(57)【要約】【課題】  燃焼モードをリーン空燃比での成層燃焼からリーン空燃比での均質燃焼に変更するとき、および、リーン空燃比での均質燃焼からリーン空燃比での成層燃焼に変更するときに、燃焼を良好に行わせる。【解決手段】  燃焼モードを成層リーン燃焼から均質リーン燃焼に変更すべきときには、第１の状態にある吸気流変更手段の状態を第２の状態に切り換える命令を発すると共に、予め定められた期間、筒内全体に略均質な混合気を形成してストイキで燃焼させる均質ストイキ燃焼、または、筒内全体に略均質な混合気を形成してリッチ空燃比で燃焼させる均質リッチ燃焼を行わせ、一方、燃焼モードを均質リーン燃焼から成層リーン燃焼に変更すべきときには、第２の状態にある吸気流変更手段の状態を第１の状態に切り換える命令を発すると共に、予め定められた期間、均質ストイキ燃焼または均質リッチ燃焼を行わせる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気通路に燃料を噴射する燃料噴射弁と、筒内に燃料を噴射する燃料噴射弁と、気筒内に流入する空気の流れを変更する吸気流変更手段であって少なくとも応答遅れのある吸気流変更手段と、を具備し、吸気流変更手段の状態を第１の状態とした上で概ね点火栓周りにのみ混合気を形成して全体としてリーン空燃比で燃焼させる成層リーン燃焼と、吸気流変更手段の状態を第２の状態とした上で筒内全体に略均質な混合気を形成して全体としてリーン空燃比で燃焼させる均質リーン燃焼と、を選択的に実行可能な内燃機関において、燃焼モードを成層リーン燃焼から均質リーン燃焼に変更すべきときには、第１の状態にある上記吸気流変更手段の状態を第２の状態に切り換える命令を発すると共に、予め定められた期間、筒内全体に略均質な混合気を形成してストイキで燃焼させる均質ストイキ燃焼、または、筒内全体に略均質な混合気を形成してリッチ空燃比で燃焼させる均質リッチ燃焼を行わせ、一方、燃焼モードを均質リーン燃焼から成層リーン燃焼に変更すべきときには、第２の状態にある上記吸気流変更手段の状態を第１の状態に切り換える命令を発すると共に、予め定められた期間、均質ストイキ燃焼または均質リッチ燃焼を行わせることを特徴とする内燃機関の燃料噴射装置。
【請求項２】
上記予め定められた期間が上記吸気流変更手段の応答遅れに相当する期間であることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射装置。
【請求項３】
蒸発燃料を吸気通路に放出する蒸発燃料通路をさらに具備し、上記予め定められた期間が上記吸気流変更手段の応答遅れに相当する期間、または、吸気通路内の蒸発燃料が予め定められた量よりも少なくなるまでの期間であることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射装置。
【請求項４】
上記吸気通路内の蒸発燃料の量が予め定められた量よりも少なくなる期間が上記吸気通路内の蒸発燃料の量が略零となるまでの期間であることを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の燃料噴射装置。
【請求項５】
燃焼モードを成層リーン燃焼と均質リーン燃焼との間で変更すべきであると判断されたときに上記蒸発燃料通路から吸気通路への蒸発燃料の放出を停止することを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の燃料噴射装置。
【請求項６】
吸気通路内に配置されたスロットル弁をさらに具備し、燃焼モードが成層リーン燃焼にあるときには該成層リーン燃焼に対応してスロットル弁の開度が制御され、燃焼モードが均質リーン燃焼であるときには該均質リーン燃焼に対応してスロットル弁の開度が制御され、燃焼モードを成層リーン燃焼から均質リーン燃焼に変更すべきときの上記予め定められた期間では、均質リーン燃焼に対応してスロットル弁の開度が制御され、燃焼モードを均質リーン燃焼から成層リーン燃焼に変更すべきときの上記予め定められた期間では、成層リーン燃焼に対応してスロットル弁の開度が制御されることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射装置。
【請求項７】
燃焼モードが成層リーン燃焼モードにあるときには該成層リーン燃焼モードに対応して点火栓による燃料点火タイミングが制御され、燃焼モードが均質リーン燃焼モードにあるときには該均質リーン燃焼モードに対応して点火栓による燃料点火タイミングが制御され、上記予め定められた期間では、該予め定められた期間に対応して点火栓による燃料点火タイミングが制御され、該予め定められた期間における燃料点火タイミングが燃焼モードが成層リーン燃焼モードにあるときの燃料点火タイミングよりも遅く且つ燃焼モードが均質リーン燃焼モードにあるときの燃料点火タイミングよりも遅いことを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の燃料噴射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の燃料噴射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
点火栓周りにのみ成層状に混合気を形成して燃焼を行わせる燃焼モード（いわゆる、成層燃焼）と、気筒内全体に均質に混合気を形成して燃焼を行わせる燃焼モード（いわゆる、均質燃焼）とを選択的に実行可能とした内燃機関が、特許文献１に開示されている。また、この内燃機関では、気筒内に燃料を直接噴射する第１の燃料噴射弁と、吸気通路に燃料を噴射する第２の燃料噴射弁とを具備し、成層燃焼を行うときには第１の燃料噴射弁から燃料を噴射し、均質燃焼を行うときには第２の燃料噴射弁から燃料を噴射するようにしている。
【０００３】
ところで、成層燃焼では、点火栓周りに燃料が集められて燃焼せしめられることから、燃料噴射弁から噴射される燃料の量（以下単に「燃料噴射量」ともいう）が比較的少なくても、燃料を良好に燃焼させることができる。すなわち、燃料噴射量が少ないときに気筒内全体に混合気を形成してしまうと、混合気の空燃比が理論空燃比よりも極めてリーンとなり、燃焼しづらくなってしまう。しかしながら、同じく燃料噴射量が少なくても、点火栓周りにのみ成層状に混合気を形成すれば、気筒内全体の平均空燃比で見れば、空燃比は極めてリーンであっても、点火栓周りの混合気のみの空燃比で見ると、空燃比はさほどリーンではない。こうした理由で、成層燃焼を利用すれば、気筒内全体で見たときの混合気の平均空燃比が極めてリーンであったとしても、燃焼を良好に行わせることができる。したがって、一般的には、成層燃焼は、燃料噴射量が少ない機関運転領域（すなわち、要求負荷が小さい機関運転領域）で利用されている。
【０００４】
一方、燃料噴射量が多い場合に、成層燃焼を行い、点火栓周りにのみ混合気を形成してしまうと、この点火栓周りに多くの燃料が集中しすぎ、燃焼が良好には行われなくなってしまう。したがって、一般的には、燃料噴射量が多い機関運転領域（すなわち、要求負荷が大きい機関運転領域）では、均質燃焼が利用される。
【０００５】
ところで、成層燃焼と均質燃焼とを選択的に実行可能な内燃機関において、各気筒へ通じる２つの吸気ポートのうち、一方の吸気ポートを遮断したり開放したりする弁（いわゆる、スワールコントロールバルブ）を備えたものがある。この弁（以下「ＳＣバルブ」という）は、閉弁することによって一方の吸気ポートを遮断し、残りの一方の吸気ポートからのみ気筒内に空気が流入するようにし、これにより、気筒内に空気の旋回流（いわゆる、スワール）を形成するものである。このスワールによれば、気筒内で燃料が空気と良好に混合されることから、一般的には、均質燃焼を行うときに、ＳＣバルブを閉弁して気筒内にスワールを形成し、成層燃焼を行うときには、ＳＣバルブを開弁して気筒内にスワールを形成しないようにしている。
【０００６】
【特許文献１】特開平７−１０３０４９号公報
【特許文献２】特開２０００−３６４４０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
このように、ＳＣバルブを備えた内燃機関において、成層燃焼と均質燃焼とを良好に行うためには、成層燃焼を行うときには、ＳＣバルブが完全に開弁した状態にあり、均質燃焼を行うときには、ＳＣバルブが完全に閉弁した状態にあることが重要である。ところが、ＳＣバルブを開弁させる命令が発せられてから、ＳＣバルブが実際に開弁するまでには或る一定の時間がかかり、また、ＳＣバルブを閉弁させる命令が発生られてから、ＳＣバルブが実際に閉弁するまでにも或る一定の時間がかかる。すなわち、一般的に、ＳＣバルブには、応答遅れが存在するのである。
【０００８】
したがって、例えば、燃焼モードを成層燃焼から均質燃焼に変更したとき、ＳＣバルブが開弁した状態から閉弁した状態に切り替わるまで、燃焼が良好に行われないことになる。もちろん、燃焼モードを均質燃焼から成層燃焼に変更したときにも、ＳＣバルブが閉弁した状態から開弁した状態に切り替わるまで、燃焼が良好に行われないことになる。
【０００９】
このことは、広くは、成層燃焼と均質燃焼とを選択的に実行可能な内燃機関において、気筒内に流入する空気の流れを変更するための吸気流変更手段を具備し、該吸気流変更手段の状態を成層燃焼が行われるのか或いは均質燃焼が行われるのかに応じて変更する内燃機関にも、同様に、当てはまることである。また、このことは、特に、気筒内全体で見てリーン空燃比での成層燃焼とリーン空燃比での均質燃焼とを選択的に実行可能な内燃機関において、気筒内に流入する空気の流れを変更するための吸気流変更手段を具備し、該吸気流変更手段の状態を成層燃焼が行われるのか或いは均質燃焼が行われるのかに応じて変更する内燃機関にも、同様に、当てはまることである。
【００１０】
そこで、本発明の目的は、こうした内燃機関において、燃焼モードをリーン空燃比での成層燃焼からリーン空燃比での均質燃焼に変更するとき、および、リーン空燃比での均質燃焼からリーン空燃比での成層燃焼に変更するときに、燃焼を良好に行わせることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、１番目の発明では、吸気通路に燃料を噴射する燃料噴射弁と、筒内に燃料を噴射する燃料噴射弁と、気筒内に流入する空気の流れを変更する吸気流変更手段であって少なくとも応答遅れのある吸気流変更手段と、を具備し、吸気流変更手段の状態を第１の状態とした上で概ね点火栓周りにのみ混合気を形成して全体としてリーン空燃比で燃焼させる成層リーン燃焼と、吸気流変更手段の状態を第２の状態とした上で筒内全体に略均質な混合気を形成して全体としてリーン空燃比で燃焼させる均質リーン燃焼と、を選択的に実行可能な内燃機関において、燃焼モードを成層リーン燃焼から均質リーン燃焼に変更すべきときには、第１の状態にある上記吸気流変更手段の状態を第２の状態に切り換える命令を発すると共に、予め定められた期間、筒内全体に略均質な混合気を形成してストイキで燃焼させる均質ストイキ燃焼、または、筒内全体に略均質な混合気を形成してリッチ空燃比で燃焼させる均質リッチ燃焼を行わせ、一方、燃焼モードを均質リーン燃焼から成層リーン燃焼に変更すべきときには、第２の状態にある上記吸気流変更手段の状態を第１の状態に切り換える命令を発すると共に、予め定められた期間、均質ストイキ燃焼または均質リッチ燃焼を行わせる。
【００１２】
２番目の発明では、１番目の発明において、上記予め定められた期間が上記吸気流変更手段の応答遅れに相当する期間である。
３番目の発明では、１番目の発明において、蒸発燃料を吸気通路に放出する蒸発燃料通路をさらに具備し、上記予め定められた期間が上記吸気流変更手段の応答遅れに相当する期間、または、吸気通路内の蒸発燃料が予め定められた量よりも少なくなるまでの期間である。
４番目の発明では、３番目の発明において、上記吸気通路内の蒸発燃料の量が予め定められた量よりも少なくなる期間が上記吸気通路内の蒸発燃料の量が略零となるまでの期間である。
【００１３】
５番目の発明では、４番目の発明において、燃焼モードを成層リーン燃焼と均質リーン燃焼との間で変更すべきであると判断されたときに上記蒸発燃料通路から吸気通路への蒸発燃料の放出を停止する。
６番目の発明では、１番目の発明において、吸気通路内に配置されたスロットル弁をさらに具備し、燃焼モードが成層リーン燃焼にあるときには該成層リーン燃焼に対応してスロットル弁の開度が制御され、燃焼モードが均質リーン燃焼であるときには該均質リーン燃焼に対応してスロットル弁の開度が制御され、燃焼モードを成層リーン燃焼から均質リーン燃焼に変更すべきときの上記予め定められた期間では、均質リーン燃焼に対応してスロットル弁の開度が制御され、燃焼モードを均質リーン燃焼から成層リーン燃焼に変更すべきときの上記予め定められた期間では、成層リーン燃焼に対応してスロットル弁の開度が制御される。
【００１４】
７番目の発明では、４番目の発明において、燃焼モードが成層リーン燃焼モードにあるときには該成層リーン燃焼モードに対応して点火栓による燃料点火タイミングが制御され、燃焼モードが均質リーン燃焼モードにあるときには該均質リーン燃焼モードに対応して点火栓による燃料点火タイミングが制御され、上記予め定められた期間では、該予め定められた期間に対応して点火栓による燃料点火タイミングが制御され、該予め定められた期間における燃料点火タイミングが燃焼モードが成層リーン燃焼モードにあるときの燃料点火タイミングよりも遅く且つ燃焼モードが均質リーン燃焼モードにあるときの燃料点火タイミングよりも遅い。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、燃焼モードが成層燃焼から均質燃焼に変更されるときであって、吸気流変更手段の状態が第１の状態から第２の状態に変更されるまでの間、および、燃焼モードが均質燃焼から成層燃焼に変更されるときであって、吸気流変更手段の状態が第２の状態から第１の状態に変更されるまでの間（以下「吸気流変更手段の状態の変更の過渡期」という）、均質ストイキ燃焼または均質リッチ燃焼が行われる。ここで、均質ストイキ燃焼および均質リッチ燃焼は、比較的、安定した燃焼であることから、上記吸気流変更手段の状態の変更の過渡期のような燃焼が安定しづらいときであっても、本発明によれば、燃焼を安定して行わせることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１において、１は内燃機関の本体、２はシリンダブロック、３はピストン、４はシリンダヘッド、５は燃焼室（以下「気筒」ともいう）、６は吸気弁、７は吸気ポート、８は排気弁、９は排気ポート、１０は点火栓をそれぞれ示している。ピストン３の燃焼室５側の壁面には、キャビティ１２が設けられている。
【００１７】
また、シリンダヘッド４には、気筒５内に燃料を直接噴射することができる燃料噴射弁（以下「筒内燃料噴射弁」という）１１が配置されている。また、シリンダヘッド４には、吸気ポート７に燃料を噴射することができる燃料噴射弁（以下「ポート燃料噴射弁」という）１１ａも配置されている。
【００１８】
吸気ポート７には、吸気枝管１３を介してサージタンク１４が接続されている。また、サージタンク１４は、吸気管１５を介してエアフローメータ１６に接続されている。吸気管１５内には、スロットル弁１８が配置されている。スロットル弁１８には、ステップモータ１９が接続されている。
【００１９】
また、図１において、２０は燃料タンクである。燃料タンク２０内の燃料は、燃料ポンプ（図示せず）によって、各燃料噴射弁１１，１１ａに供給される。また、燃料タンク２０は、第１のベーパ通路２１を介してキャニスタ２２に接続されている。キャニスタ２２内には、活性炭２３が配置されている。この活性炭２３には、燃料タンク２０内で発生した蒸発燃料（以下「ベーパ」という）が吸着される。さらに、キャニスタ２２は、第２のベーパ通路２４を介してサージタンク１４に接続されている。第２のベーパ通路２４には、該第２のベーパ通路２４を遮断したり開放したりする弁（以下「パージ制御弁」という）２５が配置されている。パージ制御弁２５が閉弁されると、第２のベーパ通路２４は遮断され、パージ制御弁２５が開弁されると、第２のベーパ通路２４は開放される。
【００２０】
サージタンク１４内に負圧が発生しているときに、パージ制御弁２５を開弁すると、活性炭２３に吸着されているベーパ（および、燃料タンク２０内のベーパ）が第２のベーパ通路２４を介してサージタンク１４に導入され、これらベーパは、最終的には、各気筒５に供給される。もちろん、パージ制御弁２５を閉弁すれば、第２のベーパ通路２４を介してサージタンク１４に導入されるベーパの量は零となる。
【００２１】
また、排気ポート９には、排気管２８が接続されている。また、排気管２８からサージタンク１４まで、排気管２８内の排気ガスをサージタンク１４に導入するための通路（以下「ＥＧＲ通路」という）２６が延びている。ＥＧＲ通路２６には、サージタンク１４に導入される排気ガスの量を制御するための弁（以下「ＥＧＲ制御弁」という）２７が配置されている。ＥＧＲ制御弁２７の開度は、内燃機関の運転状態に応じて、所望の量の排気ガスが各気筒内に供給されるように制御される。
【００２２】
また、図２に示されているように、各気筒５には、一対の吸気ポート７と、一対の排気ポート９とが接続されている。ポート燃料噴射弁１１ａは、一方の吸気ポート（以下「第１の吸気ポート」という）７ａに燃料を噴射するようにシリンダヘッド４に配置されている。他方の吸気ポート（以下「第２の吸気ポート」という）７ｂには、該第２の吸気ポート７ｂを遮断したり開放したりする弁（いわゆる、スワールコントロールバルブであって、以下これを「ＳＣバルブ」という）３０が配置されている。ＳＣバルブ３０には、ステップモータ３１が接続されており、ＳＣバルブ３０は、このステップモータ３１によって駆動せしめられる。
【００２３】
ＳＣバルブ３０が閉弁すると、第２の吸気ポート７ｂはＳＣバルブ３０によって遮断される。このときには、空気は第１の吸気ポート７ａを介してのみ気筒５内に吸入されるので、気筒５内に空気の旋回流（いわゆる、スワール）が生成される。一方、ＳＣバルブ３０が開弁すると、第２の吸気ポート７ｂは開放される。このときには、空気は第１の吸気ポート７ａおよび第２の吸気ポート７ｂを介して吸入されるので、気筒５内には空気の旋回流は生成されない。
【００２４】
次に、本実施形態における燃焼モードについて説明する。本実施形態では、基本的には、成層リーン燃焼と均質リーン燃焼とを機関運転状態（具体的には、機関回転数と要求負荷）に応じて選択的に実行する。すなわち、本実施形態では、図３に示されているように、機関回転数Ｎが比較的小さく且つ要求負荷Ｌが比較的小さい領域Ｉにおいては、成層リーン燃焼を行う。ここで、成層リーン燃焼とは、気筒５内全体で見たときに空燃比がリーンとなる量の燃料を、圧縮行程終期に筒内燃料噴射弁１１から噴射することによって、点火栓１０周りにのみ成層状に混合気を形成し、この混合気に点火栓１０により点火して燃焼を行わせるものである。なお、成層リーン燃焼を行うときには、ＳＣバルブ３０は開弁せしめられている。
【００２５】
一方、本実施形態では、図３に示されているように、領域Ｉ以外の領域ＩＩにおいては、均質リーン燃焼を行う。ここで、均質リーン燃焼とは、気筒５内全体で見たときに空燃比が理論空燃比よりもリーンとなる量の燃料を、吸気行程中にポート燃料噴射弁１１ａから噴射することによって、気筒５内全体に均質に混合気を形成し、この混合気に点火栓１０により点火して燃焼を行わせるものである。なお、均質リーン燃焼を行うときには、ＳＣバルブ３０は閉弁せしめられ、気筒５内に空気の旋回流が生成される。
【００２６】
また、成層リーン燃焼が行われているときの気筒５内全体で見たときの空燃比は、概して、均質リーン燃焼が行われているときの気筒５内全体で見たときの空燃比よりもリーンである。
【００２７】
また、領域ＩＩにおいて、機関回転数Ｎが比較的大きいとき、あるいは、要求負荷Ｌが比較的大きいときには、均質ストイキ燃焼または均質リッチ燃焼を行うようにしてもよい。ここで、均質ストイキ燃焼とは、気筒５内全体で見たときに空燃比が理論空燃比となる量の燃料を、吸気行程中にポート燃料噴射弁１１ａから噴射することによって、気筒５内全体に均質に混合気を形成し、この混合気に点火栓１０により点火して燃焼を行わせるものである。また、均質リッチ燃焼とは、気筒５内全体で見たときに空燃比が理論空燃比よりもリッチとなる量の燃料を、吸気行程中にポート燃料噴射弁１１ａから噴射することによって、気筒５内全体に均質に混合気を形成し、この混合気に点火栓１０により点火して燃焼を行わせるものである。
【００２８】
また、図４は、各燃料噴射弁１１，１１ａから噴射される燃料の量を決定するために利用されるマップを示している。本実施形態では、機関回転数Ｎと要求負荷Ｌとの関数でもって、燃料噴射量Ｑが決定される。図４に示されているマップでは、機関回転数Ｎが大きいほど、燃料噴射量Ｑは多くなり、また、要求負荷Ｌが大きいほど、燃料噴射量Ｑは多くなる傾向になっている。したがって、燃料噴射量Ｑは、成層リーン燃焼が行われているときよりも、均質リーン燃焼が行われているときのほうが、多い傾向にある。
【００２９】
また、図５は、点火栓１０による燃料点火タイミングを決定するために利用されるマップを示している。本実施形態では、機関回転数Ｎと要求負荷Ｌとの関数でもって、燃料噴射量Ｑが決定される。図５に示されているマップによれば、燃料点火タイミングＴは、概して、成層リーン燃焼が行われているときよりも、均質リーン燃焼が行われているときのほうが早い傾向にある。また、図５に示されているマップによれば、内燃機関が最も効率良く高いトルクを出力するように燃料点火タイミングが決定される。
【００３０】
また、図６は、スロットル弁１８の開度（以下「スロットル開度」という）を決定するために利用されるマップを示している。本実施形態では、機関回転数Ｎと要求負荷Ｌとの関数でもって、スロットル開度Ｄｔｈが決定される。図６に示されているマップによれば、スロットル開度Ｄｔｈは、概して、機関回転数Ｎが大きいほど大きく、また、要求負荷Ｌが大きいほど大きい傾向にある。
【００３１】
また、図７は、ＥＧＲ制御弁２７の開度（以下「ＥＧＲ開度」という）を決定するために利用されるマップを示している。本実施形態では、機関回転数Ｎと要求負荷Ｌとの関数でもって、ＥＧＲ開度Ｄｅｇｒが決定される。図７に示されているマップによれば、ＥＧＲ開度Ｄｅｇｒは、概して、機関回転数Ｎが大きいほど小さく、また、要求負荷Ｌが大きいほど小さい傾向にある。
【００３２】
なお、パージ制御弁２５は、内燃機関の運転が停止されている間と、成層リーン燃焼が行われている間は、閉弁せしめられ、均質リーン燃焼が行われている間は、開弁せしめられる。したがって、均質リーン燃焼が行われているときには、第２のベーパ通路２４を介してサージタンク１４に導入されるベーパ量に応じて、気筒５内の空燃比が目標空燃比となるように、ポート燃料噴射弁１１ａからの燃料噴射量が調節される。
【００３３】
ところで、上述したように、本実施形態では、基本的には、機関回転数Ｎと要求負荷Ｌとに基づいて、図４に示されているマップから燃料噴射量Ｑが算出され、図５に示されているマップから燃料点火タイミングＴが決定され、成層リーン燃焼または均質リーン燃焼が行われる。しかしながら、本実施形態では、燃焼モードを成層リーン燃焼から均質リーン燃焼に変更するとき、あるいは、燃焼モードを均質リーン燃焼から成層リーン燃焼に変更するときには、上述した制御とは異なる制御が行われる。次に、この制御について説明する。
【００３４】
まず、燃焼モードを成層リーン燃焼から均質リーン燃焼に変更するときの制御について図８を参照しつつ説明する。図８において、（Ａ）は燃焼モードを示し、（Ｂ）はＳＣバルブ３０に対する命令を示し（図中、「ＯＮ」はＳＣバルブ３０を開弁させるための命令を示し、「ＯＦＦ」はＳＣバルブ３０を閉弁させるための命令を示している）、（Ｃ）はＳＣバルブ３０の実際の状態を示し（図中、「開」はＳＣバルブ３０が全開状態にあることを示し、「閉」はＳＣバルブ３０が全閉状態にあることを示している）、（Ｄ）はパージ制御弁２５の状態を示し（図中、「開」はパージ制御弁２５が開弁状態にあることを示し、「閉」はパージ制御弁２５が閉弁状態にあることを示している）、（Ｅ）はスロットル弁１８の開度を示し、（Ｆ）は燃料点火タイミングを示し（図中、「進」は燃料点火タイミングが早いことを示し、「遅」は燃料点火タイミングが遅いことを示している）、（Ｇ）は時刻を示している。
【００３５】
図８に示した例では、時刻ｔ０が、燃焼モードを成層リーン燃焼から均質リーン燃焼に変更すべきであると判断される時刻である。時刻ｔ０において、燃焼モードを成層リーン燃焼から均質リーン燃焼に変更すべきであると判断されると、図８（Ｂ）に示されているように、全開状態となっているＳＣバルブ３０を、全閉状態とするための命令が発せられる。すると、全開状態にあったＳＣバルブ３０は、図８（Ｃ）に示されているように、徐々に、全閉状態へと移行し、時刻ｔ１において、全閉状態となる。以下、時刻ｔ０から時刻ｔ１までの期間を「燃焼モード切換過渡期間」と称することとする。
【００３６】
さて、ここで、図４に示されているマップから燃料噴射量Ｑを決定すると、気筒５内全体で見た空燃比がリーンとなる量の燃料がポート燃料噴射弁１１ａから噴射されることになる。しかしながら、本実施形態によれば、燃焼モード切換過渡期間ｔ０〜ｔ１では、気筒５内全体で見た空燃比が理論空燃比またはリッチとなる量の燃料がポート燃料噴射弁１１ａから噴射される。このとき、ＳＣバルブ３０が全開状態から全閉状態に移行している途中であることもあって（すなわち、気筒５内にスワールが形成されつつあることもあって）、均質ストイキ燃焼または均質リッチ燃焼が行われる。これによれば、燃焼モード切換過渡期間というリーン空燃比では燃焼が不安定となる期間であっても、燃焼を安定して良好に行わせることができる。
【００３７】
また、図８に示した例では、燃焼モードは、最終的に、成層リーン燃焼から均質リーン燃焼に変更される（すなわち、閉弁状態にあるパージ制御弁２５を開弁すべきである）ので、本実施形態では、図８（Ｄ）に示されているように、燃焼モード切換過渡期間となったときに、パージ制御弁２５は開弁せしめられる。
【００３８】
さらに、本実施形態では、燃焼モード切換過渡期間では、図８（Ｅ）に示されているように、スロットル開度Ｄｔｈは、均質リーン燃焼を行う場合と同じスロットル開度とされる（すなわち、スロットル開度は、燃焼モード切換過渡期間であっても、図６に示されているマップに基づいて決定される）。図示した例では、燃焼モード切換過渡期間におけるスロットル開度は、成層リーン燃焼を行うときのスロットル開度よりも小さくされている。これによれば、燃焼モード切換過渡期間の経過したときには、スロットル開度Ｄｔｈは、均質リーン燃焼を行うときのスロットル開度となっていることから、燃焼モード切換過渡期間の経過後、即座に、燃焼モードを均質リーン燃焼に移行させることができる。
【００３９】
さらに、本実施形態では、燃焼モード切換過渡期間は、均質ストイキ燃焼または均質リッチ燃焼が行われるので、燃料点火タイミングを、図５に示されているマップから決定されるタイミングとすると、時刻ｔ０において、内燃機関の出力トルクが急激に増大し、いわゆるトルクショックが生じてしまう。そこで、本実施形態では、燃焼モード切換過渡期間では、均質ストイキ燃焼または均質リッチ燃焼を行ったとしても、内燃機関の出力トルクが急激に増大しないように、あるいは、内燃機関の出力トルクの増大が予め定められた値以下に抑制されるように、燃料点火タイミングＴは、成層リーン燃焼が行われる場合よりも遅く、且つ、均質リーン燃焼が行われる場合よりも遅いタイミングとされる（すなわち、燃料点火タイミングは、燃焼モード切換過渡期間においては、図５に示されているマップから決定されるタイミングよりも遅くされる）。
【００４０】
ここで、燃焼モード切換過渡期間において燃料点火タイミングを遅くする程度は、以下のようにして決定される。すなわち、燃料点火タイミングを遅くするのは、トルクショックを抑制するためであり、内燃機関の出力トルクは、各気筒５内に吸入される空気の量と燃料噴射量とに応じて変化する。そこで、本実施形態では、燃焼モード切換過渡期間に入るときに、目標スロットル開度の変化量と目標燃料噴射量の変化量とを算出する。そして、これら変化量に基づいて、燃料点火タイミングを成層リーン燃焼や均質リーン燃焼を行うときの燃料点火タイミングとした場合における内燃機関の出力トルクの変化量を算出する。そして、この出力トルクの変化量が零（あるいは、略零）となるように、燃料点火タイミングを遅くする程度を決定する。この燃料点火タイミングを遅くする程度は、概して、出力トルクの変化量が大きいほど大きくなる傾向にある。
【００４１】
なお、スロットル弁１８にも応答遅れがあることから、燃焼モード切換過渡期間に入るときに、目標スロットル開度が変更されたとしても、各気筒５内に吸入される空気の量は、一気には変化せず、徐々に変化する（いわゆる一次遅れがある）。そこで、燃焼モード切換過渡期間に入ったとき、各気筒５内に吸入される空気量の変化の一次遅れを考慮して、燃焼点火タイミングを遅くする程度を決定してもよい。
【００４２】
また、図８を参照して説明した例では、燃焼モード切換過渡期間におけるスロットル開度は、均質リーン燃焼を行うときのスロットル開度とされており、これは、燃焼モード切換過渡期間が経過したときのスロットル開度が均質リーン燃焼を行うときのスロットル開度となっていることを重要視したためであるが、それよりも、燃焼モード切換過渡期間におけるトルクショックの発生を抑制することを重要視するならば、燃焼モード切換過渡期間におけるスロットル開度を、均質リーン燃焼を行うときのスロットル開度よりも小さくしたり、あるいは、成層リーン燃焼を行うときのスロットル開度よりも小さくしたりしてもよい。
【００４３】
次に、燃焼モードを均質リーン燃焼から成層リーン燃焼に変更するときの制御について図９を参照しつつ説明する。図９の（Ａ）〜（Ｇ）は、図８の（Ａ）〜（Ｇ）と同じである。図９に示した例では、時刻ｔ２が、燃焼モードを均質リーン燃焼から成層リーン燃焼に変更すべきであると判断される時刻である。時刻ｔ２において、燃焼モードを均質リーン燃焼から成層リーン燃焼に変更すべきであると判断されると、図９（Ｂ）に示されているように、全閉状態となっているＳＣバルブ３０を、全開状態とするための命令が発せられる。すると、全閉状態にあったＳＣバルブ３０は、図９（Ｃ）に示されているように、徐々に、全開状態へと移行し、時刻ｔ３において、全開状態となる。この例では、時刻ｔ２から時刻ｔ３までの期間が、「燃焼モード切換過渡期間」である。
【００４４】
さて、ここで、図４に示されているマップから燃料噴射量Ｑを決定すると、気筒５内全体で見た空燃比がリーンとなる量の燃料が筒内噴射弁から噴射されることになる。しかしながら、本実施形態によれば、燃焼モード切換期間ｔ２〜ｔ３では、気筒５内全体で見た空燃比が理論空燃比またはリッチとなる量の燃料がポート燃料噴射弁１１ａから噴射される。このとき、ＳＣバルブ３０が全閉状態から全開状態に移行している途中であることもあって（すなわち、気筒５内にスワールが未だ形成されていることもあって）、均質ストイキ燃焼または均質リッチ燃焼が行われる。これによれば、燃焼モード切換過渡期間というリーン空燃比では燃焼が不安定となる期間であっても、燃焼を安定して良好に行わせることができる。
【００４５】
また、図９に示した例では、燃焼モードは、最終的に、均質リーン燃焼から成層リーン燃焼に変更される（すなわち、開弁状態にあるパージ制御弁２５を閉弁すべきである）ので、本実施形態では、図９（Ｄ）に示されているように、燃焼モード切換過渡期間となったときに、パージ制御弁２５は閉弁せしめられる。
【００４６】
さらに、本実施形態では、燃焼モード切換過渡期間では、図９（Ｅ）に示されているように、スロットル開度Ｄｔｈは、成層リーン燃焼を行う場合と同じスロットル開度とされる（すなわち、スロットル開度は、燃焼モード切換過渡期間であっても、図６に示されているマップに基づいて決定される）。図示した例では、燃焼モード切換過渡期間におけるスロットル開度は、均質リーン燃焼を行うときのスロットル開度よりも大きくされている。これによれば、燃焼モード切換過渡期間の経過したときには、スロットル開度Ｄｔｈは、成層リーン燃焼を行うときのスロットル開度となっていることから、燃焼モード切換過渡期間の経過後に、即座に、燃焼モードを成層リーン燃焼に移行させることができる。
【００４７】
さらに、本実施形態では、燃焼モード切換過渡期間では、均質ストイキ燃焼または均質リッチ燃焼が行われるので、燃料点火タイミングを、図５に示されているマップから決定されるタイミングとすると、時刻ｔ２において、トルクショックが生じてしまう。そこで、本実施形態では、燃焼モード切換過渡期間では、均質ストイキ燃焼または均質リッチ燃焼を行ったとしても、内燃機関の出力トルクが急激に増大しないように、あるいは、内燃機関の出力トルクが予め定められた値以下に抑制されるように、燃料点火タイミングＴは、均質リーン燃焼が行われる場合よりも遅く、且つ、成層リーン燃焼が行われる場合よりも遅いタイミングとされる（すなわち、燃料点火タイミングは、燃焼モード切換過渡期間においては、図５に示されているマップから決定されるタイミングよりも遅くされる）。
【００４８】
なお、図９を参照して説明した例では、燃焼モード切換過渡期間におけるスロットル開度は、成層リーン燃焼を行うときのスロットル開度とされており、これは、燃焼モード切換過渡期間が経過したときのスロットル開度が成層リーン燃焼を行うときのスロットル開度となっていることを重要視したためであるが、それよりも、燃焼モード切換過渡期間におけるトルクショックの発生を抑制することを重要視するならば、燃焼モード切換過渡期間におけるスロットル開度を、成層リーン燃焼を行うときのスロットル開度よりも小さくしたり、あるいは、均質リーン燃焼を行うときのスロットル開度よりも小さくしたりしてもよい。
【００４９】
ところで、上述した例では、燃焼モードを均質リーン燃焼から成層リーン燃焼に変更する場合、燃焼モード切換過渡期間となったときに、パージ制御弁２５を閉弁するようにしているが、燃焼モード切換過渡期間が経過した後も、サージタンク１４から気筒５までの吸気通路内にベーパが残存している場合がある。この場合、燃焼モード切換過渡期間が経過して燃焼モードが成層リーン燃焼に変更されたときに、燃焼が不安定となる。
【００５０】
そこで、上述した例では、燃焼モードを均質リーン燃焼から成層リーン燃焼に変更すべきとき、ＳＣバルブ３０が全閉状態から全開状態になるまでの期間を「燃焼モード切換過渡期間」としたが、これに代えて、ＳＣバルブ３０が全閉状態から全開状態になるまでの期間と、パージ制御弁２５が閉弁されてからサージタンク１４から気筒５までの吸気通路内のベーパが零（あるいは、略零）になるまでの期間とのうち、長いほうを「燃焼モード切換過渡期間」としてもよい。これによれば、燃焼モードを均質リーン燃焼から成層リーン燃焼に変更するときに、より確実に、燃焼を安定させることができる。
【００５１】
図１０〜図１３は、本実施形態に従った制御を実行するフローチャートの一例を示している。まず、図１０は、燃焼モードを制御するためのフローチャートの一例を示している。図１０のフローチャートでは、初めに、ステップ１０において、燃焼モードの変更が要求された（すなわち、燃焼モードを変更すべき）か否かが判別される。ここで、燃焼モードの変更が要求されたと判別されなければ、ルーチンは終了するが、燃焼モードの変更が要求されたと判別されたときには、ルーチンは、ステップ１１に進む。
【００５２】
ステップ１１では、現在の燃焼モードが成層リーン燃焼であるか否かが判別される。ここで、現在の燃焼モードが成層リーン燃焼であると判別されたとき（このときは、燃焼モードを成層リーン燃焼から均質リーン燃焼に変更すべきときである）には、ルーチンは、ステップ１２に進み、一方、現在の燃焼モードが成層リーン燃焼ではないと判別されたとき、すなわち、現在の燃焼モードが均質リーン燃焼であると判別されたとき（このときは、燃焼モードを均質リーン燃焼から成層リーン燃焼に変更すべきときである）には、ルーチンは、ステップ１７に進む。
【００５３】
ステップ１２では、ＳＣバルブ３０（図中、「ＳＣＶ」と表記されている）を全閉状態とする要求（命令）が発せられ、次いで、ステップ１３において、パージ制御弁２５（図中、「ＰＣＶ」と表記されている）を開弁状態する要求（命令）が発せられ、次いで、ステップ１４において、均質ストイキ燃焼または均質リッチ燃焼が行われる。すなわち、ステップ１４によれば、スロットル開度が均質リーン燃焼を行うときのスロットル開度とされ、気筒５内全体で見た空燃比が理論空燃比またはリッチとなる量の燃料がポート燃料噴射弁１１ａから噴射され、上述したようにして決定される燃料点火タイミングにて、点火栓１０により燃料が点火される。
【００５４】
次いで、ステップ１５において、期間Ｔ（これは、ステップ１０で燃焼モードの変更が要求されてから経過した期間である）が燃焼モード切換過渡期間Ｔｔｈよりも長い（Ｔ＞Ｔｔｈ）か否かが判別される。ここで、Ｔ≦Ｔｔｈであると判別されたときには、ルーチンは、ステップ１４に戻り、ステップ１５においてＴ＞Ｔｔｈであると判別されるまで、ステップ１４を繰り返すことになる。一方、ステップ１５において、Ｔ＞Ｔｔｈであると判別されると、ルーチンがステップ１６に進んで、均質リーン燃焼が行われる。すなわち、ステップ１６によれば、スロットル開度が均質リーン燃焼を行うときのスロットル開度とされ、気筒５内全体で見た空燃比がリーンとなる量の燃料がポート燃料噴射弁１１ａから噴射され、均質リーン燃焼を行うときの燃料点火タイミングにて、点火栓１０により燃料が点火される。
【００５５】
一方、ステップ１７では、ＳＣバルブ３０を全開状態とする要求（命令）が発せられ、次いで、ステップ１８において、パージ制御弁２５を閉弁状態とする要求（命令）が発せられ、次いで、ステップ１９において、均質ストイキ燃焼または均質リーン燃焼が行われる。すなわち、ステップ１９によれば、スロットル開度が成層リーン燃焼を行うときのスロットル開度とされ、気筒５内全体で見た空燃比が理論空燃比またはリッチとなる量の燃料がポート燃料噴射弁１１ａから噴射され、上述したようにして決定される燃料点火タイミングにて、点火栓１０により燃料が点火される。
【００５６】
次いで、ステップ２０において、期間Ｔ（これも、ステップ１０で燃焼モードの変更が要求されてから経過した期間である）が燃焼モード切換過渡期間Ｔｔｈよりも長い（Ｔ＞Ｔｔｈ）か否かが判別される。ここで、Ｔ≦Ｔｔｈであると判別されたときには、ルーチンは、ステップ１９に戻り、ステップ２０においてＴ＞Ｔｔｈであると判別されるまで、ステップ１９を繰り返すことになる。一方、ステップ２０において、Ｔ＞Ｔｔｈであると判別されると、ルーチンがステップ２１に進んで、成層リーン燃焼が行われる。すなわち、ステップ２１によれば、スロットル開度が成層リーン燃焼を行うときのスロットル開度とされ、気筒５内全体で見た空燃比がリーンとなる量の燃料が筒内燃料噴射弁１１から噴射され、成層リーン燃焼を行うときの燃料点火タイミングにて、点火栓１０により燃料が点火される。
【００５７】
図１１は、図１０のステップ１５，２０で用いられる燃焼モード切換過渡期間Ｔを算出するためのフローチャートの一例を示す図である。図１１のフローチャートでは、初めに、ステップ３０において、燃焼モードの変更が要求された（すなわち、燃焼モードを変更すべき）か否かが判別される。ここで、燃焼モードの変更が要求されたと判別されなければ、ルーチンは終了するが、燃焼モードの変更が要求されたと判別されたときには、ルーチンはステップ３１に進む。
【００５８】
ステップ３１では、現在の燃焼モードが成層リーン燃焼であるか否かが判別される。ここで、現在の燃焼モードが成層リーン燃焼であると判別されたとき（すなわち、燃焼モードを成層リーン燃焼から均質リーン燃焼に変更すべきとき）には、ステップ３２において、図１０のステップ１５で使用される燃焼モード切換過渡期間Ｔに、期間Ｔｄ（これは、ＳＣバルブ３０が全閉状態から全開状態になるまでにかかる時間、または、全開状態から全閉状態になるまでにかかる時間であって、いわゆる、ＳＣバルブ３０の応答遅れ時間である）が入力される。この場合、図１０のステップ１５では、燃焼モード切換過渡期間Ｔとして、Ｔｄが使用されることになる。
【００５９】
一方、ステップ３１において、現在の燃焼モードが成層リーン燃焼ではないと判別されたとき（すなわち、燃焼モードを均質リーン燃焼から成層リーン燃焼に変更すべきとき）には、ステップ３３において、上記期間Ｔｄが、期間Ｔｐ（これは、燃焼モードの変更が要求されてパージ制御弁２５が閉弁せしめられてから、サージタンク１４から気筒５までの吸気通路内のベーパが零（あるいは、略零）になるまでにかかる時間である）よりも長い（Ｔｄ＞Ｔｐ）か否かが判別される。
【００６０】
ステップ３３において、Ｔｄ＞Ｔｐであると判別されたときには、ステップ３４において、図１０のステップ２０で使用される燃焼モード切換過渡期間Ｔに、Ｔｄが入力される。この場合、図１０のステップ２０では、燃焼モード切換過渡期間Ｔとして、Ｔｄが使用されることになる。一方、ステップ３３において、Ｔｄ≦Ｔｐであると判別されたときには、ステップ３５において、図１０のステップ２０で使用される燃焼モード切換過渡期間Ｔに、Ｔｐが入力される。この場合、図１０のステップ２０では、燃焼モード切換過渡期間Ｔとして、Ｔｐが使用されることになる。
【００６１】
図１２は、燃焼モード切換過渡期間における目標スロットル開度を算出するためのフローチャートの一例を示す図である。図１２のフローチャートでは、初めに、ステップ４０において、燃焼モードの変更が要求された（すなわち、燃焼モードを変更すべき）か否かが判別される。ここで、燃焼モードの変更が要求されたと判別されなければ、ルーチンは終了するが、燃焼モードの変更が要求されたと判別されたときには、ルーチンはステップ４１に進む。
【００６２】
ステップ４１では、現在の燃焼モードが成層リーン燃焼であるか否かが判別される。ここで、現在の燃焼モードが成層リーン燃焼であると判別されたとき（すなわち、燃焼モードを成層リーン燃焼から均質リーン燃焼に変更すべきとき）には、ステップ４２において、目標スロットル開度ＴＤｔｈに、均質リーン燃焼を行うときのスロットル開度Ｄｔｈｈが入力される。この場合、燃焼モード切換過渡期間でのスロットル開度は、均質リーン燃焼を行うときのスロットル開度とされる。
【００６３】
一方、ステップ４１において、現在の燃焼モードが成層リーン燃焼ではないと判別されたとき（すなわち、燃焼モードを均質リーン燃焼から成層リーン燃焼に変更すべきとき）には、ステップ４３において、目標スロットル開度ＴＤｔｈに、成層リーン燃焼を行うときのスロットル開度Ｄｔｈｓが入力される。この場合、燃焼モード切換過渡期間でのスロットル開度は、成層リーン燃焼を行うときのスロットル開度とされる。
【００６４】
図１３は、燃焼モード切換過渡期間における燃料点火タイミングを遅くする程度（いわゆる遅角量）を算出するためのフローチャートの一例を示す図である。図１３のフローチャートでは、初めに、ステップ５０において、燃焼モードの変更が要求された（すなわち、燃焼モードを変更すべき）か否かが判別される。ここで、燃焼モードの変更が要求されたと判別されなければ、ルーチンは終了するが、燃焼モードの変更が要求されたと判別されたときには、ルーチンはステップ５１に進む。
【００６５】
ステップ５１では、燃焼モード切換過渡期間に入るときのスロットル開度の変化量に基づいて、各気筒５内に吸入される空気量の変化量ΔＧａが算出される。次いで、ステップ５２において、燃焼モード切換過渡期間に入るときの燃料噴射量の変化量ΔＱが算出される。そして、これら変化量ΔＧａおよびΔＱに基づいて、燃料点火タイミングの遅角量ΔＴが算出される。
【００６６】
なお、上述した実施形態は、ステップモータによって駆動されるＳＣバルブを備えた内燃機関に本発明を適用したものであるが、例えば、ＤＣモータ駆動式のＳＣバルブや負圧で作動するダイアフラム式のＳＣバルブを備えた内燃機関にも本発明を適用可能である。また、上述した実施形態は、気筒５内にスワールを形成するためのＳＣバルブを備えた内燃機関に本発明を適用したものであるが、例えば、気筒５内に流入する空気の流れを変更する手段であって応答遅れのある手段を備えた内燃機関にも本発明を適用可能である。
【００６７】
また、ＳＣバルブが全開状態から全閉状態となるまでの期間、あるいは、ＳＣバルブが全閉状態から全開状態となるまでの期間は、ＳＣバルブ毎に決まる略一定の期間であることから、上述した実施形態において、燃焼モード切換過渡期間は、予め求めておいた一定の期間とすればよい。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明を適用した内燃機関の全体図である。
【図２】１つの気筒に通じる吸気ポートおよび排気ポートを示す図である。
【図３】燃焼モードを説明するための図であり、図中、Ｎは機関回転数、Ｌは要求負荷、Ｉは成層リーン燃焼が行われる領域、ＩＩは均質リーン燃焼が行われる領域である。
【図４】燃料噴射量を決定するために用いられるマップを示す図であり、図中、Ｎは機関回転数、Ｌは要求負荷、Ｑは燃料噴射量である。
【図５】燃料点火タイミングを決定するために用いられるマップを示す図であり、図中、Ｎは機関回転数、Ｌは要求負荷、Ｔは燃料点火タイミングである。
【図６】スロットル開度を決定するために用いられるマップを示す図であり、図中、Ｎは機関回転数、Ｌは要求負荷、Ｄｔｈはスロットル開度である。
【図７】ＥＧＲ開度を決定するために用いられるマップを示す図であり、図中、Ｎは機関回転数、Ｌは要求負荷、ＤｅｇｒはＥＧＲ開度である。
【図８】燃焼モードを成層リーン燃焼から均質リーン燃焼に変更するときの制御を説明するためのタイムチャートを示す図である。
【図９】燃焼モードを均質リーン燃焼から成層リーン燃焼に変更するときの制御を説明するためのタイムチャートを示す図である。
【図１０】燃焼モードを制御するフローチャートの一例を示す図である。
【図１１】燃焼モード切換過渡期間を算出するフローチャートの一例を示す図である。
【図１２】燃焼モード切換過渡期間における目標スロットル開度を算出するフローチャートの一例を示す図である。
【図１３】燃焼モード切換過渡期間における燃料点火タイミングの遅角量を算出するフローチャートの一例を示す図である。
【符号の説明】
【００６９】
１…内燃機関の本体
５…燃焼室（気筒）
１０…点火栓
１１…筒内燃料噴射弁
１１ａ…ポート燃料噴射弁
１８…スロットル弁
２０…燃料タンク
２２…キャニスタ
【図１】
2005337166.tif 000003
【図２】
2005337166.tif 000004
【図３】
2005337166.tif 000005
【図４】
2005337166.tif 000006
【図５】
2005337166.tif 000007
【図６】
2005337166.tif 000008
【図７】
2005337166.tif 000009
【図８】
2005337166.tif 000010
【図９】
2005337166.tif 000011
【図１０】
2005337166.tif 000012
【図１１】
2005337166.tif 000013
【図１２】
2005337166.tif 000014
【図１３】
2005337166.tif 000015