(57)【要約】【課題】燃料のアルコール含有率にかかわらず、安定した成層燃焼運転できる【解決手段】本発明は、アルコールを含有したガソリンを使用可能な筒内直噴内燃機関１の燃料噴射制御装置であって、燃料噴射弁４１と、点火栓４２と、燃料噴射弁４１から噴射された燃料を点火栓４２の電極部４２ａ近傍に案内するキャビティ３４を冠面３３に形成したピストン３２と、燃料のアルコール含有率を検出するアルコール含有率検出手段９３と、を備え、アルコール含有率が高いほど、燃料噴射量を増加させ、成層運転する場合に、アルコール含有率が低いときは、燃料噴射弁４１から噴射された燃料がキャビティ３４に到達する前に燃焼するように燃料噴射時期を制御し、アルコール含有率が高いときは、燃料噴射弁４１から噴射された燃料がキャビティ３４に到達した後に燃焼するように燃料噴射時期を制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルコールを含有したガソリンを使用可能な筒内直噴内燃機関の燃料噴射制御装置であって、
燃焼室に設けられ、燃焼室内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁と、
前記燃料噴射弁の噴射領域に配設される電極部を有する点火栓と、
前記燃料噴射弁から噴射された燃料を前記点火栓の電極部近傍に案内するキャビティを冠面に形成したピストンと、
燃料のアルコール含有率を検出するアルコール含有率検出手段と、
前記アルコール含有率が高いほど、燃料噴射量を増加させる燃料噴射量制御手段と、
成層運転する場合に、前記アルコール含有率が低いときは、前記燃料噴射弁から噴射された燃料が前記キャビティに到達する前に燃焼するように燃料噴射時期を制御し、前記アルコール含有率が高いときは、前記燃料噴射弁から噴射された燃料が前記キャビティに到達した後に燃焼するように燃料噴射時期を制御する燃料噴射時期制御手段と、
を備えることを特徴とする筒内直噴内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項２】
前記燃料噴射時期制御手段は、前記アルコール含有率が低いときは圧縮行程後半に燃料噴射時期を設定し、前記アルコール含有率が高いときは圧縮行程前半に燃料噴射時期を設定する
ことを特徴とする請求項１に記載の筒内直噴内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項３】
前記点火栓の点火時期を調整する点火時期調整手段を備え、
冷間時に成層運転する場合に、各気筒において始動後の最初の燃料噴射から数えて２回目の燃料噴射からは、
前記アルコール含有率が低ければ、前記燃料噴射時期制御手段は、吸気行程に１回目の燃料噴射時期を設定し、膨張行程の前半に２回目の燃料噴射時期を設定して燃料を２回にわけて噴射させるように制御し、前記点火時期調整手段は、２回目に噴射された燃料が前記キャビティに到達する前に燃焼するように点火時期を２回目の燃料噴射の直後まで遅角させ、
前記アルコール含有率が高ければ、前記燃料噴射時期制御手段は、吸気行程に１回目の燃料噴射時期を設定し、圧縮行程の後半に２回目の燃料噴射時期を設定して燃料を２回にわけて噴射させるように制御し、前記点火時期調整手段は、２回目に噴射された燃料が前記キャビティに到達した後に燃焼するように点火時期を膨張行程の前半まで遅角させる
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の筒内直噴内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項４】
前記アルコール含有率が高いほど、前記燃料噴射弁の燃圧を高圧に設定して燃料噴射期間を短縮する燃料噴射期間調整手段を備える
ことを特徴とする請求項１から３までのいずれか１つに記載の筒内直噴内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項５】
前記燃料噴射時間調整手段によって短縮された燃料噴射期間に基づいてアルコール含有率を補正するアルコール含有率補正手段を備える
ことを特徴とする請求項４に記載の筒内直噴内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項６】
前記燃料噴射弁を前記燃焼室の頂壁中心に配設した
ことを特徴とする請求項１から５までのいずれか１つに記載の筒内直噴内燃機関の燃料噴射制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は筒内直噴内燃機関の燃料噴射制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、排気浄化触媒が活性温度よりも低い未暖機状態のときに、吸気行程から点火時期にかけての期間内で、部分的な空燃比の濃淡を有する混合気を燃焼室内に形成する後期噴射と、この後期噴射より前に燃料を噴射して、後期噴射の燃料と後期噴射の燃焼とで延焼可能な、理論空燃比よりもリーンな空燃比の混合気を燃焼室内に生成する早期噴射と、の少なくとも２回の分割噴射を行い、排気浄化触媒の暖機を促進する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
さらに、ガソリンの代替燃料であるガソリンにエタノールを混合したエタノール混合ガソリン（以下「アルコール燃料」という）を使用可能な自動車（ＦＦＶ；Flexible Fuel Vehicle）に用いるエンジン（以下「ＦＦエンジン」という）が知られている（例えば特許文献２参照）。
【０００４】
アルコール燃料は、エタノール含有率に応じて「Ｅ８５燃料（エタノール含有率８５％）」というように呼ばれる。なお、エタノールを含有せずガソリンのみの燃料を同様に「Ｅ０燃料」と呼ぶこともあるが、以下、アルコール燃料とはエタノール混合燃料を指し、ガソリン燃料とはエタノールを含有せずガソリン１００％の燃料を指すものとする。
【特許文献１】特開２０００−０４５４８３号公報
【特許文献２】実開平４−１３４６４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
アルコール燃料はガソリン燃料に比べて発熱量が低い。そのため、アルコール燃料で運転しているときは、ガソリン燃料で運転している場合に比べて、燃料噴射量を増やさなければエンジン出力が低下する。したがって、ＦＦエンジンは、燃料のアルコール含有率に応じて燃料噴射量を調整する必要がある。
【０００６】
しかし、成層燃焼運転する場合、燃料のアルコール含有率が増大して燃料噴射パルス幅が長くなると、点火プラグ周りの成層度が低下し、燃焼安定度が低下するという問題点がある。
【０００７】
本発明はこのような従来の問題点に着目してなされたものであり、成層運転するときに、予め燃料のアルコール含有率に応じて燃料噴射量と噴射時期を制御することで、安定した成層燃焼を実現できる筒内直噴内燃機関の燃料噴射制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は以下のような解決手段によって前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために本発明の実施形態に対応する符号を付するが、これに限定されるものではない。
【０００９】
本発明は、アルコールを含有したガソリンを使用可能な筒内直噴内燃機関（１）の燃料噴射制御装置であって、燃焼室（４０）に設けられ、燃焼室（４０）内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁（４１）と、前記燃料噴射弁（４１）の噴射領域に配設される電極部（４２ａ）を有する点火栓（４２）と、前記燃料噴射弁（４１）から噴射された燃料を前記点火栓（４２）の電極部（４２ａ）近傍に案内するキャビティ（３４）を冠面（３３）に形成したピストン（３２）と、燃料のアルコール含有率を検出するアルコール含有率検出手段（９３）と、前記アルコール含有率が高いほど、燃料噴射量を増加させる燃料噴射量制御手段（９０）と、成層運転する場合に、前記アルコール含有率が低いときは、前記燃料噴射弁（４１）から噴射された燃料が前記キャビティ（３４）に到達する前に燃焼するように燃料噴射時期を制御し、前記アルコール含有率が高いときは、前記燃料噴射弁（４１）から噴射された燃料が前記キャビティ（３４）に到達した後に燃焼するように燃料噴射時期を制御する燃料噴射時期制御手段（９０）と、を備える。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、燃料のアルコール含有率に基づいて燃料噴射量及び噴射時期を制御することで、アルコール含有率にかかわらず、安定した成層運転を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
【００１２】
（第１実施形態）
図１は、本発明によるＦＦエンジン１の概略構成図である。
【００１３】
ＦＦエンジン１は、シリンダブロック３１と、その頂部を覆うシリンダヘッド３０とを備える。シリンダブロック３１には、複数のシリンダ３１ａが形成される。シリンダ３１ａには、ピストン３２が摺動自在に嵌合する。これらシリンダヘッド３０とシリンダブロック３１とピストン３２とによって、ペントルーフ形の燃焼室４０が区画形成される。
【００１４】
燃焼室４０の一方の傾斜面４０ａに開口するように吸気通路６０が形成され、他方の傾斜面４０ｂに開口するように排気通路７０が形成される。吸気通路６０の開口を吸気バルブ８１が開閉し、排気通路７０の開口を排気バルブ８２が開閉する。なお、排気通路７０の下流には排気浄化触媒（図示せず）が設けられている。排気浄化触媒としては、理論空燃比の近傍において、排気中の一酸化炭素やハイドロカーボンを酸化するとともに窒素酸化物を還元する三元触媒や、排気中の一酸化炭素やハイドロカーボンを酸化する酸化触媒を用いることができる。
【００１５】
燃焼室４０の頂壁中心には、燃料噴射弁４１と点火栓４２とが配設される。
【００１６】
燃料噴射弁４１は、燃焼室４０に直接燃料を噴射する。燃料噴射弁４１は、中心軸がピストン冠面３３に対してほぼ直交するように配設される。
【００１７】
点火栓４２は、燃焼室４０に噴射された燃料を点火する。点火栓４２は、電極部４２ａが燃料噴射弁４１から噴射される燃料の噴霧領域内又はその近傍に位置するように配設される。これにより、燃料噴射弁４１から噴射され、電極部４２ａの近傍に形成された濃混合気に対して直接点火するスプレーガイド方式で成層燃焼することができる。
【００１８】
さらに、燃焼室４０の底面を形成しているピストン冠面３３には、凸状に窪んだ円形のキャビティ３４が形成される。キャビティ３４は、燃料噴射弁４１から噴射された燃料を、電極部４２ａの近傍に案内する。これにより、燃料噴射弁４１から噴射され、キャビティ３４で案内されて電極部４２ａの近傍に形成された濃混合気に対して点火するウォールガイド方式で成層燃焼することができる。
【００１９】
コントローラ９０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えたマイクロコンピュータで構成される。コントローラ９０には、ＦＦエンジン１のエンジン水温Ｔｗを検出するエンジン水温センサ９１、燃料噴射弁４１の燃圧Ｐｆを検出する燃圧センサ９２、燃料ギャラリ（図示せず）に設けられ、燃料のアルコール含有率ＡＬＣを検出する燃料濃度センサ９３などの各種センサからの検出信号が入力される。コントローラ９０は、これら各種センサからの信号に基づいて、燃料噴射弁４１や点火栓４２を制御する。
【００２０】
次に、図２〜図４を参照して、スプレーガイド方式とウォールガイド方式との相違について説明する。図２は、各方式における燃料噴射時期及び点火時期を示す図である。図３は、ウォールガイド方式で成層燃焼運転するときの噴霧燃料の状態を示す図である。図４は、スプレーガイド方式で成層燃焼運転するときの噴霧燃料の状態を示す図である。
【００２１】
図２に示すように、本実施形態では、始動を開始してから排気浄化触媒が活性化するまでの間において、機関吸入混合気の空燃比をストイキに制御して燃焼させるときに、圧縮行程に１回だけ燃料を噴射して燃焼させる燃焼形態（以下「始動成層燃焼」という）で燃焼させる。
【００２２】
そして、図２（Ａ）に示すように、ウォールガイド方式によって成層燃焼運転するときは、燃料噴射時期が圧縮行程前半に設定される。つまり、図３に示すように、ピストン３２が圧縮上死点（ＴＤＣ）に向けて上昇中に燃料が噴射される。燃料は、キャビティ３４に向けて噴射され、ピストン３２の上昇とともに、キャビティ３４によって電極部４２ａの近傍に案内される。その後、ピストン３２が圧縮上死点近傍に到達したときに点火される。
【００２３】
一方、図２（Ｂ）に示すように、スプレーガイド方式によって成層燃焼運転するときは、点火時期直前の圧縮行程後半に燃料噴射弁４１から燃料が噴射され、その直後に点火される。つまり、図４に示すように、ピストン３２が圧縮上死点（ＴＤＣ）の近傍に位置するときに燃料が噴射される。そして、噴射された燃料は、キャビティ３４に到達する前に直接点火栓４２の電極部４２ａの近傍に濃混合気域を形成し点火される。
【００２４】
このように、スプレーガイド方式は、ピストン３２のキャビティ３４などに依存せずに、燃料を直接点火栓４２の方向に向けて噴射することで、電極部４２ａの周りに燃料の濃い混合気を作り点火させることができる。したがって、ウォールガイド方式と比べて安定した混合気を形成でき、良好な燃焼状態が得られる。
【００２５】
しかしながら、燃料噴射の開始から点火までの期間は、スプレーガイド方式は短く、ウォールガイド方式は長い。燃料のアルコール含有率が増大して燃料噴射パルス幅が大きくなると、燃料噴射から点火までの間隔が短いスプレーガイド方式で成層燃焼を行うことが困難となる。また、燃料噴射期間が長くなると、噴射燃料は拡散し、点火栓４２の周りの成層度が低下するので、スプレーガイド方式で成層燃焼すると燃焼安定度が低下してしまう。
【００２６】
そこで、本実施形態では、始動を開始してから排気浄化触媒が活性化するまでの間において、始動時に燃料のアルコール含有率が所定値より低ければスプレーガイド方式で成層燃焼を行い、その所定値より高ければウォールガイド方式で成層燃焼を行う。これによって、燃料のアルコール含有率が増大しても安定した成層燃焼を行うことができる。以下では、この成層燃焼方式の切り替え方法について説明する。
【００２７】
図５は、エンジンが十分に暖まっている状態（暖機運転完了後）か暖まっていない状態（暖機運転中）かで成層燃焼で運転するか均質燃焼で運転するかを判定するフローチャートである。コントローラ９０は、本制御をキーオンによって開始し、所定の演算周期（例えば１０ミリ秒）で繰り返し実行する。
【００２８】
ステップＳ１１において、コントローラ９０は、エンジン水温Ｔｗや燃料のアルコール含有率ＡＬＣ、燃圧値Ｐｆなどの情報を各種センサから取り込む。
【００２９】
ステップＳ１２において、コントローラ９０は、検出した燃料のアルコール含有率ＡＬＣに基づいて燃料噴射パルス幅を補正する。コントローラ９０は、アルコール含有率ＡＬＣが高いほど、燃料噴射パルス幅が長くなるように補正する（図８参照）。
【００３０】
ステップＳ１３において、コントローラ９０は、エンジン水温Ｔｗがマイナス１５℃以上４０℃以下であるか否かを判定する。
【００３１】
エンジン水温Ｔｗがマイナス１５℃以上４０℃以下であれば、コントローラ９０はステップＳ１４に処理を移行する。一方、エンジン水温がマイナス１５℃未満又は４０℃より高ければ、コントローラ９０はステップＳ１５に処理を移行する。
【００３２】
ステップＳ１４において、コントローラ９０は、成層燃焼処理を実行する。これは、エンジン水温がマイナス１５℃から４０℃の範囲内にある暖機運転中は、排気浄化触媒が活性化しておらず、ハイドロカーボンが還元されないまま排出されることがあるため、成層燃焼を行うことで排気温度を上昇させて触媒の活性化を早め、ハイドロカーボンの排出量を低減させるためである。なお、成層燃焼処理の具体的な内容については、図６を参照して後述する。
【００３３】
ステップＳ１５において、コントローラ９０は、均質燃焼処理を実行する。これは、エンジン水温がマイナス１５℃未満のときは安定した成層燃焼が行えず、４０度より高ければ暖機完了後の運転中であると判定でき、排気浄化触媒が十分に活性化していると判定できるためである。なお、均質燃焼処理の具体的な内容については、図７を参照して後述する。
【００３４】
図６は、成層燃焼処理を示すフローチャートである。
【００３５】
ステップＳ１４１において、コントローラ９０は、燃圧Ｐｆが所定圧力Ｐｆ０以上か否かを判定する。これは、成層運転時は燃料を圧縮行程で噴射するため、燃圧が低ければ噴射できないためである。コントローラ９０は、燃圧ＰｆがＰｆ０以上であれば、ステップＳ１４２に処理を移行する。そうでなければ、処理を終了する。
【００３６】
ステップＳ１４２において、コントローラ９０は、燃料のアルコール含有率ＡＬＣが１０％以下であるか否かを判定する。燃料のアルコール含有率ＡＬＣが１０％以下であれば、コントローラ９０はステップＳ１４３に処理を移行する。一方、アルコール含有率ＡＬＣが１０％より高ければ、コントローラ９０はステップＳ１４４に処理を移行する。
【００３７】
ステップＳ１４３において、コントローラ９０は、燃料噴射時期を圧縮行程後半に設定し、スプレーガイド方式にて成層燃焼運転する。これは、アルコール含有率が１０％以下であれば、燃料噴射パルス幅も小さく、燃料噴射の時間も短いため、スプレーガイド方式でも、点火栓４２周りの成層度を保て、安定した成層燃焼を行うことができるからである。
【００３８】
ステップＳ１４４において、コントローラ９０は、燃料噴射時期を圧縮行程前半に設定し、ウォールガイド方式にて成層燃焼運転する。これは、アルコール含有率が１０％を超えると、燃料噴射パルス幅が大きくなり、スプレーガイド方式では点火栓４２周りの成層度を保てなくなるからである。
【００３９】
図７は、均質燃焼処理を示すフローチャートである。
【００４０】
ステップＳ１５１において、コントローラ９０は、燃料噴射時期を吸気行程に設定する。
【００４１】
ステップＳ１５２において、コントローラ９０は、吸気行程で燃料を噴射して均質運転する。
【００４２】
図８は、燃料のアルコール含有率と燃料噴射パルス幅との関係を示す図である。
【００４３】
図８に示すように、燃料のアルコール含有率が増えると、それに応じて燃料噴射パルス幅（燃料噴射期間）も増加する。
【００４４】
上述したように、アルコール燃料はガソリン燃料に比べて発熱量が低い。そのため、アルコール燃料で運転しているときは、ガソリン燃料で運転しているときに比べて、燃料噴射量を増やさなければエンジン出力が低下する。したがって、エンジン出力を維持するためには、燃料噴射パルス幅を拡大して燃料噴射量を増大する必要があるので、燃料のアルコール含有率が増えると、それに応じて燃料噴射期間も増加する。
【００４５】
図９は、成層運転時における燃料のアルコール含有率と燃料噴射時期との関係を示す図である。
【００４６】
図９に示すように、燃料のアルコール含有率が１０％以下のときは、スプレーガイド方式で成層燃焼運転するため、燃料噴射時期は、圧縮行程後半の基準噴射時期に設定されている。一方、燃料のアルコール含有率が１０％を超えたときは、ウォールガイド方式で成層燃焼運転するため、燃料噴射時期は、圧縮行程後半の基準噴射時期から圧縮行程前半まで進角される。
【００４７】
図１０は、成層燃焼で始動運転されるときのコントローラ９０で実行される処理の動作を示すタイムチャートである。なお、フローチャートとの対応を明確にするため、フローチャートのステップ番号を併記して説明する。
【００４８】
時刻ｔ０で、始動時のクランキングが開始される（図１０（Ａ））。
【００４９】
時刻ｔ１で、エンジン水温センサによってエンジン水温が検出され（図１０（Ｂ）；Ｓ１１）、燃料濃度センサによって燃料中のアルコール濃度が検出される（図１０（Ｃ）；Ｓ１１）。
【００５０】
時刻ｔ２で、エンジン水温がマイナス１５℃以上４０℃以下の範囲内にあるので（図１０（Ｂ）；Ｓ１３でＹｅｓ）、冷間からの始動で暖機運転中であると判定され、成層燃焼処理が実行される（Ｓ１４）。
【００５１】
時刻ｔ３で、燃圧センサによって検出された燃圧Ｐｆが所定圧力Ｐｆ０を超えると（図１０（Ｄ）；Ｓ１４１でＹｅｓ）、燃料噴射が開始される（図１０（Ｅ））。アルコール濃度が１０％を超えているので（図１０（Ｃ）；Ｓ１４２でＹｅｓ）、ウォールガイド方式にて成層運転される（図１０（Ｆ）；Ｓ１４４）。
【００５２】
時刻ｔ４で、エンジン水温が４０℃を越えると（図１０（Ｂ）；Ｓ１３でＮｏ）、点火時期が進角され均質運転が行われる（図１０（Ｆ）；Ｓ１５）。
【００５３】
以上説明した本実施形態によれば、始動を開始してから排気浄化触媒が活性化するまでの間は、圧縮行程で燃料噴射を行う。これにより、ピストン降下中の吸気行程に燃料噴射する場合と比べて、噴射燃料がシリンダ３１ａに付着することを抑えることができる。したがって未燃ハイドロカーボンの排出を低減することができる。
【００５４】
また、成層燃焼運転することで、排気温度を上昇させて触媒の活性化を促進し、排気中のハイドロカーボンを低減することができる。
【００５５】
さらに、成層燃焼運転するにあたり、燃料のアルコール含有率に応じて成層燃焼の方式をスプレーガイド方式かウォールガイド方式かのいずれか一方を選択する。
【００５６】
詳しくは、燃料のアルコール含有率が低ければ、燃料噴射パルス幅も小さく、燃料噴射の時間も短いため、スプレーガイド方式で成層燃焼する。これにより、ピストン３２のキャビティ３４や筒内タンブル流などに依存せずに、燃料を直接点火栓４２の方向に向けて噴射することで、電極部４２ａの周りに燃料の濃い混合気を作り点火させることができる。したがって、安定した混合気形成が可能で良好な燃焼状態が得られる。
【００５７】
一方、燃料のアルコール含有率が低ければ、燃料噴射パルス幅が大きくなり、燃料噴射の時間も長くなるため、スプレーガイド方式では点火栓４２周りの成層度を保てなくなる。そのため、燃料噴射時期をスプレーガイド方式のときより進角して、ウォールガイド方式で成層燃焼する。これにより、燃料噴射の期間が長くなっても、ピストン３２のキャビティ３４によって、電極部４２ａの周りに燃料の濃い混合気を作り点火させることができる。
【００５８】
このように、燃料のアルコール含有率に依存せずに、安定した成層運転することができる。
【００５９】
（第２実施形態）
次に本発明の第２実施形態による成層燃焼処理について説明する。本発明の第２実施形態は、成層運転時に、圧縮行程に１回だけ燃料を噴射して燃焼させる燃焼形態と、吸気行程と圧縮行程又は膨張行程との２回に分けて燃料を噴射して燃焼させる燃焼形態と、の２つの燃焼形態で燃焼させる点で第１実施形態と相違する。以下、その相違点ついて説明する。なお、第２実施形態では上述した第１実施形態と同様の機能を果たす部分には、同一の符号を用いて重複する説明を適宜省略する。
【００６０】
図１１は、第２実施形態による各成層運転時における燃料噴射及び点火時期を示す図である。
【００６１】
本実施形態では、始動を開始してから排気浄化触媒が活性化するまでの間において、機関吸入混合気の空燃比をストイキに制御して燃焼させるときに、圧縮行程に１回だけ燃料を噴射して燃焼させる燃焼形態（始動成層燃焼）と、吸気行程と圧縮行程又は膨張行程との２回に分けて燃料を噴射して燃焼させる燃焼形態（以下「超リタード成層燃焼」という）との２つの燃焼形態で燃焼させる。これは、始動成層燃焼によって、冷間時おけるシリンダ３１ａへの燃料付着に起因する未燃ハイドロカーボンの排出を低減するとともに、超リタード成層燃焼によって後燃えを促進させて、排気浄化触媒の活性化をより早めるためである。
【００６２】
図１１（Ａ）及び（Ｃ）に示すように、始動成層燃焼で成層運転する場合は、第１実施形態と同様なので、ここでは説明を省略する。
【００６３】
図１１（Ｂ）に示すように、超リタード成層燃焼で燃焼させる場合において、スプレーガイド方式で成層運転するときは、吸気行程に１回目の燃料噴射をして、燃焼室全体にストイキよりも比較的リーンな均質混合気を形成する。そして、膨張行程に２回目の燃料噴射をして点火栓４２の周りにストイキよりもリッチな混合気を形成して、その直後に点火させる。
【００６４】
一方、図１１（Ｄ）に示すように、ウォールガイド方式で成層運転するときは、吸気行程に１回目の燃料噴射をして、燃焼室全体にストイキよりもリーンな均質混合気を形成する。そして、圧縮行程に２回目の燃料噴射をし、キャビティ３４を利用して点火栓４２周りにストイキよりもリッチな混合気を形成したあと、膨張行程で点火させる。なお、本実施形態では、燃料噴射の割合を１回目が全噴射燃料の略６０％、２回目が略４０％としているが、これに限られるものではない。
【００６５】
超リタード成層燃焼によって、ハイドロカーボンの後燃えを促進でき、ひいては排気浄化触媒の活性化を促進できる。
【００６６】
図１２は、本実施形態による成層燃焼処理を示すフローチャートである。
【００６７】
ステップＳ１４１、Ｓ１４２については第１実施形態と同様なので説明を省略する。
【００６８】
ステップＳ２４１において、コントローラ９０は、始動されたとき、最初に燃料が噴射される気筒（以下「最初の燃料噴射気筒」という）において、最初の燃料噴射から数えて
２回目以降の燃料噴射であるか否かを判定する。コントローラ９０は、最初の燃料噴射気筒における２回目以降の燃料噴射であれば、ステップＳ２４３に処理を移行する。そうでなければ、ステップＳ２４２に処理を移行する。
【００６９】
ステップＳ２４２において、コントローラ９０は、スプレーガイド方式で始動成層燃焼させる。すなわち、コントローラ９０は、圧縮行程の後半に１回だけ燃料噴射時期を設定する（図１１（Ａ）参照）。これは、超リタード成層燃焼は点火時期のリタードによって燃焼安定性が悪化しやすいため、始動時の最初の燃焼を成層始動燃焼させて、安定した始動性を確保するためである。
【００７０】
ステップＳ２４３において、コントローラ９０は、スプレーガイド方式で超リタード成層燃焼させる。すなわち、コントローラ９０は、吸気行程の後半に１回目の燃料噴射時期を設定し、膨張行程の前半に２回目の燃料噴射時期を設定し、点火時期を２回目に燃料噴射の直後に設定する（図１１（Ｂ）参照）。これは、最初の燃料噴射気筒における２回目以降の燃焼を超リタード成層燃焼させることで、排気浄化触媒での酸化反応を促進し、排気浄化触媒の早期活性化を促進するためである。
【００７１】
ステップＳ２４４において、コントローラ９０は、ステップＳ２４１と同様の処理を実行し、最初の燃料噴射気筒における２回目以降の燃料噴射であれば、ステップＳ２４６に処理を移行する。そうでなければ、ステップＳ２４５に処理を移行する。
【００７２】
ステップＳ２４５において、コントローラ９０は、ウォールガイド方式で始動成層燃焼させる。すなわち、コントローラ９０は、圧縮行程の前半に１回だけ燃料噴射時期を設定する（図１１（Ｃ）参照）。
【００７３】
ステップＳ２４６において、コントローラ９０は、ウォールガイド方式で超リタード成層燃焼させる。すなわち、コントローラ９０は、吸気行程の後半に１回目の燃料噴射時期を設定し、圧縮行程の後半に２回目の燃料噴射時期を設定し、点火時期を膨張行程の前半に設定する（図１１（Ｄ）参照）。
【００７４】
図１３は、本発明の第２実施形態による成層燃焼で運転されるときのコントローラ９０で実行される処理の動作を示すタイムチャートである。
【００７５】
時刻ｔ３で、燃圧センサによって検出された燃圧Ｐｆが所定圧力Ｐｆ０を超えると（図１３（Ｄ）；Ｓ１４１でＹｅｓ）、最初の燃料噴射が行われ（図１３（Ｅ）；Ｓ２４４でＮｏ）、アルコール濃度が１０％を超えているので（図１３（Ｃ）；Ｓ１４２でＮｏ）、ウォールガイド方式にて始動成層燃焼させる（図１３（Ｆ）；Ｓ２４５）。
【００７６】
時刻ｔ４で、最初の燃料噴射気筒において２回目の燃料噴射が行われ（図１３（Ｅ）；Ｓ２４４でＹｅｓ）、ウォールガイド方式にて超リタード成層燃焼させる（図１３（Ｆ）；Ｓ２４６）。
【００７７】
以上説明した本実施形態によれば、始動時の最初の燃焼を始動成層燃焼させることで、シリンダ３１ａへの燃料付着に起因する未燃ハイドロカーボンの排出を低減することができる。そして、２回目以降を超リタード成層燃焼させることで排気浄化触媒での酸化反応を促進し、排気浄化触媒の早期活性化を促進することができる。この始動成層燃焼と超リタード成層燃焼の相乗効果によって排気浄化触媒の活性化を大幅に早めることができる。
【００７８】
（第３実施形態）
次に本発明の第３実施形態による成層燃焼方式の切り替え方法について説明する。本発明の第３実施形態は、燃料のアルコール含有率に応じて燃圧を補正する点で第１実施形態と相違する。以下、その相違点ついて説明する。
【００７９】
上述したように、燃料のアルコール含有率が高くなると、エンジン出力を維持するためには、燃料噴射パルス幅を拡大して燃料噴射量を増大する必要がある。このとき、燃圧を高圧にすることができれば、燃料噴射パルス幅を縮めることができる。
【００８０】
そこで、本実施形態では、燃料のアルコール含有率に基づいて拡大補正した燃料噴射パルス幅を、燃圧をガソリン燃料時のベース燃圧より高圧に設定することで、燃料噴射パルス幅を縮める側に再補正する。
【００８１】
図１４は、本実施形態による暖機運転完了後か暖機運転中かで成層燃焼で運転を行うか均質燃焼で運転を行うかを判定するフローチャートである。
【００８２】
ステップＳ３１において、コントローラ９０は、燃料のアルコール含有率ＡＬＣに基づいて補正した燃料噴射パルス幅を、燃圧を高圧にすることで再補正を行う。
【００８３】
図１５は、本実施形態による成層燃焼処理を示すフローチャートである。
【００８４】
ステップＳ１４１〜１４３については第１実施形態と同様なので説明を省略する。
【００８５】
ステップＳ３４１において、コントローラ９０は、燃料のアルコール含有率ＡＬＣを、再補正した燃料噴射パルス幅に相当するアルコール含有率ＡＬＣｃに補正する。
【００８６】
ステップＳ３４２において、コントローラ９０は、再補正した燃料噴射パルス幅に基づいて算出したアルコール含有率ＡＬＣｃが１０％以下であるか否かを判定する。アルコール含有率ＡＬＣｃが１０％以下であれば、コントローラ９０はステップＳ１４３に処理を移行する。一方、アルコール含有率ＡＬＣｃが１０％より高ければ、コントローラ９０はステップＳ１４４に処理を移行する。
【００８７】
以上説明した本実施形態によれば、燃料のアルコール含有率が比較的高いときでも、燃圧をベース燃圧より高圧に設定することで、燃料噴射パルス幅を縮めることができる。そのため、スプレーガイド方式による成層燃焼が可能となる。したがって、ピストンのキャビティや筒内タンブル流などに依存せずに安定した混合気を形成できる、良好な燃焼状態が得られる。
【００８８】
なお、本発明は上記の実施形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。
【００８９】
例えば、図９に示したように、アルコール含有率が１０％以下か否かで燃料噴射時期を２段階に設定していたが、これを多段階に設定してもよい。これにより、アルコール含有率に応じてより適した時期に燃料噴射がおこなえるため、より安定した成層燃焼が可能となる。
【００９０】
また、本実施形態では、始動を開始してから排気浄化触媒が活性化するまでの冷間始動時において、アルコール含有率に基づいて燃料の噴射量および噴射時期を調整して、スプレーガイド方式かウォールガイド方式かのいずれか適切な方式で成層運転したが、冷間始動時に限られるものではない。
【００９１】
さらに、アルコール含有率が１０％以下か否かで成層運転の方式を切り換えたが、１０％等の数値は一例に過ぎず、仕様によって適宜設定すればよい。
【図面の簡単な説明】
【００９２】
【図１】本発明によるＦＦエンジンの概略構成図である。
【図２】スプレーガイド方式及びウォールガイド方式の燃料噴射時期及び点火時期を示す図である。
【図３】スプレーガイド方式で成層燃焼を行っているときの噴霧燃料の状態を示す図である。
【図４】ウォールガイド方式で成層燃焼を行っているときの噴霧燃料の状態を示す図である。
【図５】暖機運転完了後か暖機運転中かで成層燃焼で運転を行うか均質燃焼で運転を行うかを判定するフローチャートである。
【図６】成層燃焼処理を示すフローチャートである。
【図７】均質燃焼処理を示すフローチャートである。
【図８】燃料のアルコール含有率と燃料噴射時間との関係を示す図である。
【図９】成層運転時における燃料のアルコール含有率と燃料噴射時期との関係を示す図である。
【図１０】成層燃焼で始動運転されるときのコントローラ９０で実行される処理の動作を示すタイムチャートである。
【図１１】第２実施形態による各成層運転時における燃料噴射及び点火時期を示す図である。
【図１２】第２実施形態による成層燃焼処理を示すフローチャートである。
【図１３】第２実施形態による成層燃焼で運転されるときのコントローラ９０で実行される処理の動作を示すタイムチャートである。
【図１４】第３実施形態による成層燃焼処理を示すフローチャートである。
【図１５】第３実施形態による均質燃焼処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００９３】
１    ＦＦエンジン（筒内直噴内燃機関）
３２    ピストン
３３    冠面
３４    キャビティ
４０    燃焼室
４１    燃料噴射弁
４２    点火栓
４２ａ  電極部
９０    コントローラ
９３    燃料濃度センサ（アルコール含有率検出手段）
Ｓ１２    燃料噴射量調整手段
Ｓ１５５  燃料噴射時期調整手段
Ｓ３１    燃料噴射時間調整手段
Ｓ２５４  燃料噴射時期調整手段、点火時期調整手段
Ｓ３５１  アルコール含有率補正手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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