(57)【要約】【課題】  エンストや始動不良が発生することを防止する。【解決手段】  所定の運転状態のときに点火時期を圧縮上死点後に設定した超リタード燃焼を行う筒内直接噴射式火花点火内燃機関であって、超リタード燃焼時には、圧縮行程中に１回目の燃料噴射を行い、点火プラグ１４近傍の燃焼室３の一部にリッチな混合気を形成するとともに、局部的にさらにリッチな混合気が点火時期に点火プラグ１４に到達するように点火時期から所定期間先行したタイミングでかつ膨張行程中に２回目の燃料噴射を行う筒内直接噴射式火花点火内燃機関の制御装置において、大気圧センサ２６及び外気温センサ２７から空気密度を算出し、空気密度が所定のしきい値Ａ以下の場合には、超リタード燃焼の実施が禁止されることを特徴としている。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁および点火プラグを備え、所定の運転状態のときに、点火時期を圧縮上死点後に設定した超リタード燃焼を行う筒内直接噴射式火花点火内燃機関であって、
超リタード燃焼時には、圧縮行程中に１回目の燃料噴射を行い、点火プラグ近傍の燃焼室の一部にリッチな混合気を形成するとともに、局部的にさらにリッチな混合気が点火時期に点火プラグに到達するように点火時期から所定期間先行したタイミングでかつ膨張行程中に２回目の燃料噴射を行い、点火プラグ近傍の燃焼室の一部に２段階の成層混合気を形成した状態で点火する筒内直接噴射式火花点火内燃機関の制御装置において、
内燃機関に取り入れられた空気の空気密度を検知する空気密度検知手段を有し、空気密度が所定の第１所定値以下の場合には、超リタード燃焼の実施が禁止されることを特徴とする筒内直接噴射式火花点火内燃機関の制御装置。
【請求項２】
内燃機関の冷却水温を検知する冷却水温度検知手段を有し、上記第１所定値は、冷却水温が低いほど大きくなるよう設定されることを特徴とする請求項１に記載の筒内直接噴射式火花点火内燃機関の制御装置。
【請求項３】
空気密度が上記第１所定値よりも大きくかつ上記第１所定値よりも大きい所定の第２所定値以下の場合には、点火時期が相対的に進角側に補正された超リタード燃焼の実施が許可され、
空気密度が上記第２所定値よりも大きい場合には、点火時期の補正が行われない超リタード燃焼の実施が許可され、
上記第１所定値は、超リタード燃焼時に、点火時期を進角側に補正することで、空気密度が低いことに起因したトルク低下によるエンスト及び始動不良を回避できる空気密度のしきい値であり、
上記第２所定値は、超リタード燃焼時に、空気密度が低いことに起因したトルク低下によるエンスト及び始動不良を回避できる空気密度のしきい値であることを特徴とする請求項１または２に記載の筒内直接噴射式火花点火内燃機関の制御装置。
【請求項４】
空気密度が上記第１所定値よりも大きくかつ上記第２所定値以下の場合には、空気密度が低いほど、点火時期の進角量が大きくなるよう設定されていることを特徴するする請求項３に記載の筒内直接噴射式火花点火内燃機関の制御装置。
【請求項５】
所定の運転状態として、排気ガス温度の昇温が要求されたときに、上記の超リタード燃焼が実行されることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の筒内直接噴射式火花点火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、筒内直接噴射式火花点火内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、筒内直接噴射式火花点火内燃機関の触媒暖機方法として、排気浄化用の触媒コンバータが活性温度よりも低い未暖機状態のときに、吸気行程から点火時期にかけての期間内で、部分的な空燃比の濃淡を有する混合気を燃焼室内に形成する後期噴射と、この後期噴射より前に燃料を噴射して、後期噴射の燃料と後期噴射の燃焼とで延焼可能な、理論空燃比よりもリーンな空燃比の混合気を燃焼室内に生成する早期噴射と、の少なくとも２回の分割噴射を行い、かつ点火時期をＭＢＴ点より所定量リタードさせるとともに、機関の無負荷領域では点火時期を圧縮上死点よりも前に設定し、無負荷領域を除く低速低負荷領域では点火時期を圧縮上死点以降までリタードさせる技術が記載されている。上記後期噴射は、圧縮行程の中期以降、例えば１２０°ＢＴＤＣ〜４５°ＢＴＤＣに行われる。
【０００３】
また、特許文献２は、本出願人が先に提案したものであって、高圧燃料噴射の噴霧エネルギによる筒内の乱れを利用することで、点火時期を圧縮上死点後までリタードした燃焼を安定的に得るようにした技術が記載されており、その一つの例として、１回目の燃料噴射を圧縮行程後期に行い、２回目の燃料噴射を膨張行程の点火の直前に行うことが開示されている。
【特許文献１】特許第３３２５２３０号公報
【特許文献２】特開２００５−２１４０３９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、車両が高地にある等の空気密度が低い環境条件下では、空気密度が低いことにより内燃機関に導入される空気量が相対的に減少することになるため、内燃機関の出力トルクも相対的に低下することになる。
【０００５】
そのため、空気密度が低いときに、点火時期を圧縮上死点後の設定した超リタード燃焼を行うと、出力トルクの低下に伴いエンストが発生する虞がある。特に、内燃機関のフリクションが大きくなる冷機始動時に、点火時期を圧縮上死点後の設定した超リタード燃焼を行うような場合、内燃機関の出力トルクの低下に伴い、エンストや始動不良が発生する虞がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
そこで、本発明は、所定の運転状態のときに点火時期を圧縮上死点後に設定した超リタード燃焼を行う筒内直接噴射式火花点火内燃機関であって、超リタード燃焼時には、圧縮行程中に１回目の燃料噴射を行い、点火プラグ近傍の燃焼室の一部にリッチな混合気を形成するとともに、局部的にさらにリッチな混合気が点火時期に点火プラグに到達するように点火時期から所定期間先行したタイミングでかつ膨張行程中に２回目の燃料噴射を行う筒内直接噴射式火花点火内燃機関の制御装置において、内燃機関に取り入れられた空気の空気密度を検知する空気密度検知手段を有し、空気密度が所定の第１所定値以下の場合には、超リタード燃焼の実施が禁止されることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、空気密度が低い場合には、点火時期を圧縮上死点後に設定した超リタード燃焼の実施が禁止されるので、空気密度が低いことに起因する内燃機関の出力トルクの低下を確実に防止することができ、エンストや始動不良が発生することを防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【０００９】
図１は、この発明が適用される筒内直接噴射式火花点火内燃機関のシステム構成を示す構成説明図である。
【００１０】
この内燃機関１のピストン２により形成される燃焼室３には、吸気弁（図示せず）を介して吸気通路４が接続され、かつ排気弁（図示せず）を介して排気通路５が接続されている。上記吸気通路４には、吸入空気量を検出するエアフロメータ６が配設されているとともに、制御信号によりアクチュエータ８を介して開度制御される電子制御スロットル弁７が配設されている。排気通路５には、排気浄化用の触媒コンバータ１０が配設されているとともに、その上流側および下流側にそれぞれ空燃比センサ１１，１２が設けられており、さらに、上流側の空燃比センサ１１と並んで、触媒コンバータ１０入口側での排気温度を検出する排気温度センサ１３が設けられている。
【００１１】
燃焼室３の中央頂上部には、点火プラグ１４が配置されている。また、燃焼室３の吸気通路４側の側部に、該燃焼室３内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁１５が配置されている。この燃料噴射弁１５には、高圧燃料ポンプ１６およびプレッシャレギュレータ１７によって所定圧力に調圧された燃料が、高圧燃料通路１８を介して供給されている。従って、各気筒の燃料噴射弁１５が制御パルスにより開弁することで、その開弁期間に応じた量の燃料が噴射される。なお、１９は、燃圧を検出する燃圧センサ、２０は、上記高圧燃料ポンプ１６へ燃料を送る低圧燃料ポンプである。
【００１２】
また内燃機関１には、機関冷却水温を検出する水温センサ２１が設けられているとともに、クランク角を検出するクランク角センサ２２が設けられている。さらに、運転者によるアクセルペダル踏み込み量を検出するアクセル開度センサ２３、大気圧を検出する大気圧センサ２６及び外気温を検出する外気温センサ２７が設けられている。
【００１３】
上記内燃機関１の燃料噴射量や噴射時期、点火時期、等は、コントロールユニット２５によって制御される。このコントロールユニット２５には、上述した各種のセンサ類の検出信号が入力されている。コントロールユニット２５は、これらの入力信号により検出される機関運転条件に応じて、燃焼方式つまり均質燃焼とするか成層燃焼とするかを決定するとともに、これに合わせて、電子制御スロットル弁７の開度、燃料噴射弁１５の燃料噴射時期および燃料噴射量、点火プラグ１４の点火時期、等を制御する。
【００１４】
暖機完了後においては、通常の成層燃焼運転ないしは均質燃焼運転が行われる。例えば、低速低負荷側の所定の領域では、通常の成層燃焼運転として、圧縮行程の適宜な時期に燃料噴射が行われ、かつ圧縮上死点前の時期に点火が行われる。燃料噴霧は点火プラグ１４近傍に層状に集められ、これにより、例えば空燃比をリーンとした成層燃焼が実現される。また、高速高負荷側の所定の領域では、通常の均質燃焼運転として、吸気行程中に燃料噴射が行われ、かつ圧縮上死点前のＭＢＴ点近傍において点火が行われる。この場合は、燃料は筒内で均質な混合気となる。
【００１５】
本発明は、例えば、触媒コンバータ１０の早期昇温が要求される内燃機関１の冷間始動時において、排気温度を高温とするように、超リタード燃焼を行うものであり、以下、この超リタード燃焼の燃料噴射時期および点火時期を図２に基づいて説明する。
【００１６】
図２は、超リタード燃焼の際の燃料噴射時期および点火時期の一実施例を示しており、点火時期ＡＤＶは、排気温度を十分に高く得るために、１０°〜５０°ＡＴＤＣに設定される。つまり、期間Ｂは、１０°〜５０°ＣＡである。また、圧縮行程中に１回目の燃料噴射Ｉ１を行い、かつ膨張行程中に２回目の燃料噴射Ｉ２を行う。１回目の燃料噴射Ｉ１は、点火プラグ１４近傍の燃焼室３の一部に拡がったリッチな混合気を形成するためのものであり、その燃料噴射時期（詳しくは燃料噴射開始時期）から点火時期ＡＤＶまでの期間Ｃが、例えば５０°〜１４０°ＣＡに設定される。つまり、この１回目の燃料噴射Ｉ１による燃料噴霧が、燃焼室３内にある程度拡散するものの、過度に拡散しないように、その燃料噴射時期が設定される。期間Ｃが過度に長いと、燃料噴霧が拡散し過ぎ、クエンチ領域やクレビス内に燃料成分が入ってしまう。
【００１７】
そして、膨張行程中の２回目の燃料噴射Ｉ２は、局部的にさらにリッチな混合気塊が点火時期ＡＤＶにおいてちょうど点火プラグ１４に到達するように、点火時期ＡＤＶから所定期間Ａだけ先行したタイミングに行われる。この燃料噴射時期（詳しくは燃料噴射開始時期）から点火時期ＡＤＶまでの期間Ａは、基本的に燃料噴射弁１５から点火プラグ１４までの距離に相関するが、例えば、１０°〜２０°ＣＡである。
【００１８】
なお、このとき、空燃比（２回の噴射による燃焼室全体の平均的空燃比）は、理論空燃比ないしはこれよりも若干リーン（１６〜１７程度）に設定される。これにより、ＨＣの後燃えに必要な必要十分な量の酸素が確保される。
【００１９】
また、燃料噴霧のエネルギによる乱れに依存せずに燃焼を行うので、燃圧としては、後述するように燃焼が成立する範囲内で、比較的低い燃圧が用いられる。
【００２０】
上記のように燃料噴射を行うことにより、点火時期ＡＤＶにおいては、図３に示すように、点火プラグ１４を囲む２段階の濃度を有するコンパクトな成層混合気が形成される。つまり、１回目の燃料噴射Ｉ１によって、理論空燃比よりもリッチな第１の混合気塊が符号３１で示すように点火プラグ１４近傍の燃焼室３の一部に形成され、その内側に、２回目の燃料噴射Ｉ２による、さらにリッチな第２の混合気塊が符号３２に示すように点火プラグ１４近傍に局部的に形成される。２回の燃料噴射は、いずれも上死点近傍の筒内圧が高い場に向かって行われ、かつ燃圧も比較的低いので、いずれの噴霧もコンパクトなものとなり、第１の混合気塊３１の外側は、基本的に燃料が拡散していない新気の層となる。そして、このように成層化した状態で点火プラグ１４により第２の混合気塊３２に点火が行われ、比較的に緩慢に燃焼が行われる。
【００２１】
このような燃焼方式によれば、サイクル毎の微小な回転数の変化や微小な負荷の変化などに対し安定した燃焼が可能である。そして、２回の燃料噴射をいずれも筒内圧の高い場に比較的低い燃圧で噴射するので、噴霧がコンパクトとなって、クエンチ領域やクレビスに入りにくく、従って、ＨＣの発生が抑制される。また、比較的低い燃圧の利用が可能となることから、燃焼速度を抑制でき、排気温度の上昇やＨＣの低減の上で有利となる。
【００２２】
ここで、車両が高地にある等の空気密度が低い環境条件下では、空気密度が低いことにより内燃機関１に導入される空気量が相対的に減少することになり、内燃機関１の出力トルクも相対的に低下することになる。そして、空気密度が低いときに、点火時期を圧縮上死点後の設定した超リタード燃焼を行うと、出力トルクの低下に伴いエンストが発生する虞がある。特に、内燃機関のフリクションが大きくなる冷機始動時に、点火時期を圧縮上死点後の設定した超リタード燃焼を行うような場合、内燃機関の出力トルクの低下に伴い、エンストや始動不良が発生する虞がある。
【００２３】
そこで、本発明においては、内燃機関１に導入される空気（外気）の空気密度が低い場合に超リタード燃焼の実施を禁止することでエンストや始動不良の発生を防止する。
【００２４】
図４及び図５を用いて、本発明の第１実施形態を説明する。この第１実施形態においては、例えば、触媒コンバータ１０の早期昇温が要求される内燃機関１の冷間始動時等の所定の運転状態の際に、大気圧センサ２６の検出値及び外気温センサ２７の検出値を用いて空気密度を算出し、図４に示すように、算出された空気密度が所定の第１所定値に相当するしきい値Ａ以下の場合には上述の超リタード燃焼の実施を禁止し、算出された空気密度が第１所定値としてのしきい値Ａより大きい場合には上述の超リタード燃焼の実施を許可する。
【００２５】
ここで、しきい値Ａは、上述の超リタード燃焼を実施した場合に得られる内燃機関１の出力トルクが、必要トルクよりも大きくなるときの空気密度である。必要トルクは、内燃機関１のフリクションによりエンストや始動不良を発生させない大きさのトルクである。
【００２６】
図５は、この第１実施形態における制御の流れを示すフローチャートである。尚、この図５は、例えば、触媒コンバータ１０の早期昇温が要求される内燃機関１の冷間始動時等の所定の運転状態のときに実施される制御である。
【００２７】
ステップ（以下、単にＳと記す）１１では、大気圧センサ２６の検出値と外気温センサ２７の検出値を読み込む。
【００２８】
Ｓ１２では、Ｓ１１で読み込んだ検出値から空気密度を算出する。空気密度の算出は、例えば、コントロールユニット２５内に記憶させた大気圧と外気温を割り付けた空気密度算出テーブル（図示せず）を用いて行われる。
【００２９】
Ｓ１３では、Ｓ１２で算出された空気密度と、予めコントロールユニット２５内に記憶させてあるしきい値Ａとの大小を比較し、Ｓ１２で算出された空気密度がしきい値Ａよりも大きい場合にはＳ１４へ進み超リタード燃焼の実施を許可し、そうでない場合はＳ１５へ進み超リタード燃焼の実施を不許可とする。超リタード燃焼の実施を不許可とした場合、前記した通常の成層燃焼運転ないしは均質燃焼運転が行われる。
【００３０】
このような第１実施形態においては、空気密度が低い場合には、点火時期を圧縮上死点後に設定した超リタード燃焼の実施が禁止されるので、空気密度が低いことに起因する内燃機関の出力トルクの低下を確実に防止することができ、エンストや始動不良が発生することを防止することができる。
【００３１】
次に、本発明の第２実施形態について説明する。この第２実施形態は、上述した第１実施形態と同様に、触媒コンバータ１０の早期昇温が要求される内燃機関１の冷間始動時等の所定の運転状態であっても、空気密度が低い場合には上述した超リタード燃焼の実行を不許可とするものであるが、この第２実施形態においては、超リタード燃焼の実行の許可／不許可を決定する第１所定値としてのしきい値Ａが、内燃機関の冷却水温に応じて決定されている。すなわち、超リタード燃焼の実行の許可／不許可を決定するしきい値Ａが冷却水温に応じて可変制御されている。
【００３２】
図６に示すように、内燃機関１の冷却水温が低いほど内燃機関１のフリクションは大きくなる（図６における第２象限を参照）。内燃機関１のフリクションが大きくなるほど要求トルクは大きくなる（図６における第１象限を参照）。要求トルクとは、現状の燃焼を持続させるために必要な大きさのトルクであり、例えば、アイドル運転中であれば、アイドル回転数を持続するのに必要な大きさのトルクである。つまり、内燃機関１のフリクションが大きくなると、内燃機関１が同じ燃焼状態（同じ回転数）を維持するために必要なトルクである要求トルクも大きくなる。そして、要求トルクが大きいほど要求空気密度（要求される空気密度）は高くなる（図６における第４象限を参照）。つまり、内燃機関１の冷却水温が低いほど要求される空気密度が高くなる（図６における第３象限を参照）。
【００３３】
そこで、図７に示すように、冷却水温が低いほど、上述の必要トルクが得られる空気密度のしきい値Ａが大きくなるよう設定される。具体的には、冷却水温が低いときの空気密度のしきい値Ａ３は、冷却水温が中程度の高いときの空気密度のしきい値Ａ２よりも大きく、空気密度のしきい値Ａ２は冷却水温が高いときの空気密度のしきい値Ａ１よりも大きくなるよう設定されている。
【００３４】
つまり、この第２実施形態においては、図８に示すように、冷却水温が低いほど、第１所定値としてのしきい値Ａが大きくなるよう設定されている。
【００３５】
図９は、この第２実施形態における制御の流れを示すフローチャートである。尚、この図９は、例えば、触媒コンバータ１０の早期昇温が要求される内燃機関１の冷間始動時等の所定の運転状態のときに実施される制御である。
【００３６】
Ｓ２１では、大気圧センサ２６の検出値、外気温センサ２７の検出値及び水温センサ２１の検出値を読み込む。
【００３７】
Ｓ２２では、Ｓ２１で読み込んだ大気圧センサ２６の検出値と外気温センサ２７の検出値を用いて空気密度を算出する。空気密度の算出は、例えば、コントロールユニット２５内に記憶させた大気圧と外気温を割り付けた空気密度算出テーブル（図示せず）を用いて行われる。
【００３８】
Ｓ２３では、水温センサ２１の検出値を用いて、空気密度のしきい値Ａを算出する。空気密度のしきい値Ａは、この第２実施形態においては、冷却水温に対応して空気密度のしきい値Ａが割り付けられたマップを用いて算出されている。
【００３９】
Ｓ２４では、Ｓ２２で算出された空気密度と、Ｓ２３で算出された空気密度のしきい値Ａとの大小を比較し、Ｓ２２で算出された空気密度がしきい値Ａよりも大きい場合にはＳ２５へ進み超リタード燃焼の実施を許可し、そうでない場合はＳ２６へ進み超リタード燃焼の実施を不許可とする。超リタード燃焼の実施を不許可とした場合、前記した通常の成層燃焼運転ないしは均質燃焼運転が行われる。
【００４０】
このような第２実施形態においては、超リタード燃焼の許可／不許可を決定するしきい値Ａが内燃機関１のフリクションの代用特性となる冷却水温に応じて可変制御されているので、超リタード燃焼の許可／不許可を精度よく制御することができ、内燃機関１のフリクションが大きいことによりエンストや始動不良が発生することを防止することができる。
【００４１】
次に、本発明の第３実施形態について説明する。この第３実施形態は、上述した第１実施形態と同様に、触媒コンバータ１０の早期昇温が要求される内燃機関１の冷間始動時等の所定の運転状態であっても、空気密度が低い場合には上述した超リタード燃焼の実行を不許可とするものであるが、この第３実施形態においては、超リタード燃焼の実行の許可／不許可を決定する第１所定値としてのしきい値Ｂ１と、しきい値Ｂ１よりも大きい第２所定値としてのしきい値Ｂ２とが、それぞれ内燃機関の冷却水温に応じて決定され、空気密度がしきい値Ｂ１よりも大きくかつしきい値Ｂ２以下の場合には、点火時期が相対的に進角側に補正した上で上述の超リタード燃焼の実施が許可され、空気密度がしきい値Ｂ２よりも大きい場合には、点火時期の補正を行わずに上述の超リタード燃焼の実施が許可されている。
【００４２】
図１０に示すように、運転状態が一定であっても、空気密度が低くなると内燃機関１で発生するトルクは全体的に小さくなる。また、運転状態が一定であっても、点火時期によって内燃機関１で発生するトルクは変化する。つまり、内燃機関１で発生するトルクが、空気密度の低下により低下した場合でも、点火時期を進角（ＴＤＣ側に変更する）させることで内燃機関１で発生するトルクの低下をリカバーできる場合がある。
【００４３】
そこで、この第３実施形態においては、図１１に示すように、空気密度がしきい値Ｂ１よりも大きい場合には超リタード燃焼の実施が許可されるものの、空気密度が低い場合には、点火時期が進角側（ＴＤＣ側）に補正される。詳述すると、空気密度がしきい値Ｂ１よりも大きくしきい値Ｂ２以下の場合には、空気密度が低いほど内燃機関１の点火時期を進角側に補正する。換言すれば、空気密度がしきい値Ｂ１よりも大きくしきい値Ｂ２以下の場合には、空気密度が低いほど、点火時期の進角量が大きくなるよう設定されている。
【００４４】
ここで、しきい値Ｂ１は、超リタード燃焼時に、点火時期を進角側に補正することで、空気密度が低いことに起因したトルク低下によるエンスト及び始動不良を回避できる空気密度のしきい値であり、しきい値Ｂ２は、超リタード燃焼時に、点火時期を進角させることなく空気密度が低いことに起因したトルク低下によるエンスト及び始動不良を回避できる空気密度のしきい値である。
【００４５】
図１２は、この第３実施形態における制御の流れを示すフローチャートである。尚、この図１２は、例えば、触媒コンバータ１０の早期昇温が要求される内燃機関１の冷間始動時等の所定の運転状態のときに実施される制御である。
【００４６】
Ｓ３１では、大気圧センサ２６の検出値、外気温センサ２７の検出値及び水温センサ２１の検出値を読み込む。
【００４７】
Ｓ３２では、Ｓ３１で読み込んだ大気圧センサ２６の検出値と外気温センサ２７の検出値を用いて空気密度を算出する。空気密度の算出は、例えば、コントロールユニット２５内に記憶させた大気圧と外気温を割り付けた空気密度算出テーブル（図示せず）を用いて行われる。
【００４８】
Ｓ３３では、水温センサ２１の検出値を用いて、空気密度のしきい値Ｂ１を算出する。空気密度のしきい値Ｂ１は、この第３実施形態においては、冷却水温に対応して空気密度のしきい値Ｂ１が割り付けられたマップを用いて算出されている。
【００４９】
Ｓ３４では、Ｓ３２で算出された空気密度と、Ｓ３３で算出された空気密度のしきい値Ｂ１との大小を比較し、Ｓ３２で算出された空気密度がしきい値Ｂ１よりも大きい場合にはＳ３５へ進み、そうでない場合はＳ３６へ進み超リタード燃焼の実施を不許可とする。超リタード燃焼の実施を不許可とした場合、前記した通常の成層燃焼運転ないしは均質燃焼運転が行われる。
【００５０】
Ｓ３６では、水温センサ２１の検出値を用いて、空気密度のしきい値Ｂ２を算出する。空気密度のしきい値Ｂ２は、この第３実施形態においては、冷却水温に対応して空気密度のしきい値Ｂ２が割り付けられたマップを用いて算出されている。
【００５１】
Ｓ３７では、Ｓ３２で算出された空気密度と、Ｓ３５で算出された空気密度のしきい値Ｂ２との大小を比較し、Ｓ３２で算出された空気密度がしきい値Ｂ２よりも大きい場合には、点火時期の進角量をゼロ（Ｓ３８）とした上で超リタード燃焼を許可（Ｓ３９）し、そうでない場合にはＳ４０へ進む。
【００５２】
Ｓ４０では、Ｓ３２で算出された空気密度に応じて点火時期の進角量を算出しＳ４１へ進む。点火時期の進角量は、この第３実施形態においては、空気密度に対応して進角量が割り付けられたマップを用いて算出されている。Ｓ４０で算出される進角量は、空気密度が低いほど大きくなるよう設定されている。Ｓ４１では、Ｓ４０で算出された進角量だけ点火時期を進角させた上で上述の超リタード燃焼を許可する。
【００５３】
このような第３実施形態においては、空気密度が低い場合であっても、点火時期を進角させることで内燃機関１で発生させるトルクが必要トルクとなるようにすることができ、より広い大気圧の範囲で、超リタード燃焼を適用可能となる。また、超リタード燃焼の許可／不許可を決定するしきい値Ｂ１及びしきい値Ｂ２が内燃機関１のフリクションの代用特性となる冷却水温に応じて可変制御されているので、超リタード燃焼の許可／不許可を精度よく制御することができ、内燃機関１のフリクションが大きいことによりエンストや始動不良が発生することを防止することができる。
【００５４】
上記実施形態から把握し得る本発明の技術的思想について、その効果とともに列記する。
【００５５】
（１）  筒内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁および点火プラグを備え、所定の運転状態のときに、点火時期を圧縮上死点後に設定した超リタード燃焼を行う筒内直接噴射式火花点火内燃機関であって、超リタード燃焼時には、圧縮行程中に１回目の燃料噴射を行い、点火プラグ近傍の燃焼室の一部にリッチな混合気を形成するとともに、局部的にさらにリッチな混合気が点火時期に点火プラグに到達するように点火時期から所定期間先行したタイミングでかつ膨張行程中に２回目の燃料噴射を行い、点火プラグ近傍の燃焼室の一部に２段階の成層混合気を形成した状態で点火する筒内直接噴射式火花点火内燃機関の制御装置において、内燃機関に取り入れられた空気の空気密度を検知する空気密度検知手段を有し、空気密度が所定の第１所定値以下の場合には、超リタード燃焼の実施が禁止される。これによって、空気密度が低い場合には、点火時期を圧縮上死点後に設定した超リタード燃焼の実施が禁止されるので、空気密度が低いことに起因する内燃機関の出力トルクの低下を確実に防止することができ、エンストや始動不良が発生することを防止することができる。
【００５６】
（２）  上記（１）に記載の筒内直接噴射式火花点火内燃機関の制御装置は、内燃機関の冷却水温を検知する冷却水温度検知手段を有し、上記第１所定値は、冷却水温が低いほど大きくなるよう設定される。これによって、超リタード燃焼の許可／不許可を精度よく制御することができ、内燃機関のフリクションが大きいことによりエンストや始動不良が発生することを防止することができる。
【００５７】
（３）  上記（１）または（２）に記載の筒内直接噴射式火花点火内燃機関の制御装置は、空気密度が上記第１所定値よりも大きくかつ上記第１所定値よりも大きい所定の第２所定値以下の場合には、点火時期が相対的に進角側に補正された超リタード燃焼の実施が許可され、空気密度が上記第２所定値よりも大きい場合には、点火時期の補正が行われない超リタード燃焼の実施が許可され、上記第１所定値は、超リタード燃焼時に、点火時期を進角側に補正することで、空気密度が低いことに起因したトルク低下によるエンスト及び始動不良を回避できる空気密度のしきい値であり、上記第２所定値は、超リタード燃焼時に、空気密度が低いことに起因したトルク低下によるエンスト及び始動不良を回避できる空気密度のしきい値である。これによって、空気密度が低い場合であっても、点火時期を進角させることで内燃機関で発生させるトルクが必要トルクとなるようにすることができ、より広い大気圧の範囲で、エンストや始動不良が発生させることなく超リタード燃焼を適用することができる。
【００５８】
（４）  上記（３）に記載の筒内直接噴射式火花点火内燃機関の制御装置は、具体的には、空気密度が上記第１所定値よりも大きくかつ上記第２所定値以下の場合に、空気密度が低いほど、点火時期の進角量が大きくなるよう設定されている。
【００５９】
（５）  上記（１）〜（４）のいずれかに記載の筒内直接噴射式火花点火内燃機関の制御装置は、具体的には、所定の運転状態として、排気ガス温度の昇温が要求されたときに、上記の超リタード燃焼が実行される。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明に係る内燃機関全体のシステム構成を示す構成説明図。
【図２】本発明の超リタード燃焼の燃料噴射時期および点火時期を示す特性図。
【図３】燃焼室内に形成される成層混合気の状態を示す説明図。
【図４】本発明の第１実施形態における超リタード燃焼の許可／不許可と空気密度のしきい値Ａと必要トルクとの相関を模式的に示した説明図。
【図５】本発明の第１実施形態における制御の流れを示すフローチャート。
【図６】冷却水温とフリクションと要求トルクと空気密度の相関を模式的に示した説明図。
【図７】本発明の第２実施形態における空気密度のしきい値と、冷却水温と必要トルクの相関を模式的に示した説明図。
【図８】本発明の第２実施形態における空気密度のしきい値と冷却水温との相関を模式的に示した説明図。
【図９】本発明の第２実施形態における制御の流れを示すフローチャート。
【図１０】空気密度の高低と、点火時期と、必要トルクとの相関を模式的に示した説明図。
【図１１】本発明の第３実施形態における超リタード燃焼の許可／不許可と、空気密度のしきい値Ｂ１、Ｂ２と、必要トルクとの相関を模式的に示した説明図。
【図１２】本発明の第３実施形態における制御の流れを示すフローチャート。
【符号の説明】
【００６１】
３…燃焼室
１０…触媒コンバータ
１４…点火プラグ
１５…燃料噴射弁
２５…コントロ−ルユニット
【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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【図１１】
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【図１２】
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