JP3743277B2

JP3743277B2 - Control device for direct-injection spark-ignition internal combustion engine

Info

Publication number: JP3743277B2
Application number: JP2000321809A
Authority: JP
Inventors: 岩雄吉田; 孝雄米谷
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2000-10-20
Filing date: 2000-10-20
Publication date: 2006-02-08
Anticipated expiration: 2020-10-20
Also published as: JP2002130024A

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[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a control device for a direct-injection spark-ignition internal combustion engine, and more particularly to a technique for preventing deterioration of drivability associated with switching of a fuel injection method.
[0002]
[Prior art]
In recent years, direct-injection spark-ignition internal combustion engines that perform stratified combustion by injecting and supplying fuel directly into the combustion chamber of the engine have been adopted for the purpose of improving fuel efficiency and exhaust gas purification performance.
In the direct-injection spark-ignition internal combustion engine, the fuel is divided into an intake stroke and a compression stroke and injected in order to accelerate the activation of the exhaust purification catalyst. Alternatively, a stratified mixture having an air-fuel ratio richer than stoichiometric is formed, and an air-fuel mixture having a leaner air-fuel ratio than stoichiometric is formed outside and burned (see JP-A-10-212987).
[0003]
That is, the ignition timing can be retarded by shifting to the main combustion by the lean mixture while increasing the combustion speed by the initial combustion of the relatively rich mixture around the spark plug, and finally surplus fuel near the spark plug For example, by generating afterburn due to the above, the exhaust temperature is raised while suppressing the emission of HC, NOx, etc., and the activation of the exhaust purification catalyst is promoted. Hereinafter, the combustion of the air-fuel mixture thus formed will be described as stratified stoichiometric combustion.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the method of fuel injection divided into the intake stroke and the compression stroke as described above, each divided fuel injection period (injection pulse width) is shortened, but the fuel injection valve has a short injection pulse width. There is a problem that the linearity of the fuel injection amount with respect to the injection pulse width decreases in the flow rate range, the fuel injection amount as required is not obtained, and stable combustibility cannot be ensured (see FIG. 24).
[0005]
Therefore, when dividing and injecting fuel (hereinafter referred to as “divided fuel injection”), it has been considered to ensure linearity by reducing the fuel supply pressure (hereinafter referred to as “fuel pressure”) and extending each injection period.
However, when acceleration is performed with split fuel injection as described above, the required fuel injection amount increases. However, with low fuel pressure split fuel injection, the injection period becomes too long to ensure the required fuel injection amount. There is a possibility that the drivability may be deteriorated due to deterioration of combustion and further misfire.
[0006]
The present invention has been made paying attention to such a conventional problem, and it is an object of the present invention to obtain optimum drivability according to the degree of acceleration when accelerating during divided fuel injection.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
  For this reason, the invention according to claim 1 is
  In a direct-injection spark-ignition internal combustion engine that directly injects fuel into the combustion chamber of the engine,
  During the predetermined operation of the engine, when the fuel supply pressure is decreased and corrected, the fuel injection is divided into multiple times, and when acceleration is detected in the operating state, the torque step accompanying the transition to one fuel injection The ignition timing is advanced to the target timing so as to absorb the fuel, and the transition period of the ignition timing to the target advance timing is set according to the degree of acceleration. On the high pressure sideAt the same time, the ignition timing is retarded by a predetermined amount and switched to one fuel injection, and then gradually advanced to the ignition timing corresponding to the combustion by the one fuel injection.It is characterized by.
[0008]
According to the invention of claim 1,
During predetermined operation, fuel injection is divided and corrected while decreasing the fuel supply pressure. When accelerating in this state, the fuel injection amount is switched to ensure the fuel injection amount, but the ignition timing is advanced. Then, the fuel supply pressure is returned to the high pressure side to switch to one fuel injection.
[0009]
  As described above, by correcting the fuel pressure to be reduced during divided fuel injection, it is possible to secure a stable combustibility and expand the divided fuel injection region, and during acceleration, the fuel pressure is returned to the high pressure side while performing one fuel injection. By switching, acceleration can be performed while securing the fuel injection amount.
  Also, under the same operating conditions, the generated torque is larger in one fuel injection than in divided fuel injection, and a large torque step is produced when switching to one fuel injection as it is, so the ignition timing is advanced. After increasing the torque generated by split fuel injection,Simultaneously with the switching to one fuel injection, the ignition timing is retarded by a predetermined amount to reduce the torque generated by the combustion in one fuel injection, so that the torque step at the time of switching can be greatly reduced. . In particular, since the ignition timing is advanced to the target timing immediately before the switching, the predetermined amount of retardation can be secured sufficiently large, and the torque step can be completely eliminated. here,When the advance operation of the ignition timing is advanced, the torque increases rapidly, and when the ignition timing is advanced, the delay in switching to one fuel injection increases.
[0010]
  Therefore, by setting the transition period of the ignition timing to the target timing according to the degree of acceleration, it is possible to reduce the torque step as much as possible while ensuring the required acceleration, and to obtain the optimum drivability Can do.
  Further, after the combustion is switched, the optimum combustibility can be ensured by gradually advancing to the ignition timing corresponding to the combustion by the original single fuel injection.
  The invention according to claim 2 is characterized in that as the degree of acceleration is greater, the transition period of the ignition timing to the target timing is shortened.
[0011]
According to the invention of claim 2,
As the degree of acceleration increases, the ignition timing advance operation is completed in a shorter time.
That is, at the time of sudden acceleration, the advance angle is advanced, the increase of the generated torque in the split fuel injection is accelerated, and the switching to one fuel injection is also accelerated, so that the acceleration response can be satisfied. . On the other hand, during slow acceleration, the increase in torque generated by combustion in split fuel injection is slowed by slowing the advance angle, and the switching to single fuel injection is also slowed, so the torque increase is slow. Smooth acceleration is obtained.
[0012]
The invention according to claim 3
The larger the intake throttle valve opening increase rate, the shorter the transition period of the ignition timing to the target timing.
According to the invention of claim 3,
Based on the rate of increase of the opening of the intake throttle valve, the degree of acceleration can be detected quickly, and the transition period of the ignition timing to the target timing, that is, the advance speed can be set optimally.
[0014]
  Also,Claim 4The invention according to
  The predetermined operation of the engine is when warming up the exhaust purification catalyst disposed in the exhaust passage.
  Claim 4According to the present invention, as described above, the split fuel injection can be performed to perform the combustion to raise the exhaust gas temperature. Therefore, the split fuel injection is performed when the exhaust purification catalyst is warmed up.
[0015]
  Also,Claim 5The invention according to
  The divided fuel injection is divided into an intake stroke and a compression stroke, and fuel is injected.
  Claim 5According to the invention according to
  By dividing the intake stroke and the compression stroke and injecting the fuel, the stratified stoichiometric combustion described above can be performed in a favorable form.
[0016]
  Also,Claim 6The invention according to
  A sensor for detecting an air-fuel ratio, and the activity of the sensor is set as one of the permitting conditions for the split fuel injection. During execution of the split fuel injection, the mixture in the entire combustion chamber is determined based on the detection value of the sensor. The fuel injection amount is feedback controlled so as to be stoichiometric.
[0017]
  Claim 6According to the invention according to
  High-precision stoichiometric control can be performed during the stratified stoichiometric combustion, and the temperature raising efficiency of the exhaust purification catalyst can be optimized. Further, since a certain degree of purification function is exhibited before the catalyst is completely activated, exhaust purification by the catalyst can be enhanced by performing stoichiometric control with high accuracy.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
In FIG. 1 showing a system configuration of an embodiment of the present invention, an intake passage 2 of an engine 1 is provided with an air flow meter 3 for detecting an intake air flow rate Qa and a throttle valve 4 for controlling the intake air flow rate Qa. A fuel injection valve 5 is provided facing the combustion chamber.
[0019]
The fuel in the fuel tank 21 is sucked by the electric low-pressure fuel pump 22, and the low-pressure fuel discharged from the low-pressure fuel pump 22 is supplied to the high-pressure fuel pump 24 driven by the engine through the fuel filter 23. .
The fuel supply pressure to the high-pressure fuel pump 24 by the low-pressure fuel pump 22 is adjusted to a predetermined low pressure by a low-pressure pressure regulator 26 interposed in a return passage 25 returning from the upstream side of the high-pressure fuel pump 24 to the fuel tank 21. The
[0020]
The low pressure regulator 26 adjusts the fuel pressure to a predetermined low pressure by opening the return passage 25 and returning the fuel to the fuel tank 21 when the fuel pressure is higher than a target low pressure.
On the other hand, the fuel pressure discharged from the high-pressure fuel pump 24 and supplied to the fuel injection valve 5 is adjusted to a predetermined high pressure by the high-pressure pressure regulator 27.
[0021]
The high pressure regulator 27 continuously changes the opening area of the passage 28 for returning the fuel on the downstream side of the high pressure fuel pump 24 to the low pressure side in response to a control signal from the control unit 50 described later. The control unit 50 outputs the control signal to the high pressure regulator 27 so that the fuel pressure detected by the fuel pressure sensor 29 (fuel supply pressure to the fuel injection valve 5) becomes a target high pressure.
[0022]
The fuel injection valve 5 is driven to open by a drive pulse signal set in the control unit 50 so that the fuel controlled to a predetermined pressure by the high-pressure pressure regulator 27 can be directly injected into the combustion chamber. It has become.
An ignition plug (ignition plug) 6 that is mounted facing the combustion chamber and ignites the intake air mixture based on an ignition signal from the control unit 50 is provided in each cylinder.
[0023]
On the other hand, in the exhaust passage 7, an air-fuel ratio sensor 8 (an oxygen sensor that performs rich / lean output) detects the air-fuel ratio of the exhaust gas mixture by detecting the concentration of a specific component (for example, oxygen) in the exhaust gas. Or a wide area air-fuel ratio sensor that linearly detects the air-fuel ratio over a wide area), and an exhaust purification catalyst 9 for purifying exhaust gas is provided downstream thereof. Has been. As the exhaust purification catalyst 9, the exhaust gas is oxidized by oxidizing CO and HC and reducing NOx in the exhaust in the vicinity of the theoretical air-fuel ratio {λ = 1, A / F (air weight / fuel weight) · 14.7}. A three-way catalyst that can purify CO, or an oxidation catalyst that oxidizes CO and HC in the exhaust, or a three-way function that works near the stoichiometric air-fuel ratio, traps NOx in the exhaust at a lean air-fuel ratio, and Alternatively, a NOx trap catalyst that reduces and releases NOx trapped when the air-fuel ratio becomes rich can be used.
[0024]
Further, a downstream oxygen sensor 10 that detects the concentration of a specific component (for example, oxygen) in the exhaust and outputs a rich lean gas is provided on the exhaust downstream side of the exhaust purification catalyst 9.
Here, in order to suppress a control error associated with deterioration of the air-fuel ratio sensor 8 or the like by correcting the air-fuel ratio feedback control based on the detection value of the air-fuel ratio sensor 8 based on the detection value of the downstream oxygen sensor 10. Although the downstream oxygen sensor 10 is provided (for the so-called double air-fuel ratio sensor system), it is necessary to perform the air-fuel ratio feedback control based on the detected value of the air-fuel ratio sensor 8. The downstream oxygen sensor 10 can be omitted.
[0025]
By the way, the air-fuel ratio sensor 8 is provided on the exhaust upstream side of the exhaust purification catalyst 9 and has a small heat capacity. Therefore, the activation rate is extremely fast compared to the exhaust purification catalyst 9. In addition, since the air-fuel ratio sensor 8 can be forcibly heated (activated) by an electric heater or the like, the detection of the air-fuel ratio sensor 8 during stratified stoichiometric combustion (during the warm-up process of the exhaust purification catalyst 9). It is possible to perform air-fuel ratio feedback control based on the result.
[0026]
Therefore, in the present embodiment, the air-fuel ratio sensor 8 is activated immediately after starting, and based on the detected value of the air-fuel ratio sensor 8 so that the air-fuel ratio of the entire combustion chamber becomes stoichiometric during stratified stoichiometric combustion described later. Feedback control.
In the present embodiment, the crank angle sensor 11 is provided, and the control unit 50 counts a crank unit angle signal output from the crank angle sensor 11 in synchronization with the engine rotation for a predetermined time, or The engine rotational speed Ne can be detected by measuring the cycle of the crank reference angle signal.
[0027]
A water temperature sensor 12 that is provided facing the cooling jacket of the engine 1 and detects the cooling water temperature Tw in the cooling jacket is provided.
Further, a throttle sensor 13 (which can also function as an idle switch) for detecting the opening degree of the throttle valve 4 is provided.
By the way, in this embodiment, the throttle valve control apparatus 14 which can control the opening degree of the said throttle valve 4 with actuators, such as a DC motor, is provided.
[0028]
The throttle valve control device 14 electronically controls the opening degree of the throttle valve 4 based on the drive signal from the control unit 50 so that the required torque calculated based on the driver's accelerator pedal operation amount and the like can be achieved. Can be configured.
Detection signals from the various sensors are input to a control unit 50 including a microcomputer including a CPU, a ROM, a RAM, an A / D converter, an input / output interface, and the like. The opening of the throttle valve 4 is controlled via the throttle valve control device 14 in accordance with the operating state detected based on the signals from the sensors, and the fuel injection valve 5 is driven to drive the fuel injection amount (fuel The amount of supply) is controlled, the ignition timing is set, and the ignition plug 6 is ignited at the ignition timing.
[0029]
Note that, for example, stratified combustion can be performed by injecting fuel into the combustion chamber in a compression stroke in a predetermined operation state (low / medium load region, etc.) and forming a combustible air-fuel mixture in the vicinity of the spark plug 6 in the combustion chamber. On the other hand, in other operating conditions (high load region, etc.), fuel can be injected into the combustion chamber during the intake stroke, so that an air-fuel mixture with a substantially uniform mixing ratio can be formed in the entire cylinder so that homogeneous combustion can be performed. The fuel injection timing (injection timing) can also be changed according to the operating state.
[0030]
By the way, in the control unit 50 according to the present embodiment, the exhaust purification catalyst 9 can be activated early while suppressing the discharge of HC into the atmosphere from the start to the activation of the exhaust purification catalyst 9. In order to achieve this, input signals from various sensors such as the key switch 16 are received and, for example, the following control is performed.
[0031]
Specifically, for example, flowcharts as shown in FIGS. 2 and 3 are executed.
In step (denoted as S in the figure, the same applies hereinafter) 1, whether or not the ignition signal of the key switch 16 is turned ON (whether the key position is set to the ignition ON position) is determined by a method similar to the prior art. To do. If YES, the process proceeds to Step 2, and if NO, this flow ends.
[0032]
In step 2, it is determined whether or not the start signal of the key switch 16 is turned ON (whether or not the key position is set to the start position) by a method similar to the conventional technique. That is, it is determined whether or not there is a cranking request by a starter motor (not shown).
If YES, it is determined that there is a start cranking request, and the process proceeds to step 3. If NO, it is determined that there is no cranking request yet, and the process returns to step 1.
[0033]
In step 3, the starter motor is started and the engine 1 is cranked as in the prior art.
In step 4, as in the prior art, fuel injection for start-up {direct fuel injection in the intake stroke, see FIG. 4B} is performed, and the engine 1 is operated (direct injection homogeneous combustion).
[0034]
In the next step 5, it is determined whether or not the exhaust purification catalyst 9 is not activated. The determination can be made by detecting the temperature of the catalyst 9 by providing a sensor, or by estimating the temperature of the catalyst 9 from the operation history of the engine.
If the catalyst is not activated (if YES), go to step 6.
On the other hand, if the catalyst is activated (if NO), it is determined that there is no need for control for promoting catalyst activation, and the process proceeds to step 15 to improve fuel efficiency and the like according to the driving state. Combustion is performed in a combustion mode, ignition timing control and fuel pressure control corresponding to the combustion are performed, and this flow ends.
[0035]
In step 6, it is determined whether or not the stratified stoichiometric combustion permission condition is satisfied. Specifically, stratified stoichiometric combustion is permitted when the following conditions (1) and (2) are both satisfied.
{Circle around (1)} The air-fuel ratio sensor 8 is activated (it may be replaced when a predetermined time has elapsed since the complete explosion).
[0036]
(2) The idle switch is ON.
If it is determined that the conditions for permitting stratified stoichiometric combustion are satisfied, even if stratified stoichiometric combustion for promoting catalyst activation, which will be described later, is performed, good ignitability, combustibility, and engine stability are achieved. If (engine driveability) is obtained, the process proceeds to step 7.
[0037]
On the other hand, in the case of NO, if the stratified stoichiometric combustion for promoting the catalyst activation described later is performed, the combustion stability and the engine stability (engine operability) may be lowered. Return to step 4 in order to prohibit the transition to stoichiometric combustion and continue the direct fuel injection (direct injection homogeneous combustion) in the intake stroke.
In step 7, prior to switching to actual stratified stoichiometric combustion, control is performed to switch the fuel pressure to the fuel pressure required to perform stratified stoichiometric combustion. In other words, stratified stoichiometric combustion is permitted under idling conditions where the required fuel amount is low, and fuel injection is performed by dividing this small required fuel amount into an intake stroke and a compression stroke, so that the pulse width of each injection becomes the fuel injection amount. On the other hand, switching control is performed so that the fuel pressure is reduced as compared with the case of injection at one time so that the linearity can be secured.
[0038]
Step 8 waits for the fuel pressure to be switched to the fuel pressure for stratified stoichiometric combustion by the fuel pressure switching control, and performs the stratified stoichiometric combustion while performing the ignition timing control according to the switching from the homogeneous combustion to the stratified stoichiometric combustion. Switch to. When the transition to the stratified stoichiometric combustion is completed, the stratified stoichiometric combustion is continued in step 9.
[0039]
The ignition timing control corresponding to switching from homogeneous combustion to stratified stoichiometric combustion will be described with reference to the flowchart shown in FIG.
In step 111, it is determined whether stratified stoichiometric combustion is permitted and preparation for the transition to stratified stoichiometric combustion is complete. That is, stratified stoichiometric combustion is permitted in step 6 of FIG. 2, and the process proceeds to step 112 when the fuel pressure is switched to the fuel pressure for stratified stoichiometric combustion in step 7.
[0040]
When stratified stoichiometric combustion is permitted and ready, that is, when there is a request for switching from the current homogeneous combustion to stratified stoichiometric combustion for raising the exhaust gas temperature, the routine proceeds to step 112 and the combustion is switched. Ignition timing retardation correction control necessary to suppress the torque step is started, and the initial value of the retardation ratio is set to 0%.
That is, when switching from homogeneous combustion to stratified stoichiometric combustion, in order to eliminate a torque step due to torque reduction when switching to stratified stoichiometric combustion with low thermal efficiency, first, the ignition timing [MBT (maximum torque generating ignition timing) in the current homogeneous combustion is eliminated. )} Is gradually retarded to gradually reduce the torque generated during the current homogeneous combustion.
[0041]
In step 113, the retardation ratio is incremented by a predetermined amount in order to gradually perform the retardation correction. Specifically, the retard rate is increased by a retard rate a% (eg 1%) every unit time (eg 10 ms).
In step 114, the retardation amount is calculated. Specifically, first, based on the engine rotational speed and the load (basic fuel injection amount Tp, etc.), an advance angle correction allowance that enables torque increase correction that can eliminate a torque step at the time of combustion switching can be secured. The target retarded ignition timing is calculated by searching from a map as will be described later, and the sequential retard amount is calculated by the following equation.
[0042]
Retard amount = (MBT−target retard ignition timing) × retard rate
In step 115, the ignition timing is finally calculated by the following equation.
Ignition timing = MBT-retard amount
In this way, after the combustion switching request is generated, the ignition timing is gradually retarded to approach the target retarded ignition timing (FIG. 6 [A] → [B]).
[0043]
In step 116, it is determined whether or not the target retarded ignition timing has been reached based on whether or not the retarded rate has reached 100%. The process returns to step 13 until the target retarded ignition timing is reached, and gradually. Delay angle correction.
When it is determined that the target retarded ignition timing has been reached, the routine proceeds to step 117, where the combustion is switched from homogeneous combustion to stratified stoichiometric combustion. Specifically, the fuel pressure is corrected to decrease, and the fuel injection from the fuel injection valve 5 is switched from intake stroke injection to intake stroke injection and compression stroke injection (split injection) to switch to stratified stoichiometric combustion.
[0044]
Further, the routine proceeds to step 118, and the ignition timing is returned to the MBT before the start of the retardation correction by setting the retardation ratio to 0 simultaneously with the combustion switching (FIG. 6 [B] → [C]). That is, by correcting the total retardation correction amount in the advance direction at once, the torque generated in the stratified stoichiometric combustion is increased and the generation of the torque step (a in FIG. 6) at the time of combustion switching is eliminated. Thus, by reducing the generated torque in homogeneous combustion and increasing the generated torque in stratified stoichiometric combustion, it is possible to sufficiently eliminate the torque step due to combustion switching, and to ensure stable operability. .
[0045]
In step 119 and subsequent steps, control is performed to gradually approach the optimum target ignition timing in the stratified stoichiometric combustion after the switching.
First, in step 119, the retardation ratio is incremented by a predetermined amount. Specifically, similarly to the step 113, the retardation rate is increased by a% (for example, 1%) every unit time (for example, 10 ms).
[0046]
Then, in step 120, the sequential retardation amount is calculated. That is, based on the engine speed and load (basic fuel injection amount Tp, etc.), the target retarded ignition timing in stratified stoichiometric combustion is calculated by searching from a map, etc. Is calculated.
Retard amount = (MBT−target retard ignition timing) × retard rate
Here, the target retarded ignition timing in the stratified stoichiometric combustion is, for example, retarded to the maximum (retard) within the engine stability limit (operability). In this way, the exhaust temperature can be raised to the maximum. However, the ignition timing may be retarded to such an extent that the engine stability equivalent to that of the conventional combustion mode is achieved. Even in this case, the ignition timing can be significantly retarded with respect to the conventional case by stratified stoichiometric combustion. Therefore, the effect of increasing the exhaust temperature can be greater than that of the conventional one.
[0047]
In step 121, the ignition timing is finally calculated by the following equation.
Ignition timing = MBT-retard amount
In this way, after switching to combustion, the ignition timing is gradually retarded to approach the target retarded ignition timing in stratified stoichiometric combustion (FIG. 6 [C] → [D]).
In step 122, it is determined whether or not the target retard ignition timing has been reached based on whether or not the retard ratio has reached 100%, etc., and the process returns to step 19 until the target retard ignition timing is reached, and gradually retards. Let the angle be corrected.
[0048]
In this way, it is possible to eliminate the torque step at the time of switching from the homogeneous combustion for starting to the stratified stoichiometric combustion for increasing the exhaust temperature.
FIG. 7 shows a flowchart of a routine for switching and setting the final target ignition timing between the stratified stoichiometric combustion and other combustion.
In step 51, it is determined whether or not stratified stoichiometric combustion is being performed. This determination can be made based on the fact that the transition to the stratified stoichiometric combustion is permitted in step 6 in the flowchart of FIG. 2 (for example, the set state of the stratified stoichiometric combustion permission flag).
[0049]
If yes, then continue with step 52, otherwise continue with step 53.
In step 52, the ignition timing is set with reference to the ignition timing retard setting map as shown in step 52. Note that the position of the ↓ mark in the ignition timing retard setting map indicates the ignition timing setting timing during stratified stoichiometric combustion. That is, in the present embodiment, during the stratified stoichiometric combustion, the ignition timing is not controlled to the MBT (best fuel consumption point), but is retarded to the maximum within the engine stability limit (operability). .
[0050]
On the other hand, in step 53, the ignition timing is set with reference to the conventional ignition timing setting map as shown in step 53. That is, since the conventional combustion mode is not under stratified stoichiometric combustion, the ignition timing is controlled to MBT corresponding to the conventional combustion mode so that a predetermined fuel consumption (or engine stability) can be achieved.
By the way, according to the stratified stoichiometric combustion, even if the ignition timing is MBT, the ignition timing can be retarded with respect to the conventional combustion mode MBT, and the engine stability can be improved (ignition timing retard setting). The engine stability and the exhaust gas temperature rise can be achieved at a high level. However, as in this embodiment, during the stratified stoichiometric combustion, the ignition timing is limited to the engine stability limit (operability). If the maximum retardation (retard) is made, the exhaust temperature can be raised to the maximum.
[0051]
It should be noted that the ignition timing may be retarded to such an extent that the engine stability equivalent to that of the conventional combustion mode is achieved. Even in this case, the ignition timing can be significantly retarded with respect to the conventional case by stratified stoichiometric combustion. Therefore, the effect of increasing the exhaust temperature can be greater than that of the conventional one.
Next, combustion control of stratified stoichiometric combustion that is switched as described above will be described in detail.
[0052]
Specifically, for example, about 50 of the total fuel amount {fuel weight necessary to achieve a substantially stoichiometric (theoretical air-fuel ratio)} that can be almost completely burned with the amount of intake air per combustion cycle, for example, about 50 % To approximately 90% of the fuel weight is injected and supplied into the combustion chamber in the intake stroke to form a homogeneous mixture that is relatively leaner than the stoichiometric air in the entire combustion chamber {the fuel shown in FIG. 4 (B) The remaining fuel weight of about 50% to about 10% is injected and supplied into the combustion chamber in the compression stroke, and the air-fuel mixture is relatively richer (higher fuel concentration) than the stoichiometry around the spark plug 6. Are formed in layers {see FIG. 4 (A)} and burned (see FIG. 8).
[0053]
The stratified stoichiometric combustion mode is such that the air-fuel ratio of the air-fuel mixture leaner than the stoichiometric air-fuel ratio formed in the combustion chamber during the intake stroke (by the intake stroke injection in this embodiment) is 16 to 28, and the fuel during the compression stroke The share ratio between the fuel injection amount during the intake stroke and the fuel injection amount during the compression stroke is set so that the air-fuel ratio of the air-fuel mixture richer than the stoichiometry formed around the spark plug by injection becomes 9-13. You may make it set.
[0054]
Further, if the air-fuel ratio of each air-fuel mixture is in the above range, the average air-fuel ratio in the combustion chamber is set to an air-fuel ratio (for example, a range of 13.8 to 18) slightly deviated from the stoichiometric air-fuel ratio. (In this embodiment, feedback control is performed to the stoichiometric air-fuel ratio). According to the stratified stoichiometric combustion as described above, it is possible not only to raise the exhaust temperature as compared with the conventional homogeneous stoichiometric combustion, but also to reduce the amount of unburned HC discharged from the combustion chamber to the exhaust passage. (See FIGS. 9 and 10).
[0055]
That is, according to the stratified stoichiometric combustion, the conventional combustion mode {combustion mode in which only homogeneous combustion, only stratified combustion, or additional fuel is injected after the later stage of combustion (after the expansion stroke or during the exhaust stroke)} Compared with the case where the engine is warmed up, the exhaust purification catalyst 9 is significantly activated early while suppressing the emission of HC and NOx into the atmosphere from the start of the start until the exhaust purification catalyst 9 is activated. Can be promoted to.
[0056]
By the way, the stratified stoichiometric combustion allows fuel to be supplied by intake stroke injection and compression stroke injection. Specifically, for example, as described below, the fuel injection amount in each stroke An injection timing (injection timing) is set.
When stratified stoichiometric combustion is not performed, the fuel injection amount is set as follows, as in the prior art.
[0057]
From the intake air flow rate Qa obtained from the voltage signal from the air flow meter 3 and the engine speed Ne obtained from the signal from the crank angle sensor 11, the basic fuel injection pulse width (corresponding to the basic fuel injection amount) Tpt = c × Qa / Ne (c is a constant), and a water temperature correction coefficient Kw for correcting to a rich side for engine stability at a low water temperature, an increase correction coefficient Kas after starting and starting, an air-fuel ratio feedback correction coefficient LAMD, The effective fuel injection pulse width CTI = Tpt × (1 + Kw + Kas +...) × LAMD × Z + Ts is calculated based on the target air-fuel ratio correction coefficient Z and the like. Ts is a voltage correction amount. The air-fuel ratio feedback correction coefficient LAMD is increased or decreased by proportional integral (PI) control or the like based on the air-fuel ratio detection result of the air-fuel ratio sensor 8 provided upstream of the exhaust purification catalyst 9, and is controlled based on this. In the unit 50, the fuel injection amount Tpt is corrected, and the air-fuel ratio of the combustion air-fuel mixture can be feedback controlled to the target air-fuel ratio. When the air-fuel ratio feedback control is not performed, the LAMD is clamped (fixed) to a predetermined value (for example, 1.0).
[0058]
When stratified stoichiometric combustion is performed, a predetermined ratio {CTIH = CTI × Ksp; Ksp is a sharing ratio (ratio) or division ratio} of the fuel injection pulse width CTI is injected in the intake stroke, and the rest The minute {CTIS = CTI × (1-Ksp)} is injected in the compression stroke.
The division ratio Ksp may be a fixed value, but it is preferable that the division ratio Ksp can be variably set according to the operating state. Specifically, as described above, for example, about the total fuel amount {fuel weight necessary to achieve a substantially stoichiometric (theoretical air-fuel ratio)} that can be almost completely burned with the intake air amount, for example, approximately The split (sharing) ratio is such that the fuel weight of 50% to approximately 90% is the fuel injection amount during the intake stroke, and the remaining fuel weight of approximately 50% to approximately 10% is the fuel injection amount during the compression stroke. It is preferable to set (or rate) Ksp.
[0059]
Further, the split (sharing) ratio (or rate) Ksp between the fuel injection amount during the intake stroke and the fuel injection amount during the compression stroke is an air-fuel mixture that is leaner than the stoichiometry formed in the combustion chamber during the intake stroke. It is also possible to set the air-fuel ratio of the air-fuel ratio to 16 to 28, and to set the air-fuel ratio of the air-fuel mixture richer than the stoichiometry formed around the spark plug by fuel injection during the compression stroke to 9 to 13.
[0060]
By the way, as shown in the timing chart of FIG. 11, the fuel injection timing of the intake stroke injection is controlled to an injection timing TITMH (see map A in FIG. 11) determined from the engine speed Ne and the fuel injection pulse width CTIH. It is like that.
Then, as shown in the timing chart of FIG. 11, the fuel injection timing of the compression stroke injection is controlled to the injection timing TITMS (see map B in FIG. 11) determined from the engine speed Ne and the fuel injection pulse width CTIS. It is like that. This injection timing TITMS is set to an advance side with respect to the injection timing when stratified lean combustion is performed.
[0061]
Here, a description will be given according to the flowchart of FIG. 12 showing an example of the control of the fuel injection amount and the fuel injection timing according to the present embodiment.
In step 31, for example, the fuel injection pulse width CTI is calculated by the method described above. Here, in the present embodiment, as already described, air-fuel ratio feedback control based on the detected value of the air-fuel ratio sensor 8 is performed as quickly as possible even in stratified stoichiometric combustion. The air-fuel ratio feedback control will be described later.
[0062]
In step 32, the injection division ratio Ksp (t) is calculated according to the following equation.
For example, Ksp (t) = Ksp (t−1) −dKsp
However, Ksp (0) = 1, Ksp (t) ≧ Ksp0, Ksp (t) is the current value, and Ksp (t−1) is the previous value. t is the number of executions (1 or more) of this routine performed every predetermined time.
[0063]
As a result, the injection split ratio Ksp (t) is changed from “1” to Ksp0 by dKsp every unit time (for example, every 10 msec) after allowing the stratified stoichiometric combustion transition.
In step 33, the fuel injection pulse width CTIH of the intake stroke injection is calculated according to the following equation.
[0064]
CTIH = CTI × Ksp (t)
In step 34, the fuel injection pulse width CTIS of the compression stroke injection is calculated according to the following equation.
CTIs = CTI × {1−Ksp (t)}
In step 35, it is determined whether or not injection is possible with the pulse width set in steps 33 and 34. That is, in the low flow rate region, there is a region where the injection characteristic of the fuel injection valve 5 is not linear (a region where the pulse width and the actual injection amount are not uniquely determined), so an error occurs in the fuel injection amount control and combustion occurs. This is a processing step for avoiding such a situation because there is a possibility of deteriorating stability (driving performance), exhaust performance, fuel consumption performance, and the like.
[0065]
Specifically, this is done by comparing the minimum injection pulse width TIMIN with which a good linear characteristic can be obtained, and the respective injection pulse widths CTIH and CTIS.
That is, CTIH ≧ TIMIN and CTIS ≧ TIMIN
It is determined whether or not.
If yes, go to step 36. If NO, go to step 39.
[0066]
In step 36, the pulse widths CTIH and CTIS set in steps 33 and 34 are determined as final pulse widths CTIH and CTIS.
In step 37, the fuel injection timings TITMH and TITMS in the intake stroke injection and the compression stroke injection are determined.
That is, the fuel injection timing TITMH of the intake stroke injection is calculated according to the following equation.
[0067]
TITMH = f (CTIH, Ne)
The fuel injection timing TITMS of the compression stroke injection is calculated according to the following equation.
TITMS = f (CTIS, Ne)
Specifically, it can be determined by searching the maps A and B shown in FIG.
[0068]
In the next step 38, a drive pulse signal corresponding to each pulse width and each fuel injection timing determined above is transmitted to the fuel injection valve 5, and is adjusted to a predetermined amount during each of the intake stroke and the compression stroke. The fuel is directly injected into the combustion chamber at a predetermined time, and this flow is finished.
If it is determined in step 35 that NO (injection cannot be performed with the pulse width set in steps 33 and 34), the process proceeds to step 39. In step 39, the following condition is satisfied. Judge whether or not.
[0069]
That is,
CTIH ≧ TIMIN and CTIS <TIMIN
It is determined whether or not.
If YES, the process proceeds to step 40, and if NO, the process proceeds to step 41.
In step 40, since CTIS <TIMIN, it is assumed that good injection characteristics cannot be achieved, and CTIS is set to the minimum injection pulse width (injection amount) TIMIN to ensure the minimum flow rate, while adjusting the total fuel injection amount. .
[0070]
That is,
CTIH = CTI-CTI
CTIS = TIMIN
Then, the injection pulse widths CTIH and CTIS are determined.
And it progresses to step 37, 38, each injection time is determined, and fuel injection is performed.
[0071]
On the other hand, in step 41, it is determined whether or not the following condition is satisfied.
That is,
CTIH <TIMIN and CTIS ≧ TIMIN
It is determined whether or not.
If yes, then continue with step 42, otherwise continue with step 43.
[0072]
In step 42, since CTIH <TIMIN, it is assumed that good injection characteristics cannot be achieved, and CTIH is set to the minimum injection pulse width (injection amount) TIMIN to ensure the minimum flow rate, while adjusting the total fuel injection amount. .
That is,
CTIH = TIMIN
CTIS = CTI-CTIH
Then, the injection pulse widths CTIH and CTIS are determined.
[0073]
And it progresses to step 37, 38, each injection time is determined, and fuel injection is performed.
In step 43, it is determined that CTIH <TIMIN and CTIS <TIMIN. If fuel injection is performed in both the intake stroke and the compression stroke, it is determined that good injection characteristics cannot be achieved, and the process proceeds to step 44. The intake stroke injection is prohibited and only the compression stroke injection is performed.
[0074]
That is, in step 44,
CTIH = 0
CTI = CTI
Perform the following process.
And it progresses to step 37, 38, the injection time corresponding to compression stroke injection is determined, and fuel injection is performed only by compression stroke injection.
[0075]
The ignition timing can be controlled to, for example, so-called MBT (Minimum Spark Advance of Best Torque).
Here, in the stratified stoichiometric combustion, since the fuel pressure is corrected to be reduced, the frequency at which the fuel injection amounts in the intake stroke injection and the compression stroke injection both fall below the minimum fuel injection amount TIMIN is greatly reduced, and the stratified stoichiometric combustion is executed. Therefore, the early activation of the exhaust purification catalyst can be sufficiently promoted while suppressing the generation of HC and NOx.
[0076]
In this embodiment, the stratified stoichiometric combustion permission condition at step 6 in FIG. 2 is set as the condition (1) that the air-fuel ratio sensor 8 is activated, and air-fuel ratio feedback control is always performed during stratified stoichiometric combustion. However, it is also possible to determine the activity of the air-fuel ratio sensor 8 during stratified stoichiometric combustion and shift to air-fuel ratio feedback control. Such an embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG.
[0077]
In step 61, it is determined whether or not λ control (air-fuel ratio feedback control) is permitted in stratified stoichiometric combustion. This determination can be made using a method similar to that of the prior art, for example, based on whether the air-fuel ratio sensor 8 is activated. Specifically, for example, it is possible to make a determination based on the state of the output change of the air-fuel ratio sensor 8, the engine water temperature, the elapsed time after engine start, and the like.
[0078]
If yes, then continue with step 62, otherwise continue with step 64.
In step 62, air-fuel ratio feedback (F / B) control is started in the same manner as in the prior art. Specifically, for example, the deviation between the actual air-fuel ratio and stoichiometric (theoretical air-fuel ratio) is obtained based on the air-fuel ratio detection result of the air-fuel ratio sensor 8 provided on the upstream side of the exhaust purification catalyst 9, and the deviation is calculated. The air-fuel ratio feedback correction coefficient LAMD is set by proportional integral (PI) control or the like so as to reduce the.
[0079]
In subsequent step 63, the LAMD obtained by the air-fuel ratio feedback control in step 62 is reflected in the calculation of the fuel injection pulse width CTI.
Thereafter, the fuel injection pulse widths CTIH and CTIS and the injection timings TITMH and TITMS are set in each stroke according to the flowchart of FIG.
[0080]
On the other hand, in step 64, since λ control is not permitted, as in the first embodiment, the air-fuel ratio feedback correction coefficient LAMD is set to a predetermined value (for example, 1.. 0) to calculate the fuel injection pulse width CTI.
Thereafter, the fuel injection pulse widths CTIH and CTIS and the injection timings TITMH and TITMS are set in each stroke according to the flowchart of FIG.
[0081]
Similarly, as the stratified stoichiometric combustion permission condition in step 6 of FIG. 2, the idling state is set as the condition (2), so that the stability of operation is ensured, but the low rotation / low load state other than idling is ensured. It is also possible to make the operating condition including the permission condition. For example, since the water temperature is low at the time of first idling, the fuel injection amount is larger than that at the time of extremely low rotation and load, so that the stratified stoichiometric combustion is performed up to the accelerator operation amount corresponding to the fuel injection amount, and the catalyst activity Can be further promoted.
[0082]
Next, the control according to the present invention when acceleration is performed in a state where stratified stoichiometric combustion by split fuel injection at a low fuel pressure is performed as described above will be described.
Returning to FIG. 3, after switching to stratified stoichiometric combustion, it is determined whether or not the vehicle is accelerated in step 10.
If it is determined that the vehicle has been accelerated, the routine proceeds to step 12, and the ignition timing control and the fuel pressure switching control are performed, and the combustion is switched to homogeneous combustion.
[0083]
If it is determined in step 10 that the engine is not accelerated, it is determined in step 11 whether the exhaust purification catalyst 9 is activated. If not, the process returns to step 9 to continue stratified stoichiometric combustion. When it determines with having activated, it progresses to step 12 and switches to homogeneous combustion.
The ignition timing control according to the present invention in step 12 performed at the time of shifting to the homogeneous combustion will be described according to the flowchart shown in FIG.
[0084]
In step 211, it is determined whether or not homogeneous combustion is permitted (YES in step 10 or step 11 in FIG. 3).
When homogeneous combustion is permitted, the routine proceeds to step 212, where ignition timing advance correction control is started in order to suppress the torque step at the time of combustion switching. At this time, the initial value of the retardation ratio is set to 100%.
[0085]
That is, when switching from stratified stoichiometric combustion to homogeneous combustion, in order to eliminate the torque step due to torque increase when switching to homogeneous combustion with high thermal efficiency, first, the ignition timing is advanced by stratified stoichiometric combustion to increase the torque. .
In step 213, the retardation ratio is decremented by a predetermined amount in order to gradually perform the advance correction. Specifically, the retardation rate is decreased by an advance rate of b% (eg, 1%) every unit time (eg, 10 ms).
[0086]
Here, when switching to homogeneous combustion due to acceleration, the advance rate b is set according to the degree of acceleration.
That is, as shown in the subroutine of FIG. 15, a change rate ΔTVO of the opening degree TVO of the throttle valve 4 that increases as a result of acceleration is calculated as a value indicating the degree of acceleration (step 71), and based on the change rate ΔTVO. The advance rate b% is set (step 72). For example, as shown in FIG. 16, ΔTVO is switched and set in stages while being compared with the threshold value, or is set linearly with respect to ΔTVO as shown in FIG. As shown, the lower limit value is fixed below the threshold value on the small side, the upper limit value is fixed above the threshold value on the large side, and the interval is set linearly. When switching to homogeneous combustion due to activation of the exhaust purification catalyst 9 regardless of acceleration, a constant advance rate b may be set.
[0087]
Here, the greater the degree of acceleration, the larger the advance rate b of the ignition timing. At this time, an increase in the intake air amount is expected as the engine speed rises. Because, in other words, when the degree of acceleration is large, in order to increase the fuel pressure at a timing that is in time for the increase in engine speed, the ignition timing advance rate b is increased and stratified stoichiometric combustion is switched to homogeneous combustion at an early stage. I am trying to migrate to.
[0088]
On the other hand, if the degree of acceleration is small, the engine speed will rise slowly, so it will not be possible to inject the required amount of fuel within a limited period of time unless acceleration is increased to the fuel pressure for homogeneous combustion. Since there is a time margin, that is, it is not necessary to advance the ignition timing rapidly and shift to homogeneous combustion, it is important to suppress torque fluctuations accompanying the advance of ignition timing. b is set to a small value.
[0089]
In step 214, the retard amount is calculated in order to control the ignition timing as a retard amount with respect to MBT. Specifically, first, based on the engine speed and load (basic fuel injection amount Tp, etc.), the MBT of the ignition timing in the homogeneous combustion after the combustion switching is calculated by searching from a map, etc. Based on the target retard ignition timing before starting the advance correction in the stratified stoichiometric combustion, the successive retard amount is calculated by the following equation.
[0090]
Retard amount = (MBT−target retard ignition timing) × retard rate
In step 215, the ignition timing is finally calculated by the following equation.
Ignition timing = MBT-retard amount
In this way, after the combustion switching request is generated, the ignition timing is gradually advanced to approach the MBT during the homogeneous combustion (FIG. 6 [D] → [C]).
[0091]
In step 216, it is determined whether or not the MBT has been reached based on whether or not the retardation ratio has reached 0%. The process returns to step 213 until the MBT is reached, and the advance angle is gradually corrected.
When it is determined that the MBT has been reached, the routine proceeds to step 217, where the combustion is switched from stratified stoichiometric combustion to homogeneous combustion.
[0092]
Specifically, the fuel injection from the fuel injection valve 5 is switched to the injection of only the intake stroke, and the combustion is switched to homogeneous combustion. In addition, control is performed to return the fuel pressure to a high pressure so that the fuel injection amount can be secured by non-split fuel injection only in the intake stroke, that is, even in a high rotation region, the necessary fuel can be injected for a limited period. Do. Specifically, as shown in the flowchart of FIG. 19, in step 81, it is determined whether or not switching from stratified stoichiometric combustion to homogeneous combustion in step 217 has been performed. The target fuel pressure is set with reference to the fuel pressure map as shown in FIG. 20 based on the engine speed and the engine torque, and the target fuel pressure is controlled in step 83.
[0093]
Further, referring back to FIG. 13, in step 218, the retard ratio is set to 100%, so that the ignition timing is simultaneously corrected to a retarded amount by a predetermined amount corresponding to the torque increase cancellation at the time of combustion switching. Thus, the target retarded ignition timing for eliminating the torque step in the homogeneous combustion is switched (FIG. 6 [C] → [B]).
By increasing the torque generated in stratified stoichiometric combustion and decreasing the torque generated in homogeneous combustion in this way, the torque step (a in FIG. 6) associated with combustion switching can be sufficiently eliminated and stable. Driving performance can be secured.
[0094]
In step 219 and subsequent steps, advance angle control is performed to gradually approach MBT in the homogeneous combustion after the switching.
First, in step 219, the retardation ratio is decremented by a predetermined amount. Specifically, as in step 213, the retardation rate is decreased by an advance rate of b% (eg, 1%) every unit time (eg, 10 ms).
[0095]
Then, in step 220, the sequential retardation amount is calculated. That is, based on the MBT in the homogeneous combustion and the target retarded ignition timing immediately after the combustion is switched to eliminate the torque step, the successive retard amount is calculated by the following equation.
Retard amount = (MBT−target retard ignition timing) × retard rate
In step 221, the ignition timing is finally calculated by the following equation.
[0096]
Ignition timing = MBT-retard amount
In this way, after switching to combustion, the ignition timing is gradually advanced to approach MBT in homogeneous combustion (FIG. 6 [B] → [A]).
In step 222, it is determined whether or not the MBT has been reached based on whether or not the retardation ratio has reached 0%, and the process returns to step 219 until the target retardation ignition timing is reached, and the advance angle is gradually corrected.
[0097]
In this way, the torque step at the time of switching from stratified stoichiometric combustion for increasing the exhaust gas temperature to homogeneous combustion can be eliminated.
As a configuration according to the present invention, the fuel pressure is decreased and corrected at the time of split fuel injection, so that stable flammability can be secured and the stratified stoichiometric combustion region can be expanded, and the warm-up effect of the exhaust purification catalyst is promoted and the exhaust gas is increased. The purification performance can be improved as much as possible, and at the time of acceleration from stratified stoichiometric combustion, non-split fuel injection is performed while returning the fuel pressure to the high pressure side, thereby switching to homogeneous combustion and accelerating while ensuring the fuel injection amount Can do.
[0098]
In addition, the advance rate b of the ignition timing is set according to the degree of acceleration, and at the time of sudden acceleration with a large degree of acceleration, by increasing the advance rate b, the increase in the torque generated in the stratified stoichiometric combustion is accelerated. In addition, acceleration response can be satisfied by speeding up the switch to homogeneous combustion.
Further, at the time of rapid acceleration, the ignition timing advance rate b is increased to make an early transition from stratified stoichiometric combustion to homogeneous combustion, and as a result, the fuel pressure can be increased at a timing in time for the increase in engine speed. Therefore, it is possible to inject the required fuel amount within a limited period even when shifting from stratified stoichiometric combustion with rapid acceleration to homogeneous combustion.
[0099]
On the other hand, at the time of slow acceleration, by increasing the ignition timing advance rate b, the increase in the torque generated in the stratified stoichiometric combustion becomes moderate, and the switching to the homogeneous combustion also becomes slow depending on the degree of acceleration. The torque increases slowly and smooth acceleration can be obtained.
In addition, during slow acceleration, the engine speed gradually increases, so there is no need to increase the fuel pressure as quickly as during rapid acceleration.In other words, the acceleration is started and then increased to the fuel pressure for homogeneous combustion. Otherwise, there is a time margin before the required amount of fuel cannot be injected within a limited time period, and therefore, by setting the ignition timing advance rate b to be small, torque fluctuations associated with switching of combustion can be kept small. Can do.
[0100]
FIG. 21 shows changes in fuel pressure and ignition timing when switching from homogeneous combustion to stratified stoichiometric combustion and switching from stratified stoichiometric combustion to homogeneous combustion in the series of controls.
FIGS. 22 and 23 show changes in various states when accelerating suddenly and slowly accelerating during stratified stoichiometric combustion.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a system configuration diagram according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a flowchart for explaining control in the embodiment (first stage).
FIG. 3 is a flowchart for explaining control in the embodiment (the latter part).
FIG. 4A is a schematic diagram for explaining direct injection compression stroke injection. (B) is a schematic diagram for explaining direct injection intake stroke injection.
FIG. 5 is a flowchart showing an ignition timing control routine at the time of switching to stratified stoichiometric combustion in the embodiment.
FIG. 6 is a diagram showing a state of ignition timing control when switching between homogeneous combustion and stratified stoichiometric combustion.
FIG. 7 is a flowchart showing a final target ignition timing switching control routine according to the combustion mode in the embodiment;
FIG. 8 is a view for explaining the state of air-fuel mixture formation in the combustion chamber of the stratified stoichiometric combustion mode according to the present invention.
FIG. 9 is a timing chart (No. 1) for explaining the effect of improving the warm-up characteristic by the stratified stoichiometric combustion according to the present invention (state of change in exhaust temperature).
FIG. 10 is a timing chart (No. 2) for explaining the effect of improving the warm-up characteristic by the stratified stoichiometric combustion according to the present invention (the state of change in the exhaust component).
FIG. 11 is a timing chart for explaining injection timings and ignition timings of intake stroke injection and compression stroke injection in the embodiment.
FIG. 12 is a flowchart for setting injection pulse widths and injection timings for intake stroke injection and compression stroke injection in the embodiment;
FIG. 13 is a flowchart for explaining control when air-fuel ratio feedback control (λ control) performed in the second embodiment of the present invention is performed.
FIG. 14 is a flowchart for explaining control at the time of switching combustion when switching from stratified stoichiometric combustion to homogeneous combustion in each embodiment;
FIG. 15 is a flowchart for setting the advance rate in the advance correction of the ignition timing according to the degree of acceleration when switching from stratified stoichiometric combustion to homogeneous combustion by acceleration in each embodiment;
FIG. 16 is a map showing a first example of advance rate setting;
FIG. 17 is a map showing a second example of the advance rate setting.
FIG. 18 is a map showing a third example of setting the advance rate.
FIG. 19 is a flowchart for explaining fuel pressure switching control when switching from stratified stoichiometric combustion to homogeneous combustion in each embodiment;
FIG. 20 is a map for setting a target fuel pressure during the same fuel pressure switching control.
FIG. 21 is a time chart showing changes in fuel pressure and ignition timing when switching from homogeneous combustion to stratified stoichiometric combustion and switching from stratified stoichiometric combustion to homogeneous combustion in the series of controls.
FIG. 22 is a time chart showing changes in various states when sudden acceleration is performed during stratified stoichiometric combustion.
FIG. 23 is a time chart showing changes in various states when accelerating slowly during stratified stoichiometric combustion.
FIG. 24 is a diagram showing a relationship between an injection pulse width of a fuel injection valve and an injection amount.
[Explanation of symbols]
1 Internal combustion engine
2 Intake passage
3 Air flow meter
4 Throttle valve
5 Fuel injection valve
6 Spark plug
7 Exhaust passage
8 Air-fuel ratio sensor
9 Exhaust gas purification catalyst
10 Downstream oxygen sensor
11 Crank angle sensor
13 Throttle sensor
14 Throttle valve control device
27 High pressure regulator
29 Fuel pressure sensor
50 Control unit

Claims

In a direct-injection spark-ignition internal combustion engine that directly injects fuel into the combustion chamber of the engine,
During the predetermined operation of the engine, when the fuel supply pressure is decreased and corrected, the fuel injection is divided into multiple times, and when acceleration is detected in the operating state, the torque step accompanying the transition to one fuel injection The ignition timing is advanced to the target timing so as to absorb the fuel, and the transition period of the ignition timing to the target advance timing is set according to the degree of acceleration. The ignition timing is retarded by a predetermined amount and switched to one fuel injection, and then gradually advanced to the ignition timing corresponding to the combustion by the one fuel injection. Control device for direct-injection spark-ignition internal combustion engine.

2. The control device for a direct injection spark ignition type internal combustion engine according to claim 1, wherein as the degree of acceleration is larger, the transition period of the ignition timing to the target timing is shortened.

3. The control device for a direct injection spark ignition type internal combustion engine according to claim 2, wherein the transition period of the ignition timing to the target timing is shortened as the rate of increase in the opening degree of the intake throttle valve increases.

The direct-injection spark ignition type according to any one of claims 1 to 3 , wherein the predetermined operation of the engine is a time for warming up the exhaust purification catalyst disposed in the exhaust passage. Control device for internal combustion engine.

The control device for a direct injection spark ignition type internal combustion engine according to any one of claims 1 to 4 , wherein the divided fuel injection is divided into an intake stroke and a compression stroke for fuel injection. .

A sensor for detecting an air-fuel ratio, wherein the activity of the sensor is set as one of the permission conditions for the divided fuel injection, and during the execution of the divided fuel injection, the mixture in the entire combustion chamber is determined based on the detection value of the sensor. 6. The direct-injection spark-ignition internal combustion engine control device according to claim 1 , wherein the fuel injection amount is feedback-controlled so as to be stoichiometric.