JP2001082220A - 直噴火花点火式内燃機関の制御装置 - Google Patents

直噴火花点火式内燃機関の制御装置

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JP2001082220A
JP2001082220A JP25564899A JP25564899A JP2001082220A JP 2001082220 A JP2001082220 A JP 2001082220A JP 25564899 A JP25564899 A JP 25564899A JP 25564899 A JP25564899 A JP 25564899A JP 2001082220 A JP2001082220 A JP 2001082220A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】排気温度上昇用の成層ストイキ燃焼の性能を改
善する。 【解決手段】吸気行程での燃料噴射により燃焼室全体に
リーンな混合気を形成し、圧縮行程での燃料噴射により
点火栓周りにリッチな混合気を形成し、かつ、燃焼室内
の平均空燃比をストイキとするように空燃比フィードバ
ック制御を行なって成層ストイキ燃焼を行なうものであ
って、噴射量が少ない圧縮行程での有効燃料噴射量ＣＴ
ｉＳＢをフィードバック補正係数αによって増減補正し
つつ燃料噴射弁によって噴射可能な最小噴射量ＴＩＭＩ
Ｎ以上に保持するように制御する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、直噴火花点火式内
燃機関の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、機関の燃焼室内に直接燃料を噴射
供給する構成とし、例えば、通常は吸気行程中に燃料噴
射して均質混合気（燃焼室内全体に均等に燃料が分散し
ている状態）で燃焼（均質燃焼）を行わせ、所定運転状
態（低回転・低負荷状態等）において、圧縮行程中に燃
料噴射し、点火栓周りに着火可能な可燃混合比の混合気
からなる層状の成層混合気を形成し、極希薄な空燃比
（リーン限界近傍の空燃比）での燃焼（成層リーン燃
焼）を行なわせるようにした内燃機関（直噴火花点火式
内燃機関）が知られている（特開昭６２−１９１６２２
号公報や特開平２−１６９８３４号公報等参照）。
【０００３】上記のような直噴火花点火式内燃機関に関
し、冷機始動から暖機過程において、点火栓周りの局所
的な空燃比をリッチとすることで局所的な空気量不足の
状態を作り、燃焼で発生する不完全燃焼物（ＣＯ）と燃
え残った燃料の一部を筒内の余剰酸素と主燃焼以降に反
応させて、排気温度を上昇させることにより、排気浄化
触媒の活性化促進を図ったものがある（特開平１０−１
６９４８８号公報参照）。
【０００４】また、本願出願人は、上記技術では着火が
不安定でひいては未燃燃料（ＨＣ）排出量が増大すると
いう課題に鑑み、点火栓周りに局所的に空燃比をリッチ
とした成層混合気を形成しつつ、通常の成層リーン燃焼
より点火時期を遅らせるなどして噴霧燃料を十分に霧化
することにより、安定した着火燃焼を行なって排気温度
上昇による排気浄化触媒の活性化を促進しつつ未燃燃料
（ＨＣ）の排出を抑制する技術を提案している。さら
に、この中で、燃料を圧縮行程に噴射して前記点火栓周
りに局所的に空燃比をリッチとした成層混合気を形成す
ると共に、吸気行程でも燃料を噴射して燃焼室全体に空
燃比をリーンとした混合気を形成し、かつ燃焼室内の平
均空燃比が略ストイキとなるように設定しつつ燃焼を行
なわせる成層ストイキ燃焼を提案しており、前記成層混
合気の主燃焼により発生するＣＯを、主燃焼後にリーン
な混合気によって燃焼室の隅々まで火炎伝播させること
により、より速やかに再燃焼させることができる（特願
平１１−４６６１２号）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記成層ス
トイキ燃焼を、正常かつ良好に行なえるようにした直噴
火花点火式内燃機関の制御装置を提供することを目的と
する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】このため、請求項１に係
る発明は、暖機完了前の条件で、吸気行程での燃料噴射
により燃焼室全体に空燃比がストイキよりリーンな混合
気を形成すると共に、圧縮行程での燃焼室内への燃料噴
射により点火栓周りに空燃比がストイキよりリッチな混
合気を形成して、排気温度上昇用の成層燃焼を行なう直
噴火花点火式内燃機関であって、前記吸気行程時の燃料
噴射量と圧縮行程時の燃料噴射量との双方を、空燃比を
ストイキとするように設定されるフィードバック補正係
数により増減補正することによって、燃焼室内の平均空
燃比をストイキとする空燃比フィードバック制御を行な
うことを特徴とする。
【０００７】また、請求項2に係る発明は、図１に示す
ように、機関の燃焼室内に直接燃料を噴射供給する燃料
噴射弁と、燃焼室内の混合気に火花点火する点火栓とを
備え、前記燃焼室に供給される混合気の空燃比を検出す
る空燃比検出手段と、前記空燃比検出手段により検出さ
れた空燃比に基づいて、空燃比をストイキとするように
燃料噴射量をフィードバック制御するためのフィードバ
ック補正係数を設定するフィードバック補正係数設定手
段と、暖機完了前の条件で、吸気行程での燃料噴射によ
り燃焼室全体に空燃比がストイキよりリーンな混合気を
形成すると共に、圧縮行程での燃焼室内への燃料噴射に
より点火栓周りに空燃比がストイキよりリッチな混合気
を形成し、かつ、前記圧縮行程での燃料噴射量と吸気行
程での燃料噴射量とをそれぞれ前記設定されたフィード
バック補正係数により増減補正して、燃焼室内の平均空
燃比をストイキとする空燃比フィードバック制御を行な
うことにより、排気温度上昇用の成層ストイキ燃焼を行
なわせる第1成層ストイキ燃焼制御手段と、を含んで構
成したことを特徴とする。
【０００８】請求項１又は請求項２に係る発明による
と、暖機完了前に排気浄化触媒活性化のため排気温度を
上昇させる要求があると、（第１成層ストイキ燃焼制御
手段が、燃料噴射弁の燃料噴射量、燃料噴射時期及び点
火栓の点火時期を制御することにより、）吸気行程での
燃料噴射によって燃焼室全体に空燃比がストイキよりリ
ーンな混合気が形成されると共に、圧縮行程での燃料噴
射によって点火栓周りに空燃比がストイキよりリッチな
混合気が形成される。
【０００９】また、（空燃比検出手段の空燃比検出値に
基づいてフィードバック補正係数設定手段により）設定
されたフィードバック補正係数により、前記吸気行程で
の燃料噴射量と圧縮行程での燃料噴射量とがそれぞれ増
減補正されて燃焼室内の平均空燃比がストイキとなるよ
うに空燃比フィードバック制御される。
【００１０】これにより、点火栓周りに形成されたリッ
チな成層混合気が点火されて主燃焼を生じ、該主燃焼に
より発生した不完全燃焼物（ＣＯ）が燃焼室全体に形成
されたリーン混合気と共に再燃焼して燃焼室の隅々にま
で火炎が良好に伝播されるので、燃焼室内の低温領域
（クエンチングエリア）を均質燃焼時と変わりのない小
さな領域とすることができる。さらに、リーン混合気が
燃焼する領域の過剰な酸素を主燃焼後も残存させる形と
するので、主燃焼の終了時点における残存酸素の温度も
比較的高温となっており、ＣＯの再燃焼が速やかに進行
する。これにより、排気温度が上昇し排気浄化触媒が速
やかに活性化される。
【００１１】また、燃焼室内の平均空燃比はストイキと
なるように空燃比フィードバック制御されることによ
り、排気浄化触媒による浄化性能が最大限に発揮され
る。そして、前記空燃比フィードバック制御において、
吸気行程での燃料噴射量と圧縮行程での燃料噴射量とが
共に増減補正されることにより、これら燃料噴射量の比
（以下分割比という）を一定に維持することができ、安
定した燃焼性能を確保できる。
【００１２】また、請求項３に係る発明は、暖機完了前
の条件で、吸気行程での燃料噴射により燃焼室全体に空
燃比がストイキよりリーンな混合気を形成すると共に、
圧縮行程での燃焼室内への燃料噴射により点火栓周りに
空燃比がストイキよりリッチな混合気を形成して、排気
温度上昇用の成層燃焼を行なう直噴火花点火式内燃機関
であって、前記吸気行程及び圧縮行程での燃料噴射のう
ち、燃料噴射量が多い方の燃料噴射量を、空燃比をスト
イキとするように設定されるフィードバック補正係数に
より増減補正すると共に、燃料噴射量が少ない方の燃料
噴射量は該フィードバック補正係数により増量側の補正
のみを行なって、燃焼室内の平均空燃比をストイキとす
る空燃比フィードバック制御を行なうことを特徴とす
る。
【００１３】また、請求項４に係る発明は、図２に示す
ように、機関の燃焼室内に直接燃料を噴射供給する燃料
噴射弁と、燃焼室内の混合気に火花点火する点火栓とを
備え、前記燃焼室に供給される混合気の空燃比を検出す
る空燃比検出手段と、前記空燃比検出手段により検出さ
れた空燃比に基づいて、空燃比をストイキとするように
燃料噴射量をフィードバック制御するためのフィードバ
ック補正係数を設定するフィードバック補正係数設定手
段と、暖機完了前の条件で、吸気行程での燃料噴射によ
り燃焼室全体に空燃比がストイキよりリーンな混合気を
形成すると共に、圧縮行程での燃焼室内への燃料噴射に
より点火栓周りに空燃比がストイキよりリッチな混合気
を形成し、かつ、前記吸気行程及び圧縮行程での燃料噴
射のうち、燃料噴射量が多い方の燃料噴射量を、前記フ
ィードバック補正係数により増減補正すると共に、燃料
噴射量が少ない方の燃料噴射量は該フィードバック補正
係数により増量側の補正のみを行なって、燃焼室内の平
均空燃比をストイキとする空燃比フィードバック制御を
行なうことにより、排気温度上昇用の成層ストイキ燃焼
を行なわせる第２成層ストイキ燃焼制御手段と、を含ん
で構成したことを特徴とする。
【００１４】請求項３又は請求項４に係る発明による
と、前記請求項１又は請求項２に係る発明と同様に、
（第２成層ストイキ燃焼制御手段によって）燃焼室全体
にリーンな混合気、点火栓周りにストイキよりリッチな
混合気が形成され、かつ燃焼室内の平均空燃比がストイ
キに制御される。これにより、リッチな成層混合気の主
燃焼により発生した不完全燃焼物（ＣＯ）が燃焼室全体
に形成されたリーン混合気と共に再燃焼して排気温度を
上昇させて排気浄化触媒を速やかに活性化することがで
き、かつ、燃焼室内の平均空燃比がストイキとなるよう
に空燃比フィードバック制御されることにより、排気浄
化触媒による浄化性能が最大限に発揮される。
【００１５】そして、前記空燃比フィードバック制御に
おいて、吸気行程及び圧縮行程での燃料噴射のうち、燃
料噴射量が多い方の燃料噴射量は、前記フィードバック
補正係数により増減補正されるが、燃料噴射量が少ない
方の燃料噴射量は該フィードバック補正係数により増量
側補正のみ行なわれる。
【００１６】特に燃焼室に燃料噴射する１個の燃料噴射
弁で吸気行程と圧縮行程との燃料噴射を同時に賄うよう
な場合は、低負荷時に燃料噴射量が少ない方の燃料噴射
量をフィードバック補正係数によって燃料噴射量を減少
する方向の補正を行なうと、燃料噴射弁によって噴射可
能な最小値を下回って正常な混合気の形成が行なわれな
くなる可能性がある。
【００１７】そこで、燃料噴射量が少ない方の燃料噴射
量については、フィードバック補正係数により増量側補
正のみ行い、減量側の補正は行なわないことにより、実
質的に燃料噴射が停止されてしまうことを防止して、正
常な成層ストイキ燃焼を確保できる。
【００１８】また、請求項５に係る発明は、暖機完了前
の条件で、吸気行程での燃料噴射により燃焼室全体に空
燃比がストイキよりリーンな混合気を形成すると共に、
圧縮行程での燃焼室内への燃料噴射により点火栓周りに
空燃比がストイキよりリッチな混合気を形成して、排気
温度上昇用の成層燃焼を行なう直噴火花点火式内燃機関
であって、前記吸気行程及び圧縮行程での燃料噴射のう
ち、燃料噴射量が多い方の燃料噴射量を、空燃比をスト
イキとするように設定されるフィードバック補正係数に
より増減補正すると共に、燃料噴射量が少ない方の燃料
噴射量については前記フィードバック補正係数による補
正を停止して、燃焼室内の平均空燃比をストイキとする
空燃比フィードバック制御を行なうことを特徴とする。
【００１９】また、請求項６に係る発明は、図３に示す
ように、機関の燃焼室内に直接燃料を噴射供給する燃料
噴射弁と、燃焼室内の混合気に火花点火する点火栓とを
備え、前記燃焼室に供給される混合気の空燃比を検出す
る空燃比検出手段と、前記空燃比検出手段により検出さ
れた空燃比に基づいて空燃比をストイキとするように燃
料噴射量をフィードバック制御するためのフィードバッ
ク補正係数を設定するフィードバック補正係数設定手段
と、暖機完了前の条件で、吸気行程での燃料噴射により
燃焼室全体に空燃比がストイキよりリーンな混合気を形
成すると共に、圧縮行程での燃焼室内への燃料噴射によ
り点火栓周りに空燃比がストイキよりリッチな混合気を
形成し、かつ、前記吸気行程及び圧縮行程での燃料噴射
のうち、燃料噴射量が多い方の燃料噴射量を、空燃比を
前記フィードバック補正係数により増減補正すると共
に、燃料噴射量が少ない方の燃料噴射量については前記
フィードバック補正係数による補正を停止して、燃焼室
内の平均空燃比をストイキとする空燃比フィードバック
制御を行なうことにより、排気温度上昇用の成層ストイ
キ燃焼を行なわせる第３成層ストイキ燃焼制御手段と、
を含んで構成したことを特徴とする。
【００２０】請求項５又は請求項６に係る発明による
と、前記各発明と同様に、（第３成層ストイキ燃焼制御
手段によって）燃焼室全体にリーンな混合気、点火栓周
りにストイキよりリッチな混合気が形成され、かつ燃焼
室内の平均空燃比がストイキに制御された成層ストイキ
燃焼が行なわれることにより、排気温度を上昇させて排
気浄化触媒を速やかに活性化することができ、かつ、排
気浄化触媒による浄化性能が最大限に発揮される。
【００２１】そして、前記空燃比フィードバック制御に
おいて、吸気行程及び圧縮行程での燃料噴射のうち、燃
料噴射量が多い方の燃料噴射量は、前記フィードバック
補正係数により増減補正されるが、燃料噴射量が少ない
方の燃料噴射量は該フィードバック補正係数による補正
が停止される。
【００２２】即ち、燃料噴射量が少ない方の燃料噴射量
については、フィードバック補正係数による補正を停止
することにより、燃料噴射量が噴射可能な最小値を下回
って実質的に燃料噴射が停止されてしまうことを防止し
て、正常な成層ストイキ燃焼を確保できる。
【００２３】なお、前記請求項３又は請求項４に係る発
明のように燃料噴射量減量方向の補正のみ停止する場合
に比較すると、吸気行程での燃料噴射量と圧縮行程での
燃料噴射量との分割比のずれは大きくなるが、制御は簡
易となる。
【００２４】また、請求項７に係る発明は、暖機完了前
の条件で、吸気行程での燃料噴射により燃焼室全体に空
燃比がストイキよりリーンな混合気を形成すると共に、
圧縮行程での燃焼室内への燃料噴射により点火栓周りに
空燃比がストイキよりリッチな混合気を形成して、排気
温度上昇用の成層燃焼を行なう直噴火花点火式内燃機関
であって、前記吸気行程時の燃料噴射量と圧縮行程時の
燃料噴射量との双方を、空燃比をストイキとするように
設定されるフィードバック補正係数により増減補正する
第１空燃比フィードバック制御と、前記圧縮行程及び吸
気行程での燃料噴射のうち、燃料噴射量が多い方の燃料
噴射量を、前記フィードバック補正係数により増減補正
すると共に、燃料噴射量が少ない方の燃料噴射量につい
ては前記フィードバック補正係数により増量側補正のみ
行なう第２空燃比フィードバック制御とを、運転領域に
応じて切り換えて行なうことにより、燃焼室内の平均空
燃比をストイキとするようにしたことを特徴する。
【００２５】また、請求項８に係る発明は、図４に示す
ように、機関の燃焼室内に直接燃料を噴射供給する燃料
噴射弁と、燃焼室内の混合気に火花点火する点火栓とを
備え、前記燃焼室に供給される混合気の空燃比を検出す
る空燃比検出手段と、前記空燃比検出手段により検出さ
れた空燃比に基づいて空燃比をストイキとするように燃
料噴射量をフィードバック制御するためのフィードバッ
ク補正係数を設定するフィードバック補正係数設定手段
と、暖機完了前の条件で、吸気行程での燃料噴射により
燃焼室全体に空燃比がストイキよりリーンな混合気を形
成すると共に、圧縮行程での燃焼室内への燃料噴射によ
り点火栓周りに空燃比がストイキよりリッチな混合気を
形成し、かつ、燃焼室内の平均空燃比をストイキとする
空燃比フィードバック制御を行なうことにより、排気温
度上昇用の成層ストイキ燃焼を行なわせる成層ストイキ
燃焼制御手段と、前記吸気行程時の燃料噴射量と圧縮行
程時の燃料噴射量との双方を、前記フィードバック補正
係数により増減補正する第１空燃比フィードバック制御
と、前記圧縮行程及び吸気行程での燃料噴射のうち、燃
料噴射量が多い方の燃料噴射量を、前記フィードバック
補正係数により増減補正すると共に、燃料噴射量が少な
い方の燃料噴射量については前記フィードバック補正係
数により増量側補正のみ行なう第２空燃比フィードバッ
ク制御とを、運転領域に応じて切り換えることによっ
て、前記空燃比フィードバック制御を実行する第1制御
方式切換手段と、を含んで構成したことを特徴とする。
【００２６】請求項７又は請求項８に係る発明による
と、前記各発明と同様に、（成層ストイキ燃焼制御手段
によって）燃焼室全体にリーンな混合気、点火栓周りに
ストイキよりリッチな混合気が形成され、かつ燃焼室内
の平均空燃比がストイキに制御された成層ストイキ燃焼
が行なわれることにより、排気温度を上昇させて排気浄
化触媒を速やかに活性化することができ、かつ、排気浄
化触媒による浄化性能が最大限に発揮される。
【００２７】そして、前記空燃比フィードバック制御に
おいて、吸気行程時の燃料噴射量と圧縮行程時の燃料噴
射量との双方をフィードバック補正係数により増減補正
する第１空燃比フィードバック制御と、燃料噴射量が多
い方の燃料噴射量をフィードバック補正係数により増減
補正すると共に、燃料噴射量が少ない方の燃料噴射量に
ついては該フィードバック補正係数により増量側補正の
み行なう第２空燃比フィードバック制御とが、（第1制
御方式切換手段によって）運転領域に応じて切り換えら
れる。
【００２８】これにより、前記燃料噴射量が少ない方の
燃料噴射量が噴射可能な最小値を下回って実質的に燃料
噴射が停止されてしまう可能性がある低負荷運転領域で
は、該燃料噴射量をフィードバック補正係数により増量
側補正のみ行なう第２空燃比フィードバック制御を実行
し、それ以外の運転領域では吸気行程時の燃料噴射量と
圧縮行程時の燃料噴射量との双方をフィードバック補正
係数により増減補正する第１空燃比フィードバック制御
を実行することにより、燃料噴射量の分割比のずれを小
さくしつつ正常な成層ストイキ燃焼を確保できると共
に、燃料噴射量の分割比のずれが無く成層ストイキ燃焼
の性能が可及的に高められる運転領域を大きく確保する
ことができる。
【００２９】また、請求項９に係る発明は、暖機完了前
の条件で、吸気行程での燃料噴射により燃焼室全体に空
燃比がストイキよりリーンな混合気を形成すると共に、
圧縮行程での燃焼室内への燃料噴射により点火栓周りに
空燃比がストイキよりリッチな混合気を形成して、排気
温度上昇用の成層燃焼を行なう直噴火花点火式内燃機関
であって、前記吸気行程時の燃料噴射量と圧縮行程時の
燃料噴射量との双方を、空燃比をストイキとするように
設定されるフィードバック補正係数により増減補正する
第１空燃比フィードバック制御と、前記圧縮行程及び吸
気行程での燃料噴射のうち、燃料噴射量が多い方の燃料
噴射量を、前記フィードバック補正係数により増減補正
すると共に、燃料噴射量が少ない方の燃料噴射量につい
ては前記フィードバック補正係数による補正を停止した
第３空燃比フィードバック制御とを、運転領域に応じて
切り換えて行なうことにより、燃焼室内の平均空燃比を
ストイキとするようにしたことを特徴とする。
【００３０】また、請求項１０に係る発明は、図５に示
すように、機関の燃焼室内に直接燃料を噴射供給する燃
料噴射弁と、燃焼室内の混合気に火花点火する点火栓と
を備え、前記燃焼室に供給される混合気の空燃比を検出
する空燃比検出手段と、前記空燃比検出手段により検出
された空燃比に基づいて空燃比をストイキとするように
燃料噴射量をフィードバック制御するためのフィードバ
ック補正係数を設定するフィードバック補正係数設定手
段と、暖機完了前の条件で、吸気行程での燃料噴射によ
り燃焼室全体に空燃比がストイキよりリーンな混合気を
形成すると共に、圧縮行程での燃焼室内への燃料噴射に
より点火栓周りに空燃比がストイキよりリッチな混合気
を形成し、かつ、燃焼室内の平均空燃比をストイキとす
る空燃比フィードバック制御を行なうことにより、排気
温度上昇用の成層ストイキ燃焼を行なわせる成層ストイ
キ燃焼制御手段と、前記吸気行程時の燃料噴射量と圧縮
行程時の燃料噴射量との双方を、前記フィードバック補
正係数により増減補正する第１空燃比フィードバック制
御と、前記圧縮行程及び吸気行程での燃料噴射のうち、
燃料噴射量が多い方の燃料噴射量を、前記フィードバッ
ク補正係数により増減補正すると共に、燃料噴射量が少
ない方の燃料噴射量については前記フィードバック補正
係数による補正を停止した第３空燃比フィードバック制
御とを、運転領域に応じて切り換えることによって、前
記空燃比フィードバック制御を実行する第2制御方式切
換手段と、を含んで構成したことを特徴とする。
【００３１】請求項９又は請求項10に係る発明による
と、前記各発明と同様に、（成層ストイキ燃焼制御手段
によって）燃焼室全体にリーンな混合気、点火栓周りに
ストイキよりリッチな混合気が形成され、かつ燃焼室内
の平均空燃比がストイキに制御された成層ストイキ燃焼
が行なわれることにより、排気温度を上昇させて排気浄
化触媒を速やかに活性化することができ、かつ、排気浄
化触媒による浄化性能が最大限に発揮される。
【００３２】そして、前記空燃比フィードバック制御に
おいて、吸気行程時の燃料噴射量と圧縮行程時の燃料噴
射量との双方をフィードバック補正係数により増減補正
する第１空燃比フィードバック制御と、燃料噴射量が多
い方の燃料噴射量をフィードバック補正係数により増減
補正すると共に、燃料噴射量が少ない方の燃料噴射量に
ついては該フィードバック補正係数による補正を停止す
る第３空燃比フィードバック制御とが、（第2制御方式
切換手段によって）運転領域に応じて切り換えられる。
【００３３】これにより、前記燃料噴射量が少ない方の
燃料噴射量が噴射可能な最小値を下回って実質的に燃料
噴射が停止されてしまう可能性がある低負荷運転領域で
は、該燃料噴射量のフィードバック補正係数による補正
を停止した第３空燃比フィードバック制御を実行し、そ
れ以外の運転領域では吸気行程時の燃料噴射量と圧縮行
程時の燃料噴射量との双方をフィードバック補正係数に
より増減補正する第１空燃比フィードバック制御を実行
することにより、簡易な制御で正常な成層ストイキ燃焼
を確保しつつ、燃料噴射量の分割比のずれが無く成層ス
トイキ燃焼の性能が可及的に高められる運転領域を大き
く確保することができる。
【００３４】また、請求項11に係る発明は、暖機完了前
の条件で、吸気行程での燃料噴射により燃焼室全体に空
燃比がストイキよりリーンな混合気を形成すると共に、
圧縮行程での燃焼室内への燃料噴射により点火栓周りに
空燃比がストイキよりリッチな混合気を形成して、排気
温度上昇用の成層燃焼を行なう直噴火花点火式内燃機関
であって、前記圧縮行程及び吸気行程での燃料噴射のう
ち、燃料噴射量が多い方の燃料噴射量を、空燃比をスト
イキとするように設定されるフィードバック補正係数に
より増減補正すると共に、燃料噴射量が少ない方の燃料
噴射量については該フィードバック補正係数による増減
補正を行ないつつ最小値以上に保持して、燃焼室内の平
均空燃比をストイキとする空燃比フィードバック制御を
行なうことを特徴とする。
【００３５】また、請求項12に係る発明は、図６に示す
ように、機関の燃焼室内に直接燃料を噴射供給する燃料
噴射弁と、燃焼室内の混合気に火花点火する点火栓とを
備え、前記燃焼室に供給される混合気の空燃比を検出す
る空燃比検出手段と、前記空燃比検出手段により検出さ
れた空燃比に基づいて空燃比をストイキとするように燃
料噴射量をフィードバック制御するためのフィードバッ
ク補正係数を設定するフィードバック補正係数設定手段
と、暖機完了前の条件で、前記燃料噴射弁からの圧縮行
程での燃料噴射により、点火栓周りに空燃比がストイキ
よりリッチな混合気を形成しつつ、吸気行程での燃料噴
射により燃焼室全体に空燃比がストイキよりリーンな混
合気を形成し、前記圧縮行程及び吸気行程での燃料噴射
のうち、燃料噴射量が多い方の燃料噴射量を、前記フィ
ードバック補正係数により増減補正すると共に、燃料噴
射量が少ない方の燃料噴射量については前記フィードバ
ック補正係数による増減補正を行ないつつ最小値以上に
保持して、燃焼室内の平均空燃比をストイキとする空燃
比フィードバック制御を行なうことにより、排気温度上
昇用の成層ストイキ燃焼を行なわせる第４成層ストイキ
燃焼制御手段と、を含んで構成したことを特徴とする。
【００３６】請求項11又は請求項12に係る発明による
と、前記各発明と同様に、（第3成層ストイキ燃焼制御
手段によって）燃焼室全体にリーンな混合気、点火栓周
りにストイキよりリッチな混合気が形成され、かつ燃焼
室内の平均空燃比がストイキに制御された成層ストイキ
燃焼が行なわれることにより、排気温度を上昇させて排
気浄化触媒を速やかに活性化することができ、かつ、排
気浄化触媒による浄化性能が最大限に発揮される。
【００３７】そして、前記空燃比フィードバック制御に
おいて、吸気行程及び圧縮行程での燃料噴射のうち、燃
料噴射量が多い方の燃料噴射量は、前記フィードバック
補正係数により増減補正されるが、燃料噴射量が少ない
方の燃料噴射量については該フィードバック補正係数に
よる増減補正を行ないつつ最小値以上に保持される。
【００３８】このように、燃料噴射量が少ない方の燃料
噴射量を噴射可能な最小値以上に維持しながら、フィー
ドバック補正係数による増減補正を実行することによ
り、燃料噴射量の分割比のずれを可及的に小さくしつつ
正常な成層ストイキ燃焼を確保できると共に、燃料噴射
量の分割比のずれが無く成層ストイキ燃焼の性能が可及
的に高められる運転領域を大きく確保することができ
る。
【００３９】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態を、
添付の図面に基づいて説明する。本発明の第１の実施形
態のシステム構成を示す図７において、機関１の吸気通
路２には吸入空気流量Ｑａを検出するエアフローメータ
３及び吸入空気流量Ｑａを制御するスロットル弁４が設
けられると共に、各気筒の燃焼室に臨ませて、燃料噴射
弁５が設けられている。
【００４０】かかる燃料噴射弁５は、後述するコントロ
ールユニット５０において設定される駆動パルス信号に
よって開弁駆動され、図示しない燃料ポンプから圧送さ
れてプレッシャレギュレータ（図示せず）により所定圧
力に制御された燃料を燃焼室内に直接噴射供給すること
ができるようになっている。
【００４１】なお、燃焼室に臨んで装着されて、コント
ロールユニット５０からの点火信号に基づいて吸入混合
気に対して点火を行う点火栓６が、各気筒に設けられて
いる。
【００４２】一方、排気通路７には、排気中の特定成分
（例えば、酸素）濃度を検出することによって排気延い
ては吸入混合気の空燃比を検出する空燃比センサ８（リ
ッチ・リーン出力する酸素センサであっても良いし、空
燃比をリニアに広域に亘って検出する広域空燃比センサ
であってもよい）が設けられ、その下流側には、排気を
浄化するための排気浄化触媒９が介装されている。な
お、排気浄化触媒９としては、ストイキつまり理論空燃
比｛λ＝１、Ａ／Ｆ（空気重量／燃料重量）・１４．
７｝近傍において排気中のＣＯ，ＨＣの酸化とＮＯｘ
の還元を行って排気を浄化することができる三元触媒、
或いは排気中のＣＯ，ＨＣの酸化を行う酸化触媒等を用
いることができる。
【００４３】更に、前記排気浄化触媒９の排気下流側に
は、排気中の特定成分（例えば、酸素）濃度を検出し、
リッチ・リーン出力する下流側酸素センサ１０が設けら
れるようになっている。
【００４４】ここでは、下流側酸素センサ１０の検出値
により、空燃比センサ８の検出値に基づく空燃比フィー
ドバック制御を補正することで、空燃比センサ８の劣化
等に伴う制御誤差を抑制する等のために（所謂ダブル空
燃比センサシステム採用のために）、前記下流側酸素セ
ンサ１０を設けて構成したが、空燃比センサ８の検出値
に基づく空燃比フィードバック制御を行なわせるだけで
良い場合には、かかる下流側酸素センサ１０は省略する
ことができるものである。また、空燃比フィードバック
制御を行なわない場合には、空燃比センサ８と下流側酸
素センサ１０を共に省略することができるものである。
【００４５】なお、本実施形態においては、クランク角
センサ１１が備えられており、コントロールユニット５
０では、該クランク角センサ１１から機関回転と同期し
て出力されるクランク単位角信号を一定時間カウントし
て、又は、クランク基準角信号の周期を計測して機関回
転速度Ｎｅを検出できるようになっている。
【００４６】そして、機関１の冷却ジャケットに臨んで
設けられ、冷却ジャケット内の冷却水温度Ｔｗを検出す
る水温センサ１２が設けられている。更に、前記スロッ
トル弁４の開度を検出するスロットルセンサ１３（アイ
ドルスイッチとしても機能させることができる）が設け
られている。
【００４７】ところで、本実施形態においては、前記ス
ロットル弁４の開度を、ＤＣモータ等のアクチュエータ
により制御することができるスロットル弁制御装置１４
が備えられている。
【００４８】当該スロットル弁制御装置１４は、運転者
のアクセルペダル操作量等に基づき演算される要求トル
クを達成できるように、コントロールユニット５０から
の駆動信号に基づき、スロットル弁４の開度を電子制御
するものとして構成することができる。
【００４９】前記各種センサ類からの検出信号は、ＣＰ
Ｕ，ＲＯＭ，ＲＡＭ，Ａ／Ｄ変換器及び入出力インタフ
ェース等を含んで構成されるマイクロコンピュータから
なるコントロールユニット５０へ入力され、当該コント
ロールユニット５０は、前記センサ類からの信号に基づ
いて検出される運転状態に応じて、前記スロットル弁制
御装置１４を介してスロットル弁４の開度を制御し、前
記燃料噴射弁５を駆動して燃料噴射量 (燃料供給量) を
制御し、点火時期を設定して該点火時期で前記点火栓６
を点火させる制御を行う。
【００５０】なお、例えば、所定運転状態（低・中負荷
領域など）で燃焼室内に圧縮行程で燃料噴射して、燃焼
室内の点火栓６周辺に可燃混合気を層状に形成して成層
燃焼を行なうことができる一方、他の運転状態（高負荷
領域など）では燃焼室内に吸気行程で燃料噴射して、シ
リンダ全体に略均質な混合比の混合気を形成して均質燃
焼を行なうことができるように、燃料噴射時期（噴射タ
イミング）についても、運転状態などに応じて変更可能
に構成されている。
【００５１】ところで、本実施形態に係るコントロール
ユニット５０では、始動開始から排気浄化触媒９が活性
化するまでの間における大気中へのＨＣの排出を抑制し
ながら、排気浄化触媒９の早期活性化を図るようにする
ために、キースイッチ１６など各種センサからの入力信
号を受け、例えば、以下のような制御を行なうようにな
っている。なお、本発明にかかる排気温度上昇用の成層
燃焼を行う際に燃焼室内の平均空燃比をほぼストイキと
するので、この燃焼形態を成層ストイキ燃焼と表現す
る。
【００５２】具体的には、例えば、図８に示すようなフ
ローチャートを実行するようになっている。ステップ
（図では、Ｓと記してある。以下、同様）１では、従来
同様の手法により、キースイッチ１６のイグニッション
信号がＯＮとなったか（キー位置がイグニションＯＮ位
置とされたか）否かを判断する。ＹＥＳであればステッ
プ２へ進み、ＮＯであれば本フローを終了する。
【００５３】ステップ２では、従来同様の手法により、
キースイッチ１６のスタート信号がＯＮとなったか（キ
ー位置がスタート位置とされたか）否かを判断する。即
ち、スターターモータ（図示せず）によるクランキング
要求があるか否かを判断する。
【００５４】ＹＥＳであれば、始動クランキング要求が
あるとしてステップ３へ進み、ＮＯであれば未だクラン
キング要求はないと判断して、ステップ１へリターンす
る。ステップ３では、従来同様に、スターターモータの
駆動を開始して、機関１をクランキングする。
【００５５】ステップ４では、従来同様に、始動のため
の燃料噴射｛吸気行程での直接燃料噴射、図９（Ｂ）参
照｝を行なわせて、機関１の運転（直噴均質燃焼）を行
なわせる。
【００５６】次のステップ５では、排気浄化触媒９が活
性化していないか否かを判断する。当該判断は、例え
ば、排気通路７に臨んで設けられる下流側酸素センサ１
０が活性化していないか否かを判断することで代替する
ことができる。即ち、排気浄化触媒９が活性化している
か否かは、下流側酸素センサ１０の検出値号の変化の様
子に基づいて判断することができるものである。
【００５７】また、機関水温Ｔｗ若しくは油温等を検出
して排気浄化触媒９の温度（或いは出口温度）を推定
し、その結果に基づいて排気浄化触媒９の活性化を判断
することができ、或いは直接的に排気浄化触媒９の温度
（或いは出口温度）を検出することによっても判断する
ことができる。
【００５８】触媒が活性化していなければ（ＹＥＳであ
れば）、ステップ６へ進む。一方、触媒が活性化してい
れば（ＮＯであれば）触媒活性化促進のための制御の必
要はないとしてステップ９へ進み、燃費改善等のため
に、運転状態に応じて、従来と同様の燃焼形態で燃焼を
行なわせて、本フローを終了する。
【００５９】ステップ６では、成層ストイキ燃焼への移
行許可条件が成立したか否かを判定する。具体的には、
燃焼室の温度状態を推定し、燃焼室温度が所定温度以上
となって触媒活性化促進等のための成層ストイキ燃焼を
行なわせても良好な着火性・燃焼性延いては機関安定性
（機関運転性）等が得られると判断されるときに成層ス
トイキ燃焼への移行許可条件が成立したと判定する。
【００６０】前記判定がＹＥＳの場合には、後述する触
媒活性化促進等のための成層ストイキ燃焼を行なわせて
も良好な着火性・燃焼性延いては機関安定性（機関運転
性）等が得られるとして、ステップ７へ進む。
【００６１】一方、前記判定がＮＯの場合には、後述す
る触媒活性化促進のための成層ストイキ燃焼を行なわせ
ると、燃焼室温度が所定より低温であるために、成層混
合気の霧化・気化促進などが良好に行なわれなくなり、
以って着火性、燃焼安定性延いては機関安定性（機関運
転性）等が低下する惧れがあるとして、成層ストイキ燃
焼への移行を禁止して、吸気行程での直接燃料噴射（直
噴均質燃焼）を継続すべく、ステップ４へリターンす
る。
【００６２】ステップ７では、触媒が活性化していない
場合で触媒活性化促進が必要であると共に、燃焼室温度
が所定温度以上であり成層混合気の生成が良好に行なえ
る場合であるので、触媒活性化促進のための成層ストイ
キ燃焼への移行を許可して、成層ストイキ燃焼を行なわ
せる。
【００６３】具体的には、例えば、１燃焼サイクル当た
りの吸入空気量で略完全燃焼させることができるトータ
ル燃料量｛略ストイキ（理論空燃比）を達成するのに必
要な燃料重量｝のうち、例えば略５０％乃至略９０％の
燃料重量を、吸気行程で燃焼室内に噴射供給し、燃焼室
内全体にストイキよりも比較的リーン（希薄）な均質混
合気を形成すると共に｛図９（Ｂ）に示す燃料噴射によ
り形成する｝、残りの略５０％乃至略１０％の燃料重量
を、圧縮行程で燃焼室内に噴射供給し、点火栓６周りに
ストイキよりも比較的リッチな（燃料濃度の高い）混合
気を層状に形成して｛図９（Ａ）参照｝、燃焼させる
（図10参照）。
【００６４】なお、当該成層ストイキ燃焼形態は、吸気
行程中に燃焼室内に（本実施形態では吸気行程噴射によ
り）形成されるストイキよりもリーンな混合気の空燃比
を１６〜２８とし、圧縮行程中の燃料噴射により点火栓
周りに形成されるストイキよりもリッチな混合気の空燃
比が９〜１３となるように、吸気行程中の燃料噴射量
と、圧縮行程中の燃料噴射量との比（以下分割比とい
う）を設定するようにしてもよい。
【００６５】そして、各混合気層の空燃比を上記のよう
な範囲としつつ、燃焼室内の平均空燃比がストイキ（理
論空燃比）となるように、前記空燃比センサ８さらには
下流側酸素センサ１０の検出値に基づいて、空燃比フィ
ードバック制御を行なう。
【００６６】上記のような成層ストイキ燃焼によれば、
従来の均質ストイキ燃焼と比較して排気温度を上昇させ
ることができるだけでなく、燃焼室から排気通路に排出
される未燃ＨＣ量を減少させることができる。
【００６７】即ち、成層ストイキ燃焼によれば、従来の
燃焼形態｛均質燃焼だけ、成層燃焼だけ、或いは、これ
らに対し更に追加燃料を燃焼後期以降（膨張行程以降や
排気行程中）に噴射する燃焼形態など｝で暖機を行なわ
せる場合に比べて、始動開始から排気浄化触媒９が活性
化するまでの間における大気中へのＨＣの排出を抑制し
ながら、排気浄化触媒９の早期活性化を格段に促進でき
ることになる。
【００６８】次に、ステップ８では、ステップ５と同様
にして、排気浄化触媒９が活性化したか（暖機完了か）
否かを判断する。ＹＥＳであれば、ステップ１０へ進
む。ＮＯであれば、ステップ７へリターンして、排気浄
化触媒９が活性化するまで、成層ストイキ燃焼を継続す
る。
【００６９】ステップ９では、運転状態に応じ、所望の
排気性能、或いは燃費性能、或いは運転性能（出力性
能、安定性など）等を達成し得る燃焼形態（均質ストイ
キ燃焼、均質リーン燃焼或いは成層リーン燃焼など）へ
移行させた後、本フローを終了する。
【００７０】次に、前記成層ストイキ燃焼時における本
発明に係る燃料噴射量制御の実施の形態を説明する。前
記燃料噴射量制御の第1の実施の形態を、図１１のフロ
ーチャートにしたがって説明する。
【００７１】ステップ１１では、前記エアフローメータ
３からの電圧信号から求められる吸入空気流量Ｑａと、
クランク角センサ１１からの信号から求められる機関回
転速度Ｎｅとから基本燃料噴射量Ｔｐを次式により演算
する。
【００７２】Ｔｐ＝ｃ×Ｑａ／Ｎｅ（ｃは定数） ステップ１２では、前記基本燃料噴射量Ｔｐを、低水温
時に機関安定性等のためにリッチ側に補正する水温補正
係数Ｋｗ、始動及び始動後増量補正係数Ｋasなどを含む
各種補正係数ＣＯＥＦによって補正して、有効燃料噴射
量ＣＴｉを演算する。
【００７３】ＣＴｉ＝Ｔｐ×ＣＯＥＦ ステップ１３では、吸気行程での有効燃料噴射量ＣＴｉ
ＨＢを、分割比Ｋｓｐを用いて次式により設定する。
【００７４】ＣＴｉＨＢ＝ＣＴｉ×Ｋｓｐ ここで、前記分割比Ｋｓｐは、吸気行程での燃料噴射量
ＣＴｉＨと圧縮行程での燃料噴射量ＣＴｉＳとを合計し
た総燃料噴射量（＝ＣＴｉＨ＋ＣＴｉＳ）における吸気
行程での燃料噴射量ＣＴｉＨの割合として設定される。
したがって、圧縮行程での燃料噴射量ＣＴｉＳの総燃料
噴射量にたいする割合（分割比）は、（１−Ｋｓｐ）と
なる。なお、この分割比Ｋｓｐは固定値であっても良い
が、運転状態に応じて可変設定できるようにするのが好
ましい。
【００７５】ステップ１４では、圧縮行程での有効燃料
噴射量ＣＴｉＳＢを、上記にしたがい次式により設定す
る。 ＣＴｉＳＢ＝ＣＴｉ×（１−Ｋｓｐ） ステップ１５では、前記燃料噴射量が少ない方の圧縮行
程での有効燃料噴射量ＣＴｉＳＢが、燃料噴射弁５によ
って噴射可能な最小噴射量ＴＩＭＩＮ以上あるか否かを
判定する。
【００７６】そして、ステップ１５で最小噴射量ＴＩＭ
ＩＮ未満と判定されたときは、圧縮行程での燃料噴射が
実質的に行なえず正常な成層ストイキ燃焼が行なえない
と判断し、ステップ１６へ進んで成層ストイキ燃焼を中
止する（前記他の燃焼に切り換えられる）。
【００７７】一方、ステップ１５で最小噴射量ＴＩＭＩ
Ｎ以上と判定されたときは、ステップ１７へ進んで、前
記排気浄化触媒９の上流側に設けられた空燃比センサ８
の空燃比検出結果に基づいて、空燃比フィードバック補
正係数αを、比例積分（ＰＩ）制御等により増減して設
定する。
【００７８】ステップ１８では、前記空燃比フィードバ
ック補正係数αによって、前記吸気行程での有効燃料噴
射量ＣＴｉＨＢを補正して、最終的な吸気行程での燃料
噴射量ＣＴｉＨを次式により演算する。
【００７９】ＣＴｉＨ＝ＣＴｉＨＢ×α ステップ１９では、前記空燃比フィードバック補正係数
αによって、前記圧縮行程での有効燃料噴射量ＣＴｉＳ
Ｂを補正して、最終的な圧縮行程での燃料噴射量ＣＴｉ
Ｓを次式により演算する。
【００８０】ＣＴｉＳ＝ＣＴｉＳＢ×α 上記燃料噴射量制御を行った場合の吸気行程での燃料噴
射量、圧縮行程での燃料噴射量の変化の様子を図１２に
示す。
【００８１】このようにすれば、前記空燃比フィードバ
ック制御において、吸気行程での燃料噴射量と圧縮行程
での燃料噴射量とが共にフィードバック補正係数αによ
って増減補正されることにより、これら燃料噴射量の分
割比を一定に維持することができ、安定した燃焼性能を
確保できる。
【００８２】燃料噴射弁として噴射可能な最小噴射量が
小さく吸気行程での燃料噴射量と圧縮行程での燃料噴射
量とのうち燃料噴射量が少ない方の燃料噴射量（通常は
圧縮行程での燃料噴射量）が、フィードバック補正係数
αによる減量補正を行なっても正常な燃料噴射を確保で
きる場合には、このように制御することで、最も良好な
成層ストイキ燃焼性能が得られる。なお、吸気行程での
燃料噴射を、吸気ポートに噴射する別の燃料噴射弁を設
けて行なうことも可能であり、この場合には、燃焼室内
に燃料噴射する燃料噴射弁として小容量のもの、したが
って最小噴射量の小さいものを使用できるので、本実施
の形態の制御方式を採用しやすい。
【００８３】次に、成層ストイキ燃焼時における燃料噴
射量制御の第２の実施の形態を、図１３に示したフロー
チャートに従って説明する。ステップ２１〜ステップ２
８については、前記第１の実施の形態におけるステップ
１１〜ステップ１８と同様であり、成層ストイキ燃焼を
実行するときは、燃料噴射量が多い方（例えば分割比Ｋ
ｓｐが６５％程度）の吸気行程での燃料噴射量ＣＴｉＨ
は、有効燃料噴射量ＣＴｉＨＢを、フィードバック補正
係数αによって増減補正して設定する。
【００８４】ステップ２９では前記フィードバック補正
係数αが１（１００％）以上であるか否かを判別し、１
以上つまり燃料噴射量を増量補正する場合は、ステップ
３０へ進んで、燃料噴射量が少ない方｛例えば分割比
（１−Ｋｓｐ）が３５％程度｝の圧縮行程での有効燃料
噴射量ＣＴｉＳＢを、前記１以上のフィードバック補正
係数αによって増量補正して、最終的な燃料噴射量ＣＴ
ｉＳを設定する。
【００８５】また、ステップ２９でフィードバック補正
係数αが１未満と判定された場合、つまり、燃料噴射量
を減量補正する場合は、ステップ３１へ進んで圧縮行程
での有効燃料噴射量ＣＴｉＳＢを、前記フィードバック
補正係数αによって減量補正することなく、最終的な燃
料噴射量ＣＴｉＳとして設定する。
【００８６】上記燃料噴射量制御を行った場合の圧縮行
程での燃料噴射量の変化の様子を図１４に示す。吸気行
程での燃料噴射量の変化については、図１２に示したも
のと同様である（以下の実施の形態でも同様）。
【００８７】このようにすれば、燃料噴射量が少ない圧
縮行程での燃料噴射量については、フィードバック補正
係数により増量側補正のみ行い、減量側の補正は行なわ
ないことにより、実質的に燃料噴射が停止されてしまう
ことを防止して、正常な成層ストイキ燃焼を確保でき
る。
【００８８】次に、成層ストイキ燃焼時における燃料噴
射量制御の第３の実施の形態を、図１５に示したフロー
チャートに従って説明する。ステップ４１〜ステップ４
８については、前記第１の実施の形態におけるステップ
１１〜ステップ１８と同様であり、成層ストイキ燃焼を
実行するときは、吸気行程での燃料噴射量ＣＴｉＨは、
有効燃料噴射量ＣＴｉＨＢを、フィードバック補正係数
αによって増減補正して設定する。
【００８９】一方、圧縮行程での燃料噴射量について
は、ステップ４４で設定した有効燃料噴射量ＣＴｉＳＢ
を、フィードバック補正係数αによって補正することな
く、そのまま、ステップ４９で最終的な燃料噴射量ＣＴ
ｉＳとして出力する。
【００９０】上記燃料噴射量制御を行った場合の圧縮行
程での燃料噴射量の変化の様子を図１６に示す。このよ
うにすれば、燃料噴射量が少ない圧縮行程での燃料噴射
量については、フィードバック補正係数による補正を行
なわないことにより、実質的に燃料噴射が停止されてし
まうことを防止して、正常な成層ストイキ燃焼を確保で
きる。また、分割比のずれは、前記第２の実施の形態に
比較して大きくなるが、制御は簡易となる。
【００９１】次に、成層ストイキ燃焼時における燃料噴
射量制御の第４の実施の形態を、図１７に示したフロー
チャートに従って説明する。ステップ５１〜ステップ５
８については、前記第１の実施の形態におけるステップ
１１〜ステップ１８と同様であり、成層ストイキ燃焼を
実行するときは、吸気行程での燃料噴射量ＣＴｉＨは、
有効燃料噴射量ＣＴｉＨＢを、フィードバック補正係数
αによって増減補正して設定する。
【００９２】ステップ５９では、燃料噴射量が少ない方
の圧縮行程での有効燃料噴射量ＣＴｉＳＢが、所定値
（＝ＴＩＭＩＮ＋Ａ）以上あるか否かを判定する。ここ
で、前記Ａは、フィードバック補正係数αの基準値（＝
１）に対して減少方向に採り得る最も大きな偏差に対応
した噴射量相当の値に設定される。即ち、フィードバッ
ク補正係数αによって最大限減量補正された場合でも、
噴射可能な最小値ＴＩＭＩＮ以上の燃料噴射量が確保さ
れるようにする。
【００９３】そして、ステップ５９で有効燃料噴射量Ｃ
ＴｉＳＢが所定値（＝ＴＩＭＩＮ＋Ａ）以上と判定され
た場合は、ステップ６０へ進んで、前記空燃比フィード
バック補正係数αによって、前記圧縮行程での有効燃料
噴射量ＣＴｉＳＢを補正して、最終的な圧縮行程での燃
料噴射量ＣＴｉＳを次式により演算する。
【００９４】ＣＴｉＳ＝ＣＴｉＳＢ×α また、ステップ５９で有効燃料噴射量ＣＴｉＳＢが所定
値（＝ＴＩＭＩＮ＋Ａ）未満と判定された場合は、ステ
ップ６１でフィードバック補正係数αが１以上であるか
否かを判別し、１以上つまり燃料噴射量を増量補正する
場合は、前記ステップ６０へ進んで、圧縮行程での有効
燃料噴射量ＣＴｉＳＢを、前記１以上のフィードバック
補正係数αによって増量補正して、最終的な燃料噴射量
ＣＴｉＳを設定する。
【００９５】また、ステップ５９でフィードバック補正
係数αが１未満と判定された場合、つまり、燃料噴射量
を減量補正する場合は、ステップ６２へ進んで圧縮行程
での有効燃料噴射量ＣＴｉＳＢを、前記フィードバック
補正係数αによって減量補正することなく、最終的な燃
料噴射量ＣＴｉＳとして設定する。
【００９６】上記燃料噴射量制御を行った場合の圧縮行
程での燃料噴射量の変化の様子を図１８に示す。このよ
うにすれば、有効燃料噴射量ＣＴｉＳＢが所定値（＝Ｔ
ＩＭＩＮ＋Ａ）以上で、フィードバック補正係数αによ
って減量補正された場合でも噴射可能な最小噴射量ＴＩ
ＭＩＮ以上に確保される場合は、吸気行程での燃料噴射
量ＣＴｉＨと共に、圧縮行程での燃料噴射量ＣＴｉＳに
ついてもフィードバック補正係数αによって増減補正が
行なわれ、また、有効燃料噴射量ＣＴｉＳＢが所定値
（＝ＴＩＭＩＮ＋Ａ）未満の低負荷領域では、フィード
バック補正係数αによって増量補正のみが行なわれる。
【００９７】これにより、燃料噴射量の分割比のずれを
小さくしつつ正常な成層ストイキ燃焼を確保できると共
に、燃料噴射量の分割比のずれが無く成層ストイキ燃焼
の性能が可及的に高められる運転領域を大きく確保する
ことができる。
【００９８】次に、成層ストイキ燃焼時における燃料噴
射量制御の第５の実施の形態を、図１９に示したフロー
チャートに従って説明する。ステップ７１〜ステップ８
０については、前記第４の実施の形態のステップ５１〜
６０と同様であり、成層ストイキ燃焼を実行するとき
は、吸気行程での燃料噴射量ＣＴｉＨは、有効燃料噴射
量ＣＴｉＨＢをフィードバック補正係数αによって増減
補正して設定し、圧縮行程での燃料噴射量ＣＴｉＳも、
有効燃料噴射量ＣＴｉＨＢが（ＴＩＭＩＮ＋Ａ）以上の
ときには、フィードバック補正係数αによって増減補正
して設定する。
【００９９】また、圧縮行程での有効燃料噴射量ＣＴｉ
ＨＢが（ＴＩＭＩＮ＋Ａ）未満のときには、フィードバ
ック補正係数αによる補正を行なうことなく、ステップ
８０で該有効燃料噴射量ＣＴｉＨＢをそのまま最終的な
燃料噴射量ＣＴｉＳとして設定する。
【０１００】上記燃料噴射量制御を行った場合の圧縮行
程での燃料噴射量の変化の様子を図２０に示す。これに
より、簡易な制御で正常な成層ストイキ燃焼を確保しつ
つ、燃料噴射量の分割比のずれが無く成層ストイキ燃焼
の性能が可及的に高められる運転領域を大きく確保する
ことができる。
【０１０１】次に、成層ストイキ燃焼時における燃料噴
射量制御の第６の実施の形態を、図２１に示したフロー
チャートに従って説明する。ステップ９１〜ステップ９
８については、前記第１の実施の形態のステップ１１〜
１８と同様であり、成層ストイキ燃焼を実行するとき
は、吸気行程での燃料噴射量ＣＴｉＨは、有効燃料噴射
量ＣＴｉＨＢを、フィードバック補正係数αによって増
減補正して設定する。
【０１０２】また、ステップ９９で、圧縮行程での燃料
噴射量ＣＴｉＳについても、有効燃料噴射量ＣＴｉＳＢ
を、フィードバック補正係数αによって増減補正して仮
の燃料噴射量ＣＴｉＳ１を設定する。
【０１０３】そして、ステップ１００で前記仮の燃料噴
射量ＣＴｉＳ１が噴射可能な最小噴射量ＴＩＭＩＮ以上
あるか否かを判定し、最小噴射量ＴＩＭＩＮ以上あると
判定されたときは、ステップ１０１へ進んで前記燃料噴
射量ＣＴｉＳＢをフィードバック補正係数αによって増
減補正した燃料噴射量ＣＴｉＳ１を、圧縮行程での最終
的な燃料噴射量ＣＴｉＳとして設定する。
【０１０４】また、ステップ１００で燃料噴射量ＣＴｉ
Ｓ１が最小噴射量ＴＩＭＩＮ未満であると判定されたと
きは、ステップ１０２へ進んで該最小噴射量ＴＩＭＩＮ
を圧縮行程での最終的な燃料噴射量ＣＴｉＳとして設定
しなおす。
【０１０５】上記燃料噴射量制御を行った場合の圧縮行
程での燃料噴射量の変化の様子を図２２に示す。このよ
うにすれば、燃料噴射量が少ない方の燃料噴射量を噴射
可能な最小値以上に維持しつつフィードバック補正係数
による増減補正を実行することにより、燃料噴射量の分
割比のずれを可及的に小さくしつつ正常な成層ストイキ
燃焼を確保しながら、燃料噴射量の分割比のずれが無く
成層ストイキ燃焼の性能が可及的に高められる運転領域
を大きく確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】請求項２に係る発明の構成を示すブロック図。
【図２】請求項４に係る発明の構成を示すブロック図。
【図３】請求項６に係る発明の構成を示すブロック図。
【図４】請求項８に係る発明の構成を示すブロック図。
【図５】請求項１０に係る発明の構成を示すブロック
図。
【図６】請求項１２に係る発明の構成を示すブロック
図。
【図７】本発明の実施形態に係るシステム構成図。
【図８】同上実施形態における制御を説明するためのフ
ローチャート。
【図９】（Ａ）は、直噴圧縮行程噴射を説明するための
模式図。（Ｂ）は、直噴吸気行程噴射を説明するための
模式図。（Ｃ）は、燃料噴射時の平面図。
【図１０】本発明にかかる成層ストイキ燃焼形態の燃焼
室内における混合気の形成状態を説明するための図。
【図１１】成層ストイキ燃焼時における燃料噴射量制御
の第１の実施の形態を示すフローチャート。
【図１２】同上第１の実施の形態における吸気行程及び
圧縮行程で噴射される燃料噴射量の変化を示すタイムチ
ャート。
【図１３】成層ストイキ燃焼時における燃料噴射量制御
の第２の実施の形態を示すフローチャート。
【図１４】同上第２の実施の形態における圧縮行程で噴
射される燃料噴射量の変化を示すタイムチャート。
【図１５】成層ストイキ燃焼時における燃料噴射量制御
の第３の実施の形態を示すフローチャート。
【図１６】同上第３の実施の形態における圧縮行程で噴
射される燃料噴射量の変化を示すタイムチャート。
【図１７】成層ストイキ燃焼時における燃料噴射量制御
の第４の実施の形態を示すフローチャート。
【図１８】同上第４の実施の形態における圧縮行程で噴
射される燃料噴射量の変化を示すタイムチャート。
【図１９】成層ストイキ燃焼時における燃料噴射量制御
の第５の実施の形態を示すフローチャート。
【図２０】同上第５の実施の形態における圧縮行程で噴
射される燃料噴射量の変化を示すタイムチャート。
【図２１】成層ストイキ燃焼時における燃料噴射量制御
の第６の実施の形態を示すフローチャート。
【図２２】同上第６の実施の形態における圧縮行程で噴
射される燃料噴射量の変化を示すタイムチャート。
【符号の説明】
１ 内燃機関 ５ 燃料噴射弁 ６ 点火栓 ７ 排気通路 ８ 空燃比センサ ９ 排気浄化触媒 10 下流側酸素センサ 11 クランク角センサ 50 コントロールユニット
フロントページの続き Ｆターム(参考） 3G023 AA04 AA08 AA18 AB01 AC04 AD02 AG01 AG02 3G301 HA04 HA16 JA00 JA21 JA26 KA01 KA05 LB04 MA01 MA11 MA19 MA26 MA27 NA01 NA08 ND01 ND07 ND15 NE01 NE06 NE14 NE15 NE19 PA01Z PA11Z PB03Z PD03A PD04A PD09A PD09Z PD12B PE01Z PE03Z PE04Z PF03Z PF16Z

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】暖機完了前の条件で、吸気行程での燃料噴
    射により燃焼室全体に空燃比がストイキよりリーンな混
    合気を形成すると共に、圧縮行程での燃焼室内への燃料
    噴射により点火栓周りに空燃比がストイキよりリッチな
    混合気を形成して、排気温度上昇用の成層燃焼を行なう
    直噴火花点火式内燃機関であって、 前記吸気行程時の燃料噴射量と圧縮行程時の燃料噴射量
    との双方を、空燃比をストイキとするように設定される
    フィードバック補正係数により増減補正することによっ
    て、燃焼室内の平均空燃比をストイキとする空燃比フィ
    ードバック制御を行なうことを特徴とする直噴火花点火
    式内燃機関の制御装置。
  2. 【請求項２】機関の燃焼室内に直接燃料を噴射供給する
    燃料噴射弁と、燃焼室内の混合気に火花点火する点火栓
    とを備え、 前記燃焼室に供給される混合気の空燃比を検出する空燃
    比検出手段と、 前記空燃比検出手段により検出された空燃比に基づい
    て、空燃比をストイキとするように燃料噴射量をフィー
    ドバック制御するためのフィードバック補正係数を設定
    するフィードバック補正係数設定手段と、 暖機完了前の条件で、吸気行程での燃料噴射により燃焼
    室全体に空燃比がストイキよりリーンな混合気を形成す
    ると共に、圧縮行程での燃焼室内への燃料噴射により点
    火栓周りに空燃比がストイキよりリッチな混合気を形成
    し、かつ、前記圧縮行程での燃料噴射量と吸気行程での
    燃料噴射量とをそれぞれ前記設定されたフィードバック
    補正係数により増減補正して、燃焼室内の平均空燃比を
    ストイキとする空燃比フィードバック制御を行なうこと
    により、排気温度上昇用の成層ストイキ燃焼を行なわせ
    る第1成層ストイキ燃焼制御手段と、 を含んで構成したことを特徴とする直噴火花点火式内燃
    機関の制御装置。
  3. 【請求項３】暖機完了前の条件で、吸気行程での燃料噴
    射により燃焼室全体に空燃比がストイキよりリーンな混
    合気を形成すると共に、圧縮行程での燃焼室内への燃料
    噴射により点火栓周りに空燃比がストイキよりリッチな
    混合気を形成して、排気温度上昇用の成層燃焼を行なう
    直噴火花点火式内燃機関であって、 前記吸気行程及び圧縮行程での燃料噴射のうち、燃料噴
    射量が多い方の燃料噴射量を、空燃比をストイキとする
    ように設定されるフィードバック補正係数により増減補
    正すると共に、燃料噴射量が少ない方の燃料噴射量は該
    フィードバック補正係数により増量側の補正のみを行な
    って、燃焼室内の平均空燃比をストイキとする空燃比フ
    ィードバック制御を行なうことを特徴とする直噴火花点
    火式内燃機関の制御装置。
  4. 【請求項４】機関の燃焼室内に直接燃料を噴射供給する
    燃料噴射弁と、燃焼室内の混合気に火花点火する点火栓
    とを備え、 前記燃焼室に供給される混合気の空燃比を検出する空燃
    比検出手段と、 前記空燃比検出手段により検出された空燃比に基づい
    て、空燃比をストイキとするように燃料噴射量をフィー
    ドバック制御するためのフィードバック補正係数を設定
    するフィードバック補正係数設定手段と、 暖機完了前の条件で、吸気行程での燃料噴射により燃焼
    室全体に空燃比がストイキよりリーンな混合気を形成す
    ると共に、圧縮行程での燃焼室内への燃料噴射により点
    火栓周りに空燃比がストイキよりリッチな混合気を形成
    し、かつ、前記吸気行程及び圧縮行程での燃料噴射のう
    ち、燃料噴射量が多い方の燃料噴射量を、前記フィード
    バック補正係数により増減補正すると共に、燃料噴射量
    が少ない方の燃料噴射量は該フィードバック補正係数に
    より増量側の補正のみを行なって、燃焼室内の平均空燃
    比をストイキとする空燃比フィードバック制御を行なう
    ことにより、排気温度上昇用の成層ストイキ燃焼を行な
    わせる第２成層ストイキ燃焼制御手段と、 を含んで構成したことを特徴とする直噴火花点火式内燃
    機関の制御装置。
  5. 【請求項５】暖機完了前の条件で、吸気行程での燃料噴
    射により燃焼室全体に空燃比がストイキよりリーンな混
    合気を形成すると共に、圧縮行程での燃焼室内への燃料
    噴射により点火栓周りに空燃比がストイキよりリッチな
    混合気を形成して、排気温度上昇用の成層燃焼を行なう
    直噴火花点火式内燃機関であって、 前記吸気行程及び圧縮行程での燃料噴射のうち、燃料噴
    射量が多い方の燃料噴射量を、空燃比をストイキとする
    ように設定されるフィードバック補正係数により増減補
    正すると共に、燃料噴射量が少ない方の燃料噴射量につ
    いては前記フィードバック補正係数による補正を停止し
    て、燃焼室内の平均空燃比をストイキとする空燃比フィ
    ードバック制御を行なうことを特徴とする直噴火花点火
    式内燃機関の制御装置。
  6. 【請求項６】機関の燃焼室内に直接燃料を噴射供給する
    燃料噴射弁と、燃焼室内の混合気に火花点火する点火栓
    とを備え、 前記燃焼室に供給される混合気の空燃比を検出する空燃
    比検出手段と、 前記空燃比検出手段により検出された空燃比に基づいて
    空燃比をストイキとするように燃料噴射量をフィードバ
    ック制御するためのフィードバック補正係数を設定する
    フィードバック補正係数設定手段と、 暖機完了前の条件で、吸気行程での燃料噴射により燃焼
    室全体に空燃比がストイキよりリーンな混合気を形成す
    ると共に、圧縮行程での燃焼室内への燃料噴射により点
    火栓周りに空燃比がストイキよりリッチな混合気を形成
    し、かつ、前記吸気行程及び圧縮行程での燃料噴射のう
    ち、燃料噴射量が多い方の燃料噴射量を、空燃比を前記
    フィードバック補正係数により増減補正すると共に、燃
    料噴射量が少ない方の燃料噴射量については前記フィー
    ドバック補正係数による補正を停止して、燃焼室内の平
    均空燃比をストイキとする空燃比フィードバック制御を
    行なうことにより、排気温度上昇用の成層ストイキ燃焼
    を行なわせる第３成層ストイキ燃焼制御手段と、 を含んで構成したことを特徴とする直噴火花点火式内燃
    機関の制御装置。
  7. 【請求項7】暖機完了前の条件で、吸気行程での燃料噴
    射により燃焼室全体に空燃比がストイキよりリーンな混
    合気を形成すると共に、圧縮行程での燃焼室内への燃料
    噴射により点火栓周りに空燃比がストイキよりリッチな
    混合気を形成して、排気温度上昇用の成層燃焼を行なう
    直噴火花点火式内燃機関であって、 前記吸気行程時の燃料噴射量と圧縮行程時の燃料噴射量
    との双方を、空燃比をストイキとするように設定される
    フィードバック補正係数により増減補正する第１空燃比
    フィードバック制御と、前記圧縮行程及び吸気行程での
    燃料噴射のうち、燃料噴射量が多い方の燃料噴射量を、
    前記フィードバック補正係数により増減補正すると共
    に、燃料噴射量が少ない方の燃料噴射量については前記
    フィードバック補正係数により増量側補正のみ行なう第
    ２空燃比フィードバック制御とを、運転領域に応じて切
    り換えて行なうことにより、燃焼室内の平均空燃比をス
    トイキとするようにしたことを特徴する直噴火花点火式
    内燃機関の制御装置。
  8. 【請求項８】機関の燃焼室内に直接燃料を噴射供給する
    燃料噴射弁と、燃焼室内の混合気に火花点火する点火栓
    とを備え、 前記燃焼室に供給される混合気の空燃比を検出する空燃
    比検出手段と、 前記空燃比検出手段により検出された空燃比に基づいて
    空燃比をストイキとするように燃料噴射量をフィードバ
    ック制御するためのフィードバック補正係数を設定する
    フィードバック補正係数設定手段と、 暖機完了前の条件で、吸気行程での燃料噴射により燃焼
    室全体に空燃比がストイキよりリーンな混合気を形成す
    ると共に、圧縮行程での燃焼室内への燃料噴射により点
    火栓周りに空燃比がストイキよりリッチな混合気を形成
    し、かつ、燃焼室内の平均空燃比をストイキとする空燃
    比フィードバック制御を行なうことにより、排気温度上
    昇用の成層ストイキ燃焼を行なわせる成層ストイキ燃焼
    制御手段と、 前記吸気行程時の燃料噴射量と圧縮行程時の燃料噴射量
    との双方を、前記フィードバック補正係数により増減補
    正する第１空燃比フィードバック制御と、前記圧縮行程
    及び吸気行程での燃料噴射のうち、燃料噴射量が多い方
    の燃料噴射量を、前記フィードバック補正係数により増
    減補正すると共に、燃料噴射量が少ない方の燃料噴射量
    については前記フィードバック補正係数により増量側補
    正のみ行なう第２空燃比フィードバック制御とを、運転
    領域に応じて切り換えることによって、前記空燃比フィ
    ードバック制御を実行する第1制御方式切換手段と、 を含んで構成したことを特徴とする直噴火花点火式内燃
    機関の制御装置。
  9. 【請求項９】暖機完了前の条件で、吸気行程での燃料噴
    射により燃焼室全体に空燃比がストイキよりリーンな混
    合気を形成すると共に、圧縮行程での燃焼室内への燃料
    噴射により点火栓周りに空燃比がストイキよりリッチな
    混合気を形成して、排気温度上昇用の成層燃焼を行なう
    直噴火花点火式内燃機関であって、 前記吸気行程時の燃料噴射量と圧縮行程時の燃料噴射量
    との双方を、空燃比をストイキとするように設定される
    フィードバック補正係数により増減補正する第１空燃比
    フィードバック制御と、前記圧縮行程及び吸気行程での
    燃料噴射のうち、燃料噴射量が多い方の燃料噴射量を、
    前記フィードバック補正係数により増減補正すると共
    に、燃料噴射量が少ない方の燃料噴射量については前記
    フィードバック補正係数による補正を停止した第３空燃
    比フィードバック制御とを、運転領域に応じて切り換え
    て行なうことにより、燃焼室内の平均空燃比をストイキ
    とするようにしたことを特徴とする直噴火花点火式内燃
    機関の制御装置。
  10. 【請求項10】機関の燃焼室内に直接燃料を噴射供給する
    燃料噴射弁と、燃焼室内の混合気に火花点火する点火栓
    とを備え、 前記燃焼室に供給される混合気の空燃比を検出する空燃
    比検出手段と、 前記空燃比検出手段により検出された空燃比に基づいて
    空燃比をストイキとするように燃料噴射量をフィードバ
    ック制御するためのフィードバック補正係数を設定する
    フィードバック補正係数設定手段と、 暖機完了前の条件で、吸気行程での燃料噴射により燃焼
    室全体に空燃比がストイキよりリーンな混合気を形成す
    ると共に、圧縮行程での燃焼室内への燃料噴射により点
    火栓周りに空燃比がストイキよりリッチな混合気を形成
    し、かつ、燃焼室内の平均空燃比をストイキとする空燃
    比フィードバック制御を行なうことにより、排気温度上
    昇用の成層ストイキ燃焼を行なわせる成層ストイキ燃焼
    制御手段と、 前記吸気行程時の燃料噴射量と圧縮行程時の燃料噴射量
    との双方を、前記フィードバック補正係数により増減補
    正する第１空燃比フィードバック制御と、前記圧縮行程
    及び吸気行程での燃料噴射のうち、燃料噴射量が多い方
    の燃料噴射量を、前記フィードバック補正係数により増
    減補正すると共に、燃料噴射量が少ない方の燃料噴射量
    については前記フィードバック補正係数による補正を停
    止した第３空燃比フィードバック制御とを、運転領域に
    応じて切り換えることによって、前記空燃比フィードバ
    ック制御を実行する第2制御方式切換手段と、 を含んで構成したことを特徴とする直噴火花点火式内燃
    機関の制御装置。
  11. 【請求項11】暖機完了前の条件で、吸気行程での燃料噴
    射により燃焼室全体に空燃比がストイキよりリーンな混
    合気を形成すると共に、圧縮行程での燃焼室内への燃料
    噴射により点火栓周りに空燃比がストイキよりリッチな
    混合気を形成して、排気温度上昇用の成層燃焼を行なう
    直噴火花点火式内燃機関であって、 前記圧縮行程及び吸気行程での燃料噴射のうち、燃料噴
    射量が多い方の燃料噴射量を、空燃比をストイキとする
    ように設定されるフィードバック補正係数により増減補
    正すると共に、燃料噴射量が少ない方の燃料噴射量につ
    いては該フィードバック補正係数による増減補正を行な
    いつつ最小値以上に保持して、燃焼室内の平均空燃比を
    ストイキとする空燃比フィードバック制御を行なうこと
    を特徴とする直噴火花点火式内燃機関の制御装置。
  12. 【請求項12】機関の燃焼室内に直接燃料を噴射供給する
    燃料噴射弁と、燃焼室内の混合気に火花点火する点火栓
    とを備え、 前記燃焼室に供給される混合気の空燃比を検出する空燃
    比検出手段と、 前記空燃比検出手段により検出された空燃比に基づいて
    空燃比をストイキとするように燃料噴射量をフィードバ
    ック制御するためのフィードバック補正係数を設定する
    フィードバック補正係数設定手段と、 暖機完了前の条件で、前記燃料噴射弁からの圧縮行程で
    の燃料噴射により、点火栓周りに空燃比がストイキより
    リッチな混合気を形成しつつ、吸気行程での燃料噴射に
    より燃焼室全体に空燃比がストイキよりリーンな混合気
    を形成し、前記圧縮行程及び吸気行程での燃料噴射のう
    ち、燃料噴射量が多い方の燃料噴射量を、前記フィード
    バック補正係数により増減補正すると共に、燃料噴射量
    が少ない方の燃料噴射量については前記フィードバック
    補正係数による増減補正を行ないつつ最小値以上に保持
    して、燃焼室内の平均空燃比をストイキとする空燃比フ
    ィードバック制御を行なうことにより、排気温度上昇用
    の成層ストイキ燃焼を行なわせる第４成層ストイキ燃焼
    制御手段と、 を含んで構成したことを特徴とする直噴火花点火式内燃
    機関の制御装置。
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