JP2003027978A - 過給機付火花点火式直噴エンジン - Google Patents

過給機付火花点火式直噴エンジン

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 吸気を過給するターボ過給機４０と、気筒２
内の燃焼室６に燃料を直接、噴射するインジェクタ１８
とを備え、高速高負荷側のλ＝１領域（ロ）及びエンリ
ッチ領域（ハ）において燃料を気筒２の吸気行程で噴射
させて、均一燃焼状態とするようにした火花点火式４サ
イクル直噴エンジン１において、特にエンリッチ領域
（ハ）内の特定領域においてエンジン１の最高出力を確
保しかつ排気系の信頼性を担保しながら、排気中のＰＭ
の低減を図る。 【解決手段】 エンジン１がエンリッチ領域（ハ）の高
速側の特定領域にあるときに、気筒２内の混合気の空燃
比Ａ／ＦをＡ／Ｆ≦１３となるように制御するとともに
（ＳＡ１１）、ＴＳＣＶ３０を閉じてタンブル流Ｔを強
化し（ＳＡ１３）、かつ該ＴＳＣＶ３０を閉じることに
よる吸気充填量の低下を補完するように、ターボ過給機
４０のウエストゲート弁４２の開度を制御して、最高過
給圧を高める（ＳＡ１４）。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、吸気を過給する過
給機を備えるとともに、気筒内の燃焼室に直接噴射した
燃料を点火プラグの電極周りに成層化して燃焼させるよ
うにした過給機付火花点火式直噴エンジンに関し、特
に、高速高負荷側の特定の領域における燃焼制御の技術
分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】従来より、この種の過給機付火花点火式
直噴エンジンとして、例えば特開２０００−２７４２７
８号公報に開示されるように、成層燃焼状態で過給機を
停止させる一方、均質燃焼状態では過給により気筒内流
動を強化するようにしたものがある。すなわち、成層燃
焼状態となる低速低負荷時には過給機による吸気の過給
を停止又は抑制して、気筒内流動を相対的に弱い状態と
することで、燃焼室における混合気の拡散を抑制して、
適切な成層化を実現する。一方、均質燃焼状態となる高
速高負荷時には過給により気筒内流動を強化すること
で、吸気行程で燃焼室に噴射した多量の燃料を吸気と十
分に混合して、良好な均質混合気を形成するものであ
る。
【０００３】尚、一般的に、エンジンの過給機は、吸気
の過給圧を所定値（最高過給圧）以下に維持するように
構成されており、前記従来例のターボ過給機でも、エン
ジンが高速高負荷の運転状態にあるときには、排気の一
部が過給機をバイパスして排気管の下流側に流れるよう
になっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、エンジンの
気筒内燃焼室に燃料を直接、噴射するという火花点火式
直噴エンジンの構成上、１回の燃焼サイクルにおいて燃
料噴射が可能な期間は気筒の吸気及び圧縮行程に限られ
る。このため、燃料噴射量の多くなる高負荷側ではその
燃料を気筒の点火時点までに十分に気化霧化させること
が難しくなり、燃料の一部が蒸し焼き状態になって、デ
ィーゼルエンジンのような浮遊粒子状物質（パティキュ
レートマター、以下、ＰＭという）が排出されやすいと
いう問題がある。
【０００５】特に、エンジンが高速高負荷の運転状態に
あるときには燃料の噴射量が多くなる一方で、それを噴
射可能な時間間隔がエンジン回転速度の上昇に反比例し
て短くなり、自ずと燃料噴射の終了時期が遅角側に移動
することになるから、燃料の噴射から点火までの時間が
一層、短くなって、気化霧化がさらに困難になる。ま
た、気筒の圧縮行程では吸気行程に比べて気筒内流動が
減衰しているので、燃料噴射の終了時期が気筒の圧縮行
程にまで遅角すると、この圧縮行程で噴射された燃料と
吸気との混合が促進されにくく、このことによっても燃
料の気化霧化が阻害されることになる。
【０００６】加えて、一般的に、火花点火式エンジンで
は、排気系の信頼性を考慮して、高速ないし高負荷側の
特定の領域において空燃比を理論空燃比よりもリッチに
なるように制御して、排気温度の上昇を抑えるようにし
ており、このため、その特定領域においてはたとえ前記
従来例のように過給機により吸気を過給して、気筒内流
動を強化したとしても、それ以上に多量の燃料が供給さ
れることになるから、前記したＰＭの問題がさらに顕著
なものとなる。
【０００７】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、過給機を備えた火花
点火式直噴エンジンにおいて、従来、エンジンの高速高
負荷側において排気エネルギの一部が捨てられているこ
とに着目し、特にそのうちの特定の領域における過給圧
等の制御等に工夫を凝らして、エンジンの最高出力と排
気系の信頼性とを確保しながら、排気中のＰＭの低減を
図ることにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明の解決手段では、高速高負荷側の特定領域に
おいて、従来までは捨てていた排気エネルギの一部を回
収し、これを有効利用して気筒内流動を最大限に強化す
るようにした。
【０００９】具体的に、請求項１の発明では、図１に一
例を示すように、気筒への吸気を過給する過給機Ａと、
該気筒内の燃焼室に燃料を直接、噴射供給する燃料噴射
弁Ｂとを備え、少なくとも高速高負荷側の過給領域にお
いて前記燃料噴射弁Ｂにより燃料を気筒の吸気行程で噴
射させて均一燃焼状態とするようにした火花点火式４サ
イクル直噴エンジンＣを前提とする。
【００１０】そして、前記気筒内への吸気の流れを絞っ
て気筒内流動を強化する流動強化手段Ｄと、前記過給機
Ａによる吸気の過給圧を調整する過給圧調整手段Ｅと、
前記過給領域内の高速高負荷側に設定した特定領域にお
いて、気筒内の空燃比Ａ／ＦをＡ／Ｆ≦１３となるよう
に制御する空燃比制御手段Ｆと、前記特定領域におい
て、該特定領域の低負荷側に隣接する領域に比べて、同
じエンジン回転速度であっても気筒内流動が相対的に強
くなるように、前記流動強化手段Ｄによる吸気の絞り度
合いを大きくする流動制御手段Ｇと、前記特定領域にお
いて、該特定領域の低速側に隣接する領域に比べて、過
給圧力を一定に抑える目標過給圧が相対的に高くなるよ
うに前記過給圧調整手段Ｅを制御する過給圧制御手段Ｈ
とを備える構成とする。
【００１１】前記の構成により、エンジンＣが高速高負
荷側の特定領域にあるときには、まず、空燃比制御手段
ＦによりエンジンＣの気筒内の空燃比がリッチ化され
て、多量の燃料の気化潜熱により排気温度の過度の上昇
が抑制される。また、過給圧制御手段Ｈにより過給圧調
整手段Ｅの制御が行われて、過給圧が高められるととも
に、流動制御手段Ｇによる流動強化手段Ｄの制御が行わ
れて、吸気の絞り度合いが大きくされ、それらの相乗的
な作用によって気筒内流動が可及的に強化されて、燃料
の気化霧化が十分に促進される。
【００１２】つまり、高速高負荷側の特定領域におい
て、従来までは捨てていた排気エネルギを利用して過給
機Ａにより吸気をさらに過給するとともに、その吸気を
敢えて絞ることによって、気筒内流動を最大限に強化す
ることができ、このことで、多量の噴射燃料を十分に気
化霧化させて、排気中のＰＭを低減できるとともに、そ
の多量の燃料の気化潜熱により排気温度の上昇を抑制で
きる。尚、吸気を絞ることに伴う吸気効率の低下は過給
圧の上昇によって補われることになるので、エンジンＣ
の最高出力は十分に確保できる。
【００１３】請求項２の発明では、過給圧制御手段を、
流動制御手段による流動強化手段の制御が行われて、吸
気の絞り度合いが大きくなったとき、このことによる吸
気充填量の低下を補完するように過給圧を高めるものと
する。
【００１４】このことで、エンジンが高速高負荷側の特
定領域にあって、流動強化手段による吸気の絞り度合い
が大きくされ、そのことにより気筒の吸気効率が低下し
たときでも、その分、過給圧が高められることで、気筒
の吸気充填量の低下が補完される。これにより、エンジ
ンの最高出力を確実に維持できるとともに、エンジンの
運転状態が前記特定領域とそれ以外の領域との間で遷移
するときの出力の変動を抑制できる。
【００１５】請求項３の発明では、流動制御手段を、少
なくとも、特定領域を除く過給領域において流動強化手
段による吸気の絞り度合いを最小とするものとする。こ
うすることで、前記特定領域以外で、少なくとも過給領
域においては吸気の絞りに伴う吸気効率の低下が最小と
なり、ポンプ損失の低減によって燃費の改善が図られ
る。尚、前記特定領域以外では吸気を敢えて絞らなくて
も、過給によって十分な気筒内流動が得られるから、Ｐ
Ｍの排出が問題になることはない。
【００１６】請求項４の発明では、流動強化手段とし
て、気筒への吸気通路に配設された開閉弁、及びその開
閉弁の開度を調整するアクチュエータを備え、流動制御
手段を、前記アクチュエータの作動によって開閉弁の開
度を制御するものとする。このことで、流動強化手段の
構成が具体的に特定され、流動制御手段により開閉弁を
閉じて吸気を絞ることにより、気筒内流動を確実に強化
することができる。
【００１７】請求項５の発明では、請求項４の発明にお
いて、開閉弁をその開度の減少により気筒内流動として
のタンブル流を強化するものとし、燃料噴射弁は気筒の
圧縮行程で当該気筒内の燃焼室を流れるタンブル流に対
向するように配置する。そして、低速低負荷側の所定領
域において、前記燃料噴射弁により噴射した燃料が気筒
の点火時期に可燃混合気となって点火プラグの電極付近
に滞留するように、該燃料噴射弁により燃料を当該気筒
の圧縮行程でタンブル流に向かって噴射させる燃料噴射
制御手段を設けるとともに、流動制御手段を、前記所定
領域及び特定領域においてそれぞれ前記開閉弁を閉じる
ものとする。
【００１８】この構成では、エンジンが低速低負荷側の
所定領域にあるときに、流動制御手段により開閉弁が閉
じられて気筒内のタンブル流が強化され、このタンブル
流に向かって所定のタイミングで噴射された燃料がタン
ブル流により減速されて、当該気筒の点火時期に点火プ
ラグ電極の周りに成層化されるようになる。つまり、本
来、吸気流速の低いエンジンの低速域において、タンブ
ル流を強化して燃料噴霧の貫徹力とバランスさせること
で、混合気の適切な成層化が実現される。
【００１９】一方、エンジンが高速高負荷側の特定領域
にあるときには、前記流動制御手段により開閉弁を閉じ
ることで、気筒内のタンブル流を確実に強化できる。つ
まり、低速低負荷時に適切な成層燃焼を実現するために
必要な開閉弁を、高速高負荷時にも有効利用すること
で、コストの増大や構造の複雑化を招くことなく、請求
項４の発明の作用効果を十分に得ることができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基いて説明する。
【００２１】図２は、本発明の実施形態に係る筒内噴射
式エンジン１の全体的な構成を示す。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
に並ぶように設けられたシリンダブロック３を有し、こ
のシリンダブロック３上にシリンダヘッド４が配置され
るとともに、各気筒２内にはピストン５が上下方向に往
復動可能に嵌挿されていて、そのピストン５の冠面とシ
リンダヘッド４の下面との間の気筒２内に燃焼室６が区
画形成されている。また、前記気筒２，２，…を囲むシ
リンダブロック３の側壁部には、図示しないがウオータ
ジャケットが形成されており、さらに、該シリンダブロ
ック３の下側部分には、気筒２，２，…に連通するよう
にクランク室７が形成され、ここにクランク軸８が収容
されている。このクランク軸８の一端側にはその回転角
度を検出するための電磁式のクランク角センサ９が配設
されている。
【００２２】前記各気筒２について図３に拡大して示す
ように、燃焼室６の天井部には互いに差し掛けられた屋
根のような形状をなす２つの傾斜面が形成されており、
その２つの傾斜面にそれぞれ吸気ポート１０及び排気ポ
ート１１が２つずつ開口していて、その各開口端に吸気
及び排気弁１２，１２，１３，１３が配置されている。
前記２つの吸気ポート１０，１０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いて、エンジン１
の一側面（図２の右側面）に互いに独立して開口してお
り、一方、前記２つの排気ポート１１，１１は途中で１
つに合流して略水平に延び、エンジン１の他側面（図２
の左側面）に開口している。
【００２３】前記吸気弁１２及び排気弁１３は、それぞ
れ、シリンダヘッド４に配設された２本のカム軸１４，
１４（図２にのみ示す）がタイミングベルトを介して前
記クランク軸８により回転駆動されることで、各気筒２
毎に所定のタイミングで開閉作動されるようになってい
る。また、吸気側のカム軸１４には、クランク軸８に対
する回転位相を所定の角度範囲において連続的に変化さ
せる公知の可変動弁機構１５が付設されていて、この可
変動弁機構１５により前記吸気弁１２の開閉作動時期が
変更されるようになっている。
【００２４】また、各気筒２毎の燃焼室６の上方には、
前記４つの吸排気弁１２，１３に取り囲まれるように、
点火プラグ１６が配設されている。この点火プラグ１６
の先端の電極は、エンジン１が成層燃焼状態のときに燃
焼室６の略中央位置に滞留する混合気に対して確実に点
火できるよう、該燃焼室６の天井部から所定距離だけ突
出した位置にある（図１２参照）。一方、該点火プラグ
１６の基端部には点火回路１７（図２にのみ示す）が接
続されていて、各気筒２毎に所定の点火タイミングで点
火プラグ１６に通電するようになっている。
【００２５】一方、前記燃焼室６の底部に相当するピス
トン５の冠面には、その略中央部において吸気側の周縁
部から排気側の周縁部に亘ってレモン型の凹部５ａが形
成されており、詳しくは後述するが、気筒２の吸気行程
で生成されたタンブル流Ｔが該凹部５ａに沿ってスムー
ズに流れ、当該気筒２の圧縮行程中期まで保持されると
ともに、インジェクタ１８からの燃料噴霧を包み込むよ
うに該インジェクタ１８に向かって安定して流れるよう
になる（図１１参照）。
【００２６】また、前記燃焼室６の吸気側の周縁部に
は、２つの吸気ポート１０，１０の下方においてそれら
に挟まれるようにインジェクタ（燃料噴射弁）１８が配
設されている。このインジェクタ１８は、先端部の噴孔
から燃料を旋回流として噴出させて、インジェクタ１８
の軸心の方向に沿うようにホローコーン状に噴射する公
知のスワールインジェクタであり、気筒２の燃料噴射時
点においてピストン５冠面の凹部５ａに沿って流れるタ
ンブル流Ｔに対し、燃料噴霧を略正対させて衝突させる
ような向きに配置されている（図１１参照）。
【００２７】前記した点火プラグ１６やインジェクタ１
８の配置構成により、エンジン１が低速低負荷の運転状
態のときには、各気筒２の圧縮行程でインジェクタ１８
から噴射される燃料噴霧の挙動をタンブル流Ｔにより制
御して、点火プラグ１６の電極近傍に適切に成層化さ
せ、良好な成層燃焼状態とすることができる。つまり、
このエンジン１は、燃料噴霧を気筒内流動により成層化
させるようにしたいわゆるエアーガイド方式の直噴エン
ジンである。
【００２８】前記の如く各気筒２毎に配設されたインジ
ェクタ１８，１８，…は、全ての気筒２，２，…に共通
の燃料分配管１９に接続されていて、燃料供給系２０か
ら供給される高圧の燃料が該燃料分配管１９により各気
筒２に分配されるようになっている。この燃料供給系２
０は、図示しないが、燃料ポンプや燃圧レギュレータ等
を備え、燃料タンクからの燃料を前記燃料分配管１９に
供給するとともに、その燃料の圧力状態（燃圧）をエン
ジン１の運転状態に応じて調整するようになっている。
また、前記燃料分配管１９にはその内部の燃圧を検出す
るための燃圧センサ２１が配設されている。
【００２９】前記図２に示すように、エンジン１の一側
面には、各気筒２の吸気ポート１０，１０にそれぞれ連
通する吸気通路２３が接続されている。この吸気通路２
３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、エンジン１に吸入される空気の
流量を検出するホットワイヤ式エアフローセンサ２４
と、後述のタービン３７により駆動されて吸気を圧縮す
るコンプレッサ２５と、このコンプレッサ２５により圧
縮した吸気を冷却するインタークーラ２６と、バタフラ
イバルブからなり、吸気通路２３を絞る電気式スロット
ル弁２７と、サージタンク２８とがそれぞれ配設されて
いる。前記電気式スロットル弁２７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、図示しない
電動モータにより駆動されて、アクセプペダルの操作量
（アクセル開度）に対応する適切な開度となるように開
閉される。
【００３０】また、前記サージタンク２８よりも下流側
の吸気通路２３は、各気筒２毎に分岐する独立通路とさ
れ、これら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１０，１０に連通している。こ
の２つの吸気ポート１０，１０の双方の上流側には、前
記図３にも示すように燃焼室６のタンブル流Ｔやスワー
ルの強さを調節するための開閉弁３０，３０（Tumble S
wirl Controk Valve：以下、ＴＳＣＶと略称する）が配
設され、例えばステッピングモータ３１等のアクチュエ
ータによって開閉作動されるようになっている。このＴ
ＳＣＶ３０は、円形のバタフライバルブの弁軸３０ａよ
りも下側の部分を切り欠いており、全閉状態でも吸気が
前記切り欠き部分から流通して、燃焼室６に強いタンブ
ル流Ｔを生成する。一方、ＴＳＣＶ３０が開かれると、
吸気は切り欠き部分以外からも流通するようになり、タ
ンブル流Ｔの強さは徐々に低下する。
【００３１】尚、前記吸気ポート１０やＴＳＣＶ３０の
形状は上述したものに限られず、例えば、バタフライバ
ルブの弁軸よりも上側の部分を切り欠いたものでもよ
い。また、吸気ポートは、上流側で１つに合流されたい
わゆるコモンポートであってもよく、この場合には、Ｔ
ＳＣＶとして、コモンポートの断面形状に対応する形状
のバタフライバルブの一部分を切り欠いたものとすれば
よい。
【００３２】前記図２に示すように、エンジン１の他側
面には、燃焼室６から既燃ガス（排気）を排出する排気
通路３３が接続されている。この排気通路３３の上流端
は、各気筒２毎に分岐して排気ポート１１に連通する排
気マニホルド３４により構成され、該排気マニホルド３
４の集合部には排気中の酸素濃度を検出するリニアＯ2
センサ３５が配設されている。このリニアＯ2センサ３
５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、理論空燃比を含む所定の空燃比範
囲において酸素濃度に対しリニアな出力が得られるもの
である。
【００３３】また、前記排気マニホルド３４の集合部よ
りも下流側の排気通路３３には、排気流を受けて回転さ
れるタービン３７と、排気管３６とが接続されていて、
この排気管３６の上流側から下流側に向かって順に、略
理論空燃比近傍の排気中のＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘを浄化す
る三元触媒３８と、理論空燃比よりもリーンな排気中の
ＮＯｘを浄化可能ないわゆるリーンＮＯｘ触媒３９とが
配設されている。
【００３４】前記タービン３７は、吸気通路２３のコン
プレッサ２５と共にターボ過給機４０を構成するもので
あり、排気流によりタービン３７が回転されると、この
タービン３７と一体に回転するコンプレッサ２５が吸気
を圧縮して過給する。また、このターボ過給機４０に
は、前記タービン３７をバイパスして排気管３６の上流
側から下流側へ排気を流通させるウエストゲート通路４
１と、このウエストゲート通路４１を流通する排気の流
量を調整するウエストゲート弁４２とが設けられてい
る。ウエストゲート弁４２は、図示しないが、吸気通路
２３からパイロット通路により導かれる過給圧とコイル
バネの付勢力と電磁ソレノイドの発生する駆動力とのバ
ランスによりスプールの開度が調整されて、吸気通路２
３の過給圧を予め設定した最高過給圧（インターセプト
点：図９参照）以下に維持するとともに、その電磁ソレ
ノイドの駆動力を変更することで、最高過給圧をリニア
に変更調整可能なものである。前記ウエストゲート通路
４１及びウエストゲート弁４２により、ターボ過給機４
０による吸気の過給圧を調整する過給圧調整手段が構成
されている。
【００３５】尚、図２に示す符号４３は、三元触媒３８
の劣化状態を判定するためにその下流側に配設されたラ
ムダＯ2センサである。また、図示は省略するが、前記
排気通路３３におけるタービン３７よりも上流側の部位
には、排気の一部を吸気側に還流させるＥＧＲ通路のの
上流端が分岐接続されている。このＥＧＲ通路の下流端
は前記サージタンク２８に接続され、その近傍には開度
調節可能な電気式のＥＧＲ弁が配設されていて、ＥＧＲ
通路による排気の還流量を調節できるようになってい
る。
【００３６】（エンジンの燃焼状態の制御）前記可変動
弁機構１５、点火回路１７、インジェクタ１８、燃料供
給系２０、電気式スロットル弁２７、ＴＳＣＶ３０等
は、いずれもエンジンコントロールユニット５０（以
下、ＥＣＵという）によって作動制御される。一方、こ
のＥＣＵ５０には、少なくとも、前記クランク角センサ
９、燃圧センサ２１、エアフローセンサ２４等からの各
出力信号が入力されるとともに、シリンダブロック３の
ウオータジャケットに臨んで冷却水の温度（エンジン水
温）を検出する水温センサ４７からの出力信号が入力さ
れ、さらに、アクセル開度を検出するアクセル開度セン
サ４８からの出力信号と、エンジン１の回転速度（クラ
ンク軸８の回転速度）を検出する回転速度センサ４９か
らの出力信号とが入力されるようになっている。
【００３７】すなわち、前記ＥＣＵ５０は、各センサか
ら入力される信号に基づいて、吸排気弁１２，１３の開
閉作動時期、点火プラグ１６による点火時期、インジェ
クタ１８による燃料噴射量、噴射時期及び噴射圧力、ス
ロットル弁２７により調節される吸入空気量、ＴＳＣＶ
３０により調節されるタンブル流Ｔの強さ等をそれぞれ
エンジン１の運転状態に応じて制御する。
【００３８】具体的には、例えば図４に一例を示すよう
に、温間のエンジン１では低速低負荷側の所定領域
（イ）が成層燃焼領域とされていて、この成層燃焼領域
（イ）において図５(a)に模式的に示すように、インジ
ェクタ１８により気筒２の圧縮行程で燃料を噴射させ
て、点火プラグ１６の電極付近に混合気が層状に偏在す
る状態で燃焼させる成層燃焼状態となる。また、この領
域（イ）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２７の開度を相対的に大きくするよう
にしており、このときの燃焼室６の平均的な空燃比は理
論空燃比（Ａ/Ｆ≒１４．７）よりも大幅にリーンな状
態になる。
【００３９】一方、前記成層燃料領域（イ）以外はいわ
ゆる均一燃焼領域であり、図５(b)に模式的に示すよう
に、インジェクタ１８により気筒２の吸気行程で燃料を
噴射させて、燃焼室６に均一な混合気を形成した上で燃
焼させる状態になる。この均一燃焼領域の大部分はλ＝
１領域（ロ）であり、このλ＝１領域（ロ）において
は、気筒２の混合気の空燃比が略理論空燃比になるよう
に燃料噴射量やスロットル開度等を制御する。また、低
速全負荷ないし高速高負荷のエンリッチ領域（ハ）で
は、空燃比をいわゆるパワー空燃比（Ａ/Ｆ≒１３）か
それよりもリッチな状態にして、高負荷に対応した大出
力を得られるようにしている。
【００４０】特に、前記エンリッチ領域（ハ）における
高速側（例えば４０００ｒｐｍ以上）の特定領域では、
本発明の特徴部分であるが、高速側ないし高負荷側にな
るほど、混合気の空燃比をリッチ化させて、余剰の燃料
の気化潜熱によって排気温度の上昇を抑えるようにして
いる（図７参照）。また、この特定領域では、そのよう
に多量に噴射供給する燃料を良好に燃焼させるべく、後
述の如くターボ過給機４０の最高過給圧を高めるととも
に、ＴＳＣＶ３０を閉じて、タンブル流Ｔを最大限に強
化するようにしている。
【００４１】尚、前記成層燃焼領域（イ）の高負荷側
（例えば１５００ｒｐｍ以上）からλ＝１領域（ロ）及
びエンリッチ領域（ハ）にかけては、排気流量がある程
度以上、多くなってターボ過給機４０により実質的に吸
気の過給が行われる過給領域となっている。
【００４２】以下、前記ＥＣＵ５０による制御の手順を
具体的に説明すると、図６のフローチャート図に示すよ
うに、まず、スタート後のステップＳＡ１では、クラン
ク角センサ９、エアフローセンサ２４、水温センサ４
７、アクセル開度センサ４８、回転速度センサ４９等か
らの出力信号を入力する。続いて、ステップＳＡ２にお
いて、回転速度センサ５２により検出されたエンジン回
転速度neとアクセル開度センサ５１により検出されたア
クセル開度とに基づいて、エンジン１の目標負荷Peを演
算し、この演算した目標負荷Peとエンジン回転速度neと
に基づいて、前記図４に示すような制御マップからエン
ジン１の運転モードを読み出すことにより、運転モード
を演算する。
【００４３】尚、前記目標負荷Peは、アクセル開度とエ
ンジン回転速度neとに対応する最適値が予め実験的に求
められてマップとして記録されており、このマップをＥ
ＣＵ５０のメモリに電子的に格納しておいて、現在のア
クセル開度とエンジン回転速度neとに対応する値を該マ
ップから読み出すようにすればよい。
【００４４】続いて、ステップＳＡ３以降の各ステップ
において、前記ステップＳＡ２において設定した運転モ
ード別に制御パラメータを演算して、この演算結果に基
づいて点火回路１７、インジェクタ１８、スロットル弁
２７、ＴＳＣＶ３０等の作動制御を行う。すなわち、ス
テップＳＡ３においてエンジン１が成層燃焼モードにな
いＮＯと判定すれば、後述のステップＳＡ７に進む一
方、成層燃焼モードにあるＹＥＳと判定すれば、このと
きにはステップＳＡ４〜ＳＡ６に進んで、成層燃焼モー
ドの制御を行う。
【００４５】詳しくは、成層燃焼モードの場合、まずス
テップＳＡ４において、前記ステップＳＡ２で求めた目
標負荷Peとエンジン回転速度neとに基づいて、エンジン
１の目標空燃比A/Fを演算する。すなわち、目標空燃比A
/Fの値は、目標負荷Peとエンジン回転速度neとに対応す
る最適値が予め実験的に求められて、図７に一例を示す
ような空燃比マップとして記録されており、このマップ
がＥＣＵ５０のメモリに電子的に格納されている。そし
て、現在の目標負荷Peとエンジン回転速度neとに基づい
て、前記空燃比マップから現在の目標負荷Peとエンジン
回転速度neとに対応する値を読み出す。
【００４６】続いて、ステップＳＡ５において、エンジ
ン１が成層燃焼状態となるように、インジェクタ１８や
スロットル弁２７等を制御する。すなわち、前記ステッ
プＳＡ４で求めた目標空燃比A/Fと吸気充填効率ceとに
基づいて、目標燃料噴射量を演算し、この目標燃料噴射
量と現在の燃圧とに基づいて、インジェクタ１８の開弁
時間間隔（パルス幅）を演算する。ここで、吸気充填効
率ceは、例えばエアフローセンサ２４からの出力とエン
ジン回転速度neとに基づいて演算すればよい。
【００４７】また、目標負荷Peとエンジン回転速度neと
に基づいて、インジェクタ１８の開弁開始タイミング
（燃料噴射時期）や点火プラグ１３による点火のタイミ
ング（点火時期）等を演算し、さらに、前記目標空燃比
A/Fとエンジン回転速度neとに基づいてスロットル弁２
７の目標開度を演算し、エンジン回転速度neに基づいて
目標燃圧を演算する。そして、ＥＣＵ５０から点火回路
１７、インジェクタ１８、燃料供給系２０、スロットル
弁２７等にそれぞれ作動指令となる信号を出力する。
【００４８】尚、前記各制御パラメータの演算には、目
標負荷Pe、目標空燃比A/F、回転速度ne等、エンジン１
の運転状態を表すパラメータに対応付けて、各制御パラ
メータの最適値を実験的に設定して記録したマップを予
め作成し、このマップをＥＣＵ５０のメモリに電子的に
格納しておいて、このマップから現在のエンジン１の運
転状態に対応する各制御パラメータの値を読み出すよう
にすればよい。例えば、目標燃圧については、燃焼室６
におけるタンブル流Ｔの強さがエンジン回転速度neに応
じて変化することを考慮して、エンジン回転速度neの上
昇に伴うタンブル流速の増大に見合うように、その回転
速度neに応じて燃圧を高め、燃料噴霧の貫徹力を増大さ
せるようにしている。
【００４９】続いて、ステップＳＡ６において、目標負
荷Peとエンジン回転速度neとに基づいて、ＴＳＣＶ３０
の目標開度（ＴＳＣＶ開度）を演算する。すなわち、Ｔ
ＳＣＶ開度についても、目標負荷Peとエンジン回転速度
neとに対応する最適値が予め実験的に求められて、図８
に一例を示すようなＴＳＣＶマップとして記録されてい
て、このマップがＥＣＵ５０のメモリに電子的に格納さ
れており、現在の目標負荷Peとエンジン回転速度neとに
対応する値をマップから読み出すようにする。このＴＳ
ＣＶマップによれば、成層燃焼領域（イ）においてはＴ
ＳＣＶ開度は略全閉となっており、このことで、本来、
吸気の流速が低いエンジン１の低速域においても吸気を
絞ってタンブル流Ｔを強化し、燃料噴霧とバランスさせ
ることができる。そして、ＥＣＵ５０からＴＳＣＶ３０
に作動指令となる信号を出力して、しかる後にリターン
する。
【００５０】以上、要するに、成層燃焼モードでは、ま
ず、要求される出力が得られるような仮の燃料噴射量を
決定し、これに対して空燃比を決定し、この空燃比にな
るようにスロットル開度を制御して必要な吸入空気量を
得るとともに、実際の吸入空気量に応じて最終的に燃料
噴射量を制御するようにしている。これにより、排気状
態の悪化を招くことなく、優れたドライバビリティと燃
費性能を得ることができる。
【００５１】これに対し、前記ステップＳＡ３において
成層燃焼モードでないＮＯと判定して進んだステップＳ
Ａ７では、今度はエンリッチモードかどうか判定し、こ
の判定がＹＥＳであれば、後述のステップＳＡ１１に進
む一方、判定がＮＯならばλ＝１モードであるから、ス
テップＳＡ８に進み、エンジン１の目標空燃比A/Fを理
論空燃比とする。続いて、ステップＳＡ９において前記
ステップＳＡ５と同様に目標燃料噴射量とインジェクタ
１８のパルス幅とを演算し、また、エンジン回転速度ne
に基づいて目標燃圧を演算するとともに、吸気充填効率
ceとエンジン回転速度neとに基づいて燃料噴射時期及び
点火時期を演算し、さらに、アクセル開度に基づいてス
ロットル弁２７の目標開度を演算する。そして、ＥＣＵ
５０から点火回路１７、インジェクタ１８、燃料供給系
２０、スロットル弁２７等にそれぞれ作動指令となる信
号を出力する。
【００５２】続いて、ステップＳＡ１０において、前記
ステップＳＡ６と同様に、目標負荷Peとエンジン回転速
度neとに基づいて、ＴＳＣＶマップからＴＳＣＶ開度を
読み込んで、作動指令となる信号をＴＳＣＶ３０に出力
し、その後、リターンする。前記のマップによれば、λ
＝１領域（ロ）においてはＴＳＣＶ開度は略全開とする
ようになっており、このことで、吸気効率の低下を最小
限に留めて、ポンプ損失を低減することができ、λ＝１
領域（ロ）における燃費の低減が図られる。
【００５３】以上、要するに、λ＝１モードでは、混合
気を略理論空燃比とすることを前提とし、要求される出
力、即ち混合気の量が得られるようにスロットル開度を
制御するとともに、実際の吸入空気量に応じて燃料噴射
量を制御するようにしており、これにより、十分な出力
と優れたドライバビリティを得ながら、三元触媒３８に
より排気を略完全に浄化することができる。
【００５４】そして、本願発明の特徴は、以下に述べる
ようなエンリッチモードでの制御にある。すなわち、前
記ステップＳＡ７においてエンリッチモードであるＹＥ
Ｓと判定してステップＳＡ１１に進んだ場合、まず、こ
のステップＳＡ１１において、前記ステップＳＡ４と同
様に、目標負荷Peとエンジン回転速度neとに基づいて、
空燃比マップからエンジン１の目標空燃比A/Fを読み込
む。ここで、該空燃比マップによれば、エンリッチ領域
（ハ）の低速側（図例では４０００ｒｐｍ以下）では、
目標空燃比A/Fは、均一燃焼の場合に最も高い出力の得
られるいわゆるパワー空燃比（Ａ／Ｆ≒１３）とされて
いる。
【００５５】一方、エンリッチ領域（ハ）の高速側の特
定領域（図例では４０００ｒｐｍよりも高い領域）にお
いては、目標空燃比A/Fは、Ａ／Ｆ≒１０〜１３の範囲
で高速側ないし高負荷側ほどリッチな値になるように設
定されている。このことで、エンジン１が前記特定領域
にあるときには、各気筒２内の混合気の空燃比Ａ／Ｆは
Ａ／Ｆ≦１３とされて、高負荷に対応する十分な高出力
が得られるとともに、その中でも高速側ないし高負荷側
になるほど空燃比が徐々にリッチ側に変更されて、吸入
空気量に対する燃料噴射量の割合が多くなり、そのよう
に多量に噴射供給される燃料の気化潜熱によって、排気
温度の上昇が抑制されることになる。
【００５６】続いて、ステップＳＡ１２において、前記
目標空燃比A/Fと吸気充填効率ceとに基づいて目標燃料
噴射量を演算し、この目標燃料噴射量と現在の燃圧とに
基づいてインジェクタ１８のパルス幅を演算する。ま
た、エンジン回転速度neに基づいて目標燃圧を演算する
とともに、吸気充填効率ceとエンジン回転速度neとに基
づいて燃料噴射時期及び点火時期を演算し、さらに、ア
クセル開度に基づいてスロットル弁２７の目標開度を演
算する。そして、ＥＣＵ５０から点火回路１７、インジ
ェクタ１８、燃料供給系２０、スロットル弁２７等にそ
れぞれ作動指令となる信号を出力する。
【００５７】続いて、ステップＳＡ１３において、前記
ステップＳＡ６，ＳＡ１０と同様に、目標負荷Peとエン
ジン回転速度neとに基づいて、ＴＳＣＶマップからＴＳ
ＣＶ開度を読み込んで、作動指令となる信号をＴＳＣＶ
３０に出力する。そのＴＳＣＶマップによれば、エンリ
ッチ領域（ハ）の低速側では、ＴＳＣＶ３０が略半分、
閉じられるように設定されており一方、エンリッチ領域
（ハ）の高速側の特定領域においては、ＴＳＣＶ開度
は、略全開から全閉までの範囲で高速側ないし高負荷側
ほど開度が小さくなるように設定されている。このこと
で、ＴＳＣＶ開度は、前記特定領域においてその低負荷
側に隣接するλ＝１領域に比べて、同じエンジン回転速
度neであっても相対的に吸気の絞り度合いが大きくな
る。
【００５８】続いて、ステップＳＡ１４において、ター
ボ過給機４０の最高過給圧の設定値を高くなるように変
更する。すなわち、図９に一例を示すように、ＥＣＵ５
０には、ＴＳＣＶ開度の全閉から全開までに亘って、そ
の開度が小さくなるほど最高過給圧が徐々に高くなるよ
うにウエストゲート弁４２の開度を設定した過給圧テー
ブルが電子的に格納されている。言い換えると、該過給
圧テーブルでは、ＴＳＣＶ３０が閉じられて吸気の絞り
度合いが大きくなったときに、そのことによる吸気効率
の低下を相殺して、気筒２の吸気充填量を維持できるよ
うな過給圧が得られるように、ウエストゲート弁４２の
開度が実験的に求められて設定されている。そして、前
記ステップＳＡ１３で求めたＴＳＣＶ開度に基づいて、
前記過給圧テーブルから過給圧を読み込み、この過給圧
に対応する開度となるようにウエストゲート弁４２の電
磁ソレノイドに制御信号を出力して、しかる後にリター
ンする。
【００５９】このことで、前記特定領域では、その低速
側に隣接するλ＝１領域に比べて、ターボ過給機４０に
よる吸気の最高過給圧が高くなる。また、エンジン１の
運転状態が前記特定領域とそれ以外の領域との間で遷移
するときには、ＴＳＣＶ３０やターボ過給機４０のウエ
ストゲート弁４２の制御がなされるが、その際に気筒２
の吸気充填量が急変することがなく、エンジン出力の変
動が抑制される。
【００６０】以上、要するに、エンジン１がエンリッチ
領域（ハ）にあるときには、空燃比をいわゆるパワー空
燃比として高出力を得ながら、基本的には前記λ＝１モ
ードと同様の燃焼制御が行われるのであるが、特に高速
高負荷側の特定領域においては空燃比をさらにリッチ化
して、排気温度の上昇を抑制するとともに、このために
噴射される極めて多くの燃料を十分に気化霧化させて良
好に燃焼させるために、ターボ過給機４０による吸気の
過給圧を高め、かつＴＳＣＶ３０を閉じて、敢えて吸気
を絞ることにより、燃焼室６のタンブル流Ｔを最大限に
強化するようにしたものである。
【００６１】尚、前記フローのステップＳＡ１４では、
図９に示すようにターボ過給機４０の最高過給圧をＴＳ
ＣＶ開度に対応付けて設定するようにしているが、これ
に限るものではなく、同図のような特性が得られるよう
に、最高過給圧を例えば目標負荷Peやエンジン回転速度
ne等に対応するマップとして設定記録しておき、このマ
ップに基づいてウエストゲート弁４２の開度を制御する
ようにしてもよい。また、ＴＳＣＶ３０による吸気の絞
り度合いには個体差があるので、上述した成層燃焼モー
ドの定常運転時等においてＴＳＣＶ開度と実際の吸気充
填量ceとの相関関係を学習し、この学習結果に基づいて
前記過給圧のテーブル（図９参照）を補正するようにし
てもよい。反対に、必ずしもＴＳＣＶ開度の変化に応じ
て吸気充填量を維持するように最高過給圧を変更する必
要はなく、単に特定領域において最高過給圧を高めるよ
うにするだけでもよい。
【００６２】前記図６に示すフローチャート図におい
て、ステップＳＡ５により、低速低負荷側の成層燃焼領
域（イ）において、インジェクタ１８により噴射した燃
料が気筒２の点火時期に可燃混合気となって点火プラグ
１６の電極付近に滞留するように、該インジェクタ１８
により燃料を当該気筒２の圧縮行程でタンブル流Ｔに向
かって噴射させる燃料噴射制御手段５０ａが構成されて
いる。
【００６３】また、ステップＳＡ１１により、高速高負
荷側のエンリッチ領域（ハ）に設定した特定領域におい
て、気筒２内の空燃比Ａ／ＦをＡ／Ｆ≦１３になるよう
に制御する空燃比制御手段５０ｂが構成されている。
【００６４】また、ステップＳＡ１３により、前記特定
領域においてその低負荷側に隣接するλ＝１領域（ロ）
に比べて、同じエンジン回転速度neであってもタンブル
流Ｔが相対的に強くなるように、ＴＳＣＶ３０による吸
気の絞り度合いを大きくする流動制御手段５０ｃが構成
されている。
【００６５】さらに、ステップＳＡ１４により、前記特
定領域においてその低速側に隣接するλ＝１領域（ロ）
に比べて、過給圧力を一定に抑える目標過給圧（最高過
給圧）が高くなるようにターボ過給機４０のウエストゲ
ート弁４２の開度を制御する過給圧制御手段５０ｄが構
成されている。
【００６６】（エンジン１の運転動作）以下、この実施
形態に係るエンジン１の運転動作について詳細に説明す
る。
【００６７】まず、エンジン１が成層燃焼領域（イ）に
あるとき、図１０に示すように、気筒２の吸気行程にお
いて吸気ポート１０，１０から燃焼室６に流入する吸気
により、タンブル流Ｔが生成される。このタンブル流Ｔ
は、図１１に示すように、当該気筒２の圧縮行程中期以
降まで保存され、ピストン５冠面の凹部５ａに沿ってイ
ンジェクタ１８に向かって流れるようになる。この際、
圧縮行程におけるピストン５の上昇に伴いタンブル流Ｔ
は徐々に潰されてコンパクトになり、その流速も低下す
ることになるが、ペントルーフ型燃焼室６の天井部とピ
ストン５冠面の凹部５ａとの間に適切な形状の空間が残
されているため、タンブル流Ｔは当該気筒２の圧縮行程
中期以降まで崩壊することがない。
【００６８】そして、同図に示すように、インジェクタ
１８により燃料が噴射されると、この燃料噴霧の大部分
は、ピストン５冠面の凹部５ａに沿って流れるタンブル
流Ｔの流れの強いところに略正対するように衝突する。
これにより、燃料液滴の気化霧化や周囲の空気との混合
が促進されるとともに、その燃料噴霧がタンブル流Ｔを
押し退けるように進みながら、徐々に減速されて、図１
２に示す当該気筒２の点火時期において同図に斜線を入
れて示すように可燃混合気となって、点火プラグ１６の
電極付近に滞留するようになる。この状態で該点火プラ
グ１６に通電されることよって、可燃混合気層に点火さ
れる。
【００６９】つまり、低速低負荷側の成層燃焼領域
（イ）では、インジェクタ１８による燃料噴霧の貫徹力
を対向するタンブル流Ｔの流速に対応するように調節
し、かつ気筒２の点火時期から逆算した所定のタイミン
グで燃料を噴射させることにより、燃料噴霧貫徹力とタ
ンブル流速とをバランスさせて、点火プラグ１６の電極
周りに混合気を適切にかつ安定的に成層化させることが
でき、もって、良好な成層燃焼を実現できる。
【００７０】一方、エンジン１がλ＝１領域（ロ）又は
エンリッチ領域（ハ）にあるときには、気筒２の吸気行
程においてタンブル流Ｔが生成されるとともに、インジ
ェクタ１８により燃料の噴射が行われる。この噴射噴霧
は、圧縮行程に比べて低圧の燃焼室６内において相対的
に大きく拡がるとともに、ピストン５の下降移動に伴う
燃焼室６の容積の増大によって拡散しながら、タンブル
流Ｔによって吸気と十分に混合されかつ十分に気化霧化
して、燃焼室６全体に略均一な可燃混合気を形成する。
そして、その後の点火時期において点火プラグ１６の電
極に通電されると、その近傍にて生成された火炎核が急
速に成長して、良好な均一燃焼状態となる。
【００７１】特に、エンリッチ領域（ハ）における高速
側の特定領域においては、ウエストゲート弁４２の制御
によりターボ過給機４０の最高過給圧が高められ、これ
により最大限の過給が行われて気筒２への吸入空気量が
極めて多くなるとともに、当該気筒２の混合気の空燃比
Ａ／ＦがＡ／Ｆ≦１３となるよう、インジェクタ１８か
ら多量の燃料が噴射される。この際、エンジン回転速度
neの上昇に伴い燃料を噴射可能な時間間隔が自ずと短く
なり、燃料噴射終了時期が遅角側に移動するから、燃料
の気化霧化には極めて不利な条件となるが、前記のよう
に最大限の過給が行われているにもかかわらず、ＴＳＣ
Ｖ３０が閉じられて吸気が絞られることで、高い過給圧
との相乗的な作用により、燃焼室６のタンブル流Ｔが可
及的に強化され、これにより、多量の噴射燃料が十分に
気化霧化されることになるので、燃焼に伴うＰＭの生成
は十分に抑制される。
【００７２】その際、前記したように、ＴＳＣＶ３０を
閉じることによる吸気充填量の低下を補完するように、
ターボ過給機４０の最高過給圧を高めるようにしている
ので、エンジン１の最高出力が維持されるとともに、エ
ンジン１の運転状態が前記特定領域とそれ以外の領域と
の間で相互に移行したときにも、出力の変動を招くこと
がない。
【００７３】図１４は、この実施形態のような過給機付
直噴エンジンを用い、高速高負荷側の特定領域において
従来までのように単に混合気の空燃比をリッチ化させた
ものと（従来例）、そのときの燃料噴射量を控えめにし
てＰＭの生成を抑制すべく、混合気の空燃比Ａ／ＦをＡ
／Ｆ＝１０．５としてややリーン側に変更したものと
（比較例）、上述したように、過給圧を最大限に高める
とともに敢えて吸気を絞ったものと（実施例）につい
て、排気中のＰＭの排出量やエンジン出力等とを対比し
た実験結果を示す。
【００７４】同図によれば、従来例のものでは十分に高
い出力が得られる一方で、ＰＭの排出量も多いことが分
かる。また、比較例のものでは空燃比Ａ／Ｆをややリー
ン化したことで、ＰＭの排出量をかなり減らせるもので
あるが、同時に、出力も低下してしまうことが分かる。
尚、比較例のもので過給圧が僅かに低下しているのは排
気温度の過度の上昇を防止するためであり、仮に過給圧
を従来例と同等にしたとしても、出力の低下は避けられ
ない。
【００７５】そのような従来例及び比較例に対し、本願
発明の実施例では、上述の如く、ターボ過給機４０の最
高過給圧を高めるとともに、これにより増大する吸気を
敢えてＴＳＣＶ３０により絞って、タンブル流を可及的
に強化することによって、燃料の気化霧化を十分に促進
することができ、これにより、図示の如くＰＭの排出量
が圧倒的に少なくなることが分かる。しかも、その際
に、ＴＳＣＶが閉じられることによって吸気効率の低下
する分を、過給圧を高めることによって補うようにして
いるので、従来例と同等の高出力を得られることが分か
る。
【００７６】したがって、この実施形態に係る過給機付
火花点火式直噴エンジン１によると、エンジン１が高速
高負荷側の特定領域にあるときに、気筒２の混合気の空
燃比を高速側ないし高負荷側ほどリッチになるようにし
て、燃料の気化潜熱により排気温度の上昇を抑制し、も
って排気系の信頼性を確保できる。
【００７７】その際、従来までは捨てていた排気エネル
ギを利用して、ターボ過給機４０により吸気をさらに過
給するとともに、その吸気を敢えて絞ることによって、
燃焼室６のタンブル流Ｔを可及的に強化することがで
き、これにより、多量の燃料の気化霧化を十分に促進し
て、ＰＭの排出を低減できる。
【００７８】また、そのようにＴＳＣＶ３０を閉じて吸
気を絞ることによって、吸気効率は低下することになる
が、同時に、気筒２への吸気充填量は低下しないように
過給圧を高めるようにしているので、エンジン１の最高
出力を確実に維持することができ、さらに、エンジン１
の運転状態が該特定領域とそれ以外の領域との間で相互
に移行したときにも出力の変動を招くことがない。
【００７９】さらに、この実施形態のエンジン１の場
合、エアーガイド方式の適切な成層燃焼を実現するため
にＴＳＣＶ３０を設けることが必要であり、このＴＳＣ
Ｖ３０を用いて前記のような作用が得られるものである
から、新たなハードウエアを追加する必要もなく、コス
トの増大や構成の複雑化を招かずに、上述の効果を十分
に得ることができる。
【００８０】（他の実施形態）本願発明の構成は、前記
実施形態のものに限定されることはなく、その他の種々
の構成を包含するものである。すなわち、前記実施形態
では、気筒内流動として特にタンブル流Ｔに注目してお
り、吸気通路２３に設けたＴＳＣＶ３０とステッピング
モータ３１とにより、気筒２内への吸気の流れを絞って
タンブル流Ｔを強化するようにしているが、これに限ら
ず、例えば、２以上の吸気弁を備えたエンジンにおい
て、それらの内の少なくとも１つの吸気弁のリフト量を
強制的に減少させるような機構を設けたり、或いは、１
つないし２つの吸気弁の開作動を強制的に停止させるよ
うな機構を設け、これらの機構の作動によって、気筒２
への吸気を絞ることにより、タンブル流Ｔやスワール流
等の気筒内流動を強化するようにしてもよい。
【００８１】また、前記実施形態では、ターボ過給機４
０の最高過給圧を調整するウエストゲート通路４１及び
ウエストゲート弁４２により、過給圧調整手段を構成し
ているが、これに限るものではなく、例えば、タービン
への排気を絞ってその流速を変更することにより、過給
効率を可変とした可変ターボ過給機を用いるようにして
もよい。
【００８２】さらに、過給機としてターボ過給機に限ら
ず、例えば、エンジン１のクランク軸８や電動モータに
より駆動する機械式過給機を用いるようにしてもよく、
この場合には、過給圧を逃がすリリーフ弁や過給機の駆
動力を調整する調整機構によって、過給圧調整手段を構
成すればよい。
【００８３】さらにまた、前記実施形態では、本願発明
をいわゆるエアーガイド方式の直噴エンジンに適用して
いるが、これに限らず、インジェクタにより燃焼室内に
直接噴射した燃料をピストン冠面の凹部内壁により案内
して点火プラグの電極周りに成層化させるようにした、
いわゆるウオールガイド方式の直噴エンジンにも同様に
適用することができる。
【００８４】
【発明の効果】以上、説明したように、請求項１の発明
に係る過給機付火花点火式直噴エンジンによると、少な
くとも高速高負荷側の過給領域において燃料噴射弁によ
り燃料を気筒の吸気行程で噴射させて、均一燃焼状態と
する場合に、その内の特定領域においては空燃比制御手
段によりエンジンの気筒内の空燃比をリッチ化させて、
排気温度の過度の上昇を抑制しながら、過給機により吸
気をさらに過給し、かつその吸気を敢えて絞ることによ
って、気筒内流動を最大限に強化することにより、エン
ジンの最高出力を確保しながら、多量の燃料を十分に気
化霧化させて、排気中のＰＭを低減することができる。
【００８５】請求項２の発明によると、特定領域におい
て吸気絞りによる吸気充填量の低下を補完するように過
給圧を高めることで、エンジンの最高出力を維持できる
とともに、エンジン出力の変動を抑制できる。
【００８６】請求項３の発明によると、少なくとも、特
定領域を除く過給領域において吸気の絞り度合いを最小
とすることで、当該領域におけるポンプ損失の低減によ
って、燃費の改善が図られる。
【００８７】請求項４の発明によると、気筒への吸気通
路に配設した開閉弁を閉じて吸気を絞ることにより、気
筒内流動を確実に強化することができる。
【００８８】請求項５の発明によると、成層燃焼時にタ
ンブル流を強化するために開閉弁を必要とするいわゆる
エアーガイド方式の直噴エンジンにおいて、その開閉弁
を有効利用して、コスト増大や構造の複雑化を招かず
に、請求項４の発明の効果を十分に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の過給機付火花点火式直噴エンジンの概
略構成を示す模式図である。
【図２】実施形態に係るエンジンの全体構成図である。
【図３】ピストン冠面、吸気ポート、点火プラグ及びイ
ンジェクタの配置構成を示す斜視図である。
【図４】エンジンの運転モードを設定した制御マップの
一例を示す図である。
【図５】インジェクタによる燃料噴射時期を模式的に示
すタイムチャート図である。
【図６】エンジンの基本的な制御手順を示すフローチャ
ート図である。
【図７】目標負荷及びエンジン回転速度に対応する適切
な目標空燃比の値を設定して記録した空燃比マップの一
例を示す図である。
【図８】目標負荷及びエンジン回転速度に対応する適切
なＴＳＣＶ開度を設定して記録したＴＳＣＶマップの一
例を示す図である。
【図９】ＴＳＣＶ開度に対応する適切な最高過給圧を設
定したテーブルの一例を示す図である。
【図１０】気筒の吸気行程において燃焼室に生成される
タンブル流の様子を示す図である。
【図１１】気筒の燃料噴射時期においてタンブル流に衝
突するように噴射された燃料噴霧の様子を示す図であ
る。
【図１２】気筒の点火時期において点火プラグの電極付
近に滞留する混合気の様子を示す説明図である。
【図１３】気筒の吸気行程において燃焼室に生成される
タンブル流やインジェクタからの燃料噴霧の様子を示す
図である。
【図１４】高速高負荷側の特定領域におけるターボ過給
圧、ＰＭの排出量及びエンジン出力を、従来例や比較例
と対比して示す実験結果のグラフ図である。
【符号の説明】
１ 過給機付火花点火式直噴エンジン ２ 気筒 ６ 燃焼室 １６ 点火プラグ １８ インジェクタ（燃料噴射弁） ３０ ＴＳＣＶ（開閉弁） ３１ アクチュエータ ４０ ターボ過給機（過給機） ４１ ウエストゲート通路（過給圧調整手段） ４２ ウエストゲート弁（過給圧調整手段） ５０ ＥＣＵ ５０ａ 燃料噴射制御手段 ５０ｂ 空燃比制御手段 ５０ｃ 流動制御手段 ５０ｄ 過給圧制御手段 Ｔ タンブル流（気筒内流動）
───────────────────────────────────────────────────── 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） Ｆ０２Ｂ 31/00 ３０１ Ｆ０２Ｂ 31/00 ３０１Ｃ ３０１Ｆ 37/12 ３０２ 37/12 ３０２Ｅ ３０２Ｇ Ｆ０２Ｄ 23/02 Ｆ０２Ｄ 23/02 Ｈ 41/02 ３０１ 41/02 ３０１Ａ ３０１Ｄ ３０１Ｆ ３０１Ｇ 41/04 ３０５ 41/04 ３０５Ｃ 43/00 ３０１ 43/00 ３０１Ｅ ３０１Ｊ ３０１Ｒ ３０１Ｕ (72)発明者 藤井 幹公 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） 3G005 EA04 EA14 EA19 EA20 FA35 GA02 GB15 GB17 GC07 GD14 GD18 GE09 HA05 JA02 JA06 JA39 3G023 AA04 AA07 AB03 AC05 AD02 AD07 AD08 AD29 AF03 AG01 AG03 3G084 AA00 AA04 BA07 BA09 BA15 BA21 CA04 CA09 DA01 DA10 FA08 FA10 FA20 FA29 FA38 3G092 AA01 AA06 AA09 AA10 AA18 AB02 BA07 BB06 DB03 DC03 DC06 DE03S DG08 EA01 EA03 EA04 EA05 EC09 FA01 FA18 GA06 GA18 HA01Z HB03Z HD05Z HE03Z HE08Z HF08Z 3G301 HA01 HA04 HA11 HA16 HA17 JA01 JA24 KA09 KA25 LA00 LA03 LA05 LB04 LC04 MA01 MA19 NC02 NE01 NE11 NE12 NE13 NE19 PA04Z PB08Z PD04Z PE03Z PE08Z PF03Z

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 気筒への吸気を過給する過給機と、該気
    筒内の燃焼室に燃料を直接、噴射供給する燃料噴射弁と
    を備え、少なくとも高速高負荷側の過給領域において前
    記燃料噴射弁により燃料を気筒の吸気行程で噴射させて
    均一燃焼状態とするようにした火花点火式４サイクル直
    噴エンジンにおいて、 前記気筒内への吸気の流れを絞って気筒内流動を強化す
    る流動強化手段と、 前記過給機による吸気の過給圧を調整する過給圧調整手
    段と、 前記過給領域内の高速高負荷側に設定した特定領域にお
    いて、気筒内の空燃比Ａ／ＦをＡ／Ｆ≦１３になるよう
    に制御する空燃比制御手段と、 前記特定領域において、該特定領域の低負荷側に隣接す
    る領域に比べて、同じエンジン回転速度であっても気筒
    内流動が相対的に強くなるように、前記流動強化手段に
    よる吸気の絞り度合いを大きくする流動制御手段と、 前記特定領域において、該特定領域の低速側に隣接する
    領域に比べて、過給圧力を一定に抑える目標過給圧が相
    対的に高くなるように前記過給圧調整手段を制御する過
    給圧制御手段とを備えることを特徴とする過給機付火花
    点火式直噴エンジン。
  2. 【請求項２】 請求項１において、 過給圧制御手段は、流動制御手段による流動強化手段の
    制御が行われて、吸気の絞り度合いが大きくなったと
    き、このことによる吸気充填量の低下を補完するように
    過給圧を高めるものであることを特徴とする過給機付火
    花点火式直噴エンジン。
  3. 【請求項３】 請求項１又は２のいずれかにおいて、 流動制御手段は、少なくとも、特定領域を除く過給領域
    において流動強化手段による吸気の絞り度合いを最小と
    するように構成されていることを特徴とする過給機付火
    花点火式直噴エンジン。
  4. 【請求項４】 請求項１において、 流動強化手段は、気筒への吸気通路に配設された開閉弁
    と、この開閉弁の開度を調整するアクチュエータとを備
    え、 流動制御手段は、前記アクチュエータの作動によって開
    閉弁の開度を制御するように構成されていることを特徴
    とする過給機付火花点火式直噴エンジン。
  5. 【請求項５】 請求項４において、 開閉弁は、その開度の減少により気筒内流動としてのタ
    ンブル流を強化するものであり、 燃料噴射弁は、気筒の圧縮行程で当該気筒内の燃焼室を
    流れるタンブル流に対向するように配置され、 低速低負荷側の所定領域において、前記燃料噴射弁によ
    り噴射した燃料が気筒の点火時期に可燃混合気となって
    点火プラグの電極付近に滞留するように、該燃料噴射弁
    により燃料を当該気筒の圧縮行程でタンブル流に向かっ
    て噴射させる燃料噴射制御手段が設けられ、 流動制御手段は、前記所定領域及び特定領域においてそ
    れぞれ前記開閉弁を閉じるように構成されていることを
    特徴とする過給機付火花点火式直噴エンジン。
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