JP2004197642A - 筒内直接噴射式火花点火エンジンの制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】成層燃焼の設定条件が異なる隣り合う運転域の境界を横切る際にも、成層燃焼を持続させつつＮＯｘ排出量の増大を防止する。
【解決手段】所定運転域でリーン空燃比での成層燃焼を行う筒内直接噴射式火花点火エンジンにおいて、成層燃焼を行う所定運転域のうち隣り合う運転域で成層燃焼の設定条件が異なる場合に、その隣り合う運転域の境界を横切る際に、一時的に理論空燃比での均質燃焼を行わせる一時的理論空燃比運転実行手段（４１、７）と、この理論空燃比での均質燃焼時に排気中に含まれるＮＯｘを還元する触媒（３１）とを備える。
【選択図】 図４

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は筒内直接噴射式火花点火エンジンの制御の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
タンブル制御弁の開度を連続的に制御しつつ、吸気弁下流に生成される二次渦成分がなくなるように可変動弁機構により吸気弁閉時期をタンブル制御弁開度の変化に連動して制御するものがある（特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−３７５５号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、筒内直接噴射式火花点火エンジンでは、所定運転域でリーン空燃比での成層燃焼を行うのであるが、成層燃焼を行う所定運転域のうち隣り合う運転域で成層燃焼の設定条件を異ならせたものが提案されている。
【０００５】
このものにおける成層燃焼域での混合気の形成方法を説明すると、成層燃焼域のうち隣り合う運転域を領域Ｒ１と領域Ｒ２とに区別する。例えば図３に示したように、成層燃焼域のうち低回転速度側を領域Ｒ１、高回転速度側を領域Ｒ２とする。各領域Ｒ１、Ｒ２での混合気形成方法は次の通りである。
【０００６】
領域Ｒ１での混合気形成方法：燃料噴射量が少ないこの領域で安定した成層混合気を形成するために、シリンダヘッドと、上昇してきたピストン冠面のキャビティに囲まれた空間に、コンパクトに噴霧を収める（図１５の左側参照）。また、元々ガス流動場は弱いこともあり、この力を用いて混合気形成を行うのではなく、噴射期間と噴霧の貫徹力により混合気を形成する。
【０００７】
領域Ｒ２での混合気形成方法：この領域になると、燃料噴射量が多いため、噴射期間が長く設定される。そのとき、スモークや未燃燃料の発生を抑制する面から、燃料が冠面に付着するのを防ぐために噴射開始時期を領域Ｒ１の場合より早める必要があり、ピストン冠面の位置が、より下がった状態で混合気形成を行う（図１５の右側参照）。その際、噴射期間と噴霧の貫徹力だけで混合気形成を行うのではなく、ガス流動を利用する。すなわち、吸気ポートに設けたガス流動制御弁を閉じることによってシリンダ内にガス流動を生成し、燃焼室空間に噴射した噴霧を、その生成したガス流動を利用して点火プラグへと移送することで、安定した混合気形成を行う。
【０００８】
このように、２つの領域Ｒ１、Ｒ２で混合気の形成方法が異なるため、隣り合う運転域でありながら成層燃焼の設定条件（ガス流動弁の作動状態、空燃比、ＥＧＲ率、噴射時期、点火時期等）が大きく異なっている。このため、運転条件がその隣り合う運転域の境界を横切る際には、成層燃焼の設定条件を、領域Ｒ１に適合した値から領域Ｒ２に適合した値へと、あるいはその逆へと切換える必要がある。具体的には領域Ｒ１より領域Ｒ２へと移行させる際にはガス流動弁を開状態より閉状態へと、また領域Ｒ２より領域Ｒ１へと移行させる際にはガス流動弁を閉状態より開状態へと切換えなければならない。
【０００９】
しかしながら、ガス流動弁の閉作動中や開作動中は燃焼状態が過渡的に変化するため、噴射時期と点火時期とで決まる安定燃焼領域を外れる可能性がある。これを図６を参照しながら説明すると、図６はガス流動制御弁（ＴＣＶ）の作動状態の違いによる燃焼安定領域の差異を示している。ここで、横軸は噴射時期（右側が遅角側）、縦軸は点火時期（上側が進角側）であり、これらのバランスの上に燃焼安定領域が定まる。図示の４重丸のうち２重丸の部分のみが燃焼安定領域であり、その外側は燃焼不安定領域である。
【００１０】
成層燃焼域である領域Ｒ１、Ｒ２では燃費向上のため空燃比はリーン状態にあり、このリーン状態で多く発生するＮＯｘを低減するためＥＧＲ率を大きくしている。このため、領域Ｒ１、Ｒ２とも燃焼安定領域は狭く、領域Ｒ１での燃焼安定領域は右上に示すように、これに対して領域Ｒ２での燃焼安定領域は左上に示すようになる。両者を比較すると、左上のほうが２重丸の領域が少しだけ大きくなっているのでそれだけ燃焼安定領域が広い。また、左上の燃焼安定領域よりも右上の燃焼安定領域のほうが点火時期が進角側に偏っていることがわかる。
【００１１】
さて、点火時期を変えなくとも２つの領域Ｒ１、Ｒ２で共に燃焼安定領域でいられる点火時期があるのか否かを調べるために引いたのが図示の２本の平行線で、上側の線より進角側（上側）にあれば領域Ｒ１では燃焼安定領域に入り、下側の線より遅角側（下側）であれば領域Ｒ２で燃焼安定領域に入る。ということは、２つの領域Ｒ１、Ｒ２で共に燃焼安定領域でいられる点火時期はない。従って、燃焼安定を保ちつつかつ点火時期を変更することなく右上に示す状態（領域Ｒ１での成層燃焼状態）より左上に示す状態（領域Ｒ２での成層燃焼状態）へと、あるいはこの逆へと移すことはできない。従って、領域Ｒ１より領域Ｒ２へのあるいはその逆への移行途中において成層燃焼を持続させようとした場合、燃焼安定度を確保するために成層燃焼の設定値を甘く設定せざるを得ない。すなわち、図６の場合で再度説明すると、右上、左上に対して空燃比をリッチ化すると共にＥＧＲ率を小さくすれば、右下、左下に示したように燃焼安定領域が拡大する。これら右下、左下の２つの状態で、点火時期を変えることなく共に燃焼安定領域でいられる点火時期があるのか否かを調べるために図示の２本の平行線を引いてみると、今度は上の直線と下の直線の間の点火時期であれば、右下、左下の２つの状態で共に燃焼安定領域でいられることになる。このことは、成層燃焼の設定条件を甘くして、右下と左下の状態が得られるようにしておけば、右下と左下の間では点火時期（噴射時期についても）を一定に保った状態でＴＣＶを開状態から閉状態へあるいはこの逆に閉状態から開状態へと切換えても燃焼安定領域を外れることがないことを意味する。
【００１２】
しかしながら、右下、左下の状態で燃焼安定領域が大きくなっているのは、空燃比をリッチ化すると共にＥＧＲ率を小さくすることによって燃焼ガスが高温化しているからであり、この燃焼ガスの高温化によってＮＯｘ排出量が増大する。同図には等ＮＯｘ排出量線を書き入れており、その線幅が太くなるほどＮＯｘ排出量が増大することを表している。右下、左下の状態では右上、左上の状態より燃焼安定領域を横切る、等ＮＯｘ排出量線の線幅が太く、ＮＯｘ排出量が増大していることがわかる。
【００１３】
このように、成層燃焼域のうち成層燃焼の設定条件が異なる隣り合う運転域の境界を横切る際にも成層燃焼を持続させようとして、成層燃焼の設定値を甘く設定したのでは、ＮＯｘ排出量が多くなり、排気を悪化させてしまうのである。
【００１４】
そこで本発明は、成層燃焼のうち成層燃焼の設定条件が異なる隣り合う運転域の境界を横切る際に、一時的に理論空燃比での均質燃焼を行わせ、この均質燃焼状態でガス流動制御弁を切換えると共に、理論空燃比での均質燃焼時に排出されるＮＯｘは触媒により還元浄化することにより、成層燃焼の設定条件が異なる隣り合う運転域の境界を横切る際にも、成層燃焼を持続させつつＮＯｘ排出量の増大を防止することを目的とする。
【００１５】
一方、上記の従来装置はガス流動制御弁が中間開度のときに、生成される旋回流の質が低下してしまうことを解決課題とするのに対して、隣り合う運転域で成層燃焼の設定条件が異なる場合に、その隣り合う運転域の境界を横切る際に成層燃焼状態が不安定にならざるを得ない点を解決課題とする本発明とは技術的思想が異なる。
【００１６】
【問題点を解決するための手段】
本発明は、所定運転域でリーン空燃比での成層燃焼を行う筒内直接噴射式火花点火エンジンにおいて、成層燃焼を行う所定運転域のうち隣り合う運転域で成層燃焼の設定条件が異なる場合に、その隣り合う運転域の境界を横切る際に、一時的に理論空燃比での均質燃焼を行わせる一時的理論空燃比運転実行手段と、この理論空燃比での均質燃焼時に排気中に含まれるＮＯｘを還元する触媒とを備える。
【００１７】
【発明の効果】
成層燃焼域のうち隣り合う運転域で成層燃焼の設定条件が異なる場合に、その隣り合う運転域の境界を横切る際には、燃焼状態が過渡的に変化するため、噴射時期と点火時期とで決まる安定燃焼領域を外れる可能性があるのであるのであるが、本発明では一時的に理論空燃比での均質燃焼を行わせるので、その隣り合う運転域の境界を横切る際にも燃焼状態が安定し、かつ理論空燃比での均質燃焼時に排気中に含まれるＮＯｘは触媒により還元浄化されるので、成層燃焼域のうち成層燃焼の設定条件が異なる隣り合う運転域の境界を横切る際にも、成層燃焼を持続させつつＮＯｘの増大をも防止することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１９】
図１は筒内直接噴射式火花点火エンジンの概略構成図である。
【００２０】
図１に示すように、シリンダヘッド２と、シリンダブロック３に形成されるシリンダ４と、このシリンダ４を摺動するピストン５との間に燃焼室６が画成される。点火プラグ７が燃焼室中央部に臨み、ペントルーフ型に傾斜する燃焼室天井壁には２本の吸気ポート８ａ、８ｂと２本の排気ポート９ａ、９ｂが点火プラグ７を挟むようにして互いに対向して設けられる。１０ａ、１０ｂは吸気ポート８ａ、８ｂの燃焼室６への開口部を開閉するための吸気弁、１１ａ、１１ｂは排気ポート９ａ、９ｂの燃焼室６への開口部を開閉するための排気弁、１３は吸気ポート８ａ、８ｂの途中にあって閉じられたとき吸気を絞る、ガス流動制御弁としてのタンブルコントロールバルブ（以下単に「ＴＣＶ」という。）である。
【００２１】
燃焼室６天井壁にはその側部から燃焼室６に臨む燃料噴射弁１２が設けられる。燃料噴射弁１２は各吸気弁１０ａ、１０ｂの側方で、かつ各吸気ポート８ａ、８ｂの間に位置して燃焼室６に臨んでいる。
【００２２】
当該エンジンでは図３に示す低中回転速度域かつ低負荷域である領域Ｒ１及びＲ２で成層燃焼運転を行うが、この成層燃焼域（Ｒ１、Ｒ２）においては、燃焼室６内のガス流動を利用して燃料噴射弁１２より燃焼室６内に直接噴射された燃料の噴霧をまとめつつ点火プラグ７近傍へと導き、この過程で混合気の塊となったものに対して着火している。燃料噴射弁１２より噴射された燃料を混合気の塊状態にして点火プラグ７に誘導する方法は、エアガイド式といわれるものである。
【００２３】
エアガイド式による混合気の形成方法を図２を参照しながら具体的に説明すると、同図は左側より右側に向けて時間的経過を表している。
【００２４】
ＴＣＶ開時：
図３に示す領域Ｒ１ではもともとガス流動場は弱いこともあり、このガス流動を用いて混合気を形成することは困難であるので、噴霧の貫徹力により混合気を形成する。すなわち、上死点に近づくにつれて形成される、シリンダヘッド２とピストンキャビティ５ａに挟まれた空間内に燃料を噴射するため、噴射時期は遅角側に設定している（圧縮行程噴射）。この狭い空間に噴射された噴霧は噴霧の貫徹力だけで混合気を形成しつつ点火プラグ７へと到達する（図２上段参照）。
【００２５】
ＴＣＶ閉時：
図３に示す領域Ｒ２になるとガス流動を利用できる。すなわち、ＴＣＶ１３を閉じると各吸気ポート８ａ、８ｂの上側半分からのみ吸気が流入することになって吸気の流速が早まり、ピストン５の冠部上でシリンダ４中心線と直交する軸を中心に旋回するタンブルが十分な強さで生起する（図２下段最左端の矢印参照）。このタンブルを助長するようにキャビティ５ａは浅皿状に形成されている。このため、燃料噴射弁１２から噴射される燃料噴霧は、燃料噴射弁１２の中心線を中心とする円錐状に拡がる。上記のタンブルによって燃料噴射弁２１より噴射された燃料噴霧は、点火プラグ７のある方向に導かれ、その過程で着火可能な混合気塊を形成する。そして、この点火プラグ７近傍に達したこの混合気塊に対して点火を行うことで、安定した成層燃焼運転が可能になる。
【００２６】
この場合、領域Ｒ２では領域Ｒ１より燃料噴射量が多くなりその分だけ噴射期間が長くなる。その際、燃料が冠面に付着するとスモークや未燃燃料の発生の原因となるのでこれを防ぐために噴射開始時期を領域Ｒ１より進角側に設定し（圧縮行程噴射）、ピストン冠面の位置が、より下がった状態で混合気形成を行う。点火時期についても同様に領域Ｒ１より進角側への設定となる。
【００２７】
このように、成層燃焼域のうち隣り合う２つの領域Ｒ１とＲ２とでは、混合気の形成方法が異なるため、隣り合う運転域でありながら成層燃焼の設定条件（ＴＣＶ１３の作動状態、空燃比、ＥＧＲ率、噴射時期、点火時期等）が大きく異なっている。
【００２８】
これに対して、図３に示す領域Ｒ３、Ｒ４（均質燃焼域）になると、ＴＣＶ１３を開いた状態でも燃焼室６内に強いタンブルが発生するため、ＴＣＶ１３を開いた状態とし、燃焼室６内にタンブルを作りながら吸気行程で燃料を噴射することにより、燃焼室６全体に理論空燃比付近の均質な混合気を生成し、これによって均質燃焼運転を行う。
【００２９】
ここで、均質燃焼域での目標空燃比は基本的に理論空燃比（１４．７）である。これは理論空燃比付近の混合気の燃焼のとき、排気中のＮＯｘ、ＨＣ、ＣＯを排気通路２１に設けた三元触媒（後述するＮＯｘトラップ触媒３１に付加されている）で同時に浄化できるためである。
【００３０】
一方、成層燃焼域での目標空燃比は１４．７より大きな値であり、このリーンな空燃比のとき多く排出されるＮＯｘを低減するためＥＧＲ（排気還流）を行う。なお、図３では領域Ｒ３においてもＥＧＲを行っている。成層燃焼域でのＥＧＲがＮＯｘ低減を主目的とするものであるのに対して、領域Ｒ３でのＥＧＲは燃費向上を主目的とするものである。
【００３１】
なお、図３において「λ」は空気過剰率を表す。この空気過剰率λと空燃比との間には次の関係がある。
【００３２】
空気過剰率λ＝空燃比／理論空燃比…（１）
例えば領域Ｒ３では目標空燃比が理論空燃比であるので、これを（１）式に代入するとλ＝１となる。また、領域Ｒ４では目標空燃比が理論空燃比または理論空燃比よりもリッチ側の値、つまり１４．７以下の値であるから、これを（１）式に代入するとλ≦１となる。
【００３３】
図４は筒内直接噴射式火花点火エンジンの制御システム図である。
【００３４】
エンジンには、点火装置を備える。点火装置は、バッテリからの電気エネルギーを蓄える点火コイル２２と、パワートランジスタと、燃焼室６の天井に設けられた点火プラグ７とからなり、エンジンコントローラ４１より点火信号がパワートランジスタに送られ、点火コイル２２の一次電流が遮断されたとき（点火時期）、点火コイル２２の二次側に高電圧が発生し、この高電圧を受けて、点火プラグ７が火花放電を行う。なお、図４では最下段に位置する気筒のみの点火装置を記載しているが、残りの気筒も同様であるため、記載を省略している。
【００３５】
エンジンにはまたＥＧＲ装置としてのＥＧＲ弁２６を備える。ＥＧＲ弁２６は排気通路２３と吸気通路２４を連通するＥＧＲ通路２５に介装され、ＥＧＲ弁アクチュエータ２７により駆動されるもので、ＥＧＲ弁２６が所定のＥＧＲ領域で開かれると、排気の一部が不活性ガスとして吸気通路２４に導かれ、この不活性ガスにより成層燃焼域（領域Ｒ１、Ｒ２）では燃焼ガス温度が低下してＮＯｘの発生が抑えられ、またこの不活性ガスにより均質燃焼域（領域Ｒ３）ではポンピングロスが低下してそのぶん燃費が向上する。
【００３６】
ＥＧＲ通路２５の分岐口より下流の排気通路２３にはＮＯｘトラップ触媒３１を備える。ＮＯｘトラップ触媒３１は、流入する排気の空燃比がリーンであるとき排気中のＮＯｘをトラップし、流入する排気の空燃比が理論空燃比またはリッチ空燃比であるとき、トラップしていたＮＯｘを脱離すると共に、この脱離したＮＯｘを排気中のＨＣ、ＣＯを還元剤として用いて還元浄化する。このＮＯｘトラップ触媒３１には三元触媒機能が付加されている。ＮＯｘトラップ触媒３１と別体で三元触媒を設けてもかまわない。
【００３７】
アクセル開度（アクセルペダルの踏み込み量）に応じたエンジントルクが発生するようにするため、また成層燃焼域と均質燃焼域との切換時にトルク段差を生じさせないようにするために吸気通路２４にスロットル弁２８とこれを駆動するスロットルアクチュエータ２９とからなる電子制御式スロットル装置が設けられている。
【００３８】
アクセルセンサ４２からのアクセル開度（エンジン負荷相当）の信号、クランク角センサ４３からの基準位置の信号（点火時期や燃料噴射時期を制御するための信号となる）やクランク角１°毎の信号、エアフローメータ４４からの信号等が入力されるエンジンコントローラ４１では、運転条件に応じ
▲１▼燃料噴射弁１２を介しての燃料噴射量と燃料噴射時期の制御、
▲２▼点火プラグ７を介しての点火時期の制御、
▲３▼ＥＧＲ弁２６を介してのＥＧＲ弁開度（ＥＧＲ率）の制御、
▲４▼スロットル弁２８を介してのスロットル弁開度の制御、
▲５▼ＮＯｘトラップ触媒３１の再生処理
をそれぞれ行うと共に、ＴＣＶ１３の開閉を制御する。
【００３９】
上記▲１▼の燃料噴射制御については次の通りである。図３に示す成層燃焼域（Ｒ１とＲ２）、均質燃焼域（Ｒ３とＲ４）の各領域毎に最適な目標当量比Ｔｆｂｙａを演算し、この目標当量比Ｔｆｂｙａが得られるように燃料噴射量を演算し、この燃料噴射量を燃料噴射弁１２の開弁期間に変換し、この開弁期間を含んだパルス信号を燃料噴射弁１２の駆動回路（図示せず）に出力する。これに伴って、駆動回路からパルス信号に対応する駆動電流が燃料噴射弁１２のアクチュエータに送られ、燃料噴射弁１２のニードルがリフトして噴孔を開弁する。燃料噴射パルス幅が長いほど燃料噴射弁１２の開弁期間が長くなり、燃料噴射量が増えるようになっている。このように、実際の制御上においては空燃比でなく当量比を使っている。この当量比と空燃比との間には後述する（２）式の関係がある。
【００４０】
また、成層燃焼域で燃料噴射時期をピストン５が上昇する圧縮行程の後半に設定し、均質燃焼域で燃料噴射時期をピストン５が下降する吸気行程に設定する。
【００４１】
上記▲２▼、▲３▼、▲４▼の制御については次の通りである。アクセル開度とエンジン回転速度に基づいて点火時期を演算する。アクセル開度とエンジン回転速度に基づいて目標ＥＧＲ率を演算し、この目標ＥＧＲ率が得られるようにＥＧＲ弁開度を演算する。アクセル開度とエンジン回転速度に基づいて目標トルクを演算し、この目標トルクに基づいて目標空気量を演算し、この目標空気量が得られるようにスロットル弁開度を演算する。
【００４２】
上記▲５▼の再生処理については次の通りである。ＮＯｘとラップ触媒３１にトラップされたＮＯｘ量がある程度溜まったタイミングで成層燃焼域にあっても空燃比を理論空燃比またはリッチ空燃比へと一時的に切換え、これにより定期的にＮＯｘトラップ触媒３１を再生する。
【００４３】
このように上記▲１▼〜▲５▼の各制御を行うものを前提として、本実施形態ではさらに、図３に示す成層燃焼域のうち隣り合う運転域Ｒ１、Ｒ２の境界を横切る際に一時的に理論空燃比での均質燃焼を行わせ、その状態でＴＣＶ１３を切換える。すなわち、領域Ｒ１（ＴＣＶ１３を開いている一方の運転域）より領域Ｒ２（ＴＣＶ１３を閉じている他方の運転域）への移行時に、ＴＣＶ１３の作動状態とＥＧＲ率はそのままで理論空燃比での均質燃焼に切換える第１の処理を行い、その後にＴＣＶ１３を閉じると共にＥＧＲ率を領域Ｒ２に適合した値へと変化させる第２の処理を行い、その後でリーン空燃比での成層燃焼へと復帰させる第３の処理を行う。また、領域Ｒ２より領域Ｒ１への移行時に、ＴＣＶ１３の作動状態とＥＧＲ率はそのままで理論空燃比での均質燃焼に切換える第４の処理を行い、その後にＴＣＶ１３を開くと共にＥＧＲ率を領域Ｒ１に適合した値へと変化させる第５の処理を行い、その後でリーン空燃比での成層燃焼へと復帰させる第６の処理を行う。
【００４４】
これを図５を参照しながら説明すると、図５において左半分は領域Ｒ１より領域Ｒ２への移行時に、また右半分はこの逆への移行時にＴＣＶ１３の作動状態、空燃比Ａ／Ｆ、ＥＧＲ率、噴射時期ＩＴ、点火時期Ａｄｖがそれぞれどのように変化するのかを示した波形図である。なお、噴射時期ＩＴと点火時期Ａｄｖとは上側が進角側である。
【００４５】
この場合、図５右半分に示す一連の操作は、図５左半分に示す一連の操作のちょうど逆を行うものであり、従って、図５左半分での一連の操作のみを説明する。
【００４６】
図５左半分において図示のように各タイミングにｔ１〜ｔ６を割り振り、ｔ１のタイミングで運転条件が領域Ｒ１より領域Ｒ２へと移行するものとする。
【００４７】
〈１〉ｔ１〜ｔ２直前まで：これは上記第１の処理である。すなわち、領域Ｒ１より領域Ｒ２へと移行するｔ１のタイミングでは、ＴＣＶ１３をまだ閉じない。ＴＣＶ１３は開状態を保ったままｔ１のタイミングより空燃比Ａ／Ｆを領域Ｒ１での適合値から理論空燃比（λ＝１）になるまで徐々に小さくする。空燃比Ａ／Ｆを所定の傾きで変化させているのは、領域移行時のトルク変動を防止するためである。
【００４８】
また空燃比を小さくするのに合わせて点火時期Ａｄｖをｔ１より徐々に遅角側に移している。これは、エンジンの発生するトルクを領域移行前後で一定に保つためである。すなわち、点火時期が同じであれば空燃比が小さくなるほどトルクが大きくなるので、このトルクの増大を、点火時期をリタードすることによって抑制しトルクを一定に保つのである。
【００４９】
〈２〉ｔ２〜ｔ５直前まで：これは上記第２の処理である。すなわち、空燃比Ａ／Ｆが理論空燃比に達するｔ２のタイミングよりＴＣＶ１３を閉じると共に、ＥＧＲ率を領域Ｒ２での適合値へと変化させ、かつ噴射時期ＩＴを圧縮行程から吸気行程へと切換え、さらに点火時期Ａｄｖを理論空燃比での均質燃焼状態にふさわしい値へと切換える。
【００５０】
ＴＣＶ１３はＴＣＶアクチュエータへの通電に対して所定の傾きをもって閉じている。この傾きはＴＣＶアクチュエータの変化速度で決まる。また、目標ＥＧＲ率がステップ変化するのに対して、実際のＥＧＲ率（図５左半分第３段目に示す実線は実際のＥＧＲ率の動きである）は所定の傾きをもって小さくなっているが、この傾きもＥＧＲ弁アクチュエータ２７の変化速度で決まっている。ＴＣＶ１３がｔ３のタイミングで全閉位置に達するのに対して、ＥＧＲ率がｔ４のタイミングで領域Ｒ２での適合値に達しているのは、ＴＣＶ１３とＥＧＲ率とではＥＧＲ率の応答のほうが遅いためである。ｔ４からｔ５直前までの区間は状態が安定するのを待つ時間である。
【００５１】
〈３〉ｔ５〜ｔ６まで：これは上記第３の処理である。すなわち、空燃比Ａ／Ｆを理論空燃比から領域Ｒ２での適合値になるまで徐々に大きくすると共に、点火時期Ａｄｖをｔ２直前の大きく遅角された値Ｃへとステップ的に切換えた後に徐々に進角側に移し、かつ噴射時期ＩＴを吸気行程から圧縮行程へと戻す。空燃比Ａ／Ｆを所定の傾きで変化させているのは領域移行前後でのトルク変動を防止するため、また空燃比Ａ／Ｆを大きくするのに合わせて点火時期Ａｄｖを徐々に進角側に移すのはトルクを一定に保つためである。
【００５２】
なお、空燃比Ａ／Ｆが理論空燃比となるｔ２のタイミングとなってから噴射時期ＩＴと点火時期Ａｄｖを、理論空燃比での均質燃焼にふさわしい値へと切換えるのではなく、ｔ２よりも早いタイミングで切換えているのは、成層燃焼状態より理論空燃比に向けて空燃比をリッチ化すると、成層燃焼において形成される混合気塊が濃すぎて安定的に燃えなくなるので、成層燃焼を諦めて燃焼が安定して行われる均質燃焼へと早めに移すためである（エアガイド式では既知）。
【００５３】
このように本実施形態では、領域Ｒ１より領域Ｒ２へと移行させる際に、ＴＣＶ１３は開状態にしたままで、空燃比をまず理論空燃比へと切換え、この理論空燃比の状態でＴＣＶ１３を閉じ、その後に空燃比を領域Ｒ２での適合値へと移すようにしているのであるが、比較のため本実施形態とは異なる方法を図６を参照しながら説明する。
【００５４】
図６はＴＣＶ１３の作動状態の違いによる燃焼安定領域の差異を示す。ここで、横軸は噴射時期ＩＴ（右側が遅角側）、縦軸は点火時期Ａｄｖ（上側が進角側）であり、これらのバランスの上に燃焼安定領域が定まっている。図示の４重丸のうち２重丸の部分のみが燃焼安定領域であり、その外側は燃焼不安定領域である。
【００５５】
領域Ｒ１、Ｒ２では燃費向上のため空燃比はリーン状態にあり、このリーン状態で多く発生するＮＯｘを低減するためＥＧＲ率を大きくしている。このため、領域Ｒ１、Ｒ２とも燃焼安定領域は狭く、領域Ｒ１での燃焼安定領域は右上に示すように、これに対して領域Ｒ２での燃焼安定領域は左上に示すようになる。両者を比較すると、左上のほうが２重丸の領域が少しだけ大きくなっているのでそれだけ燃焼安定領域が広いことを示す。また、左上の燃焼安定領域よりも右上の燃焼安定領域のほうが点火時期が進角側に偏っていることがわかる。
【００５６】
さて、この２つの領域Ｒ１、Ｒ２で共に点火時期を変えずに燃焼安定領域でいられる点火時期があるのか否かを調べるために引いたのが図示の２本の平行線である。上側の線より進角側にあれば領域Ｒ１では燃焼安定領域に入り、下側の線より遅角側であれば領域Ｒ２で燃焼安定領域に入る。ということは、２つの領域Ｒ１、Ｒ２で共に点火時期を変えずに燃焼安定領域でいられる点火時期はなく、従って燃焼を安定に保ちつつ、かつ点火時期を変更することなく右上に示す状態より左上に示す状態へと、この逆に左上の状態より右上の状態へと移すことはできない。これを逆にいうと、点火時期と噴射時期を同一に保ちつつ燃焼安定領域の一部が重なるようにしてやれば、点火時期と噴射時期を変えることなく燃焼を安定に保ちつつ右上より左上へと、この逆に左上より右上へと状態を移すことができる。
【００５７】
このため、右下に示す状態と左下に示す状態とを追加する。右下は右上に示す状態に対して、左下は左上に示す状態に対して空燃比をリッチ化すると共にＥＧＲ率を小さくしたものである。これらの操作の結果、燃焼安定領域が右下、左下の状態とも大きくなっている。従って、これら右下、左下の２つの状態で共に点火時期を変えることなく燃焼安定領域でいられる点火時期があるのか否かを調べるために図示の２本の平行線を引いてみると、今度は上の直線と下の直線の間の点火時期であれば、右下、左下の２つの状態で共に燃焼安定領域でいられる。このことは、右下と左下の間では点火時期Ａｄｖと噴射時期ＩＴを一定に保った状態でＴＣＶ１３を開状態から閉状態へ、あるいはこの逆に閉状態から開状態へと切換えても燃焼安定領域を外れることがないことを意味する。
【００５８】
これより、ＴＣＶ１３が開状態にある右上の状態よりＴＣＶ１３が閉状態にある左上の状態へと、あるいはこの逆へと燃焼安定領域を外れることなく移すには、右下、左下の状態を途中に加えればよいこと分かる。すなわち、ＴＣＶ１３が開状態にある右上の状態よりＴＣＶ１３は開状態のまま空燃比のリッチ化とＥＧＲ率の減少化とを行って右下の状態に移し、この状態でＴＣＶ１３を開状態より閉状態へと切換えて左下の状態に移し、再び空燃比を領域２での適合値へとリーン化すると共にＥＧＲ率を領域２での適合値へと大きくしてやれば左上の状態に移る。また、ＴＣＶ１３が閉状態にある左上の状態よりＴＣＶ１３は閉状態のまま空燃比のリッチ化とＥＧＲ率の減少化を行って左下の状態に移し、この状態でＴＣＶ１３を閉より開へと切換えて右下の状態に移し、再び空燃比を領域Ｒ１での適合値へとリーン化すると共にＥＧＲ率を領域Ｒ１での適合値へと大きくしてやれば右上の状態に移る。
【００５９】
しかしながら、このように領域移行途中に空燃比をリッチ化すると共にＥＧＲ率を小さくする操作を挟む方法において、右下、左下の状態で燃焼安定領域が大きくなっているのは燃焼ガスが高温化しているからであり、この燃焼ガスの高温化によってＮＯｘ排出量が増大する。同図には等ＮＯｘ排出量線を書き入れており、その線幅が太くなるほどＮＯｘ排出量が増大することを表している。右下、左下の状態では右上、左上の状態より燃焼安定領域を横切る、等ＮＯｘ排出量線の線幅が太く、ＮＯｘ排出量が増大していることがわかる。
【００６０】
これに対して本実施形態による領域移行方法によれば、安定した燃焼の得られる理論空燃比での均質燃焼状態において、ＴＣＶ１３を開状態より閉状態へと切換えることで、ＴＣＶの切換に伴う燃焼状態の不安定が抑制される。また、理論空燃比での均質燃焼であれば、そのとき発生するＮＯｘは、ＮＯｘトラップ触媒３１に付加されている三元触媒機能によりその燃焼ガス中に含まれるＨＣ、ＣＯを用いて効率よく浄化することができる。
【００６１】
エンジンコントローラ４１で実行される領域移行時の制御をフローチャートに基づいて詳述する。ただし、領域Ｒ１より領域Ｒ２への移行時についてだけ説明する。
【００６２】
図７は領域移行中フラグを設定するためのもので、一定時間毎（例えば１０ｍｓｅｃ毎）に実行する。
【００６３】
ステップ１では運転条件（エンジンの回転速度と負荷とから定まる）が成層燃焼域（図３に示す領域Ｒ１とＲ２）にあるかどうかみる。成層燃焼域になければそのまま今回の処理を終了する。
【００６４】
成層燃焼域にあるときにはステップ２に進み領域移行切換中フラグ（ゼロに初期設定）をみる。ここでは領域移行中フラグ＝０であるとして述べると、このとき、ステップ３、４に進んで今回に運転条件が領域Ｒ２にあるか否か、また前回は運転条件が領域Ｒ１にあったか否かをみる。今回に運転条件が領域Ｒ２にありかつ前回に運転条件が領域Ｒ１にあったとき、つまり領域Ｒ１より領域Ｒ２に移行した直後であるときにはステップ５に進み領域移行中フラグ＝１とする。この領域移行中フラグは領域Ｒ１より領域Ｒ２への移行時に１となり、後述するように領域移行制御を終了するときにゼロとなるフラグである。
【００６５】
今回に運転条件が領域Ｒ２にないときや、今回、前回とも領域Ｒ２にあるときにはそのまま今回の処理を終了する。
【００６６】
図８は目標当量比Ｔｆｂｙａを演算するためのもので、一定時間毎（例えば１０ｍｓｅｃ毎）に実行する。
【００６７】
なお、図６では空燃比で説明したが、実際の制御上では当量比を使っている。この当量比と空燃比との間には次の関係がある。
【００６８】
当量比＝１４．７／空燃比…（２）
（２）式より空燃比が理論空燃比（１４．７）のとき当量比は１．０となる。空燃比が理論空燃比よりリッチ側の値であるときには当量比は１．０を超える値に、この逆に空燃比が理論空燃比よりリーン側の値であるときには当量比は１．０未満の値になる。
【００６９】
ステップ１１では運転条件に基づいて目標当量比の基本値Ｔｆｂｙａ０を演算する。例えば、均質燃焼域と成層燃焼域とに分けて別々に目標当量比基本値のマップを備えさせ、運転条件がいずれの燃焼域にあるのかを判定した後、そのときのエンジンの回転速度と負荷とからその判定した燃焼域のマップを検索することにより目標当量比基本値Ｔｆｂｙａ０を求めればよい。
【００７０】
ステップ１２、１３では今回に領域移行中フラグ＝１であるか否か、また前回に領域移行中フラグ＝０であったか否かをみる。今回に領域移行中フラグ＝０であるときにはステップ１４に進み基本値Ｔｆｂｙａ０をそのまま目標当量比Ｔｆｂｙａに入れる。
【００７１】
今回に領域移行中フラグ＝１でありかつ前回に領域移行中フラグ＝０であったとき、つまり領域移行中フラグがゼロより１へと切換わった直後（運転条件が領域Ｒ１より領域Ｒ２に移行した直後）であるときにはステップ１５に進み基本値Ｔｆｂｙａ０を領域移行中の目標当量比の前回値を現す「ＴｆｂｙａＴＲ（前回）」に入れ、ステップ１６で、
ＴｆｂｙａＴＲ＝ＴｆｂｙａＴＲ（前回）＋Δ１…（３）
ただし、Δ１：正の所定値（例えば一定値）、
の式により領域移行中の目標当量比ＴｆｂｙａＴＲを演算し、このＴｆｂｙａＴＲをステップ１７において目標当量比Ｔｆｂｙａに入れる。
【００７２】
ここで、運転条件が領域Ｒ１よりＲ２に移行したタイミングではステップ１１で演算される基本値Ｔｆｂｙａ０は、理論空燃比よりもリーン側の空燃比で運転される成層燃焼時の値であるため１．０未満の正の値である。このため、（３）式右辺第１項のＴｆｂｙａＴＲ（前回）も１．０未満の正の値である。
【００７３】
一方、今回、前回とも領域移行中フラグ＝１であるときにはステップ１２、１３よりステップ１８、１９に進んで今回に復帰フラグ（ゼロに初期設定）＝１であるか否か、また前回に復帰フラグ＝０であったか否かをみる。ここで、復帰フラグは、後述するように目標当量比Ｔｆｂｙａが１．０に到達したタイミングより所定時間が経過したとき１となるフラグである（図１０のステップ５０、５１参照）。
【００７４】
領域Ｒ１より領域Ｒ２に移行してすぐは復帰フラグ＝０であるので、ステップ２０に進み、領域移行中の目標当量比ＴｆｂｙａＴＲと１．０を比較する。ここで、１．０は理論空燃比のときの当量比の値である。
【００７５】
運転条件が領域Ｒ１よりＲ２に移行してしばらくはＴｆｂｙａＴＲが１．０未満の値であるので、ステップ１６、１７の処理を繰り返す。
【００７６】
上記（３）式は運転条件が領域Ｒ１よりＲ２に移行したタイミングだけでなく、このように領域Ｒ２になってからも繰り返し行われるのであり、領域移行中の目標当量比ＴｆｂｙａＴＲを演算周期当たりΔ１ずつ漸増させる式である。これは図５左半分の第２段目のｔ１よりｔ２直前までの操作を行うものである。これによって空燃比は理論空燃比へと向かう。
【００７７】
ステップ１６での繰り返し操作の結果、やがて領域移行中の目標当量比ＴｆｂｙａＴＲが１．０以上となればステップ２０よりステップ２１に進み理論空燃比到達フラグ（ゼロに初期設定）＝１とした後、目標当量比Ｔｆｂｙａに１．０を入れる。ここで、理論空燃比到達フラグ＝１は領域移行中の目標当量比ＴｆｂｙａＴＲが１．０つまり空燃比が理論空燃比に到達したことを表す。
【００７８】
また、このあと復帰フラグ＝１となるまでにはしばらく時間を要するため、このときにはステップ２０〜２２の操作を繰り返す。これは図５左半分の第２段目のｔ２よりｔ５直前までの操作を行うものである。これによって空燃比は理論空燃比に維持される。
【００７９】
今回に復帰フラグ＝１でありかつ前回に復帰フラグ＝０であったとき、つまり復帰フラグがゼロより１へと切換わった直後であるときにはステップ２３に進み、１．０を領域移行中の目標当量比の前回値を現す「ＴｆｂｙａＴＲ（前回）」に入れ、ステップ２４で、
ＴｆｂｙａＴＲ＝ＴｆｂｙａＴＲ（前回）−Δ１…（４）
ただし、Δ１：正の所定値（例えば一定値）、
の式により領域移行中の目標当量比ＴｆｂｙａＴＲを演算し、このＴｆｂｙａＴＲの値をステップ２５において目標当量比Ｔｆｂｙａに入れる。
【００８０】
一方、今回、前回とも復帰フラグ＝１であるときにはステップ１８、１９よりステップ２６に進んで領域移行中の目標当量比ＴｆｂｙａＴＲとマップ値であるＴｆｂｙａ０を比較する。当初はＴｆｂｙａＴＲがＴｆｂｙａ０より大きいのでこのときにはステップ２４、２５の操作を実行する。
【００８１】
上記の（４）式は復帰フラグがゼロより１へと切換わったタイミングだけでなく、このように今回、前回とも復帰フラグ＝１であるときにも繰り返し行われるのであり、領域移行中の目標当量比ＴｆｂｙａＴＲを演算周期当たりΔ１ずつ漸減させる式である。これは図５左半分の第２段目のｔ５よりｔ６直前までの操作を行うものである。これによって空燃比は理論空燃比より領域Ｒ２での適合値へと向かう。
【００８２】
ステップ２４での領域移行中の目標当量比ＴｆｂｙａＴＲの漸減操作によりやがてＴｆｂｙａＴＲがＴｆｂｙａ０以下になるとステップ２６よりステップ２７に進み領域移行中の制御を終了するため、領域移行中フラグ、理論空燃比到達フラグ、ＥＧＲ到達フラグ、復帰フラグを総てゼロに戻した後、基本値Ｔｆｂｙａ０をそのまま目標当量比Ｔｆｂｙａに入れる。なお、ＥＧＲ到達フラグについては後述する。
【００８３】
このようにして演算される目標当量比ＴＦＢＹＡは、図示しない燃料噴射パルス幅Ｔｉの演算フローにおいて用いられ、例えば
Ｔｉ＝Ｔｐ×Ｔｆｂｙａ×（α＋αｍ−１）×２＋Ｔｓ…（５）
ただし、Ｔｐ：基本噴射パルス幅、
α：空燃比フィードバック補正係数、
αｍ：空燃比学習値、
Ｔｓ：無効パルス幅、
の式によりシーケンシャル噴射時の燃料噴射パルス幅Ｔｉが演算される。
【００８４】
図９はＴＣＶ１３を開閉駆動するためのもので、一定時間毎（例えば１０ｍｓｅｃ毎）に実行する。
【００８５】
ステップ３１では運転条件が成層燃焼域にあるか否か、ステップ３２、３３では領域移行中フラグと理論空燃比到達フラグをみる。
【００８６】
運転条件が成層燃焼域にあり、領域移行中フラグ＝１かつ理論空燃比到達フラグ＝０である場合にはステップ３１、３２、３３よりステップ３４に進んでＴＣＶを開状態とする。これは図５左半分の第１段目のｔ１よりｔ２直前までの操作を行うものである。これによってＴＣＶ１３は開状態に保持される。
【００８７】
運転条件が成層燃焼域にあり、領域移行中フラグ＝１かつ理論空燃比到達フラグ＝１である場合にはステップ３１、３２、３３よりステップ３５に進んでＴＣＶ１３を閉状態とする。これは図５左半分の第１段目のｔ２以降の操作を行うものである。
【００８８】
このように、領域Ｒ１より領域Ｒ２への移行当初にＴＣＶ１３は開状態に保ったままであり、目標当量比Ｔｆｂｙａが１．０と一致したタイミングでＴＣＶ１３が閉じられる。
【００８９】
一方、領域移行中フラグ＝０であるときにはステップ３２よりステップ３６に進んで運転条件が領域Ｒ１、Ｒ２のいずれにあるのかをみる。運転条件が領域Ｒ１にあるときにはステップ３７に進んでＴＣＶ１３を開き、運転条件が領域Ｒ２にあるときにはステップ３８に進んでＴＣＶ１３を閉じる。また、成層燃焼域にないときにもステップ３１よりステップ３７に進んでＴＣＶ１３を開く。これらは、領域移行中を除いた運転条件でのＴＣＶ１３に対する操作である。
【００９０】
図１０は目標ＥＧＲ率を演算するためのもので、一定時間毎（例えば１０ｍｓｅｃ毎）に実行する。
【００９１】
ステップ４１では運転条件がＥＧＲ領域にあるか否かをみる。ＥＧＲ領域は図３に示す領域Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３である。運転条件がＥＧＲ領域にないときにはステップ４２に進んで目標ＥＧＲ率Ｍｅｇｒ＝０とする。
【００９２】
運転条件がＥＧＲ領域にあるときにはステップ４１よりステップ４３に進み、目標ＥＧＲ率Ｍｅｇｒを演算する。例えば、目標ＥＧＲ率マップを備えさせ、そのときのエンジンの回転速度と負荷とからその目標ＥＧＲ率マップを検索することにより目標ＥＧＲ率Ｍｅｇｒを求めればよい。
【００９３】
ステップ４４では領域移行中フラグをみる。領域移行中フラグ＝０であるときにはそのまま今回の処理を終了する。
【００９４】
領域移行中フラグ＝１であるときにはステップ４５に進んでＥＧＲ到達フラグ（ゼロに初期設定）＝１であるか否かをみる。ここでは、ＥＧＲ到達フラグ＝０であるとして述べると、このときステップ４６に進んで実ＥＧＲ率Ｒｅｇｒを演算する。ＥＧＲ弁アクチュエータ２７に応答遅れがあるため実ＥＧＲ率は応答遅れを持って目標ＥＧＲ率に追従するので、実ＥＧＲ率は目標ＥＧＲ率の一次遅れ処理で求めればよい。
【００９５】
ステップ４７では、このようにして演算した実ＥＧＲ率Ｒｅｇｒと目標ＥＧＲ率Ｍｅｇｒとを比較する。実ＥＧＲ率Ｒｅｇｒと目標ＥＧＲ率Ｍｅｇｒとを比較するのは実ＥＧＲ率が領域Ｒ２での目標ＥＧＲ率に到達したか否かをみるためである。実ＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率以下となれば実ＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率に追いついたと判断する。実ＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率に追いついたタイミングは図５左半分の第３段目でいうとｔ４である。このときにはステップ４８、４９に進んでＥＧＲ到達フラグ＝１とすると共にタイマを起動する。すなわち、ＥＧＲ到達フラグ＝１は実ＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率に追いついたことを表す。タイマは実ＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率に追いついてからの経過時間（つまりｔ４からの経過時間）を計測するためのものである。
【００９６】
このＥＧＲ到達フラグ＝１により次回にはステップ４５よりステップ５０に進み、タイマ値と所定時間を比較する。ここで、所定時間は図５左半分の第３段目に示したように、空燃比を理論空燃比にした状態でＴＣＶ１３を閉じると共に目標ＥＧＲ率を領域Ｒ２での適合値へと小さくした後に、状態が安定するまでの時間である。
【００９７】
タイマ値が所定時間未満であるときにはそのまま今回の処理を終了し、やがてタイマ値が所定時間以上になるとステップ５１に進んで復帰フラグ＝１とする。図５左半分でいうと、復帰フラグ＝１となるタイミングはｔ５である。
【００９８】
この復帰フラグ＝１により前述したように目標当量比Ｔｆｂｙａが１．０より領域Ｒ２での値である基本値Ｔｆｂｙａ０へと戻される。
【００９９】
図示しない目標ＥＧＲ弁開度を演算するフローでは、このようにして演算される目標ＥＧＲ率Ｍｅｇｒに基づいて目標ＥＧＲ弁開度を演算し、この目標ＥＧＲ弁開度をＥＧＲ弁アクチュエータ２７への指令値に変えて出力する。
【０１００】
図１１は噴射時期を設定するためのもので、一定時間毎（例えば１０ｍｓｅｃ毎）に実行する。
【０１０１】
ステップ６１では運転条件が成層燃焼域にあるか否かを、またステップ６２では領域移行中フラグをみる。運転条件が成層燃焼域にないときにはステップ６３に進んで吸気行程噴射を設定する。
【０１０２】
運転条件が成層燃焼域にありかつ領域移行中でないときには基本的に圧縮行程噴射であるので、ステップ６１、６２よりステップ６４に進み圧縮行程噴射とする。
【０１０３】
一方、図５左半分の第４段目に示したようにｔ１よりｔ６までの領域移行中において図示のＡ、Ｂの各期間は圧縮行程噴射、それ以外の期間は理論空燃比での均質燃焼に最適な吸気行程噴射とするので、ステップ６５、６６で期間Ａであるか否かを、またステップ６７、６８で期間Ｂであるか否かを確かめる。
【０１０４】
理論空燃比到達フラグ＝０かつ目標当量比Ｔｆｂｙａが所定値（例えば０．８）以下である、つまり図５左半分の第４段目のＡ期間であるときにはステップ６４に進み圧縮行程噴射とし、また理論空燃比到達フラグ＝１かつ復帰フラグ＝１かつ目標当量比Ｔｆｂｙａが０．８以下である、つまり図５左半分の第４段目のＢ期間であるときにはステップ６９に進み圧縮行程噴射とする。
【０１０５】
これに対して、
（ａ）理論空燃比到達フラグ＝０かつ目標当量比Ｔｆｂｙａが０．８を超えている（図５左半分の第４段目のＡ期間の終了よりｔ２直前まで）、
（ｂ）理論空燃比到達フラグ＝１かつ復帰フラグ＝０である（図５左半分の第４段目のｔ２よりｔ５直前まで）、
（ｃ）理論空燃比到達フラグ＝１かつ復帰フラグ＝１かつ目標当量比Ｔｆｂｙａが０．８を超えている（図５左半分の第４段目のｔ５よりＢ期間の開始直前まで）
のときにはステップ６３に進み吸気行程噴射とする。
【０１０６】
図１２は点火時期を演算するためのもので、一定時間毎（例えば１０ｍｓｅｃ毎）に実行する。
【０１０７】
ステップ７１では運転条件に基づいて点火時期の基本値ＡＤＶ０を演算する。例えば、点火時期基本値マップを備えさせ、そのときのエンジンの回転速度と負荷とからその点火時期基本値マップを検索することにより点火時期基本値ＡＤＶ０を求めればよい。
【０１０８】
ステップ７３、７４では今回に領域移行中フラグ＝１であるか否か、また前回に領域移行中フラグ＝０であったか否かをみる。今回に領域移行中フラグ＝０であるときにはステップ７２に進み点火時期基本値ＡＤＶ０をそのまま点火時期ＡＤＶに入れる。
【０１０９】
今回に領域移行中フラグ＝１でありかつ前回に領域移行中フラグ＝０であったとき、つまり領域移行中フラグがゼロより１へと切換わった直後（運転条件が領域Ｒ１より領域Ｒ２に移行した直後）であるときにはステップ７５に進みＡＤＶ０を領域移行中の点火時期の前回値を現す「ＡＤＶＴＲ（前回）」に入れ、ステップ７６で、
ＡＤＶＴＲ＝ＡＤＶＴＲ（前回）−Δ２…（６）
ただし、Δ２：正の所定値（例えば一定値）、
の式により領域移行中の点火時期ＡＤＶＴＲを演算し、このＡＤＶＴＲをステップ７７において点火時期ＡＤＶに入れる。
【０１１０】
一方、今回、前回とも領域移行中フラグ＝１であるときにはステップ７３、７４よりステップ７８、７９に進んで理論空燃比到達フラグをみると共に目標当量比Ｔｆｂｙａと０．８を比較する。
【０１１１】
理論空燃比到達フラグ＝０かつ目標当量比Ｔｆｂｙａが０．８以下のときにはステップ７６、７７の操作を実行する。
【０１１２】
上記（６）式は運転条件が領域Ｒ１よりＲ２に移行したタイミングだけでなく、このように領域Ｒ２になってからも繰り返し行われるのであり、領域移行中の点火時期ＡＤＶＴＲを演算周期当たりΔ２ずつ遅角させる式である。これは図５左半分の最下段のｔ１よりＡ区間の終了直前までの操作を行うものである。これによって点火時期は遅角されてゆく。
【０１１３】
やがて、理論空燃比到達フラグ＝０かつ目標当量比Ｔｆｂｙａが０．８を超えるとステップ８０に進み復帰時の点火時期の進角処理に備えてＴｆｂｙａが０．８を超える直前のＡＤＶＴＲを初期値に移し、ステップ８１で点火時期基本値ＡＤＶ０を点火時期ＡＤＶに入れる。
【０１１４】
ステップ８０、８１の操作は理論空燃比到達フラグ＝１となるまで続く。これは図５左半分の最下段のＡ期間の終了よりｔ２直前までの操作を行うものである。これによって点火時期は理論空燃比での均質燃焼に最適な値に維持される。
【０１１５】
やがて、理論空燃比到達フラグ＝１になるとステップ７８よりステップ８２、８３に進んで今回に目標当量比Ｔｆｂｙａが０．８以下となったか否か、また前回に目標当量比Ｔｆｂｙａが０．８を超えていたか否かをみる。今回に目標当量比Ｔｆｂｙａが０．８を超えているときにはステップ８１の操作を実行する。
【０１１６】
ステップ８１の操作は、理論空燃比到達フラグ＝１かつ目標当量比Ｔｆｂｙａが０．８以下になる直前まで続く。これは図５左半分の最下段のｔ２よりＢ期間の開始直前までの操作を行うものである。これによって点火時期は理論空燃比での均質燃焼に最適な値に維持される。
【０１１７】
今回に目標当量比Ｔｆｂｙａが０．８以下でありかつ前回に目標当量比Ｔｆｂｙａが０．８を超えていたとき、つまり今回初めて目標当量比Ｔｆｂｙａが０．８以下となったときにはステップ８４に進み、ステップ８０で記憶している初期値を領域移行中の点火時期の前回値を現す「ＡＤＶＴＲ（前回）」に入れ、またステップ８５で初期値を点火時期ＡＤＶに移す。
【０１１８】
一方、今回、前回とも目標当量比Ｔｆｂｙａが０．８以下であるときにはステップ８２、８３よりステップ８６に進んで復帰フラグをみる。復帰フラグ＝１であるときにはステップ８７で、
ＡＤＶＴＲ＝ＡＤＶＴＲ（前回）＋Δ２…（７）
ただし、Δ２：正の所定値（例えば一定値）、
の式により領域移行中の点火時期ＡＤＶＴＲを演算し、このＡＤＶＴＲをステップ８８において点火時期ＡＤＶに入れる。
【０１１９】
上記（７）式は今回、前回とも目標当量比Ｔｆｂｙａが０．８以下でありかつ復帰フラグ＝１である限り繰り返し行われるのであり、領域移行中の点火時期ＡＤＶＴＲを演算周期当たりΔ２ずつ進角させる式である。これは図５左半分の最下段のＢ期間開始よりｔ６直前までの操作を行うものである。これによって点火時期は領域Ｒ２での適合値へと進角されてゆく。
【０１２０】
やがて、復帰フラグ＝０になると領域移行中を終了するので、このときにはステップ７２の操作を実行する。
【０１２１】
このようにして演算される点火時期ＡＤＶ［°ＢＴＤＣ］は、図示しない点火時期制御のフローにおいて用いられ、実際のクランク角がこの点火時期ＡＤＶと一致したタイミングで点火コイル２２の一次側回路が遮断され、これによって点火プラグ７に火花が飛ぶ。
【０１２２】
ここで、本実施形態の作用を説明する。
【０１２３】
成層燃焼域のうち隣り合う運転域で成層燃焼の設定条件が異なることがある。例えば、図３に示す領域Ｒ１とＲ２とではＴＣＶ１３の作動状態、ＥＧＲ率、空燃比、噴射時期、点火時期が異なっている。この場合に、ＴＣＶ１３を開いている領域Ｒ１、ＴＣＶ１３を閉じている領域Ｒ２とも、ある範囲の燃焼安定領域を残して最大のＥＧＲ率としており、従って領域Ｒ１とＲ２とで燃焼安定領域は重なっていない（図６右上、左上参照）。
【０１２４】
この場合に例えば領域Ｒ１よりＲ２へと移行させるには、ＴＣＶ１３の作動を開状態より閉状態へと切り換えるだけなく、同時に、少なくとも点火時期を領域Ｒ２での適合値へと変更する必要がある。
【０１２５】
しかしながら、燃焼状態に大きく影響するＴＣＶ１３の作動状態と点火時期とを同時に変化させるのでは、燃焼状態が過渡的に大きく変化することが考えられ、噴射時期と点火時期とで決まる安定燃焼領域を外れる可能性がある。
【０１２６】
これに対して本実施形態（請求項１に記載の発明）では、領域Ｒ１より領域Ｒ２へとあるいはその逆へと移行させる際には、一時的に理論空燃比での均質燃焼を行わせている。具体的には次のように、段階的な処理を行っている（請求項６に記載の発明）。
【０１２７】
（１）領域Ｒ１より領域Ｒ２への移行時：ＴＣＶ１３の作動状態とＥＧＲ率はそのままで理論空燃比での均質燃焼に切換える第１の処理（図５左半分においてｔ１よりｔ２直前までの処理）を行い、その後にＴＣＶ１３を閉じると共にＥＧＲ率を領域Ｒ２での適合値へと変化させる第２の処理（図５左半分においてｔ２よりｔ５直前までの処理）を行い、その後でリーン空燃比での成層燃焼へと復帰させる第３の処理（図５左半分においてｔ５よりｔ６直前までの処理）を行い、また
（２）領域Ｒ２より領域Ｒ１への移行時：ＴＣＶ１３の状態とＥＧＲ率はそのままで理論空燃比での均質燃焼に切換える第４の処理（図５右半分においてｔ１よりｔ２直前までの処理）を行い、その後にＴＣＶ１３を開くと共にＥＧＲ率を領域Ｒ１での適合値へと変化させる第５の処理（図５右半分においてｔ２よりｔ５直前までの処理）を行い、その後でリーン空燃比での成層燃焼へと復帰させる第６の処理（図５右半分においてｔ５よりｔ６直前までの処理）を行う。
【０１２８】
すなわち、理論空燃比での均質燃焼では燃焼状態がよいので、この燃焼状態のよい状態でＴＣＶ１３を開状態より閉状態へあるいはその逆へと切換えても、リーン空燃比での成層燃焼の状態でＴＣＶ１３を開状態より閉状態へあるいはその逆へと切換える場合に比べて燃焼が悪化しにくいのであり、これにより、成層燃焼域で隣り合う運転域（Ｒ１、Ｒ２）の境界を横切る際にも燃焼状態を安定させつつ隣り合う領域間を移行させることができる。
【０１２９】
また、理論空燃比での均質燃焼時に発生するＮＯｘは、ＮＯｘトラップ触媒３１に付加されている三元触媒機能により排気中のＨＣ、ＣＯを還元剤として用いて還元浄化される。
【０１３０】
このように、本実施形態（請求項１、６に記載の発明）によれば、成層燃焼域のうち成層燃焼の設定条件が異なる隣り合う運転域Ｒ１、Ｒ２の境界を横切る際にも、成層燃焼を持続させつつＮＯｘ排出量の増大を防止することができる。
【０１３１】
図１３は第２実施形態の領域移行時の作用を説明するための波形図で、第１実施形態の図５と置き換わるものである。
【０１３２】
この実施形態は、図示のようにＡ期間、Ｂ期間のうちにＤ、Ｅの各期間を定め、このＤ、Ｅ期間で圧縮行程噴射に加えて吸気行程噴射を行わせるようにしたものである（請求項７に記載の発明）。
【０１３３】
このように、リーン空燃比での成層燃焼から理論空燃比での均質燃焼への移行時及びその逆への移行時に、吸気行程噴射と圧縮行程噴射を共に行うようにすることで、成層燃焼のリッチ限界空燃比と、均質燃焼のリーン限界空燃比が離れている場合でも、トルク段差を生じさせることなく、成層燃焼より均質燃焼へあるいはその逆へと燃焼状態を切換えることができる。
【０１３４】
図１４は第３実施形態の領域移行時の作用を説明するための波形図で、第１実施形態の図５と置き換わるものである。
【０１３５】
第３実施形態は上記第１または第４の処理を行う際にリッチスパイク処理を行うものである（請求項９に記載の発明）。ここで、リッチスパイク処理とは空燃比を一時的にリッチ空燃比にする空燃比リッチ化処理のことである。第３実施形態によれば、領域移行時の制御を行う以前の成層運転中にＮＯｘトラップ触媒３１にトラップされているＮＯｘを還元浄化してＮＯｘとラップ触媒３１を再生することができる。
【０１３６】
この場合、領域Ｒ２より領域Ｒ１への移行時においてリッチスパイク処理を行うタイミングを、領域Ｒ１より領域Ｒ２への移行時においてリッチスパイク処理を行うタイミングよりも早く設定している（請求項１０に記載の発明）。すなわち、図１４において左半分に示す領域Ｒ１より領域Ｒ２への移行時にはｔ２のタイミングよりリッチスパイク処理を行うのに対して、右半分に示す領域Ｒ２より領域Ｒ１への移行時にはｔ２のタイミングの少し手前よりリッチスパイク処理を開始している。これは、均質燃焼状態でも、ＴＣＶ１３が開状態にある場合とＴＣＶが閉状態にある場合とで燃焼安定性が異なることに着目したものである。すなわち、ＴＣＶ１３が閉状態である場合の均質燃焼のほうが、ＴＣＶ１３が開状態である場合の均質燃焼より燃焼安定度が優れ、空燃比をよりリッチ化することが、かつ点火時期をよりリタード側にすることが可能であるためである。
【０１３７】
理論空燃比を表す水平線とリッチスパイク処理における空燃比波形とで囲まれる面積が、ＮＯｘ還元剤の量に対応するので、このように、領域Ｒ２より領域Ｒ１への移行時に早期にリッチスパイク処理を開始すれば、その分、理論空燃比を表す水平線とリッチスパイク処理における空燃比波形とで囲まれる面積、つまりＮＯｘ還元剤の量を増やすことができ、これによってＴＣＶ１３が閉状態にある場合のほうが、ＮＯｘの還元処理能力を高めることができる。
【０１３８】
請求項１に記載の一時的理論空燃比運転実行手段の機能は図８のフロー及び燃料噴射弁１２により果たされている。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施形態の筒内直噴式火花点火エンジンの概略構成図。
【図２】エアガイド式による混合気の形成方法を示す説明図。
【図３】運転領域図。
【図４】筒内直噴式火花点火エンジンの制御システム図。
【図５】本実施形態の領域移行時の作用を説明するための波形図。
【図６】ＴＣＶの作動状態の違いによる燃焼安定領域の差異を示す特性図。
【図７】領域移行フラグの設定を説明するためのフローチャート。
【図８】目標当量比の演算を説明するためのフローチャート。
【図９】ＴＣＶの開閉制御を説明するためのフローチャート。
【図１０】目標ＥＧＲ率の演算を説明するためのフローチャート。
【図１１】噴射時期の設定を説明するためのフローチャート。
【図１２】点火時期の演算を説明するためのフローチャート。
【図１３】第２実施形態の領域移行時の作用を説明するための波形図。
【図１４】第３実施形態の領域移行時の作用を説明するための波形図。
【図１５】エアガイド式による混合気の形成方法を示す説明図。
【符号の説明】
７ 点火プラグ
１２ 燃料噴射弁
１３ ＴＣＶ（ガス流動制御弁）
３１ 三元触媒機能付きＮＯｘトラップ触媒
４１ エンジンコントローラ

Claims (10)

1. 所定運転域でリーン空燃比での成層燃焼を行う筒内直接噴射式火花点火エンジンにおいて、
   成層燃焼を行う所定運転域のうち隣り合う運転域で成層燃焼の設定条件が異なる場合に、その隣り合う運転域の境界を横切る際に、一時的に理論空燃比での均質燃焼を行わせる一時的理論空燃比運転実行手段と、
   この理論空燃比での均質燃焼時に排気中に含まれるＮＯｘを還元する触媒と
   を備えることを特徴とする筒内直接噴射式火花点火エンジンの制御装置。
2. ＥＧＲ装置を備え、前記隣り合う運転域ではいずれもＥＧＲ率を大きくすると共に、ガス流動制御弁を備え、前記隣り合う運転域の一方でこのガス流動制御弁を開き、前記隣り合う運転域の他方でこのガス流動制御弁を閉じることを特徴とする請求項１に記載の筒内直接噴射式火花点火エンジンの制御装置。
3. ＥＧＲ装置を備え、前記隣り合う運転域ではいずれもＥＧＲ率を大きく、かつ点火時期と噴射時期とで定まる燃焼安定領域が前記隣り合う運転域で重なっていないことを特徴とする請求項１に記載の筒内直接噴射式火花点火エンジンの制御装置。
4. ガス流動制御弁を開いている一方の運転域よりガス流動制御弁を閉じている他方の運転域への移行時に、ガス流動制御弁の状態とＥＧＲ率はそのままで理論空燃比での均質燃焼に切換える第１の処理を行い、その後にガス流動制御弁を閉じると共にＥＧＲ率を前記他方の運転域に適合した値へと変化させる第２の処理を行い、その後でリーン空燃比での成層燃焼へと復帰させる第３の処理を行うことを特徴とする請求項２に記載の筒内直接噴射式火花点火エンジンの制御装置。
5. ガス流動制御弁を閉じている他方の運転域よりガス流動制御弁を開いている一方の運転域への移行時に、ガス流動制御弁の状態とＥＧＲ率はそのままで理論空燃比での均質燃焼に切換える第４の処理を行い、その後にガス流動制御弁を開くと共にＥＧＲ率を前記一方の運転域に適合した値へと変化させる第５の処理を行い、その後でリーン空燃比での成層燃焼へと復帰させる第６の処理を行うことを特徴とする請求項２に記載の筒内直接噴射式火花点火エンジンの制御装置。
6. ガス流動制御弁を開いている一方の運転域よりガス流動制御弁を閉じている他方の運転域への移行時に、ガス流動制御弁の状態とＥＧＲ率はそのままで理論空燃比での均質燃焼に切換える第１の処理を行い、その後にガス流動制御弁を閉じると共にＥＧＲ率を前記他方の運転域に適合した値へと変化させる第２の処理を行い、その後でリーン空燃比での成層燃焼へと復帰させる第３の処理を行い、またガス流動制御弁を閉じている他方の運転域よりガス流動制御弁を開いている一方の運転域への移行時に、ガス流動制御弁の状態とＥＧＲ率はそのままで理論空燃比での均質燃焼に切換える第４の処理を行い、その後にガス流動制御弁を開くと共にＥＧＲ率を前記一方の運転域に適合した値へと変化させる第５の処理を行い、その後でリーン空燃比での成層燃焼へと復帰させる第６の処理を行うことを特徴とする請求項２に記載の筒内直接噴射式火花点火エンジンの制御装置。
7. 前記第１または第４の処理を行う際に吸気行程と圧縮行程で燃料噴射を行うことを特徴とする請求項４から６までのいずれか一つに記載の筒内直接噴射式火花点火エンジンの制御装置。
8. 流入する排気の空燃比がリーンであるときに排気中のＮＯｘをトラップし、
   流入する排気の空燃比が理論空燃比またはリッチ空燃比であるときにトラップしていたＮＯｘを放出すると共に、排気中の物質を還元剤として用いてこの放出したＮＯｘを還元浄化するＮＯｘトラップ触媒を備え、前記第１または前記第４の処理を行う際には空燃比を一時的にリッチ空燃比にする空燃比リッチ化処理を行うことを特徴とする請求項４または５に記載の筒内直接噴射式火花点火エンジンの制御装置。
9. 流入する排気の空燃比がリーンであるときに排気中のＮＯｘをトラップし、
   流入する排気の空燃比が理論空燃比またはリッチ空燃比であるときにトラップしていたＮＯｘを放出すると共に、排気中の物質を還元剤として用いてこの放出したＮＯｘを還元浄化するＮＯｘトラップ触媒を備え、前記第１または前記第４の処理を行う際には空燃比を一時的にリッチ空燃比にする空燃比リッチ化処理を行うことを特徴とする請求項６に記載の筒内直接噴射式火花点火エンジンの制御装置。
10. 前記第４の処理を行う際に空燃比リッチ化処理を行うタイミングを、前記第１の処理を行う際に空燃比リッチ化を行うタイミングよりも早く設定することを特徴とする請求項９に記載の筒内直接噴射式火花点火エンジンの制御装置。

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