JPH08240119A

JPH08240119A - 直噴式内燃機関の制御装置

Info

Publication number: JPH08240119A
Application number: JP7043319A
Authority: JP
Inventors: Nobutaka Takahashi; 伸孝高橋
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1995-03-02
Filing date: 1995-03-02
Publication date: 1996-09-17

Abstract

(57)【要約】【目的】燃料噴射停止状態から燃料噴射を再開させると
きに、着火・燃焼性を悪化させることなく、空燃比を徐
々に通常空燃比まで戻して、トルクを滑らかかに増加さ
せる。【構成】燃料噴射再開時に、まず、点火プラグ周りに形
成される第１混合気層と、該第１混合気層よりも空燃比
の薄い第２混合気層からなる層状混合気を形成させ、か
かる層状混合気の平均空燃比を、第２混合気層の空燃比
を濃くすることで徐々に濃くする。そして、前記平均空
燃比が、安定的な着火・燃焼性が得られる空燃比にまで
達すると、燃焼室内に均一空燃比の混合気を形成させる
ように切換え、前記均一空燃比を通常時の目標空燃比ま
で徐々に濃くする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は直噴式内燃機関の制御装
置に関し、詳しくは、燃焼室内に直接燃料を供給する構
成の直噴式内燃機関において、燃料供給停止状態から燃
料供給を再開するときの混合気形成技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関の燃料供給制御においては、従
来から、スロットル弁が全閉でかつ機関回転数が所定値
以上であるときに燃料供給を強制的に停止させること
で、減速度を発生させかつ燃費の向上を図ることが行わ
れている。かかる減速時の燃料供給停止制御（所謂減速
時燃料カット）においては、燃料供給を停止させている
状態において、機関回転数が所定値以下に低下した場合
やスロットル弁が開かれた場合などの所定条件が成立す
ると、燃料供給を再開させて、エンストの防止や運転者
の減速意図の中断に対応できるようにしている。

【０００３】ところで、燃料供給停止状態から通常に燃
料供給を再開させると、急激な機関発生トルクの変化
（減速度の変化或いは減速から加速への移行）が発生
し、これにより、車体の前後方向への振動が発生し、以
て、運転者に不快感を与えることになってしまう。そこ
で、燃料供給再開時に点火時期をリタードさせたり、或
いは、燃料供給を再開させる気筒を順次増加させるなど
して、発生トルクの急激な立ち上がりを抑制することが
従来から行われていた。

【０００４】また、特開平４−３５３２３６号公報に
は、燃焼室内に直接燃料を供給できる２サイクル内燃機
関において、減速時の燃料供給停止状態から燃料供給を
再開するときに、点火栓の周りに可燃混合気を形成し得
る略最小量の燃料を燃焼室内に供給し、その後徐々に燃
料量を増加させることで、燃料供給再開時におけるトル
クの立ち上がりを抑制する技術が開示されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
点火時期のリタードによりトルクを操作する構成では、
制御可能なトルク範囲があまり大きくないため、燃料供
給再開時に充分なトルク制御を行うことが困難であると
いう問題がある。また、燃料供給を再開させる気筒数を
順次増加させる構成では、トルクの変化がステップ的に
なってしまい、円滑なトルク変化を実現できないという
問題がある。

【０００６】更に、空燃比を変化させることでトルク制
御を行うことも想定されるが、吸気ポートに燃料供給を
行う内燃機関では、吸気ポートや吸気弁に付着して壁流
となる燃料が燃料供給停止状態において殆ど失われ、燃
料供給再開時には供給した燃料の大部分が壁流として奪
われることになるため、シリンダ内に吸入される混合気
の空燃比を精度良く制御することが困難であり、引いて
は、燃料供給再開時のトルクを空燃比制御で精度良く行
わせることは困難であった。

【０００７】また、前記特開平４−３５３２３６号公報
に開示されるものでは、直噴式内燃機関において、空気
と混合気との層状混合気を形成する構成となっている
が、実際上は、点火プラグ周りの混合気層とそれ以外の
空気層とを厳密に分離することは困難であり、燃焼室内
の空気流動によって生成層に乱れを生じ、空気と混合気
とが一部混じり合う状態となる。

【０００８】このため、可燃限界空燃比よりも薄い空燃
比の中間混合気層が生成されてしまう場合や、空気層又
は可燃限界よりも薄い空燃比の混合気層によって可燃混
合気層が分断されてしまう場合や、点火プラグ周りの混
合気層の空燃比が薄くなって着火ミスを生じる場合があ
り、これによって、排気としてＨＣ等の未燃ガス成分が
流出し、排気性能を悪化させることになってしまう惧れ
があった。

【０００９】本発明は上記問題点に鑑みなされたもので
あり、燃料供給再開時において滑らかなトルク変化を実
現でき、然も、安定した燃焼によって未燃ガスの流出を
確実に回避できる直噴式内燃機関の制御装置を提供する
ことを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】そのため本発明にかかる
直噴式内燃機関の制御装置は、図１に示すように構成さ
れる。図１において、燃料供給手段は、各気筒の燃焼室
内に直接燃料を供給する手段である。

【００１１】ここで、第１の混合気形成手段は、燃料供
給手段によって燃焼室内に均一空燃比の混合気を形成さ
せ、第２の混合気形成手段は、燃料供給手段によって、
点火プラグ近傍の第１混合気層と、該第１混合気層より
も薄い空燃比の第２混合気層とを燃焼室内に形成させ
る。一方、燃料供給停止手段は、燃料供給手段による燃
料供給を所定の運転条件で強制的に停止させる。

【００１２】そして、混合気形成切換え手段は、燃料供
給停止手段による燃焼供給停止状態から燃料供給を再開
するときに、前記第２の混合気形成手段により混合気形
成を行わせた後、前記第１の混合気形成手段による混合
気形成に切換える。請求項２の発明にかかる直噴式内燃
機関の制御装置では、前記第１の混合気形成手段が、吸
気行程中を主としたタイミングで燃料供給を行わせる構
成とした。

【００１３】請求項３の発明にかかる直噴式内燃機関の
制御装置では、前記第２の混合気形成手段が、吸気行程
中を主としたタイミングで第２混合気層を形成するため
の燃料供給を行わせた後、少なくとも点火前の圧縮行程
で第１混合気層を形成するための追加の燃料供給を行わ
せる構成とした。請求項４の発明にかかる直噴式内燃機
関の制御装置では、前記混合気形成切換え手段が、前記
第２の混合気形成手段により形成される混合気の燃焼室
内における平均空燃比を所定値にまで徐々に濃くする平
均空燃比リッチ化手段を含んで構成されるものとした。

【００１４】請求項５の発明にかかる直噴式内燃機関の
制御装置では、前記混合気形成切換え手段が、前記第１
の混合気形成手段により形成される混合気の空燃比を所
定値にまで徐々に濃くする均一空燃比リッチ化手段を含
んで構成されるものとした。請求項６の発明にかかる直
噴式内燃機関の制御装置では、前記平均空燃比リッチ化
手段が、前記第２の混合気形成手段により形成される第
２混合気層の空燃比を徐々に濃くしていくことで平均空
燃比を徐々に濃くしていく構成とした。

【００１５】請求項７の発明にかかる直噴式内燃機関の
制御装置では、前記平均空燃比リッチ化手段が、前記第
２の混合気形成手段により形成される第１混合気層が燃
焼室内において占める割合を徐々に増加させることで平
均空燃比を徐々に濃くしていく構成とした。請求項８の
発明にかかる直噴式内燃機関の制御装置では、前記第２
の混合気形成手段により混合気が形成される期間におい
て、第２混合気層の空燃比変化に応じて点火時期を補正
設定する第２混合気層による点火時期補正手段を設ける
構成とした。

【００１６】請求項９の発明にかかる直噴式内燃機関の
制御装置では、前記第２の混合気形成手段により混合気
が形成される期間において、燃焼室内の平均空燃比の変
化に応じて点火時期を補正設定する平均空燃比による点
火時期補正手段を設ける構成とした。請求項10の発明に
かかる直噴式内燃機関の制御装置では、機関回転速度の
減速度を検出する減速度検出手段と、この減速度検出手
段で検出される減速度が大きいほど前記平均空燃比リッ
チ化手段により平均空燃比を徐々に濃くする速度を速く
するリッチ化速度可変手段と、を設ける構成とした。

【００１７】請求項11の発明にかかる直噴式内燃機関の
制御装置では、機関回転速度の減速度を検出する減速度
検出手段と、この減速度検出手段で検出される減速度が
大きいほど前記第２の混合気形成手段において第１混合
気層を形成するための燃料供給量を増大補正する燃料量
増量補正手段と、を設ける構成とした。請求項12の発明
にかかる直噴式内燃機関の制御装置では、機関回転速度
に応じて、前記第１の混合気形成手段における均一混合
気の空燃比と第２の混合気形成手段における層状混合気
の平均空燃比との少なくとも一方の空燃比を設定する機
関回転速度による空燃比設定手段を設ける構成とした。

【００１８】

【作用】請求項１の発明にかかる直噴式内燃機関の制御
装置によると、燃料供給再開時に、まず、点火プラグ周
りの第１混合気層とその他の第２混合気層からなる層状
混合気を形成させて燃焼させ、その後、燃焼室内に均一
な混合気を形成させるようにする。

【００１９】ここで、前記層状混合気においては、点火
プラグ周りの第１混合気層が安定着火可能な空燃比であ
れば、第２混合気層の空燃比はそれよりも薄い燃焼安定
性が確保できる程度の空燃比とすることができ、燃焼性
を確保しつつ平均空燃比を比較的薄くすることが可能で
ある。これに対し、燃焼室内に均一空燃比の混合気を形
成させる場合には、混合気全体を着火安定性を確保し得
る比較的濃く空燃比とする必要が生じる。

【００２０】そこで、燃料供給を再開させるときには、
急激なトルクの発生を回避すべく前記層状混合気の形成
によって平均空燃比を薄く制御し、その後、比較的濃い
空燃比の均一混合気を形成させてトルクの回復を図るよ
うにしたものである。請求項２の発明にかかる直噴式内
燃機関の制御装置によると、吸気行程中を主としたタイ
ミングで燃料供給を行わせることで、吸気行程中の空気
流に噴霧乗せて燃料の微粒化を図り、燃焼室内に均一空
燃比の混合気を形成させる。

【００２１】請求項３の発明にかかる直噴式内燃機関の
制御装置によると、均一空燃比の混合気を形成させる場
合と同様に吸気行程中において燃料供給を行わせた後、
少なくとも点火前の圧縮行程で、前記吸気行程中の燃料
供給で形成された均一空燃比の混合気中に追加の燃料供
給を行わせることで、前記均一空燃比の混合気（第２混
合気層）よりも空燃比の濃い第１混合気層を点火プラグ
周りに形成させる。

【００２２】請求項４の発明にかかる直噴式内燃機関の
制御装置によると、点火プラグ周りの第１混合気層と、
それ以外の第２混合気層とからなる層状混合気を形成さ
せるに当たって、燃料供給再開時から徐々に平均空燃比
を所定値にまで濃くすることで、前記層状混合気の形成
によって得られるトルクを滑らかに増加させる。請求項
５の発明にかかる直噴式内燃機関の制御装置によると、
第２の混合気形成手段から第１の混合気形成手段に切換
えられた後、該第１の混合気形成手段で形成される均一
混合気の空燃比を所定値にまで徐々に濃くして、第１の
混合気形成手段による混合気形成で発生するトルクを滑
らかに増加させる。

【００２３】請求項６の発明にかかる直噴式内燃機関の
制御装置によると、第２混合気層の空燃比を徐々に濃く
することで、第２及び第１混合気の空燃比をそれぞれ徐
々に濃くして平均空燃比を変化させる。請求項７の発明
にかかる直噴式内燃機関の制御装置によると、第２混合
気層の空燃比を一定とする代わりに、第１混合気層が燃
焼室内で占める割合を徐々に増加させて、平均空燃比を
徐々に濃くする。

【００２４】請求項８の発明にかかる直噴式内燃機関の
制御装置によると、第２混合気層の空燃比を変化させる
ことで平均空燃比を徐々に濃くする構成において、燃焼
室内で大部分を占めることになる第２混合層の空燃比変
化による燃焼速度の変化に対応すべく、第２混合層の空
燃比変化に応じて点火時期を補正設定する。請求項９の
発明にかかる直噴式内燃機関の制御装置によると、第２
混合気層の空燃比を変化させる場合、及び、第１混合気
層の割合を変化させる場合においては、いずれも平均空
燃比が変化することになるから、平均空燃比の変化に応
じて点火時期を補正して、燃焼速度の変化に対応するよ
うにした。

【００２５】請求項10の発明にかかる直噴式内燃機関の
制御装置によると、第２の混合気形成手段で形成される
層状混合気の平均空燃比を徐々に濃くするに当たって、
減速度が大きいときほど空燃比を濃くする速度を速くし
て、急激な減速を抑制すべくトルクの回復を速め、減速
度を制御する。請求項11の発明にかかる直噴式内燃機関
の制御装置によると、減速度が大きいときほど、点火プ
ラグ周りの第１混合気層を形成するための燃料供給量を
増大補正することで平均空燃比を濃くして、急激な減速
を抑制する。

【００２６】請求項12の発明にかかる直噴式内燃機関の
制御装置によると、機関回転速度に応じて空燃比を変化
させることにより、機関回転速度の変化に対応した滑ら
かな空燃比変化、即ち、トルク変化を実現できる。

【００２７】

【実施例】以下に本発明の実施例を説明する。図２は、
実施例における燃料供給システムを示す図である。この
図２において、内燃機関１の各気筒には、燃焼室内に直
接燃料を噴射供給すべくシリンダボア壁を貫通して燃料
噴射弁２（燃料供給手段）が配設されている。

【００２８】そして、吸気ポート３及び吸気弁４を介し
てシリンダ内に吸入される空気と、前記燃料噴射弁２か
ら噴射される燃料とによって混合気が形成され、点火プ
ラグ５の火花点火によって前記混合気を着火燃焼させ
る。燃焼排気は、排気弁６及び排気ポート７を介して排
出される。かかる直噴式内燃機関においては、噴射から
燃焼までの時間が、吸気ポートに燃料を噴射する構成の
内燃機関に比して短時間となり、燃料が気化し難くなる
ため、できる限り燃料噴射弁２から噴射される燃料噴霧
を微粒化する必要がある。また、噴霧の粒径が大きい
と、噴霧の勢いでシリンダ壁面への燃料付着が多くな
り、良好な混合気形成の妨げとなり、また、ピストンの
潤滑性能を悪化させることにもなってしまう。

【００２９】従って、非常に高圧で燃料を噴射し、燃料
噴霧粒径を小さくする必要がある。更に、後述するよう
に、本実施例では、高圧雰囲気となる圧縮行程中におい
ても燃焼室内に燃料噴射を行うため、吸気行程中に燃焼
室内に燃料を噴射する場合よりもより高い燃料圧力によ
る燃料噴射系を必要とする。このため、図２に示すよう
な構成により、数十気圧の燃料圧力を作り出し、高圧で
燃料噴射が行えるようにしてある。即ち、図２におい
て、燃料タンク１１，低圧燃料ポンプ１２，低圧リザー
バ１３，低圧レギュレータ１４は、通常の吸気ポート噴
射を行うシステムと同様な構成として設けられている
が、これによって得られる燃料圧を更に高圧化するため
に、機関１の近傍位置に、高圧燃料ポンプ１５，高圧リ
ザーバ１６，高圧レギュレータ１７を設け、これらによ
って数ＭＰａ程度の燃料圧力まで高燃圧化されるように
なっている。

【００３０】尚、前記高圧レギュレータ１７からの余剰
燃料は、低圧レギュレータ１４と同様に燃料タンク１１
に戻すか或いは高圧燃料ポンプ１５の下流側に供給する
ようにすると良い。また、上記のように本実施例では、
数ＭＰａ程度の燃料圧力まで昇圧させるが、数ＭＰａ程
度であれば、低圧燃料ポンプ１２として用いられるベー
ンタイプの燃料ポンプを前記高圧燃料ポンプ１５として
用いることができる。

【００３１】上記のようにして数ＭＰａ程度に昇圧され
た燃料を燃料噴射弁２に供給すれば、燃料噴射弁２の微
小径の噴孔から噴射される燃料は、１０μｍ程度の粒径
の噴霧となる。このようにして燃料噴霧が微粒化されれ
ば、気化が容易で、かつ、質量が小さいため噴射後の貫
通力も弱く、燃料噴霧が対面するシリンダ壁面に到達し
て壁面に付着することなく、燃焼室内の気流に燃料噴霧
を乗せて良好に拡散させることができる。

【００３２】図３は、本実施例の内燃機関に最適な吸気
系を示す図であり、２つの吸気ポート３ａ，３ｂの一方
を選択的に開閉する吸気制御弁２１ａ、又は、切り欠き
を有した吸気制御弁２１ｂにより、空気の流れを偏向さ
せ、燃焼室内にスワール（横渦）やタンブル（縦渦）を
発生させ、低吸気量の際にも混合気の空燃比均一化を図
るようにする。尚、２つの吸気弁４ａ，４ｂの一方を閉
じたままの状態にする機構によって空気の流れを偏向さ
せ、前記空燃比の均一化を図る構成であっても良い。

【００３３】図４は、実施例の直噴式内燃機関における
制御系を示すブロック図であり、図２に示す燃焼圧セン
サ３１や図示しないエアフローメータ，クランク角セン
サ等からの検出信号が、入力インターフェイス３２を介
してＡ／Ｄ変換して読み込まれ、該読み込んだ検出信号
を予めＲＯＭ３３に記憶されてある処理プログラムに基
づいてＣＰＵ３４で演算処理し、前記燃料噴射弁２の燃
料噴射量及び噴射時期を制御する燃料噴射量信号、前記
点火プラグ５の点火時期を制御する点火信号、更に、図
示しない排気還流装置において排気還流量を調整するＥ
ＧＲ弁の制御信号を決定する。そして、前記各種制御信
号を出力インターフェース３５を介して燃料噴射弁２や
点火システムのパワートランジスタやＥＧＲ弁に出力す
る。

【００３４】尚、図４において、３６は読み込んだデー
タなどを一時的に記憶させておくためのＲＡＭである。
図５は、本実施例における燃料噴射制御状態の状態遷移
を示すものであり、燃料噴射制御状態として、本実施例
においては、通常燃料噴射状態，燃料供給停止状態，燃
料噴射再開制御状態の３態様がある。

【００３５】即ち、本実施例では、通常の燃料噴射状態
において所定の燃料供給停止条件が成立すると、燃料噴
射弁２による燃料噴射を強制的に停止させる燃料供給停
止状態に移行し（燃料供給停止手段）、更に、かかる燃
料供給停止状態において所定の燃料供給再開条件が成立
すると、燃料供給再開によるトルクの急激な立ち上がり
を防止するための燃料噴射再開制御状態に移行し、かか
る燃料噴射再開制御が終了した後、通常の燃料噴射状態
に復帰する構成となっている。

【００３６】前記燃料供給停止条件は、例えばスロット
ル弁が全閉でかつ機関回転数が所定値以上である所定の
減速状態であり、前記燃料供給再開条件とは、例えばス
ロットル弁の非全閉位置への移行或いは機関回転数が所
定値以下になったことである。尚、燃料噴射再開制御状
態において、燃料供給停止条件が成立すると、通常の燃
料噴射状態に復帰することなく、燃料供給停止状態に戻
るようになっている。

【００３７】図６は、前記燃料噴射再開制御状態におけ
る噴射制御の状態遷移を示すものであり、まず、燃料供
給の再開条件が成立すると、後述する第２の混合気形成
手段により混合気形成を行わせた後、所定の切換え判断
に基づいて第１の混合気形成手段による混合気形成に移
行させ（混合気形成切換え手段）、その後、通常の燃料
噴射状態に復帰させる。

【００３８】即ち、燃料供給停止状態から直ちに通常の
燃料噴射状態に復帰させるのではなく、第２，第１の混
合気形成手段による混合気形成によってトルクの立ち上
がりを抑制して滑らかに通常の燃料噴射に復帰させるも
のである。尚、前記第１，第２の混合気形成手段による
混合気形成中に、再度燃料供給停止条件が成立すれば、
燃料供給停止状態に移行することになる。

【００３９】図７は、前記第１の混合気形成手段を説明
する図である。前記第１の混合気形成手段は、燃焼室内
に均一空燃比の混合気を形成させる手段であり、排気行
程中に直接燃料が排気系に漏れ出すことがないように、
排気弁が閉じた後の吸気行程から噴射を開始し、前記図
３に示した吸気制御弁２１ａ又は２１ｂにより燃焼室内
に発生させた空気流に燃料噴霧を乗せ、微粒化した燃料
噴霧を燃焼室内に均一分布させ、かつ、点火時期までの
期間で気化の促進を図る。

【００４０】尚、前記第１の混合気形成手段は、前記燃
料再開制御状態における後半の混合気形成を担うと共
に、通常の燃料噴射状態においても、この第１の混合気
形成手段によって混合気を形成させる。図８は、前記第
２の混合気形成手段を説明する図である。前記第２の混
合気形成手段は、点火プラグ近傍の第１混合気層と、該
第１混合気層よりも薄い空燃比の第２混合気層とからな
る層状混合気を燃焼室内に形成させる手段であり、圧縮
行程初期までは、図７に示した第１の混合気形成手段と
同様に燃焼室内に均一空燃比の混合気を生成している。
但し、相違点として、前記圧縮行程初期までに形成され
る混合気は、一旦火炎の核が生成された後は安定的に燃
焼が継続し得る程度の極力薄い混合気（例えば空燃比２
５から３０程度）とされる点である。

【００４１】この状態から、点火時点（着火時点）で燃
料が点火プラグ周りに到達するようなタイミングで追加
の燃料噴射を、吸気行程中の噴射で形成された混合気中
に行わせる。この追加噴射においては、先の均一空燃比
の混合気と合わされて安定的に着火できる空燃比の混合
気を生成できるだけの燃料を噴射させる。以上により、
点火プラグ周りの比較的濃い第１混合気層と、その他の
部分の比較的空燃比の薄い第２混合気層とからなる層状
の混合気が形成され、点火プラグ周りには確実に着火で
きる空燃比の混合気層（第１混合気層）が存在し、安定
的に火炎核が生成され、その他の燃焼室部分にも安定燃
焼可能な空燃比の混合気（第２混合気層）が存在するた
め、先にできた火炎核により燃焼が広がり、良好な燃焼
が得られる。

【００４２】図８に示すように、燃料噴射方向と空気の
流れ方向とを一致させてあり、また、内燃機関としては
安定した燃焼室内空気流動場を点火プラグ近くに生成で
きるように、吸気制御弁や吸気ポートを設計することに
より、図８に示す追加噴射による燃料噴霧が点火プラグ
位置に達するように噴射タイミングを制御することは容
易である。

【００４３】また、リーン空燃比ではあるが、既に充分
気化の進行した混合気に対して追加噴射を行うため、点
火時点の混合気は空燃比的にみても、また、燃料の気化
の状態としてみても、安定的に着火可能な状態になり、
着火及び火炎核の生成、火炎の拡大といった一連の燃焼
作用を安定的に実現することが可能である。次に、本実
施例における噴射制御の詳細を図９及び図１０のフロー
チャートに従って説明する。

【００４４】図９のフローチャートは、燃料噴射停止・
再開の判断制御を示すものであり、Ｓ１，Ｓ２では、ス
ロットル弁開度及び機関回転数を検出する。Ｓ３では、
燃料噴射の停止中であるか否かを判別し、燃料噴射停止
中でない場合には、Ｓ４へ移行して燃料噴射停止判断を
行う。前記燃料噴射停止判断は、まず、Ｓ５で機関回転
数が所定回転数Ｎ３を越えているか否かを判別し、所定
回転数Ｎ３を越えている場合には、次のＳ６でスロット
ル弁が全閉であるか否かを判別する。そして、機関回転
数がＮ３を越えていてかつスロットル弁が全閉であると
きには、運転者の減速意図がありかつエンストの危険性
もない状況であると判断し、Ｓ７へ進んで燃料噴射停止
の判断を行う（燃料供給停止手段）。

【００４５】一方、機関回転数が所定回転数Ｎ３以下で
あるか、又は、スロットル弁が全閉でない場合には、Ｓ
８へ進んで燃料噴射継続の判断を行う。また、Ｓ３で燃
焼噴射停止中であると判別されると、Ｓ９へ進み、燃料
噴射停止中における燃料噴射再開判断を行う。前記燃料
噴射再開判断は、まず、Ｓ１０で機関回転数が所定回転
数Ｎ１（＜Ｎ３）を越えているか否かを判別し、前記所
定回転数Ｎ１以下であるときには、エンストの危険があ
ると見做してＳ１２へ進み、燃料噴射を再開させる。

【００４６】また、Ｓ１０で機関回転数が所定回転数Ｎ
１を越えていると判別された場合には、Ｓ１１へ進み、
スロットル弁が全閉であるか否かを判別する。そして、
スロットル弁が非全閉位置にあり運転者による減速中止
の意図が示された場合には、Ｓ１２へ進み燃料噴射を再
開させる。一方、機関回転数がＮ１を越えており、か
つ、スロットル弁が全閉位置であるときには、Ｓ１３へ
進み、燃料噴射停止状態の継続を判断する。

【００４７】尚、前記所定回転数Ｎ１は、変速機のギヤ
位置や減速度などにより、高減速比のときほど或いは減
速度が高いほど大きく設定される変数としても良い。同
様に、前記所定回転数Ｎ３についても、変速機のギヤ位
置や減速度に応じて修正される変数としても良い。但
し、Ｎ１，Ｎ３を変数とする場合でも、Ｎ３＞Ｎ１とい
う関係が保持される必要があることは明らかである。

【００４８】以上は、所謂減速時の燃料噴射停止制御を
示すものであるが、同様に、高回転数時や高車速時に燃
料噴射を停止させる構成であっても良く、この場合、所
定の高回転数以上或いは所定の車速以上であるときに燃
料噴射を停止させ、該噴射停止条件よりもある程度低い
機関回転数又は車速にまで低下した時点で燃料噴射を再
開させる制御特性を設定できる。

【００４９】上記図９に示すフローチャートによって燃
料噴射停止状態から燃料噴射再開に移行するように判断
された場合には、前述のように、層状混合気を形成させ
る第２の混合気形成手段による混合気形成から開始さ
せ、該第２の混合気形成手段により燃焼毎に平均空燃比
が徐々に濃くなるようにし（平均空燃比リッチ化手
段）、平均空燃比がある値に達してから前記第１の混合
気形成手段に戻すようにする（混合気形成切換え手
段）。

【００５０】図１０のフローチャートは、前記燃料噴射
停止・再開の判断制御に基づく第１，第２の混合気形成
手段の切換え制御の様子（混合気形成切換え手段，平均
空燃比リッチ化手段，均一空燃比リッチ化手段としての
機能）を示す。まず、Ｓ２１では、通常の燃料噴射制御
状態（図５参照）であるか否かを判別し、通常時におい
ては、Ｓ２２へ進み、前記第１の混合気形成手段によっ
て燃焼室内に通常時の目標空燃比の均一混合気を形成さ
せる。

【００５１】Ｓ２１で、通常制御状態でないと判別され
たときには、Ｓ２３へ進み、燃料噴射停止状態（図５参
照）であるか否かを判別する。そして、燃料噴射停止と
判別された場合には、Ｓ２４へ進み、燃料噴射操作を停
止させる。一方、Ｓ２３で停止状態でないと判別された
場合には、残る燃料噴射再開制御状態であり（Ｓ２
５）、このときの制御をＳ２６以降で説明する。

【００５２】Ｓ２６では、燃料噴射再開判断直後の１回
目の噴射であるか否かを判断し、１回目であるときに
は、Ｓ２７へ進み、第２の混合気形成手段を実行させる
に当たっての初期化を行う。具体的には、第２混合気層
の空燃比を、安定燃焼可能なできる限り薄い空燃比とし
て予め設定された初期値に設定し、また、第１混合気層
の混合気の空燃比を安定着火可能な空燃比として予め設
定された初期値に設定する。前記第１，第２混合気層の
空燃比の初期値は、機関性能等によって変化するが、例
えば第１混合気層の空燃比を１８程度、第２混合気層の
空燃比を２５から３０程度の値にすることができる。

【００５３】ここで、暖機途上の内燃機関では、燃焼室
温度が低く、かつ、燃料温度も低いために燃料気化性能
が悪化することになるため、機関冷却水温度或いは燃料
温度が低いほど前記初期空燃比を濃くするようにしても
良い。Ｓ２８では、前記設定された初期空燃比に基づい
て第１混合気層，第２混合気層からなる層状混合気を、
前記第２の混合気形成手段により燃焼室内に形成させ
る。

【００５４】一方、Ｓ２６で噴射再開直後でないと判断
された場合には、Ｓ２９へ進み、前回採用した混合気形
成手段が、第１の混合気形成手段であったか否かを判別
し、前回において第２の混合気形成手段を採用していた
場合には、Ｓ３０へ進み、前回と同じ第２の混合気形成
手段で形成される第２混合気層の空燃比を前回より所定
量だけ濃くする設定を行うことで平均空燃比をリッチ化
させる処理を行い、この空燃比のリッチ化によって徐々
にトルク発生量を増やし、滑らかなトルク変化を生むよ
うにする。

【００５５】尚、第１混合気層を形成するための圧縮行
程における追加噴射は、確実に点火プラグ周りにその層
を形成するためにある程度の噴射量を常に確保する必要
があり、第２混合気層の空燃比を濃くするに従って、こ
の第２混合気層中への追加噴射によって形成される第１
混合気層の空燃比も濃くなって行くことになる。次のＳ
３１では、第１，第２混合気層を合わせた燃焼室内全体
の平均空燃比ＡＦＲ０を算出する。

【００５６】具体的には、下式に示すように、シリンダ
に吸入されたと推測される新気空気量を、２回に分けて
噴射した燃料の総量で除算すれば良い。平均空燃比ＡＦＲ０＝シリンダ吸入空気量(kg)／｛吸気
行程噴射量(kg)＋圧縮行程噴射量(kg)｝Ｓ３２では、前記平均空燃比ＡＦＲ０が安定着火可能で
かつ安定燃焼可能な所定空燃比であるか否かを判断し、
前記所定空燃比に達していない場合には、Ｓ２８へ進ん
で継続的に第２の混合気形成手段を採用させることで、
前記平均空燃比ＡＦＲ０が前記所定空燃比に達するまで
の間、第２の混合気形成手段により形成される層状混合
気の平均空燃比を徐々に濃くする処理が行われることに
なる。

【００５７】一方、第２の混合気形成手段で形成される
層状混合気の平均空燃比が前記所定空燃比にまでリッチ
化されたことがＳ３２で判別されると、Ｓ３３へ進み、
第２の混合気形成手段から燃焼室内に均一混合気を形成
させる第１の混合気形成手段への切換えを行う。この切
換え初回において、第１の混合気形成手段で形成させる
混合気の初期空燃比を前記平均空燃比ＡＦＲ０の最終
値、即ち、第２から第１の混合気形成手段への切換え空
燃比とすることは言うまでもない。即ち、第２の混合気
形成手段から第１の混合気形成手段への切換えにおいて
は、第２の混合気形成手段で形成される層状混合気の平
均空燃比が、安定着火可能でかつ安定燃焼可能な所定空
燃比に達しているか否かに基づいて行われるから、第１
の混合気形成手段で前記所定空燃比の均一混合気を形成
させても、安定した着火性及び燃焼が得られることにな
り、空燃比をステップ的に変化させることなく第２から
第１の混合気形成手段への切換えが行える。

【００５８】第２の混合気形成手段から第１の混合気形
成手段への切換えがなされると、次回のＳ２９における
判断によって、Ｓ２９からＳ３４へ進む。Ｓ３４では、
第１の混合気形成手段で形成させる均一混合気の空燃比
ＡＦＲ０を所定値αだけ濃くする処理を行い、次のＳ３
５では、前記Ｓ３４で濃くした空燃比ＡＦＲ０が通常運
転時の目標空燃比よりもリーンであるか否かを判別す
る。そして、通常時の目標空燃比にまで濃くなっていな
い場合には、Ｓ３３へ進み、前記空燃比ＡＦＲ０に基づ
いて第１の混合気形成手段で均一混合気を形成させる。

【００５９】第１の混合気形成手段で形成させる混合気
の空燃比を徐々に濃くしていって、通常運転時の目標空
燃比に等しくなるかより濃くなった場合には、Ｓ３６へ
進み、予め設定されている通常運転時の目標空燃比に基
づき第１の混合気形成手段で混合気を形成させる。そし
て、この段階で、燃料噴射再開制御の終了を判断し、通
常の燃料噴射制御へ移行させる（Ｓ３７）。

【００６０】このように、第２の混合気形成手段で形成
される層状混合気の平均空燃比を濃くしていき、該平均
空燃比が均一混合気を形成させたときに良好な着火燃焼
性が得られる程度にまでリッチ化されると、今度は第１
の混合気形成手段による混合気形成に切換え、更に、空
燃比を濃くしていって、最終的には、通常の目標空燃比
にまで混合気形成手段の切換えの前後を通じて空燃比を
徐々に濃くする。

【００６１】従って、燃料噴射再開時に着火・燃焼安定
性を確保しつつ、空燃比を滑らかに変化させて、発生ト
ルクの立ち上がりを滑らかにでき、以て、燃料噴射再開
時に車両の前後方向の振動が発生することを回避でき
る。図１１は、前記図１０のフローチャートに示される
燃料噴射再開時制御の内容を図式的に表したものであ
り、この図１１に示されるように、燃料噴射再開後は、
まず、第２の混合気形成手段により層状混合気を形成さ
せるようにし、かつ、燃焼サイクル毎に第２混合気層の
空燃比を徐々に濃くする。尚、この第２混合気層のリッ
チ化に応じて点火プラグ近傍の第１混合気層の空燃比も
徐々に濃くなることになる。

【００６２】前記第２混合気層の空燃比を徐々に濃くす
ることによって層状混合気の平均空燃比が所定値に達す
ると、混合気形成手段を第１の混合気形成手段に切換
え、ここでもまた燃料サイクル毎に均一混合気の空燃比
を徐々に濃くして行き、均一混合気の空燃比が通常運転
時の目標空燃比に達すると、制御状態を通常燃料噴射制
御状態へと移行させるものである。

【００６３】また、図１２は、図１０のフローチャート
に示す再開時制御における噴射量及び空燃比の変化を示
すタイムチャートである。噴射再開初期には、吸気行
程，圧縮行程それぞれで所定量の燃料を噴射し、これに
より点火プラグ周りの第１混合気層と、その他の部分の
第２混合気層とを形成させるが、燃焼サイクル毎に吸気
行程での噴射量を徐々に増加させることで、第２混合気
層の空燃比が徐々に濃くし、これに伴って、噴射量が一
定とされる圧縮行程中の噴射で形成される第１混合気層
の空燃比も濃くなって行く。

【００６４】図１２では、第２の混合気形成手段におけ
る平均空燃比が安定着火・燃焼可能な所定空燃比に噴射
４回目でなったと仮定し、噴射５回目以降からは、第１
の混合気形成手段によりすべて吸気行程噴射を行い、均
一空燃比の混合気を形成させている。第１の混合気形成
手段に移行してからも空燃比を徐々に濃くして行き、図
１２の場合では、噴射６回目からは空燃比が通常噴射時
の目標空燃比と同じ値に設定され、以降は通常燃料噴射
状態となる。

【００６５】尚、図１２では、図１０のフローチャート
の制御内容に合わせて、６回目の噴射を噴射再開制御の
一部として記しているが、実質上は通常燃料噴射制御と
見做しても良い。また、図１２では、混合気形成手段の
切換えと空燃比との相関を簡易に示すために、燃料噴射
再開制御中の吸入空気量を一定と仮定して、総噴射量と
空燃比が逆比例関係にあるように示しているが、実際に
は、再開時制御中にも吸入空気量が変化するため、空燃
比としては図中に示すように変化させるものの、実際の
燃料噴射量は、変化する吸入空気量と空燃比とに応じて
変化することになる。

【００６６】次に、燃料噴射再開制御の第２実施例を、
図１３のフローチャートに従って説明する。前記図１３
のフローチャートにおいてＳ５０以外の各ステップは、
すべて前述の第１実施例を示す図１０のフローチャート
に示す処理内容と同じであり、Ｓ５０の部分（図１０に
おけるＳ３０）のみが異なる。従って、Ｓ５０以外の各
ステップにおける処理内容の説明を省略し、Ｓ５０の部
分を中心として以下に説明する。

【００６７】前記図１０のフローチャートに示す第１実
施例では、燃料噴射再開初期の第２の混合気形成手段に
おける層状混合気の形成においては、第２混合気層の空
燃比を徐々に濃くすることで平均空燃比を濃くして行く
構成としたが、図１３のフローチャートに示す第２実施
例では、第２混合気層の空燃比を一定とする代わりに、
Ｓ５０で第１混合気層を形成させるための噴射量を増加
させて、燃焼室内で第１混合気層が占める割合を徐々に
増加させていくことで、平均空燃比を徐々に濃くする構
成としてある。

【００６８】図１４は、上記第２実施例の制御の様子を
図式的に表すものであり、第２の混合気形成手段による
第１混合気層（点火プラグ周りに形成される混合気層）
の領域を徐々に大きくして平均空燃比を濃くしていっ
て、第１，第２混合気層の平均空燃比が所定の安定着火
かつ安定燃焼可能な空燃比に達すると、第１の混合気形
成手段により吸気行程噴射のみによって均一混合気を形
成させる状態に移行させる。ここで、第１の混合気形成
手段に移行させてから更に空燃比を濃くしていって、通
常噴射時の目標空燃比に達した段階で再開制御を終了さ
せる構成は、前記第１実施例と同様である。

【００６９】図１５は、上記第２実施例における噴射量
及び空燃比の変化を示すタイムチャートであり、第２の
混合気形成手段による混合気形成段階では、吸気行程中
の噴射量（第２混合気層の空燃比）を一定にする一方、
圧縮行程中の噴射量を増大させる（第１混合気層の割合
を増加させる）ことで、平均空燃比を徐々に濃くして行
く様子が示されている。尚、第１混合気層が占める割合
を増大させるに従って、幾分第１混合気層の空燃比も徐
々に濃くなる。

【００７０】図１５のタイムチャートも、前記図１２の
タイムチャートと同様に、噴射再開時の吸入空気量を一
定と仮定した場合の噴射量変化の様子を示したものであ
り、実際には吸入空気量及び制御目標空燃比の変化に応
じて噴射量が変化することになる。この第２実施例にお
いても第１実施例同様に、燃料噴射再開時に着火・燃焼
安定性を損なうことなく、発生トルクを滑らかに回復さ
せることができるので、排気性能の悪化を確実に回避し
つつ、燃料噴射再開時に運転者に不快な振動を感じさせ
ることを防止できる。

【００７１】即ち、前記層状混合気においては、点火プ
ラグ周りの第１混合気層が安定着火可能な空燃比であれ
ば、第２混合気層の空燃比はそれよりも薄い燃焼安定性
が確保できる程度の空燃比とすることができ、均一混合
気を形成させる場合に比べて燃焼性を確保しつつ平均空
燃比をより薄くすることが可能である。従って、燃料噴
射再開時に第１，第２混合気層からなる層状混合気を形
成させる構成とすれば、着火・燃焼性を確保しつつ初期
の発生トルクを充分に低く抑制でき、然も、前記層状混
合気の平均空燃比を徐々に濃くすることで、発生トルク
を滑らかに増加させることが可能である。

【００７２】更に、第２の混合気形成手段から第１の混
合気形成手段に切換えてからも、均一混合気の空燃比を
徐々に濃くして、通常運転時の目標空燃比にまで回復さ
せるから、燃料噴射再開時に通常発生トルクにまで滑ら
かに復帰させることができるものである。ここで、燃料
噴射タイミング等に関する具体的実施例を以下に示す。

【００７３】例えば排気量２０００ｃｃの４気筒自然吸
気機関におけるシーケンシャル燃料噴射制御を例とす
る。この場合、各気筒毎に噴射タイミング等が個別に設
定され、実質１気筒毎の制御となるため、以下では所定
の１つの気筒の説明とする。前記機関の例では、１つの
気筒の行程容積は５×１０^-4ｍ³であり、慣性過給等の
影響で多少増加する場合はあるものの、概ね最大吸入空
気量は１気筒当たり標準状態で５×１０^-4ｍ³程度にな
り、その質量としては、略６×１０^-4kg程度となる。

【００７４】直噴式機関では、この空気に見合う量の燃
料を、吸気行程及び圧縮行程の一部からなるクランク角
度で略２７０deg の範囲内で噴射終了させなければなら
ない。最も厳しい条件として、回転数7000rpm で空燃比
１２程度に相当する燃料を供給するためには、約6.5mse
c の間に５×１０^-5kgの燃料を噴射できる噴射システム
を必要とする。

【００７５】ここで、燃料噴射弁に駆動電圧を印加して
も弁はすぐには開かず、実際に開弁するまでにはある時
間を要するが、前記遅れ時間は事前に知ることができる
ため、駆動タイミングを前記遅れ時間だけ先行させるこ
とで、上記の約6.5msec の間は、全て噴射時間として使
用できる。従って、噴射弁の特性としては、前記最も厳
しい条件下で、7.7 ×１０^-3kg/secの能力があれば良
い。

【００７６】燃料噴射再開直後の燃焼室内の吸入空気量
を、標準状態で0.35気圧程度に相当する量であるとする
と、その量は2.1 ×１０^-4kgであり、例えば第２混合気
層の空燃比を２８にするためには、7.5 ×１０^-6kgの燃
料を噴射する必要があり、噴射能力を前記設定とした場
合には噴射時間（開弁時間）は9.75×１０^-4sec とな
る。

【００７７】一方、前記第２混合気層を形成するための
噴射タイミングは、排気弁が閉じた後の適当なタイミン
グで良く、噴射タイミング制御もそれほど厳密である必
要はないが、圧縮行程での噴射タイミングは、点火時点
で点火プラグ近傍に第１混合気層を位置させる必要があ
り、正確な噴射タイミングが要求される。そこで、第１
混合気層を形成させるための圧縮行程中の噴射タイミン
グ制御を、図１６のフローチャートに従って説明する。

【００７８】図１６のフローチャートにおいて、Ｓ６１
では、機関回転数及び機関負荷からなる運転条件を読み
出し、次のＳ６２では、前記運転条件に基づき、例えば
マップデータの検索によって点火時期（点火進角値ＣＡ
１）を算出する。Ｓ６３では、噴射燃料噴霧のトラベル
タイムＴ１の算出を行う。前記噴射燃料噴霧のトラベル
タイムＴ１とは、燃料噴射弁から噴射された燃料噴霧
が、点火プラグ位置まで移動するのに要する時間を示し
ている。この時間Ｔ１は、燃焼室内の空気流速によって
変化し、主に機関回転数に従属するため、実際上は、実
験的に得られた回転数に応じたテーブルデータ（図１７
参照）の検索、或いは、回帰式により算出される。

【００７９】Ｓ６４では、噴射弁開弁必要時間（開弁遅
れ時間）Ｔ２の算出を行う。燃料噴射弁に駆動電圧を印
加しても、コイルに流れる電流は直ぐに増加することは
なく電気的遅れが生じ、また、コイルに通電されても物
理的に直ぐに噴射弁が開くことはなく機械的遅れが生じ
ることになり、これらからなる開弁遅れ時間をＴ２とす
るものである。一例として、燃料噴射弁にバッテリ電圧
を印加する場合、バッテリ電圧に応じて前記電気的遅れ
時間が変化する一方、前記機械的遅れ時間は略一定と見
做せるので、前記時間Ｔ２の算出は、バッテリ電圧をパ
ラメータとするテーブル検索（図１８参照）により行え
る。

【００８０】Ｓ６５では、噴射エッジ余裕時間Ｔ３を算
出する。前記噴霧トラベル時間Ｔ１と遅れ時間Ｔ２との
総和（Ｔ１＋Ｔ２）は、噴射弁の駆動開始から点火プラ
グ位置まで噴霧の先端エッジが到達する時間を示すこと
になる。但し、点火時点で点火プラグ位置に噴霧先端エ
ッジが到達するように駆動を開始させると、実際には、
いろいろな条件や部品のバラツキ等によって、場合によ
っては点火プラグ周りに燃料噴霧が到達しない場合も発
生する。この場合，着火ミス等の原因となってしまうた
め、予め設定した余裕時間をＴ３として設定し、前記余
裕時間Ｔ３だけ速めに燃料噴霧が点火プラグに到達する
ようにし、点火時点で燃料噴霧が点火プラグに到達して
いないという事態の発生を回避する。

【００８１】Ｓ６６では、前記時間Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３を
総計した時間を、総リードタイムＴall とする。前記総
リードタイムＴall は、点火時点から遡って燃料噴射弁
の駆動を開始すべき時間を示す。Ｓ６７では、前記総リ
ードタイムＴall を機関回転数に基づいてクランク角Ｃ
Ａ２に換算する。

【００８２】Ｓ６８では、前記点火時期ＣＡ１に前記ク
ランク角ＣＡ２を加算し、この加算値を、燃料噴射弁の
駆動を開始するためのタイミングとして設定する。前記
点火時期ＣＡ１は圧縮ＴＤＣ前の角度として与えられる
から、前記噴射開始タイミングは、圧縮ＴＤＣ前のクラ
ンク角として与えられることになる。ところで、通常の
運転状態における点火時期は、機関回転数や吸入空気量
（機関負荷）から例えばマップ検索によって与えられる
が、第２の混合気形成手段により層状の混合気を形成さ
せている場合には、燃焼室内の平均空燃比が通常とは異
なり、かつ、燃焼室内の混合気分布が存在し、燃焼速度
が通常運転時とは異なるため、通常時とは異なる点火時
期要求が発生する。

【００８３】ここで、第２混合気層の空燃比を変化させ
ることで平均空燃比を変化させる構成の場合には、着火
後の燃焼の大部分を占める第２混合気層における燃焼速
度が点火時期を決定する最大の要因となるため、第２混
合気層の燃焼速度、即ち、第２混合気層の空燃比に基づ
き、通常の運転時に対応する点火時期を補正する（第２
混合気層による点火時期補正手段）ことが好ましい。

【００８４】具体的な点火時期補正の様子は、図１９の
フローチャートに示してある。図１９のフローチャート
において、まず、Ｓ７１で運転条件を読み出し、次のＳ
７２では、通常運転状態に対応する基本点火時期ＣＡ０
を前記運転条件に基づくマップ検索で求める。Ｓ７３で
は、第２混合気層の制御目標空燃比を読み出し、Ｓ７４
では、前記空燃比に応じて点火時期の補正係数ｋ１を求
める。そして、Ｓ７５では、前記基本点火時期ＣＡ０に
補正係数ｋ１を乗じて点火時期ＣＡ１を補正設定する。

【００８５】前記補正係数ｋ１は、通常運転時の目標空
燃比を理論空燃比とすると、例えば図２０に示すよう
に、空燃比が理論空燃比よりも薄くなる（燃焼速度が遅
くなる）ほど１より大きな値に変化するようにして、第
２混合気層の空燃比が薄いときほど進角補正するように
設定する。上記第２の混合気形成手段における平均空燃
比を、第２混合気層の空燃比変化によって、又は、第１
混合気層が占める割合の変化によって変化させる構成の
場合には、平均空燃比に基づいて点火時期を補正設定す
る（平均空燃比による点火時期補正手段）構成としても
良く、この具体例を図２１のフローチャートに示してあ
る。

【００８６】図２１のフローチャートにおいて、運転条
件（Ｓ８１）に応じて基本点火時期ＣＡ０を設定する
（Ｓ８２）一方、層状の混合気層が形成される燃焼室内
の平均空燃比ＡＦＲ０の算出結果（Ｓ８３）に基づいて
補正係数ｋ２を設定する。そして、前記補正係数ｋ２を
基本点火時期ＣＡ０に乗じて点火時期ＣＡ１を補正設定
する。

【００８７】前記補正係数ｋ１は、図２２に示すよう
に、前記補正係数ｋ１と同様に、空燃比が薄くなる（燃
焼速度が遅くなる）ほど１より大きな値に変化するよう
にして、平均空燃比が薄いときほど進角補正するように
設定する。また、前記混合気形成手段の切換え及び制御
空燃比の漸減からなる噴射再開時のトルク制御に対し
て、噴射気筒数の順次増加や、点火時期の遅角補正によ
るトルク制御を付加して実行させる構成としても良い。

【００８８】即ち、燃料噴射を再開させる際に、前記混
合気形成手段の切換え及び制御空燃比の漸減からなるト
ルク制御を実行させるが、全気筒について一斉に噴射を
再開させるのではなく、噴射再開気筒を順次増やしてい
く構成とすれば良い。ここで、単にトルクの抑制だけを
問題とするならば、１気筒ずつ順に燃料噴射再開を行え
ば良いが、クランク軸に加わる力がアンバランスになる
と、振動が発生するといった問題が発生するので、例え
ば全気筒数の半分（６気筒機関では３気筒）についてま
ず噴射を再開させ、残りの気筒についてはディレーを設
けて噴射を再開させるようにすることが好ましい。

【００８９】また、燃料噴射を再開させる際に、前記混
合気形成手段の切換え及び制御空燃比の漸減からなるト
ルク制御を実行させると共に、かかる再開制御中におい
ては、点火時期を遅角側に補正して発生トルクを抑制す
るようにすれば良い。ところで、前記第１実施例では、
第２混合気層の空燃比を徐々に濃くする構成としている
が、空燃比を濃くする速度を固定とするのではなく、機
関回転数（機関回転速度）の減速度が大きい場合には、
発生トルクの回復も速やかに行うように空燃比を濃くす
る速度を速くすれば（リッチ化速度可変手段）、特に減
速時の燃料カット制御において、機関回転数の異常な低
下や更に進んでエンストの危険を有効に回避できること
になる。

【００９０】燃料噴射停止制御に伴うエンストの発生を
回避するためには、燃料噴射を再開させる回転数（リカ
バー回転数）を高く設定すれば良いが、リカバー回転数
を高くすると、燃料噴射停止の効果を充分に得ることが
できなくなってしまう。これに対し、上記のように、回
転数の減速度に応じて空燃比を濃くする速度を変化させ
る構成とすれば、耐エンスト性が向上するため、前記リ
カバー回転数を下げることができ、以て、燃費向上など
の噴射停止制御の効果を最大限に得ることができる。

【００９１】上記空燃比変化速度の制御（リッチ化速度
可変手段）を、図２３のフローチャートに従って具体的
に説明する。図２３のフローチャートにおいて、まず、
Ｓ９１では、燃料噴射再開後の最初の処理であるか否か
を判別し、初回である場合には、Ｓ９２へ進み、第２の
混合気形成手段による混合気形成における制御目標空燃
比として初期値を設定する。また、このとき、機関回転
数の低下速度（減速度）を算出するために、Ｓ９３で現
在の機関回転数をＮｅ_-old として記憶する。

【００９２】燃料噴射再開後の２回目以降の処理の際に
は、Ｓ９１からＳ９４へ進み、現在の機関回転数をＮｅ
_-new として読み込む。次のＳ９５では、前記現在の機
関回転数Ｎｅ_-new と前回処理時点での機関回転数Ｎｅ
−old との差をとり、回転数変動ｄＮｅ（＝Ｎｅ_-old
−Ｎｅ_-new ）を算出する（減速度検出手段）。Ｓ９６
では、次回における前記Ｓ９５での処理のために、現在
の機関回転数をＮｅ_-old として記憶する。

【００９３】Ｓ９７では、前記回転数変動ｄＮｅを所定
の減速度指標と比較し、減速度が基準よりも大きい場合
には、Ｓ９８へ進んで、第２混合気層の空燃比（燃焼室
内の平均空燃比）を徐々に濃くする量αとして、急減速
時用の比較的に大きな値であるα１を設定することで、
空燃比をより速く通常空燃比に戻すようにする。一方、
減速度が基準よりも小さい場合には、Ｓ９９へ進んで、
滑らかなトルク変化を実現すべく前記α１よりも小さな
通常減速時用のα２を設定する。

【００９４】そして、Ｓ１００では、前回の第２混合気
層の空燃比ＡＦＲ２に対して前記αだけ空燃比を濃くし
た空燃比を、今回の制御空燃比ＡＦＲ２とし、この制御
空燃比ＡＦＲ２の空燃比の第２混合気層を形成させるよ
うにする。尚、上記図２３のフローチャートに示した処
理は、前記図１０のフローチャートにおけるＳ３０の処
理内容に相当することになるが、第１の混合気形成手段
により混合気形成を行わせるときにも、空燃比を徐々に
濃くするに当たって、前記同様に回転数の減速度に応じ
てその速度を変化させるようにすれば良い。

【００９５】また、上記図２３のフローチャートに示す
例では、急減速であるか否かの２種類に判別し、第２混
合気層の空燃比を濃くする速度を２種類に切換える構成
としたが、減速度の度合いに応じて連続的に空燃比変化
速度の補正を行う構成であっても良い。更に、前記第２
実施例において、第１混合気層が占める割合（結果的に
は平均空燃比）を徐々に拡大させる制御を行う際にも、
前記拡大の速度をそのときの回転数の減速度に応じて変
化させることが好ましく、かかる制御の具体例を、図２
４のフローチャートに示してある。

【００９６】図２４のフローチャートにおいて、Ｓ１１
１では、今回の処理が燃料噴射再開直後の最初の処理で
あるか否かを判断し、初回の場合には、Ｓ１１２へ進
み、燃焼室内平均空燃比ＡＦＲ０として初期値を設定す
る。ここで、第２混合気層の空燃比は所定の空燃比ＡＦ
Ｒ２が設定されるため、次のＳ１１３では、シリンダ吸
入空気量Ｑcyl 及び前記空燃比ＡＦＲ０，ＡＦＲ２に基
づき、点火プラグ近傍の第１混合気層を形成するための
圧縮行程噴射量Ｔinj2を、Ｔinj2＝Ｑcyl ／ＡＦＲ０−Ｑcyl ／ＡＦＲ２として算出する。

【００９７】Ｓ１１４では、次回の処理の際に機関回転
数の低下速度を算出するために、現在の機関回転数をＮ
ｅ_-old として記録する。２回目以降の処理において
は、Ｓ１１１からＳ１１５へ進み、現在の機関回転数Ｎ
ｅ_-new を読み込み、Ｓ１１６では、前記現在の機関回
転数Ｎｅ_-new と前回処理時点での機関回転数Ｎｅ−ol
d との差をとり、回転数変動ｄＮｅ（＝Ｎｅ _-old −Ｎ
ｅ_-new ）を算出する。

【００９８】Ｓ１１７では、次回における前記Ｓ１１６
での処理のために、現在の機関回転数をＮｅ_-old とし
て記憶する。Ｓ１１８では、前記回転数変動ｄＮｅを所
定の減速度指標と比較し、減速度が基準よりも大きい場
合には、Ｓ１１９へ進んで、燃焼室内の平均空燃比を徐
々に濃くする割合（平均空燃比リッチ化率）を急減速時
用の比較的に大きな値であるβ１を設定し、減速度が基
準よりも小さい場合には、Ｓ１２０へ進んで、前記β１
よりも小さな通常減速時用のβ２を設定する。

【００９９】そして、Ｓ１２１では、前回の燃焼室内平
均空燃比ＡＦＲ０に対して前記平均空燃比リッチ化率β
に基づく補正を施して、平均空燃比ＡＦＲ０のリッチ化
を行い、Ｓ１２２では、前記βに基づいてリッチ化補正
された平均空燃比ＡＦＲ０に基づいて前記Ｓ１１３と同
様にして圧縮行程噴射量（追加噴射量）Ｔinj2を算出す
る。

【０１００】かかる平均空燃比ＡＦＲ０に基づく圧縮行
程噴射量Ｔinj2の設定により、減速度が大きいときほど
第１混合気層を形成するための噴射量Ｔinj2が増大さ
れ、結果的に、第１混合気層が燃焼室内に占める割合が
減速度の大きいときほど拡大されて、平均空燃比のリッ
チ化が図られ、急減速が抑制される。上記図２４のフロ
ーチャートに示す例でも、急減速であるか否かの２種類
に判別し、平均空燃比（第１混合気層の占める割合）を
リッチ側に変化させる速度を２種類に切換える構成とし
たが、減速度の度合いに応じて連続的に空燃比変化速度
の補正を行う構成であっても良い。

【０１０１】前記図２３又は図２４のフローチャートに
示す制御では、減速度に応じていずれも制御空燃比の変
化速度を変化させる構成としたが、第１の混合気形成手
段で形成される第１混合気層の噴射量を、第１混合気層
を形成するための燃料噴射の直前における減速度に応じ
て直接的に変化させる構成（燃料量増量補正手段）とし
ても、耐エンスト性を向上させ得る制御が実現できる。

【０１０２】この実施例を、図２５のフローチャートに
従って説明する。Ｓ１３１では、今回の処理が燃料噴射
再開直後の最初の処理であるか否かを判別し、初回であ
るときにはＳ１３２へ進む。Ｓ１３２では、前記圧縮行
程噴射量（追加噴射量）Ｔinj2を増量補正するための補
正係数βとして初期値の1.0 をセットする。

【０１０３】次のＳ１３３では、次回の処理の際に機関
回転数の低下速度を算出するために、現在の機関回転数
をＮｅ_-old として記録する。２回目以降の処理におい
ては、Ｓ１３１からＳ１３４へ進み、現在の機関回転数
Ｎｅ_-new を読み込み、次のＳ１３５では、前記現在の
機関回転数Ｎｅ_-newと前回処理時点での機関回転数Ｎ
ｅ−old との差をとり、回転数変動ｄＮｅ（＝Ｎｅ_-ol
d −Ｎｅ_-new ）を算出する（減速度検出手段）。

【０１０４】Ｓ１３６では、次回における前記Ｓ１３５
での処理のために、現在の機関回転数をＮｅ_-old とし
て記憶する。Ｓ１３７では、前記回転数変動ｄＮｅを所
定の減速度指標と比較し、減速度が基準よりも大きい場
合には、Ｓ１３８へ進んで、前記増量係数βとして、１
よりも大きな急減速時用の所定値β１をセットし、減速
度が基準よりも小さい場合には、Ｓ１３９へ進んで、前
記βを初期値1.0 に保持する。

【０１０５】そして、Ｓ１４０では、前記増量補正係数
βを前記圧縮行程噴射量（追加噴射量）Ｔinj2に乗算し
て補正設定し、急減速時には圧縮行程噴射量Ｔinj2の増
量を図り、以て、平均空燃比をリッチ化させて発生トル
クを増加させ、回転数の落ち込みを抑制する。上記実施
例においても、減速度の度合いに応じて前記増量補正係
数βを連続的に変化させる構成とすることができる。

【０１０６】ところで、上記噴射再開制御時において、
ある時間毎或いは燃焼サイクル毎に平均空燃比を徐々に
濃くする構成に代えて、機関回転数の変化に対応させて
制御空燃比を変化させる構成（機関回転速度による空燃
比設定手段）とすることができる。即ち、燃料噴射を再
開する機関回転数と、その際の燃焼室内平均空燃比の設
定値と、空燃比を通常の設定空燃比に戻す機関回転数と
を予め決定しておき、その間の機関回転数では燃料噴射
再開後の初期空燃比と通常設定空燃比との間の値を、そ
のときの機関回転数に応じて設定する構成とするもので
ある。

【０１０７】これにより、少なくとも減少していく機関
回転数と空燃比との関係は一定となり、機関回転数の変
化に対応した滑らかな空燃比変化、引いては、滑らかな
発生トルク変化が実現できる。このようにして回転数減
少に対応してトルクが増加するようにすれば、急激な回
転低下を未然に防止できることになるから、燃料噴射を
再開させる機関回転数を低回転数側に設定できることに
なり、燃料噴射停止に伴う効果（燃費向上等）を最大限
に得られることとなる。

【０１０８】上記構成に対応する実施例（機関回転速度
による空燃比設定手段）を、図２６のフローチャートに
従って説明する。図２６のフローチャートにおいて、Ｓ
１５１では、燃料噴射再開制御中であるか否かを判別
し、通常噴射制御時或いは噴射停止制御時であれば、そ
のまま処理を終え、再開制御中であるときには、Ｓ１５
２へ進む。

【０１０９】Ｓ１５２では、機関回転数を読み出し、次
のＳ１５３では、現在の機関回転数Ｎｅが、通常の設定
空燃比に戻すタイミングとして予め設定された回転数Ｎ
ＩＮ（図２７参照）以下であるか否かを判別する。そし
て、前記回転数ＮＩＮ以下である場合には、Ｓ１５４へ
進んで通常空燃比を制御目標の平均空燃比として設定
し、前記回転数ＮＩＮを越えている場合には、Ｓ１５５
へ進んでそのときの機関回転数Ｎｅに応じて目標として
空燃比を算出する。具体的には、燃料噴射を再開させる
回転数と通常空燃比に復帰させる回転数とそれぞれに対
応する空燃比の間を、現在の機関回転数で線形補間する
ような図２７に示す特性に従って、目標の空燃比を設定
する。

【０１１０】

【発明の効果】以上説明したように請求項１の発明にか
かる直噴式内燃機関の制御装置によると、燃料供給再開
時に、まず、点火プラグ周りの第１混合気層とその他の
第２混合気層からなる層状混合気を形成させて燃焼さ
せ、その後、燃焼室内に均一な混合気を形成させるよう
にしたので、着火・燃焼安定性を確保しつつ充分に薄い
混合気から燃焼を再開させて、その後、通常の空燃比の
均一混合気を形成させてトルクの回復を図ることがで
き、以て、燃料供給再開時の急激なトルク変動を回避で
きるという効果がある。

【０１１１】請求項２の発明にかかる直噴式内燃機関の
制御装置によると、均一空燃比の混合気を、吸気行程中
を主としたタイミングの燃料供給で形成させるようにし
たので、吸気行程中の空気流に噴霧乗せて燃料の微粒化
を図り、燃焼安定性に優れた混合気形成が可能となると
いう効果がある。請求項３の発明にかかる直噴式内燃機
関の制御装置によると、吸気行程中の燃料供給によって
均一空燃比の混合気を形成させた後で、点火前の圧縮行
程で追加の燃料供給を行わせることによって、点火プラ
グ周りに比較的空燃比の濃い混合気層を形成させること
ができるという効果がある。

【０１１２】請求項４の発明にかかる直噴式内燃機関の
制御装置によると、燃料供給再開初期に層状の混合気を
形成させるときに、徐々に平均空燃比を所定値にまで濃
くするようにしたので、前記層状混合気の形成によって
得られるトルクを滑らかに増加させることができるとい
う効果がある。請求項５の発明にかかる直噴式内燃機関
の制御装置によると、第２の混合気形成手段から第１の
混合気形成手段に切換えられた後に、均一混合気の空燃
比を徐々に濃くすることで、均一混合気によって発生す
るトルクを滑らかに増加させることができるという効果
がある。

【０１１３】請求項６の発明にかかる直噴式内燃機関の
制御装置によると、層状混合気を構成する第２混合気層
の空燃比を徐々に濃くすることで、層状混合気の平均空
燃比を徐々に濃くして、燃料供給再開時のトルクを滑ら
かに変化させることができるという効果がある。請求項
７の発明にかかる直噴式内燃機関の制御装置によると、
層状混合気を構成する第２混合気層の空燃比を一定とす
る代わりに、同じく層状混合気を構成する第１混合気層
が燃焼室内で占める割合を徐々に増加させることで、平
均空燃比を徐々に濃くして、燃料供給再開時のトルクを
滑らかに変化させることができるという効果がある。

【０１１４】請求項８の発明にかかる直噴式内燃機関の
制御装置によると、前記第２混合気層の空燃比を徐々に
濃くするときに、燃焼室内で大部分を占めることになる
前記第２混合層の空燃比変化に応じて点火時期を補正設
定するようにしたので、空燃比変化による要求点火時期
の変化に対応して適正な点火制御が行えるという効果が
ある。

【０１１５】請求項９の発明にかかる直噴式内燃機関の
制御装置によると、層状混合気の平均空燃比を徐々に濃
くするときに、この平均空燃比の変化に応じて点火時期
を補正するようにしたので、平均空燃比変化による要求
点火時期の変化に対応して適正な点火制御が行えるとい
う効果がある。請求項10の発明にかかる直噴式内燃機関
の制御装置によると、層状混合気の平均空燃比を徐々に
濃くするに当たって、減速度が大きいときほど空燃比を
濃くする速度を速くするようにしたので、急激な減速を
抑制することができ、これによって、特に減速時の燃料
カット制御における耐エンスト性が向上し、燃料カット
を低回転側まで実行させて燃費向上を図れるという効果
がある。

【０１１６】請求項11の発明にかかる直噴式内燃機関の
制御装置によると、減速度が大きいときほど、点火プラ
グ周りの第１混合気層を形成するための燃料供給量を増
大補正するようにしたので、急減速時に平均空燃比を濃
くして急激な減速を抑制でき、これによって、特に減速
時の燃料カット制御における耐エンスト性が向上し、燃
料カットを低回転側まで実行させて燃費向上を図れると
いう効果がある。

【０１１７】請求項12の発明にかかる直噴式内燃機関の
制御装置によると、燃料噴射再開時に空燃比を徐々に濃
くするに当たって、機関回転速度の変化に応じて空燃比
を変化させるようにしたので、機関回転速度の変化に対
応した滑らかな空燃比変化（トルク変化）を実現して、
急減速の発生を未然に防止できるため、特に減速時の燃
料カット制御における耐エンスト性が向上し、燃料カッ
トを低回転側まで実行させて燃費向上を図れるという効
果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１の発明にかかる制御装置の構成ブロッ
ク図。

【図２】実施例における燃料噴射系を示すシステム図。

【図３】実施例における吸気制御系を示す図。

【図４】実施例における燃料噴射制御系を示すブロック
図。

【図５】実施例における燃料噴射制御の状態遷移を示す
図。

【図６】実施例における燃料噴射再開時の混合気形成の
遷移を示す図。

【図７】第１の混合気形成手段を示す燃料噴射状態図。

【図８】第２の混合気形成手段を示す燃料噴射状態図。

【図９】燃料噴射の停止／再開判断を示すフローチャー
ト。

【図10】燃料噴射再開時制御の第１実施例を示すフロー
チャート。

【図11】第１実施例における混合気状態の遷移を示す
図。

【図12】第１実施例における空燃比及び噴射量の変化の
様子を示すタイムチャート。

【図13】燃料噴射再開時制御の第２実施例を示すフロー
チャート。

【図14】第２実施例における混合気状態の遷移を示す
図。

【図15】第２実施例における空燃比及び噴射量の変化の
様子を示すタイムチャート。

【図16】噴射タイミングの制御を示すフローチャート。

【図17】回転速度による燃料噴霧のトラベルタイムの変
化を示す線図。

【図18】バッテリ電圧に対する遅れ時間の特性を示す線
図。

【図19】第２混合気層の空燃比に応じた点火時期補正制
御を示すフローチャート。

【図20】第２混合気層の空燃比に対する点火時期補正係
数ｋ１の特性を示す線図。

【図21】層状混合気の平均空燃比に応じた点火時期補正
制御を示すフローチャート。

【図22】層状混合気の平均空燃比に対する点火時期補正
係数ｋ２の特性を示す線図。

【図23】第２混合気層の空燃比リッチ化率を減速度に応
じて変化させる制御を示すフローチャート。

【図24】層状混合気の平均空燃比のリッチ化率を減速度
に応じて変化させる制御を示すフローチャート。

【図25】第１混合気層を形成するための燃料供給量を減
速度に応じて変化させる制御を示すフローチャート。

【図26】層状混合気の平均空燃比を回転速度に応じて設
定する制御を示すフローチャート。

【図27】回転速度に応じた平均空燃比の設定特性を示す
線図。

【符号の説明】

１内燃機関２燃料噴射弁３吸気ポート４吸気弁５点火プラグ６排気弁７排気ポート 11 燃料タンク 12 低圧燃料ポンプ 13 低圧リザーバ 14 低圧レギュレータ 15 高圧燃料ポンプ 16 高圧リザーバ 17 高圧レギュレータ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｆ０２Ｄ 41/12 ３３０Ｆ０２Ｄ 41/12 ３３０Ｊ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】各気筒の燃焼室内に直接燃料を供給する燃
料供給手段と、該燃料供給手段によって燃焼室内に均一空燃比の混合気
を形成させる第１の混合気形成手段と、前記燃料供給手段によって、点火プラグ近傍の第１混合
気層と、該第１混合気層よりも薄い空燃比の第２混合気
層とを燃焼室内に形成させる第２の混合気形成手段と、前記燃料供給手段による燃料供給を所定の運転条件で強
制的に停止させる燃料供給停止手段と、該燃料供給停止手段による燃焼供給停止状態から燃料供
給を再開するときに、前記第２の混合気形成手段により
混合気形成を行わせた後、前記第１の混合気形成手段に
よる混合気形成に切換える混合気形成切換え手段と、を含んで構成されたことを特徴とする直噴式内燃機関の
制御装置。
【請求項２】前記第１の混合気形成手段は、吸気行程中
を主としたタイミングで燃料供給を行わせることを特徴
とする請求項１記載の直噴式内燃機関の制御装置。
【請求項３】前記第２の混合気形成手段は、吸気行程中
を主としたタイミングで第２混合気層を形成するための
燃料供給を行わせた後、少なくとも点火前の圧縮行程で
第１混合気層を形成するための追加の燃料供給を行わせ
ることを特徴とする請求項１又は２に記載の直噴式内燃
機関の制御装置。
【請求項４】前記混合気形成切換え手段が、前記第２の
混合気形成手段により形成される混合気の燃焼室内にお
ける平均空燃比を所定値にまで徐々に濃くする平均空燃
比リッチ化手段を含んで構成されることを特徴とする請
求項１〜３のいずれか１つに記載の直噴式内燃機関の制
御装置。
【請求項５】前記混合気形成切換え手段が、前記第１の
混合気形成手段により形成される混合気の空燃比を所定
値にまで徐々に濃くする均一空燃比リッチ化手段を含ん
で構成されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか
１つに記載の直噴式内燃機関の制御装置。
【請求項６】前記平均空燃比リッチ化手段が、前記第２
の混合気形成手段により形成される第２混合気層の空燃
比を徐々に濃くしていくことで平均空燃比を徐々に濃く
していくことを特徴とする請求項４記載の直噴式内燃機
関の制御装置。
【請求項７】前記平均空燃比リッチ化手段が、前記第２
の混合気形成手段により形成される第１混合気層が燃焼
室内において占める割合を徐々に増加させることで平均
空燃比を徐々に濃くしていくことを特徴とする請求項４
記載の直噴式内燃機関の制御装置。
【請求項８】前記第２の混合気形成手段により混合気が
形成される期間において、第２混合気層の空燃比変化に
応じて点火時期を補正設定する第２混合気層による点火
時期補正手段を設けたことを特徴とする請求項６記載の
直噴式内燃機関の制御装置。
【請求項９】前記第２の混合気形成手段により混合気が
形成される期間において、燃焼室内の平均空燃比の変化
に応じて点火時期を補正設定する平均空燃比による点火
時期補正手段を設けたことを特徴とする請求項６又は７
に記載の直噴式内燃機関の制御装置。
【請求項10】機関回転速度の減速度を検出する減速度検
出手段と、該減速度検出手段で検出される減速度が大きいほど前記
平均空燃比リッチ化手段により平均空燃比を徐々に濃く
する速度を速くするリッチ化速度可変手段と、を設けたことを特徴とする請求項４〜９のいずれか１つ
に記載の直噴式内燃機関の制御装置。
【請求項11】機関回転速度の減速度を検出する減速度検
出手段と、該減速度検出手段で検出される減速度が大きいほど前記
第２の混合気形成手段において第１混合気層を形成する
ための燃料供給量を増大補正する燃料量増量補正手段
と、を設けたことを特徴とする請求項４及び６〜９のいずれ
か１つに記載の直噴式内燃機関の制御装置。
【請求項12】機関回転速度に応じて、前記第１の混合気
形成手段における均一混合気の空燃比と第２の混合気形
成手段における層状混合気の平均空燃比との少なくとも
一方の空燃比を設定する機関回転速度による空燃比設定
手段を設けたことを特徴とする請求項４〜１１のいずれ
か１つに記載の直噴式内燃機関の制御装置。