JP4432290B2 - 過給機付火花点火式直噴エンジン - Google Patents

Description

【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２０００−２７４２７８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、ＰＭ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１８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２０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２３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 Swirl 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ＴＳＣＶ３０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、ＴＳＣＶ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３４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３５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４１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２３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４０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、ＴＳＣＶ３０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４７、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ＥＣＵ５０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２７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、ＴＳＣＶ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ＴＳＣＶマップによれば、成層燃焼領域（イ）においてはＴＳＣＶ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ＳＡ７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、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。
【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ＹＥＳ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ＴＳＣＶ開度を読み込んで、作動指令となる信号をＴＳＣＶ３０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、ＥＣＵ５０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ＴＳＣＶ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１２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、ＴＳＣＶ３０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ＴＳＣＶ３０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４０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）

Claims (5)

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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