JP2004316482A - Control device for cylinder injection internal combustion engine - Google Patents

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To smoothen switch between combustion modes, and thereby to solve a problem of degradation of emission in the switch between the modes. <P>SOLUTION: An engine 10 is constituted of a cylinder injection internal combustion engine. Operation of the engine is switchable between an uniform combustion operation where fuel is injected in an intake stroke to perform uniform combustion of the fuel, and a stratified charge combustion operation where the fuel is injected in a compression stroke to perform stratified charge combustion of the fuel. An ECU 50 performs a throttle control to match an intake air amount with air amount requirement, and uses throttle learning values appropriately for the combustion mode. The throttle learning values are individually set for combustion modes of the uniform combustion and stratified charge combustion. The ECU 50 determines whether or not the switch between combustion modes is required, based on an operational status. When determining that the switch between combustion is required, the ECU reflects the throttle learning value appropriate for the next mode, before actually switching between the combustion modes. The combustion modes are switched after the reflection of the throttle leaning value. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、筒内噴射式内燃機関の制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年の車両では、燃焼室内に燃料を直接噴射する筒内噴射式内燃機関が実用化されつつある。この筒内噴射式内燃機関は、吸気行程で燃料を噴射して均質燃焼させる均質燃焼運転と、圧縮行程で燃料を噴射して成層燃焼させる成層燃焼運転とを切り替えることができるようになっており、均質燃焼及び成層燃焼の各燃焼モードは機関運転状態に応じて適宜切り替えられる。
【０００３】
この筒内噴射式内燃機関を制御対象とした従来技術として、例えば特許文献１では、アイドル運転時におけるべくアイドル回転数制御弁（ＩＳＣ弁）の作動位置を学習し、その学習値を用いてアイドル運転時の吸入空気量を適正に制御するようにしていた。特に、均質燃焼モードと成層燃焼モードとでは、アイドル運転時の吸入圧力の違いから吸気流量に差が生じるため、燃焼モード毎に学習を行うと共に、燃焼モード毎の学習値を実際に燃焼モードを切り替えるタイミングで切り替えるようにしていた。これにより、その都度の燃焼モードにかかわらず、常に良好なアイドル運転状態が実現できるものとしていた。
【０００４】
【特許文献１】
特許第３２６６０００号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特許文献１では、実際に燃焼モードが切り替わるタイミングで燃焼モード毎の学習値を切り替える構成であるため、以下の問題を生ずる。つまり、燃焼モードを切り替える際には、点火・噴射系の制御と共に吸気系の制御も切り替えられ、その際前記学習値の切替も行われるが、吸気系では遅れを伴うためモード切替後において吸入空気量の制御性が悪化する。この場合、モード切替後には吸気系の遅れに起因して要求空気量が満足できなくなり、実際の吸入空気量を要求空気量に収束させるまでに要する時間が増加してしまう。その結果、エミッションが悪化するという問題が生じる。また、例えば燃焼モードが均質燃焼から成層燃焼に切り替えられる場合、モード切替後には吸気系の遅れに起因して空気量が不足し、トルク低下が発生する。このトルク低下を補うためには燃料噴射量を過剰に増量しなければならず、その結果燃費が悪化するという問題が生じる。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、燃焼モードの切替をスムーズに行い、ひいてはモード切替時に生じるエミッション悪化等の問題を解消することができる筒内噴射式内燃機関の制御装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明では、燃料噴射弁により筒内に燃料を直接噴射する筒内噴射式内燃機関を制御対象としており、該筒内噴射式内燃機関では、吸気行程で燃料を噴射して均質燃焼させる均質燃焼運転と、圧縮行程で燃料を噴射して成層燃焼させる成層燃焼運転とが切り替えられる。また、内燃機関の吸気通路を通じて吸入される空気量が要求空気量に一致するよう空気量制御が実施されると共に、均質燃焼及び成層燃焼の各燃焼モードで個別に設定される空気量制御用のモード別補正量が燃焼モード毎に使い分けられるようになっている。特に請求項１の発明では、運転状態に基づいて燃焼モード切替の要否が判定される。そして、燃焼モード切替を要すると判定された際、実際の燃焼モード切替よりも前にモード切替先のモード別補正量が空気量制御に反映され、そのモード別補正量の反映の後に燃焼モードの切替が実施される。なお、本発明で言う「燃焼モード」は主として燃料噴射弁による噴射モードを指し、均質燃焼及び成層燃焼の各燃焼モードは、均質噴射モード及び成層噴射モードと言い換えることも可能である。故に本発明では、噴射モードの切替前にモード別補正量を切り替えるようにしたことを主旨としているとも言える。
【０００８】
請求項１の発明によれば、実際に燃焼モードが切り替えられる前にモード切替先のモード別補正量が空気量制御に反映されるため、吸気系の遅れを見越して吸入空気量を制御することができる。つまり、実際の燃焼モードの切替後には、いち早く空気量制御が適正な状態に移行する。これにより、燃焼モードの切替をスムーズに行うことができ、ひいてはモード切替時に生じるエミッション悪化等の問題を解消することができるようになる。
【０００９】
この種の内燃機関では、燃焼モードの切替時に吸入空気量が変動することでトルク変動が生じるが、請求項７に記載の発明によれば、当該トルク変動が、少なくとも燃料噴射量の増量補正により抑制される。この場合、燃焼モード切替時の成層燃焼において空気量変動が大きいとその分燃料噴射量の増量補正も過剰に行われるが、前記請求項１の発明によれば、既述した通り空気量制御が適正に実施されるため、燃料噴射量の増量補正が適度に行われる。故に、燃費悪化の抑制効果を実現することもできる。トルク変動の抑制手段として、点火時期の遅角補正を実施することも可能であり、この点火時期の遅角補正を燃料噴射量の増量補正と組み合わせて実施することも可能である。請求項８に記載の発明では、モード切替時の均質燃焼において、空気量変動に伴うトルク変動が少なくとも点火時期の遅角補正により抑制されるため、モード切替時のドライバビリティの向上が実現できる。
【００１０】
また、請求項９に記載したように、前記モード別補正量は、均質燃焼及び成層燃焼の各燃焼モードで各々適宜更新される空気量学習値であると良い。特に吸気通路にスロットルバルブを有する構成にあっては、スロットル作動位置を学習したスロットル学習値であると良い（以下も同様）。
【００１１】
請求項２に記載の発明では、燃焼モード切替を要すると判定した際、そのモード切替に対応する事前の準備要求が指令され、その準備要求の指令と同時にモード切替先のモード別補正量が空気量制御に反映される。そしてその後、モード切替の準備が整った時点で実際のモード切替が指令される。この場合、モード切替の準備要求に同期させてモード別補正量が空気量制御に反映されるため、その準備段階において空気量制御の適正化が実現できる。
【００１２】
請求項３に記載の発明では、モード切替先のモード別補正量を反映させた後、燃焼モード切替時に要する吸気系の応答時間が経過したタイミングで燃焼モード切替の実施が許容される。この場合、吸気系の遅れがより適正に改善され、燃焼モード切替時の制御性が向上する。また、請求項７，８に記載したトルク変動の抑制手段と組み合わせた場合、空気量変動時における燃料噴射量等の補正を無駄無く実施することができるようになる。
【００１３】
一方、請求項４に記載の発明は請求項１と同様、筒内噴射式内燃機関を制御対象としており、空気量制御に際してモード別補正量を燃焼モード毎に使い分けるようにしたのも同様である。そして特徴として、燃焼モードの切替時には吸気系の制御切替と点火・噴射系の制御切替とが所定の時間差を持って行われる。また、運転状態に基づいて燃焼モード切替の要否が判定され、燃焼モード切替を要すると判定された際、点火・噴射系の制御切替よりも前にモード切替先のモード別補正量を空気量制御に反映される。
【００１４】
請求項４の発明によれば、点火・噴射系の制御切替よりも前にモード切替先のモード別補正量が空気量制御に反映されるため、吸気系の遅れを見越して吸入空気量を制御することができる。つまり、点火・噴射系の制御切替後には、いち早く空気量制御が適正な状態に移行する。これにより、燃焼モードの切替をスムーズに行うことができ、ひいてはモード切替時に生じるエミッション悪化等の問題を解消することができるようになる。また、請求項７に記載したように、空気量変動に伴うトルク変動が少なくとも燃料噴射量の増量補正により抑制される制御装置にあっては、上記の通り空気量制御が適正に実施されるため、燃料噴射量の増量補正が適度に行われる。故に、燃費悪化の抑制効果を実現することもできる。更に、請求項８に記載した点火時期の遅角補正によるトルク変動の抑制手段と組み合わせた場合、モード切替時のドライバビリティの向上が実現できるようになる。
【００１５】
請求項５に記載の発明では、燃焼モード切替に際し、前記吸気系の制御切替のタイミングでモード切替先のモード別補正量が空気量制御に反映される。この場合、吸気系の制御切替に同期させてモード別補正量が空気量制御に反映されるため、早期に空気量制御の適正化が可能となる。なお、吸気系の制御切替としては、スロットル制御系の切替やＥＧＲ（排ガス再循環）制御系の切替等を含む。
【００１６】
請求項６に記載の発明では、前記点火・噴射系の制御切替のタイミングよりも吸気系の応答時間分早いタイミングでモード切替先のモード別補正量が空気量制御に反映される。この場合、吸気系の遅れがより適正に改善され、燃焼モード切替時の制御性が向上する。また、請求項７，８に記載したトルク変動の抑制手段と組み合わせた場合、空気量変動時における燃料噴射量等の補正を無駄無く実施することができるようになる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化した一実施の形態を図面に従って説明する。本実施の形態では、燃料噴射弁により燃料を筒内（燃焼室内）に直接噴射するように構成した車両用の筒内噴射式ガソリンエンジンを制御対象に、エンジン制御システムを構築するものとしており、当該制御システムにおいては電子制御ユニット（以下、ＥＣＵという）を中枢として燃料噴射量の制御や点火時期の制御等が実施される。なお周知の通り、筒内噴射式エンジンでは、吸気行程で燃料を噴射して均質燃焼させる均質燃焼運転と、圧縮行程で燃料を噴射して成層燃焼させる成層燃焼運転とで運転状態が切り替えられるようになっている。先ずは、図１を用いてエンジン制御システムの概略を説明する。
【００１８】
図１に示す筒内噴射式エンジン（以下、エンジン１０という）において、吸気管１１の上流部には吸入空気量を検出するためのエアフロメータ１２が設けられている。エアフロメータ１２の下流側には、ＤＣモータ等のスロットルアクチュエータ１３によって開度調節されるスロットルバルブ１４が設けられており、該スロットルバルブ１４の開度（スロットル開度）はスロットルアクチュエータ１３に内蔵されたスロットル開度センサにより検出される。スロットルバルブ１４の下流側にはサージタンク１６が設けられ、このサージタンク１６には吸気管圧力を検出するための吸気管圧力センサ１７が設けられている。また、サージタンク１６には、エンジン１０の各気筒に空気を導入する吸気マニホールド１８が接続されており、吸気マニホールド１８において各気筒の吸気ポート近傍にはスワール制御弁１９が設けられている。
【００１９】
シリンダブロック２０には電磁駆動式の燃料噴射弁２１が設けられており、該燃料噴射弁２１により燃焼室２２内に燃料が直接噴射される。この場合、燃料タンク２３内の燃料は燃料ポンプ２４によりくみ上げられ、燃料配管２５を通じて燃料噴射弁２１に供給される。なお、燃料配管２５の途中には燃料圧力を検出するための燃圧センサ２６が設けられている。
【００２０】
また、エンジン１０の吸気ポート及び排気ポートにはそれぞれ吸気バルブ３１及び排気バルブ３２が設けられており、吸気バルブ３１の開動作により吸入空気が燃焼室２２内に導入され、排気バルブ３２の開動作により燃焼後の排ガスが排気管３４に排出される。少なくとも吸気バルブ３１には可変動弁機構３３が設けられている。この可変動弁機構３３は、吸気バルブ３１のリフト量や開弁時期（作用角）等のバルブ開閉動作条件を可変とすることができる構造を有し、その都度のエンジン運転状態等に応じてバルブ開閉動作条件が適宜調整されるようになっている。
【００２１】
エンジン１０のシリンダヘッドには各気筒毎に点火プラグ３５が取り付けられており、点火プラグ３５には、図示しない点火コイル等を通じて、所望とする点火時期において高電圧が印加される。この高電圧の印加により、各点火プラグ３５の対向電極間に火花放電が発生し、燃焼室２２内において燃料が着火されて燃焼に供される。
【００２２】
排気管３４には、排出ガス中のＣＯ，ＨＣ，ＮＯｘ等を浄化するための三元触媒等の触媒３７が設けられ、この触媒３７の上流側には排ガスを検出対象として混合気の空燃比又はリッチ／リーンを検出するための空燃比センサ３８（リニア空燃比センサ、酸素センサ等）が設けられている。また、シリンダブロック２０には、冷却水温を検出する冷却水温センサ３９や、エンジンの所定クランク角毎に（例えば３０°ＣＡ周期で）矩形状のクランク角信号を出力するクランク角度センサ４０が取り付けられている。
【００２３】
サージタンク１６と排気管３４とはＥＧＲ配管４１を介して接続されており、このＥＧＲ配管４１の途中に電磁駆動式のＥＧＲバルブ４２が設けられている。ＥＧＲバルブ４２の開度（ＥＧＲ開度）を調節することにより、排気管３４から吸気通路側に再循環される排ガス量が制御されるようになっている。図中の符号４３は、ドライバによるアクセル操作量を検出するためのアクセルセンサである。
【００２４】
上述した各種センサの出力は、エンジン制御を司るＥＣＵ５０に入力される。ＥＣＵ５０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等よりなるマイクロコンピュータを主体として構成され、ＲＯＭに記憶された各種の制御プログラムを実行することで、エンジン運転状態に応じて燃料噴射制御、点火制御、スロットル制御、ＥＧＲ制御等を適宜実施する。なお、ＥＣＵ５０には、イグニッションスイッチのＯＦＦ操作による電源遮断後もバックアップ電源の供給により記憶内容を保持するバックアップメモリ（スタンバイＲＡＭ、ＥＥＰＲＯＭ等）が設けられており、このバックアップメモリには学習値やダイアグデータ（故障診断データ）等が記憶保持されるようになっている。
【００２５】
本ＥＣＵ５０の制御では、エンジン１０の燃焼モードを均質燃焼と成層燃焼とで切り替える際、要求燃焼モードと実燃焼モードとが時間差を持って２段階で指令されるようになっており、先ずは要求燃焼モードの指令に従って吸気系の制御切替が行われ、その後、実燃焼モードの指令に従って点火・噴射系の制御切替が行われる。要求燃焼モードの指令が「準備要求の指令」に相当する。なお、吸気系の制御切替としては、スロットル制御系の切替やＥＧＲ制御系の切替等が含まれる。
【００２６】
ＥＣＵ５０の制御内容を図２の機能ブロック図に基づいて説明する。図２ではその概要として、燃焼モード切替手段Ｍ１により要求燃焼モード及び実燃焼モードの切替が行われ、そのうち要求燃焼モードの指令に従って要求空気量算出手段Ｍ２、ベーススロットル開度算出手段Ｍ３及びスロットル学習値反映手段Ｍ４にてスロットル制御が実施される。また、実燃焼モードの指令に従って要求噴射量算出手段Ｍ５、要求遅角量算出手段Ｍ６及び要求点火時期算出手段Ｍ７にて点火・噴射制御が実施される。以下、各手段の内容を詳しく説明する。
【００２７】
燃焼モード切替手段Ｍ１は、要求トルク、推定トルク、エンジン回転数Ｎｅ及びＥＧＲ開度等をパラメータとして要求燃焼モード及び実燃焼モードをそれぞれ均質燃焼、成層燃焼の何れにするかを判定し、その都度の燃焼モードに対応する要求燃焼モード番号及び実燃焼モード番号を出力する。因みに、要求トルクは、アクセル開度、エンジン回転数、吸気管圧力やその他にアイドル運転時のＩＳＣフィードバック制御量等に基づいて算出される。また、推定トルクは、エンジン回転数、吸入空気量等に基づいて算出される。
【００２８】
要求空気量算出手段Ｍ２は、要求燃焼モード番号を取り込み、その時々の要求燃焼モードに対応させつつ要求トルクとエンジン回転数Ｎｅとをパラメータとして要求空気量を算出する。ベーススロットル開度算出手段Ｍ３は、要求空気量と吸気管圧力とをパラメータとしてベーススロットル開度を算出する。
【００２９】
また、スロットル学習値反映手段Ｍ４は、要求燃焼モード番号を取り込み、その時々の要求燃焼モードに対応させつつ均質燃焼用のスロットル開度学習値（以下、均質スロットル学習値という）又は成層燃焼用のスロットル開度学習値（以下、成層スロットル学習値という）の何れかをスロットルフィードバック制御量（スロットルＦ／Ｂ量）に反映させる。なお、均質スロットル学習値及び成層スロットル学習値は「モード別補正量（空気量学習値）」に相当し、各々対応する燃焼モードにおいてスロットルフィードバック制御量に基づいて適宜更新され、バックアップメモリにて記憶保持されるようになっている。
【００３０】
そして、スロットル学習値を反映させたフィードバック制御量とベーススロットル開度とから要求スロットル開度が算出され、この要求スロットル開度によりスロットルアクチュエータ１３の駆動が制御される。これにより、吸入空気量を要求空気量に一致させるようにした空気量制御が実現できる。
【００３１】
また、要求噴射量算出手段Ｍ５、要求遅角量算出手段Ｍ６及び要求点火時期算出手段Ｍ７は、燃焼モード切替時に発生するトルク変動を抑制するためのトルク変動抑制手段に相当し、燃料噴射量や点火時期の調整により、空気量変動に起因して発生するトルク変動の抑制が図られる。具体的には、要求噴射量算出手段Ｍ５は、実燃焼モード番号を取り込み、その時々の実燃焼モードに対応させつつ要求トルク、エンジン回転数Ｎｅ、吸入空気量等をパラメータとして要求燃料噴射量を算出する。要求遅角量算出手段Ｍ６は、実燃焼モード番号を取り込み、その時々の実燃焼モードに対応させつつ要求トルク及び推定トルクをパラメータとして要求遅角量を算出する。また、要求点火時期算出手段Ｍ７は、実燃焼モード番号を取り込み、その時々の実燃焼モードに対応させつつエンジン回転数Ｎｅ等に応じてベース点火時期を算出すると共に、要求燃料噴射量や要求遅角量を反映して要求点火時期を算出する。
【００３２】
図３は、スロットル制御処理を示すフローチャートであり、この処理はＥＣＵ５０により所定時間毎（例えば８ｍｓｅｃ毎）に実行される。
【００３３】
図３において、ステップＳ１０１では、その時々のエンジン運転状態に応じて燃焼モードの切替の要否を判定する。このステップＳ１０１の処理が前記図２の燃焼モード切替手段Ｍ１に相当する。また、ステップＳ１０２では、現時点で燃焼モードの切替を要するか否かを判別する。このとき、均質燃焼又は成層燃焼の状態が維持されており燃焼モードの切替が不要であれば、要求燃焼モード番号＝実燃焼モード番号となり、逆に燃焼モードの切替を要すれば、要求燃焼モード番号≠実燃焼モード番号となる。要求燃焼モード番号＝実燃焼モード番号であれば、ステップＳ１０２を否定判別してステップＳ１０３に進む。また、要求燃焼モード番号≠実燃焼モード番号であれば、ステップＳ１０２を肯定判別してステップＳ１０６に進む。
【００３４】
ステップＳ１０３では、要求燃焼モード番号（但し、実燃焼モード番号でも可）に基づいて今現在の燃焼モードが均質燃焼であるか否かを判別し、均質燃焼であればステップＳ１０４に進み、成層燃焼であればステップＳ１０５に進む。ステップＳ１０４では、ベーススロットル開度にスロットルＦ／Ｂ量と均質スロットル学習値とを加算して要求スロットル開度を算出する。また、ステップＳ１０５では、ベーススロットル開度にスロットルＦ／Ｂ量と成層スロットル学習値とを加算して要求スロットル開度を算出する。その後、ＥＣＵ５０は、前記算出した要求スロットル開度に基づいてスロットル開度を制御する。
【００３５】
また、ステップＳ１０６では、要求燃焼モード番号に基づいて今回が均質→成層のモード切替であるか否かを判別し、均質→成層のモード切替であればステップＳ１０７に進み、逆に成層→均質の切替であればステップＳ１０８に進む。ステップＳ１０７では、ベーススロットル開度にスロットルＦ／Ｂ量と成層スロットル学習値とを加算して要求スロットル開度を算出する。また、ステップＳ１０８では、ベーススロットル開度にスロットルＦ／Ｂ量と均質スロットル学習値とを加算して要求スロットル開度を算出する。その後、ＥＣＵ５０は、前記算出した要求スロットル開度に基づいてスロットル開度を制御する。
【００３６】
要するに、燃焼モードを維持する場合にはその都度の燃焼モードに対応するスロットル学習値がスロットル制御に反映され（ステップＳ１０４，Ｓ１０５）、これに対し、燃焼モードを切り替える場合にはモード切替先の燃焼モードに対応するスロットル学習値がスロットル制御に反映されるようになっている（ステップＳ１０７，Ｓ１０８）。
【００３７】
図４及び図５は燃焼モードの切替動作を示すタイムチャートであり、図４は均質燃焼から成層燃焼への切替時の挙動を、図５は成層燃焼から均質燃焼への切替時の挙動をそれぞれ示す。各図中、実線の挙動と一点鎖線の挙動とを重ねて示す部位では、実線が本実施の形態を示し、一点鎖線が比較例としての従来技術を示す。
【００３８】
図４において、タイミングｔ１では、要求燃焼モードが均質燃焼から成層燃焼に切り替えられる。このとき、要求空気量がステップ的に増量され、その増量された要求空気量に基づいて要求スロットル開度が変更される。特に本実施の形態では、要求燃焼モードの変更時においてスロットル学習値が切り替えられ、該切り替えられたスロットル学習値が直ちにスロットル制御量に反映される。なお、図中一点鎖線で示す従来技術では、実燃焼モードが均質燃焼から成層燃焼に切り替えられるのを待ってスロットル学習値がスロットル制御量に反映される（タイミングｔ３）。
【００３９】
タイミングｔ１以降、要求スロットル開度の増加に伴って実際の吸入空気量が次第に増量される。このとき、要求燃焼モードの変更時において直ちにスロットル学習値がスロットル制御量に反映されるため、一点鎖線の従来技術に比べて吸入空気量の増量の傾きが大きく、要求空気量に対する応答が改善されている。そして、タイミングｔ１以降、吸入空気量が増量されることから推定トルクが増え、タイミングｔ２では推定トルクと要求トルクとの差が所定のしきい値に達することから、実燃焼モードが均質燃焼から成層燃焼に切り替えられる。それ以降、成層燃焼モードでの点火・噴射系の制御が実施される。
【００４０】
なお従来技術では、吸入空気量の増量が遅いため、タイミングｔ２よりも後のタイミングｔ３で実燃焼モードが均質燃焼から成層燃焼に切り替えられ、それ以降、成層燃焼モードでの点火・噴射系の制御が実施される。従来技術の場合、実燃焼モードの切替タイミング（ｔ３）においてスロットル学習値の反映が行われるために要求スロットル開度に段差が生じるが、本実施の形態では、実燃焼モードの切替タイミングで要求スロットル開度に段差が生じることはなく、均質燃焼から成層燃焼への切替がスムーズに行われる。
【００４１】
上述した均質燃焼から成層燃焼への燃焼モードの切替に際し、タイミングｔ１〜ｔ２の期間では、吸入空気量の増量に伴う過剰なトルク増加を抑制するために点火時期が遅角補正される。また、タイミングｔ２で成層燃焼モードに切り替えられたものの、このタイミングｔ２では、僅かながら吸入空気量が未だ要求空気量に達していない。故に、ｔ２直後には、空気量不足によるトルク低下分を補うべく燃料噴射量が増量補正される。この場合、タイミングｔ２において均質燃焼から成層燃焼への切替がスムーズに行われるため、従来技術に比べて燃料増量の期間が短くなる。実際には、従来技術の場合、期間Ｔｂで燃料増量が行われるのに対し、本実施の形態の場合、期間Ｔａで燃料増量が行われる（Ｔａ＜Ｔｂ）。
【００４２】
一方、図５において、タイミングｔ１１では、要求燃焼モードが成層燃焼から均質燃焼に切り替えられる。このとき、要求空気量がステップ的に減量され、その減量された要求空気量に基づいて要求スロットル開度が変更される。上述した通り要求燃焼モードの変更時にはスロットル学習値が切り替えられ、該切り替えられたスロットル学習値が直ちにスロットル制御量に反映される。なお、図中一点鎖線で示す従来技術では、実燃焼モードが成層燃焼から均質燃焼に切り替えられるのを待ってスロットル学習値がスロットル制御量に反映される（タイミングｔ１３）。
【００４３】
タイミングｔ１１以降、要求スロットル開度の減少に伴って実際の吸入空気量が次第に減量される。このとき、要求燃焼モードの変更時において直ちにスロットル学習値がスロットル制御量に反映されるため、一点鎖線の従来技術に比べて吸入空気量の減量の傾きが大きく、要求空気量に対する応答が改善されている。そして、タイミングｔ１１以降、吸入空気量が減量されることから推定トルクが減り、タイミングｔ１２では推定トルクと要求トルクとの差が所定のしきい値に達することから、実燃焼モードが成層燃焼から均質燃焼に切り替えられる。それ以降、均質燃焼モードでの点火・噴射系の制御が実施される。
【００４４】
なお従来技術では、吸入空気量の減量が遅いことから、タイミングｔ１２よりも後のタイミングｔ１３で実燃焼モードが成層燃焼から均質燃焼に切り替えられ、それ以降、均質燃焼モードでの点火・噴射系の制御が実施される。図４で説明した均質→成層の切替時と同様に、従来技術の場合、実燃焼モードの切替タイミング（ｔ１３）においてスロットル学習値の反映が行われるために要求スロットル開度に段差が生じるが、本実施の形態では、実燃焼モードの切替タイミングで要求スロットル開度に段差が生じることはなく、成層燃焼から均質燃焼への切替がスムーズに行われる。
【００４５】
上述した成層燃焼から均質燃焼への燃焼モードの切替に際し、タイミングｔ１１〜ｔ１２の期間では、要求空気量に対する吸入空気量の不足によるトルク低下分を補うべく燃料噴射量が増量補正される。また、均質燃焼モードに切り替えられたタイミングｔ１２では吸入空気量が過剰となるため、それに伴う過剰なトルク増加を抑制するために点火時期が遅角補正される。この場合、タイミングｔ１２において成層燃焼から均質燃焼への切替がスムーズに行われるため、従来技術に比べて燃料増量の期間が短くなる。実際には、従来技術の場合、期間Ｔｄで燃料増量が行われるのに対し、本実施の形態の場合、期間Ｔｃで燃料増量が行われる（Ｔｃ＜Ｔｄ）。
【００４６】
以上詳述した本実施の形態によれば、以下の優れた効果が得られる。
【００４７】
実燃焼モードの切替よりも前に、すなわち点火・噴射系の制御切替よりも前にモード切替先のスロットル学習値をスロットル制御に反映させるようにしたため、吸気系の遅れを見越して吸入空気量を制御することができる。つまり、燃焼モードの切替後にはいち早く要求空気量に収束する。これにより、燃焼モードの切替をスムーズに行うことができ、ひいてはモード切替時に生じるエミッション悪化や燃費悪化といった問題を解消することができるようになる。
【００４８】
燃焼モード切替に際し、要求燃焼モードの切替時、すなわち吸気系の制御切替時にモード切替先のスロットル学習値をスロットル制御に反映させるようにしたため、その後の実燃焼モードの切替時においてスロットル開度に段差が生じることはなく、燃焼モード切替が適正化できる。
【００４９】
なお、本発明は上記実施の形態の記載内容に限定されず、例えば次のように実施しても良い。
【００５０】
上記実施の形態では、要求燃焼モードの切替時、すなわち吸気系の制御切替時にモード切替先のスロットル学習値をスロットル制御に反映させるようにしたが、モード切替先のスロットル学習値を反映させるタイミングは必ずしも要求燃焼モードの切替時でなくても良く、要は、実燃焼モード切替時（点火・噴射系の制御切替時）よりも前のタイミングであれば良い。但し望ましくは、燃焼モード切替時（点火・噴射系の制御切替時）よりも吸気系の応答時間分早いタイミングでモード切替先のスロットル学習値を反映させるようにする。
【００５１】
又は、スロットル学習値の切替時を基準として、その切替後、燃焼モード切替時に要する吸気系の応答時間が経過したタイミングで燃焼モード切替（点火・噴射系の制御切替）の実施を許容するようにしても良い。
【００５２】
上記実施の形態では、スロットル学習値を均質燃焼及び成層燃焼の各燃焼モード毎に設定し、これをモード別補正量としたが、スロットル学習値以外にモード別補正量を設定しても良い。モード別補正量は、必要に応じて更新される学習値でなくとも、燃焼モード毎に設定される個別の補正量であっても良い。また、モード別補正量が複数種類ある場合、それらを同時に反映させるか、順次個別に反映させるかは任意で良い。
【００５３】
空気量制御としては、スロットルバルブによる制御の他、吸気バルブの可変動弁機構による制御等を採用しても良い。この場合、可変動弁機構により、吸気バルブのリフト量や開弁時期（作用角）等のバルブ開閉動作条件が連続的に可変とすることができれば吸気量制御が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】発明の実施の形態におけるエンジン制御システムを示す構成図である。
【図２】ＥＣＵの機能ブロック図である。
【図３】スロットル制御を説明するためのフローチャートである。
【図４】燃焼モードの切替動作を示すタイムチャートである。
【図５】燃焼モードの切替動作を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
１０…エンジン、
１１…吸気管、
１８…吸気マニホールド、
２１…燃料噴射弁、
５０…ＥＣＵ。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a control device for a direct injection internal combustion engine.
[0002]
[Prior art]
In recent years, in-cylinder internal combustion engines that directly inject fuel into a combustion chamber have been put into practical use in vehicles. This in-cylinder injection type internal combustion engine can switch between a homogeneous combustion operation in which fuel is injected in an intake stroke to perform homogeneous combustion and a stratified combustion operation in which fuel is injected in a compression stroke to perform stratified combustion. The respective combustion modes of homogeneous combustion and stratified combustion are appropriately switched according to the operating state of the engine.
[0003]
As a conventional technique for controlling the in-cylinder injection type internal combustion engine, for example, in Patent Document 1, an operating position of an idle speed control valve (ISC valve) is learned in order to perform idle operation, and the idle value is used by using the learned value. The intake air amount during operation was appropriately controlled. In particular, in the homogeneous combustion mode and the stratified combustion mode, since a difference in intake air flow occurs due to a difference in suction pressure during idling operation, learning is performed for each combustion mode, and a learning value for each combustion mode is actually set in the combustion mode. Switching was performed at the switching timing. As a result, a good idle operation state can always be realized regardless of the combustion mode in each case.
[0004]
[Patent Document 1]
Japanese Patent No. 3266000
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, Patent Document 1 described above has a configuration in which the learning value for each combustion mode is switched at the timing when the combustion mode is actually switched. In other words, when switching the combustion mode, the control of the intake system is also switched together with the control of the ignition / injection system. At that time, the learning value is also switched. The controllability of the quantity deteriorates. In this case, after the mode switching, the required air amount cannot be satisfied due to the delay of the intake system, and the time required until the actual intake air amount converges to the required air amount increases. As a result, there is a problem that emission is deteriorated. Further, for example, when the combustion mode is switched from the homogeneous combustion to the stratified combustion, the air amount becomes insufficient due to the delay of the intake system after the mode switching, and the torque decreases. In order to compensate for this decrease in torque, the fuel injection amount must be excessively increased, and as a result, there arises a problem that fuel consumption deteriorates.
[0006]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to perform in-cylinder injection in which the switching of the combustion mode can be smoothly performed, and the problems such as emission deterioration at the time of mode switching can be solved. An object of the present invention is to provide a control device for an internal combustion engine.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In the present invention, an in-cylinder injection type internal combustion engine in which fuel is directly injected into a cylinder by a fuel injection valve is controlled. In the in-cylinder injection type internal combustion engine, homogeneous combustion in which fuel is injected during an intake stroke to perform homogeneous combustion is performed. The operation and the stratified combustion operation in which fuel is injected in the compression stroke to perform stratified combustion are switched. In addition, air amount control is performed so that the amount of air taken in through the intake passage of the internal combustion engine matches the required air amount, and the air amount control is individually set in each of the combustion modes of homogeneous combustion and stratified combustion. The correction amount for each mode can be properly used for each combustion mode. In particular, according to the first aspect of the present invention, it is determined whether the combustion mode needs to be switched based on the operating state. Then, when it is determined that the combustion mode switching is required, the mode-dependent correction amount of the mode switching destination is reflected in the air amount control before the actual combustion mode switching, and the combustion mode of the combustion mode is reflected after the reflection of the mode-dependent correction amount. Switching is performed. Note that the "combustion mode" referred to in the present invention mainly refers to an injection mode using a fuel injection valve, and the respective combustion modes of homogeneous combustion and stratified combustion can be rephrased as homogeneous injection mode and stratified injection mode. Therefore, in the present invention, it can be said that the main purpose is to switch the correction amount for each mode before switching the injection mode.
[0008]
According to the first aspect of the present invention, since the mode-dependent correction amount for each mode is reflected in the air amount control before the combustion mode is actually switched, the intake air amount is controlled in anticipation of a delay in the intake system. Can be. That is, after the actual combustion mode is switched, the air amount control is quickly shifted to an appropriate state. As a result, the combustion mode can be switched smoothly, and problems such as emission deterioration at the time of mode switching can be solved.
[0009]
In this type of internal combustion engine, torque fluctuations occur due to fluctuations in the amount of intake air when the combustion mode is switched. According to the invention described in claim 7, the torque fluctuations are caused at least by increasing correction of the fuel injection amount. Be suppressed. In this case, if the fluctuation of the air amount is large in the stratified combustion at the time of switching the combustion mode, the fuel injection amount is also excessively increased when the air amount fluctuation is large, but according to the invention of claim 1, the air amount control is performed as described above. In order to be properly performed, the increase correction of the fuel injection amount is appropriately performed. Therefore, an effect of suppressing deterioration of fuel efficiency can be realized. As a means for suppressing the torque fluctuation, it is also possible to carry out retardation correction of the ignition timing, and it is also possible to carry out this retardation correction of the ignition timing in combination with the increase correction of the fuel injection amount. According to the eighth aspect of the invention, in homogeneous combustion at the time of mode switching, torque fluctuations due to air amount fluctuations are suppressed at least by retard correction of the ignition timing, so that drivability at the time of mode switching can be improved.
[0010]
As described in claim 9, the correction amount for each mode may be an air amount learning value that is appropriately updated in each of the combustion modes of the homogeneous combustion and the stratified combustion. In particular, in a configuration having a throttle valve in the intake passage, a throttle learning value obtained by learning a throttle operating position may be used (the same applies to the following description).
[0011]
According to the second aspect of the present invention, when it is determined that the combustion mode switching is required, a preliminary preparation request corresponding to the mode switching is commanded, and at the same time as the command of the preparation request, the correction amount for each mode of the mode switching destination is air. It is reflected in quantity control. After that, when the mode switching preparation is completed, an actual mode switching is instructed. In this case, since the correction amount for each mode is reflected in the air amount control in synchronization with the preparation request for the mode switching, the air amount control can be optimized in the preparation stage.
[0012]
According to the third aspect of the present invention, after reflecting the correction amount for each mode at the mode switching destination, the execution of the combustion mode switching is allowed at a timing when the response time of the intake system required at the time of the combustion mode switching has elapsed. In this case, the delay of the intake system is more appropriately improved, and the controllability at the time of switching the combustion mode is improved. Further, when combined with the torque fluctuation suppressing means described in claims 7 and 8, it becomes possible to carry out the correction of the fuel injection amount and the like when the air amount fluctuates without waste.
[0013]
On the other hand, the invention according to claim 4 is directed to a direct injection internal combustion engine as in claim 1, and the mode-dependent correction amount is selectively used for each combustion mode in controlling the air amount. . As a characteristic, when the combustion mode is switched, control switching of the intake system and control switching of the ignition / injection system are performed with a predetermined time difference. Further, it is determined whether or not the combustion mode switching is necessary based on the operating state. When it is determined that the combustion mode switching is required, the correction amount for each mode of the mode switching destination is set to the air amount before the ignition / injection system control switching. Reflected on control.
[0014]
According to the fourth aspect of the invention, the correction amount for each mode at the mode switching destination is reflected in the air amount control before the control switching of the ignition / injection system, so that the intake air amount is controlled in anticipation of the delay of the intake system. can do. That is, after the control of the ignition / injection system is switched, the air amount control is quickly shifted to an appropriate state. As a result, the combustion mode can be switched smoothly, and problems such as emission deterioration at the time of mode switching can be solved. Further, as described in claim 7, in the control device in which the torque fluctuation due to the air amount fluctuation is suppressed at least by the increase correction of the fuel injection amount, the air amount control is properly performed as described above. The fuel injection amount is appropriately increased. Therefore, an effect of suppressing deterioration of fuel efficiency can be realized. Further, when combined with the means for suppressing torque fluctuation by retard correction of the ignition timing described in claim 8, improvement in drivability at the time of mode switching can be realized.
[0015]
According to the fifth aspect of the invention, at the time of switching the combustion mode, the correction amount for each mode at the mode switching destination is reflected in the air amount control at the timing of the control switching of the intake system. In this case, since the correction amount for each mode is reflected in the air amount control in synchronization with the control switching of the intake system, the air amount control can be optimized at an early stage. Note that the control switching of the intake system includes switching of a throttle control system, switching of an EGR (exhaust gas recirculation) control system, and the like.
[0016]
In the invention described in claim 6, the mode-dependent correction amount of the mode switching destination is reflected in the air amount control at a timing earlier by the intake system response time than the ignition / injection system control switching timing. In this case, the delay of the intake system is more appropriately improved, and the controllability at the time of switching the combustion mode is improved. When combined with the torque fluctuation suppressing means described in claims 7 and 8, the correction of the fuel injection amount and the like when the air amount fluctuates can be performed without waste.
[0017]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the present embodiment, an engine control system is constructed by controlling a direct injection gasoline engine for a vehicle configured to directly inject fuel into a cylinder (combustion chamber) by a fuel injection valve. In the control system, control of a fuel injection amount, control of an ignition timing, and the like are performed with an electronic control unit (hereinafter, referred to as an ECU) as a center. As is well known, in a direct injection engine, the operating state is switched between a homogeneous combustion operation in which fuel is injected and homogeneous combustion is performed in an intake stroke, and a stratified combustion operation in which fuel is injected and stratified combustion is performed in a compression stroke. It has become. First, an outline of the engine control system will be described with reference to FIG.
[0018]
In an in-cylinder injection engine (hereinafter, referred to as an engine 10) shown in FIG. 1, an air flow meter 12 for detecting an intake air amount is provided upstream of an intake pipe 11. A throttle valve 14 whose opening is adjusted by a throttle actuator 13 such as a DC motor is provided downstream of the air flow meter 12, and the opening of the throttle valve 14 (throttle opening) is built in the throttle actuator 13. Is detected by the throttle opening sensor. A surge tank 16 is provided downstream of the throttle valve 14, and the surge tank 16 is provided with an intake pipe pressure sensor 17 for detecting an intake pipe pressure. An intake manifold 18 for introducing air into each cylinder of the engine 10 is connected to the surge tank 16, and a swirl control valve 19 is provided near the intake port of each cylinder in the intake manifold 18.
[0019]
An electromagnetically driven fuel injection valve 21 is provided in the cylinder block 20, and fuel is directly injected into the combustion chamber 22 by the fuel injection valve 21. In this case, the fuel in the fuel tank 23 is pumped up by the fuel pump 24 and supplied to the fuel injection valve 21 through the fuel pipe 25. A fuel pressure sensor 26 for detecting the fuel pressure is provided in the fuel pipe 25.
[0020]
Further, an intake valve 31 and an exhaust valve 32 are provided at an intake port and an exhaust port of the engine 10, respectively. When the intake valve 31 is opened, intake air is introduced into the combustion chamber 22, and the exhaust valve 32 is opened. As a result, the exhaust gas after combustion is discharged to the exhaust pipe 34. At least the intake valve 31 is provided with a variable valve mechanism 33. The variable valve mechanism 33 has a structure in which valve opening / closing operation conditions such as a lift amount and a valve opening timing (operating angle) of the intake valve 31 can be made variable. The valve opening / closing operation conditions are appropriately adjusted.
[0021]
An ignition plug 35 is attached to a cylinder head of the engine 10 for each cylinder, and a high voltage is applied to the ignition plug 35 at a desired ignition timing through an ignition coil (not shown) or the like. By the application of the high voltage, a spark discharge is generated between the opposing electrodes of each ignition plug 35, and the fuel is ignited in the combustion chamber 22 to be used for combustion.
[0022]
The exhaust pipe 34 is provided with a catalyst 37 such as a three-way catalyst for purifying CO, HC, NOx, and the like in the exhaust gas. Alternatively, an air-fuel ratio sensor 38 (linear air-fuel ratio sensor, oxygen sensor, etc.) for detecting rich / lean is provided. The cylinder block 20 is provided with a cooling water temperature sensor 39 for detecting a cooling water temperature and a crank angle sensor 40 for outputting a rectangular crank angle signal every predetermined crank angle of the engine (for example, at a cycle of 30 ° CA). ing.
[0023]
The surge tank 16 and the exhaust pipe 34 are connected via an EGR pipe 41, and an electromagnetically driven EGR valve 42 is provided in the EGR pipe 41. By adjusting the opening of the EGR valve 42 (EGR opening), the amount of exhaust gas recirculated from the exhaust pipe 34 to the intake passage side is controlled. Reference numeral 43 in the figure denotes an accelerator sensor for detecting an accelerator operation amount by the driver.
[0024]
The outputs of the various sensors described above are input to the ECU 50 that controls the engine. The ECU 50 mainly includes a microcomputer including a CPU, a ROM, a RAM, and the like, and executes various control programs stored in the ROM to perform fuel injection control, ignition control, throttle control, EGR control or the like is appropriately performed. The ECU 50 is provided with a backup memory (standby RAM, EEPROM, etc.) that retains the stored contents by supplying backup power even after the power is turned off by turning off the ignition switch. Data (failure diagnosis data) and the like are stored and held.
[0025]
In the control of the ECU 50, when switching the combustion mode of the engine 10 between the homogeneous combustion and the stratified combustion, the required combustion mode and the actual combustion mode are commanded in two stages with a time difference. Control switching of the intake system is performed according to the command of the combustion mode, and then control control of the ignition / injection system is performed according to the command of the actual combustion mode. The command for the required combustion mode corresponds to a “command for a preparation request”. Note that the control switching of the intake system includes switching of the throttle control system, switching of the EGR control system, and the like.
[0026]
The control contents of the ECU 50 will be described based on the functional block diagram of FIG. In FIG. 2, as an outline, switching between the required combustion mode and the actual combustion mode is performed by the combustion mode switching means M 1, and the required air amount calculation means M 2, the base throttle opening degree calculation means M 3, and the throttle learning are performed according to the required combustion mode command. Throttle control is performed by the value reflecting means M4. Further, in accordance with the command of the actual combustion mode, the required injection amount calculating means M5, the required retard amount calculating means M6, and the required ignition timing calculating means M7 perform the ignition / injection control. Hereinafter, the contents of each means will be described in detail.
[0027]
The combustion mode switching means M1 determines whether the required combustion mode and the actual combustion mode are homogeneous combustion or stratified combustion using the required torque, estimated torque, engine speed Ne, EGR opening degree, and the like as parameters. The required combustion mode number and the actual combustion mode number corresponding to the combustion mode are output. Incidentally, the required torque is calculated based on the accelerator opening, the engine speed, the intake pipe pressure, the ISC feedback control amount during idle operation, and the like. The estimated torque is calculated based on the engine speed, the intake air amount, and the like.
[0028]
The required air amount calculating means M2 takes in the required combustion mode number and calculates the required air amount using the required torque and the engine speed Ne as parameters while corresponding to the required combustion mode at each time. The base throttle opening calculating means M3 calculates the base throttle opening using the required air amount and the intake pipe pressure as parameters.
[0029]
Further, the throttle learning value reflecting means M4 takes in the required combustion mode number and, while corresponding to the required combustion mode at each time, a throttle opening learning value for homogeneous combustion (hereinafter referred to as a homogeneous throttle learning value) or a stratified combustion. One of the throttle opening learning values (hereinafter referred to as the stratified throttle learning value) is reflected in the throttle feedback control amount (throttle F / B amount). The homogeneous throttle learning value and the stratified throttle learning value correspond to “correction amount for each mode (air amount learning value)”, and are appropriately updated based on the throttle feedback control amount in the corresponding combustion mode, and stored in the backup memory. Is to be retained.
[0030]
Then, the required throttle opening is calculated from the feedback control amount reflecting the throttle learning value and the base throttle opening, and the drive of the throttle actuator 13 is controlled based on the required throttle opening. As a result, air amount control that matches the intake air amount with the required air amount can be realized.
[0031]
Further, the required injection amount calculating means M5, the required retard amount calculating means M6, and the required ignition timing calculating means M7 correspond to a torque fluctuation suppressing means for suppressing a torque fluctuation occurring at the time of switching the combustion mode. By adjusting the ignition timing, torque fluctuations caused by air amount fluctuations can be suppressed. Specifically, the required injection amount calculating means M5 takes in the actual combustion mode number, and calculates the required fuel injection amount using the required torque, engine speed Ne, intake air amount, and the like as parameters while corresponding to the actual combustion mode at each time. calculate. The required retard amount calculation means M6 takes in the actual combustion mode number and calculates the required retard amount using the required torque and the estimated torque as parameters while corresponding to the actual combustion mode at each time. The required ignition timing calculating means M7 takes in the actual combustion mode number, calculates the base ignition timing according to the engine speed Ne and the like while corresponding to the actual combustion mode at each time, and also requests the required fuel injection amount and the required delay. The required ignition timing is calculated by reflecting the angular amount.
[0032]
FIG. 3 is a flowchart showing a throttle control process, which is executed by the ECU 50 at predetermined time intervals (for example, at every 8 msec).
[0033]
In FIG. 3, in step S101, it is determined whether or not the combustion mode needs to be switched according to the engine operating state at that time. The processing in step S101 corresponds to the combustion mode switching means M1 in FIG. In step S102, it is determined whether switching of the combustion mode is required at the present time. At this time, if the state of the homogeneous combustion or the stratified combustion is maintained and the switching of the combustion mode is unnecessary, the required combustion mode number = the actual combustion mode number, and if the switching of the combustion mode is required, the required combustion mode is switched. Number ≠ Actual combustion mode number. If the required combustion mode number is equal to the actual combustion mode number, a negative determination is made in step S102 and the process proceeds to step S103. If the required combustion mode number ≠ the actual combustion mode number, the determination in step S102 is affirmative, and the process proceeds to step S106.
[0034]
In step S103, it is determined whether or not the current combustion mode is homogeneous combustion based on the required combustion mode number (however, the actual combustion mode number is also possible). If so, the process proceeds to step S105. In step S104, the required throttle opening is calculated by adding the throttle F / B amount and the homogeneous throttle learning value to the base throttle opening. In step S105, the required throttle opening is calculated by adding the throttle F / B amount and the stratified throttle learning value to the base throttle opening. Thereafter, the ECU 50 controls the throttle opening based on the calculated required throttle opening.
[0035]
Further, in step S106, it is determined whether or not this time is the mode switching from the homogenization to the stratification based on the required combustion mode number. If the mode switching from the homogenization to the stratification is performed, the process proceeds to step S107. If it is, the process proceeds to step S108. In step S107, the required throttle opening is calculated by adding the throttle F / B amount and the stratified throttle learning value to the base throttle opening. In step S108, the required throttle opening is calculated by adding the throttle F / B amount and the homogeneous throttle learning value to the base throttle opening. Thereafter, the ECU 50 controls the throttle opening based on the calculated required throttle opening.
[0036]
In short, when the combustion mode is maintained, the throttle learning value corresponding to the combustion mode in each case is reflected in the throttle control (steps S104 and S105). The throttle learning value corresponding to the mode is reflected in the throttle control (steps S107 and S108).
[0037]
4 and 5 are time charts showing the switching operation of the combustion mode. FIG. 4 shows the behavior at the time of switching from homogeneous combustion to stratified combustion, and FIG. 5 shows the behavior at the time of switching from stratified combustion to homogeneous combustion. Show. In each figure, in a portion where the behavior of the solid line and the behavior of the alternate long and short dash line are overlapped, the solid line indicates the present embodiment, and the alternate long and short dash line indicates a conventional technology as a comparative example.
[0038]
In FIG. 4, at the timing t1, the required combustion mode is switched from the homogeneous combustion to the stratified combustion. At this time, the required air amount is increased in a stepwise manner, and the required throttle opening is changed based on the increased required air amount. Particularly, in the present embodiment, the throttle learning value is switched when the required combustion mode is changed, and the switched throttle learning value is immediately reflected in the throttle control amount. In the prior art shown by the dashed line in the figure, the throttle learning value is reflected on the throttle control amount after the actual combustion mode is switched from homogeneous combustion to stratified combustion (timing t3).
[0039]
After timing t1, the actual intake air amount is gradually increased as the required throttle opening increases. At this time, when the required combustion mode is changed, the throttle learning value is immediately reflected in the throttle control amount. Therefore, the slope of the increase in the intake air amount is larger than in the conventional technology indicated by the dashed line, and the response to the required air amount is improved. ing. Then, after the timing t1, the estimated torque increases due to the increase in the intake air amount, and at the timing t2, the difference between the estimated torque and the required torque reaches a predetermined threshold value. Switch to combustion. Thereafter, the control of the ignition / injection system in the stratified combustion mode is performed.
[0040]
In the prior art, since the increase in the intake air amount is slow, the actual combustion mode is switched from the homogeneous combustion to the stratified combustion at the timing t3 after the timing t2, and thereafter, the control of the ignition / injection system in the stratified combustion mode is performed. Is carried out. In the case of the prior art, the required throttle opening is stepped because the throttle learning value is reflected at the actual combustion mode switching timing (t3). However, in the present embodiment, the required throttle opening is switched at the actual combustion mode switching timing. There is no step in the opening, and the switching from homogeneous combustion to stratified combustion is performed smoothly.
[0041]
When switching the combustion mode from the homogeneous combustion to the stratified combustion described above, during the period from timing t1 to t2, the ignition timing is retarded in order to suppress an excessive increase in torque accompanying an increase in the intake air amount. Although the mode is switched to the stratified combustion mode at the timing t2, the intake air amount has not yet reached the required air amount at this timing t2. Therefore, immediately after t2, the fuel injection amount is increased and corrected so as to compensate for the torque decrease due to the shortage of the air amount. In this case, since the switching from the homogeneous combustion to the stratified combustion is performed smoothly at the timing t2, the period of the fuel increase is shorter than in the related art. Actually, in the case of the related art, the fuel increase is performed in the period Tb, whereas in the case of the present embodiment, the fuel increase is performed in the period Ta (Ta <Tb).
[0042]
On the other hand, in FIG. 5, at the timing t11, the required combustion mode is switched from stratified combustion to homogeneous combustion. At this time, the required air amount is reduced in a stepwise manner, and the required throttle opening is changed based on the reduced required air amount. As described above, when the required combustion mode is changed, the throttle learning value is switched, and the switched throttle learning value is immediately reflected in the throttle control amount. In the prior art shown by the dashed line in the figure, the throttle learning value is reflected on the throttle control amount after the actual combustion mode is switched from stratified combustion to homogeneous combustion (timing t13).
[0043]
After timing t11, the actual intake air amount is gradually reduced as the required throttle opening decreases. At this time, when the required combustion mode is changed, the throttle learning value is immediately reflected in the throttle control amount, so that the slope of the decrease in the intake air amount is larger than in the conventional technology indicated by the dashed line, and the response to the required air amount is improved. ing. Then, after the timing t11, the estimated torque decreases due to the decrease in the intake air amount. At the timing t12, the difference between the estimated torque and the required torque reaches a predetermined threshold value. Switch to combustion. Thereafter, control of the ignition / injection system in the homogeneous combustion mode is performed.
[0044]
In the prior art, the actual combustion mode is switched from stratified combustion to homogeneous combustion at timing t13 after timing t12 because the amount of intake air is slowly reduced, and thereafter, the ignition / injection system in homogeneous combustion mode is switched. Control is performed. As in the case of the switching from the homogeneous to the stratification described with reference to FIG. 4, in the case of the prior art, a step occurs in the required throttle opening degree because the throttle learning value is reflected at the switching timing (t13) of the actual combustion mode. In the present embodiment, there is no step in the required throttle opening at the switching timing of the actual combustion mode, and the switching from stratified combustion to homogeneous combustion is performed smoothly.
[0045]
In switching the combustion mode from the stratified combustion to the homogeneous combustion described above, during the period from timing t11 to t12, the fuel injection amount is increased and corrected to compensate for the torque decrease due to the shortage of the intake air amount with respect to the required air amount. Further, at timing t12 when the mode is switched to the homogeneous combustion mode, the intake air amount becomes excessive, and thus the ignition timing is retarded in order to suppress an excessive increase in torque. In this case, since the switching from the stratified combustion to the homogeneous combustion is performed smoothly at the timing t12, the period of the fuel increase is shorter than in the related art. Actually, in the case of the related art, the fuel increase is performed in the period Td, whereas in the case of the present embodiment, the fuel increase is performed in the period Tc (Tc <Td).
[0046]
According to the present embodiment described in detail above, the following excellent effects can be obtained.
[0047]
Before the actual combustion mode switching, that is, before the ignition / injection system control switching, the throttle learning value of the mode switching destination is reflected in the throttle control. Can be controlled. In other words, after switching of the combustion mode, the required air amount is quickly converged. As a result, the switching of the combustion mode can be smoothly performed, and the problems such as the deterioration of the emission and the deterioration of the fuel efficiency which occur at the time of the mode switching can be solved.
[0048]
At the time of switching the combustion mode, when the required combustion mode is switched, that is, when the intake system control is switched, the throttle learning value of the mode switching destination is reflected in the throttle control. Does not occur, and the combustion mode switching can be optimized.
[0049]
The present invention is not limited to the description in the above embodiment, and may be implemented, for example, as follows.
[0050]
In the above-described embodiment, when the required combustion mode is switched, that is, when the intake system control is switched, the throttle learning value of the mode switching destination is reflected in the throttle control. The timing does not always have to be at the time of switching of the required combustion mode, and what is essential is that the timing be before the switching of the actual combustion mode (at the time of control switching of the ignition / injection system). However, desirably, the throttle learning value of the mode switching destination is reflected at a timing earlier by the response time of the intake system than when the combustion mode is switched (when the control of the ignition / injection system is switched).
[0051]
Alternatively, on the basis of the switching of the throttle learning value, after the switching, the execution of the combustion mode switching (control switching of the ignition / injection system) is permitted at the timing when the response time of the intake system required for the combustion mode switching has elapsed. May be.
[0052]
In the above embodiment, the throttle learning value is set for each of the combustion modes of the homogeneous combustion and the stratified combustion, and this is used as the correction amount for each mode. However, a correction amount for each mode may be set other than the throttle learning value. The correction amount for each mode may be an individual correction amount set for each combustion mode, instead of a learning value updated as necessary. When there are a plurality of types of correction amounts for each mode, it is optional whether to reflect them simultaneously or sequentially and individually.
[0053]
As the air amount control, in addition to the control by the throttle valve, control by a variable valve mechanism of the intake valve or the like may be adopted. In this case, if the valve opening / closing operation conditions such as the lift amount of the intake valve and the valve opening timing (operating angle) can be continuously varied by the variable valve mechanism, the intake air amount can be controlled.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram showing an engine control system according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a functional block diagram of an ECU.
FIG. 3 is a flowchart illustrating throttle control.
FIG. 4 is a time chart showing a switching operation of a combustion mode.
FIG. 5 is a time chart showing a switching operation of a combustion mode.
[Explanation of symbols]
10 ... Engine,
11 ... intake pipe,
18 ... intake manifold,
21 ... fuel injection valve,
50 ... ECU.

Claims (9)

筒内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁を備え、吸気行程で燃料を噴射して均質燃焼させる均質燃焼運転と、圧縮行程で燃料を噴射して成層燃焼させる成層燃焼運転とで切り替え可能な筒内噴射式内燃機関に適用され、当該内燃機関の吸気通路を通じて吸入される空気量が要求空気量に一致するよう空気量制御を実施すると共に、均質燃焼及び成層燃焼の各燃焼モードで個別に設定される空気量制御用のモード別補正量を燃焼モード毎に用いるようにした制御装置において、
運転状態に基づいて燃焼モード切替の要否を判定する手段と、
燃焼モード切替を要すると判定した際、実際の燃焼モード切替よりも前にモード切替先のモード別補正量を空気量制御に反映させる手段と、
前記モード別補正量を反映させた後に燃焼モードの切替を実施する手段と、
を備えたことを特徴とする筒内噴射式内燃機関の制御装置。A cylinder that has a fuel injection valve that injects fuel directly into the cylinder and can be switched between a homogeneous combustion operation that injects fuel in the intake stroke to perform homogeneous combustion and a stratified combustion operation that injects fuel in the compression stroke to perform stratified combustion. Applied to the internal injection type internal combustion engine, air amount control is performed so that the amount of air taken in through the intake passage of the internal combustion engine matches the required air amount, and individually set in each combustion mode of homogeneous combustion and stratified combustion In the control device in which the mode-specific correction amount for air amount control is used for each combustion mode,
Means for determining whether or not to switch the combustion mode based on the operating state;
Means for reflecting the mode-dependent correction amount per mode of the mode switching destination to the air amount control prior to the actual combustion mode switching when it is determined that the combustion mode switching is required;
Means for switching the combustion mode after reflecting the correction amount for each mode,
A control device for a direct injection internal combustion engine, comprising: 燃焼モード切替を要すると判定した際、そのモード切替に対応する事前の準備要求を指令し、その後モード切替の準備が整った時点で実際のモード切替を指令するようにした制御装置において、前記準備要求を指令するタイミングでモード切替先のモード別補正量を空気量制御に反映させることを特徴とする請求項１記載の筒内噴射式内燃機関の制御装置。When it is determined that the combustion mode switching is required, the control device instructs a preliminary preparation request corresponding to the mode switching, and then issues an actual mode switching when preparation for the mode switching is completed. 2. The control device for a direct injection internal combustion engine according to claim 1, wherein the correction amount for each mode at the mode switching destination is reflected in the air amount control at the timing of instructing the request. モード切替先のモード別補正量を反映させた後、燃焼モード切替時に要する吸気系の応答時間が経過したタイミングで燃焼モード切替の実施を許容することを特徴とする請求項１記載の筒内噴射式内燃機関の制御装置。2. The in-cylinder injection according to claim 1, wherein, after reflecting the mode-specific correction amount of the mode switching destination, execution of the combustion mode switching is permitted at a timing when a response time of the intake system required for switching the combustion mode has elapsed. A control device for an internal combustion engine. 筒内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁を備え、吸気行程で燃料を噴射して均質燃焼させる均質燃焼運転と、圧縮行程で燃料を噴射して成層燃焼させる成層燃焼運転とで切り替え可能な筒内噴射式内燃機関に適用され、当該内燃機関の吸気通路を通じて吸入される空気量が要求空気量に一致するよう空気量制御を実施すると共に、均質燃焼及び成層燃焼の各燃焼モードで個別に設定される空気量制御用のモード別補正量を燃焼モード毎に用いるようにした制御装置において、
燃焼モードの切替時には吸気系の制御切替と点火・噴射系の制御切替とを所定の時間差を持って行わせる手段と、
運転状態に基づいて燃焼モード切替の要否を判定する手段と、
燃焼モード切替を要すると判定した際、点火・噴射系の制御切替よりも前にモード切替先のモード別補正量を空気量制御に反映させる手段と、
を備えたことを特徴とする筒内噴射式内燃機関の制御装置。A cylinder that has a fuel injection valve that injects fuel directly into the cylinder and can be switched between a homogeneous combustion operation that injects fuel in the intake stroke to perform homogeneous combustion and a stratified combustion operation that injects fuel in the compression stroke to perform stratified combustion. Applied to the internal injection type internal combustion engine, air amount control is performed so that the amount of air taken in through the intake passage of the internal combustion engine matches the required air amount, and individually set in each combustion mode of homogeneous combustion and stratified combustion In the control device in which the mode-specific correction amount for air amount control is used for each combustion mode,
Means for causing the control switching of the intake system and the control switching of the ignition / injection system to be performed with a predetermined time difference when switching the combustion mode;
Means for determining whether or not to switch the combustion mode based on the operating state;
Means for reflecting the mode-dependent correction amount per mode of the mode switching destination to the air amount control before determining that the combustion mode switching is required; and
A control device for a direct injection internal combustion engine, comprising: 燃焼モード切替に際し、前記吸気系の制御切替のタイミングでモード切替先のモード別補正量を空気量制御に反映させることを特徴とする請求項４記載の筒内噴射式内燃機関の制御装置。5. The control device for a direct injection internal combustion engine according to claim 4, wherein at the time of switching the combustion mode, the correction amount for each mode at the mode switching destination is reflected in the air amount control at the timing of the control switching of the intake system. 前記点火・噴射系の制御切替のタイミングよりも吸気系の応答時間分早いタイミングでモード切替先のモード別補正量を空気量制御に反映させることを特徴とする請求項４記載の筒内噴射式内燃機関の制御装置。The in-cylinder injection system according to claim 4, wherein the correction amount for each mode at the mode switching destination is reflected in the air amount control at a timing earlier than the timing of the control switching of the ignition / injection system by the response time of the intake system. Control device for internal combustion engine. 燃焼モードの切替時の成層燃焼において吸入空気量が変動することで発生するトルク変動を、少なくとも燃料噴射量の増量補正により抑制する手段を更に備えたことを特徴とする請求項１乃至６の何れかに記載の筒内噴射式内燃機関の制御装置。7. The fuel injection system according to claim 1, further comprising a unit that suppresses a torque fluctuation caused by a fluctuation in an intake air amount in the stratified combustion at the time of switching the combustion mode by at least an increase correction of a fuel injection amount. A control device for a direct injection internal combustion engine according to any one of the claims. 燃焼モードの切替時の均質燃焼において吸入空気量が変動することで発生するトルク変動を、少なくとも点火時期の遅角補正により抑制する手段を更に備えたことを特徴とする請求項１乃至７の何れかに記載の筒内噴射式内燃機関の制御装置。8. The apparatus according to claim 1, further comprising means for suppressing a torque fluctuation caused by a fluctuation in an intake air amount in homogeneous combustion at the time of switching of the combustion mode by at least a retard correction of an ignition timing. A control device for a direct injection internal combustion engine according to any one of the claims. 前記モード別補正量は、均質燃焼及び成層燃焼の各燃焼モードで各々適宜更新される空気量学習値であることを特徴とする請求項１乃至８の何れかに記載の筒内噴射式内燃機関の制御装置。9. The direct injection internal combustion engine according to claim 1, wherein the correction amount for each mode is an air amount learning value that is appropriately updated in each of the combustion modes of the homogeneous combustion and the stratified combustion. Control device.

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