JPH09151771A - 直噴式ガソリンエンジンの燃料噴射制御装置 - Google Patents

直噴式ガソリンエンジンの燃料噴射制御装置

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JPH09151771A
JPH09151771A JP7315500A JP31550095A JPH09151771A JP H09151771 A JPH09151771 A JP H09151771A JP 7315500 A JP7315500 A JP 7315500A JP 31550095 A JP31550095 A JP 31550095A JP H09151771 A JPH09151771 A JP H09151771A
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combustion
injection
fuel
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timing
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Yukimasa Kai
志誠 甲斐
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Abstract

(57)【要約】 【課題】直噴ガソリンエンジンにおいて、成層燃焼と均
質燃焼との切り換え時にトルクショックが発生すること
を防止する。 【解決手段】吸気行程初期に燃料を噴射させて均質燃焼
を行わせる第１燃焼手段と、圧縮行程中に燃料を噴射さ
せて成層燃焼を行わせる第２燃焼手段とを備える一方、
前記第１，第２燃焼手段の切り換え時に過渡的に動作さ
せる第３燃焼手段を設ける。第３燃焼手段は、圧縮行程
中であって第２燃焼手段による噴射時期よりも早い時期
を噴射時期とするものである。そして、第１燃焼手段と
第３燃焼手段との間はステップ的に変化させるが、第３
燃焼手段と第２燃焼手段との間は、空燃比と共に噴射時
期を徐々に変化させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は直噴式ガソリンエン
ジンの燃料噴射制御装置に関し、詳しくは、各気筒の燃
焼室内に直接燃料を噴射する構成のガソリンエンジンに
おける噴射時期の制御技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、エンジンの燃焼室内に直接燃料を
噴射する燃料噴射弁を備え、エンジンの低負荷時には、
燃料の分散を抑えて点火栓近傍に燃料を供給させるべ
く、圧縮行程後期に燃料を噴射する一方、高負荷時には
燃料を積極的に分散化させるべく、吸気行程の初期にお
いて燃料を噴射する直噴式ガソリンエンジンが知られて
いる（特開昭６０−３０４２０号公報等参照）。
【０００３】かかる構成によると、低負荷時には、層状
給気によって点火栓付近に着火に充分な濃い混合気を形
成させることができるため、希薄な空燃比でも安定燃焼
を行わせることができる。一方、高出力が要求され比較
的多くの燃料が供給されることになる高負荷時には、吸
気行程中に燃料を噴射することで、燃焼室内に燃料を均
質に分散させて着火性が確保され、高出力が得られる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、前記直噴式
ガソリンエンジンにおいては、低負荷時の燃費向上を図
る成層燃焼と、高負荷時の出力を確保するための均質燃
焼との間で、ステップ的に燃焼を切り換えると、空燃比
変動によるトルクショックが発生するという問題があっ
た。
【０００５】かかるトルクショックの発生は、切り換え
速度を遅くすれば改善されることになるが、切り換え速
度を遅くすることは過渡応答性を損ねることになると共
に、吸気行程後期の排気中のＨＣ濃度が多量になる噴射
タイミングでの燃焼が行われることになって、ＨＣ排出
量が増大するという問題がある。本発明は上記問題点に
鑑みなされたものであり、圧縮行程噴射による成層燃焼
と吸気行程噴射による均質燃焼との間の切り換え時に、
ＨＣの排出量が増大することを回避しつつ、トルクショ
ックが発生することを防止できるようにすることを目的
とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】そのため請求項１記載の
発明は、図１に示すように構成される。図１において、
燃料噴射手段は、各気筒の燃焼室内に直接燃料を噴射す
る手段である。ここで、第１燃焼手段は、燃料噴射手段
による燃料噴射を吸気行程中の所定噴射時期に行わせて
均質燃焼を行わせる。
【０００７】また、第２燃焼手段は、燃料噴射手段によ
る燃料噴射を圧縮行程中の所定噴射時期に行わせて成層
燃焼を行わせる。更に、第３燃焼手段は、圧縮行程中で
あって前記第２燃焼手段による噴射時期よりも早い所定
噴射時期に前記燃料噴射手段による燃料噴射を行わせ
る。そして、噴射時期制御手段は、エンジンの運転条件
に応じて前記第１燃焼手段と第２燃焼手段とのいずれか
一方を選択して動作させる一方、前記第１燃焼手段と第
２燃焼手段との切り換え時に過渡的に前記第３燃焼手段
を動作させる。
【０００８】かかる構成によると、均質燃焼を行わせる
第１燃焼手段と、成層燃焼を行わせる第２燃焼手段との
間で切り換えを行うときに、第１，第２燃焼手段の噴射
時期の中間的な噴射時期で燃料を噴射させる第３燃焼手
段を動作させることで、第１，第２燃焼手段の間をステ
ップ的に変化させる場合に比べて、ショックの発生が緩
和される。また、第３燃焼手段は、圧縮行程中であって
成層燃焼時よりも早い時期を噴射時期とするから、均質
燃焼から又は均質燃焼への切り換え時に、ＨＣ排出量が
増大するタイミングである吸気行程後期での噴射を回避
して、切り換え時にＨＣ排出量が増大することを回避で
きる。
【０００９】請求項２記載の発明では、前記噴射時期制
御手段が、前記第１燃焼手段と第３燃焼手段との間の切
り換え時には、噴射時期をそれぞれの燃焼手段における
所定噴射時期にステップ的に変化させる一方、前記第２
燃焼手段と第３燃焼手段との間の切り換え時には、噴射
時期をそれぞれの燃焼手段における所定噴射時期に徐々
に近づける構成とした。
【００１０】かかる構成によると、前記第１燃焼手段と
第３燃焼手段との間の切り換えは、ステップ的に行われ
るから、ＨＣ排出量が増大するタイミングである吸気行
程の後期に噴射が行われることを回避できる一方、前記
第３燃焼手段と第２燃焼手段との間の切り換えは徐々に
行われるから、トルク変動を滑らかにして切り換えショ
ックを一層低減できる。
【００１１】請求項３記載の発明では、前記第２，第３
燃焼手段における噴射時期が点火時期を基準として決定
される構成とした。かかる構成によると、成層燃焼にお
いて、点火時期における点火栓付近の混合気が、着火に
最適な状態になるように噴射時期を設定して、燃焼安定
性を高めることが可能となる。
【００１２】請求項４記載の発明では、前記第２，第３
燃焼手段における噴射時期が空燃比に応じて決定される
構成とした。かかる構成によると、成層燃焼において、
点火時期における点火栓近傍の混合気は、噴射時期によ
って変化すると共に、空燃比（燃料噴射量）によっても
変化するので、空燃比に応じて噴射時期を決定すること
で、空燃比が変化しても点火時期における点火栓近傍の
混合気を最適に制御することが可能となる。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を説明
する。図２は、直噴式ガソリンエンジンのシステム構成
図であり、エンジン１の各気筒それぞれには、燃焼室内
に直接燃料を噴射する燃料噴射弁２（燃料噴射手段）が
設けられている。
【００１４】また、エンジン１には、エアフローメータ
３で流量検出される吸入空気が吸気弁４を介して燃焼室
内に吸引されるようになっており、燃焼室内で形成され
た混合気を、点火栓５による火花点火で燃焼させる。燃
焼排気は、排気弁（図示省略）を介して排出される。こ
こで、前記燃料噴射弁２による燃料噴射量及び噴射時期
を制御すると共に、点火栓５による点火時期を制御する
ＥＣＭ（エンジン・コントロール・モジュール）６が設
けられている。
【００１５】前記ＥＣＭ６には、前記エアフローメータ
３からの吸入空気流量検出信号の他、クランク角センサ
７からのエンジン回転信号，排気中の酸素濃度を介して
空燃比を検出する空燃比センサ８からの空燃比信号，水
温センサ９からの冷却水温度信号等が入力されるように
なっており、これらセンサからの検出信号に基づいて前
記燃料噴射弁２による燃料噴射を制御すると共に、点火
栓５による点火時期を制御するようになっている。
【００１６】かかる構成の直噴式ガソリンエンジンにお
いて、前記ＥＣＭ６は、図３に示すようにして、燃料噴
射弁２による燃料噴射を制御する。即ち、低中速，低中
負荷領域においては、成層燃料を行わせる（第２燃焼手
段）。これは、燃料の分散を抑えて点火栓近傍に燃料を
供給させるべく、圧縮行程後期に燃料を噴射し、かかる
層状給気によって点火栓付近に着火に充分な濃い混合気
を形成させることで、超希薄な空燃比（空燃比＝30〜4
0）でも安定燃焼を行わせることができるようにするも
のである。
【００１７】また、高回転，高負荷領域においては、均
質燃焼を行わせる（第１燃焼手段）。これは、燃料を積
極的に分散化させるべく吸気行程の初期において燃料を
噴射し、燃料の気化熱による吸気冷却効果によって体積
効率の向上を図り、高出力が得られるようにするもので
ある。尚、高回転，高負荷領域での空燃比は、12〜22程
度の範囲内で制御される。
【００１８】前記図３に示す成層燃焼と均質燃料との領
域分けに従い、噴射時期制御手段としてのＥＣＭ６はエ
ンジンの運転条件（負荷及び回転）から噴射時期及び空
燃比を切り換えることになるが、成層燃焼と均質燃焼と
の間でステップ的に噴射時期及び空燃比を変化させる
と、空燃比変動に伴ってトルクショックを発生させてし
まうことになる。
【００１９】そこで、前記成層燃焼と同じ圧縮行程で燃
料を噴射させるが、前記成層燃焼時よりも早い時期を噴
射時期とし、空燃比を成層燃焼時よりも濃く均質燃焼時
よりも薄い22〜30程度に制御する中間的な燃焼制御パタ
ーン（第３燃焼手段）を別途設定し、前記成層燃焼（第
２燃焼手段）と均質燃焼（第１燃焼手段）との切り換え
時に過渡的に前記中間的な燃焼制御で燃料噴射弁２によ
る燃料噴射を行わせる構成としてある。
【００２０】具体的には、図４に示すように、成層燃焼
から均質燃料に切り換えるとき、及び、均質燃焼から成
層燃焼に切り換えるときに、いずれの場合も一旦前記中
間的な燃焼制御で噴射を制御するが、均質燃焼と中間的
制御との間はステップ的に変化させるのに対し、成層燃
焼と中間的制御との間は、徐々に変化するように設定さ
れている。
【００２１】噴射時期と空燃比とをそれぞれ徐々に変化
させれば、トルク変動は大きく低減できることになる
が、吸気行程の後期を燃料噴射時期とするとスモークの
発生が多くなり（図５参照）、排気中のＨＣ濃度が大幅
に増大することになってしまう。そこで、圧縮行程中で
あって成層燃焼時よりも早い（均質燃焼時に近い）時期
を噴射時期とする前記中間的制御を設定し、吸気行程後
期での噴射タイミングを飛び越すように均質燃焼と前記
中間的制御との間はステップ的に変化させ、過渡的にも
吸気行程後期で燃料が噴射されることを回避するが、前
記中間的制御と成層燃焼制御との間では、噴射時期と共
に空燃比を徐々に変化させ、滑らかにトルクが変化する
ようにする。
【００２２】従って、均質燃焼と成層燃焼との間でステ
ップ的に変化させる場合に比べ、トルクショックを軽減
できると共に、切り換え時にＨＣ濃度が増大してしまう
ことも回避できる。ここで、前記成層燃焼制御と中間的
制御とにおいては、層状給気によって点火栓付近に濃い
混合気を形成させるが、かかる濃い混合気の形成は着火
性を確保するためであるから、点火時期において点火栓
付近が着火に最適な状態になっている必要がある。そこ
で、前記成層燃焼制御と中間的制御とにおける圧縮行程
中の噴射時期は、点火時期を基準として設定されること
が好ましい。
【００２３】例えば、図６において、空燃比が22〜30の
場合（中間的制御の場合）を例とすると、噴射終了から
点火時期までの期間がｄ３よりも短いと、点火栓付近の
空燃比が着火に最適な空燃比よりもリッチになってしま
い、逆にｄ３よりも長いと、点火栓付近の空燃比が着火
に最適な空燃比よりもリーンになってしまうから、点火
時期からｄ３だけ前の時点で噴射を終了させるように、
点火時期を基準として噴射時期を制御するようにする。
【００２４】また、図６に示すように、空燃比の違いに
よって、点火時期において点火栓付近の空燃比を最適値
にできる噴射時期が異なり、成層燃焼時の空燃比30〜40
では、中間的制御における空燃比22〜30のときよりも遅
い時期（点火時期により近い時期）を噴射時期とする必
要がある。従って、成層燃焼制御と中間的制御との間で
徐々に切り換えを行うときに、空燃比を徐々に変化させ
ると共に、かかる空燃比変化に応じて点火時期における
点火栓付近の混合気が最適に維持されるように噴射時期
を徐々に変化させれば、着火性を悪化させることなく切
り換えが行える。前記成層燃焼制御と中間的制御との間
での噴射時期の切り換えの様子は、図７に点線で示して
あり、この図７に示すように、例えば中間的制御から成
層燃焼制御に切り換えるときには、噴射時期を徐々に点
火時期に近づけ、最終的には成層燃焼制御における噴射
時期に収束させる。
【００２５】尚、図７では、点火時期を星印で示す一
方、成層燃焼時の点火時期から噴射終了までの期間をｄ
２で示し、前記中間的制御時の点火時期から噴射終了ま
での期間をｄ３で示してある。図８は、上記に示した噴
射時期制御の様子を示すフローチャートであり、まず、
Ｓ１では、エンジン回転，吸入空気流量，水温等を読み
込む。
【００２６】次のＳ２では、燃焼状態フラグの判別を行
う。前記燃焼状態フラグは、図９に示すように、成層燃
焼，均質燃焼の別と、均質から成層への切り換え時、均
質から成層への切り換え時を示すものであり、該燃焼状
態フラグに従って噴射時期と空燃比とが設定される。Ｓ
３では、図示しない別のプログラムで演算される燃料噴
射パルス幅Ｔfuelを読み込む。
【００２７】Ｓ４では、噴射パルス幅の演算における目
標空燃比、又は、空燃比センサ８により検出された実際
の空燃比を読み込む。Ｓ５では、点火時期制御において
エンジン負荷，回転に応じて設定される点火時期Ｔadv
を読み込む。Ｓ６では、噴射開始時期Ｔinj を、以下の
ようにして算出する。
【００２８】 成層燃焼時・・・Ｔinj ＝Ｔadv −ｄ２−Ｔfuel 成層→均質or均質→成層・・・Ｔinj ＝Ｔadv −ｄ３−
Ｔfuel 均質燃焼時・・・Ｔinj ＝吸気下死点−ｄ１−Ｔfuel ここで、ｄ２，ｄ３は、空燃比に応じて設定される値で
あり（図６参照）、例えば成層燃焼から均質燃焼に切り
換えるときには、成層燃焼における空燃比から中間的制
御における空燃比まで徐々に変化させるのに対応させ
て、点火時期までの期間ｄ３をｄ２から徐々に大きくし
ていって、中間的制御における所定空燃比にまで変化す
ると、その後は、吸気行程噴射にステップ的に変化させ
る。
【００２９】そして、成層燃焼時及び切り換え過渡時に
おいては、点火時期を基準としてそのときの空燃比に応
じて設定される噴射終了時期に燃料噴射が終了するよう
に、噴射開始時期Ｔinj が設定される。尚、前記噴射開
始時期Ｔinj の設定において、水温に応じた補正を施す
ようにしても良い。具体的には、前記水温センサ９で検
出された水温に応じて補正値を設定し、前記噴射開始時
期Ｔinj の演算式に前記補正値を加えるようにすれば良
い。このように水温に応じて噴射時期を補正すれば、低
温時に点火時期における点火栓付近の混合気を適正にで
きる噴射時期が設定され、低温時の燃焼安定性を確保す
ることが可能となる。
【００３０】
【発明の効果】以上説明したように請求項１記載の発明
によると、吸気行程での燃料噴射による均質燃焼と圧縮
行程での燃料噴射による成層燃焼とを切り換えるとき
に、成層燃焼時よりも早い圧縮行程中での燃料噴射を過
渡的に行わせることで、切り換えに伴うトルクショック
を緩和できると共に、吸気行程後期での噴射を回避して
切り換え時にＨＣ排出量が増大することを防止できると
いう効果がある。
【００３１】請求項２記載の発明によると、成層燃焼と
均質燃焼との切り換え時に、圧縮行程での噴射から吸気
行程初期での均質噴射にステップ的に変化させることが
できるので、ＨＣ排出量が増大するタイミングである吸
気行程の後期に噴射が行われることを回避できる一方、
圧縮行程での噴射制御を過渡的に徐々に変化させるの
で、トルク変動を滑らかにして切り換えショックを一層
低減できるという効果がある。
【００３２】請求項３記載の発明によると、点火時期に
おける点火栓付近の混合気が、着火に最適な状態になる
ように噴射時期を設定でき、以て、切り換え過渡時及び
成層燃焼時に高い燃焼安定性を常時得ることができると
いう効果がある。請求項４記載の発明によると、空燃比
が変化しても点火時期における点火栓付近の混合気を最
適な状態にできる噴射時期を設定でき、以て、切り換え
過渡時及び成層燃焼時に高い燃焼安定性を常時得ること
ができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】請求項１記載の発明にかかる燃料噴射制御装置
の構成ブロック図。
【図２】実施の形態における直噴式ガソリンエンジンの
システム構成図。
【図３】実施の形態における成層燃焼及び均質燃焼の領
域を示す線図。
【図４】実施の形態における成層燃焼と均質燃焼との間
での切り換え制御の様子を概念的に示す線図。
【図５】吸気行程中の噴射時期とスモーク排出量との相
関を示す線図。
【図６】点火栓付近での空燃比と、空燃比及び噴射時期
との相関を示す線図。
【図７】実施の形態における噴射時期の変化の様子を示
す線図。
【図８】実施の形態における噴射制御の様子を示すフロ
ーチャート。
【図９】燃焼制御を判別するための燃焼状態フラグを説
明するための線図。
【符号の説明】
１ エンジン ２ 燃料噴射弁 ３ エアフローメータ ４ 吸気弁 ５ 点火栓 ６ ＥＣＭ ７ クランク角センサ ８ 空燃比センサ ９ 水温センサ

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】各気筒の燃焼室内に直接燃料を噴射する燃
    料噴射手段と、 該燃料噴射手段による燃料噴射を吸気行程中の所定噴射
    時期に行わせて均質燃焼を行わせる第１燃焼手段と、 前記燃料噴射手段による燃料噴射を圧縮行程中の所定噴
    射時期に行わせて成層燃焼を行わせる第２燃焼手段と、 圧縮行程中であって前記第２燃焼手段による噴射時期よ
    りも早い所定噴射時期に前記燃料噴射手段による燃料噴
    射を行わせる第３燃焼手段と、 エンジンの運転条件に応じて前記第１燃焼手段と第２燃
    焼手段とのいずれか一方を選択して動作させる一方、前
    記第１燃焼手段と第２燃焼手段との切り換え時に過渡的
    に前記第３燃焼手段を動作させる噴射時期制御手段と、 を含んで構成されることを特徴とする直噴式ガソリンエ
    ンジンの燃料噴射制御装置。
  2. 【請求項２】前記噴射時期制御手段が、前記第１燃焼手
    段と第３燃焼手段との間の切り換え時には、噴射時期を
    それぞれの燃焼手段における所定噴射時期にステップ的
    に変化させる一方、前記第２燃焼手段と第３燃焼手段と
    の間の切り換え時には、噴射時期をそれぞれの燃焼手段
    における所定噴射時期に徐々に近づけることを特徴とす
    る請求項１記載の直噴式ガソリンエンジンの燃料噴射制
    御装置。
  3. 【請求項３】前記第２，第３燃焼手段における噴射時期
    が点火時期を基準として決定されることを特徴とする請
    求項１又は２に記載の直噴式ガソリンエンジンの燃料噴
    射制御装置。
  4. 【請求項４】前記第２，第３燃焼手段における噴射時期
    が空燃比に応じて決定されることを特徴とする請求項１
    〜３のいずれか１つに記載の直噴式ガソリンエンジンの
    燃料噴射制御装置。
JP7315500A 1995-12-04 1995-12-04 直噴式ガソリンエンジンの燃料噴射制御装置 Pending JPH09151771A (ja)

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Cited By (5)

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