(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁と、
上記燃料噴射弁からの燃料噴霧の噴射経路近傍に電極部が配置された点火プラグと、
機関運転状態に基づき上記燃料噴射弁の噴射期間を決定する噴射期間決定手段と、
上記噴射期間決定手段により決定された噴射期間に基づき上記燃料噴射弁を駆動制御し、機関の圧縮行程で上記燃料噴射弁から噴射された燃料噴霧が上記点火プラグの電極部近傍を通過したときに点火して成層燃焼させる第１の運転モード、上記点火プラグの電極部近傍を通過後の燃料噴霧がピストンにより反転されて再び電極部近傍に移送されたときに点火して成層燃焼させる第２の運転モード、および機関の吸気行程で噴射された燃料を吸気と混合して均一燃焼させる第３の運転モードを選択的に実行する運転制御手段と、
上記第１の運転モードの実行時において上記噴射期間決定手段により決定された噴射期間が所定の判定値未満のときに、機関運転状態に基づき上記第２の運転モードを実行可能か否かを判定し、該第２の運転モードを実行可能な場合には上記運転制御手段に上記第２の運転モードへの切換を指令し、上記第２の運転モードを実行不能な場合には上記運転制御手段に上記第３の運転モードへの切換を指令する運転モード切換手段と
を備えたことを特徴とする筒内噴射型火花点火式内燃機関。
【請求項２】
上記運転制御手段は、機関回転速度から決定された判定値に基づいて上記噴射期間を判定することを特徴とする請求項１記載の筒内噴射型火花点火式内燃機関。
【請求項３】
機関トルクを調整するトルク調整手段を備え、
上記運転制御手段は、上記運転モード切換手段より上記第１の運転モードから第２の運転モードへの切換指令を受けたときに、同一運転領域での第１の運転モードと第２の運転モードとにより実現される機関トルクの差に基づいて上記トルク調整手段により機関トルクを調整することを特徴とする請求項１または２記載の筒内噴射型火花点火式内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はスプレーガイド式の成層燃焼と他の燃焼とを切換可能な筒内噴射型火花点火式内燃機関に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃焼室内に燃料を直接噴射する筒内噴射型火花点火式内燃機関では、例えば圧縮行程で燃料噴射弁から噴射された燃料噴霧を点火プラグ近傍に移送して、点火プラグの周囲に理論空燃比近傍の混合気を形成した上で、全体として極めてリーンな空燃比で着火する成層希薄燃焼を可能としている。燃料噴霧を点火プラグ近傍に移送する形態としては種々のものがあり、機関運転状態に応じて燃料噴霧の移送形態を切換えるようにした内燃機関が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
当該特許文献１に開示された技術では、燃焼室の上面の略中央位置に燃料噴射弁を設けると共に、燃料噴射弁に隣接して点火プラグを配置し、燃料噴射弁から噴射中または噴射直後のピストンに衝突する以前の燃料噴霧を点火する第１の成層運転モードと、ピストン上のキャビティを経由した燃料噴霧を点火する第２の成層運転モードとを切換可能に構成し、低回転高負荷領域では第２の成層運転モードにより運転し、高回転低負荷領域では第１の成層運転モードにより運転している。
【０００４】
図３は第１成層運転モード（後述する実施形態のスプレーガイドモードであり、同図ではＳＧで表す）と第２の成層運転モード（実施形態のウォールガイドモードであり、同図ではＷＧで表す）とにより安定した成層燃焼が成立する燃料噴射時期ＩＴおよび点火時期ＳＡの範囲（以下、燃焼安定領域と称する）を示しており、それぞれの燃焼安定領域の周囲は燃焼不能若しくは燃焼不完全な失火領域である。
【０００５】
この図に示すように、第２成層運転モードに比較して第１成層運転モードでは燃焼安定領域が大幅に狭く、結果として燃焼安定領域での制御を可能とするために噴射時期ＩＴおよび点火時期ＳＡに関して特に適切な設定が要求されることが判る。両者の傾向は、噴射後にピストンを経由してある程度拡散した燃料噴霧を点火する第２成層運転モードに対して、噴射中または噴射直後の燃料噴霧を点火する第１成層運転モードでは、点火プラグ近傍を通過中の燃料噴霧を点火可能な期間がごく短いことが要因となっている。
【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】
【０００６】
ところで、第１および第２成層運転モードにおいて燃料噴射量は機関側の条件である冷却水温や環境条件である吸気温、大気圧などに基づく補正を要し、補正後の燃料噴射量および燃料圧力（燃圧）から燃料噴射弁のパルス幅が決定され、当該パルス幅に基づいて燃料噴射弁が駆動制御されて燃料噴射が行われる。
【０００７】
このように燃料噴射弁のパルス幅は多数の情報に基づいて設定されることから、種々の要因が重なって基本条件（例えば、暖機後、標準大気圧、正常な燃圧）からかけ離れて小さな値になる場合があり、このような状況が第１成層運転モードでの運転時に発生すると、燃料噴霧が点火プラグ近傍を通過する期間が極端に短くなり、第２成層燃焼モードに比較して縮小傾向にある燃焼安定領域がさらに縮小してしまう。上記特許文献１の筒内噴射型火花点火式内燃機関では、このようなパルス幅の短縮に伴って燃焼安定領域が縮小したときの対策を何ら講じていないため、燃焼安定領域の縮小により適切な噴射時期ＩＴおよび点火時期ＳＡの設定が困難になり、燃焼安定領域を外れて失火によりドライバビリティを悪化させるという問題があった。
【０００８】
本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、種々の要因により燃料噴射弁のパルス幅が短縮して燃焼安定領域が縮小したときでも安定した成層燃焼を成立でき、もって、失火を防止して良好なドライバビリティを実現することができる筒内噴射型火花点火式内燃機関を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、請求項１の発明は、燃焼室内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁と、燃料噴射弁からの燃料噴霧の噴射経路近傍に電極部が配置された点火プラグと、機関運転状態に基づき燃料噴射弁の噴射期間を決定する噴射期間決定手段と、噴射期間決定手段により決定された噴射期間に基づき燃料噴射弁を駆動制御し、機関の圧縮行程で燃料噴射弁から噴射された燃料噴霧が点火プラグの電極部近傍を通過したときに点火して成層燃焼させる第１の運転モード、点火プラグの電極部近傍を通過後の燃料噴霧がピストンにより反転されて再び電極部近傍に移送されたときに点火して成層燃焼させる第２の運転モード、および機関の吸気行程で噴射された燃料を吸気と混合して均一燃焼させる第３の運転モードを選択的に実行する運転制御手段と、第１の運転モードの実行時において噴射期間決定手段により決定された噴射期間が所定の判定値未満のときに、機関運転状態に基づき第２の運転モードを実行可能か否かを判定し、第２の運転モードを実行可能な場合には運転制御手段に第２の運転モードへの切換を指令し、第２の運転モードを実行不能な場合には運転制御手段に第３の運転モードへの切換を指令する運転モード切換手段とを備えたものである。
【００１０】
従って、第１の運転モードによる運転中において噴射期間決定手段により決定された噴射期間が判定値未満になったとき、即ち、噴射期間の短縮化に伴って点火プラグの電極部近傍を通過中の燃料噴霧を点火可能な期間が短くなって成層燃焼が成立せずに失火を生じる虞があるときには、運転モード切換手段により機関運転状態に基づき第２の運転モードを実行可能か否かが判定され、第２の運転モードを実行可能な場合には第２の運転モードへの切換が指令されて運転制御手段により第２の運転モードが実行され、第２の運転モードを実行不能な場合には第３の運転モードへの切換が指令されて運転制御手段により第３の運転モードが実行される。
【００１１】
ピストンにより反転後の燃料噴霧を点火する第２の運転モードでは点火時に燃料噴霧がある程度拡散しているため、噴射期間が短くても確実な点火が可能となり、一方、噴射燃料を吸気と混合する第３の運転モードでは噴射期間の短縮に影響されないため、噴射期間が短くても確実な点火が可能となる。
【００１２】
請求項２の発明は、請求項１において、運転制御手段が、機関回転速度から決定された判定値に基づいて上記噴射期間を判定するものである。
従って、機関回転速度が変化しても常に適切な判定値に基づいて運転モードの切換の要否を的確に判定可能となる。
請求項３の発明は、請求項１または２において、機関トルクを調整するトルク調整手段を備え、運転制御手段が、運転モード切換手段より第１の運転モードから第２の運転モードへの切換指令を受けたときに、同一運転領域での第１の運転モードと第２の運転モードとにより実現される機関トルクの差に基づいてトルク調整手段により機関トルクを調整するものである。
【００１３】
従って、第１の運転モードから第２の運転モードへの切換時には、双方の運転モードにより実現される機関トルクの差に基づいてトルク調整手段により機関トルクが調整され、運転モード切換時のトルク段差が抑制される。
【発明の効果】
【００１４】
以上説明したように請求項１の発明の筒内噴射型火花点火式内燃機関によれば、第１の運転モードによる運転中において種々の要因により燃料噴射弁の噴射期間が短縮して燃焼安定領域が縮小したときでも、異なる燃料噴霧の移送形態を採る第２の運転モードに切換えることにより安定した燃焼を成立でき、もって、失火を防止して良好なドライバビリティを実現することができる。
【００１５】
請求項２の発明の筒内噴射型火花点火式内燃機関によれば、請求項１に加えて、機関回転速度を反映した判定値に基づいて噴射期間を判定するため、運転モードの切換の要否を的確に判定することができる。
請求項３の発明の筒内噴射型火花点火式内燃機関によれば、請求項１または２に加えて、運転モードの切換時に機関トルクを調整することによりトルク段差を抑制し、もって一層良好なドライバビリティを実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明を具体化した筒内噴射型火花点火式内燃機関の一実施形態を説明する。
図１は本実施形態の筒内噴射型火花点火式内燃機関を示す概略構成図である。本実施形態の内燃機関は直列４気筒機関として構成されており、各図では１気筒分を示しているが、他の気筒についても全く同一構成である。
【００１７】
内燃機関Ｅのシリンダブロック１に形成されたシリンダ１ａ内には上下方向に摺動可能にピストン２が配設され、シリンダブロック１上にはシリンダヘッド３が固定されている。シリンダヘッド３の下面には内燃機関Ｅの吸気側（図の左方）及び排気側（図の右方）に向けてそれぞれ傾斜する一対の斜面３ａ，３ｂが形成され、これらの傾斜面３ａ，３ｂ、シリンダ１ａの内壁、ピストン２の頂面に囲まれて所謂ペントルーフ型燃焼室４が形作られている。ピストン頂面にはキャビティ２ａが形成され、当該キャビティ２ａの形状は、燃焼室４内に流入した吸気をキャビティ２ａ内で上方に反転させてタンブル流を生起させるための最適形状に設定されている。
【００１８】
シリンダヘッド３の両斜面３ａ，３ｂが交わる稜線より若干吸気側の位置には燃料噴射弁５が配設され、当該燃料噴射弁５は上端を僅かに吸気側に傾斜させた直立姿勢に保持され、下端に設けられた噴孔部５ａを燃焼室４内に臨ませて当該燃焼室４内に燃料を噴射し得る。また、シリンダヘッド３の両斜面３ａ，３ｂの稜線より若干排気側の位置には点火プラグ６が配設され、当該点火プラグ６は上端を僅かに排気側に傾斜させた直立姿勢に保持されて、下端の電極部６ａを燃焼室４内に臨ませている。
【００１９】
このような燃料噴射弁５と点火プラグ６との位置関係の結果、燃焼室４内において燃料噴射弁５の噴孔部５ａと点火プラグ６の電極部６ａとは互いに近接しており、噴孔部５ａから噴射された燃料噴霧が電極部６ａの近傍（直下）を通過するようになっている。なお、燃料噴霧の移送経路と電極部６ａとの位置関係はこれに限ることはなく、後述するスプレーガイド式により混合気を点火可能であれば任意に変更可能であり、例えば燃料噴霧の移送経路を電極部６ａと一致させてもよい。
【００２０】
シリンダヘッド３の吸気側の斜面３ａには燃料噴射弁５を間に挟んで内燃機関Ｅの前後方向（紙面と直交する方向）に一対の吸気ポート７が併設され、同様にシリンダヘッド３の排気側の斜面３ｂには点火プラグ７を挟んで前後方向に一対の排気ポート８が併設されている。両吸気ポート７にはそれぞれ吸気弁７ａが設けられ、両排気ポート８にはそれぞれ排気弁８ａが設けられ、これらの吸気弁７ａ及び排気弁８ａは、シリンダヘッド３上の図示しない動弁機構によりクランク軸の回転に同期した所定のタイミングで開閉駆動される。
【００２１】
両吸気ポート７は他の気筒の吸気ポートと共に図示しない共通の吸気通路と連通し、機関運転時には、吸気通路に導入された吸気がスロットル弁の開度に応じて流量調整された後に各気筒に分配され、吸気弁７ａの開弁に伴って燃焼室４内に流入する。また、両排気ポート８は他の気筒の排気ポートと共に図示しない共通の排気通路と連通し、機関運転時には、燃焼室４内で燃焼後の排ガスが排気弁８ａの開弁に伴って排気通路へと排出されて他の気筒の排ガスと合流し、排気通路に設けられた触媒や消音器を経て外部に排出される。
【００２２】
燃料噴射弁５は燃料路９ａを介して他の気筒の燃料噴射弁と共に共通のデリバリパイプ９と接続され、デリバリパイプ９は燃料路１０ａを介して可変燃圧式ポンプ１０と接続されている。可変燃圧ポンプ１０は内燃機関Ｅにより回転駆動されて低圧ポンプから供給される燃料を所定の制御圧まで昇圧し、昇圧後の燃料がデリバリパイプ９により各気筒の燃料噴射弁５に分配されて、各気筒の燃料噴射弁５の開弁に応じて燃焼室４内に噴射される。
【００２３】
車室内には、図示しない入出力装置、制御プログラムや制御マップなどの記憶に供される記憶装置（ＲＯＭ，ＲＡＭなど）、中央処理装置（ＣＰＵ）、タイマカウンタなどを備えたＥＣＵ（電子制御ユニット）１１が設置されている。ＥＣＵ１１の入力側には、内燃機関Ｅの回転速度Ｎeを検出する回転速度センサ１２、内燃機関Ｅのスロットル開度θthを検出するスロットルセンサ１３、アクセル操作量θaccを検出するアクセルセンサ１４などの各種センサ類が接続され、出力側には上記燃料噴射弁５、点火プラグ６を駆動するイグナイタ１５、スロットル弁の開度を調整する電動モータなどの各種デバイス類が接続されている。
【００２４】
ＥＣＵ１１は予め設定された各種制御マップに基づいて機関回転速度Ｎeやアクセル操作量θaccなどから目標空燃比Ａ/Ｆ、目標噴射時期ＩＴ、目標点火時期ＳＡ、目標スロットル開度θthなどを設定し、これらの目標値に基づいて燃料噴射弁５、イグナイタ１５、スロットル弁の電動モータを駆動制御する。ここで、各制御マップは以下に述べる内燃機関Ｅの運転モード毎に設定されており、各運転モードでは対応する制御マップを適用して運転モードに対して最適な制御量を決定している。
【００２５】
また、ＥＣＵ１１は内燃機関Ｅの運転モードを均一燃焼と成層燃焼との間で切換えており、具体的にはスロットル開度θthと機関回転速度Ｎeとから目標平均有効圧Ｐeを求め、この目標平均有効圧Ｐeと機関回転速度Ｎeとから図２に示す運転領域マップに従って実行すべき運転モードを決定する。運転モードとしては、吸気行程で噴射した燃料により均一な混合気を形成して燃焼させて均一燃焼を成立するストイキオモードと、圧縮行程で噴射した燃料により点火プラグ６の電極部６ａの周囲に理論空燃比近傍の混合気を形成した上で、全体として極めてリーンな空燃比Ａ/Ｆで燃焼させて成層燃焼を成立するスプレーガイドモード（第１の運転モード）およびウォールガイドモード（第２の運転モード）とを実行する。
【００２６】
図２に示すように、ストイキオモードは目標平均有効圧Ｐeが比較的高い運転領域で実行され、スプレーガイドモード（図２ではＳＧで表す）は目標平均有効圧Ｐeが比較的低い運転領域で実行され、両運転モードの間で、且つ機関回転速度Ｎeが比較的低い運転領域でウォールガイドモード（図２ではＷＧで表す）が実行される（運転制御手段）。スプレーガイドモードとウォールガイドモードとは異なる燃料噴霧の移送形態により成層燃焼を成立させる運転モードであり、以下、これらのスプレーガイドモードとウォールガイドモードについて説明する。
【００２７】
吸気行程で吸気ポート７から燃焼室４内に流入した吸気はピストン２のキャビティ２ａにより上方に反転されてタンブル流を生起し、生起されたタンブル流は内燃機関Ｅのサイクルが圧縮行程に移行した後にも持続している。一方、成層燃焼による内燃機関Ｅの運転時には、圧縮行程で燃料噴射弁５から噴射された燃料噴霧が自己の運動エネルギにより点火プラグ６の電極部６ａの直下を通過した後、吸気のタンブル流と共に上昇中のピストン２のキャビティ２ａ内で上方に反転され、再び点火プラグ６の電極部６ａ近傍に到達する。
【００２８】
結果として燃料噴霧は、噴射中または噴射直後に点火プラグ２の電極部２ａの直下を通過するタイミングと、その後にタンブル流と共にピストンキャビティ２ａにより反転されて再び電極部２ａに到達したタイミングとの２回に亘り、電極部２ａの周囲に点火可能な混合気を形成して点火の機会を与えられ、前者のタイミングで点火が行われるとスプレーガイドモードにより成層燃焼が成立し、後者のタイミングで点火が行われるとウォールガイドモードにより成層燃焼が成立する。
【００２９】
このようにスプレーガイドモードとウォールガイドモードとでは燃料噴霧の移送形態が異なることに起因して、双方の噴霧移送形態により成層燃焼を成立させるための燃料噴射時期ＩＴ及び点火時期ＳＡは相違することになる。図３はある空燃比Ａ/Ｆを前提としてスプレーガイドモードおよびウォールガイドモードにより安定した成層燃焼を成立可能な燃焼安定領域を示しており、当該燃焼安定領域の周囲は燃焼不能若しくは燃焼不完全な失火領域である。この図に示すように、ウォールガイドモードに比較してスプレーガイドモードでは燃焼安定領域が大幅に狭く、結果として燃焼安定領域での制御を可能とするために噴射時期ＩＴおよび点火時期ＳＡに関して特に適切な設定が要求されることが判る。この特性の相違は、噴射後にピストンを経由してある程度拡散した燃料噴霧を点火するウォールガイドモードに対して、噴射中または噴射直後の燃料噴霧を点火するスプレーガイドモードでは、点火プラグ近傍を通過中の燃料噴霧を点火可能な期間がごく短いことが要因となっている。
【００３０】
一方、燃料噴射弁５を駆動制御する際のパルス幅Ｐwは上記した燃料噴射量Ｑに対して各種補正処理を行って決定されるが、「発明が解決しようとする課題」でも述べたように、補正処理に関する種々の要因が重なることで、燃料噴射弁５のパルス幅Ｐwは基本条件（例えば、暖機後、標準大気圧、正常な燃圧）からかけ離れて小さな値になる場合があり、このような状況がスプレーガイドモードでの運転時に発生すると、点火プラグ近傍を通過中の燃料噴霧を点火可能な期間が極端に短くなり、図３に示す燃焼安定領域がさらに縮小してしまう。そこで、本実施形態では、パルス幅Ｐwの短縮に伴ってスプレーガイドモードの燃焼安定領域が縮小したときでも安定した成層燃焼を成立させるべく、他の運転モードに切換える対策を講じており、以下、当該運転モード切換処理について詳述する。
【００３１】
まず、上記したように内燃機関Ｅの運転モードは図２の運転領域マップに従って目標平均有効圧Ｐeと機関回転速度Ｎeとから決定されており、この決定に基づいて運転モードとしてストイキオモード、スプレーガイドモード、ウォールガイドモードの何れかが実行されている。
ＥＣＵ１１は内燃機関Ｅの運転中において図４に示す運転モード切換ルーチンを所定の制御インターバルで実行しており、ステップＳ２で機関回転速度Ｎe、目標平均有効圧Ｐe、体積効率ＥＶ、燃圧などの各種情報を求め、ステップＳ４に移行する。ステップＳ４では現在の運転モードがスプレーガイドモードであるか否かを判定し、内燃機関Ｅがウォールガイドモードまたはストイキモードにより運転されているときには、ステップＳ４でＮｏ（否定）の判定を下してルーチンを終了する。
【００３２】
また、スプレーガイドモードで運転中としてステップＳ４でＹｅｓ（肯定）の判定を下したときにはステップＳ６に移行し、スプレーガイドモード用の空燃比マップから目標空燃比Ａ/Ｆを決定する。続くステップＳ８ではスプレーガイドモード用のスロットル開度マップから目標スロットル開度θthを決定し、さらにステップＳ１０でスプレーガイドモード用の点火時期マップと噴射時期マップとから目標点火時期ＳＡおよび目標噴射時期ＩＴを決定する。その後、ステップＳ１２で体積効率ＥＶ、目標空燃比Ａ/Ｆ、燃圧、その他の補正係数（例えば、冷却水温、吸気温、大気圧など）、および噴射量−パルス幅換算用のインジェクタゲインに基づき、燃料噴射弁５のパルス幅Ｐwを決定する（噴射期間決定手段）。
【００３３】
続くステップＳ１４では機関回転速度Ｎeに基づいて最小パルス幅Ｐw0を決定する。当該最小パルス幅Ｐw0は、現在の機関回転速度Ｎeを前提として、スプレーガイドモードにより燃料噴霧を確実に点火可能なパルス幅Ｐwの下限値として設定されたものである。なお、燃料噴射弁５の制御誤差を見込んで、燃料噴霧を点火可能なパルス幅Ｐwの下限値より若干大きな値として最小パルス幅Ｐw0を設定してもよい。
【００３４】
その後、ＥＣＵ１１はステップＳ１６に移行して上記ステップＳ１２で決定したパルス幅Ｐwが最小パルス幅Ｐw0未満であるか否かを判定し、判定がＮｏのときにはそのままルーチンを終了する。従って、この場合には上記のように決定された目標点火時期ＳＡ、目標噴射時期ＩＴ、パルス幅Ｐwに基づき、通常通りスプレーガイドモードにより成層燃焼が実行されると共に、目標スロットル開度θthに基づくスロットル制御が行われる。
【００３５】
一方、上記ステップＳ１６の判定がＹｅｓのときにはステップＳ１８に移行し、現在の運転領域（Ｐe，Ｎe）でウォールガイドモードを実行可能であるか否かを判定する。ステップＳ１８の判定がＹｅｓのときには続くステップＳ２０で運転モードをウォールガイドモードに切換えた後にルーチンを終了する（運転モード切換手段）。従って、この場合には図示しないルーチンによりウォールガイドモード用の目標点火時期ＳＡ、目標噴射時期ＩＴ、パルス幅Ｐwが決定され、これらの制御量に基づいてウォールガイドモードにより成層燃焼が実行される。目標点火時期ＳＡおよび目標噴射時期ＩＴに関しては、図３に示すスプレーガイドモードの燃焼安定領域内の値からウォールガイドモードの燃焼安定領域内の値に向けて所定変化率でテーリングさせながら切換えられる。
【００３６】
また、例えばウォールガイドによる成層燃焼では達成不可能な高負荷域にあるときなどには、ステップＳ１８でＮｏの判定を下して続くステップＳ２２で運転モードをストイキオモードに切換えた後にルーチンを終了する（運転モード切換手段）。従って、この場合には図示しないルーチンによりストイキオモード用の目標点火時期ＳＡ、目標噴射時期ＩＴ、パルス幅Ｐwが決定され、これらの制御量に基づいてストイキオモードにより均一燃焼が実行される。
【００３７】
一方、ＥＣＵ１１は上記した運転モード切換ルーチンと並行して図５に示すトルク段差抑制ルーチンを実行する。当該トルク段差抑制ルーチンは上記ステップＳ２０で運転モードが切換えられたときのトルク段差を抑制するための処理である。即ち、同一運転領域（Ｐe，Ｎe）でスプレーガイドに代えてウォールガイドモードで成層燃焼を成立させるには空燃比Ａ/Ｆのリッチ化を要することから、ウォールガイドモードではスプレーガイドモードに比較してよりリッチ側に目標空燃比Ａ/Ｆが設定され、結果としてステップＳ２０での運転モードの切換時に機関トルクがステップ状に増加する現象が生じるため、このときのトルク段差の抑制を目的として上記トルク抑制ルーチンが実行される。
【００３８】
まず、ステップＳ３２で上記ステップＳ１８の処理によりスプレーガイドモードからウォールガイドモードへの切換が行われたか否かを判定し、判定がＮｏのときにはそのままルーチンを終了する。また、ステップＳ３２の判定がＹｅｓのときにはステップＳ３４に移行し、ウォールガイドモード用の目標空燃比マップから目標空燃比Ａ/Ｆを決定し、現在の目標空燃比Ａ/Ｆ（スプレーガイドモードの値）をウォールガイドモードの目標空燃比Ａ/Ｆに向けて所定変化率でテーリングさせながら切換える。上記のようにウォールガイドでの成層燃焼を成立させるために空燃比Ａ/Ｆはリッチ側に切換えられる。
【００３９】
続くステップＳ３６では、運転モードの切換に伴う機関トルクの増加を抑制すべくスロットル開度θthを閉側（トルク低下方向）に制御する処理を実行する（トルク調整手段）。具体的には、ウォールガイドモード用のスロットル開度マップから、スプレーガイドモードの目標スロットル開度θthに比較して運転モードの切換に伴う機関トルクの増加相当分だけ閉側の目標スロットル開度θthを決定し、現在の目標スロットル開度θth（スプレーガイドモードの値）をウォールガイドモードの目標スロットル開度θthに向けて所定変化率でテーリングさせながら切換える。
【００４０】
続くステップＳ３８では、目標点火時期ＳＡおよび目標噴射時期ＩＴの遅角側への補正処理を実行する。当該処理は、上記ステップＳ３６でのスロットル開度θthの調整のみでは機関トルクの抑制が不足する場合を想定したものであり、不足分に相当する目標点火時期ＳＡおよび目標噴射時期ＩＴに対する補正量をそれぞれ決定し、目標点火時期ＳＡおよび目標噴射時期ＩＴを０から所定の変化率で遅角側（トルク低下方向）にテーリングしながら最終的に補正量の補正を行う（トルク調整手段）。なお、スロットル開度θthの調整のみで機関トルクを抑制可能な運転領域では補正量として０が設定され、実質的な目標点火時期ＳＡおよび目標噴射時期ＩＴの補正は中止される。
【００４１】
次に、以上のＥＣＵ１１の処理によりスプレーガイドモードからウォールガイドモードに切換られたときの点火時期ＳＡや噴射時期ＩＴなどの制御状況を図６のタイムチャートに従ってさらに詳述する。
今、スプレーガイドモードでの運転中に車両を減速させるべく運転者のアクセル操作に基づきスロットル弁が閉側に制御されると、体積効率ＥＶの低下に伴って燃料噴射弁５のパルス幅Ｐwが急減する。パルス幅Ｐwが最小パルス幅Ｐw0未満になり（ステップＳ１８がＹｅｓ）、このときウォールガイドモードを実行可能な運転領域である場合にはウォールガイドモードへの切換が行われ（ステップＳ２０）、この運転モードの切換を受けて、内燃機関Ｅの空燃比Ａ/Ｆがリッチ側のウォールガイドモードの値に向けてテーリングにより切換えられる（ステップＳ３４）。
【００４２】
この空燃比制御と並行して、内燃機関Ｅのスロットル開度θthが閉側のウォールガイドモードの値に向けてテーリングにより切換えられると共に（ステップＳ３６）、目標点火時期ＳＡおよび目標噴射時期ＩＴに対して０から補正量に向けて遅角側への補正が実行される（ステップＳ３８）。
【００４３】
以上のように本実施形態の筒内噴射型火花点火式内燃機関Ｅでは、スプレーガイドモードでの運転時において、図４のステップＳ１２の処理によりスプレーガイドモードの燃焼安定領域を外れるほどの短い燃料噴射弁５のパルス幅Ｐw（＜Ｐw0）が決定されて、スプレーガイドモードによる安定した成層燃焼が期待できないときには、より燃焼安定領域が広いウォールガイドモードに切換えるようにしたため、燃料噴霧を確実に点火して安定した成層燃焼を成立でき、もって失火を防止して良好なドライバビリティを実現することができる。
加えて、ウォールガイドモードを実行不能な運転領域のときには、パルス幅Ｐwの短縮に影響されない均一燃焼のストイキオに切換えるため、結果としてどのような運転領域にあるときでもパルス幅Ｐwの短縮に起因する失火を確実に防止することができる。
【００４４】
一方、機関回転速度Ｎeから決定された最小パルス幅Ｐw0に基づいてパルス幅Ｐwに対する判定処理を実行するため、機関回転速度Ｎeが変化しても常に適切な最小パルス幅Ｐw0に基づいて運転モードの切換の要否を的確に判定できる。よって、ウォールガイドモードへの切換を要するにも拘わらず切換が行われずに失火によりドライバビリティが悪化したり、或いは無用なウォールガイドモードへの切換により燃料消費が低いスプレーガイドモードの実行期間が短縮されて燃費悪化を生じたりする不具合を未然に防止でき、ひいては運転モードを切換可能な本実施形態の内燃機関Ｅによるメリットを最大限に発揮することができる。
【００４５】
一方、スプレーガイドからウォールガイドモードへの切換が行われると空燃比Ａ/Ｆのリッチ化により機関トルクが増加するが、スロットル開度θthの閉側制御と目標点火時期ＳＡおよび目標噴射時期ＩＴのリタードを実行することにより機関トルクの増加、ひいてはトルク段差を抑制できるため、一層良好なドライバビリティを実現することができる。
【００４６】
以上で実施形態の説明を終えるが、本発明の態様はこの実施形態に限定されるものではない。例えば上記実施形態では直列４気筒内燃機関Ｅとして構成したが、燃焼室４内に直接燃料を噴射してスプレーガイドモードと他の燃料噴霧の移送形態による運転モードとを切換可能であれば、内燃機関Ｅのシリンダ配列や気筒数、或いは他の運転モードの種類は限定されるものではない。よって、例えばスプレーガイドモードとウォールガイドモードとを切換える内燃機関、或いはスプレーガイドモードとストイキオモードとを切換える内燃機関に具体化してもよい。
【００４７】
また、上記実施形態では、運転モードの切換の要否を判定するための最小パルス幅Ｐw0を機関回転速度Ｎeから決定したが、機関回転速度Ｎeに関係なく予め設定された固定値としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】実施形態の筒内噴射型火花点火式内燃機関を示す概略構成図である。
【図２】各運転モードの領域マップを示す図である。
【図３】スプレーガイドモードとウォールガイドモードとの燃焼安定領域を比較した図である。
【図４】ＥＣＵが実行する運転モード切換ルーチンを示すフローチャートである。
【図５】ＥＣＵが実行するトルク段差抑制ルーチンを示すフローチャートである。
【図６】スプレーガイドモードからウォールガイドモードへの切換時の制御状況を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
【００４９】
４    燃焼室
５    燃料噴射弁
６    点火プラグ
６ａ  電極部
１１  ＥＣＵ（噴射期間決定手段、運転制御手段、運転モード切換手段、トルク調整手段）
【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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