JP2000002143A

JP2000002143A - 内燃機関の制御装置

Info

Publication number: JP2000002143A
Application number: JP10167108A
Authority: JP
Inventors: Nobuyuki Shibagaki; 信之柴垣
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1998-06-15
Filing date: 1998-06-15
Publication date: 2000-01-07

Abstract

(57)【要約】【課題】燃焼方式が切り換えられるときに、内燃機関に
トルク変動や失火が生じるの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
焼方式が切り換えられるとき、最終スロットル目標開度
が切換後の燃焼方式に適した値へと変更されるが、その
変更は上記燃焼方式切換時のＥＧＲバルブ目標開度の変
更よりも緩やかに行われる。更に、上記最終スロットル
目標開度の変更は、その目標開度変更に基づきスロット
ルバルブ実開度が変化したときの吸入空気量変化速度
が、上記ＥＧＲバルブ目標開度の変更に基づきＥＧＲバ
ルブ実開度が変化したときのＥＧＲ量変化速度と等しく
なるように行われる。従って、ＥＧＲバルブ４３におい
ては目標開度の変化に対する実際の開度変化がスロット
ルバルブ２３よりも遅くなるが、上記燃焼方式の切換時
にＥＧＲ量が吸入空気量に対し過剰になたったり不足し
たりすることはない。

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、実用化
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、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。即ち、燃焼方式の切換時に
は、ＥＧＲバルブ及びスロットルバルブの目標開度が切
換後の燃焼方式に適した値へとそれぞれ変更され、それ
ら変更された目標開度へと両バルブの実開度が近づけら
れる。こうしてＥＧＲバルブ及びスロットルバルブが切
換後の燃焼方式に適した開度へと制御されるようにな
る。

【００１４】しかしながら、スロットルバルブは目標開
度の変更に対して速やかに実際の開度を変更させること
ができるのに対し、ＥＧＲバルブにおいては構造上の問
題から目標開度の変更に対して実際の開度変化が遅くな
る。そのため、スロットルバルブの開度変更に基づく吸
入空気量の変化速度と、ＥＧＲバルブの開度変更に基づ
く排気再循環量（ＥＧＲ量）の変化速度とが異なるもの
となる。そして、このように吸入空気量の変化速度とＥ
ＧＲ量の変化速度が異なると、吸入空気量に対しＥＧＲ
量が過剰になったり不足したりして、内燃機関にトルク
変動や失火が生じるおそれがある。

【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、燃焼方式が切り換えられる
ときに、内燃機関にトルク変動や失火が生じるのを防止
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、燃焼室への吸入空気量を
調整するスロットルバルブと、排気の一部を吸気系に再
循環させる排気再循環機構に設けられたＥＧＲバルブと
を備えるとともに、燃焼方式が切り換えられる内燃機関
にあって、前記燃焼方式の切換時に前記ＥＧＲバルブ及
び前記スロットルバルブの目標開度をそれぞれ変更し、
それら変更された目標開度へと前記両バルブの実開度を
近づけることで、前記両バルブを切換後の燃焼方式に適
した開度へと制御する内燃機関の制御装置において、前
記燃焼方式切換時に前記スロットルバルブの目標開度変
更を前記ＥＧＲバルブの目標開度変更よりも緩やかに行
う目標開度変更手段を備えた。

【００１７】同構成によれば、燃焼方式切換時におい
て、スロットルバルブの目標開度変更がＥＧＲバルブの
目標開度変更よりも緩やかに行われるため、目標開度変
更に対して実際の開度変化が遅いＥＧＲバルブの開度変
化速度と、目標開度変更に対して実際の開度変化が速や
かに行われるスロットルバルブの開度変化速度とが近く
なる。そのため、スロットルバルブの開度変化に基づく
吸入空気量変化速度と、ＥＧＲバルブの開度変化に基づ
く排気再循環量（ＥＧＲ量）変化速度とが近くなり、燃
焼方式切換時に吸入空気量に対しＥＧＲ量が過剰になっ
たり不足したりすることがなくなる。

【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、前記目標開度変更手段は、前記スロット
ルバルブにおける実際の開度変化速度が前記ＥＧＲバル
ブにおける実際の開度変化速度と等しくなるように、前
記スロットルバルブの目標開度を変更するものとした。

【００１９】同構成によれば、燃焼方式切換時における
スロットルバルブの目標開度変更は、その目標開度変更
に基づく吸入空気量の変化速度が、ＥＧＲバルブの目標
開度変更に基づく排気再循環量（ＥＧＲ量）の変化速度
と等しくなるように行われる。その結果、燃焼方式切換
時に吸入空気量に対しＥＧＲ量が過剰になったり不足し
たりすることがなくなる。

【００２０】請求項３記載の発明では、燃焼室への吸入
空気量を調整するスロットルバルブと、排気の一部を吸
気系に再循環させる排気再循環機構に設けられたＥＧＲ
バルブとを備えるとともに、燃焼方式が切り換えられる
内燃機関にあって、前記燃焼方式の切換時に前記ＥＧＲ
バルブ及び前記スロットルバルブを切換後の燃焼方式に
適した開度へと制御する内燃機関の制御装置において、
前記燃焼方式切換時に吸入空気量の変化速度が再循環排
気量の変化速度と等しくなるように、前記スロットルバ
ルブを切換後の燃焼方式に適した開度へと制御するスロ
ットル開度制御手段を備えた。

【００２１】同構成によれば、燃焼方式切換時における
スロットルバルブの開度制御は、同バルブの開度変更に
基づく吸入空気量の変化速度が、ＥＧＲバルブの開度変
更に基づくＥＧＲ量の変化速度と等しくなるように行わ
れるため、燃焼方式切換時に吸入空気量に対しＥＧＲ量
が過剰になったり不足したりすることがなくなる。

【００２２】

【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
１０に従って説明する。

【００２３】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。

【００２４】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。

【００２５】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。

【００２６】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。

【００２７】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。

【００２８】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。

【００２９】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、直流（ＤＣ）モ
ータからなる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。

【００３０】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。

【００３１】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。

【００３２】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。

【００３３】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。

【００３４】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。

【００３５】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。

【００３６】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。

【００３７】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。

【００３８】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。

【００３９】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。

【００４０】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。

【００４１】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。

【００４２】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。

【００４３】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。

【００４４】・「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。

【００４５】ＥＣＵ９２は、「ＦＭＯＤＥ＝１２」であ
ることに基づき、燃焼噴射量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＝１
２」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。

【００４６】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。

【００４７】・「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。

【００４８】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。

【００４９】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。

【００５０】・「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。

【００５１】ＥＣＵ９２は、「ＦＭＯＤＥ＝４」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、「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。

【００５２】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。

【００５３】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。

【００５４】・「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。

【００５５】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。

【００５６】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。

【００５７】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。

【００５８】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。

【００５９】ここで、リッチスパイク制御中のバルブ指
示モードＦＭＯＤＥ、最終スロットル目標開度ＴＲＴＲ
ＥＱ、吸気圧ＰＭ、ＥＧＲバルブ目標開度、実際のＥＧ
Ｒバルブ開度、ＥＧＲ量、噴射・点火指示モードＦＭＯ
ＤＥＩ、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。

【００６０】「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）」から順次「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。

【００６１】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（最終スロットル目標開度）Ｔ
ＲＴＲＥＱを各燃焼方式に適した値へと変更する。この
最終スロットル目標開度ＴＲＴＲＥＱは、基本スロット
ル開度ＴＲＴＲＥＱ0 に基づき求められる。また、ＥＣ
Ｕ９２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（ＥＧ
Ｒバルブ目標開度）を各燃焼方式に適した値へと変更す
る。

【００６２】上記基本スロットル目標開度ＴＲＴＲＥＱ
0 は、エンジン回転数ＮＥと燃料噴射量Ｑに基づきマッ
プ演算される。この燃料噴射量Ｑは、アクセル踏込量及
びエンジン回転数ＮＥに基づき求められ、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
記マップ演算される基本スロットル目標開度ＴＲＴＲＥ
Ｑ0 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、基本スロットル目
標開度ＴＲＴＲＥＱ0 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
基本スロットル目標開度ＴＲＴＲＥＱ0 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。

【００６３】実線Ｌ１〜Ｌ４から明らかなように、基本
スロットル目標開度ＴＲＴＲＥＱ0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、求められる基本スロットル目標開度ＴＲＴＲ
ＥＱ0 が図６の二点鎖線上を推移することとなる。こう
した基本スロットル目標開度ＴＲＴＲＥＱ0 の推移に合
わせて最終スロットル目標開度ＴＲＴＲＥＱが推移し、
ＥＣＵ９２が当該最終スロットル目標開度ＴＲＴＲＥＱ
に基づきスロットル用モータ２４を駆動制御すること
で、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。

【００６４】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、求められる基本スロットル目
標開度ＴＲＴＲＥＱ0 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ＴＲＴＲＥ
Ｑ0 はＰ１点から順次Ｐ２点，Ｐ３点，Ｐ４点、Ｐ３
点、Ｐ２点、Ｐ１点へと変化する。

【００６５】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」での基本スロットル目標開度ＴＲＴ
ＲＥＱ0 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。

【００６６】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４
３の開度が各燃焼方式に適した値となる。

【００６７】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。

【００６８】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、上記最終スロットル目標開度Ｔ
ＲＴＲＥＱ及びＥＧＲバルブ目標開度が順次変化するこ
ととなる。即ち、最終スロットル目標開度ＴＲＴＲＥＱ
が図７（ｂ）に実線で示すように推移するとともに、Ｅ
ＧＲ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。

【００６９】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、上記推移する最終スロ
ットル目標開度ＴＲＴＲＥＱ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、上記最終スロットル目標開度ＴＲＴＲＥ
Ｑ（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。

【００７０】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４３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。

【００７１】ＥＣＵ９２は、燃焼方式の切り換えに基づ
くバルブ指示モードＦＭＯＤＥの変化に応じて、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。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。そし
て、上記噴射・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）に実線で示すように一定に保たれる。

【００７２】ところで、リッチスパイク制御中におい
て、燃焼方式の切換時にはスロットルバルブ２３及びＥ
ＧＲバルブ４３の目標開度が切換後の燃焼方式に適した
値へと変更される。しかし、スロットルバルブ２３が目
標開度の変更に対して速やかに実際の開度を変更させる
ことができるのに対し、ＥＧＲバルブ４３においてはス
テップモータ４３ａによって駆動されるために目標開度
の変更に対して図７（ｅ）に示すように実際の開度変化
が遅くなる。そのため、上記燃焼方式切換時において、
スロットルバルブ２３の開度変更に基づく吸入空気量の
変化速度と、ＥＧＲバルブ４３の開度変更に基づくＥＧ
Ｒ量の変化速度とが異なるものとなる。そして、このよ
うに吸入空気量の変化速度とＥＧＲ量の変化速度とが異
なると、吸入空気量に対しＥＧＲ量が過剰になったり不
足したりして、内燃機関にトルク変動や失火が生じるお
それがある。

【００７３】そこで、本実施形態では、燃焼方式切換時
に図７（ｂ）に示すように最終スロットル目標開度ＴＲ
ＴＲＥＱを、図７（ｄ）に示すＥＧＲバルブ目標開度よ
りも緩やかに切換後の燃焼方式に適した値へと変化させ
る。そのため、目標開度変更に対して実際の開度変化が
遅いＥＧＲバルブ４３の開度変化速度と、目標開度変更
に対して実際の開度変化が速やかに行われるスロットル
バルブ２３の開度変化速度とが近くなる。そして、上記
スロットルバルブ２３の開度変化に基づき図７（ｃ）に
示すように推移する吸入空気量の変化速度と、上記ＥＧ
Ｒバルブ４３の開度変化に基づき図７（ｆ）に示すよう
に推移するＥＧＲ量の変化速度とが等しくなる。即ち、
上記燃焼方式切換時における最終スロットル目標開度Ｔ
ＲＴＲＥＱの変更は、上記吸入空気量変化速度と上記Ｅ
ＧＲ量変化速度とが等しくなるように行われる。こうし
て燃焼方式切換時の吸入空気量変化速度とＥＧＲ量変化
速度とが等しくなることにより、その燃焼方式切換時に
おいて吸入空気量に対しＥＧＲ量が過剰になったり不足
したりすることがなくなる。

【００７４】次に、リッチスパイク制御中の燃焼方式切
換時における最終スロットル目標開度ＴＲＴＲＥＱの算
出手順について図８を参照して説明する。この図８は、
最終スロットル目標開度を算出するための最終スロット
ル目標開度算出ルーチンを示すフローチャートである。
最終スロットル目標開度算出ルーチンは、ＥＣＵ９２を
通じて例えば４ｍｓ毎の時間割り込みにて実行される。

【００７５】同ルーチンにおいてＥＣＵ９２は、ステッ
プＳ１０１の処理として、リッチスパイク制御中か否か
を判断する。そして、リッチスパイク制御中でない旨判
断されると、ＥＣＵ９２は、この最終スロットル目標開
度算出ルーチンを一旦終了する。また、ステップＳ１０
１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、ステップＳ１０２に進む。

【００７６】ＥＣＵ９２は、ステップＳ１０２の処理と
して、エンジン回転数ＮＥ及び燃料噴射量Ｑが一定か否
か、即ちエンジン１１の運転が定常状態であるか否かを
判断する。そして、エンジン回転数ＮＥ及び燃料噴射量
Ｑが一定でなくエンジン１１の運転が定常状態でない旨
判断されると、ＥＣＵ９２は、この最終スロットル目標
開度算出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、エンジン回転数ＮＥ及び燃料噴射
量Ｑが一定であってエンジン１１の運転が定常状態であ
る旨判断されると、ステップＳ１０３に進む。

【００７７】ＥＣＵ９２は、ステップＳ１０３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を判断する。そして、ス
テップＳ１０３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Ｓ１０４に進
む。こうしてステップＳ１０４に進むということは、リ
ッチスパイク制御中において現在「均質リッチ燃焼」へ
向かう途中であることを意味する。

【００７８】ＥＣＵ９２は、ステップＳ１０４の処理と
して、マップ演算された基本スロットル目標開度ＴＲＴ
ＲＥＱ0 が、前回の最終スロットル目標開度ＴＲＴＲＥ
Ｑi-1 から所定値α１を減算したものより小さいか否か
を判断する。リッチスパイク制御中に「均質リッチ燃
焼」へ向かう途中において、燃焼方式が切換られた場合
には、上記マップ演算される基本スロットル目標開度Ｔ
ＲＴＲＥＱ0 が急に小さくなる。そのため、上記燃焼方
式切換時には、マップ演算される基本スロットル目標開
度ＴＲＴＲＥＱ0 が、前回の最終スロットル目標開度Ｔ
ＲＴＲＥＱi-1 から所定値α１を減算したものより小さ
くなる。なお、所定値α１は、上記燃焼方式切換時にお
ける基本スロットル目標開度ＴＲＴＲＥＱ0 の変化量よ
りも十分に小さいものとする。

【００７９】そして、ステップＳ１０４の処理におい
て、「ＴＲＴＲＥＱ0 ＜ＴＲＴＲＥＱi-1 −α１」でな
い旨判断されると、ステップＳ１０５に進む。ＥＣＵ９
２は、ステップＳ１０５の処理として、基本スロットル
目標開度ＴＲＴＲＥＱ0 を今回の最終スロットル目標開
度ＴＲＴＲＥＱi として設定した後、この最終スロット
ル目標開度算出ルーチンを一旦終了する。

【００８０】また、上記ステップＳ１０４の処理におい
て、「ＴＲＴＲＥＱ0 ＜ＴＲＴＲＥＱi-1 −α１」であ
る旨判断されると、ステップＳ１０６に進む。ＥＣＵ９
２は、ステップＳ１０６の処理として、前回の最終スロ
ットル目標開度ＴＲＴＲＥＱi-1 から所定値α１を減算
したものを今回の最終スロットル目標開度ＴＲＴＲＥＱ
i として設定した後、この最終スロットル目標開度算出
ルーチンを一旦終了する。従って、リッチスパイク制御
中に「均質リッチ燃焼」へ向かう途中で燃焼方式が切換
られると、図９に実線で示すように最終目標スロットル
開度が所定値α１ずつ小さくされ、切換後の燃焼方式に
対応した基本スロットル目標開度ＴＲＴＲＥＱ0 に近づ
けられる。

【００８１】このように上記燃焼方式切換時には最終ス
ロットル目標開度ＴＲＴＲＥＱは、切換後の燃焼方式に
対応した基本スロットル目標開度ＴＲＴＲＥＱ0 と同じ
値に直ちに変化するのではなく、徐々に同基本スロット
ル目標開度ＴＲＴＲＥＱ0 に近づけられる。そのため、
上記燃焼方式切換時には最終スロットル目標開度ＴＲＴ
ＲＥＱが切換後の燃焼方式に適した値へと緩やかに変化
する。そして、ＥＣＵ９２は、別にルーチンによって上
記緩やかに変化する最終スロットル目標開度ＴＲＴＲＥ
Ｑに基づきスロットル用モータ２４を駆動制御し、スロ
ットルバルブ２３の実開度を上記最終スロットル目標開
度ＴＲＴＲＥＱに対応して変化させる。

【００８２】その結果、上記スロットル開度変化に基づ
き図７（ｃ）に示すように変化する吸気圧ＰＭ（吸入空
気量）の変化速度が、上記燃焼方式切換時に図７（ｆ）
に示すように変化するＥＧＲ量の変化速度と等しくな
る。即ち、上記吸入空気量の変化速度を決定するのはス
テップＳ１０６の処理における所定値α１の大きさであ
るが、その所定値α１が上記吸入空気量の変化速度と上
記ＥＧＲ量の変化速度とが等しくなる値に予め設定され
る。そして、上記燃焼方式切換時の吸入空気量変化速度
とＥＧＲ量変化速度とが等しくなることで、その燃焼方
式切換時に吸入空気量に対しＥＧＲ量が過剰になりエン
ジン１１にトルク変動や失火が生じるのを防止すること
ができるようになる。

【００８３】一方、上記ステップＳ１０３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、ステップＳ１０７に進む。こうしてステップＳ１０
７に進むということは、リッチスパイク制御中において
現在「均質リッチ燃焼」から「成層燃焼」側へ戻る途中
であることを意味する。

【００８４】ＥＣＵ９２は、ステップＳ１０７の処理と
して、図６のマップを参照して算出された基本スロット
ル目標開度ＴＲＴＲＥＱ0 が、前回の最終スロットル目
標開度ＴＲＴＲＥＱi-1 に所定値α２を加算したものよ
り大きいか否かを判断する。リッチスパイク制御中に
「均質リッチ燃焼」から「成層燃焼」側へ向かう途中に
おいて、燃焼方式が切換られた場合には、上記マップ演
算される基本スロットル目標開度ＴＲＴＲＥＱ0 が急に
大きくなる。そのため、上記燃焼方式切換時には、マッ
プ演算される基本スロットル目標開度ＴＲＴＲＥＱ0
が、前回の最終スロットル目標開度ＴＲＴＲＥＱi-1 に
所定値α２を加算したものより大きくなる。なお、所定
値α２は、上記燃焼方式切換時における基本スロットル
目標開度ＴＲＴＲＥＱ0 の変化量よりも十分に小さいも
のとする。

【００８５】そして、ステップＳ１０７の処理におい
て、「ＴＲＴＲＥＱ0 ＞ＴＲＴＲＥＱi-1 ＋α２」でな
い旨判断されると、ステップＳ１０５に進む。ＥＣＵ９
２は、ステップＳ１０５の処理として、基本スロットル
目標開度ＴＲＴＲＥＱ0 を今回の最終スロットル目標開
度ＴＲＴＲＥＱi として設定した後、この最終スロット
ル目標開度算出ルーチンを一旦終了する。

【００８６】また、上記ステップＳ１０７の処理におい
て、「ＴＲＴＲＥＱ0 ＞ＴＲＴＲＥＱi-1 ＋α２」であ
る旨判断されると、ステップＳ１０８に進む。ＥＣＵ９
２は、ステップＳ１０８の処理として、前回の最終スロ
ットル目標開度ＴＲＴＲＥＱi-1 に所定値α２を加算し
たものを今回の最終スロットル目標開度ＴＲＴＲＥＱi
として設定した後、この最終スロットル目標開度算出ル
ーチンを一旦終了する。従って、リッチスパイク制御中
に「均質リッチ燃焼」から「成層燃焼」側へ戻る途中で
燃焼方式が切換られると、図１０に実線で示すように最
終目標スロットル開度が所定値α２ずつ大きくされ、切
換後の燃焼方式に対応した基本スロットル目標開度ＴＲ
ＴＲＥＱ0 に近づけられる。

【００８７】このように上記燃焼方式切換時には最終ス
ロットル目標開度ＴＲＴＲＥＱは、切換後の燃焼方式に
対応した基本スロットル目標開度ＴＲＴＲＥＱ0 と同じ
値に直ちに変化するのではなく、徐々に同基本スロット
ル目標開度ＴＲＴＲＥＱ0 に近づけられる。そのため、
上記燃焼方式切換時には最終スロットル目標開度ＴＲＴ
ＲＥＱが切換後の燃焼方式に適した値へと緩やかに変化
する。そして、ＥＣＵ９２は、別にルーチンによって上
記緩やかに変化する最終スロットル目標開度ＴＲＴＲＥ
Ｑに基づきスロットル用モータ２４を駆動制御し、スロ
ットルバルブ２３の実開度を上記最終スロットル目標開
度ＴＲＴＲＥＱに対応して変化させる。

【００８８】その結果、上記スロットル開度変化に基づ
き図７（ｃ）に示すように変化する吸気圧ＰＭ（吸入空
気量）の変化速度が、上記燃焼方式切換時に図７（ｆ）
に示すように変化するＥＧＲ量の変化速度と等しくな
る。即ち、上記吸入空気量の変化速度を決定するのはス
テップＳ１０８の処理における所定値α２の大きさであ
るが、その所定値α２が上記吸入空気量の変化速度と上
記ＥＧＲ量の変化速度とが等しくなる値に予め設定され
る。そして、上記燃焼方式切換時の吸入空気量変化速度
とＥＧＲ量変化速度とが等しくなることで、その燃焼方
式切換時に吸入空気量に対しＥＧＲ量が不足してエンジ
ン１１にトルク変動が生じるのを防止することができる
ようになる。

【００８９】以上詳述した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の燃焼方式切換時に、図７
（ｂ）に示す最終スロットル目標開度ＴＲＴＲＥＱが切
換後の燃焼方式に適した値へと変更されるとき、その最
終スロットル目標開度ＴＲＴＲＥＱの変更は、図７
（ｄ）に示すＥＧＲバルブ目標開度の上記燃焼方式切換
時の変更よりも緩やかに行われる。更に、上記最終スロ
ットル目標開度ＴＲＴＲＥＱの変更は、その目標開度変
更に基づきスロットルバルブ２３の実開度が変化したと
きの吸入空気量の変化速度が、上記ＥＧＲバルブ目標開
度の変更に基づきＥＧＲバルブ４３の実開度が変化した
ときのＥＧＲ量の変化速度と等しくなるように行われ
る。こうして上記燃焼方式切換時の吸入空気量変化速度
とＥＧＲ量変化速度とが等しくなることにより、その燃
焼方式切換時において吸入空気量に対しＥＧＲ量が過剰
になったり不足したりすることがなくなる。そして、そ
の吸入空気量に対するＥＧＲ量の過剰や不足によって、
エンジン１１にトルク変動や失火が生じるのを防止する
ことができる。

【００９０】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、リッチスパイク制御中の燃焼方式切
換時における最終スロットル目標開度ＴＲＴＲＥＱの変
更は、その目標開度変更に基づきスロットルバルブ２３
の実開度が変化したときの吸入空気量の変化速度が、上
記ＥＧＲバルブ目標開度の変更に基づきＥＧＲバルブ４
３の実開度が変化したときのＥＧＲ量の変化速度と等し
くなるように行われるが、本発明はこれに限定されな
い。即ち、上記最終スロットル目標開度ＴＲＴＲＥＱの
変更を、必ずしも同最終スロットル目標開度ＴＲＴＲＥ
Ｑの変更に基づく吸入空気量変化の速度が、上記ＥＧＲ
バルブ目標開度の変更に基づくＥＧＲ量変化の速度と等
しくなるように行う必要はない。

【００９１】・本実施形態では、最終スロットル目標開
度ＴＲＴＲＥＱを徐々に変更することにより、目標開度
へとスロットルバルブ２３の実開度を近づけるフィード
バック制御によってスロットルバルブ２３の実開度が変
化したときの吸入空気量の変化速度が、上記ＥＧＲバル
ブ目標開度の変更に基づきＥＧＲバルブ４３の実開度が
変化したときのＥＧＲ量の変化速度が等しくなるように
したが、本発明はこれに限定されない。即ち、上記目標
開度へとスロットルバルブ２３の実開度を近づけるフィ
ードバック制御の制御ゲインを小さな値に変更すること
により、スロットルバルブ２３の実開度が変化したとき
の吸入空気量の変化速度が、上記ＥＧＲバルブ目標開度
の変更に基づきＥＧＲバルブ４３の実開度が変化したと
きのＥＧＲ量の変化速度と等しくなるようスロットルバ
ルブ２３の開度制御を行うようにしてもよい。

【００９２】・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
換時に本発明を適用してもよい。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。

【００９３】・上記リッチスパイク制御中やブレーキ制
御中に限らず、通常の燃焼方式切換時に本発明を適用し
てもよい。次に、以上の実施形態から把握することので
きる請求項以外の技術的思想を、その効果とともに以下
に記載する。

【００９４】（１）燃焼室への吸入空気量を調整するス
ロットルバルブと、排気の一部を吸気系に再循環させる
排気再循環機構に設けられたＥＧＲバルブとを備えると
ともに、燃焼方式が切り換えられる内燃機関にあって、
前記燃焼方式の切換時に前記ＥＧＲバルブ及び前記スロ
ットルバルブの目標開度をそれぞれ変更し、それら変更
された目標開度へと前記両バルブの実開度を近づけるこ
とで、前記両バルブを切換後の燃焼方式に適した開度へ
と制御する内燃機関の制御方法において、前記燃焼方式
切換時に前記スロットルバルブの目標開度変更を前記Ｅ
ＧＲバルブの目標開度変更よりも緩やかに行うことを特
徴とする内燃機関の制御方法。

【００９５】この方法によれば、燃焼方式切換時におい
て、スロットルバルブの目標開度変更がＥＧＲバルブの
目標開度変更よりも緩やかに行われるため、目標開度変
更に対して実際の開度変化が遅いＥＧＲバルブの開度変
化速度と、目標開度変更に対して実際の開度変化が速や
かに行われるスロットルバルブの開度変化速度とが近く
なる。そのため、スロットルバルブの開度変化に基づく
吸入空気量変化速度と、ＥＧＲバルブの開度変化に基づ
く排気再循環量（ＥＧＲ量）変化速度とが近くなる。そ
の結果、燃焼方式切換時に吸入空気量に対しＥＧＲ量が
過剰になったり不足したりすることがなくなるため、内
燃機関にトルク変動や失火が生じるのを防止することが
できる。

【００９６】（２）上記（１）に記載の内燃機関の制御
方法において、前記燃焼方式切換時には、前記スロット
ルバルブの開度変更に基づく吸入空気量の変化速度が、
前記ＥＧＲバルブの開度変更に基づくＥＧＲ量の変化速
度と等しくなるように、前記スロットルバルブの目標開
度を変更する内燃機関の制御方法。

【００９７】この方法によれば、燃焼方式切換時におけ
るスロットルバルブの目標開度変更は、その目標開度変
更に基づく吸入空気量の変化速度が、ＥＧＲバルブの目
標開度変更に基づくＥＧＲ量の変化速度と等しくなるよ
うに行われる。その結果、燃焼方式切換時に吸入空気量
に対しＥＧＲ量が過剰になったり不足したりすることが
なくなるため、内燃機関にトルク変動や失火が生じるの
を防止することができる。

【００９８】（３）燃焼室への吸入空気量を調整するス
ロットルバルブと、排気の一部を吸気系に再循環させる
排気再循環機構に設けられたＥＧＲバルブとを備えると
ともに、燃焼方式が切り換えられる内燃機関にあって、
前記燃焼方式の切換時に前記ＥＧＲバルブ及び前記スロ
ットルバルブを切換後の燃焼方式に適した開度へと制御
する内燃機関の制御方法において、前記燃焼方式切換時
に吸入空気量の変化速度が再循環排気量の変化速度と等
しくなるように、前記スロットルバルブを切換後の燃焼
方式に適した開度へと制御することを特徴とする内燃機
関の制御方法。

【００９９】この方法によれば、燃焼方式切換時におけ
るスロットルバルブの開度制御は、同バルブの開度変更
に基づく吸入空気量の変化速度が、ＥＧＲバルブの開度
変更に基づくＥＧＲ量の変化速度と等しくなるように行
われる。その結果、燃焼方式切換時に吸入空気量に対し
ＥＧＲ量が過剰になったり不足したりすることがなくな
るため、内燃機関にトルク変動や失火が生じるのを防止
することができる。

【０１００】

【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、燃焼方式
切換時において、スロットルバルブの目標開度変更がＥ
ＧＲバルブの目標開度変更よりも緩やかに行われるた
め、目標開度変更に対して実際の開度変化が遅いＥＧＲ
バルブの開度変化速度と、目標開度変更に対して実際の
開度変化が速やかに行われるスロットルバルブの開度変
化速度とが近くなる。そのため、スロットルバルブの開
度変化に基づく吸入空気量変化速度と、ＥＧＲバルブの
開度変化に基づく排気再循環量（ＥＧＲ量）変化速度と
が近くなる。その結果、燃焼方式切換時に吸入空気量に
対しＥＧＲ量が過剰になったり不足したりすることがな
くなるため、内燃機関にトルク変動や失火が生じるのを
防止することができる。

【０１０１】請求項２記載の発明によれば、燃焼方式切
換時におけるスロットルバルブの目標開度変更は、その
目標開度変更に基づく吸入空気量の変化速度が、ＥＧＲ
バルブの目標開度変更に基づくＥＧＲ量の変化速度と等
しくなるように行われる。その結果、燃焼方式切換時に
吸入空気量に対しＥＧＲ量が過剰になったり不足したり
することがなくなるため、内燃機関にトルク変動や失火
が生じるのを防止することができる。

【０１０２】請求項３記載の発明によれば、燃焼方式切
換時におけるスロットルバルブの開度制御は、同バルブ
の開度変更に基づく吸入空気量の変化速度が、ＥＧＲバ
ルブの開度変更に基づくＥＧＲ量の変化速度と等しくな
るように行われる。その結果、燃焼方式切換時に吸入空
気量に対しＥＧＲ量が過剰になったり不足したりするこ
とがなくなるため、内燃機関にトルク変動や失火が生じ
るの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基本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、最終スロットル目標開度ＴＲＴＲＥＱ、
吸気圧ＰＭ、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ＦＭＯＤＥ
Ｉ、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】最終スロットル目標開度の算出手順を示すフロ
ーチャート。

【図９】リッチスパイク制御中に「均質リッチ燃焼」へ
向かう途中での燃焼方式切換時における最終スロットル
目標開度の推移を示すタイムチャート。

【図１０】リッチスパイク制御中に「均質リッチ燃焼」
から「成層燃焼」側へ戻る途中での燃焼方式切換時にお
ける最終スロットル目標開度の推移を示すタイムチャー
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 ３２０Ｆ０２Ｄ 41/14 ３２０Ｃ 43/00 ３０１ 43/00 ３０１Ｈ３０１Ｊ３０１Ｋ３０１ＮＦ０２Ｍ 25/07 ５５０Ｆ０２Ｍ 25/07 ５５０ＧＦターム(参考） 3G062 AA07 AA08 BA05 BA06 DA04 EA10 FA05 FA08 GA02 GA04 GA06 GA15 GA17 GA28 3G065 CA00 CA13 DA04 FA02 FA12 GA01 GA10 GA14 GA18 GA29 GA41 GA46 3G084 AA04 BA05 BA09 BA15 BA20 CA05 DA11 DA28 EA11 EB08 EB12 EC03 FA10 FA29 FA33 FA37 3G092 AA01 AA09 AA10 AA17 AB02 BA01 BA06 BA07 BB06 DC03 DC06 DC08 DG08 EA08 EA22 EC01 EC09 FA00 FA05 GA08 HA02Z HA05Z HA06X HA06Z HB01Z HD05X HD07X HE01Z HE03Z HF08Z HF25Z 3G301 HA13 HA16 HA17 JA04 JA23 KA21 LA00 LA03 LA05 LC03 LC04 MA01 MA19 MA26 NA08 NC02 ND02 NE03 NE13 NE15 PA02Z PA07Z PA11A PA11Z PB03Z PD03A PD15A PE01Z PE03Z PF03Z PF05Z

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】燃焼室への吸入空気量を調整するスロット
ルバルブと、排気の一部を吸気系に再循環させる排気再
循環機構に設けられたＥＧＲバルブとを備えるととも
に、燃焼方式が切り換えられる内燃機関にあって、前記
燃焼方式の切換時に前記ＥＧＲバルブ及び前記スロット
ルバルブの目標開度をそれぞれ変更し、それら変更され
た目標開度へと前記両バルブの実開度を近づけること
で、前記両バルブを切換後の燃焼方式に適した開度へと
制御する内燃機関の制御装置において、前記燃焼方式切換時に前記スロットルバルブの目標開度
変更を前記ＥＧＲバルブの目標開度変更よりも緩やかに
行う目標開度変更手段を備えることを特徴とする内燃機
関の制御装置。
【請求項２】前記目標開度変更手段は、前記スロットル
バルブの開度変更に基づく吸入空気量の変化速度が前記
ＥＧＲバルブの開度変更に基づく排気再循環量の変化速
度と等しくなるように、前記スロットルバルブの目標開
度を変更する請求項１記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】燃焼室への吸入空気量を調整するスロット
ルバルブと、排気の一部を吸気系に再循環させる排気再
循環機構に設けられたＥＧＲバルブとを備えるととも
に、燃焼方式が切り換えられる内燃機関にあって、前記
燃焼方式の切換時に前記ＥＧＲバルブ及び前記スロット
ルバルブを切換後の燃焼方式に適した開度へと制御する
内燃機関の制御装置において、前記燃焼方式切換時に吸入空気量の変化速度が再循環排
気量の変化速度と等しくなるように、前記スロットルバ
ルブを切換後の燃焼方式に適した開度へと制御するスロ
ットル開度制御手段を備えることを特徴とする内燃機関
の制御装置。