特許 7523750 エンジンシステム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-07-19

(45)【発行日】2024-07-29

(54)【発明の名称】エンジンシステム

(51)【国際特許分類】

   F02D 41/34 20060101AFI20240722BHJP

   F02D 41/04 20060101ALI20240722BHJP

   F02D 43/00 20060101ALI20240722BHJP

   F02B 31/06 20060101ALI20240722BHJP

【ＦＩ】

F02D41/34

F02D41/04

F02D43/00 301H

F02D43/00 301J

F02D43/00 301U

F02B31/06 524E

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2021053083

(22)【出願日】2021-03-26

(65)【公開番号】P2022150468

(43)【公開日】2022-10-07

【審査請求日】2023-11-21

(73)【特許権者】

【識別番号】000003137

【氏名又は名称】マツダ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100094569

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 伸一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100059959

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 稔

(74)【代理人】

【識別番号】100067013

【弁理士】

【氏名又は名称】大塚 文昭

(74)【代理人】

【識別番号】100130937

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 泰史

(74)【代理人】

【識別番号】100162824

【弁理士】

【氏名又は名称】石崎 亮

(72)【発明者】

【氏名】菅野 雅信

(72)【発明者】

【氏名】竹本 和洋

(72)【発明者】

【氏名】松本 直輔

(72)【発明者】

【氏名】徳永 達広

(72)【発明者】

【氏名】相賀 正一

【審査官】小林 勝広

(56)【参考文献】

【文献】特開２００６－０５７５１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－１６１９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－１２２４２５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０２Ｂ １／００－２３／１０、３１／００－３１／０８

Ｆ０２Ｄ ４１／００－４５／００

Ｆ０２Ｍ ３５／００－３５／１６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

エンジンシステムであって、
燃焼室を形成する気筒と、前記気筒内において往復運動するピストンと、燃料を前記気筒内に直接噴射する燃料噴射弁と、前記気筒内の燃料と吸気との混合気に点火する点火プラグと、を備えるエンジンと、
前記エンジンの前記気筒へと吸気を供給する吸気通路内に設けられ、閉側の開度に設定されているときにスワール流を前記気筒内に生成するように構成されたスワールコントロールバルブと、
前記燃料噴射弁及び前記スワールコントロールバルブを制御するよう構成された制御器であって、前記エンジンの運転状態に応じて前記スワールコントロールバルブの開度を制御すると共に、前記スワールコントロールバルブが閉側の開度に設定されているときに、前記エンジンの吸気行程中に燃料を噴射するように前記燃料噴射弁を制御するよう構成された前記制御器と、
を有し、
前記制御器は、前記エンジンの運転状態に応じて前記スワールコントロールバルブの開度を開側へと変化させている間に、前記エンジンの吸気行程に加えて、前記エンジンの圧縮行程中にも燃料を噴射するように、前記燃料噴射弁を制御するよう構成されている、ことを特徴とするエンジンシステム。

【請求項2】

前記制御器は、前記スワールコントロールバルブの開度の開側への変化量が大きいほど、前記圧縮行程中の燃料噴射量を大きくするように、前記燃料噴射弁を制御するよう構成されている、請求項１に記載のエンジンシステム。

【請求項3】

前記制御器は、前記スワールコントロールバルブの開度を開側へと変化させている間、前記圧縮行程中の燃料噴射量を前記吸気行程中の燃料噴射量よりも大きくするように、前記燃料噴射弁を制御するよう構成されている、請求項１又は２に記載のエンジンシステム。

【請求項4】

前記制御器は、前記スワールコントロールバルブの開度の開側への変化が完了したときに、前記圧縮行程中の燃料噴射量を前記吸気行程中の燃料噴射量よりも小さくするように、前記燃料噴射弁を制御するよう構成されている、請求項３に記載のエンジンシステム。

【請求項5】

前記燃料噴射弁は、前記ピストンの軸線方向に対して傾いて設けられている、請求項１乃至４のいずれか一項に記載のエンジンシステム。

【請求項6】

前記ピストンの冠面は、キャビティが形成されておらず、ほぼ平坦に形成され、
前記点火プラグは、前記燃焼室の天井の中央部に設けられている、
請求項１乃至５のいずれか一項に記載のエンジンシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、スワール流を気筒内に生成するスワールコントロールバルブを有するエンジンシステムに関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、各気筒に吸気を供給する２つの吸気ポートの一方にスワールコントロールバルブ（以下では適宜「ＳＣＶ」と表記する。）を設け、このＳＣＶを閉側の開度（例えば全閉）に設定することで、スワール流を気筒内に生成する技術が知られている。例えば、特許文献１には、このようなＳＣＶの開度を、エンジンの運転状態に応じて切り替える技術が開示されている。具体的には、この技術では、エンジンの低負荷領域ではＳＣＶを閉じ、エンジンの高負荷領域ではＳＣＶを開いている。特に、低負荷領域では、スワール流が発生した状態において燃料を圧縮行程で噴射することで、エンジンの成層燃焼運転を図り、高負荷領域では、タンブル流が発生した状態において燃料を吸気行程で噴射することで、エンジンの均質燃焼運転を図っている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００２－１３００２５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、エンジンの運転状態の変化に応じてＳＣＶの開度を開側へと変化させている間には、この開度の変化前（つまりＳＣＶの開度が閉側に設定されているとき）よりも、吸気バルブ及び排気バルブのオーバーラップ期間に、排気通路から吸気通路へと排気ガスが吹き返す量が多くなる。すなわち、気筒内に残留した既燃ガスの吸気通路への逆流量が多くなる。その結果、気筒へと導入される既燃ガス（つまり、いわゆる内部ＥＧＲガス）の量が増加することで、燃焼安定性が低下してしまう。

【0005】

本発明は、上述した従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、スワールコントロールバルブの開度が開側へと変化するときに、内部ＥＧＲガスの増加による燃焼安定性の低下を改善することができるエンジンシステム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】

【0006】

上記の目的を達成するために、本発明は、エンジンシステムであって、燃焼室を形成する気筒と、気筒内において往復運動するピストンと、燃料を気筒内に直接噴射する燃料噴射弁と、気筒内の燃料と吸気との混合気に点火する点火プラグと、を備えるエンジンと、エンジンの気筒へと吸気を供給する吸気通路内に設けられ、閉側の開度に設定されているときにスワール流を気筒内に生成するように構成されたスワールコントロールバルブと、燃料噴射弁及びスワールコントロールバルブを制御するよう構成された制御器であって、エンジンの運転状態に応じてスワールコントロールバルブの開度を制御すると共に、スワールコントロールバルブが閉側の開度に設定されているときに、エンジンの吸気行程中に燃料を噴射するように燃料噴射弁を制御するよう構成された制御器と、を有し、制御器は、エンジンの運転状態に応じてスワールコントロールバルブの開度を開側へと変化させている間に、エンジンの吸気行程に加えて、エンジンの圧縮行程中にも燃料を噴射するように、燃料噴射弁を制御するよう構成されている、ことを特徴とする。

【0007】

このように構成された本発明では、制御器は、エンジンの運転状態の変化に応じてスワールコントロールバルブ（ＳＣＶ）の開度を開側へと変化させている間に、吸気行程に加えて圧縮行程中にも燃料を噴射（分割噴射）するように燃料噴射弁を制御する。圧縮行程においては、燃焼室内におけるスワール流の形成が完了している。そのため、この圧縮行程中に噴射された燃料は、スワール流により流されにくくなり、スワール流を貫徹して燃焼室の中央部に到達して、この中央部に滞留しやすくなる。その結果、点火プラグの周辺に燃料のリッチな領域が形成され、燃焼安定性を確保することができる。したがって、本発明によれば、ＳＣＶの開度が開側へと変化するときに、内部ＥＧＲガスの増加による燃焼安定性の低下を改善することができる。

【0008】

本発明において、好ましくは、制御器は、スワールコントロールバルブの開度の開側への変化量が大きいほど、圧縮行程中の燃料噴射量を大きくするように、燃料噴射弁を制御するよう構成されている。
ＳＣＶの開度の変化量が大きいほど、ＳＣＶの開度の変化中に燃焼室内に導入される内部ＥＧＲガス量が増加する。したがって、上記本発明のように、ＳＣＶの開度の変化量に応じて、圧縮行程中の燃料噴射量（以下では「圧縮行程噴射量」と呼ぶ。）を設定することで、内部ＥＧＲガスの増加に伴って、圧縮行程噴射量を適切に大きくすることができる。よって、本発明によれば、ＳＣＶの開度の変化中において、内部ＥＧＲガスの増加による燃焼安定性の低下を効果的に改善することができる。

【0009】

本発明において、好ましくは、制御器は、スワールコントロールバルブの開度を開側へと変化させている間、圧縮行程中の燃料噴射量を吸気行程中の燃料噴射量よりも大きくするように、燃料噴射弁を制御するよう構成されている。
このように構成された本発明によれば、制御器は、ＳＣＶの開度の変化中に、吸気行程中の燃料噴射量（以下では「吸気行程噴射量」と呼ぶ。）に対して圧縮行程噴射量を大きく設定するので、ＳＣＶの開度の変化中における燃焼安定性を確実に確保することができる。

【0010】

本発明において、好ましくは、制御器は、スワールコントロールバルブの開度の開側への変化が完了したときに、圧縮行程中の燃料噴射量を吸気行程中の燃料噴射量よりも小さくするように、燃料噴射弁を制御するよう構成されている。
ＳＣＶの開度の変化完了後は、上記のような内部ＥＧＲガスによる燃焼安定性の低下は発生しないので、制御器は、開度の変化中に大きくしていた圧縮行程噴射量を減少させると共に、開度の変化中に小さくしていた吸気行程噴射量を増加させる。これにより、ＳＣＶの開度の変化完了後に、エンジンに通常の運転を的確に行わせることができる、つまりエンジンを通常の運転に速やかに戻すことができる。よって、エンジンの制御の安定性を確保することが可能となる。

【0011】

本発明において好適には、燃料噴射弁は、ピストンの軸線方向に対して傾いて設けられている。
また、好適には、ピストンの冠面は、キャビティが形成されておらず、ほぼ平坦に形成され、点火プラグは、燃焼室の天井の中央部に設けられている。

【発明の効果】

【0012】

本発明のエンジンシステムによれば、スワールコントロールバルブの開度が開側へと変化するときに、内部ＥＧＲガスの増加による燃焼安定性の低下を改善することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明の実施形態によるエンジンシステムの概略構成図である。

【図2】本発明の実施形態によるエンジンの斜視図である。

【図3】本発明の実施形態によるエンジンシステムの電気的構成を示すブロック図である。

【図4】本発明の実施形態によるエンジンの運転領域を示す。

【図5】ＳＣＶを全閉から全開へと切り替えるときに発生する、内部ＥＧＲガスの増加による燃焼安定性の低下についての説明図である。

【図6】本発明の実施形態において、ＳＣＶの全閉から全開への切り替え時に圧縮行程噴射することによる作用についての説明図である。

【図7】本発明の実施形態に係る制御の一例を示すタイムチャートである。

【図8】本発明の実施形態に係る制御を示すフローチャートである。

【図9】本発明の実施形態の変形例において、ＳＣＶ開度変化量に応じて適用する圧縮行程噴射量についての説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態によるエンジンシステムについて説明する。

【0015】

［エンジンシステムの構成］
図１は、本実施形態によるエンジンシステムの概略構成図である。図１に示すように、エンジンシステム１００は、車両に搭載されるエンジン１を有する。このエンジン１は、少なくともガソリンを含有する燃料が供給されるガソリンエンジンである。具体的には、エンジン１は、気筒２が設けられたシリンダブロック４（なお、図１では、１つの気筒２のみを図示するが、例えば４つの気筒２が直列に設けられる）と、このシリンダブロック４上に配設されたシリンダヘッド６と、シリンダブロック４の下側に配設され、潤滑油が貯留されたオイルパン８とを有している。各気筒２内には、コンロッド１０を介してクランクシャフト１２と連結されているピストン１４が往復動可能に嵌挿されている。これらのシリンダヘッド６、気筒２及びピストン１４は、エンジン１の燃焼室１６を画定する。

【0016】

エンジン１には、吸気通路４０から吸気が供給される。この吸気通路４０上には、エンジン１に供給する吸気量を調整可能なスロットルバルブ４１、及び、エンジン１に供給する吸気を一時的に蓄えるサージタンク４２などが設けられている。また、吸気通路４０の一部分は、エンジン１に接続された吸気ポート１８を構成する。

【0017】

エンジン１には、気筒２毎に、各々独立した２つの吸気ポート１８及び２つの排気ポート２０が接続されていると共に、これら吸気ポート１８及び排気ポート２０には、燃焼室１６側の開口を開閉する吸気バルブ２２及び排気バルブ２４がそれぞれ配設されている。ここで、吸気バルブ２２の開弁及びピストン１４の下降に応じて、吸気ポート１８から燃焼室１６内に流入した吸気により、タンブル流（縦方向の渦流／縦渦）が生成される。

【0018】

また、各気筒２において、２つの吸気ポート１８の一方には、当該吸気ポート１８の流路を開閉するスワールコントロールバルブ（ＳＣＶ）４３が設けられている。なお、図１では、ＳＣＶ４３が設けられた一方の吸気ポート１８のみを図示し、ＳＣＶ４３が設けられていない他方の吸気ポート１８については図示していない。ＳＣＶ４３が閉じている場合には、２つの吸気ポート１８のうちの一方のみから燃焼室１６内に吸気が流入することで、スワール流（横方向の渦流／横渦）が燃焼室１６内に生成される。

【0019】

エンジン１のシリンダヘッド６の下面は、燃焼室１６の天井２６を形成している。この天井２６は、中央部からシリンダヘッド６下端まで延びる２つの対向する傾斜面を有する、いわゆるペントルーフ型となっている。また、シリンダヘッド６には、気筒２毎に、気筒２内に燃料を直接噴射する（直噴）インジェクタ（燃料噴射弁）２８が取り付けられている。インジェクタ２８は、ピストン１４の軸線方向（つまりピストン１４の移動方向）に対して傾いて設けられている。より詳しくは、インジェクタ２８は、その噴口が、燃焼室１６の天井２６の周縁部において２つの吸気ポート１８の間から斜め下方に向かってその燃焼室１６内に臨むように配設されている。

【0020】

更に、エンジン１のシリンダヘッド６には、気筒２毎に、燃焼室１６内の混合気に強制点火する点火プラグ３２が取り付けられている。点火プラグ３２は、燃焼室１６の天井２６の中央部から下方へ延びるように、シリンダヘッド６内を貫通して配置されている。また、シリンダヘッド６には、各気筒２の吸気バルブ２２及び排気バルブ２４をそれぞれ駆動するバルブ駆動機構３６が設けられている。このバルブ駆動機構３６は、例えば、吸気バルブ２２及び排気バルブ２４のリフト量を変更することが可能な可変バルブリフト機構や、クランクシャフト１２に対するカムシャフトの回転位相を変更することが可能なバルブ位相可変機構である。

【0021】

上述したように、エンジン１の一側面には吸気通路４０が接続されている一方で、エンジン１の他側面には、各気筒２の燃焼室１６からの既燃ガス（排気ガス）を排出する排気通路４４が接続されている。この排気通路４４上には、排気ガスを浄化する触媒４５（詳しくは触媒コンバータ）が設けられている。また、排気通路４４において触媒４５の下流側には、排気ガスを吸気通路４０に還流させるためのＥＧＲ通路４６が接続されている。このＥＧＲ通路４６上には、還流させる排気ガス（以下では適宜「ＥＧＲガス」と呼ぶ。）を冷却するためのＥＧＲクーラ４７、及び、吸気通路４０に還流させるＥＧＲガスの量を調整するためのＥＧＲバルブ４８が設けられている。

【0022】

次に、図２は、本実施形態によるエンジン１のピストン１４、インジェクタ２８及び点火プラグ３２の詳細構造を示す斜視図である。図２に示すように、インジェクタ２８は、複数の噴口３０を有する多噴口型のインジェクタである。インジェクタ２８は、当該インジェクタ２８の軸線方向が水平方向から所定角にて下方に傾斜するように設けられている。これにより、インジェクタ２８の各噴口３０から噴射された燃料噴霧は、燃焼室１６の天井２６の周縁部から斜め下方に向かって放射状に広がる。

【0023】

また、ピストン１４の頂部を形成するピストン冠面１４ａは、その中央に向かって隆起するように凸型に形成されている。具体的には、ピストン冠面１４ａの中央には、ピストン１４の軸線方向（換言するとピストン１４の移動方向）に直交する水平面に沿った平坦面１４ｂが、比較的広範囲にわたって形成されている。ピストン冠面１４ａには、所謂キャビティが形成されていない。

【0024】

また、ピストン冠面１４ａは、当該ピストン冠面１４ａのインジェクタ２８側の端部から中央に向かって斜め上方に延びるインジェクタ側斜面１４ｃと、ピストン冠面１４ａのインジェクタ２８から離間した側（以下、必要に応じて「反インジェクタ側」）の端部から中央に向かって斜め上方に延びる反インジェクタ側斜面１４ｄとを備えている。これらのインジェクタ側斜面１４ｃ及び反インジェクタ側斜面１４ｄは、燃焼室１６の天井２６（図１参照）に沿うように形成されている。

【0025】

また、ピストン冠面１４ａのインジェクタ側の端部及び反インジェクタ側の端部には、水平面１４ｅが形成されている。更に、ピストン冠面１４ａの反インジェクタ側斜面１４ｄには、ピストン１４と排気バルブ２４との接触を回避するように窪んだ排気バルブリセス１４ｆが形成されている。なお、ピストン１４と吸気バルブ２２との接触回避は、インジェクタ側斜面１４ｃなどによって実現されるようになっている。

【0026】

次に、図３は、本実施形態によるエンジンシステム１００の電気的構成を示すブロック図である。ＰＣＭ（パワートレイン・コントロール・モジュール）８０は、回路により構成されており、周知のマイクロコンピュータをベースとする制御器である。ＰＣＭ８０は、プログラムを実行する中央演算処理装置（Central Processing Unit：ＣＰＵ）としての１以上のマイクロプロセッサ８０ａと、例えばＲＡＭ（Random Access Memory）やＲＯＭ（Read Only Memory）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８０ｂと、電気信号の入出力を行う入出力バス等を備えている。

【0027】

ＰＣＭ８０には、各種のセンサが接続されている。具体的には、ＰＣＭ８０には、主に、アクセル開度センサＳ１及びクランク角センサＳ２が接続されている。アクセル開度センサＳ１は、アクセルペダルの操作量に対応したアクセル開度を検出し、クランク角センサＳ２は、クランクシャフト１２の回転角（エンジン回転数に対応する）を検出する。これらのセンサＳ１、Ｓ２から出力された検出信号は、ＰＣＭ８０に入力される。

【0028】

ＰＣＭ８０は、上記のセンサＳ１、Ｓ２から入力された検出信号に基づいて、予め定められている制御ロジックに従って、各デバイスの制御量を演算する。制御ロジックは、メモリ８０ｂに記憶されている。制御ロジックは、メモリ８０ｂに記憶しているマップなどを用いて、目標量及び／又は制御量を演算することを含む。ＰＣＭ８０は、演算した制御量に係る制御信号を、主に、インジェクタ２８、点火プラグ３２、ＳＣＶ４３及びＥＧＲバルブ４８に出力する。

【0029】

［制御内容］
次に、本実施形態においてＰＣＭ８０が行う制御内容について説明する。基本的には、ＰＣＭ８０は、エンジン１の運転状態の変化に応じて、ＳＣＶ４３の開閉を切り替える、つまりＳＣＶ４３の全閉から全開への切り替え、又はＳＣＶ４３の全開から全閉への切り替えを行う。こうすることで、エンジン１の運転状態に応じて、ＳＣＶ４３によるスワール流を燃焼室１６内に導入するか否かを切り替える。そして、本実施形態では、ＰＣＭ８０は、特にＳＣＶ４３を全閉から全開へと切り替えるときに発生し得る、内部ＥＧＲガスの増加による燃焼安定性の低下を改善するための制御を行う。

【0030】

まず、図４を参照して、ＳＣＶ４３を全閉又は全開に設定するエンジン１の運転領域について説明する。図４は、横軸に示されたエンジン回転数及び縦軸に示されたエンジン負荷により規定された、エンジン１の運転領域を表している。エンジン回転数が回転数閾値Ｎ１（例えば２５００ｒｐｍ）未満で且つエンジン負荷が負荷閾値Ｌ１未満の運転領域Ｒ１では、ＳＣＶ４３が全閉に設定される、つまりＳＣＶ４３により生成されたスワール流を用いてエンジン１が運転される。また、この運転領域Ｒ１では、このようなスワール流が生成された状態において、エンジン１の吸気行程中に、燃料をインジェクタ２８から１回のみ噴射（一括噴射）させることで、エンジン１の均質燃焼を実現するようにしている。

【0031】

他方で、エンジン回転数が回転数閾値Ｎ１以上又はエンジン負荷が負荷閾値Ｌ１以上の運転領域Ｒ２では、ＳＣＶ４３が全開に設定される、つまりスワール流を用いずにエンジン１が運転される。また、運転領域Ｒ２においてエンジン回転数が回転数閾値Ｎ１未満である領域では、エンジン１の吸気行程中及び圧縮行程中に、燃料をインジェクタ２８から複数回噴射（分割噴射）させることで、エンジン１の成層燃焼を実現するようにしている。これに対して、運転領域Ｒ２においてエンジン回転数が回転数閾値Ｎ１以上である領域では、エンジン１の吸気行程中に、燃料をインジェクタ２８から１回のみ噴射（一括噴射）させることで、エンジン１の均質燃焼を実現するようにしている。

【0032】

なお、図４では、回転数閾値Ｎ１及び負荷閾値Ｌ１が一定値である例を示しているが、他の例では、エンジン負荷が高くなるほど回転数閾値Ｎ１を小さくしたり、エンジン回転数が高くなるほど負荷閾値Ｌ１を小さくしたりしてもよい。

【0033】

次に、図５を参照して、ＳＣＶ４３を全閉から全開へと切り替えるときに発生し得る、内部ＥＧＲガスの増加による燃焼安定性の低下について具体的に説明する。図５（Ａ）～（Ｄ）は、それぞれ、吸気行程中の気筒２内（燃焼室１６内）の状態を模式的に示しており、また、破線矢印は排気ガスの流れを示し、実線矢印は新気の流れを示している。具体的には、図５（Ａ）～（Ｃ）は、吸気行程中の気筒２内の状態を側方から見た模式図であり、図５（Ｄ）は、図５（Ｃ）に示す気筒２内の状態を上方から見た模式図である。

【0034】

まず、エンジン１の運転状態が変化すると、具体的にはエンジン回転数が回転数閾値Ｎ１以上になった場合又はエンジン負荷が負荷閾値Ｌ１以上になった場合、つまりエンジン回転数及びエンジン負荷が属する領域が運転領域Ｒ１から運転領域Ｒ２へと変化した場合、ＳＣＶ４３が全閉から全開へと切り替えられる。こうしてＳＣＶ４３が全閉から全開へと切り替えられると、１つの吸気ポート１８のみが各気筒２に連通した状態から、２つの吸気ポート１８が各気筒２に連通した状態へと遷移する。したがって、ＳＣＶ４３が全閉から全開へと切り替えられている間には、この切り替え前（ＳＣＶ４３の全閉時）よりも、図５（Ａ）に示すように、吸気バルブ２２及び排気バルブ２４のオーバーラップ期間に、排気系から吸気系へと排気ガスが吹き返す量、つまり排気バルブ２４と吸気バルブ２２とを順に介して排気ガスが吸気通路４０側へと逆流する量が多くなる。その結果、図５（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、エンジン１の吸気行程中に、新気と一緒に燃焼室１６へと導入される排気ガス（内部ＥＧＲガス）の量が増加する。

【0035】

このような状況において、図５（Ｃ）に示すように、吸気行程中の所定の時期（具体的には、エンジン１の運転状態に応じて通常適用される、吸気行程中における比較的早い時期）に、燃料Ｆ１がインジェクタ２８から噴射される。吸気ＴＤＣ、圧縮ＢＤＣのクランク角をそれぞれ３６０度、１８０度とすると、例えば２８０～３００度のクランク角度に対応する時期において、燃料Ｆ１が噴射される。この場合、ほぼ全ての燃料Ｆ１が、図５（Ｄ）に示すように、燃焼室１６内の周縁付近に配置される傾向にある。これは、以下のような理由による。

【0036】

まず、上記のように燃料Ｆ１が噴射される吸気行程における比較的早い時期では、燃焼室１６内にはスワール流が完全に形成されていない、つまりスワール流の形成途中である。このようなスワール流の形成途中では、燃焼室１６内に様々な方向の流れが存在するため、このときに噴射された燃料Ｆ１は様々な方向に流される。この後、スワール流が形成されていく間に、燃料Ｆ１のほぼ全てがこのスワール流に乗って横方向に流されていく。これにより、スワール流の形成が完了したときに、燃焼室１６内の周縁付近に燃料Ｆ１のほぼ全てが配置されるのである。その結果、燃焼室１６の中央部に位置する点火プラグ３２の周辺の燃料がリーンになり、燃焼安定性が低下してしまう。

【0037】

本実施形態では、このような燃焼安定性の低下を改善すべく、ＰＣＭ８０は、ＳＣＶ４３を全閉から全開へと切り替えている間に、吸気行程に加えて圧縮行程中にも燃料を噴射するように、インジェクタ２８を制御する。ここで、圧縮行程で燃料噴射することによる作用について、図６を参照して具体的に説明する。

【0038】

図６（Ａ）、（Ｂ）は、それぞれ、圧縮行程中の気筒２内（燃焼室１６内）の状態を模式的に示しており、また、破線矢印は排気ガスの流れを示し、実線矢印は新気の流れを示している。具体的には、図６（Ａ）は、圧縮行程中の気筒２内の状態を側方から見た模式図であり、図６（Ｂ）は、図６（Ａ）に示す気筒２内の状態を上方から見た模式図である。

【0039】

図６（Ａ）に示すように、本実施形態では、ＰＣＭ８０は、ＳＣＶ４３の全閉から全開への切り替え中に、エンジン１の圧縮行程において、燃料Ｆ２１をインジェクタ２８から噴射させる。こうして噴射された燃料Ｆ２１は、図６（Ｂ）に示すように、一部の燃料Ｆ２３は燃焼室１６内の周縁付近に配置されるが、残りの燃料Ｆ２２は燃焼室１６の中央部（つまり点火プラグ３２付近）に配置される。これは、以下のような理由による。

【0040】

まず、圧縮行程においては、燃焼室１６内におけるスワール流の形成が完了している。そのため、この圧縮行程に噴射された燃料Ｆ２１においては、上記した吸気行程で噴射された燃料Ｆ１のように、ほぼ全ての燃料が、様々な方向へと一旦流された後、形成されつつあるスワール流に乗って流されるという状態とはならない。したがって、本実施形態のように噴射された燃料Ｆ２１は、スワール流により流されにくくなり、スワール流を貫徹して燃焼室１６の中央部（スワール流の渦中心）に到達して、この中央部に滞留しやすくなる。その結果、本実施形態によれば、点火プラグ３２の周辺に燃料のリッチな領域が形成されることにより、上記した内部ＥＧＲガスの増加による燃焼安定性の低下を改善することができる。

【0041】

次に、図７及び図８を参照して、本実施形態においてＳＣＶ４３の全閉から全開への切り替え時に行われる制御について具体的に説明する。まず、図７は、本実施形態に係る制御の一例を示すタイムチャートである。図７は、上から順に、アクセル開度、エンジン回転数、エンジン負荷、ＳＣＶ開度、燃料噴射量、のそれぞれの時間変化を示している。また、図７の燃料噴射量を示すグラフにおいて、実線は、吸気行程中の燃料噴射量を示し、破線は、圧縮行程中の燃料噴射量を示している。

【0042】

時刻ｔ１において、アクセル開度の上昇に伴って、エンジン回転数及びエンジン負荷が上昇する。そして、時刻ｔ２において、エンジン回転数及びエンジン負荷が属する領域が運転領域Ｒ１から運転領域Ｒ２へと変化するため（図４参照）、ＰＣＭ８０は、ＳＣＶ４３の開度を全閉から全開へと切り替え始める。また、この時刻ｔ２において、ＰＣＭ８０は、吸気行程中の燃料噴射を継続しつつ、圧縮行程中の燃料噴射を開始する。つまり、ＰＣＭ８０は、吸気行程での一括噴射を終了し、吸気行程及び圧縮行程にわたる分割噴射を開始する。

【0043】

特に、ＰＣＭ８０は、時刻ｔ２において、吸気行程中の燃料噴射量（吸気行程噴射量）を減少させて、圧縮行程中の燃料噴射量（圧縮行程噴射量）が吸気行程噴射量よりも大きくなるようにする。換言すると、全噴射量において吸気行程噴射量に対して圧縮行程噴射量が占める割合を大きくする。ＰＣＭ８０は、ＳＣＶ４３の開度を全閉から全開へと切り替えている時刻ｔ２から時刻ｔ３までの間、このような吸気行程噴射量及び圧縮行程噴射量を維持する。こうしてＳＣＶ４３の切り替え中に圧縮行程噴射量を大きくすることで、この切り替え中における燃焼安定性が確実に確保されるようにする。

【0044】

そして、時刻ｔ３において、ＳＣＶ４３の切り替えが完了する。ＰＣＭ８０は、この時刻ｔ３以降も吸気行程及び圧縮行程にわたる分割噴射を継続するが、時刻ｔ３から、吸気行程噴射量及び圧縮行程噴射量を変更する。具体的には、ＰＣＭ８０は、圧縮行程噴射量が吸気行程噴射量よりも小さくなるようにする、換言すると、全噴射量において吸気行程噴射量に対して圧縮行程噴射量が占める割合を小さくする。この場合、ＰＣＭ８０は、圧縮行程噴射量を減少させる一方で、吸気行程噴射量を増加させる。ＳＣＶ４３の切り替え後は、上記のような内部ＥＧＲガスによる燃焼安定性の低下は発生しないので、運転領域Ｒ２での通常の運転をエンジン１に行わせるべく、切り替え中に大きくしていた圧縮行程噴射量を減少させると共に、切り替え中に小さくしていた吸気行程噴射量を増加させる。

【0045】

次に、図８は、本実施形態に係る制御を示すフローチャートである。この制御は、ＰＣＭ８０によって所定の周期で繰り返し実行される。まず、ステップＳ１１において、ＰＣＭ８０は、各種情報を取得する。具体的には、ＰＣＭ８０は、上記したようなアクセル開度センサＳ１及びクランク角センサＳ２の検出信号を少なくとも取得する。

【0046】

次いで、ステップＳ１２において、ＰＣＭ８０は、ステップＳ１１で取得された情報に基づき、現在のエンジン１の運転状態、具体的には現在のエンジン回転数及びエンジン負荷を特定する。この場合、ＰＣＭ８０は、クランク角センサＳ２の検出信号に対応するクランク角（クランクシャフト１２の回転角）に基づき、エンジン回転数を求める。また、ＰＣＭ８０は、アクセル開度センサＳ１の検出信号に対応するアクセル開度に基づき、車両の目標トルクを求めた後、この目標トルクに対応するエンジン負荷を求める。

【0047】

次いで、ステップＳ１３において、ＰＣＭ８０は、ステップＳ１２で特定されたエンジン１の運転状態に基づき、ＳＣＶ４３を全閉から全開に切り替えるか否かを判定する。この場合、ＰＣＭ８０は、エンジン回転数及びエンジン負荷が属する領域が運転領域Ｒ１から運転領域Ｒ２へと変化したか否かを判定することで（図４参照）、ＳＣＶ４３の切り替え判定を行う。その結果、ＳＣＶ４３を全閉から全開に切り替えると判定されなかった場合（ステップＳ１３：Ｎｏ）、ＰＣＭ８０は、図８に示すフローを抜ける。

【0048】

これに対して、ＳＣＶ４３を全閉から全開に切り替えると判定された場合（ステップＳ１３：Ｙｅｓ）、ＰＣＭ８０は、ステップＳ１４及びＳ１５に進む。この場合、ＰＣＭ８０は、ＳＣＶ４３の開度を全閉から全開へと切り替えるように当該ＳＣＶ４３を制御すると共に（ステップＳ１４）、吸気行程に加えて圧縮行程中にも燃料を噴射するようにインジェクタ２８を制御する（ステップＳ１５）。つまり、ＰＣＭ８０は、吸気行程での一括噴射を終了し、吸気行程及び圧縮行程にわたる分割噴射を開始する。この場合、ＰＣＭ８０は、圧縮行程噴射量が吸気行程噴射量よりも大きくなるように、換言すると全噴射量において吸気行程噴射量に対して圧縮行程噴射量が占める割合が大きくなるように、各燃料噴射量を設定する。なお、ＳＣＶ４３の切り替え中における内部ＥＧＲガスによる燃焼安定性の低下が確実に抑制されるような圧縮行程噴射量が事前に決められ、そのような圧縮行程噴射量が適用される。

【0049】

次いで、ステップＳ１６において、ＰＣＭ８０は、ＳＣＶ４３の全閉から全開への切り替えが完了したか否かを判定する。１つの例では、ＰＣＭ８０は、ＳＣＶ４３の開度の切り替え開始からの経過時間を所定時間（ＳＣＶ４３の切り替えに要する時間に相当し、事前に定められる）と比較することで、ＳＣＶ４３の切り替えを判定する。他の例では、ＰＣＭ８０は、ＳＣＶ４３の開度を検出するセンサからの検出信号に基づき、ＳＣＶ４３の切り替えを判定する。このような判定の結果、ＳＣＶ４３の切り替えが完了したと判定されなかった場合（ステップＳ１６：Ｎｏ）、ＰＣＭ８０は、ステップＳ１６の判定を再度行う。つまり、ＰＣＭ８０は、ＳＣＶ４３の切り替えが完了するまで、ステップＳ１６の判定を繰り返す。

【0050】

これに対して、ＳＣＶ４３の切り替えが完了したと判定された場合（ステップＳ１６：Ｙｓｅ）、ＰＣＭ８０は、ステップＳ１７に進む。ステップＳ１７において、ＰＣＭ８０は、インジェクタ２８からの吸気行程噴射量及び圧縮行程噴射量のそれぞれを変更する。具体的には、ＰＣＭ８０は、圧縮行程噴射量が吸気行程噴射量よりも小さくなるように、換言すると全噴射量において吸気行程噴射量に対して圧縮行程噴射量が占める割合が小さくなるように、各燃料噴射量を設定する。これら吸気行程噴射量及び圧縮行程噴射量のそれぞれは、運転領域Ｒ２での通常の運転をエンジン１に行わせるために適用すべき燃料噴射量である。そして、ＰＣＭ８０は、図８に示すフローを抜ける。

【0051】

［作用及び効果］
次に、本実施形態によるエンジンシステム１００の作用及び効果について説明する。本実施形態によれば、ＰＣＭ８０は、ＳＣＶ４３を全閉から全開へと切り替えている間に、吸気行程に加えて圧縮行程中にも燃料を噴射するようにインジェクタ２８を制御する。圧縮行程においては、燃焼室１６内におけるスワール流の形成が完了している。そのため、この圧縮行程に噴射された燃料は、スワール流により流されにくくなり、スワール流を貫徹して燃焼室１６の中央部に到達して、この中央部に滞留しやすくなる（図６（Ｂ）参照）。その結果、点火プラグ３２の周辺に燃料のリッチな領域が形成され、燃焼安定性を確保することができる。したがって、本実施形態によれば、ＳＣＶ４３を全閉から全開へと切り替えるときに、内部ＥＧＲガスの増加による燃焼安定性の低下を改善することができる。

【0052】

また、本実施形態によれば、ＰＣＭ８０は、ＳＣＶ４３を全閉から全開へと切り替えている間、圧縮行程噴射量を吸気行程噴射量よりも大きくするので、この切り替え中における燃焼安定性を確実に確保することができる。

【0053】

また、本実施形態によれば、ＰＣＭ８０は、ＳＣＶ４３の全閉から全開への切り替えが完了したときに、圧縮行程噴射量を吸気行程噴射量よりも小さくする。ＳＣＶ４３の切り替え後は、上記のような内部ＥＧＲガスによる燃焼安定性の低下は発生しないので、切り替え中に大きくしていた圧縮行程噴射量を減少させると共に、切り替え中に小さくしていた吸気行程噴射量を増加させる。これにより、ＳＣＶ４３の切り替え後に、エンジン１に通常の運転を的確に行わせることができる、つまりエンジン１を通常の運転に速やかに戻すことができる。よって、エンジン１の制御の安定性を確保することが可能となる。

【0054】

［変形例］
上記した実施形態では、ＳＣＶ４３を全閉と全開とのいずれかの状態に固定的に設定する例を示したが（当然、開度の切り替え中には全閉と全開との間の中間開度を経由することになるが、固定的に設定されるのは全閉と全開とのいずれかの状態である）、変形例では、ＳＣＶ４３を全閉と全開との間の様々な中間開度に固定的に設定してもよい。この変形例では、ＰＣＭ８０は、ＳＣＶ４３の開度を、エンジン１の運転状態に応じた中間開度に設定する。この場合にも、ＰＣＭ８０は、エンジン１の運転状態の変化に応じてＳＣＶ４３の開度を開側へと変化させている間に、吸気行程に加えて圧縮行程中にも燃料を噴射するようにインジェクタ２８を制御する。

【0055】

また、上記の変形例では、ＰＣＭ８０は、ＳＣＶ４３の開度の変化量（ＳＣＶ開度変化量）に応じて、圧縮行程噴射量を設定する。図９を参照して、ＳＣＶ開度変化量に応じて圧縮行程噴射量を設定する方法について説明する。図９は、横軸にＳＣＶ開度変化量を示し、縦軸に圧縮行程噴射量を示している。図９に示すように、ＰＣＭ８０は、ＳＣＶ開度変化量が大きいほど、圧縮行程噴射量を大きくする。なお、ＳＣＶ開度変化量の最大値は、ＳＣＶ４３を全閉から全開へと切り替えるときの開度変化量であり、このＳＣＶ開度変化量の最大値が適用されるときには、圧縮行程噴射量も最大値となる。

【0056】

ここで、ＳＣＶ開度変化量が大きいほど、ＳＣＶ４３の開度の変化中に燃焼室１６内に導入される内部ＥＧＲガス量が増加する。したがって、上記の変形例のように、ＳＣＶ開度変化量に応じて圧縮行程噴射量を設定することで、内部ＥＧＲガスの増加に伴って、圧縮行程噴射量を適切に大きくすることができる。よって、本変形例によれば、ＳＣＶ４３の開度の変化中において、内部ＥＧＲガスの増加による燃焼安定性の低下を効果的に改善することができる。

【符号の説明】

【0057】

１ エンジン
２ 気筒
１４ ピストン
１６ 燃焼室
１８ 吸気ポート
２８ インジェクタ（燃料噴射弁）
３２ 点火プラグ
４０ 吸気通路
４３ スワールコントロールバルブ（ＳＣＶ）
４４ 排気通路
４５ 触媒
４６ ＥＧＲ通路
４８ ＥＧＲバルブ
８０ ＰＣＭ（制御器）
１００ エンジンシステム

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】