JP2002030969A - 筒内噴射式内燃機関の空燃比制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 筒内噴射式エンジンの成層燃焼運転中に、ト
ルク変動を招くこと無く空燃比をフィードバック制御す
る。 【解決手段】 筒内噴射式エンジンの成層燃焼運転中
に、空燃比フィードバック実行条件が成立して空燃比フ
ィードバック制御が開始されると、実空燃比（実Ａ／
Ｆ）が目標空燃比（目標Ａ／Ｆ）となるようにスロット
ル開度（空気量）がフィードバック補正される。これに
より、成層燃焼運転時に、燃料噴射量を補正しなくて
も、スロットル開度（空気量）の補正によって空燃比を
フィードバック制御することができるので、成層燃焼運
転時に燃料噴射量の補正によるトルク変動を発生させる
ことなく空燃比フィードバック制御を安定して実施する
ことができ、成層燃焼運転時の空燃比制御とドライバビ
リティとを両立させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、成層燃焼運転時に
空燃比フィードバック制御を実施するようにした筒内噴
射式内燃機関の空燃比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式エンジンの需要が急
増している。この筒内噴射式エンジンは、低負荷時に
は、少量の燃料を圧縮行程で噴射して稀薄な成層混合気
を成層燃焼させることで燃費を向上させ、一方、中・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。

【０００３】この筒内噴射式エンジンでは、均質燃焼運
転中は、排気管に設けた三元触媒の排出ガス浄化率を高
めるために、従来の吸気管噴射式エンジンと同じよう
に、空燃比フィードバック制御を実施して、排気管に設
けた空燃比センサで検出した空燃比が目標空燃比に一致
するように燃料噴射量をフィードバック制御するように
している。しかし、稀薄な成層混合気を成層燃焼させる
成層燃焼運転中は、運転者のアクセル操作等に応じて燃
料噴射量を制御してエンジンの出力トルクを制御するよ
うにしているので、空燃比フィードバック制御は実施さ
れていない。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、最近では、
成層燃焼運転中においても、空燃比をリーン燃焼限界以
内に制御したり、或は、キャニスタから吸気系にパージ
される燃料蒸発ガス濃度を学習するために、空燃比フィ
ードバック制御を実施することが要求されるようになっ
てきている。

【０００５】しかし、前述したように、成層燃焼運転中
は、運転者のアクセル操作等に応じて燃料噴射量を制御
してエンジンの出力トルクを制御するので、成層燃焼運
転中に、従来の吸気管噴射式エンジンと同じように、燃
料噴射量の補正によって空燃比をフィードバック制御す
ると、図２４（ａ），（ｂ）に示すように、運転者がア
クセル操作しない定常走行時でも、空燃比フィードバッ
ク制御による燃料噴射量の補正によってエンジンの出力
トルクが変化してしまう。このため、定常走行時でも、
空燃比フィードバック制御による出力トルクの変化を打
ち消すためのアクセル操作が必要となり、ドライバビリ
ティが悪化する結果となる。

【０００６】そこで、特開平１０−１７６５９１号公報
等に記載された吸気管噴射式エンジンの空燃比制御技術
を筒内噴射式エンジンに適用して、成層燃焼運転中にエ
ンジンのトルク変動を検出して空燃比をフィードバック
制御することが考えられる。しかし、この場合は、トル
ク変動が発生してから空燃比を補正するため、トルク変
動を完全には防ぐことができず、ドライバビリティが悪
化するという事情は変わらない。しかも、トルク変動の
検出は、路面の凹凸による振動の影響を受けやすく、検
出精度が悪いという欠点もある。

【０００７】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、成層燃焼運転時に空
燃比フィードバック制御をトルク変動を防ぎながら実施
することができ、成層燃焼運転時の空燃比制御とドライ
バビリティとを両立させることができる筒内噴射式内燃
機関の空燃比制御装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】空燃比は、空気量と燃料
噴射量との比率であるため、燃料噴射量を変化させなく
ても、空気量を変化させれば、空燃比を変化させること
ができる。

【０００９】この点に着目し、本発明の請求項１の筒内
噴射式内燃機関の空燃比制御装置は、成層燃焼運転時
に、空燃比フィードバック制御手段によって空燃比セン
サの検出空燃比が目標空燃比に一致するように、空気量
の補正によって空燃比をフィードバック制御するように
したものである。このようにすれば、成層燃焼運転時に
燃料噴射量を補正しなくても、空気量の補正によって空
燃比を目標空燃比に制御することができる。これによ
り、成層燃焼運転時に燃料噴射量の補正によるトルク変
動を発生させることなく空燃比フィードバック制御を安
定して実施することができ、成層燃焼運転時の空燃比制
御とドライバビリティとを両立させることができる。

【００１０】この場合、筒内に流入する空気量（酸素を
含むガス量）は、吸入空気量と排気環流量によって変化
するため、吸入空気量と排気環流量のいずれか一方又は
両方を制御して空燃比を制御すれば良いが、通常は、吸
入空気量の方が排気環流量よりも多く、しかも、吸入空
気量の方が燃焼に必要な酸素を遥かに多く含むため、吸
入空気量の方が排気環流量よりも空燃比を制御するのに
適している。また、成層燃焼運転中に排気環流量（ＥＧ
Ｒ率）を大きく変化させると、ＮＯｘ発生量が増加した
り、燃焼性に悪影響を及ぼす可能性がある。

【００１１】また、吸入空気量は、吸気系に配置された
スロットル開度、可変バルブタイミング機構、スワール
コントロールバルブによって変化する他、ＥＧＲ率によ
っても変化するが、これらの中でスロットル開度が吸入
空気量を制御する最も主要な制御パラメータであり、ま
た、成層燃焼運転中にバルブタイミングやスワールコン
トロールバルブの開度等を大きく変化させると、燃焼性
に悪影響を及ぼす可能性がある。

【００１２】これらの点を考慮して、請求項２のよう
に、成層燃焼運転時の空燃比フィードバック制御による
空気量の補正をスロットル開度の補正によって実施する
ようにすると良い。このようにすれば、空燃比フィード
バック制御により空気量を補正する際に、ＥＧＲ効果や
燃焼性に悪影響を及ぼすことなく、空気量を精度良く補
正することができる。

【００１３】ところで、空気量（スロットル開度）が変
化すると、エンジンのポンピング損失も変化するため、
空気量補正量が大きくなると、ポンピング損失の変化量
が大きくなって、ドライバビリティに悪影響を及ぼすよ
うなトルク変動が発生するそれがある。

【００１４】この対策として、請求項３のように、成層
燃焼運転時の空燃比フィードバック制御による空気量補
正量が所定範囲外になったときに、該空気量補正量に応
じて燃料噴射量を補正するようにしても良い。このよう
にすれば、仮に、空気量補正量が大きくなって、ポンピ
ング損失の変化量が大きくなっても、それに伴うトルク
変動を打ち消す分だけ燃料噴射量を補正することができ
るため、空気量補正量が大きくなっても、ドライバビリ
ティに悪影響を及ぼすようなトルク変動が発生すること
を防止することができる。

【００１５】この場合、請求項４のように、成層燃焼運
転時の空燃比フィードバック制御による空気量補正量が
増量側所定値以上となったときに燃料噴射量を減量補正
し、空気量補正量が減量側所定値（マイナス値）以下と
なったときに燃料噴射量を増量補正するようにすると良
い。つまり、空気量補正量が増量側所定値以上となった
ときには、ポンピング損失が減少して出力トルクが増加
するので、その分、燃料噴射量を減量補正すれば、出力
トルクをほぼ一定に保つことができる。一方、空気量補
正量が減量側所定値以下となったときにはポンピング損
失が増加して出力トルクが減少するので、その分、燃料
噴射量を増量補正すれば、出力トルクをほぼ一定に保つ
ことができる。

【００１６】この場合、空気量補正量が所定範囲外であ
るか否か（つまりトルク変動防止のための燃料噴射量補
正を実施するか否か）の判定に用いる空気量補正量は、
空燃比フィードバック制御で算出される目標の空気量補
正量等を用いても良いが、請求項５のように、吸気管圧
力を検出する吸気管圧力検出手段を備えているシステム
では、空気量補正量が所定範囲外であるか否かの判定
を、吸気管圧力検出手段で検出した吸気管圧力の変化量
によって行うようにしても良い。つまり、吸気管圧力
は、ポンピング損失を評価するのに最も適したパラメー
タであるため、ポンピング損失の変化によるトルク変動
を防止するための燃料噴射量補正を実施するか否かを実
際の吸気管圧力の変化量によって判定すれば、ポンピン
グ損失の変化によるトルク変動を精度良く防止すること
ができる。尚、実際の吸気管圧力の変化量以外に、実際
の吸入空気量の変化量や実際のスロットル開度の変化量
によって燃料噴射量補正を実施するか否かを判定するよ
うにしても良い。

【００１７】一方、請求項６のように、排出ガスの一部
を吸気系に還流させる排気還流制御手段を備えているシ
ステムでは、成層燃焼運転時の空燃比フィードバック制
御によりスロットル開度の補正量が所定範囲外となった
ときに、該スロットル開度の補正量を所定範囲内に制限
し、その代わりに、排気還流量を補正することで空燃比
をフィードバック制御するようにしても良い。つまり、
スロットル開度の補正量を所定範囲内に制限すれば、ポ
ンピング損失の変化を小さくしてドライバビリティに悪
影響を及ぼすようなトルク変動を防止できる。そして、
このスロットル開度の補正量の制限によって生じる吸入
空気量の過不足分を、排気還流量（ＥＧＲ率）の増減で
補正すれば、ポンピング損失の変化によるトルク変動を
防止しながら、空燃比を目標空燃比に制御することがで
きる（図１８参照）。

【００１８】また、成層燃焼運転中は、圧縮行程で燃料
を噴射して、その噴射燃料が点火プラグの近傍まで流動
するタイミングで点火して成層燃焼させるが、空気量補
正量が大きくなると（つまり筒内の充填空気量の変化量
が大きくなると）、筒内のガス流動が変化して噴射燃料
の挙動が変化し、その影響で、噴射燃料が点火プラグの
近傍へ流動するまでの時間が変化して、点火時の噴射燃
料の位置が適正位置（点火プラグの近傍）からずれてし
まい、燃焼状態が悪化するおそれがある。

【００１９】この対策として、請求項７のように、成層
燃焼運転時の空燃比フィードバック制御により空気量補
正量が所定範囲外となったときに、該空気量補正量に応
じて燃料噴射時期を補正するようにしても良い。つま
り、空気量補正量が大きくなると、筒内の噴射燃料の挙
動が変化して、噴射燃料が点火プラグの近傍へ流動する
までの時間が変化するため、予め、この噴射燃料の流動
時間と空気量補正量との関係を、実験、シミュレーショ
ン等で求めておき、空気量補正量に応じて燃料噴射時期
を補正すれば、空気量補正量が大きくなっても、点火時
期に合わせて噴射燃料を点火プラグの近傍へ流動させる
ことができ、燃焼状態を安定させることができる。

【００２０】この場合、請求項８のように、空気量補正
量が増量側所定値以上となったときには燃料噴射時期を
進角補正し、空気量補正量が減量側所定値以下となった
ときには燃料噴射時期を遅角補正すると良い。つまり、
空気量補正量が増量側所定値以上となったときには、噴
射燃料が点火プラグの近傍へ流動するまでの時間が長く
なるため、その分、燃料噴射時期を進角補正して燃料噴
射から点火までの時間を長くすれば、点火時期に合わせ
て噴射燃料を点火プラグの近傍に到達させることができ
る。一方、空気量補正量が減量側所定値以下となったと
きには、噴射燃料が点火プラグの近傍へ流動するまでの
時間が短くなるため、その分、燃料噴射時期を遅角補正
して燃料噴射から点火までの時間を短くすれば、点火時
期に合わせて噴射燃料を点火プラグの近傍に到達させる
ことができる。

【００２１】また、請求項９のように、均質燃焼運転時
に燃料噴射量の補正によって空燃比をフィードバック制
御する場合は、均質燃焼運転時の燃料噴射量に関する空
燃比フィードバック補正量を成層燃焼運転時の燃料噴射
量の制御に反映させるようにしても良い。つまり、均質
燃焼運転時の燃料噴射量に関する空燃比フィードバック
補正量は、主に燃料噴射弁の個体差や経年劣化等による
燃料系のシステム誤差を補正するものであるため、均質
燃焼運転時の燃料噴射量に関する空燃比フィードバック
補正量を、成層燃焼運転時の燃料噴射量の制御に反映さ
せれば、成層燃焼運転時においても燃料系のシステム誤
差を補正した燃料噴射制御を行うことができ、成層燃焼
運転時の燃料噴射制御の精度を向上することができる。

【００２２】この場合、請求項１０のように、均質燃焼
運転時に燃料噴射量による空燃比フィードバック制御を
実施した後に、成層燃焼運転時に空気量による空燃比フ
ィードバック制御を実施するようにすると良い。このよ
うにすれば、成層燃焼運転時の燃料噴射量の制御に、必
ず均質燃焼運転時の燃料噴射量に関する空燃比フィード
バック補正量を反映させることができる。

【００２３】尚、成層燃焼運転中は空燃比を超希薄領域
に制御するため、成層燃焼運転時の空気量は均質燃焼運
転時の空気量に比べて遥かに多く、成層燃焼運転時と均
質燃焼運転時とでは空気量（スロットル開度）の制御領
域が大きく異なる。このため、成層燃焼運転時の空気量
に関する空燃比フィードバック補正量を均質燃焼運転時
の空気量の制御に反映させると、空燃比のリーンずれ又
はリッチずれが発生するおそれがある。

【００２４】そこで、請求項１１のように、成層燃焼運
転時の空気量に関する空燃比フィードバック補正量を均
質燃焼運転時の空気量の制御に反映させないようにする
と良い。このようにすれば、均質燃焼運転時の空燃比の
リーンずれ又はリッチずれを防止することができる。

【００２５】

【発明の実施の形態】《実施形態（１）》以下、本発明
の実施形態（１）を図１乃至図９に基づいて説明する。
まず、図１に基づいてエンジン制御系システム全体の概
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、ステップモータ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。このステップモータ１
４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。

【００２６】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、吸
気管圧力を検出する吸気管圧力センサ１８（吸気管圧力
検出手段）が取り付けられている。サージタンク１９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２
２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。

【００２７】また、各気筒の第２吸気路２２内には、筒
内のスワール流強度やタンブル流強度を制御する気流制
御弁２４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。

【００２８】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。

【００２９】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
点火される。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。

【００３０】一方、エンジン１１の各排気ポート３５か
ら排出される排出ガス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ＮＯ
ｘ吸蔵型のリーンＮＯｘ触媒３９とが直列に配置されて
いる。このリーンＮＯｘ触媒３９は、排出ガス中の酸素
濃度が高いリーン運転中に、排出ガス中のＮＯｘを吸着
し、空燃比がリッチに切り換えられて排出ガス中の酸素
濃度が低下した時に、吸着したＮＯｘを還元浄化して放
出する。三元触媒３８の上流側には、排出ガスの空燃比
（Ａ／Ｆ）を超希薄域まで検出可能な空燃比センサ４２
が設けられている。

【００３１】また、排気管３７のうちの空燃比センサ４
２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。これらＥＧＲ配管４０、ＥＧＲ弁４１等から排
気還流制御手段が構成されている。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４３には、アクセル開度を検出する
アクセルセンサ４４が設けられている。

【００３２】前述した各種センサの出力信号は、ＥＣＵ
１６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）に記憶された各種の制御プログラムを実行するこ
とでエンジン１１の運転を制御する。

【００３３】ＥＣＵ１６は、エンジン運転中に、図２に
示すように、アクセルセンサ４４で検出したアクセル開
度、エンジン回転速度Ｎｅ等に基づいて要求トルクを算
出し、この要求トルクとエンジン回転速度Ｎｅに応じて
図３に示す燃焼モード切換えマップから均質燃焼モード
と成層燃焼モードのいずれか一方の燃焼モードを選択す
る。図３の燃焼モード切換えマップは、低回転、低トル
ク領域では成層燃焼モードが選択され、中・高回転、中
・高トルク領域では、均質燃焼モードが選択されるよう
に設定されている。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、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。

【００３４】その後、ＥＣＵ１６は、選択した燃焼モー
ドに応じた目標Ａ／Ｆ（目標空燃比）、燃料噴射量、噴
射時期、点火時期、吸入空気量（スロットル開度）、Ｅ
ＧＲ量、筒内気流強度、燃料圧力、バルブタイミング等
の各種の基本制御パラメータを算出する。

【００３５】更に、ＥＣＵ１６は、燃焼モードに応じた
制御方式の空燃比フィードバック制御を選択する（以
下、「フィードバック」を「Ｆ／Ｂ」と略記する）。均
質燃焼モードでは、燃料制御式の空燃比Ｆ／Ｂ制御を選
択して、空燃比センサ４２の検出Ａ／Ｆ（排出ガスの実
Ａ／Ｆ）が目標Ａ／Ｆとなるように燃料噴射量のＦ／Ｂ
補正量を算出する。一方、成層燃焼モードでは、空気制
御式の空燃比Ｆ／Ｂ制御を選択して、空燃比センサ４２
の検出Ａ／Ｆ（排出ガスの実Ａ／Ｆ）が目標Ａ／Ｆとな
るように空気量のＦ／Ｂ補正量（例えばスロットル開度
のＦ／Ｂ補正量）を算出する。

【００３６】その後、ＥＣＵ１６は、各基本制御パラメ
ータに、それぞれ必要に応じて各種の補正を施して最終
的な制御パラメータを求め、それらの制御パラメータに
基づいて燃料噴射弁２８、点火プラグ、スロットル弁１
５、ＥＧＲ弁４１、気流制御弁２４、燃料ポンプ、可変
バルブタイミング機構等を駆動する。以下、ＥＣＵ１６
が実行する各ルーチンの具体的な処理内容を説明する。

【００３７】［空燃比Ｆ／Ｂ制御］図４の空燃比Ｆ／Ｂ
制御ルーチンは、所定時間毎又は所定クランク角毎に実
行され、特許請求の範囲でいう空燃比フィードバック制
御手段に相当する役割を果たす。本ルーチンが起動され
ると、まず、ステップ１０１で、Ｆ／Ｂ実行条件が成立
しているか否かを、Ｆ／Ｂ実行条件成立フラグＦ＝１か
否かによって判定する。このＦ／Ｂ実行条件成立フラグ
Ｆは、後述する図５のＦ／Ｂ実行条件成立判定ルーチン
によってＦ／Ｂ実行条件の成立を意味する「１」又は不
成立を意味する「０」にセットされる。もし、Ｆ／Ｂ実
行条件が不成立（Ｆ／Ｂ実行条件成立フラグＦ＝０）で
あれば、以降の処理を行うことなく本ルーチンを終了す
る。

【００３８】一方、Ｆ／Ｂ実行条件が成立（Ｆ／Ｂ実行
条件成立フラグＦ＝１）と判定された場合は、ステップ
１０２に進み、現在の燃焼モードが成層燃焼モードか否
かを判定し、もし、均質燃焼モードであれば、ステップ
１０３に進み、図示しない均質燃焼運転用の空燃比Ｆ／
Ｂ制御ルーチンを実行することで燃料制御式の空燃比Ｆ
／Ｂ制御を実施して、排出ガスの実Ａ／Ｆが目標Ａ／Ｆ
となるように燃料噴射量をフィードバック補正する。

【００３９】尚、均質燃焼運転中の燃料噴射量のＦ／Ｂ
補正量は、成層燃焼運転中の燃料噴射量の補正にも用い
られる。燃料噴射量のＦ／Ｂ補正量は、主に燃料噴射弁
２８の個体差や経年劣化等による燃料噴射量のシステム
誤差を補正するものであるため、均質燃焼運転中の燃料
噴射量のＦ／Ｂ補正量を、成層燃焼運転中の燃料噴射量
の補正に用いれば、成層燃焼運転中の燃料噴射量のシス
テム誤差を補正することができる。

【００４０】これに対して、ステップ１０２で、成層燃
焼モードと判定された場合は、ステップ１０４に進み、
後述する図６の成層燃焼運転用の空燃比Ｆ／Ｂ制御ルー
チンを実行することで空気制御式の空燃比Ｆ／Ｂ制御を
実施して、排出ガスの実Ａ／Ｆが目標Ａ／Ｆとなるよう
に空気量（例えばスロットル開度）をフィードバック補
正する。

【００４１】尚、この成層燃焼運転中の空気量（スロッ
トル開度）のＦ／Ｂ補正量は、均質燃焼運転中の空気量
の制御には用いない。成層燃焼運転中は空燃比を超希薄
領域に制御するため、成層燃焼運転中の空気量は均質燃
焼運転中の空気量に比べて非常に多く、成層燃焼運転中
と均質燃焼運転中とでは空気量の制御領域が大きく異な
る。このため、成層燃焼運転中の空気量（スロットル開
度）のＦ／Ｂ補正量を均質燃焼運転中の空気量（スロッ
トル開度）の制御に用いると、空燃比のリーンずれ又は
リッチずれが発生するおそれがある。この対策として、
成層燃焼運転中の空気量のＦ／Ｂ補正量を均質燃焼運転
中の空気量の制御に用いることを禁止することで、均質
燃焼運転中の空燃比のリーン又はリッチずれを防止す
る。

【００４２】［Ｆ／Ｂ実行条件成立判定］図５のＦ／Ｂ
実行条件成立判定ルーチンは、所定時間毎又は所定クラ
ンク角毎に実行される。本ルーチンが起動されると、ま
ず、ステップ２０１〜２０６で、次の〜のＦ／Ｂ実
行条件が成立しているか否かを判定する。 冷却水温が所定温度以上であること（ステップ２０
１） 空燃比のリッチ要求が無いこと（ステップ２０２） 空燃比センサ４２が活性状態であること（ステップ２
０３） 燃料噴射弁２８及び空燃比センサ４２が正常であるこ
と（ステップ２０４） 現在の燃焼モードが成層燃焼モードである場合は、既
に均質燃焼モードで燃料制御式の空燃比Ｆ／Ｂ制御が実
行されていること（ステップ２０５、２０６）

【００４３】ここで、〜の条件は、成層燃焼モー
ド、均質燃焼モードの両方に共通するＦ／Ｂ実行条件で
あり、の条件は、現在の燃焼モードが成層燃焼モード
である場合の付加的なＦ／Ｂ実行条件である。従って、
現在の燃焼モードが成層燃焼モードである場合は、〜
の全ての条件によってＦ／Ｂ実行条件が成立している
か否かを判定するが、現在の燃焼モードが均質燃焼モー
ドであれば、共通の条件〜のみでＦ／Ｂ実行条件が
成立しているか否かを判定する。

【００４４】既に、均質燃焼運転時の燃料制御式の空燃
比Ｆ／Ｂ制御が実行されていれば、均質燃焼運転時の燃
料噴射量のＦ／Ｂ補正量によって、成層燃焼運転時の燃
料噴射量のシステム誤差を補正することができるので、
均質燃焼運転時の燃料制御式の空燃比Ｆ／Ｂ制御の実行
後に、成層燃焼運転時の空気制御式の空燃比Ｆ／Ｂ制御
を実行すれば、成層燃焼運転中の燃料噴射制御の精度が
向上する。従って、本実施形態（１）では、現在の燃焼
モードが成層燃焼モードである場合は、均質燃焼運転時
の燃料制御式の空燃比Ｆ／Ｂ制御実行後であることを付
加的なＦ／Ｂ実行条件としている。

【００４５】現在の燃焼モードが均質燃焼モードの場合
は、上記〜の条件を全て満たせば、均質燃焼運転時
のＦ／Ｂ実行条件が成立し、現在の燃焼モードが成層燃
焼モードの場合は、〜の条件を全て満たせば、成層
燃焼運転時のＦ／Ｂ実行条件が成立する。Ｆ／Ｂ実行条
件が成立する場合は、ステップ２０７に進み、Ｆ／Ｂ実
行条件成立フラグＦを「１」にセットする。一方、Ｆ／
Ｂ実行条件が不成立となる場合は、ステップ２０８に進
み、Ｆ／Ｂ実行条件成立フラグＦを「０」にリセットす
る。

【００４６】［成層燃焼運転用の空燃比Ｆ／Ｂ制御］図
６の成層燃焼運転用の空燃比Ｆ／Ｂ制御ルーチンは、図
４のステップ１０４で実行されるサブルーチンである。
本ルーチンが起動されると、まず、ステップ３０１で、
空燃比センサ４２で検出した排出ガスの実Ａ／Ｆを読み
込み、次のステップ３０１で、目標Ａ／Ｆと実Ａ／Ｆと
の偏差の絶対値が所定値ΔＫ以上であるか否かを判定す
る。

【００４７】もし、目標Ａ／Ｆと実Ａ／Ｆとの偏差の絶
対値が所定値ΔＫ以上であれば、ステップ３０３に進
み、目標Ａ／Ｆと実Ａ／Ｆとの偏差に応じて図７に示す
マップから前回演算時の空気量補正量Ａ（スロットル開
度の補正量Ａ）に対する補正量αを算出する。この補正
量αのマップは、目標Ａ／Ｆと実Ａ／Ｆとの偏差がプラ
ス側の領域（目標Ａ／Ｆ＞実Ａ／Ｆの領域）では、補正
量αがプラス値（空気量増量側）となるように設定さ
れ、目標Ａ／Ｆと実Ａ／Ｆとの偏差がマイナス側の領域
（目標Ａ／Ｆ＜実Ａ／Ｆの領域）では、補正量αがマイ
ナス値（空気量減量側）となるように設定されている。

【００４８】一方、上記ステップ３０２で、目標Ａ／Ｆ
と実Ａ／Ｆとの偏差の絶対値が所定値ΔＫよりも小さい
と判定された場合は、実Ａ／Ｆが目標Ａ／Ｆ付近に制御
されているため、前回演算時の空気量補正量Ａを補正す
る必要はないと判断して、ステップ３０４に進み、補正
量αを０とする。

【００４９】以上のようにして、ステップ３０３又はス
テップ３０４で補正量αを設定した後、ステップ３０５
に進み、前回演算時の空気量補正量Ａ(i-1) に今回の補
正量αを加算して今回の空気量補正量Ａ(i) を求める。 Ａ(i) ＝Ａ(i-1) ＋α 尚、本実施形態（１）では、空気量補正量Ａは、スロッ
トル開度の補正量に換算された値で算出される。

【００５０】［目標スロットル開度算出］図８の目標ス
ロットル開度算出ルーチンは、所定時間毎又は所定クラ
ンク角毎に実行される。本ルーチンが起動されると、ま
ず、ステップ４０１で、エンジン回転速度Ｎｅと要求ト
ルクをパラメータとする基本目標スロットル開度θB の
マップを検索して、現在のエンジン回転速度Ｎｅと要求
トルクに応じた基本目標スロットル開度θB を算出す
る。この基本目標スロットル開度θB のマップは、成層
燃焼モード用のマップと均質燃焼モード用のマップが設
定され、現在の燃焼モードに応じていずれか一方のマッ
プが選択される。

【００５１】この後、ステップ４０２に進み、基本目標
スロットル開度θB に図６のステップ３０５で算出した
空気量補正量Ａ(i) を加算して補正することで、最終的
な目標スロットル開度θF を算出する。 θF ＝θB ＋Ａ(i)

【００５２】以上説明した本実施形態（１）の成層燃焼
運転時の空燃比Ｆ／Ｂ制御の挙動を図９（ａ），（ｂ）
のタイムチャートを用いて説明する。図９（ａ）は、成
層燃焼運転中に実Ａ／Ｆが目標Ａ／Ｆよりもリーン側に
ずれている場合の定常走行時の空燃比Ｆ／Ｂ制御の挙動
を示し、図９（ｂ）の例は、成層燃焼運転中に実Ａ／Ｆ
が目標Ａ／Ｆよりもリッチ側にずれている場合の定常走
行時の空燃比Ｆ／Ｂ制御の挙動を示している。いずれの
場合も、成層燃焼運転中に、時刻ｔ1 で、Ｆ／Ｂ実行条
件が成立して空気制御式の空燃比Ｆ／Ｂ制御が開始され
ると、実Ａ／Ｆが目標Ａ／Ｆとなるようにスロットル開
度（空気量）がフィードバック補正される。これによ
り、成層燃焼運転時に、燃料噴射量を補正しなくても、
スロットル開度（空気量）の補正によって空燃比をフィ
ードバック制御することができるので、成層燃焼運転時
にトルク変動を発生させることなく空燃比フィードバッ
ク制御を安定して実施することができ、成層燃焼運転時
の空燃比制御とドライバビリティとを両立させることが
できる。

【００５３】また、本実施形態（１）では、均質燃焼運
転時の燃料噴射量のＦ／Ｂ補正量を用いて成層燃焼運転
時の燃料噴射量を補正するようにしたので、成層燃焼運
転時の燃料噴射量のシステム誤差を補正することがで
き、成層燃焼運転時の燃料噴射量の制御精度を向上する
ことができる。

【００５４】更に、本実施形態（１）では、均質燃焼運
転時に燃料制御式の空燃比Ｆ／Ｂ制御を実行した後に、
成層燃焼運転時に空気制御式の空燃比Ｆ／Ｂ制御を実行
するようにしたので、成層燃焼運転時の燃料噴射量の制
御に、均質燃焼運転時の燃料噴射量のＦ／Ｂ補正量が必
ず反映されて燃料噴射量の制御精度が高くなり、成層燃
焼運転時の空燃比の制御精度を向上することができる。

【００５５】また、本実施形態（１）では、成層燃焼運
転時と均質燃焼運転時とでは空気量（スロットル開度）
の制御領域が大きく異なることを考慮して、成層燃焼運
転時の空気量のＦ／Ｂ補正量を均質燃焼運転時の空気量
の制御に反映させないようにしたので、均質燃焼運転時
の空燃比のリーンずれ又はリッチずれを防止することが
できる。

【００５６】《実施形態（２）》ところで、図１３に示
すように、スロットル開度（吸入空気量）や吸気管圧力
が変化すると、エンジン１１のポンピング損失も変化す
る。成層燃焼運転中に、空気制御式空燃比Ｆ／Ｂ制御に
よる空気量補正量Ａ（スロットル開度補正量）がそれほ
ど大きくない場合は、ポンピング損失の変化量も小さい
ため、ドライバビリティに悪影響を及ぼすようなトルク
変動は発生しないが、空気量補正量Ａが大きくなり過ぎ
ると、ポンピング損失の変化量が大きくなって、ドライ
バビリティに悪影響を及ぼすようなトルク変動が発生す
るおそれがある。

【００５７】この対策として、本発明の実施形態（２）
では、図１０の成層燃焼運転用の空燃比Ｆ／Ｂ制御ルー
チン及び図１２の燃料噴射時間算出ルーチンを実行する
ことで、成層燃焼運転中に空気量補正量Ａが所定範囲外
となったときに、その空気量補正量Ａに応じて燃料噴射
量（燃料噴射時間）を補正して、トルク変動が発生する
ことを防止するようにしている。

【００５８】［成層燃焼運転用の空燃比Ｆ／Ｂ制御］図
１０の成層燃焼運転用の空燃比Ｆ／Ｂ制御ルーチンで
は、まず、ステップ５０１〜５０５で、前記実施形態
（１）で説明した図６のステップ３０１〜３０５と同じ
方法で、目標Ａ／Ｆと実Ａ／Ｆとの偏差に応じて補正量
αを算出して、今回の空気量補正量Ａ(i) ＝Ａ(i-1) ＋
αを求める。

【００５９】この後、ステップ５０６に進み、空気量補
正量Ａが増量側所定値Ａ1 以上であるか否かを判定す
る。もし、空気量補正量Ａが増量側所定値Ａ1 以上であ
れば、ポンピング損失の減少が無視できなくなって、ド
ライバビリティに悪影響を及ぼすようなトルク増加が発
生するため、それを打ち消す分だけ燃料噴射量を減量補
正する必要があると判断して、ステップ５０７に進み、
図１１に示すマップを検索して、前回演算時の燃料噴射
量補正量Ｂに対する補正量βを空気量補正量Ａに応じて
算出する。この補正量βのマップは、空気量補正量Ａが
増量側所定値Ａ1以上の領域では、補正量βがプラス値
となって燃料噴射量を減量補正するように設定され、空
気量補正量Ａが減量側所定値（−Ａ2 ）以下の領域で
は、補正量βがマイナス値となって燃料噴射量を増量補
正するように設定されている。ステップ５０７では、ポ
ンピング損失の減少によるトルク増加分を打ち消すため
に、燃料噴射量補正量Ｂの補正量βがプラス値（燃料噴
射量の減量側）に設定される。

【００６０】一方、ステップ５０６で、空気量補正量Ａ
が増量側所定値Ａ1 よりも小さいと判定された場合は、
ステップ５０８に進み、空気量補正量Ａが減量側所定値
（−Ａ2 ）以下であるか否かを判定する。もし、空気量
補正量Ａが減量側所定値（−Ａ2 ）以下であれば、ポン
ピング損失の増加が無視できなくなって、ドライバビリ
ティに悪影響を及ぼすようなトルク減少が発生するた
め、それを打ち消す分だけ燃料噴射量を増量補正する必
要があると判断して、ステップ５０９に進み、空気量補
正量Ａに応じて図１１に示すマップから燃料噴射量補正
量Ｂの補正量βを算出する。この場合、ポンピング損失
の増加によるトルク減少分を補うために、燃料噴射量補
正量Ｂの補正量βはマイナス値（燃料噴射量の増量側）
に設定される。

【００６１】尚、増量側所定値Ａ1 ＞空気量補正量Ａ＞
減量側所定値（−Ａ2 ）と判定された場合は、ポンピン
グ損失の変化が少なく、ドライバビリティに悪影響を及
ぼすようなトルク変動は発生しないため、燃料噴射量補
正量Ｂを補正する必要はないと判断して、ステップ５１
０に進み、補正量βを０とする。

【００６２】以上のようにして、ステップ５０７又はス
テップ５０９又はステップ５１０で補正量βを設定した
後、ステップ５１１に進み、前回演算時の燃料噴射量補
正量Ｂ(i-1) に今回の補正量βを加算して今回の燃料噴
射量補正量Ｂ(i) を求める。 Ｂ(i) ＝Ｂ(i-1) ＋β

【００６３】［燃料噴射時間算出］図１２の燃料噴射時
間算出ルーチンは、成層燃焼運転中に所定時間毎又は所
定クランク角毎に実行され、次のようにして成層燃焼運
転中の燃料噴射時間ＴＡＵを算出する。まず、ステップ
６０１で、図示しない燃圧補正係数算出ルーチンを実行
して、現在の燃料圧力に応じた燃圧補正係数Ｐを算出
し、次のステップ６０２で、均質燃焼運転中の燃料噴射
量のＦ／Ｂ補正量ＱFBを読み込む。

【００６４】この後、ステップ６０３で、成層燃焼運転
中の燃料噴射時間ＴＡＵを次式により算出する。 ＴＡＵ＝燃料噴射量Ｑ×ＩＮＪ特性係数ＴINJ ×燃圧補
正係数Ｐ×（１−均質燃焼運転中のＦ／Ｂ補正量ＱFB）
×（１−成層燃焼運転中の燃料噴射量補正量Ｂ(i) ） ここで、燃料噴射量Ｑは、アクセル開度等（要求トル
ク）に基づいて算出した燃料噴射量、ＩＮＪ特性係数Ｔ
INJ は、燃料噴射量を燃料噴射時間に換算するための係
数である。

【００６５】以上説明した本実施形態（２）の成層燃焼
運転時の空燃比Ｆ／Ｂ制御の挙動を図１４を用いて説明
する。図１４（ａ），（ｂ）は、成層燃焼運転中に、実
Ａ／Ｆが目標Ａ／Ｆよりリーン側に大きくずれていると
きに、空気制御式の空燃比Ｆ／Ｂ制御が実施されて、ス
ロットル開度補正量（空気量補正量Ａ）が減量側所定値
（−Ａ2 ）を越える場合の挙動を示している。

【００６６】図１４（ｂ）に示す比較例では、成層燃焼
運転中に、空気制御式の空燃比Ｆ／Ｂ制御をスロットル
開度（吸入空気量）の補正のみで行うようにしている。
このため、スロットル開度補正量（空気量補正量Ａ）が
減量側所定値（−Ａ2 ）を越えると、ポンピング損失の
増加が無視できなくなって出力トルクが減少し、ドライ
バビリティが悪化するおそれがある。

【００６７】これに対して、本実施形態（２）では、図
１４（ａ）に示すように、スロットル開度補正量（空気
量補正量Ａ）が減量側所定値（−Ａ2 ）を越えると、そ
の空気量補正量Ａに応じて燃料噴射量を増量補正する。
これにより、ポンピング損失の増加によるトルク減少分
を、燃料噴射量の増量補正によるトルク増加分で打ち消
すことができるので、スロットル開度補正量Ａ（空気量
補正量Ａ）が減量側所定値（−Ａ2 ）を越える場合で
も、定常走行時に出力トルクをほぼ一定に保つことがで
き、ドライバビリティを向上することができる。

【００６８】尚、本実施形態（２）では、ＥＣＵ１６で
算出した空気量補正量Ａ（スロットル開度補正量）によ
って燃料噴射量の補正を実施するか否かを判定するよう
にしたが、吸気管圧力センサ１８を備えているシステム
の場合は、吸気管圧力センサ１８で検出した実際の吸気
管圧力の変化量によって燃料噴射量の補正を実施するか
否かを判定するようにしても良い。吸気管圧力は、ポン
ピング損失を評価するのに最も適したパラメータである
ため、ポンピング損失の変化によるトルク変動を防止す
るための燃料噴射量補正を実施するか否かを実際の吸気
管圧力の変化量によって判定すれば、ポンピング損失の
変化によるトルク変動を精度良く防止することができ
る。尚、実際の吸気管圧力の変化量以外に、実際の吸入
空気量の変化量や実際のスロットル開度の変化量によっ
て燃料噴射量補正を実施するか否かを判定するようにし
ても良い。

【００６９】《実施形態（３）》次に、本発明の実施形
態（３）を図１５乃至図１９を用いて説明する。前記実
施形態（２）では、成層燃焼運転中に空気量補正量Ａが
所定範囲外となったときに、その空気量補正量Ａに応じ
て燃料噴射量（燃料噴射時間）を補正して、トルク変動
が発生することを防止するようにしたが、本実施形態
（３）では、図１８に示すように、排気環流量（ＥＧＲ
率）を増減すれば、筒内ガスの酸素量（リーン成分量）
を変化させて空燃比を変化させることができる点に着目
して、図１５の成層燃焼運転用の空燃比Ｆ／Ｂ制御ルー
チン及び図１７の目標ＥＧＲ開度算出ルーチンを実行す
ることで、成層燃焼運転中に空気量補正量Ａが所定範囲
外となったときに、空気量補正量Ａを所定範囲内に制限
して、ドライバビリティに悪影響を及ぼすようなトルク
変動を防止する共に、その空気量補正量Ａの制限によっ
て生じる吸入空気量の過不足分をＥＧＲ量の増減で補正
して、実Ａ／Ｆを目標Ａ／Ｆに制御するようにしてい
る。

【００７０】［成層燃焼運転用の空燃比Ｆ／Ｂ制御］図
１５の成層燃焼運転用の空燃比Ｆ／Ｂ制御ルーチンで
は、まず、ステップ７０１〜７０５で、前記実施形態
（１）で説明した図６のステップ３０１〜３０５と同じ
方法で、目標Ａ／Ｆと実Ａ／Ｆとの偏差に応じて補正量
αを算出して、今回の空気量補正量Ａ(i) ＝Ａ(i-1) ＋
αを求める。

【００７１】この後、ステップ７０６に進み、空気量補
正量Ａが増量側所定値Ａ1 以上であるか否かを判定す
る。もし、空気量補正量Ａが増量側所定値Ａ1 以上であ
れば、ステップ７０７に進み、図１６に示すマップを検
索して、前回演算時のＥＧＲ補正量Ｃに対する補正量γ
を空気量補正量Ａに応じて算出する。

【００７２】空気量補正量Ａが増量側所定値Ａ1 以上の
場合は、後述するステップ７０８のガード処理によって
空気量補正量Ａが増量側所定値Ａ1 に制限されて、目標
Ａ／Ｆに対して筒内ガスのリーン成分（酸素等）が不足
した状態となる。一方、空気量補正量Ａが減量側所定値
（−Ａ2 ）以下の場合は、後述するステップ７１１のガ
ード処理によって空気量補正量Ａが減量側所定値（−Ａ
2 ）に制限されて、目標Ａ／Ｆに対して筒内ガスのリー
ン成分が過剰な状態となる。

【００７３】そこで、図１６の補正量γのマップは、空
気量補正量ＡがＡ1 以上の領域（ガード処理によってリ
ーン成分が不足する領域）では、補正量γをマイナス値
に設定してＥＧＲ量（ＥＧＲ率）を減量補正すること
で、筒内に吸入する新気（吸入空気）の割合を増加させ
て、実Ａ／Ｆを目標Ａ／Ｆに合わせるように設定され、
空気量補正量Ａが−Ａ2 以下の領域（ガード処理によっ
てリーン成分が過剰になる領域）では、補正量βをプラ
ス値に設定してＥＧＲ量（ＥＧＲ率）を増量補正するこ
とで、筒内に吸入する新気（吸入空気）の割合を減少さ
せて、実Ａ／Ｆを目標Ａ／Ｆに合わせるように設定され
ている。ステップ７０７では、空気量補正量Ａが増量側
所定値Ａ1 以上であるため、ＥＧＲ補正量Ｃの補正量γ
がマイナス値（ＥＧＲ量の減量側）に設定される。この
後、ステップ７０８に進み、空気量補正量Ａを増量側所
定値Ａ1 でガード処理する（Ａ＝Ａ1 ）。

【００７４】一方、ステップ７０６で、空気量補正量Ａ
が増量側所定値Ａ1 よりも小さいと判定された場合は、
ステップ７０９に進み、空気量補正量Ａが減量側所定値
（−Ａ2 ）以下であるか否かを判定する。もし、空気量
補正量Ａが減量側所定値（−Ａ2 ）以下であれば、ステ
ップ７１０に進み、空気量補正量Ａに応じて図１６に示
すマップからＥＧＲ補正量Ｃの補正量γを算出する。こ
の場合、ＥＧＲ補正量Ｃの補正量γはプラス値（ＥＧＲ
量の増量側）に設定される。この後、ステップ７１１に
進み、空気量補正量Ａを減量側所定値（−Ａ2 ）でガー
ド処理する（Ａ＝−Ａ2 ）。

【００７５】尚、増量側所定値Ａ1 ＞空気量補正量Ａ＞
減量側所定値（−Ａ2 ）と判定された場合は、空気量補
正量Ａのみで実Ａ／Ｆを目標Ａ／Ｆに制御できるので、
ＥＧＲ補正量Ｃを補正する必要はないと判断して、ステ
ップ７１２に進み、補正量γを０とする。

【００７６】その後、ステップ７０８又はステップ７１
１又はステップ７１２からステップ７１３に進み、前回
演算時のＥＧＲ補正量Ｃ(i-1) に今回の補正量γを加算
して今回のＥＧＲ補正量Ｃ(i) を求める。 Ｃ(i) ＝Ｃ(i-1) ＋γ

【００７７】［目標ＥＧＲ開度算出］図１７の目標ＥＧ
Ｒ開度算出ルーチンは、所定時間毎又は所定クランク角
毎に実行される。本ルーチンが起動されると、まず、ス
テップ８０１で、エンジン回転速度Ｎｅと要求トルクを
パラメータとする基本目標ＥＧＲ開度ＣB のマップを検
索して基本目標ＥＧＲ開度ＣB を算出する。この基本目
標ＥＧＲ開度ＣB のマップは、成層燃焼モード用のマッ
プと均質燃焼モード用のマップが設定され、現在の燃焼
モードに応じていずれか一方のマップが選択される。

【００７８】この後、ステップ８０２に進み、基本目標
ＥＧＲ開度ＣB に図１５のステップ７１３で算出したＥ
ＧＲ補正量Ｃ(i) を加算して補正することで、最終的な
目標ＥＧＲ開度ＣF を算出する。 ＣF ＝ＣB ＋Ｃ(i)

【００７９】以上説明した本実施形態（３）の成層燃焼
運転時の空燃比Ｆ／Ｂ制御の挙動を図１９のタイムチャ
ートを用いて説明する。成層燃焼運転中に、実Ａ／Ｆが
目標Ａ／Ｆよりリーン側に大きくずれているときに、空
気制御式の空燃比Ｆ／Ｂ制御が実施されて空気量補正量
Ａ（スロットル開度補正量）が減量側所定値（−Ａ2）
以下になると、空気量補正量Ａを減量側所定値（−Ａ2
）にガード処理して、ポンピング損失の増加によるト
ルク低下を防止する。このとき、空気量補正量Ａのガー
ド処理の前後で、ＥＧＲ量（ＥＧＲ率）が一定である
と、筒内ガスのリーン成分が過剰となるため、ＥＧＲ量
（ＥＧＲ率）を増量補正することで、筒内に吸入する新
気（吸入空気）の割合を減少させて、筒内ガスのリーン
成分を減少させ、実Ａ／Ｆをリッチ側に補正して目標Ａ
／Ｆに一致させる。これにより、出力トルクをほぼ一定
に保ったまま、実Ａ／Ｆを目標Ａ／Ｆに制御することが
でき、ドライバビリティを向上することができる。

【００８０】《実施形態（４）》成層燃焼運転中は、圧
縮行程で燃料を噴射し、その噴射燃料が点火プラグの近
傍まで流動するタイミングで点火して成層燃焼させる
が、空気量補正量が大きくなると（つまり筒内の充填空
気量の変化量が大きくなると）、筒内のガス流動が変化
して噴射燃料の挙動が変化し、その影響で、噴射燃料が
点火プラグの近傍へ流動するまでの時間が変化して、点
火時の噴射燃料の位置が適正位置（点火プラグの近傍）
からずれてしまい、燃焼状態が悪化するおそれがある。

【００８１】この対策として、本発明の実施形態（４）
では、図２０の成層燃焼運転用の空燃比Ｆ／Ｂ制御ルー
チン及び図２２の燃料噴射時期算出ルーチンを実行する
ことで、成層燃焼運転中に空気量補正量Ａが所定範囲外
となったときに、その空気量補正量Ａに応じて燃料噴射
時期を補正して、燃焼状態を安定化させるようにしてい
る。つまり、予め、噴射燃料が点火プラグの近傍へ流動
するまでの時間と空気量補正量Ａとの関係を、実験、シ
ミュレーション等で求めておき、空気量補正量Ａに応じ
て燃料噴射時期を補正すれば、空気量補正量Ａが大きく
なっても、点火時期に合わせて噴射燃料を点火プラグの
近傍へ流動させることができ、燃焼状態を安定させるこ
とができる。

【００８２】［成層燃焼運転用の空燃比Ｆ／Ｂ制御］図
２０の成層燃焼運転用の空燃比Ｆ／Ｂ制御ルーチンで
は、まず、ステップ９０１〜９０５で、前記実施形態
（１）同様の方法で、空気量補正量Ａ(i) を算出した
後、ステップ９０６に進み、空気量補正量Ａが増量側所
定値Ｅ1 以上であるか否かを判定する。もし、空気量補
正量Ａが増量側所定値Ｅ1 以上であれば、噴射燃料が点
火プラグ付近に到達するまでの時間が長くなるため、燃
料噴射時期を進角補正する必要があると判断して、ステ
ップ９０７に進み、図２１に示すマップを検索して、前
回演算時の燃料噴射時期補正量Ｄに対する補正量δを空
気量補正量Ａに応じて算出する。この燃料噴射時期補正
量Ｄの補正量δのマップは、空気量補正量Ａが増量側所
定値Ｅ1 以上の領域では、補正量δが進角側となるよう
に設定され、空気量補正量Ａが減量側所定値（−Ｅ2 ）
以下の領域では、補正量δが遅角側となるように設定さ
れている。ステップ９０７では、空気量補正量Ａが増量
側所定値Ｅ1 以上であるため、燃料噴射時期補正量Ｄの
補正量δが進角側に設定され、燃料噴射から点火までの
時間が長くなる。

【００８３】一方、ステップ９０６で、空気量補正量Ａ
が増量側所定値Ｅ1 よりも小さいと判定された場合は、
ステップ９０８に進み、空気量補正量Ａが減量側所定値
（−Ｅ2 ）以下であるか否かを判定する。もし、空気量
補正量Ａが減量側所定値（−Ｅ2 ）以下であれば、噴射
燃料が点火プラグ付近に到達するまでの時間が短くなる
ため、燃料噴射時期を遅角補正する必要があると判断し
て、ステップ９０９に進み、空気量補正量Ａに応じて図
２１に示すマップから燃料噴射時期補正量Ｄの補正量δ
を算出する。この場合、燃料噴射時期補正量Ｄの補正量
δは遅角側に設定され、燃料噴射から点火までの時間が
短くなる。

【００８４】尚、増量側所定値Ｅ1 ＞空気量補正量Ａ＞
減量側所定値（−Ｅ2 ）と判定された場合は、燃料噴射
時期補正量Ｄを補正する必要はないと判断して、ステッ
プ９１０に進み、補正量δを０とする。

【００８５】以上のようにして、ステップ９０７又はス
テップ９０９又はステップ９１０で補正量δを設定した
後、ステップ９１１に進み、前回演算時の燃料噴射時期
補正量Ｄ(i-1) に今回の補正量δを加算して、今回の燃
料噴射量補正量Ｄ(i) を求める。 Ｄ(i) ＝Ｄ(i-1) ＋δ

【００８６】［燃料噴射時期算出］図２２の燃料噴射時
期算出ルーチンは、所定時間毎又は所定クランク角毎に
実行される。本ルーチンが起動されると、まず、ステッ
プ１００１で、エンジン回転速度Ｎｅと要求トルクをパ
ラメータとする基本燃料噴射時期ＤB のマップを検索し
て基本燃料噴射時期ＤB を算出する。この基本燃料噴射
時期ＤB のマップは、成層燃焼モード用のマップと均質
燃焼モード用のマップが設定され、現在の燃焼モードに
応じていずれか一方のマップが選択される。

【００８７】この後、ステップ１００２に進み、基本燃
料噴射時期ＤB に図２０のステップ９１１で算出した燃
料噴射時期補正量Ｄ(i) を加算して補正することで、最
終的な燃料噴射時期ＤF を算出する。 ＤF ＝ＤB ＋Ｄ(i)

【００８８】以上説明した本実施形態（４）の成層燃焼
運転時の空燃比Ｆ／Ｂ制御の挙動を図２３のタイムチャ
ートを用いて説明する。成層燃焼運転中に、実Ａ／Ｆが
目標Ａ／Ｆよりリッチ側に大きくずれているときに、空
気制御式の空燃比Ｆ／Ｂ制御が実施されて、空気量補正
量Ａ（スロットル開度補正量）が増量側所定値Ｅ1 以上
になると、噴射燃料が点火プラグ付近に到達するまでの
時間が長くなるため、空気量補正量Ａに応じて燃料噴射
時期を進角補正する。これにより、空気量補正量Ａが大
きく変化しても、点火時期に合わせて噴射燃料を点火プ
ラグの近傍に到達させることができ、燃焼状態を安定さ
せることができる。尚、空気量補正量Ａに応じた燃料噴
射時期の補正は、前記実施形態（２），（３）と組み合
わせて実施しても良い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態（１）を示すエンジン制御シ
ステム全体の概略構成図

【図２】エンジン制御の概要を説明するための機能ブロ
ック図

【図３】燃焼モード切換えマップの一例を概念的に示す
図

【図４】空燃比Ｆ／Ｂ制御ルーチンの処理の流れを示す
フローチャート

【図５】Ｆ／Ｂ実行条件判定ルーチンの処理の流れを示
すフローチャート

【図６】実施形態（１）の成層燃焼運転用の空燃比Ｆ／
Ｂ制御ルーチンの処理の流れを示すフローチャート

【図７】前回演算時の空気量補正量に対する補正量のマ
ップの一例を概念的に示す図

【図８】目標スロットル開度算出ルーチンの処理の流れ
を示すフローチャート

【図９】（ａ）は実施形態（１）において成層燃焼運転
中に実Ａ／Ｆが目標Ａ／Ｆよりもリーン側にずれている
場合の定常走行時の空燃比Ｆ／Ｂ制御の挙動を示すタイ
ムチャート、（ｂ）は実施形態（１）において成層燃焼
運転中に実Ａ／Ｆが目標Ａ／Ｆよりもリッチ側にずれて
いる場合の定常走行時の空燃比Ｆ／Ｂ制御の挙動を示す
タイムチャート

【図１０】実施形態（２）の成層燃焼運転用の空燃比Ｆ
／Ｂ制御ルーチンの処理の流れを示すフローチャート

【図１１】前回演算時の燃料噴射量補正量に対する補正
量のマップの一例を概念的に示す図

【図１２】燃料噴射時間算出ルーチンの処理の流れを示
すフローチャート

【図１３】ポンピング損失の特性を示す図

【図１４】（ａ）は実施形態（２）の成層燃焼運転時の
空燃比Ｆ／Ｂ制御の挙動を示すタイムチャート、（ｂ）
は比較例の成層燃焼運転時の空燃比Ｆ／Ｂ制御の挙動を
示すタイムチャート

【図１５】実施形態（３）の成層燃焼運転用の空燃比Ｆ
／Ｂ制御ルーチンの処理の流れを示すフローチャート

【図１６】前回演算時のＥＧＲ補正量に対する補正量の
マップの一例を概念的に示す図

【図１７】目標ＥＧＲ開度算出ルーチンの処理の流れを
示すフローチャート

【図１８】空燃比とＥＧＲ率の関係を示す図

【図１９】実施形態（３）の成層燃焼運転時の空燃比Ｆ
／Ｂ制御の挙動を示すタイムチャート

【図２０】実施形態（４）の成層燃焼運転用の空燃比Ｆ
／Ｂ制御ルーチンの処理の流れを示すフローチャート

【図２１】前回演算時の燃料噴射時期補正量に対する補
正量のマップの一例を概念的に示す図

【図２２】燃料噴射時期算出ルーチンの処理の流れを示
すフローチャート

【図２３】実施形態（４）の成層燃焼運転時の空燃比Ｆ
／Ｂ制御の挙動を示すタイムチャート

【図２４】（ａ）は実Ａ／Ｆが目標Ａ／Ｆよりもリーン
側にずれている時の従来の空燃比Ｆ／Ｂ制御の挙動を示
すタイムチャート、（ｂ）は実Ａ／Ｆが目標Ａ／Ｆがよ
りもリッチ側にずれている時の従来の空燃比Ｆ／Ｂ制御
の挙動を示すタイムチャート

【符号の説明】

１１…筒内噴射式エンジン（筒内噴射式内燃機関）、１
５…スロットル弁、１６…ＥＣＵ（空燃比フィードバッ
ク制御手段）、１８…吸気管圧力センサ（吸気管圧力検
出手段）、２８…燃料噴射弁、３７…排気管、３８…三
元触媒、３９…リーンＮＯｘ触媒、４０…ＥＧＲ配管
（排気還流制御手段）、４１…ＥＧＲ弁（排気還流制御
手段）、４２…空燃比センサ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０２Ｄ 11/10 Ｆ０２Ｄ 11/10 Ｆ 21/08 21/08 Ｌ ３０１ ３０１Ａ ３０１Ｃ 41/02 ３０１ 41/02 ３０１Ａ ３１０ ３１０Ｅ ３１０Ｆ ３３５ ３３５ 43/00 ３０１ 43/00 ３０１Ｈ ３０１Ｊ ３０１Ｋ ３０１Ｎ 45/00 ３２４ 45/00 ３２４ Ｆ０２Ｍ 25/07 ５５０ Ｆ０２Ｍ 25/07 ５５０Ｇ ５５０Ｍ ５５０Ｒ ５７０ ５７０Ａ Ｆターム(参考） 3G062 AA03 AA07 BA04 BA05 BA06 CA07 DA01 DA02 EA10 ED01 ED04 ED10 FA02 FA05 FA06 FA12 GA02 GA04 GA06 GA17 3G065 AA04 AA06 AA07 CA12 CA13 DA06 DA15 EA09 EA12 FA12 GA00 GA01 GA10 GA41 GA46 HA02 HA21 HA22 JA04 JA09 JA11 KA02 3G084 AA04 BA05 BA09 BA13 BA15 BA20 BA21 BA23 DA11 DA12 EA11 EB09 EB12 FA07 FA10 FA11 FA19 FA20 FA29 FA33 FA38 FA39 3G092 AA01 AA06 AA09 AA10 AA13 AA17 BA01 BA05 BA06 BB03 BB06 DC03 DC06 DC09 DE03S DG07 DG08 EA01 EA02 EA07 EA11 EB05 EC01 EC10 FA04 FA15 GA05 GA17 HA05Z HA06X HD04X HE01Z HE04Z HE05Z HF08Z 3G301 HA01 HA04 HA13 HA16 HA17 HA19 JA04 LA00 LA01 LA05 MA01 MA11 MA18 NC04 ND02 NE01 NE06 NE11 NE12 NE14 NE15 NE17 NE19 PA00Z PA01Z PA07Z PA11Z PD02Z PE01Z PE03Z PE04Z PE05Z PE08Z PF03Z

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 筒内に燃料を噴射する筒内噴射式内燃機
   関において、 内燃機関の排出ガスの空燃比を検出する空燃比センサ
   と、 内燃機関の運転状態に応じて目標空燃比を設定する目標
   空燃比設定手段と、 前記空燃比センサの検出空燃比が目標空燃比に一致する
   ように空燃比フィードバック制御を実施する空燃比フィ
   ードバック制御手段とを備え、 前記空燃比フィードバック制御手段は、圧縮行程で燃料
   を噴射する成層燃焼運転時に空気量の補正によって空燃
   比をフィードバック制御することを特徴とする筒内噴射
   式内燃機関の空燃比制御装置。
2. 【請求項２】 前記空燃比フィードバック制御手段は、
   成層燃焼運転時の空燃比フィードバック制御による空気
   量の補正をスロットル開度の補正によって実施すること
   を特徴とする請求項１に記載の筒内噴射式内燃機関の空
   燃比制御装置。
3. 【請求項３】 前記空燃比フィードバック制御手段は、
   成層燃焼運転時の空燃比フィードバック制御による空気
   量補正量が所定範囲外になったときに、該空気量補正量
   に応じて燃料噴射量を補正することを特徴とする請求項
   １又は２に記載の筒内噴射式内燃機関の空燃比制御装
   置。
4. 【請求項４】 前記空燃比フィードバック制御手段は、
   成層燃焼運転時の空燃比フィードバック制御による空気
   量補正量が増量側所定値以上となったときに燃料噴射量
   を減量補正し、空気量補正量が減量側所定値以下となっ
   たときに燃料噴射量を増量補正することを特徴とする請
   求項３に記載の筒内噴射式内燃機関の空燃比制御装置。
5. 【請求項５】 吸気管圧力を検出する吸気管圧力検出手
   段を備え、 前記空燃比フィードバック制御手段は、前記空気量補正
   量が所定範囲外であるか否かの判定を前記吸気管圧力検
   出手段で検出した吸気管圧力の変化量によって行うこと
   を特徴とする請求項３又は４に記載の筒内噴射式内燃機
   関の空燃比制御装置。
6. 【請求項６】 排出ガスの一部を吸気系に還流させる排
   気還流制御手段を備え、 前記空燃比フィードバック制御手段は、成層燃焼運転時
   の空燃比フィードバック制御により前記スロットル開度
   の補正量が所定範囲外となったときに、該スロットル開
   度の補正量を所定範囲内に制限し、その代わりに、前記
   排気還流制御手段により排気還流量を補正することで空
   燃比をフィードバック制御することを特徴とする請求項
   ２に記載の筒内噴射式内燃機関の空燃比制御装置。
7. 【請求項７】 前記空燃比フィードバック制御手段は、
   成層燃焼運転時の空燃比フィードバック制御により空気
   量補正量が所定範囲外となったときに、該空気量補正量
   に応じて燃料噴射時期を補正することを特徴とする請求
   項１乃至６のいずれかに記載の筒内噴射式内燃機関の空
   燃比制御装置。
8. 【請求項８】 前記空燃比フィードバック制御手段は、
   成層燃焼運転時の空燃比フィードバック制御による空気
   量補正量が増量側所定値以上となったときに燃料噴射時
   期を進角補正し、該空気量補正量が減量側所定値以下と
   なったときに燃料噴射時期を遅角補正することを特徴と
   する請求項７に記載の筒内噴射式内燃機関の空燃比制御
   装置。
9. 【請求項９】 前記空燃比フィードバック制御手段は、
   吸気行程で燃料を噴射する均質燃焼運転時に燃料噴射量
   の補正によって空燃比をフィードバック制御し、均質燃
   焼運転時の燃料噴射量に関する空燃比フィードバック補
   正量を成層燃焼運転時の燃料噴射量の制御に反映させる
   ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の筒
   内噴射式内燃機関の空燃比制御装置。
10. 【請求項１０】 前記空燃比フィードバック制御手段
    は、均質燃焼運転時に燃料噴射量による空燃比フィード
    バック制御を実施した後に、成層燃焼運転時に空気量に
    よる空燃比フィードバック制御を実施することを特徴と
    する請求項９に記載の筒内噴射式内燃機関の空燃比制御
    装置。
11. 【請求項１１】 前記空燃比フィードバック制御手段
    は、成層燃焼運転時の空気量に関する空燃比フィードバ
    ック補正量を均質燃焼運転時の空気量の制御に反映させ
    ないことを特徴とする請求項９又は１０に記載の筒内噴
    射式内燃機関の空燃比制御装置。