JP2017190736A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】水噴射による過剰な燃焼抑制とその結果生じる失火のリスクを回避することができる内燃機関の制御装置を提供すること。【解決手段】筒内圧力を把握するための筒内圧センサ３０と、水を収容した水タンク４６と、水タンク４６内の水を水噴射インジェクタ４３へ圧送するポンプ４５と、開弁することで燃焼室７内に水を噴射する水噴射インジェクタ４３と、ＳＩ燃焼からＨＣＣＩ燃焼へ切り替える場合、新気が気筒内に流入して安定なリーンＨＣＣＩ運転となるまでの所定サイクル数Ｙの間、最大筒内圧が目標最大筒内圧になるように水噴射を行なわせるＥＣＵ３と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関する。

従来、ガソリンエンジン等の内燃機関の燃焼形態としては、点火プラグからの火花放電により強制的に混合気を着火させるＳＩ（Spark Ignition）燃焼が広く一般的であったが、近年、気筒内に高温の既燃ガスを導入して混合気を自着火させる予混合圧縮自着火燃焼を燃焼形態として利用するガソリンエンジンの開発が進められている。ここで、予混合圧縮自着火燃焼は、ＨＣＣＩ（Homogeneous Charge Compression Ignition）燃焼と称される。

このようなＨＣＣＩ燃焼機能を備える内燃機関において、排気行程から吸気行程にかけて吸気弁と排気弁とをともに閉じて、排ガスを内部ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）ガスとして燃焼室に封鎖させる負のバルブオーバーラップ（ＮＶＯ：Negative Valve Overlap）期間を設け、内部ＥＧＲガスにより燃焼室内の温度である筒内温度を高温にするものがある。

ＳＩ燃焼とＨＣＣＩ燃焼を切り替える内燃機関において、ＳＩ燃焼からＨＣＣＩ燃焼へ切り替える際に、ＮＶＯ期間を増やすことで内部ＥＧＲ量を増やしている。ＳＩ燃焼からＨＣＣＩ燃焼への切り替え直後は、ＳＩ燃焼による排気の温度が高いため、ＨＣＣＩ燃焼開始時の着火時期が許容値以上に早期化する。この着火時期の早期化によって、燃焼温度が高温となるとともに圧力上昇率が増大することにより、振動の増大や騒音の悪化が発生する。

特許文献１では、火花点火式燃焼から圧縮着火式燃焼へ切り替える際に、排気温度に基づいて内部ＥＧＲ量等の操作量を補正し、排気温度が所定値以内となったときに各操作量を圧縮着火式燃焼の設定値としている。

また、特許文献２では、火花点火運転から自着火運転へと運転を切り換えるとき、運転切換え直前の最後の火花点火に基づく燃焼により生成された燃焼ガスが燃焼室から排出され始めた後の所定のタイミングにて水などの液体を１回または２回噴射するようにしている。

噴射する水は、車両内の水タンクに貯蔵され、そこへユーザが水を充填したり、外部ＥＧＲや排気管で凝縮する水をタンクに貯めたりして運用されている。また、水の噴射量は、エンジン負荷やエンジン回転数によって決定される（段落００８４参照）。

特開２００７−２４７４７９号公報 特開２００６−１７０８２号公報

しかしながら、上述の特許文献１に記載のものでは、内燃機関が高負荷で運転されている場合は、内部ＥＧＲガス温度が高いため、ＨＣＣＩ燃焼開始時に急峻な燃焼が発生する。その結果、最大筒内圧が増加し、燃焼騒音の悪化や振動の増大が発生する。

また、上述の特許文献２に記載のものでは、ＳＩ燃焼からＨＣＣＩ燃焼への切り替えを多用するような状況では、水タンク中の水量が不足し、ＳＩ燃焼からＨＣＣＩ燃焼への切り替え時に必要な水を噴射できず、上述の問題を解決できない。

一方、内燃機関の冷却水温や吸気温が低く、ＨＣＣＩ燃焼が発生しにくい状況では、水噴射により失火する恐れがある。

そこで、本発明は、水噴射による過剰な燃焼抑制とその結果生じる失火のリスクを回避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している。

上記課題を解決するため本発明は、火花点火燃焼と圧縮自着火燃焼とが切り替え可能に構成された内燃機関の制御装置であって、前記内燃機関の気筒内の圧力を検出する筒内圧センサと、前記火花点火燃焼から前記圧縮自着火燃焼へ切り替える場合に、前記気筒内の新気量が前記圧縮自着火燃焼に必要な量となるまで、前記気筒内の最大筒内圧が目標値となるように前記気筒内へ水噴射を行なわせる制御部と、を備えるものである。

このように本発明によれば、水噴射による過剰な燃焼抑制とその結果生じる失火のリスクを回避することができる内燃機関の制御装置を提供することができる。

図１は、本発明の一実施形態に係る内燃機関の制御装置の概略構成図である。 図２は、本発明の一実施形態に係る内燃機関の制御装置の目標最大筒内圧を求めるマップの例を示すグラフである。 図３は、本発明の一実施形態に係る内燃機関の制御装置の噴射指令時間を求めるマップの例を示すグラフである。 図４は、本発明の一実施形態に係る内燃機関の制御装置の着火前筒内温度予測マップの例を示すグラフである。 図５は、本発明の一実施形態に係る内燃機関の制御装置の水噴射量マップの例を示すグラフである。 図６は、本発明の一実施形態に係る内燃機関の制御装置の水噴射制御処理の手順を示すフローチャートである。 図７は、本発明の一実施形態に係る内燃機関の制御装置の水噴射量決定ロジックの手順を示すフローチャートである。 図８は、本発明の一実施形態に係る内燃機関の制御装置の水噴射制御処理による水噴射インジェクタの動作を示すタイムチャートである。 図９は、本発明の一実施形態に係る内燃機関の制御装置の水噴射制御処理による最大筒内圧の変化を示すタイムチャートである。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る内燃機関の制御装置について詳細に説明する。

図１において、本発明の一実施形態に係る内燃機関の制御装置を搭載した車両１は、内燃機関型のエンジン２と、制御部としてのＥＣＵ（Electronic Control Unit）３とを含んで構成される。

エンジン２には、気筒としてのシリンダ５が形成されている。シリンダ５には、このシリンダ５内を上下に往復動可能なピストン６が収納されている。また、シリンダ５の上部には、燃焼室７が設けられている。この燃焼室７には、シリンダ５の内部の圧力である筒内圧力を把握するための筒内圧センサ３０が設けられている。

エンジン２は、シリンダ５内でピストン６が２往復する間に、吸気行程、圧縮行程、膨張行程および排気行程からなる一連の４行程を行なう、いわゆる４サイクルのガソリンエンジンである。

また、ピストン６は、不図示のコネクティングロッドを介してクランクシャフトと連結している。コネクティングロッドは、ピストン６の往復運動をクランクシャフトの回転運動に変換するようになっている。

また、燃焼室７には、点火プラグ８と、インジェクタ９が設けられている。点火プラグ８は、燃焼室７内に電極を突出させた状態で配設され、ＥＣＵ３によってその点火時期が制御されるようになっている。インジェクタ９は、図示しない燃料タンクから燃料ポンプによって供給された燃料を燃焼室７内に噴射する、いわゆる筒内噴射式の燃料噴射弁である。

エンジン２には、吸気ポート１１と、排気ポート２１が設けられている。吸気ポート１１は、燃焼室７と後述する吸気通路１６ａとを連通するようになっている。また、吸気ポート１１には、吸気弁１２が設けられている。

吸気弁１２は、吸気通路１６ａと燃焼室７とを連通または遮断するように開閉されるようになっている。吸気弁１２の開閉は、吸気側可変動弁機構１３によって行なわれるようになっている。

吸気側可変動弁機構１３としては、例えば電磁石とスプリング等から構成された電磁アクチュエータにより吸気弁１２の開閉を行なう電磁式の可変動弁機構を用いることができる。具体的には、吸気側可変動弁機構１３は、電磁石の励磁によって吸気弁１２に固定された可動部を吸引することで、スプリングによって常時閉弁方向に付勢されている吸気弁１２を開弁方向に移動させるようになっている。

なお、吸気側可変動弁機構１３としては、電磁アクチュエータに替えて油圧アクチュエータを用いた油圧式の可変動弁機構を用いてもよい。また、吸気側可変動弁機構１３として、主カムおよび副カム等のカム部材を用いて吸気弁１２の開閉時期を変更可能な機械式の可変動弁機構を用いても構わない。

さらに、この吸気側可変動弁機構１３は、例えば電磁石に対する励磁電流がＥＣＵ３によって調整されることにより、吸気弁１２の開閉時期とともに吸気弁１２のリフト量を連続的に変化させることが可能な構成であってもよい。

また、吸気ポート１１には、吸気マニホールド１４が接続されている。吸気マニホールド１４の吸気が流れる吸気方向の上流側には、サージタンク１５が設けられている。

サージタンク１５の吸気方向の上流側には、吸気管１６が接続されている。この吸気管１６の内部には、吸気ポート１１と連通する吸気通路１６ａが形成されている。吸気通路１６ａには、電子制御式のスロットルバルブ１７が設けられている。スロットルバルブ１７は、ＥＣＵ３に電気的に接続されている。

スロットルバルブ１７は、ＥＣＵ３からの指令信号に応じてスロットル開度が制御されることで、エンジン２の吸入空気量を調整するようになっている。スロットルバルブ１７には、スロットル開度を検出するスロットル開度センサ１８が設けられている。

一方、排気ポート２１には、排気弁２２が設けられている。排気弁２２は、後述する排気通路２４ａと燃焼室７とを連通または遮断するように開閉されるようになっている。排気弁２２の開閉は、排気側可変動弁機構２３によって行なわれるようになっている。

排気側可変動弁機構２３は、上述した吸気側可変動弁機構１３と同様の構成であるため、詳細な説明を省略するが、電磁石の励磁、非励磁がＥＣＵ３によって制御されることで、排気弁２２の開閉時期が任意に変更される。なお、排気側可変動弁機構２３として、電磁アクチュエータに替えて油圧アクチュエータを用いた油圧式の可変動弁機構を用いてもよい。また、排気側可変動弁機構２３として、主カムおよび副カム等のカム部材を用いて排気弁２２の開閉時期を変更可能な機械式の可変動弁機構を用いても構わない。したがって、ＥＣＵ３は、排気弁２２の開弁期間を容易に調整することができる。

また、排気ポート２１には、排気管２４が接続されている。この排気管２４の内部には、排気ポート２１と連通する排気通路２４ａが形成されている。

このエンジン２には、吸気通路１６ａと排気通路２４ａとを連通する排気還流管４１が設けられている。排気還流管４１は、排気の一部を吸気側に還流させるＥＧＲを行なわせるようになっている。この排気還流管４１には、排気の還流量を調整する排気還流制御弁としてのＥＧＲバルブ４２が設けられている。

ＥＧＲバルブ４２は、ＥＣＵ３に電気的に接続されている。ＥＧＲバルブ４２は、ＥＣＵ３からの指令信号に応じてバルブ開度が制御されることで、吸気側に還流させる排気ガスの量を調整するようになっている。

燃焼室７には、水噴射インジェクタ４３が設けられている。水噴射インジェクタ４３は、水供給管４４を介してポンプ４５に接続されている。ポンプ４５は、水を収容した水タンク４６に接続されている。水タンク４６には、水タンク４６内の水の量を検出する水量センサ４７が設けられている。

ポンプ４５は、水タンク４６内の水を水噴射インジェクタ４３へ圧送する。これにより、水噴射インジェクタ４３は、ＥＣＵ３からの駆動信号に応答して開弁したとき、燃焼室７内に水を噴射する。

水タンク４６は、水補給管４８を介してフィルタ４９に接続されている。フィルタ４９は、サージタンク１５に接続される。これにより、排気還流管４１で発生した凝縮水が、サージタンク１５を介してフィルタ４９に流入し、フィルタ４９によってろ過されて、水タンク４６に貯められる。

ＥＣＵ３は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と、ＲＡＭ（Random Access Memory）と、ＲＯＭ（Read Only Memory）と、フラッシュメモリと、入力ポートと、出力ポートとを備えたコンピュータユニットによって構成されている。

このコンピュータユニットのＲＯＭには、各種制御定数や各種マップ等とともに、当該コンピュータユニットをＥＣＵ３として機能させるためのプログラムが記憶されている。すなわち、ＣＰＵがＲＯＭに記憶されたプログラムを実行することにより、当該コンピュータユニットは、ＥＣＵ３として機能する。

ＥＣＵ３の入力ポートには、上述した、スロットル開度センサ１８、筒内圧センサ３０、水量センサ４７に加え、アクセル開度センサ３１、クランク角度センサ３２等の各種センサ類が接続されている。

アクセル開度センサ３１は、例えば加速要求時等に運転者によって操作される図示しないアクセルペダルの開度であるアクセル開度を検知するようになっている。また、クランク角度センサ３２は、クランクシャフトの回転角度を検知するようになっている。ＥＣＵ３は、クランク角度センサ３２から入力される検知結果に基づきエンジン回転数を算出するようになっている。

一方、ＥＣＵ３の出力側には、前述した点火プラグ８、インジェクタ９、吸気側可変動弁機構１３、スロットルバルブ１７、排気側可変動弁機構２３、ＥＧＲバルブ４２、水噴射インジェクタ４３等の各種制御対象類が接続されている。

ＥＣＵ３は、エンジン２の運転状態に応じてＳＩ燃焼とＨＣＣＩ燃焼とを切り替えるようになっている。具体的には、ＥＣＵ３は、エンジン回転数及びエンジン負荷をパラメータとする燃焼領域マップを参照することにより、エンジン２の運転領域がＳＩ燃焼領域およびＨＣＣＩ燃焼領域のいずれにあるかを判断し、この判断に基づきＳＩ燃焼を行なうかＨＣＣＩ燃焼を行なうかを選択するようになっている。燃焼領域マップは、予め実験等により求められ、ＥＣＵ３のＲＯＭに記憶されている。

ＥＣＵ３は、アクセル開度センサ３１から入力されたアクセル開度やクランク角度センサ３２から入力される検知結果から算出したエンジン回転数などに基づき機関負荷としてのエンジン負荷を算出するようになっている。

ＥＣＵ３は、ＨＣＣＩ燃焼を行なうＨＣＣＩモードでは、エンジン回転数及びエンジン負荷に基づいて、運転者から要求されたエンジン負荷を出力するための吸気弁１２及び排気弁２２のバルブタイミングやインジェクタ９による燃料噴射量を決定する。

また、ＥＣＵ３は、ＨＣＣＩモードでは、排気行程から吸気行程にかけて吸気弁１２及び排気弁２２をともに閉じる封鎖期間（ＮＶＯ期間）を設定するようになっている。

ＥＣＵ３は、ＳＩ燃焼からＨＣＣＩ燃焼へ切り替えるとき、燃焼室７内に水を噴射させて筒内圧を目標の筒内圧まで下げて、安定なリーンＨＣＣＩ燃焼とする。

ＥＣＵ３は、エンジン２の運転領域がＨＣＣＩ燃焼領域であると判定してから、予め設定された所定サイクルの間、水噴射インジェクタ４３により燃焼室７に水を噴射させる。ＥＣＵ３は、火花点火の燃焼による燃焼ガスが燃焼室７から排出され始めた後の所定のタイミングで水噴射インジェクタ４３により燃焼室７に水を噴射させる。

所定サイクルは、ＨＣＣＩ燃焼への切り替えが開始されることによるスロットル開度の増加によって大量の新気が気筒内に流入し、安定なリーンＨＣＣＩ運転となるまでのサイクル数である。このサイクル数は、吸気行程から排気行程までの４行程を１サイクルとしている。

ＥＣＵ３は、例えば、新気がピストン速度と同じ速度で気筒内に入るとして、スロットルバルブ１７から吸気弁１２までの距離をＬ[m]、ピストン速度をｖ[m/s]、エンジン回転数をＮｅ[rpm]として、以下の数１により所定サイクル数Ｙを算出する。

所定のタイミングは、予め実験等により求められ、ＥＣＵ３のＲＯＭに記憶されている。

これにより、安定なリーンＨＣＣＩ運転となるまでの所定サイクル数の間に水噴射を行なうことができるとともに、所定サイクルをエンジン諸元やエンジン回転数に応じて一意的に決めることができる。

ＥＣＵ３は、エンジン２の運転領域がＨＣＣＩ燃焼領域であると判定したとき、水量センサ４７の検出する水タンク４６の水量が、予め設定された所定量未満であれば、ＨＣＣＩ燃焼を行なわない。

水タンク４６の水量の所定量は、例えば、水噴射インジェクタ４３による燃焼室７への水噴射の水量を記憶しておき、水量の平均値と標準偏差σを求め、平均値に２σを加算した値を水量の所定量とする。つまり、正規分布に当てはめたときの切り替え毎の噴射水量のバラつきを求め、切り替えの９５％の回数で水量が不足しないようにする。

これにより、水噴射ができない状況下でのＳＩ燃焼からＨＣＣＩ燃焼への切り替えによる筒内圧増大を抑えることができる。

ＥＣＵ３は、エンジン２の運転領域がＨＣＣＩ燃焼領域であると判定したときのエンジン負荷とエンジン回転数に基づいて、ＨＣＣＩ燃焼への切り替え時の目標となる最大筒内圧である目標最大筒内圧を算出する。

ＥＣＵ３は、例えば、図２に示すような、エンジン負荷とエンジン回転数とから目標最大筒内圧が決まるマップにより目標最大筒内圧を算出する。このマップは、予め実験等により求められ、ＥＣＵ３のＲＯＭに記憶されている。目標最大筒内圧は、エンジン負荷が高いほど高く、エンジン回転数が高いほど高く設定される。

ＥＣＵ３は、エンジン２の運転領域がＨＣＣＩ燃焼領域であると判定したときのエンジン負荷とエンジン回転数に基づいて最初の水噴射の水噴射量を算出する。

ＥＣＵ３は、例えば、図３に示すような、エンジン負荷とエンジン回転数とから水噴射インジェクタ４３への噴射指令時間が決まるマップにより噴射指令時間を求め、水噴射量を決める。このマップは、予め実験等により求められ、ＥＣＵ３のＲＯＭに記憶されている。水噴射の噴射指令時間は、エンジン負荷が高くエンジン回転数が低い程、長くなるように設定される。

エンジン負荷が高い程、噴射指令時間を長くするのは、燃料噴射量が多いので最大筒内圧が増加しやすいためである。エンジン回転数が低い程、噴射指令時間を長くするのは、混合気が圧縮される時間が長いため、燃焼が急峻となり最大筒内圧が増加しやすいためである。

ＥＣＵ３は、２回目以降の水噴射量は、エンジン負荷とエンジン回転数と最大筒内圧の現在値と目標最大筒内圧とに基づいて算出する。

ＥＣＵ３は、例えば、図４に示すような、エンジン負荷とエンジン回転数と最大筒内圧とから着火前筒内温度が決まる着火前筒内温度予測マップにより、現在の最大筒内圧による着火前筒内温度と、目標最大筒内圧による着火前筒内温度との偏差を算出する。着火前筒内温度予測マップは、予め実験等により求められ、ＥＣＵ３のＲＯＭに記憶されている。着火前筒内温度は、最大筒内圧が高いほど高く設定される。

ＥＣＵ３は、例えば、図５に示すような、エンジン負荷とエンジン回転数と着火前筒内温度偏差から噴射水量が決まる水噴射量マップにより水噴射量を算出する。水噴射マップは、噴射した水が持つ蒸発潜熱が筒内ガスを冷却する温度幅に対応したもので、熱力学に基づいた計算によって求めることができる。水噴射量マップは、ＥＣＵ３のＲＯＭに記憶されている。

ＥＣＵ３は、算出した水噴射量に基づいて水噴射インジェクタ４３の噴射指令時間を算出し、水噴射インジェクタ４３を制御する。

ＥＣＵ３は、最大筒内圧の現在値が目標最大筒内圧を下回る場合は、水噴射が必要ないと判定し、水噴射を行なわないようにしてもよい。

これにより、水噴射による過剰な燃焼抑制とその結果生じる失火のリスクを回避することができる。

ＥＣＵ３は、エンジン２の運転領域がＨＣＣＩ燃焼領域であると判定して水噴射を始めてから水噴射を続けている間、積算水噴射量を算出する。ＥＣＵ３は、積算水噴射量が最小筒内容積に調整係数Ｘを乗算した積算水噴射量所定値を超えた場合、水噴射を停止する。調整係数Ｘは、安全係数に対応しており、ゼロから１の間の値をとる。調整係数Ｘは、０．８程度の値とするのが好適である。

これにより、ウォーターハンマーのリスクを回避しつつ、水噴射を利用したＳＩ燃焼からＨＣＣＩ燃焼への切り替えを行なうことができる。

以上のように構成された本実施形態に係る内燃機関の制御装置による水噴射制御処理について、図６及び図７を参照して説明する。なお、以下に説明する水噴射制御処理は、ＥＣＵ３が動作を開始すると開始され、予め設定された時間間隔で実行される。

ステップＳ１において、ＥＣＵ３は、エンジン負荷及びエンジン回転数がＨＣＣＩ運転領域内か否かを判定する。ＨＣＣＩ運転領域内でないと判定した場合、ＥＣＵ３は、処理を終了する。

ＨＣＣＩ運転領域内であると判定した場合、ステップＳ２において、ＥＣＵ３は、水タンク４６の水量が所定量以上であるか否かを判定する。水タンク４６の水量が所定量以上でないと判定した場合、ＥＣＵ３は、処理を終了する。

水タンク４６の水量が所定量以上であると判定した場合、ステップＳ３において、ＥＣＵ３は、エンジン負荷とエンジン回転数とから目標最大筒内圧を算出する。このとき、ＳＩ燃焼からＨＣＣＩ燃焼への切替制御が始まったことを示すフラグをオンにして、他の処理が識別できるようにしてもよい。

ステップＳ４において、ＥＣＵ３は、排気弁２２の閉時期を進角させる。
ステップＳ５において、ＥＣＵ３は、吸気弁１２の開時期を遅角させる。

このようにして、ＥＣＵ３は、ＨＣＣＩ運転に必要な残留ガスを気筒内に多く捕捉するためのＮＶＯ期間を設ける。

ステップＳ６において、ＥＣＵ３は、スロットル開度を増し、リーンなＨＣＣＩ運転への移行を開始する。

ステップＳ７において、ＥＣＵ３は、エンジン負荷とエンジン回転数とから初回の水噴射の噴射指令時間を算出する。

ステップＳ８において、ＥＣＵ３は、水噴射インジェクタ４３を開弁させる。ステップＳ９において、ＥＣＵ３は、水噴射の噴射指令時間によりタイマーをかけ待ち合わせる。タイマーの時間が満了すると、ＥＣＵ３は、ステップＳ１０において、水噴射インジェクタ４３を閉弁させる。

ステップＳ１１において、ＥＣＵ３は、積算水噴射量が最小筒内容積に調整係数Ｘを乗算した値未満であるか否かを判定する。積算水噴射量が最小筒内容積に調整係数Ｘを乗算した値未満でないと判定した場合、ＥＣＵ３は、ステップＳ１６に処理を進める。

積算水噴射量が最小筒内容積に調整係数Ｘを乗算した値未満であると判定した場合、ステップＳ１２において、ＥＣＵ３は、水噴射を行なったサイクルの最大筒内圧を現在の最大筒内圧として取得する。

ステップＳ１３において、ＥＣＵ３は、図７に示す水噴射量決定ロジックにより算出された噴射指令時間を次回の水噴射の噴射指令時間として更新する。
ステップＳ１４において、ＥＣＵ３は、次サイクルの水噴射時期まで待機する。

次サイクルの水噴射時期になると、ステップＳ１５において、ＥＣＵ３は、水噴射を所定サイクル数Ｙだけ行なったか否かを判定する。水噴射を所定サイクル数Ｙだけ行なっていないと判定した場合、ＥＣＵ３は、ステップＳ８に戻って処理を続ける。

水噴射を所定サイクル数Ｙだけ行なったと判定した場合、ステップＳ１６において、ＥＣＵ３は、点火プラグ８による火花点火をオフにする。

ステップＳ１７において、ＥＣＵ３は、積算水噴射量をゼロにリセットして、処理を終了する。

次に、図７を参照して、水噴射量決定ロジックを説明する。
ステップＳ２１において、ＥＣＵ３は、着火前筒内温度予測マップを用いて着火前筒内温度偏差を算出する。

ステップＳ２２において、ＥＣＵ３は、水噴射量マップを用いて水噴射量を算出する。
ステップＳ２３において、ＥＣＵ３は、水噴射量から水噴射の噴射指令時間を算出して、処理を終了する。

このような燃焼安定化処理による動作について図８及び図９を参照して説明する。図８に示すように、Ｔ１において、エンジン負荷及びエンジン回転数がＨＣＣＩ運転領域内であると判定されると、排気弁２２の閉時期が進角され、吸気弁１２の開時期が遅角され、ＮＶＯ期間が設けられる。

同時にスロットル開度が開けられ、新気が導入される。この新気が気筒内に流入して安定なリーンＨＣＣＩ運転となるまでの所定サイクル数Ｙの間水噴射が行なわれる。

初回の水噴射の噴射指令時間は、エンジン負荷とエンジン回転数に基づいて算出される。

２回目以降の噴射指令時間は、水噴射を行なったサイクルの最大筒内圧と目標最大筒内圧とに基づいて、最大筒内圧を目標最大筒内圧にするように算出される。
これにより、図９に示すように、内部ＥＧＲ量は上昇し、最大筒内圧は低下していく。

そして、所定サイクル数Ｙの間水噴射が行なわれると、最大筒内圧が目標最大筒内圧に近づき、内部ＥＧＲガス温度は低下し、Ａ／Ｆ（空燃比）は上昇する。

所定サイクル数Ｙの水噴射が終了すると、Ｔ２において点火プラグ８による火花点火がオフにされて、ＨＣＣＩ運転への移行が完了する。

このように、上述の実施形態では、ＳＩ燃焼からＨＣＣＩ燃焼へ切り替える場合、新気が気筒内に流入して安定なリーンＨＣＣＩ運転となるまでの所定サイクル数Ｙの間、最大筒内圧が目標最大筒内圧になるように水噴射を行なわせるＥＣＵ３を備える。

これにより、水噴射による過剰な燃焼抑制とその結果生じる失火のリスクを回避することができる。また、安定なリーンＨＣＣＩ運転となるまで水噴射を行なうことができる。

また、ＥＣＵ３は、水タンク４６の水量が所定値未満の場合、ＳＩ燃焼からＨＣＣＩ燃焼への切り替えを行なわない。

これにより、水タンク４６の水量が不足して水噴射を行なえなくなり、最大筒内圧が増大するリスクを回避することができる。

また、ＥＣＵ３は、過去のＳＩ燃焼からＨＣＣＩ燃焼への切り替え時の水噴射量を記憶しておき、過去の水噴射量の平均と標準偏差から所定値を求める。

これにより、水タンク４６の水量の所定値を必要最低限とすることができ、多くの機会でＳＩ燃焼からＨＣＣＩ燃焼への切り替えを可能とすることができる。

また、ＥＣＵ３は、ＳＩ燃焼からＨＣＣＩ燃焼への切り替えを開始してからの積算水噴射量が一定値以上となった場合、水噴射を停止する。

これにより、ウォーターハンマーのリスクを回避しつつ、ＳＩ燃焼からＨＣＣＩ燃焼への切り替え時の水噴射を実行することができる。

また、ＥＣＵ３は、所定サイクル数Ｙをスロットルバルブ１７から吸気弁１２までの距離Ｌ、ピストン速度ｖ、エンジン回転数Ｎｅから求める。

これにより、所定サイクル数Ｙをエンジン諸元やエンジン回転数に応じて一意的に決めることができる。

なお、本実施形態においては、ＳＩ燃焼からＨＣＣＩ燃焼への切り替え時の水噴射時について示したが、水噴射を用いた急加速時の燃焼抑制やプレイグニッション抑制においても適用できる。

本発明の実施形態を開示したが、当業者によっては本発明の範囲を逸脱することなく変更が加えられうることは明白である。すべてのこのような修正及び等価物が次の請求項に含まれることが意図されている。

１ 車両
２ エンジン（内燃機関）
３ ＥＣＵ（制御部）
１８ スロットル開度センサ
３０ 筒内圧センサ
３１ アクセル開度センサ
３２ クランク角度センサ
４３ 水噴射インジェクタ
４４ 水供給管
４５ ポンプ
４６ 水タンク
４７ 水量センサ

Claims (4)

1. 火花点火燃焼と圧縮自着火燃焼とが切り替え可能に構成された内燃機関の制御装置であって、
   前記内燃機関の気筒内の圧力を検出する筒内圧センサと、
   前記火花点火燃焼から前記圧縮自着火燃焼へ切り替える場合に、前記気筒内の新気量が前記圧縮自着火燃焼に必要な量となるまで、前記気筒内の最大筒内圧が目標値となるように前記気筒内へ水噴射を行なわせる制御部と、を備える内燃機関の制御装置。
2. 前記制御部は、前記水噴射に使用する水の量が所定量未満である場合は、前記火花点火燃焼から前記圧縮自着火燃焼への切り替えを行なわない請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記制御部は、過去の前記火花点火燃焼から前記圧縮自着火燃焼への切り替え時の前記水噴射の水量に基づいて前記使用所定量を算出する請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記制御部は、１回の前記火花点火燃焼から前記圧縮自着火燃焼への切り替え時の積算水噴射量が、積算水噴射量所定値以上となった場合、前記水噴射を停止させる請求項１から３のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。

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