(57)【要約】【課題】エンジン１の高負荷域における低速側の特定運転領域において、効果的にノッキングを抑制しつつ、高圧縮比エンジンによる高トルク化を達成する。【解決手段】制御手段（エンジン制御器１００）は、エンジン１の運転状態が特定運転領域にあるときには、有効圧縮比を１０以上に設定し、特定運転領域における相対的に低速の第１回転域にあるときには、点火時期の遅角量を、高速側の第２回転域にあるときの点火時期の遅角量よりも大きく設定し、燃料の噴射態様を、少なくとも２回噴射する分割噴射にする。制御手段はまた、第１回転域では、分割噴射の最終段の噴射時期を圧縮行程前半に設定する一方、第２回転域では、分割噴射の最終段の噴射時期を吸気行程後期に設定しかつ、最終段の前に噴射される噴射段の少なくとも一つの噴射時期を、吸気行程中期に設定する。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
幾何学的圧縮比が１２以上に設定された気筒を有するエンジン本体において、当該エンジン本体の運転状態が、高負荷域における低速側の特定運転領域にあるときには、有効圧縮比を１０以上に設定する工程、
前記気筒内の混合気に対する点火時期を、前記特定運転領域においては、ＭＢＴに対して所定量だけ遅角させると共に、前記エンジン本体の速度が、前記特定運転領域において相対的に低い第１回転域にあるときには、前記点火時期の遅角量を、前記第１回転域よりも高速側の第２回転域にあるときの点火時期の遅角量よりも大きく設定する工程、
前記気筒内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁の噴射態様を、前記特定運転領域においては、吸気行程から圧縮行程前半にかけての期間において、少なくとも２回噴射する分割噴射に設定する工程、
前記特定運転領域における前記第１回転域では、前記分割噴射の最終段の噴射を圧縮行程前半に実行する工程、及び、
前記特定運転領域における前記第２回転域では、前記分割噴射の最終段の噴射を吸気行程後期に実行しかつ、当該最終段の前に噴射される噴射段の少なくとも一つを、吸気行程中期に実行する工程、を備える火花点火式直噴エンジンの制御方法。
【請求項２】
請求項１に記載の火花点火式直噴エンジンの制御方法において、
前記エンジン本体の温度が所定値よりも高いときには、前記第１回転域での前記最終段の噴射を前記圧縮行程前半に実行する一方、前記エンジン本体の温度が前記所定値以下のときには、前記最終段の噴射を前記吸気行程後期に実行する火花点火式直噴エンジンの制御方法。
【請求項３】
請求項２に記載の火花点火式直噴エンジンの制御方法において、
前記エンジン本体の運転状態が前記特定運転領域にあるときに、前記気筒の吸気弁の閉弁時期を前記圧縮行程前半に設定する工程をさらに備え、
前記エンジン本体の温度が前記所定値以下の状態から当該所定値よりも高い状態に移行したときには、前記第１回転域での最終段の噴射時期を、前記吸気行程後期から、前記圧縮行程前半における前記吸気弁の閉弁後に変更する火花点火式直噴エンジンの制御方法。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の火花点火式直噴エンジンの制御方法において、
前記エンジン本体の吸気温度が所定値よりも高いときには、前記第１回転域での最終段の噴射を圧縮行程前半に設定する一方、前記吸気温度が前記所定値以下のときには、前記最終段の噴射を吸気行程後期に実行する火花点火式直噴エンジンの制御方法。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の火花点火式直噴エンジンの制御方法において、
前記エンジン本体の運転状態が前記第１回転域にあるときには、前記燃料噴射弁の噴射態様を、吸気行程において実行する第１噴射と、圧縮行程前半に実行する第２噴射との２回の分割噴射にする一方、前記エンジン本体の運転状態が前記第２回転域にあるときには、前記燃料噴射弁の噴射態様を、吸気行程中期において実行する第１噴射と、当該吸気行程後期に実行する第２噴射との２回の分割噴射にすると共に、全噴射量に対する第１噴射量の比率を、前記エンジン本体の速度が相対的に高いときには、相対的に低いときの前記比率よりも高く設定する火花点火式直噴エンジンの制御方法。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の火花点火式直噴エンジンの制御方法において、
前記エンジン本体の運転状態が特定運転領域にあるときには、前記燃料噴射弁の噴射態様を、第１噴射と第２噴射との２回の分割噴射にすると共に、前記第２噴射を圧縮行程前半に実行するときには、前記第１噴射を吸気行程において実行する一方、前記第２噴射を吸気行程後期に実行するときには、前記第１噴射を吸気行程中期に実行し、
前記第２噴射の噴射時期が前記吸気行程後期に設定されるときは、全噴射量に対する第２噴射量の比率を、その噴射時期が前記圧縮行程前半に設定されるときの前記比率よりも低く設定する火花点火式直噴エンジンの制御方法。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の火花点火式直噴エンジンの制御方法において、
前記点火時期を、前記第１回転域においては圧縮上死点以降の膨張行程に設定し、前記第２回転域においては圧縮上死点以前の圧縮行程に設定する火花点火式直噴エンジンの制御方法。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか１項に記載の火花点火式直噴エンジンの制御方法において、
前記燃料噴射弁に供給する燃料の圧力を、前記エンジン本体の回転数の上昇に伴い高く設定する工程をさらに備える火花点火式直噴エンジンの制御方法。
【請求項９】
幾何学的圧縮比が１２以上に設定された気筒を有するエンジン本体と、
前記気筒内に、所定の噴射時期で燃料を直接噴射する燃料噴射弁と、
前記気筒内の混合気に対して、所定の点火時期で火花点火を行う点火プラグと、
前記気筒に対する吸排気を行う吸排気弁の開閉時期を少なくとも含む、当該吸排気弁の作動態様を変更することによって、前記エンジン本体の有効圧縮比を調整する圧縮比調整手段と、
前記燃料噴射弁、前記点火プラグ及び前記圧縮比調整手段の制御を通じて、前記エンジン本体の運転を制御する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、前記エンジン本体の運転状態が、高負荷域における低速側の特定運転領域にあるときには、
前記有効圧縮比を１０以上に設定し、
前記点火時期をＭＢＴよりも遅角させた時期に設定すると共に、前記エンジン本体の速度が、前記特定運転領域において相対的に低い第１回転域にあるときには、前記点火時期の遅角量を、前記第１回転域よりも高速側の第２回転域にあるときの点火時期の遅角量よりも大きく設定し、
前記燃料の噴射態様を、吸気行程から圧縮行程前半にかけての期間において、少なくとも２回噴射する分割噴射にすると共に、
前記第１回転域では、前記分割噴射の最終段の噴射時期を前記圧縮行程前半に設定する一方、
前記第２回転域では、前記分割噴射の最終段の噴射時期を前記吸気行程後期に設定しかつ、当該最終段の前に噴射される噴射段の少なくとも一つの噴射時期を、吸気行程中期に設定する、
ように構成されている火花点火式直噴エンジンの制御装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の火花点火式直噴エンジンの制御装置において、
前記エンジン本体の温度に関係する温度パラメータを検出する手段をさらに備え、
前記制御手段は、前記手段の検出結果に基づき、前記エンジン本体の温度が所定値よりも高いときには、前記第１回転域での最終段の噴射時期を前記圧縮行程前半に設定する一方、前記エンジン本体の温度が前記所定値以下のときには、前記第１回転域での最終段の噴射時期を前記吸気行程後期に設定するように構成されている火花点火式直噴エンジンの制御装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の火花点火式直噴エンジンの制御装置において、
前記制御手段は、前記エンジン本体の運転状態が前記特定運転領域にあるときには、前記吸気弁の閉弁時期を前記圧縮行程前半に設定し、
前記制御手段はまた、前記エンジン本体の温度が前記所定値以下の状態から当該所定値よりも高い状態に移行したときには、前記第１回転域での最終段の噴射時期を、前記吸気行程後期から、前記圧縮行程前半における前記吸気弁の閉弁後に変更するよう構成されている火花点火式直噴エンジンの制御装置。
【請求項１２】
請求項９乃至１１のいずれか１項に記載の火花点火式直噴エンジンの制御装置において、
前記エンジン本体の吸気温度を検出する手段をさらに備え、
前記制御手段は、前記手段の検出結果に基づき、前記吸気温度が所定値よりも高いときには、前記第１回転域での最終段の噴射時期を前記圧縮行程前半に設定する一方、前記吸気温度が前記所定値以下のときには、前記第１回転域での最終段の噴射時期を前記吸気行程後期に設定するように構成されている火花点火式直噴エンジンの制御装置。
【請求項１３】
請求項９乃至１２のいずれか１項に記載の火花点火式直噴エンジンの制御装置において、
前記制御手段は、前記エンジン本体の運転状態が前記第１回転域にあるときには、前記燃料の噴射態様を、前記吸気行程において実行する第１噴射と、前記圧縮行程前半に実行する第２噴射との２回の分割噴射にする一方、前記エンジン本体の運転状態が前記第２回転域にあるときには、前記燃料の噴射態様を、前記吸気行程中期において実行する第１噴射と、当該吸気行程後期に実行する第２噴射との２回の分割噴射にすると共に、全噴射量に対する第１噴射量の比率を、前記エンジン本体の速度が相対的に高いときには、相対的に低いときの前記比率よりも高く設定するように構成されている火花点火式直噴エンジンの制御装置。
【請求項１４】
請求項９乃至１３のいずれか１項に記載の火花点火式直噴エンジンの制御装置において、
前記制御手段は、前記エンジン本体の運転状態が特定運転領域にあるときには、前記燃料の噴射態様を、第１噴射と第２噴射との２回の分割噴射にすると共に、前記第２噴射を圧縮行程前半に実行するときには、前記第１噴射を吸気行程において実行する一方、前記第２噴射を吸気行程後期に実行するときには、前記第１噴射を吸気行程中期に実行し、
前記制御手段はまた、前記第２噴射の噴射時期を前記吸気行程後期に設定するときは、全噴射量に対する第２噴射量の比率を、その噴射時期を前記圧縮行程前半に設定するときの前記比率よりも低く設定するように構成されている火花点火式直噴エンジンの制御装置。
【請求項１５】
請求項９乃至１４のいずれか１項に記載の火花点火式直噴エンジンの制御装置において、
前記制御手段は、前記点火時期を、前記第１回転域においては圧縮上死点以降の膨張行程に設定し、前記第２回転域においては前記圧縮上死点以前の圧縮行程に設定するように構成されている火花点火式直噴エンジンの制御装置。
【請求項１６】
請求項９乃至１５のいずれか１項に記載の火花点火式直噴エンジンの制御装置において、
前記燃料噴射弁に供給される燃料の圧力は、前記エンジン本体の回転数の上昇に伴い高くされる火花点火式直噴エンジンの制御装置。
【請求項１７】
請求項９乃至１６のいずれか１項に記載の火花点火式直噴エンジンの制御装置において、
前記エンジン本体は、少なくとも前記特定運転領域にあるときの前記気筒内のタンブル比が、１．５以上になるように構成されている火花点火式直噴エンジンの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
ここに開示する技術は、火花点火式直噴エンジンの制御方法及びその制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンの熱効率を高めて燃費を改善するためには、圧縮比を高めることが有効である。しかしながら、ガソリン、又はガソリンを含有する燃料を使用する火花点火式エンジンで、幾何学的圧縮比が１２を越えるような高圧縮比とした場合、エンジンの高負荷域における低速側の運転領域において、ノッキングやプレイグニッションのような異常燃焼（以下においては、「ノッキング」により異常燃焼を代表させる）が生じやすくなる。ノッキングを抑制する方策の一つとして、点火時期を大幅に遅角させることが挙げられる。
【０００３】
例えば特許文献１には、高圧縮比の火花点火式直噴エンジンにおいて、ノッキングが生じやすい高負荷域における低速域では、点火時期を圧縮上死点後まで大幅に遅角することに加えて、吸気行程において少量の燃料噴射を行いかつ、圧縮行程後期に多量の燃料噴射を行う分割噴射を行うことにより、ノッキングの発生を抑制する制御が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１０１３１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、前述した制御は、ノッキングの抑制は期待できるものの、十分な高トルクを確保することができない。つまり、高圧縮比エンジンは、高トルク化のポテンシャルを有するものの、ノッキング対策のため、従来では十分な高トルク化が達成されていなかった。
【０００６】
ここに開示する技術は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、エンジンの高負荷域における低速側の特定運転領域で、効果的にノッキングを抑制しつつ、高圧縮比エンジンによる高トルク化を達成することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
ここに開示する技術は、ノッキングが発生しやすい特定運転領域における相対的に低速側の領域では、気筒内のガス冷却による耐ノック性の向上を図り、点火時期の進角量を増やすことで、トルクの向上を図る一方、特定運転領域における相対的に高速側の領域では、吸気充填効率の向上により、ノッキングを回避しつつトルクの向上を図ることにした。
【０００８】
具体的に、ここに開示する火花点火式直噴エンジンの制御方法は、
幾何学的圧縮比が１２以上に設定された気筒を有するエンジン本体において、当該エンジン本体の運転状態が、高負荷域における低速側の特定運転領域にあるときには、有効圧縮比を１０以上に設定する工程、
前記気筒内の混合気に対する点火時期を、前記特定運転領域においては、ＭＢＴ（Minimum advance for Best Torque）に対して所定量だけ遅角させると共に、前記エンジン本体の速度（回転数）が、前記特定運転領域において相対的に低い第１回転域にあるときには、前記点火時期の遅角量を、前記第１回転域よりも高速側の第２回転域にあるときの点火時期の遅角量よりも大きく設定する工程、
前記気筒内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁の噴射態様を、前記特定運転領域においては、吸気行程から圧縮行程前半にかけての期間において、少なくとも２回噴射する分割噴射に設定する工程、
前記特定運転領域における前記第１回転域では、前記分割噴射の最終段の噴射を圧縮行程前半に実行する工程、及び、
前記特定運転領域における前記第２回転域では、前記分割噴射の最終段の噴射を吸気行程後期に実行しかつ、当該最終段の前に噴射される噴射段の少なくとも一つを、吸気行程中期に実行する工程、を備える。
【０００９】
ここで、「高負荷域」は、所定負荷よりも高い領域としてもよく、例えば全負荷としてもよい。また、「低速側」は、エンジン本体の速度域を、低速側と高速側とに二分割したときの低速側としてもよく、例えばエンジン本体の速度域を低速域、中速域及び高速域に三分割した場合の、低・中速域を、少なくとも部分的に含むとしてもよい。高負荷域における低速側である特定運転領域において、エンジン本体の速度が相対的に低い第１回転域は、概ね低速域に対応し、エンジン本体の速度が相対的に高い第２回転域は、概ね中速域に対応する、としてもよい。この特定運転領域は、言い換えると、幾何学的圧縮比が１２以上に設定された高圧縮比のエンジン本体においては、ノッキングやプレイグニッションを含む異常燃焼が生じやすい運転領域と定義することも可能である。
【００１０】
また、「圧縮行程前半」は、圧縮行程を、前半と後半とに二分割したときの前半としてもよい。さらに、「吸気行程後期」は、圧縮行程を、前期、中期及び後期に三分割したときの後期としてもよく、同様に、「吸気行程中期」は、圧縮行程を、前期、中期及び後期に三分割したときの中期としてもよい。尚、吸気行程及び圧縮行程は、気筒内を往復移動するピストンの位置（クランク角）のみによって規定されるとは限らない。例えば、吸気行程の終わりは、ピストンが吸気下死点に到達する時点ではなく、ピストンが吸気下死点に到達した後であっても、吸気弁が開弁しており、気筒内への吸気が実質的に継続している間（エンジン速度が比較的高く、ピストンが吸気下死点を過ぎても吹き返しが生じていない間）は、実質的に吸気行程後期に含まれるとしてもよい。
【００１１】
前記の構成では、エンジン本体が特定運転領域にあるとき、換言すれば、ノッキングが発生しやすい運転領域にあるときには、有効圧縮比を１０以上に設定する。この１０以上の有効圧縮比は、耐ノック性の改善とトルクの向上とを両立し得る。
【００１２】
また、特定運転領域においては、気筒内の混合気に対する点火時期をＭＢＴに対して所定量だけ遅角させることで、ノッキングを抑制する。このときに、エンジン本体の速度が相対的に低い第１回転域にあるときには、相対的に高い第２回転域にあるときよりもノッキングが発生しやすいため、第１回転域にあるときには、点火時期の遅角量を、より大きく設定する。このことにより、第１回転域及び第２回転域のそれぞれにおいて、ノッキングを効果的に抑制し得る。
【００１３】
そうして、特定運転領域においては、気筒内への燃料の噴射態様を、吸気行程から圧縮行程前半にかけての期間において、少なくとも２回噴射する分割噴射に設定する。それと共に、第１回転域では、その分割噴射の最終段の噴射を圧縮行程前半に実行する。圧縮行程において気筒内に直接噴射した燃料は、その気化に伴う潜熱により、気筒内のガス温度の低下に寄与し、着火前の気筒内温度を下げる（温度上昇を抑制する）上で有利になる。このことはノッキングを抑制し得るから、耐ノック性が改善し、点火時期の遅角量を、その分小さくし得る。つまり、ノッキングの発生を回避しつつ、点火時期を進角させる分だけトルクが向上し得る。また、最終段の前に噴射される燃料は、圧縮行程前半よりも前に噴射されるため、点火時期までの間に十分な気化時間が確保される。
【００１４】
一方、第２回転域では、第１回転域とは異なり、分割噴射の最終段の噴射を吸気行程後期に実行しかつ、当該最終段の前に噴射される噴射段の少なくとも一つを、吸気行程中期に実行する。吸気行程後期に気筒内に噴射した燃料は、その気化に伴う潜熱により吸気を冷やすため、吸気充填効率を効果的に向上させる。これは、トルクの向上に有利になり得る。一方、吸気行程中期は、吸気流速が最も速くなり得る期間であるから、この吸気行程中期に気筒内に燃料を噴射することは特に、燃料のミキシング性を高め得る。このことは、気筒内における燃料の濃度のばらつきを抑制して耐ノック性の改善に有利になると共に、燃焼期間の短縮によっても耐ノック性の向上に有利になる。その結果、点火時期を進角させることが可能になる。
【００１５】
従って、相対的に低速である第１回転域では、分割噴射における最終段の燃料噴射を、圧縮行程前半に実行することによる気筒内のガスの冷却強化により、耐ノック性が改善し、点火時期を進角させることが可能になるから、ノッキングの発生を回避しつつ、トルクを向上し得る。一方、相対的に高速である第２回転域では、吸気行程中期と後期との少なくとも２回に分割して、燃料噴射を実行することにより、耐ノック性を高めつつ、吸気の冷却強化による吸気充填効率の向上によって、トルクを向上し得る。
【００１６】
ここで、点火時期とトルクとの関係を考える。つまり、点火時期とトルクとは、ＭＢＴに対する遅角量が大きいほど所定進角量に対する（例えば進角量１°ＣＡ当たりの）トルクの向上代が大きく、遅角量が小さくなればなるほど所定進角量に対するトルクの向上代が小さくなる関係を有している。相対的に低速である第１回転域は、ノッキングが、より発生しやすいことから、点火時期の遅角量がもともと大きく設定される一方、相対的に高速である第２回転域は、点火時期の遅角量が相対的に小さく設定される。従って、第１回転域の方が、点火時期を進角させることによるトルクアップの効果が高い。
【００１７】
また、第２回転域に比べてノッキングが発生しやすい第１回転域において、吸気充填量を高めてトルクを向上させようとしても、吸気充填量の向上に伴い気筒内圧力が高くなって、耐ノック性はさらに悪化する可能性がある。そのため、点火時期をさらに遅角させることにもなり、結果的に、吸気充填量を高めた分だけトルクが向上しないこともあり得る。
【００１８】
このため、前述のように、第１回転域では、気筒内のガス温度をできるだけ低下させて耐ノック性を改善し、それにより点火時期をできるだけ進角させることがトルクの向上に有利になり得る。逆に、第２回転域では、耐ノック性を改善して点火時期を進角させてもトルクの向上代が小さいため、吸気充填効率を高めることがトルクの向上に有利になり得る。
【００１９】
前記エンジン本体の温度が所定値よりも高いときには、前記第１回転域での前記最終段の噴射を前記圧縮行程前半に実行する一方、前記エンジン本体の温度が前記所定値以下のときには、前記最終段の噴射を前記吸気行程後期に実行する、としてもよい。
【００２０】
エンジン本体の温度が所定値以下のときの、例えばエンジンの冷間時は、気筒内の温度が下がるため、ノッキングには有利である。そのため、エンジン本体の温度が所定値以下のノッキングに有利な状態では、最終段の燃料噴射を吸気行程後期に実行することによって、吸気充填効率の向上を図り、トルクを向上させる。一方、例えばエンジンの温間時のような、エンジン本体の温度が所定値よりも高いノッキングに不利な状態では、最終段の燃料噴射を圧縮行程前半に実行することによって、気筒内のガスの冷却を強化して耐ノック性を改善し、点火時期の進角によるトルクの向上を図ることが好ましい。
【００２１】
前記制御方法は、前記エンジン本体の運転状態が前記特定運転領域にあるときに、前記気筒の吸気弁の閉弁時期を前記圧縮行程前半に設定する工程をさらに備え、前記エンジン本体の温度が前記所定値以下の状態から当該所定値よりも高い状態に移行したときには、前記第１回転域での最終段の噴射時期を、前記吸気行程後期から、前記圧縮行程前半における前記吸気弁の閉弁後に変更する、としてもよい。
【００２２】
前述の通り、エンジン本体の温度が所定値以下のときの、例えばエンジンの冷間時は、最終段の燃料噴射を吸気行程後期に実行することによって、吸気充填効率の向上を図りトルクを向上させる。そうしてその後、エンジンが暖機して、エンジン本体の温度が所定値よりも高くなったときには、ノッキングに有利な状態から不利な状態に変化するため、最終段の噴射時期を圧縮行程前半に変更する。このことによって、気筒内のガスの冷却を強化して耐ノック性を改善し、点火時期の進角によるトルクの向上を図る。このときに、最終段の燃料噴射を、吸気弁の閉弁後に実行することで、吸気ポートへの吹き返しが防止される。このことは、噴射した燃料を気筒内に確実に閉じ込めて、その気化潜熱により気筒内のガスを十分に冷却する上で有利であり、その結果、点火時期を可及的に進角させて、トルクを効果的に向上し得る。
【００２３】
ここで、「吸気弁の閉弁時」は、吸気弁が実際に閉じた状態に限らず、吸気弁が実質的に閉じた状態を含み得る。具体例として、但しこれに限定されないが、０．３ｍｍリフト時点を吸気弁の閉弁時と定義してもよい。
【００２４】
前記エンジン本体の吸気温度が所定値よりも高いときには、前記第１回転域での最終段の噴射を圧縮行程前半に設定する一方、前記吸気温度が前記所定値以下のときには、前記最終段の噴射を吸気行程後期に実行する、としてもよい。
【００２５】
前述したエンジン本体の温度と同様に、吸気温度が所定値以下のときは、気筒内のガス温度が下がってノッキングに有利になることから、最終段の燃料噴射を吸気行程後期に実行する。このことによって、吸気充填効率の向上を図り、トルクを向上させる。一方、吸気温度が所定値よりも高いようなノッキングに不利な状態では、最終段の燃料噴射を圧縮行程前半に実行することによって、気筒内のガス冷却を強化して耐ノック性を改善し、点火時期の進角によるトルクの向上を図る。
【００２６】
前記エンジン本体の運転状態が前記第１回転域にあるときには、前記燃料噴射弁の噴射態様を、吸気行程において実行する第１噴射と、圧縮行程前半に実行する第２噴射との２回の分割噴射にする一方、前記エンジン本体の運転状態が前記第２回転域にあるときには、前記燃料噴射弁の噴射態様を、吸気行程中期において実行する第１噴射と、当該吸気行程後期に実行する第２噴射との２回の分割噴射にすると共に、全噴射量に対する第１噴射量の比率を、前記エンジン本体の速度が相対的に高いときには、相対的に低いときの前記比率よりも高く設定する、としてもよい。
【００２７】
第１噴射は、吸気行程において実行される噴射であり、吸気流動による燃料のミキシング性の向上、及び、吸気冷却による吸気充填効率の向上に寄与し得る。エンジン本体の速度が相対的に高いときには、吸気流動が相対的に強いため、全噴射量に対する第１噴射量の比率を、相対的に低いときの比率よりも高く設定することにより、強い吸気流動を利用してミキシング性及び吸気充填効率が効率的に向上し得る。つまり、ノッキングの回避とトルクの向上とを高い次元で両立する上で有利になる。尚、「全噴射量に対する第１噴射量の比率を、前記エンジン本体の速度が相対的に高いときには、相対的に低いときの前記比率よりも高く設定する」ことには、第２回転域における、全噴射量に対する第１噴射量の比率を、第１回転域における当該比率に対して高めることが含まれる。
【００２８】
前記エンジン本体の運転状態が特定運転領域にあるときには、前記燃料噴射弁の噴射態様を、第１噴射と第２噴射との２回の分割噴射にすると共に、前記第２噴射を圧縮行程前半に実行するときには、前記第１噴射を吸気行程において実行する一方、前記第２噴射を吸気行程後期に実行するときには、前記第１噴射を吸気行程中期に実行し、前記第２噴射の噴射時期が前記吸気行程後期に設定されるときは、全噴射量に対する第２噴射量の比率を、その噴射時期が前記圧縮行程前半に設定されるときの前記比率よりも低く設定する、としてもよい。
【００２９】
第２噴射の噴射時期が吸気行程後期に設定されるときは、ノッキングが発生し難く、ノッキングに対して相対的に有利な状態であるため、全噴射量に対する第２噴射量の比率を比較的低く設定する。第２噴射量の比率を低く設定する分、吸気行程の中期に噴射される第１噴射量の比率を高めることになるから、前述したように、吸気流動による燃料のミキシング性の向上、及び、吸気冷却による吸気充填効率の向上に有利になり、ノッキングに対して相対的に有利な状態において効果的にトルクを向上し得る。
【００３０】
一方、第２噴射の噴射時期が圧縮行程前半に設定されるときは、ノッキングが発生しやすく、ノッキングに対して相対的に不利な状態であるため、全噴射量に対する第２噴射量の比率を比較的高く設定して、気筒内のガス冷却を優先し、耐ノック性の改善、ひいては点火時期をできるだけ進角させることを通じて、効果的にトルクを向上し得る。
【００３１】
前記点火時期を、前記第１回転域においては圧縮上死点以降の膨張行程に設定し、前記第２回転域においては圧縮上死点以前の圧縮行程に設定する、としてもよい。
【００３２】
前述したように、相対的に低速の第１回転域は、第２回転域と比較してノッキングの発生に関して不利であり、第１回転域の点火時期は、第２回転域の点火時期よりも遅角させることがノッキングの回避の上では好ましい。
【００３３】
前記制御方法は、前記燃料噴射弁に供給する燃料の圧力を、前記エンジン本体の回転数の上昇に伴い高く設定する工程をさらに備える、としてもよい。燃料圧力の上昇は、燃料噴射弁の燃料噴射に係るパルス幅を短くし得るから、燃料噴射量が増量する高回転側において、分割噴射の各噴射段の噴射時期の設定自由度を高める上で有利になる。このことは特に、相対的にエンジン本体の速度が高くてクランク角に対する実時間が短い上に、少なくとも吸気行程の中期と後期とにおいて分割噴射を行う第２回転域において、有利になり得る。
【００３４】
ここに開示する火花点火式直噴エンジンの制御装置は、幾何学的圧縮比が１２以上に設定された気筒を有するエンジン本体と、前記気筒内に、所定の噴射時期で燃料を直接噴射する燃料噴射弁と、前記気筒内の混合気に対して、所定の点火時期で火花点火を行う点火プラグと、前記気筒に対する吸排気を行う吸排気弁の開閉時期を少なくとも含む、当該吸排気弁の作動態様を変更することによって、前記エンジン本体の有効圧縮比を調整する圧縮比調整手段と、前記燃料噴射弁、前記点火プラグ及び前記圧縮比調整手段の制御を通じて、前記エンジン本体の運転を制御する制御手段と、を備える。
【００３５】
そして、前記制御手段は、前記エンジン本体の運転状態が、高負荷域における低速側の特定運転領域にあるときには、
前記有効圧縮比を１０以上に設定し、
前記点火時期をＭＢＴよりも遅角させた時期に設定すると共に、前記エンジン本体の速度が、前記特定運転領域において相対的に低い第１回転域にあるときには、前記点火時期の遅角量を、前記第１回転域よりも高速側の第２回転域にあるときの点火時期の遅角量よりも大きく設定し、
前記燃料の噴射態様を、吸気行程から圧縮行程前半にかけての期間において、少なくとも２回噴射する分割噴射にすると共に、
前記第１回転域では、前記分割噴射の最終段の噴射時期を前記圧縮行程前半に設定する一方、
前記第２回転域では、前記分割噴射の最終段の噴射時期を前記吸気行程後期に設定しかつ、当該最終段の前に噴射される噴射段の少なくとも一つの噴射時期を、吸気行程中期に設定する、ように構成されている。
【００３６】
前記制御装置は、前記エンジン本体の温度に関係する温度パラメータを検出する手段をさらに備え、前記制御手段は、前記手段の検出結果に基づき、前記エンジン本体の温度が所定値よりも高いときには、前記第１回転域での最終段の噴射時期を前記圧縮行程前半に設定する一方、前記エンジン本体の温度が前記所定値以下のときには、前記第１回転域での最終段の噴射時期を前記吸気行程後期に設定するように構成されている、としてもよい。
【００３７】
前記制御手段は、前記エンジン本体の運転状態が前記特定運転領域にあるときには、前記吸気弁の閉弁時期を前記圧縮行程前半に設定し、前記制御手段はまた、前記エンジン本体の温度が前記所定値以下の状態から当該所定値よりも高い状態に移行したときには、前記第１回転域での最終段の噴射時期を、前記吸気行程後期から、前記圧縮行程前半における前記吸気弁の閉弁後に変更するよう構成されている、としてもよい。
【００３８】
前記制御装置は、前記エンジン本体の吸気温度を検出する手段をさらに備え、前記制御手段は、前記手段の検出結果に基づき、前記吸気温度が所定値よりも高いときには、前記第１回転域での最終段の噴射時期を前記圧縮行程前半に設定する一方、前記吸気温度が前記所定値以下のときには、前記第１回転域での最終段の噴射時期を前記吸気行程後期に設定するように構成されている、としてもよい。
【００３９】
前記制御手段は、前記エンジン本体の運転状態が前記第１回転域にあるときには、前記燃料の噴射態様を、前記吸気行程において実行する第１噴射と、前記圧縮行程前半に実行する第２噴射との２回の分割噴射にする一方、前記エンジン本体の運転状態が前記第２回転域にあるときには、前記燃料の噴射態様を、前記吸気行程中期において実行する第１噴射と、当該吸気行程後期に実行する第２噴射との２回の分割噴射にすると共に、全噴射量に対する第１噴射量の比率を、前記エンジン本体の速度が相対的に高いときには、相対的に低いときの前記比率よりも高く設定するように構成されている、としてもよい。
【００４０】
前記制御手段は、前記エンジン本体の運転状態が特定運転領域にあるときには、前記燃料の噴射態様を、第１噴射と第２噴射との２回の分割噴射にすると共に、前記第２噴射を圧縮行程前半に実行するときには、前記第１噴射を吸気行程において実行する一方、前記第２噴射を吸気行程後期に実行するときには、前記第１噴射を吸気行程中期に実行し、前記制御手段はまた、前記第２噴射の噴射時期を前記吸気行程後期に設定するときは、全噴射量に対する第２噴射量の比率を、その噴射時期を前記圧縮行程前半に設定するときの前記比率よりも低く設定するように構成されている、としてもよい。
【００４１】
前記制御手段は、前記点火時期を、前記第１回転域においては圧縮上死点以降の膨張行程に設定し、前記第２回転域においては前記圧縮上死点以前の圧縮行程に設定するように構成されている、としてもよい。
【００４２】
前記燃料噴射弁に供給される燃料の圧力は、前記エンジン本体の回転数の上昇に伴い高くされる、としてもよい。
【００４３】
前記エンジン本体は、少なくとも前記特定運転領域にあるときの前記気筒内のタンブル比が、１．５以上になるように構成されている、としてもよい。タンブル流の強化は燃焼期間を短縮し、高圧縮比エンジンにおける耐ノック性の改善、ひいてはトルクの向上に有利になり得る。
【発明の効果】
【００４４】
以上説明したように、前記の火花点火式直噴エンジンの制御方法及び制御装置によると、高負荷域における低速側の特定運転領域であって、相対的に低速の第１回転域においては、分割噴射の最終段の噴射を圧縮行程前半に実行することにより、気筒内のガス温度を低下させて耐ノック性を高め、その分、点火時期を進角させてトルクを効率的に向上させ得る一方、相対的に高速の第２回転域においては、吸気行程中期と後期との少なくとも２回の燃料噴射を実行することにより、吸気充填効率を主に向上させて、ノッキングを回避しつつもトルクを効率的に向上させ得る。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】火花点火式直噴ガソリンエンジン及びその制御装置の構成を示す概略図である。
【図２】エンジン本体及び排気マニフォールドの概略平面図である。
【図３】エンジンの排気系の概略平面図である。
【図４】気筒と排気マニフォールドの第２集合部との間での圧力波が往復する状態を示す説明図である。
【図５】気筒の排気ポートに生じる圧力の変化を示す図である。
【図６】エンジン回転数に対する燃料噴射時期の変化を示す図である。
【図７】点火時期に対するトルクの関係を示す図である。
【図８】第１回転域と第２回転域とのそれぞれにおける、吸排気弁のリフトカーブと燃料噴射タイミングと点火時期との関係の一例を示す図である。
【図９】気筒内の空燃比のばらつきの大小による点火時期の設定基準の相違を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００４６】
以下、火花点火式直噴エンジンの制御方法及び制御装置を図面に基づいて説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎない。図１に示されるように、エンジン・システムは、エンジン（エンジン本体）１、エンジン１に付随する様々なアクチュエーター、様々なセンサ、及びセンサからの信号に基づきアクチュエーターを制御するエンジン制御器１００を有する。このエンジン・システムは、幾何学的圧縮比が１２以上の高圧縮比エンジン１を備えると共に、そうした高圧縮比エンジン１において特に問題になる、高負荷域における低速側の特定運転領域、換言すればノッキングが発生しやすい運転領域において、効果的にノッキングを抑制しつつ、高圧縮比エンジン１による高トルク化を達成することを特徴としている。
【００４７】
エンジン１は、火花点火式内燃機関であって、図２に示すように、第１〜第４の４つの気筒１１１，１１２，１１３，１１４を有する。尚、以下において、第１〜第４の特定の気筒に限定しない場合は、気筒に対し符号「１１」を付す。エンジン１は、自動車等の車両に搭載され、その出力軸は、図示しないが、変速機を介して駆動輪に連結されている。エンジン１の出力が駆動輪に伝達されることによって、車両が推進する。エンジン１は、シリンダブロック１２と、その上に載置されるシリンダヘッド１３とを備えており、ブロック１２の内部に気筒１１が形成されている。周知のように、シリンダブロック１２には、ジャーナル、ベアリングなどによりクランクシャフト１４が回転自在に支持されており、このクランクシャフト１４が、コネクティングロッド１６を介してピストン１５に連結されている。
【００４８】
各気筒１１の天井部には、略中央部からシリンダヘッド１３の下端面付近まで延びる２つの傾斜面が形成されており、それらの傾斜面が互いに差し掛けられた屋根のような形状をなすいわゆるペントルーフ型となっている。
【００４９】
前記ピストン１５は、各気筒１１内に摺動自在に嵌挿されており、気筒１１及びシリンダヘッド１３と共に燃焼室１７を区画している。ピストン１５の頂面は、前述した気筒１１の天井面のペントルーフ型の形状に対応するように、その周縁部から中央部に向かって隆起する台形状に形成されており、これによって、ピストン１５が圧縮上死点に到達したときの燃焼室容積を小さくして、１２以上の高い幾何学的圧縮比を達成している。ピストン１５の頂面にはまた、その概略中心位置に、概ね球面状に凹陥したキャビティ１５１が形成されている。このキャビティ１５１は、気筒１１の中心部に配設された点火プラグ５１に相対するように、配置されており、これによって、燃焼期間を短縮するようにしている。つまり、前述したように、この高圧縮比エンジン１は、ピストン１５の頂面が隆起していて、ピストン１５が圧縮上死点に到達したときに、ピストン１５の頂面と気筒１１の天井面との間隔が極めて狭くなるように構成されている。このため、キャビティ１５１を形成していないときには、初期火炎がピストン１５の頂面と干渉して冷却損失が増大し、火炎伝播が阻害されて燃焼速度が遅延してしまう。これに対し、前記のキャビティ１５１は、初期火炎の干渉を回避して、その成長を妨げないため、火炎伝播が速くなって、燃焼期間が短縮し得る。このことは、ノッキングの発生に有利になり、点火時期の進角によるトルクの向上に寄与する。
【００５０】
気筒１１毎に、吸気ポート１８及び排気ポート１９がシリンダヘッド１３に形成され、それぞれが燃焼室１７に連通している。吸気弁２１及び排気弁２２はそれぞれ、吸気ポート１８及び排気ポート１９を燃焼室１７から遮断（閉）することができるように配設されている。吸気弁２１は吸気弁駆動機構３０により、排気弁２２は排気弁駆動機構４０により、それぞれ駆動され、それによって所定のタイミングで往復動して、吸気ポート１８及び排気ポート１９を開閉する。
【００５１】
吸気弁駆動機構３０及び排気弁駆動機構４０は、それぞれ吸気カムシャフト３１及び排気カムシャフト４１を有する。カムシャフト３１，４１は、周知のチェーン／スプロケット機構等の動力伝達機構を介してクランクシャフト１４に連結される。動力伝達機構は、周知のように、クランクシャフト１４が二回転する間に、カムシャフト３１，４１を一回転させる。
【００５２】
吸気弁駆動機構３０は、吸気弁２１の開閉タイミングを変更可能な吸気バルブタイミング可変機構３２を含んで構成され、排気弁駆動機構４０は、排気弁２２の開閉タイミングを変更可能な排気バルブタイミング可変機構４２を含んで構成される。吸気バルブタイミング可変機構３２は、この実施形態では、吸気カムシャフト３１の位相を所定の角度範囲内で連続的に変更可能な、液圧式又は機械式の位相可変機構（Variable Valve Timing：ＶＶＴ）により構成され、排気バルブタイミング可変機構４２は、排気カムシャフト４１の位相を所定の角度範囲内で連続的に変更可能な、液圧式又は機械式の位相可変機構により構成されている。吸気バルブタイミング可変機構３２は、吸気弁２１の閉弁時期を変更することにより、有効圧縮比を調整し得るものであり、圧縮比調整手段を構成している。尚、有効圧縮比とは、吸気弁閉弁時の燃焼室容積と、ピストン１５が上死点にあるときの燃焼室容積との比である。
【００５３】
そうして、このエンジン１では、詳しくは後述するが、エンジン１の運転状態が高負荷域における低速側の特定運転領域にあるときには、吸気バルブタイミング可変機構３２の制御を通じて、有効圧縮比が１０以上になるように、吸気弁２１の閉弁時期ＩＶＣが設定される。また、吸気弁２１と排気弁２２との開弁オーバーラップ期間ＯＬ（図８参照）が、エンジン回転数に応じた所定期間だけ確保されるように、排気バルブタイミング可変機構４２の制御を通じて、排気弁２２の開弁時期ＥＶＯが設定される。
【００５４】
またこのエンジン１においては、吸気ポート１８の形状等を工夫することにより、特に、エンジン１の運転状態が高負荷域における低速側の特定運転領域にあるときに、タンブル比が１．５以上となるように構成されている。ここで、タンブル比は、１吸気行程における縦渦の旋回回数によって定義され、タンブル比が１．５以上であることは、１吸気行程において、縦渦が１．５回以上、旋回することを意味する。高いタンブル比は、燃焼期間を短縮させて、耐ノック性を改善させるから、高圧縮比エンジン１においてトルクの向上に有利になる。
【００５５】
点火プラグ５１は、例えばねじ等の周知の構造によって、シリンダヘッド１３に取り付けられている。点火プラグ５１の電極は、気筒１１の概略中心において燃焼室１７の天井部に臨んでいる。点火システム５２は、エンジン制御器１００からの制御信号を受けて、点火プラグ５１が所望の点火タイミングで火花を発生するよう、それに通電する。
【００５６】
燃料噴射弁５３は、例えばブラケットを使用する等の周知の構造で、この実施形態ではシリンダヘッド１３の一側（図例では吸気側）に取り付けられている。このエンジン１は、燃料を気筒１１内に直接噴射する、いわゆる直噴エンジンであり、燃料噴射弁５３の先端は、上下方向については吸気ポート１８の下方に、また、水平方向については気筒１１の中央に位置して、燃焼室１７内に臨んでいる。但し、燃料噴射弁５３の配置はこれに限定されるものではない。燃料噴射弁５３は、この例においては、多噴口（例えば６噴口）型の燃料噴射弁（Multi Hall Injector：ＭＨＩ）である。各噴口の向きは図示は省略するが、気筒１１内の全体に燃料が噴射できるように、噴口軸の芯先が広がっている。ＭＨＩの利点は、多噴口であるため一噴口の径が小さく、比較的高い燃圧で燃焼を噴射し得る点、及び、気筒１１内の全体に燃料を噴射可能に広がっているため、燃料のミキシング性が高まると共に、燃料の気化・霧化が促進される点にある。従って、吸気行程中に燃料を噴射した場合は、気筒１１内の吸気流動を利用した、燃料のミキシング性、及び、気化・霧化の促進の点で有利になる一方、圧縮行程において燃料を噴射した場合は、燃料の気化・霧化の促進により、気筒１１内のガス冷却の点で有利になる。尚、燃料噴射弁５３は、ＭＨＩに限定されるものではない。
【００５７】
燃料供給システム５４は、燃料を昇圧して燃料噴射弁５３に供給する高圧ポンプ（燃料噴射ポンプ）と、この高圧ポンプに対して燃料タンクからの燃料を送る配管やホース等と、燃料噴射弁５３を駆動する電気回路と、を備えている。燃料噴射弁５３が多噴口型である場合は、微小な噴口から燃料を噴射するために、燃料噴射圧力は比較的高く設定される。電気回路は、エンジン制御器１００からの制御信号を受けて燃料噴射弁５３を作動させ、所定のタイミングで所望量の燃料を、燃焼室１７内に噴射させる。ここで、燃料供給システム５４は、エンジン回転数が上昇するに伴い燃圧を高く設定する。これは、エンジン回転数が上昇するに伴い、気筒１１内に噴射される燃料量も増大するが、燃圧が高くなることで、燃料の気化・霧化に有利になると共に、燃料噴射弁５３の燃料噴射に係るパルス幅を可及的に短くするという利点がある。
【００５８】
吸気ポート１８は、吸気マニフォールド５５内の吸気経路５５ｂによってサージタンク５５ａに連通している。図示しないエアクリーナからの吸気流は、スロットルボデー５６を通過してサージタンク５５ａに供給される。スロットルボデー５６にはスロットル弁５７が配置されており、このスロットル弁５７は、周知のようにサージタンク５５ａに向かう吸気流を絞って、その流量を調整する。スロットル・アクチュエーター５８が、エンジン制御器１００からの制御信号を受けて、スロットル弁５７の開度を調整する。
【００５９】
排気ポート１９は、排気マニフォールド６０内の排気経路によって周知のように排気管内の通路に連通している。この排気マニフォールド６０は、図２に例示されるように、各気筒１１の排気ポート１９に接続された分岐排気通路６１が排気順序が隣り合わない気筒同士で第１集合部６２により集合され、各第１集合部６２の下流の中間排気通路６３が第２集合部６４で集合された構造となっている。排気行程が第１気筒１１１→第３気筒１１３→第４気筒１１４→第２気筒１１２の順に行われる４気筒エンジンでは、各気筒１１の排気ポート１９に接続された４本の分岐排気通路６１の内、第１気筒１１１と第４気筒１１４の各排気ポート１９に通じる分岐排気通路６１が集合されるとともに、第２気筒１１２と第３気筒１１３の各排気ポート１９に通じる分岐排気通路６１が集合されて、２つの第１集合部６２と、その下流の２本の中間排気通路６３が形成されている。そして、この２本の排気通路６３が、その下流側において第２集合部６４で集合され、この第２集合部６４の下流が１本の排気通路６５となっている。このように、このエンジン１の排気マニフォールド６０には、いわゆる４−２−１レイアウトが採用されている。
【００６０】
分岐排気通路６１の１本の通路面積Ｓ１と、中間排気通路６３の１本の通路面積Ｓ２と、第２集合部６４下流の排気通路６５の通路面積Ｓ３との関係が、（Ｓ２／Ｓ１）＜（Ｓ３／Ｓ２）となるように、これらの通路の通路面積が設定されている。つまり、分岐排気通路６１の通路面積Ｓ１に対する中間排気通路６３の通路面積Ｓ２の広がり度合いは比較的小さく、これと比べ、中間排気通路６３の通路面積Ｓ２に対する第２集合部６４下流の排気通路６５の通路面積Ｓ３の広がり度合いが大きくなっている。
【００６１】
図３は排気マニフォールド６０及びこれより下流側の部分を含む排気系の概略を示している。この図に示すように、排気マニフォールド６０の第２集合部６４下流の排気通路には、直キャタリスト６６が接続され、その下流側に、フレキシブルジョイント６７を介し、キャタリスト６８が接続されている。これら直キャタリスト６６及びキャタリスト６８は排気の浄化を行うもので、筒状ケース内の流路に触媒を配設して構成されている。
【００６２】
また、排気マニフォールド６０より下流に、内部に排気通路断面が拡大した空間部を有する空洞拡大室が複数、設けられ、この例では、プリサイレンサ６９及びメインサイレンサ６１１が空洞拡大室を構成している。プリサイレンサ６９は、キャタリスト６８の下流側に接続されている。メインサイレンサ６１１は、プリサイレンサ６９の下流に、所定長さの排気管６１０を介して接続されている。後に詳述するように、各気筒１１から排気マニフォールド６０の第２集合部６４までの通路長Ｌ１に対し、各気筒１１からプリサイレンサ６９までの通路長Ｌ２は３Ｌ１＜Ｌ２＜４Ｌ１、各気筒１１からメインサイレンサ６１１までの通路長Ｌ３は５Ｌ１＜Ｌ３＜７Ｌ１に設定されている。
【００６３】
図１に戻り、エンジン制御器１００は、周知のマイクロコンピュータをベースとするコントローラであって、プログラムを実行する中央演算処理装置（ＣＰＵ）と、例えばＲＡＭやＲＯＭにより構成されてプログラム及びデータを格納するメモリと、電気信号の入出力をする入出力（Ｉ／Ｏ）バスと、を備えている。
【００６４】
エンジン制御器１００は、エアフローセンサ７１からの吸気流量及び吸気温度、吸気圧センサ７２からの吸気マニフォールド圧、クランク角センサ７３からのクランク角パルス信号、水温センサ７８からのエンジン水温、というように、種々の入力を受ける。エンジン制御器１００は、例えばクランク角パルス信号に基づいて、エンジン回転数を計算する。また、エンジン制御器１００は、アクセル・ペダルの踏み込み量を検出するアクセル開度センサ７５からのアクセル開度信号を受ける。さらに、エンジン制御器１００には、変速機の出力軸の回転速度を検出する車速センサ７６からの車速信号が入力される。加えて、シリンダブロック１２には、当該シリンダブロック１２の振動を電圧信号に変換して出力する加速度センサからなるノックセンサ７７が取り付けられており、その出力信号もエンジン制御器１００に入力される。
【００６５】
エンジン制御器１００は前記のような入力に基づいて、以下のようなエンジン１の制御パラメータを計算する。例えば、所望のスロットル開度信号、燃料噴射パルス、点火信号、バルブ位相角信号等である。そしてエンジン制御器１００は、それらの信号を、スロットル・アクチュエーター５８、燃料供給システム５４、点火システム５２、並びに、吸気及び排気バルブタイミング可変機構３２、４２等に出力する。
【００６６】
そうしてこのエンジン・システムにおいては、高圧縮比エンジン１であるが故に、高負荷域における低速側の特定運転領域ではノッキングが発生しやすく、通常であれば、ノッキングの回避のために点火時期を大幅に遅角させることで高トルクが確保されないところを、効果的にノッキングを抑制する制御を行うことにより、高圧縮比エンジン１による高トルク化を達成している。このノッキングの抑制に係る制御として、この例では、掃気に係る制御と、燃料噴射及び点火時期に係る制御との２つの制御を組み合わせている。以下、各制御について順に説明する。
【００６７】
（掃気に係る制御）
掃気に係る制御は、前述した４−２−１レイアウトの排気マニフォールド６０を含む排気系の構成に、エンジン制御器１００が、吸気バルブタイミング可変機構３２及び排気バルブタイミング可変機構４２を制御することによる、吸気弁２１の開閉時期及び排気弁２２の開閉時期の制御を組み合わせることによって行われる。
【００６８】
具体的に、エンジン制御器１００は、エンジン回転数及びエンジン負荷を含むエンジン１の運転状態に応じて、高負荷域における低速側（低・中速域を含む）の特定運転領域では、吸気バルブタイミング可変機構３２の制御を通じて、有効圧縮比が１０以上となるように、吸気弁２１の閉弁時期ＩＶＣを制御する。また、この特定運転領域では、開弁オーバーラップ期間ＯＬを所定期間だけ確保しつつ、複数のエンジン回転数域で、排気脈動による負圧波が開弁オーバーラップ期間ＯＬにおいて気筒１１の排気ポート１９に到達するように、排気弁２２の開弁時期ＥＶＯがエンジン回転数に応じて変えられる。尚、ここにおいて、吸気弁２１及び排気弁２２の開弁時期ＩＶＯ，ＥＶＯ及び閉弁時期ＩＶＣ，ＥＶＣは、バルブリフト量０．３ｍｍをもって定義している。バルブリフト量０．３ｍｍとは、図示は省略するが、バルブリフト特性におけるランプ部（開弁付近及び閉弁付近においてバルブリフトの勾配が緩やかな区間）の高さに相当する。従って、吸気弁２１及び排気弁２２の開弁期間及び開弁オーバーラップ期間ＯＬは、ランプ部を除いた期間である。
【００６９】
排気マニフォールド６０は、気筒１１間の排気干渉が掃気性に悪影響を及ぼすことを防止するとともに、脈動による負圧が開弁オーバーラップ期間に排気ポート１９に到達して掃気性を高める作用を発揮させるのに有利な構造となっている。
【００７０】
先ず、気筒間の排気干渉について説明すると、所定の気筒（例えば第３気筒１１３）の排気弁２２が開弁した直後は、排気ガスが急激に流出するいわゆるブローダウンにより、排気ポート１９に高い正圧が生じる。また、第１気筒１１１は、第３気筒１１３の排気弁２２が開弁する時期より少し遅れて開弁オーバーラップ期間ＯＬとなる。そして、第３気筒１１３に生じた正圧波は他の気筒に伝播するが、図２に示す４−２−１レイアウトの排気マニフォールド６０の場合、第３気筒１１３に生じた正圧波は、第３気筒１１３から第２集合部６４までの分岐排気通路６１及び中間排気通路６３と第２集合部６４から第１気筒１１１までの中間排気通路６３及び分岐排気通路６１を通って第１気筒１１１へ伝播するため、圧力伝播経路が長くなる。これにより、正圧波が第１気筒１１１の排気ポート１９に到達するタイミングが遅れ、２０００ｒｐｍや４０００ｒｐｍ程度の低・中速域でも、開弁オーバーラップ期間ＯＬに、第１気筒１１１の排気ポート１９に正圧波が到達することが避けられ、排気干渉による掃気性の悪化が防止されることとなる。
【００７１】
次に、排気脈動により排気ポート１９に作用する圧力波について、図４及び図５を参照しながら説明する。各気筒１１において、排気弁２２の開弁直後にはブローダウンによる高い正圧波が生じ、それによって排気マニフォールド６０内に排気脈動が生じる。図２に示す排気マニフォールド６０においては、排気順序が隣り合わない気筒１１の分岐排気通路６１同士が集合した第１集合部６２では圧力波のほとんどが反転せずそのまま通過し、第２集合部６４で圧力波が反転して反射される。これにより、図４に示すように、気筒１１と第２集合部６４との間で圧力波が往復し、かつ、第２集合部６４で正圧、負圧が反転することにより、排気ポート１９に負圧波と正圧波が交互に到達する。従って、１次（１往復目）、３次（３往復目）、５次（５往復目）は負圧波、２次（２往復目）、４次（４往復目）、６次（６往復目）は正圧波となる。こうして、排気ポート１９に作用する圧力は図５に示すように変動し、交互に負圧、正圧に変化しつつ、圧力波の往復が繰り返されるにつれて次第に減衰する。このような排気脈動における負圧波が、開弁オーバーラップ期間ＯＬに排気ポート１９に到達すれば、気筒１１内から排気を吸い出して掃気性を高める作用が得られる。
【００７２】
但し、エンジン回転数が変わると、排気弁２２の開弁直後の正圧波の発生時点から開弁オーバーラップ期間までの時間が変化することにより、負圧波が排気ポート１９に到達するタイミングは開弁オーバーラップ期間に対して変化する。ここで、例えば５０００ｒｐｍ付近の回転数域で、１次の負圧波が開弁オーバーラップ期間に排気ポート１９に到達するように気筒１１から第２集合部６４までの通路長を設定しておくと、２５００〜３０００ｒｐｍ程度の回転数域では、３次の負圧波が開弁オーバーラップ期間に排気ポート１９に到達し、１５００〜２０００ｒｐｍ程度の回転数域では、５次の負圧波が開弁オーバーラップ期間に排気ポート１９に到達して、エンジンの低・中速域でも負圧波により掃気性を高める作用が得られる。図２に示す排気マニフォールド６０では、このような設定が可能となる。こうして、この排気マニフォールド６０では、低速域から高速域までにわたり、排気干渉による掃気性の悪化が避けられることにより吸気の体積効率が高められ、さらに、２０００ｒｐｍ付近、３５００ｒｐｍ付近、５０００ｒｐｍ付近などの特定回転数域では、負圧波が開弁オーバーラップ期間ＯＬに排気ポート１９に作用することで掃気性が高められる。
【００７３】
ところで、排気弁２２の開弁時期及び開弁オーバーラップ期間ＯＬが一定であると、負圧波が開弁オーバーラップ期間ＯＬに排気ポート１９に到達する状態となるのは特定回転数域に限られ、それ以外の回転数域では、負圧波が排気ポート１９に到達する時期と開弁オーバーラップ期間ＯＬとがずれる。これに対し、本実施形態では、排気弁２２の開弁時期がエンジン回転数に応じて変えられることにより、多くの回転数域で、開弁オーバーラップ期間ＯＬに排気ポート１９に負圧波が到達する状態が得られるようにしている。具体的には、表１に示すように、排気弁２２の開弁時期、閉弁時期及び吸気弁２１の開弁時期、閉弁時期がエンジン回転数に応じて変えられる。
【００７４】
【表１】
2012102654.tif 000003
【００７５】
尚、表１中の吸気弁２１及び排気弁２２の開弁及び閉弁の時期を示す数値は、排気弁２２の開弁時期ＥＶＯについては下死点前（ＢＢＤＣ）のクランク角、排気弁２２の閉弁時期ＥＶＣについては上死点後（ＡＴＤＣ）のクランク角、吸気弁２１の開弁時期ＩＶＯについては上死点前（ＡＴＤＣ）のクランク角、吸気弁２１の閉弁時期ＩＶＣについては下死点後（ＡＢＤＣ）のクランク角（それぞれ°ＣＡ）を示している。
【００７６】
表１に基づいて説明すると、排気弁２２の開弁時期ＥＶＯは、エンジン回転数が１５００ｒｐｍのときに最も遅角してＢＢＤＣ１１°となり、このときは５次（５往復目）の負圧波が開弁オーバーラップ期間ＯＬに排気ポート１９に到達する状態となる。そして、１５００ｒｐｍからは２０００ｒｐｍを越える程度まではエンジン回転数の上昇につれて排気弁２２の開弁時期ＥＶＯが次第に進角されることにより、５次（５往復目）の負圧波が開弁オーバーラップ期間ＯＬに排気ポートに到達する状態が維持される。エンジン回転数が２５００ｒｐｍになると排気弁２２の開弁時期ＥＶＯが再びＢＢＤＣ１１°まで遅角され、このときは３次（３往復目）の負圧波が開弁オーバーラップ期間ＯＬに排気ポート１９に到達する状態となる。そして、２５００ｒｐｍからはエンジン回転数の上昇につれて排気弁２２の開弁時期ＥＶＯが次第に進角されることにより、３次（３往復目）の負圧波が開弁オーバーラップ期間ＯＬに排気ポート１９に到達する状態が維持される。
【００７７】
このように、エンジンの低・中速域では、排気弁２２の開弁時期ＥＶＯがエンジン回転数に応じて変えられることにより、複数のエンジン回転数域で、排気脈動による負圧波が開弁オーバーラップ期間ＯＬに排気ポート１９に到達するように制御される。
【００７８】
エンジン回転数が４０００ｒｐｍ程度以上の高速域になると、多量の排気ガスを排出することができるように、排気弁２２の開弁時期ＥＶＯが進角側に保たれる。尚、排気弁２２の開弁時期ＥＶＯが進角側に保たれても、エンジン回転数が５０００ｒｐｍ付近では、前述したように、１次（１往復目）の負圧波が開弁オーバーラップ期間ＯＬに排気ポート１９に到達する状態が得られる。
【００７９】
また、吸気弁２１の閉弁時期ＩＶＣはエンジン回転数が１５００ｒｐｍ〜３０００ｒｐｍの回転数域では、ＡＢＤＣ３６°で一定にされる。吸気弁２１の閉弁時期ＩＶＣがこの程度であると、有効圧縮比は幾何学的圧縮比に対して大きく低下せず、１０を超えるような値となる。エンジン回転数が３５００ｒｐｍ程度以上になると、エンジン回転数の上昇につれて徐々に吸気弁２１の閉弁時期ＩＶＣが遅角される。
【００８０】
尚、本実施形態では排気バルブタイミング可変機構４２及び吸気バルブタイミング可変機構３２が位相式のバルブタイミング可変機構であるので、排気弁２２の閉弁時期ＥＶＣは開弁時期ＥＶＯに対応して変化し、吸気弁２１の開弁時期ＩＶＯは閉弁時期ＩＶＣに対応して変化する。
【００８１】
さらに、この排気系では、図３に示したプリサイレンサ６９及びメインサイレンサ６１１により、所定の回転数域で、排気脈動による負圧波が掃気性を高める作用を助勢している。すなわち、排気弁２２の開弁直後のブローダウンにより生じる圧力波は、前述のように、第２集合部６４で反転、反射して排気マニフォールド６０内に脈動を生じさせるが、圧力波の一部は第２集合部６４を通過して排気マニフォールド６０の下流側にも伝播する。そして、その圧力波は空洞拡大室であるプリサイレンサ６９で反転して反射されるが、プリサイレンサ６９に達した圧力波の一部はプリサイレンサ６９を通過してさらに下流側に伝播し、下流側の空洞拡大室であるメインサイレンサ６１１で反転して反射される。つまり、図３に矢印で示すように、気筒１１と排気マニフォールド６０の第２集合部６４との間を往復する圧力波のほかに、気筒１１とプリサイレンサ６９との間を往復する圧力波、及び気筒１１とメインサイレンサ６１１との間を往復する圧力波も存在する。
【００８２】
そして、所定の第１のエンジン回転数域では、メインサイレンサ６１１で反転した負圧波が開弁オーバーラップ期間ＯＬに排気ポート１９に到達し、第１のエンジン回転数域よりも所定回転数だけ高回転側の第３のエンジン回転数域では、プリサイレンサ６９で反転した負圧波が開弁オーバーラップ期間ＯＬに排気ポート１９に到達し、第１のエンジン回転数域と第３のエンジン回転数域との間の第２のエンジン回転数域、及び、第３のエンジン回転数域より高回転側の第４のエンジン回転数域では、排気マニフォールド６０内での脈動による負圧波が開弁オーバーラップ期間ＯＬに排気ポートに到達するようになっている。
【００８３】
具体的には、気筒１１からプリサイレンサ６９までの通路長Ｌ２が３Ｌ１＜Ｌ２＜４Ｌ１に設定されることにより、プリサイレンサ６９で反転した負圧波が排気ポート１９に到達する時期は、排気ポート１９内での脈動による３次乃至４次の圧力波が排気ポート１９に到達する時期に近い時期となる。また、気筒１１からメインサイレンサ６１１までの通路長Ｌ３が５Ｌ１＜Ｌ３＜７Ｌ１に設定されることにより、メインサイレンサ６１１で反転した負圧波が排気ポート１９に到達する時期は、排気ポート１９内での脈動による５次乃至６次の圧力波が排気ポート１９に到達する時期に近い時期となる。
【００８４】
このように設定されることにより、例えば２５００ｒｐｍ付近のエンジン回転数域（第３のエンジン回転数域）では、プリサイレンサ６９で反転した負圧波が開弁オーバーラップ期間ＯＬに排気ポート１９に到達し、１５００ｒｐｍ付近のエンジン回転数域（第１のエンジン回転数域）では、メインサイレンサ６１１で反転した負圧波が開弁オーバーラップ期間ＯＬに排気ポート１９に到達するようなる。このようにして、種々の回転数域で、開弁オーバーラップ期間ＯＬに、負圧が排気ポート１９に到達する状態が得られ、掃気性が高められることにある。
【００８５】
そして、排気脈動による負圧を利用して掃気性を向上した場合は、体積効率が高められることにより、トルクが高められる。また、掃気性の向上は気筒１１内の温度が低下することでノッキング抑制にも有利となるから、その分だけ点火時期を進角させる（ＭＢＴに近づける）ことができ、このことにより、高圧縮比エンジン１でトルクが高められることになる。
【００８６】
（燃料噴射時期に係る制御）                    ｓ
次に、エンジン制御器１００が実行する燃料噴射時期に係る制御について、図６を参照しながら説明する。この燃料噴射時期に係る制御は、高負荷域における低速側の特定運転領域において、第１噴射と第２噴射との２回に分割した燃料噴射を実行することによって、耐ノック性の改善とトルクアップとの両立を図る制御である。図６は、高負荷域における、エンジン回転数に対する燃料噴射時期の関係の一例であり、エンジン１の温度（水温）が所定温度以上の温間時でかつ、吸気温度が所定値以上の場合に相当する。図６において、ＥＶＣで示す破線は排気弁２２の閉弁時期を示し、またＩＶＣで示す破線は吸気弁２１の閉弁時期を示し、これら排気弁２２の閉弁時期及び吸気弁２１の閉弁時期はそれぞれ、前述した掃気に係る制御に従う。また、ＳＯＩ１で示す実線は、第１噴射の噴射開始時期を示し、ＥＯＩ１で示す一点鎖線は、第１噴射の噴射終了時期を示している。さらに、ＳＯＩ２で示す実線は、第２噴射の噴射開始時期を示し、ＥＯＩ２で示す一点鎖線は、第２噴射の噴射終了時期を示している。従って、ＳＯＩ１とＥＯＩ１との間の間隔が、燃料噴射弁５３が第１噴射で燃料を噴射するパルス幅に相当し、ＳＯＩ２とＥＯＩ２との間の間隔が、燃料噴射弁５３が第２噴射で燃料を噴射するパルス幅に相当する。尚、図６の縦軸はクランク角（°ＣＡ）であり、エンジン回転数の上昇に応じて燃圧が高く設定されるため、図６に示されるパルス幅と、噴射される燃料量とは必ずしも比例しない。
【００８７】
ここにおいて低速側の特定運転領域は、エンジン回転数が３０００ｒｐｍ以下の回転数に相当する。これに対し、エンジン回転数が３０００ｒｐｍよりも高い高速側の領域では、クランク角に対する実時間が短いことや、気筒１１内の流動が高く高負荷であってもノッキングが発生し難いことから、第１噴射のみを実行し、第２噴射は実行しない。つまり、分割噴射を行わない。第１噴射は、吸気行程の中期に実行される。この第１噴射の実行時期は、図６に二点鎖線で示す気筒１１内の吸気流速が最も高くなる時期と重なる。このことは、吸気の冷却と共に、燃料のミキシング性を高め、後述するように、トルクの向上に有利になる。
【００８８】
一方、エンジン回転数が３０００ｒｐｍ以下の特定運転領域は、ノッキングが発生しやすい運転領域であるため、吸気行程から圧縮行程前半にかけての期間において、燃料噴射を第１噴射及び第２噴射の２回に分割して行うことにより、耐ノック性の改善とトルクアップとの両立を図る。この特定運転領域において、エンジン回転数が第１所定値Ｎ１以下の、相対的に低速の領域（第１回転域）では、第１噴射を吸気行程後期に実行すると共に、第２噴射を圧縮行程前半に実行する。また、エンジン回転数が第１所定値Ｎ１よりも高い、特定運転領域において相対的に高速の領域（第２回転域）では、第１噴射を吸気行程中期に実行すると共に、第２噴射を吸気行程後期に実行する。
【００８９】
第１回転域は、相対的に低速の領域であり、ノッキングが最も発生しやすい領域である。この第１回転域では、ノッキングの発生を回避するために、点火時期はＭＢＴに対して大幅に遅角されていて、図８の上図に例示するように、圧縮上死点以降の膨張行程に設定される。
【００９０】
この第１回転域においてノッキングの発生を回避しつつトルクを向上させるために、このエンジン１では、エンジン制御器１００が、分割噴射の最終段の噴射である第２噴射を、圧縮行程中に実行する。圧縮行程中の燃料噴射は、気筒１１内に噴射した燃料の気化に伴う潜熱により、気筒１１内のガスを冷却するため、気筒１１内のガス温度を低下させて耐ノック性が高まる。そのようにして耐ノック性が高まった分だけ、点火時期を進角させることが可能になるから、その点火時期の進角量に相当する分だけ、トルクが向上することになる。
【００９１】
このように第１回転域においては、圧縮行程中の燃料噴射による気筒１１内の冷却を利用してトルクの向上を図るものの、必要噴射量の全てを圧縮行程中に噴射しようとしても、点火時期までの期間に全ての燃料を気化させることは困難である。そこで、このエンジン１では、前述の通り、燃料を第１噴射及び第２噴射の２回に分割して気筒１１内に噴射すると共に、その第１噴射は吸気行程後期に噴射する。吸気行程中の燃料噴射は、十分な気化時間を確保し得る。また、吸気行程における中期ではなく、後期に燃料噴射を実行することは、点火時期との時間間隔をできるだけ短くすることにより、燃料の気化潜熱が気筒１１の壁面等に奪われることを抑制して、その潜熱を気筒内のガス冷却に有効に利用し得るようになる。このことは、前述した耐ノック性の改善に有利になる。また、吸気行程中の燃料噴射は、吸気流動により燃料のミキシング性が高くなるという利点もある。
【００９２】
また、第２噴射は、概ね１５００ｒｐｍ以下の回転数域においては、前述した通り圧縮行程中に行うが、より詳細には圧縮行程の前半でかつ、図６に破線（ＩＶＣ）で示す吸気弁２１の閉弁後に開始する。第２噴射を圧縮行程の前半に実行することは、燃料の気化時間を確保して、耐ノック性の向上及びトルクの向上に有利になる。また、吸気弁２１の閉弁後に、第２噴射を開始することによって、燃料の吹き返しが回避され、気筒１１内に噴射した燃料の全てを気筒１１内のガス冷却に利用し得るから、耐ノック性の向上に、より一層、有利になる。
【００９３】
こうして第１回転域においては、図８の上図に示すように、吸気行程後期に第１噴射が実行され、圧縮行程前半でかつ、吸気弁２１の閉弁後に第２噴射が実行されると共に、圧縮上死点後の膨張行程において、気筒１１内の混合気に対する点火が実行される。ここで、図８において第１噴射を示す棒の高さと第２噴射を示す棒の高さとはそれぞれ、噴射量に相当し、第１噴射量と第２噴射量とは、この例では５：５の比率となるように設定される。こうすることで、前述したように、燃料のミキシング性の向上及び気化時間の確保と、気筒１１内のガス冷却とが両立し、耐ノック性の向上及びトルクの向上を効果的に行い得る。
【００９４】
尚、概ね１５００ｒｐｍ以下の回転数域では、エンジン回転数の低下に伴い、吸気弁２１の閉弁時期が遅角されることに対応するように、第２噴射の噴射開始時期が遅角されると共に、第１噴射の噴射開始時期も同様に遅角される。このことは、第２噴射によって噴射した燃料の吹き返しを防止することを可能にする。一方で、エンジン回転数が低下すればするほど、クランク角に対する実時間が長くなるため、このような低回数域で第１及び第２噴射の噴射時期を遅角させても、燃料の噴射後、点火までの実時間が比較的長くなり、必要な気化時間を確保することが可能である。
【００９５】
また、第１回転域において、１５００ｒｐｍよりも高い回転数域では、エンジン回転数の上昇に伴いノッキングには有利になり得ることから、後述する、第２回転域での燃料噴射の態様にスムースにつながるように、第１及び第２噴射の噴射時期は、次第に進角される。
【００９６】
このような第１回転域に対し、第２回転域は、相対的に高速の領域であり、第１領域と比較した場合にノッキングに有利な領域である。この第２回転域では、点火時期はＭＢＴに対して遅角されているものの、図８の下図に例示するように、圧縮上死点前の圧縮行程に設定される。
【００９７】
この第２回転域においてノッキングの発生を回避しつつトルクを向上させるために、このエンジン１では、前述したように、第１噴射を吸気行程中期に実行すると共に、第２噴射を吸気行程後期に実行する。つまり、第２回転域においては、吸気行程中において、燃料噴射を２回実行する。
【００９８】
この内、第１噴射は、吸気行程中期に実行するため、気筒１１内の吸気流速が最も高くなる時期と重なる（図６の二点鎖線参照）。つまり、図６において第１噴射の噴射開始時期の線（ＳＯＩ１の実線参照）と、噴射終了時期の線（ＥＯＩ１の一点鎖線参照）とは、二点鎖線で示す最高吸気流速の線を間に挟むようになる。吸気行程中の燃料の噴射は、気筒１１内に導入される吸気を冷却するから、吸気充填効率が高まり、トルクの向上に有利になり得る。また、吸気流動が強い時期に気筒１１内に燃料を噴射することは、燃料のミキシング性を高める。このことは、ノッキングの抑制に有利になる。例えば図９は、気筒１１内の空燃比のばらつきの大小と、点火時期の設定基準との関係を説明する図である。ノッキングは、気筒１１内の局所的にリーンな混合気がエンドガスの領域に位置した場合に発生しやすい。このため、最もリーンな混合気がエンドガス領域に位置したとしてもノッキングの発生が回避されるように、点火時期をＭＢＴに対して遅角させなければならない。図９に破線で示すように、気筒１１内の空燃比のばらつきが大きいときには、大幅にリーンな混合気を基準に点火時期を設定しなければならない。このことは、点火時期をＭＢＴに対して大幅に遅角させる。これに対し、図９に実線で示すように、気筒１１内の空燃比のばらつきが小さいときには、最もリーンな混合気を基準に点火時期を設定したとしても、点火時期の遅角量は小さくなる。吸気流動が強い吸気行程中期に第１噴射を実行することは、燃料のミキシング性を高めて気筒１１内の空燃比のばらつきを小さくし得るから、ノッキングの抑制に有利になる結果、点火時期を進角させてトルクの向上に有利になり得る。
【００９９】
吸気行程中期に実行する第１噴射に対し、第２噴射は吸気行程後期に実行する。吸気行程後期の燃料噴射は吸気を冷却し、吸気充填効率を効率的に高める。この第２噴射は、吸気ポート１８への吹き返しを回避する観点から、吸気下死点前に終了することが望ましい（前述したように、吸気弁２１の閉弁時期（ＩＶＣ）は吸気下死点後に設定されている）。但し、エンジン回転数の上昇に伴い、慣性により、吸気下死点後においても吸気が実質的に継続している（吸気ポート１８への吹き返しは発生していない）ため、エンジン回転数が比較的高いときには、第２噴射の終了時期を吸気下死点後に設定してもよい。このような制御は、詳しくは後述するが、エンジン回転数の上昇に伴い増量する燃料噴射量に関して、必要なパルス幅を確保したり、燃料噴射弁５３の駆動特性上、第１噴射と第２噴射との間に必要な休止期間を確保したりする上で有利になる。
【０１００】
こうして第２回転域においては、図８の下図に例示するように、吸気行程中期に第１噴射が実行され、吸気行程後期に第２噴射が実行されると共に、圧縮上死点前の圧縮行程において、気筒１１内の混合気に対する点火が実行される。第２回転域において第１噴射量と第２噴射量とは、この例では６：４の比率となるように設定される。こうすることで、前述したように、燃料のミキシング性の向上及び吸気充填効率の向上が効果的に図られて、ノッキングを回避しつつ、トルクを大幅に向上し得る。
【０１０１】
ところで、このエンジン・システムにおいてエンジン制御器１００は、エンジン回転数が上昇するに従って燃料噴射量が増量するように、燃料噴射弁５３の制御を行うと共に、その燃料噴射弁５３に供給する燃圧が高くなるように燃料供給システム５４を制御する。このため、特定運転領域においては、第１噴射の噴射量及び第２噴射の噴射量がそれぞれ、エンジン回転数の上昇に伴い増量する。
【０１０２】
ここで、第１噴射の噴射量及び第２噴射の噴射量がそれぞれ増量するため、第１噴射のパルス幅及び第２噴射のパルス幅は、エンジン回転数の上昇に伴い、それぞれ拡大する（但し、エンジン回転数の上昇に伴い燃圧が高くなるため、燃料噴射量とパルス幅とは必ずしも比例関係にはならない）。例えば第２回転域においては、エンジン回転数が第１所定値Ｎ１から第２所定値Ｎ２までの間は、第１噴射及び第２噴射共に、エンジン回転数の上昇に対し噴射開始時期を一定に保ちつつ（ＳＯＩ１、ＳＯＩ２参照）、噴射終了時期を次第に遅くする（ＥＯＩ１、ＥＯＩ２参照）ことによって、パルス幅の拡大に対応する。
【０１０３】
しかしながら、第２回転域では吸気行程中に２回の燃料噴射を実行するため、エンジン回転数が第２所定値Ｎ２よりも高くなると、第１噴射の噴射終了時期と、第２噴射の噴射開始時期との間に、燃料噴射弁５３の駆動特性上、必要な休止期間を確保し得なくなる。そこで、このエンジン１では、エンジン回転数が第２所定値Ｎ２よりも高くなると、第１噴射の噴射開始時期及び噴射終了時期を共に進角させる。このときに、第１噴射の噴射時期は、その噴射開始時期を排気弁２２の開弁時期よりも遅角側に設定しつつ、吸気流速が最も高い時期と重なるように、設定する。一方、第２噴射は、吸気ポート１８への吹き返しが生じないように、その噴射終了時期を吸気下死点に設定する一方で、パルス幅の拡大に対応するように、噴射開始時期を、エンジン回転数の上昇に伴い進角させる。こうして、第２所定値Ｎ２よりも高いエンジン回転数においても、第１噴射の噴射終了時期と第２噴射の噴射開始時期との間に、必要な休止期間を確保する。
【０１０４】
尚、前述したように、エンジン回転数の上昇に伴い、吸気下死点後においても吸気が実質的に継続していることから、エンジン回転数が第２所定値Ｎ２よりも高いときに、第２噴射の終了時期を吸気下死点後に設定することが可能である。このことは、第２噴射の時期を相対的に遅角側に移動させるから、必要な休止期間を確保した上で、第１噴射を遅角側へと移動させることを可能にする。その結果、第１噴射の噴射時期は、最高吸気流速と重なりやすくなるから、前述したミキシング性の向上及び吸気充填効率の向上を図る上で有利になる。
【０１０５】
ここで、図７を参照しながら、第１回転域と第２回転域との、燃料噴射態様の相違について説明する。図７は、所定の幾何学的圧縮比（例えば１４）のエンジンにおける、点火時期とトルクとの関係（特性曲線）を示している。特性曲線は、ＭＢＴを頂点としてＭＢＴに対する遅角量が大きいほど勾配が大きく、ＭＢＴに対する遅角量が小さいほど勾配が小さくなる。第１回転域は、図８の上図にも示すように、ＭＢＴに対し点火時期の遅角量が大きいことに相当し、第２回転域は、図８の下図にも示すように、ＭＢＴに対し点火時期の遅角量が小さいことに相当する。このため、第１回転域において点火時期を所定量（例えば１°ＣＡ）だけ進角させたときのトルクの向上代は、第２回転域において点火時期を同じ量だけ進角させたときのトルクの向上代よりも大きい。図７の特性曲線において、第１回転域に相当する位置のＣ１の黒丸印、及び、第２回転域に相当する位置のＣ２の黒丸印はそれぞれ、耐ノック性の改善及びトルクアップに係る方策を採用していない従来の例を示している。これに対し、例えば圧縮行程中の燃料噴射の実行により耐ノック性の改善を図って点火時期を進角させた場合は、第１回転域においては、当該特性曲線上のＡ１の星印となり、第２回転域においてはＡ２の白丸印となる。このように、圧縮行程中の燃料噴射の実行によって、仮に同じ進角量だけ点火時期を進角させたとしても、第１回転域の方が、第２回転域よりもトルクアップ量が高くなる。
【０１０６】
図７にはまた、実線で示す特性曲線に対し、吸気充填効率（ηＶ）を高めた場合の特性曲線を破線で示している。吸気充填効率を高めることによりトルクの向上を図り得るが、吸気充填効率の向上は気筒１１内の圧力上昇を招き、ノッキングには不利になる。このため、もともとノッキングに不利な第１回転域においては、ノック限界が厳しくなって点火時期を進角させることができない、又は、ほとんど進角させることができなくなる一方、相対的にノッキングに有利な第２回転域においては、吸気充填効率の向上によりトルクの向上を有効に行い得る。図７の実線の特性曲線において、第１回転域における従来例を示すＣ１の黒丸印、及び、第２回転域における従来例を示すＣ２の黒丸印に対し、吸気充填効率を向上させてトルクアップを図った場合は、第１回転域においては破線上のＢ１の白丸印のようになり、第２回転域においてはＢ２の星印のようになる。ここで、Ｃ１からＢ１への進角量と、Ｃ２からＢ２への進角量とは互いに同じに設定している。
【０１０７】
このように、ノッキングを回避しつつトルクの向上を図る方策としては、圧縮行程中の燃料噴射によって耐ノック性を高め、点火時期の進角量を増やすことによりトルクの向上を図る第１の方策と、吸気行程中の燃料噴射によって吸気充填効率を高めてトルクの向上を図る第２の方策と、の２種類が存在している。相対的に回転数が低く、点火時期の遅角量が相対的に大きい第１回転域では、黒丸印Ｃ１から星印Ａ１となるように第１の方策を採用することが、黒丸印Ｃ１から白丸印Ｂ１となる第２の方策を採用する場合よりもトルクの向上に有利になる。これに対し、相対的に回転数が高く、点火時期の遅角量が相対的に小さい第２回転域では、黒丸印Ｃ２から星印Ｂ２となるように第２の方策を採用することが、黒丸印Ｃ２から白丸印Ａ２となる第１の方策を採用する場合よりもトルクの向上に有利になる。第１回転域と第２回転域との規定する第１所定値Ｎ１は、このような観点に基づいて、適宜、設定すればよく、ここでは、第１所定値Ｎ１は、一例として１７５０ｒｐｍに設定される。
【０１０８】
前述したように、第１噴射量と第２噴射量との比率は、第１回転域では５：５、第２回転域では６：４であるため、吸気行程において噴射される第１噴射量の、全噴射量に対する比率は、相対的に回転数の低い第１回転域における当該比率（５／１０）に比べて、相対的に回転数の高い第２回転域においては高く設定される（６／１０）。これは、エンジン回転数が高いことにより強くなる吸気流動を利用して、燃料のミキシング性及び吸気充填効率を効率的に向上する上で有利になる。尚、第２回転域においては特に、エンジン回転数の上昇に伴い、第１噴射量と第２噴射量との比率を変更して、第１噴射量の全噴射量に対する比率を高めるようにしてもよい（６／１０から次第に高めてもよい）。この変形例は、第２回転域において燃料のミキシング性及び吸気充填効率を効率的に向上する上で、より有利になり得る。
【０１０９】
一方、第２噴射量の全噴射量に対する比率は、第２噴射が吸気行程後期に実行されるとき（第２回転域）は、圧縮行程前半に実行されるとき（第１回転域）の比率よりも低く設定される（４／１０と、５／１０）。これは、第２回転域においては、全噴射量に対する第２噴射量の比率を比較的低く設定して、その分、吸気行程の中期に噴射される第１噴射量の比率を高めることが、前述したように、吸気流動による燃料のミキシング性の向上、及び、吸気冷却による吸気充填効率の向上に有利になるためである。これに対し、第１回転域においては、全噴射量に対する第２噴射量の比率を比較的高く設定して、気筒１１内のガス冷却を優先することが、耐ノック性の向上、ひいては点火時期をできるだけ進角させることを通じて、トルクを効果的に向上させることに有利になるためである。
【０１１０】
図６に示す燃料噴射時期は、前述したように、エンジン１の温間時に設定される時期であり、エンジン１の冷間時は、気筒１１内の温度が低いためノッキングは発生し難い。このことから、このエンジン・システムでは、エンジン制御器１００は、エンジン１の温度に係るパラメータの一つとして、水温センサ７８が検出したエンジン水温に基づいて燃料の噴射時期を変更設定する。具体的に、エンジン制御器１００は、水温センサ７８が検出したエンジン水温に応じて、エンジン水温が所定値以下の、エンジン冷間時には、図６に示すＳＯＩ１，ＥＯＩ１、ＳＯＩ２及びＥＯＩ２の各線を上方に平行移動させる。つまり、第１及び第２噴射の噴射時期を、それぞれ進角させる。このときの移動量（進角量）は、エンジン水温に比例するように設定してもよい。そうして、上方に平行移動させたＳＯＩ１，ＥＯＩ１、ＳＯＩ２及びＥＯＩ２の各線に基づいて、第１噴射及び第２噴射の噴射時期を設定する。その結果、第１回転域における第２噴射の時期は、図６においては圧縮行程前半に設定されているが、これが進角することで、吸気行程後期に設定されることになると共に、第１回転域における第１噴射の時期は、図６においては吸気行程後期に設定されているが、これが進角することで、吸気行程中期に設定されることになる。このようにエンジン１の冷間時には、第１回転域であっても、吸気行程中に第１及び第２噴射の２回の分割噴射を行うことになる。これにより、燃料のミキシング性の向上と吸気充填効率の向上とによって、ノッキングを回避しつつ、トルクの向上を図る。
【０１１１】
その後、エンジン１の暖機が進むにつれて、ＳＯＩ１，ＥＯＩ１、ＳＯＩ２及びＥＯＩ２の各線を下方に平行移動させながら第１及び第２噴射の噴射時期を設定し、最終的にエンジン１が温間状態になれば、図６に示すＳＯＩ１，ＥＯＩ１、ＳＯＩ２及びＥＯＩ２の各線に従って、第１及び第２噴射の噴射時期を設定する。その結果、エンジン１が、所定温度以下の冷間状態から温間状態へと移行するときには、第１回転域にあっては、冷間時に吸気行程後期に実行していた第１噴射を、温間時には圧縮行程前半（かつ吸気弁２１の閉弁後）に実行されるように、その噴射時期を変更する（遅角させる）ことになる。こうすることで、ノッキングの回避とトルクの向上との両立を、エンジン１の温度状態に応じて効率的に達成し得る。
【０１１２】
エンジン制御器１００は、前述したエンジン水温に基づく制御に代えて、又は、その制御に加えて、吸気温度に応じて第１及び第２噴射の噴射時期を設定する制御を行ってもよい。吸気温度もまた、エンジン１の温度と同様に、ノッキングの発生に関連するパラメータである。つまり、エンジン制御器１００は、エアフローセンサ７１が検出した吸気温度に基づき、吸気温度が所定温度以下のときには、その温度に応じた移動量だけ、図６のＳＯＩ１、ＥＯＩ１、ＳＯＩ２及びＥＯＩ２の各線を上方に平行移動させる。そうして、第１及び第２噴射の噴射時期をそれぞれ設定する。これによって、前記と同様に、吸気温度に応じて、ノッキングの回避とトルクの向上との両立を、効率的に達成し得る。
【０１１３】
尚、燃料の噴射時期は、前述したようにエンジン１の温度や吸気温度に応じて連続的に変更するのではなく、図６のＳＯＩ１、ＥＯＩ１、ＳＯＩ２及びＥＯＩ２の各線の移動量を、エンジン１の温度や吸気温度に応じて段階的に変更することによって、燃料の噴射時期を、エンジン１の温度や吸気温度に応じて段階的に変更してもよい。
【０１１４】
また、前述した特定運転領域における燃料噴射の分割数は、２回に限定されるものではなく、２回以上の適宜の数に設定してもよい。その場合に、特定運転領域における第１回転域では、分割噴射の最終段の噴射時期を圧縮行程前半に設定する一方、第２回転域では、分割噴射の最終段の噴射時期を吸気行程後期に設定しかつ、最終段の前に噴射される噴射段の少なくとも一つの噴射時期を、吸気行程中期に設定すればよい。こうすることにより、前述したノッキングの回避とトルクの向上とが、効率的に両立し得る。
【０１１５】
また、特定運転領域よりも高速側の運転領域における燃料噴射を、２回以上の分割噴射に設定してもよい。
【符号の説明】
【０１１６】
１    火花点火式直噴エンジン（エンジン本体）
１００  エンジン制御器（制御手段）
１１  気筒
２１  吸気弁
２２  排気弁
３２  吸気バルブタイミング可変機構（圧縮比調整手段）
５１  点火プラグ
５３  燃料噴射弁
７１  エアフローセンサ
７８  水温センサ
【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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