JP2002276442A - 内燃機関の燃焼制御装置 - Google Patents
内燃機関の燃焼制御装置Info
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- F02D41/40—Controlling fuel injection of the high pressure type with means for controlling injection timing or duration
- F02D41/402—Multiple injections
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- F02D41/3011—Controlling fuel injection according to or using specific or several modes of combustion
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- Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
- Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)
- Ignition Installations For Internal Combustion Engines (AREA)
- Electrical Control Of Ignition Timing (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 圧縮自己着火燃焼によるＮＯｘ低減効果を確
保しつつ、自己着火時期の制御を確実に行うことができ
るようにする。 【解決手段】 直噴式の燃料噴射装置８と点火プラグ９
とを備え、圧縮行程前半までの期間に第１の燃料噴射を
行い、この燃料噴射で形成した混合気に対し火花点火す
ることで、１段目の燃焼を行う。その後に第２の燃料噴
射を行って、この噴射燃料を燃焼させ、この燃焼による
燃焼室内の温度上昇により残りの燃料を自己着火させる
ことで、２段目の燃焼を行う。この場合、前記１段目の
燃焼における燃焼圧力の立ち上がり速度などに応じて、
前記第２の燃料噴射の噴射時期を制御する。
保しつつ、自己着火時期の制御を確実に行うことができ
るようにする。 【解決手段】 直噴式の燃料噴射装置８と点火プラグ９
とを備え、圧縮行程前半までの期間に第１の燃料噴射を
行い、この燃料噴射で形成した混合気に対し火花点火す
ることで、１段目の燃焼を行う。その後に第２の燃料噴
射を行って、この噴射燃料を燃焼させ、この燃焼による
燃焼室内の温度上昇により残りの燃料を自己着火させる
ことで、２段目の燃焼を行う。この場合、前記１段目の
燃焼における燃焼圧力の立ち上がり速度などに応じて、
前記第２の燃料噴射の噴射時期を制御する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば自動車用ガ
ソリン機関のような４サイクル型の直噴火花点火圧縮自
己着火式内燃機関において、圧縮自己着火燃焼のため
に、複数の燃料噴射と、点火とにより、所望の燃焼時期
を得る内燃機関の燃焼制御装置に関する。
ソリン機関のような４サイクル型の直噴火花点火圧縮自
己着火式内燃機関において、圧縮自己着火燃焼のため
に、複数の燃料噴射と、点火とにより、所望の燃焼時期
を得る内燃機関の燃焼制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】圧縮自己着火燃焼は、燃焼室の多点で燃
焼が開始されるため、通常の火花点火燃焼（火花によっ
て生起した火炎を燃焼室全体に伝播させる燃焼）に比べ
て、よりリーンな空燃比でも安定燃焼が得られるため、
燃費を向上させることが可能である。また、非常にリー
ンな空燃比の混合気を燃焼させるために燃焼温度が低下
し、ＮＯｘの発生量を大幅に低減できるメリットもあ
る。
焼が開始されるため、通常の火花点火燃焼（火花によっ
て生起した火炎を燃焼室全体に伝播させる燃焼）に比べ
て、よりリーンな空燃比でも安定燃焼が得られるため、
燃費を向上させることが可能である。また、非常にリー
ンな空燃比の混合気を燃焼させるために燃焼温度が低下
し、ＮＯｘの発生量を大幅に低減できるメリットもあ
る。
【０００３】しかしながら、従来の圧縮自己着火燃焼で
は、ピストンの圧縮による温度と圧力の変化に応じて進
行する燃料の予反応速度に燃焼開始時期（自己着火時
期）が支配されていたため、外部環境状態（吸入する空
気の温度や圧力）の変化やシリンダ壁温、ＥＧＲ量等の
変化によって圧縮行程中の温度・圧力履歴が変化する
と、過早着火による急激な筒内圧力上昇や着火時期の遅
れによる不安定燃焼が発生するという問題があった。
は、ピストンの圧縮による温度と圧力の変化に応じて進
行する燃料の予反応速度に燃焼開始時期（自己着火時
期）が支配されていたため、外部環境状態（吸入する空
気の温度や圧力）の変化やシリンダ壁温、ＥＧＲ量等の
変化によって圧縮行程中の温度・圧力履歴が変化する
と、過早着火による急激な筒内圧力上昇や着火時期の遅
れによる不安定燃焼が発生するという問題があった。
【０００４】このような問題を解決する技術としては、
特開平１０−１９６４２４号公報に開示されたものがあ
る。この技術では、ピストンの圧縮作用だけでは圧縮上
死点までの間に自己着火が発生しないようにしておき、
圧縮上死点付近で付加的な温度上昇を与えて自己着火を
発生させるようにしている。この従来技術によれば、圧
縮行程中の温度・圧力履歴が多少変化しても、任意の時
期に自己着火を発生させることが可能となる。
特開平１０−１９６４２４号公報に開示されたものがあ
る。この技術では、ピストンの圧縮作用だけでは圧縮上
死点までの間に自己着火が発生しないようにしておき、
圧縮上死点付近で付加的な温度上昇を与えて自己着火を
発生させるようにしている。この従来技術によれば、圧
縮行程中の温度・圧力履歴が多少変化しても、任意の時
期に自己着火を発生させることが可能となる。
【０００５】上記の技術を具体的に実施可能とする方法
としては、特開平１１−２１０５３９号公報に開示され
たものがあり、既存の点火プラグを用いて付加的な温度
上昇を与えるようにしている。すなわち、この技術で
は、ＥＧＲ量、吸気弁の開弁時期、圧縮比、過給圧、排
気弁の開弁時期のいずれかを調整して、圧縮行程末期に
おける筒内温度を目標温度範囲内に制御し、筒内温度が
目標温度範囲内となったときに火花点火を実行して筒内
温度を付加的に上昇させ、これにより残りの燃料を自己
着火させるようにしている。
としては、特開平１１−２１０５３９号公報に開示され
たものがあり、既存の点火プラグを用いて付加的な温度
上昇を与えるようにしている。すなわち、この技術で
は、ＥＧＲ量、吸気弁の開弁時期、圧縮比、過給圧、排
気弁の開弁時期のいずれかを調整して、圧縮行程末期に
おける筒内温度を目標温度範囲内に制御し、筒内温度が
目標温度範囲内となったときに火花点火を実行して筒内
温度を付加的に上昇させ、これにより残りの燃料を自己
着火させるようにしている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、筒内の
空燃比を大幅にリーン化した場合、火花点火で生じた火
炎が伝播する範囲は非常に狭くなり、付加的に与えるこ
とができる温度上昇幅が小さくなる。この場合、圧縮行
程中の温度・圧力履歴の変化に対する許容幅が小さくな
り、着火時期の制御が難しくなる。一方、リーンの度合
いを小さくした場合、火炎伝播燃焼の範囲を拡大するこ
とは可能となるが、ＮＯｘ低減効果は減少することとな
る。
空燃比を大幅にリーン化した場合、火花点火で生じた火
炎が伝播する範囲は非常に狭くなり、付加的に与えるこ
とができる温度上昇幅が小さくなる。この場合、圧縮行
程中の温度・圧力履歴の変化に対する許容幅が小さくな
り、着火時期の制御が難しくなる。一方、リーンの度合
いを小さくした場合、火炎伝播燃焼の範囲を拡大するこ
とは可能となるが、ＮＯｘ低減効果は減少することとな
る。
【０００７】尚、前記特開平１１−２１０５３９号公報
には筒内の混合気を成層化することも記載されており、
筒内全体の空燃比を大幅にリーン化しつつ点火プラグ近
傍に比較的リッチな混合気層を形成することができれ
ば、火花点火による付加的な温度上昇幅の確保とＮＯｘ
低減効果の確保とを両立させることが可能であると考え
られる。
には筒内の混合気を成層化することも記載されており、
筒内全体の空燃比を大幅にリーン化しつつ点火プラグ近
傍に比較的リッチな混合気層を形成することができれ
ば、火花点火による付加的な温度上昇幅の確保とＮＯｘ
低減効果の確保とを両立させることが可能であると考え
られる。
【０００８】しかしながら、このような成層状態を実現
するには複雑な燃焼室形状が必要となり、通常の火花点
火燃焼を行う高負荷運転時の出力性能を悪化させる要因
となる。本発明は、かかる課題に鑑みたもので、複雑な
燃焼室形状を採用することなしに、自己着火燃焼による
ＮＯｘ低減効果を確保しつつ、自己着火時期の制御を確
実に行うことができるようにすることを目的とする。
するには複雑な燃焼室形状が必要となり、通常の火花点
火燃焼を行う高負荷運転時の出力性能を悪化させる要因
となる。本発明は、かかる課題に鑑みたもので、複雑な
燃焼室形状を採用することなしに、自己着火燃焼による
ＮＯｘ低減効果を確保しつつ、自己着火時期の制御を確
実に行うことができるようにすることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明では、前
記課題を解決するために、燃焼室内に直接燃料を噴射す
る燃料噴射装置と、点火プラグとを備え、燃焼室内に形
成した混合気を自己着火により燃焼させる内燃機関の燃
焼制御装置において、圧縮行程前半までの期間に第１の
燃料噴射を行い、この燃料噴射で形成した混合気に対し
火花点火を行い、その後に第２の燃料噴射を行ってこの
噴射燃料を燃焼させ、この燃焼による燃焼室内の温度圧
力上昇により残りの燃料を自己着火させることを特徴と
する。
記課題を解決するために、燃焼室内に直接燃料を噴射す
る燃料噴射装置と、点火プラグとを備え、燃焼室内に形
成した混合気を自己着火により燃焼させる内燃機関の燃
焼制御装置において、圧縮行程前半までの期間に第１の
燃料噴射を行い、この燃料噴射で形成した混合気に対し
火花点火を行い、その後に第２の燃料噴射を行ってこの
噴射燃料を燃焼させ、この燃焼による燃焼室内の温度圧
力上昇により残りの燃料を自己着火させることを特徴と
する。
【００１０】請求項２の発明では、前記火花点火によっ
て生じる燃焼における燃焼圧力の立ち上がり速度を検出
する手段と、前記燃焼圧力の立ち上がり速度に応じて、
前記第２の燃料噴射の噴射時期を制御する手段と、を備
えることを特徴とする。請求項３の発明では、特に請求
項２の発明において、前記第２の燃料噴射の噴射時期を
制御する手段は、前記燃焼圧力の立ち上がり速度が設定
値より速い場合に、前記第２の燃料噴射の噴射時期を遅
角し、前記燃焼圧力の立ち上がり速度が設定値より遅い
場合に、前記第２の燃料噴射の噴射時期を進角すること
を特徴とする。
て生じる燃焼における燃焼圧力の立ち上がり速度を検出
する手段と、前記燃焼圧力の立ち上がり速度に応じて、
前記第２の燃料噴射の噴射時期を制御する手段と、を備
えることを特徴とする。請求項３の発明では、特に請求
項２の発明において、前記第２の燃料噴射の噴射時期を
制御する手段は、前記燃焼圧力の立ち上がり速度が設定
値より速い場合に、前記第２の燃料噴射の噴射時期を遅
角し、前記燃焼圧力の立ち上がり速度が設定値より遅い
場合に、前記第２の燃料噴射の噴射時期を進角すること
を特徴とする。
【００１１】請求項４の発明では、ノッキングの有無を
判定する手段と、ノッキングの有無に応じ、少なくとも
ノッキング有りと判定した場合に遅角するよう、前記第
２の燃料噴射の噴射時期を制御する手段と、を備えるこ
とを特徴とする。請求項５の発明では、燃焼安定性を判
定する手段と、燃焼安定性に応じ、少なくとも燃焼不安
定と判定した場合に進角するよう、前記第２の燃料噴射
の噴射時期を制御する手段と、を備えることを特徴とす
る。
判定する手段と、ノッキングの有無に応じ、少なくとも
ノッキング有りと判定した場合に遅角するよう、前記第
２の燃料噴射の噴射時期を制御する手段と、を備えるこ
とを特徴とする。請求項５の発明では、燃焼安定性を判
定する手段と、燃焼安定性に応じ、少なくとも燃焼不安
定と判定した場合に進角するよう、前記第２の燃料噴射
の噴射時期を制御する手段と、を備えることを特徴とす
る。
【００１２】請求項６の発明では、前記第２の燃料噴射
の噴射量は、高回転、高負荷になるにつれて増量するこ
とを特徴とする。請求項７の発明では、前記第１の燃料
噴射の噴射時期は、低負荷、高回転になるにつれて遅角
することを特徴とする。請求項８の発明では、前記火花
点火の点火時期は、高回転、高負荷になるにつれて遅角
することを特徴とする。
の噴射量は、高回転、高負荷になるにつれて増量するこ
とを特徴とする。請求項７の発明では、前記第１の燃料
噴射の噴射時期は、低負荷、高回転になるにつれて遅角
することを特徴とする。請求項８の発明では、前記火花
点火の点火時期は、高回転、高負荷になるにつれて遅角
することを特徴とする。
【００１３】請求項９の発明では、前記第２の燃料噴射
の噴射時期は、高回転、高負荷になるにつれて遅角する
よう予め設定されていることを特徴とする。
の噴射時期は、高回転、高負荷になるにつれて遅角する
よう予め設定されていることを特徴とする。
【００１４】
【発明の効果】請求項１の発明によれば、次のようなプ
ロセスで燃焼が行われる。 （１）第１の燃料噴射で形成した混合気に対し火花点火
を行うと、点火プラグ近傍の燃料は点火のエネルギーに
よって部分酸化され、アルデヒド等の活性種に改質され
る。点火のエネルギーが大きい場合は部分酸化反応を経
て燃焼にまで至り、点火プラグ近傍の領域のガス温度が
高温となる。
ロセスで燃焼が行われる。 （１）第１の燃料噴射で形成した混合気に対し火花点火
を行うと、点火プラグ近傍の燃料は点火のエネルギーに
よって部分酸化され、アルデヒド等の活性種に改質され
る。点火のエネルギーが大きい場合は部分酸化反応を経
て燃焼にまで至り、点火プラグ近傍の領域のガス温度が
高温となる。
【００１５】（２）このようなときに第２の燃料噴射を
行うと、この噴射燃料が周囲の混合気より先に燃焼を開
始する。これは、火花点火によって生じた活性種や火花
点火後の燃焼によって生じた高温のガスが着火源となっ
て噴射燃料の一部が着火し、燃料密度が高い噴霧領域全
体にこの火炎が伝播するためと考えられる。 （３）この燃焼によって燃焼室内の温度と圧力が上昇
し、残りの燃料が自己着火燃焼する。
行うと、この噴射燃料が周囲の混合気より先に燃焼を開
始する。これは、火花点火によって生じた活性種や火花
点火後の燃焼によって生じた高温のガスが着火源となっ
て噴射燃料の一部が着火し、燃料密度が高い噴霧領域全
体にこの火炎が伝播するためと考えられる。 （３）この燃焼によって燃焼室内の温度と圧力が上昇
し、残りの燃料が自己着火燃焼する。
【００１６】以上のような燃焼プロセスによれば、自己
着火燃焼を制御するのに必要十分な量の燃料（第２の燃
料噴射による燃料）を確実に燃焼させることができる。
しかも、第２の燃料噴射による燃料を点火プラグ近傍に
集中させなくてもこの噴射燃料は確実に燃焼するので、
複雑な燃焼室形状を採用する必要がない。尚、本明細書
では、第１の燃料噴射で形成した混合気が火花点火によ
って燃焼（部分酸化反応を含む）する燃焼を１段目の燃
焼と呼び、その後に発生する燃焼（第２の燃料噴射によ
る噴射燃料の燃焼と残りの燃料の自己着火燃焼）を２段
目の燃焼と呼ぶ。
着火燃焼を制御するのに必要十分な量の燃料（第２の燃
料噴射による燃料）を確実に燃焼させることができる。
しかも、第２の燃料噴射による燃料を点火プラグ近傍に
集中させなくてもこの噴射燃料は確実に燃焼するので、
複雑な燃焼室形状を採用する必要がない。尚、本明細書
では、第１の燃料噴射で形成した混合気が火花点火によ
って燃焼（部分酸化反応を含む）する燃焼を１段目の燃
焼と呼び、その後に発生する燃焼（第２の燃料噴射によ
る噴射燃料の燃焼と残りの燃料の自己着火燃焼）を２段
目の燃焼と呼ぶ。
【００１７】請求項２の発明によれば、火花点火によっ
て混合気の一部を積極的に燃焼させる場合に、この燃焼
における燃焼圧力の立ち上がり速度を検出し、これに応
じて、第２の燃料噴射の噴射時期を制御することで、熱
発生率を好適に制御可能となる。特に請求項３の発明の
ように、前記燃焼圧力の立ち上がり速度が設定値より速
い場合に、第２の燃料噴射の噴射時期を遅らせること
で、その後の自己着火燃焼を遅らせ、ノッキングを防ぐ
ことができ、逆に、前記燃焼圧力の立ち上がり速度が設
定値より遅い場合に、第２の燃料噴射の噴射時期を進め
ることで、その後の自己着火燃焼を早め、失火及び燃焼
不安定を防ぐことができる。
て混合気の一部を積極的に燃焼させる場合に、この燃焼
における燃焼圧力の立ち上がり速度を検出し、これに応
じて、第２の燃料噴射の噴射時期を制御することで、熱
発生率を好適に制御可能となる。特に請求項３の発明の
ように、前記燃焼圧力の立ち上がり速度が設定値より速
い場合に、第２の燃料噴射の噴射時期を遅らせること
で、その後の自己着火燃焼を遅らせ、ノッキングを防ぐ
ことができ、逆に、前記燃焼圧力の立ち上がり速度が設
定値より遅い場合に、第２の燃料噴射の噴射時期を進め
ることで、その後の自己着火燃焼を早め、失火及び燃焼
不安定を防ぐことができる。
【００１８】請求項４の発明によれば、ノッキングを検
出した場合に、第２の燃料噴射の噴射時期を遅角するよ
う制御することで、ノッキングを確実に防止することが
できる。請求項５の発明によれば、燃焼不安定を検出し
た場合に、第２の燃料噴射の噴射時期を進角するよう制
御することで、燃焼安定性の悪化を確実に防止すること
ができる。
出した場合に、第２の燃料噴射の噴射時期を遅角するよ
う制御することで、ノッキングを確実に防止することが
できる。請求項５の発明によれば、燃焼不安定を検出し
た場合に、第２の燃料噴射の噴射時期を進角するよう制
御することで、燃焼安定性の悪化を確実に防止すること
ができる。
【００１９】請求項６の発明によれば、高回転、高負荷
時に、ノッキングを防ぐために点火時期を遅らせても、
第２の燃料噴射の噴射量を増加させることで、その後の
自己着火を起こすことができる。これにより、圧縮自己
着火燃焼運転領域を高回転、高負荷域まで広げることが
できる。請求項７の発明によれば、低負荷、高回転にな
るにつれて、第１の燃料噴射の噴射時期を遅角させ、点
火プラグ廻りに燃料を集中させることで、低負荷時に混
合気濃度が低くなりすぎ、点火不能になることを防止で
きる。
時に、ノッキングを防ぐために点火時期を遅らせても、
第２の燃料噴射の噴射量を増加させることで、その後の
自己着火を起こすことができる。これにより、圧縮自己
着火燃焼運転領域を高回転、高負荷域まで広げることが
できる。請求項７の発明によれば、低負荷、高回転にな
るにつれて、第１の燃料噴射の噴射時期を遅角させ、点
火プラグ廻りに燃料を集中させることで、低負荷時に混
合気濃度が低くなりすぎ、点火不能になることを防止で
きる。
【００２０】請求項８の発明によれば、点火時期を、高
回転、高負荷になるにつれて遅角することで、火花点火
による燃焼が急激になるのを防止し、ノッキングの発生
を防止できる。請求項９の発明によれば、第２の燃料噴
射の噴射時期を、高回転、高負荷になるにつれて遅角す
るよう予め設定することで、その後の自己着火が急激な
燃焼になって、ノッキングが発生するのを防止できる。
回転、高負荷になるにつれて遅角することで、火花点火
による燃焼が急激になるのを防止し、ノッキングの発生
を防止できる。請求項９の発明によれば、第２の燃料噴
射の噴射時期を、高回転、高負荷になるにつれて遅角す
るよう予め設定することで、その後の自己着火が急激な
燃焼になって、ノッキングが発生するのを防止できる。
【００２１】
【発明の実施の形態】以下に本発明を直噴火花点火圧縮
自己着火式内燃機関である４サイクル型の自動車用ガソ
リン機関に適用した実施形態を図面に基づいて説明す
る。図１は本発明に係る直噴火花点火圧縮自己着火式内
燃機関の実施形態を示すシステム図である。
自己着火式内燃機関である４サイクル型の自動車用ガソ
リン機関に適用した実施形態を図面に基づいて説明す
る。図１は本発明に係る直噴火花点火圧縮自己着火式内
燃機関の実施形態を示すシステム図である。
【００２２】シリンダ１、シリンダヘッド２及びピスト
ン３により画成される燃焼室４には、図示しないスロッ
トル弁の制御を受けた空気が、吸気通路を構成する吸気
マニフォルド５及び吸気ポート６より、吸気弁７の開時
に吸入される。シリンダヘッド２には、燃焼室４の吸気
側に位置させて、燃焼室４内に直接燃料を噴射するよう
に燃料噴射装置（燃料噴射弁）８が取付けられると共
に、燃焼室４の中心部に位置させて、火花点火用の点火
プラグ９が取付けられている。
ン３により画成される燃焼室４には、図示しないスロッ
トル弁の制御を受けた空気が、吸気通路を構成する吸気
マニフォルド５及び吸気ポート６より、吸気弁７の開時
に吸入される。シリンダヘッド２には、燃焼室４の吸気
側に位置させて、燃焼室４内に直接燃料を噴射するよう
に燃料噴射装置（燃料噴射弁）８が取付けられると共
に、燃焼室４の中心部に位置させて、火花点火用の点火
プラグ９が取付けられている。
【００２３】燃焼後の排気は、排気弁１０の開時に、排
気通路を構成する排気ポート１１及び排気マニフォルド
１２より排出される。また、排気マニフォルド１２より
排気の一部を吸気マニフォルド５に還流するＥＧＲ通路
１３が設けられ、このＥＧＲ通路１３にはＥＧＲ量（Ｅ
ＧＲ率）を調整可能なＥＧＲ制御弁１４が介装されてい
る。
気通路を構成する排気ポート１１及び排気マニフォルド
１２より排出される。また、排気マニフォルド１２より
排気の一部を吸気マニフォルド５に還流するＥＧＲ通路
１３が設けられ、このＥＧＲ通路１３にはＥＧＲ量（Ｅ
ＧＲ率）を調整可能なＥＧＲ制御弁１４が介装されてい
る。
【００２４】機関制御用の電子制御装置（エンジンコン
トロールユニット；以下ＥＣＵという）２０は、マイク
ロコンピュータを内蔵しており、これには、クランク角
センサ３１からのクランク角信号（これにより機関回転
速度Ｎを検出可能）、アクセル開度センサ３２からのア
クセル開度信号（これにより機関負荷Ｔを検出可能）が
入力され、また必要により、エアフローメータ（図示せ
ず）からの吸入空気量信号、吸気温度センサ（図示せ
ず）からの吸気温度信号、排気温度センサ（図示せず）
からの排気温度信号等も入力されている。
トロールユニット；以下ＥＣＵという）２０は、マイク
ロコンピュータを内蔵しており、これには、クランク角
センサ３１からのクランク角信号（これにより機関回転
速度Ｎを検出可能）、アクセル開度センサ３２からのア
クセル開度信号（これにより機関負荷Ｔを検出可能）が
入力され、また必要により、エアフローメータ（図示せ
ず）からの吸入空気量信号、吸気温度センサ（図示せ
ず）からの吸気温度信号、排気温度センサ（図示せず）
からの排気温度信号等も入力されている。
【００２５】更には、筒内圧力（燃焼圧力）又はノッキ
ングの検出のため、例えば点火プラグ９に対し座金状に
取付けられる圧電式の筒内圧センサ３３が設けられ、そ
の信号もＥＣＵ２０に入力されている。ＥＣＵ２０は、
これらの入力信号に基づいて、燃料噴射装置８、点火プ
ラグ９、ＥＧＲ制御弁１４の作動を制御する。
ングの検出のため、例えば点火プラグ９に対し座金状に
取付けられる圧電式の筒内圧センサ３３が設けられ、そ
の信号もＥＣＵ２０に入力されている。ＥＣＵ２０は、
これらの入力信号に基づいて、燃料噴射装置８、点火プ
ラグ９、ＥＧＲ制御弁１４の作動を制御する。
【００２６】特に、この内燃機関では、運転条件に応じ
た燃焼制御を行うため、ＥＣＵ２０は、運転条件に応じ
て火花点火燃焼と圧縮自己着火燃焼（火花点火圧縮自己
着火燃焼）とのいずれの燃焼形態で運転を行うかを判断
する燃焼形態判断部２１を備えると共に、その判定結果
に従って燃焼パラメータを各燃焼形態にて最適となるよ
うに制御する燃料噴射量制御部２２、燃料噴射時期制御
部２３、点火時期制御部２４、筒内温度制御のためのＥ
ＧＲ率制御部２５を備えている。但し、これらはマイク
ロコンピュータのプログラムとして実現される。
た燃焼制御を行うため、ＥＣＵ２０は、運転条件に応じ
て火花点火燃焼と圧縮自己着火燃焼（火花点火圧縮自己
着火燃焼）とのいずれの燃焼形態で運転を行うかを判断
する燃焼形態判断部２１を備えると共に、その判定結果
に従って燃焼パラメータを各燃焼形態にて最適となるよ
うに制御する燃料噴射量制御部２２、燃料噴射時期制御
部２３、点火時期制御部２４、筒内温度制御のためのＥ
ＧＲ率制御部２５を備えている。但し、これらはマイク
ロコンピュータのプログラムとして実現される。
【００２７】次に、本実施形態での燃焼制御について説
明する。前記構成のもと、本実施形態では、機関回転速
度、負荷の運転条件に応じて、火花点火燃焼と圧縮自己
着火燃焼とを切換可能となっており、図２に示すよう
に、機関回転速度Ｎと負荷Ｔとによる特定の運転領域
（低中回転・低中負荷領域）において圧縮自己着火燃焼
を行い、それ以外の運転領域においては火花点火燃焼を
行う。
明する。前記構成のもと、本実施形態では、機関回転速
度、負荷の運転条件に応じて、火花点火燃焼と圧縮自己
着火燃焼とを切換可能となっており、図２に示すよう
に、機関回転速度Ｎと負荷Ｔとによる特定の運転領域
（低中回転・低中負荷領域）において圧縮自己着火燃焼
を行い、それ以外の運転領域においては火花点火燃焼を
行う。
【００２８】圧縮自己着火燃焼においては、圧縮行程前
半までの期間に第１の燃料噴射を行い、この燃料噴射で
形成した混合気に対し火花点火することで１段目の燃焼
を行い、その後に第２の燃料噴射を行ってこの噴射燃料
を燃焼（２段目の燃焼）させ、この燃焼による燃焼室内
の温度圧力上昇により残りの燃料を自己着火燃焼（２段
目の燃焼）させる。
半までの期間に第１の燃料噴射を行い、この燃料噴射で
形成した混合気に対し火花点火することで１段目の燃焼
を行い、その後に第２の燃料噴射を行ってこの噴射燃料
を燃焼（２段目の燃焼）させ、この燃焼による燃焼室内
の温度圧力上昇により残りの燃料を自己着火燃焼（２段
目の燃焼）させる。
【００２９】図３には圧縮自己着火燃焼時のクランク角
度に対する筒内圧力の変化の例を示している。図中の１
回目の筒内圧ピークが１段目の燃焼に対応し、２回目の
筒内圧ピークが２段目の燃焼に対応する。圧縮自己着火
燃焼においては、図４に示すように、圧力上昇率とノッ
キング強度とには相関があり、圧力上昇率が大きくなる
とノッキング強度が強くなることが明らかとなってい
る。尚、図中の圧力上昇率ｄＰ／ｄｔmax は１サイクル
中の最大圧力上昇率である。
度に対する筒内圧力の変化の例を示している。図中の１
回目の筒内圧ピークが１段目の燃焼に対応し、２回目の
筒内圧ピークが２段目の燃焼に対応する。圧縮自己着火
燃焼においては、図４に示すように、圧力上昇率とノッ
キング強度とには相関があり、圧力上昇率が大きくなる
とノッキング強度が強くなることが明らかとなってい
る。尚、図中の圧力上昇率ｄＰ／ｄｔmax は１サイクル
中の最大圧力上昇率である。
【００３０】また、図５に示すように、燃焼期間の増大
に伴い、燃焼期間中にピストンが下降することにより燃
焼が不完全となり、燃焼効率（投入した燃料の発熱量に
対する、実際に燃焼した燃料の発熱量の比）が低下する
ことが明らかとなっている。尚、図中の燃焼期間θ10−
90は、燃焼室内に噴射された燃料の１０％が燃焼したク
ランク角度から同燃料の９０％が燃焼したクランク角度
までの期間であり、燃焼期間を表す１パラメータであ
る。
に伴い、燃焼期間中にピストンが下降することにより燃
焼が不完全となり、燃焼効率（投入した燃料の発熱量に
対する、実際に燃焼した燃料の発熱量の比）が低下する
ことが明らかとなっている。尚、図中の燃焼期間θ10−
90は、燃焼室内に噴射された燃料の１０％が燃焼したク
ランク角度から同燃料の９０％が燃焼したクランク角度
までの期間であり、燃焼期間を表す１パラメータであ
る。
【００３１】従って、燃焼効率を低下させないために一
定クランク角以内で燃焼を完了させる場合に、燃焼が行
われる実時間が減少し単位時間当たりの圧力上昇率が増
加する高回転時、及び総発熱量が増加し単位時間当たり
の圧力上昇率が増加する高負荷時ほど、ノッキングが起
こり易く、圧縮自己着火運転領域の拡大を困難としてい
る。
定クランク角以内で燃焼を完了させる場合に、燃焼が行
われる実時間が減少し単位時間当たりの圧力上昇率が増
加する高回転時、及び総発熱量が増加し単位時間当たり
の圧力上昇率が増加する高負荷時ほど、ノッキングが起
こり易く、圧縮自己着火運転領域の拡大を困難としてい
る。
【００３２】図６には機関回転速度Ｎ及び負荷Ｔと燃焼
時期θ50とに対する圧力上昇率ｄＰ／ｄｔmax の関係を
示している。θ50は燃焼室内に噴射された燃料の５０％
が燃焼したクランク角度であり、燃焼時期を表す１パラ
メータである。この図からわかるように、同じ回転速度
あるいは同じ負荷であれば、燃焼時期を上死点から遅角
するほど、圧力上昇率は低下する。これはピストンが下
降する時に燃焼が行われるため、ピストン下降による圧
力の低下によって燃焼時の圧力上昇率が抑えられるから
である。
時期θ50とに対する圧力上昇率ｄＰ／ｄｔmax の関係を
示している。θ50は燃焼室内に噴射された燃料の５０％
が燃焼したクランク角度であり、燃焼時期を表す１パラ
メータである。この図からわかるように、同じ回転速度
あるいは同じ負荷であれば、燃焼時期を上死点から遅角
するほど、圧力上昇率は低下する。これはピストンが下
降する時に燃焼が行われるため、ピストン下降による圧
力の低下によって燃焼時の圧力上昇率が抑えられるから
である。
【００３３】従って、燃焼室内に噴射された燃料の５０
％が燃焼したクランク角度で表す燃焼時期θ50を上死点
後とし、図７に示すように、機関回転速度Ｎの上昇ある
いは負荷Ｔの上昇に伴い、更に遅らせるよう制御するこ
とで、ノッキングを防止でき、その結果、圧縮自己着火
燃焼運転領域の拡大が可能となる。そのため、機関の運
転条件に応じて、適切な燃焼時期（２段目の燃焼の開始
時期）が得られるように、第１の燃料噴射時期、第２の
燃料噴射時期、１段目の燃焼を開始する点火時期、第１
の燃料噴射と第２の燃料噴射との噴射量割合（全噴射量
に対する第２の噴射量割合）、ＥＧＲ率などを制御する
が、特に本発明では、次のような燃焼プロセスで燃焼を
行わせる。
％が燃焼したクランク角度で表す燃焼時期θ50を上死点
後とし、図７に示すように、機関回転速度Ｎの上昇ある
いは負荷Ｔの上昇に伴い、更に遅らせるよう制御するこ
とで、ノッキングを防止でき、その結果、圧縮自己着火
燃焼運転領域の拡大が可能となる。そのため、機関の運
転条件に応じて、適切な燃焼時期（２段目の燃焼の開始
時期）が得られるように、第１の燃料噴射時期、第２の
燃料噴射時期、１段目の燃焼を開始する点火時期、第１
の燃料噴射と第２の燃料噴射との噴射量割合（全噴射量
に対する第２の噴射量割合）、ＥＧＲ率などを制御する
が、特に本発明では、次のような燃焼プロセスで燃焼を
行わせる。
【００３４】図８に本発明での燃焼プロセスを示す。本
発明では、第１の燃料噴射により形成された混合気に対
して火花点火を行うことで１段目の燃焼を行い、その
後、第２の燃料噴射を行うことで、２段目の燃焼を制御
する。図中ａの時点で、燃料噴射装置８により第１の燃
料噴射を行う。これにより、燃料と空気とを十分に混合
させ、筒内全域にほぼ均質な混合気を形成する。
発明では、第１の燃料噴射により形成された混合気に対
して火花点火を行うことで１段目の燃焼を行い、その
後、第２の燃料噴射を行うことで、２段目の燃焼を制御
する。図中ａの時点で、燃料噴射装置８により第１の燃
料噴射を行う。これにより、燃料と空気とを十分に混合
させ、筒内全域にほぼ均質な混合気を形成する。
【００３５】図中ｂの時点で、この混合気に対して、点
火プラグ９により火花点火を行う。これにより、点火プ
ラグ９近傍の燃料が燃焼する（１段目の燃焼）。火炎が
伝播した領域は高温となり、かつ、周囲の温度、圧力も
上昇する。図中ｃの時点で、燃料噴射装置８により第２
の燃料噴射を行う。これにより、噴霧領域内の燃料が燃
焼する。この燃焼が生じるのは、噴霧領域内は燃料密度
が高くなっているため、この噴霧領域が火花点火によっ
て形成された高温領域に達すると部分的に着火し、この
火炎が噴霧領域全体に伝播するためであると考えられ
る。この場合、噴霧が点火プラグ９の近傍を通過するよ
うになっているだけで十分であり、点火プラグ９の近傍
に燃料を集中させる必要はない。この燃焼によって周囲
の温度、圧力がさらに上昇し、残りの燃料が自己着火し
て、燃焼する（２段目の燃焼）。
火プラグ９により火花点火を行う。これにより、点火プ
ラグ９近傍の燃料が燃焼する（１段目の燃焼）。火炎が
伝播した領域は高温となり、かつ、周囲の温度、圧力も
上昇する。図中ｃの時点で、燃料噴射装置８により第２
の燃料噴射を行う。これにより、噴霧領域内の燃料が燃
焼する。この燃焼が生じるのは、噴霧領域内は燃料密度
が高くなっているため、この噴霧領域が火花点火によっ
て形成された高温領域に達すると部分的に着火し、この
火炎が噴霧領域全体に伝播するためであると考えられ
る。この場合、噴霧が点火プラグ９の近傍を通過するよ
うになっているだけで十分であり、点火プラグ９の近傍
に燃料を集中させる必要はない。この燃焼によって周囲
の温度、圧力がさらに上昇し、残りの燃料が自己着火し
て、燃焼する（２段目の燃焼）。
【００３６】このように、２段目の燃焼は、第２の燃料
噴射による燃料噴霧の火炎伝播燃焼と、第１の燃料噴射
により形成された混合気中の残りの燃料の自己着火燃焼
と、によりなされる。以上に基づいて行われる本発明で
の燃焼制御の流れをフローチャートにより説明する。
噴射による燃料噴霧の火炎伝播燃焼と、第１の燃料噴射
により形成された混合気中の残りの燃料の自己着火燃焼
と、によりなされる。以上に基づいて行われる本発明で
の燃焼制御の流れをフローチャートにより説明する。
【００３７】先ず、本発明の第１実施形態の燃焼制御に
ついて、図９のフローチャートにより説明する。Ｓ１で
は、機関回転速度Ｎ、負荷Ｔを検出する。Ｓ２では、図
２のマップに基づき、機関回転速度Ｎと負荷Ｔとから、
火花点火燃焼運転領域であるか、圧縮自己着火燃焼運転
領域であるか、燃焼形態を判断する。火花点火燃焼を行
うと判断された場合は、Ｓ３に進み、通常の火花点火燃
焼の制御を行う。
ついて、図９のフローチャートにより説明する。Ｓ１で
は、機関回転速度Ｎ、負荷Ｔを検出する。Ｓ２では、図
２のマップに基づき、機関回転速度Ｎと負荷Ｔとから、
火花点火燃焼運転領域であるか、圧縮自己着火燃焼運転
領域であるか、燃焼形態を判断する。火花点火燃焼を行
うと判断された場合は、Ｓ３に進み、通常の火花点火燃
焼の制御を行う。
【００３８】一方、圧縮自己着火燃焼を行うと判断され
た場合は、Ｓ４〜Ｓ１６に示す圧縮自己着火燃焼の制御
を行う。以下、この圧縮自己着火燃焼の制御について説
明する。Ｓ４では、図１１のマップに基づき、機関回転
速度Ｎと負荷Ｔとから、ＥＧＲガスにより筒内温度を適
度に昇温させるためのＥＧＲ率を算出する。ここで、Ｅ
ＧＲ率は、高回転、低負荷になるにつれて大きく設定さ
れる。すなわち、回転速度の上昇に伴いＥＧＲ率を増加
し、燃焼時期遅角時の圧縮自己着火燃焼の安定度低下を
防止する。また、低負荷ほどＥＧＲ率を増加することで
圧縮自己着火燃焼の安定度低下を防止すると共に、負荷
の上昇に伴いＥＧＲ率を減少することでノッキングを防
止する。
た場合は、Ｓ４〜Ｓ１６に示す圧縮自己着火燃焼の制御
を行う。以下、この圧縮自己着火燃焼の制御について説
明する。Ｓ４では、図１１のマップに基づき、機関回転
速度Ｎと負荷Ｔとから、ＥＧＲガスにより筒内温度を適
度に昇温させるためのＥＧＲ率を算出する。ここで、Ｅ
ＧＲ率は、高回転、低負荷になるにつれて大きく設定さ
れる。すなわち、回転速度の上昇に伴いＥＧＲ率を増加
し、燃焼時期遅角時の圧縮自己着火燃焼の安定度低下を
防止する。また、低負荷ほどＥＧＲ率を増加することで
圧縮自己着火燃焼の安定度低下を防止すると共に、負荷
の上昇に伴いＥＧＲ率を減少することでノッキングを防
止する。
【００３９】Ｓ５では、図１２のマップに基づき、ＥＧ
Ｒ率と、実際に検出した排気温度とから、ＥＧＲ制御弁
開度を算出し、制御する。ここで、ＥＧＲ制御弁開度
は、ＥＧＲ率の増大に伴って大きく、また排気温度の低
下に伴って大きく設定される。目標とするＥＧＲ率が大
きくなるほど、ＥＧＲ制御弁開度を大きくすることは当
然であるが、排気温度により筒内温度を間接的に検出
し、排気温度が低くなるに従って、筒内温度上昇のため
ＥＧＲ制御弁開度を大側に補正し、逆に排気温度が高く
なるに従って、ＥＧＲ制御弁開度を小側に補正するので
ある。従って、排気温度に代えて、吸気温度を用いるよ
うにしてもよい。但し、ＥＧＲ率による燃焼時期制御を
行わない場合はこれらＳ４、Ｓ５は省略される。
Ｒ率と、実際に検出した排気温度とから、ＥＧＲ制御弁
開度を算出し、制御する。ここで、ＥＧＲ制御弁開度
は、ＥＧＲ率の増大に伴って大きく、また排気温度の低
下に伴って大きく設定される。目標とするＥＧＲ率が大
きくなるほど、ＥＧＲ制御弁開度を大きくすることは当
然であるが、排気温度により筒内温度を間接的に検出
し、排気温度が低くなるに従って、筒内温度上昇のため
ＥＧＲ制御弁開度を大側に補正し、逆に排気温度が高く
なるに従って、ＥＧＲ制御弁開度を小側に補正するので
ある。従って、排気温度に代えて、吸気温度を用いるよ
うにしてもよい。但し、ＥＧＲ率による燃焼時期制御を
行わない場合はこれらＳ４、Ｓ５は省略される。
【００４０】Ｓ６では、第１の燃料噴射量ｑ１及び第２
の燃料噴射量ｑ２を算出する。詳しくは、先ず、図１３
のマップに基づき、機関回転速度Ｎと負荷Ｔとから、全
噴射量ｑに対する第２の噴射量割合Ｍを算出する。ここ
で、第２の噴射量割合Ｍは、高回転、高負荷になるにつ
れて大きく設定される。そして、第１の燃料噴射量ｑ１
＝全噴射量ｑ×（１−Ｍ）、第２の燃料噴射量ｑ２＝全
噴射量ｑ×Ｍとして、算出する。尚、全噴射量ｑは吸入
空気量、機関回転速度、目標空燃比等から周知の方法で
算出される。
の燃料噴射量ｑ２を算出する。詳しくは、先ず、図１３
のマップに基づき、機関回転速度Ｎと負荷Ｔとから、全
噴射量ｑに対する第２の噴射量割合Ｍを算出する。ここ
で、第２の噴射量割合Ｍは、高回転、高負荷になるにつ
れて大きく設定される。そして、第１の燃料噴射量ｑ１
＝全噴射量ｑ×（１−Ｍ）、第２の燃料噴射量ｑ２＝全
噴射量ｑ×Ｍとして、算出する。尚、全噴射量ｑは吸入
空気量、機関回転速度、目標空燃比等から周知の方法で
算出される。
【００４１】第２の燃料噴射量ｑ２を高回転、高負荷に
なるにつれて増量するのは、点火時期ＩＧＴが高回転、
高負荷になるにつれて遅角するよう制御されるので、そ
の場合に、全噴射量に対する第２の噴射量割合を増加す
ることで発熱量を増加し、引き続く圧縮自己着火燃焼を
確実に行わせるためである。Ｓ７では、第１の燃料噴射
時期ＩＴ１及び第２の燃料噴射時期ＴＴ２を算出する。
なるにつれて増量するのは、点火時期ＩＧＴが高回転、
高負荷になるにつれて遅角するよう制御されるので、そ
の場合に、全噴射量に対する第２の噴射量割合を増加す
ることで発熱量を増加し、引き続く圧縮自己着火燃焼を
確実に行わせるためである。Ｓ７では、第１の燃料噴射
時期ＩＴ１及び第２の燃料噴射時期ＴＴ２を算出する。
【００４２】第１の燃料噴射時期ＩＴ１は、図１４のマ
ップに基づき、機関回転速度Ｎと負荷Ｔとから、算出す
る。ここで、第１の燃料噴射時期ＩＴ１は、高回転、低
負荷になるにつれて遅角側に設定される。すなわち、第
１の燃料噴射時期ＩＴ１を回転速度の上昇に伴い遅らせ
ることで、混合気の分散によるリーン化を抑制し、燃焼
安定性の低下を防止する。また、第１の燃料噴射時期Ｉ
Ｔ１を負荷の上昇に伴い進ませることで、燃料を燃焼室
内に分散させ、燃料噴射量の増加による混合気のリッチ
化を抑制し、急激な圧力上昇の発生を防止する一方、低
負荷ほど遅らせ、点火プラグ廻りに燃料を集中させるこ
とで、低負荷時に混合気濃度が低くなりすぎ、点火不能
になることを防止する。
ップに基づき、機関回転速度Ｎと負荷Ｔとから、算出す
る。ここで、第１の燃料噴射時期ＩＴ１は、高回転、低
負荷になるにつれて遅角側に設定される。すなわち、第
１の燃料噴射時期ＩＴ１を回転速度の上昇に伴い遅らせ
ることで、混合気の分散によるリーン化を抑制し、燃焼
安定性の低下を防止する。また、第１の燃料噴射時期Ｉ
Ｔ１を負荷の上昇に伴い進ませることで、燃料を燃焼室
内に分散させ、燃料噴射量の増加による混合気のリッチ
化を抑制し、急激な圧力上昇の発生を防止する一方、低
負荷ほど遅らせ、点火プラグ廻りに燃料を集中させるこ
とで、低負荷時に混合気濃度が低くなりすぎ、点火不能
になることを防止する。
【００４３】第２の燃料噴射時期ＩＴ２は、図１５のマ
ップに基づき、機関回転速度Ｎと負荷Ｔとから、算出す
る。ここで、第２の燃料噴射時期ＩＴ２は、高回転、高
負荷になるにつれて遅角側に設定される。すなわち、第
２の燃料噴射時期ＩＴ２を、回転速度及び負荷の上昇に
よる点火時期ＩＧＴの遅角に伴って遅らせることで、そ
の後の自己着火が急激な燃焼になり、ノッキングが発生
するのを防止する。但し、ここで設定される第２の燃料
噴射時期ＩＴ２は基本設定値であり、後に補正される。
ップに基づき、機関回転速度Ｎと負荷Ｔとから、算出す
る。ここで、第２の燃料噴射時期ＩＴ２は、高回転、高
負荷になるにつれて遅角側に設定される。すなわち、第
２の燃料噴射時期ＩＴ２を、回転速度及び負荷の上昇に
よる点火時期ＩＧＴの遅角に伴って遅らせることで、そ
の後の自己着火が急激な燃焼になり、ノッキングが発生
するのを防止する。但し、ここで設定される第２の燃料
噴射時期ＩＴ２は基本設定値であり、後に補正される。
【００４４】Ｓ８では、図１６のマップに基づき、機関
回転速度Ｎと負荷Ｔとから、点火時期ＩＧＴを算出す
る。ここで、点火時期ＩＧＴは、高回転、高負荷になる
につれて遅角側に設定される。すなわち、点火時期ＩＧ
Ｔを回転速度及び負荷の上昇に伴い遅らせることで、火
花点火燃焼に引き続く燃焼が急激な燃焼になるのを防止
する。
回転速度Ｎと負荷Ｔとから、点火時期ＩＧＴを算出す
る。ここで、点火時期ＩＧＴは、高回転、高負荷になる
につれて遅角側に設定される。すなわち、点火時期ＩＧ
Ｔを回転速度及び負荷の上昇に伴い遅らせることで、火
花点火燃焼に引き続く燃焼が急激な燃焼になるのを防止
する。
【００４５】Ｓ９では、第１の燃料噴射を実行する。す
なわち、Ｓ７で設定された第１の燃料噴射時期ＩＴ１に
おいて、Ｓ６で設定された第１の燃料噴射量ｑ１の燃料
噴射を行う。Ｓ１０では、点火を実行する。すなわち、
Ｓ８で設定された点火時期ＩＧＴにおいて、点火を行
う。
なわち、Ｓ７で設定された第１の燃料噴射時期ＩＴ１に
おいて、Ｓ６で設定された第１の燃料噴射量ｑ１の燃料
噴射を行う。Ｓ１０では、点火を実行する。すなわち、
Ｓ８で設定された点火時期ＩＧＴにおいて、点火を行
う。
【００４６】Ｓ１１では、筒内圧センサにより点火後の
筒内圧力（燃焼圧力）Ｐの変化を検出し、これに基づい
て、燃焼圧力Ｐの立ち上がり速度のパラメータとして、
圧力上昇率ｄＰ／ｄｔを算出する。Ｓ１２では、検出さ
れた圧力上昇率ｄＰ／ｄｔを設定値と比較する。比較の
結果、圧力上昇率ｄＰ／ｄｔが設定値より小さい場合
は、Ｓ１３へ進み、燃焼安定性の悪化を防止するため、
第２の噴射時期ＩＴ２（ここでは所定クランク角位置か
らの進角値とする）を進角補正すべく、噴射時期補正量
ΔＩＴ２を増大させる（ΔＩＴ２＝ＩＴ２＋Ｃ；Ｃは所
定の増分）。
筒内圧力（燃焼圧力）Ｐの変化を検出し、これに基づい
て、燃焼圧力Ｐの立ち上がり速度のパラメータとして、
圧力上昇率ｄＰ／ｄｔを算出する。Ｓ１２では、検出さ
れた圧力上昇率ｄＰ／ｄｔを設定値と比較する。比較の
結果、圧力上昇率ｄＰ／ｄｔが設定値より小さい場合
は、Ｓ１３へ進み、燃焼安定性の悪化を防止するため、
第２の噴射時期ＩＴ２（ここでは所定クランク角位置か
らの進角値とする）を進角補正すべく、噴射時期補正量
ΔＩＴ２を増大させる（ΔＩＴ２＝ＩＴ２＋Ｃ；Ｃは所
定の増分）。
【００４７】逆に、圧力上昇率ｄＰ／ｄｔが設定値より
大きい場合は、Ｓ１４へ進み、ノッキングを防止するた
め、第２の噴射時期ＩＴ２を遅角補正すべく、噴射時期
補正量ΔＩＴ２を減少させる（ΔＩＴ２＝ＩＴ２−
Ｃ）。Ｓ１５では、Ｓ１３又はＳ１４にて増減された噴
射時期補正量ΔＩＴ２に基づいて、第２の燃料噴射時期
ＩＴ２を補正する（ＩＴ２＝ＩＴ２＋ΔＩＴ２）。
大きい場合は、Ｓ１４へ進み、ノッキングを防止するた
め、第２の噴射時期ＩＴ２を遅角補正すべく、噴射時期
補正量ΔＩＴ２を減少させる（ΔＩＴ２＝ＩＴ２−
Ｃ）。Ｓ１５では、Ｓ１３又はＳ１４にて増減された噴
射時期補正量ΔＩＴ２に基づいて、第２の燃料噴射時期
ＩＴ２を補正する（ＩＴ２＝ＩＴ２＋ΔＩＴ２）。
【００４８】Ｓ１６では、第２の燃料噴射を実行する。
すなわち、Ｓ７にて設定され、Ｓ１５にて補正された第
２の燃料噴射時期ＩＴ２において、Ｓ６で設定された第
２の燃料噴射量ｑ２の燃料噴射を行う。このように制御
することで、機関回転速度及び負荷に応じた最適な時期
に燃焼を行うことができ、また、火花点火による１段目
の燃焼における燃焼圧力の立ち上がり速度（ｄＰ／ｄ
ｔ）を設定値近傍にフィードバック制御して、燃焼安定
性の悪化やノッキングの発生を防止できる。ここで、特
にＳ１１の部分が火花点火による１段目の燃焼における
燃焼圧力の立ち上がり速度を検出する手段に相当し、Ｓ
１２〜Ｓ１５の部分が前記燃焼圧力の立ち上がり速度に
応じて第２の燃料噴射の噴射時期を制御する手段に相当
する。
すなわち、Ｓ７にて設定され、Ｓ１５にて補正された第
２の燃料噴射時期ＩＴ２において、Ｓ６で設定された第
２の燃料噴射量ｑ２の燃料噴射を行う。このように制御
することで、機関回転速度及び負荷に応じた最適な時期
に燃焼を行うことができ、また、火花点火による１段目
の燃焼における燃焼圧力の立ち上がり速度（ｄＰ／ｄ
ｔ）を設定値近傍にフィードバック制御して、燃焼安定
性の悪化やノッキングの発生を防止できる。ここで、特
にＳ１１の部分が火花点火による１段目の燃焼における
燃焼圧力の立ち上がり速度を検出する手段に相当し、Ｓ
１２〜Ｓ１５の部分が前記燃焼圧力の立ち上がり速度に
応じて第２の燃料噴射の噴射時期を制御する手段に相当
する。
【００４９】次に、本発明の第２実施形態の燃焼制御に
ついて、図１０のフローチャートにより説明する。第２
の燃料噴射時期ＩＴ２の補正に関する部分以外は、第１
実施形態（図９）と同じであり、図９のＳ１１〜Ｓ１５
に代えて、Ｓ２０、Ｓ２１〜２４が設けられており、異
なる部分のみを説明する。
ついて、図１０のフローチャートにより説明する。第２
の燃料噴射時期ＩＴ２の補正に関する部分以外は、第１
実施形態（図９）と同じであり、図９のＳ１１〜Ｓ１５
に代えて、Ｓ２０、Ｓ２１〜２４が設けられており、異
なる部分のみを説明する。
【００５０】Ｓ７にて第１及び第２の燃料噴射時期ＩＴ
１，ＩＴ２を設定した後に、Ｓ２０で、第２の燃料噴射
時期ＩＴ２を補正する。すなわち、前回のサイクルにお
いて後述するＳ２１〜Ｓ２４にて増減設定された噴射時
期補正量ΔＩＴ２に基づいて、第２の燃料噴射時期ＩＴ
２を補正する（ＩＴ２＝ＩＴ２＋ΔＩＴ２）。Ｓ９にて
第１の燃料噴射、Ｓ１０にて点火、Ｓ１６にて第２の燃
料噴射を行った後、Ｓ２１へ進む。
１，ＩＴ２を設定した後に、Ｓ２０で、第２の燃料噴射
時期ＩＴ２を補正する。すなわち、前回のサイクルにお
いて後述するＳ２１〜Ｓ２４にて増減設定された噴射時
期補正量ΔＩＴ２に基づいて、第２の燃料噴射時期ＩＴ
２を補正する（ＩＴ２＝ＩＴ２＋ΔＩＴ２）。Ｓ９にて
第１の燃料噴射、Ｓ１０にて点火、Ｓ１６にて第２の燃
料噴射を行った後、Ｓ２１へ進む。
【００５１】Ｓ２１では、筒内圧センサをノッキングセ
ンサとして用い、その信号より、ノッキングの有無を判
定する。ノッキングを検出した場合は、Ｓ２２へ進み、
第２の燃料噴射時期ＩＴ２を遅角補正すべく、噴射時期
補正量ΔＩＴ２を減少させる（ΔＩＴ２＝ＩＴ２−
Ｃ）。これにより、次のサイクルで第２の燃料噴射時期
ＩＴ２を遅角側に補正することができ、ノッキングを防
止できる。
ンサとして用い、その信号より、ノッキングの有無を判
定する。ノッキングを検出した場合は、Ｓ２２へ進み、
第２の燃料噴射時期ＩＴ２を遅角補正すべく、噴射時期
補正量ΔＩＴ２を減少させる（ΔＩＴ２＝ＩＴ２−
Ｃ）。これにより、次のサイクルで第２の燃料噴射時期
ＩＴ２を遅角側に補正することができ、ノッキングを防
止できる。
【００５２】ノッキング無しの場合は、Ｓ２３へ進む。
Ｓ２３では、クランク角センサの信号より回転変動を検
出し、これに基づいて燃焼安定性を判定する。燃焼不安
定を検出した場合は、Ｓ２４へ進み、第２の燃料噴射時
期ＩＴ２を進角補正すべく、噴射時期補正量ΔＩＴ２を
増大させる（ΔＩＴ２＝ＩＴ２＋Ｃ）。これにより、次
のサイクルで第２の燃料噴射時期ＩＴ２を進角側に補正
することができ、燃焼不安定を防止できる。
Ｓ２３では、クランク角センサの信号より回転変動を検
出し、これに基づいて燃焼安定性を判定する。燃焼不安
定を検出した場合は、Ｓ２４へ進み、第２の燃料噴射時
期ＩＴ２を進角補正すべく、噴射時期補正量ΔＩＴ２を
増大させる（ΔＩＴ２＝ＩＴ２＋Ｃ）。これにより、次
のサイクルで第２の燃料噴射時期ＩＴ２を進角側に補正
することができ、燃焼不安定を防止できる。
【００５３】このように制御することで、機関回転速度
及び負荷に応じた最適な時期に燃焼を行うことができ、
また、ノッキングの発生や燃焼安定性の悪化を防止でき
る。ここで、特にＳ２１の部分がノッキングの判定手段
に相当し、Ｓ２２の部分がノッキング有りの場合の第２
の燃料噴射時期の制御手段に相当する。また、Ｓ２３の
部分が燃焼安定性の判定手段に相当し、Ｓ２４の部分が
燃焼不安定の場合の第２の燃料噴射時期の制御手段に相
当する。
及び負荷に応じた最適な時期に燃焼を行うことができ、
また、ノッキングの発生や燃焼安定性の悪化を防止でき
る。ここで、特にＳ２１の部分がノッキングの判定手段
に相当し、Ｓ２２の部分がノッキング有りの場合の第２
の燃料噴射時期の制御手段に相当する。また、Ｓ２３の
部分が燃焼安定性の判定手段に相当し、Ｓ２４の部分が
燃焼不安定の場合の第２の燃料噴射時期の制御手段に相
当する。
【００５４】以上説明した２つの実施形態は、火花点火
によって混合気の一部を完全に燃焼させ、この燃焼によ
って第２の燃料噴射の燃料を燃焼させているが、火花点
火による１段目の燃焼は燃料を活性種に改質するだけの
部分酸化反応であっても良い。また、燃焼室内に直接燃
料を噴射することができればどのような燃料噴射弁を使
用しても良いが、高圧の空気と燃料との混合気を噴射す
る高圧エアアシスト噴射弁の使用が特に有効である。す
なわち、火花点火を実行する時点において第１の燃料噴
射の燃料は空気と十分に混合されているのが望ましい
（混合が不十分で局所的な空燃比むらのある混合気に対
し火花点火を実行すると、１段目の燃焼による発熱量が
不安定になったり、燃料改質のためだけに行った火花点
火で燃料が燃焼してしまったりする）ので、通常の燃料
噴射弁を使用する場合は第１の燃料噴射時期をあまり遅
角設定することができない。これに対し、予め空気と混
合した燃料を噴射する高圧エアアシスト噴射弁であれば
噴射直後に火花点火を実行しても所望の１段目の燃焼を
得ることができ、例えば第１の燃料噴射時期を圧縮行程
に設定することも可能となる。
によって混合気の一部を完全に燃焼させ、この燃焼によ
って第２の燃料噴射の燃料を燃焼させているが、火花点
火による１段目の燃焼は燃料を活性種に改質するだけの
部分酸化反応であっても良い。また、燃焼室内に直接燃
料を噴射することができればどのような燃料噴射弁を使
用しても良いが、高圧の空気と燃料との混合気を噴射す
る高圧エアアシスト噴射弁の使用が特に有効である。す
なわち、火花点火を実行する時点において第１の燃料噴
射の燃料は空気と十分に混合されているのが望ましい
（混合が不十分で局所的な空燃比むらのある混合気に対
し火花点火を実行すると、１段目の燃焼による発熱量が
不安定になったり、燃料改質のためだけに行った火花点
火で燃料が燃焼してしまったりする）ので、通常の燃料
噴射弁を使用する場合は第１の燃料噴射時期をあまり遅
角設定することができない。これに対し、予め空気と混
合した燃料を噴射する高圧エアアシスト噴射弁であれば
噴射直後に火花点火を実行しても所望の１段目の燃焼を
得ることができ、例えば第１の燃料噴射時期を圧縮行程
に設定することも可能となる。
【図１】 本発明の実施形態を示す内燃機関のシステム
図
図
【図２】 圧縮自己着火燃焼を行う運転領域を示す図
【図３】 圧縮自己着火燃焼時の筒内圧力の変化を示す
図
図
【図４】 圧力上昇率とノッキング強度との関係を示す
図
図
【図５】 燃焼期間と燃焼効率との関係を示す図
【図６】 回転速度、負荷、燃焼時期と圧力上昇率との
関係を示す図
関係を示す図
【図７】 回転速度及び負荷に対する好ましい燃焼時期
を示す図
を示す図
【図８】 本発明での燃焼プロセスを示す図
【図９】 第１実施形態の燃焼制御のフローチャート
【図１０】 第２実施形態の燃焼制御のフローチャート
【図１１】 回転速度及び負荷に対するＥＧＲ率の特性
図
図
【図１２】 ＥＧＲ率及び排気温度に対するＥＧＲ制御
弁開度の特性図
弁開度の特性図
【図１３】 回転速度及び負荷に対する第２の噴射量割
合の特性図
合の特性図
【図１４】 回転速度及び負荷に対する第１の燃料噴射
時期の特性図
時期の特性図
【図１５】 回転速度及び負荷に対する第２の燃料噴射
時期の特性図
時期の特性図
【図１６】 回転速度及び負荷に対する点火時期の特性
図
図
１ シリンダ ２ シリンダヘッド ３ ピストン ４ 燃焼室 ５ 吸気マニフォルド ６ 吸気ポート ７ 吸気弁 ８ 燃料噴射装置 ９ 点火プラグ １０ 排気弁 １１ 排気ポート １２ 排気マニフォルド １３ ＥＧＲ通路 １４ ＥＧＲ制御弁 ２０ ＥＣＵ ２１ 燃焼形態判断部 ２２ 燃料噴射量制御部 ２３ 燃料噴射時期制御部 ２４ 点火時期制御部 ２５ ＥＧＲ率制御部 ３１ クランク角センサ ３２ アクセル開度センサ ３３ 筒内圧センサ
───────────────────────────────────────────────────── 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 ３０１Ｂ ３０１Ｊ 45/00 ３６８ 45/00 ３６８Ｓ ３６８Ｂ Ｆ０２Ｐ 5/152 Ｆ０２Ｐ 5/15 Ｄ 5/153 17/00 Ｒ 17/12 (72)発明者 今津 昌嗣 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産 自動車株式会社内 (72)発明者 飯山 明裕 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産 自動車株式会社内 Ｆターム(参考） 3G019 AA07 AB01 AB03 AC07 AC08 GA14 KA28 LA01 3G022 AA06 CA08 CA09 DA02 FA06 GA01 GA06 GA08 GA10 GA11 GA13 GA15 3G084 AA01 AA04 BA13 BA15 BA17 BA20 CA03 CA04 CA09 DA04 EB09 FA02 FA07 FA10 FA19 FA21 FA25 FA27 FA38 3G301 HA02 HA04 HA13 HA15 HA18 JA00 KA06 KA23 LA00 MA11 MA18 MA23 MA27 NC04 NE01 NE06 NE11 NE12 NE13 NE15 PA01Z PA10Z PA11Z PC01Z PC08Z PD11Z PE03Z
Claims (9)
- 【請求項１】燃焼室内に直接燃料を噴射する燃料噴射装
置と、点火プラグとを備え、燃焼室内に形成した混合気
を自己着火により燃焼させる内燃機関の燃焼制御装置に
おいて、 圧縮行程前半までの期間に第１の燃料噴射を行い、この
燃料噴射で形成した混合気に対し火花点火を行い、その
後に第２の燃料噴射を行ってこの噴射燃料を燃焼させ、
この燃焼による燃焼室内の温度圧力上昇により残りの燃
料を自己着火させることを特徴とする内燃機関の燃焼制
御装置。 - 【請求項２】前記火花点火によって生じる燃焼における
燃焼圧力の立ち上がり速度を検出する手段と、前記燃焼
圧力の立ち上がり速度に応じて、前記第２の燃料噴射の
噴射時期を制御する手段と、を備えることを特徴とする
請求項１記載の内燃機関の燃焼制御装置。 - 【請求項３】前記第２の燃料噴射の噴射時期を制御する
手段は、前記燃焼圧力の立ち上がり速度が設定値より速
い場合に、前記第２の燃料噴射の噴射時期を遅角し、前
記燃焼圧力の立ち上がり速度が設定値より遅い場合に、
前記第２の燃料噴射の噴射時期を進角することを特徴と
する請求項２記載の内燃機関の燃焼制御装置。 - 【請求項４】ノッキングの有無を判定する手段と、ノッ
キングの有無に応じ、少なくともノッキング有りと判定
した場合に遅角するよう、前記第２の燃料噴射の噴射時
期を制御する手段と、を備えることを特徴とする請求項
１記載の内燃機関の燃焼制御装置。 - 【請求項５】燃焼安定性を判定する手段と、燃焼安定性
に応じ、少なくとも燃焼不安定と判定した場合に進角す
るよう、前記第２の燃料噴射の噴射時期を制御する手段
と、を備えることを特徴とする請求項１又は請求項４記
載の内燃機関の燃焼制御装置。 - 【請求項６】前記第２の燃料噴射の噴射量は、高回転、
高負荷になるにつれて増量することを特徴とする請求項
１〜請求項５のいずれか１つに記載の内燃機関の燃焼制
御装置。 - 【請求項７】前記第１の燃料噴射の噴射時期は、低負
荷、高回転になるにつれて遅角することを特徴とする請
求項１〜請求項６のいずれか１つに記載の内燃機関の燃
焼制御装置。 - 【請求項８】前記火花点火の点火時期は、高回転、高負
荷になるにつれて遅角することを特徴とする請求項１〜
請求項７のいずれか１つに記載の内燃機関の燃焼制御装
置。 - 【請求項９】前記第２の燃料噴射の噴射時期は、高回
転、高負荷になるにつれて遅角するよう予め設定されて
いることを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれか１
つに記載の内燃機関の燃焼制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001073138A JP3945174B2 (ja) | 2001-03-14 | 2001-03-14 | 内燃機関の燃焼制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001073138A JP3945174B2 (ja) | 2001-03-14 | 2001-03-14 | 内燃機関の燃焼制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002276442A true JP2002276442A (ja) | 2002-09-25 |
| JP3945174B2 JP3945174B2 (ja) | 2007-07-18 |
Family
ID=18930609
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001073138A Expired - Fee Related JP3945174B2 (ja) | 2001-03-14 | 2001-03-14 | 内燃機関の燃焼制御装置 |
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|---|---|---|---|---|
| JP2009115025A (ja) * | 2007-11-08 | 2009-05-28 | Hitachi Ltd | 圧縮自己着火式内燃機関の制御装置および制御方法 |
| EP2239447A1 (en) | 2009-03-31 | 2010-10-13 | Mazda Motor Corporation | Internal combustion engine, method for auto-ignition operation and computer readable storage device |
| JP2010236477A (ja) * | 2009-03-31 | 2010-10-21 | Mazda Motor Corp | 直噴エンジンの制御方法および直噴エンジン |
| JP2010281300A (ja) * | 2009-06-08 | 2010-12-16 | Denso Corp | 内燃機関の制御装置 |
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| JP2015137585A (ja) * | 2014-01-22 | 2015-07-30 | トヨタ自動車株式会社 | 内燃機関の制御装置 |
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-
2001
- 2001-03-14 JP JP2001073138A patent/JP3945174B2/ja not_active Expired - Fee Related
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