(57)【要約】【課題】筒内に噴射された燃料が排気バルブの閉弁前に排気ポートに到達して排気管へ排出される“噴射燃料のすり抜け”を防止できるようにする。【解決手段】エンジン運転状態に基づいて算出したベース燃料噴射開始時期が排気バルブ閉弁時期よりも所定値Ｄ２（噴射燃料が排気ポートに到達するまでの時間）以上進角したときは、噴射燃料のすり抜けが発生する可能性があると判断して、ベース燃料噴射開始時期と排気バルブ閉弁時期との差に応じて遅角補正量を算出し、この遅角補正量によりベース燃料噴射開始時期を遅角補正して最終燃料噴射開始時期を設定する。これにより、排気バルブタイミングと燃料噴射開始時期を進角する期間中でも、排気バルブタイミングと燃料噴射開始時期との関係を、噴射燃料が排気ポートに到達する前に排気バルブの閉弁時期を迎える状態を維持するように制御することができ、噴射燃料のすり抜けを確実に防止できる。【選択図】  図９
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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と、排気バルブのバルブタイミング（以下「排気バルブタイミング」という）を変化させる可変排気バルブタイミング機構とを備え、内燃機関の運転状態に応じて前記燃料噴射弁の燃料噴射時期と前記排気バルブタイミングとを制御する内燃機関の制御装置において、
前記排気バルブタイミングを検出又は推定する排気バルブタイミング検出手段と、
前記排気バルブタイミング検出手段で検出又は推定した実排気バルブタイミングに基づいて前記燃料噴射時期を遅角補正する噴射時期補正手段と
を備えていることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記噴射時期補正手段は、前記燃料噴射時期が前記実排気バルブタイミングに基づいて検出される実際の排気バルブ閉弁時期よりも進角しているときに、該燃料噴射時期を遅角補正することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記噴射時期補正手段は、前記燃料噴射時期と、前記実排気バルブタイミングに基づいて検出される実際の排気バルブ閉弁時期との差に応じて該燃料噴射時期の遅角補正量を設定することを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記噴射時期補正手段は、前記実排気バルブタイミングと目標排気バルブタイミングとの差に応じて前記燃料噴射時期の遅角補正量を設定することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記排気バルブタイミング検出手段は、油温、冷却水温、機関回転速度のうちの少なくとも１つに基づいて実排気バルブタイミングを推定することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の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、排気バルブのバルブタイミングを変化させる可変排気バルブタイミング機構を備えた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、低燃費、低排気エミッション、高出力の特長を兼ね備えた筒内噴射エンジンの需要が急増している。この筒内噴射エンジンは、低負荷時には、少量の燃料を圧縮行程で筒内に直接噴射して混合気を成層燃焼させ、高負荷時には、燃料噴射量を増量して吸気行程で筒内に燃料を直接噴射して混合気を均質燃焼させるようにしている。
【０００３】
このような筒内噴射エンジンにおいて、例えば、特許文献１（特許第３１４７７７０号公報）、特許文献２（特開平１０−１０３０９３号公報）に示すように、燃費、排気エミッション、出力の更なる向上を目指して、吸気バルブや排気バルブのバルブタイミングを変化させる可変バルブタイミング機構を搭載したものがある。
【０００４】
ところで、筒内に燃料を直接噴射する筒内噴射エンジンでは、噴射燃料が排気ポートに到達するまでの時間（以下「噴射燃料到達時間」という）が非常に短いため、燃料噴射開始時期が排気バルブの開弁期間と重なっていると（正確には、燃料噴射開始時期が排気バルブ閉弁時期よりも前記噴射燃料到達時間以上早いと）、噴射燃料の一部が排気バルブの閉弁前に排気ポートに到達して排気管へ排出されてしまい、排気エミッションが悪化するという不具合が発生する。
【０００５】
この対策として、特許文献２（特開平１０−１０３０９３号公報）では、燃料噴射開始時期が所定時期（排気バルブ閉弁時期）よりも進角された（早くなった）ときに、排気バルブ閉弁時期を進角する（早める）ことで、噴射燃料が排気ポートに到達する前に排気バルブを閉弁させるようにしている。
【０００６】
【特許文献１】
特許第３１４７７７０号公報（第１頁等）
【特許文献２】
特開平１０−１０３０９３号公報（第２頁等）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、図１１に示すように、燃料噴射開始時期は、目標噴射開始時期の変化に応じてほとんど応答遅れなく変化させることができるが、排気バルブタイミングの制御では、目標排気バルブタイミングの変化に応じて可変排気バルブタイミング機構を変化後の目標排気バルブタイミングに相当する位置まで駆動する時間が無視できないため、排気バルブタイミングの制御には、燃料噴射開始時期の制御と比較して、かなり大きな応答遅れが生じる。この排気バルブタイミング制御の応答遅れによって次のような問題が生じる。
【０００８】
例えば、図１０（ａ）に示すように、排気バルブタイミングと燃料噴射開始時期が両方とも遅角された状態から、図１０（ｃ）に示すように、排気バルブタイミングと燃料噴射開始時期を両方とも進角させる場合、図１０（ａ）に示す進角前の状態及び図１０（ｃ）に示す進角後の状態において、それぞれ排気バルブタイミングと燃料噴射開始時期との関係を、噴射燃料が排気ポートに到達する前に排気バルブの閉弁時期を迎えるように設定することが望ましい。
【０００９】
従来のシステムでは、排気バルブタイミングと燃料噴射開始時期を図１０（ａ）の位置から（ｃ）の位置まで進角する過程で、燃料噴射開始時期は、ほとんど応答遅れなくほぼ瞬時に進角後の燃料噴射開始時期に進角されるが、排気バルブタイミングは、図１１に示すように目標排気バルブタイミングの変化に対して応答遅れを持って変化するため、排気バルブタイミングの進角動作が完了するまで、図１０（ｂ）に示すように、燃料噴射開始時期の進角動作に対して排気バルブタイミングの進角動作が遅れて、燃料噴射開始時期と排気バルブの開弁期間とが重なる期間が発生してしまい、その期間に、噴射燃料の一部が閉弁前の排気バルブの隙間をすり抜けて排気管へ排出される“噴射燃料のすり抜け”が発生してしまい、排気エミッションが悪化するという不具合が発生する。
【００１０】
要するに、前述した特許文献２のように、燃料噴射開始時期が所定時期（排気バルブ閉弁時期）よりも進角されたときに、排気バルブ閉弁時期を進角するように制御しても、可変排気バルブタイミング機構の応答遅れによって、図１０（ｂ）に示すように、燃料噴射開始時期の進角動作に対して排気バルブタイミングの進角動作が遅れるため、排気バルブタイミングの進角動作が完了するまで、噴射燃料のすり抜けが発生してしまい、排気エミッションが悪化するという不具合が発生する。
【００１１】
本発明はこのような事情を考慮してなされたものであり、従ってその目的は、噴射燃料のすり抜けを確実に防止することができ、排気エミッションを向上させることができる内燃機関の制御装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１は、内燃機関の運転状態に応じて燃料噴射弁の燃料噴射時期と排気バルブのバルブタイミング（以下「排気バルブタイミング」という）とを制御するシステムにおいて、排気バルブタイミング検出手段で検出又は推定した実排気バルブタイミングに基づいて燃料噴射時期を噴射時期補正手段により遅角補正するようにしたものである。
【００１３】
このようにすれば、排気バルブタイミングと燃料噴射時期を進角する過程で、実排気バルブタイミングが応答遅れを持って進角するのを検出しながら、その応答遅れに合わせて燃料噴射時期の進角動作を遅らせることができ、燃料噴射時期の進角動作に実排気バルブタイミングの応答遅れと同等の遅れを持たせることができる。これにより、排気バルブタイミングと燃料噴射時期を進角する過渡期間中でも、排気バルブタイミングと燃料噴射時期との関係を、噴射燃料が排気ポートに到達する前に排気バルブの閉弁時期を迎える状態を維持するように制御することができ、噴射燃料のすり抜けを確実に防止することができて、排気エミッションを向上させることができる。
【００１４】
尚、排気バルブタイミングと燃料噴射時期のいずれか一方のみを進角する場合でも、排気バルブタイミングと燃料噴射時期との関係を、噴射燃料が排気ポートに到達する前に排気バルブの閉弁時期を迎える状態を維持するように、燃料噴射時期を適宜遅角補正することができ、噴射燃料のすり抜けを確実に防止することができる。
【００１５】
前述したように、噴射燃料が排気ポートから排出される可能性があるのは、燃料噴射時期が排気バルブ閉弁時期よりも進角している（早い）ときである。従って、請求項２のように、燃料噴射時期が実排気バルブタイミングに基づいて検出される排気バルブ閉弁時期よりも進角しているときに（燃料噴射時期が排気バルブの開弁期間と重なっているときに）、該燃料噴射時期を遅角補正するようにしても良い。このようにすれば、噴射燃料のすり抜けが発生する可能性があるときに、確実に燃料噴射時期を遅角補正することができる。
【００１６】
また、燃料噴射時期の遅角補正量を設定する際に、噴射燃料が排気ポートに到達する前に排気バルブの閉弁時期を迎えるのに必要最小限の遅角補正量を設定すれば、噴射燃料のすり抜け防止効果を十分に得ることができ、それ以上、燃料噴射時期の遅角補正量を大きくしても、噴射燃料のすり抜け防止効果にほとんど変わりはなく、逆に、燃焼性に悪影響を及ぼすだけである（燃料噴射時期は燃焼性を確保できるように設定する必要がある）。
【００１７】
そこで、請求項３のように、燃料噴射時期と、実排気バルブタイミングに基づいて検出される実際の排気バルブ閉弁時期との差に応じて該燃料噴射時期の遅角補正量を設定するようにしても良い。このようにすれば、噴射燃料が排気ポートに到達する前に排気バルブの閉弁時期を迎えるのに必要最小限の遅角補正量を設定することができ、燃焼性に及ぼす影響を最小限に抑えながら、噴射燃料のすり抜けを防止することができ、燃焼性確保と噴射燃料のすり抜け防止とを両立させることができる。
【００１８】
また、請求項４のように、実排気バルブタイミングと目標排気バルブタイミングとの差に応じて燃料噴射時期の遅角補正量を設定するようにしても良い。実排気バルブタイミングと目標排気バルブタイミングとの差が大きくなるほど、実排気バルブタイミングが目標排気バルブタイミングに到達するまでの応答遅れ時間（噴射燃料のすり抜けが発生する可能性がある期間）が長くなるという関係があるため、実排気バルブタイミングと目標排気バルブタイミングとの差に応じて燃料噴射時期の遅角補正量を設定すれば、実排気バルブタイミングの応答遅れ時間に応じた適正な遅角補正量を設定することができ、燃焼性に及ぼす影響を小さくしながら、噴射燃料のすり抜けを防止することができる。
【００１９】
また、請求項５のように、実排気バルブタイミングを推定する場合には、油温、冷却水温、機関回転速度のうちの少なくとも１つに基づいて実排気バルブタイミングを推定するようにすると良い。一般に、可変バルブタイミング機構を搭載したシステムでは、内燃機関の動力でオイルポンプを駆動して作動油を可変バルブタイミング機構に供給して可変バルブタイミング機構を駆動するため、機関回転速度に応じて作動油の油圧が変化して、可変バルブタイミング機構の応答性が変化する。また、作動油の油温に応じて作動油の粘度（流動性）が変化して、可変バルブタイミング機構の応答性が変化する。従って、油温、冷却水温（油温の代用情報）、機関回転速度は、いずれも可変バルブタイミング機構の応答性を評価するパラメータとなるため、油温、冷却水温、機関回転速度のうちの少なくとも１つを用いれば、目標排気バルブタイミングに対する実排気バルブタイミングの応答遅れ時間を推定して、この応答遅れ時間と目標排気バルブタイミングとに基づいて実排気バルブタイミングを推定することができる。この場合、一般に内燃機関の噴射・点火制御のために搭載されている既存のセンサの出力（冷却水温、機関回転速度等）を利用して実排気バルブタイミングを推定できるため、排気バルブタイミングを検出するセンサ類を新たに追加する必要がなく、低コスト化の要求を満たすことができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。まず、図１に基づいてエンジン制御システム全体の概略構成を説明する。筒内噴射式の内燃機関である筒内噴射式エンジン１１の吸気管１２の最上流部には、エアクリーナ１３が設けられ、このエアクリーナ１３の下流側に、吸入空気量を検出するエアフローメータ１４が設けられている。このエアフローメータ１４の下流側には、ＤＣモータ等のモータ１５によって駆動されるスロットルバルブ１６が設けられ、このスロットルバルブ１６の開度（スロットル開度）がスロットル開度センサ１７によって検出される。
【００２１】
また、スロットルバルブ１６の下流側には、サージタンク１８が設けられ、このサージタンク１８に、吸気管圧力を検出する吸気管圧力センサ１９が設けられている。また、サージタンク１８には、エンジン１１の各気筒に空気を導入する吸気マニホールド２０が設けられ、各気筒の吸気マニホールド２０に、エンジン１１の筒内の気流（スワール流やタンブル流）を制御する気流制御弁３１が設けられている。
【００２２】
エンジン１１の各気筒の上部には、それぞれ燃料を筒内に直接噴射する燃料噴射弁２１が取り付けられている。エンジン１１のシリンダヘッドには、各気筒毎に点火プラグ２２が取り付けられ、各点火プラグ２２の火花放電によって筒内の混合気に着火される。また、エンジン１１の吸気バルブ３７には、吸気バルブタイミング（吸気バルブ３７の開閉タイミング）を可変する可変吸気バルブタイミング機構３９が設けられ、排気バルブ３８には、排気バルブタイミング（排気バルブ３８の開閉タイミング）を可変する可変排気バルブタイミング機構４０が設けられている。
【００２３】
エンジン１１のシリンダブロックには、ノッキングを検出するノックセンサ３２と、冷却水温を検出する冷却水温センサ２３とが取り付けられている。また、クランク軸（図示せず）の外周側には、所定のクランク角毎にクランク角信号を出力するクランク角センサ２４が取り付けられている。このクランク角センサ２４からのクランク角信号に基づいてクランク角やエンジン回転速度が検出される。一方、吸気側カム軸と排気側カム軸（共に図示せず）の外周には、それぞれ所定のカム角毎にカム角信号を出力するカム角センサ４１，４２が取り付けられている。
【００２４】
一方、エンジン１１の排気管２５には、排出ガスを浄化する上流側触媒２６と下流側触媒２７が設けられ、上流側触媒２６の上流側に、排出ガスの空燃比又はリッチ／リーン等を検出する排出ガスセンサ２８（空燃比センサ、酸素センサ等）が設けられている。本実施形態では、上流側触媒２６として理論空燃比付近で排出ガス中のＣＯ，ＨＣ，ＮＯｘ等を浄化する三元触媒が設けられ、下流側触媒２７としてＮＯｘ吸蔵還元型触媒が設けられている。このＮＯｘ吸蔵還元型触媒は、排出ガスの空燃比がリーンのときに排出ガス中のＮＯｘを吸蔵し、空燃比が理論空燃比付近又はリッチになったときに吸蔵ＮＯｘを還元浄化して放出する特性を持っている。
【００２５】
また、排気管２５のうちの上流側触媒２６の下流側と吸気管１２のうちのスロットルバルブ１６の下流側のサージタンク１８との間に、排出ガスの一部を吸気側に還流させるためのＥＧＲ配管３３が接続され、このＥＧＲ配管３３の途中に排出ガス還流量（ＥＧＲ量）を制御するＥＧＲ弁３４が設けられている。また、アクセルペダル３５の踏込量（アクセル開度）がアクセルセンサ３６によって検出される。
【００２６】
前述した各種センサの出力は、エンジン制御回路（以下「ＥＣＵ」と表記する）３０に入力される。このＥＣＵ３０は、マイクロコンピュータを主体として構成され、内蔵されたＲＯＭ（記憶媒体）に記憶された各種の制御ルーチンを実行することで、エンジン運転状態に応じて燃料噴射弁２１の燃料噴射量や燃料噴射時期、点火プラグ２２の点火時期等を制御する。
【００２７】
このＥＣＵ３０は、後述する図２乃至図７に示す各ルーチンを実行することで、エンジン運転状態（要求トルクやエンジン回転速度等）に応じて成層燃焼モードと均質燃焼モードとを切り換える。成層燃焼モードでは、少量の燃料を圧縮行程で筒内に直接噴射して点火プラグ２２の近傍に成層混合気を形成して成層燃焼させることで、燃費を向上させる。一方、均質燃焼モードでは、燃料噴射量を増量して吸気行程で筒内に直接噴射して均質混合気を形成して均質燃焼させることで、エンジン出力を高める。
【００２８】
また、成層燃焼モードでは、空気系の制御パラメータ（吸気バルブタイミング、排気バルブタイミング等）、燃料系の制御パラメータ（燃料噴射量、燃料噴射時期等）、点火系の制御パラメータ（点火時期）の目標値として、それぞれ成層燃焼モード用のマップ等を用いてエンジン運転状態に応じた成層燃焼モード用の目標値を算出する。一方、均質燃焼モードでは、空気系の制御パラメータ、燃料系の制御パラメータ、点火系の制御パラメータの目標値として、それぞれ均質燃焼モード用のマップ等を用いてエンジン運転状態に応じた均質燃焼モード用の目標値を算出する。
【００２９】
また、ＥＣＵ３０は、図示しない可変バルブタイミング制御ルーチンを実行することで、クランク角センサ２４から出力されるクランク角信号と排気カム軸側のカム角センサ４２から出力されるカム角信号とに基づいて実排気バルブタイミングを算出し、実排気バルブタイミングを目標排気バルブタイミングに一致させるように可変排気バルブタイミング機構４０をフィードバック制御する。この場合、クランク角センサ２４とカム角センサ４２の出力信号に基づいて実排気バルブタイミング（実進角量ＶＴａｃ）を算出する機能が特許請求の範囲でいう排気バルブタイミング検出手段としての役割を果たす。
【００３０】
例えば、図１０（ａ）に示すように、排気バルブタイミングと燃料噴射開始時期が両方とも遅角された状態から、図１０（ｃ）に示すように、排気バルブタイミングと燃料噴射開始時期が両方とも進角された状態に変更する場合、図１０（ａ）に示す変更前の状態及び図１０（ｃ）に示す変更後の状態において、それぞれ排気バルブタイミングと燃料噴射開始時期との関係を、噴射燃料が排気ポートに到達する前に排気バルブの閉弁時期を迎えるように設定することが望ましい。従来のシステムでは、排気バルブタイミングと燃料噴射開始時期を図１０（ａ）の位置から（ｃ）の位置まで進角する過程で、燃料噴射開始時期は、ほとんど応答遅れなくほぼ瞬時に進角後の燃料噴射開始時期に進角されるが、排気バルブタイミングは、図１１に示すように目標排気バルブタイミングの変化に対して応答遅れを持って変化するため、排気バルブタイミングの進角動作が完了するまで、図１０（ｂ）に示すように、燃料噴射開始時期の進角動作に対して排気バルブタイミングの進角動作が遅れて、燃料噴射開始時期と排気バルブの開弁期間とが重なる期間が発生してしまい、その期間に、噴射燃料の一部が閉弁前の排気バルブの隙間をすり抜けて排気管へ排出される“噴射燃料のすり抜け”が発生してしまい、排気エミッションが悪化するという不具合が発生する。
【００３１】
そこで、ＥＣＵ３０は、図８に示す噴射時期補正ルーチンを実行することで、エンジン運転状態に基づいて算出した燃料噴射開始時期が、実排気バルブタイミングに基づいて検出した排気バルブ閉弁時期よりも進角しているときに（燃料噴射開始時期が排気バルブ３８の開弁期間と重なっているときに）、噴射燃料の一部が排気バルブ３８の閉弁前に排気ポートに到達して排気管２５へ排出される“噴射燃料のすり抜け”が発生する可能性があると判断して、燃料噴射開始時期と排気バルブ閉弁時期との差に応じて燃料噴射開始時期を遅角補正して、噴射燃料が排気ポートに到達する前に排気バルブ３８が閉弁するように制御して、噴射燃料のすり抜けを防止する。
【００３２】
以下、本実施形態でＥＣＵ３０が実行する図２乃至図８に示す各ルーチンの処理内容を説明する。
【００３３】
［エンジン制御メインルーチン］
図２のエンジン制御メインルーチンは、イグニッションスイッチ（図示せず）のオン後に所定周期で実行される。本メインルーチンが起動されると、まずステップ１００で、アクセル開度とエンジン回転速度等に基づいて要求トルクを算出する。この後、ステップ２００に進み、図３の燃焼モード決定ルーチンを実行して燃焼モードを決定した後、ステップ３００に進み、図４の燃焼モード切換制御ルーチンを実行して、燃焼モード切換要求があれば、燃焼モード切換制御を実行し、次のステップ４００〜６００で、図５の空気系制御ルーチン、図６の燃料系制御ルーチン、図７の点火系制御ルーチンを実行して、空気系、燃料系、点火系の各制御パラメータを後述するタイミングで切り換え先の燃焼モードの目標値に切り換えて燃焼モードを切り換える。
【００３４】
［燃焼モード決定ルーチン］
図２のエンジン制御メインルーチンのステップ２００で、図３の燃焼モード決定ルーチンが起動されると、まずステップ２０１で、要求燃焼モード判定マップを検索して現在のエンジン運転状態（例えばエンジン回転速度と要求トルク）に応じて成層燃焼モードと均質燃焼モードのいずれか一方を要求燃焼モードとして選択する。この要求燃焼モード判定マップは、低回転、低トルク領域では、燃費節減を優先して成層燃焼モードが選択され、一方、高回転、高トルク領域では、エンジン出力を優先して均質燃焼モードが選択されるように設定されている。
【００３５】
この後、ステップ２０２に進み、現在のエンジン運転状態に応じて選択した要求燃焼モードが均質燃焼モードであるか否かを判定し、要求燃焼モードが均質燃焼モードであれば、ステップ２０３に進み、現在の実燃焼モードが均質燃焼モードであるか否かを判定する。もし、現在の実燃焼モードが均質燃焼モードでなければ、燃焼モードを切り換える必要があるため、ステップ２０４に進み、燃焼モード切換中フラグをＯＮして、ステップ２０５に進み、空気系制御モードを均質燃焼モードに設定する。一方、現在の実燃焼モードが均質燃焼モードであれば、燃焼モードを切り換える必要がないため、ステップ２０４を飛び越して、ステップ２０５に進み、空気系制御モードを均質燃焼モードに維持する。
【００３６】
前記ステップ２０２で、要求燃焼モードが均質燃焼モードでない（成層燃焼モードである）と判定された場合には、ステップ２０７に進み、現在の実燃焼モードが成層燃焼モードであるか否かを判定する。もし、現在の実燃焼モードが成層燃焼モードでなければ、燃焼モードを切り換える必要があるため、ステップ２０８に進み、燃焼モード切換中フラグをＯＮして、ステップ２０９に進み、空気系制御モードを均質燃焼モードに設定する。一方、現在の実燃焼モードが成層燃焼モードであれば、燃焼モードを切り換える必要がないため、ステップ２０８を飛び越して、ステップ２０５に進み、空気系制御モードを成層燃焼モードに維持する。
【００３７】
［燃焼モード切換制御ルーチン］
図２のエンジン制御メインルーチンのステップ３００で、図４の燃焼モード切換制御ルーチンが起動されると、まずステップ３０１で、燃焼モード切換中フラグがＯＮであるか否かによって燃焼モード切換中であるか否かを判定し、燃焼モード切換中でなければ、以降の処理を行うことなく、本ルーチンを終了する。
【００３８】
一方、燃焼モード切換中であれば、ステップ３０２に進み、要求燃焼モードが成層燃焼モードであるか否かを判定し、要求燃焼モードが成層燃焼モードでなければ（つまり要求燃焼モードが均質燃焼モードであれば）、ステップ３０３に進み、実空燃比Ａ／Ｆが均質燃焼領域判定値ＣＡＦ２よりリッチであるか否かで、実空燃比Ａ／Ｆが均質燃焼領域であるか否かを判定する。その結果、実空燃比Ａ／Ｆが均質燃焼領域判定値ＣＡＦ２よりリーンである（実空燃比Ａ／Ｆが均質燃焼領域に入っていない）と判定された場合は、以降の処理を行うことなく、本ルーチンを終了する。
【００３９】
その後、実空燃比Ａ／Ｆが均質燃焼領域判定値ＣＡＦ２よりもリッチになって実空燃比Ａ／Ｆが均質燃焼可能な領域に入ったと判定された時点で、ステップ３０４に進み、燃料系制御モードを均質燃焼モードに設定して、燃料噴射モードを吸気行程噴射に切り換えた後、燃焼モード切換中フラグをＯＦＦして本ルーチンを終了する。
【００４０】
また、燃焼モード切換中で、且つ要求燃焼モードが成層燃焼モードであると判定された場合（ステップ３０１、３０２で共に「Ｙｅｓ」と判定された場合）は、ステップ３０６に進み、実空燃比Ａ／Ｆが成層燃焼領域判定値ＣＡＦ１よりもリーンであるか否かで、実空燃比Ａ／Ｆが成層燃焼領域であるか否かを判定する。その結果、実空燃比Ａ／Ｆが成層燃焼領域判定値ＣＡＦ１よりもリッチである（実空燃比Ａ／Ｆが成層燃焼領域に入っていない）と判定された場合は、以降の処理を行うことなく、本ルーチンを終了する。
【００４１】
その後、実空燃比Ａ／Ｆが成層燃焼領域判定値ＣＡＦ１よりもリーンになって実空燃比Ａ／Ｆが成層燃焼可能な領域に入ったと判定された時点で、ステップ３０８に進み、燃料系制御モードを成層燃焼モードに設定して、燃料噴射モードを圧縮行程噴射に切り換えた後、燃焼モード切換中フラグをＯＦＦして本ルーチンを終了する。
【００４２】
［空気系制御ルーチン］
図２のエンジン制御メインルーチンのステップ４００で、図５の空気系制御ルーチンが起動されると、まずステップ４０１で、空気系制御モードが均質燃焼モードであるか否かを判定し、均質燃焼モードであれば、ステップ４０２に進み、空気系の各制御パラメータ（吸気バルブタイミング、排気バルブタイミング、スロットル開度、ＥＧＲ弁３４の開度、気流制御弁３１の開度）の目標値として、それぞれ均質燃焼モード用のマップ等を用いてエンジン運転状態に応じた均質燃焼モード用の目標値を算出する。
【００４３】
一方、上記ステップ４０１で、空気系制御モードが均質燃焼モードでない（成層燃焼モードである）と判定された場合は、ステップ４０３に進み、空気系の各制御パラメータの目標値として、それぞれ成層燃焼モード用のマップ等を用いてエンジン運転状態に応じた成層燃焼モード用の目標値を算出する。
【００４４】
［燃料系制御ルーチン］
図２のエンジン制御メインルーチンのステップ５００で、図６の燃料系制御ルーチンが起動されると、まずステップ５０１で、燃料系制御モードが均質燃焼モードであるか否かを判定し、均質燃焼モードであれば、ステップ５０２に進み、燃料系の制御パラメータ（燃料噴射量、燃料噴射開始時期）の目標値として、それぞれ均質燃焼モード用のマップ等を用いてエンジン運転状態に応じた均質燃焼モード用の目標値（燃料噴射時間、ベース燃料噴射開始時期ＩＮＪＢＳ）を算出する。
【００４５】
また、上記ステップ５０１で、燃料系制御モードが均質燃焼モードでない（成層燃焼モードである）と判定された場合は、ステップ５０３に進み、燃料系の制御パラメータの目標値（燃料噴射量、燃料噴射開始時期）として、それぞれ成層燃焼モード用のマップ等を用いてエンジン運転状態に応じた成層燃焼モード用の目標値（燃料噴射時間、ベース燃料噴射開始時期ＩＮＪＢＳ）を算出する。
【００４６】
［点火系制御ルーチン］
図２のエンジン制御メインルーチンのステップ６００で、図７の点火系制御ルーチンが起動されると、まずステップ６０１で、点火系制御モード（＝燃料系制御モード）が均質燃焼モードであるか否かを判定し、均質燃焼モードであれば、ステップ６０２に進み、点火系の制御パラメータ（点火時期）の目標値として、均質燃焼モード用のマップ等を用いてエンジン運転状態に応じた均質燃焼モード用の目標値を算出する。
【００４７】
また、上記ステップ６０１で、点火系制御モードが均質燃焼モードでない（成層燃焼モードである）と判定された場合は、ステップ６０３に進み、点火系の制御パラメータの目標値として、成層燃焼モード用のマップ等を用いてエンジン運転状態に応じた成層燃焼モード用の目標値を算出する。
【００４８】
［噴射時期補正ルーチン］
図８に示す噴射時期補正ルーチンは、イグニッションスイッチ（図示せず）のオン後に所定周期で実行され、特許請求の範囲でいう噴射時期補正手段としての役割を果たす。本ルーチンが起動されると、まずステップ７０１で、図５の空気系制御ルーチンで算出した目標排気バルブタイミングＶＴｔｇと、クランク角センサ２４とカム角センサ４２の出力信号に基づいて算出した実排気バルブタイミングＶＴａｃを読み込んだ後、ステップ７０２に進み、実排気バルブタイミングＶＴａｃと目標排気バルブタイミングＶＴｔｇとの差が所定値Ｄ１よりも大きいか否かを判定する。
【００４９】
その結果、実排気バルブタイミングＶＴａｃと目標排気バルブタイミングＶＴｔｇとの差が所定値Ｄ１以下であると判定された場合には、実排気バルブタイミングＶＴａｃが目標排気バルブタイミングＶＴｔｇにほぼ収束していると判断して、ステップ７０７に進み、遅角補正量ＶＴＣＭＰを「０」にする。この場合、燃料噴射開始時期の遅角補正は行われない。
【００５０】
一方、上記ステップ７０２で、実排気バルブタイミングＶＴａｃと目標排気バルブタイミングＶＴｔｇとの差が所定値Ｄ１よりも大きいと判定された場合には、目標排気バルブタイミングＶＴｔｇに対して実排気バルブタイミングＶＴａｃの進角動作に遅れが生じていると判断して、ステップ７０３に進み、図６の燃料系制御ルーチンによってエンジン運転状態に基づいて算出したベース燃料噴射開始時期ＩＮＪＢＳを読み込むと共に、排気バルブ３８の作動角ＶＴ１と排気バルブタイミングのセット位置ＶＴ０を読み込む。この排気バルブタイミングのセット位置ＶＴ０は、排気バルブタイミングの指令値をセットする位置であり、最進角位置（実排気バルブタイミングＶＴａｃ＝０）に相当する位置である。
【００５１】
従って、図９に示すように、排気バルブタイミングのセット位置ＶＴ０から実排気バルブタイミングＶＴａｃを減算した位置が排気バルブ開弁時期（ＶＴ０−ＶＴａｃ）となり、この排気バルブ開弁時期（ＶＴ０−ＶＴａｃ）から排気バルブ３８の作動角ＶＴ１を減算した位置が排気バルブ閉弁時期（ＶＴ０−ＶＴａｃ−ＶＴ１）となる。
【００５２】
この後、ステップ７０４に進み、ベース燃料噴射開始時期ＩＮＪＢＳと排気バルブ閉弁時期（ＶＴ０−ＶＴａｃ−ＶＴ１）との差ＤＡＮＧを求める。
ＤＡＮＧ＝ＩＮＪＢＳ−（ＶＴ０−ＶＴａｃ−ＶＴ１）
【００５３】
そして、次のステップ７０５で、ベース燃料噴射開始時期ＩＮＪＢＳと排気バルブ閉弁時期（ＶＴ０−ＶＴａｃ−ＶＴ１）との差ＤＡＮＧが所定値Ｄ２よりも大きいか否かを判定する。ここで、所定値Ｄ２は、燃料噴射弁２１から筒内に噴射された燃料が排気ポートに到達するまでの時間（以下「噴射燃料到達時間」という）に相当する値に設定されている。この所定値Ｄ２は、予め設定した固定値としても良いし、エンジン回転速度Ｎｅに応じてマップ等により設定する可変値としても良い。尚、所定値Ｄ２は、噴射燃料到達時間の他に、燃料噴射弁２１の応答遅れ時間やその他の誤差要因を見込んで設定しても良く、勿論、これらの影響を無視して、簡易的に所定値Ｄ２を０に設定しても良い。
【００５４】
上記ステップ７０５で、ベース燃料噴射開始時期ＩＮＪＢＳと排気バルブ閉弁時期（ＶＴ０−ＶＴａｃ−ＶＴ１）との差ＤＡＮＧが所定値Ｄ２（噴射燃料到達時間）以下であると判定された場合、つまり、ベース燃料噴射開始時期ＩＮＪＢＳが排気バルブ閉弁時期（ＶＴ０−ＶＴａｃ−ＶＴ１）よりも遅い（遅角している）か又はベース燃料噴射開始時期ＩＮＪＢＳが排気バルブ閉弁時期（ＶＴ０−ＶＴａｃ−ＶＴ１）よりも早くても（進角していても）、その時間差が所定値Ｄ２（噴射燃料到達時間）以下である場合は、噴射燃料が排気ポートに到達する前に排気バルブ３８が閉弁すると判断して、ステップ７０７に進み、遅角補正量ＶＴＣＭＰを「０」にセットする。この場合は、燃料噴射開始時期の遅角補正は行われない。
【００５５】
一方、上記ステップ７０５で、ベース燃料噴射開始時期ＩＮＪＢＳと排気バルブ閉弁時期（ＶＴ０−ＶＴａｃ−ＶＴ１）との差ＤＡＮＧが所定値Ｄ２よりも大きいと判定された場合、つまり、ベース燃料噴射開始時期ＩＮＪＢＳが排気バルブ閉弁時期（ＶＴ０−ＶＴａｃ−ＶＴ１）よりも所定値Ｄ２（噴射燃料到達時間）以上進角している場合は、噴射燃料が排気バルブ３８の閉弁前に排気ポートに到達して排気管２５に排出される“噴射燃料のすり抜け”が発生する可能性があると判断して、ステップ７０６に進み、遅角補正量ＶＴＣＭＰのマップを用いて、ベース燃料噴射開始時期ＩＮＪＢＳと排気バルブ閉弁時期（ＶＴ０−ＶＴａｃ−ＶＴ１）との差ＤＡＮＧと、エンジン回転速度Ｎｅとに応じた遅角補正量ＶＴＣＭＰを算出する。
【００５６】
この後、ステップ７０８に進み、ベース燃料噴射開始時期ＩＮＪＢＳを遅角補正量ＶＴＣＭＰだけ遅角補正して最終燃料噴射開始時期ＩＮＪを求める。
ＩＮＪ＝ＩＮＪＢＳ−ＶＴＣＭＰ
【００５７】
以上説明した本実施形態によれば、図９に示すように、エンジン運転状態に基づいて算出したベース燃料噴射開始時期ＩＮＪＢＳが排気バルブ閉弁時期（ＶＴ０−ＶＴａｃ−ＶＴ１）よりも所定値Ｄ２（噴射燃料到達時間）以上進角している場合は、噴射燃料が排気バルブ３８の閉弁前に排気ポートに到達して排気管２５に排出される“噴射燃料のすり抜け”が発生する可能性があると判断して、ベース燃料噴射開始時期ＩＮＪＢＳと排気バルブ閉弁時期（ＶＴ０−ＶＴａｃ−ＶＴ１）との差ＤＡＮＧに応じて遅角補正量ＶＴＣＭＰを算出し、この遅角補正量ＶＴＣＭＰを用いてベース燃料噴射開始時期ＩＮＪＢＳを遅角補正して最終燃料噴射開始時期ＩＮＪを設定する。
【００５８】
これにより、例えば、図１０（ａ）に示すように、排気バルブタイミングと燃料噴射開始時期が両方とも遅角された状態から、図１０（ｃ）に示すように、排気バルブタイミングと燃料噴射開始時期が両方とも進角された状態に変更する過程で、実排気バルブタイミングＶＴａｃの進角動作に応答遅れが生じるという事情があっても、図１１に示すように、実排気バルブタイミングＶＴａｃの応答遅れに合わせて燃料噴射開始時期の進角動作を遅らせることができ、燃料噴射開始時期の進角動作に実排気バルブタイミングの応答遅れと同等の遅れを持たせることができる。これにより、排気バルブタイミングと燃料噴射開始時期を進角する過渡期間中でも、排気バルブタイミングと燃料噴射開始時期との関係を、噴射燃料が排気ポートに到達する前に排気バルブ３８の閉弁時期を迎える状態を維持するように制御することができ、噴射燃料のすり抜けを確実に防止することができて、排気エミッションを向上させることができる。
【００５９】
尚、排気バルブタイミングと燃料噴射開始時期のいずれか一方のみを進角する場合でも、排気バルブタイミングと燃料噴射開始時期との関係を、噴射燃料が排気ポートに到達する前に排気バルブ３８の閉弁時期を迎える状態を維持するように、燃料噴射開始時期を適宜遅角補正することができ、噴射燃料のすり抜けを確実に防止することができる。
【００６０】
本実施形態では、ベース燃料噴射開始時期ＩＮＪＢＳが排気バルブ閉弁時期（ＶＴ０−ＶＴａｃ−ＶＴ１）よりも所定値Ｄ２（噴射燃料到達時間）以上進角しているときに燃料噴射開始時期を遅角補正するようにしたが、ベース燃料噴射開始時期ＩＮＪＢＳが排気バルブ閉弁時期（ＶＴ０−ＶＴａｃ−ＶＴ１）よりも進角しているときに燃料噴射開始時期を遅角補正するようにしても良く、この場合でも、噴射燃料のすり抜けを確実に防止することができる。
【００６１】
ところで、燃料噴射開始時期の遅角補正量ＶＴＣＭＰを設定する際に、噴射燃料が排気ポートに到達する前に排気バルブ３８の閉弁時期を迎えるのに必要最小限の遅角補正量を設定すれば、噴射燃料のすり抜け防止効果を十分に得ることができ、それ以上、燃料噴射開始時期の遅角補正量ＶＴＣＭＰを大きくしても、噴射燃料のすり抜け防止効果にほとんど変わりはなく、逆に、燃焼性に悪影響を及ぼすだけである（燃料噴射開始時期は燃焼性を確保できるように設定する必要がある）。
【００６２】
その点、本実施形態では、ベース燃料噴射開始時期ＩＮＪＢＳと排気バルブ閉弁時期との差に応じて遅角補正量ＶＴＣＭＰを求めるようにしたので、噴射燃料が排気ポートに到達する前に排気バルブ３８の閉弁時期を迎えるのに必要最小限の遅角補正量ＶＴＣＭＰを設定することができ、燃焼性に及ぼす影響を最小限に抑えながら、噴射燃料のすり抜けを防止することができ、燃焼性確保と噴射燃料のすり抜け防止とを両立させることができる。
【００６３】
尚、上記実施形態では、ベース燃料噴射開始時期ＩＮＪＢＳと排気バルブ閉弁時期との差に応じて遅角補正量ＶＴＣＭＰを設定するようにしたが、実排気バルブタイミングＶＴａｃと目標排気バルブタイミングＶＴｔｇとの差に応じて遅角補正量ＶＴＣＭＰを設定するようにしても良い。実排気バルブタイミングＶＴａｃと目標排気バルブタイミングＶＴｔｇとの差が大きくなるほど、実排気バルブタイミングＶＴａｃが目標排気バルブタイミングＶＴｔｇに到達するまでの応答遅れ時間（噴射燃料のすり抜けが発生する可能性がある期間）が長くなるという関係があるため、実排気バルブタイミングＶＴａｃと目標排気バルブタイミングＶＴｔｇとの差に応じて燃料噴射時期の遅角補正量を設定すれば、実排気バルブタイミングＶＴａｃの応答遅れ時間に応じた適正な遅角補正量ＶＴＣＭＰを設定することができ、燃焼性に及ぼす影響を小さくしながら、噴射燃料のすり抜けを防止することができる。
【００６４】
また、上記実施形態では、クランク角センサ２４とカム角センサ４２の出力信号に基づいて実排気バルブタイミングＶＴａｃを算出したが、油温、冷却水温、エンジン回転速度のうちの少なくとも１つに基づいて実排気バルブタイミングＶＴａｃを推定するようにしても良い。一般に、可変排気バルブタイミング機構４０を搭載したシステムでは、エンジン１１の動力でオイルポンプを駆動して作動油を可変排気バルブタイミング機構４０に供給して可変排気バルブタイミング機構４０を駆動するため、エンジン回転速度に応じて作動油の油圧が変化して、可変排気バルブタイミング機構４０の応答性が変化する。また、作動油の油温に応じて作動油の粘度（流動性）が変化して、可変排気バルブタイミング機構４０の応答性が変化する。従って、油温、冷却水温（油温の代用情報）、エンジン回転速度は、可変排気バルブタイミング機構４０の応答性、つまり、目標排気バルブタイミングＶＴｔｇに対する実排気バルブタイミングＶＴａｃの応答遅れを評価するパラメータとなるため、油温、冷却水温、エンジン回転速度のうちの少なくとも１つを用いれば、目標排気バルブタイミングＶＴｔｇに対する実排気バルブタイミングＶＴａｃの応答遅れ時間を推定して、この応答遅れ時間と目標排気バルブタイミングＶＴｔｇとに基づいて実排気バルブタイミングＶＴａｃを推定することができる。
【００６５】
また、排気バルブタイミングを可変する駆動源は、油圧に限定されず、電磁アクチュエータ等で排気バルブタイミングを可変する内燃機関にも本発明を適用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態におけるエンジン制御システム全体の概略構成図
【図２】エンジン制御メインルーチンの処理の流れを示すフローチャート
【図３】燃焼モード決定ルーチンの処理の流れを示すフローチャート
【図４】燃焼モード切換制御ルーチンの処理の流れを示すフローチャート
【図５】空気系制御ルーチンの処理の流れを示すフローチャート
【図６】燃料系制御ルーチンの処理の流れを示すフローチャート
【図７】点火系制御ルーチンの処理の流れを示すフローチャート
【図８】噴射時期補正ルーチンの処理の流れを示すフローチャート
【図９】燃料噴射開始時期の遅角補正方法を説明する図
【図１０】（ａ）は排気バルブタイミングと燃料噴射開始時期が遅角された状態を示す図、（ｂ）は排気バルブタイミングの進角動作の応答遅れを説明する示す図、（ｃ）は排気バルブタイミングと燃料噴射開始時期が進角された状態を示す図
【図１１】燃料噴射開始時期と排気バルブタイミングの挙動を示すタイムチャート
【符号の説明】
１１…エンジン（内燃機関）、１２…吸気管、１６…スロットルバルブ、２１…燃料噴射弁、２２…点火プラグ、２４…クランク角センサ、２５…排気管、３０…ＥＣＵ（排気バルブタイミング検出手段，噴射時期補正手段）、３７…吸気バルブ、３８…排気バルブ、３９…可変吸気バルブタイミング機構、４０…可変排気バルブタイミング機構、４１，４２…カム角センサ。
【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】
2004218534.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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