JP3233032B2

JP3233032B2 - 筒内噴射型火花点火式内燃エンジン

Info

Publication number: JP3233032B2
Application number: JP20601396A
Authority: JP
Inventors: 均加村; 健二郎幡山; 淳良小島; 宏記田村
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 1996-08-05
Filing date: 1996-08-05
Publication date: 2001-11-26
Anticipated expiration: 2016-08-05
Also published as: JPH1047126A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、筒内噴射型火花点
火式内燃エンジンに係り、詳しくは、圧縮行程及び吸気
行程で燃料噴射可能な筒内噴射型火花点火式内燃エンジ
ンに関する。

【０００２】

【関連する背景技術】近年、車両に搭載される火花点火
式内燃エンジンにおいて、有害排出ガス成分の低減や燃
費の向上等を図るため、旧来の吸気管噴射型に代えて燃
焼室に直接燃料を噴射する筒内噴射型のガソリンエンジ
ンが種々提案されている。筒内噴射型のガソリンエンジ
ンでは、例えば、燃料噴射弁からピストン頂部に設けた
キャビティ内に燃料を噴射することで、点火時点におい
て点火プラグの周囲に理論空燃比に近い空燃比の混合気
を生成させている。これにより、全体に希薄な空燃比で
も着火が可能となり、ＣＯやＨＣの排出量が減少すると
共に、アイドル運転時や低負荷走行時の燃費を大幅に向
上させることができるようにされている。

【０００３】また、このようなガソリンエンジンでは、
エンジンの運転状態、つまりエンジン負荷に応じて圧縮
行程噴射モード（後期噴射モード）と吸気行程噴射モー
ド（前期噴射モード）とを切り換えるようにしている。
これにより、低負荷運転時には、圧縮行程中に燃料を噴
射し、点火プラグの周囲やキャビティ内に理論空燃比に
近い空燃比の混合気を形成させることができ、これによ
り、全体として希薄な空燃比でも良好な着火を実現でき
る。一方、中高負荷運転時には、吸気行程中に燃料を噴
射し、燃焼室内に均一な空燃比の混合気を形成させるこ
とができ、これにより、吸気管噴射型のものと同様に、
多量の燃料を燃焼させて加速時や高速走行時に要求され
る出力を確保することが可能とされている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、この筒内噴
射型のガソリンエンジンでは、上記圧縮行程中に燃料が
噴射されるときにおいてキャビティ内に噴射される燃料
が多いと、点火プラグの周囲の混合気が理論空燃比を越
えて局所的にリッチ空燃比となることがある。このよう
に点火プラグの周囲の混合気がリッチ化されると、その
度合いによっては点火プラグによる着火が行われず、全
体の空燃比がリーン空燃比でありながらも、所謂失火が
発生し、エンジンの運転状態が悪化する虞がある。この
ようにエンジンの運転状態が悪化すると、車両の走行
性、即ちドライバビリティが損なわれることになり好ま
しいことではない。

【０００５】本発明は、上述した事情に基づきなされた
もので、その目的とするところは、失火を確実に防止可
能な筒内噴射型火花点火式内燃エンジンを提供すること
にある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
め、請求項１の発明では、燃焼室に燃料を直接噴射する
燃料噴射弁を有し、運転状態に応じて主として吸気行程
において燃料噴射を行う吸気行程噴射モードと、主とし
て圧縮行程において燃料噴射を行う圧縮行程噴射モード
とを選択可能な筒内噴射型火花点火式内燃エンジンにお
いて、加速操作部材の操作状態を検出する加速操作状態
検出手段と、前記燃焼室に導かれる吸入空気量を検出す
る吸入空気量検出手段と、前記加速操作状態検出手段及
び前記吸入空気量検出手段のいずれか一方の検出結果に
基づき燃焼室全体としての目標空燃比を求め、該目標空
燃比に基づき前記燃焼室に供給する燃料噴射量と相関関
係にある燃料噴射相関値を算出する燃料噴射相関値演算
手段と、前記圧縮行程噴射モードが選択されたとき、燃
料の大量噴射を抑制するように前記燃料噴射相関値に制
限を加える規制手段とを備えたことを特徴としている。

【０００７】従って、圧縮行程噴射モードにおいては、
燃料が噴射されると燃料が点火プラグ近傍に集中し、点
火プラグ周りの空燃比が局所的にリッチ化するのである
が、燃焼室全体としての目標空燃比から求まる燃料噴射
相関値、即ち燃料噴射量に燃料の大量噴射を抑制するよ
うな制限が加えられることにより、燃料が大量に噴射さ
れることが抑制されて点火プラグ周りの局所的な空燃比
のリッチ化が規制され、内燃エンジンの失火が好適に防
止される。

【０００８】また、請求項２の発明では、前記燃料噴射
相関値は燃料噴射時間であり、前記規制手段は、前記圧
縮行程噴射モードが選択され且つ前記燃料噴射時間が第
１の所定値以上とされたとき、前記燃料噴射時間を前記
第１の所定値に設定することを特徴としている。従っ
て、圧縮行程噴射モードにおいて燃料噴射時間が第１の
所定値以上とされたときには、燃料噴射時間が第１の所
定値に保持されることで、燃料が大量に噴射されること
なく点火プラグ周りの局所的な空燃比のリッチ化が制限
され、内燃エンジンの失火が好適に防止される。

【０００９】また、請求項３の発明では、前記規制手段
は、前記圧縮行程噴射モードが選択され且つ前記目標空
燃比が第２の所定値以下とされたとき、前記目標空燃比
を前記第２の所定値に設定して前記燃料噴射相関値に制
限を加えることを特徴としている。従って、圧縮行程噴
射モードにおいて目標空燃比が第２の所定値以下とされ
たときには、目標空燃比が第２の所定値に保持されるこ
とで燃料噴射相関値に制限が加えられ、燃料が大量に噴
射されることなく点火プラグ周りの局所的な空燃比のリ
ッチ化が規制され、内燃エンジンの失火が好適に防止さ
れる。

【００１０】また、請求項４の発明では、前記内燃エン
ジンの運転状態を検出する複数の運転状態検出手段と、
前記複数の運転状態検出手段の検出結果に応じて前記燃
料噴射量を補正する噴射量補正係数を算出する補正係数
算出手段と、前記噴射量補正係数に基づき前記燃料噴射
相関値を補正する補正手段とをさらに備え、前記規制手
段は、前記噴射量補正係数が第３の所定値以上とされた
とき、前記噴射量補正係数を前記第３の所定値に設定す
ることで前記燃料噴射相関値に制限を加えることを特徴
としている。

【００１１】従って、圧縮行程噴射モードにおいて噴射
量補正係数が第３の所定値以上とされたときには、噴射
量補正係数が第３の所定値に保持されることで燃料噴射
相関値に制限が加えられ、燃料が大量に噴射されること
なく点火プラグ周りの局所的な空燃比のリッチ化が規制
され、内燃エンジンの失火が好適に防止される。また、
請求項５の発明では、前記第３の所定値は、前記目標空
燃比に応じて可変設定されることを特徴としている。

【００１２】従って、通常、噴射量補正係数は目標空燃
比に応じて可変するのであるが、これに応じて第３の所
定値は可変設定される。故に、規制されるべき燃料噴射
相関値が目標空燃比に応じて変動してしまうことが抑止
され、内燃エンジンの失火が安定的且つより好適に防止
される。

【００１３】また、請求項６の発明では、前記規制手段
は、前記目標空燃比が第４の所定値以下となったとき実
施されることを特徴としている。従って、規制手段は、
目標空燃比が第４の所定値以下となった場合にのみ実施
されることになり、つまり、内燃エンジンが失火し易い
状態になったときにおいてのみ好適に実施可能とされ
る。

【００１４】従って、規制手段は、目標空燃比が第５の
所定値以下となった場合にのみ実施されることになり、
つまり、内燃エンジンが失火し易い状態になったときに
おいてのみ好適に実施可能とされる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明の
一実施形態を詳細に説明する。図１は、車両に搭載され
た本発明に係る内燃エンジンの制御装置の一実施形態を
示す概略構成図である。以下、同図に基づき、内燃エン
ジンの制御装置の構成について説明する。

【００１６】エンジン１としては、吸気行程での燃料噴
射（前期噴射モード）とともに圧縮行程での燃料噴射
（後期噴射モード）を実施可能であって、且つ希薄空燃
比、即ちリーン空燃比での燃焼が可能な、筒内噴射型直
列４気筒ガソリンエンジンが適用される。この筒内噴射
型のエンジン１では、燃焼室を始め吸気装置や排ガス再
循環（ＥＧＲ）を行うＥＧＲ装置（排ガス再循環装置）
等が筒内噴射専用に設計されており、また、容易にして
リッチ空燃比、理論空燃比（ストイキオ）ＡＦS、リー
ン空燃比での運転が実現可能とされている。

【００１７】エンジン１のシリンダヘッド２には、各気
筒毎に点火プラグ３とともに電磁式の燃料噴射弁４も取
り付けられており、燃焼室５内に燃料が直接噴射される
ようにされている。また、シリンダ６に上下摺動自在に
保持されたピストン７の頂面には、圧縮行程後期に燃料
噴射弁４からの燃料噴霧が到達する位置に、半球状の窪
み、即ちキャビティ８が形成されている。また、このエ
ンジン１の圧縮比は、吸気管噴射型のものに比べ高く
（例えば、１２程度）設定されている。動弁機構として
はＤＯＨＣ４弁式が採用されており、シリンダヘッド２
の上部には、吸排気弁９，１０をそれぞれ駆動すべく、
吸気側カムシャフト１１と排気側カムシャフト１２とが
回転自在に支持されている。

【００１８】シリンダヘッド２には、両カムシャフト１
１，１２の間を抜けるようにして、略直立方向に吸気ポ
ート１３が形成されており、この吸気ポート１３を通過
した吸気流は燃焼室５内において、通常のタンブル流と
は逆方向のタンブル流である逆タンブル流を発生可能と
されている。一方、排気ポート１４については、通常の
エンジンと同様に略水平方向に形成されているが、斜め
下方に向け大径の排ガス再循環ポート、即ちＥＧＲポー
ト１５が分岐している。

【００１９】図中、符号１６は冷却水温Ｔwを検出する
水温センサである。また、符号１７は各気筒の所定のク
ランク位置（例えば、５°BTDCおよび７５°BTDC）でク
ランク角信号ＳGTを出力するベーン型のクランク角セン
サであり、このクランク角センサ１７はクランク角信号
ＳGTに基づきエンジン回転速度Ｎeを検出可能とされて
いる。符号１９は点火プラグ３に高電圧を出力する点火
コイルである。なお、クランクシャフトの半分の回転数
で回転するカムシャフトには、気筒判別信号ＳGCを出力
する気筒判別センサ（図示せず）が設けられており、こ
れにより、上記クランク角信号ＳGTがどの気筒のものか
判別可能とされている。

【００２０】吸気ポート１３には、サージタンク２０を
有する吸気マニホールド２１を介して、スロットルボデ
ィ２３、ステッパモータ式の＃１ＡＢＶ（第１エアバイ
パスバルブ）２４、エアフローセンサ（吸入空気量検出
手段）３２及びエアクリーナ２２を備えた吸気管２５が
接続されている。吸気管２５には、スロットルボディ２
３を迂回して吸気マニホールド２１に吸気を行う大径の
エアバイパスパイプ２６が併設されており、その管路に
はリニアソレノイド式で大型の＃２ＡＢＶ（第２エアバ
イパスバルブ）２７が設けられている。なお、エアバイ
パスパイプ２６は、吸気管２５に準ずる流路面積を有し
ており、＃２ＡＢＶ２７の全開時にはエンジン１の低中
速域で要求される量の吸気が可能とされている。

【００２１】また、スロットルボディ２３には、流路を
開閉するバタフライ式のスロットルバルブ２８ととも
に、スロットルバルブ２８の開度、即ちスロットル開度
θthを検出するスロットル弁開度センサとしてのスロッ
トルポジションセンサ（加速操作状態検出手段であり、
以下、ＴＰＳという）２９と、スロットルバルブ２８の
全閉状態を検出してエンジン１のアイドリング状態を認
識するアイドルスイッチ３０とが備えられている。な
お、実際には、ＴＰＳ２９からは、スロットル開度θth
に応じたスロットル電圧Ｖthが出力され、このスロット
ル電圧Ｖthに基づいてスロットル開度θthが認識され
る。

【００２２】上記エアフローセンサ３２は、吸入空気量
Ｑaを検出するものであって、例えば、カルマン渦式フ
ローセンサが使用される。なお、吸入空気量Ｑaは、サ
ージタンク２０にブースト圧センサを取付け、このブー
スト圧センサにより検出される吸気管圧力から求めるよ
うにしてもよい。一方、排気ポート１４には、実空燃比
（実Ａ／Ｆ）を検出可能なＯ₂センサ４０が取付けられ
た排気マニホールド４１を介して、三元触媒４２や図示
しないマフラー等を備えた排気管４３が接続されてい
る。また、上述のＥＧＲポート１５は、大径のＥＧＲパ
イプ４４を介して、吸気マニホールド２１の上流に接続
されており、その管路にはステッパモータ式のＥＧＲバ
ルブ４５が設けられている。

【００２３】燃料タンク５０は、車両の図示しない車体
後部に設置されている。燃料タンク５０に貯留された燃
料は、電動式の低圧燃料ポンプ５１に吸い上げられ、低
圧フィードパイプ５２を介してエンジン１側に送給され
る。低圧フィードパイプ５２内の燃圧は、リターンパイ
プ５３の管路に介装された第１燃圧レギュレータ５４に
より、比較的低圧（低燃圧）に調圧される。エンジン１
側に送給された燃料は、シリンダヘッド２に取り付けら
れた高圧燃料ポンプ５５により、高圧フィードパイプ５
６とデリバリパイプ５７とを介して、各燃料噴射弁４に
送給される。

【００２４】高圧燃料ポンプ５５は、例えば斜板アキシ
ャルピストン式であり、排気側カムシャフト１２により
駆動され、エンジン１のアイドル運転時においても５Ｍ
Ｐa〜７ＭＰa以上の吐出圧を発生可能とされている。そ
して、デリバリパイプ５７内の燃圧は、リターンパイプ
５８の管路に介装された第２燃圧レギュレータ５９によ
り、比較的高圧（高燃圧）に調圧される。

【００２５】図中、符号６０は第２燃圧レギュレータ５
９に取付けられた電磁式の燃圧切換弁である。この燃圧
切換弁６０は、オン状態で燃料をリリーフし、これによ
りデリバリパイプ５７内の燃圧を低燃圧に低下させるこ
とが可能である。また、符号６１は高圧燃料ポンプ５５
の潤滑や冷却等に利用された一部の燃料を燃料タンク５
０に還流させるリターンパイプである。

【００２６】車両の車室内には、入出力装置、制御プロ
グラムや制御マップ等の記憶に供される記憶装置（ＲＯ
Ｍ，ＲＡＭ，ＢＵＲＡＭ等）、中央処理装置（ＣＰ
Ｕ）、タイマカウンタ等を備えたＥＣＵ（電子制御ユニ
ット）７０が設置されており、このＥＣＵ７０によっ
て、エンジン１の総合的な制御が実施される。ＥＣＵ７
０の入力側には、上述した各種のセンサ類が接続されて
おり、各種センサ類等からの検出情報が入力する。ＥＣ
Ｕ７０は、これらの検出情報に基づき、燃料噴射モード
を始めとして、燃料噴射量、点火時期、ＥＧＲガスの導
入量等を決定し、燃料噴射弁４や点火コイル１９、ＥＧ
Ｒバルブ４５等を駆動制御する。なお、ＥＣＵ７０の入
力側には、説明を省略するが、上記各種センサ類の他、
図示しない多数のスイッチやセンサ類が接続されてお
り、一方、出力側にも図示しない各種警告灯や機器類等
が接続されている。

【００２７】次に、上記のように構成されたエンジン１
の制御装置の作用、即ちエンジン１の燃焼制御内容につ
いて説明する。エンジン１が冷機状態にあるときには、
運転者がイグニッションキーをオン操作すると、ＥＣＵ
７０は、低圧燃料ポンプ５１とレギュレータバイパスバ
ルブ６０をオンにして、燃料噴射弁４に低燃圧の燃料を
供給する。

【００２８】運転者がイグニッションキーをスタート操
作すると、図示しないセルモータによりエンジン１がク
ランキングされ、同時にＥＣＵ７０により燃焼制御が開
始される。この時点では、ＥＣＵ７０は、前期噴射モー
ド（即ち、吸気行程噴射モード）を選択し、比較的リッ
チな空燃比となるように燃料を噴射する。これは、冷機
時には燃料の気化率が低いため、後期噴射モード（即
ち、圧縮行程噴射モード）で噴射を行うと、失火や未燃
燃料（ＨＣ）の排出が避けられないことに基づいてい
る。また、ＥＣＵ７０は、このような始動時においては
＃２ＡＢＶ２７を閉鎖する。従って、この場合、燃焼室
５への吸気はスロットルバルブ２８の隙間や＃１ＡＢＶ
２４を介して行われる。なお、＃１ＡＢＶ２４と＃２Ａ
ＢＶ２７とは、ＥＣＵ７０により一元管理されており、
スロットルバルブ２８を迂回する吸入空気（バイパスエ
ア）の必要導入量に応じてそれぞれの開弁量が決定され
る。

【００２９】このようにしてエンジン１の始動が完了
し、エンジン１がアイドル運転を開始すると、高圧燃料
ポンプ５５が定格の吐出作動を始めることになり、ＥＣ
Ｕ７０は、レギュレータバイパスバルブ６０をオフにし
て燃料噴射弁４に高圧の燃料を供給する。この際、要求
される燃料噴射量は、高圧燃料ポンプ５５の吐出圧と燃
料噴射弁４の開弁時間、即ち燃料噴射時間とから得られ
る。

【００３０】そして、冷却水温Ｔwが所定値に上昇する
までは、ＥＣＵ７０は、始動時と同様に前期噴射モード
を選択してリッチ空燃比となるよう燃料を噴射するとと
もに、＃２ＡＢＶ２７を継続して閉鎖状態とする。な
お、エアコン等の補機類の負荷の増減に応じたアイドル
回転数の制御は、吸気管噴射型エンジンの場合と同様に
して＃１ＡＢＶ２４によって行われる。

【００３１】このように、冷機時においては、吸気管噴
射型エンジンの場合と略同様の燃料噴射制御が行われる
ことになるが、この場合には、吸気管１３の壁面への燃
料滴の付着等がないため、制御の応答性や精度は高い。
エンジン１が暖機状態になると、ＥＣＵ７０は、ＴＰＳ
２９からのスロットル電圧Ｖthに基づくスロットル開度
情報θthから得た目標平均有効圧（負荷相関値）Ｐeと
エンジン回転速度Ｎeとに基づき、図２の燃料噴射制御
マップから現在の燃料噴射モード領域を検索する。これ
により、燃料噴射モードが設定される。そして、この燃
料噴射モードに応じて燃料噴射量が決定され、燃料噴射
弁４が駆動制御される。また、同時に＃２ＡＢＶ２７や
ＥＧＲバルブ４５の開閉制御等も行われる。

【００３２】例えば、アイドル運転時や低速走行時のよ
うにエンジン１が低負荷・低回転域にあるときには、図
２に基づき燃料噴射モードは後期噴射リーンモードとさ
れ、圧縮行程において燃料噴射が実施されるとともに、
目標平均有効圧Ｐeに基づくリーンな目標空燃比、即ち
目標Ａ／Ｆ（例えば、Ａ／Ｆ＝３０〜４０程度）となる
よう燃料噴射量が決定され、やはり目標平均有効圧Ｐe
に基づいて点火時期Ｓa、ＥＧＲ量Ｌegrが設定されて、
良好な燃焼制御が行われる。

【００３３】なお、後期噴射リーンモードでの燃焼につ
いてより詳しく説明すると、この筒内噴射型のエンジン
１では、前述したように、ピストン７の上面にキャビテ
ィ８が形成されている。このことから、吸気ポート１３
から流入した吸気流がキャビティ８に沿い上記逆タンブ
ル流を形成するため、燃料噴射弁４から噴射された燃料
と吸入空気との混合気、即ち燃料噴霧は、点火プラグ３
近傍に良好に集約される。その結果、点火時点において
点火プラグ３の周囲には理論空燃比ＡＦSに近い混合気
が常に層状に形成されることになる。従って、この後期
噴射モードにおいては、全体としてリーン空燃比であっ
ても良好な着火性が確保されるのである。

【００３４】また、例えば、定速走行時のようにエンジ
ン１が中負荷域にあるときには、図２に基づき燃料噴射
モードは前期噴射リーンモード或いはストイキオフィー
ドバックモードとされる。前期噴射リーンモードの場
合、燃料噴射は吸気行程で実施される。この前期噴射リ
ーンモードでは、目標Ａ／Ｆは、目標平均有効圧Ｐeに
代えて、例えばエアフローセンサ３２からの吸入空気量
Ｑaに基づき算出される体積効率Ｅvに基づいて演算され
る。従って、ここでは、体積効率Ｅvに基づいた比較的
リーンな目標Ａ／Ｆ（例えば、Ａ／Ｆ＝２０〜２３程
度）となるよう燃料噴射量が決定され、やはり体積効率
Ｅvに基づいて点火時期Ｓa、ＥＧＲ量Ｌegrが設定され
て、良好な燃焼制御が行われる。

【００３５】一方、ストイキオフィードバックモードで
は、燃料噴射はやはり吸気行程で行われ、体積効率Ｅv
に基づいて点火時期Ｓa、ＥＧＲ量Ｌegrが設定されるこ
とになるが、この場合には、Ｏ₂センサ４０の出力電圧
に応じて空燃比フィードバック制御が行われることにな
り、目標Ａ／Ｆに関しては、理論空燃比ＡＦSとなるよ
う制御される。

【００３６】また、例えば、急加速時や高速走行時のよ
うにエンジン１が高負荷域にあるときには、図２に基づ
き燃料噴射モードはオープンループモードとされ、この
場合には、前期噴射モードが選択されて燃料噴射が吸気
行程で行われるとともに、上記同様に体積効率Ｅvに基
づいて比較的リッチな空燃比となるよう目標Ａ／Ｆが設
定され、やはり体積効率Ｅvに基づいて点火時期Ｓa、Ｅ
ＧＲ量Ｌegrが設定されて、良好な燃焼制御が行われ
る。

【００３７】なお、中高速走行中の惰行運転時等には、
燃料噴射モードは図２中に示すように燃料カットモード
となり、この場合には、燃料噴射は停止される。この燃
料カットは、エンジン回転速度Ｎeが復帰回転速度より
低下した場合や、運転者がアクセルペダルを踏み込んだ
場合には即座に中止されるものである。ところで、上記
後期噴射リーンモードにおいては、上述したように、キ
ャビティ８により、燃料噴射弁４から噴射された燃料と
吸入空気との混合気、即ち燃料噴霧が点火プラグ３近傍
に良好に集約される。従って、通常は、全体としてリー
ン空燃比であっても良好な着火性が確保されることにな
る。

【００３８】しかしながら、燃料噴射量が多くされ、点
火プラグ３近傍に噴霧される燃料量が大とされると、全
体としてはリーン空燃比でありながらも、点火プラグ３
近傍の燃料の濃度が大きくなり、エンジン１が失火を起
こすことがあり得る。例えば、実験等に基づき、全体の
実際の空燃比、即ち実Ａ／Ｆがリッチ限界空燃比ＡＦ1
（例えば、ＡＦ1＝１８）以下になるとエンジン１が失
火を起こすことが確認されている。そこで、本発明のエ
ンジン１では、実Ａ／Ｆが所定空燃比ＡＦ1以下となる
ことがないように図り、これによりエンジン１が失火を
起こさないようにしている。

【００３９】図３を参照すると、後期噴射モード、即ち
後期噴射リーンモードにおいてＥＣＵ７０が実行する燃
料噴射量設定ルーチンのフローチャートが示されてお
り、以下、同図に基づき、後期噴射モードにおける燃料
噴射量の設定手順とともにエンジン１の失火防止制御手
順を説明する。図３のステップＳ１０では、ＴＰＳ２
９、クランク角センサ１７、エアフローセンサ３２等の
各種センサからの検出値を読込む。

【００４０】そして、ステップＳ１２では、ＴＰＳ２９
のスロットル電圧Ｖthに基づくスロットル開度情報θth
とクランク角センサ１７からのエンジン回転速度情報Ｎ
eとに基づいて目標平均有効圧Ｐeをマップ（図示せず）
から求める。次に、ステップＳ１４において、エンジン
回転速度情報Ｎeと目標平均有効圧Ｐeとから目標Ａ／Ｆ
を算出する。実際には、エンジン回転速度情報Ｎeと目
標平均有効圧Ｐeとに基づき予め目標Ａ／Ｆ設定マップ
が設けられており、目標Ａ／Ｆは、このマップから読取
られる。

【００４１】ステップＳ１６では、吸入空気量Ｑaと目
標Ａ／Ｆとから、基準燃料噴射時間ＴBを次式(1)により
設定する。ＴB＝Ｑa／（目標Ａ／Ｆ）・Ｋ …(1) ここに、Ｋは係数である。そして、次のステップＳ１８
において、各種センサ（運転状態検出手段）からの検出
値に基づき、上記基準燃料噴射時間ＴBの補正を行うた
めの各種補正係数を設定する。各種補正係数としては、
吸気温補正係数ＫAT、大気圧補正係数ＫAP、暖機補正係
数ＫTW、始動直後補正係数ＫAS、学習補正係数ＫLRN、
アイドル補正係数ＫFI、Ａ／Ｆリッチ化補正係数ＫAFr
及びＡ／Ｆマップ補正係数ＫAFがある。実際には、これ
らの各種補正係数は、それぞれ対応するセンサからの検
出信号に応じて予め設定されたマップから読取られる。

【００４２】次のステップＳ２０では、上記のようにし
て求めた各種補正係数のうちＡ／Ｆマップ補正係数ＫAF
を除く吸気温補正係数ＫAT、大気圧補正係数ＫAP、暖機
補正係数ＫTW、始動直後補正係数ＫAS、学習補正係数Ｋ
LRN、アイドル補正係数ＫFI、Ａ／Ｆリッチ化補正係数
ＫAFrについての積算値、即ち、Ａ／Ｆマップ補正係数
ＫAF以外の補正係数値ＫETCを次式(2)から求める（補正
係数算出手段）。

【００４３】ＫETC＝ＫAT・ＫAP・ＫTW・ＫAS・ＫLRN・ＫFI・ＫAFr …(2) そして、次のステップＳ２２において、各種補正係数及
び無効時間補正値Ｔdを加味し（補正手段）、燃料噴射
時間、即ち、燃料噴射時間（燃料噴射相関値）Ｔinjを
次式(3)から求める（燃料噴射相関値演算手段）。Ｔinj＝ＴB・ＫETC・ＫAF＋Ｔd …(3) このようにして燃料噴射時間Ｔinjが算出されたら、次
のステップＳ２４において、目標Ａ／Ｆが所定値（第４
の所定値）ＡＦ3（例えば、ＡＦ3＝２０）以下であるか
或いは目標平均有効圧Ｐeが所定値Ｐe1（例えば、Ｐe1
＝２ＫＰa）以上であるか否かを判別する。この判別
は、次のステップＳ２６で燃料噴射時間Ｔinjの制限制
御を行うか否かの判別であって、エンジン１が失火し易
い状況となり、エンジン１の失火防止制御を行う必要が
あるか否かの判別を意味している。

【００４４】ステップＳ２４の判別結果が偽（Ｎｏ）
で、目標Ａ／Ｆが所定値ＡＦ3より大きく、且つ目標平
均有効圧Ｐeが所定値Ｐe1よりも小さいような場合に
は、基準燃料噴射時間ＴB、つまり燃料噴射時間Ｔinjが
エンジン１の失火に至る程長くなることはない。即ち、
実Ａ／Ｆを左右する燃料噴射量は上記式(3)により求め
られた燃料噴射時間Ｔinjに基づいて設定されるのであ
るが、このような短い燃料噴射時間Ｔinjでは、燃料噴
射量はそれほど多くなく、故に、実Ａ／Ｆがエンジン１
の失火に至るほどリッチ化することはない。従って、こ
の場合には、何もせずに当該ルーチンを抜ける。つま
り、この場合には、上記ステップＳ２２において求めら
れた燃料噴射時間Ｔinjに基づいて燃料噴射量が設定さ
れ、燃焼制御が行われる。

【００４５】一方、ステップＳ２４の判別結果が真（Ｙ
ｅｓ）で、目標Ａ／Ｆが所定値ＡＦ3以下または目標平
均有効圧Ｐeが所定値Ｐe1以上である場合には、次にス
テップＳ２６に進み、燃料噴射時間Ｔinjの制限制御を
行う。この燃料噴射時間Ｔinjの制限制御は、即ち、エ
ンジン１の失火防止制御を意味している（規制手段）。
以下、エンジン１の失火防止制御について説明する。

【００４６】ここでは、図４乃至図６（実施例１乃至実
施例３）に示す燃料噴射時間Ｔinjの制御ルーチンのフ
ローチャートのいずれかひとつが実行される。以下、各
実施例毎に図４乃至図６に基づいて説明する。先ず、図
４に基づき実施例１の場合を説明する。ステップＳ３０
では、燃料噴射時間Ｔinjが所定値（第１の所定値）Ｔ1
以上であるか否かが判別される。ここに、所定値Ｔ1
は、クリップ値であって、上記リッチ限界空燃比ＡＦ1
（例えば、ＡＦ1＝１８）よりも僅かに大きな実Ａ／
Ｆ、即ち所定空燃比ＡＦ2（例えば、ＡＦ2＝１９）に対
応した値に設定されている。

【００４７】ステップＳ３０の判別結果が偽で、燃料噴
射時間Ｔinjが所定値Ｔ1に達していないような場合に
は、実Ａ／Ｆが所定空燃比ＡＦ2（例えば、ＡＦ2＝１
９）まで小さくなっておらず、エンジン１が失火に至る
ことはないと判定でき、この場合には、何もせずに当該
ルーチンを抜ける。一方、ステップＳ３０の判別結果が
真で、燃料噴射時間Ｔinjが所定値Ｔ1以上である場合に
は、実Ａ／Ｆが所定空燃比ＡＦ2（例えば、ＡＦ2＝１
９）まで小さくなっているとみなすことができ、エンジ
ン１が失火に至る虞があると判定でき、この場合には、
次にステップＳ３２に進む。

【００４８】ステップＳ３２では、エンジン１が失火に
至らないように、燃料噴射時間Ｔinjを所定値Ｔ1に設定
する。即ち、このステップＳ３２では、上記図３のステ
ップＳ２２で演算により求めた燃料噴射時間Ｔinjに拘
わらず、燃料噴射時間Ｔinjを所定値Ｔ1に固定するので
ある。これにより、燃料噴射量がクリップ値である所定
値Ｔ1に対応する量以上噴射されることがなくなり、エ
ンジン１の失火が防止される。

【００４９】次に、図５に基づき実施例２の場合を説明
する。図５のステップＳ４０では、目標Ａ／Ｆが、上記
所定空燃比（第２の所定値）ＡＦ2（例えば、ＡＦ2＝１
９）以下であるか否かを判別する。判別結果が偽の場合
には、何もせず当該ルーチンを抜ける。一方、判別結果
が真の場合には、次にステップＳ４２に進む。

【００５０】ステップＳ４２では、目標Ａ／Ｆをクリッ
プ値である所定空燃比ＡＦ2（例えば、ＡＦ2＝１９）に
設定する。これにより、次のステップＳ４４において、
上記所定空燃比ＡＦ2に基づき所定基準燃料噴射時間ＴB
1を求めてこれを基準燃料噴射時間ＴBとする。そして、
ステップＳ４６において、所定基準燃料噴射時間ＴB1に
基づき、改めて燃料噴射時間Ｔinjを次式(4)により算出
する。

【００５１】Ｔinj＝ＴB1・ＫETC・ＫAF＋Ｔd …(4) このように、目標Ａ／Ｆを所定空燃比ＡＦ2（例えば、
ＡＦ2＝１９）に固定することにより、燃料噴射時間Ｔi
njの増大が制限されることになり、つまり燃料噴射量が
規制されることになり、やはりエンジン１の失火が防止
される。次に、図６に基づき実施例３の場合を説明す
る。

【００５２】図６のステップＳ５０では、上記Ａ／Ｆマ
ップ補正係数ＫAF以外の補正係数値ＫETCがクリップ
値、即ち所定値（第３の所定値）Ｋ1以上であるか否か
を判別する。判別結果が偽の場合には、何もせず当該ル
ーチンを抜ける。一方、判別結果が真の場合には、次に
ステップＳ５２に進む。ステップＳ５２では、補正係数
値ＫETCを所定値Ｋ1に設定する。そして、ステップＳ５
４において、所定値Ｋ1に基づき、改めて燃料噴射時間
Ｔinjを次式(5)により算出する。

【００５３】Ｔinj＝ＴB・Ｋ1・ＫAF＋Ｔd …(5) このように、補正係数値ＫETCを所定値Ｋ1に固定するこ
とにより、補正係数値ＫETCが大きくされるようなこと
があっても、補正係数値ＫETCが所定値Ｋ1以上に大きく
されることが制限される。これにより、燃料噴射時間Ｔ
injの増大が制限されて燃料噴射量が規制されることに
なり、エンジン１の失火が防止される。

【００５４】なお、Ａ／Ｆマップ補正係数ＫAFについて
は、目標Ａ／Ｆに直接関わる係数であるため、ここでは
制限値を設けずにそのままとする。また、実際には、補
正係数値ＫETCは、基準燃料噴射時間ＴB、即ち目標Ａ／
Ｆや目標平均有効圧Ｐeに応じて変動するものである。
従って、補正係数値ＫETCのクリップ値である所定値Ｋ1
については、これら目標Ａ／Ｆや目標平均有効圧Ｐeに
応じて可変設定するのがよい。これにより、補正係数値
ＫETCを所定値Ｋ1としたときの燃料噴射時間Ｔinjの変
動が低減され、燃料噴射時間Ｔinjの増大がより好適に
制限されて燃料噴射量が規制される。故に、エンジン１
の失火がより確実に防止される。

【００５５】以上、説明したように、本発明の筒内噴射
型火花点火式内燃エンジンでは、アイドル運転時や低速
走行時のようにエンジン１が低負荷域にあるときには、
燃料噴射モードとして後期噴射モードである後期噴射リ
ーンモードが選択されることになるが、この後期噴射モ
ードにおいては、上記実施例１乃至３（図４乃至図６参
照）に示すようにして、燃料噴射時間Ｔinj自体、目標
Ａ／Ｆ、或いは補正係数値ＫETCにクリップ値を設けて
燃料噴射時間Ｔinjが大きくなり過ぎないようにしてい
る。従って、燃料噴射量を制限して、実Ａ／Ｆがリッチ
限界空燃比ＡＦ1（例えば、ＡＦ1＝１８）以下にならな
いように図ることができ、燃料噴射モードが後期噴射モ
ードであってもエンジン１の失火を確実に防止すること
ができる。

【００５６】なお、上記実施例では、図３中のステップ
Ｓ２４において、エンジン１が失火し易い状況であるか
否か、即ちエンジン１の失火防止制御を行う必要がある
か否かの判別を行うようにしているが、このステップＳ
２４の判別を行うことなく直接ステップＳ２６の燃料噴
射時間Ｔinjの制限制御、即ちエンジン１の失火防止制
御を行うようにしてもよい。

【００５７】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、請求項１
の筒内噴射型火花点火式内燃エンジンによれば、圧縮行
程噴射モードが選択されたとき、燃料噴射相関値に燃料
の大量噴射を抑制するような制限を加える規制手段を備
えるようにしたので、圧縮行程噴射モードにおいて、燃
焼室全体としての目標空燃比から求まる燃料噴射相関
値、即ち燃料噴射量に制限を加えることができ、従っ
て、燃料を大量に噴射することを抑制して点火プラグ周
りの局所的な空燃比のリッチ化を規制することができ、
内燃エンジンの失火を好適に防止しつつ全体として希薄
な空燃比であっても良好な着火を実現することができ
る。故に、当該内燃エンジンが車両に搭載されている場
合にあっては、ドライバビリティを向上させることがで
きる。

【００５８】また、請求項２の筒内噴射型火花点火式内
燃エンジンによれば、圧縮行程噴射モードにおいて燃料
噴射時間が第１の所定値以上とされたときには、燃料噴
射時間を第１の所定値に保持して燃料を大量に噴射しな
いようにでき、従って、点火プラグ周りの局所的な空燃
比のリッチ化を制限して内燃エンジンの失火を好適に防
止することができる。

【００５９】また、請求項３の筒内噴射型火花点火式内
燃エンジンによれば、圧縮行程噴射モードにおいて目標
空燃比が第２の所定値以下とされたときには、目標空燃
比を第２の所定値に保持して燃料噴射相関値に制限を加
えるようにでき、従って、燃料を大量に噴射しないよう
にして点火プラグ周りの局所的な空燃比のリッチ化を規
制でき、内燃エンジンの失火を好適に防止することがで
きる。

【００６０】また、請求項４の筒内噴射型火花点火式内
燃エンジンによれば、圧縮行程噴射モードにおいて噴射
量補正係数が第３の所定値以上とされたときには、噴射
量補正係数を第３の所定値に保持して燃料噴射相関値に
制限を加えることができ、従って、燃料を大量に噴射し
ないようにして点火プラグ周りの局所的な空燃比のリッ
チ化を規制でき、内燃エンジンの失火を好適に防止する
ことができる。

【００６１】また、請求項５の筒内噴射型火花点火式内
燃エンジンによれば、目標空燃比に応じて可変する噴射
量補正係数に合わせ、目標空燃比に応じて第３の所定値
を可変設定でき、従って、規制されるべき燃料噴射相関
値が目標空燃比に応じて変動してしまうことを抑止で
き、内燃エンジンの失火を安定的且つより好適に防止す
ることができる。

【００６２】

【００６３】また、請求項６の筒内噴射型火花点火式内
燃エンジンによれば、目標空燃比が第４の所定値以下と
なった場合にのみ規制手段を実施するようにできる。即
ち、内燃エンジンが失火し易い状態になったときにおい
てのみ規制手段を好適に実施するようにできる。これに
より、燃料噴射相関値を制限する必要がない状況では規
制手段を無意味に実施しないようにできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の筒内噴射型火花点火式内燃エンジンを
示す概略構成図である。

【図２】燃料噴射モードの判定マップを示す図である。

【図３】後期噴射モードにおける燃料噴射量設定ルーチ
ンを示すフローチャートである。

【図４】図３中のＴinj制限制御のうち第１実施例とし
ての制御ルーチンを示すフローチャートである。

【図５】図３中のＴinj制限制御のうち第２実施例とし
ての制御ルーチンを示すフローチャートである。

【図６】図３中のＴinj制限制御のうち第３実施例とし
ての制御ルーチンを示すフローチャートである。

【符号の説明】

１エンジン３点火プラグ４燃料噴射弁１７クランク角センサ１９点火コイル２４＃１ＡＢＶ（第１エアバイパスバルブ）２７＃２ＡＢＶ（第２エアバイパスバルブ）２９ＴＰＳ（加速操作状態検出手段）３２エアフローセンサ（吸入空気量検出手段）７０電子制御ユニット（ＥＣＵ）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者田村宏記東京都港区芝五丁目33番８号三菱自動車工業株式会社内 (56)参考文献特開平５−202754（ＪＰ，Ａ) 特開平４−203335（ＪＰ，Ａ) 特開平２−81937（ＪＰ，Ａ) 特開平６−101554（ＪＰ，Ａ) 特開平７−332071（ＪＰ，Ａ) 特開平２−140441（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F02D 41/00 - 41/40

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】燃焼室に燃料を直接噴射する燃料噴射弁
を有し、運転状態に応じて主として吸気行程において燃
料噴射を行う吸気行程噴射モードと、主として圧縮行程
において燃料噴射を行う圧縮行程噴射モードとを選択可
能な筒内噴射型火花点火式内燃エンジンにおいて、加速操作部材の操作状態を検出する加速操作状態検出手
段と、前記燃焼室に導かれる吸入空気量を検出する吸入空気量
検出手段と、前記加速操作状態検出手段及び前記吸入空気量検出手段
のいずれか一方の検出結果に基づき燃焼室全体としての
目標空燃比を求め、該目標空燃比に基づき前記燃焼室に
供給する燃料噴射量と相関関係にある燃料噴射相関値を
算出する燃料噴射相関値演算手段と、前記圧縮行程噴射モードが選択されたとき、燃料の大量
噴射を抑制するように前記燃料噴射相関値に制限を加え
る規制手段と、を備えたことを特徴とする筒内噴射型火花点火式内燃エ
ンジン。
【請求項２】前記燃料噴射相関値は燃料噴射時間であ
り、前記規制手段は、前記圧縮行程噴射モードが選択され且
つ前記燃料噴射時間が第１の所定値以上とされたとき、
前記燃料噴射時間を前記第１の所定値に設定することを
特徴とする、請求項１記載の筒内噴射型火花点火式内燃
エンジン。
【請求項３】前記規制手段は、前記圧縮行程噴射モー
ドが選択され且つ前記目標空燃比が第２の所定値以下と
されたとき、前記目標空燃比を前記第２の所定値に設定
して前記燃料噴射相関値に制限を加えることを特徴とす
る、請求項１記載の筒内噴射型火花点火式内燃エンジ
ン。
【請求項４】前記内燃エンジンの運転状態を検出する
複数の運転状態検出手段と、前記複数の運転状態検出手段の検出結果に応じて前記燃
料噴射量を補正する噴射量補正係数を算出する補正係数
算出手段と、前記噴射量補正係数に基づき前記燃料噴射相関値を補正
する補正手段とをさらに備え、前記規制手段は、前記噴射量補正係数が第３の所定値以
上とされたとき、前記噴射量補正係数を前記第３の所定
値に設定することで前記燃料噴射相関値に制限を加える
ことを特徴とする、請求項１記載の筒内噴射型火花点火
式内燃エンジン。
【請求項５】前記第３の所定値は、前記目標空燃比に
応じて可変設定されることを特徴とする、請求項４記載
の筒内噴射型火花点火式内燃エンジン。
【請求項６】前記規制手段は、前記目標空燃比が第４
の所定値以下となったとき実施されることを特徴とす
る、請求項１乃至５のいずれか記載の筒内噴射型火花点
火式内燃エンジン。