JPH1047111A

JPH1047111A - 筒内噴射型火花点火式内燃エンジン

Info

Publication number: JPH1047111A
Application number: JP8206012A
Authority: JP
Inventors: Hitoshi Kamura; 均加村; Kenjirou Hatayama; 健二郎幡山; Hiroki Tamura; 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: 1998-02-17
Anticipated expiration: 2016-08-05
Also published as: JP3233031B2

Abstract

(57)【要約】【課題】燃料噴射時期が圧縮行程であっても吸気行程
であっても容易にして常に安定した運転状態を確保可能
な筒内噴射型火花点火式内燃エンジンを提供する。【解決手段】筒内噴射型火花点火式内燃エンジンで
は、各種燃焼パラメータに基づいて燃焼制御が行われる
が、圧縮行程噴射モードが選択されたときには、各種燃
焼パラメータはエンジン回転速度及び加速操作状態検出
手段の出力結果に基づく第１の負荷相関値（Ｐe）によ
り設定され(S20)、一方、吸気行程噴射モードが選択さ
れたときには、各種燃焼パラメータは少なくとも吸入空
気量検出手段の出力結果に基づく第２の負荷相関値（Ｅ
v）により設定される(S22)。

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、このような
筒内噴射型のガソリンエンジンでは、燃料の噴射時期や
点火時期等の設定が問題となる。そこで、このような筒
内噴射型のガソリンエンジンにおいては、圧縮行程噴射
モードでのスロットル開度のエンジン負荷との相関性が
高いことに着目し、通常はエンジン回転速度とスロット
ル開度とから求めた目標平均有効圧（負荷相関値）Ｐe
に基づいて燃料の噴射時期や点火時期等の設定を行うよ
うにしている。

【０００５】しかしながら、この目標平均有効圧Ｐe
は、圧縮行程噴射モードでは特に問題ないのであるが、
吸気行程噴射モードにおいて適用すると、例えば高地や
夏季等のように吸入空気量が少なくなるような環境のも
とでは、実際に得られるエンジン負荷と目標平均有効圧
Ｐeに応じた負荷との間に差異が生じ、正確な燃料噴射
時期や点火時期等が得られず、結果としてエンジンの運
転状態が不安定になる虞がある。また、この場合、目標
平均有効圧Ｐeを適宜補正することも考えられるが、演
算が複雑になり好ましいことではない。

【０００６】そこで、例えば、空気流量に基づいて燃料
噴射時期や点火時期等をより正確に設定するための手段
が特公昭５２−６４１４号公報等に開示されているが、
当該公報に開示されるものは、エンジンの低負荷時にお
いてのみ適用されるものであって実用的なものとは言い
難い。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、燃料噴射時期が圧縮行程
であっても吸気行程であっても容易にして常に安定した
運転状態を確保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。

【０００７】

【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、エンジン回転速度を検出するエンジン回転
速度検出手段と、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、各種燃焼パラメータに基
づき燃焼制御を行う燃焼制御手段と、前記圧縮行程噴射
モードが選択されたときには、前記各種燃焼パラメータ
を前記エンジン回転速度及び前記加速操作状態検出手段
の出力結果に基づく第１の負荷相関値により設定する一
方、前記吸気行程噴射モードが選択されたときには、前
記各種燃焼パラメータを少なくとも前記吸入空気量検出
手段の出力結果に基づく第２の負荷相関値により設定す
る燃焼パラメータ設定手段とを備えたことを特徴として
いる。

【０００８】従って、筒内噴射型火花点火式内燃エンジ
ンは、各種燃焼パラメータに基づいて燃焼制御が行われ
るが、圧縮行程噴射モードが選択されたときには、各種
燃焼パラメータは、エンジン回転速度及び加速操作状態
検出手段の出力結果に基づく第１の負荷相関値により設
定される。一方、吸気行程噴射モードが選択されたとき
には、各種燃焼パラメータは、少なくとも吸入空気量検
出手段の出力結果に基づく第２の負荷相関値に基づき設
定される。これにより、各燃料噴射モード毎に、要求す
るエンジン負荷と相関関係の大きい負荷相関値に基づい
て燃焼パラメータが設定され、燃料噴射モードの如何に
拘わらず常に良好な燃焼制御が実施され、安定したエン
ジンの運転状態が維持される。故に、筒内噴射型火花点
火式内燃エンジンが車両に搭載された場合にあっては、
ドライバビリティが向上する。

【０００９】また、請求項２の発明では、前記燃焼パラ
メータ設定手段は、前記吸気行程噴射モードが選択され
たときには、前記各種燃焼パラメータの一部を前記第１
の負荷相関値に基づき設定するとともに残部を前記第２
の負荷相関値に基づき設定するようにし、前記第１及び
第２の負荷相関値を使い分けて前記各種燃焼パラメータ
を設定することを特徴としている。

【００１０】従って、吸気行程噴射モードが選択された
ときには、各種燃焼パラメータの一部が第１の負荷相関
値に基づき設定され、残部が第２の負荷相関値に基づき
設定され、各種燃焼パラメータ毎に、より適正な負荷相
関値に基づいて燃焼パラメータが好適に設定される。ま
た、請求項３の発明では、前記各種燃焼パラメータは少
なくとも燃料噴射量相関値と補正吸気量相関値とを含
み、前記燃焼パラメータ設定手段は、前記吸気行程噴射
モードが選択されたときには、前記燃料噴射量相関値を
前記第２の負荷相関値に基づき設定する一方、前記補正
吸気量相関値を前記第１の負荷相関値に基づき設定する
ことを特徴としている。

【００１１】従って、吸気行程噴射モードが選択された
ときには、各種燃焼パラメータのうち燃料噴射量相関値
については第２の負荷相関値に基づいて設定され、補正
吸気量相関値については第１の負荷相関値により設定さ
れる。故に、燃料噴射量相関値と補正吸気量とは、とも
に、より適正な負荷相関値に基づいて設定される。ま
た、請求項４の発明では、前記吸気行程噴射モードと前
記圧縮行程噴射モードとの選択切換は、前記加速操作状
態検出手段の出力結果に応じた前記第１の負荷相関値に
基づいて実施されることを特徴としている。

【００１２】従って、第１の負荷相関値はエンジン回転
速度と加速操作状態検出手段の出力結果に基づいて比較
的容易に求められるのであるが、吸気行程噴射モードと
圧縮行程噴射モードとの選択切換は、この第１の負荷相
関値に基づいて第２の負荷相関値に基づくよりも容易且
つ正確に実施される。

【００１３】

【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。

【００１４】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。

【００１５】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。

【００１６】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。

【００１７】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。

【００１８】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２３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。

【００１９】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（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。

【００２０】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、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４
３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。

【００２１】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。

【００２２】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。

【００２３】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。

【００２４】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。

【００２５】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。

【００２６】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。

【００２７】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。

【００２８】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。

【００２９】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。
図２を参照すると、エンジン１が暖機した状態でＥＣＵ
７０が実行する燃焼制御の制御手順がブロック図で示さ
れており、また、図３を参照すると、燃焼制御のうちの
各種燃焼パラメータの設定ルーチンのフローチャートが
示されている。以下、図２，３に基づき、暖機時におけ
る燃焼制御について説明する。

【００３０】エンジン１が暖機状態になると、ＥＣＵ７
０は、図３のステップＳ１０において、各種検出値、即
ち、ＴＰＳ２９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、クランク角センサ１７からのエン
ジン回転速度Ｎe及びエアフローセンサ３２からの吸入
空気量情報Ｑaとを読込む。そして、ステップＳ１２で
は、図２中のＰe算出部８０において、ＴＰＳ２９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
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とに基づき、目標出力、即ち目標平均有効圧（第１の
負荷相関値）Ｐeを演算する。実際には、図中Ｐe算出部
８０内に示すように、スロットル開度情報θthとエンジ
ン回転速度Ｎeとの関係を示すマップが予め設定されて
おり、目標平均有効圧Ｐeは、このマップから読取られ
る。

【００３１】次にステップＳ１４では、図２中のＥv算
出部８２において、エアフローセンサ３２からの吸入空
気量情報Ｑaに基づき、体積効率（第２の負荷相関値）
Ｅvを演算する。このように、目標平均有効圧Ｐeと体積
効率Ｅvとが求められると、エンジン回転速度Ｎeの信号
の他、これら目標平均有効圧Ｐe、体積効率Ｅvの各信号
は、図２中の目標Ａ／Ｆ演算部９０、噴射終了時期演算
部９２、点火時期演算部９４、ＥＧＲ量演算部９６に供
給される。これら目標Ａ／Ｆ演算部９０、噴射終了時期
演算部９２、点火時期演算部９４、ＥＧＲ量演算部９６
は、それぞれ目標空燃比（燃料噴射量相関値）Ａ／Ｆ
（以下、目標Ａ／Ｆという）、燃料の噴射終了時期（燃
料噴射量相関値）Ｔend、点火時期Ｓa、ＥＧＲ量Ｌegr
の各種燃焼パラメータを設定するブロックである。

【００３２】これら目標Ａ／Ｆ演算部９０、噴射終了時
期演算部９２、点火時期演算部９４、ＥＧＲ量演算部９
６には、それぞれ、エンジン回転速度Ｎeと目標平均有
効圧Ｐeに基づく燃焼パラメータ設定マップと、エンジ
ン回転速度Ｎeと体積効率Ｅvとに基づく燃焼パラメータ
設定マップが複数設けられている。詳しくは、目標Ａ／
Ｆ演算部９０、噴射終了時期演算部９２、点火時期演算
部９４には、それぞれ、エンジン回転速度Ｎeと目標平
均有効圧Ｐeに基づき設定され燃料噴射モードが後期噴
射リーンモード（後述の図４参照）であるときに使用さ
れるマップと、エンジン回転速度Ｎeと体積効率Ｅvとに
基づき設定され、燃料噴射モードが前期噴射モード（後
述の図４中の前期噴射リーンモード、ストイキオフィー
ドバックモード或いはオープンループモード）であると
きに使用されるマップとが設けられている。

【００３３】ここに、燃料噴射モードが後期噴射モード
である場合には目標平均有効圧Ｐeに基づいて燃焼パラ
メータが設定され、前期噴射モードである場合には体積
効率Ｅvに基づいて燃焼パラメータが設定されるように
されているが、これは、圧縮行程で燃料を噴射する後期
噴射モードにおいては、エンジン負荷は目標平均有効圧
Ｐeとの相関性が大きく、一方、吸気行程で燃料を噴射
する前期噴射モードでは体積効率Ｅvとの相関性が大き
いことに起因している。

【００３４】なお、後期噴射リーンモードに関しては、
ＥＧＲを行った場合と行わなかった場合の２種類のマッ
プがそれぞれ設けられており、点火時期演算部９４のス
トイキオフィードバックモード或いはオープンループモ
ードに関しても、やはり、ＥＧＲを行った場合と行わな
かった場合の２種類のマップが設けられている。また、
ＥＧＲ量演算部９６にも、エンジン回転速度Ｎeと目標
平均有効圧Ｐeに基づき設定され後期噴射リーンモード
において使用されるマップと、エンジン回転速度Ｎeと
体積効率Ｅvとに基づき設定され前期噴射モードにおい
て使用されるマップとが設けられている。ここでは、変
速機（図示せず）がニュートラルレンジ（Ｎレンジ）の
場合とそうでない場合で２種類のマップがそれぞれ設定
されている。

【００３５】そして、図３のフローチャートに戻り、ス
テップＳ１５を経てステップＳ１６では、目標Ａ／Ｆ演
算部９０、噴射終了時期演算部９２、点火時期演算部９
４、ＥＧＲ量演算部９６における前期噴射モードと後期
噴射モードのマップの切換判別が実行される。つまり、
ステップＳ１５において、現在の燃料噴射モードが判定
され、ステップＳ１６において、ステップＳ１５の判別
結果に基づき燃料噴射モードが後期噴射モードであるか
或いは前期噴射モードであるかが判別される。

【００３６】図４を参照すると、ＥＣＵ７０に設けられ
た燃料噴射モードの設定マップが示されており、ステッ
プＳ１５では、このマップに応じて燃料噴射モードが適
宜判定される。この図４のマップを参照すると、燃料噴
射モードは、エンジン回転速度Ｎeと目標平均有効圧Ｐe
或いは体積効率Ｅvとに応じて切換えられるようにされ
ている。詳しくは、後期噴射リーンモードと前期噴射リ
ーンモードとの切換え及び後期噴射リーンモードとスト
イキオフィードバックモードとの切換え、つまり、後期
噴射モードと前期噴射モードとの切換えに関しては、エ
ンジン回転速度Ｎeと目標平均有効圧Ｐeとに応じて実施
され、一方、前期噴射リーンモードとストイキオフィー
ドバックモードとの切換え、及び、ストイキオフィード
バックモードとオープンループモードとの切換え、つま
り、前期噴射モード間での切換えに関しては、目標平均
有効圧Ｐe及び体積効率Ｅvのいずれか一方に応じて行わ
れるようにされている。

【００３７】ここに、後期噴射モードと前期噴射モード
との切換えに体積効率Ｅvを用いないのは、つまり、後
期噴射モードにおいては、＃１ＡＢＶ２４と＃２ＡＢＶ
２７により大量のバイパスエアが導入されていることか
ら、エアフローセンサ３２に基づく体積効率Ｅvが全域
で略全開値となり、この場合、体積効率Ｅvがエンジン
負荷の相関値となり得ないからである。

【００３８】そして、この図４のマップから求められた
燃料噴射モードに基づき、ステップＳ１６において燃料
噴射モードが後期噴射モードであるか否かが判別され
る。この判別結果が真（Ｙｅｓ）で燃料噴射モードが後
期噴射モードである場合には、次にステップＳ２０に進
み、一方、判別結果が偽（Ｎｏ）で燃料噴射モードが前
期噴射モードである場合には、次にステップＳ２２に進
む。

【００３９】ステップＳ２０では、燃料噴射モードが後
期噴射モードであることから、目標Ａ／Ｆ演算部９０、
噴射終了時期演算部９２、点火時期演算部９４、ＥＧＲ
量演算部９６の各ブロックにおいて、エンジン回転速度
Ｎeと目標平均有効圧Ｐeとに基づき設定されたマップが
それぞれ選択され、目標Ａ／Ｆ、噴射終了時期Ｔend、
点火時期Ｓa、ＥＧＲ量Ｌegrの各燃焼パラメータが設定
される。なお、上述したように、後期噴射モードではＥ
ＧＲの有無に応じてマップが使い分けられる。

【００４０】これにより、燃料噴射モードが後期噴射モ
ードである場合には、後期噴射モードでのエンジン負荷
と相関性の大きい目標平均有効圧Ｐeに基づいて各燃焼
パラメータが好適に設定される。ところで、図２に示さ
れているように、目標平均有効圧Ｐeの信号は、Ｄ／Ｆ
フィルタ８４を介してバイパスエア量演算部９８にも供
給されている。従って、このステップＳ２０では、エア
バイパスパイプ２６をバイパスするバイパスエア量（補
正吸気量相関値）Ｑabvについてもエンジン回転速度Ｎe
と目標平均有効圧Ｐeとに基づいて設定される。

【００４１】一方、ステップＳ２２では、燃料噴射モー
ドが前期噴射モードであることから、目標Ａ／Ｆ演算部
９０、噴射終了時期演算部９２、点火時期演算部９４、
ＥＧＲ量演算部９６の各ブロックにおいて、エンジン回
転速度Ｎeと体積効率Ｅvに基づき設定されたマップがそ
れぞれ選択され、目標Ａ／Ｆ、噴射終了時期Ｔend、点
火時期Ｓa、ＥＧＲ量Ｌegrの各燃焼パラメータが設定さ
れる。なお、上述したように、前期噴射モードにおいて
は、前期噴射リーンモード、ストイキオフィードバック
モード、オープンループモードに応じたマップが適宜選
択され適用される。

【００４２】これにより、燃料噴射モードが前期噴射モ
ードである場合には、前期噴射モードでのエンジン負荷
と相関性の大きい体積効率Ｅvに基づいて各燃焼パラメ
ータが好適に設定される。このように、前期噴射モード
では、各燃焼パラメータの設定に体積効率Ｅvを用いる
ようにしているのであるが、より詳しく説明すると、こ
れは、目標平均有効圧Ｐeを用いた場合には、エンジン
１の出力トルクが目標平均有効圧Ｐeの変化に応じて応
答性よく過敏に増減する傾向にあり、特に前期噴射モー
ドが選択されるエンジン負荷の大きい領域においてこの
傾向が顕著である一方、体積効率Ｅvを用いた場合に
は、応答性が鈍く、出力トルクの追従性が遅いことに起
因している。つまり、前期噴射モードにおいて目標平均
有効圧Ｐeを用いて制御を行うと、運転者が無意識のう
ちにアクセルペダル（図示せず）を微少に操作しただけ
でも、エンジン１の出力トルクが極めて容易に増減して
しまい、車両の走行安定性に影響を与えてしまうのであ
るが、体積効率Ｅvを用いるようにすれば、出力トルク
の追従性が遅いために、アクセルペダルの微少変化に拘
わらず車両の走行安定性が維持されるのである。

【００４３】次のステップＳ２４ではバイパスエア量Ｑ
abvが設定される。但し、このバイパスエア量Ｑabvに関
しては、上記後期噴射モードの場合と同様に、エンジン
回転速度Ｎeと目標平均有効圧Ｐeとに基づいて設定され
る。これは、バイパスエア量（補正吸気量相関値）Ｑab
vが、吸入空気量Ｑaを制御するものであって、この吸入
空気量Ｑaに応じて体積効率Ｅvが決定されるものである
ことに起因している。

【００４４】つまり、もしバイパスエア量Ｑabvを体積
効率Ｅvから決定するものとすると、吸入空気量Ｑaがバ
イパスエア量Ｑabvとスロットルバルブ２８を通過する
吸入空気量との和であることから、バイパスエア量Ｑab
vの変化に応じて体積効率Ｅvも変化し、この体積効率Ｅ
vの変化に応じてまたバイパスエア量Ｑabvが変化すると
いう現象が繰り返され、この結果、バイパスエア量Ｑab
vが一定値となるまでに時間がかかり、各燃焼パラメー
タに影響を与えてエンジン１の出力トルクの追従性が悪
化し好ましいことではないのである。

【００４５】また、本来、体積効率Ｅvはスロットル開
度θthの変化に遅れて変化するものである。故に、体積
効率Ｅvを用いてバイパスエア量Ｑabvを設定しようとす
ると、バイパスエア量Ｑabv決定のタイミングが遅くな
り、やはりエンジン１の出力トルクの追従性を悪化させ
てしまうことになる。従って、このことからも、バイパ
スエア量Ｑabvについては、体積効率Ｅvではなく、スロ
ットル開度θthに基づく目標平均有効圧Ｐeから設定し
たほうがよいといえる。

【００４６】このように、ここでは、後期噴射モードと
前期噴射モードとで負荷相関値を目標平均有効圧Ｐeと
体積効率Ｅvのように使い分けて各種燃焼パラメータを
求めるようにしている。従って、当該エンジン１では、
各モード毎に適切な負荷相関値を用いて燃焼制御を行う
ことができることになる。以上のようにして、目標Ａ／
Ｆ、燃料の噴射終了時期Ｔend、点火時期Ｓa、ＥＧＲ量
Ｌegr及びバイパスエア量Ｑabvが設定されると、目標Ａ
／Ｆに関しては、目標Ａ／Ｆ信号が図２中のＴinj算出
部１０２に供給され、このＴinj算出部１０２において
燃料噴射時間Ｔinjが設定される。そして、燃料噴射時
間Ｔinjに対応する信号が燃料噴射弁４に供給され、上
述したように、燃料噴射時間Ｔinjに応じた量の燃料が
燃料噴射弁４から噴射される。このとき、燃料の噴射終
了時期Ｔendに対応する信号も同時に燃料噴射弁４に供
給され、この信号に応じて燃料の噴射時期が確定され
る。

【００４７】また、点火時期Ｓa信号が点火コイル１９
に供給され、ＥＧＲ量Ｌegr信号がＥＧＲバルブ４５に
供給され、バイパスエア量Ｑabv信号が＃１ＡＢＶ及び
＃２ＡＢＶにそれぞれ供給され、これにより、最適な燃
焼制御が実施されることになる。従って、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が低負荷域
にあるときには、図４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Ｐ
e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。

【００４８】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。

【００４９】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４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、燃料噴射が吸気行程で実施されるとともに、体積効
率Ｅvに基づく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が設定さ
れて、良好な燃焼制御が行われる。

【００５０】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。

【００５１】なお、前期噴射モードであって、特にエン
ジン回転速度Ｎeが比較的低いようなときには、エンジ
ン負荷と体積効率Ｅvとの相関性が極めて良く、従っ
て、通常の定速走行時に多用されるような、前期噴射モ
ードであって且つエンジン回転速度Ｎeが比較的低いよ
うな中負荷域では、燃焼制御は極めて良好なものとな
る。

【００５２】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４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、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が設定されて、
良好な燃焼制御が行われる。

【００５３】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４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
エンジン１と自動変速機とを組み合わせた場合におい
て、変速用の摩擦クラッチの油圧制御についてもやはり
体積効率Ｅvではなく目標平均有効圧Ｐeに基づいて行う
ようにするのがよい。これは、上述したように、体積効
率Ｅvでは制御の応答性が遅いことに基づくものであっ
て、エンジン１の出力トルクと選択された変速段との不
一致、即ちずれを防止するためである。

【００５４】以上、詳細に説明したように、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リーンモードが選
択され、一方、中高速走行時のようにエンジン１が高負
荷域にあるときにおいては、前期噴射モードが選択され
てエンジン１の燃焼制御が実施されるようにされてお
り、さらに、後期噴射モードにおいては、圧縮行程で燃
料噴射を行うときにエンジン負荷と相関関係の大きい目
標平均有効圧Ｐeに基づいて各種燃焼パラメータを設定
し、一方、前期噴射モードにおいては、吸気行程で燃料
噴射を行うときにエンジン負荷と相関関係の大きい体積
効率Ｅvに基づいて各種燃焼パラメータを設定するよう
にしている。つまり、本発明の筒内噴射型火花点火式内
燃エンジンでは、燃料噴射モード毎に、別々に、適正な
負荷相関値（ＰeまたはＥv）に基づいて各種燃焼パラメ
ータを設定し燃焼制御を実施するようにしている。

【００５５】従って、当該筒内噴射型火花点火式内燃エ
ンジンによれば、燃料噴射モードに依らず、常にエンジ
ン１の運転性能を充分に発揮させることができ、運転状
態を常に安定した状態に維持することができる。これに
より、車両の走行性能、即ちドライバビリティを向上さ
せることができる。また、燃焼状態を常に良好に維持す
ることが可能となるため、有害な排ガス成分の発生を抑
制することも可能となる。

【００５６】

【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には、エンジン回転速度
及び加速操作状態検出手段の出力結果に基づく第１の負
荷相関値により各種燃焼パラメータを設定でき、吸気行
程噴射モードが選択されたときには、少なくとも吸入空
気量検出手段の出力結果に基づく第２の負荷相関値に基
づき各種燃焼パラメータを設定できる。

【００５７】従って、負荷相関値を使い分けることによ
り、複雑な補正演算処理もなく、各燃料噴射モード毎
に、要求するエンジン負荷と相関関係の大きい負荷相関
値に基づいて燃焼パラメータを適正に設定でき、燃料噴
射モードの如何に拘わらず常に良好な燃焼制御を実施で
き、安定したエンジンの運転状態を維持することができ
る。

【００５８】故に、筒内噴射型火花点火式内燃エンジン
が車両に搭載されている場合には、ドライバビリティの
向上を図ることができ、さらに、有害な排ガス成分の発
生を抑えることもできる。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、吸気行程噴射モード
が選択されたときには、各種燃焼パラメータの一部を第
１の負荷相関値に基づき設定でき、残部を第２の負荷相
関値に基づき設定できる。つまり、各種燃焼パラメータ
毎に、より適正な負荷相関値に基づいて燃焼パラメータ
を好適に設定することができ、さらに安定したエンジン
の運転状態を維持してドライバビリティの向上を図るこ
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、吸気行程噴射モードが選択された
ときには、各種燃焼パラメータのうち燃料噴射量相関値
については第２の負荷相関値に基づいて設定でき、補正
吸気量相関値については第１の負荷相関値に基づいて設
定できる。故に、より適正な負荷相関値に基づいて燃料
噴射量相関値と補正吸気量とを設定することができ、さ
らに安定したエンジンの運転状態を維持してドライバビ
リティの向上を図ることができる。

【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、第１の負荷相関値はエンジン回転
速度と加速操作状態検出手段の出力結果に応じて比較的
容易に求められることに基づき、吸気行程噴射モードと
圧縮行程噴射モードとの選択切換をこの第１の負荷相関
値に基づいて容易且つ正確に実施するようにできる。

【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】図１中のＥＣＵが実行する燃焼制御の制御手順
を示すブロック図である。

【図３】燃焼パラメータの設定ルーチンを示すフローチ
ャートである。

【図４】燃料噴射モードの判定マップを示す図である。

【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（エンジン回転速度検出手段）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（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）８０Ｐe算出部８２Ｅv算出部９０目標Ａ／Ｆ演算部９２噴射終了時期演算部９４点火時期演算部９６ＥＧＲ量演算部９８バイパスエア量演算部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｆ０２Ｐ 5/15 Ｆ０２Ｐ 5/15 Ｂ

Claims

【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、エンジン回転速度を検出するエンジン回転速度検出手段
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、各種燃焼パラメータに基づき燃焼制御を行う燃焼制御手
段と、前記圧縮行程噴射モードが選択されたときには、前記各
種燃焼パラメータを前記エンジン回転速度及び前記加速
操作状態検出手段の出力結果に基づく第１の負荷相関値
により設定する一方、前記吸気行程噴射モードが選択さ
れたときには、前記各種燃焼パラメータを少なくとも前
記吸入空気量検出手段の出力結果に基づく第２の負荷相
関値により設定する燃焼パラメータ設定手段と、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】前記燃焼パラメータ設定手段は、前記吸
気行程噴射モードが選択されたときには、前記各種燃焼
パラメータの一部を前記第１の負荷相関値に基づき設定
するとともに、残部を前記第２の負荷相関値に基づき設
定するようにし、前記第１及び第２の負荷相関値を使い
分けて前記各種燃焼パラメータを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】前記各種燃焼パラメータは少なくとも燃
料噴射量相関値と補正吸気量相関値とを含み、前記燃焼パラメータ設定手段は、前記吸気行程噴射モー
ドが選択されたときには、前記燃料噴射量相関値を前記
第２の負荷相関値に基づき設定する一方、前記補正吸気
量相関値を前記第１の負荷相関値に基づき設定すること
を特徴とする、請求項２記載の筒内噴射型火花点火式内
燃エンジン。
【請求項４】前記吸気行程噴射モードと前記圧縮行程
噴射モードとの選択切換は、前記加速操作状態検出手段
の出力結果に応じた前記第１の負荷相関値に基づいて実
施されることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか
記載の筒内噴射型火花点火式内燃エンジン。