JPH1068350A - 筒内噴射型内燃エンジンの制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 環境条件の変更や変速機の故障等のような補
機類の作動以外による負荷上昇においても確実にアイド
ル時の回転数の落ち込みを防止し得る筒内噴射型内燃エ
ンジンの制御装置を提供する。 【解決手段】 燃焼室５に直接燃料を噴射し、運転状態
に応じて予混合燃焼と層状燃焼とを切り換え、アイドル
時には層状燃焼を行うと共に外部負荷の増加に対して燃
料量を増量し、エンジン１の出力を増加側に変更する出
力制御手段７０を備えた筒内噴射型内燃エンジンにおい
て、アイドル時に燃料量又は燃料量に相関するパラメー
タが所定値を超えたか否かを判別し、所定値を超えたと
きに予混合燃焼に切り換えてエンジン回転数の落ち込み
を防止し、エンジンストールを防止する。

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
筒内噴射型内燃エンジンの制御装置に関する。

【０００２】

【関連する背景技術】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、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、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、全体として希
薄な空燃比でも良好な燃焼を実現できる（これを「層状
燃焼」と称する）。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、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（これを「予混合燃焼」と
称する）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。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このようなエンジンに
おいては、アイドル時に層状燃焼（超リーン運転）を行
いアイドル燃費を向上させるように設定することが考え
られる。しかしながら、アイドル時における層状燃焼で
は過給等を行っていない場合には、筒内に供給される空
気量は、全負荷相当の空気量（スロットル全開）しか供
給されないため、必然的に層状燃焼時に得られる出力は
決まってくる。即ち、層状燃焼においては、空気量に対
する燃料比率がある程度以上増大すると点火プラグ回り
の混合気が濃くなり過ぎて失火したりスモークが発生し
たりする。このため、全負荷相当の空気量に適合する最
大燃料量により層状燃焼時の最大出力は決定されること
になる。そして、層状燃焼の最大出力発生時における燃
焼室内の空燃比は依然として理論空燃比よりリーンであ
り、このため、層状燃焼時において供給可能な最大燃料
量は、予混合時に比べ少量であり、結果として最大出力
も低いものとなっている。このため、アイドル時にエア
コン、パワーステアリング等の外部負荷が加わってくる
と、これに対応させて燃料量を増量させようとしても増
量には限界があるため、層状燃焼時に得られる出力では
対応することができず、エンジン回転数の落ち込みが生
じ、場合によってはエンジンストールが生じる虞があ
る。

【０００４】また、上述した筒内噴射型内燃エンジンと
は異なる従来型のポート噴射型希薄燃焼内燃エンジンに
おいて、アイドル運転時に外部負荷が加わると回転数が
変動し易いので、エアコンの作動信号が出力された際
に、リーン運転を禁止してストイキオ（理論空燃比）運
転に移行する技術が開示されている（特開昭６０−１７
２３４号公報）。

【０００５】しかしながら、上記公知例では、補機類
（エアコン等）の作動信号に基づいて運転状態をストイ
キオ運転に切り換えているため、実際にはリーン運転を
継続可能な状態でもあるにもかかわらず、運転状態が切
り替わることになり、アイドル燃費が悪化するという課
題が生じる。また、作動信号の出力で運転状態を切り換
えているため作動信号が出力されていないにも拘わら
ず、リーン運転の状態で、環境条件（吸気密度の低くな
る高地等）や変速機（Ｔ／Ｍ）の故障等による負荷上昇
が発生したとき、前記公知例では、リーン運転を継続し
ていまい、上述したようにリーン運転時の出力が前記負
荷上昇に対応できず、エンジン回転数の落ち込みやエン
ジンストールが発生する虞がある。

【０００６】本発明は、上述の点に鑑みてなされたもの
で、環境条件の変更や変速機の故障等のような補機類の
作動以外による負荷上昇においても確実にアイドル時の
回転数の落ち込み等を防止し得る筒内噴射型内燃エンジ
ンの制御装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に請求項１に記載された本発明によれば、燃焼室内に直
接燃料を噴射し、運転状態に応じて予混合燃焼と層状燃
焼とを切り換え、アイドル時には層状燃焼を行うと共
に、該アイドル時には外部負荷の増加に対し燃料量を増
量し、エンジン出力を増加側に変更する出力制御手段を
備えた筒内噴射型内燃エンジンの制御装置において、前
記アイドル時に前記燃料量又は該燃料量に相関するパラ
メータが所定値を超えた場合、前記予混合燃焼に切り換
える構成としたものである。

【０００８】即ち、アイドル時にはエンジンに対する外
部負荷の増大に対応させて、層状燃焼での出力増加が可
能な空燃比範囲内で燃料を増量する。ここで、外部負荷
がそれほど大きくない通常のアイドル時に吸気流量をあ
る程度絞り燃費のよい空燃比範囲で運転を行っているエ
ンジンの場合には、外部負荷の増大に伴い、燃費のよい
空燃比範囲を維持したまま、空気量（即ち、燃料量）の
増量を行い、空気量が上限に達したときに空燃比を前記
低燃費範囲を超えてリッチ側となるように燃料増量を行
うことが考えられる。また、アイドル時には基本的に全
開空気量としているものにおいては、外部負荷の増大に
伴い、燃料増量のみを行うことになる。そして、いずれ
の場合にも供給燃料量が全開空気量あるいはその近傍の
空気量に対して層状燃焼が許容される上限空燃比層相当
値に達した場合には、即ち、燃料量又は燃料量に相関す
るパラメータが所定値を超えた場合には、層状燃焼モー
ドから予混合燃焼モードに切り換え、更なる外部負荷へ
の対応を可能とし、これによりエンジン回転数の落ち込
みに基づくストールの発生を防止する。

【０００９】また、請求項２に記載された本発明によれ
ば、燃焼室内に直接燃料を噴射し、運転状態に応じて予
混合燃焼と層状燃焼とを切り換え、アイドル時には層状
燃焼を行うと共に、該アイドル時には外部負荷の増加に
対して空気量を増量し、この空気量増量に対応させて燃
料増量を行い、エンジン出力を増加側に変更する出力制
御手段を備えた筒内噴射型内燃エンジンの制御装置にお
いて、前記アイドル時に前記空気量又は該空気量に相関
するパラメータが所定値を超えた場合、前記予混合燃焼
に切り換える構成としたものである。

【００１０】つまり、アイドル時にはエンジンに対する
外部負荷の増大に対応させて、空燃比を燃焼面で有利な
特定空燃比近傍で略一定としたまま空気量と燃料量とを
増大させる。この際、燃料量と空気量とは空燃比を一定
としたまま、同時に増量させてもよいが、燃料量と空気
量との関係はある下限空燃比と上限空燃比との範囲内で
若干変更しても良い。即ち、外部負荷の増大が各負荷ス
イッチ又はアイドル回転数の落ち込み等で検出された場
合に、先ず、燃料量を増大させ空燃比を小さくし、空燃
比が下限空燃比に達した時点でも未だ外部負荷への対応
が不十分な場合には、空気量を増大させ空燃比を上限空
燃比まで変更すると共に、更なる燃料量の増量を行い空
燃比を下限値に向かって低くする。この燃料量と空気量
との交互の増量を繰り返すことで増大した外部負荷に対
処することも可能である。

【００１１】このように、燃料・空気を同時又は交互に
増量することで、外部負荷の増大に対処した結果、この
ときの空気量に相関する値が一定値（閾値）を超える
と、超リーン運転（層状燃焼）によるそれ以上の出力増
大は、不可能或いは効果が小であると判断して予混合燃
焼に切り換え、大きなトルクの発生が可能なストイキオ
運転等に移行する。これにより、エンジン回転数の落ち
込みが防止され、エンジンストールが防止される。

【００１２】実施形態として、上記所定値は、層状燃焼
が許容される最大空気量より低く設定されることが好ま
しい。その理由は、所定値を上記最大空気量に設定した
場合、外部負荷増大に伴う機関運転の切り換えに際し遅
れが生じることから、層状燃焼から予混合燃焼に切り換
わる際に、何らかの原因で大きな外部負荷が加わると、
失火等の虞があり、また、アイドル燃費の観点から所定
値を前記最大空気量として層状燃焼の領域を広げたとし
ても最大空気量近傍では予混合燃焼の場合と燃費的に大
きな差はなく、燃焼の安定性から考えると予混合燃焼の
方がメリットがあるからである。

【００１３】また、請求項２のようにアイドル時に空気
量又はその相関値をみて燃焼状態を予混合燃焼に切り換
える制御を行うものにおいては、上記空気量又はその相
関値は、体積流量を用いて制御を行うことが好ましい。
その理由は、吸気密度が低下する高地において、燃料量
等で燃焼状態を切り換える制御を行おうとすると、吸気
密度変化に対応した燃料量変化が得られないことから、
回転数の落ち込み等の問題が生じてしまうため、燃料量
に対して吸気密度の補正を加えた制御を行わなければな
らず、制御が複雑になるからである。

【００１４】請求項１のようにアイドル時に燃料量又は
その相関値をみて燃焼状態を予混合燃焼に切り換える制
御を行うものにおいては、吸気密度が変化する高地で
は、燃料量に対して吸気密度補正を加えた制御を行うこ
とが好ましい。これにより、高地等でも確実に回転数の
落ち込みを防止できる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明の
実施の形態を説明する。図１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概略構
成図である。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内を摺動して往復運
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。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ＤＯ
ＨＣ４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。

【００１６】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ＳＧ
Ｔ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。

【００１７】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２
２，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２５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。

【００１８】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。

【００１９】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。

【００２０】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（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
ドル運転時にも高圧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（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。

【００２１】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、即ち、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（ＩＮ
Ｈ・ＳＷ）３６等が夫々接続され、各検出信号をＥＣＵ
７０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。

【００２２】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。

【００２３】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或いは、エンジン１が所定回転数に
達すると、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。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ＥＣＵ７
０による燃料噴射制御が開始される。この時点では、Ｅ
ＣＵ７０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ＡＢＶ弁２７とは
ＥＣＵ７０により一元管理されており、スロットル弁２
８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。

【００２４】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。

【００２５】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、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ＥＧＲ弁
４５の開弁制御等も行う。

【００２６】例えば、アイドル運転時等の低負荷・低回
転運転時には図２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、吸気ポート１３から流入した
吸気流が逆タンブル流を形成するため、ピストン７のキ
ャビティ８内に噴射された燃料噴霧が点火時点において
点火プラグ３の周囲に理論空燃比近傍の混合気として偏
在することになり、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）でも燃焼（層状燃焼）
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、空気量及び燃料噴射量を
増減させることにより行っている。

【００２７】詳しくは、アイドル時にはエンジンに対す
る外部負荷の増大に対応させて、空燃比を略一定とした
まま空気量と燃料量とを増大させるようＥＣＵ７０から
の信号によりアイドル調整弁２４（必要に応じてＡＢＶ
弁も制御対象）と燃料噴射弁４を制御する。即ち、ＥＣ
Ｕ７０には各負荷スイッチのオン信号に対応する（外部
負荷の増大に対応する）燃料噴射量（燃料増量）と開度
データが予め記憶されており、負荷スイッチがオン信号
を出力した場合には、その負荷スイッチ信号によりＥＣ
Ｕ７０に記憶されたデータが読み出され、そのデータに
基づいて燃料噴射弁４及びアイドル調整弁２４が制御さ
れる。尚、各負荷スイッチからオン信号が出力された場
合には、外部負荷が負荷スイッチのオン信号数だけ増大
するため、ＥＣＵ７０からのデータは加算されて燃料噴
射弁４及びアイドル調整弁２４に出力される。これによ
り、負荷スイッチの動作により外部負荷が増大してもあ
る負荷増大の範囲では対処できるよう予め設定された空
燃比を維持しつつ空気量及び燃料量が制御される。ま
た、負荷スイッチ以外で外部負荷が増大した場合には、
アイドル回転数の落ち込みが生じるため、この回転数の
落ち込み度合いを検出して燃料噴射弁４及びアイドル調
整弁２４を下限空燃比と上限空燃比との範囲内で制御し
ている。即ち、所望回転数フィードバック制御が行われ
ている。この場合、先ず、燃料噴射弁４の燃料量を増大
させ空燃比を小さくし、空燃比が下限空燃比に達した時
点でも未だ外部負荷への対応が不十分な場合（即ち、ア
イドル回転数が既定値を下回っている場合）には、ＥＣ
Ｕ７０からの信号によりアイドル調整弁２４を開方向に
駆動し空気量を増大させ空燃比を上限空燃比まで変更す
ると共に、更なる燃料量の増量を行い空燃比を下限値に
向かって低くする。この燃料量と空気量との交互の増量
を繰り返すことで増大した外部負荷に対処している。

【００２８】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る。

【００２９】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２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。即ち、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。吸気ポート１３から流入した吸気
流が逆タンブル流を形成するため、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。

【００３０】急加速時や高速走行時は図２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。

【００３１】更に、中高速走行中の惰行運転時は図２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。

【００３２】次に、本発明に係わり、環境条件の変更や
変速機の故障等のような補機類の作動以外による負荷上
昇においてアイドル時の回転数の落ち込みを防止する制
御手順について説明する。図３に示すフローチャート
は、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。ＥＣ
Ｕ７０は、図３のステップＳ１０においてクランク角セ
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Ｎe 、スロットルセンサ２９が検出
するスロットル弁開度θth、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 を読み込む。次に、ＥＣＵ７０は、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例えば、４点
補間法によりスロットル弁開度θthとエンジン回転数Ｎ
eとに応じた最適の目標平均有効圧Ｐeを演算する（ステ
ップＳ１１）。この目標平均有効圧Ｐeは、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）
で、ＥＣＵ７０は、この目標平均有効圧（目標負荷）Ｐ
eに基づいて燃料供給量（目標空燃比）や点火時期を設
定する。次いで、ＥＣＵ７０は、吸入空気量（体積流
量）Ｑａを燃焼室５の容積で除算して体積効率Ｅvを演
算する（ステップＳ１２）。この体積効率Ｅvは、各燃
焼室５に供給され、単位吸気行程当たり（１気筒当た
り）の燃焼に係わることのできる酸素量に関連した指標
で、燃料噴射弁４の開弁時間（Ｔing）の演算に使用さ
れる。

【００３３】次いで、ＥＣＵ７０は、アイドル運転状態
にあるか否かを判別し（ステップＳ１３）、アイドル運
転状態にないときには、目標平均有効圧Ｐe、エンジン
回転数Ｎeに応じた運転モードに設定する（ステップＳ
１７）。例えば、低中速走行のときには、図２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
るように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。

【００３４】ＥＣＵ７０は、ステップＳ１３においてア
イドル運転状態にあると判別すると、変速機がＤレンジ
にあるか否かを判定し（ステップＳ１４）、Ｄレンジで
ないときには体積効率Ｅｖが所定値Ｅv0よりも大きいか
否かを判別し（ステップＳ１５）、大きくないときに
は、体積効率Ｅvが小さく、つまり、外部負荷の増大に
よりアイドル調整弁２４が大きく開方向へ制御されてい
ないものと判断して超リーン運転（層状燃焼）を実行し
（ステップＳ１８）、体積効率Ｅｖが所定値Ｅv0よりも
大きいときには、何らかの原因でアイドル調整弁２４が
大きく開方向に制御されており、超リーン運転による出
力増大は困難（又は効果小）であると判断して大きなト
ルクを発生し得るストイキオ運転（予混合燃焼）に移行
する。（ステップＳ１９）。

【００３５】尚、所定値Ｅv0は、約７０％程度に設定さ
れている。その理由は、所定値Ｅv0を超リーン運転（層
状燃焼）が許容される最大空気量、即ち、体積効率１０
０％近傍にも設定は可能であるが、仮に所定値Ｅv0を１
００％近傍に設定した場合には以下のような問題があ
る。外部負荷増大に対処すべく出力を増大するために
は、運転モードを切り換える必要が生じるが、体積効率
Ｅvが１００％近傍で運転中、何らかの原因で更なる大
きな外部負荷が加わると、運転モード切替に際し遅れが
生じるため、回転数の落ち込みへの対応が遅れるという
問題がある。また、アイドル燃費の観点から体積効率Ｅ
vが１００％近傍では層状燃焼と予混合燃焼とで燃費的
に変化はなく、燃焼の安定性から考えると予混合燃焼の
方がメリットがあることから、所定値Ｅv0をある程度、
低い値に設定している。尚、上述した点が懸念されない
場合は、所定値Ｅｖ0を更に１００％近傍まで近づけて
設定しても良い。また、本実施形態では所定値Ｅv0を約
７０％という固定値としているが、回転数に応じて変化
させても良い。

【００３６】ＥＣＵ７０は、ステップＳ１４においてＤ
レンジにあると判別したときには負荷例えば、エアコン
スイッチがオンされたか否かを判別し（ステップＳ１
６）、エアコンスイッチがオフのときにはステップＳ１
５に進み、エアコンスイッチがオンされたときには、Ｄ
レンジであることによる負荷増大に加え更に負荷が増大
し、超リーン運転では、外部負荷の増大に対し出力増大
は困難であると判断してステップＳ１９に進み、ストイ
キオ運転（予混合燃焼）に移行する。

【００３７】エンジン１は、過給していないのでスロッ
トル全開相当の空気量以上は供給されない。従って、超
リーン運転（層状燃焼）をしているアイドル時に発生し
得るトルクが限られてくる。このため、車両がＤレンジ
で停止しており、エンジンがアイドル状態にあるときに
エアコンが作動すると、全負荷量（スロットル全開）時
の空気量を供給しても、トルクが不足してエンジン回転
数が落ち込み、エンジンストールを起こす虞がある。ア
イドル時は、同一空燃比（Ａ／Ｆ）で制御しているの
で、空気量は、負荷と比例関係にあり、空気量（体積効
率Ｅv）が増加することは、何らかの原因で負荷が増加
したことである。従って、ＥＣＵ７０は、このときの空
気量に相関する体積効率Ｅvが閾値（Ｅv0）を超える
と、超リーン運転（層状燃焼）は、不可能であると判断
してより大きなトルクの発生が可能なストイキオ運転に
切り換えてアイドル状態を保持する。これにより、環境
条件の変化や変速機の故障等のような補機類の作動以外
による負荷上昇においても、確実にアイドル時の回転数
の落ち込みを防止することが可能となる。

【００３８】体積効率Ｅvは、空燃比Ａ／Ｆを一定に保
持しておくとトルク情報は、空気量と比例関係にあるの
で、体積効率が上昇すると空燃比をリッチ（濃く）にし
ていく方法もあるが、圧縮リーンにおいて空燃比をリッ
チ（濃く）にするにも限界がある。このため安全サイド
で前期噴射モード、或いはストイキオ運転（予混合燃
焼）で空気過剰率を１に近づき充分なトルクを発生する
ようにする。

【００３９】このように、超リーン運転（層状燃焼）で
はトルクの増加が見込めないためにストイキオ運転（予
混合燃焼）に切り換えることにより、空燃比（Ａ／Ｆ）
が超リーン運転と比較して高いトルクまで発生可能であ
り、負荷状態（環境変化）が長く続いて何からかの不具
合により負荷が増加してもアイドル運転させることが可
能である。

【００４０】尚、上記実施例では、体積効率Ｅvの変化
に応じて層状燃焼から直接予混合燃焼（ストイキオ運
転）に切り換えるようにしたが、層状燃焼から予混合リ
ーン燃焼（前期リーンモード）に切り換え、その後、予
混合燃焼（ストイキオ）に切り換えるように設定しても
良い。また、上記実施例ではエアフローセンサにより吸
入空気量を検出し、この空気量から算出した体積効率Ｅ
vにより負荷状態を判断して運転状態を切り換えるよう
にしたが、アイドル調整弁、ＡＢＶ（エアバイパスバル
ブ）、電子スロットル等の開度信号に応じて負荷状態を
判断し運転状態を切り換えるように設定しても良い。

【００４１】更に、体積効率Ｅvの代わりに、吸気管負
圧を検出して運転状態を切り換えるようにしても良い。
また、アイドル時の空燃比を略一定の範囲に収めるよう
に制御しているものにおいては、空気量に相関するパラ
メータとしての燃料量が上限値に達したことを検出して
運転状態を切り換えるようにしても良い。また、本実施
態様では、前述した公知例のようなエアコン等の負荷信
号により運転状態を切り換えるものとの組み合わせた制
御について説明したが、制御の簡素化を図るため、体積
効率Ｅv0のみで運転状態を切り換えるようにしても良
い。

【００４２】更に、上記実施形態では、体積効率Ｅvが
所定値Ｅv0を超えた場合、ストイキオ運転としている
が、所定値Ｅv0を更に低く設定し、所定値Ｅv0を超えた
後の回転数変化を検出し、回転数の落ち込み変化が大き
く層状燃焼による出力増大が困難と予測される場合に
は、予混合燃焼（ストイキオ運転、前期リーンモード）
に切り換えるよう設定してもよい。

【００４３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
アイドル時に層状燃焼を行うことにより燃費を向上さ
せ、アイドル時にエアコン等が作動してエンジン負荷が
増大し、層状燃焼ではトルクの増大が見込めないと判断
したときにストイキオ運転に切り換えることにより、ト
ルクの増大を図り、アイドル時のエンジン回転数の落ち
込みを防止することができる。また、環境条件の変化や
変速機の故障等のような補機類の作動以外による負荷上
昇においても、確実にアイドル時の回転数の落ち込みを
防止することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る筒内噴射型内燃エンジンの制御装
置の概略構成図である。

【図２】燃料噴射モードの判定マップを示す図である

【図３】本発明に係るエンジンの制御手順を示すフロー
チャートである。

【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 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 ３１ 大気圧センサ ３２ 吸気温センサ ７０ ＥＣＵ

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 41/08 ３３０ Ｆ０２Ｄ 41/08 ３３０Ｂ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 燃焼室内に直接燃料を噴射し、運転状態
   に応じて予混合燃焼と層状燃焼とを切り換え、アイドル
   時には層状燃焼を行うと共に、該アイドル時には外部負
   荷の増加に対し燃料量を増量し、エンジン出力を増加側
   に変更する出力制御手段を備えた筒内噴射型内燃エンジ
   ンの制御装置において、前記アイドル時に前記燃料量又
   は該燃料量に相関するパラメータが所定値を超えた場
   合、前記予混合燃焼に切り換えることを特徴とする筒内
   噴射型内燃エンジンの制御装置。
2. 【請求項２】 燃焼室内に直接燃料を噴射し、運転状態
   に応じて予混合燃焼と層状燃焼とを切り換え、アイドル
   時には層状燃焼を行うと共に、該アイドル時には外部負
   荷の増加に対して空気量を増量し、この空気量増量に対
   応させて燃料増量を行い、エンジン出力を増加側に変更
   する出力制御手段を備えた筒内噴射型内燃エンジンの制
   御装置において、前記アイドル時に前記空気量又は該空
   気量に相関するパラメータが所定値を超えた場合、前記
   予混合燃焼に切り換えることを特徴とする筒内噴射型内
   燃エンジンの制御装置。