JP2022150466A - エンジンシステム - Google Patents

Abstract

【課題】低負荷領域において、スワールコントロールバルブによりスワール流を気筒内に生成し、且つ、燃料を吸気行程中に噴射するエンジンシステムにおいて、気筒内での燃料の偏在を抑制して燃焼安定性を確保する。【解決手段】エンジンシステム１００は、気筒２、ピストン１４及びインジェクタ２８を備えるエンジン１と、吸気通路４０内に設けられ、閉弁時にスワール流を気筒２内に生成するスワールコントロールバルブ（ＳＣＶ）４３と、低負荷領域Ｒ１において、ＳＣＶ４３を閉弁し且つ吸気行程中に燃料を噴射するようにインジェクタ２８を制御するＰＣＭ８０と、を有する。特に、ＰＣＭ８０は、低負荷領域Ｒ１において、同一のエンジン回転数で見たときに、エンジン負荷が第１負荷である場合には第２負荷（＞第１負荷）である場合よりも燃料噴射時期を進角させるように、インジェクタ２８を制御する。【選択図】図５

Description

本発明は、スワール流を気筒内に生成するスワールコントロールバルブを有するエンジンシステムに関する。

従来から、各気筒に吸気を供給する２つの吸気ポートの一方にスワールコントロールバルブ（以下では適宜「ＳＣＶ」と表記する。）を設け、このＳＣＶを閉側の開度（例えば全閉）に設定することで、スワール流を気筒内に生成する技術が知られている。例えば、特許文献１には、このようなＳＣＶの開度を、エンジンの運転状態に応じて切り替える技術が開示されている。具体的には、この技術では、エンジンの低負荷領域ではＳＣＶを閉じ、エンジンの高負荷領域ではＳＣＶを開いている。特に、低負荷領域では、スワール流が発生した状態において燃料を圧縮行程で噴射することで、エンジンの成層燃焼運転を図り、高負荷領域では、タンブル流が発生した状態において燃料を吸気行程で噴射することで、エンジンの均質燃焼運転を図っている。

特開２００２－１３００２５号公報

ところで、低負荷領域において、エンジンの均質燃焼を実現すべく、ＳＣＶによりスワール流を気筒内に生成し、吸気行程において燃料を噴射（典型的には一括噴射）するような制御を行うことが考えられる。しかしながら、そのような制御を行った場合、低負荷領域では気筒内におけるガスの流動が弱いため、気筒内において燃料が偏在して、燃焼が不安定になる可能性がある。

本発明は、上述した従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、低負荷領域において、スワールコントロールバルブによりスワール流を気筒内に生成し、且つ、燃料を吸気行程中に噴射するエンジンシステムにおいて、気筒内での燃料の偏在を抑制して、燃焼安定性を確保することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明は、エンジンシステムであって、燃焼室を形成する気筒と、気筒内において往復運動するピストンと、ピストンの軸線方向に対して傾いて設けられ、燃料を気筒内に直接噴射する燃料噴射弁と、を備えるエンジンと、エンジンの気筒へと吸気を供給する吸気通路内に設けられ、少なくとも閉弁時にスワール流を気筒内に生成するように構成されたスワールコントロールバルブと、燃料噴射弁及びスワールコントロールバルブを制御するよう構成された制御器であって、エンジン負荷が所定の閾値未満であるときに、スワールコントロールバルブを閉弁し、且つ、エンジンの吸気行程中に燃料を噴射するように燃料噴射弁を制御するよう構成された制御器と、を有し、制御器は、エンジン負荷が閾値未満であるときに、同一のエンジン回転数において、エンジン負荷が第１負荷である場合にはエンジン負荷が第１負荷よりも高い第２負荷である場合よりも燃料噴射時期を進角させるように、燃料噴射弁を制御するよう構成されている、ことを特徴とする。

このように構成された本発明では、エンジンシステムは、エンジン負荷が所定の閾値未満である低負荷領域において、ＳＣＶによりスワール流を生成し、且つ、燃料を吸気行程中に噴射する。そして、制御器は、そのような低負荷領域では、同一のエンジン回転数において、エンジン負荷が第１負荷である場合には第２負荷（＞第１負荷）である場合よりも燃料噴射時期を進角させる。これにより、エンジン負荷の低下により燃焼室内の流動が弱まっても、エンジン負荷の低下に応じて燃料噴射時期を早めることで、燃焼室内での燃料と吸気との混合性を確保することができる、つまり燃焼室内での燃料と吸気とのミキシングの時間を確保することができる。したがって、本実施形態によれば、上記のような低負荷領域において、燃焼室内での燃料の偏在を適切に抑制でき、燃焼安定性を確保することが可能となる。

本発明において、好ましくは、エンジンシステムは、エンジンの排気ガスをＥＧＲガスとしてエンジンの吸気通路に還流させるＥＧＲ通路と、ＥＧＲ通路上に設けられ、吸気通路に還流させるＥＧＲガスの量を調整するＥＧＲバルブと、を更に有し、制御器は、更に、エンジン負荷が閾値未満であるときに、同一のエンジン回転数において、エンジン負荷が第１負荷である場合には第２負荷である場合よりもＥＧＲガスの量を少なくするように、ＥＧＲバルブを制御するよう構成されている。
低負荷領域では、ＥＧＲガス量を多くすると、燃焼安定性が低下する傾向にある。したがって、上記の本発明では、制御器は、低負荷領域では、同一のエンジン回転数において、エンジン負荷が第１負荷である場合には第２負荷である場合よりもＥＧＲガス量を少なくするように、ＥＧＲバルブを制御する。これにより、低負荷領域での燃焼安定性を効果的に確保することができる。

本発明において、好ましくは、制御器は、エンジン負荷が閾値未満であるときに、吸気行程中に燃料を１回のみ噴射するように燃料噴射弁を制御するよう構成されている。
このように構成された本発明によれば、低負荷領域において、燃料を吸気行程中に一括噴射することで、エンジンの均質燃焼を適切に実現することができる。

本発明において、好ましくは、制御器は、エンジン負荷が閾値以上であるときに、スワールコントロールバルブを開弁し、且つ、吸気行程及び圧縮行程中にわたって燃料を複数回噴射するように燃料噴射弁を制御するよう構成されている。
このように構成された本発明によれば、高負荷領域において、ＳＣＶを開弁して、且つ、燃料を吸気行程及び圧縮行程中にわたって分割噴射することで、エンジンの成層燃焼を適切に実現することができる。

本発明において、好ましくは、ピストンの冠面は、キャビティが形成されておらず、ほぼ平坦に形成されている。
このように構成された本発明によれば、燃焼室内のスワール流を効果的に維持することができる。

本発明によれば、低負荷領域において、スワールコントロールバルブによりスワール流を気筒内に生成し、且つ、燃料を吸気行程中に噴射するエンジンシステムにおいて、気筒内での燃料の偏在を抑制して、燃焼安定性を確保することができる。

本発明の実施形態によるエンジンシステムの概略構成図である。 本発明の実施形態によるエンジンの斜視図である。 本発明の実施形態によるエンジンシステムの電気的構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態によるエンジンの運転領域を示す。 本発明の実施形態における、エンジン負荷と燃料噴射時期との関係を示すマップである。 本発明の実施形態における、エンジン負荷と一括噴射及び分割噴射のそれぞれの燃料噴射時期との関係を示すマップである。 本発明の実施形態における、エンジン負荷と燃料噴射量の分割比との関係を示すマップである。 本発明の実施形態に係る制御を示すフローチャートである。 本発明の実施形態における、エンジン負荷とＥＧＲバルブ開度との関係を示すマップである。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態によるエンジンシステムについて説明する。

［エンジンシステムの構成］
図１は、本実施形態によるエンジンシステムの概略構成図である。図１に示すように、エンジンシステム１００は、車両に搭載されるエンジン１を有する。このエンジン１は、少なくともガソリンを含有する燃料が供給されるガソリンエンジンである。具体的には、エンジン１は、気筒２が設けられたシリンダブロック４（なお、図１では、１つの気筒２のみを図示するが、例えば４つの気筒２が直列に設けられる）と、このシリンダブロック４上に配設されたシリンダヘッド６と、シリンダブロック４の下側に配設され、潤滑油が貯留されたオイルパン８とを有している。各気筒２内には、コンロッド１０を介してクランクシャフト１２と連結されているピストン１４が往復動可能に嵌挿されている。これらのシリンダヘッド６、気筒２及びピストン１４は、エンジン１の燃焼室１６を画定する。

エンジン１には、吸気通路４０から吸気が供給される。この吸気通路４０上には、エンジン１に供給する吸気量を調整可能なスロットルバルブ４１、及び、エンジン１に供給する吸気を一時的に蓄えるサージタンク４２などが設けられている。また、吸気通路４０の一部分は、エンジン１に接続された吸気ポート１８を構成する。

エンジン１には、気筒２毎に、各々独立した２つの吸気ポート１８及び２つの排気ポート２０が接続されていると共に、これら吸気ポート１８及び排気ポート２０には、燃焼室１６側の開口を開閉する吸気バルブ２２及び排気バルブ２４がそれぞれ配設されている。ここで、吸気バルブ２２の開弁及びピストン１４の下降に応じて、吸気ポート１８から燃焼室１６内に流入した吸気により、タンブル流（縦方向の渦流／縦渦）が生成される。

また、各気筒２において、２つの吸気ポート１８の一方には、当該吸気ポート１８の流路を開閉するスワールコントロールバルブ（ＳＣＶ）４３が設けられている。なお、図１では、ＳＣＶ４３が設けられた一方の吸気ポート１８のみを図示し、ＳＣＶ４３が設けられていない他方の吸気ポート１８については図示していない。ＳＣＶ４３が閉じている場合には、２つの吸気ポート１８のうちの一方のみから燃焼室１６内に吸気が流入することで、スワール流（横方向の渦流／横渦）が燃焼室１６内に生成される。

エンジン１のシリンダヘッド６の下面は、燃焼室１６の天井２６を形成している。この天井２６は、中央部からシリンダヘッド６下端まで延びる２つの対向する傾斜面を有する、いわゆるペントルーフ型となっている。また、シリンダヘッド６には、気筒２毎に、気筒２内に燃料を直接噴射する（直噴）インジェクタ（燃料噴射弁）２８が取り付けられている。インジェクタ２８は、ピストン１４の軸線方向（つまりピストン１４の移動方向）に対して傾いて設けられている。より詳しくは、インジェクタ２８は、その噴口が、燃焼室１６の天井２６の周縁部において２つの吸気ポート１８の間から斜め下方に向かってその燃焼室１６内に臨むように配設されている。

更に、エンジン１のシリンダヘッド６には、気筒２毎に、燃焼室１６内の混合気に強制点火する点火プラグ３２が取り付けられている。点火プラグ３２は、燃焼室１６の天井２６の中央部から下方へ延びるように、シリンダヘッド６内を貫通して配置されている。また、シリンダヘッド６には、各気筒２の吸気バルブ２２及び排気バルブ２４をそれぞれ駆動するバルブ駆動機構３６が設けられている。このバルブ駆動機構３６は、例えば、吸気バルブ２２及び排気バルブ２４のリフト量を変更することが可能な可変バルブリフト機構や、クランクシャフト１２に対するカムシャフトの回転位相を変更することが可能なバルブ位相可変機構である。

上述したように、エンジン１の一側面には吸気通路４０が接続されている一方で、エンジン１の他側面には、各気筒２の燃焼室１６からの既燃ガス（排気ガス）を排出する排気通路４４が接続されている。この排気通路４４上には、排気ガスを浄化する触媒４５（詳しくは触媒コンバータ）が設けられている。また、排気通路４４において触媒４５の下流側には、排気ガスを吸気通路４０に還流させるためのＥＧＲ通路４６が接続されている。このＥＧＲ通路４６上には、還流させる排気ガス（ＥＧＲガス）を冷却するためのＥＧＲクーラ４７、及び、吸気通路４０に還流させるＥＧＲガスの量を調整するためのＥＧＲバルブ４８が設けられている。

次に、図２は、本実施形態によるエンジン１のピストン１４、インジェクタ２８及び点火プラグ３２の詳細構造を示す斜視図である。図２に示すように、インジェクタ２８は、複数の噴口３０を有する多噴口型のインジェクタである。インジェクタ２８は、当該インジェクタ２８の軸線方向が水平方向から所定角にて下方に傾斜するように設けられている。これにより、インジェクタ２８の各噴口３０から噴射された燃料噴霧は、燃焼室１６の天井２６の周縁部から斜め下方に向かって放射状に広がる。

また、ピストン１４の頂部を形成するピストン冠面１４ａは、その中央に向かって隆起するように凸型に形成されている。具体的には、ピストン冠面１４ａの中央には、ピストン１４の軸線方向（換言するとピストン１４の移動方向）に直交する水平面に沿った平坦面１４ｂが、比較的広範囲にわたって形成されている。ピストン冠面１４ａには、所謂キャビティが形成されていない。

また、ピストン冠面１４ａは、当該ピストン冠面１４ａのインジェクタ２８側の端部から中央に向かって斜め上方に延びるインジェクタ側斜面１４ｃと、ピストン冠面１４ａのインジェクタ２８から離間した側（以下、必要に応じて「反インジェクタ側」）の端部から中央に向かって斜め上方に延びる反インジェクタ側斜面１４ｄとを備えている。これらのインジェクタ側斜面１４ｃ及び反インジェクタ側斜面１４ｄは、燃焼室１６の天井２６（図１参照）に沿うように形成されている。

また、ピストン冠面１４ａのインジェクタ側の端部及び反インジェクタ側の端部には、水平面１４ｅが形成されている。更に、ピストン冠面１４ａの反インジェクタ側斜面１４ｄには、ピストン１４と排気バルブ２４との接触を回避するように窪んだ排気バルブリセス１４ｆが形成されている。なお、ピストン１４と吸気バルブ２２との接触回避は、インジェクタ側斜面１４ｃなどによって実現されるようになっている。

次に、図３は、本実施形態によるエンジンシステム１００の電気的構成を示すブロック図である。ＰＣＭ（パワートレイン・コントロール・モジュール）８０は、回路により構成されており、周知のマイクロコンピュータをベースとする制御器である。ＰＣＭ８０は、プログラムを実行する中央演算処理装置（Central Processing Unit：ＣＰＵ）としての１以上のマイクロプロセッサ８０ａと、例えばＲＡＭ（Random Access Memory）やＲＯＭ（Read Only Memory）により構成されてプログラム及びデータを格納するメモリ８０ｂと、電気信号の入出力を行う入出力バス等を備えている。

ＰＣＭ８０には、各種のセンサが接続されている。具体的には、ＰＣＭ８０には、主に、アクセル開度センサＳ１及びクランク角センサＳ２が接続されている。アクセル開度センサＳ１は、アクセルペダルの操作量に対応したアクセル開度を検出し、クランク角センサＳ２は、クランクシャフト１２の回転角（エンジン回転数に対応する）を検出する。これらのセンサＳ１、Ｓ２から出力された検出信号は、ＰＣＭ８０に入力される。

ＰＣＭ８０は、上記のセンサＳ１、Ｓ２から入力された検出信号に基づいて、予め定められている制御ロジックに従って、各デバイスの制御量を演算する。制御ロジックは、メモリ８０ｂに記憶されている。制御ロジックは、メモリ８０ｂに記憶しているマップなどを用いて、目標量及び／又は制御量を演算することを含む。ＰＣＭ８０は、演算した制御量に係る制御信号を、主に、インジェクタ２８、点火プラグ３２、ＳＣＶ４３及びＥＧＲバルブ４８に出力する。

［制御内容］
次に、本実施形態においてＰＣＭ８０が行う制御内容について説明する。基本的には、ＰＣＭ８０は、エンジン１の運転状態の変化に応じて、ＳＣＶ４３の開閉を切り替える、つまりＳＣＶ４３の全閉から全開への切り替え、又はＳＣＶ４３の全開から全閉への切り替えを行う。こうすることで、エンジン１の運転状態に応じて、ＳＣＶ４３によるスワール流を燃焼室１６内に導入するか否かを切り替える。

まず、図４を参照して、ＳＣＶ４３を全閉又は全開に設定するエンジン１の運転領域について説明する。図４は、横軸に示されたエンジン回転数及び縦軸に示されたエンジン負荷により規定された、エンジン１の運転領域を表している。エンジン回転数が回転数閾値Ｎ１（例えば２５００ｒｐｍ）未満で且つエンジン負荷が負荷閾値Ｌ１未満の運転領域Ｒ１では、ＳＣＶ４３が全閉に設定される、つまりＳＣＶ４３により生成されたスワール流を用いてエンジン１が運転される。また、この運転領域Ｒ１では、このようなスワール流が生成された状態において、エンジン１の吸気行程中に、燃料をインジェクタ２８から１回のみ噴射（一括噴射）させることで、エンジン１の均質燃焼を実現するようにしている。

他方で、エンジン回転数が回転数閾値Ｎ１以上又はエンジン負荷が負荷閾値Ｌ１以上の運転領域Ｒ２では、ＳＣＶ４３が全開に設定される、つまりスワール流を用いずにエンジン１が運転される。また、運転領域Ｒ２においてエンジン回転数が回転数閾値Ｎ１未満である領域では、エンジン１の吸気行程中及び圧縮行程中に、燃料をインジェクタ２８から複数回噴射（分割噴射）させることで、エンジン１の成層燃焼を実現するようにしている。これに対して、運転領域Ｒ２においてエンジン回転数が回転数閾値Ｎ１以上である領域では、エンジン１の吸気行程中に、燃料をインジェクタ２８から１回のみ噴射（一括噴射）させることで、エンジン１の均質燃焼を実現するようにしている。

なお、図４では、回転数閾値Ｎ１及び負荷閾値Ｌ１が一定値である例を示しているが、他の例では、エンジン負荷が高くなるほど回転数閾値Ｎ１を小さくしたり、エンジン回転数が高くなるほど負荷閾値Ｌ１を小さくしたりしてもよい。また、以下では、運転領域Ｒ１のことを適宜「低負荷領域Ｒ１」と言い換え、運転領域Ｒ２のことを適宜「高負荷領域Ｒ２」と言い換える。

このように、ＰＣＭ８０は、低負荷領域Ｒ１では、スワール流を燃焼室１６内に生成するようにＳＣＶ４３を全閉に制御し、吸気行程中に燃料を一括噴射するようにインジェクタ２８を制御して、エンジン１の均質燃焼を図っている。しかしながら、このような制御を行った場合、低負荷領域Ｒ１では燃焼室１６内におけるガスの流動が弱いため、燃焼室１６内において燃料が偏在して、燃焼が不安定になることがある。具体的には、本実施形態のように、ピストン１４の軸線方向に対して傾いたインジェクタ２８から燃焼室１６に直接燃料を噴射する構成においては、燃焼室１６内に噴射された燃料が、燃焼室１６内のスワール流の流れによって拡散されて、燃焼室１６内に偏在する傾向にある。より詳しく述べると以下の通りである。

上記のように低負荷領域Ｒ１で適用される吸気行程中の燃料噴射時期（典型的には吸気行程中の比較的早い時期）においては、燃焼室１６内にはスワール流が完全に形成されていない、つまりスワール流の形成途中である。このようなスワール流の形成途中では、燃焼室１６内に様々な方向の流れが存在するため、このときに噴射された燃料は様々な方向に流される。そして、スワール流が形成されていく間に、燃料がこのスワール流に乗って流されていく。その結果、スワール流の形成が完了したときに、ほぼ全ての燃料が燃焼室１６内の周縁付近に配置され、燃料が燃焼室１６内において偏在してしまうのである。

したがって、本実施形態では、ＰＣＭ８０は、上記のよう低負荷領域Ｒ１において噴射された燃料の偏在を抑制するための制御を行う。具体的には、ＰＣＭ８０は、低負荷領域Ｒ１において、同一のエンジン回転数で見たときに、エンジン負荷が第１負荷である場合にはエンジン負荷が第１負荷よりも高い第２負荷である場合よりも燃料噴射時期を進角させるように、インジェクタ２８を制御する。典型的には、ＰＣＭ８０は、エンジン負荷が低くなるほど、燃料噴射時期を大きく進角させる。

ここで、図５を参照して、本実施形態に係る制御の基本概念について説明する。図５は、回転数閾値Ｎ１未満の或るエンジン回転数（例えば１５００ｒｐｍ）において、エンジン負荷（横軸）に応じて適用される燃料噴射時期（縦軸）のマップを示している。図５に示すように、本実施形態では、ＰＣＭ８０は、ＳＣＶ４３が全閉に設定される低負荷領域Ｒ１において、基本的には、エンジン負荷が低くなるほど、燃料噴射時期を大きく進角させる（矢印Ａ１参照）。こうすることで、エンジン負荷の低下により燃焼室１６内の流動が弱まっても、エンジン負荷の低下に応じて燃料噴射時期を早めていくことで、燃焼室１６内での燃料と吸気との混合性を確保することができる、つまり、燃焼室１６内での燃料と吸気とのミキシングの時間を確保することができる。その結果、燃料と吸気との混合性を改善することができ、燃焼室１６内での燃料の偏在を抑制することが可能となる。

次に、図６及び図７を参照して、本実施形態に係る制御について補足する。図６は、回転数閾値Ｎ１未満の或るエンジン回転数（例えば１５００ｒｐｍ）において、エンジン負荷（横軸）に応じて一括噴射及び分割噴射のそれぞれに適用される燃料噴射時期を示すマップである。図６において、グラフＧ１１は、１回目の燃料噴射を示し、グラフＧ１２は、２回目の燃料噴射を示し、グラフＧ１３は、３回目の燃料噴射を示している。なお、図５は、図６のグラフＧ１１のみを縦方向に拡大して示した図である。

図６に示すように、ＰＣＭ８０は、ＳＣＶ４３が全閉に設定される低負荷領域Ｒ１では１回のみの燃料噴射（つまり一括噴射）を行い（Ｇ１１参照）、ＳＣＶ４３が全開に設定される高負荷領域Ｒ２では３回の燃料噴射（つまり分割噴射）を行う（Ｇ１１、Ｇ１２、Ｇ１３参照）。例えば、ＰＣＭ８０は、高負荷領域Ｒ２で分割噴射を行う場合、１回目及び２回目の燃料噴射を吸気行程中に行い、３回目の燃料噴射を圧縮行程中に行う。

次いで、図７は、回転数閾値Ｎ１未満の或るエンジン回転数（例えば１５００ｒｐｍ）において、エンジン負荷（横軸）に応じて適用される燃料噴射量の分割比（縦軸）を示すマップである。図７において、グラフＧ２１は、１回目の燃料噴射を示し、グラフＧ２２は、２回目の燃料噴射を示し、グラフＧ２３は、３回目の燃料噴射を示している。図７に示すように、ＰＣＭ８０は、高負荷領域Ｒ２において、１～３回目の各燃料噴射量の分割比をエンジン負荷に応じて変える。例えば、ＰＣＭ８０は、基本的には、１回目の燃料噴射量の分割比を２回目及び３回目の燃料噴射量の分割比よりも大きくし、２回目の燃料噴射量の分割比を３回目の燃料噴射量の分割比よりも大きくし、また、エンジン負荷が高くなるほど、１回目の燃料噴射量の分割比を大きくする。

次に、図８を参照して、本実施形態に係る制御の流れについて説明する。図８は、本実施形態に係る制御を示すフローチャートである。この制御は、ＰＣＭ８０によって所定の周期で繰り返し実行される。まず、ステップＳ１１において、ＰＣＭ８０は、各種情報を取得する。具体的には、ＰＣＭ８０は、上記したようなアクセル開度センサＳ１及びクランク角センサＳ２の検出信号を少なくとも取得する。

次いで、ステップＳ１２において、ＰＣＭ８０は、ステップＳ１１で取得された情報に基づき、現在のエンジン１の運転状態、具体的には現在のエンジン回転数及びエンジン負荷を特定する。この場合、ＰＣＭ８０は、クランク角センサＳ２の検出信号に対応するクランク角（クランクシャフト１２の回転角）に基づき、エンジン回転数を求める。また、ＰＣＭ８０は、アクセル開度センサＳ１の検出信号に対応するアクセル開度に基づき、車両の目標トルクを求めた後、この目標トルクに対応するエンジン負荷を求める。

次いで、ステップＳ１３において、ＰＣＭ８０は、ステップＳ１２で特定されたエンジン１の運転状態に基づき、エンジン回転数及びエンジン負荷が属する領域が運転領域（低負荷領域）Ｒ１であるか否かを判定する。その結果、エンジン回転数及びエンジン負荷が運転領域Ｒ１に属すると判定された場合（ステップＳ１３：Ｙｅｓ）、ＰＣＭ８０は、ステップＳ１４に進む。このような運転領域Ｒ１では、吸気行程中に燃料が一括噴射される。したがって、ステップＳ１４において、ＰＣＭ８０は、この一括噴射の燃料噴射時期をエンジン負荷に応じて決定する。具体的には、ＰＣＭ８０は、図５に示すようなマップを参照して（なお、図５に示すようなマップは種々のエンジン回転数ごとに規定されているため、現在のエンジン回転数に対応するマップを選択するものとする。以下で述べる図６、図７、図９のマップについても同様とする。）、現在のエンジン負荷において適用すべき燃料噴射時期を決定する。そして、ＰＣＭ８０は、ステップＳ１７に進む。

他方で、エンジン回転数及びエンジン負荷が運転領域Ｒ１に属すると判定されなかった場合（ステップＳ１３：Ｎｏ）、ＰＣＭ８０は、ステップＳ１５に進む。この場合には、エンジン回転数及びエンジン負荷が運転領域（高負荷領域）Ｒ２に属する。そのため、吸気行程及び圧縮行程中に燃料が分割噴射される。したがって、ステップＳ１５において、ＰＣＭ８０は、この分割噴射の各燃料噴射時期をエンジン負荷に応じて決定する。具体的には、ＰＣＭ８０は、図６のグラフＧ１１、Ｇ１２、Ｇ１３に示すようなマップを参照して、現在のエンジン負荷において適用すべき、１回目～３回目の各燃料噴射時期を決定する。次いで、ステップＳ１６において、ＰＣＭ８０は、分割噴射の燃料噴射量の分割比をエンジン負荷に応じて決定する。具体的には、ＰＣＭ８０は、図７のグラフＧ２１、Ｇ２２、Ｇ２３に示すようなマップを参照して、現在のエンジン負荷において適用すべき、１～３回目の各燃料噴射量の分割比を決定する。そして、ＰＣＭ８０は、ステップＳ１７に進む。

次いで、ステップＳ１７において、ＰＣＭ８０は、エンジン負荷に応じて、ＥＧＲバルブ４８の開度（ＥＧＲバルブ開度）を決定する。ここで、図９を参照して、エンジン負荷に応じてＥＧＲバルブ開度を決定する方法について説明する。図９は、或るエンジン回転数（例えば１５００ｒｐｍ）において、エンジン負荷（横軸）に応じて適用されるＥＧＲバルブ開度を示すマップである。図９に示すように、低負荷領域Ｒ１では、基本的には、エンジン負荷が低くなるほど、ＥＧＲガス量を小さくすべく、ＥＧＲバルブ開度を小さくしている（矢印Ａ２参照）。こうしているのは、エンジン負荷が低くなるほど、燃焼安定性が低下するからである。すなわち、エンジン負荷が低くなるほど、ＥＧＲガス量を小さくすることで、低負荷領域Ｒ１での燃焼安定性を確保するためである。他方で、高負荷領域Ｒ２では、エンジン負荷が高くなるほど、ＥＧＲガス量を小さくすべく、ＥＧＲバルブ開度を小さくしている（矢印Ａ３参照）。

図８に戻ると、ＰＣＭ８０は、ステップＳ１７において、図９に示すようなマップを参照して、現在のエンジン負荷において適用すべきＥＧＲバルブ開度を決定する。そして、ＰＣＭ８０は、ステップＳ１８に進む。ステップＳ１８において、ＰＣＭ８０は、ステップＳ１４で決定された一括噴射の燃料噴射時期、又はステップＳ１５、Ｓ１６で決定された分割噴射の燃料噴射時期及び分割比に基づき、インジェクタ２８を制御すると共に、ステップＳ１７で決定されたＥＧＲバルブ開度に基づきＥＧＲバルブ４８を制御する。そして、ＰＣＭ８０は、図８に示すフローを抜ける。

［作用及び効果］
次に、本実施形態によるエンジンシステム１００の作用及び効果について説明する。

本実施形態に係るエンジンシステム１００では、低負荷領域Ｒ１において、ＳＣＶ４３によりスワール流が生成され、且つ、燃料が吸気行程中に噴射される。そして、本実施形態では、ＰＣＭ８０は、そのような低負荷領域Ｒ１において、同一のエンジン回転数で見たときに、エンジン負荷が第１負荷である場合には第２負荷（＞第１負荷）である場合よりも燃料噴射時期を進角させる。これにより、エンジン負荷の低下により燃焼室１６内の流動が弱まっても、エンジン負荷の低下に応じて燃料噴射時期を早めることで、燃焼室１６内での燃料と吸気との混合性を確保することができる、つまり燃焼室１６内での燃料と吸気とのミキシングの時間を確保することができる。したがって、本実施形態によれば、低負荷領域Ｒ１において、気筒２内での燃料の偏在を適切に抑制でき、燃焼安定性を確保することが可能となる。

また、本実施形態によれば、ＰＣＭ８０は、低負荷領域Ｒ１において、同一のエンジン回転数で見たときに、エンジン負荷が第１負荷である場合には第２負荷（＞第１負荷）である場合よりもＥＧＲガス量を少なくするように、ＥＧＲバルブ４８を制御する。典型的には、ＰＣＭ８０は、エンジン負荷が低くなるほど、ＥＧＲガス量が小さくなるように、ＥＧＲバルブ開度を小さくする（図９参照）。これにより、低負荷領域Ｒ１において燃焼安定性を効果的に確保することができる。

また、本実施形態によれば、ＰＣＭ８０は、低負荷領域Ｒ１において、燃料を吸気行程中に一括噴射することで、エンジン１の均質燃焼を適切に実現することができる。

また、本実施形態によれば、ＰＣＭ８０は、高負荷領域Ｒ２において、ＳＣＶ４３を全開にし、且つ、燃料を吸気行程及び圧縮行程中にわたって分割噴射することで、エンジン１の成層燃焼を適切に実現することができる。

また、本実施形態によれば、エンジン１のピストン冠面１４ａは、キャビティが形成されておらず、ほぼ平坦に形成されているので、燃焼室１６内のスワール流を効果的に維持することができる。

１ エンジン
２ 気筒
１４ ピストン
１４ａ ピストン冠面
１６ 燃焼室
１８ 吸気ポート
２８ インジェクタ（燃料噴射弁）
３２ 点火プラグ
４０ 吸気通路
４３ スワールコントロールバルブ（ＳＣＶ）
４４ 排気通路
４５ 触媒
４６ ＥＧＲ通路
４８ ＥＧＲバルブ
８０ ＰＣＭ（制御器）
１００ エンジンシステム

Claims (5)

1. エンジンシステムであって、
   燃焼室を形成する気筒と、前記気筒内において往復運動するピストンと、前記ピストンの軸線方向に対して傾いて設けられ、燃料を前記気筒内に直接噴射する燃料噴射弁と、を備えるエンジンと、
   前記エンジンの前記気筒へと吸気を供給する吸気通路内に設けられ、少なくとも閉弁時にスワール流を前記気筒内に生成するように構成されたスワールコントロールバルブと、
   前記燃料噴射弁及び前記スワールコントロールバルブを制御するよう構成された制御器であって、エンジン負荷が所定の閾値未満であるときに、前記スワールコントロールバルブを閉弁し、且つ、前記エンジンの吸気行程中に燃料を噴射するように前記燃料噴射弁を制御するよう構成された前記制御器と、
   を有し、
   前記制御器は、エンジン負荷が前記閾値未満であるときに、同一のエンジン回転数において、エンジン負荷が第１負荷である場合にはエンジン負荷が前記第１負荷よりも高い第２負荷である場合よりも燃料噴射時期を進角させるように、前記燃料噴射弁を制御するよう構成されている、ことを特徴とするエンジンシステム。
2. 前記エンジンシステムは、前記エンジンの排気ガスをＥＧＲガスとして前記エンジンの吸気通路に還流させるＥＧＲ通路と、前記ＥＧＲ通路上に設けられ、前記吸気通路に還流させる前記ＥＧＲガスの量を調整するＥＧＲバルブと、を更に有し、
   前記制御器は、更に、エンジン負荷が前記閾値未満であるときに、同一のエンジン回転数において、エンジン負荷が前記第１負荷である場合には前記第２負荷である場合よりも前記ＥＧＲガスの量を少なくするように、前記ＥＧＲバルブを制御するよう構成されている、請求項１に記載のエンジンシステム。
3. 前記制御器は、エンジン負荷が前記閾値未満であるときに、吸気行程中に燃料を１回のみ噴射するように前記燃料噴射弁を制御するよう構成されている、請求項１又は２に記載のエンジンシステム。
4. 前記制御器は、エンジン負荷が前記閾値以上であるときに、前記スワールコントロールバルブを開弁し、且つ、吸気行程及び圧縮行程中にわたって燃料を複数回噴射するように前記燃料噴射弁を制御するよう構成されている、請求項１乃至３のいずれか一項に記載のエンジンシステム。
5. 前記ピストンの冠面は、キャビティが形成されておらず、ほぼ平坦に形成されている、請求項１乃至４のいずれか一項に記載のエンジンシステム。

Images