JP6350972B2 - エンジンの制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、エンジンの制御装置に係わり、特に、排気通路上に設けられた触媒装置を早期に暖機する制御を行うエンジンの制御装置に関する。

従来から、火花点火式エンジンにおいて、排気通路上に設けられた触媒装置の早期活性化を図るために、ＡＷＳ（Accelerated Warm-up System）と称される技術が実施されている。このＡＷＳは、例えばエンジンの冷間始動直後等で、触媒装置が未活性状態のときは、同じ運転状態（例えばアイドル運転）で活性状態のときよりも、吸入空気量を増量し、かつ点火時期を圧縮上死点を超えて遅角させることにより、混合気を膨張行程中に後燃えさせ、これにより排気ガス温度ひいては排気熱量を増大させて、触媒装置の暖機を促進する技術である（例えば特許文献１参照）。特に、特許文献１には、上記のようなＡＷＳの実行での点火時期の遅角に伴う燃焼悪化を抑制するべく、燃料を２つに分割して噴射して（分割噴射）、燃焼室内に弱成層状態を形成して燃焼（弱成層燃焼）を行わせることが開示されている。ここで、弱成層状態とは、燃焼室内の混合気が点火プラグ周り（詳しくは点火プラグの電極周り）において相対的にリッチとなり、その周囲において相対的にリーンとなる状態をいう（筒内混合気の弱成層化）。

特開２０１４−１３６９８９号公報

上述した特許文献１に記載された技術では、触媒装置を早期に暖機するための触媒早期暖機制御（以下では適宜「ＡＷＳ制御」と呼ぶ。）を、アイドル運転時（換言すると車両停止時）にのみ実行している。そのため、車両走行時（換言すると有車速時）には、触媒装置が未活性状態にあっても、ＡＷＳ制御が実行されないこととなる。したがって、特許文献１に記載された技術では、触媒装置の暖機が遅れてしまう傾向にある。

そこで、車両走行時にもＡＷＳ制御を実行することが考えられるが、車両走行時に特許文献１に記載された技術のように弱成層燃焼を実行すると、エンジンの運転状態が変化したときに所望の弱成層状態を形成できずに、失火などが発生してしまう場合がある。一方で、ＡＷＳ制御において弱成層燃焼の代わりに均質燃焼（燃焼室内に均質な混合気を形成して燃焼させるもの）を行うことが考えられるが、この均質燃焼は弱成層燃焼と比べて燃焼状態が悪いため、弱成層燃焼を適用する場合と同様に均質燃焼において点火時期を遅角させると、失火などが発生してドライバビリティが悪化してしまう場合がある。

本発明は、上述した従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、車両走行時に、ドライバビリティの悪化などを抑制しつつ、触媒早期暖機制御を適切に実行して、触媒装置を早期に暖機することができるエンジンの制御装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明は、排気通路上に設けられた触媒装置を早期に暖機するための触媒早期暖機制御を行うエンジンの制御装置において、所定の条件に基づいて触媒装置を早期に暖機する触媒早期暖機制御手段を有し、触媒早期暖機制御手段は、車両走行時において触媒装置が未活性状態にある場合に、エンジンの燃焼室内に均質な混合気を形成して均質燃焼させるように燃料を噴射する燃料噴射制御を行いつつ、触媒早期暖機制御を行わない場合よりも吸入空気量を増加させる吸入空気量制御と、触媒早期暖機制御を行わない場合に設定される基準点火時期よりも点火時期を遅角させる点火制御とを行って、触媒装置を早期に暖機する均質燃焼触媒活性制御を実行し、触媒早期暖機制御手段は、車両停止時において触媒装置が未活性状態にある場合には、エンジンの燃焼室内において点火プラグ近傍に点火プラグ周辺よりも濃い混合気の層を形成して成層燃焼させるように燃料を噴射する燃料噴射制御を行いつつ、触媒早期暖機制御を行わない場合よりも吸入空気量を増加させる吸入空気量制御と、触媒早期暖機制御を行わない場合に設定される基準点火時期よりも点火時期を遅角させる点火制御とを行って、触媒装置を早期に暖機する成層燃焼触媒活性制御を実行し、触媒早期暖機制御手段は、点火制御によって点火時期を基準点火時期から遅角させる点火時期遅角量を、車両停止時、車両走行時、エンジン回転数、及び、エンジン負荷に応じて変更するように、第１に、同一のエンジン回転数及び同一のエンジン負荷において、車両走行時における均質燃焼触媒活性制御では車両停止時における成層燃焼触媒活性制御よりも点火時期遅角量を小さくし、第２に、同一のエンジン回転数において、エンジン負荷が所定値未満である低負荷域ではエンジン負荷が所定値以上である高負荷域よりも点火時期遅角量を小さくし、第３に、同一のエンジン負荷において、エンジン回転数が所定値以上である高回転域ではエンジン回転数が所定値未満である低回転域よりも点火時期遅角量を大きくし、触媒早期暖機制御手段は、車両停止時における成層燃焼触媒活性制御の実行時間が、触媒装置を暖機するために必要な予め設定された第１所定時間以上となったとき、又は、車両走行時における均質燃焼触媒活性制御の実行時間と車両停止時における成層燃焼触媒活性制御の実行時間とを加算した実行時間が、均質燃焼触媒活性制御及び成層燃焼触媒活性制御による燃費の悪化を抑制するために予め設定された第１所定時間よりも長い第２所定時間以上となったとき、車両停止時における成層燃焼触媒活性制御及び車両停止時における成層燃焼触媒活性制御の実行を終了する、ことを特徴とする。
このように構成された本発明によれば、触媒装置が未活性状態にある場合には、車両走行時においても触媒早期暖機制御（ＡＷＳ制御）を行うので、つまり車両停止時だけでなく車両走行時にも触媒早期暖機制御を行うので、車両停止時にのみ触媒早期暖機制御を行う場合と比較して、触媒装置を速やかに昇温でき、触媒装置の暖機を効果的に促進することができる。また、本発明によれば、車両走行時には均質燃焼させながら触媒早期暖機制御を行うので、車両走行時に成層燃焼させながら触媒早期暖機制御を行った場合に発生し得る失火（エンジン運転状態の変化により所望の成層状態を形成できないことで発生するもの）などを適切に抑制することができる。
更に、本発明によれば、車両走行時に均質燃焼させながら触媒早期暖機制御を行う場合に、エンジンの運転状態を考慮して、点火時期を基準点火時期から遅角させる点火時期遅角量を変更するので、触媒早期暖機制御により点火時期を遅角させ過ぎることに起因するドライバビリティの悪化（例えば燃焼音や失火など）を抑制しつつ、触媒早期暖機制御によって触媒装置を適切に暖機できるようになる。
さらに、本発明において、触媒早期暖機制御手段は、同一のエンジン回転数において、エンジン負荷が所定値未満である低負荷域ではエンジン負荷が所定値以上である高負荷域よりも点火時期遅角量を小さくするので、筒内の流動が小さく火炎伝播しにくいために燃焼安定性が低い低負荷域において、点火時期を大きく遅角させることに起因するドライバビリティの悪化を適切に抑制することができる。
さらに、本発明において、触媒早期暖機制御手段は、同一のエンジン負荷において、エンジン回転数が所定値以上である高回転域ではエンジン回転数が所定値未満である低回転域よりも点火時期遅角量を大きくするので、燃焼安定性が高くなる高回転域において点火時期遅角量を大きくすることにより、触媒装置をより速やかに昇温することができる。
さらに、本発明において、触媒早期暖機制御手段は、車両停止時において触媒装置が未活性状態にある場合には、エンジンの燃焼室内において点火プラグ近傍に点火プラグ周辺よりも濃い混合気の層を形成して成層燃焼させるように燃料を噴射する燃料噴射制御を行いつつ、吸入空気量制御及び点火制御を行って、触媒装置を早期に暖機する。このような構成によれば、車両走行時には均質燃焼させながら触媒早期暖機制御を行い、車両停止時には成層燃焼させながら触媒早期暖機制御を行うので、つまり車両運転状態に応じて均質燃焼と成層燃焼とを切り替えて触媒早期暖機制御を行うので、運転状態に適した触媒早期暖機制御を実行して、失火などのドライバビリティの悪化を適切に抑制しつつ、触媒装置を速やかに昇温することができる。

本発明において、好ましくは、触媒早期暖機制御手段は、エンジン負荷が低くなるほど点火時期遅角量を小さくする。
このように構成された本発明によれば、上記したような低負荷域でのドライバビリティの悪化を抑制しつつ、この低負荷域で触媒早期暖機制御を行うときの点火時期遅角量をできるだけ確保することができる。

本発明において、好ましくは、基準点火時期は、エンジンから出力させるべき目標トルクに基づいて設定され、触媒早期暖機制御手段は、点火制御によって点火時期を基準点火時期から点火時期遅角量だけ遅角させる場合に、当該点火時期遅角量に応じて吸入空気量を増加させて、エンジンから目標トルクを出力させるようにする。
このように構成された本発明によれば、触媒早期暖機制御によって点火時期を遅角させる場合に、点火時期遅角量に応じて吸入空気量を増加させるので、触媒早期暖機制御時にも目標トルクを適切に実現することができる。

本発明のエンジンの制御装置によれば、車両走行時に、ドライバビリティの悪化などを抑制しつつ、触媒早期暖機制御を適切に実行して、触媒装置を早期に暖機することができる。

本発明の実施形態によるエンジンの制御装置が適用されたエンジンシステムの概略構成図である。 本発明の実施形態によるエンジンの制御装置の電気的構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態によるエンジン制御処理を示すフローチャートである。 本発明の実施形態によるＡＷＳ制御処理を示すフローチャートである。 弱成層燃焼及び均質燃焼が生じる前に燃焼室内に形成される混合気の分布状態（濃度分布）を模式的に示す図である。 本発明の実施形態において弱成層ＡＷＳ制御及び均質燃焼ＡＷＳ制御を行う場合に適用する燃料噴射時期についての説明図である。 エンジンの燃焼室内に弱成層状態が形成される様子についての説明図である。 本発明の実施形態による点火時期遅角量マップに関して、同一のエンジン回転数で見たときのエンジン負荷と点火時期遅角量との関係を示すグラフである。 本発明の実施形態による点火時期遅角量マップに関して、同一のエンジン負荷で見たときのエンジン回転数と点火時期遅角量との関係を示すグラフである。 本発明の実施形態によるＡＷＳ制御処理を実行した場合のタイムチャートの一例である。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態によるエンジンの制御装置について説明する。

＜システム構成＞
まず、図１及び図２を参照して、本発明の実施形態によるエンジンの制御装置が適用されたエンジンシステムについて説明する。図１は、本発明の実施形態によるエンジンの制御装置が適用されたエンジンシステムの概略構成図であり、図２は、本発明の実施形態によるエンジンの制御装置の電気的構成を示すブロック図である。

図１及び図２に示すように、エンジンシステム１００は、主に、外部から導入された吸気（空気）が通過する吸気通路１と、この吸気通路１から供給された吸気と、後述する燃料噴射弁１３から供給された燃料との混合気を燃焼させて車両の動力を発生するエンジン１０（具体的にはガソリンエンジン）と、このエンジン１０内の燃焼により発生した排気ガスを排出する排気通路２５と、エンジンシステム１００に関する各種の状態を検出するセンサ４０〜５３と、エンジンシステム１００全体を制御するＰＣＭ６０（エンジンの制御装置）と、を有する。

吸気通路１には、上流側から順に、外部から導入された吸気を浄化するエアクリーナ３と、通過する吸気を昇圧させる、ターボ過給機４のコンプレッサ４ａと、外気や冷却水により吸気を冷却するインタークーラ５と、通過する吸気の量（吸入空気量）を調整するスロットルバルブ６と、エンジン１０に供給する吸気を一時的に蓄えるサージタンク７と、が設けられている。

また、吸気通路１には、コンプレッサ４ａによって過給された吸気の一部を、コンプレッサ４ａの上流側に還流するためのエアバイパス通路８が設けられている。具体的には、エアバイパス通路８の一端は、コンプレッサ４ａの下流側で且つスロットルバルブ６の上流側の吸気通路１に接続され、エアバイパス通路８の他端は、エアクリーナ３の下流側で且つコンプレッサ４ａの上流側の吸気通路１に接続されている。

このエアバイパス通路８には、エアバイパス通路８を流れる吸気の流量を開閉動作により調節するエアバイパスバルブ９が設けられている。エアバイパスバルブ９は、エアバイパス通路８を完全に閉じる閉状態と完全に開く開状態とに切り換え可能な、いわゆるオンオフバルブである。

エンジン１０は、主に、吸気通路１から供給された吸気を燃焼室１１内に導入する吸気バルブ１２と、燃焼室１１に向けて燃料を噴射する燃料噴射弁１３と、燃焼室１１内に供給された吸気と燃料との混合気に点火する点火プラグ１４と、燃焼室１１内での混合気の燃焼により往復運動するピストン１５と、ピストン１５の往復運動により回転されるクランクシャフト１６と、燃焼室１１内での混合気の燃焼により発生した排気ガスを排気通路２５へ排出する排気バルブ１７と、を有する。なお、燃料噴射弁１３は、噴射面に複数の噴口を備え（つまりマルチホール型に構成される）、これらの噴口から複数の方向に向かって燃料を噴射させるのがよい。

また、エンジン１０は、吸気バルブ１２及び排気バルブ１７のそれぞれの動作タイミング（つまり開閉時期）を、可変バルブタイミング機構（Variable Valve Timing Mechanism）としての可変吸気バルブ機構１８及び可変排気バルブ機構１９によって可変に構成されている。可変吸気バルブ機構１８及び可変排気バルブ機構１９としては、公知の種々の形式を適用可能であるが、例えば電磁式又は油圧式に構成された機構を用いて、吸気バルブ１２及び排気バルブ１７の動作タイミングを変化させることができる。

排気通路２５には、上流側から順に、通過する排気ガスによって回転され、この回転によってコンプレッサ４ａを駆動するターボ過給機４のタービン４ｂと、例えばＮＯｘ触媒や三元触媒や酸化触媒などの、排気ガスの浄化機能を有する触媒装置３５ａ、３５ｂが設けられている。以下では、これらの触媒装置３５ａ、３５ｂを区別しないで用いる場合には単に「触媒装置３５」と表記する。

また、排気通路２５上には、排気ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気通路１に還流させるＥＧＲ装置２６が設けられている。ＥＧＲ装置２６は、一端がタービン４ｂの上流側の排気通路２５に接続され、他端がコンプレッサ４ａの下流側で且つスロットルバルブ１１の下流側の吸気通路１に接続されたＥＧＲ通路２７と、ＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラ２８と、ＥＧＲ通路２７を流れるＥＧＲガス量（流量）を制御するＥＧＲバルブ２９と、を有する。このＥＧＲ装置２６は、いわゆる高圧ＥＧＲ装置（ＨＰＬ（High Pressure Loop）ＥＧＲ装置）に相当する。

また、排気通路２５には、排気ガスをターボ過給機４のタービン４ｂに通過させずに迂回させるタービンバイパス通路３０が設けられている。このタービンバイパス通路３０には、タービンバイパス通路３０を流れる排気ガスの流量を制御するウェイストゲートバルブ（以下「ＷＧバルブ」と称する）３１が設けられている。

また、排気通路２５においては、ＥＧＲ通路２７の上流側の接続部分とタービンバイパス通路３０の上流側の接続部分との間の通路が、第１通路２５ａと第２通路２５ｂとに分岐されている。第１通路２５ａは第２通路２５ｂよりも径が大きく、換言すると第２通路２５ｂは第１通路２５ａよりも径が小さく、第１通路２５ａには開閉バルブ２５ｃが設けられている。開閉バルブ２５ｃが開いている場合には、排気ガスは基本的には第１通路２５ａに流れ、開閉バルブ２５ｃが閉じている場合には、排気ガスは第２通路２５ｂにのみ流れる。そのため、開閉バルブ２５ｃが閉じている場合には、開閉バルブ２５ｃが開いている場合よりも、排気ガスの流速が大きくなる。開閉バルブ２５ｃは低回転数領域において閉じられ、流速が上昇された排気ガスをターボ過給機４のタービン４ｂに供給して、低回転域でもターボ過給機４による過給が行えるようになっている。

エンジンシステム１００には、当該エンジンシステム１００に関する各種の状態を検出するセンサ４０〜５３が設けられている。これらセンサ４０〜５３は、具体的には以下の通りである。アクセル開度センサ４０は、アクセルペダルの開度（ドライバがアクセルペダルを踏み込んだ量に相当する）であるアクセル開度を検出する。エアフローセンサ４１は、エアクリーナ３とコンプレッサ４ａとの間の吸気通路１を通過する吸気の流量に相当する吸入空気量を検出する。温度センサ４２は、エアクリーナ３とコンプレッサ４ａとの間の吸気通路１を通過する吸気の温度を検出する。圧力センサ４３は、過給圧を検出する。スロットル開度センサ４４は、スロットルバルブ６の開度であるスロットル開度を検出する。圧力センサ４５は、エンジン１０に供給される吸気の圧力であるインマニ圧力を検出する。クランク角センサ４６は、クランクシャフト１６におけるクランク角を検出する。吸気側カム角センサ４７は、吸気カムシャフトのカム角を検出する。排気側カム角センサ４８は、排気カムシャフトのカム角を検出する。温度センサ４９は、エンジン１０の冷却水の温度（水温）を検出する。ＷＧ開度センサ５０は、ＷＧバルブ３１の開度を検出する。Ｏ₂センサ５１は、触媒装置３５ａの上流側の排気ガス中の酸素濃度を検出し、Ｏ₂センサ５２は、触媒装置３５ａと触媒装置３５ｂとの間の排気ガス中の酸素濃度を検出する。車速センサ５３は、車両の速度（車速）を検出する。これら各種センサ４０〜５３は、それぞれ、検出したパラメータに対応する検出信号Ｓ１４０〜Ｓ１５３をＰＣＭ６０に出力する。

ＰＣＭ６０は、上述した各種センサ４０〜５３から入力された検出信号Ｓ１４０〜Ｓ１５３に基づいて、エンジンシステム１００内の構成要素に対する制御を行う。具体的には、図２に示すように、ＰＣＭ６０は、スロットルバルブ６に制御信号Ｓ１０６を供給して、スロットルバルブ６の開閉時期やスロットル開度を制御し、エアバイパスバルブ９に制御信号Ｓ１０９を供給して、エアバイパスバルブ９の開閉を制御し、ＷＧバルブ３１に制御信号Ｓ１３１を供給して、ＷＧバルブ３１の開度を制御し、燃料噴射弁１３に制御信号Ｓ１１３を供給して、燃料噴射量や燃料噴射タイミングを制御し、点火プラグ１４に制御信号Ｓ１１４を供給して、点火時期を制御し、可変吸気バルブ機構１８及び可変排気バルブ機構１９のそれぞれに制御信号Ｓ１１８、Ｓ１１９を供給して、吸気バルブ１２及び排気バルブ１７の動作タイミングを制御し、ＥＧＲバルブ２９に制御信号Ｓ１２９を供給して、ＥＧＲバルブ２９の開度を制御する。

特に、本実施形態では、ＰＣＭ６０は、例えばエンジン１０の冷間始動時などにおいて、触媒装置３５が未活性状態にある場合に、触媒装置３５を早期に暖機するための触媒早期暖機制御（ＡＷＳ制御）を行う。基本的には、ＰＣＭ６０は、ＡＷＳ制御を行わない場合よりも吸入空気量を増加させる吸入空気量制御と、ＡＷＳ制御を行わない場合に設定される基準点火時期よりも点火時期を遅角させる点火制御とを行うことで、混合気を膨張行程中に後燃えさせ、これにより排気ガス温度（排気熱量）を上昇させて、触媒装置３５の暖機を促進するようにする。ＰＣＭ６０は、本発明における「エンジンの制御装置」に相当し、本発明における「触媒早期暖機制御手段」として機能する。

これらのＰＣＭ６０の各構成要素は、ＣＰＵ、当該ＣＰＵ上で解釈実行される各種のプログラム（ＯＳなどの基本制御プログラムや、ＯＳ上で起動され特定機能を実現するアプリケーションプログラムを含む）、及びプログラムや各種のデータを記憶するためのＲＯＭやＲＡＭの如き内部メモリを備えるコンピュータにより構成される。

＜エンジン制御処理＞
次に、図３を参照して、本発明の実施形態において行われるエンジン１０の基本制御について説明する。図３は、本発明の実施形態によるエンジン制御処理を示すフローチャートである。このフローは、車両のイグニッションがオンにされ、ＰＣＭ６０に電源が投入された場合に起動され、所定の周期で繰り返し実行される。

エンジン制御処理が開始されると、ステップＳ１０１において、ＰＣＭ６０は、車両における各種情報を取得する。具体的には、ＰＣＭ６０は、アクセル開度センサ４０によって検出されたアクセル開度や、車速センサ５３によって検出された車速や、クランク角センサ４６によって検出されたクランク角に対応するエンジン回転数や、車両の変速機に現在設定されているギヤ段などを取得する。

次いで、ステップＳ１０２では、ＰＣＭ６０は、ステップＳ１０１において取得された車両の運転状態に基づき、目標加速度を設定する。具体的には、ＰＣＭ６０は、種々の車速及び種々のギヤ段について規定された加速度特性マップ（予め作成されてメモリなどに記憶されている）の中から、現在の車速及びギヤ段に対応する加速度特性マップを選択し、選択した加速度特性マップを参照して、アクセル開度センサ４０によって検出されたアクセル開度に対応する目標加速度を決定する。

次いで、ステップＳ１０３では、ＰＣＭ６０は、ステップＳ１０２で決定した目標加速度を実現するためのエンジン１０の目標トルクを決定する。この場合、ＰＣＭ６０は、現在の車速、ギヤ段、路面勾配、路面μなどに基づき、エンジン１０が出力可能なトルクの範囲内で目標トルクを決定する。

次いで、ステップＳ１０４では、ＰＣＭ６０は、ステップＳ１０１で取得した現在のエンジン回転数及びステップＳ１０３で決定した目標トルクを含むエンジン１０の運転状態に応じて、点火プラグ１４による目標点火時期を設定する。具体的には、ＰＣＭ６０は、目標トルクにフリクションロスやポンピングロスによる損失トルクを加味した目標図示トルクを算出し、種々の充填効率及び種々のエンジン回転数について点火時期と図示トルクとの関係を規定した点火時期マップ（点火進角マップ）の中から、現在のエンジン回転数に対応し且つＭＢＴ近傍で目標図示トルクが得られる点火時期マップを選択し、選択した点火時期マップを参照して、目標図示トルクに対応する目標点火時期を設定する。なお、ＰＣＭ６０は、ノッキングが生じている場合には、このように設定した目標点火時期を遅角側に補正するのがよい。

特に、本実施形態では、ＰＣＭ６０は、触媒装置３５を早期に暖機するためのＡＷＳ制御を行う場合には、上記のような点火時期マップから決定される目標点火時期（ＡＷＳ制御を行わない場合に適用される基準点火時期に相当する）を、所定の点火時期遅角量だけ遅角させた点火時期を、目標点火時期として設定する。具体的には、ＡＷＳ制御を行う場合にエンジン１０の運転状態に応じて設定すべき点火時期遅角量が事前にマップ（以下では「点火時期遅角マップ」と呼ぶ。）として規定されており、ＰＣＭ６０は、ＡＷＳ制御を行う場合には、そのようなマップを参照して現在のエンジン１０の運転状態に対応する点火時期遅角量を決定し、当該点火時期遅角量から目標点火時期を設定する。なお、点火時期遅角マップの詳細は後述する。

次いで、ステップＳ１０５では、ＰＣＭ６０は、ステップＳ１０３で決定した目標トルクをエンジン１０に出力させるための目標充填効率を設定する。具体的には、ＰＣＭ６０は、上記した目標図示トルクを出力するために必要な要求平均有効圧力を求めると共に、この要求平均有効圧力に相当する熱量（要求熱量）を求め、上記した目標点火時期に設定された条件での熱効率（基準熱効率）と、エンジン１０の実際の運転条件による熱効率（実熱効率）との大小関係に応じて、基準熱効率及び実熱効率のいずれかと要求熱量とに基づき目標充填効率を求める。なお、ＰＣＭ６０は、要求平均有効圧力などに応じて、こうして求めた目標充填効率を適宜制限してもよい。また、ＰＣＭ６０は、上記のようにＡＷＳ制御を行うために点火時期を点火時期遅角量だけ遅角させる場合には、この点火時期遅角量に応じた量だけ充填量（吸入空気量）を増量させるように目標充填効率を補正して、ステップＳ１０３で決定された目標トルクがエンジン１０から適切に出力されるようにする。

次いで、ステップＳ１０６では、ＰＣＭ６０は、ステップＳ１０５で設定した目標充填効率に相当する空気がエンジン１０に導入されるように、エアフローセンサ４１が検出した空気量を考慮して、スロットルバルブ６の開度と、可変吸気バルブ機構１８を介した吸気バルブ１２の開閉時期とを決定する。

次に、ステップＳ１０７では、ＰＣＭ６０は、ステップＳ１０６で決定したスロットル開度及び吸気バルブ１２の開閉時期に基づき、スロットルバルブ６及び可変吸気バルブ機構１８を制御するとともに、エンジン１０の運転状態等に応じて決定された目標当量比と、エアフローセンサ４１により検出された空気量等に基づき推定した実空気量とに基づき、燃料噴射弁１３を制御する。

また、ステップＳ１０６〜Ｓ１０７の処理と並行して、ステップＳ１０８において、ＰＣＭ６０は、ターボ過給機４による目標過給圧を取得する。例えば、エンジン回転数やエンジン負荷や目標トルクなどに対して設定すべき目標過給圧が対応付けられたマップが予めメモリ等に記憶されており、ＰＣＭ６０は、そのマップを参照して、現時点でのエンジン回転数やエンジン負荷や目標トルクなどに対応する目標過給圧を取得する。このような目標過給圧のマップでは、少なくともエンジン１０の高負荷域において、ターボ過給機４による過給が実施されるように目標過給圧が規定されている。

次いで、ステップＳ１０９において、ＰＣＭ６０は、ステップＳ１０８において取得した目標過給圧を実現するための、ＷＧバルブ３１の開度を決定する。

次いで、ステップＳ１１０において、ＰＣＭ６０は、ステップＳ１０９において設定した開度に基づき、ＷＧバルブ３１のアクチュエータを制御する。この場合、ＰＣＭ１０は、ステップＳ１０９において設定した開度に応じてＷＧバルブ３１のアクチュエータを制御すると共に、圧力センサ４３により検出される過給圧を、ステップＳ１０８において取得した目標過給圧に近づけるようにアクチュエータをフィードバック制御する。

また、ステップＳ１０６〜Ｓ１０７及びステップＳ１０８〜Ｓ１１０の処理と並行して、ステップＳ１１１において、ＰＣＭ６０は、ステップＳ１０４において設定した目標点火時期にて点火が行われるように、点火プラグ１４を制御する。

＜ＡＷＳ制御処理＞
次に、図４を参照して、本発明の実施形態において行われるＡＷＳ制御の基本処理について説明する。図４は、本発明の実施形態によるＡＷＳ制御処理を示すフローチャートである。このＡＷＳ制御処理は、ＰＣＭ６０によって所定の周期で繰り返し実行され、また、図３に示したエンジン制御処理と並行して実行される。

まず、ステップＳ２０１では、ＰＣＭ６０は、車両における各種情報を取得する。具体的には、ＰＣＭ６０は、アクセル開度センサ４０によって検出されたアクセル開度や、車速センサ５３によって検出された車速や、クランク角センサ４６によって検出されたクランク角に対応するエンジン回転数や、エアフローセンサ４１によって検出された吸入空気量に対応するエンジン負荷や、温度センサ４９によって検出された水温などを取得する。加えて、ＰＣＭ６０は、触媒装置３５の温度（触媒温度）も取得する。基本的には、触媒温度は、車両運転時に排気ガス温度などに基づいて推定され、車両始動直後には、車両運転終了時に推定された触媒温度とソーク時間（エンジン停止から始動するまでの時間）とに基づき推定される。

次いで、ステップＳ２０２では、ＰＣＭ６０は、冷間始動時であるか否かを判定する。具体的には、ＰＣＭ６０は、ステップＳ２０１で取得した水温が所定温度（例えば４０度）以下で、且つステップＳ２０１で取得した触媒温度が所定温度（例えば３５０度）以下であるか否かを判定する。この場合、ＰＣＭ６０は、水温が所定温度以下で且つ触媒温度が所定温度以下である場合に、冷間始動時であると判定する。このようなステップＳ２０２の判定を行うことで、ＰＣＭ６０は、触媒装置３５が未活性状態であるか否かを判定する。

ステップＳ２０２の判定の結果、冷間始動時であると判定された場合（ステップＳ２０２：Ｙｅｓ）、処理はステップＳ２０３に進む。このステップＳ２０３以降では、触媒装置３５が未活性状態にあるので、ＰＣＭ６０は、触媒装置３５を早期に暖機するためのＡＷＳ制御を実行する。一方で、冷間始動時であると判定されなかった場合（ステップＳ２０２：Ｎｏ）、処理は終了する。この場合には、触媒装置３５が活性状態にあるので、ＰＣＭ６０は、ＡＷＳ制御を実行しない。

ステップＳ２０３では、ＰＣＭ６０は、アイドル運転時であるか否かを判定する。換言すると、車両停止時であるか否かを判定する。具体的には、ＰＣＭ６０は、ステップＳ２０１で取得したアクセル開度が０で、且つステップＳ２０１で取得した車速が０であるか否かを判定する。この場合、ＰＣＭ６０は、アクセル開度が０で且つ車速が０である場合に、アイドル運転時であると判定する。

ステップＳ２０３の判定の結果、アイドル運転時であると判定された場合（ステップＳ２０３：Ｙｅｓ）、つまり車両停止時である場合、ステップＳ２０４に進む。ステップＳ２０４では、ＰＣＭ６０は、ＡＷＳ制御として、燃焼室１１内において点火プラグ１４近傍に点火プラグ１４周辺よりも濃い混合気の層を形成して弱成層燃焼させるように燃料噴射制御を行いつつ、吸入空気量を増加させる吸入空気量制御と、基準点火時期よりも点火時期を遅角させる点火制御とを行う。以下では、このような車両停止時に行うＡＷＳ制御を「弱成層ＡＷＳ制御」と呼ぶ。この弱成層ＡＷＳ制御は、第１暖機制御に相当する。

具体的には、ＰＣＭ６０は、弱成層ＡＷＳ制御を行う場合には、弱成層燃焼を実現するように燃料噴射制御（特に燃料噴射時期の制御）を行いつつ、エンジン１０の運転状態（例えば、エアコンやオルタネータやオイルポンプの駆動の度合いやオン・オフ等のエンジン１０の外部負荷）に応じた点火時期遅角量だけ点火時期を基準点火時期から遅角させる点火制御を行うと共に、この点火時期遅角量に基づき吸入空気量を増加させる吸入空気量制御を行う。

一方で、アイドル運転時であると判定されなかった場合（ステップＳ２０３：Ｎｏ）、つまり車両走行時である場合、ステップＳ２０５に進む。ステップＳ２０５では、ＰＣＭ６０は、ＡＷＳ制御として、燃焼室１１内に均質な混合気を形成して均質燃焼させるように燃料を噴射する燃料噴射制御を行いつつ、吸入空気量を増加させる吸入空気量制御と、基準点火時期よりも点火時期を遅角させる点火制御とを行う。以下では、このような車両走行時に行うＡＷＳ制御を「均質燃焼ＡＷＳ制御」と呼ぶ。この均質燃焼ＡＷＳ制御は、第２暖機制御に相当する。

具体的には、ＰＣＭ６０は、均質燃焼ＡＷＳ制御を行う場合には、均質燃焼を実現するように燃料噴射制御（特に燃料噴射時期の制御）を行いつつ、エンジン１０の運転状態（エンジン回転数及びエンジン負荷）に応じた点火時期遅角量だけ基準点火時期から点火時期を遅角させる点火制御を行うと共に、この点火時期遅角量に基づき吸入空気量を増加させる吸入空気量制御を行う。この均質燃焼ＡＷＳ制御を行う場合には、ＰＣＭ６０は、後述する点火時期遅角マップ（図８及び図９参照）に基づき点火時期遅角量を設定する。基本的には、均質燃焼ＡＷＳ制御において適用される点火時期遅角量は、同じエンジン１０の運転状態で見たときに、弱成層ＡＷＳ制御において適用される点火時期遅角量よりも小さい。

次いで、ステップＳ２０４の弱成層ＡＷＳ制御又はステップＳ２０５の均質燃焼ＡＷＳ制御を行った後、処理はステップＳ２０６に進む。ステップＳ２０６では、ＰＣＭ６０は、弱成層ＡＷＳ制御の実行時間が第１所定時間（例えば３０秒）以上であるか否かを判定する。ここで用いる弱成層ＡＷＳ制御の実行時間には、弱成層ＡＷＳ制御を実行した時間を累計した時間が適用される。例えば、弱成層ＡＷＳ制御後に均質燃焼ＡＷＳ制御を行い、その後に弱成層ＡＷＳ制御を再度行った場合には、１回目の弱成層ＡＷＳ制御の実行時間と２回目の弱成層ＡＷＳ制御の実行時間とを累計した時間を実行時間として用いて、ステップＳ２０６の判定を行う。また、ステップＳ２０６で用いる第１所定時間は、触媒装置３５を十分に暖機するのに必要な弱成層ＡＷＳ制御の実行時間に基づき定められる。この第１所定時間を定めるに当たって、弱成層ＡＷＳ制御の実行による燃費やドライバビリティの悪化も考慮してもよい。

ステップＳ２０６の判定の結果、弱成層ＡＷＳ制御の実行時間が第１所定時間以上であると判定された場合（ステップＳ２０６：Ｙｅｓ）、ステップＳ２０８に進み、ＰＣＭ６０は、ＡＷＳ制御の実行を終了する。具体的には、ＰＣＭ６０は、弱成層ＡＷＳ制御を実行している場合には当該弱成層ＡＷＳ制御を終了し、均質燃焼ＡＷＳ制御を実行している場合には当該均質燃焼ＡＷＳ制御を終了する。

一方で、弱成層ＡＷＳ制御の実行時間が第１所定時間以上であると判定されなかった場合（ステップＳ２０６：Ｎｏ）、つまり弱成層ＡＷＳ制御の実行時間が第１所定時間未満である場合、ステップＳ２０７に進む。ステップＳ２０７では、ＰＣＭ６０は、エンジン始動後の経過時間が第２所定時間（例えば８０秒）以上であるか否かを判定する。この第２所定時間は、上記した第１所定時間よりも長い時間が適用され、触媒装置３５を十分に暖機するのに必要なＡＷＳ制御の実行時間（例えば均質燃焼ＡＷＳ制御のみを実行したときの時間）に加えて、ＡＷＳ制御が長時間実行されることによる燃費やドライバビリティの悪化に基づき定められる。
なお、冷間始動時（触媒装置３５の未活性状態時）に、車両停止（アイドル運転）と車両走行との間で運転状態が変化することで、弱成層ＡＷＳ制御と均質燃焼ＡＷＳ制御とが切り替わりながら実行される。そのため、ステップＳ２０７で用いるエンジン始動後の経過時間は、基本的には、弱成層ＡＷＳ制御の実行時間と均質燃焼ＡＷＳ制御の実行時間とを加算した時間に一致することとなる。

ステップＳ２０７の判定の結果、エンジン始動後の経過時間が第２所定時間以上であると判定された場合（ステップＳ２０７：Ｙｅｓ）、ステップＳ２０８に進み、ＰＣＭ６０は、弱成層ＡＷＳ制御及び均質燃焼ＡＷＳ制御の両方の実行を終了する。一方で、エンジン始動後の経過時間が第２所定時間以上であると判定されなかった場合（ステップＳ２０７：Ｎｏ）、つまりエンジン始動後の経過時間が第２所定時間未満である場合、ステップＳ２０３に戻る。この場合には、ＰＣＭ６０は、ＡＷＳ制御を継続すべく、上記したステップＳ２０３以降の処理を再度行う。

なお、上記したＡＷＳ制御処理は、時間（具体的には弱成層ＡＷＳ制御の実行時間及びエンジン始動後の経過時間）に基づいてＡＷＳ制御を終了したが、この時間に加えて、燃料の積算噴射量（触媒装置３５への投入熱量に相当する）や、上記のように推定した触媒温度に基づいて、ＡＷＳ制御を終了してもよい。具体的には、弱成層ＡＷＳ制御の実行時間が第１所定時間以上という条件、エンジン始動後の経過時間が第２所定時間以上という条件、燃料の積算噴射量が所定量以上という条件、及び、推定した触媒温度が所定温度以上という条件、のうちのいずれかが成立した場合にＡＷＳ制御を終了すればよい。

＜弱成層燃焼及び均質燃焼＞
次に、図５乃至図７を参照して、弱成層燃焼及び均質燃焼について具体的に説明する。

図５は、弱成層燃焼及び均質燃焼が生じる前（直前）のエンジン１０の燃焼室１１内に形成される混合気の分布状態（濃度分布）を模式的に示す図である。弱成層燃焼が生じる直前には、図５（ａ）に示すように、燃焼室１１内の混合気が点火プラグ１４周り（詳しくは点火プラグ１４の電極周り）において相対的にリッチとなり、その周囲において相対的にリーンとなる弱成層状態が形成される。他方で、均質燃焼が生じる直前においては、図５（ｂ）に示すように、燃焼室１１内に均質な混合気が形成される、つまり燃焼室１１全体に燃料が行き渡った状態が形成される。

弱成層燃焼は均質燃焼と比べて燃焼状態が良好であるため、本実施形態では、車両停車時には弱成層燃焼を行いつつＡＷＳ制御（つまり弱成層ＡＷＳ制御）を実行する。一方で、車両走行時にＡＷＳ制御を実行する場合に弱成層燃焼を適用すると、エンジン１０の運転状態が変化したときに所望の弱成層状態を形成できずに失火などが発生してしまう場合があるので、本実施形態では、車両走行時には、弱成層燃焼の代わりに均質燃焼を行いつつＡＷＳ制御（つまり均質燃焼ＡＷＳ制御）を実行する。但し、均質燃焼は弱成層燃焼と比べて燃焼状態が悪いので、上述したように、均質燃焼ＡＷＳ制御を実行する場合には、弱成層ＡＷＳ制御を実行する場合よりも、同じエンジン１０の運転状態で見たときの点火時期遅角量を小さくする。

ここで、エンジン１０の燃焼室１１内における混合気の成層化の程度は「成層度合い」で表される。例えば、この成層度合いは、燃焼室１１全体のガスに含まれる燃料の濃度に対する点火プラグ１４近傍のガスに含まれる燃料の濃度の割合に相当し、この割合が大きいほど、成層度合いが高くなる（点火プラグ１４近傍のガスに含まれる燃料の濃度の割合と、当該領域の周囲の領域のガスに含まれる燃料の濃度との差を用いてもよい）。上記した弱成層燃焼を行う場合の燃焼室１１の状態（弱成層状態）は、均質燃焼を行う場合の燃焼室１１の状態よりも成層度合いが高い。ＰＣＭ６０は、燃料噴射弁１３に対する制御を行うことで、具体的には燃料噴射弁１３の燃料噴射時期を制御することで、燃焼室１１内の成層度合いを変化させる。特に、ＰＣＭ６０は、燃料噴射弁１３の燃料噴射時期を制御することで、ＡＷＳ制御時に弱成層燃焼及び均質燃焼のいずれかを実現する。

次に、図６を参照して、本発明の実施形態において弱成層ＡＷＳ制御及び均質燃焼ＡＷＳ制御を行う場合に適用する燃料噴射時期について具体的に説明する。図６（ａ）は、弱成層ＡＷＳ制御を行う場合に適用する燃料噴射時期及び点火時期を示し、図６（ｂ）は、均質燃焼ＡＷＳ制御を行う場合に適用する燃料噴射時期及び点火時期を示している。図６（ａ）及び（ｂ）では、横軸にクランク角度を示している。

図６（ａ）に示すように、ＰＣＭ６０は、弱成層ＡＷＳ制御を行う場合、１サイクル当り、吸気行程において１回及び圧縮行程において１回の計２回、燃料を２つに分割して噴射するように燃料噴射弁１３を制御する。具体的には、ＰＣＭ６０は、吸気行程後期の所定時期Ｔ１１に１回目の燃料噴射を開始し、圧縮行程中期の所定時期Ｔ１２に２回目の燃料噴射を開始するように燃料噴射弁１３を制御する。このように燃料を適切な時期で２分割して噴射することにより、燃焼室１１内に弱成層状態が形成される。具体的には、吸気行程での１回目の燃料噴射によって燃料が早期に燃焼室１１内で気化霧化し、その後、圧縮行程での２回目の燃料噴射によって点火プラグ１４周りに燃料濃度の濃いリッチな混合気の層が形成される。また、図６（ａ）に示すように、ＰＣＭ６０は、弱成層ＡＷＳ制御を行う場合、基準点火時期に比較的大きな点火時期遅角量を適用した点火時期Ｔ１３で点火するように点火プラグ１４を制御する。図６（ａ）に示す例では、この点火時期Ｔ１３は、圧縮上死点（ＴＤＣ）を大幅に超えたタイミングになっている。

一方、図６（ｂ）に示すように、ＰＣＭ６０は、均質ＡＷＳ制御を行う場合、吸気行程において１回のみ、燃料を噴射するように燃料噴射弁１３を制御する。具体的には、ＰＣＭ６０は、吸気行程初期の所定時期Ｔ２１に燃料噴射を開始するように燃料噴射弁１３を制御する。また、図６（ｂ）に示すように、ＰＣＭ６０は、均質ＡＷＳ制御を行う場合、基準点火時期に比較的小さな点火時期遅角量（具体的には弱成層ＡＷＳ制御を行う場合よりも小さな点火時期遅角量）を適用した点火時期Ｔ２２で点火するように点火プラグ１４を制御する。図６（ｂ）に示す例では、この点火時期Ｔ２２は、圧縮上死点（ＴＤＣ）を超えないタイミングになっている。なお、均質ＡＷＳ制御を行う場合に、１回のみ燃料噴射を行うことに限定はされず、分割噴射を行ってもよい。

次に、図７を参照して、エンジン１０の燃焼室１１内に弱成層状態が形成される様子について説明する。図７（ａ）に示すように、マルチホール型に構成された燃料噴射弁１３の１つの噴口からの燃料噴霧Ｇａは、ピストン１５の冠面に形成された凹状キャビティ１５ａの略半球面状の内周面１５ｂに向かう。そのため、図７（ｂ）に示すように、燃料噴霧Ｇａはこの内周面１５ｂの円弧状傾斜面１５ｄに案内されて円滑良好に上方に方向転換し、点火プラグ１４に向かう。

一方、図７（ａ）に示すように、燃料噴射弁１３の他の噴口（上記した燃料噴霧Ｇａの噴口とは異なる噴口）からの燃料噴霧Ｇｂは受け面１５ｃに向かう。そのため、燃料噴霧Ｇｂは受け面１５ｃに衝突して勢いが弱まり、受け面１５ｃの上方を漂う。ここで、燃料噴霧Ｇａが通過した後に凹状キャビティ１５ａ内に引き込む負圧が発生しているため、図７（ｂ）に示すように、燃料噴霧Ｇｂはこの負圧によって凹状キャビティ１５ａ内に引き込まれる。

このように、燃料噴霧Ｇａに加えて燃料噴霧Ｇｂが凹状キャビティ１５ａ内に引き込まれることにより、より多くの燃料が点火プラグ１４周りに位置し、結果として、燃料濃度の濃いリッチな混合気が点火プラグ１４周りに多く存在することになる。つまり、燃焼室１１内に弱成層状態が形成されることとなる。

＜点火時期遅角マップ＞
次に、本発明の実施形態による点火時期遅角マップについて説明する。上述したように、この点火時期遅角マップは、図４のＡＷＳ制御処理のステップＳ２０３において、均質燃焼ＡＷＳ制御を行う場合に適用する点火時期遅角量を決定するために使用される。点火時期遅角マップでは、エンジン負荷及びエンジン回転数のそれぞれに対して、均質燃焼ＡＷＳ制御を行う場合に設定すべき点火時期遅角量が事前に対応付けられている。具体的には、点火時期遅角マップに規定された点火時期遅角量は、ドライバビリティを確保しつつ、また、燃費をそれほど悪化させることなく、均質燃焼ＡＷＳ制御によって触媒装置３５を適切に暖機できるような遅角量に設定されている。ここでいうドライバビリティの確保には、失火の抑制だけでなく、点火時期の遅角に応じて吸入空気量を増量させたことに起因する燃焼音の抑制も含むものとする。

まず、図８を参照して、本発明の実施形態による点火時期遅角マップに規定された、エンジン負荷と点火時期遅角量との関係について説明する。図８は、点火時期遅角量マップに関して、同一のエンジン回転数で見たときのエンジン負荷（横軸）と点火時期遅角量（縦軸）との関係を示すグラフである。

図８に示すように、本実施形態においては、符号Ｒ１１で示すエンジン負荷域では、同一のエンジン回転数で見たときに、低負荷側のエンジン負荷域では高負荷側のエンジン負荷域よりも点火時期遅角量が小さくなるように点火時期遅角マップが規定されている。基本的には、エンジン負荷域Ｒ１１では、エンジン負荷が低くなるほど点火時期遅角量が徐々に小さくなっていく。低負荷域では燃焼室１１内のガスの流動が小さいため火炎伝播しにくく、高負荷域よりも燃焼安定性が低いので、低負荷域において点火時期を大きく遅角させるとドライバビリティが悪化する傾向にある。したがって、本実施形態では、このようなドライバビリティの悪化を抑制するために、エンジン負荷が低くなるほど点火時期遅角量を小さくしている。

また、図８に示すように、本実施形態においては、符号Ｒ１２で示す高負荷側のエンジン負荷域では、上記したエンジン負荷域Ｒ１１よりも、点火時期遅角量が小さくなるように点火時期遅角マップが規定されている。具体的には、エンジン負荷域Ｒ１２はターボ過給機４による過給が行われる過給域に相当し、エンジン負荷域Ｒ１１はターボ過給機４による過給が行われない非過給域に相当し、そのような過給域であるエンジン負荷域Ｒ１２において点火時期遅角量がほぼ０になっている、つまり基準点火時期からの点火時期の遅角が禁止されるようになっている。過給域では非過給域よりも点火時期遅角量の変化に対するトルク変化量が大きく、また、過給域では目標過給圧に基づいた過給圧制御の追従性から、ＡＷＳ制御時におけるトルク調整が困難である。一方で、過給域では投入熱量が大きいので、点火時期を遅角させなくても、触媒装置３５を十分に昇温することができる。したがって、本実施形態では、過給域において点火時期を遅角させることによるトルク変動を抑制すべく、過給域では基準点火時期からの点火時期の遅角を禁止している。この場合、過給域ではＡＷＳ制御の実行自体を禁止してもよい。
なお、過給域と非過給域とを規定するエンジン負荷Ｌ１は、充填効率がほぼ１に対応するエンジン負荷である。つまり、充填効率が１以上の負荷域においてターボ過給機４による過給が実施される。

次に、図９を参照して、本発明の実施形態による点火時期遅角マップに規定された、エンジン回転数と点火時期遅角量との関係について説明する。図９は、点火時期遅角量マップに関して、同一のエンジン負荷で見たときのエンジン回転数（横軸）と点火時期遅角量（縦軸）との関係を示すグラフである。

図９に示すように、本実施形態では、同一のエンジン負荷で見たときに、高回転域では低回転域よりも点火時期遅角量が大きくなるように点火時期遅角マップが規定されている。基本的には、エンジン回転数が大きくなるほど点火時期遅角量が大きくなっていく。エンジン回転数が大きくなるほど、燃焼室１１内のガスの流動が大きくなり、燃焼安定性が高くなっていくので、点火時期を比較的大きく遅角させても燃焼が不安定になりにくい。そのため、本実施形態では、エンジン回転数が大きくなるほど、触媒装置３５をより速やかに昇温させるように、点火時期遅角量を大きくしている。

＜タイムチャート＞
次に、図１０を参照して、上記した本発明の実施形態によるＡＷＳ制御処理（図４参照）を実行した場合の結果について説明する。図１０は、本発明の実施形態によるＡＷＳ制御処理を実行した場合のタイムチャートの一例を示す。具体的には、図１０では、上から順に、車速、エンジン回転数、充填効率、点火時期、点火時期遅角量、触媒上流側温度（触媒装置３５の直上流側の温度）、触媒下流側温度（触媒装置３５の直下流側の温度）を示している。また、図１０において、実線のグラフは、本実施形態によるＡＷＳ制御処理を実行した場合の結果を示し、破線のグラフは、比較例によるＡＷＳ制御を実行した場合の結果を示している。この比較例では、車両停止時にのみＡＷＳ制御（具体的には弱成層ＡＷＳ制御）を実行し、車両走行時にはＡＷＳ制御を実行しないものとする。

まず、エンジン始動直後の時刻ｔ１１において、冷間始動時且つアイドル運転時であるため、具体的には水温が所定温度以下で、触媒温度が所定温度以下で、アクセル開度が０で、且つ車速が０であるため、本実施形態及び比較例の両方とも、弱成層燃焼させつつ点火時期を遅角させる弱成層ＡＷＳ制御が実行される。この後、時刻ｔ１２において、車速が０を超えて車両走行状態になるため、本実施形態では、弱成層ＡＷＳ制御が終了して、均質燃焼させつつ点火時期を遅角させる均質燃焼ＡＷＳ制御が開始される。つまり、弱成層ＡＷＳ制御から均質燃焼ＡＷＳ制御へと切り替えられる。一方、比較例では、時刻ｔ１２において弱成層ＡＷＳ制御が終了する。この場合、点火時期の遅角が終了し、点火時期が基準点火時期に設定される。

次に、時刻ｔ１３において、車速が０になりアイドル運転状態（車両停止状態）になるため、本実施形態では、均質燃焼ＡＷＳ制御が終了して、弱成層ＡＷＳ制御が開始される。つまり、均質燃焼ＡＷＳ制御から弱成層ＡＷＳ制御へと切り替えられる。一方、比較例では、時刻ｔ１３において弱成層ＡＷＳ制御が再度開始される。この後、時刻ｔ１４において、車速が０を超えて車両走行状態になるため、本実施形態では、弱成層ＡＷＳ制御が終了して均質燃焼ＡＷＳ制御が開始され、比較例では、弱成層ＡＷＳ制御が終了する。そして、時刻ｔ１５において、エンジン始動後の経過時間が第２所定時間になるため、本実施形態では、弱成層ＡＷＳ制御及び均質燃焼ＡＷＳ制御の両方が終了する。

このような本実施形態と比較例とを比較すると、図１０の触媒上流側温度及び触媒下流側温度に示すように、本実施形態によれば、比較例よりも、触媒温度が速やかに昇温していることがわかる。

＜作用効果＞
次に、本発明の実施形態によるエンジンの制御装置の作用効果について説明する。

本実施形態によれば、触媒装置３５が未活性状態にある場合には、車両走行時においてもＡＷＳ制御を行うので、つまり車両停止時だけでなく車両走行時にもＡＷＳ制御を行うので、車両停止時にのみＡＷＳ制御を行う場合と比較して、触媒装置３５を速やかに昇温でき、触媒装置３５の暖機を効果的に促進することができる。加えて、本実施形態によれば、車両走行時には均質燃焼させながらＡＷＳ制御を行うので、車両走行時に弱成層燃焼させながらＡＷＳ制御を行った場合に発生し得る失火（エンジン運転状態の変化により所望の弱成層状態を形成できないことで発生するもの）などを適切に抑制することができる。

また、本実施形態によれば、車両走行時に均質燃焼させながらＡＷＳ制御を行う場合に、エンジン１０の運転状態を考慮して、点火時期を基準点火時期から遅角させる点火時期遅角量を変更するので、ＡＷＳ制御により点火時期を遅角させ過ぎることに起因するドライバビリティの悪化（例えば燃焼音や失火など）を抑制しつつ、ＡＷＳ制御によって触媒装置３５を適切に暖機できるようになる。

また、本実施形態によれば、同一のエンジン回転数で見たときに、低負荷側のエンジン負荷域では高負荷側のエンジン負荷域よりも点火時期遅角量を小さくするので、特にエンジン負荷が低くなるほど点火時期遅角量を小さくするので、低負荷域において点火時期を大きく遅角させることに起因するドライバビリティの悪化を適切に抑制することができる。

また、本実施形態によれば、同一のエンジン負荷で見たときに、高回転域では低回転域よりも点火時期遅角量を大きくするので、つまり燃焼安定性が高くなる高回転域において点火時期遅角量を大きくするので、燃料安定性を悪化させることなく、触媒装置３５をより速やかに昇温することができる。

また、本実施形態によれば、車両走行時には均質燃焼させながらＡＷＳ制御を行い、車両停止時には弱成層燃焼させながらＡＷＳ制御を行うので、つまり車両運転状態に応じて均質燃焼ＡＷＳ制御と弱成層ＡＷＳ制御とを切り替えるので、運転状態に適したＡＷＳ制御を実行して、失火などのドライバビリティの悪化を適切に抑制しつつ、触媒装置３５を速やかに昇温することができる。

また、本実施形態によれば、ＡＷＳ制御によって点火時期を遅角させる場合に、点火時期遅角量に応じて吸入空気量を増加させるので、ＡＷＳ制御時にも目標トルクを適切に実現することができる。

＜変形例＞
上記した実施形態では、均質燃焼ＡＷＳ制御を行う場合に、過給域において点火時期の遅角を禁止していたが（図８参照）、過給域において点火時期の遅角を禁止することに限定はされない、つまり過給域において点火時期を遅角させてもよい。その場合、ターボ過給機４による過給度合いに応じて点火時期遅角量を設定すればよい。具体的には、過給度合いが大きい場合には過給度合いが小さい場合よりも点火時期遅角量を小さくすればよい。これによっても、点火時期を遅角させることによるトルク変動を抑制しつつ、触媒装置３５を適切に暖機できる。

１ 吸気通路
４ ターボ過給機
４ａ コンプレッサ
４ｂ タービン
６ スロットルバルブ
１０ エンジン
１１ 燃焼室
１２ 吸気バルブ
１３ 燃料噴射弁
１４ 点火プラグ
１５ ピストン
１７ 排気バルブ
２５ 排気通路
２６ ＥＧＲ装置
３５ａ、３５ｂ 触媒装置
６０ ＰＣＭ
１００ エンジンシステム

Claims (3)

1. 排気通路上に設けられた触媒装置を早期に暖機するための触媒早期暖機制御を行うエンジンの制御装置において、
   所定の条件に基づいて触媒装置を早期に暖機する触媒早期暖機制御手段を有し、
   上記触媒早期暖機制御手段は、車両走行時において触媒装置が未活性状態にある場合に、エンジンの燃焼室内に均質な混合気を形成して均質燃焼させるように燃料を噴射する燃料噴射制御を行いつつ、上記触媒早期暖機制御を行わない場合よりも吸入空気量を増加させる吸入空気量制御と、上記触媒早期暖機制御を行わない場合に設定される基準点火時期よりも点火時期を遅角させる点火制御とを行って、触媒装置を早期に暖機する均質燃焼触媒活性制御を実行し、
   上記触媒早期暖機制御手段は、車両停止時において触媒装置が未活性状態にある場合には、エンジンの燃焼室内において点火プラグ近傍に点火プラグ周辺よりも濃い混合気の層を形成して成層燃焼させるように燃料を噴射する燃料噴射制御を行いつつ、上記触媒早期暖機制御を行わない場合よりも吸入空気量を増加させる吸入空気量制御と、上記触媒早期暖機制御を行わない場合に設定される基準点火時期よりも点火時期を遅角させる点火制御とを行って、触媒装置を早期に暖機する成層燃焼触媒活性制御を実行し、
   上記触媒早期暖機制御手段は、上記点火制御によって点火時期を上記基準点火時期から遅角させる点火時期遅角量を、車両停止時、車両走行時、エンジン回転数、及び、エンジン負荷に応じて変更するように、第１に、同一のエンジン回転数及び同一のエンジン負荷において、上記車両走行時における均質燃焼触媒活性制御では上記車両停止時における成層燃焼触媒活性制御よりも上記点火時期遅角量を小さくし、第２に、同一のエンジン回転数において、エンジン負荷が所定値未満である低負荷域ではエンジン負荷が上記所定値以上である高負荷域よりも上記点火時期遅角量を小さくし、第３に、同一のエンジン負荷において、エンジン回転数が所定値以上である高回転域ではエンジン回転数が上記所定値未満である低回転域よりも上記点火時期遅角量を大きくし、
   上記触媒早期暖機制御手段は、上記車両停止時における成層燃焼触媒活性制御の実行時間が、触媒装置を暖機するために必要な予め設定された第１所定時間以上となったとき、又は、上記車両走行時における均質燃焼触媒活性制御の実行時間と上記車両停止時における成層燃焼触媒活性制御の実行時間とを加算した実行時間が、上記均質燃焼触媒活性制御及び上記成層燃焼触媒活性制御による燃費の悪化を抑制するために予め設定された上記第１所定時間よりも長い第２所定時間以上となったとき、上記車両停止時における成層燃焼触媒活性制御及び上記車両停止時における成層燃焼触媒活性制御の実行を終了する、ことを特徴とするエンジンの制御装置。
2. 上記触媒早期暖機制御手段は、エンジン負荷が低くなるほど上記点火時期遅角量を小さくする、請求項１に記載のエンジンの制御装置。
3. 上記基準点火時期は、エンジンから出力させるべき目標トルクに基づいて設定され、
   上記触媒早期暖機制御手段は、上記点火制御によって点火時期を上記基準点火時期から上記点火時期遅角量だけ遅角させる場合に、当該点火時期遅角量に応じて吸入空気量を増加させて、エンジンから上記目標トルクを出力させるようにする、請求項１又は請求項２に記載のエンジンの制御装置。

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