(57)【要約】    【課題】  吸入ガス状態調整機構を備える内燃機関において、ストイキ運転とリーン運転との切換を行う際に、吸入ガス状態調整機構を適切に制御することによって切換に伴う機関出力変動の増大やノッキングの発生を防止できる制御装置を提供する。    【解決手段】  リーン運転からストイキ運転への移行制御の開始時刻ｔＳにおいて、吸気弁作動特性ＶＴを吸気弁閉弁時期が遅角される第１作動特性ＶＴ１に切り換え、吸気弁作動位相ＣＡＩＮの指令値ＣＡＩＮＣＭＤを遅角位相ＣＡＲＴＤまで減少させるとともに、タンブル流動制御弁４の開度ＴＣＶを０度（強流動制御値）に維持する。スロットル弁開度ＴＨを減少させ、排気還流制御弁２１のリフト量ＬＦＴを増加させることにより排気還流率を高めつつ吸入空気量を減少させる。移行制御中の点火時期ＩＧは、排気還流率に応じて設定する。【選択図】  図８
2016006305.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の制御装置であって、前記機関の吸入空気量を制御する吸入空気量制御弁と、前記機関の排気を吸気系に還流する排気還流通路、及び該排気還流通路に設けられ、排気還流量を制御する排気還流制御弁を備える排気還流機構と、前記機関の吸気弁の閉弁時期を圧縮行程中の時期まで遅角可能な吸気弁閉弁時期可変機構と、前記機関の燃焼室内に吸入された混合気の流動を生成する流動生成手段と、前記機関に燃料を供給する燃料噴射手段と、前記燃焼室内の混合気の火花点火を行う火花点火手段とを備える内燃機関の制御装置において、
前記火花点火手段を制御する点火制御手段と、
前記機関の運転状態に応じて、前記燃焼室内の混合気の空燃比を理論空燃比近傍のリッチ空燃比と、理論空燃比よりリーン側のリーン空燃比とに制御する空燃比制御手段と、
前記空燃比を前記リッチ空燃比から前記リーン空燃比へまたはその逆に切り換えるときに空燃比移行制御を行う過渡制御手段とを備え、
前記過渡制御手段は、
前記吸気弁の閉弁時期を圧縮行程内の所定遅角時期に制御するとともに、前記混合気の流動の強度が高くなるように前記流動生成手段を制御することを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記過渡制御手段は、前記リーン空燃比から前記リッチ空燃比への切換を行うときは、前記吸入空気量制御弁の開度を減少させるとともに、前記排気還流制御弁の開度を増加させ、前記吸入空気量を減少させる制御を行う一方、前記リッチ空燃比から前記リーン空燃比への切換を行うときは、前記吸入空気量制御弁の開度を増加させるとともに、前記排気還流制御弁の開度を減少させ、前記吸入空気量を増加させる制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記過渡制御手段は、
前記吸気弁の閉弁時期に対応する実効圧縮比に応じて、前記排気還流機構を介して還流される排気量の割合を示す排気還流率の制御可能範囲及び前記空燃比の制御可能範囲を設定し、
前記排気還流率が、前記排気還流率の制御可能範囲内で目標還流率と一致するように、前記吸入空気量制御弁及び前記排気還流制御弁を制御し、
前記空燃比制御手段は、前記空燃比の制御可能範囲内で前記空燃比が目標空燃比と一致するように、前記機関への燃料供給量を制御することを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記点火制御手段は、前記空燃比移行制御中は前記排気還流率に応じて点火時期を制御することを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記燃料噴射手段は、燃料を微粒化して噴射可能な燃料噴射弁を用いて、前記機関の吸気通路内に燃料を噴射し、
前記火花点火手段は、点火プラグと、該点火プラグに放電を発生させるための複数の点火コイル対とを備え、前記点火プラグにおける放電の継続時間を変更可能なものであり、
前記点火制御手段は、前記目標空燃比が前記リーン空燃比であるときは、前記リーン空燃比が増加するほど、点火時期を進角させるとともに前記放電継続時間を長く設定することを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の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、吸気弁の閉弁時期を圧縮行程中に設定可能な吸気弁閉弁時期可変機構と、燃焼室内に吸入された混合気の流動を生成する流動生成機構とを備える内燃機関の制御装置に関し、特に燃焼室内の混合気の空燃比を理論空燃比及び理論空燃比よりリーン側のリーン空燃比に制御する制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、空燃比を理論空燃比に制御するストイキ運転と、理論空燃比よりリーン側のリーン空燃比に制御するリーン運転とを行う内燃機関の制御方法が示されている。この制御方法によれば、ストイキ運転からリーン運転へ切り換えるときは、先ず吸入空気量の増量制御が開始され、その後実際の吸入空気量の増加が開始されたタイミングで点火時期が遅角側に変更され、次いで空燃比がリーン空燃比に変更されるとともに、点火時期が進角側に変更される。これにより、機関出力の変動及び窒素酸化物の発生を抑制しつつ、運転の切換を行うことが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３０６４７８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年、吸気弁の閉弁時期を圧縮行程中まで遅角して運転するための吸気弁作動位相可変機構や、燃焼室内における混合気の流動を生成する流動生成機構（例えばタンブル流動生成機構）を備える機関が車両に搭載されるようになっている。これらの機構は主として燃費の向上に寄与する。また、窒素酸化物の発生量を抑制するために排気還流機構を設けることも周知である。以下これらの機構及び吸入空気量制御弁（例えばスロットル弁、アイドル制御弁）を総称して「吸入ガス状態調整機構」という。
【０００５】
機関運転状態の変化に対応して、ストイキ運転と、リーン運転との切換を行う場合に、切換時の機関出力の変動やノッキングの発生を抑制しつつ円滑な空燃比の移行を実現することが望まれるが、上記特許文献１は、燃焼室に吸入されるガス（空気及び還流排気）の状態に影響を与える吸入ガス状態調整機構のうち、吸入空気量制御弁の制御方法を示しているが、その他の吸入ガス状態調整機構の制御方法については開示していない。そのため、吸気弁作動位相可変機構や排気還流機構などの制御態様を考慮して、円滑な空燃比の移行を実現する空燃比移行制御を行うことが望まれている。
【０００６】
本発明はこの点に着目してなされたものであり、上述した吸入ガス状態調整機構を備える内燃機関において、ストイキ運転とリーン運転との切換を行う際に、吸入ガス状態調整機構を適切に制御することによって切換に伴う機関出力変動の増大やノッキングの発生を防止できる制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため請求項１に記載の発明は、内燃機関（１）の制御装置であって、前記機関の吸入空気量を制御する吸入空気量制御弁（３）と、前記機関の排気を吸気系に還流する排気還流通路（２０）、及び該排気還流通路に設けられ、排気還流量を制御する排気還流制御弁（２１）を備える排気還流機構と、前記機関の吸気弁（２２）の閉弁時期を圧縮行程中の時期まで遅角可能な吸気弁閉弁時期可変機構（４１，４２）と、前記機関の燃焼室内に吸入された混合気の流動を生成する流動生成手段（２ａ，４）と、前記機関に燃料を供給する燃料噴射手段（６）と、前記燃焼室内の混合気の火花点火を行う火花点火手段（７，８）とを備える内燃機関の制御装置において、前記火花点火手段を制御する点火制御手段と、前記機関の運転状態に応じて、前記燃焼室内の混合気の空燃比（ＡＦ）を理論空燃比近傍のリッチ空燃比と、理論空燃比よりリーン側のリーン空燃比とに制御する空燃比制御手段と、前記空燃比を前記リッチ空燃比から前記リーン空燃比へまたはその逆に切り換えるときに空燃比移行制御を行う過渡制御手段とを備え、前記過渡制御手段は、前記吸気弁の閉弁時期（ＣＡＩＶＣ）を圧縮行程内の所定遅角時期（ＣＡＲＴＤＸ）に制御するとともに、前記混合気の流動の強度が高くなるように前記流動生成手段を制御することを特徴とする。
【０００８】
この構成によれば、空燃比を理論空燃比近傍のリッチ空燃比からリーン空燃比へまたはその逆に切り換えるときに空燃比移行制御が行われ、その移行制御においては、吸気弁の閉弁時期が圧縮行程内の所定遅角時期に制御されるとともに、燃焼室内における混合気流動の強度が高くなるように制御される。吸気弁の閉弁時期を圧縮行程内の比較的遅い時期に設定して実効圧縮比を低下させることで、ノッキングの発生を防止することが可能となり、さらに混合気流動の強度を高めることによって、排気還流率を増加させる、あるいは空燃比を増加させるような空燃比移行制御中において混合気の良好な着火性を維持し、燃焼を安定化することができる。その結果、空燃比切換時において、出力変動の増大及びノッキングの発生を防止することが可能となる。
【０００９】
上記「所定遅角時期（ＣＡＲＴＤＸ）」は、出力変動の増大及びノッキングの発生を防止する効果を確実なものとするためには、圧縮行程内においてクランク角度（クランク軸回転位相）が圧縮行程開始角度位置から７０度以上遅角側の角度位置に設定することが望ましい。ただし、遅角量が過大となれば、安定した燃焼は得られなくなるので、圧縮行程開始角度位置から例えば１００度の角度位置より進角側とする。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関の制御装置において、前記過渡制御手段は、前記リーン空燃比から前記リッチ空燃比への切換を行うときは、前記吸入空気量制御弁の開度（ＴＨ）を減少させるとともに、前記排気還流制御弁の開度（ＬＦＴ）を増加させ、前記吸入空気量を減少させる制御を行う一方、前記リッチ空燃比から前記リーン空燃比への切換を行うときは、前記吸入空気量制御弁の開度（ＴＨ）を増加させるとともに、前記排気還流制御弁の開度（ＬＦＴ）を減少させ、前記吸入空気量を増加させる制御を行うことを特徴とする。
【００１１】
この構成によれば、リーン空燃比から理論空燃比近傍のリッチ空燃比への切換を行うときは、吸入空気量制御弁の開度を減少させるとともに排気還流制御弁の開度を増加させて、吸入空気量を減少させる制御が行われる一方、前記リッチ空燃比からリーン空燃比への切換を行うときは、吸入空気量制御弁の開度を増加させるとともに排気還流制御弁の開度を減少させて、吸入空気量を増加させる制御が行われる。このような吸入空気量及び排気還流量の制御を行うことにより、空燃比切換の前後での機関出力の変化を抑制し、円滑な切換を行うことが可能となる。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の内燃機関の制御装置において、前記過渡制御手段は、前記吸気弁の閉弁時期に対応する実効圧縮比（ＣＭＰＲＥ）に応じて、前記排気還流機構を介して還流される排気量の割合を示す排気還流率（ＲＥＧＲ）の制御可能範囲及び前記空燃比（ＡＦ）の制御可能範囲を設定し、前記排気還流率（ＲＥＧＲ）が、前記排気還流率の制御可能範囲内で目標還流率（ＲＥＧＲＣＭＤ）と一致するように、前記吸入空気量制御弁（３）及び前記排気還流制御弁（２１）を制御し、前記空燃比制御手段は、前記空燃比の制御可能範囲内で前記空燃比（ＡＦ）が目標空燃比（ＡＦＣＭＤ）と一致するように、前記機関への燃料供給量（ＴＩ）を制御することを特徴とする。
【００１３】
この構成によれば、吸気弁閉弁時期に対応する実効圧縮比に応じて、排気還流率の制御可能範囲及び空燃比の制御可能範囲が設定され、排気還流率が制御可能範囲内で目標還流率と一致するように、吸入空気量制御弁及び排気還流制御弁が制御され、空燃比の制御可能範囲内で空燃比が目標空燃比と一致するように、機関への燃料供給量が制御される。排気還流率及び／または空燃比が低すぎるとノッキングを発生させる要因となり、排気還流率及び／または空燃比が高すぎると燃焼の不安定化を招くので、実効圧縮比に応じてそれぞれの制御可能範囲を設定し、その制御可能範囲内で排気還流率及び空燃比を制御することにより、空燃比移行制御中における出力変動の増大及びノッキングの発生を確実に防止することができる。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、請求項１から３の何れか１項に記載の内燃機関の制御装置において、前記点火制御手段は、前記空燃比移行制御中は前記排気還流率（ＲＥＧＲ）に応じて点火時期（ＩＧ）を制御することを特徴とする。
【００１５】
この構成によれば、空燃比移行制御中は点火時期が排気還流率に応じて制御されるので、空燃比移行制御中における出力変動の増大及びノッキングの発生を確実に防止することができる。
【００１６】
請求項５に記載の発明は、請求項１から４の何れか１項に記載の内燃機関の制御装置において、前記燃料噴射手段は、燃料を微粒化して噴射可能な燃料噴射弁（６）を用いて、前記機関の吸気通路（２）内に燃料を噴射し、前記火花点火手段は、点火プラグ（８）と、該点火プラグに放電を発生させるための複数の点火コイル対（７１，７２）とを備え、前記点火プラグ（８）における放電の継続時間（ＴＳＰＫ）を変更可能なものであり、前記点火制御手段は、前記目標空燃比（ＡＦＣＭＤ）が前記リーン空燃比であるときは、前記リーン空燃比が増加するほど、点火時期（ＩＧ，ＣＡＩＧ）を進角させるとともに前記放電継続時間（ＴＳＰＫ）を長く設定することを特徴とする。
【００１７】
この構成によれば、微粒化された燃料が吸気通路内に噴射されるので、比較的均質な混合気が吸気通路内において形成され、さらに燃焼室内に吸入されることによって、より均質度の高い混合気を形成することができる。また点火プラグにおける放電継続時間が変更可能であるため、点火時期及び放電継続時間を適切に設定することにより、すなわち、点火時期を比較的進角側に設定することによって、放電継続時間を長く設定することを可能とし、空燃比を「３０」程度に設定しても確実に着火させることができる。また目標空燃比がリーン空燃比であるときは、リーン空燃比が増加するほど、点火時期を進角させるとともに放電継続時間を長く設定することによって、目標空燃比が変化しても確実に着火させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態にかかる内燃機関及びその制御装置の構成を示す図である。
【図２】吸気通路に設けられるタンブル流動制御弁（４）の配置を説明するための図である。
【図３】吸気弁の作動特性を説明するための図である。
【図４】１つの気筒に対応する点火回路ユニット（７）の構成を示す回路図である。
【図５】燃料噴射弁（６）によって噴射される燃料の噴射状態を説明するための図である。
【図６】空燃比を理論空燃比よりリーン側の値に設定する機関運転領域（ＲＬＮ）及び空燃比を理論空燃比に設定する機関運転領域（ＲＳＴ）を示す図である。
【図７】空燃比（ＡＦ）と排気中のＮＯｘ濃度（ＣＮＯｘ）との関係を示す図である。
【図８】空燃比移行制御（リーン空燃比→理論空燃比）における制御パラメータの設定を説明するためのタイムチャートである。
【図９】図８に示す制御を行った場合における空燃比（ＡＦ）、図示平均有効圧（ＩＭＥＰ）、及びノック強度パラメータ（ＫＩ）の推移を示すタイムチャートである。
【図１０】空燃比移行制御（理論空燃比→リーン空燃比）における制御パラメータの設定を説明するためのタイムチャートである。
【図１１】図１０に示す制御を行った場合における空燃比（ＡＦ）、図示平均有効圧（ＩＭＥＰ）、及びノック強度パラメータ（ＫＩ）の推移を示すタイムチャートである。
【図１２】排気還流率（ＲＥＧＲ）と点火時期（ＩＧ）との関係を示す図である。
【図１３】空燃比移行制御のフローチャートである。
【図１４】吸気弁閉弁時期に応じて実効圧縮比を算出する手法を説明するための図である。
【図１５】排気還流率（ＲＥＧＲ）及び空燃比（ＡＦ）の制御可能範囲を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施形態にかかる内燃機関（以下「エンジン」という）及びその制御装置の構成を示す図であり、例えば４気筒のエンジン１の吸気通路２の途中にはスロットル弁（吸入空気量制御弁）３が配置されている。スロットル弁３はアクチュエータ１９によって駆動可能に構成されており、アクチュエータ１９は電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ」という）５に接続されている。スロットル弁３の開度は、アクチュエータ１９を介してＥＣＵ５によって制御される。吸気通路２のスロットル弁３の下流側には、燃料噴射弁６が各気筒に対応して設けられており、その作動はＥＣＵ５により制御される。
【００２０】
図２に示すように、吸気通路２の、吸気弁２２の直ぐ上流側には、隔壁２ａと、隔壁２ａによって形成される一方の流路に配置されたタンブル流動制御弁４とが設けられており、タンブル流動制御弁４はアクチュエータ４ａによって開閉駆動可能に構成されている。アクチュエータ４ａはＥＣＵ５に接続されており、その作動はＥＣＵ５によって制御される。タンブル流動制御弁４によって、燃焼室１ａ内に混合気のタンブル流動が生成される。
【００２１】
エンジン１の各気筒には点火プラグ８が装着されており、点火プラグ８は点火回路ユニット７を介してＥＣＵ５に接続されている。ＥＣＵ５は、後述するように点火プラグ８における放電開始時期ＣＡＩＧ及び放電継続時間ＴＳＰＫの制御を行う。なお、放電開始時期ＣＡＩＧは、「点火時期ＩＧ」と表記する場合もある。
【００２２】
ＥＣＵ５には、エンジン１の吸入空気流量ＧＡＩＲを検出する吸入空気流量センサ１１、吸気温ＴＡを検出する吸気温センサ１２、スロットル弁開度ＴＨを検出するスロットル弁開度センサ１３、吸気圧ＰＢＡを検出する吸気圧センサ１４、エンジン冷却水温ＴＷを検出する冷却水温センサ１５、及び図示しない他のセンサ（例えばエンジン１により駆動される車両のアクセルペダル操作量ＡＰを検出するアクセルセンサ、車速センサなど）が接続されており、これらのセンサの検出信号がＥＣＵ５に供給される。
【００２３】
ＥＣＵ５には、エンジン１のクランク軸（図示せず）の回転角度を検出するクランク角度位置センサ１６が接続されており、クランク軸の回転角度に応じたパルス信号がＥＣＵ５に供給される。クランク角度位置センサ１６は、クランク角度位置を示す複数のパルス信号を出力するものであり、このパルス信号は、燃料噴射時期、点火時期（点火プラグ８の放電開始時期）等の各種タイミング制御、及びエンジン回転数ＮＥの検出に使用される。エンジン１は、後述するように吸気弁作動位相を連続的に変更する機構を備えており、クランク角度位置センサ１６より出力されるパルス信号に基づいて、吸気弁２２を駆動するカム軸の実際の作動位相（吸気弁作動位相）ＣＡＩＮを検出することができる。本実施形態では、吸気弁作動位相ＣＡＩＮの増加は位相の進角に対応する。
【００２４】
排気通路９には排気浄化用のパラジウムを含む三元触媒１０が設けられている。三元触媒１０の上流側であって各気筒に連通する排気マニホールドの集合部より下流側には、比例型酸素濃度センサ１７（以下「ＬＡＦセンサ１７」という）が装着されており、このＬＡＦセンサ１７は排気中の酸素濃度（空燃比ＡＦ）にほぼ比例した検出信号を出力し、ＥＣＵ５に供給する。
【００２５】
エンジン１は排気還流機構を備えており、この排気還流機構は、排気通路９と吸気通路２と接続する排気還流通路２０と、排気還流通路２０を通過する排気の流量を制御する排気還流制御弁（以下「ＥＧＲ弁」という）２１とを有する。ＥＧＲ弁２１の作動は、ＥＣＵ５によって制御される。
【００２６】
エンジン１は吸気弁２２の弁リフト量及び開角（リフト量が「０」より大きい角度期間）を、機械的に２段階に切り換える第１弁作動特性可変機構４１と、吸気弁２２の作動位相を連続的に変更する第２弁作動特性可変機構４２とを有する弁作動特性可変装置４０を備えている。機械的に２段階に切り換える第１弁作動特性可変機構４１を採用することによって、吸気弁作動特性の迅速な変更が可能となる。第１弁作動特性可変機構４１は、吸気弁２２のリフト量及び開角を第１作動特性ＶＴ１と第２作動特性ＶＴ２とに切り換える。弁作動特性可変装置４０は、第１弁作動特性可変機構４１を駆動するための油圧制御機構４３と、第２弁作動特性可変機構４２を駆動するための油圧制御機構４４とを備えている。油圧制御機構４３及び油圧制御機構４４の作動はＥＣＵ５により制御される。以下の説明では、第１弁作動特性可変機構４１により切り換えられる作動特性を、「吸気弁作動特性ＶＴ」という。
【００２７】
弁作動特性可変装置４０によれば、吸気弁２２は、図３に実線Ｌ１で示す第１作動特性ＶＴ１と、実線Ｌ２で示す第２作動特性ＶＴ２とを最遅角位相として、カムの作動位相（ＣＡＩＮ）の進角に伴って破線Ｌ３，Ｌ４で示す最進角位相までの間の位相で駆動される。なお、排気弁は実線Ｌ５で示す一定の作動特性で駆動される。図３から明らかなように、本実施形態では吸気弁の閉弁時期ＣＡＩＶＣが圧縮行程の開始後となるように設定され、アトキンソンサイクル運転が行われる。また第１作動特性ＶＴ１における吸気弁２２の閉弁時期ＣＡＩＶＣ１は、第２作動特性ＶＴ２における閉弁時期ＣＡＩＶＣ２より遅角側にある。
【００２８】
ＥＣＵ５は、各種センサからの入力信号波形を整形し、電圧レベルを所定レベルに修正し、アナログ信号値をデジタル信号値に変換する等の機能を有する入力回路、中央演算処理ユニット（ＣＰＵ）、該ＣＰＵで実行される各種演算プログラム及び演算結果等を記憶する記憶回路、燃料噴射弁６、点火回路ユニット７、アクチュエータ４ａなどに駆動信号を供給する出力回路等から構成される。
【００２９】
燃料噴射弁６による燃料噴射量は、吸入空気流量ＧＡＩＲに応じて算出される基本燃料量を、ＬＡＦセンサ１７により検出される空燃比ＡＦに応じた空燃比補正係数ＫＡＦによって補正することによって制御される。空燃比補正係数ＫＡＦは、検出される空燃比ＡＦが目標空燃比ＡＦＣＭＤと一致するように算出される。
【００３０】
ＥＣＵ５は、アクセルペダル操作量ＡＰなどに応じてスロットル弁３の目標開度ＴＨＣＭＤを算出し、検出されるスロットル弁開度ＴＨが目標開度ＴＨＣＭＤと一致するようにアクチュエータ１９の駆動制御を行う。
【００３１】
図４は、１つの気筒に対応する点火回路ユニット７の構成を示す回路図であり、点火回路ユニット７は、一次コイル７１ａ及び二次コイル７１ｂからなる第１コイル対７１と、一次コイル７２ａ及び二次コイル７２ｂからなる第２コイル対７２と、バッテリ３０の出力電圧ＶＢＡＴを昇圧して昇圧電圧ＶＵＰを出力する昇圧回路７３と、一次コイル７１ａ，７２ａの通電制御を行うトランジスタＱ１，Ｑ２と、二次コイル７１ｂ，７２ｂと点火プラグ８との間に接続されたダイオードＤ１，Ｄ２とを備えている。
【００３２】
トランジスタＱ１，Ｑ２のベースはＥＣＵ５に接続されており、ＥＣＵ５によってオンオフ制御（一次コイルの通電制御）が行われる。２つの一次コイルの通電期間の一部を重複させつつ交互に通電を行うことによって、点火プラグ８における放電の継続時間（放電継続時間）ＴＳＰＫをエンジン１の運転状態に応じて変更することができる。また一次コイルの最初の通電終了時期が放電開始時期ＣＡＩＧに相当し、放電開始時期ＣＡＩＧもエンジン１の運転状態に応じて変更可能である。
【００３３】
燃料噴射弁６は、燃料を微粒化して噴射可能なものであり、ＳＭＤ（Sauter Mean Diameter：ザウター平均直径）が３５μｍ程度（燃圧３５０ｋＰａで噴射し、噴射口からの５０ｍｍ下におけるＳＭＤ）の特性を有する。図５（ａ）は、この燃料噴射弁６による燃料の噴射状態（噴射された燃料の拡散状態）を模式的に示し、図５（ｂ）は比較のために示す通常の燃料噴射弁による燃料の噴射状態を示す。通常の燃料噴射弁では、円錐状に分布する燃料の周辺部の燃料濃度が高くなるのに対し、燃料噴射弁６では微粒化した燃料の到達距離が短くなり、かつ拡散領域内における濃度分布の均質度が高く（濃度差が少なく）なる。
【００３４】
燃料を微粒化して噴射可能な燃料噴射弁６を用いることによって、検出空燃比ＡＦを目標空燃比ＡＦＣＭＤと一致させるために必要とされる量の燃料を燃焼室に供給し、しかも燃焼室内における空燃比分布がほぼ一様な（均質度の高い）均質混合気を形成することができる。
【００３５】
本実施形態では、暖機完了後の目標空燃比ＡＦＣＭＤは、エンジン回転数ＮＥ及び要求トルクＴＲＱＣＭＤに応じて、例えば図６に示すように設定される。図６に示す領域ＲＬＮでは、目標空燃比ＡＦＣＭＤを例えば「２４」から「３５」程度の範囲（以下「超希薄空燃比範囲」という）に設定するリーン運転が行われ、領域ＲＳＴでは目標空燃比ＡＦＣＭＤを理論空燃比（１４．７）に設定するストイキ運転が行われる。図６に示す領域ＲＬＮと領域ＲＳＴとの境界を示す実線は、リーン運転からストイキ運転へ切り換えるときの境界に対応し、破線はストイキ運転からリーン運転へ切り換えるときの境界に対応する。
【００３６】
リーン運転時の最小空燃比ＡＦＬ１（例えば「２４」）は、エンジン１からのＮＯｘ排出量が許容上限値ＣＮＯｘＨＬ（例えば１２０ｐｐｍ）以下となるように設定される。最大空燃比ＡＦＬ２（例えば「３５」）は、必要なエンジン出力を得るための限界値として設定される空燃比である。
【００３７】
図７は、空燃比ＡＦと排気中のＮＯｘ濃度ＣＮＯｘとの関係を示す図であり、空燃比ＡＦが「１６」以上の範囲では、空燃比ＡＦが増加するほど（リーン化するほど）、ＮＯｘ濃度ＣＮＯｘが低下する。したがって、リーン運転中の最小空燃比ＡＦＬ１は、許容上限値ＣＮＯｘＨＬが低下するほど増加するように設定する必要がある。
【００３８】
点火プラグ８における放電開始時期ＣＡＩＧは、超希薄空燃比範囲における目標空燃比ＡＦＣＭＤに対応して、上死点前５０度から１５度の範囲に設定され、放電継続時間ＴＳＰＫは均質希薄混合気を確実に着火させるべく、１．８〜３ｍｓｅｃに設定される。このように放電継続時間ＴＳＰＫを設定したときの放電エネルギが１５０〜６００ｍＪとなるように昇圧電圧ＶＵＰが設定されている。従来の火花点火による希薄混合気燃焼は、点火プラグ近傍の空燃比が相対的に小さくなるように燃焼室内の流動を生成することによって実現される成層混合気燃焼であるのに対し、本実施形態の均質希薄混合気燃焼は、放電継続時間ＴＳＰＫを比較的長く設定し、その放電継続時間ＴＳＰＫを確保できるように放電開始時期ＣＡＩＧは、成層混合気燃焼の点火時期（例えば８．０度）より進角側に設定されている。超希薄空燃比範囲では、目標空燃比ＡＦＣＭＤが増加するほど放電開始時期ＣＡＩＧを進角させるとともに放電継続時間ＴＳＰＫを長く設定する。
【００３９】
さらにエンジン１の幾何学的圧縮比（ピストンが下死点に位置するときの燃焼室容積と、上死点に位置するときの燃焼室容積との比）は、最低実効圧縮比が９．０程度となるように、通常の火花点火エンジンの幾何学的圧縮比より若干大きく設定されている。
【００４０】
またタンブル流動制御弁４の開度を変更することによって、流速５〜１５ｍ／ｓｅｃ程度（エンジン回転数ＮＥが１５００ｒｐｍであるとき流速）のタンブル流動を発生させるタンブル流動生成制御が行われる。
【００４１】
放電継続時間ＴＳＰＫを比較的長く設定するとともに、燃焼室内にタンブル流動を生成することによって、希薄混合気燃焼において強力な初期火炎核を形成し、その火炎核を成長させることによって、圧縮上死点における未燃混合気の温度を１０００度Ｋ以上の温度まで高めて、層流燃焼速度を支配する素反応を、過酸化水素が分解してＯＨラジカルを生成する反応に変化させ、圧縮上死点後において燃焼を確実に完結させることが可能となる。
【００４２】
次に本実施形態においてリーン運転からストイキ運転へ、またはその逆に切り換えるときに空燃比移行制御の概要を、図８〜図１１を参照して説明する。
【００４３】
図８は、リーン運転からストイキ運転への切換時における空燃比移行制御を説明するためのタイムチャートであり、図８（ａ）〜（ｇ）は、それぞれスロットル弁開度ＴＨ、ＥＧＲ弁リフト量ＬＦＴ、吸気弁作動位相ＣＡＩＮ、吸気弁作動特性ＶＴ（第１作動特性ＶＴ１及び第２作動特性ＶＴ２の何れが選択されているか）、タンブル流動制御弁４の開度ＴＣＶ、燃料噴射時間（燃料噴射量）ＴＩ、及び点火時期ＩＧ（圧縮上死点からの進角量）の推移を示す。また時刻ｔＳが移行制御開始時刻であり、時刻ｔＥが移行制御終了時刻である。図８（ａ），（ｂ），（ｃ），及び（ｅ）に示す破線は、それぞれスロットル弁の開度指令値に相当する目標開度ＴＨＣＭＤ、ＥＧＲ弁リフト量ＬＦＴの指令値ＬＦＴＣＭＤ、吸気弁作動位相指令値ＣＡＩＮＣＭＤ、及びタンブル流動制御弁４の開度指令値ＴＣＶＣＭＤを示す。各制御パラメータは、下記のように制御される。
【００４４】
目標開度ＴＨＣＭＤ：時刻ｔＳにおいてストイキ運転開度ＴＨＳＴまでステップ的に減少させ、その後はストイキ運転開度ＴＨＳＴに維持する。
ＥＧＲ弁リフト量ＬＦＴの指令値ＬＦＴＣＭＤ：時刻ｔＳにおいてストイキ運転リフト量ＬＦＴＳＴまでステップ的に増加させ、その後はストイキ運転リフト量ＬＦＴＳＴに維持する。
吸気弁作動位相指令値ＣＡＩＮＣＭＤ：時刻ｔＳにおいて遅角位相ＣＡＲＴＤまでステップ的に遅角させ、その後はストイキ運転位相ＣＡＳＴに達するまで徐々に進角させる。
吸気弁作動特性ＶＴ：時刻ｔＳにおいて第２作動特性ＶＴ２から第１作動特性ＶＴ１に切り換える。
タンブル流動制御弁４の開度指令値ＴＣＶＣＭＤ：リーン運転中は０度（強流動制御値）に設定し、移行制御開始後も０度に維持し、空燃比ＡＦが理論空燃比ＡＦＳＴに達する時刻ｔ２において、ストイキ運転制御値ＴＣＶＳＴ（９０度）にステップ的に増加させる。本実施形態では、開度指令値ＴＣＶＣＭＤが０度で流動強度が最高となり、９０度で最低（流動が発生しない状態）となる。
燃料噴射時間ＴＩ：空燃比ＡＦの変更は主として吸入空気量の変更によって行われるため、時刻ｔＳからｔＥまでほぼ一定値に保持する。ただし、検出空燃比ＡＦが目標空燃比ＡＦＣＭＤと一致するように、フィードバック制御による微調整を行う。
点火時期ＩＧ：実際の排気還流率ＲＥＧＲに応じて、例えば図１２に示すテーブルを用いて設定する。その結果、時刻ｔＳの少し後から徐々に遅角され、その後ほぼ一定値に維持されて、時刻ｔＥの少し前から徐々に進角される。ただし、タンブル流動制御弁４の開弁（時刻ｔ２）に伴ってストイキ運転制御値ＩＧＳＴ近傍までステップ的に進角させる。
【００４５】
図１２に示すテーブルによれば、点火時期ＩＧは排気還流率ＲＥＧＲが増加するほど進角するように設定される。なお、実際の排気還流率ＲＥＧＲは公知の手法（例えば特許第５２７０００８号公報に示された手法）によって算出される。
【００４６】
実線で示す実際のスロットル弁開度ＴＨ、ＥＧＲ弁リフト量ＬＦＴ、吸気弁作動位相ＣＡＩＮは、各指令値の変化に遅れを伴って追従する。吸気弁作動位相ＣＡＩＮの変化遅れは比較的大きく、時刻ｔ１において遅角位相ＣＡＲＴＤに達する。
実際のタンブル流動制御弁開度ＴＣＶがストイキ運転制御値ＴＣＶＳＴ（９０度）に達する時刻ｔＥにおいて、空燃比移行制御を終了する。
【００４７】
図９（ａ）〜図９（ｃ）は、図８に示す空燃比移行制御を行った場合の空燃比ＡＦ、図示平均有効圧ＩＭＥＰ、及びノック強度パラメータＫＩの推移を示す。なお、図９（ａ）の破線は、目標空燃比ＡＦＣＭＤの推移を示している。目標空燃比ＡＦＣＭＤは、後述するように、空燃比移行制御中において空燃比ＡＦの制御可能範囲を外れないように、リーン空燃比から理論空燃比に向けて徐々に変更される。このとき、目標空燃比ＡＦＣＭＤは、吸入空気量及び排気還流率ＲＥＧＲに応じて設定される。
ノック強度パラメータＫＩは、筒内圧変動に含まれる４ｋＨｚから８ｋＨｚ成分の強度を示すパラメータであり、値が大きいほどノッキングが発生する可能性が高いことを示す。
【００４８】
図９によれば、空燃比ＡＦがリーン空燃比ＡＦＬ１（「２６」程度）から理論空燃比ＡＦＳＴへ円滑に移行し、かつ空燃比移行制御中において図示平均有効圧ＩＭＥＰの変動が比較的小さく抑制され、ノッキングが発生していないことが確認できる。より具体的には、吸気弁閉弁時期の遅角制御及びタンブル流動強度を高める制御を行わない従来制御では、ＩＭＥＰ変動率は±２０％以上であり、ノック強度パラメータＫＩは平均値で２０ｋＰａ以上であるが、本実施形態の空燃比移行制御によれば、ＩＭＥＰ変動率を±１０％以下に低減し、ノック強度パラメータＫＩを平均値で１０ｋＰａ以下に低減することができる。図９には示していないが、吸入空気量は、スロットル弁開度ＴＨの減少によって減少し、空燃比ＡＦを理論空燃比ＡＦＳＴまで減少させる。
【００４９】
図１０は、ストイキ運転からリーン運転への切換時における空燃比移行制御を説明するためのタイムチャートであり、図１０（ａ）〜（ｇ）は、それぞれスロットル弁開度ＴＨ、ＥＧＲ弁リフト量ＬＦＴ、吸気弁作動位相ＣＡＩＮ、吸気弁作動特性ＶＴ、タンブル流動制御弁４の開度ＴＣＶ、燃料噴射時間ＴＩ、及び点火時期ＩＧの推移を示す。また時刻ｔＳが移行制御開始時刻であり、時刻ｔＥが移行制御終了時刻である。図１０（ａ），（ｂ），（ｃ），及び（ｅ）に示す破線は、それぞれ目標開度ＴＨＣＭＤ、ＥＧＲ弁リフト量指令値ＬＦＴＣＭＤ、吸気弁作動位相指令値ＣＡＩＮＣＭＤ、及びタンブル流動制御弁開度指令値ＴＣＶＣＭＤを示す。各制御パラメータは、下記のように制御される。
【００５０】
スロットル弁の目標開度ＴＨＣＭＤ：時刻ｔＳからリーン運転開度ＴＨＬＮに向けて徐々の増加させ、リーン運転開度ＴＨＬＮに達する時刻ｔ１１以後はリーン運転開度ＴＨＬＮに維持する。
ＥＧＲ弁リフト量ＬＦＴの指令値ＬＦＴＣＭＤ：時刻ｔＳにおいて、リーン運転リフト量である「０」までステップ的に減少させ、その後は「０」に維持する。
吸気弁作動位相指令値ＣＡＩＮＣＭＤ：時刻ｔＳにおいて初期位相ＣＡＩＮＩまでステップ的に進角させ、その後はリーン運転位相ＣＡＬＮに達するまで時刻ｔ１２まで徐々に進角させる。時刻ｔ１２以後は、リーン運転位相ＣＡＬＮに維持する。
吸気弁作動特性ＶＴ：時刻ｔＳからｔＥまで第１作動特性ＶＴ１に維持し、時刻ｔＥにおいて第２作動特性ＶＴ２に切り換える。
タンブル流動制御弁４の開度指令値ＴＣＶＣＭＤ：時刻ｔＳにおいて、０度（強流動制御値）までステップ的に減少させ、以後０度に維持する。
燃料噴射時間ＴＩ：空燃比ＡＦの変更は主として吸入空気量の変更によって行われるため、時刻ｔＳからｔＥまでほぼ一定値に保持する。ただし、検出空燃比ＡＦが目標空燃比ＡＦＣＭＤと一致するように、フィードバック制御による微調整を行う。
点火時期ＩＧ：排気還流率ＲＥＧＲに応じて設定する。その結果、時刻ｔＳの直後から比較的早い速度で遅角され、その後はリーン運転に適した値に向けて徐々に進角される。
【００５１】
移行制御終了時刻ｔＥは、空燃比ＡＦがリーン空燃比ＡＦＬＮ２に到達した時刻である。
図１０（ａ）に示すようにスロットル弁の目標開度ＴＨＣＭＤは、時刻ｔＳからｔ１１まで徐々に増加するように制御されるが、これは排気還流率ＲＥＧＲが制御可能範囲（図１５参照）を外れないように制御する必要があるためである。すなわち、ＥＧＲ弁リフト量指令値ＬＦＴＣＭＤの変更を優先させて時刻ｔＳにおいて直ちに「０」まで減少させる一方、スロットル弁開度ＴＨを徐々に増加させることによって、排気還流率ＲＥＧＲが制御可能範囲を外れないようにしている。
【００５２】
図１１（ａ）〜図１１（ｃ）は、図１０に示す空燃比移行制御を行った場合の空燃比ＡＦ、図示平均有効圧ＩＭＥＰ、及びノック強度パラメータＫＩの推移を示し、図１１（ａ）の破線は、目標空燃比ＡＦＣＭＤの推移を示す。目標空燃比ＡＦＣＭＤは、空燃比移行制御中において空燃比ＡＦの制御可能範囲を外れないように、理論空燃比からリーン空燃比に向けて徐々に変更される。このとき、目標空燃比ＡＦＣＭＤは、吸入空気量及び排気還流率ＲＥＧＲに応じて設定される。
【００５３】
図１１によれば、空燃比ＡＦが理論空燃比ＡＦＳＴからリーン空燃比ＡＦＬＮ２（「２４」程度）へ円滑に移行し、かつ空燃比移行制御中において図示平均有効圧ＩＭＥＰの変動が比較的小さく抑制され、ノッキングが発生していないことが確認できる。従来制御と比較した改善効果は、上述したリーン空燃比から理論空燃比への移行制御と同様である。図１１には示していないが、吸入空気量は、スロットル弁開度ＴＨの増加によって増加し、空燃比ＡＦをリーン空燃比ＡＦＬＮ２まで増加させる。
【００５４】
図１３は、上述した空燃比移行制御を実行する処理の手順を示すフローチャートである。この処理は、例えば所定時間毎に実行される。
ステップＳ１１では、空燃比切換要求フラグＦＡＦＳＷが「１」であるか否かを判別し、この答が肯定（ＹＥＳ）であるとき、ステップＳ１２〜Ｓ２０の処理を実行する。空燃比切換要求フラグＦＡＦＳＷは、エンジン運転状態が図６に示す領域ＲＬＮから領域ＲＳＴへまたはその逆に変化したとき「１」に設定される。ステップＳ１１の答が否定（ＮＯ）であるときは、本処理を実行することなく、図示しない他の処理によって通常制御を行う。
【００５５】
空燃比切換要求フラグＦＡＦＳＷがエンジン運転状態の変化によって「１」に設定されると（時刻ｔＳ）、吸気弁作動特性ＶＴを第１作動特性ＶＴ１に設定するとともに、タンブル制御弁開度指令値ＴＣＶＣＭＤを「０」に設定する。ステップＳ１３では、吸気弁作動位相ＣＡＩＮ及び図示しないセンサで検出されるタンブル制御弁開度ＴＣＶに応じて、実効圧縮比ＣＭＰＲＥを算出する。
【００５６】
図１４は、実効圧縮比ＣＭＰＲＥの算出手法を説明するための図であり、クランク角度ＣＡと、気筒容積ＶＣＣとの関係を示す。図に示すＣＡ１〜ＣＡ３は、可変設定される吸気弁閉弁時期であり、吸気弁作動位相ＣＡＩＮ及び吸気弁作動特性ＶＴ（ＶＴ１またはＶＴ２）に応じて算出される。図１３に示す関係を用いて、吸気弁閉弁時期ＣＡ１〜ＣＡ３に対応する気筒容積ＶＣＣ１〜ＶＣＣ３を算出し、気筒容積ＶＣＣi（ｉ＝１〜３）を下記式（１）に適用して、実効圧縮比ＣＭＰＲＥi（ｉ＝１〜３）を算出する。式（１）のＶＣＣＴＤＣはピストンが上死点に位置するときに気筒容積であり、ＫＴＣＶはタンブル制御弁開度ＴＣＶに応じて設定される補正係数である。
【００５７】
ＣＭＰＲＥi=ＫＴＣＶ×ＶＣＣi／ＶＣＣＴＤＣ          （１）
補正係数ＫＴＣＶは、タンブル制御弁開度ＴＣＶが減少する（流動強度が高くなる）ほど、減少するように設定される。
【００５８】
図１３のステップＳ１４では、算出された実効圧縮比ＣＭＰＲＥに応じて排気還流率ＲＥＧＲ及び空燃比ＡＦの制御可能範囲を設定する。図１５は、この制御可能範囲を説明するための図であり、図１５（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ実効圧縮比ＣＭＰＲＥが第１〜第３の値ＣＭＰＲＥ１〜ＣＭＰＲＥ３に対応し、ＣＭＰＲＥ１＜ＣＭＰＲＥ２＜ＣＰＲＥ３なる関係を満たす。これらの図において実線のハッチングを付して示す領域は、燃焼が不安定化し易い領域であり、破線のハッチングを付して示す領域はノッキングが発生し易い領域であり、何れも制御不可領域に相当する。したがって、例えば図示する排気還流率ＲＥＧＲＳに対応する空燃比ＡＦの制御可能範囲は、それぞれＲＡＦＳ１，ＲＡＦＳ２，ＲＡＦＳ３で示される。すなわち、実効圧縮比ＣＭＰＲＥが高くなるほど、空燃比ＡＦの下限値及び上限値が増加するように設定される。リーン運転では、排気還流率ＲＥＧＲは「０」に制御されるので、空燃比ＡＦの制御可能範囲は、それぞれＲＡＦ０１，ＲＡＦ０２，ＲＡＦ０３で示される。
【００５９】
空燃比移行制御では、図８（ｃ）及び図１０（ｃ）に示すように、吸気弁作動位相ＣＡＩＮが変更されて、実効圧縮比ＣＭＰＲＥが変化する。したがって、図８及び図９に示すリーン運転からストイキ運転への空燃比移行制御では、最終的な目標排気還流率ＲＥＧＲＣＭＤは２０％程度であり、かつ実効圧縮比ＣＭＰＲＥは徐々に低下するように制御されるので、目標空燃比ＡＦＣＭＤは、特に図１５（ａ）に示す制御可能範囲ＲＡＦＳ１の上限値を超えないように設定される。また図１０及び図１１に示すストイキ運転からリーン運転への空燃比移行制御では、最終的な目標排気還流率ＲＥＧＲＣＭＤは０％であり、かつ実効圧縮比ＣＭＰＲＥは徐々に上昇するように制御されるので、目標空燃比ＡＦＣＭＤは、特に図１５（ｃ）に示す制御可能範囲ＲＡＦ０３の下限値を下回らないように設定される。
【００６０】
図１３のステップＳ１６では、リーン運転からストイキ運転への移行制御であるか否かを判別し、その答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、上述した制御可能範囲内で目標排気還流率ＲＥＧＲＣＭＤをエンジン運転状態（ＮＥ，ＴＲＱＣＭＤ）に応じてストイキ運転に適した値（例えば２０％）に設定するとともに、目標空燃比ＡＦＣＭＤを目標排気還流率ＲＥＧＲＣＭＤに対応する制御可能範囲内に設定して、図８及び図９を参照して説明したＬＮ−ＳＴ移行制御を実行する（ステップＳ１７）。
【００６１】
ステップＳ１６の答が否定（ＮＯ）であるときは、図１０及び図１１を参照して説明したＳＴ−ＬＮ移行制御を実行する（ステップＳ１８）。本実施形態では、リーン運転における目標排気還流率ＲＥＧＲＣＭＤは「０」であるので、ＳＴ−ＬＮ移行制御においても目標排気還流率ＲＥＧＲＣＭＤを「０」に設定し、目標空燃比ＡＦＣＭＤを目標排気還流率ＲＥＧＲＣＭＤが「０」である状態に対応する制御可能範囲内に設定して、図１０及び図１１を参照して説明したＳＴ−ＬＮ移行制御を実行する。
【００６２】
ステップＳ１９では、空燃比移行制御が終了したか否かを判別し、その答が肯定（ＹＥＳ）となると、空燃比切換要求フラグＦＡＦＳＷを「０」に戻す（ステップＳ２０）。空燃比移行制御は、基本的には空燃比ＡＦが移行後の空燃比に達した時点で終了するが、ＬＮ−ＳＴ制御では、タンブル流動制御開度ＴＣＶがストイキ運転制御値ＴＣＶＳＴに戻った時点を終了時刻ｔＥとしている（図８（ｅ）参照）。
【００６３】
以上のように本実施形態では、ストイキ運転からリーン運転へまたはその逆に切り換えるときに空燃比移行制御が行われ、その空燃比移行制御においては、吸気弁作動特性ＶＴを第１作動特性ＶＴ１に設定するとともに、吸気弁作動位相ＣＡＩＮを比較的小さな値に設定することによって、吸気弁２２の閉弁時期ＣＡＩＣが圧縮行程内の所定遅角時期ＣＡＲＴＤＸ（図８に示す例では、８０度であり、図１０に示す例では７０度である）に制御されるとともに、燃焼室内における混合気流動の強度が高くなるようにタンブル流動制御弁４が制御される。吸気弁の閉弁時期ＣＡＩＶＣを圧縮行程内の比較的遅い時期に設定して実効圧縮比ＣＭＰＲＥを低下させことで、ノッキングの発生を防止することが可能となり、さらに混合気流動の強度を高めることによって、排気還流率を増加させる、あるいは空燃比を増加させるような空燃比移行制御中において混合気の良好な着火性を維持し、燃焼を安定化することができる。その結果、空燃比切換時において、出力変動の増大及びノッキングの発生を防止することが可能となる。
【００６４】
またリーン運転からストイキ運転への切換を行うときは、スロットル弁開度ＴＨを減少させるとともにＥＧＲ弁リフト量ＬＦＴを増加させて、吸入空気量を減少させる制御が行われる一方、ストイキ運転からリーン運転への切換を行うときは、スロットル弁開度ＴＨを増加させるとともにＥＧＲ弁リフト量ＬＦＴを減少させて、吸入空気量を増加させる制御が行われる。このような吸入空気量及び排気還流量の制御を行うことにより、空燃比切換の前後でのエンジン出力の変化を抑制し、円滑な切換を行うことができる。
【００６５】
また空燃比移行制御中の実効圧縮比ＣＭＰＲＥに応じて、排気還流率ＲＥＧＲの制御可能範囲及び空燃比ＡＦの制御可能範囲が設定され、排気還流率ＲＥＧＲが制御可能範囲内で目標還流率ＲＥＧＲＣＭＤと一致するように、スロットル弁３及びＥＧＲ弁２１が制御され、空燃比ＡＦの制御可能範囲内で空燃比ＡＦが目標空燃比ＡＦＣＭＤと一致するように、燃料噴射弁６による燃料噴射時間ＴＩが制御される。排気還流率ＲＥＧＲ及び／または空燃比ＡＦが低すぎるとノッキングを発生させる要因となり、排気還流率ＲＥＧＲ及び／または空燃比ＡＦが高すぎると燃焼の不安定化を招くので、空燃比移行制御中の実効圧縮比ＣＭＰＲＥに応じてそれぞれの制御可能範囲を設定し、その制御可能範囲内で排気還流率ＲＥＧＲ及び空燃比ＡＦを制御することにより、空燃比移行制御中における出力変動の増大及びノッキングの発生を確実に防止することができる。
【００６６】
また点火時期ＩＧの設定は、エンジン出力及びノッキングの発生に大きな影響を与えるので、空燃比移行制御中は点火時期ＩＧを排気還流率ＲＥＧＲに応じて制御することにより、空燃比移行制御中における出力変動の増大及びノッキングの発生を確実に防止することができる。
【００６７】
また燃料噴射弁６によって微粒化された燃料が吸気通路２内に噴射されるので、比較的均質な混合気が吸気通路２内において形成され、さらに燃焼室内に吸入されることによって、より均質度の高い混合気を形成することができる。また点火プラグ８における放電継続時間ＴＳＰＫが変更可能であるため、放電開始時期ＣＡＩＧ（＝点火時期ＩＧ）及び放電継続時間ＴＳＰＫを適切に設定することにより、すなわち、放電開始時期ＣＡＩＧを比較的進角側に設定することによって、放電継続時間ＴＳＰＫを長く設定することを可能とし、空燃比ＡＦを「３０」程度に設定しても確実に着火させることができる。また目標空燃比ＡＦＣＭＤがリーン空燃比であるときは、リーン空燃比が増加するほど、放電開始時期ＣＡＩＧを進角させるとともに放電継続時間ＴＳＰＫを長く設定することによって、目標空燃比ＡＦＣＭＤが変化しても確実に着火させることができる。
【００６８】
本実施形態では、スロットル弁３が吸入空気量制御弁に相当し、第１及び第２弁作動特性可変機構４１，４２が吸気弁閉弁時期可変機構を構成し、点火回路ユニット７及び点火プラグ８が火花点火手段に相当し、燃料噴射弁６が燃料噴射手段に相当し、隔壁２ａ及びタンブル流動制御弁４が流動生成手段に相当する。またＥＣＵ５が点火制御手段、空燃比制御手段、及び過渡制御手段を構成する。
【００６９】
なお本発明は上述した実施形態に限るものではなく、種々の変形が可能である。例えば、上述した実施形態では、第１及び第２弁作動特性可変機構４１，４２によって、吸気弁閉弁時期可変機構を構成したが、第２弁作動特性可変機構４２のみによって吸気弁閉弁時期可変機構を構成するようにしてもよい。
【００７０】
また上述した実施形態では流動生成手段として、タンブル流動を生成する機構を使用したが、スワール流動を生成する機構を採用してもよい。また、燃焼室１ａ及びピストン頂部の形状を、スキッシュ流動が生成されるように構成してもよい。
【００７１】
また上述した実施形態では、リーン運転における空燃比ＡＦは、超希薄空燃比範囲（例えば２４〜３５）に設定するようにしたが、本発明はリーン運転における空燃比ＡＦがより理論空燃比に近い値（例えば１６〜２２）に設定する制御装置にも適用可能である。また、上述した実施形態では、空燃比を理論空燃比に設定するとストイキ運転と、理論空燃比よりリーン側の空燃比に設定するリーン運転との切換時における空燃比移行制御を示したが、本発明は、空燃比を理論空燃比近傍で理論空燃比より若干リッチ側の空燃比に設定するリッチ運転と、リーン運転との切換時にも適用可能である。
【００７２】
また上述した実施形態では４気筒エンジンの例を示したが、本発明は気筒数に関わらず適用可能である。また本発明は、クランク軸を鉛直方向とした船外機などのような船舶推進機用エンジンなどの制御装置にも適用が可能である。
【符号の説明】
【００７３】
１  内燃機関
２  吸気通路
２ｂ  隔壁（流動生成手段）
３  スロットル弁（吸入空気量制御弁）
４  タンブル流動制御弁（流動生成手段）
５  電子制御ユニット（点火制御手段、空燃比制御手段、過渡制御手段）
６  燃料噴射弁（燃料噴射手段）
７  点火回路ユニット（火花点火手段）
８  点火プラグ（火花点火手段）
４１  第１弁作動特性可変機構（吸気弁閉弁時期可変機構）
４２  第２弁作動特性可変機構（吸気弁閉弁時期可変機構）
ＴＨ  スロットル弁開度
ＬＦＴ  ＥＧＲ弁リフト量
ＣＡＩＮ  吸気弁作動位相
ＶＴ  吸気弁作動特性
ＴＣＶ  タンブル流動制御弁開度
ＴＩ  燃料噴射時間
ＩＧ  点火時期
【図１】
2016006305.tif 000003
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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