JP2001098985A - 火花点火式直噴エンジンの燃料制御装置及び燃料制御方法 - Google Patents

火花点火式直噴エンジンの燃料制御装置及び燃料制御方法

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JP2001098985A JP27832499A JP27832499A JP2001098985A JP 2001098985 A JP2001098985 A JP 2001098985A JP 27832499 A JP27832499 A JP 27832499A JP 27832499 A JP27832499 A JP 27832499A JP 2001098985 A JP2001098985 A JP 2001098985A
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清孝 間宮
Hiroyuki Yamamoto
博之 山本
Keiji Araki
啓二 荒木
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 低負荷低回転側の領域で成層燃焼状態で運転
される火花点火式直噴エンジン１において、アイドル運
転状態のように燃料噴射量の少ないときのインジェクタ
１２の微小流量特性を高精度に学習できるようにする。 【解決手段】 暖機後のエンジン１が成層燃焼モードで
アイドル運転されているとき、このエンジン１の外部負
荷を強制的にオフ状態にし、吸入空気量を略一定に固定
するとともに、エンジン回転数neがアイドル回転数に収
束するよう燃料噴射量を回転数フィードバック制御す
る。点火時期をＭＢＴから徐々にリタードさせて、イン
ジェクタ１２の微小流量特性に対応する噴射パルス幅Ti
の小さい範囲ａにおける複数の噴射パルス幅Tiに対応す
るように、複数の設定点火時期において、それぞれ、燃
料噴射量の回転数フィードバック補正値cnefbに基づい
て、実際の燃料噴射ばらつきを学習する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、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、噴射供給するよ
うにした火花点火式直噴エンジンに関し、特に該燃料噴
射弁の個体差等に起因する噴射量のばらつき（偏差状
態）を学習する学習制御の技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】従来より、一般的なガソリンエンジンの
燃料制御システムでは、エンジンの運転状態に応じて、
気筒への吸入空気量やインジェクタ（燃料噴射弁）によ
る燃料噴射量を調節して、混合気の空燃比を制御するよ
うにしている。そして、インジェクタの個体差や運転環
境の変化等の種々の要因によって制御性が低下すること
を回避するために、エンジンの排気通路にＯ2センサを
配設し、このＯ2センサからの信号に基づいて燃料噴射
量をフィードバック補正することが行われている。ま
た、前記Ｏ2センサからの信号に基づいて燃料噴射量の
ばらつきを学習し、その学習結果を基本的な燃料制御に
反映させるという技術があり、このようにすれば、前記
の空燃比制御の過渡応答性を高めることができるととも
に、フィードバック補正を行わないときの空燃比の制御
精度も向上させることができる。
【０００３】ところで、高圧の燃焼室に燃料を直接噴射
するようにした直噴エンジンでは、吸気ポートに燃料を
噴射するようにしたポート噴射式のものに比べて、燃料
の噴射圧が格段に高くなるので、必然的に燃料噴射量の
ばらつきが大きくなりやすい。また、直噴エンジンのイ
ンジェクタは噴孔を相対的に大きくせざるを得ないの
で、このことによっても噴射量のばらつきが大きくな
る。特に、エンジンのアイドル運転時のようにインジェ
クタの開弁時間が極く短いときの微小流量特性は、例え
ば図７に示すようにそれ以外のときのリニアな流量特性
とは異なる不規則なものとなり、しかも、この微小流量
特性についてはインジェクタの個体差による相違が著し
く大きいという特徴がある。
【０００４】つまり、直噴エンジン用のインジェクタ
は、特に燃料噴射量の少ないときの噴射量ばらつきが大
きくなりやすいものなので、前記の如く実際の噴射量ば
らつきを学習する学習制御の必要性が高いという実状が
ある。
【０００５】しかしながら、通常、直噴エンジンは低負
荷側ではいわゆる成層燃焼状態で運転され、この成層燃
焼状態では燃焼室の平均的空燃比が極めてリーンな状態
になるので、従来までのようにＯ2センサにより空燃比
状態を高精度に検出することはできない。従って、直噴
エンジンでは、運転頻度の高い低負荷側の成層燃焼領域
においてアイドル運転時等に燃料噴射量のばらつきが特
に大きくなることがあるにも拘わらず、その状態で前記
空燃比のフィードバック制御や燃料噴射量ばらつきの正
確な学習制御を行うことができないという問題がある。
【０００６】この問題点に対し、例えば、特開平５−９
９０５１号公報に開示される直噴エンジンの燃料噴射装
置では、エンジンがアイドル運転状態になっているとき
に所定回数の燃料噴射に対する燃料の消費量を計測し、
この計測値に基づいてインジェクタによる実際の燃料噴
射量を求めて、目標燃料噴射量との偏差状態、即ち燃料
噴射量ばらつきを学習するようにしている。そして、こ
のものでは、インジェクタの燃料噴射量が開弁時間に比
例する範囲の特性と比例しない範囲の微小流量特性とを
分けて、それぞれ流量変換係数Ｋps,Ｋpbを設定すると
ともに、両者の中間の範囲では該２つの係数Ｋps,Ｋpb
を用いた直線的な近似演算を行って、変換係数を求める
ようにしている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】ところが、前記従来の
燃料噴射装置（特開平５−９９０５１号公報のもの）
は、燃料噴射量が開弁時間に比例しない範囲での微小流
量特性を１つの流量変換係数Ｋpsで規定するようにして
いるため、この範囲における燃料噴射量の制御は高精度
のものにはなり得ない。すなわち、前記図７に例示する
ように、一般的に噴射パルスTi（インジェクタの幅開弁
時）が所定値Ti*以下になると、インジェクタによる燃
料噴射量は噴射パルス幅Tiに比例せず、しかも、噴射パ
ルス幅の変化に対して不規則な変化を示すようになるの
で、この範囲で燃料噴射量と噴射パルス幅Tiとの関係を
１つの変換係数Ｋpsで規定したのでは、到底、高精度の
制御は行えないのである。従って、前記従来の燃料噴射
装置では、実際の燃料噴射量ばらつきを学習して、変換
係数Ｋpsを補正するようにしているものの、アイドル運
転時等の燃料噴射量の少ないときの制御精度は高いとは
言えず、燃費やエミッションについて大幅な改善の余地
が残されている。
【０００８】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、直噴エンジンにおいて
主としてアイドル運転状態のときの燃料噴射ばらつきの
学習制御の手順に工夫を凝らし、燃料噴射弁の開弁時間
が短いときの噴射量特性を高精度に学習できるようにす
ることにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】前記の目的を達成すべ
く、本発明は、エンジンのアイドル運転時に、エンジン
回転数が略一定のアイドル回転数になるように燃料噴射
量をフィードバック補正しながら、その補正量に基づい
て燃料噴射量ばらつきを学習するとともに、この状態で
点火時期を変化させて、前記アイドル回転数を維持する
ための燃料噴射量を強制的に変化させることにより、複
数の開弁時間にそれぞれ対応する学習を行えるようにし
た。
【００１０】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２内燃焼室６に燃料を直
接、噴射供給する燃料噴射弁１２を備え、エンジン１が
低負荷低回転側の所定の成層燃焼領域にあるときに、前
記燃料噴射弁１２により燃料を成層燃焼状態になるよう
に気筒２の圧縮行程で噴射させるようにした火花点火式
直噴エンジンの燃料制御装置Ａを前提とする。そして、
前記燃焼室６への吸入空気量を調節する吸入空気量調節
手段２２０と、エンジン１が前記成層燃焼領域にあって
かつアイドル運転状態のときに、前記燃料噴射弁１２に
よる実際の燃料噴射量の目標値からの偏差状態を学習す
る学習制御を行う学習制御手段５２と、該学習制御手段
５２により学習制御を行うとき、前記吸入空気量調節手
段２２０を燃焼室６への吸入空気量が略一定になるよう
に制御する吸入空気量制御手段４５と、前記学習制御手
段５２により学習制御を行うとき、前記燃料噴射弁１２
による燃料噴射量を、エンジン回転数neが所定のアイド
ル回転数に収束するようにフィードバック補正する噴射
量補正手段５１と、前記学習制御手段５２により学習制
御を行うとき、エンジン１の点火時期を複数の設定点火
時期のうちのいずれか１つになるように順番に変更制御
する点火時期制御手段５０とを備え、前記学習制御手段
５２は、前記点火時期制御手段５０により変更制御され
る各設定点火時期において、それぞれ、前記噴射量補正
手段５１によるフィードバック補正量に基づいて、燃料
噴射量の偏差状態を学習する構成とする。
【００１１】前記の構成により、エンジン１が成層燃焼
領域でアイドル運転状態になっているとき、吸入空気量
制御手段４５による吸入空気量調節手段２２０の制御が
行われて、燃焼室６への吸入空気量が略一定に保持され
るとともに、エンジン回転数neが所定のアイドル回転数
に収束するように、噴射量補正手段５１により燃料噴射
量がフィードバック補正され、このフィードバック補正
量に基づいて、実際の燃料噴射量のばらつき（偏差状
態）が学習学習制御手段５２により学習される。つま
り、エンジン１を通常のアイドル運転時と同様に成層燃
焼状態で運転しながら、そのときの燃料噴射量ばらつき
を直接的に学習することができる。
【００１２】さらに、この状態で点火時期制御手段５０
により、エンジン１の点火時期が複数の設定点火時期の
うちのいずれか１つになるように順番に変更制御される
と、これに伴い、エンジン回転数neを前記アイドル回転
数に収束させるように燃料噴射弁の開弁時間が変更され
る。そして、各設定点火時期において、それぞれ学習学
習制御手段５２により学習制御が行われることで、互い
に異なる複数の開弁時間に対応する燃料噴差量ばらつき
の学習が行われる。
【００１３】従って、燃料噴射弁の開弁時間が極く短い
ときの燃料噴射量が開弁時間の変化に比例せず、この開
弁時間の変化に対して不規則に変化するようなものであ
っても、そのときの開弁時間と実際の燃料噴射量との対
応関係をきめ細かく学習して、正確に噴射量特性を把握
することができる。そして、こうして燃料噴射量の噴射
量特性を正確に把握することができれば、この噴射量特
性に基づいて燃料噴射量を決定することにより、エンジ
ン１のアイドル運転状態においても燃料噴射量のばらつ
きを解消して、燃費やエミッションを大幅に低減するこ
とが可能になる。
【００１４】請求項２の発明では、燃料噴射弁の開弁時
間と燃料噴射量との対応関係を表す噴射量特性を設定
し、少なくともエンジンの運転状態に応じて目標燃料噴
射量を演算する目標噴射量演算手段と、前記燃料噴射弁
を、その開弁時間が前記目標燃料噴射量に対応する時間
になるように前記噴射量特性に従って作動制御する噴射
制御手段とを設け、学習制御手段は、複数の設定点火時
期に対応する学習値に基づいて、前記噴射量特性を修正
する構成とする。
【００１５】この構成では、エンジンの燃料制御の構成
が具体化される。また、燃料噴射弁の噴射量特性が、複
数の設定点火時期に対応する学習値に基づいて学習制御
手段により修正されることで、請求項１の発明の作用効
果を十分に得ることができる。
【００１６】請求項３の発明では、吸入空気量制御手段
は、学習制御手段により学習制御を行うときに、燃焼室
への吸入空気量を該燃焼室の平均的な空気過剰率λがλ
≧１．３になるように制御するものとする。このこと
で、空気過剰率λがλ≧１．３のリーンな状態では、燃
料噴射量の変更に対するエンジン出力の変化が大きくな
るので、燃料噴射量ばらつきの学習の感度が高くなる。
また、点火時期の変更に対するエンジン出力の変化も大
きくなるので、点火時期をあまり大きく変更しなくて
も、燃料噴射弁の開弁時間について相対的に広い範囲に
亘って、燃料噴射量ばらつきを学習することが可能にな
る。よって、燃料噴射弁の噴射量特性をきめ細かくかつ
高精度に学習できる。
【００１７】請求項４の発明では、エンジンは複数の気
筒を有する多気筒エンジンであり、学習制御手段は、噴
射量補正手段によるフィードバック補正量の所定燃焼サ
イクル数における平均値を気筒別に学習するものとす
る。このことで、多気筒エンジンの各気筒別の燃料噴射
量のばらつきを各々正確に学習することができるので、
この学習結果に基づいて各気筒別に燃料噴射弁の流量特
性を補正するようにすれば、エンジン全体としての燃料
制御を極めて高精度のものとすることができる。
【００１８】請求項５の発明では、燃焼室への吸気充填
量を検出する充填量検出手段を備え、学習制御手段を、
前記充填量検出手段による検出値に基づいて、学習結果
を補正するものとする。このことで、吸気充填量が変化
すると、そのことによってエンジン出力が変動するの
で、燃料噴射量のフィードバック補正量に基づく学習の
精度が低下する。そこで、この構成では充填量検出手段
により検出した実際の吸気充填量に基づいて、学習結果
を補正することにより、学習精度をさらに高めることが
できる。
【００１９】請求項６の発明では、学習制御手段により
学習制御を行うときに、エンジンの外部負荷を強制的に
オフ状態にさせる外部負荷制御手段を設けた。このこと
で、学習制御の実行時に外部負荷が変化すると、これに
対応するように燃料噴射量が変更されるので、該燃料噴
射量のフィードバック補正量に基づく学習の精度が低下
する。そこで、学習制御を行うときには外部負荷制御手
段により外部負荷を強制的にオフ状態にさせることによ
り、学習精度をさらに高めることができる。
【００２０】請求項７の発明では、学習制御手段を、エ
ンジンが暖機状態のときに学習制御を行うものとする。
【００２１】すなわち、一般的に、エンジンの未暖機状
態では燃料の気化霧化が不十分になるので、アイドル回
転数を維持するための燃料噴射量がやや多めになる傾向
があり、しかも、この傾向は温度状態が高まるに連れ
て、緩和される。この結果、エンジン未暖機状態では、
燃料噴射量のフィードバック補正量に基づく学習の精度
が低い上に、その学習結果が時間経過とともに変化して
しまう。そこで、この発明では、エンジンが暖機状態の
ときに学習制御を行うことにより、学習精度を十分に高
めることができる。
【００２２】請求項８の発明では、請求項７の発明にお
ける学習制御手段を、エンジンが未暖機状態でかつエン
ジン水温が所定温度以上の半暖機状態のときにも、学習
制御を行うものとする。こうすることで、エンジン暖機
後のアイドル運転時に限ることなく、相対的にアイドル
運転状態になることの多い半暖機状態でも、学習制御を
行うことにより、学習の頻度を高めて、高精度の燃料制
御を早期に実現することができる。尚、エンジンが半暖
機状態になっていれば、暖機後に比べてやや劣るもの
の、信頼できる学習値を得ることができる。
【００２３】請求項９の発明では、請求項８の発明にお
ける学習制御手段を、エンジン水温に応じて学習結果を
補正するものとする。すなわち、アイドル回転数を維持
するための燃料噴射量は、エンジン水温が低いほど多く
なる傾向があるので、この傾向を考慮して、学習結果を
エンジン水温に応じて補正することにより、半暖機状態
での学習結果に基づいて、暖機後の噴射量特性を推定す
ることができ、これにより、請求項８の発明の作用効果
を十分に得ることができる。
【００２４】次に、請求項１０の発明では、エンジンの
気筒内燃焼室に燃料を直接、噴射供給する燃料噴射弁を
備え、エンジンが低負荷低回転側の所定の成層燃焼領域
にあるときに、前記燃料噴射弁により燃料を、成層燃焼
状態になるように気筒の圧縮行程で噴射させる火花点火
式直噴エンジンの燃料制御方法を前提とする。そして、
前記燃料噴射弁の開弁時間と燃料噴射量との対応関係を
表す噴射量特性を予め設定し、少なくともエンジンの運
転状態に応じて目標燃料噴射量を演算し、前記燃料噴射
弁を、その開弁時間が前記目標燃料噴射量に対応する時
間になるように前記基本流量特性に従って作動制御する
とともに、エンジンを前記成層燃焼領域でアイドル運転
状態にさせるときには、エンジンへの吸入空気量を略一
定になるように制御し、かつ前記燃料噴射弁による燃料
噴射量をエンジン回転数が所定のアイドル回転数に収束
するようにフィードバック補正しながら、この状態で、
エンジンの点火時期を複数の設定点火時期のうちのいず
れか１つになるように順番に変更制御して、その各設定
点火時期において、それぞれ、前記燃料噴射量のフィー
ドバック補正量に基づいて、燃料噴射弁の実際の燃料噴
射量の目標値からの偏差状態を学習する学習制御を行
い、該複数の設定点火時期に対応する学習値に基づい
て、前記噴射量特性を修正する。
【００２５】前記の燃料制御方法により、請求項１の発
明と同様の作用効果が得られる。
【００２６】
【発明の実施の形態】（全体構成）図２は本発明の実施
形態に係る火花点火式直噴エンジンの燃料制御装置Ａの
全体構成を示し、１は車両に搭載された多気筒ガソリン
エンジンである。このエンジン１は、複数の気筒２，
２，…（１つのみ図示する）が直列に設けられたシリン
ダブロック３と、このシリンダブロック３上に配置され
たシリンダヘッド４とを有し、該各気筒２内にピストン
５が図の上下方向に往復動可能に嵌挿されていて、その
ピストン５の頂面とシリンダヘッド４の底面との間の気
筒２内に燃焼室６が区画されている。一方、前記ピスト
ン５よりも下方のシリンダブロック３内にはクランク軸
７が回転自在に支持されていて、このクランク軸７及び
ピストン５がコネクティングロッドにより駆動連結され
ている。また、クランク軸７の一端側にはその回転角度
を検出する電磁式のクランク角センサ８が配設されてお
り、さらに、シリンダブロック３内のウオータジャケッ
トに臨んで、冷却水温度（エンジン水温）を検出する水
温センサ９が配設されている。
【００２７】前記各気筒２毎の燃焼室６上方のシリンダ
ヘッド４内には、点火回路１０に接続された点火プラグ
１１が燃焼室６の上部に臨むように取り付けられる一
方、燃焼室６の周縁部には燃料を直接噴射供給するよう
にインジェクタ（燃料噴射弁）１２が取り付けられてい
る。すなわち、図３にも示すように、シリンダヘッド３
の底面には各気筒２毎に２つの傾斜面からなる凹陥部が
形成され、この各傾斜面に吸気及び排気ポート１３，１
４がそれぞれ２つずつ開口していて、その各開口端を開
閉するように吸気及び排気バルブ１５，１５，…が配設
されている。前記吸気ポート１３，１３はそれぞれ燃焼
室６から斜め上方に向かって直線的に延びて、エンジン
１の一側面（図２の左側面）に開口しており、一方、前
記排気ポート１４，１４はそれぞれ略水平に延びて、エ
ンジン１の他側面（図２の右側面）に開口している。
【００２８】また、前記インジェクタ１２は、２つの吸
気ポート１３，１３に挟まれるようにその下方に配置さ
れている。このインジェクタ１２の先端側噴孔は２つの
吸気バルブ１５，１５の傘部に近接して燃焼室６の周縁
部に臨み、該燃焼室６に側方から燃料を噴射するように
なっている。一方、インジェクタ１２は全気筒に共通の
燃料供給通路１７を介して高圧燃料ポンプ１８に接続さ
れており、この高圧燃料ポンプ１８と図外の高圧プレッ
シャレギュレータとによって燃料を適正な圧力状態に調
節しながら、インジェクタ１２に供給するようになって
いる。また、前記燃料供給通路１７には、燃料圧力（燃
圧）を検出するための燃圧センサ１９が設けられてい
る。そして、前記インジェクタ１２により燃料が気筒２
の圧縮行程中期以降に噴射されると、その燃料噴霧はピ
ストン５の頂面に形成された長円状のキャビティ５ａに
トラップされて、点火プラグ１１付近に相対的に濃い混
合気の層が形成される。一方、前記インジェクタ１２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６に拡散して吸気と混合されて、略均一な
混合気が形成される。
【００２９】前記図２に示すように、エンジン１の一側
面には、吸気ポート１３に連通するように吸気通路２０
が接続されている。この吸気通路２０は、エンジン１の
燃焼室６に対し図外のエアクリーナで濾過した吸気を供
給するものであり、その上流側から下流側に向かって順
に、燃焼室６に吸入される吸入空気量を検出するホット
ワイヤ式エアフローセンサ２１と、吸気通路２０を絞る
電気式スロットル弁２２（吸入空気量調節手段）と、サ
ージタンク２３とがそれぞれ配設されている。前記電気
式スロットル弁２２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、電動モータにより駆動され
て開閉するようになっている。さらに、前記スロットル
弁２２の開度を検出するスロットル開度センサ２４と、
該スロットル弁２２よりも下流の吸気の圧力状態を検出
するための吸気圧センサ２５とがそれぞれ配設されてい
る。
【００３０】また、前記サージタンク２３よりも下流側
の吸気通路２０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８，８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２６が設けられてい
る。このスワール制御弁２６は図３にも示すようにバタ
フライバルブからなるもので、アクチュエータにより駆
動されて開閉される。そして、このスワール制御弁２６
が閉じられると、吸気は殆どが他方の分岐路のみから燃
焼室６に流入して、この燃焼室６に強いスワールが生成
される一方、スワール制御弁２６が開くに連れて、両方
の分岐路から吸気が吸い込まれるようになり、吸気のタ
ンブル成分が強まるとともに、スワール成分が弱まるよ
うになっている、前記エンジン１の他側面には、燃焼室
６から燃焼ガス（排気）を排出する排気通路２８が接続
されている。この排気通路２８の上流端部は、各気筒２
毎に分岐して排気ポート１４に連通する排気マニホルド
２９からなり、該排気マニホルド２９の集合部には排気
中の酸素濃度を検出するＯ2センサ３０が配設されてい
る。このＯ2センサ３０は排気中の酸素濃度に基づいて
空燃比を検出するためのものであり、この実施形態では
理論空燃比を境に出力がステップ状に反転するいわゆる
ラムダＯ2センサが用いられている。
【００３１】また、前記排気マニホルド２９の集合部に
は排気管３１の上流端が接続されており、この排気管３
１の下流端には排気を浄化するための触媒３２が接続さ
れている。この触媒３２は、排気中の酸素濃度が高い
（例えば４％以上の）酸素過剰雰囲気でＮＯｘを吸収す
る一方、酸素濃度の低下によって吸収したＮＯｘを放出
しかつ還元浄化するＮＯｘ吸収還元タイプのもので、特
に理論空燃比近傍では、いわゆる三元触媒と同様の高い
排気浄化性能を発揮するものである。
【００３２】さらに、前記排気管３１の上流側には、排
気通路２８を流れる排気の一部を吸気系に還流させるＥ
ＧＲ通路３３の上流端が分岐接続されている。このＥＧ
Ｒ通路３３の下流端は前記スロットル弁２２とサージタ
ンク２３との間の吸気通路２０に接続され、その近傍に
は開度調節可能な電気式のＥＧＲ弁３４が配設されてい
て、ＥＧＲ通路３３による排気の還流量を調節するよう
になっている。
【００３３】前記点火プラグ１１の点火回路１０、イン
ジェクタ１２、電気式スロットル弁２２の駆動モータ、
スワール制御弁２６のアクチュエータ、電気式ＥＧＲ弁
３４のアクチュエータ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、少なくとも、
前記クランク角センサ８、水温センサ９、燃圧センサ１
９，エアフローセンサ２１、スロットル開度センサ２
４、吸気圧センサ２５及びＯ2センサ３０の各出力信号
が入力されており、加えて、アクセルペダルの開度（ア
クセル操作量）を検出するアクセル開度センサ３５の出
力信号と、図示しないが、吸気温度を検出する吸気温セ
ンサ、大気圧を検出する大気圧センサ等の各出力信号と
が入力されている。
【００３４】（エンジン制御の概要）前記ＥＣＵ４０
は、エンジン出力に関係する制御パラメータとして、イ
ンジェクタ１２による燃料噴射量及び噴射時期、スロッ
トル弁２２により調節される吸入空気量、スワール制御
弁２６により調節される吸気スワール強さ、ＥＧＲ弁３
４により調節される排気の還流割合等をそれぞれエンジ
ン１の運転状態に応じて制御するものである。これによ
り、エンジン１はその運転状態に応じてインジェクタ１
２による燃料噴射の形態が切替えられて、異なる燃焼状
態（運転モード）で運転される。
【００３５】例えば図４に示すように、エンジン１の暖
機後には低負荷低回転側の所定領域（イ）が成層燃焼領
域とされ、図５（ａ）に示すように、インジェクタ１２
により燃料を気筒２の圧縮行程中期以降に一括して噴射
させて、点火プラグ１１の近傍に混合気が偏在する成層
状態で燃焼させる燃焼モードになる。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２２の開度を大きくするとともに、後述の如く
多量の排気を還流させるようにしており、このときの燃
焼室６の平均的な空燃比は非常にリーンな状態になる。
例えば、エンジン１がアイドル運転状態にあるときに
は、燃焼室６の平均的な空燃比Ａ/Ｆは、Ａ/Ｆ＝３５く
らいになる。
【００３６】一方、それ以外の運転領域（ロ）（ハ）
（ニ）（ホ）は全て均一燃焼領域とされており、図５
（ｂ）（ｃ）にそれぞれ示すように、インジェクタ１２
により燃料を気筒２の吸気行程で噴射させて吸気と十分
に混合し、燃焼室６に均一な混合気を形成した上で燃焼
させる燃焼モードになる。この均一燃焼領域のうちの領
域（ロ）（ハ）（ニ）では、燃焼室６における混合気の
空燃比が略理論空燃比（Ａ/Ｆ＝１４．７、λ＝１）に
なるように、燃料噴射量やスロットル開度等を制御して
おり（以下、ストイキオモードという）、そのうちの相
対的に中負荷中回転の領域（ハ）では、同図（ｂ）に示
すように、インジェクタ１２により燃料を吸気行程で２
分割して噴射させるようにしている。この分割噴射によ
って燃料噴霧の吸気との混合が促進され、良好な均一燃
焼状態になる。また、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（ホ）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）に制
御して、高負荷に対応した大出力が得られるようにして
いる（以下、エンリッチモードという）。
【００３７】また、前記各運転モードにおいて、インジ
ェクタ１２による燃料の噴射時期（開弁時期）はエンジ
ン１の運転状態に応じて制御される。例えば成層燃焼モ
ードでは、気筒２の圧縮行程で噴射した燃料の気化霧化
のための時間を確保しながら、この燃料噴霧が点火プラ
グ１１付近を中心に適切に成層化されるように、燃料噴
射時期を主に燃料噴射量やエンジン回転数に応じて設定
する。一方、ストイキオモードやエンリッチモードで燃
料を一括して噴射する場合には、燃料の気化霧化や拡
散、及び吸気との混合を効率良く促進するために、その
燃料の噴射を吸気行程の中期頃までに終了させることが
好ましいので、そうなるように、燃料噴射時期を主とし
て燃料噴射量に応じて設定するようにしている。
【００３８】さらに、同図に斜線を入れて示す領域で
は、ＥＧＲ弁３４を開弁させて、ＥＧＲ通路３３により
排気の一部を吸気通路２０に還流させるようにしてお
り、このことで、排気の還流により燃焼室６の熱容量を
増大させて、燃焼に伴うＮＯｘの発生を抑制することが
できる。特に領域（ハ）では、燃料の分割噴射によって
燃料と吸気との混合を促進して燃焼安定性を向上させて
いるので、比較的エンジン負荷の高い状態であっても、
十分な量の排気を還流させることができる。尚、エンジ
ンの未暖機時には、燃焼安定性を確保するためにエンジ
ン１の全ての運転領域を均一燃焼領域としている。
【００３９】図６は前記のようなエンジン制御の基本的
な処理を示した機能ブロック図である。ＥＣＵ４０に
は、クランク角センサ８からの信号に基づいて演算され
るエンジン回転数neとアクセル開度accとに基づいて、
エンジン１の目標負荷Piobjを演算する目標負荷演算手
段４１と、その演算された目標負荷Piobjとエンジン回
転数neとに基づいて、エンジン１の運転モードmodを設
定する運転モード設定手段４２とが設けられている。前
記目標負荷Piobjは、アクセル開度accとエンジン回転数
neとに対応する最適値が予め実験的に決定され、マップ
として記憶されていて、このマップから読み出されるよ
うになっている。そして、その目標負荷Piobjとエンジ
ン回転数neとに基づいて、前記図４に示す領域マップか
らエンジン１の運転モードmodが設定される。
【００４０】また、ＥＣＵ４０には、エアフローセンサ
２１からの出力とエンジン回転数neとに基づいて、吸気
充填効率ceを演算する充填効率演算手段４３（吸気充填
量検出手段）と、その演算された吸気充填効率ce、目標
負荷Piobj、エンジン回転数ne及び運転モードmodに基づ
いて、エンジン１の目標空燃比afwを演算する目標空燃
比演算手段４４とが設けられている。前記吸気充填効率
ceの演算は、例えば、エアフローセンサ２１により検出
された吸入空気量（質量）をエンジン回転数neで除算し
た後に、所定の係数を乗算して求める。また、目標空燃
比afwは、エンジン１の運転モードmod別に最適値を実験
的に決定したマップが記憶されていて、成層燃焼モード
では目標負荷Piobjとエンジン回転数neとに対応する最
適値が、また、均一燃焼モードでは吸気充填効率ceとエ
ンジン回転数neとに対応した最適値が、それぞれのマッ
プから読み出される。尚、均一燃焼モードのうち、スト
イキオモードでは目標空燃比は理論空燃比（Ａ/Ｆ＝１
４．７）になる。
【００４１】そして、前記の目標空燃比afwに基づい
て、スロットル弁２２の開度とインジェクタ１２による
燃料噴射量とがそれぞれ制御される。すなわち、スロッ
トル制御手段４５（吸入空気量制御手段）において、前
記の目標空燃比afwとエンジン回転数neとに基づいて目
標スロットル開度が演算され、電気式スロットル弁２２
の駆動モータに制御信号を出力されて、スロットル弁２
２の開度が調節される。その際、目標空燃比afw及びエ
ンジン回転数neとスロットル開度との対応関係は排気還
流の有無によって異なるので、排気を還流させる場合と
させない場合とについてそれぞれ異なるマップを記憶し
ておき、いずれかのマップから目標スロットル開度を読
み込むようにする。
【００４２】また、前記目標空燃比afw、吸気充填効率c
e、エンジン回転数ne等に基づいて、目標噴射量演算手
段４６において目標燃料噴射量qiが演算される。
【００４３】qi ＝ KGKF ×（ce/afw）× ctotal 但し、前記演算式における右辺第１項のKGKFは従来周知
の流量変換係数である。また、第３項のctotalは各種の
補正値を総合的に表したものであり、例えば、ctotal
＝ cdpf × (1+cfb+cnefb+celse) となる。ここで、cdp
fは燃圧や気筒内圧に応じた補正係数である。また、cfb
はＯ2センサ３０からの信号に基づく空燃比フィードバ
ック補正値であり、cnefbはクランク角センサ８からの
信号に基づく回転数フィードバック補正値であり、さら
に、celseはエンジン水温等の各種運転条件に応じた補
正値である。
【００４４】前記目標燃料噴射量の演算式において、エ
ンジン１がストイキオモードで運転されているときに
は、Ｏ2センサ３０からの出力に基づいて空燃比フィー
ドバック補正値cfbが演算されるので、燃料噴射量は混
合気の空燃比が略理論空燃比になるようにフィードバッ
ク制御されることになる。一方、成層燃焼モードではcf
b＝０になるので、燃料噴射量は通常はフィードフォワ
ード制御される。但し、アイドル運転状態のときには、
詳しくは後述するが、クランク角センサ８からの信号に
基づいて回転数フィードバック補正値cnefbが演算さ
れ、燃料噴射量はエンジン回転数neが所定のアイドル回
転数に収束するようにフィードバック制御されることに
なる。
【００４５】さらに、前記目標負荷Piobj、エンジン回
転数ne、吸気充填効率ce及び運転モードmodに基づい
て、噴射時期設定手段４７により燃料噴射時期thtinjが
設定される。この燃料噴射時期も、エンジン１の運転モ
ードmod別に最適値を実験的に決定したマップが記憶さ
れていて、このマップから読み出されるようになってい
る。すなわち、成層燃焼モードでは、目標負荷Piobjと
エンジン回転数neとに対応する最適値が、また、均一燃
焼モードでは、吸気充填効率ceとエンジン回転数neとに
対応する最適値が、それぞれのマップから読み出され
る。尚、均一燃焼モードでは、一括噴射及び２分割噴射
のいずれの場合にも便宜上、２回の噴射時期thtinj1,th
tinj2が設定されるが、一括噴射の場合には２回目の噴
射作動における燃料噴射量が零にされる。
【００４６】そのようにして、目標燃料噴射量qiが演算
され、燃料噴射時期thtinjが設定されると、噴射制御手
段４７において前記目標燃料噴射量qiに基づいて、該目
標燃料噴射量qiに対応するインジェクタ１２の開弁時
間、即ち噴射パルス幅Tiがインジェクタ流量特性マップ
Ｍ（噴射量特性）から読み込まれて、設定される。そし
て、クランク角センサ８からの信号に基づいて、前記の
設定された燃料噴射時期thtinjになれば、前記噴射パル
ス幅Tiの制御信号（パルス信号）がインジェクタ１２に
出力されて、該インジェクタ１２は噴射パルス幅Tiに相
当する時間、開弁作動される。
【００４７】また、ＥＣＵ４０には、点火プラグ１１に
よる各気筒２毎の点火時期を制御する手段として、点火
時期演算手段４９と、点火時期制御手段５０とが設けら
れている。前記点火時期設定手段４９は、運転モードmo
d別に基本的な点火時期や各種の補正値を演算して、点
火時期thtigとして設定するもので、成層燃焼モードで
は、目標負荷Piobjとエンジン回転数neとに応じて予め
記憶されているマップから基本点火時期が求められる。
一方、均一燃焼モードでは充填効率ceとエンジン回転数
neとに応じて予め記憶されているマップから基本点火時
期が求められる。尚、分割噴射の場合には目標空燃比af
wに応じて予め作成されているテーブルから基本点火時
期が求められる。そして、点火時期設定手段４９で設定
された点火時期thtigに基づいて、各気筒２毎に前記点
火時期制御手段５０から点火回路１０に制御信号が出力
されて、点火プラグ１１により点火が行われる。
【００４８】さらに、ＥＣＵ４０には、本発明の特徴部
分として、エンジン１がアイドル運転状態にあるとき
に、クランク角センサ８からの信号に基づいて、エンジ
ン回転数neがアイドル回転数に収束するように燃料噴射
量をフィードバック補正する噴射量補正手段５１と、該
噴射量補正手段５１により演算された回転数フィードバ
ック補正値cnefbに基づいて、インジェクタ１２による
実際の燃料噴射量の目標燃料噴射量qiからの偏差状態、
即ち燃料噴射量のばらつきを学習する学習制御手段５２
とが設けられている。
【００４９】（インジェクタの微小流量特性の学習制
御）以下に、前記学習制御手段５２による学習制御につ
いて、詳細に説明すると、一般的に、直噴エンジン用の
インジェクタの流量特性は前記図７のマップＭに示すよ
うになり、噴射パルス幅Tiの極く小さい範囲ａ（Ti＜Ti
*）における微小流量特性は、それ以外の大部分の範囲
（Ti≧Ti*）におけるリニアな流量特性とは異なり、燃
料噴射量が噴射パルス幅Tiに比例せず、しかも、噴射パ
ルス幅Tiの変化に対して不規則な変化を示す。また、そ
の微小流量特性は個々のインジェクタによって大きく相
違する一方、１つのインジェクタについては十分な再現
性が得られるものである。そして、直噴エンジンを成層
燃焼状態でアイドル運転するときには、インジェクタを
前記範囲ａで使用することになるので、このときの燃料
噴射量の制御精度を高めるためには、インジェクタの微
小流量特性、即ち前記範囲ａにおける噴射パルス幅Tiと
燃料噴射量との対応関係を、できるだけきめ細かくかつ
正確に学習して、修正することが望ましい。
【００５０】そこで、この実施形態では、まず第１に、
エンジン１が成層燃焼モードでアイドル運転されている
ときに、エンジン回転数neがアイドル回転数に収束する
ように燃料噴射量を回転数フィードバック補正するとと
もに、そのときの回転数フィードバック補正値cnefbに
基づいて、燃料噴射量のばらつきを学習するようにし
た。すなわち、一般的に、成層燃焼状態では燃料噴射量
の変更に対するエンジンの出力トルクの変化割合が大き
く、図８に例示するように、燃焼室６の空燃比状態がリ
ーンな状態であるほど、空燃比の変化、即ち燃料噴射量
ばらつきに対するエンジンの出力トルクの変化割合が大
きくなる。このため、アイドル運転状態では燃料噴射量
のばらつきによるエンジン回転数の変動幅がかなり大き
くなり、エンジン回転数neが略一定になるように燃料噴
射量をフィードバック制御すれば、その回転数フィード
バック補正値cnefbに基づいて、燃料噴射量ばらつきを
精度良く検出できるのである。
【００５１】また、第２に、エンジン１の点火時期を例
えばＭＢＴから徐々に遅角側に変化させて（点火リター
ド）、予め設定した複数の設定点火時期のうちのいずれ
か１つになるように順番に変更し、その各設定点火時期
においてそれぞれ前記学習制御を行うようにした。すな
わち、点火リタードを行うと、前記図８に示すようにエ
ンジン１の出力トルクが低下するので、これに対応する
ように前記燃料噴射量の回転数フィードバック制御が行
われて、インジェクタ１２の噴射パルス幅Tiが大きくな
る。従って、複数の設定点火時期においてそれぞれ学習
制御を行うことによって、前記図７に丸印で示すよう
に、インジェクタ１２の微小流量特性に対応する範囲ａ
において、互いに少しずつ異なる複数の（図例では７つ
の）噴射パルス幅Tiに対して、それぞれ燃料噴射量ばら
つきを学習することができるのである。
【００５２】ここで、前記図８に例示するように、エン
ジン１の出力トルクは、ＭＢＴよりも遅角側の範囲では
点火時期を進角させるほど大きくなる一方、遅角させる
ほど小さくなるが、その変化の割合は燃焼室６の空燃比
状態によって異なり、空燃比がリーンなほど、点火時期
の変更に対するトルク変化の割合が大きくなる。従っ
て、アイドル運転状態のように燃料噴射量の少ないとき
には、成層状態になっている混合気に適正に着火できる
ような点火時期の変化幅が限られていても、噴射パルス
幅Tiについての相対的に広い範囲に亘って、燃料噴射量
ばらつきを学習することが可能になる。尚、前記のよう
な作用効果の得られる空燃比状態としては、燃焼室６の
平均的な空気過剰率λがλ≧１．３であることが好まし
く、この実施形態のようにアイドル運転状態で空燃比が
Ａ/Ｆ＝３５くらいであれば、空気過剰率λはλ＝２．
３くらいになるので、十分である。また、ＭＢＴとは、
周知の如くエンジン１の機械的な効率が最高になる最小
進角値（Minimum Advance for the Best Torque）のこ
とであり、一般的に、エンジンの点火時期は失火等を防
止するために、ＭＢＴよりも遅角側に設定される。
【００５３】そして、前記のように、インジェクタ１２
の微小流量特性に対応する範囲ａにおいて、複数の噴射
パルス幅Tiについてきめ細かく燃料噴射ばらつきを学習
すれば、その学習値に基づいて、インジェクタ流量特性
マップＭを正確に修正することができる。すなわち、例
えば前記図７に示すように、範囲ａにおける７点の学習
値（同図に丸印で示す）に対応づけて、実線で示す修正
前の流量特性マップＭに対し一つずつ、噴射パルス幅Ti
とと実際の燃料噴射量との対応関係を表すデータを三角
印でプロットし、それら三角印の点を同図に破線で示す
ように結べば、新しい流量特性マップが得られるのであ
る。
【００５４】次に、上述の如き学習制御の具体的な処理
手順を、図９に示すフローチャート図に基づいて説明す
る。まず、スタート後のステップＳＡ１において、クラ
ンク角センサ８、水温センサ９、エアフローセンサ２
１、アクセル開度センサ３５等の各種センサ信号を受け
入れるとともに、ＥＣＵ４０のメモリから各種データを
入力する。続いて、ステップＳＡ２では、水温センサ９
からの信号に基づいて、エンジン１が暖機状態（例え
ば、エンジン水温が８０°Ｃ以上）になったかどうか判
定する。この判定結果がＮＯでエンジン１が未暖機であ
れば、後述のステップＳＡ１６に進む一方、判定結果が
ＹＥＳでエンジン１の暖機が完了していれば、ステップ
ＳＡ３に進み、今度は、アクセル開度acc及びエンジン
回転数neに基づいて、エンジン１がアイドル運転状態で
あるかどうか判定する。そして、判定結果がＮＯであれ
ば後述のステップＳＡ１５に進む一方、判定結果がＹＥ
Ｓで、エンジン１がアイドル運転状態になっていれば、
ステップＳＡ４に進む。
【００５５】このステップＳＡ４では、エンジン１の運
転モードを成層燃焼モードとし、続くステップＳＡ５に
おいて目標負荷Piobjをエンジン回転数neに応じてフィ
ードバック補正するフィードバック制御を行う。続い
て、ステップＳＡ６において、燃料噴射量ばらつきの学
習制御を行う所定の学習条件が成立したかどうか判定す
る。すなわち、例えば点火時期がＭＢＴ近傍の第１設定
点火時期まで進角されていることを確認する。また、学
習完了フラグＦlrnの値に基づいて、未だ学習制御が済
んでいないことも確認する（Ｆlrn＝０）。この判定結
果がＮＯであればリターンする一方、判定結果がＹＥＳ
で学習条件が成立していれば、ステップＳＡ７に進ん
で、例えばエアコンディショナのコンプレッサ等の外部
負荷を強制的にオフ状態（ＯＦＦ）にする。続いて、ス
テップＳＡ８において、燃焼室６への吸入空気量が略一
定になるようにスロットル弁２２の開度を保持して、ス
テップＳＡ９に進む。
【００５６】このステップＳＡ９では、エンジン１の各
気筒２毎に、インジェクタ１２による目標燃料噴射量qi
をエンジン回転数neに応じてフィードバック補正する。
すなわち、現在のエンジン回転数neと目標とするアイド
ル回転数との偏差に応じて、この偏差を減らすように燃
料噴射量を補正する回転数フィードバック補正値cnefb
を演算して、目標燃料噴射量qiの演算に用いる。続い
て、ステップＳＡ１０において、前記回転数フィードバ
ック補正値cnefbに基づいて、各気筒２別に燃料噴射量
ばらつきを学習する。すなわち、エンジン１の各気筒２
別に、前記回転数フィードバック補正値cnefbを例えば
ｍ回の燃焼サイクルに亘って記憶し、燃料噴射量のばら
つきを示す学習値として、そのｍ回のサイクル分の平均
値cnefb#aveを求める。この学習値cnefb#aveはインジェ
クタ１２による噴射量の偏差の特性を反映した値であ
り、学習値cnefb#aveが正値ならば、実際の燃料噴射量
は目標燃料噴射量qiよりも少なく、一方、学習値cnefb#
aveが負値ならば、実際の燃料噴射量は目標燃料噴射量q
iよりも多いことになる。
【００５７】続いて、ステップＳＡ１１において、前記
ｍ回分の回転数フィードバック補正値cnefbについて平
均値の演算を完了したかどうか判定し（学習完了？）、
判定結果がＮＯであればリターンする一方、判定結果が
ＹＥＳで学習値cnefb#aveの学習が完了したのであれ
ば、第１設定点火時期における学習制御を完了して、ス
テップＳＡ１２に進む。このステップＳＡ１２では、エ
ンジン１の点火時期を所定量だけ遅角側に変更して（点
火リタード量を変更）、第２設定点火時期に設定する。
続いて、ステップＳＡ１３において、第１〜第ｎのｎ点
の設定点火時期における全ての学習制御を完了したかど
うか判定する。この判定結果がＮＯならばリターンし
て、学習制御を継続する一方、判定結果がＹＥＳでｎ点
の全ての学習制御を完了したならば、ステップＳＡ１４
に進み、学習完了フラグＦlrnをオン状態にして（Ｆlrn
←１）、しかる後にリターンする。
【００５８】つまり、エンジン１が暖機状態でアイドル
運転状態になっていて、かつ学習条件が成立していれ
ば、エンジン１の外部負荷を強制的にオフ状態にし、吸
入空気量を略一定に固定するとともに、エンジン回転数
neが略一定になるように燃料噴射量を回転数フィードバ
ック制御しながら、点火時期を徐々にリタードさせて、
範囲ａにおける複数の噴射パルス幅Tiに対応する第１〜
第ｎ点の各設定点火時期において、それぞれ、燃料噴射
量の回転数フィードバック補正値cnefbに基づく学習制
御を行うようにしている。
【００５９】一方、前記ステップＳＡ３において、エン
ジン１がアイドル運転状態ではないＮＯと判定して進ん
だステップＳＡ１５では、エンジン１の運転モードを、
アクセル開度accやエンジン回転数ne等の運転条件に応
じて適切な運転モードとし、前記のような学習制御は行
わずにリターンする。また、前記ステップＳＡ２におい
て、エンジン未暖機と判定して進んだステップＳＡ１６
では、燃焼安定性を最優先して、エンジン１の運転モー
ドを均一燃焼モードとし、前記のような学習制御は行わ
ずにリターンする。
【００６０】尚、上述の如く、回転数フィードバック補
正値cnefbを所定サイクルに亘って求め、その平均値cne
fb#aveを燃料噴射量ばらつきの学習値とするだけではな
く、例えば、充填効率演算手段４３により演算された吸
気充填効率ceに基づいて、学習値を補正するようにして
もよい。すなわち、一般に、吸気充填効率ceが大きいと
エンジン出力は大きくなり、燃料噴射量がやや大きめに
フィードバックされる一方、吸気充填効率ceが小さくな
れば、そのことによってエンジン出力が低下して、燃料
噴射量はやや小さめにフィードバックされる。そこで、
前記吸気充填効率ceの演算結果に基づいて、学習値cnef
b#aveを補正するようにすれば、学習精度をさらに高め
ることができる。
【００６１】また、この実施形態では、燃料噴射量の回
転数フィードバック制御及び燃料噴射量の学習制御をい
ずれもエンジン１の気筒２別に行うようにしているが、
これに限らず、全気筒についてまとめて行うようにする
ことも可能である。
【００６２】前記図９に示すフローのステップＳＡ１１
は、エンジン１が成層燃焼領域にあってかつアイドル運
転状態のときに、インジェクタ１２による実際の燃料噴
射量のばらつき（偏差状態）を学習する学習制御を行う
学習制御手段５２に対応している。また、ステップＳＡ
７は、前記学習制御を行うとき、エンジン１の外部負荷
を強制的にオフ状態にさせる外部負荷制御手段に対応し
ている。
【００６３】また、ステップＳＡ８は、前記学習制御を
行うとき、スロットル弁２２を燃焼室６への吸入空気量
が略一定になるように制御するというスロットル制御手
段４５の制御手順に対応している。そして、このスロッ
トル制御手段４５は、学習制御手段５２により学習制御
を行うときに、エンジン１の気筒内燃焼室６への吸入空
気量を該燃焼室６の平均的な空気過剰率λがλ≧１．３
になるように制御するものである。
【００６４】さらに、ステップＳＡ９は、前記学習制御
を行うとき、インジェクタ１２による燃料噴射量をエン
ジン回転数neがアイドル回転数に収束するようにフィー
ドバック補正するという噴射量補正手段５１の制御手順
に対応しており、また、ステップＳＡ１２は、前記学習
制御を行うとき、エンジン１の点火時期を複数の設定点
火時期のうちのいずれか１つになるように順番に変更制
御するという点火時期制御手段５０の制御手順に対応し
ている。
【００６５】そして、前記学習制御手段５２は、前記の
ように変更制御される各設定点火時期において、それぞ
れ、前記噴射量補正手段５１により演算された回転数フ
ィードバック補正値cnefbに基づいて、インジェクタ１
２による燃料噴射量のばらつきを学習するように構成さ
れている。
【００６６】したがって、この実施形態に係る火花点火
式直噴エンジンの燃料制御装置Ａによれば、エンジン暖
機後のアイドル運転状態で、エンジン回転数neが略一定
になるようにインジェクタ１２による燃料噴射量をフィ
ードバック補正しながら、その回転数フィードバック補
正値cnefbに基づいて、燃料噴射量ばらつきを学習する
ようにしたので、インジェクタ１２の噴射パルス幅Tiが
極く小さい範囲ａにおいて、実際の燃料噴射量ばらつき
を学習することができる。すなわち、エンジン１を通常
のアイドル運転時と同様に成層燃焼モードで運転しなが
ら、そのときの燃料噴射量ばらつきを直接的に学習する
ことができるので、この学習結果に基づいてインジェク
タ流量特性マップＭを修正すれば、エンジン１のアイド
ル運転時に極めて高精度の燃料制御を行うことができ
る。
【００６７】しかも、前記学習制御を行うときには、エ
ンジン１の外部負荷を強制的にオフ状態にし、かつ吸入
空気量を略一定に固定することで、学習制御の実行中に
エンジン１の運転条件が変化することを回避できるの
で、学習の精度を十分に高くすることができる。そし
て、この状態で、エンジン１の点火時期をＭＢＴ近傍か
らリタードさせて、これに対応するようにインジェクタ
１２の噴射パルス幅Tiを強制的に変化させることによ
り、該インジェクタ１２の微小流量特性に対応する噴射
パルス幅Tiの範囲ａにおいて、燃料噴射量ばらつきをき
め細かくかつ正確に学習することができる。つまり、噴
射パルス幅Tiと燃料噴射量との間にリニアな対応関係が
得られず、また、インジェクタ１２の個体差によるばら
つきが特に大きい範囲ａにおいても、噴射パルス幅Tiと
燃料噴射量との対応関係をきめ細かくかつ正確に学習す
ることができる。
【００６８】そして、このようにきめの細かい高精度の
学習結果に基づいて、噴射パルス幅Tiが小さい範囲ａに
おいてインジェクタ１２の流量特性マップＭを修正する
ことにより、燃料噴射量ばらつきの特に大きくなりやす
いエンジン１のアイドル運転状態において、その燃料噴
射量ばらつきを解消して、燃料制御の精度を従来までに
比べて格段に向上させることができ、よって、燃費やエ
ミッションを大幅に低減することができる。また、例え
ばフューエルカット制御からの復帰時のように、微小な
燃料噴射量を正確に制御する必要性の高い過渡運転状態
においても、燃料制御の精度が大幅に向上し、このこと
によってドライバビリティの向上が図られるとともに、
燃費やエミッションもさらに低減できる。
【００６９】（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、前記実施形態では、
エンジン１の暖機後にのみ学習制御を行うようにしてい
るが、これに限らず、未暖機状態であってもエンジン水
温のある程度、高いいわゆる半暖機状態であれば、学習
制御を行うようにしてもよい。すなわち、図１０に示す
フローのステップＳＢ１，ＳＢ２において、前記実施形
態と同様にエンジン１の暖機判定を行って、暖機状態で
ＹＥＳあれば続くステップＳＢ３に進み、半暖機判定フ
ラグFiをオフ状態にして（Fi←０）、ステップＳＢ６に
進む。一方、暖機状態でないＮＯであればステップＳＢ
４に進んで、半暖機状態かどうか判定し、エンジン水温
が例えば４５°Ｃ以上で半暖機状態であるＹＥＳなら
ば、続くステップＳＢ５において半暖機判定フラグFiを
オン状態にして（Fi←１）、前記ステップＳＢ６に進む
一方、エンジン水温が低くてＮＯならば、ステップＳＢ
２２に進む。
【００７０】ステップＳＢ６〜ＳＢ１１では、それぞれ
前記実施形態のステップＳＡ３〜ＳＡ８の各ステップと
同じ処理を行い、続くステップＳＢ１２において、半暖
機判定フラグFiがオフ状態かどうか判定する。この判定
結果がＹＥＳであれば、エンジン１は暖機状態になって
いるので、ステップＳＢ１３〜ＳＢ１８に進んで、前記
実施形態のステップＳＡ９〜ＳＡ１４の各ステップと同
じ処理を行う。一方、判定結果がＮＯであればエンジン
１は半暖機状態なので、ステップＳＢ１９に進んで、イ
ンジェクタ１２による燃料噴射量の回転数フィードバッ
クを行い、続くステップＳＢ２０において、エンジン水
温に対応した燃料噴射量ばらつきの学習制御を行う。
【００７１】すなわち、エンジン１の半暖機状態では、
一般的に、インジェクタ１２から燃焼室６に噴射された
燃料噴霧の気化霧化が遅れて、エンジン１の出力トルク
が低下するので、アイドル回転数を維持するためには燃
料噴射量をやや多めにする必要がある。このため、回転
数フィードバック補正値cnefbの値は暖機後に比べて全
体的に大きくなり、学習値は、図１１に四角印で示すよ
うに図の上側にシフトする。この結果、この学習値に基
づく半暖機時の流量特性マップは、同図に仮想線で示す
ように図の上側にシフトした特性となる。ここで、その
半暖機時の流量特性マップは単にシフトしているだけ
で、インジェクタ１２固有のばらつきは良く反映されて
いるので、この半暖機時の流量特性マップをエンジン水
温に応じて図の下方にシフトさせれば、暖機後の流量特
性マップを概ね正確に得ることができる。
【００７２】そこで、この実施形態では、前記図１０に
示すフローのステップＳＢ２０において、エンジン１の
半暖機状態における学習値をそのときのエンジン水温に
基づいて補正し、前記図７上で言えば下側にシフトさせ
て、暖機後の学習値に相当する値を得るようにしてい
る。そして、このステップＳＢ２０に続いて、ステップ
ＳＢ１５〜ＳＢ１８の各ステップにおける処理手順を行
って、リターンする。尚、エンジン１がアイドル運転状
態でなければ、ステップＳＢ２１において、エンジン１
の運転モードをアクセル開度accやエンジン回転数ne等
の運転条件に応じて適切な運転モードとし、学習制御は
行わずにリターンする。また、エンジン未暖機状態であ
ってかつ半暖機状態で無ければ、ステップＳＢ２２にお
いてエンジン１の運転モードを均一燃焼モードとし、続
くステップＳＢ２３において半暖機判定フラグFiをオフ
状態にして（Fi←０）、学習制御は行わずにリターンす
る。
【００７３】前記図１０に示すフローのステップＳＢ１
０は外部負荷制御手段に対応し、ステップＳＢ１１はス
ロットル制御手段４５に対応し、また、ステップＳＢ１
３，ＳＢ１９は噴射量補正手段５１に対応し、さらに、
ステップＳＢ１６は点火時期制御手段５０に対応してい
る。
【００７４】また、前記フローのステップＳＢ１４，Ｓ
Ｂ２０が、学習制御手段５２に対応しており、この実施
形態における学習制御手段５２は、エンジン１が未暖機
状態でかつエンジン水温が所定温度（この例では４５°
Ｃ）以上の半暖機状態のときにも、学習制御を行うとと
もに、この学習結果をエンジン水温に応じて補正するよ
うに構成されている。
【００７５】したがって、この他の実施形態では、前記
のようにエンジン１が半暖機状態のときにも学習制御を
行うようにしているので、エンジン暖機後のアイドル運
転時に限ることなく、相対的にアイドル運転状態になる
ことの多い半暖機状態でも学習制御を行うことで、学習
の頻度を高めることができる。しかも、その半暖機状態
での学習値をそのときのエンジン水温に応じて補正する
ようにしているので、該半暖機状態における学習値に基
づいて、暖機後のインジェクタ流量特性マップＭを概ね
正確に得ることができる。つまり、十分に正確な学習値
によってインジェクタ流量特性マップＭを早期に修正し
て、高精度の燃料制御を早期に実現することができる。
【００７６】
【発明の効果】以上、説明したように、請求項１の発明
に係る火花点火式直噴エンジンの燃料制御装置による
と、エンジンが成層燃焼領域でアイドル運転状態になっ
ているときに、燃焼室への吸入空気量を略一定に保持す
るとともに、エンジン回転数がアイドル回転数に収束す
るように燃料噴射量を回転数フィードバック補正し、こ
のときのフィードバック補正量に基づいて、実際の燃料
噴射量のばらつき（偏差状態）を学習制御手段により学
習することで、エンジンの通常のアイドル運転時におけ
る燃料噴射量のばらつきを直接的に学習することができ
る。そして、エンジン１の点火時期を変更しながら、複
数の各設定点火時期において前記学習制御手段により学
習制御を行うことで、複数の開弁時間に対応する燃料噴
差量ばらつきを学習することができる。これにより、燃
料噴射弁の開弁時間が極く短いときの該開弁時間と実際
の燃料噴射量との対応関係をきめ細かく学習して、正確
に噴射量特性を把握することができ、この噴射量特性に
基づいて、燃料噴射量を決定することで、エンジン１の
アイドル運転状態においても高精度の燃料制御を行っ
て、燃費やエミッションを大幅に低減することができ
る。
【００７７】請求項２の発明によると、燃料噴射弁の噴
射量特性を学習値に基づいて修正することにより、請求
項１の発明の効果を十分に得ることができる。
【００７８】請求項３の発明によると、燃焼室への吸入
空気量を該燃焼室の平均的空気過剰率λがλ≧１．３に
なるように制御することで、燃料噴射量ばらつきの学習
感度を高めるとともに、燃料噴射弁の開弁時間について
相対的に広い範囲に亘って学習制御を行うことができ
る。
【００７９】請求項４の発明によると、燃料噴射量ばら
つきの学習をエンジンの各気筒別に行うようにすること
で、エンジン全体としての燃料制御を極めて高精度のも
のとすることができる。
【００８０】請求項５の発明によると、学習制御手段に
よる学習結果を吸気充填量に基づいて補正することで、
学習精度をさらに高めることができる。
【００８１】請求項６の発明によると、学習制御を行う
ときにエンジンの外部負荷を強制的にオフ状態にさせる
ことで、学習精度をさらに高めることができる。
【００８２】請求項７の発明によると、エンジン暖機後
に学習制御を行うようにすることで、学習精度を十分に
高めることができる。
【００８３】請求項８の発明によると、エンジン暖機後
に加えて、半暖機状態でも学習制御を行うようにするこ
とで、学習の頻度を高めて、高精度の燃料制御を早期に
実現できる。
【００８４】請求項９の発明によると、エンジン水温に
応じて学習結果を補正することで、半暖機状態での学習
結果に基づいて暖機後の噴射量特性を推定でき、よっ
て、請求項８の発明の効果を十分に得ることができる。
【００８５】また、請求項１０の発明に係る火花点火式
直噴エンジンの燃料制御方法によれば、請求項１の発明
と同じ効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の概略構成を示す図である。
【図２】本発明の実施形態に係る火花点火式直噴エンジ
ンの燃料制御装置の全体構成図である。
【図３】エンジンの気筒内燃焼室の概略構造を示す斜視
図である。
【図４】エンジンの成層燃焼モード、ストイキオモード
及びエンリチモードの各運転領域を設定した制御マップ
の一例を示す図である。
【図５】エンジンの燃料噴射時期を示すタイムチャート
図である。
【図６】エンジン制御の基本的な処理手順を示す機能ブ
ロック図である。
【図７】インジェクタ流量特性マップとその学習補正の
方法を示す説明図である。
【図８】エンジンの運転空燃比と出力トルクとの対応関
係を、点火時期の変更に対応づけて示した説明図であ
る。
【図９】学習制御の処理手順を示すフローチャート図で
ある。
【図１０】エンジン半暖機時にも学習制御を行うように
した他の実施形態に係る図９相当図である。
【図１１】他の実施形態に係る図７相当図である。
【符号の説明】
Ａ 火花点火式直噴エンジンの燃料制御装置 １ 多気筒エンジン ２ 気筒 ５ ピストン ６ 燃焼室 １２ インジェクタ（燃料噴射弁） ２２ スロットル弁（吸入空気量調節手段） ４３ 充填効率演算手段（充填量検出手段） ４５ スロットル制御手段（吸入空気量制御手段） ４６ 目標噴射量演算手段 ４８ 噴射制御手段 ５０ 点火時期制御手段 ５１ 噴射量補正手段 ５２ 学習制御手段 Ｍ インジェクタ流量特性マップ（噴射量特性）
───────────────────────────────────────────────────── 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 Ｆ０２Ｄ 43/00 ３０１Ｂ ３０１Ｈ ３０１Ｋ Ｆ０２Ｐ 5/15 Ｆ０２Ｐ 5/15 Ｅ (72)発明者 荒木 啓二 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 CA03 DA02 FA04 FA06 GA01 GA05 GA06 GA07 GA08 GA09 GA11 GA17 3G084 AA00 AA03 AA04 BA05 BA13 BA17 CA03 DA02 DA04 DA10 DA23 EB11 EB17 EB25 FA01 FA02 FA07 FA10 FA11 FA20 FA29 FA33 FA38 3G301 HA04 HA06 HA16 JA02 JA05 JA14 JA21 KA05 KA07 KA08 KA10 KA24 LA00 LA03 LA05 LB04 MA19 NA01 ND01 ND21 PA01Z PA04Z PA07Z PA09Z PA11Z PB03A PB03Z PB08Z PD03Z PE01A PE01Z PE03Z PE08Z PF03Z

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 エンジンの気筒内燃焼室に燃料を直接、
    噴射供給する燃料噴射弁を備え、エンジンが低負荷低回
    転側の所定の成層燃焼領域にあるときに、前記燃料噴射
    弁により燃料を、成層燃焼状態になるように気筒の圧縮
    行程で噴射させるようにした火花点火式直噴エンジンの
    燃料制御装置において、 前記燃焼室への吸入空気量を調節する吸入空気量調節手
    段と、 エンジンが前記成層燃焼領域にあってかつアイドル運転
    状態のときに、前記燃料噴射弁による実際の燃料噴射量
    の目標値からの偏差状態を学習する学習制御を行う学習
    制御手段と、 前記学習制御手段により学習制御を行うとき、前記吸入
    空気量調節手段を燃焼室への吸入空気量が略一定になる
    ように制御する吸入空気量制御手段と、 前記学習制御手段により学習制御を行うとき、前記燃料
    噴射弁による燃料噴射量を、エンジン回転数が所定のア
    イドル回転数に収束するようにフィードバック補正する
    噴射量補正手段と、 前記学習制御手段により学習制御を行うとき、エンジン
    の点火時期を複数の設定点火時期のうちのいずれか１つ
    になるように順番に変更制御する点火時期制御手段とを
    備え、 前記学習制御手段は、前記点火時期制御手段により変更
    制御される各設定点火時期において、それぞれ、前記噴
    射量補正手段によるフィードバック補正量に基づいて、
    燃料噴射量の偏差状態を学習するように構成されている
    ことを特徴とする火花点火式直噴エンジンの燃料制御装
    置。
  2. 【請求項２】 請求項１において、 燃料噴射弁の開弁時間と燃料噴射量との対応関係を表す
    噴射量特性が設定され、 少なくともエンジンの運転状態に応じて目標燃料噴射量
    を演算する目標噴射量演算手段と、 前記燃料噴射弁を、その開弁時間が前記目標燃料噴射量
    に対応する時間になるように前記噴射量特性に従って作
    動制御する噴射制御手段とが設けられ、 学習制御手段は、複数の設定点火時期に対応する学習値
    に基づいて、前記噴射量特性を修正するように構成され
    ていることを特徴とする火花点火式直噴エンジンの燃料
    制御装置。
  3. 【請求項３】 請求項１において、 吸入空気量制御手段は、学習制御手段により学習制御を
    行うときに、燃焼室への吸入空気量を該燃焼室の平均的
    な空気過剰率λがλ≧１．３になるように制御するもの
    であることを特徴とする火花点火式直噴エンジンの燃料
    制御装置。
  4. 【請求項４】 請求項１において、 エンジンは複数の気筒を有する多気筒エンジンであり、 学習制御手段は、噴射量補正手段によるフィードバック
    補正量の所定燃焼サイクル数における平均値を気筒別に
    学習するように構成されていることを特徴とする火花点
    火式直噴エンジンの燃料制御装置。
  5. 【請求項５】 請求項１において、 燃焼室への吸気充填量を検出する充填量検出手段を備
    え、 学習制御手段は、前記充填量検出手段による検出値に基
    づいて、学習結果を補正するように構成されていること
    を特徴とする火花点火式直噴エンジンの燃料制御装置。
  6. 【請求項６】 請求項１において、 学習制御手段により学習制御を行うときに、エンジンの
    外部負荷を強制的にオフ状態にさせる外部負荷制御手段
    が設けられていることを特徴とする火花点火式直噴エン
    ジンの燃料制御装置。
  7. 【請求項７】 請求項１において、 学習制御手段は、エンジンが暖機状態のときに学習制御
    を行うように構成されていることを特徴とする火花点火
    式直噴エンジンの燃料制御装置。
  8. 【請求項８】 請求項７において、 学習制御手段は、エンジンが未暖機状態でかつエンジン
    水温が所定温度以上の半暖機状態のときにも、学習制御
    を行うように構成されていることを特徴とする火花点火
    式直噴エンジンの燃料制御装置。
  9. 【請求項９】 請求項８において、 学習制御手段は、エンジン水温に応じて学習結果を補正
    するように構成されていることを特徴とする火花点火式
    直噴エンジンの燃料制御装置。
  10. 【請求項１０】 エンジンの気筒内燃焼室に燃料を直
    接、噴射供給する燃料噴射弁を備え、エンジンが低負荷
    低回転側の所定の成層燃焼領域にあるときに、前記燃料
    噴射弁により燃料を、成層燃焼状態になるように気筒の
    圧縮行程で噴射させる火花点火式直噴エンジンの燃料制
    御方法において、 前記燃料噴射弁の開弁時間と燃料噴射量との対応関係を
    表す噴射量特性を予め設定し、 少なくともエンジンの運転状態に応じて目標燃料噴射量
    を演算し、 前記燃料噴射弁を、その開弁時間が前記目標燃料噴射量
    に対応する時間になるように前記基本流量特性に従って
    作動制御するとともに、 エンジンを前記成層燃焼領域でアイドル運転状態にさせ
    るときには、エンジンへの吸入空気量を略一定になるよ
    うに制御し、かつ前記燃料噴射弁による燃料噴射量をエ
    ンジン回転数が所定のアイドル回転数に収束するように
    フィードバック補正しながら、 この状態で、エンジンの点火時期を複数の設定点火時期
    のうちのいずれか１つになるように順番に変更制御し
    て、その各設定点火時期において、それぞれ、前記燃料
    噴射量のフィードバック補正量に基づいて、燃料噴射弁
    の実際の燃料噴射量の目標値からの偏差状態を学習する
    学習制御を行い、 前記複数の設定点火時期に対応する学習値に基づいて、
    前記噴射量特性を修正することを特徴とする火花点火式
    直噴エンジンの燃料制御方法。
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