JP3306871B2 - 筒内噴射内燃機関の制御装置 - Google Patents

筒内噴射内燃機関の制御装置

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Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、機関の運転状態に応じて、主として圧縮行
程で燃料噴射を行なう圧縮行程噴射モードと主として吸
気行程で燃料噴射を行なう吸気行程噴射モードとを選択
しうる筒内噴射内燃機関の制御装置に関し、特に、吸気
量補正の最適化を図った、筒内噴射内燃機関の制御装置
に関する。
背景技術 内燃機関等のエンジンの吸気通路には、スロットル弁
が設置されるが、このスロットル弁の設置部分をバイパ
スして吸気通路に両端部を連通するようにしたバイパス
通路を設けて、このバイパス通路にバイパスバルブをそ
なえるようにした吸気系の構成が開発されている。
このようなバイパスバルブとしては、例えばエンジン
が所要のアイドリング回転速度を維持するように吸気量
を調整するためのアイドルスピートコントロールのため
のバイパスバルブが普及している。
このアイドルスピートコントロールのためのバイパス
バルブは、ドライバのアクセルペダル踏込操作に対応し
て開度調整されるスロットルバルブとは別に、エンジン
回転数を所定のアイドル回転数に保持するために、エン
ジン回転数をフィードバックしながら適宜開度を制御さ
れ、ドライバのアクセルペダル操作とは別個に吸気量を
調整してアイドル回転数を保持する。
また、アイドルスピートコントロール用のバイパス通
路やバイパスバルブとは別個に、燃焼室へ供給する混合
気の空燃比制御のためにアイドル時以外にも使用するた
めに、吸気通路のスロットル弁設置部分をバイパスする
バイパス通路を設けこのバイパス通路にバイパスバルブ
〔これをエアバイパスバルブ（ABV）という〕をそなえ
るようにした吸気系の構成も開発されている。
このようなエアバイパスバルブでは、アイドルスピー
トコントロールに限らず、ドライバのアクセルペダル操
作で調整されるスロットルバルブとは別個に吸気量を調
整して、エンジン運転状態を制御することができる。
いずれにしても、これらのバイパスバルブは、ドライ
バのアクセルペダル操作に応じて開度調整されるスロッ
トルバルブとは別に、エンジン運転状態等に応じて適宜
開度を制御される。
また、上述のようなバイパスバルブによりアイドルス
ピードをコントロールする場合、冷却水温，エアコンの
状態，シフトレバー位置（オートマチックトランスミッ
ションの場合）等に応じて目標エンジン回転数を設定
し、実エンジン回転数を検出しながら、実エンジン回転
数が目標エンジン回転数になるようにバイパスバルブを
開度調整する。
これに対し、アイドルスピードコントロール以外にバ
イパスバルブを用いる場合には、エンジンの運転状態に
応じて、バイパスバルブによる吸入される空気量（即
ち、吸気補正量）を設定して、この空気量が得られるよ
うな開度にバイパスバルブの開度を調整する。この場
合、エンジンの運転状態に対して吸気補正量又はバルブ
開度を対応させた対応関係を例えばマップ化しておい
て、エンジンの運転状態をこの対応関係（マップ）に対
応させながら吸気補正量又はバルブ開度を設定すること
ができる。
さらに、アクセル開度と運転状態とに応じて設定され
た各種補正係数によりスロットルバルブの目標開度を設
定しスロットルバルブをモータにより駆動するモータ駆
動式スロットルバルブをそなえるようにしてバイパスバ
ルブ等を用いずにで運転状態に応じた吸気調整を行なえ
るようにした技術もある。
ところで、近年、空燃比を燃料希薄な状態で燃焼運転
を行なうリーンバーンエンジンが開発されてきており、
このようなリーンバーンエンジンでは、各気筒の吸気ポ
ートにそれぞれ燃料噴射弁をそなえたマルチポイントイ
ンジェクション（MPI）式のエンジンが燃料噴射量を気
筒毎に制御できて制御性がよいため広く適用されている
が、近年、気筒内の燃焼室に直接燃料を噴射するように
燃料噴射弁を臨ませた筒内噴射エンジン（筒内噴射内燃
機関）が開発されており、かかる筒内噴射エンジンで
は、空燃比を更に燃料希薄な状態で燃焼運転を行なう超
希薄燃焼運転（超リーンバーン運転）を行なうことがで
きる。
すなわち、このような筒内噴射エンジンは、吸気弁の
開閉とは関係なくいつでも燃焼室に燃料を噴射できるた
め、以下のように、超希薄燃焼運転を含めて種々の運転
を行なえる。
例えば、圧縮行程を中心とした燃料噴射モード（これ
を、圧縮行程噴射モードという）を設定することがで
き、この圧縮行程噴射モードでは、気筒内で形成される
層状の吸気流を利用した層状燃焼により超希薄（超リー
ン）な空燃比状態での安定燃焼を実現することができ
る。つまり、層状の吸気流を利用して噴射燃料を点火プ
ラグの近傍に集めることができるため、点火プラグの近
傍のみは着火性のよい空燃比状態（即ち、理論空燃比又
は理論空燃比よりもやや濃化側の空燃比状態）として安
定した着火性能を得ながら、全体としては極めて希薄な
空燃比状態にして大幅に燃費を節約しながら運転するこ
とができるのである。
もちろん、吸気行程を中心とした燃料噴射モード（こ
れを、吸気行程噴射モードという）を設定することもで
き、この吸気行程噴射モードでは、燃料の予混合により
燃焼室全体の空燃比状態を均一化しながら、安定した着
火と確実な火炎伝播を実現して十分な高出力を得られる
ように運転を行なうことができる。この吸気行程噴射モ
ードでは、空燃比を理論空燃比（ストイキオ）の近傍に
調整しながら大きな出力を得られるようにしたストイキ
オモードと、空燃比をストイキオよりも希薄（リーン）
にして燃費を節約できるリーンモードとが考えられてい
る。また、急加速時等に一時的に大出力を得たい場合を
考慮して、空燃比をストイキオよりも濃化（リッチ）に
したエンリッチモードも考えられている。
ところで、このような筒内噴射エンジンでは、上述の
圧縮行程噴射モード（圧縮リーンモード又は後期リーン
モード），吸気行程噴射ストイキオモード（ストイキオ
モード），吸気行程噴射リーンモード（吸気リーンモー
ド又は前期リーンモード），吸気行程噴射エンリッチモ
ード（エンリッチモード）等の各運転モードを適宜選択
しながらエンジンの運転を行なうことになるが、これら
の運転モードの選択は、エンジン回転数及びエンジン負
荷に基づいて行なうように考えられている。
つまり、圧縮リーンモードは、エンジン回転数が低く
エンジン負荷の小さい領域で選択し、これよりもエンジ
ン回転数が高くなったエンジン負荷が大きくなったりし
たら、その程度が大きくなるのに応じて、吸気リーンモ
ード，ストイキオモード，エンリッチモードの順に選択
するのである。
エンジン負荷はアクセルペダルの踏込量がほぼ対応す
るので、圧縮リーンモード選択時には、アクセルペダル
の踏込量が少なく従ってスロットル弁開度が小さくなっ
ている。一方、空燃比が極めて大きい超リーン状態で運
転する圧縮リーンモードでは、十分な吸入空気量がない
と層状流も弱まり安定した燃焼を行ないにくい。したが
って、スロットル弁開度が小さくスロットル弁で吸入空
気量が規制されてしまうと、圧縮リーンモードでの運転
が困難になる。
このため、筒内噴射エンジンでは、前述のようにスロ
ットル弁をバイパスするバイパス路（エアバイパス通
路）を設けてこのエアバイパス通路に設けた弁（エアバ
イパスバルブ）の開度を制御しながら、スロットル弁で
規制された空気量を補うように吸気量補正を行なってい
る。
ところで、このような筒内噴射エンジンでは、運転モ
ードによって、制御される空燃比が異なり、また、燃料
噴射の行程が異なるため、同一トルクを得るための要求
吸気量も運転モードによって異なり、同一トルクを得る
ための吸気負圧も運転モードによって異なるものにな
る。
このように、同一トルクを得るための吸気負圧が運転
モードによって異なるため、例えば前述のようにエンジ
ンの運転状態と吸気補正量又はバルブ開度との対応関係
を画一的なものにセットしてしまうと、運転モード毎に
最適な吸気補正量を設定することができず、ドライバビ
リティの悪化を招いてしまう。
本発明は、上述の課題に鑑み創案されたもので、筒内
噴射内燃機関における各運転モード毎に適切な吸気補正
量を設定しうるようにして筒内噴射内燃機関におけるド
ライバビリティの向上を実現することができるようにし
た、筒内噴射内燃機関の制御装置を提供することを目的
とする。
発明の開示 このため、本発明の筒内噴射内燃機関の制御装置は、
燃焼室内に直接燃料を噴射する筒内噴射内燃機関であっ
て、該内燃機関の運転状態に応じて、主として圧縮行程
で燃料噴射を行なう圧縮行程噴射モードと、主として吸
気行程で燃料噴射を行なう吸気行程噴射モードとを選択
可能な筒内噴射内燃機関において、該内燃機関の運転状
態又は運転環境状態を検出する運転状態検出手段と、該
内燃機関に供給される吸気量を変更する吸気補正手段
と、該運転状態検出手段で検出された上記の運転状態又
は運転環境状態に応じた該吸気補正量を予め設定された
対応関係に基づいて設定する吸気補正量設定手段と、該
吸気補正量設定手段で設定された吸気補正量に基づいて
該吸気補正手段の作動を制御する吸気量補正制御手段と
をそなえ、該吸気補正量設定手段は、アイドル運転時に
用いられる上記の運転状態又は運転環境状態に基づき求
められたほぼ同等なエンジントルクを得るために要求さ
れる該吸気補正量を、該圧縮行程噴射モードと該吸気行
程噴射モードとで別設定し、該吸気量補正制御手段は、
該内燃機関のアイドル運転時に、該圧縮行程噴射モード
と該吸気行程噴射モードとで別設定された対応関係に基
づく吸気補正量によって該吸気量を補正することを特徴
としている。
このような構成により、筒内噴射内燃機関における圧
縮行程噴射モードや吸気行程噴射モードといった各運転
モード毎に、適切な吸気量補正を行なえるようになり、
筒内噴射内燃機関におけるドライバビリティの向上を実
現することができ、特に、吸気量補正が重要となるアイ
ドル運転時に適切な吸気量補正を行なえるようになり、
筒内噴射内燃機関におけるドライバビリティの向上を効
率よく実現することができる。
該運転状態検出手段は、内燃機関の回転速度、アクセ
ル操作状態、及び絞り弁の開度の少なくとも一つを検出
するものであることが好ましい。
また、該運転状態検出手段は、該内燃機関に連結され
た変速機の変速状態を検出するものであることが好まし
い。
また、該運転状態検出手段は、大気圧を検出するもの
であることが好ましい。
また、該運転状態検出手段は、該内燃機関によって直
接又は間接的に駆動される補機の作動状態を検出するも
のであることが好ましい。
該内燃機関は、吸気絞り弁をバイパスするバイパス通
路をそなえ、該吸気補正手段は、該バイパス通路のバイ
パス空気量を補正することが好ましい。
また、該内燃機関は、電気的に駆動される吸気絞り弁
をそなえ、該吸気補正手段は、該吸気絞り弁の開度を補
正することが好ましい。
該運転状態は、該内燃機関に加わる負荷状態であっ
て、該吸気補正量は、該負荷状態に応じて調整される該
吸気開口面積と相関関係にあるパラメータに対応して設
定されることが好ましい。
この場合、該パラメータの変化に対する該吸気補正量
の変化量は、該圧縮行程噴射モード時の方が該吸気行程
噴射モード時よりも大きくなるように設定されているこ
とが好ましい。
図面の簡単な説明 FIG.1は本発明の一実施形態としての筒内噴射内燃機
関の制御装置の要部構成を示すブロック図である。
FIG.2は本発明の一実施形態としての筒内噴射内燃機
関の制御装置の吸気補正量の設定特性を説明する図であ
る。
FIG.3は本発明の一実施形態としての筒内噴射内燃機
関の制御装置の吸気補正量の設定特性を説明する図であ
る。
FIG.4は本発明の一実施形態にかかる筒内噴射内燃機
関の要部構成を示す図である。
FIG.5は本発明の一実施形態にかかる筒内噴射内燃機
関の制御ブロック図である。
FIG.6は本発明の一実施形態にかかる筒内噴射内燃機
関の運転モードについて説明する図である。
発明を実施するための最良の形態 以下、図面により、本発明の実施の形態について説明
すると、図１〜図６は本発明の一実施形態としての筒内
噴射内燃機関の制御装置を示すものであり、これらを参
照して説明する。
まず、本実施形態にかかる筒内噴射内燃機関（以下、
筒内噴射エンジンという）の構成について、図４を参照
しながら説明する。
図４において、１はエンジン本体、２は吸気通路、３
はスロットル弁設置部分、４はエアクリーナ、５はバイ
パス通路（第２バイパス通路）、６はバイパス通路５内
を流通する空気量を調整しうるもので吸気補正手段とし
て機能する第２エアバイパスバルブ（＃2ABV）である。
吸気通路２は、上流側から吸気管7,サージタンク8,吸気
マニホールド９の順で接続された構成になっており、バ
イパス通路５はサージタンク８の上流側に設けられてい
る。バイパスバルブ６は、ステッパモータで所要の開度
に駆動されるようになっているが、このバイパスバルブ
６は、電磁弁によるデューティ制御を用いて開度調整を
行なうようにしてもよい。
さらに、12はアイドルスピードコントロール機能をそ
なえたものであり、バイパス通路（第１バイパス通路）
13とバイパスバルブとしての第１エアバイパスバルブ
（＃1ABV）14とからなり＃1ABV14は図示しないステッパ
モードで駆動され、吸気補正手段として機能する。
また、15はスロットルバルブ（空気絞り弁）であり、
ここでは、アクセルペダル（図示略）と機械的に連動す
るものが用いられているが、スロットルバルブ15として
は、ドライブバイワイヤ（DBW）と称される電気モータ
駆動バルブを用いてもよい。この場合には、バイパスバ
ルブを廃止して、このバイパスバルブによって得られる
補正空気量に相当する分だけ電気モータの駆動を補正す
ればよい。
ところで、第１バイパス通路13及び第２バイパス通路
５は、吸気通路２のスロットルバルブ15の装着部分をバ
イパスするようにしてそれぞれの上流端及び下流端を吸
気通路２に接続されている。
さらに、第２エアバイパスバルブ6,第１エアバイパス
バルブ14の各開閉制御は、電子制御装置（ECU）16を通
じて行なわれるようになっている。
また、17は排気通路、18は燃焼室であり、吸気通路２
及び排気通路17の燃焼室18への開口部、即ち吸気ポート
2A及び排気ポート17Aには、吸気弁19及び排気弁20が装
備されている。
そして、21は燃料噴射弁（インジェクタ）であり、本
エンジンでは、このインジェクタ21が燃焼室18へ直接燃
料噴射するように配設されている。
さらに、22は燃料タンク、23A〜23Eは燃料供給路、24
は低圧燃料ポンプ、25は高圧燃料ポンプ、26は低圧レギ
ュレータ、27は高圧レギュレータ、28はデリバリパイプ
であり、燃料タンク22内の燃料を低圧燃料ポンプ24で駆
動して更に高圧燃料ポンプ25で加圧して所定の高圧状態
で燃料供給路23A,23B,デリバリパイプ28を通じてインジ
ェクタ21へ供給するようになっている。この際、低圧燃
料ポンプ24から吐出された燃料圧力は低圧レギュレータ
26で調圧され、高圧燃料ポンプ25で加圧されてデリバリ
パイプ28に導かれる燃料圧力は高圧レギュレータ27で調
圧されるようになっている。
また、29はエンジン１の排気通路17内の排出ガス（排
ガス）を吸気通路２内に還流させる排ガス還流通路（EG
R通路）、30はEGR通路29を通じて吸気通路２内に還流す
る排ガスの還流量を調整する排ガス量調整手段としての
ステッパモータ式のバルブ（EGRバルブ）であり、31は
ブローバイガスを還元する流路であり、32はクランク室
積極換気用の通路、33はクランク室積極換気用のバルブ
であり、34はキャニスタであり、35は排ガス浄化用触媒
（ここでは、三元触媒）である。
ところで、ECU16では、図４に示すように、エアバイ
パスバルブ6,14の開閉制御又は開度制御を行なうほか、
インジェクタ21や図示しない点火プラグのための点火コ
イルやEGRバルブの制御や高圧レギュレータ27による燃
圧制御も行なうようになっている。これらの制御のため
に、図４に示すように、エアフローセンサ44,吸気温度
センサ36,スロットル開度を検出するスロットルポジシ
ョンセンサ（TPS）37,アイドルスイッチ38,エアコンス
イッチ（図示略），変速ポジションセンサ（図示略），
車速センサ（図示略），パワーステアリングの作動状態
を検出するパワステスイッチ（図示略），スタータスイ
ッチ（図示略），第１気筒検出センサ40,クランク角セ
ンサ41,エンジンの冷却水温を検出する水温センサ42,排
ガス中の酸素濃度を検出するO2センサ43等が設けられ、
ECU16に接続されている。
なお、クランク角センサ41に基づいてエンジン回転数
を算出でき、例えばECU16内にこのようなエンジン回転
数演算機能がそなえられている。そこで、このクランク
角センサ41とエンジン回転数演算機能とからエンジン回
転数センサが構成されるが、ここではクランク角センサ
41についても便宜上エンジン回転数センサとよぶ。
ここで、ECU16を通じたエンジンに関する制御内容に
ついて、図５の制御ブロック図に基づいて説明する。
本エンジンでは、燃焼室18内に均一に燃料を噴射する
ことで成立しうる予混合燃焼と、燃焼室18内に臨んだ図
示しない点火プラグの周囲に噴射燃料を偏在させること
で成立しうる層状リーン燃焼とを運転状態に応じて切り
換えるエンジンである。
そして、本エンジンは、エンジンの運転モードとし
て、圧縮行程で燃料噴射を行なって層状リーン燃焼を行
なう後期リーン燃焼運動モード（後期リーンモード）
と、吸気行程で燃料噴射を行なって予混合燃焼を行なう
前期リーン燃焼運転モード（前期リーンモード），スト
イキオフィードバック運転燃焼運転モード（ストイキオ
モード），オープンループ燃焼運転モード（ストイキオ
モード又はエンリッチモード）の４つの燃料噴射モード
の他に、燃料噴射の停止（カット）する燃料カットモー
ドが設けられている。
そして、本筒内噴射内燃機関の制御装置により、エン
ジンの運転状態や車両の走行状態等に応じてこれらのモ
ードの何れかが選択され、燃料の供給制御が行なわれる
ようになっている。なお、各燃料噴射モードにおいて
は、EGRを作動させる場合とEGRを停止させる場合とが設
定されている。
燃料噴射モードについてさらに説明しておくと、燃料
噴射モードにおけるモード設定は、一般には、エンジン
回転数Ne及びエンジン負荷Peに対して、図６に示すよう
な領域傾向で、エンリッチ運転モード，ストイキオ運転
モード，前期リーンモード，後期リーンモードが設定さ
れる。
また、上述の燃料噴射モードのうち、後期リーンモー
ドは、最も希薄な燃焼（空燃比が30〜40程度）を実現で
きるが、このモードでは、燃料噴射を圧縮行程後期のよ
うに極めて点火時期に近い段階で行ない、しかも燃料を
点火プラグの近傍に集めて部分的にはリッチにし全体的
にはリーンとしながら着火性、燃焼安定性を確保しつつ
節約運転を行なうようにしている。
そして、前期リーンモードも希薄燃焼（空燃比が20〜
24程度）を実現できるが、このモードでは、燃料噴射を
後期リーンモードよりも前の吸気行程に行ない、燃料を
燃焼室内に拡散させて全体空燃比をリーンにしながら着
火性，燃焼安定性を確保しつつある程度の出力を確保す
るようにして、節約運転を行なうようにしている。
ストイキオ運転モードは、O2センサの出力に基づい
て、空燃比をストイキオ又はストイキオ近傍の状態に維
持しながら十分なエンジン出力を効率よく得られるよう
にしている。
また、オープンループ燃焼運転モードでは、加速時や
発信時等に十分な出力が得られるように、オープンルー
プ制御によりストイキオ又はこれよりもリッチな空燃比
（エンリッチ）での燃焼を行なう。
このような運転モードの選択は、図１に示すようにEC
U16内に設けられた機能部分（モード選択手段）102にお
いて、運転状態検出手段101からの情報（エジン回転数N
e及びエンジン負荷Pe）に基づいて前述の図６に示すよ
うな領域傾向で、行なわれる。そして、各モードに応じ
て、エンジン運転状態に基づいて空燃比を設定し、設定
された空燃比に応じて燃料噴射弁制御手段105で燃料噴
射量が燃料噴射タイミング等の燃料噴射弁制御量が設定
され燃料噴射弁21が制御され、設定された空燃比に応じ
てABVバルブ6,14を通じて空気量（吸気補正量）が制御
される。
ここで、本装置の特徴的なものである各バルブ6,14
（即ち、吸気補正手段）の開度制御を説明すると、図１
に示すように、ECU16には運転状態検出手段101からの情
報（エンジン運転状態）に応じて要求空気量（スロット
ルバルブによる吸気を補正するので吸気補正量という）
を設定する機能（吸気補正量設定手段）110と、この吸
気補正量設定手段110で設定した要求空気量に応じて各
バルブ6,14に指令信号を出力する機能（吸気補正量制御
手段）111が各バルブ（吸気補正手段）6,14の開度制御
を行なうようになっている。
吸気補正量設定手段110では、運転状態検出手段101か
らの情報に基づいて、吸気補正量を設定するが、具体的
には、図１に示すように、エンジン回転数Ne、及びスロ
ットルポジションセンサ37又は図示しないアクセルポジ
ションセンサ等の検出情報に基づい求められるエンジン
負荷Peの他に、エンジンの運転環境の状態、即ち、変速
機の変速状態を検出するシフトポジションセンサ121,大
気圧センサ122,補機としてのエアコンの作動状態を検出
するエアコンスイッチ123,補機としてのパワステの作動
状態を検出するパワステスイッチ124,アイドルスイッチ
38等からの情報を取り込んで、これらの情報に基づい
て、マップ〔予め設定された対応関係（運転状態と吸気
補正量との対応関係）〕から吸気補正量を設定する。
つまり、図５に示すように、まず、スロットルセンサ
で検出されたスロットル開度θth又は図示しないアクセ
ル開度センサの出力とクランク角センサからの検出情報
に基づいたエンジン回転速度Neとから、マップに基づい
て目標エンジン負荷（目標Pe）を設定する（ブロックB
1）。
一方、エアコンスイッチからの情報に基づいてエアコ
ンディショナがオンであれば、エンジン回転速度Neから
マップに基づいてエアコン対応補正量ΔPe acを設定し
（ブロックB2）、パワステスイッチからの情報に基づい
てパワーステアリングがオンであればエンジン回転速度
Neからマップに基づいてパワステ対応補正量Δpe psを
設定し（ブロックB3）、インヒビタスイッチからの情報
に基づいて始動時にはエンジン回転速度Neからマップに
基づいてインヒビタ対応補正量ΔPe inhを設定する（ブ
ロックB4）。
また、図示しないが、シフトポジションセンサ121や
大気圧センサ122にそれぞれのパラメータに対応した補
正量を設定する。
そして、適宜これらの対応補正量ΔPe ac,ΔPe ps,Δ
Pe inh等によって、目標Peを補正する。そして、この補
正後目標PeをスイッチS1を通じて適宜フィルタリングし
（ブロックB5）、このようにして得られた目標Peとエン
ジン回転速度Neとから、マップに基づいて要求空気量
（又は、目標吸入空気量）Ｑに応じたバルブ開度に関す
る制御量Posを設定する。
この制御量Posの設定にあたっては、ブロックB7に示
すように複数のマップからエンジンの運転状態に応じた
ものを選択して用いられ、スイッチS2,S3を通じて、エ
ンジンの運転状態に応じて信号が出力される。ここで
は、エンジンの運転状態として、最も希薄燃焼となる後
期リーンモードと、これに次いだ希薄燃焼となる前期リ
ーンモードと、ストイキオ運転モードの内のEGR作動中
との３モードに関してマップが設けられ、これらのモー
ドの場合にのみ要求空気量を設定する。
また、スイッチS4により、アイドル運転状態が成立し
た場合には、ブロックB8に示すようにエンジン回転数の
フィードバックに基づいた要求空気量（又は、目標吸入
空気量）＃1ABVQの制御量＃1ABVPos（この場合には、＃
1ABVバルブを主体とした目標開度となる）を設定する。
上述のブロックB7,B8を通じた要求空気量Q,＃1ABVQに
対応する量を設定する機能部分は、要求空気量設定手段
（吸気補正量設定手段）110に相当する。
このようにして得られた制御量Pos又は＃1ABVPosに応
じて、エアバイパスバルブ６の開度位置の設定又はデュ
ーティ比の設定（ブロックB10）、エアバイパスバルブ1
4の開度位置の設定（ブロックB11）が行なわれ、エアバ
イパスバルブ6,14が所要の状態に制御される。
ところで、筒内噴射エンジンでは、圧縮行程噴射モー
ド（後期リーン）では、超リーン燃焼が行なわれるた
め、空燃比が極めて大きく設定され、エンジン発生トル
クに対して吸入空気量が極めて大きい。このため、吸気
負圧の大きさが比較的小さな領域で吸気量の補正が行な
われることになる。一方、吸気行程噴射モードでは、空
燃比がやや大きい前期リーンやストイキオモードで運転
されるため、エンジン発生トルクに対する吸入空気量は
比較的大きくなく、吸気負圧の大きさが比較的大きな領
域で吸気量の補正が行なわれることになる。
例えば図２に示す実線は、吸気開口面積Ｓに対する吸
入空気量Ｑを示す図であり、圧縮行程噴射モード（後期
リーン）では、吸気開口面積Ｓの比較的大きい領域で吸
入空気量制御（吸気補正量制御）を行なうことになり、
吸気行程噴射モードでは、吸気開口面積Ｓの比較的小さ
い領域で吸入空気量制御（吸気補正量制御）を行なうこ
とになる。なお、吸気開口面積Ｓはエンジンの負荷状態
に応じたものになり、スロットルバルブ（吸気絞り弁）
15およびABV（吸気補正手段）6,14の開度に応じて決ま
る。
図２中、点X1は吸気行程噴射モードにおいてエンジン
トルクTAを発生する場合の吸気開口面積Ｓと吸入空気量
Ｑとの対応位置を示し、点X2は圧縮行程噴射モードにお
いて点X1とほぼ同様なエンジントルクTAを発生する場合
の吸気開口面積Ｓと吸入空気量Ｑとの対応位置を示して
いる。
図示するように、吸気行程噴射モードにおける点X1の
時点で、吸気開口面積Ｓを所定量S1増大させると、吸気
補正量はQ1だけ増大する。一方、圧縮行程噴射モードに
おける点X2の時点で、点X1の場合と同様に吸気開口面積
Ｓを所定量S1増大させると、吸気補正量はQ2だけ増大す
る。この吸気補正量Q2は、点X1の場合の吸気補正量Q1よ
りも小さくなる。
これは、吸気行程噴射モードにおける吸気量制御は、
吸気開口面積Ｓの比較的小さい領域で行なわれ、この領
域はスロットルバルブ15下流における吸気負圧の大きさ
が比較的大きい領域であるため、吸気開口面積Ｓと吸入
空気量Ｑとがほぼ線形に増加する。これに対して、圧縮
行程噴射モードにおける吸気量制御は、吸気開口面積Ｓ
の比較的大きい領域で行なわれ、この領域はスロットル
バルブ15下流における吸気負圧の大きさが比較的小さい
領域であるため、吸気開口面積Ｓと吸入空気量Ｑとは、
線形な増加関係から逸脱して、吸気開口面積Ｓの増加の
割りには吸入空気量Ｑは増加しなくなる。なお、図２中
の破線は、吸気開口面積Ｓと吸入空気量Ｑとが線形を維
持する場合を示している。
ここで、吸気開口面積Ｓとバルブ開度に関する制御量
Posとがほぼ比例関係にあるものでは、上記吸気開口面
積Ｓを所定量S1増大させるためには補正制御量P1だけ制
御量Posを増大すればよい。また、吸気開口面積Ｓとバ
ルブ開度に関する制御量Posとが比例関係にないもので
は、その関係の近似式等によって吸気開口面積Ｓから補
正制御量P2を算出して、この算出された補正制御量P2だ
け制御量Posを増大すればよい。
このように、吸気開口面積に対して変化する吸入空気
量が異なるため、吸気開口面積を調整するバルブ開度に
関する制御量を、吸気行程噴射モードと圧縮行程噴射モ
ードとで同様なマップ（エンジン運転状態と制御量Pos
との対応関係）を用いては、各運転モード毎に最適な吸
気補正量を設定することができず、ドライバビリティの
悪化を招いてしまう。
そこで、本装置では、吸気行程噴射モードと圧縮行程
噴射モードとでそれぞれ異なるマップ（エンジン運転状
態と制御量Posとの対応関係）を設定し、各モード毎の
マップにしたがって、吸気補正制御を行なうようになっ
ている。
なお、エンジン運転状態（特に、エンジン回転数Ne,
エンジン負荷情報Pe）と制御量Posとの対応関係のみな
らず、その他の情報、つまり、シフトポジションセンサ
121,大気圧センサ122,エアコンスイッチ123,パワステス
イッチ124,アイドルスイッチ38等からの情報に基づいた
補正量についても、吸気行程噴射モードと圧縮行程噴射
モードとでそれぞれ異なるマップ（対応関係）を設定
し、吸気補正制御を行なうようにしてもよい。
例えば図３は、エアコンスイッチ123がオフからオン
に切り換わった際に行なわれるアイドル回転数Neの制御
状態を示し、この時に対応する吸気量は、前期リーン
（吸気行程噴射）であれば、Q1からQ3へと調整されて、
アイドル回転数NeがNi1からNi2へと増加制御される。一
方、後期リーン（圧縮行程噴射）であれば、Q2からQ4へ
と調整されて、アイドル回転数NeはNi1からNi2へと増加
制御される。
図示するように、吸気行程噴射モードと圧縮行程噴射
モードとでは、基本的な吸気量も異なるが、吸気補正量
も吸気行程噴射モードではα、圧縮行程噴射モードでは
βと互いに異なる。したがって、エアコンスイッチ情報
に基づいた吸気補正量の制御も、吸気行程噴射モードと
圧縮行程噴射モードとでそれぞれ異なるマップ（対応関
係）を設定することが望ましいのである。
また、上記以外の方法として、各運転モードで共通の
吸気補正量を設定しておくとともに各々のモードでモー
ド対応係数（ゲイン）を設定しておき、設定された吸気
補正量をそのモード対応係数でゲイン調整することで最
終的な吸気補正量（制御に用いる）を設定するようにす
ることも可能である。
ところで、図５に基づいて、インジェクタ，点火コイ
ル,EGRの各制御について説明しておく。
インジェクタの駆動のためには、インジェクタの噴射
開始時期と噴射終了時期とを設定する必要があるが、こ
こでは、インジェクタ駆動時間Tinjとインジェクタの噴
射終了時期とを設定して、これに基づいて、インジェク
タの噴射開始時期を逆算しながら、インジェクタの駆動
のタイミングを決定している。これらの設定は、ECU16
で エンジン運転状態に応じて行なわれる。
インジェクタ駆動時間Tinjの設定には、まず、フィル
タリング処理（ブロックB6）された補正後目標Peとエン
ジン回転速度Neとから、マップに基づいて空燃比A/Fを
設定する（ブロックB12）。この場合の設定マップも、
後期リーンモードでEGR作動中と、後期リーンモードでE
GR停止中と、前期リーンモードと、オープンループモー
ドとの４モードに関して設けられており、エンジンの運
転状態に応じたものを選択して用いられる。
こうして得られた空燃比A/Fと、エアフロセンサで検
出された吸気量Qpbとから、インジェクタ駆動時間Tinj
を算出する（ブロックB13）。
そして、このインジェクタ駆動時間Tinjに、気筒別イ
ンジェクタ不均率補正（ブロックB14）及び気筒別デッ
ドタイム補正（ブロックB15）を施す。一応、目標Peと
エンジン回転速度Neとから減速時用噴射時間ＴDECを算
出して（ブロックB16）、減速時で且つ後期リーン運転
時には、スイッチS5を通じて、ブロックB13で得られた
インジェクタ駆動時間Tinjとこの減速時用噴射時間ＴDE
Cとのうちの小さいほうを選択して（ブロックB17）、こ
れをインジェクタ駆動時間に決定する。
また、このインジェクタ駆動時間については、前述の
吸入空気量の補正によって空燃比A/Fが変化するため、
吸入空気量の補正に伴いインジェクタ駆動時間を補正し
て空燃比A/Fを一定とするように制御して、排気ガス性
能の悪化を防止している。
インジェクタの噴射終了時期の設定も、フィルタリン
グ処理（ブロックB6）された補正後目標Peとエンジン回
転速度Neとから、マップに基づいて噴射終了時期を設定
する（ブロックB18）。この場合の設定マップも、後期
リーンモードでEGR作動中と、後期リーンモードでEGR停
止中と、前期リーンモードと、オープンループ運転又は
ストイキオフィードバック運転のモードとの４モードに
関して設けられており、エンジンの運転状態に応じたも
のを選択して用いられる。
こうして得られた噴射終了時期に後期リーンモードの
場合には水温補正を施して噴射終了時期を得るようにし
ている。
このようにして得られたインジェクタ駆動時間Tinj及
び噴射終了時期に基づいて、インジェクタの駆動を行な
う。
また、点火コイルによる点火プラグの点火時期につい
ても、フィルタリング処理（ブロックB6）された補正後
目標Peとエンジン回転速度Neとから、マップに基づいて
点火時期を設定する（ブロックB20）。この場合の設定
マップは、後期リーンモードでEGR作動中と、後期リー
ンモードでEGR停止中と、前期リーンモードと、ストイ
キオフィードバック運転でEGR作動中と、オープンルー
プ運転又はストイキオフィードバック運転でEGR停止中
の５モードに関して設けられている。こうして得られた
点火時期に各種リタード補正を施して（ブロックB2
1）、これに基づいて点火コイルの制御を行なう。
また、EGRの流量制御についても、フィルタリング処
理（ブロックB6）された補正後目標Peとエンジン回転速
度Neとから、マップに基づいてEGRの流量を設定する
（ブロックB22）。この場合の設定マップは、Ｄレンジ
での後期リーンモードと、Ｎレンジの後期リーンモード
と、Ｄレンジでのストイキオフィードバック運転モー
ド、Ｎレンジでのストイキオフィードバック運転モード
との４モードに関して設けられている。
こうして得られたEGRの流量を水温補正（ブロックB2
3）を施して、開度に応じた制御量（デューティ比）を
設定して（ブロックB24）、EGRの流量制御を行なう。な
お、水温補正（ブロックB23）に関しても、エンジンの
運転状態（ここでは、後期リーンモードとストイキオフ
ィードバック運転モードとの２モード）に応じたマップ
が用いられている。
本発明の一実施形態としての筒内噴射内燃機関の制御
装置は、吸気行程噴射モードと圧縮行程噴射モードとで
異なるマップ（エンジン運転状態と制御量Posとの対応
関係）を設定し、これに基づいて吸気補正量の制御を行
なうので、各運転モードに最適の吸気補正量制御を行な
うことができ、各運転モードにおけるドライバビリティ
が向上する効果がある。
また、エンジン運転状態（特に、エンジン回転数Ne,
エンジン負荷情報Pe）と制御量Posとの対応関係のみな
らず、その他の情報、つまり、シフトポジションセンサ
121,大気圧センサ122,エアコンスイッチ123,パワステス
イッチ124,アイドルスイッチ38等からの情報に基づいた
補正量についても、吸気行程噴射モードと圧縮行程噴射
モードとでそれぞれ異なるマップ（対応関係）を設定
し、吸気補正制御を行なうことで、やはり、各運転モー
ドに最適の吸気補正量制御を行なうことができ、各運転
モードにおけるドライバビリティが向上する効果があ
る。
なお、このような吸気行程噴射モードと圧縮行程噴射
モードとでそれぞれ異なるマップ（対応関係）を設定す
る技術は、特に、吸気制御効果の大きいエンジンのアイ
ドル運転時に適用することが極めて効果的である。
また、上述の実施形態では、バイパスバルブを用いて
吸入空気量を補正するものについて説明しているが、前
述のような電動モータにより駆動する電動モータ駆動式
スロットルバルブにこのような技術を適用しても同様の
効果を得ることができる。
産業上の利用可能性 筒内噴射内燃機関における圧縮行程噴射モードや吸気
行程噴射モードといった各運転モード毎に、適切な吸気
量補正を行なえるようになり、筒内噴射内燃機関におけ
るドライバビリティの向上を実現することができるよう
になる。このため、例えば自動車をはじめとした乗物用
のエンジンに好適であり、安定燃焼によるドライバビリ
ティの向上、低燃費化による運転コストの低減，排気ガ
ス浄化の促進による環境保護といった、乗物用エンジン
への種々の要求を同時に満たすことができ、極めて有用
である。
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ Ｆ０２Ｄ 41/34 Ｆ０２Ｄ 41/34 Ｆ (72)発明者 田村 宏記 東京都港区芝５丁目33番８号 三菱自動 車工業株式会社内 (56)参考文献 特開 平４−321747（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−41953（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−362221（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−146239（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F02D 41/00 - 41/40 F02D 43/00 - 45/00 F02D 29/00 - 29/06

Claims (9)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】燃焼室内に直接燃料を噴射する筒内噴射内
    燃機関であって、該内燃機関の運転状態に応じて、主と
    して圧縮行程で燃料噴射を行なう圧縮行程噴射モード
    と、主として吸気行程で燃料噴射を行なう吸気行程噴射
    モードとを選択可能な筒内噴射内燃機関において、 該内燃機関の運転状態又は運転環境状態を検出する運転
    状態検出手段と、 該内燃機関に供給される吸気量を変更する吸気補正手段
    と、 該運転状態検出手段で検出された上記の運転状態又は運
    転環境状態に応じた該吸気補正量を予め設定された対応
    関係に基づいて設定する吸気補正量設定手段と、 該吸気補正量設定手段で設定された吸気補正量に基づい
    て該吸気補正手段の作動を制御する吸気量補正制御手段
    とをそなえ、 該吸気補正量設定手段は、アイドル運転時に用いられる
    上記の運転状態又は運転環境状態に基づき求められたほ
    ぼ同等なエンジントルクを得るために要求される該吸気
    補正量を、該圧縮行程噴射モードと該吸気行程噴射モー
    ドとで別設定し、 該吸気量補正制御手段は、該内燃機関のアイドル運転時
    に、該圧縮行程噴射モードと該吸気行程噴射モードとで
    別設定された対応関係に基づく吸気補正量によって該吸
    気量を補正する ことを特徴とする、筒内噴射内燃機関の制御装置。
  2. 【請求項２】該運転状態検出手段は、内燃機関の回転速
    度、アクセル操作状態、及び絞り弁の開度の少なくとも
    一つを検出するものであることを特徴とする、請求の範
    囲第１項記載の筒内噴射内燃機関の制御装置。
  3. 【請求項３】該運転状態検出手段は、該内燃機関に連結
    された変速機の変速状態を検出するものであることを特
    徴とする、請求の範囲第１項又は第２項記載の筒内噴射
    内燃機関の制御装置。
  4. 【請求項４】該運転状態検出手段は、大気圧を検出する
    ものであることを特徴とする、請求の範囲第１項又は第
    ２項記載の筒内噴射内燃機関の制御装置。
  5. 【請求項５】該運転状態検出手段は、該内燃機関によっ
    て直接又は間接的に駆動される補機の作動状態を検出す
    るものであることを特徴とする、請求の範囲第１項又は
    第２項記載の筒内噴射内燃機関の制御装置。
  6. 【請求項６】該内燃機関は、吸気絞り弁をバイパスする
    バイパス通路をそなえ、該吸気補正手段は、該バイパス
    通路のバイパス空気量を補正することを特徴とする、請
    求の範囲第１項記載の筒内噴射内燃機関の制御装置。
  7. 【請求項７】該内燃機関は、電気的に駆動される吸気絞
    り弁をそなえ、該吸気補正手段は、該吸気絞り弁の開度
    を補正することを特徴とする、請求の範囲第１項記載の
    筒内噴射内燃機関の制御装置。
  8. 【請求項８】該運転状態は、該内燃機関に加わる負荷状
    態であって、該吸気補正量は、該負荷状態に応じて調整
    される該吸気開口面積と相関関係にあるパラメータに対
    応して設定されることを特徴とする、請求の範囲第１項
    記載の筒内噴射内燃機関の制御装置。
  9. 【請求項９】該パラメータの変化に対する該吸気補正量
    の変化量は、該圧縮行程噴射モード時の方が該吸気行程
    噴射モード時よりも大きくなるように設定されているこ
    とを特徴とする、請求の範囲第８項記載の筒内噴射内燃
    機関の制御装置。
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