JPH1047121A - 筒内噴射型火花点火式内燃エンジンの制御装置 - Google Patents

筒内噴射型火花点火式内燃エンジンの制御装置

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JPH1047121A
JPH1047121A JP8206014A JP20601496A JPH1047121A JP H1047121 A JPH1047121 A JP H1047121A JP 8206014 A JP8206014 A JP 8206014A JP 20601496 A JP20601496 A JP 20601496A JP H1047121 A JPH1047121 A JP H1047121A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 燃焼室５に燃料を直接噴射する燃料噴射弁４
を有し、内燃エンジン１が所定の運転領域で運転される
とき、主として圧縮行程中に燃料を噴射して層状燃焼を
行わせる筒内噴射型火花点火式内燃エンジンの制御装置
において、高地等におけるエンジン運転時に大気圧や吸
気温度等、吸気密度と相関する環境パラメータ値が標準
大気のそれと大きく乖離しても層状燃焼を安定確実に行
わせる。 【構成】 少なくとも運転者の操作に基づくアクセル開
度情報に応じて設定した目標負荷値Ｐe を、吸気密度と
相関する環境パラメータ検出値で補正し、補正した目標
負荷値Ｐecに基づいてエンジン制御パラメータ値Ｔend,
Ｔigを設定し、エンジン制御パラメータ設定値に基づい
て前記層状燃焼を実行させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、車両に搭載される
筒内噴射型火花点火式内燃エンジンの出力等を制御する
制御装置に関する。
【０００２】
【関連する背景技術】近年、車両に搭載される火花点火
式内燃エンジンにおいて、有害排出ガス成分の低減や燃
費の向上等を図るため、旧来の吸気管噴射型に代えて燃
焼室に直接燃料を噴射する筒内噴射型のガソリンエンジ
ンが種々提案されている。筒内噴射型のガソリンエンジ
ンでは、例えば、燃料噴射弁からピストン頂部に設けた
キャビティ内に燃料を噴射することで、点火時点におい
て点火プラグの周囲に理論空燃比に近い空燃比の混合気
を生成させている。これにより、全体に希薄な空燃比で
も着火が可能となり、ＣＯやＨＣの排出量が減少すると
共に、アイドル運転時や低負荷走行時の燃費を大幅に向
上させることができる。
【０００３】また、このようなガソリンエンジンでは、
エンジンの運転状態、つまりエンジン負荷に応じて圧縮
行程噴射モードと吸気行程噴射モードとを切り換えるよ
うにしている。これにより、低負荷運転時には、主とし
て圧縮行程中に燃料を噴射し、点火プラグの周囲やキャ
ビティ内に局所的に理論空燃比に近い空燃比の混合気を
形成させることができ、これにより、全体として希薄な
空燃比でも良好な着火を実現できる。一方、中高負荷運
転時には、吸気行程中に燃料を噴射し、燃焼室内に均一
な空燃比の混合気を形成させることができ、これによ
り、吸気管噴射型のガソリンエンジンと同様に、多量の
燃料を燃焼させて加速時や高速走行時に要求される出力
を確保することが可能とされている。
【０００４】ところで、通常の吸気管噴射型のガソリン
エンジンでは、エンジンに供給された混合気の可燃空燃
比域（希薄燃焼域）が狭いために、体積効率Ｅv が一定
であれば前述の可燃空燃比域内でほぼ一定の出力トルク
が得られ、体積効率Ｅv と出力トルクとは略一義的関係
にある。このような特性から、通常の吸気管噴射型のガ
ソリンエンジンでは、エアフローセンサ出力から得られ
る体積効率Ｅv を用いて目標空燃比や目標点火時期等の
エンジン制御パラメータ値を設定し、この制御パラメー
タ値に基づいてエンジンの作動を制御している。
【０００５】しかしながら、筒内噴射ガソリンエンジン
の圧縮行程噴射モード制御では、上述したとおり、燃料
をピストン頂部のキャビティ内に噴射し、全体として層
状リーン燃焼を行わせるようにしているので、点火プラ
グの周囲にのみ可燃混合気が存在すれば正常燃焼が可能
であり、吸気管噴射型のガソリンエンジンに比べると全
体空燃比で比較して可燃空燃比範囲が著しく広い。つま
り筒内噴射ガソリンエンジンの圧縮行程噴射モード制御
では、超希薄空燃比（例えば空燃比５０）からリッチ可
燃限界の空燃比（例えば空燃比２０）までの広い空燃比
範囲で運転が可能である。このため、体積効率の値が同
じでも目標空燃比が異なると出力トルクが大きく異な
り、燃料供給量にほぼ比例して出力トルクが得られる。
このことは筒内噴射ガソリンエンジンの圧縮行程噴射モ
ードにおいて、目標空燃比や目標点火時期等のエンジン
制御パラメータ値を設定する際に上述の体積効率Ｅv を
使用出来ないことを意味している。
【０００６】このような事情から筒内噴射ガソリンエン
ジンの圧縮行程噴射モードにおける目標空燃比や目標点
火時期等のエンジン制御パラメータ値の設定や、圧縮行
程噴射モードと吸気行程噴射モード間のモード切換判定
には、体積効率Ｅv にかえてエンジン出力を代表するパ
ラメータとして筒内有効圧Ｐe を使用することが本出願
人により提案されている。より詳しくは、アクセル開度
（スロットル開度）とエンジン回転数（回転速度）か
ら、運転者が望むエンジン出力と相関する目標筒内有効
圧（負荷値）Ｐe を求め、この目標値Ｐe に基づいて燃
料供給量（目標空燃比）や点火時期等を設定している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】ところで、筒内噴射ガ
ソリンエンジンの圧縮行程噴射モードにおいて、筒内で
安定した層状燃焼を得る燃料噴射時期と点火時期とには
密接な関係があり、これらのエンジン制御パラメータ値
を最適値に設定する必要がある。図１は、吸気圧力をパ
ラメータとして噴射時期（噴射終了時期）と点火時期と
により安定燃焼が得られる領域を示している（空燃比一
定：３０）。図１中実線で示す安定燃焼領域は、標準大
気圧下での実験により得られたもので、噴射時期を遅角
するとそれに略対応して点火時期も遅角させる必要があ
ることを示している。エンジンの個体差を考慮すると標
準大気圧条件では図中Ａ点で示す噴射時期及び点火時期
がそれぞれの最適時期となる。従って、各目標空燃比毎
に得られる最適噴射時期と最適点火時期を予め実験的に
求めておき、それらを基に負荷値Ｐe から目標空燃比、
目標噴射時期、目標点火時期、目標ＥＧＲ量（排気還流
量）等を設定するようにしている。
【０００８】しかしながら、図１に示すように標準大気
圧Ｐ0 より低い吸気圧力Ｐ1 , Ｐ2（Ｐ0 ＞Ｐ1 ＞Ｐ2
）においては、吸気圧力が低下するに従って安定燃焼
領域が遅角側に縮退しており、標準大気圧Ｐ0 で設定し
た最適噴射時期、最適点火時期（Ａ点）は最早吸気圧力
Ｐ1,Ｐ2 では最適値ではなく、二点鎖線で示す吸気圧力
Ｐ2 条件下では安定燃焼をさせることが出来ない。この
ように吸気圧力（吸気密度）が減少するに従って安定燃
焼領域が狭くなる理由は、以下のように考えられる。
【０００９】吸気密度が減少するに従って筒内での気体
の流動速度が増大し、これに伴い噴射弁から点火プラグ
周囲へ燃料が到達するに要する時間が短縮される。この
ため、ピストンが適切位置まで上昇したときに点火プラ
グ近傍に燃料が到達するように、吸気密度が高い状態で
の噴射弁からの燃料到達時間を考慮して噴射時期を設定
した場合には、この噴射時期で低吸気密度下で噴射を行
うと、ピストンが適切位置まで上昇する以前に燃料が点
火プラグ近傍に到達してしまうことになり、点火プラグ
近傍に燃料が集中せず（即ち筒内で燃料が分散してしま
い）、十分な層状化が図れず、着火が困難となる虞があ
り、このため、吸気密度が低いときには、その分噴射時
期を遅く設定する必要がある。そして、噴射時期を遅く
設定した場合には、燃焼安定化を図る燃料霧化時間を考
慮すると、その分点火時期も遅らせる必要がある。従っ
て、吸気密度が低い状態では、特に進角側での安定燃焼
領域が噴射時期、点火時期とも狭くなっている。
【００１０】また、目標負荷値Ｐe から目標空燃比を設
定し、この空燃比とエンジンに導入される新気空気量
（質量流量）とに基づいて供給燃料量を設定する場合に
は、吸気密度の低下に伴い新気空気量が低下するため、
その分燃料供給量が減少する。燃料供給量が少なくなる
と、燃料が点火プラグ近傍に集中する期間も短くなり、
その分安定燃焼が可能な噴射時期範囲も狭くなることに
なる。また、燃料供給量が減少すると、（噴射終了時期
が一定と仮定して）燃料噴射開始時期が変化し、燃料の
点火プラグ近傍への到達時間が遅れ、その分点火時期を
遅くする必要が生じる場合がある。
【００１１】尚、低負荷運転時に燃料供給手段から点火
装置のまわりに偏在して燃料を供給し着火することによ
り層状燃焼を行う一方、高負荷時には燃焼室に分散して
燃料を供給し着火することにより均一燃焼を行うように
した層状給気エンジンが、特開昭６０ー３６７１９号公
報に開示されているが、この公報が開示する技術は、エ
ンジン要求負荷に応じて層状燃焼と均一燃焼とを切り換
えており、この切換点を吸気密度に応じて変更し、もっ
てスモークの発生、着火性能の低下等を抑制している
が、吸気密度に応じて最適噴射時期、最適点火時期等を
補正する技術については何ら開示していない。
【００１２】本発明は、上述した問題を解決するために
なされたもので、高地等におけるエンジン運転時に大気
圧や吸気温度等、吸気密度と相関する環境パラメータ値
が標準大気のそれと大きく乖離しても層状燃焼が安定確
実に行える筒内噴射型火花点火式内燃エンジンの制御装
置を提供することを目的にする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】そこで、本発明の請求項
１では、燃焼室に燃料を直接噴射する燃料噴射弁を有
し、内燃エンジンが所定の運転領域で運転されるとき、
主として圧縮行程中に燃料を噴射して層状燃焼を行わせ
る筒内噴射型火花点火式内燃エンジンの制御装置におい
て、少なくとも運転者の操作に基づくアクセル開度情報
に応じて目標負荷値を設定する目標負荷設定手段と、吸
気密度と相関する環境パラメータ値を検出する環境パラ
メータ値検出手段と、設定された目標負荷値を環境パラ
メータ検出値で補正する目標負荷補正手段と、補正した
目標負荷値に基づいてエンジン制御パラメータ値を設定
する制御パラメータ値設定手段と、エンジン制御パラメ
ータ設定値に基づいて前記層状燃焼を実行させる制御手
段とを備えたことを特徴とする筒内噴射型火花点火式内
燃エンジンの制御装置が提供される。
【００１４】請求項１の発明は、以下のような知見に基
づいてなされたものである。図１の実線で示す安定燃焼
領域は、前述した通り標準大気条件で運転した場合の実
験結果に基づくものであり、このとき筒内有効圧は略一
定値Ｐe0であり、そのときの最適燃料噴射時期及び最適
点火時期は点Ａである。図１の破線で示される安定燃焼
領域は、吸気圧力Ｐ1 の条件で得られた実験結果に基づ
くものであるが、このときの吸気流量を標準大気圧状態
に換算した場合に得られる筒内有効圧は値Ｐe1となる。
このように吸気流量を標準大気圧状態に換算し、筒内有
効圧Ｐe1において安定燃焼領域となる点火時期及び燃料
噴射時期を求めたものと見なすことができ、そのときの
最適燃料噴射時期及び最適点火時期は点Ａ1 で得られ
る。同様にして、図１の二点鎖線で示される安定燃焼領
域は、吸気圧力Ｐ2 の条件で得られた実験結果に基づく
ものであるが、このときの吸気流量を標準大気圧状態に
換算した場合に得られる筒内有効圧は値Ｐe2となる。こ
のように吸気流量を標準大気圧状態に換算し、筒内有効
圧Ｐe2となる安定燃焼領域となる点火時期及び燃料噴射
時期を求めたものと見なすことができ、そのときの最適
燃料噴射時期及び最適点火時期は点Ａ2 で得られる。
【００１５】そこで、吸気圧力を種々に変化させ、ある
いは吸気量を種々に絞って筒内有効圧一定、空燃比一定
の条件を作り、このような条件下でそれぞれの安定燃焼
領域を求めると、図２に示すような類似の結果が得られ
る。図２の実線は標準大気圧状態で吸気を絞り、筒内有
効圧が略値Ｐe1であるものの安定燃焼領域、破線は、図
１の吸気圧力Ｐ1 で得られた安定燃焼領域（このときの
筒内有効圧は略値Ｐe1である）、二点鎖線は、吸気圧力
Ｐ3 （Ｐ0 >Ｐ3 >Ｐ1 ）下で吸気を絞り、筒内有効圧が
略値Ｐe1であるものの安定燃焼領域を示している。
【００１６】図２をから明らかなように、吸気流量を標
準大気圧状態に換算して得られる筒内有効圧が略一定の
場合には、吸気圧力（大気圧力）が異なっても安定燃焼
領域は略一致し、最適噴射時期及び最適点火時期は何れ
も点Ａ1 で与えられることが判る。本発明はこのような
知見に基づいてなされたもので、筒内有効圧が一定の場
合には噴射時期及び点火時期をほぼ同じ値に設定しても
よいと考えられることから、こような知見から帰納し
て、エンジン制御パラメータを設定する目標負荷値を、
吸気密度に相関する環境パラメータ値で補正し、このよ
うに補正した目標負荷値を用いてエンジン制御パラメー
タを設定すると、安定した層状燃焼を行わせることがで
きた。
【００１７】目標負荷値を環境パラメータ検出値で補正
する方法としては特に限定されないが、環境パラメータ
検出値に応じて補正値をマップから読み出し、この補正
値を目標負荷値に乗算又は加算してもよいし、環境パラ
メータ検出値と標準大気状態の環境パラメータ値との偏
差に応じて負荷補正値を演算し、目標負荷値にこの負荷
補正値を乗算又は加算するようにしてもよい。
【００１８】尚、吸気密度の減少による吸気の流動変化
により正確に対応させるために、吸気密度で補正した目
標負荷値によって設定したエンジン制御パラメータに対
して、更に吸気密度に応じた補正を加えても良い。ま
た、エンジン制御パラメータとして、噴射時期、点火時
期のほかに目標空燃比を目標負荷値によって設定する場
合、噴射時期と点火時期は吸気密度補正された目標負荷
値に基づきデータを設定し、目標空燃比は吸気密度補正
を行わない目標負荷値に基づきデータ絵お設定すること
が好ましい。これは空燃比設定に対して密度補正をした
負荷値を低負荷側の空燃比が設定されてエンジン出力が
低下するからである。
【００１９】請求項２の発明は、燃焼室に燃料を直接噴
射する燃料噴射弁を有し、内燃エンジンが所定の運転領
域で運転されるとき、主として圧縮行程中に燃料を噴射
して層状燃焼を行わせる筒内噴射型火花点火式内燃エン
ジンの制御装置において、少なくとも運転者の操作に基
づくアクセル開度情報に応じて目標負荷値を設定する目
標負荷設定手段と、前記内燃エンジンの回転速度を検出
する回転速度検出手段と、設定した目標負荷値とエンジ
ン回転速度検出値とに基づいてエンジン制御パラメータ
値を設定する制御パラメータ値設定手段と、吸気密度と
相関する環境パラメータ値を検出する環境パラメータ値
検出手段と、設定したエンジン制御パラメータ値を環境
パラメータ検出値で補正する補正手段と、補正したエン
ジン制御パラメータ設定値に基づいて前記層状燃焼を実
行させる制御手段とを備えたことを特徴とする筒内噴射
型火花点火式内燃エンジンの制御装置が提供される。
【００２０】請求項２の発明は、以下の知見に基づいて
なされたものである。すなわち、図１に示すように、標
準大気圧Ｐ0,吸気圧Ｐ1,Ｐ2 下で得られた安定燃焼領域
からそれぞれの最適燃料噴射時期、最適点火時期が点
Ａ, Ａ1 , Ａ2で求められることから、吸気密度と相関
する環境パラメータ値が標準大気状態のそれから乖離し
た場合、目標負荷値に応じて設定したエンジン制御パラ
メータ値を前述の乖離の程度に応じて補正すると、安定
した層状燃焼を行わせることができたことに基づく。
【００２１】エンジン制御パラメータ値を環境パラメー
タ検出値で補正する方法としては特に限定されないが、
環境パラメータ検出値に応じて補正値をマップから読み
出し、この補正値をエンジン制御パラメータ値に乗算又
は加算してもよいし、環境パラメータ検出値と標準大気
状態の環境パラメータ値との偏差に応じて補正値を演算
し、エンジン制御パラメータ値にこの補正値を乗算又は
加算するようにしてもよい。
【００２２】請求項１又は２の本発明の筒内噴射型火花
点火式内燃エンジンは、所定の運転領域では主として圧
縮行程中に燃料を噴射して層状燃焼を行わせる圧縮行程
噴射モードで、前述の所定の運転領域以外では主として
吸気行程中に燃料を噴射し、燃焼室内に均一な空燃比の
混合気を形成させて燃焼を行わせる吸気行程噴射モード
でそれぞれ制御されるエンジンに好適に適用され、吸気
行程噴射モードにおけるエンジン制御パラメータ値の設
定には、運転者の要求出力と略一義的に相関し、しかも
直接計測が可能である体積効率Ｅv 、充填効率ηv 、単
位吸気行程当たりの吸入空気流量Ａ／Ｎ、ブースト圧Ｐ
b 等の何れかを用いることが好ましい。また、圧縮行程
噴射モードと吸気行程噴射モード間の切換判別には、運
転者の操作に基づくアクセル開度情報に応じて設定され
る目標負荷値を用いることが好ましい。
【００２３】エンジン制御パラメータとしては、少なく
とも燃料噴射時期及び点火時期の何れか一つであること
が好ましいが、両者であっても勿論よい。燃料噴射時期
は、噴射終了時期であってもよいし、噴射開始時期であ
ってもよい。また、吸気密度による補正が必要となるエ
ンジン制御パラメータとしては、燃料噴射時期と点火時
期とが最も本質的であるが、異なる吸気密度条件下にお
いてそれぞれ安定した層状燃焼を行わせるパラメータで
あればどのようなものでもよく、これらには目標空燃
比、目標排気還流量、スロットル弁をバイパスする通路
に配設されたバイパス弁の開度、すなわち目標バイパス
空気流量等が含まれる。
【００２４】吸気密度と相関する環境パラメータとして
は、吸気密度自体であっても良いし、大気圧、大気温
度、湿度等であっても良い。大気圧は、例えばエアクリ
ーナ内に配設された圧力センサにより検出される吸気圧
でも良い。同様に、大気温度は、吸気温度、エンジンル
ーム温度等でも良い。そしてこれらの圧力、温度、湿度
等の何れか一つ、或いは複数の組み合わせであってもよ
い。
【００２５】目標負荷値は、少なくとも運転者の操作に
基づくアクセル開度情報に応じて設定されるが、アクセ
ル開度情報とエンジン回転速度とに応じて設定するのが
より好ましい。アクセル開度情報は、運転者の要求する
エンジン出力に相関するものであればどのようなもので
もよく、スロットル弁の弁開度や、所謂フライ・バイ・
ワイヤ方式のエンジンではアクセルペダルの踏込量を例
示することができる。さらに、空調装置の作動やパワー
ステアリングの作動によりエンジン負荷が加わる場合に
は、目標負荷値にこれらのエンジン負荷を加算するよう
にしてもよい。
【００２６】制御パラメータ値設定手段が設定するエン
ジン制御パラメータ値には、さらにエンジン水温補正、
エンジン劣化に伴う学習補正等を行っても良いことは勿
論のことである。また、主として圧縮行程中に燃料を噴
射して層状燃焼を行う「所定の運転領域」はエンジンの
全運転領域であってもよい。
【００２７】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明の
実施の形態を実施例１及び実施例２により詳細に説明す
る。尚、実施例１及び実施例２の何れにおいても、燃料
噴射時期や点火時期等の設定手順が異なるだけで、ハー
ドウエア構成は何ら変わりがないので、先ず、ハードウ
エア構成から説明する。
【００２８】図３は、車両に搭載された本発明に係る筒
内噴射ガソリンエンジンの制御装置の一実施形態を示す
概略構成図であり、図４は同筒内噴射ガソリンエンジン
の縦断面図である。これらの図において、１は自動車用
の筒内噴射型直列４気筒ガソリンエンジン（以下、単に
エンジンと記す）であり、燃焼室５を始め吸気装置やＥ
ＧＲ装置等が筒内噴射専用に設計されている。
【００２９】エンジン１のシリンダヘッド２には、各気
筒毎に点火プラグ３と共に電磁式の燃料噴射弁４も取り
付けられており、燃焼室５内に直接燃料が噴射されるよ
うになっている。また、シリンダ６内を摺動して往復動
するピストン７の頂面には、上死点近傍で燃料噴射弁４
からの燃料噴霧が到達する位置に、半球状のキャビティ
８が形成されている（図４）。また、このエンジン１の
理論圧縮比は、吸気管噴射型のものに比べ、高く（本実
施例では、１２程度）設定されている。動弁機構として
はＤＯＨＣ４弁式が採用されており、シリンダヘッド２
の上部には、吸排気弁９，１０をそれぞれ駆動するべ
く、吸気側カムシャフト１１と排気側カムシャフト１２
とが回転自在に保持されている。
【００３０】シリンダヘッド２には、両カムシャフト１
１，１２の間を抜けるようにして、略直立方向に吸気ポ
ート１３が形成されており、この吸気ポート１３を通過
した吸気流が燃焼室５内で後述する逆タンブル流を発生
させるようになっている。一方、排気ポート１４につい
ては、通常のエンジンと同様に略水平方向に形成されて
いるが、斜めに大径のＥＧＲポート１５（図４には図示
せず）が分岐している。図中、１６は冷却水温ＴW を検
出する水温センサであり、１７は各気筒の所定のクラン
ク位置（本実施例では、５°BTDCおよび７５°BTDC）で
クランク角信号ＳＧＴを出力するクランク角センサであ
り、１９は点火プラグ３に高電圧を出力する点火コイル
である。尚、クランクシャフトの半分の回転数で回転す
るカムシャフト等には、気筒判別信号ＳＧＣを出力する
気筒判別センサ（図示せず）が取り付けられ、クランク
角信号ＳＧＴがどの気筒のものか判別される。
【００３１】図３に示したように、吸気ポート１３に
は、サージタンク２０を有する吸気マニホールド２１を
介して、エアクリーナ２２，スロットルボディ２３，ス
テッパモータ式のアイドルスピードコントロールバルブ
（以下、アイドル調整弁という）２４を具えた吸気管２
５が接続している。更に、吸気管２５には、スロットル
ボディ２３を迂回して吸気マニホールド２１に吸入気を
導入する、大径のエアバイパスパイプ２６が併設されて
おり、その管路にはリニアソレノイド式で大型のエアバ
イパスバルブ（ＡＢＶ弁という）２７が設けられてい
る。尚、エアバイパスパイプ２６は、吸気管２５に準ず
る流路面積を有しており、ＡＢＶ弁２７の全開時にはエ
ンジン１の低中速域で要求される量の吸入気が流通可能
となっている。一方、アイドル調整弁２４は、ＡＢＶ弁
２７より小さい流路面積を有しており、吸入空気量を精
度よく調整する場合にはアイドル調整弁２４を使用す
る。
【００３２】スロットルボディ２３には、流路を開閉す
るバタフライ式のスロットル弁２８と共に、スロットル
弁２８の開度θthを検出することでアクセル開度情報を
検出するスロットルセンサ２９と、全閉状態を検出する
アイドルスイッチ３０とが備えられている。また、エア
クリーナ２２の内部には、吸気密度を求めるための大気
圧センサ３１、吸気温センサ３２が配設されており、大
気圧Ｐa 、吸気温度Ｔa に対応する信号を出力する。更
に、吸気管２５の入口近傍には、カルマン渦式のエアフ
ローセンサ３３が配設されており、一吸気行程当たりの
体積空気流量Ｑa に比例した渦発生信号を出力する。
【００３３】一方、排気ポート１４には、Ｏ2 センサ４
０が取付けられた排気マニホールド４１を介して、三元
触媒４２や図示しないマフラー等を具えた排気管４３が
接続している。また、ＥＧＲポート１５は、大径のＥＧ
Ｒパイプ４４を介して、スロットル弁２８の下流、且
つ、吸気マニホールド２１の上流に接続されており、そ
の管路にはステッパモータ式のＥＧＲ弁４５が設けられ
ている。
【００３４】燃料タンク５０は、図示しない車体後部に
設置されている。そして、燃料タンク５０に貯留された
燃料は、電動式の低圧燃料ポンプ５１に吸い上げられ、
低圧フィードパイプ５２を介して、エンジン１側に送給
される。低圧フィードパイプ５２内の燃圧は、リターン
パイプ５３の管路に介装された第１燃圧レギュレータ５
４により、比較的低圧（本実施例では、3.0kg/mm2 。以
下、低燃圧と記す）に調圧される。エンジン１側に送給
された燃料は、シリンダヘッド２に取り付けられた高圧
燃料ポンプ５５により、高圧フィードパイプ５６とデリ
バリパイプ５７とを介して、各燃料噴射弁４に送給され
る。本実施例の場合、高圧燃料ポンプ５５は斜板アキシ
ャルピストン式であり、排気側カムシャフト１２により
駆動され、エンジン１のアイドル運転時にも50 kg/mm2
以上の吐出圧を発生する。デリバリパイプ５７内の燃圧
は、リターンパイプ５８の管路に介装された第２燃圧レ
ギュレータ５９により、比較的高圧（本実施例では、50
kg/mm2 。以下、高燃圧と記す）に調圧される。図中、
６０は第２燃圧レギュレータ５９に取付けられた電磁式
の燃圧切換弁であり、オン状態で燃料をリリーフして、
デリバリパイプ５７内の燃圧を所定値（例えば、3.0kg/
mm2 ）に低下させる。また、６１は高圧燃料ポンプ５５
の潤滑や冷却等を行った燃料を燃料タンク５０に還流さ
せるリターンパイプである。
【００３５】車室内には、ＥＣＵ（電子制御ユニット）
７０が設置されており、このＥＣＵ７０には図示しない
入出力装置，制御プログラムや制御マップ等の記憶に供
される記憶装置（ＲＯＭ，ＲＡＭ，不揮発性ＲＡＭ
等），中央処理装置（ＣＰＵ），タイマカウンタ等が具
えられ、エンジン１の総合的な制御を行っている。ＥＣ
Ｕ７０の入力側には、作動時にエンジン１の負荷となる
エアコン装置、パワーステアリング装置、自動変速装置
等の作動状況を検出するスイッチ類、すなわち、エアコ
ンスイッチ（Ａ／Ｃ・ＳＷ）３４、パワーステアリング
スイッチ（Ｐ／Ｓ・ＳＷ）３５、インヒビタスイッチ
（ＩＮＨ・ＳＷ）３６等が夫々接続され、各検出信号を
ＥＣＵ７０に供給している。尚、ＥＣＵ７０には、上述
した各種のセンサ類やスイッチ類の他に、図示しない多
数のスイッチやセンサ類が入力側に接続されており、出
力側にも各種警告灯や機器類等が接続されている。
【００３６】ＥＣＵ７０は、上述した各種センサ類及び
スイッチ類からの入力信号に基づき、燃料噴射モードや
燃料噴射量を始めとして、燃料噴射終了時期、点火時期
やＥＧＲガスの導入量等を決定し、燃料噴射弁４、点火
コイル１９，ＥＧＲ弁４５等を駆動制御する。次に、エ
ンジン制御の基本的な流れを簡単に説明する。
【００３７】冷機時において、運転者がイグニッション
キーをオン操作すると、ＥＣＵ７０は、低圧燃料ポンプ
５１と燃圧切換弁６０をオンにして、燃料噴射弁４に低
燃圧の燃料を供給する。これは、エンジン１の停止時や
クランキング時には、高圧燃料ポンプ５５が全く、ある
いは不完全にしか作動しないため、低圧燃料ポンプ５１
の吐出圧と燃料噴射弁４の開弁時間とに基づいて燃料噴
射量を決定せざるを得ないためである。次に、運転者が
イグニッションキーをスタート操作すると、図示しない
セルモータによりエンジン１がクランキングされ、同時
にＥＣＵ７０による燃料噴射制御が開始される。この時
点では、ＥＣＵ７０は、吸気行程噴射モードを選択し、
比較的リッチな空燃比となるように燃料を噴射する。こ
れは、冷機時には燃料の気化率が低いため、圧縮行程噴
射モードで噴射を行った場合、失火や未燃燃料（ＨＣ）
の排出が避けられないためである。また、ＥＣＵ７０
は、始動時にはＡＢＶ弁２７を閉鎖するため、燃焼室５
への吸入空気はスロットル弁２８の隙間やアイドル調整
弁２４から供給される。尚、アイドル調整弁２４とＡＢ
Ｖ弁２７とはＥＣＵ７０により一元管理されており、ス
ロットル弁２８を迂回する吸入空気（バイパスエア）の
必要導入量に応じてそれぞれの開弁量が決定される。
【００３８】始動が完了してエンジン１がアイドル運転
を開始すると、高圧燃料ポンプ５５が定格の吐出作動を
始めるため、ＥＣＵ７０は、燃圧切換弁６０をオフにし
て燃料噴射弁４に高燃圧の燃料を供給する。この際に
は、当然のことながら、高燃圧と燃料噴射弁４の開弁時
間とに基づいて燃料噴射量が決定される。そして、冷却
水温ＴW が所定値に上昇するまでは、ＥＣＵ７０は、始
動時と同様に吸気行程噴射モードを選択して燃料を噴射
すると共に、ＡＢＶ弁２７も継続して閉鎖する。また、
エアコン等の補機類の負荷の増減に応じたアイドル回転
数の制御は、吸気管噴射型と同様にアイドル調整弁２４
（必要に応じてＡＢＶ弁２７も開弁される）によって行
われる。更に、所定サイクルが経過してＯ2 センサ４０
が活性温度に達すると、ＥＣＵ７０は、Ｏ2 センサ４０
の出力電圧に応じて空燃比フィードバック制御を開始
し、有害排出ガス成分を三元触媒４２により浄化させ
る。このように、冷機時においては、吸気管噴射型と略
同様の燃料噴射制御が行われるが、吸気管１３の壁面へ
の燃料滴の付着等がないため、制御の応答性や精度は高
くなる。
【００３９】エンジン１の暖機が終了すると、ＥＣＵ７
０は、スロットル開度θth等から得た目標筒内有効圧
（目標負荷）Ｐe とエンジン回転数（回転速度）Ｎe と
に基づき、図５の燃料噴射制御マップから現在の燃料噴
射制御領域を検索し、燃料噴射モードと燃料噴射量とを
決定して燃料噴射弁４を駆動する他、ＡＢＶ弁２７やＥ
ＧＲ弁４５の開弁制御等も行う。
【００４０】例えば、アイドル運転時等の低負荷・低回
転運転時には図５中斜線で示す圧縮行程噴射リーン域と
なるため、ＥＣＵ７０は、圧縮行程噴射モードを選択す
ると共にＡＢＶ弁２７及びＥＧＲ弁４０を運転状態に応
じて開弁し、リーンな空燃比（本実施例では、20〜40程
度）となるように燃料を噴射する。この時点では燃料の
気化率が上昇すると共に、図６に示したように吸気ポー
ト１３から流入した吸気流が矢印で示す逆タンブル流８
０を形成するため、燃料噴霧８１がピストン７のキャビ
ティ８内に保存される。その結果、点火時点において点
火プラグ３の周囲には理論空燃比近傍の混合気が形成さ
れることになり、全体として極めてリーンな空燃比（例
えば、全体空燃比で50程度）でも着火が可能となる。こ
れにより、ＣＯやＨＣの排出が極く少量になると共に、
排気ガスの還流によってＮＯx の排出量も低く抑えられ
る。そして、ＡＢＶ弁２７及びＥＧＲ弁４０を開弁する
ことによるポンピングロスの低減も相俟って燃費が大幅
に向上する。そして、負荷の増減に応じたアイドル回転
数の制御は、燃料噴射量を増減させることにより行うた
め、制御応答性も非常に高くなる。
【００４１】尚、圧縮行程噴射モードにおいては、噴射
弁４から噴射された燃料噴霧が前述した逆タンブル流に
乗って、点火プラグ３に到達しなければならないし、到
達して点火時点までに燃料が蒸発して点火容易な混合気
が形成されていなければならない。平均空燃比が20以下
になると点火プラグ３近傍において局所的にオーバリッ
チな混合気が生成されて所謂リッチ失火が生じる一方、
40以上になると希薄限界を超えてやはり失火（所謂リー
ン失火）が生じ易くなる。このため、後述するように燃
料噴射開始及び終了のタイミングや点火のタイミングが
正確に制御されると共に、平均空燃比が20〜40の範囲に
なるように設定され、この範囲を超える場合には、後述
する吸気行程噴射モードに切り換えられる。
【００４２】また、低中速走行時は、その負荷状態やエ
ンジン回転速度Ｎe に応じて、図５中の吸気行程噴射モ
ードによるリーン域あるいはストイキオフィードバック
域（理論空燃比フィードバック制御域）となるため、Ｅ
ＣＵ７０は、吸気行程噴射モードを選択すると共に、所
定の空燃比となるように燃料を噴射する。すなわち、吸
気行程噴射モードのリーン域では、比較的リーンな空燃
比（例えば、20〜23程度）となるようにＡＢＶ弁２７の
開弁量と燃料噴射量とを制御し、ストイキオフィードバ
ック域では、ＡＢＶ弁２７とＥＧＲ弁４５とを開閉制御
すると共に（但し、ＥＧＲ弁４５を開閉制御するのは、
ストイキオフィードバック域の特定の領域のみで行われ
る）、Ｏ2 センサ４０の出力電圧に応じて空燃比フィー
ドバック制御を行う。図７に示したように吸気ポート１
３から流入した吸気流が逆タンブル流８０を形成するた
め、燃料噴射開始時期又は終了時期を調整することによ
り吸気行程噴射モードのリーン域においても、逆タンブ
ルによる乱れの効果でリーンな空燃比でも着火が可能と
なる。尚、ストイキオフィードバック域では、比較的高
い圧縮比により大きな出力が得られると共に、有害排出
ガス成分が三元触媒４２により浄化される。
【００４３】そして、急加速時や高速走行時は図５中の
オープンループ制御域となるため、ＥＣＵ７０は、吸気
行程噴射モードを選択すると共にＡＢＶ弁２７を閉鎖
し、スロットル開度θthやエンジン回転速度Ｎe 等に応
じて、比較的リッチな空燃比となるように燃料を噴射す
る。この際には、圧縮比が高いことや吸気流が逆タンブ
ル流８０を形成することの他、吸気ポート１３が燃焼室
５に対して略直立しているため、慣性効果によっても高
い出力が得られる。
【００４４】更に、中高速走行中の惰行運転時は図５中
の燃料カット域となるため、ＥＣＵ７０は、燃料噴射を
完全に停止する。これにより、燃費が向上すると同時
に、有害排出ガス成分の排出量も低減される。尚、燃料
カットは、エンジン回転速度Ｎe が復帰回転速度より低
下した場合や、運転者がアクセルペダルを踏み込んだ場
合には即座に中止される。
【００４５】次に、本発明に係わり、目標平均有効圧
（目標負荷）Ｐe によって設定されるエンジン燃焼室内
の燃焼状態に影響を与えるパラメータ値（エンジン制御
パラメータ値）、すなわち、燃料噴射弁４の開弁時間Ｔ
inj 、燃料噴射終了時期Ｔend、点火時期Ｔig、ＥＧＲ
弁４５の開弁量Ｌegr 等の設定手順を説明する。 （実施例１の設定手順）図８ないし図１０に示すフロー
チャートは、実施例１による各種エンジン制御パラメー
タ値の設定手順を示し、クランク角センサ１７からクラ
ンク角信号が出力される毎にＥＣＵ７０によって割り込
み実行される。
【００４６】ＥＣＵ７０は、先ず図８のステップＳ１０
において各種エンジン状態量、例えばエアフローセンサ
３３が検出する一吸気行程当たりの吸入空気量（体積空
気流量）Ｑa 、スロットルセンサ２９が検出するスロッ
トル弁開度θth、大気圧センサ３１が検出する大気圧Ｐ
a 、吸気温センサ３２が検出する吸気温度Ｔa 、クラン
ク角センサ１７からのクランク角信号発生時間間隔から
検出されるエンジン回転数（回転速度）Ｎe 、エアコン
スイッチ３３が検出する空調装置の作動状態、等を読み
込む。
【００４７】次いでＥＣＵ７０は、前述した記憶装置に
予め記憶されている目標平均有効圧マップから、スロッ
トルセンサ２９及びクランク角センサ１７によって検出
されるスロットル弁開度θthとエンジン回転数Ｎｅとに
応じた目標平均有効圧ＰeBを演算する（ステップＳ１
２）。図１１は、目標平均有効圧マップの概略構成を示
し、スロットル弁開度θthとエンジン回転数Ｎｅとに応
じた、運転者が要求する出力に対応する目標平均有効圧
ＰeBijがマッピングされてＥＣＵ７０の記憶装置に記憶
されている。これらの各データは、目標平均有効圧情報
としてエンジンの台上試験でデータが収集し易い、例え
ば正味平均有効圧を用いて、実験的に設定された値であ
る。ＥＣＵ７０はこのマップから例えば公知の４点補間
法等により、検出されたスロットル弁開度θthとエンジ
ン回転数Ｎｅとに応じた最適の目標平均有効圧ＰeBを演
算する。
【００４８】なお、この実施例では、目標負荷情報とし
て正味平均有効圧Ｐｅを用いたが、エンジンの台上試験
でのデータの収集に特に差し障りがなければ種々のもの
を用いることができ、図示平均有効圧力や正味出力等で
あってもよい。次にステップＳ１４に進み、目標平均有
効圧ＰeBに補機補正を加えて目的とする目標平均有効圧
Ｐeを求める。
【００４９】 Ｐe ＝ＰeB＋ΔＰe ……(M1) ＥＣＵ７０の記憶装置には、作動時にエンジン１の機械
的、電気的な負荷となる種々の負荷装置（補機装置）、
例えばエアコン装置、パワーステアリング装置、変速装
置等のための出力補正マップを備えており、これらの負
荷装置の作動を検出するスイッチ３４〜３６からのオン
信号により出力補正マップからエンジン回転数Ｎｅに応
じた目標平均有効圧補正値ΔＰe が出力される。この補
正値ΔＰe をステップＳ１２で得られた目標平均有効圧
ＰeBに加算して、補機装置による補正が行われる。尚、
このようにして算出された目標平均有効圧Ｐｅは、適宜
フィルタリング処理を行ってノイズ成分の除去、制御の
安定等を図るようにしてもよい。
【００５０】ステップＳ１６では、体積効率Ｅv が演算
される。この体積効率Ｅv は、エアフロセンサ３３から
検出される吸入空気流量（体積流量）Ｑa を燃焼室５の
容積で除することで簡単に演算することができる。次
に、ステップＳ１８において環境パラメータ値である吸
気密度γを演算する。吸気密度γは、ボイル・シャルル
の公知の演算式により吸気温度Ｔa と大気圧Ｐa から容
易に演算することができる。そして、ステップＳ２０に
おいて求めた体積効率Ｅv と吸気密度γとから充填効率
ηv を次式により演算する。
【００５１】 ηv ＝γ×Ｅv ……(M2) 次に、ＥＣＵ７０は、図９のステップＳ２２に進み、目
標平均有効圧ＰeBを大気補正するための補正係数値（標
準大気状態に対する低減係数値）Ｋatを次式(M3)より演
算する。 Ｋat＝α×γ ……(M3) ここにαは、定数であり、吸気密度が標準状態のそれに
対してより小さい値をとる場合には、補正係数値Ｋatは
値１に対してより小さい値に設定される。
【００５２】このようにして求めた補正係数値Ｋatは次
式(M4)に適用されて、目標平均有効圧ＰeBを大気補正す
る。 Ｐec＝Ｋat×ＰeB＋ΔＰe ……(M4) 大気補正を要するのは式(M1)中、スロットル弁開度θth
とエンジン回転数Ｎｅとに応じて設定した値ＰeBだけ
（吸入空気量に関連する項だけ）であり、補機補正値で
あるΔＰe には補正係数値Ｋatを乗算する必要はない。
エアコン等の補機装置は、それらの装置を駆動するに必
要なエンジントルクは、平地であっても高地であっても
変わりがないからである。
【００５３】そして、ステップＳ２６では、吸気行程噴
射モード或いは圧縮行程噴射モードの何れでエンジンを
制御すべきかを判別するための判別しきい値ＸＰe をエ
ンジン回転数Ｎe に応じて設定する。図５に斜線で示す
圧縮行程噴射リーン域と吸気行程噴射域を区切る境界線
は、判別しきい値ＸＰe とＮe との関係を示すものであ
りこの関係から判別しきい値ＸＰe を求めることが出来
る。
【００５４】そしてステップＳ２８及びステップＳ３０
において、圧縮行程噴射モードで制御すべきか否かを判
別する。ステップＳ２８では求めた判別しきい値ＸＰe
とステップＳ１４で求めた目標平均有効圧Ｐｅとが比較
され、目標平均有効圧Ｐｅが判別しきい値ＸＰe より小
であるか否かが判別される。ステップＳ３０では、暖機
が未だ完了していない運転状態等、圧縮行程噴射モード
による制御を禁止すべき運転状態であるか否かが判別さ
れる。
【００５５】ステップＳ２８において、判別しきい値Ｘ
Ｐe と比較される目標平均有効圧データとして吸気密度
補正されたＰecを用いなかった理由は、Ｐecを用いると
圧縮行程噴射リーン域が異常に拡大され、スモーク等が
発生する虞があることによる。目標平均有効圧Ｐｅが判
別しきい値ＸＰe 以上でステップＳ２８の判別結果が否
定（Ｎｏ）の場合、或いは圧縮行程噴射モードの制御を
禁止すべ運転状態にあり、ステップＳ３０の判別結果が
肯定（Ｙｅｓ）の場合には図１０のステップＳ３６に進
み、吸気行程噴射モードによる各種エンジン制御パラメ
ータ値の演算が行われる一方、ステップＳ２８の判別結
果が肯定、かつステップＳ３０の判別結果が否定の場合
には図１０のステップＳ３２に進み、圧縮行程噴射モー
ドによる各種エンジン制御パラメータ値の演算が行われ
る。
【００５６】先ず、吸気行程噴射モードによる各種エン
ジン制御パラメータ値の演算について説明すると、ステ
ップＳ３６では、充填効率ηv とエンジン回転数Ｎe と
に応じて燃料噴射終了時期Ｔend 、点火時期Ｔig、目標
空燃比ＡＦ、ＥＧＲ量（ＥＧＲ弁４５の開弁量Ｌegr ）
を設定する。吸気行程噴射モードでは、前述したとお
り、筒内に流入する空気量に応じて略一義的に出力を決
定し得るので、この実施例では体積効率Ｅv に吸気密度
補正をした充填効率ηv が使用される。充填効率ηv と
エンジン回転数Ｎe とに応じてエンジン制御パラメータ
値を設定する方法としては、ステップＳ１２の目標平均
有効圧ＰeBの演算と同様にマップから充填効率ηv とエ
ンジン回転数Ｎe とに応じて適宜値を読み出すようにす
ればよい。この実施例では、体積効率Ｅv に代え、吸気
密度γで補正された充填効率ηv を用いてエンジン制御
パラメータ値を設定するので、高地等の吸気密度の低い
大気条件下でも吸気密度に応じた最適のエンジン制御パ
ラメータ値を設定することができる。
【００５７】しかしながら、ＡＢＶ弁２７の弁開度につ
いては、吸気行程噴射モードにおいても目標平均有効圧
Ｐｅとエンジン回転数Ｎe とにより演算される（ステッ
プＳ３８）。ＡＢＶ弁２７が全開状態にあるとき、スロ
ットル弁２８の全開時に匹敵する空気量をバイパス通路
２６を介してエンジン１に供給させることができる。従
って、出力が不足して運転者によってスロットル弁２８
が開弁されたとき、ＡＢＶ弁２７の弁開度を体積効率Ｅ
v や充填効率ηv を用いて制御すると、ＡＢＶ弁２７も
開弁方向に駆動されることになるが、僅かな開弁方向の
補正でも大量の吸気量が流れ得るので過剰な空気量が筒
内に流入して燃焼を悪化させる場合がある。燃焼が悪化
すると、出力が更に不足し、運転者はスッロトル弁２８
を更に開き、これに連動してＡＢＶ弁２７が更に開弁さ
れる、と云うように制御が発散する危険がある。そこ
で、スロットル弁２８の弁開度θth、すなわち運転者の
出力要求に対応して設定される目標平均有効圧Ｐe とエ
ンジン回転数Ｎe とによってＡＢＶ弁２７の弁開度を設
定することによって、制御を安定させることが出来るの
である。
【００５８】一方、圧縮行程噴射モードによる各種エン
ジン制御パラメータ値の演算について説明すると、ステ
ップＳ３２では、先ず、目標平均有効圧Ｐecとエンジン
回転数Ｎe とに応じて燃料噴射終了時期Ｔend 及び点火
時期Ｔigが設定される。この場合の燃料噴射終了時期Ｔ
end 及び点火時期Ｔigの設定方法も、ステップＳ１２の
目標平均有効圧ＰeBの演算と同様にマップから読み出す
ようにすればよい。燃料噴射終了時期Ｔend や点火時期
Ｔigを設定する目標平均有効圧Ｐecは、ステップＳ２４
において大気補正されているので、先に図２を参照して
説明したように、使用するマップは標準大気状態で求め
たマップを使用すればよく、吸気密度に応じて異なるマ
ップからこれらの燃料噴射終了時期Ｔend や点火時期Ｔ
igを読み出す必要がなくなる。従って、制御が簡素にな
り、しかもマッチングのための台上試験回数も少なくて
済むという利点もある。
【００５９】次いで、ステップＳ３４において、目標平
均有効圧Ｐe とエンジン回転数Ｎeとに応じて目標空燃
比ＡＦ、ＥＧＲ量（ＥＧＲ弁４５の開弁量Ｌegr ）及び
をＡＢＶ弁２７の弁開度を設定する。これらのエンジン
制御パラメータ値の設定には、前述したステップＳ１４
で演算され、大気補正を行っていない目標平均有効圧Ｐ
e が使用される。前述したとおり、圧縮行程噴射モード
では吸気量ではエンジン出力を一義的に決めることがで
きず、燃料供給量に略比例してエンジン出力が得られ
る。そして、安定した層状燃焼を確保するために燃料噴
射終了時期Ｔendや点火時期Ｔigを最適値に設定する必
要から目標平均有効圧Ｐe の大気補正を必要とするが、
目標空燃比ＡＦ、ＥＧＲ量及びをＡＢＶ弁２７の弁開度
は、層状燃焼に影響するパラメータと云うよりは、エン
ジン出力に直接関係する制御パラメータであるから、運
転者が要求するエンジン出力を忠実に実現するために
は、運転者の操作に基づくアクセル開度情報を精確にこ
れらの制御パラメータに反映させなければならない。従
って、これらの制御パラメータ値を設定する目標平均有
効圧Ｐe の大気補正は不要であり、大気補正を行うと運
転者の意図が反映出来ず寧ろ有害となる。
【００６０】この場合の目標空燃比ＡＦ、ＥＧＲ量及び
をＡＢＶ弁２７の弁開度の設定方法も、ステップＳ１２
の目標平均有効圧ＰeBの演算と同様にマップから読み出
すようにすればよい。これらの制御パラメータ値の設定
が終わると、ステップＳ４０に進み、燃料噴射弁４の開
弁時間Ｔinjを次式(M5)により演算する。
【００６１】 Ｔinj ＝Ｋ×（Ｑa ×γ／ＡＦ）×（Ｋwt×...）×Ｋg ＋ＴDEC...(M5) ここに、Ｋwt、Ｋaf... 等はエンジン水温Ｔw 等に応じ
て設定される各種補正係数であり、エンジン運転状態に
応じて設定される。Ｋg は、噴射弁４のゲイン補正係
数、ＴDEC は、無効時間補正値であり、目標平均有効圧
Ｐｅとエンジン回転数Ｎｅとに応じて設定される。Ｋ
は、燃料量を開弁時間に変換する変換係数であり、定数
である。
【００６２】そしてステップＳ４２において、このよう
に算出した開弁時間Ｔinj と噴射終了時期Ｔend とに基
づいて決定されるタイミングで燃料噴射弁４を駆動し、
所要量の燃料を燃焼室５内に噴射供給する。また、点火
時期Ｔigに基づいて決定されるタイミングで点火プラグ
３により点火し、また、設定した所要の弁開度にＥＧＲ
弁４５及びをＡＢＶ弁２７を開閉駆動する。
【００６３】斯くして、大気補正された目標平均有効圧
Ｐecによって最適燃料噴射終了時期Ｔend と最適点火時
期Ｔigを求めることができ、このような最適燃料噴射終
了時期Ｔend と最適点火時期Ｔigに依って安定な層状燃
焼が確保される。 （実施例２の設定手順）実施例２の設定手順は図８、図
１２及び図１３のフローチャートで示される。すなわ
ち、図８に示される実施例１のフローチャートは、その
まま実施例２の各種エンジン制御パラメータ値の設定手
順に適用することができ、ステップＳ１４では補機補正
された目標平均有効圧Ｐeが、ステップＳ１６では体積
効率Ｅv が、ステップＳ１８では吸気密度γが、ステッ
プＳ２０では充填効率ηv がそれぞれ実施例２において
も演算される。
【００６４】次いでＥＣＵ７０は、図１２のステップＳ
５０を実行し、吸気行程噴射モード或いは圧縮行程噴射
モードの何れでエンジンを制御すべきかを判別するため
の判別しきい値ＸＰe をエンジン回転数Ｎe に応じて設
定し、ステップＳ５２及びステップＳ５４において、圧
縮行程噴射モードで制御すべきか否かを判別する。この
判別方法は実施例１の方法と同じであり、目標平均有効
圧Ｐｅが判別しきい値ＸＰe 以上でステップＳ５２の判
別結果が否定（Ｎｏ）の場合、或いは圧縮行程噴射モー
ドの制御を禁止すべ運転状態にあり、ステップＳ５４の
判別結果が肯定（Ｙｅｓ）の場合には図１３のステップ
Ｓ６２に進み、吸気行程噴射モードによる各種エンジン
制御パラメータ値の演算が行われる一方、ステップＳ５
２の判別結果が肯定、かつステップＳ５４の判別結果が
否定の場合にはステップＳ５６に進み、圧縮行程噴射モ
ードによる各種エンジン制御パラメータ値の演算が行わ
れる。
【００６５】先ず、実施例２の吸気行程噴射モードによ
る各種エンジン制御パラメータ値の演算について説明す
ると、吸気行程噴射モードでは実施例１の演算方法と同
じ方法で制御パラメータ値が演算される。すなわち、ス
テップＳ６２において、充填効率ηv とエンジン回転数
Ｎe とに応じて燃料噴射終了時期Ｔend 、点火時期Ｔi
g、目標空燃比ＡＦ、ＥＧＲ量（ＥＧＲ弁４５の開弁量
Ｌegr ）を設定し、ステップＳ６４において目標平均有
効圧Ｐｅとエンジン回転数Ｎe とに応じてＡＢＶ弁２７
の弁開度を設定する。これらの制御パラメータ値の設定
方法は実施例１と同じであるので説明を省略する。
【００６６】一方、圧縮行程噴射モードによる各種エン
ジン制御パラメータ値の演算について説明すると、実施
例２では、ステップＳ５６において先ず燃料噴射終了時
期Ｔend 及び点火時期Ｔigの大気補正値ΔＦＴ及びΔＳ
Ｔを演算する。この場合の大気補正値ΔＦＴ及びΔＳＴ
の演算は、３次元マップが使用され、目標平均有効圧Ｐ
e 、エンジン回転数Ｎe 及び吸気密度γに応じて大気補
正値ΔＦＴ及びΔＳＴが読み出される。後述するように
燃料噴射終了時期Ｔend 及び点火時期Ｔigは目標平均有
効圧Ｐe とエンジン回転数Ｎe とに応じて演算されるの
で、上述の３次元マップには、目標平均有効圧Ｐe とエ
ンジン回転数Ｎe とに応じて演算されたそれぞれの燃料
噴射終了時期Ｔend 及び点火時期Ｔigに対して吸気密度
γに応じた大気補正値ΔＦＴ及びΔＳＴがマッピングさ
れて記憶されている。
【００６７】次いで、図１３のステップＳ５８におい
て、大気補正されない目標平均有効圧Ｐe とエンジン回
転数Ｎe とに応じて目標空燃比ＡＦ、ＥＧＲ量（ＥＧＲ
弁４５の開弁量Ｌegr ）及びＡＢＶ弁２７の弁開度が設
定されと同時に、燃料噴射終了時期Ｔend 及び点火時期
Ｔigも大気補正されない目標平均有効圧Ｐe とエンジン
回転数Ｎe とに応じて設定される。そして、燃料噴射終
了時期Ｔend と点火時期ＴigについてはステップＳ６０
において大気補正が実行される。
【００６８】次式(N1),(N2) はそれぞれ燃料噴射終了時
期Ｔend 及び点火時期Ｔigの大気補正演算式を示してお
り、ステップＳ５８で求めた燃料噴射終了時期Ｔend 及
び点火時期ＴigをステップＳ５６で求めた大気補正値Δ
ＦＴ及びΔＳＴで遅角補正することによって、吸気密度
に応じた最適燃料噴射終了時期Ｔend と最適点火時期Ｔ
igが演算される。概念的には、吸気密度γに応じ図１に
示す最適点Ａ，Ａ1 ，Ａ2 ... 等に対応する最適燃料噴
射終了時期Ｔend と最適点火時期Ｔigが演算されること
になる。
【００６９】 Ｔend ＝Ｔend −ΔＦＴ ……(N1) Ｔig ＝Ｔig −ΔＳＴ ……(N2) このようにして最適燃料噴射終了時期Ｔend 、最適点火
時期Ｔig、目標空燃比ＡＦ、ＥＧＲ量（ＥＧＲ弁４５の
開弁量Ｌegr ）及びをＡＢＶ弁２７の弁開度が設定され
ると、実施例１と同様に、ステップＳ６６において燃料
噴射弁４の開弁時間Ｔinj が前式(M5)により演算され、
ステップＳ６８において、演算した開弁時間Ｔinj と噴
射終了時期Ｔend とに基づいて決定されるタイミングで
燃料噴射弁４を駆動し、所要量の燃料を燃焼室５内に噴
射供給する。また、点火時期Ｔigに基づいて決定される
タイミングで点火プラグ３により点火し、また、設定し
た所要の弁開度にＥＧＲ弁４５及びをＡＢＶ弁２７を開
閉駆動する。
【００７０】斯くして、実施例２においても大気補正さ
れた最適燃料噴射終了時期Ｔend と最適点火時期Ｔigに
依って安定な層状燃焼が確保される。上記実施例では目
標負荷に対して目標空燃比を設定し、この目標空燃比に
なるように吸気量から燃料量を算出するタイプのエンジ
ンについて説明したが、吸気密度によって筒内流動が変
化し、これにより最適噴射時期や点火時期が吸気密度に
より変化することに基づけば、目標負荷から直接的に燃
料量を求めるタイプのエンジンにおいても、目標負荷を
吸気密度補正し、或いは吸気密度に応じた点火時期、噴
射時期の補正量を設定し、これらの何れか又は双方に基
づき点火時期、噴射時期の最終データを求めることに意
味があり、本発明は、このタイプのエンジンにも適用可
能であることは云うまでもない。
【００７１】
【発明の効果】以上説明したように、請求項１の発明に
依れば、燃焼室に燃料を直接噴射する燃料噴射弁を有
し、内燃エンジンが所定の運転領域で運転されるとき、
主として圧縮行程中に燃料を噴射して層状燃焼を行わせ
る筒内噴射型火花点火式内燃エンジンの制御装置におい
て、運転者の操作に基づくアクセル開度情報に応じて目
標負荷値を設定し、この目標負荷値を吸気密度と相関す
る環境パラメータ検出値で補正し、補正した目標負荷値
に基づいて目標空燃比、最適燃料噴射時期、最適点火時
期等のエンジン制御パラメータ値を設定するので、ま
た、請求項２の発明では、先ず、目標負荷値とエンジン
回転速度検出値とに基づいてエンジン制御パラメータ値
を設定し、このエンジン制御パラメータ値を環境パラメ
ータ検出値で補正し、補正したエンジン制御パラメータ
設定値に基づいて層状燃焼を実行させるので、全体空燃
比でみると幅広い作動域に対して運転者の運転意図を精
確に反映させて略一義的にエンジン制御パラメータ値を
設定することができ、しかも、高地等において吸気密度
の低下により安定層状燃焼範囲が狭まっても、燃料噴射
時期、点火時期等のエンジン制御パラメータ値が的確に
大気補正され、安定層状燃焼を確保することができ、ド
ライバビリティの悪化を防止することができる。
【００７２】そして請求項１の発明では、エンジン制御
パラメータ値を設定する目標負荷値を環境パラメータ検
出値で補正しておき、補正した目標負荷値に基づいてエ
ンジン制御パラメータ値を設定するので、標準大気状態
でのマッチング試験データを取得すればこれらのデータ
から、標準大気状態から乖離した大気状態で安定した層
状燃焼を行わせるためのエンジン制御パラメータ値を求
めることができ、エンジン制御プログラムが簡易にな
り、またマッチング試験も少ない工数で行うことが出来
るといる利点を備えている。
【図面の簡単な説明】
【図１】筒内噴射型火花点火式内燃エンジンの圧縮行程
噴射モードにおける、異なる吸気圧条件下で求めた安定
燃焼領域を示すグラフである。
【図２】筒内噴射型火花点火式内燃エンジンの圧縮行程
噴射モードにおける、種々の吸気圧条件下で求めた安定
燃焼領域を、筒内有効圧一定の条件で比較したグラフで
ある。
【図３】本発明に係るエンジン制御装置の概略構成図で
ある。
【図４】本発明に係る筒内噴射ガソリンエンジンの縦断
面図である。
【図５】エンジン筒内平均有効圧Ｐｅとエンジン回転数
Ｎｅとに応じて規定され、圧縮行程噴射リーン運転域、
吸気行程噴射リーン運転域、同ストイキオフィードバッ
ク運転域等を示すエンジン制御モードマップである。
【図６】本発明に係る筒内噴射型火花点火式内燃エンジ
ンの圧縮行程噴射モードにおける燃料噴射形態を示す説
明図である。
【図７】本発明に係る筒内噴射型火花点火式内燃エンジ
ンの吸気行程噴射モードにおける燃料噴射形態を示す説
明図である。
【図８】目標平均有効圧Ｐｅ、目標空燃比ＡＦ，燃料噴
射終了期間Ｔend ，点火時期Ｔig、ＥＧＲ弁４５の弁開
度Ｌegr 等のエンジン制御パラメータ値を算出し、算出
したエンジン制御パラメータ値に基づいてエンジンを制
御する手順を示すクランク割込ルーチンのフローチャー
トの一部である。
【図９】図８のフローチャートに続く、クランク割込ル
ーチンのフローチャートの他の一部である。
【図１０】図９のフローチャートに続く、クランク割込
ルーチンのフローチャートの残部である。
【図１１】スロッ１トル弁２８の弁開度θthとエンジン
回転数Ｎｅとに応じて算出される目標平均有効圧ＰeBの
算出マップの概略構成を説明するための図である。
【図１２】図８に示す実施例１のフローチャートに続い
て実行され、本発明の別の実施例のクランク割込ルーチ
ンのフローチャートの一部である。
【図１３】図１２のフローチャートに続く、実施例２の
クランク割込ルーチンのフローチャートの残部である。
【符号の説明】
１ エンジン ４ 燃料噴射弁 ５ 燃焼室 １７ クランク角センサ（回転速度検出手段） ２５ 吸気管 ２６ エアバイパスパイプ ２７ ＡＢＶ弁 ２８ スロットル弁 ２９ スロットルセンサ（スロットル弁開度検出手
段） ３１ 吸気温センサ（環境パラメータ値検出手段） ３２ 大気温度センサ（環境パラメータ値検出手段） ７０ ＥＣＵ（目標負荷設定手段，制御パラメータ値
設定手段，制御手段，補正手段）
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成８年９月９日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００５】しかしながら、筒内噴射ガソリンエンジン
の圧縮行程噴射モード制御では、上述したとおり、燃料
をピストン頂部のキャビティ内に噴射し、全体として層
状リーン燃焼を行わせるようにしているので、点火プラ
グの周囲にのみ可燃混合気が存在すれば正常燃焼が可能
であり、吸気管噴射型のガソリンエンジンに比べると全
体空燃比で比較して可燃空燃比範囲が著しく広い。つま
り筒内噴射ガソリンエンジンの圧縮行程噴射モード制御
では、超希薄空燃比（例えば空燃比５０）からリッチ可
燃限界の空燃比（例えば空燃比２０）までの広い空燃比
範囲で運転が可能である。このため、体積効率の値が同
じでも目標空燃比が異なると出力トルクが大きく異な
り、燃料供給量にほぼ比例して出力トルクが得られる。
このことは筒内噴射ガソリンエンジンの圧縮行程噴射モ
ードにおいて、目標空燃比や目標点火時期等のエンジン
制御パラメータ値を設定する際に上述の体積効率Ｅv を
使用することが困難であることを意味している。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１８】尚、吸気密度の減少による吸気の流動変化
により正確に対応させるために、吸気密度で補正した目
標負荷値によって設定したエンジン制御パラメータに対
して、更に吸気密度に応じた補正を加えても良い。ま
た、エンジン制御パラメータとして、噴射時期、点火時
期のほかに目標空燃比を目標負荷値によって設定する場
合、噴射時期と点火時期は吸気密度補正された目標負荷
値に基づきデータを設定し、目標空燃比は吸気密度補正
を行わない目標負荷値に基づきデータを設定することが
好ましい。これは空燃比設定に対して負荷値に密度補正
を行うと低負荷側の空燃比が設定されてエンジン出力が
低下するからである。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正内容】
【００２５】目標負荷値は、少なくとも運転者の操作に
基づくアクセル開度情報に応じて設定されるが、アクセ
ル開度情報とエンジン回転速度とに応じて設定するのが
より好ましい。アクセル開度情報は、運転者の要求する
エンジン出力に相関するものであればどのようなもので
もよく、スロットル弁の弁開度や、所謂フライ・バイ・
ワイヤ方式のエンジンではアクセルペダルの踏込量を例
示することができる。さらに、トランスミッションの負
荷変動や空調装置の作動やパワーステアリングの作動に
よりエンジン負荷が加わる場合には、目標負荷値にこれ
らのエンジン負荷を加算するようにしてもよい。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３１
【補正方法】変更
【補正内容】
【００３１】図３に示したように、吸気ポート１３に
は、サージタンク２０を有する吸気マニホールド２１を
介して、エアクリーナ２２，スロットルボディ２３，ス
テッパモータ式のアイドルスピードコントロールバルブ
（以下、アイドル調整弁という）２４を具えた吸気管２
５が接続している。更に、吸気管２５には、スロットル
ボディ２３を迂回して吸気マニホールド２１に吸入気を
導入する、大径のエアバイパスパイプ２６が併設されて
おり、その管路にはリニアソレノイド式で大型のエアバ
イパスバルブ（ＡＢＶ弁という）２７が設けられてい
る。尚、エアバイパスパイプ２６は、吸気管２５に準ず
る流路面積を有しており、ＡＢＶ弁２７の全開時にはエ
ンジン１の低中速域で要求される量の吸入空気が流通可
能となっている。一方、アイドル調整弁２４は、ＡＢＶ
弁２７より小さい流路面積を有しており、吸入空気量を
精度よく調整する場合にはアイドル調整弁２４を使用す
る。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３２
【補正方法】変更
【補正内容】
【００３２】スロットルボディ２３には、流路を開閉す
るバタフライ式のスロットル弁２８と共に、スロットル
弁２８の開度θthを検出することでアクセル開度情報を
検出するスロットルポジションセンサ２９と、全閉状態
を検出するアイドルスイッチ３０とが備えられている。
また、エアクリーナ２２の内部には、吸気密度を求める
ための大気圧センサ３１、吸気温センサ３２が配設され
ており、大気圧Ｐa 、吸気温度Ｔa に対応する信号を出
力する。更に、吸気管２５の入口近傍には、カルマン渦
式のエアフローセンサ３３が配設されており、一吸気行
程当たりの体積空気流量Ｑa に比例した渦発生信号を出
力する。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３４
【補正方法】変更
【補正内容】
【００３４】燃料タンク５０は、図示しない車体後部に
設置されている。そして、燃料タンク５０に貯留された
燃料は、電動式の低圧燃料ポンプ５１に吸い上げられ、
低圧フィードパイプ５２を介して、エンジン１側に送給
される。低圧フィードパイプ５２内の燃圧は、リターン
パイプ５３の管路に介装された第１燃圧レギュレータ５
４により、比較的低圧（本実施例では、3.0kgf/cm2 。以
下、低燃圧と記す）に調圧される。エンジン１側に送給
された燃料は、シリンダヘッド２に取り付けられた高圧
燃料ポンプ５５により、高圧フィードパイプ５６とデリ
バリパイプ５７とを介して、各燃料噴射弁４に送給され
る。本実施例の場合、高圧燃料ポンプ５５は斜板アキシ
ャルピストン式であり、排気側カムシャフト１２により
駆動され、エンジン１のアイドル運転時にも50kgf/cm2
以上の吐出圧を発生する。デリバリパイプ５７内の燃圧
は、リターンパイプ５８の管路に介装された第２燃圧レ
ギュレータ５９により、比較的高圧（本実施例では、50
kgf/cm2 。以下、高燃圧と記す）に調圧される。図中、
６０は第２燃圧レギュレータ５９に取付けられた電磁式
の燃圧切換弁であり、オン状態で燃料をリリーフして、
デリバリパイプ５７内の燃圧を所定値（例えば、3.0kgf
/cm2 ）に低下させる。また、６１は高圧燃料ポンプ５５
の潤滑や冷却等を行った燃料を燃料タンク５０に還流さ
せるリターンパイプである。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３７
【補正方法】変更
【補正内容】
【００３７】冷機時において、運転者がイグニッション
キーをスタート操作又はオン操作後エンジン１が所定回
転になると、ＥＣＵ７０は、低圧燃料ポンプ５１と燃圧
切換弁６０をオンにして、燃料噴射弁４に低燃圧の燃料
を供給する。これは、エンジン１の停止時やクランキン
グ時には、高圧燃料ポンプ５５が全く、あるいは不完全
にしか作動しないため、低圧燃料ポンプ５１の吐出圧と
燃料噴射弁４の開弁時間とに基づいて燃料噴射量を決定
せざるを得ないためである。同時に、図示しないセルモ
ータによりエンジン１がクランキングされ、同時にＥＣ
Ｕ７０による燃料噴射制御が開始される。この時点で
は、ＥＣＵ７０は、吸気行程噴射モードを選択し、比較
的リッチな空燃比となるように燃料を噴射する。これ
は、冷機時には燃料の気化率が低いため、圧縮行程噴射
モードで噴射を行った場合、失火や未燃燃料（ＨＣ）の
排出が避けられないためである。また、ＥＣＵ７０は、
始動時にはＡＢＶ弁２７を閉鎖するため、燃焼室５への
吸入空気はスロットル弁２８の隙間やアイドル調整弁２
４から供給される。尚、アイドル調整弁２４とＡＢＶ弁
２７とはＥＣＵ７０により一元管理されており、スロッ
トル弁２８を迂回する吸入空気（バイパスエア）の必要
導入量に応じてそれぞれの開弁量が決定される。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４１
【補正方法】変更
【補正内容】
【００４１】尚、圧縮行程噴射モードにおいては、噴射
弁４から噴射された燃料噴霧が前述した逆タンブル流に
乗って、点火プラグ３に到達しなければならないし、到
達して点火時点までに燃料が蒸発して点火容易な混合気
が形成されていなければならない。平均空燃比が所定値
（例えば20）以下になると点火プラグ３近傍において局
所的にオーバリッチな混合気が生成されて所謂リッチ失
火が生じる一方、所定値（例えば40）以上になると希薄
限界を超えてやはり失火（所謂リーン失火）が生じ易く
なる。このため、後述するように燃料噴射開始及び終了
のタイミングや点火のタイミングが正確に制御されると
共に、平均空燃比が所定範囲（例えば20〜40）になるよ
うに設定され、この範囲を超える場合には、後述する吸
気行程噴射モードに切り換えられる。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５２
【補正方法】変更
【補正内容】
【００５２】このようにして求めた補正係数値Ｋatは次
式(M4)に適用されて、目標平均有効圧ＰeBを大気補正す
る。 Ｐec＝Ｋat×ＰeB＋ΔＰe ……(M4) 大気補正を要するのは式(M1)中、スロットル弁開度θth
とエンジン回転数Ｎｅとに応じて設定した値ＰeBだけ
（吸入空気量に関連する項だけ）であり、補機補正値で
あるΔＰe には補正係数値Ｋatを乗算する必要はない。
エアコン等の補機装置は、それらの装置を駆動するに必
要なエンジントルクは、平地であっても高地であっても
ほとんど変わりがないからである。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図３
【補正方法】変更
【補正内容】
【図３】
───────────────────────────────────────────────────── 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 43/00 ３０１ Ｆ０２Ｄ 43/00 ３０１Ｂ 45/00 ３１２ 45/00 ３１２Ｐ ３１２Ｈ Ｆ０２Ｐ 5/15 Ｆ０２Ｐ 5/15 Ｂ

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 燃焼室に燃料を直接噴射する燃料噴射弁
    を有し、内燃エンジンが所定の運転領域で運転されると
    き、主として圧縮行程中に燃料を噴射して層状燃焼を行
    わせる筒内噴射型火花点火式内燃エンジンの制御装置に
    おいて、 少なくとも運転者の操作に基づくアクセル開度情報に応
    じて目標負荷値を設定する目標負荷設定手段と、 吸気密度と相関する環境パラメータ値を検出する環境パ
    ラメータ値検出手段と、 設定された目標負荷値を環境パラメータ検出値で補正す
    る目標負荷補正手段と、 補正した目標負荷値に基づいてエンジン制御パラメータ
    値を設定する制御パラメータ値設定手段と、 エンジン制御パラメータ設定値に基づいて前記層状燃焼
    を実行させる制御手段とを備えたことを特徴とする筒内
    噴射型火花点火式内燃エンジンの制御装置。
  2. 【請求項２】 燃焼室に燃料を直接噴射する燃料噴射弁
    を有し、内燃エンジンが所定の運転領域で運転されると
    き、主として圧縮行程中に燃料を噴射して層状燃焼を行
    わせる筒内噴射型火花点火式内燃エンジンの制御装置に
    おいて、 少なくとも運転者の操作に基づくアクセル開度情報に応
    じて目標負荷値を設定する目標負荷設定手段と、 前記内燃エンジンの回転速度を検出する回転速度検出手
    段と、 設定した目標負荷値とエンジン回転速度検出値とに基づ
    いてエンジン制御パラメータ値を設定する制御パラメー
    タ値設定手段と、 吸気密度と相関する環境パラメータ値を検出する環境パ
    ラメータ値検出手段と、 設定したエンジン制御パラメータ値を環境パラメータ検
    出値で補正する補正手段と、 補正したエンジン制御パラメータ設定値に基づいて前記
    層状燃焼を実行させる制御手段とを備えたことを特徴と
    する筒内噴射型火花点火式内燃エンジンの制御装置。
  3. 【請求項３】 前記エンジン制御パラメータは、少なく
    とも燃料噴射時期及び点火時期の何れか一つであること
    を特徴とする、請求項１又は２記載の筒内噴射型火花点
    火式内燃エンジンの制御装置。
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