(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気系から吸気系に再循環する排気の量をＥＧＲバルブの開度制御によって調節するとともに、圧縮行程での燃料噴射による成層リーン燃焼と吸気行程での燃料噴射による均質燃焼との間で燃焼形態が切り換えられる筒内噴射火花点火式内燃機関に適用され、成層リーン燃焼から均質燃焼への切換要求に基づき、燃料噴射形態を圧縮行程噴射から吸気行程噴射に切り換えて均質燃焼を実行する内燃機関の制御装置において、
成層リーン燃焼から均質燃焼への切換要求がなされたとき、前記ＥＧＲバルブの開度を成層リーン燃焼時の要求開度から均質燃焼時の要求開度へと切り換えるバルブ制御手段と、
前記切換要求に基づく圧縮行程噴射から吸気行程噴射への切り換えに先立ち、吸気行程噴射と圧縮行程噴射との両方による成層ストイキ燃焼を所定時間実行する燃焼制御手段と、
を備え、
前記成層ストイキ燃焼のための吸気行程噴射と圧縮行程噴射とによる燃料噴射量は、それらの合計が混合気の空燃比を理論空燃比とする値になるよう調整される
ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記燃焼制御手段は、前記バルブ制御手段によって前記ＥＧＲバルブの開度が成層リーン燃焼時の要求開度から均質燃焼時の要求開度へと切り換えられてから所定時間経過後に前記成層ストイキ燃焼を実行する
請求項１記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載の内燃機関の制御装置において、
前記成層ストイキ燃焼を実行したときにノッキングの生じる可能性が有るか否かを判断する判断手段と、
前記判断手段によってノッキングの生じる可能性が有る旨判断されたときには、ノッキングの生じる可能性が無い旨判断されたときに比べ、前記成層ストイキ燃焼時の点火時期を遅角側に設定する点火時期設定手段と、
を更に備える内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記点火時期設定手段は、前記成層ストイキ燃焼の実行時にノッキングの生じる可能性が有るとき、前記成層ストイキ燃焼時の点火時期を機関運転状態に基づき算出される点火時期遅角量の分だけ遅角側に設定する
請求項３記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
内燃機関の点火時期は、成層リーン燃焼時若しくは均質燃焼時にノッキング発生の有無に応じて増減する補正値によってノッキングが抑制されるよう進角側若しくは遅角側に補正されるものであって、
前記判断手段は、前記補正値を記憶した値である点火時期学習値の大きさに応じて、前記成層ストイキ燃焼の実行時にノッキングの生じる可能性が有るか否かを判断する
請求項３又は４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、内燃機関の制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、筒内噴射火花点火式内燃機関のように、圧縮行程での燃料噴射による成層リーン燃焼と吸気行程での燃料噴射による均質燃焼との間で燃焼形態を切り換える内燃機関においては、窒素酸化物（ＮＯx ）の排出量低減等を意図して、同機関の排気の一部を排気系から吸気系に再循環させるようにしたものが知られている。
【０００３】
こうした内燃機関にあっては、排気系から吸気系に排気を流す排気再循環通路（ＥＧＲ通路）にＥＧＲバルブが設けられ、このＥＧＲバルブを機関運転状態に応じて設定される要求開度へと制御することで再循環排気量（ＥＧＲ量）が調節される。ＥＧＲバルブの要求開度は、ＮＯx 排出量を低減するためにＥＧＲ量を均質燃焼時よりも成層リーン燃焼時で多くする必要があることから、成層リーン燃焼時よりも均質燃焼時の方が閉じ側の開度に設定される。
【０００４】
従って、成層リーン燃焼運転中に均質燃焼への切換要求がなされると、ＥＧＲバルブの要求開度が成層リーン燃焼に対応した開度から均質燃焼に対応した開度へと変化し、この要求開度の変化に応じてＥＧＲバルブが閉じ側に制御される。ただし、このようにＥＧＲバルブを閉じ側に制御したとしても、しばらくの間はＥＧＲ通路等に残留する排気が引き続き吸気系に流れるため、切換直後の均質燃焼時にＥＧＲ量が要求される値よりも多くなって失火が生じ易くなる。
【０００５】
そこで、例えば特開平８−１８９４０５号公報や特開平９−１９５８３９号公報に記載されるように、成層リーン燃焼から均質燃焼への切換要求に応じて、まずＥＧＲバルブを均質燃焼時の要求開度へと閉じ側に制御し、その後に所定遅延時間が経過してから燃料噴射形態を圧縮行程噴射から吸気行程噴射へと切り換えて均質燃焼を実行することも考えられる。このように均質燃焼の実行を遅延させることで、燃焼形態が実際に均質燃焼へと切り換えられたときにＥＧＲ量が要求される値よりも過度に多くなって失火が生じ易くなるのを抑制することができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記所定遅延時間が経過するまでの間は、成層リーン燃焼が行われているにも係わらず、ＥＧＲバルブが均質燃焼時の要求開度へと制御され、ＥＧＲ量が成層リーン燃焼時に要求される値に対して不足する。このように成層リーン燃焼時にＥＧＲ量が不足するとＮＯx エミッションが悪化するため、上記のような所定遅延時間については可能な限り短い時間に設定することが好ましい。
【０００７】
しかし、この所定遅延時間を短くし過ぎると、同所定時間経過後に燃焼形態が均質燃焼に切り換えられたとき、ＥＧＲ量が均質燃焼時に要求される値まで少なくなっておらず、ＥＧＲ量の過多により失火が生じてドライバビリティが悪化するおそれがある。
【０００８】
このように、ドライバビリティやＮＯx エミッションがそれぞれ最適な状態となるよう上記所定遅延時間を設定しようとしても、この所定遅延時間を短くするとドライバビリティに関して不利になり、同所定遅延時間を長くするとＮＯx エミッションに関して不利になるため、ドライバビリティの悪化抑制とＮＯx エミッションの悪化抑制との両立は困難なものとなっていた。
【０００９】
本発明はこのような実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、成層リーン燃焼から均質燃焼に切り換える際に、再循環排気量（ＥＧＲ量）の過多に起因するドライバビリティ悪化の抑制と、ＥＧＲ量の不足に起因するＮＯx エミッションの悪化抑制との両立を図ることのできる内燃機関の制御装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明では、排気系から吸気系に再循環する排気の量をＥＧＲバルブの開度制御によって調節するとともに、圧縮行程での燃料噴射による成層リーン燃焼と吸気行程での燃料噴射による均質燃焼との間で燃焼形態が切り換えられる筒内噴射火花点火式内燃機関に適用され、成層リーン燃焼から均質燃焼への切換要求に基づき、燃料噴射形態を圧縮行程噴射から吸気行程噴射に切り換えて均質燃焼を実行する内燃機関の制御装置において、成層リーン燃焼から均質燃焼への切換要求がなされたとき、前記ＥＧＲバルブの開度を成層リーン燃焼時の要求開度から均質燃焼時の要求開度へと切り換えるバルブ制御手段と、前記切換要求に基づく圧縮行程噴射から吸気行程噴射への切り換えに先立ち、吸気行程噴射と圧縮行程噴射との両方による成層ストイキ燃焼を所定時間実行する燃焼制御手段とを備え、前記成層ストイキ燃焼のための吸気行程噴射と圧縮行程噴射とによる燃料噴射量は、それらの合計が混合気の空燃比を理論空燃比とする値になるよう調整されるようにした。
【００１１】
成層ストイキ燃焼では、圧縮行程噴射によって点火プラグ周りに燃料が集められるため、排気が点火プラグ周りに過度に多く存在して失火が生じることは抑制され、この失火によってドライバビリティが悪化することも抑制される。また、成層ストイキ燃焼では、成層リーン燃焼時ほどＮＯx 排出量が多くならないため、排気再循環量の不足によるＮＯx エミッションの悪化が生じにくくなる。上記の構成によれば、こうした成層ストイキ燃焼が成層リーン燃焼から均質燃焼への切換過程で実行されるため、この切換過程においてドライバビリティの悪化抑制とＮＯx エミッションの悪化抑制との両立を図ることができる。
【００１２】
請求項２記載の発明では、請求項１記載の発明において、前記燃焼制御手段は、前記バルブ制御手段によって前記ＥＧＲバルブの開度が成層リーン燃焼時の要求開度から均質燃焼時の要求開度へと切り換えられてから所定時間経過後に前記成層ストイキ燃焼を実行するものとした。
【００１３】
上記の構成によれば、ＥＧＲバルブの開度が成層リーン燃焼時の要求開度から均質燃焼時の要求開度に切り換えられ、排気再循環量が均質燃焼に適した量へと変化する過程において成層ストイキ燃焼が実行される。このように成層ストイキ燃焼が行われるため、排気再循環量が上記のように変化する過程において、点火プラグ周りでの排気過多による失火を確実に抑制することができる。
【００１４】
請求項３記載の発明では、請求項１又は２記載の発明において、前記成層ストイキ燃焼を実行したときにノッキングの生じる可能性が有るか否かを判断する判断手段と、前記判断手段によってノッキングの生じる可能性が有る旨判断されたときには、ノッキングの生じる可能性が無い旨判断されたときに比べ、前記成層ストイキ燃焼時の点火時期を遅角側に設定する点火時期設定手段とを更に備えた。
【００１５】
成層ストイキ燃焼時には、点火プラグから離れた部分にも燃料濃度の比較的高い混合気が存在するため、その部分で異常燃焼が生じ易くなり、ノッキング耐性が劣るようになる。しかし、上記の構成によれば、成層ストイキ燃焼の実行時にノッキングが生じる可能性があるときには、成層ストイキ燃焼時の点火時期が遅角側に設定されることにより燃焼室内での温度上昇が抑制され、点火プラグから離れた部分での異常燃焼、及びそれに伴うノッキングの発生が抑制されるようになる。
【００１６】
なお、成層ストイキ燃焼の実行時にノッキングの生じる可能性のある状況としては、例えば内燃機関の燃料としてオクタン価の低い燃料が用いられている場合があげられる。このような状況のとき、点火時期設定手段により設定される成層ストイキ燃焼時の点火時期は、内燃機関の燃料としてオクタン価の高い燃料が用いられている場合に比べて遅角側に設定される。
【００１７】
請求項４記載の発明では、請求項３記載の発明において、前記点火時期設定手段は、前記成層ストイキ燃焼の実行時にノッキングの生じる可能性が有るとき、前記成層ストイキ燃焼時の点火時期を機関運転状態に基づき算出される点火時期遅角量の分だけ遅角側に設定するものとした。
【００１８】
上記の構成によれば、成層ストイキ燃焼時における点火時期の遅角量を機関運転状態に応じて最適に設定することができ、点火時期を過度に遅角側に設定するのを抑制することができる。
【００１９】
請求項５記載の発明では、請求項３又は４記載の発明において、内燃機関の点火時期は、成層リーン燃焼時若しくは均質燃焼時にノッキング発生の有無に応じて増減する補正値によってノッキングが抑制されるよう進角側若しくは遅角側に補正されるものであって、前記判断手段は、前記補正値を記憶した値である点火時期学習値の大きさに応じて、前記成層ストイキ燃焼の実行時にノッキングの生じる可能性が有るか否かを判断するものとした。
【００２０】
点火時期学習値の大きさは成層リーン燃焼時若しくは均質燃焼時にノッキング発生の有無に応じて変化することから、点火時期学習値はノッキングが発生する可能性の大きさに対応したパラメータとなる。上記の構成によれば、この点火時期学習値の大きさに応じて成層ストイキ燃焼の実行時にノッキングの生じる可能性があるか否かが判断されるため、当該判断を的確なものとすることができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を自動車に搭載される筒内噴射火花点火式エンジンに適用した一実施形態を図１〜図５に従って説明する。
【００２２】
図１に示されるエンジン１１は、吸気通路３２及び排気通路３３が接続された燃焼室１６内に直接燃料を噴射供給する燃料噴射弁４０と、燃焼室１６内の混合気に対し点火を行って混合気を燃焼させる点火プラグ４１とを備えている。そして、燃焼室１６内での混合気の燃焼に基づきエンジン１１のピストン１２が往復移動し、この往復移動がコネクティングロッド１３によってクランクシャフト１４の回転へと変換される。また、燃焼室１６内で燃焼した後の混合気は、排気として排気通路３３に送り出される。
【００２３】
エンジン１１の吸気通路３２及び排気通路３３には、排気通路３３内の排気の一部を吸気通路３２に流すＥＧＲ通路４２が接続されている。ＥＧＲ通路４２を通じて排気通路３３から吸気通路３２に再循環される排気の量（ＥＧＲ量）は、ＥＧＲ通路４２に設けられたＥＧＲバルブ４３の開度を制御することによって調節される。そして、上記のような排気の再循環を行うことにより、燃焼温度が下がって窒素酸化物（ＮＯx ）の生成が抑制され、エンジン１１のＮＯx エミッションが低減される。
【００２４】
また、エンジン１１の吸気通路３２において、その下流端に近い部分は二つに分岐した状態で燃焼室１６に接続され、分岐した一方の吸気通路３２には燃焼室１６内におけるガスの流動状態を変更するための気流制御弁４８が設けられている。そして、気流制御弁４８が開かれると吸気通路３２の空気流通面積が大きくなってエンジン１１の吸気抵抗が低減され、気流制御弁４８が閉じられると吸気通路３２の空気流通面積が小さくなって燃焼室１６に吸入される空気の流速が早くなる。
【００２５】
このように構成されたエンジン１１の各種運転制御、即ち燃料噴射制御、点火時期制御、ＥＧＲ制御、気流制御弁の開閉制御といった制御は、電子制御装置（以下、ＥＣＵ９２という）９２によって行われる。ＥＣＵ９２には、上記燃料噴射弁４０及びＥＧＲバルブ４３が接続されるとともに、エンジン１１でのノッキング発生の有無を検出するノックセンサ１１ｃ、クランクシャフト１４の回転に対応したパルス状の信号を出力するクランクポジションセンサ１４ｃ、自動車のアクセルペダル２５の踏込量（アクセル踏込量ＡＣＣＰ）を検出するためのアクセルポジションセンサ２６、吸気通路３２においてスロットルバルブ（図示せず）よりも下流側の圧力（吸気圧ＰＭ）を検出するためのバキュームセンサ３６、点火プラグ４１の点火時期を制御するイグナイタ４１ａ、及び気流制御弁４８を開閉するアクチュエータ４９等が接続されている。
【００２６】
ＥＣＵ９２は、混合気の燃焼形態をエンジン運転状態に応じて成層リーン燃焼と均質燃焼との間で切り換える。成層リーン燃焼運転では、圧縮行程での燃料噴射により点火プラグ４１周りのみに可燃混合気が存在した状態で混合気の燃焼が行われるため、混合気の空燃比を理論空燃比よりもリーンとして燃費を改善することが可能になる。また、均質燃焼運転では、吸気行程での燃料噴射により燃料が空気に対して均等に混合された状態で混合気の燃焼が行われるため、混合気全体の燃料濃度を高めて高出力を得ることが可能になる。
【００２７】
こうした成層リーン燃焼と均質燃焼とでは燃焼室１６内での混合気の形態が互いに異なるため、エンジン運転状態が同一である条件のもとでも、それぞれの燃焼形態に適した燃料噴射量、燃料噴射時期、点火時期、及びＥＧＲバルブ４３の開度等は互いに異なるものとなる。従って、ＥＣＵ９２は、実行される燃焼形態に適した燃料噴射量、燃料噴射時期、点火時期、及びＥＧＲバルブ４３の開度等が得られるよう、燃料噴射弁４０、イグナイタ４１ａ、及びＥＧＲバルブ４３等を制御する。
【００２８】
そして、燃焼形態の切り換えに対応したＥＧＲバルブ４３の開度の切り換えは、ＥＣＵ９２を通じて設定されるＥＧＲ用モードＭＯＤＥ１の値、例えば「０（成層リーン燃焼）」、「１（均質燃焼）」のように設定される値に応じて行われる。また、燃焼形態の切り換えに対応した燃料噴射量、燃料噴射時期、及び点火時期の切り換えは、ＥＣＵ９２を通じて設定される噴射・点火用モードＭＯＤＥ２の値、例えば上記と同じく「０（成層リーン燃焼）」、「１（均質燃焼）」のように設定される値に応じて行われる。
【００２９】
ここで、燃焼形態を成層リーン燃焼から均質燃焼に切り換える手順の概要について図２（ａ）〜（ｃ）のタイムチャートを参照して説明する。なお、図２において、（ａ）及び（ｂ）はＥＧＲ用モードＭＯＤＥ１及び噴射・点火用モードＭＯＤＥ２の切換態様を示すものであり、（ｃ）はＥＧＲバルブ４３の開度の切換態様を示すものである。
【００３０】
成層リーン燃焼から均質燃焼への切換要求が有ると、ＥＣＵ９２は、ＥＧＲ用モードＭＯＤＥ１を図２（ａ）に示すように「０」から「１」へと切り換え、その後に所定の時間ｔ１が経過した時点で噴射・点火用モードＭＯＤＥ２を図２（ｂ）に示すように「０」から「１」に切り換える。
【００３１】
ＥＧＲ用モードＭＯＤＥ１が「０」から「１」へと切り換えられると、ＥＣＵ９２は、図２（ｃ）に示されるようにＥＧＲバルブ４３の開度を成層リーン燃焼時の要求開度から均質燃焼時の要求開度に制御する。ＥＧＲバルブ４３の要求開度は均質燃焼時に比べて成層リーン燃焼時に大となるが、これは均質燃焼時よりも成層リーン燃焼時にＮＯx 排出量が多くなる傾向があり、こうした傾向をとるＮＯx 排出量を的確に低減するためである。従って、成層リーン燃焼から均質燃焼に切り換えられる際には、ＥＧＲバルブ４３の開度が閉じ側に変化してＥＧＲ量が徐々に少なくなる。
【００３２】
一方、噴射・点火用モードＭＯＤＥ２が「１」であるときには、燃料噴射量、燃料噴射時期、及び点火時期が均質燃焼時に適した状態とされる。これにより、吸気行程で所定量の燃料噴射が行われるとともに、燃料が空気に均等に混合した状態の混合気に対し点火が行われ、同混合気が燃焼するようになる。こうした均質燃焼をＥＧＲバルブ４３の開度が均質燃焼時の要求開度に切り換えた直後に実行した場合、ＥＧＲバルブ４３の開度の切り換えに対しＥＧＲ量が減少するのに応答遅れがあることから、切換直後の均質燃焼時にはＥＧＲが過多になって失火が生じるおそれがある。
【００３３】
そのため、このような失火を抑制する手法として、ＥＧＲバルブ４３の開度の切り換えに対し、燃料噴射量、燃料噴射時期、及び点火時期の切り換えを所定時間だけ遅らせることが考えられる。ただし、この場合、上記所定時間が経過するまでの間は成層リーン燃焼が続いているにも係わらず、ＥＧＲ量が均質燃焼時に適した値に向けて徐々に減少するため、ＥＧＲ量の不足によるＮＯx エミッションの悪化は避けられない。
【００３４】
ＮＯx エミッションの観点からすれば、上記所定時間を可能な限り短く設定することが好ましいが、この所定時間を短くし過ぎると上記のような失火が生じてドライバビリティが悪化してしまう。従って、ドライバビリティやＮＯx エミッションをそれぞれ最適な状態となるよう上記所定時間を設定しようとしても、同所定時間の長短に伴いドライバビリティとＮＯx エミッションとのいずれが不利になるため、ドライバビリティの悪化抑制とＮＯx エミッションの悪化抑制との両立を図ることは困難であった。
【００３５】
こうした実情を鑑み、本実施形態では、噴射・点火用モードＭＯＤＥ２が「０」から「１」に切り換えられたとき、吸気行程噴射と圧縮行程噴射との両方による成層ストイキ燃焼を実行し、それを所定時間続けた後に吸気行程噴射による均質燃焼を実行する。
【００３６】
上記のような成層ストイキ燃焼では、圧縮行程噴射により点火プラグ４１周りに燃料が集められるため、ＥＧＲ量が過多であっても排気が点火プラグ４１周りに過度に多く存在して失火に繋がることは抑制される。また、成層ストイキ燃焼では、成層リーン燃焼時ほどＮＯx 排出量が多くならないため、ＥＧＲ量の不足に伴うＮＯx エミッションの悪化が生じにくくなる。こうした成層ストイキ燃焼が成層リーン燃焼から均質燃焼への切換過程で実行されるため、この切換過程においてドライバビリティの悪化抑制とＮＯx エミッションの悪化抑制との両立を図ることができるようになる。
【００３７】
次に、燃焼形態を成層リーン燃焼から均質燃焼へと切り換える手順の詳細について、燃焼形態切換ルーチンを示す図３及び図４のフローチャートを参照して説明する。この燃焼形態切換ルーチンは、ＥＣＵ９２を通じて例えば所定時間毎の時間割り込みにて実行される。
【００３８】
燃焼形態切換ルーチンの処理として、まず成層リーン燃焼から均質燃焼への切換要求が有った直後が否かが判断される（Ｓ１０１）。そして、当該切換要求が有った直後であれば、ＥＧＲ用モードＭＯＤＥ１が「０（成層リーン燃焼）」から「１（均質燃焼）」に切り換えられるとともに、気流制御弁４８を開弁状態に固定すべくアクチュエータ４９が制御される（Ｓ１０２，Ｓ１０３）。なお、ここで気流制御弁４８を開弁状態に固定するのは、成層リーン燃焼は気流制御弁４８の閉弁による燃焼室１６内のガス流の助けをかりることなく実行されるものであり、燃焼形態を切り換える際にはトルクショック抑制の観点から燃焼室１６内でのガスの流動状態を変更しない方が好ましいためである。
【００３９】
ＥＧＲ用モードＭＯＤＥ１が「１」に切り換えられると、ＥＧＲバルブ４３の開度が成層リーン燃焼時の要求開度から均質燃焼時の要求開度へと閉じ側に制御される（Ｓ１０４，Ｓ１０５）。そして、ＥＧＲ用モードＭＯＤＥ１が「１」になってから時間ｔ１が経過した時点であるか否かが判断され（Ｓ１０６）、肯定判定であれば噴射・点火用モードＭＯＤＥ２が「０（成層リーン燃焼）」から「１（均質燃焼）」に切り換えられる（Ｓ１０７）。この噴射・点火用モードＭＯＤＥ２が「０」である間は、圧縮行程噴射による成層リーン燃焼が実行された状態となっている。更に、ステップＳ１０７の処理が実行された後、成層ストイキ燃焼を実行するか否かの判断に用いられる成層ストイキフラグＦが「１（実行）」に設定される（Ｓ１０８）。
【００４０】
成層ストイキ燃焼は、後述する成層ストイキ燃焼実行ルーチン（図５）に基づき、成層ストイキフラグＦに応じて実行又は停止される。即ち、噴射・点火用モードＭＯＤＥ２が「０」から「１」に切り換えられることに基づき、成層ストイキフラグＦが図２（ｄ）に示されるように「１（実行）」に設定されると、圧縮行程噴射と吸気行程噴射との両方による成層ストイキ燃焼が開始される。従って、成層ストイキ燃焼は、成層リーン燃焼から均質燃焼への切換要求に基づき、ＥＧＲバルブ４３の開度が均質燃焼時の要求開度に切り換えられてから時間ｔ１が経過した後に実行されるようになる。
【００４１】
噴射・点火用モードＭＯＤＥ２が「１」に切り換えられると、噴射・点火用モードＭＯＤＥ２が「１」になってから所定の時間ｔ２が経過した時点であるか否かが判断され（Ｓ１０９，Ｓ１１０）、肯定判定であれば気流制御弁４８の開弁状態での固定が解除される（Ｓ１１１）。こうした気流制御弁４８の固定解除が行われたとき、エンジン運転状態が気流制御弁４８を閉弁することが好ましい運転領域にあれば、ＥＣＵ９２を通じたアクチュエータ４９の駆動制御によって気流制御弁４８が図２（ｅ）に示されるように閉弁される。
【００４２】
更に、噴射・点火用モードＭＯＤＥ２が「１」であるときには、噴射・点火用モードＭＯＤＥ２が「１」になってから所定の時間ｔ３（ｔ３＞ｔ２）が経過したか否かが判断される（Ｓ１１２）。そして、この時間ｔ３が経過した旨判断されると、成層ストイキフラグＦが「０（停止）」に設定される（Ｓ１１３）。こうして成層ストイキフラグＦが図２（ｄ）に示されるように「１」から「０」に切り換えられると、後述する成層ストイキ燃焼実行ルーチン（図５）に基づき成層ストイキ燃焼が停止される。なお、上記時間ｔ３は、上記時間ｔ２が経過した時点で気流制御弁４８の開閉状態が変化した場合に、それ伴う燃焼室１６内でのガス流動状態の変動が収束するのに必要な時間以上に設定される。
【００４３】
このように成層ストイキ燃焼が停止されると、噴射・点火用モードＭＯＤＥ２が「１（均質燃焼）」であることに基づき吸気行程噴射による均質燃焼が開始される。従って、成層ストイキ燃焼は、燃料噴射形態が成層リーン燃焼を行うための圧縮行程噴射から均質燃焼を行うための吸気行程噴射への切り換えに先立って実行されることとなる。
【００４４】
次に、成層ストイキ燃焼を実行する手順について、成層ストイキ燃焼実行ルーチンを示す図５のフローチャートを参照して説明する。この成層ストイキ燃焼実行ルーチンは、ＥＣＵ９２を通じて例えば所定時間毎の時間割り込みにて実行される。
【００４５】
成層ストイキ燃焼実行ルーチンの処理として、まず成層ストイキフラグＦが「１（実行）」であるか否かが判断される（Ｓ２０１）。そして、肯定判定であれば成層ストイキ燃焼を行うためのステップＳ２０２以降の処理が実行され、否定判定であれば一連の処理が一旦終了される。従って、成層ストイキ燃焼は、成層ストイキフラグＦが「１」であるときに実行され、同フラグＦが「０」であるときに停止されるようになる。
【００４６】
成層ストイキフラグＦが「１」である旨判断されると、吸気行程と圧縮行程との両方で燃料噴射が行われる（Ｓ２０２）。この吸気行程噴射と圧縮行程噴射とによる燃料噴射噴射量は、それらの合計が例えば混合気の空燃比を理論空燃比とする値になるよう調整される。また、圧縮行程噴射の燃料噴射時期は例えば実験によって予め定められる所定の時期とされ、吸気行程噴射の燃料噴射時期は例えば均質燃焼時の吸気行程噴射と同じ時期にされる。その後、成層ストイキ燃焼時の点火時期を制御するためのステップＳ２０３以降の処理が実行される。
【００４７】
成層ストイキ燃焼時における点火時期の制御には、エンジン運転状態に応じてマップから算出される点火時期指令値ＳＡｔが用いられる。この点火時期指令値ＳＡｔは、クランクポジションセンサ１４ｃの検出信号から求められるエンジン回転数ＮＥと、最大機関負荷に対する現在の負荷割合を示す値である負荷率ＫＬとに基づきマップを参照して算出される。こうしたマップとしては、気流制御弁４８の開弁時に対応したものと閉弁時に対応したものとの二種類が用意され、例えば均質燃焼時に気流制御弁４８の開閉状態に対応した均質燃焼用の点火時期指令値を算出するための二種類のマップがそのまま用いられる。
【００４８】
従って、成層ストイキ燃焼時には、均質燃焼時に用いられる二種類のマップのうちから気流制御弁４８の開閉状態に対応したマップが選択され、このマップを参照してエンジン回転数ＮＥ及び負荷率ＫＬに応じた成層ストイキ燃焼時の点火時期指令値ＳＡｔが設定される（Ｓ２０３）。なお、負荷率ＫＬは、バキュームセンサ３６の検出信号から求められる吸気圧ＰＭやアクセルポジションセンサ２６の検出信号から求められるアクセル踏込量ＡＣＣＰなど、エンジン１１の吸入空気量に対応するパラメータと、エンジン回転数ＮＥとに基づき算出される。
【００４９】
ところで、成層ストイキ燃焼時には、燃焼室１６内の点火プラグ４１から離れた位置に吸気行程噴射による燃料が分布して比較的燃料濃度の高い混合気が存在することから、その位置で異常燃焼が発生し易くなり、ノッキング耐性が劣るようになる。従って、エンジン１１の燃料としてオクタン価の低いものを使用しているときなどには、オクタン価の高い燃料を使用しているときに比べてノッキングが生じ易くなる。
【００５０】
ステップＳ２０４〜Ｓ２０６の処理では、使用燃料がオクタン価の低いものか否かなど、成層ストイキ燃焼時にノッキングが生じる可能性が有るか否かを判断し、その可能性があれば点火時期指令値ＳＡｔを遅角側の値に再設定してノッキング発生を抑制する。成層ストイキ燃焼時におけるノッキング発生の可能性の有無は、成層リーン燃焼若しくは均質燃焼時にノッキング発生を抑制すべく増減する点火時期の補正量Ｈを記憶した値である学習値ＲＴＤを用いて判断される。
【００５１】
ここで、成層リーン燃焼時及び均質燃焼時でのノッキング抑制のための点火時期制御について説明する。
成層リーン燃焼時及び均質燃焼時には、エンジン運転状態に応じて算出される点火時期指令値に基づき点火時期が制御されるが、これら点火時期指令値はノッキング発生の有無に応じて増減する補正量Ｈによって補正される。そして、ノッキング発生が有る場合には補正量Ｈが大きくされて点火時期指令値が遅角側に補正され、ノッキング発生が無い場合には補正量Ｈが小さくされて点火時期指令値が進角側に補正される。このようにノッキング発生に伴い点火時期を遅角側に補正することで、燃焼室１６内の温度上昇が抑制されて異常燃焼によるノッキングの発生が抑制される。
【００５２】
上記のように成層リーン燃焼時に増減する補正量Ｈ、及び均質燃焼時に増減する補正量Ｈのそれぞれは、所定条件のもとで学習値ＲＴＤとしてＥＣＵ９２の記憶部に記憶される。これら学習値ＲＴＤは成層リーン燃焼時若しくは均質燃焼時にノッキングが多発するほど大きい値になるため、これらの学習値ＲＴＤが大きいほど成層ストイキ燃焼の実行時にノッキングが発生する可能性は高くなる。従って、学習値ＲＴＤの大きさに基づき、成層ストイキ燃焼の実行時にノッキングの発生する可能性が有るか否かを判断することができる。
【００５３】
そして、成層ストイキ燃焼を実行するときには、ノッキングの発生する可能性があるか否かを、上記学習値ＲＴＤが所定値ａ以上か否かに基づき判断する（Ｓ２０４）。この学習値ＲＴＤが所定値ａ以上であって成層ストイキ燃焼時にノッキングの発生する可能性が有る旨判断されると、負荷率ＫＬ及びエンジン回転数ＮＥに基づき点火時期遅角量Ｒが算出され（Ｓ２０５）、ステップＳ２０３の処理で設定された点火時期指令値ＳＡｔが点火時期遅角量Ｒの分だけ遅角側に再設定される（Ｓ２０６）。一方、学習値ＲＴＤが所定値ａ未満であって成層ストイキ燃焼時にノッキングの発生する可能性は無い旨判断された場合には、上記のような点火時期指令値ＳＡｔの再設定が行われることはない。
【００５４】
成層ストイキ燃焼時においては、こうして設定された点火時期指令値ＳＡｔに基づきイグナイタ４１ａを駆動するこことで点火時期が制御される（Ｓ２０７）。成層ストイキ燃焼時の点火時期は、図２（ｆ）に示されるように気流制御弁４８の開閉状態に応じて変化するとともに、ノッキングの発生する可能性がある場合（二点鎖線）には、ノッキングの発生する可能性の無い場合（実線）に比べて遅角側に設定される。そして、このような点火時期の遅角量（図中の二点鎖線と実線との幅）は、負荷率ＫＬとエンジン回転数ＮＥとに応じて最適となるようにされる。
【００５５】
以上詳述した本実施形態によれば、以下に示す効果が得られるようになる。
（１）成層リーン燃焼から均質燃焼への切換要求に基づき、燃料噴射形態が成層リーン燃焼のための圧縮行程噴射から均質燃焼のための吸気行程噴射に切り換えられるのに先立ち、吸気行程噴射と圧縮行程噴射との両方による成層ストイキ燃焼が所定時間（時間ｔ３の間）実行される。成層ストイキ燃焼時には、圧縮行程噴射により点火プラグ４１周りに燃料が集められることからＥＧＲ量の過多に伴う失火が抑制されるとともに、成層リーン燃焼時ほどＮＯx 排出量が多くならないためにＥＧＲ量の不足に伴うＮＯx エミッション悪化や燃焼音増大が起こりにくくなる。こうした成層ストイキ燃焼が成層リーン燃焼から均質燃焼への切換過程で実行されるため、この切換過程においてドライバビリティ悪化の抑制と、ＥＧＲの不足に伴うＮＯx エミッション悪化や燃焼音増大の抑制とを両立することができる。
【００５６】
（２）また、成層ストイキ燃焼は、成層リーン燃焼から均質燃焼への切換要求があってから所定時間（時間ｔ１）経過後に実行される。そのため、ＥＧＲバルブ４３の開度が成層リーン燃焼時の要求開度から均質燃焼時の要求開度へと閉じ側に切り換えられ、ＥＧＲ量が均質燃焼時に適した値へと減少する過程で成層ストイキ燃焼が実行される。このように成層ストイキ燃焼が実行されるため、ＥＧＲ量が均質燃焼時に適した値へと減少する過程において、点火プラグ４１周りでの排気過多による失火を確実に抑制することができる。
【００５７】
（３）成層ストイキ燃焼時には、吸気行程噴射により燃焼室１６内の点火プラグ４１から離れた部分にも比較的燃料濃度の高い混合気が存在するため、その部分で異常燃焼が生じ易くなり、ノッキング耐性が劣るようになる。しかし、成層ストイキ燃焼を実行するとき、ノッキングの発生する可能性が有る場合には、この可能性が無い場合に比べて点火時期が遅角側に設定され、燃焼室１６内の温度上昇の抑制が図られる。そのため、例えばエンジン１１の燃料としてオクタン価の低いものを使用しているときなど、ノッキングの発生し易い状況で成層ストイキ燃焼を実行する場合でも、点火プラグ４１から離れた部分での異常燃焼、及びそれに伴うノッキングの発生を的確に抑制することができる。
【００５８】
（４）上記のような成層ストイキ燃焼時での点火時期の遅角量は、負荷率ＫＬ及びエンジン回転数ＮＥといったエンジン運転状態に応じて設定される。そのため、上記遅角量をエンジン運転状態に応じて最適に設定することができ、成層ストイキ燃焼時の点火時期を過度に遅角側に設定してまうのを抑制することができる。
【００５９】
（５）成層ストイキ燃焼が実行されるときにノッキングの発生する可能性が有るか否かは、成層リーン燃焼時若しくは均質燃焼時でのノッキング発生の有無に応じて増減する点火時期の補正量Ｈを記憶した値である学習値ＲＴＤの大きさに基づき判断される。この学習値ＲＴＤは、成層リーン燃焼時若しくは均質燃焼時でのノッキング発生の有無に応じて変化することから、ノッキングが発生する可能性の大きさに対応したパラメータとなる。従って、この学習値ＲＴＤの大きさに基づいて成層ストイキ燃焼を実行するときにノッキングの発生する可能性が有るか否かを判断することにより、当該判断を的確なものとすることができる。
【００６０】
なお、本実施形態は、例えば以下のように変更することもできる。
・成層ストイキ燃焼時にノッキング抑制のために点火時期を遅角側に設定する際の遅角量を、必ずしも負荷率ＫＬ及びエンジン回転数ＮＥといったエンジン運転状態に応じて設定する必要はない。例えば、的確にノッキング発生を抑制可能な一定の遅角量によって、成層ストイキ燃焼時の点火時期を遅角側に設定することも考えられる。
【００６１】
・成層リーン燃焼から均質燃焼への切換要求があってから所定時間（時間ｔ１）が経過した後に成層ストイキ燃焼を開始するのではなく、例えば上記切換要求があったときに成層ストイキ燃焼を開始してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態のエンジン制御装置が適用されるエンジン全体を示す略図。
【図２】成層リーン燃焼から均質燃焼への切り換えに伴う、ＥＧＲ用モード、噴射・点火用モード、ＥＧＲバルブの開度、成層ストイキフラグ、気流制御弁、及び点火時期の切換態様を示すタイムチャート。
【図３】成層リーン燃焼から均質燃焼に燃焼形態を切り換える手順を示すフローチャート。
【図４】成層リーン燃焼から均質燃焼に燃焼形態を切り換える手順を示すフローチャート。
【図５】成層ストイキ燃焼を実行する手順を示すフローチャート。
【符号の説明】
１１…エンジン、１１ｃ…ノックセンサ、１４ｃ…クランクポジションセンサ、２５…アクセルペダル、２６…アクセルポジションセンサ、３２…吸気通路、３３…排気通路、３６…バキュームセンサ、４０…燃料噴射弁、４１…点火プラグ、４１ａ…イグナイタ、４２…ＥＧＲ通路、４３…ＥＧＲバルブ、９２…電子制御装置（ＥＣＵ）。
【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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