(57)【要約】【課題】  噴射時期および点火時期を確実に燃焼安定領域内に制御してスプレーガイド式の安定した成層燃焼を成立させ、もって、良好なドライバビリティを実現できる筒内噴射型火花点火式内燃機関を提供する。【解決手段】  噴射時期ＩＴを決定し、機関回転速度Ｎeおよび目標平均有効圧Ｐeに基づき噴射時期ＩＴに対応する噴射・点火換算値ｄＳＡを求め、その噴射・点火換算値ｄＳＡを噴射時期ＩＴに加算することにより、噴射時期ＩＴから噴射・点火換算値ｄＳＡだけ遅角側の値として点火時期ＳＡを算出する。【選択図】      図５
2007092554.tif 000002
【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、
運転状態に基づき上記燃料噴射弁の噴射時期を決定する噴射時期決定手段と、
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すべく、上記噴射時期決定手段により決定された噴射時期を基準として所定関係となるように上記運転状態に基づいて上記点火プラグの点火時期を決定する点火時期決定手段と
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】
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、
運転状態に基づき上記燃料噴射弁の噴射時期を決定する噴射時期決定手段と、
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すべく、上記運転状態に基づき上記点火プラグの点火時期を決定する点火時期決定手段と、
上記噴射時期決定手段により決定された噴射時期を基準とした最適な点火時期範囲を決定する最適点火時期範囲決定手段と、
上記点火時期決定手段により決定された点火時期が上記最適点火時期範囲を外れているときに、該点火時期を上記最適点火時期範囲内に補正する点火時期補正手段と
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。
【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を行う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点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、所謂スプレーガイド式の燃料噴霧の移送方法により成層燃焼を成立させるものがある（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、燃焼室の頂部に燃料噴射弁を略直立配置すると共に、燃料噴射弁の噴孔部の近傍に電極部を臨ませるように点火プラグを配設し、燃料噴射弁からの燃料噴霧が自己の運動エネルギにより点火プラグ近傍に到達したときに点火して成層燃焼を成立させている。点火プラグ近傍を通過する燃料噴霧を点火可能な期間はごく短いことから、図２に示すように、スプレーガイド式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）はかなり狭く、内燃機関を安定して運転するには適切な噴射時期ＩＴおよび点火時期ＳＡの制御が要求される。そこで、当該特許文献１の技術では、燃料噴射中または燃料噴射後に０〜２０°ＣＡ後の範囲内で点火時期ＳＡを決定し、当該点火時期ＳＡに従って点火時期制御を実行している。
【特許文献１】特表２００４−５１０９１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１の技術では噴射時期ＩＴを基準として点火時期ＳＡの範囲を規定しているものの、当該範囲内で具体的にどのような要件に基づいて点火時期を決定するかの記載がないため、確実に燃焼安定領域内で制御できるものではなく、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不具合があった。
一方、特許文献１の技術とは別に、機関負荷、機関回転速度、燃料圧力（燃圧）などの要件に基づいて点火時期を決定する手法もあるが、点火時期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することから、これらの補正を実施した結果、上記と同じく点火時期が不適切になって燃焼安定領域を外れてしまう場合があった。
【０００５】
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、噴射時期および点火時期を確実に燃焼安定領域内に制御してスプレーガイド式の安定した成層燃焼を成立させ、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】
【０００６】
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、運転状態に基づき燃料噴射弁の噴射時期を決定する噴射時期決定手段と、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すべく、噴射時期決定手段により決定された噴射時期を基準として所定関係となるように運転状態に基づいて点火プラグの点火時期を決定する点火時期決定手段とを備えたものである。
【０００７】
従って、内燃機関の運転状態に基づき噴射時期決定手段により燃料噴射弁の噴射時期が決定され、この噴射時期を基準として所定関係となるように点火時期決定手段により運転状態に基づいて点火時期が決定される。噴射された燃料噴霧を点火可能であるか否かは、基本的には噴射時期に対してどの程度遅延させたタイミングで点火を行うかにかかっており、噴射時期を基準として点火時期を決定することで燃料噴霧を確実に点火可能な点火時期、即ち燃焼安定領域内に点火時期を設定でき、しかも、噴射時期と点火時期との相関関係に影響を及ぼす内燃機関の運転状態に基づいて点火時期を決定するため、内燃機関の運転状態が変化しても、それに影響を受けることなく常に確実に点火可能な点火時期を設定可能となる。
【０００８】
請求項２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、運転状態に基づき上記燃料噴射弁の噴射時期を決定する噴射時期決定手段と、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すべく、運転状態に基づき点火プラグの点火時期を決定する点火時期決定手段と、噴射時期決定手段により決定された噴射時期を基準とした最適な点火時期範囲を決定する最適点火時期範囲決定手段と、点火時期決定手段により決定された点火時期が最適点火時期範囲を外れているときに、点火時期を最適点火時期範囲内に補正する点火時期補正手段とを備えたものである。
【０００９】
従って、内燃機関の運転状態に基づき噴射時期決定手段により燃料噴射弁の噴射時期が決定されると共に、同じく運転状態に基づき点火時期決定手段により点火プラグの点火時期が決定される。一方、噴射時期を基準とした最適な点火時期範囲が内燃機関の運転状態に基づいて最適点火時期範囲決定手段により決定され、点火時期決定手段により決定された点火時期が最適点火時期範囲を外れているときには、点火時期補正手段により点火時期が最適点火時期範囲内に補正される。
【００１０】
噴射された燃料噴霧を点火可能であるか否かは、基本的には噴射時期に対してどの程度遅延させたタイミングで点火を行うかにかかっており、噴射時期を基準とした最適点火時期範囲内に点火時期を保持することで、燃料噴霧を確実に点火可能な点火時期、即ち燃焼安定領域内の点火時期を設定でき、しかも、噴射時期と点火時期との相関関係に影響を及ぼす内燃機関の運転状態に基づいて最適点火時期範囲を決定するため、内燃機関の運転状態が変化しても、それに影響を受けることなく常に確実に点火可能な点火時期を設定可能となる。
【００１１】
また、点火時期決定手段による点火時期の決定の際に、例えば内燃機関の冷却水温、吸気温、大気圧などの要件に基づく補正が実施された結果、点火時期が不適切になる場合もあるが、その後の最適点火時期範囲に基づく補正処理により最終的な点火時期は確実に燃焼安定領域内に設定される。
【発明の効果】
【００１２】
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、噴射時期を基準として所定関係となるように内燃機関の運転状態に基づいて点火時期を決定するため、噴射時期および点火時期を確実に燃焼安定領域内に制御してスプレーガイド式の安定した成層燃焼を成立させ、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。
【００１３】
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、噴射時期を基準とした最適点火時期範囲を内燃機関の運転状態に基づいて決定し、この最適点火時期範囲内に点火時期を保持するため、噴射時期および点火時期を確実に燃焼安定領域内に制御してスプレーガイド式の安定した成層燃焼を成立させ、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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
［第１実施形態］
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第１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Ｅ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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。尚、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燃料噴霧を移送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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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などの各種デバイス類が接続されている。
【００２２】
ＥＣＵ１１は予め設定された燃料噴射量マップ、燃料噴射時期マップ及び点火時期マップに基づき、機関回転速度Ｎe、目標平均有効圧Ｐe（機関負荷）、燃圧などから燃料噴射量Ｑ、噴射時期ＩＴ及び点火時期ＳＡを設定し、これらの目標値に基づいて燃料噴射弁５を制御すると共に、イグナイタ１５を駆動して点火プラグ６を制御する。また、ＥＣＵ１１は可変燃圧ポンプ１０の制御圧を制御し、例えば燃料噴霧の微粒化を目的として可変燃圧ポンプ１０の制御圧を増加する一方、燃料噴射弁５のパルス幅（開弁期間）が減少して制御精度の悪化が懸念される低噴射量の領域では、制御圧の低下によりパルス幅を増加させて制御精度の悪化を防止する。
【００２３】
また、ＥＣＵ１１は内燃機関Ｅの運転モードを運転状態に応じて均一燃焼モードと成層燃焼モード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とから予め設定されたマップに従って実行すべき運転モードを決定する。均一燃焼モードは目標平均有効圧Ｐeまたは機関回転速度Ｎeが比較的高い運転領域で実行され、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（均一燃焼）させる運転モードである。成層燃焼モードは比較的低回転低負荷域で実行され、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で燃焼（成層燃焼）させる運転モードである。
【００２４】
本実施形態では、成層燃焼を成立させるためにスプレーガイド式の燃料噴霧の移送方法が適用されている。即ち、圧縮行程で燃料噴射弁５から噴射された燃料噴霧は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、このときの燃料噴霧の通過に合わせたタイミングで点火プラグ６が点火されて成層燃焼が行なわれる。
図２はある空燃比を前提としてスプレーガイド式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燃焼安定領域は噴射時期ＩＴ（同図では噴射終了時期を表わしている）および点火時期ＳＡが共に進角する方向に延びており、ある噴射時期ＩＴに対して燃焼安定領域内での制御を可能とする点火時期ＳＡはごく狭い範囲に限られることが判る。
【００２５】
例えば吸気流を利用して燃料噴霧を移送するウォールガイド式では点火プラグ６までの噴霧移送経路が長いことから、燃料噴霧がある程度拡散した状態で点火プラグ６に到達するのに対して、スプレーガイド式では燃料噴霧が拡散する以前の噴射直後に点火プラグ６に到達するため点火可能な期間がごく短い。この要因により、図３に示すようにスプレーガイド式（同図ではＳＧとして表す）ではウォールガイド式（同図ではＷＧとして表す）に比較して燃焼安定領域が大幅に狭くなり、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。そこで、本実施形態では、噴射時期ＩＴを基準として所定の関係となるように点火時期ＳＡを設定しており、以下、当該噴射時期ＩＴおよび点火時期ＳＡの設定手順を説明する。
【００２６】
図４はＥＣＵ１１が実行する噴射時期・点火時期設定ルーチンを示すフローチャートであり、ＥＣＵ１１は当該ルーチンを所定の制御インターバルで実行する。まず、ステップＳ２で機関回転速度Ｎeおよび目標平均有効圧Ｐeを求め、続くステップＳ４で現在の運転モードが成層燃焼モードであるか否かを判定し、現在の内燃機関Ｅが均一燃焼モードで運転中のときには、Ｎｏ（否定）の判定を下して一旦ルーチンを終了する。また、内燃機関Ｅが成層燃焼モードで運転中のときにはステップＳ４でＹｅｓ（肯定)の判定を下してステップＳ６に移行し、予め設定されたマップに従って機関回転速度Ｎeおよび目標平均有効圧Ｐeから燃料噴射時期ＩＴを決定する（噴射時期決定手段）。当該噴射時期ＩＴの決定方法は一般的なものであり、本実施形態では噴射時期ＩＴとして噴射終了時期を決定しているが、これに代えて噴射開始時期を適用してもよい。また、機関回転速度Ｎeおよび目標平均有効圧Ｐeに加えて燃圧などを考慮してもよい。
【００２７】
続くステップＳ８では、上記のように決定された噴射時期ＩＴを補正して点火時期ＳＡを算出するための噴射・点火換算値ｄＳＡを求める。当該噴射・点火換算値ｄＳＡは、図２に一点鎖線で示すように噴射時期ＩＴを点火時期ＳＡと見なした仮想ラインＬ（ＩＴ＝ＳＡ）を基準として、燃焼安定領域内の最適位置まで点火時期ＳＡを補正するための補正値であり、予め設定されたマップに従って機関回転速度Ｎeおよび目標平均有効圧Ｐeから噴射・点火換算値ｄＳＡが決定される。当該マップは内燃機関Ｅを台上試験し、各運転状態（Ｎe，Ｐe）において噴射時期ＩＴに対してどの程度遅延したタイミングで点火を実行すれば最適な燃焼状態（即ち、燃焼安定領域内の最適位置）となるかを検証した試験結果から設定されたものである。なお、噴射・点火換算値ｄＳＡを求める際に、同時に冷却水温、吸気温、大気圧などに基づく補正処理を行ってもよい。
【００２８】
このようにして噴射・点火換算値ｄＳＡを求めた後、ステップＳ１０で燃料噴射時期ＩＴに噴射・点火換算値ｄＳＡを加算して点火時期ＳＡを求め（請求項１の点火時期決定手段）、ルーチンを終了する。
なお、図２では仮想ラインＬに対して燃焼安定領域が遅角側に離間しているが、双方の位置関係は内燃機関Ｅの仕様（燃焼室形状や燃料噴射弁５と点火プラグ６の電極部６ａとの位置関係など）によって異なり、場合によっては破線で示すように燃焼安定領域が仮想ラインＬとオーバラップすることもあるが、基本的なＥＣＵ１１の制御に関しては相違ない。
【００２９】
図２および図５の噴射時期ＩＴに対する点火時期ＳＡの決定状況を示すタイムチャートのように、以上のＥＣＵ１１の処理により、噴射時期ＩＴが決定されると（ステップＳ６）、決定された噴射時期ＩＴに対応する噴射・点火換算値ｄＳＡが求められ（ステップＳ８）、その噴射・点火換算値ｄＳＡが噴射時期ＩＴに加算されることで、噴射時期ＩＴから噴射・点火換算値ｄＳＡだけ遅角側の燃焼安定領域内の最適位置として点火時期ＳＡが算出される（ステップＳ１０）。
【００３０】
即ち、本実施形態では、噴射時期ＩＴを基準として機関回転速度Ｎeおよび目標平均有効圧Ｐe（内燃機関Ｅの運転状態）から求めた噴射・点火換算値ｄＳＡだけ遅角側となるように（所定関係となるように）点火時期ＳＡを決定しており、例えば内燃機関Ｅの運転状態が同一である場合には、図２に示すように各噴射時期ＩＴに対して常に同一の噴射・点火換算値ｄＳＡだけ遅角位置に点火時期ＳＡが設定される。
【００３１】
噴射された燃料噴霧を点火可能であるか否かは、基本的には噴射時期ＩＴに対してどの程度遅延させたタイミングで点火を行うかにかかっており、噴射時期ＩＴを基準として点火時期ＳＡを決定することで燃料噴霧を確実に点火可能な点火時期ＳＡ、換言すれば燃焼安定領域内の最適位置に点火時期ＳＡを設定できる。さらに、噴射時期ＩＴと点火時期ＳＡとの相関関係に影響を及ぼす機関回転速度Ｎeや目標平均有効圧Ｐeを反映させた噴射・点火換算値ｄＳＡに基づいて点火時期ＳＡを決定するため、内燃機関Ｅの運転状態が変化しても、それに影響を受けることなく常に確実に燃焼安定領域内に点火時期ＳＡを設定することができる。なお、噴射時期ＩＴの基準は、噴射開始時期あるいは噴射終了時期のどちらでも設定することができる。噴射終了時期を基準として設定する場合、噴射された燃料噴霧を点火可能であるか否かは、点火時期ＳＡは噴射時期ＩＴに対してどの程度進角させたタイミングで点火を行うかによって決定しても良い。
【００３２】
結果として、失火を生じることなく安定した成層燃焼を成立させて良好なドライバビリティを実現できると共に、適切な点火時期ＳＡを確実に設定できることから事前のマップ設定などに関するキャリブレーションを容易に実施することができる。一方、図４のフローチャートから明らかなように以上の作用効果を得るための処理はごく簡単であるため、ＥＣＵ１１の制御を簡略化することができる。
［第２実施形態］
次に、本発明を別の筒内噴射型火花点火式内燃機関Ｅに具体化した第２実施形態を説明する。本実施形態は第１実施形態の内燃機関Ｅと基本的な構成は同一であり、相違点は噴射時期ＩＴから点火時期ＳＡを決定するためのＥＣＵ１１の処理にある。従って、共通個所の重複する説明は種略し、相違点を重点的に説明する。
【００３３】
図６はＥＣＵ１１が実行する噴射時期・点火時期設定ルーチンを示すフローチャートである。まず、ステップＳ１２で機関回転速度Ｎeおよび目標平均有効圧Ｐeを求め、続くステップＳ１４で現在の運転モードが成層燃焼モードであるか否かを判定し、判定がＹｅｓのときにはステップＳ１６で予め設定されたマップに従って機関回転速度Ｎeおよび目標平均有効圧Ｐeから噴射時期ＩＴを決定する（噴射時期決定手段）。以上の処理は、第１実施形態のステップＳ２〜６と同一である。
【００３４】
その後、ステップＳ１８で予め設定されたマップに従って機関回転速度Ｎeおよび目標平均有効圧Ｐeから基本点火時期ＳＡmapを決定し、続くステップＳ２０で冷却水温ｗｔ、吸気温ａｔ、大気圧ａｐから水温補正値ＳＡwt、吸気温補正値ＳＡat、大気圧補正値ＳＡapをそれぞれ算出する。続くステップＳ２２では、基本点火時期ＳＡmapに各補正値ＳＡwt，ＳＡat，ＳＡapを加算して点火時期ＳＡを算出する（請求項２の点火時期決定手段）。なお、以上の点火時期ＳＡの決定方法は一般的なものである。
【００３５】
図７は進角限界値ｄＳＡＡおよび遅角限界値ｄＳＡＢの設定状況を示しており、続くステップＳ２４では、上記のように決定された噴射時期ＩＴを点火時期ＳＡと見なした仮想ラインＬを基準として、燃焼安定領域内の進角限界の点火時期ＳＡまでの変位量として進角限界値ｄＳＡＡを決定し、燃焼安定領域内の遅角限界の点火時期ＳＡまでの変位量として遅角限界値ｄＳＡＢを決定する（最適点火時期範囲設定手段）。具体的な処理としては、第１実施形態のステップＳ８と同様に、内燃機関Ｅの台上試験により設定されたマップに従って機関回転速度Ｎeおよび目標平均有効圧Ｐeから進角限界値ｄＳＡＡおよび遅角限界値ｄＳＡＢを決定する。なお、進角限界値ｄＳＡＡおよび遅角限界値ｄＳＡＢを求める際に、同時に冷却水温ｗｔ、吸気温ａｔ、大気圧ａｐなどに基づく補正処理を行ってもよい。
【００３６】
図７に示すように、燃焼安定領域の形状、や大きさ、および仮想ラインＬに対して燃焼安定領域が遅角側に離間している点は、第１実施形態で述べた図２と全く同様である。そして、このような仮想ラインＬと燃焼安定領域との位置関係により、進角限界値ｄＳＡＡおよび遅角限界値ｄＳＡＢは共に遅角側への変位量として設定され、双方の差（ｄＳＡＢ−ｄＳＡＡ）が燃焼安定領域の進角遅角方向の幅（以下、最適点火時期範囲ＳＡareaと称する）に相当する。以下、この仮想ラインＬと燃焼安定領域との位置関係を前提として説明するが、図２に破線で示した仮想ラインＬと燃焼安定領域とがオーバラップしている場合でもＥＣＵ１の制御は同様であり、進角限界値ｄＳＡＡとして負の値が設定されるだけである。
【００３７】
なお、上記進角限界値ｄＳＡＡおよび遅角限界値ｄＳＡＢは燃焼安定領域の進角および遅角限界に一致させているが、制御上の誤差を考慮して若干燃焼安定領域内に入った位置に進角遅角限界値ｄＳＡＡ，ｄＳＡＢを設定してもよい。
その後、ＥＣＵ１１はステップＳ２６に移行し、上記ステップＳ２２で決定した点火時期ＳＡが上記ステップＳ１６で決定した噴射時期ＩＴに進角限界値ｄＳＡＡを加算した値未満であるか否かを判定し、判定がＮｏのときにはステップＳ２８に移行する。ステップＳ２８では、上記ステップＳ２２で決定した点火時期ＳＡが上記ステップＳ１６で決定した噴射時期ＩＴに遅角限界値ｄＳＡＢを加算した値を越えているか否かを判定し、判定がＮｏのときにはルーチンを終了する。即ち、この場合にはステップＳ２２で決定された点火時期ＳＡが最適点火時期範囲ＳＡarea内に位置するため、当該点火時期ＳＡがそのまま点火時期制御に適用される。
【００３８】
また、ステップＳ２６の判定がＹｅｓで、ステップＳ２２で決定された点火時期ＳＡが最適点火時期範囲ＳＡareaより進角側に外れているときには、ステップＳ３０に移行して噴射時期ＩＴに進角限界値ｄＳＡＡを加算した値を点火時期ＳＡとして設定する（点火時期補正手段）。
一方、ステップＳ２８の判定がＹｅｓで、ステップＳ２２で決定された点火時期ＳＡが最適点火時期範囲ＳＡareaより遅角側に外れているときには、ステップＳ３２に移行して噴射時期ＩＴに進角限界値ｄＳＡＢを加算した値を点火時期ＳＡとして設定する（点火時期補正手段）。
【００３９】
図７および図８に示す噴射時期ＩＴに対する点火時期ＳＡの決定状況を示すタイムチャートのように、以上のＥＣＵ１１の処理により、噴射時期ＩＴが決定され（ステップＳ１６）、点火時期ＳＡが決定されると（ステップＳ１８〜２２）、決定された噴射時期ＩＴに対応する進角限界値ｄＳＡＡおよび遅角限界値ｄＳＡＢが求められ（ステップＳ２４）、これらの進角限界値ｄＳＡＡおよび遅角限界値ｄＳＡＢにより規定される最適点火時期範囲ＳＡareaに対して、図８に破線で示すように上記算出した点火時期ＳＡが進角側または遅角側に外れているときには、当該点火時期ＳＡが最適点火時期範囲ＳＡarea内の進角限界または遅角限界に補正される（ステップＳ２６〜３２）。
【００４０】
即ち、本実施形態では、噴射時期ＩＴを基準として機関回転速度Ｎeおよび目標平均有効圧Ｐe（内燃機関Ｅの運転状態）から求めた進角限界値ｄＳＡＡおよび遅角限界値ｄＳＡＢで最適点火時期範囲ＳＡareaを規定し、一般的な方法により決定した点火時期ＳＡを適宜補正することで最適点火時期範囲ＳＡarea内に保持している。
第１実施形態でも述べたように噴射された燃料噴霧を点火可能であるか否かは、基本的には噴射時期ＩＴに対してどの程度遅延させたタイミングで点火を行うかにかかっており、噴射時期ＩＴを基準として規定した最適点火時期範囲ＳＡarea内に点火時期ＳＡを保持することで、燃料噴霧を確実に点火可能な点火時期ＳＡ、換言すれば燃焼安定領域内の最適位置に点火時期ＳＡを設定できる。さらに、噴射時期ＩＴと点火時期ＳＡとの相関関係に影響を及ぼす機関回転速度Ｎeや目標平均有効圧Ｐeを反映させた進角限界値ｄＳＡＡおよび遅角限界値ｄＳＡＢに基づいて最適点火時期範囲ＳＡareaを規定するため、内燃機関Ｅの運転状態が変化しても、それに影響を受けることなく常に確実に燃焼安定領域内に点火時期ＳＡを設定することができる。
【００４１】
また、ステップＳ２２での冷却水温ｗｔ、吸気温ａｔ、大気圧ａｐに基づく補正処理の結果、点火時期ＳＡが不適切になる場合もあるが、その後の最適点火時期範囲ＳＡareaに基づく補正処理により最終的な点火時期ＳＡは確実に燃焼安定領域内に設定される。よって、第１実施形態と同じく安定した成層燃焼により良好なドライバビリティを実現できると共に、マップ設定などのキャリブレーションを容易化でき、さらにＥＣＵ１１の制御を簡略化することができる。
［第３実施形態］
次に、本発明を別の筒内噴射型火花点火式内燃機関Ｅに具体化した第３実施形態を説明する。本実施形態は第１および第２実施形態の内燃機関Ｅと基本的な構成は同一であり、相違点は内燃機関Ｅの負荷状態に応じて噴射時期ＩＴから点火時期ＳＡを決定するためのＥＣＵ１１の処理を切換える点にある。従って、共通個所の重複する説明は種略し、相違点を重点的に説明する。
【００４２】
上記実施形態で説明したように内燃機関Ｅの空燃比が特定されると燃焼安定領域も特定できるが、燃焼安定領域の形状や大きさは空燃比のみならず内燃機関Ｅの負荷状態によっても異なる。図９は図２，７に比較して高負荷運転でのスプレーガイド式による燃焼安定領域を示しているが（他条件は同一）、双方の比較から明らかなように、負荷増加に伴って大略的には燃焼安定領域が拡大傾向となる。従って、内燃機関Ｅの低負荷運転時には燃焼安定領域が縮小して一層適切な噴射時期ＩＴおよび点火時期ＳＡの設定が要求されることが判る。
【００４３】
そこで、本実施形態では、内燃機関Ｅの負荷状態に対して最適な設定方法により点火時期ＳＡを設定しており、以下に詳述する。
図１０はＥＣＵ１１が実行する噴射時期・点火時期設定ルーチンを示すフローチャートである。まず、ステップＳ４２で内燃機関Ｅの目標平均有効圧Ｐeが予め設定された切換判定値Ｐe0以上であるか否かを判定し、判定がＹｅｓで内燃機関Ｅが比較的高負荷で運転しているときにはステップＳ４４に移行する。ステップＳ４４では上記第１実施形態の手順（図４のステップＳ２〜１０）で噴射時期ＩＴおよび点火時期ＳＡを算出し、その後にルーチンを終了する。また、ステップＳ４２の判定がＮｏで内燃機関Ｅが比較的低負荷で運転しているときには、ステップＳ４６に移行して上記第２実施形態の手順（図６のステップＳ１２〜３２）で噴射時期ＩＴおよび点火時期ＳＡを算出し、その後にルーチンを終了する。なお、内燃機関Ｅの負荷状態は目標平均有効圧Ｐeに限る必要はなく、例えば燃料噴射量などの別の指標を適用してもよい。
【００４４】
第１および第２実施形態で説明した点火時期ＳＡの設定手法を比較すると、第１実施形態の設定手法によればＥＣＵ１１の制御はより簡単であるものの、燃焼安定領域内に点火時期ＳＡを設定する確実性の点では、噴射時期ＩＴを基準とした最適点火時期範囲ＳＡareaに基づいて点火時期ＳＡを設定する第２実施形態の設定手法の方が優れている。本実施形態によれば、内燃機関Ｅの高負荷運転時には第１実施形態の設定手法を採ることによりＥＣＵ１１の制御を簡略化して、並行して実行される他の制御、例えば燃料噴射弁５やイグナイタ１５の駆動制御に対する処理能力上の余裕を確保できると共に、燃焼安定領域が縮小する低負荷運転時には第２実施形態の設定手法を採ることで、より適切に点火時期ＳＡを設定して失火を一層確実に防止でき、これにより双方の点火時期ＳＡの設定手法による利点を共に得ることができる。
【００４５】
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。例えば上記各実施形態では直列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式により成層燃焼を成立させる内燃機関Ｅであれば、そのシリンダ配列や気筒数は限定されるものではなく任意に変更可能である。
上記各実施形態ではスプレーガイド式の燃料噴霧の移送方法により成層燃焼を成立したが、例えばスプレーガイド式とウォールガイド式とを運転状態に応じて切換える内燃機関Ｅに適用し、スプレーガイド式による成層燃焼時に上記実施形態で説明した手順で噴射時期ＩＴ及び点火時期ＳＡを決定するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【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】燃焼安定領域上での第１実施形態による点火時期の設定状況を示す図である。
【図３】スプレーガイド式とウォールガイド式との燃焼安定領域を比較した図である。
【図４】第１実施形態のＥＣＵが実行する噴射時期・点火時期設定ルーチンを示すフローチャートである。
【図５】第１実施形態による噴射時期に対する点火時期の設定状況を示すタイムチャートである。
【図６】第２実施形態のＥＣＵが実行する噴射時期・点火時期設定ルーチンを示すフローチャートである。
【図７】燃焼安定領域上での第２実施形態による点火時期の設定状況を示す図である。
【図８】第２実施形態による噴射時期に対する点火時期の設定状況を示すタイムチャートである。
【図９】図２，７と対応する高負荷運転時の燃焼安定領域を示す図である。
【図１０】第３実施形態のＥＣＵが実行する噴射時期・点火時期設定ルーチンを示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００４７】
５    燃料噴射弁
６    点火プラグ
６ａ  電極部
１１  ＥＣＵ（噴射時期決定手段、点火時期決定手段、最適点火時期範囲決定手段、
点火時期補正手段）
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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