(57)【要約】【課題】  成層燃焼モード中および燃焼モードの切換時において、安定した空燃比と燃焼状態を確保することができ、それにより、排気ガス特性およびドライバビリティ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】  成層燃焼モードと均一燃焼モードとに燃焼モードを切り換えて運転される筒内噴射式の内燃機関3の制御装置1であって、内燃機関3の運転状態を検出する運転状態検出手段2,22,25,26,30,31と、内燃機関3の要求トルクを算出する要求トルク算出手段2,22,30と、成層燃焼モードおよび均一燃焼モードのいずれかに決定する燃焼モード決定手段2と、混合気の空燃比をリッチ側に制御する空燃比リッチ化手段2と、燃焼モードが成層燃焼モードのときまたは燃焼モードが切り換えられたときに、空燃比リッチ化手段による空燃比のリッチ側への制御を禁止する空燃比リッチ化禁止手段2と、を備える。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
混合気を成層燃焼させる成層燃焼モードと、均一燃焼させる均一燃焼モードとに燃焼モードを切り換えて運転される筒内噴射式の内燃機関の制御装置であって、
当該内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、
当該検出された内燃機関の運転状態に応じて、前記内燃機関の要求トルクを算出する要求トルク算出手段と、
当該算出された要求トルクに応じて、前記燃焼モードを、前記成層燃焼モードおよび前記均一燃焼モードのいずれかに決定する燃焼モード決定手段と、
前記検出された内燃機関の運転状態が所定の運転状態であるときに、燃料噴射量を増量することにより、混合気の空燃比をリッチ側に制御する空燃比リッチ化手段と、
前記燃焼モードが前記成層燃焼モードのとき、または前記燃焼モードが切り換えられたときに、前記空燃比リッチ化手段による空燃比のリッチ側への制御を禁止する空燃比リッチ化禁止手段と、
を備えることを特徴とする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、混合気を成層燃焼させる成層燃焼モードと、均一燃焼させる均一燃焼モードとに燃焼モードを切り換えて運転される筒内噴射式の内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の内燃機関の制御装置として、例えば特許文献１に開示されたものが知られている。この内燃機関は、吸気ポートに燃料を噴射するポート噴射式のものである。この制御装置では、内燃機関の回転数や吸入空気量などに応じて燃料噴射量を算出するとともに、高負荷時などには、スロットル弁を全開状態にするとともに、燃料噴射量を増量することによって、混合気の空燃比をリッチ側に制御する全開運転が行われる。また、この全開運転時には、燃料噴射の終了時期を、吸気行程開始後の所定の時期に設定し、通常の運転時よりも遅角側に制御することによって、黒煙の発生を抑制するようにしている。
【０００３】
しかし、この従来の内燃機関の制御装置を、上述したような燃焼モードを成層燃焼モードと均一燃焼モードに切り換えて運転される筒内噴射式の内燃機関に適用した場合には、次のような問題がある。すなわち、このような内燃機関では一般に、成層燃焼モードのときには、スロットル弁を全開にし、吸入空気量が非常に大きく、極リーンな空燃比で燃焼が行われる。このため、成層燃焼モード中に、燃料噴射量を増量し、空燃比をリッチ側に制御すると、燃焼状態が不安定になりやすく、その結果、ドライバビリティが低下するとともに、黒煙の発生を確実に防止できず、排気ガス特性の低下を招いてしまう。
【０００４】
また、均一燃焼モードでは一般に、成層燃焼モードよりも吸入空気量が小さく、よりリッチな空燃比で燃焼が行われる。このため、燃焼モードが切り換えられたときには、吸入空気量が、即座には変化せず、応答遅れを伴うことで、不安定な状態にある。このため、このような状態において上述したようなリッチ化制御を行うと、空燃比や燃焼状態が不安定になり、やはり、ドライバビリティの低下と、黒煙の発生などの排気ガス特性の低下を招いてしまう。
【０００５】
本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、成層燃焼モード中および燃焼モードの切換時において、安定した空燃比と燃焼状態を確保することができ、それにより、排気ガス特性およびドライバビリティ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。  
【０００６】
【特許文献１】特許第２９２９７８１号公報
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この目的を達成するために、請求項１に係る発明は、混合気を成層燃焼させる成層燃焼モードと、均一燃焼させる均一燃焼モードとに燃焼モードを切り換えて運転される筒内噴射式の内燃機関３の制御装置１であって、内燃機関３の運転状態を検出する運転状態検出手段（実施形態における（以下、本項において同じ）ＥＣＵ２、クランク角センサ２２、スロットル弁開度センサ２５、吸気管内絶対圧センサ２６、アクセル開度センサ３０、触媒温度センサ３１）と、検出された内燃機関３の運転状態に応じて、内燃機関３の要求トルクＰＭＥＣＭＤを算出する要求トルク算出手段（ＥＣＵ２、クランク角センサ２２、アクセル開度センサ３０、図２のステップ１）と、算出された要求トルクＰＭＥＣＭＤに応じて、燃焼モードを、成層燃焼モードおよび均一燃焼モードのいずれかに決定する燃焼モード決定手段（ＥＣＵ２、図２のステップ２）と、検出された内燃機関３の運転状態が所定の運転状態であるときに、燃料噴射量を増量することにより、混合気の空燃比をリッチ側に制御する空燃比リッチ化手段（ＥＣＵ２、図４のステップ６，７，８，１０）と、燃焼モードが成層燃焼モードのとき、または燃焼モードが切り換えられたときに、空燃比リッチ化手段による空燃比のリッチ側への制御を禁止する空燃比リッチ化禁止手段（ＥＣＵ２、図４のステップ６，７，８，９）と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
この構成によれば、運転状態検出手段によって、内燃機関の運転状態が検出され、この運転状態に応じて、要求トルク算出手段によって内燃機関の要求トルクが算出されるとともに、この要求トルクに応じ、燃焼モード決定手段によって燃焼モードが、成層燃焼モードおよび均一燃焼モードのいずれかに決定される。また、内燃機関が所定の運転状態で運転されているときには、空燃比リッチ化手段によって燃料噴射量を増量することにより、混合気の空燃比をリッチ側に制御する。
【０００９】
さらに、本発明によれば、燃焼モードが成層燃焼モードのとき、または燃焼モードが切り換えられたときには、空燃比リッチ化手段による空燃比のリッチ側への制御を禁止する。前述したように、成層燃焼モードでは、吸入空気量が非常に大きく、極リーンな空燃比で燃焼が行われる。したがって、成層燃焼モード中には、内燃機関が所定の運転状態で運転されていても、混合気の空燃比のリッチ側への制御を禁止することによって、安定した燃焼状態を確保できる。その結果、ドライバビリティを向上させることができるとともに、空燃比のリッチ化による黒煙の発生を確実に防止でき、排気ガス特性を向上させることができる。また、均一燃焼モードでは、成層燃焼モードよりも吸入空気量が小さく、よりリッチな空燃比で燃焼が行われる。このため、燃焼モードが切り換えられたときには、吸入空気量が、即座には変化せず、応答遅れを伴うことで、不安定な状態にある。したがって、燃焼モードが切り換えられたときにも、空燃比のリッチ側への制御を禁止することによって、安定した燃焼状態を確保できる。その結果、ドライバビリティを向上させることができる。また、空燃比のリッチ化による黒煙の発生を確実に防止することができ、排気ガス特性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態による制御装置を適用した内燃機関の構成を示す図である。
【図２】燃焼モードの決定処理を示すフローチャートである。
【図３】図２の処理で用いられるマップの一例を示す図である。
【図４】空燃比リッチ化判定処理のメインフローを示すフローチャートである。
【図５】ＴＨリッチ化判定処理を示すフローチャートである。
【図６】図５の処理で用いられるしきい値用のテーブルの一例である。
【図７】ＰＢリッチ化判定処理を示すフローチャートである。
【図８】図７の処理で用いられる均一燃焼モード用のテーブルの一例である。
【図９】図７の処理で用いられる成層燃焼モード用のテーブルの一例である。
【図１０】ＣＡＴリッチ化判定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】
【００１１】
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。図１に示すように、制御装置１はＥＣＵ２を備えており、このＥＣＵ２は、後述するように、内燃機関（以下「エンジン」という）３の燃料噴射制御処理などを行う。
【００１２】
エンジン３は、図示しない車両に搭載された直列４気筒（１つのみ図示）タイプのＤＯＨＣガソリンエンジンであり、各気筒のピストン３ａとシリンダヘッド３ｂとの間に燃焼室３ｃが形成されている。ピストン３ａの上面の中央部には、凹部３ｄが形成されている。また、シリンダヘッド３ｂには、吸気管１２および排気管１４がそれぞれ接続されるとともに、燃焼室３ｃに臨むように燃料噴射弁（以下「インジェクタ」という）４および点火プラグ５が取り付けられており、燃料は燃焼室３ｃ内に直接噴射される。すなわちエンジン３は、筒内噴射式のものである。
【００１３】
インジェクタ４は、燃焼室３ｃの天壁中央部に配置されており、燃料パイプ４ｂを介して高圧ポンプ４ａに接続されている。燃料は、図示しない燃料タンクからこの高圧ポンプ４ａで高圧に昇圧された後、レギュレータ（図示せず）で調圧された状態でインジェクタ４に供給されるとともに、インジェクタ４を介して、ピストン３ａの凹部３ｄ側に向かって噴射される。これにより、燃料は、凹部３ｄを含むピストン３ａの上面に衝突して燃料噴流を形成する。特に、後述する成層燃焼のときには、インジェクタ４が噴射した燃料の大部分は、凹部３ｄに衝突して燃料噴流を形成する。
【００１４】
また、インジェクタ４は、ＥＣＵ２に接続されており、後述するように、ＥＣＵ２からの駆動信号により、その開弁時間である燃料噴射時間および燃料噴射時期（開弁タイミングおよび閉弁タイミング）が制御される。なお、このインジェクタ４の燃料噴射時間は、気筒内に噴射される燃料量すなわち燃料噴射量に相当するので、以下、インジェクタ４の燃料噴射時間を燃料噴射量という。
【００１５】
また、上記点火プラグ５もＥＣＵ２に接続されており、ＥＣＵ２から点火時期に応じたタイミングで高電圧が加えられることにより放電し、それにより燃焼室３ｃ内の混合気を燃焼させる。
【００１６】
エンジン３の吸気管１２および排気管１４には、吸気弁８および排気弁９がそれぞれ設けられている。吸気弁８および排気弁９は、それぞれ電磁弁（図示せず）によって駆動される。各電磁弁は、２つの電磁石（図示せず）を備えており、ＥＣＵ２からの駆動信号により、これらの電磁石の励磁・非励磁のタイミングを制御することによって、吸気弁８および排気弁９が開閉駆動されるとともに、これらの開閉タイミングが自在に制御される。
【００１７】
また、エンジン３のクランクシャフト３ｅには、マグネットロータ２２ａが取り付けられている。このマグネットロータ２２ａは、ＭＲＥピックアップ２２ｂとともに、クランク角センサ２２を構成している。クランク角センサ２２（運転状態検出手段、要求トルク算出手段）は、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信号を出力する。
【００１８】
ＣＲＫ信号は、所定のクランク角（例えば３０゜）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の機関回転数（負荷を表すパラメータ。以下「エンジン回転数」という）ＮＥを求める。ＴＤＣ信号は、各気筒のピストン３ａが吸気行程開始時のＴＤＣ（上死点）付近の所定クランク角度位置にあることを表す信号であり、４気筒タイプの本例では、クランク角１８０゜ごとに１パルスが出力される。
【００１９】
また、エンジン３の本体には、水温センサ２３が取り付けられている。水温センサ２３は、エンジン３の本体内を循環する冷却水の温度であるエンジン水温ＴＷを検出して、その検出信号をＥＣＵ２に出力する。
【００２０】
また、エンジン３の吸気管１２には、上流側から順に、エアフローセンサ２４、スロットル弁機構１３、スロットル弁開度センサ２５および吸気管内絶対圧センサ２６などが設けられている。このエアフローセンサ２４は、エンジン３の燃焼室３ｃに供給される吸入空気量ＧＴＨを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。
【００２１】
また、スロットル弁機構１３は、スロットル弁１３ａおよびこれを開閉駆動するアクチュエータ１３ｂなどを備えている。スロットル弁１３ａは、吸気管１２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入空気量ＧＴＨを変化させる。アクチュエータ１３ｂは、ＥＣＵ２に接続されたモータにギヤ機構（いずれも図示せず）を組み合わせたものであり、ＥＣＵ２からの制御入力によって駆動されることにより、スロットル弁１３ａの開度（以下「スロットル弁開度」という）ＴＨを変化させる。
【００２２】
さらに、スロットル弁開度センサ２５（運転状態検出手段）は、スロットル弁開度ＴＨを検出して、その検出信号をＥＣＵ２に出力する。一方、吸気管内絶対圧センサ２６（運転状態検出手段）は、吸気管１２内の絶対圧である吸気管内絶対圧ＰＢＡを検出して、その検出信号をＥＣＵ２に出力する。さらに、吸気管１２には、吸気温センサ２７が設けられている。吸気温センサ２７は、吸気管１２内の吸気温ＴＡを検出して、その検出信号をＥＣＵ２に出力する。
【００２３】
また、吸気管１２のスロットル弁機構１３よりも下流側と、排気管１４の触媒装置１７よりも上流側との間には、ＥＧＲ管１５が接続されている。このＥＧＲ管１５は、エンジン３の排気ガスを吸気側に再循環し、前記燃焼室３ｃ内の燃焼温度を下げることによって排気ガス中のＮＯｘを低減させるＥＧＲ動作を実行する。
【００２４】
ＥＧＲ管１５には、ＥＧＲ制御弁１６が取り付けられている。ＥＧＲ制御弁１６は、リニア電磁弁であり、ＥＣＵ２からの駆動信号に応じてそのバルブリフト量がリニアに変化し、これによってＥＧＲ管１５を開閉する。ＥＣＵ２は、エンジン３の運転状態に応じてＥＧＲ制御弁１６のバルブリフト量を制御することにより、ＥＧＲ量を制御する。
【００２５】
また、排気管１４には、触媒装置１７が設けられている。この触媒装置１７は、ＮＯｘ触媒と３元触媒を組み合わせたものであり、このＮＯｘ触媒は、図示しないが、イリジウム触媒（イリジウムを担持した炭化ケイ素ウイスカ粉末とシリカの焼成体）をハニカム構造の基材の表面に被覆し、その上にペロブスカイト型複酸化物（ＬａＣｏＯ3粉末とシリカの焼成体）をさらに被覆したものである。触媒装置１７は、ＮＯｘ触媒による還元作用により、後述する成層燃焼モードでの運転時およびリーンバーン運転時の排気ガス中のＮＯｘを浄化するとともに、３元触媒の酸化還元作用により、リーンバーン運転以外の運転時の排気ガス中のＣＯ、ＨＣおよびＮＯｘを浄化する。
【００２６】
さらに、排気管１４の触媒装置１７よりも上流側および下流側にはそれぞれ、ＬＡＦセンサ２８および酸素濃度センサ（図示せず）が設けられている。ＬＡＦセンサ２８は、理論空燃比よりもリッチなリッチ領域から極リーン領域までの広範囲な空燃比Ａ／Ｆの領域において、排気ガス中の酸素濃度をリニアに検出し、それを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。ＥＣＵ２は、このＬＡＦセンサ２８の検出信号に基づき、排気ガス中の空燃比を表す検出空燃比ＫＡＣＴを算出する。なお、この検出空燃比ＫＡＣＴは、具体的には当量比として算出される。また、Ｏ２センサは、排気ガス中の酸素濃度を表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。
【００２７】
ＥＣＵ２には、大気圧センサ２９、アクセル開度センサ３０および触媒温度センサ３１が接続されている。大気圧センサ２９は、大気圧ＰＡを検出して、その検出信号をＥＣＵ２に出力する。また、アクセル開度センサ３０（運転状態検出手段、要求トルク算出手段）は、図示しないアクセルペダルの操作量であるアクセル開度ＡＰを検出して、その検出信号をＥＣＵ２に出力する。触媒温度センサ３１（運転状態検出手段）は、触媒装置１７の温度（触媒温度）ＴＣＴを検出して、その検出信号をＥＣＵ２に出力する。
【００２８】
ＥＣＵ２は、本実施形態において、運転状態検出手段、要求トルク算出手段、燃焼モード決定手段、空燃比リッチ化手段および空燃比リッチ化禁止手段を構成するものであり、ＣＰＵ２ａ、ＲＡＭ２ｂおよびＲＯＭ２ｃなどからなるマイクロコンピュータで構成されている。ＥＣＵ２は、前述した各種のセンサ２４〜３１の検出信号に応じ、ＲＯＭ２ｃ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を実行する。
【００２９】
具体的には、上記各種の検出信号からエンジン３の運転状態を判別し、その判別結果に基づいて、エンジン３の燃焼モードを、アイドル運転時などの極低負荷運転時には成層燃焼モードに、極低負荷運転時以外の運転時には均一燃焼モードに、それぞれ決定するとともに、両燃焼モード間の切り換えの際に２回噴射燃焼モードを実行する。また、エンジン３の運転状態が所定の運転状態であるときに、インジェクタ４の燃料噴射量を増量することにより、混合気の空燃比をリッチ側に制御する（以下「空燃比リッチ化制御」という）とともに、燃焼モードに応じて、この空燃比リッチ化制御を禁止するなどの制御を実行する。
【００３０】
この成層燃焼モードでは、燃料をインジェクタ４から圧縮行程中に燃焼室３ｃ内に噴射し、噴射燃料の大部分を凹部３ｄ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、吸気管１２からの流入空気の流動とによって混合気が生成されるとともに、ピストン３ａが圧縮行程の上死点に近い位置にあることで、混合気を点火プラグ５の付近に偏在させながら、理論空燃比よりも極リーンな空燃比Ａ／Ｆ（例えば２７〜６０）で燃焼させる。
【００３１】
また、均一燃焼モードでは、燃料を吸気行程中に燃焼室３ｃ内に噴射し、燃料噴流と空気の流動とによって生成した混合気を燃焼室３ｃ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Ａ／Ｆ（例えば１２〜２２）で、均一燃焼が行われる。
【００３２】
さらに、２回噴射燃焼モードでは、１サイクル中に燃料を間隔をあけて２回噴射し、成層燃焼モードよりもリッチな空燃比Ａ／Ｆ（例えば１２〜２２）で、燃焼が行われる。この場合の２回の燃料噴射は、吸気行程中と圧縮行程中に実行される。
【００３３】
図２は、上記の燃焼モードの決定処理を示すフローチャートである。本処理は、ＴＤＣ信号の発生に同期して実行される。同図に示すように、まず、ステップ１（「Ｓ１」と図示。以下同様）において、エンジン３の要求トルクＰＭＥＣＭＤを、エンジン回転数ＮＥおよびアクセル開度ＡＰに応じて算出する。
【００３４】
次いで、ステップ２では、前記ステップ１で算出した要求トルクＰＭＥＣＭＤおよびエンジン回転数ＮＥに応じて、図３に示すマップを検索することによって、燃焼モードを決定するとともに、それを表す燃焼モードモニタＳＴ＿ＥＭＯＤを設定する。
【００３５】
このマップに示すように、要求トルクＰＭＥＣＭＤおよびエンジン回転数ＮＥがともに低い成層燃焼域では、燃焼モードが成層燃焼モードに決定され、燃焼モードモニタＳＴ＿ＥＭＯＤは「２」に設定される。また、要求トルクＰＭＥＣＭＤおよびエンジン回転数ＮＥが成層燃焼域よりも高い、均一燃焼域のうちのリーン燃焼域では、燃焼モードがリーン燃焼モードに決定され、燃焼モードモニタＳＴ＿ＥＭＯＤは「１」に設定される。さらに、要求トルクＰＭＥＣＭＤおよびエンジン回転数ＮＥがリーン燃焼域よりもさらに高い、均一燃焼域のうちのストイキ燃焼域では、燃焼モードがストイキ燃焼モードに決定され、燃焼モードモニタＳＴ＿ＥＭＯＤは「０」に設定される。
【００３６】
図４は、空燃比リッチ化制御の実行条件が成立しているか否かを判定する空燃比リッチ化判定処理を示すフローチャートである。本処理は、ＴＤＣ信号の発生に同期して実行される。なお、この空燃比リッチ化制御には、スロットル弁開度ＴＨに基づくリッチ化（以下「ＴＨリッチ化」という）、吸気管内絶対圧ＰＢＡに基づくリッチ化（以下「ＰＢリッチ化」という）、および触媒温度ＴＣＴに基づくリッチ化（以下「ＣＡＴリッチ化」という）がある。まず、ステップ３では、ＴＨリッチ化の条件が成立しているか否かを判定し、その結果に応じてＴＨリッチ化フラグＦ＿ＴＨＷＯＴを設定する。図５は、その設定処理のサブルーチンを示している。まず、ステップ２１において、図２の前記ステップ２で設定した燃焼モードモニタＳＴ＿ＥＭＯＤが「２」であるか否かを判別する。この判別結果がＹＥＳで、燃焼モードが成層燃焼モードのときには、ＴＨリッチ化の条件が成立していないとして、ステップ２９に進み、ＴＨリッチ化フラグＦ＿ＴＨＷＯＴを「０」に設定し、本処理を終了する。
【００３７】
一方、前記ステップ２１の判別結果がＮＯで、燃焼モードが成層燃焼モードでないときには、ステップ２２に進み、リミット実行フラグＦ＿ＴＣＹＬＬＭＴが「１」であるか否かを判別する。このリミット実行フラグＦ＿ＴＣＹＬＬＭＴは、燃焼モードが成層燃焼モードと均一燃焼モードの相互間で切り換えられたときに、吸入空気量ＧＴＨが安定していない状態にあることにより、燃焼状態が不安定になるのを防止するために燃料噴射量を制限するリミット処理を実行しているときに「１」に設定されるものである。
【００３８】
このステップ２２の判別結果がＹＥＳで、燃焼モードの切換時におけるリミット処理の実行中であるときには、ＴＨリッチ化の条件が成立していないとして、前記ステップ２９に進み、本処理を終了する。
【００３９】
一方、前記ステップ２２の判別結果がＮＯで、燃焼モードの切換時のリミット処理が実行されていないときには、ステップ２３に進み、ＴＨリッチ化フラグＦ＿ＴＨＷＯＴが「１」であるか否かを判別する。
【００４０】
この判別結果がＮＯで、ＴＨリッチ化フラグＦ＿ＴＨＷＯＴ＝０のとき、すなわちＴＨリッチ化の条件が成立していないときには、エンジン回転数ＮＥに応じ、図６に示すテーブルを検索することによって、実線で示す高開度側の第１しきい値ＴＨＷＯＴＨを求め（ステップ２６）、しきい値ＴＨＷＯＴとして設定する（ステップ２７）。
【００４１】
このテーブルでは、第１しきい値ＴＨＷＯＴＨは、エンジン回転数ＮＥが成層燃焼の上限回転数ＮＥＪＵＤＴＨ（例えば２６００ｒｐｍ）よりも低いときには、成層燃焼モード中にとり得るスロットル弁開度ＴＨの最大値よりも大きな値に設定され、このため、エンジン回転数ＮＥが高いほど、より大きな値に設定される。また、エンジン回転数ＮＥが成層燃焼の上限回転数ＮＥＪＵＤＴＨ以上のときには、エンジン回転数ＮＥが高いほど、より小さな値に設定されている。なお、第１しきい値ＴＨＷＯＴＨは、エンジン回転数ＮＥの６つの格子点に対して設定されており、格子点間では、補間計算によって求められる。このことは、後述する他のテーブルにおいても同様である。
【００４２】
図５に戻り、前記ステップ２３の判別結果がＹＥＳで、ＴＨリッチ化フラグＦ＿ＴＨＷＯＴ＝１のとき、すなわちＴＨリッチ化の条件がすでに成立しているときには、エンジン回転数ＮＥに応じ、図６に示すテーブルを検索することによって、破線で示す低開度側の第２しきい値ＴＨＷＯＴＬを求め（ステップ２４）、しきい値ＴＨＷＯＴとして設定する（ステップ２５）。このテーブルでは、第２しきい値ＴＨＷＯＴＬは、エンジン回転数ＮＥの全域において第１しきい値ＴＨＷＯＴＨよりも、ヒステリシス分の所定値（例えば５°）だけ小さな値に設定されている。
【００４３】
図５に戻り、ステップ２８では、スロットル弁開度ＴＨが、前記ステップ２５または２７で設定されたしきい値ＴＨＷＯＴよりも大きいか否かを判別する。この判別結果がＮＯで、ＴＨ≦ＴＨＷＯＴのときには、ＴＨリッチ化の条件が成立していないとして、前記ステップ２９に進み、本処理を終了する。一方、この判別結果がＹＥＳで、ＴＨ＞ＴＨＷＯＴのときには、ＴＨリッチ化の条件が成立しているとして、ＴＨリッチ化フラグＦ＿ＴＨＷＯＴを「１」に設定し（ステップ３０）、本処理を終了する。
【００４４】
以上のように、スロットル弁開度ＴＨがしきい値ＴＨＷＯＴよりも大きいときに、ＴＨリッチ化の条件が成立していると判定され、ＴＨリッチ化フラグＦ＿ＴＨＷＯＴが「１」に設定されるとともに、スロットル弁開度ＴＨがしきい値ＴＨＷＯＴ以下のときに、ＴＨリッチ化の条件が成立していないと判定され、ＴＨリッチ化フラグＦ＿ＴＨＷＯＴが「０」に設定される。また、しきい値ＴＨＷＯＴとして、高開度側および低開度側の第１および第２しきい値ＴＨＷＯＴＨ／Ｌによりヒステリシスが設けられているので、スロットル弁開度ＴＨが、第１しきい値ＴＨＷＯＴＨを一旦、上回った後には、第２しきい値ＴＨＷＯＴＬを下回らない限り、Ｆ＿ＴＨＷＯＴ＝１に保持される。逆に、スロットル弁開度ＴＨが、第２しきい値ＴＨＷＯＴＬを一旦、下回ったときには、第１しきい値ＴＨＷＯＴＨを超えない限り、Ｆ＿ＴＨＷＯＴ＝０に保持される。このように、第１および第２しきい値ＴＨＷＯＴＨ／Ｌの間にヒステリシスが設けられているので、ＴＨリッチ化フラグＦ＿ＴＨＷＯＴのハンチング、およびそれに応じた空燃比リッチ化制御のハンチングを防止することができる。
【００４５】
図４に戻り、前記ステップ３に続くステップ４では、ＰＢリッチ化の条件が成立しているか否かを判定し、その結果に応じて、ＰＢリッチ化フラグＦ＿ＰＢＷＯＴを設定する。図７は、そのサブルーチンを示している。まず、ステップ４０において、リミット実行フラグＦ＿ＴＣＹＬＬＭＴが「１」であるか否かを判別する。この判別結果がＹＥＳで、燃焼モードの切換時におけるリミット処理の実行中であるときには、ＰＢリッチ化の条件が成立していないとして、ステップ５０に進み、ＰＢリッチ化フラグＦ＿ＰＢＷＯＴを「０」に設定し、本処理を終了する。一方、この判別結果がＮＯで、燃焼モードの切換時のリミット処理が実行されていないときには、ステップ４１に進み、燃焼モードモニタＳＴ＿ＥＭＯＤが「２」であるか否かを判別する。この判別結果がＮＯで、燃焼モードが均一燃焼モードのときには、エンジン回転数ＮＥに応じ、図８に示す均一燃焼モード用のテーブルを検索することによって、実線で示すテーブル値ＰＢＷＯＴを求め（ステップ４２）、ＰＢリッチ化の判定用の基準値ＰＢＷＯＴＸとして設定する（ステップ４３）。
【００４６】
このテーブルでは、テーブル値ＰＢＷＯＴは、エンジン回転数ＮＥが、所定回転数ＮＥＪＵＤＰＢ（例えば２６００ｒｐｍ）よりも低いときには、エンジン回転数ＮＥが高いほど、より大きな値に設定されている。また、所定回転数ＮＥＪＵＤＰＢ以上のときには、エンジン回転数ＮＥが高いほど、より小さな値に設定されている。これは、エンジン回転数ＮＥが高いときには、触媒装置１７が過熱しやすいので、その温度上昇を抑制するために、空燃比リッチ化制御を行いやすくするためである。
【００４７】
図７に戻り、前記ステップ４１の判別結果がＹＥＳで、燃焼モードが成層燃焼モードのときには、エンジン回転数ＮＥに応じ、図９に示す成層燃焼モード用のテーブルを検索することによって、実線で示すテーブル値ＰＢＷＯＴＤＳを求め（ステップ４４）、基準値ＰＢＷＯＴＸとして設定する（ステップ４５）。
【００４８】
このテーブルでは、テーブル値ＰＢＷＯＴＤＳは、エンジン回転数ＮＥが、第１所定回転数ＮＥＪＵＤＰＢ１（例えば２４００ｒｐｍ）よりも低いときには、大気圧にほぼ等しい一定の最大値ＰＢＷＯＴＤＳＭＡＸ（例えば７６０ｍｍＨｇ）に設定されている。これは、成層燃焼モードのときにＰＢリッチ化の条件が成立しないようにするためである。また、エンジン回転数ＮＥが、第１所定回転数ＮＥＪＵＤＰＢ１よりも高いときには、エンジン回転数ＮＥが高いほど、より小さな値に設定されている。なお、エンジン回転数ＮＥが第２所定回転数ＮＥＪＵＤＰＢ２（例えば２６００ｒｐｍ）以上の領域では、成層燃焼モードが行われないため、テーブル値ＰＢＷＯＴＤＳは、実際には用いられないが、便宜上、均一燃焼モード用のテーブル値ＰＢＷＯＴと同じ値に設定されている。
【００４９】
図７に戻り、ステップ４６では、前記ステップ４３または４５で求めた基準値ＰＢＷＯＴＸから大気圧補正項ＤＰＢＷＴＰＡＸを減算した値（ＰＢＷＯＴＸ−ＤＰＢＷＴＰＡＸ）を、高負荷側の第１しきい値ＰＢＷＯＴＨとして設定する。これにより、図８および図９に破線で示すように、第１しきい値ＰＢＷＯＴＨは、基準値ＰＢＷＯＴＸよりも大気圧補正項ＤＰＢＷＴＰＡＸの分だけ小さな値に設定される。なお、大気圧補正項ＤＰＢＷＴＰＡＸは、大気圧ＰＡに応じて、テーブル（図示せず）を検索することによって求められる。
【００５０】
ステップ４７では、前記ステップ４６で算出した第１しきい値ＰＢＷＯＴＨからヒステリシス分の所定値ＤＰＢＷＯＴＬ（例えば５０ｍｍＨｇ）を減算した値（ＰＢＷＯＴＨ−ＤＰＢＷＯＴＬ）を、低負荷側の第２しきい値ＰＢＷＯＴＬとして設定する（図８，９の一点鎖線）。
【００５１】
次に、ＰＢリッチ化フラグＦ＿ＰＢＷＯＴが「１」であるか否かを判別する（ステップ４８）。この判別結果がＮＯのとき、すなわちＰＢリッチ化の条件が成立していないときには、ステップ４９に進み、吸気管内絶対圧ＰＢＡが、第１しきい値ＰＢＷＯＴＨよりも大きいか否かを判別する。この判別結果がＮＯで、ＰＢＡ≦ＰＢＷＯＴＨのときには、ＰＢリッチ化の条件が成立していないとして、ＰＢリッチ化フラグＦ＿ＰＢＷＯＴを「０」に保持し（ステップ５０）、本処理を終了する。
【００５２】
一方、この判別結果がＹＥＳで、ＰＢＡ＞ＰＢＷＯＴＨのときには、ＰＢリッチ化の条件が成立したとして、ＰＢリッチ化フラグＦ＿ＰＢＷＯＴを「１」に設定し（ステップ５１）、本処理を終了する。
【００５３】
また、前記ステップ４８の判別結果がＹＥＳで、Ｆ＿ＰＢＷＯＴ＝１のとき、すなわちＰＢリッチ化の条件がすでに成立しているときには、吸気管内絶対圧ＰＢＡが第２しきい値ＰＢＷＯＴＬよりも大きいか否かを判別する。この判別結果がＹＥＳで、ＰＢＡ＞ＰＢＷＯＴＬのときには、ＰＢリッチ化の条件が成立しているとして、ＰＢリッチ化フラグＦ＿ＰＢＷＯＴを「１」に保持し（ステップ５４）、本処理を終了する。
【００５４】
一方、この判別結果がＮＯで、ＰＢＡ≦ＰＢＷＯＴＬのときには、ＰＢリッチ化の条件が不成立になったとして、ＰＢリッチ化フラグＦ＿ＰＢＷＯＴを「０」に設定し（ステップ５３）、本処理を終了する。  
【００５５】
以上のように、吸気管内絶対圧ＰＢＡが、高負荷側の第１しきい値ＰＢＷＯＴＨよりも大きいときにＰＢリッチ化の条件が成立していると判定され、ＰＢリッチ化フラグＦ＿ＰＢＷＯＴが「１」に設定されるとともに、低負荷側の第２しきい値ＰＢＷＯＴＬ以下のときにＰＢリッチ化の条件が成立していないと判定され、ＰＢリッチ化フラグＦ＿ＰＢＷＯＴが「０」に設定される。また、第１および第２しきい値ＰＢＷＯＴＨ／Ｌの間にヒステリシスが設けられているので、ＰＢリッチ化フラグＦ＿ＰＢＷＯＴのハンチング、およびそれに応じた空燃比リッチ化制御のハンチングを防止することができる。
【００５６】
また、前述したように、燃焼モードが成層燃焼モードのときには、基準値ＰＢＷＯＴＸが大気圧にほぼ等しい最大値ＰＢＷＯＴＤＳＭＡＸに設定されるので、吸気管内絶対圧ＰＢＡ＜第１しきい値ＰＢＷＯＴＨの関係が常に成立する。このため、成層燃焼モードのときには、ステップ４９の判別結果が必ずＮＯとなることで、ＰＢリッチ化の条件が常に不成立となり、ＰＢリッチ化フラグＦ＿ＰＢＷＯＴが「０」に保持される。
【００５７】
図４に戻り、前記ステップ４に続くステップ５では、ＣＡＴリッチ化の条件が成立しているか否かを判定し、その結果に応じてＣＡＴリッチ化フラグＦ＿ＣＡＴＷＯＴを設定する。図１０は、その設定処理のサブルーチンを示している。まず、ステップ６０において、リミット実行フラグＦ＿ＴＣＹＬＬＭＴが「１」であるか否かを判別する。この判別結果がＹＥＳで、燃焼モードの切換時におけるリミット処理の実行中であるときには、ＣＡＴリッチ化の条件が成立していないとして、ステップ６９に進み、ＣＡＴリッチ化フラグＦ＿ＣＡＴＷＯＴを「０」に設定し、本処理を終了する。一方、この判別結果がＮＯで、燃焼モードの切換時のリミット処理が実行されていないときには、ステップ６１に進み、ＣＡＴリッチ化フラグＦ＿ＣＡＴＷＯＴが「１」であるか否かを判別する。この判別結果がＮＯのとき、すなわちＣＡＴリッチ化の条件が成立していないときには、ステップ６２に進み、図７のステップ４６で算出した高負荷側の第１しきい値ＰＢＷＯＴＨをしきい値ＰＢＷＯＴＸＸとして設定する。次に、触媒温度ＴＣＴの判定用のしきい値ＴＣＴＸを、所定の高温度側の第１しきい値（例えば８８０℃）ＴＣＴＨＨに設定する（ステップ６３）。
【００５８】
一方、前記ステップ６１の判別結果がＹＥＳで、Ｆ＿ＣＡＴＷＯＴ＝１のとき、すなわちＣＡＴリッチ化の条件がすでに成立しているときには、ステップ６４に進み、図７のステップ４７で算出した低負荷側の第２しきい値ＰＢＷＯＴＬをしきい値ＰＢＷＯＴＸＸとして設定する。次に、しきい値ＴＣＴＸを所定の低温度側の第２しきい値（例えば８２０℃）ＴＣＴＨＬに設定する（ステップ６５）。
【００５９】
ステップ６６では、吸気管内絶対圧ＰＢＡが、前記ステップ６２または６４で設定されたしきい値ＰＢＷＯＴＸＸよりも大きいか否かを判別する。この判別結果がＹＥＳで、ＰＢＡ＞ＰＢＷＯＴＸＸのときには、ステップ６７に進み、触媒温度ＴＣＴが、前記ステップ６３または６５で設定されたしきい値ＴＣＴＸよりも大きいか否かを判別する。この判別結果がＹＥＳで、ＴＣＴ＞ＴＣＴＸのときには、ＣＡＴリッチ化の条件が成立しているとして、ＣＡＴリッチ化フラグＦ＿ＣＡＴＷＯＴを「１」に設定し（ステップ６８）、本処理を終了する。
【００６０】
前記ステップ６６の判別結果がＮＯで、ＰＢＡ≦ＰＢＷＯＴＸＸのとき、または前記ステップ６７の判別結果がＮＯで、ＴＣＴ≦ＴＣＴＸのときには、ＣＡＴリッチ化の条件が成立していないとして、ステップ６９に進み、本処理を終了する。
【００６１】
以上のように、吸気管内絶対圧ＰＢＡがしきい値ＰＢＷＯＴＸＸよりも大きく、かつ触媒温度ＴＣＴがしきい値ＴＣＴＸよりも大きいときに、ＣＡＴリッチ化の条件が成立していると判定され、ＣＡＴリッチ化フラグＦ＿ＣＡＴＷＯＴが「１」に設定される。また、吸気管内絶対圧ＰＢＡがしきい値ＰＢＷＯＴＸＸ以下、または触媒温度ＴＣＴがしきい値ＴＣＴＸ以下のときに、ＣＡＴリッチ化の条件が成立していないと判定され、ＣＡＴリッチ化フラグＦ＿ＣＡＴＷＯＴが「０」に設定される。さらに、第１および第２しきい値ＰＢＷＯＴＨ／Ｌの間、および第１および第２しきい値ＴＣＴＨＨ／Ｌの間に、それぞれヒステリシスが設けられているので、ＣＡＴリッチ化フラグＦ＿ＣＡＴＷＯＴのハンチング、およびそれに応じた空燃比リッチ化制御のハンチングを防止することができる。
【００６２】
また、燃焼モードが成層燃焼モードのときには、前述したように、しきい値ＰＢＷＯＴＸＸが最大値ＰＢＷＯＴＤＳＭＡＸに設定されるので、吸気管内絶対圧ＰＢＡ＜しきい値ＰＢＷＯＴＸＸの関係が常に成立する。このため、成層燃焼モードのときには、ステップ６６の判別結果が必ずＮＯとなることで、ＣＡＴリッチ化の条件が常に不成立となり、ＣＡＴリッチ化フラグＦ＿ＣＡＴＷＯＴが「０」に保持される。  
【００６３】
図４に戻り、前記ステップ５に続くステップ６〜８では、前記ステップ３〜５で設定したＴＨリッチ化フラグＦ＿ＴＨＷＯＴ、ＰＢリッチ化フラグＦ＿ＰＢＷＯＴ、およびＣＡＴリッチ化フラグＦ＿ＣＡＴＷＯＴが、それぞれ「１」であるか否かを判別する。これらの判別結果のいずれかがＹＥＳのとき、すなわちＴＨリッチ化の条件、ＰＢリッチ化の条件、およびＣＡＴリッチ化の条件のいずれかが成立しているときには、空燃比リッチ化制御の実行条件が成立しているとして空燃比リッチ化フラグＦ＿ＷＯＴを「１」に設定し（ステップ１０）、本処理を終了する。
【００６４】
一方、前記ステップ６〜８の判別結果がいずれもＮＯのとき、すなわちＴＨリッチ化、ＰＢリッチ化およびＣＡＴリッチ化の条件がいずれも成立していないときには、空燃比リッチ化制御の実行条件が成立していないとして、空燃比リッチ化フラグＦ＿ＷＯＴを「０」に設定し（ステップ９）、本処理を終了する。  
【００６５】
以上のように、本実施形態によれば、燃焼モードが成層燃焼モードのときには、ＴＨリッチ化の条件が常に不成立となる（ステップ２１，２９）。また、成層燃焼モードのときには、ＰＢリッチ化の判定用の基準値ＰＢＷＯＴＸを、大気圧にほぼ等しい最大値ＰＢＷＯＴＤＳＭＡＸに設定するので、吸気管内絶対圧ＰＢＡ＜第１しきい値ＰＢＷＯＴＨの関係が常に成立する（ステップ４９：ＮＯ）ことにより、ＰＢリッチ化の条件が常に不成立となる（ステップ５０）。さらに、成層燃焼モードのときには、吸気管内絶対圧ＰＢＡ＜しきい値ＰＢＷＯＴＸＸの関係が常に成立する（ステップ６６：ＮＯ）ので、ＣＡＴリッチ化の条件もまた常に不成立となる（ステップ６９）。以上のように、燃焼モードが成層燃焼モードのときには、ＴＨリッチ化、ＰＢリッチ化、およびＣＡＴリッチ化の条件がいずれも成立しない（ステップ６〜８：ＮＯ）ことにより、空燃比リッチ化制御の実行条件が成立せず（ステップ９）、空燃比リッチ化制御が禁止される。このように、成層燃焼モードのときに、空燃比リッチ化制御を禁止することによって、安定した燃焼状態を確保できる。その結果、ドライバビリティを向上させることができるとともに、空燃比のリッチ化による黒煙の発生を確実に防止でき、排気ガス特性を向上させることができる。
【００６６】
また、燃焼モードの切換時におけるリミット処理の実行中には、ＴＨリッチ化の条件が常に不成立となる（ステップ２２，２９）とともに、ＰＢリッチ化の条件およびＣＡＴリッチ化の条件も常に不成立となる（ステップ４０，５０，６０，６９）。したがって、ＴＨリッチ化、ＰＢリッチ化、およびＣＡＴリッチ化の条件がいずれも成立しない（ステップ６〜８：ＮＯ）ことにより、空燃比リッチ化制御の実行条件が成立せず（ステップ９）、空燃比リッチ化制御が禁止される。このように、燃焼モードの切換時におけるリミット処理の実行中に、空燃比リッチ化制御を禁止することによって、安定した燃焼状態を確保でき、その結果、ドライバビリティを向上させることができる。また、空燃比のリッチ化による黒煙の発生を確実に防止することができ、排気ガス特性を向上させることができる。
【００６７】
なお、本発明は、説明した実施形態に限定されることなく、種々の態様で実施することができる。例えば、説明した実施形態では、触媒温度ＴＣＴを、触媒温度センサ３１を用いて直接、検出しているが、エンジンの運転状態などに応じて推定してもよい。また、本発明は、車両に搭載した内燃機関に限らず、クランクシャフトを鉛直方向に配置した船外機などのような船舶推進機用エンジンなどを含む、様々な産業用の内燃機関に適用することが可能である。その他、本発明の趣旨の範囲内で、細部の構成を適宜、変更することができる。
【符号の説明】
【００６８】
１  制御装置
２  ＥＣＵ（運転状態検出手段、要求トルク算出手段、
燃焼モード決定手段、空燃比リッチ化手段および
空燃比リッチ化禁止手段）
３  内燃機関
２２  クランク角センサ（運転状態検出手段、要求トルク算出手段）
２５  スロットル開度センサ（運転状態検出手段）
２６  吸気管内絶対圧センサ（運転状態検出手段）
３０  アクセル開度センサ（運転状態検出手段、要求トルク算出手段）
３１  触媒温度センサ（運転状態検出手段）
ＮＥ  エンジン回転数
ＴＨ  スロットル弁開度
ＰＢＡ  吸気管内絶対圧
ＡＰ  アクセル開度
ＴＣＴ  触媒温度  
ＳＴ＿ＥＭＯＤ  燃焼モードモニタ
ＰＭＥＣＭＤ  要求トルク
Ｆ＿ＴＨＷＯＴ  ＴＨリッチ化フラグ
Ｆ＿ＰＢＷＯＴ  ＰＢリッチ化フラグ
Ｆ＿ＣＡＴＷＯＴ  ＣＡＴリッチ化フラグ
Ｆ＿ＷＯＴ  空燃比リッチ化フラグ
Ｆ＿ＴＣＹＬＬＭＴ  リミット実行フラグ
ＴＨＷＯＴＨ  第１しきい値
ＴＨＷＯＴＬ  第２しきい値
ＰＢＷＯＴＨ  第１しきい値
ＰＢＷＯＴＬ  第２しきい値
ＴＣＴＨＨ  第１しきい値
ＴＣＴＨＬ  第２しきい値
【図１】
2005155430.tif 000003
【図２】
2005155430.tif 000004
【図３】
2005155430.tif 000005
【図４】
2005155430.tif 000006
【図５】
2005155430.tif 000007
【図６】
2005155430.tif 000008
【図７】
2005155430.tif 000009
【図８】
2005155430.tif 000010
【図９】
2005155430.tif 000011
【図１０】
2005155430.tif 000012