JP3743277B2 - 直噴火花点火式内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、直噴火花点火式内燃機関の制御装置に関し、特に燃料噴射方式の切り換えに伴なう運転性の悪化を防止する技術に関する。
【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、機関の燃焼室内に直接燃料を噴射供給して成層燃焼を行なわせる直噴火花点火式内燃機関が、採用されてきている。
同上の直噴火花点火式内燃機関において、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、点火栓周りにストイキ（理論空燃比）若しくはストイキよりリッチな空燃比の成層混合気を形成し、その外側にストイキよりリーンな空燃比の混合気を形成して、燃焼させるようにしたものがある（特開平１０−２１２９８７号参照）。
【０００３】
即ち、点火栓周りの比較的リッチな混合気の初期燃焼で燃焼速度を早めつつ、リーン混合気による主燃焼へ移行させることにより、点火時期のリタードを可能とし、最後に点火栓付近で余剰燃料による後燃えを発生させることなどによって、ＨＣ,ＮＯｘ等の排出を抑制しつつ排気温度を上昇させて、排気浄化触媒の活性化促進を図っている。以下、このようにして形成された混合気の燃焼を成層ストイキ燃焼と称して説明する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記のように吸気行程と圧縮行程とに分割して燃料噴射する方式では、分割された各燃料噴射期間（噴射パルス幅）が短くなるが、燃料噴射弁は、噴射パルス幅が短い低流量域で噴射パルス幅に対する燃料噴射量のリニアリティが低下し、要求どおりの燃料噴射量が得られず、安定した燃焼性を確保することができないという問題がある（図２４参照）。
【０００５】
そこで、前記分割して燃料噴射（以下分割燃料噴射という）するときには、燃料供給圧力（以下燃圧という）を低下して各噴射期間を長引かせることにより、リニアリティを確保することが考えられた。
しかし、上記のように分割燃料噴射している状態で、加速を行なったときには、要求燃料噴射量が増大するが、低燃圧の分割燃料噴射では噴射期間が大きくなりすぎて要求燃料噴射量を確保することができず、燃焼の悪化ひいては失火等により運転性が悪化するおそれがあった。
【０００６】
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、分割燃料噴射時に加速したときに、加速の程度に応じた最適な運転性が得られることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項１にかかる発明は、
機関の燃焼室内に直接燃料を噴射供給する直噴火花点火式内燃機関において、
機関の所定運転時に、燃料供給圧力を減少補正しながら複数回に分割して燃料噴射を行ない、該運転状態で加速を検出したときに、一回の燃料噴射への移行に伴なうトルク段差を吸収するように点火時期を目標時期まで進角操作し、かつ、該点火時期の目標進角時期への移行期間を加速の程度に応じて設定し、該進角操作終了後、燃料供給圧力を高圧側に戻すと同時に、点火時期を所定量遅角させて、一回の燃料噴射へ切り換え、その後該一回の燃料噴射による燃焼に応じた点火時期まで徐々に進角することを特徴とする。
【０００８】
請求項１に係る発明によると、
所定運転時には、燃料供給圧力を減少補正しながら分割して燃料噴射され、この状態で加速すると、１回の燃料噴射に切り換えて燃料噴射量を確保するが、点火時期を進角操作してから、燃料供給圧力を高圧側に戻して１回の燃料噴射へ切り換える。
【０００９】
このように、分割燃料噴射時は燃圧を減少補正することで、安定した燃焼性を確保して該分割燃料噴射領域を拡大でき、加速時は燃圧を高圧側に戻しながら１回の燃料噴射に切り換えることにより、燃料噴射量を確保しつつ加速を行なうことができる。
また、同一運転条件では分割燃料噴射に比較して１回の燃料噴射の方が発生トルクが大きく、そのまま１回の燃料噴射へ切り換えると、大きなトルク段差を生じるので、点火時期を進角操作して分割燃料噴射での発生トルクを増大させてから、該一回の燃料噴射への切り換えと同時に、点火時期を所定量遅角させて１回の燃料噴射での燃焼による発生トルクを低減することで、切り換え時のトルク段差を大きく低減することができる。特に、切り換え直前まで点火時期を目標時期まで進角操作しているので、前記所定量の遅角代を十分大きく確保することができ、トルク段差を完全に無くすことも可能となる。ここで、前記点火時期の進角操作を早くするとトルクの増大が急となり、遅くすると１回の燃料噴射への切り換え遅れが大きくなる。
【００１０】
そこで、加速の程度に応じて点火時期の目標時期への移行期間を設定することにより、要求される加速性を確保しながら、できるだけトルク段差を低減することができ、最適な運転性を得ることができる。
また、燃焼切り換え後は、本来の一回の燃料噴射による燃焼に応じた点火時期まで徐々に進角することで、最適な燃焼性を確保できる。
また、請求項２に係る発明は、加速の程度が大きいほど、前記点火時期の目標時期への移行期間を短くすることを特徴とする。
【００１１】
請求項２に係る発明によると、
加速の程度が大きいほど短い時間で点火時期の進角操作が終了する。
すなわち、急加速時は、進角が早められることで、分割燃料噴射での発生トルクの増大が早められ、１回の燃料噴射への切り換えも早められることで、加速応答性を満たすことができる。一方、緩加速時は、進角を遅くすることで分割燃料噴射での燃焼による発生トルクの増大が緩やかとなり、１回の燃料噴射への切り換えも遅くなることで、トルクの増大が緩やかとなってスムースな加速性が得られる。
【００１２】
また、請求項3に係る発明は、
吸気スロットル弁の開度増加率が大きいほど、前記点火時期の目標時期への移行期間を短くすることを特徴とする。
請求項３に係る発明によると、
吸気スロットル弁の開度増加率によって、加速の程度を速やかに検出して、点火時期の目標時期への移行期間すなわち進角速度を最適に設定できる。
【００１４】
また、請求項４に係る発明は、
前記機関の所定運転時は、排気通路に配設された排気浄化触媒を暖機するときであることを特徴とする。
請求項４に係る発明によると、既述のように、分割燃料噴射を行なって排気温度を高める燃焼を行なうことができるので、排気浄化触媒を暖機するときに該分割燃料噴射を行なう。
【００１５】
また、請求項５に係る発明は、
前記分割した燃料噴射は、吸気行程と圧縮行程とに分割して燃料噴射することを特徴とする。
請求項５に係る発明によると、
吸気行程と圧縮行程とに分割して燃料噴射することで、既述の成層ストイキ燃焼などを良好な形態で行なうことができる。
【００１６】
また、請求項６に係る発明は、
空燃比を検出するセンサを備え、該センサの活性を前記分割燃料噴射の許可条件の１つとし、該分割燃料噴射の実行中は、前記センサの検出値に基づいて燃焼室全体の混合気がストイキとなるように燃料噴射量をフィードバック制御することを特徴とする。
【００１７】
請求項６に係る発明によると、
前記成層ストイキ燃焼時に高精度なストイキ制御を行なえ、排気浄化触媒の昇温効率を最良とすることができる。また、触媒が完全に活性化される前からある程度の浄化機能が発揮されるので、高精度にストイキ制御することで、触媒による排気浄化も高められる。
【００１８】
【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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
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。
【００２３】
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、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。
【００２４】
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な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。
【００２５】
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から、成層ストイキ燃焼中（排気浄化触媒９の暖機過程中）に、当該空燃比センサ８の検出結果に基づく空燃比フィードバック制御を行なうことは可能である。
【００２６】
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、後述する成層ストイキ燃焼時に、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。
なお、本実施形態においては、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。
【００２７】
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。
更に、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）が設けられている。
ところで、本実施形態においては、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。
【００２８】
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。
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。
【００２９】
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な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な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。
【００３０】
ところで、本実施形態に係るコントロールユニット５０では、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、例えば、以下のような制御を行なうようになっている。
【００３１】
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。
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。
【００３２】
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。
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。
【００３３】
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｝を行なわせて、機関１の運転（直噴均質燃焼）を行なわせる。
【００３４】
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、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なわせ、該燃焼に応じた点火時期制御と燃圧制御を行って本フローを終了する。
【００３５】
ステップ６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▲１▼、▲２▼の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）。
【００３６】
▲２▼アイドルスイッチがＯＮであること。
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、後述する触媒活性化促進等のための成層ストイキ燃焼を行な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７へ進む。
【００３７】
一方、ＮＯの場合には、後述する触媒活性化促進のための成層ストイキ燃焼を行なわせると、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。
ステップ７では、実際の成層ストイキ燃焼への切り換えに先立ち、燃圧を成層ストイキ燃焼を行なうのに要求される燃圧に切り換える制御を行なう。すなわち、成層ストイキ燃焼ではそもそも要求燃料量が少ないアイドル条件で許可され、さらにこの少ない要求燃料量を吸気行程と圧縮行程とに分割して燃料噴射するので、各噴射のパルス幅が燃料噴射量に対してリニアリティを確保できる大きさ以上となるように、１回で噴射する場合に比較して燃圧を減少するように切換制御する。
【００３８】
ステップ８では、上記燃圧の切換制御により、燃圧が成層ストイキ燃焼用の燃圧に切り換わったのを待って、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点火時期制御を行いつつ成層ストイキ燃焼へ切り換える。そして、成層ストイキ燃焼への移行が終了すると、ステップ９で、成層ストイキ燃焼が継続される。
【００３９】
前記、均質燃焼から成層ストイキ燃焼へ切り換えに応じた点火時期制御を図５に示したフローチャートに従って説明する。
ステップ１１１では、成層ストイキ燃焼が許可され、かつ、成層ストイキ燃焼への移行の準備が整ったか判定する。つまり、図２のステップ６で成層ストイキ燃焼が許可され、ステップ７において、燃圧が成層ストイキ燃焼用の燃圧に切り換わったことをもってステップ１１２へ進む。
【００４０】
そして、成層ストイキ燃焼が許可されてその準備が整ったとき、つまり、現在の均質燃焼から排気温度上昇用の成層ストイキ燃焼への切換要求が発生しているときには、ステップ１１２へ進み、燃焼切換時のトルク段差を抑制するために必要な点火時期遅角補正制御を開始し、遅角割合の初期値を０％に設定する。
即ち、均質燃焼から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によるトルク段差を無くすため、まず、現在の均質燃焼における点火時期[ＭＢＴ（最大トルク発生点火時期）｝を徐々に遅角して現在の均質燃焼時の発生トルクを徐々に低下する。
【００４１】
ステップ１１３では、前記遅角補正を徐々に行なうために、遅角割合を所定量インクリメントする。具体的には、単位時間(例えば10ms）毎に遅角率ａ％（例えば１％）ずつ遅角割合を増加させる。
ステップ１１４では、遅角量を算出する。具体的には、まず、機関回転速度と負荷（基本燃料噴射量Ｔｐ等）とに基づいて、前記燃焼切換時にトルク段差を解消できるトルク増大補正が可能となる進角補正代を確保できるように、目標遅角点火時期を、後述するようにマップからの検索等で算出し、次式により、逐次の遅角量を算出する。
【００４２】
遅角量＝（ＭＢＴ−目標遅角点火時期）×遅角割合
ステップ１１５では、最終的に点火時期を次式により算出する。
点火時期＝ＭＢＴ−遅角量
このようにして、燃焼切換要求発生後、点火時期が徐々に遅角されて前記目標遅角点火時期に近づけられる（図６［Ａ］→［Ｂ］）。
【００４３】
ステップ１１６では、前記目標遅角点火時期に達したか否かを、前記遅角割合が100％となったか等によって判定し、目標遅角点火時期に達するまで、ステップ１３に戻って、徐々に遅角補正させる。
そして、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１１７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、燃圧を減少補正すると共に、燃料噴射弁５からの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。
【００４４】
さらに、ステップ１１８へ進んで、前記燃焼切換と同時に前記遅角割合を０に設定することにより、点火時期を前記遅角補正開始前のＭＢＴに戻す（図６［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、成層ストイキ燃焼での発生トルクを増大させて、燃焼切換時のトルク段差（図６のａ）の発生を解消する。このように均質燃焼での発生トルクを低下させるとともに成層ストイキ燃焼での発生トルクを増大させることにより、燃焼切換に伴なうトルク段差を十分に解消することができ、安定した運転性を確保できる。
【００４５】
ステップ１１９以降では、該切換後の成層ストイキ燃焼における最適な目標点火時期に徐々に近づける制御を行なう。
まず、ステップ１１９では、遅角割合を所定量インクリメントする。具体的には、前記ステップ１１３と同様に単位時間(例えば10ms）毎にａ％（例えば１％）ずつ遅角割合を増加させる。
【００４６】
そして、ステップ１２０で逐次の遅角量を算出する。即ち、機関回転速度と負荷（基本燃料噴射量Ｔｐ等）とに基づいて、成層ストイキ燃焼での目標遅角点火時期を、マップからの検索等で算出し、次式により、逐次の遅角量を算出する。
遅角量＝（ＭＢＴ−目標遅角点火時期）×遅角割合
ここで、前記成層ストイキ燃焼での目標遅角点火時期は、例えば、機関安定限界（運転性）内で最大限遅角（リタード）させるようになっている。このようにすれば、最大限排気温度を上昇させることができる。但し、従来の燃焼形態と同等の機関安定性を達成する程度に点火時期を遅角させても良く、この場合でも、成層ストイキ燃焼によれば、従来に対して点火時期を大幅に遅角できるから、従来に対して排気温度の上昇効果は大きなものとできる。
【００４７】
ステップ１２１では、最終的に点火時期を次式により算出する。
点火時期＝ＭＢＴ−遅角量
このようにして、燃焼切換後、点火時期が徐々に遅角されて成層ストイキ燃焼での目標遅角点火時期に近づけられる（図６［Ｃ］→［Ｄ］）。
ステップ１２２では、前記目標遅角点火時期に達したか否かを、前記遅角割合が100％となったか等によって判定し、目標遅角点火時期に達するまでステップ１９に戻って、徐々に遅角補正させる。
【００４８】
このようにすれば、始動用の均質燃焼から排気温度上昇用の成層ストイキ燃焼への切換時のトルク段差を解消できる。
図７は、上記成層ストイキ燃焼とそれ以外の燃焼時との最終的な目標点火時期を切り換え設定するルーチンのフローチャートを示す。
ステップ５１では、成層ストイキ燃焼中であるか否かを判断する。当該判断は、図２のフローチャートにおけるステップ６で成層ストイキ燃焼への移行が許可されたことなど（例えば成層ストイキ燃焼移行許可フラグのセット状態など）に基づいて判断することができる。
【００４９】
ＹＥＳであればステップ５２へ進み、ＮＯであればステップ５３へ進む。
ステップ５２では、ステップ５２中に示すような点火時期リタード設定用マップを参照して、点火時期を設定する。なお、点火時期リタード設定用マップ中の↓印の位置が、成層ストイキ燃焼中における点火時期の設定時期を示している。即ち、本実施形態においては、成層ストイキ燃焼中は、点火時期をＭＢＴ（燃費最良点）に制御せず、機関安定限界（運転性）内で最大限遅角（リタード）させるようになっている。
【００５０】
一方、ステップ５３では、ステップ５３中に示すような従来点火時期設定用マップを参照して、点火時期を設定する。即ち、成層ストイキ燃焼中でなく、従来の燃焼形態であるので、所定の燃費（或いは機関安定性）を達成できるように、点火時期を従来の燃焼形態に応じたＭＢＴに制御する。
ところで、成層ストイキ燃焼によれば、点火時期をＭＢＴとしても、従来の燃焼形態のＭＢＴに対して点火時期を遅角でき、かつ、機関安定性をも向上させることができるので（点火時期リータド設定用マップ参照）、機関安定性と排気温度上昇とを高レベルで両立させることができるものであるが、本実施形態のように、成層ストイキ燃焼中に、点火時期を機関安定限界（運転性）内で最大限遅角（リタード）させるようにすれば、最大限排気温度を上昇させることができることになる。
【００５１】
なお、従来の燃焼形態と同等の機関安定性を達成する程度に点火時期を遅角させても良く、この場合でも、成層ストイキ燃焼によれば、従来に対して点火時期を大幅に遅角できるから、従来に対して排気温度の上昇効果は大きなものとできる。
次に、上記のようにして切り換えられる成層ストイキ燃焼の燃焼制御について、詳細に説明する。
【００５２】
具体的には、例えば、１燃焼サイクル当たりの吸入空気量で略完全燃焼させることができるトータル燃料量｛略ストイキ（理論空燃比）を達成するのに必要な燃料重量｝のうち、例えば略５０％乃至略９０％の燃料重量を、吸気行程で燃焼室内に噴射供給し、燃焼室内全体にストイキよりも比較的リーン（希薄）な均質混合気を形成すると共に｛図４（Ｂ）に示す燃料噴射により形成する｝、残りの略５０％乃至略１０％の燃料重量を、圧縮行程で燃焼室内に噴射供給し、点火栓６周りにストイキよりも比較的リッチな（燃料濃度の高い）混合気を層状に形成して｛図４（Ａ）参照｝、燃焼させる（図８参照）。
【００５３】
なお、当該成層ストイキ燃焼形態は、吸気行程中に燃焼室内に（本実施形態では吸気行程噴射により）形成されるストイキよりもリーンな混合気の空燃比を１６〜２８とし、圧縮行程中の燃料噴射により点火栓周りに形成されるストイキよりもリッチな混合気の空燃比が９〜１３となるように、吸気行程中の燃料噴射量と、圧縮行程中の燃料噴射量と、の分担率を設定するようにしても良い。
【００５４】
また、各混合気層の空燃比を上記のような範囲とすれば、燃焼室内の平均空燃比を理論空燃比から多少ずれた空燃比（例えば、１３．８〜１８の範囲）に設定することもできる（本実施形態では、理論空燃比にフィードバック制御する）。上記のような成層ストイキ燃焼によれば、従来の均質ストイキ燃焼と比較して排気温度を上昇させることができるだけでなく、燃焼室から排気通路に排出される未燃ＨＣ量を減少させることができる（図９、図１０参照）。
【００５５】
即ち、成層ストイキ燃焼によれば、従来の燃焼形態｛均質燃焼だけ、成層燃焼だけ、或いは、これらに対し更に追加燃料を燃焼後期以降（膨張行程以降や排気行程中）に噴射する燃焼形態など｝で暖機を行なわせる場合に比べて、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,ＮＯｘの排出を抑制しながら、排気浄化触媒９の早期活性化を格段に促進できることになる。
【００５６】
ところで、前記成層ストイキ燃焼は、燃料の供給を、吸気行程噴射と、圧縮行程噴射と、で行なわせるが、具体的には、例えば、以下に説明するようにして各行程での燃料噴射量と噴射時期（噴射タイミング）が設定されるようになっている。
成層ストイキ燃焼を行なわない場合には、燃料噴射量は、従来同様、概略以下のようにして設定される。
【００５７】
エアフローメータ３からの電圧信号から求められる吸入空気流量Ｑａと、クランク角センサ１１からの信号から求められる機関回転速度Ｎｅとから基本燃料噴射パルス幅（基本燃料噴射量に相当）Ｔｐｔ＝ｃ×Ｑａ／Ｎｅ（ｃは定数）を演算すると共に、低水温時に機関安定性等のためにリッチ側に補正する水温補正係数Ｋｗや、始動及び始動後増量補正係数Ｋasや、空燃比フィードバック補正係数ＬＡＭＤ、目標空燃比補正係数Ｚ等により、有効燃料噴射パルス幅ＣＴＩ＝Ｔｐｔ×（１＋Ｋｗ＋Ｋas＋・・・）×ＬＡＭＤ×Ｚ＋Ｔｓを演算する。Ｔｓは、電圧補正分である。上記空燃比フィードバック補正係数ＬＡＭＤは、排気浄化触媒９の上流側に設けられた空燃比センサ８の空燃比検出結果に基づいて比例積分（ＰＩ）制御等により増減されるもので、これに基づきコントロールユニット５０では燃料噴射量Ｔｐｔを補正し、燃焼用混合気の空燃比を目標空燃比にフィードバック制御することができるようになっている。なお、当該空燃比フィードバック制御を行なわない場合には、該ＬＡＭＤは所定値（例えば１．０）にクランプ（固定）されるようになっている。
【００５８】
そして、成層ストイキ燃焼を行なう場合には、前記燃料噴射パルス幅ＣＴＩのうち、所定の割合分｛ＣＴＩＨ＝ＣＴＩ×Ｋｓｐ；Ｋｓｐは分担率（比）或いは分割比｝を吸気行程で噴射し、残り分｛ＣＴＩＳ＝ＣＴＩ×（１−Ｋｓｐ）｝を圧縮行程で噴射する。
なお、この分割比Ｋｓｐは固定値であっても良いが、運転状態に応じて可変設定できるようにするのが好ましい。なお、具体的には、既述したように、吸入空気量で略完全燃焼させることができるトータル燃料量｛略ストイキ（理論空燃比）を達成するのに必要な燃料重量｝のうち、例えば略５０％乃至略９０％の燃料重量を、吸気行程中の燃料噴射量とし、残りの略５０％乃至略１０％の燃料重量が圧縮行程中の燃料噴射量となるように、分割（分担）比（或いは率）Ｋｓｐを設定することが好ましい。
【００５９】
また、吸気行程中の燃料噴射量と、圧縮行程中の燃料噴射量と、の分割（分担）比（或いは率）Ｋｓｐは、吸気行程中に燃焼室内に形成されるストイキよりもリーンな混合気の空燃比を１６〜２８とし、圧縮行程中の燃料噴射により点火栓周りに形成されるストイキよりもリッチな混合気の空燃比が９〜１３となるように設定することもできる。
【００６０】
ところで、吸気行程噴射の燃料噴射時期は、図１１のタイミングチャートに示すように、機関回転速度Ｎｅと燃料噴射パルス幅ＣＴＩＨとから定まる噴射時期ＴＩＴＭＨ（図１１中のマップＡ参照）に制御されるようになっている。
そして、圧縮行程噴射の燃料噴射時期は、図１１のタイミングチャートに示すように、機関回転速度Ｎｅと燃料噴射パルス幅ＣＴＩＳとから定まる噴射時期ＴＩＴＭＳ（図１１中のマップＢ参照）に制御されるようになっている。この噴射時期ＴＩＴＭＳは、成層リーン燃焼を行う際の噴射時期よりも進角側に設定されている。
【００６１】
ここで、本実施形態に係る燃料噴射量と燃料噴射時期の制御の一例を示した図１２のフローチャートに従って説明する。
ステップ３１では、例えば、上述した方法で、燃料噴射パルス幅ＣＴＩを演算する。ここで、本実施形態では既述したように成層ストイキ燃焼でも可能な限り速やかに空燃比センサ８の検出値に基づく空燃比フィードバック制御を行なう。該空燃比フィードバック制御については、後述する。
【００６２】
ステップ３２では、噴射分割比Ｋｓｐ（ｔ）を、次式に従って演算する。
例えば、Ｋｓｐ（ｔ）＝Ｋｓｐ（ｔ−１）−ｄＫｓｐ
但し、Ｋｓｐ（０）＝１、Ｋｓｐ（ｔ）≧Ｋｓｐ０、Ｋｓｐ（ｔ）は今回値、Ｋｓｐ（ｔ−１）は前回値。ｔは、所定時間毎に行なわれる本ルーチンの実行回数（１以上）である。
【００６３】
これにより、噴射分割比Ｋｓｐ（ｔ）は、成層ストイキ燃焼移行許可後に、”１”から単位時間毎（例えば１０ｍｓｅｃ毎）に、ｄＫｓｐずつＫｓｐ０まで変化されることになる。
ステップ３３では、吸気行程噴射の燃料噴射パルス幅ＣＴＩＨを、次式に従い演算する。
【００６４】
ＣＴＩＨ＝ＣＴＩ×Ｋｓｐ（ｔ）
ステップ３４では、圧縮行程噴射の燃料噴射パルス幅ＣＴＩＳを、次式に従い演算する。
ＣＴＩＳ＝ＣＴＩ×｛１−Ｋｓｐ（ｔ）｝
ステップ３５では、ステップ３３、３４で設定されたパルス幅で噴射可能か否かを判断する。即ち、低流量域では、燃料噴射弁５の噴射特性がリニアにならない領域（パルス幅と実噴射量とが一義的に定まらない領域）が存在するため、燃料噴射量制御に誤差が生じ、燃焼安定性（運転性）、排気性能、燃費性能等を悪化させる惧れがあるので、このような事態を回避するための処理ステップである。
【００６５】
具体的には、リニアな特性が良好に得られる最小噴射パルス幅ＴＩＭＩＮと、各噴射パルス幅ＣＴＩＨ、ＣＴＩＳと、を比較することでなされる。
即ち、ＣＴＩＨ≧ＴＩＭＩＮ、且つ、ＣＴＩＳ≧ＴＩＭＩＮ
であるか否かを判断する。
ＹＥＳであれば、ステップ３６へ進む。ＮＯであれば、ステップ３９へ進む。
【００６６】
ステップ３６では、ステップ３３、３４で設定されたパルス幅ＣＴＩＨ、ＣＴＩＳを、最終的なパルス幅ＣＴＩＨ、ＣＴＩＳとして決定する。
ステップ３７では、吸気行程噴射、圧縮行程噴射での各燃料噴射時期ＴＩＴＭＨ、ＴＩＴＭＳを決定する。
即ち、吸気行程噴射の燃料噴射時期ＴＩＴＭＨを、次式に従い演算する。
【００６７】
ＴＩＴＭＨ＝ｆ（ＣＴＩＨ，Ｎｅ）
圧縮行程噴射の燃料噴射時期ＴＩＴＭＳを、次式に従い演算する。
ＴＩＴＭＳ＝ｆ（ＣＴＩＳ，Ｎｅ）
なお、具体的には、図１５中に示したマップＡ，Ｂ等を検索することで決定することができる。
【００６８】
つづくステップ３８では、上記で決定された各パルス幅、各燃料噴射時期に対応した駆動パルス信号を燃料噴射弁５に送信し、吸気行程中と圧縮行程中のそれぞれにおいて、所定量に調量された燃料を、所定時期に、燃焼室内に直接噴射供給し、本フローを終了する。
なお、上記ステップ３５で、ＮＯ（ステップ３３、３４で設定されたパルス幅では噴射できない）と判断された場合は、ステップ３９へ進むことになるが、当該ステップ３９では、以下の条件を満たすか否かを判断する。
【００６９】
即ち、
ＣＴＩＨ≧ＴＩＭＩＮ、且つ、ＣＴＩＳ＜ＴＩＭＩＮ
であるか否かを判断する。
ＹＥＳであれば、ステップ４０へ進み、ＮＯであればステップ４１へ進む。
ステップ４０では、ＣＴＩＳ＜ＴＩＭＩＮであるので、良好な噴射特性を達成できないとして、ＣＴＩＳを最小噴射パルス幅（噴射量）ＴＩＭＩＮにセットして最小流量を確保する一方で、トータル燃料噴射量合わせを行なう。
【００７０】
即ち、
ＣＴＩＨ＝ＣＴＩ−ＣＴＩＳ
ＣＴＩＳ＝ＴＩＭＩＮ
なる処理を行い、各噴射パルス幅ＣＴＩＨ、ＣＴＩＳを決定する。
そして、ステップ３７、３８へ進み、各噴射時期を決定し、燃料噴射を行なわせる。
【００７１】
一方、ステップ４１では、以下の条件を満たすか否かを判断する。
即ち、
ＣＴＩＨ＜ＴＩＭＩＮ、且つ、ＣＴＩＳ≧ＴＩＭＩＮ
であるか否かを判断する。
ＹＥＳであれば、ステップ４２へ進み、ＮＯであればステップ４３へ進む。
【００７２】
ステップ４２では、ＣＴＩＨ＜ＴＩＭＩＮであるので、良好な噴射特性を達成できないとして、ＣＴＩＨを最小噴射パルス幅（噴射量）ＴＩＭＩＮにセットして最小流量を確保する一方で、トータル燃料噴射量合わせを行なう。
即ち、
ＣＴＩＨ＝ＴＩＭＩＮ
ＣＴＩＳ＝ＣＴＩ−ＣＴＩＨ
なる処理を行い、各噴射パルス幅ＣＴＩＨ、ＣＴＩＳを決定する。
【００７３】
そして、ステップ３７、３８へ進み、各噴射時期を決定し、燃料噴射を行なわせる。
なお、ステップ４３では、ＣＴＩＨ＜ＴＩＭＩＮ、且つ、ＣＴＩＳ＜ＴＩＭＩＮであると判断し、吸気行程と圧縮行程の双方で燃料噴射を行なうと、良好な噴射特性を達成できないと判断し、ステップ４４へ進み、吸気行程噴射を禁止し、圧縮行程噴射のみを行なわせる。
【００７４】
即ち、ステップ４４では、
ＣＴＩＨ＝０
ＣＴＩＳ＝ＣＴＩ
なる処理を行なう。
そして、ステップ３７、３８へ進み、圧縮行程噴射に対応した噴射時期を決定し、圧縮行程噴射のみで燃料噴射を行なわせる。
【００７５】
なお、点火時期については、例えば、所謂ＭＢＴ（Minimum Spark Advance of Best Torque）に制御することができるものである。
ここで、成層ストイキ燃焼では燃圧を減少補正する構成としたので、吸気行程噴射及び圧縮行程噴射での燃料噴射量が共に最小燃料噴射量ＴＩＭＩＮを下回る頻度を大幅に減少させ、成層ストイキ燃焼が実行される頻度を大幅に増大することができるので、ＨＣ，ＮＯｘの発生を抑制しつつ排気浄化触媒の早期活性化を十分に促進することができる。
【００７６】
また、本実施形態では、図２のステップ６での成層ストイキ燃焼許可条件として、空燃比センサ８が活性化されたことを条件▲１▼として設定し、成層ストイキ燃焼中は必ず空燃比フィードバック制御を行なうようにしたが、成層ストイキ燃焼中に空燃比センサ８の活性を判定して空燃比フィードバック制御に移行するようにすることもできる。このようにした実施形態について、図１３のフローチャートに従って説明する。
【００７７】
ステップ６１では、成層ストイキ燃焼において、λコントロール（空燃比フィードバック制御）を許可するか否かを判断する。当該判断は、従来同様の手法を用いることができ、例えば、空燃比センサ８が活性化したか否かに基づいて判断することができる。具体的には、例えば、空燃比センサ８の出力変化の様子や、機関水温、機関始動後経過時間等に基づいて判断することが可能である。
【００７８】
ＹＥＳであればステップ６２へ進み、ＮＯであればステップ６４へ進む。
ステップ６２では、従来同様の方法で、空燃比フィードバック（Ｆ／Ｂ）制御を開始する。具体的には、例えば、排気浄化触媒９の上流側に設けられた空燃比センサ８の空燃比検出結果に基づいて、実際の空燃比とストイキ（理論空燃比）との偏差を求め、該偏差を縮小するように、比例積分（ＰＩ）制御等により空燃比フィードバック補正係数ＬＡＭＤを設定する。
【００７９】
つづくステップ６３では、ステップ６２の空燃比フィードバック制御で得られたＬＡＭＤを、燃料噴射パルス幅ＣＴＩの演算に反映させる。
その後は、前記図１２のフローチャートによって、各行程での燃料噴射パルス幅ＣＴＩＨ，ＣＴＩＳ、噴射時期ＴＩＴＭＨ，ＴＩＴＭＳを設定し、燃料噴射を行なわせる。
【００８０】
一方、ステップ６４では、λコントロールが許可されない場合であるので、第１の実施形態と同様、空燃比オープン（フィードフォワード）制御を実行するべく、空燃比フィードバック補正係数ＬＡＭＤを所定値（例えば１．０）にクランプして、燃料噴射パルス幅ＣＴＩを演算する。
その後は、図１２のフローチャートによって、各行程での燃料噴射パルス幅ＣＴＩＨ，ＣＴＩＳ、噴射時期ＴＩＴＭＨ，ＴＩＴＭＳを設定し、燃料噴射を行なわせる。
【００８１】
また、同じく図２のステップ６での成層ストイキ燃焼許可条件として、アイドル状態であることを条件▲２▼として設定したため、運転の安定性も確保されるが、アイドル以外の低回転・低負荷状態も含めた運転状態を許可条件とすることもできる。例えば、ファーストアイドル時は水温が低いため、極低回転・負荷時より燃料噴射量が大きいので、該燃料噴射量に相当するようなアクセル操作量までは、成層ストイキ燃焼を行なわせて、触媒活性化をより促進させることができる。
【００８２】
次に、上記のように低燃圧での分割燃料噴射による成層ストイキ燃焼を行なっている状態で、加速が行なわれたときの本発明にかかる制御を説明する。
図３に戻って、成層ストイキ燃焼への切換後、ステップ１０で加速されたか否かを判定する。
加速されたと判定された場合は、ステップ１２へ進み点火時期制御、燃圧切換制御を行ないつつ均質燃焼に切り換える。
【００８３】
また、ステップ１０で加速されていないと判定されたときは、ステップ１１で排気浄化触媒９が活性したかを判定し、活性していない場合はステップ９へ戻って成層ストイキ燃焼を継続するが、活性したと判定された場合はステップ１２へ進んで均質燃焼に切り換える。
前記均質燃焼への移行に際して行うステップ１２での本発明に係る点火時期制御を図１４に示したフローチャートに従って説明する。
【００８４】
ステップ２１１では、均質燃焼が許可されている（図３のステップ１０又はステップ１１の判定がＹＥＳ）か否かを判定する。
そして、均質燃焼が許可されているときには、ステップ２１２へ進み、燃焼切換時のトルク段差を抑制するために点火時期進角補正制御を開始する。このとき、前記遅角割合の初期値は100％に設定されている。
【００８５】
即ち、成層ストイキ燃焼から均質燃焼に切り換える場合は、熱効率が高い均質燃焼への切換時に、トルク増大によるトルク段差を無くすために、まず、成層ストイキ燃焼で点火時期を進角させてトルクを増大する。
ステップ２１３では、前記進角補正を徐々に行なうために、前記遅角割合を所定量デクリメントする。具体的には、単位時間(例えば10ms）毎に進角率ｂ％（例えば１％）ずつ遅角割合を減少させる。
【００８６】
ここで、加速されたことによって均質燃焼に切り換える場合は、該加速の程度に応じて前記進角率ｂを設定する。
すなわち、図１５のサブルーチンに示すように、加速の程度を示す値として、加速により増大するスロットル弁４の開度ＴＶＯの変化率ΔＴＶＯを、算出し（ステップ７１）、該変化率ΔＴＶＯに基づいて、前記進角率ｂ％を設定する（ステップ７２）。例えば、図１６に示すように、ΔＴＶＯをしきい値と比較しながら、段階的に切り換えて設定し、又は、図１７に示すように、ΔＴＶＯに対してリニアに設定し、又は、図１８に示すように、小側のしきい値以下では下限値、大側のしきい値以上では上限値に固定し、その間はリニアに設定するなどの方法で設定する。加速によらず排気浄化触媒９が活性したことによって均質燃焼に切り換える場合は、一定の進角率ｂ％に設定すればよい。
【００８７】
ここで、加速の程度が大きいほど、点火時期の進角率ｂを大きくしているのは、このときエンジンの回転上昇に伴う吸入空気量の増大が見込まれ、これに伴って必要燃料量が増大するからで、つまり、加速の程度が大きい場合、エンジン回転数の上昇に間に合うタイミングで燃圧を上昇させるために、点火時期の進角率ｂを大きくして、成層ストイキ燃焼から均質燃焼へ早期に移行させるようにしている。
【００８８】
一方、加速の程度が小さい場合、エンジン回転数は緩やかに上昇するため、加速を開始してから均質燃焼用の燃圧に上昇させなければ限られた期間内に必要燃料量を噴射できなくなるまでに時間的な余裕があり、すなわち、急速に点火時期を進角して均質燃焼へ移行する必要がないため、点火時期の進角に伴うトルク変動の抑制を重視して、このときの進角率ｂを小さな値に設定している。
【００８９】
ステップ２１４では、点火時期をＭＢＴに対する遅角量として制御するため、該遅角量を算出する。具体的には、まず、機関回転速度と負荷（基本燃料噴射量Ｔｐ等）とに基づいて、燃焼切換後の均質燃焼における点火時期のＭＢＴをマップからの検索等により算出し、これと現在の成層ストイキ燃焼における進角補正開始前の目標遅角点火時期とに基づいて、次式により、逐次の遅角量を算出する。
【００９０】
遅角量＝（ＭＢＴ−目標遅角点火時期）×遅角割合
ステップ２１５では、最終的に点火時期を次式により算出する。
点火時期＝ＭＢＴ−遅角量
このようにして、燃焼切換要求発生後、点火時期が徐々に進角されて前記均質燃焼時のＭＢＴに近づけられる（図６［Ｄ］→［Ｃ］）。
【００９１】
ステップ２１６では、前記ＭＢＴに達したか否かを、前記遅角割合が０％となったか等によって判定し、ＭＢＴに達するまでの間、ステップ２１３に戻って、徐々に進角補正させる。
そして、前記ＭＢＴに達したと判定されたときに、ステップ２１７へ進んで、燃焼を成層ストイキ燃焼から均質燃焼に切り換える。
【００９２】
具体的には、燃料噴射弁５から燃料噴射を吸気行程のみの噴射に切り換えて、均質燃焼に切り換える。また、該吸気行程のみの非分割燃料噴射で燃料噴射量が確保されるように、すなわち、回転が高い領域でも、限られた期間に必要な燃料を噴射できるように燃圧を高圧に戻す制御を行なう。具体的には、図１９のフローチャートに示すように、ステップ８１で、前記ステップ２１７による成層ストイキ燃焼から均質燃焼への切り換えがあったかを判定し、切換があったときにステップ８２で、均質燃焼用の目標燃圧を、エンジン回転速度とエンジントルクとに基づいて、図２０に示すような燃圧マップから参照して設定し、ステップ８３で該目標燃圧となるように制御する。
【００９３】
さらに、図１３に戻ってステップ２１８で、前記遅角割合を１００％とすることによって、燃焼切換と同時に点火時期を燃焼切換時のトルク増大解消分に相当する所定量、一気に遅角方向に補正することにより、均質燃焼におけるトルク段差解消のための目標遅角点火時期に切り換える（図６［Ｃ］→［Ｂ］）。
このように成層ストイキ燃焼での発生トルクを増大させるとともに均質燃焼での発生トルクを減少させることにより、燃焼切換に伴なうトルク段差（図６のａ）を十分に解消することができ、安定した運転性を確保できる。
【００９４】
ステップ２１９以降では、該切換後の均質燃焼におけるＭＢＴに徐々に近づける進角制御を行なう。
まず、ステップ２１９では、遅角割合を所定量デクリメントする。具体的には、前記ステップ２１３と同様に単位時間(例えば10ms）毎に進角率ｂ％（例えば１％）ずつ遅角割合を減少させる。
【００９５】
そして、ステップ２２０で逐次の遅角量を算出する。即ち、前記均質燃焼でのＭＢＴとトルク段差解消用に燃焼が切り換えられた直後の目標遅角点火時期とに基づいて、次式により、逐次の遅角量を算出する。
遅角量＝（ＭＢＴ−目標遅角点火時期）×遅角割合
ステップ２２１では、最終的に点火時期を次式により算出する。
【００９６】
点火時期＝ＭＢＴ−遅角量
このようにして、燃焼切換後、点火時期が徐々に進角されて均質燃焼でのＭＢＴに近づけられる（図６［Ｂ］→［Ａ］）。
ステップ２２２では、前記ＭＢＴに達したか否かを、前記遅角割合が０％となったか等によって判定し、目標遅角点火時期に達するまでステップ２１９に戻って、徐々に進角補正させる。
【００９７】
このようにすれば、排気温度上昇用の成層ストイキ燃焼から均質燃焼への切換時のトルク段差を解消できる。
そして、本発明にかかる構成として、分割燃料噴射時は燃圧を減少補正することで、安定した燃焼性を確保して成層ストイキ燃焼領域を拡大でき、排気浄化触媒の暖機効果を促進して排気浄化性能を可能な限り改善できるとともに、成層ストイキ燃焼からの加速時は燃圧を高圧側に戻しながら非分割燃料噴射を行なうことにより、燃料噴射量を確保しつつ均質燃焼へ切り換えて加速を行なうことができる。
【００９８】
また、加速の程度に応じて前記点火時期の進角率ｂを設定し、加速の程度が大きい急加速時は進角率ｂを大きくすることにより、成層ストイキ燃焼での発生トルクの増大が早められ、均質燃焼への切り換えも早められることで、加速応答性を満たすことができる。
また、急加速時は、点火時期の進角率ｂを大きくして、成層ストイキ燃焼から均質燃焼へ早期に移行させ、この結果、エンジン回転数の上昇に間に合うタイミングで燃圧を上昇させることができるため、急加速を伴う成層ストイキ燃焼から均質燃焼への移行時であっても、限られた期間内に必要燃料量を噴射することが可能である。
【００９９】
一方、緩加速時は、点火時期の進角率ｂを小さく設定することにより、成層ストイキ燃焼での発生トルクの増大が緩やかとなり、均質燃焼への切り換えも加速の程度に応じて遅くなることで、トルクの増大が緩やかとなってスムースな加速性が得られる。
また、緩加速時は、エンジン回転数は緩やかに上昇するため、急加速時のときほど、急速に燃圧を上昇させる必要がなく、つまり、加速を開始してから均質燃焼用の燃圧に上昇させなければ限られた期間内に必要燃料量を噴射できなくなるまでに時間的な余裕があるため、点火時期の進角率ｂを小さく設定することで、燃焼の切り換えに伴うトルク変動を小さく抑えることができる。
【０１００】
図２１は、前記一連の制御における均質燃焼から成層ストイキ燃焼への切り換え及び成層ストイキ燃焼から均質燃焼への切り換え時の燃圧及び点火時期の変化の様子を示す。
また、図２２,図２３は、成層ストイキ燃焼時に急加速したときと、緩加速したときの各種状態の変化の様子を示す。
【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】同上実施形態における制御を説明するためのフローチャート（前段）。
【図３】同上実施形態における制御を説明するためのフローチャート（後段）。
【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】同上実施形態における成層ストイキ燃焼への切換時の点火時期制御ルーチンを示すフローチャート。
【図６】均質燃焼と成層ストイキ燃焼とを切り換える時の点火時期制御の様子を示す線図。
【図７】同上実施形態における燃焼形態に応じた最終の目標点火時期の切換制御ルーチンを示すフローチャート。
【図８】本発明にかかる成層ストイキ燃焼形態の燃焼室内における混合気の形成状態を説明するための図。
【図９】本発明にかかる成層ストイキ燃焼による暖機特性改善効果（排気温度の変化の様子）を説明するためのタイミングチャート（その１）。
【図１０】本発明にかかる成層ストイキ燃焼による暖機特性改善効果（排気成分の変化の様子）を説明するためのタイミングチャート（その２）。
【図１１】同上実施形態における吸気行程噴射と圧縮行程噴射の噴射時期及び点火時期を説明するためのタイミングチャート。
【図１２】同上実施形態における吸気行程噴射と圧縮行程噴射の噴射パルス幅及び噴射時期を設定するためのフローチャート。
【図１３】本発明の第２の実施形態において行われる空燃比フィードバック制御（λコントロール）を行う場合の制御を説明するためのフローチャート。
【図１４】同上各実施形態において成層ストイキ燃焼から均質燃焼へ切り換える時の燃焼切換時の制御を説明するためのフローチャート。
【図１５】同上各実施形態において、成層ストイキ燃焼から加速によって均質燃焼へ切り換える時の加速の程度に応じた点火時期の進角補正における進角率を設定するためのフローチャート。
【図１６】同上の進角率設定の第１の例を示すマップ。
【図１７】同上の進角率設定の第２の例を示すマップ。
【図１８】同上の進角率設定の第３の例を示すマップ。
【図１９】同上各実施形態において成層ストイキ燃焼から均質燃焼へ切り換える時の燃圧切換制御を説明するためのフローチャート。
【図２０】同上燃圧切換制御時の目標燃圧設定用のマップ。
【図２１】前記一連の制御における均質燃焼から成層ストイキ燃焼への切り換え及び成層ストイキ燃焼から均質燃焼への切り換え時の燃圧及び点火時期の変化の様子を示すタイムチャート。
【図２２】成層ストイキ燃焼時に急加速したときの各種状態の変化の様子を示すタイムチャート。
【図２３】成層ストイキ燃焼時に緩加速したときの各種状態の変化の様子を示すタイムチャート。
【図２４】燃料噴射弁の噴射パルス幅と噴射量との関係を示す図。
【符号の説明】
１ 内燃機関
２ 吸気通路
３ エアフローメータ
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
10 下流側酸素センサ
11 クランク角センサ
13 スロットルセンサ
14 スロットル弁制御装置
27 高圧プレッシャレギュレータ
29 燃圧センサ
50 コントロールユニット

Claims (6)

1. 機関の燃焼室内に直接燃料を噴射供給する直噴火花点火式内燃機関において、
   機関の所定運転時に、燃料供給圧力を減少補正しながら複数回に分割して燃料噴射を行ない、該運転状態で加速を検出したときに、一回の燃料噴射への移行に伴なうトルク段差を吸収するように点火時期を目標時期まで進角操作し、かつ、該点火時期の目標進角時期への移行期間を加速の程度に応じて設定し、該進角操作終了後、燃料供給圧力を高圧側に戻すと同時に、点火時期を所定量遅角させて、一回の燃料噴射へ切り換え、その後該一回の燃料噴射による燃焼に応じた点火時期まで徐々に進角することを特徴とする直噴火花点火式内燃機関の制御装置。
2. 加速の程度が大きいほど、前記点火時期の目標時期への移行期間を短く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内燃機関の制御装置。
3. 吸気スロットル弁の開度増加率が大きいほど、前記点火時期の目標時期への移行期間を短くすることを特徴とする請求項２に記載の直噴火花点火式内燃機関の制御装置。
4. 前記機関の所定運転時は、排気通路に配設された排気浄化触媒を暖機するときであ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内燃機関の制御装置。
5. 前記分割した燃料噴射は、吸気行程と圧縮行程とに分割して燃料噴射す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内燃機関の制御装置。
6. 空燃比を検出するセンサを備え、該センサの活性を前記分割した燃料噴射の許可条件の１つとし、該分割燃料噴射の実行中は、前記センサの検出値に基づいて燃焼室全体の混合気がストイキとなるように燃料噴射量をフィードバック制御することを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１つに記載の直噴火花点火式内燃機関の制御装置。

Images