(57)【要約】【課題】  混合気の着火性を向上させることができ、それにより、燃焼効率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。【解決手段】  制御装置１は、ＥＣＵ２を備える。ＥＣＵ２は、エンジン回転数ＮＥ、要求トルクＰＭＣＭＤおよび成層燃焼モード用の燃料噴射終了タイミングＩＪＬＯＧＤに応じて、最終点火時期θＩＧＣＭＤを設定し（ステップ２２，２５，２７，３０）、空燃比センサ２０の検出結果に基づき、混合気が着火可能な状態にあるか否かを判定し（ステップ３４）と、クランクシャフト３ｅの回転角度位置θＣＲＫが最終点火時期θＩＧＣＭＤに達した以降において、混合気が着火可能な状態にあると判定したとき（ステップ３３がＮＯで、ステップ３４がＹＥＳとなったとき）に、点火プラグ１０による点火動作を実行する（ステップ３５）。【選択図】  図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の燃焼室内における点火プラグ付近の混合気の空燃比を検出する空燃比検出手段と、
前記内燃機関のクランクシャフトの回転角度位置を表す回転角度位置パラメータを検出する回転角度位置パラメータ検出手段と、
前記内燃機関の運転状態を表す運転状態パラメータに応じて、点火時期を設定する点火時期設定手段と、
前記空燃比検出手段の検出結果に基づき、前記混合気が着火可能な状態にあるか否かを判定する判定手段と、
前記検出された回転角度位置パラメータが前記点火時期になった以降において、前記判定手段により前記混合気が着火可能な状態にあると判定されたときに、前記点火プラグによる点火動作を実行する点火制御手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記空燃比検出手段の検出結果に応じて、前記点火プラグ付近の混合気の空燃比を制御する空燃比制御手段をさらに備え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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の燃焼室内の点火プラグ付近における混合気の空燃比に応じて、点火時期および混合気の空燃比を制御する内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、点火時期および空燃比を制御する内燃機関の制御装置として、例えば特許文献１に記載されたものが知られている。この制御装置は、燃焼室内の点火プラグ付近における混合気の空燃比を検出する空燃比センサと、この空燃比センサが接続されたコントロールユニットとを備えている。
【０００３】
この制御装置では、コントロールユニットにより、内燃機関の運転状態に応じて、当該燃焼サイクルでの目標空燃比および点火時期が決定されるとともに、空燃比センサにより、当該燃焼サイクルでの点火時期よりも前の所定の検出期間中における、点火プラグ付近の混合気の空燃比が検出される。そして、混合気の空燃比の検出値における最もリッチな値である最小空燃比を、目標空燃比と比較し、最小空燃比の方が目標空燃比よりもリッチ側の値である場合には、次の燃焼サイクルでの燃料噴射制御において、点火時期が最小空燃比の検出タイミングに一致するように、燃料噴射時期が補正される。一方、最小空燃比の方が目標空燃比よりもリーン側の値である場合には、次の燃焼サイクルでの燃料噴射制御において、目標空燃比と検出期間中の空燃比の平均値との偏差に基づき、燃料噴射量が補正される。
【０００４】
【特許文献１】特許第２９３２８８７号公報（６頁、図１７）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記従来の内燃機関の制御装置によれば、当該燃焼サイクルにおける混合気の空燃比の検出値と目標空燃比との比較結果により、次の燃焼サイクルでの燃料噴射制御において、燃料噴射時期または燃料噴射量が補正されるものにすぎないため、当該燃焼サイクルでは、コントロールユニットにより決定された点火時期において、混合気の空燃比の状態にかかわらず、点火動作が強制的に実行されてしまう。すなわち、点火プラグ付近における混合気の空燃比の状態を、当該燃焼サイクルでの点火時期制御に適切に反映させることができないので、例えば過渡運転状態などの運転状態が安定していない場合において、当該燃焼サイクルの点火時期での混合気が薄すぎるときでも、点火動作が実行されてしまうことあり、その場合には、良好な着火性を確保できず、燃焼効率の悪化を招いてしまうおそれがある。
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、混合気の着火性を向上させることができ、それにより、燃焼効率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を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、請求項１に係る内燃機関３の制御装置１は、内燃機関３の燃焼室３ｄ内における点火プラグ１０付近の混合気の空燃比ＡＦを検出する空燃比検出手段（例えば実施形態におけるＥＣＵ２、空燃比センサ２０）と、内燃機関３のクランクシャフト３ｅの回転角度位置θＣＲＫを表す回転角度位置パラメータを検出する回転角度位置パラメータ検出手段（ＥＣＵ２、クランク角センサ４０）と、内燃機関３の運転状態を表す運転状態パラメータ（エンジン回転数ＮＥ、要求トルクＰＭＣＭＤ、成層燃焼モード用の燃料噴射終了タイミングＩＪＬＯＧＤ）に応じて、点火時期（最終点火時期θＩＧＣＭＤ）を設定する点火時期設定手段（ＥＣＵ２、ステップ２２，２５，２７，３０）と、空燃比検出手段の検出結果に基づき、混合気が着火可能な状態にあるか否かを判定する判定手段（ＥＣＵ２、ステップ３４）と、検出された回転角度位置パラメータが点火時期になった以降において、判定手段により混合気が着火可能な状態にあると判定されたとき（ステップ３３の判別結果がＮＯで、ステップ３４の判別結果がＹＥＳとなったとき）に、点火プラグ１０による点火動作を実行する点火制御手段（ＥＣＵ２、ステップ３５）と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
この内燃機関の制御装置によれば、点火時期設定手段により、点火時期が内燃機関の運転状態に応じて設定され、判定手段により、点火プラグ付近の混合気の空燃比の検出結果に基づき、混合気が着火可能な状態にあるか否かが判定されるとともに、回転角度位置パラメータが点火時期になった以降において、混合気が着火可能な状態にあると判定されたときには、点火制御手段により、点火プラグによる点火動作が実行される。このように、回転角度位置パラメータが当該燃焼サイクルでの点火時期になった以降、混合気が着火可能な状態にあると判定されるまで、点火動作が保留されるとともに、混合気が着火可能な状態にあると判定されたときに、当該燃焼サイクルでの着火動作が実行されるので、当該燃焼サイクルの点火時期での混合気が薄すぎる場合でも点火動作を強制的に実行してしまう従来のものと異なり、良好な着火性を確保でき、それにより、燃焼効率を向上させることができる（なお、本明細書では、「空燃比の検出」は、センサにより空燃比を直接的に検出することに限らず、プログラムにより空燃比を算出することを含む）。
【０００９】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の内燃機関３の制御装置１において、空燃比検出手段の検出結果に応じて、点火プラグ１０付近の混合気の空燃比ＡＦを制御する空燃比制御手段（ＥＣＵ２、ステップ５３〜５６，５９〜６２，７３〜７５，７８〜７９，９３〜９５，９８〜９９）をさらに備えることを特徴とする。
【００１０】
この内燃機関の制御装置によれば、空燃比制御手段により、空燃比検出手段の検出結果に応じて、点火プラグ付近の混合気の空燃比が制御されるので、次回以降の燃焼サイクルにおいて、点火プラグ付近の混合気の空燃比を、良好な着火性が得られるような値に制御することができる。それにより、着火性をさらに向上させることができ、燃焼効率をさらに向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態に係る制御装置およびそれを適用した内燃機関の概略構成を示す図である。
【図２】空燃比センサおよび点火プラグの概略構成を示す断面図である。
【図３】空燃比センサの先端部付近の概略構成を示す（ａ）断面図と（ｂ）正面図である。
【図４】空燃比センサにより検出された混合気の空燃比と、排気ガス分析計により検出された排気ガスの空燃比との関係の一例を示す図である。
【図５】点火プラグ付近における混合気の空燃比ＡＦの算出処理を示すフローチャートである。
【図６】点火時期制御処理を示すフローチャートである。
【図７】均一燃焼モード用の基本点火時期θＩＧＢＡＳＥの算出に用いるマップの一例を示す図である。
【図８】要求トルクＰＭＣＭＤの算出処理を示すフローチャートである。
【図９】要求トルクＰＭＣＭＤの算出に用いるマップの一例を示す図である。
【図１０】成層燃焼モード用の基本点火時期θＩＧＢＡＳＥの算出に用いるマップの一例を示す図である。
【図１１】燃料噴射制御処理を示すフローチャートである。
【図１２】スワール制御処理を示すフローチャートである。
【図１３】ＥＧＲ制御処理を示すフローチャートである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
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制御装置について説明する。この制御装置１は、以下に述べるように、内燃機関（以下「エンジン」という）３の点火プラグ１０付近の混合気の空燃比に応じて、点火時期などを制御するものであり、図１に示すように、ＥＣＵ２を備えている。このＥＣＵ２については後述する。
【００１３】
エンジン３は、図示しない車両に搭載された直列多気筒タイプのガソリンエンジンであり、複数組のシリンダ３ａおよびピストン３ｂ（１組のみ図示）を備えている。シリンダ３ａのシリンダヘッド３ｃ内には、燃焼室３ｄが形成されている。また、エンジン３は、４バルブタイプのものであり、そのシリンダヘッド３ｃには、シリンダ３ａごとに、各２つの吸気弁４および各２つの排気弁６が設けられている（いずれも１つのみ図示）。
【００１４】
各吸気弁４は、図示しないカムシャフトの回転に伴って吸気通路５の吸気ポートを開閉するものであり、吸気弁４の開弁により、空気が吸気通路５を介して燃焼室３ｄ内に吸入される。また、各排気弁６は、図示しないカムシャフトの回転に伴って排気通路７の排気ポートを開閉するものであり、排気弁６の開弁により、燃焼室３ｄ内の燃焼ガスが排気通路７側に排出される。
【００１５】
また、シリンダヘッド３ｃには、可変式吸気動弁機構１３が設けられている。この可変式吸気動弁機構１３は、各シリンダ３ａにおける２つの吸気弁４のうちの一方（以下「スワール制御用の吸気弁」という）のバルブリフトを無段階に変更するものであり、具体的には、本出願人が特願２００３−１５４２８６で提案したものと同様に構成されている。ＥＣＵ２は、この可変式吸気動弁機構１３を介して、スワール制御用の吸気弁４のバルブリフトを制御することにより、後述するように、燃焼室３ｄ内のスワール流およびタンブル流を制御する。なお、以下の説明では、スワール流の制御およびタンブル流の制御の双方をまとめて「スワール制御」という。
【００１６】
さらに、シリンダヘッド３ｃには、燃焼室３ｄに臨むように燃料噴射弁８および点火プラグ１０が取り付けられている。エンジン３では、この燃料噴射弁８の開弁により、燃料（ガソリン）が燃焼室３ｄ内に直接噴射される。すなわち、エンジン３は、いわゆる直噴式エンジンとして構成されている。また、燃料噴射弁８は、ＥＣＵ２に接続されており、エンジン３の運転中、ＥＣＵ２からの駆動信号が燃料噴射弁８に供給される。それにより、燃料噴射弁８の燃料噴射量が制御される。
【００１７】
また、点火プラグ１０は、点火コイル９を介してＥＣＵ２に接続されており、図２に示すように、その下端部に中心電極１１および接地電極１２を備えている。これらの中心電極１１および接地電極１２は、互いの間に所定の間隙を存する状態で設けられている。エンジン３の運転中、点火プラグ１０の中心電極１１は、ＥＣＵ２からの点火制御信号（電圧信号）が点火コイル９を介して加えられることで放電し、接地電極１２との間に火花を発生させ、それにより、燃焼室３ｄ内の混合気を燃焼させる。
【００１８】
さらに、点火プラグ１０には、空燃比検出手段としての空燃比センサ２０が設けられている。図２および図３（ａ）（ｂ）に示すように、空燃比センサ２０は、点火プラグ１０内を上下方向に貫通して延びる中空の円筒状のケーブルケース２１と、このケーブルケース２１内に収容された光ファイバケーブル２２と、ケーブルケース２１の下端部に着脱自在に取り付けられたホルダ２６などを備えている。なお、図２および図３（ａ）では、理解の容易化のために、断面部分のハッチングは適宜、省略されている。
【００１９】
ケーブルケース２１は、耐熱性を有する金属（例えばステンレス）で構成され、点火プラグ１０に気密状態で内蔵されているとともに、一定径の主部２１ａと、その下端から下方に延びる取付部２１ｂとを備えている。この取付部２１ｂの内径および外径は、主部２１ａと比べて小径に形成されている。
【００２０】
光ファイバケーブル２２は、ケーブルケース２１の主部２１ａに気密状態で収容され、主部２１ａの全体にわたって延びているとともに、点火プラグ１０より外方に延びる部分は、２本の光ファイバケーブル２２ａ，２２ｂに分岐している。これらの光ファイバケーブル２２ａ，２２ｂの先端部は、後述する発光器３１および受光器３２にそれぞれ接続されている。
【００２１】
また、光ファイバケーブル２２は、保護層２３と、その中心部に内蔵された発光側および受光側の光ファイバ２４，２５とを備えている。保護層２３は、発光側および受光側の光ファイバ２４，２５を保護するためのものであり、耐熱性を有する材質（例えば、ステンレスまたはジルコニアセラミックスなど）で構成されている。また、発光側および受光側の光ファイバ２４，２５は、耐熱性を有する石英系ファイバで構成されている。
【００２２】
発光側の光ファイバ２４は、光ファイバケーブル２２，２２ａ内を延びており、その燃焼室３ｄ側の端部（以下「発光端部」という）２４ａが、ケーブルケース２１の取付部２１ｂの内孔に臨んでいるとともに、発光端部２４ａと反対側の端部が、発光器３１に接続されている。また、受光側の光ファイバ２５は、光ファイバケーブル２２，２２ｂ内を延びているとともに、光ファイバケーブル２２内では、発光側の光ファイバ２４と隣接するように配置されている。さらに、受光側の光ファイバ２５は、その燃焼室３ｄ側の端部（以下「受光端部」という）２５ａが、発光側の光ファイバ２４の発光端部２４ａと隣接する状態で、取付部２１ｂの内孔に臨んでいるとともに、受光端部２５ａと反対側の端部が、受光器３２に接続されている。
【００２３】
一方、ホルダ２６は、中空の円筒状に形成された有底のものであり、その上半部は、サファイア２７を内部に保持するサファイアホルダ２６ａになっているとともに、その下半部は、サファイアホルダ２６ａと一体の、反射鏡２８を内部に保持する反射鏡ホルダ２６ｂになっている。
【００２４】
このサファイアホルダ２６ａの内孔には、ケーブルケース２１の取付部２１ｂが嵌合しており、この取付部２１ｂの嵌合部分には、２つの雌ねじ穴が形成されている。これらの雌ねじ穴には、ねじ２９，２９がサファイアホルダ２６ａを貫通した状態でねじ込まれ、締め付けられている。これにより、サファイアホルダ２６ａは、ねじ２９，２９を介して取付部２１ｂに着脱自在に取り付けられており、メンテナンス時などには、ねじ２９，２９を外すことにより、ホルダ２６がケーブルケース２１から取り外される。また、サファイアホルダ２６ａの内壁の下端部には、内側に突出するように、円環状の段部２６ｃが形成されている。
【００２５】
また、サファイア２７は、２本の光ファイバ２４，２５の発光端部２４ａおよび受光端部２５ａを保護するためのものであり、円柱状に形成されている。このサファイア２７の上端面と取付部２１ｂの下端面との間、およびサファイア２７の下端面と段部２６ｃの上面との間には、ワッシャ３０，３０が上下方向に圧縮された状態でそれぞれ収容されている。これらのワッシャ３０，３０は、耐熱性を有する材質（例えば銅）で構成されており、これらのワッシャ３０，３０のシール性により、光ファイバケーブル２２、サファイア２７およびサファイアホルダ２６ａにより形成される内部空間は、燃焼室３ｄに対して気密な状態に保持されている。すなわち、２本の光ファイバ２４，２５の発光端部２４ａおよび受光端部２５ａは、燃焼室３ｄ内の混合気に直接さらされないように構成されている。
【００２６】
一方、反射鏡ホルダ２６ｂは、電極１１，１２側に向かって開口する検出穴２６ｄを有している。この検出穴２６ｄは、ほぼ半円筒形に形成されており、燃焼室３ｄ内の電極１１，１２付近の混合気は、この検出穴２６ｄを介して反射鏡ホルダ２６ｂ内に導入される。また、反射鏡２８は、円盤状で、反射鏡ホルダ２６ｂの下半部に収容されており、光ファイバ２４，２５の発光端部２４ａおよび受光端部２５ａに対向する位置に、これらとの間に所定間隔を存して配置されている。反射鏡２８は、その上面が下方に向かって凹のほぼ球面状の反射面２８ａになっており、この反射面２８ａにより、発光端部２４ａから放射された赤外線レーザビームは、受光端部２５ａに向かって、極めて小さい所定の反射角（≒０゜）で反射される。
【００２７】
また、前述した発光器３１は、Ｈｅ−Ｎｅレーザで構成され、ＥＣＵ２に電気的に接続されており、ＥＣＵ２からの駆動信号で駆動されることにより、波長３．３９μｍの赤外線レーザビームを所定強度Ｉ0で発光側の光ファイバ２４に放射する。
【００２８】
さらに、受光器３２は、光電変換回路およびバンドパスフィルタ（いずれも図示せず）などで構成され、ＥＣＵ２に電気的に接続されているとともに、受光側の光ファイバ２５からの赤外線レーザビームを受光し、受光した赤外線レーザビームの強度Ｉを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。
【００２９】
次に、以上のような空燃比センサ２０の検出動作およびその検出原理について説明する。エンジン３の運転中、吸気弁４および燃料噴射弁８の開弁により、混合気が燃焼室３ｄ内に生成されると、ＥＣＵ２により発光器３１が駆動され、波長３．３９μｍで所定強度Ｉ0の赤外線レーザビームが、発光器３１から発光側の光ファイバ２４側に放射される。
【００３０】
この赤外線レーザビームは、発光側の光ファイバ２４の発光端部２４ａから燃焼室３ｄ内の反射鏡２８に向かって放射され、サファイア２７を透過し、反射鏡２８の反射面２８ａに到達する。その際、サファイア２７と反射鏡２８との間には、燃焼室３ｄ内の混合気が検出穴２６ｄから入り込んだ状態になっているので、赤外線レーザビームは混合気内を透過する。次いで、赤外線レーザビームは、反射面２８ａにより受光側の光ファイバ２５側に向かって反射され、混合気内を再度、透過した後、受光側の光ファイバ２５の受光端部２５ａから光ファイバ２５内に入射し、これを介して受光器３２に到達する。そして、受光器３２は、受光した赤外線レーザビームの強度Ｉを表す検出信号を、ＥＣＵ２に出力する。
【００３１】
ＥＣＵ２は、発光器３１が発光したときの赤外線レーザビームの所定強度Ｉ0に対する、受光した赤外線レーザビームの強度Ｉの比（すなわち透過率）Ｉ／Ｉ0に基づき、下式（１）（２）により、点火プラグ１０付近の混合気の空燃比ＡＦを演算する。
ｌｏｇ（Ｉ／Ｉ0）＝−ε・Ｌ・Ｃ                             ……（１）
ＡＦ＝［（２・Ｑ）／（ＮＥ・Ｎｃｙ）］／（Ｃ・Ｖｓ・Ｍｆ）  ……（２）
式（１）において、εはモル吸光係数を、Ｌは赤外線レーザビームの混合気の透過距離を、Ｃは混合気のガソリン濃度をそれぞれ表している。また、式（２）において、Ｑは吸気管内絶対圧ＰＢＡより算出される吸気管流量（質量流量）を、ＮＥはエンジン３の回転数を、Ｎｃｙはエンジン３のシリンダ数を、Ｖｓはシリンダ３ａの行程容積を、Ｍｆはガソリン質量をそれぞれ表している。なお、本実施形態の空燃比センサ２０の場合、透過距離Ｌは、図３（ａ）に示す、サファイア２７の下端面と反射面２８ａの中心部との間の距離Ｌｃのほぼ２倍の値（２・Ｌｃ≒Ｌ）に相当する。
【００３２】
図４は、エンジン３が所定の運転状態（回転数が１５００ｒｐｍ、吸気管内圧が−４００ｈＰａ）にある場合において、以上のような空燃比センサ２０を用いることにより検出された、点火プラグ１０付近の混合気の空燃比と、排気ガス分析計により検出された排気ガスの空燃比との関係を表したものである。同図を参照すると明らかなように、混合気の空燃比は、排気ガスの空燃比とほぼ同じ値を示しており、本実施形態の空燃比センサ２０により、燃焼室３ｄ内の実際の混合気の空燃比ＡＦが精度よく検出されていることが判る。すなわち、空燃比センサ２０が高い検出精度を備えていることが実証された。
【００３３】
また、エンジン３は、ＥＧＲ制御弁１４およびスロットル弁機構１５を備えている。このＥＧＲ制御弁１４は、排気通路７および吸気通路５の間に延びるＥＧＲ通路（図示せず）を開閉することにより、排気ガスを排気通路７から吸気通路５側に還流するＥＧＲ動作を実行するものである。ＥＧＲ制御弁１４は、リニア電磁弁で構成され、ＥＣＵ２に接続されており、ＥＣＵ２からの駆動信号に応じてそのバルブリフトがリニアに変化する。ＥＣＵ２は、後述するように、ＥＧＲ制御弁１４のバルブリフトを制御することにより、ＥＧＲ量を制御する。
【００３４】
一方、スロットル弁機構１５は、スロットル弁およびモータ（いずれも図示せず）などを備えている。スロットル弁は、吸気通路５の途中に回動自在に設けられており、当該回動に伴う開度の変化により吸気通路５内を流れる吸入空気量を変化させる。モータは、ＥＣＵ２に接続されており、ＥＣＵ２からの駆動信号によって制御されることにより、スロットル弁の開度を変化させる。
【００３５】
さらに、ＥＣＵ２には、クランク角センサ４０、アクセル開度センサ４１、水温センサ４２、吸気温センサ４３、吸気管内絶対圧センサ４４、エアフローセンサ４５、吸気バルブリフトセンサ４６およびＥＧＲバルブリフトセンサ４７がそれぞれ接続されている。
【００３６】
クランク角センサ４０（回転角度位置パラメータ検出手段）は、エンジン３のクランクシャフト３ｅの回転に伴い、いずれもパルス信号であるＣＲＫ信号およびＴＤＣ信号をＥＣＵ２に出力する。ＣＲＫ信号は、所定のクランク角（例えば１゜）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の回転数（以下「エンジン回転数」という）ＮＥを算出する。このエンジン回転数ＮＥは、運転状態パラメータに相当する。
【００３７】
また、ＴＤＣ信号は、各シリンダ３ａのピストン３ｂが吸気行程のＴＤＣ位置よりも若干、手前の所定のクランク角位置にあることを表す信号であり、所定クランク角ごとに１パルスが出力される。ＥＣＵ２は、ＴＤＣ信号およびＣＲＫ信号に基づき、クランクシャフト３ｅの回転角度位置（以下「クランク角度位置」という）θＣＲＫを算出する。なお、このクランク角度位置θＣＲＫ（回転角度位置パラメータ）は、燃焼サイクルの開始時におけるＴＤＣ信号が発生したときの位置を基準（０゜）として算出される。
【００３８】
アクセル開度センサ４１、水温センサ４２および吸気温センサ４３はそれぞれ、車両の図示しないアクセルペダルの踏み込み量（以下「アクセル開度」という）ＡＰ、エンジン３のシリンダブロック内を循環する冷却水の温度であるエンジン水温ＴＷ、および吸気温ＴＡを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。
【００３９】
また、吸気管内絶対圧センサ４４は、吸気通路５内の絶対圧、すなわち図示しない吸気管内の絶対圧（以下「吸気管内絶対圧」という）ＰＢＡを表す検出信号をＥＣＵ２に出力し、エアフローセンサ４５は、スロットル弁を通過する吸入空気量（以下「ＴＨ通過吸入空気量」という）ＧＴＨを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。
【００４０】
さらに、吸気バルブリフトセンサ４６は、スワール制御用の吸気弁４の実際のバルブリフト（以下「吸気バルブリフト」という）ＬＩＮを表す検出信号をＥＣＵ２に出力し、ＥＧＲバルブリフトセンサ４７は、ＥＧＲ制御弁１４の実際のバルブリフト（以下「ＥＧＲバルブリフト」という）ＬＥＧＲを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。
【００４１】
一方、ＥＣＵ２は、Ｉ／Ｏインターフェース、ＣＰＵ、ＲＡＭおよびＲＯＭ（いずれも図示せず）などからなるマイクロコンピュータで構成されており、前述した各種のセンサ２０，４０〜４７の検出信号に応じ、ＲＯＭに記憶された制御プログラムなどに基づいて各種の演算処理および制御処理を実行する。
【００４２】
具体的には、後述するように、空燃比センサ２０の検出信号に基づいて、点火プラグ１０付近の混合気の空燃比ＡＦを算出する。また、上記各種の検出信号に基づいてエンジン３の運転状態を判定し、その判定結果に基づいて、エンジン３の燃焼モードを、極低負荷運転時には成層燃焼モードに、それ以外の運転時には均一燃焼モードにそれぞれ切り換える。さらに、燃焼モードに従って、燃料噴射制御、点火時期制御、スワール制御およびＥＧＲ制御などを実行する。
【００４３】
この成層燃焼モードでは、燃料を圧縮行程中に燃料噴射弁８から燃焼室３ｄ内に噴射し、噴射燃料の大部分をピストン３ｂの上端部の凹部３ｆに衝突させることにより、燃料噴流が形成される。この燃料噴流と、スワール制御によるスワール流およびタンブル流とによって、層状の混合気を生成し、ピストン３ｂが圧縮行程の上死点に近い位置にあることで、層状の混合気のうちの周囲よりもガソリン濃度の高い部分を、点火プラグ１０の付近に偏在させながら燃焼させる。その結果、理論空燃比よりも極リーンな空燃比（例えば６５）で燃焼が行われる。また、成層燃焼モードでは、スロットル弁の開度は全開に近い状態に制御される。
【００４４】
また、均一燃焼モードでは、燃料を吸気行程中に燃焼室３ｄ内に噴射し、燃料噴流とスワール制御によるスワール流およびタンブル流とによって混合気を生成し、それを燃焼室３ｄ内に均一に分散させながら、成層燃焼モードよりもリッチな空燃比（例えば１２〜２２）で燃焼させる。
【００４５】
なお、本実施形態では、ＥＣＵ２により、空燃比検出手段、回転角度位置パラメータ検出手段、点火時期設定手段、判定手段、点火制御手段および空燃比制御手段が構成されている。
【００４６】
次に、図５を参照しながら、ＥＣＵ２により実行される、点火プラグ１０付近の混合気の空燃比（以下、単に「空燃比」という）ＡＦを算出する処理について説明する。本処理は、プログラムタイマの設定により、所定周期（例えば１０ｍｓｅｃ）で割り込み実行される。
【００４７】
この処理では、まず、ステップ１（図では「Ｓ１」と略す。以下同じ）において、成層燃焼許可フラグＦ＿ＤＩＳＣＯＫが「１」であるか否かを判別する。この成層燃焼許可フラグＦ＿ＤＩＳＣＯＫは、エンジン３が成層燃焼モードを実行すべき運転状態にあるときには「１」に、均一燃焼モードを実行すべき運転状態にあるときには「０」にそれぞれ設定される。
【００４８】
ステップ１の判別結果がＮＯで、エンジン３が均一燃焼モードを実行すべき運転状態のときには、ステップ２に進み、クランク角度位置θＣＲＫが均一燃焼モード用の検出開始角度位置θＳＴＡＲＴ１よりも小さいか否かを判別する。この均一燃焼モード用の検出開始角度位置θＳＴＡＲＴ１は、後述する均一燃焼モード用の燃料噴射時期に応じて、吸気行程中の所定のクランク角度位置に設定される。この判別結果がＹＥＳで、クランク角度位置θＣＲＫが均一燃焼モード用の検出開始角度位置θＳＴＡＲＴ１に達していないときには、空燃比ＡＦを算出すべきでないとして、そのまま本処理を終了する。
【００４９】
一方、ステップ２の判別結果がＮＯで、クランク角度位置θＣＲＫが均一燃焼モード用の検出開始角度位置θＳＴＡＲＴ１に達しているときには、ステップ３に進み、クランク角度位置θＣＲＫが均一燃焼モード用の検出終了角度位置θＥＮＤ１より小さいか否かを判別する。この均一燃焼モード用の検出終了角度位置θＥＮＤ１は、均一燃焼モード用の燃料噴射時期に応じて、圧縮行程中の所定のクランク角度位置に設定される。
【００５０】
ステップ３の判別結果がＹＥＳで、クランク角度位置θＣＲＫが均一燃焼モード用の検出終了角度位置θＥＮＤ１に達していないときには、ステップ４に進み、空燃比センサ２０の検出信号に基づき、前述した式（１），（２）により、空燃比ＡＦを算出する。
【００５１】
次いで、ステップ５で、ＲＡＭに記憶されているｍ個の均一燃焼モード用のバッファ値ＡＦＢＵＦＦ１を更新する。これらの均一燃焼モード用のバッファ値ＡＦＢＵＦＦ１は、均一燃焼モードでの本処理の実行に同期して、前回以前のｍ回のループでそれぞれサンプリングされた空燃比ＡＦのサンプリング値を表している。また、値ｍは、ｍ個のバッファ値ＡＦＢＵＦＦ１に、当該燃焼サイクルにおける全ての空燃比ＡＦのサンプリング値と、それ以前の複数回の燃焼サイクルにおける全ての空燃比ＡＦのサンプリング値とが含まれるような、所定の整数に設定されている。
【００５２】
このステップ５のバッファ値ＡＦＢＵＦＦ１の更新処理では、ＲＡＭ内の各々の値が、１制御サイクル分、古い値として設定される。例えば、今回サンプリングされた空燃比ＡＦが、均一燃焼モード用のバッファ値の今回値ＡＦＢＵＦＦ１（ｋ）として設定され、今回値ＡＦＢＵＦＦ１（ｋ）が前回値ＡＦＢＵＦＦ１（ｋ−１）として設定され、前回値ＡＦＢＵＦＦ１（ｋ−１）が前々回値ＡＦＢＵＦＦ１（ｋ−２）として設定される。以上のように、均一燃焼モード用のバッファ値ＡＦＢＵＦＦ１を更新した後、本処理を終了する。
【００５３】
一方、ステップ３の判別結果がＮＯで、クランク角度位置θＣＲＫが均一燃焼モード用の検出終了角度位置θＥＮＤ１に達しているときには、空燃比ＡＦを算出すべきでないとして、本処理を終了する。
【００５４】
一方、ステップ１の判別結果がＹＥＳで、エンジン３が成層燃焼モードを実行すべき運転状態にあるときには、ステップ６に進み、クランク角度位置θＣＲＫが成層燃焼モード用の検出開始角度位置θＳＴＡＲＴ２よりも小さいか否かを判別する。この成層燃焼モード用の検出開始角度位置θＳＴＡＲＴ２は、後述する成層燃焼モード用の燃料噴射時期に応じて、圧縮行程中の所定のクランク角度位置に設定される。この判別結果がＹＥＳで、クランク角度位置θＣＲＫが成層燃焼モード用の検出開始角度位置θＳＴＡＲＴ２に達していないときには、空燃比ＡＦを算出すべきでないとして、そのまま本処理を終了する。
【００５５】
一方、ステップ６の判別結果がＮＯで、クランク角度位置θＣＲＫが成層燃焼モード用の検出開始角度位置θＳＴＡＲＴ２に達しているときには、ステップ７に進み、クランク角度位置θＣＲＫが成層燃焼モード用の検出終了角度位置θＥＮＤ２より小さいか否かを判別する。この成層燃焼モード用の検出終了角度位置θＥＮＤ２は、成層燃焼モード用の燃料噴射時期に応じて、成層燃焼モード用の検出開始角度位置θＳＴＡＲＴ２よりも燃焼行程側の、圧縮行程中の所定のクランク角度位置に設定される。
【００５６】
ステップ７の判別結果がＹＥＳで、クランク角度位置θＣＲＫが成層燃焼モード用の検出終了角度位置θＥＮＤ２に達していないときには、ステップ８に進み、空燃比センサ２０の検出信号に基づき、前述した式（１），（２）により、空燃比ＡＦを算出する。
【００５７】
次いで、ステップ９で、ＲＡＭに記憶されているｎ個の成層燃焼モード用のバッファ値ＡＦＢＵＦＦ２を更新する。この更新処理は、前述したステップ５と同様に実行される。また、これらの成層燃焼モード用のバッファ値ＡＦＢＵＦＦ２は、成層燃焼モードでの本処理の実行に同期して、前回以前のｎ回のループでそれぞれサンプリングされた空燃比ＡＦのサンプリング値を表している。さらに、値ｎは、ｎ個のバッファ値ＡＦＢＵＦＦ２に、当該燃焼サイクルにおける全ての空燃比ＡＦのサンプリング値と、それ以前の複数回の燃焼サイクルにおける全ての空燃比ＡＦのサンプリング値とが含まれるような、所定の整数に設定されている。以上のように、成層燃焼モード用のバッファ値ＡＦＢＵＦＦ２を更新した後、本処理を終了する。
【００５８】
一方、ステップ７の判別結果がＮＯで、クランク角度位置θＣＲＫが成層燃焼モード用の検出終了角度位置θＥＮＤ２に達しているときには、空燃比ＡＦを算出すべきでないとして、本処理を終了する。
【００５９】
次に、図６を参照しながら、ＥＣＵ２により実行される点火時期制御処理について説明する。本処理は、後述する燃料噴射制御処理において燃料噴射時期が算出された以降、所定周期（例えば１０ｍｓｅｃ）で割り込み実行される。この処理では、まず、ステップ２０で、後述する算出済みフラグＦ＿ＣＡＬが「１」であるか否かを判別する。
【００６０】
この判別結果がＮＯのときには、ステップ２１に進み、前述した成層燃焼許可フラグＦ＿ＤＩＳＣＯＫが「１」であるか否かを判別する。この判別結果がＮＯで、エンジン３が均一燃焼モードを実行すべき運転状態のときには、ステップ２２に進み、エンジン回転数ＮＥおよび要求トルクＰＭＣＭＤに応じて、図７に示すマップを検索することにより、基本点火時期θＩＧＢＡＳＥを算出する。なお、要求トルクＰＭＣＭＤ（運転状態パラメータ）は、図８のステップ４０において、エンジン回転数ＮＥおよびアクセル開度ＡＰに応じて、図９に示すマップを検索することにより算出される。
【００６１】
次に、ステップ２３に進み、均一燃焼モード用の平均空燃比ＡＦＡＶＥ１を算出する。この均一燃焼モード用の平均空燃比ＡＦＡＶＥ１は、ＲＡＭに記憶されているｍ個の均一燃焼モード用のバッファ値ＡＦＢＵＦＦ１の算術平均値として算出される。
【００６２】
次いで、ステップ２４に進み、上記ステップ２３で算出した均一燃焼モード用の平均空燃比ＡＦＡＶＥ１に応じて、図示しないテーブルを検索することにより、均一燃焼モード用の補正項θＡＦ１を算出する。
【００６３】
ステップ２４に続くステップ２５では、下式（３）により最終点火時期θＩＧＣＭＤを算出する。
θＩＧＣＭＤ＝θＩＧＢＡＳＥ＋θＩＧＣＲ＋θＡＦ１  ……（３）
ここで、θＩＧＣＲは、総補正項であり、吸気温ＴＡ、エンジン水温ＴＷおよびＥＧＲ量などの複数のパラメータに応じて複数の補正項をそれぞれテーブル検索し、それらの補正項を互いに加算することにより算出される。
【００６４】
次いで、ステップ２６に進み、最終点火時期θＩＧＣＭＤに基づいて、点火時期のしきい値θＩＧＬＭＴを算出する。このしきい値θＩＧＬＭＴは、混合気を着火可能であると想定される最も遅角側の値に設定される。
【００６５】
一方、ステップ２１の判別結果がＹＥＳで、エンジン３が成層燃焼モードを実行すべき運転状態のときには、ステップ２７に進み、エンジン回転数ＮＥおよび成層燃焼モード用の燃料噴射終了タイミングＩＪＬＯＧＤに応じて、図１０に示すマップを検索することにより、基本点火時期θＩＧＢＡＳＥを算出する。この成層燃焼モード用の燃料噴射終了タイミングＩＪＬＯＧＤ（運転状態パラメータ）は、後述する燃料噴射制御処理で算出される。
【００６６】
次に、ステップ２８に進み、前述したステップ２３と同様の手法により、成層燃焼モード用の平均空燃比ＡＦＡＶＥ２を算出する。すなわち、成層燃焼モード用の平均空燃比ＡＦＡＶＥ２は、ＲＡＭに記憶されているｎ個の成層燃焼モード用のバッファ値ＡＦＢＵＦＦ２の算術平均値として算出される。
【００６７】
次いで、ステップ２９に進み、上記ステップ２８で算出した成層燃焼モード用の平均空燃比ＡＦＡＶＥ２に応じて、図示しないテーブルを検索することにより、成層燃焼モード用の補正項θＡＦ２を算出する。
【００６８】
ステップ２９に続くステップ３０では、下式（４）により最終点火時期θＩＧＣＭＤを算出する。
θＩＧＣＭＤ＝θＩＧＢＡＳＥ＋θＩＧＣＲ＋θＡＦ２  ……（４）
【００６９】
次いで、ステップ３１に進み、ステップ２６と同様に、最終点火時期θＩＧＣＭＤに基づいて、点火時期のしきい値θＩＧＬＭＴを算出する。
【００７０】
ステップ２６またはステップ３１に続くステップ３２では、最終点火時期θＩＧＣＭＤおよび点火時期のしきい値θＩＧＬＭＴを算出したことを表すために、算出済みフラグＦ＿ＣＡＬを「１」に設定する。これにより、次回以降のループにおいて、ステップ２０の判別結果がＹＥＳとなり、その場合には、ステップ３３に進む。
【００７１】
ステップ２０またはステップ３２に続くステップ３３では、クランク角度位置θＣＲＫが最終点火時期θＩＧＣＭＤよりも小さいか否かを判別する。この判別結果がＹＥＳで、クランク角度位置θＣＲＫが最終点火時期θＩＧＣＭＤに達していないときには、点火動作を実行すべきでないとして、そのまま本処理を終了する。
【００７２】
一方、ステップ３３の判別結果がＮＯで、クランク角度位置θＣＲＫが最終点火時期θＩＧＣＭＤに達しているときには、ステップ３４に進み、空燃比ＡＦが所定値ＡＦＲＥＦ以下であるか否かを判別する。この所定値ＡＦＲＥＦは、混合気を着火可能な最もリーン側の値に設定されている。
【００７３】
この判別結果がＹＥＳで、混合気の空燃比ＡＦが着火可能な値であるときには、ステップ３５に進み、点火制御信号を点火コイル９を介して点火プラグ１０に出力する。これにより、燃焼室３ｄ内の混合気が着火される。次いで、ステップ３６で、算出済みフラグＦ＿ＣＡＬを「０」に設定した後、本処理を終了する。
【００７４】
一方、ステップ３４の判別結果がＮＯのとき、すなわち、混合気が薄く、着火困難な状態にあるときには、ステップ３７に進み、クランク角度位置θＣＲＫが点火時期のしきい値θＩＧＬＭＴよりも小さいか否かを判別する。この判別結果がＹＥＳで、クランク角度位置θＣＲＫが点火時期のしきい値θＩＧＬＭＴに達していないときには、点火動作を実行すべきでないとして、そのまま本処理を終了する。
【００７５】
一方、ステップ３７の判別結果がＮＯで、クランク角度位置θＣＲＫが点火時期のしきい値θＩＧＬＭＴに達しているときには、点火動作を強制的に実行するために、前述したステップ３５，３６を実行し、その後、本処理を終了する。
【００７６】
以上のように、この点火時期制御処理では、クランク角度位置θＣＲＫが最終点火時期θＩＧＣＭＤに達した以降、しきい値θＩＧＬＭＴに達するまでの間、空燃比ＡＦが着火可能な値を示しているときには、点火動作が実行され、それ以外のときには、点火動作が保留される。これにより、当該燃焼サイクルの点火時期での混合気が薄すぎる場合でも点火動作を強制的に実行してしまう従来の場合と比べて、より良好な着火性を確保でき、それにより、燃焼効率を向上させることができる。特に、本実施形態のエンジン３のような直噴エンジンの場合、成層燃焼モード中、層状の混合気のうちの周囲よりもガソリン濃度の高い部分が点火プラグ１０の付近に偏在するように制御されるので、上記のように、点火プラグ１０付近の混合気の空燃比ＡＦが着火可能な状態にあるか否かを監視しながら点火動作を行うことにより、混合気の着火性をより効果的に向上させることができる。
【００７７】
また、均一燃焼モード中は、均一燃焼モード用の平均空燃比ＡＦＡＶＥ１に応じて、均一燃焼モード用の補正項θＡＦ１が算出されるとともに、この補正項θＡＦ１により補正された値として、最終点火時期θＩＧＣＭＤが算出される。また、成層燃焼モード中は、成層燃焼モード用の平均空燃比ＡＦＡＶＥ２に応じて、成層燃焼モード用の補正項θＡＦ２が算出され、この補正項θＡＦ２により補正された値として、最終点火時期θＩＧＣＭＤが算出される。したがって、今回の燃焼サイクルよりも前の複数回の燃焼サイクルで検出された空燃比ＡＦの状態を反映させながら、今回の燃焼サイクルでの点火時期制御を行うことができ、それにより、混合気の着火性をさらに向上させることができる。
【００７８】
次に、図１１を参照しながら、燃料噴射制御処理について説明する。本処理は、ＴＤＣ信号の発生タイミングに同期して割り込み実行される。この処理では、まず、ステップ５０において、前述した成層燃焼許可フラグＦ＿ＤＩＳＣＯＫが「１」であるか否かを判別する。
【００７９】
この判別結果がＮＯで、エンジン３が均一燃焼モードを実行すべき運転状態のときには、ステップ５１に進み、以下に述べるように、ＴＨ通過吸入空気量ＧＴＨおよび吸気管内絶対圧ＰＢＡに応じて、均一燃焼モード用の基本燃料噴射量ＴＩＢＡＳＥ１を算出する。すなわち、まず、下式（５）により、シリンダ３ａ内に実際に吸入されると推定される実吸入空気量ＧＣＹＬを算出する。
ＧＣＹＬ＝ＧＴＨ−ＶＢ・（ＰＢＡ−ＰＢＡＺ）／（Ｒ・ＴＢ）    ……（５）
ここで、ＶＢは吸気管内体積を、Ｒは所定の気体定数を、ＴＢは吸気管内温度を、ＰＢＡＺは吸気管内絶対圧ＰＢＡの前回値をそれぞれ表している。
【００８０】
次いで、上記のように算出した実吸入空気量ＧＣＹＬに応じて、図示しないテーブルを検索することにより、均一燃焼モード用の基本燃料噴射量ＴＩＢＡＳＥ１を算出する。
【００８１】
ステップ５１に続くステップ５２では、前述したステップ２３と同様に、均一燃焼モード用の平均空燃比ＡＦＡＶＥ１を算出する。
【００８２】
次に、ステップ５３に進み、上記ステップ５２で算出した均一燃焼モード用の平均空燃比ＡＦＡＶＥ１に応じて、図示しないテーブルを検索することにより、均一燃焼モード用の補正係数ＫＡＶＥ１を算出する。
【００８３】
次いで、ステップ５４で、下式（６）により、要求燃料噴射量ＴＣＹＬを算出する。
ＴＣＹＬ＝ＴＩＢＡＳＥ１・ＫＡＶＥ１・ＫＴＯＴＡＬ・ＫＣＭＤ・ＫＳＴＲ
……（６）
ここで、ＫＴＯＴＡＬは、総補正係数であり、エンジン水温ＴＷおよび吸気温ＴＡなどのエンジン３の運転状態に応じて各種の補正係数をテーブル検索し、これらを互いに乗算することにより算出される。また、ＫＣＭＤは、所定の制御アルゴリズムにより、エンジン３の運転状態に応じて算出される目標空燃比であり、ＫＳＴＲは、所定のフィードバック制御アルゴリズムにより算出されるフィードバック係数である。
【００８４】
次に、ステップ５５に進み、上記ステップ５４で算出した要求燃料噴射量ＴＣＹＬに所定の付着補正処理を施すことにより、最終燃料噴射量ＴＯＵＴを算出する。
【００８５】
次いで、ステップ５６で、均一燃焼モード用の燃料噴射時期を算出する。具体的には、まず、最終燃料噴射量ＴＯＵＴおよびエンジン回転数ＮＥに応じて、図示しないマップを検索することにより、燃料噴射終了タイミングのマップ値を算出し、これをエンジン水温ＴＷに応じて補正することにより、均一燃焼モード用の燃料噴射終了タイミングを算出する。さらに、この均一燃焼モード用の燃料噴射終了タイミングおよび最終燃料噴射量ＴＯＵＴに基づいて、均一燃焼モード用の燃料噴射開始タイミングを算出する。以上のように、均一燃焼モード用の燃料噴射時期を算出した後、本処理を終了する。
【００８６】
一方、ステップ５０の判別結果がＹＥＳで、エンジン３が成層燃焼モードを実行すべき運転状態のときには、ステップ５７において、前述した均一燃焼モード用の基本燃料噴射量ＴＩＢＡＳＥ１の算出手法と同様の手法により、成層燃焼モード用の基本燃料噴射量ＴＩＢＡＳＥ２を算出する。すなわち、前述した式（５）により実吸入空気量ＧＣＹＬを算出し、この実吸入空気量ＧＣＹＬに応じて、図示しないテーブルを検索することにより、成層燃焼モード用の基本燃料噴射量ＴＩＢＡＳＥ２を算出する。
【００８７】
次に、ステップ５８で、前述したステップ２８と同様に、成層燃焼モード用の平均空燃比ＡＦＡＶＥ２を算出する。
【００８８】
次いで、ステップ５９に進み、上記ステップ５８で算出した成層燃焼モード用の平均空燃比ＡＦＡＶＥ２に応じて、図示しないテーブルを検索することにより、成層燃焼モード用の補正係数ＫＡＶＥ２を算出する。
【００８９】
次に、ステップ６０で、下式（７）により、要求燃料噴射量ＴＣＹＬを算出する。
ＴＣＹＬ＝ＴＩＢＡＳＥ２・ＫＡＶＥ２・ＫＴＯＴＡＬ・ＫＣＭＤ・ＫＳＴＲ
……（７）
【００９０】
次に、ステップ６１に進み、前述したステップ５５と同様に、ステップ６０で算出した要求燃料噴射量ＴＣＹＬに付着補正処理を施すことにより、最終燃料噴射量ＴＯＵＴを算出する。
【００９１】
次いで、ステップ６２で、成層燃焼モード用の燃料噴射時期を算出する。具体的には、まず、最終燃料噴射量ＴＯＵＴおよびエンジン回転数ＮＥに応じて、図示しないマップを検索することにより、成層燃焼モード用の燃料噴射終了タイミングＩＪＬＯＧＤを算出する。さらに、この成層燃焼モード用の燃料噴射終了タイミングＩＪＬＯＧＤおよび最終燃料噴射量ＴＯＵＴに基づいて、成層燃焼モード用の燃料噴射開始タイミングを算出する。このように成層燃焼モード用の燃料噴射時期を算出した後、本処理を終了する。
【００９２】
以上のように、この燃料噴射制御処理によれば、均一燃焼モード中は、均一燃焼モード用の平均空燃比ＡＦＡＶＥ１に応じて、均一燃焼モード用の補正係数ＫＡＶＥ１が算出されるとともに、この補正係数ＫＡＶＥ１により補正された値として、最終燃料噴射量ＴＯＵＴが算出される。また、成層燃焼モード中は、成層燃焼モード用の平均空燃比ＡＦＡＶＥ２に応じて、成層燃焼モード用の補正係数ＫＡＶＥ２が算出され、この補正係数ＫＡＶＥ２により補正された値として、最終燃料噴射量ＴＯＵＴが算出される。したがって、今回の燃焼サイクルよりも前の複数回の燃焼サイクルで検出された空燃比ＡＦの状態を反映させながら、今回の燃焼サイクルでの燃料噴射制御を行うことができ、それにより、空燃比ＡＦを着火可能な値に精度良く制御することができる。
【００９３】
次に、図１２を参照しながら、スワール制御処理について説明する。本処理は、以下に述べるように、可変式吸気動弁機構１３を介してスワール制御用の吸気弁４のバルブリフトＬＩＮを制御することによって、燃焼室３ｄ内に発生するスワール流およびタンブル流を制御するものであり、ＴＤＣ信号の発生タイミングに同期して割り込み実行される。この処理では、まず、ステップ７０において、前述した成層燃焼許可フラグＦ＿ＤＩＳＣＯＫが「１」であるか否かを判別する。
【００９４】
この判別結果がＮＯで、エンジン３が均一燃焼モードを実行すべき運転状態のときには、ステップ７１に進み、エンジン回転数ＮＥおよび要求トルクＰＭＣＭＤに応じて、図示しないマップを検索することにより、均一燃焼モード用の基本吸気バルブリフトＬＩＮＢＡＳＥ１を算出する。
【００９５】
次に、ステップ７２に進み、前述したステップ２３，５２と同様に、均一燃焼モード用の平均空燃比ＡＦＡＶＥ１を算出する。その後、ステップ７３で、上記ステップ７２で算出した均一燃焼モード用の平均空燃比ＡＦＡＶＥ１に応じて、図示しないテーブルを検索することにより、均一燃焼モード用の補正リフトＤＬＩＮ１を算出する。
【００９６】
ステップ７３に続くステップ７４では、下式（８）により、目標吸気バルブリフトＬＩＮＣＭＤを算出する。
ＬＩＮＣＭＤ＝ＬＩＮＢＡＳＥ１＋ＤＬＩＮ１  ……（８）
【００９７】
次いで、ステップ７５に進み、吸気バルブリフト制御処理を実行する。この吸気バルブリフト制御処理では、所定のフィードバック制御アルゴリズムにより、吸気バルブリフトＬＩＮが目標吸気バルブリフトＬＩＮＣＭＤに収束するように、可変式吸気動弁機構１３への制御信号の値が算出される。その後、本処理を終了する。
【００９８】
一方、ステップ７０の判別結果がＹＥＳで、エンジン３が成層燃焼モードを実行すべき運転状態のときには、ステップ７６において、エンジン回転数ＮＥおよび要求トルクＰＭＣＭＤに応じて、図示しないマップを検索することにより、成層燃焼モード用の基本吸気バルブリフトＬＩＮＢＡＳＥ２を算出する。
【００９９】
次に、ステップ７７で、前述したステップ２８，５８と同様に、成層燃焼モード用の平均空燃比ＡＦＡＶＥ２を算出する。その後、ステップ７８で、上記ステップ７７で算出した成層燃焼モード用の平均空燃比ＡＦＡＶＥ２に応じて、図示しないテーブルを検索することにより、成層燃焼モード用の補正リフトＤＬＩＮ２を算出する。
【０１００】
ステップ７８に続くステップ７９では、下式（９）により、目標吸気バルブリフトＬＩＮＣＭＤを算出する。
ＬＩＮＣＭＤ＝ＬＩＮＢＡＳＥ２＋ＤＬＩＮ２  ……（９）
【０１０１】
次いで、前述したようにステップ７５を実行した後、本処理を終了する。
【０１０２】
以上のように、このスワール制御処理によれば、均一燃焼モード中は、均一燃焼モード用の平均空燃比ＡＦＡＶＥ１に応じて、均一燃焼モード用の補正リフトＤＬＩＮ１が算出されるとともに、この補正リフトＤＬＩＮ１により補正された値として、目標吸気バルブリフトＬＩＮＣＭＤが算出される。また、成層燃焼モード中は、成層燃焼モード用の平均空燃比ＡＦＡＶＥ２に応じて、成層燃焼モード用の補正リフトＤＬＩＮ２が算出され、この補正リフトＤＬＩＮ２により補正された値として、目標吸気バルブリフトＬＩＮＣＭＤが算出される。したがって、今回の燃焼サイクルよりも前の複数回の燃焼サイクルで検出された空燃比ＡＦの状態を反映させながら、今回の燃焼サイクルでのスワール制御を行うことができ、それにより、空燃比ＡＦを着火可能な値に精度良く制御することができる。特に、成層燃焼モードでは、スワール制御によって、層状の混合気のうちの周囲よりもガソリン濃度の高い部分を、点火プラグ１０の付近に偏在させる必要があるため、上記の理由により、混合気の着火性をより効果的に向上させることができる。
【０１０３】
次に、図１３を参照しながら、ＥＧＲ制御処理について説明する。本処理は、以下に述べるように、ＥＧＲ制御弁１４のバルブリフトＬＥＧＲを制御することによって、吸気側に還元される排気ガス量すなわちＥＧＲ量を制御するものであり、ＴＤＣ信号の発生タイミングに同期して割り込み実行される。この処理では、まず、ステップ９０において、前述した成層燃焼許可フラグＦ＿ＤＩＳＣＯＫが「１」であるか否かを判別する。
【０１０４】
この判別結果がＮＯで、エンジン３が均一燃焼モードを実行すべき運転状態のときには、ステップ９１に進み、エンジン回転数ＮＥおよび要求トルクＰＭＣＭＤに応じて、図示しないマップを検索することにより、均一燃焼モード用の基本ＥＧＲバルブリフトＬＥＧＲＢＡＳＥ１を算出する。
【０１０５】
次に、ステップ９２に進み、前述したステップ２３，５２，７２と同様に、均一燃焼モード用の平均空燃比ＡＦＡＶＥ１を算出する。その後、ステップ９３で、上記ステップ９２で算出した均一燃焼モード用の平均空燃比ＡＦＡＶＥ１に応じて、図示しないテーブルを検索することにより、均一燃焼モード用の補正リフトＤＬＥＧＲ１を算出する。
【０１０６】
ステップ９３に続くステップ９４では、下式（１０）により、目標ＥＧＲバルブリフトＬＥＧＲＣＭＤを算出する。
ＬＥＧＲＣＭＤ＝ＬＥＧＲＢＡＳＥ１＋ＤＬＥＧＲ１  ……（１０）
【０１０７】
次いで、ステップ９５に進み、ＥＧＲバルブリフト制御処理を実行する。このＥＧＲバルブリフト制御処理では、所定のフィードバック制御アルゴリズムにより、ＥＧＲバルブリフトＬＥＧＲが目標ＥＧＲバルブリフトＬＥＧＲＣＭＤに収束するように、ＥＧＲ制御弁１４への制御信号の値が算出される。その後、本処理を終了する。
【０１０８】
一方、ステップ９０の判別結果がＹＥＳで、エンジン３が成層燃焼モードを実行すべき運転状態のときには、ステップ９６において、前述したステップ９１と同様に、エンジン回転数ＮＥおよび要求トルクＰＭＣＭＤに応じて、図示しないマップを検索することにより、成層燃焼モード用の基本ＥＧＲバルブリフトＬＥＧＲＢＡＳＥ２を算出する。
【０１０９】
次に、ステップ９７で、前述したステップ２８，５８，７７と同様に、成層燃焼モード用の平均空燃比ＡＦＡＶＥ２を算出する。その後、ステップ９８で、上記ステップ９７で算出した成層燃焼モード用の平均空燃比ＡＦＡＶＥ２に応じて、図示しないテーブルを検索することにより、成層燃焼モード用の補正リフトＤＬＥＧＲ２を算出する。
【０１１０】
ステップ９８に続くステップ９９では、下式（１１）により、目標ＥＧＲバルブリフトＬＥＧＲＣＭＤを算出する。
ＬＥＧＲＣＭＤ＝ＬＥＧＲＢＡＳＥ２＋ＤＬＥＧＲ２  ……（１１）
【０１１１】
次いで、前述したようにステップ９５を実行した後、本処理を終了する。
【０１１２】
以上のように、このＥＧＲ制御処理によれば、均一燃焼モード中は、均一燃焼モード用の平均空燃比ＡＦＡＶＥ１に応じて、均一燃焼モード用の補正リフトＤＬＥＧＲ１が算出されるとともに、この補正リフトＤＬＥＧＲ１により補正された値として、目標ＥＧＲバルブリフトＬＥＧＲＣＭＤが算出される。また、成層燃焼モード中は、成層燃焼モード用の平均空燃比ＡＦＡＶＥ２に応じて、成層燃焼モード用の補正リフトＤＬＥＧＲ２が算出され、この補正リフトＤＬＥＧＲ２により補正された値として、目標ＥＧＲバルブリフトＬＥＧＲＣＭＤが算出される。したがって、今回の燃焼サイクルよりも前の複数回の燃焼サイクルで検出された空燃比ＡＦの状態を反映させながら、今回の燃焼サイクルでのＥＧＲ制御を行うことができ、それにより、空燃比ＡＦを着火可能な値に精度良く制御することができる。
【０１１３】
なお、実施形態は、回転角度位置パラメータ検出手段としてクランク角センサ２０を用いた例であるが、本発明の回転角度位置パラメータ検出手段はこれに限らず、クランクシャフト３ｅの回転角度位置を表す回転角度位置パラメータを検出するものであればよい。例えば、カムシャフトの回転角度位置を検出するカム角センサを用い、回転角度位置パラメータとして、クランクシャフトの回転に伴って回転するカムシャフトの回転角度位置を検出するようにしてもよい。
【０１１４】
また、実施形態は、補正項θＡＦ１，θＡＦ２、補正係数ＫＡＶＥ１，ＫＡＶＥ２、補正リフトＤＬＩＮ１，ＤＬＩＮ２、補正リフトＤＬＥＧＲ１，ＤＬＥＧＲ２をそれぞれ、平均空燃比ＡＦＡＶＥ１，ＡＦＡＶＥ２に応じて算出した例であるが、これらの算出に用いるパラメータは平均空燃比ＡＦＡＶＥ１，ＡＦＡＶＥ２に限らず、空燃比ＡＦの状態を表すものであればよい。例えば、算術平均値である平均空燃比ＡＦＡＶＥ１，ＡＦＡＶＥ２に代えて、バッファ値ＡＦＢＵＦＦ１，ＡＦＢＵＦＦ２の加重平均値を用いてもよい。  
【０１１５】
さらに、実施形態は、空燃比ＡＦの算出式として、式（１），（２）を用いた例であるが、空燃比ＡＦの算出式はこれらに限らず、式（１）により算出されたガソリン濃度Ｃを用いて空燃比ＡＦを算出できるものであればよい。例えば、式（１）により算出されたガソリン濃度Ｃを用いて、下式（１２）により空燃比ＡＦを算出してもよい。
ＡＦ＝（１−Ｃ）／Ｃ                               ……（１２）
【符号の説明】
【０１１６】
１    制御装置
２    ＥＣＵ（空燃比検出手段、回転角度位置パラメータ検出手段、
点火時期設定手段、判定手段、点火制御手段、空燃比制御手段）
３    内燃機関
３ｄ  燃焼室
３ｅ  クランクシャフト
１０    点火プラグ
２０    空燃比センサ（空燃比検出手段）
４０    クランク角センサ（回転角度位置パラメータ検出手段）
ＡＦ  点火プラグ付近の混合気の空燃比
θＣＲＫ  クランクシャフトの回転角度位置（回転角度パラメータ）
ＮＥ  エンジン回転数（運転状態パラメータ）
ＰＭＣＭＤ  要求トルク（運転状態パラメータ）
ＩＪＬＯＧＤ  成層燃焼モード用の燃料噴射終了タイミング（運転状態パラメータ）
θＩＧＣＭＤ  最終点火時期（点火時期）
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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