JP3175549B2 - 電動機により動力が補助される内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、必要に応じて電
動機により動力が補助される内燃機関に係る。詳しく
は、内燃機関に対する燃料の供給と、電動機の動作とを
内燃機関の運転状態に応じて制御するようにした電動機
により動力が補助される内燃機関の制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、希薄燃焼（リーンバーン）を行う
内燃機関がある。この種の内燃機関は理論空燃比よりリ
ーンな混合気を燃焼室で燃焼させることにより、必要な
動力と好適な燃費を得る。

【０００３】ここで、希薄燃焼方式の一つとして「成層
燃焼」がある。この成層燃焼は燃焼室内の混合気に層状
に異なる燃料の濃度分布を与える。この可燃混合気の分
布域に配置された点火プラグにより混合気に点火し、そ
の混合気全体へ燃焼を進行させる。この成層燃焼に使用
される燃料は内燃機関の圧縮行程において燃焼室に供給
される。この成層燃焼は燃焼室全体に混合気を分散させ
て燃焼させる「均一燃焼」と対比される。この均一燃焼
に使用される燃料は内燃機関の吸気行程において燃焼室
に供給される。

【０００４】特開平２−１６９８３４号公報は成層燃焼
と均一燃焼を実行可能に構成した筒内噴射式の内燃機関
及びその制御装置を開示する。この内燃機関は成層燃焼
及び均一燃焼の他に、それら二つの燃焼形態を互いに組
み合わせた「弱成層燃焼」を実行可能とする。弱成層燃
焼では、内燃機関の吸入行程に供給される燃料が燃焼室
全体に分散し、続く圧縮行程に供給される燃料が点火プ
ラグ回りにのみ高濃度な燃料分布を形成してその混合気
が燃焼する。この制御装置において、電子制御ユニット
（ＥＣＵ）は内燃機関の負荷状態に応じて成層燃焼、弱
成層燃焼及び均一燃焼を使い分ける。即ち、機関負荷が
小さい場合、ＥＣＵは成層燃焼を実行し、機関負荷が大
きい場合、ＥＣＵは均一燃焼を実行する。更に、機関負
荷が中程度の場合、ＥＣＵは弱成層燃焼を実行する。こ
こで、機関負荷が中程度の場合に成層燃焼を実行しない
のは、混合気が過剰にリーンとなって混合気の着火や燃
焼が困難になること、或いは未燃の燃料分が増えてエミ
ッションが悪化することを防止するためである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前記従来公報
の制御装置では、中程度の機関負荷において弱成層燃焼
を実行することにより、混合気の着火性や燃焼性を確保
するものの、弱成層燃焼を実行する分だけ成層燃焼を実
行したときよりも燃費が低下することになる。その意味
で、燃費の改善を狙った成層燃焼の利点が充分に生かさ
れない。

【０００６】又、この制御装置では、機関負荷の急変に
伴い成層燃焼と均一燃焼との間で燃焼形態が切り換えら
たとき、その直後に混合気の空燃比が不安定となり、内
燃機関の出力が不連続に変動するおそれもある。

【０００７】この発明は前述した事情に鑑みてなされた
ものであって、その第１の目的は、少なくとも成層燃焼
及び均一燃焼を含む燃焼形態を内燃機関の負荷状態に応
じて切り換えるようにした内燃機関の制御装置におい
て、内燃機関の動力を電動機により補助することによ
り、内燃機関の燃費の改善を図ることを可能とした電動
機により動力が補助される内燃機関の制御装置を提供す
ることにある。

【０００８】この発明の第２の目的は、第１の目的に加
え、燃焼形態の切り換え時に内燃機関の動力安定性や良
好なドライバビリティを確保することを可能にした電動
機により動力が補助される内燃機関の制御装置を提供す
ることにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記第１の目的を達成す
るために、請求項１に記載した発明では、燃料供給手段
により燃焼室に供給される燃料が制御される内燃機関で
あり、圧縮行程に供給される燃料により燃焼室に形成さ
れる混合気に層状に異なる濃度分布を与えてその混合気
を燃焼させる成層燃焼と、吸入行程に供給される燃料に
より燃焼室全体に混合気を分散させてその混合気を燃焼
させる均一燃焼とを負荷状態に応じて切り換えるように
した内燃機関と、その内燃機関の動力を補助するために
内燃機関の出力軸に連結されて必要に応じて制御される
電動機とを備えた電動機により動力が補助される内燃機
関の制御装置において、内燃機関が低負荷の状態である
場合に、その負荷状態に応じた動力を出力軸から得るべ
く成層燃焼を実行するために燃料供給手段を制御する第
１の制御手段と、内燃機関が高負荷の状態である場合
に、その負荷状態に応じた動力を出力軸から得るべく均
一燃焼を実行するために燃料供給手段を制御する第２の
制御手段と、内燃機関が中負荷の状態である場合に、そ
の負荷状態に応じた動力を電動機のみによって出力軸か
ら得るために電動機を制御する第３の制御手段とを備え
たことを趣旨とする。

【００１０】上記の構成によれば、内燃機関の負荷状態
が小程度である場合には、第１の制御手段が燃料供給手
段を制御することにより、燃料消費量の少ない成層燃焼
が実行される。これにより、小程度の負荷状態において
必要な動力が出力軸から得られると共に、好適な燃費が
得られる。内燃機関の負荷状態が大程度である場合に
は、第２の制御手段が燃料供給手段を制御することによ
り、均一燃焼が実行される。これにより、負荷状態に応
じた必要な動力が出力軸から得られる。一方、内燃機関
の負荷状態が中程度である場合には、第３の制御手段が
電動機を制御することにより、負荷状態に応じた必要な
動力が出力軸から得られる。

【００１１】従って、中程度の負荷状態では、内燃機関
に代わって電動機により必要な動力が得られることか
ら、その分だけ内燃機関で消費される燃料が少なくな
る。

【００１２】上記第１の目的を達成するために、請求項
２に記載した発明では、第３の制御手段に代わって、内
燃機関が中負荷の状態である場合に、その負荷状態に応
じた動力を燃料噴射量が一律となる成層燃焼の実行と電
動機の動作との協働により出力軸から得るために燃料供
給手段及び電動機を制御する第４の制御手段を備えるこ
とを趣旨とする。

【００１３】上記の発明の構成によれば、内燃機関の負
荷状態が中程度である場合には、第４の制御手段が燃料
供給手段及び電動機を制御することにより、成層燃焼が
実行されると共に電動機が駆動され、負荷状態に応じた
必要な動力が出力軸から得られる。

【００１４】従って、中程度の負荷状態では、エミッシ
ョンが悪化しない程度の量の燃料を成層燃焼のために使
用し、その成層燃焼によるだけでは不足する内燃機関の
動力分を電動機により補助する。これにより、その補助
分だけ内燃機関で消費される燃料が少なくなる。又、内
燃機関が成層燃焼により動力を負担する分だけ電動機の
ために消費される電力が少なくなる。

【００１５】上記第１の目的を達成するために、請求項
３に記載した第３の発明では、図３に実線で示すよう
に、第１の発明の構成と異なり、内燃機関Ｍ３は成層燃
焼及び均一燃焼に加え、吸入行程に供給される燃料によ
り燃焼室Ｍ２全体に混合気を分散させ、続く圧縮行程に
供給される燃料により混合気に層状に異なる濃度分布を
与えてその混合気を燃焼させる弱成層燃焼を行い、それ
ら各燃焼形態を負荷状態に応じて切り換えられる。更
に、バッテリＭ１１の蓄電値が所定値以上であるか否か
を判断するための蓄電値判断手段Ｍ１２と、負荷検出手
段Ｍ６の検出結果が中程度である場合に、その負荷状態
に応じた動力を出力軸Ｍ５から得るために電動機Ｍ５を
制御すると共に、更に蓄電値が所定値に満たないと蓄電
値判断手段Ｍ１２が判断した場合には、電動機Ｍ５によ
り得られる動力を補足すべく弱成層燃焼を実行するため
に燃料供給手段Ｍ１を制御する第５の制御手段Ｍ１３と
を備えたことを趣旨とする。

【００１６】請求項３の発明の構成によれば、内燃機関
の負荷状態が中程度であり、且つバッテリの蓄電値が所
定値未満である場合に、第５の制御手段が燃料供給手段
及び電動機を制御する。これにより、弱成層燃が実行さ
れると共に電動機が駆動れさ、負荷状態に応じた必要な
動力が出力軸から得られる。

【００１７】従って、中程度の負荷状態では、バッテリ
の蓄電値が所定値未満の場合に、その蓄電値により可能
な範囲で電動機が駆動されることにより、出力軸の動力
が補助される。又、その電動機によるだけでは不足する
動力分が弱成層燃焼により負担されることから、電動機
により補助される分だけ消費される燃料が少なくなる。

【００１８】上記第２の目的を達成するために、請求項
４に記載した発明では、燃料供給手段により燃焼室に供
給される燃料が制御される内燃機関であり、圧縮行程に
供給される燃料により前記燃焼室に形成される混合気に
層状に異なる濃度分布を与えてその混合気を燃焼させる
成層燃焼と、吸入行程に供給される燃料により前記燃焼
室全体に混合気を分散させてその混合気を燃焼させる均
一燃焼とを負荷状態に応じて切り換えるようにした内燃
機関と、前記内燃機関の動力を補助するために前記内燃
機関の出力軸に連結されて必要に応じて制御される電動
機とを備えた電動機により動力が補助される内燃機関の
制御装置において、成層燃焼から均一燃焼へと燃焼形態
が切り換わるとき、均一燃焼時の要求トルクに基づき算
出される燃料噴射量で均一燃焼を実行するとともに、負
荷状態に応じた動力を出力軸から得るべくその出力軸の
動力を補助するために電動機を制御する第６の制御手段
を設けたことを趣旨とする。

【００１９】請求項４の発明の構成によれば、成層燃焼
と均一燃焼との間で燃焼形態が切り換わるときに、負荷
状態に応じた必要な動力を得るために出力軸の動力が電
動機により補助される。従って、燃焼形態が切り換えら
れる場合に、出力軸の動力が不連続に変わることはな
い。なお、請求項１〜４記載の発明の、後述する実施形
態に沿った概要を図１〜３に例示する。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、上記第１及び第４の発明の
制御装置を自動車に具体化した第１の実施形態を図面を
参照して詳細に説明する。

【００２１】図４はガソリンエンジンシステムの概略構
成図を示す。図５，６，７はエンジン構造とその運転行
程の一部を示す。筒内噴射式の内燃機関としてのガソリ
ンエンジン（以下単に「エンジン」と書き表す）１はエ
ンジンブロック１ａを含み、同ブロック１ａは燃焼室２
を含む複数（この実施形態では４個）の気筒＃１，＃
２，＃３，＃４を有する。各気筒＃１〜＃４へ分岐した
吸気マニホールド３には、エアクリーナ４を通じて吸気
通路５に導入された外気が流れる。

【００２２】この外気は、エンジン１の吸気行程におい
て、各気筒＃１〜＃４に設けられた吸気バルブ６（図５
（ａ），図６（ａ），図７（ａ）を参照）により吸気ポ
ート（図示しない）が開かれるときに、燃焼室２内に導
入される。この実施形態では、燃費と出力の両立を図る
ために、燃焼室２に高圧の燃料が直接噴射される筒内噴
射式のエンジン１が採用されている。各気筒＃１〜＃４
毎に設けられた電磁式の複数のインジェクタ７ａ，７
ｂ，７ｃ，７ｄは各燃焼室２に燃料を直接噴射する。こ
れらインジェクタ７ａ〜７ｄは本発明の燃料供給手段を
構成する。燃焼室２に導入された外気と、燃焼室２に噴
射された燃料は互いに混合気を形成する。

【００２３】各燃焼室２で混合気が形成された後、各気
筒＃１〜＃４毎に設けられた点火プラグ８ａ，８ｂ，８
ｃ，８ｄが作動することにより、各燃焼室２で混合気が
燃焼する。この燃焼によりピストン９（図５〜７参照）
及びクランクシャフト１０が作動し、エンジン１の動力
が得られる。

【００２４】その後、各気筒＃１〜＃４毎に設けられた
排気バルブにより排気ポート（共に図示しない）が開か
れるときに、既燃焼ガスが排気ガスとして各燃焼室２か
ら排気マニホールド１１及び排気通路１２へ導出され、
更に触媒コンバータ１３により浄化されて外部へ排出れ
さる。

【００２５】エンジン１のクランクシャフト１０に連結
された無段変速機（ＣＶＴ）１４はエンジン１の動力、
即ちクランクシャフト１０の回転力をドライブシャフト
１５へ伝達する。ドライブシャフト１５はＣＶＴ１４よ
り伝達された動力を駆動輪１６へ伝達する。ここで、Ｃ
ＶＴ１４はクランクシャフト１０の回転を無段階に、即
ち連続的に変速してドライブシャフト１５に伝える。Ｃ
ＶＴ１４はクランクシャフト１０の回転を無段階に変速
できることから、従来の自動変速機（ＡＴ）と比べて動
力損失が少なく、変速ショックが少ない。ＣＶＴ１４は
油圧制御により駆動される変速機構を内蔵する。従っ
て、ＣＶＴ１４の変速比を制御するには、ＣＶＴ１４に
内蔵される油圧回路の制御弁を制御することになる。

【００２６】エンジン１とＣＶＴ１４との間に設けられ
た本発明の電動機としてのモータジェネレータ（Ｍ／
Ｇ）１７はフライホイール１８を介してクランクシャフ
ト１０に直列に連結される。このＭ／Ｇ１７が必要に応
じて制御されることにより、その動力がクランクシャフ
ト１０の回転力に付加されてエンジン１の動力が補助さ
れる。この実施形態で、Ｍ／Ｇ１７は電動機と発電機の
機能を兼ね備える。Ｍ／Ｇ１７はエンジン１の動力を補
助するときに電動機として機能する。Ｍ／Ｇ１７はエン
ジン１の回転力を受けて作動することにより、発電機と
して機能して電力を発生する。Ｍ／Ｇ１７により得られ
た電力は、必要に応じてバッテリ４０を含む蓄電装置
（図示しない）に蓄えられる。ここでは、その蓄電装置
の詳しい説明を省略する。

【００２７】図５〜７は各気筒＃１〜＃４におけるイン
ジェクタ７ａ〜７ｄ及び点火プラグ８ａ〜８ｄの取り付
け状態を示す。シリンダブロック１ｂ及びシリンダヘッ
ド１ｃはエンジンブロック１ａを構成する。各気筒＃１
〜＃４において上下動するピストン９はその頂面９ａに
凹部９ｂを含む。各気筒＃１〜＃４においてピストン９
とシリンダヘッド１ｃとで囲まれた空間は燃焼室２を形
成する。各気筒＃１〜＃４に対応してシリンダヘッド１
ｃに垂直に取付けられた各点火プラグ８ａ〜８ｄは燃焼
室２のほぼ中央に位置する。同じく各気筒＃１〜＃４に
対応してシリンダヘッド１ｃに斜めに取付けられた各イ
ンジェクタ７ａ〜７ｄは、その先端が各点火プラグ８ａ
〜８ｄへ指向する。各気筒＃１〜＃４において、前述し
た吸気バルブ６及び排気バルブは点火プラグ８ａ〜８ｄ
及びインジェクタ７ａ〜７ｄと互いに干渉し合うことな
く吸気ポート及び排気ポートを選択的に開閉する。各イ
ンジェクタ７ａ〜８ａは燃料を大きな広がり角度と弱い
貫徹力をもって噴霧状に噴射する。

【００２８】各インジェクタ７ａ〜７ｄへ高圧の燃料を
供給するための燃料供給装置は燃料タンク２１、低圧ポ
ンプ２２、高圧ポンプ２３、リザーバタンク２４、燃料
ライン２５及び複数の枝管等を含む。燃料タンク２１は
所定の燃料を貯留する。低圧ポンプ２２は燃料タンク２
１から燃料を汲み上げる。高圧ポンプ２３は低圧ポンプ
２２から吐出された燃料の圧力を更に高め、その高圧燃
料をリザーバタンク２４へ圧送する。この高圧ポンプ２
３はその吐出圧力を変えることのできる圧力可変機構を
内蔵する。この可変機構は電気的に制御される。各枝管
はリザーバタンク２４に供給された高圧燃料を各インジ
ェクタ７ａ〜７ｄへ分配する。従って、各インジェクタ
７ａ〜７ｄが開くことにより、高圧燃料が各燃焼室２の
中へ噴射される。各インジェクタ７ａ〜７ｄにおいて噴
射されずに余った燃料はリターンライン（図示しない）
を通じて燃料タンク２１へ戻る。

【００２９】触媒コンバータ１３は排気ガス中の窒素酸
化物（ＮＯｘ）を浄化するための吸蔵還元型のリーンＮ
Ｏｘ触媒１３ａを内蔵する。この触媒１３ａは混合気が
リーンのときに燃焼室２から排気ガスと共に排出される
ＮＯｘを一時的に吸収する。この触媒１３ａは混合気が
リッチのときに、燃焼室２で燃え残った燃料成分を還元
剤として受けて吸収したＮＯｘを還元する。従って、こ
の触媒１３ａからＮＯｘを還元するために、混合気を一
時的にリッチ化する必要がある。

【００３０】この実施形態で、エンジン１はその負荷状
態が小程度である場合、即ち低負荷の状態である場合
に、いわゆる「成層燃焼」を行うことにより希薄燃焼
（リーンバーン）を実施し、負荷状態が大程度である場
合、即ち高負荷の状態である場合に、いわゆる「均一燃
焼」を行うことにより混合気のリッチ化を実施するよう
に構成される。更に、このエンジン１はその負荷状態が
中程度である場合、即ち中負荷の状態である場合に、
「成層燃焼」と「均一燃焼」の他に、それら二つの燃焼
形態を互いに組み合わせた「弱成層燃焼」を実施するよ
うに構成される。

【００３１】一般に成層燃焼とは、燃焼室内の混合気に
層状に異なる燃料の濃度分布を与え、その可燃混合気の
分布域に配置された点火プラグにより混合気に点火し、
その混合気全体へ燃焼を進行させることをいう。図５に
この実施形態における成層燃焼の行程を示す。

【００３２】図５（ａ）に示す吸入行程において、吸気
バルブ６が開くことにより、燃焼室２に空気が吸入され
る。その後、図５（ｂ）に示す圧縮行程において、燃焼
室２の空気が徐々に圧縮される。そして、図５（ｃ）に
示す圧縮行程後期において、点火プラグ８ａ〜８ｄ及び
ピストン９の凹部９ｂを指向してインジェクタ７ａ〜７
ｄから燃料が噴射される。このとき噴射される燃料は量
が少なく、混合気全体として空燃比をリーン化させるこ
とができる。ここでは、燃料の貫徹力が弱く、燃焼室２
の中の圧力が高く、且つ空気の流動が小さいことから、
噴射された燃料は点火プラグ８ａ〜８ｄに近い領域で偏
在する。この領域内の燃料分布は不均一であり、リッチ
な混合気層から燃料を含まない空気層まで存在する。そ
して、この領域内には、最も燃焼し易い理論空燃比の値
を示す可燃混合気層が存在することになる。従って、図
５（ｄ）に示す燃焼行程において、可燃混合気層が点火
プラグ８ａ〜８ｄにより点火されることにより、その火
炎が不均一な混合気層全体に伝播して希薄燃焼が実施さ
れる。

【００３３】一般に均一燃焼とは、燃焼室全体に混合気
を分散させて燃焼させることをいう。図６にこの実施形
態における均一燃焼の行程を示す。図６（ａ）に示す吸
入行程初期において、点火プラグ８ａ〜８ｄ及びピスト
ン９の凹部９ｂを指向してインジェクタ７ａ〜７ｄから
所要量の燃料が噴射される。このとき噴射される燃料量
は成層燃焼のそれよりも多く、混合気を理論空燃比に設
定したり、混合気をリッチ化したりすることができるも
のである。この噴射燃料は広がり角が大きく、貫徹力の
弱い噴霧状態を示す。その燃料の一部は燃焼室２の中に
浮遊し、他の一部は凹部９ｂに衝突する。同じく吸入行
程には、吸気バルブ６が開くことにより、燃焼室２に空
気が吸入される。従って、燃焼室２では吸入された空気
の乱れによって燃料が更に拡散される。

【００３４】従って、図６（ｂ）に示す吸気行程後期か
ら圧縮行程初期にかけて、燃焼室２にはほぼ均一な濃度
をもって燃料が分布する。この混合気の空燃比は着火後
の火炎伝播を容易にし、且つリッチな値を示す。

【００３５】その後、図６（ｃ）に示す圧縮行程後期に
おいて、混合気が高い圧力まで圧縮される。更に、図６
（ｄ）に示す燃焼行程において、この混合気が点火プラ
グ８ａ〜８ｄにより点火されることにより、その火炎が
均一な混合気全体へと伝播して燃焼が達成される。この
とき、リッチ化した混合気の一部の燃料成分が燃えずに
燃焼室２に残る。この未燃の燃料成分がその後の排気行
程において、排気ガスと共に排気通路１２へ排出される
ことにより、還元剤として触媒１３ａに供給される。こ
こで、均一燃焼によって混合気がリッチ化されることに
より触媒１３ａに供給される還元剤のことを「リッチス
パイク」と称する。

【００３６】一方、弱成層燃焼とは、燃焼室全体に混合
気を分散させると共に、点火プラグ回りに層状をなす高
濃度な燃料分布を形成してその混合気を燃焼させること
をいう。図７にこの実施形態における弱成層燃焼の行程
を示す。

【００３７】図７（ａ）に示す吸入行程初期において、
点火プラグ８ａ〜８ｄ及びピストン９の凹部９ｂを指向
してインジェクタ７ａ〜７ｄから所要量の燃料が噴射さ
れる。この噴射燃料は広がり角が大きく、貫徹力の弱い
噴霧状態を示す。その燃料の一部は燃焼室２の中に浮遊
し、他の一部は凹部９ｂに衝突する。同じく吸入行程に
は、吸気バルブ６が開くことにより、燃焼室２に空気が
吸入される。従って、燃焼室２では吸入された空気の乱
れによって燃料が更に拡散される。

【００３８】従って、図７（ｂ）に示す吸気行程後期か
ら圧縮行程初期にかけて、燃焼室２にはほぼ均一な濃度
をもって燃料が分布する。この混合気の空燃比は着火後
の火炎伝播を容易にする。

【００３９】その後、図７（ｃ）に示す圧縮行程後期に
おいて、混合気は高い圧力まで圧縮される。同時に、点
火プラグ８ａ〜８ｄ及びピストン９の凹部９ｂを指向し
てインジェクタ７ａ〜７ｄから所要量の燃料が再び噴射
される。このとき噴射される燃料は点火プラグ８ａ〜８
ｄに近い領域で偏在する。この領域内の燃料分布は不均
一であり、他よりもリッチな混合気層を形成する。

【００４０】そして、図７（ｄ）に示す燃焼行程におい
て、混合気が点火プラグ８ａ〜８ｄにより点火される。
このとき、点火プラグ８ａ〜８ｄの回りのリッチな混合
気層が火炎の核となって燃焼が始まり、その火炎が混合
気全体へと伝播して燃焼が達成される。

【００４１】このような弱成層燃焼時に使用される燃料
の総量は、吸気行程においても噴射される分だけ成層燃
焼時のそれよりも多いが、均一燃焼時のそれよりは少な
い。このような弱成層燃焼によれば、良好な着火と空気
利用率の高い燃焼が得られる。特に、従前のエンジンで
は、中負荷の運転時に、吸気行程又は圧縮行程前半に所
要量の燃料の全部が噴射されることにより、その燃料が
燃焼室全体に拡散してしま。このため、燃焼室に形成さ
れる混合気は過剰にリーンとなり、着火及び燃焼が困難
になる傾向にある。これに対し、中負荷運転時に、所要
量の燃料全部が圧縮行程後期に噴射されることにより、
多量のスモークが発生したり、空気利用率を高めること
ができずに充分な高出力を得ることができない傾向にあ
る。この実施形態では、中負荷運転時において、吸気行
程と圧縮行程とに分けて燃料を噴射することにより、良
好な着火と空気利用率の高い燃焼を達成して、エンジン
１の出力向上を図る。更に、この実施形態では、中負荷
運転時に吸気行程において噴射される燃料により形成さ
れる均一な混合気の空燃比を、均一燃焼のそれよりもリ
ーンで、且つ火炎伝播のみを可能とする程度の値に設定
すればよい。このため、混合気全体としては、均一燃焼
のそれよりも燃費を向上させることが可能となる。

【００４２】吸気通路５に設けられたスロットルバルブ
１９はアクセルペダル（図示しない）の操作に連動して
作動する。このスロットルバルブ１９の作動により、吸
気通路５に対する吸入空気量ＶＳが調節される。

【００４３】図４において、エアクリーナ４の近傍に設
けられた吸気温センサ３１は、吸気通路５に吸入される
空気の温度（吸入空気温度）ＴＨＡを検出し、その温度
に応じた信号を出力する。エアクリーナ４の近傍に設け
られたエアフローメータ３２は、吸入空気量ＶＳを検出
し、その量に応じた信号を出力する。スロットルバルブ
１９の近傍に設けられたスロットルセンサ３３は、同バ
ルブ１９の開度（スロットル開度）ＴＡを検出し、その
開度に応じた信号を出力する。このセンサ３３はスロッ
トルバルブ１９が全閉となった状態も検出することがで
きる。この実施形態で、スロットルセンサ３３は本発明
の負荷検出手段を構成し、そのスロットル開度ＴＡの値
が低負荷、中負荷及び高負荷の状態を反映する。

【００４４】一方、排気通路１２の途中に設けられた酸
素センサ３４は、排気ガス中に残存する酸素濃度Ｏｘを
検出し、その濃度に応じた信号を出力する。エンジンブ
ロック１ａに設けられた水温センサ３５は、同ブロック
１ａの中を流れる冷却水の温度（冷却水温度）ＴＨＷを
検出し、その温度に応じた信号を出力する。

【００４５】ディストリビュータ２０は各点火プラグ８
ａ〜８ｃに印加されるべき点火信号を分配する。イグナ
イタ３０はクランクシャフト１０の角度、即ちクランク
角度の変化に同期してディストリビュータ２０へ高電圧
を出力する。各点火プラグ８ａ〜８ｃの点火タイミング
はイグナイタ３０における高電圧の出力タイミングによ
り決定される。

【００４６】ディストリビュータ２０に設けられた回転
速度センサ３６は、ディストリビュータ２０に内蔵され
たロータ（図示しない）の回転に基づき、クランクシャ
フト１０の回転速度（エンジン回転速度）ＮＥを検出
し、その速度に応じた信号を出力する。同じくディスト
リビュータ２０に設けられた気筒判別センサ３７は、ロ
ータの回転に基づきクランク角度の変化を所定の割合で
検出し、その変化に応じた信号出力する。

【００４７】リザーバタンク２４に設けられた圧力セン
サ３８は、同タンク２４内における燃料圧力を検出し、
その圧力に応じた信号を出力する。バッテリ４０に接続
されたバッテリテスタ３９はバッテリ４０の蓄電値（充
電値）ＶＣを検出し、その大きさに応じた信号を出力す
る。

【００４８】この実施形態では、各種センサ等３１〜３
７がエンジン１の運転状態を検出するための運転状態検
出手段を構成する。圧力センサ３８は燃料供給装置にお
ける圧力状態を検出するための圧力状態検出手段を構成
する。バッテリテスタ４０はバッテリ４０の蓄電値を検
出するための蓄電値検出手段を構成する。

【００４９】ここで、電子制御装置（ＥＣＵ）４１は本
発明における第１〜第６の制御手段及び蓄電値判断手段
を構成する。このＥＣＵ４１は前述した各種センサ等３
１〜３９等から出力される信号を入力する。ＥＣＵ４１
はこれらの入力信号に基づき、各インジェクタ７ａ〜７
ｄ、ＣＶＴ１４、Ｍ／Ｇ１７、高圧ポンプ２３及びイグ
ナイタ３０等の各部材を制御する。

【００５０】図８にブロック図で示すように、ＥＣＵ４
１は中央処理装置（ＣＰＵ）４２、読み出し専用メモリ
（ＲＯＭ）４３、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）４
４、バックアップＲＡＭ４５及びタイマカウンタ４６等
を備える。ＥＣＵ４１はこれら各部４２〜４６と、外部
入力回路４７と、外部出力回路４８等とをバス４９によ
り接続してなる論理演算回路を構成する。ここで、ＲＯ
Ｍ４３は所定の制御プログラム等を予め記憶する。ＲＡ
Ｍ４４はＣＰＵ４２の演算結果等を一時記憶する。バッ
クアップＲＡＭ４５は予め記憶したデータを保存する。
タイマカウンタ４６は同時に複数のカウント動作を行う
ことができる。外部入力回路４７はバッファ、波形整形
回路及びＡ／Ｄ変換器等を含む。外部出力回路４８は駆
動回路等を含む。各種センサ等３１〜３９は外部入力回
路４７に接続される。各部材７ａ〜７ｄ，１４，１７，
２３，３０等は外部出力回路４８に接続される。

【００５１】ＣＰＵ４２は外部入力回路４７を介して入
力する各種センサ等３１〜３９からの信号を入力値とし
て読み込む。ＣＰＵ４２はそれら入力値に基づき空燃比
制御を含む燃料噴射制御、点火時期制御、高圧ポンプ制
御、ＣＶＴ制御及びＭ／Ｇ制御等を実行するために、各
部材７ａ〜７ｄ，１４，１７，２３，３０等を制御す
る。車両に搭載されたバッテリ４０はＥＣＵ４１に接続
される。ＣＰＵ４２はバッテリ４０から各部材７ａ〜７
ｄ，１４，１７，２３，３０等に対する通電を制御する
ことにより、各部材７ａ〜７ｄ，１４，１７，２３，３
０等の動作を制御する。

【００５２】ここで、燃料噴射制御とは、各インジェク
タ７ａ〜７ｄから噴射される燃料量及び噴射タイミング
をエンジン１の運転状態に応じて制御することである。
空燃比制御とは、燃焼室２における空燃比を少なくとも
酸素センサ３４の検出値に基づいて制御することであ
る。点火時期制御とは、エンジン１の運転状態に応じて
イグナイタ３０を制御することにより、各点火プラグ８
ａ〜８ｄを作動させて各燃焼室２における混合気の点火
時期を制御することである。高圧ポンプ制御とは、リザ
ーバタンク２４における燃料圧力を所定値に保ために、
圧力センサ３８の検出値に基づき高圧ポンプ２３を制御
することである。ＣＶＴ制御とは、ＣＶＴ１４の変速比
を、スロットルセンサ３３及び回転速度センサ３６等の
検出値に基づいて制御することである。Ｍ／Ｇ制御と
は、Ｍ／Ｇ１７の動力をエンジン１の運転状態に応じて
制御することである。

【００５３】次に、前述したＥＣＵ４１により実行され
る燃料噴射制御及びＭ／Ｇ制御の内容を説明する。図９
はこの制御を実行するための「制御ルーチン」を示すフ
ローチャートである。ＥＣＵ４１は本ルーチンに係る制
御プログラム等をＲＯＭ４３に予め記憶する。ＥＣＵ４
１は本ルーチンを所定時間毎に周期的に実行する。

【００５４】ステップ１００において、ＥＣＵ４１は各
種センサ３２，３３，３６，３９等の検出値に基づき、
吸入空気量ＶＳ、スロットル開度ＴＡ、エンジン回転速
度ＮＥ及び充電値ＶＣ等の値をそれぞれ読み込む。

【００５５】ステップ１１０において、ＥＣＵ４１は運
転者がエンジン１に要求する要求トルクＴの値をスロッ
トル開度ＴＡの値に基づいて算出する。ＥＣＵ４１はこ
の要求トルクＴの値を、図１０に示す関数データを参照
することにより算出する。この関数データでは、スロッ
トル開度ＴＡの値に対する要求トルクＴの値が予め定め
られている。この関数データにおいて、「α」及び「β
（α＜β）」はエンジン１の負荷状態を区分するための
基準値である。即ち、この実施形態では、スロットル開
度ＴＡの値が「ＴＡ≦α」となる範囲が「低負荷域」と
設定される。この低負荷域において、ＥＣＵ４１は要求
トルクＴを得るために成層燃焼を実行する。スロットル
開度ＴＡの値が「α＜ＴＡ≦β」となる範囲が「中負荷
域」と設定される。この中負荷域において、ＥＣＵ４１
は要求トルクＴを得るためにＭ／Ｇ１７を作動させる。
更に、スロットル開度ＴＡの値が「β＜ＴＡ」となる範
囲が「高負荷域」と設定される。この高負荷域におい
て、ＥＣＵ４１は要求トルクＴを得るために均一燃焼を
実行する。この実施形態で、ステップ１１０の処理を実
行するＥＣＵ４１は、要求トルクＴを算出するための算
出手段に相当する。

【００５６】ステップ１１１において、ＥＣＵ４１はそ
の要求トルクＴ及びエンジン回転速度ＮＥ等の値に基づ
いて燃焼室２へ噴射すべき基本噴射量Ｑ１の値を算出す
る。この実施形態で、ステップ１１１の処理を実行する
ＥＣＵ４１は、基本噴射量Ｑ１を算出するための算出手
段に相当する。

【００５７】ステップ１２０において、ＥＣＵ４１はエ
ンジン１の負荷状態が成層燃焼を実行すべき低負荷域か
ら均一燃焼を実行すべき高負荷域へ切り換わって所定期
間内か否かを判断する。この実施形態で、このステップ
１２０の処理を実行するＥＣＵ４１は、成層燃焼の実行
から均一燃焼の実行へ切り換わったか否かを判断するた
めの判断手段に相当する。ここで、低負荷域から高負荷
域へ切り換わって所定期間内である場合、ＥＣＵ４１は
処理をステップ１３０へ移行する。

【００５８】ステップ１３０において、ＥＣＵ４１は基
本噴射量Ｑ１の値に基づき目標噴射量Ｑの値を算出し、
その目標噴射量Ｑの値に基づいてインジェクタ７ａ〜７
ｂを制御することにより均一燃焼を実行する。ここで、
ＥＣＵ４１は目標噴射量Ｑの値を以下の計算式に従って
算出する。

【００５９】Ｑ＝Ｑ１＊ｋ１ ここで、「ｋ１」は係数であり、以下の式により定義さ
れる。 ｋ１＝１＋ａ ここで、「ａ」は均一燃焼下の要求トルクＴの値と成層
燃焼下の要求トルクＴの値との比を示す。この実施形態
で、ステップ１２０，１３０の処理を実行するＥＣＵ４
１は、エンジン１の負荷状態が高負荷域にある場合に、
その負荷状態に応じた動力をクランクシャフト１０から
得るべく均一燃焼を実行するために各インジェクタ７ａ
〜７ｄを制御するための本発明の第２の制御手段に相当
する。

【００６０】続いて、ステップ１３１において、ＥＣＵ
４１は今回算出された要求トルクＴの値に所定の係数ｋ
２（０≦ｋ２＜０．４）を乗算することにより、要求ト
ルクＴの値を新たに算出し、その新たな要求トルクＴの
値に基づいてＭ／Ｇ１７を作動させる。即ち、ＥＣＵ４
１は新たな要求トルクＴの値を以下の計算式に従って算
出する。

【００６１】Ｔ＝Ｔ＊ｋ２ ここで、係数ｋ２は成層燃焼から均一燃焼へ燃焼形態が
切り換わった後、その値が経時的に減衰する。この実施
形態で、ステップ１３１の処理を実行するＥＣＵ４１
は、成層燃焼から均一燃焼へ燃焼形態が切り変わった場
合に、負荷状態に応じた動力をクランクシャフト１０か
ら得るべく同シャフト１０の動力を補助するためにＭ／
Ｇ１７を制御するための本発明の第６の制御手段に相当
する。このステップ１３１の処理を実行した後、ＥＣＵ
４１は処理を一旦終了する。

【００６２】一方、ステップ１２０において、低負荷域
から高負荷域へ切り換わって所定期間内でない場合、即
ち低負荷域から高負荷域へ切り換わって所定期間が経過
した場合、低負荷域から高負荷域への切り換わりがない
場合、ＥＣＵ４１は処理をステップ１４０へ移行する。

【００６３】ステップ１４０において、ＥＣＵ４１はエ
ンジン１の負荷状態が成層燃焼を実行すべき低負荷域に
あるか否かを判断する。ＥＣＵ４１はこの判断をスロッ
トル開度ＴＡの値が基準値α以下であるか否かの判断に
より行う。この実施形態で、このステップ１４０の処理
を実行するＥＣＵ４１は、エンジン１の負荷状態が低負
荷域にあるか否かを判断するための判断手段に相当す
る。ここで、エンジン１の負荷状態が低負荷域にある場
合、ＥＣＵ４１は処理をステップ１５０へ移行する。

【００６４】ステップ１５０において、ＥＣＵ４１は基
本噴射量Ｑ１の値を目標噴射量Ｑの値として設定し、そ
の目標噴射量Ｑの値に基づき各インジェクタ７ａ〜７ｂ
を制御することにより、希薄燃焼を意図した成層燃焼を
実行する。この実施形態で、ステップ１５０の処理を実
行するＥＣＵ４１は、エンジン１の負荷状態が低負荷域
にある場合に、その負荷状態に応じた動力をクランクシ
ャフト１０から得るべく成層燃焼を実行するために各イ
ンジェクタ７ａ〜７ｄを制御するための本発明の第１の
制御手段に相当する。続いて、ステップ１５１におい
て、ＥＣＵ４１はＭ／Ｇ１７を停止させる。この実施形
態で、ステップ１５１の処理を実行するＥＣＵ４１は、
エンジン１で成層燃焼が行われているときに、エンジン
１の動力をＭ／Ｇ１７により補助することを中止するた
めの制御手段に相当する。そして、ＥＣＵ４１はその後
の処理を一旦終了する。

【００６５】一方、ステップ１４０において、エンジン
１の負荷状態が低負荷域にない場合、ＥＣＵ４１は処理
をステップ１６０へ移行する。ステップ１６０におい
て、ＥＣＵ４１はエンジン１の負荷状態が均一燃焼を実
行すべき高負荷域にあるか否かを判断する。ＥＣＵ４１
はこの判断をスロットル開度ＴＡの値が基準値βよりも
大きいか否かの判断により行う。この実施形態で、この
ステップ１６０の処理を実行するＥＣＵ４１は、エンジ
ン１の負荷状態が高負荷域にあるか否かを判断するため
の判断手段に相当する。ここで、エンジン１の負荷状態
が高負荷域にある場合、ＥＣＵ４１は処理をステップ１
７０へ移行する。

【００６６】ステップ１７０において、ＥＣＵ４１はス
テップ１３０の処理と同様に、基本噴射量Ｑ１の値に基
づき目標噴射量Ｑの値を算出し、その目標噴射量Ｑの値
に基づいてインジェクタ７ａ〜７ｂを制御することによ
り均一燃焼を実行する。この実施形態で、ステップ１２
０，１４０，１６０，１７０の処理を実行するＥＣＵ４
１は、エンジン１の負荷状態が高負荷域にある場合に、
その負荷状態に応じた動力をクランクシャフト１０から
得るべく均一燃焼を実行するために各インジェクタ７ａ
〜７ｄを制御するための本発明の第２の制御手段に相当
する。

【００６７】続いて、ステップ１７１において、ＥＣＵ
４１はＭ／Ｇ１７を停止させ、その後の処理を一旦終了
する。この実施形態で、ステップ１７１の処理を実行す
るＥＣＵ４１は、均一燃焼の実行時にエンジン１の動力
をＭ／Ｇ１７により補助することを中止するための制御
手段に相当する。

【００６８】一方、ステップ１６０において、エンジン
１の負荷状態が中負荷域にある場合、ＥＣＵ４１は処理
をステップ１８０へ移行する。ステップ１８０におい
て、ＥＣＵ４１は各インジェクタ７ａ〜７ｂからの燃料
噴射を強制的に停止させることにより燃料カットを実行
する。即ち、ＥＣＵ４１は燃焼室２に対する燃料の供給
を停止させるために各インジェクタ７ａ〜７ｄを制御す
る。この実施形態で、ステップ１２０，１４０，１６
０，１８０の処理を実行するＥＣＵ４１は、エンジン１
の負荷状態が中負荷域にある場合に、燃料カットを実行
するための制御手段に相当する。

【００６９】続いて、ステップ１８１において、ＥＣＵ
４１は要求トルクＴの値に基づいてＭ／Ｇ１７を作動さ
せ、その後の処理を一旦終了する。この実施形態で、ス
テップ１２０，１４０，１６０，１８１の処理を実行す
るＥＣＵ４１は、エンジン１の負荷状態が中負荷域にあ
る場合に、その負荷状態に応じた動力をクランクシャフ
ト１０から得るためにＭ／Ｇ１７を制御するための本発
明の第３の制御手段に相当する。

【００７０】上記の構成によれば、エンジン１の負荷状
態が低負荷域にある場合に、ＥＣＵ４１は所要の目標噴
射量Ｑの値に基づいて各インジェクタ７ａ〜７ｄを制御
することにより、燃料消費量の少ない成層燃焼を実行す
る。この成層燃焼の実行により、低負荷域で必要な動力
がクランクシャフト１０から得られると共に、好適な燃
費が得られる。この意味から、エンジン１について燃費
と出力の両立を図ることができる。エンジン１の負荷状
態が高負荷域にある場合に、ＥＣＵ４１は所要の目標噴
射量Ｑの値に基づき各インジェクタ７ａ〜７ｄを制御す
ることにより、均一燃焼を実行する。この均一燃焼の実
行により、高負荷域で必要な動力がクランクシャフト１
０から得られる。一方、エンジン１の負荷状態が中負荷
域にある場合には、ＥＣＵ４１はＭ／Ｇ１７のみを制御
することにより、中負荷域で必要な動力がクランクシャ
フト１０から得られる。

【００７１】従って、この実施形態によれば、低負荷域
の負荷状態において、エンジン１の燃費と出力の改善を
狙った成層燃焼が実行され、高負荷域の負荷状態におい
ては、エンジン１の出力を確保するための均一燃焼が実
行される。そして、中負荷域の負荷状態において、エン
ジン１に代わってＭ／Ｇ１７により必要な動力が得られ
ることから、エンジン１を作動させない分だけエンジン
１で消費される燃料が少なくなる。この結果、エンジン
１の燃費を向上させることができ、燃費の改善を狙った
成層燃焼については、その利点を充分に生かすことがで
きる。

【００７２】加えて、この実施形態によれば、エンジン
１の負荷状態が低負荷域から高負荷域へ切り換わるとき
に、即ち成層燃焼の実行から均一燃焼の実行へと燃焼形
態が切り換わるときに、そのときの負荷状態に応じた必
要な動力を得るためにクランクシャフト１０の動力がＭ
／Ｇ１７により補助される。従って、燃焼形態の切り換
え時に、クランクシャフト１０の動力が不連続に変わる
ことはない。

【００７３】図１１は燃焼形態の切り換え時における制
御結果の一例を示すタイミングチャートである。このチ
ャートからも明らかなように、燃焼形態の切り換え直後
には均一燃焼の実行により得られるトルクが一旦低下す
る。しかし、その低下期間中にはＭ／Ｇ１７のトルクに
より要求トルクＴが補填されることから、要求トルクＴ
を安定的に確保できることが分かる。この結果、エンジ
ン１の燃焼形態が切り換えられるときにも、エンジン１
の見かけ上の動力を低下させることがなく、エンジン１
の動力を安定させることができると共に、良好なドライ
バビリティを確保することができる。

【００７４】この実施形態では、筒内噴射式のエンジン
１の使用を前提として、希薄燃焼を実現するために成層
燃焼を採用している。このため、エンジン１の燃費と出
力の両立を図ることができる。特に、燃費においては、
筒外噴射式のエンジンに比べて極めて有利である。

【００７５】この実施形態では、Ｍ／Ｇ１７を使用して
いることから、エンジン１の減速時等にエンジン１の動
力をＭ／Ｇ１７に伝達することにより、Ｍ／Ｇ１７によ
り発電を行うことが可能となる。その発電により、蓄電
装置の回生を行うことが可能となる。

【００７６】次に、上記第２及び第４の発明の制御装置
を自動車に具体化した第２の実施形態を図面を参照して
説明する。尚、本実施形態を含む以下の各実施形態にお
いて、前記第１の実施形態と同じ構成要素については、
同一の符号を付して説明を省略する。従って、以下の各
実施形態では、第１の実施形態と特に異なる点を中心に
説明する。

【００７７】この第２の実施形態では「制御ルーチン」
の内容において第１の実施形態のそれと異なる。図１２
は本実施形態に係る「制御ルーチン」を示すフローチャ
ートである。

【００７８】図１２のルーチンにおいて、図９のルーチ
ンと同一の符号で示される各ステップ１００，１２０，
１３０，１３１，１４０，１５０，１５１，１６０，１
７０，１７１の内容は第１の実施形態のそれと基本的に
同じである。第２の実施形態では、図１２に示す２１
０，２１１，２８０，２８１の内容において図９のそれ
と異なる。

【００７９】即ち、ステップ２１０において、ＥＣＵ４
１は図１３に示す関数データを参照することにより、要
求トルクＴを算出する。この実施形態において、スロッ
トル開度ＴＡの値が「ＴＡ≦α」となる低負荷域におい
て、ＥＣＵ４１は要求トルクＴを得るために成層燃焼を
実行する。スロットル開度ＴＡの値が「α＜ＴＡ≦β」
となる中負荷域において、ＥＣＵ４１は要求トルクＴを
得るために、成層燃焼の実行と、Ｍ／Ｇ１７を作動させ
ることを行う。更に、スロットル開度ＴＡの値が「β＜
ＴＡ」となる高負荷域において、ＥＣＵ４１は要求トル
クＴを得るために均一燃焼を実行する。この実施形態
で、ステップ２１０の処理を実行するＥＣＵ４１は、要
求トルクＴを算出するための算出手段に相当する。

【００８０】続いて、ステップ２１１において、ＥＣＵ
４１はその要求トルクＴ及びエンジン回転速度ＮＥ等の
値に基づいて燃焼室２へ噴射すべき基本噴射量Ｑ１の値
を算出する。ここで、ＥＣＵ４１は、エンジン１の負荷
状態が低負荷域にある場合には、要求トルクＴの値に比
例した値を有する基本噴射量Ｑ１を算出する。負荷状態
が中負荷域にある場合には、要求トルクＴの大きさに拘
らず一律な値を有する最大基本噴射量Ｑ１ｍａｘの値を
算出する。この最大基本噴射量Ｑ１ｍａｘとは、エミッ
ションの悪化や失火を招くことのない範囲で最大限のト
ルクを得ることのできる必要最小限の成層燃焼を実行す
るために要する噴射量に相当する。この実施形態で、ス
テップ２１１の処理を実行するＥＣＵ４１は、基本噴射
量Ｑ１及び最大基本噴射量Ｑ１ｍａｘを算出するための
算出手段に相当する。

【００８１】一方、ステップ１６０において、エンジン
１の負荷状態が中負荷域にある場合、ＥＣＵ４１は処理
をステップ２８０へ移行する。ステップ２８０におい
て、ＥＣＵ４１は前述した最大基本噴射量Ｑ１ｍａｘの
値を目標噴射量Ｑの値として設定し、その目標噴射量Ｑ
の値に基づいてインジェクタ７ａ〜７ｂを制御すること
により成層燃焼を実行する。この実施形態で、ステップ
１２０，１４０，１６０，２８０の処理を実行するＥＣ
Ｕ４１は、エンジン１の負荷状態が中負荷域にある場合
に、弊害をもたらすことなく最大限の動力をエンジン１
から得るために成層燃焼を実行するための制御手段に相
当する。

【００８２】続いて、ステップ２８１において、ＥＣＵ
４１は今回算出された要求トルクＴの値から今回算出さ
れた目標噴射量Ｑの値に応じたエンジントルクＴＱの値
を減算することにより、補充トルクＴＤの値を算出す
る。そして、ＥＣＵ４１はその補充トルクＴＤの値に基
づいてＭ／Ｇ１７を作動させる。

【００８３】従って、ステップ２８０，２８１の処理に
よれば、Ｍ／Ｇ１７により得られる補充トルクＴＤによ
って成層燃焼により得られるエンジントルクＴＱが補充
されることにより、要求トルクＴが得られる。この実施
形態では、ステップ１２０，１４０，１６０，２８０，
２８１の処理を実行するＥＣＵ４１は、エンジン１の負
荷状態が中負荷域にある場合に、その負荷状態に応じた
動力をエンジン１による成層燃焼の実行とＭ／Ｇ１７の
動作との協働によりクランクシャフト１０から得るため
に各インジェクタ７ａ〜７ｄ及びＭ／Ｇ１７を制御する
ための本発明の第４の制御手段に相当する。上記ステッ
プ２８１の処理を実行した後、ＥＣＵ４１は処理を一旦
終了する。

【００８４】上記第２の実施形態の構成によれば、エン
ジン１の負荷状態が中負荷域である場合には、ＥＣＵ４
１が各インジェクタ７ａ〜７ｄ及びＭ／Ｇ１７を制御す
ることにより、必要最小限の成層燃焼が実行されると共
にＭ／Ｇ１７が駆動れさ、負荷状態に応じた必要な動力
がクランクシャフト１０から得られる。

【００８５】従って、中負荷域では、エミッションの悪
化や失火を招くことのない程度の量の燃料を成層燃焼の
ために使用し、その成層燃焼によるだけでは不足するエ
ンジン１の動力分をＭ／Ｇ１７により補助することがで
きる。これにより、その補助分だけエンジン１で消費さ
れる燃料が少なくなる。又、エンジン１が成層燃焼によ
り動力を負担する分だけＭ／Ｇ１７のために消費される
電力が少なくなる。この結果、エンジン１の燃費を向上
させることができ、燃費の改善を狙った成層燃焼につい
ては、その利点を充分に生かすことができる。更に、こ
の実施形態では、エンジン１の負荷状態が中負荷域にあ
る場合に、エンジン１及びＭ／Ｇ１７によって要求トル
クＴを得ることから、中負荷域においてＭ／Ｇ１７を全
面的に適用する第１の実施形態と比べて、Ｍ／Ｇ１７に
対する電力消費量を最小限に抑えることができる。それ
以外の作用及び効果については、前記第１の実施形態の
それと基本的に同じである。

【００８６】次に、上記第３及び第４の発明の制御装置
を自動車に具体化した第３の実施形態を図面を参照して
説明する。この第３の実施形態では「制御ルーチン」の
内容において第１及び第２の実施形態のそれと異なる。
図１５は本実施形態に係る「制御ルーチン」を示すフロ
ーチャートである。

【００８７】図１５のルーチンにおいて、図９のルーチ
ンと同一の符号で示される各ステップ１００，１２０，
１３０，１３１，１４０，１５０，１５１，１６０，１
７０，１７１の内容は第１の実施形態のそれと基本的に
同じである。第３の実施形態では、図１５に示す３１
０，３１１，３８０，３８１，３８２，３８３，３８４
の内容において図９のそれと異なる。

【００８８】即ち、ステップ３１０において、ＥＣＵ４
１は図１４に示す関数データを参照することにより、要
求トルクＴを算出する。この実施形態において、スロッ
トル開度ＴＡの値が「ＴＡ≦α」となる低負荷域におい
て、ＥＣＵ４１は要求トルクＴを得るために成層燃焼を
実行する。スロットル開度ＴＡの値が「α＜ＴＡ≦β」
となる中負荷域において、ＥＣＵ４１は要求トルクＴを
得るために、原則的にはＭ／Ｇ１７を作動させ、例外的
には弱成層燃焼の実行とＭ／Ｇ１７の作動とを行う。更
に、スロットル開度ＴＡの値が「β＜ＴＡ」となる高負
荷域において、ＥＣＵ４１は要求トルクＴを得るために
均一燃焼を実行する。この実施形態で、ステップ３１０
の処理を実行するＥＣＵ４１は、要求トルクＴを算出す
るための算出手段に相当する。

【００８９】続いて、ステップ３１１において、ＥＣＵ
４１はその要求トルクＴ及びエンジン回転速度ＮＥ等の
値に基づいて燃焼室２へ噴射すべき基本噴射量Ｑ１の値
を算出する。この実施形態で、ステップ３１１の処理を
実行するＥＣＵ４１は、基本噴射量Ｑ１を算出するため
の算出手段に相当する。

【００９０】一方、ステップ１６０において、エンジン
１の負荷状態が中負荷域にある場合、ＥＣＵ４１は処理
をステップ３８０へ移行する。ステップ３８０におい
て、今回読み込まれた充電値ＶＣが所定の基準値Ｖ１以
上であるか否かを判断する。この基準値Ｖ１とは、バッ
テリ４０の充電値ＶＣが不足傾向にあることを意味す
る。この実施形態で、ステップ３８０の処理を実行する
ＥＣＵ４１は、バッテリ４０の充電値（蓄電値）ＶＣが
所定の基準値Ｖ１以上であるか否かを判断するための本
発明の蓄電値判断手段に相当する。ここで、充電値ＶＣ
が基準値Ｖ１以上である場合、充電値ＶＣが充分である
ことから、ＥＣＵ４１は処理をステップ３８１へ移行す
る。

【００９１】ステップ３８１において、ＥＣＵ４１は各
インジェクタ７ａ〜７ｂからの燃料噴射を強制的に停止
させることにより燃料カットを実行する。この実施形態
で、ステップ１２０，１４０，１６０，３８０，３８１
の処理を実行するＥＣＵ４１は、エンジン１の負荷状態
が中負荷域にある場合に、燃料カットを実行するための
制御手段に相当する。

【００９２】続いて、ステップ３８２において、ＥＣＵ
４１は要求トルクＴの値に基づいてＭ／Ｇ１７を作動さ
せ、その後の処理を一旦終了する。この実施形態で、ス
テップ１２０，１４０，１６０，３８０，３８２の処理
を実行するＥＣＵ４１は、燃料カットの実行時に要求ト
ルクＴを得るべくＭ／Ｇ１７を作動させるための制御手
段に相当する。

【００９３】一方、ステップ３８０において、充電値Ｖ
Ｃが基準値Ｖ１に満たない場合、充電値ＶＣが不足傾向
にあることから、ＥＣＵ４１は処理をステップ３８３へ
移行する。

【００９４】ステップ３８３において、ＥＣＵ４１はそ
のときの充電値ＶＣに応じたモータトルクＴｖｃの値を
算出し、そのモータトルクＴｖｃの値に基づいてＭ／Ｇ
１７を作動させる。つまり、ＥＣＵ４１は、充電値ＶＣ
が不足傾向にあることを見込んで、その充電値ＶＣの担
保する電力の範囲内でＭ／Ｇ１７を作動させるのであ
る。

【００９５】続いて、ステップ３８４において、ＥＣＵ
４１は、Ｍ／Ｇ１７の作動分を見込んだ上で基本噴射量
Ｑ１の値に基づいて目標噴射量Ｑの値を算出する。そし
て、ＥＣＵ４１はその目標噴射量Ｑの値に基づいて各イ
ンジェクタ７ａ〜７ｄを制御することにより、弱成層燃
焼を実行する。ここで、ＥＣＵ４１は目標噴射量Ｑの値
を以下の計算式に従って算出する。

【００９６】Ｑ＝Ｑ１＊（１−Ｔｖｃ／Ｔ） 即ち、ＥＣＵ４１は今回の要求トルクＴの中でモータト
ルクＴｖｃにより負担された分以外の割合に対応する噴
射量を目標噴射量Ｑの値として算出し、その値を弱成層
燃焼の実行のために適用するのである。ＥＣＵ４１はこ
のステップ３８４の処理を終了後、その後の処理を一旦
終了する。

【００９７】従って、ステップ３８３，３８４の処理に
よれば、弱成層燃焼に基づいて得られるトルクによって
Ｍ／Ｇ１７により得られるモータトルクＴｖｃが補充さ
れることにより、要求トルクＴが得られる。この実施形
態では、ステップ１２０，１４０，１６０，３８０〜３
８４の処理を実行するＥＣＵ４１は、エンジン１の負荷
状態が中負荷域にある場合に、その負荷状態に応じた動
力をクランクシャフト１０から得るためにＭ／Ｇ１７を
制御すると共に、バッテリ４０の充電値ＶＣが所定の基
準値Ｖ１に満たない場合に、Ｍ／Ｇ１７により得られる
動力を補足すべく弱成層燃焼を実行するために各インジ
ェクタ７ａ〜７ｄを制御するための本発明の第５の制御
手段に相当する。

【００９８】上記第３の実施形態の構成によれば、エン
ジン１の負荷状態が中負荷域にあり、且つバッテリ４０
の充電値ＶＣが所定の基準値Ｖ１未満である場合に、Ｅ
ＣＵ４１は各インジェクタ７ａ〜７ｄ及びＭ／Ｇ１７を
制御する。これにより、弱成層燃が実行されると共にＭ
／Ｇ１７が駆動れさ、負荷状態に応じた必要な動力がク
ランクシャフト１０から得られる。

【００９９】従って、中負荷域では、バッテリ４０の充
電値ＶＣが基準値Ｖ１未満の場合に、その充電値ＶＣの
可能な範囲内でＭ／Ｇ１７が駆動されることにより、ク
ランクシャフト１０の動力が補助される。ここで、Ｍ／
Ｇ１７によるだけでは不足する動力分が弱成層燃焼に基
づいて負担されることから、Ｍ／Ｇ１７により補助され
る分だけエンジン１で消費される燃料が少なくなる。こ
の結果、エンジン１の燃費を向上させることができ、特
にバッテリ４０の充電値ＶＣが充分でない場合であって
も、その充電値ＶＣの範囲で最善の燃費の向上を図るこ
とができる。更に、この実施形態では、エンジン１の負
荷状態が中負荷域にある場合に、エンジン１及びＭ／Ｇ
１７によって要求トルクＴを得ることから、中負荷域に
おいてＭ／Ｇ１７を全面的に適用する第１の実施形態と
比べて、Ｍ／Ｇ１７に対する電力消費量を最小限に抑え
ることができる。それ以外の作用及び効果については、
前記第１の実施形態のそれと基本的に同じである。

【０１００】尚、この発明は次のような別の実施形態に
具体化することもできる。以下の別の実施形態でも前記
各実施形態と同等の作用及び効果を得ることができる。 （１）前記各実施形態では、成層燃焼から均一燃焼へ燃
焼形態を切り換わるときに、Ｍ／Ｇ１７によりエンジン
１の動力を補助するようにした。これに対し、均一燃焼
から成層燃焼へ燃焼形態が切り換わるときに、Ｍ／Ｇ１
７によりエンジン１の動力を補助するようにしてもよ
い。

【０１０１】（２）前記各実施形態では、電動機と発電
機の機能を兼ね備えたＭ／Ｇ（モータジェネレータ）１
７を使用したが、単なる発電機として機能するだけのモ
ータを使用してもよい。

【０１０２】（３）前記各実施形態では、４気筒のエン
ジン１に具体化したが、３気筒、５気筒、６気筒、或い
は８気筒のエンジンに具体化してもよい。更に、上記各
実施形態には特許請求の範囲に記載した技術的思想に係
る次のような各種の実施態様が含まれることを、以下に
その効果と共に記載する。

【０１０３】（イ）請求項１に記載の発明において、前
記内燃機関は希薄燃焼を実現するために成層燃焼を行う
ことを可能とした筒内噴射式のものである。この構成に
よれば、希薄燃焼によって内燃機関の燃費と出力の両立
を図ることが可能となる。

【０１０４】（ロ）請求項１に記載の発明において、前
記電動機は発電機能を兼ね備えたものである。この構成
によれば、電動機により発電を行うことが可能となる。

【０１０５】

【発明の効果】請求項１に記載の発明によれば、少なく
とも成層燃焼及び均一燃焼を含む燃焼形態を内燃機関の
負荷状態に応じて切り換えるようにした内燃機関の制御
装置において、負荷状態が小程度である場合に、その負
荷状態に応じた動力を内燃機関により得るべく成層燃焼
を実行する。負荷状態が大程度である場合に、その負荷
状態に応じた動力を内燃機関により得るべく均一燃焼を
実行する。更に、負荷状態が中程度である場合に、その
負荷状態に応じた動力を電動機により得るために電動機
を制御するようにしている。

【０１０６】従って、中程度の負荷状態では、内燃機関
に代わって電動機により必要な動力が得られることか
ら、その分だけ内燃機関で消費される燃料が少なくな
る。この結果、内燃機関の燃費の改善を図ることができ
るという効果を発揮する。

【０１０７】請求項２に記載の発明によれば、少なくと
も成層燃焼及び均一燃焼を含む燃焼形態を内燃機関の負
荷状態に応じて切り換えるようにした内燃機関の制御装
置において、内燃機関の負荷状態が小程度である場合
に、その負荷状態に応じた動力を内燃機関により得るべ
く成層燃焼を実行する。負荷状態が大程度である場合
に、その負荷状態に応じた動力を内燃機関により得るべ
く均一燃焼を実行する。更に、負荷状態が中程度である
場合に、その負荷状態に応じた動力を内燃機関による成
層燃焼の実行と電動機の動作との協働により得るように
している。

【０１０８】従って、中程度の負荷状態では、成層燃焼
によるだけでは不足する内燃機関の動力分を電動機によ
り補助することにより、その補助分だけ内燃機関で消費
される燃料が少なくなる。この結果、内燃機関の燃費の
改善を図ることができるという効果を発揮する。加え
て、電動機での消費電力を節約することができる。

【０１０９】請求項３に記載の発明によれば、少なくと
も成層燃焼及び均一燃焼を含む燃焼形態を内燃機関の負
荷状態に応じて切り換えるようにした内燃機関の制御装
置において、内燃機関の負荷状態が小程度である場合
に、その負荷状態に応じた動力を内燃機関により得るべ
く成層燃焼を実行する。負荷状態が大程度である場合
に、その負荷状態に応じた動力を内燃機関により得るべ
く均一燃焼を実行する。更に、負荷状態が中程度である
場合に、その負荷状態に応じた動力を得るために電動機
を制御し、バッテリの蓄電値が所定値未満の場合には、
電動機により得られる動力を補足すべく弱成層燃焼を実
行するようにしている。

【０１１０】従って、中程度の負荷状態では、バッテリ
の蓄電値が残り少ない場合に、その蓄電値の可能な範囲
で電動機を駆動させることにより、内燃機関の動力が補
助され、その電動機により補助される分だけ消費される
燃料が少なくなる。この結果、内燃機関の燃費の改善を
図ることができるという効果を発揮する。加えて、バッ
テリの少ない蓄電値の範囲で最善の燃費の向上を図るこ
とができる。

【０１１１】請求項４に記載の発明によれば、成層燃焼
と均一燃焼との間で燃焼形態が切り変わる場合に、負荷
状態に応じた動力を得るためにその動力を電動機により
補助するようにしている。

【０１１２】従って、燃焼形態が切り換わる場合に、動
力が不連続に変わることがない。その結果、燃焼形態の
切り換え時に、内燃機関の動力安定性を確保することが
でき、良好なドライバビリティを確保することができる
という効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 第１及び第４の発明の基本的な構成概念を示
す概念構成図。

【図２】 第２及び第４の発明の基本的な構成概念を示
す概念構成図。

【図３】 第３及び第４の発明の基本的な構成概念を示
す概念構成図。

【図４】 一実施形態のガソリンエンジンシステムを示
す概略構成図。

【図５】 (a）〜(d）はエンジンの構造と一連の運転行
程を示す断面図。

【図６】 (a）〜(d）はエンジンの構造と一連の運転行
程を示す断面図。

【図７】 (a）〜(d）はエンジンの構造と一連の運転行
程を示す断面図。

【図８】 ＥＣＵ等を示すブロック構成図。

【図９】 「制御ルーチン」を示すフローチャート。

【図１０】 スロットル開度と要求トルクの関数データ
を示すグラフ。

【図１１】 制御結果の一例を示すタイミングチャー
ト。

【図１２】 「制御ルーチン」を示すフローチャート。

【図１３】 スロットル開度と要求トルクの関数データ
を示すグラフ。

【図１４】 スロットル開度と要求トルクの関数データ
を示すグラフ。

【図１５】 「制御ルーチン」を示すフローチャート。

【符号の説明】

１…内燃機関としてのエンジン、２…燃焼室、７ａ〜７
ｄ…燃料供給手段としてのインジェクタ、１０…クラン
クシャフト、１７…電動機としてのモータジェネレータ
（Ｍ／Ｇ）、３３…負荷検出手段としてのスロットルセ
ンサ、４０…バッテリ、４１…ＥＣＵ（４１は第１〜第
６の制御手段及び蓄電値判断手段を構成する）。

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F02D 29/06 F02D 41/02 - 41/04 B60K 6/02 B60L 11/14

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 燃料供給手段により燃焼室に供給される
   燃料が制御される内燃機関であり、圧縮行程に供給され
   る燃料により前記燃焼室に形成される混合気に層状に異
   なる濃度分布を与えてその混合気を燃焼させる成層燃焼
   と、吸入行程に供給される燃料により前記燃焼室全体に
   混合気を分散させてその混合気を燃焼させる均一燃焼と
   を負荷状態に応じて切り換えるようにした内燃機関と、
   前記内燃機関の動力を補助するために前記内燃機関の出
   力軸に連結されて必要に応じて制御される電動機とを備
   えた電動機により動力が補助される内燃機関の制御装置
   において、 内燃機関が低負荷の状態である場合に、その負荷状態に
   応じた動力を前記出力軸から得るべく前記成層燃焼を実
   行するために前記燃料供給手段を制御する第１の制御手
   段と、 内燃機関が高負荷の状態である場合に、その負荷状態に
   応じた動力を前記出力軸から得るべく前記均一燃焼を実
   行するために前記燃料供給手段を制御する第２の制御手
   段と、内燃機関が中負荷の状態である場合に 、その負荷状態に
   応じた動力を前記電動機のみによって前記出力軸から得
   るために前記電動機を制御する第３の制御手段とを備え
   たことを特徴とする電動機により動力が補助される内燃
   機関の制御装置。
2. 【請求項２】 燃料供給手段により燃焼室に供給される
   燃料が制御される内燃機関であり、圧縮行程に供給され
   る燃料により前記燃焼室に形成される混合気に層状に異
   なる濃度分布を与えてその混合気を燃焼させる成層燃焼
   と、吸入行程に供給される燃料により前記燃焼室全体に
   混合気を分散させてその混合気を燃焼させる均一燃焼と
   を負荷状態に応じて切り換えるようにした内燃機関と、
   前記内燃機関の動力を補助するために前記内燃機関の出
   力軸に連結されて必要に応じて制御される電動機とを備
   えた電動機により動力が補助される内燃機関の制御装置
   において、 内燃機関が低負荷の状態である場合に、その負荷状態に
   応じた動力を前記出力軸から得るべく前記成層燃焼を実
   行するために前記燃料供給手段を制御する第１の制御手
   段と、 内燃機関が高負荷の状態である場合に、その負荷状態に
   応じた動力を前記出力軸から得るべく前記均一燃焼を実
   行するために前記燃料供給手段を制御する第２の制御手
   段と、内燃機関が中負荷の状態である場合に 、その負荷状態に
   応じた動力を燃料噴射量が一律な値となる成層燃焼の実
   行と前記電動機の動作との協働により前記出力軸から得
   るために前記燃料供給手段及び前記電動機を制御する第
   ４の制御手段とを備えたことを特徴とする電動機により
   動力が補助される内燃機関の制御装置。
3. 【請求項３】 燃料供給手段により燃焼室に供給される
   燃料が制御される内燃機関であり、圧縮行程に供給され
   る燃料により前記燃焼室に形成される混合気に層状に異
   なる濃度分布を与えてその混合気を燃焼させる成層燃焼
   と、吸入行程に供給される燃料により前記燃焼室全体に
   混合気を分散させてその混合気を燃焼させる均一燃焼
   と、吸入行程に供給される燃料により前記燃焼室全体に
   混合気を分散させ、続く圧縮行程に供給される燃料によ
   り前記混合気に層状に異なる濃度分布を与えてその混合
   気を燃焼させる弱成層燃焼とを負荷状態に応じて切り換
   えるようにした内燃機関と、前記内燃機関の動力を補助
   するために前記内燃機関の出力軸に連結され、必要に応
   じてバッテリからの給電によって制御される電動機とを
   備えた電動機により動力が補助される内燃機関の制御装
   置において、 前記内燃機関の負荷状態を小程度、中程度及び大程度に
   わたって検出するための負荷検出手段と、 前記バッテリの蓄電値が所定値以上であるか否かを判断
   するための蓄電値判断手段と、 前記負荷検出手段の検出結果が小程度である場合に、そ
   の負荷状態に応じた動力を前記出力軸から得るべく前記
   成層燃焼を実行するために前記燃料供給手段を制御する
   第１の制御手段と、 前記負荷検出手段の検出結果が大程度である場合に、そ
   の負荷状態に応じた動力を前記出力軸から得るべく前記
   均一燃焼を実行するために前記燃料供給手段を制御する
   第２の制御手段と、 前記負荷検出手段の検出結果が中程度である場合に、そ
   の負荷状態に応じた動力を前記出力軸から得るために前
   記電動機を制御すると共に、更に前記蓄電値が前記所定
   値に満たないと前記蓄電値判断手段が判断した場合に
   は、前記電動機により得られる動力を補足すべく前記弱
   成層燃焼を実行するために前記燃料供給手段を制御する
   第５の制御手段とを備えたことを特徴とする電動機によ
   り動力が補助される内燃機関の制御装置。
4. 【請求項４】 燃料供給手段により燃焼室に供給される
   燃料が制御される内燃機関であり、圧縮行程に供給され
   る燃料により前記燃焼室に形成される混合気に層状に異
   なる濃度分布を与えてその混合気を燃焼させる成層燃焼
   と、吸入行程に供給される燃料により前記燃焼室全体に
   混合気を分散させてその混合気を燃焼させる均一燃焼と
   を負荷状態に応じて切り換えるようにした内燃機関と、
   前記内燃機関の動力を補助するために前記内燃機関の出
   力軸に連結されて必要に応じて制御される電動機とを備
   えた電動機により動力が補助される内燃機関の制御装置
   において、成層燃焼から均一燃焼へと燃焼形態が切り換わるとき、
   均一燃焼時の要求トルクに基づき算出される燃料噴射量
   で均一燃焼を実行するとともに、 前記機関負荷に応じた
   動力を前記出力軸から得るべく前記出力軸の動力を補助
   するために前記電動機を制御する第６の制御手段を設け
   たことを特徴とする電動機により動力が補助される内燃
   機関の制御装置。