(57)【要約】【課題】燃焼モードの切替をスムーズに行い、ひいてはモード切替時に生じるエミッション悪化等の問題を解消すること。【解決手段】エンジン１０は筒内噴射式内燃機関にて構成されており、吸気行程で燃料を噴射して均質燃焼させる均質燃焼運転と、圧縮行程で燃料を噴射して成層燃焼させる成層燃焼運転とで切り替え可能となっている。ＥＣＵ５０は、運転状態に基づいて燃焼モード切替の要否を判定し、燃焼モード切替を要すると判定した際、実際の燃焼モード切替よりも前にモード切替先のＩＳＣ学習をスロットル制御用の要求トルク演算に反映させる。また、実際の燃焼モード切替時に、モード切替先のＩＳＣ学習を点火・噴射制御用の要求トルク演算に反映させる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁を備え、吸気行程で燃料を噴射して均質燃焼させる均質燃焼運転と、圧縮行程で燃料を噴射して成層燃焼させる成層燃焼運転とで切り替え可能な筒内噴射式内燃機関に適用され、均質燃焼及び成層燃焼の各燃焼モードで個別に設定されたトルク演算用のモード別補正量を用いて運転者が要求する要求トルクを演算すると共に、該演算した要求トルクに応じて吸気系及び点火・噴射系の制御量を各々演算するようにした制御装置において、
内燃機関の運転状態に基づいて燃焼モード切替の要否を判定する手段と、
燃焼モード切替を要すると判定した際、実際の燃焼モード切替よりも前にモード切替先のモード別補正量を吸気制御用の要求トルク演算に反映させる手段と、を備えたことを特徴とする筒内噴射式内燃機関の制御装置。
【請求項２】
実際の燃焼モード切替の時点でモード切替先のモード別補正量を点火・噴射制御用の要求トルク演算に反映させる手段を更に備えたことを特徴とする請求項１記載の筒内噴射式内燃機関の制御装置。
【請求項３】
燃焼モード切替を要すると判定した際、そのモード切替に対応する事前の準備要求を指令し、その後モード切替の準備が整った時点で実際のモード切替を指令するようにした制御装置において、前記準備要求を指令するタイミングでモード切替先のモード別補正量を吸気制御用の要求トルク演算に反映させることを特徴とする請求項１又は２記載の筒内噴射式内燃機関の制御装置。
【請求項４】
モード切替先のモード別補正量を吸気制御用の要求トルク演算に反映させた後、燃焼モード切替時に要する吸気系の応答時間が経過したタイミングで燃焼モード切替の実施を許容することを特徴とする請求項１又は２記載の筒内噴射式内燃機関の制御装置。
【請求項５】
筒内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁を備え、吸気行程で燃料を噴射して均質燃焼させる均質燃焼運転と、圧縮行程で燃料を噴射して成層燃焼させる成層燃焼運転とで切り替え可能な筒内噴射式内燃機関に適用され、均質燃焼及び成層燃焼の各燃焼モードで個別に設定されたトルク演算用のモード別補正量を用いて運転者が要求する要求トルクを演算すると共に、該演算した要求トルクに応じて吸気系及び点火・噴射系の制御量を各々演算するようにした制御装置において、
内燃機関の運転状態に基づいて燃焼モード切替の要否を判定する手段と、
燃焼モードの切替時に吸気系の制御切替と点火・噴射系の制御切替とを所定の時間差を持って順次行わせる手段と、
燃焼モード切替を要すると判定した際、点火・噴射系の制御切替よりも前にモード切替先のモード別補正量を吸気制御用の要求トルク演算に反映させる手段と、
を備えたことを特徴とする筒内噴射式内燃機関の制御装置。
【請求項６】
点火・噴射系の制御切替の時点でモード切替先のモード別補正量を点火・噴射制御用の要求トルク演算に反映させる手段を更に備えたことを特徴とする請求項５記載の筒内噴射式内燃機関の制御装置。
【請求項７】
燃焼モード切替に際し、前記吸気系の制御切替のタイミングでモード切替先のモード別補正量を吸気制御用の要求トルク演算に反映させることを特徴とする請求項５又は６記載の筒内噴射式内燃機関の制御装置。
【請求項８】
前記点火・噴射系の制御切替のタイミングよりも吸気系の応答時間分早いタイミングでモード切替先のモード別補正量を吸気制御用の要求トルク演算に反映させることを特徴とする請求項５又は６記載の筒内噴射式内燃機関の制御装置。
【請求項９】
筒内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁を備え、吸気行程で燃料を噴射して均質燃焼させる均質燃焼運転と、圧縮行程で燃料を噴射して成層燃焼させる成層燃焼運転とで切り替え可能な筒内噴射式内燃機関に適用され、内燃機関の運転に対して運転者が要求する要求パラメータを、均質燃焼及び成層燃焼の各燃焼モードで個別に設定されたモード別補正量を用いて演算すると共に吸気系及び点火・噴射系の制御量を各々演算するための演算パラメータとした制御装置において、
内燃機関の運転状態に基づいて燃焼モード切替の要否を判定する手段と、
燃焼モード切替を要すると判定した際、実際の燃焼モード切替よりも前にモード切替先のモード別補正量を吸気制御用の要求パラメータ演算に反映させる手段と、
を備えたことを特徴とする筒内噴射式内燃機関の制御装置。
【請求項１０】
実際の燃焼モード切替の時点でモード切替先のモード別補正量を点火・噴射制御用の要求パラメータ演算に反映させる手段を更に備えたことを特徴とする請求項９記載の筒内噴射式内燃機関の制御装置。
【請求項１１】
燃焼モード切替を要すると判定した際、そのモード切替に対応する事前の準備要求を指令し、その後モード切替の準備が整った時点で実際のモード切替を指令するようにした制御装置において、前記準備要求を指令するタイミングでモード切替先のモード別補正量を吸気制御用の要求パラメータ演算に反映させることを特徴とする請求項９又は１０記載の筒内噴射式内燃機関の制御装置。
【請求項１２】
モード切替先のモード別補正量を吸気制御用の要求パラメータ演算に反映させた後、燃焼モード切替時に要する吸気系の応答時間が経過したタイミングで燃焼モード切替の実施を許容することを特徴とする請求項９又は１０記載の筒内噴射式内燃機関の制御装置。
【請求項１３】
燃焼モードの切替時の成層燃焼において吸入空気量が変動することで発生するトルク変動を、少なくとも燃料噴射量の増量補正により抑制する手段を更に備えたことを特徴とする請求項１乃至１２の何れかに記載の筒内噴射式内燃機関の制御装置。
【請求項１４】
燃焼モードの切替時の均質燃焼において吸入空気量が変動することで発生するトルク変動を、少なくとも点火時期の遅角補正により抑制する手段を更に備えたことを特徴とする請求項１乃至１３の何れかに記載の筒内噴射式内燃機関の制御装置。
【請求項１５】
前記モード別補正量は、内燃機関のアイドル運転時において均質燃焼及び成層燃焼の各燃焼モードで各々適宜更新されるアイドル回転数制御学習値であることを特徴とする請求項１乃至１４の何れかに記載の筒内噴射式内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、筒内噴射式内燃機関の制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年の車両では、燃焼室内に燃料を直接噴射する筒内噴射式内燃機関が実用化されつつある。この筒内噴射式内燃機関は、吸気行程で燃料を噴射して均質燃焼させる均質燃焼運転と、圧縮行程で燃料を噴射して成層燃焼させる成層燃焼運転とを切り替えることができるようになっており、均質燃焼及び成層燃焼の各燃焼モードは機関運転状態に応じて適宜切り替えられる。
【０００３】
この筒内噴射式内燃機関を制御対象とした従来技術として、例えば特許文献１では、アイドル運転時におけるべくアイドル回転数制御弁（ＩＳＣ弁）の作動位置を学習し、その学習値を用いてアイドル運転時の吸入空気量を適正に制御するようにしていた。特に、均質燃焼モードと成層燃焼モードとでは、アイドル運転時の吸入圧力の違いから吸気流量に差が生じるため、燃焼モード毎に学習を行うと共に、燃焼モード毎の学習値を実際に燃焼モードを切り替えるタイミングで切り替えるようにしていた。これにより、その都度の燃焼モードにかかわらず、常に良好なアイドル運転状態が実現できるものとしていた。
【０００４】
【特許文献１】
特許第３２６６０００号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特許文献１では、実際に燃焼モードが切り替わるタイミングで燃焼モード毎の学習値を切り替える構成であるため、以下の問題を生ずる。つまり、燃焼モードを切り替える際には、点火・噴射系の制御と共に吸気系の制御も切り替えられ、その際前記学習値の切替も行われるが、吸気系では遅れを伴うためモード切替後において吸入空気量の制御性が悪化する。この場合、モード切替後には吸気系の遅れに起因して要求空気量が満足できなくなり、過剰なトルク変動が生じたり、エミッションが悪化したりするという問題が生じる。なお、例えば燃焼モードが均質燃焼から成層燃焼に切り替えられる場合、モード切替後には吸気系の遅れに起因して空気量が不足し、トルク低下が発生する。このトルク低下を補うためには燃料噴射量を過剰に増量しなければならず、その結果燃費が悪化する。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、燃焼モードの切替をスムーズに行い、ひいてはモード切替時に生じるエミッション悪化等の問題を解消することができる筒内噴射式内燃機関の制御装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明では、燃料噴射弁により筒内に燃料を直接噴射する筒内噴射式内燃機関を制御対象としており、該筒内噴射式内燃機関では、吸気行程で燃料を噴射して均質燃焼させる均質燃焼運転と、圧縮行程で燃料を噴射して成層燃焼させる成層燃焼運転とが切り替えられる。また、均質燃焼及び成層燃焼の各燃焼モードで個別に設定されたトルク演算用のモード別補正量を用いて、運転者が要求する要求トルクが演算されると共に、該演算された要求トルクに応じて吸気系及び点火・噴射系の制御量が各々演算されるようになっている。特に請求項１の発明では、内燃機関の運転状態に基づいて燃焼モード切替の要否が判定される。そして、燃焼モード切替を要すると判定された際、実際の燃焼モード切替よりも前にモード切替先のモード別補正量が吸気制御用の要求トルク演算に反映される。なお、本発明で言う「燃焼モード」は主として燃料噴射弁による噴射モードを指し、均質燃焼及び成層燃焼の各燃焼モードは、均質噴射モード及び成層噴射モードと言い換えることも可能である。故に本発明では、噴射モードの切替前にモード別補正量を切り替えるようにしたことを主旨としているとも言える。
【０００８】
請求項１の発明によれば、実際に燃焼モードが切り替えられる前にモード切替先のモード別補正量が吸気制御用の要求トルク演算に反映されるため、吸気系の遅れを見越して吸入空気量を制御することができる。つまり、実際の燃焼モードの切替後には、いち早く吸気系の制御が適正な状態に移行する。これにより、燃焼モードの切替をスムーズに行うことができ、ひいてはモード切替時に生じるエミッション悪化等の問題を解消することができるようになる。
【０００９】
また、請求項２に記載の発明では、実際の燃焼モード切替の時点でモード切替先のモード別補正量が点火・噴射制御用の要求トルク演算に反映される。この場合、点火・噴射制御用の要求トルクに関しても、最適なタイミングでモード切替先のモード別補正量が反映されることとなり、燃焼モードの切替について更なる適正化が実現できる。
【００１０】
請求項３に記載の発明では、燃焼モード切替を要すると判定した際、そのモード切替に対応する事前の準備要求が指令され、その準備要求の指令と同時にモード切替先のモード別補正量が吸気制御用の要求トルク演算に反映される。そしてその後、モード切替の準備が整った時点で実際のモード切替が指令される。この場合、モード切替の準備要求に同期させてモード別補正量が吸気制御用の要求トルク演算に反映されるため、その準備段階において吸気系の制御の適正化が実現できる。
【００１１】
請求項４に記載の発明では、モード切替先のモード別補正量を吸気制御用の要求トルク演算に反映させた後、燃焼モード切替時に要する吸気系の応答時間が経過したタイミングで燃焼モード切替の実施が許容される。この場合、吸気系の遅れがより適正に改善され、燃焼モード切替時の制御性が向上する。
【００１２】
一方、請求項５に記載の発明は請求項１と同様、筒内噴射式内燃機関を制御対象としており、要求トルクの演算に際してモード別補正量を燃焼モード毎に使い分けるようにしたのも同様である。そして特徴として、内燃機関の運転状態に基づいて燃焼モード切替の要否が判定され、燃焼モードの切替時には吸気系の制御切替と点火・噴射系の制御切替とが所定の時間差を持って順次行われる。また、燃焼モード切替を要すると判定された際、点火・噴射系の制御切替よりも前にモード切替先のモード別補正量が吸気制御用の要求トルク演算に反映される。
【００１３】
請求項５の発明によれば、点火・噴射系の制御切替よりも前にモード切替先のモード別補正量が吸気制御用の要求トルク演算に反映されるため、吸気系の遅れを見越して吸入空気量を制御することができる。つまり、点火・噴射系の制御切替後には、いち早く吸気系の制御が適正な状態に移行する。これにより、燃焼モードの切替をスムーズに行うことができ、ひいてはモード切替時に生じるエミッション悪化等の問題を解消することができるようになる。
【００１４】
また、請求項６に記載の発明では、点火・噴射系の制御切替の時点でモード切替先のモード別補正量が点火・噴射制御用の要求トルク演算に反映される。この場合、点火・噴射制御用の要求トルクに関しても、最適なタイミングでモード切替先のモード別補正量が反映されることとなり、燃焼モードの切替について更なる適正化が実現できる。
【００１５】
請求項７に記載の発明では、燃焼モード切替に際し、前記吸気系の制御切替のタイミングでモード切替先のモード別補正量が吸気制御用の要求トルク演算に反映される。この場合、吸気系の制御切替に同期させてモード別補正量が要求トルク演算に反映されるため、早期に吸気系の制御の適正化が可能となる。なお、吸気系の制御切替としては、スロットル制御系の切替やＥＧＲ（排ガス再循環）制御系の切替等を含む。
【００１６】
請求項８に記載の発明では、前記点火・噴射系の制御切替のタイミングよりも吸気系の応答時間分早いタイミングでモード切替先のモード別補正量が吸気制御用の要求トルク演算に反映される。この場合、吸気系の遅れがより適正に改善され、燃焼モード切替時の制御性が向上する。
【００１７】
また、請求項９に記載の発明では、内燃機関の運転に対して運転者が要求する要求パラメータが、均質燃焼及び成層燃焼の各燃焼モードで個別に設定されたモード別補正量を用いて演算されると共に吸気系及び点火・噴射系の制御量を各々演算するための演算パラメータとされている。そして特に、内燃機関の運転状態に基づいて燃焼モード切替の要否が判定され、燃焼モード切替を要すると判定された際、実際の燃焼モード切替よりも前にモード切替先のモード別補正量が吸気制御用の要求パラメータ演算に反映される。
【００１８】
請求項９の発明によれば、実際に燃焼モードが切り替えられる前にモード切替先のモード別補正量が吸気制御用の要求パラメータ演算に反映されるため、吸気系の遅れを見越して吸入空気量を制御することができる。つまり、実際の燃焼モードの切替後には、いち早く吸気系の制御が適正な状態に移行する。これにより、燃焼モードの切替をスムーズに行うことができ、ひいてはモード切替時に生じるエミッション悪化等の問題を解消することができるようになる。
【００１９】
また、請求項１０に記載の発明では、実際の燃焼モード切替の時点でモード切替先のモード別補正量が点火・噴射制御用の要求パラメータ演算に反映される。この場合、点火・噴射制御用の要求パラメータに関しても、最適なタイミングでモード切替先のモード別補正量が反映されることとなり、燃焼モードの切替について更なる適正化が実現できる。
【００２０】
請求項１１に記載の発明では、燃焼モード切替を要すると判定した際、そのモード切替に対応する事前の準備要求が指令され、その準備要求の指令と同時にモード切替先のモード別補正量が吸気制御用の要求パラメータ演算に反映される。そしてその後、モード切替の準備が整った時点で実際のモード切替が指令される。この場合、モード切替の準備要求に同期させてモード別補正量が吸気制御用の要求パラメータ演算に反映されるため、その準備段階において吸気系の制御の適正化が実現できる。
【００２１】
請求項１２に記載の発明では、モード切替先のモード別補正量を吸気制御用の要求パラメータ演算に反映させた後、燃焼モード切替時に要する吸気系の応答時間が経過したタイミングで燃焼モード切替の実施が許容される。この場合、吸気系の遅れがより適正に改善され、燃焼モード切替時の制御性が向上する。
【００２２】
この種の内燃機関では、燃焼モードの切替時に吸入空気量が変動することでトルク変動が生じるが、請求項１３に記載の発明によれば、当該トルク変動が、少なくとも燃料噴射量の増量補正により抑制される。この場合、燃焼モード切替時の成層燃焼において空気量変動が大きいとその分燃料噴射量の増量補正も過剰に行われるが、請求項１，請求項５，請求項９やそれに従属する前記各発明によれば、既述した通り吸気系の制御が適正に実施されるため、燃料噴射量の増量補正が適度に行われる。故に、燃費悪化の抑制効果を実現することもできる。トルク変動の抑制手段として、点火時期の遅角補正を実施することも可能であり、この点火時期の遅角補正を燃料噴射量の増量補正と組み合わせて実施することも可能である。請求項１４に記載の発明では、モード切替時の均質燃焼において、空気量変動に伴うトルク変動が少なくとも点火時期の遅角補正により抑制されるため、モード切替時のドライバビリティの向上が実現できる。
【００２３】
特に、請求項４，８，１２に記載したように、燃焼モード切替時の吸気系の応答時間に合わせて燃焼モード切替の実施を許容するようにした構成にあっては、トルク変動の抑制手段と組み合わせることにより、空気量変動時における燃料噴射量等の補正を無駄無く実施することができるようになる。
【００２４】
また、請求項１５に記載したように、前記モード別補正量は、内燃機関のアイドル運転時において均質燃焼及び成層燃焼の各燃焼モードで各々適宜更新されるアイドル回転数制御学習値であると良い。このアイドル回転数制御学習値は一般にＩＳＣ学習値とも称され、個体差や経時変化等に起因してアイドル回転数の目標値と実値との偏差が生じる場合に、その偏差をなくすべく適宜更新される。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化した一実施の形態を図面に従って説明する。本実施の形態では、燃料噴射弁により燃料を筒内（燃焼室内）に直接噴射するように構成した車両用の筒内噴射式ガソリンエンジンを制御対象に、エンジン制御システムを構築するものとしており、当該制御システムにおいては電子制御ユニット（以下、ＥＣＵという）を中枢として燃料噴射量制御、点火時期制御、電子スロットル制御等が実施される。なお周知の通り、筒内噴射式エンジンでは、吸気行程で燃料を噴射して均質燃焼させる均質燃焼運転と、圧縮行程で燃料を噴射して成層燃焼させる成層燃焼運転とで運転状態が切り替えられるようになっている。先ずは、図１を用いてエンジン制御システムの概略を説明する。
【００２６】
図１に示す筒内噴射式エンジン（以下、エンジン１０という）において、吸気管１１の上流部には吸入空気量を検出するためのエアフロメータ１２が設けられている。エアフロメータ１２の下流側には、ＤＣモータ等のスロットルアクチュエータ１３によって開度調節されるスロットルバルブ１４が設けられており、該スロットルバルブ１４の開度（スロットル開度）はスロットルアクチュエータ１３に内蔵されたスロットル開度センサにより検出される。スロットルバルブ１４の下流側にはサージタンク１６が設けられ、このサージタンク１６には吸気管圧力を検出するための吸気管圧力センサ１７が設けられている。また、サージタンク１６には、エンジン１０の各気筒に空気を導入する吸気マニホールド１８が接続されており、吸気マニホールド１８において各気筒の吸気ポート近傍にはスワール制御弁１９が設けられている。
【００２７】
シリンダブロック２０には電磁駆動式の燃料噴射弁２１が設けられており、該燃料噴射弁２１により燃焼室２２内に燃料が直接噴射される。この場合、燃料タンク２３内の燃料は燃料ポンプ２４によりくみ上げられ、燃料配管２５を通じて燃料噴射弁２１に供給される。なお、燃料配管２５の途中には燃料圧力を検出するための燃圧センサ２６が設けられている。
【００２８】
また、エンジン１０の吸気ポート及び排気ポートにはそれぞれ吸気バルブ３１及び排気バルブ３２が設けられており、吸気バルブ３１の開動作により吸入空気が燃焼室２２内に導入され、排気バルブ３２の開動作により燃焼後の排ガスが排気管３４に排出される。少なくとも吸気バルブ３１には可変動弁機構３３が設けられている。この可変動弁機構３３は、吸気バルブ３１のリフト量や開弁時期（作用角）等のバルブ開閉動作条件を可変とすることができる構造を有し、その都度のエンジン運転状態等に応じてバルブ開閉動作条件が適宜調整されるようになっている。
【００２９】
エンジン１０のシリンダヘッドには各気筒毎に点火プラグ３５が取り付けられており、点火プラグ３５には、図示しない点火コイル等を通じて、所望とする点火時期において高電圧が印加される。この高電圧の印加により、各点火プラグ３５の対向電極間に火花放電が発生し、燃焼室２２内において燃料が着火されて燃焼に供される。
【００３０】
排気管３４には、排出ガス中のＣＯ，ＨＣ，ＮＯｘ等を浄化するための三元触媒等の触媒３７が設けられ、この触媒３７の上流側には排ガスを検出対象として混合気の空燃比又はリッチ／リーンを検出するための空燃比センサ３８（リニア空燃比センサ、酸素センサ等）が設けられている。また、シリンダブロック２０には、冷却水温を検出する冷却水温センサ３９や、エンジンの所定クランク角毎に（例えば３０°ＣＡ周期で）矩形状のクランク角信号を出力するクランク角度センサ４０が取り付けられている。
【００３１】
サージタンク１６と排気管３４とはＥＧＲ配管４１を介して接続されており、このＥＧＲ配管４１の途中に電磁駆動式のＥＧＲバルブ４２が設けられている。ＥＧＲバルブ４２の開度（ＥＧＲ開度）を調節することにより、排気管３４から吸気通路側に再循環される排ガス量が制御されるようになっている。図中の符号４３は、ドライバによるアクセル操作量を検出するためのアクセルセンサである。
【００３２】
上述した各種センサの出力は、エンジン制御を司るＥＣＵ５０に入力される。ＥＣＵ５０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等よりなるマイクロコンピュータを主体として構成され、ＲＯＭに記憶された各種の制御プログラムを実行することで、エンジン運転状態に応じて燃料噴射制御、点火制御、電子スロットル制御、ＥＧＲ制御等を適宜実施する。なお、ＥＣＵ５０には、イグニッションスイッチのＯＦＦ操作による電源遮断後もバックアップ電源の供給により記憶内容を保持するバックアップメモリ（スタンバイＲＡＭ、ＥＥＰＲＯＭ等）が設けられており、このバックアップメモリには各種学習値やダイアグデータ（故障診断データ）等が記憶保持されるようになっている。
【００３３】
本ＥＣＵ５０の制御では、エンジン１０の燃焼モードを均質燃焼と成層燃焼とで切り替える際、要求燃焼モードと実燃焼モードとが時間差を持って２段階で指令されるようになっており、先ずは要求燃焼モードの指令に従って吸気系の制御切替が行われ、その後、実燃焼モードの指令に従って点火・噴射系の制御切替が行われる。要求燃焼モードの指令が「準備要求の指令」に相当する。なお、吸気系の制御切替としては、スロットル制御系の切替やＥＧＲ制御系の切替等が含まれる。
【００３４】
ＥＣＵ５０の制御内容を図２の機能ブロック図に基づいて説明する。図２では、スロットル制御及び点火・噴射制御における機能ブロックをその入出力の形態と共に示している。
【００３５】
図２ではその概要として、ＩＳＣ学習値切替手段Ｍ１により、ＩＳＣ学習値がその都度の燃焼モード（後述する要求燃焼モード番号及び実燃焼モード番号）に応じて均質燃焼用又は成層燃焼用の何れかの学習値に切り替えられる。そして、この学習値が要求トルクに反映される。一方、燃焼モード切替手段Ｍ２により要求燃焼モード及び実燃焼モードの切替が行われ、そのうち要求燃焼モードの指令に従って要求空気量算出手段Ｍ３及びスロットル開度算出手段Ｍ４にてスロットル制御が実施される。また、実燃焼モードの指令に従って要求噴射量算出手段Ｍ５、要求遅角量算出手段Ｍ６及び要求点火時期算出手段Ｍ７にて点火・噴射制御が実施される。以下、各手段の内容を詳しく説明する。
【００３６】
ＩＳＣ学習値切替手段Ｍ１は、バックアップメモリに記憶保持されているＩＳＣ学習値を読み出し、その都度の要求燃焼モード番号に応じて、スロットル制御に用いるＩＳＣ学習値を均質燃焼用又は成層燃焼用の何れかに切り替えると共に、その都度の実燃焼モード番号に応じて、点火・噴射制御に用いるＩＳＣ学習値を均質燃焼用又は成層燃焼用の何れかに切り替える。説明の便宜上、以下の説明では、均質燃焼用のＩＳＣ学習値を「均質ＩＳＣ学習値」、成層燃焼用のＩＳＣ学習値を「成層ＩＳＣ学習値」と言う。なお、均質ＩＳＣ学習値及び成層ＩＳＣ学習値は「トルク演算用のモード別補正量」に相当し、その都度の実燃焼モードにおいてＩＳＣフィードバック量に基づいて適宜更新される。具体的には、アイドル回転数の目標値と実値との偏差に応じてＩＳＣフィードバック量が算出される場合において、そのＩＳＣフィードバック量をゼロにするように更新が繰り返されることで各ＩＳＣ学習値が算出される。本実施の形態では、ＩＳＣ学習値をトルク相当の値（単位Ｎｍ）として扱うこととしている。
【００３７】
ここで、スロットル系のＩＳＣ学習値（図２の※１）に、運転者がその都度要求する要求トルクが加算され、その和がスロットル系の最終要求トルクとして燃焼モード切替手段Ｍ２及び要求空気量算出手段Ｍ３に入力される。また、点火・噴射系のＩＳＣ学習値（図２の※２）に、運転者がその都度要求する要求トルクが加算され、その和が点火・噴射系の最終要求トルクとして要求噴射量算出手段Ｍ５及び要求遅角量算出手段Ｍ６に入力される。要求トルクは、運転者により操作されるアクセル操作量（アクセル開度）を基本に、その他エンジン回転数、吸気管圧力、ＩＳＣフィードバック量等に基づいて算出される。
【００３８】
燃焼モード切替手段Ｍ２は、スロットル系の最終要求トルク、推定トルク、エンジン回転数Ｎｅ及びＥＧＲ開度等をパラメータとして、要求燃焼モード及び実燃焼モードをそれぞれ均質燃焼、成層燃焼の何れにするかを判定し、その都度の燃焼モードに対応する要求燃焼モード番号及び実燃焼モード番号を出力する。推定トルクは、エンジン回転数、吸入空気量等に基づいて例えばマップ演算されると良い。
【００３９】
要求空気量算出手段Ｍ３は、要求燃焼モード番号を取り込み、その時々の要求燃焼モードに対応させつつスロットル系の最終要求トルクとエンジン回転数Ｎｅとをパラメータとして要求空気量を算出する。スロットル開度算出手段Ｍ４は、要求空気量と大気圧力とをパラメータとして要求スロットル開度を算出する。ここで、イグニッションスイッチＯＦＦ→ＯＮ時やスロットル全開時等の吸気管圧力が吸気管圧力センサ１７により計測され、その計測値により大気圧力が更新されるようになっている。この要求スロットル開度によりスロットルアクチュエータ１３の駆動が制御され、吸入空気量を要求空気量に一致させるようにした空気量制御が実現される。
【００４０】
また、要求噴射量算出手段Ｍ５、要求遅角量算出手段Ｍ６及び要求点火時期算出手段Ｍ７は、燃焼モード切替時に発生するトルク変動を抑制するためのトルク変動抑制手段に相当し、燃料噴射量や点火時期の調整により、空気量変動に起因して発生するトルク変動の抑制が図られる。具体的には、要求噴射量算出手段Ｍ５は、実燃焼モード番号を取り込み、その時々の実燃焼モードに対応させつつ点火・噴射系の最終要求トルク、エンジン回転数Ｎｅ、吸入空気量等をパラメータとして要求燃料噴射量を算出する。要求遅角量算出手段Ｍ６は、実燃焼モード番号を取り込み、その時々の実燃焼モードに対応させつつ点火・噴射系の最終要求トルク及び推定トルクをパラメータとして要求遅角量を算出する。また、要求点火時期算出手段Ｍ７は、実燃焼モード番号を取り込み、その時々の実燃焼モードに対応させつつエンジン回転数Ｎｅ等に応じてベース点火時期を算出すると共に、要求燃料噴射量や要求遅角量を反映して要求点火時期を算出する。
【００４１】
図３は、スロットル系の制御処理を示すフローチャートであり、この処理はＥＣＵ５０により所定時間毎（例えば８ｍｓｅｃ毎）に実行される。
【００４２】
図３において、先ずステップＳ１０１では、運転者によるアクセル操作量等に基づいて要求トルクを算出する。続くステップＳ１０２では、現時点で燃焼モードの切替を要するか否かを判別する。このとき、均質燃焼又は成層燃焼の状態が維持されており燃焼モードの切替が不要であれば、要求燃焼モード番号＝実燃焼モード番号となり、逆に燃焼モードの切替を要するのであれば、要求燃焼モード番号≠実燃焼モード番号となる。要求燃焼モード番号＝実燃焼モード番号であれば、ステップＳ１０２を否定判別してステップＳ１０３に進む。また、要求燃焼モード番号≠実燃焼モード番号であれば、ステップＳ１０２を肯定判別してステップＳ１０６に進む。
【００４３】
ステップＳ１０３では、要求燃焼モード番号（但し、実燃焼モード番号でも可）に基づいて今現在の燃焼モードが均質燃焼であるか否かを判別し、均質燃焼であればステップＳ１０４に進み、成層燃焼であればステップＳ１０５に進む。ステップＳ１０４では、今回算出した要求トルクに均質ＩＳＣ学習値を加算して最終要求トルクを算出する。また、ステップＳ１０５では、同じく今回算出した要求トルクに成層ＩＳＣ学習値を加算して最終要求トルクを算出する。その後、ＥＣＵ５０は、ステップＳ１０９，Ｓ１１０，Ｓ１１１において、前記算出した最終要求トルクに基づいて燃焼モード切替、要求空気量算出、スロットル開度算出の各処理を実施する。なお、ステップＳ１０９〜Ｓ１１１の各処理は前記図２の燃焼モード切替手段Ｍ２、要求空気量算出手段Ｍ３、スロットル開度算出手段Ｍ４にそれぞれ相当するものであり、ここではその説明を割愛する。上記一連の処理の後、ＥＣＵ５０は、その都度の要求スロットル開度に基づいてスロットル開度を制御する。
【００４４】
また、燃焼モードの切替を要する場合、ステップＳ１０６では、要求燃焼モード番号に基づいて今回が均質燃焼へのモード切替時であるか否かを判別する。そして、今回が成層燃焼→均質燃焼のモード切替であればステップＳ１０７に進み、逆に今回が均質燃焼→成層燃焼のモード切替であればステップＳ１０８に進む。ステップＳ１０７では、今回算出した要求トルクに均質ＩＳＣ学習値を加算して最終要求トルクを算出する。また、ステップＳ１０８では、同じく今回算出した要求トルクに成層ＩＳＣ学習値を加算して最終要求トルクを算出する。最終要求トルクの算出後は、前述の通りステップＳ１０９，Ｓ１１０，Ｓ１１１において燃焼モード切替、要求空気量算出、スロットル開度算出の各処理を実施する。そして、上記一連の処理の後、ＥＣＵ５０は、その都度の要求スロットル開度に基づいてスロットル開度を制御する。
【００４５】
要するに、燃焼モードを維持する場合にはその都度の燃焼モードに対応するＩＳＣ学習値が要求トルクに反映され（ステップＳ１０４，Ｓ１０５）、これに対し、燃焼モードを切り替える場合にはモード切替先の燃焼モードに対応するＩＳＣ学習値が要求トルクに反映されるようになっている（ステップＳ１０７，Ｓ１０８）。
【００４６】
一方、図４は、点火・噴射系の制御処理を示すフローチャートであり、この処理はＥＣＵ５０により所定時間毎（例えば８ｍｓｅｃ毎）に実行される。
【００４７】
図４において、先ずステップＳ２０１では、運転者によるアクセル操作量等に基づいて要求トルクを算出する。続くステップＳ２０２では、実燃焼モード番号に基づいて今現在の燃焼モードが均質燃焼であるか否かを判別し、均質燃焼であればステップＳ２０３に進み、成層燃焼であればステップＳ２０４に進む。ステップＳ２０３では、今回算出した要求トルクに均質ＩＳＣ学習値を加算して最終要求トルクを算出する。また、ステップＳ２０４では、同じく今回算出した要求トルクに成層ＩＳＣ学習値を加算して最終要求トルクを算出する。
【００４８】
その後、ＥＣＵ５０は、ステップＳ２０５，Ｓ２０６において、前記算出した最終要求トルクに基づいて要求燃料噴射量算出、要求点火時期算出の各処理を実施する。なお、ステップＳ２０５の処理は前記図２の要求噴射量算出手段Ｍ５に相当し、ステップＳ２０６の処理は前記図２の要求遅角量算出手段Ｍ６及び要求点火時期算出手段Ｍ７に相当する。上記一連の処理の後、ＥＣＵ５０は、その都度の要求燃料噴射量、要求点火時期に基づいて燃料噴射量制御、点火時期制御をそれぞれ実施する。
【００４９】
次に、燃焼モードの切替動作をタイムチャートを用いてより具体的に説明する。図５は、均質燃焼から成層燃焼へのモード切替時の挙動を示すタイムチャートであり、図６は、図５の比較例として従来技術における同挙動を示すタイムチャートである。また、図７は、成層燃焼から均質燃焼へのモード切替時の挙動を示すタイムチャートであり、図８は、図７の比較例として従来技術における同挙動を示すタイムチャートである。なお図５及び図７中の要求トルクは、特に前記最終要求トルクのことである。以下、図５及び図６、図７及び図８をそれぞれ対比させつつ本実施の形態の特徴部分を説明する。
【００５０】
図５において、タイミングｔ１では、実燃焼モードに先立って要求燃焼モードが均質燃焼から成層燃焼に切り替えられる。このとき、スロットル系及び点火・噴射系の２つのＩＳＣ学習値のうち、スロットル系のＩＳＣ学習値だけがモード切替先のＩＳＣ学習値（この場合は成層ＩＳＣ学習値）に切り替えられ、この成層ＩＳＣ学習値がスロットル系の要求トルクに反映される。これにより、タイミングｔ１において、要求空気量がステップ的に増量され、その増量された要求空気量に基づいて要求スロットル開度が変更される。タイミングｔ１以降、要求スロットル開度の増加に伴い、破線で示すように実際の吸入空気量（実空気量）が次第に増量される。
【００５１】
タイミングｔ１以降、吸入空気量が増量されることから推定トルクが増え、タイミングｔ２では推定トルクと要求トルクとの差が所定のしきい値に達することから、実燃焼モードが均質燃焼から成層燃焼に切り替えられる。タイミングｔ２以降、成層燃焼モードでの点火・噴射系の制御が実施される。また、タイミングｔ２では、点火・噴射系のＩＳＣ学習値がモード切替先のＩＳＣ学習値（この場合は成層ＩＳＣ学習値）に切り替えられ、この成層ＩＳＣ学習値が点火・噴射系の要求トルクに反映される。
【００５２】
これに対し、従来技術である図６を見ると、要求燃焼モードが均質燃焼から成層燃焼に切り替えられるタイミングｔ１１では、スロットル系及び点火・噴射系の両ＩＳＣ学習値が何れも切り替えられることはなく、切替前のＩＳＣ学習値、すなわち均質ＩＳＣ学習値が継続的に用いられてスロットル系の要求トルクが算出される。タイミングｔ１１では、吸気系の制御切替に伴う分だけ要求空気量がステップ的に増量されると共に、要求スロットル開度が変更される。その後、実燃焼モードが均質燃焼から成層燃焼に切り替えられるタイミングｔ１２では、スロットル系及び点火・噴射系の両ＩＳＣ学習値が共にモード切替先のＩＳＣ学習値（この場合は成層ＩＳＣ学習値）に切り替えられ、この成層ＩＳＣ学習値がスロットル系及び点火・噴射系の両要求トルクに反映される。
【００５３】
要するに、従来技術（図６）の場合、実燃焼モードの切替タイミング（タイミングｔ１２）においてスロットル系のＩＳＣ学習値が同スロットル系の要求トルクに反映されるために要求スロットル開度に段差が生じるが、本実施の形態（図５）では、実燃焼モードよりも前（タイミングｔ１）においてスロットル系のＩＳＣ学習値が要求トルクに反映されるため、実燃焼モードの切替タイミングで要求スロットル開度に段差が生じることはなく、均質燃焼から成層燃焼への切替がスムーズに行われる。
【００５４】
上述した均質燃焼から成層燃焼への燃焼モードの切替に際し、図５のタイミングｔ１〜ｔ２の期間では、吸入空気量の増量に伴う過剰なトルク増加を抑制するために点火時期が遅角補正される。また、図５のタイミングｔ２で成層燃焼モードに切り替えられたものの、このタイミングｔ２では、僅かながら吸入空気量が未だ要求空気量に達していない。故に、ｔ２直後には、空気量不足によるトルク低下分を補うべく燃料噴射量が増量補正される。この場合、タイミングｔ２において均質燃焼から成層燃焼への切替がスムーズに行われるため、図６の従来技術に比べて燃料増量分が少なくなる。
【００５５】
一方、図７において、タイミングｔ２１では、実燃焼モードに先立って要求燃焼モードが成層燃焼から均質燃焼に切り替えられる。このとき、スロットル系及び点火・噴射系の２つのＩＳＣ学習値のうち、スロットル系のＩＳＣ学習値だけがモード切替先のＩＳＣ学習値（この場合は均質ＩＳＣ学習値）に切り替えられ、この均質ＩＳＣ学習値がスロットル系の要求トルクに反映される。これにより、タイミングｔ２１において、要求空気量がステップ的に減量され、その減量された要求空気量に基づいて要求スロットル開度が変更される。タイミングｔ２１以降、要求スロットル開度の減少に伴い、破線で示すように実際の吸入空気量（実空気量）が次第に減量される。
【００５６】
タイミングｔ２１以降、吸入空気量が減量されることから推定トルクが減り、タイミングｔ２２では推定トルクと要求トルクとの差が所定のしきい値に達することから、実燃焼モードが成層燃焼から均質燃焼に切り替えられる。タイミングｔ２２以降、均質燃焼モードでの点火・噴射系の制御が実施される。また、タイミングｔ２２では、点火・噴射系のＩＳＣ学習値がモード切替先のＩＳＣ学習値（この場合は均質ＩＳＣ学習値）に切り替えられ、この均質ＩＳＣ学習値が点火・噴射系の要求トルクに反映される。
【００５７】
これに対し、従来技術である図８を見ると、要求燃焼モードが成層燃焼から均質燃焼に切り替えられるタイミングｔ３１では、スロットル系及び点火・噴射系の両ＩＳＣ学習値が何れも切り替えられることはなく、切替前のＩＳＣ学習値、すなわち成層ＩＳＣ学習値が継続的に用いられてスロットル系の要求トルクが算出される。タイミングｔ３１では、吸気系の制御切替に伴う分だけ要求空気量がステップ的に減量されると共に、要求スロットル開度が変更される。その後、実燃焼モードが成層燃焼から均質燃焼に切り替えられるタイミングｔ３２では、スロットル系及び点火・噴射系の両ＩＳＣ学習値が共にモード切替先のＩＳＣ学習値（この場合は均質ＩＳＣ学習値）に切り替えられ、この均質ＩＳＣ学習値がスロットル系及び点火・噴射系の両要求トルクに反映される。
【００５８】
要するに、図５及び図６で説明した均質→成層の切替時と同様に、従来技術（図８）の場合、実燃焼モードの切替タイミング（タイミングｔ３２）においてスロットル系のＩＳＣ学習値が同スロットル系の要求トルクに反映されるために要求スロットル開度に段差が生じるが、本実施の形態（図７）では、実燃焼モードよりも前（タイミングｔ２１）においてスロットル系のＩＳＣ学習値が要求トルクに反映されるため、実燃焼モードの切替タイミングで要求スロットル開度に段差が生じることはなく、均質燃焼から成層燃焼への切替がスムーズに行われる。
【００５９】
上述した成層燃焼から均質燃焼への燃焼モードの切替に際し、図７のタイミングｔ２１〜ｔ２２の期間では、実燃焼モードの切替前であるのに吸入空気量が減少することによるトルク低下分を補うべく燃料噴射量が増量補正される。また、均質燃焼モードに切り替えられたタイミングｔ２２では、要求空気量に対して吸入空気量が過剰となるため、それに伴う過剰なトルク増加を抑制するために点火時期が遅角補正される。この場合、タイミングｔ２２において成層燃焼から均質燃焼への切替がスムーズに行われるため、従来技術に比べて点火時期の遅角補正量が少なくなる。実際には、従来技術（図８）の場合、点火時期が遅角限界に達するのに対し、本実施の形態（図７）の場合、点火時期が遅角限界に達することはない。なお、点火時期が遅角限界に達するとエンジンの軸トルクが変動し、ドライバビリティの悪化等が生じることとなる。
【００６０】
以上詳述した本実施の形態によれば、以下の優れた効果が得られる。
【００６１】
実燃焼モードの切替よりも前に、すなわち点火・噴射系の制御切替よりも前にモード切替先のＩＳＣ学習値が吸気制御用の要求トルク演算に反映されるため、吸気系の遅れを見越して吸入空気量を制御することができる。つまり、燃焼モードの切替後にはいち早く要求空気量に収束する。これにより、燃焼モードの切替をスムーズに行うことができ、ひいてはモード切替時に生じるエミッション悪化や過剰なトルク変動といった問題を解消することができるようになる。特に、燃焼モード切替時にトルク変動抑制の目的で燃料噴射量の増量補正や点火時期の遅角補正が実施される場合において、それら各補正を適度に行うことができ、燃費やドライバビリティの悪化が抑制できる。
【００６２】
燃焼モード切替に際し、要求燃焼モードの切替時、すなわち吸気系の制御切替時にモード切替先のＩＳＣ学習が吸気制御用の要求トルク演算に反映されるため、その後の実燃焼モードの切替時においてスロットル開度に段差が生じることはなく、燃焼モード切替が適正化できる。
【００６３】
また、実燃焼モードの切替時、すなわち点火・噴射系の制御切替時にモード切替先のＩＳＣ学習が点火・噴射制御用の要求トルク演算に反映されるため、点火・噴射制御用の要求トルクに関しても最適なタイミングでＩＳＣ学習の反映が行われる。
【００６４】
なお、本発明は上記実施の形態の記載内容に限定されず、例えば次のように実施しても良い。
【００６５】
上記実施の形態では、要求燃焼モードの切替時、すなわち吸気系の制御切替時にモード切替先のＩＳＣ学習値を吸気制御用の要求トルク演算に反映させるようにしたが、モード切替先のＩＳＣ学習を反映させるタイミングは必ずしも要求燃焼モードの切替時でなくても良く、要は、実燃焼モード切替時（点火・噴射系の制御切替時）よりも前のタイミングであれば良い。但し望ましくは、燃焼モード切替のタイミング（点火・噴射系の制御切替のタイミング）よりも吸気系の応答時間分早いタイミングでモード切替先のＩＳＣ学習値を吸気制御用の要求トルク演算に反映させるようにする。
【００６６】
又は、スロットル制御用のＩＳＣ学習の切替時を基準として、その切替後、燃焼モード切替時に要する吸気系の応答時間が経過したタイミングで燃焼モード切替（点火・噴射系の制御切替）の実施を許容するようにしても良い。
【００６７】
上記実施の形態では、ＩＳＣ学習値を均質燃焼及び成層燃焼の各燃焼モード毎に設定し、これをモード別補正量としたが、ＩＳＣ学習以外にモード別補正量を設定しても良い。モード別補正量は、必要に応じて更新される学習値でなくとも、燃焼モード毎に予め設定される個別の補正量であっても良い。また、モード別補正量が複数種類ある場合、それらを同時に反映させるか、順次個別に反映させるかは任意で良い。
【００６８】
上記実施の形態では、要求トルクに基づいて点火・燃料系の各制御量を演算する構成を事例に説明したが、要求トルク以外のパラメータ（要求パラメータ）に基づいて点火・燃料系の各制御量を演算する構成であっても本発明が適用できる。かかる場合、実燃焼モードの切替よりも前に、すなわち点火・噴射系の制御切替よりも前にモード切替先のＩＳＣ学習値を吸気制御用の要求パラメータ演算に反映することにより、上記実施の形態と同様の優れた効果が得られる。例えば、要求トルク以外の要求パラメータとして、運転者によるアクセル操作量を用いる。
【図面の簡単な説明】
【図１】発明の実施の形態におけるエンジン制御システムを示す構成図である。
【図２】ＥＣＵの機能ブロック図である。
【図３】スロットル系の制御を説明するためのフローチャートである。
【図４】点火・噴射系の制御を説明するためのフローチャートである。
【図５】本実施の形態における燃焼モードの切替動作を示すタイムチャートである。
【図６】従来技術における燃焼モードの切替動作を示すタイムチャートである。
【図７】本実施の形態における燃焼モードの切替動作を示すタイムチャートである。
【図８】従来技術における燃焼モードの切替動作を示すタイムチャートであ
る。
【符号の説明】
１０…エンジン、
１１…吸気管、
１８…吸気マニホールド、
２１…燃料噴射弁、
５０…ＥＣＵ。
【図１】
2004346868.tif 000003
【図２】
2004346868.tif 000004
【図３】
2004346868.tif 000005
【図４】
2004346868.tif 000006
【図５】
2004346868.tif 000007
【図６】
2004346868.tif 000008
【図７】
2004346868.tif 000009
【図８】
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