JP2003161185A - ターボ過給機付筒内噴射エンジンの制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】加速前期に排気ガスの温度を上昇させてターボ
ラグを抑制するターボ加給機付筒内噴射エンジンの燃料
噴射制御装置を提供する。 【解決手段】ターボ過給機付筒内噴射エンジンの制御装
置は、加速開始と判定された後、エンジン運転領域が成
層燃焼領域にあるときは圧縮行程中と膨張行程中に燃料
を分割して噴射する成層燃焼分割噴射制御を行い、エン
ジン運転領域が成層燃焼領域から均一燃焼領域に移行し
たときは、吸気行程中と膨張行程中に燃料を分割して噴
射する均一燃焼分割噴射制御を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ターボ過給機付筒
内噴射エンジンの制御装置に関し、特に、加速を検出し
た場合に、吸気行程中又は圧縮行程中と膨張行程中とに
燃料を分割して噴射する分割噴射制御を行うターボ過給
機付筒内噴射エンジンの制御装置に関する。

【０００２】

【従来技術】ターボ過給機を備えたエンジンの場合、加
速開始時におけるタービン回転の立ち上がり遅れによ
り、いわゆるターボラグが生じる。このターボラグを抑
制する方法として従来より種々の方法が提案されてお
り、その方法の一つとして、排気ガスの温度を上昇させ
てターボ過給機のタービンを駆動するエネルギを増大さ
せて過給の効果を早期に得るものがある。

【０００３】特開２０００−５４８９４号公報には、過
給機付きの筒内噴射型エンジンにおいて、加速前期に吸
気行程から点火時期にかけての範囲で燃料を複数回に分
割して噴射する分割噴射制御を行うと共に、後期側の燃
料噴射時期を圧縮行程の中期以降に設定する技術が開示
されている。該公報によれば、後期側の燃料噴射により
点火栓の周りに霧化が不十分なリッチ領域を設けること
により、後燃えを促進させ、排気温度の上昇を図ってい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、一般
に、後燃えは、微粒化が不充分な液滴状の燃料が、大部
分の燃焼が終了した後に霧化して酸化反応に至る現象で
あることから、エンジンの状態が冷態始動状態である場
合には容易に発生する可能性があるが、暖機後の周辺温
度が充分に高い状況では後燃えは発生し難く、充分な排
気ガスの温度上昇を期待することはできない。

【０００５】また、筒内噴射エンジンでは、いわゆる成
層燃焼形態における燃焼状態を改善するために、燃料を
充分に微粒化した状態で噴霧する性能を有した筒内噴射
弁が用いられているので、かかる筒内噴射弁を用いて点
火栓の周りに霧化が不十分なリッチ領域を設けることは
困難であり、後燃えを期待することはできない。

【０００６】更に、いわゆる均一燃焼形態において、分
割噴射制御による後半の噴射タイミングを点火前の圧縮
行程中に設定して、後燃えを生じさせるのに十分なリッ
チ領域を生じさせると、そのリッチ領域において空気利
用率の低下を招き、点火栓による主燃焼の熱発生率が低
下して、燃費の悪化や出力上昇の悪化を併発するおそれ
がある。

【０００７】また、上記公報によれば、加速要求に応じ
て成層燃焼形態から均一燃焼形態に燃焼形態を変更する
場合に、空燃比の変更に応じてスロットルバルブを閉弁
側に移動させる閉弁操作を行っているが、この閉弁操作
により吸入空気量が低下して排気ガスの排出量の低下を
招くおそれがあり、タービン回転の立ち上がりが遅れる
原因になる。

【０００８】更に、上記公報によれば、圧縮行程中に燃
料を噴射してエンジン運転を行う成層燃焼領域から吸気
行程中に燃料を噴射してエンジン運転を行う均一燃焼領
域にエンジン運転領域を移行させる加速要求を検出した
場合、その加速要求を検出した直後に、エンジンの燃焼
形態を成層燃焼形態から均一燃焼形態に移行させる燃焼
形態移行制御が行われる。しかし、この燃焼形態移行制
御に伴ってスロットルバルブの閉弁操作が行われ、成層
燃焼形態から均一燃焼形態への移行完了までの間、発生
トルクが一定に保たれることから、加速応答遅れが生じ
て走行フィーリングが悪化するおそれがある。

【０００９】本発明は、上述の点に鑑みてなされたもの
であり、その目的は、加速前期に排気ガスの温度を上昇
させてターボラグを抑制するターボ過給機付筒内噴射エ
ンジンの制御装置を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する請求
項１に記載の発明によるターボ過給機付筒内噴射エンジ
ンの制御装置は、ターボ過給機と、エンジンの燃焼室内
に燃料を直接噴射する筒内噴射弁と、スロットルバルブ
と該スロットルバルブを駆動するアクチュエータを有す
る電子制御式スロットルと、アクチュエータを制御して
前記スロットルバルブのスロットル開度を調整するスロ
ットル制御手段と、運転者からの加速要求を検出する加
速要求検出手段と、加速要求検出手段により検出した加
速要求とエンジン運転状態に基づいて前記エンジンの加
速開始を判定する加速開始判定手段と、加速開始判定手
段により加速開始と判定された場合に、吸気行程中また
は圧縮行程中に燃料を一括して噴射する通常噴射制御
を、吸気行程中または圧縮行程中と膨張行程中とに燃料
を分割して噴射する分割噴射制御に変更する燃料噴射制
御手段と、を有するターボ過給機付筒内噴射エンジンの
制御装置において、燃料噴射制御手段が、加速開始判定
手段により加速開始と判定された後、エンジン運転領域
が成層燃焼領域にあるときは圧縮行程中と膨張行程中に
燃料を分割して噴射する成層燃焼分割噴射制御を行い、
エンジン運転領域が成層燃焼領域から均一燃焼領域に移
行したときは、吸気行程中と膨張行程中に燃料を分割し
て噴射する均一燃焼分割噴射制御を行うことを特徴とす
る。

【００１１】この発明によれば、加速時にターボ過給機
のタービン回転の立ち上がりを早めてターボラグを抑制
するために、吸気行程中または圧縮行程中と膨張行程中
とに燃料を分割して噴射する分割噴射制御が行われ、膨
張行程中に噴射された燃料の燃焼により燃焼室内の燃焼
期間を膨張行程期間の終期まで延長して燃焼室から排出
される排気ガスの昇温が図られる。

【００１２】そして、その分割噴射制御では、加速初期
のエンジン運転状態が未だ成層燃焼領域にある間は、成
層燃焼分割噴射制御が行われ、エンジン出力の上昇に伴
ってエンジン運転領域が成層燃焼領域から均一燃焼領域
に移行してから、均一燃焼分割噴射制御が行われる。

【００１３】成層燃焼形態によるエンジン運転では、ス
ロットルバルブはほぼ全開に近い位置に保持され、均一
燃焼形態によるエンジン運転の場合よりもより多くの排
気ガスの排出量を排出していることから、加速開始の判
定後も、エンジン運転領域が成層燃焼領域にある間は、
成層燃焼形態によるエンジン運転を続行することによ
り、加速開始時における排気ガスの排出量の低下を防
ぎ、大量の排気ガスの質量流量を継続して確保すること
ができる。また、均一燃焼形態に移行した後は、膨張行
程中に燃料噴射を行う分割噴射制御を行うことにより、
膨張行程中に噴射した燃料の燃焼による排気ガスの昇温
効果を得ることができる。

【００１４】従って、ターボ過給機のタービン回転の立
ち上げをより早めることができ、膨張行程中の燃料噴射
による排気ガスの昇温効果と相俟って、ターボラグを抑
制し加速時間の短縮を図ることができる。

【００１５】請求項２の発明は、請求項１に記載のター
ボ過給機付筒内噴射エンジンの制御装置において、エン
ジン運転領域が成層燃焼領域から均一燃焼領域に移行す
る際に、スロットルバルブの閉弁側への動作を禁止する
スロットル制御をスロットル制御手段が行うことを特徴
とする。

【００１６】この発明によると、エンジン運転領域が成
層燃焼領域から均一燃焼領域に移行する際、スロットル
バルブの閉弁側への動作が禁止されるので、スロットル
バルブのスロットル開度が、成層燃焼分割噴射制御時に
おけるスロットル開度以上に維持された状態で燃焼形態
が成層燃焼形態から均一燃焼形態に移行される。従っ
て、吸入空気量が多い状態で燃焼形態の移行が行われ、
排気ガスの排出量の低下を防ぎ、大量の排気ガスの質量
流量を継続して確保することができる。

【００１７】また、均一燃焼形態に移行した後は、膨張
行程中に燃料噴射を行う分割噴射制御を行うことによ
り、膨張行程中に噴射した燃料の燃焼による排気ガスの
昇温効果を得ることができる。従って、ターボ過給機の
タービン回転の立ち上げをより早めることができ、膨張
行程中の燃料噴射による排気ガスの昇温効果と相俟っ
て、ターボラグを抑制し加速時間の短縮を図ることがで
きる。

【００１８】請求項３の発明は、請求項１又は２に記載
のターボ過給機付筒内噴射エンジンの制御装置におい
て、スロットル制御手段が、燃料噴射制御手段によって
成層燃焼分割噴射制御から均一燃焼分割噴射制御への変
更が行われた後に、スロットルバルブを全開状態にする
スロットル制御を開始することを特徴とする。この発明
によれば、均一燃焼分割噴射制御が開始されると、スロ
ットルバルブが全開状態に制御されて、エンジンに供給
される吸入空気量が更に増大される。このため、ターボ
ラグを抑制し、加速時間の短縮を図ることができる。

【００１９】請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれ
かに記載のターボ過給機付筒内噴射エンジンの制御装置
において、燃料噴射制御手段が、加速開始判定手段によ
り加速開始の判定を受けた場合に、スロットルバルブ制
御手段によるスロットルバルブのスロットル制御に先駆
けて、分割噴射制御を行うことを特徴とする。この発明
によれば、加速開始の判定がされると、スロットルバル
ブのスロットル制御に先駆けて、分割噴射制御が行われ
る。電子制御式スロットルのスロットルバルブは、例え
ば電動モータ等のアクチュエータによって駆動されるこ
とから、制御指令を受けてから実際のスロットル開度が
目標スロットル開度に到達するまでに、ある程度の時間
が必要となり、作動の応答遅れが生じる。

【００２０】従って、実際のスロットル開度が目標スロ
ットル開度に到達するよりも前に分割噴射制御を開始す
ることによって、排気ガスの昇温をより早期に開始し、
タービン回転の立ち上げをより早めることができる。従
って、ターボラグを抑制し、加速時間を短縮することが
できる。

【００２１】請求項５の発明は、請求項１〜４のいずれ
かに記載のターボ過給機付筒内噴射エンジンの制御装置
において、燃料噴射制御手段が、スロットルバルブ制御
手段によりスロットルバルブの実際のスロットル開度が
全開状態に調整された時点で、分割噴射制御を吸気行程
中または圧縮行程中に燃料を一括して噴射する通常噴射
制御に戻すことを特徴とする。

【００２２】この発明によると、スロットルバルブの実
際のスロットル開度が全開状態に調整されることによっ
て分割噴射制御から通常噴射制御に戻される。分割噴射
制御は、膨張行程中の燃料噴射により排気ガスの昇温を
図り、タービン回転の上昇を促してターボラグの発生を
抑制することを目的として行われるが、スロットルバル
ブのスロットル開度が全開状態に調整されると、タービ
ンを駆動するのに十分な排気ガスの質量流量が得られる
ので、分割噴射制御を通常噴射制御に戻すことができ
る。

【００２３】請求項６の発明は、請求項１〜５のいずれ
かに記載のターボ過給機付筒内噴射エンジンの制御装置
が、エンジンの吸気管内圧を検出する吸気管内圧検出セ
ンサを有し、燃料噴射制御手段は、吸気管内圧が予め設
定されている所定正圧値まで上昇した時点で、分割噴射
制御を通常噴射制御に戻すことを特徴とする。

【００２４】この発明によれば、加速開始の判定により
分割噴射制御が開始され、吸気管内圧が所定正圧値まで
上昇した時点で通常噴射制御に戻される。ターボラグ
は、タービン回転速度が極めて低い、吸入管内圧が負圧
の状態から、過給を要する運転領域への過渡期に生じや
すい。従って、加速後半のタービン回転速度がある程度
上昇して、吸気管内圧が正圧となるエンジン運転状態に
おいては、排気ガスの質量流量も十分に得られる状態に
あるといえる。従って、分割噴射制御を通常噴射制御に
戻すことができる。

【００２５】請求項７の発明は、請求項１〜６のいずれ
かに記載のターボ過給機付筒内噴射エンジンの制御装置
において、燃料噴射制御手段が、分割噴射制御により膨
張行程中に噴射される燃料噴射量をエンジン出力の上昇
に応じて減少させることを特徴とする。

【００２６】この発明によると、分割噴射制御の膨張行
程中に行われる燃料噴射の燃料噴射量は、エンジン出力
の上昇に応じて減少される。エンジン出力が上昇する
と、燃焼室内における燃料の燃焼期間は増長する特性を
有し、そのため、燃料の燃焼終了時期は、膨張行程後期
側に遅れる傾向がある。従って、加速によるエンジン出
力の上昇に伴い、吸気行程中または圧縮行程中に噴射さ
れた燃料の燃焼終了から膨張行程終了までの期間は短縮
される。このため、膨張行程中に噴射する燃料の燃料噴
射量をエンジン出力の上昇に応じて減少させることによ
って、燃料の燃え残りを抑制し、燃料消費量を抑えるこ
とができる。従って、効率的に排気ガスの昇温を行うこ
とができる。

【００２７】請求項８の発明は、請求項１〜７のいずれ
かに記載のターボ過給機付筒内噴射エンジンの制御装置
が、エンジンの吸気管内圧を検出する吸気管内圧検出セ
ンサと、加速要求検出手段により検出した加速要求に基
づいて目標過給圧を設定する目標過給圧設定手段とを有
し、燃料噴射制御手段は、分割噴射制御により膨張行程
中に噴射される燃料噴射量を、目標過給圧と吸気管内圧
検出センサにより検出した吸気管内圧との偏差に応じて
決定することを特徴とする。

【００２８】この発明によると、分割噴射の膨張行程中
に行われる燃料噴射の燃料噴射量は、吸気管内圧検出セ
ンサにより検出した吸気管内圧と加速要求に基づいて設
定された目標過給圧との偏差に応じて決定される。目標
過給圧と吸入管内圧との偏差が大きい状態ほど、吸入管
内圧が目標過給圧に上昇するまでの時間が長く、加速応
答遅れが大きい。従って、目標過給圧と現在の吸入管内
圧との偏差に応じて膨張行程中の燃料噴射量を設定する
ことによって、より効果的に排気ガスを昇温させ、ター
ボラグを抑制することができる。

【００２９】請求項９の発明は、請求項１〜８のいずれ
かに記載のターボ過給機付筒内噴射エンジンの制御装置
において、燃料噴射制御手段が、分割噴射制御により膨
張行程中に噴射される燃料の噴射時期を、点火タイミン
グに応じて変更することを特徴とする。

【００３０】この発明によると、分割噴射制御により膨
張行程中に噴射される燃料の噴射時期が点火タイミング
に応じて変更される。エンジンのノッキング状態に応じ
て点火タイミングが進角又は遅角方向に変更されると、
燃料の燃焼期間は一定のままで点火タイミングに応じて
前後方向に位相ズレを生ずる。例えば、ノック学習機能
などにより、点火タイミングが進角方向に変更された場
合には、燃焼終了時期も同位相分だけ進角側に位相ズレ
を起こす。従って、膨張行程中の燃料の燃料噴射時期
を、常に点火タイミングに対して同位相を保つように制
御することによって、分割噴射によるエンジン運転を安
定して行わせることができ、また、より効果的に排気ガ
スの昇温を行うことができる。

【００３１】請求項１０の発明は、請求項１〜９のいず
れかに記載のターボ過給機付筒内噴射エンジンの制御装
置において、燃料噴射制御手段が、分割噴射制御により
膨張行程中に行う燃料噴射の燃料噴射量及び燃料噴射時
期を、燃焼室と排気通路との間に設けられている排気弁
が開き始めるまでに燃焼が終了する燃料噴射時期及び燃
料噴射量に設定したことを特徴とする。

【００３２】この発明によると、分割噴射制御により膨
張行程中に噴射される燃料の燃料噴射時期及び燃料噴射
量は、燃焼室の排気弁が開き始めるまでに燃焼を終了す
る燃料噴射時期及び燃料噴射量に設定されるので、燃料
が未燃状態で排気管側に排出されて燃料が無駄になるこ
とや排気ガスの悪化を防止して、より効果的に排気ガス
の昇温を行うことができる。

【００３３】請求項１１の発明は、請求項１〜１０のい
ずれかに記載のターボ過給機付き筒内噴射エンジンの制
御装置において、燃料噴射制御手段が、分割噴射制御に
より吸気行程から膨張行程までの間に噴射される燃料噴
射量の総量を、有効なエンジン出力の発生に必要とされ
る基本燃料噴射量に、排気温度の上昇に必要な燃料噴射
量分を加算した量としたことを特徴とする。

【００３４】この発明によると、分割噴射制御により吸
気行程から膨張行程までの間に噴射される燃料噴射量の
総量は、有効なエンジン出力の発生に必要とされる基本
燃料噴射量に、排気温度の上昇に必要な燃料噴射量分を
加算した量とされる。

【００３５】排気温度の上昇には、温度を上昇させる分
だけの熱量が必要とされるが、この熱量は、排気ガスに
残存する熱量であり、エンジン出力に換算される熱発生
量には計上されないため、同一の総燃料噴射量の場合に
おいては、排気温度が高い状態ほど機関出力は低下する
傾向にある。従って、膨張行程中の燃料噴射によって排
気温度の上昇を図る場合、排気温度を上昇させるのに必
要な分の燃料を増量させることによって、エンジン出力
の低下を防止でき、走行フィーリングの悪化を招くこと
なく、ターボラグを抑制することができる。

【００３６】請求項１２の発明は、請求項１〜１１のい
ずれかに記載のターボ過給機付筒内噴射エンジンの制御
装置において、燃料噴射制御手段が、分割噴射制御によ
り膨張行程中に噴射する燃料の噴射回数を、エンジン回
転数が低い程、増加させる設定としたことを特徴とす
る。

【００３７】この発明によると、分割噴射制御により膨
張行程中に噴射する燃料の噴射回数をエンジン回転数が
低いほど、増加させる設定としている。燃焼終了のタイ
ミングはエンジン回転数が高くなるほど膨張行程終了側
に遅れる傾向にあるので、エンジン回転数が低いほど、
膨張行程中での燃焼余裕期間が長い。従って、エンジン
回転数が低いほど噴射回数を増やすことで、燃焼期間を
膨張行程の終期まで延長させることができ、より効果的
に排気ガスの昇温を図ることができる。

【００３８】請求項１３の発明は、請求項１〜１２のい
ずれかに記載のターボ過給機付筒内噴射エンジンの制御
装置において、燃料噴射制御手段が、分割噴射制御によ
り膨張行程中に噴射される燃料の噴射回数を、発生トル
クが低くなるに応じて増加させる設定としたことを特徴
とする。

【００３９】この発明によると、分割噴射制御により膨
張行程中に噴射される燃料の噴射回数をエンジンの発生
トルクが低くなるに応じて増加させる設定としている。
一般に、エンジン回転数が同一の場合でも発生トルクが
高くなるほど、すなわち燃料供給量が増大するほど、熱
発生量が増大し、合わせて燃焼期間が増長するので、燃
焼終了のタイミングは膨張行程終了側に遅れる傾向にあ
り、発生トルクが低いほど、燃焼余裕期間が長い。従っ
て、発生トルクが低いほど、噴射回数を増やす設定とす
ることで、燃焼期間を膨張行程の終期まで延長させるこ
とができ、より効果的に排気ガスの昇温を図ることがで
きる。

【００４０】請求項１４の発明は、請求項１〜１３のい
ずれかに記載のターボ過給機付筒内噴射エンジンの制御
装置において、燃料噴射制御手段が、分割噴射制御によ
り膨張行程中に噴射する燃料の噴射時期を、燃焼室内で
火炎伝播を生じている期間中に設定したことを特徴とす
る。

【００４１】この発明によると、膨張行程中に噴射され
た燃料は、燃焼室内で生じている燃焼の火炎伝播を着火
源とするので、その燃焼が終了するまでに噴射を開始す
ることによって、確実に着火され、未燃状態で排気管側
に排出されるのを防止することができる。従って、燃料
の無駄や排気ガスの悪化を防ぎ、より効果的に排気ガス
の昇温を行うことができる。

【００４２】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て図に基づいて説明する。図１は、本実施の形態にかか
るターボ過給機付筒内噴射エンジンシステムを概略的に
示す説明図である。

【００４３】上記エンジンシステム１は、自動車に搭載
されるエンジンシステムであり、そのエンジン本体２
は、クランクシャフト３が回転自在に支持されると共に
ピストン４がそれぞれ往復動可能に嵌挿されたシリンダ
ブロック５と、吸気弁６ａを備えた吸気ポート６及び排
気弁７ａを備えた排気ポート７を有するシリンダヘッド
８とを備えている。

【００４４】シリンダヘッド８には、燃焼室９頂部から
燃焼室９内に電極１０ａが突出するように点火プラグ１
０が取り付けられており、また、燃焼室９内に直接燃料
を噴射するように筒内噴射弁１１が取り付けられてい
る。この筒内噴射弁１１は、低中負荷運転領域で圧縮行
程中の点火直前に燃料噴射することにより、点火プラグ
１０の電極１０ａ付近に濃い混合気を形成し、その濃い
混合気に着火して成層燃焼することが可能な位置に配置
されている。

【００４５】エンジン本体２には、吸気通路１２と排気
通路２１が取り付けられている。この吸気通路１２に
は、吸入空気量を検出するエアフローメータ１３、エン
ジン本体２に過給を行うターボ過給機１４のコンプレッ
サ１４ａ、吸入空気を冷却するインタークーラ１５、吸
入空気量を調整する電子制御スロットル１６が設けられ
ており、吸気通路１２とシリンダヘッド８との間を連通
する吸気マニホールド１７には、吸気マニホールド１７
の内圧を検出する吸気管内圧検出センサ１８が取り付け
られている。

【００４６】電子制御スロットル１６は、スロットルバ
ルブ１６ａと、スロットルバルブ１６ａを駆動する例え
ば電動モータなどのアクチュエータ１６ｂを備えてお
り、アクセルペダル２０の操作状態やエンジン運転状態
に応じてスロットルバルブ１６ａのスロットル開度Thを
制御し、低負荷運転時には、スロットル開度Thをほぼ全
開に制御して希薄空燃比にすることが可能である。ま
た、この電子制御スロットル１６には、スロットルバル
ブ１６ａのスロットル開度Thを検出するスロットル開度
センサ１９が取り付けられている。

【００４７】一方、排気通路２１には、排気マニホール
ド２２と、ターボ過給機１４のタービン１４ｂと、触媒
コンバータ２３が取り付けられており、触媒コンバータ
２３の上流側には、排気通路２１内を通過する排気ガス
の温度を検出するための排気温度センサ２４が取り付け
られている。また、ターボ過給機１４のタービン１４ｂ
を迂回するバイパス通路２５にはタービン１４ｂへの排
気ガスの流量を調整するためのウエストゲートバルブ２
６が取り付けられている。

【００４８】上記構成を有するエンジンシステム１は、
電子制御装置（ＥＣＵ）３０によって制御される。ＥＣ
Ｕ３０は、周知の中央処理装置としてＣＰＵ、制御プロ
グラムを格納したＲＯＭ、各種データを格納するＲＡ
Ｍ、各種学習データを格納するバックアップＲＡＭ、入
出力回路及びそれらを相互に接続するバスライン等から
なるマイクロコンピュータシステムを中心として構成さ
れている。

【００４９】このＥＣＵ３０に接続されるセンサ類とし
ては、上述のエアフローメータ１３やスロットル開度セ
ンサ１９の他に、クランク角度を検出すると共に各気筒
ごとに吸気、圧縮、膨張、排気行程を検出するクランク
角センサ３１及びカム角センサ３２、エンジンの冷却水
の温度検出を行う冷却水温センサ３４、ノッキングを検
出するノックセンサ３５、アクセルペダル２０の踏込量
を検出するアクセルセンサ３６等がある。又、ＥＣＵ３
０に接続されるアクチュエータ類としては、上述の電子
制御スロットルのアクチュエータ１６ｂや各気筒ごとに
設けられた筒内噴射弁１１の他、点火プラグ１０に連設
される点火コイルの一次電流を断続するためのイグナイ
タ３６等がある。

【００５０】ＥＣＵ３０は、アクセルセンサ３６からの
入力と、エンジン冷却水温度Tw、エンジン回転数Neなど
現在のエンジン運転状態から、運転者が要求する要求ト
ルクである目標トルクT_targetを算出し、加減速要求を
判定すると共に、予め設定されている判定基準によって
成層燃焼か均一燃焼かの燃焼形態判定を行い、スロット
ル開度Th、燃料噴射量、燃料噴射時期、点火時期等の各
種運転パラメータを決定する。

【００５１】例えば、ＥＣＵ３０の内部機構によって実
現される燃料噴射制御手段は、アクセルセンサ３６によ
り検出したアクセルペダル２０の踏込量と、クランク角
センサ３１により検出したエンジン回転数Neを用いてＥ
ＣＵ３０のＲＯＭ内に予め記憶されている定数マップを
参照し補間計算することによって目標トルクT_targetを
求め、この目標トルクT_targetとエアフローセンサ１３
によって検出した吸入空気量Ｑとに基づいて目標燃料噴
射量Tpを求める。目標燃料噴射量Tpは、エンジン運転領
域が低中負荷である成層燃焼領域にある場合には、成層
燃焼形態によるエンジン運転を実行すべく希薄空燃比と
し、高負荷である均一燃焼領域にある場合には、均一燃
焼形態によるエンジン運転を実行すべく通常の空燃比に
なるように設定される。

【００５２】また、ＥＣＵ３０は、エンジン運転制御の
一つとして、加速時のターボラグを抑制するための制御
を行う。具体的には、過給を必要とする加速要求がなさ
れた場合に、吸気行程から圧縮行程までの間と膨張行程
中とに燃料を分割して噴射する分割噴射制御を行う。こ
の分割噴射制御により膨張行程中に噴射した燃料によっ
て、燃焼期間を膨張行程終期まで延長し、排気ポート７
直下の排気ガス温度を積極的に昇温させて、ターボ過給
機１４のタービン回転の立ち上がりを早めて、ターボラ
グを抑制し加速時間の短縮を図っている。

【００５３】図２は、圧縮行程中に燃料を一括して噴射
する成層燃焼通常噴射制御時における熱発生の形態を示
したものである。この場合、点火プラグ１０での点火を
基点とした火炎伝播によって全ての燃料が連続的に燃焼
反応を起こすため、熱発生パターンは、二等辺三角形に
近い一山形状となる。

【００５４】これに対して、図３は、図２の場合と同一
の総燃料噴射量を圧縮行程中と膨張行程中に分割して噴
射する成層燃焼分割噴射制御時における熱発生の形態を
示したものである。この場合、圧縮行程中に１回目噴射
を行い、膨張行程中に２回目噴射を行っているので、１
回目噴射での燃料噴射量が少なくなり、全体の熱発生量
のピークは低くなるが、２回目噴射により膨張行程後期
において、更に熱発生のピークが発生し、燃焼終了の時
期を遅らせることができる。

【００５５】図６は、熱発生の総量をほぼ同一とした場
合の燃焼終了時期と排気温度との関係を示したものであ
る。この図に示すように、熱発生の総量がほぼ同一であ
れば、発生トルクもほぼ同一であると考えて良く、この
関係から、同一運転領域において、分割噴射制御による
膨張行程中の燃料噴射が排気温度上昇に有効であること
がわかる。

【００５６】図４は、図２及び図３の場合と同一の総燃
料噴射量を、圧縮行程中に１回と、膨張行程中に２回の
合計３回に分割して噴射する成層燃焼分割噴射制御時に
おける熱発生の形態を示したものである。この場合、１
回目噴射での熱発生量のピークは、図３の１回目噴射の
場合よりも更に低くなるものの、２回目噴射及び３回目
噴射によって膨張行程後期において２度の熱発生のピー
クが発生し、燃焼終了の時期を更に遅らせることができ
る。

【００５７】図５は、吸気行程中と膨張行程中とに燃料
を分割して噴射する均一燃焼分割噴射制御時における熱
発生の形態を示したものである。この場合も、成層燃焼
分割噴射と同様に、２回目噴射により膨張行程後期にお
いて、更に熱発生のピークを発生させることができ、燃
焼終了の時期を遅らせることができる。

【００５８】次に、上記ＥＣＵ３０により実現されるタ
ーボラグを抑制するための制御について、図１０のフロ
ーチャートに基づいて説明する。尚、図１０のフローチ
ャートは、ＥＣＵのＲＯＭ内に予め記憶されているプロ
グラムであり、所定のプログラムサイクルで繰り返し実
行されている。

【００５９】上記プログラムがスタートすると、まずス
テップＳ１０１では、エアフローメータ１３、クランク
角センサ３１、スロットル開度センサ１９、アクセルセ
ンサ３６等、各種センサからの検出信号の読み込みが行
われ、吸入空気量Ｑ、エンジン回転数Ｎｅ、スロットル
開度Th、アクセル踏込量Ｓが求められる。

【００６０】そして、ステップＳ１０２では、ステップ
Ｓ１０１で検出した検出信号によって求めた現在のアク
セル踏込量Ｓとエンジン回転数Ｎｅに基づいて予めＥＣ
Ｕ３０のＲＯＭ内に記憶されている定数マップを参照し
補間計算することによって目標トルクT_targetが算出さ
れる。

【００６１】それから、ステップＳ１０３では、スロッ
トル開度Thとエンジン回転数Ｎｅに基づいて同様にＥＣ
Ｕ３０のＲＯＭ内に記憶されている定数マップを参照し
補間計算することによって発生トルクＴが算出される。

【００６２】次に、ステップＳ１０４では、エンジン運
転状態が加速中であるか否かの判断が行われる。この判
断は、ステップＳ１０２とステップＳ１０３で算出した
目標トルクT_targetと発生トルクＴとの偏差が、予め設
定されている所定値よりも大きか否かによって行われ
る。ステップＳ１０４で加速中（ＹＥＳ）と判定される
と、その加速中において、ターボラグを抑制するための
制御を行う必要があるか否かを判断すべくステップＳ１
０５に移行する。また、ステップＳ１０４で加速中では
ない（ＮＯ）と判定されると、ステップＳ１１７に移行
する。

【００６３】ステップＳ１０５では、吸気管内圧検出セ
ンサ１８により検出した吸気管内圧Pbと予め設定されて
いる所定の正圧値Piとの比較が行われる。ここで、吸気
管内圧Pbが所定正圧値Piに満たない（ＹＥＳ）と判断さ
れたときは、運転者によって加速が要求されているが、
ターボ過給機１４のタービン回転数が低く、ターボラグ
が生じやすい状態にあるといえるので、ターボラグを抑
制するための制御を行う必要があると判断して、ステッ
プＳ１０６以降に移行する。

【００６４】また、ステップＳ１０５で吸気管内圧Pbが
所定正圧値Pi以上の正圧力である（ＮＯ）と判断された
ときは、加速後半のタービン回転数がある程度上昇し
て、排気ガスの質量流量も十分に得られる状態にあると
いえるので、加速中ではあるがターボラグを抑制する制
御を行う必要はないと判断して、ステップＳ１１７に移
行する。

【００６５】ステップＳ１０６〜ステップＳ１１６で
は、ターボラグを抑制するために、吸気行程から圧縮行
程までの間と膨張行程中に燃料を分割して噴射する分割
噴射制御を行い、膨張行程中に噴射した燃料によって、
排気ガスを積極的に昇温させて、タービン回転の上昇を
促すことが行われる。

【００６６】まず、ステップＳ１０６では、エンジン回
転数Ｎｅと発生トルクＴに基づいて図９に示す運転領域
マップが参照され、現在のエンジン運転領域が成層燃焼
領域にあるか否かの判断が行われる。図９は、本実施の
形態における運転領域マップを説明する図である。運転
領域マップは、図に示すように、エンジン回転数Ｎｅと
トルクＴに基づいて運転領域を求めるためのものであ
り、低中負荷側には成層燃焼領域Ａが設定され、高負荷
側には均一燃焼領域Ｂが設定されている。また、均一燃
焼領域Ｂは、ターボ過給機による有効な過給が行われな
い無過給均一燃焼領域Ｂ１と、有効な過給が行われる過
給均一燃焼領域Ｂ２に分けられている。そして、図中で
符号Ｚ１は、成層燃焼形態によって出力可能な上限トル
ク値を示す成層燃焼上限トルクラインであり、図中で符
号Ｚ２は、過給均一燃焼領域Ｂ２の上限を示す、全負荷
トルクラインである。

【００６７】ステップＳ１０６において現在のエンジン
運転領域が、成層燃焼領域Ａ内にある（ＹＥＳ）と判断
された場合には、成層燃焼運転を続行すべきか、それと
も燃焼形態を均一燃焼形態に変更して均一燃焼運転を行
うべきかを判断すべくステップＳ１０７以降に移行す
る。

【００６８】ステップＳ１０７〜ステップＳ１１０で
は、仮に分割噴射によって成層燃焼運転を実行するとし
た場合に出力される仮想トルクTaが算出され、その仮想
トルクTaが成層燃焼形態上限トルクT_str以下であるか
否かの判断がなされ、この判断に基づいて成層燃焼運転
を続行すべきかそれとも均一燃焼運転に変更すべきかが
判断される。ここでは、加速要求を受けた場合に、エン
ジン出力とは無関係に燃焼形態をすぐに成層燃焼形態か
ら均一燃焼形態に移行させるのではなく、成層燃焼形態
によって出力可能な成層燃焼上限トルクT_strまでエン
ジン出力を上昇させてから均一燃焼形態に移行させるた
めの処理が行われる。

【００６９】成層燃焼運転領域Ａでは、希薄空燃比に調
整するためにスロットルバルブ１６ａのスロットル開度
はほぼ全開状態に制御されており、大量の吸入空気がエ
ンジンに流入し、排気ガスとして排出されている。従っ
て、加速初期は成層燃焼運転を継続し、スロットルバル
ブ１６ａのスロットル開度を維持することによって、エ
ンジン本体２に流入される吸入空気量を維持し、タービ
ンを駆動する排気ガスの質量流量の低下を抑制すること
ができる。これにより、タービン回転数をより早く上昇
させることができ、ターボラグを抑制することができ
る。

【００７０】まず、ステップＳ１０７では、加速判定直
後のトルクアップ分をトルクインクリメント量T_delta
として算出する処理が行われる。トルクインクリメント
量T_deltaは、加速時に不快なトルクショックを伴うこ
となくエンジン出力を増大させることができるトルク増
加量であり、予め実験やシミュレーション等によって求
められ、エンジン回転数Ｎｅと発生トルクＴに基づくデ
ータマップに読み出し可能に記憶されている。

【００７１】次に、ステップＳ１０８で、ステップＳ１
０７で算出されたトルクインクリメント量T_deltaに現
在の発生トルクＴを加算することによって仮想トルクTa
が求められる。それから、ステップＳ１０９で、運転領
域マップ（図９）を参照することにより、成層燃焼上限
トルクT_strの読み込みが行われる。

【００７２】そして、ステップＳ１１０では、ステップ
Ｓ１０８で算出された仮想トルクTaと、ステップＳ１０
９で読み込まれた成層燃焼上限トルクT_strとの比較が
行われ、仮想トルクTaが成層燃焼上限トルクT_strより
も小さいか否かの判断が行われる。ここで、仮想トルク
Taの方が成層燃焼上限トルクT_strよりも小さい（ＹＥ
Ｓ）と判断された場合には、成層燃焼運転を実行すべ
く、ステップＳ１１１に移行する。また、仮想トルクTa
が成層燃焼上限トルクT_str以上である（ＮＯ）と判断
された場合には、分割噴射による成層燃焼運転は不可能
であるので、燃焼形態を切り換えて、均一燃焼運転を行
うべく、ステップＳ１１４以降に移行する。

【００７３】ステップＳ１１１では、成層燃焼分割噴射
制御が行われる。ここでは、スロットルバルブ１６ａは
ほぼ全開状態に維持されており、エンジン出力は、吸入
空気量よりも燃料噴射量に依存する。従って、ステップ
Ｓ１０８で算出された仮想トルクに基づいて、噴射パル
ス幅などの各種運転パラメータが設定テーブルを参照す
る等により決定され、その各種運転パラメータに基づい
て、圧縮行程中に１回目の燃料が噴射され、膨張行程中
に２回目或いはそれ以上の回数の燃料が噴射されるよう
に筒内噴射弁１１が制御される。

【００７４】膨張行程中に噴射される燃料の噴射回数
は、エンジン回転数が低いほど、増加するように設定さ
れている。一般に、燃焼終了のタイミングは、図１３に
示すように、エンジン回転数が高くなる程、膨張行程終
了側に遅れる傾向にある。従って、エンジン回転数が低
いほど燃焼余裕期間が長いので、その分だけ、噴射回数
を増やす設定にすることによって、燃焼期間を膨張行程
終期まで延長することができる。従って、排気ポート直
下の排気ガス温度をより早期に昇温させることができ、
タービン回転の立ち上がりをより早めることができる。

【００７５】また、膨張行程中に噴射される燃料の噴射
回数は、エンジンの発生トルクが低いほど、増加される
ように設定されている。一般に、エンジン回転数が同一
の場合でも、図１４に示すように、発生トルクが高いほ
ど、換言すれば燃料噴射量が多いほど熱発生量が増大し
合わせて燃焼期間も増長する。このため、燃焼終了のタ
イミングは、膨張行程の終了側に遅れる傾向にある。従
って、発生トルクが低いほど燃焼余裕期間が長いので、
その分だけ、噴射回数を増やす設定にすることによっ
て、燃焼期間を膨張行程終期まで延長することができ
る。これにより、排気ポート直下の排気ガス温度をより
早期に昇温させることができ、タービン回転の立ち上が
りを早めることができる。

【００７６】更に、膨張行程中に噴射される燃料の噴射
時期は、前回噴射の燃料の燃焼が終了する前に噴射され
る時期に設定されている。従って、前回噴射した燃料が
燃焼する火炎伝播を着火源として、確実に着火させ燃焼
させることができる。例えば、２回目噴射は、１回目噴
射の燃料の燃焼が終了する前に噴射される。また、膨張
行程中に２回目と３回目の燃料噴射を行う場合には、３
回目噴射は、２回目噴射の燃料の燃焼が終了する前に噴
射される。

【００７７】また、２回目以降に噴射される燃料の噴射
時期は、進角及び遅角される点火時期に対して同位相を
保つように制御される。一般に、点火時期を進角或いは
遅角させた場合に、燃料の燃焼期間はほぼ一定で点火時
期に応じて前後に位相ズレを生ずる。例えば、ノック学
習制御などにより、図１２に示すように、点火時期が進
角側に変化した場合には、燃焼終了時期も同位相分だ
け、進み側に位相ズレを起こす。従って、２回目の噴射
時期を、点火時期に対して同位相を保つように制御する
ことにより、２回目に噴射した燃料を、１回目噴射燃料
の火炎伝播によって確実に着火燃焼させることができ、
より安定した排気温度の昇温効果を得ることができる。

【００７８】また、２回目以降に噴射される燃料の噴射
時期は、排気バルブの開動作開始までに燃焼を終了する
ように設定されている。これにより、燃焼途中で排気バ
ルブ７ａが開き始めて、未燃焼の燃料が排気通路２１に
排出されて排気温度上昇に寄与せずに燃料が無駄になっ
てしまうことや排気ガスの悪化を防止して、より効果的
に排気ガスの昇温を行うことができる。

【００７９】それから、膨張行程中に噴射される燃料の
燃料噴射量は、増量補正される。排気温度の上昇には、
その温度を上昇させる分だけの熱量を必要とするが、こ
の熱量は、排出ガスに残存する熱量であり、エンジン出
力には寄与しない。そのため、通常噴射制御時における
燃料噴射量と、分割噴射制御時における総燃料噴射量
を、同一の量とした場合、排気温度が高い状態ほどエン
ジン出力は低下する傾向にある。従って、分割噴射制御
による膨張行程中の燃料噴射によって排気温度の上昇を
図る場合、排気温度を上昇させるのに必要な燃料分を増
量させることにより、エンジン出力の低下を抑制でき、
運転フィーリングを悪化させることなく、ターボラグの
発生を抑制することができる。

【００８０】一方、ステップＳ１０６で、現在のエンジ
ンの運転領域が均一燃焼領域Ｂ内にある（ＮＯ）と判断
された場合には、分割噴射制御によって均一燃焼運転を
実行するために、ステップＳ１１２以降に移行する。

【００８１】まず、ステップＳ１１２では、スロットル
開度センサ１９からの検出信号に基づいてスロットルバ
ルブ１６ａの現在のスロットル開度Thが検出される。そ
して、ステップＳ１１３では、その検出したスロットル
開度Thが、予め設定されているほぼ全開状態に近い基準
スロットル開度WOT以上であるか、または基準スロット
ル開度WOTに満たないかが判断される。

【００８２】ここで、現在のスロットル開度Thが基準ス
ロットル開度WOTに満たない（ＹＥＳ）と判断された場
合には、ステップＳ１１４以降に移行する。また、ステ
ップＳ１１３で現在のスロットル開度Thが基準スロット
ル開度WOT以上である（ＮＯ）と判断された場合には、
大量の吸入空気がエンジン内に流入しており、排気ガス
の質量流量も十分に得られる状態にあるといえるので、
ターボラグを抑制する制御を行う必要はないと判断し
て、ステップＳ１１７に移行する。

【００８３】ステップＳ１１４では、均一燃焼分割噴射
制御が行われる。ここでは、そのときの吸入空気量に応
じて空燃比が略ストイキオ相当になるように総燃料噴射
量が決定され、その総燃料噴射量に基づいて、吸気行程
中に１回目の燃料が噴射され、膨張行程中に２回目或い
はそれ以上の回数の燃料が噴射されるように筒内噴射弁
１１が制御される。尚、２回目以降に噴射される燃料の
噴射時期、噴射量、噴射回数は、ステップＳ１１１の場
合と同様の制御が行われる。

【００８４】それから、ステップＳ１１５ではスロット
ルバルブ１６ａを開側に駆動させる制御が行われ、閉側
への駆動が禁止される。これにより、スロットルバルブ
１６ａは、全開状態に制御される。そして、ステップＳ
１１６では、点火時期をリタード制御するための点火時
期リタード量が現在の発生トルクに基づいて決定され
る。

【００８５】例えば、ステップＳ１１０で仮想トルクTa
が成層燃焼上限トルクT_str以上であると判断されて、
燃焼形態を均一燃焼形態に切り換えるべくステップＳ１
１４に移行してきた場合には、リーン燃焼を行う成層燃
焼からステップ的にストイキオでの均一燃焼に移行する
ので、急激なトルク上昇による走行フィーリングの悪化
が懸念される。

【００８６】従来より、成層燃焼形態から均一燃焼形態
に燃焼形態を切り換える場合には、スロットルバルブ１
６ａを閉じて吸入空気量Ｑを減少させてトルク段差を抑
制する方法が採られているが、この従来の方法では、排
気ガスの質量流量が低下し、タービン回転の早期の立ち
上げが困難となり、ターボラグの改善を望むことはでき
ない。

【００８７】そこで、本実施の形態では、スロットルバ
ルブ１６ａを閉じることは行わず、点火時期をリタード
制御することによって急激なトルク上昇を抑制してい
る。これにより、吸入空気量が多い状態で燃焼形態が移
行されるので、燃焼形態移行時にも、より多くの排気ガ
スの質量流量を確保することができ、タービン回転の立
ち上げをより早期に行うことができる。従って、ターボ
ラグを抑制し加速時間の短縮を図ることができる。

【００８８】また、ステップＳ１１７では、ターボラグ
を抑制するための制御を行う必要がないとして、現在の
エンジン運転領域に応じた燃焼形態によってエンジン運
転を行うための通常噴射制御が行われる。現在のエンジ
ン運転領域は、図９の運転領域マップを参照することに
よって判断され、例えば、成層燃焼運転領域Ａであると
きは、成層燃焼通常噴射制御が行われ、均一燃焼運転領
域Ｂであるときは、均一燃焼通常噴射制御が行われる。

【００８９】図７は、均一燃焼形態によるエンジン運転
時にターボラグを抑制するための制御が行われた場合の
エンジン運転状態を説明するタイムチャートである。均
一燃焼形態によるエンジン運転時に、運転者からの加速
要求を受けると、まず最初に、均一燃焼分割噴射制御が
開始される（ステップＳ１１４）。そして、スロットル
バルブ１６ａのスロットル開度を全開状態にする制御が
開始される（ステップＳ１１５）。

【００９０】スロットルバルブ１６ａは、アクチュエー
タ１６ｂによって駆動されているので、実際に指示され
たスロットル開度Thに対してある程度の遅れ時間を有し
て配置される。従って、運転者からの加速要求があった
時点で、スロットルバルブ１６ａのスロットル制御に先
駆けて分割噴射を開始することによって、排気ガスの昇
温をより早期に開始することができる。従って、図中に
破線で示される従来の場合よりも、ターボ過給機１４の
タービン回転の立ち上がりが早められており、ターボラ
グが大幅に改善され、加速時間が短縮されている。

【００９１】また、図７に示される例の場合、スロット
ルバルブ１６ａの実際のスロットル開度が全開状態にさ
れた場合に、タービン１４ｂを駆動するのに十分な排気
ガスの質量流量が得られており、これ以上続けてターボ
ラグを抑制するための制御を行う必要がないとして、分
割噴射制御が通常噴射制御に戻されている。

【００９２】図８は、成層燃焼形態によるエンジン運転
時にターボラグを抑制するための制御が行われた場合の
エンジン運転状態を説明するタイムチャートである。

【００９３】従来は、図中に破線で示すように、成層燃
焼形態によるエンジン運転時に、運転者からの加速要求
を受けると、燃焼形態を成層燃焼形態から均一燃焼形態
に移行する制御がすぐに開始され、燃焼形態移行時にお
ける吸入空気量の増大に起因したトルクショックを防止
するために、スロットルバルブを閉じる方向に制御する
スロットルバルブ制御指示値が出力される。従って、ス
ロットルバルブ１６ａもそれに追従するように閉じる方
向に移動し、吸気管内圧力も一時的に落ち込んでいる。
このため、タービン回転の立ち上がりが遅れて、ターボ
ラグが生じている。

【００９４】しかし、本発明の場合、成層燃焼形態によ
るエンジン運転時に、運転者からの加速要求を受ける
と、燃焼形態は成層燃焼形態のままで、分割噴射制御が
行われ（ステップＳ１１１）、エンジンの発生トルクが
成層燃焼上限トルクT_strに到達するまで、成層燃焼分
割噴射制御が継続される。

【００９５】そして、発生トルクが成層燃焼上限トルク
T_strを越えると（ステップＳ１１０）、燃焼形態が成
層燃焼形態から均一燃焼形態に変更され、均一燃焼分割
噴射制御が行われる（ステップＳ１１４）。それから、
燃焼形態の変更に伴ってスロットルバルブ１６ａを全開
状態に制御するスロットル制御が開始され（ステップＳ
１１５）、同時に点火時期のリタード制御が行われる
（ステップＳ１１６）。そして、スロットルバルブ１６
ａが実際に全開状態にされた時点で、均一燃焼通常噴射
制御が行われる（ステップＳ１１７）。

【００９６】このように加速要求を受けた場合に、燃焼
形態をすぐに成層燃焼形態から均一燃焼形態に移行させ
るのではなく、成層燃焼形態によって出力可能な成層燃
焼上限トルクT_strまでトルクを上昇させてから均一燃
焼形態に移行させることによって、加速初期にスロット
ルバルブ１６ａをほぼ全開状態に近いスロットル開度に
保持し、大量の吸入空気をエンジンに導入し、排気ガス
の質量流量が低下するのを防止している。また、均一燃
焼形態に移行した後も分割噴射制御を引き続き行うこと
により、膨張行程中に噴射した燃料の燃焼による排気ガ
スの昇温効果が得られる。従って、ターボ過給機のター
ビン回転の立ち上げをより早めることができ、膨張行程
中の燃料噴射による排気ガスの昇温効果と相俟って、タ
ーボラグを大幅に改善し、加速時間を短縮することがで
きる。

【００９７】それから、図７の場合と同様に、スロット
ルバルブ１６ａの実際のスロットル開度が全開状態にさ
れた場合に、タービンを駆動するのに十分な排気ガスの
質量流量が得られており、これ以上続けてターボラグを
抑制するための制御を行う必要がないとして、分割噴射
制御を通常噴射制御に戻している。

【００９８】また、分割噴射制御を終了するタイミング
として、スロットルバルブ１６ａの実際のスロットル開
度が全開状態にされたときではなく、吸気管内圧Pbが所
定正圧値となったときとしても良い。一般に、ターボラ
グはタービン回転速度が極めて低い吸気管内圧Pbが負圧
の状態から、過給を要する運転領域への過渡運転時にお
いて生じやすいので、加速後半のタービン回転速度があ
る程度上昇して、吸気管内圧Pbが正圧となる運転状態に
おいては、排気ガスの質量流量も十分に得られる状態に
あるといえる。従って、吸気管内圧Pbが所定正圧値とな
った時点で分割噴射制御を通常噴射制御に戻すことによ
って、より効果的に排気ガスの昇温を図ることができ、
ターボラグを改善することができる。

【００９９】そして、分割噴射制御を終了するタイミン
グを、スロットルバルブ１６ａが実際に全開状態にされ
るまでではなく、図１１のタイムチャートに示すよう
に、加速終了と判定されるまでとし、更に膨張行程中に
噴射する燃料の燃料噴射量を加速開始から加速完了する
までの間、発生トルクの上昇に応じて漸次減少させても
よい。一般に、発生トルクの増大によって燃料の燃焼期
間は増長する特性にあり、そのため、燃焼終了時期は膨
張行程後期側に遅れる傾向がある。従って、膨張行程中
に噴射する燃料の燃料噴射量を、加速開始から加速完了
までの期間で発生トルクの上昇に応じて漸次減少させる
ことにより、燃料の燃え残りを防止することができ、ま
た、燃料消費を抑えることができる。従って、効果的に
排気ガスの昇温を図ることができる。

【０１００】尚、本発明は、上述の実施の形態に限定さ
れるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変
更が可能である。例えば、上述の実施の形態では、燃焼
形態が、均一燃焼形態の場合、及び成層燃焼形態から均
一燃焼形態に燃焼形態を移行する場合について説明した
が、成層燃焼形態の場合でも同様である。

【０１０１】

【発明の効果】請求項１に記載の発明によるターボ過給
機付筒内噴射エンジンの制御装置によれば、加速時にタ
ーボ過給機のタービン回転の立ち上がりを早めてターボ
ラグを抑制するために、吸気行程中または圧縮行程中と
膨張行程中とに燃料を分割して噴射する分割噴射制御が
行われ、膨張行程中に噴射された燃料の燃焼により燃焼
室内の燃焼期間を膨張行程期間の終期まで延長して燃焼
室から排出される排気ガスの昇温が図られる。

【０１０２】そして、その分割噴射制御では、加速初期
のエンジン運転状態が未だ成層燃焼領域にある間は、成
層燃焼分割噴射制御が行われ、エンジン出力の上昇に伴
ってエンジン運転領域が成層燃焼領域から均一燃焼領域
に移行してから、均一燃焼分割噴射制御が行われる。

【０１０３】成層燃焼形態によるエンジン運転では、ス
ロットルバルブはほぼ全開に近い位置に保持され、均一
燃焼形態によるエンジン運転の場合よりもより多くの排
気ガスの排出量を排出していることから、加速開始の判
定後も、エンジン運転領域が成層燃焼領域にある間は、
成層燃焼形態によるエンジン運転を続行することによ
り、加速開始時における排気ガスの排出量の低下を防
ぎ、大量の排気ガスの質量流量を継続して確保すること
ができる。

【０１０４】また、均一燃焼形態に移行した後は、膨張
行程中に燃料噴射を行う分割噴射制御を行うことによ
り、膨張行程中に噴射した燃料の燃焼による排気ガスの
昇温効果を得ることができる。従って、ターボ過給機の
タービン回転の立ち上げをより早めることができ、膨張
行程中の燃料噴射による排気ガスの昇温効果と相俟っ
て、ターボラグを改善することができる。

【０１０５】請求項２の発明によれば、エンジン運転領
域が成層燃焼領域から均一燃焼領域に移行する際、スロ
ットルバルブの閉弁側への動作が禁止されるので、スロ
ットルバルブのスロットル開度が、成層燃焼分割噴射制
御時におけるスロットル開度以上に維持された状態で燃
焼形態が成層燃焼形態から均一燃焼形態に移行される。
従って、吸入空気量が多い状態で燃焼形態の移行が行わ
れ、排気ガスの排出量の低下を防ぎ、大量の排気ガスの
質量流量を継続して確保することができる。また、均一
燃焼形態に移行した後は、膨張行程中に燃料噴射を行う
分割噴射制御を行うことにより、膨張行程中に噴射した
燃料の燃焼による排気ガスの昇温効果を得ることができ
る。従って、ターボ過給機のタービン回転の立ち上げを
より早めることができ、膨張行程中の燃料噴射による排
気ガスの昇温効果と相俟って、ターボラグを抑制し加速
時間の短縮を図ることができる。

【０１０６】請求項３の発明によれば、均一燃焼分割噴
射制御が開始されると、スロットルバルブが全開状態に
制御されて、エンジンに供給される吸入空気量が更に増
大される。従って、ターボラグを抑制し、加速時間の短
縮を図ることができる。

【０１０７】請求項４の発明によれば、加速開始の判定
がされると、スロットルバルブのスロットル制御に先駆
けて、分割噴射制御が行われるので、実際のスロットル
開度が目標スロットル開度に到達するよりも前に分割噴
射制御を開始し、膨張行程中に燃料を噴射することによ
って、排気ガスの昇温をより早期に開始し、タービン回
転の上昇を促して、タービン回転の立ち上がりを早める
ことができる。従って、ターボラグを抑制し、加速時間
を短縮することができる。

【０１０８】請求項５の発明によれば、スロットルバル
ブの実際のスロットル開度が全開状態に調整されること
によって分割噴射制御から通常噴射制御に戻される。分
割噴射制御は、膨張行程中の燃料噴射により排気ガスの
昇温を図り、タービン回転の上昇を促してターボラグの
発生を抑制することを目的として行われるが、スロット
ルバルブのスロットル開度が全開状態に調整されると、
タービンを駆動するのに十分な排気ガスの質量流量が得
られるので、分割噴射制御を通常噴射制御に戻すことが
できる。

【０１０９】請求項６の発明によれば、加速開始の判定
により分割噴射制御が開始され、吸気管内圧が所定正圧
値まで上昇した時点で通常噴射制御に戻される。ターボ
ラグは、タービン回転速度が極めて低い、吸入管内圧が
負圧の状態から、過給を要する運転領域への過渡期に生
じやすい。従って、加速後半のタービン回転速度がある
程度上昇して、吸気管内圧が正圧となるエンジン運転状
態においては、排気ガスの質量流量も十分に得られる状
態にあるといえる。従って、分割噴射制御を通常噴射制
御に戻すことができる。

【０１１０】請求項７の発明によれば、分割噴射制御の
膨張行程中に行われる燃料噴射の燃料噴射量は、エンジ
ン出力の上昇に応じて減少される。エンジン出力が上昇
すると、燃焼室内における燃料の燃焼期間は増長する特
性を有し、燃料の燃焼終了時期は、膨張行程後期側に遅
れる傾向があるので、加速によるエンジン出力の上昇に
伴い、吸気行程中または圧縮行程中に噴射された燃料の
燃焼終了から膨張行程終了までの期間は短縮される。従
って、膨張行程中に噴射する燃料の燃料噴射量をエンジ
ン出力の上昇に応じて減少させることによって、燃料の
燃え残りを抑制し、燃料消費量を抑えることができる。
従って、効率的に排気ガスの昇温を行うことができる。

【０１１１】請求項８の発明によれば、分割噴射の膨張
行程中に行われる燃料噴射の燃料噴射量は、吸気管内圧
検出センサにより検出した吸気管内圧と加速要求に基づ
いて設定された目標過給圧との偏差に応じて決定され
る。目標過給圧と吸入管内圧との偏差が大きい状態ほ
ど、吸入管内圧が目標過給圧に上昇するまでの時間が長
く、加速応答遅れが大きい。従って、目標過給圧と現在
の吸入管内圧との偏差に応じて膨張行程中の燃料噴射量
を設定することによって、より効果的に排気ガスを昇温
させ、ターボラグを抑制することができる。

【０１１２】請求項９の発明によれば、分割噴射制御に
より膨張行程中に噴射される燃料の噴射時期が点火タイ
ミングに応じて変更される。エンジンのノッキング状態
に応じて点火タイミングが進角又は遅角方向に変更され
ると、燃料の燃焼期間は一定のままで点火タイミングに
応じて前後方向に位相ズレを生ずるので、膨張行程中の
燃料の燃料噴射時期を、常に点火タイミングに対して同
位相を保つように制御することによって、分割噴射によ
るエンジン運転を安定して行わせることができ、また、
より効果的に排気ガスの昇温を行うことができる。

【０１１３】請求項１０の発明によれば、分割噴射制御
により膨張行程中に噴射される燃料の燃料噴射時期及び
燃料噴射量は、燃焼室の排気弁が開き始めるまでに燃焼
を終了する燃料噴射時期及び燃料噴射量に設定されるの
で、燃料が未燃状態で排気管側に排出されて燃料が無駄
になることや排気ガスの悪化を防止して、より効果的に
排気ガスの昇温を行うことができる。

【０１１４】請求項１１の発明によれば、分割噴射制御
により吸気行程から膨張行程までの間に噴射される燃料
噴射量の総量は、有効なエンジン出力の発生に必要な基
本燃料噴射量に、排気温度の上昇に必要な燃料噴射量分
を加算した量とされる。排気温度の上昇には、温度を上
昇させる分だけの熱量が必要とされるが、この熱量は、
排気ガスに残存する熱量であり、エンジン出力に換算さ
れる熱発生量には計上されないため、同一の総燃料噴射
量の場合においては、排気温度が高い状態ほど機関出力
は低下する傾向にある。従って、膨張行程中の燃料噴射
によって排気温度の上昇を図る場合、排気温度を上昇さ
せるのに必要な分の燃料を増量させることによって、エ
ンジン出力の低下を防止でき、走行フィーリングの悪化
を招くことなく、ターボラグを抑制することができる。

【０１１５】請求項１２の発明によれば、分割噴射制御
により膨張行程中に噴射する燃料の噴射回数をエンジン
回転数が低いほど、増加させる設定としている。燃焼終
了のタイミングはエンジン回転数が高くなるほど膨張行
程終了側に遅れる傾向にあるので、エンジン回転数が低
いほど、膨張行程中での燃焼余裕期間が長い。従って、
エンジン回転数が低いほど噴射回数を増やすことで、燃
焼期間を膨張行程の終期まで延長させることができ、よ
り効果的に排気ガスの昇温を図ることができる。

【０１１６】請求項１３の発明によれば、分割噴射制御
により膨張行程中に噴射される燃料の噴射回数をエンジ
ンの発生トルクが低くなるに応じて増加させる設定とし
ている。エンジン回転数が同一の場合でも発生トルクが
高くなるほど、すなわち燃料供給量が増大するほど、熱
発生量が増大し、合わせて燃焼期間が増長するので、燃
焼終了のタイミングは膨張行程終了側に遅れる傾向にあ
り、発生トルクが低いほど、燃焼余裕期間が長い。従っ
て、発生トルクが低いほど、噴射回数を増やす設定とす
ることで、燃焼期間を膨張行程の終期まで延長させるこ
とができ、より効果的に排気ガスの昇温を図ることがで
きる。

【０１１７】請求項１４の発明によれば、膨張行程中に
噴射された燃料は、燃焼室内で生じている燃焼の火炎伝
播を着火源とするので、その燃焼が終了するまでに噴射
を開始することによって、確実に着火され、未燃状態で
排気管側に排出されるのを防止することができる。従っ
て、燃料の無駄や排気ガスの悪化を防ぎ、より効果的に
排気ガスの昇温を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施の形態にかかるターボ過給機付筒内噴射
エンジンシステムを概略的に示す説明図である。

【図２】圧縮行程中に燃料を一括して噴射する成層燃焼
通常噴射制御時における熱発生の形態を示したものであ
る。

【図３】図２の場合と同一の総燃料噴射量を圧縮行程中
と膨張行程中に分割して噴射する成層燃焼分割噴射制御
時における熱発生の形態を示したものである。

【図４】図２及び図３の場合と同一の総燃料噴射量を、
圧縮行程中に１回と、膨張行程中に２回の合計３回に分
割して噴射する成層燃焼分割噴射制御時における熱発生
の形態を示したものである。

【図５】吸気行程中と膨張行程中とに燃料を分割して噴
射する均一燃焼分割噴射制御時における熱発生の形態を
示したものである。

【図６】熱発生の総量をほぼ同一とした場合の燃焼終了
時期と排気温度との関係を示したものである。

【図７】ターボラグを抑制するための制御が行われた場
合のエンジン運転状態を説明するタイムチャートであ
る。

【図８】ターボラグを抑制するための制御が行われた場
合のエンジン運転状態を説明するタイムチャートであ
る。

【図９】本実施の形態における運転領域マップを説明す
る図である。

【図１０】ターボラグを抑制するための制御を説明する
ためのフローチャートである。

【図１１】ターボラグを抑制するための制御が行われた
場合のエンジン運転状態を説明するタイムチャートであ
る。

【図１２】点火タイミングと２回目噴射の噴射時期との
関係を説明するタイムチャートである。

【図１３】エンジン回転数と燃焼期間の関係を説明する
図である。

【図１４】エンジンの発生トルクと燃焼期間の関係を説
明する図である。

【符号の説明】

１ エンジンシステム ２ エンジン本体 １１ 筒内噴射弁 １３ エアフローメータ １４ ターボ過給機 １４ａ コンプレッサ １４ｂ タービン １６ 電子制御スロットル １６ａ スロットルバルブ １６ｂ アクチュエータ １８ 吸気管内圧検出センサ １９ スロットル開度センサ ３１ クランク角センサ ３２ カム角センサ ３４ 水温センサ

───────────────────────────────────────────────────── 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 23/00 Ｆ０２Ｄ 23/00 Ｆ 23/02 23/02 Ｂ Ｈ 41/10 ３１０ 41/10 ３１０ ３２５ ３２５ ３３５ ３３５Ｚ 43/00 ３０１ 43/00 ３０１Ｂ ３０１Ｊ Ｆターム(参考） 3G005 EA16 FA04 GB28 GD02 HA02 HA04 HA05 HA13 JA02 JA06 JA16 JA24 JA39 JA40 JA42 JA52 3G084 AA00 BA05 BA08 BA13 BA15 BA17 CA04 DA05 DA15 FA07 FA10 FA12 FA20 FA33 FA38 3G092 AA06 AA18 BA08 BB04 BB06 BB13 DB03 DE03S DG09 EA03 FA10 GA12 HA01Z HA05Z HA06Z HE01Z HE03Z HE08Z HF08Z 3G301 HA04 HA11 HA16 JA00 JA03 KA12 LA00 LA03 LB04 LC01 LC04 MA01 MA12 MA19 MA20 MA23 NA08 NC04 NE11 PA01Z PA07Z PA11A PA11Z PE00Z PE01Z PE03Z PE08Z PF03Z

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ターボ過給機と、 エンジンの燃焼室内に燃料を直接噴射する筒内噴射弁
   と、 スロットルバルブと該スロットルバルブを駆動するアク
   チュエータを有する電子制御式スロットルと、 前記アクチュエータを制御して前記スロットルバルブの
   スロットル開度を調整するスロットル制御手段と、 運転者からの加速要求を検出する加速要求検出手段と、 該加速要求検出手段により検出した加速要求とエンジン
   運転状態に基づいて前記エンジンの加速開始を判定する
   加速開始判定手段と、 該加速開始判定手段により加速開始と判定された場合
   に、吸気行程中または圧縮行程中と膨張行程中とに燃料
   を分割して噴射する分割噴射制御を行う燃料噴射制御手
   段と、 を有するターボ過給機付筒内噴射エンジンの制御装置に
   おいて、 前記燃料噴射制御手段は、 前記加速開始判定手段により加速開始と判定された後、
   エンジン運転領域が成層燃焼領域にあるときは圧縮行程
   中と膨張行程中に燃料を分割して噴射する成層燃焼分割
   噴射制御を行い、エンジン運転領域が成層燃焼領域から
   均一燃焼領域に移行したときは、吸気行程中と膨張行程
   中に燃料を分割して噴射する均一燃焼分割噴射制御を行
   うことを特徴とするターボ過給機付筒内噴射エンジンの
   制御装置。
2. 【請求項２】 前記スロットル制御手段は、 前記エンジン運転領域が成層燃焼領域から均一燃焼領域
   に移行する際に、前記スロットルバルブの閉弁側への動
   作を禁止するスロットル制御を行うことを特徴とする請
   求項１に記載のターボ過給機付筒内噴射エンジンの制御
   装置。
3. 【請求項３】 前記スロットル制御手段は、 前記燃料噴射制御手段によって前記成層燃焼分割噴射制
   御から前記均一燃焼分割噴射制御への変更が行われた後
   に、前記スロットルバルブを全開状態にするスロットル
   制御を開始することを特徴とする請求項１又は２に記載
   のターボ過給機付筒内噴射エンジンの制御装置。
4. 【請求項４】 前記燃料噴射制御手段は、 前記加速開始判定手段により加速開始の判定を受けた場
   合に、前記スロットルバルブ制御手段による前記スロッ
   トルバルブのスロットル制御に先駆けて、前記分割噴射
   制御を行うことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに
   記載のターボ過給機付筒内噴射エンジンの制御装置。
5. 【請求項５】 前記燃料噴射制御手段は、 前記スロットルバルブ制御手段により前記スロットルバ
   ルブの実際のスロットル開度が全開状態に調整された時
   点で、前記分割噴射制御を吸気行程中または圧縮行程中
   に燃料を一括して噴射する通常噴射制御に戻すことを特
   徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のターボ過給機
   付筒内噴射エンジンの制御装置。
6. 【請求項６】 前記エンジンの吸気管内圧を検出する吸
   気管内圧検出センサを有し、 前記燃料噴射制御手段は、前記吸気管内圧が予め設定さ
   れている所定正圧値まで上昇した時点で、前記分割噴射
   制御を吸気行程中または圧縮行程中に燃料を一括して噴
   射する通常噴射制御に戻すことを特徴とする請求項１〜
   ５のいずれかに記載のターボ過給機付筒内噴射エンジン
   の制御装置。
7. 【請求項７】 前記燃料噴射制御手段は、 前記分割噴射制御により膨張行程中に噴射される燃料噴
   射量をエンジン出力の上昇に応じて減少させることを特
   徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のターボ過給機
   付筒内噴射エンジンの制御装置。
8. 【請求項８】 前記エンジンの吸気管内圧を検出する吸
   気管内圧検出センサと、前記加速要求検出手段により検
   出した加速要求に基づいて目標過給圧を設定する目標過
   給圧設定手段とを有し、 前記燃料噴射制御手段は、前記分割噴射制御により膨張
   行程中噴射される燃料噴射量を、前記目標過給圧と前記
   吸気管内圧検出センサにより検出した吸気管内圧との偏
   差に応じて決定することを特徴とする請求項１〜７のい
   ずれかに記載のターボ過給機付筒内噴射エンジンの制御
   装置。
9. 【請求項９】 前記燃料噴射制御手段は、 前記分割噴射制御により膨張行程中に噴射される燃料の
   噴射時期を、点火タイミングに応じて変更することを特
   徴とする請求項１〜８のいずれかに記載のターボ過給機
   付筒内噴射エンジンの制御装置。
10. 【請求項１０】 前記燃料噴射制御手段は、 前記分割噴射制御により膨張行程中に行う燃料噴射の燃
    料噴射量及び燃料噴射時期を、前記燃焼室と排気通路と
    の間に設けられている排気弁が開き始めるまでに前記燃
    焼室内の燃焼が終了する燃料噴射時期及び燃料噴射量に
    設定したことを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記
    載のターボ過給機付筒内噴射エンジンの制御装置。
11. 【請求項１１】 前記燃料噴射制御手段は、 前記分割噴射制御によって吸気行程から膨張行程までの
    間に噴射される燃料噴射量の総量を、有効なエンジン出
    力の発生に必要な基本燃料噴射量に、排気温度の上昇に
    必要な燃料噴射量分を加算した量としたことを特徴とす
    る請求項１〜１０のいずれかに記載のターボ過給機付筒
    内噴射エンジンの制御装置。
12. 【請求項１２】 前記燃料噴射制御手段は、 前記分割噴射制御によって膨張行程中に行う燃料噴射の
    噴射回数を、エンジン回転数が低い程、増加させる設定
    としたことを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記
    載のターボ過給機付筒内噴射エンジンの制御装置。
13. 【請求項１３】 前記燃料噴射制御手段は、 前記分割噴射制御によって膨張行程中に行う燃料噴射の
    噴射回数を、発生トルクが低くなるに応じて増加させる
    設定としたことを特徴とする請求項１〜１２のいずれか
    に記載のターボ過給機付筒内噴射エンジンの制御装置。
14. 【請求項１４】 前記燃料噴射制御手段は、 前記分割噴射制御によって膨張行程中に行う燃料噴射の
    燃料噴射時期を、燃焼室内で火炎伝播を生じている期間
    中に設定したことを特徴とする請求項１〜１３のいずれ
    かに記載のターボ過給機付筒内噴射エンジンの制御装
    置。