JP2004060504A - 直噴火花点火式エンジンの制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】一回燃料噴射の均質燃焼と、排気浄化触媒活性化のための分割噴射成層リーン燃焼との切換をトルク段差を吸収しつつ行う。
【解決手段】均質ストイキ燃焼（空燃比フィードバック制御）から、点火時期を遅角側安定限界付近まで徐々に遅角した後、圧縮行程と吸気行程とで燃料を分割噴射して点火栓周りをリッチ、その外側とリーンとして燃焼室内平均空燃比を略ストイキとした成層ストイキ燃焼に切り換えると同時に前記総遅角分を一気に進角してトルク段差を吸収し、再度点火時期を遅角側安定限界付近まで徐々に遅角した後、吸気行程燃料噴射量を減少して平均空燃比をリーン化した分割噴射成層リーン燃焼に切り換えると同時に前記総遅角分を一気に進角してトルク段差を吸収する。
【選択図】　図７

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、直噴火花点火式エンジンの制御装置に関し、特に、運転状態に応じて燃焼形態を切り換えるエンジンにおける燃焼形態切り換え時の制御に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、燃費や排気浄化性能の向上を目的として、エンジンの燃焼室内に直接燃料を噴射供給して成層燃焼を行わせる直噴火花点火式エンジンが、採用されてきている。
同上の直噴火花点火式エンジンにおいて、排気浄化触媒の昇温活性化促進のため、燃料を吸気行程と圧縮行程とで分割して噴射することにより、点火栓周りの空燃比をその外側の空燃比よりリッチな混合気を形成して、成層燃焼させるようにしたものがある。上記燃料噴射を複数回分割して行う成層燃焼（以下、分割噴射成層燃焼という）では、燃焼室内の平均空燃比をλ＝１．１付近としたときに、最も効率良く触媒を活性化できることが判明した（特開平１１−３６９１９号公報参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、低温始動時には、まず安定した燃焼性を確保するため燃焼室全体に均質な混合気を形成して燃焼する均質燃焼を行い、次いで触媒活性化の要求から前記分割成層燃焼に切り換えられる。
しかしながら、上記のように均質燃焼から触媒活性化の効率が高いλ＝１．１付近のリーン空燃比での分割噴射成層燃焼に切り換える場合、両燃焼形態間のトルク段差が大きく、運転性が損なわれてしまうという問題を生じる。
【０００４】
このため、均質燃焼で点火時期を安定限界付近まで遅角させた後、分割噴射成層燃焼への切り換えと同時に進角させることで、トルク段差を抑制することが可能であり、分割噴射成層燃焼における平均空燃比がストイキ近傍である場合には、該点火時期制御により、トルク段差を解消することが可能であった。
しかしながら、均質燃焼からλ＝１．１付近のリーン空燃比での分割噴射成層燃焼に切り換える場合は、両燃焼形態間のトルク段差が大きすぎるため、上記点火時期制御でトルク段差を解消することができなかった。
【０００５】
本発明は、このような従来の課題に着目してなされたもので、均質燃焼から触媒活性化効率が高いリーン空燃比での分割噴射成層燃焼に切り換えを、トルク段差を回避し良好な運転性を確保しつつ行えるようにすることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
このため、本発明は、均質燃焼から目標とする分割噴射成層燃焼への切り換え時、まず、均質燃焼から燃焼室内の平均空燃比が目標とする分割噴射成層燃焼の平均空燃比よりリッチな過渡的な分割噴射成層燃焼へ移行させ、次いで、該過渡的な分割噴射成層燃焼から目標とする分割噴射成層燃焼へ切り換えるように、燃焼を切り換える。
【０００７】
そして、前記各燃焼の切り換え毎のトルク段差を吸収するように点火時期を切換制御する構成とした。
このようにすれば、均質燃焼から過渡的な分割噴射成層燃焼、過渡的な分割噴射成層燃焼から目標とする分割噴射成層燃焼への各切り換え時に要求されるトルク段差解消代を小さくなるので、点火時期によるトルク段差の吸収を良好に行うことができ、良好な運転性を確保できる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を、添付の図面に基づいて説明する。
本発明の実施形態のシステム構成を示す図１において、機関１の吸気通路２には吸入空気流量Ｑａを検出するエアフローメータ３及び吸入空気流量Ｑａを制御するスロットル弁４が設けられると共に、各気筒の燃焼室に臨ませて、燃料噴射弁５が設けられている。
【０００９】
燃料タンク２１内の燃料は、電動式の低圧燃料ポンプ２２によって吸引され、該低圧燃料ポンプ２２から吐出された低圧燃料は、燃料フィルタ２３を介して機関駆動される高圧燃料ポンプ２４に供給される。
前記低圧燃料ポンプ２２による高圧燃料ポンプ２４に対する燃料の供給圧は、高圧燃料ポンプ２４の上流側から前記燃料タンク２１に戻るリターン通路２５に介装された低圧プレッシャレギュレータ２６によって所定の低圧に調整される。
【００１０】
前記低圧プレッシャレギュレータ２６は、燃圧が目標の低圧よりも高いときに前記リターン通路２５を開いて燃料を燃料タンク２１に戻すことで、燃圧を所定の低圧に調整するものである。
一方、前記高圧燃料ポンプ２４から吐出されて燃料噴射弁５に供給される燃圧は、高圧プレッシャレギュレータ２７によって所定の高圧に調整される。
【００１１】
前記高圧プレッシャレギュレータ２７は、後述するコントロールユニット５０からの制御信号に応じて、前記高圧燃料ポンプ２４の下流側の燃料を低圧側に戻す通路２８の開口面積を連続的に変化させるものであり、コントロールユニット５０は、燃圧センサ２９で検出される燃圧（燃料噴射弁５への燃料供給圧力）が目標の高圧になるように、前記制御信号を高圧プレッシャレギュレータ２７に出力する。
【００１２】
前記燃料噴射弁５は、前記コントロールユニット５０において設定される駆動パルス信号によって開弁駆動され、前記高圧プレッシャレギュレータ２７により所定圧力に制御された燃料を燃焼室内に直接噴射供給することができるようになっている。
また、吸気ポートには、スワールコントロールバルブ３０が装着され、成層燃焼時には、スワールコントロールバルブ３０を閉じて燃焼室内にスワールを生成することにより、成層混合気を生成する。
【００１３】
なお、燃焼室に臨んで装着されて、コントロールユニット５０からの点火信号に基づいて吸入混合気に対して点火を行う点火栓（点火プラグ）６が、各気筒に設けられている。
一方、排気通路７には、排気中の特定成分（例えば、酸素）濃度を検出することによって排気延いては吸入混合気の空燃比を検出する空燃比センサ８（リッチ・リーン出力する酸素センサであっても良いし、空燃比をリニアに広域に亘って検出する広域空燃比センサであってもよい）が設けられ、その下流側には、排気を浄化するための排気浄化触媒９が介装されている。なお、排気浄化触媒９としては、ストイキつまり理論空燃比｛λ＝１、Ａ／Ｆ（空気重量／燃料重量）・１４．７｝近傍において排気中のＣＯ，ＨＣの酸化とＮＯｘの還元を行って排気を浄化することができる三元触媒、或いは排気中のＣＯ，ＨＣの酸化を行う酸化触媒、或いは理論空燃比近傍において三元機能は発揮し、リーン空燃比において排気中のＮＯｘをトラップし、ストイキ乃至リッチ空燃比になったときにトラップしたＮＯｘを還元放出するＮＯｘトラップ触媒等を用いることができる。
【００１４】
更に、前記排気浄化触媒９の排気下流側には、排気中の特定成分（例えば、酸素）濃度を検出し、リッチ・リーン出力する下流側酸素センサ１０が設けられるようになっている。
ここでは、下流側酸素センサ１０の検出値により、空燃比センサ８の検出値に基づく空燃比フィードバック制御を補正することで、空燃比センサ８の劣化等に伴う制御誤差を抑制する等のために（所謂ダブル空燃比センサシステム採用のために）、前記下流側酸素センサ１０を設けて構成したが、空燃比センサ８の検出値に基づく空燃比フィードバック制御を行わせるだけで良い場合には、かかる下流側酸素センサ１０は省略することができるものである。
【００１５】
ところで、空燃比センサ８は、排気浄化触媒９の排気上流側に設けられ、かつ熱容量も小さいので、排気浄化触媒９に比べれば、活性化速度は極めて速い。また、空燃比センサ８を電熱ヒータ等により強制的に昇温（活性化）させることもできる。
そこで、本実施の形態では、始動後直ちに空燃比センサ８を活性化させて、均質燃焼でのストイキ制御を所定のディレイ時間行ってから、後述する成層ストイキ燃焼時を介して、分割噴射での成層リーン燃焼に切り換えるが、均質燃焼でのストイキ制御は勿論、成層ストイキ燃焼時にも燃焼室全体の空燃比がストイキとなるように、空燃比センサ８の検出値に基づいて、フィードバック制御することができる。
【００１６】
また、クランク角センサ１１が備えられており、コントロールユニット５０では、該クランク角センサ１１から機関回転と同期して出力されるクランク単位角信号を一定時間カウントして、又は、クランク基準角信号の周期を計測して機関回転速度Ｎｅを検出できるようになっている。
そして、機関１の冷却ジャケットに臨んで設けられ、冷却ジャケット内の冷却水温度Ｔｗを検出する水温センサ１２が設けられている。
【００１７】
また、前記スロットル弁４の開度を検出するスロットルセンサ１３（アイドルスイッチとしても機能させることができる）が設けられ、さらに、前記スロットル弁４の開度を、ＤＣモータ等のアクチュエータにより制御することができるスロットル弁制御装置１４が備えられている。
当該スロットル弁制御装置１４は、運転者のアクセルペダル操作量等に基づき演算される要求トルクを達成できるように、コントロールユニット５０からの駆動信号に基づき、スロットル弁４の開度を電子制御するものとして構成することができる。
【００１８】
前記各種センサ類からの検出信号は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ，Ａ／Ｄ変換器及び入出力インタフェース等を含んで構成されるマイクロコンピュータからなるコントロールユニット５０へ入力され、当該コントロールユニット５０は、前記センサ類からの信号に基づいて検出される運転状態に応じて、前記スロットル弁制御装置１４を介してスロットル弁４の開度を制御し、前記燃料噴射弁５を駆動して燃料噴射量　（燃料供給量）　を制御し、点火時期を設定して該点火時期で前記点火栓６を点火させる制御を行う。
【００１９】
なお、例えば、所定運転状態（低・中負荷領域など）で燃焼室内に圧縮行程で燃料噴射して、燃焼室内の点火栓６周辺に可燃混合気を層状に形成して成層燃焼を行うことができる一方、他の運転状態（高負荷領域など）では燃焼室内に吸気行程で燃料噴射して、シリンダ全体に略均質な混合比の混合気を形成して均質燃焼を行うことができるように、燃料噴射時期（噴射タイミング）についても、運転状態などに応じて変更可能に構成されている。
【００２０】
コントロールユニット５０は、始動開始から排気浄化触媒９が活性化するまでの間における大気中へのＨＣの排出を抑制しながら、排気浄化触媒９の早期活性化を図るようにするために、キースイッチ１６など各種センサからの入力信号を受け、以下の制御を行う。
具体的には、例えば、図２及び図３に示すようなフローチャートを実行するようになっている。図９は、該制御時における各部の変化の様子を示す。
【００２１】
ステップ（図では、Ｓと記してある。以下、同様）１では、従来同様の手法により、キースイッチ１６のイグニッション信号がＯＮとなったか（キー位置がイグニションＯＮ位置とされたか）否かを判断する。ＹＥＳであればステップ２へ進み、ＮＯであれば本フローを終了する。
ステップ２では、従来同様の手法により、キースイッチ１６のスタート信号がＯＮとなったか（キー位置がスタート位置とされたか）否かを判断する。即ち、スターターモータ（図示せず）によるクランキング要求があるか否かを判断する。
【００２２】
ＹＥＳであれば、始動クランキング要求があるとしてステップ３へ進み、ＮＯであれば未だクランキング要求はないと判断して、ステップ１へリターンする。ステップ３では、従来同様に、スターターモータの駆動を開始して、機関１をクランキングする。
ステップ４では、従来同様に、始動のための燃料噴射｛吸気行程での直接燃料噴射、図４（Ｂ）参照｝を行わせて、機関１の運転（直噴均質燃焼）を行わせる。ここで、始動性を考慮して空燃比はリッチに設定されている。
【００２３】
次のステップ５では、排気浄化触媒９が活性化していないか否かを判断する。当該判断は、該触媒９の温度をセンサを設けて検出し、あるいは、機関の運転履歴から該触媒９の温度を推定して、判断することができる。
触媒が活性化していなければ（ＹＥＳであれば）、ステップ６へ進む。
一方、ホットリスタート時など既に触媒が活性化していれば（ＮＯであれば）触媒活性化促進のための制御の必要はないとしてステップ１５へ進み、燃費改善等のために、運転状態に応じて、従来と同様の燃焼形態で燃焼を行わせ、該燃焼に応じた点火時期制御を行って本フローを終了する。
【００２４】
ステップ６では、空燃比フィードバック制御条件が成立したかを判定する。空燃比フィードバック制御条件が成立していない場合は、ステップ４へ戻って空燃比リッチでの均質燃焼が継続される。
ステップ６で、空燃比フィードバック制御条件が成立したと判定されたときは、均質燃焼での空燃比をストイキ（理論空燃比）とする空燃比フィードバック制御を開始すると共に、引き続く成層ストイキ燃焼への安定した切り換えを行うため、ステップ７で該空燃比フィードバック制御のディレイ時間を設定する。
【００２５】
すなわち、図５に示すように、成層ストイキ燃焼で燃焼が安定する空燃比範囲は均質燃焼に比較して狭く、前記空燃比フィードバック制御条件が成立したときの均質燃焼におけるリッチ空燃比のストイキからのズレが最も大きい場合を考慮すると、均質燃焼でのストイキ制御を所定時間以上継続して行って、前記成層ストイキ燃焼で燃焼が安定する空燃比範囲となってから、成層ストイキ燃焼に切り換える必要がある。空燃比範囲から外れた状態で成層ストイキ燃焼に切り換えた場合、燃料噴射量をストイキに制御しても、切り換え前のリッチな均質燃焼での壁流量が多いため、実際の空燃比はリッチとなって安定した燃焼が得られない。実際には、前記スワールコントロールバルブ３０の閉弁が完了してから成層ストイキ燃焼に切り換えるので、閉弁ディレイ時間があり、その間に、安定した成層ストイキ燃焼が得られる空燃比範囲に入る場合も多いが、前記空燃比フィードバック制御条件が成立したときの均質燃焼におけるリッチ空燃比のストイキからのズレが最も大きい場合には、該空燃比範囲に入るのに前記閉弁ディレイ時間以上の時間を要するので、確実に空燃比範囲に入るように、追加のディレイ時間を設定する。なお、成層ストイキ燃焼時に燃料を分割噴射するときは、分割された各噴射時間が短縮されて燃料噴射弁の開弁時間と燃料噴射量とのリニアリティが低下することがある。このため、成層ストイキ燃焼開始前に燃圧を減少させておき、分割された各噴射時間を増大させてリニアリティを確保することがある（図９最下部参照）が、この場合も、燃圧減少ディレイ時間では、安定した成層ストイキ燃焼が得られる空燃比範囲に入らないことがあるので、確実に空燃比範囲に入るように、追加のディレイ時間を設定する。
【００２６】
ステップ８では、前記成層ストイキ燃焼の許可条件が成立しているか否かを判定する。具体的には、下記の各条件が共に成立しているとき、成層ストイキ燃焼が許可される。
（１）空燃比センサ８が活性化していること（完爆から所定時間が経過していることで代替してもよい）。
【００２７】
（２）アイドルスイッチがＯＮであること。
（３）上記ステップ６で設定したディレイ時間経過後に、スワールコントロールバルブ３０を閉弁駆動し、該閉弁完了時間を経過していること。なお、ディレイ時間経過後に前記燃圧減少制御も行う場合は、スワールコントロールバルブ３０の閉弁と燃圧減少制御の完了のいずれか遅い方を経過していること。
【００２８】
そして、前記成層ストイキ燃焼の許可条件が成立したと判定された場合は、成層ストイキ燃焼を行わせても良好な着火性・燃焼性延いては機関安定性（機関運転性）等が得られるとして、ステップ８へ進む。
一方、ＮＯの場合には、成層ストイキ燃焼さらにはその後の分割噴射成層リーン燃焼を行わせると、燃焼安定性延いては機関安定性（機関運転性）等が低下する惧れがあるとして、成層ストイキ燃焼への移行を禁止して、吸気行程での直接燃料噴射（直噴均質燃焼）を継続すべく、ステップ４へリターンする。
【００２９】
前記成層ストイキ燃焼の許可条件が成立してステップ９へ進むと、前記均質燃焼から成層ストイキ燃焼への切り換えに応じたトルク段差を吸収するための点火時期制御を行いつつ、ステップ１０で燃料噴射を吸気行程と圧縮行程とに分割して、成層ストイキ燃焼を実行する。該成層ストイキ燃焼では、点火栓周りはストイキよりリッチ、その外側はストイキよりリーンな成層混合気が生成され、燃焼室内の平均空燃比が略ストイキに制御されて燃焼が行われる。
【００３０】
このようにして、一旦過渡的に成層ストイキ燃焼に切り換えた後、触媒活性化を最大限促進するため、燃焼室全体の平均空燃比を成層ストイキ燃焼よりリーン化した分割噴射成層リーン燃焼に切り換える。この場合も、燃焼切り換えによるトルク段差を吸収するための点火時期制御をステップ１１で行いつつステップ１２で空燃比（分割比）を切り換えることによって燃焼を切り換え、切り換え後は、ステップ１３で分割噴射成層リーン燃焼で、最も効率よく触媒活性化を促進でき、かつ、燃費も良い遅角側の安定限界付近まで徐々に遅角させる。
【００３１】
そして、上記最大限に効率の良い分割噴射成層リーン燃焼を行いつつ、ステップ１４で、排気浄化触媒９が活性化していないか否かを再度判断し、活性化されたと判断されるまで分割噴射成層リーン燃焼を継続し、活性化されたと判断された後、ステップ１５でトルク段差吸収用の点火時期制御を経て、ステップ１５で一回の燃料噴射による通常時の燃焼に切り換える。
【００３２】
図６は、前記均質ストイキ燃焼から分割噴射成層燃焼への切換時の制御を示すサブルーチンである。
均質燃焼から過渡的な分割噴射成層燃焼である成層ストイキ燃焼に切り換える場合は、熱効率が低い成層ストイキ燃焼への切換時のトルク低下を無くすためにトルクを増大補正する必要があるが、均質燃焼では、点火時期は、所定の燃費（或いは機関安定性）を達成できるように、ＭＢＴ（最大トルク発生点火時期）に制御されるので、そのままではトルクを増大補正するための点火時期の進角補正代がない。
【００３３】
そこで、まず、ステップ１１１で、燃焼切換時のトルク増大補正が可能な進角代を確保できるまで点火時期を均質燃焼での遅角側安定限界付近に設定した目標遅角点火時期まで徐々に遅角する補正を行う（図７［Ａ］→［Ｂ］）。
そして、ステップ１１２で前記目標遅角点火時期に達したと判定されたときに、ステップ１１３へ進んで、燃焼を均質燃焼から成層ストイキ燃焼に切り換える。具体的には、燃料噴射弁５から燃料噴射を吸気行程噴射から吸気行程噴射及び圧縮行程噴射（分割噴射）に切り換えて、成層ストイキ燃焼に切り換える。さらに、前記燃焼切換と同時に前記遅角補正開始からの総遅角補正量分を０として、点火時期を前記遅角補正開始前のＭＢＴに戻す（図７［Ｂ］→［Ｃ］）。即ち、前記総遅角補正量分を一気に進角方向に補正することにより、均質ストイキ燃焼から成層ストイキ燃焼への切換時のトルク段差（図７のａ）の発生を解消する。これにより、安定した運転性を確保できる。
【００３４】
ステップ１１４以降では、該過渡的な成層ストイキ燃焼から最終目標とする燃焼室内平均空燃比がストイキよりリーンなλ＝１．１程度の分割噴射成層リーン燃焼への切り換えを開始する。
成層ストイキ燃焼と成層リーン燃焼とを比較すると、成層リーン燃焼の方がトルクが低い（そのため、均質ストイキ燃焼から成層リーン燃焼へ一気に切り換えられない）ので、まず、ステップ１１４では、均質ストイキ燃焼から成層ストイキ燃焼への切り換え時と同様に、燃焼切換時のトルク増大補正が可能な進角代を確保できるまで点火時期を成層ストイキ燃焼での遅角側安定限界付近に設定された目標遅角点火時期まで徐々に遅角する補正を行う（図７［Ｃ］→［Ｄ］）。
【００３５】
そして、ステップ１１５で前記目標遅角点火時期に達したと判定されたときに、ステップ１１６へ進んで、燃焼を成層ストイキ燃焼から分割噴射成層リーン燃焼に切り換える。具体的には、平均空燃比をリーン化する（そのため、成層ストイキ燃焼よりトルクが小さい）が、吸気行程噴射量を減少して圧縮行程噴射量の噴射割合（分割比）を相対的に増大させることにより、ＨＣ排出量を略一定としつつ排気中酸素濃度を高めて触媒活性効果を最大限高められるようにする。ここで、吸気行程噴射量を減少してリーン化するのは、図８に示すように、平均空燃比をリーン化しても圧縮行程噴射で形成される点火栓周りの混合気の空燃比は、所定のリッチ状態を確保して良好な成層リーン燃焼が得られるようにするためである。
【００３６】
さらに、前記燃焼切換と同時に前記遅角補正開始からの総遅角補正量分を０として、点火時期を前記遅角補正開始前のＭＢＴに戻す（図７［Ｄ］→［Ｅ］）。即ち、この場合も、前記総遅角補正量分を一気に進角方向に補正することにより、成層ストイキ燃焼から分割噴射成層リーン燃焼への切換時のトルク段差（図７のｂ）の発生を解消でき、安定した運転性を確保できる。
【００３７】
その後は、ステップ１１７に進んで、分割噴射成層リーン燃焼での触媒活性化を最も促進できる最適な目標点火時期まで徐々に遅角する制御を行う（図７［Ｅ］→［Ｆ］）。なお、該分割噴射成層リーン燃焼での目標点火時期は、遅角側安定限界付近にある。安定性を確保しつつ遅角によって排気温度を最大限上昇させることができるからである。
【００３８】
このようにすれば、始動用の均質燃焼から成層ストイキ燃焼、成層ストイキ燃焼から分割噴射成層リーン燃焼へのそれぞれの切換過渡時のトルク段差を解消しながら、触媒活性化促進を最大限促進することができる。
また、本実施形態では、成層ストイキ燃焼で分割噴射の分割比を一定のまま、成層リーン燃焼で、吸気行程噴射量を所定量減少して分割比を一気に切り換えるようにしたが、図９に点線で示すように、点火時期の遅角方向への制御と併行して吸気行程噴射量を徐々に減少して分割比を変化させつつ空燃比もリーン化させていき、点火時期が遅角側安定限界となって燃焼を切り換えるときに、最終目標の空燃比との差分を賄うように空燃比（分割比）を切り換え、点火時期を該空燃比差分に応じたトルク段差吸収分だけ進角させるようにしてもよい。このようにすれば、より速やかに点火時期も含めた最終目標の成層リーン燃焼に近づけることができ、制御遅れやバラツキによるトルク段差の影響も小さくできる。
【００３９】
上記分割噴射成層リーン燃焼によって触媒活性完了後、１回噴射での通常燃焼、例えば、均質ストイキ燃焼に切り換えるときには、均質ストイキ燃焼から分割噴射成層リーン燃焼に切り換えるときとは略逆の経緯を辿るように制御すればよい。
すなわち、図９に示すように、燃焼切換要求発生後、トルク段差吸収のため点火時期を徐々に進角させた後、空燃比（分割比）を切り換えて成層ストイキ燃焼に切り換えると共に前記進角総量分を一気に０とする遅角制御を行ってトルク段差を吸収し、同様に、成層ストイキ燃焼から均質ストイキ燃焼への切り換え時も、トルク段差吸収のため点火時期を徐々に進角させた後、一回燃料噴射に切り換えて均質ストイキ燃焼に切り換えると共に前記進角総量分を一気に０とする遅角制御を行ってトルク段差を吸収する。その後、点火時期をＭＢＴまで徐々に進角しるが、スワールコントロールバルブの開制御や、燃圧の上昇制御は、この点火時期進角制御と併行して行う。
【００４０】
次に、第２の実施形態を説明する。
第１の実施形態では、成層ストイキ燃焼から分割噴射成層リーン燃焼への切り換え時に、空燃比をそのまま若しくはある程度偏差を縮めた後、偏差分をステップ的に切り換え、同時に点火時期をステップ的に進角させることで、空燃比段差に伴うトルク段差を吸収する構成としたが、第２の実施形態では成層ストイキ燃焼から分割噴射成層リーン燃焼へ、空燃比を徐々にリーン化しながら切り換える構成とする。
【００４１】
空燃比を徐々にリーン化する制御は、単純に吸入空気量に対する燃料噴射量を減少させる制御でもよいが、本実施形態では、空燃比フィードバック制御の制御定数を徐々に変更することで行う構成とする。
具体的には、図１０に示すように、空燃比センサ８がリッチからリーンに反転したときに燃料噴射量増量方向に与える比例分ＰＬを所定時間遅らせるＰＬ減算ディレイを行い、空燃比センサ８がリーンからリッチに反転したときに燃料噴射量減量方向に与える比例分ＰＲを前記比例分ＰＬより大きくすることで、平均空燃比を徐々にリーン化させることができる。なお、ＰＬ減算ディレイ、比例分ＰＲを比例分ＰＬより大きくすることの一方のみを行うだけでもよい。
【００４２】
成層ストイキ燃焼（λ＝１．０）から最終的に切り換える分割噴射成層リーン燃焼（λ＝１．１程度）への空燃比の変化幅が小さいので、上記のように空燃比フィードバック制御の制御定数を徐々に変更することで高精度な切り換え制御を行うことができる。なお、空燃比のリーン化と同時に圧縮行程噴射量割合（分割比）も図８に示したように徐々に増大させる。
【００４３】
また、点火時期制御は図１１に示すように、第１の実施形態と同様、均質ストイキ燃焼の安定限界付近まで遅角させた状態（図示Ｂ）から成層ストイキ燃焼のＭＢＴ（図示Ｃ）まで一気に進角させてトルク段差を吸収した後、分割噴射成層リーン燃焼の安定限界付近（図示Ｆ）まで徐々に遅角させる。
本実施形態における燃焼切り換え時の各種状態の変化を図１２に示す。
【００４４】
本実施形態によれば、所望の燃焼形態により滑らかに切り換えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係るシステム構成図。
【図２】本発明における燃焼切換制御のメインルーチンの前半を示すフローチャート。
【図３】同上メインルーチンの後半を示すフローチャート。
【図４】（Ａ）は、直噴圧縮行程噴射を説明するための模式図。（Ｂ）は、直噴吸気行程噴射を説明するための模式図。
【図５】燃焼形態による燃焼安定性の相違により、均質ストイキ燃焼のディレイの必要性を説明するための図。
【図６】第１の実施形態における均質ストイキ燃焼から成層ストイキ燃焼を経て分割噴射成層リーン燃焼への切換制御のサブルーチンを示すフローチャート。
【図７】同上実施形態における均質ストイキ燃焼から成層ストイキ燃焼を経て分割噴射成層リーン燃焼への切り換え時の点火時期制御を示す図。
【図８】成層ストイキ燃焼と分割噴射成層リーン燃焼との空燃比に応じた吸気行程時と圧縮行程時との燃料噴射割合（分割比）を示す図。
【図９】同上実施形態における燃焼切換制御時の各種状態の変化の様子を示すタイムチャート。
【図１０】第２の実施形態における成層ストイキ燃焼から分割噴射成層リーン燃焼への切り換え時の空燃比フィードバック制御の様子を示すタイムチャート。
【図１１】第２の実施形態における点火時期制御を示す図。
【図１２】第２の実施形態における燃焼切換制御時の各種状態の変化の様子を示すタイムチャート。
【符号の説明】
１…エンジン　　４…スロットル弁　　５…燃料噴射弁　　６…点火栓
７…排気通路　　８…空燃比センサ　　９…排気浄化触媒　　５０…コントロールニット

Claims (10)

1. エンジン運転状態に応じた燃焼形態として、１回の燃料噴射で燃焼室全体に均質な混合気を形成して燃焼させる均質燃焼と、複数回に分割した燃料噴射で点火栓周りの空燃比を外側の空燃比よりリッチとした混合気を形成して燃焼させる分割噴射成層燃焼を含む直噴火花点火式エンジンの制御装置において、
   前記均質燃焼と分割噴射成層燃焼との切り換えを、燃焼室内の平均空燃比が切り換え前または後の分割噴射燃焼の平均空燃比よりリッチな過渡的な分割噴射成層燃焼への切り換えを介して行い、かつ、各燃焼の切り換え毎のトルク段差を吸収するように点火時期を切換制御することを特徴とする直噴火花点火式エンジンの制御装置。
2. 前記均質燃焼から過渡的な分割噴射成層燃焼への切り換え時の点火時期を、均質燃焼での遅角側安定限界付近とすることを特徴とする請求項１に記載の直噴火花点火式エンジンの制御装置。
3. 前記過渡的な分割噴射成層燃焼から目標とする分割噴射成層燃焼への切り換え時の点火時期を、該過渡的な分割噴射成層燃焼での遅角側安定限界付近とすることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の直噴火花点火式エンジンの制御装置。
4. 前記目標とする分割噴射成層燃焼への切り換え後、該目標とする分割噴射成層燃焼での遅角側安定限界付近まで遅角させることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の直噴火花点火式エンジンの制御装置。
5. 前記過渡的な分割噴射成層燃焼での燃焼室内の平均空燃比は、ストイキ近傍であることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載の直噴火花点火式エンジンの制御装置。
6. 点火時期を過渡的な分割噴射成層燃焼での遅角側安定限界付近まで移行する間に、空燃比を徐々にリーン化することを特徴とする請求項３に記載の直噴火花点火式エンジンの制御装置。
7. 前記空燃比を徐々にリーン化するときに、吸気行程と圧縮行程とに分割して行う燃料噴射の圧縮行程での噴射割合が徐々に大きくするように、分割比を切り換えることを特徴とする請求項６に記載の直噴火花点火式エンジンの制御装置。
8. 過渡的な分割噴射成層燃焼から目標とする分割噴射成層燃焼への切り換え時、空燃比を徐々にリーン化することを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか１つに記載の直噴火花点火式エンジンの制御装置。
9. 前記空燃比のリーン化を、空燃比フィードバック制御の制御定数を徐々に変更することで行うことを特徴とする請求項８に記載の直噴火花点火式エンジンの制御装置。
10. 分割噴射成層燃焼を、排気系に装着された触媒の活性要求時に行うことを特徴とする請求項１〜請求項９のいずれか１つに記載の直噴火花点火式エンジンの制御装置。

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