JPH10231744A - 火花点火式筒内噴射型内燃機関 - Google Patents

火花点火式筒内噴射型内燃機関

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JPH10231744A
JPH10231744A JP9118057A JP11805797A JPH10231744A JP H10231744 A JPH10231744 A JP H10231744A JP 9118057 A JP9118057 A JP 9118057A JP 11805797 A JP11805797 A JP 11805797A JP H10231744 A JPH10231744 A JP H10231744A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 火花点火式筒内噴射型内燃機関において、圧
縮比を高めながら発進時等のノックを確実に防止しつつ
機関出力を向上させる。 【解決手段】 燃焼室18内に燃料を直接噴射する燃料
噴射弁21をそなえ、中・高負荷時の特定運転領域で圧
縮行程中に燃料を噴射して層状燃焼を行なう火花点火式
筒内噴射型内燃機関において、該層状燃焼時には、上記
圧縮行程中の燃料噴射に先立って予め吸気行程中に燃料
噴射弁21から自己着火し得ない量の燃料を噴射するよ
うに燃料噴射弁21を駆動制御する制御手段16をそな
えるように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、圧縮行程中に燃料
を噴射して層状燃焼を行なうことのできる、火花点火式
筒内噴射型内燃機関に関し、特に、自動車用エンジンと
して用いて好適の、火花点火式筒内噴射型内燃機関に関
する。
【0002】
【従来の技術】近年、点火プラグにより火花点火する内
燃機関であって、シリンダ内に直接燃料を噴射する火花
点火式筒内噴射型内燃機関が、実用化されている。かか
る火花点火式筒内噴射型内燃機関では、燃料噴射タイミ
ングを自由に行なえ混合気の形成状態を自由に制御でき
る特性を利用して、機関の燃費性能の向上と出力性能の
向上とを両立させることができる。
【0003】つまり、火花点火式筒内噴射型内燃機関で
は、圧縮行程で燃料を噴射することで、層状燃焼により
燃料の極めて希薄な状態(即ち、空燃比が理論空燃比よ
りも極めて大)での運転(超リーン燃焼運転)を行なう
ことができ、その燃焼形態として超リーン運転モード
(圧縮リーン運転モード)をそなえており、燃料消費率
の大幅な向上を実現することができる。
【0004】この一方で、主として吸気行程で燃料を噴
射して予混合燃焼運転ももちろん行なえ、この場合に
は、燃焼室(シリンダ内)への直接燃料噴射により、噴
射燃料の大半をその燃焼サイクル内で確実に燃焼させる
ことができるため、出力向上にも寄与する。このような
予混合燃焼運転においても、超リーン運転モードほどで
はないが燃料の希薄な状態(即ち、空燃比が理論空燃比
よりも大)で運転を行なうリーン運転モード(吸気リー
ン運転モード)と、空燃比が理論空燃比となるようにO
2 センサ情報等に基づいてフィードバック制御を行なう
ストイキオ運転モード(ストイキオフィードバック運転
モード)と、燃料の過濃な状態(即ち、空燃比が理論空
燃比よりも小)で運転を行なうエンリッチ運転モード
(オープンループモード)とを、燃焼形態として設定で
きる。
【0005】そして、エンジンの運転状態、つまり、エ
ンジンの回転数や負荷状態に応じて、このような各種の
運転モードのうちの適切なモードを選択してエンジンの
制御を行なうようにしている。一般には、エンジンへの
要求出力が小さければ、即ち、エンジンの回転数が低く
負荷も小さければ、圧縮リーン運転モードとして燃費の
向上を図り、これよりもエンジン回転数やエンジン負荷
が増大するにしたがって、吸気リーン運転モード,スト
イキオ運転モード,エンリッチ運転モードの順に選択す
るように構成されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ところで、一般に、図
14(B)に示すように、燃焼室の温度が高いほど又燃
焼室の圧力が高いほど燃料が自己着火し易くエンジンに
ノック(ノッキング)が生じ易いため、ノック回避の観
点から圧縮比を高めるのにも限度があるが、かかる火花
点火式筒内噴射型内燃機関では、吸気冷却効果によって
本質的にノック(ノッキング)が起こりにくいので、圧
縮比を高めに設定することができる。
【0007】そこで、火花点火式筒内噴射型内燃機関に
おいて、圧縮比を高めに設定すると、特に、オートマチ
ックトランスミッション搭載車(AT車)の場合、発進
時に短期間だけノックが発生することがわかった。この
現象は、燃料としてガソリンを用いる場合、オクタン価
の高いもの(プレミアムガソリン)よりもオクタン価の
低いもの(レギュラーガソリン)の方が著しい。
【0008】このようにAT車の発進時にノックが発生
するのは、発進時に低回転・高負荷状態が生じるためと
考えられる。つまり、図15に示すように、AT車の発
進時には、アイドル運転状態からのアクセル操作によ
り、吸入空気量がスロットル開度の急増に応じて急激に
増加してエンジン負荷が急増するのに対して、エンジン
回転速度はこれよりも遅れて増加するため、短時間では
あるが一時的に低回転・高負荷状態(図15中のLH部
参照)が生じる。
【0009】つまり、エンジンの低回転・高負荷時に
は、図14(A)に示すようにノッキングの発生し易い
空燃比(即ち、12〜18程度の空燃比)となるストイ
キオ運転モードやエンリッチ運転モードとなり、しかも
この運転モードでは、吸気行程の前半から燃焼室内に多
量の燃料が噴射されながら、上述のように一時的に低回
転となる状態が生じるため、噴射された燃料の霧化時間
が長くなり、自己着火し易い状態となる。したがって、
低回転・高負荷状態では、極めてノックが生じ易いこと
になる。
【0010】なお、マニュアルトランスミッション搭載
車(MT車)では、クラッチ操作遅れの間にエンジン回
転速度が上昇するので発進ノックは生じにくい。このよ
うな発進ノック防止対策として、点火時期をリタードさ
せることが考えられるが、発進トルクを確保するために
はリタード制御にも限度があり、発進ノックを十分に防
止することは困難である。
【0011】そこで、さらに、発進ノック防止対策とし
て、例えばAT車のDレンジにおけるアイドル回転速度
を高めに設定して、発進時の低回転度合いを弱め且つ発
進トルクを確保する手段が考えられている。しかしなが
ら、このようにアイドル回転速度を高めに設定すれば、
当然ながら燃費が悪化してしまうという不具合がある。
【0012】ところで、火花点火式筒内噴射型内燃機関
におけるノックを防止する技術として、例えば特開平7
−189767号公報に開示されたものがある。この技
術は、燃料の噴射を複数回に分けて行ない、前噴射で均
一混合気をつくり、点火時期付近で行なう後噴射で火種
をつくって前噴射で形成した均一混合気を急速に燃焼さ
せることで、ノックを防止しようとするものである。
【0013】この技術は、ディーゼルエンジンにおける
ノック防止方法の一つであるフューミゲーションを利用
したものと考えられるが、フューミゲーションとは、デ
ィーゼルエンジンにおける吸気行程で、燃料を霧化又は
蒸発させながら混合気が自己発火を起こさない程度に吸
気に混入させて、圧縮行程中の前炎反応により発火遅れ
を短縮させて、ノックを防止するものである。
【0014】フューミゲーションを火花点火式筒内噴射
型内燃機関に適用するには、例えば吸気行程で燃料噴射
(前噴射)を行なってしかもこの燃料が自己着火しない
ようにしておきながら、例えば圧縮行程で燃料噴射を行
なった後に着火を行なうことが考えられ、前噴射の燃料
が自己着火しないようにすることが肝心であるが、上記
公報には、前噴射燃料が自己着火しないようにする点に
ついては具体的な記載がなく、むしろ前噴射量を大きめ
に設定する記載が見受けられ、これでは前噴射燃料が自
己着火するおそれが高く、確実にノックを防止しうるも
のではない。
【0015】また、フューミゲーションは、ノック防止
効果や出力増加効果がある反面、排出ガス中のHC(炭
化水素)量が増大する課題があり、ディーゼルエンジン
ではこれに起因する排出ガス臭が問題になるなどその欠
点もある。フューミゲーションによるノック防止技術を
火花点火式筒内噴射型内燃機関に適用する場合には、排
出ガス臭についてはそれほど問題にならず、むしろ、そ
の利点を生かせるものと考えられるが、機関の総合性能
を考慮してかかる技術を適切な条件下で使用することが
必要になる。しかし、上記公報にはこの点について十分
記載されておらず、かかるノック防止の制御条件等に関
する課題が残る。
【0016】本発明は、上述の課題に鑑み創案されたも
ので、圧縮比を高め、アイドル回転数を高めることなく
且つノック防止の悪影響を生じさせることなく発進時等
のノックを確実に防止できるようにするとともに、十分
な出力を得られるようにした、火花点火式筒内噴射型内
燃機関を提供することを目的とする。
【0017】
【課題を解決するための手段】このため、請求項1記載
の本発明の火花点火式筒内噴射型内燃機関は、燃焼室内
に燃料を直接噴射する燃料噴射弁をそなえ、中・高負荷
時の特定運転領域で圧縮行程中に燃料を噴射して層状燃
焼を行なう火花点火式筒内噴射型内燃機関において、該
層状燃焼時には、上記圧縮行程中の燃料噴射に先立って
予め吸気行程中に上記燃料噴射弁から自己着火し得ない
量の燃料を噴射するように上記燃料噴射弁を駆動制御す
る制御手段をそなえていることを特徴としている。
【0018】この場合の特定運転状態としては、予め設
定された所定の機関回転数(例えば2500rpm)よ
りも低い機関回転数であることが、好ましい。これによ
り、特に、発進時における運転領域、即ち、ノックが発
生せずに発進要求トルクを確保できるノック限界出力領
域が広くなり、例えば発進時にアクセルを全開相当まで
踏み込んだ場合でも、ノックの発生なしに要求出力を確
保することができ、加速フィーリングを向上させること
ができる。また、発進トルクを十分に確保できるため、
アイドル回転数を低く設定することができ、アイドル時
燃費を向上させることができる。
【0019】また、吸気行程の燃料噴射は1回でもよい
が、噴射弁の性能面で1回の噴射では十分な又は的確な
燃料噴射が不可能な場合には、吸気行程の燃料噴射を複
数回に分けてもよい。請求項2記載の本発明の火花点火
式筒内噴射型内燃機関は、請求項1記載の機関におい
て、上記制御手段は、低負荷時には主に圧縮行程中に燃
料を噴射して層状燃焼を行ない、上記特定運転領域を除
く中・高負荷時には主に吸気行程中に燃料を噴射して予
混合燃焼を行なうように上記燃料噴射弁を駆動制御する
ことを特徴としている。
【0020】請求項3記載の本発明の火花点火式筒内噴
射型内燃機関は、請求項1記載の機関において、上記制
御手段は、上記中・高負荷時の特定運転領域では、吸気
行程中にほぼ一定量の燃料を噴射し、圧縮行程中に負荷
状態にほぼ比例した量の燃料を噴射するように上記燃料
噴射弁を駆動制御することを特徴としている。請求項4
記載の本発明の火花点火式筒内噴射型内燃機関は、請求
項1記載の機関において、上記制御手段は、上記中・高
負荷時の特定運転領域では、吸気行程中に空燃比が30
〜60程度となるような量の燃料を噴射し、圧縮行程中
にトータル空燃比が理論空燃比よりもリッチとなるよう
な量の燃料を噴射するように上記燃料噴射弁を駆動制御
することを特徴としている。
【0021】なお、この場合、トータル空燃比は、12
程度であることが好ましい。また、圧縮行程での噴射量
は、トータル燃料噴射量に対して60〜90%程度が好
ましい。請求項5記載の本発明の火花点火式筒内噴射型
内燃機関は、請求項1記載の機関において、上記内燃機
関は多気筒型内燃機関であって、上記燃料噴射弁は各気
筒毎にそれぞれ配設されるとともに、上記制御手段は、
上記中・高負荷時の特定運転領域におけるある気筒の吸
気行程中の燃料噴射時期が他の気筒の圧縮行程中の燃料
噴射時期と重複しないように設定されていることを特徴
としている。
【0022】請求項6記載の本発明の火花点火式筒内噴
射型内燃機関は、請求項1〜3のいずれかに記載の機関
において、上記特定運転領域は、上記機関の温度が所定
温度以上であって且つ上記機関の回転数が所定回転数以
下の運転領域であることを特徴としている。請求項7記
載の本発明の火花点火式筒内噴射型内燃機関は、請求項
1記載の機関において、燃料性状を検出する燃料性状検
出手段を有し、該燃料性状検出手段の検出結果に基づい
て上記制御手段による上記中・高負荷時の特定運転領域
における上記吸気行程中での燃料噴射量が補正されるこ
とを特徴としている。
【0023】また、請求項8記載の本発明の火花点火式
筒内噴射型内燃機関は、請求項2記載の機関において、
該機関の点火時期を制御する点火時期制御手段をそな
え、該制御手段は、該運転状態が該低負荷領域領域にあ
る場合に、圧縮行程中に燃料を噴射するように該燃料噴
射弁を制御する層状燃焼モードと、該運転状態が該特定
運転領域である場合に、圧縮行程中の燃料噴射に先立っ
て予め吸気行程中に自己着火し得ない量の燃料を噴射す
るように該燃料噴射弁を制御する分割層状燃焼モード
と、該運転状態が該特定運転領域以外の領域である場合
に、吸気行程中に燃料を噴射するように該燃料噴射弁を
制御する予混合燃焼モードとのいずれかを選択して該機
関の運転を行なうモード選択手段を有し、該点火時期制
御手段は、該モード選択手段によって運転モードが第1
の運転モードから第2の運転モードに切り替えられた場
合、少なくとも該燃料噴射弁の噴射タイミングが該第2
の運転モードに切り替わるまでは、該第1の運転モード
に応じた点火時期を保持して制御することを特徴として
いる。
【0024】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明の
実施の形態について説明すると、図1〜図10は本発明
の第1実施形態としての火花点火式筒内噴射型内燃機関
を示すものであり、図11〜図13は本発明の第2実施
形態としての火花点火式筒内噴射型内燃機関を示すもの
である。また、本実施形態の内燃機関は、自動車に搭載
されるものとする。
【0025】まず、第1実施形態にかかる火花点火式筒
内噴射型内燃機関(以下、筒内噴射エンジンともいう)
の構成について、図2を参照しながら説明する。
【0026】図2において、1はエンジン本体、1Aは
シリンダ(気筒)、1Bはピストン、2は吸気通路、3
はスロットル弁設置部分、4はエアクリーナ、5はバイ
パス通路(第2バイパス通路)、6はバイパス通路5内
を流通する空気量を調整しうる第2エアバイパスバルブ
である。吸気通路2は、上流側から吸気管7,サージタ
ンク8,吸気マニホールド9の順で接続され、バイパス
通路5はサージタンク8の上流側に設けられている。ま
た、バイパスバルブ6は、ステッパモータで所要の開度
に調整されるか、又は、電磁弁のデューティ制御により
開度調整されるようになっている。
【0027】また、12はアイドルスピードコントロー
ル機能部であり、バイパス通路(第1バイパス通路)1
3とバイパスバルブとしての第1エアバイパスバルブ1
4とからなり、第1エアバイパスバルブ14は例えば図
示しないステッパモータで駆動される。15はスロット
ルバルブであり、第1バイパス通路13及び第2バイパ
ス通路5は、吸気通路2のスロットルバルブ15の装着
部分をバイパスするようにしてそれぞれの上流端及び下
流端を吸気通路2に接続されている。
【0028】これらの第2エアバイパスバルブ6,第1
エアバイパスバルブ14の各開閉制御は、電子制御装置
(ECU)16を通じて行なわれる。また、17は排気
通路、18は燃焼室であり、前記吸気通路2及び排気通
路17の燃焼室18への開口部、即ち吸気ポート2A及
び排気ポート17Aには、吸気弁19及び排気弁20が
装備されている。
【0029】そして、21は燃料噴射弁(インジェク
タ)であり、本エンジンでは、このインジェクタ21が
燃焼室18へ直接燃料噴射するように配設されている。
さらに、22は燃料タンク、23A〜23Eは燃料供給
路、24は低圧燃料ポンプ(電動式ポンプ)、25は高
圧燃料ポンプ(エンジン駆動ポンプ)、26は低圧レギ
ュレータ、27は高圧レギュレータ、28はデリバリパ
イプであり、燃料タンク22内の燃料を低圧燃料ポンプ
24で駆動して、更にエンジンの作動と直接連動して作
動する高圧燃料ポンプ25で加圧して、所定の高圧状態
で燃料供給路23A,23B,デリバリパイプ28を通
じてインジェクタ21へ供給するようになっている。こ
の際、低圧燃料ポンプ24から吐出された燃料圧力は低
圧レギュレータ26で調圧され、高圧燃料ポンプ25で
加圧されてデリバリパイプ28に導かれる燃料圧力は高
圧レギュレータ27で調圧されるようになっている。
【0030】また、29はエンジン1の排気通路17内
の排出ガス(排ガス)を吸気通路2内に還流させる排ガ
ス還流通路(EGR通路)、30はEGR通路29を通
じて吸気通路2内に還流する排ガスの還流量を調整する
排ガス量調整手段としてのステッパモータ式のバルブ
(EGRバルブ)であり、31はブローバイガスを還元
する流路であり、32はクランク室積極換気用の通路、
33はクランク室積極換気用のバルブであり、34はキ
ャニスタであり、35は排ガス浄化用触媒(ここでは、
リーンNOx触媒)である。
【0031】ところで、ECU16では、図2に示すよ
うに、第1及び第2エアバイパスバルブ14,6の制御
のほかに、インジェクタ21や点火プラグ45(図1参
照)のための点火コイルやEGRバルブの制御や高圧レ
ギュレータ27による燃圧制御も行なうため、エアフロ
ーセンサ44,吸気温度センサ36,スロットル開度を
検出するスロットルポジションセンサ(TPS)37,
アイドルスイッチ38,エアコンスイッチ(図示略),
変速ポジションセンサ(図示略),車速センサ(図示
略),パワーステアリングの作動状態を検出するパワス
テスイッチ(図示略),スタータスイッチ(図示略),
第1気筒検出センサ40,クランク角センサ41,エン
ジンの冷却水温を検出する水温センサ42,排ガス中の
酸素濃度を検出するO2センサ43等が設けられ、EC
U16に接続されている。また、ECU16内には、ク
ランク角センサ41に基づいて機関回転数(エンジン回
転数)を算出する機能がそなえられ、クランク角センサ
41とこのエンジン回転数演算機能とからエンジン回転
数センサが構成されるが、ここではクランク角センサ4
1についても便宜上エンジン回転数センサとよぶ。
【0032】ここで、ECU16を通じた本エンジンに
関する制御内容について、図1を参照して説明する。本
エンジンでは、燃焼室18内に均一に燃料を噴射するこ
とで成立しうる予混合燃焼と、燃焼室18内に臨んだ点
火プラグ45の周囲に噴射燃料を偏在させることで成立
しうる層状燃焼とを運転状態に応じて切り替えるエンジ
ンである。
【0033】そして、本エンジンは、エンジンの運転モ
ードとして、圧縮行程で燃料を噴射することで上記の層
状燃焼運転を行なう層状燃焼モードと、主として吸気行
程で燃料を噴射することで上記の予混合燃焼運転を行な
う予混合燃焼モードとが設けられている。さらに、層状
燃焼モードとして、層状燃焼により燃料の極めて希薄な
状態(即ち、空燃比が理論空燃比よりも極めて大)での
運転(超リーン燃焼運転)を行なう超リーン運転モード
(圧縮リーン運転モード)が設けられている。
【0034】また、予混合燃焼モードとしては、超リー
ン運転モードほどではないが燃料の希薄な状態(即ち、
空燃比が理論空燃比よりも大)で運転を行なうリーン運
転モード(吸気リーン運転モード)と、空燃比が理論空
燃比となるようにO2 センサ情報等に基づいてフィード
バック制御を行なうストイキオ運転モード(ストイキオ
フィードバック運転モード)と、燃料の過濃な状態(即
ち、空燃比が理論空燃比よりも小)で運転を行なうエン
リッチ運転モード(オープンループモード)とが設けら
れている。
【0035】圧縮リーン運転モードでは、最も希薄な燃
焼(空燃比が30〜40程度又はそれ以上)を実現で
き、このモードでは、燃料噴射を圧縮行程後期のように
極めて点火時期に近い段階で行ない、しかも燃料を点火
プラグの近傍に集めて部分的にはリッチにし全体的には
リーンとしながら着火性,燃焼安定性を確保しつつ節約
運転を行なうことができる。
【0036】そして、吸気リーン運転モードも希薄燃焼
(空燃比が20〜24程度)を実現できるが、このモー
ドでは、燃料噴射を圧縮リーン運転モードよりも前の吸
気行程に行ない、燃料を燃焼室内に拡散させて全体空燃
比をリーンにしながら着火性,燃焼安定性を確保しつつ
ある程度の出力を確保するようにして、節約運転を行な
うことができる。
【0037】ストイキオ運転モードは、O2センサの出
力に基づいて、空燃比をストイキオ又はストイキオ近傍
の状態に維持しながら十分なエンジン出力を効率よく得
られるようにしている。また、オープンループ燃焼運転
モードでは、加速時や発進時等に十分な出力が得られる
ように、オープンループ制御によりストイキオ又はこれ
よりもリッチな空燃比(エンリッチ)での燃焼運転を行
なう。
【0038】そして、本内燃機関では、これらのモード
に加えて、本発明の特徴である分割噴射エンリッチモー
ド(以下、分割噴射モードという)が設けられている。
この分割噴射モードは、吸気行程と圧縮行程とに分けて
燃料噴射を行ない、特に、圧縮行程噴射された燃料によ
る層状燃焼を主体として燃焼を行なうもので、層状燃焼
モードに含まれる。
【0039】この分割噴射モードでは、吸気行程噴射と
圧縮行程噴射との合計噴射量(トータル噴射量)で、燃
料リッチな混合気(即ち、トータル空燃比が理論空燃比
よりも小さい気)が形成されるように、燃料噴射量を設
定される。吸気行程噴射を行なってから圧縮行程噴射を
行なうことになるが、吸気行程噴射によりシリンダ内に
供給された燃料が自己着火してはノックを招いてしまう
ので、吸気行程噴射では、噴射燃料が自己着火しないよ
うに、燃料濃度が希薄になる量の燃料噴射を行なうよう
になっている。
【0040】つまり、前記図11(A)に示すように、
例えば空燃比A/Fが理論空燃比近傍の18〜12程度
では、燃料が自己着火し易いが、混合気の燃料濃度をこ
れらの理論空燃比近傍よりも外れるほど、燃料が自己着
火しにくくなる。フューミゲーションを応用するには、
吸気行程で燃料を霧化又は蒸発させながら混合気が自己
発火を起こさない程度に吸気に燃料を混入させる必要が
あるため、吸気行程噴射により、燃料濃度がごく希薄な
混合気(空燃比A/Fが理論空燃比近傍よりも大幅に大
きい混合気)をつくるようにすればよい。
【0041】ここでは、吸気行程噴射時には、空燃比が
30〜60程度になるように噴射量を設定して燃料噴射
を行なうようになっている。一方、圧縮行程噴射と吸気
行程噴射との合計噴射量で、燃料リッチな混合気、即
ち、空燃比が12程度の混合気を形成できるように、圧
縮行程噴射時には、空燃比が15〜20程度に相当する
噴射量を設定して燃料噴射を行なうようになっている。
【0042】つまり、吸気行程噴射時の空燃比が60程
度ならば、圧縮行程噴射時に空燃比15程度に相当する
噴射量で燃料噴射を行なえば、合計噴射量に応じたトー
タル空燃比を12程度(即ち、1/12=1/60+1
/15)にすることができ、吸気行程噴射時の空燃比が
30程度ならば、圧縮行程噴射時に空燃比20程度に相
当する噴射量で燃料噴射を行なえば、合計噴射量に応じ
たトータル空燃比を12程度(即ち、1/12=1/3
0+1/20)にすることができる。
【0043】そして、このような各種の運転モードから
一つのモードを選択してエンジンの運転を制御すること
になるが、この運転モード選択は、エンジンの回転数N
e及び負荷状態を示す有効圧力Peに基づき、図3に示
すようなマップに応じて行なうようになっている。な
お、上記の各運転モードの他に、燃料噴射を停止(カッ
ト)する燃料カットモードが設けられているが、この燃
料カットモードは、機関の回転速度が上限値を上回らな
いようにするためや、スロットルバルブ閉鎖時に一時的
に燃料消費を節約するためや余分なHC排出を抑制して
触媒の過昇温を防ぐため等に行なうもので、特殊条件下
のモードなので、ここでは説明を省略する。
【0044】図3に示すように、エンジンの回転数Ne
が低く負荷Peも小さい場合には、超リーン運転モード
(圧縮リーン運転モード)が選択され、エンジンの回転
数Neや負荷Peがこれよりも大きくなるのにしたがっ
て、リーン運転モード(吸気リーン運転モード),スト
イキオ運転モード(ストイキオフィードバック運転モー
ド),エンリッチ運転モード(オープンループモード)
が選択される。
【0045】図3に示すように、エンリッチ運転モード
が高負荷に最も対応するが、エンジンの低回転領域で
は、このエンリッチ運転モードで対応できる負荷も小さ
くなる。分割噴射モードは、このエンリッチ運転モード
で対応できないエンジンの低回転・高負荷領域で選択さ
れるようになっている。このように分割噴射モード領域
を、エンジンの低回転・高負荷領域に設定しうるのは、
この分割噴射モードによる運転では、エンジンの低回転
時にも大きなエンジン出力を得られるためである。これ
は、実験上からも確認されているが、この分割噴射時の
燃焼現象を推定すると、次のようにして大きな出力が得
られるものと考えられる。
【0046】つまり、この分割噴射時には、その圧縮噴
射時期においては、図4(A)に示すように、予め吸気
行程噴射により形成された燃料希薄な混合気(空燃比A
/F=30〜60)が広がった燃焼室内に、圧縮行程噴
射による部分的に燃料濃度の高い混合気(全体空燃比A
/F=15〜20に相当する燃料がキャビティ内に噴射
されるため燃料濃度の高い混合気)が層状流をなして点
火プラグ45近傍に流入する。
【0047】このとき、吸気行程噴射により形成された
混合気は、十分に希薄なため自己着火することはなく、
また、圧縮行程噴射により層状流をなすように形成され
た過濃な混合気は、この後の点火プラグ45による着火
までにノック前反応が進むだけの時間がないのでこれも
自己着火することはなく、燃料の自己着火を生じること
なく、点火プラグ45による着火が行なわれる。
【0048】これにより、まず、点火プラグ45近傍の
過濃な混合気に着火して、層状流をなす過濃な混合気が
燃焼を開始するが、この過濃な混合気は燃焼に際して空
気が不足するため、燃焼により大量のすす(スート)が
生成されてしまうが、図4(B)に示すように、吸気行
程噴射により形成された希薄な混合気は、この発生した
すすを着火源として燃焼しているものと推測される。
【0049】すなわち、吸気行程噴射で形成された希薄
な混合気により、圧縮行程噴射で形成された層状の過濃
な混合気の周囲の余剰空気が有効に利用されるようにな
り、燃焼エネルギを十分に増加させることができ大きな
出力が得られるようになるとともに、圧縮行程噴射によ
る層状燃焼で比較的過濃な混合気を燃焼させる際に問題
となる燃焼室内でのすすの発生を大幅に抑制することが
できるのである。
【0050】ただし、この分割噴射モードについては禁
止領域が設けられている。ここでは、この禁止領域を、
エンジン冷却水温(冷却水温に限らずエンジン温度に対
応する検出可能なパラメータであればよいが、ここでは
検出容易な冷却水温とする)が所定温度(例えば−10
°C)以下の領域としている。これは、エンジン温度が
低いと、燃料の霧化が悪くなり、吸気行程噴射の燃料が
霧化しにくいと、フューミゲーション条件を満たせず、
ノック防止効果が得られないおそれがあるからである。
【0051】ところで、このような分割噴射モードにお
ける圧縮行程噴射の噴射量の比率や噴射時期に関して如
何に設定するかを図5,図6を参照して説明する。な
お、図5,図6はそれぞれ仕様の異なる火花点火式筒内
噴射型内燃機関における特性の一例を示す図であり、各
図ともに、(A)はエンジン回転数Neが600rp
m、点火時期が20°ATDC(圧縮上死点後20°の
クランク角時点)、吸気行程噴射時期が280°BTD
C(圧縮上死点前280°のクランク角時点)、トータ
ル空燃比12の条件下での圧縮行程噴射の噴射量比率
(圧縮行程噴射パルス/トータル噴射パルス)及び噴射
時期の設定を説明するもので、(B)は(A)に示す設
定により得られるノック限界出力特性を示すものであ
る。
【0052】まず、図5に基づいて説明すると、図5
(A)に示すように、圧縮行程噴射の時期を早めると、
ノック前反応が進むのでノック域が存在し、前噴射量に
対する圧縮行程噴射量の割合を大きくするとトータルH
C(THC)即ち炭化水素の総量が過大になり、圧縮行
程噴射の時期を遅めにし圧縮行程噴射量の割合を大きめ
にするほどスモークの発生が過大となり、また、圧縮行
程噴射時期及び圧縮行程噴射量割合に応じて図示するよ
うな領域に回転変動が大きく失火を招く領域が存在し、
さらに、圧縮行程噴射時期及び圧縮行程噴射量割合に応
じて図示するような曲線状に、最低限必要とするトルク
の等出力線が存在する。
【0053】このような様々な条件から、ノックを生じ
ないこと(即ち、ノック域でないこと)及び失火を生じ
ないこと(失火領域であいこと)を大前提に、さらに、
THCが過大とならずスモークの発生が過大とならず、
且つ、最低限必要とするトルクを得られる領域として、
図5(A)中に網かけで示す分割噴射領域A1が存在す
る。
【0054】ここでは、主に、最低限必要とするトルク
の等出力線でこの領域A1が規定されているが、THC
やスモークの発生限界値の設定や最低限必要とするトル
クの値によっては、同じエンジンでも領域A1を規定す
る要件は異なってくる。同じエンジンでも運転条件が異
なれば、やはり領域A1を規定する要件は異なってく
る。
【0055】更に、エンジンの仕様が異なれば、運転条
件が等しく各規定条件が等しい(ノック,失火を生じな
いで、THCやスモークの発生限界値や最低限必要とす
るトルクの値も等しい)ものとしても、図6(A)中に
網かけで示す領域A2のように、分割噴射領域A2は、
図5に示す領域A1とは異なるものになる。そして、こ
のような分割噴射領域A1,A2の中でも、各規定条件
を最もバランス良く満たすポイントP1,P2を、図5
(A)中及び図6(A)中にそれぞれ○印で示してい
る。
【0056】このような図5(A),図6(A)の領域
A1,A2に示すように、分割噴射を行なうのに適した
領域は、圧縮行程噴射時期が30〜100°BTDC程
度、圧縮行程噴射量割合が60〜90%程度となる。こ
れらの2つのエンジンを例にすれば、このような数値範
囲を分割噴射領域として設定しうるが、エンジン特性や
運転条件や領域規定条件の変更によっては、分割噴射領
域にずれが生じたりすることも考えられ、このような圧
縮行程噴射時期が30〜100°BTDC程度、圧縮行
程噴射量割合が60〜90%程度という数値設定は、数
値設定する上の目安であり、各エンジンの特性や運転条
件や領域規定条件に応じた設定が望ましい。
【0057】そして、分割噴射領域A1,A2中のポイ
ントP1,P2の条件で、圧縮行程噴射を行なうと、同
空燃比(=12)による吸気行程噴射のみによる燃料噴
射の場合(エンリッチ運転モード)に比べて、図5
(B),図6(B)にそれぞれ示すように、ノック限界
出力が大幅に向上する。なお、このノック限界出力は、
ノックを生じない範囲で、点火時期を進角させることで
得られる。
【0058】図示するように、吸気行程噴射のみによる
燃料噴射では、エンジン回転数が低い領域では点火時期
を20A〔「A」は「°ATDC(上死点後のクランク
回転角度)」を示す〕や14Aや12Aと大幅に遅角さ
せなければノックを招いてしまうのに対して、分割噴射
では、エンジン回転数がごく低い領域では点火時期を2
0Aや16Aとするが、それ以上の回転数領域では11
A,7A,4A,2Aと進角させることができ、このよ
うな点火時期の進角化も手伝ってノック限界出力が大幅
に向上するのである。
【0059】なお、このような分割噴射を行なうような
エンジン回転数の低い領域では、図3に示すように、負
荷状態に応じてエンジンの運転モードが切り替わり、低
負荷時には圧縮リーン運転モード、中負荷時には吸気リ
ーン運転モード,ストイキオ運転モード,オープンルー
プモード、高負荷時には分割噴射モードが選択されるの
で、例えばエンジンのある低回転域における燃料噴射特
性を模式的に示すと図7のようになる。
【0060】なお、図7の(A)は本実施形態に関する
もので、(B)はその変形例に関するものであり、ま
ず、図7の(A)に基づき説明する。エンジンの低負荷
時(Peが小の時)には、圧縮リーン運転モードが選択
され、図7(A)中に示す領域INJ1のように、圧縮
行程のある一定時点(最適時)を燃料噴射終了時期とし
て、負荷増に応じて燃料噴射期間(従って、燃料噴射
量)が増大するように、負荷増に対応して燃料噴射開始
時期が早められる。
【0061】エンジンの中〜大負荷時(Peが中〜大の
時)には、負荷状態に応じて吸気リーン運転モード,ス
トイキオ運転モード,オープンループモードが選択さ
れ、これらのモードの場合、燃料噴射は吸気行程で行な
われるので、図7(A)中に示す領域INJ2のよう
に、吸気行程のある一定時点(最適時)を燃料噴射終了
時期として、負荷増に応じて燃料噴射期間(従って、燃
料噴射量)が増大するように、負荷増に対応して燃料噴
射開始時期が早められる。
【0062】エンジンのごく高負荷時(Peが特に大の
時)には、分割噴射モードが選択され、燃料噴射は、図
7(A)中に示す領域INJ3Aのような吸気行程と図
7(A)中に示す領域INJ3Bのような圧縮行程とで
分けて行なわれる。この場合も各噴射INJ3A,IN
J3Bの終了時期は一定の最適時点に固定され、負荷状
態に応じた燃料噴射期間(燃料噴射量)を調整は、燃料
噴射開始時期の変更により行なわれる。
【0063】この分割噴射モードでは、燃料噴射量の調
整を、圧縮行程噴射INJ3Bによって行ない、吸気行
程噴射INJ3Aは、負荷状態(Peの大きさ)に係わ
らず一定噴射量即ち燃料噴射終了時期とともに燃料噴射
開始時期も一定に設定される。もちろん、燃料噴射量の
調整は、圧縮行程噴射INJ3Bの燃料噴射開始時期
を、負荷増に応じて早めることで行なう。
【0064】このように圧縮行程噴射INJ3Bのみで
燃料噴射量(トータル噴射期間)の調整を行なうのは、
前述のように、吸気行程噴射INJ3Aでは、噴射した
燃料が自己着火しないように燃料濃度が希薄になる量の
噴射を行なう必要があり、燃料のトータル噴射量は圧縮
行程噴射INJ3Bの噴射量が中心になるため、圧縮行
程噴射INJ3Bのみで十分に燃料量調整を行なうこと
ができ、吸気行程噴射INJ3Aの燃料量は一定とする
ことで制御を簡素化しているのである。
【0065】なお、図7(B)に示すように、このよう
なエンジンの低回転時については、エンジンの低負荷時
には圧縮リーン運転モード、中・高負荷時には分割噴射
モードを選択するように設定してもよい。つまり、エン
ジンの低負荷時(Peが小の時)には、圧縮リーン運転
モードが選択され、図7(B)中に示す領域INJ4の
ように、圧縮行程のある一定時点(最適時)を燃料噴射
終了時期として、負荷増に応じて燃料噴射期間(従っ
て、燃料噴射量)が増大するように、負荷増に対応して
燃料噴射開始時期が早められる。
【0066】エンジンの中〜大負荷時(Peが中〜大の
時)には、分割噴射モードが選択され、燃料噴射は、図
7(B)中に示す領域INJ4のような圧縮行程噴射に
加えて、図7(B)中に示す領域INJ5のような吸気
行程噴射を行なう。この場合も各噴射INJ4,INJ
5の終了時期は一定の最適時点に固定され、負荷状態に
応じた燃料噴射期間(燃料噴射量)を調整は、圧縮行程
噴射INJ4の燃料噴射開始時期の変更のみにより行な
われる。
【0067】ところで、本火花点火式筒内噴射型内燃機
関では、上述のような種々のエンジン運転モードから1
つのモードを選択するが、この選択は、エンジンの運転
状態、即ち、エンジンの負荷状態Pe,エンジン回転数
Neに基づいて行なう。また、各モードにおける燃料噴
射制御、即ち、燃料噴射弁(インジェクタ)21の噴射
制御、及び、点火時期制御、即ち、点火プラグ45の駆
動制御についても、エンジンの負荷状態Pe,エンジン
回転数Neといったエンジンの運転状態に基づいて行な
うようになっている。
【0068】このため、本火花点火式筒内噴射型内燃機
関には、図1に示すように、エンジンの運転状態を検出
する運転状態検出手段101がそなえられ、検出された
エンジン運転状態情報がECU16に入力されるように
なっている。また、燃料の性状(即ち、ガソリンの場合
のオクタン価等の燃料性質)を検出する燃料性状検出手
段105がさらにそなえられており、検出された燃料性
状情報もECU16に入力されるようになっている。
【0069】ECU16には、これらの運転状態情報及
び運転状態情報に基づき演算される情報(エンジンの負
荷状態Peとエンジンの回転数Ne)から、運転モード
を選択するモード選択手段102と、モード選択手段1
02で選択された運転モードと上記情報(負荷Pe,回
転数Ne)とから燃料噴射時期(噴射終了時期及び噴射
開始時期)を設定しインジェクタ21の駆動を制御する
燃料噴射制御手段103と、モード選択手段102で選
択された運転モードと上記情報(負荷Pe,回転数N
e)とから燃料点火時期を設定し点火プラグ45の駆動
を制御する点火時期制御手段104とがそなえられる。
【0070】なお、エンジン負荷状態Peは、エンジン
回転数Neとスロットル開度θthとに基づいて算出され
るので、ECU16に入力されるエンジン運転状態のデ
ータは、エンジン回転数Ne及びスロットル開度θthで
あり、運転状態検出手段101は、エンジン回転数セン
サ41及びスロットル開度センサ37からなる。具体的
には、スロットル開度センサ37で検出されたスロット
ル開度θthやアクセル開度センサの出力とクランク角セ
ンサからの検出情報に基づいたエンジン回転速度Neと
から、マップに基づいて目標エンジン負荷(目標有効圧
力)Peを設定する。
【0071】さらに、エアコンディショナのオン・オ
フ、パワーステアリングのオン・オフ等に応じて目標P
eが補正され、このようにして得られた補正後目標Pe
とエンジン回転速度Neとから、モード選択手段102
によるモード選択、燃料噴射制御手段103による燃料
噴射制御、点火時期制御手段104による点火時期制
御、エアバイパスバルブ制御等が行なわれるようになっ
ている。
【0072】モード選択手段102によるモード選択
は、目標Peとエンジン回転速度Neとから図3に示す
ようなマップから選択するが、かかるマップは、燃料性
状に応じて複数種類の中から選択するようになってい
る。これにより、燃料性状に応じて適切な運転モードが
選択されるようになっている。また、燃料噴射制御手段
103による燃料噴射制御のためには、インジェクタの
噴射開始時期と噴射終了時期とを設定する必要がある
が、ここでは、前述のように、インジェクタ駆動時間と
インジェクタの噴射終了時期とを設定して、これに基づ
いて、インジェクタの噴射開始時期を逆算しながら、イ
ンジェクタの駆動のタイミングを決定している。
【0073】つまり、インジェクタ駆動時間の設定に
は、まず、目標Peとエンジン回転速度Neとからマッ
プ等に基づいて空燃比A/Fを設定する。この場合の設
定マップは、各モード毎に設けられており、エンジンの
運転状態に応じたものが選択して用いられる。そして、
こうして得られた空燃比A/Fと、エアフロセンサで検
出された吸気量Qpbとから、インジェクタ駆動時間Tin
j を算出して、このインジェクタ駆動時間Tinj に、気
筒別インジェクタ不均率補正及び気筒別デッドタイム補
正を施すほか、本機関の場合、燃料性状検出手段105
で検出された燃料性状情報に応じて補正(燃料性状補
正)も施すようになっている。
【0074】インジェクタの噴射終了時期の設定も、目
標Peとエンジン回転速度Neとから、マップに基づい
て噴射終了時期を設定するが、この場合の設定マップ
も、各モード毎に設けられており、エンジンの運転状態
に応じたものが選択して用いられる。こうして得られた
噴射終了時期に、圧縮リーン運転モードの場合について
は水温補正を施して、かかるインジェクタ駆動時間Tin
j 及び噴射終了時期に基づいて、インジェクタの駆動を
行なう。
【0075】また、点火時期制御手段104による点火
時期制御、つまり点火コイルによる点火プラグの点火時
期制御についても、目標Peとエンジン回転速度Neと
から、マップに基づいて点火時期を設定する。この場合
の設定マップも、各モード毎に設けられており、エンジ
ンの運転状態に応じたものが選択して用いられる。そし
て、こうして得られた点火時期に各種リタード補正とと
もに、本機関の場合、燃料性状検出手段105で検出さ
れた燃料性状情報に応じた補正(燃料性状補正)も施し
て、これに基づいて点火コイルの制御を行なう。
【0076】また、エアバイパスバルブ制御について
は、まず、目標Peとエンジン回転速度Neとからマッ
プに基づいて要求空気量(又は、目標吸入空気量)Qが
得られるように、エアバイパスバルブ14,6のバルブ
開度制御量を設定する。このバルブ開度制御量の設定に
あたっては、複数のマップからエンジンの運転モードに
応じたものを選択して用いられ、エンジンの運転モード
に応じて信号が適宜出力される。また、アイドル運転状
態が成立した場合には、エンジン回転数のフィードバッ
クに基づいた要求空気量(又は、目標吸入空気量)に関
するのバルブ開度制御量主としてエアバイパスバルブ1
4の制御量)を設定する。このようにして得られたバル
ブ開度制御量に応じて、第2エアバイパスバルブ6,第
1エアバイパスバルブ14が所要の状態に制御される。
【0077】なお、EGRの流量制御についても、目標
Peとエンジン回転速度Neとから、マップに基づいて
EGRの流量を設定する。この場合の設定マップも、各
モード(後期リーン運転モード及びストイキオフィード
バック運転モード)毎に設けられており、こうして得ら
れたEGRの流量を水温補正、EGRの流量制御を行な
うようになっている。
【0078】本発明の第1実施形態としての火花点火式
筒内噴射型内燃機関は、上述のように構成されているの
で、例えば図8に示すようにして分割噴射モード(分割
噴射制御)が行なわれる。つまり、まず、燃料性状検出
手段105で検出された燃料性状情報(燃料オクタン価
情報)に基づいて燃料オクタン価を判定して(ステップ
S10)、エンジンの運転状態、即ち、エンジン回転数
Ne,スロットル開度θth,冷却水温,吸入空気量,吸
気温度,大気圧等を読み込む(ステップS20)。
【0079】そして、分割噴射禁止領域か否かを冷却水
温に基づいて判定する(ステップS30)。つまり、冷
却水温が所定温度(例えば−10°C)以下であれば分
割噴射禁止領域と判定する。分割噴射禁止領域ならば、
ステップS80に進み、フラグAを判定する。このフラ
グAは、分割噴射制御時に1とされ、分割噴射制御が行
なわれていなければ0とされる。ここで、フラグAが1
(即ち、分割噴射制御中)ならば、ステップS90に進
み、分割噴射制御を解除(分割噴射制御終了)させて、
フラグAを0に戻す。また、フラグAが1(即ち、分割
噴射制御中)でなければ、そのままリターンする。
【0080】一方、分割噴射禁止領域でなけば、ステッ
プS30からステップS40に進み、分割噴射ゾーンか
否かを判定する。この判定は、例えば図3に示すような
マップに応じてエンジンの目標負荷Pe及び回転数Ne
に基づいて、分割噴射モードの領域か否かにより行な
う。なお、ここで用いるマップは、燃料性状(燃料オク
タン価)に対応して設けられており、ステップS10の
燃料性状情報に応じてマップを選択して、燃料性状情報
に対応して分割噴射モードを選択する。
【0081】ステップS40で分割噴射ゾーンでないと
判定されると、ステップS80に進み上述のような処理
を行なうが、ステップS40で分割噴射ゾーンであると
判定されると、ステップS50に進み、フラグAを判定
する。ここで、フラグAが1(即ち、分割噴射制御中)
ならば、そのままリターンする。一方、ステップS50
でフラグAが1でないとされると、ステップS60に進
み、分割噴射制御(分割噴射モード)を実行する。そし
て、分割噴射制御終了後に、ステップS70に進み、フ
ラグAを1にセットしてリターンする。
【0082】ステップS60で行なう分割噴射制御は、
次のように行なわれる。 まず、トータルA/Fを設定する。このトータルA/
Fは、エンジンの負荷Pe,エンジン回転数Neに応じ
て算出又はマップ等に基づいて設定する。トータルA/
Fの設定にあたっては、燃料性状を考慮し燃料性状に応
じた補正を行なうか又は燃料性状情報に対応したマップ
を用いるが、いずれにしても、負荷Peが特に大きい場
合には、トータルA/Fを12程度まで下げて燃料リッ
チな状態とする。
【0083】次に、トータルA/Fと吸入空気量情報
(1サイクルで燃焼室内に吸入される空気量情報)とか
ら、1サイクルで噴射する燃料総量を算出する。 吸気行程噴射量は一定なので、燃料総量からこの吸気
行程噴射量を減算して圧縮行程噴射量を算出する。 燃料噴射終了時期をエンジンの負荷Pe,エンジン回
転数Neに応じて設定する。この燃料噴射終了時期の設
定にあたっても、燃料性状を考慮し燃料性状に応じた補
正を行なうか又は燃料性状情報に対応したマップを用い
る。
【0084】吸気行程噴射量,圧縮行程噴射量及び吸
気行程噴射の燃料噴射終了時期,圧縮行程噴射量の燃料
噴射終了時期から吸気行程噴射の燃料噴射開始時期,圧
縮行程噴射量の燃料噴射開始時期を算出する。なお、こ
の場合、ある気筒の吸気行程噴射時期が他の気筒の圧縮
行程噴射時期と重複しないように設定することが好まし
い。つまり、仮にある気筒の吸気行程噴射時期が他の気
筒の圧縮行程噴射時期と重複する場合には、吸気行程噴
射時期を圧縮行程噴射時期よりも前又は後の時期に変更
するか、又は、吸気行程噴射を分割して圧縮行程噴射時
期を挟むように圧縮行程噴射時期の前と後とに分けて噴
射するように噴射時期及び噴射形態を変更することが考
えられる。この場合の吸気行程における分割噴射は、圧
縮行程噴射時期の前と後とで合計2回でもよく又はそれ
以上の回数に分けてもよい。
【0085】このように噴射時期が重複しないように設
定することで、インジェクタ駆動系(インジェクタドラ
イバ)の負担を軽減することができ、インジェクタドラ
イバを各燃料噴射弁毎に別回路とする必要もなくなり、
コスト低減を図ることができる。また、吸気行程噴射や
圧縮行程噴射は基本的には1回ずつ行なう構成が簡素で
あるが、吸気行程噴射や圧縮行程噴射のいずれかを上述
の重複噴射回避のために限らず、複数回に分けて噴射す
ることも考えられる。特に、吸気行程噴射を微小量ずつ
複数回に分けて噴射すると、燃料の霧化を促進すること
ができ、ノック防止に有効な場合もある。
【0086】吸気行程噴射,圧縮行程噴射を実施す
る。この分割噴射は、例えば図7(A)又は(B)中の
領域INJ3AとINJ3B,INJ4とINJ5に示
すような負荷に対する特性で実施する。このような分割
噴射によれば、既に図4を参照して説明したように、予
め吸気行程噴射により形成された燃料希薄な混合気(空
燃比A/F=30〜60)が広がった燃焼室内に、圧縮
行程噴射による比較的燃料濃度の高い混合気(空燃比A
/F=15〜20に相当する混合気)が、層状流をなし
て、即ち、点火プラグ45近傍に濃い混合気層を形成し
て、流入する〔図4(B)参照〕。
【0087】吸気行程噴射により形成された混合気は十
分に希薄なため自己着火することはなく、また、圧縮行
程噴射により層状流をなすように形成された比較的濃い
混合気は、この後の点火プラグ45による着火までにノ
ック前反応が進むだけの時間がないのでこれも自己着火
することはなく、燃料の自己着火を生じることなく、即
ち、ノックを生じることなく点火プラグ45による着火
が行なわれる。
【0088】この着火により、まず、点火プラグ45近
傍の過濃な混合気が燃焼し、この過濃な混合気は燃焼に
際して空気不足なため燃焼により大量のすすが生成され
てしまうが、図4(B)に示すように、吸気行程噴射に
より形成された希薄な混合気は、この発生したすすを着
火源として燃焼するなどによりすすが消費されて、多量
なすすを排出することなく、十分な燃焼エネルギを発生
させることができるようになる。
【0089】この結果、図5,図6を参照して既に説明
したように、点火時期のリタードを弱めながらノック限
界出力が大幅に向上し、このノック限界出力の大幅な向
上は、アイドル回転数の低下を可能にする。このため、
例えば図3中に示すように、従来型の火花点火式筒内噴
射型内燃機関(本分割噴射を行なわないもの)のアイド
ル回転数Ne0に対して、本内燃機関(分割噴射を行な
うもの)のアイドル回転数Ne1はより低く設定するこ
とができる。
【0090】つまり、一般に、ノックの発生は、エンジ
ンの回転数が低いほど起こりやすく、また、点火時期を
リタードさせれば起こりにくくなる。例えば図9に曲線
L1で示すように、エンジン回転数,点火時期に対して
ノック発生限界が存在する。一方、本エンジンを搭載し
た車両の発進時には、最低限のトルク(発進要求トル
ク)が必要となるが、この発進要求トルクは、例えば図
9に曲線L2で示すように、エンジン回転数,点火時期
に対して存在する。
【0091】したがって、車両がノックを生じることな
く発進できるためには、両条件満たす状態、即ち,曲線
L1以下曲線L2以上の領域A1内に、エンジン回転
数,点火時期を設定する必要がある。この場合には、7
10rpmがエンジン回転数の下限値なので、アイドル
回転数はこの程度の回転数までしか下げられない。とこ
ろが、本火花点火式筒内噴射型内燃機関では、上述のよ
うに、点火時期のリタードを弱めながらノック限界出力
を大幅に向上することができるので、エンジン回転数,
点火時期に対するノック発生限界は、例えば図9中の曲
線L3のようになり、また、エンジン回転数,点火時期
に対する発進要求トルクは、例えば図9に曲線L4で示
すようになる。
【0092】したがって、車両がノックを生じることな
く発進できる領域は、曲線L3以下曲線L4以上の領域
A2内となり、エンジン回転数の下限値はN0 と大幅に
低下する。したがって、ノック防止,発進出力の確保の
面では、アイドル回転数はこのN0 程度の回転数まで下
げることができるが、一方で、アイドル回転数を下げる
と車体振動が増加するため、負荷領域A3(ここでは、
600rpm以下)が存在する。
【0093】そこで、この場合には、アイドル回転数は
この負荷領域A3(600rpm程度)で規定されるこ
とになる。また、一般に、自動車用エンジンにあって
は、エアコン作動時にはアイドルアップさせるが、本機
関でも、エアコン作動時には、エアコン非作動時よりも
所定回転数(例えば50rpm分程度)だけ高めるよう
にすることになる。
【0094】いずれにしても、アイドル回転数を大幅に
下げることができるので、燃費(燃料消費率)を大幅に
向上させることができる利点がある。例えば、図10
は、エンジン回転数に応じた燃費特性を示すもので、図
9に示す領域A1に基づくアイドル回転数(従来エンジ
ンのアイドル回転数)700rpmよりもやや大に対し
て、本エンジンでは、大幅にアイドル回転数を低下でき
るため、10〜20%程度の燃費向上効果がある。
【0095】また、本エンジンにおける分割噴射は、発
進時に限らず用いることができ、この分割噴射によるエ
ンジンの低回転時における出力トルク向上は走行性能の
向上に大幅に寄与するものである。もちろん、このよう
な分割噴射は、マニュアルトランスミッション車など、
発進時のノック回避,発進トルク確保のためにアイドル
回転数を特別高める必要のない車両のエンジンに用いて
も、エンジンの低回転時における出力トルクを向上させ
ることができるのでやはり走行性能の向上に大幅に寄与
するものである。
【0096】また、マニュアルトランスミッション車の
エンジンに適用した場合、低回転時における出力トルク
が向上することで、トルク余裕が生じて、フライホイー
ルのイナーシャを大きく設定することができる。これに
より、トランスミッションから発生するガタ打ち音(カ
タカタ音)を防止することができる利点もある。さら
に、前述の発進時ノックのおそれを回避できることは、
圧縮比を高める点でも極めて有利になる。つまり、火花
点火式筒内噴射型内燃機関では、吸気冷却効果によって
本質的にノック(ノッキング)が起こりにくいので圧縮
比を高めに設定することができ、さらに、一般に加速直
後に生じやすい過渡ノックが起こり難く加速時に速やか
に点火時期を進角させることができるので、この点から
圧縮比をさらに高めることができるという特性がある
が、発進時ノックが生じることで圧縮比を高めるのに限
度があったが、この発進時ノックの回避により、圧縮比
をさらに高めることが可能になる利点もある。
【0097】次に、第2実施形態にかかる火花点火式筒
内噴射型内燃機関(以下、筒内噴射エンジンともいう)
の構成について、図11〜図13を参照して説明する。
本実施形態では、分割噴射を行なう条件を第1実施形態
の場合よりも細かく限定しており、分割噴射が効果的な
運転状態に限って分割噴射を行なうようにしている。ま
た、分割噴射モードとその他のモードとの切り替わり時
に、点火時期を適切に制御するように考慮している。
【0098】つまり、分割噴射実行条件は次の各条件に
設定され、これらが、いずれも成立したら分割噴射を実
行する。 分割噴射実行条件 エンスト及び始動モード以外であること。これは、前
提条件であり、エンジンが通常作動している場合でなく
ては分割噴射は何ら必要ない。
【0099】高圧燃料ポンプ25下流の燃料供給通路
23Bの燃圧が図示しない燃圧検出手段により高燃圧で
あると判定された後、所定時間が経過していること。こ
れは、圧縮噴射の許可条件と同一であり、分割噴射は圧
縮噴射を伴うものであるために設けられている。つま
り、層状燃焼を成立させるためには燃料が十分に微粒化
されていること、即ち、高圧噴射されていることが必要
であり、また、低燃圧で燃料噴射弁21を駆動すると噴
射圧が筒内圧よりも低くなって噴射した燃料が燃料噴射
弁21側へ逆流を生じるおそれがあり、これを防止する
ためである。
【0100】「水温>リーン開始水温(例えば75°
C)」であること。これは、層状燃焼により安定して燃
焼可能な機関温度条件である。 「エンジン回転数Ne<所定回転数」であること。こ
れは、エンジン回転数Neがあまり高いと、出力的にみ
てストイキオフィードバックモード或いはエンリッチモ
ードと比較して分割噴射の効果が少ないないため、分割
噴射の効果を得られる回転領域に限定しているのであ
る。
【0101】「Ev>設定値」であること。これは、
ノック発生領域であり、ノック抑制効果のある分割噴射
が有効に働く条件である。 ノック学習結果が、ノック発生の可能性が高い状態に
あること。これも、ノック抑制効果のある分割噴射が有
効に働く条件である。 リーンモード(圧縮リーン及び吸気リーン)以外であ
ること。これは、リーンモードの選択されるエンジンの
低負荷域では分割噴射の必要がないからである。
【0102】A/Fテーリング終了後であること。こ
れはA/F(空燃比)の安定状態を判定するためであ
る。つまり、分割噴射へ移行する際に、燃料噴射量等の
設定を適正にするためである。 なお、〜の各条件が成立した時に、「ΔTPS>設
定値」が検出された場合には、運転者が大きな加速を要
求しているため強制的にA/Fテーリング終了させてか
ら分割噴射モードへ切り替えるように設定されている。
【0103】このような諸条件が成立したら、分割噴射
を行なうが、この分割噴射のパルス幅(燃料噴射期間)
については、吸気行程噴射時のパルス(メインパルス)
Tinjm及び圧縮行程噴射時のパルス(サブパルス)Tin
jsは次のように算定する。 Tinjm=(Tb ×Kaf×Kels ×Ktrn )×Kdinjm +
Td Tinjs=(Tb ×Kaf×Kels ×Ktrn )×Kdinjs +
Td ただし、Kdinjm :メインパルス分割係数,Kdinjs :
サブパルス分割係数,Tb :ベース時間,Kaf:目標A
/F補正ゲイン,Kels :その他の補正ゲイン,Ktrn
:加減速補正ゲイン,Td:無駄時間である。
【0104】なお、メインパルスTinjm及びサブパルス
Tinjsは燃料噴射弁の能力に応じて噴射期間について最
小噴射時間を設定して最小クリップ処理を行なうことが
好ましい。また、分割噴射モード時には、ΔPeによる
パルス幅設定は禁止する。これは噴射タイミングが2行
程にまたがるため、それぞれの噴射タイミングでパルス
幅補正をするとトータル空燃比がズレてしまい適正な空
燃比にならなくなったり、逆に、トータル空燃比を適切
にしようとすると制御が複雑になってしまうという問題
が発生するからである。
【0105】噴射終了時期については、メインパルスの
場合、エンジンに応じて吸気行程末期或いは圧縮行程開
始時近傍に設定される。そして、本実施形態では、この
分割噴射モード以外のモードから分割噴射モードに突入
した場合や、この分割噴射モードから他のモードに離脱
した場合には、所定行程の間だけは、点火時期を前モー
ドの点火時期に保持するように設定されている。
【0106】つまり、図11(A)に示すように、ある
時点で、分割噴射モードから吸気噴射モードに切り替わ
った場合、吸気噴射モードに切り替わった後も、所定の
行程数間は分割噴射モードに応じた点火時期により点火
を行なうのである。すなわち、分割噴射は、吸気行程か
ら圧縮行程までに亘って燃料噴射を行なうため、ある時
点で分割噴射モードから吸気噴射モードに切り替わって
も、既に、分割噴射モードにおける吸気行程噴射のみを
終了していたり実行中であったり、或いは、吸気行程噴
射の後の圧縮行程噴射を終了していたり実行中であった
りしている状態で、点火がまだ実行されていない状況が
ある。
【0107】例えば、図11(A)において、噴射モー
ド切替信号が出力された時点で、第4気筒(♯4)は分
割噴射モードにおける吸気行程噴射の後の圧縮行程噴射
中であり、第2気筒(♯2)は吸気行程噴射のみ終了し
この後の圧縮行程噴射を行なおうとする状態である。こ
のため、これらの気筒では点火もまだ行なわれていな
い。なお、図11(A),(B)中において、♯1〜♯
4はそれぞれ第1〜4気筒を示す。
【0108】このような場合には、噴射モードが切り替
わった後も、分割噴射モードに応じた点火時期で点火を
行なう。例えば図11(A)に記載する場合は、少なく
とも第4気筒(♯4)及び第2気筒(♯2)は分割噴射
モードに応じた点火時期で点火とする。そして、燃料噴
射が、新たなモードに対応した噴射に切り替わってから
始めて点火時期も新たなモードに対応したものに切り替
えるようにするのである。
【0109】つまり、分割噴射はノックを生じにくい
(ノック抑制効果のある)噴射形態であるため、分割噴
射の点火時期は進角側に設定されており、これに対して
吸気噴射の点火時期はノックの発生を抑制するために遅
角側に設定されている。このため、図11(A)に示す
第4気筒(♯4)及び第2気筒(♯2)の場合のよう
に、噴射モードとしては分割噴射から吸気噴射への切替
信号が既に出力されていても噴射形態は依然として分割
噴射を継続している場合に、吸気噴射に対応した点火時
期で点火を行なってしまうと本来(分割噴射に対応した
時期)よりも点火時期が遅れてしまい、それだけ、出力
が低減してしまうからである。
【0110】また、図11(B)は、ある時点で、吸気
噴射モードから分割噴射モードに切り替わった場合であ
るが、この場合にも、分割噴射モードに切り替わった後
も、所定の行程数間は吸気噴射モードに応じた点火時期
により点火を行なうのである。例えば、図11(B)に
おいては、噴射モードの切替信号か出力された時点で、
第1気筒(♯1)は吸気行程噴射が終了しており、第3
気筒(♯3)吸気行程噴射中であるため、この場合に
は、第1,3気筒ともに分割噴射モードに切り替わった
後も吸気噴射モードに応じた点火時期により点火を行な
う。
【0111】つまり、噴射モードとしては吸気噴射から
分割噴射への切替信号が既に出力されていても噴射形態
は依然として吸気噴射を継続している場合に、分割噴射
に対応した点火時期で点火を行なってしまうと本来(吸
気噴射に対応した時期)よりも点火時期が進んでしま
い、それだけ、ノックの発生する可能性が高まってしま
うからである。
【0112】そこで、本実施形態のように、噴射モード
の切替信号のタイミングに係わらず分割噴射時には分割
噴射用の点火時期で点火を行なうことでエンジン出力を
確保し、吸気噴射時には吸気噴射用の点火時期で点火を
行なうことでノックを抑制するようにしているのであ
る。なお、図11(B)において、第4気筒(♯4)に
ついては、分割噴射モードに切り替わった際の信号に基
づいて燃料噴射が実行される。つまり、新たなモード即
ち分割噴射モードにより燃料噴射が行なわれ、また、分
割噴射モードに応じた点火時期により点火が行なわれ
る。
【0113】本発明の第2実施形態としての火花点火式
筒内噴射型内燃機関は、上述のように構成されるので、
例えば図12に示すようにして分割噴射モード(分割噴
射制御)が行なわれる。つまり、まず、燃料性状検出手
段105で検出された燃料性状情報(燃料オクタン価情
報)に基づいて燃料オクタン価を判定して(ステップS
10)、エンジンの運転状態、即ち、エンジン回転数N
e,スロットル開度θth,冷却水温,吸入空気量,吸気
温度,大気圧等を読み込む(ステップS20)。
【0114】そして、分割噴射条件が成立しているか否
かを判定する(ステップS35)。つまり、エンスト
及び始動モード以外、高燃圧判定後所定時間経過、
「水温>リーン開始水温」、「エンジン回転数Ne<
所定回転数」、「Ev>設定値」、ノック学習結果
がノック発生の可能性が高い状態にある、リーンモー
ド以外である、A/Fテーリング終了後である、の各
条件がいずれも成立しているか否かが判定される。
【0115】分割噴射条件が成立しなければ、ステップ
S80に進み、フラグAを判定する。このフラグAは、
分割噴射制御時に1とされ、分割噴射制御が行なわれて
いなければ0とされる。ここで、フラグAが1(即ち、
分割噴射制御中)ならば、ステップS90に進み、分割
噴射制御を解除(分割噴射制御終了)させて、フラグA
を0に戻し、ステップS110に進む。また、フラグA
が1(即ち、分割噴射制御中)でなければ、ステップS
130に進み、対応するモード(分割噴射以外)で点火
時期制御を行なう。
【0116】一方、分割噴射条件が成立すれば、ステッ
プS50に進み、フラグAを判定する。ここで、フラグ
Aが1(即ち、分割噴射制御中)ならば、ステップS1
20に進み、分割噴射モードで点火時期制御を行なう。
ステップS50でフラグAが1でないとされると、ステ
ップS60に進み、分割噴射制御(分割噴射モード)を
実行する。そして、分割噴射制御終了後に、ステップS
70に進み、フラグAを1にセットして、ステップS1
10に進む。
【0117】ステップS110では、前運転モードの点
火時期を保持して点火制御を行なう。これは、分割噴射
以外のモードから分割噴射モードに移行した場合(ステ
ップS35→S50→S60→S70→S110)と、
分割噴射モードから分割噴射以外のモードに移行した場
合(ステップS35→S80→S90→S110)とが
あり、いずれの場合も、所定期間、つまり、燃料噴射が
新モードのものに切り替わるまでは、燃料噴射のモード
に合わせて前運転モードの点火時期を保持して点火制御
を行なうのである。
【0118】これにより、例えば分割噴射から吸気噴射
への移行時に、燃料噴射がまだ分割噴射の場合には、分
割噴射用の点火時期で点火を行なうことでエンジン出力
を確保し、吸気噴射から分割噴射への移行時に燃料噴射
がまだ吸気噴射の場合には、吸気噴射用の点火時期で点
火を行なうことでノックを抑制するようにしているので
ある。
【0119】なお、図13は、分割噴射と吸気噴射の発
生トルク特性を示す図であり、(A)は最適点火時期と
した際の空燃比(A/F)に対するトルク(T)の特性
を示し、(B)は最適空燃比における点火時期(IG)
に対するトルク(T)の特性を示し、(C)は点火時期
をノック点(K点)とした際の空燃比(A/F)に対す
るトルク(T)の特性を示す。
【0120】図13(A)に示すように、最適点火時期
(最も出力の得られる点火時期)を選択できれば、分割
噴射よりも吸気噴射の方が大きな出力トルクか得られる
が、図13(B)に示すように、ノック抑制を考慮して
点火時期(IG)を設定しようとすると、分割噴射の方
が吸気噴射よりも大きな出力トルクが得られる。このよ
うなノック抑制を考慮した点火時期では、図13(B)
に示すように、総合空燃比(A/F)の設定によって
も、分割噴射の方が吸気噴射よりも大きな出力トルクか
得られる領域が多くあり、このような特性からも分割噴
射が出力の面でも効果があることかわかる。
【0121】また、図13(C)に示すように、分割噴
射の方が最大トルクの得られる空燃比(A/F)が小さ
く設定できるため、分割噴射は、特に、スロットル全開
相当の走行時の出力向上に効果がある。
【0122】
【発明の効果】以上詳述したように、請求項1記載の本
発明の火花点火式筒内噴射型内燃機関によれば、層状燃
焼時には、上記圧縮行程中の燃料噴射に先立って予め吸
気行程中に上記燃料噴射弁から自己着火し得ない量の燃
料を噴射するので、圧縮行程中の燃料噴射後の着火によ
って層状燃焼が行なわれて、この圧縮行程に噴射した燃
料はノック反応が進むだけの時間がないので、自己着火
せず、もちろん、圧縮行程噴射した燃料も自己着火しな
いため、かかる燃焼条件下、即ち、中・高負荷時の特定
運転領域で、ノックを防止することができる。
【0123】しかも、この圧縮行程噴射した燃料の層状
燃焼が進む過程で、予め吸気行程中に噴射してあった燃
料を含んだ混合気が燃焼しなから、圧縮行程噴射した燃
料の未燃成分の燃焼に寄与するため、機関の出力増加や
排気ガス浄化に寄与する利点もある。さらに、特定運転
状態が、例えば所定の機関回転数よりも低い機関回転数
である場合には、発進時において、ノックを発生させず
に発進要求トルクを確保できるノック限界出力領域を拡
大することができるため、急発進等でもノックの発生な
しに要求出力を確保することができ、加速フィーリング
を向上させることができる。また、発進トルクを十分に
確保できるため、アイドル回転数を低く設定することが
できて、アイドル時燃費を向上させることができる。
【0124】請求項2記載の本発明の火花点火式筒内噴
射型内燃機関によれば、低負荷時には主に圧縮行程中に
燃料を噴射して層状燃焼を行ない、上記特定運転領域を
除く中・高負荷時には主に吸気行程中に燃料を噴射して
予混合燃焼を行なうので、運転状態に応じて最適な燃焼
を実現させて、機関の燃費や出力を向上させることがで
きる効果がある。
【0125】請求項3記載の本発明の火花点火式筒内噴
射型内燃機関によれば、上記中・高負荷時の特定運転領
域では、吸気行程中にほぼ一定量の燃料を噴射し、圧縮
行程中に負荷状態にほぼ比例した量の燃料を噴射するの
で、極めて簡素な制御によって、運転状態に適した燃焼
を実現させて、機関の燃費や出力を向上させることがで
きる効果がある。
【0126】請求項4記載の本発明の火花点火式筒内噴
射型内燃機関によれば、上記中・高負荷時の特定運転領
域では、吸気行程中に空燃比が30〜60程度となるよ
うな量の燃料を噴射し、圧縮行程中にトータル空燃比が
理論空燃比よりもリッチとなるような量の燃料を噴射す
ることで、ノックを確実に回避しながら、出力を大きく
向上させることができる利点がある。
【0127】請求項5記載の本発明の火花点火式筒内噴
射型内燃機関によれば、上記中・高負荷時の特定運転領
域におけるある気筒の吸気行程中の燃料噴射時期が他の
気筒の圧縮行程中の燃料噴射時期と重複しないように設
定されているので、燃料噴射弁の駆動系(インジェクタ
ドライバ)の負担を軽減することができ、例えばインジ
ェクタドライバを各燃料噴射弁毎に別回路とする必要も
なくなり、コスト低減を図ることができる。
【0128】請求項6記載の本発明の火花点火式筒内噴
射型内燃機関によれば、機関の温度が所定温度以上であ
って且つ機関の回転数が所定回転数以下の運転領域を上
記特定運転領域としているので、要求される運転状態に
適した最適な燃焼を選択することができ、出力及び燃費
の向上を図ることができる。特に、発進時において、ノ
ックを発生させずに発進要求トルクを確保することがで
きるため、急発進等でもノックの発生なしに要求出力を
確保することができ、加速フィーリングを向上させるこ
とができる。また、発進トルクを十分に確保できるた
め、アイドル回転数を低く設定することができて、アイ
ドル時燃費を向上させることができる。
【0129】請求項7記載の本発明の火花点火式筒内噴
射型内燃機関によれば、燃料性状に基づいて上記制御手
段による上記中・高負荷時の特定運転領域における上記
吸気行程中での燃料噴射量が補正されるので、各燃料性
状に応じてノック発生を防止できしかもより大きな出力
を得られ燃費の向上も図ることができるようになる利点
がある。
【0130】請求項8記載の本発明の火花点火式筒内噴
射型内燃機関によれば、中・高負荷時の特定運転領域
で、分割燃料噴射を行なうことにより、ノックを防止す
ることができる効果や、機関の出力増加や排気ガス浄化
に寄与する利点や、特定運転状態が低い機関回転数であ
る場合の発進時において、急発進等でもノックの発生な
しに要求出力を確保することができ、加速フィーリング
を向上させることができる利点や、発進トルクを十分に
確保できるため、アイドル回転数を低く設定することが
できアイドル時燃費を向上させることができる利点を得
られる。
【0131】これに加えて、機関の運転モードが切り替
わる際に、燃料噴射の状態が切り替わるまではそれまで
のモードに応じた点火時期が採用されるので、運転モー
ドの切替時に適切な点火時期で点火を行なうことがで
き、運転モード切替時に点火時期のずれ等により生じや
すい燃焼の悪化を防止することができ、常に最適な燃焼
状態を実現しうる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態としての火花点火式筒内
噴射型内燃機関の要部構成を示す模式的なブロック図で
ある。
【図2】本発明の第1実施形態としての火花点火式筒内
噴射型内燃機関の構成を示す図である。
【図3】本発明の第1実施形態としての火花点火式筒内
噴射型内燃機関における運転モードを説明する図(マッ
プ)である。
【図4】本発明の第1実施形態としての火花点火式筒内
噴射型内燃機関における分割噴射による燃焼原理を説明
する機関の要部断面図であり、(A)は圧縮噴射時期の
状態を示し、(B)は点火後の燃焼後期の状態を示す。
【図5】本発明の第1実施形態としての火花点火式筒内
噴射型内燃機関における分割噴射の圧縮行程噴射の設定
例及びその効果を示す図であり、(A)は圧縮行程噴射
の割合及び噴射時期を説明する図であり、(B)は分割
噴射によるノック限界出力の向上特性を示す。
【図6】本発明の第1実施形態としての火花点火式筒内
噴射型内燃機関における分割噴射の圧縮行程噴射の他の
設定例及びその効果を示す図であり、(A)は圧縮行程
噴射の割合及び噴射時期を説明する図であり、(B)は
分割噴射によるノック限界出力の向上特性を示す。
【図7】本発明の第1実施形態としての火花点火式筒内
噴射型内燃機関における分割噴射を含む燃料噴射特性を
説明する図であり、(A)は本実施形態に関し、(B)
はその変形例に関する。
【図8】本発明の第1実施形態としての火花点火式筒内
噴射型内燃機関における分割噴射制御を説明するフロー
チャートである。
【図9】本発明の第1実施形態としての火花点火式筒内
噴射型内燃機関における分割噴射による効果(アイドル
回転数低下)を説明する図である。
【図10】本発明の第1実施形態としての火花点火式筒
内噴射型内燃機関における分割噴射による効果(アイド
ル回転数低下による燃費向上)を説明する図である。
【図11】本発明の第2実施形態としての火花点火式筒
内噴射型内燃機関における点火時期制御を説明する図で
ある。
【図12】本発明の第2実施形態としての火花点火式筒
内噴射型内燃機関における分割噴射制御を説明するフロ
ーチャートである。
【図13】本発明の第1,2実施形態としての火花点火
式筒内噴射型内燃機関における分割噴射制御の効果を説
明する図であり、(A)は最適点火時期とした際の空燃
比(A/F)に対するトルク(T)の特性を示し、
(B)は最適空燃比における点火時期(IG)に対する
トルク(T)の特性を示し、(C)は一定の点火時期と
した際の空燃比(A/F)に対するトルク(T)の特性
を示す。
【図14】一般的なノック発生特性(自己着火限界)を
示す図であり、(A)は混合気濃度及び温度に関し、
(B)は温度及び圧力に関している。
【図15】従来の火花点火式筒内噴射型内燃機関を有す
る車両の発進時における低回転・高負荷状況を説明する
図である。
【符号の説明】
1 エンジン本体 1A シリンダ 1B ピストン 2 吸気通路 2A 吸気ポート 3 スロットル弁設置部分 4 エアクリーナ 5 第2エアバイパス通路(第2バイパス通路) 5A バイパス通路5の上流部 5B バイパス通路5の中流部 5C バイパス通路5の下流部 6 第2エアバイパスバルブ 7 吸気管 8 サージタンク 9 吸気マニホールド 12 アイドルスピートコントロール機能部 13 第1エアバイパス通路(第1バイパス通路) 14 第1エアバイパスバルブ 15 スロットルバルブ 16 制御手段としての電子制御装置(ECU) 17 排気通路 17A 排気ポート 18 燃焼室 19 吸気弁 20 排気弁 21 燃料調整手段としての燃料噴射弁(インジェク
タ) 22 燃料タンク 23A〜23E 燃料供給路 24 低圧燃料ポンプ 25 高圧燃料ポンプ 26 低圧レギュレータ 27 高圧レギュレータ 28 デリバリパイプ 29 排ガス還流通路(EGR通路) 30 EGRバルブ 31 ブローバイガス還元流路 32 クランク室積極換気用通路 33 クランク室積極換気用バルブ 34 キャニスタ 35 排ガス浄化用触媒 36 吸気温度センサ 37 スロットルポジションセンサ(TPS) 38 アイドルスイッチ 40 第1気筒検出センサ 41 クランク角センサ 42 水温センサ 43 O2センサ 44 エアフローセンサ 45 点火プラグ 101 運転状態検出手段 102 モード選択手段 103 燃料噴射制御手段 104 点火時期制御手段 105 燃料性状検出手段
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI F02P 5/15 F02P 5/15 B (72)発明者 渡辺 幹二 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 (72)発明者 田中 寛之 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 (72)発明者 織田 英幸 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 (72)発明者 五島 賢司 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 (72)発明者 田島 一親 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 (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 (72)発明者 加村 均 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 (72)発明者 小島 淳良 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

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 燃焼室内に燃料を直接噴射する燃料噴射
    弁をそなえ、中・高負荷時の特定運転領域で圧縮行程中
    に燃料を噴射して層状燃焼を行なう火花点火式筒内噴射
    型内燃機関において、 該層状燃焼時には、上記圧縮行程中の燃料噴射に先立っ
    て予め吸気行程中に上記燃料噴射弁から自己着火し得な
    い量の燃料を噴射するように上記燃料噴射弁を駆動制御
    する制御手段をそなえていることを特徴とする、火花点
    火式筒内噴射型内燃機関。
  2. 【請求項2】 上記制御手段は、低負荷時には主に圧縮
    行程中に燃料を噴射して層状燃焼を行ない、上記特定運
    転領域を除く中・高負荷時には主に吸気行程中に燃料を
    噴射して予混合燃焼を行なうように上記燃料噴射弁を駆
    動制御することを特徴とする、請求項1記載の火花点火
    式筒内噴射型内燃機関。
  3. 【請求項3】 上記制御手段は、上記中・高負荷時の特
    定運転領域では、吸気行程中にほぼ一定量の燃料を噴射
    し、圧縮行程中に負荷状態にほぼ比例した量の燃料を噴
    射するように上記燃料噴射弁を駆動制御することを特徴
    とする、請求項1記載の火花点火式筒内噴射型内燃機
    関。
  4. 【請求項4】 上記制御手段は、上記中・高負荷時の特
    定運転領域では、吸気行程中に空燃比が30〜60程度
    となるような量の燃料を噴射し、圧縮行程中にトータル
    空燃比が理論空燃比よりもリッチとなるような量の燃料
    を噴射するように上記燃料噴射弁を駆動制御することを
    特徴とする、請求項1記載の火花点火式筒内噴射型内燃
    機関。
  5. 【請求項5】 上記内燃機関は多気筒型内燃機関であっ
    て、上記燃料噴射弁は各気筒毎にそれぞれ配設されると
    ともに、上記制御手段は、上記中・高負荷時の特定運転
    領域におけるある気筒の吸気行程中の燃料噴射時期が他
    の気筒の圧縮行程中の燃料噴射時期と重複しないように
    設定されていることを特徴とする、請求項1記載の火花
    点火式筒内噴射型内燃機関。
  6. 【請求項6】 上記特定運転領域は、上記機関の温度が
    所定温度以上であって且つ上記機関の回転数が所定回転
    数以下の運転領域であることを特徴とする、請求項1〜
    3のいずれかに記載の火花点火式筒内噴射型内燃機関。
  7. 【請求項7】 燃料性状を検出する燃料性状検出手段を
    有し、該燃料性状検出手段の検出結果に基づいて上記制
    御手段による上記中・高負荷時の特定運転領域における
    上記吸気行程中での燃料噴射量が補正されることを特徴
    とする、請求項1記載の火花点火式筒内噴射型内燃機
    関。
  8. 【請求項8】 該機関の点火時期を制御する点火時期制
    御手段をそなえ、 該制御手段は、該運転状態が該低負荷領域領域にある場
    合に、圧縮行程中に燃料を噴射するように該燃料噴射弁
    を制御する層状燃焼モードと、該運転状態が該特定運転
    領域である場合に、圧縮行程中の燃料噴射に先立って予
    め吸気行程中に自己着火し得ない量の燃料を噴射するよ
    うに該燃料噴射弁を制御する分割層状燃焼モードと、該
    運転状態が該特定運転領域以外の領域である場合に、吸
    気行程中に燃料を噴射するように該燃料噴射弁を制御す
    る予混合燃焼モードとのいずれかを選択して該機関の運
    転を行なうモード選択手段を有し、 該点火時期制御手段は、該モード選択手段によって運転
    モードが第1の運転モードから第2の運転モードに切り
    替えられた場合、少なくとも該燃料噴射弁の噴射タイミ
    ングが該第2の運転モードに切り替わるまでは、該第1
    の運転モードに応じた点火時期を保持して制御すること
    を特徴とする、請求項2記載の火花点火式筒内噴射型内
    燃機関。
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