の
直噴火花点火式エンジンの制御装置。
【請求項５】前記成層ストイキ燃焼から均質燃焼への切
り換え時、アクセル開度が所定開度以上で目標点火時期
への切り換えが完了するように前記進角方向の補正割合
を設定することを特徴とする請求項４に記載の直噴火花
点火式エンジンの制御装置。
【請求項６】前記成層ストイキ燃焼から均質燃焼への切
り換え時、点火時期を前記目標点火時期に近づける単位
時間あたりの進角方向の補正割合を、アクセル開度の増
大速度が大きいときに大きくすることを特徴とする請求
項２または請求項３に記載の直噴火花点火式エンジンの
制御装置。
【請求項７】前記成層ストイキ燃焼用の混合気形成を促
進する吸気流動制御弁を備え、前記成層ストイキ燃焼か
ら均質燃焼への切り換えと同時に前記流動制御弁を閉か
ら開に切り換えることを特徴とする請求項１〜請求項６
のいずれか１つに記載の直噴火花点火式エンジンの制御
装置。
【請求項８】前記成層ストイキ燃焼時は、吸気行程中の
燃焼噴射により燃焼室全体にリーンな混合気を形成し、
圧縮行程中の燃料噴射により点火栓周りに空燃比がスト
イキもしくはストイキよりリッチな混合気を形成するこ
とを特徴とする請求項１〜請求項７にいずれか1つに記
載の直噴火花点火式内燃エンジンの制御装置。
【請求項９】前記アクセル開度を、スロットル開度によ
って検出することを特徴とする請求項１〜請求項８のい
ずれか１つに記載の直噴火花点火式エンジンの制御装
置。