JP2000002142A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】リッチスパイク制御など燃焼方式を段階的に切
り換える際に、内燃機関の出力トルクが変動するのを防
止してドライバビリティの悪化を防止することのできる
内燃機関の制御装置を提供する。 【解決手段】リッチスパイク制御中にエンジン１１の燃
焼方式が「弱成層燃焼」から「均質リーン燃焼」へ切り
換えられるとき、スロットルバルブ２３及びＥＧＲバル
ブ４３の開度が上記切換後の「均質リーン燃焼」に適し
た値へと閉じ側に変化される。そして、そのスロットル
開度の閉じ側への変化でエンジン１１の出力トルクが低
下しないように、上記燃焼方式の切換時には燃料噴射量
が増量補正される。また、上記ＥＧＲバルブ４３の開度
が閉じ側へ変化する際には、同開度変化によるＥＧＲ量
の減量に応答遅れが生じる。そして、上記切換後の「均
質リーン燃焼」実行中には、ＥＧＲ量減量の応答遅れに
基づく出力トルク低下を防止するために燃料噴射量が増
量補正される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、燃焼方式が切り換
えられる内燃機関の制御装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、自動車用エンジン等の内燃機関
では、吸気通路を介して燃焼室内に吸入される空気と、
燃料噴射弁から噴射される燃料とを混合して混合気を形
成し、その混合気に点火プラグで点火を行って燃焼室内
で燃焼させることによりピストンを往復移動させて駆動
力を得ている。また、燃焼後の混合気は、排気として内
燃機関の排気通路を介して外部へ排出される。こうした
内燃機関の吸気通路には、燃焼室に吸入される空気の量
を調整するためのスロットルバルブが設けられている。
そして、スロットルバルブの開度を調節して燃焼室へ吸
入される空気の量を調整することにより、燃焼室へ充填
される混合気の量が変化し、内燃機関の出力が調整され
るようになる。

【０００３】ところで、近年は、燃費を向上させること
及び十分な機関出力を得ることの両立を図るために、機
関運転状態に応じて燃料噴射形態を変更することで燃焼
方式を切り換えるタイプの内燃機関が提案され、実用さ
れている。こうしたタイプの内燃機関の一例としては、
特開平７−３３２０７１号公報に記載されたものがあげ
られる。

【０００４】同公報に記載された内燃機関では、機関運
転状態が高回転高負荷になるにつれて、燃焼方式が「成
層燃焼」、「弱成層燃焼」、「均質リーン燃焼」、及び
「均質ストイキ燃焼」へと順次切り換えられる。このよ
うに燃焼方式を変化させることで、高出力が要求される
高回転高負荷になるほど空燃比がリッチ側の値になって
高出力が得られ、あまり高出力を必要としない低回転低
負荷になるほど空燃比がリーン側の値になって燃費の向
上が図られる。

【０００５】即ち、「均質ストイキ燃焼」では、内燃機
関の吸気行程中に燃焼室内に所定量の燃料を噴射供給す
ることによって、理論空燃比となる均質な混合気を燃焼
室内に形成し、その混合気を燃焼させることにより十分
な機関出力を得るようにしている。

【０００６】また、「均質リーン燃焼」では、内燃機関
の吸気行程中に「均質ストイキ燃焼」時よりも少量の燃
料を燃焼室内に噴射供給することによってし、理論空燃
比よりもリーンとなる均質な混合気を燃焼室内に形成
し、その混合気を燃焼室内のスワールによって安定して
燃焼させる。

【０００７】一方、「弱成層燃焼」では、内燃機関の吸
気行程と圧縮行程とに燃焼室内に燃料を噴射供給し、平
均空燃比が「均質リーン燃焼」時よりもリーン側の値に
なる混合気を燃焼室内に形成する。こうした「弱成層燃
焼」時において、吸気行程のときに噴射供給された燃料
はスワールによって燃焼室内の空気に均等に分散され、
圧縮行程のときに噴射供給された燃料はスワール及びピ
ストンの頭部に設けられた窪みによって点火プラグの周
りに集められる。このように吸気行程と圧縮行程との二
回に分けて燃料噴射を行うことで、上記「均質リーン燃
焼」と後述する「成層燃焼」との中間の燃焼方式（「弱
成層燃焼」）で混合気の燃焼が行われる。

【０００８】また、「成層燃焼」では、内燃機関の圧縮
行程中に燃焼室内に燃料を噴射供給し、平均空燃比が
「弱成層燃焼」時よりもリーン側の値になる混合気を燃
焼室内に形成する。こうして圧縮行程のときに噴射供給
された燃料は、スワール及びピストン頭部の窪みによっ
て点火プラグ周りに集められる。そのため、混合気の平
均空燃比を「弱成層燃焼」時より大きくしても、同プラ
グ周りの混合気の燃料濃度が高められて良好な混合気へ
の着火が行われ、混合気が安定して燃焼するようにな
る。

【０００９】上記のように機関運転状態に応じて燃料噴
射形態を変更することで内燃機関の燃焼方式を、「均質
ストイキ燃焼」、「均質リーン燃焼」、「弱成層燃
焼」、及び「成層燃焼」の間で切り換えることにより、
燃費を向上させることができるとともに十分な機関出力
が得られるようになる。

【００１０】こうした燃焼方式を切り換えるタイプの内
燃機関においては、混合気の空燃比が理論空燃比よりも
リーンとなる燃焼方式が実行されているとき、排気中の
窒素酸化物（ＮＯx ）を吸着するＮＯx 吸蔵還元触媒が
同機関の排気通路に設けられる。このＮＯx 吸蔵還元触
媒は、ＮＯx の浄化が困難な希薄燃焼（「均質リーン燃
焼」、「弱成層燃焼」、「成層燃焼」）時に排気中のＮ
Ｏx を一時的に吸着し、理論空燃比より濃い空燃比での
燃焼中には吸着したＮＯx を排気中の炭化水素（ＨＣ）
等によって窒素（Ｎ2 ）に還元するものである。

【００１１】そして、ＮＯx 吸蔵還元触媒に吸着された
ＮＯx が飽和しないように、混合気の空燃比を理論空燃
比より濃い空燃比にする、いわゆるリッチスパイク制御
が行われる。ここで、例えば「成層燃焼」時に「成層燃
焼」のままで混合気の空燃比を理論空燃比より濃い空燃
比にすると、点火プラグ周りの燃料濃度が過度に高くな
って失火を招いてしまう。そのため、理論空燃比よりも
リッチとなる均質な混合気を形成し、その混合気を燃焼
させる「均質リッチ燃焼」を強制的に実行するリッチス
パイク制御を行う。こうしたリッチスパイク制御を行う
ことにより、失火を防止しつつ、ＮＯx 吸蔵還元触媒に
吸着されたＮＯx が飽和しＮＯx エミッションが悪化す
るのを防止することができるようになる。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のよう
にリッチスパイク制御が行われて、燃焼方式が「成層燃
焼」から「均質リッチ燃焼」に切り換えられると、燃焼
方式の急変に伴うトルクショックが生じてしまう。その
ため、上記のように燃焼方式を「成層燃焼」から「均質
リッチ燃焼」に切り換えるときには、「弱成層燃焼」及
び「均質リーン燃焼」を経て「均質リッチ燃焼」へと燃
焼方式が切り換えられる。

【００１３】また、上記のように順次行われる燃焼方式
の切換時には、燃焼方式切り換えのための燃料噴射形態
の変更が行われるとともに、内燃機関を運転制御するた
めの各種制御量が切換後の燃焼方式に適した値へと変更
されることとなる。こうした変更が行われる各種制御量
としては、内燃機関の燃料噴射量、同機関の吸気通路に
設けられたスロットルバルブの開度、及びミッション低
減を意図して同機関に設けれた排気再循環（ＥＧＲ）機
構におけるＥＧＲバルブの開度などがあげられる。

【００１４】しかしながら、上記燃焼方式の切換時にお
いて、燃料噴射量は内燃機関の出力トルクを一定に維持
するよう切換後の燃焼方式に応じて予め実験によって設
定された値へと変更されるものの、スロットルバルブ及
びＥＧＲバルブ等が切換後の燃焼方式に適した開度へと
変更されるときには、それらバルブの開度変化が大きな
ものとなる。そして、それらバルブの開度変化が大きく
なることによって吸入空気量及び再循環排気量（ＥＧＲ
量）が変化し、内燃機関の出力トルクに変動が生じてド
ライバビリティが悪化する。

【００１５】本発明はこのような実情に鑑みてなされた
ものであって、その目的は、リッチスパイク制御など燃
焼方式を段階的に切り換える際に、内燃機関の出力トル
クが変動するのを防止してドライバビリティの悪化を防
止することのできる内燃機関の制御装置を提供すること
にある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１記載の発明では、燃焼方式を段階的に切り
換えるに際し、その燃焼方式切換時に燃料噴射量を機関
出力トルクを一定にするよう切換後の燃焼方式に適する
予め定められた値へと制御する内燃機関の制御装置にお
いて、前記燃焼方式を順次切り換える過程で、機関出力
トルクが一定となるように前記燃料噴射量を補正する燃
料量補正手段を備えた。

【００１７】同構成によれば、燃焼方式が順次切り換え
られる過程で、内燃機関を運転制御するための各種制御
量が切換後の燃焼方式に適した値に変更されるとき、そ
の制御量の変更に基づく同機関の出力トルクの変動は、
機関出力トルクが一定となるように制御される燃料噴射
量を補正することで防止されるようになる。

【００１８】請求項２記載の発明では、請求項１記載の
発明において、前記燃焼方式の切換時に内燃機関に設け
られたスロットルバルブの開度を切換後の燃焼方式に適
した値へと変更するスロットルバルブ開度制御手段と、
前記スロットルバルブ開度制御手段によるスロットルバ
ルブの開度変更に対し、前記燃焼方式の切り換えのため
の燃料噴射形態の変更を所定期間だけ遅延させる遅延手
段とを更に備え、前記燃料量補正手段は、前記遅延手段
によって燃料噴射形態の変更が遅延される所定期間中に
前記燃料噴射量の補正を行うものとした。

【００１９】燃焼方式の切換時には、スロットルバルブ
開度制御手段によるスロットルバルブの開度変更に対
し、燃料噴射形態の変更が所定期間だけ遅延されるた
め、燃料噴射形態変更の遅延期間中において、スロット
ルバルブの開度変更分だけ機関出力トルクが変動する。
しかし、同構成によれば、上記燃料噴射形態の変更が遅
延される所定期間中に、燃料噴射量が補正されて上記機
関出力トルクの変動が防止されるようになる。

【００２０】請求項３記載の発明では、請求項２記載の
発明において、前記燃料量補正手段は、成層燃焼と均質
燃焼との間での燃焼方式の切換時に前記燃料噴射量の補
正を行うものとした。

【００２１】スロットル開度制御手段によるスロットル
バルブの開度変更の変更幅は、成層燃焼と均質燃焼との
間での燃焼方式の切り換えのときに最も大きくなるた
め、その燃焼方式の切り換えの際に最も機関出力トルク
の変動が大きくなる。しかし、同構成によれば、成層燃
焼と均質燃焼との間での燃焼方式の切換時に燃料噴射量
の補正が行われ、その燃料噴射量の補正によって機関出
力トルクの変動が好適に防止される。

【００２２】請求項４記載の発明では、請求項１〜３の
いずれかに記載の発明において、前記燃焼方式の切換時
に内燃機関に設けられた排気再循環機構のＥＧＲバルブ
の開度を切換後の燃焼方式に適した値へと変更するＥＧ
Ｒバルブ開度制御手段を更に備え、前記燃料量補正手段
は、燃焼方式の切り換えに際し、切換後の燃焼方式の実
行期間中に前記燃料噴射量の補正を行うものとした。

【００２３】燃焼方式の切換時には、ＥＧＲバルブ開度
制御手段がＥＧＲバルブの開度変更を行うとき、排気再
循環（ＥＧＲ）量の変化に応答遅れが生じて、その排気
再循環（ＥＧＲ）量の応答遅れの分だけ機関出力トルク
が変動することとなる。しかし、同構成によれば、上記
ＥＧＲ量の応答遅れが生じる切換後の燃焼方式の実行期
間中に、燃料噴射量が補正されて上記機関出力トルクの
変動が防止されるようになる。

【００２４】請求項５記載の発明では、請求項４記載の
発明において、前記燃料量補正手段は、成層燃焼と均質
燃焼との間での燃焼方式の切り換えに際し、前記燃料噴
射量の補正を行うものとした。

【００２５】ＥＧＲバルブ開度制御手段によるＥＧＲバ
ルブの開度変更の変更幅は、成層燃焼と均質燃焼との間
での燃焼方式の切り換えのときに最も大きくなるため、
その燃焼方式の切り換えにおける切換後の燃焼方式実行
期間中に最も機関出力トルクの変動が大きくなる。しか
し、同構成によれば、成層燃焼と均質燃焼との間での燃
焼方式の切り換えに際し、その切換後の燃焼方式の実行
期間中に燃料噴射量の補正が行われ、その燃料噴射量の
補正によって機関出力トルクの変動が好適に防止され
る。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、本発明を直列４気筒の自動
車用ガソリンエンジンに適用した一実施形態を図１〜図
８に従って説明する。

【００２７】図１に示すように、エンジン１１は、その
シリンダブロック１１ａ内に往復移動可能に設けられた
合計四つのピストン１２（図１には一つのみ図示）を備
えている。これらピストン１２は、コンロッド１３を介
して出力軸であるクランクシャフト１４に連結されてい
る。そして、ピストン１２の往復移動は、上記コンロッ
ド１３によってクランクシャフト１４の回転へと変換さ
れるようになっている。

【００２８】クランクシャフト１４にはシグナルロータ
１４ａが取り付けられている。このシグナルロータ１４
ａの外周部には、複数の突起１４ｂがクランクシャフト
１４の軸線を中心とする等角度毎に設けられている。ま
た、シグナルロータ１４ａの側方には、クランクポジシ
ョンセンサ１４ｃが設けられている。そして、クランク
シャフト１４が回転して、シグナルロータ１４ａの各突
起１４ｂが順次クランクポジションセンサ１４ｃの側方
を通過することにより、同センサ１４ｃからはそれら各
突起１４ｂの通過に対応したパルス状の検出信号が出力
されるようになる。

【００２９】また、シリンダブロック１１ａの上端には
シリンダヘッド１５が設けられ、シリンダヘッド１５と
ピストン１２との間には燃焼室１６が設けられている。
この燃焼室１６には、シリンダヘッド１５に設けられた
一対の吸気ポート１７a，１７ｂと、同じく一対の排気
ポート１８ａ，１８ｂとが連通している（図１には一方
の吸気ポート１７ｂ及び排気ポート１８ｂのみ図示）。
これら吸気及び排気ポート１７ａ，１７ｂ，１８ａ，１
８ｂの平断面形状を図２に示す。

【００３０】同図に示されるように、吸気ポート１７ａ
は湾曲して延びるヘリカルポートとなっており、吸気ポ
ート１７ｂは直線状に延びるストレートポートとなって
いる。そして、吸気ポート（ヘリカルポート）１７ａを
通過して燃焼室１６に空気が吸入されると、その燃焼室
１６内に破線矢印で示す方向へスワールが発生するよう
になる。こうした吸気ポート１７ａ，１７ｂ及び排気ポ
ート１８ａ，１８ｂには、それぞれ吸気バルブ１９及び
排気バルブ２０が設けられている。

【００３１】一方、図１に示すように、シリンダヘッド
１５には、上記吸気バルブ１９及び排気バルブ２０を開
閉駆動するための吸気カムシャフト２１及び排気カムシ
ャフト２２が回転可能に支持されている。これら吸気及
び排気カムシャフト２１，２２は、タイミングベルト及
びギヤ（共に図示せず）等を介してクランクシャフト１
４に連結され、同ベルト及びギヤ等によりクランクシャ
フト１４の回転が伝達されるようになる。そして、吸気
カムシャフト２１が回転すると、吸気バルブ１９が開閉
駆動されて、吸気ポート１７ａ，１７ｂと燃焼室１６と
が連通・遮断される。また、排気カムシャフト２２が回
転すると、排気バルブ２０が開閉駆動されて、排気ポー
ト１８ａ，１８ｂと燃焼室１６とが連通・遮断される。

【００３２】シリンダヘッド１５において、吸気カムシ
ャフト２１の側方には、同シャフト２１の外周面に設け
られた突起２１ａを検出して検出信号を出力するカムポ
ジションセンサ２１ｂが設けられている。そして、吸気
カムシャフト２１が回転すると、同シャフト２１の突起
２１ａがカムポジションセンサ２１ｂの側方を通過す
る。この状態にあっては、カムポジションセンサ２１ｂ
から上記突起２１ａの通過に対応して所定間隔毎に検出
信号が出力されるようになる。

【００３３】吸気ポート１７ａ，１７ｂ及び排気ポート
１８ａ，１８ｂには、それぞれ吸気管３０及び排気管３
１が接続されている。この吸気管３０内及び吸気ポート
１７ａ，１７ｂ内は吸気通路３２となっており、排気管
３１内及び排気ポート１８ａ，１８ｂ内は排気通路３３
となっている。排気通路３３の途中には、エンジン１１
の排気を浄化するための排気浄化触媒３３ａ，３３ｂ
と、排気中の酸素濃度に対応した信号を出力する酸素
（Ｏ2 ）センサ３７とが設けられている。一方、吸気通
路３２の上流部分にはスロットルバルブ２３が設けられ
ている。このスロットルバルブ２３は、スロットル用モ
ータ２４の駆動により回動されて開度調節がなされる。
そして、スロットルバルブ２３の開度は、スロットルポ
ジションセンサ４４によって検出される。

【００３４】また、上記スロットル用モータ２４の駆動
は、自動車の室内に設けられたアクセルペダル２５の踏
込量（アクセル踏み込み量）に基づき制御される。即
ち、自動車の運転者がアクセルペダル２５を踏込操作す
ると、アクセル踏込量がアクセルポジションセンサ２６
によって検出され、同センサ２６の検出信号に基づきス
ロットル用モータ２４が駆動制御される。このスロット
ル用モータ２４の駆動制御に基づくスロットルバルブ２
３の開度調節により、吸気通路３２の空気流通面積が変
化して燃焼室１６へ吸入される空気の量が調整されるよ
うになる。

【００３５】吸気通路３２においてスロットルバルブ２
３の下流側に位置する部分には、同通路３２内の圧力を
検出するバキュームセンサ３６が設けられている。そし
て、バキュームセンサ３６は検出した吸気通路３２内の
圧力に対応した検出信号を出力する。また、吸気通路３
２においてバキュームセンサ３６よりも下流側に位置し
て吸気ポート（ストレートポート）１７ｂに連通する部
分には、スワールコントロールバルブ（ＳＣＶ）３４が
設けられている。ＳＣＶ３４は、スワール用モータ３５
の駆動により回動されて開度調節がなされる。そして、
ＳＣＶ３４の開度が小さくなるほど、図２に示される吸
気ポート（ヘリカルポート）１７ａを通過する空気の量
が多くなり、燃焼室１６内に生じるスワールが強くな
る。

【００３６】更に、吸気通路３２におけるスロットルバ
ルブ２３よりも下流には、負圧通路４９を介してブレー
キブースタ５０が接続されている。このブレーキブース
タ５０は、自動車のブレーキペダル５１を踏込操作する
ときの操作力を軽減するためのものであって、エンジン
１１の運転時に吸気通路３２内に生じる負圧を利用して
駆動される。

【００３７】また、図１に示すように、シリンダヘッド
１５には、燃焼室１６内に燃料を噴射供給する燃料噴射
弁４０と、燃焼室１６内に充填される燃料と空気とから
なる混合気に対して点火を行う点火プラグ４１とが設け
られている。この点火プラグ４１による上記混合気への
点火時期は、点火プラグ４１の上方に設けられたイグナ
イタ４１ａによって調整される。

【００３８】そして、燃料噴射弁４０から燃焼室１６内
へ燃料が噴射されると、同燃料が吸気通路３２を介して
燃焼室１６に吸入された空気と混ぜ合わされ、燃焼室１
６内で空気と燃料とからなる混合気が形成される。更
に、燃焼室１６内の混合気は点火プラグ４１によって点
火がなされて燃焼し、燃焼後の混合気は排気として排気
通路３３に送り出されて排気浄化触媒３３ａ，３３ｂに
よって浄化される。これら排気浄化触媒３３ａ，３３ｂ
の内、触媒３３ｂは窒素酸化物（ＮＯx ）を浄化するた
めのＮＯx 吸蔵還元触媒となっている。従って、触媒３
３ｂは、ＮＯx の浄化が困難な希薄空燃比での燃焼時に
排気中のＮＯx を一時的に吸着し、理論空燃比より濃い
空燃比での燃焼時に上記吸着したＮＯx を排気中の炭化
水素（ＨＣ）等によって窒素（Ｎ2 ）に還元する。

【００３９】一方、吸気通路３２のスロットルバルブ２
３よりも下流側は、排気再循環（ＥＧＲ）通路４２を介
して排気通路３３と連通している。このＥＧＲ通路４２
の途中には、ステップモータ４３ａを備えたＥＧＲバル
ブ４３が設けられている。そして、ＥＧＲバルブ４３
は、ステップモータ４３ａを駆動制御することで開度調
節が行われる。こうしたＥＧＲバルブ４３の開度調節に
より、排気通路３３を介して吸気通路３２へ再循環する
排気の量（ＥＧＲ量）が調整されるようになる。そし
て、エンジン１１の排気が吸気通路３２に再循環される
ことで、燃焼室１６内の温度が下がって窒素酸化物（Ｎ
Ｏx ）の生成が抑制され、エミッションの低減が図られ
る。

【００４０】次に、本実施形態におけるエンジン１１の
制御装置の電気的構成を図３に基づいて説明する。この
制御装置は、燃料噴射量制御、点火時期制御、スロット
ル開度制御、ＳＣＶ開度制御及びＥＧＲ制御など、エン
ジン１１の運転状態を制御するための電子制御ユニット
（以下「ＥＣＵ」という）９２を備えている。このＥＣ
Ｕ９２は、ＲＯＭ９３、ＣＰＵ９４、ＲＡＭ９５及びバ
ックアップＲＡＭ９６等を備える論理演算回路として構
成されている。

【００４１】ここで、ＲＯＭ９３は各種制御プログラム
や、それら各種制御プログラムを実行する際に参照され
るマップ等が記憶されたメモリであり、ＣＰＵ９４はＲ
ＯＭ９３に記憶された各種制御プログラムやマップに基
づいて演算処理を実行する。また、ＲＡＭ９５はＣＰＵ
９４での演算結果や各センサから入力されたデータ等を
一時的に記憶するメモリであり、バックアップＲＡＭ９
６はエンジン１１の停止時に保存すべきデータを記憶す
る不揮発性のメモリである。そして、ＲＯＭ９３、ＣＰ
Ｕ９４、ＲＡＭ９５及びバックアップＲＡＭ９６は、バ
ス９７を介して互いに接続されるとともに、外部入力回
路９８及び外部出力回路９９と接続されている。

【００４２】外部入力回路９８には、クランクポジショ
ンセンサ１４ｃ、カムポジションセンサ２１ｂ、アクセ
ルポジションセンサ２６、バキュームセンサ３６、酸素
センサ３７、及びスロットルポジションセンサ４４等が
接続されている。一方、外部出力回路９９には、スロッ
トル用モータ２４、スワール用モータ３５、燃料噴射弁
４０、イグナイタ４１ａ、及びＥＧＲバルブ４３等が接
続されている。

【００４３】このように構成されたＥＣＵ９２は、クラ
ンクポジションセンサ１４ｃからの検出信号に基づきエ
ンジン回転数ＮＥを求める。更に、アクセルポジション
センサ２６又はバキュームセンサ３６からの検出信号
と、上記エンジン回転数ＮＥとに基づきエンジン１１の
負荷を表す燃料噴射量Ｑを求める。ＥＣＵ９２は、図４
に示すように、均質ストイキ燃焼領域Ａ、均質リーン燃
焼領域Ｂ、弱成層燃焼領域Ｃ及び成層燃焼領域Ｄを備え
たマップを参照し、エンジン回転数ＮＥ及び燃料噴射量
Ｑから内燃機関の燃焼方式を決定する。

【００４４】即ち、ＥＣＵ９２は、エンジン回転数ＮＥ
及び燃料噴射量Ｑが上記領域Ａ〜Ｄのいずれの領域に位
置する状態かにより、バルブ指示モードＦＭＯＤＥ及び
噴射・点火指示モードＦＭＯＤＥＩを、例えば「ＦＭＯ
ＤＥ，ＦＭＯＤＥＩ＝０（成層燃焼）」、「ＦＭＯＤ
Ｅ，ＦＭＯＤＥＩ＝４（弱成層燃焼）」、「ＦＭＯＤ
Ｅ，ＦＭＯＤＥＩ＝８（均質リーン燃焼）」、「ＦＭＯ
ＤＥ，ＦＭＯＤＥＩ＝１２（均質ストイキ燃焼）」のよ
うに設定する。

【００４５】上記バルブ指示モードＦＭＯＤＥは、スロ
ットルバルブ２３、ＳＣＶ３４、及びＥＧＲバルブ４３
の開度を、図４のマップに基づき決定された燃焼方式に
適した値へと制御するためのものである。また、上記噴
射・点火指示モードＦＭＯＤＥＩは、上記決定された燃
焼方式へとエンジン１１の燃焼方式が切り換えられるよ
うに、同エンジン１１の燃料噴射形態及び点火時期を制
御するためのものである。ＥＣＵ９２は、両モードＦＭ
ＯＤＥ，ＦＭＯＤＥＩに応じて、各バルブ２３，３４，
４３の開度、燃料噴射形態、及び点火時期が上記決定さ
れた燃焼方式に適したものとなるように、各バルブ２
３，３４，４３の開度制御、燃料噴射形態の変更、及び
点火時期制御を行う。こうした各種制御によって、上記
決定された燃焼方式が実行されるようになる。

【００４６】図４に示すマップから明らかなように、エ
ンジン１１の運転状態が高回転高負荷へと移行するに従
い、エンジン１１の燃焼方式は「成層燃焼」、「弱成層
燃焼」、「均質リーン燃焼」、「均質ストイキ燃焼」へ
と順次変化することとなる。このように燃焼方式を変化
させるのは、高出力が要求される高回転高負荷時には
「均質燃焼」とし混合気の空燃比を小さくしてエンジン
出力を高め、あまり高出力を必要としない低回転低負荷
時には「成層燃焼」とし空燃比を大きくして燃費の向上
を図るためである。

【００４７】ここで、各燃焼方式が実行されるときにＥ
ＣＵ９２を通じて実行される燃焼制御態様について、
「均質ストイキ燃焼」、「均質リーン燃焼」、「弱成層
燃焼」、及び「成層燃焼」の各燃焼方式毎にそれぞれ説
明する。

【００４８】・「均質ストイキ燃焼」エンジン１１の燃
焼方式が「均質ストイキ燃焼」に決定されると、バルブ
指示モードＦＭＯＤＥ及び噴射・点火指示モードＦＭＯ
ＤＥＩは「１２」に設定される。この状態にあっては、
ＥＣＵ９２は、バキュームセンサ３６からの検出信号に
基づき求められる吸気圧ＰＭとエンジン回転数ＮＥとに
基づき燃料噴射量Ｑをマップ演算する。こうして算出さ
れた燃料噴射量Ｑは、エンジン回転数ＮＥが高くなると
ともに、吸気圧ＰＭが高くなるほど大きい値になる。

【００４９】ＥＣＵ９２は、「ＦＭＯＤＥ＝１２」であ
ることに基づき、アクセル踏込量に応じて変化するスロ
ットルバルブ２３の開度が、「均質ストイキ燃焼」に適
した状態を維持するように、スロットル用モータ２４を
駆動制御する。また、ＥＣＵ９２は、「ＦＭＯＤＥＩ＝
１２」であることに基づき、上記燃料噴射量Ｑに対応し
た量の燃料をエンジン１１の吸気行程中に噴射させるべ
く、燃料噴射弁４０を駆動制御する。更に、ＥＣＵ９２
は、酸素センサ３７からの検出信号に基づき燃料噴射量
Ｑを補正し、燃焼室１６内における混合気の空燃比を理
論空燃比へとフィードバック制御する。

【００５０】一方、ＥＣＵ９２は、「ＦＭＯＤＥ＝１
２」であることに基づき、ＳＣＶ３４及びＥＧＲバルブ
４３が「均質ストイキ燃焼」に適した開度となるよう、
スワール用モータ３５及びステップモータ４３ａを駆動
制御する。そして、上記スワール用モータ３５の駆動制
御によってＳＣＶ３４が開度調節されると、燃焼室１６
内の混合気がスワールによって均質なものとされる。ま
た、ＥＣＵ９２は、「ＦＭＯＤＥＩ＝１２」であること
に基づき、点火プラグ４１による混合気への点火時期が
「均質ストイキ燃焼」に適した時期となるように、イグ
ナイタ４１ａを駆動制御する。

【００５１】・「均質リーン燃焼」エンジン１１の燃焼
方式が「均質リーン燃焼」に決定されると、バルブ指示
モードＦＭＯＤＥ及び噴射・点火指示モードＦＭＯＤＥ
Ｉは「８」に設定される。この状態にあっては、ＥＣＵ
９２は、周知のマップを参照してアクセル踏込量とエン
ジン回転数ＮＥとに基づき燃料噴射量Ｑをマップ演算す
る。こうして算出された燃料噴射量Ｑは、エンジン回転
数ＮＥが高くなるととともに、アクセル踏込量が大きく
なるほど大きい値になる。

【００５２】ＥＣＵ９２は、「ＦＭＯＤＥ＝８」である
ことに基づき、燃料噴射量Ｑに応じて変化するスロット
ルバルブ２３の開度が、「均質リーン燃焼」に適した状
態を維持するように、スロットル用モータ２４を駆動制
御する。また、ＥＣＵ９２は、「ＦＭＯＤＥＩ＝８」で
あることに基づき、上記燃料噴射量Ｑに対応した量の燃
料をエンジン１１の吸気行程中に噴射させるべく燃料噴
射弁４０を駆動制御し、混合気の空燃比を理論空燃比よ
りも大きい値（例えば１５〜２３）にする。

【００５３】一方、ＥＣＵ９２は、「ＦＭＯＤＥ＝８」
であることに基づき、ＳＣＶ３４及びＥＧＲバルブ４３
が「均質リーン燃焼」に適した開度となるよう、スワー
ル用モータ３５及びステップモータ４３ａを駆動制御す
る。そして、上記スワール用モータ３５の駆動制御によ
ってＳＣＶ３４が開度調節されると、理論空燃比よりも
大きい空燃比の混合気がスワールによって安定して燃焼
するようになる。また、ＥＣＵ９２は、「ＦＭＯＤＥＩ
＝８」であることに基づき、点火プラグ４１による混合
気への点火時期が「均質リーン燃焼」に適した時期とな
るように、イグナイタ４１ａを駆動制御する。

【００５４】・「弱成層燃焼」エンジン１１の燃焼方式
が「弱成層燃焼」に決定されると、バルブ指示モードＦ
ＭＯＤＥ及び噴射・点火指示モードＦＭＯＤＥＩは
「４」に設定される。この状態にあっては、ＥＣＵ９２
は、上記と同様にアクセル踏込量及びエンジン回転数Ｎ
Ｅとから燃料噴射量Ｑを算出する。

【００５５】ＥＣＵ９２は、「ＦＭＯＤＥ＝４」である
ことに基づき、燃料噴射量Ｑに応じて変化するスロット
ルバルブ２３の開度が、「弱成層燃焼」に適した状態を
維持するように、スロットル用モータ２４を駆動制御す
る。また、ＥＣＵ９２は、「ＦＭＯＤＥＩ＝４」である
ことに基づき、上記燃料噴射量Ｑに対応した量の燃料を
エンジン１１の吸気行程と圧縮行程とに噴射させるべく
燃料噴射弁４０を駆動制御し、混合気の空燃比を「均質
リーン燃焼」時の空燃比よりも大きい値（例えば２０〜
２３）にする。

【００５６】こうした「弱成層燃焼」時において、吸気
行程のときに噴射供給された燃料はスワールによって燃
焼室１６内の空気に均等に分散され、圧縮行程のときに
噴射供給された燃料はスワール及びピストン１２の頭部
に設けられた窪み１２ａ（図１）によって点火プラグ４
１の周りに集められる。即ち、ＥＣＵ９２は、「ＦＭＯ
ＤＥ＝４」であることに基づき、ＳＣＶ３４が「弱成層
燃焼」に適した開度となるようスワール用モータ３５を
駆動制御し、その駆動制御によってスワールの強さを上
記のような燃料の分散及び集合に適したものとする。ま
た、上記のように吸気行程と圧縮行程との二回に分けて
燃料噴射を行うことで、上記「均質リーン燃焼」と後述
する「成層燃焼」との中間の燃焼方式（弱成層燃焼）で
混合気の燃焼が行われ、その「弱成層燃焼」によって
「均質リーン燃焼」と「成層燃焼」との切り換え時のト
ルクショックが抑えられる。

【００５７】一方、ＥＣＵ９２は、「ＦＭＯＤＥ＝４」
であることに基づき、ＥＧＲバルブ４３が「弱成層燃
焼」に適した開度となるようステップモータ４３ａを駆
動制御する。また、ＥＣＵ９２は、「ＦＭＯＤＥＩ＝
４」であることに基づき、点火プラグ４１による混合気
への点火時期が「弱成層燃焼」に適した時期となるよう
に、イグナイタ４１ａを駆動制御する。

【００５８】・「成層燃焼」エンジン１１の燃焼方式が
「成層燃焼」に決定されると、バルブ指示モードＦＭＯ
ＤＥ及び噴射・点火モードＦＭＯＤＥＩが「０」に設定
される。この状態にあっては、ＥＣＵ９２は、上記と同
様にアクセル踏込量及びエンジン回転数ＮＥとから燃料
噴射量Ｑを算出する。

【００５９】ＥＣＵ９２は、「ＦＭＯＤＥ＝０」である
ことに基づき、燃料噴射量Ｑに応じて変化するスロット
ルバルブ２３の開度が、「成層燃焼」に適した状態を維
持するように、スロットル用モータ２４を駆動制御す
る。また、ＥＣＵ９２は、「ＦＭＯＤＥＩ＝０」である
ことに基づき、上記燃料噴射量Ｑに対応した量の燃料を
エンジン１１の圧縮行程に噴射させるべく燃料噴射弁４
０を駆動制御し、混合気の空燃比を「弱成層燃焼」時の
空燃比よりも大きい値（例えば２５〜５０）にする。

【００６０】一方、ＥＣＵ９２は、「ＦＭＯＤＥ＝０」
であることに基づき、ＳＣＶ３４及びＥＧＲバルブ４３
が「成層燃焼」に適した開度となるよう、スワール用モ
ータ３５及びステップモータ４３ａを駆動制御する。そ
して、上記スワール用モータ３５の駆動制御によってＳ
ＣＶ３４が開度調節されると、燃焼室１６内に噴射供給
された燃料がスワールによって点火プラグ４１の周りに
集められる。このように点火プラグ４１の周りに燃料を
集めることによって、燃焼室１６内の混合気全体の平均
空燃比を「弱成層燃焼」時より大きくしても、同プラグ
４１周りの混合気の燃料濃度が高められて良好な混合気
への着火が行われる。また、ＥＣＵ９２は、「ＦＭＯＤ
ＥＩ＝０」であることに基づき、点火プラグ４１による
混合気への点火時期が「成層燃焼」に適した時期となる
ように、イグナイタ４１ａを駆動制御する。

【００６１】ところで、各バルブ２３，３４，４３の開
度を燃焼方式に適した値へと制御するための上記バルブ
指示モードＦＭＯＤＥと、決定された燃焼方式へと切り
換えられるように燃料噴射形態及び点火時期を制御する
ための上記噴射・点火指示モードＦＭＯＤＥＩとは、通
常は同じ値に設定される。しかし、燃焼方式が切り換え
られるときには、バルブ指示モードＦＭＯＤＥと噴射・
点火指示モードＦＭＯＤＥＩとが異なる値に設定され
る。即ち、燃焼方式の切換時においてＥＣＵ９２は、先
ずバルブ指示モードＦＭＯＤＥを切換後の燃焼方式に対
応した値に設定し、その後に所定時間経過してから噴射
・点火指示モードＦＭＯＤＥＩを切換後の燃焼方式に対
応した値に設定する。

【００６２】このように燃焼方式の切換時に両モードＦ
ＭＯＤＥ，ＦＭＯＤＥＩの設定タイミングをずらすの
は、各バルブ２３，３４，４３の開度変化に基づくエン
ジン１１の運転状態変化は、燃料噴射形態及び点火時期
の変化に基づくエンジン１１の運転状態変化に対して応
答遅れが生じるためである。即ち、バルブ指示モードＦ
ＭＯＤＥが変化して例えばスロットルバルブ２３の開度
が変化する際には、同開度変化に対する吸入空気量変化
に応答遅れが生じる。これに対し、噴射・点火指示モー
ドＦＭＯＤＥＩが変化して例えば燃料噴射形態が変化す
る際には、噴射・点火指示モードＦＭＯＤＥＩの変化に
応答性よく追従して燃料噴射形態が変化することとな
る。従って、上記のように両モードＦＭＯＤＥ，ＦＭＯ
ＤＥＩの設定タイミングをずらすことによって、噴射・
点火指示モードＦＭＯＤＥＩの変化に基づく燃料噴射形
態の変化が、バルブ指示モードＦＭＯＤＥの変化に基づ
く吸入空気量変化の応答遅れに対応して遅延され、上記
燃料噴射形態変化時の吸入空気量が適正なものとされる
ようになる。

【００６３】次に、ＮＯx 吸蔵還元触媒である触媒３３
ｂに吸着されたＮＯx が飽和しないように、所定のタイ
ミングを見はからって理論空燃比よりもリッチな空燃比
の混合気を燃焼させる「均質リッチ燃焼」を強制的に実
行する、いわゆるリッチスパイク制御について説明す
る。

【００６４】こうしたリッチスパイク制御は通常、「成
層燃焼」、「弱成層燃焼」、及び「均質リーン燃焼」な
どの希薄燃焼が行われているときに実行されることとな
る。例えば「成層燃焼」中にリッチスパイク制御が実行
されると、ＥＣＵ９２は、燃焼方式を「均質リッチ燃
焼」へと順次段階的に変更し、その「均質リッチ燃焼」
を所定時間実行した後、燃焼方式を順次段階的に元に戻
す。このように所定時間「均質リッチ燃焼」を実行する
ことにより、触媒３３ｂに吸着されたＮＯx がエンジン
１１の排気中に含まれるＨＣ等によってＮ2 に還元さ
れ、触媒３３ｂにおけるＮＯx の飽和が防止される。な
お、「均質リッチ燃焼」では、上記バルブ指示モードＦ
ＭＯＤＥ及び噴射点火指示モードＦＭＯＤＥＩが「１
１」に設定されることとなる。

【００６５】ここで、リッチスパイク制御中のバルブ指
示モードＦＭＯＤＥ、スロットル目標開度、吸気圧Ｐ
Ｍ、ＥＧＲバルブ目標開度、実際のＥＧＲバルブ開度、
ＥＧＲ量、噴射・点火指示モードＦＭＯＤＥＩ、燃料噴
射量Ｑ、及びエンジン出力トルクの推移を図７に示す。

【００６６】「成層燃焼」時にリッチスパイク制御が行
われると、エンジン１１の燃焼方式が順次「弱成層燃
焼」、「均質リーン燃焼」、「均質リッチ燃焼」へと切
り換えられる。更に、「均質リッチ燃焼」が所定期間実
行された後、「均質リーン燃焼」、「弱成層燃焼」、
「成層燃焼」へと順次切り換えられ、燃焼方式は元に戻
される。こうした燃焼方式の切換時には、バルブ指示モ
ードＦＭＯＤＥが、図７（ａ）に示すように、順次「０
（成層燃焼）」から「４（弱成層燃焼）」、「８（均質
リーン燃焼）」、「１１（均質リッチ燃焼）」、
「８」、「４」、「０」へと変更される。

【００６７】このようにバルブ指示モードＦＭＯＤＥが
順次変更されるとき、ＥＣＵ９２は、バルブ指示モード
ＦＭＯＤＥに基づき、図７（ｂ）に示すようにスロット
ルバルブ２３の目標開度（スロットル目標開度）を各燃
焼方式に適した値へと変更する。また、ＥＣＵ９２は、
バルブ指示モードＦＭＯＤＥに基づき、図７（ｄ）に示
すようにＥＧＲバルブ４３の目標開度（ＥＧＲバルブ目
標開度）を各燃焼方式に適した値へと変更する。

【００６８】上記スロットル目標開度は、アクセル踏込
量とエンジン回転数ＮＥとに基づき求められる燃料噴射
量Ｑの変化に応じて推移する。この燃料噴射量Ｑは、図
５に示すように、エンジン回転数ＮＥを一定とした条件
下ではアクセル踏込量が大きくなるほど大きい値にな
る。ここで、上記スロットル目標開度のエンジン１１の
出力トルクに対する推移態様を図６に示す。この図から
分かるように、スロットル目標開度の推移態様は燃焼方
式毎に異なるものとなる。即ち、「成層燃焼」、「弱成
層燃焼」、「均質リーン燃焼」及び「均質リッチ燃焼」
時に、上記求められるスロットル目標開度がエンジン回
転数ＮＥを一定とした条件下でエンジン出力トルクの変
化に対してそれぞれ図中実線Ｌ１〜Ｌ４で示すように推
移することとなる。

【００６９】実線Ｌ１〜Ｌ４から明らかなように、スロ
ットル目標開度は、エンジン回転数ＮＥが一定であるこ
とを条件に出力トルクが大きくなるほど開き側の値にな
る。リッチスパイク制御が行われないエンジン１１の通
常運転時においては、「成層燃焼」、「弱成層燃焼」、
又は「均質リーン燃焼」の実行中にエンジン回転数ＮＥ
が一定の状態で燃料噴射量Ｑが変化すると、その燃料噴
射量Ｑに応じて燃焼方式が切り換えられ、求められるス
ロットル目標開度が図６の二点鎖線上を推移することと
なる。こうしたスロットル目標開度の推移に合わせて、
ＥＣＵ９２がスロットル用モータ２４を駆動制御するこ
とにより、スロットルバルブ２３の開度が各燃焼方式に
適した値となる。

【００７０】一方、上記のように「成層燃焼」実行中に
リッチスパイク制御によって燃焼方式が順次切り換えら
れるときには、エンジン回転数ＮＥ及び出力トルクが一
定に維持される。従って、求められるスロットル目標開
度が例えば図６のＰ１点で示す状態にあるとき、リッチ
スパイク制御による燃焼方式の切り換えが実行される
と、同スロットル目標開度はＰ１点から順次Ｐ２点，Ｐ
３点，Ｐ４点、Ｐ３点、Ｐ２点、Ｐ１点へと変化する。

【００７１】なお、Ｐ１〜Ｐ４点間の距離の内、Ｐ２点
とＰ３点との間が特に大きいのは、「弱成層燃焼」及び
「均質リーン燃料」でのスロットル目標開度の推移傾向
を示す実線Ｌ２，Ｌ３の間の距離が各実線Ｌ１〜Ｌ４間
の距離の内で最も大きいためである。従って、リッチス
パイク制御中においては、燃焼方式の切り換えに基づく
スロットルバルブ２３の開度変化の内、「弱成層燃焼」
と「均質リーン燃焼」との間で燃焼方式が切り換えられ
るときにスロットルバルブ２３の開度変化が最も大きく
なる。

【００７２】また、上記ＥＧＲバルブ目標開度も、燃料
噴射量Ｑの変化に応じて推移することとなる。更に、Ｅ
ＧＲバルブ目標開度のエンジン１１の出力トルクに対す
る推移傾向も各燃焼方式毎に異なるものとなる。リッチ
スパイク制御が行われないエンジン１１の通常運転時に
おいては、「成層燃焼」、「弱成層燃焼」、又は「均質
リーン燃焼」の実行中にエンジン回転数ＮＥが一定の状
態で燃料噴射量Ｑが変化すると、その燃料噴射量Ｑに応
じて燃焼方式が切り換えられ、求められるＥＧＲバルブ
目標開度が推移することとなる。こうしたＥＧＲバルブ
目標開度の推移に合わせて、ＥＣＵ９２がステップモー
タ４３ａを駆動制御することにより、ＥＧＲバルブ４３
の開度が各燃焼方式に適した値となる。

【００７３】一方、上記のように「成層燃焼」実行中に
リッチスパイク制御によって燃焼方式が順次切り換えら
れるときには、エンジン回転数ＮＥ及び出力トルクが一
定に維持される。従って、リッチスパイク制御による燃
焼方式の切り換えが実行されると、求められるＥＧＲバ
ルブ目標開度は燃焼方式に応じて順次変化することにな
る。

【００７４】上記のようにバルブ指示モードＦＭＯＤＥ
が「０（成層燃焼）」と「１１（均質リッチ燃焼）」と
間で変化するときには、上記スロットル目標開度及びＥ
ＧＲバルブ目標開度が順次変化することとなる。即ち、
スロットル目標開度が、図６にはＰ１点で示す状態から
順次Ｐ２点，Ｐ３点，Ｐ４点，Ｐ３点、Ｐ２点、Ｐ１点
で示す状態へと変化し、図７（ｂ）には実線で示すよう
に推移することとなる。また、ＥＧＲバルブ目標開度
が、図７（ｄ）に実線で示すように推移することとな
る。

【００７５】ＥＣＵ９２は、スロットルポジションセン
サ４４からの検出信号に基づき、上記推移するスロット
ル目標開度と実際のスロットル開度とが一致するように
スロットル用モータ２４を駆動制御する。その結果、上
記スロットル目標開度（実際のスロットル開度）が段階
的に閉じ側の値へと順次変化した後に開き側へ順次変化
するのに対し、図７（ｃ）に示すようにエンジン１１の
吸気圧ＰＭ（吸入空気量）が所定の応答遅れをもって追
従する。

【００７６】また、ＥＣＵ９２は、上記推移するＥＧＲ
バルブ目標開度と実際のＥＧＲバルブ４３の開度とが一
致するようにステップモータ４３ａを駆動制御する。そ
の結果、上記ＥＧＲバルブ目標開度が段階的に閉じ側へ
と順次変化した後に開き側へ順次変化するのに対し、図
７（ｅ）に示すように実際のＥＧＲバルブ開度が応答遅
れをもって追従する。これはＥＧＲバルブ４３は、ステ
ップモータ４３ａによって開度調整されるため、目標開
度の変更に対して速やかに開度を変更できないことが原
因である。そして、実際のＥＧＲバルブ開度が上記のよ
うに応答遅れを持って変化すると、更に図７（ｆ）に示
すようにＥＧＲ量が応答遅れをもって追従する。

【００７７】ＥＣＵ９２は、上記吸入空気量及びＥＧＲ
量の応答遅れを見越して、燃焼方式の切り換えに基づく
バルブ指示モードＦＭＯＤＥの変化よりも若干遅らせ
て、噴射・点火指示モードＦＭＯＤＥＩを図７（ｇ）に
実線で示すように「０（成層燃焼）」から「１１（均質
リッチ燃焼）」との間で順次変化させる。なお、上記噴
射・点火指示モードＦＭＯＤＥＩの変化の遅延は、「均
質リッチ燃焼」から「均質リーン燃焼」への切換時や、
「弱成層燃焼」から「成層燃焼」への切換時には行われ
ない。これは、それら燃焼方式の切換時には上記吸入空
気量の応答遅れが小さく、その応答遅れによる悪影響が
無視できるほど小さいためである。

【００７８】ＥＣＵ９２は、上記噴射・点火指示モード
ＦＭＯＤＥＩの変化に基づき、「成層燃焼」から「均質
リッチ燃焼」の間で燃焼方式を切り換えるために、燃料
噴射弁４０を駆動制御して燃料噴射量及び燃料噴射時期
など燃料噴射形態を変更する。従って、噴射・点火指示
モードＦＭＯＤＥＩの変化に基づく燃料噴射形態の変更
は、上記の例外を除いてバルブ指示モードＦＭＯＤＥの
変化に基づくスロットル開度変更に対して遅れて実行さ
れることとなる。そのため、上記のようにスロットル開
度変化に対する吸気圧ＰＭ（吸入空気量）の変化に応答
遅れが生じたとしても、その応答遅れに基づき燃料噴射
形態変更時に吸入空気量が不適切な値になり、混合気の
空燃比が適正値よりもリッチ又はリーンになって失火が
生じることは防止される。

【００７９】そして、上記噴射・点火指示モードＦＭＯ
ＤＥＩの変化に基づく燃料噴射形態の変更により、燃料
噴射量Ｑが図７（ｈ）に実線で示すように変化し、リッ
チスパイク制御中において「成層燃焼」と「均質リッチ
燃焼」との間で燃焼方式が切り換えられるときのエンジ
ン１１の出力トルクが図７（ｉ）に示すように推移す
る。

【００８０】ところで、リッチスパイク制御中の燃焼方
式を段階的に切り換える過程において、燃料噴射量Ｑは
エンジン１１の出力トルクを一定に維持するよう切換後
の燃焼方式に応じて予め実験によって設定された値へと
変化することになる。しかしながら、実際には、燃焼方
式の切換時にはスロットル開度が大きく変化するととも
に、その開度変化に対して燃焼方式切換のための燃料噴
射形態が遅延されるため、その開度変更分だけエンジン
１１の出力トルクに変動が生じる。また、燃焼方式の切
換時にはＥＧＲバルブ開度も変化するが、同開度変化の
際におけるＥＧＲ量の応答遅れにより、切換後の燃焼方
式実行中においてはＥＧＲ量が適正値からずれて、エン
ジン１１の出力トルクに変動が生じる。特に、「弱成層
燃焼」から「均質リーン燃焼」への切換時には、スロッ
トル目標開度及びＥＧＲバルブ目標開度の閉じ側への変
化が大きく、且つそれら目標開度の変化に基づくエンジ
ン１１の出力トルクの変動が低下側に働くことから、そ
の出力トルクの変動がドライバビリティに多大な悪影響
を及ぼす。

【００８１】そこで、本実施形態では、「弱成層燃焼」
から「均質リーン燃焼」への切換時に燃料噴射量Ｑを増
量補正するとともに、その切換後の「均質リーン燃焼」
実行中にも燃料噴射量Ｑを増量補正し、上記エンジン１
１の出力トルクの低下を防止する。

【００８２】即ち、「弱成層燃焼」から「均質リーン燃
焼」への切換時において、バルブ指示モードＦＭＯＤＥ
が「８（均質リーン燃焼）」で、且つ噴射・点火指示モ
ードＦＭＯＤＥＩが「４（弱成層燃焼）」であるとき、
ＥＣＵ９２は、図７（ｈ）の実線で示す上記予め設定さ
れた燃料噴射量Ｑを図７（ｈ）の波線Ｄ１で示すように
増量補正する。この燃料噴射量Ｑの増量補正により、
「弱成層燃焼」から「均質リーン燃焼」への切換時にお
けるスロットル開度の閉じ側への変化に際し、エンジン
１１の出力トルクが図７（ｉ）に二点鎖線Ｓ１で示すよ
うに低下するのを防止することができるようになる。

【００８３】また、上記燃焼方式切換後の「均質リーン
燃焼」実行中であって、噴射・点火指示モードＦＭＯＤ
ＥＩが「８」であるとき、ＥＣＵ９２は、図７（ｈ）の
実線で示す上記予め定められた燃料噴射量Ｑを、図７
（ｈ）の波線Ｄ２で示すように増量補正する。この燃料
噴射量Ｑの増量補正により、「均質リーン燃焼」実行中
にＥＧＲ量の応答遅れに基づき同ＥＧＲ量が適正値より
も多くなる際に、エンジン１１の出力トルクが図７
（ｉ）に二点鎖線Ｓ２で示すように低下するのを防止す
ることができるようになる。

【００８４】なお、本実施形態では、エンジン１１の出
力トルクの変動が大きく且つドライバビリティへの悪影
響が大きい「弱成層燃焼」から「均質リーン燃焼」への
切換時のみ、上記のような燃料噴射量Ｑの補正を行う
が、その他の燃焼方式切換時に同燃料噴射量Ｑの補正を
行ってもよい。

【００８５】次に、上記燃料噴射量Ｑの補正手順につい
て図８を参照して説明する。図８は、リッチスパイク制
御中において、燃焼方式が「弱成層燃焼」から「均質リ
ーン燃焼」へ切り換える過程で、燃料噴射量Ｑを補正す
るための燃料量補正処理ルーチンを示すフローチャート
である。この燃料量補正処理ルーチンは、ＥＣＵ９２を
通じて例えば所定時間毎の時間割り込みにて実行され
る。

【００８６】燃料量補正処理ルーチンにおいて、ＥＣＵ
９２は、ステップＳ１０１の処理として、現在リッチス
パイク制御が行われているか否か判断する。そして、ス
テップＳ１０１の処理において、リッチスパイク制御中
でない旨判断されると、この燃料量補正処理ルーチンを
一旦終了する。また、ステップＳ１０１の処理におい
て、リッチスパイク制御中である旨判断されると、続く
ステップＳ１０２に進む。

【００８７】ＥＣＵ９２は、ステップＳ１０２の処理と
して、今回のリッチスパイク制御中において「均質リッ
チ燃焼」が未実行であるか否か判断する。そして、ステ
ップＳ１０２の処理において、「均質リッチ燃焼」が未
実行でない旨判断されると、ＥＣＵ９２は、この燃料量
補正処理ルーチンを一旦終了する。また、ステップＳ１
０２の処理において、「均質リッチ燃焼」が未実行であ
る旨判断されると、ステップＳ１０３に進む。こうして
ステップＳ１０３に進むということは、現在リッチスパ
イク制御中において「成層燃焼」から「均質リッチ燃
焼」へ向かう途中であることを意味する。

【００８８】ＥＣＵ９２は、ステップＳ１０３の処理と
して、バルブ指示モードＦＭＯＤＥと噴射・点火指示モ
ードＦＭＯＤＥＩとが等しくないか否か、即ち燃焼方式
の切換時か否かを判断する。そして、ステップＳ１０３
の処理において、「ＦＭＯＤＥ≠ＦＭＯＤＥＩ」であっ
て燃焼方式の切換時である旨判断されると、ステップＳ
１０４に進む。ステップＳ１０４，Ｓ１０５の処理は、
「弱成層燃焼」から「均質リーン燃焼」への切換時に、
燃料噴射量Ｑを増量補正するためのものである。

【００８９】ＥＣＵ９２は、ステップＳ１０４の処理と
して、バルブ指示モードＦＭＯＤＥが「８（均質リーン
燃焼）」であるか否か、即ち「弱成層燃焼」から「均質
リーン燃焼」への切換時であるか否か判断する。そし
て、ステップＳ１０４の処理において、「ＦＭＯＤＥ＝
８」でなく「弱成層燃焼」から「均質リーン燃焼」への
切換時でない旨判断されると、ＥＣＵ９２は、この燃料
量補正処理ルーチンを一旦終了する。

【００９０】また、ステップＳ１０４の処理において、
「ＦＭＯＤＥ＝８」であって「弱成層燃焼」から「均質
リーン燃焼」への切換時である旨判断されると、ステッ
プＳ１０５に進む。ＥＣＵ９２は、ステップＳ１０５の
処理として、燃料噴射量Ｑに所定値ａを加算したものを
新たな燃料噴射量Ｑとして設定した後、この燃料量補正
処理ルーチンを一旦終了する。こうしてステップＳ１０
５の処理によって燃料噴射量Ｑが増量補正されると、Ｅ
ＣＵ９２は、別のルーチンによって燃料噴射弁４０を駆
動制御し、その増量補正された燃料噴射量Ｑに対応した
量の燃料を燃焼室１６内に噴射供給する。

【００９１】「弱成層燃焼」から「均質リーン燃焼」へ
の切換時にはスロットル開度の閉じ側への変化が大きく
なるとともに、その開度変化に対して燃料噴射形態の変
更が遅延される。しかし、そのスロットル開度の変化に
基づくエンジン１１の出力トルクの低下は上記燃料噴射
量Ｑの増量補正によって防止される。そのため、リッチ
スパイク制御中における「弱成層燃焼」から「均質リー
ン燃焼」への切換時に、上記スロットル開度の閉じ側へ
の変化に基づき出力トルクが低下してドライバビリティ
が悪化するのを防止することができるようになる。

【００９２】なお、燃料噴射量Ｑの増量補正量は、上記
ステップＳ１０５で用いられる所定値ａの大きさによっ
て決定される。そして、本実施形態における所定値ａ
は、的確に上記出力トルク低下を防止することができる
値（例えば１噴射当たり０．５立方ミリメートル）に設
定されている。

【００９３】一方、上記ステップＳ１０３の処理におい
て、「ＦＭＯＤＥ≠ＦＭＯＤＥＩ」でなく燃焼方式の切
換時でない旨判断されると、ステップＳ１０６に進む。
ステップＳ１０６，Ｓ１０７の処理は、「弱成層燃焼」
から「均質リーン燃焼」への切換後の「均質リーン燃
焼」実行中に、燃料噴射量Ｑを増量補正するためのもの
である。

【００９４】ＥＣＵ９２は、ステップＳ１０６の処理と
して、噴射・点火指示モードＦＭＯＤＥＩが「８（均質
リーン燃焼）」であるか否か、即ち「弱成層燃焼」から
「均質リーン燃焼」への切換後の「均質リーン燃焼」実
行中であるか否か判断する。そして、ステップＳ１０６
の処理において、「ＦＭＯＤＥＩ＝８」でなく「弱成層
燃焼」から「均質リーン燃焼」への切換後の「均質リー
ン燃焼」実行中でない旨判断されると、ＥＣＵ９２は、
この燃料量補正処理ルーチンを一旦終了する。

【００９５】また、ステップＳ１０６の処理において、
「ＦＭＯＤＥＩ＝８」であって「弱成層燃焼」から「均
質リーン燃焼」への切換後の「均質リーン燃焼」実行中
である旨判断されると、ステップＳ１０７に進む。ＥＣ
Ｕ９２は、ステップＳ１０７の処理として、燃料噴射量
Ｑに所定値ｂを加算したものを新たな燃料噴射量Ｑとし
て設定した後、この燃料量補正処理ルーチンを一旦終了
する。こうしてステップＳ１０７の処理によって燃料噴
射量Ｑが増量補正されると、ＥＣＵ９２は、別のルーチ
ンによって燃料噴射弁４０を駆動制御し、その増量補正
された燃料噴射量Ｑに対応した量の燃料を燃焼室１６内
に噴射供給する。

【００９６】「弱成層燃焼」から「均質リーン燃焼」へ
の切換後の「均質リーン燃焼」実行中には、ＥＧＲバル
ブ目標開度の閉じ側への変化が大きく、しかも同目標開
度変化に対する実際のＥＧＲ量の変化に大きな応答遅れ
が生じる。しかし、そのＥＧＲ量の応答遅れによって同
ＥＧＲ量が適正値よりも多くなることに基づくエンジン
１１の出力トルクの低下は、上記燃料噴射量Ｑの増量補
正によって防止される。そのため、リッチスパイク制御
中における「弱成層燃焼」から「均質リーン燃焼」への
切換後の「均質リーン燃焼」実行中に、上記ＥＧＲ量が
適正値よりも多くなることに基づき出力トルクが低下し
てドライバビリティが悪化するのを防止することができ
るようになる。

【００９７】なお、燃料噴射量Ｑの増量補正量は、上記
ステップＳ１０７で用いられる所定値ｂの大きさによっ
て決定される。そして、本実施形態における所定値ｂ
は、的確に上記出力トルク低下を防止することができる
値（例えば１噴射当たり０．３立方ミリメートル）に設
定されている。

【００９８】以上詳述した処理が行われる本実施形態に
よれば、以下に示す効果が得られるようになる。 （１）リッチスパイク制御中において、特に「成層燃
焼」から「均質リーン燃焼」への切換時には、スロット
ル開度が閉じ側に大きく変化するとともに、その開度変
化に対する燃焼方式切換のための燃料噴射形態の変更が
遅延されるため、エンジン１１の出力トルクが大きく低
下する。しかし、上記燃焼方式の切換時に出力トルクを
増加させるべく燃料噴射量Ｑを増量補正したため、スロ
ットル開度が大きく閉じ側に変化する「成層燃焼」から
「均質リーン燃焼」への切換時においても、エンジン１
１の出力トルク低下を好適に防止することができる。従
って、その出力トルク低下に基づくドライバビリティの
悪化を好適に防止することができる。

【００９９】（２）また、上記「成層燃焼」から「均質
リーン燃焼」への切換時には、ＥＧＲバルブ４３が閉じ
側へと特に大きく変化するが、そのＥＧＲバルブ４３の
開度変化はステップモータ４３ａによって行われるた
め、スロットルバルブ２３等の開度変化に比べて遅いも
のとなる。そのため、上記ＥＧＲバルブ４３の閉じ側へ
の開度変化による実際のＥＧＲ量の減量に大きな応答遅
れが生じ、上記燃焼方式切換後の「均質リーン燃焼」実
行中にＥＧＲ量が適正値よりも多くなって、エンジン１
１の出力トルクが低下する。しかし、上記燃焼方式の切
換後の「均質リーン燃焼」実行中に出力トルクを増加さ
せるべく燃料噴射量Ｑを増量補正したため、ＥＧＲ量が
適正値より多くなる上記「均質リーン燃料」実行中にお
いても、エンジン１１の出力トルク低下を好適に防止す
ることができる。従って、その出力トルク低下に基づく
ドライバビリティの悪化を好適に防止することができ
る。

【０１００】なお、本実施形態は、例えば以下のように
変更することもできる。 ・本実施形態では、上記ステップＳ１０５，Ｓ１０７
（図８）の処理で用いられる所定値ａ，ｂとして、それ
ぞれ０．５立方ミリメートル及び０．３立方ミリメート
ルを例示したが、それらを適宜変更してもよい。

【０１０１】・本実施形態では、「弱成層燃焼」から
「均質リーン燃焼」への切換時と、その切換後の「均質
リーン燃焼」実行中とに燃料噴射量Ｑを補正したが、そ
れら燃料噴射量Ｑの補正をいずれか一方のみ実行するよ
うにしてもよい。

【０１０２】・本実施形態では、「弱成層燃焼」から
「均質リーン燃焼」への切り換えに際して燃料噴射量Ｑ
を補正したが、その他の燃焼方式切換時に燃料噴射量Ｑ
を補正してもよい。即ち、「成層燃焼」から「弱成層燃
焼」への切り換えや、「均質リーン燃焼」から「均質リ
ッチ燃焼」への切り換えに際し、燃料噴射量Ｑを増量補
正して出力トルクの低下を防止してもよい。また、「均
質リッチ燃焼」から「均質リーン燃焼」への切り換え、
「均質リーン燃焼」から「弱成層燃焼」への切り換え、
及び「弱成層燃焼」から「成層燃焼」への切り換えに際
し、燃焼噴射量Ｑを減量補正して出力トルクの上昇を防
止してもよい。この場合においても、出力トルクの上昇
に基づくドライバビリティの悪化を防止することができ
る。

【０１０３】・本実施形態では、リッチスパイク制御中
における燃焼方式の切り換えに本発明を適用したが、こ
れに代えて例えばブレーキ制御中における燃焼方式の切
換時に本発明適用してもよい。ここで、ブレーキ制御と
は、ブレーキペダル５１が踏み込まれたとき、例えば
「成層燃焼」が行われていたとしても燃焼方式を「成層
燃焼」と「均質ストイキ燃焼」との間で順次段階的に切
り換えてスロットルバルブ２３を閉じ側に制御し、ブレ
ーキブースタ５０を駆動するのに十分な負圧を吸気通路
３２内に生じさせる制御のことである。

【０１０４】

【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、燃焼方式
が順次切り換えられる過程で、内燃機関を運転制御する
ための各種制御量が切換後の燃焼方式に適した値に変更
されるとき、その制御量の変更に基づく同機関の出力ト
ルクの変動は、機関出力トルクが一定となるように燃料
噴射量を補正することで防止される。従って、燃焼方式
が順次切り換えられるとき、内燃機関の出力トルクが変
動してドライバビリティが悪化するのを防止することが
できる。

【０１０５】請求項２記載の発明によれば、燃焼方式の
切換時にはスロットルバルブの開度変更に対して燃料噴
射形態の変更が所定期間だけ遅延され、その遅延期間中
においてスロットルバルブの開度変更分だけ機関出力ト
ルクが変動するが、上記遅延期間中には燃料噴射量が補
正されるようになる。従って、その燃料噴射量の補正に
より上記機関出力トルクの変動を防止し、ドライバビリ
ティの悪化を防止することができる。

【０１０６】請求項３記載の発明によれば、成層燃焼と
均質燃焼との間での燃焼方式の切換時に燃料噴射量の補
正が行われ、その燃料噴射量の補正によって機関出力ト
ルクの変動が好適に防止される。従って、スロットル開
度制御手段によるスロットルバルブの開度変更の変更幅
が最も大きくなる成層燃焼と均質燃焼との間での燃焼方
式の切り換えの際においても、そのスロットルバルブの
開度変更に基づく機関出力トルクの変動を防止し、ドラ
イバビリティの悪化を防止することができる。

【０１０７】請求項４記載の発明によれば、燃焼方式の
切換時には、ＥＧＲバルブの開度変更が行われるときに
排気再循環（ＥＧＲ）量の変化に応答遅れが生じ、その
応答遅れの分だけ切換後の燃焼方式実行期間中に機関出
力トルクが変動するが、同実行期間中には燃料噴射量が
補正されるようになる。従って、その燃料噴射量の補正
により上記機関出力トルクの変動を防止し、ドライバビ
リティの悪化を防止することができる。

【０１０８】請求項５記載の発明によれば、成層燃焼と
均質燃焼との間での燃焼方式の切り換えに際し、その切
換後の燃焼方式の実行期間中に燃料噴射量の補正が行わ
れ、その燃料噴射量の補正によって機関出力トルクの変
動が好適に防止される。従って、ＥＧＲバルブ開度制御
手段によるＥＧＲバルブの開度変更の変更幅が最も大き
くなる成層燃焼と均質燃焼との間での燃焼方式の切り換
えの際においても、その切換後の燃焼方式実行期間中の
ＥＧＲ量変化の応答遅れに基づく機関出力トルクの変動
を防止し、ドライバビリティの悪化を防止することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる制御装置が適用されたエンジン
全体を示す断面図。

【図２】同エンジンにおける吸気及び排気ポートの形状
を示すシリンダヘッドの断面図。

【図３】上記制御装置の電気的構成を示すブロック図。

【図４】エンジンの燃焼方式を決定する際に参照される
マップ。

【図５】アクセル踏込量と燃料噴射量との関係を示すグ
ラフ。

【図６】エンジン出力トルクとスロットル目標開度との
関係を示すグラフ。

【図７】リッチスパイク制御中におけるバルブ指示モー
ドＦＭＯＤＥ、スロットル目標開度、吸気圧ＰＭ、ＥＧ
Ｒバルブ目標開度、実際のＥＧＲバルブ開度、ＥＧＲ
量、噴射・点火指示モードＦＭＯＤＥＩ、燃料噴射量
Ｑ、及びエンジン出力トルクの推移を示すタイムチャー
ト。

【図８】燃料量補正処理手順を示すフローチャート。

【符号の説明】

１１…エンジン、２３…スロットルバルブ、２４…スロ
ットル用モータ、２６…アクセルポジションセンサ、３
６…バキュームセンサ、４０…燃料噴射弁、４２…排気
再循環（ＥＧＲ）通路４２、４３…ＥＧＲバルブ、４３
ａ…ステップモータ、４４…スロットルポジションセン
サ、９２…電子制御ユニット（ＥＣＵ）。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０２Ｄ 41/14 ３３０ Ｆ０２Ｄ 41/14 ３３０Ａ 43/00 ３０１ 43/00 ３０１Ｊ ３０１Ｎ ３０１Ｈ Ｆ０２Ｍ 25/07 ５５０ Ｆ０２Ｍ 25/07 ５５０Ｆ Ｆターム(参考） 3G062 AA07 AA08 BA05 BA06 DA01 EA10 FA05 FA08 GA02 GA04 GA06 GA15 GA17 GA28 3G084 AA04 BA05 BA09 BA15 BA20 DA11 DA28 EA11 EB08 EB12 EC03 FA10 FA29 FA33 FA37 3G092 AA01 AA09 AA10 AA17 AB02 BA01 BA06 BA07 BB06 DC03 DC06 DC08 DG08 EA01 EA08 EC01 EC09 FA00 FA05 HA02Z HA05Z HA06X HA06Z HB01Z HD05X HD07X HE01Z HE03Z HF08Z HF25Z 3G301 HA13 HA16 HA17 JA04 JA14 JA23 LA00 LA03 LA05 LC03 LC04 MA01 MA11 MA19 MA26 NA08 NC02 ND02 NE01 NE13 NE15 NE22 PA01Z PA07Z PA11A PA11Z PA17Z PB03Z PD03A PD15A PE01Z PE03Z PF03Z PF05Z

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】燃焼方式を段階的に切り換えるに際し、そ
   の燃焼方式切換時に燃料噴射量を機関出力トルクを一定
   に維持するよう切換後の燃焼方式に応じて予め定められ
   た値へと制御する内燃機関の制御装置において、 前記燃焼方式を順次切り換える過程で、機関出力トルク
   が一定となるように前記燃料噴射量を補正する燃料量補
   正手段を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 【請求項２】請求項１記載の内燃機関の制御装置におい
   て、 前記燃焼方式の切換時に内燃機関に設けられたスロット
   ルバルブの開度を切換後の燃焼方式に適した値へと変更
   するスロットルバルブ開度制御手段と、 前記スロットルバルブ開度制御手段によるスロットルバ
   ルブの開度変更に対し、前記燃焼方式の切り換えのため
   の燃料噴射形態の変更を所定期間だけ遅延させる遅延手
   段とを更に備え、 前記燃料量補正手段は、前記遅延手段によって燃料噴射
   形態の変更が遅延される所定期間中に前記燃料噴射量の
   補正を行うことを特徴とする内燃機関の制御装置。
3. 【請求項３】前記燃料量補正手段は、成層燃焼と均質燃
   焼との間での燃焼方式の切換時に前記燃料噴射量の補正
   を行う請求項２記載の内燃機関の制御装置。
4. 【請求項４】請求項１〜３のいずれかに記載の内燃機関
   の制御装置において、 前記燃焼方式の切換時に内燃機関に設けられた排気再循
   環機構のＥＧＲバルブの開度を切換後の燃焼方式に適し
   た値へと変更するＥＧＲバルブ開度制御手段を更に備
   え、 前記燃料量補正手段は、燃焼方式の切り換えに際し、切
   換後の燃焼方式の実行期間中に前記燃料噴射量の補正を
   行うことを特徴とする内燃機関の制御装置。
5. 【請求項５】前記燃料量補正手段は、成層燃焼と均質燃
   焼との間での燃焼方式の切り換えに際し、前記燃料噴射
   量の補正を行う請求項４記載の内燃機関の制御装置。