(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの各気筒にインジェクタを有し、気筒の１回の燃焼に対し所定回の燃料噴射を前記インジェクタから行うエンジンに用いられ、
前記インジェクタからの燃料噴射及び点火時期を制御するエンジン制御装置であって、
気筒の１回の燃焼に対し１回以上の燃料噴射を行う第１の燃焼モードから、前記第１の燃焼モードよりも燃料噴射回数が大きく、かつ、吸入空気量の大きい第２の燃焼モードに切り替える場合に、前記第１の燃焼モードで前記第２の燃焼モードで必要な目標吸入空気量に切り替えて、その結果得られる実際の吸入吸気量の増加に応じて点火時期を遅角させた後、前記第２の燃焼モードに切り替え、この第２の燃焼モードにおいてさらに点火時期を遅角させるように制御する制御手段を備え、
前記制御手段は、前記エンジンの始動後の触媒暖気の際、前記第１燃焼モードから前記第２の燃焼モードに切り替えることを特徴とするエンジン制御装置。
【請求項２】
請求項１記載のエンジン制御装置において、
前記第１の燃焼モードは、気筒の１回の燃焼に対し圧縮行程に１回燃料を噴射する圧縮行程１回噴射モードであり、
前記第２の燃焼モードは、気筒の１回の燃焼に対し吸気行程に１回燃料を噴射し、圧縮行程に１回燃料を噴射する吸気圧縮行程２回噴射モードであり、
前記制御手段は、
エンジンの始動完爆後に、前記圧縮行程１回噴射モードから、気筒の１回の燃焼に対し圧縮行程に１回燃料を噴射し、膨張行程に１回燃料を噴射する圧縮膨張行程２回噴射モードに、目標とする燃焼モードを切り替えた後、さらに、触媒暖気のため、気筒の１回の燃焼に対し圧縮行程に１回燃料を噴射し、膨張行程に１回燃料を噴射する圧縮膨張行程２回噴射モードに、目標とする燃焼モードを切り替える目標燃焼モード判定手段と、
前記目標燃焼モード判定手段による前記圧縮行程１回噴射モードから前記吸気圧縮行程２回噴射モードや前記圧縮膨張行程２回噴射モードへの燃焼モードに切替に伴い、前記吸気圧縮行程２回噴射モードや前記圧縮膨張行程２回噴射モードに対応する目標空気量が吸入されるように、増加する目標スロットル開度を算出し、出力する目標スロットル開度演算手段と、
該目標スロットル開度演算手段が出力した目標スロットル開度により制御されるスロットル弁の動きに対して応答遅れを持って変化する実際の空気量を推定演算する実空気量推定演算手段と、
該実空気量推定演算手段により算出された実空気量により、前記目標燃焼モード判定手段で判定された目標燃焼モードに対して、実際の燃焼モードを判定する実燃焼モード判定手段と、
該実燃焼モード判定手段により判定された実際の燃焼モードに対して、目標当量比，燃料噴射タイミング，点火時期からなる制御条件を算出する制御条件演算部とを備え、
前記実燃焼モード判定手段は、前記実空気量推定演算手段により算出された実空気量が、前記吸気圧縮行程２回噴射モードにて燃焼可能な空気量となるまでは、前記圧縮行程１回噴射モードを維持し、
前記制御条件演算部は、前記実空気量推定演算手段によって推定され、目標空気量に対して、応答遅れを持って増加する実際の空気量に対応して増加する燃料噴射量、及び、該燃料噴射量の増加に伴って増加するエンジンの出力トルクが目標トルクに合うように、点火時期の遅角を、制御条件としてインジェクタや点火プラグに出力し、
前記実燃焼モード判定手段は、前記実空気量推定演算手段により算出された実空気量が、前記吸気圧縮行程２回噴射モードにて燃焼可能な空気量となると、実燃焼モードを、前記吸気圧縮行程２回噴射モードに切替え、
前記制御条件演算部は、前記実空気量推定演算手段によって推定された、応答遅れを持って増加する実際の空気量に対応して増加する燃料噴射量、及び、該燃料噴射量の増加に伴って増加するエンジンの出力トルクが目標トルクに合うような、さらなる点火時期の遅角を、制御条件としてインジェクタや点火プラグに出力し、
前記実燃焼モード判定手段は、前記実空気量推定演算手段により算出された実空気量が、前記圧縮膨張行程２回噴射モードにて燃焼可能な空気量となると、実燃焼モードを、前記圧縮膨張行程２回噴射モードに切替え、
前記制御条件演算部は、前記実空気量推定演算手段によって推定された、応答遅れを持って増加する実際の空気量に対応して増加する燃料噴射量、及び、該燃料噴射量の増加に伴って増加するエンジンの出力トルクが目標トルクに合うような、さらなる点火時期の遅角を、制御条件としてインジェクタや点火プラグに出力することを特徴とするエンジン制御装置。
【請求項３】
請求項１記載のエンジン制御装置において、
前記第１の燃焼モードは、気筒の１回の燃焼に対し圧縮行程に１回燃料を噴射する圧縮行程１回噴射モードであり、
前記第２の燃焼モードは、気筒の１回の燃焼に対し吸気行程に１回燃料を噴射し、圧縮行程に１回燃料を噴射する吸気圧縮行程２回噴射モードであり、
前記制御手段は、
エンジンの始動完爆後に、前記圧縮行程１回噴射モードから、気筒の１回の燃焼に対し圧縮行程に１回燃料を噴射し、膨張行程に１回燃料を噴射する圧縮膨張行程２回噴射モードに、目標とする燃焼モードを切り替える目標燃焼モード判定手段と、
前記目標燃焼モード判定手段による前記圧縮行程１回噴射モードから前記吸気圧縮行程２回噴射モードへの燃焼モードに切替に伴い、前記吸気圧縮行程２回噴射モードに対応する目標空気量が吸入されるように、増加する目標スロットル開度を算出し、出力する目標スロットル開度演算手段と、
該目標スロットル開度演算手段が出力した目標スロットル開度により制御されるスロットル弁の動きに対して応答遅れを持って変化する実際の空気量を推定演算する実空気量推定演算手段と、
該実空気量推定演算手段により算出された実空気量により、前記目標燃焼モード判定手段で判定された目標燃焼モードに対して、実際の燃焼モードを判定する実燃焼モード判定手段と、
該実燃焼モード判定手段により判定された実際の燃焼モードに対して、目標当量比，燃料噴射タイミング，点火時期からなる制御条件を算出する制御条件演算部とを備え、
前記実燃焼モード判定手段は、前記実空気量推定演算手段により算出された実空気量が、前記吸気圧縮行程２回噴射モードにて燃焼可能な空気量となるまでは、前記圧縮行程１回噴射モードを維持し、
前記制御条件演算部は、前記実空気量推定演算手段によって推定され、目標空気量に対して、応答遅れを持って増加する実際の空気量に対応して増加する燃料噴射量、及び、該燃料噴射量の増加に伴って増加するエンジンの出力トルクが目標トルクに合うように、点火時期の遅角を、制御条件としてインジェクタや点火プラグに出力し、
前記実燃焼モード判定手段は、前記実空気量推定演算手段により算出された実空気量が、前記吸気圧縮行程２回噴射モードにて燃焼可能な空気量となると、実燃焼モードを、前記吸気圧縮行程２回噴射モードに切替え、
前記制御条件演算部は、前記実空気量推定演算手段によって推定された、応答遅れを持って増加する実際の空気量に対応して増加する燃料噴射量、及び、該燃料噴射量の増加に伴って増加するエンジンの出力トルクが目標トルクに合うような、さらなる点火時期の遅角を、制御条件としてインジェクタや点火プラグに出力することを特徴とするエンジン制御装置。
【請求項４】
請求項３記載のエンジン制御装置において、
前記制御手段は、吸気管負圧を動力源とする機構の、負圧が確保された場合に、前記第２の燃焼モードでエンジンを制御することを特徴とするエンジン制御装置。
【請求項５】
請求項３記載のエンジン制御装置において、
前記制御手段は、前記第２の燃焼モードを実行するに必要な燃料供給系圧力が確保された場合に、前記第２の燃焼モードでエンジンを制御することを特徴とするエンジン制御装置。
【請求項６】
請求項３記載のエンジン制御装置において、
前記目標スロットル開度演算手段は、前記目標吸入空気量を、最終目標値に向かって徐々に切り替えることを特徴とするエンジン制御装置。
【請求項７】
請求項３記載のエンジン制御装置において、
前記制御条件演算手段は、エンジンの吸入空気の密度に応じて、前記第２の燃焼モードの点火時期を補正することを特徴とするエンジン制御装置。
【請求項８】
エンジンの各気筒にインジェクタを有し、気筒の１回の燃焼に対し所定回の燃料噴射を前記インジェクタから行うエンジンに用いられ、
前記インジェクタからの燃料噴射及び点火時期を制御するエンジン制御装置であって、
第１の燃焼モードよりも燃料噴射回数が大きく、かつ吸入空気量の大きい第２の燃焼モードから、前記第２の燃焼モードよりも燃料噴射回数の小さい前記第１の燃焼モードに切り替える場合に、前記第２の燃焼モードで前記第１の燃焼モードで必要な目標吸入空気量に切り替えて、その結果得られる実際の吸入吸気量の減少に応じて点火進角させた後、前記第１の燃焼モードに切り替え、この第１の燃焼モードにおいてさらに進角させるように制御する制御手段を備え、
前記制御手段は、前記エンジンの始動後の触媒暖気の終了後、前記第２の燃焼モードから前記第１の燃焼モードに切り替えることを特徴とするエンジン制御装置。
【請求項９】
請求項８記載のエンジン制御装置において、
前記第１の燃焼モードは、気筒の１回の燃焼に対し吸気行程に１回燃料を噴射する吸気行程１回噴射モードであり、
前記第２の燃焼モードは、気筒の１回の燃焼に対し圧縮行程に１回燃料を噴射し、膨張行程に１回燃料を噴射する圧縮膨張行程２回噴射モードであり、
前記制御手段は、
エンジンの触媒暖気終了時に、前記圧縮膨張行程２回噴射モードから、気筒の１回の燃焼に対し吸気行程に１回燃料を噴射し、圧縮行程に１回燃料を噴射する吸気圧縮行程２回噴射モードに、目標とする燃焼モードを切り替えた後、さらに、前記圧縮膨張行程２回噴射モードに、目標とする燃焼モードを切り替える目標燃焼モード判定手段と、
前記目標燃焼モード判定手段による前記圧縮膨張行程２回噴射モードから前記吸気圧縮行程２回噴射モードや前記吸気行程１回噴射モードの燃焼モードに切替に伴い、前記吸気圧縮行程２回噴射モードや前記吸気行程１回噴射モードに対応する目標空気量が吸入されるように、減少する目標スロットル開度を算出し、出力する目標スロットル開度演算手段と、
該目標スロットル開度演算手段が出力した目標スロットル開度により制御されるスロットル弁の動きに対して応答遅れを持って変化する実際の空気量を推定演算する実空気量推定演算手段と、
該実空気量推定演算手段により算出された実空気量により、前記目標燃焼モード判定手段で判定された目標燃焼モードに対して、実際の燃焼モードを判定する実燃焼モード判定手段と、
該実燃焼モード判定手段により判定された実際の燃焼モードに対して、目標当量比，燃料噴射タイミング，点火時期からなる制御条件を算出する制御条件演算部とを備え、
前記実燃焼モード判定手段は、前記実空気量推定演算手段により算出された実空気量が、前記吸気圧縮行程２回噴射モードにて燃焼可能な空気量となるまでは、前記圧縮膨張行程２回噴射モードを維持し、
前記制御条件演算部は、前記実空気量推定演算手段によって推定され、目標空気量に対して、応答遅れを持って減少する実際の空気量に対応して減少する燃料噴射量、及び、該燃料噴射量の増加に伴って減少するエンジンの出力トルクが目標トルクに合うように、点火時期の進角を、制御条件としてインジェクタや点火プラグに出力し、
前記実燃焼モード判定手段は、前記実空気量推定演算手段により算出された実空気量が、前記吸気圧縮行程２回噴射モードにて燃焼可能な空気量となると、実燃焼モードを、前記吸気圧縮行程２回噴射モードに切替え、
前記制御条件演算部は、前記実空気量推定演算手段によって推定された、応答遅れを持って減少する実際の空気量に対応して減少する燃料噴射量、及び、該燃料噴射量の減少に伴って減少するエンジンの出力トルクが目標トルクに合うような、さらなる点火時期の進角を、制御条件としてインジェクタや点火プラグに出力し、
前記実燃焼モード判定手段は、前記実空気量推定演算手段により算出された実空気量が、前記吸気行程１回噴射モードにて燃焼可能な空気量となると、実燃焼モードを、前記吸気行程１回噴射モードに切替え、
前記制御条件演算部は、前記実空気量推定演算手段によって推定された、応答遅れを持って減少する実際の空気量に対応して減少する燃料噴射量、及び、該燃料噴射量の減少に伴って減少するエンジンの出力トルクが目標トルクに合うような、さらなる点火時期の進角を、制御条件としてインジェクタや点火プラグに出力することを特徴とするエンジン制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジン制御装置に係り、特に、エンジンの燃焼モードを切り替えるとともに、気筒の１回の燃焼に対して複数回の燃料噴射を行うに好適なエンジン制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジン燃焼モードを切り替えて制御するものとして、燃焼室内に燃料を噴射する火花式内燃機関において、内燃機関の始動状態に応じて燃料噴射時期を設定する噴射対象行程を切替えるとともに、点火時期も切り替えるものが、知られている（例えば、特許文献１参照）。点火時期の切替時には、切替前の噴射対象行程に対応する点火時期と切替後の噴射対象行程に対応する点火時期との中間の点火時期による内燃機関の中間運転機関を経た後に、切替後の噴射対象行程に対応する点火時期に切替えるようにしている。すなわち、燃料噴射時期をエンジンの燃焼行程に対し切替え、異なる燃焼モードを実現させている。
【０００３】
また、特許文献１においては、噴射対象行程の切替時に点火時期を考慮することにより、内燃機関の出力トルクの段差を抑制するものである。その前提として、内燃機関の始動後に触媒暖機のために圧縮行程時に燃料噴射時期を設定し、かつ点火時期の大幅に遅角するようにしている。
【０００４】
【特許文献１】特開平２００５−１５５４９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一方、触媒暖機のために１回の燃焼に対し複数回の燃焼噴射を行い良好な燃焼を得られ、触媒暖気を促進できる場合がある。この場合、噴射パターンの切替を行う際には、複数回の燃料噴射が実行可能なタイミングで燃焼パターンを切り替える必要がある。
【０００６】
しかしながら、特許文献１記載のものでは、１回の燃焼に対し複数回の燃料噴射を行うことについて開示していないものである。
【０００７】
本発明の目的は、１回の燃焼に対し複数回の燃料噴射を行うエンジンの運転状態において、複数回の燃料噴射が実行可能なタイミングで燃焼パターンの切り替えを実行できるエンジン制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明は、エンジンの各気筒にインジェクタを有し、気筒の１回の燃焼に対し所定回の燃料噴射を前記インジェクタから行うエンジンに用いられ、前記インジェクタからの燃料噴射及び点火時期を制御するエンジン制御装置であって、気筒の１回の燃焼に対し１回以上の燃料噴射を行う第１の燃焼モードから、前記第１の燃焼モードよりも燃料噴射回数が大きく、かつ、吸入空気量の大きい第２の燃焼モードに切り替える場合に、前記第１の燃焼モードで前記第２の燃焼モードで必要な目標吸入空気量に切り替えて、その結果得られる実際の吸入吸気量の増加に応じて点火時期を遅角させた後、前記第２の燃焼モードに切り替え、この第２の燃焼モードにおいてさらに点火時期を遅角させるように制御する制御手段を備え、前記制御手段は、前記エンジンの始動後の触媒暖気の際、前記第１燃焼モードから前記第２の燃焼モードに切り替えるようにしたものである。
【０００９】
また、上記目的を達成するために、本発明は、エンジンの各気筒にインジェクタを有し、気筒の１回の燃焼に対し所定回の燃料噴射を前記インジェクタから行うエンジンに用いられ、前記インジェクタからの燃料噴射及び点火時期を制御するエンジン制御装置であって、第１の燃焼モードよりも燃料噴射回数が大きく、かつ吸入空気量の大きい第２の燃焼モードから、前記第２の燃焼モードよりも燃料噴射回数の小さい前記第１の燃焼モードに切り替える場合に、前記第２の燃焼モードで前記第１の燃焼モードで必要な目標吸入空気量に切り替えて、その結果得られる実際の吸入吸気量の減少に応じて点火進角させた後、前記第１の燃焼モードに切り替え、この第１の燃焼モードにおいてさらに進角させるように制御する制御手段を備え、前記制御手段は、前記エンジンの始動後の触媒暖気の終了後、前記第２の燃焼モードから前記第１の燃焼モードに切り替えるようにしたものである。
【００１０】
かかる構成により、１回の燃焼に対し複数回の燃料噴射を行うエンジンの運転状態において、複数回の燃料噴射が実行可能なタイミングで燃焼パターンの切り替えを実行できるものとなる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、１回の燃焼に対し複数回の燃料噴射を行うエンジンの運転状態において、複数回の燃料噴射が実行可能なタイミングで燃焼パターンの切り替えを実行できるものとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図１〜図２５を用いて、本発明の一実施形態によるエンジン制御装置の構成及び動作について説明する。  
最初に、図１を用いて、本実施形態によるエンジン制御装置により制御されるガソリンエンジンシステムの構成及び動作について説明する。  
図１は、本発明の一実施形態によるエンジン制御装置により制御されるガソリンエンジンシステムの構成を示すブロック図である。
【００１３】
筒内噴射内燃機関１０７のシリンダ１０７ｂに導入される吸入空気は、エアクリーナ１０２の入口部１０２ａからスロットルボディ１０５に取り入れられる。取り入れられた吸入空気の流量は、内燃機関の運転状態計測手段の一つである空気流量計（エアフロセンサ）１０３により計測される。エアフロセンサ１０３により計測された吸気流量を表す信号は、内燃機関制御装置であるコントロールユニット２００に出力する。
【００１４】
また、スロットルボディ１０５に取り入れられ、さらに、コレクタ１０６に入る吸気流量は、スロットルボディ１０５に収容された電制スロットル弁１０５ａにより制御される。電制スロットル弁１０５ａは、モータ１２４によって駆動される。電制スロットル弁１０５ａの開度は、コントロールユニット２００からのモータ１２４の駆動信号によって制御される。また、スロットルボディ１０５には、電制スロットル弁１０５ａの開度を検出する内燃機関の運転状態計測手段の一つであるスロットルセンサ１０４が取り付けられている。スロットルセンサ１０４によって検出された電制スロットル弁１０５ａの開度の信号は、コントロールユニット２００に出力する。
【００１５】
コレクタ１０６に吸入された空気は、内燃機関１０７の各シリンダ１０７ｂに接続された各吸気管１０１に分配された後、シリンダ１０７ｂの燃焼室１０７ｃに導かれる。
【００１６】
一方、ガソリン等の燃料は、燃料タンク１０８から燃料ポンプ１０９により一次加圧されて燃料圧力レギュレータ１１０により一定の圧力に調圧されるとともに、高圧燃料ポンプ１１１でより高い圧力に二次加圧されてコモンレールへ圧送される。燃料の圧力は、燃料圧力センサ１２１によって検出され、コントロールユニット２００に出力する。コモンレールに圧送された高圧燃料は、各シリンダ１０７ｂに設けられているインジェクタ１１２から燃焼室１０７ｃの内部に直接噴射される。燃焼室１０７ｃに噴射された燃料は、点火コイル１１３で高電圧化された点火信号により、点火プラグ１１４で着火される。
【００１７】
シリンダ１０７ｂの頂部であって、吸気管１０１との接続部には、吸気弁１２５が備えられている。吸気弁１２５の開弁時期及び閉弁時期は、吸気弁カム１２２によって制御される。また、シリンダ１０７ｂの頂部であって、排気管１１９との接続部には、排気弁１２６が備えられている。排気弁１２６の開弁時期及び閉弁時期は、排気弁カム１２７によって制御される。排気弁カム１２７のカムシャフトには、カム角センサ１１６が取り付けられている。カム角センサ１１６によって検出されたカムシャフトの位相を検出するための信号は、コントロールユニット２００に出力する。ここで、カム角センサは吸気弁側のカムシャフトの取り付けてもよいものである。
【００１８】
クランク角センサ１１７は、クランクシャフト軸上に設けられている。クランク角センサ１１７によって検出された内燃機関のクランクシャフトの回転と位相の信号は、コントロールユニット２００に出力する。
【００１９】
排気管１１９中の触媒１２０の上流に設けられた空燃比センサ１１８は、排気ガスを検出し、その検出信号がコントロールユニット２００に出力する。
【００２０】
運転者によって踏み込まれるアクセルペダルの踏み込み量（アクセル開度）は、アクセル開度センサ１３０によって検出され、コントロールユニット２００に出力する。
【００２１】
スタータスイッチ１３１は、エンジンを始動するためのスタータモータが通電されたことを検知して、コントロールユニット２００に出力する。
【００２２】
次に、図２を用いて、本実施形態によるエンジン制御装置であるコントロールユニット２００の構成及び動作について説明する。  
図２は、本発明の一実施形態によるエンジン制御装置であるコントロールユニットの構成を示すブロック図である。なお、図１と同一符号は、同一部分を示している。
【００２３】
コントロールユニット２００の主要部は、ＭＰＵ２００ａと、ＲＯＭ２００ｂと、ＲＡＭ２００ｃと、Ａ／Ｄ変換器を含むＩ／Ｏ２００ｄから構成される。
【００２４】
エンジンの運転状態を計測（検出）する手段であるクランク角センサ１１７，カム角センサ１１６，燃料圧力センサ１１２，スロットルセンサ１０４，空燃比センサ１１８，スタータスイッチ１３１の信号は、Ｉ／Ｏ２００ｄを介して、ＭＰＵ２００ａに取り込まれ、ＲＡＭ２００ｃに記憶される。また、運転者の意思を検出する手段であるアクセル開度センサ１３０の信号は、Ｉ／Ｏ２００ｄを介して、ＭＰＵ２００ａに取り込まれ、ＲＡＭ２００ｃに記憶される。
【００２５】
ＥＰ−ＲＯＭ２００ｂには、エンジンを制御するためのプログラムが格納されている。ＭＰＵ２００ａは、ＥＰ−ＲＯＭ２００ｂに格納されたエンジン制御のためのプログラムにしたがって、ＲＡＭ２００ｃに格納されたエンジンの運転状態や運転者の意思に基づいて、所定の演算処理を実行する。ＭＰＵ２００ａは、演算結果として算定された各種の制御信号をＩ／Ｏ２００ｄを介してインジェクタ１１２，点火コイル１１３，電制スロットルモータ１２４等に出力し、燃料供給量制御，点火時期制御，吸気流量制御を実行する。
【００２６】
次に、図３を用いて、本実施形態によるエンジン制御装置による始動時の触媒暖気制御の全体的なシーケンスについて説明する。  
図３は、本発明の一実施形態によるエンジン制御装置による始動時の触媒暖気制御の全体的なシーケンスを示すタイミングチャートである。
【００２７】
図３において、図３（Ａ）は始動モードＭｓｔを示し、図３（Ｂ）は燃焼モードＭｃｍｂを示す。図３（Ｃ）は充填効率ＦＥを示し、矢印の上側が充填効率が大きいものである。図３（Ｄ）は燃料噴射量Ｑｉｎｊを示し、矢印の上側が燃料噴射量が大きいものである。図３（Ｅ）は点火時期Ｔｍｇ−ｉｇｎを示し、矢印の上側が点火時期が遅角される。図３（Ｆ）は触媒温度Ｔｅｍ−ｃａｔを示し、矢印の上側が触媒温度が高いものである。図３（Ｇ）は要求トルクＴｅ*を示し、矢印の上側が要求トルクが大きいものである。
【００２８】
図３（Ａ）に示すように、エンジン始動時のモードは、クランキング、完爆、ファーストアイドル、通常アイドルのシーケンスで進行する。
【００２９】
運転者がキースイッチを操作して、エンジンの始動を指示すると、スタータモータが回転し始める。図２にスタータスイッチ１３１からの信号により、ＭＰＵ２００は、クランキングモードの開始を認識する。エンジンは、スターモータにより、例えば、１５０ｒｐｍ程度で回転する。クランキングモードでは、ＭＰＵ２００は、所定量の燃料を噴射し、所定タイミングで点火するように制御信号を出力する。
【００３０】
エンジンが自力回転を始めると、完爆モードに移行する。ＭＰＵ２００は、図２のクランク角センサ１１７からの信号により、例えば、エンジンの回転数が４００ｒｐｍ以上になったことを検出することで完爆モードに移行する。
【００３１】
エンジンの完爆を検出すると、次に、ファーストアイドルモードに移行し、触媒暖気を開始する。ファーストアイドルでは、ＭＰＵ２００は、エンジン回転数が例えば１２００ｒｐｍ程度の高い回転数を維持するように、燃料噴射量や点火時期を制御し、エンジン冷却水や触媒の温度を速やかに上昇させる。
【００３２】
例えば、エンジン冷却水が８０℃になると、その時点では触媒温度も高くなり、触媒も活性化していると判断できるので、ＭＰＵ２００は、通常アイドルモードに移行する。通常アイドルモードでは、ＭＰＵ２００は、アイドル回転数を５００ｒｐｍ程度まで降下させるように、燃料噴射量や点火時期を制御し、アイドリングを継続する。
【００３３】
なお、以上の各モードの間では、運転者によってアクセルペダルは踏み込まれておらず、図３（Ｇ）に示すように、アクセル開度センサ１３０によって検出されたアクセル開度が０度に対する一定の要求トルクとなっているものとする。そして、アクセルペダルが踏み込まれれば、そのときのアクセル開度に応じた要求トルクに基づいて、燃料噴射量や点火時期が制御され、走行モードに移行する。
【００３４】
次に、燃焼モードについて説明する。従来の始動時の制御では、一般的に、クランキング、完爆、ファーストアイドル、通常アイドルの各モードにおいて、気筒の１回の燃焼に対して吸気行程に１回の燃料噴射を行う吸気行程１回噴射が用いられている。また、前述の特許文献１では、ファーストアイドルモードで、気筒の１回の燃焼に対して圧縮行程に１回の燃料噴射を行う圧縮行程１回噴射を用いている。
【００３５】
それに対して、本実施形態では、クランキングモード及び完爆モードでは、気筒の１回の燃焼に対して圧縮行程に１回の燃料噴射を行う圧縮行程１回噴射モードを用いる。図３の時刻ｔ０〜ｔ１がクランキングモードであり、時刻ｔ１〜ｔ２が完爆モードである。クランキングモード及び完爆モードにおいて、圧縮行程１回噴射モードとする理由については、図６を用いて後述する。
【００３６】
また、ファーストアイドルモードでは、気筒の１回の燃焼に対して圧縮行程に１回の燃料噴射を行い、さらに、膨張行程に１回の燃料噴射を行う圧縮膨張行程２回噴射モードを用いる。図３の時刻ｔ２〜ｔ３がファーストアイドルモードである。ファーストアイドルモードにおいて、圧縮膨張行程２噴射モードとする理由については、図７及び図８を用いて後述する。
【００３７】
さらに、通常アイドルでは、従来同様に、気筒の１回の燃焼に対して吸気行程に１回の燃料噴射を行う吸気行程１回噴射モードを用いる。図３の時刻ｔ５以降が通常アイドルモードである。
【００３８】
なお、後述するように、完爆モード時の圧縮行程１回噴射モードにおける充填効率，燃料噴射量，点火時期等の制御条件と、ファーストアイドルモードにおいて、圧縮膨張行程２噴射モードにおける充填効率，燃料噴射量，点火時期等の制御条件とは、大きく異なっている。その結果、圧縮行程１回噴射モードから圧縮膨張行程２噴射モードへの移行する際の制御を適当に行わないと、燃焼が不安定となり、エンジンが停止する恐れがある。そこで、本実施形態では、圧縮行程１回噴射モードから圧縮膨張行程２噴射モードへの移行時の、図３の時刻ｔ２〜ｔ３において、切替モードを用いている。この切替モードの詳細については、図９を用いて後述する。
【００３９】
また、ファーストアイドルモード時の圧縮膨張行程２噴射モードから通常アイドルモード時の吸気行程１回噴射モードに移行する際も、燃焼が不安定になりやすいため、図３の時刻ｔ４〜ｔ５において、切替モードを用いている。この切替モードの詳細については、図１０を用いて後述する。
【００４０】
また、図示は省略しているが、クランキング、完爆、ファーストアイドル、通常アイドルの各モードにおいて、ＭＰＵ２００は、空燃比が、ストイキオメトリック（Ａ／Ｆ＝１４．７）となるように制御する。なお、クランキング及び完爆モード時、及び、通常アイドルモード時において、空燃比をストイキオメトリック（Ａ／Ｆ＝１４．７）よりも弱リーンに制御するようにしてもよいものである。
【００４１】
ここで、図４を用いて、ガソリンエンジンシステムを搭載する車両における各種の燃焼モードについて説明する。  
図４は、ガソリンエンジンシステムを搭載する車両における各種の燃焼モードの説明図である。
【００４２】
図４において、横軸は、シリンダ空気の行程容積に対する実空気の充填割合である充填効率を示している。また、図４の縦軸は、燃焼により発生するトルクを示している。
【００４３】
火花式点火機関は、燃焼混合気の空気と燃料の割合を可燃範囲内とする必要があるため、充填効率に応じて発生トルクの最大値が概略決まる。ここで、点火時期を遅角すると、熱発生率の最大点が燃焼後半に移動するため、発生トルクが低くなるという一般特性を持つ。
【００４４】
図４に、吸気行程１回噴射、吸気圧縮行程２回噴射、圧縮膨張行程２回噴射、圧縮行程１回噴射の各燃焼モードの燃焼可能範囲を示す。各燃焼モードの燃焼行程は、その燃焼行程において燃料噴射を行う意味である。
【００４５】
吸気行程１回噴射モードは、燃焼室内に略均質な混合気を形成し、吸気ポート噴射と類似した燃焼特性を示す。吸気行程１回噴射モードにおいて点火時期を遅角すると、前述の作用により所定の充填効率に対し発生トルクを所定割合低下できるが、遅角量が所定以上となると燃焼が成立せず、図に示す燃焼可能範囲となる。
【００４６】
吸気圧縮行程２回噴射モードでは、燃焼室内に、遅角点火時期での燃焼に適した混合気分布を形成できるため、大きい遅角量に対しても燃焼を成立できる特性となる。発生トルクは、前述の作用により点火時期量が大きくなるにつれ低下する。よって、高い充填効率条件においても低い発生トルクを実現できる。ここで、吸気行程で噴射する燃料量と、圧縮行程で噴射する燃料量は、燃焼室内に意図する混合気分布を生成させるように選定する必要がある。また、１回の燃焼に供する燃料噴射量、この場合吸気行程噴射量と圧縮行程噴射量の合計値は、所定の値とする必要があるので、各行程における噴射量は、総噴射量に対するそれぞれの行程での噴射量の分割比で表現する。
【００４７】
圧縮膨張行程２回噴射モードは、燃焼室内の混合気分布が吸気圧縮行程２回噴射に対し更に成層化され、大きい充填効率時に大きい遅角量において燃焼が成立する。点火時期が大きく遅角しているため、発生トルクは小さい。
【００４８】
圧縮行程１回噴射は、吸気行程１回噴射モードと同様に特性となるが、吸気行程１回噴射モードに比べて充填効率の小さい領域でのみ燃焼が成立する。
【００４９】
次に、図５及び図６を用いて、本実施形態によるエンジン制御装置において、クランキングモードから完爆モード時の燃焼モードを、圧縮行程１回噴射モードとしている理由について説明する。  
図５は、燃焼モードを、吸気行程１回噴射モードとした場合の、混合気分布の説明図である。図６は、燃焼モードを、圧縮行程１回噴射モードとした場合の、混合気分布の説明図である。なお、図１と同一符号は、同一部分を示している。
【００５０】
図５は、吸気行程前半で燃料噴射を行った場合における、吸気行程前半から圧縮行程後半までの燃焼室内の混合気分布を概念的に示している。
【００５１】
吸気行程１回噴射では、図５（Ａ）に示す吸気行程の前半において、インジェクタ１１２から燃焼室１０７ｃの内部に燃料を噴射する。図５（Ｂ）は下死点における状態を示している。図５（Ｃ）は圧縮行程後半における状態を示している。
【００５２】
吸気行程１回噴射では、噴射した燃料が、吸入空気と均質に混合するような噴射形態であるため、燃焼室壁温が高い場合は、壁面付着した燃料も気化し燃焼に供される。しかし、始動直後のように、燃焼室壁温が低い場合には、吸気行程から圧縮行程にかけて、燃焼室壁面に付着する燃料が存在する。付着した燃料は壁面温度が低いため、燃焼過程でも燃焼しきれず、未燃分として排気される。
【００５３】
一方、図６は、圧縮行程中盤で燃料噴射を行った場合における、圧縮行程中盤から圧縮行程後半までの燃焼室内の混合気分布を概念的に示している。
【００５４】
圧縮行程１回噴射では、図６（Ｂ）に示すように、圧縮行程中盤において、インジェクタ１１２から燃焼室１０７ｃの内部に燃料を噴射する。図６（Ｂ）は圧縮行程後半における状態を示している。
【００５５】
スワール生成装置、タンブル生成装置、ピストン冠面形状などにより、燃焼室内のガス流動を適切に設定することにより、圧縮行程噴射では、図６（Ｂ）に示すように、噴射した燃料が、点火プラグ周りに成層化して分布させることができる。成層化したタイミングで点火を行うことにより、燃料は壁面に付着することなく燃焼に供され、したがって、排気される未燃燃料量が少ない。したがって、排気ガス中のＨＣを低減することができる。
【００５６】
この現象を利用して、クランキングから完爆時には、圧縮行程噴射を行い、未燃燃料の排出を低減させるようにする。完爆後に、燃焼室壁温が所定値以上高くなった後には、吸気行程での燃料噴射を行っても、前述の理由で燃料を燃焼に供することができるので吸気行程噴射を実行できる。また、圧縮行程噴射は前述の通り燃焼室内のガス流動が適切に設定できていることが前提となるため、運転状態に応じて燃焼モードを選定するのが良い。
【００５７】
圧縮行程１回噴射による燃焼を可能とするためには、噴射した燃料が、点火プラグ周りに成層化して分布させる必要がある。そこで、図１に示した本実施形態では、ピストン１０７ａの冠面に凹部を設け、タンブル流を生成するようにしている。噴射した燃料が、点火プラグ周りに成層化して分布させる方法としては、ピストンの冠面形状の他に、吸気管にスワール弁を設けて、スワール弁の開閉により、スワール流を発生させるスワール生成装置でもよい。また、タンブル流を発生させるタンブル生成装置でもよいものである。要するに、図１に示した本実施形態のエンジンシステムでは、噴射した燃料を、点火プラグ周りに成層化して分布させる手段を備えているものであり、圧縮行程１回噴射による安定燃焼が可能なエンジンシステムである。
【００５８】
図３に戻り、クランキングモード及び完爆モードでは、圧縮行程１回噴射モードとしている。
【００５９】
クランキングモードにおける圧縮行程１回噴射モードでは、クランキングによりエンジンが低回転で回転し始めるため、若干の負圧が発生し、図３（Ｃ）に示すように、クランキング前（時刻ｔ０より前）に比べて、充填効率が高くなる。そこで、図３（Ｄ）に示すように、この充填効率でシリンダ内に吸入される吸入空気量に応じた量の燃料（吸入空気量に応じて、空燃比がストイキオメトリックとなる燃料）を、気筒の１回の燃焼に対して圧縮行程に１回噴射する。図３（Ｅ）に示す点火時期は、予めクランキング用に設定されている点火時期である。
【００６０】
時刻ｔ１において、完爆モードに移行すると、エンジンが自力回転を開始するため、エンジン回転数がクランキングモード時よりも高くなるため、吸気管に発生する負圧が大きくなり、それに従って、図３（Ｃ）に示すように、充填効率も低下する。そこで、図３（Ｄ）に示すように、この充填効率の低下に対応して、シリンダ内に吸入される吸入空気量が低下するため、空燃比をクランキングモードと同じストイキオメトリックとするに必要な燃料噴射量が低下する。この燃料は、気筒の１回の燃焼に対して圧縮行程に１回噴射する。図３（Ｅ）に示す点火時期は、回転数の立ち上がりを早くするため、時刻ｔ１の前よりは、少し進角させる。
【００６１】
時刻ｔ１〜ｔ２の間の切替モードについては後述する。
【００６２】
次に、図７及び図８を用いて、本実施形態によるエンジン制御装置において、ファーストアイドルモード時の燃焼モードを、圧縮膨張行程２回噴射モードとしている理由について説明する。  
図７は、圧縮膨張行程２回噴射の燃焼特性の説明図である。図８は、各燃焼モードにおける、点火時期、発生トルク、排気温度の関係の説明図である。
【００６３】
最初に、図７により、圧縮膨張行程２回噴射の燃焼特性について図３を用いて説明する。
【００６４】
図７の横軸は、圧縮噴射のタイミングを示している。図７の縦軸は、点火時期を示している。なお、図中のＴＤＣは、圧縮行程における上死点を示している。また、図７において、線で囲まれた領域は、燃焼可能範囲を示している。
【００６５】
圧縮膨張行程２回噴射は、高充填効率において、層状混合気の燃焼室内挙動と、点火時期のタイミング整合によって、図のような燃焼安定領域を有する。
【００６６】
噴射タイミングがやや早いほうが、噴射した燃料の気化が促進されるため、燃焼安定度が高い。早すぎると、点火タイミングに可燃混合気がプラグ周りに存在しなくなるため燃焼が成立しない。燃焼が成立する範囲は、燃料噴射タイミングは、例えば、圧縮行程の上死点ＴＤＣに対して、＋７０°〜＋１１０°程度の範囲である。
【００６７】
また、点火時期が所定値より遅角側だと、筒内温度が低く燃焼が成立しない。燃焼が成立する範囲は、点火時期は、例えば、圧縮行程の上死点ＴＤＣに対して、−３０°〜−２０°程度の範囲である。
【００６８】
また、点火時期によって、可燃混合気がプラグ周りに存在するような燃料噴射タイミングが異なる。
【００６９】
したがって、燃焼安定領域は、点火時期とともに、燃料噴射タイミングの感度も併せ持つ。その結果、狭い運転条件において成立する燃焼となっている。
【００７０】
ここで、圧縮行程で噴射する燃料量と、膨張行程で噴射する燃料量は、前述の吸気圧縮行程２回噴射と同様に、燃焼室内に意図する混合気分布を生成させるように選定する必要がある。また、１回の燃焼に供する燃料噴射量の合計値は、所定の値としたい要求があるので、各行程における噴射量は、総噴射量に対するそれぞれの行程での噴射量の分割比で表現する。
【００７１】
次に、図８を用いて、各燃焼モードにおける、点火時期、発生トルク、排気温度の関係について説明する。図８の横軸は、点火時期を示している。図８の横軸は、発生トルクを示している。
【００７２】
空燃比が所定値という条件において、所定の充填効率に対し、発生トルクが最大となる点火時期が存在し、点火時期が遅角するにつれ発生トルクは低下する。また、発生トルクの最大値は充填効率に略比例するため、図のように充填効率が大きくなるにつれ発生トルクは大きくなる。
【００７３】
一方、排気温度は、充填効率が大きくなるにつれ、熱発生量が大きくなるため高くなる。
【００７４】
なお、図８に示す特性は、吸気行程１回噴射、吸気圧縮行程２回噴射、圧縮膨張行程２回噴射、圧縮行程１回噴射の各燃焼モードに共通のものである。但し、縦軸で示す発生トルクと、排気温度の絶対値は、各燃焼モード毎に異なる。
【００７５】
ここで、点火時期を遅角するにつれ、供給した燃料が発生トルクに変換される効率が低くなるため、余剰のエネルギが排気温度の上昇に供され、よって点火時期を遅角するにつれ、排気温度は高くなる。
【００７６】
一方、触媒の排気ガス転換機能は、触媒の温度が所定の高温状態で発揮される。よって、エンジン始動直後に早期に触媒の暖機を計り、早期に触媒の活性を得たい場合には、高い排気温度の排気ガスを触媒に供給することが有効である。
【００７７】
排気温度を高めにするために、点火時期を遅角側にするが、遅角側にして燃焼が可能な燃焼モードは、圧縮膨張行程２回噴射、または吸気圧縮行程２回噴射である。
【００７８】
そこで、エンジン始動直後から、早期に高い触媒の転換機能を得るために、点火時期遅角により高い排気温度を供給できる圧縮膨張行程２回噴射、または吸気圧縮行程２回噴射を行うようにする。本実施形態では、圧縮膨張行程２回噴射により、排気温度を高温として、触媒暖気を行うようにしている。
【００７９】
再び、図３に戻り、時刻ｔ２において、ファーストアイドルモードに移行すると、前述の理由で、圧縮膨張行程２回噴射モードとする。しかしながら、図８で説明したように、圧縮膨張行程２回噴射において、点火時期の遅角を大きくするためには、高い充填効率が必要となる。
【００８０】
したがって、図３（Ｃ）に示すように、充填効率は高い値とする。そして、図３（Ｄ）に示すように、この高い充填効率に対応して、シリンダ内に吸入される吸入空気量が増加するため、空燃比をクランキングモードと同じストイキオメトリックとするに必要な燃料噴射量が増加する。この燃料は、気筒の１回の燃焼に対して圧縮行程及び膨張行程においてそれぞれ１回の合計２回噴射する。図３（Ｄ）に示す燃料噴射量は、圧縮行程における燃料噴射量と、膨張行程における燃料噴射量の合計の値である。図３（Ｅ）に示す点火時期は、前述の理由で、大きく遅角する。
【００８１】
図３における完爆モードにおける圧縮行程１回噴射では充填率が低く、ファーストアイドルモードにおける圧縮膨張行程２回噴射では充填率が高いため、切替モードでは、同一トルクを維持させながら低充填効率と高充填効率を接続することが必要となる。
【００８２】
さらに、図３において、ファーストアイドルにより触媒暖気が終了すると、通常アイドルモードでは、速やかに、一般的な吸気行程１回噴射モードに戻す。この時も、切替モードでは、同一トルクを維持させながら高充填効率と低充填効率を接続することが必要となる。
【００８３】
次に、図９を用いて、本実施形態によるエンジン制御装置による圧縮行程１回噴射から、圧縮膨張行程２回噴射への切替モードの制御内容について説明する。  
図９は、本発明の一実施形態によるエンジン制御装置による圧縮行程１回噴射から、圧縮膨張行程２回噴射への切替モードの制御内容を示すタイミングチャートである。
【００８４】
図９は、図３に示した圧縮行程１回噴射から、圧縮膨張行程２回噴射への切替モードの内容を詳細に示したものである。図９において、図９（Ａ）は始動モードＭｓｔを示し、図９（Ｂ）は燃焼モードＭｃｍｂを示す。図９（Ｃ’）は吸入空気量Ｑａを示し、矢印の上側が吸入空気量が大きいものである。なお、吸入空気量は、図３（Ｃ）に示した充填効率に比例している。図９（Ｄ）は燃料噴射量Ｑｉｎｊを示し、矢印の上側が燃料噴射量が大きいものである。図９（Ｅ）は点火時期Ｔｍｇ−ｉｇｎを示し、矢印の上側が点火時期が遅角される。
【００８５】
図９における時刻ｔ２〜時刻ｔ３の間が、図３に示した切替モードに相当する。
【００８６】
シリンダに流入する吸入空気量は、図１に示したスロットル弁１０５ａの開度によりその量が制御されている。スロットル弁の開度は、エンジンコントロールユニット２００により制御される。
【００８７】
しかし、シリンダへの吸入空気量は、スロットル弁が瞬間で開閉しても、スロットル弁と燃焼室の間に介在するコレクタ１０６の応答特性により、急変させることができない。すなわち、スロットル弁を開いた場合、スロットル弁を介して流入した空気は、まず所定容量を有するコレクタを充填し、しかる後に燃焼室１０７ｃに流入する。したがって、図９（Ｃ’）に示すように、時刻ｔ２において、破線で示す目標空気量をステップ的に増加させたときは、まず、スロットル弁の応答遅れΔｔ１をもってスロットル弁が動作する。次に、シリンダに流入する空気量は、コレクタの応答特性に沿って、図９（Ｃ’）に実線で示すように、徐々に増加する。
【００８８】
したがって、圧縮行程１回噴射のような小さい吸入空気量を必要とする燃焼から、圧縮膨張行程２回噴射のような大きい吸入空気量を必要とする燃焼に瞬間的に切替を行うことはできない。
【００８９】
そこで、本実施形態では、図９（Ｃ’）に実線で示すように、徐々に吸入空気量が増大していく過程において、ファーストアイドルで要求されるエンジン出力トルクを点火時期の遅角により実現しつつ、燃焼の切替を行う。
【００９０】
すなわち、図４にて説明したように、圧縮行程１回噴射は低充填効率の範囲でしか燃焼可能範囲がなく、また、圧縮膨張行程２回噴射は高充填効率の範囲でしか燃焼可能範囲がないのに対して、吸気圧縮行程２回噴射では、低充填効率から高充填効率の範囲まで、広い充填効率の範囲で燃焼可能である。そこで、圧縮行程１回噴射から圧縮膨張行程２回噴射に切り替える際に、途中に、吸気圧縮行程２回噴射を用いる。但し、吸気圧縮行程２回噴射において、低充填効率から高充填効率まで、充填効率を徐々に増加すると、図８にて説明したように、発生トルクが増加する。圧縮行程１回噴射から吸気圧縮行程２回噴射を経て圧縮膨張行程２回噴射に切り替える間においては、アクセルペダルは踏まれておらず、アクセル開度は０°のままであるため、要求トルクは一定のままである。そこで、吸気圧縮行程２回噴射において、低充填効率から高充填効率まで、充填効率を徐々に増加しながら、要求トルクを一定とするため、図８にて説明したように、点火時期を遅角化する。すなわち、吸入空気量の増加に伴って発生する出力トルクの増加を、点火時期の遅角により打ち消し、要求トルクを実現する。
【００９１】
そして吸入空気量が圧縮＋膨量行程噴射の必要とする量に達したときに、燃焼を切り替えるようにしている。
【００９２】
ここで、一連の各燃焼モードでは、良好な燃焼と、極力低い排気ガス有害成分、例えばハイドロカーボンなどの実現のため、目標の空燃比を所定の値（ストイキオメトリック）とする必要がある。したがって、燃料供給量は吸入空気量に比例する。
【００９３】
一方、吸気圧縮行程２回噴射は１回の燃焼に対し、吸気行程で１回、圧縮行程で１回の計２回の燃料噴射を行うが、インジェクタには、噴射可能な燃料量の下限が存在する。
【００９４】
すなわち、インジェクタは、駆動の噴射パルス幅を与えたときの開弁時間の長短により噴射燃料量を調整するようにしている。ここで、噴射パルス幅が所定値より短くなると、弁の挙動が不安定となり、燃料噴射量が安定しなくなる。したがって、燃料噴射量の調整が可能な範囲には、下限が存在する。そのため、吸気圧縮行程２回噴射で所望の燃料噴射量を実現するためには、吸入空気量が所定値より大きいことが必要であり、この量は吸気１回噴射より大きいことは自明である。さらに一般的には、１回の燃焼に対し燃料噴射回数が多くなれば、必要な空気量は噴射回数に応じて大きくなることは自明である。
【００９５】
そこで、図９に示すように、時刻ｔ２において、エンジン完爆後、種々の条件が成立して圧縮膨張行程２回噴射に燃焼モードを切り替える判定がなされ、まず目標の吸入空気量を吸気圧縮行程２回噴射の目標空気量とすべく、図９（Ｃ’）に破線で示すように、スロットル弁開度の目標値を急増させる。この目標値に対して、実際の吸入空気量は、前述の遅れを伴いつつ、図９（Ｃ’）に実線で示すように徐々に増加する。
【００９６】
空気量が増加するとエンジントルクが増加するので、トルク増加を打ち消すために、図９（Ｅ）に示すように、点火時期を、吸入空気量の増加に応じて、徐々に遅角させる。これにより、目標の一定となるエンジントルクを実現させる。
【００９７】
時刻ｔ２〜時刻ｔ２−１までの間は、完爆時の圧縮行程１回噴射モードを維持し、１回の燃焼に対する燃料噴射回数は１回のままである。すなわち、燃料の噴射量は吸入空気量の増加に伴い増加しているが、これを１回の燃料噴射で供給している。かつ、点火時期の遅角量は、燃焼が成立する範囲に留まっている。
【００９８】
次に、時刻ｔ２−１において、吸入空気量が所定量Ｑａ１以上となると、吸気圧縮行程２回噴射に切り替える。吸入空気量Ｑａ１は、２回噴射を行っても必要な燃料量を過不足なく供給できる空気量である。
【００９９】
ここで、本例では圧縮１回噴射の目標空燃比をストイキより弱リーン、吸気圧縮行程２回噴射ではストイキとしており、該同一吸入空気量でリッチな空燃比に切り替えるため、燃料噴射量を図９（Ｃ）に示すように、ステップ的に増加している。さらに、空燃比リッチ化に伴う出力トルクの増大を打ち消すために、点火時期を図９（Ｅ）に示すように、ステップ的に遅角させている。すなわち、空燃比の変化と点火時期の変化を整合させ、目標のエンジン出力を実現させている。
【０１００】
時刻ｔ２−１〜時刻ｔ３までは、吸入空気量は、図９（Ｃ）に示すように、前述の遅れを伴いつつ徐々に増加する。空気量増加に伴う出力トルク増加は、これを打ち消すために、図９（Ｅ）に示すように、点火時期を遅角することで、防止する。
【０１０１】
時刻ｔ３において、吸入空気量は吸気圧縮行程２回噴射の目標値Ｑａ２に達し、この吸入空気量Ｑａ２においては、圧縮膨張行程２回噴射で燃焼可能な領域に至っている。そこで、時刻ｔ３において、圧縮膨張行程２回噴射モードに移行し、目標吸入空気量は図９（Ｃ）に破線で示すように、圧縮膨張行程２回噴射の目標値にステップ的に移行し、実吸入空気量は図９（Ｃ）に実線で示すように、遅れをもって目標値に追従する。空気量の増加に伴って、図９（Ｄ）に示すように、燃料噴射量が増加する。なお、図９（Ｄ）に示す燃料噴射量は、気筒の１回の燃焼に対して噴射する燃料の総量であり、圧縮膨張行程２回噴射の場合は、圧縮行程に噴射する燃料量と、膨張行程に噴射する燃料量の総量である。空気量増加に伴う出力トルク増加は、これを打ち消すために、図９（Ｅ）に示すように、点火時期を遅角することで、防止する。
【０１０２】
ここで、時刻ｔ３において、目標の空燃比がストイキから弱リーンへ切り替わるため、時刻ｔ２−１とは逆の燃料噴射量、点火時期の挙動となり、それぞれステップ状に減少させている。
【０１０３】
なお、以上の説明では、圧縮行程１回噴射モードでは、弱リーンとし、吸気圧縮行程２回噴射モードでは、ストイキオメトリックとして、圧縮膨張行程２回噴射モードでは、再び、弱リーンに切り替えているが、圧縮行程１回噴射モード，吸気圧縮行程２回噴射モード及び圧縮膨張行程２回噴射モードの全てにおいて、ストイキオメトリックとしてもよいものである。この場合、時刻ｔ２−１や時刻ｔ３における燃料噴射量や点火時期のステップ的な変化はないものである。
【０１０４】
以上の圧縮行程１回噴射モードから、吸気圧縮行程２回噴射モードを経て、圧縮膨張行程２回噴射モードに切り替える工程について、図４に示す例で説明する。図４において、破線は、発生トルクが一定であることを示す線である。図９の時刻ｔ２以前の時点では、圧縮行程１回噴射であり、例えば、点Ａの条件で燃焼が成立している。そして、図９の時刻ｔ２〜時刻ｔ２−１までの間は、圧縮行程１回噴射であり、かつ、点Ａから点Ｂまで、吸入空気量が増加しながら、点火時期を遅角させることで燃焼条件が変化しながら、発生トルクを一定に保つ。
【０１０５】
時刻ｔ２−１において、吸気圧縮行程２回噴射が可能な燃焼範囲となるので、図９に示したように、吸気圧縮行程２回噴射に切り替える。
【０１０６】
時刻２−１から時刻３までの間は、吸気圧縮行程２回噴射であり、かつ、点Ｂから点Ｄまで、吸入空気量が増加しながら、点火時期を遅角させることで燃焼条件が変化しながら、発生トルクを一定に保つ。
【０１０７】
時刻ｔ３において、圧縮膨張行程２回噴射が可能な燃焼範囲となるので、図９に示したように、圧縮膨張行程２回噴射に切り替える。
【０１０８】
このようにして、発生トルクを一定に保ったまま、圧縮行程１回噴射モードから圧縮膨張行程２回噴射モードに切り替えることができる。
【０１０９】
本実施形態の特徴とする点は、圧縮行程１回噴射モードから圧縮膨張行程２回噴射モードに切り替える際に、途中に、吸気圧縮行程２回噴射モードを入れることである。そして、１回以上の燃料噴射を行う第１の燃焼モード（圧縮行程１回噴射モード）から、第１の燃焼モードよりも燃料噴射回数が大きく、かつ吸入空気量の大きい第２の燃焼モード（吸気圧縮行程２回噴射モード）に切り替える場合に、第１の燃焼モード（圧縮行程１回噴射モード）で第２の燃焼モード（吸気圧縮行程２回噴射モード）で必要な目標吸入空気量に切り替えて、点火遅角させた後、第２の燃焼モード（吸気圧縮行程２回噴射モード）に切り替え、さらに遅角させる点にある。
【０１１０】
このようにすることで、所望のトルク（トルク一定）を保持しながら、圧縮行程１回噴射モードから圧縮膨張行程２回噴射モードに切り替えることができる。
【０１１１】
なお、エンジン始動時において、エンジン冷却水温が低い場合，例えば、０℃以下の場合には、エンジン始動は、吸気行程１回噴射モードにより行う。図４に示したように、圧縮行程１回噴射モードの燃焼可能領域は、吸気行程１回噴射モードの燃焼可能領域と重なっており、また、従来のエンジン始動は吸気行程１回噴射モードで行っているため、圧縮行程１回噴射モードに代えて、吸気行程１回噴射モードを用いることは可能である。但し、図６にて説明したように、圧縮行程１回噴射モードに比べて、吸気行程１回噴射モードの場合は、排気ガス中のＨＣの低減効果は得られないものである。エンジン始動を吸気行程１回噴射モードで行った場合も、ファーストアイドルを圧縮膨張行程２回噴射モードとした場合には、図９に示したと同様な、燃料噴射量や点火時期の制御を実行する。
【０１１２】
次に、図１０を用いて、本実施形態によるエンジン制御装置による圧縮膨張行程２回噴射から、吸気行程１回噴射への切替モードの制御内容について説明する。  
図１０は、本発明の一実施形態によるエンジン制御装置による圧縮膨張行程２回噴射から、吸気行程１回噴射への切替モードの制御内容を示すタイミングチャートである。
【０１１３】
図１０は、図３に示した圧縮膨張行程２回噴射から、吸気行程１回噴射への切替モードの内容を詳細に示したものである。図１０において、図１０（Ａ）は始動モードＭｓｔを示し、図１０（Ｂ）は燃焼モードＭｃｍｂを示す。図１０（Ｃ’）は吸入空気量Ｑａを示し、矢印の上側が吸入空気量が大きいものである。なお、吸入空気量は、図３（Ｃ）に示した充填効率に比例している。図１０（Ｄ）は燃料噴射量Ｑｉｎｊを示し、矢印の上側が燃料噴射量が大きいものである。図１０（Ｅ）は点火時期Ｔｍｇ−ｉｇｎを示し、矢印の上側が点火時期が遅角される。
【０１１４】
図９における時刻ｔ４〜時刻ｔ５の間が、図３に示した切替モードに相当する。
【０１１５】
本例では、基本的には、図９の逆行程で切替を推移させる。
【０１１６】
時刻ｔ４において、冷却水温等から触媒暖機終了を判定すると、圧縮膨張行程２回噴射の終了と判定する。そして、図１０（Ｃ’）に破線で示すように、目標吸入空気量を吸気圧縮行程２回噴射用の小さな値に切替える。
【０１１７】
時刻ｔ４から時刻ｔ４−１までは、圧縮膨張行程２回噴射モードを維持しつつ、図１０（Ｃ’）に実線で示すような減少する吸入空気量に応じて、図１０（Ｅ）に示すように、点火時期を進角させる。
【０１１８】
時刻ｔ４−１において、図１０（Ｃ’）に示すように、実線で示す吸入空気量が、破線で示す、吸気圧縮行程２回噴射の目標値に達するので、図１０（Ｂ）に示すように、燃焼モードを吸気圧縮行程２回噴射に切り替える。ここで、目標の空燃比が弱リーンからストイキへ切り替わるため、図９の時刻ｔ２−１と同様の燃料噴射量総量、点火時期の挙動となり、それぞれステップ状に変化させている。同時に、目標の吸入空気量は、図１０（Ｃ’）に破線で示すように、通常の吸気１回噴射モード用にステップ状に切り替える。
【０１１９】
時刻ｔ４−１から時刻ｔ４−２までは、吸気圧縮行程２回噴射モードを維持しつつ、減少する吸入空気量に応じて点火時期を進角させる。かつ、この間では、吸入空気量が所定量以上となっており、吸気圧縮行程２回噴射を行っても必要な燃料量を過不足なく供給できるようになっている。
【０１２０】
時刻ｔ４−２においては、吸気１回噴射で点火時期を燃焼可能範囲内で遅角させ、要求の出力トルクを実現できる吸入空気量の範囲に至っている。そこで、時刻ｔ４−２以降は、図１０（Ｂ）に示すように、吸気１回噴射モードに移行し、以後吸入空気量の減少に伴って点火時期を進角させ、時刻ｔ５で切替行程を終了している。
【０１２１】
なお、以上の説明では、圧縮膨張行程２回噴射モードでは、弱リーンとし、吸気圧縮行程２回噴射モードでは、ストイキオメトリックとして、吸気行程１回噴射モードでは、再び、弱リーンに切り替えているが、圧縮膨張行程２回噴射モード，吸気圧縮行程２回噴射モード及び吸気行程１回噴射モードの全てにおいて、ストイキオメトリックとしてもよいものである。この場合、時刻ｔ４−１における燃料噴射量や点火時期のステップ的な変化はないものである。
【０１２２】
以上の圧縮膨張行程２回噴射モードから、吸気圧縮行程２回噴射モードを経て、吸気行程１回噴射モードに切り替える工程について、図４に示す例で説明する。図４において、破線は、発生トルクが一定であることを示す線である。図１０の時刻ｔ４−１以前の時点では、圧縮膨張行程２回噴射であり、時刻ｔ４−１において、例えば、点Ｅの条件で燃焼が成立しており、圧縮膨張行程２回噴射モードから、吸気圧縮行程２回噴射モードに切替可能となる。
【０１２３】
そして、図１０の時刻ｔ４−１〜時刻ｔ４−２までの間は、吸気圧縮行程２回噴射であり、かつ、点Ｅから点Ｃまで、吸入空気量が減少しながら、点火時期を進角させることで燃焼条件が変化しながら、発生トルクを一定に保つ。
【０１２４】
時刻ｔ４−２において、吸気行程１回噴射が可能な燃焼範囲となるので、図１０に示したように、吸気行程１回噴射に切り替える。
【０１２５】
このようにして、発生トルクを一定に保ったまま、圧縮膨張行程２回噴射モードから吸気行程１回噴射モードに切り替えることができる。
【０１２６】
本実施形態の特徴とする点は、圧縮膨張行程２回噴射モードから吸気行程１回噴射モードに切り替える際に、途中に、吸気圧縮行程２回噴射モードを入れることである。そして、第１の燃焼モードよりも燃料噴射回数が大きく、かつ吸入空気量の大きい第２の燃焼モード（圧縮膨張行程２回噴射モード）から、第２の燃焼モードよりも燃料噴射回数の小さい第１の燃焼モード（吸気行程１回噴射モード）に切り替える場合に、第２の燃焼モード（圧縮膨張行程２回噴射モード）で第１の燃焼モード（吸気行程１回噴射モード）で必要な目標吸入空気量に切り替えて、点火進角させた後、第１の燃焼モード（吸気行程１回噴射モード）に切り替え、さらに進角させる点にある。
【０１２７】
次に、図１１を用いて、本実施形態によるエンジン制御装置によって得られる排気エミッション性能について説明する。  
図１１は、本発明の一実施形態によるエンジン制御装置によって得られる排気エミッション性能の説明図である。
【０１２８】
図１１の横軸は始動後の経過時間を示し、縦軸は始動からのハイドロカーボン（ＨＣ）の排出量積算値を示している。また、実線Ａは本実施形態によって触媒暖気を行った場合のハイドロカーボン（ＨＣ）の排出量積算値を示している。破線Ｂは、従来の吸気行程１回噴射により触媒暖気を行った場合のハイドロカーボン（ＨＣ）の排出量積算値を示している。
【０１２９】
吸気圧縮行程２回噴射および圧縮膨張行程２回噴射で吸入空気量を増量させているので、触媒の活性化までは、実線Ａに示すように、本実施形態の例の方がハイドロカーボン排出量が多い。しかしながら、本実施形態の方が触媒の活性化が早期に得られるため、ハイドロカーボンの総合排出量としては、破線Ｂよりも実線Ａの本実施形態の方が低減できる。
【０１３０】
次に、図１２を用いて、本実施形態によるエンジン制御装置による燃焼モードの切替時の燃料噴射パターンについて説明する。  
図１２は、本発明の一実施形態によるエンジン制御装置による燃焼モードの切替時の燃料噴射パターンの説明図である。
【０１３１】
図１０（Ａ）は、図９の時刻ｔ３における吸気圧縮行程２回噴射から圧縮膨張行程２回噴射への遷移を示している。図において、左から右へと時間経過している。図の例は、４気筒エンジンである。上から第１気筒，第２気筒，第３気筒，第４気筒とする。各気筒では、吸気行程（ＩＮＴ），圧縮行程（ＣＭＰ），膨張行程（ＥＸＰ），吸気行程（ＥＸＴ）と繰り返される。図中の縦棒の位置が、燃料噴射タイミングを示している。
【０１３２】
第１気筒は、最初、吸気圧縮行程２回噴射であるが、第２気筒以降は圧縮膨張行程２回噴射に遷移している。第１気筒も次の燃焼は、圧縮膨張行程２回噴射に遷移している。
【０１３３】
図１０（Ｂ）は、図１０の時刻ｔ４−１における圧縮膨張行程２回噴射から吸気圧縮行程２回噴射への遷移を示している。図において、左から右へと時間経過している。図の例は、４気筒エンジンである。上から第１気筒，第２気筒，第３気筒，第４気筒とする。各気筒では、吸気行程（ＩＮＴ），圧縮行程（ＣＭＰ），膨張行程（ＥＸＰ），吸気行程（ＥＸＴ）と繰り返される。図中の縦棒の位置が、燃料噴射タイミングを示している。
【０１３４】
第１気筒及び第２気筒は、最初、圧縮膨張行程２回噴射であるが、第３気筒以降は吸気圧縮行程２回噴射に遷移している。第１気筒，第２気筒も次の燃焼は、圧縮膨張行程２回噴射に遷移している。
【０１３５】
前述のように、１回の燃焼に対し２回の燃料噴射で総要求燃料量を供給する必要があるので、吸気圧縮行程２回噴射、圧縮膨張行程２回噴射とも、２回の燃料噴射量は合計で所望の値となるようにしている。
【０１３６】
また、吸気行程での燃料噴射は位相が早いので、図１０（Ｂ）に示すように、前燃焼の圧縮、膨張噴射とタイミングが前後する場合がある。したがって、吸気圧縮行程２回噴射、圧縮膨張行程２回噴射については、各気筒毎に実行する燃焼モードを決定し、吸気行程から排気行程まで一貫した燃焼モードを実行するようにする。さらに、燃料噴射量を吸気行程の早期で確定させ、吸気、圧縮、膨張、排気行程で一貫した値を用いる。
【０１３７】
以上のことから、燃料噴射モード、燃料噴射量は、吸気行程の早期で確定させ、以後該気筒には確定した燃料噴射タイミング、燃料噴射量で制御する。
【０１３８】
次に、図１３及び図１４を用いて、本実施形態によるエンジン制御装置による始動時の触媒暖気制御の変形例について説明する。  
図１３は、本発明の一実施形態によるエンジン制御装置による始動時の触媒暖気制御の変形例のシーケンスを示すタイミングチャートである。図１４は、本発明の一実施形態によるエンジン制御装置による圧縮行程１回噴射から、吸気圧縮行程２回噴射への切替モードの制御内容を示すタイミングチャートである。
【０１３９】
図３に示した例では、触媒暖機のために、圧縮膨張行程２回噴射モードを用いてきたが、図４に示したように、吸気圧縮行程２回噴射でも充填効率を大きくでき、点火時期を大きく遅角しても燃焼が成立するため、吸気圧縮行程２回噴射によって触媒を暖機することも可能である。
【０１４０】
そこで、図１３に示すように、ファーストアイドルにおける触媒暖気を、吸気圧縮行程２回噴射により実行する。なお、図１３において、図１３（Ａ）〜図１３（Ｆ）は、図３（Ａ）〜図３（Ｆ）と同じものである。
【０１４１】
次に、図１４により、燃焼モードの切替行程について説明する。なお、図１４において、図１４（Ａ）〜図１３（Ｅ）は、図９（Ａ）〜図９（Ｆ）と同じものである。
【０１４２】
図１４における時刻ｔ２〜時刻ｔ３の間が、図１３に示した切替モードに相当する。
【０１４３】
時刻ｔ２において、エンジン完爆後、種々の条件が成立して圧縮膨張行程２回噴射に燃焼モードを切り替える判定がなされ、まず目標の吸入空気量を吸気圧縮行程２回噴射の目標空気量とすべく、図１４（Ｃ’）に破線で示すように、スロットル弁開度の目標値を急増させる。この目標値に対して、実際の吸入空気量は、前述の遅れを伴いつつ、図１４（Ｃ’）に実線で示すように徐々に増加する。
【０１４４】
空気量が増加するとエンジントルクが増加するので、トルク増加を打ち消すために、図１４（Ｄ）に示すように、点火時期を、吸入空気量の増加に応じて、徐々に遅角させる。これにより、目標の一定となるエンジントルクを実現させる。
【０１４５】
次に、時刻ｔ３において、吸入空気量が所定量Ｑａ１以上となると、吸気圧縮行程２回噴射に切り替える。吸入空気量Ｑａ１は、２回噴射を行っても必要な燃料量を過不足なく供給できる空気量である。
【０１４６】
ここで、本例では圧縮１回噴射の目標空燃比をストイキより弱リーン、吸気圧縮行程２回噴射ではストイキとしており、該同一吸入空気量でリッチな空燃比に切り替えるため、燃料噴射量を図１４（Ｃ）に示すように、ステップ的に増加している。さらに、空燃比リッチ化に伴う出力トルクの増大を打ち消すために、点火時期を図１４（Ｅ）に示すように、ステップ的に遅角させている。すなわち、空燃比の変化と点火時期の変化を整合させ、目標のエンジン出力を実現させている。
【０１４７】
時刻ｔ２〜時刻ｔ３までは、吸入空気量は、図１４（Ｃ）に示すように、前述の遅れを伴いつつ徐々に増加する。空気量増加に伴う出力トルク増加は、これを打ち消すために、図１４（Ｅ）に示すように、点火時期を遅角することで、防止する。
【０１４８】
なお、以上の説明では、圧縮行程１回噴射モードでは、弱リーンとし、吸気圧縮行程２回噴射モードでは、ストイキオメトリックとして、圧縮膨張行程２回噴射モードでは、再び、弱リーンに切り替えているが、圧縮行程１回噴射モード，吸気圧縮行程２回噴射モード及び圧縮膨張行程２回噴射モードの全てにおいて、ストイキオメトリックとしてもよいものである。この場合、時刻ｔ３における燃料噴射量や点火時期のステップ的な変化はないものである。
【０１４９】
本例でも、実施形態の特徴とする点は、図９の場合と同様に、圧縮行程１回噴射モードから圧縮膨張行程２回噴射モードに切り替える際に、途中に、吸気圧縮行程２回噴射モードを入れることである。そして、１回以上の燃料噴射を行う第１の燃焼モード（圧縮行程１回噴射モード）から、第１の燃焼モードよりも燃料噴射回数が大きく、かつ吸入空気量の大きい第２の燃焼モード（吸気圧縮行程２回噴射モード）に切り替える場合に、第１の燃焼モード（圧縮行程１回噴射モード）で第２の燃焼モード（吸気圧縮行程２回噴射モード）で必要な目標吸入空気量に切り替えて、点火遅角させた後、第２の燃焼モード（吸気圧縮行程２回噴射モード）に切り替え、さらに遅角させる点にある。
【０１５０】
また、触媒暖機終了後の動作については、図９と図１０の関係と同様に、基本的に図１４の逆行程で切替を遷移させる。すなわち、図１０（Ｂ）において、圧縮膨張行程２回噴射のところも、吸気圧縮行程２回噴射であり、そして、時刻ｔ４−１において、吸入空気量を吸気行程１回噴射の目標空気量に変更するものである。
【０１５１】
以上説明した、１燃焼あたり２回の燃料噴射では、前述のように燃焼室内に所望の混合気分布を生成せしめるようにするので、２回の燃料噴射量の関係は、エンジンの運転状態により異なる場合がある。かかる場合は、燃料噴射量が少ない燃料噴射においても、インジェクタから所望燃料量が供給可能なような燃焼モード切替タイミングとするのがよいものである。
【０１５２】
次に、図１５を用いて、本実施形態によるエンジン制御装置の構成について説明する。  
図１５は、本発明の一実施形態によるエンジン制御装置の構成を示すブロック図である。
【０１５３】
コントロールユニット２００は、目標スロットル開度を電制スロットルモータ１２４に出力し、点火時期を点火コイル１１３に出力し、また、目標当量比及び燃料噴射タイミングをインジェクタ１１２に出力する。ここで、目標当量比とは、燃料供給量演算の一要素である目標空燃比を示し、理論空燃比に対する補正率である。コントロールユニット２００は、これらの出力を所定時間毎に演算する。
【０１５４】
コントロールユニット２００は、目標トルク演算部２０５と、目標空気量演算部２１０と、除算部２１５と、目標スロットル開度演算部２２０と、静的燃焼効率演算部２２５と、目標燃焼モード判定部２３０と、実燃焼モード判定部２３５と、除算部２４５と、実空気量推定演算部２５０と、目標実トルク推定演算部２５５と、目標当量演算部２６０と、噴射タイミング演算部２６５と、点火時期演算部２７０と、トルク振分演算部２７５と、乗算部２８０と、加算部２８５，２９０と、制御条件演算部２９５とを備えている。目標当量演算部２６０と、噴射タイミング演算部２６５と、点火時期演算部２７０と、トルク振分演算部２７５と、乗算部２８０と、加算部２８５，２９０とは、制御条件演算部２９５に含まれるものである。
【０１５５】
目標トルク演算部２０５は、運転者の車両操作意思であるアクセル開度θACCに基づいて、エンジンが発生すべき目標トルクＴｅ*を算出する。アクセル開度θACCは、図２のアクセル開度センサ１３０によって検出される。アクセル開度が０度の場合、すなわち、アクセルペダルが踏み込まれていない場合には、アイドル回転数維持のための目標トルクを算出する。なお、入力信号としては、エンジンに対し外部から要求される出力である外部要求トルクを入力し、この外部要求トルクも加味して、目標トルクを算出することもできる。
【０１５６】
目標空気量演算部２１０は、目標トルク演算部２０５によって算出された目標トルクに基づいて、所定の基準状態における目標吸入空気量Ｑａ*を演算する。目標トルクを実現するための目標吸入空気量は、空燃比と供給燃料がトルクに変換する効率である燃焼効率により決まる。よって所定の基準状態を設けて目標吸入空気量を演算するようにしている。所定の基準状態は、例えば理論空燃比、基準点火時期状態としている。
【０１５７】
除算部２１５は、実際の運転状態と基準状態の乖離による目標吸入空気量の変化を、静的燃焼効率演算部２２５が算出する補正係数（静的燃焼効率ηs）で除算することにより、目標吸入空気量Ｑａ*を補正する。
目標スロットル開度演算部２２０は、除算部２１５で補正された目標の吸入空気量に応じた目標のスロットル開度θTH*を算出する。電制スロットルモータ１２４は、スロットル弁の開度が目標スロットル開度θTH*となるように制御される。
【０１５８】
一方、目標燃焼モード判定部２３０は、目標トルクＴｅ*と、その他の運転状態（エンジン回転数Ｎｅや、触媒温度Ｔｃ）を受け、目標燃焼モードを判定し出力する。触媒温度Ｔｃの代わりに、冷却水温Ｔｗを用いることもできる。目標燃焼モードは、その時点で定常的に実行すべき燃焼モードであり、例えば図９に示した例では、時刻ｔ２においては、圧縮１回噴射から圧縮膨張行程２回噴射に切り替わるものである。なお、目標燃焼モード判定部２３０における詳細な判定処理の内容は、図１６を用いて後述する。
【０１５９】
目標燃焼モードが定まると、その運転状態における目標当量比、目標点火時期等が定まるため、定常状態における燃焼効率を求めることができる。そこで、静的燃焼効率演算部２２５は、目標トルクＴｅ*と、運転状態（エンジン回転数Ｎｅ）から、基準状態に対する、定常時の燃焼効率の比を、静的燃焼効率として算出する。本例では、燃料が出力に変換される効率が高いほど大きい値を出力しているので、除算部２１５では基準状態の目標吸入空気量を除算する構成としている。したがって、燃焼効率が低いほど静的燃焼効率は小さい値となり、目標吸入空気量は大きい値を要求するようにしている。実際の適用においては、全体演算の容易性を考慮して適宜各パラメータの特性を選定すればよいことは言うまでもない。
【０１６０】
次に、実空気量推定演算部２５０は、目標吸入空気量Ｑａ*をもとに、実吸入空気量Ｑａを推定している。前述のように、シリンダ流入空気量はコレクタを始めとする遅れ要素があるため、図９（Ｃ’）に示したように、破線で示した目標吸入空気量Ｑａ*がステップ的に増加しても、実線で示した実際の吸入空気量Ｑａは遅れる増加する。この遅れを推定して、シリンダに流入する実吸入空気量Ｑａを推定する。
【０１６１】
実燃焼モード判定部２３５は、目標燃焼モード判定部２３０によって判定された目標燃焼モードと、実空気量推定演算部２５０で算出された実吸入空気量Ｑａをもとに、実燃焼モードを判定している。前述のように、２回噴射を実行できるには吸入空気量が各燃料噴射量に応じた所定値以上である必要があるため、実吸入空気量推定値に応じて、定常的に移行したい燃焼モードへと移行することの許可、禁止を判定している。図９の例では、時刻ｔ２で、目標燃焼モード判定部２３０によって判定された目標燃焼モードは、吸気圧縮行程２回噴射モードであるが、時刻ｔ２−１において、図９（Ｃ’）に示すように、吸入空気量がＱａ１になるまでは、吸気圧縮行程２回噴射モードは実行できないため、時刻ｔ２−１までは、実燃焼モードは、圧縮行程１回噴射モードとし、時刻ｔ２−１において、実燃焼モードから吸気圧縮行程２回噴射モードに切り替える。なお、実燃焼モード判定部２３５における詳細な判定処理の内容は、図１７を用いて後述する。
【０１６２】
目標当量演算部２６０は、実燃焼モード判定部２３５において判定された実燃焼モードに基づいて、目標当量比を運転状態に応じて算出する。
【０１６３】
また、噴射タイミング演算部２６５では、実燃焼モード判定部２３５において判定された実燃焼モードに基づいて、燃料噴射タイミングを算出する。図９の例では、圧縮行程１回噴射モードにおける圧縮行程で１回噴射する際の噴射タイミングや、吸気圧縮行程２回噴射モードにおける吸気行程での噴射タイミングや圧縮行程での噴射タイミングが算出される。
【０１６４】
さらに、点火時期演算部２７０は、実燃焼モード判定部２３５において判定された実燃焼モードに基づいて、点火時期を算出する。
【０１６５】
このようにして算出した目標当量比，燃料噴射タイミング，点火時期は、その時点の運転状態に応じた最適値ではあるが、吸入空気量が目標値に至っていない状態においては、エンジンの発生トルクが要求値とは一致しない。例えば、図９の時刻ｔ２−１と時刻ｔ３間では、吸入空気量が目標値に至っていないが、定常状態を想定し求める点火時期は吸気圧縮行程２回噴射モードの可能な最遅角値であり、発生トルクは吸入空気量の不足分だけ不足することとなる。そこで、トルク振分演算部２７５により、発生トルクを補う処理を行う。そして、トルク振分演算部２７５の処理により、目標当量演算部２６０で算出された目標当量比や、噴射タイミング演算部２６５で算出された燃料噴射タイミングや、点火時期演算部２７０で算出された点火時期は、それぞれ、若干補正される。
【０１６６】
まず、目標実トルク推定演算部２５５は、目標トルクＴｅ*から目標実トルクＴｅを推定する演算を行う。運転者のアクセル操作などによるエンジントルク発生要求は、スロットル弁の操作を意図するものであり、前述のようにコレクタ応答等の遅れを想定しているものであるから、例えばアクセル急全開の操作を行っても、コレクタ応答遅れ等の遅れを伴ってエンジン発生トルクを全開トルク相当に実現する。一方、自動変速機の変速時のトルクショック吸収などの外部要求トルクは可及的速やかに要求トルクを実現する必要がある。したがって、要求トルクの種類によって、必要に応じ相当の遅れ等の処理を施して、エンジンがその時点で発生すべき目標トルクを算出する。
【０１６７】
また、動的燃焼効率・トルク演算部２４０は、実燃焼モード判定部２３５で求めた実燃焼モードと、実シリンダ吸入空気量の測定値パラメータであるＴｐによって、それぞれ目標当量演算部２６０，噴射タイミング演算部２６５，点火時期演算部２７０で求めた目標当量比、燃料噴射タイミング、点火時期での動的な燃焼効率ηｄを求める。動的燃焼効率ηｄと実シリンダ吸入空気量Ｔｐから補正を行う前の出力トルクを求める。なお、動的燃焼効率・トルク演算部２４０における詳細な演算処理の内容は、図１８を用いて後述する。
【０１６８】
除算部２４５は、動的燃焼効率・トルク演算部２４０で求めた補正を行う前の出力トルクと、目標実トルク推定演算部２５５で求めた目標実トルクｔｅの比を除算することにより、補正を行う前のトルク余剰率を求めることができる。トルク余剰率は、実トルクが過多な場合は１以上、不足する場合には１未満の値となる。
【０１６９】
トルク振分演算部２７５は、除算部２４５により求められたトルク余剰率を解消すべく、点火時期補正量、噴射タイミング補正量、目標当量比補正量を求める。
【０１７０】
乗算部２８０は、目標当量演算部２６０で算出された目標当量比に、トルク振分演算部２７５で算出された目標当量比補正量を乗算して、補正後の目標当量比を算出し、インジェクタ１１２に出力する。前述したように、目標当量比は、理論空燃比に対する補正率である。したがって、例えば、理論空燃比（Ａ／Ｆ＝１４．７；ストイキオメトリック）で運転する場合には、補正率は１．０であり、実吸入空気量Ｑａに対して、理論空燃比となる燃料がインジェクタ１１２から噴射される。図９（Ｄ）は、このようにして算出された燃料噴射量を示している。
【０１７１】
加算部２８５は、噴射タイミング演算部２６５で算出された燃料噴射タイミングに、トルク振分演算部２７５で算出された目標噴射タイミング補正量を加算して、補正後の目標噴射タイミングを算出し、インジェクタ１１２に出力する。
【０１７２】
加算部２９０は、点火時期演算部２７０で算出された点火時期に、トルク振分演算部２７５で算出された目標点火時期を加算して、補正後の目標点火時期を算出し、点火コイル１１３に出力する。
【０１７３】
例えば、図９の時刻ｔ２−１と時刻ｔ３間では、吸入空気量が目標値に至っていないが、定常状態を想定し求める点火時期は吸気圧縮行程２回噴射モードの可能な最遅角値であり、発生トルクは吸入空気量の不足分だけ不足することとなるため、不足トルクを補うよう点火時期の進角側の補正値を算出し、この補正値に基づいて点火時期を補正する。図９（Ｅ）は、このようにして補正された点火時期を示している。これにより、目標実トルクに対し、過不足ない発生トルクを実現できるようになる。
【０１７４】
次に、図１６を用いて、本実施形態によるエンジン制御装置に用いる目標燃焼モード判定部２３０における目標燃焼モードの判定処理の内容について説明する。  
図１６は、本発明の一実施形態によるエンジン制御装置に用いる目標燃焼モード判定部における目標燃焼モードの判定処理の内容を示すフローチャートである。
【０１７５】
前述のように、触媒を早期に暖機したいときは、圧縮膨張行程２回噴射の燃焼モード（または、吸気＋圧縮噴射）を行いたいものである。一方、圧縮膨張行程２回噴射モードでは実現できる発生トルクに限界がある。また、触媒暖機の必要がない場合は、吸気１回噴射モードとしてインジェクタの作動回数を下げ、インジェクタの消費電力を下げ、また、演算の処理負荷を低減するようにしたい。目標燃焼モード判定部２３０では、かかる燃焼モード判定を行う。
【０１７６】
ステップＳ２３１において、目標燃焼モード判定部２３０は、エンジン完爆後、所定時間が経過したか否かを判定する。ここで、所定時間とは、例えばエンジン回転数が完爆回転数以上となってからファーストアイドルの回転数に到達するまでの時間である。所定時間が経過していなければ、ステップＳ２３２に進み、所定時間が経過すると、ステップＳ２３４に進む。
【０１７７】
エンジン完爆後所定時間が経過してない場合には、ステップＳ２３２において、目標燃焼モード判定部２３０は、エンジン冷却水温が圧縮行程１回噴射モードの許可範囲内か否かを判定する。ここで、許可範囲内の冷却水温とは、圧縮行程噴射が可能な冷却水温を指し、例えば−１０℃から８０℃程度の範囲である。許可範囲内の場合には、ステップＳ２３３に進み、目標燃焼モード判定部２３０は、目標燃焼モードを、圧縮行程１回噴射モードとする。許可範囲外である場合、例えば、エンジン冷却水温が８０度以上の場合は、触媒暖気が終了しており、触媒暖気は不要であるので、ステップＳ２３９に進み、吸気行程１回噴射モードとする。
【０１７８】
ステップＳ２３１において、所定時間が経過したと判定されると、ステップｓ２３４において、目標燃焼モード判定部２３０は、触媒暖気が終了したか否かを判定する。終了している場合には、ステップＳ２３９に進み、吸気行程１回噴射モードとする。
【０１７９】
触媒暖機終了の判定は、触媒暖機燃焼モードが所定時間以上実行されたか否かによって行う。なお、他の方法としては、触媒に与えた熱エネルギを推定し、その積算値が所定値以上の場合や、エンジン始動以降の吸入空気量の積算値が所定値以上の場合や、触媒の温度を直接検出し、検出値が所定値以上の場合や、触媒の活性度を測定し、活性度が所定値以上の場合等においても、触媒暖機終了と判定することができる。
【０１８０】
触媒暖気が終了してない場合には、ステップＳ２３５において、目標燃焼モード判定部２３０は、エンジン冷却水温が所定範囲内か否かを判定する。所定範囲内の場合には、ステップＳ２３６に進み、所定範囲外の場合には、ステップＳ２３９に進み、吸気行程１回噴射モードとする。ここで、所定範囲の冷却水温とは、触媒が冷機状態で、かつ、触媒暖気のための点火リタードが可能な冷却水温を指し、例えば−１０℃から４０℃程度の範囲である。エンジン冷却水温が所定範囲内の場合には、ステップＳ２３６において、目標燃焼モード判定部２３０は、エンジン回転数が所定値以下で、かつ、目標トルクが所定値以下か否かを判定する。この条件が満たされる場合には、ステップＳ２３８に進み、目標燃焼モードを、圧縮膨張行程２回噴射モードとする。一方、条件が満たされない場合には、ステップＳ２３７に進み、目標燃焼モードを、吸気圧縮行程２回噴射モードとする。すなわち、圧縮膨張行程２回噴射モードによる燃焼が可能な範囲は、目標トルクが所定トルク以下で、エンジン回転数が所定回転数以下の範囲に限られるため、これらの条件を満たしたとき、圧縮膨張行程２回噴射モードとしている。
【０１８１】
次に、図１７を用いて、本実施形態によるエンジン制御装置に用いる実燃焼モード判定部２３５における実燃焼モードの判定処理の内容について説明する。  
図１７は、本発明の一実施形態によるエンジン制御装置に用いる実燃焼モード判定部の処理の内容をブロック図である。
【０１８２】
前述のとおり、実燃焼モード判定部２３５では２回噴射が可能な状態であることを判定したいので、最小燃料噴射量算出部２３５ａにおいて、最小燃料噴射量を求めるようにしている。本例では、インジェクタがインジェクタの上流に印加される高圧燃料の燃料圧力により、噴射可能な最小燃料量が異なるという場合において、実燃料圧力から最小燃料噴射量をテーブル検索で求める。一般に、印加される燃料圧力に打ち勝って開弁する構造のインジェクタにおいては、燃料圧力が高くなるにつれ弁体の動作が遅くなるため、制御可能な燃料噴射期間が長くなる場合があり、かつ、弁が開している間の時間当り燃料流量は、燃料圧力が高くなるほど大きくなる。そこで、これらの特性を包括して、本例ではテーブル検索という手段を用いている。噴射可能な最小燃料量が所定の運転状態パラメータにより、数式演算可能な場合は、適宜数式演算を用いてもよいものである。
【０１８３】
除算部２３５ｂは、最小燃料噴射量算出部２３５ａで算出した最小燃料噴射量を、目標空燃比で除算して、最小噴射量に対応する吸入空気量を求める。
【０１８４】
次に、乗算部２３５ｃは、除算部２３５ｂで算出した最小噴射量に対応する吸入空気量を、燃料噴射量の分割比で除算する。ここで、分割比とは、前述のように、１回の燃焼に供する総噴射量に対する各噴射の燃料噴射量の比であり、図示していないが、運転状態により所望の燃焼室内混合気分布を生成するよう、適宜演算するものである。そこで、乗算部２３５ｃに供する分割比は、２つの燃料噴射の小さい方を用いるようにしている。これにより、２回噴射で実現可能な１回の燃焼での吸入空気量を求めることができる。
【０１８５】
次に、比較部２３５ｄは、実吸入空気量（１回の燃焼で吸入する空気量）と、２回噴射で実現可能な１回の燃焼での吸入空気量を比較し、実吸入空気量が大であれば２回噴射の実現が可能であると判断し、２回噴射許可を出力する。
【０１８６】
切替部２３５ｅは、目標燃焼モードと、圧縮行程１回噴射モードを切り替える。２回噴射許可が出力されない場合には、圧縮行程１回噴射モードを実燃焼モードとして出力するが、２回噴射許可が出力されると、目標燃焼モードをそのまま実燃焼モードとして出力する。図９の例では、時刻ｔ２において、目標燃焼モードは、吸気圧縮２回噴射モードであるが、この時点では、２回噴射が許可されないので、圧縮行程１回噴射とし、時刻ｔ２において、２回噴射が許可されると、吸気圧縮行程２回噴射とする。
【０１８７】
以上の説明では、吸気圧縮行程２回噴射、圧縮膨張行程２回噴射を区別していないが、前述のとおり分割比は燃焼の要求により決まるものであるため、各燃焼モード毎に要求値が存在する。よって、各燃焼モード毎に前述の判定を設けるのが良い。以上説明した処理により、インジェクタの最小噴射可能燃料量に対応した、１燃焼あたり２回噴射を実行可能かの判定を行うことができる。
【０１８８】
以上説明した方法は、吸気圧縮行程２回噴射では、図４の破線ファーストアイドルトルク上では点Ｂを求める方法であるが、吸気１回噴射の燃焼可能範囲、吸気圧縮行程２回噴射の燃焼可能範囲が両立している範囲内、すなわちファーストアイドルトルク上では点Ｂと点Ｃの間で燃焼モード切替を行えば燃焼が継続する。
【０１８９】
次に、図４の点Ｃを求める方法について、以下説明する。点Ｃは、吸気１回噴射モードにおける点火時期遅角側の燃焼成立境界であるから、該燃焼モードの標準点火時期に対する遅角量が所定値以上であること、例えば図１５のトルク振分演算部２７５で算出される点火時期補正量が遅角側の所定値以上であることが挙げられる。また、燃焼効率の観点から、標準状態の吸入空気量に対する実吸入空気量の比、例えば図１５の目標空気量演算部２１０の出力と実空気量推定演算部２５０の比はその時点における燃焼効率の逆数であるから、該値が所定値以上であることが挙げられる。それ以外にも、演算上存在させている演算パラメータによって、適宜選定すればよい。
【０１９０】
以上の説明では、図１５での点Ｂ、点Ｃを求める方法を示したが、切替可能なタイミングを判定する処理と実際の燃焼切替実行には、前述のように気筒別の行程を認識して行う必要があるため、遅れが生じることがある。よって、吸気＋圧縮噴射への切替は点Ｂで判定、吸気１回噴射への切替は点Ｃで判定するとし、燃焼モード切替を実行しても吸気１回噴射、吸気圧縮行程２回噴射の燃焼可能範囲が両立している範囲内で切替が実行できるようにするのが良い。
【０１９１】
さらに簡便には、図１５での点Ｂ、点Ｃの間で燃焼切替を行えば、燃焼を継続できるので、燃焼モード切替判定から所定時間経過後に燃焼モード切替を実行するようにしてもよい。
【０１９２】
次に、図１８を用いて、本実施形態によるエンジン制御装置に用いる動的燃焼効率・トルク演算部２４０における処理の内容について説明する。  
図１８は、本発明の一実施形態によるエンジン制御装置に用いる動的燃焼効率・トルク演算部における処理の内容を示すブロック図である。
【０１９３】
動的燃焼効率算出部２４０ａは、実燃焼モードと、１燃焼あたりの吸入空気量Ｔｐと、エンジン回転数から、動的燃焼効率マップを用いて、動的燃焼効率を求める。動的燃焼効率は、前述のとおりそれぞれ目標当量演算部２６０、噴射タイミング演算部２６５、点火時期演算部２７０で求めた目標当量比、燃料噴射タイミング、点火時期での動的な燃焼効率であり、本例では吸気１回噴射での理論空燃比、標準点火時期時を基準状態とし、その燃焼効率を１とした相対比率として求めるようにしている。
【０１９４】
一方、乗算部２４０ｂは、１燃焼あたりの吸入空気量Ｔｐに対し、標準状態でのトルクゲインを乗算し、また、減算部２４０ｃは、乗算部２４０ｂの出力からトルクオフセットを減算して、１燃焼あたりの吸入空気量Ｔｐに対応する標準状態時の相当発生トルクを求める。
【０１９５】
そして、乗算部２４０ｄでは、動的燃焼効率算出部２４０ａで算出された動的燃焼効率と、標準状態時の相当発生トルクを乗じることにより、それぞれ目標当量演算部２６０、噴射タイミング演算部２６５、点火時期演算部２７０で求めた目標当量比、燃料噴射タイミング、点火時期での発生トルクを算出する。
【０１９６】
このようにして算出した補正前の発生トルクは、前述のとおり、吸入空気量が目標値に至っていないときには、目標トルクとは一致しない。
【０１９７】
そこで、除算部２４５において、目標トルクｔｅで、補正前の発生トルクから除することにより、トルク余剰率を求める。
【０１９８】
以上説明した処理により、発生トルク補正前の燃料噴射量、点火時期、燃料噴射タイミングで運転した場合のトルク余剰率を求めることができ、もって余剰トルクを解消するような燃料噴射量、点火時期、燃料噴射タイミングの補正量を求める処理への入力値を供給できる。
【０１９９】
次に、図１９を用いて、本実施形態によるエンジン制御装置に用いるトルク振分演算部２７５における処理の内容について説明する。  
図１９は、本発明の一実施形態によるエンジン制御装置に用いるトルク振分演算部における処理の内容を示すブロック図である。
【０２００】
図１９において、点火時期遅角量算出部２７５ａと、減算部２７５ｂと、リミッタ２７５ｃは、吸気圧縮行程２回噴射モードにおける点火時期補正量、目標当量比補正率を算出する。吸気１回噴射モードの場合も、同様に、算出される。
【０２０１】
点火時期遅角量算出部２７５ａは、トルク余剰率から、それを解消するに相当する点火時期の補正量（点火時期遅角量）をテーブル検索により求める。吸気圧縮行程２回噴射モードにおいては、点火時期操作量に対するトルク操作率の感度は、運転領域の広い範囲でほぼ同一であるため、本例では一括のテーブル検索手法を採っている。各燃焼モードの点火時期とトルク操作率に、例えば燃焼モードに個別の特性がある場合には、検索テーブルを燃焼モードにより切替選択して用いる、適切な演算式で算出する、などの手法を用いるのがよい。
【０２０２】
次に、減算部２７５ｂは、トルク過剰率から、点火時期操作により補正可能な最大値である点火時期最大補正率を減じる。この値が正の場合は、点火時期操作で燃焼が成立する範囲以外のトルク余剰率が発生したときであり、かつ、燃料により補正すべきトルク余剰率である。そこで、リミッタ２７５ｃは、演算結果を正値に制限し、また、理論空燃比近傍では、当量比と発生トルクは略比例するので、目標当量比補正率で目標当量比を除することで、所望のトルク余剰を抑制することができる。
【０２０３】
このように、減算部２７５ｂとリミッタ２７５ｃとでは、点火時期操作で燃焼が成立する範囲以外のトルク余剰率は発生した場合に、目標当量比補正値を算出する。
【０２０４】
図１９において、リタード量算出部２７５ｆと、リタード量補正部２７５ｇとは、圧縮膨張行程２回噴射モードにおける点火時期、燃料噴射タイミング補正値を算出する。
【０２０５】
リタード量算出部２７５ｆは、点火時期遅角量算出部２７５ａと同様に、トルク余剰率から、それを解消するに相当する点火時期の補正量をテーブル検索により求める。ここで、圧縮膨張行程２回噴射モードにおける点火時期操作量に対するトルク操作率の感度が、リタード量算出部２７５ｆに示した特性と異なる場合には、圧縮膨張行程２回噴射モードでの特性をテーブルに設定するのがよい。ここで、圧縮膨張行程２回噴射モードは、図７を用いて説明したように、点火時期と燃料噴射タイミングに依存する燃焼安定領域を持つ。したがって、トルク操作のために点火時期を操作した場合、燃料噴射タイミングを点火時期に整合させて、燃焼安定領域内に留まるように操作する必要がある。
【０２０６】
そこで、リタード量補正部２７５ｇは、点火時期操作量に相応して、燃焼安定を確保できる燃料噴射タイミング補正量ΔＩＴ１をテーブル検索により求め、該値をもって燃料噴射タイミングを補正するようにしている。
【０２０７】
ここで、本例では圧縮行程の燃料噴射タイミングを補正する例を示しているが、燃焼の特性により、膨張行程の燃料噴射タイミング補正が必要な場合は、同様の手法により補正を行うのがよい。また、本例では、テーブル検索により燃料噴射タイミング補正値を求める方法を採っているが、燃焼の特性と、演算処理の便宜性から、補正値算出の手法を、適宜選定すればい。
【０２０８】
以上、図１９を用いて説明した補正は、燃焼が成立する範囲で実行するのが望ましい。よって、適宜補正量に燃焼が成立する範囲内となるようリミッタを設けるのがよい。
【０２０９】
また、吸気圧縮行程２回噴射、圧縮膨張行程２回噴射の燃焼モードにおいては、点火時期を燃焼可能な最大範囲で遅角し触媒暖機効果を得たいが、前述のように燃焼効率の低下に伴い大きな充填効率を必要とし、よって大きいスロットル弁の開度を必要とする。かかる場合に、エンジン音が吸気通路から聞こえやすくなる、などスロットル弁が過大に開くことを抑制したい要求がある場合がある。かかる場合には、スロットル弁開度が過大にならないように点火時期遅角量を設定する、などすればよい。
【０２１０】
次に、図２０及び図２１を用いて、本実施形態によるエンジン制御装置に用いるトルク振分演算部２７５の中の点火時期補正量算出部の他の処理の内容について説明する。  
図２０は、空気密度により点火時期補正の原理説明図である。図２１は、本発明の一実施形態によるエンジン制御装置に用いるトルク振分演算部における点火時期補正量算出部の他の処理の内容を示すブロック図である。
【０２１１】
吸入空気の密度は、エンジンを運転する周囲大気の状態によって変化する。例えば、大気圧が低いとき、空気温度が高いときには、吸入空気の密度は低くなる。
【０２１２】
図２０は、同一スロットル弁開度において、吸入空気の密度によって変化する発生トルクの状態を示している。空気密度が大きい場合は、より多くの空気を吸入できるが、反対に空気密度が小さい場合は、吸入空気量は少なくなり、その結果発生トルクは図のように変化する。ここで、空気密度の低下に伴いスロットル開度を増大させれば、同一の点火時期において同一の発生トルクを確保できるが、スロットル開度を増大させることには、前述の跳ね返りが発生する場合がある。また、要求する空気量に対応するスロットル開度の要求値が、全開を超える場合も有り得る。かかる場合には、スロットル弁開度を同一としたまま、図に示すように、破線のアイドル時であれば、アイドル時トルクを維持できるように、点火時期をＡからＢに進角させることで対応が可能である。
【０２１３】
図２１において、吸入空気密度推定部２７５ｊは、大気圧と吸入空気温度から、吸入空気の密度を推定する。具体的には、気体の状態方程式を用いて計算する、大気圧、吸入空気温度からマップ検索して求める、などがある。
【０２１４】
次に、除算部２７５ｋは、吸入空気密度と基準状態での空気密度との比を求める。本処理により、空気密度の比を求めることができ、この値はトルクの低減率に相当する。
【０２１５】
そして、点火時期補正量算出部２７５ｍでは、トルク低減率に応じて、点火時期補正量をテーブル検索により求める。点火時期補正量は、点火時期と発生トルクの関係から設定すればよい。このようにして求めた点火時期補正量は、図１５の点火時期演算部２７０で求めた点火時期に対し補正を行い、点火時期操作する。かかる処理によって、図２０で説明した、吸入空気の密度に応じて点火時期Ａから点火時期Ｂへと点火時期を補正することができる。
【０２１６】
次に、図２２を用いて、本実施形態によるエンジン制御装置に用いる目標燃焼モード判定部２３０の追加の処理内容について説明する。  
図２２は、本発明の一実施形態によるエンジン制御装置に用いる目標燃焼モード判定部における追加の処理の内容を示すブロック図である。
【０２１７】
図４で説明したとおり、触媒暖機のための燃焼モードは、エンジンに高い充填効率を要求するが、高い充填効率下では、エンジンの吸気管圧は高く、真空側から乖離することとなる。一方、エンジンの吸気管圧の負圧を利用し動作するデバイスが車両に使用されていることが多い。例えば、ブレーキの踏力倍増装置には、吸気管負圧を動力源とするものが多い。ブレーキの踏力倍増装置は、蓄圧室に負圧を蓄積し、ブレーキ作動時に負圧気体が持つエネルギを消費してブレーキ作動力を倍増するもので、作動後には新たに吸気管から負圧を供給して次の作動に備えるように動作する。よって、ブレーキの踏力倍増装置蓄圧室に負圧が十分蓄積されていない状態では、ブレーキの作動が十分でない場合がある。
【０２１８】
かかる状態を回避するため、触媒暖機の燃焼モードを実行する条件に、ブレーキの踏力倍増装置蓄圧室に負圧が十分蓄積されていること、を加える。かかる処理は、図１５では目標燃焼モード判定部２３０に属し、負圧確保しているとき燃焼モード許可、負圧確保していないとき燃焼モード禁止、とする。
【０２１９】
具体的に負圧確保を検出する方法は、蓄圧室に負圧検出装置を設け、直接状態を検出する方法、ブレーキの作動状態を検出、例えばブレーキランプのＯＮＯＦＦ状態を検出し、蓄圧状態を推定する方法、などがある。
【０２２０】
図２２は、かかる処理を行った一例の動作を示したものである。図２２において、図２２（Ａ）は始動モードＭｓｔを示し、図２２（Ｂ）は燃焼モードＭｃｍｂを示す。図２２（Ｃ’）は吸入空気量Ｑａを示し、矢印の上側が吸入空気量が大きいものである。なお、吸入空気量は、図３（Ｃ）に示した充填効率に比例している。図２２（Ｈ）は吸気管圧Ｐｉｎを示し、矢印の上側が吸気管圧が大きいものである。図２２（Ｉ）はブレーキ畜圧室の圧力Ｐｂｒを示し、矢印の上側がブレーキ畜圧室の圧力が大きいものである。
【０２２１】
図２２（Ｈ）に示すように、クランキングから始動終了にかけ、吸気管圧Ｐｉｎは真空側に向かい、それに伴い、図２２（Ｉ）に示すように、ブレーキ蓄圧室圧Ｐｂｒは吸気管圧力を導入して負圧側に向かう。
【０２２２】
時刻ｔ２−２において、ブレーキ蓄圧室圧Ｐｂｒが負圧確保できたと判断され、時刻ｔ３において、吸入空気量Ｑａが２回噴射可能な吸入空気量Ｑａ１になると、吸気圧縮行程２回噴射モードが許可され、燃焼モード切替を実行している。
【０２２３】
また、ファーストアイドル中ながら、例えば、図２２（Ｉ）における時刻ｔ３−１のように、ブレーキ動作によりブレーキ蓄圧室圧が大気圧側に変化すると、ブレーキ蓄圧室圧が負圧確保できていないと判断され、触媒暖機が完了していない状態ながら、時刻ｔ３−２において、吸気圧縮行程２回噴射モードから、吸気１回噴射モードへと燃焼モード切替を行っている。かかる動作により、ブレーキ蓄圧室圧はエンジン運転中負圧を確保でき、ブレーキの作動に支障がないようにしている。
【０２２４】
以上の説明では、ブレーキ装置の負圧確保について説明したが、他にも吸気管圧の負圧を利用し動作するデバイスがあれば、同様の処理で動作を確保することができる。
【０２２５】
次に、図２３を用いて、本実施形態によるエンジン制御装置に用いる目標燃焼モード判定部２３０の第２の追加の処理内容について説明する。  
図２３は、本発明の一実施形態によるエンジン制御装置に用いる目標燃焼モード判定部における第２の追加の処理の内容を示すブロック図である。
【０２２６】
本実施形態の燃焼モードは、図４などで説明したように燃焼室内の混合気分布を意図するように生成し実現するものであるから、インジェクタからの燃料噴射形態が重要な成立要件になっている。ここで、インジェクタの上流の燃料圧力は、燃料噴射形態に大きな影響を与えるものであるため、所望の近郷着分布を生成するためには、燃料圧力が所望の範囲内にあることが燃焼成立の要件となる場合がある。
【０２２７】
一方、燃料圧力は、エンジンの出力を直接または間接的に動力源として作動する燃料ポンプによって昇圧し、インジェクタに供給する形態が多く用いられている。よってエンジン停止中は、燃料ポンプは停止しており、蓄圧した高圧燃料圧力は諸所のリーク要素により低下し、エンジン始動時には低くなっている場合が多い。よってエンジンの始動時には、低い燃料圧力から、ポンプの仕事により徐々に高い燃料圧力へと至る場合が多い。また、エンジン運転中であっても、燃料ポンプやその制御装置の故障、燃料圧力制御の不調により、所望の燃料圧力範囲を逸脱することが考えられる。
【０２２８】
かかる場合には、触媒暖機の燃焼モードを実行する条件に、燃料圧力が所定の範囲内にあること、を加える。かかる処理は、ブレーキ負圧確保要件と同様に、図１５の目標燃焼モード判定部２３０に属し、燃料圧力が所定範囲内にあるとき燃焼モード許可、燃料圧力が所定範囲内にないとき燃焼モード禁止、とするのがよい。
【０２２９】
図２３は、かかる処理を行った一例の動作を示したものである。図２３において、図２３（Ａ）は始動モードＭｓｔを示し、図２３（Ｂ）は燃焼モードＭｃｍｂを示す。図２３（Ｃ’）は吸入空気量Ｑａを示し、矢印の上側が吸入空気量が大きいものである。なお、吸入空気量は、図３（Ｃ）に示した充填効率に比例している。図２３（Ｊ）は燃料圧力Ｐｆｕを示し、矢印の上側が燃料圧力が大きいものである。
【０２３０】
図２３（Ｊ）に示すように、燃料圧力Ｐｆｕは、クランキング中はエンジン回転数が低いため遅い応答速度で昇圧し、始動終了にかけ早い応答速度で目標範囲に向かう。
【０２３１】
時刻ｔ２−３において、燃料圧力が所定の範囲内にあると判断され、時刻ｔ２−３において、吸気圧縮行程２回噴射モードに、燃焼モードが切替られる。
【０２３２】
また、燃料ポンプ故障により燃料圧力が低下すると、時刻ｔ３−３において、燃料圧力が所定範囲内にないと判断され、触媒暖機が完了していない状態ながら、吸気圧縮行程２回噴射モードが禁止され、時刻ｔ３−４において、吸気１回噴射モードに燃焼モード切替られる。
【０２３３】
かかる動作により、燃料圧力が所望の範囲内になく、燃焼が成立しないときに触媒暖機用燃焼モードを実行しないようにしている。
【０２３４】
次に、図２４を用いて、本実施形態によるエンジン制御装置に用いるトルク振分部２６５の追加の処理内容について説明する。  
図２４は、本発明の一実施形態によるエンジン制御装置に用いるトルク振分部における追加の処理の内容を示すブロック図である。
【０２３５】
以上の説明では、エンジンの発生トルクを所望の値に制御するように、吸入空気量に応じてきめ細かく制御するような例を示したが、点火時期の操作精度は、エンジン発生トルクの要求精度に応じて適宜設定し、それに応じて点火時期演算の処理を適宜設計すればよいものである。
【０２３６】
図２４は、かかる処理を行った一例の動作を示したものである。図２４において、図２４（Ａ）は始動モードＭｓｔを示し、図２４（Ｂ）は燃焼モードＭｃｍｂを示す。図２４（Ｃ’）は吸入空気量Ｑａを示し、矢印の上側が吸入空気量が大きいものである。なお、吸入空気量は、図３（Ｃ）に示した充填効率に比例している。図２４（Ｄ）は燃料噴射量Ｑｉｎｊを示し、矢印の上側が燃料噴射量が大きいものである。図２４（Ｅ）は点火時期Ｔｍｇ−ｉｇｎを示し、矢印の上側が点火時期が進角するものである。
【０２３７】
例えば、点火時期を遅角させる形態としては、図２４（Ｅ）に示す実線、破線、一点鎖線のような様々な例が考えられる。
【０２３８】
実線は、燃焼モード切替実行を判定したら、目標の吸入空気量を切り替えるとともに、点火時期を所定値まで一括遅角し、吸気圧縮行程２回噴射が可能と判断した時点で、燃焼モードを切り替えるとともに、点火時期をさらに吸気圧縮行程２回噴射モードでの定常値まで遅角させている。
【０２３９】
破線は、燃焼モード切替実行を判定したら、目標の吸入空気量を切り替えるとともに、点火時期を所定の率で徐々に遅角させ、吸気圧縮行程２回噴射が可能と判断した時点で、燃焼モードを切り替えるとともに、同様の率で点火時期を徐々に遅角させ、吸気圧縮行程２回噴射モードでの定常値まで至らしめている。
【０２４０】
一点鎖線は、燃焼モード切替実行を判定したら、目標の吸入空気量を切り替えるとともに、点火時期を所定値まで一括遅角し、吸気圧縮行程２回噴射が可能と判断した時点で、更に所定時間、所定値まで一括遅角させ、その後吸気圧縮行程２回噴射モードでの定常値に一括到達するようにしている。
【０２４１】
また、図示しないが、吸気圧縮行程２回噴射から吸気１回噴射への切替においても同様の操作が可能である。
【０２４２】
かかる処理を行う点火時期演算の算出方法は、具体的には説明しないが、時間、変化率設定などで適宜設計すればよい。
【０２４３】
以上のいずれの場合においても、点火時期は燃焼モード切替前後において、燃焼モード切替に伴うトルク変動を抑制する方向へと操作を行い、２回噴射が実行可能なタイミングで燃焼モードを切り替えるようにしている。
【０２４４】
次に、図２５を用いて、本実施形態によるエンジン制御装置に用いるトルク振分部２６５の第２の追加の処理内容について説明する。  
図２５は、本発明の一実施形態によるエンジン制御装置に用いるトルク振分部における第２の追加の処理の内容を示すブロック図である。
【０２４５】
以上の説明では、燃焼モード切替判定と同時に目標吸入空気量をステップ的に切り替えている例を示したが、シリンダ流入空気量の推定精度が確保困難な場合、あるいは発生トルク変動の要求が厳しい場合には、目標吸入空気量の切替を緩やかにして、シリンダ流入空気量の推定精度の確保、発生トルク変動の抑制を計る。
【０２４６】
図２５は、かかる処理を行った一例の動作を示したものである。図２５において、図２５（Ａ）は始動モードＭｓｔを示し、図２５（Ｂ）は燃焼モードＭｃｍｂを示す。図２５（Ｃ’）は吸入空気量Ｑａを示し、矢印の上側が吸入空気量が大きいものである。なお、吸入空気量は、図３（Ｃ）に示した充填効率に比例している。図２５（Ｄ）は燃料噴射量Ｑｉｎｊを示し、矢印の上側が燃料噴射量が大きいものである。図２５（Ｅ）は点火時期Ｔｍｇ−ｉｇｎを示し、矢印の上側が点火時期が進角するものである。
【０２４７】
時刻ｔ２において、燃焼モード切替の判定を行っており、図２５（Ｃ’）に一点鎖線で示すように、目標吸入空気量は、吸気圧縮行程２回噴射での定常目標値に向かい、所定の速度で徐々に変化させる。したがって、実吸入空気量の応答は、図２５（Ｃ’）に実線で示すように、図９の場合に比べ緩やかなものとなっており、単位時間あたりの変化量が小さくなっている。したがって、吸入空気量推定の精度が向上でき、点火時期操作量の算出結果もより実態に即した値とすることができる。その結果、発生トルク変動も精度良く抑制することができる。
【０２４８】
以上、吸気行程１回噴射または圧縮行程１回噴射と、圧縮膨張行程２回噴射または吸気圧縮行程２回噴射との間で燃焼モードを切り替えるにあたり、インジェクタで噴射可能な要求燃料量のときに燃焼モード切替を行い、かつ発生トルク変動を抑制する方法について説明したが、本発明は、特に燃料噴射タイミングを該行程に限定するものではなく、かつ１燃焼あたりの燃料噴射回数を１回と２回の間の切り替えに限定するものではない。すなわち、一般的に１燃焼あたりの燃料噴射回数が変化するような燃焼モード間の切替において、１回あたりのインジェクタからの燃料噴射量に制限がある場合に有効なものである。
【０２４９】
さらに、以上の説明では、燃焼室内に直接燃料噴射を行うエンジンについて説明したが、本発明の適用にあたっては、吸気ポートに燃料噴射するエンジンについても、点火時期の遅角運転を行い、該遅角燃焼を行うにあたり１燃焼あたり複数回の燃料噴射を行い、それ以外で噴射回数の少ない燃料噴射を行う場合に適用が可能である。
【０２５０】
以上説明したように、本実施形態によれば、各燃焼モードにおいて１回の燃料噴射量が該１回の噴射で噴射可能な燃料量下限を上回ることが可能となり、もって複数回の燃料噴射が可能なエンジンの運転状態において噴射パターンの切替えを実行することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０２５１】
【図１】本発明の一実施形態によるエンジン制御装置により制御されるガソリンエンジンシステムの構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態によるエンジン制御装置であるコントロールユニットの構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の一実施形態によるエンジン制御装置による始動時の触媒暖気制御の全体的なシーケンスを示すタイミングチャートである。
【図４】ガソリンエンジンシステムを搭載する車両における各種の燃焼モードの説明図である。
【図５】燃焼モードを、吸気行程１回噴射モードとした場合の、混合気分布の説明図である。
【図６】燃焼モードを、圧縮行程１回噴射モードとした場合の、混合気分布の説明図である。
【図７】圧縮膨張行程２回噴射の燃焼特性の説明図である。
【図８】各燃焼モードにおける、点火時期、発生トルク、排気温度の関係の説明図である。
【図９】本発明の一実施形態によるエンジン制御装置による圧縮行程１回噴射から、圧縮膨張行程２回噴射への切替モードの制御内容を示すタイミングチャートである。
【図１０】本発明の一実施形態によるエンジン制御装置による圧縮膨張行程２回噴射から、吸気行程１回噴射への切替モードの制御内容を示すタイミングチャートである。
【図１１】本発明の一実施形態によるエンジン制御装置によって得られる排気エミッション性能の説明図である。
【図１２】本発明の一実施形態によるエンジン制御装置による燃焼モードの切替時の燃料噴射パターンの説明図である。
【図１３】本発明の一実施形態によるエンジン制御装置による始動時の触媒暖気制御の変形例のシーケンスを示すタイミングチャートである。
【図１４】本発明の一実施形態によるエンジン制御装置による圧縮行程１回噴射から、吸気圧縮行程２回噴射への切替モードの制御内容を示すタイミングチャートである。
【図１５】本発明の一実施形態によるエンジン制御装置の構成を示すブロック図である。
【図１６】本発明の一実施形態によるエンジン制御装置に用いる目標燃焼モード判定部における目標燃焼モードの判定処理の内容を示すフローチャートである。
【図１７】本発明の一実施形態によるエンジン制御装置に用いる実燃焼モード判定部の処理の内容をブロック図である。
【図１８】本発明の一実施形態によるエンジン制御装置に用いる動的燃焼効率・トルク演算部における処理の内容を示すブロック図である。
【図１９】本発明の一実施形態によるエンジン制御装置に用いるトルク振分演算部における処理の内容を示すブロック図である。
【図２０】空気密度により点火時期補正の原理説明図である。
【図２１】本発明の一実施形態によるエンジン制御装置に用いるトルク振分演算部における点火時期補正量算出部の他の処理の内容を示すブロック図である。
【図２２】本発明の一実施形態によるエンジン制御装置に用いる目標燃焼モード判定部における追加の処理の内容を示すブロック図である。
【図２３】本発明の一実施形態によるエンジン制御装置に用いる目標燃焼モード判定部における第２の追加の処理の内容を示すブロック図である。
【図２４】本発明の一実施形態によるエンジン制御装置に用いるトルク振分部における追加の処理の内容を示すブロック図である。
【図２５】本発明の一実施形態によるエンジン制御装置に用いるトルク振分部における第２の追加の処理の内容を示すブロック図である。
【符号の説明】
【０２５２】
１０１…吸気管
１０２…エアクリーナ
１０３…エアフロセンサ
１０４…スロットルセンサ
１０５…スロットルボディ
１０６…コレクタ
１０７…筒内噴射内燃機関
１０９…燃料ポンプ
１１１…高圧燃料ポンプ
１１２…インジェクタ
１１３…点火コイル
１１４…点火プラグ
１１６…カム角センサ
１１７…クランク角センサ
１１８…空燃比センサ
２００…コントロールユニット
２０５…目標トルク演算部
２１０…目標空気量演算部
２１５，２４５…除算部
２２０…目標スロットル開度演算部
２２５…静的燃焼効率演算部
２３０…目標燃焼モード判定部
２３５…実燃焼モード判定部
２５０…実空気量推定演算部
２５５…目標実トルク推定演算部
２６０…目標当量演算部
２６５…噴射タイミング演算部
２７０…点火時期演算部
２７５…トルク振分演算部
２８０…乗算部
２８５，２９０…加算部
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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