JP3827746B2 - 筒内直噴エンジンの燃料噴射時期制御方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、燃料噴射時期を制御して希薄燃焼域におけるＮＯx触媒でのＮＯx還元浄化作用の促進を図る筒内直噴エンジンの燃料噴射時期制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、ガソリンを燃料とする筒内直噴エンジンでは、空気余剰雰囲気中で燃料を点火火花により燃焼させるようにしているため、ＮＯx（窒素酸化物）排出量は通常の吸気系噴射型エンジンに比べて少ないが、排ガス中の残留酸素が多ので、通常の理論空燃比制御の際に採用する三元触媒では、ＮＯx排出量を充分に低減することはできない。
【０００３】
一方、最近では、例えば、特開平５−２８８０４４号公報に開示されているような、空気余剰雰囲気中でＮＯx、ＨＣ等を選択的に取込んで還元作用を行わせる、いわゆるＮＯx触媒が知られている。
【０００４】
このＮＯx触媒によれば、希薄燃焼により発生した排ガス中のＮＯxがＯ2-と反応してＮＯ2となり、さらに、このＮＯ2がＨＣ（炭化水素）と反応して還元浄化される。従って、排ガス中のＨＣの濃度が増加すると、上記ＮＯx触媒では、ＮＯxの浄化率が上昇することになる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、通常の空燃比制御では上記ＨＣ量が最小となるように制御しているため、ＮＯx触媒によりＮＯxを浄化する際に、ＨＣが不足する傾向にある。例えば、中高負荷運転域で希薄燃焼を実行するとＮＯxが多く排出されることになるが、このときＨＣ量が不足すると、充分な浄化作用を得ることができない。
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、希薄燃焼域でＨＣ量が不足することなく、ＮＯx触媒によるＮＯx還元浄化作用の促進を図ることのできる筒内直噴エンジンの燃料噴射時期制御方法を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため本発明による筒内直噴エンジンの燃料噴射時期制御方法は、エンジン運転状態に応じ燃料噴射量、燃料噴射時期及び点火時期を設定し、中、低負荷領域では燃焼形態を成層燃焼とし、高負荷領域では該燃焼形態を均一燃焼とし、且つ排気系にＮＯｘ触媒を備えた筒内直噴エンジンにおいて、上記ＮＯｘ触媒が活性化温度に達している場合であって、エンジン運転状態が予め設定した希薄燃焼域にあり且つ上記成層燃焼が選択されているときには、エンジン負荷とエンジン回転数とにより、選択された燃焼形態に応じて１サイクルにつき１回設定される正規の燃料噴射時期を、進角方向に補正して上記燃料噴射時期を設定し、また上記希薄燃焼域且つ上記均一燃焼が選択されているときには、選択された燃焼形態に応じて設定される上記正規の燃料噴射時期を、遅角方向に補正して上記燃料噴射時期を設定することを特徴とする。
【０００８】
【作 用】
本発明では、エンジン運転状態が希薄燃焼域にあるとき、エンジン負荷に応じて燃焼方式を選択し、この燃焼方式に対応した燃料噴射量、噴射時期、及び点火時期を設定する。
【０００９】
現在のエンジン負荷が中，低負荷域にあり、燃焼方式が成層燃焼に選択されているときは、燃料噴射時期を、エンジン負荷とエンジン回転数とにより、選択された燃焼形態に応じて１サイクルにつき１回設定される正規の燃料噴射時期よりも進角方向に設定して、点火までの噴霧拡散を進め、エンドガスからのＨＣ量を増加させて、ＮＯX触媒でのＮＯxの還元浄化作用を促進する。一方、現在のエンジン負荷が高負荷域にあり、燃焼方式が均一燃焼に選択されているときは、燃料噴射時期を、選択された燃焼形態に応じて設定される正規の燃料噴射時期よりも遅角方向設定する。その結果、混合気形成が部分的に不均質になり、この不均質部分の燃焼ガスによりＨＣが生成されるため、ＨＣ量が増加され、ＮＯX触媒でのＮＯxの還元浄化作用が促進される。
【００１０】
【実施例】
以下、図面に基づいて本発明の実施例を説明する。
【００１１】
図１８に基づいて、筒内直噴エンジンの燃料供給系を含む全体的な概略について説明する。本実施例に示す筒内直噴エンジン（以下、単に「エンジン」と称する）１は、２サイクル４気筒ガソリンエンジンであり、このエンジン１のシリンダヘッド２とシリンダブロック３とピストン４とで形成される燃焼室５に、点火コイル６ａの二次側に接続された点火プラグ７と、燃料噴射弁である高圧用インジェクタ８とが臨まされ、上記点火コイル６ａの一次側に、イグナイタ６ｂが接続されている。
【００１２】
また、上記シリンダブロック３に、掃気ポート３ａと排気ポート３ｂとが形成され、上記シリンダブロック３に形成した冷却水通路３ｃに、水温センサ９が臨まされている。上記掃気ポート３ａには給気管１０が連通され、この給気管１０には、上流側にエアクリーナ１１が取付けられており、また中途に掃気ポンプ１２が介装されている。この掃気ポンプ１２はクランクシャフト１ａに連動するエンジン駆動式であり、この掃気ポンプ１２の動作により燃焼室５へ新気が強制的に供給されるとともに、この燃焼室５内を掃気する。
【００１３】
また、上記給気管１０には、上記掃気ポンプ１２をバイパスするバイパス通路１３が接続されており、さらに、このバイパス通路１３の流入ポート上流の上記給気管１０にスロットル弁１５ａが介装されており、このスロットル弁１５ａを操作するアクセルペダル１４にアクセル開度（＝スロットル開度）αを検出するアクセル開度センサ１６が連設されている。一方、上記バイパス通路１３には、上記掃気ポンプ１２の掃気圧を制御するバイパス制御弁１５ｂが介装されている。
【００１４】
また、上記排気ポート３ｂには、上記クランクシャフト１ａの回転に同期して開閉することで、排気タイミングを制御する排気ロータリ弁１７が設けられ、この排気ロータリ弁１７を介して排気管１８が連通されている。さらに、この排気管１８にＮＯx触媒１９が介装されているとともに、このＮＯx触媒１９の上流側に排気温度センサ５６が臨まされ、また上記排気管１８の下流端にはマフラ２０が接続されている。
【００１５】
上記ＮＯx触媒１９の特性を図３４に示す。同図(a)に示すように、このＮＯx触媒１９は、一定の運転条件下では触媒活性化温度（ライトオフ温度ＴEXSE）以上で、ＮＯx浄化率が安定する。そして、同図(b)に示すように、上記ライトオフ温度ＴEXSE以上においては、ＨＣ濃度が高くなるに従って、ＮＯx浄化率が高くなる。
【００１６】
また、図１９に示すように、上記クランクシャフト１ａにはクランク角検出用クランクロータ２１ａと気筒判別用クランクロータ２１ｂとが、所定間隔を開けて軸着されており、この両クランクロータ２１ａ，２１ｂの外周上に所定の間隙Ｓを有して電磁ピックアップ等からなるクランク角センサ２２ａと気筒判別センサ２２ｂとが対設されている。
【００１７】
図２０に示すように、上記クランク角検出用クランクロータ２１ａには、複数のクランク角検出用突起２１ｃが形成されている。本実施例に示すエンジン１は２サイクル４気筒エンジンで、しかも等間隔燃焼であれば、各気筒の上死点ＴＤＣは９０゜ＣＡ毎に設定され、点火順序を＃１→＃４→＃３→＃２とすれば、この各気筒の上死点ＴＤＣから進角方向（図の反時計回り方向）へクランク角θ1〜θ3の位置に上記クランク角検出用突起２１ｃがそれぞれ形成されている。上記各クランク角検出用突起の位置は、例えばθ1＝ＢＴＤＣ７５゜ＣＡ、θ2＝ＢＴＤＣ４５゜ＣＡ、θ3＝ＢＴＤＣ１５゜ＣＡであり、すなわち、各クランク角検出用突起２１ｃはＢＴＤＣ１５゜ＣＡの位置から円周上に３０゜ＣＡの等ピッチで形成されている。
【００１８】
また、図２１に示すように、上記気筒判別用クランクロータ２１ｂの外周には気筒判別用突起２１ｄが形成されている。本実施例では、３個の気筒判別用突起２１ｄが形成されており、そのうちの２個の気筒判別用突起２１ｄが、＃１気筒の上死点ＴＤＣを基準として、進角方向へθ4，θ5の位置に形成されている。また、他の気筒判別用突起２１ｄが＃３気筒の上死点ＴＤＣを基準として進角方向へθ6の位置に形成されている。本実施例では、各気筒判別用突起２１ｄのクランク位置は、例えばθ4＝ＢＴＤＣ６０゜ＣＡ、θ5＝ＢＴＤＣ３０゜ＣＡ、θ6＝ＢＴＤＣ６０゜ＣＡである。
【００１９】
そして、上記クランク角検出用クランクロータ２１ａの上死点ＴＤＣを示す位置に上記クランク角センサ２２ａが対設され、一方、上記気筒判別用クランクロータ２１ｂの上死点ＴＤＣを示す位置に上記気筒判別センサ２２ｂが対設されてており、クランクシャフト１ａの回転により上記クランク角検出用クランクロータ角検出用クランクロータ２１ａのクランク角検出用突起２１ｃが上記クランク角センサ２２ａに対向位置し、或いは上記気筒判別用クランクロータ２１ｂの気筒判別突起２１ｄが上記気筒判別センサ２２ｂに対向位置したとき、図１９に示すように、この各センサ２２ａ、２２ｂと上記各クランクロータ２１ａ，２１ｂの突起２１ｃ，２１ｄの頂部との間隙Ｓは、例えば、0.8±0.4(mm)に設定される。
【００２０】
なお、図１８に示すように、上記両センサ２２ａ，２２ｂは所定の挟み角を有して配設されているが、図１９〜図２１では、説明を容易にするために両クランクロータ２１ａ，２１ｂの互いの上死点を対応させた状態で示す。
【００２１】
また、上記各センサ２２ａ，２２ｂでは、クランクシャフト１ａの回転に同期して上記各クランクロータ２１ａ，２１ｂの突起２１ｃ，２１ｄの検出タイミング、すなわち、上記各センサ２２ａ，２２ｂで検出するクランクパルス及び気筒判別パルスの検出タイミングは、図３０、図３１のタイミングチャートに示す通りで、＃１気筒のＢＴＤＣθ4の気筒判別パルス（以下、「θ4パルス」と略称）は＃１気筒のＢＴＤＣθ1のクランクパルス（以下、「θ1パルス」と略称）とＢＴＤＣθ2のクランクパルス（以下、「θ2パルス」と略称）との間に割込まれ、またＢＴＤＣθ5の気筒判別パルス（以下、「θ5パルス」と略称）は＃１気筒のθ2パルスとθ3パルスとの間に割込まれる。さらに、＃３気筒のＢＴＤＣθ6の気筒判別パルス（以下、「θ6パルス」と略称）は＃３気筒のθ1パルスとθ2パルスとの間に割込まれる。従って、上記気筒判別センサ２２ｂで上記θ4パルスとθ5パルスとを検出した後のクランクパルスは、＃１気筒のθ3パルスであることが判別でき、また上記気筒判別センサ２２ｂでθ6パルスを検出し、その後、上記クランク角センサ２２ａで検出するθ2パルスとθ3パルスとの間に気筒判別パルスが割込まれなければ、上記θ3パルスは＃３気筒のＢＴＤＣθ3を示すものであることが判別できる。
【００２２】
なお、図３０のタイミングチャートは始動時の燃料噴射及び点火を示し、図３１のタイミングチャートは始動後の燃料噴射及び点火を示す。上記θ1パルスは、始動時のドエル開始タイミングタイマスタートの基準クランク角となり、始動後は噴射開始タイミングタイマスタートの基準クランク角となる。またθ2パルスが始動後の点火時期タイマスタートの基準クランク角となる。さらに、θ3パルスが、始動時は噴射開始の基準クランク角、及び点火時期タイマスタートの基準クランク角になり、また始動後はドエル開始タイミングタイマスタートの基準クランク角になる。
【００２３】
なお、４サイクル４気筒エンジンでは、上記気筒判別用クランクロータ２１ｂをカムシャフトに軸着したカムロータとし、上記気筒判別センサ２２ｂを、このカムロータに対設させるようにしても良い。
【００２４】
次に、燃料系の構成について説明する。
【００２５】
図１８の符号２３は燃料ラインで、この燃料ライン２３の中途に高圧用燃料ポンプ２８が介装され、さらに、この高圧用燃料ポンプ２８の下流側に高圧用電磁式プレッシャレギュレータ３３が介装されている。また、この燃料ライン２３の上記高圧用燃料ポンプ２８の上流側が、燃料タンク２４から燃料を送出する低圧デリバリライン２３ａを構成し、この高圧用燃料ポンプ２８の下流側と上記高圧用電磁式プレッシャレギュレータ３３との間が上記低圧デリバリライン２３ａからの燃料を昇圧して高圧用インジェクタ８に供給する高圧ライン２３ｂを構成し、さらに、この高圧用電磁式プレッシャレギュレータ３３から下流側が低圧リターンライン２３ｃを構成している。
【００２６】
上記高圧用電磁式プレッシャレギュレータ３３は常開式であり、デューティ制御あるいは、電流制御により弁開度を制御し、デューティ制御では、デューティ比を０〜１００％の間で制御し、例えばデューティ比≧８０％で全閉となる。また電流制御では、制御電流が高くなるに従って、次第に閉弁される。上記高圧用電磁式プレッシャレギュレータ３３では、上記高圧ライン２３ｂの燃料リリーフ量を制御することで、この高圧ライン２３ｂの燃料圧力を保持制御し、燃焼室５へ供給する燃料量を高圧用インジェクタ８の開弁時間により正確に計量できるようにしたものである。
【００２７】
また、上記低圧デリバリライン２３ａと上記低圧リターンライン２３ｃとが燃料バイパス通路２３ｄを介して連通され、この燃料バイパス通路２３ｄに、上記低圧デリバリライン２３ａの燃料圧力を調圧する低圧用ダイヤフラム式プレッシャレギュレータ２７が介装されている。
【００２８】
上記低圧デリバリライン２３ａでは、上記燃料タンク２４内の燃料を、フィードポンプ２５により送出し、燃料フィルタ２６を経て上記低圧用ダイヤフラム式プレッシャレギュレータ２７により調圧された状態で上記高圧用燃料ポンプ２８へ供給する。
【００２９】
上記高圧ライン２３ｂは、いわゆるライン圧力保持型高圧噴射システムを構成し、上記低圧デリバリライン２３ａから供給される燃料を上記高圧用燃料ポンプ２８によって加圧し、上記高圧用電磁式プレッシャレギュレータ３３で調圧した所定の高圧燃料を、高圧燃料フィルタ３０、脈動圧を緩衝するアキュムレータ３１、燃料圧力を検出する燃料圧力センサ３２を併設する燃料供給路を経て各気筒の高圧用インジェクタ８に供給する。
【００３０】
上記高圧用燃料ポンプ２８はエンジン駆動式のプランジャポンプであり、吸入口及び吐出口に、それぞれ逆止弁が設けられ、エンジン停止時には、低圧デリバリライン２３ａからの燃料が通過可能になる。
【００３１】
また、図１７に、燃料圧力制御、燃料噴射制御、及び点火制御などを行う制御装置４０を示す。
【００３２】
この制御装置４０は、ＣＰＵ４１、ＲＯＭ４２、ＲＡＭ４３、バックアップＲＡＭ４４、及びＩ／Ｏインターフェース４５等がバスライン４６を介して互いに接続されるマイクロコンピュータを中核として構成されている。
【００３３】
また、上記制御装置４０には定電圧回路４７が内蔵されており、この定電圧回路４７に電源リレー４８のリレー接点を介してバッテリ４９が接続され、又、この電源リレー４８のリレーコイルがイグニッションスイッチ５０を介してバッテリ４９に接続されている。上記定電圧回路４７は、上記イグニッションスイッチ５０がＯＮされ、上記電源リレー４８の接点が閉となったとき、上記バッテリ４９の電圧を安定化して制御装置４０の各部に供給する。また、上記バックアップＲＡＭ４４には、バッテリ４９が上記定電圧回路４７を介して直接接続されており、上記イグニッションスイッチ５０のＯＮ，ＯＦＦに拘らず常時、バックアップ用電源が供給される。一方、上記バッテリ４９にはフィードポンプ２５がフィードポンプリレー５４のリレー接点を介して接続されている。
【００３４】
また、上記Ｉ／Ｏインターフェース４５の入力ポートには、バッテリ４９が接続されて、バッテリ電圧がモニタされるとともに、クランク角センサ２２ａ、気筒判別センサ２２ｂ、アクセル開度センサ１６、水温センサ９、排気温度センサ５６、燃料圧力センサ３２、及びスタータスイッチ５３が接続されている。
【００３５】
一方、上記Ｉ／Ｏインターフェース４５の出力ポートには、気筒毎に配設された点火コイル６ａを駆動するイグナイタ６ｂが接続され、さらに、駆動回路５５を介して上記バッテリ４９から電源が供給されるフィードポンプリレー５４のリレーコイル、高圧用電磁式プレッシャレギュレータ３３、及び高圧用インジェクタ８がそれぞれ接続されている。
【００３６】
次に、上記制御装置４０による燃料噴射制御及び点火制御を、図１〜図１５のフローチャートに従って説明する。なお、各フローチャートに示されたルーチンはイグニッションスイッチ５０をＯＮ後、所定タイミング毎に実行されるもので、イグニッションスイッチ５０をＯＮすると、システムがイニシャライズ（フローチャート中の各フラグ及びカウント値が全てクリア）される。
【００３７】
図８に示すフローチャートは、クランクパルス入力毎に割込み起動される気筒判別・エンジン回転数算出ルーチンである。
【００３８】
イグニッションスイッチ５０をＯＮ後、エンジン回転に伴いクランク角センサ２２ａから出力されるクランクパルスが入力されると、ステップＳ１で、今回入力したクランクパルスがθ1 〜θ3 の何れであるのかを、気筒判別センサ２２ｂからの気筒判別パルスの割込みパターンに基づき識別し、ステップＳ２で、上記気筒判別パルスの割込みパターンから、次の上死点ＴＤＣを迎える気筒＃iを判別する。
【００３９】
すなわち、図３０、図３１のタイミングチャートに示すように、本実施例では、燃料噴射及び点火順序を＃１→＃４→＃３→＃２とし、θ4パルスが＃１気筒の上死点前を示す上記θ1パルスとθ2パルスとの間に割込まれ、続いて、θ2パルスとθ3パルスとの間にθ5パルスが割込まれるように設定されており、さらに＃３気筒の上死点前を示すθ1パルスとθ2パルスとの間にθ6パルスが割込まれるように設定されている。
【００４０】
従って、少なくとも前々回のクランクパルスと前回のクランクパルスとの間に気筒判別パルスの割込みがなく、しかも前回のクランクパルスと今回のクランクパルスとの間に気筒判別パルスが割込まれたときには、今回のクランクパルスは、θ2パルスであることが識別できる。また、気筒判別は、前回と前々回のクランクパルスの間に気筒判別パルスの割込みがあり、しかも、前回と今回のクランクパルスの間にも気筒判別パルスが割込まれた場合には、今回のクランクパルスは＃１気筒のＢＴＤＣθ3 パルスであることが識別できる。一方、前回と前々回のクランクパルスの間に気筒判別パルスの割込みがあり、前回と今回のクランクパルスの間には気筒判別パルスの割込みがない場合には、今回のクランクパルスは＃３気筒のＢＴＤＣθ3 パルスであることが識別できる。その結果、このθ3パルスの入力により、次の上死点ＴＤＣを迎える気筒＃iを判別することができる。
【００４１】
その後、ステップＳ３で、前回のクランクパルスが入力されてから今回のクランクパルスが入力された間のパルス入力間隔時間Ｔθ（図３１参照）を検出する。なお、図２０に示すように、クランクロータ２１ａの周囲に突起２１ｃが等間隔で形成されている場合には、パルス入力間隔時間Ｔθは実時間で設定することができる。
【００４２】
次いで、ステップＳ４で、上記パルス入力間隔時間Ｔθからエンジン回転数Ｎを算出し、ＲＡＭ４３の所定アドレスに回転数データとしてストアしてルーチンを抜ける。この回転数データは、後述する始動判定ルーチン（図９参照）や、燃料噴射パルス幅・噴射開始タイミング設定サブルーチン（図１参照）や、点火時期・通電開始時間設定ルーチン（図６参照）で読込まれる。
【００４３】
次に、始動判定ルーチンについて、図９のフローチャートに従って説明する。
【００４４】
このルーチンは、イグニッションスイッチ５０がＯＮされて、制御装置４０に通電が開始されたときから、１０msec毎のタイマ割込みにより起動され、まず、ステップＳ１１，Ｓ１２で始動判定を行う。本実施例では、ステップＳ１１でスタータスイッチ５３がＯＮと判断され、且つステップＳ１２で、エンジン回転数Ｎが始動判定回転数ＮST（本実施例ではＮST＝４５０rpm）以下と判断された場合、始動時と判断する。なお、上記始動判定回転数ＮSTは搭載するエンジンの特性等に基づいて適宜設定する。
【００４５】
そして、上記ステップＳ１１，Ｓ１２で始動と判断されてステップＳ１３へ進むと、始動判別フラグＦSTをセットしてルーチンを抜ける。一方、上記ステップＳ１１でスタータスイッチ５３がＯＦＦ、或はステップＳ１２で、Ｎ＞ＮSTと判断された場合には、始動準備中、或は始動後と判断してステップＳ１４へ分岐して上記始動判別フラグＦSTをクリアしてルーチンを抜ける。
【００４６】
また、図５、図１〜図４のフローチャートには、燃料噴射パルス幅・噴射開始タイミング設定ルーチンが示され、さらに、図６、図７のフローチャートには、点火時期・通電開始時間設定ルーチンが示されている。この両ルーチンは、θ2パルスの入力により演算が開始され、エンジン始動時は、燃料噴射パルス幅・噴射開始タイミング設定ルーチンが、点火時期・通電開始時間設定ルーチンに優先して実行され、エンジン始動後は逆の優先順位で実行される。
【００４７】
この両ルーチンでは、気筒判別により得られた、これから上死点ＴＤＣを迎える気筒の２つ後の気筒を、今回の噴射・点火対象気筒＃iとし、この気筒＃iに対する燃料噴射パルス幅、噴射開始タイミング、及び点火時期、通電開始時間を気筒毎に設定するもので、図３０、或は図３１のタイミングチャートに示すように、噴射・点火順序を＃１→＃４→＃３→＃２とした場合、例えば、これから上死点ＴＤＣを迎える気筒が＃３気筒であれば、＃３気筒の上死点前ＢＴＤＣθ2パルスの割込みで起動され、演算結果は、＃１気筒に対する燃料噴射及び点火に対して適用される。
【００４８】
まず、燃料噴射パルス幅・噴射開始タイミング設定ルーチンについて説明する。
【００４９】
図５に示すように、このルーチンのステップＳ２１では、現在のエンジン運転状態が始動時か始動後かを、始動判別フラグＦSTの値を参照して判断する。この始動判別フラグＦSTは、前記始動判定ルーチン（図９参照）で設定されており、この始動判別フラグＦSTが、ＦST＝１の場合には始動時であるため、ステップＳ２２へ進み始動時制御を実行し、一方、ＦST＝０の場合には始動後であるため、ステップＳ２６へ分岐して始動後制御を実行する。なお、上記始動判定ルーチンのステップＳ１４によれば、始動準備中（スタータスイッチＯＦＦ）の状態でも、始動判別フラグＦSTはクリアされるが、始動準備中はエンジンが停止状態であるため、クランクパルスが入力されず、従って、この燃料噴射パルス幅・噴射開始タイミング設定ルーチンは実行されない。
【００５０】
まず、始動時制御について説明する。上記ステップＳ２１で始動時と判断されてステップＳ２２へ進むと、水温センサ９で検出した冷却水温ＴWに基づいて始動時噴射量ＧＦST[g]をテーブルを補間計算付で参照して設定する。このテーブルはＲＯＭ４２の一連のアドレスで構成され、各領域には主に冷態時の始動性能を確保するための噴射量が予め実験等から求めて格納されており、ステップ内に示すように、冷却水温ＴWが低いほど上記始動時噴射量ＧＦSTは高い値に設定されている。
【００５１】
次いで、ステップＳ２３で燃料圧力センサ３２で検出した高圧ライン２３ｂ中の燃料圧力ＰS[kpa]に基づいて燃料圧力係数ＫSと、無効噴射時間ＴS[msec]とをＲＯＭ４２にデータとして格納されているテーブルを補間計算付で参照して設定する。このステップ内に示すように、上記テーブルには上記燃料圧力ＰSを格子として上記燃料圧力係数ＫSと無効噴射時間ＴSとが予め実験或は設計等により求めて設定されている。燃料圧力係数ＫSは上記燃料圧力ＰSによって変化する高圧用インジェクタ８の噴射特性であり、上記始動時噴射量ＧＦSTを燃料圧力ＰSに応じて補正すると共に、この始動時噴射量ＧＦST[g]を時間換算する。また上記無効噴射時間ＴSは上記燃料圧力ＰSによって変化する高圧用インジェクタ８の作動遅れを補償するものである。
【００５２】
次いで、ステップＳ２４へ進むと、上記始動時噴射量ＧＦST[g]に上記燃料圧力係数ＫSを乗算して時間換算し、その値に上記無効噴射時間ＴSを加算して、始動時の燃料噴射時間を定める燃料噴射パルス幅Ｔiを算出し、ステップＳ２５へ進んで、上記燃料噴射パルス幅Ｔiを、今回の噴射・点火対象気筒＃iの燃料噴射タイマにセットしてルーチンを抜ける。そして、このステップＳ２５でセットされた始動時の燃料噴射タイマは、図１２のフローチャートに示すθ3パルス毎に実行されるルーチンでスタートされる（詳細については後述する）。
【００５３】
一方、エンジンの始動が完了すると、図９のフローチャートに示す始動判定ルーチンのステップＳ１４で、上記始動判別フラグＦSTがクリアされる。すると、上述の燃料噴射パルス幅・噴射開始タイミング設定ルーチンでは、上記ステップＳ２１からステップＳ２６へ分岐されて、始動後制御へ移行する。なお、上述したように、エンジンが始動状態から始動後へ移行すると、ルーチンの優先順位が反転し、この燃料噴射パルス幅・噴射開始タイミング設定ルーチンの前に、後述する点火時期・通電開始時間設定ルーチンが実行される。
【００５４】
上記ステップＳ２６では、通常制御時の燃料噴射パルス幅・噴射開始タイミング設定サブルーチンが実行される。
【００５５】
この燃料噴射パルス幅・噴射開始タイミング設定サブルーチンは、図１〜図４に示すフローチャートに従って実行される。
【００５６】
まず、ステップＳ３１で、アクセル開度センサ１６で検出したアクセル開度（＝スロットル開度）αとエンジン回転数Ｎとに基づいて、ステップ内に示すテーブルを補間計算付で参照して、吸入空気量に相当する基本給気比Ｌ０を設定する。なお、このテーブルの各領域には、アクセル開度αとエンジン回転数Ｎとに応じて最適な基本給気比Ｌ０が予め実験等から求めて格納されている。
【００５７】
次いで、ステップＳ３２へ進み、上記エンジン回転数Ｎとエンジン負荷を表す上記基本給気比Ｌ０とによって特定される運転領域が、予め設定したリーンバーン（希薄燃焼）域にあるか、否かをマップ参照により判定する。なお、後述するが本実施例では、エンジン１の燃焼形態をエンジン負荷に応じて成層燃焼方式と均一燃焼方式とに切換えるようにしており、本実施例の２サイクル筒内直噴エンジンでは、高負荷時に選択される均一燃焼方式のパワー域以外は全て、リーンバーン域となる。
【００５８】
このリーンバーン域を判定するマップの概念を、図１６に示す。リーンバーン域は図のハッチングで示すように設定されており、この領域内で、しかもＮＯx触媒１９がライトオフ温度ＴEXSE以上のときに、燃料噴射時期を正規の燃料噴射時期に対して、進角或は遅角方向へ修正してＨＣ量を意図的に増加させ、ＮＯx触媒１９のＮＯx還元浄化作用の促進を図る。なお、４サイクル筒内直噴エンジンの場合には、成層燃焼のときが全てリーンバーン域となり、均一燃焼のときには、パワー域でリッチ、パワー域以外でストイキオとする。また、本実施例では、エンジン負荷として基本給気比Ｌ０を採用しているが、負荷を表すものであれば、他のパラメータを用いても良い。
【００５９】
上記基本給気比Ｌ０とエンジン回転数Ｎとで特定されるエンジン運転領域が上記リーンバーン域にある場合には、ステップＳ３３へ進み、排気温度センサ５６で検出したＮＯx触媒１９の上流側の排気温度ＴEXと、予め設定したＮＯx触媒１９によるＮＯx浄化が期待し得る排気温度に達しているかを判断するためのライトオフ温度ＴEXSE（図３４(a)参照）とを比較し、ＴEX≧ＴEXSEの場合、ステップＳ３４へ進み、噴射時期修正フラグＦLEANをセットしてステップＳ３６へ進む。この噴射時期修正フラグＦLEANがセットされると、現在の運転領域が空気余剰率の高いリーンバーン域であり、且つ燃料噴射時期を正規のタイミングに対して修正してＨＣ量を増加させることで、ＮＯxの還元浄化作用の促進が期待し得る状態であるとみなされる。
【００６０】
一方、上記ステップＳ３２で現在のエンジン運転領域がリーンバーン域にないと判断した場合、或は上記ステップＳ３３で排気温度ＴEXがライトオフ温度ＴEXSE以下と判断した場合には、ステップＳ３５へ分岐して上記噴射時期修正フラグＦLEANをクリアした後、上記ステップＳ３６へ戻る。
【００６１】
そして、ステップＳ３６では、燃料圧力センサ３２で検出した高圧ライン２３ｂ中の燃料圧力ＰSに基づいて、始動後の燃料圧力係数ＫS、及び無効噴射時間ＴSを設定する。この燃料圧力係数ＫS、及び無効噴射時間ＴSは、前述のステップＳ２３（図５参照）中に示したテーブルを補間計算付で参照して設定する。
【００６２】
その後、ステップＳ３７で上記エンジン回転数Ｎに基づいて、均一・成層燃焼切換判定値ＬS2を設定する。この燃焼切換判定値ＬS2は、このステップＳ３７内に示す特性に基づいてテーブル化されており、このテーブルを補間計算付で参照して設定する。
【００６３】
この均一・成層燃焼切換判定値ＬS2は、エンジン負荷に応じて燃焼形態を切換える際の基準となる判定値で、本実施例ではエンジン負荷として上記基本給気比Ｌ０を取入れているため、この基本給気比Ｌ０に対応した値に設定されている。
【００６４】
また、燃焼形態は均一燃焼方式と、成層燃焼方式とに切換え設定される。すなわち、エンジンが高負荷運転のときは（Ｌ０＞ＬS2）、均一燃焼方式を採用し、中，低負荷運転のときは（Ｌ０≦ＬS2）、成層燃焼方式を採用している。なお、この各燃焼方式は燃料噴射タイミング、及び点火時期を変更することで切換える。
【００６５】
ここで、本実施例が採用する各燃焼方式について簡単に説明する。
【００６６】
均一燃焼は、燃料を早い時期に噴射し、筒内で均一に混合した後に点火する燃焼方式で、空気利用率が高いので高負荷運転時に適している。この均一燃焼の混合気形成及び燃焼過程を、図２２の燃料噴射・点火タイミング線図に基づき、図２３の均一燃焼行程図に従って説明する。
【００６７】
まず、図２２に示す噴射開始タイミングＩＪSTを排気ロータリ弁１７の閉弁後の早い時期に設定する（図２３(a)）。ここで噴射開始タイミングは早い程良いが、排気ロータリ弁１７による排気ポート３ｂの閉弁時期よりも早く噴射を開始すると、上記排気ポート３ｂを介して排気通路へ燃料が吹抜ける不都合を生じるため、噴射開始タイミングは上記排気ポート３ｂの閉弁後に設定する。そして、噴射終了した後（同図(b)）、ピストン４の上昇による圧縮混合で均一混合気とし（同図(c)）、所定点火進角度で点火させる（同図(d)）。すると、火炎が燃焼室５内を伝播して燃焼する（同図(e)）。
【００６８】
一方、成層燃焼は、燃料噴射を点火直前に終了し、燃料噴霧の後端部に火花点火させる燃焼方式で、燃料周辺の空気しか利用しないので、充填空気量に比べて極めて少ない燃料量で安定した燃焼を得ることができるため低，中負荷運転に適している。この成層燃焼による燃焼過程を、図２４の燃料噴射・点火タイミング線図に基づき、図２５の成層燃焼行程図に従って説明する。まず、図２４に示す噴射開始タイミングＩＪSTを、点火のやや直前で燃料噴射が終了するように設定し（図２５(a)）、噴射中は燃料が空気を取込みながら点火プラグ７近傍に濃混合気を形成すると共に、その周囲に希薄混合気を層状に形成する（同図(b)）。そして、噴射終了後の上記濃混合気に点火すると（同図(c)）、この濃混合気に着火した火炎が周囲の希薄混合気に伝播して、この希薄混合気を燃焼させる（同図(d)）。
【００６９】
なお、本実施例では、上記ステップＳ３４で、噴射時期修正フラグＦLEANがセットされると、後述するステップＳ４９或はＳ５８で、ＮＯx触媒１９へ至る排気中のＨＣ濃度を高めてＮＯx触媒１９によるＮＯx還元浄化作用を促進させるため、燃焼方式に応じて燃料噴射開始タイミングを正規タイミングに対し、進角或は遅角方向へ修正する。
【００７０】
ここで、本実施例が採用する噴射タイミングを修正することでＨＣ量を上昇させるメカニズムについて説明する。
【００７１】
均一燃焼時に噴射時期修正フラグＦLEANがセットされていると、図２６に示すように、噴射開始タイミングＩＪSTを正規のタイミングに対して、設定遅角補正時間ＩＪREt分だけ遅らせる。すると、図２７(d)に示すように、点火の際の混合気の一部が不均質となり、局所的にリーンな領域Ａが生成される。そして、同図(e)に示すように、燃焼の際に、上記リーンな領域Ａからは未燃焼ガスによりＨＣが生成される。また、均一燃焼時には、燃料噴射時期を逆に早めて排気行程が終了する前に燃料噴射を開始するようにしても吹抜けによりＨＣ量を増加させることができるが、生ガスの排気中への排出によりアフターバーンを生じる虞があり、好ましくない。
【００７２】
一方、成層燃焼時に噴射時期修正フラグＦLEANがセットされていると、図２８に示すように、噴射開始タイミングＩＪSTを正規のタイミングに対して、着火性を損わない範囲で設定進角補正時間ＩＪADt分だけ早める。すると、図２９(c)に示すように、点火時には正規のタイミング（図２５(c)参照）に比べて、噴霧の拡散が促進され、その結果、局所的に空燃比のリーンな領域が生成され、同図(d)に示すように、燃焼はエンドガスが燃え残る、いわゆるパーシャル燃焼となり、ＨＣ量が上昇する。なお、成層燃焼では、燃料噴射時期を遅らせてもＨＣ量は上昇するが、噴霧が充分に拡散されず、スモーク、及び点火プラグ７のくすぶり等の発生が伴うため好ましくない。
【００７３】
そして、上記ステップＳ３７で、今回の運転状態に適応する燃焼方式を決定するために、均一・成層燃焼切換判定値ＬS2を設定した後、ステップＳ３８へ進むと、上記基本給気比Ｌ０（＝エンジン負荷）と、上記均一・成層燃焼切換判定値ＬS2とを比較する。例えば、アイドル等の低負荷運転、定常走行等の中負荷運転時には、このステップＳ３８で、Ｌ０≦ＬS2と判断されて、ステップＳ４１へ進む。一方、Ｌ０＞ＬS2の高負荷運転と判断された場合には、ステップＳ５１へ分岐する。
【００７４】
まず、低，中負荷運転時の制御ルーチンについて説明する。低，中負荷運転と判断されてステップＳ３８からステップＳ４１へ進むと、燃焼方式判別フラグＦ1を０１にセットする。この燃焼方式判別フラグＦ1は、２ビットデータで表され、Ｆ1＝０１が成層燃焼方式を表し、またＦ1＝１０が均一燃焼方式を表す。
【００７５】
上記ステップＳ４１で、エンジン始動後の燃焼方式がＦ1＝０１の成層燃焼方式にセットされると、ステップＳ４２へ進み、上記基本給気比Ｌ０とエンジン回転数Ｎとに基づいて、テーブルを補間計算付で参照して、燃料噴射量ＧＦ[g]を設定する。その後、ステップＳ４３で、上記基本給気比Ｌ０とエンジン回転数Ｎとに基づいてテーブルを補間計算付で参照して点火前何 ゜CAで燃料噴射を終了させるのかを定める噴射エンドタイミングＩＪET（図３１(b)参照）を設定する。成層燃焼で最適な燃焼を得るためには、点火時に点火プラグ７の周囲に濃混合気を形成させなければならないため（図２５(b),(c)参照）、噴射終了と点火との時間間隔を管理する必要がある。本実施例では、この成層燃焼時の噴射エンドタイミングＩＪETを予め実験的に求めて基本給気比Ｌ０とエンジン回転数Ｎとをパラメータとするテーブルとして格納されている。なお、この噴射エンドタイミングＩＪETの単位は、点火前[msec]である。
【００７６】
また、上記燃料噴射量ＧＦ、噴射エンドタイミングＩＪETを得るためのテーブルは、上記ステップＳ３２でリーンバーン域を判断するマップ（図１６参照）と同じパラメータを用いており、従って、この各テーブルのリーンバーン域は、図１６に示すリーンバーン域にそれぞれ対応しており、それぞれの対応領域には、予め実験などから求めた成層燃焼時の適正値が格納されている。なお、後述する均一燃焼選択時に設定する燃料噴射量ＧＦ、噴射開始角度ＩＪsaを得るためのテーブル（ステップＳ５２，Ｓ５４参照）の各領域にも同様に、均一燃焼時に適応する適正値が格納されている。
【００７７】
次いで、ステップＳ４４で、噴射時期修正フラグＦLEANの値を参照し、現在のエンジン運転領域がリーンバーン域（図１６参照）で、且つＮＯx触媒によりＮＯx浄化が期待し得る状態かを判断する。
【００７８】
そして、ＦLEAN＝１の場合には、リーンバーン域、且つＮＯx浄化が期待できるとみなされているため、ステップＳ４５へ進み、成層燃焼に対応した、噴射時期を早めるための進角補正時間ＩＪADtを、基本給気比Ｌ０とエンジン回転数Ｎとに基づいてテーブルを参照して設定し、ステップＳ４６へ進む。
【００７９】
成層燃焼時におけるＨＣ濃度の特性は、図３５(a)に示す通りであり、燃料噴射終了から点火までの時間を長くすることでＨＣ濃度を高めることができる。上記進角補正時間ＩＪADtは、上記図３５(a)に示す特性に基づいて燃焼の安定性とＨＣ濃度の上昇とを両立させ得る範囲を、基本給気比Ｌ０とエンジン回転数Ｎとをパラメータとし予め実験等により求め、テーブルとしてＲＯＭ４２の一連のアドレスに格納されている。
【００８０】
一方、上記ステップＳ４４で、ＦLEAN＝０と判断した場合には、現在の運転状態がリーンバーン域にないか、或は排気温度ＴEXがライトオフ温度ＴEXSEに達していないので、噴射時期の進角補正時間ＩＪADtを設定することなくステップＳ４６へジャンプする。
【００８１】
そして、ステップＳ４６へ進むと、上記ステップＳ４２で設定した燃料噴射量ＧＦ[g]に、上記燃料圧力係数ＫSを乗算して時間換算し、その値に上記無効噴射時間ＴSを加算して、燃料噴射パルス幅Ｔiを算出する（Ｔi←ＫS×ＧＦ＋Ｔs）。
【００８２】
その後、ステップＳ４７で、成層燃焼の際の噴射開始タイミングＩＪSTを次式から算出する。
【００８３】
ＩＪST←ＴθM1−（ＴADV＋ＩＪET＋Ｔi）
ここで、ＴθM1は、噴射開始タイミングを設定する際の基準となるクランクパルス入力から該当噴射・点火対象気筒＃iの上死点ＴＤＣに到達するまでの時間で、本実施例では、図３１（ｂ）の始動後における成層燃焼時のタイミングチャートに示すようにθ1パルス入力を基準クランク角として設定される。なお、このθ1パルス入力を基準クランク角とした場合の上記ＴθM1は、
ＴθM1＝2.5×Ｔθ
により算出される。また、ＴADVは点火進角時間換算値で、図６、図７の点火時期・通電開始時間設定ルーチンで算出される。なお、Ｔθは最新のクランクパルス入力間隔時間である。
【００８４】
次いで、ステップＳ４８で、上記噴射時期修正フラグＦLEANの値を再び参照し、ＦLEAN＝１の場合には、ステップＳ４９へ進み、上記噴射開始タイミングＩＪSTを上記進角補正時間ＩＪADt分だけ早める修正をして（ＩＪST←ＩＪST−ＩＪADt）、ステップＳ５０へ進む。一方、ＦLEAN＝０の場合には、噴射開始タイミングＩＪSTを進角補正時間ＩＪADtで修正することなく、ステップＳ４８からステップＳ５０へ進む。
【００８５】
そして、ステップＳ５０で、上記ステップＳ４７或はＳ４９で算出した噴射開始タイミングＩＪSTを今回の噴射・点火対象気筒＃iの噴射開始タイミングタイマにセットした後、上記ステップＳ２５（図５参照）へ戻り、今回の噴射・点火対象気筒＃iの燃料噴射タイマに、上記ステップＳ４６で設定した燃料噴射パルス幅Ｔiをセットしてルーチンを抜ける。
【００８６】
一方、加速運転などの過渡時、或は高速運転時などで、上記ステップＳ３８で、上記ステップＳ３１で設定した基本給気比Ｌ０と上記ステップＳ３７で設定した均一・成層燃焼切換判定値ＬS2とを比較した結果、Ｌ０＞ＬS2の高負荷運転と判断されて、ステップＳ５１へ分岐すると、上記燃焼方式判別フラグＦ1を均一燃焼方式を示すＦ1＝１０にセットし、ステップＳ５２で、上記基本給気比Ｌ０とエンジン回転数Ｎとに基づいて、テーブルを補間計算付で参照して均一燃焼時の燃料噴射量ＧＦ[g]を設定し、ステップＳ５３で、上記燃料噴射量ＧＦにステップＳ３６で設定した燃料圧力係数ＫSを乗算して時間換算し、その値に上記無効噴射時間ＴSを加算して、均一燃焼時の燃料噴射パルス幅Ｔiを算出する（Ｔi←ＫS×ＧＦ＋Ｔs）。
【００８７】
次いで、ステップＳ５４で上記基本給気比Ｌ０とエンジン回転数Ｎとに基づいて、テーブルを補間計算付で参照して均一燃焼時における今回の噴射・点火対象気筒＃iに対する噴射開始タイミングを定める上死点前の噴射開始角度ＩＪsa[ ゜CA]を設定する。本実施例では、この噴射開始角度ＩＪsaは、今回の噴射・点火対象気筒＃iの上死点ＴＤＣを基準に設定されている（図３１(c)参照）。均一燃焼では、燃料噴射をなるべく早い時期に終了させて新気と充分に混合させることが望ましいが、燃料噴射を排気ポート３ｂが閉弁する時期よりも早く開始すると、燃料の吹抜けが生じるため、この燃料噴射時期をクランク角で管理し、排気ポート３ｂが閉弁した後の早い時期に燃料噴射を開始させる。
【００８８】
次いで、ステップＳ５５へ進むと、上記噴射開始角度ＩＪsa[ ゜CA]に対応する噴射開始タイミングＩＪSTを、次式から算出する。
【００８９】
ＩＪST←ＴθM2−(Ｔθ／θs)×ＩＪsa
上記ＴθM2は噴射開始タイミングを設定する際の基準となるクランクパルス入力から今回の噴射・点火対象気筒＃iの上死点ＴＤＣに到達するまでの時間で、図３１のタイミングチャートに示すように、本実施例では１気筒前のθ1パルス入力を基準クランク角として設定されており、
ＴθM2＝5.5×Ｔθ
により算出される。また、θsはクランクパルス間角度で、本実施例では３０ ゜CAである。従って、
(Ｔθ／θs)×ＩＪsa
により、１ ゜CA回転当りの時間から噴射開始角度を時間換算し、この値を上記ＴθM2から減算することで、１気筒前のθ1パルス入力を基準クランク角とする噴射開始タイミングＩＪSTが算出される（図３１(c)参照）。
【００９０】
その後、ステップＳ５６で、噴射時期修正フラグＦLEANの値を再び参照し、ＦLEAN＝１の場合には、均一燃焼時におけるリーンバーン域、且つＮＯx浄化が期待できる運転状態とみなされて、ステップＳ５７へ進み、均一燃焼に対応した噴射時期を遅らせるための遅角補正時間ＩＪREtを、基本給気比Ｌ０とエンジン回転数Ｎとに基づいてテーブルを参照して設定し、ステップＳ５８へ進む。
【００９１】
均一燃焼時におけるＨＣ濃度の特性は、図３５(b)に示す通りであり、噴射開始タイミングを遅角化し燃料噴射開始から点火までのクランク角度[ ゜CA]を狭くするに従って、ＨＣ濃度が高くなる。上記遅角補正時間ＩＪREtは、上記図３５(b)に示す特性に基づいて燃焼が極端に悪化せずにＨＣ濃度を上昇させ得る範囲を、基本給気比Ｌ０とエンジン回転数Ｎとをパラメータとし予め実験等により求め、テーブルとしてＲＯＭ４２の一連のアドレスに格納されている。なお、成層燃焼及び均一燃焼において、点火時期は上記噴射時期修正フラグＦLEANの値に関係なく、正規のタイミングで制御される（図３２、図３３参照）。
【００９２】
そして、上記ステップＳ５８では、上記ステップＳ５５で算出した噴射開始タイミングＩＪSTを、上記遅角補正時間ＩＪREt分だけ遅らせる修正をして（ＩＪST←ＩＪST＋ＩＪREt）、ステップＳ５０へ進む。一方、ＦLEAN＝０の場合には、現在の運転領域がリーンバーン域にないか、或は排気温度ＴEXがライトオフ温度ＴEXSEに達していないので、噴射開始タイミングＩＪSTを遅角補正時間ＩＪREtで修正することなく、ステップＳ５６からステップＳ５０へ進む。
【００９３】
ステップＳ５０では、上記ステップＳ５５或はＳ５８で算出した噴射開始タイミングＩＪSTを今回の噴射・点火対象気筒＃iの噴射開始タイミングタイマにセットする。そして、上記ステップＳ２５（図５参照）へ戻り、今回の噴射・点火対象気筒＃iの燃料噴射タイマに、上記ステップＳ５３で算出した燃料噴射パルス幅Ｔiをセットしてルーチンを抜ける。
【００９４】
上記ステップＳ５０でセットした始動後の噴射開始タイミングタイマは、θ１パルスの割込みで計時が開始され（図１０参照）、この噴射開始タイミングタイマの計時が終了したときに、燃料噴射が開始される（詳細については後述する）。
【００９５】
成層燃焼時に噴射時期修正フラグＦLEANがセットされていると、上記噴射開始タイミングＩＪSTが進角補正時間ＩＪADt分だけ早められるため、図３２(b)に示すように点火時期を基準として設定される燃料噴射終了時期が、同図（a）に示すＦLEAN＝０の正規の燃料噴射終了時期に比し、進角補正時間ＩＪADt分だけ早められる。その結果、前述のように、点火時期までに噴霧の拡散が促進され、混合気中に局部的にリーンな部分が形成され、このリーンな部分によりエンドガスが僅かに燃え残り、ＮＯx触媒１９へ至る酸化雰囲気（空燃比リーンの燃焼の排気）中のＨＣ量が増加する。成層燃焼時のＮＯx触媒１９では、ＨＣ量が増加されることでＮＯx還元浄化作用が促進される。
【００９６】
一方、均一燃焼時に上記噴射時期修正フラグＦLEANがセットされていると、噴射開始タイミングＩＪSTが遅角補正時間ＩＪREt分だけ遅れるため、図３３（b）に示すように、燃料噴射時期が、同図（a）のＦLEAN＝０の正規の燃料噴射時期に比し、遅角補正時間ＩＪREt分だけ遅れ、その結果、混合気中に局所的に不均一領域ができ、この不均一領域での燃焼が不完全となってＮＯx触媒１９へ至る酸化雰囲気中のＨＣ量が増加し、ＮＯx触媒１９では、ＨＣ量の増加によりＮＯx還元浄化作用が促進される。なお、この増加されたＨＣは、ＮＯx触媒１９でのＮＯx還元浄化作用で使用されるため、大気へ排出される排気成分中のＨＣ濃度は、従来に比し増加することはない。
【００９７】
次に、図６、図７に示すフローチャートに基づき、点火時期・通電開始時間設定ルーチンについて説明する。上述のように、このルーチンは、エンジン始動時は上述の燃料噴射パルス幅・噴射開始タイミング設定ルーチンの後に実行され、エンジン始動後は、この燃料噴射パルス幅・噴射開始タイミング設定ルーチンに優先して実行される。
【００９８】
まず、ステップＳ８１では、現在の運転状態が始動時か始動後かを、始動判別フラグＦSTの値を参照して判断する。この始動判別フラグＦSTは、図９のフローチャートに示す始動判定ルーチンで設定されるもので、この始動判別フラグＦSTが、ＦST＝１の場合には始動時であるため、ステップＳ８２へ進み始動時制御を実行し、一方、ＦST＝０の場合には始動後であるため、ステップＳ９１へ分岐して始動後制御を行う。
【００９９】
まず、始動時制御について説明し、続いて始動後制御について説明する。
【０１００】
上記ステップＳ８１で、ＦST＝１の始動時と判断されてステップＳ８２へ進むと、バッテリ電圧ＶBに基づいて通電時間ＤWL[msec]を、テーブルから補間計算付で参照して設定する。この通電時間ＤWLは、バッテリ電圧ＶBに基づいて予め実験等から求めたもので、ステップ中に示すようにバッテリ電圧ＶBが高い程、短く設定されて、ＲＯＭ４２の一連のアドレスにテーブル化して格納されている。
【０１０１】
次いで、ステップＳ８３へ進み、点火時期ＩＧtを次式から求める。
【０１０２】
この点火時期ＩＧtは、特定の基準クランクパルス入力後、何msec後に点火するのかを定めるもので本実施例では、図３０(b)に示すように、始動時の燃料噴射パルス幅Ｔiをθ3パルスを基準クランク角として噴射開始するように設定し、この燃料噴射パルス幅Ｔiの終了後、上記設定時間ＩＧSTが経過後に点火するように設定されている。
【０１０３】
その後、ステップＳ８４でドエル開始タイミングＤWLSTを次式から算出する。
【０１０４】
ＤWLST←（ＴθM3＋ＩＧt）−ＤWL
上記ＴθM3は、ドエル開始タイミングを設定する際の基準となるクランクパルス入力から点火時期設定基準となるクランクパルス入力までの時間で、図３０(b)のタイミングチャートに示すように、本実施例では、始動時のドエル開始の基準クランク角をθ1パルスとし、点火時期設定の際の基準クランク角をθ3パルスとしている。従って、上記ＴθM3の間隔時間は、
ＴθM3＝２×Ｔθ
により算出することができる。
【０１０５】
その後、ステップＳ８５で、今回の噴射・点火対象気筒＃iの点火時期タイマに上記点火時期ＩＧtをセットし、ステップＳ８６でドエル開始タイミングＤWLSTをドエル開始タイミングタイマにセットしてルーチンを抜ける。
【０１０６】
始動時において上記ステップＳ８６でセットされた当該噴射・点火対象気筒＃iのドエル開始タイミングタイマは、上死点前ＢＴＤＣθ1パルスを基準クランク角としてスタートされ、一方、上記ステップＳ８５でセットされた点火時期タイマは、上死点前ＢＴＤＣθ3パルスを基準クランク角としてスタートされる（詳細については後述する）。
【０１０７】
一方、エンジンの始動が完了すると、上記図９のフローチャートに示す始動判定ルーチンのステップＳ１４で、上記始動判別フラグＦSTがクリアされるため、この点火時期・通電開始時間設定ルーチンでは、上記ステップＳ８１から図７に示すステップＳ９１へ分岐されて、始動後制御を行う。なお、上述したように、エンジンが始動状態から始動後へ移行すると、ルーチンの優先順位が反転し、この点火時期・通電開始時間設定ルーチンは、前述の燃料噴射パルス幅・噴射開始タイミング設定ルーチンの前に実行される。
【０１０８】
そして、上記ステップＳ９１で、最新の基本給気比Ｌ０及びエンジン回転数Ｎを読出す。次いで、ステップＳ９２で、本実施例が採用する各燃焼方式に応じた点火時期を定める進角値ＡＤＶ[ ゜CA]を設定するため、まず、燃焼方式判別フラグＦ1の値を参照して現在の燃焼方式を判別する。この燃焼方式判別フラグＦ1は、前述の燃料噴射パルス幅・噴射開始タイミング設定ルーチンで、エンジン負荷に応じて設定されており、Ｆ1＝０１が成層燃焼方式を表し、またＦ1＝１０が均一燃焼方式を表す。
【０１０９】
上記ステップＳ９２で、現在の燃焼方式がＦ1＝０１の成層燃焼と判断されると、ステップＳ９３へ進み、成層燃焼時の進角値ＡＤＶ[ ゜CA]を、上記ステップＳ９１で読出した基本給気比Ｌ０とエンジン回転数Ｎとに基づいてテーブルを補間計算付で参照して設定する。ＲＯＭ４２の一連のアドレスには、成層燃焼時の進角値ＡＤＶを格納するテーブル以外に、後述する均一燃焼時の各進角値ＡＤＶが予め実験などから求めて格納されている。
【０１１０】
その後、ステップＳ９４で、バッテリ電圧ＶBに基づいて通電時間ＤWLを、前記ステップＳ８２中に示すテーブルを補間計算付で参照して設定し、ステップＳ９５で、１[ ゜CA]回転当りの時間から、上記ステップＳ９３で設定した成層燃焼時の点火進角値ＡＤＶ［ ゜CA］を時間に換算する点火進角時間換算値ＴADVを次式に基づいて算出する。
【０１１１】
その後、ステップＳ９６で、上記点火進角時間換算値ＴADVに基づいて点火時期ＩＧtを次式から算出する。
【０１１２】
ＩＧt←ＴθM4−ＴADV
上記ＴθM4は、点火時期[msec]を設定する際の基準となるクランクパルス入力から今回の噴射・点火対象気筒＃iの上死点ＴＤＣに到達するまでの時間で、本実施例では、噴射・点火対象気筒＃iの上死点前ＢＴＤＣθ2パルスを基準クランクパルスとしており、図３１のタイミングチャートに示すように、
ＴθM4＝1.5×Ｔθ
により算出される。
【０１１３】
次いで、ステップＳ９７で、点火時期に対応するドエル開始タイミングＤWLSTを次式に基づいて算出する。
【０１１４】
ＤWLST←ＴθM5−（ＤWL＋ＴADV）
ここで、ＴθM5はドエル開始タイミングを設定する際の基準となるクランクパルス入力から今回の噴射・点火対象気筒＃iの上死点ＴＤＣに達するまでの時間で、本実施例では、１気筒前の気筒の上死点前ＢＴＤＣθ3パルスを基準クランクパルスとしており、図３１のタイミングチャートに示すように、
ＴθM5＝3.5×Ｔθ
により算出される。
【０１１５】
そして、上記ステップＳ８５へ戻り、今回の噴射・点火対象気筒＃iの点火時期タイマに上記点火時期ＩＧtをセットし、ステップＳ８６で上記ドエル開始タイミングＤWLSTをドエル開始タイミングタイマにセットしてルーチンを抜ける。
【０１１６】
一方、上記ステップＳ９２で、今回の燃焼方式が、Ｆ1＝１０の均一燃焼と判断されると、ステップＳ９８へ分岐して、均一燃焼時の点火進角値ＡＤＶ[ ゜CA]を、前記ステップＳ９１で読出した基本給気比Ｌ０とエンジン回転数Ｎとに基づいてテーブルを補間計算付で参照して設定する。次いで、ステップＳ９４へ戻り、バッテリ電圧ＶBに基づいて通電時間ＤWLを、前記ステップＳ８２中に示すテーブルを補間計算付で参照して設定し、ステップＳ９５で、上記ステップＳ９８で算出した均一燃焼時の進角値ＡＤＶ［ ゜CA］を時間に換算する点火進角時間換算値ＴADVを算出し（ＴADV←（Ｔθ／θs）×ＡＤＶ）、ステップＳ９７で、上記点火進角時間換算値ＴADVに基づいて点火時期ＩＧtを算出し（ＩＧt←ＴθM4−ＴADV）、ステップＳ９７で、ドエル開始タイミングＤWLSTを算出する（ＤWLST←ＴθM5−(ＤWL＋ＴADV)）。そして、上記ステップＳ８５へ戻り、今回の噴射・点火対象気筒＃iの点火時期タイマに、均一燃焼時の点火時期ＩＧtをセットし、ステップＳ８６で上記ドエル開始タイミングＤWLSTをドエル開始タイミングタイマにセットしてルーチンを抜ける。
【０１１７】
次に、上記各ルーチンでセットされた各タイマを起動させるルーチンについて、図１０〜図１５のフローチャートに基づいて各々説明する。
【０１１８】
まず、始動時において、θ1パルスが入力されると、図１０のフローチャートに示す始動時ドエル開始タイミングタイマ・始動後噴射開始タイミングタイマスタートルーチンが起動される。
【０１１９】
そして、ステップＳ１１１で、始動判別フラグＦSTの値を参照して、現在の運転状態が始動時か否かを判断する。エンジン始動時は、ＦST＝１であるため、ステップＳ１１２へ進み、ドエル開始タイミングＤWLSTがセットされた今回の噴射・点火対象気筒＃iのドエル開始タイミングタイマをスタートさせてルーチンを抜ける。その結果、上記ドエル開始タイミングタイマにセットされたドエル開始タイミングＤWLST[msec]の計時が開始され（図３０(b)参照）、計時が終了したとき、図１３のフローチャートに示すドエル開始タイミングルーチンが割込み起動され、そのステップＳ１４１で、今回の噴射・点火対象気筒＃iのドエルをセットしてルーチンを抜ける。
【０１２０】
次いで、θ2パルスが入力されると、図１１のフローチャートに示す始動後点火時期タイマスタートルーチンが起動され、そのステップＳ１２１で、上記始動判別フラグＦSTの値を参照して、現在の運転状態がＦST＝１の始動時と判断した場合には、そのままルーチンを抜ける。
【０１２１】
続いて、θ3パルスが入力されると、図１２のフローチャートに示す始動時燃料噴射タイマ及び点火時期タイマ・始動後ドエル開始タイミングタイマスタートルーチンが起動され、そのステップＳ１３１で、上記始動判別フラグＦSTの値を参照して、現在の運転状態がＦST＝１の始動時と判断した場合、ステップＳ１３２へ進み、始動時における今回の噴射・点火対象気筒＃iの燃料噴射タイマをスタートさせる。すると、この燃料噴射タイマにセットされた燃料噴射パルス幅Ｔiの計時が開始され（図３０(b)参照）、その間、該当気筒＃iの高圧用インジェクタ８に噴射信号が出力され、このインジェクタ８で所定に計量された燃料が筒内に直接噴射される。
【０１２２】
次いで、ステップＳ１３３へ進むと、当該気筒＃iの点火時期タイマをスタートさせて、ルーチンを抜ける。すると、この点火時期タイマにセットされた点火時期ＩＧt［msec］の計時が開始され（図３０(b)参照）、この計時が終了したとき、図１４のフローチャートに示す点火時期ルーチンが割込み起動される。
【０１２３】
そして、この点火時期ルーチンのステップＳ１５１で噴射・点火対象気筒＃iのドエルをカットしてルーチンを抜ける。その結果、火花点火により燃焼が開始され、エンジンが始動する。
【０１２４】
そして、エンジン始動後に、θ1パルスが入力されて、図１０のフローチャートに示すルーチンが起動されると、ステップＳ１１１で、ＦST＝０の始動後と判断されてステップＳ１１３へ分岐し、現在の燃焼方式が、均一燃焼か否かを、燃焼方式判別フラグＦ1の値を参照して判断する。
【０１２５】
本実施例では、図３１（ｂ）のタイミングチャートに示すように、成層燃焼では噴射開始タイミングタイマを噴射・点火対象気筒＃iの上死点前ＢＴＤＣのθ1パルス入力でスタートさせるように設定されており、一方、同図（ｃ）に示すように、均一燃焼では、噴射開始タイミングタイマを今回の噴射・点火対象気筒＃iの１つ前の気筒の上死点前ＢＴＤＣのθ1パルス入力でスタートするように設定されている。
【０１２６】
上記ステップＳ１１３では、噴射開始タイミングタイマをスタートさせる噴射・点火対象気筒＃iを判別するために、現在設定されている燃焼方式を判断する。
【０１２７】
上記ステップＳ１１３で、Ｆ1＝０１の成層燃焼と判断した場合、ステップＳ１１４へ進み、これから上死点ＴＤＣを迎える気筒、すなわち現在の気筒を今回の噴射・点火対象気筒＃iとして設定し、ステップＳ１１５で、当該噴射・点火対象気筒＃iの噴射開始タイミングタイマをスタートさせてルーチンを抜ける。
【０１２８】
図３１（ｂ）のタイミングチャートに示すように、例えば、成層燃焼時の噴射・点火対象気筒＃iを＃１気筒とした場合、上記噴射開始タイミングタイマは、当該＃１気筒の上死点前ＢＴＤＣθ1パルス入力でスタートされる。
【０１２９】
そして、この噴射開始タイミングタイマにセットした噴射開始タイミングＩＪST[msec]の計時が終了したとき、図１５のフローチャートに示す噴射開始タイミングルーチンが割込み起動され、そのステップＳ１６１で、当該気筒＃iの燃料噴射タイマをスタートさせてルーチンを抜ける。すると、この燃料噴射タイマにセットされた燃料噴射パルス幅Ｔiの計時が行われている間、該当気筒＃iの高圧用インジェクタ８に噴射信号が出力されて燃料噴射される。
【０１３０】
一方、上記図１０に示すθ１パルスで割込み起動するルーチンのステップＳ１１３で、現在の燃焼方式がＦ1＝１０の均一燃焼と判断されてステップＳ１１６へ進むと、１つ後の気筒を今回の噴射・点火対象気筒＃iとし、ステップＳ１１７で、今回の噴射・点火対象気筒＃ｉの噴射開始タイミングタイマをスタートさせて、ルーチンを抜ける。
【０１３１】
すると、今回の噴射・点火対象気筒＃iの噴射開始タイミングタイマにセットした噴射開始タイミングＩＪSTが計時され、この計時が終了したとき、上記図１５のフローチャートに示す噴射開始タイミングルーチンが、前述と同様に割込み起動される。なお、この噴射開始タイミング設定ルーチンは、前述と同じであるため、説明を省略する。
【０１３２】
また、エンジン始動後の点火時期は、図３１のタイミングチャートに示すように、今回の噴射・点火対象気筒＃iの１つ前の気筒の上死点前ＢＴＤＣθ3パルス入力で、ドエル開始タイミングＤWLSTが計時されるように設定されるため、まず、図１２のフローチャートに示すθ3パルス入力により割込み起動されるルーチンから説明する。
【０１３３】
θ3パルスが入力されて、図１２のフローチャートに示すルーチンが起動されると、まず、ステップＳ１３１で、現在の運転状態がＦST＝０の始動後と判断されて、ステップＳ１３４へ分岐し、今回の噴射・点火対象気筒＃iのドエル開始タイミングタイマをスタートさせる。
【０１３４】
すると、このドエル開始タイミングタイマにセットしたドエル開始タイミングＤWLSTの計時が開始され、この計時が終了したとき、図１３のフローチャートに示すドエル開始タイミングルーチンが割込み起動される。そして、このドエル開始タイミングルーチンのステップＳ１４１で、今回の噴射・点火対象気筒＃iのドエルをセットしてルーチンを抜ける。
【０１３５】
上記ドエル開始タイミングルーチンでセットされた当該噴射・点火対象気筒＃iのドエルは、図１４のフローチャートに示す点火時期ルーチンが起動されたときにカットされる（詳細については後述する）。
【０１３６】
その後、θ2パルスが入力されて、図１１に示す点火時期タイマスタートルーチンが割込み起動されると、そのステップＳ１２１で、始動判別フラグＦSTの値を参照し、現在の運転状態がＦST＝０の始動後と判断した場合、ステップＳ１２２へ分岐し、今回の噴射・点火対象気筒＃iの点火時期タイマをスタートさせてルーチンを抜ける。すると、この点火時期タイマにセットされた点火時期ＩＧt[msec]が計時され、計時終了時に、図１４のフローチャートに示す点火時期ルーチンが割込み起動され、そのステップＳ１５１で点火対象気筒のドエルをカットしてルーチンを抜ける。その結果、図３１のタイミングチャートに示すように、始動後の点火時期ＩＧt[msec]は、当該噴射・点火対象気筒＃iの上死点前ＢＴＤＣθ2パルスを基準クランク角として計時され、この点火時期ＩＧtが経過したときに点火される。
【０１３７】
このように、本実施例によれば、ＨＣ量を増加させるために、成層燃焼では、燃料噴射時期を早めて高圧用インジェクタ８から噴射される燃料噴霧の拡散を意図的に進め、エンドガスによりＨＣ量を増加させて、ＮＯx触媒１９によるＮＯx浄化の促進を図り、一方、均一燃焼では、燃料噴射時期を遅らせて、混合気の均質度を局部的にリーンとし、このリーン雰囲気中の燃焼によりＨＣ量を増加させて、ＮＯx触媒１９によるＮＯx浄化の促進を図るようにしたので、ＨＣ濃度によりＮＯx濃度が変化しやすいＮＯx触媒であっても、ＮＯx還元浄化作用を促進させることができる。また、このようなＨＣ量を意図的に増加させるための燃料噴射時期を修正する制御を、リーンバーン域で且つＮＯx触媒によるＮＯx浄化が期待し得る排気温度の範囲にのみ限定したので、ＮＯx触媒１９の不活性領域等でＨＣ量が不必要に増加されることがなく、排気エミッションの改善が図れる。
【０１３８】
なお、ＨＣはＮＯx触媒１９中の余剰空気と反応して酸化されるが、このＮＯx触媒１９の下流に酸化触媒を介装すれば、一層効果的に酸化させることができる。
【０１３９】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明によれば、成層燃焼と均一燃焼とを選択的に採用する筒内直噴エンジンにおいて、希薄燃焼域で且つ成層燃焼では、燃料噴射時期を正規の燃料噴射時期よりも早めに設定して、点火までの噴霧拡散を進め、エンドガスからのＨＣ量を増加させ、一方、希薄燃焼域で且つ均一燃焼では、燃料噴射時期を正規の燃料噴射時期よりも遅らせて、混合気中に不均質部を形成し、この不均質部の燃焼によりＨＣ量を増加さるようにしたので、希薄燃焼域でＮＯxと反応するＨＣ量が不足することなく、希薄燃焼域でのＮＯx触媒によるＮＯx還元浄化作用の促進を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】燃料噴射パルス幅・噴射開始タイミング設定サブルーチンを示すフローチャート
【図２】燃料噴射パルス幅・噴射開始タイミング設定サブルーチンを示すフローチャート（続き）
【図３】燃料噴射パルス幅・噴射開始タイミング設定サブルーチンを示すフローチャート（続き）
【図４】燃料噴射パルス幅・噴射開始タイミング設定サブルーチンを示すフローチャート（続き）
【図５】燃料噴射パルス幅・噴射開始タイミング設定ルーチンを示すフローチャート
【図６】点火時期・通電開始時間設定ルーチンを示すフローチャート
【図７】点火時期・通電開始時間設定ルーチンを示すフローチャート（続き）
【図８】気筒判別・エンジン回転数算出ルーチンを示すフローチャート
【図９】始動判定ルーチンを示すフローチャート
【図１０】始動時ドエル開始タイミングタイマ・始動後噴射開始タイミングタイマスタートルーチンを示すフローチャート
【図１１】始動後点火時期タイマスタートルーチンを示すフローチャート
【図１２】始動時燃料噴射タイマ・点火時期タイマスタート及び始動後ドエル開始タイミングタイマスタートルーチンを示すフローチャート
【図１３】ドエルセットルーチンを示すフローチャート
【図１４】ドエルカットルーチンを示すフローチャート
【図１５】噴射開始タイミングルーチンを示すフローチャート
【図１６】リーンバーン域を示す概念図
【図１７】制御装置の回路構成図
【図１８】筒内直噴エンジンの全体概略図
【図１９】クランクシャフトに軸着したクランク角検出用クランクロータと気筒判別用クランクロータ、及びこれらに対設するセンサの側面図
【図２０】クランク角検出用クランクロータと、このクランクロータに対設するクランク角センサの正面図
【図２１】気筒判別用クランクロータと、このクランクロータに対設する気筒判別センサの正面図
【図２２】均一燃焼時の燃料噴射、及び点火タイミング線図
【図２３】均一燃焼時の行程図
【図２４】成層燃焼時の燃料噴射、及び点火タイミング線図
【図２５】成層燃焼時の行程図
【図２６】噴射時期修正後の均一燃焼時の燃料噴射、及び点火タイミング線図
【図２７】噴射時期修正後の均一燃焼時の要部行程図
【図２８】噴射時期修正後の成層燃焼時の燃料噴射、及び点火タイミング線図
【図２９】噴射時期修正後の成層燃焼時の要部行程図
【図３０】始動時の燃料噴射、及び点火を示すタイミングチャート
【図３１】始動後の燃料噴射、及び点火を示すタイミングチャート
【図３２】成層燃焼時の正規の噴射時期と修正後の噴射時期とを示す説明図
【図３３】均一燃焼時の正規の噴射時期と修正後の噴射時期とを示す説明図
【図３４】ＮＯx触媒の特性図
【図３５】成層燃焼時と均一燃焼時におけるＨＣ濃度特性図
【符号の説明】
１ 筒内直噴エンジン
１９ ＮＯx触媒
ＧＦ 燃料噴射量
ＩＧt 点火時期
ＩＪADt 進角補正時間
ＩＪREt 遅角補正時間
ＩＪST 噴射開始タイミング
【産業上の利用分野】
本発明は、燃料噴射時期を制御して希薄燃焼域におけるＮＯx触媒でのＮＯx還元浄化作用の促進を図る筒内直噴エンジンの燃料噴射時期制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、ガソリンを燃料とする筒内直噴エンジンでは、空気余剰雰囲気中で燃料を点火火花により燃焼させるようにしているため、ＮＯx（窒素酸化物）排出量は通常の吸気系噴射型エンジンに比べて少ないが、排ガス中の残留酸素が多ので、通常の理論空燃比制御の際に採用する三元触媒では、ＮＯx排出量を充分に低減することはできない。
【０００３】
一方、最近では、例えば、特開平５−２８８０４４号公報に開示されているような、空気余剰雰囲気中でＮＯx、ＨＣ等を選択的に取込んで還元作用を行わせる、いわゆるＮＯx触媒が知られている。
【０００４】
このＮＯx触媒によれば、希薄燃焼により発生した排ガス中のＮＯxがＯ2-と反応してＮＯ2となり、さらに、このＮＯ2がＨＣ（炭化水素）と反応して還元浄化される。従って、排ガス中のＨＣの濃度が増加すると、上記ＮＯx触媒では、ＮＯxの浄化率が上昇することになる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、通常の空燃比制御では上記ＨＣ量が最小となるように制御しているため、ＮＯx触媒によりＮＯxを浄化する際に、ＨＣが不足する傾向にある。例えば、中高負荷運転域で希薄燃焼を実行するとＮＯxが多く排出されることになるが、このときＨＣ量が不足すると、充分な浄化作用を得ることができない。
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、希薄燃焼域でＨＣ量が不足することなく、ＮＯx触媒によるＮＯx還元浄化作用の促進を図ることのできる筒内直噴エンジンの燃料噴射時期制御方法を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため本発明による筒内直噴エンジンの燃料噴射時期制御方法は、エンジン運転状態に応じ燃料噴射量、燃料噴射時期及び点火時期を設定し、中、低負荷領域では燃焼形態を成層燃焼とし、高負荷領域では該燃焼形態を均一燃焼とし、且つ排気系にＮＯｘ触媒を備えた筒内直噴エンジンにおいて、上記ＮＯｘ触媒が活性化温度に達している場合であって、エンジン運転状態が予め設定した希薄燃焼域にあり且つ上記成層燃焼が選択されているときには、エンジン負荷とエンジン回転数とにより、選択された燃焼形態に応じて１サイクルにつき１回設定される正規の燃料噴射時期を、進角方向に補正して上記燃料噴射時期を設定し、また上記希薄燃焼域且つ上記均一燃焼が選択されているときには、選択された燃焼形態に応じて設定される上記正規の燃料噴射時期を、遅角方向に補正して上記燃料噴射時期を設定することを特徴とする。
【０００８】
【作 用】
本発明では、エンジン運転状態が希薄燃焼域にあるとき、エンジン負荷に応じて燃焼方式を選択し、この燃焼方式に対応した燃料噴射量、噴射時期、及び点火時期を設定する。
【０００９】
現在のエンジン負荷が中，低負荷域にあり、燃焼方式が成層燃焼に選択されているときは、燃料噴射時期を、エンジン負荷とエンジン回転数とにより、選択された燃焼形態に応じて１サイクルにつき１回設定される正規の燃料噴射時期よりも進角方向に設定して、点火までの噴霧拡散を進め、エンドガスからのＨＣ量を増加させて、ＮＯX触媒でのＮＯxの還元浄化作用を促進する。一方、現在のエンジン負荷が高負荷域にあり、燃焼方式が均一燃焼に選択されているときは、燃料噴射時期を、選択された燃焼形態に応じて設定される正規の燃料噴射時期よりも遅角方向設定する。その結果、混合気形成が部分的に不均質になり、この不均質部分の燃焼ガスによりＨＣが生成されるため、ＨＣ量が増加され、ＮＯX触媒でのＮＯxの還元浄化作用が促進される。
【００１０】
【実施例】
以下、図面に基づいて本発明の実施例を説明する。
【００１１】
図１８に基づいて、筒内直噴エンジンの燃料供給系を含む全体的な概略について説明する。本実施例に示す筒内直噴エンジン（以下、単に「エンジン」と称する）１は、２サイクル４気筒ガソリンエンジンであり、このエンジン１のシリンダヘッド２とシリンダブロック３とピストン４とで形成される燃焼室５に、点火コイル６ａの二次側に接続された点火プラグ７と、燃料噴射弁である高圧用インジェクタ８とが臨まされ、上記点火コイル６ａの一次側に、イグナイタ６ｂが接続されている。
【００１２】
また、上記シリンダブロック３に、掃気ポート３ａと排気ポート３ｂとが形成され、上記シリンダブロック３に形成した冷却水通路３ｃに、水温センサ９が臨まされている。上記掃気ポート３ａには給気管１０が連通され、この給気管１０には、上流側にエアクリーナ１１が取付けられており、また中途に掃気ポンプ１２が介装されている。この掃気ポンプ１２はクランクシャフト１ａに連動するエンジン駆動式であり、この掃気ポンプ１２の動作により燃焼室５へ新気が強制的に供給されるとともに、この燃焼室５内を掃気する。
【００１３】
また、上記給気管１０には、上記掃気ポンプ１２をバイパスするバイパス通路１３が接続されており、さらに、このバイパス通路１３の流入ポート上流の上記給気管１０にスロットル弁１５ａが介装されており、このスロットル弁１５ａを操作するアクセルペダル１４にアクセル開度（＝スロットル開度）αを検出するアクセル開度センサ１６が連設されている。一方、上記バイパス通路１３には、上記掃気ポンプ１２の掃気圧を制御するバイパス制御弁１５ｂが介装されている。
【００１４】
また、上記排気ポート３ｂには、上記クランクシャフト１ａの回転に同期して開閉することで、排気タイミングを制御する排気ロータリ弁１７が設けられ、この排気ロータリ弁１７を介して排気管１８が連通されている。さらに、この排気管１８にＮＯx触媒１９が介装されているとともに、このＮＯx触媒１９の上流側に排気温度センサ５６が臨まされ、また上記排気管１８の下流端にはマフラ２０が接続されている。
【００１５】
上記ＮＯx触媒１９の特性を図３４に示す。同図(a)に示すように、このＮＯx触媒１９は、一定の運転条件下では触媒活性化温度（ライトオフ温度ＴEXSE）以上で、ＮＯx浄化率が安定する。そして、同図(b)に示すように、上記ライトオフ温度ＴEXSE以上においては、ＨＣ濃度が高くなるに従って、ＮＯx浄化率が高くなる。
【００１６】
また、図１９に示すように、上記クランクシャフト１ａにはクランク角検出用クランクロータ２１ａと気筒判別用クランクロータ２１ｂとが、所定間隔を開けて軸着されており、この両クランクロータ２１ａ，２１ｂの外周上に所定の間隙Ｓを有して電磁ピックアップ等からなるクランク角センサ２２ａと気筒判別センサ２２ｂとが対設されている。
【００１７】
図２０に示すように、上記クランク角検出用クランクロータ２１ａには、複数のクランク角検出用突起２１ｃが形成されている。本実施例に示すエンジン１は２サイクル４気筒エンジンで、しかも等間隔燃焼であれば、各気筒の上死点ＴＤＣは９０゜ＣＡ毎に設定され、点火順序を＃１→＃４→＃３→＃２とすれば、この各気筒の上死点ＴＤＣから進角方向（図の反時計回り方向）へクランク角θ1〜θ3の位置に上記クランク角検出用突起２１ｃがそれぞれ形成されている。上記各クランク角検出用突起の位置は、例えばθ1＝ＢＴＤＣ７５゜ＣＡ、θ2＝ＢＴＤＣ４５゜ＣＡ、θ3＝ＢＴＤＣ１５゜ＣＡであり、すなわち、各クランク角検出用突起２１ｃはＢＴＤＣ１５゜ＣＡの位置から円周上に３０゜ＣＡの等ピッチで形成されている。
【００１８】
また、図２１に示すように、上記気筒判別用クランクロータ２１ｂの外周には気筒判別用突起２１ｄが形成されている。本実施例では、３個の気筒判別用突起２１ｄが形成されており、そのうちの２個の気筒判別用突起２１ｄが、＃１気筒の上死点ＴＤＣを基準として、進角方向へθ4，θ5の位置に形成されている。また、他の気筒判別用突起２１ｄが＃３気筒の上死点ＴＤＣを基準として進角方向へθ6の位置に形成されている。本実施例では、各気筒判別用突起２１ｄのクランク位置は、例えばθ4＝ＢＴＤＣ６０゜ＣＡ、θ5＝ＢＴＤＣ３０゜ＣＡ、θ6＝ＢＴＤＣ６０゜ＣＡである。
【００１９】
そして、上記クランク角検出用クランクロータ２１ａの上死点ＴＤＣを示す位置に上記クランク角センサ２２ａが対設され、一方、上記気筒判別用クランクロータ２１ｂの上死点ＴＤＣを示す位置に上記気筒判別センサ２２ｂが対設されてており、クランクシャフト１ａの回転により上記クランク角検出用クランクロータ角検出用クランクロータ２１ａのクランク角検出用突起２１ｃが上記クランク角センサ２２ａに対向位置し、或いは上記気筒判別用クランクロータ２１ｂの気筒判別突起２１ｄが上記気筒判別センサ２２ｂに対向位置したとき、図１９に示すように、この各センサ２２ａ、２２ｂと上記各クランクロータ２１ａ，２１ｂの突起２１ｃ，２１ｄの頂部との間隙Ｓは、例えば、0.8±0.4(mm)に設定される。
【００２０】
なお、図１８に示すように、上記両センサ２２ａ，２２ｂは所定の挟み角を有して配設されているが、図１９〜図２１では、説明を容易にするために両クランクロータ２１ａ，２１ｂの互いの上死点を対応させた状態で示す。
【００２１】
また、上記各センサ２２ａ，２２ｂでは、クランクシャフト１ａの回転に同期して上記各クランクロータ２１ａ，２１ｂの突起２１ｃ，２１ｄの検出タイミング、すなわち、上記各センサ２２ａ，２２ｂで検出するクランクパルス及び気筒判別パルスの検出タイミングは、図３０、図３１のタイミングチャートに示す通りで、＃１気筒のＢＴＤＣθ4の気筒判別パルス（以下、「θ4パルス」と略称）は＃１気筒のＢＴＤＣθ1のクランクパルス（以下、「θ1パルス」と略称）とＢＴＤＣθ2のクランクパルス（以下、「θ2パルス」と略称）との間に割込まれ、またＢＴＤＣθ5の気筒判別パルス（以下、「θ5パルス」と略称）は＃１気筒のθ2パルスとθ3パルスとの間に割込まれる。さらに、＃３気筒のＢＴＤＣθ6の気筒判別パルス（以下、「θ6パルス」と略称）は＃３気筒のθ1パルスとθ2パルスとの間に割込まれる。従って、上記気筒判別センサ２２ｂで上記θ4パルスとθ5パルスとを検出した後のクランクパルスは、＃１気筒のθ3パルスであることが判別でき、また上記気筒判別センサ２２ｂでθ6パルスを検出し、その後、上記クランク角センサ２２ａで検出するθ2パルスとθ3パルスとの間に気筒判別パルスが割込まれなければ、上記θ3パルスは＃３気筒のＢＴＤＣθ3を示すものであることが判別できる。
【００２２】
なお、図３０のタイミングチャートは始動時の燃料噴射及び点火を示し、図３１のタイミングチャートは始動後の燃料噴射及び点火を示す。上記θ1パルスは、始動時のドエル開始タイミングタイマスタートの基準クランク角となり、始動後は噴射開始タイミングタイマスタートの基準クランク角となる。またθ2パルスが始動後の点火時期タイマスタートの基準クランク角となる。さらに、θ3パルスが、始動時は噴射開始の基準クランク角、及び点火時期タイマスタートの基準クランク角になり、また始動後はドエル開始タイミングタイマスタートの基準クランク角になる。
【００２３】
なお、４サイクル４気筒エンジンでは、上記気筒判別用クランクロータ２１ｂをカムシャフトに軸着したカムロータとし、上記気筒判別センサ２２ｂを、このカムロータに対設させるようにしても良い。
【００２４】
次に、燃料系の構成について説明する。
【００２５】
図１８の符号２３は燃料ラインで、この燃料ライン２３の中途に高圧用燃料ポンプ２８が介装され、さらに、この高圧用燃料ポンプ２８の下流側に高圧用電磁式プレッシャレギュレータ３３が介装されている。また、この燃料ライン２３の上記高圧用燃料ポンプ２８の上流側が、燃料タンク２４から燃料を送出する低圧デリバリライン２３ａを構成し、この高圧用燃料ポンプ２８の下流側と上記高圧用電磁式プレッシャレギュレータ３３との間が上記低圧デリバリライン２３ａからの燃料を昇圧して高圧用インジェクタ８に供給する高圧ライン２３ｂを構成し、さらに、この高圧用電磁式プレッシャレギュレータ３３から下流側が低圧リターンライン２３ｃを構成している。
【００２６】
上記高圧用電磁式プレッシャレギュレータ３３は常開式であり、デューティ制御あるいは、電流制御により弁開度を制御し、デューティ制御では、デューティ比を０〜１００％の間で制御し、例えばデューティ比≧８０％で全閉となる。また電流制御では、制御電流が高くなるに従って、次第に閉弁される。上記高圧用電磁式プレッシャレギュレータ３３では、上記高圧ライン２３ｂの燃料リリーフ量を制御することで、この高圧ライン２３ｂの燃料圧力を保持制御し、燃焼室５へ供給する燃料量を高圧用インジェクタ８の開弁時間により正確に計量できるようにしたものである。
【００２７】
また、上記低圧デリバリライン２３ａと上記低圧リターンライン２３ｃとが燃料バイパス通路２３ｄを介して連通され、この燃料バイパス通路２３ｄに、上記低圧デリバリライン２３ａの燃料圧力を調圧する低圧用ダイヤフラム式プレッシャレギュレータ２７が介装されている。
【００２８】
上記低圧デリバリライン２３ａでは、上記燃料タンク２４内の燃料を、フィードポンプ２５により送出し、燃料フィルタ２６を経て上記低圧用ダイヤフラム式プレッシャレギュレータ２７により調圧された状態で上記高圧用燃料ポンプ２８へ供給する。
【００２９】
上記高圧ライン２３ｂは、いわゆるライン圧力保持型高圧噴射システムを構成し、上記低圧デリバリライン２３ａから供給される燃料を上記高圧用燃料ポンプ２８によって加圧し、上記高圧用電磁式プレッシャレギュレータ３３で調圧した所定の高圧燃料を、高圧燃料フィルタ３０、脈動圧を緩衝するアキュムレータ３１、燃料圧力を検出する燃料圧力センサ３２を併設する燃料供給路を経て各気筒の高圧用インジェクタ８に供給する。
【００３０】
上記高圧用燃料ポンプ２８はエンジン駆動式のプランジャポンプであり、吸入口及び吐出口に、それぞれ逆止弁が設けられ、エンジン停止時には、低圧デリバリライン２３ａからの燃料が通過可能になる。
【００３１】
また、図１７に、燃料圧力制御、燃料噴射制御、及び点火制御などを行う制御装置４０を示す。
【００３２】
この制御装置４０は、ＣＰＵ４１、ＲＯＭ４２、ＲＡＭ４３、バックアップＲＡＭ４４、及びＩ／Ｏインターフェース４５等がバスライン４６を介して互いに接続されるマイクロコンピュータを中核として構成されている。
【００３３】
また、上記制御装置４０には定電圧回路４７が内蔵されており、この定電圧回路４７に電源リレー４８のリレー接点を介してバッテリ４９が接続され、又、この電源リレー４８のリレーコイルがイグニッションスイッチ５０を介してバッテリ４９に接続されている。上記定電圧回路４７は、上記イグニッションスイッチ５０がＯＮされ、上記電源リレー４８の接点が閉となったとき、上記バッテリ４９の電圧を安定化して制御装置４０の各部に供給する。また、上記バックアップＲＡＭ４４には、バッテリ４９が上記定電圧回路４７を介して直接接続されており、上記イグニッションスイッチ５０のＯＮ，ＯＦＦに拘らず常時、バックアップ用電源が供給される。一方、上記バッテリ４９にはフィードポンプ２５がフィードポンプリレー５４のリレー接点を介して接続されている。
【００３４】
また、上記Ｉ／Ｏインターフェース４５の入力ポートには、バッテリ４９が接続されて、バッテリ電圧がモニタされるとともに、クランク角センサ２２ａ、気筒判別センサ２２ｂ、アクセル開度センサ１６、水温センサ９、排気温度センサ５６、燃料圧力センサ３２、及びスタータスイッチ５３が接続されている。
【００３５】
一方、上記Ｉ／Ｏインターフェース４５の出力ポートには、気筒毎に配設された点火コイル６ａを駆動するイグナイタ６ｂが接続され、さらに、駆動回路５５を介して上記バッテリ４９から電源が供給されるフィードポンプリレー５４のリレーコイル、高圧用電磁式プレッシャレギュレータ３３、及び高圧用インジェクタ８がそれぞれ接続されている。
【００３６】
次に、上記制御装置４０による燃料噴射制御及び点火制御を、図１〜図１５のフローチャートに従って説明する。なお、各フローチャートに示されたルーチンはイグニッションスイッチ５０をＯＮ後、所定タイミング毎に実行されるもので、イグニッションスイッチ５０をＯＮすると、システムがイニシャライズ（フローチャート中の各フラグ及びカウント値が全てクリア）される。
【００３７】
図８に示すフローチャートは、クランクパルス入力毎に割込み起動される気筒判別・エンジン回転数算出ルーチンである。
【００３８】
イグニッションスイッチ５０をＯＮ後、エンジン回転に伴いクランク角センサ２２ａから出力されるクランクパルスが入力されると、ステップＳ１で、今回入力したクランクパルスがθ1 〜θ3 の何れであるのかを、気筒判別センサ２２ｂからの気筒判別パルスの割込みパターンに基づき識別し、ステップＳ２で、上記気筒判別パルスの割込みパターンから、次の上死点ＴＤＣを迎える気筒＃iを判別する。
【００３９】
すなわち、図３０、図３１のタイミングチャートに示すように、本実施例では、燃料噴射及び点火順序を＃１→＃４→＃３→＃２とし、θ4パルスが＃１気筒の上死点前を示す上記θ1パルスとθ2パルスとの間に割込まれ、続いて、θ2パルスとθ3パルスとの間にθ5パルスが割込まれるように設定されており、さらに＃３気筒の上死点前を示すθ1パルスとθ2パルスとの間にθ6パルスが割込まれるように設定されている。
【００４０】
従って、少なくとも前々回のクランクパルスと前回のクランクパルスとの間に気筒判別パルスの割込みがなく、しかも前回のクランクパルスと今回のクランクパルスとの間に気筒判別パルスが割込まれたときには、今回のクランクパルスは、θ2パルスであることが識別できる。また、気筒判別は、前回と前々回のクランクパルスの間に気筒判別パルスの割込みがあり、しかも、前回と今回のクランクパルスの間にも気筒判別パルスが割込まれた場合には、今回のクランクパルスは＃１気筒のＢＴＤＣθ3 パルスであることが識別できる。一方、前回と前々回のクランクパルスの間に気筒判別パルスの割込みがあり、前回と今回のクランクパルスの間には気筒判別パルスの割込みがない場合には、今回のクランクパルスは＃３気筒のＢＴＤＣθ3 パルスであることが識別できる。その結果、このθ3パルスの入力により、次の上死点ＴＤＣを迎える気筒＃iを判別することができる。
【００４１】
その後、ステップＳ３で、前回のクランクパルスが入力されてから今回のクランクパルスが入力された間のパルス入力間隔時間Ｔθ（図３１参照）を検出する。なお、図２０に示すように、クランクロータ２１ａの周囲に突起２１ｃが等間隔で形成されている場合には、パルス入力間隔時間Ｔθは実時間で設定することができる。
【００４２】
次いで、ステップＳ４で、上記パルス入力間隔時間Ｔθからエンジン回転数Ｎを算出し、ＲＡＭ４３の所定アドレスに回転数データとしてストアしてルーチンを抜ける。この回転数データは、後述する始動判定ルーチン（図９参照）や、燃料噴射パルス幅・噴射開始タイミング設定サブルーチン（図１参照）や、点火時期・通電開始時間設定ルーチン（図６参照）で読込まれる。
【００４３】
次に、始動判定ルーチンについて、図９のフローチャートに従って説明する。
【００４４】
このルーチンは、イグニッションスイッチ５０がＯＮされて、制御装置４０に通電が開始されたときから、１０msec毎のタイマ割込みにより起動され、まず、ステップＳ１１，Ｓ１２で始動判定を行う。本実施例では、ステップＳ１１でスタータスイッチ５３がＯＮと判断され、且つステップＳ１２で、エンジン回転数Ｎが始動判定回転数ＮST（本実施例ではＮST＝４５０rpm）以下と判断された場合、始動時と判断する。なお、上記始動判定回転数ＮSTは搭載するエンジンの特性等に基づいて適宜設定する。
【００４５】
そして、上記ステップＳ１１，Ｓ１２で始動と判断されてステップＳ１３へ進むと、始動判別フラグＦSTをセットしてルーチンを抜ける。一方、上記ステップＳ１１でスタータスイッチ５３がＯＦＦ、或はステップＳ１２で、Ｎ＞ＮSTと判断された場合には、始動準備中、或は始動後と判断してステップＳ１４へ分岐して上記始動判別フラグＦSTをクリアしてルーチンを抜ける。
【００４６】
また、図５、図１〜図４のフローチャートには、燃料噴射パルス幅・噴射開始タイミング設定ルーチンが示され、さらに、図６、図７のフローチャートには、点火時期・通電開始時間設定ルーチンが示されている。この両ルーチンは、θ2パルスの入力により演算が開始され、エンジン始動時は、燃料噴射パルス幅・噴射開始タイミング設定ルーチンが、点火時期・通電開始時間設定ルーチンに優先して実行され、エンジン始動後は逆の優先順位で実行される。
【００４７】
この両ルーチンでは、気筒判別により得られた、これから上死点ＴＤＣを迎える気筒の２つ後の気筒を、今回の噴射・点火対象気筒＃iとし、この気筒＃iに対する燃料噴射パルス幅、噴射開始タイミング、及び点火時期、通電開始時間を気筒毎に設定するもので、図３０、或は図３１のタイミングチャートに示すように、噴射・点火順序を＃１→＃４→＃３→＃２とした場合、例えば、これから上死点ＴＤＣを迎える気筒が＃３気筒であれば、＃３気筒の上死点前ＢＴＤＣθ2パルスの割込みで起動され、演算結果は、＃１気筒に対する燃料噴射及び点火に対して適用される。
【００４８】
まず、燃料噴射パルス幅・噴射開始タイミング設定ルーチンについて説明する。
【００４９】
図５に示すように、このルーチンのステップＳ２１では、現在のエンジン運転状態が始動時か始動後かを、始動判別フラグＦSTの値を参照して判断する。この始動判別フラグＦSTは、前記始動判定ルーチン（図９参照）で設定されており、この始動判別フラグＦSTが、ＦST＝１の場合には始動時であるため、ステップＳ２２へ進み始動時制御を実行し、一方、ＦST＝０の場合には始動後であるため、ステップＳ２６へ分岐して始動後制御を実行する。なお、上記始動判定ルーチンのステップＳ１４によれば、始動準備中（スタータスイッチＯＦＦ）の状態でも、始動判別フラグＦSTはクリアされるが、始動準備中はエンジンが停止状態であるため、クランクパルスが入力されず、従って、この燃料噴射パルス幅・噴射開始タイミング設定ルーチンは実行されない。
【００５０】
まず、始動時制御について説明する。上記ステップＳ２１で始動時と判断されてステップＳ２２へ進むと、水温センサ９で検出した冷却水温ＴWに基づいて始動時噴射量ＧＦST[g]をテーブルを補間計算付で参照して設定する。このテーブルはＲＯＭ４２の一連のアドレスで構成され、各領域には主に冷態時の始動性能を確保するための噴射量が予め実験等から求めて格納されており、ステップ内に示すように、冷却水温ＴWが低いほど上記始動時噴射量ＧＦSTは高い値に設定されている。
【００５１】
次いで、ステップＳ２３で燃料圧力センサ３２で検出した高圧ライン２３ｂ中の燃料圧力ＰS[kpa]に基づいて燃料圧力係数ＫSと、無効噴射時間ＴS[msec]とをＲＯＭ４２にデータとして格納されているテーブルを補間計算付で参照して設定する。このステップ内に示すように、上記テーブルには上記燃料圧力ＰSを格子として上記燃料圧力係数ＫSと無効噴射時間ＴSとが予め実験或は設計等により求めて設定されている。燃料圧力係数ＫSは上記燃料圧力ＰSによって変化する高圧用インジェクタ８の噴射特性であり、上記始動時噴射量ＧＦSTを燃料圧力ＰSに応じて補正すると共に、この始動時噴射量ＧＦST[g]を時間換算する。また上記無効噴射時間ＴSは上記燃料圧力ＰSによって変化する高圧用インジェクタ８の作動遅れを補償するものである。
【００５２】
次いで、ステップＳ２４へ進むと、上記始動時噴射量ＧＦST[g]に上記燃料圧力係数ＫSを乗算して時間換算し、その値に上記無効噴射時間ＴSを加算して、始動時の燃料噴射時間を定める燃料噴射パルス幅Ｔiを算出し、ステップＳ２５へ進んで、上記燃料噴射パルス幅Ｔiを、今回の噴射・点火対象気筒＃iの燃料噴射タイマにセットしてルーチンを抜ける。そして、このステップＳ２５でセットされた始動時の燃料噴射タイマは、図１２のフローチャートに示すθ3パルス毎に実行されるルーチンでスタートされる（詳細については後述する）。
【００５３】
一方、エンジンの始動が完了すると、図９のフローチャートに示す始動判定ルーチンのステップＳ１４で、上記始動判別フラグＦSTがクリアされる。すると、上述の燃料噴射パルス幅・噴射開始タイミング設定ルーチンでは、上記ステップＳ２１からステップＳ２６へ分岐されて、始動後制御へ移行する。なお、上述したように、エンジンが始動状態から始動後へ移行すると、ルーチンの優先順位が反転し、この燃料噴射パルス幅・噴射開始タイミング設定ルーチンの前に、後述する点火時期・通電開始時間設定ルーチンが実行される。
【００５４】
上記ステップＳ２６では、通常制御時の燃料噴射パルス幅・噴射開始タイミング設定サブルーチンが実行される。
【００５５】
この燃料噴射パルス幅・噴射開始タイミング設定サブルーチンは、図１〜図４に示すフローチャートに従って実行される。
【００５６】
まず、ステップＳ３１で、アクセル開度センサ１６で検出したアクセル開度（＝スロットル開度）αとエンジン回転数Ｎとに基づいて、ステップ内に示すテーブルを補間計算付で参照して、吸入空気量に相当する基本給気比Ｌ０を設定する。なお、このテーブルの各領域には、アクセル開度αとエンジン回転数Ｎとに応じて最適な基本給気比Ｌ０が予め実験等から求めて格納されている。
【００５７】
次いで、ステップＳ３２へ進み、上記エンジン回転数Ｎとエンジン負荷を表す上記基本給気比Ｌ０とによって特定される運転領域が、予め設定したリーンバーン（希薄燃焼）域にあるか、否かをマップ参照により判定する。なお、後述するが本実施例では、エンジン１の燃焼形態をエンジン負荷に応じて成層燃焼方式と均一燃焼方式とに切換えるようにしており、本実施例の２サイクル筒内直噴エンジンでは、高負荷時に選択される均一燃焼方式のパワー域以外は全て、リーンバーン域となる。
【００５８】
このリーンバーン域を判定するマップの概念を、図１６に示す。リーンバーン域は図のハッチングで示すように設定されており、この領域内で、しかもＮＯx触媒１９がライトオフ温度ＴEXSE以上のときに、燃料噴射時期を正規の燃料噴射時期に対して、進角或は遅角方向へ修正してＨＣ量を意図的に増加させ、ＮＯx触媒１９のＮＯx還元浄化作用の促進を図る。なお、４サイクル筒内直噴エンジンの場合には、成層燃焼のときが全てリーンバーン域となり、均一燃焼のときには、パワー域でリッチ、パワー域以外でストイキオとする。また、本実施例では、エンジン負荷として基本給気比Ｌ０を採用しているが、負荷を表すものであれば、他のパラメータを用いても良い。
【００５９】
上記基本給気比Ｌ０とエンジン回転数Ｎとで特定されるエンジン運転領域が上記リーンバーン域にある場合には、ステップＳ３３へ進み、排気温度センサ５６で検出したＮＯx触媒１９の上流側の排気温度ＴEXと、予め設定したＮＯx触媒１９によるＮＯx浄化が期待し得る排気温度に達しているかを判断するためのライトオフ温度ＴEXSE（図３４(a)参照）とを比較し、ＴEX≧ＴEXSEの場合、ステップＳ３４へ進み、噴射時期修正フラグＦLEANをセットしてステップＳ３６へ進む。この噴射時期修正フラグＦLEANがセットされると、現在の運転領域が空気余剰率の高いリーンバーン域であり、且つ燃料噴射時期を正規のタイミングに対して修正してＨＣ量を増加させることで、ＮＯxの還元浄化作用の促進が期待し得る状態であるとみなされる。
【００６０】
一方、上記ステップＳ３２で現在のエンジン運転領域がリーンバーン域にないと判断した場合、或は上記ステップＳ３３で排気温度ＴEXがライトオフ温度ＴEXSE以下と判断した場合には、ステップＳ３５へ分岐して上記噴射時期修正フラグＦLEANをクリアした後、上記ステップＳ３６へ戻る。
【００６１】
そして、ステップＳ３６では、燃料圧力センサ３２で検出した高圧ライン２３ｂ中の燃料圧力ＰSに基づいて、始動後の燃料圧力係数ＫS、及び無効噴射時間ＴSを設定する。この燃料圧力係数ＫS、及び無効噴射時間ＴSは、前述のステップＳ２３（図５参照）中に示したテーブルを補間計算付で参照して設定する。
【００６２】
その後、ステップＳ３７で上記エンジン回転数Ｎに基づいて、均一・成層燃焼切換判定値ＬS2を設定する。この燃焼切換判定値ＬS2は、このステップＳ３７内に示す特性に基づいてテーブル化されており、このテーブルを補間計算付で参照して設定する。
【００６３】
この均一・成層燃焼切換判定値ＬS2は、エンジン負荷に応じて燃焼形態を切換える際の基準となる判定値で、本実施例ではエンジン負荷として上記基本給気比Ｌ０を取入れているため、この基本給気比Ｌ０に対応した値に設定されている。
【００６４】
また、燃焼形態は均一燃焼方式と、成層燃焼方式とに切換え設定される。すなわち、エンジンが高負荷運転のときは（Ｌ０＞ＬS2）、均一燃焼方式を採用し、中，低負荷運転のときは（Ｌ０≦ＬS2）、成層燃焼方式を採用している。なお、この各燃焼方式は燃料噴射タイミング、及び点火時期を変更することで切換える。
【００６５】
ここで、本実施例が採用する各燃焼方式について簡単に説明する。
【００６６】
均一燃焼は、燃料を早い時期に噴射し、筒内で均一に混合した後に点火する燃焼方式で、空気利用率が高いので高負荷運転時に適している。この均一燃焼の混合気形成及び燃焼過程を、図２２の燃料噴射・点火タイミング線図に基づき、図２３の均一燃焼行程図に従って説明する。
【００６７】
まず、図２２に示す噴射開始タイミングＩＪSTを排気ロータリ弁１７の閉弁後の早い時期に設定する（図２３(a)）。ここで噴射開始タイミングは早い程良いが、排気ロータリ弁１７による排気ポート３ｂの閉弁時期よりも早く噴射を開始すると、上記排気ポート３ｂを介して排気通路へ燃料が吹抜ける不都合を生じるため、噴射開始タイミングは上記排気ポート３ｂの閉弁後に設定する。そして、噴射終了した後（同図(b)）、ピストン４の上昇による圧縮混合で均一混合気とし（同図(c)）、所定点火進角度で点火させる（同図(d)）。すると、火炎が燃焼室５内を伝播して燃焼する（同図(e)）。
【００６８】
一方、成層燃焼は、燃料噴射を点火直前に終了し、燃料噴霧の後端部に火花点火させる燃焼方式で、燃料周辺の空気しか利用しないので、充填空気量に比べて極めて少ない燃料量で安定した燃焼を得ることができるため低，中負荷運転に適している。この成層燃焼による燃焼過程を、図２４の燃料噴射・点火タイミング線図に基づき、図２５の成層燃焼行程図に従って説明する。まず、図２４に示す噴射開始タイミングＩＪSTを、点火のやや直前で燃料噴射が終了するように設定し（図２５(a)）、噴射中は燃料が空気を取込みながら点火プラグ７近傍に濃混合気を形成すると共に、その周囲に希薄混合気を層状に形成する（同図(b)）。そして、噴射終了後の上記濃混合気に点火すると（同図(c)）、この濃混合気に着火した火炎が周囲の希薄混合気に伝播して、この希薄混合気を燃焼させる（同図(d)）。
【００６９】
なお、本実施例では、上記ステップＳ３４で、噴射時期修正フラグＦLEANがセットされると、後述するステップＳ４９或はＳ５８で、ＮＯx触媒１９へ至る排気中のＨＣ濃度を高めてＮＯx触媒１９によるＮＯx還元浄化作用を促進させるため、燃焼方式に応じて燃料噴射開始タイミングを正規タイミングに対し、進角或は遅角方向へ修正する。
【００７０】
ここで、本実施例が採用する噴射タイミングを修正することでＨＣ量を上昇させるメカニズムについて説明する。
【００７１】
均一燃焼時に噴射時期修正フラグＦLEANがセットされていると、図２６に示すように、噴射開始タイミングＩＪSTを正規のタイミングに対して、設定遅角補正時間ＩＪREt分だけ遅らせる。すると、図２７(d)に示すように、点火の際の混合気の一部が不均質となり、局所的にリーンな領域Ａが生成される。そして、同図(e)に示すように、燃焼の際に、上記リーンな領域Ａからは未燃焼ガスによりＨＣが生成される。また、均一燃焼時には、燃料噴射時期を逆に早めて排気行程が終了する前に燃料噴射を開始するようにしても吹抜けによりＨＣ量を増加させることができるが、生ガスの排気中への排出によりアフターバーンを生じる虞があり、好ましくない。
【００７２】
一方、成層燃焼時に噴射時期修正フラグＦLEANがセットされていると、図２８に示すように、噴射開始タイミングＩＪSTを正規のタイミングに対して、着火性を損わない範囲で設定進角補正時間ＩＪADt分だけ早める。すると、図２９(c)に示すように、点火時には正規のタイミング（図２５(c)参照）に比べて、噴霧の拡散が促進され、その結果、局所的に空燃比のリーンな領域が生成され、同図(d)に示すように、燃焼はエンドガスが燃え残る、いわゆるパーシャル燃焼となり、ＨＣ量が上昇する。なお、成層燃焼では、燃料噴射時期を遅らせてもＨＣ量は上昇するが、噴霧が充分に拡散されず、スモーク、及び点火プラグ７のくすぶり等の発生が伴うため好ましくない。
【００７３】
そして、上記ステップＳ３７で、今回の運転状態に適応する燃焼方式を決定するために、均一・成層燃焼切換判定値ＬS2を設定した後、ステップＳ３８へ進むと、上記基本給気比Ｌ０（＝エンジン負荷）と、上記均一・成層燃焼切換判定値ＬS2とを比較する。例えば、アイドル等の低負荷運転、定常走行等の中負荷運転時には、このステップＳ３８で、Ｌ０≦ＬS2と判断されて、ステップＳ４１へ進む。一方、Ｌ０＞ＬS2の高負荷運転と判断された場合には、ステップＳ５１へ分岐する。
【００７４】
まず、低，中負荷運転時の制御ルーチンについて説明する。低，中負荷運転と判断されてステップＳ３８からステップＳ４１へ進むと、燃焼方式判別フラグＦ1を０１にセットする。この燃焼方式判別フラグＦ1は、２ビットデータで表され、Ｆ1＝０１が成層燃焼方式を表し、またＦ1＝１０が均一燃焼方式を表す。
【００７５】
上記ステップＳ４１で、エンジン始動後の燃焼方式がＦ1＝０１の成層燃焼方式にセットされると、ステップＳ４２へ進み、上記基本給気比Ｌ０とエンジン回転数Ｎとに基づいて、テーブルを補間計算付で参照して、燃料噴射量ＧＦ[g]を設定する。その後、ステップＳ４３で、上記基本給気比Ｌ０とエンジン回転数Ｎとに基づいてテーブルを補間計算付で参照して点火前何 ゜CAで燃料噴射を終了させるのかを定める噴射エンドタイミングＩＪET（図３１(b)参照）を設定する。成層燃焼で最適な燃焼を得るためには、点火時に点火プラグ７の周囲に濃混合気を形成させなければならないため（図２５(b),(c)参照）、噴射終了と点火との時間間隔を管理する必要がある。本実施例では、この成層燃焼時の噴射エンドタイミングＩＪETを予め実験的に求めて基本給気比Ｌ０とエンジン回転数Ｎとをパラメータとするテーブルとして格納されている。なお、この噴射エンドタイミングＩＪETの単位は、点火前[msec]である。
【００７６】
また、上記燃料噴射量ＧＦ、噴射エンドタイミングＩＪETを得るためのテーブルは、上記ステップＳ３２でリーンバーン域を判断するマップ（図１６参照）と同じパラメータを用いており、従って、この各テーブルのリーンバーン域は、図１６に示すリーンバーン域にそれぞれ対応しており、それぞれの対応領域には、予め実験などから求めた成層燃焼時の適正値が格納されている。なお、後述する均一燃焼選択時に設定する燃料噴射量ＧＦ、噴射開始角度ＩＪsaを得るためのテーブル（ステップＳ５２，Ｓ５４参照）の各領域にも同様に、均一燃焼時に適応する適正値が格納されている。
【００７７】
次いで、ステップＳ４４で、噴射時期修正フラグＦLEANの値を参照し、現在のエンジン運転領域がリーンバーン域（図１６参照）で、且つＮＯx触媒によりＮＯx浄化が期待し得る状態かを判断する。
【００７８】
そして、ＦLEAN＝１の場合には、リーンバーン域、且つＮＯx浄化が期待できるとみなされているため、ステップＳ４５へ進み、成層燃焼に対応した、噴射時期を早めるための進角補正時間ＩＪADtを、基本給気比Ｌ０とエンジン回転数Ｎとに基づいてテーブルを参照して設定し、ステップＳ４６へ進む。
【００７９】
成層燃焼時におけるＨＣ濃度の特性は、図３５(a)に示す通りであり、燃料噴射終了から点火までの時間を長くすることでＨＣ濃度を高めることができる。上記進角補正時間ＩＪADtは、上記図３５(a)に示す特性に基づいて燃焼の安定性とＨＣ濃度の上昇とを両立させ得る範囲を、基本給気比Ｌ０とエンジン回転数Ｎとをパラメータとし予め実験等により求め、テーブルとしてＲＯＭ４２の一連のアドレスに格納されている。
【００８０】
一方、上記ステップＳ４４で、ＦLEAN＝０と判断した場合には、現在の運転状態がリーンバーン域にないか、或は排気温度ＴEXがライトオフ温度ＴEXSEに達していないので、噴射時期の進角補正時間ＩＪADtを設定することなくステップＳ４６へジャンプする。
【００８１】
そして、ステップＳ４６へ進むと、上記ステップＳ４２で設定した燃料噴射量ＧＦ[g]に、上記燃料圧力係数ＫSを乗算して時間換算し、その値に上記無効噴射時間ＴSを加算して、燃料噴射パルス幅Ｔiを算出する（Ｔi←ＫS×ＧＦ＋Ｔs）。
【００８２】
その後、ステップＳ４７で、成層燃焼の際の噴射開始タイミングＩＪSTを次式から算出する。
【００８３】
ＩＪST←ＴθM1−（ＴADV＋ＩＪET＋Ｔi）
ここで、ＴθM1は、噴射開始タイミングを設定する際の基準となるクランクパルス入力から該当噴射・点火対象気筒＃iの上死点ＴＤＣに到達するまでの時間で、本実施例では、図３１（ｂ）の始動後における成層燃焼時のタイミングチャートに示すようにθ1パルス入力を基準クランク角として設定される。なお、このθ1パルス入力を基準クランク角とした場合の上記ＴθM1は、
ＴθM1＝2.5×Ｔθ
により算出される。また、ＴADVは点火進角時間換算値で、図６、図７の点火時期・通電開始時間設定ルーチンで算出される。なお、Ｔθは最新のクランクパルス入力間隔時間である。
【００８４】
次いで、ステップＳ４８で、上記噴射時期修正フラグＦLEANの値を再び参照し、ＦLEAN＝１の場合には、ステップＳ４９へ進み、上記噴射開始タイミングＩＪSTを上記進角補正時間ＩＪADt分だけ早める修正をして（ＩＪST←ＩＪST−ＩＪADt）、ステップＳ５０へ進む。一方、ＦLEAN＝０の場合には、噴射開始タイミングＩＪSTを進角補正時間ＩＪADtで修正することなく、ステップＳ４８からステップＳ５０へ進む。
【００８５】
そして、ステップＳ５０で、上記ステップＳ４７或はＳ４９で算出した噴射開始タイミングＩＪSTを今回の噴射・点火対象気筒＃iの噴射開始タイミングタイマにセットした後、上記ステップＳ２５（図５参照）へ戻り、今回の噴射・点火対象気筒＃iの燃料噴射タイマに、上記ステップＳ４６で設定した燃料噴射パルス幅Ｔiをセットしてルーチンを抜ける。
【００８６】
一方、加速運転などの過渡時、或は高速運転時などで、上記ステップＳ３８で、上記ステップＳ３１で設定した基本給気比Ｌ０と上記ステップＳ３７で設定した均一・成層燃焼切換判定値ＬS2とを比較した結果、Ｌ０＞ＬS2の高負荷運転と判断されて、ステップＳ５１へ分岐すると、上記燃焼方式判別フラグＦ1を均一燃焼方式を示すＦ1＝１０にセットし、ステップＳ５２で、上記基本給気比Ｌ０とエンジン回転数Ｎとに基づいて、テーブルを補間計算付で参照して均一燃焼時の燃料噴射量ＧＦ[g]を設定し、ステップＳ５３で、上記燃料噴射量ＧＦにステップＳ３６で設定した燃料圧力係数ＫSを乗算して時間換算し、その値に上記無効噴射時間ＴSを加算して、均一燃焼時の燃料噴射パルス幅Ｔiを算出する（Ｔi←ＫS×ＧＦ＋Ｔs）。
【００８７】
次いで、ステップＳ５４で上記基本給気比Ｌ０とエンジン回転数Ｎとに基づいて、テーブルを補間計算付で参照して均一燃焼時における今回の噴射・点火対象気筒＃iに対する噴射開始タイミングを定める上死点前の噴射開始角度ＩＪsa[ ゜CA]を設定する。本実施例では、この噴射開始角度ＩＪsaは、今回の噴射・点火対象気筒＃iの上死点ＴＤＣを基準に設定されている（図３１(c)参照）。均一燃焼では、燃料噴射をなるべく早い時期に終了させて新気と充分に混合させることが望ましいが、燃料噴射を排気ポート３ｂが閉弁する時期よりも早く開始すると、燃料の吹抜けが生じるため、この燃料噴射時期をクランク角で管理し、排気ポート３ｂが閉弁した後の早い時期に燃料噴射を開始させる。
【００８８】
次いで、ステップＳ５５へ進むと、上記噴射開始角度ＩＪsa[ ゜CA]に対応する噴射開始タイミングＩＪSTを、次式から算出する。
【００８９】
ＩＪST←ＴθM2−(Ｔθ／θs)×ＩＪsa
上記ＴθM2は噴射開始タイミングを設定する際の基準となるクランクパルス入力から今回の噴射・点火対象気筒＃iの上死点ＴＤＣに到達するまでの時間で、図３１のタイミングチャートに示すように、本実施例では１気筒前のθ1パルス入力を基準クランク角として設定されており、
ＴθM2＝5.5×Ｔθ
により算出される。また、θsはクランクパルス間角度で、本実施例では３０ ゜CAである。従って、
(Ｔθ／θs)×ＩＪsa
により、１ ゜CA回転当りの時間から噴射開始角度を時間換算し、この値を上記ＴθM2から減算することで、１気筒前のθ1パルス入力を基準クランク角とする噴射開始タイミングＩＪSTが算出される（図３１(c)参照）。
【００９０】
その後、ステップＳ５６で、噴射時期修正フラグＦLEANの値を再び参照し、ＦLEAN＝１の場合には、均一燃焼時におけるリーンバーン域、且つＮＯx浄化が期待できる運転状態とみなされて、ステップＳ５７へ進み、均一燃焼に対応した噴射時期を遅らせるための遅角補正時間ＩＪREtを、基本給気比Ｌ０とエンジン回転数Ｎとに基づいてテーブルを参照して設定し、ステップＳ５８へ進む。
【００９１】
均一燃焼時におけるＨＣ濃度の特性は、図３５(b)に示す通りであり、噴射開始タイミングを遅角化し燃料噴射開始から点火までのクランク角度[ ゜CA]を狭くするに従って、ＨＣ濃度が高くなる。上記遅角補正時間ＩＪREtは、上記図３５(b)に示す特性に基づいて燃焼が極端に悪化せずにＨＣ濃度を上昇させ得る範囲を、基本給気比Ｌ０とエンジン回転数Ｎとをパラメータとし予め実験等により求め、テーブルとしてＲＯＭ４２の一連のアドレスに格納されている。なお、成層燃焼及び均一燃焼において、点火時期は上記噴射時期修正フラグＦLEANの値に関係なく、正規のタイミングで制御される（図３２、図３３参照）。
【００９２】
そして、上記ステップＳ５８では、上記ステップＳ５５で算出した噴射開始タイミングＩＪSTを、上記遅角補正時間ＩＪREt分だけ遅らせる修正をして（ＩＪST←ＩＪST＋ＩＪREt）、ステップＳ５０へ進む。一方、ＦLEAN＝０の場合には、現在の運転領域がリーンバーン域にないか、或は排気温度ＴEXがライトオフ温度ＴEXSEに達していないので、噴射開始タイミングＩＪSTを遅角補正時間ＩＪREtで修正することなく、ステップＳ５６からステップＳ５０へ進む。
【００９３】
ステップＳ５０では、上記ステップＳ５５或はＳ５８で算出した噴射開始タイミングＩＪSTを今回の噴射・点火対象気筒＃iの噴射開始タイミングタイマにセットする。そして、上記ステップＳ２５（図５参照）へ戻り、今回の噴射・点火対象気筒＃iの燃料噴射タイマに、上記ステップＳ５３で算出した燃料噴射パルス幅Ｔiをセットしてルーチンを抜ける。
【００９４】
上記ステップＳ５０でセットした始動後の噴射開始タイミングタイマは、θ１パルスの割込みで計時が開始され（図１０参照）、この噴射開始タイミングタイマの計時が終了したときに、燃料噴射が開始される（詳細については後述する）。
【００９５】
成層燃焼時に噴射時期修正フラグＦLEANがセットされていると、上記噴射開始タイミングＩＪSTが進角補正時間ＩＪADt分だけ早められるため、図３２(b)に示すように点火時期を基準として設定される燃料噴射終了時期が、同図（a）に示すＦLEAN＝０の正規の燃料噴射終了時期に比し、進角補正時間ＩＪADt分だけ早められる。その結果、前述のように、点火時期までに噴霧の拡散が促進され、混合気中に局部的にリーンな部分が形成され、このリーンな部分によりエンドガスが僅かに燃え残り、ＮＯx触媒１９へ至る酸化雰囲気（空燃比リーンの燃焼の排気）中のＨＣ量が増加する。成層燃焼時のＮＯx触媒１９では、ＨＣ量が増加されることでＮＯx還元浄化作用が促進される。
【００９６】
一方、均一燃焼時に上記噴射時期修正フラグＦLEANがセットされていると、噴射開始タイミングＩＪSTが遅角補正時間ＩＪREt分だけ遅れるため、図３３（b）に示すように、燃料噴射時期が、同図（a）のＦLEAN＝０の正規の燃料噴射時期に比し、遅角補正時間ＩＪREt分だけ遅れ、その結果、混合気中に局所的に不均一領域ができ、この不均一領域での燃焼が不完全となってＮＯx触媒１９へ至る酸化雰囲気中のＨＣ量が増加し、ＮＯx触媒１９では、ＨＣ量の増加によりＮＯx還元浄化作用が促進される。なお、この増加されたＨＣは、ＮＯx触媒１９でのＮＯx還元浄化作用で使用されるため、大気へ排出される排気成分中のＨＣ濃度は、従来に比し増加することはない。
【００９７】
次に、図６、図７に示すフローチャートに基づき、点火時期・通電開始時間設定ルーチンについて説明する。上述のように、このルーチンは、エンジン始動時は上述の燃料噴射パルス幅・噴射開始タイミング設定ルーチンの後に実行され、エンジン始動後は、この燃料噴射パルス幅・噴射開始タイミング設定ルーチンに優先して実行される。
【００９８】
まず、ステップＳ８１では、現在の運転状態が始動時か始動後かを、始動判別フラグＦSTの値を参照して判断する。この始動判別フラグＦSTは、図９のフローチャートに示す始動判定ルーチンで設定されるもので、この始動判別フラグＦSTが、ＦST＝１の場合には始動時であるため、ステップＳ８２へ進み始動時制御を実行し、一方、ＦST＝０の場合には始動後であるため、ステップＳ９１へ分岐して始動後制御を行う。
【００９９】
まず、始動時制御について説明し、続いて始動後制御について説明する。
【０１００】
上記ステップＳ８１で、ＦST＝１の始動時と判断されてステップＳ８２へ進むと、バッテリ電圧ＶBに基づいて通電時間ＤWL[msec]を、テーブルから補間計算付で参照して設定する。この通電時間ＤWLは、バッテリ電圧ＶBに基づいて予め実験等から求めたもので、ステップ中に示すようにバッテリ電圧ＶBが高い程、短く設定されて、ＲＯＭ４２の一連のアドレスにテーブル化して格納されている。
【０１０１】
次いで、ステップＳ８３へ進み、点火時期ＩＧtを次式から求める。
【０１０２】
【０１０３】
その後、ステップＳ８４でドエル開始タイミングＤWLSTを次式から算出する。
【０１０４】
ＤWLST←（ＴθM3＋ＩＧt）−ＤWL
上記ＴθM3は、ドエル開始タイミングを設定する際の基準となるクランクパルス入力から点火時期設定基準となるクランクパルス入力までの時間で、図３０(b)のタイミングチャートに示すように、本実施例では、始動時のドエル開始の基準クランク角をθ1パルスとし、点火時期設定の際の基準クランク角をθ3パルスとしている。従って、上記ＴθM3の間隔時間は、
ＴθM3＝２×Ｔθ
により算出することができる。
【０１０５】
その後、ステップＳ８５で、今回の噴射・点火対象気筒＃iの点火時期タイマに上記点火時期ＩＧtをセットし、ステップＳ８６でドエル開始タイミングＤWLSTをドエル開始タイミングタイマにセットしてルーチンを抜ける。
【０１０６】
始動時において上記ステップＳ８６でセットされた当該噴射・点火対象気筒＃iのドエル開始タイミングタイマは、上死点前ＢＴＤＣθ1パルスを基準クランク角としてスタートされ、一方、上記ステップＳ８５でセットされた点火時期タイマは、上死点前ＢＴＤＣθ3パルスを基準クランク角としてスタートされる（詳細については後述する）。
【０１０７】
一方、エンジンの始動が完了すると、上記図９のフローチャートに示す始動判定ルーチンのステップＳ１４で、上記始動判別フラグＦSTがクリアされるため、この点火時期・通電開始時間設定ルーチンでは、上記ステップＳ８１から図７に示すステップＳ９１へ分岐されて、始動後制御を行う。なお、上述したように、エンジンが始動状態から始動後へ移行すると、ルーチンの優先順位が反転し、この点火時期・通電開始時間設定ルーチンは、前述の燃料噴射パルス幅・噴射開始タイミング設定ルーチンの前に実行される。
【０１０８】
そして、上記ステップＳ９１で、最新の基本給気比Ｌ０及びエンジン回転数Ｎを読出す。次いで、ステップＳ９２で、本実施例が採用する各燃焼方式に応じた点火時期を定める進角値ＡＤＶ[ ゜CA]を設定するため、まず、燃焼方式判別フラグＦ1の値を参照して現在の燃焼方式を判別する。この燃焼方式判別フラグＦ1は、前述の燃料噴射パルス幅・噴射開始タイミング設定ルーチンで、エンジン負荷に応じて設定されており、Ｆ1＝０１が成層燃焼方式を表し、またＦ1＝１０が均一燃焼方式を表す。
【０１０９】
上記ステップＳ９２で、現在の燃焼方式がＦ1＝０１の成層燃焼と判断されると、ステップＳ９３へ進み、成層燃焼時の進角値ＡＤＶ[ ゜CA]を、上記ステップＳ９１で読出した基本給気比Ｌ０とエンジン回転数Ｎとに基づいてテーブルを補間計算付で参照して設定する。ＲＯＭ４２の一連のアドレスには、成層燃焼時の進角値ＡＤＶを格納するテーブル以外に、後述する均一燃焼時の各進角値ＡＤＶが予め実験などから求めて格納されている。
【０１１０】
その後、ステップＳ９４で、バッテリ電圧ＶBに基づいて通電時間ＤWLを、前記ステップＳ８２中に示すテーブルを補間計算付で参照して設定し、ステップＳ９５で、１[ ゜CA]回転当りの時間から、上記ステップＳ９３で設定した成層燃焼時の点火進角値ＡＤＶ［ ゜CA］を時間に換算する点火進角時間換算値ＴADVを次式に基づいて算出する。
【０１１１】
【０１１２】
ＩＧt←ＴθM4−ＴADV
上記ＴθM4は、点火時期[msec]を設定する際の基準となるクランクパルス入力から今回の噴射・点火対象気筒＃iの上死点ＴＤＣに到達するまでの時間で、本実施例では、噴射・点火対象気筒＃iの上死点前ＢＴＤＣθ2パルスを基準クランクパルスとしており、図３１のタイミングチャートに示すように、
ＴθM4＝1.5×Ｔθ
により算出される。
【０１１３】
次いで、ステップＳ９７で、点火時期に対応するドエル開始タイミングＤWLSTを次式に基づいて算出する。
【０１１４】
ＤWLST←ＴθM5−（ＤWL＋ＴADV）
ここで、ＴθM5はドエル開始タイミングを設定する際の基準となるクランクパルス入力から今回の噴射・点火対象気筒＃iの上死点ＴＤＣに達するまでの時間で、本実施例では、１気筒前の気筒の上死点前ＢＴＤＣθ3パルスを基準クランクパルスとしており、図３１のタイミングチャートに示すように、
ＴθM5＝3.5×Ｔθ
により算出される。
【０１１５】
そして、上記ステップＳ８５へ戻り、今回の噴射・点火対象気筒＃iの点火時期タイマに上記点火時期ＩＧtをセットし、ステップＳ８６で上記ドエル開始タイミングＤWLSTをドエル開始タイミングタイマにセットしてルーチンを抜ける。
【０１１６】
一方、上記ステップＳ９２で、今回の燃焼方式が、Ｆ1＝１０の均一燃焼と判断されると、ステップＳ９８へ分岐して、均一燃焼時の点火進角値ＡＤＶ[ ゜CA]を、前記ステップＳ９１で読出した基本給気比Ｌ０とエンジン回転数Ｎとに基づいてテーブルを補間計算付で参照して設定する。次いで、ステップＳ９４へ戻り、バッテリ電圧ＶBに基づいて通電時間ＤWLを、前記ステップＳ８２中に示すテーブルを補間計算付で参照して設定し、ステップＳ９５で、上記ステップＳ９８で算出した均一燃焼時の進角値ＡＤＶ［ ゜CA］を時間に換算する点火進角時間換算値ＴADVを算出し（ＴADV←（Ｔθ／θs）×ＡＤＶ）、ステップＳ９７で、上記点火進角時間換算値ＴADVに基づいて点火時期ＩＧtを算出し（ＩＧt←ＴθM4−ＴADV）、ステップＳ９７で、ドエル開始タイミングＤWLSTを算出する（ＤWLST←ＴθM5−(ＤWL＋ＴADV)）。そして、上記ステップＳ８５へ戻り、今回の噴射・点火対象気筒＃iの点火時期タイマに、均一燃焼時の点火時期ＩＧtをセットし、ステップＳ８６で上記ドエル開始タイミングＤWLSTをドエル開始タイミングタイマにセットしてルーチンを抜ける。
【０１１７】
次に、上記各ルーチンでセットされた各タイマを起動させるルーチンについて、図１０〜図１５のフローチャートに基づいて各々説明する。
【０１１８】
まず、始動時において、θ1パルスが入力されると、図１０のフローチャートに示す始動時ドエル開始タイミングタイマ・始動後噴射開始タイミングタイマスタートルーチンが起動される。
【０１１９】
そして、ステップＳ１１１で、始動判別フラグＦSTの値を参照して、現在の運転状態が始動時か否かを判断する。エンジン始動時は、ＦST＝１であるため、ステップＳ１１２へ進み、ドエル開始タイミングＤWLSTがセットされた今回の噴射・点火対象気筒＃iのドエル開始タイミングタイマをスタートさせてルーチンを抜ける。その結果、上記ドエル開始タイミングタイマにセットされたドエル開始タイミングＤWLST[msec]の計時が開始され（図３０(b)参照）、計時が終了したとき、図１３のフローチャートに示すドエル開始タイミングルーチンが割込み起動され、そのステップＳ１４１で、今回の噴射・点火対象気筒＃iのドエルをセットしてルーチンを抜ける。
【０１２０】
次いで、θ2パルスが入力されると、図１１のフローチャートに示す始動後点火時期タイマスタートルーチンが起動され、そのステップＳ１２１で、上記始動判別フラグＦSTの値を参照して、現在の運転状態がＦST＝１の始動時と判断した場合には、そのままルーチンを抜ける。
【０１２１】
続いて、θ3パルスが入力されると、図１２のフローチャートに示す始動時燃料噴射タイマ及び点火時期タイマ・始動後ドエル開始タイミングタイマスタートルーチンが起動され、そのステップＳ１３１で、上記始動判別フラグＦSTの値を参照して、現在の運転状態がＦST＝１の始動時と判断した場合、ステップＳ１３２へ進み、始動時における今回の噴射・点火対象気筒＃iの燃料噴射タイマをスタートさせる。すると、この燃料噴射タイマにセットされた燃料噴射パルス幅Ｔiの計時が開始され（図３０(b)参照）、その間、該当気筒＃iの高圧用インジェクタ８に噴射信号が出力され、このインジェクタ８で所定に計量された燃料が筒内に直接噴射される。
【０１２２】
次いで、ステップＳ１３３へ進むと、当該気筒＃iの点火時期タイマをスタートさせて、ルーチンを抜ける。すると、この点火時期タイマにセットされた点火時期ＩＧt［msec］の計時が開始され（図３０(b)参照）、この計時が終了したとき、図１４のフローチャートに示す点火時期ルーチンが割込み起動される。
【０１２３】
そして、この点火時期ルーチンのステップＳ１５１で噴射・点火対象気筒＃iのドエルをカットしてルーチンを抜ける。その結果、火花点火により燃焼が開始され、エンジンが始動する。
【０１２４】
そして、エンジン始動後に、θ1パルスが入力されて、図１０のフローチャートに示すルーチンが起動されると、ステップＳ１１１で、ＦST＝０の始動後と判断されてステップＳ１１３へ分岐し、現在の燃焼方式が、均一燃焼か否かを、燃焼方式判別フラグＦ1の値を参照して判断する。
【０１２５】
本実施例では、図３１（ｂ）のタイミングチャートに示すように、成層燃焼では噴射開始タイミングタイマを噴射・点火対象気筒＃iの上死点前ＢＴＤＣのθ1パルス入力でスタートさせるように設定されており、一方、同図（ｃ）に示すように、均一燃焼では、噴射開始タイミングタイマを今回の噴射・点火対象気筒＃iの１つ前の気筒の上死点前ＢＴＤＣのθ1パルス入力でスタートするように設定されている。
【０１２６】
上記ステップＳ１１３では、噴射開始タイミングタイマをスタートさせる噴射・点火対象気筒＃iを判別するために、現在設定されている燃焼方式を判断する。
【０１２７】
上記ステップＳ１１３で、Ｆ1＝０１の成層燃焼と判断した場合、ステップＳ１１４へ進み、これから上死点ＴＤＣを迎える気筒、すなわち現在の気筒を今回の噴射・点火対象気筒＃iとして設定し、ステップＳ１１５で、当該噴射・点火対象気筒＃iの噴射開始タイミングタイマをスタートさせてルーチンを抜ける。
【０１２８】
図３１（ｂ）のタイミングチャートに示すように、例えば、成層燃焼時の噴射・点火対象気筒＃iを＃１気筒とした場合、上記噴射開始タイミングタイマは、当該＃１気筒の上死点前ＢＴＤＣθ1パルス入力でスタートされる。
【０１２９】
そして、この噴射開始タイミングタイマにセットした噴射開始タイミングＩＪST[msec]の計時が終了したとき、図１５のフローチャートに示す噴射開始タイミングルーチンが割込み起動され、そのステップＳ１６１で、当該気筒＃iの燃料噴射タイマをスタートさせてルーチンを抜ける。すると、この燃料噴射タイマにセットされた燃料噴射パルス幅Ｔiの計時が行われている間、該当気筒＃iの高圧用インジェクタ８に噴射信号が出力されて燃料噴射される。
【０１３０】
一方、上記図１０に示すθ１パルスで割込み起動するルーチンのステップＳ１１３で、現在の燃焼方式がＦ1＝１０の均一燃焼と判断されてステップＳ１１６へ進むと、１つ後の気筒を今回の噴射・点火対象気筒＃iとし、ステップＳ１１７で、今回の噴射・点火対象気筒＃ｉの噴射開始タイミングタイマをスタートさせて、ルーチンを抜ける。
【０１３１】
すると、今回の噴射・点火対象気筒＃iの噴射開始タイミングタイマにセットした噴射開始タイミングＩＪSTが計時され、この計時が終了したとき、上記図１５のフローチャートに示す噴射開始タイミングルーチンが、前述と同様に割込み起動される。なお、この噴射開始タイミング設定ルーチンは、前述と同じであるため、説明を省略する。
【０１３２】
また、エンジン始動後の点火時期は、図３１のタイミングチャートに示すように、今回の噴射・点火対象気筒＃iの１つ前の気筒の上死点前ＢＴＤＣθ3パルス入力で、ドエル開始タイミングＤWLSTが計時されるように設定されるため、まず、図１２のフローチャートに示すθ3パルス入力により割込み起動されるルーチンから説明する。
【０１３３】
θ3パルスが入力されて、図１２のフローチャートに示すルーチンが起動されると、まず、ステップＳ１３１で、現在の運転状態がＦST＝０の始動後と判断されて、ステップＳ１３４へ分岐し、今回の噴射・点火対象気筒＃iのドエル開始タイミングタイマをスタートさせる。
【０１３４】
すると、このドエル開始タイミングタイマにセットしたドエル開始タイミングＤWLSTの計時が開始され、この計時が終了したとき、図１３のフローチャートに示すドエル開始タイミングルーチンが割込み起動される。そして、このドエル開始タイミングルーチンのステップＳ１４１で、今回の噴射・点火対象気筒＃iのドエルをセットしてルーチンを抜ける。
【０１３５】
上記ドエル開始タイミングルーチンでセットされた当該噴射・点火対象気筒＃iのドエルは、図１４のフローチャートに示す点火時期ルーチンが起動されたときにカットされる（詳細については後述する）。
【０１３６】
その後、θ2パルスが入力されて、図１１に示す点火時期タイマスタートルーチンが割込み起動されると、そのステップＳ１２１で、始動判別フラグＦSTの値を参照し、現在の運転状態がＦST＝０の始動後と判断した場合、ステップＳ１２２へ分岐し、今回の噴射・点火対象気筒＃iの点火時期タイマをスタートさせてルーチンを抜ける。すると、この点火時期タイマにセットされた点火時期ＩＧt[msec]が計時され、計時終了時に、図１４のフローチャートに示す点火時期ルーチンが割込み起動され、そのステップＳ１５１で点火対象気筒のドエルをカットしてルーチンを抜ける。その結果、図３１のタイミングチャートに示すように、始動後の点火時期ＩＧt[msec]は、当該噴射・点火対象気筒＃iの上死点前ＢＴＤＣθ2パルスを基準クランク角として計時され、この点火時期ＩＧtが経過したときに点火される。
【０１３７】
このように、本実施例によれば、ＨＣ量を増加させるために、成層燃焼では、燃料噴射時期を早めて高圧用インジェクタ８から噴射される燃料噴霧の拡散を意図的に進め、エンドガスによりＨＣ量を増加させて、ＮＯx触媒１９によるＮＯx浄化の促進を図り、一方、均一燃焼では、燃料噴射時期を遅らせて、混合気の均質度を局部的にリーンとし、このリーン雰囲気中の燃焼によりＨＣ量を増加させて、ＮＯx触媒１９によるＮＯx浄化の促進を図るようにしたので、ＨＣ濃度によりＮＯx濃度が変化しやすいＮＯx触媒であっても、ＮＯx還元浄化作用を促進させることができる。また、このようなＨＣ量を意図的に増加させるための燃料噴射時期を修正する制御を、リーンバーン域で且つＮＯx触媒によるＮＯx浄化が期待し得る排気温度の範囲にのみ限定したので、ＮＯx触媒１９の不活性領域等でＨＣ量が不必要に増加されることがなく、排気エミッションの改善が図れる。
【０１３８】
なお、ＨＣはＮＯx触媒１９中の余剰空気と反応して酸化されるが、このＮＯx触媒１９の下流に酸化触媒を介装すれば、一層効果的に酸化させることができる。
【０１３９】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明によれば、成層燃焼と均一燃焼とを選択的に採用する筒内直噴エンジンにおいて、希薄燃焼域で且つ成層燃焼では、燃料噴射時期を正規の燃料噴射時期よりも早めに設定して、点火までの噴霧拡散を進め、エンドガスからのＨＣ量を増加させ、一方、希薄燃焼域で且つ均一燃焼では、燃料噴射時期を正規の燃料噴射時期よりも遅らせて、混合気中に不均質部を形成し、この不均質部の燃焼によりＨＣ量を増加さるようにしたので、希薄燃焼域でＮＯxと反応するＨＣ量が不足することなく、希薄燃焼域でのＮＯx触媒によるＮＯx還元浄化作用の促進を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】燃料噴射パルス幅・噴射開始タイミング設定サブルーチンを示すフローチャート
【図２】燃料噴射パルス幅・噴射開始タイミング設定サブルーチンを示すフローチャート（続き）
【図３】燃料噴射パルス幅・噴射開始タイミング設定サブルーチンを示すフローチャート（続き）
【図４】燃料噴射パルス幅・噴射開始タイミング設定サブルーチンを示すフローチャート（続き）
【図５】燃料噴射パルス幅・噴射開始タイミング設定ルーチンを示すフローチャート
【図６】点火時期・通電開始時間設定ルーチンを示すフローチャート
【図７】点火時期・通電開始時間設定ルーチンを示すフローチャート（続き）
【図８】気筒判別・エンジン回転数算出ルーチンを示すフローチャート
【図９】始動判定ルーチンを示すフローチャート
【図１０】始動時ドエル開始タイミングタイマ・始動後噴射開始タイミングタイマスタートルーチンを示すフローチャート
【図１１】始動後点火時期タイマスタートルーチンを示すフローチャート
【図１２】始動時燃料噴射タイマ・点火時期タイマスタート及び始動後ドエル開始タイミングタイマスタートルーチンを示すフローチャート
【図１３】ドエルセットルーチンを示すフローチャート
【図１４】ドエルカットルーチンを示すフローチャート
【図１５】噴射開始タイミングルーチンを示すフローチャート
【図１６】リーンバーン域を示す概念図
【図１７】制御装置の回路構成図
【図１８】筒内直噴エンジンの全体概略図
【図１９】クランクシャフトに軸着したクランク角検出用クランクロータと気筒判別用クランクロータ、及びこれらに対設するセンサの側面図
【図２０】クランク角検出用クランクロータと、このクランクロータに対設するクランク角センサの正面図
【図２１】気筒判別用クランクロータと、このクランクロータに対設する気筒判別センサの正面図
【図２２】均一燃焼時の燃料噴射、及び点火タイミング線図
【図２３】均一燃焼時の行程図
【図２４】成層燃焼時の燃料噴射、及び点火タイミング線図
【図２５】成層燃焼時の行程図
【図２６】噴射時期修正後の均一燃焼時の燃料噴射、及び点火タイミング線図
【図２７】噴射時期修正後の均一燃焼時の要部行程図
【図２８】噴射時期修正後の成層燃焼時の燃料噴射、及び点火タイミング線図
【図２９】噴射時期修正後の成層燃焼時の要部行程図
【図３０】始動時の燃料噴射、及び点火を示すタイミングチャート
【図３１】始動後の燃料噴射、及び点火を示すタイミングチャート
【図３２】成層燃焼時の正規の噴射時期と修正後の噴射時期とを示す説明図
【図３３】均一燃焼時の正規の噴射時期と修正後の噴射時期とを示す説明図
【図３４】ＮＯx触媒の特性図
【図３５】成層燃焼時と均一燃焼時におけるＨＣ濃度特性図
【符号の説明】
１ 筒内直噴エンジン
１９ ＮＯx触媒
ＧＦ 燃料噴射量
ＩＧt 点火時期
ＩＪADt 進角補正時間
ＩＪREt 遅角補正時間
ＩＪST 噴射開始タイミング
Claims (1)
- エンジン運転状態に応じ燃料噴射量、燃料噴射時期及び点火時期を設定し、中、低負荷領域では燃焼形態を成層燃焼とし、高負荷領域では該燃焼形態を均一燃焼とし、且つ排気系にＮＯｘ触媒を備えた筒内直噴エンジンにおいて、
上記ＮＯｘ触媒が活性化温度に達している場合であって、エンジン運転状態が予め設定した希薄燃焼域にあり且つ上記成層燃焼が選択されているときには、エンジン負荷とエンジン回転数とにより、選択された燃焼形態に応じて１サイクルにつき１回設定される正規の燃料噴射時期を、進角方向に補正して上記燃料噴射時期を設定し、また上記希薄燃焼域且つ上記均一燃焼が選択されているときには、選択された燃焼形態に応じて設定される上記正規の燃料噴射時期を、遅角方向に補正して上記燃料噴射時期を設定する
ことを特徴とする筒内噴射エンジンの燃料噴射時期制御方法。
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| JP32589294A JP3827746B2 (ja) | 1994-12-27 | 1994-12-27 | 筒内直噴エンジンの燃料噴射時期制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
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| JP32589294A JP3827746B2 (ja) | 1994-12-27 | 1994-12-27 | 筒内直噴エンジンの燃料噴射時期制御方法 |
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-
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