JP2000274284A

JP2000274284A - 内燃機関の燃料噴射制御装置

Info

Publication number: JP2000274284A
Application number: JP11078160A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Takahashi; 淳高橋
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1999-03-23
Filing date: 1999-03-23
Publication date: 2000-10-03

Abstract

(57)【要約】【課題】噴射燃料がキャビティの縁部によって分断され
ることに伴う燃焼不良を防止することのできる内燃機関
の燃料噴射制御装置を提供する。【解決手段】エンジン１１の燃焼方式が「均質ストイキ
燃焼」や「均質リーン」燃焼であるとき、エンジン１１
における吸気行程での燃料噴射が行われる。このとき、
噴射燃料がピストン１２におけるキャビティ１２ａの縁
部によって分断される燃料噴射時期の所定範囲内に同噴
射時期がある場合、その所定範囲外の値となるよう燃料
噴射時期の修正が行われる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、燃焼室に直接燃料
を噴射供給する内燃機関の燃料噴射制御装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】近年、燃費向上を意図して理論空燃比よ
りもリーンな空燃比での混合気の燃焼が可能な「成層燃
焼」を実行する内燃機関が提案され、実用化されてい
る。この「成層燃焼」が行われる内燃機関においては、
ピストン頭部に凹状をなすキャビティが形成されるとと
もに、燃焼室に直接燃料を噴射供給する燃料噴射弁が設
けられる。そして、内燃機関の圧縮行程にて燃料噴射弁
から同キャビティに向けて燃料噴射を行うことで、点火
プラグ周りに理論空燃比に近い混合気を形成し、同混合
気の平均空燃比を理論空燃比よりも大幅にリーンにして
も、点火プラグによる混合気への良好な着火がなされる
ようにする。

【０００３】こうした「成層燃焼」を実行するタイプの
内燃機関は、高出力を要求されない低回転低負荷時に上
記「成層燃焼」を実行し、高出力が必要とされる高回転
高負荷時には空気に対して燃料が均等に混合された均質
混合気を燃焼させる「均質燃焼」を実行し、必要な機関
出力を得るようにしている。この「均質燃焼」は、内燃
機関の吸気行程にて燃料噴射弁からの燃料を噴射させる
ことで燃焼室内に均質混合気を形成し、同混合気に対し
て点火プラグによる点火を行って燃焼させることにより
実行される。

【０００４】上記「均質燃焼」時など、吸気行程での燃
料噴射が行われる際には、機関運転状態に基づき算出さ
れる目標噴射時期にて燃料噴射弁からの燃料噴射が行わ
れる。そして、機関運転状態に基づき算出される目標噴
射時期は、「均質燃焼」時において良好な燃焼状態が得
られるよう予め設定される。このように「均質燃焼」時
における吸気行程での燃料噴射において、その噴射開始
時期を最適に設定した内燃機関としては、例えば特開平
１０−２１２９８６号公報や特開平９−７９０８１号公
報に記載されたものが知られている。

【０００５】即ち、特開平１０−２１２９８６号公報に
記載された内燃機関では、吸気行程での燃料噴射時期を
噴射燃料がキャビティから外れる所定範囲内の値となる
よう設定することにより、燃焼室内で噴射燃料を好適に
拡散させて良好な燃焼状態を得るようにしている。ま
た、特開平９−７９０８１号公報に記載された内燃機関
では、燃料噴射時期を噴射燃料がピストン頭部に付着し
ない範囲で極力進角側に設定することにより、必要な噴
射燃料の拡散時間を確保し、同燃料を好適に拡散させて
良好な燃焼状態を得るようにしている。

【０００６】ところで、燃焼室に直接燃料を噴射供給す
る内燃機関の吸気行程での燃料噴射時期は、一般的に機
関低回転側及び機関低負荷側においては遅角側に設定さ
れ、良好な燃焼状態を得るべく噴射燃料がキャビティか
ら外れるようにされる。このように燃料噴射時期を遅角
側に設定することができるのは、上記機関低回転側及び
機関低負荷側においては、ピストンの移動速度が遅くな
って燃料の拡散時間に余裕が生じるとともに、燃料噴射
量が少なくなって必要な燃料の拡散時間が短くなるため
である。

【０００７】また、機関高回転側及び機関高負荷側にお
いては、吸気行程での燃料噴射時期は進角側に設定さ
れ、噴射燃料がキャビティ内に向かうようにされる。こ
れは、機関高回転側及び機関高負荷側においては、ピス
トンの移動速度が速くなって燃料の拡散時間を確保する
のが難しくなるととともに、燃料噴射量が多くなって燃
料の拡散時間を長くとる必要が生じるためである。

【０００８】ここで、機関負荷及び機関回転数に基づき
上記目標噴射時期を算出するためのマップを図７に示
す。このマップは、所定の適合実験を行うことによって
設定される。この適合実験では、機関回転数を代表的な
値（例えばＮＥ１、ＮＥ２、ＮＥ３・・・）に設定する
とともに、機関負荷を同じく代表的な値（例えばＱ１、
Ｑ２、Ｑ３・・・）に設定する。そして、それら各々の
代表値を用いたときの最適な目標噴射時期Ａ１１、Ａ１
２、Ａ１３・・・を求め、それら目標噴射時期を上記マ
ップの設定に用いる。

【０００９】このマップによる目標噴射時期の算出にお
いては、機関負荷及び機関回転数が上記代表的な値であ
る場合には、同マップの格子点である目標噴射時期Ａ１
１、Ａ１２、Ａ１３・・・が同マップから算出される。
また、機関負荷及び機関回転数が上記代表的な値でない
場合には、それら機関負荷及び機関回転数に基づく補間
計算により、上記目標噴射時期Ａ１１、Ａ１２、Ａ１３
・・・の間の値が目標噴射時期として算出される。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のように
マップを用いて機関運転状態に基づき目標噴射時期を算
出したとしても、同機関運転状態によっては吸気行程に
て燃料噴射弁から噴射された燃料がキャビティの縁部に
より分断され燃焼不良が発生する所定範囲内の値になる
ことがある。即ち、例えば上記マップの格子点である目
標噴射時期Ａ１１、Ａ１２、Ａ１３・・・を上記所定範
囲外の値に設定したとしても、補間計算によって目標噴
射時期が算出される場合には同目標噴射時期が上記所定
範囲内の値になることがある。

【００１１】このように目標噴射時期が上記所定範囲内
の値になると、燃料噴射弁から噴射される燃料がキャビ
ティの縁部によって、キャビティ内とキャビティ外とに
分断される。この噴射燃料の分断が生じた場合には、燃
料の拡散による均質混合気の形成が的確に行われなくな
り、燃焼室内における混合気の燃料濃度が不均等にな
る。その結果、上記混合気への着火性に悪影響が生じて
燃焼不良を招くことになる。

【００１２】本発明はこのような実情に鑑みてなされた
ものであって、その目的は、噴射燃料がキャビティの縁
部によって分断されることに伴う燃焼不良を防止するこ
とのできる内燃機関の燃料噴射制御装置を提供すること
にある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】以下、上記目的を達成す
るための手段及びその作用効果について記載する。請求
項１記載の発明では、ピストン頭部に凹状をなすキャビ
ティが形成されるとともに、燃焼室に直接燃料を噴射供
給する燃料噴射弁を備える内燃機関に適用され、所定の
機関運転状態のときに吸気行程での燃料噴射を行うに際
し、機関運転状態に基づき算出される目標噴射時期にて
燃料噴射を開始する内燃機関の燃料噴射制御装置におい
て、機関運転状態に基づき算出される目標噴射時期が、
前記燃料噴射弁からの噴射燃料が前記キャビティの縁部
によって分断される所定範囲内の値になるとき、前記目
標噴射時期を前記所定範囲外の値となるよう修正する修
正手段を備えた。

【００１４】同構成によれば、修正手段により目標噴射
時期が上記所定範囲外の値とされるため、噴射燃料がキ
ャビティの縁部によって分断されることに伴う燃焼不良
を防止することができる。

【００１５】請求項２記載の発明では、請求項１記載の
発明において、前記修正手段は、機関運転状態に基づき
算出される目標噴射時期が前記所定範囲内において遅角
側にあるときには同目標噴射時期を遅角側に修正して前
記所定範囲外の値とし、前記機関運転状態に基づき算出
される目標噴射時期が前記所定範囲内において進角側に
あるときには同目標噴射時期を進角側に修正して前記所
定範囲外の値とするものとした。

【００１６】同構成によれば、修正手段による目標噴射
時期の修正を最小限にとどめることができるため、同修
正に伴い目標噴射時期が最適な値から過度にずれるのを
防止することができる。そして、修正手段による目標噴
射時期の修正が加えられても、同目標噴射時期に基づく
燃料の噴射開始時期を最適に近い状態に維持することが
できる。

【００１７】請求項３記載の発明では、請求項１又は２
記載の発明において、前記目標噴射時期の所定範囲を内
燃機関の燃焼方式に応じて変更する変更手段を更に備え
た。吸気行程での燃料噴射を行う燃焼方式としては均質
リーン燃焼及び均質ストイキ燃焼などの均質燃焼があげ
られるが、噴射燃料がキャビティの縁部によって分断さ
れることに伴い燃焼不良が発生する目標噴射時期の所定
範囲は、上記均質リーン燃焼と均質ストイキ燃焼とでは
異なるものとなる。しかし、上記所定範囲を燃焼方式に
応じて変更する同構成によれば、燃焼方式に係わらず目
標噴射時期の修正を適切に行って燃焼不良を防止するこ
とができる。

【００１８】請求項４記載の発明では、請求項１〜３の
いずれかに記載の発明において、前記修正手段は、前記
所定範囲の下限値又は上限値と前記目標噴射時期とに基
づき算出される所定値を用いて同目標噴射時期を前記所
定範囲外の値となるよう修正するものとした。

【００１９】同構成によれば、例えば上記所定範囲が変
化する場合でも同所定範囲の下限値又は上限値と目標噴
射時期とに基づき算出される所定値を用いて目標噴射時
期の修正が行われるため、目標噴射時期を上記所定範囲
外の値とするための修正を的確に最小限に抑えることが
できる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明を直列４気筒の自動
車用ガソリンエンジンに適用した一実施形態を図１〜図
６に従って説明する。

【００２１】図１に示すように、エンジン１１は、その
シリンダブロック１１ａ内に往復移動可能に設けられた
合計四つのピストン１２（図１には一つのみ図示）を備
えている。これらピストン１２の頭部には、成層燃焼を
実行するのに必要な凹状をなすキャビティ１２ａが形成
されている。また、これらピストン１２は、コンロッド
１３を介して出力軸であるクランクシャフト１４に連結
されている。そして、ピストン１２の往復移動は、上記
コンロッド１３によってクランクシャフト１４の回転へ
と変換されるようになっている。

【００２２】クランクシャフト１４にはシグナルロータ
１４ａが取り付けられている。このシグナルロータ１４
ａの外周部には、複数の突起１４ｂがクランクシャフト
１４の軸線を中心とする等角度毎に設けられている。ま
た、シグナルロータ１４ａの側方には、クランクポジシ
ョンセンサ１４ｃが設けられている。そして、クランク
シャフト１４が回転して、シグナルロータ１４ａの各突
起１４ｂが順次クランクポジションセンサ１４ｃの側方
を通過することにより、同センサ１４ｃからはそれら各
突起１４ｂの通過に対応したパルス状の検出信号が出力
されるようになる。

【００２３】また、シリンダブロック１１ａの上端に
は、シリンダヘッド１５が設けられ、シリンダヘッド１
５とピストン１２との間には燃焼室１６が設けられてい
る。この燃焼室１６には、シリンダヘッド１５に設けら
れた吸気ポート１７と排気ポート１８とが連通してい
る。こうした吸気ポート１７及び排気ポート１８には、
それぞれ吸気バルブ１９及び排気バルブ２０が設けられ
ている。

【００２４】一方、シリンダヘッド１５には、上記吸気
バルブ１９及び排気バルブ２０を開閉駆動するための吸
気カムシャフト２１及び排気カムシャフト２２が回転可
能に支持されている。これら吸気及び排気カムシャフト
２１，２２は、タイミングベルト及びギヤ（共に図示せ
ず）等を介してクランクシャフト１４に連結され、同ベ
ルト及びギヤ等によりクランクシャフト１４の回転が伝
達されるようになる。そして、吸気カムシャフト２１が
回転すると、吸気バルブ１９が開閉駆動されて、吸気ポ
ート１７と燃焼室１６とが連通・遮断される。また、排
気カムシャフト２２が回転すると、排気バルブ２０が開
閉駆動されて、排気ポート１８と燃焼室１６とが連通・
遮断される。

【００２５】また、シリンダヘッド１５において、吸気
カムシャフト２１の側方には、同シャフト２１の外周面
に設けられた突起２１ａを検出して検出信号を出力する
カムポジションセンサ２１ｂが設けられている。そし
て、吸気カムシャフト２１が回転すると、同シャフト２
１の突起２１ａがカムポジションセンサ２１ｂの側方を
通過する。この状態にあっては、カムポジションセンサ
２１ｂから上記突起２１ａの通過に対応して所定間隔毎
に検出信号が出力されるようになる。

【００２６】吸気ポート１７及び排気ポート１８には、
それぞれ吸気管３０及び排気管３１が接続されている。
この吸気管３０内及び吸気ポート１７内は吸気通路３２
となっており、排気管３１内及び排気ポート１８内は排
気通路３３となっている。吸気通路３２の上流部分には
スロットルバルブ２３が設けられている。このスロット
ルバルブ２３は、直流（ＤＣ）モータからなるスロット
ル用モータ２４の駆動により回動されて開度調節がなさ
れる。そして、スロットルバルブ２３の開度は、スロッ
トルポジションセンサ４４によって検出される。

【００２７】また、上記スロットル用モータ２４の駆動
は、自動車の室内に設けられたアクセルペダル２５の踏
込量（アクセル踏込量）に基づき制御される。即ち、自
動車の運転者がアクセルペダル２５を踏込操作すると、
アクセル踏込量がアクセルポジションセンサ２６によっ
て検出され、同センサ２６の検出信号に基づきスロット
ル用モータ２４が駆動制御される。このスロットル用モ
ータ２４の駆動制御に基づくスロットルバルブ２３の開
度調節により、吸気通路３２の空気流通面積が変化して
燃焼室１６へ吸入される空気の量が調整されるようにな
る。

【００２８】吸気通路３２においてスロットルバルブ２
３の下流側に位置する部分には、同通路３２内の圧力を
検出するバキュームセンサ３６が設けられている。そし
て、バキュームセンサ３６は検出した吸気通路３２内の
圧力に対応した検出信号を出力する。

【００２９】また、シリンダヘッド１５には、燃焼室１
６内に燃料を噴射供給する燃料噴射弁４０と、燃焼室１
６内に充填される燃料と空気とからなる混合気に対して
点火を行う点火プラグ４１とが設けられている。この点
火プラグ４１による上記混合気への点火時期は、点火プ
ラグ４１の上方に設けられたイグナイタ４１ａによって
調整される。

【００３０】そして、燃料噴射弁４０から燃焼室１６内
へ燃料が噴射されると、同燃料が吸気通路３２を介して
燃焼室１６に吸入された空気と混ぜ合わされ、燃焼室１
６内で空気と燃料とからなる混合気が形成される。更
に、燃焼室１６内の混合気は点火プラグ４１によって点
火がなされて燃焼し、燃焼後の混合気は排気として排気
通路３３に送り出される。

【００３１】次に、本実施形態におけるエンジン１１の
燃料噴射制御装置の電気的構成を図２に基づいて説明す
る。この燃料噴射制御装置は、燃料噴射量制御、燃料噴
射時期制御、点火時期制御、及びスロットル開度制御な
ど、エンジン１１の運転状態を制御するための電子制御
ユニット（以下「ＥＣＵ」という）９２を備えている。
このＥＣＵ９２は、ＲＯＭ９３、ＣＰＵ９４、ＲＡＭ９
５及びバックアップＲＡＭ９６等を備える論理演算回路
として構成されている。

【００３２】ここで、ＲＯＭ９３は各種制御プログラム
や、それら各種制御プログラムを実行する際に参照され
るマップ等が記憶されたメモリであり、ＣＰＵ９４はＲ
ＯＭ９３に記憶された各種制御プログラムやマップに基
づいて演算処理を実行する。また、ＲＡＭ９５はＣＰＵ
９４での演算結果や各センサから入力されたデータ等を
一時的に記憶するメモリであり、バックアップＲＡＭ９
６はエンジン１１の停止時に保存すべきデータを記憶す
る不揮発性のメモリである。そして、ＲＯＭ９３、ＣＰ
Ｕ９４、ＲＡＭ９５及びバックアップＲＡＭ９６は、バ
ス９７を介して互いに接続されるとともに、外部入力回
路９８及び外部出力回路９９と接続されている。

【００３３】外部入力回路９８には、クランクポジショ
ンセンサ１４ｃ、カムポジションセンサ２１ｂ、アクセ
ルポジションセンサ２６、バキュームセンサ３６、及び
スロットルポジションセンサ４４等が接続されている。
一方、外部出力回路９９には、スロットル用モータ２
４、燃料噴射弁４０、及びイグナイタ４１ａ等が接続さ
れている。

【００３４】このように構成されたＥＣＵ９２は、クラ
ンクポジションセンサ１４ｃからの検出信号に基づきエ
ンジン回転数ＮＥを求める。更に、アクセルポジション
センサ２６又はバキュームセンサ３６からの検出信号
と、上記エンジン回転数ＮＥとに基づきエンジン１１の
負荷を表す基本燃料噴射量Ｑbse を求める。ＥＣＵ９２
は、図３に示すように、均質ストイキ燃焼領域Ａ、均質
リーン燃焼領域Ｂ、弱成層燃焼領域Ｃ、及び成層燃焼領
域Ｄを備えたマップを参照し、エンジン回転数ＮＥ及び
基本燃料噴射量Ｑbse からエンジン１１の燃焼方式を決
定する。即ち、ＥＣＵ９２は、エンジン回転数ＮＥ及び
基本燃料噴射量Ｑbse が上記領域Ａ〜Ｄのいずれの領域
に位置する状態かにより、エンジン１１の燃焼方式を
「均質ストイキ燃焼」、「均質リーン燃焼」、「弱成層
燃焼」、及び「成層燃焼」に決定する。

【００３５】図３に示すマップから明らかなように、エ
ンジン１１の運転状態が高回転高負荷へと移行するに従
い、エンジン１１の燃焼方式は「成層燃焼」、「弱成層
燃焼」、「均質リーン燃焼」、「均質ストイキ燃焼」へ
と順次変化することとなる。このように燃焼方式を変化
させるのは、高出力が要求される高回転高負荷時には
「均質燃焼」とし混合気の空燃比を小さくしてエンジン
出力を高め、あまり高出力を必要としない低回転低負荷
時には「成層燃焼」とし空燃比を大きくして燃費の向上
を図るためである。

【００３６】ここで、各燃焼方式が実行されるときにＥ
ＣＵ９２を通じて実行される燃焼制御態様について、
「均質ストイキ燃焼」、「均質リーン燃焼」、「弱成層
燃焼」、及び「成層燃焼」の各燃焼方式毎にそれぞれ説
明する。

【００３７】・「均質ストイキ燃焼」エンジン１１の燃焼方式が「均質ストイキ燃焼」に決定
されると、ＥＣＵ９２は、バキュームセンサ３６からの
検出信号に基づき求められる吸気圧ＰＭとエンジン回転
数ＮＥとに基づき基本燃料噴射量Ｑbse を算出する。こ
うして算出された基本燃料噴射量Ｑbse は、エンジン回
転数ＮＥが高くなるとともに、吸気圧ＰＭが高くなるほ
ど大きい値になる。ＥＣＵ９２は、燃料噴射弁４０を駆
動制御することにより、上記基本燃料噴射量Ｑbse に基
づき求められる最終燃料噴射量Ｑfin に対応した量の燃
料を、エンジン１１の吸気行程中に燃料噴射弁４０から
噴射させる。また、ＥＣＵ９２は、燃料噴射量の空燃比
フィードバック補正を行って混合気の空燃比を理論空燃
比へと制御する。

【００３８】また、ＥＣＵ９２は、アクセルポジション
センサ２６からの検出信号に基づきアクセル踏込量ＡＣ
ＣＰを求める。そして、ＥＣＵ９２は、スロットルポジ
ションセンサ４４からの検出信号に基づき求められる実
際のスロットル開度Ｔｒが、アクセル踏込量ＡＣＣＰに
基づき算出される目標スロットル開度ＴＲＴに近づくよ
うスロットル用モータ２４を駆動制御する。更に、ＥＣ
Ｕ９２は、吸気圧ＰＭとエンジン回転数ＮＥとに基づき
目標点火時期を算出し、同目標点火時期に応じてイグナ
イタ４１ａを駆動制御する。こうしてスロットル開度及
び点火時期が「均質ストイキ燃焼」に適したものにな
る。

【００３９】・「均質リーン燃焼」エンジン１１の燃焼方式が「均質リーン燃焼」に決定さ
れると、ＥＣＵ９２は、アクセル踏込量ＡＣＣＰとエン
ジン回転数ＮＥとに基づき基本燃料噴射量Ｑbse 算出す
る。こうして算出された基本燃料噴射量Ｑbse は、エン
ジン回転数ＮＥが高くなるととともに、アクセル踏込量
ＡＣＣＰが大きくなるほど大きい値になる。ＥＣＵ９２
は、燃料噴射弁４０を駆動制御することにより、上記基
本燃料噴射量Ｑbse に基づき求められる最終燃料噴射量
Ｑfin 対応した量の燃料をエンジン１１の吸気行程中に
燃料噴射弁４０から噴射させる。こうした燃料噴射によ
り燃焼室１６内に形成される混合気においては、空燃比
が理論空燃比よりも大きい値（例えば１５〜２３）とさ
れる。

【００４０】また、ＥＣＵ９２は、実際のスロットル開
度Ｔｒが基本燃料噴射量Ｑbse に基づき算出される目標
スロットル開度ＴＲＴに近づくようスロットル用モータ
２４を駆動制御する。更に、ＥＣＵ９２は、基本燃料噴
射量Ｑbse とエンジン回転数ＮＥとに基づき目標点火時
期を算出し、同目標点火時期に応じてイグナイタ４１ａ
を駆動制御する。こうしてスロットル開度及び点火時期
が「均質リーン燃焼」に適したものとされる。

【００４１】・「弱成層燃焼」エンジン１１の燃焼方式が「弱成層燃焼」に決定される
と、ＥＣＵ９２は、上記と同様にアクセル踏込量ＡＣＣ
Ｐ及びエンジン回転数ＮＥから基本燃料噴射量Ｑbse を
算出する。ＥＣＵ９２は、燃料噴射弁４０を駆動制御す
ることにより、上記基本燃料噴射量Ｑbse に基づき算出
される最終燃料噴射量Ｑfin に対応した量の燃料をエン
ジン１１の吸気行程と圧縮行程とに噴射させる。こうし
た燃料噴射により燃焼室１６内に形成される混合気にお
いては、空燃比が「均質リーン燃焼」時の空燃比よりも
リーン側の値（例えば２０〜２３）とされる。

【００４２】また、ＥＣＵ９２は、上記と同様に実際の
スロットル開度Ｔｒが基本燃料噴射量Ｑbse とエンジン
回転数ＮＥとに基づき算出される目標スロットル開度Ｔ
ＲＴに近づくようスロットル用モータ２４を駆動制御す
る。更に、ＥＣＵ９２は、上記と同様に基本燃料噴射量
Ｑbse とエンジン回転数ＮＥとに基づき目標点火時期を
算出し、同目標点火時期に応じてイグナイタ４１ａを駆
動制御する。こうしてスロットル開度及び点火時期が
「弱成層燃焼」に適したものとされる。

【００４３】こうした「弱成層燃焼」時において、吸気
行程のときに噴射供給された燃料は空気に対して均等に
分散され、圧縮行程のときに噴射供給された燃料はピス
トン１２の頭部に設けられたキャビティ１２ａによって
点火プラグ４１の周りに集められる。上記のように吸気
行程と圧縮行程との二回に分けて燃料噴射を行うこと
で、上記「均質リーン燃焼」と後述する「成層燃焼」と
の中間の燃焼方式（弱成層燃焼）で混合気の燃焼が行わ
れ、その「弱成層燃焼」によって「均質リーン燃焼」と
「成層燃焼」との切り換え時のトルクショックが抑えら
れる。

【００４４】・「成層燃焼」エンジン１１の燃焼方式が「成層燃焼」に決定される
と、ＥＣＵ９２は、上記と同様にアクセル踏込量ＡＣＣ
Ｐ及びエンジン回転数ＮＥから基本燃料噴射量Ｑbse を
算出する。ＥＣＵ９２は、上記基本燃料噴射量Ｑbse に
基づき算出される最終燃料噴射量Ｑfin に対応した量の
燃料をエンジン１１の圧縮行程中に噴射させる。こうし
た燃料噴射により燃焼室１６内に形成される混合気にお
いては、空燃比が「弱成層燃焼」時の空燃比よりもリー
ン側の値（例えば２５〜５０）とされる。

【００４５】また、ＥＣＵ９２は、上記と同様に実際の
スロットル開度Ｔｒが基本燃料噴射量Ｑbse とエンジン
回転数ＮＥとに基づき算出される目標スロットル開度Ｔ
ＲＴに近づくようスロットル用モータ２４を駆動制御す
る。更に、ＥＣＵ９２は、上記と同様に基本燃料噴射量
Ｑbse とエンジン回転数ＮＥとに基づき目標点火時期を
算出し、同目標点火時期に応じてイグナイタ４１ａを駆
動制御する。こうしてスロットル開度及び点火時期が
「成層燃焼」に適したものとされる。

【００４６】こうした「成層燃焼」時において、エンジ
ン１１の圧縮行程中に燃料噴射弁４０から噴射された燃
料は、ピストン１２の頭部に設けられたキャビティ１２
ａ内に入り込み、そのピストン１２の移動により上記燃
料が点火プラグ４１の周りに集められる。このように点
火プラグ４１の周りに燃料を集めることによって、燃焼
室１６内の混合気全体の平均空燃比を「弱成層燃焼」時
より大きくしても、同プラグ４１周りの混合気の空燃比
が着火に適したものとされて良好な混合気への着火が行
われる。

【００４７】上述した「均質リーン燃焼」、「弱成層燃
焼」、及び「成層燃焼」など、理論空燃比よりもリーン
側の空燃比にて混合気の燃焼が行われる、いわゆる希薄
燃焼では、混合気の平均空燃比を理論空燃比よりも大き
くすべくスロットルバルブ２３が「均質ストイキ燃焼」
の場合に比べて開き側に制御される。そのため、希薄燃
焼では、燃料噴射量が少なくなるとともにポンピングロ
スが低減され、エンジン１１の燃費が向上するようにな
る。

【００４８】ところで、上記「均質ストイキ燃焼」及び
「均質リーン燃焼」では、エンジン１１の吸気行程中の
みで燃料噴射が行われることとなる。こうした吸気行程
中のみでの燃料噴射においては、エンジン１１の低回転
低負荷側では噴射燃料がピストン１２のキャビティ１２
ａ内から外れるよう燃料噴射時期を遅角側に設定するこ
とで、同燃料を好適に拡散させて良好な燃焼状態を得る
ようにする。このように燃料噴射時期を遅角側に設定で
きるのは、エンジン１１の低回転低負荷時にはピストン
１２の移動速度が遅くなって燃料の拡散時間に余裕が生
じるとともに、燃料噴射量が少なくなって必要な燃料の
拡散時間が短くなるためである。

【００４９】一方、エンジン１１の高回転高負荷側で
は、噴射燃料がキャビティ１２ａ内に向かうよう燃料噴
射時期を進角側に設定することで、同燃料の拡散に必要
な時間を確保して良好な燃焼状態を得るようにする。こ
のように燃料噴射時期を進角側に設定するのは、エンジ
ン１１の高回転高負荷時にはピストン１２の移動速度が
速くなって燃料の拡散時間を確保するのが難しくなると
ともに、燃料噴射量が多くなって燃料の拡散時間を長く
とる必要が生じるためである。

【００５０】しかし、このように燃料噴射時期を設定し
たとしても、機関運転状態によっては同設定される燃料
噴射時期にて燃料噴射を開始したとき、噴射燃料が図４
に斜線領域Ｘ１，Ｘ２で示すようにキャビティ１２ａの
縁部によって分断されることがある。このように噴射燃
料がキャビティ１２の内外に分断されると、燃料の拡散
による均質混合気の形成が的確に行われなくなり、燃焼
室１６内における混合気の燃料濃度が不均等になる。そ
の結果、上記混合気への着火性に悪影響が生じて燃焼不
良を招くことになる。

【００５１】そこで本実施形態では、「均質ストイキ燃
焼」及び「均質リーン燃焼」時に機関運転状態に応じて
設定される燃料噴射時期が、上記噴射燃料の分断に伴い
燃焼不良が生じる所定範囲内の値であるとき、その所定
範囲外の値へと上記燃料噴射時期を修正する。これによ
り、上記噴射燃料におけるキャビティ１２ａの縁部によ
る分断に伴う均質混合気形成の悪化が防止され、的確に
燃料が拡散して混合気の燃料濃度が均等になって同混合
気への着火が良好に行われるようになる。

【００５２】次に、燃料噴射時期の制御手順について図
５を参照して説明する。図５は、燃料噴射制御に用いら
れる最終噴射時期Ａfin を算出するための噴射時期算出
ルーチンを示すフローチャートである。この噴射時期算
出ルーチンは、ＥＣＵ９２を通じて例えば所定クランク
角毎の角度割り込みにて実行される。

【００５３】噴射時期算出ルーチンにおいて、ＥＣＵ９
２は、ステップＳ１０１の処理として基本噴射時期Ａbs
e を算出する。この基本噴射時期Ａbse は、「均質スト
イキ燃焼」時には吸気圧ＰＭ（負荷）とエンジン回転数
ＮＥとに基づき算出され、「均質リーン燃焼」、「弱成
層燃焼」、及び「成層燃焼」時にはアクセル踏込量ＡＣ
ＣＰから求められる基本噴射時期Ａbse （負荷）とエン
ジン回転数ＮＥとに基づき算出される。

【００５４】ＥＣＵ９２は、続くステップＳ１０２の処
理として、現在の燃焼方式が「均質ストイキ燃焼」や
「均質リーン燃焼」といった均質燃焼であるか否かを判
断する。そして、均質燃焼でないならばＥＣＵ９２は、
ステップＳ１０９の処理として、「成層燃焼」若しくは
「弱成層燃焼」時での燃料噴射時期制御に用いられる噴
射時期を上記基本噴射時期Ａbse に基づき算出した後、
この噴射時期算出ルーチンを一旦終了する。ＥＣＵは、
上記のように算出された噴射時期に基づき燃料噴射弁４
０を駆動制御し、「成層燃焼」及び「弱成層燃焼」での
燃料噴射制御を行う。

【００５５】また、上記ステップＳ１０２の処理におい
て、現在の燃焼方式が均質燃焼である旨判断されると、
ステップＳ１０３に進む。ステップＳ１０３以降の処理
は、基本噴射時期Ａbse が上記噴射燃料におけるキャビ
ティ１２ａの縁部による分断が生じる所定範囲内の値で
あれば、基本噴射時期Ａbse を上記所定範囲外の値へと
修正した状態で、同基本噴射時期Ａbse に基づき最終噴
射時期Ａfin の算出を行うためのものである。

【００５６】ＥＣＵ９２は、ステップＳ１０３の処理と
して、基本噴射時期Ａbse が噴射燃料の分断に伴い燃焼
不良を生じさせる上記所定範囲の下限値ＡＬと上限値Ａ
Ｈとの間にあるか否かを判断する。これら下限値ＡＬ及
び上限値ＡＨは、燃焼方式が「均質ストイキ燃焼」であ
るか「均質リーン燃焼」であるかに応じて変更される。

【００５７】ここで、上述のように算出される燃料噴射
時期の変化に対するエンジン１１の出力トルクの推移を
「均質ストイキ燃焼」と「均質リーン燃焼」とで別々に
図６のグラフに示す。同図において、実線は「均質スト
イキ燃焼」時における燃料噴射時期の変化に対する出力
トルクの推移であって、二点鎖線は「均質リーン燃焼」
時における燃料噴射時期の変化に対する出力トルクの推
移である。

【００５８】このグラフから明らかなように、噴射燃料
の分断が生じる所定範囲内に燃料噴射時期が位置する場
合、燃焼不良に伴い出力トルクが大幅に落ち込むことと
なる。また、「均質リーン燃焼」時においては、出力ト
ルクが落ち込む上記所定範囲が「均質ストイキ燃焼」時
に比べて進角側と遅角側との両方について拡がるように
なる。これは、上記噴射燃料の分断によって混合気の燃
料濃度が不均等になることは、混合気の空燃比が理論空
燃比よりもリーン側になる「均質リーン燃焼」時にて燃
焼状態に特に大きく悪影響を及ぼすためである。

【００５９】ＥＣＵ９２は、「均質ストイキ燃焼」時に
は、上記実線で示すように推移する出力トルクにおい
て、落ち込みが生じる燃料噴射時期の位置Ｐ１，Ｐ２を
それぞれ下限値ＡＬ及び上限値ＡＨとして設定する。そ
して、「均質リーン燃焼」時には、上記二点鎖線で示す
ように推移する出力トルクにおいて、落ち込みが生じる
燃料噴射時期の位置Ｐ３，Ｐ４をそれぞれ下限値ＡＬ及
び上限値ＡＨとして設定する。従って、燃焼方式が「均
質ストイキ燃焼」と「均質リーン燃焼」との間で切り換
えられるとき、下限値ＡＬが位置Ｐ１と位置Ｐ３との間
で切り換えられるとともに、上限値ＡＨが位置Ｐ２と位
置Ｐ４との間で切り換えられる。このように下限値ＡＬ
及び上限値ＡＨを切り換えることで、上記ステップＳ１
０３の処理で用いられる所定範囲（「ＡＬ〜ＡＨ」）が
変更されるようになる。

【００６０】さて、噴射時期算出ルーチンにおけるステ
ップＳ１０３の判断処理の結果、「ＡＬ＜Ａbse ≦Ａ
Ｈ」でなく上記噴射燃料の分断に伴い燃焼不良が生じな
い旨判断されると、ステップＳ１０８に進む。ＥＣＵ９
２は、ステップＳ１０８の処理として、基本噴射時期Ａ
bse を修正することなくそのまま最終噴射時期Ａfin と
して設定した後、この噴射時期算出ルーチンを一旦終了
する。上記最終噴射時期Ａfin の算出が行われると、Ｅ
ＣＵ９２は、最終噴射時期Ａfin に応じて燃料噴射弁４
０を駆動制御し、エジン１１の燃料噴射制御を行う。

【００６１】また、上記ステップＳ１０３の処理におい
て、「ＡＬ＜Ａbse ≦ＡＨ」であって上記噴射燃料の分
断に伴う燃焼不良が生じる旨判断されると、ステップＳ
１０４に進む。このステップＳ１０４の処理は、上記所
定範囲における下限値ＡＬと上限値ＡＨとの間の中間値
Ａave を算出するためのものである。ＥＣＵ９２は、ス
テップＳ１０４の処理として、下限値ＡＬと上限値ＡＨ
とを加算したものを「２」で除算することにより中間値
Ａave を算出し、その後、ステップＳ１０５に進む。ス
テップＳ１０５の処理は、基本噴射時期Ａbse が上記所
定範囲（「ＡＬ〜ＡＨ」）において進角側にあるのか或
いは遅角側にあるのかを判断するためのものである。

【００６２】ＥＣＵ９２は、ステップＳ１０５の処理と
して、基本噴射時期Ａbse が中間値Ａave よりも大きい
か否か、即ち基本噴射時期Ａbse が中間値Ａave よりも
進角側であるか否かを判断する。そして、「Ａbse ＞Ａ
ave 」であって基本噴射時期が中間値Ａave よりも進角
側であれば、ステップＳ１０６の処理として、基本噴射
時期Ａbse に所定値α１を加算して最終噴射時期Ａfin
を算出する。このように基本噴射時期Ａbse に所定値α
１を加算することで、同基本噴射時期Ａbse が進角側に
変化して上記所定範囲（「ＡＬ〜ＡＨ」）から外れるよ
うになる。

【００６３】上記ステップＳ１０６の処理で用いられる
所定値α１は、基本噴射時期Ａbseに加算されたときに
同噴射時期Ａbse が進角側へ変化して的確に上記所定範
囲から外れるように設定される。即ち、ＥＣＵ９２は、
例えば上限値ＡＨから基本噴射時期Ａbse を減算した値
に基づく可変値として上記所定値α１を算出し、同所定
値α１を基本噴射時期Ａbse に加算することにより、基
本噴射時期Ａbse を上限値ＡＨよりも若干進角側の値と
なるように修正する。

【００６４】こうして基本噴射時期Ａbse を所定値α１
に基づく修正を加えた状態で最終噴射時期Ａfin の算出
を行った後、この噴射時期算出ルーチンを一旦終了す
る。上記最終噴射時期Ａfin が算出されると、ＥＣＵ９
２は、最終噴射時期Ａfin に応じて燃料噴射弁４０を駆
動制御し、エンジン１１の燃料噴射制御を行う。このよ
うに燃料噴射制御を行うことにより、吸気行程中にて噴
射される燃料がキャビティ１２ａ内に向かうようにされ
るため、同噴射燃料がキャビティ１２ａの縁部により分
断されて燃焼不良が生じるのを防止することができる。

【００６５】また、上記ステップＳ１０５の処理におい
て、基本噴射時期Ａbse が中間値Ａave 以下（「Ａbse
≦Ａave 」）であって基本噴射時期Ａbse が中間値Ａav
e よりも遅角側であれば、ステップＳ１０７の処理とし
て、基本噴射時期Ａbse から所定値α２を減算して最終
噴射時期Ａfin を算出する。このように基本噴射時期Ａ
bse から所定値α２を減算することで同基本噴射時期Ａ
bse が遅角側に変化して上記所定範囲（「ＡＬ〜Ａ
Ｈ」）から外れるようになる。

【００６６】上記ステップＳ１０７の処理で用いられる
所定値α２は、基本噴射時期Ａbseから減算されたとき
に同噴射時期Ａbse が遅角側へ変化して的確に上記所定
範囲から外れるように設定される。即ち、ＥＣＵ９２
は、例えば基本噴射時期Ａbseから下限値ＡＬを減算し
た値に基づく可変値として上記所定値α２を算出し、同
所定値α２を基本噴射時期Ａbse から減算することによ
り、基本噴射時期Ａbseを下限値ＡＬよりも若干遅角側
の値となるように修正する。

【００６７】こうして基本噴射時期Ａbse を所定値α２
に基づく修正を加えた状態で最終噴射時期Ａfin の算出
を行った後、この噴射時期算出ルーチンを一旦終了す
る。上記算出噴射時期Ａfin が算出されると、ＥＣＵ９
２は、燃料噴射弁４０を駆動制御してエンジン１１の燃
料噴射時期を最終噴射時期Ａfin に制御する。このよう
に燃料噴射制御を行うことにより、吸気行程中に噴射
される燃料がキャビティ１２ａ外へ向かうようにされる
ため、同噴射燃料がキャビティ１２ａの縁部により分断
されて燃焼不良が生じるのを防止することができる。

【００６８】以上詳述した処理が行われる本実施形態に
よれば、以下に示す効果が得られるようになる。（１）吸気行程での燃料噴射が行われる均質燃焼時に算
出される基本噴射時期Ａbse が、噴射燃料のキャビティ
１２ａによる分断に伴い燃焼不良が生じる上記所定範囲
（「ＡＬ〜ＡＨ」）内の値であるときには、同範囲外へ
の値へ基本噴射時期Ａbse が修正されて最終噴射時期Ａ
fin の算出が行われる。そして、上記最終噴射時期Ａfi
n に応じてエンジン１１の燃料噴射時期を制御すること
で、噴射燃料がキャビティ１２ａの縁部によって分断さ
れることに伴う燃焼不良を防止することができる。

【００６９】（２）噴射時期算出ルーチンにおけるステ
ップＳ１０５〜Ｓ１０７の処理により、基本噴射時期Ａ
bse が上記所定範囲（「ＡＬ〜ＡＨ」）内において進角
側にあるときには同噴射時期Ａbse が進角側に修正され
て所定範囲外の値とされる。また、基本噴射時期Ａbse
が上記所定範囲内において遅角側にあるときには、同噴
射時期Ａbse が遅角側に修正されて所定範囲外の値とさ
れる。このように基本燃料噴射時期Ａbse を修正するこ
とにより、その修正を最小限にとどめて同修正に伴い基
本噴射時期Ａbse が最適な値から過度にずれるのを防止
することができる。そして、上記のように基本噴射時期
Ａbse が修正されても、同噴射時期Ａbse から求められ
る最終噴射時期Ａfin に基づく燃料噴射の開始時期を最
適に近い状態に維持することができる。

【００７０】（３）また、上記基本噴射時期Ａbse は、
上記ステップＳ１０６の処理で所定値α１を加算するこ
とで上記所定範囲外となるように進角側に修正され、ス
テップＳ１０７の処理で所定値α２を減算することで上
記所定範囲外となるように遅角側に修正される。そし
て、所定値α１は上記所定範囲の上限値ＡＨから基本噴
射時期Ａbse を減算した値に基づく可変値として設定さ
れ、所定値α２は基本噴射時期から上記所定範囲の下限
値ＡＬを減算した値に基づく可変値として算出される。
従って、それら所定値α１，α２に基づいて基本噴射時
期Ａbse が上限値ＡＨよりも若干進角側の値や下限値Ａ
Ｌよりも若干遅角側の値にされて上記範囲外へと修正さ
れるようになる。このように基本噴射時期Ａbse が上記
所定範囲外となるよう修正されても、可変値である上記
所定値α１，α２により同修正を的確に最小限に抑える
ことができる。

【００７１】（４）噴射燃料の分断に伴い燃焼不良が生
じる燃料噴射時期の所定範囲（「ＡＬ〜ＡＨ」）は、
「均質ストイキ燃焼」か或いは「均質リーン燃焼」かと
いった燃焼方式に応じて変化する。しかし、ＥＣＵ９２
は、「均質ストイキ燃焼」であるか或いは「均質リーン
燃焼」であるかに応じて下限値ＡＬ及び上限値ＡＨを変
更することにより、上記ステップＳ１０３の判断処理で
用いられる上記所定範囲を変更する。そのため、燃焼方
式に係わらず基本噴射時期Ａbse の修正を適切に行って
燃焼不良を防止することができる。

【００７２】なお、本実施形態は、例えば以下のように
変更することもできる。・本実施形態では、基本噴射時期Ａbse を修正するため
の所定値α１，α２を可変値としたが、それら所定値α
１，α２による修正で基本噴射時期Ａbse が噴射燃料の
分断に伴う燃焼不良が生じる所定範囲（「ＡＬ〜Ａ
Ｈ」）外の値とされるならば、所定値α１，α２を必ず
しも可変値とする必要はない。

【００７３】・本実施形態では、下限値ＡＬ及び上限値
ＡＨを燃焼方式に応じて変更するようにしたが、基本燃
料噴射量Ｑbse 及びエンジン回転数ＮＥに応じても変更
するようにしてもよい。

【００７４】・下限値ＡＬ及び上限値ＡＨを必ずしも上
記のように燃焼方式に応じて可変とする必要はない。・本実施形態では、基本噴射時期Ａbse が上記所定範囲
（「ＡＬ〜ＡＨ」）内において進角側にあるか遅角側に
あるかに応じて、基本噴射時期Ａbse の修正方向を進角
側にするか遅角側にするか変更しているが、必ずしも上
記のような方向に基本噴射時期Ａbse を修正する必要は
ない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施形態における燃料噴射制御装置が適用さ
れたエンジン全体を示す断面図。

【図２】同燃料噴射制御装置の電気的構成を示すブロッ
ク図。

【図３】燃焼方式を切り換える際に参照されるマップ。

【図４】燃焼室内及びピストンの頭部を示す拡大断面
図。

【図５】噴射時期の算出手順を示すフローチャート。

【図６】燃料噴射時期の変化に対するエンジンの出力ト
ルクの推移を均質ストイキ燃焼時と均質リーン燃焼時と
で別々に示すグラフ。

【図７】燃料噴射時期を算出する際に参照されるマッ
プ。

【符号の説明】

１１…エンジン、１２…ピストン、１２ａ…キャビテ
ィ、１４ｃ…クランクポジションセンサ、１６…燃焼
室、２６…アクセルポジションセンサ、３６…バキュー
ムセンサ、４０…燃料噴射弁、９２…電子制御ユニット
（ＥＣＵ）。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 3G023 AA04 AA18 AB03 AC05 AD02 AD09 AG01 AG02 3G301 HA01 HA04 HA16 JA21 KA00 KA08 KA09 LA00 LA03 LB04 LC03 MA11 MA19 MA26 NA06 NA08 NB02 NB06 NC02 NE11 NE12 NE14 NE15 NE17 NE19 PA07Z PA17Z PB05Z PE01Z PE03Z PE05Z

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ピストン頭部に凹状をなすキャビティが形
成されるとともに、燃焼室に直接燃料を噴射供給する燃
料噴射弁を備える内燃機関に適用され、所定の機関運転
状態のときに吸気行程での燃料噴射を行うに際し、機関
運転状態に基づき算出される目標噴射時期にて燃料噴射
を開始する内燃機関の燃料噴射制御装置において、機関運転状態に基づき算出される目標噴射時期が、前記
燃料噴射弁からの噴射燃料が前記キャビティの縁部によ
って分断される所定範囲内の値になるとき、前記目標噴
射時期を前記所定範囲外の値となるよう修正する修正手
段を備えることを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装
置。
【請求項２】前記修正手段は、機関運転状態に基づき算
出される目標噴射時期が前記所定範囲内において遅角側
にあるときには同目標噴射時期を遅角側に修正して前記
所定範囲外の値とし、前記機関運転状態に基づき算出さ
れる目標噴射時期が前記所定範囲内において進角側にあ
るときには同目標噴射時期を進角側に修正して前記所定
範囲外の値とする請求項１記載の内燃機関の燃料噴射制
御装置。
【請求項３】請求項１又は２記載の内燃機関の燃料噴射
制御装置において、前記目標噴射時期の所定範囲を内燃機関の燃焼方式に応
じて変更する変更手段を更に備えることを特徴とする内
燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項４】前記修正手段は、前記所定範囲の下限値又
は上限値と前記目標噴射時期とに基づき算出される所定
値を用いて同目標噴射時期を前記所定範囲外の値となる
よう修正する請求項１〜３のいずれかの内燃機関の燃料
噴射制御装置。