(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
気筒内への燃料噴射を吸気行程中に行う均一燃焼モードと圧縮行程中に行う成層燃焼モードとに燃焼モードを切り換えて運転されるとともに、吸気バルブおよび排気バルブをそれぞれ開閉する吸気カムおよび排気カムの少なくとも一方の、クランクシャフトに対するカム位相を目標カム位相になるように変更するカム位相可変機構を備えた内燃機関の点火時期制御装置であって、
当該内燃機関の回転数を検出する機関回転数検出手段と、
アクセルペダルの開度を検出するアクセル開度検出手段と、
当該検出された機関回転数およびアクセル開度に基づいて当該内燃機関が出力すべき要求トルクを決定する要求トルク決定手段と、
前記気筒内への燃料噴射時期を決定する燃料噴射時期決定手段と、
燃焼モードが前記均一燃焼モードのときに、前記機関回転数および前記決定された要求トルクに基づいて基本点火時期を決定するとともに、燃焼モードが前記成層燃焼モードのときに、前記機関回転数および前記決定された燃料噴射時期に基づいて基本点火時期を決定する基本点火時期決定手段と、
実際の前記カム位相を検出する実カム位相検出手段と、
当該検出された実カム位相と前記目標カム位相との偏差であるカム位相偏差に応じて、前記基本点火時期を補正する基本点火時期補正手段と、
を備えていることを特徴とする内燃機関の点火時期制御装置。
【請求項２】
前記基本点火時期補正手段は、前記カム位相偏差が上限所定値よりも大きいときに前記基本点火時期を進角方向に補正する進角方向補正手段を有することを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関の点火時期制御装置。
【請求項３】
前記基本点火時期補正手段は、前記カム位相偏差が下限所定値よりも小さいときに前記基本点火時期を遅角方向に補正する遅角方向補正手段を有することを特徴とする、請求項１または２に記載の内燃機関の点火時期制御装置。
【請求項４】
前記基本点火時期補正手段は、燃焼モードが前記均一燃焼モードのときと前記成層燃焼モードのときとで、前記基本点火時期を互いに異なる補正量で補正することを特徴とする、請求項１ないし３のいずれかに記載の内燃機関の点火時期制御装置。
【請求項５】
前記燃料噴射を行う燃料噴射弁が、前記気筒の燃焼室の天壁中央部に配置され、燃料をピストンに形成された凹部に向かって噴射するように構成されていることを特徴とする、請求項１ないし４のいずれかに記載の内燃機関の点火時期制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料噴射を吸気行程中に行う均一燃焼モードと圧縮行程中に行う成層燃焼モードとに燃焼モードを切り換えて運転されるとともに、吸気バルブおよび排気バルブをそれぞれ開閉する吸気カムおよび排気カムの少なくとも一方のカム位相を目標カム位相になるように変更するカム位相可変機構を備えた内燃機関の点火時期制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種の内燃機関の点火時期制御装置として、例えば特開平９−２０９８９５号公報に記載されたものが知られている。この内燃機関は、クランクシャフトに対する吸気カムの位相（以下「カム位相」という）を変更可能なカム位相可変機構を備えており、このカム位相を目標カム位相を目標値として制御することにより、吸気バルブのバルブタイミング、すなわち吸気バルブと排気バルブとのバルブオーバーラップなどが変化することによって、充填効率を代表とする吸気特性や内部ＥＧＲ量が制御される。目標カム位相は、エンジン回転数と負荷（エンジン１回転当たりの吸入空気質量）に基づいて決定される。また、この制御装置では、エンジン回転数と上記負荷に基づいて基本点火時期が決定されるとともに、目標カム位相と実際のカム位相（実カム位相）とのずれ量であるカム位相偏差を算出し、エンジン回転数、負荷およびカム位相偏差に基づいて、上記基本点火時期の補正量が決定される。
【０００３】
また、最近の内燃機関として、燃費の向上などを図るために、気筒内に燃料を直接、噴射するとともに、均一燃焼モードと行う成層燃焼モードとに燃焼モードを切り換えて運転される直噴式のものが知られている（例えば特開平１１−２２５０８号公報）。この内燃機関では、成層燃焼モードは、アイドル運転などの極低負荷運転時に実行され、燃料噴射を吸気行程中に行うとともに、スロットル弁をほぼ全開にして、多量の吸入空気を気筒内に供給した状態で、理論空燃比よりも極リーンな空燃比で、燃焼が行われる。一方、均一燃焼モードは、極低負荷運転以外の運転時に実行され、燃料噴射を圧縮行程中に行うとともに、エンジン回転数や負荷に応じてスロットル弁開度を制御し、吸入空気量を制御することで、成層燃焼モードよりもリッチな空燃比で、燃焼が行われる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前述したように、従来の点火時期制御装置では、エンジン１回転当たりの吸入空気質量を負荷として代表させ、この負荷をパラメータとして基本点火時期を決定している。一方、この負荷は、カム位相可変機構の実カム位相が変化するのに伴い、充填効率などが変化し、吸入空気量が変化することによって、変動する。その結果、この点火時期制御装置では、実カム位相の変化に伴って基本点火時期が絶えず変動するため、最適値への点火時期の収束が遅れてしまい、エンジンの運転状態に応じた最適な点火時期を随時、設定することが困難になる。
【０００５】
この問題は、この点火時期制御装置を前述した直噴式内燃機関に採用した場合において、燃焼モードが成層燃焼モードのときに特に顕著になる。すなわち、前述したように、この成層燃焼モードでは、極リーンな空燃比で燃焼が行われるため、均一燃焼モードのときよりも燃料が本来的に燃えにくい。このため、成層燃焼モードでは特に、最適値への点火時期の収束が遅れると、燃焼状態が悪化しやすく、ひいては運転性や排気ガス特性の低下を招いてしまう。
【０００６】
本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、カム位相可変機構を有する直噴式の内燃機関において、均一燃焼モードおよび成層燃焼モードのいずれの燃焼モードにおいても、点火時期をカム位相の変化に伴う吸気特性の変化に応じた最適値に収束性良く設定することができる内燃機関の点火時期制御装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために、本発明の請求項１に係る発明は、気筒内への燃料噴射を吸気行程中に行う均一燃焼モードと圧縮行程中に行う成層燃焼モードとに燃焼モードを切り換えて運転されるとともに、吸気バルブ８および排気バルブ９をそれぞれ開閉する吸気カム６ａおよび排気カム７ａの少なくとも一方の、クランクシャフト３ｅに対するカム位相ＶＴＣＡＣＴを目標カム位相ＶＴＣＣＭＤになるように変更するカム位相可変機構１０を備えた内燃機関の点火時期制御装置であって、内燃機関３の回転数ＮＥを検出する機関回転数検出手段（ＥＣＵ２、クランク角センサ２２）と、アクセルペダルの開度ＡＰを検出するアクセル開度検出手段（アクセル開度センサ３０）と、検出された機関回転数ＮＥおよびアクセル開度ＡＰに基づいて内燃機関３が出力すべき要求トルクＰＭＣＭＤを決定する要求トルク決定手段（ＥＣＵ２）と、気筒内への燃料噴射時期（噴射終了タイミングＩＪＬＯＧＤ）を決定する燃料噴射時期決定手段（ＥＣＵ２）と、燃焼モードが均一燃焼モードのときに、機関回転数ＮＥおよび決定された要求トルクＰＭＣＭＤに基づいて基本点火時期（基本マップ値ＩＧＭＡＰｍ）を決定するとともに、燃焼モードが成層燃焼モードのときに、機関回転数ＮＥおよび決定された燃料噴射時期に基づいて基本点火時期を決定する基本点火時期決定手段（ＥＣＵ２、図２のステップ１７、１８、２３、２４、図３のステップ２６、２７、図４のステップ２９、３０）と、実際のカム位相ＶＴＣＡＣＴを検出する実カム位相検出手段（ＥＣＵ２、カム角センサ２１）と、検出された実カム位相ＶＴＣＡＣＴと目標カム位相ＶＴＣＣＭＤとの偏差であるカム位相偏差ＤＶＴＣに応じて、基本点火時期を補正する基本点火時期補正手段（ＥＣＵ２、図５のステップ３５、３６、図６、ＶＴＣ補正値ＩＧＶＴＣ）と、を備えていることを特徴とする。
【０００８】
この内燃機関では、気筒内に燃料が噴射されるとともに、燃料噴射を吸気行程中に行う均一燃焼モードと圧縮行程中に行う成層燃焼モードとに燃焼モードを切り換えて運転される。また、この点火時期制御装置によれば、基本点火時期は、均一燃焼モード時には、機関回転数および要求トルクに基づいて決定される。この要求トルクは、内燃機関が出力すべきトルクとして、機関回転数とアクセル開度とに基づいて決定されるので、負荷を反映するとともに、カム位相可変機構のカム位相の変化に伴って充填効率などの吸気特性が変化しても、その直接的な影響は受けず、それによる要求トルクの変動量は非常に小さい。したがって、均一燃焼モードにおいて、基本点火時期を、要求トルクすなわち負荷に応じて適切に設定できるとともに、カム位相の変化に伴う吸気特性の変化による影響が非常に小さい状態で、安定して設定することができる。
【０００９】
一方、成層燃焼モード時には、基本点火時期は、機関回転数および燃料噴射時期に基づいて決定される。成層燃焼モードでは、燃料が圧縮行程中に噴射される関係上、点火時期を、例えば混合気が点火プラグの近傍にある時に合わせて精度良く設定することが必要である。したがって、基本点火時期を、実際の燃料噴射時期に基づいて決定することによって、これを適切に設定することができる。また、この燃料噴射時期も、カム位相の変化に伴う吸気特性の変化による影響を直接的には受けないので、成層燃焼モード時において、基本点火時期を安定して適切に設定することができる。
【００１０】
また、上記のように決定された基本点火時期を、実カム位相と目標カム位相とのカム位相偏差に応じて補正するので、実際の吸気特性に対応した最適な点火時期を得ることができる。以上のように、本発明の点火時期制御装置によれば、均一燃焼モードおよび成層燃焼モードの双方において、基本点火時期を、カム位相の変化に伴う吸気特性の変化による影響が非常に小さい状態で、安定して適切に設定するとともに、この基本点火時期をカム位相偏差に応じて補正することによって、点火時期をカム位相の変化に伴う吸気特性の変化に応じた最適値に収束性良く設定することができる。
【００１１】
請求項２に係る発明は、請求項１の点火時期制御装置において、基本点火時期補正手段は、カム位相偏差ＤＶＴＣが上限所定値ＤＶＴＣＬＭＴＨよりも大きいときに基本点火時期を進角方向に補正する進角方向補正手段（ＥＣＵ２、図５のステップ３２、３４、３５、図６）を有することを特徴とする。
【００１２】
この構成によれば、カム位相偏差が上限所定値よりも大きいとき、すなわち実カム位相が目標カム位相に対して進角側にずれたときに、基本点火時期を進角方向に補正するので、点火時期をカム位相の実際のずれの方向に合わせてより適切に設定することができる。また、カム位相偏差が上限所定値よりも大きいときのみ、すなわち実際のカム位相のずれ量が大きいときのみ、基本点火時期を補正するので、点火時期の安定性を維持することができる。
【００１３】
請求項３に係る発明は、請求項１の点火時期制御装置において、基本点火時期補正手段は、カム位相偏差ＤＶＴＣが下限所定値ＤＶＴＣＬＭＴＬよりも小さいときに基本点火時期を遅角方向に補正する遅角方向補正手段（ＥＣＵ２、図５のステップ３３〜３５、図６）を有することを特徴とする。
【００１４】
この構成によれば、カム位相偏差が下限所定値よりも小さいとき、実カム位相が目標カム位相に対して遅角側にずれたときに、基本点火時期を遅角方向に補正するので、上記請求項２における進角方向の制御の場合と同様、点火時期をカム位相の実際のずれの方向に合わせてより適切に設定できるとともに、点火時期の安定性を維持することができる。
【００１５】
また、請求項４に係る発明は、請求項１ないし３のいずれかの点火時期制御装置において、基本点火時期補正手段は、燃焼モードが均一燃焼モードのときと成層燃焼モードのときとで、基本点火時期を互いに異なる補正量（図６、図７のＩＧＶＴＳ・ＩＧＶＴＵＬテーブル）で補正することを特徴とする。
【００１６】
一般に、均一燃焼モードでは、カム位相の変化に伴う内部ＥＧＲ量や実効圧縮比の変化による点火時期への影響が大きいのに対し、成層燃焼モードでは、点火時期へのカム位相の影響は小さく、むしろ燃料噴射時期の影響が大きいという特性がある。したがって、本発明の構成によれば、均一燃焼モードおよび成層燃焼モードにおいて、そのようなそれぞれの特性に合致した補正量で基本点火時期を補正することによって、点火時期をより適切に設定することができる。
【００１７】
さらに、請求項５に係る発明は、請求項１ないし４のいずれかの点火時期制御装置において、燃料噴射を行う燃料噴射弁４が、気筒の燃焼室３ｃの天壁中央部に配置され、燃料をピストン３ａに形成された凹部３ｄに下方に向かって噴射するように構成されていることを特徴とする。
【００１８】
この構成によれば、前述した請求項１〜４の発明による作用を最適に得ることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら、本発明の一実施形態に係る内燃機関のバルブタイミング制御装置について説明する。図１は、本実施形態によるバルブタイミング制御装置およびこれを適用した内燃機関の概略構成を示している。
【００２０】
この内燃機関（以下「エンジン」という）３は、図示しない車両に搭載された直列４気筒（１つのみ図示）ＤＯＨＣ型のガソリンエンジンである。各気筒のピストン３ａとシリンダヘッド３ｂとの間には、燃焼室３ｃが形成され、ピストン３ａの上面の中央部には、凹部３ｄが形成されている。また、燃焼室３ｃには、燃料噴射弁（以下「インジェクタ」という）４および点火プラグ５が設けられており、インジェクタ４は上記凹部３ｄに向けられている。すなわち、このエンジン３は、燃料を燃焼室３ｃ内に直接、噴射する直噴式のものである。
【００２１】
インジェクタ４は、燃焼室３ｃの天壁中央部に配置されており、燃料は、燃料パイプ４ａを介して燃料ポンプ４ｂで昇圧された後、レギュレータ（図示せず）で所定の圧力に調圧された状態で、インジェクタ４に供給される。以上の構成により、燃料が、インジェクタ４からピストン３ａの凹部３ｄ側に向かって噴射され、凹部３ｄに衝突することによって燃料噴流が形成され、もしくは燃焼室３ｃ内に拡散される。インジェクタ４の燃料噴射時間Ｔｏｕｔおよび燃料噴射時期（噴射開始タイミングおよび噴射終了タイミングＩＪＬＯＧＤ）は、後述するＥＣＵ２からの駆動信号によって制御される。
【００２２】
また、点火プラグ５は、ＥＣＵ２からの駆動信号により点火時期ＩＧに応じたタイミングで高電圧が加えられ、次に遮断されることによって放電し、それにより、燃焼室３ｃ内の混合気が燃焼される。
【００２３】
さらに、エンジン３の吸気カムシャフト６および排気カムシャフト７には、吸気バルブ８および排気バルブ９をそれぞれ開閉駆動する複数の吸気カム６ａおよび排気カム７ａ（ともに１個のみ図示）が、一体に設けられている。吸気カムシャフト６および排気カムシャフト７は、それぞれの従動スプロケットおよびタイミングチェーン（ともに図示せず）を介して、クランクシャフト３ｅに連結されており、クランクシャフト３ｅにより、その２回転あたり１回転の割合で回転駆動される。また、吸気カムシャフト６は、その従動スプロケットに所定角度の範囲で回転可能に連結されており、この従動スプロケットに対する相対的角度を変更することにより、クランクシャフト３ｅに対する吸気カム６ａの位相（以下、単に「カム位相」という）ＶＴＣＡＣＴが変更される。
【００２４】
吸気カムシャフト６の一端部には、このカム位相ＶＴＣＡＣＴを制御するためのカム位相可変機構（以下「ＶＴＣ」という）１０およびＶＴＣ電磁制御弁１０ａが設けられている。このＶＴＣ１０は、カム位相ＶＴＣＡＣＴを無段階に進角または遅角させることにより、吸気バルブ８の開閉タイミングを早めまたは遅らせるものである。これにより、吸気バルブ８と排気バルブ９のバルブオーバーラップが増減することで、内部ＥＧＲ量が増減するとともに、充填効率に代表される吸気特性が変化する。また、ＶＴＣ１０の動作は、このＶＴＣ電磁制御弁１０ａのスプール弁（図示せず）の位置をＥＣＵ２からの駆動信号のデューティ比ＤｂＶＴＣによって制御し、それによりＶＴＣ１０に供給される油圧を変化させることによって、制御される。なお、カム位相ＶＴＣＡＣＴは、このデューティ比ＤｂＶＴＣが大きいほど、より進角側に制御されるとともに、ＶＴＣ１０の停止時には、デューティ比ＤｂＶＴＣが値０に設定されることにより最遅角位置に保持される。
【００２５】
また、吸気カムシャフト６のカム位相可変機構８と反対側の端部には、カム角センサ２１（実カム位相検出手段）が設けられている。このカム角センサ２１は、例えばマグネットロータおよびＭＲＥピックアップで構成されており、吸気カムシャフト６の回転に伴い、パルス信号であるＣＡＭ信号を所定のカム角（例えば１゜）ごとにＥＣＵ２に出力する。ＥＣＵ２は、このＣＡＭ信号と後述するＣＲＫ信号とにより、実際のカム位相ＶＴＣＡＣＴを算出する。
【００２６】
さらに、図示しないが、吸気カム６ａおよび排気カム７ａの各々は、低速カムと、低速カムよりも高いカムプロフィールを有する高速カムとで構成されている。これらの低速カムおよび高速カムは、各カムプロフィール切換機構（以下「ＶＴＥＣ」という）１１によって切り換えられ、それにより、吸気バルブ８および排気バルブ９のバルブタイミングが、低速バルブタイミング（以下「ＬＯ．ＶＴ」という）と高速バルブタイミング（以下「ＨＩ．ＶＴ」という）に切り換えられる。ＨＩ．ＶＴのときには、ＬＯ．ＶＴのときよりも、吸気バルブ８および排気バルブ９の開弁期間、および両者８、９のバルブオーバーラップが長くなるとともに、バルブリフト量も大きくなることにより、充填効率が高められる。このＶＴＥＣ１１の動作もまた、ＶＴＣ１０と同様、ＥＣＵ２からの駆動信号によりＶＴＥＣ電磁制御弁１１ａを制御し、ＶＴＥＣ１１に供給される油圧を変化させることによって、制御される。
【００２７】
また、吸気バルブ８および排気バルブ９のバルブタイミングは、後述する均一燃焼のうちのリーン燃焼、成層燃焼および２回噴射燃焼のときにはＬＯ．ＶＴに設定され、均一燃焼のうちのストイキ燃焼およびリッチ燃焼のときには、ＬＯ．ＶＴまたはＨＩ．ＶＴに切り換えられる。
【００２８】
一方、クランクシャフト３ｅには、マグネットロータ２２ａが取り付けられている。このマグネットロータ２２ａは、ＭＲＥピックアップ２２ｂとともに、クランク角センサ２２を構成している。クランク角センサ２２（機関回転数検出手段）は、クランクシャフト３ｅの回転に伴い、パルス信号であるＣＲＫ信号およびＴＤＣ信号を出力する。
【００２９】
ＣＲＫ信号は、所定のクランク角（例えば３０゜）ごとに１パルスが出力される。ＥＣＵ２は、このＣＲＫ信号に基づき、エンジン３の機関回転数（以下「エンジン回転数」という）ＮＥを求める。ＴＤＣ信号は、各気筒のピストン３ａが吸気行程開始時のＴＤＣ（上死点）付近の所定クランク角度位置にあることを表す信号であり、４気筒タイプの本例では、クランク角１８０゜ごとに１パルスが出力される。また、エンジン３には、図示しない気筒判別センサが設けられており、この気筒判別センサは、気筒を判別するためのパルス信号である気筒判別信号をＥＣＵ２に送る。ＥＣＵ２は、これらの気筒判別信号、ＣＲＫ信号およびＴＤＣ信号によって、気筒ごとのクランク角度位置を判別する。
【００３０】
また、エンジン３の本体には、エンジン水温センサ２３が取り付けられている。エンジン水温センサ２３は、サーミスタで構成されており、エンジン３の本体内を循環する冷却水の温度であるエンジン水温ＴＷを検出して、その検出信号をＥＣＵ２に送る。
【００３１】
一方、エンジン３の吸気管１２には、スロットル弁１３が設けられている。このスロットル弁１３は、これに連結された電動モータ１３ａにより駆動されることによって、その開度（スロットル弁開度）ＴＨが制御される。このスロットル開度ＴＨは、スロットル弁開度センサ３２によって検出され、その検出信号はＥＣＵ２に送られる。ＥＣＵ２は、エンジン３の運転状態に応じ、電動モータ１３ａを介してスロットル弁開度ＴＨを制御することにより、エンジン３の吸入空気量を制御する。
【００３２】
また、吸気管１２のスロットル弁１３よりも下流側には、吸気管内絶対圧センサ２４が配置されている。この吸気管内絶対圧センサ２４は、半導体圧力センサなどで構成されており、吸気管１２内の絶対圧である吸気管内絶対圧ＰＢＡを検出して、その検出信号をＥＣＵ２に送る。さらに、吸気管１２には、サーミスタなどで構成された吸気温センサ２５が取り付けられており、この吸気温センサ２５は、吸気管１２内の吸気温ＴＡを検出して、その検出信号をＥＣＵ２に送る。
【００３３】
また、吸気管１２のスロットル弁１３よりも下流側と、排気管１４の三元触媒２０よりも上流側との間には、ＥＧＲ用のＥＧＲ管１５が接続されており、このＥＧＲ管１５には、ＥＧＲ制御弁１６が取り付けられている。ＥＧＲ制御弁１６は、リニア電磁弁で構成されており、そのバルブリフト量ＬＡＣＴがＥＣＵ２からの駆動信号によってリニアに変化することで、ＥＧＲ量が制御される。このバルブリフト量ＬＡＣＴは、バルブリフト量センサ２６によって検出され、その検出信号はＥＣＵ２に送られる。
【００３４】
ＥＣＵ２にはさらに、大気圧センサ２８から大気圧ＰＡを表す検出信号が、車速センサ２９から車両の速度（車速）Ｖを表す検出信号が、アクセル開度センサ３０（アクセル開度検出手段）から、アクセルペダル（図示せず）の操作量であるアクセル開度ＡＰを表す検出信号が、ギヤ段センサ３１からエンジン３の自動変速機（図示せず）のギヤ段ＮＧＡＲを表す検出信号が、それぞれ送られる。
【００３５】
ＥＣＵ２は、本実施形態において、機関回転数検出手段、要求トルク決定手段、燃料噴射時期決定手段、基本点火時期決定手段、実カム位相検出手段、基本点火時期補正手段、進角方向補正手段および遅角方向補正手段を構成するものであり、ＣＰＵ２ａ、ＲＡＭ２ｂ、ＲＯＭ２ｃおよび入出力インターフェース（図示せず）などからなるマイクロコンピュータで構成されている。前述したセンサ２０〜３２の検出信号はそれぞれ、入力インターフェースでＡ／Ｄ変換や整形がなされた後、ＣＰＵ２ａに入力される。ＣＰＵ２ａは、これらの入力信号に応じ、ＲＯＭ２ｃに記憶された制御プログラム、後述する各種のテーブルおよびマップ、ならびにＲＡＭ２ｂに一時的に記憶された後述するフラグ値などに基づいて、各種の演算処理を実行する。
【００３６】
具体的には、上記各種の検出信号からエンジン３の運転状態を判別するとともに、エンジン回転数ＮＥおよびアクセル開度ＡＰに基づいて、エンジン３が出力すべき要求トルクＰＭＣＭＤを決定する。また、決定した要求トルクＰＭＣＭＤおよびエンジン回転数ＮＥなどに応じて、ＶＴＣ１０およびＶＴＥＣ１１を制御するとともに、エンジン３の燃焼モードを、アイドル運転時などの極低負荷運転時には成層燃焼モードに、極低負荷運転時以外の運転時には均一燃焼モードにそれぞれ決定し、両燃焼モード間の移行の際には２回噴射燃焼モードを実行する。また、決定した燃焼モードごとに、最適な燃料噴射時間Ｔｏｕｔを算出し、このＴｏｕｔ値およびエンジン回転数ＮＥに基づいて燃料噴射時期の噴射終了タイミングＩＪＬＯＧＤを決定するとともに、点火時期ＩＧなどを制御する。
【００３７】
上記燃焼モードのうち、この成層燃焼モードでは、スロットル弁１３がほぼ全開状態に制御されるとともに、燃料が圧縮行程中にインジェクタ４から燃焼室３ｃ内に噴射され、その大部分が凹部３ｄに衝突することによって、燃料噴流が形成される。この燃料噴流と、吸気管１２からの吸入空気の流動とによって混合気が生成されるとともに、ピストン３ａが圧縮行程の上死点に近い位置にあることで、混合気を点火プラグ５の付近に偏在させながら、理論空燃比よりも極リーンな空燃比Ａ／Ｆ（例えば２７〜６０）で、燃焼が行われる。
【００３８】
また、均一燃焼モードでは、スロットル弁開度ＴＨが要求トルクＰＭＣＭＤやエンジン回転数ＮＥなどに応じた開度に制御されるとともに、燃料が吸気行程中に燃焼室３ｃ内に噴射される。これにより、燃料噴流と空気の流動とによって生成された混合気が燃焼室３ｃ内に均一に分散した状態で、成層燃焼モードよりもリッチな空燃比Ａ／Ｆ（例えば１２〜２２）によって、燃焼が行われる。
【００３９】
さらに、２回噴射燃焼モードでは、１燃焼サイクル中の吸気行程と圧縮行程に燃料がそれぞれ噴射され、過渡的な空燃比Ａ／Ｆ（例えば１４．７〜３０）の状態で、燃焼が行われる。
【００４０】
図２〜５は、点火時期ＩＧの基本点火時期ＩＧＭＡＰの算出処理を示すフローチャートである。この処理は、ＴＤＣ信号の発生に同期して実行される。なお、この基本点火時期ＩＧＭＡＰは点火時期ＩＧの基本値であり、詳細は省略するが、実際には、算出した基本点火時期ＩＧＭＡＰを、エンジン水温ＴＷなどをパラメータとする各種補正項で補正することによって、点火時期ＩＧが最終的に求められる。
【００４１】
この処理ではまず、ステップ１１（「Ｓ１１」と図示。以下同じ）において、２回噴射燃焼モードフラグＦ＿ＣＭＯＤが「１」であるか否かを判別する。この答がＹＥＳ、すなわちエンジン３が２回噴射燃焼モードにあるときには、２回噴射燃焼モード用のＩＧＭ＿ＤＢマップ（図示せず）を検索することにより、エンジン回転数ＮＥおよび噴射終了タイミングＩＪＬＯＧＤに応じて、基本マップ値ＩＧＭＡＰｍを求める（ステップ１２）。次いで、この基本マップ値ＩＧＭＡＰｍを基本点火時期ＩＧＭＡＰとして設定し（ステップ１３）、本プログラムを終了する。
【００４２】
前記ステップ１１の答がＮＯのときには、燃焼形態モニタＳ＿ＥＭＯＤの値を判別する（ステップ１４）。この燃焼形態モニタＳ＿ＥＭＯＤは、エンジン３が、均一燃焼モードのうちのストイキ燃焼モードにあるときに「０」に、均一燃焼モードのうちのリーン燃焼モードにあるときに「１」に、成層燃焼モードにあるときに「２」に、それぞれセットされるものである。ステップ１４の判別結果により、Ｓ＿ＥＭＯＤ＝０すなわちストイキ燃焼モードのときには、ＶＴＥＣフラグＦ＿ＶＴＥＣが「１」であるか否かを判別し（ステップ１５）、その答がＹＥＳのときにはさらに、ＥＧＲフラグＦ＿ＥＧＲが「１」であるか否かを判別する（ステップ１６）。この答がＮＯ、すなわちバルブタイミングがＨＩ．ＶＴに設定され且つＥＧＲが停止されているときには、ＨＩ．ＶＴ・ＥＧＲ停止時用のＩＧＭ＿ＳＴＨマップ（図示せず）を検索することにより、エンジン回転数ＮＥおよび要求トルクＰＭＣＭＤに応じて、基本マップ値ＩＧＭＡＰｍを求めた（ステップ１７）後、後述するステップ３１に進む。
【００４３】
前記ステップ１６の答がＹＥＳのときには、上記ＩＧＭ＿ＳＴＨマップとは別個に設定されたＨＩ．ＶＴ・ＥＧＲ実行時用のＩＧＭ＿ＳＯＨマップ（図示せず）を検索することで、ＮＥ値およびＰＭＣＭＤ値に応じて、基本マップ値ＩＧＭＡＰｍを求め（ステップ１８）、後述するステップ３１に進む。
【００４４】
一方、前記ステップ１５の答がＮＯ、すなわちバルブタイミングがＬＯ．ＶＴに設定されているときには、アイドルフラグＦ＿ＩＤＬＥが「１」であるか否かを判別する（ステップ１９）。この答がＹＥＳ、すなわちエンジン３がアイドル運転中のときには、アイドル運転時用のＩＧＩＤＬＴテーブル（図示せず）を検索することで、目標アイドル回転数ＮＯＢＪに応じて、テーブル値ＩＧＩＤＬＴｎを求める（ステップ２０）とともに、このテーブル値ＩＧＩＤＬＴｎを基本マップ値ＩＧＭＡＰｍとして設定する（ステップ２１）。
【００４５】
前記ステップ１９の答がＮＯ、すなわちエンジン３がアイドル運転中でないときには、ＥＧＲフラグＦ＿ＥＧＲが「１」であるか否かを判別する（ステップ２２）。この答がＹＥＳのときには、前記ステップ１７で用いたＩＧＭ＿ＳＴＨマップを検索することで、エンジン回転数ＮＥおよび要求トルクＰＭＣＭＤに応じて、ＬＯ．ＶＴ・ＥＧＲ実行時用の基本マップ値ＩＧＭＡＰｍを求める（ステップ２３）。また、前記ステップ２２の答がＹＥＳのときには、前記ＩＧＭ＿ＳＴＨマップおよび前記ＩＧＭ＿ＳＯＨマップとは別個に設定されたＬＯ．ＶＴ・ＥＧＲ停止時用のＩＧＭ＿ＳＯＬマップ（図示せず）を検索することで、ＮＥ値およびＰＭＣＭＤ値に応じて、基本マップ値ＩＧＭＡＰｍを求める（ステップ２４）。
【００４６】
一方、前記ステップ１４の判別結果により、燃焼形態モニタＳ＿ＥＭＯＤ＝１のとき、すなわちエンジン３が均一燃焼モードのうちのリーン燃焼モードにあるときには、図３のステップ２５に進み、ＥＧＲフラグＦ＿ＥＧＲが「１」であるか否かを判別する。この答がＹＥＳのときには、リーン燃焼・ＥＧＲ実行時用のＩＧＭ＿ＬＴマップ（図示せず）を検索することで、エンジン回転数ＮＥおよび要求トルクＰＭＣＭＤに応じて、基本マップ値ＩＧＭＡＰｍを求める（ステップ２６）一方、ＮＯのときには、上記ＩＧＭ＿ＬＴマップとは別個のリーン燃焼・ＥＧＲ停止時用のＩＧＭ＿ＬＯマップ（図示せず）を検索することで、ＮＥ値およびＰＭＣＭＤ値に応じて、基本マップ値ＩＧＭＡＰｍを求める（ステップ２７）。
【００４７】
さらに、前記ステップ１４の判別結果により、燃焼形態モニタＳ＿ＥＭＯＤ＝２のとき、すなわちエンジン３が成層燃焼モードにあるときには、図４のステップ２８に進み、ＥＧＲフラグＦ＿ＥＧＲが「１」であるか否かを判別する。この答がＹＥＳのときには、成層燃焼・ＥＧＲ実行時用のＩＧＭ＿ＵＬＴマップ（図示せず）を検索することで、エンジン回転数ＮＥおよび噴射終了タイミングＩＪＬＯＧＤに応じて、基本マップ値ＩＧＭＡＰｍを求める（ステップ２９）一方、ＮＯのときには、上記ＩＧＭ＿ＵＬＴマップとは別個の成層燃焼・ＥＧＲ停止時用のＩＧＭ＿ＵＬＯマップ（図示せず）を検索することで、ＮＥ値およびＩＪＬＯＧＤ値に応じて、基本マップ値ＩＧＭＡＰｍを求める（ステップ３０）。
【００４８】
以上のように、基本マップ値ＩＧＭＡＰｍは、エンジン３が均一燃焼モード（ストイキ燃焼モードおよびリーン燃焼モード）のときには、アイドル運転時を除き、エンジン回転数ＮＥおよび要求トルクＰＭＣＭＤをパラメータとして設定される一方、成層燃焼モードでは、エンジン回転数ＮＥおよび噴射終了タイミングＩＪＬＯＧＤをパラメータとして設定される。
【００４９】
以上のように基本マップ値ＩＧＭＡＰｍを設定した後、ステップ３１においては、ＥＧＲ補正値ＩＧＫＥＧＲを算出する。このＥＧＲ補正値ＩＧＫＥＧＲは、詳細な説明は省略するが、ＥＧＲ量の変化による吸入空気量の変化を補償するためのものである。
【００５０】
次いで、検出された実際のカム位相（以下「実カム位相」という）ＶＴＣＡＣＴと目標カム位相ＶＴＣＣＭＤとの差であるカム位相偏差ＤＶＴＣ（＝ＶＴＣＡＣＴ−ＶＴＣＣＭＤ）が、その上限所定値ＤＶＴＣＬＭＴＨ（正値）よりも大きいか否か、および下限所定値ＤＶＴＣＬＭＴＬ（負値）よりも小さいか否かをそれぞれ判別する（ステップ３２、３３）。これらの答の一方がＹＥＳ、すなわちカム位相偏差ＤＶＴＣ＞上限所定値ＤＶＴＣＬＭＴＨ、またはＤＶＴＣ＜下限所定値ＤＶＴＣＬＭＴＬが成立し、実カム位相ＶＴＣＡＣＴと目標カム位相ＶＴＣＣＭＤとの差が大きいときには、ステップ３４に進み、ＶＴＣ補正値ＩＧＶＴＣを後述するようにして算出する。次いで、前述したようにして求めた基本マップ値ＩＧＭＡＰｍに、前記ステップ３１、３４でそれぞれ算出したＥＧＲ補正値ＩＧＫＥＧＲおよびＶＴＣ補正値ＩＧＶＴＣを加算することによって、基本点火時期ＩＧＭＡＰを算出し（ステップ３５）、本プログラムを終了する。
【００５１】
一方、前記ステップ３２および３３の答がいずれもＮＯ、すなわちＤＶＴＣＬＭＴＬ≦ＤＶＴＣ≦ＤＶＴＣＬＭＴＨが成立し、カム位相偏差ＤＶＴＣが所定範囲内にあるときには、ＶＴＣ補正値ＩＧＶＴＣを値０に設定した（ステップ３６）後、前記ステップ３５を実行し、本プログラムを終了する。すなわち、実カム位相ＶＴＣＡＣＴと目標カム位相ＶＴＣＣＭＤとの差が小さいときには、カム位相偏差ＤＶＴＣに応じた補正は行われない。
【００５２】
図６は、図５のステップ３４で実行されるＶＴＣ補正値ＩＧＶＴＣの算出処理のサブルーチンを示す。この処理ではまず、ステップ４１において、燃焼形態モニタＳ＿ＥＭＯＤが「２」であるか否かを判定する。この答がＮＯ、すなわちエンジン３が均一燃焼モード（ストイキ燃焼モードまたはリーン燃焼モード）のときには、目標カム位相ＶＣＴＣＭＤを検索用カム位相値ＶＴＣＭＰとして設定する（ステップ４２）とともに、この検索用カム位相値ＶＴＣＭＰに応じ、均一燃焼モード用のＩＧＶＴＣＳテーブルを検索することによって、ＶＴＣ補正値ＩＧＶＴＣを求める（ステップ４３）。
【００５３】
図７には、この均一燃焼モード用のＩＧＶＴＣＳテーブルの一例が示されており、ＶＴＣ補正値ＩＧＶＴＣは、検索用カム位相値ＶＴＣＭＰが大きいほど、より大きな値に設定されている。これは、カム位相が大きいほど、点火時期ＩＧに及ぼす影響が大きいので、これを補償するためである。次に、検索したＶＴＣ補正値ＩＧＶＴＣを、目標カム位相ＶＴＣＣＭＤに対応する目標カム位相補正項ＩＧＶＴＣｃとして設定する（ステップ４４）。
【００５４】
次いで、実カム位相ＶＣＴＡＣＴを検索用カム位相値ＶＴＣＭＰとして設定する（ステップ４５）とともに、上記ステップ４３と同様、この検索用カム位相値ＶＴＣＭＰに応じ、ＩＧＶＴＣＳテーブルを検索して、ＶＴＣ補正値ＩＧＶＴＣを求める（ステップ４６）。次に、検索したＶＴＣ補正値ＩＧＶＴＣを、実カム位相ＶＴＣＡＣＴに対応する実カム位相補正項ＩＧＶＴＣｎとして設定する（ステップ４７）。最後に、この実カム位相補正項ＩＧＶＴＣｎから前記ステップ４４で求めた目標カム位相補正項ＩＧＶＴＣｃを差し引いた値（ＩＧＶＴＣｎ−ＩＧＶＴＣｃ）を、ＶＴＣ補正値ＩＧＶＴＣとして算出し（ステップ４８）、本プログラムを終了する。
【００５５】
以上のように、ＶＴＣ補正値ＩＧＶＴＣは、実カム位相ＶＴＣＡＣＴに対応する実カム位相補正項ＩＧＶＴＣｎと、目標カム位相ＶＴＣＡＣＴに対応する目標カム位相補正項ＩＧＶＴＣｃとの差として設定される。また、前述したように、ＶＴＣ補正値ＩＧＶＴＣは、前記ステップ３５で基本点火時期ＩＧＭＡＰを算出する際に加算項として用いられる。したがって、基本点火時期ＩＧＭＡＰは、実カム位相ＶＴＣＡＣＴが目標カム位相ＶＴＣＡＣＴよりも大きいとき（進角側にあるとき）には、進角側に補正される一方、小さいとき（遅角側にあるとき）には、遅角側に補正される。また、その補正の度合は、実カム位相ＶＴＣＡＣＴと目標カム位相ＶＴＣＡＣＴとの差（カム位相偏差ＤＶＴＣ）の大きさに応じる。
【００５６】
一方、前記ステップ４１の答がＹＥＳ、すなわちエンジン３が成層燃焼モードにあるときには、ステップ４９以降において、前記ＩＧＶＴＣＳテーブルとは別個に設定された成層燃焼モード用のＩＧＶＴＣＵＬテーブルを用い、前記ステップ４２〜４８と同様にしてＶＴＣ補正値ＩＧＶＴＣを算出する。すなわち、まず目標カム位相ＶＣＴＣＭＤを検索用カム位相値ＶＴＣＭＰとして設定する（ステップ４９）とともに、検索用カム位相値ＶＴＣＭＰに応じ、成層燃焼モード用のＩＧＶＴＣＵＬテーブルを検索して、ＶＴＣ補正値ＩＧＶＴＣを求め（ステップ５０）、検索したＶＴＣ補正値ＩＧＶＴＣを目標カム位相補正項ＩＧＶＴＣｃとして設定する（ステップ５１）。
【００５７】
図７には、この成層燃焼モード用のＩＧＶＴＣＵＬテーブルの一例が併記されており、この場合のＶＴＣ補正値ＩＧＶＴＣは、均一燃焼モードの場合と同様、検索用カム位相値ＶＴＣＭＰが大きいほど、より大きな値に設定されているとともに、均一燃焼モードの場合よりも小さな値に設定されている。これは、前述したように、均一燃焼モードでは、カム位相ＶＴＣＡＣＴの変化に伴う内部ＥＧＲ量や実効圧縮比の変化による点火時期ＩＧへの影響が大きいのに対し、成層燃焼モードでは、点火時期ＩＧへのカム位相ＶＴＣＡＣＴの影響は小さく、むしろ燃料噴射時期の影響が大きいという特性があることから、そのようなそれぞれの特性に合致した補正量で基本点火時期ＩＧＭＡＰを補正するためである。
【００５８】
次に、実カム位相ＶＣＴＡＣＴを検索用カム位相値ＶＴＣＭＰとして設定する（ステップ５２）とともに、この検索用カム位相値ＶＴＣＭＰに応じ、ＩＧＶＴＣＵＬテーブルを検索して、ＶＴＣ補正値ＩＧＶＴＣを求める（ステップ５３）。次いで、前記ステップ４７および４８に進み、均一燃焼モードの場合と同様、このＶＴＣ補正値ＩＧＶＴＣを実カム位相補正項ＩＧＶＴＣｎとして設定し、実カム位相補正項ＩＧＶＴＣｎと前記ステップ５１で求めた目標カム位相補正項ＩＧＶＴＣｃとの差を、ＶＴＣ補正値ＩＧＶＴＣとして算出し、本プログラムを終了する。
【００５９】
以上のように、本実施形態によれば、基本点火時期ＩＧＭＡＰの基本マップ値ＩＧＭＡＰｍを、均一燃焼モード時には、エンジン回転数ＮＥおよび要求トルクＰＭＣＭＤに基づいて決定するとともに、成層燃焼モード時には、エンジン回転数ＮＥおよび噴射終了タイミングＩＪＬＯＧＤに基づいて決定するので、それぞれの燃焼モードにおいて、基本マップ値ＩＧＭＡＰｍを、カム位相ＶＣＴＡＣＴの変化に伴う吸気特性の変化による影響が非常に小さい状態で、安定して適切に設定することができる。また、そのように決定された基本マップ値ＩＧＭＡＰｍを、実カム位相ＶＣＴＡＣＴと目標カム位相ＶＣＴＣＭＤとのカム位相偏差ＤＶＴＣに応じて補正するので、点火時期ＩＧを、カム位相ＶＣＴＡＣＴの変化に伴う実際の吸気特性に対応した最適値に収束性良く設定することができる。
【００６０】
また、カム位相偏差ＤＶＴＣが上限所定値ＤＶＴＣＬＭＴＨよりも大きいとき、および下限所定値ＤＶＴＣＬＭＴＬよりも小さいときに、基本マップ値ＩＧＭＡＰｍを、実カム位相ＶＴＣＡＣＴが目標カム位相ＶＴＣＣＭＤに対してずれた方向と合致する方向に、かつカム位相偏差ＤＶＴＣの大きさに応じて、補正するので、点火時期ＩＧを、カム位相ＶＴＣＡＣＴの実際のずれの方向と度合に合わせて、より適切に設定することができる。また、カム位相偏差ＤＶＴＣが上下限所定値ＤＶＴＣＬＭＴＨ、ＤＶＴＣＬＭＴＬの間の範囲にあって、実カム位相ＶＴＣＡＣＴのずれ量が小さいときには、カム位相偏差ＤＶＴＣに応じた補正は行わないので、点火時期ＩＧの安定性を維持することができる。
【００６１】
さらに、燃焼モードが均一燃焼モードのときには、ＩＧＶＴＣＳテーブルから検索した補正量で、基本マップ値ＩＧＭＡＰｍを補正するのに対し、成層燃焼モードのときには、別個のＩＧＶＴＣＳテーブルから検索したより小さな補正量で、基本マップ値ＩＧＭＡＰｍを補正するので、均一燃焼モードおよび成層燃焼モードの双方において、カム位相ＶＴＣＡＣＴが点火時期ＩＧに及ぼす影響の大きさに対応して、点火時期ＩＧをより適切に設定することができる。
【００６２】
【発明の効果】
以上のように、本発明の内燃機関の点火時期制御装置は、カム位相可変機構を有する直噴式の内燃機関において、均一燃焼モードおよび成層燃焼モードのいずれの燃焼モードにおいても、点火時期をカム位相の変化に伴う吸気特性の変化に応じた最適値に収束性良く設定することができるなどの効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態による内燃機関の点火時期制御装置の概略構成図である。
【図２】図１の制御装置により実行される基本点火時期の算出処理を示すフローチャートである。
【図３】図２の算出処理の一部を示すフローチャートである。
【図４】図２の算出処理の他の一部を示すフローチャートである。
【図５】図２の算出処理の残りの部分を示すフローチャートである。
【図６】図２の算出処理で実行されるＶＴＣ補正値の算出サブルーチンのフローチャート３である。
【図７】図６の算出サブルーチンで用いられるＩＧＶＴＣＳテーブルおよびＩＧＶＴＵＬテーブルの一例である。
【符号の説明】
１  点火時期制御装置
２  ＥＣＵ（機関回転数検出手段、要求トルク決定手段、燃料噴射時期決定手段、基本点火時期決定手段、実カム位相検出手段、基本点火時期補正手段、進角方向補正手段、遅角方向補正手段）
３  エンジン（内燃機関）
３ａ  ピストン
３ｃ  燃焼室
３ｄ  凹部
３ｅ  クランクシャフト
４  燃料噴射弁
６ａ  吸気カム
７ａ  排気カム
８  吸気バルブ
９  排気バルブ
１０  カム位相可変機構
２１  カム角センサ（実カム位相検出手段）
２２  クランク角センサ（エンジン回転数検出手段）
３０  アクセル開度センサ（アクセル開度検出手段）
ＰＭＣＭＤ  要求トルク
ＩＪＬＯＧＤ  噴射終了タイミング（燃料噴射時期）
ＶＴＣＡＣＴ  カム位相
ＶＴＣＣＭＤ  目標カム位相
ＤＶＴＣ  カム位相偏差
ＤＶＴＣＬＭＴＨ  上限所定値
ＤＶＴＣＬＭＴＬ  下限所定値
ＩＧＭＡＰｍ  基本点火時期の基本マップ値（基本点火時期）
ＩＧＶＴＣ  ＶＴＣ補正値（基本点火時期）
ＩＧＭＡＰ  基本点火時期
ＩＧ  点火時期
ＮＥ  エンジン回転数（機関回転数）
ＡＰ  アクセル開度
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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