(57)【要約】【課題】燃料復帰に伴って点火時期リタードを実行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】燃料復帰時において燃焼安定領域が広いウォールガイドモード（ＷＧ）により燃料噴射を再開して点火時期リタードおよび噴射時期リタードを実行し（ａ）、その後にＭＢＴ相当値の設定ポイントまでテーリングした上で（ｂ）、ＭＢＴ相当値の設定ポイントに到達した時点（ｃ）でスプレーガイドモード（ＳＧ）に切換える（ｄ）。【選択図】図３
2007107452.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、
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、および他の燃料噴霧の移送形態により前記第１の運転モードよりも広い安定燃焼可能な領域で燃焼させる第２の運転モードを選択的に実行する運転制御手段と、
所定の燃料カット条件の成立時に燃料カットを実行する燃料カット手段と、
上記燃料カット手段による燃料カットが終了されたときに、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する運転モード切換手段と、
上記運転モード切換手段からの指令に基づく上記第２の運転モードへの切換後に、該第２の運転モードにより安定燃焼可能な領域内において最適制御点に対して点火時期をリタードする点火時期リタード手段と
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上記第２の運転モードとして、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運転モードを実行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】
上記点火時期リタード手段による点火時期のリタードと並行して、上記第２の運転モードにより安定燃焼可能な領域内において上記最適制御点に対して噴射時期をリタードする噴射時期リタード手段を備えた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。
【請求項４】
上記点火時期リタード手段は、上記点火時期をリタードした後に上記最適制御点に向けて変化させ、
上記運転モード切換手段は、上記点火時期が上記最適制御点に到達した後に上記運転制御手段に上記第１の運転モードへの切換を指令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】
一方、車両の減速時などには燃費節減のために燃料噴射を中断する燃料カットが実施されており、燃料カットの終了時（燃料復帰時）には燃料噴射の再開に伴って機関トルクが急増してトルク段差を発生させるため、一時的に点火時期をリタードさせてトルク段差を抑制する対策が実施されている。
【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】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１の筒内噴射型火花点火式内燃機関に対して燃料復帰時に点火時期のリタードを適用すると、燃焼が不安定になって失火を生じる場合があった。
即ち、図３は特許文献１の筒内噴射型火花点火式内燃機関の第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。
【０００６】
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。なお、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。
【０００７】
従って、第１成層運転モードによる運転中に燃料復帰に伴って点火時期ＳＡがリタードされると、図中の第１成層運転モードの燃焼安定領域内において点火時期ＳＡおよび噴射時期ＩＴの設定ポイントは最適制御点（図中にＭＢＴで示す）から破線で示すように点火時期ＳＡの遅角方向に変動して燃焼安定領域を外れてしまい、結果とし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、燃料復帰に伴って点火時期リタードを実行したときでも失火を防止して安定した成層燃焼を成立でき、もって、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、および他の燃料噴霧の移送形態により前記第１の運転モードよりも広い安定燃焼可能な領域で燃焼させる第２の運転モードを選択的に実行する運転制御手段と、所定の燃料カット条件の成立時に燃料カットを実行する燃料カット手段と、燃料カット手段による燃料カットが終了されたときに、運転制御手段に上記第２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、運転モード切換手段からの指令に基づく第２の運転モードへの切換後に、第２の運転モードにより安定燃焼可能な領域内において最適制御点に対して点火時期をリタードする点火時期リタード手段とを備えたものである。
【００１０】
従って、燃料カット手段による燃料カットが終了されたときには、運転モード切換手段からの切換指令に基づいて運転制御手段により第２の運転モードへの切換が行われ、点火時期リタード手段により第２の運転モードでの安定燃焼可能な領域内における最適制御点に対して点火時期がリタードされ、これにより燃料噴射の再開によるトルク段差が抑制される。
【００１１】
そして、点火プラグの電極部近傍を通過中の燃料噴霧を点火する燃料噴霧の移送形態を採ることにより安定燃焼可能な領域が狭い傾向がある第１の運転モードでは、点火時期リタードを実行すると失火を生じて成層燃焼が成立しない場合があるが、他の燃料噴霧の移送形態を採って安定燃焼可能な領域が広い第２の運転モードにより燃料噴射が再開されて点火時期リタードが実行されるため、安定燃焼可能な領域を外れることなく失火を防止して安定した燃焼が成立する。
【００１２】
請求項２の発明は、請求項１において、運転制御手段が第２の運転モードとして、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運転モードを実行するものである。
従って、ピストンにより反転後の燃料噴霧を点火する運転モードでは、点火時に燃料噴霧がある程度拡散しているため安定燃焼可能な領域が広く、失火することなく点火時期リタードを実行可能となる。
【００１３】
請求項３の発明は、請求項１または２において、点火時期リタード手段による点火時期のリタードと並行して、第２の運転モードにより安定燃焼可能な領域内において最適制御点に対して噴射時期をリタードする噴射時期リタード手段を備えたものである。
従って、点火時期リタードと並行して噴射時期リタードも実行するため、燃料噴射の再開によるトルク段差をより確実に抑制可能となる。
【００１４】
請求項４の発明は、請求項１または２において、点火時期リタード手段が、点火時期をリタードした後に最適制御点に向けて変化させ、運転モード切換手段が、点火時期が最適制御点に到達した後に運転制御手段に第１の運転モードへの切換を指令するものである。
従って、第２の運転モードにおいてリタードした点火時期を最適制御点に変化させた上で、第１の運転モードへの切換が実行されるため、確実に第１の運転モードでの安定燃焼可能な領域内で失火を生じることなく成層燃焼が開始される。
【発明の効果】
【００１５】
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、安定燃焼可能な領域が広い第２の運転モードにより燃料噴射を再開して点火時期リタードを実行するようにしたため、失火を防止して安定した燃焼を成立でき、もって、良好なドライバビリティを実現することができる。
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、第２の運転モードを、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ため、失火を防止して安定した成層燃焼を成立でき、もって良好なドライバビリティを実現することができる。
【００１６】
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および２に加えて、点火時期リタードと並行して噴射時期リタードも実行することにより、燃料噴射の再開によるトルク段差をより確実に抑制することができる。
請求項４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および２に加えて、第２の運転モードで点火時期を最適制御点に変化させた後に第１の運転モードに切換えることにより、失火を生じることなく第１の運転モードによる安定した成層燃焼を開始することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
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。
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）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】
実際の制御では、スプレーガイドモード用あるいはウォールガイドモード用の点火時期マップ及び噴射時期マップに基づき、目標平均有効圧Ｐeおよび機関回転速度Ｎeから燃費に対して最良トルクが得られるＭＢＴ（Minimum advance for the Best Torque）相当値（最適制御点）の点火時期ＳＡ及び噴射時期ＩＴが燃焼安定領域内において設定され、当該設定ポイントに基づいて点火および燃料噴射が実行されてスプレーガイドモードやウォールガイドモードによる成層燃焼が行われる。なお、この点火時期ＳＡ及び噴射時期ＩＴの設定は一例であり、設定ポイントをＭＢＴ相当値以外の位置に設定してもよいことは言うまでもない。
【００３０】
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。
【００３１】
一方、ＥＣＵ１１は車両の減速時などに燃費節減を目的として燃料噴射を中断する燃料カットを実行しており（燃料カット手段）、当該燃料カットを終了する燃料復帰時には、燃料噴射の再開に伴って機関トルクが急増したときのトルク段差を抑制すべく一時的に点火時期ＳＡおよび噴射時期ＩＴをリタードさせる制御を実行している。そして、燃焼安定領域が狭いスプレーガイドモードによる運転中において燃料復帰に伴って点火時期リタードや噴射時期リタードを実行したとき、点火時期ＳＡおよび噴射時期ＩＴの設定ポイントが燃焼安定領域を外れる現象を防止すべく、本実施形態では運転モードの切換処理を実行しており、以下、当該運転モード切換処理について詳述する。
【００３２】
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では燃料カットの復帰時か否かを判定し、判定がＮｏ（否定）のときにはステップＳ６で通常制御を実行した後にルーチンを終了する。従って、ステップＳ６では図２に示す運転領域マップにより決定された運転モードに基づき内燃機関Ｅが運転される。
【００３３】
また、燃料復帰時であるとしてステップＳ４でＹｅｓ（肯定）の判定を下したときには、ステップＳ８で内燃機関Ｅが圧縮行程噴射によるリーン空燃比での運転（即ち、スプレーガイドモードやウォールガイドモード）を実行可能か否かを判定する。具体的には、暖機完了、機関回転速度Ｎeが所定値以上、急加速でないなどの条件が設定されており、何れかの条件が成立しないときには圧縮行程でのリーン運転を実行不能と見なし、ステップＳ８でＮｏの判定を下してステップＳ１０に移行する。ステップＳ１０では運転モードをストイキオモードに切換えた上で、点火時期リタードを実行しながら当該ストイキオモードで燃料復帰により燃料噴射を再開し、その後に上記ステップＳ６に移行して通常制御に戻る。
【００３４】
また、圧縮行程でのリーン運転を実行可能としてステップＳ８でＹｅｓの判定を下したときには、ステップＳ１２に移行して運転モードをウォールガイドモードに切換えた上で（運転モード切換手段）、当該ウォールガイドモードで燃料復帰する。続くステップＳ１４ではＭＢＴ相当値の設定ポイントに対して点火時期ＳＡおよび噴射時期ＩＴを遅角側に補正し（点火時期リタード手段、噴射時期リタード手段）、燃料復帰による機関トルクの増加期間（換言すればトルク抑制を要する期間）が経過した後に、ＭＢＴ相当値の設定ポイントに向けて点火時期ＳＡおよび噴射時期ＩＴをテーリングにより所定の変化率で直線的に接近させる。
【００３５】
点火時期ＳＡおよび噴射時期ＩＴのリタード量は、燃料復帰に伴う機関トルクの増加を抑制可能な値として、予め設定されたマップから目標平均有効圧Ｐeや機関回転速度Ｎeなどに基づいてそれぞれ設定される。
続くステップＳ１４では点火時期ＳＡおよび噴射時期ＩＴが設定ポイントに到達したか否かを判定し、ステップＳ１４の判定がＹｅｓになると、ステップＳ１６でスプレーガイドモードへの切換を実行した後にルーチンを終了する。結果として点火時期ＳＡおよび噴射時期ＩＴは、ウォールガイドモードの燃焼安定領域内の設定ポイントからスプレーガイドモードの燃焼安定領域内の設定ポイントにステップ状に切換えられる。スプレーガイドモードの設定ポイントとしてもＭＢＴ相当値が設定され、当該設定ポイントに基づいて点火時期ＳＡおよび噴射時期ＩＴが制御される。
【００３６】
なお、この例ではウォールガイドモードでのトルク抑制制御の後にスプレーガイドモードに切換えたが、例えば燃料復帰から全開加速に移行した場合などには、ウォールガイドモードからストイキオモードに切換えるようにしてもよい。
次に、以上のＥＣＵ１１の処理による燃料復帰時の運転モードの切換状況、および点火時期ＳＡと噴射時期ＩＴとの制御状況を図３および図５のタイムチャートに従ってさらに詳述する。
【００３７】
今、図５に示すように、アクセル操作の中止による車両減速中で燃料カット（Ｆ/ＣＵＴ）が実行されているものとし、この状態からアクセル操作の再開によりアクセル操作量θaccが増加して所定の燃料復帰条件が成立すると、体積効率ＥＶの増加と共に燃料噴射弁５のパルス幅Ｐwが急増して燃料復帰される。燃料復帰当初は運転モードとしてウォールガイドモードが選択され、当該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リッチ側に空燃比Ａ/Ｆが制御される。
【００３８】
そして、燃料復帰当初において点火時期ＳＡおよび噴射時期ＩＴはそれぞれリタードされ、このときの点火時期ＳＡおよび噴射時期ＩＴは、図３に示すようにウォールガイドモードでの燃焼安定領域内のＭＢＴ相当の設定ポイントに対して共に遅角側の設定ポイントに制御される（図３，５のａ）。結果として、この点火時期リタードおよび噴射時期リタードにより燃料復帰に伴う機関トルクの急増によるトルク段差が抑制される。
【００３９】
ここで、点火時期リタードと噴射時期リタードとを併用することは、例えば点火リタードのみの場合に比較してより確実にトルク段差を抑制できる上に、失火防止の点でも有利になる。即ち、図３から明らかなように、ウォールガイドモードの燃焼安定領域は点火時期ＳＡおよび噴射時期ＩＴの進角方向に延びており、点火時期ＳＡおよび噴射時期ＩＴを共に遅角させた場合には、ＭＢＴ相当の設定ポイントから安定燃焼領域の長手方向に設定ポイントが変更されることになる。結果として、例えば点火時期ＳＡのみを最適制御点から遅角させた場合（例えば、後述する図６）に比較して、設定ポイントを燃焼安定領域内に保持できる確率が高まり、より確実に失火を防止して成層燃焼を成立可能となる。
【００４０】
なお、ＭＢＴ相当の設定ポイントに対して点火時期ＳＡおよび噴射時期ＩＴを遅角側に変更した結果、燃焼安定領域内から設定ポイントが外れる場合もあるが、このときには点火時期ＳＡおよび噴射時期ＩＴの遅角量を適宜制限して設定ポイントを燃焼安定領域内に保持すればよい。これにより、燃料カット後の燃料復帰の際も成層燃焼が成立し、燃料消費量を低減することができる。
【００４１】
その後、燃料復帰によるトルク段差の虞がなくなった時点で、点火時期ＳＡおよび噴射時期ＩＴはＭＢＴ相当値の設定ポイントに向けて所定の変化率で直線的に接近し（図３，５のｂ）、点火時期ＳＡおよび噴射時期ＩＴがＭＢＴ相当値の設定ポイントに到達した時点で（図３，５のｃ）、運転モードがスプレーガイドモードに切換えられる（図３，５のｄ）。その結果、点火時期ＳＡおよび噴射時期ＩＴはスプレーガイドモードでの燃焼安定領域内のＭＢＴ相当の設定ポイントに制御されると共に、スプレーガイドモードへの切換に伴って空燃比Ａ/Ｆはリーン側に制御される。
【００４２】
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、燃料復帰時に燃焼安定領域が広いウォールガイドモードにより燃料噴射を再開して点火時期リタードを実行するようにしたため、燃焼安定領域を外れることなく失火防止により安定した成層燃焼を成立できると共に、燃料復帰によるトルク段差を点火時期リタードにより抑制でき、もって、良好なドライバビリティを実現することができる。
【００４３】
また、点火時期ＳＡおよび噴射時期ＩＴをリタードした後に、スプレーガイドモードでのＭＢＴ相当値の設定ポイントに向けて点火時期ＳＡおよび噴射時期ＩＴを変化させた上で、ウォールガイドモードへの切換を実行している。例えば点火時期リタードおよび噴射時期リタードの実行中に燃焼安定領域の狭いスプレーガイドモードに切換えられると、燃焼安定領域外の設定ポイントでスプレーガイドモードが開始されて失火を生じてしまうが、上記手順に沿って制御することにより、確実にスプレーガイドモードでの燃焼安定領域内で失火を生じることなく安定した成層燃焼を開始することができる。
【００４４】
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ストイキオモードとを切換える内燃機関に具体化し、燃料復帰時にストイキオドモードにより燃料噴射を再開して点火時期リタードや噴射時期リタードを実行し、その後にスプレーガイドモードに切換えるようにしてもよい。この場合、ストイキオモードが第２の運転モードとなる。
【００４５】
また、上記実施形態では、燃料復帰時に点火時期リタードに加えて噴射時期リタードを併用したが、点火時期リタードのみを実行するようにしてもよい。即ち、図６に示すようにウォールガイドモードでの燃焼安定領域内のＭＢＴ相当の設定ポイントに対して点火時期ＳＡを遅角して点火時期リタードを行った後、点火時期ＳＡを進角させてＭＢＴ相当値の設定ポイントまで到達させた上でスプレーガイドモードに切換える。このように制御した場合でも、上記のように燃焼安定領域を外れる可能性は若干高まるものの上記実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
【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】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】燃料復帰時の制御状況を示すタイムチャートである。
【図６】燃料復帰時の制御状況の別例を示す図である。
【符号の説明】
【００４７】
４    燃焼室
５    燃料噴射弁
６    点火プラグ
６ａ  電極部
１１  ＥＣＵ（運転制御手段、燃料カット手段、運転モード切換手段、
点火時期リタード手段、噴射時期リタード手段）
【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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