JP3743607B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の燃焼状態を安定化させる方法を改善した内燃機関の制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、筒内噴射エンジンのように混合気を成層燃焼させるエンジンでは、筒内で混合気が塊となって移動する。そこで、特開平１１−２１７２号公報に示すように、各気筒毎に複数の点火プラグを設け、トルクダウンの要求が生じた場合に、点火時期を正規のタイミングより遅らせると共に、遅らせた点火時期において混合気の塊が通る位置に配置した点火プラグで着火して、燃焼状態の悪化を防止するようにしたものがある。
【０００３】
また、特開平６−２２９２９７号公報に示すように、筒内のスワール流強度又はタンブル流強度を制御する機能を備えたエンジンにおいては、エンジン回転速度が目標アイドル回転速度より低い場合に、スワール流強度又はタンブル流強度を強化して燃焼状態を安定化させることで、エンジン回転速度を目標アイドル回転速度に制御するようにしたものがある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、近年、高性能化されてきた自動車のエンジンでは、どの様な運転条件下でも、常に燃焼状態を安定化させて、安定したドライバビリティを確保することが要求されるようになってきており、上述したような特定の運転条件下のみで燃焼状態を安定化させるだけでは、特定の運転条件以外の様々な運転条件で、燃焼状態を安定化させることができず、ドライバビリティ安定化の要求に十分に対応することができない。
【０００５】
本発明はこのような事情を考慮してなされたものであり、従ってその目的は、様々な運転条件で燃焼状態を安定化させて、常に安定したドライバビリティを確保することができる内燃機関の制御装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１の内燃機関の制御装置は、内燃機関の燃焼状態を燃焼状態検出手段により検出し、燃焼状態が不安定になったときに、燃焼安定化制御手段によって燃焼安定化制御を実行することで、燃焼速度と燃焼圧力の少なくとも一方を燃焼状態を安定化させる方向に制御するシステムにおいて、燃焼状態の安定性が低下する運転条件（以下「燃焼安定性低下運転条件」という）で運転される場合に、前記燃焼安定化制御を実行し、且つ、前記燃焼安定性低下運転条件の種類に応じて前記燃焼安定化制御の制御項目を変更するようにしたものである。ここで、燃焼速度と燃焼圧力は、燃焼状態の安定化に最も寄与するパラメータである。従って、燃焼状態が不安定になったときに、その時の運転条件に応じて燃焼速度や燃焼圧力を燃焼状態を安定化させる方向に制御すれば、様々な運転条件で燃焼状態を安定化させることができ、常に安定したドライバビリティを確保することができる。
その上、請求項１に係る発明では、燃焼状態の安定性が低下する運転条件（以下「燃焼安定性低下運転条件」という）で運転する場合に、燃焼安定化制御を実行するようにしたので、実際に燃焼状態が不安定になる前に、それを予測して燃焼安定化制御を実行することができ、燃焼安定性低下運転条件で運転する場合でも、燃焼状態を安定状態に維持することができる。
更に、請求項１に係る発明では、燃焼安定性低下運転条件の種類に応じて燃焼安定化制御の制御項目を変更するようにしたので、それぞれの燃焼安定性低下運転条件に適した制御項目で、燃焼安定化制御を行うことができて、焼安定性低下運転条件の本来の制御目標（例えば空燃比リーン化、排気昇温等）を妨げることなく、燃焼安定化制御を行うことができる。
【０００７】
この場合、請求項２のように、燃焼安定化制御中に、点火時期、点火方式、空燃比、筒内ガス流速、排気還流量、バルブオーバーラップ量のうちの少なくとも１つを制御するようにすると良い。つまり、点火時期、点火方式、空燃比、筒内ガス流速、排気還流量、バルブオーバーラップ量は、いずれも、燃焼速度や燃焼圧力を変化させるパラメータとなるため、これらのうちの少なくとも１つを制御すれば、燃焼速度や燃焼圧力を変化させて燃焼状態を安定化させることができる。また、運転条件に応じて上記各制御項目の中から燃焼速度、燃焼圧力に対する影響度が大きい制御項目を選択して燃焼安定化制御を行えば、燃焼速度や燃焼圧力を速やかに制御して燃焼安定化の効果を高めることができる。
【０００８】
また、例えば空燃比をリーンにして運転するリーン運転時に、空燃比をリッチ方向に補正して燃焼状態を安定化させることは、その時のエンジン制御目標（空燃比リーン化）に逆らうことになるため、できるだけ実行しない方が良い。その点、請求項２の発明では、その時のエンジン制御目標に反しない制御項目を選択することができるので、エンジン制御目標を達成しながら、燃焼速度、燃焼圧力を制御して燃焼状態を安定化させることができる。
【０００９】
更に、請求項３のように、１回の燃焼行程中に複数回の点火及び／又は各気筒の複数箇所で点火が可能な点火手段を設け、点火方式を切り換える場合に、１回の燃焼行程中の点火回数と点火箇所の数の少なくとも一方を切り換えるようにしても良い。つまり、１回の燃焼行程中の点火回数や点火箇所の数を切り換えれば、燃焼時の火炎生成状態を制御して燃焼速度を効果的に制御することができ、燃焼状態を効果的に安定化させることができる。この点火方式の制御は、筒内の火炎生成状態を制御するだけであるので、エンジン制御目標を妨げることなく、様々な運転条件で実行することができる。
【００１０】
また、１回の燃焼行程中に複数回の点火を行う場合には、請求項４のように、１回の燃焼行程中の点火回数を、筒内ガス流速、空燃比、排気還流量、筒内圧力、冷却水温の少なくとも１つに基づいて切り換えるようにすると良い。このようにすれば、筒内ガス流速等に応じて筒内の火炎生成状態が変化するのに対応して点火回数を適正化することができ、燃焼安定化の効果を高めることができる。
【００１１】
更に、請求項５のように、１回の燃焼行程中に複数回の点火を行う場合の点火時間及び／又は点火間隔を、筒内ガス流速、空燃比、排気還流量、筒内圧力、冷却水温の少なくとも１つに基づいて変化させるようにしても良い。このようにすれば、筒内ガス流速等に応じて筒内の火炎生成状態が変化するのに対応して点火時間及び／又は点火間隔を適正化することができ、燃焼安定化の効果を高めることができる。しかも、点火時間及び／又は点火間隔を適正化することで、比較的少ない電気エネルギで複数回の点火（多重点火）を効率良く行うことができ、点火系の負荷を軽減することができる。
【００１２】
一方、請求項６のように、筒内のスワール流強度又はタンブル流強度を制御する筒内流れ制御手段を設け、この筒内流れ制御手段によって筒内ガス流速を制御するようにしても良い。つまり、スワール流強度やタンブル流強度を変更して筒内ガス流速を制御することで、燃焼速度を制御して燃焼状態を安定化させることができる。この筒内ガス流速の制御は、筒内ガス流速を制御するだけであるので、様々な運転条件でエンジン制御目標を妨げることなく、燃焼速度を制御して燃焼状態を安定化させることができる。
【００１４】
この場合、請求項７のように、燃焼安定性低下運転条件は、リーン運転、排気昇温制御、アイドル低回転化制御、減速運転、イグニッションスイッチのオフ後の掃気ロジック実行中のうちの少なくとも１つとすると良い。ここで、リーン運転、排気昇温制御、アイドル低回転化制御、減速運転は、いずれも燃焼状態の安定性が低下する運転状態であるため、これらの運転が実行されるときに、燃焼安定化制御を実行すれば、これらの運転による燃焼状態ヘの悪影響を最小限に抑えて、燃焼状態を安定状態に維持することができる。また、イグニッションスイッチのオフ後の掃気ロジックは、イグニッションスイッチのオフ直前に噴射された燃料をイグニッションスイッチのオフ後に点火を行うことで燃焼させるロジックであり、この掃気ロジック実行中に燃焼安定化制御を実行すれば、掃気ロジック実行中の着火性を向上できる。
【００１６】
更に、燃焼安定化制御の制御項目によって燃焼安定化の効果が異なることを考慮して、請求項８のように、燃焼状態の不安定度に応じて燃焼安定化制御の制御項目を変更するようにしても良い。このようにすれば、燃焼状態の不安定度に応じて適正な燃焼安定化制御の制御項目を選択することができ、燃焼状態を確実に安定化させることができる。
【００１７】
また、請求項９のように、各気筒毎に燃焼状態を検出するようにしても良い。このようにすれば、各気筒の充填効率等の違いによって気筒間で燃焼状態にばらつきがあっても、各気筒毎に燃焼状態を検出して、各気筒毎に最適な燃焼安定化制御を実行することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１９】
まず、図１に基づいてエンジン制御システム全体の概略構成を説明する。内燃機関であるエンジン１１の吸気管１２の最上流部には、エアクリーナ１３が設けられ、このエアクリーナ１３の下流側には、吸入空気量を検出するエアフローメータ１４が設けられている。このエアフローメータ１４の下流側には、スロットルバルブ１５とスロットル開度を検出するスロットル開度センサ１６とが設けられている。
【００２０】
更に、スロットルバルブ１５の下流側には、サージタンク１７が設けられ、このサージタンク１７に、吸気管圧力を検出する吸気管圧力センサ１８が設けられている。また、サージタンク１７には、エンジン１１の各気筒に空気を導入する吸気マニホールド１９が設けられ、この吸気マニホールド１９の各気筒の分岐管部に、それぞれ燃料を噴射する燃料噴射弁２０が取り付けられている。
【００２１】
本実施形態のエンジン１１は、各気筒に２つの吸気バルブ２７と２つの排気バルブ２８を設けた４バルブエンジンであり、各気筒の吸気マニホールド１９内には、各吸気バルブ２７に対応する２本の吸気ポート２９が形成されている。これら２本の吸気ポート２９のうちの片側には、スワール制御弁３０（筒内流れ制御手段）が配置されている。エンジン制御回路（以下「ＥＣＵ」と表記する）２６からの出力信号に基づいて各気筒のスワール制御弁３０の開度が制御されてスワール比が調節され、各気筒のスワール流強度が調節される。スワール比は、スワールの回転速度とエンジン回転速度の比又はスワールの水平方向の速度成分と垂直方向の速度成分の比である。
【００２２】
また、エンジン１１のシリンダヘッドには、気筒毎に点火プラグ３１が取り付けられ、この点火プラグ３１の中心電極には、点火コイル３２の二次コイル（図示せず）で発生した高電圧が印加される。点火コイル３２の一次コイル（図示せず）は、イグナイタ３３のパワートランジスタに接続されている。これら点火プラグ３１、点火コイル３２、イグナイタ３３等からなる点火装置が特許請求の範囲でいう点火手段に相当する。エンジン運転中は、ＥＣＵ２６からイグナイタ３３に送信される点火信号ＩＧＴの立ち上がり／立ち下がりでイグナイタ３３のパワートランジスタがオン／オフする。図２（ａ）に示すように、イグナイタ３３のパワートランジスタがオンすると、点火コイル３２の一次コイルに一次電流が流れて点火コイル３２の蓄積エネルギーが増加し、その後、イグナイタ３３のパワートランジスタがオフすると、一次電流が遮断されて、点火コイル３２の二次コイルに高電圧が誘導され、この高電圧によって点火プラグ３１の電極間に火花放電が発生する。
【００２３】
また、１回の燃焼行程中に複数回の点火を行う多重点火時は、図２（ｂ）に示すように、通常の一次電流の遮断動作後に、点火信号ＩＧＴによってイグナイタ３３のパワートランジスタを所定周期で繰り返しオン／オフさせて点火プラグ３１を多重放電させ、放電（点火）を連続的に発生させる。
【００２４】
一方、図１に示すように、エンジン１１の排気管２１の途中には、排ガス中の有害成分（ＣＯ，ＨＣ，ＮＯｘ等）を低減させる三元触媒等の触媒２２が設置されている。この触媒２２の上流側には、排ガスの空燃比を検出する空燃比センサ２３が設けられている。排気管２１のうちの触媒２２の上流側とサージタンク１７との間には、排気の一部を吸気系に還流させるＥＧＲ配管３４が接続され、このＥＧＲ配管３４の途中に、ＥＧＲ弁３５が設けられている。ＥＣＵ２６からの出力信号に基づいてＥＧＲ弁３５の開度が制御され、その開度に応じてＥＧＲ率が調節される。ＥＧＲ率は、ＥＧＲ量（排気還流量）が排ガス全体に対して占める割合である。また、エンジン１１のシリンダブロックには、冷却水温を検出する冷却水温センサ２４や、エンジン回転速度を検出するクランク角センサ２５が取り付けられている。
【００２５】
これら各種のセンサ出力は、ＥＣＵ２６に入力される。このＥＣＵ２６は、マイクロコンピュータを主体として構成され、内蔵されたＲＯＭ（記憶媒体）に記憶された燃料噴射制御プログラム（図示せず）を実行することで、エンジン運転状態に応じて燃料噴射弁２０の燃料噴射量を制御すると共に、点火制御プログラム（図示せず）を実行することで、点火プラグ３１の点火時期を制御する。
【００２６】
更に、ＥＣＵ２６は、エンジン１１の燃焼状態を常に安定化させるために、図３乃至図７のプログラムを実行することで、各気筒毎に燃焼状態を検出し、燃焼状態が不安定になったとき及び燃焼状態の安定性が低下する運転条件（以下「燃焼安定性低下運転条件」という）で運転されるときに、燃焼安定化制御を実行する。この燃焼安定化制御では、各気筒毎に点火時期、点火方式、筒内ガス流速、ＥＧＲ率、空燃比のうちの少なくとも１つを制御することで、エンジン運転条件に応じて燃焼速度や燃焼圧力を制御して燃焼状態を安定化させる。ここで、燃焼安定化制御の各制御項目について説明する。
【００２７】
［点火時期の制御］
点火時期の制御では、点火プラグ３１の点火時期を進角補正して燃焼状態の安定化を図る。この場合、目標点火進角量は、図１０の（ａ）〜（ｅ）に示すエンジン回転速度ＮＥ、回転速度変動量ΔＮＥ、点火時期、目標空燃比、目標排気温度をそれぞれパラメータとする目標点火進角量のマップのうちの少なくとも１つを用いて最終的な目標点火進角量を設定する。図１１に示すように、点火プラグ３１の点火時期を進角補正すると、通常点火に比べて燃焼速度及び燃焼圧力を上昇させることができ、燃焼状態を安定化させることができる。
【００２８】
［点火方式の制御］
点火方式の制御では、１回の燃焼行程中に複数回の点火を行う多重点火を採用し、１回の燃焼行程中の点火回数を制御して燃焼状態の安定化を図る。１回の燃焼行程中の目標点火回数は、図１２の（ａ）〜（ｉ）に示すエンジン回転速度ＮＥ、回転速度変動量ΔＮＥ、点火時期、点火遅角量、目標空燃比、目標排気温度、筒内ガス流速、スワール比、ＥＧＲ率をそれぞれパラメータとする目標点火回数のマップのうちの少なくとも１つを用いて最終的な目標点火回数を設定する。この場合、点火時間や点火間隔（図２参照）は固定値としても良いが、目標点火時間を、図１３の（ａ）〜（ｉ）に示すエンジン回転速度ＮＥ、回転速度変動量ΔＮＥ、点火時期、点火遅角量、目標空燃比、目標排気温度、筒内ガス流速、スワール比、ＥＧＲ率をそれぞれパラメータとする目標点火時間のマップのうちの少なくとも１つを用いて最終的な目標点火時間を設定したり、目標点火間隔を、図１４の（ａ）〜（ｉ）に示すエンジン回転速度ＮＥ、回転速度変動量ΔＮＥ、点火時期、点火遅角量、目標空燃比、目標排気温度、筒内ガス流速、スワール比、ＥＧＲ率をそれぞれパラメータとする目標点火間隔のマップのうちの少なくとも１つを用いて最終的な目標点火間隔を設定しても良い。尚、目標点火回数、目標点火時間、目標点火間隔は、筒内圧力や冷却水温をパラメータとするマップを用いて求めるようにしても良い。
【００２９】
図１５に示すように、点火プラグ３１を多重点火させると、通常点火に比べて燃焼速度及び燃焼圧力のばらつきを小さく抑えることができ、燃焼状態を安定化させることができる。この多重点火は、筒内の火炎生成状態を制御するだけであるので、運転条件の制約を受けることなく、様々な運転条件で実行することができる。
【００３０】
［筒内ガス流速の制御］
筒内ガス流速の制御では、筒内ガス流速を上昇させて燃焼状態の安定化を図る。この場合、目標筒内ガス流速は、図１６の（ａ）〜（ｅ）に示す回転速度変動量ΔＮＥ、点火時期、点火遅角量、目標空燃比、目標排気温度をそれぞれパラメータとする目標筒内ガス流速のマップのうちの少なくとも１つを用いて最終的な目標筒内ガス流速を設定する。筒内ガス流速は、スワール制御弁３０の開度（スワール比）によって制御することができるが、エンジン回転速度ＮＥによっても制御することができる。スワール制御弁３０の開度によって筒内ガス流速を制御する場合は、目標スワール制御弁開度（目標スワール比）を、図１７（ａ）に示す目標筒内ガス流速に応じた目標スワール制御弁開度のマップを用いて設定する。また、エンジン回転速度ＮＥによって筒内ガス流速を制御する場合は、図１７（ｂ）に示す目標筒内ガス流速に応じた目標エンジン回転速度のマップを用いて目標エンジン回転速度ＮＥを設定する。
【００３１】
図１８に示すように、筒内ガス流速を速くすると、通常制御に比べて燃焼速度及び燃焼圧力のばらつきを小さく抑えることができて、燃焼状態を安定化させることができる。この筒内ガス流速の制御は、筒内ガス流速を制御するだけであるので、運転条件の制約を受けることなく、様々な運転条件で実行することができる。
【００３２】
［ＥＧＲ率の制御］
ＥＧＲ率の制御では、ＥＧＲ弁３５の開度を小さくして、ＥＧＲ率を小さくすることで燃焼状態の安定化を図る。この場合、目標ＥＧＲ率は、図１９の（ａ）〜（ｆ）に示すエンジン回転速度ＮＥ、回転速度変動量ΔＮＥ、点火時期、点火遅角量、目標空燃比、目標排気温度をそれぞれパラメータとする目標ＥＧＲ率のマップのうちの少なくとも１つを用いて最終的な目標ＥＧＲ率を設定する。図２０に示すように、ＥＧＲ率を小さくすると、通常制御に比べて燃焼速度及び燃焼圧力のばらつきを小さく抑えることができ、燃焼状態を安定化させることができる。
【００３３】
［バルブオーバーラップ量の制御］
可変バルブタイミング機構等、吸気バルブ２７と排気バルブ２８のバルブオーバーラップ量を可変できる機構を備えたシステムでは、バルブオーバーラップ量を小さくして内部ＥＧＲ量を少なくすることで燃焼状態の安定化を図ることができる。この場合、目標バルブオーバーラップ量は、図２１の（ａ）〜（ｆ）に示すエンジン回転速度ＮＥ、回転速度変動量ΔＮＥ、点火時期、点火遅角量、目標空燃比、目標排気温度をそれぞれパラメータとする目標バルブオーバーラップ量のマップのうちの少なくとも１つを用いて最終的なバルブオーバーラップ量を設定するようにすれば良い。
【００３４】
［空燃比の制御］
空燃比の制御では、空燃比をリッチ側に制御して燃焼状態の安定化を図る。この場合、目標空燃比は、図２２の（ａ）〜（ｅ）に示すエンジン回転速度ＮＥ、回転速度変動量ΔＮＥ、点火時期、点火遅角量、目標排気温度をそれぞれパラメータとする目標空燃比のマップのうちの少なくとも１つを用いて最終的な目標空燃比を設定する。図２３に示すように、空燃比をリッチ側に補正すると、燃焼速度及び燃焼圧力のばらつきを小さく抑えることができ、燃焼状態を安定化させることができる。
【００３５】
ＥＣＵ２６は、図３乃至図７のプログラムを実行することで、燃焼安定化制御中に上記各制御項目の少なくとも１つを選択して燃焼状態を安定化させる。以下、図３乃至図７のプログラムの処理内容を説明する。
【００３６】
［燃焼安定化制御］
図３の燃焼安定化制御プログラムは、所定時間毎又は所定クランク角毎に実行され、特許請求の範囲でいう燃焼安定化制御手段としての役割を果たす。本プログラムが起動されると、まず、ステップ１０１で、後述する図４の燃焼状態検出プログラムを実行して、燃焼状態を検出し、その検出結果に応じて、第３の燃焼不安定フラグＸＡＮ３を、燃焼状態が安定していることを意味する「０」又は燃焼状態が不安定であることを意味する「１」にセットする。
【００３７】
この後、ステップ１０２に進み、燃焼状態が安定（ＸＡＮ３＝０）であるか否かを判定し、燃焼状態が不安定（ＸＡＮ３＝１）と判定されれば、ステップ１０４以降の燃焼安定化処理に進む。
【００３８】
一方、燃焼状態が安定（ＸＡＮ３＝０）と判定された場合は、ステップ１０３に進み、燃焼状態の安定性が低下する運転（以下「燃焼安定性低下運転」という）の実行条件が成立しているか否かを判定する。この燃焼安定性低下運転の実行条件は、例えば、次の▲１▼〜▲４▼である。
▲１▼リーン運転条件が成立していること （ＸＡＮ１＝１）
▲２▼排気昇温制御条件が成立していること （ＸＡＮ２＝１）
▲３▼アイドル低回転化制御条件が成立していること （ＸＡＮ１＝１）
▲４▼減速運転条件が成立していること （ＸＡＮ３＝１）
【００３９】
ここで、▲１▼のリーン運転条件が成立すると、空燃比がリーンに制御されるため、燃焼状態の安定性が低下する。この場合は、第１の燃焼不安定フラグＸＡＮ１が「１」にセットされる。▲２▼の排気昇温制御条件が成立すると、点火時期が遅角補正されるため、燃焼状態の安定性が低下する。この場合は、第２の燃焼不安定フラグＸＡＮ２が「１」にセットされる。▲３▼のアイドル低回転化制御条件が成立すると、アイドル運転時の吸入空気量が更に絞られるため、燃焼状態の安定性が低下する。この場合は、リーン運転条件成立時と同じく、第１の燃焼不安定フラグＸＡＮ１が「１」にセットされる。また、定常運転又は加速中にスロットルバルブ１５が閉じられて、▲４▼の減速運転条件が成立すると、エンジン回転速度が急激に低下するため、燃焼状態の安定性が低下する。この場合は、第３の燃焼不安定フラグＸＡＮ３が１にセットされる。
【００４０】
以上説明した▲１▼〜▲４▼の条件が全て不成立となれば、現在の燃焼状態が安定しており、且つ、燃焼安定性低下運転が実行されないため、以降の燃焼安定化処理（ステップ１０４〜１０７）を行うことなく、本プログラムを終了する。
【００４１】
これに対して、▲１▼〜▲４▼の条件のうちのいずれか１つでも成立すれば、燃焼安定性低下運転が実行されるため、燃焼状態ヘの悪影響を最小限に抑えるために、ステップ１０４以降の燃焼安定化制御に進む。
【００４２】
燃焼安定化制御では、まず、ステップ１０４では、セットされている燃焼不安定フラグの種類を判定し、第１の燃焼不安定フラグＸＡＮ１＝１であれば、リーン運転又はアイドル低回転化制御が実行されるため、これらの制御目標を妨げないように、ステップ１０５に進み、後述する図５のＸＡＮ１＝１時の燃焼速度・燃焼圧力制御プログラムを実行して、空燃比以外の制御項目（つまり点火時期、点火方式、ＥＧＲ率、筒内ガス流速）によって燃焼速度や燃焼圧力を制御して燃焼状態を安定化させる。
【００４３】
また、第２の燃焼不安定フラグＸＡＮ２＝１であれば、排気昇温制御（点火遅角制御）が実行される。この場合、点火時期制御（点火時期進角補正）と空燃比制御（空燃比リッチ化）は、排気昇温を遅くする原因となるため、ステップ１０６に進み、後述する図６のＸＡＮ２＝１時の燃焼速度・燃焼圧力制御プログラムを実行して、点火時期、空燃比以外の制御項目（点火方式、ＥＧＲ率、筒内ガス流速）によって燃焼速度・燃焼圧力を制御して燃焼状態を安定化させる。
【００４４】
尚、第３の燃焼不安定フラグＸＡＮ３＝１の場合は、減速運転条件成立又は燃焼状態が不安定になっているため、燃焼安定化制御の制御項目を制約する必要がないと判断して、ステップ１０７に進み、後述する図７のＸＡＮ３＝１時の燃焼速度・燃焼圧力制御プログラムを実行して、点火時期、点火方式、空燃比、混合気の筒内ガス流速、ＥＧＲ量のうちの少なくとも１つによって燃焼速度・燃焼圧力を制御して燃焼状態を安定化させる。
【００４５】
［燃焼状態検出］
図４の燃焼状態検出プログラムは、図３のステップ１０１で実行され、特許請求の範囲でいう燃焼状態検出手段としての役割を果たす。本プログラムが起動されると、まず、ステップ２０１で、各気筒毎の点火に伴う回転速度変動量ΔＮＥを算出する。この回転速度変動量ΔＮＥは、図８に示すように、各気筒の燃焼行程で、クランク軸が所定クランク角（例えば３０℃Ａ）回転するのに要した時間Ｔ３０から求めた回転速度の最大値と最小値の差から求める。
【００４６】
この後、ステップ２０２に進み、回転速度変動量ΔＮＥからトルク変動量ΔＴ１を演算し、次のステップ２０３で、トルク変動量ΔＴ１が第１の許容トルク変動量ＴＴＡ１よりも大きいか否かを判定する。この第１の許容トルク変動量ＴＴＡ１は、固定値としても良いが、燃焼状態の判定精度を向上するために、エンジン運転状態に応じて設定しても良い。例えば、図９（ａ）の上段に示すエンジン回転速度ＮＥに応じたマップ又は数式によって第１の許容トルク変動量ＴＴＡ１を算出したり、或は、図９（ｂ）に示すエンジン回転速度ＮＥと吸入空気量ＧＡに応じたマップ又は数式によって第１の許容トルク変動量ＴＴＡ１を算出しても良い。
【００４７】
トルク変動量ΔＴ１が第１の許容トルク変動量ＴＴＡ１以下と判定されれば、ステップ２０４に進み、燃焼状態が安定していると判断して、第３の燃焼不安定フラグＸＡＮ３を「０」にリセットする。一方、トルク変動量ΔＴ１が第１の許容トルク変動量ＴＴＡ１よりも大きいと判定された場合は、ステップ２０５に進み、燃焼状態が不安定である判断して、第３の燃焼不安定フラグＸＡＮ３を「１」にセットする。
【００４８】
［ＸＡＮ１＝１時の燃焼速度・燃焼圧力制御］
次に、図３のステップ１０５で実行される図５のＸＡＮ１＝１時（リーン運転時又はアイドル低回転化制御時）の燃焼速度・燃焼圧力制御プログラムの処理内容を説明する。本プログラムが起動されると、まずステップ３０１〜３０３で、前記図２のステップ２１０〜２０３と同じく、回転速度変動量ΔＮＥを算出し、この回転速度変動量ΔＮＥからトルク変動量ΔＴ１を演算した後、トルク変動量ΔＴ１が第１の許容トルク変動量ＴＴＡ１よりも大きいか否かを判定する。
【００４９】
トルク変動量ΔＴ１が第１の許容トルク変動量ＴＴＡ１以下と判定されれば、現在の燃焼状態は安定しているが、リーン運転又はアイドル低回転化制御によって燃焼状態が不安定になるおそれがあるため、ステップ３０４に進み、リーン運転やアイドル低回転化制御に与える影響が少ない制御項目である点火方式、筒内ガス流速、ＥＧＲ率のうちの少なくとも１つによって燃焼安定化制御を実行して、リーン運転中やアイドル低回転化制御中に燃焼状態が不安定になることを予防し、本プログラムを終了する。
【００５０】
これに対して、トルク変動量ΔＴ１が第１の許容トルク変動量ＴＴＡ１よりも大きい場合は、燃焼状態が不安定になっているため、ステップ３０５に進み、燃焼改善効果を高めるために、ステップ３０４の処理に対して点火時期を加えて、点火時期、点火方式、筒内ガス流速、ＥＧＲ率のうちの少なくとも１つで燃焼安定化制御を実行し、次のステップ３０６で、燃焼安定化制御実行中のトルク変動量ΔＴ２が第２の許容トルク変動量ＴＴＡ２よりも大きいか否かを判定する。ここで、第２の許容トルク変動量ＴＴＡ２は、固定値としても良いが、燃焼状態の判定精度を向上するために、エンジン運転状態に応じて設定しても良い。例えば、図９（ａ）の下段に示すエンジン回転速度ＮＥに応じたマップ又は数式によって第２の許容トルク変動量ＴＴＡ２を算出したり、或は、図９（ｂ）に示すエンジン回転速度ＮＥと吸入空気量ＧＡに応じたマップ又は数式によって第２の許容トルク変動量ＴＴＡ２を算出しても良い。
燃焼安定化制御実行中のトルク変動量ΔＴ２が第２の許容トルク変動量ＴＴＡ２以下であれば、燃焼状態が安定したと判断して、本プログラムを終了する。
【００５１】
一方、燃焼安定化制御実行中のトルク変動量ΔＴ２が第２の許容トルク変動量ＴＴＡ２よりも大きい場合は、燃焼状態が改善されないため、現在の制御目標（空燃比リーン化、アイドル低回転化）よりも燃焼状態の安定化を優先して行うべきと判断して、ステップ３０７に進み、空燃比をリッチ側に補正して、本プログラムを終了する。
【００５２】
［ＸＡＮ２＝１時の燃焼速度・燃焼圧力制御］
図６のＸＡＮ２＝１時（排気昇温制御時）の燃焼速度・燃焼圧力制御プログラムは、図３のステップ１０６で実行されるプログラムである。本プログラムでは、回転速度変動量ΔＮＥから演算したトルク変動量ΔＴ１が第１の許容トルク変動量ＴＴＡ１よりも大きいか否かを判定し（ステップ４０１〜４０３）、トルク変動量ΔＴ１が第１の許容トルク変動量ＴＴＡ１以下の場合は、現在の燃焼状態は安定しているが、排気昇温制御によって燃焼状態が不安定になるおそれがあるため、ステップ４０４に進み、排気昇温制御に与える影響が少ない制御項目である点火方式、筒内ガス流速のうちの少なくとも１つによって燃焼安定化制御を実行して、排気昇温制御中に燃焼状態が不安定になることを予防し、本プログラムを終了する。
【００５３】
これに対して、トルク変動量ΔＴ１が第１の許容トルク変動量ＴＴＡ１よりも大きい場合は、燃焼状態が不安定になっているため、ステップ４０５に進み、燃焼改善効果を高めるために、ステップ４０４の処理に対してＥＧＲ率を加えて、点火方式、筒内ガス流速、ＥＧＲ率のうちの少なくとも１つで燃焼安定化制御を実行し、次のステップ４０６で、燃焼安定化制御実行中のトルク変動量ΔＴ２が第２の許容トルク変動量ＴＴＡ２よりも大きいか否かを判定する。
燃焼安定化制御実行中のトルク変動量ΔＴ２が第２の許容トルク変動量ＴＴＡ２以下であれば、燃焼状態が安定したと判断して、本プログラムを終了する。
【００５４】
一方、燃焼安定化制御実行中のトルク変動量ΔＴ２が第２の許容トルク変動量ＴＴＡ２よりも大きい場合は、燃焼状態が改善されないため、現在の制御目標（排気昇温）よりも燃焼状態の安定化を優先して行うべきと判断して、ステップ４０７に進み、空燃比をリッチ側に補正すると共に、点火時期を進角側に補正して、本プログラムを終了する。
【００５５】
［ＸＡＮ３＝１時の燃焼速度・燃焼圧力制御］
図７のＸＡＮ３＝１時（減速運転時又は燃焼不安定時）の燃焼速度・燃焼圧力制御プログラムは、図３のステップ１０７で実行されるプログラムである。本プログラムでは、回転速度変動量ΔＮＥから演算したトルク変動量ΔＴ１が第１の許容トルク変動量ＴＴＡ１よりも大きいか否かを判定し（ステップ５０１〜５０３）、トルク変動量ΔＴ１が第１の許容トルク変動量ＴＴＡ１以下の場合には、現在の燃焼状態は安定しているが、減速運転によって燃焼状態が不安定になるおそれがあるため、ステップ５０４に進み、減速運転への影響が最も少ない制御項目である点火方式、筒内ガス流速のうちの少なくとも１つで燃焼安定化制御を実行して、減速運転中に燃焼状態が不安定になることを予防し、本プログラムを終了する。
【００５６】
これに対して、トルク変動量ΔＴ１が第１の許容トルク変動量ＴＴＡ１よりも大きい場合は、燃焼状態が不安定になっているため、ステップ５０５に進み、燃焼改善効果を高めるために、ステップ５０４の処理に対して点火時期、ＥＧＲ率、空燃比を加えて、点火時期、点火方式、空燃比、筒内ガス流速、ＥＧＲ率のうちの少なくとも１つで燃焼安定化制御を実行し、次のステップ５０６で、燃焼安定化制御実行中のトルク変動量ΔＴ２が第２の許容トルク変動量ＴＴＡ２よりも大きいか否かを判定する。
燃焼安定化制御実行中のトルク変動量ΔＴ２が第２の許容トルク変動量ＴＴＡ２以下であれば、燃焼状態が安定したと判断して、本プログラムを終了する。
【００５７】
一方、燃焼安定化制御実行中のトルク変動量ΔＴ２が第２の許容トルク変動量ＴＴＡ２よりも大きい場合は、燃焼状態が改善されないため、ステップ５０７に進み、燃焼安定化の最後の手段として、空燃比をリッチ側に補正すると共に、点火時期を進角側に補正して、本プログラムを終了する。
【００５８】
以上説明した各プログラムを実行した場合の制御例を図２４及び図２５のタイムチャートを用いて説明する。図２４の例は、エンジン運転中に燃焼状態が不安定になったときの制御例である。燃焼状態が不安定になってトルク変動量ΔＴ１が第１の許容トルク変動量ＴＴＡ１よりも大きくなると、第３の燃焼不安定フラグＸＡＮ３が「１」にセットされ、それに伴って、ＸＡＮ３＝１時（減速運転時又は燃焼不安定時）の燃焼速度・燃焼圧力制御が開始される。これにより、エンジン運転中に、燃焼状態が不安定になる毎に燃焼速度・燃焼圧力を改善して燃焼状態を安定化させることができ、安定したドライバビリティを確保することができる。
【００５９】
図２５の例は、リーン運転（燃焼安定性低下運転）が実行されるときの制御例である。リーン運転実行条件が成立（ＸＡＮ１＝１）すると、それに伴って、目標空燃比がリーン側に変更されるが、これと同時に、ＸＡＮ１＝１時（リーン運転時又はアイドル低回転化制御時）の燃焼速度・燃焼圧力制御が開始される。これにより、リーン運転中に燃焼状態の安定性が低下することを予測して燃焼安定化制御を実行することができ、リーン運転による燃焼状態ヘの悪影響を最小限に抑え、燃焼状態を安定状態に維持することができる。
【００６０】
以上説明したように、本実施形態では、エンジン運転中に、燃焼状態が不安定になったとき及び燃焼安定性低下運転が実行されるときに、燃焼安定化制御を実行するようにしているので、様々な運転条件で燃焼状態を常に安定化させることができ、常に安定したドライバビリティを確保することができる。
【００６１】
尚、本発明は、図５のステップ３０４，図６のステップ４０４，図７のステップ５０４の処理を省略して、実際に燃焼状態が不安定になったとき（トルク変動量ΔＴ１が第１の許容トルク変動量ＴＴＡ１よりも大きいとき）のみ燃焼安定化制御を実行するようにしても良い。
【００６２】
また、本実施形態では、燃焼安定化制御の制御項目を点火時期、点火方式、筒内ガス流速、ＥＧＲ率、空燃比の中から選択可能とし、セットされた燃焼不安定フラグの種類（ＸＡＮ１〜ＸＡＮ３）に応じて、その時のエンジン制御状態への影響が少ない制御項目を選択するようにしているので、エンジン制御目標を達成しながら、燃焼速度、燃焼圧力を制御して、燃焼状態を安定化させることができる。
【００６３】
更に、本実施形態では、トルク変動量ΔＴ１が第１の許容トルク変動量ＴＴＡ１よりも大きいか否かによって、燃焼安定化制御の制御項目を変更するようにしているので、燃焼状態の不安定度に応じた適正な度合いで燃焼安定化制御を行うことができる。
【００６４】
また、本実施形態では、多重点火を行う場合、目標点火回数、目標点火時間、目標点火間隔を、エンジン回転速度ＮＥ、回転速度変動量ΔＮＥ、点火時期、点火遅角量、目標空燃比、目標排気温度、筒内ガス流速、スワール比、ＥＧＲ率等のエンジン運転パラメータに応じたマップから求めるようにしているので、その時のエンジン運転状態に応じて燃焼安定化に必要な点火回数を最小のエネルギーで確保することができ、点火プラグ３１の電極消耗や、点火装置（点火コイル３２、イグナイタ３３）の負荷を軽減することができる。
【００６５】
尚、本実施形態では、燃焼安定化制御を実行する際に、１つの点火プラグ３１で１回の燃焼行程中に複数回の放電を発生させる多重点火を行うようにしているが、例えば、１つの気筒に複数の点火プラグを配置して、１回の燃焼行程中に複数箇所で火花放電を発生させるようにしても良い。
【００６６】
また、本実施形態では、各気筒毎に燃焼状態を検出して燃焼安定化制御を実行するようにしているので、各気筒の充填効率等の違いによって気筒間で燃焼状態にばらつきがあっても、各気筒毎に最適な燃焼安定化制御を実行することができ、燃焼安定化制御精度を向上することができる。
【００６７】
しかしながら、必ずしも、各気筒毎に燃焼状態の検出を行う必要はなく、特定の代表気筒の燃焼状態を検出したり、エンジン全体の平均的な燃焼状態を検出したり、或は、燃焼状態を検出する気筒を順番に切り換えるようにしても良い。
【００６８】
また、本実施形態では、回転速度変動量ΔＮＥ（トルク変動量ΔＴ１）から燃焼状態を検出するようにしたので、燃焼（光）センサや筒内圧力センサ等のセンサが不要となり、低コスト化できる利点があるが、燃焼（光）センサや筒内圧力センサ等によって燃焼状態を直接検出するようにしても良く、この場合でも、本発明の所期の目的を十分に達成することができる。また、燃焼時に筒内の燃焼ガス中のイオンを点火プラグを通して検出して、イオン電流から燃焼状態を検出するようにしても良い。
【００６９】
また、本実施形態では、筒内ガス流速を制御するために、スワール制御弁３０によって筒内にスワール流を発生させるようにしているが、例えば、２つの吸気バルブ２７のうちの一方を停止させることで筒内にスワール流を発生させるようにしても良い。尚、筒内のタンブル流強度を制御するタンブル流制御機構を備えたシステムでは、筒内のタンブル流強度を制御して筒内ガス流速を制御するようにしても良い。
【００７０】
また、本実施形態では、リーン運転、排気昇温制御、アイドル低回転化制御、減速運転のいずれかに該当する時に、燃焼安定化制御を実行するようにしたが、これらの条件の中から一部を除外しても良く、或は、これ以外の条件（例えばイグニッションスイッチのオフ後の掃気ロジック実行中）を追加しても良い。イグニッションスイッチのオフ後の掃気ロジックは、イグニッションスイッチのオフ直前に噴射された燃料をイグニッションスイッチのオフ後に点火を行うことで燃焼させるロジックであり、この掃気ロジック実行中に燃焼安定化制御を実行すれば、掃気ロジック実行中の着火性を向上できる。
【００７１】
その他、本発明は、上記実施形態のような吸気ポート噴射型のエンジンに限定されず、筒内噴射エンジン、リーンバーンエンジンにも適用可能である等、種々変更して実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示すエンジン制御システム全体の概略構成図
【図２】（ａ）は通常点火方式を説明するためのタイムチャート、（ｂ）は多重点火方式を説明するためのタイムチャート
【図３】燃焼安定化制御プログラムの処理の流れを示すフローチャート
【図４】燃焼状態検出プログラムの処理の流れを示すフローチャート
【図５】ＸＡＮ１＝１時の燃焼速度・燃焼圧力制御プログラムの処理の流れを示すフローチャート
【図６】ＸＡＮ２＝１時の燃焼速度・燃焼圧力制御プログラムの処理の流れを示すフローチャート
【図７】ＸＡＮ３＝１時の燃焼速度・燃焼圧力制御プログラムの処理の流れを示すフローチャート
【図８】回転速度変動量ΔＮＥの算出方法を説明するためのタイムチャート
【図９】（ａ）はエンジン回転速度に応じた許容トルク変動量のマップの一例を示す図、（ｂ）はエンジン回転速度と吸入空気量に応じた許容トルク変動量のマップの一例を示す図
【図１０】（ａ）〜（ｅ）は各エンジン制御状態パラメータに応じた目標点火進角量のマップの一例を示す図
【図１１】点火時期制御による燃焼改善効果を説明するためのもので、（ａ）は燃焼速度の挙動を示すタイムチャート、（ｂ）は燃焼圧力の挙動を示すタイムチャート
【図１２】（ａ）〜（ｉ）は各エンジン運転パラメータに応じた目標点火回数のマップの一例を示す図
【図１３】（ａ）〜（ｉ）は各エンジン運転パラメータに応じた目標点火時間のマップの一例を示す図
【図１４】（ａ）〜（ｉ）は各エンジン運転パラメータに応じた目標点火間隔のマップの一例を示す図
【図１５】多重点火制御による燃焼改善効果を説明するためのもので、（ａ）は燃焼速度の挙動を示すタイムチャート、（ｂ）は燃焼圧力の挙動を示すタイムチャート
【図１６】（ａ）〜（ｅ）は各エンジン運転パラメータに応じた目標筒内ガス流速のマップの一例を示す図
【図１７】（ａ）は目標筒内ガス流速に応じた目標スワール制御弁開度のマップの一例を示す図、（ｂ）は目標筒内ガス流速に応じた目標エンジン回転速度のマップの一例を示す図
【図１８】筒内ガス流速制御による燃焼改善効果を説明するためのもので、（ａ）は燃焼速度の挙動を示すタイムチャート、（ｂ）は燃焼圧力の挙動を示すタイムチャート
【図１９】（ａ）〜（ｆ）は各エンジン運転パラメータに応じた目標ＥＧＲ率のマップの一例を示す図
【図２０】ＥＧＲ率制御による燃焼改善効果を説明するためのもので、（ａ）は燃焼速度の挙動を示すタイムチャート、（ｂ）は燃焼圧力の挙動を示すタイムチャート
【図２１】（ａ）〜（ｆ）は各エンジン運転パラメータに応じた目標バルブオーバーラップ量のマップの一例を示す図
【図２２】（ａ）〜（ｅ）は各エンジン運転パラメータに応じた目標空燃比のマップの一例を示す図
【図２３】空燃比制御による燃焼改善効果を説明するためのもので、（ａ）は燃焼速度の挙動を示すタイムチャート、（ｂ）は燃焼圧力の挙動を示すタイムチャート
【図２４】燃焼状態が不安定になったときの制御例を示すタイムチャート
【図２５】燃焼安定性低下運転実行条件が成立したときの制御例を示すタイムチャート
【符号の説明】
１１…エンジン（内燃機関）、１２…吸気管、１４…エアフローメータ、２０…燃料噴射弁、２１…排気管、２５…クランク角センサ、２６…ＥＣＵ（燃焼状態検出手段，燃焼安定化制御手段）、２７…吸気バルブ、２８…排気バルブ、２９…吸気ポート、３０…スワール制御弁（筒内流れ制御手段）、３１…点火プラグ（点火手段）、３２…点火コイル（点火手段）、３３…イグナイタ（点火手段）、３４…ＥＧＲ配管、３５…ＥＧＲ弁。

Claims (9)

1. 内燃機関の燃焼状態を検出する燃焼状態検出手段と、
   前記燃焼状態検出手段で検出した燃焼状態が不安定になったときに燃焼速度と燃焼圧力の少なくとも一方を燃焼状態を安定化させる方向に制御する燃焼安定化制御を実行する燃焼安定化制御手段とを備え、
   前記燃焼安定化制御手段は、燃焼状態の安定性が低下する運転条件（以下「燃焼安定性低下運転条件」という）で運転される場合に、前記燃焼安定化制御を実行し、且つ、前記燃焼安定性低下運転条件の種類に応じて前記燃焼安定化制御の制御項目を変更することを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記燃焼安定化制御手段は、前記燃焼安定化制御中に、点火時期、点火方式、空燃比、筒内ガス流速、排気還流量、吸気バルブと排気バルブのバルブオーバーラップ量のうちの少なくとも１つを制御して燃焼状態を安定化させることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
3. １回の燃焼行程中に複数回の点火及び／又は各気筒の複数箇所で点火が可能な点火手段を備え、
   前記燃焼安定化制御手段は、点火方式を切り換える場合に、１回の燃焼行程中の点火回数と点火箇所の数の少なくとも一方を切り換えることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記燃焼安定化制御手段は、点火方式を切り換える場合に、１回の燃焼行程中の点火回数を、筒内ガス流速、空燃比、排気還流量、筒内圧力、冷却水温の少なくとも１つに基づいて切り換えることを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の制御装置。
5. 前記燃焼安定化制御手段は、１回の燃焼行程中に複数回の点火を行う場合の点火時間及び／又は点火間隔を、筒内ガス流速、空燃比、排気還流量、筒内圧力、冷却水温の少なくとも１つに基づいて変化させることを特徴とする請求項３又は４に記載の内燃機関の制御装置。
6. 筒内のスワール流強度又はタンブル流強度を制御する筒内流れ制御手段を備え、
   前記燃焼安定化制御手段は、筒内ガス流速の制御を前記筒内流れ制御手段によって行うことを特徴とする請求項２乃至５のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
7. 前記燃焼安定性低下運転条件は、リーン運転、排気昇温制御、アイドル低回転化制御、減速運転、イグニッションスイッチのオフ後の掃気ロジック実行中のうちの少なくとも１つであることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
8. 前記燃焼安定化制御手段は、燃焼状態の不安定度に応じて前記燃焼安定化制御の制御項目を変更することを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
9. 前記燃焼状態検出手段は、各気筒毎に燃焼状態を検出することを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。

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