(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室に臨んで配された燃料噴射弁から前記燃焼室内に燃料を噴射する筒内噴射型内燃機関において、
排ガス中の酸素濃度に応じてリッチ空燃比を表す第１出力値とリーン空燃比を表す第２出力値との間で出力が変化する出力反転点を有する酸素濃度検出手段と、
内燃機関の運転状態と前記酸素濃度検出手段の出力反転の検出とに応じて、前記燃料噴射弁からの燃料供給を制御する燃料制御手段と、
該燃料制御手段による燃料供給制御により理論空燃比を第１目標空燃比とした空燃比フィードバック制御を実行しつつ吸気行程中に燃料を噴射する第１運転モードと、前記第１目標空燃比よりも燃料希薄な第２目標空燃比を目標空燃比とした空燃比フィードバック制御を実行しつつ圧縮行程中に燃料を噴射する第２運転モードとを設定する運転モード設定手段とを備え、
前記酸素濃度検出手段は、前記第２運転モードでは前記第１運転モードのときよりも前記出力反転点に対する空燃比の燃料希薄側へのシフトを生じるものであって、
前記運転モード設定手段は、前記内燃機関が排気浄化装置の触媒の昇温が要求される運転状態にあるとき運転モードを前記第２運転モードに設定し、
前記燃料制御手段は、前記第２運転モードによる空燃比フィードバック制御開始時に、前記第１運転モードと前記第２運転モード間で生じる前記出力反転点に対する前記空燃比のシフトに応じた燃料量の増減補正を行うことを特徴とする筒内噴射型内燃機関。
【請求項２】
前記第２運転モード時には、点火時期に対して燃料噴射終了時期がクランク角度で４０°〜６０°前になるように燃料噴射時期を設定した圧縮行程噴射を行って還元成分および余剰酸素の排出量を増大させることを特徴とする、請求項１記載の筒内噴射型内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、筒内噴射型内燃機関に関する。
【０００２】
【関連する背景技術】
近年、機関出力及び燃費の向上を図った筒内噴射型内燃機関が実用化されている。この種の内燃機関は、例えば特開平８−３１２４０４号公報に示されるように、機関出力が要求される中高負荷域では理論空燃比を目標値とした空燃比フィードバック制御を行いつつ吸気行程で燃料を噴射する一方、低負荷域では理論空燃比よりも燃料希薄な超リーン空燃比（例えば空燃比２５以上）となるようにオープンループ制御を行いつつ圧縮行程で燃料を噴射する。
【０００３】
つまり、筒内噴射型内燃機関での圧縮行程噴射は主に燃費向上を企図して超リーン空燃比での成層燃焼を達成するものとなっており、筒内噴射型内燃機関の圧縮行程噴射は専らリーン空燃比領域で実施されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この種の内燃機関は、吸気通路内に燃料を噴射する従来型内燃機関に比べて超リーン空燃比での運転が行われるため排気ガス温度が低下し一度活性状態となった触媒が不活性状態に陥ったり、噴射時期が運転状態によって吸気行程と圧縮行程とで変化するためトルク変動が生じたりする等、さまざまな問題がある。
【０００５】
本発明者らは、上述の問題に対し有効な手段を見出すため圧縮行程噴射での目標空燃比を超リーン空燃比領域外へ変化させた実験を重ねたところ、理論空燃比近傍の空燃比領域で圧縮行程噴射を実施した際の機関特性が吸気行程噴射時のものに比べて大きく異なることが分かった。
本発明の目的は、圧縮行程噴射での空燃比領域を拡張した際の機関特性変化を活用して筒内噴射型内燃機関特有の問題を解決し得る筒内噴射型内燃機関を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の本発明の筒内噴射型内燃機関は、排ガス中の酸素濃度に応じてリッチ空燃比を表す第１出力値とリーン空燃比を表す第２出力値との間で出力が変化する出力反転点を有する酸素濃度検出手段と、内燃機関の運転状態と前記酸素濃度検出手段の出力反転の検出とに応じて、前記燃料噴射弁からの燃料供給を制御する燃料制御手段と、該燃料制御手段による燃料供給制御により理論空燃比を第１目標空燃比とした空燃比フィードバック制御を実行しつつ吸気行程中に燃料を噴射する第１運転モードと、前記第１目標空燃比よりも燃料希薄な第２目標空燃比を目標空燃比とした空燃比フィードバック制御を実行しつつ圧縮行程中に燃料を噴射する第２運転モードとを設定する運転モード設定手段とを備え、前記酸素濃度検出手段は、前記第２運転モードでは前記第１運転モードのときよりも前記出力反転点に対する空燃比の燃料希薄側へのシフトを生じるものであって、前記運転モード設定手段は、前記内燃機関が排気浄化装置の触媒の昇温が要求される運転状態にあるとき運転モードを前記第２運転モードに設定し、前記燃料制御手段は、前記第２運転モードによる空燃比フィードバック制御開始時に、前記第１運転モードと前記第２運転モード間で生じる前記出力反転点に対する前記空燃比のシフトに応じた燃料量の増減補正を行うことを特徴とする。
【０００７】
この筒内噴射型内燃機関によれば、理論空燃比での吸気行程噴射または理論空燃比近傍での圧縮行程噴射が選択的に行われ、噴射形態の切換えに伴う機関特性変化の活用によって排ガス特性或いは出力特性の向上等が図られる。
そして、運転モード設定手段は、排気浄化装置の触媒の昇温が要求される運転状態にあるときに第２運転モードに切り換える。詳しくは、第２運転モードでの空燃比フィードバック制御における目標値を理論空燃比よりも僅かに燃料希薄な空燃比に設定する。
【０００８】
本発明者らの上記実験によれば、理論空燃比近傍での圧縮行程噴射を実施した際の一酸化炭素（ＣＯ）などの還元成分および余剰酸素（Ｏ2）の排出量は、理論空燃比での吸気行程噴射時のものに比べて増大する。すなわち、理論空燃比近傍での圧縮行程噴射が行われると、燃焼室の局所にリッチ空燃比領域が生起し、不完全燃焼が生起してＣＯが多く発生する一方、それ以外の燃焼室領域ではＯ2が多く存在することになる。このため、理論空燃比近傍での圧縮行程噴射時のＣＯ及びＯ2の排出量は、理論空燃比での吸気行程噴射時よりも増大する。そして、燃焼室から排出されたＣＯとＯ2が触媒装置に達すると、触媒の作用下でＣＯとＯ2との酸化反応が生起し、これに伴う反応熱により触媒温度が上昇する。従って、触媒昇温要求に応じた触媒昇温が可能である。また、リーン空燃比での圧縮行程噴射によりリッチ失火や燃費悪化が防止され、スモークの排出が抑制されて排気特性が向上する。
【０００９】
また、空燃比検出手段を構成する酸素濃度検出手段の出力に応じて空燃比フィードバック制御が実施されるが、酸素濃度検出手段を用いることにより、空燃比フィードバック制御に係るセンサ系が簡易且つ安価なものになり、制御自体も簡易になる。
ここに、酸素濃度検出手段の出力は、通常は理論空燃比において第１出力値と第２出力値との間で反転する。そして、空燃比フィードバック制御では、一般にこの出力反転に応じて空燃比（燃料量）が可変調整される。本発明者らの実験によれば、理論空燃比近傍での圧縮行程噴射により還元成分及び余剰酸素の排出量が増大した場合、酸素濃度検出手段の構成によっては、酸素濃度検出手段の出力反転点に対する空燃比が理論空燃比からシフトする。例えば、円筒状のジルコニア素子の内外表面に触媒作用をもつ多孔質の白金電極を被覆してなる酸素センサを用いた場合、理論空燃比近傍での圧縮行程噴射の実施中におけるセンサ出力反転点に対する空燃比は理論空燃比から空燃比で０．３〜１．０程度リーン側にシフトする。このため、第２運転モードでは酸素センサ出力反転点においてフィードバック制御を行うことで還元成分及び余剰酸素の最適化が図れ、例えば排気通路に設けられる触媒装置の昇温等を効率良く行うことができる。
【００１０】
ところで、酸素センサ出力の反転に応じて空燃比を可変する空燃比フィードバック制御によれば、上述したようにセンサ出力反転点に対する空燃比がリーン側にシフトすることにより、第２運転モードへの運転モード切換えの直後は、酸素センサ出力の反転ひいては空燃比の適正化が遅れ（図８を参照）、運転モード切換に伴う新たな目標空燃比に収束するまでに時間を要し、空燃比制御上の安定性が損なわれることがある。
【００１１】
そこで、空燃比ひいては燃料量を運転モード切換時に増減補正し（図６参照）、運転モード切換直後の実際空燃比を新たな目標空燃比に強制的に近づけ、空燃比が新たな目標空燃比に収束するまでの所要時間を短縮して空燃比制御の安定化を図る。これにより、吸気行程噴射と圧縮行程噴射との間での切換えに伴って燃料噴射時期が変化した場合にも、新たな目標空燃比に基づく空燃比フィードバック制御が早期に開始される。
【００１２】
請求項２の発明では、前記第２運転モード時には、点火時期に対して燃料噴射終了時期がクランク角度で４０°〜６０°前になるように燃料噴射時期を設定した圧縮行程噴射を行って還元成分および余剰酸素の排出量を増大させることを特徴とする。
これより、第２運転モードにおいて、スモークの排出を抑制しつつ触媒昇温が可能とされる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１を参照すると、本発明の一実施形態に係る内燃機関は、例えば筒内噴射型火花点火式直列４気筒ガソリンエンジン１からなる機関本体を備え、エンジン１のシリンダヘッド２には各気筒毎に点火プラグ４と電磁式の燃料噴射弁６とが取り付けられている。燃料タンクから燃料噴射弁６への燃料供給は、燃料供給装置の低圧燃料ポンプまたは高圧燃料ポンプにより所望圧力で行われる。
【００１４】
シリンダヘッド２には吸気ポートおよび排気ポートが各気筒毎に形成され、各吸気ポートおよび各排気ポートは吸気マニホールド１０の一端および排気マニホールド１２の一端にそれぞれ接続されている。吸気マニホールド１０の他端にはスロットル弁１１が設けられている。排気マニホールド１２は、好ましくは、排気合流部の容積が大きく未燃燃料成分と余剰酸素との反応を促進する反応型のものからなる。
【００１５】
排気マニホールド１２に接続された排気管（排気通路）２０には、排気浄化触媒装置３０と、排ガス中のＯ2濃度ひいては実際空燃比を検出するＯ2センサ（酸素濃度検出手段）２２とが設けられている。Ｏ2センサ２２は、ストイキオにおいてその出カが大きく変化するような特性を有し、Ｏ2センサ出カ電圧は、リッチ空燃比側で大になる―方、リーン空燃比側ではゼ口近傍の小さい値になる。排気浄化触媒装置３０は、リーン空燃比運転時における排ガス中のＮＯｘをＨＣ存在下で選択的に浄化する選択還元型ＮＯｘ触媒３０ａと、その下流側に配された三元触媒３０bとを備え、三元触媒３０bの下流側には、排気浄化触媒装置３０の温度を表す排ガス温度を検出する排気温センサ３２が設けられている。
【００１６】
筒内噴射型内燃機関の総合的な制御を行うＥＣＵ（電子コントロ―ルユニット）４０は、入出カ装置、記憶装置、中央処理装置、タイマカウンタを備えている。ＥＣＵ４０の入力側には、スロットル弁１１に設けられスロットル開度θthを検出するスロットルセンサ１１ａ、クランク角およびエンジン回転速度Ｎｅを検出するクランク角センサ１３、エンジン冷却水温を検出する水温センサ１４、Ｏ2センサ２２、排気温センサ３２等が接続され、その出カ側には点火プラグ４や燃料噴射弁６等が接続されている。ＥＣＵ４０は、センサ類からの検出情報に基づき燃料噴射量、燃料噴射時期や点火時期等の最適値を求め、燃料噴射タイミングや点火タイミングを制御する。
【００１７】
詳しくは、ＥＣＵ（運転モード切換手段）４０は、スロットル開度θthとエンジン回転速度Ｎｅとに基づいてエンジン負荷に対応する目標平均有効圧Ｐｅを求め、燃料噴射モード設定マップ（図示せず）を参照して目標平均有効圧Ｐｅとエンジン回転速度Ｎｅとに応じて燃料噴射モード（運転モード）を設定する。例えば、目標平均有効圧Ｐｅとエンジン回転速度Ｎｅとが共に小さいときには、超リーン空燃比（例えば空燃比２５〜４０程度）を目標空燃比とした空燃比オープンループ制御を実施しつつ圧縮行程で燃料を噴射する圧縮行程噴射モードを選択する―方、目標平均有効圧Ｐｅ或いはエンジン回転速度Ｎｅが大きくなると、吸気行程で燃料を噴射する吸気行程噴射モードを選択する。吸気行程噴射モードは、リーン空燃比（例えば空燃比１５〜２２程度）を目標空燃比とした空燃比オープンループ制御が行われる吸気リーンモードと、ストイキオを目標空燃比とする空燃比フィードバック制御が行われる吸気行程フィードバックモード（第１運転モード）と、リッチ空燃比を目標空燃比とした空燃比オープンループ制御が行われるオープンループモードとを含む。以下において、空燃比フィードバックモードをＯ2−Ｆ／Ｂモードと略記することがある。
【００１８】
さらに、排気浄化触媒装置３０の温度が低いエンジン運転状況では、ストイキオ或いはこれよりもやや燃料希薄なスライトリーン空燃比（例えば空燃比１４．７〜１６）を目標空燃比とした空燃比フィードバック制御を行いつつ圧縮行程噴射を行う圧縮行程Ｏ2フィードバックモード（第２運転モード）が選択される。
そして、燃料噴射弁の開弁時間Ｔinjが次式から決定される。
【００１９】
Ｔinj=ＴB×ＫFB×Ｋ＋ＴD
ここで、ＴBは体積効率ＥVと燃料噴射弁のゲインとから求められる基本噴射時間を表し、ＫFBはＯ2−Ｆ／Ｂ空燃比補正係数を表す。また、Ｋは、冷却水温補正係数、大気温補正係数、大気圧補正係数などの各種補正係数の積を表し、ＴDは燃料噴射弁の噴射無効時間である。補正係数（空燃比補正値）ＫFBは、フィードバック制御の積分項Ｉ及び比例項Ｐならびに不揮発性ＲＡＭに格納されたＯ2−Ｆ／Ｂ学習値ＫLRNにより値１を増減補正することにより得る。すなわち、フィードバック補正係数ＫFBは、Ｏ2センサ出カ電圧Ｖが閾値ＶS （例えば０.５Ｖ）よりも大きくて現在の空燃比が理論空燃比よりもリーンであればリーン化積分ゲインＩGLと比例項Ｐとの和を値１と学習値ＫLRNとの和から減じることにより求められ、空燃比がリッチであればリッチ化積分ゲインＩGRと比例項Ｐとの和を値１と学習値ＫLRNとの和に加えることにより求められる（図６参照）。
【００２０】
触媒装置温度が低い状況は、エンジン作動中の排気温度低下により排気浄化触媒装置３０が活性温度以下の低温となる場合と、エンジン１が長時間停止していたために排気浄化触媒装置３０が低温となる場合（冷態始動時）とに大別される。
エンジン作動中の排気温度が低下する所定条件下では、例えば、低回転域における圧縮行程噴射モードでのエンジン運転の場合に生じ、この様なエンジン運転が設定時間にわたって継続したとき、或いは、排気温度が許容温度よりも低下したときに上記運転状況に至ったことが判別される。いずれかの場合にも、エンジン回転速度Ｎｅ、目標平均有効圧Ｐｅ、車速Ｖのそれぞれが所定値を上回って排気温度が高くなるようなエンジン運転状態にないことを前提条件として、圧縮Ｏ2−Ｆ／Ｂモードに移行し、このモードでのエンジン運転が所定時間にわたって実施される。
【００２１】
この運転モードでは、上述したように、ストイキオ或いはスライトリーン空燃比を目標空燃比とした空燃比フィードバック制御を実施しつつ圧縮行程噴射を行うので、リッチ空燃比状態が筒内の局所に形成され、燃料の不完全燃焼により―酸化炭素が比較的多く発生すると共に燃焼により発生した水素がそのまま存在する。―方、リッチ空燃比領域から離間した燃焼室内の部分では余剰酸素が多く存在する。この結果、―酸化炭素や水素ならびに余剰酸素が同時に排気マニホールド１２に排出され、その殆どは排気浄化触媒装置３０に達するので、選択型ＮＯｘ触媒３０aと三元触媒３０bでのＣＯやＨ2の酸化反応に伴う反応熱によって排気浄化触媒装置３０が昇温する。
【００２２】
圧縮Ｏ2−Ｆ／Ｂモードでの目標空燃比をリーン空燃比側にするほど燃料噴射量ひいてはＣＯ発生量が減り、スモーク発生量が減少する。好ましくは、点火時期と噴射終了時期とをスモーク発生量が低減し且つＣＯを十分に得られる値例えば５°BTDC及び５５°BTDCに設定する。すなわち、点火時期と噴射終了時期との間隔を４０°CA〜6０°CAに設定する。
【００２３】
―方、エンジンの冷態始動に伴って触媒装置温度が低下している所定条件下にある場合、Ｏ2センサが活性化されていれば、圧縮Ｏ2−Ｆ／Ｂモードでのエンジン運転が行われる。―方、Ｏ2センサが活性化されていなければ、図示しないアイドルスイッチがオフ、エンジン回転速度Ｎｅ、目標平均有効圧Ｐｅ、車速Vのそれぞれが所定値以下で且つ冷却水温が暖機温度以下であってトルク不足および過昇温のおそれがないことを前提条件として、吸気行程或いは圧縮行程で主噴射を行った後、膨張行程で副噴射を行う２段噴射または圧縮スライトリーン（オープンループ）を実施する。２段噴射では副噴射による未然燃料成分が反応型排気マニホールドの作用下で燃焼して排気温度が上昇する。２段噴射継続時間判別タイマなどにより触媒温度が最低活性温度以上に達したと判定し、かつＯ2センサ未活性の場合、圧縮スライトリーン運転を実施する。
【００２４】
上述のように、圧縮Ｏ2−Ｆ／Ｂモードでのエンジン運転による排ガス昇温により触媒を活性状態にすることができるが、理論空燃比近傍で出力が反転するＯ2センサを用いると共にＯ2センサ出カの反転に応じて補正係数ＫFBを可変して空燃比フィードバック制御を行う場合、圧縮Ｏ2−Ｆ／ＢモードではＯ2センサの出カ反転点が理論空燃比から空燃比で０.３〜１.０程度リーン側にシフトすることに起因して、運転モードの切換え直後にＯ2センサ出カの反転ひいては空燃比補正値の適正化が遅れることがある（図７及び図８を参照）。図７中、Ｏ2センサ出カなどの空燃比に依存して変化するパラメータを、吸気行程噴射については破線で示し、圧縮行程噴射については実線で示す。
【００２５】
本実施形態では、運転モード切換時の空燃比制御を安定化するべく、ＥＣＵ（空燃比補正手段）４０は図４及び図５に示す空燃比制御ルーチンを所定周期で実行する。
最初に、この制御の前に、図２及び図３に示す制御ルーチンにおいて、現在周期及び直前周期の運転モード判定が行われる。図２の制御ルーチンにおいて、まずＥＣＵ４０により現在の行程が圧縮Ｏ2−Ｆ／Ｂモードの状態であるかを判定する（ステップＳ５０）。この判定結果が肯定（ＹＥＳ）であれば、現在の行程が圧縮Ｏ2−Ｆ／ＢモードであるとしてＦ１を０にセットする（ステップＳ５２）。ステップＳ５０での判定結果が否定（ＮＯ）の場合には、ステップＳ５１に進み、現在の行程が吸気Ｏ2−Ｆ／Ｂモードであるか否かが判定される（ステップＳ５１）。この判定結果が肯定である場合には、ステップＳ５３に進み、現在の行程が吸気Ｏ2−Ｆ／ＢモードであるとしてＦ１を１にセットする。ステップＳ５１の判定結果が否定の場合には、ステップＳ５４に進み、現在の行程が圧縮Ｏ2−Ｆ／Ｂモード又は吸気Ｏ2−Ｆ／Ｂモードの何れにも該当しない運転モードであるとして、Ｆ１を２にセットする。
【００２６】
図３の制御ルーチンでは、まずＥＣＵ４０により直前周期の行程が圧縮Ｏ2−Ｆ／Ｂモードの状態であるかを判定する（ステップＳ６０）。この判定結果が肯定（ＹＥＳ）であれば、直前周期の行程が圧縮Ｏ2−Ｆ／ＢモードであるとしてＦ２を０にセットする（ステップＳ６２）。ステップＳ６０での判定結果が否定（ＮＯ）の場合には、ステップＳ６１に進み、直前の行程が吸気Ｏ2−Ｆ／Ｂモードであるか否かが判定される（ステップＳ６１）。この判定結果が肯定の場合には、ステップＳ６３に進み、直前周期の行程が吸気Ｏ2−Ｆ／ＢモードであるとしてＦ２を１にセットする。ステップＳ６１の判定結果が否定の場合には、ステップＳ６４に進み、直前周期の行程が圧縮Ｏ2−Ｆ／Ｂモード又は吸気Ｏ2−Ｆ／Ｂの何れにも該当しない運転モードであるとして、Ｆ２を２にセットする。
【００２７】
このように、図２及び図３の運転モード判定制御ルーチンにより、所定周期で現行周期及び直前の運転モード判定結果が更新されていく。
図４及び図５に示す空燃比制御ルーチンでは、まずステップＳ２で、図２及び図３に示す制御ルーチンにおける現行周期および直前周期の運転モード判定結果を、フラグＦ１、Ｆ２にセットする。
【００２８】
現時点の運転モードが圧縮Ｏ2−Ｆ／Ｂモードでない（Ｆ１≠０）ことがステップＳ４で判別されると、現在の運転モードが吸気Ｏ2−Ｆ／Ｂモードである（Ｆ１＝１）か否かを判別する（ステップＳ１６）。この判別結果が否定（ＮＯ）、すなわち現在周期の運転モードが圧縮Ｏ2−Ｆ／Ｂモードや吸気Ｏ2−Ｆ／Ｂモード以外の運転モード（―括してオープンループモード（Ｆ１＝２）と称する）であれば、Ｏ2−Ｆ／Ｂ空燃比補正係数ＫFBを値「１.０」に設定する（ステップＳ２２）。
【００２９】
現在周期の運転モードが圧縮Ｏ2−Ｆ／Ｂモード（Ｆ１＝０）であれば、前回周期の運転モードが吸気Ｏ2−Ｆ／Ｂモードであったか否かが判別される（ステップＳ６）。ステップＳ６の判別結果が肯定（ＹＥＳ）すなわち吸気Ｏ2−Ｆ／Ｂモード（Ｆ２＝１）から圧縮Ｏ2−Ｆ／Ｂモードへの移行直後であれば、ＰＩ制御に基づくＯ2−Ｆ／Ｂモードでの補正係数の更新値ＫFB（＝１＋Ｐ＋Ｉ＋ＫLRN）からオフセット値ＫOSを減じることによりＯ2−Ｆ／Ｂ空燃比補正係数ＫFBを求める（ステップＳ１０）。ステップＳ６の判定結果が否定であれば、ステップＳ８で直前周期の運転モードが圧縮Ｏ2−Ｆ／Ｂモードであったか否かが判別される。この結果が肯定（Ｆ２＝０）であれば、圧縮Ｏ2−Ｆ／Ｂモードが継続していることになるので、補正係数ＫFBには通常のＰＩ制御（１＋Ｐ＋Ｉ＋ＫLRN）が適用される（ステップＳ１２）。―方、吸気ステップＳ８の判定結果が否定（Ｆ２≠０）であれば、吸気Ｏ2−Ｆ／Ｂモードまたは圧縮Ｏ2−Ｆ／Ｂモード以外の運転モードから圧縮Ｏ2−Ｆ／Ｂモードへの移行時点であるので、Ｏ2−Ｆ／Ｂモードでの補正係数ＫFBはＯ2−Ｆ／Ｂ補正係数の初期値ＫFB0からオフセット値ＫOSを減じることで設定される（ステップＳ１4）。
【００３０】
―方、図５に示すルーチンにおいて、ステップＳ１６及びＳ１８の判定結果から、圧縮Ｏ2−Ｆ／Ｂモードから吸気Ｏ2−Ｆ／Ｂモードへの切り替え時（Ｆ＝１、Ｆ２＝０）では、Ｏ2−Ｆ／Ｂモードでの補正係数KFB（=１＋Ｐ＋Ｉ＋ＫLRN）にオフセット値ＫOSを加えることによりＯ2−Ｆ／Ｂ空燃比補正係数ＫFBが求められる（ステップＳ２４）。また、ステップＳ２０で前回周期のモードがＯ2−Ｆ／Ｂモード以外と判定された場合、Ｏ2−Ｆ／Ｂモード以外の運転モードから吸気Ｏ2−Ｆ／Ｂモードへの移行時点（Ｆ１＝１、Ｆ２＝２）となるので、Ｏ2−Ｆ／Ｂモードでの補正係数の初期値ＫFBOがＯ2−Ｆ／Ｂ空燃比補正係数ＫFBとして設定される（ステップＳ２８）。吸気Ｏ2−Ｆ／Ｂが継続される場合（Ｆ１＝１、Ｆ２＝１）、ＫFBはＰＩ制御に基づき更新される（ステップＳ２６）。
【００３１】
ここで、減算・加算の補正量Ｋosは、固定値であっても良く、或いは、予め設定しておいたマップからエンジン運転状態（例えばエンジン回転数と体積効率）に応じて求められるものでも良い。
上述のように、吸気Ｏ2−Ｆ／Ｂモードまたはオープンループモードから圧縮Ｏ2−Ｆ／Ｂモードに切換わる場合および圧縮Ｏ2−Ｆ／Ｂモードから吸気Ｏ2−Ｆ／Ｂモードに切換わる場合に補正係数ＫFBを増減補正することにより、モード切換直後の実際空燃比を新たな目標空燃比に強制的に近づけることができ、空燃比が新たな目標空燃比に収束するまでの所要時間が短縮して新たな目標空燃比に基づく空燃比フィードバック制御が早期に開始され、空燃比制御の安定化が図られる（図６参照）。
【００３２】
本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、エンジン運転域ひいては運転モードの区分設定や補正係数ＫFBのオフセット調整を行うべきモード切換の種別は実施形態のものに限定されない。また、実施形態では、排ガス特性の向上を図るべく理論空燃比近傍での圧縮行程噴射を触媒昇温要求に応じて行うようにしたが、この圧縮行程噴射を触媒昇温要求以外の機関特性向上、例えばドライバの加速要求があり圧縮行程噴射モードから吸気行程フィードバックモード或いはオープンループモードに移行する際に圧縮行程Ｏ2フィードバックモードを介してモード変更することによりモード変更に伴うトルクショックを抑制して機関出力特性を向上するために実施しても良い。この場合、所定条件とは、触媒温度ではなく例えばアクセル開度やスロットル開度等の変化率等で表される。
【００３３】
【発明の効果】
本発明によれば、理論空燃比を目標値とした空燃比フィードバック制御を実行しつつ吸気行程中に燃料を噴射する第１運転モードと理論空燃比近傍の所定空燃比を目標値とした空燃比フィードバック制御を実行しつつ圧縮行程中に燃料を噴射する第２運転モードとを有し各運転モードを所定条件下で選択的に切り換えるので、理論空燃比での吸気行程噴射または理論空燃比近傍での圧縮行程噴射が選択的に行われ、噴射形態の切換えに伴う機関特性変化の活用によって機関特性を向上でき、触媒昇温要求に応じて第２運転モードでの機関運転を行うことにより、触媒温度を上昇可能であり、排気特性を向上できる。そして、酸素濃度検出手段は、第２運転モードでは第１運転モードのときよりも出力反転点に対する空燃比の燃料希薄側へのシフトを生じるものであって、運転モード設定手段は、内燃機関が排気浄化装置の触媒の昇温が要求される運転状態にあるとき運転モードを第２運転モードに設定し、燃料制御手段は、第２運転モードによる空燃比フィードバック制御開始時に、第１運転モードと第２運転モード間で生じる出力反転点に対する空燃比のシフトに応じた燃料量の増減補正を行うので、第２運転モードにおいて、酸素濃度検出手段の出力に応じた圧縮行程中の空燃比フィードバック制御を応答性よく早期に開始し、空燃比制御の安定化を図り、還元成分および余剰酸素の排出量を適正に制御することができる。
また、第２運転モード時には、点火時期に対して燃料噴射終了時期がクランク角度で４０°〜６０°前になるように燃料噴射時期を設定した圧縮行程噴射を行って還元成分および余剰酸素の排出量を増大させることにより、第２運転モードにおいて、スモークの排出を抑制しつつ触媒昇温が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の―実施形態に係る筒内噴射型内燃機関の概略図である。
【図２】現行周期の運転モード判定制御ルーチンを示すフロ―チャートである。
【図３】直前周期の運転モード判定制御ルーチンを示すフロ―チャートである。
【図４】本実施形態の空燃比制御ルーチンの一部を示すフロ―チャートである。
【図５】本実施形態の空燃比制御ルーチンの残部を示すフロ―チャートである。
【図６】図４及び図５の空燃比制御ルーチンによるフィードバック係数の時間経過に伴う変化を吸気Ｏ2−Ｆ／Ｂモードから圧縮Ｏ2−Ｆ／Ｂモードへの移行前後について示す図である。
【図７】Ｏ2センサ出カ、触媒表面でのＣＯ濃度及びＯ2濃度ならびに排ガス中のＯ2濃度及びＣＯ濃度の各々と空燃比との関係を吸気行程噴射および圧縮行程噴射のそれぞれについて示す図である。
【図８】吸気Ｏ2−Ｆ／Ｂモードから圧縮Ｏ2−Ｆ／Ｂモードへの移行時にフィードバック係数についての減算補正を実施しない場合におけるフィードバック係数の時間経過に伴う変化を示す図である。
【符号の説明】
１  エンジン
６  燃料噴射弁
２２  Ｏ2センサ
３０  排気浄化触媒装置
４０  電子コントロ―ルユニット（ＥＣＵ）
【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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