JPH11190238A - 筒内直噴エンジンの燃料噴射制御装置 - Google Patents

筒内直噴エンジンの燃料噴射制御装置

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JPH11190238A
JPH11190238A JP9357411A JP35741197A JPH11190238A JP H11190238 A JPH11190238 A JP H11190238A JP 9357411 A JP9357411 A JP 9357411A JP 35741197 A JP35741197 A JP 35741197A JP H11190238 A JPH11190238 A JP H11190238A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 筒内直噴エンジンにおいて、燃料噴射モード
の変更、従って、燃焼状態の切り換えに伴うトルクショ
ックを防止する。 【解決手段】 従来から機関回転数や要求負荷の変化に
応じて吸気行程噴射による予混合燃焼と、圧縮行程噴射
による成層燃焼とを切り換える燃料噴射制御装置が知ら
れているが、登坂或いは降坂のように同じ走行状態にあ
る時でも、途中で噴射モードが変更されて燃焼状態が変
化すると、自動車の運転者や乗員にとって不快なトルク
ショックを生じる。本発明によれば、同じ登坂や降坂の
走行状態が継続している間は噴射モードの変更（燃焼状
態の切り換え）をしないで、同じ噴射モードを維持す
る。なお、降坂時には圧縮行程噴射による成層燃焼が行
われるが、降坂中に急加速するような場合にはトルクが
不足する恐れがあるので、追加的に吸気行程噴射を加味
することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、燃焼室内へ直接に
燃料を噴射する内燃機関、即ち、筒内直接燃料噴射式内
燃機関（直噴エンジン）における燃料噴射制御装置に関
する。
【０００２】
【従来の技術】燃焼室に直接に燃料を噴射する直噴エン
ジンは、要求される負荷が小さい条件では、圧縮行程に
おいて燃料を噴射し、点火プラグの周辺にのみ混合気を
形成する成層燃焼を可能にする。この場合はスロットル
弁を絞らないため、ポンプ損失を低減することができ、
燃費を向上させることが可能になる。
【０００３】また、要求される負荷が大きい運転条件で
は、吸気行程において燃料を噴射して、燃焼室内の吸気
ガス温度を下げることにより、充てん効率を向上させる
と共にノッキングを抑制して出力を向上させることがで
きる。
【０００４】従って、例えば特開昭６１−２５０３６１
号公報や特開昭６１−２５０３６４号公報に記載された
ものでは、要求される負荷条件（アクセル開度と機関の
回転数等）に応じて、燃料の噴射時期を圧縮行程と吸気
行程とに切り換えて、低燃費と高出力の両立を図ってい
る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】平地走行中において
は、運転者は現在よりも車速を上げるか、車速を維持す
るか、或いは車速を下げるかという３つの運転パターン
のうちの１つだけで、アクセル開度（負荷）を変化させ
るので、アクセル開閉の頻度があまり多くない上に、車
速が顕著に変化する時に、同時に前述の噴射時期の切り
換えによって燃焼モードが切り換わることになる。従っ
て、燃料の噴射時期と燃焼モードが切り換った時に生じ
る僅かな車速変化等の切り換えショックを、運転者や乗
員が不快感として感じない。
【０００６】ところが、走行中に路面の勾配が変化する
時、つまり、登り坂、平地、降り坂等の変化がある時
は、現在の車速を維持する場合でも、運転者は小きざみ
にアクセルを開閉する。そしてその度に、燃料の噴射時
期と燃焼モードが切り換わると、一定速度の走行中にも
数多くの微小な速度変化が生じ、そのたびにショックが
人体に伝わるため、運転者や乗員はそれを不快感として
感じる。
【０００７】本発明は、従来技術における上記のような
問題点に鑑み、エンジン構造の複雑化を防止しつつ、燃
料噴射制御だけで、燃焼モードの切り換えの頻度を低減
し、走行状態を安定化させることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、特許請求の範囲の各請求項に記載された技
術的手段を用いる。請求項１に記載された発明において
は、車両（自動車）が登坂または降坂の走行状態にある
ときに、要求負荷を示すものとして例えばアクセル開度
が変わっても、燃料噴射噴射弁の噴射モードを変更しな
いで、従って、燃焼状態（成層と予混合）を切り換えな
いで、同じモードを維持する。
【０００９】これにより、燃焼状態の切り換え時のトル
ク変動によるショック（トルクショック）を無くすと共
に、アクセルレスポンスを向上させて、走行安定性を増
すことができる。また、自動変速機（オートマチックト
ランスミッション）の変速制御や、点火時期制御と併せ
て噴射モードの変更を行うことにより、更に走行安定性
を増すことができる。
【００１０】前述の従来技術においても、負荷に応じて
成層燃焼と予混合燃焼とを使い分ける手段が示されてい
るが、従来の技術においては、例えば山頂の曲がりくね
った登坂路を走行する時に、曲路の進入時に減速、脱出
時に加速、さらに直線路において定速走行するというよ
うに負荷変化の頻度が高くなると、成層燃焼と予混合燃
焼の切り換えの頻度が高くなる。この時の負荷変動（ト
ルクショック）が運転者や乗員に不快感を感じさせた
り、制御作動や混合気形成の不良による燃焼不良を誘引
する原因となる可能性がある。
【００１１】これに比べて、本発明によれば、走行状態
により例えば登坂路では負荷の高い条件が多いと判断
し、負荷が比較的低い時でも吸気行程噴射による予混合
燃焼を継続させ、勾配が小さくなったことを確認して、
はじめて圧縮行程噴射による成層燃焼に切り換える。従
って、本発明によれば、従来技術に比べて噴射モード
（燃焼状態）の切り換え頻度を減少させることができ
る。
【００１２】請求項２に記載された発明においては、噴
射モード（燃焼状態）の切り換え頻度を減少させると共
に、例えば登坂時には、噴射モードの切り換えと同時に
トランスミッションを１速落とすことにより、エンジン
回転数を上昇させて出力を高め、負荷が一時的に低くな
る曲路もトランスミッションのギヤ比をそのままで走行
することにより、大きなトルクショックがないスムース
な走行を実現することができる。
【００１３】請求項３に記載された発明においては、車
両が降坂の状態で急加速をするというように負荷が高い
時に、成層燃焼だけでは出力が不十分となる場合がある
ので、そのような場合には圧縮行程と吸気行程の２回噴
射を行ない、成層化した混合気の周囲を予混合気が被う
ような混合気の燃焼とする。それによって成層燃焼を優
先させながら高出力化し、降坂走行中は継続して成層燃
焼をさせることにより、燃焼状態の切り換えの回数を低
減させることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】図１は、本発明の第１実施形態に
係るエンジン制御装置、およびエンジン全体の概略構成
を示す模式図である。燃焼室ＣＣは、シリンダ（シリン
ダブロック）１、ピストン２、およびシリンダヘッド３
から構成されている。また、シリンダヘッド３には、吸
気弁４、排気弁５、点火プラグ６、および燃焼室内に高
圧燃料を噴霧状に噴射する燃料噴射弁（以下、噴射弁と
略称する。）７が配設されており、この噴射弁７には高
圧ポンプ８により燃料タンク９内の燃料が供給されてい
る。
【００１５】また、各気筒の燃焼室ＣＣに連通する各吸
気管がインテークマニホールドにおいて分岐する前の集
合部位には、燃焼室ＣＣに吸入される吸入空気の量を調
節するスロットル弁１０が配設されており、このスロッ
トル弁１０の、吸入空気の流れ方向に見た上流側には、
吸入空気の量を検出するエアフローセンサ（吸入空気量
検出手段）１１が配設されている。
【００１６】なお、スロットル弁１０は、サーボモータ
等のアクチュエータ（図示せず）により駆動されてお
り、このアクチュエータによりスロットル弁１０の弁開
度が調節される。また、１２はエンジンのクランクシャ
フト１８のクランク角を検出するクランク角センサ（ク
ランク角検出手段）であって、１３はエンジンの回転数
を制御するために乗員が操作するアクセルペダル（アク
セル手段）の操作量を検出するアクセルポジションセン
サ（アクセル操作量検出手段）、１４は冷却水の温度を
検出する水温センサ、１５はトランスミッション（ＡＴ
Ｍ）１６の出力軸１９に取り付けられた車速センサ、２
０はディファレンシャルギヤである。
【００１７】そして、これらセンサ１１〜１６の出力信
号はＲＯＭ（読込専用記憶装置）、ＲＡＭ（随時読書可
能記憶装置）、ＣＰＵ（中央演算装置）および信号の入
出力ポートからなる電子制御装置（以下、ＥＣＵと呼
ぶ。）１７に入力されており、このＥＣＵ１７は、これ
らセンサ１１〜１４からの信号に基づいて、予めＲＯＭ
に記憶されたプログラムに従って噴射弁７の開閉、点火
プラグ６への通電、およびスロットル弁１０を駆動する
アクチュエータを制御する。なお、本実施形態では、エ
ンジンの負荷は、アクセルポジションセンサ１３により
検出されたアクセルペダルの操作量（所謂アクセル開
度）から決定しており、アクセルペダルの操作量が大き
いほど、エンジンの負荷が高いものとみなされる。
【００１８】次に、図２に示すフローチャートを用いて
本実施形態の特徴とする第１の制御例を述べる。エンジ
ンが起動されると、同時にＥＣＵ１７による制御のプロ
グラムがスタートし、ＥＣＵ１７は、まずステップ１０
１において、アクセルポジションセンサ１３の出力から
要求負荷の大きさを検知する。次いでステップ１０２に
おいて車速センサ１５の出力から車両（自動車）の加速
度Ａ（車速の変化量÷単位時間）と、ＲＯＭに記憶され
ているマップから機関の要求負荷（アクセル開度）に対
応して読み取られる予想される加速度Ａ0 が比較され
る。実際の加速度Ａと予想される加速度Ａ0 が等しけれ
ば平地走行（或いは停車中のアイドリング）状態にある
と判定され、ステップ１０７に進んで従来技術と同様な
通常の制御モードによる制御が実行される。
【００１９】ステップ１０２の判定において加速度Ａが
予想される加速度Ａ0 と等しくないときは、ステップ１
０３において両者の大小関係が比較判定される。Ａ＜Ａ
0 のときはステップ１０４において車両が登坂状態にあ
ると判定され、ステップ１０５に進んで燃料噴射弁７の
噴射モードを吸気行程噴射とすることが決定されて、図
４に示すような吸気行程噴射における噴射量および噴射
時期が選定される。その後のステップ１０６において再
び車両の加速度Ａとアクセル開度から予想される加速度
Ａ0 が等しいか否かが判定され、等しければステップ１
０７に進んで通常の制御モードに移行するが、等しくな
ければステップ１０３に戻って、再び前述の判定と噴射
モードの選定を繰り返す。そしてＡ＜Ａ0 の関係が変化
しない限り、噴射モードとして吸気行程噴射が継続して
維持される。
【００２０】ステップ１０３の判定において加速度Ａが
予想される加速度Ａ0 よりも大きい（Ａ＞Ａ0 ）とき
は、ステップ１０８ににおいて車両が降坂状態にあると
判定され、ステップ１０９に進んで燃料噴射弁７の噴射
モードを図５に示すような圧縮行程噴射とすることが決
定されて、圧縮行程噴射における噴射量および噴射時期
が選定される。そして、ステップ１０６において再び車
両の加速度Ａとアクセル開度から予想される加速度Ａ0
が等しいか否かが判定され、以下前述の判定と噴射モー
ドの選定からなる制御手順を繰り返す。そして加速度Ａ
＞Ａ0 の関係が変化しない限り、噴射モードとして圧縮
行程噴射が継続して維持される。
【００２１】このようにして、この制御例においては、
車両の実際の加速度Ａと、要求負荷（アクセル開度）か
ら予想される加速度Ａ0 との大小関係が変化しない限
り、登坂状態にあるときは継続して吸気行程噴射が行わ
れ、降坂状態にあるときは圧縮行程噴射が行われるの
で、それらの途中で噴射モードが変化しない。つまり、
同じモードの走行状態が続く間に吸気行程噴射による予
混合燃焼と、圧縮行程噴射による成層燃焼とが切り換え
られることがない。
【００２２】従って、従来技術のように、同じ走行状態
が継続しているときでも、要求負荷（例．アクセル開
度）と機関の回転数が変化したときに燃料噴射弁７の噴
射モードを変更して、予混合燃焼と成層燃焼とに切り換
えることがなくなり、噴射モードの変化の頻度が大幅に
減少するので、運転者や乗員が、噴射モードが切り換え
られる際に生じるゴツゴツしたトルクショックや車速の
変化を感じなくなる。さらに、加速度ＡとＡ0 の大小関
係が変化したときに噴射モードを切り換える場合も、そ
れをトランスミッション１６における変速比の変更に合
わせて行うようにすれば、同時に１速落としてエンジン
の出力を増加させることもできるので、運転者や乗員が
感じるトルクショック等はより少なくなる。
【００２３】図３は、本発明の実施形態における他の制
御例を示すもので、図３の制御例のステップ２０１から
ステップ２０８までの部分は、図２の制御例における前
述のステップ１０１からステップ１０８までの部分と実
質的に同じ制御手順をとるので、実質的に重複する説明
は省略する。
【００２４】図２の制御例に対して図３の制御例が異な
る部分、即ち、ステップ２０９においては、要求負荷
（アクセル開度）とＲＯＭに記憶されているマップから
予想される加速度Ａ0 と、やはりＲＯＭに記憶されてい
る圧縮行程噴射の最大量に対応する加速度Ｂとが比較さ
れる。そして、もしＡ0 ＞Ｂであれば、降坂状態であっ
てもさらに急加速が必要な状態であって、圧縮行程噴射
だけでは必要なトルクが得られない状態ということにな
るから、ステップ２１１に進んで、図６に示すように１
サイクル中に圧縮行程噴射と吸気行程噴射の２回噴射を
行うという噴射モードをとることを決定し、主噴射とし
ての最大量の圧縮行程噴射に加えて、補足的な副噴射と
しての吸気行程噴射を行うための噴射量および噴射時期
が選定される。この場合も、２回噴射は加速度Ａ0 ＞Ｂ
の関係が変化しない限り継続して維持される。
【００２５】図３のフローチャートにおけるステップ２
０９の判定結果がＡ0 ＞Ｂでない、即ちＡ0 ≦Ｂである
ときはステップ２１１に進んで、図２に示した制御例に
おけるステップ１０９と同様に圧縮行程噴射をとること
が決定され、その噴射量および噴射時期が選定されて、
圧縮行程噴射の噴射モードを維持しながら、前述の場合
と同様にステップ２０６以下の判定、制御に移行する。
【００２６】このように、図３に示す制御例において
も、加速度Ａ，Ａ0 ，Ｂの間の大小関係が変化しない限
り、吸気行程噴射、圧縮行程噴射、或いは圧縮行程と吸
気行程との２回噴射が継続して行われるので、噴射モー
ドを切り換える頻度が減少し、運転者と乗員が感じるト
ルクショックが減少する。また、図２の制御例における
場合と同様に、図３の制御例においても、加速度Ａ，Ａ
0 ，Ｂ間の大小関係が変化した際に行う噴射モードの切
り換えをトランスミッション１６における変速比の変更
に合わせて行うことにより、さらにトルクショック等を
軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態としての燃料噴射制御装置の
システム構成を例示する断面図である。
【図２】第１の制御例を示すフローチャートである。
【図３】第２の制御例を示すフローチャートである。
【図４】吸気行程噴射を示すタイムチャートである。
【図５】圧縮行程噴射を示すタイムチャートである。
【図６】圧縮行程と吸気行程の２回噴射を示すタイムチ
ャートである。
【符号の説明】
１…シリンダ ４…吸気弁 ７…燃料噴射弁 １０…スロットル弁 １２…クランク角センサ（回転数センサ） １３…アクセルポジションセンサ １５…車速センサ １７…電子式制御装置（ＥＣＵ） １８…クランク軸
フロントページの続き (72)発明者 斎藤 公孝 愛知県西尾市下羽角町岩谷14番地 株式会 社日本自動車部品総合研究所内 (72)発明者 小浜 時男 愛知県西尾市下羽角町岩谷14番地 株式会 社日本自動車部品総合研究所内 (72)発明者 小林 辰夫 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 燃焼室内へ直接に燃料を噴射するために
    前記燃焼室に噴孔を開口する燃料噴射弁を備えている筒
    内直接燃料噴射式内燃機関において、前記機関に要求さ
    れる負荷の大きさを検出する負荷検出手段と、前記機関
    の回転速度を検出する回転速度検出手段と、前記機関を
    搭載している車両の走行速度を検出する車速検出手段
    と、これらの検出手段の検出信号に基づいて前記燃料噴
    射弁の燃料噴射時期および燃料噴射量を制御する制御手
    段とを備えており、前記制御手段が、前記車両が少なく
    とも登坂または降坂の走行状態にあることを検知したと
    きに、いずれの走行状態にあるかによって噴射モードと
    して吸気行程噴射または圧縮行程噴射、或いは吸気行程
    と圧縮行程の２回噴射のいずれかを選択して、同じ走行
    状態が継続する間は同じ噴射モードが維持されるように
    制御することを特徴とする筒内直噴エンジンの燃料噴射
    制御装置。
  2. 【請求項２】 前記制御手段が、トランスミッションに
    おいて変速比の変化が生じる時期に合わせて噴射モード
    を変更することを特徴とする請求項１に記載された筒内
    直噴エンジンの燃料噴射制御装置。
  3. 【請求項３】 前記車両が降坂の走行状態にあると共
    に、負荷が所定値以上の大きさであるときは、前記制御
    手段が前記燃料噴射弁の噴射モードとして圧縮行程噴射
    の他に補足的な吸気行程噴射をも行う２回噴射を指令
    し、成層燃焼を優先させながらも高出力運転を可能とす
    ることを特徴とする請求項１または２に記載された筒内
    直噴エンジンの燃料噴射制御装置。
  4. 【請求項４】 前記負荷検出手段が、アクセル操作量検
    出手段であることを特徴とする請求項１ないし３のいず
    れかに記載された筒内直噴エンジンの燃料噴射制御装
    置。
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