(57)【要約】【課題】ＮＯｘの排出量を適切に制御しつつエンジン性能を良好にできるエンジンの制御装置を提供する。【解決手段】気筒２内の混合気に点火する点火手段１６と、気筒２内の空燃比を変更可能な空燃比変更手段１５と、排気中のＮＯｘの濃度を検出するＮＯｘセンサＳＮ１３と、点火手段１６および空燃比変更手段１５を制御する制御手段１００とを備え、制御手段１００は、気筒２内の混合気の燃焼状態に基づいて基本点火時期を補正して点火手段１６の点火時期を設定し、ＮＯｘセンサＳＮ１３の検出値に基づいて気筒２内の空燃比が変更されるように空燃比変更手段１５を制御し、点火時期を基本点火時期から遅角側の時期に補正するときは、ＮＯｘセンサＳＮ１３の検出値に基づいて気筒２内の空燃比をリッチ側に変更する制御を中断する。【選択図】図１０
2020070770.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
気筒が形成されたエンジン本体と、当該エンジン本体から排出された排気ガスが流通する排気通路とを備えるエンジンの制御装置であって、
前記気筒内の混合気に点火する点火手段と、
前記気筒内の空燃比を変更可能な空燃比変更手段と、
前記排気通路に配設されて、排気中のＮＯｘの濃度を検出するＮＯｘセンサと、
前記点火手段および前記空燃比変更手段を制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、
予め設定された基本点火時期または前記気筒内の混合気の燃焼状態に基づいて前記基本点火時期が補正された後の点火時期において点火が行われるように前記点火手段を制御する第１の制御と、
前記ＮＯｘセンサにより検出されるＮＯｘ濃度が所定の目標値に収まるように前記空燃比変更手段を制御する第２の制御とを実行可能であり、且つ、
前記第１の制御により前記点火時期が前記基本点火時期よりも遅角側に補正されている場合には、前記ＮＯｘセンサで検出されたＮＯｘの濃度が前記第２の制御によって前記気筒内の空燃比がリッチ側に補正されるような濃度であっても、当該リッチ側への補正を停止する、ことを特徴とするエンジンの制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載のエンジンの制御装置において、
前記制御手段は、前記第１の制御により前記点火時期が前記基本点火時期よりも進角側に補正されている場合には、前記ＮＯｘセンサで検出されたＮＯｘの濃度が前記第２の制御によって前記気筒内の空燃比がリーン側に補正されるような濃度であっても、当該リーン側への補正を停止する、ことを特徴とするエンジンの制御装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載のエンジンの制御装置において、
前記基本点火時期は、前記気筒内の発熱量の総量の５０％の発熱が生じたときの時期である燃焼重心時期が予め設定された時期になるように設定されている、ことを特徴とするエンジンの制御装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載のエンジンの制御装置において、
前記制御手段は、前記気筒内の混合気の一部を火花点火により強制的にＳＩ燃焼させた後に気筒内の残りの混合気を自着火によりＣＩ燃焼させる部分圧縮着火燃焼を実行可能であり、且つ、当該部分圧縮着火燃焼が実行される運転領域の少なくとも一部において前記第２の制御を実行する、ことを特徴とするエンジンの制御装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載のエンジンの制御装置において、
前記制御手段は、前記ＮＯｘセンサにより検出されたＮＯｘの濃度と前記目標値との偏差が大きい方が、前記気筒内の空燃比の変更量が大きくなるように、前記空燃比補正手段を制御する、ことを特徴とするエンジンの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気筒が形成されたエンジン本体と、エンジン本体から排出された排気が通過する排気通路と、排気通路に設けられた三元触媒とを備えるエンジンの制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、エンジンの排気通路に三元触媒を設けて、これにより排気を浄化することが行われている。具体的には、三元触媒は、通過する排気の空燃比が理論空燃比近傍のときにＣＯ、ＨＣ、ＮＯｘを同時に浄化することが可能な触媒であり、この三元触媒を排気通路に設けるとともに排気の空燃比を理論空燃比近傍にすることで、ＣＯ、ＨＣ、ＮＯｘを同時に浄化することが行われている。
【０００３】
例えば、引用文献１には、排気通路に三元触媒と排気の空燃比を検出可能な酸素センサと排気中のＮＯｘの濃度を検出可能なＮＯｘセンサとが設けられたエンジンであって、三元触媒の下流側の排気通路にＮＯｘセンサが配設されたものが開示されている。引用文献１のエンジンでは、三元触媒に流入する排気の空燃比が理論空燃比となるように、ＮＯｘセンサの検出結果に基づいて気筒内の空燃比を補正するように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−６８３４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
引用文献１のエンジンのように、ＮＯｘセンサの検出値に基づいて気筒内の空燃比を制御すれば、気筒内の空燃比をＮＯｘの排出量が所望の量となる空燃比に適切に制御できると考えられる。ただし、単に、ＮＯｘセンサの検出値に基づいて空燃比を制御した場合には、空燃比以外の要因でＮＯｘの排出量が変化したときにも空燃比が変更されてしまう。そのため、気筒内の燃焼状態ひいてはエンジン性能等が良好な範囲から逸脱してしまうおそれがある。
【０００６】
本発明は、前記のような事情に鑑みてなされたものであり、ＮＯｘの排出量を適切に制御しつつエンジン性能を良好に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。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するために、本発明は、気筒が形成されたエンジン本体と、当該エンジン本体から排出された排気ガスが流通する排気通路とを備えるエンジンの制御装置であって、前記気筒内の混合気に点火する点火手段と、前記気筒内の空燃比を変更可能な空燃比変更手段と、前記排気通路に配設されて、排気中のＮＯｘの濃度を検出するＮＯｘセンサと、前記点火手段および前記空燃比変更手段を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、予め設定された基本点火時期または前記気筒内の混合気の燃焼状態に基づいて前記基本点火時期が補正された後の点火時期において点火が行われるように前記点火手段を制御する第１の制御と、前記ＮＯｘセンサにより検出されるＮＯｘ濃度が所定の目標値に収まるように前記空燃比変更手段を制御する第２の制御とを実行可能であり、且つ、前記第１の制御により前記点火時期が前記基本点火時期よりも遅角側に補正されている場合には、前記ＮＯｘセンサで検出されたＮＯｘの濃度が前記第２の制御によって前記気筒内の空燃比がリッチ側に補正されるような濃度であっても、当該リッチ側への補正を停止する、ことを特徴とするエンジンの制御装置を提供する（請求項１）。
【０００８】
本発明では、ＮＯｘセンサの検出値つまりＮＯｘセンサによって検出された実際の排気のＮＯｘ濃度に基づいて気筒内の空燃比が変更される。そのため、気筒内の空燃比を排気のＮＯｘ濃度が所望の濃度となるような空燃比にして、エンジンから排出されるＮＯｘの量を適切な量にすることができる。また、気筒内の混合気の燃焼状態に基づいて点火時期が補正されるようになっていることで、混合気の燃焼状態を適切な状態として燃焼騒音の悪化や燃焼が不安定になるのを抑制することができる。例えば、燃焼騒音が悪化しやすい燃焼状態のときは点火時期を遅角することで燃焼騒音の悪化を抑制できる。また、燃焼が不安定になりやすい燃焼状態のときは点火時期を進角することで燃焼を安定化させることができる。
【０００９】
ただし、これら空燃比の制御と点火時期の制御とを単純に実施すると燃焼状態が適切な状態に維持されないおそれおよび燃費性能が悪化するおそれがある。具体的には、混合気の燃焼状態に基づいて、混合気の燃焼を緩慢にするべく点火時期が遅角側に変更されると、燃焼温度が低下する結果、気筒内でのＮＯｘの生成量および排気のＮＯｘ濃度が低下する。これによって排気のＮＯｘ濃度が目標値を下回ると、前記の空燃比の制御によって、気筒内の空燃比は、ＮＯｘ濃度が増大する側、つまり、低い側（リッチ側）に補正される。気筒内の空燃比がリッチ側（低い側）に補正されると燃費性能が悪化してしまう。また、気筒の空燃比が低くなると燃焼は促進される。そのため、燃焼を緩慢にするべく点火時期を遅角側に補正したにも関わらず、気筒の空燃比が低くされることで燃焼が促進されてしまい、燃焼状態を適切な状態に維持できなくなるおそれがある。
【００１０】
これに対して、本発明では、点火時期が遅角側の時期に補正されるときは、排気のＮＯｘ濃度が空燃比をリッチ側に補正すべき濃度であっても、空燃比のリッチ側への補正が停止されるように構成されている。そのため、前記のようにＮＯｘの排出量を適切な量にし、かつ、混合気の燃焼状態を適切な状態としつつ、燃費性能が悪化するのを抑制できる。なお、ここでいう補正の停止とは、空燃比をさらにリッチ側に補正するのを停止することであり、既に空燃比が補正されている場合はその補正は維持される。つまり、この補正の停止とは、補正が中断されて補正量の更新が停止されることをいう。
【００１１】
前記構成において、好ましくは、前記制御手段は、前記第１の制御により前記点火時期が前記基本点火時期よりも進角側に補正されている場合には、前記ＮＯｘセンサで検出されたＮＯｘの濃度が前記第２の制御によって前記気筒内の空燃比がリーン側に補正されるような濃度であっても、当該リーン側への補正を停止する（請求項２）。
【００１２】
この構成によれば、混合気の燃焼状態に基づいて、混合気の燃焼を促進するべく点火時期が進角側に変更されたにも関わらず、ＮＯｘの濃度に基づいて気筒内の空燃比がリーン側（高い側）であって混合気の燃焼が緩慢になる側に補正されるのを防止でき、燃焼状態をより確実に適切な状態に維持することができる。
【００１３】
前記基本点火時期としては、前記気筒内の発熱量の総量の５０％の発熱が生じたときの時期である燃焼重心時期が予め設定された時期になるように設定されるものが挙げられる（請求項３）。
【００１４】
前記構成において、好ましくは、前記制御手段は、前記気筒内の混合気の一部を火花点火により強制的にＳＩ燃焼させた後に気筒内の残りの混合気を自着火によりＣＩ燃焼させる部分圧縮着火燃焼を実行可能であり、且つ、当該部分圧縮着火燃焼が実行される運転領域の少なくとも一部において前記第２の制御を実行する（請求項４）。
【００１５】
この構成によれば、少なくとも一部の運転領域において、空燃比および点火時期の制御によって、エンジンから排出されるＮＯｘの量を適切な量にし、且つ、適切な部分圧縮着火燃焼を実現しつつ、前記のように燃費性能の悪化を抑制できる。
【００１６】
前記構成において、好ましくは、前記制御手段は、前記ＮＯｘセンサにより検出されたＮＯｘの濃度と前記目標値との偏差が大きい方が、前記気筒内の空燃比の変更量が大きくなるように、前記空燃比補正手段を制御する（請求項５）。
【００１７】
この構成によれば、ＮＯｘ濃度をより早期に且つ確実に目標値にすることができる。
【発明の効果】
【００１８】
以上説明したように、本発明のエンジンの制御装置によればＮＯｘの排出量を適切に制御しつつエンジン性能を良好にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施形態にかかるエンジンの全体構成を概略的に示すシステム図である。
【図２】リニアＡ／ＦセンサおよびλＯ２センサの各出力値と空燃比との関係を示したグラフである。
【図３】エンジンの制御系統を示すブロック図である。
【図４】エンジンの運転領域を燃焼形態の相違により区分けしたマップ図である。
【図５】ＳＰＣＣＩ燃焼（部分圧縮着火燃焼）時の熱発生率の波形を示すグラフである。
【図６】点火時期の補正の手順を示すフローチャートである。
【図７】点火時期の補正制御と空燃比の補正制御とを同時に行ったときの問題点を説明するための図である。
【図８】点火時期の補正制御と空燃比の補正制御とを同時に行ったときの問題点を説明するための図である。
【図９】目標空燃比の補正の手順の一部を示すフローチャートである。
【図１０】目標空燃比の補正の手順の一部を示すフローチャートである。
【図１１】空燃比の補正の手順を示すフローチャートである。
【図１２】本実施形態の作用効果を説明するための比較例に係るタイムチャートである。
【図１３】本実施形態の作用効果を説明するためのタイムチャートである。
【図１４】本実施形態の作用効果を説明するためのタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
（１）エンジンの全体構成
図１は、本発明の空燃比制御装置が適用されたエンジンの好ましい実施形態を示す図である。本図に示されるエンジンは、走行用の動力源として車両に搭載された４サイクルのガソリン直噴エンジンであり、エンジン本体１と、エンジン本体１に導入される吸気が流通する吸気通路３０と、エンジン本体１から排出される排気が流通する排気通路４０と、排気通路４０を流通する排気の一部を吸気通路３０に還流するＥＧＲ装置５０を備えている。
【００２１】
エンジン本体１は、気筒２が内部に形成されたシリンダブロック３と、気筒２を上から閉塞するようにシリンダブロック３の上面に取り付けられたシリンダヘッド４と、気筒２にそれぞれ往復摺動可能に挿入されたピストン５とを有している。エンジン本体１は、典型的には複数の気筒（例えば、図１の紙面と直交する方向に並ぶ４つの気筒）を有する多気筒型のものであるが、ここでは簡略化のため、１つの気筒２のみに着目して説明を進める。
【００２２】
ピストン５の上方には燃焼室６が画成されており、この燃焼室６には、ガソリンを主成分とする燃料が、後述するインジェクタ１５からの噴射によって供給される。そして、供給された燃料が燃焼室６で空気と混合されつつ燃焼し、その燃焼による膨張力で押し下げられたピストン５が上下方向に往復運動する。なお、燃焼室６に噴射される燃料には、主成分としてガソリンを含有したものが用いられる。この燃料には、ガソリンに加えてバイオエタノール等の副成分が含まれてもよい。以下、適宜、インジェクタ１５から噴射される燃料の量を単に噴射量という。
【００２３】
ピストン５の下方には、エンジン本体１の出力軸であるクランク軸７が設けられている。クランク軸７は、ピストン５とコネクティングロッド８を介して連結され、ピストン５の往復運動（上下運動）に応じて中心軸回りに回転駆動される。
【００２４】
気筒２の幾何学的圧縮比、つまりピストン５が上死点にあるときの燃焼室６の容積とピストン５が下死点にあるときの燃焼室の容積との比は、後述するＳＰＣＣＩ燃焼（部分圧縮着火燃焼）に好適な値として、１３以上３０以下に設定される。より詳しくは、気筒２の幾何学的圧縮比は、オクタン価が９１程度のガソリン燃料を使用するレギュラー仕様の場合に１４以上１７以下に設定し、オクタン価が９６程度のガソリン燃料を使用するハイオク仕様の場合に１５以上１８以下に設定するのが好ましい。
【００２５】
シリンダブロック３には、クランク軸７の回転角度（クランク角）およびクランク軸７の回転速度（エンジン回転速度）を検出するクランク角センサＳＮ１が設けられている。また、シリンダブロック３には、シリンダブロック３の内側を流通する冷却水の温度であるエンジン水温を検出する水温センサＳＮ１０が設けられている。
【００２６】
シリンダヘッド４には、燃焼室６に開口する吸気ポート９および排気ポート１０と、吸気ポート９を開閉する吸気弁１１と、排気ポート１０を開閉する排気弁１２とが設けられている。なお、当実施形態のエンジンのバルブ形式は、吸気２バルブ×排気２バルブの４バルブ形式であり、吸気ポート９、排気ポート１０、吸気弁１１および排気弁１２は、１つの気筒２についてそれぞれ２つずつ設けられている。図示は省略するが、本実施形態では、１つの気筒２に接続された２つの吸気ポート９のうちの一方に、開閉可能なスワール弁（不図示）が設けられており、気筒２内のスワール流（気筒軸線の回りを旋回する旋回流）の強さが変更されるようになっている。
【００２７】
吸気弁１１および排気弁１２は、シリンダヘッド４に配設された一対のカム軸等を含む動弁機構１３，１４により、クランク軸７の回転に連動して開閉駆動される。
【００２８】
吸気弁１１用の動弁機構１３には、吸気弁１１の少なくとも開時期を変更可能な吸気ＶＶＴ１３ａが内蔵されている。同様に、排気弁１２用の動弁機構１４には、排気弁１２の少なくとも閉時期を変更可能な排気ＶＶＴ１４ａが内蔵されている。これら吸気ＶＶＴ１３ａおよび排気ＶＶＴ１４ａの制御により、当実施形態では、吸気弁１１および排気弁１２の双方が排気上死点を跨いで開弁するバルブオーバーラップ期間を調整することが可能であり、また、このバルブオーバーラップ期間の調整により、燃焼室６に残留する既燃ガス（内部ＥＧＲガス）の量を調整することが可能である。なお、吸気ＶＶＴ１３ａ（排気ＶＶＴ１４ａ）は、吸気弁１１（排気弁１２）の開時期（閉時期）を固定したまま閉時期（開時期）のみを変更するタイプの可変機構であってもよいし、吸気弁１１（排気弁１２）の開時期および閉時期を同時に変更する位相式の可変機構であってもよい。
【００２９】
シリンダヘッド４には、燃焼室６に燃料（主にガソリン）を噴射するインジェクタ１５と、インジェクタ１５から燃焼室６に噴射された燃料と燃焼室６に導入された空気との混合気に点火する点火プラグ１６とが設けられている。シリンダヘッド４には、さらに、燃焼室６の圧力である筒内圧を検出する筒内圧センサＳＮ２が設けられている。この点火プラグ１６は、請求項の「点火手段」に相当する。
【００３０】
インジェクタ１５は、その先端部に複数の噴孔を有した多噴孔型のインジェクタであり、当該複数の噴孔から放射状に燃料を噴射することが可能である。インジェクタ１５は、その先端部がピストン５の冠面の中心部と対向するように設けられている。なお、図示は省略するが、本実施形態では、ピストン５の冠面に、その中央部を含む比較的広い領域をシリンダヘッド４とは反対側（下方）に凹陥させたキャビティが形成されている。
【００３１】
点火プラグ１６は、インジェクタ１５に対し吸気側に幾分ずれた位置に配置されている。
【００３２】
吸気通路３０は、吸気ポート９と連通するようにシリンダヘッド４の一側面に接続されている。吸気通路３０の上流端から取り込まれた空気（新気）は、吸気通路３０および吸気ポート９を通じて燃焼室６に導入される。
【００３３】
吸気通路３０には、その上流側から順に、吸気中の異物を除去するエアクリーナ３１と、吸気の流量を調整する開閉可能なスロットル弁３２と、吸気を圧縮しつつ送り出す過給機３３と、過給機３３により圧縮された吸気を冷却するインタークーラ３５と、サージタンク３６とが設けられている。
【００３４】
吸気通路３０の各部には、吸気の流量を検出するエアフローセンサＳＮ３と、吸気の温度を検出する第１・第２吸気温センサＳＮ４，ＳＮ６と、吸気の圧力を検出する第１・第２吸気圧センサＳＮ５，ＳＮ７とが設けられている。エアフローセンサＳＮ３および第１吸気温センサＳＮ４は、吸気通路３０におけるエアクリーナ３１とスロットル弁３２との間の部分に設けられ、当該部分を通過する吸気の流量および温度を検出する。第１吸気圧センサＳＮ５は、吸気通路３０におけるスロットル弁３２と過給機３３との間（後述するＥＧＲ通路５１の接続口よりも下流側）の部分に設けられ、当該部分を通過する吸気の圧力を検出する。第２吸気温センサＳＮ６は、吸気通路３０における過給機３３とインタークーラ３５との間の部分に設けられ、当該部分を通過する吸気の温度を検出する。第２吸気圧センサＳＮ７は、サージタンク３６に設けられ、当該サージタンク３６内の吸気の圧力を検出する。
【００３５】
過給機３３は、エンジン本体１と機械的に連係された機械式の過給機（スーパーチャージャ）である。過給機３３の具体的な形式は特に問わないが、例えばリショルム式、ルーツ式、または遠心式といった公知の過給機のいずれかを過給機３３として用いることができる。過給機３３とエンジン本体１との間には、締結と解放を電気的に切り替えることが可能な電磁クラッチ３４が介設されている。電磁クラッチ３４が締結されると、エンジン本体１から過給機３３に駆動力が伝達されて、過給機３３による過給が行われる。一方、電磁クラッチ３４が解放されると、上記駆動力の伝達が遮断されて、過給機３３による過給が停止される。
【００３６】
吸気通路３０には、過給機３３をバイパスするためのバイパス通路３８が設けられている。バイパス通路３８は、サージタンク３６と後述するＥＧＲ通路５１とを互いに接続している。バイパス通路３８には開閉可能なバイパス弁３９が設けられている。バイパス弁３９は、サージタンク３６に導入される吸気の圧力つまり過給圧を調整するための弁である。例えば、バイパス弁３９の開度が大きくなるほど、バイパス通路３８を通じて過給機３３の上流側に逆流する吸気の流量が多くなる結果、過給圧は低くなる。
【００３７】
排気通路４０は、排気ポート１０と連通するようにシリンダヘッド４の他側面に接続されている。燃焼室６で生成された既燃ガス（排気）は、排気ポート１０および排気通路４０を通じて外部に排出される。
【００３８】
排気通路４０には触媒コンバータ４１が設けられている。触媒コンバータ４１には、三元触媒４１ａと、ＧＰＦ（ガソリン・パティキュレート・フィルタ）４１ｂとが、この順で上流側から内蔵されている。
【００３９】
三元触媒４１ａは、排気通路４０を流通する排気に含まれる有害成分（ＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘ）を浄化するためのものである。具体的には、三元触媒４１ａは、これを通過する排気の空燃比が理論空燃比近傍のときおよび理論空燃比よりも高い（リーンである）ときに、ＨＣ、ＣＯを高い浄化率で浄化（酸化）し、排気の空燃比が理論空燃比近傍のときおよび理論空燃比よりも低い（リッチである）ときに、ＮＯｘを高い浄化率で浄化（還元）する。ＧＰＦ４１ｂは、排気中に含まれる粒子状物質（ＰＭ）を捕集するためのものである。
【００４０】
排気通路４０の各部には、排気の空燃比をそれぞれ検出するリニアＡ／ＦセンサＳＮ１１およびλＯ２センサＳＮ１２と、排気に含まれるＮＯｘの濃度を検出するＮＯｘセンサＳＮ１３とが設けられている。
【００４１】
リニアＡ／ＦセンサＳＮ１１は、排気通路４０のうち触媒コンバータ４１よりも上流側の部分に設けられており、触媒コンバータ４１に流入する排気の空燃比を検出する。λＯ２センサＳＮ１２は、排気通路４０のうち三元触媒４１ａよりも下流側且つＧＰＦ４１ｂよりも上流側の部分に設けられており、触媒コンバータ４１の三元触媒４１ａとＧＰＦ４１ｂとの間の部分に取り付けられている。λＯ２センサＳＮ１２は、三元触媒４１ａを通過した後の排気の空燃比を検出する。ＮＯｘセンサＳＮ１３は、排気通路４０のうち触媒コンバータ４１よりも下流側の部分に設けられており、触媒コンバータ４１から流出した排気のＮＯｘ濃度を検出する。具体的には、ＮＯｘセンサＳＮ１３は、触媒コンバータ４１の直下流側であって排気通路４０のうち後述するＥＧＲ通路５１が接続される部分よりも上流側の部分に設けられている。
【００４２】
リニアＡ／ＦセンサＳＮ１１は、いわゆる全領域型のＡ／Ｆセンサであり、広い範囲にわたって空燃比に略比例した値を出力する。λＯ２センサＳＮ１２は、いわゆるＯ２センサであり、理論空燃比近傍でのみ空燃比に応じた値を出力する。これらのセンサは、周知であり、その詳細な構造の説明は省略する。
【００４３】
これらリニアＡ／ＦセンサＳＮ１１とλＯ２センサＳＮ１２の出力値と空燃比との関係について図２を用いて簡単に説明する。図２は、これらセンサＳＮ１１、ＳＮ１２の出力値（出力電圧）と空燃比との関係を示したグラフである。図２において、実線は、リニアＡ／ＦセンサＳＮ１１の出力値を示し破線は、λＯ２センサＳＮ１２の出力値を示している。
【００４４】
図２の実線に示すように、空燃比が理論空燃比よりも十分に低い第１空燃比ｍｉｎ１から理論空燃比よりも十分に高い第２空燃比ｍａｘ１の広い範囲にわたって、リニアＡ／ＦセンサＳＮ１１の出力値は空燃比に応じて変化するようになっている。リニアＡ／センサＳＮ１１の出力値は、概ね空燃比に比例して変化する。
【００４５】
一方、図２の破線に示すように、λＯ２センサＳＮ１２の出力値は、空燃比が理論空燃比よりもわずかに低い第３空燃比ｍｉｎ２から理論空燃比よりもわずかに高い第４空燃比ｍａｘ２までの間では空燃比に応じて変化するものの、この範囲を外れると空燃比に対してほとんど変化しないようになっている。このように、λＯ２センサＳＮ１２により検出可能な空燃比の範囲は、理論空燃比近傍に限られており、リニアＡ／ＦセンサＳＮ１１より検出可能な空燃比の範囲よりも狭くなっている。これより、理論空燃比近傍から外れた領域では、λＯ２センサＳＮ１２による空燃比の検出精度は、リニアＡ／ＦセンサＳＮ１１の検出精度よりも低くなる。ただし、図２の破線と実線の比較から明らかなように、理論空燃比近傍におけるλＯ２センサＳＮ１２の出力値の空燃比に対する変化量は、リニアＡ／ＦセンサＳＮ１１の出力値の空燃比に対する変化量よりも大きい。そのため、理論空燃比近傍での空燃比の検出精度は、λＯ２センサＳＮ１２の方がリニアＡ／ＦセンサＳＮ１１よりも高くなる。
【００４６】
ＥＧＲ装置５０は、排気通路４０と吸気通路３０とを接続するＥＧＲ通路５１と、ＥＧＲ通路５１に設けられたＥＧＲクーラ５２およびＥＧＲ弁５３とを有している。ＥＧＲ通路５１は、排気通路４０における触媒コンバータ４１よりも下流側の部分と、吸気通路３０におけるスロットル弁３２と過給機３３との間の部分とを互いに接続している。ＥＧＲクーラ５２は、ＥＧＲ通路５１を通じて排気通路４０から吸気通路３０に還流される排気（外部ＥＧＲガス）を熱交換により冷却する。ＥＧＲ弁５３は、ＥＧＲクーラ５２よりも下流側（吸気通路３０に近い側）のＥＧＲ通路５１に開閉可能に設けられ、ＥＧＲ通路５１を流通する排気の流量を調整する。
【００４７】
ＥＧＲ通路５１には、ＥＧＲ弁５３の上流側の圧力と下流側の圧力との差を検出するための差圧センサＳＮ８が設けられている。
【００４８】
（２）制御系統
図３は、エンジンの制御系統を示すブロック図である。本図に示されるＥＣＵ１００は、エンジンを統括的に制御するためのマイクロプロセッサであり、周知のＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等から構成されている。
【００４９】
ＥＣＵ１００には各種センサによる検出信号が入力される。例えば、ＥＣＵ１００は、前述したクランク角センサＳＮ１、筒内圧センサＳＮ２、エアフローセンサＳＮ３、第１・第２吸気温センサＳＮ４，ＳＮ６、第１・第２吸気圧センサＳＮ５，ＳＮ７、差圧センサＳＮ８、水温センサＳＮ１０、リニアＡ／ＦセンサＳＮ１１、λＯ２センサＳＮ１２およびＮＯｘセンサＳＮ１３と電気的に接続されており、これらのセンサによって検出された情報（つまりクランク角、エンジン回転速度、筒内圧、吸気流量、吸気温、吸気圧、ＥＧＲ弁５３の前後差圧等）、排気の空燃比、排気のＮＯｘ濃度がＥＣＵ１００に逐次入力されるようになっている。また、車両には、当該車両を運転するドライバーにより操作されるアクセルペダルの開度を検出するアクセルセンサＳＮ９が設けられており、このアクセルセンサＳＮ９による検出信号もＥＣＵ１００に入力される。
【００５０】
ＥＣＵ１００は、上記各センサからの入力信号に基づいて種々の判定や演算等を実行しつつエンジンの各部を制御する。すなわち、ＥＣＵ１００は、吸気ＶＶＴ１３ａ、排気ＶＶＴ１４ａ、インジェクタ１５、点火プラグ１６、スロットル弁３２、電磁クラッチ３４、バイパス弁３９、およびＥＧＲ弁５３等と電気的に接続されており、前記演算の結果等に基づいてこれらの機器にそれぞれ制御用の信号を出力する。このＥＣＵ１００は、請求項の「制御手段」に相当する。ＥＣＵ１００は、機能的に、運転領域判定部１０１と、空燃比制御部１０２と、点火時期制御部１０３とを含む。
【００５１】
（３）燃焼制御
図４は、エンジンの回転速度／負荷に応じた制御の相違を説明するためのマップ図である。本図に示すように、エンジンの運転領域は、３つの運転領域Ａ１〜Ａ３に大別される。それぞれ第１運転領域Ａ１、第２運転領域Ａ２、第３運転領域Ａ３とすると、第１運転領域Ａ１は、回転速度および負荷の双方が低い低速・低負荷の領域であり、第２運転領域Ａ２は、回転速度が低くかつ負荷が高い低速・高負荷の領域であり、第３運転領域Ａ３は、回転速度が高い高速領域である。ＥＣＵ１００は、クランク角センサＳＮ１により検出されるエンジン回転速度およびエンジン負荷に基づいて、現在の運転ポイントが第１〜第３運転領域Ａ１〜Ａ３のいずれに含まれるかを判定し、以下に説明する制御を実施する。運転領域の判定は、運転領域判定部１０１によって実施される。なお、ＥＣＵ１００は、アクセルセンサＳＮ９により検出されたアクセルペダルの開度、エンジン回転速度等に基づいてエンジン負荷を算出する。
【００５２】
（３−１）第１運転領域Ａ１および第２運転領域Ａ２
第１運転領域Ａ１および第２運転領域Ａ２では、ＳＩ燃焼とＣＩ燃焼とをミックスした部分圧縮着火燃焼（以下、これをＳＰＣＣＩ燃焼という）が実行される。なお、ＳＰＣＣＩ燃焼における「ＳＰＣＣＩ」とは、「Ｓｐａｒｋ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ  Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ  Ｉｇｎｉｔｉｏｎ」の略である。
【００５３】
ＳＩ燃焼とは、点火プラグ１６により混合気に点火し、その点火点から周囲へと燃焼領域を拡げていく火炎伝播により混合気を強制的に燃焼させる形態のことであり、ＣＩ燃焼とは、ピストン５の圧縮により高温・高圧化された環境下で混合気を自着火により燃焼させる形態のことである。そして、これらＳＩ燃焼とＣＩ燃焼とをミックスしたＳＰＣＣＩ燃焼とは、混合気が自着火する寸前の環境下で行われる火花点火により燃焼室６内の混合気の一部をＳＩ燃焼させ、当該ＳＩ燃焼の後に（ＳＩ燃焼に伴うさらなる高温・高圧化により）燃焼室６内の残りの混合気を自着火によりＣＩ燃焼させる、という燃焼形態のことである。
【００５４】
図５は、ＳＰＣＣＩ燃焼が起きたときのクランク角に対する熱発生率（Ｊ／ｄｅｇ）の変化を示したグラフである。ＳＰＣＣＩ燃焼では、ＳＩ燃焼時の熱発生がＣＩ燃焼時の熱発生よりも穏やかになる。例えば、ＳＰＣＣＩ燃焼が行われたときの熱発生率の波形は、図５に示すように、立ち上がりの傾きが相対的に小さくなる。また、燃焼室６における圧力変動（つまりｄＰ／ｄθ：Ｐは筒内圧  θはクランク角度）も、ＳＩ燃焼時はＣＩ燃焼時よりも穏やかになる。言い換えると、ＳＰＣＣＩ燃焼時の熱発生率の波形は、ＳＩ燃焼によって形成された相対的に立ち上がりの傾きが小さい第１熱発生率部（Ｑ１で示した部分）と、ＣＩ燃焼によって形成された相対的に立ち上がりの傾きが大きい第２熱発生部（Ｑ２で示した部分）とが、この順に連続するように形成される。
【００５５】
ＳＩ燃焼によって、燃焼室６内の温度および圧力が高まると、これに伴い未燃混合気が自着火し、ＣＩ燃焼が開始される。図５に例示するように、この自着火のタイミング（つまりＣＩ燃焼が開始するタイミング）で、熱発生率の波形の傾きが小から大へと変化する。すなわち、ＳＰＣＣＩ燃焼における熱発生率の波形は、ＣＩ燃焼が開始するタイミングθｃｉで現れる変曲点（図５のＸ）を有している。
【００５６】
ＣＩ燃焼の開始後は、ＳＩ燃焼とＣＩ燃焼とが並行して行われる。ＣＩ燃焼は、ＳＩ燃焼よりも熱発生が大きいため、熱発生率は相対的に大きくなる。ただし、ＣＩ燃焼は、圧縮上死点の後に行われるため、熱発生率の波形の傾きが過大になることはない。すなわち、圧縮上死点を過ぎるとピストン５の下降によりモータリング圧力が低下するので、このことが熱発生率の上昇を抑制する結果、ＣＩ燃焼時のｄｐ／ｄθが過大になることが回避される。このように、ＳＰＣＣＩ燃焼では、ＳＩ燃焼の後にＣＩ燃焼が行われるという性質上、燃焼騒音の指標となるｄｐ／ｄθが過大になり難く、単純なＣＩ燃焼（全ての燃料をＣＩ燃焼させた場合）に比べて燃焼騒音を抑制することができる。
【００５７】
ＣＩ燃焼の終了に伴いＳＰＣＣＩ燃焼も終了する。ＣＩ燃焼はＳＩ燃焼に比べて燃焼速度が速いので、単純なＳＩ燃焼（全ての燃料をＳＩ燃焼させた場合）に比べて燃焼終了時期を早めることができる。言い換えると、ＳＰＣＣＩ燃焼では、燃焼終了時期を膨張行程内において圧縮上死点に近づけることができる。これにより、ＳＰＣＣＩ燃焼では、単純なＳＩ燃焼に比べて燃費性能を向上させることができる。
【００５８】
（第１運転領域）
ＳＰＣＣＩ燃焼が行われる領域のうち負荷の低い第１運転領域Ａ１では、燃費性能を高めるために、燃焼室６内の空燃比（Ａ／Ｆ）が理論空燃比よりも高く（リーンに）される。つまり、インジェクタ１５は、燃焼室６内の空燃比（Ａ／Ｆ）が理論空燃比よりも高くなる量の燃料を燃焼室６に噴射する。ここで、燃焼室６内の空燃比を理論空燃比よりも高くすると、三元触媒４１ａでＮＯｘを十分に浄化できなくなる。そこで、第１運転領域Ａ１では、燃焼室６内で生成されるＮＯｘであるｒａｗＮＯｘの量が十分に小さくなる程度にまで燃焼室６内の空燃比を高くする。すなわち、燃焼室６内の空燃比が十分に高いときは、燃焼室６内の温度が低く抑えられることで生成されるＮＯｘの量は少なくなる。本実施形態では、第１運転領域Ａ１において燃焼室６内の空燃比を３０程度にする。この空燃比の制御の詳細については後述する。
【００５９】
なお、図４のλは空気過剰率を表しており、空気過剰率λ＝１は燃焼室６内の空燃比が理論空燃比であることを意味し、空気過剰率λ＞１は燃焼室６内の空燃比が理論空燃比よりも高いことを意味している。
【００６０】
また、第１運転領域Ａ１では、ＳＰＣＣＩ燃焼が実現されるようにＥＣＵ１００によってエンジンの各部が次のように制御される。
【００６１】
インジェクタ１５は、１サイクル中に噴射すべき燃料の全量または大半を圧縮行程中に噴射する。例えば、第１運転領域Ａ１では、インジェクタ１５は、圧縮行程の中期から後期にかけた２回に分けて燃料を噴射する。点火プラグ１６は、圧縮上死点の近傍で混合気に点火する。この点火をきっかけにＳＰＣＣＩ燃焼が開始され、燃焼室６内の一部の混合気が火炎伝播により燃焼（ＳＩ燃焼）し、その後に残りの混合気が自着火により燃焼（ＣＩ燃焼）する。点火プラグ１６によって点火が行われる時期である点火時期の制御の詳細については後述する。
【００６２】
吸気ＶＶＴ１３ａおよび排気ＶＶＴ１４ａは、吸・排気弁１１，１２の双方が排気上死点を跨いで開弁されるバルブオーバーラップ期間が十分に形成されるようなタイミングに設定する。これにより、燃焼室６に既燃ガスを残留させる内部ＥＧＲが実現され、燃焼室６の温度（圧縮前の初期温度）が高められる。
【００６３】
スロットル弁３２は全開とされる。ＥＧＲ弁５３は所定の開度まで開弁され、燃焼室６内には排気通路４０内のガスが外部ＥＧＲガスとして導入される。第１運転領域Ａ１では、前記のように空燃比（Ａ／Ｆ）が理論空燃比よりもリーンに設定される上に、燃焼室６にＥＧＲガス（外部ＥＧＲガスおよび内部ＥＧＲガス）が導入されるので、燃焼室６内の全ガスと燃料との重量比であるガス空燃比（Ｇ／Ｆ）がリーンとなる。
【００６４】
スワール弁１８は全閉もしくは全閉に近い低開度まで閉じられる。これにより、燃焼室６内に強いスワール流が形成される。このスワール流は、吸気行程中に成長して、圧縮行程の途中まで残存する。このため、上記のように圧縮行程中に燃料を噴射した場合には、スワール流の作用によって燃料の成層化が実現される。すなわち、スワール流が存在する状況下で圧縮行程の中期以降に燃料が噴射されると、噴射された燃料は、スワール流が比較的弱い燃焼室６の中央部に集められる。これにより、燃焼室６の中央部の燃料濃度がその外側の領域（外周部）に比べて濃くなるという濃度差が生じ、燃料の成層化が実現される。
【００６５】
過給機３３は、第１運転領域Ａ１のうち回転速度が低い側ではＯＦＦ状態とされる。すなわち、電磁クラッチ３４が解放されて過給機３３とエンジン本体１との連結が解除されるとともに、バイパス弁３９が全開とされることにより、過給機３３による過給が停止される。一方、運転領域Ａ１のうち回転速度が高い側では、過給機３３はＯＮ状態とされる。すなわち、電磁クラッチ３４が締結されて過給機３３とエンジン本体１とが連結されることにより、過給機３３による過給が行われる。このとき、第２吸気圧センサＳＮ７により検出されるサージタンク３６内の圧力（過給圧）が、運転条件（回転速度／負荷）ごとに予め定められた目標圧力に一致するように、バイパス弁３９の開度が制御される。
【００６６】
（第２運転領域）
第２運転領域Ａ２は、第１運転領域Ａ１に比べてエンジン負荷が高く燃焼室６内に供給される燃料の量が多い領域である。そのため、第２運転領域Ａ２では、ｒａｗＮＯｘの量が十分に小さくなる程度にまで燃焼室６内の空燃比を高くするのが困難となる。そこで、第２運転領域Ａ２では、排気の空燃比すなわち燃焼室６内の空燃比を理論空燃比にし、三元触媒４１ａにてＮＯｘを浄化するようにする。つまり、第２運転領域Ａ２では、燃焼室６内の空燃比は基本的に理論空燃比とされる。前記と同様、この空燃比の制御の詳細については後述する。
【００６７】
また、第２運転領域Ａ２では、ＳＰＣＣＩ燃焼が実現されるようにＥＣＵ１００によってエンジンの各部が次のように制御される。
【００６８】
インジェクタ１５は、１サイクル中に噴射すべき燃料の一部を吸気行程中に噴射し、残りの燃料を圧縮行程中に噴射する。点火プラグ１６は、圧縮上死点の近傍で混合気に点火する。第２運転領域Ａ２でも、この点火をきっかけにＳＰＣＣＩ燃焼が開始され、燃焼室６内の一部の混合気が火炎伝播により燃焼（ＳＩ燃焼）し、その後に残りの混合気が自着火により燃焼（ＣＩ燃焼）する。前記と同様、点火プラグ１６によって点火が行われる時期である点火時期の制御の詳細については後述する。
【００６９】
吸気ＶＶＴ１３ａおよび排気ＶＶＴ１４ａは、第２運転領域Ａ２の低負荷側の一部においてのみ内部ＥＧＲが行われるように（言い換えると高負荷側では内部ＥＧＲが停止されるように）、吸気弁１１および排気弁１２のバルブタイミングを制御する。
【００７０】
スロットル弁３２は全開とされる。ＥＧＲ弁５３は、ＥＧＲ通路５１を通じて還流される排気（外部ＥＧＲガス）の量が高負荷側ほど少なくなるように制御される。エンジンの最高負荷の近傍では、ＥＧＲ弁５３は全閉とされて、外部ＥＧＲガスの量はほぼゼロとされる。これに伴い、第２運転領域Ａ２でも、燃焼室６内のガス空燃比（Ｇ／Ｆ）は、エンジンの最高負荷の近傍を除いていずれもリーンとされる。
【００７１】
スワール弁１８は、全閉／全開を除いた適宜の中間開度まで開かれ、その開度は、負荷が高いほど大きくされる。
【００７２】
過給機３３は、第２運転領域Ａ２のうち回転速度および負荷がともに低い領域では、ＯＦＦ状態される。一方、第２運転領域Ａ２のその他の領域では、過給機３３はＯＮ状態とされる。
【００７３】
（３−２）第３運転領域
第１、第２運転領域Ａ１、Ａ２よりも高速側の第３運転領域Ａ３では、比較的オーソドックスなＳＩ燃焼が実行される。このＳＩ燃焼の実現のために、第３運転領域Ａ３では、ＥＣＵ１００によってエンジンの各部が次のように制御される。
【００７４】
インジェクタ１５は、少なくとも吸気行程と重複する所定の期間にわたって噴射を噴射する。点火プラグ１６は、圧縮上死点の近傍で混合気に点火する。第３運転領域Ａ３では、この点火をきっかけにＳＩ燃焼が開始され、燃焼室６内の混合気の全てが火炎伝播により燃焼する。
【００７５】
過給機３３はＯＮ状態とされる。スロットル弁３２は全開とされる。ＥＧＲ弁５３は、燃焼室６内の空燃比（Ａ／Ｆ）が理論空燃比もしくはこれよりややリッチとなるように、その開度が制御される。一方、燃焼室６内のガス空燃比（Ｇ／Ｆ）は、エンジンの最高負荷の近傍を除いていずれもリーンとされる。スワール弁１８は全開とされる。
【００７６】
（４）点火時期制御
第１運転領域Ａ１および第２運転領域Ａ２つまりＳＰＣＣＩ燃焼が実施される領域で行われる点火時期の制御の詳細について説明する。点火時期の制御は、点火時期制御部１０３で実施される。本実施形態では、これら運転領域Ａ１、Ａ２において、燃焼騒音および燃焼安定性の観点から燃焼重心時期の目標値が設定され、この目標値が実現されるように点火時期が制御される。燃焼重心時期は、燃焼室６内で生じた熱発生量が、１燃焼サイクルに燃焼室６内で生じるトータルの熱発生量の５０％となる時期である。なお、請求項の「第１の制御」は、ここで説明する点火時期の制御に相当する。
【００７７】
図６のフローチャートを用いて具体的に説明する。
【００７８】
まず、ステップＳ１にて、ＥＣＵ１００（点火時期制御部１０３）は、筒内圧センサＳＮ２で検出された筒内圧や、クランク角センサＳＮ１で検出されたエンジン回転速度等を読み込む。
【００７９】
次に、ステップＳ２において、ＥＣＵ１００は、点火時期の基本的な値である基本点火時期を設定する。本実施形態では、エンジン回転速度とエンジン負荷とについて基本点火時期が予め設定されて、ＥＣＵ１００にマップで記憶されている。ＥＣＵ１００は、このマップから現在のエンジン回転速度とエンジン負荷とに対応する値を抽出して、基本点火時期に設定する。
【００８０】
次に、ステップＳ３において、ＥＣＵ１００は、１ないし数燃焼サイクル前の燃焼重心時期を算出する。以下、得られた燃焼重心時期を実燃焼重心時期という。具体的には、ＥＣＵ１００は、筒内圧およびエンジン回転速度等に基づいて各クランク角での熱発生率を演算し、この熱発生率を積分していく。そして、熱発生率を１燃焼サイクル分積分した値を１燃焼サイクルあたりの総熱発生量として算出するとともに、熱発生率の積分値がこの総熱発生量の５０％の値となる時期を実燃焼重心時期として算出する。
【００８１】
次に、ステップＳ４において、ＥＣＵ１００は、燃焼重心時期の目標値である目標燃焼重心時期を設定する。ＥＣＵ１００は、予め設定された基本目標燃焼重心時期を、燃焼室６内の温度、圧力、ガス流動に関わるパラメータで補正して目標燃焼重心時期を設定する。
【００８２】
本実施形態では、エンジン回転速度とエンジン負荷とについて予め基本目標燃焼重心時期が設定されて、マップでＥＣＵ１００に記憶されており、ＥＣＵ１００は、このマップから現在のエンジン回転速度とエンジン負荷とに対応する値を抽出して、基本目標燃焼重心時期に設定する。この基本目標燃焼重心時期は、基本点火時期に対応しており、燃焼室６内の状態（温度、圧力、ガス流動の状態）が基本状態とされたときに基本点火時期で点火を行ったときの燃焼重心時期に設定されている。
【００８３】
また、ＥＣＵ１００は、ＥＧＲ弁５３の開度や、エアフローセンサＳＮ３で検出された吸気流量等に基づいて、燃焼室６内のガスの質量の総量に対するＥＧＲガス（既燃ガス）の質量の割合であるＥＧＲ率を算出する。そして、このＥＧＲ率や、水温センサＳＮ１０で検出されたエンジン水温、筒内圧、吸気弁１１および排気弁１２のバルブタイミング、スワール弁１８の開度等に基づいて、基本目標燃焼重心時期を補正する。詳細には、ＥＧＲ率が予め設定された値（前記の基本状態のときの値）よりも低い、エンジン水温、筒内圧が予め設定された値（基本状態のときの値）よりも高いとき等であって、混合気が燃焼しやすく、これに伴って、燃焼騒音が増大するとき（基本状態のときの燃焼騒音よりも大きくなるとき）は、燃焼騒音の増大を抑制するべく、基本目標燃焼重心時期よりも遅角側の時期を目標燃焼重心時期に設定する。また、ＥＧＲ率が予め設定された値よりも高い、エンジン水温および筒内圧が予め設定された値よりも低いとき等であって、燃焼安定性が悪化しやすいときは、適切なＳＰＣＣＩ燃焼が安定して実現されるように、基本目標燃焼重心時期よりも進角側の時期を目標燃焼重心時期に設定する。
【００８４】
次に、ステップＳ５において、ＥＣＵ１００は、ステップＳ４で設定した目標燃焼重心時期とステップＳ３で算出した実燃焼重心時期との偏差を算出する。次に、ステップＳ６において、ＥＣＵ１００は、ステップＳ４で算出した偏差に応じて点火時期の補正量を算出する。次に、ステップＳ７において、ＥＣＵ１００は、ステップＳ２で設定した基本点火時期をステップＳ４で算出した偏差で補正して、点火時期として点火プラグ１６に指令する最終的な点火時期を設定する。具体的には、実燃焼重心時期が目標燃焼重心時期よりも進角側であるときは基本点火時期を遅角側に補正し、実燃焼重心時期が目標燃焼重心時期よりも遅角側であるときは基本点火時期を進角側に補正する。本実施形態では、この遅角量および進角量すなわちステップＳ６で算出される補正量は、ステップＳ５で算出した目標燃焼重心時期と実燃焼重心時期との偏差が大きいほど、大きい値とされる。
【００８５】
（５）空燃比制御
第１運転領域Ａ１および第２運転領域Ａ２つまりＳＰＣＣＩ燃焼が実施される領域で行われる空燃比の制御の詳細について説明する。この空燃比の制御は、空燃比制御部１０２で実施される。空燃比制御部１０２は、機能的に、基本目標空燃比設定部１１１と、目標空燃比補正部１１２と、空燃比補正部１１３とを含む。
【００８６】
基本目標空燃比設定部１１１は、燃焼室６内の空燃比の目標値である目標空燃比の基本的な値を設定する。以下、適宜、この目標空燃比の基本的な値を基本目標空燃比という。
【００８７】
目標空燃比補正部１１２は、基本目標空燃比設定部１１１で設定された基本目標空燃比を補正する。以下、適宜、目標空燃比補正部１１２により補正された後の目標空燃比を指令目標空燃比という。
【００８８】
空燃比補正部１１３は、燃焼室６内の空燃比が、指令目標空燃比となるように、リニアＡ／ＦセンサＳＮ１１の検出値に基づいて噴射量を補正する。このように、本実施形態では、噴射量の補正により燃焼室６内の空燃比が調整されるようになっており、インジェクタ１５が請求項の「空燃比変更手段」に相当する。
【００８９】
空燃比補正部１１３により実施される制御の詳細についてまず説明する。
【００９０】
空燃比補正部１１３は、燃焼室６とリニアＡ／ＦセンサＳＮ１１との距離やエアフローセンサＳＮ３により検出された吸気の流量等に基づいて、燃焼室６内の空燃比が仮に指令目標空燃比とされたとしたときにリニアＡ／ＦセンサＳＮ１１の位置で検出される排気の空燃比を算出する（以下、この算出値を目標排ガス空燃比という）。そして、空燃比補正部１１３は、リニアＡ／ＦセンサＳＮ１１で検出される排気の空燃比がこの目標排ガス空燃比となるように噴射量をフィードバック制御する。
【００９１】
具体的には、空燃比補正部１１３は、エアフローセンサＳＮ３により検出された吸気の流量等から燃焼室６内の空気の量を推定する。そして、この空気量と指令目標空燃比とから基本的な噴射量である基本噴射量を算出する。また、空燃比補正部１１３は、リニアＡ／ＦセンサＳＮ１１で検出された排気の空燃比（以下、第１実排ガス空燃比という）と、目標排ガス空燃比とを比較する。そして、第１実排ガス空燃比の方が目標排ガス空燃比よりも高い（リーンである）ときは噴射量が不足していたことになることから、空燃比補正部１１３は、第１実排ガス空燃比から目標排ガス空燃比を差し引いた値に対応する量だけ基本噴射量を増量補正して最終的な噴射量とする。一方、第１実排ガス空燃比の方が目標排ガス空燃比よりも低い（リッチである）ときは噴射量が過大であったことになることから、空燃比補正部１１３は、目標排ガス空燃比から第１実排ガス空燃比を差し引いた値に対応する量だけ基本噴射量を減量補正して最終的な噴射量とする。本実施形態では、噴射期間（インジェクタ１５の噴射パルスのパルス幅）を変更することで噴射量を補正する。
【００９２】
このように、本実施形態では、リニアＡ／ＦセンサＳＮ１１の検出値に基づいて、第１実排ガス空燃比が目標排ガス空燃比となるように、つまりは、燃焼室６内の空燃比が指令目標空燃比となるように、噴射量が補正される。
【００９３】
次に、基本目標空燃比設定部１１１および目標空燃比補正部１１２により実施される制御の詳細について説明する。これらの制御は、第１運転領域Ａ１と第２運転領域Ａ２とで異なっており、運転領域毎にこれらの制御の詳細について説明する。
【００９４】
なお、請求項の「第２の制御」は、この第１運転領域Ａ１で実施される実ＮＯｘ濃度に基づく燃焼室６内の空燃比の制御に相当する。
【００９５】
（第２運転領域Ａ２）
前記のように、第２運転領域Ａ２では、三元触媒４１ａによってＨＣ，ＣＯ，ＮＯｘが浄化されるように燃焼室６の空燃比は基本的に理論空燃比とされる。これより、基本目標空燃比設定部１１１は、運転領域判定部１０１によって第２運転領域Ａ２でエンジンが運転されていると判定されると、基本目標空燃比を理論空燃比に設定する。
【００９６】
ここで、仮に、この基本目標空燃比つまり理論空燃比を指令目標空燃比とすれば、空燃比補正部１１３によって、リニアＡ／ＦセンサＳＮ１１の検出値に基づいて燃焼室６の空燃比が理論空燃比となるように噴射量が調整される。ただし、前記のように、リニアＡ／ＦセンサＳＮ１１の理論空燃比近傍の空燃比の検出精度は比較的低い。そのため、リニアＡ／ＦセンサＳＮ１１の検出に基づいて単に噴射量を調整しただけでは、三元触媒４１ａ内の空燃比を精度よく理論空燃比に制御することができないおそれがある。また、車両の減速等に伴って燃料噴射が停止されると三元触媒４１ａ内に多量の空気が導入されて、三元触媒４１ａ内に酸素が吸蔵される場合があり、このときには、燃料噴射の再開後、三元触媒４１ａの上流側の空燃比が理論空燃比であっても、三元触媒４１ａ内の空燃比が理論空燃比よりも高くなることがある。
【００９７】
そこで、本実施形態では、三元触媒４１ａ内の空燃比をより確実に理論空燃比にするべく、リニアＡ／ＦセンサＳＮ１１よりも理論空燃比近傍の空燃比の検出精度が高く、且つ、三元触媒４１ａの下流側に設けられたλＯ２センサＳＮ１２で検出された排気の空燃比（以下、適宜、第２実排ガス空燃比という）が理論空燃比となるように、基本目標空燃比を補正する。具体的には、第２運転領域Ａ２でエンジンが運転されており基本目標空燃比が理論空燃比に設定されたとき、目標空燃比補正部１１２は、第２実排ガス空燃比と理論空燃比との差を算出して、この差に応じて基本目標空燃比の補正量を算出する。詳細には、第２実排ガス空燃比が理論空燃比よりも高いときは、目標空燃比補正部１１２は、基本目標空燃比から所定量を低減し、低減後の値を指令目標空燃比に設定する。本実施形態では、第２実排ガス空燃比と理論空燃比との差が大きいほどこの低減量を大きくする。また、第２実排ガス空燃比が理論空燃比よりも低いときは、目標空燃比補正部１１２は、基本目標空燃比に所定量を加算し、加算後の値を指令目標空燃比に設定する。本実施形態では、第２実排ガス空燃比と理論空燃比との差が大きいほどこの加算量を大きくする。
【００９８】
（第１運転領域Ａ１）
前記のように、第１運転領域Ａ１では、ｒａｗＮＯｘが小さくなるように燃焼室６の空燃比は理論空燃比よりも高くされる。これより、基本目標空燃比設定部１１１は、運転領域判定部１０１によって第１運転領域Ａ１でエンジンが運転されていると判定されると、基本目標空燃比を理論空燃比よりも高い値に設定する。本実施形態では、第１運転領域Ａ１における基本目標空燃比がエンジン回転速度とエンジン負荷とについてマップで記憶されており、基本目標空燃比設定部１１１は、このマップから現在のエンジン回転速度とエンジン負荷とに対応する値を抽出して基本目標空燃比に設定する。
【００９９】
空燃比補正部１１３によって燃焼室６内の空燃比がこの基本目標空燃比に制御されることで、ｒａｗＮＯｘの生成量は所望の量以下になるはずである。しかしながら、インジェクタ１５の機差ばらつき等に伴って、インジェクタ１５から噴射される燃料の噴霧状態が前記マップの基本目標空燃比を決定したときの状態と異なる場合がある。また、燃焼室６内の流動状態が、前記マップの基本目標空燃比を決定したときの状態と異なる場合がある。そして、これらの場合には、燃焼室６内の空燃比を基本目標空燃比にしても、ｒａｗＮＯｘの生成量が所望の量を超える可能性があり、リニアＡ／ＦセンサＳＮ１１の検出に基づいて燃焼室６内の空燃比を基本目標空燃比に制御しただけでは、エンジンから排出されるＮＯｘの量を所定値以下に抑えられないおそれがある。
【０１００】
そこで、本実施形態では、ＮＯｘセンサＳＮ１３で検出されたＮＯｘ濃度、つまり、実際にエンジンから排出されたＮＯｘの濃度（以下、適宜、実ＮＯｘ濃度という）が予め設定された目標値以下となるように、基本目標空燃比を補正する。具体的には、第１運転領域Ａ１でエンジンが運転されており基本目標空燃比が理論空燃比よりも高い値に設定されたとき、目標空燃比補正部１１２は、実ＮＯｘ濃度とその目標値である目標ＮＯｘ濃度との差を算出して、この差に応じて基本目標空燃比の補正量を算出する。詳細には、実ＮＯｘ濃度が目標ＮＯｘ濃度よりも高いときは、目標空燃比補正部１１２は、燃焼室６内の空燃比を高く（リーンに）するべく、基本目標空燃比に所定量を加算し、加算後の値を指令目標空燃比に設定する。本実施形態では、実ＮＯｘ濃度と目標ＮＯｘ濃度との差が大きいほどこの加算量を大きくする。また、実ＮＯｘ濃度が目標ＮＯｘ濃度よりも低いときは、目標空燃比補正部１１２は、燃焼室６内の空燃比を低く（リッチに）するべく、基本目標空燃比から所定量を低減し、低減後の値を指令目標空燃比に設定する。本実施形態では、実ＮＯｘ濃度と目標ＮＯｘ濃度との差が大きいほどこの低減量を大きくする。
【０１０１】
ここで、本実施形態では、前記のように点火時期を補正する制御を実施する。そのため、仮に、この点火時期の補正制御とＮＯｘ濃度に基づく空燃比の補正制御との両方を単純に実施したとすると、次の（ａ）〜（ｄ）のパターンの制御が実施される可能性がある。図７と、図８とを用いて、これらパターンを説明する。図７、図８は、点火時期と燃焼室６内の空燃比と燃焼室６から排出される排気のＮＯｘ濃度との関係を示したグラフである。これら図７、図８に示すように、点火時期が遅角側になるほどＮＯｘ濃度は小さくなる。これは、点火時期が遅角側になると燃焼が緩慢となって燃焼温度が低くなるためである。
【０１０２】
（ａ）図７において、点Ｘ１でエンジンが運転されている状態で燃焼騒音が増大した（増大するおそれがある）場合、点火時期の補正制御の実施によって点Ｘ２に向けて点火時期が遅角側に制御される。この点火時期の制御後において実ＮＯｘ濃度が目標ＮＯｘ濃度よりも低い場合は、ＮＯｘ濃度に基づく空燃比の補正制御の実施によって、点Ｘ３に向けて燃焼室６内の空燃比が低い側に制御される。
【０１０３】
（ｂ）図７において、点Ｘ４でエンジンが運転されている状態で燃焼騒音が増大した（増大するおそれがある）場合、点火時期の補正制御の実施によって点Ｘ５に向けて点火時期が遅角側に制御される。この点火時期の制御後において実ＮＯｘ濃度が目標ＮＯｘ濃度よりも高い場合は、ＮＯｘ濃度に基づく空燃比の補正制御の実施によって、点Ｘ６に向けて燃焼室６内の空燃比が高い側に制御される。
【０１０４】
（ｃ）図８において、点Ｘ１１でエンジンが運転されている状態で燃焼が不安定になった（不安定になるおそれがある）場合、点火時期の補正制御の実施によって点Ｘ１２に向けて点火時期が進角側に制御される。この点火時期の制御後において実ＮＯｘ濃度が目標ＮＯｘ濃度よりも低い場合は、ＮＯｘ濃度に基づく空燃比の補正制御の実施によって、点Ｘ１３に向けて燃焼室６内の空燃比が低い側に制御される。
【０１０５】
（ｄ）図８において、点Ｘ１４でエンジンが運転されている状態で燃焼が不安定になった（不安定になるおそれがある）場合、点火時期の補正制御の実施によって点Ｘ１５に向けて点火時期が進角側に制御される。この点火時期の制御後において実ＮＯｘ濃度が目標ＮＯｘ濃度よりも高い場合は、ＮＯｘ濃度に基づく空燃比の補正制御の実施によって、点Ｘ１６に向けて燃焼室６内の空燃比が高い側に制御される。
【０１０６】
ここで、燃焼室６内の空燃比が高い側に変更されると混合気の燃焼は緩慢となり、空燃比が低い側に変更されると混合気の燃焼は促進される。
【０１０７】
これより、パターン（ｂ）では、燃焼騒音の増大に伴って点火時期が遅角側へ補正された後、燃焼室６内の空燃比が高い側つまり燃焼が緩慢となる側に補正されており、空燃比の制御によっても燃焼騒音の増大を抑制できる。また、パターン（ｃ）では、燃焼が不安定になるのに伴って点火時期が進角側へ補正された後、燃焼室６内の空燃比が低い側つまり燃焼が促進される側に補正されており、空燃比の制御によっても燃焼安定性が高められる。
【０１０８】
一方、パターン（ａ）では、燃焼騒音の増大に伴って点火時期が遅角側へ補正された後、空燃比が低い側つまり燃焼が促進される側に補正されている。そのため、パターン（ａ）では、燃焼騒音の増大を充分に抑制できないおそれがある。特に、パターン（ａ）では点火時期が遅角された上に空燃比が低くされており、燃費性能が低下するおそれがある。また、パターン（ｄ）では、燃焼が不安定になるのに伴って点火時期が進角側へ補正された後、空燃比が高い側つまり燃焼が緩慢となる側に補正されている。そのため、パターン（ｄ）では、燃焼が不安定になるのを充分に抑制できないおそれがある。
【０１０９】
そこで、本実施形態では、パターン（ａ）とパターン（ｄ）では、ＮＯｘ濃度に基づく空燃比の制御を中断する。詳細には、パターン（ａ）であって点火時期が基本点火時期から遅角され且つ実ＮＯｘ濃度が目標ＮＯｘ濃度よりも低い場合、と、パターン（ｄ）であって点火時期が基本点火時期から進角され且つ実ＮＯｘ濃度が目標ＮＯｘ濃度よりも高い場合とに、ＮＯｘ濃度に基づく空燃比の制御を中断する。
【０１１０】
つまり、第１運転領域Ａ１でエンジンが運転されており基本目標空燃比が理論空燃比よりも高い値に設定されたとき、目標空燃比補正部１１２は、基本的にＮＯｘ濃度に基づく空燃比の制御を実施するが、点火時期が基本点火時期に対して遅角側に補正され、且つ、実ＮＯｘ濃度が目標ＮＯｘ濃度未満の場合、および、点火時期が基本点火時期に対して進角側に補正され、且つ、実ＮＯｘ濃度が目標ＮＯｘ濃度よりも高い場合には、ＮＯｘ濃度に基づく空燃比の補正を中断する。
【０１１１】
この空燃比の制御をまとめると図９〜図１１のフローチャートのようになる。図９、図１０は、基本目標空燃比設定部１１１および目標空燃比補正部１１２により実施される指令目標空燃比の算出手順を示した図である。図１１は、空燃比補正部１１３により実施される指令目標空燃比を実現するための制御手順つまり燃焼室の空燃比の補正の手順を示した図である。なお、本実施形態では、図９〜図１１のフローは第１運転領域Ａ１あるいは第２運転領域Ａ２でエンジンが運転されているときにのみ実施される。
【０１１２】
図９のフローチャートにおいて、まず、ステップＳ１１にて、ＥＣＵ１００は、基本目標空燃比を設定する。前記のように、第２運転領域Ａ２でエンジンが運転されているときは基本目標空燃比は理論空燃比に設定され、第１運転領域Ａ１でエンジンが運転されているときは基本目標空燃比は理論空燃比よりも高い値であって予め設定された値に設定される。
【０１１３】
次に、ステップＳ１２において、ＥＣＵ１００は、基本目標空燃比が理論空燃比であるか否かを判定する。つまり、第１運転領域Ａ１でエンジンが運転されているか第２運転領域Ａ２でエンジンが運転されているかを判定する。
【０１１４】
ステップＳ１２の判定がＹＥＳであって、基本目標空燃比が理論空燃比に設定された場合、つまり、第２運転領域Ａ２でエンジンが運転されている場合、ＥＣＵ１００はステップＳ１３に進む。ステップＳ１３において、ＥＣＵ１００は、λＯ２センサＳＮ１２の検出値すなわち第２実排ガス空燃比を読み込む。次に、ステップＳ１４において、ＥＣＵ１００は、第１実排ガス空燃比と理論空燃比とを比較するとともにその偏差を算出する。次に、ステップＳ１５において、ＥＣＵ１００は、ステップＳ１４で読み込んだ第２実排ガス空燃比と理論空燃比との比較結果およびこれらの偏差に基づいて、基本目標空燃比の補正量を算出する。その後、ステップＳ１６において、ＥＣＵ１００は、ステップＳ１で設定した基本目標空燃比（ステップＳ１５の後に進むステップＳ１６では、基本目標空燃比＝理論空燃比）をステップＳ１５で算出した補正量で補正して、補正後の空燃比を指令目標空燃比に設定する。
【０１１５】
一方、ステップＳ１２の判定がＮＯであって、基本目標空燃比が理論空燃比ではない場合、つまり、基本目標空燃比が理論空燃比よりも高く第１運転領域Ａ１でエンジンが運転されている場合、ＥＣＵ１００はステップＳ１７に進む。ステップＳ１７において、ＥＣＵ１００は、ＮＯｘセンサＳＮ１３の検出値を読み込む。つまり、ＮＯｘセンサＳＮ１３で検出された排気のＮＯｘ濃度である実ＮＯｘ濃度を読み込む。次に、ステップＳ１８において、ＥＣＵ１００は、排気のＮＯｘ濃度の目標値である目標ＮＯｘ濃度を設定する。
【０１１６】
次に、ステップＳ１９において、点火時期が基本点火時期に対して遅角側に補正されており、且つ、ステップＳ１７で読み込んだ実ＮＯｘ濃度がステップＳ１８で設定した目標ＮＯｘ濃度よりも低い、という条件が成立しているか否かを判定する。なお、点火時期が基本点火時期に対して遅角側に補正されたか否かの判定は、図７のフローチャートのステップＳ６で算出された点火時期の補正量に基づいて行われる。
【０１１７】
ステップＳ１９の判定がＹＥＳであって、点火時期が基本点火時期に対して遅角側に補正されており、且つ、実ＮＯｘ濃度が目標ＮＯｘ濃度よりも低い、ときは、ＥＣＵ１００は、ステップＳ２０に進む。ステップＳ２０では、ＥＣＵ１００は、燃焼室６内の空燃比の補正量を前回算出した補正量に維持する。ステップＳ２０の後は、ＥＣＵ１００は、図９のステップＳ１６に進む。そして、ステップＳ１６において、ＥＣＵ１００は、ステップＳ１で設定した基本目標空燃比（ステップＳ２０の後に進むステップＳ１６では、基本目標空燃比は理論空燃比よりも高い値である）を、ステップＳ２０で設定された空燃比の補正量で補正して、補正後の空燃比を指令目標空燃比に設定する。ここで、ステップＳ２０では、空燃比の補正量が前回算出した補正量に維持されている。従ってステップＳ２０の後に進むステップＳ１６では、指令目標空燃比は前回の指令目標空燃比に維持され、空燃比の補正は中断される。
【０１１８】
一方、ステップＳ１９の判定がＮＯの場合は、ＥＣＵ１００は、ステップＳ２１に進む。ステップＳ２１では、ＥＣＵ１００は、点火時期が基本点火時期に対して進角側に補正されており、且つ、実ＮＯｘ濃度が目標ＮＯｘ濃度よりも高い、という条件が成立しているか否かを判定する。なお、点火時期が基本点火時期に対して進角側に補正されたか否かの判定は、図７のフローチャートのステップＳ６で算出された点火時期の補正量に基づいて行われる。
【０１１９】
ステップＳ２１の判定がＹＥＳであって、点火時期が基本点火時期に対して進角側に補正されており、且つ、実ＮＯｘ濃度が目標ＮＯｘ濃度よりも高い、ときは、ＥＣＵ１００は、ステップＳ２０に進む。前記のように、ＥＣＵ１００は、ステップＳ２０において、空燃比の補正量を前回算出した補正量に維持し、その後、ステップＳ１６に進む。そして、ステップＳ１６において、ＥＣＵ１００は、ステップＳ１で設定した基本目標空燃比（ステップＳ２１の後に進むステップＳ１６では、基本目標空燃比は理論空燃比よりも高い値である）を、前回算出した補正量に維持する。このように、ステップＳ２１の判定がＹＥＳの場合も、指令目標空燃比は前回の指令目標空燃比に維持され、空燃比の補正は中断される。
【０１２０】
一方、ステップＳ２１の判定がＮＯの場合は、ステップＳ２２に進む。つまり、点火時期が基本点火時期に設定されているあるいは基本点火時期よりも遅角されている場合で且つ実ＮＯｘ濃度が目標ＮＯｘ濃度よりも高いときには、ステップＳ２２が実施される。また、点火時期が基本点火時期よりも進角されている場合で且つ実ＮＯｘ濃度が目標ＮＯｘ濃度以下のときには、ステップＳ２２が実施される。
【０１２１】
ステップＳ２２において、ＥＣＵ１００は、実ＮＯｘ濃度と目標ＮＯｘ濃度とを比較するとともにその偏差を算出する。次に、ステップＳ２３において、ＥＣＵ１００は、ステップＳ２２での実ＮＯｘ濃度と目標ＮＯｘ濃度との比較結果およびこれらの偏差に基づいて、基本目標空燃比の補正量を算出してこれを更新する。その後、ＥＣＵ１００は、ステップＳ１６に進む。そして、ステップＳ１６において、ＥＣＵ１００は、ステップＳ１で設定した基本目標空燃比（ステップＳ２３の後に進むステップＳ１６では、基本目標空燃比は理論空燃比よりも高い値である）をステップＳ２３で算出した補正量で補正して、補正後の空燃比を指令目標空燃比に設定する。
【０１２２】
図１１のフローチャートにおいて、まず、ステップＳ３１にて、ＥＣＵ１００は、前記のようにして算出した指令目標空燃比を読み込む。次に、ステップＳ３２において、ＥＣＵ１００は、エアフローセンサＳＮ３により検出された吸気の流量等から燃焼室６内の空気量を推定する。次に、ステップＳ３３において、ＥＣＵ１００は、推定した燃焼室６内の空気量とステップＳ３１で読み込んだ指令目標空燃比とから、推定した燃焼室６内の空気量において空燃比が指令目標空燃比となる燃料の量を基本噴射量として算出する。次に、ステップＳ３４において、ＥＣＵ１００は、リニアＡ／ＦセンサＳＮ１１の検出値すなわち第１実排ガス空燃比を読み込む。次に、ステップＳ３５において、指令目標空燃比に対応する排気の空燃比（リニアＡ／ＦセンサＳＮ１１の位置での排気の空燃比）である目標排ガス空燃比を算出する。次に、ステップＳ３６において、ＥＣＵ１００は、ステップＳ３２で算出した目標排ガス空燃比と第１実排ガス空燃比とを比較するとともにその偏差を算出する。次に、ステップＳ３７において、ＥＣＵ１００は、ステップＳ３６での目標排ガス空燃比と第１実排ガス空燃比との比較結果およびこれらの偏差に基づいて、噴射量の補正量を算出する。次に、ステップＳ３８において、ＥＣＵ１００は、ステップＳ３３で算出した基本噴射量をステップＳ３７で算出した補正量で補正して、最終的な噴射量に設定する。その後は、ＥＣＵ１００はこの最終的な噴射量に対応する噴射パルスで噴射を行うようにインジェクタ１５に指令を出す。
【０１２３】
（６）作用等
図１２〜図１４は、第１運転領域Ａ１において前記の目標空燃比の補正を行ったときの各パラメータの時間変化を模式的に示したものである。図１２〜図１４では、上から順に、燃焼室６内の空燃比、ＮＯｘ濃度（ＮＯｘセンサＳＮ１３で検出された排気のＮＯｘ濃度）、点火時期を示している。
【０１２４】
図１２に示すように、時刻ｔ１にてＮＯｘセンサＳＮ１３で検出された排気のＮＯｘ濃度である実ＮＯｘ濃度が目標ＮＯｘ濃度を超えると、燃焼室６内の空燃比が基本目標空燃比よりも高くされる。これに伴い、ＮＯｘ濃度は目標ＮＯｘ濃度に向けて低下していく。その後、時刻ｔ２で点火時期が基本点火時期よりも遅角された場合、点火時期の遅角に伴ってＮＯｘ濃度はさらに低下する。しかし、図１２に示した例のように、点火時期の遅角に伴ってＮＯｘ濃度がまだ目標ＮＯｘ濃度よりも高い場合は、燃焼室６内の空燃比がさらに高くされ、これにより実ＮＯｘ濃度が目標ＮＯｘ濃度に収束する。
【０１２５】
一方、図１３に示すように、図１２で示した例と同様に時刻ｔ１にて実ＮＯｘ濃度が目標ＮＯｘ濃度を超えて燃焼室６内の空燃比が基本目標空燃比よりも高くされている途中で、時刻ｔ２で点火時期が基本点火時期よりも遅角された場合において、点火時期を遅角させたときに実ＮＯｘ濃度が目標ＮＯｘ濃度未満まで低下したときは、実線で示すように、燃焼室６内の空燃比の補正は停止される。つまり、時刻ｔ２において、破線で示すように実ＮＯｘ濃度を目標ＮＯｘ濃度にするべく燃焼室６内の空燃比を小さくする制御は実施されず、燃焼室６内の空燃比は点火時期が遅角される直前の値に維持される。
【０１２６】
また、図１４に示すように、時刻ｔ１にて実ＮＯｘ濃度が目標ＮＯｘ濃度を超えて燃焼室６内の空燃比が基本目標空燃比よりも高くされている途中で、時刻ｔ２で点火時期が基本点火時期よりも進角された場合において、実ＮＯｘ濃度がまだ目標ＮＯｘ濃度よりも高いときも、実線で示すように、燃焼室６内の空燃比の補正は停止される。つまり、時刻ｔ２において、破線で示すように実ＮＯｘ濃度を目標ＮＯｘ濃度にするべく燃焼室６内の空燃比をさらに高くする制御は実施されず、燃焼室６内の空燃比は点火時期が遅角される直前の値に維持される。
【０１２７】
以上説明したように、本実施形態によれば、第１運転領域Ａ１において、ＮＯｘセンサＳＮ１３で検出された実際のＮＯｘ濃度である実ＮＯｘ濃度に基づいて燃焼室６内の空燃比が変更される。そのため、燃焼室６内の空燃比を排気のＮＯｘ濃度が所望の濃度となるような空燃比にして、エンジンから排出されるＮＯｘの量を適切な量にすることができる。
【０１２８】
また、燃焼騒音が増大するとき（増大するおそれがあるとき）は点火時期が基本点火時期に対して遅角側に補正される。そのため、燃焼室６内での混合気の燃焼を緩慢にして燃焼騒音の増大を抑制できる。また、燃焼安定性が悪化したとき（悪化するおそれがあるとき）は点火時期が基本点火時期に対して進角側に補正される。そのため、燃焼室６内での混合気の燃焼を促進して燃焼を安定させることができる。つまり、燃焼室６内の混合気の燃焼状態に基づいて点火時期が補正されるようになっている。そのため、混合気の燃焼状態を適切な燃焼状態にして燃焼騒音の悪化や燃焼の不安定化を抑制できる。
【０１２９】
特に、本実施形態では、ＥＧＲ率、エンジン水温、筒内圧、吸気弁１１および排気弁１２のバルブタイミング、スワール弁１８の開度等の燃焼室６内の温度、圧力、ガス流動に関わるパラメータ、つまり、燃焼室６内の燃焼状態を左右するパラメータによって燃焼重心時期が補正されて目標燃焼重心時期が設定され、この目標燃焼重心時期と実燃焼重心時期との偏差に応じて点火時期が補正される。そのため、燃焼室６内の温度、圧力、ガス流動に合わせて、燃焼重心時期を適切な時期にすることができ、燃焼騒音の悪化や燃焼安定性の悪化をより確実に抑制できる。
【０１３０】
ただし、前記のように、ＮＯｘ濃度に基づく燃焼室６内の空燃比の制御と、点火時期の制御とをともに単純に実施したのでは、燃焼騒音の悪化や燃焼安定性の悪化を適切に抑制できないおそれがある。
【０１３１】
具体的には、点火時期が基本点火時期に対して遅角側に補正されたときに実ＮＯｘ濃度に基づいて燃焼室６内の空燃比を低い側に補正したときは、燃焼騒音の悪化を充分に抑制できないおそれがある。また、この場合には、空燃比が低い側に補正されることで燃費性能が悪化するおそれがある。これに対して、本実施形態では、点火時期を基本点火時期から遅角側の時期に補正するときは、実ＮＯｘ濃度に基づく空燃比の制御が中断される。従って、燃焼騒音の悪化を確実に抑制できるとともに、燃費性能を良好にすることができる。また、このときは、実ＮＯｘ濃度が目標ＮＯｘ濃度よりも低い状態にあるため、ＮＯｘの排出量も小さく抑えることができる。
【０１３２】
また、点火時期が基本点火時期に対して進角側に補正されたときに実ＮＯｘ濃度に基づいて燃焼室６内の空燃比を高い側に補正したときは、燃焼安定性の悪化を充分に抑制できないおそれがある。これに対して、本実施形態では、点火時期を基本点火時期から進角側の時期に補正するときは、実ＮＯｘ濃度に基づく空燃比の制御が中断される。従って、燃焼安定性の悪化を確実に抑制できる。
【０１３３】
特に、第１運転領域Ａ１では、点火時期や燃焼室６内の空燃比に対する燃焼騒音および燃焼安定性の感度（変化度合）が高いＳＰＣＣＩ燃焼が実施されるようになっており、この第１運転領域Ａ１で前記の制御が実施されることで、燃焼騒音および燃焼安定性が良好な適切なＳＰＣＣＩ燃焼を実現することができる。そして、適切なＳＰＣＣＩ燃焼の実現によって、燃費性能を確実に高めることができる。
【０１３４】
（７）変形例
前記実施形態では、ＮＯｘセンサＳＮ１３の検出値と目標ＮＯｘ濃度とを直接比較して、その比較結果に基づいて目標空燃比が補正される場合について説明したが、モデル計算により排気のＮＯｘ濃度を推定し、このＮＯｘ濃度の推定値の誤差（いわゆるモデル誤差）の学習にＮＯｘセンサＳＮ１３の検出値を用い、ＮＯｘセンサＳＮ１３の検出値に基づいて修正された後のＮＯｘ濃度の推定値と、目標ＮＯｘ濃度との差に基づいて目標空燃比を補正するように構成してもよい。
【０１３５】
前記実施形態では、燃焼室６内の空燃比が理論空燃比よりも高くされた状態でＳＰＣＣＩ燃焼が実行される第１運転領域Ａ１において、ＮＯｘセンサＳＮ１３の検出値を用いて燃焼室６内の空燃比を補正するとともに、燃焼状態に応じて点火時期を補正する場合について説明したが、これらの補正制御は、ＳＰＣＣＩ燃焼以外の燃焼が行われる場合に適用されてもよい。
【０１３６】
また、前記実施形態では、燃焼状態に係るパラメータに基づいて目標燃焼重心時期を設定してこれが実現されるように点火時期を補正する場合について説明したが、点火時期は、燃焼重心時期以外のパラメータに基づいて補正されてもよい。例えば、燃焼重心時期に代えて、ＣＩ燃焼が開始するタイミングθｃｉや、燃焼が開始する時期を用い、このタイミングθｃｉや燃焼が開始する時期が所定の値となるように点火時期が補正されてもよい。また、このタイミングθｃｉや燃焼が開始する時期の目標値を燃焼状態に係るパラメータに基づいて設定して、この目標値が実現されるように点火時期を補正してもよい。また、燃焼騒音と相関の高いｄＰ／ｄθ（燃焼室６における圧力変動）や、燃焼安定性と相関の高い総発熱量（１燃焼サイクル中に燃焼室６で生成された発熱量の総量）等を用いて、点火時期を補正してもよい。
【符号の説明】
【０１３７】
１  エンジン本体
２  気筒
６  燃焼室
１５  インジェクタ（空燃比変更手段）
１６  点火プラグ（点火手段）
４１ａ  三元触媒
１００  ＥＣＵ（制御手段）
ＳＮ１１  リニアＡ／Ｆセンサ
ＳＮ１２  λＯ２センサ
ＳＮ１３  ＮＯｘセンサ
【図１】
2020070770.tif 000003
【図２】
2020070770.tif 000004
【図３】
2020070770.tif 000005
【図４】
2020070770.tif 000006
【図５】
2020070770.tif 000007
【図６】
2020070770.tif 000008
【図７】
2020070770.tif 000009
【図８】
2020070770.tif 000010
【図９】
2020070770.tif 000011
【図１０】
2020070770.tif 000012
【図１１】
2020070770.tif 000013
【図１２】
2020070770.tif 000014
【図１３】
2020070770.tif 000015
【図１４】
2020070770.tif 000016