(57)【要約】【課題】燃焼方式の切換時に燃焼状態が悪化するのを防止することのできる内燃機関の燃焼制御装置を提供する。【解決手段】「弱成層燃焼」が不可能なエンジン１１の運転領域においては、「成層燃焼」と「均質燃焼」との間で燃焼方式の切り換えが行われ、それに応じて燃料噴射形態も「成層燃焼」に適した状態と「均質燃焼」に適した状態との間で切り換えられる。こうした燃焼方式の切換要求がなされてから所定時間が経過するまでの間は、スロットルバルブ２３及びＥＧＲバルブ４３を同切換前での要求開度と同切換後での要求開度との中間の所定開度に保持制御する。これにより燃料噴射形態の切換前後において、エンジン１１の吸気状態が要求される状態から大きくずれることは防止される。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の燃焼室に燃料を噴射供給する燃料噴射弁と、同機関の排気通路から吸気通路へ再循環する排気の量を調整するＥＧＲバルブとを備え、前記燃料噴射弁の燃料噴射形態を変更して同機関の燃焼方式を切り換えるとともに、前記ＥＧＲバルブの開度を内燃機関の燃焼方式に応じて制御する内燃機関の燃焼制御装置において、
燃焼方式の切換要求がなされてから所定時間が経過するまで、前記ＥＧＲバルブの開度を、同切換前の燃焼方式での要求開度と同切換後の燃焼方式での要求開度との中間の所定開度に保持制御する開度制御手段と、
前記燃焼方式の切換要求から前記所定時間が経過した後、前記燃料噴射弁の燃料噴射形態を、同切換後の燃焼方式に対応した形態へと変更する噴射形態変更手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。
【請求項２】
前記開度制御手段は、燃焼方式を成層燃焼と均質燃焼との間で切り換える切換要求がなされたとき、同切換要求がなされてから前記所定時間が経過するまで、前記ＥＧＲバルブの開度を同切換前の燃焼方式での要求開度と同切換後の燃焼方式での要求開度との中間の所定開度に保持制御する
請求項１記載の内燃機関の燃焼制御装置。
【請求項３】
前記開度制御手段は、燃焼方式の切換要求がなされたときに前記ＥＧＲバルブが保持制御される前記所定開度を内燃機関の運転状態に応じて可変とする
請求項１又は２記載の内燃機関の燃焼制御装置。
【請求項４】
前記開度制御手段は、ＥＧＲバルブを前記要求される排気の再循環量に対応した目標開度へと制御することにより同バルブの開度調節を行い、燃焼方式の切換要求がなされたときには前記目標開度を所定開度量だけ変化させることで前記ＥＧＲバルブを前記所定開度へと保持制御し、前記目標開度を変化させる前記所定開度変化量を機関運転状態に応じて可変とする
請求項３記載の内燃機関の燃焼制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃焼方式を切り換えるタイプの内燃機関の燃焼制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、自動車用エンジン等の車載内燃機関では、吸気通路を介して燃焼室内に吸入される空気と、燃料噴射弁から噴射される燃料とを混合して混合気を形成し、その混合気を燃焼室内で燃焼させることで駆動力を得ている。こうした内燃機関の吸気通路には、燃焼室に吸入される空気の量を調整するためのスロットルバルブが設けられている。そして、スロットルバルブの開度を調節して燃焼室へ吸入される空気の量を調整することにより、燃焼室へ充填される混合気の量が変化し、内燃機関の出力が調整されるようになる。
【０００３】
そして、近年、自動車用の内燃機関においては、燃費を向上させること及び十分な機関出力を得ることの両立を図るために、機関運転状態に応じて燃焼方式を切り換えるタイプの内燃機関が提案され、実用化されている。
【０００４】
こうしたタイプの内燃機関では、高出力が要求される高回転高負荷時等の所定機関運転時には、空気に対して燃料が均等に混合された均質混合気を燃焼させる「均質燃焼」を実行し、十分な機関出力を得るようにしている。この「均質燃焼」は、内燃機関の吸気行程にて噴射された燃料が空気に均等に混ぜ合わされ、燃焼室内で上記空気及び燃料からなる混合気に点火プラグにより点火がなされることによって実行される。
【０００５】
また、あまり高出力が要求されない低回転低負荷時には、点火プラグ周りの燃料濃度を高めて着火性を向上させるとともに、混合気の平均空燃比を理論空燃比よりも大きくすることで燃費を向上させることが可能な「成層燃焼」を実行する。この「成層燃焼」は、内燃機関の圧縮行程にて燃焼室内に噴射供給された燃料がピストン頭部の窪みに当たって点火プラグ周りに集められ、その集められた燃料と燃焼室内の空気とからなる混合気に点火プラグにより点火がなされることによって実行される。こうした「成層燃焼」においては、混合気の平均空燃比を理論空燃比よりも大きくすべくスロットルバルブを「均質燃焼」の場合に比べて開き側に制御するため、ポンピングロスが低減されるようになる。
【０００６】
上記のように内燃機関の燃焼方式を、機関運転状態に応じて「均質燃焼」と「成層燃焼」との間で切り換えることにより、燃費を向上させることができるとともに十分な機関出力が得られるようになる。
【０００７】
ところで、燃焼方式が切り換えられる際には、燃料噴射量や燃料噴射時期の変更による燃料噴射形態の切り換えが行われるとともに、スロットルバルブの開度変更等による内燃機関の吸気状態の切り換えも行われる。こうした燃料噴射形態及び吸気状態の切り換えを同時に行ったのでは、燃料噴射形態の切り換えに対して吸気状態の切り換えに応答遅れが生じることから、吸気状態が過度に不適正なものになって失火を招くおそれがある。このように吸気状態の切り換えに応答遅れが生じるのは、燃料噴射形態が燃料噴射弁の駆動制御に基づき直ちに切り換えられるのに対し、吸気状態はスロットルバルブの開度変化等に対して応答遅れをもって切り換えられるためである。
【０００８】
上記燃焼方式切換時における失火を防止するため、例えば特許文献１に記載された内燃機関の燃焼制御装置のように、燃料噴射形態の切り換えを吸気状態の切り換えに対して所定時間遅延させることが提案されている。このように燃料噴射形態の切り換えを遅延させることで、燃焼方式切換時に吸気状態が過度に不適正なものになって失火が生じるのを防止することができる。
【特許文献１】特開平９−１９５８３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、上記のように吸気状態の切り換えに対して燃料噴射形態の切り換えを遅延させても、「成層燃焼」と「均質燃焼」との間で燃焼方式が切り換えられるときに吸気状態が燃料噴射形態に対して不適切な状態になり、失火が生じることはないものの燃焼状態が悪化するおそれがある。即ち、「成層燃焼」を実行する上で点火プラグ周りの混合気がリッチになり過ぎて燃焼状態が悪化したり、「均質燃焼」を実行する上で燃焼室内の混合気がリーンになり過ぎて燃焼状態が悪化したりする。
【００１０】
本発明はこのような実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、燃焼方式の切換時に燃焼状態が悪化するのを防止することのできる内燃機関の燃焼制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
請求項１記載の発明では、内燃機関の燃焼室に燃料を噴射供給する燃料噴射弁と、同機関の排気通路から吸気通路へ再循環する排気の量を調整するＥＧＲバルブとを備え、前記燃料噴射弁の燃料噴射形態を変更して同機関の燃焼方式を切り換えるとともに、前記ＥＧＲバルブの開度を内燃機関の燃焼方式に応じて制御する内燃機関の燃焼制御装置において、燃焼方式の切換要求がなされてから所定時間が経過するまで、前記ＥＧＲバルブの開度を、同切換前の燃焼方式での要求開度と同切換後の燃焼方式での要求開度との中間の所定開度に保持制御する開度制御手段と、前記燃焼方式の切換要求から前記所定時間が経過した後、前記燃料噴射弁の燃料噴射形態を、同切換後の燃焼方式に対応した形態へと変更する噴射形態変更手段とを備えた。
【００１２】
燃焼方式の切換要求がなされてから所定時間が経過するまでの間は、ＥＧＲバルブが同切換前の燃焼方式での要求開度と同切換後の燃焼方式での要求開度との中間の所定開度に保持制御される同構成によれば、燃料噴射形態変更前の排気の再循環量が要求される量から大きくずれるのを抑制しつつ、燃料噴射形態変更後の排気の再循環量が要求される量から大きくずれるのを抑制することができ、燃焼方式切換時における燃焼状態の悪化を防止することができる。
【００１３】
請求項２記載の発明では、請求項１記載の発明において、前記開度制御手段は、燃焼方式を成層燃焼と均質燃焼との間で切り換える切換要求がなされたとき、同切換要求がなされてから前記所定時間が経過するまで、前記ＥＧＲバルブの開度を同切換前の燃焼方式での要求開度と同切換後の燃焼方式での要求開度との中間の所定開度に保持制御するものとした。
【００１４】
同構成によれば、成層燃焼と均質燃焼との間での燃焼方式の切り換えが行われるとき、その切換前後でのＥＧＲバルブの要求開度が大きく変化するが、この状態にあっても燃焼方式切換時において内燃機関の排気の再循環量が要求される量から大きくずれて燃焼状態が悪化するのを防止することができる。
【００１５】
請求項３記載の発明では、請求項１又は２記載の発明において、前記開度制御手段は、燃焼方式の切換要求がなされたときに前記ＥＧＲバルブが保持制御される前記所定開度を内燃機関の運転状態に応じて可変とするものとした。
【００１６】
同構成によれば、内燃機関において要求される排気の再循環量は機関運転状態に応じて変化するが、燃焼方式切換時にＥＧＲバルブが保持制御される所定開度が機関運転状態に応じて可変とされる同構成によれば、燃焼方式切換時に上記要求される排気の再循環量が機関運転状態の変化に基づき変化しても、内燃機関の排気の再循環量が要求される量から大きくずれるのを的確に抑制することができる。
【００１７】
請求項４記載の発明では、請求項３記載の発明において、前記開度制御手段は、ＥＧＲバルブを前記要求される排気の再循環量に対応した目標開度へと制御することにより同バルブの開度調節を行い、燃焼方式の切換要求がなされたときには前記目標開度を所定開度量だけ変化させることで前記ＥＧＲバルブを前記所定開度へと保持制御し、前記目標開度を変化させる前記所定開度変化量を機関運転状態に応じて可変とするものとした。
【００１８】
燃焼方式の切換要求がなされたときにＥＧＲバルブの目標開度を変化させるための所定開度変化量を機関運転状態に応じて可変とする同構成によれば、燃焼方式の切換要求がなされたときにＥＧＲバルブが保持制御される前記所定開度を的確に機関運転状態に応じて可変とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明を直列４気筒の自動車用ガソリンエンジンに適用した一実施形態を図１〜図９に従って説明する。
図１に示すように、エンジン１１は、そのシリンダブロック１１ａ内に往復移動可能に設けられた合計四つのピストン１２（図１には一つのみ図示）を備えている。これらピストン１２の頭部には、成層燃焼を実行するのに必要な窪み１２ａが形成されている。また、これらピストン１２は、コンロッド１３を介して出力軸であるクランクシャフト１４に連結されている。そして、ピストン１２の往復移動は、上記コンロッド１３によってクランクシャフト１４の回転へと変換されるようになっている。
【００２０】
クランクシャフト１４にはシグナルロータ１４ａが取り付けられている。このシグナルロータ１４ａの外周部には、複数の突起１４ｂがクランクシャフト１４の軸線を中心とする等角度毎に設けられている。また、シグナルロータ１４ａの側方には、クランクポジションセンサ１４ｃが設けられている。そして、クランクシャフト１４が回転して、シグナルロータ１４ａの各突起１４ｂが順次クランクポジションセンサ１４ｃの側方を通過することにより、同センサ１４ｃからはそれら各突起１４ｂの通過に対応したパルス状の検出信号が出力されるようになる。
【００２１】
また、シリンダブロック１１ａの上端には、シリンダヘッド１５が設けられ、シリンダヘッド１５とピストン１２との間には燃焼室１６が設けられている。この燃焼室１６には、シリンダヘッド１５に設けられた吸気ポート１７と排気ポート１８とが連通している。こうした吸気ポート１７及び排気ポート１８には、それぞれ吸気バルブ１９及び排気バルブ２０が設けられている。
【００２２】
一方、シリンダヘッド１５には、上記吸気バルブ１９及び排気バルブ２０を開閉駆動するための吸気カムシャフト２１及び排気カムシャフト２２が回転可能に支持されている。これら吸気及び排気カムシャフト２１，２２は、タイミングベルト及びギヤ（共に図示せず）等を介してクランクシャフト１４に連結され、同ベルト及びギヤ等によりクランクシャフト１４の回転が伝達されるようになる。
そして、吸気カムシャフト２１が回転すると、吸気バルブ１９が開閉駆動されて、吸気ポート１７と燃焼室１６とが連通・遮断される。また、排気カムシャフト２２が回転すると、排気バルブ２０が開閉駆動されて、排気ポート１８と燃焼室１６とが連通・遮断される。
【００２３】
また、シリンダヘッド１５において、吸気カムシャフト２１の側方には、同シャフト２１の外周面に設けられた突起２１ａを検出して検出信号を出力するカムポジションセンサ２１ｂが設けられている。そして、吸気カムシャフト２１が回転すると、同シャフト２１の突起２１ａがカムポジションセンサ２１ｂの側方を通過する。この状態にあっては、カムポジションセンサ２１ｂから上記突起２１ａの通過に対応して所定間隔毎に検出信号が出力されるようになる。
【００２４】
吸気ポート１７及び排気ポート１８には、それぞれ吸気管３０及び排気管３１が接続されている。この吸気管３０内及び吸気ポート１７内は吸気通路３２となっており、排気管３１内及び排気ポート１８内は排気通路３３となっている。吸気通路３２の上流部分にはスロットルバルブ２３が設けられている。このスロットルバルブ２３は、直流（ＤＣ）モータからなるスロットル用モータ２４の駆動により回動されて開度調節がなされる。そして、スロットルバルブ２３の開度は、スロットルポジションセンサ４４によって検出される。
【００２５】
また、上記スロットル用モータ２４の駆動は、自動車の室内に設けられたアクセルペダル２５の踏込量（アクセル踏込量）に基づき制御される。即ち、自動車の運転者がアクセルペダル２５を踏込操作すると、アクセル踏込量がアクセルポジションセンサ２６によって検出され、同センサ２６の検出信号に基づきスロットル用モータ２４が駆動制御される。このスロットル用モータ２４の駆動制御に基づくスロットルバルブ２３の開度調節により、吸気通路３２の空気流通面積が変化して燃焼室１６へ吸入される空気の量が調整されるようになる。
【００２６】
吸気通路３２においてスロットルバルブ２３の下流側に位置する部分には、同通路３２内の圧力を検出するバキュームセンサ３６が設けられている。そして、バキュームセンサ３６は検出した吸気通路３２内の圧力に対応した検出信号を出力する。
【００２７】
また、図１に示すように、シリンダヘッド１５には、燃焼室１６内に燃料を噴射供給する燃料噴射弁４０と、燃焼室１６内に充填される燃料と空気とからなる混合気に対して点火を行う点火プラグ４１とが設けられている。この点火プラグ４１による上記混合気への点火時期は、点火プラグ４１の上方に設けられたイグナイタ４１ａによって調整される。
【００２８】
そして、燃料噴射弁４０から燃焼室１６内へ燃料が噴射されると、同燃料が吸気通路３２を介して燃焼室１６に吸入された空気と混ぜ合わされ、燃焼室１６内で空気と燃料とからなる混合気が形成される。更に、燃焼室１６内の混合気は点火プラグ４１によって点火がなされて燃焼し、燃焼後の混合気は排気として排気通路３３に送り出される。
【００２９】
一方、吸気通路３２のスロットルバルブ２３よりも下流側は、排気再循環（ＥＧＲ）通路４２を介して排気通路３３と連通している。このＥＧＲ通路４２の途中には、ステップモータ４３ａを備えたＥＧＲバルブ４３が設けられている。そして、ＥＧＲバルブ４３は、ステップモータ４３ａを駆動制御することで開度調節が行われる。こうしたＥＧＲバルブ４３の開度調節により、排気通路３３を介して吸気通路３２へ再循環する排気の量（ＥＧＲ量）が調整されるようになる。
そして、エンジン１１の排気が吸気通路３２に再循環されることで、燃焼室１６内の温度が下がって窒素酸化物（ＮＯx ）の生成が抑制され、エミッションの低減が図られる。
【００３０】
次に、本実施形態におけるエンジン１１の燃焼制御装置の電気的構成を図２に基づいて説明する。
この燃焼制御装置は、燃料噴射量制御、燃料噴射時期制御、点火時期制御、スロットル開度制御、及びＥＧＲ制御など、エンジン１１の運転状態を制御するための電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ」という）９２を備えている。このＥＣＵ９２は、ＲＯＭ９３、ＣＰＵ９４、ＲＡＭ９５及びバックアップＲＡＭ９６等を備える論理演算回路として構成されている。
【００３１】
ここで、ＲＯＭ９３は各種制御プログラムや、それら各種制御プログラムを実行する際に参照されるマップ等が記憶されたメモリであり、ＣＰＵ９４はＲＯＭ９３に記憶された各種制御プログラムやマップに基づいて演算処理を実行する。
また、ＲＡＭ９５はＣＰＵ９４での演算結果や各センサから入力されたデータ等を一時的に記憶するメモリであり、バックアップＲＡＭ９６はエンジン１１の停止時に保存すべきデータを記憶する不揮発性のメモリである。そして、ＲＯＭ９３、ＣＰＵ９４、ＲＡＭ９５及びバックアップＲＡＭ９６は、バス９７を介して互いに接続されるとともに、外部入力回路９８及び外部出力回路９９と接続されている。
【００３２】
外部入力回路９８には、クランクポジションセンサ１４ｃ、カムポジションセンサ２１ｂ、アクセルポジションセンサ２６、バキュームセンサ３６、及びスロットルポジションセンサ４４等が接続されている。一方、外部出力回路９９には、スロットル用モータ２４、燃料噴射弁４０、イグナイタ４１ａ、及びＥＧＲバルブ４３等が接続されている。
【００３３】
このように構成されたＥＣＵ９２は、クランクポジションセンサ１４ｃからの検出信号に基づきエンジン回転数ＮＥを求める。更に、アクセルポジションセンサ２６又はバキュームセンサ３６からの検出信号と、上記エンジン回転数ＮＥとに基づきエンジン１１の負荷を表す基本燃料噴射量Ｑbse を求める。ＥＣＵ９２は、図３に示すように、均質燃焼領域ＡＢ、弱成層燃焼領域Ｃ及び成層燃焼領域Ｄを備えたマップを参照し、エンジン回転数ＮＥ及び基本燃料噴射量Ｑbse からエンジン１１の燃焼方式切換に用いられる要求モードＦＭＯＤＥＢを決定する。
。この要求モードＦＭＯＤＥＢは、エンジン回転数ＮＥ及び基本燃料噴射量Ｑbse が上記領域ＡＢ〜Ｄのいずれの領域に位置する状態かにより、例えば「０（成層燃焼）」、「４（弱成層燃焼）」、及び「８（均質燃焼）」のように決定される。
【００３４】
ＥＣＵ９２は、上記のように決定された要求モードＦＭＯＤＥＢに応じて燃焼方式を切り換える。なお、上記マップから明らかなように、エンジン１１の運転状態が高回転高負荷へと移行するに従い、エンジン１１の燃焼方式が「成層燃焼」、「弱成層燃焼」、及び「均質燃焼」へと順次変化することとなる。このように燃焼方式を変化させるのは、高出力が要求される高回転高負荷時ほど空燃比がリッチ側になる燃焼方式を実行してエンジン出力を高め、低回転低負荷時ほど空燃比がリーン側になる燃焼方式を実行して燃費の向上を図るためである。
【００３５】
ここで、上記各燃焼方式が実行されるときにＥＣＵ９２を通じて実行される制御態様について、「均質燃焼」、「弱成層燃焼」、及び「成層燃焼」の各燃焼方式毎にそれぞれ説明する。
【００３６】
・「均質燃焼」
エンジン１１の燃焼方式が「均質燃焼」であるとき、ＥＣＵ９２は、バキュームセンサ３６からの検出信号に基づき吸気圧ＰＭを求めるとともに、アクセルポジションセンサ２６からの検出信号に基づきアクセル踏込量ＡＣＣＰを求める。
そして、ＥＣＵ９２は、吸気圧ＰＭ又はアクセル踏込量ＡＣＣＰと、エンジン回転数ＮＥとに基づき基本燃料噴射量Ｑbse をマップ演算する。ＥＣＵ９２は、燃料噴射弁４０を駆動制御し、基本燃料噴射量Ｑbse に基づき求められる最終燃料噴射量Ｑfin に対応した量の燃料を吸気行程中に噴射させる。こうした燃料噴射により燃焼室１６内に形成される混合気においては、その空燃比が理論空燃比若しくは理論空燃比よりもリーン側の値とされる。
【００３７】
また、ＥＣＵ９２は、実際のスロットル開度が上記アクセル踏込量ＡＣＣＰ又は基本燃料噴射量Ｑbse 等に基づき算出される目標スロットル開度ＴＲＴに近づくよう、スロットルポジションセンサ４４からの検出信号に基づきスロットル用モータ２４を駆動制御する。更に、ＥＣＵ９２は、吸気圧ＰＭ又は基本燃料噴射量Ｑbse と、エンジン回転数ＮＥとに基づき目標点火時期及び目標ＥＧＲ開度Ｅを算出する。そして、ＥＣＵ９２は、上記目標点火時期及び目標ＥＧＲ開度Ｅに応じてイグナイタ４１ａ及びＥＧＲバルブ４３を駆動制御し、点火時期及びＥＧＲ量が「均質燃焼」に適したものとなるようにする。
【００３８】
・「弱成層燃焼」
エンジン１１の燃焼方式が「弱成層燃焼」であるとき、ＥＣＵ９２は、アクセル踏込量ＡＣＣＰとエンジン回転数ＮＥとに基づき基本燃料噴射量Ｑbse をマップ演算する。ＥＣＵ９２は、燃料噴射弁４０を駆動制御し、基本燃料噴射量Ｑbse に基づき求められる最終燃料噴射量Ｑfin に対応した量の燃料を吸気行程と圧縮行程との両方で噴射させる。こうした燃料噴射により燃焼室１６に形成される混合気においては、その空燃比が「均質燃焼」時の空燃比よりもリーン側の値（例えば２０〜２３）とされる。
【００３９】
また、ＥＣＵ９２は、基本燃料噴射量Ｑbse に基づき目標スロットル開度ＴＲＴを算出する。こうして算出される目標スロットル開度ＴＲＴに実際のスロットル開度が近づくよう、ＥＣＵ９２は、スロットルポジションセンサ４４からの検出信号に基づきスロットル用モータ２４を駆動制御する。更に、ＥＣＵ９２は、基本燃料噴射量Ｑbse 及びエンジン回転数ＮＥに基づき目標点火時期及び目標ＥＧＲ開度Ｅを算出する。そして、ＥＣＵ９２は、上記目標点火時期及び目標ＥＧＲ開度Ｅに応じてイグナイタ４１ａ及びＥＧＲバルブ４３を駆動制御し、点火時期及びＥＧＲ量が「弱成層燃焼」に適したものとなるようにする。
【００４０】
こうした「弱成層燃焼」時において、吸気行程のときに噴射供給された燃料は空気に対して均等に分散され、圧縮行程のときに噴射供給された燃料はピストン１２の頭部に設けられた窪み１２ａによって点火プラグ４１の周りに集められる。上記のように吸気行程と圧縮行程との二回に分けて燃料噴射を行うことで、上記「均質燃焼」と後述する「成層燃焼」との中間の燃焼方式（「弱成層燃焼」）で混合気の燃焼が行われ、その「弱成層燃焼」によって「均質燃焼」と「成層燃焼」との切り換え時のトルクショックが抑えられる。
【００４１】
・「成層燃焼」
エンジン１１の燃焼方式が「成層燃焼」であるとき、ＥＣＵ９２は、アクセル踏込量ＡＣＣＰとエンジン回転数ＮＥとに基づき基本燃料噴射量Ｑbse をマップ演算する。ＥＣＵ９２は、燃料噴射弁４０を駆動制御し、基本燃料噴射量Ｑbse に基づき求められる最終燃料噴射量Ｑfin に対応した量の燃料を圧縮行程で噴射させる。こうした燃料噴射により燃焼室１６に形成される混合気においては、その空燃比が「弱成層燃焼」時の空燃比よりもリーン側の値（例えば２５〜５０）とされる。
【００４２】
ＥＣＵ９２は、この「成層燃焼」時にも上記「弱成層燃焼」時と同様に、目標スロットル開度ＴＲＴ、目標点火時期、目標ＥＧＲ開度Ｅを算出する。ＥＣＵ９２は、目標スロットル開度ＴＲＴに実際のスロットル開度が近づくようスロットルポジションセンサ４４からの検出信号に基づきスロットル用モータ２４を駆動制御する。また、ＥＣＵ９２は、上記目標点火時期及び目標ＥＧＲ開度Ｅに応じてイグナイタ４１ａ及びＥＧＲバルブ４３を駆動制御し、点火時期及びＥＧＲ量が「成層燃焼」に適したものとなるようにする。
【００４３】
こうした「成層燃焼」時において、エンジン１１の圧縮行程中に燃料噴射弁４０から噴射された燃料は、ピストン１２の頭部に設けられた窪み１２ａ内に入り込み、そのピストン１２の移動により上記燃料が点火プラグ４１の周りに集められる。このように点火プラグ４１の周りに燃料を集めることによって、燃焼室１６内の混合気全体の平均空燃比を「弱成層燃焼」時より大きくしても、同プラグ４１周りの混合気の空燃比が着火に適したものとされて良好な混合気への着火が行われる。この「成層燃焼」においては、混合気の平均空燃比を理論空燃比よりも大きくすべくスロットルバルブ２３が「均質燃焼」の場合に比べて開き側に制御されるため、ポンピングロスが低減されるようになる。
【００４４】
次に、要求モードＦＭＯＤＥＢに基づく燃焼方式の切換手順を詳細に説明する。
エンジン１１において燃焼方式が切り換えられる際には、燃料噴射制御、点火時期制御、スロットル開度制御、及びＥＧＲ制御などが、「成層燃焼」用の制御、「弱成層燃焼」用の制御、及び「均質燃焼」用の制御の間で切り換えられる。
上記燃料噴射制御及び点火時期制御等の燃焼方式に応じた切り換えは噴射・点火用モードＦＭＯＤＥＩに基づき行われ、上記スロットル開度制御及びＥＧＲ制御の燃焼方式に応じた切換はバルブ用モードＦＭＯＤＥに基づき行われる。これら噴射・点火用モードＦＭＯＤＥＩ及びバルブ用モードＦＭＯＤＥは、上記要求モードＦＭＯＤＥＢと同様に、例えば「０（成層燃焼）」、「４（弱成層燃焼）」、及び「８（均質燃焼）」のように設定される。
【００４５】
そして、噴射・点火用モードＦＭＯＤＥＩが「０」、「４」、及び「８」になると、燃料噴射制御及び点火時期制御がそれそれ「成層燃焼」用、「弱成層燃焼」用、及び「均質燃焼」用の制御とされる。また、バルブ用モードＦＭＯＤＥが「０」、「４」、「８」になると、スロットル開度制御及びＥＧＲ制御がそれぞれ「成層燃焼」用、「弱成層燃焼」用、及び「均質燃焼」用の制御とされるようになる。
【００４６】
エンジン１１における燃焼方式の切り換えは、運転状態に応じて要求モードＦＭＯＤＥＢが変化することにより開始される。通常、要求モードＦＭＯＤＥＢが変化すると、ＥＣＵ９２は、バルブ用モードＦＭＯＤＥを直ちに要求モードＦＭＯＤＥＢと同じ値に設定する。こうしてバルブ用モードＦＭＯＤＥが設定されることにより、スロットル開度及びＥＧＲ量が要求モードＦＭＯＤＥＢに対応した燃焼方式に適した値になる。
【００４７】
上記のようにバルブ用モードＦＭＯＤＥが要求モードＦＭＯＤＥＢと同じ値に設定されてから所定時間が経過した後、ＥＣＵ９２は、噴射・点火用モードＦＭＯＤＥＩを要求モードＦＭＯＤＥＢと同じ値に設定する。こうして噴射・点火用モードＦＭＯＤＥＩが設定されることにより、燃料噴射量、燃料噴射時期、及び点火時期が要求モードＦＭＯＤＥＢに対応した燃焼方式に適した値になる。
【００４８】
上記のように要求モードＦＭＯＤＥＢに応じた噴射・点火用モードＦＭＯＤＥＩの設定は、要求モードＦＭＯＤＥＢに応じたバルブ用モードＦＭＯＤＥの設定を行った後に所定時間が経過してから行われる。そのため、両モードＦＭＯＤＥＩ，ＦＭＯＤＥの設定タイミングにずれが生じるようになる。このように両モードＦＭＯＤＥＩ，ＦＭＯＤＥの設定タイミングをずらすのは、スロットルバルブ２３及びＥＧＲバルブ４３の開度変化に基づくエンジン１１の運転状態の変化は、燃料噴射量、燃料噴射時期、及び点火時期の変化に基づくエンジン１１の運転状態の変化よりも応答が遅いためである。
【００４９】
即ち、バルブ用モードＦＭＯＤＥが変化して例えばスロットル開度変化する際には、同開度変化に対する吸入空気量の変化に応答遅れが生じる。これに対し、噴射・点火用モードＦＭＯＤＥＩが変化して例えば燃料噴射量が変化する際には、噴射・点火用モードＦＭＯＤＥＩの変化に応答性よく追従して燃料噴射量が変化することとなる。
【００５０】
従って、上記のように両モードＦＭＯＤＥＩ，ＦＭＯＤＥの設定タイミングをずらすことによって、噴射・点火用モードＦＭＯＤＥＩの変化に基づく燃料噴射量などエンジン１１の運転状態の変化が、バルブ用モードＦＭＯＤＥの変化に基づく吸入空気量などエンジン１１の運転状態の変化に対して遅延され、上記燃料噴射量等が変化するときの吸入空気量等が適正な値となる。
【００５１】
次に、燃焼方式の切換手順について図６を参照して説明する。図６は、各モードＦＭＯＤＥＢ，ＦＭＯＤＥ，ＦＭＯＤＥＩの設定を行って燃焼方式を切り換える燃焼方式切換ルーチンを示すフローチャートである。この燃焼方式切換ルーチンは、ＥＣＵ９２を通じて例えば所定時間毎の時間割り込みにて実行される。
【００５２】
燃焼方式切換ルーチンにおいて、ＥＣＵ９２は、ステップＳ１０１の処理として、最終燃料噴射量Ｑfin が図３に示す所定値αよりも小さいか否かを判断する。この所定値αは、「弱成層燃焼」時に吸気行程と圧縮行程との両方で燃料噴射が行えるほど、最終燃料噴射量Ｑfin が大きいか否かを判断するためのものである。この所定値αは、「弱成層燃焼」時に最終燃料噴射量Ｑfin 分の燃料を吸気行程と圧縮行程との二回に分けて噴射しても、燃料噴射弁４０によって適正に燃料を噴射することが可能な最終燃料噴射量Ｑfin に対応した値とされる。
【００５３】
ステップＳ１０１の処理において、「Ｑfin ＜α」でなく「弱成層燃焼」時での二回に分けた燃料噴射を実行可能である旨判断されると、ステップＳ１０４の処理として上述した通常時における各モードＦＭＯＤＥＢ，ＦＭＯＤＥ，ＦＭＯＤＥＩの設定を行うことで、通常時の燃焼方式の切換処理を実行する。その後、ステップＳ１０５に進み、ＥＣＵ９２は、噴射量フラグＸＱlow として「０」をＲＡＭ９５の所定領域に記憶した後、この燃焼方式切換ルーチンを一旦終了する。
【００５４】
また、ステップＳ１０１の処理において、「Ｑfin ＜α」であって「弱成層燃焼」時での二回に分けた燃料噴射を実行不可能である旨判断されると、ステップＳ１０２の処理として後述する二回噴射不可領域での燃焼方式の切換処理を実行する。ＥＣＵ９２は、続くステップＳ１０３の処理で、噴射量フラグＸＱlow として「１」をＲＡＭ９５の所定領域に記憶した後、この燃焼方式切換ルーチンを一旦終了する。
【００５５】
なお、上記噴射量フラグＸＱlow は、エンジン１１の運転状態が「弱成層燃焼」（二回噴射）を実行不可能な領域にあるか否を判断するためのものである。そして、「ＸＱlow ＝１（Ｑfin＜α ）」である場合、図３のマップに示されるように「弱成層燃焼」が行われる弱成層燃焼領域Ｃは存在しなくなる。そのため、「ＸＱlow ＝１（Ｑfin＜α ）」であるときに「弱成層燃焼」が行われることに伴い、不適正な量の燃料が噴射されるのを防止することができる。上記のように「ＸＱlow ＝１（Ｑfin＜α ）」である場合には、各モードＦＭＯＤＥＢ，ＦＭＯＤＥ，ＦＭＯＤＥＩは、「４（弱成層燃焼）」に設定されることはなく、「０（成層燃焼）」若しくは「８（均質燃焼）」に設定される。
【００５６】
この場合において、上記のようにバルブ用モードＦＭＯＤＥと噴射・点火用モードＦＭＯＤＥＩとの設定タイミングをずらすと、要求モードＦＭＯＤＥＢが変化するとき、バルブ用モードＦＭＯＤＥの変化に対して噴射・点火用モードＦＭＯＤＥＩの変化が遅延する。
【００５７】
例えば、要求モードＦＭＯＤＥＢが「０（成層燃焼）」から「８（均質燃焼）」に切り換えられるときには、その要求モードＦＭＯＤＥＢの変化に対して噴射・点火用モードＦＭＯＤＥＩの「０」から「８」への変化が遅延する。これに対し、バルブ用モードＦＭＯＤＥの「０」から「８」への変化は、上記要求モードＦＤＥＭＯＢの変化に応じて直ちに行われる。
【００５８】
そのため、噴射・点火用モードＦＭＯＤＥＩが「０」であって燃料噴射形態が「成層燃焼」に適した状態になっているとき、バルブ用モードＦＭＯＤＥが「８」になってエンジン１１の吸気状態が「均質燃焼」に適した状態とされるようになる。この場合、上記「成層燃焼」を行う上で点火プラグ４１周りの混合気がリッチになり過ぎて燃焼状態が悪化する。これは、「均質燃焼」時のスロットルバルブ２３及びＥＧＲバルブ４３は、「成層燃焼」時に比べてともに閉じ側に制御され、上記「均質燃焼」に適した吸気状態では燃焼室１６に吸入される気体の量が「成層燃焼」時に比べて少なくなるためである。
【００５９】
一方、要求モードＦＭＯＤＥＢが「８（均質燃焼）」から「０（成層燃焼）」に切り換えられるときには、その要求モードＦＭＯＤＥＢの変化に対して噴射・点火用モードＦＭＯＤＥＩの「８」から「０」への変化が遅延する。これに対し、バルブ用モードＦＭＯＤＥの「８」から「０」への変化は、上記要求モードＦＭＯＤＥＢの変化に応じて直ちに行われる。そのため、噴射・点火用モードＦＭＯＤＥＩが「８」であって燃料噴射形態が「均質燃焼」に適した状態になっているとき、バルブ用モードＦＭＯＤＥが「０」になってエンジン１１の吸気状態が「成層燃焼」に適した状態とされるようになる。この場合、上記「均質燃焼」を行う上で燃焼室１６内の混合気がリーンになり過ぎて燃焼状態が悪化する。これは、「成層燃焼」時でのスロットルバルブ２３及びＥＧＲバルブ４３はともに開き側に制御され、上記「成層燃焼」に適した吸気状態では燃焼室１６に吸入される気体の量が「均質燃焼」時に比べて多くなるためである。
【００６０】
上記のように「ＸＱlow ＝１（Ｑfin＜α ）」であるときに要求モードＦＭＯＤＥＢの「０（成層燃焼）」と「８（均質燃焼）」との間での切り換えが行われると、エンジン１１における燃焼状態が悪化するようになる。そこで本実施形態では、上記要求モードＦＭＯＤＥＢの切り換えが行われた場合、その切り換えから所定時間が経過するまでの間は、スロットルバルブ２３及びＥＧＲバルブ４３をそれぞれ、同切換前の燃焼方式での要求開度と同切換後の燃焼方式での要求開度との中間の所定開度（以下、中間開度という）Ｍｔ，Ｍｅに保持制御する。このようにスロットルバルブ２３及びＥＧＲバルブ４３の開度を制御することで、噴射・点火用モードＦＭＯＤＥＩの切換前後において吸気状態が適正値から大きく外れるのを抑制することができる。
【００６１】
ここで、「ＸＱlow ＝１（Ｑfin＜α ）」であるときの各モードＦＭＯＤＥＢ，ＦＭＯＤＥ，ＦＭＯＤＥＩの設定手順の概要、並びにスロットルバルブ２３及びＥＧＲバルブ４３の開度制御の概要について図４及び図５のタイムチャートを参照して説明する。なお、図４は燃焼方式が「成層燃焼」から「均質燃焼」に切り換えられる場合のタイムチャートであり、図５は燃焼方式が「均質燃焼」から「成層燃焼」へと切り換えられる場合のタイムチャートである。
【００６２】
まず、燃焼方式が「成層燃焼」から「均質燃焼」に切り換えられる場合について図４に基づき説明する。
「ＸＱlow ＝１」のときに図４（ａ）に示すように、要求モードＦＭＯＤＥＢが「０（成層燃焼）」から「８（均質燃焼）」に切り換えられると、図４（ｄ）に示すバルブ用モードＦＭＯＤＥが「０」であることから、「ＦＭＯＤＥＢ≠ＦＭＯＤＥ」になる。このように「ＦＭＯＤＥＢ≠ＦＭＯＤＥ」であること、そして図４（ｂ）に示す開度変化フラグＸclが「０」であることを条件に、図４（ｃ）に示す遅延カウンタＣが所定値Ａに設定される。この所定値Ａは、例えば１２０ｍｓに対応した値とされる。
【００６３】
なお、上記開度変化フラグＸclは、スロットルバルブ２３及びＥＧＲバルブ４３が上記中間開度Ｍｔ，Ｍｅに保持制御されているか否かを判断するためのものであって、上記中間開度Ｍｔ，Ｍｅへの保持制御中は「１」に設定されるとともに同制御が行われていないときには「０」に設定される。また、上記遅延カウンタＣは、スロットルバルブ２３及びＥＧＲバルブ４３を上記中間開度Ｍｔ，Ｍｅに保持制御する期間を決定するためのものであって、所定周期毎に「１」づつカウントダウンされる。
【００６４】
上記のように要求モードＦＭＯＤＥＢが「０」から「８」に切り換えられた直後は「Ｘcl＝０」であるため、「ＦＭＯＤＥＢ≠ＦＭＯＤＥ」，「Ｘcl＝０」という条件がともに成立し遅延カウンタＣが所定値Ａに設定される。この遅延カウンタＣが「０」になるまでの間は、上記スロットルバルブ２３及びＥＧＲバルブ４３の中間開度Ｍｔ，Ｍｅへの保持制御が行われ、開度変化フラグＸclが「１」に維持される。
【００６５】
上記スロットルバルブ２３における中間開度Ｍｔへの保持制御は、図４（ｅ）に示すように、「成層燃焼」時の要求スロットル開度である目標スロットル開度ＴＲＴをスロットル変化量Ｔcl分だけ閉じ側の値に変化させることによって行われる。また、上記ＥＧＲバルブ４３の中間開度Ｍｅへの保持制御は、図４（ｆ）に示すように、「成層燃焼」時の要求ＥＧＲ開度である目標ＥＧＲ開度ＥをＥＧＲ変化量Ｋe 分だけ閉じ側の値に変化させることによって行われる。
【００６６】
スロットルバルブ２３及びＥＧＲバルブ４３の中間開度Ｍｔ，Ｍｅへの保持制御が行われ、開度変化フラグＸclが「１」に維持されている間は、図４（ｄ）に示すように、バルブ用モードＦＭＯＤＥが上記切換前の要求モードＦＭＯＤＥＢと同じ値（「０（成層燃焼）」）に維持される。また、このときには、図４（ｈ）に示すように、噴射・点火用モードＦＭＯＤＥＩが上記バルブ用モードＦＭＯＤＥと同じ値（「０（成層燃焼）」）に維持される。
【００６７】
そして、上記遅延カウンタＣが「０」になると、上記スロットルバルブ２３及びＥＧＲバルブ４３の中間開度Ｍｔ，Ｍｅへの保持制御が終了し、図４（ｂ）に示すように開度変化フラグＸclが「０」に設定される。「Ｘcl＝０」になると、図４（ｄ）に示すようにバルブ用モードＦＭＯＤＥが上記切換後の要求モードＦＭＯＤＥＢと同じ値（「８（均質燃焼）」）にされる。これにより、目標スロットル開度ＴＲＴが「均質燃焼」時の要求スロットル開度とされるとともに、目標ＥＧＲ開度Ｅも「均質燃焼」時の要求ＥＧＲ開度とされるようになる。
【００６８】
このようにスロットルバルブ２３及びＥＧＲバルブ４３の中間開度Ｍｔ，Ｍｅへの保持制御を行うことで、図４（ｇ）に示すようにエンジン１１の吸気圧ＰＭが推移するとともに、同吸気圧ＰＭに対応してエンジン１１の吸気量（吸気状態）が推移するようになる。
【００６９】
一方、上記のようにバルブ用モードＦＭＯＤＥが要求モードＦＭＯＤＥＢと同じ値（「８」）にされたときには、図４（ｈ）に示すように、噴射・点火用モードＦＭＯＤＥＩが上記バルブ用モードＦＭＯＤＥと同じ値（「８（均質燃焼）」）にされる。これにより、燃料噴射量及び燃料噴射時期などの燃料噴射形態が「成層燃焼」に適した状態から「均質燃焼」に適した状態へと変化するようになる。
【００７０】
上記のように要求モードＦＭＯＤＥＢが「０」から「８」に切り換えられたとき、スロットルバルブ２３及びＥＧＲバルブ４３が上記中間開度Ｍｔ，Ｍｅに保持制御されることで、燃料噴射形態の切換前後に吸気状態（吸気量）が要求される状態から大きくずれることはなくなる。
【００７１】
即ち、燃料噴射形態が上記切換前の状態であって噴射・点火用モードＦＭＯＤＥＩが「０（成層燃焼）」のとき、「成層燃焼」を行う上で吸気量が少なくなり過ぎて点火プラグ４１周りの混合気がリッチになり、燃焼状態が悪化するのを防止することができるようになる。また、燃料噴射形態が上記切換後の状態であって噴射・点火用モードＦＭＯＤＥＩが「８（均質燃焼）」のとき、「均質燃焼」を行う上で吸気量が多くなり過ぎて燃焼室１６内の混合気がリーンになり、燃焼状態が悪化するのを防止することができるようになる。
【００７２】
次に、燃焼方式が「均質燃焼」から「成層燃焼」に切り換えられる場合について図５に基づき説明する。
「ＸＱlow ＝１」のときに図５（ａ）に示すように、要求モードＦＭＯＤＥＢが「８（均質燃焼）」から「０（成層燃焼）」に切り換えられると、図５（ｄ）に示すバルブ用モードＦＭＯＤＥが「８」であることから、「ＦＭＯＤＥＢ≠ＦＭＯＤＥ」になる。このように「ＦＭＯＤＥＢ≠ＦＭＯＤＥ」であること、そして図５（ｂ）に示す開度変化フラグＸclが「０」であることを条件に、図５（ｃ）に示す遅延カウンタＣが所定値Ａに設定される。この遅延カウンタＣが「０」になるまでの間は、上記スロットルバルブ２３及びＥＧＲバルブ４３の中間開度Ｍｔ，Ｍｅへの保持制御が行われ、開度変化フラグＸclが「１」に維持される。
【００７３】
上記スロットルバルブ２３における中間開度Ｍｔへの保持制御は、図５（ｅ）に示すように、「成層燃焼」時の要求スロットル開度である目標スロットル開度ＴＲＴをスロットル変化量Ｔcl分だけ閉じ側の値に変化させることによって行われる。また、上記ＥＧＲバルブ４３の中間開度Ｍｅへの保持制御は、図５（ｆ）に示すように、「成層燃焼」時の要求ＥＧＲ開度である目標ＥＧＲ開度ＥをＥＧＲ変化量Ｋe 分だけ閉じ側の値に変化させることによって行われる。
【００７４】
スロットルバルブ２３及びＥＧＲバルブ４３の中間開度Ｍｔ，Ｍｅへの保持制御が行われ、開度変化フラグＸclが「１」に設定されると、図５（ｄ）に示すように、バルブ用モードＦＭＯＤＥが上記切換後の要求モードＦＭＯＤＥＢと同じ値（「０（成層燃焼）」）に切り換えられる。また、このときには、図５（ｈ）に示すように、噴射・点火用モードＦＭＯＤＥＩが上記切換前のバルブ用モードＦＭＯＤＥと同じ値（「８（均質燃焼）」）に維持される。
【００７５】
そして、上記遅延カウンタＣが「０」になると、上記スロットルバルブ２３及びＥＧＲバルブ４３の中間開度Ｍｔ，Ｍｅへの保持制御が終了し、図５（ｂ）に示すように開度変化フラグＸclが「０」に設定される。このとき、図５（ｄ）に示すように、バルブ用モードＦＭＯＤＥは、既に上記切換後の要求モードＦＭＯＤＥＢと同じ値（「０（成層燃焼）」）に切り換えられている。そのため、目標スロットル開度ＴＲＴが「成層燃焼」時の要求スロットル開度とされるとともに、目標ＥＧＲ開度Ｅも「成層燃焼」時の要求ＥＧＲ開度とされるようになる。
【００７６】
このようにスロットルバルブ２３及びＥＧＲバルブ４３の中間開度Ｍｔ，Ｍｅへの保持制御を行うことで、図５（ｇ）に示すようにエンジン１１の吸気圧ＰＭが推移するとともに、同吸気圧ＰＭに対応してエンジン１１の吸気量（吸気状態）が推移するようになる。
【００７７】
一方、上記のように遅延カウンタＣが「０」になって開度変化フラグＸclが「０」に設定されたときには、図５（ｈ）に示すように、噴射・点火用モードＦＭＯＤＥＩが上記要求モードＦＭＯＤＥＢ（バルブ用モードＦＭＯＤＥ）と同じ値（「０（成層燃焼）」）にされる。これにより、燃料噴射量及び燃料噴射時期などの燃料噴射形態が「均質燃焼」に適した状態から「成層燃焼」に適した状態へと変化するようになる。
【００７８】
上記のように要求モードＦＭＯＤＥＢが「８」から「０」に切り換えられたとき、スロットルバルブ２３及びＥＧＲバルブ４３が上記中間開度Ｍｔ，Ｍｅに保持制御されることで、燃料噴射形態の切換前後に吸気状態（吸気量）が要求される状態から大きくずれることはなくなる。
【００７９】
即ち、燃料噴射形態が上記切換前の状態であって噴射・点火用モードＦＭＯＤＥＩが「８（均質燃焼）」のとき、「均質燃焼」を行う上で吸気量が多くなり過ぎて燃焼室１６内の混合気がリーンになり、燃焼状態が悪化するのを防止することができるようになる。また、燃料噴射形態が上記切換後の状態であって噴射・点火用モードＦＭＯＤＥＩが「０（成層燃焼）」のとき、「成層燃焼」を行う上で点火プラグ４１周りの混合気がリッチになり、燃焼状態が悪化するのを防止することができるようになる。
【００８０】
次に、「ＸＱlow ＝１（Ｑfin＜α ）」であるときの各モードＦＭＯＤＥＢ，ＦＭＯＤＥ，ＦＭＯＤＥＩの設定手順について図７及び図８を参照して詳細に説明する。図７及び図８は、上記各モードＦＭＯＤＥＢ，ＦＭＯＤＥ，ＦＭＯＤＥＩを設定して燃焼方式の切り換えを行うためのモード設定ルーチンを示すフローチャートである。このモード設定ルーチンは、図６に示す燃焼方式切換ルーチンのステップＳ１０２に進む毎にＥＣＵ９２を通じて実行される。
【００８１】
モード設定ルーチンにおいて、ＥＣＵ９２は、ステップＳ２０１（図７）の処理として、基本燃料噴射量Ｑbse 及びエンジン回転数ＮＥに基づき現在の要求モードＦＭＯＤＥＢを決定する。続くステップＳ２０２〜Ｓ２０７の処理は、上記遅延カウンタＣ及び開度変化フラグＸclの設定、並びに同遅延カウンタＣのカウントダウンを行うためのものである。
【００８２】
ＥＣＵ９２は、ステップＳ２０２の処理として、「ＦＭＯＤＥＢ≠ＦＭＤＯＥ」且つ「Ｘcl＝０」であるか否か、即ち図４（ａ）及び図５（ａ）に示すように要求モードＦＭＯＤＥＢが切り換えられた直後か否かを判断する。このステップＳ２０２の処理において、ＮＯであって要求モードＦＭＯＤＥＢの切換直後でない旨判断されるとステップＳ２０５に進み、ＹＥＳであって要求モードＦＭＯＤＥＢの切換直後である旨判断されるとステップＳ２０３に進む。
【００８３】
ＥＣＵ９２は、ステップＳ２０３の処理として遅延カウンタＣを所定値Ａに設定し、ステップＳ２０４の処理で開度変化フラグＸclとして「１」をＲＡＭ９５の所定領域に記憶する。続いてステップＳ２０５に進み、ＥＣＵ９２は、遅延カウンタＣが「０」であるか否かを判断する。そして、「Ｃ＝０」でなければステップＳ２０７に進んで遅延カウンタＣを「１」だけカウントダウンし、「Ｃ＝０」であればステップＳ２０６に進んで開度変化フラグＸclとして「０」をＲＡＭ９５の所定領域に記憶する。
【００８４】
上記ステップＳ２０３〜Ｓ２０７の処理により、図４（ｂ），（ｃ）及び図５（ｂ），（ｃ）に示すように、要求モードＦＭＯＤＥＢの切換時に所定値Ａに設定された遅延カウンタＣが徐々に小さくなり、同遅延カウンタＣが「０」以外のときに開度変化フラグＸclが「１」になる。このように遅延カウンタＣ及び開度変化フラグＸclに関する処理を実行した後、ステップＳ２０８（図８）に進む。
このステップＳ２０８以降の処理は、バルブ用モードＦＭＯＤＥ及び噴射・点火用モードＦＭＯＤＥＩの設定を行うためのものである。
【００８５】
ＥＣＵ９２は、ステップＳ２０８の処理として、開度変化フラグＸclが「０」であるか否か、即ち遅延カウンタＣが「０」以外であってスロットルバルブ２３及びＥＧＲバルブ４３の中間開度Ｍｔ，Ｍｅへの保持制御が行われているか否かを判断する。そして、「Ｘcl＝０」でなければ、バルブ２３，４３の上記中間開度Ｍｔ，Ｍｅへの保持制御中である旨判断してステップＳ２０９に進む。ＥＣＵ９２は、ステップＳ２０９の処理として、要求モードＦＭＯＤＥＢが「０（成層燃焼）」であるか否か、即ち要求モードＦＭＯＤＥＢの「８（均質燃焼）」から「０（成層燃焼）」への切り換えであるか否かを判断する。
【００８６】
このステップＳ２０９の処理において、ＮＯであって要求モードＦＭＯＤＥＢの「０」から「８」への切り換えである旨判断されると、ステップＳ２１２に進んで噴射・点火用モードＦＭＯＤＥＩを「０（成層燃焼）」に維持する。その後、このモード設定ルーチンを一旦終了して燃焼方式切換ルーチン（図６）に戻る。
【００８７】
この状態にあっては、図４（ｄ），（ｈ）に示すように、バルブ用モードＦＭＯＤＥ及び噴射・点火用モードＦＭＯＤＥＩがともに「０」となる。そして、バルブ用モードＦＭＯＤＥが「０（成層燃焼）」であることから、図４（ｅ）に示すように、スロットル変化量Ｔclの分だけ閉じ側の値にされるのは「成層燃焼」時の要求スロットル開度である目標スロットル開度ＴＲＴということになる。また、図４（ｆ）に示すように、ＥＧＲ変化量Ｋe の分だけ閉じ側の値にされるのは「成層燃焼」時の要求ＥＧＲ開度である目標ＥＧＲ開度Ｅということになる。このように目標スロットル開度ＴＲＴ及び目標ＥＧＲ開度Ｅをそれぞれ閉じ側の値とすることで、スロットルバルブ２３及びＥＧＲバルブ４３の中間開度Ｍｔ，Ｍｅへの保持制御が行われる。
【００８８】
また、上記ステップＳ２０９の処理において、ＹＥＳであって要求モードＦＭＯＤＥＢの「８」から「０」への切り換えである旨判断されると、ステップＳ２１０に進んでバルブ用モードＦＭＯＤＥを要求モードＦＭＯＤＥＢと同じ値（０「成層燃焼」）にした後にステップＳ２１１に進み、噴射・点火用モードＦＭＯＤＥＩを「８（均質燃焼）」に維持する。その後、このモード設定ルーチンを一旦終了して燃焼方式切換ルーチン（図６）に戻る。
【００８９】
この状態にあっては、図５（ｄ），（ｈ）に示すように、バルブ用モードＦＭＯＤＥが「０」になるとともに噴射・点火用モードＦＭＯＤＥＩが「８」になる。そして、バルブ用モードＦＭＯＤＥが「０（成層燃焼）」であることから、図５（ｅ）に示すように、スロットル変化量Ｔclの分だけ閉じ側の値にされるのは「成層燃焼」時の要求スロットル開度である目標スロットル開度ＴＲＴということになる。また、図５（ｆ）に示すように、ＥＧＲ変化量Ｋe の分だけ閉じ側の値にされるのは「成層燃焼」時の要求ＥＧＲ開度である目標ＥＧＲ開度Ｅということになる。このように目標スロットル開度ＴＲＴ及び目標ＥＧＲ開度Ｅをそれぞれ閉じ側の値とすることで、スロットルバルブ２３及びＥＧＲバルブ４３の中間開度Ｍｔ，Ｍｅへの保持制御が行われる。
【００９０】
このように要求モードＦＭＯＤＥＢの「０」から「８」への切り換えであれ、「８」から「０」への切り換えであれ、スロットル変化量Ｔcl及びＥＧＲ変化量Ｋe の分だけ変化するのは、「成層燃焼」時の要求スロットル開度である目標スロットル開度ＴＲＴ、及び「成層燃焼」時の要求ＥＧＲ開度である目標ＥＧＲ開度Ｅである。そのため、上記スロットル変化量Ｔcl及びＥＧＲ変化量Ｋe は、常にスロットルバルブ２３及びＥＧＲバルブ４３を閉じる方向について目標スロットル開度ＴＲＴ及び目標ＥＧＲ開度Ｅを変化させることになる。
【００９１】
上記スロットルバルブ２３及びＥＧＲバルブ４３の中間開度Ｍｔ，Ｍｅへの保持制御が行われた後、遅延カウンタＣが「０」になって開度変化フラグＸclが「０」になると、上記ステップＳ２０８の処理においてＹＥＳと判断されてステップＳ２１３に進むようになる。ＥＣＵ９２は、ステップＳ２１３の処理として、バルブ用モードＦＭＯＤＥを現在の要求モードＦＭＯＤＥＢと同じ値にする。その結果、バルブ用モードＦＭＯＤＥが図４（ｄ）若しくは図５（ｄ）に示すように変化するようになる。
【００９２】
ＥＣＵ９２は、ステップＳ２１４の処理として、噴射・点火用モードＦＭＯＤＥＩが「０（成層燃焼）」であるか否か、即ち要求モードＦＭＯＤＥＢの「０」から「８」への切り換えか否かを判断する。そして、「ＦＭＯＤＥＩ＝０」であって要求モードＦＭＯＤＥＢの「０」から「８」への切り換えである旨判断されると、ステップＳ２１５に進んで要求モードＦＭＯＤＥＢが「８（均質燃焼）」であるか否かを判断する。そして、「ＦＭＯＤＥＢ＝８」であれば噴射・点火用モードＦＭＯＤＥＩを「８（均質燃焼）」に設定し、「ＦＭＯＤＥＢ＝８」でなければこのモード設定ルーチンを一旦終了して燃焼方式切換ルーチン（図６）に戻る。上記のように噴射・点火用モードＦＭＯＤＥＩを「０」から「８」に切り換えることで、燃料噴射形態が「成層燃焼」に適した状態から「均質燃焼」に適した状態へと切り換えられる。
【００９３】
一方、ステップＳ２１４の処理において、「ＦＭＯＤＥＩ＝０」でなく要求モードＦＭＯＤＥＢの「８」から「０」への切り換えである旨判断されると、ステップＳ２１７に進んで要求モードＦＭＯＤＥＢが「０（成層燃焼）」であるか否かを判断する。そして、「ＦＭＯＤＥＢ＝０」であれば噴射・点火用モードＦＭＯＤＥＩを「０（成層燃焼）」に設定し、「ＦＭＯＤＥＢ＝０」でなければこのモード設定ルーチンを一旦終了して燃焼方式切換ルーチン（図６）に戻る。このように噴射・点火用モードＦＭＯＤＥＩを「８」から「０」に切り換えることで、燃料噴射形態が「均質燃焼」に適した状態から「成層燃焼」に適した状態へと切り換えられる。
【００９４】
なお、上記ステップＳ２１５の処理で行われる「ＦＭＯＤＥＢ＝８」であるか否かの判断、及び上記ステップＳ２１７の処理で行われる「ＦＭＯＤＥＢ＝０」であるか否かの判断は、噴射・点火用モードＦＭＯＤＥＩを「８」及び「０」に切り換える前の最終的な確認のためのものである。
【００９５】
次に、目標スロットル開度ＴＲＴ及び目標ＥＧＲ開度Ｅの算出手順について図９を参照して説明する。図９は、目標スロットル開度ＴＲＴ及び目標ＥＧＲ開度Ｅを算出するための目標開度算出ルーチンを示すフローチャートである。この目標開度算出ルーチンは、ＥＣＵ９２を通じて例えば所定時間毎の時間割り込みにて実行される。
【００９６】
目標開度算出ルーチンにおいて、ステップＳ３０１〜Ｓ３０３の処理は上記スロットル変化量Ｔcl及びＥＧＲ変化量Ｋe を算出するためのものである。また、ステップＳ３０４〜Ｓ３０７の処理は目標スロットル開度ＴＲＴを算出するためのものであって、ステップＳ３０８〜Ｓ３１１の処理は目標ＥＧＲ開度Ｅを算出するためのものである。
【００９７】
ＥＣＵ９２は、上記ステップＳ３０１の処理で、噴射量フラグＸＱlow として「１」がＲＡＭ９５の所定領域に記憶されているか否か、即ちエンジン１１の運転状態が「弱成層燃焼」（二回噴射）の不可能な領域にあるか否かを判断する。このステップＳ３０１の処理において、「ＸＱlow ＝１」であって「弱成層燃焼」が不可能である旨判断されると、ステップＳ３０２に進む。
【００９８】
ＥＣＵ９２は、ステップＳ３０２の処理として、エンジン回転数ＮＥに基づきスロットル変化量Ｔclを算出するとともに、同スロットル変化量Ｔclに基づきＥＧＲ変化量Ｋe を算出する。こうして算出されるスロットル変化量Ｔclはエンジン回転数ＮＥが大きくなるほど大きい値とされ、これに対応してＥＧＲ変化量Ｋe もスロットル変化量Ｔcl、即ちエンジン回転数ＮＥが大きくなるほど大きい値になる。
【００９９】
また、上記ステップＳ３０１の処理において、「ＸＱlow ＝１」でなく「弱成層燃焼」が可能である旨判断されると、ステップＳ３０３に進む。ＥＣＵ９２は、ステップＳ３０３の処理として、スロットル変化量Ｔcl及びＥＧＲ変化量Ｋe をともに「０」にする。こうしてステップＳ３０２とステップＳ３０３とのいずれかの処理を実行した後、ステップＳ３０４に進む。
【０１００】
ＥＣＵ９２は、ステップＳ３０４の処理として基本スロットル開度Ｔb を算出する。この基本スロットル開度は、「均質燃焼」時にはアクセル踏込量ＡＣＣＰ或いは基本燃料噴射量Ｑbse とエンジン回転数ＮＥとに基づき算出され、「成層燃焼」時には基本燃料噴射量Ｑbse とエンジン回転数ＮＥとに基づき算出される。
【０１０１】
ＥＣＵ９２は、続くステップＳ３０５の処理で、開度変化フラグＸclとして「１」がＲＡＭ９５の所定領域に記憶されているか否か、即ちスロットルバルブ２３中間開度Ｍｔへの制御中であるか否かを判断する。そして、「Ｘcl＝１」であればステップＳ３０６に進み、ＥＣＵ９２は、基本スロットル開度Ｔb からスロットル変化量Ｔclを減算して目標スロットル開度ＴＲＴを算出する。また、「Ｘcl＝１」でなければステップＳ３０７に進み、ＥＣＵ９２は、基本スロットル開度Ｔb を目標スロットル開度ＴＲＴとする。
【０１０２】
このように目標スロットル開度ＴＲＴが算出されると、ＥＣＵ９２は、実際のスロットル開度を目標スロットル開度ＴＲＴに制御する。従って、「Ｘcl＝１」である場合には、図４（ｅ）及び図５（ｅ）に示すようにスロットル変化量Ｔclの分だけ目標スロットル開度ＴＲＴが閉じ側の値にされ、これによりスロットルバルブ２３が中間開度Ｍｔに保持制御されることとなる。なお、スロットルバルブ２３の中間開度Ｍｔは、スロットル変化量Ｔclがエンジン回転数ＮＥに基づき変化するため、同じくエンジン回転数ＮＥに応じて可変とされる。
【０１０３】
ＥＣＵ９２は、ステップＳ３０８の処理として基本ＥＧＲ開度Ｅb を算出する。この基本ＥＧＲ開度は、「均質燃焼」時にはアクセル踏込量ＡＣＣＰ或いは基本燃料噴射量Ｑbse とエンジン回転数ＮＥとに基づき算出され、「成層燃焼」時には基本燃料噴射量Ｑbse とエンジン回転数ＮＥとに基づき算出される。
【０１０４】
ＥＣＵ９２は、続くステップＳ３０９の処理で、開度変化フラグＸclとして「１」がＲＡＭ９５の所定領域に記憶されているか否か、即ちＥＧＲバルブ４３の中間開度Ｍｅへの保持制御中であるか否かを判断する。そして、「Ｘcl＝１」であればステップＳ３１０に進み、ＥＣＵ９２は、基本ＥＧＲ開度Ｅb からＥＧＲ変化量Ｋe を減算して目標ＥＧＲ開度Ｅを算出する。また、「Ｘcl＝１」でなければステップＳ３１１に進み、ＥＣＵ９２は、基本ＥＧＲ開度Ｅb を目標ＥＧＲ開度Ｅとする。
【０１０５】
このように目標ＥＧＲ開度Ｅが算出されると、ＥＣＵ９２は、実際のＥＧＲ開度を目標ＥＧＲ開度Ｅに制御する。従って、「Ｘcl＝１」である場合には、図４（ｆ）及び図５（ｆ）に示すようにＥＧＲ変化量Ｋe の分だけ目標ＥＧＲ量Ｅが閉じ側の値にされ、これによりＥＧＲバルブ４３が中間開度Ｍｅに保持制御されることとなる。なお、ＥＧＲバルブ４３の中間開度Ｍｅは、ＥＧＲ変化量Ｋe がスロットル変化量Ｔcl（エンジン回転数ＮＥ）に基づき変化するため、同じくエンジン回転数ＮＥに応じて可変とされる。
【０１０６】
以上詳述した処理が行われる本実施形態によれば、以下に示す効果が得られるようになる。
（１）「弱成層燃焼」が不可能なエンジン１１の運転領域において、要求モードＦＭＯＤＥＢが「０（成層燃焼）」と「８（均質燃焼）」との間で切り換えられるとき、その切り換えから遅延カウンタＣが「０」になるまではスロットルバルブ２３及びＥＧＲバルブ４３が中間開度Ｍｔ，Ｍｅに保持制御される。この中間開度Ｍｔ，Ｍｅは、「成層燃焼」と「均質燃焼」とでのスロットルバルブ２３及びＥＧＲバルブ４３の要求開度（目標開度）の中間の所定開度である。これら要求開度の間には大きなひらきがある。そして、遅延カウンタＣが「０」になって上記スロットルバルブ２３及びＥＧＲバルブ４３の中間開度Ｍｔ，Ｍｅへの保持制御が終了すると、噴射・点火用モードＦＭＯＤＥＩが「０（成層燃焼）」と「８（均質燃焼）」との間で切り換えられる。これにより燃料噴射形態が「成層燃焼」に適した状態と「均質燃焼」に適した状態との間で切り換えられようになる。噴射・点火用モードＦＭＯＤＥＩの「０」と「８」との間での切換前後においては、上記スロットルバルブ２３及びＥＧＲバルブ４３の中間開度Ｍｔ，Ｍｅへの保持制御により、燃料噴射形態に応じた要求される吸気状態（吸気量）に対して実際の吸気状態が大きくずれることが防止される。そして、この要求される吸気状態に対する実際の吸気状態のずれにより、空燃比が適正値から大きくずれて燃焼状態が悪化するのを防止することができる。
【０１０７】
（２）エンジン１１において要求される吸気状態（吸気量）は、エンジン回転数ＮＥなどの機関運転状態に応じて変化する。しかし、上記のように要求モードＦＭＯＤＥＢが「０」と「８」との間で切り換えられ、スロットルバルブ２３及びＥＧＲバルブ４３が中間開度Ｍｔ，Ｍｅに保持制御されるとき、同中間開度Ｍｔ，Ｍｅがエンジン回転数ＮＥによって可変とされる。従って、上記要求モードＦＭＯＤＥＢの切換時等に上記要求される吸気状態がエンジン回転数ＮＥの変化に基づき変化しても、上記噴射・点火用モードＦＭＯＤＥＩの切換前後においてエンジン１１の吸気状態が要求される吸気状態から大きくずれるのを的確に抑制することができる。
【０１０８】
（３）上記中間開度Ｍｔ，Ｍｅをエンジン回転数ＮＥの変化に基づき可変とすることは、目標スロットル開度ＴＲＴ及び目標ＥＧＲ開度Ｅを閉じ側に変化させるためのスロットル変化量Ｔcl及びＥＧＲ変化量Ｋe を、それぞれエンジン回転数ＮＥに応じて可変とすることによって行われる。このようにスロットル変化量Ｔcl及びＥＧＲ変化量Ｋe をエンジン回転数ＮＥに応じて可変とすることにより、上記中間開度Ｍｔ，Ｍｅをエンジン回転数ＮＥに応じて的確に可変とすることができる。
【０１０９】
なお、本実施形態は、例えば以下のように変更することもできる。
・本実施形態では、目標スロットル開度ＴＲＴ及び目標ＥＧＲ開度Ｅをスロットル変化量Ｔcl及びＥＧＲ変化量Ｋe の分だけ閉じ側の値とすることで、スロットルバルブ２３及びＥＧＲバルブ４３を中間開度Ｍｔ，Ｍｅに保持制御したが、本発明はこれに限定されない。即ち、目標スロットル開度ＴＲＴ及び目標ＥＧＲ開度Ｅをスロットル変化量Ｔcl及びＥＧＲ変化量Ｋe の分だけ開き側の値とすることで、スロットルバルブ２３及びＥＧＲバルブ４３を中間開度Ｍｔ，Ｍｅとする制御態様を採用してもよい。
【０１１０】
・本実施形態では、最終燃料噴射量Ｑfin が所定値αよりも小さく「弱成層燃焼」が不可能な状態で、エンジン１１の運転状態が図３の成層燃焼領域Ｄと均質燃焼領域ＡＢとの間を行き来するよう変化した場合について本発明を適用したが、本発明はこれに限定されない。即ち、最終燃料噴射量Ｑfin が所定値αよりも小さくエンジン１１の運転状態が成層燃焼領域Ｄに位置した状態で、燃焼方式をエンジン回転数ＮＥ及び基本燃料噴射量Ｑbse にかかわりなく「均質燃焼」を強制的に実行する、いわゆるリッチスパイク制御やブレーキ制御を行う場合について本発明を適用してもよい。なお、上記リッチスパイク制御とは、排気中の窒素酸化物（ＮＯx ）を浄化するためのＮＯx 吸蔵還元触媒が排気通路中に設けられたエンジンにあって、上記触媒に吸着されたＮＯx が飽和しないように所定のタイミングを見計らって、例えば「成層燃焼」中であっても強制的に「均質燃焼」を実行し、リッチ側の空燃比の混合気での燃焼を行うことで上記ＮＯx を排気中の炭化水素（ＨＣ）等によって窒素（Ｎ2 ）に還元する制御のことである。また、上記ブレーキ制御とは、ブレーキペダルの操作に必要な力を軽減すべく機関吸気負圧によって駆動されるブレーキブースタを備えたエンジンにあって、例えばブレーキペダルの操作時に「成層燃焼」が行われていたとしても燃焼方式を強制的に「均質燃焼」に切り換え、これによりスロットル開度を閉じ側にしてブレーキブースタの駆動に必要な吸気負圧を確保する制御のことである。
【０１１１】
・本実施形態では、「弱成層燃焼」が実行されるエンジン１１に本発明を適用したが、これに代えて「弱成層燃焼」が行われず「成層燃焼」及び「均質燃焼」のみが行われるエンジン１１に本発明を適用してもよい。この場合、最終燃料噴射量Ｑfin が所定値αよりも小さいか否かに関係なく、常に要求モードＦＭＯＤＥＢの切換時にはスロットルバルブ２３及びＥＧＲバルブ４３の中間開度Ｍｔ，Ｍｅへの保持制御が行われるようになる。
【図面の簡単な説明】
【０１１２】
【図１】本実施形態の燃焼制御装置が適用されるエンジンを示す断面図。
【図２】同燃焼制御装置の電気的構成を示すブロック図。
【図３】燃焼方式の切り換えのための要求モードを決定する際に参照されるマップ。
【図４】「弱成層燃焼」が不可能な領域で「成層燃焼」から「均質燃焼」に切り換えられる際の要求モードＦＭＯＤＥＢ、開度変化フラグＸcl、遅延カウンタＣ、バルブ用モードＦＭＯＤＥ、目標スロットル開度ＴＲＴ、目標ＥＧＲ開度Ｅ、吸気圧ＰＭ、及び噴射・点火用モードＦＭＯＤＥＩの推移を示すタイムチャート。
【図５】「弱成層燃焼」が不可能な領域で「均質燃焼」から「成層燃焼」に切り換えられる際の要求モードＦＭＯＤＥＢ、開度変化フラグＸcl、遅延カウンタＣ、バルブ用モードＦＭＯＤＥ、目標スロットル開度ＴＲＴ、目標ＥＧＲ開度Ｅ、吸気圧ＰＭ、及び噴射・点火用モードＦＭＯＤＥＩの推移を示すタイムチャート。
【図６】燃焼方式の切換手順を示すフローチャート。
【図７】要求モードＦＭＯＤＥＢ、バルブ用モードＦＭＯＤＥ、噴射・点火用モードＦＭＯＤＥＩの設定手順を示すフローチャート。
【図８】要求モードＦＭＯＤＥＢ、バルブ用モードＦＭＯＤＥ、噴射・点火用モードＦＭＯＤＥＩの設定手順を示すフローチャート。
【図９】目標スロットル開度ＴＲＴ及び目標ＥＧＲ開度Ｅの設定手順を示すフローチャート。
【符号の説明】
【０１１３】
１１…エンジン、１４ｃ…クランクポジションセンサ、１６…燃焼室、２３…スロットルバルブ、２４…スロットル用モータ、２５…アクセルペダル、２６…アクセルポジションセンサ、３６…バキュームセンサ、４０…燃料噴射弁、４２…ＥＧＲ通路、４３…ＥＧＲバルブ、４３ａ…ステップモータ、９２…電子制御ユニット（ＥＣＵ）。
【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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【図８】
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【図９】
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