内燃機関の制御装置
【課題】この発明は、複雑な構成を要さず低コストで安定した成層燃焼を実現することの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。
【解決手段】１つの燃焼室に対して２つの吸気ポートが並設され、両方の吸気ポートから導入される空気により筒内にタンブル流が形成される内燃機関の制御装置であって、中央点火プラグと、前記２つの吸気ポートにそれぞれ設けられ、吸気ポート内に燃料を噴射可能なポート噴射弁とを備える。前記２つの吸気ポートから筒内に空気を吸入し、かつ、前記ポート噴射弁のうち一方のポート噴射弁から燃料を噴射させ、前記２つの吸気ポートのうち一方の吸気ポートからは空気と噴射燃料との混合気を、他方の吸気ポートからは空気を筒内に吸入する成層燃焼モードにおいて、所定点火時期に前記中央点火プラグ周辺の混合気を成層燃焼可能な燃料密度とするように、前記一方のポート噴射弁の燃料噴射時期を制御する。
【解決手段】１つの燃焼室に対して２つの吸気ポートが並設され、両方の吸気ポートから導入される空気により筒内にタンブル流が形成される内燃機関の制御装置であって、中央点火プラグと、前記２つの吸気ポートにそれぞれ設けられ、吸気ポート内に燃料を噴射可能なポート噴射弁とを備える。前記２つの吸気ポートから筒内に空気を吸入し、かつ、前記ポート噴射弁のうち一方のポート噴射弁から燃料を噴射させ、前記２つの吸気ポートのうち一方の吸気ポートからは空気と噴射燃料との混合気を、他方の吸気ポートからは空気を筒内に吸入する成層燃焼モードにおいて、所定点火時期に前記中央点火プラグ周辺の混合気を成層燃焼可能な燃料密度とするように、前記一方のポート噴射弁の燃料噴射時期を制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、内燃機関の制御装置に係り、特に、複数の吸気ポートそれぞれにポート噴射弁を備えた内燃機関の制御を実行するのに好適な内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特許文献１（特開２０１０−７７８７４号公報）に開示されるように、１つの燃焼室に対して２つの吸気ポートが接続され、吸気ポート毎にポート噴射弁が設けられた、ポート噴射式のデュアルインジェクション構成の内燃機関が知られている。上記内燃機関では、両方の吸気ポートから導入される空気により筒内にタンブル流が形成される。また、吸気弁の動弁特性を自在に設定できる動弁機構が設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−７７８７４号公報
【特許文献２】特開平３−１８５２１３号公報
【特許文献３】特開２００８−１８０１８４号公報
【特許文献４】特開２００４−７６６６８号公報
【特許文献５】特開２００８−１６３７４９号公報
【特許文献６】特開２００６−２９１８７７号公報
【特許文献７】特開２００２−３０９７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上述のポート噴射式のデュアルインジェクション構成の内燃機関において、始動直後の触媒床温上昇が求められる場合がある。この場合に、空燃比が希薄な条件で点火時期を遅角させるべく成層燃焼を実現することが考えられる。しかしながら、通常、上記構成の内燃機関においては、両方の吸気ポートから空気が吸入され、両方のポート噴射弁から燃料が噴射され、空気と噴射燃料とを連動して筒内に吸入するため均質性が良い。リーン限界を高めるため、弁停止機構を設けることも考えられるが、それではコストアップは避けられない。単純な構成で成層燃焼を実現し、また、成層度の高い状態で点火できることが望まれる。
【０００５】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、ポート噴射式のデュアルインジェクション構成の内燃機関において、複雑な構成を要さず低コストで安定した成層燃焼を実現することの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】
【０００６】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、１つの燃焼室に対して２つの吸気ポートが並設され、両方の吸気ポートから導入される空気により筒内にタンブル流が形成される内燃機関の制御装置であって、
前記燃焼室の中央部に設けられた中央点火プラグと、
前記２つの吸気ポートにそれぞれ設けられ、吸気ポート内に燃料を噴射可能なポート噴射弁と、
前記２つの吸気ポートから筒内に空気を吸入し、かつ、前記ポート噴射弁のうち一方のポート噴射弁から燃料を噴射させ、前記２つの吸気ポートのうち一方の吸気ポートからは空気と噴射燃料との混合気を、他方の吸気ポートからは空気を筒内に吸入する成層燃焼モードにおいて、所定点火時期に前記中央点火プラグ周辺の混合気を成層燃焼可能な燃料密度とするように、前記一方のポート噴射弁の燃料噴射時期を制御する成層燃焼制御手段と、を備えることを特徴とする。
【０００７】
また、第２の発明は、第１の発明において、
前記成層燃焼モードは、始動直後に触媒床温を上昇させる場合に実行され、
前記成層燃焼制御手段は、
エンジン回転数低下が検出された場合に、前記一方のポート噴射弁の燃料噴射時期を遅角させる燃料噴射時期遅角手段と、
前記燃料噴射時期遅角手段により燃料噴射時期を遅角させる場合に、燃料噴射時期が閾値を超える場合には、前記閾値を超える差分量に応じて点火時期を進角させると共に、前記閾値を燃料噴射時期として再設定する噴射−点火間隔保持手段と、を更に備えることを特徴とする。
【０００８】
また、第３の発明は、第１又は第２の発明において、
前記一方のポート噴射弁と他方のポート噴射弁の制御状態を、所定サイクル毎に交互に切り替えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
第１の発明によれば、ポート噴射式のデュアルインジェクション構成の内燃機関において、複雑な構成を要さず低コストで安定した成層燃焼を実現することができる。
【００１０】
第２の発明によれば、混合気が気筒内に吸入されない状況を防ぎつつ、燃料噴射時期から点火時期までの適切なインターバルが確保され、失火を防止することができる。
【００１１】
第３の発明によれば、噴射状態を交互に切り替えることにより、筒内の熱の歪みを取り、異常摩耗等を防止し、中央点火プラグやピストンの汚損変化を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態１に係るシステム構成を説明するための図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係るシステムにおいて成層燃焼を実現する手法を説明するための模式図である。
【図３】圧縮行程における混合気の拡散過程について説明するための模式図である。
【図４】本発明の実施の形態１において、ＥＣＵ５０が実行する制御ルーチンのフローチャートであり、始動直後の運転モードを選択するルーチンである。
【図５】本発明の実施の形態１において、ＥＣＵ５０が実行する制御ルーチンのフローチャートであり、選択された運転モードに基づいてアクチュエータの設定をするルーチンである。
【図６】本発明の実施の形態１において、ＥＣＵ５０が実行する制御ルーチンのフローチャートであり、成層燃焼モード中、所定サイクル毎に実施されるルーチンである。
【図７】エンジン回転数と噴射終了時期ＡＩＮＪとの関係を定めたＡＩＮＪマップを示す図である。
【図８】本発明の実施の形態２に係るシステムにおいて、成層燃焼を実現する手法を説明するための模式図である。
【図９】本発明の実施の形態２において、ＥＣＵ５０が実行する制御ルーチンのフローチャートである。
【図１０】本発明の実施の形態２における変形例を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。
【００１４】
実施の形態１．
［実施の形態１の基本的構成］
図１は、本発明の実施の形態１に係るシステム構成を説明するための図である。図１には、本実施形態における内燃機関の燃焼室及び吸気ポート付近の平面図（Ａ）と縦断面図（Ｂ）とが示されている。図１に示す内燃機関（エンジン）１０は、車両に搭載され、その動力源とされる４サイクルエンジンである。なお、平面図（Ａ）の下方が車両のフロント側を、上方がリア側を示している。内燃機関１０は、複数の気筒１２を備えている。図１には、そのうちの１つの気筒１２が示されている。気筒１２内には、燃焼室１４が形成されている。
【００１５】
燃焼室１４には、第１吸気ポート１６ａと第２吸気ポート１６ｂの２つの吸気ポートが並設されている。第１吸気ポート１６ａの下流端には、第１吸気ポート１６ａを燃焼室１４に対して開閉する第１吸気弁１８ａが設けられている。第２吸気ポート１６ｂの下流端には、第２吸気ポート１６ｂを燃焼室１４に対して開閉する第２吸気弁１８ｂが設けられている。同様に、燃焼室１４には、２つの排気ポート２０ａ、２０ｂが接続されている。排気ポート２０ａ、２０ｂの上流端には、それぞれの排気ポートを燃焼室１４に対して開閉する排気弁２２ａ、２２ｂが設けられている。排気ポート２０ａ、２０ｂ下流の排気通路には図示しない触媒が設けられている。
【００１６】
吸気ポート１６ａ、１６ｂは、吸気弁１８ａ、１８ｂが共に開弁状態において、吸気流を気筒１２内に導入して、気筒１２内にタンブル流の主流を生成するように構成されている。例えば、吸気ポート１６ａ、１６ｂは並設され、その下流端はピストン２３の頂面に向かって開口し、燃焼室１４の斜め上方から排気側のボア壁に向かって吸気流を導入するように形成されている。
【００１７】
吸気ポート１６ａ、１６ｂの上流部は共通の吸気通路２４に合流している。第１吸気ポート１６ａには、第１吸気ポート１６ａ内に燃料を噴射する第１ポート噴射弁２６ａが、第２吸気ポート１６ｂには、第２吸気ポート１６ｂ内に燃料を噴射する第２ポート噴射弁２６ｂが取り付けられている。このように、内燃機関１０は、１つの気筒に対して２つのポート噴射式の燃料噴射弁を有するデュアルインジェクション採用の内燃機関である。
【００１８】
また、燃焼室１４は、シリンダヘッド２８の下面と気筒１２の内壁とピストン２３の頂面との間に形成されている。シリンダヘッド２８に下面により形成された燃焼室１４の天井壁の中央部には、中央点火プラグ３０の火花放電部が配設されている。
【００１９】
本実施形態のシステムはＥＣＵ（Electronic Control Unit）５０を備えている。ＥＣＵ５０の入力側には、クランク角を検出するためのクランク角センサ５２、運転者に操作されるアクセルの踏み込み量を検出するアクセル開度センサ５４等の内燃機関１０の運転状態を検出するための各種センサが接続されている。また、ＥＣＵ５０の出力部には、上述した第１ポート噴射弁２６ａ、第２ポート噴射弁２６ｂ、中央点火プラグ３０等の内燃機関１０の運転状態を制御するための各種アクチュエータが接続されている。ＥＣＵ５０は、上述した各種センサの出力に基づき、所定のプログラムに従って各種アクチュエータを作動させることにより、内燃機関１０の運転状態を制御する。
【００２０】
［実施の形態１における特徴的構成］
本実施形態のシステムでは、始動直後の触媒床温上昇のため、空燃比（Ａ／Ｆ）が希薄な条件で点火時期を遅角させるため成層運転を実施する。本実施形態のシステムでは、成層燃焼を実現する運転モードにおいて、吸気行程において両方の吸気ポート１６ａ、１６ｂから気筒１２内に空気を導入させ、かつ、ポート噴射弁２６ａ、２６ｂのうち一方のポート噴射弁から燃料を噴射させる。これにより、２つの吸気ポート１６ａ、１６ｂのうち一方の吸気ポートからは空気と噴射燃料との混合気が、他方の吸気ポートからは空気のみが気筒１２内に導入される。上述したように、吸気弁１８ａ、１８ｂが両方開弁状態において、気筒１２内にはタンブル流の主流が生成される。一方の吸気ポート側でのみ燃料噴射がされているため、タンブル流中、混合気の燃料密度は異なる。タンブル流内での側方方向への拡散は遅いため、混合ガスは、圧縮行程で徐々に燃料噴射側から非燃料噴射側へと拡散していく。
【００２１】
図２は、本実施形態のシステムにおいて成層燃焼を実現する手法を説明するための模式図である。（Ａ）は、吸気行程において第１ポート噴射弁２６ａから燃料噴射がされる様子を表している。（Ｂ）は、圧縮行程の開始直後において、第１吸気ポート１６ａから空気と噴射燃料との混合気が、第２吸気ポート１６ｂからは空気のみが気筒１２に導入された直後の初期状態を表している。この初期状態では（Ｚ）の実線６０で示すように、中央点火プラグ３０付近の燃料密度（Ａ／Ｆ）が可燃域を下回っている。（Ｃ）は、圧縮行程の途中において、タンブル流内で側方方向への拡散が一定程度進んだ拡散状態を表している。この拡散状態では（Ｚ）の実線６２で示すように、中央点火プラグ３０付近の燃料密度が可燃域に入る。本実施形態のシステムでは、この可燃域・成層状態において中央点火プラグ３０に火花点火させて成層燃焼を実現する。この手法によれば、２つのポート噴射弁を有するデュアルインジェクション構成において、弁停止機構などを要さない低コスト構成で成層燃焼を実現することができる。
【００２２】
図３は、圧縮行程における混合気の拡散過程について説明するための模式図である。（Ａ）、（Ｂ）については、それぞれ図２の（Ａ）、（Ｂ）と同様であるため説明は省略する。（Ｃ）は、完全拡散後の均質状態を表している。この均質状態では（Ｚ）の実線６６に示すように、中央点火プラグ３０付近の燃料密度が可燃域から外れてしまう。このように、拡散の時間が長すぎると、気筒１２内で均質化が進み可燃混合域を外れ、失火が発生し、エンジン回転低下が発生することとなる。
【００２３】
すなわち、成層燃焼を好適に維持するには、燃料噴射から点火までの拡散の時間を制御することが重要である。そこで、本実施形態のシステムでは、更に、前記中央点火プラグ３０周辺の混合気が成層燃焼可能な燃料密度（目標均質度）となるように、燃料噴射から点火までの拡散の時間を制御することとした。
【００２４】
具体的な制御について説明する。ここでは、始動直後の触媒床温上昇のため、空燃比（Ａ／Ｆ）が希薄な条件で点火時期を遅角させ、図１で述べた手法により成層運転を実施している場合を想定する。本実施形態のシステムでは、所定間隔で失火による回転低下を判定する。（１）回転低下が検出された場合は、燃料噴射時期を遅角する。燃料噴射から点火までの時間を短縮することにより、混合気の燃料成層度が高まる。その結果、失火を抑制しエンジン回転低下を防止することができる。（２）一方、失火が発生せず回転低下が検出されない場合には、ゆっくり点火時期を早める。点火時期を早めることで、点火プラグの汚損を低減することができる。
【００２５】
ここで、（１）の制御によれば、エンジン回転低下があった場合、燃料噴射時期を遅角化することにより失火を回避することとしている。しかしながら、吸気下死点以降では吸気流速が遅くなるため、ポート噴射された燃料は、気筒１２内へ吸入され難くなる。そこで、本発明における制御では、先の回転低下が発生した際に、燃料噴射時期が遅角側の限界に達する場合には、その分だけ点火時期を進角させることとした。これにより、燃料噴射から点火までの適切なインターバルが確保され、失火を防止することができる。
【００２６】
すなわち、本実施形態における混合気のコントロールは、燃料噴射時期と点火のインターバルで行い、成層度を挙げる為、先ずは燃料噴射時期を遅角し、噴射遅角限界後は点火時期進角を行うこととした。
【００２７】
（フローチャートの説明）
図４〜図６は、上述の動作を実現するために、ＥＣＵ５０が実行する制御ルーチンのフローチャートである。まず、始動直後の運転モードを選択する制御フローについて図４を用いて説明する。図４に示すルーチンでは、まず、始動直後であるか否かが判定される（ステップ１００）。例えば、始動後５ｓ〜２０ｓである場合には始動直後であると判定される。次に、アクセル開度が全閉であるか否かが判定される（ステップＳ１１０）。さらに、エンジン回転数が所定回転数より高いか否かが判定される（ステップＳ１２０）。エンジン回転数はクランク角センサ５２の検出値から算出される。所定回転数は、例えば１０００［ｒｐｍ］とする。そして、ステップＳ１００〜Ｓ１２０の各条件が成立し、始動直後の触媒床温上昇を図ることが可能と判断される場合には、成層燃焼モードが選択される（ステップＳ１３０）。一方、ステップＳ１００、Ｓ１１０、Ｓ１２０のいずれかの条件が成立しない場合には、均質燃焼モードが選択される（ステップＳ１４０）。
【００２８】
図５では、図４で選択された運転モードに基づいてアクチュエータの設定をする制御ルーチンが実行される。図５に示すルーチンでは、まず、図４のルーチンにより均質燃焼モードと成層燃焼モードのいずれの運転モードが選択されているかが判定される（ステップＳ１５０）。均質燃焼モードが選択されている場合は、目標空燃比をストイキ（１４．５）に設定する。また、ポート噴射弁２６ａ、２６ｂの両方による均等な燃料噴射と、点火時期マップに従った点火時期による運転を実行する（ステップＳ１６０）。この点火時期マップは、予めＥＣＵ５０に記憶されている。一方、成層燃焼モードが選択されている場合には、目標空燃比をリーン（例えば、１６．０）に設定する。第１ポート噴射弁２６ａのみによる燃料噴射と、圧縮上死点近傍から所定量遅角させた固定点火時期による運転を実行する（ステップＳ１７０）。この固定点火時期は、例えば上死点から１０[ｄｅｇ]遅角させた時期Ａ１０とする。ステップＳ１６０又はＳ１７０の処理後、本ルーチンは終了される。
【００２９】
図６は、成層燃焼モード中、所定サイクル毎に実施される特徴的処理ルーチンのフローチャートである。図６に示すルーチンでは、まず、平均エンジン回転数と直近１サイクルのエンジン回転数とが取得される（ステップＳ１８０）。平均エンジン回転数は、例えば直近１００サイクルの平均エンジン回転数とする。続いて、次の関係式（１）が成立するか否かが判定される（ステップＳ１９０）。この所定割合は、例えば−２％とする。
（直近１サイクルのエンジン回転数−平均エンジン回転数）／平均エンジン回転数×１００＜所定割合（％） ・・・（１）
【００３０】
関係式（１）が成立しない場合には、エンジン回転低下なしと判断され、燃料噴射時期の学習値、具体的には噴射終了時期ＡＩＮＪの学習値が進角側に補正される（ステップＳ２００）。この学習値は、少しずつ進角され、例えば０．０１［ｄｅｇ］ずつ進角される。なお、図６では、圧縮上死点を０として進角側を「−」、遅角側を「＋」で表現している。
【００３１】
一方、関係式（１）が成立する場合には、エンジン回転低下ありと判断され、噴射終了時期ＡＩＮＪの学習値が遅角側に補正される（ステップＳ２１０）。この場合、失火を防ぐため、ステップＳ２００に比して大きく遅角される。例えば５［ｄｅｇ］遅角される。
【００３２】
ステップＳ２２０において、ステップＳ２００又はＳ２１０による学習値がＡＩＮＪマップに加えられ、新たな噴射終了時期ＡＩＮＪが設定される。ＥＣＵ５０には、図７に示すような、エンジン回転数と噴射終了時期ＡＩＮＪとの関係を定めたＡＩＮＪマップが予め記憶されている。
【００３３】
続いて、ステップＳ２３０において、学習値を反映した噴射終了時期ＡＩＮＪが、下死点近傍に設定された閾値よりも遅角しているか否かが判定される。この閾値は、例えば吸気下死点Ｂ１８０とする。そして、学習値を反映した噴射終了時期ＡＩＮＪが閾値よりも遅角している場合、すなわち、噴射終了時期ＡＩＮＪが遅角側の限界に達する場合には、この閾値を超える差分量に応じて点火時期を進角させると共に、この閾値を新たな噴射終了時期ＡＩＮＪとして再設定する（ステップＳ２４０）。具体的には、ＡＩＮＪからＢ１８０を減じた差分量で、固定点火時期Ａ１０（ステップＳ１７０で設定済み）を減算した値を新たな点火時期とする。また、この閾値を新たな噴射終了時期ＡＩＮＪとする。これにより、混合気が気筒１２内に吸入されない状況を防ぎつつ、燃料噴射時期から点火時期までの適切なインターバルが確保され、失火を防止することができる。
【００３４】
以上説明したように、図４〜図５の処理ルーチンによれば、始動直後の触媒床温上昇のため、点火時期を固定点火時期まで遅角させ、一方の吸気ポートのみで燃料噴射させる成層燃焼モードを実行する。この場合において、図６の処理ルーチンによれば、混合気が気筒１２内に吸入されない状況を防ぎつつ、燃料噴射時期から点火時期までの適切なインターバルが確保され、中央点火プラグ３０周辺の混合気を成層燃焼可能な燃料密度とする混合気のコントロールを実現することができる。
【００３５】
ところで、上述した実施の形態１のシステムにおいては、成層燃焼モードにおいて、第１ポート噴射弁２６ａから燃料を噴射させることとしているが、これに限定されるものではない。燃焼室１４の片側で主に燃焼させると、例えば中央点火プラグ３０、ピストン２３等の片側が汚染されやすく、又、気筒１２内に熱の歪が発生しやすい。そこで、２つのポート噴射弁２６ａ、２６ｂから交互に燃料を噴射させることとしてもよい。交互に噴射させることで、その歪を取り、異常摩耗等を防止し、点火プラグ等の汚損変化を低減することができる。
【００３６】
尚、上述した実施の形態１においては、第１ポート噴射弁２６ａが前記第１の発明における「一方のポート噴射弁」に、中央点火プラグ３０が前記第１の発明における「中央点火プラグ」に、それぞれ相当している。また、ＥＣＵ５０が、図４〜図６による処理ルーチンを実行することで前記第１の発明における「成層燃焼制御手段」が、上記ステップＳ２１０の処理を実行することにより前記第２の発明における「燃料噴射時期遅角手段」が、上記ステップＳ２４０の処理を実行することにより前記第２の発明における「噴射−点火間隔保持手段」が、それぞれ実現されている。
【００３７】
実施の形態２．
次に、図８〜図１０を参照して本発明の実施の形態２について説明する。本実施形態のシステムは図１に示す構成において、ＥＣＵ５０に後述する図９及び、前述の図４、図６のルーチンを実施させることで実現することができる。
【００３８】
［実施の形態２における特徴的制御］
実施の形態１では、一方のポート噴射弁からのみ燃料を噴射させることとしている。しかし、エンジン設計によってはタンブル流が少ない場合もある。この場合には、燃料の拡散速度が遅く、その速度を早める必要がある。そこで、本実施の形態のシステムでは、一方のポート噴射弁による燃料噴射を主としつつも、他方のポート噴射弁からも少量の燃料噴射を行うことで、前記中央点火プラグ周辺の混合気を成層燃焼可能な燃料密度とするまでの燃料の拡散時間を短縮することとした。
【００３９】
図８は、本実施形態のシステムにおいて成層燃焼を実現する手法を説明するための模式図である。（Ａ）は、吸気行程において第１ポート噴射弁２６ａから主噴射（多噴射量）が、第２ポート噴射弁２６ｂから副噴射（主噴射よりも少噴射量）がされる様子を表している。（Ｂ）は、圧縮行程の開始直後において、第１吸気ポート１６ａから空気と主噴射燃料との濃混合気が、第２吸気ポート１６ｂから空気と副噴射燃料と薄混合気が気筒１２内に吸入された直後の初期状態を表している。両方のポート噴射弁からの噴射によれば、（Ｚ）の実線７２に示すように、片方のポート噴射弁からのみ噴射させた場合（実線７０）に比して、中央点火プラグ３０付近の燃料密度（Ａ／Ｆ）は高まっている。（Ｃ）は、圧縮行程の途中において、タンブル流内で側方方向への拡散が一定程度進んだ拡散状態を表している。この拡散状態では（Ｚ）の実線７４に示すように、中央点火プラグ３０付近の燃料密度が可燃域に入る。本実施形態のシステムでは、この可燃域・成層状態において中央点火プラグ３０に火花点火させて成層燃焼を実現する。
【００４０】
（フローチャートの説明）
図９は、上述の機能を実現するために、ＥＣＵ５０が実行する制御ルーチンのフローチャートである。このルーチンでは、図４で選択された運転モードに基づいてアクチュエータの設定をする。まず、均質燃焼モードと成層燃焼モードのいずれの運転モードが選択されているかが判定される（ステップＳ２００）。均質燃焼モードが選択されている場合は、目標空燃比をストイキ（１４．５）に設定する。また、ポート噴射弁２６ａ、２６ｂの両方による均等な燃料噴射と、点火時期マップに従った点火時期による運転を実行する（ステップＳ２１０）。この点火時期マップは、予めＥＣＵ５０に記憶されている。
【００４１】
一方、成層燃焼モードが選択されている場合には、目標空燃比をリーン（例えば、１６．０）に設定する。また、第１ポート噴射弁２６ａによる主噴射及び第２ポート噴射弁２６ｂによる副噴射と、圧縮上死点近傍から所定量遅角させた固定点火時期による運転を実行する（ステップＳ２２０）。この主噴射と副噴射との噴射割合は、例えば７：３とする。この固定点火時期は、例えば上死点から１０[ｄｅｇ]遅角させた時期Ａ１０とする。ステップＳ２１０又はＳ２２０の処理後、本ルーチンは終了される。その後、上述の図６と同様の処理ルーチンが実行される。
【００４２】
以上説明したように、本実施形態のシステムによれば、タンブル流が少ないシステム構成であっても、上述した実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
【００４３】
ところで、上述した実施の形態２のシステムにおいては、成層燃焼モードにおいて、第１ポート噴射弁２６ａから主噴射を、第２ポート噴射弁２６ｂから副噴射をすることとしているが、これに限定されるものではない。燃焼室１４の片側で主に燃焼させると、例えば中央点火プラグ３０、ピストン２３等の片側が汚染されやすく、又、気筒１２内に熱の歪が発生しやすい。そこで、２つのポート噴射弁２６ａ、２６ｂの噴射量を交互に切り替えて噴射させることとしてもよい（図１０）。交互に噴射させることで、その歪を取り、異常摩耗等を防止し、点火プラグ等の汚損変化を低減することができる。
【符号の説明】
【００４４】
１０ 内燃機関
１２ 気筒
１４ 燃焼室
１６ａ、１６ｂ 第１吸気ポート、第２吸気ポート
１８ａ、１８ｂ 第１吸気弁、第２吸気弁
２０ａ、２０ｂ 排気ポート
２２ａ、２２ｂ 排気弁
２３ ピストン
２４ 吸気通路
２６ａ、２６ｂ 第１ポート噴射弁、第２ポート噴射弁
２８ シリンダヘッド
３０ 中央点火プラグ
５２ クランク角センサ
５４ アクセル開度センサ
【技術分野】
【０００１】
この発明は、内燃機関の制御装置に係り、特に、複数の吸気ポートそれぞれにポート噴射弁を備えた内燃機関の制御を実行するのに好適な内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特許文献１（特開２０１０−７７８７４号公報）に開示されるように、１つの燃焼室に対して２つの吸気ポートが接続され、吸気ポート毎にポート噴射弁が設けられた、ポート噴射式のデュアルインジェクション構成の内燃機関が知られている。上記内燃機関では、両方の吸気ポートから導入される空気により筒内にタンブル流が形成される。また、吸気弁の動弁特性を自在に設定できる動弁機構が設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−７７８７４号公報
【特許文献２】特開平３−１８５２１３号公報
【特許文献３】特開２００８−１８０１８４号公報
【特許文献４】特開２００４−７６６６８号公報
【特許文献５】特開２００８−１６３７４９号公報
【特許文献６】特開２００６−２９１８７７号公報
【特許文献７】特開２００２−３０９７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上述のポート噴射式のデュアルインジェクション構成の内燃機関において、始動直後の触媒床温上昇が求められる場合がある。この場合に、空燃比が希薄な条件で点火時期を遅角させるべく成層燃焼を実現することが考えられる。しかしながら、通常、上記構成の内燃機関においては、両方の吸気ポートから空気が吸入され、両方のポート噴射弁から燃料が噴射され、空気と噴射燃料とを連動して筒内に吸入するため均質性が良い。リーン限界を高めるため、弁停止機構を設けることも考えられるが、それではコストアップは避けられない。単純な構成で成層燃焼を実現し、また、成層度の高い状態で点火できることが望まれる。
【０００５】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、ポート噴射式のデュアルインジェクション構成の内燃機関において、複雑な構成を要さず低コストで安定した成層燃焼を実現することの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】
【０００６】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、１つの燃焼室に対して２つの吸気ポートが並設され、両方の吸気ポートから導入される空気により筒内にタンブル流が形成される内燃機関の制御装置であって、
前記燃焼室の中央部に設けられた中央点火プラグと、
前記２つの吸気ポートにそれぞれ設けられ、吸気ポート内に燃料を噴射可能なポート噴射弁と、
前記２つの吸気ポートから筒内に空気を吸入し、かつ、前記ポート噴射弁のうち一方のポート噴射弁から燃料を噴射させ、前記２つの吸気ポートのうち一方の吸気ポートからは空気と噴射燃料との混合気を、他方の吸気ポートからは空気を筒内に吸入する成層燃焼モードにおいて、所定点火時期に前記中央点火プラグ周辺の混合気を成層燃焼可能な燃料密度とするように、前記一方のポート噴射弁の燃料噴射時期を制御する成層燃焼制御手段と、を備えることを特徴とする。
【０００７】
また、第２の発明は、第１の発明において、
前記成層燃焼モードは、始動直後に触媒床温を上昇させる場合に実行され、
前記成層燃焼制御手段は、
エンジン回転数低下が検出された場合に、前記一方のポート噴射弁の燃料噴射時期を遅角させる燃料噴射時期遅角手段と、
前記燃料噴射時期遅角手段により燃料噴射時期を遅角させる場合に、燃料噴射時期が閾値を超える場合には、前記閾値を超える差分量に応じて点火時期を進角させると共に、前記閾値を燃料噴射時期として再設定する噴射−点火間隔保持手段と、を更に備えることを特徴とする。
【０００８】
また、第３の発明は、第１又は第２の発明において、
前記一方のポート噴射弁と他方のポート噴射弁の制御状態を、所定サイクル毎に交互に切り替えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
第１の発明によれば、ポート噴射式のデュアルインジェクション構成の内燃機関において、複雑な構成を要さず低コストで安定した成層燃焼を実現することができる。
【００１０】
第２の発明によれば、混合気が気筒内に吸入されない状況を防ぎつつ、燃料噴射時期から点火時期までの適切なインターバルが確保され、失火を防止することができる。
【００１１】
第３の発明によれば、噴射状態を交互に切り替えることにより、筒内の熱の歪みを取り、異常摩耗等を防止し、中央点火プラグやピストンの汚損変化を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態１に係るシステム構成を説明するための図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係るシステムにおいて成層燃焼を実現する手法を説明するための模式図である。
【図３】圧縮行程における混合気の拡散過程について説明するための模式図である。
【図４】本発明の実施の形態１において、ＥＣＵ５０が実行する制御ルーチンのフローチャートであり、始動直後の運転モードを選択するルーチンである。
【図５】本発明の実施の形態１において、ＥＣＵ５０が実行する制御ルーチンのフローチャートであり、選択された運転モードに基づいてアクチュエータの設定をするルーチンである。
【図６】本発明の実施の形態１において、ＥＣＵ５０が実行する制御ルーチンのフローチャートであり、成層燃焼モード中、所定サイクル毎に実施されるルーチンである。
【図７】エンジン回転数と噴射終了時期ＡＩＮＪとの関係を定めたＡＩＮＪマップを示す図である。
【図８】本発明の実施の形態２に係るシステムにおいて、成層燃焼を実現する手法を説明するための模式図である。
【図９】本発明の実施の形態２において、ＥＣＵ５０が実行する制御ルーチンのフローチャートである。
【図１０】本発明の実施の形態２における変形例を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。
【００１４】
実施の形態１．
［実施の形態１の基本的構成］
図１は、本発明の実施の形態１に係るシステム構成を説明するための図である。図１には、本実施形態における内燃機関の燃焼室及び吸気ポート付近の平面図（Ａ）と縦断面図（Ｂ）とが示されている。図１に示す内燃機関（エンジン）１０は、車両に搭載され、その動力源とされる４サイクルエンジンである。なお、平面図（Ａ）の下方が車両のフロント側を、上方がリア側を示している。内燃機関１０は、複数の気筒１２を備えている。図１には、そのうちの１つの気筒１２が示されている。気筒１２内には、燃焼室１４が形成されている。
【００１５】
燃焼室１４には、第１吸気ポート１６ａと第２吸気ポート１６ｂの２つの吸気ポートが並設されている。第１吸気ポート１６ａの下流端には、第１吸気ポート１６ａを燃焼室１４に対して開閉する第１吸気弁１８ａが設けられている。第２吸気ポート１６ｂの下流端には、第２吸気ポート１６ｂを燃焼室１４に対して開閉する第２吸気弁１８ｂが設けられている。同様に、燃焼室１４には、２つの排気ポート２０ａ、２０ｂが接続されている。排気ポート２０ａ、２０ｂの上流端には、それぞれの排気ポートを燃焼室１４に対して開閉する排気弁２２ａ、２２ｂが設けられている。排気ポート２０ａ、２０ｂ下流の排気通路には図示しない触媒が設けられている。
【００１６】
吸気ポート１６ａ、１６ｂは、吸気弁１８ａ、１８ｂが共に開弁状態において、吸気流を気筒１２内に導入して、気筒１２内にタンブル流の主流を生成するように構成されている。例えば、吸気ポート１６ａ、１６ｂは並設され、その下流端はピストン２３の頂面に向かって開口し、燃焼室１４の斜め上方から排気側のボア壁に向かって吸気流を導入するように形成されている。
【００１７】
吸気ポート１６ａ、１６ｂの上流部は共通の吸気通路２４に合流している。第１吸気ポート１６ａには、第１吸気ポート１６ａ内に燃料を噴射する第１ポート噴射弁２６ａが、第２吸気ポート１６ｂには、第２吸気ポート１６ｂ内に燃料を噴射する第２ポート噴射弁２６ｂが取り付けられている。このように、内燃機関１０は、１つの気筒に対して２つのポート噴射式の燃料噴射弁を有するデュアルインジェクション採用の内燃機関である。
【００１８】
また、燃焼室１４は、シリンダヘッド２８の下面と気筒１２の内壁とピストン２３の頂面との間に形成されている。シリンダヘッド２８に下面により形成された燃焼室１４の天井壁の中央部には、中央点火プラグ３０の火花放電部が配設されている。
【００１９】
本実施形態のシステムはＥＣＵ（Electronic Control Unit）５０を備えている。ＥＣＵ５０の入力側には、クランク角を検出するためのクランク角センサ５２、運転者に操作されるアクセルの踏み込み量を検出するアクセル開度センサ５４等の内燃機関１０の運転状態を検出するための各種センサが接続されている。また、ＥＣＵ５０の出力部には、上述した第１ポート噴射弁２６ａ、第２ポート噴射弁２６ｂ、中央点火プラグ３０等の内燃機関１０の運転状態を制御するための各種アクチュエータが接続されている。ＥＣＵ５０は、上述した各種センサの出力に基づき、所定のプログラムに従って各種アクチュエータを作動させることにより、内燃機関１０の運転状態を制御する。
【００２０】
［実施の形態１における特徴的構成］
本実施形態のシステムでは、始動直後の触媒床温上昇のため、空燃比（Ａ／Ｆ）が希薄な条件で点火時期を遅角させるため成層運転を実施する。本実施形態のシステムでは、成層燃焼を実現する運転モードにおいて、吸気行程において両方の吸気ポート１６ａ、１６ｂから気筒１２内に空気を導入させ、かつ、ポート噴射弁２６ａ、２６ｂのうち一方のポート噴射弁から燃料を噴射させる。これにより、２つの吸気ポート１６ａ、１６ｂのうち一方の吸気ポートからは空気と噴射燃料との混合気が、他方の吸気ポートからは空気のみが気筒１２内に導入される。上述したように、吸気弁１８ａ、１８ｂが両方開弁状態において、気筒１２内にはタンブル流の主流が生成される。一方の吸気ポート側でのみ燃料噴射がされているため、タンブル流中、混合気の燃料密度は異なる。タンブル流内での側方方向への拡散は遅いため、混合ガスは、圧縮行程で徐々に燃料噴射側から非燃料噴射側へと拡散していく。
【００２１】
図２は、本実施形態のシステムにおいて成層燃焼を実現する手法を説明するための模式図である。（Ａ）は、吸気行程において第１ポート噴射弁２６ａから燃料噴射がされる様子を表している。（Ｂ）は、圧縮行程の開始直後において、第１吸気ポート１６ａから空気と噴射燃料との混合気が、第２吸気ポート１６ｂからは空気のみが気筒１２に導入された直後の初期状態を表している。この初期状態では（Ｚ）の実線６０で示すように、中央点火プラグ３０付近の燃料密度（Ａ／Ｆ）が可燃域を下回っている。（Ｃ）は、圧縮行程の途中において、タンブル流内で側方方向への拡散が一定程度進んだ拡散状態を表している。この拡散状態では（Ｚ）の実線６２で示すように、中央点火プラグ３０付近の燃料密度が可燃域に入る。本実施形態のシステムでは、この可燃域・成層状態において中央点火プラグ３０に火花点火させて成層燃焼を実現する。この手法によれば、２つのポート噴射弁を有するデュアルインジェクション構成において、弁停止機構などを要さない低コスト構成で成層燃焼を実現することができる。
【００２２】
図３は、圧縮行程における混合気の拡散過程について説明するための模式図である。（Ａ）、（Ｂ）については、それぞれ図２の（Ａ）、（Ｂ）と同様であるため説明は省略する。（Ｃ）は、完全拡散後の均質状態を表している。この均質状態では（Ｚ）の実線６６に示すように、中央点火プラグ３０付近の燃料密度が可燃域から外れてしまう。このように、拡散の時間が長すぎると、気筒１２内で均質化が進み可燃混合域を外れ、失火が発生し、エンジン回転低下が発生することとなる。
【００２３】
すなわち、成層燃焼を好適に維持するには、燃料噴射から点火までの拡散の時間を制御することが重要である。そこで、本実施形態のシステムでは、更に、前記中央点火プラグ３０周辺の混合気が成層燃焼可能な燃料密度（目標均質度）となるように、燃料噴射から点火までの拡散の時間を制御することとした。
【００２４】
具体的な制御について説明する。ここでは、始動直後の触媒床温上昇のため、空燃比（Ａ／Ｆ）が希薄な条件で点火時期を遅角させ、図１で述べた手法により成層運転を実施している場合を想定する。本実施形態のシステムでは、所定間隔で失火による回転低下を判定する。（１）回転低下が検出された場合は、燃料噴射時期を遅角する。燃料噴射から点火までの時間を短縮することにより、混合気の燃料成層度が高まる。その結果、失火を抑制しエンジン回転低下を防止することができる。（２）一方、失火が発生せず回転低下が検出されない場合には、ゆっくり点火時期を早める。点火時期を早めることで、点火プラグの汚損を低減することができる。
【００２５】
ここで、（１）の制御によれば、エンジン回転低下があった場合、燃料噴射時期を遅角化することにより失火を回避することとしている。しかしながら、吸気下死点以降では吸気流速が遅くなるため、ポート噴射された燃料は、気筒１２内へ吸入され難くなる。そこで、本発明における制御では、先の回転低下が発生した際に、燃料噴射時期が遅角側の限界に達する場合には、その分だけ点火時期を進角させることとした。これにより、燃料噴射から点火までの適切なインターバルが確保され、失火を防止することができる。
【００２６】
すなわち、本実施形態における混合気のコントロールは、燃料噴射時期と点火のインターバルで行い、成層度を挙げる為、先ずは燃料噴射時期を遅角し、噴射遅角限界後は点火時期進角を行うこととした。
【００２７】
（フローチャートの説明）
図４〜図６は、上述の動作を実現するために、ＥＣＵ５０が実行する制御ルーチンのフローチャートである。まず、始動直後の運転モードを選択する制御フローについて図４を用いて説明する。図４に示すルーチンでは、まず、始動直後であるか否かが判定される（ステップ１００）。例えば、始動後５ｓ〜２０ｓである場合には始動直後であると判定される。次に、アクセル開度が全閉であるか否かが判定される（ステップＳ１１０）。さらに、エンジン回転数が所定回転数より高いか否かが判定される（ステップＳ１２０）。エンジン回転数はクランク角センサ５２の検出値から算出される。所定回転数は、例えば１０００［ｒｐｍ］とする。そして、ステップＳ１００〜Ｓ１２０の各条件が成立し、始動直後の触媒床温上昇を図ることが可能と判断される場合には、成層燃焼モードが選択される（ステップＳ１３０）。一方、ステップＳ１００、Ｓ１１０、Ｓ１２０のいずれかの条件が成立しない場合には、均質燃焼モードが選択される（ステップＳ１４０）。
【００２８】
図５では、図４で選択された運転モードに基づいてアクチュエータの設定をする制御ルーチンが実行される。図５に示すルーチンでは、まず、図４のルーチンにより均質燃焼モードと成層燃焼モードのいずれの運転モードが選択されているかが判定される（ステップＳ１５０）。均質燃焼モードが選択されている場合は、目標空燃比をストイキ（１４．５）に設定する。また、ポート噴射弁２６ａ、２６ｂの両方による均等な燃料噴射と、点火時期マップに従った点火時期による運転を実行する（ステップＳ１６０）。この点火時期マップは、予めＥＣＵ５０に記憶されている。一方、成層燃焼モードが選択されている場合には、目標空燃比をリーン（例えば、１６．０）に設定する。第１ポート噴射弁２６ａのみによる燃料噴射と、圧縮上死点近傍から所定量遅角させた固定点火時期による運転を実行する（ステップＳ１７０）。この固定点火時期は、例えば上死点から１０[ｄｅｇ]遅角させた時期Ａ１０とする。ステップＳ１６０又はＳ１７０の処理後、本ルーチンは終了される。
【００２９】
図６は、成層燃焼モード中、所定サイクル毎に実施される特徴的処理ルーチンのフローチャートである。図６に示すルーチンでは、まず、平均エンジン回転数と直近１サイクルのエンジン回転数とが取得される（ステップＳ１８０）。平均エンジン回転数は、例えば直近１００サイクルの平均エンジン回転数とする。続いて、次の関係式（１）が成立するか否かが判定される（ステップＳ１９０）。この所定割合は、例えば−２％とする。
（直近１サイクルのエンジン回転数−平均エンジン回転数）／平均エンジン回転数×１００＜所定割合（％） ・・・（１）
【００３０】
関係式（１）が成立しない場合には、エンジン回転低下なしと判断され、燃料噴射時期の学習値、具体的には噴射終了時期ＡＩＮＪの学習値が進角側に補正される（ステップＳ２００）。この学習値は、少しずつ進角され、例えば０．０１［ｄｅｇ］ずつ進角される。なお、図６では、圧縮上死点を０として進角側を「−」、遅角側を「＋」で表現している。
【００３１】
一方、関係式（１）が成立する場合には、エンジン回転低下ありと判断され、噴射終了時期ＡＩＮＪの学習値が遅角側に補正される（ステップＳ２１０）。この場合、失火を防ぐため、ステップＳ２００に比して大きく遅角される。例えば５［ｄｅｇ］遅角される。
【００３２】
ステップＳ２２０において、ステップＳ２００又はＳ２１０による学習値がＡＩＮＪマップに加えられ、新たな噴射終了時期ＡＩＮＪが設定される。ＥＣＵ５０には、図７に示すような、エンジン回転数と噴射終了時期ＡＩＮＪとの関係を定めたＡＩＮＪマップが予め記憶されている。
【００３３】
続いて、ステップＳ２３０において、学習値を反映した噴射終了時期ＡＩＮＪが、下死点近傍に設定された閾値よりも遅角しているか否かが判定される。この閾値は、例えば吸気下死点Ｂ１８０とする。そして、学習値を反映した噴射終了時期ＡＩＮＪが閾値よりも遅角している場合、すなわち、噴射終了時期ＡＩＮＪが遅角側の限界に達する場合には、この閾値を超える差分量に応じて点火時期を進角させると共に、この閾値を新たな噴射終了時期ＡＩＮＪとして再設定する（ステップＳ２４０）。具体的には、ＡＩＮＪからＢ１８０を減じた差分量で、固定点火時期Ａ１０（ステップＳ１７０で設定済み）を減算した値を新たな点火時期とする。また、この閾値を新たな噴射終了時期ＡＩＮＪとする。これにより、混合気が気筒１２内に吸入されない状況を防ぎつつ、燃料噴射時期から点火時期までの適切なインターバルが確保され、失火を防止することができる。
【００３４】
以上説明したように、図４〜図５の処理ルーチンによれば、始動直後の触媒床温上昇のため、点火時期を固定点火時期まで遅角させ、一方の吸気ポートのみで燃料噴射させる成層燃焼モードを実行する。この場合において、図６の処理ルーチンによれば、混合気が気筒１２内に吸入されない状況を防ぎつつ、燃料噴射時期から点火時期までの適切なインターバルが確保され、中央点火プラグ３０周辺の混合気を成層燃焼可能な燃料密度とする混合気のコントロールを実現することができる。
【００３５】
ところで、上述した実施の形態１のシステムにおいては、成層燃焼モードにおいて、第１ポート噴射弁２６ａから燃料を噴射させることとしているが、これに限定されるものではない。燃焼室１４の片側で主に燃焼させると、例えば中央点火プラグ３０、ピストン２３等の片側が汚染されやすく、又、気筒１２内に熱の歪が発生しやすい。そこで、２つのポート噴射弁２６ａ、２６ｂから交互に燃料を噴射させることとしてもよい。交互に噴射させることで、その歪を取り、異常摩耗等を防止し、点火プラグ等の汚損変化を低減することができる。
【００３６】
尚、上述した実施の形態１においては、第１ポート噴射弁２６ａが前記第１の発明における「一方のポート噴射弁」に、中央点火プラグ３０が前記第１の発明における「中央点火プラグ」に、それぞれ相当している。また、ＥＣＵ５０が、図４〜図６による処理ルーチンを実行することで前記第１の発明における「成層燃焼制御手段」が、上記ステップＳ２１０の処理を実行することにより前記第２の発明における「燃料噴射時期遅角手段」が、上記ステップＳ２４０の処理を実行することにより前記第２の発明における「噴射−点火間隔保持手段」が、それぞれ実現されている。
【００３７】
実施の形態２．
次に、図８〜図１０を参照して本発明の実施の形態２について説明する。本実施形態のシステムは図１に示す構成において、ＥＣＵ５０に後述する図９及び、前述の図４、図６のルーチンを実施させることで実現することができる。
【００３８】
［実施の形態２における特徴的制御］
実施の形態１では、一方のポート噴射弁からのみ燃料を噴射させることとしている。しかし、エンジン設計によってはタンブル流が少ない場合もある。この場合には、燃料の拡散速度が遅く、その速度を早める必要がある。そこで、本実施の形態のシステムでは、一方のポート噴射弁による燃料噴射を主としつつも、他方のポート噴射弁からも少量の燃料噴射を行うことで、前記中央点火プラグ周辺の混合気を成層燃焼可能な燃料密度とするまでの燃料の拡散時間を短縮することとした。
【００３９】
図８は、本実施形態のシステムにおいて成層燃焼を実現する手法を説明するための模式図である。（Ａ）は、吸気行程において第１ポート噴射弁２６ａから主噴射（多噴射量）が、第２ポート噴射弁２６ｂから副噴射（主噴射よりも少噴射量）がされる様子を表している。（Ｂ）は、圧縮行程の開始直後において、第１吸気ポート１６ａから空気と主噴射燃料との濃混合気が、第２吸気ポート１６ｂから空気と副噴射燃料と薄混合気が気筒１２内に吸入された直後の初期状態を表している。両方のポート噴射弁からの噴射によれば、（Ｚ）の実線７２に示すように、片方のポート噴射弁からのみ噴射させた場合（実線７０）に比して、中央点火プラグ３０付近の燃料密度（Ａ／Ｆ）は高まっている。（Ｃ）は、圧縮行程の途中において、タンブル流内で側方方向への拡散が一定程度進んだ拡散状態を表している。この拡散状態では（Ｚ）の実線７４に示すように、中央点火プラグ３０付近の燃料密度が可燃域に入る。本実施形態のシステムでは、この可燃域・成層状態において中央点火プラグ３０に火花点火させて成層燃焼を実現する。
【００４０】
（フローチャートの説明）
図９は、上述の機能を実現するために、ＥＣＵ５０が実行する制御ルーチンのフローチャートである。このルーチンでは、図４で選択された運転モードに基づいてアクチュエータの設定をする。まず、均質燃焼モードと成層燃焼モードのいずれの運転モードが選択されているかが判定される（ステップＳ２００）。均質燃焼モードが選択されている場合は、目標空燃比をストイキ（１４．５）に設定する。また、ポート噴射弁２６ａ、２６ｂの両方による均等な燃料噴射と、点火時期マップに従った点火時期による運転を実行する（ステップＳ２１０）。この点火時期マップは、予めＥＣＵ５０に記憶されている。
【００４１】
一方、成層燃焼モードが選択されている場合には、目標空燃比をリーン（例えば、１６．０）に設定する。また、第１ポート噴射弁２６ａによる主噴射及び第２ポート噴射弁２６ｂによる副噴射と、圧縮上死点近傍から所定量遅角させた固定点火時期による運転を実行する（ステップＳ２２０）。この主噴射と副噴射との噴射割合は、例えば７：３とする。この固定点火時期は、例えば上死点から１０[ｄｅｇ]遅角させた時期Ａ１０とする。ステップＳ２１０又はＳ２２０の処理後、本ルーチンは終了される。その後、上述の図６と同様の処理ルーチンが実行される。
【００４２】
以上説明したように、本実施形態のシステムによれば、タンブル流が少ないシステム構成であっても、上述した実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
【００４３】
ところで、上述した実施の形態２のシステムにおいては、成層燃焼モードにおいて、第１ポート噴射弁２６ａから主噴射を、第２ポート噴射弁２６ｂから副噴射をすることとしているが、これに限定されるものではない。燃焼室１４の片側で主に燃焼させると、例えば中央点火プラグ３０、ピストン２３等の片側が汚染されやすく、又、気筒１２内に熱の歪が発生しやすい。そこで、２つのポート噴射弁２６ａ、２６ｂの噴射量を交互に切り替えて噴射させることとしてもよい（図１０）。交互に噴射させることで、その歪を取り、異常摩耗等を防止し、点火プラグ等の汚損変化を低減することができる。
【符号の説明】
【００４４】
１０ 内燃機関
１２ 気筒
１４ 燃焼室
１６ａ、１６ｂ 第１吸気ポート、第２吸気ポート
１８ａ、１８ｂ 第１吸気弁、第２吸気弁
２０ａ、２０ｂ 排気ポート
２２ａ、２２ｂ 排気弁
２３ ピストン
２４ 吸気通路
２６ａ、２６ｂ 第１ポート噴射弁、第２ポート噴射弁
２８ シリンダヘッド
３０ 中央点火プラグ
５２ クランク角センサ
５４ アクセル開度センサ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つの燃焼室に対して２つの吸気ポートが並設され、両方の吸気ポートから導入される空気により筒内にタンブル流が形成される内燃機関の制御装置であって、
前記燃焼室の中央部に設けられた中央点火プラグと、
前記２つの吸気ポートにそれぞれ設けられ、吸気ポート内に燃料を噴射可能なポート噴射弁と、
前記２つの吸気ポートから筒内に空気を吸入し、かつ、前記ポート噴射弁のうち一方のポート噴射弁から燃料を噴射させ、前記２つの吸気ポートのうち一方の吸気ポートからは
空気と噴射燃料との混合気を、他方の吸気ポートからは空気を筒内に吸入する成層燃焼モードにおいて、所定点火時期に前記中央点火プラグ周辺の混合気を成層燃焼可能な燃料密度とするように、前記一方のポート噴射弁の燃料噴射時期を制御する成層燃焼制御手段と、
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】
前記成層燃焼モードは、始動直後に触媒床温を上昇させる場合に実行され、
前記成層燃焼制御手段は、
エンジン回転数低下が検出された場合に、前記一方のポート噴射弁の燃料噴射時期を遅角させる燃料噴射時期遅角手段と、
前記燃料噴射時期遅角手段により燃料噴射時期を遅角させる場合に、燃料噴射時期が閾値を超える場合には、前記閾値を超える差分量に応じて点火時期を進角させると共に、前記閾値を燃料噴射時期として再設定する噴射−点火間隔保持手段と、
を更に備えることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記一方のポート噴射弁と他方のポート噴射弁の制御状態を、所定サイクル毎に交互に切り替えること、
を特徴とする請求項１又は２記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１】
１つの燃焼室に対して２つの吸気ポートが並設され、両方の吸気ポートから導入される空気により筒内にタンブル流が形成される内燃機関の制御装置であって、
前記燃焼室の中央部に設けられた中央点火プラグと、
前記２つの吸気ポートにそれぞれ設けられ、吸気ポート内に燃料を噴射可能なポート噴射弁と、
前記２つの吸気ポートから筒内に空気を吸入し、かつ、前記ポート噴射弁のうち一方のポート噴射弁から燃料を噴射させ、前記２つの吸気ポートのうち一方の吸気ポートからは
空気と噴射燃料との混合気を、他方の吸気ポートからは空気を筒内に吸入する成層燃焼モードにおいて、所定点火時期に前記中央点火プラグ周辺の混合気を成層燃焼可能な燃料密度とするように、前記一方のポート噴射弁の燃料噴射時期を制御する成層燃焼制御手段と、
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】
前記成層燃焼モードは、始動直後に触媒床温を上昇させる場合に実行され、
前記成層燃焼制御手段は、
エンジン回転数低下が検出された場合に、前記一方のポート噴射弁の燃料噴射時期を遅角させる燃料噴射時期遅角手段と、
前記燃料噴射時期遅角手段により燃料噴射時期を遅角させる場合に、燃料噴射時期が閾値を超える場合には、前記閾値を超える差分量に応じて点火時期を進角させると共に、前記閾値を燃料噴射時期として再設定する噴射−点火間隔保持手段と、
を更に備えることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記一方のポート噴射弁と他方のポート噴射弁の制御状態を、所定サイクル毎に交互に切り替えること、
を特徴とする請求項１又は２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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１３−８７６７５（Ｐ２０１３−８７６７５Ａ）
【公開日】平成２５年５月１３日（２０１３．５．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２２７９９８（Ｐ２０１１−２２７９９８）
【出願日】平成２３年１０月１７日（２０１１．１０．１７）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月１３日（２０１３．５．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月１７日（２０１１．１０．１７）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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