(57)【要約】【課題】スプレーガイド式筒内噴射エンジンにおいて、点火プラグの接地電極の向きによる燃焼状態の悪化を防止する。【解決手段】スプレーガイド式の筒内噴射エンジン１１では、点火プラグ２０の先端部から噴霧範囲内に突出した接地電極３８が噴霧の一部を遮る障害物となるため、接地電極３８の向きが変化すると、噴霧形成状態が変化する。圧縮行程噴射（成層燃焼）又は吸気・圧縮行程分割噴射（弱成層燃焼）の運転中に、各気筒の燃焼状態を判定し、いずれかの気筒の燃焼悪化が検出されたときに燃焼状態を改善する燃焼改善制御を実行する。燃焼改善制御中は、燃焼悪化の気筒又は全気筒の圧縮行程中に噴射すべき燃料を分割して噴射したり、或は、点火の総放電期間を遅角側に延長したり、点火時期を遅角側に補正したり、燃料噴射時期を進角側に補正したり、燃圧を低下させたりする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の燃焼室の略中心上方から燃料室内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁と、圧縮行程で燃料を噴射して成層燃焼させる圧縮行程噴射モード又は吸気行程と圧縮行程に燃料を分割して噴射して弱成層燃焼させる吸気・圧縮行程分割噴射モードで燃料噴射を実行する燃料噴射制御手段とを備えたスプレーガイド式筒内噴射内燃機関の制御装置において、  前記圧縮行程噴射モード又は吸気・圧縮行程分割噴射モードで運転しているときに各気筒の燃焼状態を判定する燃焼状態判定手段を備え、
前記燃料噴射制御手段は、前記燃焼状態判定手段によっていずれかの気筒の燃焼悪化が検出されたときに当該燃焼悪化の気筒又は全気筒の圧縮行程中に噴射すべき燃料を当該圧縮行程中に分割して噴射することで燃焼状態を改善する燃焼改善制御を実行することを特徴とするスプレーガイド式筒内噴射内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記燃料噴射制御手段は、燃焼悪化検出時に圧縮行程中に燃料を２回に分割して噴射する際に、分割後の２噴射目の噴射終了時期を分割前の噴射終了時期に設定し、分割後の１噴射目の噴射終了時期を設定可能な範囲で２噴射目の噴射開始時期に近付けて設定することを特徴とする請求項１に記載のスプレーガイド式筒内噴射内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記燃料噴射制御手段は、燃焼悪化検出時に圧縮行程中に燃料を２回に分割して噴射する際に、分割後の１噴射目の噴射量を分割後の２噴射目の噴射量よりも少なく設定することを特徴とする請求項１又は２に記載のスプレーガイド式筒内噴射内燃機関の制御装置。
【請求項４】
点火動作を制御する点火制御手段を備え、
前記点火制御手段は、前記燃焼状態判定手段によっていずれかの気筒の燃焼悪化が検出されたときに当該燃焼悪化の気筒又は全気筒の点火の総放電期間を遅角側に延長す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スプレーガイド式筒内噴射内燃機関の制御装置。
【請求項５】
内燃機関の燃焼室の略中心上方から燃料室内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁と、圧縮行程で燃料を噴射して成層燃焼させる圧縮行程噴射モード又は吸気行程と圧縮行程に燃料を分割して噴射して弱成層燃焼させる吸気・圧縮行程分割噴射モードで燃料噴射を実行する燃料噴射制御手段と、点火動作を制御する点火制御手段とを備えたスプレーガイド式筒内噴射内燃機関の制御装置において、
前記圧縮行程噴射モード又は吸気・圧縮行程分割噴射モードで運転しているときに各気筒の燃焼状態を判定する燃焼状態判定手段を備え、
前記点火制御手段は、前記燃焼状態判定手段によっていずれかの気筒の燃焼悪化が検出されたときに当該燃焼悪化の気筒又は全気筒の点火の総放電期間を遅角側に延長することで燃焼状態を改善する燃焼改善制御を実行することを特徴とするスプレーガイド式筒内噴射内燃機関の制御装置。
【請求項６】
前記点火制御手段は、燃焼悪化検出時に点火の総放電期間を遅角側に延長する手段として多重点火を行うことを特徴とする請求項５に記載のスプレーガイド式筒内噴射内燃機関の制御装置。
【請求項７】
前記点火制御手段は、前記圧縮行程噴射モード又は吸気・圧縮行程分割噴射モードで運転しているときに多重点火を行い、燃焼悪化検出時に多重点火を行う場合は、１放電当たりの放電時間を通常より短くし、且つ放電回数を通常より多く設定することを特徴とする請求項６に記載のスプレーガイド式筒内噴射内燃機関の制御装置。
【請求項８】
前記点火制御手段は、前記圧縮行程噴射モード又は吸気・圧縮行程分割噴射モードで運転しているときに多重点火を行い、燃焼悪化検出時に多重点火を行う場合は、１放電当たりの放電時間を通常より長くし、且つ放電回数を通常より少なく設定することを特徴とする請求項６に記載のスプレーガイド式筒内噴射内燃機関の制御装置。
【請求項９】
内燃機関の燃焼室の略中心上方から燃料室内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁と、圧縮行程で燃料を噴射して成層燃焼させる圧縮行程噴射モード又は吸気行程と圧縮行程に燃料を分割して噴射して弱成層燃焼させる吸気・圧縮行程分割噴射モードで燃料噴射を実行する燃料噴射制御手段とを備えたスプレーガイド式筒内噴射内燃機関の制御装置において、  前記圧縮行程噴射モード又は吸気・圧縮行程分割噴射モードで運転しているときに各気筒の燃焼状態を判定する燃焼状態判定手段を備え、
前記燃料噴射制御手段は、前記燃焼状態判定手段によっていずれかの気筒の燃焼悪化が検出されたときに当該燃焼悪化の気筒の圧縮行程中の燃料噴射時期を進角側に補正することで燃焼状態を改善する燃焼改善制御を実行することを特徴とするスプレーガイド式筒内噴射内燃機関の制御装置。
【請求項１０】
内燃機関の燃焼室の略中心上方から燃料室内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁と、圧縮行程で燃料を噴射して成層燃焼させる圧縮行程噴射モード又は吸気行程と圧縮行程に燃料を分割して噴射して弱成層燃焼させる吸気・圧縮行程分割噴射モードで燃料噴射を実行する燃料噴射制御手段と、点火動作を制御する点火制御手段とを備えたスプレーガイド式筒内噴射内燃機関の制御装置において、
前記圧縮行程噴射モード又は吸気・圧縮行程分割噴射モードで運転しているときに各気筒の燃焼状態を判定する燃焼状態判定手段を備え、
前記点火制御手段は、前記燃焼状態判定手段によっていずれかの気筒の燃焼悪化が検出されたときに当該燃焼悪化の気筒の点火時期を遅角側に補正することで燃焼状態を改善する燃焼改善制御を実行することを特徴とするスプレーガイド式筒内噴射内燃機関の制御装置。
【請求項１１】
吸入空気量を制御する吸入空気量制御手段を備え、
前記吸入空気量制御手段は、前記燃焼改善制御の実行によりトルク低下が現れるときに吸入空気量を増加させてトルク低下を抑制することを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載のスプレーガイド式筒内噴射内燃機関の制御装置。
【請求項１２】
内燃機関の燃焼室の略中心上方から燃料室内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁と、圧縮行程で燃料を噴射して成層燃焼させる圧縮行程噴射モード又は吸気行程と圧縮行程に燃料を分割して噴射して弱成層燃焼させる吸気・圧縮行程分割噴射モードで燃料噴射を実行する燃料噴射制御手段と、前記燃料噴射弁に供給する燃料の圧力（以下「燃圧」という）を制御する燃圧制御手段とを備えたスプレーガイド式筒内噴射内燃機関の制御装置において、
前記圧縮行程噴射モード又は吸気・圧縮行程分割噴射モードで運転しているときに各気筒の燃焼状態を判定する燃焼状態判定手段を備え、
前記燃圧制御手段は、前記燃焼状態判定手段によっていずれかの気筒の燃焼悪化が検出されたときに前記燃料噴射弁に供給する燃圧を低下させることで燃焼状態を改善する燃焼改善制御を実行することを特徴とするスプレーガイド式筒内噴射内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃焼室の略中心上方から燃料室内に燃料を直接噴射するスプレーガイド式筒内噴射内燃機関の制御装置に関する発明である。
【背景技術】
【０００２】
従来の一般的な筒内噴射内燃機関は、燃焼室の側方（吸気ポート近傍）から燃焼室内に燃料を斜め下向きに噴射するように燃料噴射弁を配置し、この燃料噴射弁の噴射燃料をピストン頂面の凹部に衝突させて該凹部の内周壁によって噴射燃料をピストンの上方側へ案内するようにしている。このような噴射方式は、ウォールガイド式と呼ばれている。
【０００３】
しかし、燃料噴射弁の噴射燃料がピストン上面やシリンダ内壁面に付着すると、その付着燃料が未燃ＨＣとして残留しやすくなるため、ピストン上面やシリンダ内壁面に付着する燃料（ウエット）が多くなると、ＨＣ排出量が増加して排気エミッションが悪化する傾向がある。
【０００４】
この対策として、スプレーガイド式（センター噴射式）の筒内噴射内燃機関が開発されている。このスプレーガイド式の筒内噴射内燃機関は、特許文献１（特開２００５−１０５８７７号公報）に記載されているように、燃焼室の略中心上方から燃料室内に燃料を下向きに噴射するように燃料噴射弁を配置し、この燃料噴射弁の噴射燃料をピストン上面やシリンダ内壁面にできるだけ衝突させないように燃料の噴射力（貫徹力）を弱めに設定することで、ピストン上面やシリンダ内壁面に付着する燃料（ウエット）を低減するようにしている。
【特許文献１】特開２００５−１０５８７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記スプレーガイド式の筒内噴射内燃機関では、図２、図３に示すように、燃焼室３２の上部中央付近に燃料噴射弁１９と点火プラグ２０とが接近して配置され、燃料噴射弁１９の噴霧の一部が点火プラグ２０の先端部（火花放電発生部）に直接当たるように設計されているため、点火プラグ２０の先端部から噴霧範囲内に突出した接地電極３８が噴霧の一部を遮る障害物となることは避けられない。
【０００６】
点火プラグ２０は、その金属ハウジングの外周部に形成したねじ部３９をシリンダヘッド３１のプラグ穴４０のねじ孔に締め込んで固定するようになっているため、ねじ部３９・ねじ孔の製造ばらつきや点火プラグ２０の締め付け力のばらつき等によって接地電極３８の向きが様々に変化する。上述したように、スプレーガイド式の筒内噴射内燃機関では、点火プラグ２０の先端部から噴霧範囲内に突出した接地電極３８が噴霧の一部を遮る障害物となるため、接地電極３８の向きが変化すると、接地電極３８による噴霧遮りの影響が変化して噴霧形成状態が変化する。
【０００７】
一般に、筒内噴射内燃機関では、吸気行程で燃料を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（吸気行程噴射モード）と、圧縮行程で燃料を噴射して成層混合気を形成して成層燃焼させる成層燃焼モード（圧縮行程噴射モード）と、吸気行程と圧縮行程に燃料を分割して噴射して弱成層燃焼させる弱成層燃焼モード（吸気・圧縮行程分割噴射モード）とを、エンジン運転状態（エンジン回転速度や要求トルク等）に応じて切り換えるようにしている。吸気行程で燃料を噴射する均質燃焼モードでは、燃焼室全体に均質混合気を充満させて点火するため、接地電極３８の向きによって燃焼状態が変化することはないが、圧縮行程で燃料を噴射する成層燃焼モードや弱成層燃焼モードでは、点火プラグ２０の付近に部分的に濃い混合気を形成して点火するため、接地電極３８の向きによって噴霧形成状態が変化すると、点火プラグ２０付近の混合気の形成状態が変化して燃焼状態が変化する。このため、図４に示すように、接地電極３８の向きによっては、燃焼状態が悪化する可能性がある。本発明者の実験結果によれば、燃料噴射弁１９からの噴霧の一つが点火プラグ２０の向きに噴射される場合には、接地電極３８が燃料噴射弁１９側とは反対側を向いている時に対して、接地電極３８の向きが燃料噴射弁１９側を向いている時に、燃焼状態が悪化することが判明している。
【０００８】
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、点火プラグの接地電極の向きによる燃焼状態の悪化を防止することができて、点火プラグの接地電極の向きに左右されない良好な成層燃焼や弱成層燃焼を実現することができるスプレーガイド式筒内噴射内燃機関の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】
【０００９】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、内燃機関の燃焼室の略中心上方から燃料室内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁と、圧縮行程で燃料を噴射して成層燃焼させる圧縮行程噴射モード又は吸気行程と圧縮行程に燃料を分割して噴射して弱成層燃焼させる吸気・圧縮行程分割噴射モードで燃料噴射を実行する燃料噴射制御手段とを備えたスプレーガイド式筒内噴射内燃機関の制御装置において、前記圧縮行程噴射モード（成層燃焼）又は吸気・圧縮行程分割噴射モード（弱成層燃焼）で運転しているときに各気筒の燃焼状態を判定する燃焼状態判定手段を備え、前記燃料噴射制御手段は、前記燃焼状態判定手段によっていずれかの気筒の燃焼悪化が検出されたときに、当該燃焼悪化の気筒又は全気筒の圧縮行程中に噴射すべき燃料を当該圧縮行程中に分割して噴射することで燃焼状態を改善する燃焼改善制御を実行するようにしたものである。
【００１０】
本発明のように、圧縮行程噴射モード（成層燃焼）又は吸気・圧縮行程分割噴射モード（弱成層燃焼）で運転しているときに、いずれかの気筒の燃焼悪化を検出したときに、当該燃焼悪化の気筒又は全気筒の圧縮行程中に噴射すべき燃料を当該圧縮行程中に分割して噴射すれば、１噴射当たりの噴射量を低減すると共に、噴霧の貫徹力を低下させることが可能となり、成層燃焼時や弱成層燃焼時に点火プラグの接地電極による噴霧遮りの影響を小さくすることができて、点火プラグ付近の混合気の形成状態を改善することができる。これにより、点火プラグの接地電極の向きによる燃焼状態の悪化を防止することができて、点火プラグの接地電極の向きに左右されない良好な成層燃焼や弱成層燃焼を実現することができる。
【００１１】
本発明者の実験結果によれば、分割後の１噴射目の噴射終了時期を早くするほど、エミッションが悪化し、また、分割後の１噴射目の噴射量が分割後の２噴射目の噴射量よりも多くなると、エミッションが悪化することが判明した。
【００１２】
そこで、請求項２のように、燃焼悪化検出時に圧縮行程中に燃料を２回に分割して噴射する場合は、分割後の２噴射目の噴射終了時期を分割前の噴射終了時期に設定し、分割後の１噴射目の噴射終了時期を設定可能な範囲で２噴射目の噴射開始時期に近付けて設定するようにすると良い。このようにすれば、分割後の１噴射目の噴射終了時期が遅くなるため、エミッションの悪化を防止できる。
【００１３】
或は、請求項３のように、燃焼悪化検出時に圧縮行程中に燃料を２回に分割して噴射する際に、分割後の１噴射目の噴射量を分割後の２噴射目の噴射量よりも少なく設定するようにしても良い。このようにすれば、分割後の１噴射目の噴射量が少なくなるため、エミッションが悪化することを防止できる。
【００１４】
また、本発明者は、スプレーガイド式筒内噴射内燃機関における成層燃焼時の噴射終了時期から点火時期までのクランク角と燃焼悪化度合と接地電極の向き（位置）との関係を考察する試験を行ったので、その試験結果を図５に示す。この試験では、噴射モードを圧縮行程１回噴射とし、点火時期をＢＴＤＣ１０［ＣＡ］とした。この運転条件で、燃料噴射弁からの噴霧の一つが点火プラグの向きに噴射される場合に、点火プラグの接地電極が燃料噴射弁側を向いている時の燃焼悪化度合と、接地電極が燃料噴射弁側とは反対側を向いている時の燃焼悪化度合を評価した。その結果、点火時期が噴射終了時期と一致する場合には、接地電極の向きが燃料噴射弁側を向いている時に燃焼状態が大きく悪化するが、この場合でも、点火時期を噴射終了時期よりも遅角側にずらせば、燃焼状態が改善されることが判明した。同様に、噴射終了時期を進角側にずらしても、燃焼状態が改善されることが判明した。
【００１５】
そこで、請求項４，５のように、いずれかの気筒の燃焼悪化が検出されたときに当該燃焼悪化の気筒又は全気筒の点火の総放電期間を遅角側に延長することで燃焼状態を改善する燃焼改善制御を実行するようにしても良い。このようにすれば、燃焼悪化検出時に燃焼状態が改善される遅角側の時期まで着火を持続させることができるため、燃焼状態を改善することができて、点火プラグの接地電極の向きによる燃焼状態の悪化を防止することができ、点火プラグの接地電極の向きに左右されない良好な成層燃焼や弱成層燃焼を実現することができる。
【００１６】
この場合、請求項６のように、燃焼悪化検出時に点火の総放電期間を遅角側に延長する手段として多重点火を行うようにしても良い。多重点火により点火の総放電期間を遅角側に延長する点火制御を容易に行うことができる。
【００１７】
また、請求項７のように、圧縮行程噴射モード（成層燃焼）又は吸気・圧縮行程分割噴射モード（弱成層燃焼）で運転しているときに、多重点火を行うシステムでは、燃焼悪化検出時に多重点火を行う際に、１放電当たりの放電時間を通常より短くし、且つ放電回数を通常より多く設定するようにしても良い。このようにすれば、多重点火により点火の総放電期間を延長する場合の総放電期間のばらつきを低減することができる。
【００１８】
或は、請求項８のように、圧縮行程噴射モード（成層燃焼）又は吸気・圧縮行程分割噴射モード（弱成層燃焼）で運転しているときに、多重点火を行うシステムでは、燃焼悪化検出時に多重点火を行う際に、１放電当たりの放電時間を通常より長くし、且つ放電回数を通常より少なく設定するようにしても良い。このようにすれば、多重点火により点火の総放電期間を延長する場合の着火性を向上させることができる。
【００１９】
また、請求項９のように、いずれかの気筒の燃焼悪化が検出されたときに当該燃焼悪化の気筒の圧縮行程中の燃料噴射時期を進角側に補正することで燃焼状態を改善する燃焼改善制御を実行するようにしても良い。このようにすれば、点火時期に対して相対的に燃料噴射時期を早めることができるため、燃料噴射が終了して点火プラグの接地電極による噴霧遮りの影響が小さくなってから点火することが可能となり、燃焼状態を改善することができて、点火プラグの接地電極の向きによる燃焼状態の悪化を防止することができ、点火プラグの接地電極の向きに左右されない良好な成層燃焼や弱成層燃焼を実現することができる。
【００２０】
また、請求項１０のように、いずれかの気筒の燃焼悪化が検出されたときに当該燃焼悪化の気筒の点火時期を遅角側に補正することで燃焼状態を改善する燃焼改善制御を実行するようにしても良い。このようにすれば、燃料噴射時期に対して相対的に点火時期を遅らせることができるため、燃料噴射が終了して点火プラグの接地電極による噴霧遮りの影響が小さくなってから点火することが可能となり、燃焼状態を改善することができて、点火プラグの接地電極の向きによる燃焼状態の悪化を防止することができ、点火プラグの接地電極の向きに左右されない良好な成層燃焼や弱成層燃焼を実現することができる。
【００２１】
更に、請求項１１のように、吸入空気量を制御する吸入空気量制御手段を備え、前記燃焼改善制御の実行によりトルク低下が現れるときに吸入空気量を増加させてトルク低下を抑制するようにしても良い。このようにすれば、燃焼改善制御中にトルク低下が発生することを防止できて、ドライバビリティを向上させることができる。
【００２２】
また、請求項１２のように、いずれかの気筒の燃焼悪化が検出されたときに前記燃料噴射弁に供給する燃圧を低下させることで燃焼状態を改善する燃焼改善制御を実行するようにしても良い。このように、燃焼悪化検出時に燃圧を低下させると、噴霧の貫徹力を低下させることができるため、成層燃焼時や弱成層燃焼時に点火プラグの接地電極による噴霧遮りの影響を小さくすることができて、点火プラグ付近の混合気の形成状態を改善することができ、点火プラグの接地電極の向きによる燃焼状態の悪化を防止することができて、点火プラグの接地電極の向きに左右されない良好な成層燃焼や弱成層燃焼を実現することができる。
【００２３】
尚、本発明は、圧縮行程噴射モード（成層燃焼）と吸気・圧縮行程分割噴射モード（弱成層燃焼）のうちのいずれか一方の噴射モードを備えていないシステムに対しても適用して実施できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明を実施するための最良の形態を具体化した一実施例を説明する。
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。
スプレーガイド方式の筒内噴射型の内燃機関であるエンジン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、モータ１４によって開度調節されるスロットルバルブ１５が設けられている。更に、スロットルバルブ１５の下流側には、サージタンク１６が設けられ、このサージタンク１６には、吸気管圧力を検出する吸気管圧力センサ１７が設けられている。また、サージタンク１６には、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１８が設けられている。
【００２５】
エンジン１１のシリンダヘッド３１には、各気筒毎にそれぞれ燃料を筒内に直接噴射する燃料噴射弁１９が取り付けられている。高圧燃料ポンプ２１から吐出された燃料は、高圧燃料配管２２を通してデリバリパイプ２３に送られ、このデリバリパイプ２３から各気筒の燃料噴射弁１９に高圧の燃料が分配される。デリバリパイプ２３には、燃料噴射弁１９に供給される燃料の圧力（燃圧）を検出する燃圧センサ２４が取り付けられている。
【００２６】
また、図２、図３に示すように、エンジン１１のシリンダヘッド３１には、各気筒毎にそれぞれ吸気弁３５と排気弁３６と点火プラグ２０が取り付けられ、各点火プラグ２０の火花放電によって筒内の混合気に着火される。
【００２７】
図２に示すように、本実施例のエンジン１１は、スプレーガイド式筒内噴射エンジンであり、燃焼室３２の略中心上方（点火プラグ２０の近傍）に配置れた燃料噴射弁１９から燃料室３２内に燃料を下向きに噴射し、この燃料噴射弁１９の噴射燃料をピストン上面３３やシリンダ内壁面３４に衝突させないように燃料の噴射力（貫徹力）を弱めに設定することで、ピストン上面３３やシリンダ内壁面３４に付着する燃料を低減するようにしている。
【００２８】
一方、図１に示すように、エンジン１１の排気管２５には、排出ガスの空燃比又はリッチ／リーン等を検出する排出ガスセンサ２６（空燃比センサ、酸素センサ等）が設けられている。
【００２９】
また、エンジン１１のシリンダブロックには、冷却水温を検出する冷却水温センサ２９や、エンジン１１のクランク軸が所定クランク角回転する毎にパルス信号を出力するクランク角センサ３０が取り付けられている。このクランク角センサ３０の出力信号に基づいてクランク角やエンジン回転速度が検出される。
【００３０】
これら各種センサの出力は、制御回路（以下「ＥＣＵ」と表記する）３７に入力される。このＥＣＵ３７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）に記憶された各種のエンジン制御プログラムを実行することで、エンジン運転状態に応じて燃料噴射弁１９の燃料噴射量や点火プラグ２０の点火時期を制御する。
【００３１】
その際、ＥＣＵ３７は、エンジン運転状態（エンジン回転速度や要求トルク等）に応じて噴射モード（燃焼モード）を、圧縮行程噴射モード（成層燃焼モード）と吸気・圧縮行程分割噴射モード（弱成層燃焼モード）と吸気行程噴射モード（均質燃焼モード）との間で切り換える。圧縮行程噴射モード（成層燃焼モード）では、少量の燃料を圧縮行程で筒内に直接噴射して点火プラグ２０の近傍に成層混合気を形成して成層燃焼させることで、燃費を向上させる。また、吸気・圧縮行程分割噴射モード（弱成層燃焼モード）では、吸気行程と圧縮行程に燃料を分割して噴射して吸気行程噴射により薄い均質混合気を形成しながら圧縮行程噴射により点火プラグ２０の近傍に濃い成層混合気を形成して弱成層燃焼させる。一方、吸気行程噴射モード（均質燃焼モード）では、燃料噴射量を増量して吸気行程で筒内に燃料を直接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。
【００３２】
ところで、スプレーガイド式の筒内噴射エンジン１１では、図２、図３に示すように、燃焼室３２の上部中央付近に燃料噴射弁１９と火プラグ２０とが接近して配置され、燃料噴射弁１８の噴霧の一部が点火プラグ２０の先端部（火花放電発生部）に直接当たるように設計されているため、点火プラグの２０の先端部から噴霧範囲内に突出した接地電極３８が噴霧の一部を遮る障害物となることは避けられない。
【００３３】
点火プラグ２０は、その金属ハウジングの外周部に形成したねじ部３９をシリンダヘッド３１のプラグ穴４０のねじ孔に締め込んで固定するようになっているため、ねじ部３９・ねじ孔の製造ばらつきや点火プラグ２０の締め付け力のばらつき等によって接地電極３８の向きが様々に変化する。上述したように、スプレーガイド式の筒内噴射エンジンでは、点火プラグ２０の先端部から噴霧範囲内に突出した接地電極３８が噴霧の一部を遮る障害物となるため、接地電極３８の向きが変化すると、接地電極３８による噴霧遮りの影響が変化して噴霧形成状態が変化する。
【００３４】
吸気行程噴射モード（均質燃焼モード）では、燃焼室３２全体に均質混合気を充満させて点火するため、接地電極３８の向きによって燃焼状態が変化することはないが、圧縮行程で燃料を噴射する成層燃焼モードや弱成層燃焼モードでは、点火プラグ２０付近に部分的に濃い混合気を形成して点火するため、接地電極３８の向きによって噴霧形成状態が変化すると、点火プラグ２０付近の混合気の形成状態が変化して燃焼状態が変化する。このため、接地電極３８の向きによっては、燃焼状態が悪化する可能性があった。
【００３５】
本発明者は、スプレーガイド式の筒内噴射エンジン１１における成層燃焼時の噴射終了時期から点火時期までのクランク角と燃焼悪化度合と接地電極３８の向き（位置）との関係を考察する試験を行ったので、その試験結果を図５に示す。この試験では、噴射モードを圧縮行程１回噴射とし、点火時期をＢＴＤＣ１０［ＣＡ］とした。この運転条件で、燃料噴射弁１９からの噴霧の一つが点火プラグ２０の向きに噴射される場合に、点火プラグ２０の接地電極３８が燃料噴射弁１９側を向いている時の燃焼悪化度合と、接地電極３８が燃料噴射弁１９側とは反対側を向いている時の燃焼悪化度合を評価した。その結果、点火時期が噴射終了時期と一致する場合には、接地電極３８の向きが燃料噴射弁１９側を向いている時に燃焼状態が大きく悪化するが、この場合でも、点火時期を噴射終了時期よりも遅角側にずらせば、燃焼状態が改善されることが判明した。同様に、噴射終了時期を進角側にずらしても、燃焼状態が改善されることが判明した。また、噴霧の貫徹力を低下させれば、成層燃焼時や弱成層燃焼時に点火プラグ２０の接地電極３８による噴霧遮りの影響が小さくなり、点火プラグ２０付近の混合気の形成状態が改善されることが判明した。      
【００３６】
そこで、ＥＣＵ３７は、圧縮行程噴射モード（成層燃焼モード）又は吸気・圧縮行程分割噴射モード（弱成層燃焼モード）で運転しているときに、エンジン回転変動、筒内圧力（燃焼圧力）の変動、燃焼イオン電流の変動等に基づいて各気筒の燃焼状態を判定し、その結果、いずれかの気筒の燃焼悪化が検出されたときに燃焼状態を改善する燃焼改善制御を実行する。
【００３７】
本実施例では、燃焼改善制御は、次の５種類の方法のいずれか１つ又は２つ以上を組み合わせてＥＣＵ３７が実行する。
【００３８】
［燃焼改善制御（その１）］
圧縮行程噴射モード（成層燃焼モード）又は吸気・圧縮行程分割噴射モード（弱成層燃焼モード）で運転している場合に、いずれかの気筒の燃焼悪化が検出されたときに、当該燃焼悪化の気筒又は全気筒の圧縮行程中に噴射すべき燃料を当該圧縮行程中に分割して噴射する（この機能が特許請求の範囲でいう燃料噴射制御手段に相当する）。このようにすれば、１噴射当たりの噴射量を低減すると共に噴霧の貫徹力を低下させることが可能となり、成層燃焼時や弱成層燃焼時に点火プラグ２０の接地電極３８による噴霧遮りの影響を小さくすることができて、点火プラグ２０付近の混合気の形成状態を改善することができる。
【００３９】
本発明者の実験結果によれば、分割後の１噴射目の噴射終了時期を早くするほどエミッションが悪化し、また、分割後の１噴射目の噴射量が分割後の２噴射目の噴射量よりも多くなると、エミッションが悪化することが判明した。
【００４０】
そこで、燃焼悪化検出時に圧縮行程中に燃料を２回に分割して噴射する場合は、分割後の２噴射目の噴射終了時期を分割前の噴射終了時期に設定し、分割後の１噴射目の噴射終了時期を設定可能な範囲で２噴射目の噴射開始時期に近付けて設定するようにしても良い。このようにすれば、分割後の１噴射目の噴射終了時期が遅くなるため、エミッションの悪化を防止できる。
【００４１】
或は、燃焼悪化検出時に圧縮行程中に燃料を２回に分割して噴射する際に、分割後の１噴射目の噴射量を分割後の２噴射目の噴射量よりも少なく設定するようにしても良い。このようにすれば、分割後の１噴射目の噴射量が少なくなるため、エミッションが悪化することを防止できる。
【００４２】
［燃焼改善制御（その２）］
圧縮行程噴射モード（成層燃焼モード）又は吸気・圧縮行程分割噴射モード（弱成層燃焼モード）で運転している場合に、いずれかの気筒の燃焼悪化が検出されたときに、当該燃焼悪化の気筒又は全気筒の点火の総放電期間を遅角側に延長する（この機能が特許請求の範囲でいう点火制御手段に相当する）。このようにすれば、燃焼悪化検出時に燃焼状態が改善される遅角側の時期まで着火を持続させることができるため、燃焼状態を改善することができて、点火プラグの接地電極の向きによる燃焼状態の悪化を防止することができ、点火プラグの接地電極の向きに左右されない良好な成層燃焼や弱成層燃焼を実現することができる。
【００４３】
この場合、燃焼悪化検出時に点火の総放電期間を遅角側に延長する手段として多重点火を行うようにすれば良い。
【００４４】
また、圧縮行程噴射モード（成層燃焼）又は吸気・圧縮行程分割噴射モード（弱成層燃焼）で運転しているときに、多重点火を行うシステムでは、燃焼悪化検出時に多重点火を行う際に、１放電当たりの放電時間を通常より短くし、且つ放電回数を通常より多く設定するようにしても良い。このようにすれば、多重点火により点火の総放電期間を延長する場合の総放電期間のばらつきを低減することができる。
【００４５】
或は、燃焼悪化検出時に多重点火を行う際に、１放電当たりの放電時間を通常より長くし、且つ放電回数を通常より少なく設定するようにしても良い。このようにすれば、多重点火により点火の総放電期間を延長する場合の着火性を向上させることができる。
【００４６】
［燃焼改善制御（その３）］
圧縮行程噴射モード（成層燃焼モード）又は吸気・圧縮行程分割噴射モード（弱成層燃焼モード）で運転している場合に、いずれかの気筒の燃焼悪化が検出されたときに、当該燃焼悪化の気筒の圧縮行程中の燃料噴射時期を進角側に補正する（この機能が特許請求の範囲でいう燃料噴射制御手段に相当する）。このようにすれば、点火時期に対して相対的に燃料噴射時期を早めることができるため、燃料噴射が終了して接地電極３８による噴霧遮りの影響が小さくなってから点火することが可能となり、燃焼状態を改善することができて、接地電極３８の向きによる燃焼状態の悪化を防止することができ、接地電極３８の向きに左右されない良好な成層燃焼や弱成層燃焼を実現することができる。
【００４７】
［燃焼改善制御（その４）］
圧縮行程噴射モード（成層燃焼モード）又は吸気・圧縮行程分割噴射モード（弱成層燃焼モード）で運転している場合に、いずれかの気筒の燃焼悪化が検出されたときに、当該燃焼悪化の気筒の点火時期を遅角側に補正する（この機能が特許請求の範囲でいう点火制御手段に相当する）。このようにすれば、燃料噴射時期に対して相対的に点火時期を遅らせることができるため、燃料噴射が終了して接地電極３８による噴霧遮りの影響が小さくなってから点火することが可能となり、燃焼状態を改善することができて、接地電極３８の向きによる燃焼状態の悪化を防止することができ、接地電極３８の向きに左右されない良好な成層燃焼や弱成層燃焼を実現することができる。
【００４８】
［燃焼改善制御（その５）］
圧縮行程噴射モード（成層燃焼モード）又は吸気・圧縮行程分割噴射モード（弱成層燃焼モード）で運転している場合に、いずれかの気筒の燃焼悪化が検出されたときに、燃料噴射弁１９に供給する燃圧（高圧燃料ポンプ２１の吐出圧）を低下させる（この機能が特許請求の範囲でいう燃圧制御手段に相当する）。このように、燃焼悪化検出時に燃圧を低下させると、噴霧の貫徹力を低下させることができるため、成層燃焼時や弱成層燃焼時に接地電極３８による噴霧遮りの影響を小さくすることができて、点火プラグ２０付近の混合気の形成状態を改善することができ、接地電極３８の向きによる燃焼状態の悪化を防止することができて、接地電極３８の向きに左右されない良好な成層燃焼や弱成層燃焼を実現することができる。
【００４９】
以上説明した５種類の燃焼改善制御は、２つ以上組み合わせて実施すると、燃焼改善効果を大きくすることができる場合がある。
【００５０】
例えば、燃焼改善制御（その１）と燃焼改善制御（その２）を組み合わせて、いずれかの気筒の燃焼悪化が検出されたときに、当該燃焼悪化の気筒又は全気筒の圧縮行程中に噴射すべき燃料を当該圧縮行程中に分割して噴射すると共に、当該燃焼悪化の気筒又は全気筒の点火の総放電期間を遅角側に延長するようにしても良い。このようにすれば、分割噴射により総噴射期間が長くなるのに対応して点火の総放電期間を延長することが可能となり、分割噴射に適した着火性を確保できて、燃焼状態を効果的に改善することができ、排気エミッションやエンジントルクに及ぼす影響を最小とすることができる。
【００５１】
また、燃焼改善制御（その１）〜（その４）を行う場合は、燃焼改善制御によりトルク低下が発生する可能性があるので、燃焼改善制御の実行によりトルク低下が現れるときに、スロットル開度を増加させて吸入空気量を増加させてトルク低下を抑制するようにしても良い。このようにすれば、燃焼改善制御中にトルク低下が発生することを防止できて、ドライバビリティを向上させることができる。
【００５２】
以上説明した本実施例の燃焼改善制御は、ＥＣＵ３７によって図６の燃焼改善制御プログラムに従って次のように実行される。図６の燃焼改善制御プログラムは、エンジン運転中に所定周期で実行される。本プログラムが起動されると、まずステップ１０１で、各気筒の燃焼状態を表す燃焼変動パラメータを検出する。この燃焼変動パラメータの検出方法は、例えば、(1) 筒内圧力センサ（図示せず）で検出した筒内圧力（燃焼圧力）の所定期間当たりの変動量を燃焼変動パラメータとして検出したり、(2) クランク角センサ３０の出力パルス間隔（パルス周期数）に基づいて検出されたエンジン回転速度の所定期間当たりの変動量を燃焼変動パラメータとして検出したり、(3) 燃焼イオン電流を点火プラグ２０等を介して検出して、燃焼イオン電流検出値の変動量を燃焼変動パラメータとして検出しても良い。
【００５３】
この後、ステップ１０２に進み、成層燃焼（圧縮行程噴射）又は弱成層燃焼（吸気・圧縮行程分割噴射）の運転中であるか否かを判定し、「Ｎｏ」と判定された場合、つまり均質燃焼（吸気行程噴射）であれば、ステップ１０５に進み、燃焼改善制御を実行せずに、本プログラムを終了する。
【００５４】
これに対して、上記ステップ１０２で、成層燃焼又は弱成層燃焼と判定されれば、ステップ１０３に進み、前記ステップ１０１で検出した各気筒の燃焼変動パラメータを判定しきい値と比較して、いずれかの気筒の燃焼変動パラメータが判定しきい値以上であるか否かで、いずれかの気筒の燃焼状態が悪化しているか否かを判定する。その結果、燃焼状態が悪化した気筒が検出されなければ、ステップ１０５に進み、燃焼改善制御を実行せずに、本プログラムを終了する。
【００５５】
上記ステップ１０３の判定処理で、燃焼状態が悪化した気筒が検出されれば、ステップ１０４に進み、前述した５種類の燃焼改善制御のいずれか１つ又は２つ以上を組み合わせて実行して燃焼状態を改善する。上記ステップ１０１、１０３の処理が特許請求の範囲でいう燃焼状態判定手段に相当する。
【００５６】
尚、本発明は、圧縮行程噴射モード（成層燃焼モード）と吸気・圧縮行程分割噴射モード（弱成層燃焼モード）のいずれか一方の噴射モードを備えていないシステムに対しても適用して実施できる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の一実施例におけるスプレーガイド式筒内噴射エンジンの制御システム全体の概略構成図である。
【図２】燃料噴射弁及びその周辺部の縦断面図である。
【図３】燃料噴射弁と点火プラグと吸排気弁の位置関係を説明する図である。
【図４】接地電極の向きと燃焼悪化度合との関係を示す図である。
【図５】噴射終了時期から点火時期までのクランク角と燃焼悪化度合と接地電極の向きとの関係を計測した試験結果を示す図である。
【図６】燃焼改善制御プログラムの処理の流れを説明するフローチャートである。
【符号の説明】
【００５８】
１１…スプレーガイド式筒内噴射エンジン（スプレーガイド式筒内噴射内燃機関）、１２…吸気管、１５…スロットルバルブ、１９…燃料噴射弁、２０…点火プラグ、２５…排気管、３２…燃焼室、３５…吸気弁、３６…排気弁、３７…ＥＣＵ（燃焼状態判定手段，燃料噴射制御手段，点火制御手段，吸入空気量制御手段，燃圧制御手段）
【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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