JP2000205095A

JP2000205095A - 筒内噴射式エンジンの制御装置

Info

Publication number: JP2000205095A
Application number: JP11007236A
Authority: JP
Inventors: Michihiro Imada; 道宏今田; Masayuki Tetsuno; 雅之鐵野; Kiyotaka Mamiya; 清孝間宮
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1999-01-14
Filing date: 1999-01-14
Publication date: 2000-07-25
Anticipated expiration: 2019-01-14
Also published as: JP4123612B2

Abstract

(57)【要約】【課題】各気筒２の燃焼室４に燃料を直接噴射するイ
ンジェクタ７を有し、運転モードが成層燃焼モードと均
一燃焼モードとに切替えられる筒内噴射式エンジン１に
おいて、加速開始時のノッキングの発生を防止しなが
ら、加速性能の向上を図る。【解決手段】エンジン１の加速運転状態を検出する加
速検出手段５５と、この加速検出手段５５により加速運
転が検出されたとき、ノッキングの発生を回避するため
に点火時期thtigを遅角側に補正する遅角補正手段（点
火時期補正手段）５６とを設ける。エンジン１が加速開
始時に成層燃焼モードにあれば点火時期の遅角補正を中
止する。エンジン１が加速開始時に成層燃焼モードにあ
れば、点火時期の遅角補正量thtigwrを均一燃焼モード
にあるときよりも小さくするようにしてもよい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、エンジンの気筒内
燃焼室に燃料噴射弁により燃料を直接噴射するようにし
た筒内噴射式エンジンの制御装置に関し、特にエンジン
を低負荷側の所定領域では成層燃焼モードで運転するよ
うにしたものにおける加速開始時の点火時期制御の技術
分野に属する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、ガソリンエンジンでは、加速
開始時にノッキングが発生することを阻止するために、
点火時期を遅角補正することが一般に行われている。例
えば特開平２−３０８９６９号公報に記載された点火時
期制御装置では、エンジンへの吸入空気量の変化に基づ
いて加速運転の開始を検出し、その検出からしばらくの
間、点火時期を遅らせるとともに、その点火時期の遅角
補正量を気筒毎に異ならせて、前記の加速検出時から所
定回数後の点火までは遅角補正量を徐々に大きくするこ
とで、ノッキングの発生を抑えながら加速性能はできる
だけ損なわないようにしている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前記のように
点火時期を遅らせれば、そのことによりエンジンの加速
性能が低下することは避けられない。特に、エンジンの
温度状態が高いときに低負荷低回転状態から急加速させ
るような場合には、気筒内圧縮温度がかなり高くなるこ
とから、ノッキングが極めて発生しやすくなる。従っ
て、このようなときにノッキング発生を防ごうとすれ
ば、点火時期の遅角補正量はかなり大きくせざるを得な
いので、例えばアクセルペダルを踏み込んだときにエン
ジン回転が一瞬、躊躇してから上昇するようになり、ド
ライバビリティが顕著に悪化する。

【０００４】ところで、近年、エンジンの気筒内燃焼室
に燃料を直接噴射するとともに、その燃料噴射形態の変
更により、エンジンを成層燃焼又は均一燃焼モードのい
ずれかに切替えて運転するようにした筒内噴射式エンジ
ンが実用化されている。そして、この筒内噴射式エンジ
ンにおいては、噴射された燃料の気化潜熱により燃焼室
の温度が低下するので、自ずとノッキングが発生しにく
くなり、このことで、前記従来例のエンジンに較べれば
点火時期の遅角補正量を小さくして、ドライバビリティ
の悪化を軽減できると考えられる。

【０００５】しかしながら、そのようにドライバビリテ
ィの悪化を軽減できるとしても、点火時期の遅角補正に
伴いエンジントルクは低下するので、前記筒内噴射式エ
ンジンにおいても、特に上述の如く高温時に低負荷低回
転状態から急加速させるような場合には、十分な加速性
能を得られないのが実状である。

【０００６】本発明は斯かる点に鑑みてなされたもので
あり、その目的とするところは、筒内噴射式エンジンに
おいて加速開始時に点火時期の遅角補正量の設定に工夫
を凝らすことで、ノッキングの発生を防止しながら、加
速性能の向上を図ることにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成すべ
く、この発明では、低負荷側の所定領域では成層燃焼モ
ードで運転される筒内噴射式エンジンにおいて、成層燃
焼モードからの加速時にはノッキングが発生しにくいこ
とに着目し、加速開始時のエンジンの燃焼モードに応じ
て、点火時期の遅角補正量を変更するようにした。

【０００８】具体的に、請求項１の発明では、図１に示
すように、エンジン１の気筒内燃焼室４に燃料を直接噴
射する燃料噴射弁７と、エンジン１が低負荷側の所定領
域にあるときに前記燃料噴射弁７により気筒の圧縮行程
で燃料を噴射させて、成層燃焼モードで運転を行う燃焼
モード制御手段ａと、前記燃焼室４への吸入空気量を調
整するスロットル弁１３とを備え、エンジン１が成層燃
焼モードにあるときには、燃焼室４の平均空燃比が理論
空燃比よりも大きいリーン状態になるように、前記スロ
ットル弁１３の開度を制御するようにした筒内噴射式エ
ンジンの制御装置Ａを前提とする。そして、エンジン１
の加速運転状態を検出する加速検出手段ｂと、該加速検
出手段ｂによりエンジン１の加速運転が検出されたと
き、点火時期を遅角側に補正してノッキングの発生を阻
止する点火時期補正手段ｃとを備え、この点火時期補正
手段ｃを、エンジン１が加速開始時に成層燃焼モードに
あれば点火時期の遅角補正を中止するものとする。

【０００９】前記の構成により、加速検出手段ｂにより
エンジン１の加速運転状態が検出されたとき、エンジン
１が成層燃焼モードになければ、点火時期補正手段ｃに
より点火時期が遅角側に補正されて、ノッキングの発生
が阻止される。一方、エンジン１が成層燃焼モードにあ
れば、点火時期補正手段ｃは点火時期の遅角補正を中止
する。この成層燃焼モードでは、燃焼室４の平均空燃比
がリーン状態になるようにスロットル弁１３の開度が大
きくされているので、エンジン１が低負荷低回転状態で
あっても相対的に吸気量が多くなっており、この多量の
吸気によって燃焼室が冷やされるため、ノッキングは発
生しにくい。

【００１０】しかも、そのようにスロットル開度が大き
くされているため、その状態から加速運転に移行して
も、そのことにより気筒２の充填効率が急増するわけで
はないので、加速開始時に気筒内圧縮温度が急激に高ま
ることもない。つまり、成層燃焼モードからの加速開始
時には点火時期を遅らせなくても、ノッキングの発生す
る虞れは小さいので、この場合には点火時期の遅角補正
をしないことで、従来例のように点火時期を遅らせるも
のに較べて加速性能を向上できる。

【００１１】また、請求項２の発明では、エンジンの気
筒内燃焼室に燃料を直接噴射する燃料噴射弁と、エンジ
ンが低負荷側の第１領域にあるときに前記燃料噴射弁に
より気筒の圧縮行程で燃料を噴射させて、成層燃焼モー
ドで運転を行う一方、該第１領域とは別の低負荷側の第
２領域にあるときに気筒の吸気行程で燃料を噴射させ
て、均一燃焼モードで運転を行う燃焼モード制御手段
と、前記燃焼室への吸入空気量を調整するスロットル弁
とを備え、エンジンが成層燃焼モードにあるときには、
燃焼室の平均空燃比が理論空燃比よりも大きいリーン状
態になるように、前記スロットル弁の開度を制御するよ
うにした筒内噴射式エンジンの制御装置を前提とする。
そして、エンジンの加速運転状態を検出する加速検出手
段と、該加速検出手段によりエンジンの加速運転が検出
されたとき、点火時期を遅角側に補正してノッキングの
発生を阻止する点火時期補正手段とを備え、この点火時
期補正手段を、エンジンが加速開始時に成層燃焼モード
にあれば、点火時期の遅角補正量を均一燃焼モードにあ
るときよりも小さく設定する構成とする。尚、エンジン
が加速開始時に成層燃焼モードにあれば、点火時期の遅
角補正を行わないようにしてもよい。

【００１２】前記の構成によれば、エンジンが低負荷側
の第２領域にあり均一燃焼モードになっていて、そこか
ら加速運転に移行するときに、点火時期補正手段により
点火時期が遅角側に補正されて、ノッキングの発生が回
避される。一方、エンジンが第１領域にあり成層燃焼モ
ードになっていて、そこから加速運転に移行するときに
は、点火時期の遅角補正量が相対的に小さくされる。こ
のことで、請求項１の発明と同様にノッキングの発生を
防止しながら、加速性能の向上が図られる。

【００１３】さらに、請求項３の発明では、エンジンの
気筒内燃焼室に燃料を直接噴射する燃料噴射弁と、エン
ジンが低負荷側の所定領域にあるときに前記燃料噴射弁
により気筒の圧縮行程で燃料を噴射させて、成層燃焼モ
ードで運転を行う燃焼モード制御手段と、前記燃焼室へ
の吸入空気量を調整するスロットル弁とを備え、エンジ
ンが成層燃焼モードにあるときには、燃焼室の平均空燃
比が理論空燃比よりも大きいリーン状態になるように、
前記スロットル弁の開度を制御するようにした筒内噴射
式エンジンの制御装置を前提とする。そして、エンジン
が所定の運転条件下にあるときには、気筒の吸気行程で
燃料を噴射させて均一燃焼モードで運転を行う燃焼モー
ド補正手段と、エンジンの加速運転状態を検出する加速
検出手段と、該加速検出手段によりエンジンの加速運転
が検出されたとき、点火時期を遅角側に補正してノッキ
ングの発生を阻止する点火時期補正手段とを備え、この
点火時期補正手段を、エンジンが加速開始時に成層燃焼
モードにあれば、点火時期の遅角補正量を均一燃焼モー
ドにあるときよりも小さく設定する構成とする。尚、エ
ンジンが加速開始時に成層燃焼モードにあれば、点火時
期の遅角補正を行わないようにしてもよい。

【００１４】前記の構成によれば、エンジンが所定の運
転条件下にあって燃焼モード補正手段により強制的に均
一燃焼モードとされていて、かつそこから加速運転に移
行するときには、点火時期補正手段により点火時期が遅
角側に補正されて、ノッキングの発生が回避される。一
方、エンジンが前記運転条件下になく、低負荷側の所定
領域にあって成層燃焼モードとされていて、そこから加
速運転に移行するときには、点火時期の遅角補正量が相
対的に小さくされる。このことで、請求項２の発明と同
様にノッキングの発生を防止しながら、加速性能の向上
が図られる。

【００１５】請求項４の発明では、請求項３において、
燃料タンク内の蒸発燃料をエンジンの吸気系に供給する
蒸発燃料供給手段を備えており、エンジンの所定の運転
条件下は、前記蒸発燃料供給手段により蒸発燃料を吸気
系へ導入する状態とする。

【００１６】すなわち、一般に、燃料タンク内で発生す
る蒸発燃料は、蒸発燃料供給手段によりエンジンの吸気
系に供給して燃焼させることが行われているが、エンジ
ンが成層燃焼モードで運転されているときに蒸発燃料が
供給されると、燃焼室の空燃比変動により一時的に排気
有害成分の排出量が急増する等の弊害が生じる。そこ
で、この発明では、蒸発燃料を吸気系に供給するとき
に、燃焼モード補正手段により強制的に均一燃焼モード
とすることにより、前記の弊害を未然に防止できる。

【００１７】請求項５の発明では、請求項１〜３のいず
れか１つにおいて、エンジンの温度状態を検出する温度
状態検出手段を備え、点火時期補正手段は、前記温度状
態検出手段による検出温度が設定温度以上のときに点火
時期を補正するものとする。このことで、エンジンの温
度状態が設定温度以上のときには点火時期補正手段によ
り点火時期を遅角補正して、ノッキングの発生を防止で
きる一方、エンジンの温度状態が設定温度よりも低けれ
ばノッキングの発生する虞れは小さいので、この場合に
は点火時期の遅角補正をしないことで、加速性能の向上
を図ることができる。

【００１８】請求項６の発明では、請求項５における設
定温度は、エンジンが成層燃焼モードにあるときと均一
燃焼モードにあるときとで互いに異なっていて、成層燃
焼モードにおける設定温度は均一燃焼モードにおける設
定温度よりも高いものとする。このことで、成層燃焼モ
ードからの加速時には、均一燃焼モードからの加速時に
較べてノッキングの発生する虞れが小さいので、その
分、エンジンの温度状態が相対的に高くなるまで点火時
期の遅角補正をしなくて済み、このことで、加速性能の
さらなる向上が図られる。

【００１９】請求項７の発明では、請求項５における点
火時期補正手段は、加速検出手段によりエンジンの急加
速運転状態が検出されたときに点火時期を補正するもの
とする。このことで、エンジンの急加速時には通常の加
速時よりもノッキングの発生する虞れが大きいので、こ
のような急加速時には点火時期を遅角補正することで、
ノッキングの発生を確実に防止できる。一方、急加速時
以外は点火時期の遅角補正をしないことで、加速性能を
向上できる。

【００２０】請求項８の発明では、請求項１〜３のいず
れか１つにおけるエンジンは複数の気筒を有し、点火時
期補正手段は、加速検出手段によりエンジンの加速運転
が検出されたとき、該検出の後に最初に充填効率が実質
的に増大する１番目の気筒において点火時期を補正し、
その後順番に点火される気筒の点火回数が所定回数にな
るまで点火時期の補正を続ける構成とする。

【００２１】すなわち、エンジンの加速運転が検出され
た後、最初に充填効率が実質的に増大する１番目の気筒
から所定回数後の点火気筒までは、吸気通路でエンジン
の熱により暖められている高温の吸気が気筒内燃焼室に
吸入されるため、気筒内圧縮温度がかなり高くなり、ノ
ッキングが発生する虞れが極めて大きい。従って、その
所定回数後の点火気筒まで点火時期を遅角補正すること
は、ノッキングの発生を防止する上で極めて有効な作用
を奏する。また、その後は点火時期の補正をしないこと
で、エンジン加速性能を向上できる。

【００２２】請求項９の発明では、請求項８における点
火時期補正手段は、点火時期の遅角補正量を点火回数が
増えるに連れて徐々に減少させるものとする。このこと
で、高温の吸気が最も多く吸入される１番目の気筒にお
いて点火時期を十分に遅らせて、ノッキングの発生を防
止できるとともに、その後、吸気温度が低くなるに連れ
て点火時期の遅角補正量を徐々に小さくすることによ
り、ノッキング防止と加速性能向上とを高次元で両立で
きる。

【００２３】

【発明の実施の形態】（制御装置の全体構成）図２は本
発明の実施形態に係る筒内噴射式エンジンの制御装置Ａ
の全体構成を示し、１は例えば車両に搭載された直列４
気筒エンジンである。このエンジン１は第１〜第４まで
の４つの気筒２，２，…（１つのみ図示する）を有し、
各気筒２内にピストン３が往復動可能に嵌挿されてい
て、そのピストン３により気筒２内に燃焼室４が区画さ
れている。この燃焼室４の上壁における気筒軸心上の位
置には、点火回路５に接続された点火プラグ６が燃焼室
４に臨むように取り付けられている。また、前記燃焼室
４の側壁部には、移動するピストン３と干渉しない位置
に、燃焼室４に燃料を直接噴射するようにインジェクタ
（燃料噴射弁）７が取り付けられている。

【００２４】前記インジェクタ７には、詳しくは後述す
るが、高圧燃料ポンプ７１やプレッシャレギュレータ７
２，７３等を有する燃料供給回路７０が接続されてお
り、この燃料供給回路７０によって、燃料タンク７４か
らの燃料を適正な圧力に調整しながら、インジェクタ７
に供給するようになっている。また、その燃料圧力を検
出する燃圧センサ８が設けられている。そして、前記イ
ンジェクタ７により燃料が気筒２の圧縮行程後期に噴射
されると、その燃料噴霧はピストン３の頂面に凹設した
キャビティ（図示せず）にトラップされて、前記点火プ
ラグ６近傍に比較的濃い混合気の層を形成する。一方、
前記インジェクタ７により燃料が気筒２の吸気行程で噴
射されると、その燃料噴霧は燃焼室４に拡散して吸気
（空気）と混合され、燃焼室４に均一な混合気を形成す
る。

【００２５】前記燃焼室４は、図示しない吸気ポートに
より吸気弁９を介して吸気通路１０に連通されている。
この吸気通路１０は、前記燃焼室４に対しエアクリーナ
１１で濾過した吸気を供給するものであり、上流側から
下流側に向かって順に、エンジン１に吸入される吸入空
気量を検出する感熱式エアフローセンサ１２と、吸気通
路１０を絞る電気式スロットル弁１３と、サージタンク
１４とが配設されている。前記電気式スロットル弁１３
は、図外のアクセルペダルに対し機械的には連結されて
おらず、モータ１５により駆動されて開閉するようにな
っている。また、スロットル弁１３の開度を検出するス
ロットル開度センサ１６と、サージタンク１４内の吸気
負圧を検出する吸気負圧センサ１７とがそれぞれ設けら
れている。

【００２６】前記サージタンク１４よりも下流側の吸気
通路１０は、気筒２毎に分岐する独立通路とされてい
て、その各独立通路の下流端部がさらに２つに分岐して
それぞれ吸気ポートに連通しており、その分岐路のうち
の一方にスワール制御弁１８が設けられている。このス
ワール制御弁１８はアクチュエータ１９により駆動され
て開閉するものであり、スワール制御弁１８が閉弁する
と、吸気は他方の分岐路のみから燃焼室４に供給され
て、強い吸気スワールを生成する一方、スワール制御弁
１８が開くに連れて吸気スワールは弱められるようにな
っている。また、そのスワール制御弁１８の開度を検出
するスワール制御弁開度センサ２０が設けられている。

【００２７】図２において２２は燃焼室４から燃焼ガス
を排出する排気通路で、この排気通路２２の上流端は気
筒２毎に分岐して、図示しない排気ポートにより排気弁
２３を介して燃焼室４に連通されている。この排気通路
２２には上流側から下流側に向かって順に、排気中の酸
素濃度を検出するＯ2センサ２４と、排気を浄化する触
媒２５とが配設されている。前記Ｏ2センサ２４は、排
気中の酸素濃度に基づいて空燃比を検出するために用い
られるもので、空燃比が理論空燃比のときを境に出力が
急変する特性を有する。

【００２８】また、前記触媒２５は、軸方向（排気の流
れ方向）に沿って互いに平行に延びる多数の貫通孔が開
口するハニカム構造のコージェライト製担体（図示せ
ず）を有し、その各貫通孔壁面に触媒層を形成したもの
である。この触媒２５には、空燃比が理論空燃比よりも
大きいリーン状態でＮＯｘを吸着する一方、空燃比が理
論空燃比近傍又はこれよりも小さいリッチ状態になる
と、吸着したＮＯｘを放出しかつ還元浄化するＮＯｘ吸
着還元タイプのリーンＮＯｘ触媒が用いられている。こ
のようなＮＯｘ吸着還元性能を有する触媒は、そのＮＯ
ｘ浄化性能が温度状態に強く依存するという特性を有す
ることが知られており、触媒のＮＯｘ浄化率は、所定温
度範囲（例えば２５０〜４００°Ｃ）で極めて高くなる
一方、それ以上の高温状態では温度上昇に伴い急速に低
下する。

【００２９】さらに、前記Ｏ2センサ２４よりも上流側
の排気通路２０にはＥＧＲ通路２６の上流端が分岐接続
され、このＥＧＲ通路２６の下流端は前記スロットル弁
１３とサージタンク１４との間の吸気通路１０に接続さ
れていて、排気の一部を吸気系に還流させるようになっ
ている。このＥＧＲ通路２６の下流端寄りには開度調整
可能な電気式のＥＧＲ弁２７が配設されており、ＥＧＲ
通路２６による排気の還流量（以下ＥＧＲ量という）を
調整するようになっている。また、そのＥＧＲ弁２７の
リフト量を検出するリフトセンサ２８が設けられてい
る。

【００３０】前記燃料供給回路７０は、インジェクタ７
と燃料タンク７４とを接続する燃料通路７５を有し、燃
料タンク７４内に配置した低圧燃料ポンプ７６により燃
料を汲み上げて、インジェクタ７に供給するものであ
る。前記燃料通路７５の途中には上流側から順に、低圧
プレッシャレギュレータ７２、燃料フィルタ７７、及び
高圧供給ポンプ７１が配設されており、低圧燃料ポンプ
７６から吐出された燃料は低圧プレッシャレギュレータ
７２によって調圧されて後、高圧燃料ポンプ７１によっ
てさらに増圧され、その高圧燃料がインジェクタ７へ供
給される。

【００３１】また、前記インジェクタ７へ供給された燃
料の余剰分はリターン通路７８により、低圧プレッシャ
レギュレータ７２及び燃料フィルタ７７間の燃料通路７
５に戻される。このリターン通路７８の途中には高圧プ
レッシャレギュレータ７３が配設されており、余剰の燃
料が高圧プレッシャレギュレータ７３によって流量調整
されながら高圧燃料ポンプ７１の上流側にリターンされ
ることで、インジェクタ７に供給される燃料の圧力が適
正に調整されるようになっている。

【００３２】さらに、前記燃料タンク７４内の蒸発燃料
を回収してエンジン１の吸気系に供給するリニアパージ
装置（蒸発燃料供給手段）８０が設けられている。この
リニアパージ装置８０は、蒸発燃料を吸着するキャニス
タ８１と、このキャニスタ８１に燃料タンク７４からの
蒸発燃料を導く導入通路８２と、前記キャニスタ８１及
び吸気通路１０を連通するパージ通路８３とを備えてい
る。

【００３３】前記パージ通路８３は、前記キャニスタ８
１に吸着されている蒸発燃料を吸気負圧により吸い出し
て、スロットル弁１３とサージタンク１４との間の吸気
通路１０に供給するものであり、その途中にはデューテ
ィソレノイド弁からなるパージ弁８４が設けられてい
る。そして、そのパージ弁８４の開度のデューティ制御
によって、吸気通路１０への蒸発燃料量の供給量（パー
ジ量）が連続的に調整されるようになっている。

【００３４】前記点火プラグ６の点火回路５、インジェ
クタ７、電気式スロットル弁１３の駆動モータ１５、ス
ワール制御弁１８のアクチュエータ１９、電気式ＥＧＲ
弁２７、パージ弁８４等はコントロールユニット４０
（以下、ＥＣＵという）によって作動制御されるように
なっている。一方、このＥＣＵ４０には、前記エアフロ
ーセンサ１２、スロットル開度センサ１６、吸気負圧セ
ンサ１７、スワール制御弁開度センサ２０、Ｏ2センサ
２４、ＥＧＲ弁２７のリフトセンサ２８等の各出力信号
が入力されており、加えて、エンジン１の冷却水温度
（エンジン水温）を検出する水温センサ（温度状態検出
手段）３０、吸気温度を検出する吸気温センサ３１、大
気圧を検出する大気圧センサ３２、エンジン回転数を検
出する回転数センサ３３、及びアクセルペダルの開度
（踏込み量）を検出するアクセル開度センサ３４の各出
力信号が入力されている。

【００３５】（エンジン制御の概要）この実施形態に係
るエンジンの制御装置Ａは、インジェクタ７による燃料
噴射の形態（燃料噴射時期及び空燃比等）を切替えるこ
とにより、エンジン１を異なる燃焼状態で運転する、即
ちエンジン１の燃焼モード（運転モード）を切替える燃
焼モード制御手段を備えている。すなわち、図８（ａ）
に示すように低負荷低回転側の所定領域が成層燃焼領域
に、また、それ以外の運転領域が均一燃焼領域にされて
おり、成層燃焼領域ではインジェクタ７により圧縮行程
後期に燃料を噴射させて、点火プラグ６の近傍に混合気
が偏在する成層状態で燃焼させる成層燃焼モードとす
る。また、この成層燃焼モードでは、エンジン１のポン
プ損失を低減するためにスロットル弁１３の開度を大き
くするようにしており、このことで、燃焼室４の平均空
燃比は大幅にリーンな状態（例えばＡ/Ｆ＝３０くら
い）にされる。

【００３６】一方、均一燃焼領域では、インジェクタ７
により吸気行程前期に燃料を噴射させ、吸気と十分に混
合して燃焼室４に均一な混合気を形成した上で燃焼させ
る均一燃焼モードとする。また、この均一燃焼モードで
は、燃焼室４における混合気の空燃比が略理論空燃比
（Ａ/Ｆ＝１４．７）になるように、燃料噴射量やスロ
ットル開度等を制御するようにしている。尚、均一燃焼
領域における高負荷ないし高回転側の運転領域では空燃
比を理論空燃比よりもリッチな状態（例えばＡ/Ｆ＝１
３〜１４）にするようにしてもよい。

【００３７】さらに、例えば設定回転以上で設定アクセ
ル開度以上といったような所定のパージ条件が成立し、
リニアパージ装置８０により蒸発燃料を吸気通路１０へ
供給（パージ）するときには、図８（ｂ）に示すよう
に、エンジン１の負荷状態によらず強制的に均一燃焼モ
ードとする燃焼モード補正手段が設けられている。この
ように、蒸発燃料をパージするときに必ず均一燃焼モー
ドに切替えるようにしているので、エンジン１が成層燃
焼モードで運転されているときに蒸発燃料がパージされ
ることはなく、よって空燃比変動等の弊害は生じない。

【００３８】具体的に、図３は前記ＥＣＵ４０における
エンジン制御の基本的な処理を示す機能ブロック図であ
る。すなわち、ＥＣＵ４０は、吸気温センサ３１及び大
気圧センサ３２からの信号に基づいて吸気密度状態を検
出する吸気密度状態検出手段４１を備えるとともに、回
転数センサ３３及びアクセル開度センサ３４からの信号
に基づき、さらに前記吸気密度状態を加味してエンジン
１の目標負荷を設定する目標負荷設定手段４２を備えて
いる。

【００３９】前記目標負荷設定手段４２では、図４に示
すように、まず、仮想体積効率演算部４２ａにより、ア
クセル開度accel及びエンジン回転数neに基づいて仮想
体積効率veimgを演算する。詳しくは、予めベンチテス
ト等により、標準大気状態でかつ空燃比を理論空燃比に
保った標準運転条件下において、要求される出力性能が
得られるように、アクセル開度accel及びエンジン回転
数neと仮想体積効率veimgとの対応関係が求められ、こ
の対応関係がマップとしてＥＣＵ４０のメモリに記憶さ
れている。そして、このマップから、実際のアクセル開
度accel及びエンジン回転数neに対応する仮想体積効率v
eimgが読み込まれる。前記アクセル開度accel及びエン
ジン回転数neと仮想体積効率veimgとの対応関係は、例
えば図７に示すようになり、仮想体積効率veimgは。ア
クセル開度accelが大きくなるに連れて増加し、かつエ
ンジン回転数neが低いほど大きくなる。

【００４０】続いて、仮想充填効率演算部４２ｂによ
り、前記のように求めた仮想体積効率veimgに、前記吸
気密度状態検出手段４１により求められた吸気密度を加
味して、仮想充填効率ceimgを演算する。この仮想充填
効率ceimgは標準運転条件下でエンジン１に要求される
出力に見合った充填効率であるが、このようにして求め
た仮想充填効率ceimgに対し、なまし処理部（遅延処理
手段）４２ｃにおいて次式のような一時遅れ補正を行
う。つまり、仮想充填効率ceimgに遅延処理を施す。

【００４１】

【数１】 ceimgd ＝（１−α）×ceimg＋α×ceimgd[i-1] 但し、ceimgd[i-1] は ceimgd の前回値、αは係数（０
＜α＜１）である。

【００４２】そして、前記仮想充填効率演算部４２ｂに
より演算した仮想充填効率ceimg、又は前記なまし処理
部４２ｃにより遅延処理した仮想充填効率ceimgdに基づ
いて、目標負荷演算部４２ｄにより、それぞれの値に対
応する図示平均有効圧力（Ｐｉ）を目標負荷として演算
する。すなわち、なまし処理されていない仮想充填効率
ceimgに基づいて、第１目標負荷Piobjを、また、なまし
処理された仮想充填効率ceimgdに基づいて、第２目標負
荷Piobjdをそれぞれ演算する。

【００４３】

【数２】Piobj ＝ K1×ceimg ＋K2 Piobjd ＝ K1×ceimgd＋K2 また、前記目標負荷設定手段４２には、エンジン１のア
イドル運転中にエアコンディショナ等の外部負荷が加わ
ったときに、その外部負荷に見合う程度にエンジン出力
を高めるために、前記の目標負荷の演算に先立って仮想
充填効率ceimg,ceimgdを補正するアイドリング負荷補正
部４２ｅが設けられている。

【００４４】前記ＥＣＵ４０は、前記のように求めた第
１目標負荷Piobjとエンジン回転数neとに基づいて、基
本的な運転モードmodsを設定する運転モード設定手段４
３を備えている。すなわち、図８に示すように、第１目
標負荷Piobjが所定の低負荷側しきい値Piobj*よりも低
く、かつエンジン回転数neが低い運転領域（成層燃焼領
域）では成層燃焼モードとし、それ以外の運転領域（均
一燃焼領域）では均一燃焼モードとする。

【００４５】また、前記ＥＣＵ４０はエンジン出力に関
係する各種制御パラメータの値を決定するようになって
おり、具体的には、スロットル弁１３により調整される
吸入空気量、ＥＧＲ弁２７により調整されるＥＧＲ量、
スワール制御弁１８により調整される吸気スワール強
さ、インジェクタ７による燃料噴射量、噴射時期、及び
点火プラグ６による点火時期を制御パラメータとして、
これらの制御パラメータの値を第１及び第２目標負荷Pi
obj,Piobjd及びエンジン回転数neに応じて決定する。

【００４６】ここで、前記制御パラメータのうちの吸入
空気量、ＥＧＲ量及びスワール強さはそれぞれスロット
ル弁１３、ＥＧＲ弁２７及びスワール制御弁１８の作動
に対する応答性が比較的低い低速応答系なので、これら
の制御量であるスロットル開度tvoobj、ＥＧＲ弁開度、
スワール制御弁開度は第１目標負荷Piobjとエンジン回
転数neとに応じて決定する。一方、燃料噴射量、噴射時
期及び点火時期はいずれも制御信号に速やかに応答する
高速応答系のものなので、これらは遅延処理後の第２目
標負荷Piobjdとエンジン回転数neとに応じて決定する。

【００４７】（スロットル制御）より具体的に、前記Ｅ
ＣＵ４０は、前記目標負荷設定手段４２により設定され
た第１目標負荷Piobjに応じて、スロットル弁１３を制
御する手段として、目標空燃比設定手段４４、目標充填
効率演算手段４５及びスロットル開度演算手段４６を備
えている。前記目標空燃比設定手段４４は、吸入空気量
を制御するための目標空燃比afwbを上述の運転モード設
定手段４３により設定された運転モード別に設定するも
のであり、図９に示すように、成層燃焼モードでは第１
目標負荷Piobjとエンジン回転数neとに応じて、予め作
成されているマップから目標空燃比afwbを求め、また、
均一燃焼モードでは目標空燃比afwbを理論空燃比（Ａ/
Ｆ＝１４．７）とする。

【００４８】また、前記目標充填効率演算手段４５は、
第１目標負荷Piobj又はこれに対応する仮想充填効率cei
mgと前記目標空燃比afwbとに基づいて、例えば次式に従
って目標充填効率ceobjを演算する。

【００４９】

【数３】ceobj ＝ceimg×｛（afwb＋K3）/ 14.7 ｝×K4 この（数３）の演算式は、仮想充填効率ceimgから、リ
ーン状態で運転される場合の目標空燃比の空気過剰率分
（afwb/14.7）と燃費改善効果分とを加味して目標充填
効率ceobjを求めるようにしたもので、係数K3,K4はいず
れも燃費改善効果分に見合う程度に目標充填効率を減少
させるような値とされている。

【００５０】つまり、前記仮想充填効率ceimgは、エン
ジン１が標準運転条件下で運転されるときの目標負荷に
対応する値なので、リーン運転時に同等の燃料噴射量を
確保するためには前記の空気過剰率分を加味する必要が
あるが、そのようにして理論空燃比の場合と同等の燃料
噴射量を確保した場合、リーン運転時には熱効率が高く
なることからエンジン出力が高くなってしまう（燃費改
善効果）。そこで、目標負荷に対応するエンジン出力を
得るために、前記のように空気過剰率分を加味するほか
に、燃費改善効果分も加味するようにしたものである。

【００５１】尚、前記（数２）から、ceimg ＝（Piobj
−K2）/K1 となるので、これを前記（数３）に代入し
て、第１目標負荷Piobjから目標充填効率ceobjを求める
ようにしてもよい。

【００５２】さらに、前記スロットル開度演算手段４６
では、図５に示すように、前記のように求めた目標充填
効率ceobjを、目標体積効率演算部４６ａにより吸気密
度に応じて補正して、目標体積効率veobjを求め、この
目標体積効率veobj及びエンジン回転数neに応じてスロ
ットル開度tvoobjを演算する。その際、体積効率及びエ
ンジン回転数とスロットル開度との対応関係はＥＧＲの
有無によって異なるため、その各場合についてそれぞれ
前記の対応関係を示すマップを予め作成し、ＥＧＲ判別
部４６ｃによるＥＧＲの有無の判別結果に応じて、いず
れかのマップから目標体積効率veobj及びエンジン回転
数neに対応するスロットル開度tvoobjを読み込むように
している。

【００５３】ここで、前記体積効率及びエンジン回転数
とスロットル開度との対応関係は、例えば、ＥＧＲが行
われていない場合に図１０に実線で示すようになり、Ｅ
ＧＲが行われている場合には同図に破線で示すようにな
る。すなわち、スロットル開度tvoobjは、目標体積効率
veobjが大きいほど大きくされ、かつエンジン回転数ne
が高いほど大きくされるとともに、ＥＧＲがある場合に
はない場合よりも大きめにされる。

【００５４】尚、成層燃焼モードでは、排気の空燃比が
極めてリーンな状態になるので、ＥＧＲガス中にも既燃
ガスだけでなく空気（酸素）が多量に含まれることにな
る。そのため、ＥＧＲがある場合にはそのＥＧＲガス中
の既燃ガス体積割合を求め、その結果に応じて、スロッ
トル開度tvoobj及びＥＧＲ弁制御量を補正するようにし
ている。また、ＥＧＲ量及びスワール強さもそれぞれエ
ンジン１の運転状態に応じて、運転モードmods別に制御
するようにしている。

【００５５】（燃料噴射制御）前記ＥＣＵ４０は、イン
ジェクタ７による燃料噴射を制御するための手段とし
て、目標空燃比作成手段４７、運転モード設定手段４
８、分割比設定手段４９、噴射量演算手段５０、噴射時
期設定手段５１及び噴射制御手段５２を備えている。こ
れらの各手段４７〜５２が、インジェクタ７による燃料
噴射の形態を切替えて、エンジン１を異なる燃焼モード
で運転する燃焼モード制御手段に対応している。

【００５６】前記目標空燃比作成手段４７は、燃料噴射
量等の制御に用いる目標空燃比を求めるものであり、よ
り具体的には図６に示すように、第２目標負荷Piobjd又
はこれに対応する仮想充填効率ceimgdと実充填効率ceと
に基づいて、演算部４７ａにより、主としてエンジン１
の過渡運転時に用いられる目標空燃比afw0を演算する。

【００５７】

【数４】 afw0 ＝14.7×K1×ce/｛K4×(Piobjd−K2)｝−K3 [＝14.7×ce/(K4×ceimgd)−K3] この（数４）の演算式は、理論空燃比と実充填効率ceと
第２目標負荷Piobjd（又は仮想充填効率ceimgd）と、上
述の燃費改善効果分を加味する係数K3,K4とを用いて、
実充填効率の下で目標負荷に対応するエンジントルクが
得られるような空燃比を求めるようにしたものである。

【００５８】また、設定部４７ｂにより、主としてエン
ジン１の定常運転時に用いられる目標空燃比afwbdを前
記運転モード設定手段４８により設定される運転モード
modf別に設定する。すなわち、図１２（ａ）に示すよう
に、成層燃焼モードでは第２目標負荷Piobjdとエンジン
回転数neとに基づいて、予め作成されているマップから
目標空燃比afwbdを読み込む一方、均一燃焼モードで
は、目標空燃比afwbdを理論空燃比（Ａ/Ｆ＝１４．７）
とする。尚、均一燃焼領域における高負荷ないし高回転
側の運転領域では空燃比を理論空燃比よりもリッチな状
態（例えばＡ/Ｆ＝１３〜１４）としてもよい。

【００５９】そして、目標空燃比設定手段４４で設定さ
れた吸入空気量制御用の目標空燃比afwbと、前記演算部
４７ａにより演算された目標空燃比afw0との偏差dafwb
を偏差演算部４７ｃにより演算して、この偏差dafwbが
大きくなるエンジン１の過渡運転時には、前記演算部４
７ａにより演算した目標空燃比afw0を最終的な目標空燃
比afwとする一方、前記偏差dafwbが小さいエンジン１の
定常運転時には、前記設定部４７ｂにより設定した目標
空燃比afwbdを最終的な目標空燃比afwとする。

【００６０】尚、目標空燃比作成手段４７をこのように
構成しているのは、後述の如くエンジン出力上の要求と
エミッションとを同時に満足するためであるが、より簡
単な構成としては、前記設定部４７ｂ及び偏差演算部４
７ｃを省略し、常に演算部４７ａで求めた目標空燃比af
w0を燃料噴射制御における最終的な目標空燃比afwとす
るようにしてもよい。

【００６１】前記図６において、６０は、後述のような
過渡時の点火時期補正のための空燃比偏差dafwbd,dafw0
を演算する手段であり、運転モード設定手段４８により
成層燃焼モードが設定されるときには、dafwbd＝afwbd
−afwを演算する一方、均一燃焼モードが設定されると
きにはdafw0＝afw0−afwを演算するようになっている。

【００６２】前記運転モード設定手段４８は、高速応答
系の制御パラメータを決定するために用いる運転モード
modfを、燃料噴射量制御用の目標空燃比afw0とエンジン
回転数neとに基づいて設定する。すなわち、図１１に示
すように、前記演算部４７ａで演算された目標空燃比af
w0が成層燃焼モードの下限側基準値afw0*よりも小さい
値になる場合は均一燃焼モードとし、目標空燃比afw0を
理論空燃比とする。反対に前記目標空燃比afw0が下限側
基準値afw0*以上であれば、成層燃焼モードとする。こ
の運転モードmodfの切替えにより燃料噴射形態が切替え
られて、エンジン１の運転モードが最終的に切替えられ
る。尚、均一燃焼モードと成層燃焼モードとの間で運転
モードmodfが変更されるときに、一時的に燃料噴射を吸
気行程と圧縮行程とで分割して行うようにしてもよく、
このようにすれば、燃焼状態の急激な変化を避けること
ができる。

【００６３】前記分割比設定手段４９は、運転モード設
定手段４８により設定される運転モードmodfに応じて吸
気行程噴射と圧縮行程噴射との燃料の分割比を設定する
ものであり、成層燃焼モードでは吸気行程噴射割合を０
％とする一方、均一燃焼モードでは吸気行程噴射割合を
１００％とする。尚、前記の分割噴射を行う場合には、
目標空燃比afw及びエンジン回転数neに応じて分割比を
設定するようにすればよい。

【００６４】前記噴射量演算手段５０は、エアフローセ
ンサ１２の出力から求められた実充填効率ceと、前記目
標空燃比作成手段４７により求められた目標空燃比afw
と、分割比設定手段４９により設定された噴射割合とに
基づいて、燃料噴射量を演算する。具体的には、これら
の値と換算用の係数KGKFとに基づいて、吸気行程噴射及
び圧縮行程噴射の各基本噴射量qbasep,qbasedをそれぞ
れ演算する。

【００６５】

【数５】qbasep ＝ KGKF×(ce/afw)×rqbasep qbased ＝ KGKF×ce[i]/afw[i-1]−qbasecp[i-1] 但し、rqbasepは噴射割合、ce[i]は充填効率の今回値
（圧縮行程噴射直前の吸入空気量の検出値に基づく値）
を意味し、afw[i-1], qbasep[i-1], ctotal[i-1]はそれ
ぞれ目標空燃比、吸気行程噴射基本噴射量及び補正値の
前回値（吸気行程噴射直前の検出に基づく値）を意味す
る。このように圧縮行程噴射の演算で目標空燃比等に前
回値を用いるのは、目標空燃比等に今回値（圧縮行程噴
射直前の値）を用いると、吸気行程噴射と圧縮行程噴射
とで運転モード、空燃比等が変動して、整合性が得られ
なくなる場合があるからである。

【００６６】そして、前記各基本噴射量qbasep,qbased
に対し、さらに燃料圧力に応じた吸気行程噴射、圧縮行
程噴射の各補正量cdpfp,cdpfdと、その他の各種補正値c
totalを加味して、吸気行程噴射及び圧縮行程噴射の各
最終噴射量qinjp,qinjdを演算し、この最終噴射量qinj
p,qinjdに比例した噴射パルス幅Tiを求める。

【００６７】

【数６】qinjp ＝ qbasep×cdpfp×(1＋ctotal) qinjd ＝ qbased×cdpfd×(1＋ctotal[i-1]) 前記噴射時期設定手段５１は、燃料噴射時期を前記運転
モード設定手段４８により設定された運転モードmodf別
に設定するものであり、図１２（ｂ）に示すように、成
層燃焼モードでは第２目標負荷Piobjdとエンジン回転数
neとに応じて予め作成されているマップから圧縮行程噴
射用の噴射時期thtinjdを求める一方、均一燃焼モード
ではエンジン回転数neに応じて予め設定されているマッ
プから吸気行程噴射用の噴射時期thtinjpを求める。

【００６８】尚、演算処理の便宜上、噴射時期のデータ
としては常にthtinjd、thtinjpの両方に何らかの値を与
えるようになっていて、成層燃焼モードでは圧縮行程噴
射用の噴射時期thtinjdをマップにより与えるととも
に、吸気行程噴射用の噴射時期thtinjpには固定値をセ
ットする（但し、吸気行程噴射割合rqbasepが０％なの
で、実際には吸気行程噴射は行われない）。また、均一
燃焼モードでは、吸気行程噴射用の噴射時期thtinjpを
マップにより与えるとともに、圧縮行程噴射用の噴射時
期thtinjdに固定値（例えば圧縮行程初期の一定時期）
をセットし、吸気行程噴射のみでは燃料噴射量が不足す
るときに追加分の噴射のために利用する。さらに、分割
噴射を行う場合には、圧縮行程噴射用の噴射時期thtinj
dとして成層燃焼モードにおけるデータを流用するとと
もに、目標空燃比afw及びエンジン回転数neに応じて予
め作成されているマップから吸気行程噴射用の噴射時期
thtinjpを求めるようにすればよい。

【００６９】前記噴射制御手段５２は、噴射時期設定手
段５１により設定された噴射時期に、噴射量演算手段５
０により演算された噴射パルスTiに相当する時間だけイ
ンジェクタ７を作動させるように、該インジェクタ７に
パルス信号を出力する。

【００７０】（点火時期制御）前記ＥＣＵ４０は、エン
ジン１の点火時期を制御するための手段として、基本点
火時期及び補正量を設定する設定手段５３と、点火時期
演算手段５４とを備え、さらに、エンジン１の加速運転
を検出する加速検出手段５５と、加速開始時のノッキン
グ発生を防ぐために、前記点火時期演算手段５４により
演算した点火時期を遅角補正する遅角補正手段（点火時
期補正手段）５６とを備えている。

【００７１】前記設定手段５３は、前記運転モード設定
手段４８で設定された運転モードmodf別に基本点火時期
thtigbや各種の基本的な点火時期補正値を設定するもの
で、具体的には図１２（ｃ）に示すように、成層燃焼モ
ードでは、第２目標負荷Piobjdとエンジン回転数neとに
応じて、予め作成されているマップから基本点火時期th
tigbを求めるとともに、上述の目標空燃比偏差dafwbdに
応じた補正値thtigwdを予め作成されているテーブルか
ら求める。この目標空燃比偏差dafwbdに応じた補正は、
基本点火時期thtigbが定常運転時の目標空燃比afwbdに
対応する第２目標負荷Piobjd及びエンジン回転数neに応
じて定められているのに対し、過渡時にはafw0が最終的
な目標空燃比afwとされて定常時とは空燃比のズレが生
じるので、それに見合うように点火時期を調整するもの
である。

【００７２】また、均一燃焼モードでは、充填効率ceと
エンジン回転数neとに応じて予め作成されているマップ
から基本点火時期thtigbを求めるとともに、ＥＧＲ時の
補正値thtigweを充填効率ceとエンジン回転数neとに応
じて予め作成されているマップから求め、前記目標空燃
比偏差dafw0に応じた補正値thtigwd及びエンジン水温th
wに応じた冷間時補正値thtigwcをそれぞれ予め作成され
ているテーブルから求める。目標空燃比偏差dafw0(＝af
w0-afw)に応じた補正は、後述のように目標空燃比afw0
が理論空燃比よりもリーン側の所定値以下になったとき
にＮＯｘ生成量が増大する空燃比を通ることを避けるた
めに、最終的な目標空燃比afwが理論空燃比とされる場
合に、その空燃比の変更に見合うように点火時期を調整
するものである。尚、分割噴射を行う場合には、目標空
燃比afwに応じて予め作成されているテーブルから基本
点火時期をもとめるようにすればよい。

【００７３】そして、前記点火時期演算手段５４によ
り、前記設定手段５３で設定された基本点火時期thtigb
や各種補正値に基づいて、点火時期thtigを次式のよう
に演算する。

【００７４】

【数７】 thtig ＝thtigb−(thtigwd＋thtigwe＋thtigwc ) また、そのように演算した点火時期thtigに対し、エン
ジン１が高温状態で均一燃焼モードになっていて、かつ
加速運転状態になったときには、ノッキングの発生を回
避するために点火時期を遅角側に補正するようにしてい
る。以下に、この遅角補正の処理手順を具体的に図１３
に示すフローチャート図に沿って説明する。

【００７５】同図において、まず、スタート後のステッ
プＳ１では、回転数センサ３３及びアクセル開度センサ
３４からの信号に基づいて、それぞれエンジン回転数ne
とアクセル開度accelとを読み込むとともに、水温セン
サ３０からの信号に基づいてエンジン水温Twを検出す
る。続いて、ステップＳ２において前記エンジン水温Tw
が設定水温（設定温度）C1よりも大きいかどうか判定す
る。この設定水温C1は、エンジン１の加速開始時にノッ
キングが発生する可能性のある高温状態に対応して予め
実験的に設定されている。その判定がＮＯで、エンジン
１が高温状態にないならば、ノッキングの発生する虞れ
は小さいのでステップＳ１０に進む一方、判定がＹＥＳ
でエンジン１が高温状態にあれば、ステップＳ３に進
む。

【００７６】このステップＳ３では、前記アクセル開度
accelの今回値accel[i]からその前回値accel[i-1]を減
算して、アクセル開度の変化量Δaccelを求め、続くス
テップＳ４において、その変化量Δaccelに基づいて、
エンジン１が加速運転状態になっているかどうか判定す
る。すなわち、アクセル開度の変化量Δaccelが予め設
定したしきい値C2よりも大きければ（Δaccel＞C2）、
エンジン１は加速運転状態にあると判定して、ステップ
Ｓ５に進む一方、Δaccel≦C2ならば、エンジン１は加
速運転状態にないと判定して、ステップＳ１０に進む。

【００７７】そして、ステップＳ５では、エンジン１の
運転モードが均一燃焼モードであるかどうか判定する。
この判定がＮＯでエンジン１が成層燃焼モードになって
いれば、ステップＳ１０に進む一方、判定がＹＥＳでエ
ンジン１が均一燃焼モードになっていれば、ステップＳ
６に進んで、加速開始時のノッキングの発生を防ぐため
の点火時期の遅角補正量thtigwrを演算する。

【００７８】

【数８】thtigwr ＝ igr1×K1×K2 すなわち、この遅角補正量thtigwrは、エンジン回転数n
e及びアクセル開度の変化量Δaccelに基づいて、図１９
（ａ）に例示するように予め作成されているマップから
基本値igr1を読み込むとともに、同図（ｂ）に例示する
ように加速判定時の第１目標負荷Piobjに応じて設定さ
れている補正係数K1と、同じく（ｃ）に例示するように
エンジン水温Twに応じて設定されている補正係数K2とを
前記基本値igr1に乗算して、求められる。

【００７９】続いて、ステップＳ７において、点火時期
演算手段５４により演算された点火時期thtigを読み込
み、続くステップＳ８において、この点火時期thtigを
遅角補正し（thtig＝thtig−thtigwr）、ステップＳ９
で補正後の点火時期thtigに基づいて点火制御を実行し
て、しかる後にリターンする。

【００８０】つまり、エンジン１が高温状態でかつ均一
燃焼モードにあるときに、車両の運転者によりアクセル
ペダルが急に踏み込まれると、これに応じてスロットル
弁１３の開度が急増し、気筒内圧縮温度が極めて高くな
ってノッキングの発生を招くので、このノッキングの発
生を防止するために点火時期を遅角側に補正するように
している。

【００８１】これに対し、エンジン１が高温状態でない
か（Ｓ２）、加速運転状態でないか（Ｓ４）、又は成層
燃焼モードにあるとき（Ｓ５）には、いずれもステップ
Ｓ１０に進み、点火時期の遅角補正量thtigwrを零にし
て（thtigwr＝０）、前記ステップＳ７〜Ｓ９に進む。
つまり、エンジン１が加速運転状態でないか、又は加速
運転状態であっても高温状態でなければ、ノッキングが
発生する虞れは小さいので、点火時期の遅角補正は行わ
ない。更に、エンジン１が高温状態でかつ加速運転状態
になったときでも、成層燃焼モードであれば気筒内圧縮
温度が極めて高くなることはないので、この場合にも点
火時期の遅角補正は行わないようにしている。

【００８２】前記図１３のフローにおいて、ステップＳ
３及びＳ４の各ステップは、エンジン１の加速運転を検
出する加速検出手段５５に対応しており、また、ステッ
プＳ５〜Ｓ１０の各ステップは、前記加速検出手段５５
によりエンジン１の加速運転が検出されたとき、ノッキ
ングの発生を回避するために点火時期を遅角側に補正す
る遅角補正手段５６に対応している。そして、この遅角
補正手段５６は、エンジン１が加速開始時に成層燃焼モ
ードにあれば点火時期の遅角補正を行わないように構成
されている。

【００８３】（実施形態の作用効果）以上のような制御
装置Ａを備えた本実施形態の筒内噴射式エンジン１で
は、その運転状態に応じて成層燃焼モードと均一燃焼モ
ードとが設定され、成層燃焼モードでは、燃焼室４の平
均空燃比が理論空燃比よりも大幅にリーンな状態で成層
燃焼が行われるので、燃費が大幅に改善される。また、
成層燃焼モードでは、要求されるトルクを確保しつつ空
燃比をリーンにするためにスロットル開度を大きくして
吸入空気量を増加させるというように、運転モードや目
標負荷等に基づいて吸入空気量が制御されるとともに、
燃料噴射量、噴射時期、点火時期などが制御され、併せ
て、ＥＧＲ弁２７やスワール制御弁１８の制御も行われ
る。

【００８４】それらの種々の制御パラメータはそれぞれ
の制御応答性等を考慮して適切に制御される。すなわ
ち、吸入空気量の制御としては、目標負荷等に応じて設
定された吸入空気量制御用の目標空燃比afwbに基づいて
目標充填効率ceobjが求められ、さらに、吸気密度に応
じた補正により目標体積効率veobjが求められて、それ
に基づいてスロットル開度の演算が行われる。このこと
で、スロットル弁１３の開度制御を精度良く行える。一
方、目標空燃比作成手段４７により目標負荷及び実充填
効率等から求められる噴射量制御用の空燃比に基づい
て、運転モード設定手段４８による運転モードの設定及
び燃料噴射量、噴射時期、点火時期等の制御が行われ、
このことで、充填効率が変化するエンジンの過渡運転時
にも、運転モードや空燃比等を適切に制御できる。

【００８５】また、制御信号に対する応答速度が低い吸
入空気量の制御には第１目標負荷piobjを用いる一方、
制御信号に対する応答速度が高い燃料噴射量等の制御に
は、なまし処理後の仮想充填効率ceimgdに基づく第２目
標負荷piobjdを用いることで、各制御パラメータの作動
タイミングを適切に調整することができる。

【００８６】すなわち、大部分の運転領域で空燃比が理
論空燃比とされる標準運転条件が保たれつつ、アクセル
操作量に対応してスロットル開度が変化するような一般
的なガソリンエンジンでは、例えばエンジンの加速運転
時にアクセル操作量及びそれに対応するスロットル開度
が急激に変化しても、吸入空気量の変化には遅れがあ
り、エンジン出力の変化はその吸入空気量の変化に対応
したものになる。そこで、そのような一般的なガソリン
エンジンを模擬した出力制御を行おうとすれば、なまし
処理した仮想充填効率ceimgdに基づく第２目標負荷Piob
jdを実際の目標負荷とみなすことが適当である。

【００８７】従って、高速応答系である燃料噴射量等の
制御を実際の目標負荷とみなされる第２目標負荷Piobjd
に基づいて行うことにより、一般的なエンジンと同様の
トルク特性が得られ、良好なエンジンフィールを確保す
ることができる。一方、低速応答系であるスロットル開
度等の制御については、吸入空気量等の変化がある程度
大きな遅れを有し、その変化が緩慢になる傾向があるの
で、なまし処理をしていない仮想充填効率ceimgに基づ
く第１目標負荷Piobjに応じて、スロットル弁１３の開
度等を制御することで、制御の応答遅れを抑えることが
できる。

【００８８】ところで、上述の如く、エンジン１は低負
荷低回転状態では通常、成層燃焼モードで運転される
が、リニアパージ装置８０により蒸発燃料が吸気通路１
０へパージされるときには強制的に均一燃焼モードとさ
れるので、図１４（ｂ）上に点（Ｉ）として示すような
運転状態となっている。そして、そのような運転状態で
アクセルペダルが踏み込まれ、アクセル開度accelが増
大すると、目標負荷設定手段４２により設定される第１
目標負荷Piobjの値が同図に矢印で示すように急増し
て、点（II）として示す運転状態に移行する。このと
き、その目標負荷Piobjの増大に応じてスロットル開度t
voobjが増大し、スロットル弁１３が大きく開かれるこ
とで、図１５に実線で示すように各気筒２の充填効率ce
が急増して、断熱圧縮効果により気筒内圧縮温度が上昇
する。

【００８９】特に、エンジン１の温度状態が高いときに
は、サージタンク１４等でエンジン１の熱により暖めら
れている高温の空気が各気筒２に一度に供給されること
になり、図１６に斜線を入れて示すように、前記のアク
セルペダルの踏み操作の後に最初に充填効率ceが実質的
に増大する１番目の気筒（図例では第４気筒）や、その
次に点火される２番目の気筒（図例では第２気筒）で
は、高温の吸気が特に多量に供給される。そのため、こ
れらの気筒２では筒内圧縮温度が極めて高くなり、ノッ
キングが発生する虞れが極めて大きい。そこで、この実
施形態では、前記図１３のフローに示すように点火時期
thtigを遅角側に補正しており、このことで、当該気筒
２におけるノッキングを防止することができる。

【００９０】一方、蒸発燃料のパージが行われていなけ
れば、エンジン１は低負荷低回転状態では通常、成層燃
焼モードで運転される（図１４（ａ）参照）。そして、
この成層燃焼モードでは、燃焼室４の平均空燃比がかな
りリーンな状態になるようにスロットル弁１３が大きく
開かれていて、元々、気筒２の充填効率が高くなってい
るので、この状態でエンジン１が加速運転状態になると
きには、前記図１５において破線で示すように（Ｉ′→
II）、各気筒２の充填効率ceはあまり変化しない。つ
まり、エンジン１が成層燃焼モードになっていれば、加
速開始に伴う充填効率の急増に起因してノッキングが発
生することはないので、点火時期thtigの遅角補正は行
わず、このことで、遅角補正を行う場合に較べてエンジ
ン１の加速性能を向上できる。

【００９１】（他の実施形態）尚、本発明は前記実施形
態に限定されるものではなく、その他の種々の実施形態
を包含するものである。すなわち、前期実施形態では、
エンジン１の加速運転時に成層燃焼モードになっていれ
ば、点火時期thtigの遅角補正を行わないようにしてい
るが、これに限らず、点火時期の遅角補正量thtigwrを
均一燃焼状態になっているときよりも小さくするように
しても同様の作用効果が得られる。

【００９２】また、そのようにする場合に、点火時期th
tigの遅角補正を行うか否かを判定するための設定水温C
1を、エンジン１が成層燃焼モードにあるか均一燃焼モ
ードにあるかで異ならせ、成層燃焼モードにおける設定
水温を均一燃焼モードにおける設定水温（よりも高く設
定してもよい。このようにすれば、成層燃焼モードから
の加速時には均一燃送モードからの加速時に較べて、エ
ンジン水温Twが相対的に高くなるまで点火時期の遅角補
正が行われないようになり、そのことで、エンジン１の
加速性能のさらなる向上が図られる。

【００９３】また、前期実施形態においては、エンジン
１の加速開始時に点火時期thtigの遅角補正を行うよう
にしているが、この遅角補正をエンジン１の急加速時に
限るようにしてもよい。すなわち、図１３のフローのス
テップＳ４におけるしきい値C2の値を、エンジン１の急
加速運転に相当する大きな値に設定すればよく、そのよ
うにすれば、エンジン１の急加速時にノッキングを防止
できる一方、急加速時以外は加速性能の向上を優先でき
る。

【００９４】さらに、前期実施形態では、アクセル開度
の変化量Δaccelが所定以上に大きい間、点火時期の遅
角補正を行うようにしているが、これに限るものではな
い。すなわち、例えば、アクセルペダルが踏み操作され
た後に最初に充填効率ceが実質的に増大する１番目の気
筒（図１６参照）から、予め設定した所定回数（例えば
２〜４回）後の点火気筒まで、点火時期を遅角補正する
ようにしてもよい。また、そのときの点火時期の遅角補
正量thtigwrを例えば図１７に示すように１番目の気筒
から３番目の気筒まで順番に徐々に小さくするようにし
てもよい。

【００９５】そのようにして、特にノッキングの発生し
やすい１〜３番目の点火気筒において点火時期を遅角補
正することにより、エンジン１の加速開始時のノッキン
グ発生を極めて有効に防止できる。また、高温の吸気が
最も多く吸入される１番目の気筒において点火時期thti
gを十分に遅らせる一方、その後、吸気温度が低くなる
に連れて遅角補正量thtigwrが徐々に小さくなること
で、エンジン１のノッキング防止と加速性能向上とを高
次元で両立できる。

【００９６】さらにまた、前期実施形態においては、エ
ンジン１の低負荷低回転側の所定領域が全て成層燃焼領
域とされているが（図８（ａ）参照）、これに限るもの
ではない。すなわち、図１８に例示するように、前記成
層燃焼領域のうちでエンジン１のアイドル運転状態に相
当する領域（同図に斜線を入れて示す領域）を第２領域
とするとともに、それ以外を第１領域とし、その第１領
域では前記実施形態と同様にエンジン１を成層燃焼モー
ドで運転する一方、第２領域では均一燃焼モードで運転
するようにしてもよい。このようにアイドル運転状態で
エンジン１を均一燃焼モードとすることにより、アイド
ル安定性の向上が図られる。

【００９７】そして、そのようにしたものにおいても前
期実施形態と同様に、エンジン１が同図に実線の矢印で
示すように均一燃焼モードから加速運転状態に移行する
ときには、点火時期thtigを遅角側に補正する一方、エ
ンジン１が同図に破線の矢印で示すように成層燃焼モー
ドから加速運転状態に移行するときには、点火時期thti
gの遅角補正を行わないようにすればよい。或いは、成
層燃焼モードから加速運転状態に移行するときには、点
火時期の遅角補正量thtigwrを均一燃焼モードのときよ
りも小さくするようにしてもよい。

【００９８】また、前期実施形態において、いわゆる高
地ではエンジン１を全ての運転領域において均一燃焼モ
ードで運転するようにしてもよく、このようにした場合
も、エンジン１が均一燃焼モードから加速運転状態に移
行するときに点火時期thtigを遅角補正する一方、成層
燃焼モードから加速運転状態に移行するときには点火時
期thtigの遅角補正を行わないようにすればよい。

【００９９】

【発明の効果】以上説明した如く、請求項１の発明によ
ると、筒内噴射式エンジンを低負荷側の所定領域では成
層燃焼ードで運転するようにした制御装置において、エ
ンジンの加速開始時にノッキングの発生を回避するため
に点火時期を遅角側に補正する点火時期補正手段を設け
るとともに、この点火時期補正手段を、エンジンが加速
開始時に成層燃焼モードにあれば点火時期の遅角補正を
行わないものとしたので、エンジンが成層燃焼モードに
なければ、点火時期の遅角補正によりノッキング発生を
回避できる一方、エンジンが成層燃焼モードにあれば、
点火時期の遅角補正をしないことで、加速性能の向上が
図られる。

【０１００】請求項２又は請求項３の発明によると、そ
れぞれ請求項１の発明と同様にノッキングの発生を防止
しながら、加速性能の向上が図られる。

【０１０１】請求項４の発明によると、燃料タンク内の
蒸発燃料をエンジンの吸気系に供給するときには強制的
に均一燃焼モードとすることで、燃焼室の空燃比変動に
よる排気有害成分の排出増大等の弊害を未然に防止でき
る。

【０１０２】請求項５の発明によると、エンジンの温度
状態が高いときに点火時期を遅角補正して、ノッキング
の発生を防止できる一方、エンジンの温度状態が低けれ
ば点火時期の遅角補正をしないことで、加速性能の向上
が図られる。

【０１０３】請求項６の発明によると、成層燃焼モード
からの加速時には、均一燃焼モードからの加速時に較べ
てエンジンの温度状態が高くなるまで点火時期の遅角補
正をしないことで、加速性能のさらなる向上が図られ
る。

【０１０４】請求項７の発明によると、エンジンの急加
速時に点火時期を遅角補正して、ノッキングの発生を確
実に防止できる一方、急加速時以外は点火時期の遅角補
正をしないことで、加速性能を向上できる。

【０１０５】請求項８の発明によると、エンジンの加速
運転が検出された後、最初に充填効率が実質的に増大す
る１番目の気筒から所定回数後の点火気筒まで、点火時
期を遅角補正することにより、ノッキングの発生を極め
て有効に防止できる。また、その後は点火時期の補正を
しないことで、エンジン加速性能を向上できる。

【０１０６】請求項９の発明によると、１番目の気筒に
おいて点火時期を十分に遅らせる一方、その後は点火時
期の遅角補正量を徐々に小さくすることで、ノッキング
防止と加速性能向上とを高次元で両立できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の構成を示す説明図である。

【図２】本発明に係るエンジンの制御装置の実施形態を
示す概略構成図である。

【図３】ＥＣＵの機能ブロック図である。

【図４】図３における目標負荷設定手段の具体的構成を
示す機能ブロック図である。

【図５】図３におけるスロットル開度演算手段の具体的
構成を示す機能ブロック図である。

【図６】図３における目標空燃比作成手段の具体的構成
を示す機能ブロック図である。

【図７】アクセル操作量及びエンジン回転数と仮想体積
効率との対応関係を示す図である。

【図８】成層燃焼モード及び均一燃焼モードの各領域を
設定したマップ（ａ）と、パージ時におけるマップ
（ｂ）とを示す図である。

【図９】吸入空気量制御用の目標空燃比を運転モード別
に設定したマップを示す図である。

【図１０】目標体積効率とスロットル開度との対応関係
を示す図である。

【図１１】燃料噴射量等の演算に用いる運転モードの設
定を示す図である。

【図１２】燃料噴射量等制御用の目標空燃比（ａ）、噴
射時期（ｂ）及び点火時期（ｃ）を、それぞれ運転モー
ド別に設定したマップを示す図である。

【図１３】点火時期の遅角補正の制御手順を示すフロー
チャート図である

【図１４】エンジン加速運転時の運転状態の変化を示す
説明図である。

【図１５】エンジン加速運転時の充填効率の変化を示す
タイムチャート図である。

【図１６】アクセル操作の後に最初に充填効率が実質的
に増大する１番目の気筒等を示す説明図である。

【図１７】遅角補正量を１番目の気筒から徐々に減らす
ようにした他の実施形態における点火時期の変化を示す
説明図である。

【図１８】エンジンをアイドル運転状態で均一燃焼モー
ドにするようにした他の実施形態における図１４相当図
である。

【図１９】点火時期の遅角補正量の基本値を設定したマ
ップ（ａ）、及び補正係数K1，K2をそれぞれ設定したマ
ップ（ｂ）（ｃ）を示す図である。

【符号の説明】

Ａ筒内噴射式エンジンの制御装置１エンジン２気筒４燃焼室７インジェクタ（燃料噴射弁）１３スロットル弁３０水温センサ（温度状態検出手段）４０コントロールユニット（ＥＣＵ）４７目標空燃比作成手段（燃焼モード制御手段）４８運転モード設定手段（燃焼モード制御手段）４９分割比設定手段（燃焼モード制御手段）５０噴射量演算手段（燃焼モード制御手段）５１噴射時期設定手段（燃焼モード制御手段）５２噴射制御手段（燃焼モード制御手段）５５加速検出手段５６遅角補正手段（点火時期補正手段）８０リニアパージ装置（蒸発燃料供給手段）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｆ０２Ｄ 43/00 ３０１ (72)発明者間宮清孝広島県安芸郡府中町新地３番１号マツダ株式会社内Ｆターム(参考） 3G022 AA00 AA03 AA07 AA08 AA10 BA01 CA04 CA09 DA00 DA02 DA04 DA10 EA02 EA06 FA03 FA08 GA00 GA01 GA05 GA06 GA07 GA08 GA09 GA11 GA15 3G084 AA03 AA04 BA05 BA09 BA15 BA17 BA27 CA03 CA04 DA05 DA38 EA11 EB02 EB24 EC02 EC03 FA10 FA18 FA20 FA38 3G301 HA01 HA04 HA06 HA13 HA14 HA16 HA17 JA02 JA03 JA22 KA06 KA08 KA12 KA13 LA00 LA03 LB04 LC03 MA01 MA11 MA19 NA01 NA08 NB02 NB06 NB11 NC02 ND01 ND41 NE00 NE14 NE15 NE19 PA04Z PA07Z PA09Z PA10Z PA11Z PA17Z PB09Z PC02Z PD02Z PD15Z PE00Z PE01Z PE03Z PE08Z PF03Z PF13Z

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】エンジンの気筒内燃焼室に燃料を直接噴
射する燃料噴射弁と、エンジンが低負荷側の所定領域にあるときに前記燃料噴
射弁により気筒の圧縮行程で燃料を噴射させて、成層燃
焼モードで運転する燃焼モード制御手段と、前記燃焼室への吸入空気量を調整するスロットル弁とを
備え、エンジンが成層燃焼モードにあるときには、燃焼室の平
均空燃比が理論空燃比よりも大きいリーン状態になるよ
うに、前記スロットル弁の開度を制御するようにした筒
内噴射式エンジンの制御装置において、エンジンの加速運転状態を検出する加速検出手段と、前記加速検出手段によりエンジンの加速運転が検出され
たとき、点火時期を遅角側に補正してノッキングの発生
を阻止する点火時期補正手段とを備え、前記点火時期補正手段は、エンジンが加速開始時に成層
燃焼モードにあれば点火時期の遅角補正を中止するよう
に構成されていることを特徴とする筒内噴射式エンジン
の制御装置。
【請求項２】エンジンの気筒内燃焼室に燃料を直接噴
射する燃料噴射弁と、エンジンが低負荷側の第１領域にあるときに前記燃料噴
射弁により気筒の圧縮行程で燃料を噴射させて、成層燃
焼モードで運転を行う一方、該第１領域とは別の低負荷
側の第２領域にあるときに気筒の吸気行程で燃料を噴射
させて、均一燃焼モードで運転を行う燃焼モード制御手
段と、前記燃焼室への吸入空気量を調整するスロットル弁とを
備え、エンジンが成層燃焼モードにあるときには、燃焼室の平
均空燃比が理論空燃比よりも大きいリーン状態になるよ
うに、前記スロットル弁の開度を制御するようにした筒
内噴射式エンジンの制御装置において、エンジンの加速運転状態を検出する加速検出手段と、前記加速検出手段によりエンジンの加速運転が検出され
たとき、点火時期を遅角側に補正してノッキングの発生
を阻止する点火時期補正手段とを備え、前記点火時期補正手段は、エンジンが加速開始時に成層
燃焼モードにあれば、点火時期の遅角補正量を均一燃焼
モードにあるときよりも小さく設定するように構成され
ていることを特徴とする筒内噴射式エンジンの制御装
置。
【請求項３】エンジンの気筒内燃焼室に燃料を直接噴
射する燃料噴射弁と、エンジンが低負荷側の所定領域にあるときに前記燃料噴
射弁により気筒の圧縮行程で燃料を噴射させて、成層燃
焼モードで運転を行う燃焼モード制御手段と、前記燃焼室への吸入空気量を調整するスロットル弁とを
備え、エンジンが成層燃焼モードにあるときには、燃焼室の平
均空燃比が理論空燃比よりも大きいリーン状態になるよ
うに、前記スロットル弁の開度を制御するようにした筒
内噴射式エンジンの制御装置において、エンジンが所定の運転条件下にあるときには、気筒の吸
気行程で燃料を噴射させて均一燃焼モードでの運転を行
う燃焼モード補正手段と、エンジンの加速運転状態を検出する加速検出手段と、前記加速検出手段によりエンジンの加速運転が検出され
たとき、点火時期を遅角側に補正してノッキングの発生
を阻止する点火時期補正手段とを備え、前記点火時期補正手段は、エンジンが加速開始時に成層
燃焼モードにあれば、点火時期の遅角補正量を均一燃焼
モードにあるときよりも小さく設定するように構成され
ていることを特徴とする筒内噴射式エンジンの制御装
置。
【請求項４】請求項３において、燃料タンク内の蒸発燃料をエンジンの吸気系に供給する
蒸発燃料供給手段を備えており、エンジンの所定の運転条件下は、前記蒸発燃料供給手段
により蒸発燃料を吸気系へ導入する状態であることを特
徴とする筒内噴射式エンジンの制御装置。
【請求項５】請求項１〜３のいずれか１つにおいて、エンジンの温度状態を検出する温度状態検出手段を備
え、点火時期補正手段は、前記温度状態検出手段による検出
温度が設定温度以上のときに点火時期を補正するように
構成されていることを特徴とする筒内噴射式エンジンの
制御装置。
【請求項６】請求項５において、設定温度は、エンジンが成層燃焼モードにあるときと均
一燃焼モードにあるときとで互いに異なっていて、成層
燃焼モードにおける設定温度は、均一燃焼モードにおけ
る設定温度よりも高いことを特徴とする筒内噴射式エン
ジンの制御装置。
【請求項７】請求項５において、点火時期補正手段は、加速検出手段によりエンジンの急
加速運転状態が検出されたときに点火時期を補正するよ
うに構成されていることを特徴とする筒内噴射式エンジ
ンの制御装置。
【請求項８】請求項１〜３のいずれか１つにおいて、エンジンは複数の気筒を有し、点火時期補正手段は、加速検出手段によりエンジンの加
速運転が検出されたとき、該検出の後に最初に充填効率
が実質的に増大する１番目の気筒において点火時期を補
正し、その後順番に点火される気筒の点火回数が所定回
数になるまで点火時期の補正を続けるように構成されて
いることを特徴とする筒内噴射式エンジンの制御装置。
【請求項９】請求項８において、点火時期補正手段は、点火時期の遅角補正量を点火回数
が増えるに連れて徐々に減少させるように構成されてい
ることを特徴とする筒内噴射式エンジンの制御装置。