(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の運転条件が成立すると、該内燃機関の圧縮行程時に該燃料を噴射する圧縮行程噴射モードを実行するとともに、該圧縮行程噴射モードとして、圧縮行程上死点近傍において点火プラグに向けて燃料を噴射して、該燃料に直接点火する第１の燃料噴射モードと、圧縮行程時に該第１の燃料噴射モードの燃料噴射タイミングよりも早期のタイミングで燃料を噴射し、ピストンの上昇により該燃料を点火プラグ近傍に集めて点火する第２の燃料噴射モードとを切り換え可能に構成された筒内噴射型内燃機関の燃料噴射制御装置であって、
運転条件により設定される目標空燃比に応じて、該第１の燃料噴射モードと該第２の燃料噴射モードとを切り換える燃料噴射モード切り換え手段をそなえるとともに、
該燃料噴射モード切り換え手段が、該内燃機関の回転数及び該内燃機関の負荷をパラメータとしたマップ上において該第１の燃料噴射モードを選択する領域として規定されたＳ／Ｇ燃焼域と、該マップ上において該第２の燃料噴射モードを選択する領域として該Ｓ／Ｇ燃料域と重複するように規定されたＷ／Ｇ燃焼域とを有し、
該燃料噴射モード切り換え手段が、
該内燃機関の回転数及び該内燃機関の負荷が該マップ上において該Ｓ／Ｇ燃焼域のみに位置する場合に、該第１の燃料噴射モードを選択し、
該内燃機関の回転数及び該内燃機関の負荷が該マップ上において該Ｗ／Ｇ燃焼域のみに位置する場合に、該第２の燃料噴射モードを選択するとともに、
該内燃機関の回転数及び該内燃機関の負荷が該マップ上において該Ｓ／Ｇ燃焼域及び該Ｗ／Ｇ燃焼域の重複領域にある場合に、該目標空燃比に基づいて該第１の燃料噴射モードと該第２の燃料噴射モードとを切り換える
ことを特徴とする、筒内噴射型内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項２】
該第２の燃料噴射モードは、リーン領域で該第１の燃料噴射モードよりも過濃側の空燃比に設定され、
該燃料噴射モード切り換え手段が、
該第１の燃料噴射モードにおける過濃側空燃比の第１制限値を設定する第１制限値設定手段と、
該第１制限値より小さい値で該第２の燃料噴射モードにおける過濃側空燃比の第２制限値を設定する第２制限値設定手段とをそなえるとともに、
該内燃機関の回転数及び該内燃機関の負荷が該マップ上において該Ｓ／Ｇ燃焼域及び該Ｗ／Ｇ燃焼域の重複領域にあり、かつ、該目標空燃比が該第１制限値未満である場合に、該第２の燃料噴射モードを選択する
ことを特徴とする、請求項１記載の筒内噴射型内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項３】
該燃料噴射モード切り換え手段が、
該第２の燃料噴射モード下において、該目標空燃比が該第２制限値よりも小さくなると、該第２の燃料噴射モードを保持したまま該目標空燃比を該第２制限値にクリップする
ことを特徴とする、請求項２記載の筒内噴射型内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項４】
該燃料噴射モード切り換え手段が、
該第２の燃料噴射モード下において、該内燃機関の回転数及び該内燃機関の負荷が該マップ上において該Ｓ／Ｇ燃焼域及び該Ｗ／Ｇ燃焼域の重複領域にあり、かつ、該目標空燃比が該第１制限値以上である場合に、該第１の燃料噴射モードを選択する
ことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項記載の筒内噴射型内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項５】
該内燃機関の回転数を検出する回転数検出手段と、
該内燃機関の負荷を検出する負荷検出手段とをそなえ、
該第１制限値設定手段及び該第２制限値設定手段が、いずれも該回転数検出手段で検出された回転数と該負荷検出手段で検出された負荷とに基づいて該第１制限値及び該第２制限値をそれぞれ設定する
ことを特徴とする、請求項２又は３記載の筒内噴射型内燃機関の燃料噴射制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧縮行程時に燃料噴射を実行可能な筒内噴射型内燃機関の燃料噴射制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、筒内（シリンダ内）に直接燃料を噴射する筒内噴射型の内燃機関（エンジン）として筒内噴射型ガソリンエンジンが実用化されている。一般的に、このような筒内噴射型のガソリンエンジンにおいては、圧縮行程に燃料を噴射する圧縮行程噴射モードと吸気行程に燃料を噴射する吸気行程噴射モードとが切り換え可能に設定されている。このうち圧縮行程噴射モード（圧縮リーン噴射モード）としては、ピストンが圧縮行程上死点近傍にあるときに点火プラグへ向けて燃料を噴射して、この燃料に直接点火するようにした噴射モード（スプレーガイド噴射モード）が知られている。
【０００３】
このようなスプレーガイド噴射モードによれば、きわめてリーンな空燃比で比較的安定した運転が可能となり、燃費の向上を図ることができる。なお、下記の特許文献１には、圧縮行程噴射モードとして、燃料噴射中又は燃料噴射直後のピストンに衝突する以前の燃料に点火する運転モードと燃料噴射終了後ピストンを経由した燃料に点火する運転モードとを機関回転速度と機関負荷で切り換える技術が開示されている。
【特許文献１】特開２００４−３５３５９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、一般に内燃機関（エンジン）には、点火時期、燃料噴射量、バルブ開閉タイミング及びスロットル開度等の種々の制御を行なうコントローラ（ＥＣＵ：electronic control unit）が付設されている。そして、このコントローラでは種々のセンサからの検出情報に基づいて１行程当たりの燃料噴射量（g/st）が下式により算出される。
燃料噴射量（g/st）＝（体積効率＊空気密度＊行程容積＊燃料密度）＊〔（Ａ／Ｆ係数＊暖気補正係数＊加速補正係数＊吸気温補正係数＊その他の係数）／１４．７〕
ここで、上記の式中（体積効率＊空気密度＊行程容積＊燃料密度）以外の部分の逆数、つまり、１４．７／（Ａ／Ｆ係数＊暖気補正係数＊加速補正係数＊吸気温補正係数＊その他の係数）で表される部分は、制御Ａ／Ｆと呼ばれ、この制御Ａ／Ｆとなるように燃料噴射量が算出される。つまり、制御Ａ／Ｆは、目標Ａ／Ｆということもできる。
【０００５】
ここで、スプレーガイド噴射モードでの低回転，中負荷域における燃焼特性を図７に示す。横軸は燃料噴射時期、縦軸は点火時期である。図示するように、この運転モードでは、リーン空燃比領域においてＡ／Ｆ（空燃比）を小さくするほど（すなわちリッチ化するほど）、燃焼安定領域を示す面積が小さくなり、燃焼安定性が低下する。また、逆にリーン空燃比領域においてＡ／Ｆを大きくするほど（リーン化するほど）、燃焼が安定する特性があり、このような点からもスプレーガイド噴射モードは超リーンな空燃比での運転に適した運転モードであるということができる。
【０００６】
したがって、圧縮行程噴射を行なう内燃機関において、内燃機関の回転数や負荷だけで燃料噴射モードの切り換えを行ったとしても、空燃比による燃焼安定性が考慮されていないため、燃焼安定性の低下を十分に抑制できなかった。
本発明は、このような課題に鑑み創案されたもので、空燃比に応じた燃料噴射モードに切り換え可能な、筒内噴射型内燃機関の燃料噴射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】
本発明の筒内噴射型内燃機関の燃料噴射制御装置（請求項１）は、所定の運転条件が成立すると、該内燃機関の圧縮行程時に該燃料を噴射する圧縮行程噴射モードを実行するとともに、該圧縮行程噴射モードとして、圧縮行程上死点近傍において点火プラグに向けて燃料を噴射して、該燃料に直接点火する第１の燃料噴射モードと、圧縮行程時に該第１の燃料噴射モードの燃料噴射タイミングよりも早期のタイミングで燃料を噴射し、ピストンの上昇により該燃料を点火プラグ近傍に集めて点火する第２の燃料噴射モードとを切り換え可能に構成された筒内噴射型内燃機関の燃料噴射制御装置であって、運転条件により設定される目標空燃比に応じて、該第１の燃料噴射モードと該第２の燃料噴射モードとを切り換える燃料噴射モード切り換え手段をそなえるとともに、該燃料噴射モード切り換え手段が、該内燃機関の回転数及び該内燃機関の負荷をパラメータとしたマップ上において該第１の燃料噴射モードを選択する領域として規定されたＳ／Ｇ燃焼域と、該マップ上において該第２の燃料噴射モードを選択する領域として該Ｓ／Ｇ燃料域と重複するように規定されたＷ／Ｇ燃焼域とを有し、該燃料噴射モード切り換え手段が、該内燃機関の回転数及び該内燃機関の負荷が該マップ上において該Ｓ／Ｇ燃焼域のみに位置する場合に、該第１の燃料噴射モードを選択し、該内燃機関の回転数及び該内燃機関の負荷が該マップ上において該Ｗ／Ｇ燃焼域のみに位置する場合に、該第２の燃料噴射モードを選択するとともに、該内燃機関の回転数及び該内燃機関の負荷が該マップ上において該Ｓ／Ｇ燃焼域及び該Ｗ／Ｇ燃焼域の重複領域にある場合に、該目標空燃比に基づいて該第１の燃料噴射モードと該第２の燃料噴射モードとを切り換えることを特徴としている。
【０００９】
なお、該第２の燃料噴射モードは、リーン領域で該第１の燃料噴射モードよりも過濃側の空燃比に設定され、該燃料噴射モード切り換え手段が、該第１の燃料噴射モードにおける過濃側空燃比の第１制限値を設定する第１制限値設定手段と、該第１制限値より小さい値で該第２の燃料噴射モードにおける過濃側空燃比の第２制限値を設定する第２制限値設定手段とをそなえるとともに、該内燃機関の回転数及び該内燃機関の負荷が該マップ上において該Ｓ／Ｇ燃焼域及び該Ｗ／Ｇ燃焼域の重複領域にあり、かつ、該目標空燃比が該第１制限値未満である場合に、該第２の燃料噴射モードを選択するのが好ましい（請求項２）。
また、該燃料噴射モード切り換え手段が、該第２の燃料噴射モード下において、該目標空燃比が該第２制限値よりも小さくなると、該該第２の燃料噴射モードを保持したまま該目標空燃比を該第２制限値にクリップするのが好ましい（請求項３）。
【００１０】
また、該燃料噴射モード切り換え手段が、該第２の燃料噴射モード下において、該内燃機関の回転数及び該内燃機関の負荷が該マップ上において該Ｓ／Ｇ燃焼域及び該Ｗ／Ｇ燃焼域の重複領域にあり、かつ、該目標空燃比が該第１制限値以上である場合に、該第１の燃料噴射モードを選択するのが好ましい（請求項４）。
また、該内燃機関の回転数を検出する回転数検出手段と、該内燃機関の負荷を検出する負荷検出手段とをそなえ、該第１制限値設定手段及び該第２制限値設定手段が、いずれも該回転数検出手段で検出された回転数と該負荷検出手段で検出された負荷とに基づいて該第１制限値及び該第２制限値をそれぞれ設定するのが好ましい（請求項５）。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の筒内噴射型内燃機関の燃料噴射制御装置によれば、目標空燃比に応じて適切な燃料噴射モードに切り換えるため、燃焼安定性の悪化を回避することができる。また、燃料噴射モード毎の燃焼安定性に基づいて、よりリッチな空燃比を許容する制御を設定することができる。また、目標空燃比に応じて安定した燃焼を実現しつつ、燃費を向上させることができる。
また、第１の燃料噴射モードにおける目標空燃比が、第１制限値よりも小さくなると第２の燃料噴射モードに切り換えるので、燃焼安定性の悪化を回避しながらドライバの加速要求に応じた空燃比を設定でき、ドライバビリティの向上を図ることができるという利点がある。
【００１２】
また、第２の燃料噴射モードにおける目標空燃比が、第２制限値よりも小さくなると目標空燃比を第２制限値でクリップするので、圧縮行程噴射モードが維持されて、燃費の向上を図ることができる。
また、第２の燃料噴射モードへの切り換え後、目標空燃比が第１制限値よりも大きくなると、第１の燃料噴射モードに切り換えるので、やはり燃費向上を図ることができる。
【００１３】
また、第１制限値及び第２制限値は、いずれも機関回転数と負荷とに基づいて設定するので、きめ細かな制御を行うことができる。
また、機関回転数及び負荷がＳ／Ｇ燃焼域及びＷ／Ｇ燃焼域の重複領域にある場合には、目標空燃比に基づいて第２の燃料噴射モードが選択されるため、燃費を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面により、本発明の一実施形態にかかる筒内噴射型内燃機関の燃料噴射制御装置を説明すると、図１はその要部の機能構成を示す模式的なブロック図、図２及び図３は内燃機関の要部構成を示す模式図であって、図２は第１の燃料噴射モードについて説明するための図、図３は第２の燃料噴射モードについて説明するための図、図４は第１及び第２の燃料噴射モードの運転領域を示す図、図５は第１及び第２の燃料噴射モードの特性について説明するための図、図６はその作用について説明するためのフローチャートである。
【００１５】
図２及び図３に示すように、本発明に適用される内燃機関（エンジン）は、筒内に直接燃料を噴射して点火するようにした筒内噴射型内燃機関１であって、本実施形態ではガソリンエンジンが適用されている。
図示するように、このエンジン１の燃焼室３は、シリンダヘッド８の下面と、シリンダ７の壁面と、ピストン２の頂面とにより形成されている。また、シリンダヘッド８には燃料噴射弁（以下、単にインジェクタという）４が取り付けられている。このインジェクタ４は、その先端側が燃焼室３に臨むように配設されており、このインジェクタ４から燃焼室３内に直接燃料が噴射されるようになっている。
【００１６】
一方、燃焼室３の下面を形成するピストン２の頂面には、図示するような凹部（キャビティという）６が形成されており、この凹部６は、本実施形態では下に凸状に湾曲した球面状に形成されている。なお、このような凹部６の形状としては球面に限定されるものではなく種々の形状を適用することができる。
また、シリンダヘッド８の中央よりもやや偏倚した位置に点火プラグ５が取り付けられている。そして、インジェクタ4と点火プラグ５は、少なくともインジェクタ４から供給される燃料が直接点火プラグ５の先端に到達可能なように燃料噴射方向や点火プラグ５の突き出し量等が設定されている。
【００１７】
ところで、図１に示すように、エンジン１には、その作動全般を電気的に制御するＥＣＵ（制御手段；コントローラ）１１が付設されている。
また、上記コントローラ１１の入力側にはエンジン回転数を検出するエンジン回転数センサ（回転数検出手段）１５、エンジンの吸気量を検出するエアフローセンサ（ＡＦＳ）１６、アクセルの開度を検出するアクセル開度センサ（ＡＰＳ）１７が接続されている。また、図示はしないが、コントローラ１１内にはエンジン回転数センサ１５で得られるエンジン回転数Ｎｅとアクセル開度センサで得られるアクセル開度とに基づいてエンジン負荷（エンジンの図示平均有効圧；エンジントルクに相当）Ｐｅを求める負荷算出手段（負荷検出手段）が設けられている。なお、エアフローセンサ１６から得られる吸気量から吸気効率Ｅｖを求めこれを負荷として用いてもよい。また、アクセル開度センサ１７に代えてスロットル開度センサ等を設け、これらのセンサの検出情報に基づいてエンジン負荷を検出するようにしてもよい。
【００１８】
また、コントローラ１１内には、燃料噴射モードを切り換えるための燃料噴射モード切り換え手段１２が設けられており、上述のエンジン回転数センサ１５及びアクセル開度センサ１７で得られるエンジン回転数Ｎｅ及び負荷Ｐｅに基づいて、この燃料噴射モード切り換え手段１２により燃料噴射モードが設定されるようになっている。
ここで、図示するように、燃料噴射モード切り換え手段１２には、インジェクタ４に対して吸気行程噴射に適したタイミングでインジェクタ駆動信号を出力する吸気行程噴射用インジェクタ制御手段１３と、インジェクタ４に対して圧縮行程噴射に適したタイミングでインジェクタ駆動信号を出力する圧縮行程噴射用インジェクタ制御手段１４とをそなえている。
【００１９】
また、燃料噴射モード切り換え手段１２には、エンジン回転数Ｎｅ及び負荷Ｐｅをパラメータとしたマップ（図示省略）が記憶されており、これらのパラメータに応じた燃料噴射モードがマップから読み出されて、燃料噴射モードが設定されるようになっている。そして、所定の運転条件が成立すると、圧縮行程噴射モードが選択され、これ以外では吸気行程噴射モードが選択されるようになっている。なお、ここで所定の運転条件とは、スロットル開度が所定開度以下、水温が温態（例えば８０℃以上）、車速が所定速度以下、燃圧が所定値以上等である。
【００２０】
そして、圧縮行程噴射モードが選択されると、圧縮行程噴射用インジェクタ制御手段１４からインジェクタ４に対する制御信号が出力されて、インジェクタ４の作動が制御される。この場合には、圧縮行程にあるときに燃料噴射を行い、燃焼室内に全体として超リーンな混合気を形成して燃焼を行なう。
また、吸気行程噴射モードが選択されると、吸気行程噴射用インジェクタ制御手段１３からインジェクタ４に対する制御信号が出力されて、インジェクタ４の作動が制御される。この場合には、吸気行程にあるときに燃料噴射を行い、燃焼室内にエンジン１の運転状態に応じた空燃比の混合気を形成して燃焼を行なう。
【００２１】
また、燃料噴射モードとしては、上述のような圧縮行程噴射モードと吸気行程噴射モードとに大別されるが、これらの各モードにはさらに複数の異なる燃料噴射モードが設けられている。このうち圧縮行程噴射モード（圧縮リーン噴射モード）としては、ピストン２が圧縮行程上死点近傍にあるときに点火プラグ５へ向けて燃料を噴射して、この燃料に直接点火するようにした第１の燃料噴射モード（スプレーガイド噴射モード、又はＳ／Ｇと記す；図２参照）と、圧縮行程の上死点前にピストン２の凹部６に向けて燃料を噴射し、ピストン２の上昇により燃料を点火プラグ５の近傍に集めて点火する第２の燃料噴射モード（ウォールガイド噴射モード、又はＷ／Ｇモードと記す；図３参照）とをそなえている。
【００２２】
このうちウォールガイド噴射モードは、気筒内で形成される空気流を利用した層状燃焼により超希薄（超リーン）な空燃比で安定した燃焼を実現する噴射モードである。この噴射モードでは、図３に示すように、ピストン２の凹部６に向けて噴射した燃焼噴霧がピストン２の上昇により集められ、点火プラグ５の先端付近では比較的リッチな混合気を形成するとともに、この混合気の周囲には略空気のみの層が形成される。したがって、全体としては極めて希薄な空燃比（例えばＡ／Ｆ２０〜２５）としながら良好な燃焼を実現でき、燃費を節約しながら運転することができる。
【００２３】
また、スプレーガイド噴射モードでは、図２に示すように、点火プラグ５へ向けて燃料を直接的に噴射することで、燃焼室３内に層状希薄状態を形成することができ、上述のウォールガイド噴射モードよりもさらに超希薄な空燃比（例えばＡ／Ｆ２５〜４０）で安定した燃焼状態を得ることができる。
なお、本実施形態においては、燃料噴射を開始するタイミングを変更することでこれら２つのモード（スプレーガイド噴射モード及びウォールガイド噴射モード）を切り換えることができる。
【００２４】
ところで、コントローラ１１の圧縮行程噴射用インジェクタ制御手段１４には、インジェクタ４に対してスプレーガイド噴射モードを実行する制御信号を設定するスプレーガイド噴射モード実行手段（第１の燃料噴射モード設定手段）１４ａと、ウォールガイド噴射モードを実行する制御信号を設定する噴射モード実行手段（第２の燃料噴射モード設定手段）１４ｂとが設けられている。
【００２５】
また、このコントローラ１１内には、例えば図４に示すような燃料噴射モード設定用のマップも設けられている。そして、圧縮行程噴射モードによる燃料噴射時には、このマップに基づいてスプレーガイド噴射モード、又はウォールガイド噴射モードのいずれか一方が選択されるようになっている。
ここで、図４に示すマップの横軸はエンジン回転数Ｎｅ、縦軸は負荷Ｐｅであり、このマップにはこれらのパラメータに応じてスプレーガイド噴射モードで運転可能な領域（Ｓ／Ｇ燃焼域）と、ウォールガイド噴射モードで運転可能な領域（Ｗ／Ｇ燃焼域）とが規定されている。そして、コントローラ１１では、このマップに基づいて、エンジン運転状態がＳ／Ｇ燃焼域内にある場合にはスプレーガイド噴射モードに設定し、Ｗ／Ｇ燃焼域内にある場合にはウォールガイド噴射モードに設定する。また、エンジン運転状態が、図中のＳ／Ｇ燃焼域とＷ／Ｇ燃焼域とが重なっている領域にある場合には、基本的には燃費の良いスプレーガイド噴射モードを選択する。なお、エンジン運転状態がＳ／Ｇ燃焼域でもなくＷ／Ｇ燃焼域でもない場合には吸気行程噴射が選択される。
【００２６】
そして、このようにして燃料噴射モードが設定されると、コントローラ１１の燃料噴射モード切り換え手段１２により、スプレーガイド噴射モード実行手段１４ａ又はウォールガイド噴射モード実行手段１４ｂのいずれかが選択され、それまでと異なる燃料噴射モードが選択された場合には、燃料噴射モードが切り換えられるようになっている。
一方、吸気行程噴射モードでは、燃料の予混合により燃焼室全体の空燃比状態を均一化しながら、安定した着火と確実な火炎伝播を実現して十分な高出力を得られるように運転を行なうことができ、空燃比を理論空燃比（ストイキオ）近傍として大きな出力を得られるようにしたストイキオモード、空燃比をストイキオよりも希薄（例えばＡ／Ｆ１５〜２０）にして燃費の向上を図るリーンモードと、急加速時等に一時的に空燃比をストイキオよりも濃化（リッチ）にするエンリッチモード等が設けられている。
【００２７】
なお、吸気行程噴射モードについては従来より広く知られたものであるので、この吸気行程噴射モードについての説明については省略する。
次に、本発明の要部について説明すると、図１に示すように、コントローラ１１には第１リッチクリップ値設定手段（第１制限値設定手段）２１と、第２リッチクリップ値設定手段（第２制限値設定手段）２２とが設けられている。
【００２８】
この内、第１リッチクリップ値設定手段２１は、スプレーガイド噴射モードにおける空然比の制限値（第１制限値又は第１リッチクリップ値という）Ａ／ＦLMT1を設定するものであって、また同様に、第２リッチクリップ値設定手段２２は、ウォールガイド噴射モードにおける空燃比の制限値（第２制限値又は第２リッチクリップ値という）Ａ／ＦLMT2を設定するものである。ここで、第１リッチクリップ値Ａ／ＦLMT1は、スプレーガイド噴射モード時において安定した燃焼を確保できる空燃比（Ａ／Ｆ）のうち、リッチ側（過濃側）の限界空燃比であって、第２リッチクリップ値Ａ／ＦLMT2は、ウォールガイド噴射モード時において安定した燃焼を確保できる空燃比（Ａ／Ｆ）のうち、リッチ側（過濃側）の限界空燃比である。このため、リッチクリップ値をリッチ限界ともいう。
【００２９】
そして、スプレーガイド噴射モード時には、リッチ側空燃比は、上記第１リッチクリップ値Ａ／ＦLMT1により制限され、これ以上のリッチ化が禁止される。また、同様に、ウォールガイド噴射モード時には、リッチ側空燃比は、上記第２リッチクリップ値Ａ／ＦLMT2により制限され、これ以上のリッチ化が禁止される。
なお、これらのリッチクリップ値Ａ／ＦLMT1，Ａ／ＦLMT2はいずれもエンジン回転数センサＮｅ及び負荷Ｐｅとに基づいてそれぞれ設定されるようになっている。
【００３０】
ところで、すでに上述したように、スプレーガイド噴射モードはウォールガイド噴射モードよりもさらにリーンな空燃比で安定した燃焼が可能な燃料噴射モードである。これを図を用いて説明すると、図５はスプレーガイド噴射モードとウォールガイド噴射モードとの特性について説明する図であって、横軸は燃料噴射時期、縦軸は点火時期を示している。また、図中には、安定した燃焼を得られる領域を空燃比（Ａ／Ｆ）毎に示している。
【００３１】
この図５からもわかるように、スプレーガイド噴射モードでは安定した燃焼を得られる空燃比は２５〜４０程度であり、空燃比がリーンになるほど燃焼安定領域が広がる特性を有している。一方、ウォールガイド噴射モードでは、安定した燃焼を得られる空燃比は２０〜２５程度であり空燃比がリッチになるほど燃焼安定領域が広がる特性を有している。
したがって、ここではウォールガイド噴射モード用の第２リッチクリップ値Ａ／ＦLMT2の方が、スプレーガイド噴射モード用の第１リッチクリップ値Ａ／ＦLMT1よりも小さい値（即ちリッチ側）に設定されている。つまり、本実施形態では、燃料噴射モード毎の燃焼安定性に基づいて、ウォールガイド噴射モードの方が、スプレーガイド噴射モードよりもリッチな空燃比まで許容されるように設定されているのである。
【００３２】
そして、本実施形態では、スプレーガイド噴射モードで運転中に目標空燃比（制御Ａ／Ｆ）がリッチ化すると、上記第１リッチクリップ値設定手段１１で設定されるリッチクリップ値Ａ／ＦLMT1まではリッチ化が許容され、上記リッチクリップ値Ａ／ＦLMT1よりも小さい（リッチな）制御Ａ／Ｆが要求された場合には、ウォールガイド噴射モードでの運転が可能な運転領域であればウォールガイド噴射モードに切り換える。
【００３３】
つまり、この場合には図４に示すマップを参照して、Ｓ／Ｇ燃焼域とＷ／Ｇ燃焼域とが重なっている領域であれば、ウォールガイド噴射モードでの運転が成立するので、スプレーガイド噴射モードからウォールガイド噴射モードに切り換える。
そして、ウォールガイド噴射モードへの切り換え後において、要求された制御Ａ／Ｆがウォールガイド噴射モードの第２リッチクリップ値Ａ／ＦLMT2よりも小さくなると（リッチになると）、制御Ａ／Ｆを第２リッチクリップ値Ａ／ＦLMT2で制限（クリップ）して、これ以上のリッチ化を規制する。
【００３４】
また、ウォールガイド噴射モードへの切り換え後において、要求された制御Ａ／Ｆが第１リッチクリップ値Ａ／ＦLMT1よりも大きくなると（リーンになると）、再びスプレーガイド噴射モードに切り換える。
また、スプレーガイド噴射モードで上記第１リッチクリップ値Ａ／ＦLMT1よりも小さい（リッチな）制御Ａ／Ｆが要求された場合であって、且つ、ウォールガイド噴射モードへの切り換えが成立しない場合（つまり、現在の運転状態が図４のマップ中においてＷ／Ｇ燃焼域外にある場合）には、スプレーガイド噴射モードでの制御Ａ／Ｆを第１リッチクリップ値Ａ／ＦLMT1で制限（クリップ）し、これ以上のリッチ化を規制する。
【００３５】
本発明の一実施形態に係る筒内噴射型内燃機関の燃料噴射制御装置は上述のように構成されているので、その作用を図６に示すフローチャートを用いて説明すると以下のようになる。
まず、エンジン回転数センサ１５からエンジン回転数Ｎｅを取り込む（ステップＳ１）とともに、エアフローセンサ１６及びアクセル開度センサ１７からの情報に基づいて体積効率Ｅｖ及びアクセル開度ＡＰＳを取り込む（ステップＳ２）。次に、圧縮行程噴射モード（圧縮リーンモード）で燃料噴射を行なう際のエンジン回転数Ｎｅと負荷Ｐｅ以外の条件（例えば水温や燃料圧力等）が満足しているか否かを判定し（ステップＳ３）、ステップＳ３の条件を満たしていない場合には、リターンする。
【００３６】
一方、この条件を満たしていれば、エンジン回転数Ｎｅと負荷Ｐｅとからスプレーガイド噴射モード（Ｓ／Ｇと表す）を実行可能か否かを判定する（ステップＳ４）。このステップＳ４では、具体的には、図４に示すマップから、現在の運転状態（Ｎｅ，Ｐｅ）がスプレーガイド噴射モードで運転可能な領域（Ｓ／Ｇ燃焼域）内にあるか否かを判定する。
ステップＳ４でスプレーガイド噴射モードの運転領域であると判定した場合には、フラグオンとなっているか否かを判定する（ステップＳ５）。また、ステップＳ４でスプレーガイド噴射モードでの運転領域にないと判定すると、後述のステップＳ１５以降に進む。
【００３７】
なお、ステップＳ５のフラグはスプレーガイド噴射モードとウォールガイド噴射モードとを切り換えるためのフラグであって、フラグがオンになると燃料噴射モードがウォールガイド噴射モードに設定され、オフになるとスプレーガイド噴射モードに設定される。また、フラグのオン，オフについては、後述のステップＳ１３及びステップＳ２４で設定されるが、最初のルーチンはオフに設定される。したがって、最初のルーチンではステップＳ５からステップＳ６に進み、このステップＳ６で、燃料噴射モードがスプレーガイド噴射モードに設定される。
【００３８】
次に、エンジン回転数Ｎｅ及び負荷Ｐｅに基づいて、制御Ａ／ＦのＡ／Ｆ補正係数（Ａ／Ｆ係数）を求める（ステップＳ７）とともに、これ以外の各種補正係数（暖気補正係数，加速補正係数，吸気温補正係数及びその他の係数）を求め（ステップＳ８）、下式に基づき制御Ａ／Ｆを算出する（ステップＳ９）。
制御Ａ／Ｆ＝１４．７／（Ａ／Ｆ係数＊暖気補正係数＊加速補正係数＊吸気温補正係数＊その他の係数）
次に、エンジン回転数Ｎｅと負荷Ｐｅとに基づき、スプレーガイド噴射モードのリッチ限界（第１リッチクリップ値又は第１制限値）Ａ／ＦLMT1を求める（ステップＳ１０）。なお、このリッチ限界Ａ／ＦLMT1は、コントローラ１１内に設けたマップに基づいて求めても良いし、予め記憶された計算式に基づいて求めても良い。
【００３９】
そして、ステップＳ９で求めた制御Ａ／ＦとステップＳ１０で求めたリッチ限界Ａ／ＦLMT1とを比較し（ステップＳ１１）、制御Ａ／Ｆの方がリッチ限界Ａ／ＦLMT1よりもリーン（制御Ａ／Ｆ≧Ａ／ＦLMT1）であれば、そのままリターンする。
一方、制御Ａ／Ｆの方がリッチ限界Ａ／ＦLMT1よりもリッチ（制御Ａ／Ｆ＜Ａ／ＦLMT1）であれば、図４に示すマップから、現在のエンジン運転状態がウォールガイド噴射モードの領域（Ｗ／Ｇ燃焼域）内にあるか否かを判定し（ステップＳ１２）、ウォールガイド噴射モードの領域内にあれば、フラグをオンにして（ステップＳ１３）リターンする。また、現在のエンジン運転状態がウォールガイド噴射モードの領域内でなければ、制御Ａ／Ｆをリッチ限界Ａ／ＦLMT1に設定する（ステップＳ１４）。
【００４０】
すなわち、ステップＳ１３のルートを通った場合には、次回以降のルーチンでウォールガイド噴射モードに切り換えられ、ステップＳ１４のルートを通った場合には制御Ａ／Ｆがリッチ限界Ａ／ＦLMT1にクリップされる。
次に、上述のステップＳ４で、現在の運転状態（Ｎｅ，Ｐｅ）がスプレーガイド噴射モードの領域（Ｓ／Ｇ燃焼域）外にあった場合、及びステップＳ５でフラグオンと判定した場合について説明する。
【００４１】
まず、ステップＳＳ４で、現在のエンジン運転状態がスプレーガイド噴射モードの領域外であった場合には、ステップＳ１５において、エンジン運転状態がウォールガイド噴射モードの領域（Ｗ／Ｇ燃焼域）内であるか否かを判定し、ウォールガイド噴射モードの領域内であれば、ステップＳ１６以降に進む。また、ウォールガイド噴射モードの領域外であれば、そのままリターンする。なお、この場合には詳細は説明しないが、吸気行程噴射モードの制御ルーチンに突入し、吸気行程噴射モードが実行される。
【００４２】
また、ステップＳ５において、フラグオンと判定すると、ステップＳ１６に進む。つまり、上述のステップＳ６以降においてスプレーガイド噴射モードの制御Ａ／Ｆがリッチ限界よりもリッチになった場合に、次のルーチンでステップＳ５からステップＳ１６以降に進むことになる。この場合には、直前のルーチンのステップＳ１２でウォールガイド噴射モードが成立可能な運転領域であることを確認しているので、ステップＳ１５を通ることなく、ステップＳ１６に進む。
【００４３】
さて、ステップＳ１６からステップＳ２１までは、上述のステップＳ６からステップＳ１１と対応しており、ステップＳ６〜Ｓ１１と同様の内容が実行、処理される。つまりステップＳ６〜Ｓ１１ではスプレーガイド噴射モード時の制御Ａ／Ｆとリッチ限界（第１リッチクリップ値）Ａ／ＦLMT1とを求めて、これらの値の大きさを比較しているが、ステップＳ１６〜Ｓ２１ではウォールガイド噴射モード時の制御Ａ／Ｆとリッチ限界（第２リッチクリップ値）Ａ／ＦLMT2とを求めるとともに、これらの値の大きさを比較しているのである。したがって、ここではステップＳ１６〜Ｓ２１とステップＳ６〜Ｓ１１とでは説明が重複するので、この部分の説明については省略する。
【００４４】
さて、ステップＳ２１において、ウォールガイド噴射モード時の制御Ａ／Ｆの方がリッチ限界Ａ／ＦLMT2よりもリッチ（制御Ａ／Ｆ＜Ａ／ＦLMT2）であれば、制御Ａ／Ｆをリッチ限界Ａ／ＦLMT2にクリップする（ステップＳ２２）。この場合、吸気行程噴射に変更することも考えられるが、圧縮行程噴射モードは基本的に吸気行程噴射モードよりも燃費が優れているので、この場合は燃費を優先して、ウォールガイド噴射モードを維持するとともに、リッチ限界にクリップするのである。
【００４５】
また、ステップＳ２１において、ウォールガイド噴射モード時の制御Ａ／Ｆの方がリッチ限界Ａ／ＦLMT2よりもリーン（制御Ａ／Ｆ≧Ａ／ＦLMT2）であれば、スプレーガイド噴射モードでのリッチ限界Ａ／ＦLMT1と、制御Ａ／Ｆとを比較し、制御Ａ／Ｆがスプレーガイド噴射モードでのリッチ限界Ａ／ＦLMT1よりもリーン（制御Ａ／Ｆ≧リッチ限界Ａ／ＦLMT1）であれば、ステップＳ２４でフラグをオフにしてリターンする。
【００４６】
つまり、この場合には、スプレーガイド噴射モードに切り換えても安定した燃焼が得られる制御Ａ／Ｆであるので、ウォールガイド噴射モードよりも燃費の優れたスプレーガイド噴射モードに再び切り換えるのである。
以上詳述したように、本発明の一実施形態に係る筒内噴射型内燃機関の燃料噴射制御装置によれば、スプレーガイド噴射モードにおける制御Ａ／Ｆ（目標空燃比）が、リッチ限界（第１制限値）Ａ／ＦLMT1よりもリッチになる（小さくなる）と、ウォールガイド噴射モードに切り換えるので、燃焼安定性の悪化を回避しながらドライバの加速要求に応じた空燃比を設定でき、ドライバビリティの向上を図ることができるという利点がある。
【００４７】
また、ウォールガイド噴射モードにおける制御Ａ／Ｆ（目標空燃比）が、リッチ限界（第２制限値）Ａ／ＦLMT2よりもリッチになると、制御Ａ／Ｆをリッチ限界Ａ／ＦLMT2でクリップするので、吸気行程噴射モードへ切り換えずに圧縮行程噴射モードが維持されて、燃費の向上を図ることができる。
また、ウォールガイド噴射モードへの切り換え後、制御Ａ／Ｆがスプレーガイド噴射モードのリッチ限界Ａ／ＦLMT1よりもリーンになると（大きくなると）、スプレーガイド噴射モードに切り換えるので、やはり燃費向上を図ることができる。
【００４８】
また、上記の各リッチ限界（第１及び第２リッチクリップ値）Ａ／ＦLMT1，Ａ／ＦLMT2は、いずれもエンジン回転数Ｎｅとエンジン負荷Ｐｅとに基づいて設定するので、きめ細かな制御を行うことができる。
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。例えば上述の実施形態では、第１の燃料噴射モードとしてスプレーガイド噴射モードを適用し、第２の燃料噴射モードとしてウォールガイド噴射モードを適用した場合について説明したが、必ずしもこのようなスプレーガイド噴射モードやウォールガイド噴射モードを適用しなくてもよく、異なる複数の態様の燃料噴射モードをそれぞれ適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の一実施形態にかかる筒内噴射型内燃機関の燃料噴射制御装置の要部の機能構成を示す模式的なブロック図である。
【図２】本発明に適用される筒内噴射型内燃機関の要部構成を示す模式図であって、第１の燃料噴射モードについて説明するための図である。
【図３】本発明に適用される筒内噴射型内燃機関の要部構成を示す模式図であって、第２の燃料噴射モードについて説明するための図である。
【図４】本発明の一実施形態にかかる筒内噴射型内燃機関の燃料噴射制御装置の第１及び第２の燃料噴射モードの運転領域を示す図である。
【図５】本発明の第１実施形態にかかる筒内噴射型内燃機関の燃料噴射制御装置の第１及び第２の燃料噴射モードの特性について説明するための図である。
【図６】本発明の一実施形態にかかる筒内噴射型内燃機関の燃料噴射制御装置の作用について説明するためのフローチャートである。
【図７】空燃比が変動したときの安定燃焼領域の変化を示す図である。
【符号の説明】
【００５０】
１    エンジン（内燃機関）
２    ピストン
３    燃焼室
４    インジェクタ（燃料噴射弁）
５    点火プラグ
６    凹部
７    シリンダ
８    シリンダヘッド
１１    コントローラ（制御手段）
１２    燃料噴射モード切り換え手段
１３    吸気行程噴射用インジェクタ制御手段
１４    圧縮行程噴射用インジェクタ制御手段
１４ａ    スプレーガイド噴射モード実行手段（第１の燃料噴射モード設定手段）
１４ｂ    ウォールガイド噴射モード実行手段（第２の燃料噴射モード設定手段）
１５    エンジン回転数センサ
１６    エアフローセンサ
１７    アクセル開度センサ
２１    第１リッチクリップ値設定手段（第１制限値設定手段）
２２    第２リッチクリップ値設定手段（第２制限値設定手段）
【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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