JP3592567B2 - 圧縮着火式内燃機関の制御方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガソリンや軽油などの燃料の混合気を圧縮着火（ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ ｉｇｎｉｔｉｏｎ）によって燃焼させる圧縮着火式内燃機関の制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
圧縮着火式内燃機関では一般的に、火花点火（ｓｐａｒｋ ｉｇｎｉｔｉｏｎ）による火花点火式内燃機関よりも高い圧縮比、かつ大きな空燃比で燃料を燃焼させる（リーン燃焼させる）ことにより、ともに良好な燃費および熱効率が得られる。このような圧縮着火式内燃機関の従来の制御方法として、例えば特開平９−２８７５２８号公報に記載されたものが知られている。この制御方法では、低負荷運転時に、吸気管に設けた電気ヒータ装置で吸気を加熱することにより、吸入ガスの温度を上昇させることによって、混合気の着火を早めるようにしている。これは、以下の理由による。すなわち、圧縮着火式の内燃機関では、アイドリングなどの低負荷運転時に、燃焼室内の温度が低下することによって、着火遅れが大きくなり、これによって、燃焼状態が不安定になってしまう。特にガソリンなどの高オクタン価の燃料の場合には、最終的に失火してしまう。このため、この制御方法では、低負荷運転時の燃焼の安定性を確保するために、上記のような電気ヒータ装置による吸気の加熱によって、混合気の着火を早めている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の制御方法によれば、低負荷運転時の燃焼の安定性を確保するために、電気ヒータ装置を作動させなければならず、消費電力量が増大することによって、ランニングコストが増大するとともに、電気ヒータ装置の分だけ、内燃機関の製造コストが増大してしまう。また、圧縮着火式内燃機関では、低温始動時に、混合気が極めて圧縮着火しにくいことから、良好な始動性を確保するために、上記のような電気ヒータ装置を長時間、作動させたり、圧縮比をかなり高く設定したりしなければならない。電気ヒータ装置を長時間、作動させると、消費電力量がさらに増大してしまう。また、圧縮比をかなり高く設定するためには、動作部品の厚さなどを大きくすることによってその強度を確保したり、ピストンとシリンダの間のシール性を高めたりしなければならず、これにより、慣性質量の増大に伴う慣性抵抗の増大や、シール性を高めることによるフリクションの増大などによって、燃費の悪化を招いてしまう。
【０００４】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、低負荷運転時などの燃焼の安定性と良好な始動性、さらには良好な運転性を確保しながら、コストを削減することができ、燃費を向上させることができる圧縮着火式内燃機関の制御方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、運転状態に応じて（例えば実施形態における（以下、この項において同じ）図２のステップ２）燃料の混合気を圧縮着火により燃焼させる圧縮着火燃焼と火花点火により燃焼させる火花点火燃焼とに切り換え可能な圧縮着火式内燃機関３の制御方法であって、火花点火燃焼から圧縮着火燃焼に切り換える際に、火花点火の点火時期θigを徐々に遅角させる（図３のステップ２７）ことによって、圧縮着火燃焼に切り換えるように制御するとともに、圧縮着火燃焼のときの吸気量を火花点火燃焼のときよりも増量させる（図４のステップ４６）ことによって、空燃比をより大きな値に制御することを特徴とする。
【０００６】
この圧縮着火式内燃機関の制御方法では、圧縮着火式内燃機関の運転状態に応じて、圧縮着火燃焼と火花点火燃焼に切り換えるので、混合気が圧縮着火しにくい始動時や低負荷運転時などには、火花点火燃焼を実行し、これら以外の運転状態のときには、圧縮着火燃焼を実行するように制御すれば、圧縮着火燃焼のみを実行する従来の制御方法と異なり、吸気や混合気を加熱したり、圧縮比をさらに高めたりすることなく、低負荷運転時の燃焼の安定性や良好な始動性を確保することができる。これにより、吸気や混合気を加熱する構成が不要になることによって、製造コストやランニングコストを削減できるとともに、高圧縮比化が不要になることによって、動作部品の慣性質量やフリクションを小さくでき、それゆえ、燃費を向上させることができる。また、火花点火燃焼から圧縮着火燃焼に切り換える際に、点火時期を火花点火燃焼のときの点火時期から徐々に遅角させてゆくと、最終的に圧縮着火が火花点火よりも先行するようになることにより、着火タイミングの大きなずれを生じることなく、圧縮着火燃焼に確実かつ円滑に移行させることができる。この場合、点火時期を徐々に遅角させるのに伴い、燃焼時の発生圧力、すなわちトルクなどの出力が徐々に低下するので、このときのトルクの変動幅（トルク段差）を小さく抑制することができるとともに、出力が小さい状態で圧縮着火燃焼に切り換えることができる。これに加えて、火花点火燃焼から圧縮着火燃焼に切り換える際に、圧縮着火燃焼のときの吸気量を、火花点火燃焼のときよりも増量させることによって、空燃比をより大きな値に制御するので、吸気量を空燃比が圧縮着火燃焼に適するように増量することによって、圧縮着火燃焼の利点を得ることができる。すなわち、圧縮着火式内燃機関を火花点火燃焼よりもリーン側の空燃比で運転できることによって、良好な燃費や熱効率を確保することができる。したがって、良好な運転性を確保しながら、圧縮着火燃焼にスムーズに移行させることができるとともに、良好な燃費および熱効率を確保できる。
【０００７】
請求項２に係る発明は、運転状態に応じて（図２のステップ２）燃料の混合気を圧縮着火により燃焼させる圧縮着火燃焼と火花点火により燃焼させる火花点火燃焼とに切り換え可能な圧縮着火式内燃機関３の制御方法であって、火花点火燃焼から圧縮着火燃焼に切り換える際に、火花点火の点火時期θ ig を徐々に遅角させる（図３のステップ２７）ことによって、圧縮着火燃焼に切り換えるように制御し、圧縮着火燃焼から火花点火燃焼に切り換える際に、圧縮着火燃焼中に、点火時期θ ig を徐々に進角させながら（図３のステップ３３）、火花点火用の火花を発生させることによって、火花点火燃焼に切り換えるように制御することを特徴とする。
【０００８】
この圧縮着火式内燃機関の制御方法によれば、圧縮着火式内燃機関の運転状態に応じて、圧縮着火燃焼と火花点火燃焼に切り換えるので、前述した理由により、吸気や混合気を加熱する構成が不要になることによって、製造コストやランニングコストを削減できるとともに、高圧縮比化が不要になることによって、動作部品の慣性質量やフリクションを小さくでき、それゆえ、燃費を向上させることができる。また、火花点火燃焼から圧縮着火燃焼に切り換える際に、点火時期を火花点火燃焼のときの点火時期から徐々に遅角させるので、前述した理由により、切り換える際のトルクの変動幅を小さく抑制することができるとともに、出力が小さい状態で圧縮着火燃焼に切り換えることができる。これに加えて、圧縮着火燃焼から火花点火燃焼に切り換える際に、圧縮着火燃焼中に点火時期を徐々に進角させながら、火花点火用の火花を発生させると、最終的に火花点火による着火が圧縮着火よりも先行するようになることによって、着火タイミングの大きなずれを生じることなく、火花点火燃焼にスムーズに移行させることができる。また、点火時期を徐々に進角させることにより、火花点火燃焼時の出力を徐々に上昇させることができるので、このときのトルクの変動幅を小さく抑制することができ、火花点火燃焼にスムーズに移行させることができる。以上のように、火花点火燃焼および圧縮着火燃焼の一方から他方に切り換える際において、良好な運転性を確保しながら、一方から他方にスムーズに移行させることができる。
【０００９】
請求項３に係る発明は、運転状態に応じて（図２のステップ２）燃料の混合気を圧縮着火により燃焼させる圧縮着火燃焼と火花点火により燃焼させる火花点火燃焼とに切り換え可能な圧縮着火式内燃機関３の制御方法であって、圧縮着火燃焼から火花点火燃焼に切り換える際に、圧縮着火燃焼中に、点火時期θigを徐々に進角させながら（図３のステップ３３）、火花点火用の火花を発生させることによって、火花点火燃焼に切り換えるように制御することを特徴とする。
【００１０】
この圧縮着火式内燃機関の制御方法によれば、圧縮着火式内燃機関の運転状態に応じて、圧縮着火燃焼と火花点火燃焼に切り換えるので、前述した理由により、吸気や混合気を加熱する構成が不要になることによって、製造コストやランニングコストを削減できるとともに、高圧縮比化が不要になることによって、動作部品の慣性質量やフリクションを小さくでき、それゆえ、燃費を向上させることができる。また、圧縮着火燃焼中に点火時期を徐々に進角させながら、火花点火用の火花を発生させると、最終的に火花点火による着火が圧縮着火よりも先行するようになることによって、着火タイミングの大きなずれを生じることなく、火花点火燃焼に円滑に移行させることができる。また、点火時期を徐々に進角させることにより、火花点火燃焼時の出力を徐々に上昇させることができるので、このときのトルクの変動幅を小さく抑制することができ、火花点火燃焼にスムーズに移行させることができる。
【００１１】
請求項４に係る発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載の圧縮着火式内燃機関の制御方法において、圧縮着火燃焼から火花点火燃焼に切り換える際に、火花点火燃焼のときの吸気量を圧縮着火燃焼のときよりも減量させる（図４のステップ５０）ことによって、空燃比をより小さな値に制御することを特徴とする。
【００１２】
この制御方法によれば、圧縮着火燃焼から火花点火燃焼に切り換える際に、火花点火燃焼のときの吸気量を圧縮着火燃焼のときよりも減量させることによって、空燃比をより小さな値に制御するので、吸気量を空燃比が火花点火燃焼に適するように減量することによって、火花点火燃焼の利点を得ることができる。すなわち、圧縮着火式内燃機関を圧縮着火燃焼よりもリッチ側の空燃比で運転できることにより、内燃機関の良好な始動性と低負荷運転時の燃焼の安定性を確保することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しながら、本発明の一実施形態に係る圧縮着火式内燃機関の制御方法について説明する。図１は、本発明の制御方法が適用される制御装置の概略構成を示している。同図に示すように、この制御装置１は、ＥＣＵ２を備えており、このＥＣＵ２は、圧縮着火式内燃機関（以下「エンジン」という）３の運転状態に応じて、後述するようにエンジン３の点火時期θｉｇおよびスロットルバルブ８の開度θＴＨ（以下「スロットル開度θＴＨ」という）を制御することにより、エンジン３の燃焼状態を火花点火による火花点火燃焼（以下「ＳＩ燃焼」という）と圧縮着火による圧縮着火燃焼（以下「ＣＩ燃焼」という）とに切り換えて運転する。
【００１４】
エンジン３は、シリンダ３ａおよびピストン３ｂを備えた（１つのみ図示）直列４気筒タイプのガソリンエンジンであり、ピストン３ｂとシリンダヘッド３ｃとの間に燃焼室３ｄが形成されている。また、シリンダヘッド３ｃには、燃焼室３ｄに臨むように燃料噴射弁（以下「インジェクタ」という）４および点火プラグ５が取り付けられており、エンジン３は、燃料を直接、燃焼室３ｄ内に噴射する、いわゆる直噴式のものである。エンジン３への燃料供給量は、ＥＣＵ２からの駆動信号により、インジェクタ４の燃料噴射時間Ｔｏｕｔ を制御することによって制御される。さらに、ＥＣＵ２から点火時期θｉｇに応じたタイミングで点火コイル６を介して点火プラグ５に高電圧が加えられ、点火プラグ５が放電することによって、燃焼室３ｄ内で混合気のＳＩ燃焼が行われる。
【００１５】
また、エンジン３の吸気管７の途中には、上記スロットルバルブ８が取り付けられ、スロットルバルブ８には、スロットル開度θＴＨを制御するためのステッピングモータ９が連結されている。ステッピングモータ９は、ＥＣＵ２に電気的に接続されており、ＥＣＵ２からの駆動パルス信号によって、スロットル開度θＴＨすなわち吸気量を変化させる。さらに、吸気管７のスロットルバルブ８より下流側には、サーミスタなどで構成された吸気温センサ１３が取り付けられており、吸気温センサ１３は、吸気管７内の吸気温度ＴＡ を検出して、その検出信号をＥＣＵ２に送る。
【００１６】
一方、吸気管７と排気管１０の間には、これらを接続するようにＥＧＲ管１１が設けられている。このＥＧＲ管１１は、エンジン３の排気ガスを吸気側に再循環することによって、排気ガス中のＮＯｘを低減させるＥＧＲ動作を実行するためのものであり、その一端が吸気管７のスロットルバルブ８よりも下流側に接続され、他端が排気管１０の図示しない３元触媒よりも上流側に接続されている。
【００１７】
ＥＧＲ管１１の吸気管７との接続部付近には、ＥＧＲ制御弁１２が取り付けられている。ＥＧＲ制御弁１２は、リニア電磁弁であり、ＥＣＵ２からの駆動信号に応じてそのバルブリフト量がリニアに変化し、これによってＥＧＲ管１１を開度制御する。ＥＧＲ制御弁１２には、図示しないバルブリフトセンサが取り付けられており、ＥＣＵ２は、バルブリフトセンサの検出信号によってＥＧＲ制御弁１２の実際のバルブリフト量を検出するとともに、この検出値に応じてＥＧＲ制御弁１２のバルブリフト量をフィードバック制御することにより、吸気側に再循環される排気ガスの量すなわちＥＧＲ量を制御する。
【００１８】
また、エンジン３の本体には、サーミスタなどから成る水温センサ１４が取り付けられており、水温センサ１４は、エンジン３の冷却水温であるエンジン水温ＴＷ を検出して、その検出信号をＥＣＵ２に送る。さらに、ＥＣＵ２には、図示しないアクセルのアクセル開度θＡＣＣ を検出するアクセル開度センサ１５が接続されている。
【００１９】
エンジン３のクランクシャフト３ｅには、マグネットロータ（タイミングロータ）１６ａが取り付けられており、マグネットロータ１６ａは、ＭＲＥ（磁気抵抗素子）ピックアップ１６ｂとともに、クランク角センサ１６を構成している。クランク角センサ１６は、クランクシャフト３ｅの回転に伴い、ともにパルス信号であるＣＲＫ信号およびＴＤＣ信号を出力する。ＣＲＫ信号は、クランクシャフト３ｅの回転角度位置を示す信号であり、所定のクランク角（例えば、１゜）ごとに１パルスが出力されるとともに、ＥＣＵ２は、このＣＲＫ信号に基づき、エンジン３のエンジン回転数Ｎｅを求める。ＴＤＣ信号は、各シリンダ３ａにおけるピストン３ｂの吸気行程開始時の上死点位置付近の所定タイミングで発生するパルス信号であり、クランクシャフト３ｅが１８０゜回転するごとに１パルスが出力される。
【００２０】
ＥＣＵ２は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭおよびＩ／Ｏインターフェースなどからなるマイクロコンピュータ（いずれも図示せず）で構成されている。前述したセンサ１３〜１６の検出信号はそれぞれ、入力インターフェースでＡ／Ｄ変換や整形がなされた後、マイクロコンピュータに入力される。マイクロコンピュータは、これらの入力信号に応じて、エンジン３の運転状態を判別する。そして、ＲＯＭに記憶された制御プログラムなどに基づき、点火時期θｉｇおよびスロットル開度θＴＨを演算する。そして、演算結果に応じた駆動信号を、出力インターフェースを介して、点火コイル６およびステッピングモータ９に出力することにより、点火プラグ５の点火時期θｉｇおよびスロットル開度θＴＨをそれぞれ制御し、これによって、以下に述べるようにエンジン３の燃焼状態をＣＩ燃焼とＳＩ燃焼に切り換え制御する。特に、エンジン３が低負荷状態のときや始動時には、ＳＩ燃焼を実行し、これら以外の運転状態のときには、ＣＩ燃焼を実行するように制御する。
【００２１】
図２は、エンジン３の運転状態に応じて、ＣＩ燃焼およびＳＩ燃焼のいずれとすべきかを判別するとともに、その判別結果に応じた制御処理に必要なフラグの値を設定する燃焼領域判別処理の手順を示すフローチャートである。本処理は、ＴＤＣ信号パルスの発生に同期して割込み処理により実行される。
【００２２】
本処理では、まず、ステップ１（図ではＳ１と略す。以下同様）において、センサ１３〜１６からの検出信号（吸気温度ＴＡ 、エンジン水温ＴＷ 、ＣＲＫ信号およびアクセル開度θＡＣＣ ）と、スロットル開度θＴＨと、ＥＧＲ量などのデータを読み込むとともに、ＣＲＫ信号からエンジン３の回転数Ｎｅを求める。
【００２３】
次に、ステップ２において、ＥＣＵ２のＲＯＭ内に格納された図示しないＮｅ−θＡＣＣ マップを参照することにより、エンジン３がＣＩ燃焼を行うべき運転領域（以下「ＣＩ燃焼領域」という）にあるか否かを判別する。このＮｅ−θＡＣＣ マップでは、基本的に回転数Ｎｅが高くかつアクセル開度θＡＣＣ の大きな領域がＣＩ燃焼領域として設定され、それ以外はＳＩ燃焼を行うべき運転領域（以下「ＳＩ燃焼領域」という）として設定されている。さらに、この判別では、ＣＩ燃焼領域は、吸気温度ＴＡ 、エンジン水温ＴＷ およびＥＧＲ量に応じて補正される。このような補正は、低温始動時や低負荷運転時などの燃焼温度が低いときには、燃焼が不安定になり、また、極高負荷運転時などの燃焼温度が極めて高いときには、オーバーヒート気味になることによりノッキングなどが発生するので、これらを防止するために行われる。以上の結果、低温始動時や低負荷運転時および極高負荷運転時には、ＳＩ燃焼領域と判別され、それ以外の高負荷運転時には、ＣＩ燃焼領域と判別される。
【００２４】
以下、始動時からのエンジン３の運転の進行に沿って本処理を説明する。始動直後には、フラグＦ＿ＣＩを含む後述するすべてのフラグが「０」に初期化される。また、始動時には、回転数Ｎｅが低いことで、エンジン３がＳＩ燃焼領域にあり、ステップ２の判別がＮＯになるので、ステップ３に進んで、フラグＦ＿ＣＩが「１」であるか否かを判別する。上記のように、フラグＦ＿ＣＩは「０」に初期化されているので、ステップ３の判別がＮＯになり、ステップ４に進んでフラグＦ＿ＣＩを「０」に再リセットし、ステップ５でフラグＦ＿ＴＲＡＮＳを「０」に再リセットして、本処理を終了する。以上のように、始動時からステップ２の判別がＹＥＳになるまで、すなわちエンジン３がＳＩ燃焼領域にある限りは、フラグＦ＿ＣＩおよびフラグＦ＿ＴＲＡＮＳが「０」に維持されるとともに、後述するようにＳＩ燃焼が継続して実行される。
【００２５】
次に、エンジン３が高負荷運転状態となってＣＩ燃焼領域に移行した場合には、ステップ２の判別がＹＥＳになり、次いで、ステップ６でフラグＦ＿ＣＩが「１」であるか否かを判別する。このとき、フラグＦ＿ＣＩは「０」にリセットされているので、ステップ６の判別がＮＯとなり、ステップ７に進んで、フラグＦ＿ＴＲＴＤＦが「１」であるか否かを判別する。このフラグＦ＿ＴＲＴＤＦは、後述するように図３の点火時期θｉｇの制御処理において、ＣＩ燃焼に切り換えるための、点火時期θｉｇを目標点火時期θｉｇｘ まで徐々に遅角させる動作が終了したときに「１」にセットされ、それ以外のときには「０」にリセットされる。この場合、ＣＩ燃焼領域に移行した直後であるので、ステップ７の判別がＮＯとなり、次いで、ステップ１０でフラグＦ＿ＴＲＡＮＳを「１」にセットして本処理を終了する。
【００２６】
ステップ７の判別がＹＥＳ、すなわちフラグＦ＿ＴＲＴＤＦが「１」になっており、点火時期θｉｇの遅角動作が終了しているときには、ステップ８でエンジン３のトルク変動幅が大きいか否かを判別する。この判別は、クランク軸３ｅの角速度の変動幅の実測値と設定値を比較する公知の方法、例えば特公昭５９−９７４２号公報に記載された方法などによって行う。ステップ８でトルク変動幅が大きいと判別されたときには、そのことを示すためにステップ９でフラグＦ＿ＴＲＱＤを「１」にセットした後、ステップ１０を実行し、フラグＦ＿ＴＲＡＮＳを「１」に維持したまま、本処理を終了する。
【００２７】
一方、ステップ８でトルク変動幅が小さいと判別されたときには、ステップ１１でフラグＦ＿ＴＲＱＤを「０」にリセットする。次いで、フラグＦ＿ＣＩを「１」にセットし、さらにフラグＦ＿ＴＲＡＮＳを「０」にリセットして（ステップ１２〜１３）、本処理を終了する。また、前記ステップ６の判別がＹＥＳのときには、前記ステップ１１〜１３を実行して、本処理を終了する。
【００２８】
以上のように、エンジン３がＣＩ燃焼領域に移行した場合において、ＣＩ燃焼へ切り換えるための点火時期θｉｇの遅角動作が終了し、かつトルク変動幅の小さいときに、フラグＦ＿ＣＩが「１」にセットされ、かつフラグＦ＿ＴＲＡＮＳが「０」にリセットされるとともに、後述するようにＣＩ燃焼が実行される。
【００２９】
以降、エンジン３がＣＩ燃焼領域にある限り、ステップ６の判別がＹＥＳとなることによって、前記ステップ１１〜１３が実行され、前記各フラグの状態が維持されるとともに、ＣＩ燃焼が継続して実行される。
【００３０】
次に、ＣＩ燃焼時において、エンジン３が例えば低負荷運転状態になり、ＳＩ燃焼領域に移行した場合には、前記ステップ２の判別がＮＯになるので、前記ステップ３を実行する。ＣＩ燃焼時には、上記のようにフラグＦ＿ＣＩが「１」に維持されていることにより、ステップ３の判別がＹＥＳになるので、ステップ１４で、フラグＦ＿ＴＤＢＷＦが「０」であるか否かを判別する。このフラグＦ＿ＴＤＢＷＦは、後述するように、図４に示すスロットル開度θＴＨの制御処理において、ＳＩ燃焼用の通常開度制御が実行されているときに、「０」にリセットされ、それ以外のときには、「１」にセットされる。
【００３１】
ステップ１４の判別がＮＯ、すなわちＳＩ燃焼用の通常開度制御が実行されていないときには、ステップ１６でフラグＦ＿ＴＲＡＮＳを「１」にセットして、本処理を終了する。また、ステップ１４の判別がＹＥＳ、すなわちＳＩ燃焼用の通常開度制御が実行されているときには、ステップ１５で空燃比がＳＩ燃焼可能な値であるか否かを判別する。ステップ１５で、空燃比がＳＩ燃焼可能な値でないと判別されたときは、前記ステップ１６を実行し、フラグＦ＿ＴＲＡＮＳを「１」にセットして、本処理を終了する。一方、空燃比がＳＩ燃焼可能な値と判別されたときは、フラグＦ＿ＣＩおよびフラグＦ＿ＴＲＡＮＳを「０」にリセットして、本処理を終了する。
【００３２】
以上のように、エンジン３がＣＩ燃焼領域からＳＩ燃焼領域に移行した場合において、ＳＩ燃焼用の通常開度制御が実行されていないとき、またはＳＩ燃焼可能な空燃比になっていないときには、フラグＦ＿ＣＩが「１」に維持されるとともに、フラグＦ＿ＴＲＡＮＳが「１」にセットされ、後述するように、ＣＩ燃焼が引き続き実行される。一方、ＳＩ燃焼用の通常開度制御が実行されており、かつ空燃比がＳＩ燃焼可能な値のときには、フラグＦ＿ＣＩおよびフラグＦ＿ＴＲＡＮＳが「０」にリセットされる。以降、エンジン３がＳＩ燃焼領域にある限り、ＳＩ燃焼が実行される。また、
【００３３】
次に、図３のフローチャートを参照しながら、点火時期θｉｇの制御処理の手順について説明する。本処理は、前述したエンジン３の燃焼領域判別処理がＴＤＣ信号に同期して実行された後に、これに続いて実行される。本処理についても、始動時からの運転の進行に沿って説明する。まず、ステップ２０において、フラグＦ＿ＣＩが「１」であるか否かを判別する。前述したように、始動時には、フラグＦ＿ＣＩが「０」にリセットされていることにより、ステップ２０の判別がＮＯになり、次いで、ステップ２１でフラグＦ＿ＴＲＡＮＳが「１」であるか否かを判別する。始動時には、フラグＦ＿ＴＲＡＮＳも「０」にリセットされていることにより、ステップ２１の判別がＮＯになり、ステップ２２に進み、点火時期θｉｇがＳＩ燃焼用の点火時期θｉｇｎ であるか否かを判別する。
【００３４】
始動時には、このステップ２２の判別がＹＥＳとなることにより、ステップ２３でフラグＦ＿ＴＲＴＤＦを「０」にリセットし、ステップ２４で通常の火花点火式エンジンと同様の点火時期制御を実行しながらＳＩ燃焼を行い、本処理を終了する。以降、エンジン３がＳＩ燃焼領域にある限り、ＳＩ燃焼が継続して実行される。
【００３５】
次に、エンジン３がＣＩ燃焼領域に移行した場合、その直後の状態では、前述したように、フラグＦ＿ＣＩは「０」になっているので、ステップ２０の判別がＮＯになり、前記ステップ２１に進む。この場合、前述したように、図２のステップ１０でフラグＦ＿ＴＲＡＮＳが「１」になっていることにより、ステップ２１の判別がＹＥＳになり、ステップ２５で点火時期θｉｇの目標点火時期θｉｇｘ への遅角が終了しているか否かを判別する。この目標点火時期θｉｇｘ は、ＳＩ燃焼を行うときの通常点火時期θｉｇｎ よりもかなり遅角側に設定されており、この目標点火時期θｉｇｘ で点火プラグ５から火花を飛ばすと、圧縮着火が火花点火に先行して発生するような値に設定されている。
【００３６】
この場合には、遅角動作をまだ実行していないので、ステップ２５の判別がＮＯになり、次いで、フラグＦ＿ＴＲＴＤＦを「０」にリセットし、点火時期θｉｇを所定角度、遅角させて（ステップ２６〜２７）、本処理を終了する。その後、ステップ２５〜２７が繰り返し実行されることにより、点火時期θｉｇは、所定角度ずつ目標点火時期θｉｇｘ まで徐々に遅角される。
【００３７】
点火時期θｉｇの目標点火時期θｉｇｘ への遅角が終了し、ステップ２５の判別がＹＥＳになったときには、そのことを示すためにステップ２８でフラグＦ＿ＴＲＴＤＦを「１」にセットした後、ステップ２９でフラグＦ＿ＴＲＱＤが「１」であるか否かを判別する。この判別がＮＯ、すなわちトルク変動幅が小さいときには、ステップ３０で点火プラグ５の点火動作を停止して、本処理を終了する。これにより、ＣＩ燃焼のみが実行される。一方、ステップ２９の判別がＮＯ、すなわちトルク変動幅が大きいときには、ステップ３１において、点火プラグ５の点火動作を継続し、本処理を終了する。これにより、トルク変動幅が大きいときには、圧縮着火だけでなく火花点火も実行することによって、着火を確実に行わせ、燃焼状態を安定させることができる。
【００３８】
以上のように、点火時期θｉｇが目標点火時期θｉｇｘ まで遅角されたときに、エンジン３がＳＩ燃焼からＣＩ燃焼に切り換わり、そのときに、フラグＦ＿ＴＲＴＤＦは、「１」にセットされる。これにより、以降は、エンジン３がＣＩ燃焼領域にある限り、ステップ２０の判別がＹＥＳになり、ステップ２８〜３０が続けて実行され、ＣＩ燃焼が継続して実行される。
【００３９】
次に、ＣＩ燃焼時において、エンジン３がＳＩ燃焼領域に移行した場合には、前述したように、ＳＩ燃焼用の通常開度制御が実行されかつ空燃比がＳＩ燃焼可能な値になるまでは、フラグＦ＿ＣＩおよびフラグＦ＿ＴＲＡＮＳがそれぞれ「１」に維持されている（図２のステップ１４〜１５）ので、前記ステップ２０の判別がＹＥＳになり、ＣＩ燃焼が継続して実行される。そして、上記の条件が成立したときに、フラグＦ＿ＣＩおよびフラグＦ＿ＴＲＡＮＳがそれぞれ「０」にリセットされることにより、ステップ２０の判別がＮＯになり、次いで、前記ステップ２１の判別もＮＯになるので、ステップ２２に進み、ＳＩ燃焼用の通常点火時期θｉｇｎ になっているか否かを判別する。
【００４０】
この場合には、進角動作をまだ実行していないので、ステップ２２の判別がＮＯになり、ステップ３２に進み、フラグＦ＿ＴＲＴＤＦを「０」にリセットし、ステップ３３で点火時期θｉｇを目標点火時期θｉｇｘ から所定角度、進角させるとともに、点火プラグ５による点火を再開して、本処理を終了する。この後、ステップ２２，３２〜３３が繰り返し実行されることにより、点火時期θｉｇは、所定角度ずつ、ＳＩ燃焼用の通常点火時期θｉｇｎ まで徐々に進角される。
【００４１】
ＳＩ燃焼用の通常点火時期θｉｇｎ への進角が終了し、ステップ２２の判別がＹＥＳになったときには、前記ステップ２３〜２４に進み、通常点火時期制御を実行して、本処理を終了する。以上のようにして、エンジン３がＣＩ燃焼からＳＩ燃焼に切り換わり、以降は、エンジン３がＳＩ燃焼領域にある限り、ＳＩ燃焼が実行される。
【００４２】
次に、図４のフローチャートを参照しながら、スロットル開度（図ではＴＨ開度という）θＴＨの制御処理について説明する。本処理は、タイマにより所定周期（例えば２０ｍｓｅｃごと）で割り込み実行される。本処理についても、始動時からの運転の進行に沿って説明する。まず、ステップ４０において、フラグＦ＿ＣＩが「１」であるか否かを判別する。前述したように、始動時には、フラグＦ＿ＣＩが「０」にリセットされていることにより、ステップ４０の判別がＮＯになり、ステップ４１に進み、フラグＦ＿ＴＤＢＷＦを「０」にリセットし、次いで、ステップ４２でＳＩ燃焼用のスロットル開度θＴＨの通常開度制御を実行して、本処理を終了する。以降、エンジン３がＳＩ燃焼領域にある限り、通常開度制御を行いながらステップ４０〜４２が実行され、ＳＩ燃焼が継続して実行される。また、このＳＩ燃焼中にのみ、そのことを示すために、フラグＦ＿ＴＤＢＷＦが「０」に維持される。
【００４３】
次に、エンジン３がＣＩ燃焼領域に移行した場合、その直後の状態では、前述したように、フラグＦ＿ＣＩは、点火時期θｉｇが目標点火時期θｉｇｘ まで遅角され、かつトルク変動幅が小さくなるまで「０」に維持されている（図２のステップ７〜８，１２参照）ので、ステップ４２の通常開度制御が引き続き実行される。そして、上記の条件が成立し、ＣＩ燃焼が開始されたときに、フラグＦ＿ＣＩが「１」にセットされることによって、ステップ４０の判別がＹＥＳになり、ステップ４３に進んで、フラグＦ＿ＴＲＡＮＳが「１」であるか否かを判別する。ＣＩ燃焼が開始されたときには、フラグＦ＿ＴＲＡＮＳが「０」にリセットされる（図２のステップ１３参照）ことにより、ステップ４３の判別がＮＯになる。
【００４４】
次いで、ステップ４４に進み、スロットル開度θＴＨがＣＩ燃焼用の大開度であるか否かを判別する。この場合には、スロットル開度θＴＨが、ＳＩ燃焼用の通常開度になっているので、ステップ４４の判別がＮＯになり、ステップ４５に進み、フラグＦ＿ＴＤＢＷＦを「１」にセットし、ステップ４６でスロットル開度θＴＨを所定開度、増大させて本処理を終了する。この後、ステップ４４〜４６が繰り返し実行されることにより、スロットル開度θＴＨは、所定開度ずつ、ＣＩ燃焼用の大開度まで徐々に増大される。すなわち、吸気量が徐々に増量される。
【００４５】
ＣＩ燃焼用の大開度へのスロットル開度θＴＨの開放駆動が終了し、ステップ４４の判別がＹＥＳになったときには、ステップ４７でフラグＦ＿ＴＤＢＷＦを「１」に維持して、本処理を終了する。以降、エンジン３がＣＩ燃焼領域にある限り、スロットル開度θＴＨがＣＩ燃焼用の大開度の状態で、ＣＩ燃焼が実行されるとともに、フラグＦ＿ＴＤＢＷＦは「１」に維持される。
【００４６】
次に、ＣＩ燃焼時において、エンジン３がＳＩ燃焼領域になった場合、その直後の状態では、前述したように、フラグＦ＿ＴＤＢＷＦが「１」に維持されていることにより、フラグＦ＿ＴＲＡＮＳが「１」にセットされる（図２のステップ１４，１６参照）ので、ステップ４３の判別がＹＥＳになる。次いで、ステップ４８に進み、スロットル開度θＴＨがＳＩ燃焼用の通常開度になっているか否かを判別する。ＣＩ燃焼時には、スロットル開度θＴＨが大開度になっているので、ステップ４３の判別がＹＥＳになった直後は、ステップ４８の判別がＮＯになる。次いで、ステップ４９に進み、フラグＦ＿ＴＤＢＷＦを「１」にセットし、ステップ５０でスロットル開度θＴＨを所定開度、減少させて本処理を終了する。この後、ステップ４８〜５０が繰り返し実行されることにより、スロットル開度θＴＨは、所定開度ずつ、ＳＩ燃焼用の通常開度まで徐々に減少される。すなわち、吸気量が徐々に減量される。
【００４７】
ＳＩ燃焼用の通常開度への駆動が終了し、ステップ４８の判別がＹＥＳになったときには、前記ステップ４１〜４２を実行して、本処理を終了する。以降、エンジン３がＳＩ燃焼領域にある限り、スロットル開度θＴＨの通常開度制御を実行し、ＳＩ燃焼を実行するとともに、フラグＦ＿ＴＤＢＷＦは「０」に維持される。
【００４８】
以上のように詳述した燃焼領域判別処理、点火時期制御処理およびＴＨ開度制御処理をそれぞれ実行した場合における点火時期θｉｇおよびスロットル開度θＴＨの経時変化を、各フラグの設定状態と併せて、図５および図６に示すタイムチャートおよび表を参照しながら説明する。両図において、図中の横軸は時間を示す。
【００４９】
図５は、ＳＩ燃焼からＣＩ燃焼に切り換わる際のフローチャートである。まず、ＳＩ燃焼時には、フラグＦ＿ＣＩおよびフラグＦ＿ＴＲＡＮＳがそれぞれ「０」になっていることにより、ＳＩ燃焼用の点火時期制御とスロットル開度θＴＨの通常開度制御を実行しながら、ＳＩ燃焼が実行される。このとき、他のフラグも「０」になっている。そして、エンジン３がＣＩ燃焼領域に移行した時点（時刻ｔ１）で、フラグＦ＿ＴＲＡＮＳが「１」にセットされるのに応じて、点火時期θｉｇの遅角が開始され、ＳＩ燃焼からＣＩ燃焼への切換制御処理が開始される。これにより、時刻ｔ１以降、点火時期θｉｇがＳＩ燃焼用の通常点火時期θｉｇｎ から目標点火時期θｉｇｘ に徐々に遅角され、時刻ｔ２になった時点で、圧縮着火が火花点火に先行して発生するようになる。これにより、ＳＩ燃焼からＣＩ燃焼に切り換わる。また、スロットル開度θＴＨは、時刻ｔ２までＳＩ燃焼用の通常開度に維持される。
【００５０】
そして、時刻ｔ２において、点火時期θｉｇの遅角が終了することにより、フラグＦ＿ＴＲＴＤＦが「１」にセットされ、トルクの変動幅が小さいときに、点火が中止される。これと同時に、フラグＦ＿ＣＩが「１」にセットされ、Ｆ＿ＴＲＡＮＳが「０」にリセットされることにより、ＣＩ燃焼用の大開度へのスロットル開度θＴＨの駆動が開始されるとともに、Ｆ＿ＴＤＢＷＦが「１」にセットされる。この後、時刻ｔ３までスロットル開度θＴＨが漸増され、最終的にＣＩ燃焼用の大開度になる。これにより、時刻ｔ４において、ＳＩ燃焼からＣＩ燃焼への切換制御処理が終了し、これ以降は、ＳＩ燃焼よりもかなり大きな値の空燃比（リーンな空燃比）でＣＩ燃焼が実行される。すなわち、スロットル開度θＴＨを大開度で固定することにより吸気量を大きな量で一定にし、燃料供給量を増減することによって、エンジン３の出力が制御される。
【００５１】
また、図６、ＣＩ燃焼からＳＩ燃焼に切り換わる際のフローチャートである。まず、ＣＩ燃焼時において、エンジン３がＳＩ燃焼領域に移行した時点（時刻ｔ５）でフラグＦ＿ＴＲＡＮＳが「１」にセットされ、スロットル開度θＴＨを大開度からＳＩ燃焼用の通常開度へ駆動する動作が開始される（時刻ｔ６）。
【００５２】
そして、スロットル開度θＴＨがＣＩ燃焼用の大開度からＳＩ燃焼用の通常開度まで漸減され（時刻ｔ７）、以降は、スロットル開度θＴＨの通常開度制御が開始されるとともに、フラグＦ＿ＴＤＢＷＦが「０」にリセットされる。また、この時点でＳＩ燃焼可能な空燃比であるときに、フラグＦ＿ＴＲＡＮＳが「０」にリセットされることにより、点火時期θｉｇの進角が開始されると同時に、点火プラグ５による点火が再開される。これにより、ＳＩ燃焼が開始される。なお、この点火を再開した時点（時刻ｔ７）ではまだ、圧縮着火が火花点火に先行して発生する。この後、点火時期θｉｇが徐々に進角されることによって、火花点火が圧縮着火に先行して発生するようになり、ＣＩ燃焼からＳＩ燃焼に切り換わる。そして、時刻ｔ８で最終的にＳＩ燃焼用の通常点火時期θｉｇｎ になり、切換制御処理が終了する。これにより、時刻ｔ８以降は、ＣＩ燃焼よりも小さな空燃比（リッチな空燃比）で通常のＳＩ燃焼が行われる。
【００５３】
以上詳述したように、本実施形態の制御方法によれば、エンジン回転数Ｎｅ、スロットル開度θＴＨ、エンジン水温ＴＷ 、吸気温度ＴＡ およびＥＧＲ量などの運転状態に応じて、燃料が圧縮着火しにくい始動時や低負荷運転時などには、ＳＩ燃焼が行われ、それ以外のときには、ＣＩ燃焼が行われる。これによって、従来のＣＩ燃焼のみを実行する圧縮着火式内燃機関の制御方法と異なり、吸気を温めたり、圧縮比を高めたりすることなく、低負荷運転時などの燃焼の安定性や始動時の始動性を確保することができる。それゆえ、吸気を加熱する構成が不要になることによって、製造コストやランニングコストを削減することができる。また、圧縮比を高める必要がなくなることにより、動作部品の慣性質量やフリクションを小さくできることによって、燃費を向上させることができる。
【００５４】
さらに、ＳＩ燃焼からＣＩ燃焼に切り換える際に、点火時期θｉｇをＳＩ燃焼用の通常点火時期θｉｇｎ から目標点火時期θｉｇｘ に徐々に遅角させることにより、時刻ｔ２で圧縮着火が火花点火に先行して発生するようになる。これにより、着火タイミングのずれを生じることなく、ＣＩ燃焼に円滑に移行させることができる。また、点火時期θｉｇを徐々に遅角させることにより、出力が徐々に低下するので、遅角させる際のトルクの変動幅を小さく抑制することができる。さらに、目標点火時期θｉｇｘ まで遅角させ、出力を低下させた状態で、ＣＩ燃焼に切り換えことができるので、ＣＩ燃焼に切り換える際のトルクの変動幅を小さく抑制することができる。また、点火停止後にスロットル開度θＴＨをＣＩ燃焼用の大開度まで漸増させるので、これに伴って燃料供給量を適切に制御することにより、ＣＩ燃焼時の出力を徐々に上昇させることができ、このときのトルクの変動幅を小さく抑制することができる。したがって、良好な運転性を確保しながらＳＩ燃焼からＣＩ燃焼に確実にかつスムーズに移行させることができる。
【００５５】
これとは逆に、ＣＩ燃焼からＳＩ燃焼に切り換える際には、ＣＩ燃焼領域に切り換わった後に、スロットル開度θＴＨをＳＩ燃焼用の通常開度まで漸減させるので、これに伴って燃料供給量を適切に制御すれば、トルクの変動幅を小さく抑制しながら出力を円滑に低下させることができる。さらに、圧縮着火が火花点火にまだ先行している時点（時刻ｔ７）で点火を再開しかつ点火時期θｉｇの進角を開始することにより、それ以降のある時点で火花点火が圧縮着火に先行して発生するようになる。これにより、着火タイミングのずれを生じることなく、ＳＩ燃焼に円滑に移行させることができる。また、出力を低下させた状態で、点火時期θｉｇを目標点火時期θｉｇｘ から徐々にＳＩ燃焼用の通常点火時期θｉｇｎ まで進角させることにより、出力が徐々に上昇するので、ＳＩ燃焼に切り換わるときのトルクの変動幅を小さく抑制することができる。したがって、良好な運転性を確保しながらＣＩ燃焼からＳＩ燃焼に確実かつスムーズに移行させることができる。
【００５６】
さらに、低負荷状態および始動時以外のときには、ＣＩ燃焼を行うので、従来の制御方法と同等の特性、すなわちともに良好な燃費および排気ガスを確保することができる。
【００５７】
なお、前述した実施形態においては、ＳＩ燃焼からＣＩ燃焼に切り換えるときに、点火時期θｉｇの遅角の終了と同時にスロットル開度θＴＨの漸増を開始したが、点火時期θｉｇの遅角終了タイミングとスロットル開度θＴＨの漸増開始タイミングとは、前後にずれていてもよい。また、ＣＩ燃焼からＳＩ燃焼に切り換えるときに、スロットル開度θＴＨの漸減の終了と同時に、点火時期θｉｇの進角および点火を開始するようにしたが、スロットル開度θＴＨの漸減終了タイミングと点火開始タイミングとは、または、スロットル開度θＴＨの漸減終了タイミングと点火時期θｉｇの進角開始タイミングとは、前後にずれていてもよい。さらに、ＳＩ燃焼からＣＩ燃焼に切り換えるときに、遅角が終了しかつトルク変動が小さいときには、点火を中止するようにしたが、遅角終了後にトルク変動が小さいときにも、点火を継続するようにしてもよい。また、エンジン３の燃料は、ガソリンに限らず、アルコールや軽油などエンジン３で燃焼可能なものであればよい。
【００５８】
【発明の効果】
以上のように、本発明の圧縮着火式内燃機関の制御方法によれば、低負荷運転時などの燃焼の安定性と良好な始動性、さらには良好な運転性を確保しながら、コストを削減でき、燃費を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態による圧縮着火式内燃機関の制御方法を実行する制御装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】圧縮着火式内燃機関の運転状態に応じて、火花点火燃焼および圧縮着火燃焼のいずれの燃焼領域かを判別する燃焼領域判別処理の手順を示すフローチャートである。
【図３】点火時期制御処理の手順を示すフローチャートである。
【図４】スロットル開度制御処理の手順を示すフローチャートである。
【図５】圧縮着火式内燃機関が火花点火燃焼から圧縮着火燃焼に切り換わる際の点火時期θｉｇおよびスロットル開度θＡＣＣ の経時変化を示すタイムチャートと、これに伴う各フラグの設定状態の推移を示す表である。
【図６】圧縮着火式内燃機関が圧縮着火燃焼状態から火花点火燃焼状態に切り換わる際の点火時期θｉｇおよびスロットル開度θＡＣＣ の経時変化を示すタイムチャートと、これに伴う各フラグの設定状態の推移を示す表である。
【符号の説明】
１ 制御装置
２ ＥＣＵ
３ 圧縮着火式内燃機関
５ 点火プラグ
８ スロットルバルブ
１３ 吸気温センサ
１４ 水温センサ
１５ アクセル開度センサ
１６ クランク角センサ
ＴＡ 吸気温度（運転状態を求めるための運転パラメータ）
ＴＷ エンジン水温（運転状態を求めるための運転パラメータ）
Ｎｅ エンジン回転数（運転状態を求めるための運転パラメータ）
θＡＣＣ アクセル開度（運転状態を求めるための運転パラメータ）
θｉｇ 点火時期
θＴＨ スロットルバルブの開度
Ｓ２ 運転状態に応じて燃焼領域を判別するステップ
Ｓ２７ 点火時期を遅角させるステップ
Ｓ３３ 点火時期を進角させるステップ
Ｓ４６ スロットルバルブの開度（吸気量）を増大させるステップ
Ｓ５０ スロットルバルブの開度（吸気量）を減少させるステップ
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガソリンや軽油などの燃料の混合気を圧縮着火（ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ ｉｇｎｉｔｉｏｎ）によって燃焼させる圧縮着火式内燃機関の制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
圧縮着火式内燃機関では一般的に、火花点火（ｓｐａｒｋ ｉｇｎｉｔｉｏｎ）による火花点火式内燃機関よりも高い圧縮比、かつ大きな空燃比で燃料を燃焼させる（リーン燃焼させる）ことにより、ともに良好な燃費および熱効率が得られる。このような圧縮着火式内燃機関の従来の制御方法として、例えば特開平９−２８７５２８号公報に記載されたものが知られている。この制御方法では、低負荷運転時に、吸気管に設けた電気ヒータ装置で吸気を加熱することにより、吸入ガスの温度を上昇させることによって、混合気の着火を早めるようにしている。これは、以下の理由による。すなわち、圧縮着火式の内燃機関では、アイドリングなどの低負荷運転時に、燃焼室内の温度が低下することによって、着火遅れが大きくなり、これによって、燃焼状態が不安定になってしまう。特にガソリンなどの高オクタン価の燃料の場合には、最終的に失火してしまう。このため、この制御方法では、低負荷運転時の燃焼の安定性を確保するために、上記のような電気ヒータ装置による吸気の加熱によって、混合気の着火を早めている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の制御方法によれば、低負荷運転時の燃焼の安定性を確保するために、電気ヒータ装置を作動させなければならず、消費電力量が増大することによって、ランニングコストが増大するとともに、電気ヒータ装置の分だけ、内燃機関の製造コストが増大してしまう。また、圧縮着火式内燃機関では、低温始動時に、混合気が極めて圧縮着火しにくいことから、良好な始動性を確保するために、上記のような電気ヒータ装置を長時間、作動させたり、圧縮比をかなり高く設定したりしなければならない。電気ヒータ装置を長時間、作動させると、消費電力量がさらに増大してしまう。また、圧縮比をかなり高く設定するためには、動作部品の厚さなどを大きくすることによってその強度を確保したり、ピストンとシリンダの間のシール性を高めたりしなければならず、これにより、慣性質量の増大に伴う慣性抵抗の増大や、シール性を高めることによるフリクションの増大などによって、燃費の悪化を招いてしまう。
【０００４】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、低負荷運転時などの燃焼の安定性と良好な始動性、さらには良好な運転性を確保しながら、コストを削減することができ、燃費を向上させることができる圧縮着火式内燃機関の制御方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、運転状態に応じて（例えば実施形態における（以下、この項において同じ）図２のステップ２）燃料の混合気を圧縮着火により燃焼させる圧縮着火燃焼と火花点火により燃焼させる火花点火燃焼とに切り換え可能な圧縮着火式内燃機関３の制御方法であって、火花点火燃焼から圧縮着火燃焼に切り換える際に、火花点火の点火時期θigを徐々に遅角させる（図３のステップ２７）ことによって、圧縮着火燃焼に切り換えるように制御するとともに、圧縮着火燃焼のときの吸気量を火花点火燃焼のときよりも増量させる（図４のステップ４６）ことによって、空燃比をより大きな値に制御することを特徴とする。
【０００６】
この圧縮着火式内燃機関の制御方法では、圧縮着火式内燃機関の運転状態に応じて、圧縮着火燃焼と火花点火燃焼に切り換えるので、混合気が圧縮着火しにくい始動時や低負荷運転時などには、火花点火燃焼を実行し、これら以外の運転状態のときには、圧縮着火燃焼を実行するように制御すれば、圧縮着火燃焼のみを実行する従来の制御方法と異なり、吸気や混合気を加熱したり、圧縮比をさらに高めたりすることなく、低負荷運転時の燃焼の安定性や良好な始動性を確保することができる。これにより、吸気や混合気を加熱する構成が不要になることによって、製造コストやランニングコストを削減できるとともに、高圧縮比化が不要になることによって、動作部品の慣性質量やフリクションを小さくでき、それゆえ、燃費を向上させることができる。また、火花点火燃焼から圧縮着火燃焼に切り換える際に、点火時期を火花点火燃焼のときの点火時期から徐々に遅角させてゆくと、最終的に圧縮着火が火花点火よりも先行するようになることにより、着火タイミングの大きなずれを生じることなく、圧縮着火燃焼に確実かつ円滑に移行させることができる。この場合、点火時期を徐々に遅角させるのに伴い、燃焼時の発生圧力、すなわちトルクなどの出力が徐々に低下するので、このときのトルクの変動幅（トルク段差）を小さく抑制することができるとともに、出力が小さい状態で圧縮着火燃焼に切り換えることができる。これに加えて、火花点火燃焼から圧縮着火燃焼に切り換える際に、圧縮着火燃焼のときの吸気量を、火花点火燃焼のときよりも増量させることによって、空燃比をより大きな値に制御するので、吸気量を空燃比が圧縮着火燃焼に適するように増量することによって、圧縮着火燃焼の利点を得ることができる。すなわち、圧縮着火式内燃機関を火花点火燃焼よりもリーン側の空燃比で運転できることによって、良好な燃費や熱効率を確保することができる。したがって、良好な運転性を確保しながら、圧縮着火燃焼にスムーズに移行させることができるとともに、良好な燃費および熱効率を確保できる。
【０００７】
請求項２に係る発明は、運転状態に応じて（図２のステップ２）燃料の混合気を圧縮着火により燃焼させる圧縮着火燃焼と火花点火により燃焼させる火花点火燃焼とに切り換え可能な圧縮着火式内燃機関３の制御方法であって、火花点火燃焼から圧縮着火燃焼に切り換える際に、火花点火の点火時期θ ig を徐々に遅角させる（図３のステップ２７）ことによって、圧縮着火燃焼に切り換えるように制御し、圧縮着火燃焼から火花点火燃焼に切り換える際に、圧縮着火燃焼中に、点火時期θ ig を徐々に進角させながら（図３のステップ３３）、火花点火用の火花を発生させることによって、火花点火燃焼に切り換えるように制御することを特徴とする。
【０００８】
この圧縮着火式内燃機関の制御方法によれば、圧縮着火式内燃機関の運転状態に応じて、圧縮着火燃焼と火花点火燃焼に切り換えるので、前述した理由により、吸気や混合気を加熱する構成が不要になることによって、製造コストやランニングコストを削減できるとともに、高圧縮比化が不要になることによって、動作部品の慣性質量やフリクションを小さくでき、それゆえ、燃費を向上させることができる。また、火花点火燃焼から圧縮着火燃焼に切り換える際に、点火時期を火花点火燃焼のときの点火時期から徐々に遅角させるので、前述した理由により、切り換える際のトルクの変動幅を小さく抑制することができるとともに、出力が小さい状態で圧縮着火燃焼に切り換えることができる。これに加えて、圧縮着火燃焼から火花点火燃焼に切り換える際に、圧縮着火燃焼中に点火時期を徐々に進角させながら、火花点火用の火花を発生させると、最終的に火花点火による着火が圧縮着火よりも先行するようになることによって、着火タイミングの大きなずれを生じることなく、火花点火燃焼にスムーズに移行させることができる。また、点火時期を徐々に進角させることにより、火花点火燃焼時の出力を徐々に上昇させることができるので、このときのトルクの変動幅を小さく抑制することができ、火花点火燃焼にスムーズに移行させることができる。以上のように、火花点火燃焼および圧縮着火燃焼の一方から他方に切り換える際において、良好な運転性を確保しながら、一方から他方にスムーズに移行させることができる。
【０００９】
請求項３に係る発明は、運転状態に応じて（図２のステップ２）燃料の混合気を圧縮着火により燃焼させる圧縮着火燃焼と火花点火により燃焼させる火花点火燃焼とに切り換え可能な圧縮着火式内燃機関３の制御方法であって、圧縮着火燃焼から火花点火燃焼に切り換える際に、圧縮着火燃焼中に、点火時期θigを徐々に進角させながら（図３のステップ３３）、火花点火用の火花を発生させることによって、火花点火燃焼に切り換えるように制御することを特徴とする。
【００１０】
この圧縮着火式内燃機関の制御方法によれば、圧縮着火式内燃機関の運転状態に応じて、圧縮着火燃焼と火花点火燃焼に切り換えるので、前述した理由により、吸気や混合気を加熱する構成が不要になることによって、製造コストやランニングコストを削減できるとともに、高圧縮比化が不要になることによって、動作部品の慣性質量やフリクションを小さくでき、それゆえ、燃費を向上させることができる。また、圧縮着火燃焼中に点火時期を徐々に進角させながら、火花点火用の火花を発生させると、最終的に火花点火による着火が圧縮着火よりも先行するようになることによって、着火タイミングの大きなずれを生じることなく、火花点火燃焼に円滑に移行させることができる。また、点火時期を徐々に進角させることにより、火花点火燃焼時の出力を徐々に上昇させることができるので、このときのトルクの変動幅を小さく抑制することができ、火花点火燃焼にスムーズに移行させることができる。
【００１１】
請求項４に係る発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載の圧縮着火式内燃機関の制御方法において、圧縮着火燃焼から火花点火燃焼に切り換える際に、火花点火燃焼のときの吸気量を圧縮着火燃焼のときよりも減量させる（図４のステップ５０）ことによって、空燃比をより小さな値に制御することを特徴とする。
【００１２】
この制御方法によれば、圧縮着火燃焼から火花点火燃焼に切り換える際に、火花点火燃焼のときの吸気量を圧縮着火燃焼のときよりも減量させることによって、空燃比をより小さな値に制御するので、吸気量を空燃比が火花点火燃焼に適するように減量することによって、火花点火燃焼の利点を得ることができる。すなわち、圧縮着火式内燃機関を圧縮着火燃焼よりもリッチ側の空燃比で運転できることにより、内燃機関の良好な始動性と低負荷運転時の燃焼の安定性を確保することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しながら、本発明の一実施形態に係る圧縮着火式内燃機関の制御方法について説明する。図１は、本発明の制御方法が適用される制御装置の概略構成を示している。同図に示すように、この制御装置１は、ＥＣＵ２を備えており、このＥＣＵ２は、圧縮着火式内燃機関（以下「エンジン」という）３の運転状態に応じて、後述するようにエンジン３の点火時期θｉｇおよびスロットルバルブ８の開度θＴＨ（以下「スロットル開度θＴＨ」という）を制御することにより、エンジン３の燃焼状態を火花点火による火花点火燃焼（以下「ＳＩ燃焼」という）と圧縮着火による圧縮着火燃焼（以下「ＣＩ燃焼」という）とに切り換えて運転する。
【００１４】
エンジン３は、シリンダ３ａおよびピストン３ｂを備えた（１つのみ図示）直列４気筒タイプのガソリンエンジンであり、ピストン３ｂとシリンダヘッド３ｃとの間に燃焼室３ｄが形成されている。また、シリンダヘッド３ｃには、燃焼室３ｄに臨むように燃料噴射弁（以下「インジェクタ」という）４および点火プラグ５が取り付けられており、エンジン３は、燃料を直接、燃焼室３ｄ内に噴射する、いわゆる直噴式のものである。エンジン３への燃料供給量は、ＥＣＵ２からの駆動信号により、インジェクタ４の燃料噴射時間Ｔｏｕｔ を制御することによって制御される。さらに、ＥＣＵ２から点火時期θｉｇに応じたタイミングで点火コイル６を介して点火プラグ５に高電圧が加えられ、点火プラグ５が放電することによって、燃焼室３ｄ内で混合気のＳＩ燃焼が行われる。
【００１５】
また、エンジン３の吸気管７の途中には、上記スロットルバルブ８が取り付けられ、スロットルバルブ８には、スロットル開度θＴＨを制御するためのステッピングモータ９が連結されている。ステッピングモータ９は、ＥＣＵ２に電気的に接続されており、ＥＣＵ２からの駆動パルス信号によって、スロットル開度θＴＨすなわち吸気量を変化させる。さらに、吸気管７のスロットルバルブ８より下流側には、サーミスタなどで構成された吸気温センサ１３が取り付けられており、吸気温センサ１３は、吸気管７内の吸気温度ＴＡ を検出して、その検出信号をＥＣＵ２に送る。
【００１６】
一方、吸気管７と排気管１０の間には、これらを接続するようにＥＧＲ管１１が設けられている。このＥＧＲ管１１は、エンジン３の排気ガスを吸気側に再循環することによって、排気ガス中のＮＯｘを低減させるＥＧＲ動作を実行するためのものであり、その一端が吸気管７のスロットルバルブ８よりも下流側に接続され、他端が排気管１０の図示しない３元触媒よりも上流側に接続されている。
【００１７】
ＥＧＲ管１１の吸気管７との接続部付近には、ＥＧＲ制御弁１２が取り付けられている。ＥＧＲ制御弁１２は、リニア電磁弁であり、ＥＣＵ２からの駆動信号に応じてそのバルブリフト量がリニアに変化し、これによってＥＧＲ管１１を開度制御する。ＥＧＲ制御弁１２には、図示しないバルブリフトセンサが取り付けられており、ＥＣＵ２は、バルブリフトセンサの検出信号によってＥＧＲ制御弁１２の実際のバルブリフト量を検出するとともに、この検出値に応じてＥＧＲ制御弁１２のバルブリフト量をフィードバック制御することにより、吸気側に再循環される排気ガスの量すなわちＥＧＲ量を制御する。
【００１８】
また、エンジン３の本体には、サーミスタなどから成る水温センサ１４が取り付けられており、水温センサ１４は、エンジン３の冷却水温であるエンジン水温ＴＷ を検出して、その検出信号をＥＣＵ２に送る。さらに、ＥＣＵ２には、図示しないアクセルのアクセル開度θＡＣＣ を検出するアクセル開度センサ１５が接続されている。
【００１９】
エンジン３のクランクシャフト３ｅには、マグネットロータ（タイミングロータ）１６ａが取り付けられており、マグネットロータ１６ａは、ＭＲＥ（磁気抵抗素子）ピックアップ１６ｂとともに、クランク角センサ１６を構成している。クランク角センサ１６は、クランクシャフト３ｅの回転に伴い、ともにパルス信号であるＣＲＫ信号およびＴＤＣ信号を出力する。ＣＲＫ信号は、クランクシャフト３ｅの回転角度位置を示す信号であり、所定のクランク角（例えば、１゜）ごとに１パルスが出力されるとともに、ＥＣＵ２は、このＣＲＫ信号に基づき、エンジン３のエンジン回転数Ｎｅを求める。ＴＤＣ信号は、各シリンダ３ａにおけるピストン３ｂの吸気行程開始時の上死点位置付近の所定タイミングで発生するパルス信号であり、クランクシャフト３ｅが１８０゜回転するごとに１パルスが出力される。
【００２０】
ＥＣＵ２は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭおよびＩ／Ｏインターフェースなどからなるマイクロコンピュータ（いずれも図示せず）で構成されている。前述したセンサ１３〜１６の検出信号はそれぞれ、入力インターフェースでＡ／Ｄ変換や整形がなされた後、マイクロコンピュータに入力される。マイクロコンピュータは、これらの入力信号に応じて、エンジン３の運転状態を判別する。そして、ＲＯＭに記憶された制御プログラムなどに基づき、点火時期θｉｇおよびスロットル開度θＴＨを演算する。そして、演算結果に応じた駆動信号を、出力インターフェースを介して、点火コイル６およびステッピングモータ９に出力することにより、点火プラグ５の点火時期θｉｇおよびスロットル開度θＴＨをそれぞれ制御し、これによって、以下に述べるようにエンジン３の燃焼状態をＣＩ燃焼とＳＩ燃焼に切り換え制御する。特に、エンジン３が低負荷状態のときや始動時には、ＳＩ燃焼を実行し、これら以外の運転状態のときには、ＣＩ燃焼を実行するように制御する。
【００２１】
図２は、エンジン３の運転状態に応じて、ＣＩ燃焼およびＳＩ燃焼のいずれとすべきかを判別するとともに、その判別結果に応じた制御処理に必要なフラグの値を設定する燃焼領域判別処理の手順を示すフローチャートである。本処理は、ＴＤＣ信号パルスの発生に同期して割込み処理により実行される。
【００２２】
本処理では、まず、ステップ１（図ではＳ１と略す。以下同様）において、センサ１３〜１６からの検出信号（吸気温度ＴＡ 、エンジン水温ＴＷ 、ＣＲＫ信号およびアクセル開度θＡＣＣ ）と、スロットル開度θＴＨと、ＥＧＲ量などのデータを読み込むとともに、ＣＲＫ信号からエンジン３の回転数Ｎｅを求める。
【００２３】
次に、ステップ２において、ＥＣＵ２のＲＯＭ内に格納された図示しないＮｅ−θＡＣＣ マップを参照することにより、エンジン３がＣＩ燃焼を行うべき運転領域（以下「ＣＩ燃焼領域」という）にあるか否かを判別する。このＮｅ−θＡＣＣ マップでは、基本的に回転数Ｎｅが高くかつアクセル開度θＡＣＣ の大きな領域がＣＩ燃焼領域として設定され、それ以外はＳＩ燃焼を行うべき運転領域（以下「ＳＩ燃焼領域」という）として設定されている。さらに、この判別では、ＣＩ燃焼領域は、吸気温度ＴＡ 、エンジン水温ＴＷ およびＥＧＲ量に応じて補正される。このような補正は、低温始動時や低負荷運転時などの燃焼温度が低いときには、燃焼が不安定になり、また、極高負荷運転時などの燃焼温度が極めて高いときには、オーバーヒート気味になることによりノッキングなどが発生するので、これらを防止するために行われる。以上の結果、低温始動時や低負荷運転時および極高負荷運転時には、ＳＩ燃焼領域と判別され、それ以外の高負荷運転時には、ＣＩ燃焼領域と判別される。
【００２４】
以下、始動時からのエンジン３の運転の進行に沿って本処理を説明する。始動直後には、フラグＦ＿ＣＩを含む後述するすべてのフラグが「０」に初期化される。また、始動時には、回転数Ｎｅが低いことで、エンジン３がＳＩ燃焼領域にあり、ステップ２の判別がＮＯになるので、ステップ３に進んで、フラグＦ＿ＣＩが「１」であるか否かを判別する。上記のように、フラグＦ＿ＣＩは「０」に初期化されているので、ステップ３の判別がＮＯになり、ステップ４に進んでフラグＦ＿ＣＩを「０」に再リセットし、ステップ５でフラグＦ＿ＴＲＡＮＳを「０」に再リセットして、本処理を終了する。以上のように、始動時からステップ２の判別がＹＥＳになるまで、すなわちエンジン３がＳＩ燃焼領域にある限りは、フラグＦ＿ＣＩおよびフラグＦ＿ＴＲＡＮＳが「０」に維持されるとともに、後述するようにＳＩ燃焼が継続して実行される。
【００２５】
次に、エンジン３が高負荷運転状態となってＣＩ燃焼領域に移行した場合には、ステップ２の判別がＹＥＳになり、次いで、ステップ６でフラグＦ＿ＣＩが「１」であるか否かを判別する。このとき、フラグＦ＿ＣＩは「０」にリセットされているので、ステップ６の判別がＮＯとなり、ステップ７に進んで、フラグＦ＿ＴＲＴＤＦが「１」であるか否かを判別する。このフラグＦ＿ＴＲＴＤＦは、後述するように図３の点火時期θｉｇの制御処理において、ＣＩ燃焼に切り換えるための、点火時期θｉｇを目標点火時期θｉｇｘ まで徐々に遅角させる動作が終了したときに「１」にセットされ、それ以外のときには「０」にリセットされる。この場合、ＣＩ燃焼領域に移行した直後であるので、ステップ７の判別がＮＯとなり、次いで、ステップ１０でフラグＦ＿ＴＲＡＮＳを「１」にセットして本処理を終了する。
【００２６】
ステップ７の判別がＹＥＳ、すなわちフラグＦ＿ＴＲＴＤＦが「１」になっており、点火時期θｉｇの遅角動作が終了しているときには、ステップ８でエンジン３のトルク変動幅が大きいか否かを判別する。この判別は、クランク軸３ｅの角速度の変動幅の実測値と設定値を比較する公知の方法、例えば特公昭５９−９７４２号公報に記載された方法などによって行う。ステップ８でトルク変動幅が大きいと判別されたときには、そのことを示すためにステップ９でフラグＦ＿ＴＲＱＤを「１」にセットした後、ステップ１０を実行し、フラグＦ＿ＴＲＡＮＳを「１」に維持したまま、本処理を終了する。
【００２７】
一方、ステップ８でトルク変動幅が小さいと判別されたときには、ステップ１１でフラグＦ＿ＴＲＱＤを「０」にリセットする。次いで、フラグＦ＿ＣＩを「１」にセットし、さらにフラグＦ＿ＴＲＡＮＳを「０」にリセットして（ステップ１２〜１３）、本処理を終了する。また、前記ステップ６の判別がＹＥＳのときには、前記ステップ１１〜１３を実行して、本処理を終了する。
【００２８】
以上のように、エンジン３がＣＩ燃焼領域に移行した場合において、ＣＩ燃焼へ切り換えるための点火時期θｉｇの遅角動作が終了し、かつトルク変動幅の小さいときに、フラグＦ＿ＣＩが「１」にセットされ、かつフラグＦ＿ＴＲＡＮＳが「０」にリセットされるとともに、後述するようにＣＩ燃焼が実行される。
【００２９】
以降、エンジン３がＣＩ燃焼領域にある限り、ステップ６の判別がＹＥＳとなることによって、前記ステップ１１〜１３が実行され、前記各フラグの状態が維持されるとともに、ＣＩ燃焼が継続して実行される。
【００３０】
次に、ＣＩ燃焼時において、エンジン３が例えば低負荷運転状態になり、ＳＩ燃焼領域に移行した場合には、前記ステップ２の判別がＮＯになるので、前記ステップ３を実行する。ＣＩ燃焼時には、上記のようにフラグＦ＿ＣＩが「１」に維持されていることにより、ステップ３の判別がＹＥＳになるので、ステップ１４で、フラグＦ＿ＴＤＢＷＦが「０」であるか否かを判別する。このフラグＦ＿ＴＤＢＷＦは、後述するように、図４に示すスロットル開度θＴＨの制御処理において、ＳＩ燃焼用の通常開度制御が実行されているときに、「０」にリセットされ、それ以外のときには、「１」にセットされる。
【００３１】
ステップ１４の判別がＮＯ、すなわちＳＩ燃焼用の通常開度制御が実行されていないときには、ステップ１６でフラグＦ＿ＴＲＡＮＳを「１」にセットして、本処理を終了する。また、ステップ１４の判別がＹＥＳ、すなわちＳＩ燃焼用の通常開度制御が実行されているときには、ステップ１５で空燃比がＳＩ燃焼可能な値であるか否かを判別する。ステップ１５で、空燃比がＳＩ燃焼可能な値でないと判別されたときは、前記ステップ１６を実行し、フラグＦ＿ＴＲＡＮＳを「１」にセットして、本処理を終了する。一方、空燃比がＳＩ燃焼可能な値と判別されたときは、フラグＦ＿ＣＩおよびフラグＦ＿ＴＲＡＮＳを「０」にリセットして、本処理を終了する。
【００３２】
以上のように、エンジン３がＣＩ燃焼領域からＳＩ燃焼領域に移行した場合において、ＳＩ燃焼用の通常開度制御が実行されていないとき、またはＳＩ燃焼可能な空燃比になっていないときには、フラグＦ＿ＣＩが「１」に維持されるとともに、フラグＦ＿ＴＲＡＮＳが「１」にセットされ、後述するように、ＣＩ燃焼が引き続き実行される。一方、ＳＩ燃焼用の通常開度制御が実行されており、かつ空燃比がＳＩ燃焼可能な値のときには、フラグＦ＿ＣＩおよびフラグＦ＿ＴＲＡＮＳが「０」にリセットされる。以降、エンジン３がＳＩ燃焼領域にある限り、ＳＩ燃焼が実行される。また、
【００３３】
次に、図３のフローチャートを参照しながら、点火時期θｉｇの制御処理の手順について説明する。本処理は、前述したエンジン３の燃焼領域判別処理がＴＤＣ信号に同期して実行された後に、これに続いて実行される。本処理についても、始動時からの運転の進行に沿って説明する。まず、ステップ２０において、フラグＦ＿ＣＩが「１」であるか否かを判別する。前述したように、始動時には、フラグＦ＿ＣＩが「０」にリセットされていることにより、ステップ２０の判別がＮＯになり、次いで、ステップ２１でフラグＦ＿ＴＲＡＮＳが「１」であるか否かを判別する。始動時には、フラグＦ＿ＴＲＡＮＳも「０」にリセットされていることにより、ステップ２１の判別がＮＯになり、ステップ２２に進み、点火時期θｉｇがＳＩ燃焼用の点火時期θｉｇｎ であるか否かを判別する。
【００３４】
始動時には、このステップ２２の判別がＹＥＳとなることにより、ステップ２３でフラグＦ＿ＴＲＴＤＦを「０」にリセットし、ステップ２４で通常の火花点火式エンジンと同様の点火時期制御を実行しながらＳＩ燃焼を行い、本処理を終了する。以降、エンジン３がＳＩ燃焼領域にある限り、ＳＩ燃焼が継続して実行される。
【００３５】
次に、エンジン３がＣＩ燃焼領域に移行した場合、その直後の状態では、前述したように、フラグＦ＿ＣＩは「０」になっているので、ステップ２０の判別がＮＯになり、前記ステップ２１に進む。この場合、前述したように、図２のステップ１０でフラグＦ＿ＴＲＡＮＳが「１」になっていることにより、ステップ２１の判別がＹＥＳになり、ステップ２５で点火時期θｉｇの目標点火時期θｉｇｘ への遅角が終了しているか否かを判別する。この目標点火時期θｉｇｘ は、ＳＩ燃焼を行うときの通常点火時期θｉｇｎ よりもかなり遅角側に設定されており、この目標点火時期θｉｇｘ で点火プラグ５から火花を飛ばすと、圧縮着火が火花点火に先行して発生するような値に設定されている。
【００３６】
この場合には、遅角動作をまだ実行していないので、ステップ２５の判別がＮＯになり、次いで、フラグＦ＿ＴＲＴＤＦを「０」にリセットし、点火時期θｉｇを所定角度、遅角させて（ステップ２６〜２７）、本処理を終了する。その後、ステップ２５〜２７が繰り返し実行されることにより、点火時期θｉｇは、所定角度ずつ目標点火時期θｉｇｘ まで徐々に遅角される。
【００３７】
点火時期θｉｇの目標点火時期θｉｇｘ への遅角が終了し、ステップ２５の判別がＹＥＳになったときには、そのことを示すためにステップ２８でフラグＦ＿ＴＲＴＤＦを「１」にセットした後、ステップ２９でフラグＦ＿ＴＲＱＤが「１」であるか否かを判別する。この判別がＮＯ、すなわちトルク変動幅が小さいときには、ステップ３０で点火プラグ５の点火動作を停止して、本処理を終了する。これにより、ＣＩ燃焼のみが実行される。一方、ステップ２９の判別がＮＯ、すなわちトルク変動幅が大きいときには、ステップ３１において、点火プラグ５の点火動作を継続し、本処理を終了する。これにより、トルク変動幅が大きいときには、圧縮着火だけでなく火花点火も実行することによって、着火を確実に行わせ、燃焼状態を安定させることができる。
【００３８】
以上のように、点火時期θｉｇが目標点火時期θｉｇｘ まで遅角されたときに、エンジン３がＳＩ燃焼からＣＩ燃焼に切り換わり、そのときに、フラグＦ＿ＴＲＴＤＦは、「１」にセットされる。これにより、以降は、エンジン３がＣＩ燃焼領域にある限り、ステップ２０の判別がＹＥＳになり、ステップ２８〜３０が続けて実行され、ＣＩ燃焼が継続して実行される。
【００３９】
次に、ＣＩ燃焼時において、エンジン３がＳＩ燃焼領域に移行した場合には、前述したように、ＳＩ燃焼用の通常開度制御が実行されかつ空燃比がＳＩ燃焼可能な値になるまでは、フラグＦ＿ＣＩおよびフラグＦ＿ＴＲＡＮＳがそれぞれ「１」に維持されている（図２のステップ１４〜１５）ので、前記ステップ２０の判別がＹＥＳになり、ＣＩ燃焼が継続して実行される。そして、上記の条件が成立したときに、フラグＦ＿ＣＩおよびフラグＦ＿ＴＲＡＮＳがそれぞれ「０」にリセットされることにより、ステップ２０の判別がＮＯになり、次いで、前記ステップ２１の判別もＮＯになるので、ステップ２２に進み、ＳＩ燃焼用の通常点火時期θｉｇｎ になっているか否かを判別する。
【００４０】
この場合には、進角動作をまだ実行していないので、ステップ２２の判別がＮＯになり、ステップ３２に進み、フラグＦ＿ＴＲＴＤＦを「０」にリセットし、ステップ３３で点火時期θｉｇを目標点火時期θｉｇｘ から所定角度、進角させるとともに、点火プラグ５による点火を再開して、本処理を終了する。この後、ステップ２２，３２〜３３が繰り返し実行されることにより、点火時期θｉｇは、所定角度ずつ、ＳＩ燃焼用の通常点火時期θｉｇｎ まで徐々に進角される。
【００４１】
ＳＩ燃焼用の通常点火時期θｉｇｎ への進角が終了し、ステップ２２の判別がＹＥＳになったときには、前記ステップ２３〜２４に進み、通常点火時期制御を実行して、本処理を終了する。以上のようにして、エンジン３がＣＩ燃焼からＳＩ燃焼に切り換わり、以降は、エンジン３がＳＩ燃焼領域にある限り、ＳＩ燃焼が実行される。
【００４２】
次に、図４のフローチャートを参照しながら、スロットル開度（図ではＴＨ開度という）θＴＨの制御処理について説明する。本処理は、タイマにより所定周期（例えば２０ｍｓｅｃごと）で割り込み実行される。本処理についても、始動時からの運転の進行に沿って説明する。まず、ステップ４０において、フラグＦ＿ＣＩが「１」であるか否かを判別する。前述したように、始動時には、フラグＦ＿ＣＩが「０」にリセットされていることにより、ステップ４０の判別がＮＯになり、ステップ４１に進み、フラグＦ＿ＴＤＢＷＦを「０」にリセットし、次いで、ステップ４２でＳＩ燃焼用のスロットル開度θＴＨの通常開度制御を実行して、本処理を終了する。以降、エンジン３がＳＩ燃焼領域にある限り、通常開度制御を行いながらステップ４０〜４２が実行され、ＳＩ燃焼が継続して実行される。また、このＳＩ燃焼中にのみ、そのことを示すために、フラグＦ＿ＴＤＢＷＦが「０」に維持される。
【００４３】
次に、エンジン３がＣＩ燃焼領域に移行した場合、その直後の状態では、前述したように、フラグＦ＿ＣＩは、点火時期θｉｇが目標点火時期θｉｇｘ まで遅角され、かつトルク変動幅が小さくなるまで「０」に維持されている（図２のステップ７〜８，１２参照）ので、ステップ４２の通常開度制御が引き続き実行される。そして、上記の条件が成立し、ＣＩ燃焼が開始されたときに、フラグＦ＿ＣＩが「１」にセットされることによって、ステップ４０の判別がＹＥＳになり、ステップ４３に進んで、フラグＦ＿ＴＲＡＮＳが「１」であるか否かを判別する。ＣＩ燃焼が開始されたときには、フラグＦ＿ＴＲＡＮＳが「０」にリセットされる（図２のステップ１３参照）ことにより、ステップ４３の判別がＮＯになる。
【００４４】
次いで、ステップ４４に進み、スロットル開度θＴＨがＣＩ燃焼用の大開度であるか否かを判別する。この場合には、スロットル開度θＴＨが、ＳＩ燃焼用の通常開度になっているので、ステップ４４の判別がＮＯになり、ステップ４５に進み、フラグＦ＿ＴＤＢＷＦを「１」にセットし、ステップ４６でスロットル開度θＴＨを所定開度、増大させて本処理を終了する。この後、ステップ４４〜４６が繰り返し実行されることにより、スロットル開度θＴＨは、所定開度ずつ、ＣＩ燃焼用の大開度まで徐々に増大される。すなわち、吸気量が徐々に増量される。
【００４５】
ＣＩ燃焼用の大開度へのスロットル開度θＴＨの開放駆動が終了し、ステップ４４の判別がＹＥＳになったときには、ステップ４７でフラグＦ＿ＴＤＢＷＦを「１」に維持して、本処理を終了する。以降、エンジン３がＣＩ燃焼領域にある限り、スロットル開度θＴＨがＣＩ燃焼用の大開度の状態で、ＣＩ燃焼が実行されるとともに、フラグＦ＿ＴＤＢＷＦは「１」に維持される。
【００４６】
次に、ＣＩ燃焼時において、エンジン３がＳＩ燃焼領域になった場合、その直後の状態では、前述したように、フラグＦ＿ＴＤＢＷＦが「１」に維持されていることにより、フラグＦ＿ＴＲＡＮＳが「１」にセットされる（図２のステップ１４，１６参照）ので、ステップ４３の判別がＹＥＳになる。次いで、ステップ４８に進み、スロットル開度θＴＨがＳＩ燃焼用の通常開度になっているか否かを判別する。ＣＩ燃焼時には、スロットル開度θＴＨが大開度になっているので、ステップ４３の判別がＹＥＳになった直後は、ステップ４８の判別がＮＯになる。次いで、ステップ４９に進み、フラグＦ＿ＴＤＢＷＦを「１」にセットし、ステップ５０でスロットル開度θＴＨを所定開度、減少させて本処理を終了する。この後、ステップ４８〜５０が繰り返し実行されることにより、スロットル開度θＴＨは、所定開度ずつ、ＳＩ燃焼用の通常開度まで徐々に減少される。すなわち、吸気量が徐々に減量される。
【００４７】
ＳＩ燃焼用の通常開度への駆動が終了し、ステップ４８の判別がＹＥＳになったときには、前記ステップ４１〜４２を実行して、本処理を終了する。以降、エンジン３がＳＩ燃焼領域にある限り、スロットル開度θＴＨの通常開度制御を実行し、ＳＩ燃焼を実行するとともに、フラグＦ＿ＴＤＢＷＦは「０」に維持される。
【００４８】
以上のように詳述した燃焼領域判別処理、点火時期制御処理およびＴＨ開度制御処理をそれぞれ実行した場合における点火時期θｉｇおよびスロットル開度θＴＨの経時変化を、各フラグの設定状態と併せて、図５および図６に示すタイムチャートおよび表を参照しながら説明する。両図において、図中の横軸は時間を示す。
【００４９】
図５は、ＳＩ燃焼からＣＩ燃焼に切り換わる際のフローチャートである。まず、ＳＩ燃焼時には、フラグＦ＿ＣＩおよびフラグＦ＿ＴＲＡＮＳがそれぞれ「０」になっていることにより、ＳＩ燃焼用の点火時期制御とスロットル開度θＴＨの通常開度制御を実行しながら、ＳＩ燃焼が実行される。このとき、他のフラグも「０」になっている。そして、エンジン３がＣＩ燃焼領域に移行した時点（時刻ｔ１）で、フラグＦ＿ＴＲＡＮＳが「１」にセットされるのに応じて、点火時期θｉｇの遅角が開始され、ＳＩ燃焼からＣＩ燃焼への切換制御処理が開始される。これにより、時刻ｔ１以降、点火時期θｉｇがＳＩ燃焼用の通常点火時期θｉｇｎ から目標点火時期θｉｇｘ に徐々に遅角され、時刻ｔ２になった時点で、圧縮着火が火花点火に先行して発生するようになる。これにより、ＳＩ燃焼からＣＩ燃焼に切り換わる。また、スロットル開度θＴＨは、時刻ｔ２までＳＩ燃焼用の通常開度に維持される。
【００５０】
そして、時刻ｔ２において、点火時期θｉｇの遅角が終了することにより、フラグＦ＿ＴＲＴＤＦが「１」にセットされ、トルクの変動幅が小さいときに、点火が中止される。これと同時に、フラグＦ＿ＣＩが「１」にセットされ、Ｆ＿ＴＲＡＮＳが「０」にリセットされることにより、ＣＩ燃焼用の大開度へのスロットル開度θＴＨの駆動が開始されるとともに、Ｆ＿ＴＤＢＷＦが「１」にセットされる。この後、時刻ｔ３までスロットル開度θＴＨが漸増され、最終的にＣＩ燃焼用の大開度になる。これにより、時刻ｔ４において、ＳＩ燃焼からＣＩ燃焼への切換制御処理が終了し、これ以降は、ＳＩ燃焼よりもかなり大きな値の空燃比（リーンな空燃比）でＣＩ燃焼が実行される。すなわち、スロットル開度θＴＨを大開度で固定することにより吸気量を大きな量で一定にし、燃料供給量を増減することによって、エンジン３の出力が制御される。
【００５１】
また、図６、ＣＩ燃焼からＳＩ燃焼に切り換わる際のフローチャートである。まず、ＣＩ燃焼時において、エンジン３がＳＩ燃焼領域に移行した時点（時刻ｔ５）でフラグＦ＿ＴＲＡＮＳが「１」にセットされ、スロットル開度θＴＨを大開度からＳＩ燃焼用の通常開度へ駆動する動作が開始される（時刻ｔ６）。
【００５２】
そして、スロットル開度θＴＨがＣＩ燃焼用の大開度からＳＩ燃焼用の通常開度まで漸減され（時刻ｔ７）、以降は、スロットル開度θＴＨの通常開度制御が開始されるとともに、フラグＦ＿ＴＤＢＷＦが「０」にリセットされる。また、この時点でＳＩ燃焼可能な空燃比であるときに、フラグＦ＿ＴＲＡＮＳが「０」にリセットされることにより、点火時期θｉｇの進角が開始されると同時に、点火プラグ５による点火が再開される。これにより、ＳＩ燃焼が開始される。なお、この点火を再開した時点（時刻ｔ７）ではまだ、圧縮着火が火花点火に先行して発生する。この後、点火時期θｉｇが徐々に進角されることによって、火花点火が圧縮着火に先行して発生するようになり、ＣＩ燃焼からＳＩ燃焼に切り換わる。そして、時刻ｔ８で最終的にＳＩ燃焼用の通常点火時期θｉｇｎ になり、切換制御処理が終了する。これにより、時刻ｔ８以降は、ＣＩ燃焼よりも小さな空燃比（リッチな空燃比）で通常のＳＩ燃焼が行われる。
【００５３】
以上詳述したように、本実施形態の制御方法によれば、エンジン回転数Ｎｅ、スロットル開度θＴＨ、エンジン水温ＴＷ 、吸気温度ＴＡ およびＥＧＲ量などの運転状態に応じて、燃料が圧縮着火しにくい始動時や低負荷運転時などには、ＳＩ燃焼が行われ、それ以外のときには、ＣＩ燃焼が行われる。これによって、従来のＣＩ燃焼のみを実行する圧縮着火式内燃機関の制御方法と異なり、吸気を温めたり、圧縮比を高めたりすることなく、低負荷運転時などの燃焼の安定性や始動時の始動性を確保することができる。それゆえ、吸気を加熱する構成が不要になることによって、製造コストやランニングコストを削減することができる。また、圧縮比を高める必要がなくなることにより、動作部品の慣性質量やフリクションを小さくできることによって、燃費を向上させることができる。
【００５４】
さらに、ＳＩ燃焼からＣＩ燃焼に切り換える際に、点火時期θｉｇをＳＩ燃焼用の通常点火時期θｉｇｎ から目標点火時期θｉｇｘ に徐々に遅角させることにより、時刻ｔ２で圧縮着火が火花点火に先行して発生するようになる。これにより、着火タイミングのずれを生じることなく、ＣＩ燃焼に円滑に移行させることができる。また、点火時期θｉｇを徐々に遅角させることにより、出力が徐々に低下するので、遅角させる際のトルクの変動幅を小さく抑制することができる。さらに、目標点火時期θｉｇｘ まで遅角させ、出力を低下させた状態で、ＣＩ燃焼に切り換えことができるので、ＣＩ燃焼に切り換える際のトルクの変動幅を小さく抑制することができる。また、点火停止後にスロットル開度θＴＨをＣＩ燃焼用の大開度まで漸増させるので、これに伴って燃料供給量を適切に制御することにより、ＣＩ燃焼時の出力を徐々に上昇させることができ、このときのトルクの変動幅を小さく抑制することができる。したがって、良好な運転性を確保しながらＳＩ燃焼からＣＩ燃焼に確実にかつスムーズに移行させることができる。
【００５５】
これとは逆に、ＣＩ燃焼からＳＩ燃焼に切り換える際には、ＣＩ燃焼領域に切り換わった後に、スロットル開度θＴＨをＳＩ燃焼用の通常開度まで漸減させるので、これに伴って燃料供給量を適切に制御すれば、トルクの変動幅を小さく抑制しながら出力を円滑に低下させることができる。さらに、圧縮着火が火花点火にまだ先行している時点（時刻ｔ７）で点火を再開しかつ点火時期θｉｇの進角を開始することにより、それ以降のある時点で火花点火が圧縮着火に先行して発生するようになる。これにより、着火タイミングのずれを生じることなく、ＳＩ燃焼に円滑に移行させることができる。また、出力を低下させた状態で、点火時期θｉｇを目標点火時期θｉｇｘ から徐々にＳＩ燃焼用の通常点火時期θｉｇｎ まで進角させることにより、出力が徐々に上昇するので、ＳＩ燃焼に切り換わるときのトルクの変動幅を小さく抑制することができる。したがって、良好な運転性を確保しながらＣＩ燃焼からＳＩ燃焼に確実かつスムーズに移行させることができる。
【００５６】
さらに、低負荷状態および始動時以外のときには、ＣＩ燃焼を行うので、従来の制御方法と同等の特性、すなわちともに良好な燃費および排気ガスを確保することができる。
【００５７】
なお、前述した実施形態においては、ＳＩ燃焼からＣＩ燃焼に切り換えるときに、点火時期θｉｇの遅角の終了と同時にスロットル開度θＴＨの漸増を開始したが、点火時期θｉｇの遅角終了タイミングとスロットル開度θＴＨの漸増開始タイミングとは、前後にずれていてもよい。また、ＣＩ燃焼からＳＩ燃焼に切り換えるときに、スロットル開度θＴＨの漸減の終了と同時に、点火時期θｉｇの進角および点火を開始するようにしたが、スロットル開度θＴＨの漸減終了タイミングと点火開始タイミングとは、または、スロットル開度θＴＨの漸減終了タイミングと点火時期θｉｇの進角開始タイミングとは、前後にずれていてもよい。さらに、ＳＩ燃焼からＣＩ燃焼に切り換えるときに、遅角が終了しかつトルク変動が小さいときには、点火を中止するようにしたが、遅角終了後にトルク変動が小さいときにも、点火を継続するようにしてもよい。また、エンジン３の燃料は、ガソリンに限らず、アルコールや軽油などエンジン３で燃焼可能なものであればよい。
【００５８】
【発明の効果】
以上のように、本発明の圧縮着火式内燃機関の制御方法によれば、低負荷運転時などの燃焼の安定性と良好な始動性、さらには良好な運転性を確保しながら、コストを削減でき、燃費を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態による圧縮着火式内燃機関の制御方法を実行する制御装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】圧縮着火式内燃機関の運転状態に応じて、火花点火燃焼および圧縮着火燃焼のいずれの燃焼領域かを判別する燃焼領域判別処理の手順を示すフローチャートである。
【図３】点火時期制御処理の手順を示すフローチャートである。
【図４】スロットル開度制御処理の手順を示すフローチャートである。
【図５】圧縮着火式内燃機関が火花点火燃焼から圧縮着火燃焼に切り換わる際の点火時期θｉｇおよびスロットル開度θＡＣＣ の経時変化を示すタイムチャートと、これに伴う各フラグの設定状態の推移を示す表である。
【図６】圧縮着火式内燃機関が圧縮着火燃焼状態から火花点火燃焼状態に切り換わる際の点火時期θｉｇおよびスロットル開度θＡＣＣ の経時変化を示すタイムチャートと、これに伴う各フラグの設定状態の推移を示す表である。
【符号の説明】
１ 制御装置
２ ＥＣＵ
３ 圧縮着火式内燃機関
５ 点火プラグ
８ スロットルバルブ
１３ 吸気温センサ
１４ 水温センサ
１５ アクセル開度センサ
１６ クランク角センサ
ＴＡ 吸気温度（運転状態を求めるための運転パラメータ）
ＴＷ エンジン水温（運転状態を求めるための運転パラメータ）
Ｎｅ エンジン回転数（運転状態を求めるための運転パラメータ）
θＡＣＣ アクセル開度（運転状態を求めるための運転パラメータ）
θｉｇ 点火時期
θＴＨ スロットルバルブの開度
Ｓ２ 運転状態に応じて燃焼領域を判別するステップ
Ｓ２７ 点火時期を遅角させるステップ
Ｓ３３ 点火時期を進角させるステップ
Ｓ４６ スロットルバルブの開度（吸気量）を増大させるステップ
Ｓ５０ スロットルバルブの開度（吸気量）を減少させるステップ
Claims (4)
- 運転状態に応じて燃料の混合気を圧縮着火により燃焼させる圧縮着火燃焼と火花点火により燃焼させる火花点火燃焼とに切り換え可能な圧縮着火式内燃機関の制御方法であって、
前記火花点火燃焼から前記圧縮着火燃焼に切り換える際に、前記火花点火の点火時期を徐々に遅角させることによって、前記圧縮着火燃焼に切り換えるように制御するとともに、前記圧縮着火燃焼のときの吸気量を前記火花点火燃焼のときよりも増量させることによって、空燃比をより大きな値に制御することを特徴とする圧縮着火式内燃機関の制御方法。 - 運転状態に応じて燃料の混合気を圧縮着火により燃焼させる圧縮着火燃焼と火花点火により燃焼させる火花点火燃焼とに切り換え可能な圧縮着火式内燃機関の制御方法であって、
前記火花点火燃焼から前記圧縮着火燃焼に切り換える際に、前記火花点火の点火時期を徐々に遅角させることによって、前記圧縮着火燃焼に切り換えるように制御し、
前記圧縮着火燃焼から前記火花点火燃焼に切り換える際に、前記圧縮着火燃焼中に、点火時期を徐々に進角させながら、前記火花点火用の火花を発生させることによって、前記火花点火燃焼に切り換えるように制御することを特徴とする圧縮着火式内燃機関の制御方法。 - 運転状態に応じて燃料の混合気を圧縮着火により燃焼させる圧縮着火燃焼と火花点火により燃焼させる火花点火燃焼とに切り換え可能な圧縮着火式内燃機関の制御方法であって、
前記圧縮着火燃焼から前記火花点火燃焼に切り換える際に、前記圧縮着火燃焼中に、点火時期を徐々に進角させながら、前記火花点火用の火花を発生させることによって、前記火花点火燃焼に切り換えるように制御することを特徴とする圧縮着火式内燃機関の制御方法。 - 前記圧縮着火燃焼から前記火花点火燃焼に切り換える際に、前記火花点火燃焼のときの吸気量を前記圧縮着火燃焼のときよりも減量させることによって、空燃比をより小さな値に制御することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の圧縮着火式内燃機関の制御方法。
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