JPH10274073A - 筒内噴射式エンジン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＥＧＲの各気筒への分配性を良好に維持しつ
つ、均一燃焼から成層燃焼への切り替え時における成層
燃焼初期の燃焼安定性を高めることができる筒内噴射式
エンジンを提供する。 【解決手段】 エンジン１においては、ＥＧＲがサージ
タンク１４上流の吸気通路３に供給され、ＥＧＲの各気
筒への分配性が良好となっている。そして、運転状態が
均一燃焼から成層燃焼に切り替えられる際には、該切り
替えに先立って吸気通路３へのＥＧＲの供給が開始さ
れ、サージタンク１４あるいは第１吸気通路１７等の吸
気系統が暖められるようになっている。これにより、成
層燃焼開始時から燃焼室４に暖かいＥＧＲが流入し、成
層燃焼初期における燃焼安定性が高められる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、筒内噴射式エンジ
ンに関するものであって、とくに成層燃焼時に吸気通路
にＥＧＲを供給するようにした筒内噴射式エンジンにお
いて、均一燃焼から成層燃焼への切り替えに際して、吸
気通路を暖めることにより成層燃焼開始初期における燃
焼安定性を高めるようにした筒内噴射式エンジンに関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、自動車用のガソリンエンジンにお
いては、燃費性能等の向上を図るために、燃料を燃焼室
内に直接噴射するようにした筒内噴射式エンジンが普及
しつつある。かかる筒内噴射式エンジンにおいては、混
合気を点火プラグまわりに成層化することが容易である
ので、低負荷領域では理論空燃比よりも大幅にリーンな
空燃比（例えば、Ａ／Ｆ＝３０〜４０）で混合気を燃焼
させることができ、燃費性能を大幅に高めることができ
る。なお、筒内噴射式エンジンにおいても、高負荷領域
では、エンジン出力を高めるために混合気を燃焼室内に
ほぼ均一に分散させて均一燃焼を行うようになってい
る。

【０００３】ところで、一般にエンジンにおいては、そ
の排気ガスにＮＯｘ（窒素酸化物）、ＨＣ（炭化水
素）、ＣＯ（一酸化炭素）等の大気汚染物質が含まれて
いるので、エンジンの排気系統には該大気汚染物質を浄
化する排気ガス浄化装置が設けられる。そして、筒内噴
射式エンジンにおいては、低負荷領域等で成層燃焼によ
りリーンな空燃比で運転が行われる際には、ＨＣ及びＣ
Ｏの発生割合は低くなり、したがって排気ガス中のＨＣ
濃度及びＣＯ濃度は低くなる。

【０００４】他方、例えば図６に示すように、筒内噴射
式エンジンにおいて、リーンな空燃比で運転を行うと、
ポート噴射エンジンに比べて、ＮＯｘの発生割合がかな
り大きくなる。そして、３元触媒を用いた排気ガス浄化
装置では、普通、排気ガス中のＨＣを還元剤として利用
しＮＯｘをＮ₂に還元（分解）するようになっている
が、前記したとおり、成層燃焼時には排気ガス中のＨＣ
濃度が低くなるので、成層燃焼時には、排気ガス浄化装
置にさほど大きなＮＯｘ浄化作用を期待することはでき
ない。

【０００５】そこで、かかる筒内噴射式エンジンには、
一般に、ＮＯｘの発生割合を低減するために、排気通路
内の排気ガスの一部をＥＧＲとして吸気通路に供給（還
流）するＥＧＲ装置が設けられる。ここで、ＥＧＲによ
るＮＯｘ発生割合の低減作用は、主としてＥＧＲ中に含
まれるＣＯ₂によって惹起されるが、筒内噴射式エンジ
ンにおいて成層燃焼によりリーンな空燃比で運転を行う
場合は、排気ガス中のＣＯ₂濃度が低いので、比較的多
量のＥＧＲを供給すること（いわゆる、ヘビーＥＧＲ）
が要求される。なお、このように比較的大量のＥＧＲを
吸気通路に供給した場合、ポンピング損失が低減される
ので、これによって燃費性能が高められることになる。

【０００６】ところで、かかるＥＧＲ装置においては、
各気筒へのＥＧＲの分配を均一化するために、普通、Ｅ
ＧＲは吸気通路の各気筒への分岐部の上流側で吸気通路
に供給されるようになっている（例えば、特開平５−１
５７００９号公報参照）。また、吸気通路の各気筒への
分岐部の上流側にサージタンク（容積部ないしは吸気集
合部）が設けられるエンジンでは、普通、ＥＧＲは該サ
ージタンク又はその直上流の吸気通路に供給されるよう
になっている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】かくして、かかる筒内
噴射式エンジンにおいて、均一燃焼から成層燃焼へ切り
替えられたときには、該切り替え時から吸気通路にＥＧ
Ｒが供給されることになる。この場合、分岐部上流又は
サージタンクもしくはその直上流にＥＧＲを供給するよ
うにした従来のＥＧＲ装置においては、前記したとおり
各気筒へのＥＧＲの分配性を高めるためにＥＧＲが比較
的上流側に供給される関係上、ＥＧＲ供給初期にはＥＧ
Ｒが吸気通路を通過する際に冷却され、燃焼室には低温
のＥＧＲ（いわゆる、コールドＥＧＲ）が大量に流入す
ることになる。このため、成層燃焼初期における混合気
の燃焼安定性が悪化するといった問題がある。

【０００８】本発明は、上記従来の問題を解決するため
になされたものであって、ＥＧＲの各気筒への分配性を
良好に維持しつつ、均一燃焼から成層燃焼への切り替え
時における成層燃焼の燃焼安定性を高めることができる
筒内噴射式エンジンを提供することを解決すべき課題な
いしは目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決すべく
なされた本発明の基本的な態様は、燃料を燃焼室内に直
接噴射する一方、燃焼室内で混合気を点火プラグまわり
に成層化させ空燃比を理論空燃比よりもリーンにして該
混合気を燃焼させる成層燃焼と、混合気を燃焼室内全体
に分散させて燃焼させる均一燃焼とを、運転状態に応じ
て切り替えて行わせるようになっている筒内噴射式エン
ジンにおいて、運転状態を均一燃焼から成層燃焼へ切り
替える際に、該切り替えに先立って吸気通路を暖める吸
気通路昇温手段が設けられていることを特徴とするもの
である。なお、吸気通路昇温手段としては、例えば、排
気ガスとの熱交換により暖められた空気を吸気通路に供
給するといったもの、あるいは電気ヒーター等を用いて
吸気通路を加熱するといったもの等、種々の手段を用い
ることができる。

【００１０】この筒内噴射式エンジンにおいては、運転
状態が均一燃焼から成層燃焼へ切り替えられる際には、
該切り替えに先立って吸気通路が暖められるので、成層
燃焼が開始される時点では、すでに吸気通路の温度が高
められている。このため、成層燃焼すなわち理論空燃比
よりも大幅にリーンな空燃比（例えば、Ａ／Ｆ＝３０〜
４０）での運転における燃焼安定性が高められる。

【００１１】また、成層燃焼時に吸気通路にＥＧＲが供
給される場合において、各気筒へのＥＧＲの分配性を高
めるために、吸気通路の比較的上流部、例えば各気筒へ
の分岐部の上流、あるいは該分岐部の上流に設けられた
サージタンクまたはその直上流にＥＧＲが供給されるよ
うになっているときでも、成層燃焼開始時から燃焼室に
暖かいＥＧＲが流入し（コールドＥＧＲが防止され
る）、成層燃焼初期における燃焼安定性が高められる。
つまり、ＥＧＲの各気筒への分配性を良好に維持しつ
つ、成層燃焼開始時における燃焼安定性を高めることが
でき、もって燃費性能及びエミッション性能の向上を図
ることができる（両性能が両立する）。

【００１２】上記筒内噴射式エンジンにおいて、吸気通
路の各気筒への分岐部又はこれより上流側で該吸気通路
にＥＧＲを供給することができるＥＧＲ装置が設けら
れ、該ＥＧＲ装置が成層燃焼時には吸気通路にＥＧＲを
供給するようになっている場合は、吸気通路昇温手段
が、運転状態を均一燃焼から成層燃焼に切り替える際
に、該切り替えに先立ってＥＧＲ装置にＥＧＲの供給を
開始させることにより、吸気通路を暖めるようになって
いるのが好ましい。このようにすれば、吸気通路を暖め
るための格別の装置を設けることなく、したがって低コ
ストで、ＥＧＲの各気筒への分配性を良好に維持しつ
つ、成層燃焼開始時における燃焼安定性を高めることが
でき、これにより燃費性能及びエミッション性能の向上
を図ることができる。

【００１３】また、上記筒内噴射式エンジンにおいて
は、均一燃焼が、ほぼ理論空燃比（空気過剰率λ≒１）
又は理論空燃比よりもリッチな空燃比（空燃比λ＜１）
で行われるようになっていれば、均一燃焼時におけるＥ
ＧＲ供給量が、成層燃焼時におけるＥＧＲ供給量よりも
少ない量に設定されているのが好ましい。空燃比がリッ
チなときは、発熱量が大きくなり、したがってＥＧＲ
（排気ガス）の温度が高くなるので、ＥＧＲ供給量をさ
ほど多くしなくても、十分に吸気通路を暖めることがで
きるからである。

【００１４】さらに、上記筒内噴射式エンジンにおいて
は、エンジン冷機時には、エンジン温度が所定値まで上
昇したときに、運転状態が均一燃焼から成層燃焼に切り
替えられるようになっていて、吸気通路昇温手段が、エ
ンジン温度が上記所定値よりも低い所定の温度になった
ときにＥＧＲ装置にＥＧＲの供給を開始させることによ
り、吸気通路を暖めるようになっているのが好ましい。
このようにすれば、エンジン温度（エンジン水温）に基
づいて吸気通路へのＥＧＲの供給開始タイミングを決定
することができるので、ＥＧＲの制御機構が簡素化され
る。

【００１５】上記筒内噴射式エンジンにおいては、吸気
通路昇温手段が、低負荷時において運転状態が均一燃焼
から成層燃焼へ切り替えられる際にのみ、吸気通路を暖
めるようになっていてもよい。低負荷領域では、均一燃
焼時にＥＧＲを吸気通路に供給しても、新気不足となる
おそれがないので、均一燃焼が安定化されるからであ
る。つまり、均一燃焼における燃焼安定性と成層燃焼に
おける安定性とが高められる。なお、この場合、スロッ
トル弁を開き気味にするのが好ましい。

【００１６】また、上記筒内噴射式エンジンにおいて
は、吸気通路昇温手段が、エンジン冷機時には、均一燃
焼時にも吸気通路を暖めるようになっていてもよい。一
般に、エンジン冷機時には燃焼安定性が悪くなるが、こ
のようにすれば均一燃焼時における燃焼安定性が高めら
れるからである。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を具体
的に説明する。 ＜実施の形態１＞図１に示すように、ガソリンを燃料と
する筒内噴射式のエンジン１においては、吸気弁２が開
かれたときに、吸気通路３（第１、第２吸気通路１７、
１８）から燃焼室４内に燃料燃焼用の空気が吸入され
（以下、この空気を「吸入空気」という）、この吸入空
気はピストン５によって圧縮され、このとき所定のタイ
ミングで高圧インジェクタ９（燃料噴射弁）から燃焼室
４内に燃料が噴射され、燃焼室４内に混合気が形成され
る。この混合気は点火プラグ６によって所定のタイミン
グで点火されて燃焼し、該燃焼によって生じた燃焼ガス
は排気弁７が開かれたときに排気通路８に排出される。
かくして、ピストン５の往復運動が連結機構を介してク
ランク軸１０に伝達され、クランク軸１０の回転運動に
変換される。

【００１８】燃焼室４に吸入空気を供給する吸気通路３
には、吸入空気の流れ方向にみて上流側から順に、吸入
空気中のダストを除去するエアクリーナ１１と、吸入空
気量を検出するエアフローセンサ１２と、アクセルペダ
ル２０の踏み込み量に応じて電気的に開閉されるエレキ
スロットル弁１３と、吸入空気の流れを安定させるサー
ジタンク１４（容積部ないしは吸気集合部）とが設けら
れている。また、エレキスロットル弁１３をバイパスす
るバイパス吸気通路１５が設けられ、このバイパス吸気
通路１５にはＩＳＣバルブ１６（アイドルスピードコン
トロールバルブ）が介設されている。アイドル時にはエ
レキスロットル弁１３が閉じられ、吸入空気はバイパス
吸気通路１５を介して燃焼室４に供給されるが、このと
き吸入空気量はエンジン水温に応じてＩＳＣバルブ１６
によって制御され、これによりアイドルスピードコント
ロール（アイドル時のエンジン回転数制御）が行われ
る。

【００１９】そして、吸気通路３は、サージタンク１４
の下流で、各気筒毎に設けられる第１吸気通路１７及び
第２吸気通路１８に分岐し、第２吸気通路１８にはこれ
を開閉するスワール制御弁１９が設けられている。ここ
で、所定の低負荷時にはスワール制御弁１９が閉じら
れ、吸入空気は第１吸気通路１７のみを通して燃焼室４
に供給される。詳しくは図示していないが、第１吸気通
路１７においては、その吸気ポートが燃焼室４内にスワ
ールを生成するスワールポートとされ、スワール制御弁
１９が閉じられる低負荷時には、燃焼室４内にスワール
が生成される。これにより、燃焼室４内で燃料（混合
気）が層状化されて層状燃焼が行われ、燃料（混合気）
の燃焼性が高められ、リーンバーンが可能となる（例え
ば、空燃比Ａ／Ｆ＝３０〜４０、さらにはＡ／Ｆ＝５０
〜６０も理論上は可能）。この場合、燃料は一般に圧縮
行程後期に噴射される。なお、高負荷時には、スワール
制御弁１９が開かれ、両吸気通路１７、１８と通して燃
焼室４に吸入空気が供給され、均一燃焼が行われる。こ
の場合、燃料は一般に吸気行程前期に噴射される。

【００２０】排気通路８には、排気ガス中の大気汚染物
質（ＮＯｘ、ＨＣ、ＣＯ等）を浄化する第１排気ガス浄
化装置２１と、第２排気ガス浄化装置２２とが介設され
ている。そして、排気通路８内の排気ガスの一部をＥＧ
Ｒとして吸気系に還流させるＥＧＲ通路２３が設けら
れ、ＥＧＲのオン・オフないしは流量は大容量のＥＧＲ
バルブ２４によって制御されるようになっている。な
お、ＥＧＲは、後で説明するように、成層燃焼時にはＮ
Ｏｘ発生量を低減するために吸気系に供給され、かつ均
一燃焼から成層燃焼への切り替えに際しては、吸気系を
暖めるために、該切り替えに先立って吸気系に供給され
る。

【００２１】エンジン１に対しては、これを制御するた
めにマイクロコンピュータを備えたエンジンコントロー
ルユニット２５（以下、これを「ＥＣＵ２５」という）
が設けられている。このＥＣＵ２５は、アクセルセンサ
２６によって検出されるアクセル開度、水温センサ２７
によって検出されるエンジン水温、回転数センサ２８に
よって検出されるエンジン回転数、Ｏ₂センサ２９によ
って検出される排気ガス中のＯ₂濃度（空燃比）等を制
御情報として、エンジン１の所定の各種制御を行うよう
になっている。例えば、ＥＣＵ２５によって、後記のＥ
ＧＲ制御、空燃比のフィードバック制御、アイドルスピ
ードコントロール等が行われる。

【００２２】以下、エンジン１の燃料供給系統を説明す
る。図３に示すように、エンジン１の燃料供給系統にお
いては、燃料タンク３１内の燃料３２（ガソリン）が、
低圧ポンプ３３によって第１燃料供給通路３４に低圧
（大気圧よりは高圧）で吐出され、該第１燃料供給通路
３４に介設されたフィルタ３５によってごみ等の固体の
不純物が除去された後高圧ポンプ３６に供給される。こ
の燃料は、高圧ポンプ３６によって第２燃料供給通路３
７に高圧（例えば、５ＭＰａ）で吐出され、この第２燃
料供給通路３７を通して高圧インジェクタ９に供給され
る。ここで、第１燃料供給通路３４を通して高圧ポンプ
３６に供給された燃料の一部（過剰燃料）は第１燃料戻
り通路４０を通して燃料タンク３３に戻される。なお、
第１燃料戻り通路４０には、第１燃料供給通路３４内の
燃料の圧力を調整する低圧レギュレータ４１が介設され
ている。また、第２燃料供給通路３７内の余剰の燃料
は、第２燃料戻り通路３８を通して第１燃料戻り通路４
０に戻される。なお、第２燃料戻り通路３８には、第２
燃料供給通路３７内の燃料の圧力を調整する高圧レギュ
レータ３９が介設されている。

【００２３】ここで、高圧インジェクタ９の燃料噴射量
は、ＥＣＵ２５によってインジェクタドライバ４４を介
して制御される。また、高圧ポンプ３６は、ＥＣＵ２５
によってインジェクタドライバ４４を介して制御される
高電圧駆動機構４５から供給される高電圧電力で駆動さ
れる。この高圧インジェクタ９においては、詳しくは図
示していないが、ＥＣＵ２５からインジェクタドライバ
４４にオン信号が印加されているときには、該インジェ
クタドライバから高圧インジェクタ９内のコイルに電力
が供給されて針弁が後方にストロークされ、高圧インジ
ェクタ９から燃料が噴射される。他方、ＥＣＵ２５から
インジェクタドライバ４４にオフ信号が印加されている
ときには、該インジェクタドライバ４４からコイルには
電力が供給されず、針弁が前方にストロークされ、燃料
噴射が停止される。そして、ＥＣＵ２５からインジェク
タドライバ４４に印加されるオン信号のパルス幅（最終
噴射パルス幅）、すなわち針弁の後方へのストローク時
間に比例して燃料が噴射され、ＥＣＵ２５によって高圧
インジェクタ９の燃料噴射量が計量制御される。

【００２４】ところで、この筒内噴射式のエンジン１に
おいては、リーンな空燃比で運転を行うと、前記したと
おり（図６参照）、ＮＯｘの発生割合が大きくなる。そ
して、第１、第２排気ガス浄化装置２１、２２では、排
気ガス中のＨＣを還元剤として利用してＮＯｘをＮ₂に
還元（分解）するようになっているが、成層燃焼時には
排気ガス中のＨＣ濃度が低くなるので、成層燃焼時には
これらの排気ガス浄化装置２１、２２にさほど大きなＮ
Ｏｘ浄化作用を期待することはできない。

【００２５】そこで、成層燃焼時には、ＥＧＲ通路２３
を通して吸気通路３にＥＧＲを供給し、ＮＯｘの発生割
合を低減（抑制）するようにしている。ここで、ＥＧＲ
は、サージタンク１４のやや上流において吸気通路３に
供給されるので、ＥＧＲはサージタンク１４内で吸入空
気とよく混合され、各気筒へのＥＧＲの分配性が良好と
なる。前記したとおり、ＥＧＲによるＮＯｘ発生割合の
低減作用は、主としてＥＧＲ中に含まれるＣＯ₂によっ
て惹起されるが、成層燃焼時においてリーンな空燃比で
運転を行う場合は、排気ガス中のＣＯ₂濃度が低いの
で、比較的多量のＥＧＲを供給する必要がある。なお、
成層燃焼は、例えばポンピング損失が比較的大きい低負
荷時等に行われるが、このように比較的大量のＥＧＲ
（ヘビーＥＧＲ）が吸気通路３に供給されるので、ポン
ピング損失が低減され、これによって燃費性能が一層高
められる。

【００２６】かくして、エンジン１においては、基本的
には、均一燃焼から成層燃焼へ切り替えられたときに
は、ＮＯｘ発生割合を低減するために吸気通路３にＥＧ
Ｒが供給されることになるが、この場合、切り替え時か
らＥＧＲの供給を開始すると、成層燃焼初期において
は、ＥＧＲがサージタンク１４あるいは第１吸気通路１
７等を通過する際に冷却され、燃焼室４にはコールドＥ
ＧＲが大量に流入し、成層燃焼初期における混合気の燃
焼安定性が悪化する。

【００２７】そこで、このエンジン１では、運転状態が
均一燃焼から成層燃焼に切り替えられる際には、該切り
替えに先立って吸気通路３へのＥＧＲの供給を開始させ
ることにより、サージタンク１４あるいは第１吸気通路
１７等の吸気系統を暖めるといった、ＥＧＲ制御を行う
ようにしている。このようなＥＧＲ制御が行われるの
で、成層燃焼開始時から燃焼室４に暖かいＥＧＲが流入
し（コールドＥＧＲが防止される）、成層燃焼初期にお
ける燃焼安定性が高められる。つまり、吸気通路３を暖
めるための格別の昇温装置を設けることなく、したがっ
て低コストで、ＥＧＲの各気筒への分配性を良好に維持
しつつ、成層燃焼開始時における燃焼安定性が高めら
れ、これにより燃費性能の向上とエミッション性能の向
上とが図られる。

【００２８】このエンジン１においては、均一燃焼は、
ほぼ理論空燃比（空気過剰率λ≒１）で行われるように
なっている。なお、均一燃焼を、理論空燃比よりもリッ
チな空燃比（空燃比λ＜１）で行うようにしてもよい。
そして、均一燃焼から成層燃焼への切り替えに際して、
該切り替えに先立って吸気通路３にＥＧＲを供給する場
合、均一燃焼時におけるＥＧＲ供給量は、成層燃焼時に
おけるＥＧＲ供給量よりも少ない量に設定されている。
すなわち、空燃比が比較的リッチなときは、発熱量が大
きくなり、したがってＥＧＲ（排気ガス）の温度が高く
なるので、ＥＧＲ供給量をさほど多くしなくても、十分
にサージタンク１４あるいは第１吸気通路１７等を暖め
ることができるからである。

【００２９】また、エンジン１では、エンジン冷機時等
においては、エンジン水温twが所定値（例えば、８０°
Ｃ）まで上昇したときに、運転状態が均一燃焼から成層
燃焼に切り替えられるようになっている。そして、エン
ジン水温twが上記所定値よりも低い所定の温度（例え
ば、６０°Ｃ）になったときに、吸気通路３へのＥＧＲ
の供給を開始し、サージタンク１４あるいは第１吸気通
路１７等を暖めるようにしている。このため、供給開始
タイミングを容易に決定することができるので、該ＥＧ
Ｒ制御の制御ロジックが簡素化される。

【００３０】なお、エンジン１においては、低負荷時に
おいて運転状態が均一燃焼から成層燃焼へ切り替えられ
る際にのみ、該切り替えに先立ってＥＧＲを供給して吸
気通路３を暖めるようにするのが好ましい。低負荷領域
では、均一燃焼時にＥＧＲを吸気通路３に供給しても、
新気不足となるおそれがないので、均一燃焼が安定化さ
れるからである。また、エンジン１においては、エンジ
ン冷機時には、均一燃焼時にも吸気通路３にＥＧＲを供
給して該吸気通路３を暖めるようにしてもよい。一般
に、エンジン冷機時には燃焼安定性が悪くなるが、この
ようにすれば均一燃焼時における燃焼安定性が高められ
るからである。

【００３１】以下、図４に示すフローチャートに従っ
て、ＥＣＵ２５による具体的なＥＧＲ制御の制御方法を
説明する。図４に示すように、この制御が開始される
と、まずステップＳ１で、回転数センサ２８によって検
出されるエンジン回転数neと、アクセルセンサ２６によ
って検出されるアクセル開度accと、エアフローセンサ
１２（afs）によって検出される吸入空気量から求めら
れる空気充填量ceと、水温センサ２７によって検出され
るエンジン水温twとが制御情報として読み込まれる。

【００３２】続いて、ステップＳ２で、エンジン水温tw
が、ＥＧＲ供給開始温度Ｔ１（例えば、６０°Ｃ）を超
えているか否かが判定される。ＥＧＲ供給開始温度は、
均一燃焼から成層燃焼に切り替えられる際に、該切り替
えに先立って吸気通路３へのＥＧＲの供給を開始すべき
エンジン水温である。ここで、エンジン水温twがＴ１を
超えていなければ（ＮＯ）、ステップＳ４でＥＧＲバル
ブ２４が閉弁状態に維持され、すなわちＥＧＲが供給さ
れず（off）、続いてステップＳ８で均一燃焼（均一混
合運転）が行われる。

【００３３】他方、ステップＳ２で、エンジン水温twが
ＥＧＲ供給開始温度Ｔ１を超えていれば（ＹＥＳ）、ス
テップＳ３で吸気通路３を暖めるためのＥＧＲの供給が
開始される。ここで、ＥＧＲの供給量は、所定の第１Ｅ
ＧＲ供給量設定マップＭap１を用いて、エンジン回転数
neと空気充填量ceとに応じて設定される。なお、このＥ
ＧＲ供給量は、比較的小さい値とされている。すなわ
ち、このＥＧＲは、均一燃焼時において吸気通路３を暖
めるためのものであるが、均一燃焼はほぼ理論空燃比
（空気過剰率λ≒１）で行われるので、発熱量が比較的
大きく、したがってＥＧＲ（排気ガス）の温度が高いの
で、ＥＧＲ供給量をさほど多くしなくても、十分に吸気
通路３を暖めることができるからである。

【００３４】次に、ステップＳ５で、エンジン水温tw
が、成層燃焼開始温度Ｔ２（例えば、８０°Ｃ）を超え
ているか否かが判定される。この成層燃焼開始温度Ｔ２
は、運転状態を均一燃焼から成層燃焼に切り替えるべき
エンジン水温である。ここで、エンジン水温twがＴ２を
超えていなければ（ＮＯ）、ステップＳ８で、吸気通路
３にＥＧＲを供給しつつ均一燃焼（均一混合運転）が行
われる。

【００３５】他方、ステップＳ５で、エンジン水温twが
成層燃焼開始温度Ｔ２を超えていれば（ＹＥＳ）、ステ
ップＳ６でＮＯｘ発生割合を低減するためのＥＧＲ（ヘ
ビーＥＧＲ）の供給が開始される。ここで、ＥＧＲの供
給量は、所定の第２ＥＧＲ供給量設定マップＭap２を用
いて、エンジン回転数neとアクセル開度accとに応じて
設定される。なお、このＥＧＲ供給量は、ＮＯｘ発生割
合を有効に低減するために比較的大きい値とされてい
る。次に、ステップＳ７で成層燃焼が開始される（ＤＩ
ＳＣ運転許可）。

【００３６】図５は、このようなＥＧＲ制御が行われた
場合における、エンジン１の燃焼の形態とＥＧＲの形態
のエンジン水温twに対する変化特性を示す図である。図
５において、Ａは、均一燃焼時において吸気通路３を暖
めるためのＥＧＲが供給される領域を示している。ま
た、Ｂは成層燃焼時においてＮＯｘ発生割合を低減する
ためにヘビーＥＧＲが供給される領域を示している。

【００３７】かくして、このＥＧＲ制御によれば、均一
燃焼から成層燃焼への切り替えに際して、成層燃焼開始
時から燃焼室４に暖かいＥＧＲを供給することができ
（コールドＥＧＲが防止される）、成層燃焼初期におけ
る燃焼安定性を高めることができる。つまり、吸気通路
３を暖めるための格別の装置を設けることなく、したが
って低コストで、ＥＧＲの各気筒への分配性を良好に維
持しつつ、成層燃焼開始時における燃焼安定性を高める
ことができ、燃費性能の向上とエミッション性能の向上
とを両立させることができる。

【００３８】＜実施の形態２＞以下、図２を参照しつつ
本発明の実施の形態２を説明するが、実施の形態２にか
かる筒内噴射式エンジンは、図１に示す実施の形態１に
かかる筒内噴射式エンジンと基本構成は同様であるの
で、以下では説明の重複を避けるため、実施の形態１と
異なる点についてのみ説明する。なお、図２に示す実施
の形態２において、図１に示す実施の形態１と共通の部
材には同一の番号を付している。

【００３９】図２に示すように、実施の形態２では、第
１排気ガス浄化装置２１のまわりにこれを覆うようにし
て、該第１排気ガス浄化装置２１の外表面とは適切な間
隔を有するジャケット４６が設けられ、このジャケット
４６は空気取り入れ口４７を介して大気と連通してい
る。そして、ジャケット４６と第１排気ガス浄化装置２
１との間に形成された空間部は、空気供給通路４８を介
してエアクリーナ１１と連通している。ここで、空気供
給通路４８には開閉弁４９が介設されている。

【００４０】かくして、この実施の形態２にかかるエン
ジン１’においては、運転状態を均一燃焼から成層燃焼
へ切り替える際には、該切り替えに先立って、ＥＣＵ２
５によって開閉弁４９が開かれ、第１排気ガス浄化装置
２１の放熱によって暖められたジャケット４６内の空気
がエアクリーナ１１に供給され、この暖められた空気に
よって吸気通路３が暖められる。

【００４１】このエンジン１’においては、運転状態が
均一燃焼から成層燃焼へ切り替えられる際には、該切り
替えに先立って上記空気によって吸気通路３が暖められ
るので、成層燃焼が開始される時点では、吸気通路３の
温度が高められている。したがって、成層燃焼の開始と
同時にＮＯｘ発生割合を低減するためのヘビーＥＧＲを
開始しても、成層燃焼開始時から燃焼室４に暖かいＥＧ
Ｒが流入し（コールドＥＧＲが防止される）、成層燃焼
初期における燃焼安定性が高められる。つまり、実施の
形態２においても、ＥＧＲの各気筒への分配性を良好に
維持しつつ、成層燃焼開始時における燃焼安定性を高め
ることができ、燃費性能の向上とエミッション性能の向
上とを両立させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施の形態１にかかる筒内噴射式エ
ンジンのシステム構成図である。

【図２】 本発明の実施の形態２にかかる筒内噴射式エ
ンジンのシステム構成図である。

【図３】 図１又は図２に示すエンジンの燃料供給系統
のシステム構成図である。

【図４】 図１に示すエンジンのＥＧＲ制御の制御方法
を示すフローチャートである。

【図５】 図４に示すＥＧＲ制御が行われた場合におけ
る、燃焼の形態及びＥＧＲの形態のエンジン水温twに対
する変化特性を示す図である。

【図６】 普通のポート噴射エンジン及び筒内噴射式エ
ンジンのＮＯｘ発生割合の空燃比に対する変化特性を示
すグラフである。

【符号の説明】

１…エンジン、１’…エンジン、２…吸気弁、３…吸気
通路、４…燃焼室、５…ピストン、６…点火プラグ、７
…排気弁、８…排気通路、９…高圧インジェクタ、１０
…クランク軸、１１…エアクリーナ、１２…エアフロー
センサ、１３…エレキスロットル弁、１４…サージタン
ク、１５…バイパス吸気通路、１６…ＩＳＣバルブ、１
７…第１吸気通路、１８…第２吸気通路、１９…スワー
ル制御弁、２０…アクセルペダル、２１…第１排気ガス
浄化装置、２２…第２排気ガス浄化装置、２３…ＥＧＲ
通路、２４…ＥＧＲバルブ、２５…ＥＣＵ、２６…アク
セルセンサ、２７…水温センサ、２８…回転数センサ、
２９…Ｏ₂センサ、３１…燃料タンク、３２…燃料、３
３…低圧ポンプ、３４…第１燃料供給通路、３５…フィ
ルタ、３６…高圧ポンプ、３７…第２燃料供給通路、３
８…第２燃料戻り通路、３９…高圧レギュレータ、４０
…第１燃料戻り通路、４１…低圧レギュレータ、４４…
インジェクタドライバ、４５…高電圧駆動機構、４６…
ジャケット、４７…空気取り入れ口、４８…空気供給通
路、４９…開閉弁。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｆ０２Ｍ 25/07 ５５０ Ｆ０２Ｍ 25/07 ５５０Ｒ ５７０ ５７０Ａ (72)発明者 山内 健生 広島県安芸郡府中町新地３番１号 マツダ 株式会社内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 燃料を燃焼室内に直接噴射する一方、燃
   焼室内で混合気を点火プラグまわりに成層化させ空燃比
   を理論空燃比よりもリーンにして該混合気を燃焼させる
   成層燃焼と、混合気を燃焼室内全体に分散させて燃焼さ
   せる均一燃焼とを、運転状態に応じて切り替えて行わせ
   るようになっている筒内噴射式エンジンにおいて、 運転状態を均一燃焼から成層燃焼へ切り替える際に、該
   切り替えに先立って吸気通路を暖める吸気通路昇温手段
   が設けられていることを特徴とする筒内噴射式エンジ
   ン。
2. 【請求項２】 上記吸気通路の各気筒への分岐部又はこ
   れより上流側で該吸気通路にＥＧＲを供給することがで
   きるＥＧＲ装置が設けられ、該ＥＧＲ装置が成層燃焼時
   には上記吸気通路にＥＧＲを供給するようになってい
   て、 上記吸気通路昇温手段が、運転状態を均一燃焼から成層
   燃焼に切り替える際に、該切り替えに先立って上記ＥＧ
   Ｒ装置にＥＧＲの供給を開始させることにより、上記吸
   気通路を暖めるようになっていることを特徴とする、請
   求項１に記載された筒内噴射式エンジン。
3. 【請求項３】 上記均一燃焼が、ほぼ理論空燃比又は理
   論空燃比よりもリッチな空燃比で行われるようになって
   いて、 均一燃焼時におけるＥＧＲ供給量が、成層燃焼時におけ
   るＥＧＲ供給量よりも少ない量に設定されていることを
   特徴とする、請求項２に記載された筒内噴射式エンジ
   ン。
4. 【請求項４】 エンジン冷機時においては、エンジン温
   度が所定値まで上昇したときに、運転状態が均一燃焼か
   ら成層燃焼に切り替えられるようになっていて、 上記吸気通路昇温手段が、エンジン温度が上記所定値よ
   りも低い所定の温度になったときに上記ＥＧＲ装置にＥ
   ＧＲの供給を開始させることにより、上記吸気通路を暖
   めるようになっていることを特徴とする、請求項２に記
   載された筒内噴射式エンジン。
5. 【請求項５】 上記吸気通路昇温手段が、低負荷時にお
   いて運転状態が均一燃焼から成層燃焼へ切り替えられる
   際に上記吸気通路を暖めるようになっていることを特徴
   とする、請求項２又は請求項４に記載された筒内噴射式
   エンジン。
6. 【請求項６】 上記吸気通路昇温手段が、エンジン冷機
   時においては、均一燃焼時にも上記吸気通路を暖めるよ
   うになっていることを特徴とする、請求項１に記載され
   た筒内噴射式エンジン。