内燃機関の制御装置
【課題】 混合気の圧縮着火が開始される前に気筒内の温度を上昇させることによって、混合気の圧縮着火を促進し、圧縮着火燃焼を安定して行うことができ、圧縮着火燃焼の実行領域を拡大することができる内燃機関の制御装置を提供する。
【解決手段】 本発明による内燃機関３の制御装置では、吸入行程において、ポート燃料噴射弁１８から燃料を噴射することによって、気筒Ｃ内に混合気を生成するとともに、圧縮行程において、混合気の圧縮着火による燃焼が開始される前に、点火プラグ１７から気筒Ｃ内に火花を発生させる火花発生動作を実行する（図６のステップ１５、図７）。発生した火花の熱が気筒内に与えられることによって、混合気の圧縮着火が開始される前に、気筒Ｃ内の温度を上昇させ、混合気の圧縮着火を促進する。
【解決手段】 本発明による内燃機関３の制御装置では、吸入行程において、ポート燃料噴射弁１８から燃料を噴射することによって、気筒Ｃ内に混合気を生成するとともに、圧縮行程において、混合気の圧縮着火による燃焼が開始される前に、点火プラグ１７から気筒Ｃ内に火花を発生させる火花発生動作を実行する（図６のステップ１５、図７）。発生した火花の熱が気筒内に与えられることによって、混合気の圧縮着火が開始される前に、気筒Ｃ内の温度を上昇させ、混合気の圧縮着火を促進する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気筒内に生成された混合気を圧縮着火によって燃焼させる内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のこの種の内燃機関の制御装置として、例えば特許文献１に開示されたものが知られている。この内燃機関は、吸気ポートに燃料を噴射する第１インジェクタと、燃焼室内に燃料を直接、噴射する第２インジェクタを備えている。この内燃機関では、吸入行程において第１インジェクタから噴射された燃料により、燃焼室内の大きな容積部分に、等量比が１．０未満のリーンな混合気が形成されるとともに、圧縮行程において第２インジェクタから噴射された燃料により、燃焼室内の小さな容積部分に、等量比が１．２〜２．０のリッチな混合気が形成される。
【０００３】
そして、圧縮行程の終期において、リッチ混合気が燃焼し、それにより発生した熱によるアシストによって、燃焼室の大部分を占めるリーン混合気の自着火を促進し、これを燃焼させることで、負荷の変化に伴うトルクショックを回避しながら、燃料消費率を減少させるとともに、良好な排ガス特性を得るようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１７０３７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
以上のように、この従来の内燃機関の制御装置では、圧縮着火燃焼を行わせるために、リーン混合気およびリッチ混合気の燃焼室内に占める容積と空燃比を制御するにすぎない。このため、内燃機関の運転状態によっては、リッチ混合気の燃焼により発生する熱が不足し、燃焼室内の温度が十分に上昇しないことで、リーン混合気の自着火を十分に促進できず、圧縮着火燃焼を安定して行えないため、排ガス特性やドライバビリティが悪化するおそれがある。特に、内燃機関の負荷が低いときには、燃焼室内の温度が低くなりがちであるため、上述した不具合が生じやすく、このことが圧縮着火燃焼の実行領域を拡大する上での妨げになっている。
【０００６】
本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、混合気の圧縮着火が開始される前に気筒内の温度を上昇させることによって、混合気の圧縮着火を促進し、圧縮着火燃焼を安定して行うことができ、それにより、圧縮着火燃焼の実行領域を拡大することができる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この目的を達成するため、請求項１に係る発明は、気筒Ｃ内に生成された混合気を圧縮着火によって燃焼させる内燃機関３の制御装置であって、気筒Ｃ内に火花を発生させるための点火プラグ１７と、気筒Ｃ内に混合気を生成するために、吸入行程において内燃機関３に燃料を供給する燃料供給手段（実施形態における（以下、本項において同じ）ポート燃料噴射弁１８）と、圧縮行程において、気筒Ｃ内の混合気の圧縮着火による燃焼が開始される前に、点火プラグ１７から火花を発生させる火花発生動作を実行する火花発生実行手段（ＥＣＵ２、図６のステップ１５）と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
この内燃機関の制御装置によれば、吸入行程において、燃料供給手段から内燃機関に燃料を供給することによって、気筒内に混合気を生成するとともに、その後、この混合気を自着火によって燃焼させることによって、圧縮着火燃焼が行われる。また、圧縮行程において、混合気の燃焼が開始される前に、点火プラグから火花を発生させる火花発生動作を実行する。このように発生した火花から熱が与えられることで、混合気の燃焼が開始される前に、気筒内の温度が上昇する。この温度上昇により、混合気の自着火が促進されることによって、圧縮着火燃焼を安定して行うことができ、したがって、圧縮着火燃焼の実行領域を拡大することができる。また、点火プラグは、圧縮着火燃焼の実行領域以外の内燃機関の運転領域において火花点火燃焼を行う場合に、通常、設けられるものであるので、そのような既存のデバイスを利用して火花を発生させることにより、上記の作用を低コストで容易に得ることができる。
【０００９】
また、請求項２に係る発明は、気筒Ｃ内に生成された混合気を圧縮着火によって燃焼させる内燃機関３３の制御装置であって、気筒Ｃ内に火花を発生させるための点火プラグ１７と、気筒Ｃ内に第１混合気を生成するために、吸入行程において内燃機関３３に燃料を供給する第１燃料供給手段（ポート燃料噴射弁１８）と、気筒Ｃ内に第１混合気よりもリッチな第２混合気を部分的に生成するために、圧縮行程において気筒Ｃ内に燃料を供給する第２燃料供給手段（筒内燃料噴射弁１９）と、圧縮行程において、第２燃料供給手段から燃料が供給される前に、点火プラグ１７から火花を発生させる火花発生動作を実行する火花発生実行手段（ＥＣＵ２、図１０のステップ２５）と、を備えることを特徴とする
【００１０】
この内燃機関の制御装置によれば、吸入行程において、第１燃料供給手段から内燃機関に燃料を供給することによって、気筒内に第１混合気を生成するとともに、圧縮行程において、第２燃料供給手段から気筒内に燃料を供給することによって、気筒内に第１混合気よりもリッチな第２混合気を部分的に生成する。このリッチな第２混合気が圧縮行程の終期において燃焼し、それにより発生する熱によって、その周囲のリーンな第１混合気の自着火を誘発し、燃焼させることによって、圧縮着火燃焼が行われる。
【００１１】
また、圧縮行程において、第２燃料供給手段から燃料が供給される前に、点火プラグから火花を発生させる火花発生動作を実行する。このように発生した火花から熱が与えられることで、第１混合気の燃焼が開始される前に、気筒内の温度が上昇する。これにより、第１混合気の自着火がさらに促進されることによって、圧縮着火燃焼を安定して行うことができ、したがって、圧縮着火燃焼の実行領域を拡大することができる。また、既存のデバイスである点火プラグを利用し、上記の作用を低コストで容易に得ることができる。
【００１２】
請求項３に係る発明は、請求項１または２に記載の内燃機関３の制御装置において、火花発生実行手段は、火花発生動作を複数回、実行すること（図６のステップ１３〜１５）を特徴とする。
【００１３】
この構成によれば、点火プラグから複数回、火花を発生させるので、火花から気筒内により多くの熱量が与えられることによって、上述した請求項１または２による作用をより有効に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１実施形態を適用した内燃機関の構成を概略的に示す図である。
【図２】内燃機関の制御装置を示すブロック図である。
【図３】吸気Ｖ／Ｔ切換機構および排気Ｖ／Ｔ切換機構の動作を説明するための、吸気弁および排気弁のバルブリフト曲線を示す図である。
【図４】燃焼モード制御処理を示すフローチャートである。
【図５】図４の処理において運転領域の判定に用いられるマップである。
【図６】第１実施形態によるＨＣＣＩ燃焼モード時の制御処理を示すフローチャートである。
【図７】図６の制御処理によって得られる動作例を示すタイミングチャートである。
【図８】火花の発生による圧縮着火燃焼の安定効果を説明するための図である。
【図９】本発明の第２実施形態を適用した内燃機関の構成を概略的に示す図である。
【図１０】第２実施形態によるＨＣＣＩ燃焼モード時の制御処理を示すフローチャートである。
【図１１】図１０の制御処理によって得られる動作例を示すタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。図１に示す、本発明の第１実施形態を適用した内燃機関（以下「エンジン」という）３は、４つの気筒Ｃ（１つのみ図示）を有するガソリンエンジンであり、車両（図示せず）に搭載されている。エンジン３の各気筒Ｃには、ピストン３ｂとシリンダヘッド３ｃの間に燃焼室３ｄが形成されるとともに、吸気弁１１および排気弁１２が設けられている。
【００１６】
また、エンジン３には、吸気弁１１を開閉するとともに、そのバルブタイミングを切り換える吸気Ｖ／Ｔ切換機構１３と、排気弁１２を開閉するとともに、そのバルブタイミングを切り換える排気Ｖ／Ｔ切換機構１４が設けられている。
【００１７】
吸気Ｖ／Ｔ切換機構１３は、吸気弁１１のバルブタイミング（以下「吸気Ｖ／Ｔ」という）を、高速バルブタイミング（高速Ｖ／Ｔ）と低速バルブタイミング（低速Ｖ／Ｔ）の２段階に切り換える周知のものであり、吸気カムシャフトと一体の低速カムおよび高速カム（いずれも図示せず）や、吸気ロッカアームシャフトに回動自在に取り付けられた低速ロッカアームおよび高速ロッカアーム（いずれも図示せず）などを備えている。
【００１８】
また、吸気Ｖ／Ｔ切換機構１３は、油圧式のものであり、油路を介して油圧ポンプ（いずれも図示せず）に接続されていて、この油路には吸気Ｖ／Ｔ制御弁１３ａ（図２参照）が設けられている。油圧ポンプは、クランクシャフト３ａに連結されており、エンジン３によって駆動される。吸気Ｖ／Ｔ制御弁１３ａは、常閉式の電磁弁で構成されており、その動作は、ＥＣＵ２によって制御される駆動電流の供給の有無に応じて制御される。
【００１９】
以上の構成により、吸気Ｖ／Ｔ制御弁１３ａに駆動電流が供給されていない状態では、吸気Ｖ／Ｔ制御弁１３ａが閉弁状態に保持されることによって、油圧ポンプから吸気Ｖ／Ｔ切換機構１３への油圧の供給が停止される。これにより、吸気弁１１は、低速カムで駆動されることによって、図３に実線で示すバルブリフト曲線に従って動作する。このときの吸気Ｖ／Ｔが低速Ｖ／Ｔである。
【００２０】
一方、駆動電流が供給されると、吸気Ｖ／Ｔ制御弁１３ａが開弁することによって、吸気Ｖ／Ｔ切換機構１３に油圧が供給される。これにより、吸気弁１１は、高速カムで駆動されることによって、図３に破線で示すバルブリフト曲線に従って動作する。このときの吸気Ｖ／Ｔが高速Ｖ／Ｔである。同図に示すように、この高速Ｖ／Ｔでは、低速Ｖ／Ｔと比較し、吸気弁１１のリフト（最大揚程）が大きくなるとともに、吸気弁１１の開弁タイミングが早くなり、閉弁タイミングが遅くなることで、吸気弁１１の開弁期間が長くなる。その結果、吸気通路１５内をスロットル弁１６を介して流れる空気が、吸気弁１１を介して、気筒Ｃ内に高い充填効率で吸入される。
【００２１】
また、排気Ｖ／Ｔ切換機構１４は、排気弁１２のバルブタイミング（以下「排気Ｖ／Ｔ」という）を、高速バルブタイミング（高速Ｖ／Ｔ）と低速バルブタイミング（高速Ｖ／Ｔ）の２段階に切り換えるものであり、吸気Ｖ／Ｔ切換機構１３とまったく同じ構成を有し、ＥＣＵ２によって制御される排気Ｖ／Ｔ制御弁１４ａ（図２参照）を備えている。
【００２２】
したがって、排気Ｖ／Ｔ制御弁１４ａに駆動電流が供給されていない状態では、排気Ｖ／Ｔ切換機構１４への油圧の供給が停止され、排気弁１２が図３に実線で示すバルブリフト曲線に従って動作することによって、排気Ｖ／Ｔが低速Ｖ／Ｔに設定される。また、排気Ｖ／Ｔ制御弁１４ａに駆動電流が供給されると、排気Ｖ／Ｔ切換機構１４に油圧が供給され、排気弁１２が図３に破線で示すバルブリフト曲線に従って動作することによって、排気Ｖ／Ｔが高速Ｖ／Ｔに切り換えられる。
【００２３】
同図に示すように、低速Ｖ／Ｔでは、高速Ｖ／Ｔと比較し、排気弁１２のリフトが小さくなるとともに、開弁タイミングが遅くなり、閉弁タイミングが早くなることで、排気弁１２の開弁期間が短くなる。また、吸気弁１１および排気弁１２がいずれも低速Ｖ／Ｔに設定されているときには、吸気弁１１および排気弁１２が同時に閉弁する、いわゆる負のバルブオーバーラップが生じ、それにより、燃焼室３ｄ内に既燃ガスを残留させる内部ＥＧＲが得られる。
【００２４】
後述するように、本実施形態では、エンジン３の燃焼モードが火花点火燃焼モードのときには、吸気Ｖ／Ｔおよび排気Ｖ／Ｔがいずれも高速Ｖ／Ｔに設定され、圧縮着火燃焼モードのときには、内部ＥＧＲによる既燃ガスの熱を圧縮着火に利用するために、吸気Ｖ／Ｔおよび排気Ｖ／Ｔがいずれも低速Ｖ／Ｔに設定される。
【００２５】
さらに、図１に示すように、エンジン３には、気筒Ｃごとに、点火プラグ１７およびポート燃料噴射弁１８が設けられている。点火プラグ１７は、シリンダヘッド３ｃに取り付けられており、ＥＣＵ２による制御の下、気筒Ｃ内に火花を発生させる。
【００２６】
ポート燃料噴射弁１８は、吸気通路１５の吸気マニホルドに取り付けられており、吸気ポート１５ａに向かって燃料を噴射する。ポート燃料噴射弁１８による燃料噴射量および燃料噴射時期は、ＥＣＵ２によって制御される。
【００２７】
また、エンジン３のクランクシャフト３ａには、クランク角センサ２０および気筒判別センサ２１が設けられている。クランクシャフト３ａの回転に伴い、クランク角センサ２０は、パルス信号であるＣＲＫ信号およびＴＤＣ信号を出力し、気筒判別センサ２１は、気筒Ｃを判別するためのパルス信号であるＣＹＬ信号を出力する。
【００２８】
ＣＲＫ信号は、所定のクランク角（例えば１°）ごとに出力される。ＴＤＣ信号は、いずれかの気筒Ｃにおいてピストン３ｂが吸気行程の開始時の上死点よりも若干、手前の所定のクランク角位置にあることを表す信号であり、本実施形態のようにエンジン３が４気筒の場合には、クランク角１８０゜ごとに出力される。また、ＣＹＬ信号は、クランク角７２０゜ごとに出力される。ＥＣＵ２は、ＣＲＫ信号に基づき、エンジン３の回転数（以下「エンジン回転数」という）ＮＥを算出するとともに、上記の３つの信号に基づき、ＴＤＣ信号の発生位置を基準として、クランク角ＣＡを気筒Ｃごとに算出する。
【００２９】
ＥＣＵ２にはさらに、水温センサ２２から、エンジン３のシリンダブロック（図示せず）内を循環する冷却水の温度（以下「エンジン水温」という）ＴＷを表す検出信号が、アクセル開度センサ２３から、車両のアクセルペダル（図示せず）の踏み込み量（以下「アクセル開度」という）ＡＰを表す検出信号が、それぞれ出力される。
【００３０】
ＥＣＵ２は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭおよびＩ／Ｏインターフェース（いずれも図示せず）などから成るマイクロコンピュータで構成されている。ＥＣＵ２は、前述した各種のセンサ２０〜２３の検出信号などに応じて、エンジン３の燃焼モードを決定するとともに、エンジン３に対する各種の制御処理を実行する。本実施形態では、ＥＣＵ２が火花発生実行手段に相当する。
【００３１】
上記の燃焼モードには、混合気を圧縮着火によって燃焼させる圧縮着火燃焼が行われる圧縮着火燃焼モード（以下、それぞれ「ＨＣＣＩ燃焼」「ＨＣＣＩ燃焼モード」という）と、混合気を点火プラグ１７から発生した火花による点火によって燃焼させる火花点火燃焼が行われる火花点火燃焼モード（以下、それぞれ「ＳＩ燃焼」「ＳＩ燃焼モード」という）が含まれる。
【００３２】
図４は、ＥＣＵ２によって実行される燃焼モード制御処理を示すフローチャートである。本処理は、エンジン３の燃焼モードを決定するとともに、その結果に応じてエンジン３を制御するものであり、ＴＤＣ信号の発生に同期して実行される。
【００３３】
本処理では、まずステップ１（「Ｓ１」と図示。以下同じ）において、エンジン水温ＴＷが所定温度ＴＷＨＣＣＩよりも高いか否かを判別する。この所定温度ＴＷＨＣＣＩは、例えば、ＨＣＣＩ燃焼を実行可能な冷却水の温度範囲の下限値に設定されている。
【００３４】
このステップ１の答がＮＯで、ＴＷ≦ＴＷＨＣＣＩのときには、エンジン３の燃焼モードをＳＩ燃焼モードに決定するとともに、ＳＩ燃焼制御を実行し（ステップ２）、本処理を終了する。
【００３５】
前記ステップ１の答がＹＥＳのときには、エンジン３がＨＣＣＩ燃焼を実行可能なＨＣＣＩ領域にあるか否かを判別する（ステップ３）。この判別は、図５に示すマップを用い、エンジン回転数ＮＥおよび要求トルクＰＭＣＭＤが、このマップ中のＨＣＣＩ領域にあるか否かを判別することによって行われる。このマップでは、ＨＣＣＩ領域は、エンジン回転数ＮＥおよび要求トルクＰＭＣＭＤがいずれも小さい低回転・低負荷領域に設定されている。なお、要求トルクＰＭＣＭＤは、エンジン回転数ＮＥおよびアクセル開度ＡＰに応じ、所定のマップ（図示せず）を検索することによって算出される。
【００３６】
このステップ３の答がＮＯで、エンジン３がＨＣＣＩ領域にないときには、燃焼モードをＳＩ燃焼モードに決定し、前記ステップ２においてＳＩ燃焼制御を実行する。
【００３７】
このＳＩ燃焼制御では、吸気Ｖ／Ｔ切換機構１３および排気Ｖ／Ｔ切換機構１４を制御することで、吸気Ｖ／Ｔおよび排気Ｖ／Ｔをいずれも高速Ｖ／Ｔに設定するとともに、吸気行程においてポート燃料噴射弁１８から燃料を噴射することで、燃焼室３ｄ内に比較的リッチな混合気を生成する。そして、圧縮行程において点火プラグ１７から火花を発生させ、この火花による点火で混合気が燃焼することによって、ＳＩ燃焼が行われる。
【００３８】
一方、前記ステップ３の答がＹＥＳで、エンジン３がＨＣＣＩ領域にあるときには、燃焼モードをＨＣＣＩ燃焼モードに決定するとともに、ＨＣＣＩ燃焼制御を実行し（ステップ４）、本処理を終了する。
【００３９】
このＨＣＣＩ燃焼制御では、吸気Ｖ／Ｔおよび排気Ｖ／Ｔを低速Ｖ／Ｔに設定した状態で、吸気行程においてポート燃料噴射弁１８から燃料を噴射することによって、ＳＩ燃焼モードの場合よりもリーンな混合気を燃焼室３ｄ内に生成する。そして、この混合気を圧縮行程での圧縮による自着火によって燃焼させ、さらに、その燃焼により発生した熱によって、残りの混合気の自着火を誘発し、燃焼させることにより、ＨＣＣＩ燃焼が行われる。
【００４０】
図６は、このＨＣＣＩ燃焼モードにおいて実行される点火プラグ１７およびポート燃料噴射弁１８の制御処理を示す。本処理は、ＣＲＫ信号の発生に同期して実行される。本処理では、まずステップ１１において、クランク角ＣＡが、燃料噴射制御用の第１所定値ＣＡＩＮＪ１以上で、第２所定値ＣＡＩＮＪ２以下であるか否かを判別する。
【００４１】
これらの第１および第２所定値ＣＡＩＮＪ１、ＣＡＩＮＪ２は、ポート燃料噴射弁１８の燃料噴射期間を定めるものであり、図７に示すように、第１所定値ＣＡＩＮＪ１は吸入行程の初期（例えば１０°）に設定されており、第２所定値ＣＡＩＮＪ２は、ポート噴射弁１８の燃料噴射量に応じて設定される。なお、この燃料噴射量は、エンジン回転数ＮＥおよび要求トルクＰＭＣＭＤに応じて設定される。
【００４２】
上記ステップ１１の答がＹＥＳで、ＣＡＩＮＪ１≦ＣＡ≦ＣＡＩＮＪ２のときには、ポート燃料噴射弁１８からの燃料噴射を実行し（ステップ１２）、本処理を終了する。このように噴射された燃料と吸気通路１５を流れる空気が、吸気弁１１を介して気筒Ｃに吸入されることによって、気筒Ｃ内に比較的リーンな混合気が生成される。
【００４３】
前記ステップ１１の答がＮＯのときには、クランク角ＣＡが、火花発生制御用の第１所定値ＣＡＩＧ１に等しいか否かを判別する（ステップ１３）。図７に示すように、この第１所定値ＣＡＩＧ１は、圧縮行程の中期以後（例えば３００°）に設定されている。このステップ１３の答がＹＥＳで、ＣＡ＝ＣＡＩＧ１のときには、点火プラグ１７から火花を発生させる火花発生動作を実行し（ステップ１５）、本処理を終了する。
【００４４】
前記ステップ１３の答がＮＯのときには、クランク角ＣＡが、火花発生制御用の第２所定値ＣＡＩＧ２に等しいか否かを判別する（ステップ１４）。図７に示すように、この第２所定値ＣＡＩＧ２は、上記の第１所定値ＣＡＩＧ１の直後で、かつ圧縮行程の終了時よりも前（例えば３２０°）に設定されている。
【００４５】
上記ステップ１４の答がＹＥＳで、ＣＡ＝ＣＡＩＧ２のときには、前記ステップ１５に進み、２回目の火花発生動作を実行し、本処理を終了する。前記ステップ１４の答がＮＯのときには、そのまま本処理を終了する。以上の２回の火花発生動作により、点火プラグ１７から発生した火花の熱が気筒Ｃ内に与えられることによって、気筒Ｃ内の温度が高められる。図７に示すように、この２回目の火花発生動作の直後、圧縮行程の終期において、混合気のＨＣＣＩ燃焼が開始される。
【００４６】
前述したように、この火花発生動作は、火花の熱を利用して、圧縮行程の終期における気筒Ｃ内の温度を上昇させ、混合気の自着火を促進することによって、安定したＨＣＣＩ燃焼を行わせるために実行される。図８は、この効果を確認するために実施した実験の結果を示している。この実験では、内燃機関の負荷（図示平均有効圧力ＩＭＥＰ）とＨＣＣＩ燃焼における燃焼の変動度合（燃焼ラフネス値ＣＰＩ）との関係を、火花を１回、発生させた場合と、まったく発生させない場合について求めた。
【００４７】
同図に示すように、火花を発生させない場合には、燃焼ラフネス値ＣＰＩがばらつき、特に低負荷域において、燃焼ラフネス値ＣＰＩが増大し、燃焼が不安定になっている。これに対し、火花を発生させた場合には、燃焼ラフネス値ＣＰＩのばらつきが小さいとともに、負荷にかかわらず、小さな燃焼ラフネス値ＣＰＩが得られている。以上から、上記のような火花発生動作によって、安定したＨＣＣＩ燃焼が得られることが分かる。
【００４８】
以上のように、本実施形態によれば、ＨＣＣＩ燃焼モードにおいて、混合気のＨＣＣＩ燃焼が開始される前に、点火プラグ１７から火花を発生させる火花発生動作を実行する。これにより、発生した火花から熱が与えられることによって、ＨＣＣＩ燃焼が開始される前に、気筒Ｃ内の温度が上昇する。その結果、混合気の自着火が促進されることによって、ＨＣＣＩ燃焼を安定して行うことができ、したがって、ＨＣＣＩ燃焼の実行領域を拡大することができる。
【００４９】
また、ＳＩ燃焼のために設けられている点火プラグ１７を利用して、火花発生動作を行うので、上記の効果を低コストで容易に得ることができる。さらに、火花発生動作を圧縮行程において２回、行うので（図６のステップ１３〜１５）、火花から気筒Ｃ内により多くの熱量が与えられることによって、上述した効果をより有効に得ることができる。
【００５０】
図９は、本発明の第２実施形態を適用したエンジン３３を示している。このエンジン３３は、図１のエンジン３に筒内燃料噴射弁１９を付加したものである。筒内燃料噴射弁１９は、シリンダヘッド３ｃに取り付けられており、気筒Ｃ内に燃料を直接、噴射する。筒内燃料噴射弁１９による燃料噴射量および燃料噴射時期は、ＥＣＵ２によって制御される。
【００５１】
図１０は、このエンジン３３に対し、ＨＣＣＩ燃焼モードにおいて実行される、点火プラグ１７、ポート燃料噴射弁１８および筒内燃料噴射弁１９の制御処理を示す。本処理は、ＣＲＫ信号の発生に同期して実行される。本処理では、まずステップ２１において、クランク角ＣＡが、ポート燃料噴射弁１８の制御用の第１所定値ＣＡＩＮＪＰ１以上で、第２所定値ＣＡＩＮＪＰ２以下であるか否かを判別する。図１１に示すように、第１所定値ＣＡＩＮＪＰ１は吸入行程の初期（例えば１０°）に設定されており、第２所定値ＣＡＩＮＪＰ２は、ポート燃料噴射弁１８の燃料噴射量に応じて設定される。
【００５２】
上記ステップ２１の答がＹＥＳで、ＣＡＩＮＪＰ１≦ＣＡ≦ＣＡＩＮＪＰ２のときには、ポート燃料噴射弁１８からの燃料噴射（ポート燃料噴射）を実行し（ステップ２２）、本処理を終了する。このように噴射された燃料と吸気通路１５を流れる空気が、気筒Ｃに吸入されることによって、気筒Ｃ内に比較的リーンな第１混合気が生成される。
【００５３】
前記ステップ２１の答がＮＯのときには、図６のステップ３および４と同様、ステップ２３および２４において、クランク角ＣＡが、火花発生制御用の第１所定値ＣＡＩＧ１および第２所定値ＣＡＩＧ２に等しいか否かをそれぞれ判別する。これらのステップ２３または２４の答がＹＥＳのときには、点火プラグ１７から火花を発生させる火花発生動作を実行し（ステップ２５）、本処理を終了する。以上の２回の火花発生動作により、点火プラグ１７から発生した火花の熱が気筒Ｃ内に与えられることによって、気筒Ｃ内の温度が高められる。
【００５４】
前記ステップ２３および２４の答がいずれもＮＯのときには、クランク角ＣＡが、筒内燃料噴射弁１９の制御用の第１所定値ＣＡＩＮＪＤ１以上で、第２所定値ＣＡＩＮＪＤ２以下であるか否かを判別する（ステップ２６）。図１１に示すように、この第１所定値ＣＡＩＮＪＤ１は、火花発生制御用の第２所定値ＣＡＩＧ２の直後（例えば１０°）に設定され、第２所定値ＣＡＩＮＪＤ２は、圧縮行程の終了時（＝３６０°）に設定されている。
【００５５】
上記ステップ２６の答がＮＯのときには、そのまま本処理を終了する。一方、ステップ２６の答がＹＥＳで、ＣＡＩＮＪＤ１≦ＣＡ≦ＣＡＩＮＪＤ２のときには、筒内燃料噴射弁１９からの燃料噴射（筒内燃料噴射）を実行し（ステップ２７）、本処理を終了する。この筒内燃料噴射により噴射された燃料によって、気筒Ｃ内に、第１混合気よりもリッチな第２混合気が部分的に生成される。図１１に示すように、この筒内燃料噴射の直後、圧縮行程の終了時付近において、混合気のＨＣＣＩ燃焼が開始される。
【００５６】
以上のように、本実施形態によれば、ＨＣＣＩ燃焼モード時に、ポート燃料噴射弁１８から燃料を噴射することによって、気筒Ｃ内にリーンな第１混合気を生成するとともに、圧縮行程において、筒内燃料噴射弁１９から燃料を噴射することによって、気筒Ｃ内に、第１混合気よりもリッチな第２混合気を部分的に生成する。そして、圧縮行程において、筒内燃料噴射弁１９から燃料が噴射される前に、点火プラグ１７から火花を発生させる火花発生動作を実行する（図１０のステップ２５）。これにより、発生した火花から熱が与えられることによって、ＨＣＣＩ燃焼が開始される前に、気筒Ｃ内の温度が上昇する。その結果、第１混合気の自着火が促進されることによって、第１実施形態と同様、ＨＣＣＩ燃焼を安定して行うことができ、したがって、ＨＣＣＩ燃焼の実行領域を拡大することができる。
【００５７】
また、第１実施形態と同様、火花発生動作を、点火プラグ１７を利用し、圧縮行程において２回行うので（図１０のステップ２３〜２５）、上記の効果を低コストで容易にかつ有効に得ることができる。
【００５８】
なお、本発明は、説明した実施形態に限定されることなく、種々の態様で実施することができる。例えば、第１および第２実施形態では、点火プラグ１７からの火花発生動作を圧縮行程において２回、実行しているが、その実行回数は、その必要度合に応じて適宜、増減してもよく、例えばエンジンの負荷、エンジン回転数ＮＥやエンジン水温ＴＷなどをパラメータとして、内燃機関の運転状態に応じて設定してもよい。
【００５９】
また、実施形態では、火花を発生させるクランク角ＣＡを第１および第２所定値ＣＡＩＧ１、ＣＡＩＧ２に設定しているが、この火花の発生タイミングを内燃機関の運転状態に応じて設定してもよい。その他、本発明の趣旨の範囲内で、細部の構成を適宜、変更することが可能である。
【符号の説明】
【００６０】
２ ＥＣＵ（火花発生実行手段）
３ エンジン
１７ 点火プラグ
１８ ポート燃料噴射弁（燃料供給手段、第１燃料供給手段）
１９ 筒内燃料噴射弁（第２燃料供給手段）
３３ エンジン
Ｃ 気筒
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気筒内に生成された混合気を圧縮着火によって燃焼させる内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のこの種の内燃機関の制御装置として、例えば特許文献１に開示されたものが知られている。この内燃機関は、吸気ポートに燃料を噴射する第１インジェクタと、燃焼室内に燃料を直接、噴射する第２インジェクタを備えている。この内燃機関では、吸入行程において第１インジェクタから噴射された燃料により、燃焼室内の大きな容積部分に、等量比が１．０未満のリーンな混合気が形成されるとともに、圧縮行程において第２インジェクタから噴射された燃料により、燃焼室内の小さな容積部分に、等量比が１．２〜２．０のリッチな混合気が形成される。
【０００３】
そして、圧縮行程の終期において、リッチ混合気が燃焼し、それにより発生した熱によるアシストによって、燃焼室の大部分を占めるリーン混合気の自着火を促進し、これを燃焼させることで、負荷の変化に伴うトルクショックを回避しながら、燃料消費率を減少させるとともに、良好な排ガス特性を得るようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１７０３７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
以上のように、この従来の内燃機関の制御装置では、圧縮着火燃焼を行わせるために、リーン混合気およびリッチ混合気の燃焼室内に占める容積と空燃比を制御するにすぎない。このため、内燃機関の運転状態によっては、リッチ混合気の燃焼により発生する熱が不足し、燃焼室内の温度が十分に上昇しないことで、リーン混合気の自着火を十分に促進できず、圧縮着火燃焼を安定して行えないため、排ガス特性やドライバビリティが悪化するおそれがある。特に、内燃機関の負荷が低いときには、燃焼室内の温度が低くなりがちであるため、上述した不具合が生じやすく、このことが圧縮着火燃焼の実行領域を拡大する上での妨げになっている。
【０００６】
本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、混合気の圧縮着火が開始される前に気筒内の温度を上昇させることによって、混合気の圧縮着火を促進し、圧縮着火燃焼を安定して行うことができ、それにより、圧縮着火燃焼の実行領域を拡大することができる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この目的を達成するため、請求項１に係る発明は、気筒Ｃ内に生成された混合気を圧縮着火によって燃焼させる内燃機関３の制御装置であって、気筒Ｃ内に火花を発生させるための点火プラグ１７と、気筒Ｃ内に混合気を生成するために、吸入行程において内燃機関３に燃料を供給する燃料供給手段（実施形態における（以下、本項において同じ）ポート燃料噴射弁１８）と、圧縮行程において、気筒Ｃ内の混合気の圧縮着火による燃焼が開始される前に、点火プラグ１７から火花を発生させる火花発生動作を実行する火花発生実行手段（ＥＣＵ２、図６のステップ１５）と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
この内燃機関の制御装置によれば、吸入行程において、燃料供給手段から内燃機関に燃料を供給することによって、気筒内に混合気を生成するとともに、その後、この混合気を自着火によって燃焼させることによって、圧縮着火燃焼が行われる。また、圧縮行程において、混合気の燃焼が開始される前に、点火プラグから火花を発生させる火花発生動作を実行する。このように発生した火花から熱が与えられることで、混合気の燃焼が開始される前に、気筒内の温度が上昇する。この温度上昇により、混合気の自着火が促進されることによって、圧縮着火燃焼を安定して行うことができ、したがって、圧縮着火燃焼の実行領域を拡大することができる。また、点火プラグは、圧縮着火燃焼の実行領域以外の内燃機関の運転領域において火花点火燃焼を行う場合に、通常、設けられるものであるので、そのような既存のデバイスを利用して火花を発生させることにより、上記の作用を低コストで容易に得ることができる。
【０００９】
また、請求項２に係る発明は、気筒Ｃ内に生成された混合気を圧縮着火によって燃焼させる内燃機関３３の制御装置であって、気筒Ｃ内に火花を発生させるための点火プラグ１７と、気筒Ｃ内に第１混合気を生成するために、吸入行程において内燃機関３３に燃料を供給する第１燃料供給手段（ポート燃料噴射弁１８）と、気筒Ｃ内に第１混合気よりもリッチな第２混合気を部分的に生成するために、圧縮行程において気筒Ｃ内に燃料を供給する第２燃料供給手段（筒内燃料噴射弁１９）と、圧縮行程において、第２燃料供給手段から燃料が供給される前に、点火プラグ１７から火花を発生させる火花発生動作を実行する火花発生実行手段（ＥＣＵ２、図１０のステップ２５）と、を備えることを特徴とする
【００１０】
この内燃機関の制御装置によれば、吸入行程において、第１燃料供給手段から内燃機関に燃料を供給することによって、気筒内に第１混合気を生成するとともに、圧縮行程において、第２燃料供給手段から気筒内に燃料を供給することによって、気筒内に第１混合気よりもリッチな第２混合気を部分的に生成する。このリッチな第２混合気が圧縮行程の終期において燃焼し、それにより発生する熱によって、その周囲のリーンな第１混合気の自着火を誘発し、燃焼させることによって、圧縮着火燃焼が行われる。
【００１１】
また、圧縮行程において、第２燃料供給手段から燃料が供給される前に、点火プラグから火花を発生させる火花発生動作を実行する。このように発生した火花から熱が与えられることで、第１混合気の燃焼が開始される前に、気筒内の温度が上昇する。これにより、第１混合気の自着火がさらに促進されることによって、圧縮着火燃焼を安定して行うことができ、したがって、圧縮着火燃焼の実行領域を拡大することができる。また、既存のデバイスである点火プラグを利用し、上記の作用を低コストで容易に得ることができる。
【００１２】
請求項３に係る発明は、請求項１または２に記載の内燃機関３の制御装置において、火花発生実行手段は、火花発生動作を複数回、実行すること（図６のステップ１３〜１５）を特徴とする。
【００１３】
この構成によれば、点火プラグから複数回、火花を発生させるので、火花から気筒内により多くの熱量が与えられることによって、上述した請求項１または２による作用をより有効に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１実施形態を適用した内燃機関の構成を概略的に示す図である。
【図２】内燃機関の制御装置を示すブロック図である。
【図３】吸気Ｖ／Ｔ切換機構および排気Ｖ／Ｔ切換機構の動作を説明するための、吸気弁および排気弁のバルブリフト曲線を示す図である。
【図４】燃焼モード制御処理を示すフローチャートである。
【図５】図４の処理において運転領域の判定に用いられるマップである。
【図６】第１実施形態によるＨＣＣＩ燃焼モード時の制御処理を示すフローチャートである。
【図７】図６の制御処理によって得られる動作例を示すタイミングチャートである。
【図８】火花の発生による圧縮着火燃焼の安定効果を説明するための図である。
【図９】本発明の第２実施形態を適用した内燃機関の構成を概略的に示す図である。
【図１０】第２実施形態によるＨＣＣＩ燃焼モード時の制御処理を示すフローチャートである。
【図１１】図１０の制御処理によって得られる動作例を示すタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。図１に示す、本発明の第１実施形態を適用した内燃機関（以下「エンジン」という）３は、４つの気筒Ｃ（１つのみ図示）を有するガソリンエンジンであり、車両（図示せず）に搭載されている。エンジン３の各気筒Ｃには、ピストン３ｂとシリンダヘッド３ｃの間に燃焼室３ｄが形成されるとともに、吸気弁１１および排気弁１２が設けられている。
【００１６】
また、エンジン３には、吸気弁１１を開閉するとともに、そのバルブタイミングを切り換える吸気Ｖ／Ｔ切換機構１３と、排気弁１２を開閉するとともに、そのバルブタイミングを切り換える排気Ｖ／Ｔ切換機構１４が設けられている。
【００１７】
吸気Ｖ／Ｔ切換機構１３は、吸気弁１１のバルブタイミング（以下「吸気Ｖ／Ｔ」という）を、高速バルブタイミング（高速Ｖ／Ｔ）と低速バルブタイミング（低速Ｖ／Ｔ）の２段階に切り換える周知のものであり、吸気カムシャフトと一体の低速カムおよび高速カム（いずれも図示せず）や、吸気ロッカアームシャフトに回動自在に取り付けられた低速ロッカアームおよび高速ロッカアーム（いずれも図示せず）などを備えている。
【００１８】
また、吸気Ｖ／Ｔ切換機構１３は、油圧式のものであり、油路を介して油圧ポンプ（いずれも図示せず）に接続されていて、この油路には吸気Ｖ／Ｔ制御弁１３ａ（図２参照）が設けられている。油圧ポンプは、クランクシャフト３ａに連結されており、エンジン３によって駆動される。吸気Ｖ／Ｔ制御弁１３ａは、常閉式の電磁弁で構成されており、その動作は、ＥＣＵ２によって制御される駆動電流の供給の有無に応じて制御される。
【００１９】
以上の構成により、吸気Ｖ／Ｔ制御弁１３ａに駆動電流が供給されていない状態では、吸気Ｖ／Ｔ制御弁１３ａが閉弁状態に保持されることによって、油圧ポンプから吸気Ｖ／Ｔ切換機構１３への油圧の供給が停止される。これにより、吸気弁１１は、低速カムで駆動されることによって、図３に実線で示すバルブリフト曲線に従って動作する。このときの吸気Ｖ／Ｔが低速Ｖ／Ｔである。
【００２０】
一方、駆動電流が供給されると、吸気Ｖ／Ｔ制御弁１３ａが開弁することによって、吸気Ｖ／Ｔ切換機構１３に油圧が供給される。これにより、吸気弁１１は、高速カムで駆動されることによって、図３に破線で示すバルブリフト曲線に従って動作する。このときの吸気Ｖ／Ｔが高速Ｖ／Ｔである。同図に示すように、この高速Ｖ／Ｔでは、低速Ｖ／Ｔと比較し、吸気弁１１のリフト（最大揚程）が大きくなるとともに、吸気弁１１の開弁タイミングが早くなり、閉弁タイミングが遅くなることで、吸気弁１１の開弁期間が長くなる。その結果、吸気通路１５内をスロットル弁１６を介して流れる空気が、吸気弁１１を介して、気筒Ｃ内に高い充填効率で吸入される。
【００２１】
また、排気Ｖ／Ｔ切換機構１４は、排気弁１２のバルブタイミング（以下「排気Ｖ／Ｔ」という）を、高速バルブタイミング（高速Ｖ／Ｔ）と低速バルブタイミング（高速Ｖ／Ｔ）の２段階に切り換えるものであり、吸気Ｖ／Ｔ切換機構１３とまったく同じ構成を有し、ＥＣＵ２によって制御される排気Ｖ／Ｔ制御弁１４ａ（図２参照）を備えている。
【００２２】
したがって、排気Ｖ／Ｔ制御弁１４ａに駆動電流が供給されていない状態では、排気Ｖ／Ｔ切換機構１４への油圧の供給が停止され、排気弁１２が図３に実線で示すバルブリフト曲線に従って動作することによって、排気Ｖ／Ｔが低速Ｖ／Ｔに設定される。また、排気Ｖ／Ｔ制御弁１４ａに駆動電流が供給されると、排気Ｖ／Ｔ切換機構１４に油圧が供給され、排気弁１２が図３に破線で示すバルブリフト曲線に従って動作することによって、排気Ｖ／Ｔが高速Ｖ／Ｔに切り換えられる。
【００２３】
同図に示すように、低速Ｖ／Ｔでは、高速Ｖ／Ｔと比較し、排気弁１２のリフトが小さくなるとともに、開弁タイミングが遅くなり、閉弁タイミングが早くなることで、排気弁１２の開弁期間が短くなる。また、吸気弁１１および排気弁１２がいずれも低速Ｖ／Ｔに設定されているときには、吸気弁１１および排気弁１２が同時に閉弁する、いわゆる負のバルブオーバーラップが生じ、それにより、燃焼室３ｄ内に既燃ガスを残留させる内部ＥＧＲが得られる。
【００２４】
後述するように、本実施形態では、エンジン３の燃焼モードが火花点火燃焼モードのときには、吸気Ｖ／Ｔおよび排気Ｖ／Ｔがいずれも高速Ｖ／Ｔに設定され、圧縮着火燃焼モードのときには、内部ＥＧＲによる既燃ガスの熱を圧縮着火に利用するために、吸気Ｖ／Ｔおよび排気Ｖ／Ｔがいずれも低速Ｖ／Ｔに設定される。
【００２５】
さらに、図１に示すように、エンジン３には、気筒Ｃごとに、点火プラグ１７およびポート燃料噴射弁１８が設けられている。点火プラグ１７は、シリンダヘッド３ｃに取り付けられており、ＥＣＵ２による制御の下、気筒Ｃ内に火花を発生させる。
【００２６】
ポート燃料噴射弁１８は、吸気通路１５の吸気マニホルドに取り付けられており、吸気ポート１５ａに向かって燃料を噴射する。ポート燃料噴射弁１８による燃料噴射量および燃料噴射時期は、ＥＣＵ２によって制御される。
【００２７】
また、エンジン３のクランクシャフト３ａには、クランク角センサ２０および気筒判別センサ２１が設けられている。クランクシャフト３ａの回転に伴い、クランク角センサ２０は、パルス信号であるＣＲＫ信号およびＴＤＣ信号を出力し、気筒判別センサ２１は、気筒Ｃを判別するためのパルス信号であるＣＹＬ信号を出力する。
【００２８】
ＣＲＫ信号は、所定のクランク角（例えば１°）ごとに出力される。ＴＤＣ信号は、いずれかの気筒Ｃにおいてピストン３ｂが吸気行程の開始時の上死点よりも若干、手前の所定のクランク角位置にあることを表す信号であり、本実施形態のようにエンジン３が４気筒の場合には、クランク角１８０゜ごとに出力される。また、ＣＹＬ信号は、クランク角７２０゜ごとに出力される。ＥＣＵ２は、ＣＲＫ信号に基づき、エンジン３の回転数（以下「エンジン回転数」という）ＮＥを算出するとともに、上記の３つの信号に基づき、ＴＤＣ信号の発生位置を基準として、クランク角ＣＡを気筒Ｃごとに算出する。
【００２９】
ＥＣＵ２にはさらに、水温センサ２２から、エンジン３のシリンダブロック（図示せず）内を循環する冷却水の温度（以下「エンジン水温」という）ＴＷを表す検出信号が、アクセル開度センサ２３から、車両のアクセルペダル（図示せず）の踏み込み量（以下「アクセル開度」という）ＡＰを表す検出信号が、それぞれ出力される。
【００３０】
ＥＣＵ２は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭおよびＩ／Ｏインターフェース（いずれも図示せず）などから成るマイクロコンピュータで構成されている。ＥＣＵ２は、前述した各種のセンサ２０〜２３の検出信号などに応じて、エンジン３の燃焼モードを決定するとともに、エンジン３に対する各種の制御処理を実行する。本実施形態では、ＥＣＵ２が火花発生実行手段に相当する。
【００３１】
上記の燃焼モードには、混合気を圧縮着火によって燃焼させる圧縮着火燃焼が行われる圧縮着火燃焼モード（以下、それぞれ「ＨＣＣＩ燃焼」「ＨＣＣＩ燃焼モード」という）と、混合気を点火プラグ１７から発生した火花による点火によって燃焼させる火花点火燃焼が行われる火花点火燃焼モード（以下、それぞれ「ＳＩ燃焼」「ＳＩ燃焼モード」という）が含まれる。
【００３２】
図４は、ＥＣＵ２によって実行される燃焼モード制御処理を示すフローチャートである。本処理は、エンジン３の燃焼モードを決定するとともに、その結果に応じてエンジン３を制御するものであり、ＴＤＣ信号の発生に同期して実行される。
【００３３】
本処理では、まずステップ１（「Ｓ１」と図示。以下同じ）において、エンジン水温ＴＷが所定温度ＴＷＨＣＣＩよりも高いか否かを判別する。この所定温度ＴＷＨＣＣＩは、例えば、ＨＣＣＩ燃焼を実行可能な冷却水の温度範囲の下限値に設定されている。
【００３４】
このステップ１の答がＮＯで、ＴＷ≦ＴＷＨＣＣＩのときには、エンジン３の燃焼モードをＳＩ燃焼モードに決定するとともに、ＳＩ燃焼制御を実行し（ステップ２）、本処理を終了する。
【００３５】
前記ステップ１の答がＹＥＳのときには、エンジン３がＨＣＣＩ燃焼を実行可能なＨＣＣＩ領域にあるか否かを判別する（ステップ３）。この判別は、図５に示すマップを用い、エンジン回転数ＮＥおよび要求トルクＰＭＣＭＤが、このマップ中のＨＣＣＩ領域にあるか否かを判別することによって行われる。このマップでは、ＨＣＣＩ領域は、エンジン回転数ＮＥおよび要求トルクＰＭＣＭＤがいずれも小さい低回転・低負荷領域に設定されている。なお、要求トルクＰＭＣＭＤは、エンジン回転数ＮＥおよびアクセル開度ＡＰに応じ、所定のマップ（図示せず）を検索することによって算出される。
【００３６】
このステップ３の答がＮＯで、エンジン３がＨＣＣＩ領域にないときには、燃焼モードをＳＩ燃焼モードに決定し、前記ステップ２においてＳＩ燃焼制御を実行する。
【００３７】
このＳＩ燃焼制御では、吸気Ｖ／Ｔ切換機構１３および排気Ｖ／Ｔ切換機構１４を制御することで、吸気Ｖ／Ｔおよび排気Ｖ／Ｔをいずれも高速Ｖ／Ｔに設定するとともに、吸気行程においてポート燃料噴射弁１８から燃料を噴射することで、燃焼室３ｄ内に比較的リッチな混合気を生成する。そして、圧縮行程において点火プラグ１７から火花を発生させ、この火花による点火で混合気が燃焼することによって、ＳＩ燃焼が行われる。
【００３８】
一方、前記ステップ３の答がＹＥＳで、エンジン３がＨＣＣＩ領域にあるときには、燃焼モードをＨＣＣＩ燃焼モードに決定するとともに、ＨＣＣＩ燃焼制御を実行し（ステップ４）、本処理を終了する。
【００３９】
このＨＣＣＩ燃焼制御では、吸気Ｖ／Ｔおよび排気Ｖ／Ｔを低速Ｖ／Ｔに設定した状態で、吸気行程においてポート燃料噴射弁１８から燃料を噴射することによって、ＳＩ燃焼モードの場合よりもリーンな混合気を燃焼室３ｄ内に生成する。そして、この混合気を圧縮行程での圧縮による自着火によって燃焼させ、さらに、その燃焼により発生した熱によって、残りの混合気の自着火を誘発し、燃焼させることにより、ＨＣＣＩ燃焼が行われる。
【００４０】
図６は、このＨＣＣＩ燃焼モードにおいて実行される点火プラグ１７およびポート燃料噴射弁１８の制御処理を示す。本処理は、ＣＲＫ信号の発生に同期して実行される。本処理では、まずステップ１１において、クランク角ＣＡが、燃料噴射制御用の第１所定値ＣＡＩＮＪ１以上で、第２所定値ＣＡＩＮＪ２以下であるか否かを判別する。
【００４１】
これらの第１および第２所定値ＣＡＩＮＪ１、ＣＡＩＮＪ２は、ポート燃料噴射弁１８の燃料噴射期間を定めるものであり、図７に示すように、第１所定値ＣＡＩＮＪ１は吸入行程の初期（例えば１０°）に設定されており、第２所定値ＣＡＩＮＪ２は、ポート噴射弁１８の燃料噴射量に応じて設定される。なお、この燃料噴射量は、エンジン回転数ＮＥおよび要求トルクＰＭＣＭＤに応じて設定される。
【００４２】
上記ステップ１１の答がＹＥＳで、ＣＡＩＮＪ１≦ＣＡ≦ＣＡＩＮＪ２のときには、ポート燃料噴射弁１８からの燃料噴射を実行し（ステップ１２）、本処理を終了する。このように噴射された燃料と吸気通路１５を流れる空気が、吸気弁１１を介して気筒Ｃに吸入されることによって、気筒Ｃ内に比較的リーンな混合気が生成される。
【００４３】
前記ステップ１１の答がＮＯのときには、クランク角ＣＡが、火花発生制御用の第１所定値ＣＡＩＧ１に等しいか否かを判別する（ステップ１３）。図７に示すように、この第１所定値ＣＡＩＧ１は、圧縮行程の中期以後（例えば３００°）に設定されている。このステップ１３の答がＹＥＳで、ＣＡ＝ＣＡＩＧ１のときには、点火プラグ１７から火花を発生させる火花発生動作を実行し（ステップ１５）、本処理を終了する。
【００４４】
前記ステップ１３の答がＮＯのときには、クランク角ＣＡが、火花発生制御用の第２所定値ＣＡＩＧ２に等しいか否かを判別する（ステップ１４）。図７に示すように、この第２所定値ＣＡＩＧ２は、上記の第１所定値ＣＡＩＧ１の直後で、かつ圧縮行程の終了時よりも前（例えば３２０°）に設定されている。
【００４５】
上記ステップ１４の答がＹＥＳで、ＣＡ＝ＣＡＩＧ２のときには、前記ステップ１５に進み、２回目の火花発生動作を実行し、本処理を終了する。前記ステップ１４の答がＮＯのときには、そのまま本処理を終了する。以上の２回の火花発生動作により、点火プラグ１７から発生した火花の熱が気筒Ｃ内に与えられることによって、気筒Ｃ内の温度が高められる。図７に示すように、この２回目の火花発生動作の直後、圧縮行程の終期において、混合気のＨＣＣＩ燃焼が開始される。
【００４６】
前述したように、この火花発生動作は、火花の熱を利用して、圧縮行程の終期における気筒Ｃ内の温度を上昇させ、混合気の自着火を促進することによって、安定したＨＣＣＩ燃焼を行わせるために実行される。図８は、この効果を確認するために実施した実験の結果を示している。この実験では、内燃機関の負荷（図示平均有効圧力ＩＭＥＰ）とＨＣＣＩ燃焼における燃焼の変動度合（燃焼ラフネス値ＣＰＩ）との関係を、火花を１回、発生させた場合と、まったく発生させない場合について求めた。
【００４７】
同図に示すように、火花を発生させない場合には、燃焼ラフネス値ＣＰＩがばらつき、特に低負荷域において、燃焼ラフネス値ＣＰＩが増大し、燃焼が不安定になっている。これに対し、火花を発生させた場合には、燃焼ラフネス値ＣＰＩのばらつきが小さいとともに、負荷にかかわらず、小さな燃焼ラフネス値ＣＰＩが得られている。以上から、上記のような火花発生動作によって、安定したＨＣＣＩ燃焼が得られることが分かる。
【００４８】
以上のように、本実施形態によれば、ＨＣＣＩ燃焼モードにおいて、混合気のＨＣＣＩ燃焼が開始される前に、点火プラグ１７から火花を発生させる火花発生動作を実行する。これにより、発生した火花から熱が与えられることによって、ＨＣＣＩ燃焼が開始される前に、気筒Ｃ内の温度が上昇する。その結果、混合気の自着火が促進されることによって、ＨＣＣＩ燃焼を安定して行うことができ、したがって、ＨＣＣＩ燃焼の実行領域を拡大することができる。
【００４９】
また、ＳＩ燃焼のために設けられている点火プラグ１７を利用して、火花発生動作を行うので、上記の効果を低コストで容易に得ることができる。さらに、火花発生動作を圧縮行程において２回、行うので（図６のステップ１３〜１５）、火花から気筒Ｃ内により多くの熱量が与えられることによって、上述した効果をより有効に得ることができる。
【００５０】
図９は、本発明の第２実施形態を適用したエンジン３３を示している。このエンジン３３は、図１のエンジン３に筒内燃料噴射弁１９を付加したものである。筒内燃料噴射弁１９は、シリンダヘッド３ｃに取り付けられており、気筒Ｃ内に燃料を直接、噴射する。筒内燃料噴射弁１９による燃料噴射量および燃料噴射時期は、ＥＣＵ２によって制御される。
【００５１】
図１０は、このエンジン３３に対し、ＨＣＣＩ燃焼モードにおいて実行される、点火プラグ１７、ポート燃料噴射弁１８および筒内燃料噴射弁１９の制御処理を示す。本処理は、ＣＲＫ信号の発生に同期して実行される。本処理では、まずステップ２１において、クランク角ＣＡが、ポート燃料噴射弁１８の制御用の第１所定値ＣＡＩＮＪＰ１以上で、第２所定値ＣＡＩＮＪＰ２以下であるか否かを判別する。図１１に示すように、第１所定値ＣＡＩＮＪＰ１は吸入行程の初期（例えば１０°）に設定されており、第２所定値ＣＡＩＮＪＰ２は、ポート燃料噴射弁１８の燃料噴射量に応じて設定される。
【００５２】
上記ステップ２１の答がＹＥＳで、ＣＡＩＮＪＰ１≦ＣＡ≦ＣＡＩＮＪＰ２のときには、ポート燃料噴射弁１８からの燃料噴射（ポート燃料噴射）を実行し（ステップ２２）、本処理を終了する。このように噴射された燃料と吸気通路１５を流れる空気が、気筒Ｃに吸入されることによって、気筒Ｃ内に比較的リーンな第１混合気が生成される。
【００５３】
前記ステップ２１の答がＮＯのときには、図６のステップ３および４と同様、ステップ２３および２４において、クランク角ＣＡが、火花発生制御用の第１所定値ＣＡＩＧ１および第２所定値ＣＡＩＧ２に等しいか否かをそれぞれ判別する。これらのステップ２３または２４の答がＹＥＳのときには、点火プラグ１７から火花を発生させる火花発生動作を実行し（ステップ２５）、本処理を終了する。以上の２回の火花発生動作により、点火プラグ１７から発生した火花の熱が気筒Ｃ内に与えられることによって、気筒Ｃ内の温度が高められる。
【００５４】
前記ステップ２３および２４の答がいずれもＮＯのときには、クランク角ＣＡが、筒内燃料噴射弁１９の制御用の第１所定値ＣＡＩＮＪＤ１以上で、第２所定値ＣＡＩＮＪＤ２以下であるか否かを判別する（ステップ２６）。図１１に示すように、この第１所定値ＣＡＩＮＪＤ１は、火花発生制御用の第２所定値ＣＡＩＧ２の直後（例えば１０°）に設定され、第２所定値ＣＡＩＮＪＤ２は、圧縮行程の終了時（＝３６０°）に設定されている。
【００５５】
上記ステップ２６の答がＮＯのときには、そのまま本処理を終了する。一方、ステップ２６の答がＹＥＳで、ＣＡＩＮＪＤ１≦ＣＡ≦ＣＡＩＮＪＤ２のときには、筒内燃料噴射弁１９からの燃料噴射（筒内燃料噴射）を実行し（ステップ２７）、本処理を終了する。この筒内燃料噴射により噴射された燃料によって、気筒Ｃ内に、第１混合気よりもリッチな第２混合気が部分的に生成される。図１１に示すように、この筒内燃料噴射の直後、圧縮行程の終了時付近において、混合気のＨＣＣＩ燃焼が開始される。
【００５６】
以上のように、本実施形態によれば、ＨＣＣＩ燃焼モード時に、ポート燃料噴射弁１８から燃料を噴射することによって、気筒Ｃ内にリーンな第１混合気を生成するとともに、圧縮行程において、筒内燃料噴射弁１９から燃料を噴射することによって、気筒Ｃ内に、第１混合気よりもリッチな第２混合気を部分的に生成する。そして、圧縮行程において、筒内燃料噴射弁１９から燃料が噴射される前に、点火プラグ１７から火花を発生させる火花発生動作を実行する（図１０のステップ２５）。これにより、発生した火花から熱が与えられることによって、ＨＣＣＩ燃焼が開始される前に、気筒Ｃ内の温度が上昇する。その結果、第１混合気の自着火が促進されることによって、第１実施形態と同様、ＨＣＣＩ燃焼を安定して行うことができ、したがって、ＨＣＣＩ燃焼の実行領域を拡大することができる。
【００５７】
また、第１実施形態と同様、火花発生動作を、点火プラグ１７を利用し、圧縮行程において２回行うので（図１０のステップ２３〜２５）、上記の効果を低コストで容易にかつ有効に得ることができる。
【００５８】
なお、本発明は、説明した実施形態に限定されることなく、種々の態様で実施することができる。例えば、第１および第２実施形態では、点火プラグ１７からの火花発生動作を圧縮行程において２回、実行しているが、その実行回数は、その必要度合に応じて適宜、増減してもよく、例えばエンジンの負荷、エンジン回転数ＮＥやエンジン水温ＴＷなどをパラメータとして、内燃機関の運転状態に応じて設定してもよい。
【００５９】
また、実施形態では、火花を発生させるクランク角ＣＡを第１および第２所定値ＣＡＩＧ１、ＣＡＩＧ２に設定しているが、この火花の発生タイミングを内燃機関の運転状態に応じて設定してもよい。その他、本発明の趣旨の範囲内で、細部の構成を適宜、変更することが可能である。
【符号の説明】
【００６０】
２ ＥＣＵ（火花発生実行手段）
３ エンジン
１７ 点火プラグ
１８ ポート燃料噴射弁（燃料供給手段、第１燃料供給手段）
１９ 筒内燃料噴射弁（第２燃料供給手段）
３３ エンジン
Ｃ 気筒
【特許請求の範囲】
【請求項１】
気筒内に生成された混合気を圧縮着火によって燃焼させる内燃機関の制御装置であって、
前記気筒内に火花を発生させるための点火プラグと、
前記気筒内に混合気を生成するために、吸入行程において前記内燃機関に燃料を供給する燃料供給手段と、
圧縮行程において、前記気筒内の混合気の圧縮着火による燃焼が開始される前に、前記点火プラグから火花を発生させる火花発生動作を実行する火花発生実行手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
気筒内に生成された混合気を圧縮着火によって燃焼させる内燃機関の制御装置であって、
前記気筒内に火花を発生させるための点火プラグと、
前記気筒内に第１混合気を生成するために、吸入行程において前記内燃機関に燃料を供給する第１燃料供給手段と、
前記気筒内に前記第１混合気よりもリッチな第２混合気を部分的に生成するために、圧縮行程において前記気筒内に燃料を供給する第２燃料供給手段と、
圧縮行程において、前記第２燃料供給手段から燃料が供給される前に、前記点火プラグから火花を発生させる火花発生動作を実行する火花発生実行手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記火花発生実行手段は、前記火花発生動作を複数回、実行することを特徴とする、請求項１または２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１】
気筒内に生成された混合気を圧縮着火によって燃焼させる内燃機関の制御装置であって、
前記気筒内に火花を発生させるための点火プラグと、
前記気筒内に混合気を生成するために、吸入行程において前記内燃機関に燃料を供給する燃料供給手段と、
圧縮行程において、前記気筒内の混合気の圧縮着火による燃焼が開始される前に、前記点火プラグから火花を発生させる火花発生動作を実行する火花発生実行手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
気筒内に生成された混合気を圧縮着火によって燃焼させる内燃機関の制御装置であって、
前記気筒内に火花を発生させるための点火プラグと、
前記気筒内に第１混合気を生成するために、吸入行程において前記内燃機関に燃料を供給する第１燃料供給手段と、
前記気筒内に前記第１混合気よりもリッチな第２混合気を部分的に生成するために、圧縮行程において前記気筒内に燃料を供給する第２燃料供給手段と、
圧縮行程において、前記第２燃料供給手段から燃料が供給される前に、前記点火プラグから火花を発生させる火花発生動作を実行する火花発生実行手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記火花発生実行手段は、前記火花発生動作を複数回、実行することを特徴とする、請求項１または２に記載の内燃機関の制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１１−２４１７５６（Ｐ２０１１−２４１７５６Ａ）
【公開日】平成２３年１２月１日（２０１１．１２．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１１４３８０（Ｐ２０１０−１１４３８０）
【出願日】平成２２年５月１８日（２０１０．５．１８）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１２月１日（２０１１．１２．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年５月１８日（２０１０．５．１８）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
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