(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮行程で燃料を筒内に直接噴射して点火プラグの近傍に成層混合気を形成して成層燃焼させる成層燃焼モードと、吸気行程で燃料を筒内に直接噴射して均質混合気を形成して均質燃焼させる均質燃焼モードとを燃焼モード切換要求に応じて切り換えて運転する内燃機関制御装置において、
前記成層燃焼モードの運転中に筒内に成層混合気を形成するための気流を生じさせる気流制御手段と、
燃焼モードを切り換える際に前記気流制御手段とそれ以外の空気系、燃料系、点火系の各制御パラメータを切り換える燃焼モード切換制御手段とを備え、
前記燃焼モード切換制御手段は、成層燃焼モードから均質燃焼モードへの切換時には前記気流制御手段の切換タイミングをそれ以外の空気系の制御パラメータの切換タイミングよりも遅らせて前記気流制御手段を燃料系と同じタイミングで切り換えて均質燃焼モードに切り換え、均質燃焼モードから成層燃焼モードへの切換時には前記気流制御手段をそれ以外の空気系の制御パラメータと同じタイミングで切り換え、これらの空気系の制御パラメータの切換タイミングから遅れたタイミングで燃料系の制御パラメータを切り換えて成層燃焼モードに切り換えることを特徴とする内燃機関制御装置。
【請求項２】
前記燃焼モード切換制御手段は、要求燃焼モードが切り換えられたときに直ちに前記気流制御手段以外の空気系の制御パラメータを切り換え先の燃焼モードの目標値に切り換えることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関制御装置。
【請求項３】
前記燃焼モード切換制御手段は、要求燃焼モードが成層燃焼モードから均質燃焼モードに切り換えられたときには、直ちに前記気流制御手段以外の空気系の制御パラメータを均質燃焼モードの目標値に切り換え、筒内の混合気の状態が均質燃焼可能な状態になった時点で、前記気流制御手段を均質燃焼モードの目標値に切り換え、要求燃焼モードが均質燃焼モードから成層燃焼モードに切り換えられたときには、直ちに前記気流制御手段とそれ以外の空気系の制御パラメータとを同時に成層燃焼モードの目標値に切り換えることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関制御装置。
【請求項４】
前記燃焼モード切換制御手段は、燃焼モードを切り換える際に筒内の混合気の状態が切り換え先の燃焼モードで燃焼可能な状態になった時点で燃料系と点火系の各制御パラメータを切り換え先の燃焼モードの目標値に切り換えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の内燃機関制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の運転中に燃焼モード切換要求に応じて成層燃焼モードと均質燃焼モードとを切り換えて運転する内燃機関制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、低燃費、低排気エミッション、高出力の特長を兼ね備えた筒内噴射エンジンの需要が急増している。この筒内噴射エンジンは、低負荷時には、少量の燃料を圧縮行程で噴射して点火プラグの近傍に成層混合気を形成して成層燃焼させることで、低燃費、低排気エミッションの運転を行い、高負荷時には、燃料噴射量を増量して吸気行程で噴射して均質混合気を形成して均質燃焼させることで、エンジン出力を高めるようにしている。従って、筒内噴射エンジンは、エンジン運転中に負荷等に応じて要求燃焼モードを決定して、その要求燃焼モードに応じて燃焼モードを成層燃焼モードと均質燃焼モードとの間で切り換えるようにしている。
【０００３】
この燃焼モードの切換制御は、例えば特許第３２０１９３６号公報に示すように、空気系、燃料系、点火系の各制御パラメータの目標値を各燃焼モード毎にマップ等で設定し、要求燃焼モードが切り換わったときに、空気系、燃料系、点火系の各制御パラメータを切り換え先の燃焼モードの目標値に切り換えるようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、筒内の混合気を成層燃焼させるためには、筒内の点火プラグの近傍に成層混合気を形成する必要があり、成層混合気を形成するには、吸気ポートに設けられた気流制御弁（スワール制御弁、タンブル制御弁等）を成層燃焼用の目標値に設定して筒内にスワール流やタンブル流を生じさせる必要がある。一方、均質燃焼モードでは、気流制御弁を成層燃焼用の目標値とは異なる開度に設定するようにしている。従って、燃焼モードを成層燃焼モードから均質燃焼モードに切り換えるときには、気流制御弁を成層燃焼可能な開度から均質燃焼可能な開度に設定すると共に、スロットル開度、ＥＧＲ弁等の空気系の制御パラメータを均質燃焼モードの目標値に切り換えるようにしている。
【０００５】
しかし、空気系の制御パラメータを均質燃焼モードの目標値に切り換えてから実際に筒内の混合気の状態が図９に示す成層燃焼可能な領域から均質燃焼可能な領域に到達するまでに応答遅れがあるため、その間は、成層燃焼を続ける必要があるが、気流制御弁をそれ以外の空気系の制御パラメータと同時に均質燃焼モードの目標値に切り換えると、実際に筒内の混合気の状態が均質燃焼可能な状態になる前に、筒内に成層燃焼に適したスワール流やタンブル流を生じさせることができなくなって、筒内の点火プラグの近傍に成層混合気を形成できなくなってしまい、燃焼状態が不安定になってトルク変動や失火を発生することがある。
【０００６】
本発明はこのような事情を考慮してなされたものであり、従ってその目的は、燃焼モードの切換時に安定した燃焼状態を維持しながら燃焼モードを切り換えることができる内燃機関制御装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１の内燃機関制御装置は、燃焼モードを切り換える際に気流制御手段とそれ以外の空気系、燃料系、点火系の各制御パラメータを切り換える燃焼モード切換制御手段を備え、成層燃焼モードから均質燃焼モードへの切換時に、気流制御手段の切換タイミングをそれ以外の空気系の制御パラメータの切換タイミングよりも遅らせて当該気流制御手段を燃料系と同じタイミングで切り換えて均質燃焼モードに切り換え、均質燃焼モードから成層燃焼モードへの切換時には気流制御手段をそれ以外の空気系の制御パラメータと同じタイミングで切り換え、これらの空気系の制御パラメータの切換タイミングから遅れたタイミングで燃料系の制御パラメータを切り換えて成層燃焼モードに切り換えるようにしたものである。
【０００８】
前述したように、燃焼モードを成層燃焼モードから均質燃焼モードに切り換える際に、実際に筒内の混合気の状態が図９に示す成層燃焼可能な領域から均質燃焼可能な領域に到達するまでに応答遅れがあるため、その間は、成層燃焼を続ける必要がある。本発明は、このような事情を考慮して、成層燃焼モードから均質燃焼モードへの切換時に、気流制御手段の切換タイミングをそれ以外の空気系の制御パラメータの切換タイミングよりも遅らせて当該気流制御手段を燃料系と同じタイミングで切り換えて均質燃焼モードに切り換えるようにしたので（図１２参照）、要求燃焼モードが均質燃焼モードに切り換わった後も、暫くは気流制御手段を均質燃焼モードの目標値に維持して、筒内に成層燃焼に適した気流（スワール流やタンブル流）を生じさせることができる。その結果、要求燃焼モードが均質燃焼モードに切り換わった後も、暫くは安定した成層燃焼を続けて、その後、筒内の混合気の状態が均質燃焼可能な状態になるのを待って気流制御手段を均質燃焼モードの目標値に切り換えて均質燃焼に切り換えるという制御を行うことができる。これにより、成層燃焼モードから均質燃焼モードへの切り換えを安定した燃焼状態を維持しながら行うことができて、燃焼モード切換時のトルク変動や失火を防止することができる。
【０００９】
更に、請求項１に係る発明では、均質燃焼モードから成層燃焼モードへの切換時に、気流制御手段をそれ以外の空気系の制御パラメータと同じタイミングで切り換え、これらの空気系の制御パラメータの切換タイミングから遅れたタイミングで燃料系の制御パラメータを切り換えて成層燃焼モードに切り換えるようにしている（図１２参照）。つまり、図９及び図１０に示すように、均質燃焼は、成層燃焼と比較して筒内の気流の影響が少なく、筒内の気流が強くても弱くても安定した均質燃焼を行うことができるため、均質燃焼モードから成層燃焼モードに切り換えるときは、気流制御手段を早期に切り換えても、暫くは安定した均質燃焼を続けることができる。そして、気流制御手段を早期に切り換えれば、筒内に成層混合気を形成するための気流（スワール流やタンブル流）を早期に発生させることができるため、均質燃焼モードから成層燃焼モードへの切り換えを安定した燃焼状態を維持しながら早期に行うことができる。
【００１０】
また、請求項２のように、要求燃焼モードが切り換えられたときに、直ちに気流制御手段以外の空気系の制御パラメータ（例えばスロットル開度、ＥＧＲ弁等）を切り換え先の燃焼モードの目標値に切り換えるようにすると良い。このようにすれば、要求燃焼モードが切り換えられてから筒内の混合気の状態が切り換え先の燃焼モードで燃焼可能な状態になるまでの時間を短くすることができる。
【００１１】
本発明の好ましい実施態様としては、請求項３のように、要求燃焼モードが成層燃焼モードから均質燃焼モードに切り換えられたときに、直ちに気流制御手段以外の空気系の制御パラメータを均質燃焼モードの目標値に切り換え、筒内の混合気の状態が均質燃焼可能な状態になった時点で、気流制御手段を均質燃焼モードの目標値に切り換え、一方、要求燃焼モードが均質燃焼モードから成層燃焼モードに切り換えられたときには、直ちに気流制御手段とそれ以外の空気系の制御パラメータとを同時に成層燃焼モードの目標値に切り換えるようにすると良い。このようにすれば、燃焼モードを成層燃焼モードと均質燃焼モードのいずれの方向に切り換える場合でも、燃焼状態を悪化させることなく、燃焼モードを短時間で切り換えることができる。
【００１２】
この場合、要求燃焼モードが切り換えられたときに、直ちに燃料系と点火系の各制御パラメータを切り換えると、筒内の混合気の状態が切り換え先の燃焼モードで燃焼可能な状態になる前に燃料系と点火系の各制御パラメータが切り換えられてしまい、燃焼状態が不安定になってトルク変動や失火を発生してしまう。
【００１３】
これを防ぐために、請求項４のように、燃焼モードを切り換える際に筒内の混合気の状態が切り換え先の燃焼モードで燃焼可能な状態になった時点で燃料系と点火系の各制御パラメータを切り換え先の燃焼モードの目標値に切り換えるようにすると良い。このようにすれば、燃焼モードを成層燃焼モードと均質燃焼モードのいずれの方向に切り換える場合でも、空気系と燃料系と点火系の全ての制御パラメータを最適なタイミングで切り換えることができ、燃焼モードの切り換えを安定した燃焼状態を維持しながら行うことができて、燃焼モード切換時のトルク変動や失火を防止することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。まず、図１に基づいてエンジン制御システム全体の概略構成を説明する。筒内噴射式の内燃機関である筒内噴射式エンジン１１の吸気管１２の最上流部には、エアクリーナ１３が設けられ、このエアクリーナ１３の下流側には、モータ１４によって開度調節されるスロットル弁１５が設けられている。このモータ１４がエンジン電子制御回路（以下「ＥＣＵ」と表記する）１６からの出力信号に基づいて駆動されることで、スロットル弁１５の開度（スロットル開度）が制御され、そのスロットル開度に応じて各気筒ヘの吸入空気量が調節される。スロットル弁１５の近傍には、スロットル開度を検出するスロットルセンサ１７が設けられている。
【００１５】
このスロットル弁１５の下流側には、サージタンク１９が設けられ、このサージタンク１９に、エンジン１１の各気筒に空気を導入する吸気マニホールド２０が接続されている。各気筒の吸気マニホールド２０内には、それぞれ第１吸気路２１と第２吸気路２２が仕切り形成され、これら第１吸気路２１と第２吸気路２２が、エンジン１１の各気筒に形成された２つの吸気ポート２３にそれぞれ連結されている。
【００１６】
また、各気筒の第２吸気路２２内には、成層燃焼モード運転時に筒内に混合気の旋回流（スワール流又はタンブル流）を生じさせる気流制御弁２４（気流制御手段）が配置されている。各気筒の気流制御弁２４は、共通のシャフト２５を介してステップモータ２６に連結されている。このステップモータ２６がＥＣＵ１６からの出力信号に基づいて駆動されることで、気流制御弁２４の開度が制御され、その開度に応じて各気筒内の気流強度が調節される。ステップモータ２６には、気流制御弁２４の開度を検出する気流制御弁センサ２７が取り付けられている。
【００１７】
エンジン１１の各気筒の上部には、燃料を気筒内に直接噴射する燃料噴射弁２８が取り付けられている。燃料タンク（図示せず）から燃料配管２９を通して燃料デリバリパイプ３０に送られてくる燃料は、各気筒の燃料噴射弁２８から気筒内に直接噴射され、吸気ポート２３から導入される吸入空気と混合して混合気が形成される。
【００１８】
更に、エンジン１１のシリンダヘッドには、各気筒毎に点火プラグ（図示せず）が取り付けられ、各点火プラグの火花放電によって気筒内の混合気に着火される。また、気筒判別センサ３２は、特定気筒（例えば第１気筒）が吸気上死点に達したときに出力パルスを発生し、クランク角センサ３３は、エンジン１１のクランクシャフトが一定クランク角（例えば３０℃Ａ）回転する毎に出力パルスを発生する。これらの出力パルスによって、クランク角やエンジン回転速度が検出され、気筒判別が行われる。
【００１９】
一方、エンジン１１の各排気ポート３５から排出される排気が排気マニホールド３６を介して１本の排気管３７に合流する。この排気管３７には、理論空燃比付近で排出ガスを浄化する三元触媒３８とＮＯｘ吸蔵還元型触媒（以下「ＮＯｘ触媒」という）３９とが直列に配置されている。このＮＯｘ触媒３９は、排気中の酸素濃度が高い成層燃焼モード運転中（リーン運転中）に、排気中のＮＯｘを吸着する。そして、燃焼モードが成層燃焼モードに切り換えられとき（つまり空燃比がリッチ又は理論空燃比付近に切り換えられて排気中の酸素濃度が低下したとき）に、それまでにＮＯｘ触媒３９に吸着されたＮＯｘを還元浄化して放出する。
【００２０】
このＮＯｘ触媒３９の下流側には、ＮＯｘ触媒３９から流出する排気中のＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘ濃度センサ（図示せず）が設置され、排気中のＮＯｘ濃度から推定したＮＯｘ触媒３９のＮＯｘ吸着量が所定値より多くなった時に、燃焼モードが一時的に成層燃焼モード（リーン運転）から均質燃焼モード（リッチ運転）に切り換えられ、それまでにＮＯｘ触媒３９に吸着されたＮＯｘが還元浄化されて放出される（ＮＯｘパージ）。
【００２１】
また、排気管３７のうちの三元触媒３８の上流側とサージタンク１９との間には、排出ガスの一部を吸気系に還流させるＥＧＲ配管４０が接続され、このＥＧＲ配管４０の途中に、ＥＧＲ弁４１が設けられている。ＥＣＵ１６からの出力信号に基づいてＥＧＲ弁４１の開度が制御され、その開度に応じてＥＧＲ量（排気還流量）が調節される。また、アクセルペダル１８には、アクセル開度を検出するアクセルセンサ４２が設けられている。
【００２２】
上述した各種センサの出力信号は、ＥＣＵ１６に入力される。このＥＣＵ１６は、マイクロコンピュータを主体として構成され、内蔵されたＲＯＭ（記憶媒体）に記憶された図２乃至図８に示す各ルーチンを実行することで、特許請求の範囲でいう燃焼モード切換制御手段として機能し、燃焼モード切換要求に応じて燃焼モードを成層燃焼モードと均質燃焼モードとの間で切り換える。
【００２３】
そして、成層燃焼モードでは、気流制御弁２４を成層燃焼用の目標値（例えば５０％）に設定して筒内にスワール流、タンブル流等の旋回気流を生じさせながら、少量の燃料を圧縮行程で噴射して点火プラグの周辺に部分的に濃いめの成層混合気を形成することで、稀薄な混合気を燃焼させて、低燃費、低排気エミッションの運転を行う。一方、均質燃焼モードでは、気流制御弁２４を均質燃焼用の目標値（例えば低負荷時には目標値＝０％［全閉］、高負荷時には目標値＝１００％［全開］）に設定して、理論空燃比付近又はそれよりも若干リッチとなるように燃料噴射量を増量し、燃料を吸気行程で噴射して均質混合気を形成して均質燃焼させることで、エンジン出力を高める。
【００２４】
この場合、ＥＣＵ１６は、図１２に示すように、要求燃焼モードが成層燃焼モードから均質燃焼モードに切り換えられたときに、まず気流制御弁２４以外の空気系の制御パラメータ（スロットル開度、ＥＧＲ弁４１）と目標空燃比のみを均質燃焼モードの目標値に切り換え、その後、筒内の混合気の状態が均質燃焼可能な状態になった時点で、気流制御弁２４を均質燃焼モードの目標値である全閉位置に切り換える。一方、要求燃焼モードが均質燃焼モードから成層燃焼モードに切り換えられたときには、直ちに気流制御弁２４とそれ以外の空気系の制御パラメータ（スロットル開度、ＥＧＲ弁４１の開度）と目標空燃比とを同時に成層燃焼モードの目標値に切り換える。
【００２５】
更に、ＥＣＵ１６は、燃焼モードを切り換える際に筒内の混合気の状態が切り換え先の燃焼モードで燃焼可能な状態になった時点で燃料系と点火系の各制御パラメータ（燃料噴射時期と点火時期）を切り換え先の燃焼モードの目標値に切り換える。
以下、ＥＣＵ１６がこれらの制御を行うために実行する図２乃至図８の各ルーチンの処理内容を説明する。
【００２６】
［エンジン制御メインルーチン］
図２のエンジン制御メインルーチンは、イグニッションスイッチ（図示せず）のオン後に所定周期で実行される。本メインルーチンが起動されると、まずステップ１００で、アクセル開度とエンジン回転速度等に基づいて要求トルクを算出する。この後、ステップ２００に進み、図３の燃焼モード決定ルーチンを実行して燃焼モードを決定した後、ステップ３００に進み、図４の燃焼モード切換制御ルーチンを実行して、燃焼モード切換要求があれば、燃焼モード切換制御を実行し、次のステップ４００〜７００で、図５の空気系制御ルーチン、図６の気流制御弁制御ルーチン、図７の燃料系制御ルーチン、図８の点火系制御ルーチンを実行して、空気系、燃料系、点火系の各制御パラメータを後述するタイミングで切り換え先の燃焼モードの目標値に切り換えて燃焼モードを切り換える。
【００２７】
［燃焼モード決定ルーチン］
図２のエンジン制御メインルーチンのステップ２００で、図３の燃焼モード決定ルーチンが起動されると、まずステップ２０１で、要求燃焼モード判定マップを検索して現在のエンジン運転状態（例えばエンジン回転速度と要求トルク）に応じて成層燃焼モードと均質燃焼モードのいずれか一方を要求燃焼モードとして選択する。この要求燃焼モード判定マップは、低回転、低トルク領域では、燃費節減を優先して成層燃焼モードが選択され、一方、高回転、高トルク領域では、エンジン出力を優先して均質燃焼モードが選択されるように設定されている。
【００２８】
この後、ステップ２０２に進み、現在のエンジン運転状態に応じて選択した要求燃焼モードが均質燃焼モードであるか否かを判定し、要求燃焼モードが均質燃焼モードであれば、ステップ２０３に進み、現在の実燃焼モードが均質燃焼モードであるか否かを判定する。もし、現在の実燃焼モードが均質燃焼モードでなければ、燃焼モードを切り換える必要があるため、ステップ２０４に進み、燃焼モード切換中フラグをＯＮして、ステップ２０５に進み、空気系制御モードを均質燃焼モードに設定する。一方、現在の実燃焼モードが均質燃焼モードであれば、燃焼モードを切り換える必要がないため、ステップ２０４を飛び越して、ステップ２０５に進み、空気系制御モードを均質燃焼モードに維持する。
【００２９】
前記ステップ２０２で、要求燃焼モードが均質燃焼モードでない（成層燃焼モードである）と判定された場合には、ステップ２０７に進み、現在の実燃焼モードが成層燃焼モードであるか否かを判定する。もし、現在の実燃焼モードが成層燃焼モードでなければ、燃焼モードを切り換える必要があるため、ステップ２０８に進み、燃焼モード切換中フラグをＯＮして、ステップ２０９に進み、空気系制御モードを均質燃焼モードに設定する。一方、現在の実燃焼モードが成層燃焼モードであれば、燃焼モードを切り換える必要がないため、ステップ２０８を飛び越して、ステップ２０９に進み、空気系制御モードを成層燃焼モードに維持する。
【００３０】
［燃焼モード切換制御ルーチン］
図２のエンジン制御メインルーチンのステップ３００で、図４の燃焼モード切換制御ルーチンが起動されると、まずステップ３０１で、燃焼モード切換中フラグがＯＮであるか否かによって燃焼モード切換中であるか否かを判定し、燃焼モード切換中でなければ、以降の処理を行うことなく、本ルーチンを終了する。
【００３１】
一方、燃焼モード切換中であれば、ステップ３０２に進み、要求燃焼モードが成層燃焼モードであるか否かを判定し、要求燃焼モードが成層燃焼モードでなければ（つまり要求燃焼モードが均質燃焼モードであれば）、ステップ３０３に進み、実空燃比Ａ／Ｆが均質燃焼領域判定値ＣＡＦ２よりリッチであるか否かで、実空燃比Ａ／Ｆが均質燃焼領域であるか否かを判定する。その結果、実空燃比Ａ／Ｆが均質燃焼領域判定値ＣＡＦ２よりリーンである（実空燃比Ａ／Ｆが均質燃焼領域に入っていない）と判定された場合は、以降の処理を行うことなく、本ルーチンを終了する。
【００３２】
その後、実空燃比Ａ／Ｆが均質燃焼領域判定値ＣＡＦ２よりもリッチになって実空燃比Ａ／Ｆが均質燃焼可能な領域に入ったと判定された時点で、ステップ３０４に進み、燃料系制御モード（＝実燃焼モード）を均質燃焼モードに設定して、燃料噴射モードを吸気行程噴射に切り換えた後、燃焼モード切換中フラグをＯＦＦして本ルーチンを終了する。
【００３３】
また、燃焼モード切換中で、且つ要求燃焼モードが成層燃焼モードであると判定された場合（ステップ３０１、３０２で共に「Ｙｅｓ」と判定された場合）は、ステップ３０６に進み、実空燃比Ａ／Ｆが成層燃焼領域判定値ＣＡＦ１よりもリーンであるか否かで、実空燃比Ａ／Ｆが成層燃焼領域であるか否かを判定する。その結果、実空燃比Ａ／Ｆが成層燃焼領域判定値ＣＡＦ１よりもリッチである（実空燃比Ａ／Ｆが成層燃焼領域に入っていない）と判定された場合は、以降の処理を行うことなく、本ルーチンを終了する。
【００３４】
その後、実空燃比Ａ／Ｆが成層燃焼領域判定値ＣＡＦ１よりもリーンになって実空燃比Ａ／Ｆが成層燃焼可能な領域に入ったと判定された時点で、ステップ３０８に進み、燃料系制御モード（＝実燃焼モード）を成層燃焼モードに設定して、燃料噴射モードを圧縮行程噴射に切り換えた後、燃焼モード切換中フラグをＯＦＦして本ルーチンを終了する。
【００３５】
［空気系制御ルーチン］
図２のエンジン制御メインルーチンのステップ４００で、図５の空気系制御ルーチンが起動されると、まずステップ４０１で、空気系制御モードが均質燃焼モードであるか否かを判定し、均質燃焼モードであれば、ステップ４０２に進み、空気系の気流制御弁３１以外の各制御パラメータ（スロットル開度、ＥＧＲ弁４１の開度）の目標値として、均質燃焼モード用の目標値を算出する。
【００３６】
一方、上記ステップ４０１で、空気系制御モードが均質燃焼モードでない（成層燃焼モードである）と判定された場合は、ステップ４０３に進み、空気系の気流制御弁３１以外の各制御パラメータ（スロットル開度、ＥＧＲ弁４１の開度）の目標値として、成層燃焼モード用の目標値を算出する。
【００３７】
［気流制御弁制御ルーチン］
図２のエンジン制御メインルーチンのステップ５００で、図６の気流制御弁制御ルーチンが起動されると、まずステップ５０１で、要求燃焼モードが成層燃焼モードであるか否かを判定し、要求燃焼モードが成層燃焼モードであれば、ステップ５０３に進み、気流制御弁３１の開度目標値として成層燃焼モード用の目標値を算出する。
【００３８】
一方、要求燃焼モードが成層燃焼モードでなければ（つまり要求燃焼モードが均質燃焼モードであれば）、ステップ５０２に進み、燃料系制御モード（＝実燃焼モード）が成層燃焼モードであるか否かを判定する。その結果、燃料系制御モード（＝実燃焼モード）が成層燃焼モードであると判定されれば、ステップ５０３に進み、気流制御弁３１の開度目標値として成層燃焼モード用の目標値を算出する。これにより、要求燃焼モードが均質燃焼モードに切り換えられた後も、燃料系制御モード（＝実燃焼モード）が成層燃焼モードである間は、気流制御弁３１の開度目標値が成層燃焼モード用の目標値に維持される。
【００３９】
これに対し、要求燃焼モードと燃料系制御モード（＝実燃焼モード）の両方が共に均質燃焼モードである場合（つまりステップ５０１、５０２で共に「Ｎｏ」と判定された場合）は、ステップ５０４に進み、気流制御弁３１の開度目標値として均質燃焼モード用の目標値を算出する。
【００４０】
［燃料系制御ルーチン］
図２のエンジン制御メインルーチンのステップ６００で、図７の燃料系制御ルーチンが起動されると、まずステップ６０１で、燃料系制御モード（＝実燃焼モード）が均質燃焼モードであるか否かを判定し、均質燃焼モードであれば、ステップ６０２に進み、燃料系の制御パラメータ（燃料噴射量、燃料噴射時期）の目標値として、均質燃焼モード用の目標値を算出する。
【００４１】
また、上記ステップ６０１で、燃料系制御モード（＝実燃焼モード）が均質燃焼モードでない（成層燃焼モードである）と判定された場合は、ステップ６０３に進み、燃料系の制御パラメータの目標値として、成層燃焼モード用の目標値を算出する。
【００４２】
［点火系制御ルーチン］
図２のエンジン制御メインルーチンのステップ７００で、図８の点火系制御ルーチンが起動されると、まずステップ７０１で、点火系制御モード（＝燃料系制御モード）が均質燃焼モードであるか否かを判定し、均質燃焼モードであれば、ステップ７０２に進み、点火系の制御パラメータ（点火時期）の目標値として、均質燃焼モード用の目標値を算出する。
【００４３】
また、上記ステップ７０１で、点火系制御モード（＝燃料系制御モード）が均質燃焼モードでない（成層燃焼モードである）と判定された場合は、ステップ７０３に進み、点火系の制御パラメータの目標値として、成層燃焼モード用の目標値を算出する。
【００４４】
以上説明した本実施形態の燃焼モード切換制御と従来の燃焼モード切換制御との相違について図１１及び図１２のタイムチャートを用いて説明する。図１１は従来の筒内噴射エンジンで燃焼モードを成層→均質→成層の順に切り換えるときの燃焼モード切換制御の一例を示すタイムチャートであり、図１２は本実施形態において燃焼モードを成層→均質→成層の順に切り換えるときの燃焼モード切換制御の一例を示すタイムチャートである。
【００４５】
従来の筒内噴射エンジンでは、図１１に示すように、要求燃焼モードが成層燃焼モードから均質燃焼モードに切り換えられると、直ちに空気系の制御パラメータ（スロットル開度、ＥＧＲ弁４１）と目標空燃比が均質燃焼モードの目標値に切り換えられ、それと同時に気流制御弁２４も均質燃焼モードの目標値（全閉位置）に切り換えられる。
【００４６】
要求燃焼モードが均質燃焼モードに切り換えられてから筒内の実空燃比Ａ／Ｆが均質燃焼可能な領域（均質燃焼領域判定値ＣＡＦ２よりリッチの領域）に到達するまでに応答遅れ期間Ａがあるため、その応答遅れ期間Ａ中は、成層燃焼を続ける必要がある。従って、応答遅れ期間Ａ中には、引き続き成層混合気を形成するための気流（スワール流やタンブル流）を生じさせる必要があるが、従来の燃焼モード切換制御では、要求燃焼モードが均質燃焼モードに切り換えられると、直ちに気流制御弁２４が均質燃焼モードの目標値に切り換えられるため、応答遅れ期間Ａ中に、成層混合気を形成するための気流（スワール流やタンブル流）を生じさせることが困難となる。このため、応答遅れ期間Ａ中に成層燃焼が不安定になって、トルク変動や失火を発生することがある。
【００４７】
これに対し、本実施形態の燃焼モード切換制御では、図１２に示すように、要求燃焼モードが成層燃焼モードから均質燃焼モードに切り換えられたときに、まず、気流制御弁２４以外の空気系の制御パラメータ（スロットル開度、ＥＧＲ弁４１）と目標空燃比のみが均質燃焼モードの目標値に切り換えられだけであり、筒内の実空燃比Ａ／Ｆが均質燃焼可能な領域（均質燃焼領域判定値ＣＡＦ２よりリッチの領域）に到達するまでの応答遅れ期間Ａ中は、引き続き気流制御弁３１が均質燃焼モードの目標値に維持される。
【００４８】
これにより、本実施形態では、要求燃焼モードが均質燃焼モードに切り換わった後も、応答遅れ期間Ａ中は、気流制御弁３１を均質燃焼モードの目標値に維持して、筒内に成層混合気を形成するための気流（スワール流やタンブル流）を生じさせることができる。その結果、要求燃焼モードが均質燃焼モードに切り換わった後も、応答遅れ期間Ａ中は、安定した成層燃焼を続けて、その後、筒内の実空燃比Ａ／Ｆが均質燃焼可能な領域（均質燃焼領域判定値ＣＡＦ２よりリッチの領域）に到達するのを待って気流制御弁３１を燃料系と同じタイミングで均質燃焼モードの目標値に切り換えて均質燃焼に切り換えるという制御を行うことができる。これによって、成層燃焼モードから均質燃焼モードへの切り換えを安定した燃焼状態を維持しながら行うことができて、燃焼モード切換時のトルク変動や失火を防止することができる。
【００４９】
一方、要求燃焼モードが均質燃焼モードから成層燃焼モードに切り換えられたときには、直ちに気流制御弁２４とそれ以外の空気系の制御パラメータ（スロットル開度、ＥＧＲ弁４１の開度）と目標空燃比とが同時に成層燃焼モードの目標値に切り換えられ、これらの空気系の制御パラメータの切換タイミングから遅れたタイミングで燃料系の制御パラメータが切り換えられて成層燃焼モードに切り換えられる（図１２参照）。図９及び図１０に示すように、均質燃焼は、成層燃焼と比較して筒内の気流の影響が少なく、筒内の気流が強くても弱くても安定した均質燃焼を行うことができるため、均質燃焼モードから成層燃焼モードに切り換えるときは、気流制御弁３１を早期に切り換えても、暫くは安定した均質燃焼を続けることができる。そして、気流制御弁３１を早期に切り換えれば、筒内に成層混合気を形成するための気流（スワール流やタンブル流）を早期に発生させることができるため、均質燃焼モードから成層燃焼モードへの切り換えを安定した燃焼状態を維持しながら早期に行うことができる。
【００５０】
ところで、燃焼モードを成層燃焼モードと均質燃焼モードのいずれの方向に切り換える場合でも、要求燃焼モードが切り換えられたときに、直ちに燃料系と点火系の各制御パラメータを切り換えると、筒内の実空燃比Ａ／Ｆが切り換え先の燃焼モードで燃焼可能な状態になる前に燃料系と点火系の各制御パラメータが切り換えられてしまい、燃焼状態が不安定になってトルク変動や失火を発生してしまう。
【００５１】
これを防ぐために、本実施形態では、燃焼モードを切り換える際に、筒内の実空燃比Ａ／Ｆが切り換え先の燃焼モードで燃焼可能な状態になった時点で燃料系と点火系の各制御パラメータが切り換え先の燃焼モードの目標値に切り換えられる。このようにすれば、燃焼モードを成層燃焼モードと均質燃焼モードのいずれの方向に切り換える場合でも、空気系と燃料系と点火系の全ての制御パラメータを最適なタイミングで切り換えることができ、燃焼モードの切り換えを安定した燃焼状態を維持しながら行うことができて、燃焼モード切換時のトルク変動や失火を防止することができる。
【００５２】
尚、本実施形態では、筒内に成層混合気を形成するための気流（スワール流やタンブル流）を生じさせる気流制御手段として気流制御弁（スワール制御弁、タンブル制御弁）を用いたが、１気筒当たり２個以上の吸気バルブを設けて、２個以上の吸気バルブのリフト量を独立して制御できる可変バルブリフト機構を搭載したエンジンでは、各気筒の一部の吸気バルブのリフト量を他の吸気バルブのリフト量より小さくすることで筒内に成層混合気を形成するための気流を生じさせるようにしても良い。
【００５３】
また、本実施形態では、エンジン運転状態（例えばエンジン回転速度と要求トルク）に応じて要求燃焼モードを決定するようにしたが、この他、成層燃焼モード運転中に、ＮＯｘ触媒２７のＮＯｘパージやブレーキブースタ内の負圧確保等の要求があったときに、要求燃焼モードを一時的に均質燃焼モードに切り換えるようにしても良く、このような一時的な燃焼モードの切り換えについても、本発明を同様に適用して実施できることは言うまでもない。
【００５４】
また、空気系の制御パラメータは、スロットル開度、ＥＧＲ弁４１の開度に限定されず、例えば吸気及び／又は排気のバルブタイミングやパージ制御弁等を含めるようにしても良い。
【００５５】
また、成層燃焼モードと均質燃焼モードの気流制御弁２４の制御方法は上記実施形態に限定されず、例えば、成層燃焼モードでは、気流制御弁２４を閉弁して筒内にスワール流、タンブル流等の旋回気流を生じさせ、一方、均質燃焼モードで、気流制御弁２４を開弁するようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態におけるエンジン制御システム全体の概略構成図
【図２】エンジン制御メインルーチンの処理の流れを示すフローチャート
【図３】燃焼モード決定ルーチンの処理の流れを示すフローチャート
【図４】燃焼モード切換制御ルーチンの処理の流れを示すフローチャート
【図５】空気系制御ルーチンの処理の流れを示すフローチャート
【図６】気流制御弁制御ルーチンの処理の流れを示すフローチャート
【図７】燃料系制御ルーチンの処理の流れを示すフローチャート
【図８】点火系制御ルーチンの処理の流れを示すフローチャート
【図９】成層燃焼と均質燃焼の燃焼可能空燃比領域と気流強さとの関係を示す図
【図１０】成層燃焼と均質燃焼の燃焼安定領域と気流強さとの関係を示す図
【図１１】従来の筒内噴射エンジンの燃焼モード切換制御の一例を示すタイムチャート
【図１２】本発明の実施形態の燃焼モード切換制御の一例を示すタイムチャート
【符号の説明】
１１…エンジン（内燃機関）、１２…吸気管、１４…モータ、１５…スロットル弁、１６…ＥＣＵ（燃焼モード切換制御手段）、１７…スロットルセンサ、１８…アクセルペダル、１９…サージタンク、２４…気流制御弁（気流流制御手段）、２６…ステップモータ、２７…気流制御弁センサ、２８…燃料噴射弁、３７…排気管、３９…ＮＯｘ触媒、４０…ＥＧＲ配管、４１…ＥＧＲ弁。
【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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