(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの気筒内燃焼室に燃料を直接噴射する燃料噴射弁と、
エンジンが低負荷側の所定領域にあるときには、前記燃料噴射弁により気筒の圧縮行程で燃料を噴射させる成層燃焼モードで運転するか、或いは気筒の吸気行程で燃料を噴射させる均一燃焼モードで運転する一方、前記所定領域以外の他の運転領域にあるときには、前記均一燃焼モードで運転する燃焼モード制御手段と、
前記燃焼室への吸入空気量を調整するスロットル弁とを備え、
エンジンが成層燃焼モードにあるときには、燃焼室の平均空燃比が理論空燃比よりも大きいリーン状態になるように、前記スロットル弁の開度を制御するようにした筒内噴射式エンジンの制御装置において、
エンジンの前記所定領域から他の運転領域への加速運転状態を検出する加速検出手段と、
前記加速検出手段によりエンジンの加速運転が検出されたとき、点火時期を遅角側に補正してノッキングの発生を阻止する点火時期補正手段とを備え、
前記点火時期補正手段は、エンジンが加速開始時に成層燃焼モードにあれば点火時期の遅角補正を中止する一方、均一燃焼モードにあれば点火時期の遅角補正を行うように構成されていることを特徴とする筒内噴射式エンジンの制御装置。
【請求項２】
エンジンの気筒内燃焼室に燃料を直接噴射する燃料噴射弁と、
エンジンがアイドル運転状態を除く低負荷側の第１領域にあるときに前記燃料噴射弁により気筒の圧縮行程で燃料を噴射させる成層燃焼モードで運転する一方、アイドル運転状態に相当する第２領域にあるときには気筒の吸気行程で燃料を噴射させる均一燃焼モードで運転し、さらに、前記第１若しくは第２領域以外の他の運転領域にあるときにも前記均一燃焼モードで運転する燃焼モード制御手段と、
前記燃焼室への吸入空気量を調整するスロットル弁とを備え、
エンジンが成層燃焼モードにあるときには、燃焼室の平均空燃比が理論空燃比よりも大きいリーン状態になるように、前記スロットル弁の開度を制御するようにした筒内噴射式エンジンの制御装置において、
エンジンの前記第１若しくは第２領域から他の運転領域への加速運転状態を検出する加速検出手段と、
前記加速検出手段によりエンジンの加速運転が検出されたとき、点火時期を遅角側に補正してノッキングの発生を阻止する点火時期補正手段とを備え、
前記点火時期補正手段は、エンジンが加速開始時に前記第１領域にあって成層燃焼モードにあれば、前記第２領域にあって均一燃焼モードにあるときよりも点火時期の遅角補正量を小さく設定するように構成されていることを特徴とする筒内噴射式エンジンの制御装置。
【請求項３】
エンジンの気筒内燃焼室に燃料を直接噴射する燃料噴射弁と、
エンジンが低負荷側の所定領域にあるときに前記燃料噴射弁により気筒の圧縮行程で燃料を噴射させる成層燃焼モードで運転する一方、前記所定領域以外の他の運転領域にあるときには、気筒の吸気行程で燃料を噴射させる均一燃焼モードで運転する燃焼モード制御手段と、
前記燃焼室への吸入空気量を調整するスロットル弁とを備え、
エンジンが成層燃焼モードにあるときには、燃焼室の平均空燃比が理論空燃比よりも大きいリーン状態になるように、前記スロットル弁の開度を制御するようにした筒内噴射式エンジンの制御装置において、
エンジンが所定の運転条件下にあるときには、前記所定領域においても前記均一燃焼モードでの運転を行う燃焼モード補正手段と、
エンジンの前記所定領域から他の運転領域への加速運転状態を検出する加速検出手段と、
前記加速検出手段によりエンジンの加速運転が検出されたとき、点火時期を遅角側に補正してノッキングの発生を阻止する点火時期補正手段とを備え、
前記点火時期補正手段は、エンジンが加速開始時に成層燃焼モードにあれば、点火時期の遅角補正量を均一燃焼モードにあるときよりも小さく設定するように構成されていることを特徴とする筒内噴射式エンジンの制御装置。
【請求項４】
請求項３において、
燃料タンク内の蒸発燃料をエンジンの吸気系に供給する蒸発燃料供給手段を備えており、
エンジンの所定の運転条件下は、前記蒸発燃料供給手段により蒸発燃料を吸気系へ導入する状態であることを特徴とする筒内噴射式エンジンの制御装置。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれか１つにおいて、
エンジンの温度状態を検出する温度状態検出手段を備え、
点火時期補正手段は、前記温度状態検出手段による検出温度が設定温度以上のときに点火時期を遅角補正するように構成されていることを特徴とする筒内噴射式エンジンの制御装置。
【請求項６】
請求項５において、
設定温度は、エンジンが成層燃焼モードにあるときと均一燃焼モードにあるときとで互いに異なっていて、成層燃焼モードにおける設定温度は、均一燃焼モードにおける設定温度よりも高いことを特徴とする筒内噴射式エンジンの制御装置。
【請求項７】
請求項５において、
点火時期補正手段は、加速検出手段によりエンジンの急加速運転状態が検出されたときに点火時期を補正するように構成されていることを特徴とする筒内噴射式エンジンの制御装置。
【請求項８】
請求項１〜３のいずれか１つにおいて、
エンジンは複数の気筒を有し、
点火時期補正手段は、加速検出手段によりエンジンの加速運転が検出されたとき、該検出の後に最初に充填効率が実質的に増大する１番目の気筒において点火時期を補正し、その後順番に点火される気筒の点火回数が所定回数になるまで点火時期の補正を続けるように構成されていることを特徴とする筒内噴射式エンジンの制御装置。
【請求項９】
請求項８において、
点火時期補正手段は、点火時期の遅角補正量を点火回数が増えるに連れて徐々に減少させるように構成されていることを特徴とする筒内噴射式エンジンの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンの気筒内燃焼室に燃料噴射弁により燃料を直接噴射するようにした筒内噴射式エンジンの制御装置に関し、特にエンジンを低負荷側の所定領域では成層燃焼モードで運転するようにしたものにおける加速開始時の点火時期制御の技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、ガソリンエンジンでは、加速開始時にノッキングが発生することを阻止するために、点火時期を遅角補正することが一般に行われている。例えば特開平２−３０８９６９号公報に記載された点火時期制御装置では、エンジンへの吸入空気量の変化に基づいて加速運転の開始を検出し、その検出からしばらくの間、点火時期を遅らせるとともに、その点火時期の遅角補正量を気筒毎に異ならせて、前記の加速検出時から所定回数後の点火までは遅角補正量を徐々に大きくすることで、ノッキングの発生を抑えながら加速性能はできるだけ損なわないようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前記のように点火時期を遅らせれば、そのことによりエンジンの加速性能が低下することは避けられない。特に、エンジンの温度状態が高いときに低負荷低回転状態から急加速させるような場合には、気筒内圧縮温度がかなり高くなることから、ノッキングが極めて発生しやすくなる。従って、このようなときにノッキング発生を防ごうとすれば、点火時期の遅角補正量はかなり大きくせざるを得ないので、例えばアクセルペダルを踏み込んだときにエンジン回転が一瞬、躊躇してから上昇するようになり、ドライバビリティが顕著に悪化する。
【０００４】
ところで、近年、エンジンの気筒内燃焼室に燃料を直接噴射するとともに、その燃料噴射形態の変更により、エンジンを成層燃焼又は均一燃焼モードのいずれかに切替えて運転するようにした筒内噴射式エンジンが実用化されている。そして、この筒内噴射式エンジンにおいては、噴射された燃料の気化潜熱により燃焼室の温度が低下するので、自ずとノッキングが発生しにくくなり、このことで、前記従来例のエンジンに較べれば点火時期の遅角補正量を小さくして、ドライバビリティの悪化を軽減できると考えられる。
【０００５】
しかしながら、そのようにドライバビリティの悪化を軽減できるとしても、点火時期の遅角補正に伴いエンジントルクは低下するので、前記筒内噴射式エンジンにおいても、特に上述の如く高温時に低負荷低回転状態から急加速させるような場合には、十分な加速性能を得られないのが実状である。
【０００６】
本発明は斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、筒内噴射式エンジンにおいて加速開始時に点火時期の遅角補正量の設定に工夫を凝らすことで、ノッキングの発生を防止しながら、加速性能の向上を図ることにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成すべく、この発明では、低負荷側の所定領域では成層燃焼モードで運転されることのある筒内噴射式エンジンにおいて、その成層燃焼モードからの加速時にはノッキングが発生しにくいことに着目し、加速開始時のエンジンの燃焼モードに応じて、点火時期の遅角補正量を変更するようにした。
【０００８】
具体的に、請求項１の発明では、図１に示すように、エンジン１の気筒内燃焼室４に燃料を直接噴射する燃料噴射弁７と、エンジン１が低負荷側の所定領域にあるときには、前記燃料噴射弁７により気筒の圧縮行程で燃料を噴射させる成層燃焼モードで運転を行うか、或いは気筒の吸気行程で燃料を噴射させる均一燃焼モードで運転する一方、前記所定領域以外の他の運転領域にあるときには、前記均一燃焼モードで運転する燃焼モード制御手段ａと、前記燃焼室４への吸入空気量を調整するスロットル弁１３とを備え、エンジン１が成層燃焼モードにあるときには、燃焼室４の平均空燃比が理論空燃比よりも大きいリーン状態になるように、前記スロットル弁１３の開度を制御するようにした筒内噴射式エンジンの制御装置Ａを前提とする。
【０００９】
そして、エンジン１の前記所定領域から他の運転領域への加速運転状態を検出する加速検出手段ｂと、該加速検出手段ｂによりエンジン１の加速運転が検出されたとき、点火時期を遅角側に補正してノッキングの発生を阻止する点火時期補正手段ｃとを備え、この点火時期補正手段ｃを、エンジン１が加速開始時に成層燃焼モードにあれば点火時期の遅角補正を中止する一方、均一燃焼モードにあれば点火時期の遅角補正を行うものとする。
【００１０】
前記の構成により、加速検出手段ｂによりエンジン１の加速運転状態が検出されたとき、エンジン１が成層燃焼モードになければ、点火時期補正手段ｃにより点火時期が遅角側に補正されて、ノッキングの発生が阻止される。一方、エンジン１が成層燃焼モードにあれば、点火時期補正手段ｃは点火時期の遅角補正を中止する。この成層燃焼モードでは、燃焼室４の平均空燃比がリーン状態になるようにスロットル弁１３の開度が大きくされているので、エンジン１が低負荷低回転状態であっても相対的に吸気量が多くなっており、この多量の吸気によって燃焼室が冷やされるため、ノッキングは発生しにくい。
【００１１】
しかも、そのようにスロットル開度が大きくされているため、その状態から加速運転に移行しても、そのことにより気筒２の充填効率が急増するわけではないので、加速開始時に気筒内圧縮温度が急激に高まることもない。つまり、成層燃焼モードからの加速開始時には点火時期を遅らせなくても、ノッキングの発生する虞れは小さいので、この場合には点火時期の遅角補正をしないことで、従来例のように点火時期を遅らせるものに較べて加速性能を向上できる。
【００１２】
また、請求項２の発明では、エンジンの気筒内燃焼室に燃料を直接噴射する燃料噴射弁と、エンジンがアイドル運転状態を除く低負荷側の第１領域にあるときに前記燃料噴射弁により気筒の圧縮行程で燃料を噴射させる成層燃焼モードで運転を行う一方、アイドル運転状態に相当する第２領域にあるときには気筒の吸気行程で燃料を噴射させて、均一燃焼モードで運転を行い、さらに、それら第１若しくは第２領域以外の他の運転領域にあるときにも前記均一燃焼モードで運転を行う燃焼モード制御手段と、前記燃焼室への吸入空気量を調整するスロットル弁とを備え、エンジンが成層燃焼モードにあるときには、燃焼室の平均空燃比が理論空燃比よりも大きいリーン状態になるように、前記スロットル弁の開度を制御するようにした筒内噴射式エンジンの制御装置を前提とする。
【００１３】
そして、エンジンの第１若しくは第２領域から他の運転領域への加速運転状態を検出する加速検出手段と、該加速検出手段によりエンジンの加速運転が検出されたとき、点火時期を遅角側に補正してノッキングの発生を阻止する点火時期補正手段とを備え、この点火時期補正手段を、エンジンが加速開始時に前記第１領域にあって成層燃焼モードにあれば、前記第２領域にあって均一燃焼モードにあるときよりも点火時期の遅角補正量を小さく設定する構成とする。尚、エンジンが加速開始時に成層燃焼モードにあれば、点火時期の遅角補正を行わないようにしてもよい。
【００１４】
前記の構成によれば、エンジンが低負荷側の第２領域にあり均一燃焼モードになっていて、そこから加速運転に移行するときには、点火時期補正手段により点火時期が遅角側に補正されて、ノッキングの発生が回避される。一方、エンジンが第１領域にあり成層燃焼モードになっていて、そこから加速運転に移行するときには、点火時期の遅角補正量が相対的に小さくされる。このことで、請求項１の発明と同様にノッキングの発生を防止しながら、加速性能の向上が図られる。
【００１５】
さらに、請求項３の発明では、エンジンの気筒内燃焼室に燃料を直接噴射する燃料噴射弁と、エンジンが低負荷側の所定領域にあるときに前記燃料噴射弁により気筒の圧縮行程で燃料を噴射させる成層燃焼モードで運転する一方、前記所定領域以外の他の運転領域にあるときには、気筒の吸気行程で燃料を噴射させる均一燃焼モードで運転する燃焼モード制御手段と、前記燃焼室への吸入空気量を調整するスロットル弁とを備え、エンジンが成層燃焼モードにあるときには、燃焼室の平均空燃比が理論空燃比よりも大きいリーン状態になるように、前記スロットル弁の開度を制御するようにした筒内噴射式エンジンの制御装置を前提とする。
【００１６】
そして、エンジンが所定の運転条件下にあるときには、前記所定領域においても前記均一燃焼モードで運転を行う燃焼モード補正手段と、エンジンの前記所定領域から他の運転領域への加速運転状態を検出する加速検出手段と、該加速検出手段によりエンジンの加速運転が検出されたとき、点火時期を遅角側に補正してノッキングの発生を阻止する点火時期補正手段とを備え、この点火時期補正手段を、エンジンが加速開始時に成層燃焼モードにあれば、点火時期の遅角補正量を均一燃焼モードにあるときよりも小さく設定する構成とする。尚、エンジンが加速開始時に成層燃焼モードにあれば、点火時期の遅角補正を行わないようにしてもよい。
【００１７】
前記の構成によれば、エンジンが所定の運転条件下にあって燃焼モード補正手段により強制的に均一燃焼モードとされていて、かつそこから加速運転に移行するときには、点火時期補正手段により点火時期が遅角側に補正されて、ノッキングの発生が回避される。一方、エンジンが前記運転条件下になく、低負荷側の所定領域にあって成層燃焼モードとされていて、そこから加速運転に移行するときには、点火時期の遅角補正量が相対的に小さくされる。このことで、請求項２の発明と同様にノッキングの発生を防止しながら、加速性能の向上が図られる。
【００１８】
請求項４の発明では、請求項３において、燃料タンク内の蒸発燃料をエンジンの吸気系に供給する蒸発燃料供給手段を備えており、エンジンの所定の運転条件下は、前記蒸発燃料供給手段により蒸発燃料を吸気系へ導入する状態とする。
【００１９】
すなわち、一般に、燃料タンク内で発生する蒸発燃料は、蒸発燃料供給手段によりエンジンの吸気系に供給して燃焼させることが行われているが、エンジンが成層燃焼モードで運転されているときに蒸発燃料が供給されると、燃焼室の空燃比変動により一時的に排気有害成分の排出量が急増する等の弊害が生じる。そこで、この発明では、蒸発燃料を吸気系に供給するときに、燃焼モード補正手段により強制的に均一燃焼モードとすることにより、前記の弊害を未然に防止できる。
【００２０】
請求項５の発明では、請求項１〜３のいずれか１つにおいて、エンジンの温度状態を検出する温度状態検出手段を備え、点火時期補正手段は、前記温度状態検出手段による検出温度が設定温度以上のときに点火時期を遅角補正するものとする。このことで、エンジンの温度状態が設定温度以上のときには点火時期補正手段により点火時期を遅角補正して、ノッキングの発生を防止できる一方、エンジンの温度状態が設定温度よりも低ければノッキングの発生する虞れは小さいので、この場合には点火時期の遅角補正をしないことで、加速性能の向上を図ることができる。
【００２１】
請求項６の発明では、請求項５における設定温度は、エンジンが成層燃焼モードにあるときと均一燃焼モードにあるときとで互いに異なっていて、成層燃焼モードにおける設定温度は均一燃焼モードにおける設定温度よりも高いものとする。このことで、成層燃焼モードからの加速時には、均一燃焼モードからの加速時に較べてノッキングの発生する虞れが小さいので、その分、エンジンの温度状態が相対的に高くなるまで点火時期の遅角補正をしなくて済み、このことで、加速性能のさらなる向上が図られる。
【００２２】
請求項７の発明では、請求項５における点火時期補正手段は、加速検出手段によりエンジンの急加速運転状態が検出されたときに点火時期を補正するものとする。このことで、エンジンの急加速時には通常の加速時よりもノッキングの発生する虞れが大きいので、このような急加速時には点火時期を遅角補正することで、ノッキングの発生を確実に防止できる。一方、急加速時以外は点火時期の遅角補正をしないことで、加速性能を向上できる。
【００２３】
請求項８の発明では、請求項１〜３のいずれか１つにおけるエンジンは複数の気筒を有し、点火時期補正手段は、加速検出手段によりエンジンの加速運転が検出されたとき、該検出の後に最初に充填効率が実質的に増大する１番目の気筒において点火時期を補正し、その後順番に点火される気筒の点火回数が所定回数になるまで点火時期の補正を続ける構成とする。
【００２４】
すなわち、エンジンの加速運転が検出された後、最初に充填効率が実質的に増大する１番目の気筒から所定回数後の点火気筒までは、吸気通路でエンジンの熱により暖められている高温の吸気が気筒内燃焼室に吸入されるため、気筒内圧縮温度がかなり高くなり、ノッキングが発生する虞れが極めて大きい。従って、その所定回数後の点火気筒まで点火時期を遅角補正することは、ノッキングの発生を防止する上で極めて有効な作用を奏する。また、その後は点火時期の補正をしないことで、エンジン加速性能を向上できる。
【００２５】
請求項９の発明では、請求項８における点火時期補正手段は、点火時期の遅角補正量を点火回数が増えるに連れて徐々に減少させるものとする。このことで、高温の吸気が最も多く吸入される１番目の気筒において点火時期を十分に遅らせて、ノッキングの発生を防止できるとともに、その後、吸気温度が低くなるに連れて点火時期の遅角補正量を徐々に小さくすることにより、ノッキング防止と加速性能向上とを高次元で両立できる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
（制御装置の全体構成）
図２は本発明の実施形態に係る筒内噴射式エンジンの制御装置Ａの全体構成を示し、１は例えば車両に搭載された直列４気筒エンジンである。このエンジン１は第１〜第４までの４つの気筒２，２，…（１つのみ図示する）を有し、各気筒２内にピストン３が往復動可能に嵌挿されていて、そのピストン３により気筒２内に燃焼室４が区画されている。この燃焼室４の上壁における気筒軸心上の位置には、点火回路５に接続された点火プラグ６が燃焼室４に臨むように取り付けられている。また、前記燃焼室４の側壁部には、移動するピストン３と干渉しない位置に、燃焼室４に燃料を直接噴射するようにインジェクタ（燃料噴射弁）７が取り付けられている。
【００２７】
前記インジェクタ７には、詳しくは後述するが、高圧燃料ポンプ７１やプレッシャレギュレータ７２，７３等を有する燃料供給回路７０が接続されており、この燃料供給回路７０によって、燃料タンク７４からの燃料を適正な圧力に調整しながら、インジェクタ７に供給するようになっている。また、その燃料圧力を検出する燃圧センサ８が設けられている。そして、前記インジェクタ７により燃料が気筒２の圧縮行程後期に噴射されると、その燃料噴霧はピストン３の頂面に凹設したキャビティ（図示せず）にトラップされて、前記点火プラグ６近傍に比較的濃い混合気の層を形成する。一方、前記インジェクタ７により燃料が気筒２の吸気行程で噴射されると、その燃料噴霧は燃焼室４に拡散して吸気（空気）と混合され、燃焼室４に均一な混合気を形成する。
【００２８】
前記燃焼室４は、図示しない吸気ポートにより吸気弁９を介して吸気通路１０に連通されている。この吸気通路１０は、前記燃焼室４に対しエアクリーナ１１で濾過した吸気を供給するものであり、上流側から下流側に向かって順に、エンジン１に吸入される吸入空気量を検出する感熱式エアフローセンサ１２と、吸気通路１０を絞る電気式スロットル弁１３と、サージタンク１４とが配設されている。前記電気式スロットル弁１３は、図外のアクセルペダルに対し機械的には連結されておらず、モータ１５により駆動されて開閉するようになっている。また、スロットル弁１３の開度を検出するスロットル開度センサ１６と、サージタンク１４内の吸気負圧を検出する吸気負圧センサ１７とがそれぞれ設けられている。
【００２９】
前記サージタンク１４よりも下流側の吸気通路１０は、気筒２毎に分岐する独立通路とされていて、その各独立通路の下流端部がさらに２つに分岐してそれぞれ吸気ポートに連通しており、その分岐路のうちの一方にスワール制御弁１８が設けられている。このスワール制御弁１８はアクチュエータ１９により駆動されて開閉するものであり、スワール制御弁１８が閉弁すると、吸気は他方の分岐路のみから燃焼室４に供給されて、強い吸気スワールを生成する一方、スワール制御弁１８が開くに連れて吸気スワールは弱められるようになっている。また、そのスワール制御弁１８の開度を検出するスワール制御弁開度センサ２０が設けられている。
【００３０】
図２において２２は燃焼室４から燃焼ガスを排出する排気通路で、この排気通路２２の上流端は気筒２毎に分岐して、図示しない排気ポートにより排気弁２３を介して燃焼室４に連通されている。この排気通路２２には上流側から下流側に向かって順に、排気中の酸素濃度を検出するＯ2センサ２４と、排気を浄化する触媒２５とが配設されている。前記Ｏ2センサ２４は、排気中の酸素濃度に基づいて空燃比を検出するために用いられるもので、空燃比が理論空燃比のときを境に出力が急変する特性を有する。
【００３１】
また、前記触媒２５は、軸方向（排気の流れ方向）に沿って互いに平行に延びる多数の貫通孔が開口するハニカム構造のコージェライト製担体（図示せず）を有し、その各貫通孔壁面に触媒層を形成したものである。この触媒２５には、空燃比が理論空燃比よりも大きいリーン状態でＮＯｘを吸着する一方、空燃比が理論空燃比近傍又はこれよりも小さいリッチ状態になると、吸着したＮＯｘを放出しかつ還元浄化するＮＯｘ吸着還元タイプのリーンＮＯｘ触媒が用いられている。このようなＮＯｘ吸着還元性能を有する触媒は、そのＮＯｘ浄化性能が温度状態に強く依存するという特性を有することが知られており、触媒のＮＯｘ浄化率は、所定温度範囲（例えば２５０〜４００°Ｃ）で極めて高くなる一方、それ以上の高温状態では温度上昇に伴い急速に低下する。
【００３２】
さらに、前記Ｏ2センサ２４よりも上流側の排気通路２０にはＥＧＲ通路２６の上流端が分岐接続され、このＥＧＲ通路２６の下流端は前記スロットル弁１３とサージタンク１４との間の吸気通路１０に接続されていて、排気の一部を吸気系に還流させるようになっている。このＥＧＲ通路２６の下流端寄りには開度調整可能な電気式のＥＧＲ弁２７が配設されており、ＥＧＲ通路２６による排気の還流量（以下ＥＧＲ量という）を調整するようになっている。また、そのＥＧＲ弁２７のリフト量を検出するリフトセンサ２８が設けられている。
【００３３】
前記燃料供給回路７０は、インジェクタ７と燃料タンク７４とを接続する燃料通路７５を有し、燃料タンク７４内に配置した低圧燃料ポンプ７６により燃料を汲み上げて、インジェクタ７に供給するものである。前記燃料通路７５の途中には上流側から順に、低圧プレッシャレギュレータ７２、燃料フィルタ７７、及び高圧供給ポンプ７１が配設されており、低圧燃料ポンプ７６から吐出された燃料は低圧プレッシャレギュレータ７２によって調圧されて後、高圧燃料ポンプ７１によってさらに増圧され、その高圧燃料がインジェクタ７へ供給される。
【００３４】
また、前記インジェクタ７へ供給された燃料の余剰分はリターン通路７８により、低圧プレッシャレギュレータ７２及び燃料フィルタ７７間の燃料通路７５に戻される。このリターン通路７８の途中には高圧プレッシャレギュレータ７３が配設されており、余剰の燃料が高圧プレッシャレギュレータ７３によって流量調整されながら高圧燃料ポンプ７１の上流側にリターンされることで、インジェクタ７に供給される燃料の圧力が適正に調整されるようになっている。
【００３５】
さらに、前記燃料タンク７４内の蒸発燃料を回収してエンジン１の吸気系に供給するリニアパージ装置（蒸発燃料供給手段）８０が設けられている。このリニアパージ装置８０は、蒸発燃料を吸着するキャニスタ８１と、このキャニスタ８１に燃料タンク７４からの蒸発燃料を導く導入通路８２と、前記キャニスタ８１及び吸気通路１０を連通するパージ通路８３とを備えている。
【００３６】
前記パージ通路８３は、前記キャニスタ８１に吸着されている蒸発燃料を吸気負圧により吸い出して、スロットル弁１３とサージタンク１４との間の吸気通路１０に供給するものであり、その途中にはデューティソレノイド弁からなるパージ弁８４が設けられている。そして、そのパージ弁８４の開度のデューティ制御によって、吸気通路１０への蒸発燃料量の供給量（パージ量）が連続的に調整されるようになっている。
【００３７】
前記点火プラグ６の点火回路５、インジェクタ７、電気式スロットル弁１３の駆動モータ１５、スワール制御弁１８のアクチュエータ１９、電気式ＥＧＲ弁２７、パージ弁８４等はコントロールユニット４０（以下、ＥＣＵという）によって作動制御されるようになっている。一方、このＥＣＵ４０には、前記エアフローセンサ１２、スロットル開度センサ１６、吸気負圧センサ１７、スワール制御弁開度センサ２０、Ｏ2センサ２４、ＥＧＲ弁２７のリフトセンサ２８等の各出力信号が入力されており、加えて、エンジン１の冷却水温度（エンジン水温）を検出する水温センサ（温度状態検出手段）３０、吸気温度を検出する吸気温センサ３１、大気圧を検出する大気圧センサ３２、エンジン回転数を検出する回転数センサ３３、及びアクセルペダルの開度（踏込み量）を検出するアクセル開度センサ３４の各出力信号が入力されている。
【００３８】
（エンジン制御の概要）
この実施形態に係るエンジンの制御装置Ａは、インジェクタ７による燃料噴射の形態（燃料噴射時期及び空燃比等）を切替えることにより、エンジン１を異なる燃焼状態で運転する、即ちエンジン１の燃焼モード（運転モード）を切替える燃焼モード制御手段を備えている。すなわち、図８（ａ）に示すように低負荷低回転側の所定領域が成層燃焼領域に、また、それ以外の運転領域が均一燃焼領域にされており、成層燃焼領域ではインジェクタ７により圧縮行程後期に燃料を噴射させて、点火プラグ６の近傍に混合気が偏在する成層状態で燃焼させる成層燃焼モードとする。また、この成層燃焼モードでは、エンジン１のポンプ損失を低減するためにスロットル弁１３の開度を大きくするようにしており、このことで、燃焼室４の平均空燃比は大幅にリーンな状態（例えばＡ/Ｆ＝３０くらい）にされる。
【００３９】
一方、均一燃焼領域では、インジェクタ７により吸気行程前期に燃料を噴射させ、吸気と十分に混合して燃焼室４に均一な混合気を形成した上で燃焼させる均一燃焼モードとする。また、この均一燃焼モードでは、燃焼室４における混合気の空燃比が略理論空燃比（Ａ/Ｆ＝１４．７）になるように、燃料噴射量やスロットル開度等を制御するようにしている。尚、均一燃焼領域における高負荷ないし高回転側の運転領域では空燃比を理論空燃比よりもリッチな状態（例えばＡ/Ｆ＝１３〜１４）にするようにしてもよい。
【００４０】
さらに、例えば設定回転以上で設定アクセル開度以上といったような所定のパージ条件が成立し、リニアパージ装置８０により蒸発燃料を吸気通路１０へ供給（パージ）するときには、図８（ｂ）に示すように、エンジン１の負荷状態によらず強制的に均一燃焼モードとする燃焼モード補正手段が設けられている。このように、蒸発燃料をパージするときに必ず均一燃焼モードに切替えるようにしているので、エンジン１が成層燃焼モードで運転されているときに蒸発燃料がパージされることはなく、よって空燃比変動等の弊害は生じない。
【００４１】
具体的に、図３は前記ＥＣＵ４０におけるエンジン制御の基本的な処理を示す機能ブロック図である。すなわち、ＥＣＵ４０は、吸気温センサ３１及び大気圧センサ３２からの信号に基づいて吸気密度状態を検出する吸気密度状態検出手段４１を備えるとともに、回転数センサ３３及びアクセル開度センサ３４からの信号に基づき、さらに前記吸気密度状態を加味してエンジン１の目標負荷を設定する目標負荷設定手段４２を備えている。
【００４２】
前記目標負荷設定手段４２では、図４に示すように、まず、仮想体積効率演算部４２ａにより、アクセル開度accel及びエンジン回転数neに基づいて仮想体積効率veimgを演算する。詳しくは、予めベンチテスト等により、標準大気状態でかつ空燃比を理論空燃比に保った標準運転条件下において、要求される出力性能が得られるように、アクセル開度accel及びエンジン回転数neと仮想体積効率veimgとの対応関係が求められ、この対応関係がマップとしてＥＣＵ４０のメモリに記憶されている。そして、このマップから、実際のアクセル開度accel及びエンジン回転数neに対応する仮想体積効率veimgが読み込まれる。前記アクセル開度accel及びエンジン回転数neと仮想体積効率veimgとの対応関係は、例えば図７に示すようになり、仮想体積効率veimgは。アクセル開度accelが大きくなるに連れて増加し、かつエンジン回転数neが低いほど大きくなる。
【００４３】
続いて、仮想充填効率演算部４２ｂにより、前記のように求めた仮想体積効率veimgに、前記吸気密度状態検出手段４１により求められた吸気密度を加味して、仮想充填効率ceimgを演算する。この仮想充填効率ceimgは標準運転条件下でエンジン１に要求される出力に見合った充填効率であるが、このようにして求めた仮想充填効率ceimgに対し、なまし処理部（遅延処理手段）４２ｃにおいて次式のような一時遅れ補正を行う。つまり、仮想充填効率ceimgに遅延処理を施す。
【００４４】
【数１】
ceimgd ＝（１−α）×ceimg＋α×ceimgd[i-1]
但し、ceimgd[i-1] は ceimgd の前回値、αは係数（０＜α＜１）である。
【００４５】
そして、前記仮想充填効率演算部４２ｂにより演算した仮想充填効率ceimg、又は前記なまし処理部４２ｃにより遅延処理した仮想充填効率ceimgdに基づいて、目標負荷演算部４２ｄにより、それぞれの値に対応する図示平均有効圧力（Ｐｉ）を目標負荷として演算する。すなわち、なまし処理されていない仮想充填効率ceimgに基づいて、第１目標負荷Piobjを、また、なまし処理された仮想充填効率ceimgdに基づいて、第２目標負荷Piobjdをそれぞれ演算する。
【００４６】
【数２】
Piobj  ＝ K1×ceimg ＋K2
Piobjd ＝ K1×ceimgd＋K2
また、前記目標負荷設定手段４２には、エンジン１のアイドル運転中にエアコンディショナ等の外部負荷が加わったときに、その外部負荷に見合う程度にエンジン出力を高めるために、前記の目標負荷の演算に先立って仮想充填効率ceimg,ceimgdを補正するアイドリング負荷補正部４２ｅが設けられている。
【００４７】
前記ＥＣＵ４０は、前記のように求めた第１目標負荷Piobjとエンジン回転数neとに基づいて、基本的な運転モードmodsを設定する運転モード設定手段４３を備えている。すなわち、図８に示すように、第１目標負荷Piobjが所定の低負荷側しきい値Piobj*よりも低く、かつエンジン回転数neが低い運転領域（成層燃焼領域）では成層燃焼モードとし、それ以外の運転領域（均一燃焼領域）では均一燃焼モードとする。
【００４８】
また、前記ＥＣＵ４０はエンジン出力に関係する各種制御パラメータの値を決定するようになっており、具体的には、スロットル弁１３により調整される吸入空気量、ＥＧＲ弁２７により調整されるＥＧＲ量、スワール制御弁１８により調整される吸気スワール強さ、インジェクタ７による燃料噴射量、噴射時期、及び点火プラグ６による点火時期を制御パラメータとして、これらの制御パラメータの値を第１及び第２目標負荷Piobj,Piobjd及びエンジン回転数neに応じて決定する。
【００４９】
ここで、前記制御パラメータのうちの吸入空気量、ＥＧＲ量及びスワール強さはそれぞれスロットル弁１３、ＥＧＲ弁２７及びスワール制御弁１８の作動に対する応答性が比較的低い低速応答系なので、これらの制御量であるスロットル開度tvoobj、ＥＧＲ弁開度、スワール制御弁開度は第１目標負荷Piobjとエンジン回転数neとに応じて決定する。一方、燃料噴射量、噴射時期及び点火時期はいずれも制御信号に速やかに応答する高速応答系のものなので、これらは遅延処理後の第２目標負荷Piobjdとエンジン回転数neとに応じて決定する。
【００５０】
（スロットル制御）
より具体的に、前記ＥＣＵ４０は、前記目標負荷設定手段４２により設定された第１目標負荷Piobjに応じて、スロットル弁１３を制御する手段として、目標空燃比設定手段４４、目標充填効率演算手段４５及びスロットル開度演算手段４６を備えている。前記目標空燃比設定手段４４は、吸入空気量を制御するための目標空燃比afwbを上述の運転モード設定手段４３により設定された運転モード別に設定するものであり、図９に示すように、成層燃焼モードでは第１目標負荷Piobjとエンジン回転数neとに応じて、予め作成されているマップから目標空燃比afwbを求め、また、均一燃焼モードでは目標空燃比afwbを理論空燃比（Ａ/Ｆ＝１４．７）とする。
【００５１】
また、前記目標充填効率演算手段４５は、第１目標負荷Piobj又はこれに対応する仮想充填効率ceimgと前記目標空燃比afwbとに基づいて、例えば次式に従って目標充填効率ceobjを演算する。
【００５２】
【数３】
ceobj ＝ceimg×｛（afwb＋K3）/ 14.7 ｝×K4
この（数３）の演算式は、仮想充填効率ceimgから、リーン状態で運転される場合の目標空燃比の空気過剰率分（afwb/14.7）と燃費改善効果分とを加味して目標充填効率ceobjを求めるようにしたもので、係数K3,K4はいずれも燃費改善効果分に見合う程度に目標充填効率を減少させるような値とされている。
【００５３】
つまり、前記仮想充填効率ceimgは、エンジン１が標準運転条件下で運転されるときの目標負荷に対応する値なので、リーン運転時に同等の燃料噴射量を確保するためには前記の空気過剰率分を加味する必要があるが、そのようにして理論空燃比の場合と同等の燃料噴射量を確保した場合、リーン運転時には熱効率が高くなることからエンジン出力が高くなってしまう（燃費改善効果）。そこで、目標負荷に対応するエンジン出力を得るために、前記のように空気過剰率分を加味するほかに、燃費改善効果分も加味するようにしたものである。
【００５４】
尚、前記（数２）から、ceimg ＝（Piobj−K2）/K1 となるので、これを前記（数３）に代入して、第１目標負荷Piobjから目標充填効率ceobjを求めるようにしてもよい。
【００５５】
さらに、前記スロットル開度演算手段４６では、図５に示すように、前記のように求めた目標充填効率ceobjを、目標体積効率演算部４６ａにより吸気密度に応じて補正して、目標体積効率veobjを求め、この目標体積効率veobj及びエンジン回転数neに応じてスロットル開度tvoobjを演算する。その際、体積効率及びエンジン回転数とスロットル開度との対応関係はＥＧＲの有無によって異なるため、その各場合についてそれぞれ前記の対応関係を示すマップを予め作成し、ＥＧＲ判別部４６ｃによるＥＧＲの有無の判別結果に応じて、いずれかのマップから目標体積効率veobj及びエンジン回転数neに対応するスロットル開度tvoobjを読み込むようにしている。
【００５６】
ここで、前記体積効率及びエンジン回転数とスロットル開度との対応関係は、例えば、ＥＧＲが行われていない場合に図１０に実線で示すようになり、ＥＧＲが行われている場合には同図に破線で示すようになる。すなわち、スロットル開度tvoobjは、目標体積効率veobjが大きいほど大きくされ、かつエンジン回転数neが高いほど大きくされるとともに、ＥＧＲがある場合にはない場合よりも大きめにされる。
【００５７】
尚、成層燃焼モードでは、排気の空燃比が極めてリーンな状態になるので、ＥＧＲガス中にも既燃ガスだけでなく空気（酸素）が多量に含まれることになる。そのため、ＥＧＲがある場合にはそのＥＧＲガス中の既燃ガス体積割合を求め、その結果に応じて、スロットル開度tvoobj及びＥＧＲ弁制御量を補正するようにしている。また、ＥＧＲ量及びスワール強さもそれぞれエンジン１の運転状態に応じて、運転モードmods別に制御するようにしている。
【００５８】
（燃料噴射制御）
前記ＥＣＵ４０は、インジェクタ７による燃料噴射を制御するための手段として、目標空燃比作成手段４７、運転モード設定手段４８、分割比設定手段４９、噴射量演算手段５０、噴射時期設定手段５１及び噴射制御手段５２を備えている。これらの各手段４７〜５２が、インジェクタ７による燃料噴射の形態を切替えて、エンジン１を異なる燃焼モードで運転する燃焼モード制御手段に対応している。
【００５９】
前記目標空燃比作成手段４７は、燃料噴射量等の制御に用いる目標空燃比を求めるものであり、より具体的には図６に示すように、第２目標負荷Piobjd又はこれに対応する仮想充填効率ceimgdと実充填効率ceとに基づいて、演算部４７ａにより、主としてエンジン１の過渡運転時に用いられる目標空燃比afw0を演算する。
【００６０】
【数４】
afw0 ＝14.7×K1×ce/｛K4×(Piobjd−K2)｝−K3
[＝14.7×ce/(K4×ceimgd)−K3]
この（数４）の演算式は、理論空燃比と実充填効率ceと第２目標負荷Piobjd（又は仮想充填効率ceimgd）と、上述の燃費改善効果分を加味する係数K3,K4とを用いて、実充填効率の下で目標負荷に対応するエンジントルクが得られるような空燃比を求めるようにしたものである。
【００６１】
また、設定部４７ｂにより、主としてエンジン１の定常運転時に用いられる目標空燃比afwbdを前記運転モード設定手段４８により設定される運転モードmodf別に設定する。すなわち、図１２（ａ）に示すように、成層燃焼モードでは第２目標負荷Piobjdとエンジン回転数neとに基づいて、予め作成されているマップから目標空燃比afwbdを読み込む一方、均一燃焼モードでは、目標空燃比afwbdを理論空燃比（Ａ/Ｆ＝１４．７）とする。尚、均一燃焼領域における高負荷ないし高回転側の運転領域では空燃比を理論空燃比よりもリッチな状態（例えばＡ/Ｆ＝１３〜１４）としてもよい。
【００６２】
そして、目標空燃比設定手段４４で設定された吸入空気量制御用の目標空燃比afwbと、前記演算部４７ａにより演算された目標空燃比afw0との偏差dafwbを偏差演算部４７ｃにより演算して、この偏差dafwbが大きくなるエンジン１の過渡運転時には、前記演算部４７ａにより演算した目標空燃比afw0を最終的な目標空燃比afwとする一方、前記偏差dafwbが小さいエンジン１の定常運転時には、前記設定部４７ｂにより設定した目標空燃比afwbdを最終的な目標空燃比afwとする。
【００６３】
尚、目標空燃比作成手段４７をこのように構成しているのは、後述の如くエンジン出力上の要求とエミッションとを同時に満足するためであるが、より簡単な構成としては、前記設定部４７ｂ及び偏差演算部４７ｃを省略し、常に演算部４７ａで求めた目標空燃比afw0を燃料噴射制御における最終的な目標空燃比afwとするようにしてもよい。
【００６４】
前記図６において、６０は、後述のような過渡時の点火時期補正のための空燃比偏差dafwbd,dafw0を演算する手段であり、運転モード設定手段４８により成層燃焼モードが設定されるときには、dafwbd＝afwbd−afwを演算する一方、均一燃焼モードが設定されるときにはdafw0＝afw0−afwを演算するようになっている。
【００６５】
前記運転モード設定手段４８は、高速応答系の制御パラメータを決定するために用いる運転モードmodfを、燃料噴射量制御用の目標空燃比afw0とエンジン回転数neとに基づいて設定する。すなわち、図１１に示すように、前記演算部４７ａで演算された目標空燃比afw0が成層燃焼モードの下限側基準値afw0*よりも小さい値になる場合は均一燃焼モードとし、目標空燃比afw0を理論空燃比とする。反対に前記目標空燃比afw0が下限側基準値afw0*以上であれば、成層燃焼モードとする。この運転モードmodfの切替えにより燃料噴射形態が切替えられて、エンジン１の運転モードが最終的に切替えられる。尚、均一燃焼モードと成層燃焼モードとの間で運転モードmodfが変更されるときに、一時的に燃料噴射を吸気行程と圧縮行程とで分割して行うようにしてもよく、このようにすれば、燃焼状態の急激な変化を避けることができる。
【００６６】
前記分割比設定手段４９は、運転モード設定手段４８により設定される運転モードmodfに応じて吸気行程噴射と圧縮行程噴射との燃料の分割比を設定するものであり、成層燃焼モードでは吸気行程噴射割合を０％とする一方、均一燃焼モードでは吸気行程噴射割合を１００％とする。尚、前記の分割噴射を行う場合には、目標空燃比afw及びエンジン回転数neに応じて分割比を設定するようにすればよい。
【００６７】
前記噴射量演算手段５０は、エアフローセンサ１２の出力から求められた実充填効率ceと、前記目標空燃比作成手段４７により求められた目標空燃比afwと、分割比設定手段４９により設定された噴射割合とに基づいて、燃料噴射量を演算する。具体的には、これらの値と換算用の係数KGKFとに基づいて、吸気行程噴射及び圧縮行程噴射の各基本噴射量qbasep,qbasedをそれぞれ演算する。
【００６８】
【数５】
qbasep ＝ KGKF×(ce/afw)×rqbasep
qbased ＝ KGKF×ce[i]/afw[i-1]−qbasecp[i-1]
但し、rqbasepは噴射割合、ce[i]は充填効率の今回値（圧縮行程噴射直前の吸入空気量の検出値に基づく値）を意味し、afw[i-1], qbasep[i-1], ctotal[i-1]はそれぞれ目標空燃比、吸気行程噴射基本噴射量及び補正値の前回値（吸気行程噴射直前の検出に基づく値）を意味する。このように圧縮行程噴射の演算で目標空燃比等に前回値を用いるのは、目標空燃比等に今回値（圧縮行程噴射直前の値）を用いると、吸気行程噴射と圧縮行程噴射とで運転モード、空燃比等が変動して、整合性が得られなくなる場合があるからである。
【００６９】
そして、前記各基本噴射量qbasep,qbasedに対し、さらに燃料圧力に応じた吸気行程噴射、圧縮行程噴射の各補正量cdpfp,cdpfdと、その他の各種補正値ctotalを加味して、吸気行程噴射及び圧縮行程噴射の各最終噴射量qinjp,qinjdを演算し、この最終噴射量qinjp,qinjdに比例した噴射パルス幅Tiを求める。
【００７０】
【数６】
qinjp ＝ qbasep×cdpfp×(1＋ctotal)
qinjd ＝ qbased×cdpfd×(1＋ctotal[i-1])
前記噴射時期設定手段５１は、燃料噴射時期を前記運転モード設定手段４８により設定された運転モードmodf別に設定するものであり、図１２（ｂ）に示すように、成層燃焼モードでは第２目標負荷Piobjdとエンジン回転数neとに応じて予め作成されているマップから圧縮行程噴射用の噴射時期thtinjdを求める一方、均一燃焼モードではエンジン回転数neに応じて予め設定されているマップから吸気行程噴射用の噴射時期thtinjpを求める。
【００７１】
尚、演算処理の便宜上、噴射時期のデータとしては常にthtinjd、thtinjpの両方に何らかの値を与えるようになっていて、成層燃焼モードでは圧縮行程噴射用の噴射時期thtinjdをマップにより与えるとともに、吸気行程噴射用の噴射時期thtinjpには固定値をセットする（但し、吸気行程噴射割合rqbasepが０％なので、実際には吸気行程噴射は行われない）。また、均一燃焼モードでは、吸気行程噴射用の噴射時期thtinjpをマップにより与えるとともに、圧縮行程噴射用の噴射時期thtinjdに固定値（例えば圧縮行程初期の一定時期）をセットし、吸気行程噴射のみでは燃料噴射量が不足するときに追加分の噴射のために利用する。さらに、分割噴射を行う場合には、圧縮行程噴射用の噴射時期thtinjdとして成層燃焼モードにおけるデータを流用するとともに、目標空燃比afw及びエンジン回転数neに応じて予め作成されているマップから吸気行程噴射用の噴射時期thtinjpを求めるようにすればよい。
【００７２】
前記噴射制御手段５２は、噴射時期設定手段５１により設定された噴射時期に、噴射量演算手段５０により演算された噴射パルスTiに相当する時間だけインジェクタ７を作動させるように、該インジェクタ７にパルス信号を出力する。
【００７３】
（点火時期制御）
前記ＥＣＵ４０は、エンジン１の点火時期を制御するための手段として、基本点火時期及び補正量を設定する設定手段５３と、点火時期演算手段５４とを備え、さらに、エンジン１の加速運転を検出する加速検出手段５５と、加速開始時のノッキング発生を防ぐために、前記点火時期演算手段５４により演算した点火時期を遅角補正する遅角補正手段（点火時期補正手段）５６とを備えている。
【００７４】
前記設定手段５３は、前記運転モード設定手段４８で設定された運転モードmodf別に基本点火時期thtigbや各種の基本的な点火時期補正値を設定するもので、具体的には図１２（ｃ）に示すように、成層燃焼モードでは、第２目標負荷Piobjdとエンジン回転数neとに応じて、予め作成されているマップから基本点火時期thtigbを求めるとともに、上述の目標空燃比偏差dafwbdに応じた補正値thtigwdを予め作成されているテーブルから求める。この目標空燃比偏差dafwbdに応じた補正は、基本点火時期thtigbが定常運転時の目標空燃比afwbdに対応する第２目標負荷Piobjd及びエンジン回転数neに応じて定められているのに対し、過渡時にはafw0が最終的な目標空燃比afwとされて定常時とは空燃比のズレが生じるので、それに見合うように点火時期を調整するものである。
【００７５】
また、均一燃焼モードでは、充填効率ceとエンジン回転数neとに応じて予め作成されているマップから基本点火時期thtigbを求めるとともに、ＥＧＲ時の補正値thtigweを充填効率ceとエンジン回転数neとに応じて予め作成されているマップから求め、前記目標空燃比偏差dafw0に応じた補正値thtigwd及びエンジン水温thwに応じた冷間時補正値thtigwcをそれぞれ予め作成されているテーブルから求める。目標空燃比偏差dafw0(＝afw0-afw)に応じた補正は、後述のように目標空燃比afw0が理論空燃比よりもリーン側の所定値以下になったときにＮＯｘ生成量が増大する空燃比を通ることを避けるために、最終的な目標空燃比afwが理論空燃比とされる場合に、その空燃比の変更に見合うように点火時期を調整するものである。尚、分割噴射を行う場合には、目標空燃比afwに応じて予め作成されているテーブルから基本点火時期をもとめるようにすればよい。
【００７６】
そして、前記点火時期演算手段５４により、前記設定手段５３で設定された基本点火時期thtigbや各種補正値に基づいて、点火時期thtigを次式のように演算する。
【００７７】
【数７】
thtig ＝thtigb−(thtigwd＋thtigwe＋thtigwc )
また、そのように演算した点火時期thtigに対し、エンジン１が高温状態で均一燃焼モードになっていて、かつ加速運転状態になったときには、ノッキングの発生を回避するために点火時期を遅角側に補正するようにしている。以下に、この遅角補正の処理手順を具体的に図１３に示すフローチャート図に沿って説明する。
【００７８】
同図において、まず、スタート後のステップＳ１では、回転数センサ３３及びアクセル開度センサ３４からの信号に基づいて、それぞれエンジン回転数neとアクセル開度accelとを読み込むとともに、水温センサ３０からの信号に基づいてエンジン水温Twを検出する。続いて、ステップＳ２において前記エンジン水温Twが設定水温（設定温度）C1よりも大きいかどうか判定する。この設定水温C1は、エンジン１の加速開始時にノッキングが発生する可能性のある高温状態に対応して予め実験的に設定されている。その判定がＮＯで、エンジン１が高温状態にないならば、ノッキングの発生する虞れは小さいのでステップＳ１０に進む一方、判定がＹＥＳでエンジン１が高温状態にあれば、ステップＳ３に進む。
【００７９】
このステップＳ３では、前記アクセル開度accelの今回値accel[i]からその前回値accel[i-1]を減算して、アクセル開度の変化量Δaccelを求め、続くステップＳ４において、その変化量Δaccelに基づいて、エンジン１が加速運転状態になっているかどうか判定する。すなわち、アクセル開度の変化量Δaccelが予め設定したしきい値C2よりも大きければ（Δaccel＞C2）、エンジン１は加速運転状態にあると判定して、ステップＳ５に進む一方、Δaccel≦C2ならば、エンジン１は加速運転状態にないと判定して、ステップＳ１０に進む。
【００８０】
そして、ステップＳ５では、エンジン１の運転モードが均一燃焼モードであるかどうか判定する。この判定がＮＯでエンジン１が成層燃焼モードになっていれば、ステップＳ１０に進む一方、判定がＹＥＳでエンジン１が均一燃焼モードになっていれば、ステップＳ６に進んで、加速開始時のノッキングの発生を防ぐための点火時期の遅角補正量thtigwrを演算する。
【００８１】
【数８】
thtigwr ＝ igr1×K1×K2
すなわち、この遅角補正量thtigwrは、エンジン回転数ne及びアクセル開度の変化量Δaccelに基づいて、図１９（ａ）に例示するように予め作成されているマップから基本値igr1を読み込むとともに、同図（ｂ）に例示するように加速判定時の第１目標負荷Piobjに応じて設定されている補正係数K1と、同じく（ｃ）に例示するようにエンジン水温Twに応じて設定されている補正係数K2とを前記基本値igr1に乗算して、求められる。
【００８２】
続いて、ステップＳ７において、点火時期演算手段５４により演算された点火時期thtigを読み込み、続くステップＳ８において、この点火時期thtigを遅角補正し（thtig＝thtig−thtigwr）、ステップＳ９で補正後の点火時期thtigに基づいて点火制御を実行して、しかる後にリターンする。
【００８３】
つまり、エンジン１が高温状態でかつ均一燃焼モードにあるときに、車両の運転者によりアクセルペダルが急に踏み込まれると、これに応じてスロットル弁１３の開度が急増し、気筒内圧縮温度が極めて高くなってノッキングの発生を招くので、このノッキングの発生を防止するために点火時期を遅角側に補正するようにしている。
【００８４】
これに対し、エンジン１が高温状態でないか（Ｓ２）、加速運転状態でないか（Ｓ４）、又は成層燃焼モードにあるとき（Ｓ５）には、いずれもステップＳ１０に進み、点火時期の遅角補正量thtigwrを零にして（thtigwr＝０）、前記ステップＳ７〜Ｓ９に進む。つまり、エンジン１が加速運転状態でないか、又は加速運転状態であっても高温状態でなければ、ノッキングが発生する虞れは小さいので、点火時期の遅角補正は行わない。更に、エンジン１が高温状態でかつ加速運転状態になったときでも、成層燃焼モードであれば気筒内圧縮温度が極めて高くなることはないので、この場合にも点火時期の遅角補正は行わないようにしている。
【００８５】
前記図１３のフローにおいて、ステップＳ３及びＳ４の各ステップは、エンジン１の加速運転を検出する加速検出手段５５に対応しており、また、ステップＳ５〜Ｓ１０の各ステップは、前記加速検出手段５５によりエンジン１の加速運転が検出されたとき、ノッキングの発生を回避するために点火時期を遅角側に補正する遅角補正手段５６に対応している。そして、この遅角補正手段５６は、エンジン１が加速開始時に成層燃焼モードにあれば点火時期の遅角補正を行わないように構成されている。
【００８６】
（実施形態の作用効果）
以上のような制御装置Ａを備えた本実施形態の筒内噴射式エンジン１では、その運転状態に応じて成層燃焼モードと均一燃焼モードとが設定され、成層燃焼モードでは、燃焼室４の平均空燃比が理論空燃比よりも大幅にリーンな状態で成層燃焼が行われるので、燃費が大幅に改善される。また、成層燃焼モードでは、要求されるトルクを確保しつつ空燃比をリーンにするためにスロットル開度を大きくして吸入空気量を増加させるというように、運転モードや目標負荷等に基づいて吸入空気量が制御されるとともに、燃料噴射量、噴射時期、点火時期などが制御され、併せて、ＥＧＲ弁２７やスワール制御弁１８の制御も行われる。
【００８７】
それらの種々の制御パラメータはそれぞれの制御応答性等を考慮して適切に制御される。すなわち、吸入空気量の制御としては、目標負荷等に応じて設定された吸入空気量制御用の目標空燃比afwbに基づいて目標充填効率ceobjが求められ、さらに、吸気密度に応じた補正により目標体積効率veobjが求められて、それに基づいてスロットル開度の演算が行われる。このことで、スロットル弁１３の開度制御を精度良く行える。一方、目標空燃比作成手段４７により目標負荷及び実充填効率等から求められる噴射量制御用の空燃比に基づいて、運転モード設定手段４８による運転モードの設定及び燃料噴射量、噴射時期、点火時期等の制御が行われ、このことで、充填効率が変化するエンジンの過渡運転時にも、運転モードや空燃比等を適切に制御できる。
【００８８】
また、制御信号に対する応答速度が低い吸入空気量の制御には第１目標負荷piobjを用いる一方、制御信号に対する応答速度が高い燃料噴射量等の制御には、なまし処理後の仮想充填効率ceimgdに基づく第２目標負荷piobjdを用いることで、各制御パラメータの作動タイミングを適切に調整することができる。
【００８９】
すなわち、大部分の運転領域で空燃比が理論空燃比とされる標準運転条件が保たれつつ、アクセル操作量に対応してスロットル開度が変化するような一般的なガソリンエンジンでは、例えばエンジンの加速運転時にアクセル操作量及びそれに対応するスロットル開度が急激に変化しても、吸入空気量の変化には遅れがあり、エンジン出力の変化はその吸入空気量の変化に対応したものになる。そこで、そのような一般的なガソリンエンジンを模擬した出力制御を行おうとすれば、なまし処理した仮想充填効率ceimgdに基づく第２目標負荷Piobjdを実際の目標負荷とみなすことが適当である。
【００９０】
従って、高速応答系である燃料噴射量等の制御を実際の目標負荷とみなされる第２目標負荷Piobjdに基づいて行うことにより、一般的なエンジンと同様のトルク特性が得られ、良好なエンジンフィールを確保することができる。一方、低速応答系であるスロットル開度等の制御については、吸入空気量等の変化がある程度大きな遅れを有し、その変化が緩慢になる傾向があるので、なまし処理をしていない仮想充填効率ceimgに基づく第１目標負荷Piobjに応じて、スロットル弁１３の開度等を制御することで、制御の応答遅れを抑えることができる。
【００９１】
ところで、上述の如く、エンジン１は低負荷低回転状態では通常、成層燃焼モードで運転されるが、リニアパージ装置８０により蒸発燃料が吸気通路１０へパージされるときには強制的に均一燃焼モードとされるので、図１４（ｂ）上に点（Ｉ）として示すような運転状態となっている。そして、そのような運転状態でアクセルペダルが踏み込まれ、アクセル開度accelが増大すると、目標負荷設定手段４２により設定される第１目標負荷Piobjの値が同図に矢印で示すように急増して、点（II）として示す運転状態に移行する。このとき、その目標負荷Piobjの増大に応じてスロットル開度tvoobjが増大し、スロットル弁１３が大きく開かれることで、図１５に実線で示すように各気筒２の充填効率ceが急増して、断熱圧縮効果により気筒内圧縮温度が上昇する。
【００９２】
特に、エンジン１の温度状態が高いときには、サージタンク１４等でエンジン１の熱により暖められている高温の空気が各気筒２に一度に供給されることになり、図１６に斜線を入れて示すように、前記のアクセルペダルの踏み操作の後に最初に充填効率ceが実質的に増大する１番目の気筒（図例では第４気筒）や、その次に点火される２番目の気筒（図例では第２気筒）では、高温の吸気が特に多量に供給される。そのため、これらの気筒２では筒内圧縮温度が極めて高くなり、ノッキングが発生する虞れが極めて大きい。そこで、この実施形態では、前記図１３のフローに示すように点火時期thtigを遅角側に補正しており、このことで、当該気筒２におけるノッキングを防止することができる。
【００９３】
一方、蒸発燃料のパージが行われていなければ、エンジン１は低負荷低回転状態では通常、成層燃焼モードで運転される（図１４（ａ）参照）。そして、この成層燃焼モードでは、燃焼室４の平均空燃比がかなりリーンな状態になるようにスロットル弁１３が大きく開かれていて、元々、気筒２の充填効率が高くなっているので、この状態でエンジン１が加速運転状態になるときには、前記図１５において破線で示すように（Ｉ′→ II）、各気筒２の充填効率ceはあまり変化しない。つまり、エンジン１が成層燃焼モードになっていれば、加速開始に伴う充填効率の急増に起因してノッキングが発生することはないので、点火時期thtigの遅角補正は行わず、このことで、遅角補正を行う場合に較べてエンジン１の加速性能を向上できる。
【００９４】
（他の実施形態）
尚、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、その他の種々の実施形態を包含するものである。すなわち、前記実施形態では、エンジン１の加速運転時に成層燃焼モードになっていれば、点火時期thtigの遅角補正を行わないようにしているが、これに限らず、点火時期の遅角補正量thtigwrを均一燃焼状態になっているときよりも小さくするようにしても同様の作用効果が得られる。
【００９５】
また、そのようにする場合に、点火時期thtigの遅角補正を行うか否かを判定するための設定水温C1を、エンジン１が成層燃焼モードにあるか均一燃焼モードにあるかで異ならせ、成層燃焼モードにおける設定水温を均一燃焼モードにおける設定水温（よりも高く設定してもよい。このようにすれば、成層燃焼モードからの加速時には均一燃送モードからの加速時に較べて、エンジン水温Twが相対的に高くなるまで点火時期の遅角補正が行われないようになり、そのことで、エンジン１の加速性能のさらなる向上が図られる。
【００９６】
また、前記実施形態においては、エンジン１の加速開始時に点火時期thtigの遅角補正を行うようにしているが、この遅角補正をエンジン１の急加速時に限るようにしてもよい。すなわち、図１３のフローのステップＳ４におけるしきい値C2の値を、エンジン１の急加速運転に相当する大きな値に設定すればよく、そのようにすれば、エンジン１の急加速時にノッキングを防止できる一方、急加速時以外は加速性能の向上を優先できる。
【００９７】
さらに、前記実施形態では、アクセル開度の変化量Δaccelが所定以上に大きい間、点火時期の遅角補正を行うようにしているが、これに限るものではない。すなわち、例えば、アクセルペダルが踏み操作された後に最初に充填効率ceが実質的に増大する１番目の気筒（図１６参照）から、予め設定した所定回数（例えば２〜４回）後の点火気筒まで、点火時期を遅角補正するようにしてもよい。また、そのときの点火時期の遅角補正量thtigwrを例えば図１７に示すように１番目の気筒から３番目の気筒まで順番に徐々に小さくするようにしてもよい。
【００９８】
そのようにして、特にノッキングの発生しやすい１〜３番目の点火気筒において点火時期を遅角補正することにより、エンジン１の加速開始時のノッキング発生を極めて有効に防止できる。また、高温の吸気が最も多く吸入される１番目の気筒において点火時期thtigを十分に遅らせる一方、その後、吸気温度が低くなるに連れて遅角補正量thtigwrが徐々に小さくなることで、エンジン１のノッキング防止と加速性能向上とを高次元で両立できる。
【００９９】
さらにまた、前記実施形態においては、エンジン１の低負荷低回転側の所定領域が全て成層燃焼領域とされているが（図８（ａ）参照）、これに限るものではない。すなわち、図１８に例示するように、前記成層燃焼領域のうちでエンジン１のアイドル運転状態に相当する領域（同図に斜線を入れて示す領域）を第２領域とするとともに、それ以外を第１領域とし、その第１領域では前記実施形態と同様にエンジン１を成層燃焼モードで運転する一方、第２領域では均一燃焼モードで運転するようにしてもよい。このようにアイドル運転状態でエンジン１を均一燃焼モードとすることにより、アイドル安定性の向上が図られる。
【０１００】
そして、そのようにしたものにおいても前記実施形態と同様に、エンジン１が同図に実線の矢印で示すように均一燃焼モードから加速運転状態に移行するときには、点火時期thtigを遅角側に補正する一方、エンジン１が同図に破線の矢印で示すように成層燃焼モードから加速運転状態に移行するときには、点火時期thtigの遅角補正を行わないようにすればよい。或いは、成層燃焼モードから加速運転状態に移行するときには、点火時期の遅角補正量thtigwrを均一燃焼モードのときよりも小さくするようにしてもよい。
【０１０１】
また、前記実施形態において、いわゆる高地ではエンジン１を全ての運転領域において均一燃焼モードで運転するようにしてもよく、このようにした場合も、エンジン１が均一燃焼モードから加速運転状態に移行するときに点火時期thtigを遅角補正する一方、成層燃焼モードから加速運転状態に移行するときには点火時期thtigの遅角補正を行わないようにすればよい。
【０１０２】
【発明の効果】
以上説明した如く、請求項１の発明によると、筒内噴射式エンジンを低負荷側の所定領域では、成層燃焼ード又は均一燃焼モードのいずれかで運転する一方、その他の運転領域では均一燃焼モードで運転するようにした制御装置において、エンジンの加速開始時にノッキングの発生を回避するために点火時期を遅角側に補正する点火時期補正手段を設けるとともに、この点火時期補正手段を、エンジンが加速開始時に成層燃焼モードにあれば点火時期の遅角補正を行わないものとしたので、エンジンが成層燃焼モードになければ、点火時期の遅角補正によりノッキング発生を回避できる一方、エンジンが成層燃焼モードにあれば、点火時期の遅角補正をしないことで、加速性能の向上が図られる。
【０１０３】
請求項２又は請求項３の発明によると、それぞれ請求項１の発明と同様にノッキングの発生を防止しながら、加速性能の向上が図られる。
【０１０４】
請求項４の発明によると、燃料タンク内の蒸発燃料をエンジンの吸気系に供給するときには強制的に均一燃焼モードとすることで、燃焼室の空燃比変動による排気有害成分の排出増大等の弊害を未然に防止できる。
【０１０５】
請求項５の発明によると、エンジンの温度状態が高いときに点火時期を遅角補正して、ノッキングの発生を防止できる一方、エンジンの温度状態が低ければ点火時期の遅角補正をしないことで、加速性能の向上が図られる。
【０１０６】
請求項６の発明によると、成層燃焼モードからの加速時には、均一燃焼モードからの加速時に較べてエンジンの温度状態が高くなるまで点火時期の遅角補正をしないことで、加速性能のさらなる向上が図られる。
【０１０７】
請求項７の発明によると、エンジンの急加速時に点火時期を遅角補正して、ノッキングの発生を確実に防止できる一方、急加速時以外は点火時期の遅角補正をしないことで、加速性能を向上できる。
【０１０８】
請求項８の発明によると、エンジンの加速運転が検出された後、最初に充填効率が実質的に増大する１番目の気筒から所定回数後の点火気筒まで、点火時期を遅角補正することにより、ノッキングの発生を極めて有効に防止できる。また、その後は点火時期の補正をしないことで、エンジン加速性能を向上できる。
【０１０９】
請求項９の発明によると、１番目の気筒において点火時期を十分に遅らせる一方、その後は点火時期の遅角補正量を徐々に小さくすることで、ノッキング防止と加速性能向上とを高次元で両立できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の構成を示す説明図である。
【図２】  本発明に係るエンジンの制御装置の実施形態を示す概略構成図である。
【図３】  ＥＣＵの機能ブロック図である。
【図４】  図３における目標負荷設定手段の具体的構成を示す機能ブロック図である。
【図５】  図３におけるスロットル開度演算手段の具体的構成を示す機能ブロック図である。
【図６】  図３における目標空燃比作成手段の具体的構成を示す機能ブロック図である。
【図７】  アクセル操作量及びエンジン回転数と仮想体積効率との対応関係を示す図である。
【図８】  成層燃焼モード及び均一燃焼モードの各領域を設定したマップ（ａ）と、パージ時におけるマップ（ｂ）とを示す図である。
【図９】  吸入空気量制御用の目標空燃比を運転モード別に設定したマップを示す図である。
【図１０】  目標体積効率とスロットル開度との対応関係を示す図である。
【図１１】  燃料噴射量等の演算に用いる運転モードの設定を示す図である。
【図１２】  燃料噴射量等制御用の目標空燃比（ａ）、噴射時期（ｂ）及び点火時期（ｃ）を、それぞれ運転モード別に設定したマップを示す図である。
【図１３】  点火時期の遅角補正の制御手順を示すフローチャート図である
【図１４】  エンジン加速運転時の運転状態の変化を示す説明図である。
【図１５】  エンジン加速運転時の充填効率の変化を示すタイムチャート図である。
【図１６】  アクセル操作の後に最初に充填効率が実質的に増大する１番目の気筒等を示す説明図である。
【図１７】  遅角補正量を１番目の気筒から徐々に減らすようにした他の実施形態における点火時期の変化を示す説明図である。
【図１８】  エンジンをアイドル運転状態で均一燃焼モードにするようにした他の実施形態における図１４相当図である。
【図１９】  点火時期の遅角補正量の基本値を設定したマップ（ａ）、及び補正係数K1，K2をそれぞれ設定したマップ（ｂ）（ｃ）を示す図である。
【符号の説明】
Ａ        筒内噴射式エンジンの制御装置
１        エンジン
２        気筒
４        燃焼室
７        インジェクタ（燃料噴射弁）
１３      スロットル弁
３０      水温センサ（温度状態検出手段）
４０      コントロールユニット（ＥＣＵ）
４７      目標空燃比作成手段（燃焼モード制御手段）
４８      運転モード設定手段（燃焼モード制御手段）
４９      分割比設定手段（燃焼モード制御手段）
５０      噴射量演算手段（燃焼モード制御手段）
５１      噴射時期設定手段（燃焼モード制御手段）
５２      噴射制御手段（燃焼モード制御手段）
５５      加速検出手段
５６      遅角補正手段（点火時期補正手段）
８０      リニアパージ装置（蒸発燃料供給手段）
【図１】
0004123612.tif 000002
【図２】
0004123612.tif 000003
【図３】
0004123612.tif 000004
【図４】
0004123612.tif 000005
【図５】
0004123612.tif 000006
【図６】
0004123612.tif 000007
【図７】
0004123612.tif 000008
【図８】
0004123612.tif 000009
【図９】
0004123612.tif 000010
【図１０】
0004123612.tif 000011
【図１１】
0004123612.tif 000012
【図１２】
0004123612.tif 000013
【図１３】
0004123612.tif 000014
【図１４】
0004123612.tif 000015
【図１５】
0004123612.tif 000016
【図１６】
0004123612.tif 000017
【図１７】
0004123612.tif 000018
【図１８】
0004123612.tif 000019
【図１９】
0004123612.tif 000020