JP3911855B2 - 直噴火花点火式エンジンの制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンの運転条件に基づいてトルク補正を行う直噴火花点火式エンジンの制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、例えば自動変速機の変速時等に所望の目標トルクを実現する際に、エンジントルクが目標トルクに収束するように吸入空気量をフィードバック制御する一方、そのときのエンジントルクと目標トルクとの偏差に応じて点火時期を補正することにより、すなわち、吸入空気量制御の応答性より速いトルク制御（トルク補正）は点火時期補正で行うことにより、目標トルクを達成するようにしたものがある（特開平５−１６３９９６号公報参照）。
【０００３】
一方、近年、直噴火花点火式エンジンが注目されており、このものでは、エンジンの運転条件に応じて、燃焼方式を切換制御、すなわち、吸気行程にて燃料を噴射することにより、燃焼室内に燃料を拡散させ均質の混合気を形成して行う均質燃焼と、圧縮行程にて燃料を噴射することにより、点火栓回りに集中的に層状の混合気を形成して行う成層燃焼とに切換制御するのが一般的である（特開昭５９−３７２３６号公報参照）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような直噴火花点火式エンジンにおいて、成層燃焼時に点火時期を用いてトルク補正を行おうとすると、成層燃焼時は混合気が点火栓近傍に来たタイミングで点火しなければならず、点火時期の操作代が少ないため、十分なトルク補正が困難で、強行すると、燃焼の悪化、更にひどい場合には失火を生じてしまう可能性がある。
【０００５】
本発明は、このような問題点に鑑み、均質燃焼と成層燃焼とを切換可能な場合に最適なトルク補正を行うことのできる直噴火花点火式エンジンの制御装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項１に係る発明では、図１（Ａ）に示すように、吸気行程にて燃料を噴射して行う均質燃焼と圧縮行程にて燃料を噴射して行う成層燃焼とを切換可能な燃焼方式切換手段を備える直噴火花点火式エンジンであって、エンジンの運転条件に基づいてトルク補正要求を発生するトルク補正要求手段を備えるものにおいて、同一の燃焼方式における前記トルク補正要求に対し、均質燃焼時には、点火時期と空燃比とのうち、少なくとも点火時期を補正してトルク補正を行う均質燃焼時トルク補正手段と、成層燃焼時には、点火時期と空燃比とのうち、空燃比のみを補正してトルク補正を行う成層燃焼時トルク補正手段とを各別に設けたことを特徴とする。
【０００７】
請求項２に係る発明では、図１（Ｂ）に示すように、吸気行程にて燃料を噴射して行う均質燃焼と圧縮行程にて燃料を噴射して行う成層燃焼とを切換可能な燃焼方式切換手段を備える直噴火花点火式エンジンであって、エンジンの運転条件に基づいてトルク補正要求を発生するトルク補正要求手段を備えるものにおいて、同一の燃焼方式における前記トルク補正要求に対し、エンジンの吸入空気量を制御してトルク制御を行うトルク制御手段を設ける一方、吸入空気量制御の遅れに対する高応答のトルク補正を行うように、均質燃焼時には少なくとも点火時期を補正してトルク補正を行う均質燃焼時トルク補正手段と、成層燃焼時には少なくとも空燃比を補正してトルク補正を行う成層燃焼時トルク補正手段とを各別に設けたことを特徴とする。
【０００８】
請求項３に係る発明では、同じく図１（Ｂ）に示すように、吸気行程にて燃料を噴射して行う均質燃焼と圧縮行程にて燃料を噴射して行う成層燃焼とを切換可能な燃焼方式切換手段を備える直噴火花点火式エンジンであって、少なくともアクセル開度に基づくと共に、同一の燃焼方式におけるトルク補正要求を含んでエンジンの目標トルクを算出する目標トルク算出手段を備えるものにおいて、前記目標トルクを達成するように、エンジンの吸入空気量を制御してトルク制御を行うトルク制御手段を設ける一方、吸入空気量制御の遅れに対する高応答のトルク補正を行うように、均質燃焼時には少なくとも点火時期を補正してトルク補正を行う均質燃焼時トルク補正手段と、成層燃焼時には少なくとも空燃比を補正してトルク補正を行う成層燃焼時トルク補正手段とを各別に設けたことを特徴とする。
【０００９】
請求項４に係る発明では、前記トルク制御手段は、目標トルクを実現するように必要基本燃料量を算出する必要基本燃料量算出手段と、必要基本燃料量と目標空燃比とから目標吸入空気量を算出する目標吸入空気量算出手段と、目標吸入空気量に基づいて目標スロットル開度を算出する目標スロットル開度算出手段と、目標スロットル開度になるようにスロットル弁を駆動するスロットル弁駆動制御手段とを含んで構成されることを特徴とする（図７参照）。
【００１０】
請求項５に係る発明では、前記均質燃焼時トルク補正手段は、トルク補正量を点火時期補正分と空燃比補正分とに分け、点火時期と空燃比とを補正してトルク補正を行うものであり、前記成層燃焼時トルク補正手段は、トルク補正量を空燃比補正分のみとし、空燃比を補正してトルク補正を行うものであることを特徴とする。
【００１１】
請求項６に係る発明では、前記均質燃焼時トルク補正手段及び成層燃焼時トルク補正手段において、トルク補正量はエンジン回転同期で演算し、トルク補正量の燃料噴射量への反映は時間同期で演算することを特徴とする。
請求項７に係る発明では、前記均質燃焼時トルク補正手段及び成層燃焼時トルク補正手段において、トルク補正量の演算及びそのトルク補正量の燃料噴射量への反映はエンジン回転同期で演算することを特徴とする。
請求項８に係る発明では、前記トルク補正要求は、変速、エアコンＯＮ、燃料カットリカバーに起因するものであることを特徴とする。
【００１２】
【発明の効果】
請求項１に係る発明によれば、均質燃焼時には少なくとも点火時期を操作し、成層燃焼時には空燃比を操作してトルク補正を行うことにより、燃焼方式にかかわらず、所望のトルク補正を行うことができる。
請求項２に係る発明によれば、トルク補正要求に対し、吸入空気量制御では追従できない高速のトルク補正を、燃焼方式にかかわらず、実現することができて、トルク補正要求に応えることができる。
【００１３】
請求項３に係る発明によれば、目標トルクへのトルク制御に際し、吸入空気量制御では追従できない高速のトルク補正を、燃焼方式にかかわらず、実現することができて、目標トルクを達成できる。
請求項４に係る発明によれば、いわゆるトルクデマンド制御（図７のような制御をトルクデマンド制御という）によりスロットル開度を制御している際に、これによる吸入空気量制御では追従できない高速のトルク補正を、燃焼方式にかかわらず、実現することができて、目標トルクを達成できる。
【００１４】
請求項５に係る発明によれば、均質燃焼時のトルク制御の可能な範囲（ダイナミックレンジ）を広げることができる。
請求項６に係る発明によれば、高回転時に演算負荷を増加させることなく、成層燃焼の場合でも均質燃焼の場合と同様に良好な応答性を実現できる。
請求項７に係る発明によれば、成層燃焼の場合も均質燃焼の場合も、全ての回転数において全く同等の応答性を実現できる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を説明する。
図２は実施の一形態を示す直噴火花点火式エンジンのシステム図である。先ず、これについて説明する。
車両に搭載されるエンジン１の各気筒の燃焼室には、エアクリーナ２から吸気通路３により、電制スロットル弁４の制御を受けて、空気が吸入される。
【００１６】
電制スロットル弁４は、コントロールユニット２０からの信号により作動するステップモータ等により開度制御される。
そして、燃焼室内に燃料（ガソリン）を直接噴射するように、電磁式の燃料噴射弁（インジェクタ）５が設けられている。
燃料噴射弁５は、コントロールユニット２０からエンジン回転に同期して吸気行程又は圧縮行程にて出力される噴射パルス信号によりソレノイドに通電されて開弁し、所定圧力に調圧された燃料を噴射するようになっている。そして、噴射された燃料は、吸気行程噴射の場合は燃焼室内に拡散して均質な混合気を形成し、また圧縮行程噴射の場合は点火栓６回りに集中的に層状の混合気を形成し、コントロールユニット２０からの点火信号に基づき、点火栓６により点火されて、燃焼（均質燃焼又は成層燃焼）する。尚、燃焼方式は、空燃比制御との組合わせで、均質ストイキ燃焼、均質リーン燃焼（空燃比２０〜３０）、成層リーン燃焼（空燃比４０程度）に分けられる。
【００１７】
エンジン１からの排気は排気通路７より排出され、排気通路７には排気浄化用の触媒８が介装されている。
コントロールユニット２０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ａ／Ｄ変換器及び入出力インターフェイス等を含んで構成されるマイクロコンピュータを備え、各種のセンサから信号が入力されている。
【００１８】
前記各種のセンサとしては、エンジン１のクランク軸又はカム軸回転を検出するクランク角センサ２１，２２が設けられている。これらのクランク角センサ２１，２２は、気筒数をｎとすると、クランク角７２０°／ｎ毎に、予め定めたクランク角位置（各気筒の圧縮上死点前の所定クランク角位置）で基準パルス信号ＲＥＦを出力すると共に、１〜２°毎に単位パルス信号ＰＯＳを出力するもので、基準パルス信号ＲＥＦの周期などからエンジン回転数Ｎｅを算出可能である。
【００１９】
この他、吸気通路３のスロットル弁４上流で吸入空気流量Ｑａを検出するエアフローメータ２３、アクセル開度（アクセルペダルの踏込み量）ＡＣＣを検出するアクセルセンサ２４、スロットル弁４の開度ＴＶＯを検出するスロットルセンサ２５（スロットル弁４の全閉位置でＯＮとなるアイドルスイッチを含む）、エンジン１の冷却水温Ｔｗを検出する水温センサ２６、排気通路７にて排気空燃比のリッチ・リーンに応じた信号を出力するＯ2 センサ２７、車速ＶＳＰを検出する車速センサ２８などが設けられている。
【００２０】
ここにおいて、コントロールユニット２０は、前記各種のセンサからの信号を入力しつつ、内蔵のマイクロコンピュータにより、所定の演算処理を行って、電制スロットル弁４によるスロットル開度、燃料噴射弁５による燃料噴射量、及び、点火栓６による点火時期を制御する。
これら制御のうち、トルク制御（トルク補正）に関連する制御について、第１〜第５の実施例を、フローチャートにより説明する。
【００２１】
〔第１の実施例〕
第１の実施例のフローチャートは図３〜図５に示される。
図３はトルク補正量演算ルーチンであり、基準パルス信号ＲＥＦに同期して実行される（ＲＥＦ−ＪＯＢ）。
Ｓ１では、変速、エアコンＯＮ、燃料カットリカバーなどに起因するトルク補正要求（増減要求）を読込む。すなわち、トルク補正要求手段としての別ルーチンにより、変速時はトルク低減要求、エアコンＯＮ時はトルク増加要求、燃料カットリカバー時はトルク低減要求が発生されるので、これを読込む。尚、図１９〜図２１にトルク補正要求（トルク補正要求分演算）ルーチンのフローチャートを示しており、最後に説明する。
【００２２】
Ｓ２では、トルク補正要求に対応させて、トルク補正量ＰＩＰＥＲ（１００±α％）を演算する。具体的には、トルク補正要求分を除いた基本目標トルク（ドライバ要求トルク）をｔＴｅ０（別ルーチンで演算する）とし、トルク補正要求分をΔｔＴｅとすると、ＰＩＰＥＲ＝〔（ｔＴｅ０＋ΔｔＴｅ）／ｔＴｅ０〕×１００（％）により演算する。ここでは、ＰＩＰＥＲ＝１００％が補正なし、ＰＩＰＥＲ＞１００％がトルク増加要求、ＰＩＰＥＲ＜１００％がトルク低減要求となる。
【００２３】
Ｓ３では、燃焼方式を読込む。
ここで、燃焼方式は、燃焼方式切換手段としての別ルーチンにより、エンジン運転条件に基づいて、燃焼方式切換マップを参照することにより、切換えられる。すなわち、エンジン回転数Ｎｅと目標トルクｔＴｅ（＝ｔＴｅ０＋ΔｔＴｅ）とをパラメータとして燃焼方式（及び基本当量比ｔφ）を定めたマップを、水温Ｔｗ、始動後時間などの条件別に複数備えていて、これらの条件から選択されたマップより、実際のエンジン運転状態のパラメータに従って、均質ストイキ燃焼、均質リーン燃焼又は成層リーン燃焼のいずれかに燃焼方式（及び基本当量比ｔφ）が設定される。よって、これを読込む。尚、図２２に燃焼方式切換（及び基本当量比ｔφ設定）ルーチンのフローチャートを示しており、最後に説明する。
【００２４】
Ｓ４では、均質燃焼（均質ストイキ燃焼又は均質リーン燃焼）か成層燃焼（成層リーン燃焼）かを判定し、その結果に従って分岐する。
均質燃焼の場合は、Ｓ５へ進み、図２４に示すようなテーブルを用いて、トルク補正量ＰＩＰＥＲを点火時期補正量ＴＱＲＥＴに変換する。点火時期補正量ＴＱＲＥＴは、進角補正の場合に正の値、遅角補正の場合に負の値となる。そして、Ｓ６でトルク補正量ＰＩＰＥＲを１００％（補正なし）に戻して、本ルーチンを終了する。
【００２５】
成層燃焼の場合は、Ｓ７へ進み、点火時期補正量ＴＱＲＥＴ＝０にして、本ルーチンを終了する。この場合、トルク補正量ＰＩＰＥＲはＳ２での演算値に維持される。
図４は点火時期演算ルーチンであり、基準パルス信号ＲＥＦに同期して実行される（ＲＥＦ−ＪＯＢ）。
【００２６】
Ｓ１１では、別ルーチンにより演算されている基本点火時期ＡＤＶｍａｐを読込む。尚、均質燃焼（均質ストイキ燃焼及び均質リーン燃焼）用の基本点火時期ＡＤＶｍａｐは、ＭＢＴ制御に従って演算するか、図２６（ａ）に示すようにエンジン回転数Ｎｅと目標トルクｔＴｅ（又は燃料噴射量Ｔｉ）とに応じて基本点火時期ＡＤＶｍａｐを定めたマップより演算する。成層燃焼用の基本点火時期ＡＤＶｍａｐは、図２６（ｂ）に示すようにエンジン回転数Ｎｅと目標トルクｔＴｅ（又は燃料噴射量Ｔｉ）とに応じて基本点火時期ＡＤＶｍａｐを定めたマップより演算する。
【００２７】
Ｓ１２では、点火時期補正量ＴＱＲＥＴを読込む。
Ｓ１３では、次式のごとく、基本点火時期ＡＤＶｍａｐに点火時期補正量ＴＱＲＥＴを加算して、最終的な点火時期ＡＤＶを演算する。
ＡＤＶ＝ＡＤＶｍａｐ＋ＴＱＲＥＴ
ここで、均質燃焼時はトルク補正量ＰＩＰＥＲが点火時期補正量ＴＱＲＥＴに変換されているので、これが点火時期ＡＤＶに反映されて、点火時期によるトルク補正がなされるが、成層燃焼時は点火時期補正量ＴＱＲＥＴ＝０であるので、点火時期によるトルク補正はなされない。
【００２８】
Ｓ１４では、点火時期ＡＤＶを所定のレジスタにセットして、その点火時期ＡＤＶにて点火を行わせる。
図５は燃料噴射量演算ルーチンであり、所定時間毎、具体的には１０ｍｓ毎に実行される（１０ｍｓ−ＪＯＢ）。
Ｓ２１では、別ルーチンにより設定されている空燃比制御のための基本当量比ｔφを読込む。基本当量比ｔφは燃焼方式に応じて設定される。尚、ここでいう当量比は、燃空比補正係数ともいい、空燃比をＡＦＲとすると、１４．６／ＡＦＲで表される。
【００２９】
Ｓ２２では、トルク補正量ＰＩＰＥＲを読込む。
Ｓ２３では、図２５に示すようなテーブルを用いて、トルク補正量ＰＩＰＥＲを当量比補正量（係数）Δφに変換する。ここで、均質燃焼時はトルク補正量ＰＩＰＥＲ＝１００％であるので、当量比補正量Δφ＝１となり、成層燃焼時はトルク補正量ＰＩＰＥＲ＝１００±α％であるので、当量比補正量Δφ＝１±βとなる。
【００３０】
Ｓ２４では、次式のごとく、基本当量比ｔφに当量比補正量Δφを乗じて、目標当量比ｔφｄを演算する。
ｔφｄ＝ｔφ×Δφ
Ｓ２５では、次式のごとく、基本燃料噴射量Ｔｐを目標当量比ｔφｄ等により補正して、最終的な燃料噴射量Ｔｉを演算する。
【００３１】
Ｔｉ＝Ｔｐ×ｔφｄ×Ｋα＋Ｔｓ
ここで、Ｔｐはストイキ空燃比相当の基本燃料噴射量であり、Ｔｐ＝Ｋ×Ｑａ／Ｎｅ（Ｋは定数）により求める。
ＫαはＯ2 センサ信号に基づく空燃比フィードバック補正係数であり、リーン燃焼時はＫα＝１にクランプされる。
【００３２】
Ｔｓはバッテリ電圧に依存する無効噴射時間補正分である。
このようにして演算された燃料噴射量Ｔｉは所定のレジスタにセットされ、均質燃焼の場合は各気筒の吸気行程にて、また成層燃焼の場合は各気筒の圧縮行程にて、このＴｉに相当するパルス幅の噴射パルス信号が各燃料噴射弁５に出力されて、燃料噴射がなされる。
【００３３】
ここで、Ｓ１〜Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６，Ｓ１２，Ｓ１３の部分が均質燃焼時トルク補正手段に相当し、Ｓ１〜Ｓ４，Ｓ７，Ｓ２２〜Ｓ２５の部分が成層燃焼時トルク補正手段に相当する。
図１２は第１の実施例の応答波形例を示している。
例えば、変速に起因して、トルク補正（トルクダウン）要求がなされると、均質燃焼の場合は、点火時期の補正によりトルク補正がなされ、成層燃焼の場合は、点火時期を補正することなく、当量比（空燃比）の補正により、トルク補正がなされる。
【００３４】
尚、本実施例では、電制スロットル弁４は、アクセル開度ＡＣＣに対応して制御される。
〔第２の実施例〕
第２の実施例では、トルク補正量演算は図６により、点火時期演算及び燃料噴射量演算は図４及び図５（説明済み）により行う。
【００３５】
図６はトルク補正量演算ルーチンであり、基準パルス信号ＲＥＦに同期して実行される（ＲＥＦ−ＪＯＢ）。
Ｓ３１では、トルクデマンド制御上の目標トルク（変速、エアコンＯＮ、燃料カットリカバーなどに起因するトルク補正要求を含む）を読込む。
Ｓ３２では、トルク制御手段として、目標トルクに対する空気補正量を演算して、これにより電制スロットル弁４の開度を制御する。
【００３６】
Ｓ３３では、空気補正時の出力トルクを推定する。
Ｓ３４では、トルクデマンド制御上のトルク補正要求に基づく目標トルクから推定トルクを減算して、不足トルク分を演算する。
Ｓ３５では、不足トルク分に対応させて、トルク補正量ＰＩＰＥＲ（１００±α％）を演算する。ここでは、ＰＩＰＥＲ＝１００％が補正なし、ＰＩＰＥＲ＞１００％がトルク増加要求、ＰＩＰＥＲ＜１００％がトルク低減要求となる。
【００３７】
Ｓ３６では、燃焼方式を読込む。
Ｓ３７では、均質燃焼（均質ストイキ燃焼又は均質リーン燃焼）か成層燃焼（成層リーン燃焼）かを判定し、その結果に従って分岐する。
均質燃焼の場合は、Ｓ３８へ進み、トルク補正量ＰＩＰＥＲを点火時期補正量ＴＱＲＥＴに変換する。点火時期補正量ＴＱＲＥＴは、進角補正の場合に正の値、遅角補正の場合に負の値となる。そして、Ｓ３９でトルク補正量ＰＩＰＥＲを１００％（補正なし）に戻して、本ルーチンを終了する。
【００３８】
成層燃焼の場合は、Ｓ４０へ進み、点火時期補正量ＴＱＲＥＴ＝０にして、本ルーチンを終了する。この場合、トルク補正量ＰＩＰＥＲはＳ３５での演算値に維持される。
その後の点火時期演算ルーチンは図４により、燃料噴射量演算ルーチンは図５によりなされる。
【００３９】
ここで、Ｓ３３〜Ｓ３７，Ｓ３８，Ｓ３９，Ｓ１２，Ｓ１３の部分が均質燃焼時トルク補正手段に相当し、Ｓ３３〜Ｓ３７，Ｓ４０，Ｓ２２〜Ｓ２５の部分が成層燃焼時トルク補正手段に相当する。
トルクデマンド制御を行う場合の制御ブロック図を図７に示す。
目標トルク算出手段１０１は、アクセル開度ＡＣＣとエンジン回転数Ｎｅとを入力し、これらに応じて基本目標トルク（ドライバ要求トルク）ｔＴｅ０を予め定めたマップを参照して、基本目標トルクｔＴｅ０を設定し、これに、変速、エアコンＯＮ、燃料カットリカバー等に起因するトルク補正要求分ΔｔＴｅを加算して、目標トルクｔＴｅ＝ｔＴｅ０＋ΔｔＴｅを算出する。
【００４０】
必要基本燃料量算出手段１０２は、目標トルクｔＴｅとエンジン回転数Ｎｅとを入力し、これらに応じて必要基本燃料量ｔＱｆを予め定めたマップを参照して、必要基本燃料量ｔＱｆを出力する。
効率補正手段１０３は、均質燃焼と成層燃焼など、空燃比が大きく変わる場合、燃焼効率が異なることから、これらに応じて、必要基本燃料量ｔＱｆを補正する。具体的には、空燃比がリーンになるに従って、必要基本燃料量ｔＱｆを小さく補正する。リーンになるに従って、ポンピングロスが小さくなり、効率が高くなるからである。
【００４１】
目標空燃比算出手段１０４は、目標トルクｔＴｅとエンジン回転数Ｎｅとを入力し、これらに応じて目標空燃比ｔＡＦＲを予め定めたマップを参照して、目標空燃比ｔＡＦＲを出力する。
目標吸入空気量算出手段１０５は、乗算器からなり、必要基本燃料量ｔＱｆに目標空燃比ｔＡＦＲを乗算して、目標吸入空気量ｔＱcyl ＝ｔＱｆ×ｔＡＦＲを算出する。
【００４２】
目標スロットル開度算出手段１０６は、目標吸入空気量ｔＱcyl とエンジン回転数Ｎｅとを入力し、これら（ｔＱcyl ×Ｎｅ）に応じて目標スロットル開度ｔＴＶＯを予め定めたマップを参照して、目標スロットル開度ｔＴＶＯを出力する。
スロットル弁駆動制御手段１０７は、目標スロットル開度ｔＴＶＯに応じた指令信号によりステップモータをステップ駆動して、目標スロットル開度ｔＴＶＯになるようにスロットル弁４を制御する。
【００４３】
図１３は第２の実施例の応答波形例を示している。
例えば、エアコンＯＮに起因して、トルク補正（トルクアップ）要求がなされると、空気量増量がなされるが、空気量制御の遅れによりトルク不足を生じる。そこで、トルク不足分を補正すべく、均質燃焼の場合は、点火時期の補正によりトルク補正がなされ、成層燃焼の場合は、点火時期を補正することなく、当量比（空燃比）の補正により、トルク補正がなされる。
【００４４】
〔第３の実施例〕
第３の実施例では、トルク補正量演算は図８により、点火時期演算は図４（説明済み）により、燃料噴射量演算は図９により行う。
図８はトルク補正量演算ルーチンであり、基準パルス信号ＲＥＦに同期して実行される（ＲＥＦ−ＪＯＢ）。尚、図８は図３とＳ１’，Ｓ２’，Ｓ５’，Ｓ６’の部分が異なる。
【００４５】
Ｓ１’では、変速、エアコンＯＮ、燃料カットリカバーなどに起因するトルク補正要求（増減要求）を点火時期補正要求分（点火分）と空燃比補正要求分（当量比分）とに分けて別々に読込む。
Ｓ２’では、トルク補正要求に対応させてトルク補正量を演算するが、点火時期補正要求分（点火分）と空燃比補正要求分（当量比分）とに基づいて、トルク補正量点火分ＰＩＰＥＲＡＤとトルク補正量当量比分ＰＩＰＥＲＭＲとをそれぞれ演算する。具体的には、点火時期補正要求分をΔｔＴｅＡＤ、空燃比補正要求分をΔｔＴｅＭＲとすると、ＰＩＰＥＲＡＤ＝〔（ｔＴｅ０＋ΔｔＴｅＡＤ）／ｔＴｅ０〕×１００（％）、ＰＩＰＥＲＭＲ＝〔（ｔＴｅ０＋ΔｔＴｅＭＲ）／ｔＴｅ０〕×１００（％）により演算する。ここでは、１００％が補正なし、１００％以上がトルク増加要求、１００％以下がトルク低減要求となる。
【００４６】
Ｓ３では、燃焼方式を読込む。
Ｓ４では、均質燃焼（均質ストイキ燃焼又は均質リーン燃焼）か成層燃焼（成層リーン燃焼）かを判定し、その結果に従って分岐する。
均質燃焼の場合は、Ｓ５’へ進み、トルク補正量点火分ＰＩＰＥＲＡＤを点火時期補正量ＴＱＲＥＴに変換する。点火時期補正量ＴＱＲＥＴは、進角補正の場合に正の値、遅角補正の場合に負の値となる。そして、Ｓ６’でトルク補正量点火分ＰＩＰＥＲＡＤを１００％（補正なし）に戻して、本ルーチンを終了する。
【００４７】
成層燃焼の場合は、Ｓ７へ進み、点火時期補正量ＴＱＲＥＴ＝０にして、本ルーチンを終了する。この場合、トルク補正量点火分ＰＩＰＥＲＡＤはＳ２’での演算値に維持される。
その後の点火時期演算ルーチンは図４によりなされる。
図９は燃料噴射量演算ルーチンであり、所定時間毎、具体的には１０ｍｓ毎に実行される（１０ｍｓ−ＪＯＢ）。尚、図９は図５とＳ２２’の部分が異なる。
【００４８】
Ｓ２１では、別ルーチンにより設定されている空燃比制御のための基本当量比ｔφを読込む。
Ｓ２２’では、トルク補正量点火分ＰＩＰＥＲＡＤと当量比分ＰＩＰＥＲＭＲとを読込み、次式のごとく加算して、合計のトルク補正量ＰＩＰＥＲを求める。
ＰＩＰＥＲ＝ＰＩＰＥＲＡＤ＋ＰＩＰＥＲＭＲ−１００(%)
ここで、均質燃焼時は点火時期によるトルク補正がなされてトルク補正量点火分ＰＩＰＥＲＡＤ＝１００％であるので、ＰＩＰＥＲ＝ＰＩＰＥＲＭＲとなる。
【００４９】
Ｓ２３では、トルク補正量ＰＩＰＥＲを当量比補正量（係数）Δφに変換する。
Ｓ２４では、次式のごとく、基本当量比ｔφに当量比補正量Δφを乗じて、目標当量比ｔφｄを演算する。
ｔφｄ＝ｔφ×Δφ
Ｓ２５では、次式のごとく、基本燃料噴射量Ｔｐを目標当量比ｔφｄ等により補正して、最終的な燃料噴射量Ｔｉを演算する。
【００５０】
Ｔｉ＝Ｔｐ×ｔφｄ×Ｋα＋Ｔｓ
このようにして演算された燃料噴射量Ｔｉは所定のレジスタにセットされ、均質燃焼の場合は各気筒の吸気行程にて、また成層燃焼の場合は各気筒の圧縮行程にて、このＴｉに相当するパルス幅の噴射パルス信号が各燃料噴射弁５に出力されて、燃料噴射がなされる。
【００５１】
図１４は第３の実施例の応答波形例を示している。
例えば、燃料カットリカバーに起因して、トルク補正（トルクダウン）要求がなされると、均質燃焼の場合は、点火時期の補正と当量比（空燃比）の補正とによりトルク補正がなされ、成層燃焼の場合は、点火時期を補正することなく、当量比（空燃比）の大きな補正により、トルク補正がなされる。
【００５２】
〔第４の実施例〕
第４の実施例では、トルク補正量演算は図１０により、点火時期演算は図４（説明済み）により、燃料噴射量演算は図９（説明済み）により行う。
図１０はトルク補正量演算ルーチンであり、基準パルス信号ＲＥＦに同期して実行される（ＲＥＦ−ＪＯＢ）。尚、図１０は図６とＳ３５’，Ｓ３８’，Ｓ３９’の部分が異なる。
【００５３】
Ｓ３１では、トルクデマンド制御上の目標トルク（変速、エアコンＯＮ、燃料カットリカバーなどに起因するトルク補正要求を含む）を読込む。
Ｓ３２では、目標トルクに対する空気補正量を演算して、これにより電制スロットル弁４の開度を制御する。
Ｓ３３では、空気補正時の出力トルクを推定する。
【００５４】
Ｓ３４では、トルクデマンド制御上のトルク補正要求に基づく目標トルクから推定トルクを減算して、不足トルク分を演算する。
Ｓ３５’では、不足トルク分に対応させてトルク補正量を演算するが、トルク補正量を点火時期補正分（点火分）と空燃比補正分（当量比分）とに分けて、トルク補正量点火分ＰＩＰＥＲＡＤとトルク補正量当量比分ＰＩＰＥＲＭＲとを演算する。具体的には、不足トルク分を所定の比率（成層燃焼時は０：１、均質燃焼時はｘ：１−ｘ ；ｘは予め定められた固定値、又は運転条件で切換えるテーブル値）で振り分けて、トルク補正量点火分ＰＩＰＥＲＡＤとトルク補正量当量比分ＰＩＰＥＲＭＲとを演算する。ここでは、１００％が補正なし、１００％以上がトルク増加要求、１００％以下がトルク低減要求となる。
【００５５】
Ｓ３６では、燃焼方式を読込む。
Ｓ３７では、均質燃焼（均質ストイキ燃焼又は均質リーン燃焼）か成層燃焼（成層リーン燃焼）かを判定し、その結果に従って分岐する。
均質燃焼の場合は、Ｓ３８’へ進み、トルク補正量点火分ＰＩＰＥＲＡＤを点火時期補正量ＴＱＲＥＴに変換する。点火時期補正量ＴＱＲＥＴは、進角補正の場合に正の値、遅角補正の場合に負の値となる。そして、Ｓ３９’でトルク補正量点火分ＰＩＰＥＲＡＤを１００％（補正なし）に戻して、本ルーチンを終了する。
【００５６】
成層燃焼の場合は、Ｓ４０へ進み、点火時期補正量ＴＱＲＥＴ＝０にして、本ルーチンを終了する。この場合、トルク補正量点火分ＰＩＰＥＲＡＤはＳ３５’での演算値に維持される。
その後の点火時期演算ルーチンは図４により、燃料噴射量演算ルーチンは図９によりなされる。
【００５７】
図１５は第４の実施例の応答波形例を示している。
例えば、変速に起因して、トルク補正（トルクダウン）要求がなされると、空気量減量がなされるが、空気量制御の遅れによりトルクの過剰を生じる。そこで、これを補正すべく、点火時期の補正と当量比（空燃比）の補正とによりトルク補正がなされ、成層燃焼の場合は、点火時期を補正することなく、当量比（空燃比）の大きな補正により、トルク補正がなされる。
【００５８】
〔第５の実施例〕
第５の実施例では、トルク補正量演算及び燃料噴射量演算は図１１により、点火時期演算は図４（説明済み）により行う。
Ｓ１では、変速、エアコンＯＮ、燃料カットリカバーなどに起因するトルク補正要求（増減要求）を読込む。
【００５９】
Ｓ２では、トルク補正要求に対応させて、トルク補正量ＰＩＰＥＲ（１００±α％）を演算する。ここでは、ＰＩＰＥＲ＝１００％が補正なし、ＰＩＰＥＲ＞１００％がトルク増加要求、ＰＩＰＥＲ＜１００％がトルク低減要求となる。
Ｓ３では、燃焼方式を読込む。
Ｓ４では、均質燃焼（均質ストイキ燃焼又は均質リーン燃焼）か成層燃焼（成層リーン燃焼）かを判定し、その結果に従って分岐する。
【００６０】
均質燃焼の場合は、Ｓ４１へ進み、トルク補正量ＰＩＰＥＲを点火時期補正量ＴＱＲＥＴに変換する。点火時期補正量ＴＱＲＥＴは、進角補正の場合に正の値、遅角補正の場合に負の値となる。そして、Ｓ４２で当量比補正量Δφ＝１（補正なし）にして、Ｓ４５〜Ｓ４７へ進む。
成層燃焼の場合は、Ｓ４３へ進み、トルク補正量ＰＩＰＥＲを当量比補正量Δφに変換する。そして、Ｓ４４で点火時期補正量ＴＱＲＥＴ＝０にして、Ｓ４５〜Ｓ４７へ進む。
【００６１】
Ｓ４５では、別ルーチンにより設定されている空燃比制御のための基本当量比ｔφを読込む。
Ｓ４６では、次式のごとく、基本当量比ｔφに当量比補正量Δφを乗じて、目標当量比ｔφｄを演算する。
ｔφｄ＝ｔφ×Δφ
Ｓ４７では、次式のごとく、基本燃料噴射量Ｔｐを目標当量比ｔφｄ等により補正して、最終的な燃料噴射量Ｔｉを演算する。
【００６２】
Ｔｉ＝Ｔｐ×ｔφｄ×Ｋα＋Ｔｓ
このようにして演算された燃料噴射量Ｔｉは所定のレジスタにセットされ、均質燃焼の場合は各気筒の吸気行程にて、また成層燃焼の場合は各気筒の圧縮行程にて、このＴｉに相当するパルス幅の噴射パルス信号が各燃料噴射弁５に出力されて、燃料噴射がなされる。
【００６３】
その後の点火時期演算ルーチンは図４によりなされる。
この第５の実施例は、第１の実施例に対し、燃料噴射量の演算をトルク補正量の演算と同様に回転同期（ＲＥＦ−ＪＯＢ）で行うようにしたもので、第２〜第４の実施例に対しても、燃料噴射量の演算をトルク補正量の演算と同様に回転同期で行うようにすることができる。
【００６４】
次に、第１〜第４の実施例のように燃料噴射量の演算を時間同期（１０ｍｓ−ＪＯＢ）で行う場合と、第５の実施例のように燃料噴射量の演算を回転同期（ＲＥＦ−ＪＯＢ）で行う場合との、相違について述べる。
回転同期（ＲＥＦ−ＪＯＢ）の演算では、例えば４気筒の場合、クランク角１８０°毎の基準パルス信号ＲＥＦの周期は、エンジン回転数毎に、次のようになる。
【００６５】
１０００ｒｐｍ・・・３０ｍｓ
３０００ｒｐｍ・・・１０ｍｓ
５０００ｒｐｍ・・・ ６ｍｓ
６０００ｒｐｍ・・・ ５ｍｓ
従って、３０００ｒｐｍ以上では、１０ｍｓ−ＪＯＢと比較して、演算負荷が重くなり、６０００ｒｐｍでは、１０ｍｓ−ＪＯＢの２倍の演算負荷となり、６気筒、８気筒では更に顕著となる。
【００６６】
このため、第１〜第４の実施例では、演算負荷の低減のため、燃料噴射量の演算を時間同期（１０ｍｓ−ＪＯＢ）で行うようにしている。
時間同期の演算でも成層燃焼時の応答性が損なわれない理由は、次の通りである。
成層燃焼の低負荷（１２００ｒｐｍ以下程度）では、回転同期（ＲＥＦ−ＪＯＢ）でトルク補正量を演算してから、燃料噴射までの間に１０ｍｓ−ＪＯＢが入るため、均質燃焼時の点火時期と同等の応答性が実現できる。
【００６７】
上記の回転数以上の場合でも、時間同期（１０ｍｓ−ＪＯＢ）でトルク補正量の燃料噴射量への反映を行うため、１０ｍｓ毎の制御は実現でき、通常、時間スケールで要求が出されるトルク補正要求に対しては、十分な制御が行われる。
更に図１６及び図１７を用いて説明する。
図１６を参照し、低回転領域、例えばアイドル回転数領域では、補正量の反映が１燃焼遅れるか否かで性能が大きく影響を受ける。ここで、補正量（ＴＱＲＥＴ，ＰＩＰＥＲ）の演算はＲＥＦ−ＪＯＢで、燃料噴射量への反映は１０ｍｓ−ＪＯＢで行った場合、均質燃焼時は、ＲＥＦで補正量（ＴＱＲＥＴ）を演算し、そのＲＥＦでセットされる点火時期に即反映させるため、補正量をＲＥＦ直後の燃焼に反映させることができる。成層燃焼時は、ＲＥＦで補正量（ＰＩＰＥＲ）を演算するが、この回転領域ではＲＥＦから燃料噴射パルスまでの間に１度は１０ｍｓ−ＪＯＢが入るので、結局、均質燃焼時と同様に、ＲＥＦ直後の燃焼に補正量を反映させることができる。
【００６８】
よって、アイドル回転数領域等の低回転領域では、成層、均質いずれの場合でも、同等のレスポンスでトルク補正を実現することができる。
図１７を参照し、非アイドル回転数領域（高回転数領域）において、補正量（ＴＱＲＥＴ，ＰＩＰＥＲ）の演算はＲＥＦ−ＪＯＢで、燃料噴射量への反映は１０ｍｓ−ＪＯＢで行った場合、均質燃焼時は、ＲＥＦで補正量（ＴＱＲＥＴ）を演算し、そのＲＥＦでセットされる点火時期に即反映させるため、補正量をＲＥＦ直後の燃焼に反映させることができる。
【００６９】
成層燃焼時は、ＲＥＦで補正量（ＰＩＰＥＲ）を演算するが、この回転領域ではＲＥＦから燃料噴射パルスまでの間に１度も１０ｍｓ−ＪＯＢが入らない場合があり、この場合には補正量演算後２回目の燃焼に反映されることになる。
よって、成層燃焼時は、均質燃焼時の場合と比較して、補正値の反映されるタイミングが遅れる場合があることになるが、この演算方法によれば、ＲＥＦ−ＪＯＢでの演算負荷を低減でき、回転数上昇時の回転同期演算負荷の増大を防止できる。
【００７０】
また、非アイドル回転数領域での補正要求値は時間同期で対応できれば十分なものが多く、反映タイミングの要求はアイドル回転数領域と比較してそれほどシビアではないため、１０ｍｓ毎に補正値が反映されれば性能低下の問題はない。よって、非アイドル回転数領域では、回転同期の演算負荷の増大を防止しつつ、均質、成層いずれの場合でも十分なレスポンスでトルク補正を実現することができる。
【００７１】
これに対し、第５の実施例の場合の効果を図１８により説明する。
演算手段の能力が十分に高い場合には、補正量ＴＱＲＥＴ、燃料噴射量ＴｉともＲＥＦで演算を行う。
成層燃焼時の燃料量の補正は、均質燃焼時の点火時期補正値と同様に常にＲＥＦ直後の燃焼に反映させることができる。
【００７２】
よって、全ての回転数領域で、均質、成層いずれの場合でも十分なレスポンスでトルク補正を実現することができる。
最後に、トルク補正要求ルーチン、燃焼方式切換ルーチンについて説明する。図１９は変速によるトルク補正要求（トルク補正要求分演算）ルーチンのフローチャートである。
【００７３】
Ｓ２０１で変速中か否かを判定し、変速中の場合は、Ｓ２０２で変速パターンを読込む。そして、Ｓ２０３でトルク補正要求有りか否かを判定し、有りの場合に、Ｓ２０４でトルク補正要求後経過時間を演算し、これに基づいてＳ２０５でトルク補正要求分を演算する。
図２０はエアコンＯＮによるトルク補正要求（トルク補正要求分演算）ルーチンのフローチャートである。
【００７４】
Ｓ２１１でエアコンＯＮか否かを判定し、エアコンＯＮの場合は、Ｓ２１２でＯＮ後経過時間を演算し、これに基づいてＳ２１５でトルク補正要求分を演算する。また、エアコンＯＦＦの場合は、Ｓ２１３でＯＦＦ後経過時間を演算し、Ｓ２１４でＯＦＦ後所定時間内か否かを判定し、ＯＦＦ後所定時間内の場合は、ＯＦＦ後所定時間に基づいてＳ２１５でトルク補正要求分を演算する。
【００７５】
図２１は燃料カットリカバーによるトルク補正要求（トルク補正要求分演算）ルーチンのフローチャートである。
Ｓ２２１で燃料カットリカバー時か否かを判定し、リカバー時の場合にＳ２２２でリカバー後経過時間を演算する。そして、Ｓ２２３でリカバー後所定時間内か否かを判定し、所定時間内の場合は、リカバー後経過時間に基づいてＳ２２４でトルク補正要求分を演算する。
【００７６】
図２２は燃焼方式切換（及び基本当量比ｔφ設定）ルーチンのフローチャートである。
Ｓ３０１では、マップ切換条件として、水温、始動後時間、運転条件（エンジン回転数、目標トルク）などを読込む。
Ｓ３０２では、マップ切換条件に従って、均質ストイキ燃焼、均質リーン燃焼、成層リーン燃焼を判別し、マップ切換フラグ（ＦＭＡＰＣＨ）の演算を行う。
【００７７】
Ｓ３０３では、ＦＭＡＰＣＨ＝０か否かを判定し、ＹＥＳの場合に、Ｓ３０４で、均質ストイキ用マップを参照して、エンジン回転数Ｎｅ(rpm) 及び目標トルクｔＴｅ(kgm) より、基本当量比ｔφを設定する。
ＦＭＡＰＣＨ≠０の場合は、Ｓ３０５で、ＦＭＡＰＣＨ＝１か否かを判定し、ＹＥＳの場合に、Ｓ３０６で、均質リーン用マップを参照して、エンジン回転数Ｎｅ(rpm) 及び目標トルクｔＴｅ(kgm) より、基本当量比ｔφを設定する。
【００７８】
ＦＭＡＰＣＨ≠１の場合は、Ｓ３０７で、成層リーン用マップを参照して、エンジン回転数Ｎｅ(rpm) 及び目標トルクｔＴｅ(kgm) より、基本当量比ｔφを設定する。
尚、図２３には全体制御のジェネラルフローチャートの一例を示している。
ステップａで、１０ｍｓ−ＪＯＢの予約の有無を判定し、予約有りの場合にステップｂ〜ｆを実行する。すなわち、ステップｂで燃焼方式の切換えを行い、ステップｃでトルク補正要求を検出し、ステップｄで基本点火時期ＡＤＶｍａｐを演算し、ステップｅで基本当量比ｔφを設定し、ステップｄで燃料噴射量Ｔｉを演算する。
【００７９】
一方、１０ｍｓ−ＪＯＢの予約無しの場合は、ステップｇで、ＲＥＦ−ＪＯＢの予約の有無を判定し、予約有りの場合にステップｈ，ｉを実行する。すなわち、ステップｈでトルク補正量ＰＩＰＥＲを演算し、ステップｉで点火時期ＡＤＶを演算する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の構成を示す機能ブロック図
【図２】 本発明の実施の一形態を示すエンジンのシステム図
【図３】 第１の実施例のトルク補正量演算ルーチンのフローチャート
【図４】 第１の実施例の点火時期演算ルーチンのフローチャート
【図５】 第１の実施例の燃料噴射量演算ルーチンのフローチャート
【図６】 第２の実施例のトルク補正量演算ルーチンのフローチャート
【図７】 第２の実施例のトルクデマンド制御のブロック図
【図８】 第３の実施例のトルク補正量演算ルーチンのフローチャート
【図９】 第３の実施例の燃料噴射量演算ルーチンのフローチャート
【図１０】 第４の実施例のトルク補正量演算ルーチンのフローチャート
【図１１】 第５の実施例のトルク補正量演算ルーチンのフローチャート
【図１２】 第１の実施例の応答波形例を示す図
【図１３】 第２の実施例の応答波形例を示す図
【図１４】 第３の実施例の応答波形例を示す図
【図１５】 第４の実施例の応答波形例を示す図
【図１６】 燃料噴射量時間同期演算の作用を示す図
【図１７】 燃料噴射量時間同期演算の作用を示す図
【図１８】 燃料噴射量回転同期演算（第５の実施例）の作用を示す図
【図１９】 変速によるトルク補正要求ルーチンのフローチャート
【図２０】 エアコンＯＮによるトルク補正要求ルーチンのフローチャート
【図２１】 燃料カットリカバーによるトルク補正要求ルーチンのフローチャート
【図２２】 燃焼方式切換ルーチンのフローチャート
【図２３】 制御全体のジェネラルフローチャート
【図２４】 トルク補正量→点火時期補正量変換テーブルを示す図
【図２５】 トルク補正量→当量比補正量変換テーブルを示す図
【図２６】 基本点火時期マップを示す図
【符号の説明】
１ エンジン
４ 電制スロットル弁
５ 燃料噴射弁
６ 点火栓
20 コントロールユニット
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンの運転条件に基づいてトルク補正を行う直噴火花点火式エンジンの制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、例えば自動変速機の変速時等に所望の目標トルクを実現する際に、エンジントルクが目標トルクに収束するように吸入空気量をフィードバック制御する一方、そのときのエンジントルクと目標トルクとの偏差に応じて点火時期を補正することにより、すなわち、吸入空気量制御の応答性より速いトルク制御（トルク補正）は点火時期補正で行うことにより、目標トルクを達成するようにしたものがある（特開平５−１６３９９６号公報参照）。
【０００３】
一方、近年、直噴火花点火式エンジンが注目されており、このものでは、エンジンの運転条件に応じて、燃焼方式を切換制御、すなわち、吸気行程にて燃料を噴射することにより、燃焼室内に燃料を拡散させ均質の混合気を形成して行う均質燃焼と、圧縮行程にて燃料を噴射することにより、点火栓回りに集中的に層状の混合気を形成して行う成層燃焼とに切換制御するのが一般的である（特開昭５９−３７２３６号公報参照）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような直噴火花点火式エンジンにおいて、成層燃焼時に点火時期を用いてトルク補正を行おうとすると、成層燃焼時は混合気が点火栓近傍に来たタイミングで点火しなければならず、点火時期の操作代が少ないため、十分なトルク補正が困難で、強行すると、燃焼の悪化、更にひどい場合には失火を生じてしまう可能性がある。
【０００５】
本発明は、このような問題点に鑑み、均質燃焼と成層燃焼とを切換可能な場合に最適なトルク補正を行うことのできる直噴火花点火式エンジンの制御装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項１に係る発明では、図１（Ａ）に示すように、吸気行程にて燃料を噴射して行う均質燃焼と圧縮行程にて燃料を噴射して行う成層燃焼とを切換可能な燃焼方式切換手段を備える直噴火花点火式エンジンであって、エンジンの運転条件に基づいてトルク補正要求を発生するトルク補正要求手段を備えるものにおいて、同一の燃焼方式における前記トルク補正要求に対し、均質燃焼時には、点火時期と空燃比とのうち、少なくとも点火時期を補正してトルク補正を行う均質燃焼時トルク補正手段と、成層燃焼時には、点火時期と空燃比とのうち、空燃比のみを補正してトルク補正を行う成層燃焼時トルク補正手段とを各別に設けたことを特徴とする。
【０００７】
請求項２に係る発明では、図１（Ｂ）に示すように、吸気行程にて燃料を噴射して行う均質燃焼と圧縮行程にて燃料を噴射して行う成層燃焼とを切換可能な燃焼方式切換手段を備える直噴火花点火式エンジンであって、エンジンの運転条件に基づいてトルク補正要求を発生するトルク補正要求手段を備えるものにおいて、同一の燃焼方式における前記トルク補正要求に対し、エンジンの吸入空気量を制御してトルク制御を行うトルク制御手段を設ける一方、吸入空気量制御の遅れに対する高応答のトルク補正を行うように、均質燃焼時には少なくとも点火時期を補正してトルク補正を行う均質燃焼時トルク補正手段と、成層燃焼時には少なくとも空燃比を補正してトルク補正を行う成層燃焼時トルク補正手段とを各別に設けたことを特徴とする。
【０００８】
請求項３に係る発明では、同じく図１（Ｂ）に示すように、吸気行程にて燃料を噴射して行う均質燃焼と圧縮行程にて燃料を噴射して行う成層燃焼とを切換可能な燃焼方式切換手段を備える直噴火花点火式エンジンであって、少なくともアクセル開度に基づくと共に、同一の燃焼方式におけるトルク補正要求を含んでエンジンの目標トルクを算出する目標トルク算出手段を備えるものにおいて、前記目標トルクを達成するように、エンジンの吸入空気量を制御してトルク制御を行うトルク制御手段を設ける一方、吸入空気量制御の遅れに対する高応答のトルク補正を行うように、均質燃焼時には少なくとも点火時期を補正してトルク補正を行う均質燃焼時トルク補正手段と、成層燃焼時には少なくとも空燃比を補正してトルク補正を行う成層燃焼時トルク補正手段とを各別に設けたことを特徴とする。
【０００９】
請求項４に係る発明では、前記トルク制御手段は、目標トルクを実現するように必要基本燃料量を算出する必要基本燃料量算出手段と、必要基本燃料量と目標空燃比とから目標吸入空気量を算出する目標吸入空気量算出手段と、目標吸入空気量に基づいて目標スロットル開度を算出する目標スロットル開度算出手段と、目標スロットル開度になるようにスロットル弁を駆動するスロットル弁駆動制御手段とを含んで構成されることを特徴とする（図７参照）。
【００１０】
請求項５に係る発明では、前記均質燃焼時トルク補正手段は、トルク補正量を点火時期補正分と空燃比補正分とに分け、点火時期と空燃比とを補正してトルク補正を行うものであり、前記成層燃焼時トルク補正手段は、トルク補正量を空燃比補正分のみとし、空燃比を補正してトルク補正を行うものであることを特徴とする。
【００１１】
請求項６に係る発明では、前記均質燃焼時トルク補正手段及び成層燃焼時トルク補正手段において、トルク補正量はエンジン回転同期で演算し、トルク補正量の燃料噴射量への反映は時間同期で演算することを特徴とする。
請求項７に係る発明では、前記均質燃焼時トルク補正手段及び成層燃焼時トルク補正手段において、トルク補正量の演算及びそのトルク補正量の燃料噴射量への反映はエンジン回転同期で演算することを特徴とする。
請求項８に係る発明では、前記トルク補正要求は、変速、エアコンＯＮ、燃料カットリカバーに起因するものであることを特徴とする。
【００１２】
【発明の効果】
請求項１に係る発明によれば、均質燃焼時には少なくとも点火時期を操作し、成層燃焼時には空燃比を操作してトルク補正を行うことにより、燃焼方式にかかわらず、所望のトルク補正を行うことができる。
請求項２に係る発明によれば、トルク補正要求に対し、吸入空気量制御では追従できない高速のトルク補正を、燃焼方式にかかわらず、実現することができて、トルク補正要求に応えることができる。
【００１３】
請求項３に係る発明によれば、目標トルクへのトルク制御に際し、吸入空気量制御では追従できない高速のトルク補正を、燃焼方式にかかわらず、実現することができて、目標トルクを達成できる。
請求項４に係る発明によれば、いわゆるトルクデマンド制御（図７のような制御をトルクデマンド制御という）によりスロットル開度を制御している際に、これによる吸入空気量制御では追従できない高速のトルク補正を、燃焼方式にかかわらず、実現することができて、目標トルクを達成できる。
【００１４】
請求項５に係る発明によれば、均質燃焼時のトルク制御の可能な範囲（ダイナミックレンジ）を広げることができる。
請求項６に係る発明によれば、高回転時に演算負荷を増加させることなく、成層燃焼の場合でも均質燃焼の場合と同様に良好な応答性を実現できる。
請求項７に係る発明によれば、成層燃焼の場合も均質燃焼の場合も、全ての回転数において全く同等の応答性を実現できる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を説明する。
図２は実施の一形態を示す直噴火花点火式エンジンのシステム図である。先ず、これについて説明する。
車両に搭載されるエンジン１の各気筒の燃焼室には、エアクリーナ２から吸気通路３により、電制スロットル弁４の制御を受けて、空気が吸入される。
【００１６】
電制スロットル弁４は、コントロールユニット２０からの信号により作動するステップモータ等により開度制御される。
そして、燃焼室内に燃料（ガソリン）を直接噴射するように、電磁式の燃料噴射弁（インジェクタ）５が設けられている。
燃料噴射弁５は、コントロールユニット２０からエンジン回転に同期して吸気行程又は圧縮行程にて出力される噴射パルス信号によりソレノイドに通電されて開弁し、所定圧力に調圧された燃料を噴射するようになっている。そして、噴射された燃料は、吸気行程噴射の場合は燃焼室内に拡散して均質な混合気を形成し、また圧縮行程噴射の場合は点火栓６回りに集中的に層状の混合気を形成し、コントロールユニット２０からの点火信号に基づき、点火栓６により点火されて、燃焼（均質燃焼又は成層燃焼）する。尚、燃焼方式は、空燃比制御との組合わせで、均質ストイキ燃焼、均質リーン燃焼（空燃比２０〜３０）、成層リーン燃焼（空燃比４０程度）に分けられる。
【００１７】
エンジン１からの排気は排気通路７より排出され、排気通路７には排気浄化用の触媒８が介装されている。
コントロールユニット２０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ａ／Ｄ変換器及び入出力インターフェイス等を含んで構成されるマイクロコンピュータを備え、各種のセンサから信号が入力されている。
【００１８】
前記各種のセンサとしては、エンジン１のクランク軸又はカム軸回転を検出するクランク角センサ２１，２２が設けられている。これらのクランク角センサ２１，２２は、気筒数をｎとすると、クランク角７２０°／ｎ毎に、予め定めたクランク角位置（各気筒の圧縮上死点前の所定クランク角位置）で基準パルス信号ＲＥＦを出力すると共に、１〜２°毎に単位パルス信号ＰＯＳを出力するもので、基準パルス信号ＲＥＦの周期などからエンジン回転数Ｎｅを算出可能である。
【００１９】
この他、吸気通路３のスロットル弁４上流で吸入空気流量Ｑａを検出するエアフローメータ２３、アクセル開度（アクセルペダルの踏込み量）ＡＣＣを検出するアクセルセンサ２４、スロットル弁４の開度ＴＶＯを検出するスロットルセンサ２５（スロットル弁４の全閉位置でＯＮとなるアイドルスイッチを含む）、エンジン１の冷却水温Ｔｗを検出する水温センサ２６、排気通路７にて排気空燃比のリッチ・リーンに応じた信号を出力するＯ2 センサ２７、車速ＶＳＰを検出する車速センサ２８などが設けられている。
【００２０】
ここにおいて、コントロールユニット２０は、前記各種のセンサからの信号を入力しつつ、内蔵のマイクロコンピュータにより、所定の演算処理を行って、電制スロットル弁４によるスロットル開度、燃料噴射弁５による燃料噴射量、及び、点火栓６による点火時期を制御する。
これら制御のうち、トルク制御（トルク補正）に関連する制御について、第１〜第５の実施例を、フローチャートにより説明する。
【００２１】
〔第１の実施例〕
第１の実施例のフローチャートは図３〜図５に示される。
図３はトルク補正量演算ルーチンであり、基準パルス信号ＲＥＦに同期して実行される（ＲＥＦ−ＪＯＢ）。
Ｓ１では、変速、エアコンＯＮ、燃料カットリカバーなどに起因するトルク補正要求（増減要求）を読込む。すなわち、トルク補正要求手段としての別ルーチンにより、変速時はトルク低減要求、エアコンＯＮ時はトルク増加要求、燃料カットリカバー時はトルク低減要求が発生されるので、これを読込む。尚、図１９〜図２１にトルク補正要求（トルク補正要求分演算）ルーチンのフローチャートを示しており、最後に説明する。
【００２２】
Ｓ２では、トルク補正要求に対応させて、トルク補正量ＰＩＰＥＲ（１００±α％）を演算する。具体的には、トルク補正要求分を除いた基本目標トルク（ドライバ要求トルク）をｔＴｅ０（別ルーチンで演算する）とし、トルク補正要求分をΔｔＴｅとすると、ＰＩＰＥＲ＝〔（ｔＴｅ０＋ΔｔＴｅ）／ｔＴｅ０〕×１００（％）により演算する。ここでは、ＰＩＰＥＲ＝１００％が補正なし、ＰＩＰＥＲ＞１００％がトルク増加要求、ＰＩＰＥＲ＜１００％がトルク低減要求となる。
【００２３】
Ｓ３では、燃焼方式を読込む。
ここで、燃焼方式は、燃焼方式切換手段としての別ルーチンにより、エンジン運転条件に基づいて、燃焼方式切換マップを参照することにより、切換えられる。すなわち、エンジン回転数Ｎｅと目標トルクｔＴｅ（＝ｔＴｅ０＋ΔｔＴｅ）とをパラメータとして燃焼方式（及び基本当量比ｔφ）を定めたマップを、水温Ｔｗ、始動後時間などの条件別に複数備えていて、これらの条件から選択されたマップより、実際のエンジン運転状態のパラメータに従って、均質ストイキ燃焼、均質リーン燃焼又は成層リーン燃焼のいずれかに燃焼方式（及び基本当量比ｔφ）が設定される。よって、これを読込む。尚、図２２に燃焼方式切換（及び基本当量比ｔφ設定）ルーチンのフローチャートを示しており、最後に説明する。
【００２４】
Ｓ４では、均質燃焼（均質ストイキ燃焼又は均質リーン燃焼）か成層燃焼（成層リーン燃焼）かを判定し、その結果に従って分岐する。
均質燃焼の場合は、Ｓ５へ進み、図２４に示すようなテーブルを用いて、トルク補正量ＰＩＰＥＲを点火時期補正量ＴＱＲＥＴに変換する。点火時期補正量ＴＱＲＥＴは、進角補正の場合に正の値、遅角補正の場合に負の値となる。そして、Ｓ６でトルク補正量ＰＩＰＥＲを１００％（補正なし）に戻して、本ルーチンを終了する。
【００２５】
成層燃焼の場合は、Ｓ７へ進み、点火時期補正量ＴＱＲＥＴ＝０にして、本ルーチンを終了する。この場合、トルク補正量ＰＩＰＥＲはＳ２での演算値に維持される。
図４は点火時期演算ルーチンであり、基準パルス信号ＲＥＦに同期して実行される（ＲＥＦ−ＪＯＢ）。
【００２６】
Ｓ１１では、別ルーチンにより演算されている基本点火時期ＡＤＶｍａｐを読込む。尚、均質燃焼（均質ストイキ燃焼及び均質リーン燃焼）用の基本点火時期ＡＤＶｍａｐは、ＭＢＴ制御に従って演算するか、図２６（ａ）に示すようにエンジン回転数Ｎｅと目標トルクｔＴｅ（又は燃料噴射量Ｔｉ）とに応じて基本点火時期ＡＤＶｍａｐを定めたマップより演算する。成層燃焼用の基本点火時期ＡＤＶｍａｐは、図２６（ｂ）に示すようにエンジン回転数Ｎｅと目標トルクｔＴｅ（又は燃料噴射量Ｔｉ）とに応じて基本点火時期ＡＤＶｍａｐを定めたマップより演算する。
【００２７】
Ｓ１２では、点火時期補正量ＴＱＲＥＴを読込む。
Ｓ１３では、次式のごとく、基本点火時期ＡＤＶｍａｐに点火時期補正量ＴＱＲＥＴを加算して、最終的な点火時期ＡＤＶを演算する。
ＡＤＶ＝ＡＤＶｍａｐ＋ＴＱＲＥＴ
ここで、均質燃焼時はトルク補正量ＰＩＰＥＲが点火時期補正量ＴＱＲＥＴに変換されているので、これが点火時期ＡＤＶに反映されて、点火時期によるトルク補正がなされるが、成層燃焼時は点火時期補正量ＴＱＲＥＴ＝０であるので、点火時期によるトルク補正はなされない。
【００２８】
Ｓ１４では、点火時期ＡＤＶを所定のレジスタにセットして、その点火時期ＡＤＶにて点火を行わせる。
図５は燃料噴射量演算ルーチンであり、所定時間毎、具体的には１０ｍｓ毎に実行される（１０ｍｓ−ＪＯＢ）。
Ｓ２１では、別ルーチンにより設定されている空燃比制御のための基本当量比ｔφを読込む。基本当量比ｔφは燃焼方式に応じて設定される。尚、ここでいう当量比は、燃空比補正係数ともいい、空燃比をＡＦＲとすると、１４．６／ＡＦＲで表される。
【００２９】
Ｓ２２では、トルク補正量ＰＩＰＥＲを読込む。
Ｓ２３では、図２５に示すようなテーブルを用いて、トルク補正量ＰＩＰＥＲを当量比補正量（係数）Δφに変換する。ここで、均質燃焼時はトルク補正量ＰＩＰＥＲ＝１００％であるので、当量比補正量Δφ＝１となり、成層燃焼時はトルク補正量ＰＩＰＥＲ＝１００±α％であるので、当量比補正量Δφ＝１±βとなる。
【００３０】
Ｓ２４では、次式のごとく、基本当量比ｔφに当量比補正量Δφを乗じて、目標当量比ｔφｄを演算する。
ｔφｄ＝ｔφ×Δφ
Ｓ２５では、次式のごとく、基本燃料噴射量Ｔｐを目標当量比ｔφｄ等により補正して、最終的な燃料噴射量Ｔｉを演算する。
【００３１】
Ｔｉ＝Ｔｐ×ｔφｄ×Ｋα＋Ｔｓ
ここで、Ｔｐはストイキ空燃比相当の基本燃料噴射量であり、Ｔｐ＝Ｋ×Ｑａ／Ｎｅ（Ｋは定数）により求める。
ＫαはＯ2 センサ信号に基づく空燃比フィードバック補正係数であり、リーン燃焼時はＫα＝１にクランプされる。
【００３２】
Ｔｓはバッテリ電圧に依存する無効噴射時間補正分である。
このようにして演算された燃料噴射量Ｔｉは所定のレジスタにセットされ、均質燃焼の場合は各気筒の吸気行程にて、また成層燃焼の場合は各気筒の圧縮行程にて、このＴｉに相当するパルス幅の噴射パルス信号が各燃料噴射弁５に出力されて、燃料噴射がなされる。
【００３３】
ここで、Ｓ１〜Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６，Ｓ１２，Ｓ１３の部分が均質燃焼時トルク補正手段に相当し、Ｓ１〜Ｓ４，Ｓ７，Ｓ２２〜Ｓ２５の部分が成層燃焼時トルク補正手段に相当する。
図１２は第１の実施例の応答波形例を示している。
例えば、変速に起因して、トルク補正（トルクダウン）要求がなされると、均質燃焼の場合は、点火時期の補正によりトルク補正がなされ、成層燃焼の場合は、点火時期を補正することなく、当量比（空燃比）の補正により、トルク補正がなされる。
【００３４】
尚、本実施例では、電制スロットル弁４は、アクセル開度ＡＣＣに対応して制御される。
〔第２の実施例〕
第２の実施例では、トルク補正量演算は図６により、点火時期演算及び燃料噴射量演算は図４及び図５（説明済み）により行う。
【００３５】
図６はトルク補正量演算ルーチンであり、基準パルス信号ＲＥＦに同期して実行される（ＲＥＦ−ＪＯＢ）。
Ｓ３１では、トルクデマンド制御上の目標トルク（変速、エアコンＯＮ、燃料カットリカバーなどに起因するトルク補正要求を含む）を読込む。
Ｓ３２では、トルク制御手段として、目標トルクに対する空気補正量を演算して、これにより電制スロットル弁４の開度を制御する。
【００３６】
Ｓ３３では、空気補正時の出力トルクを推定する。
Ｓ３４では、トルクデマンド制御上のトルク補正要求に基づく目標トルクから推定トルクを減算して、不足トルク分を演算する。
Ｓ３５では、不足トルク分に対応させて、トルク補正量ＰＩＰＥＲ（１００±α％）を演算する。ここでは、ＰＩＰＥＲ＝１００％が補正なし、ＰＩＰＥＲ＞１００％がトルク増加要求、ＰＩＰＥＲ＜１００％がトルク低減要求となる。
【００３７】
Ｓ３６では、燃焼方式を読込む。
Ｓ３７では、均質燃焼（均質ストイキ燃焼又は均質リーン燃焼）か成層燃焼（成層リーン燃焼）かを判定し、その結果に従って分岐する。
均質燃焼の場合は、Ｓ３８へ進み、トルク補正量ＰＩＰＥＲを点火時期補正量ＴＱＲＥＴに変換する。点火時期補正量ＴＱＲＥＴは、進角補正の場合に正の値、遅角補正の場合に負の値となる。そして、Ｓ３９でトルク補正量ＰＩＰＥＲを１００％（補正なし）に戻して、本ルーチンを終了する。
【００３８】
成層燃焼の場合は、Ｓ４０へ進み、点火時期補正量ＴＱＲＥＴ＝０にして、本ルーチンを終了する。この場合、トルク補正量ＰＩＰＥＲはＳ３５での演算値に維持される。
その後の点火時期演算ルーチンは図４により、燃料噴射量演算ルーチンは図５によりなされる。
【００３９】
ここで、Ｓ３３〜Ｓ３７，Ｓ３８，Ｓ３９，Ｓ１２，Ｓ１３の部分が均質燃焼時トルク補正手段に相当し、Ｓ３３〜Ｓ３７，Ｓ４０，Ｓ２２〜Ｓ２５の部分が成層燃焼時トルク補正手段に相当する。
トルクデマンド制御を行う場合の制御ブロック図を図７に示す。
目標トルク算出手段１０１は、アクセル開度ＡＣＣとエンジン回転数Ｎｅとを入力し、これらに応じて基本目標トルク（ドライバ要求トルク）ｔＴｅ０を予め定めたマップを参照して、基本目標トルクｔＴｅ０を設定し、これに、変速、エアコンＯＮ、燃料カットリカバー等に起因するトルク補正要求分ΔｔＴｅを加算して、目標トルクｔＴｅ＝ｔＴｅ０＋ΔｔＴｅを算出する。
【００４０】
必要基本燃料量算出手段１０２は、目標トルクｔＴｅとエンジン回転数Ｎｅとを入力し、これらに応じて必要基本燃料量ｔＱｆを予め定めたマップを参照して、必要基本燃料量ｔＱｆを出力する。
効率補正手段１０３は、均質燃焼と成層燃焼など、空燃比が大きく変わる場合、燃焼効率が異なることから、これらに応じて、必要基本燃料量ｔＱｆを補正する。具体的には、空燃比がリーンになるに従って、必要基本燃料量ｔＱｆを小さく補正する。リーンになるに従って、ポンピングロスが小さくなり、効率が高くなるからである。
【００４１】
目標空燃比算出手段１０４は、目標トルクｔＴｅとエンジン回転数Ｎｅとを入力し、これらに応じて目標空燃比ｔＡＦＲを予め定めたマップを参照して、目標空燃比ｔＡＦＲを出力する。
目標吸入空気量算出手段１０５は、乗算器からなり、必要基本燃料量ｔＱｆに目標空燃比ｔＡＦＲを乗算して、目標吸入空気量ｔＱcyl ＝ｔＱｆ×ｔＡＦＲを算出する。
【００４２】
目標スロットル開度算出手段１０６は、目標吸入空気量ｔＱcyl とエンジン回転数Ｎｅとを入力し、これら（ｔＱcyl ×Ｎｅ）に応じて目標スロットル開度ｔＴＶＯを予め定めたマップを参照して、目標スロットル開度ｔＴＶＯを出力する。
スロットル弁駆動制御手段１０７は、目標スロットル開度ｔＴＶＯに応じた指令信号によりステップモータをステップ駆動して、目標スロットル開度ｔＴＶＯになるようにスロットル弁４を制御する。
【００４３】
図１３は第２の実施例の応答波形例を示している。
例えば、エアコンＯＮに起因して、トルク補正（トルクアップ）要求がなされると、空気量増量がなされるが、空気量制御の遅れによりトルク不足を生じる。そこで、トルク不足分を補正すべく、均質燃焼の場合は、点火時期の補正によりトルク補正がなされ、成層燃焼の場合は、点火時期を補正することなく、当量比（空燃比）の補正により、トルク補正がなされる。
【００４４】
〔第３の実施例〕
第３の実施例では、トルク補正量演算は図８により、点火時期演算は図４（説明済み）により、燃料噴射量演算は図９により行う。
図８はトルク補正量演算ルーチンであり、基準パルス信号ＲＥＦに同期して実行される（ＲＥＦ−ＪＯＢ）。尚、図８は図３とＳ１’，Ｓ２’，Ｓ５’，Ｓ６’の部分が異なる。
【００４５】
Ｓ１’では、変速、エアコンＯＮ、燃料カットリカバーなどに起因するトルク補正要求（増減要求）を点火時期補正要求分（点火分）と空燃比補正要求分（当量比分）とに分けて別々に読込む。
Ｓ２’では、トルク補正要求に対応させてトルク補正量を演算するが、点火時期補正要求分（点火分）と空燃比補正要求分（当量比分）とに基づいて、トルク補正量点火分ＰＩＰＥＲＡＤとトルク補正量当量比分ＰＩＰＥＲＭＲとをそれぞれ演算する。具体的には、点火時期補正要求分をΔｔＴｅＡＤ、空燃比補正要求分をΔｔＴｅＭＲとすると、ＰＩＰＥＲＡＤ＝〔（ｔＴｅ０＋ΔｔＴｅＡＤ）／ｔＴｅ０〕×１００（％）、ＰＩＰＥＲＭＲ＝〔（ｔＴｅ０＋ΔｔＴｅＭＲ）／ｔＴｅ０〕×１００（％）により演算する。ここでは、１００％が補正なし、１００％以上がトルク増加要求、１００％以下がトルク低減要求となる。
【００４６】
Ｓ３では、燃焼方式を読込む。
Ｓ４では、均質燃焼（均質ストイキ燃焼又は均質リーン燃焼）か成層燃焼（成層リーン燃焼）かを判定し、その結果に従って分岐する。
均質燃焼の場合は、Ｓ５’へ進み、トルク補正量点火分ＰＩＰＥＲＡＤを点火時期補正量ＴＱＲＥＴに変換する。点火時期補正量ＴＱＲＥＴは、進角補正の場合に正の値、遅角補正の場合に負の値となる。そして、Ｓ６’でトルク補正量点火分ＰＩＰＥＲＡＤを１００％（補正なし）に戻して、本ルーチンを終了する。
【００４７】
成層燃焼の場合は、Ｓ７へ進み、点火時期補正量ＴＱＲＥＴ＝０にして、本ルーチンを終了する。この場合、トルク補正量点火分ＰＩＰＥＲＡＤはＳ２’での演算値に維持される。
その後の点火時期演算ルーチンは図４によりなされる。
図９は燃料噴射量演算ルーチンであり、所定時間毎、具体的には１０ｍｓ毎に実行される（１０ｍｓ−ＪＯＢ）。尚、図９は図５とＳ２２’の部分が異なる。
【００４８】
Ｓ２１では、別ルーチンにより設定されている空燃比制御のための基本当量比ｔφを読込む。
Ｓ２２’では、トルク補正量点火分ＰＩＰＥＲＡＤと当量比分ＰＩＰＥＲＭＲとを読込み、次式のごとく加算して、合計のトルク補正量ＰＩＰＥＲを求める。
ＰＩＰＥＲ＝ＰＩＰＥＲＡＤ＋ＰＩＰＥＲＭＲ−１００(%)
ここで、均質燃焼時は点火時期によるトルク補正がなされてトルク補正量点火分ＰＩＰＥＲＡＤ＝１００％であるので、ＰＩＰＥＲ＝ＰＩＰＥＲＭＲとなる。
【００４９】
Ｓ２３では、トルク補正量ＰＩＰＥＲを当量比補正量（係数）Δφに変換する。
Ｓ２４では、次式のごとく、基本当量比ｔφに当量比補正量Δφを乗じて、目標当量比ｔφｄを演算する。
ｔφｄ＝ｔφ×Δφ
Ｓ２５では、次式のごとく、基本燃料噴射量Ｔｐを目標当量比ｔφｄ等により補正して、最終的な燃料噴射量Ｔｉを演算する。
【００５０】
Ｔｉ＝Ｔｐ×ｔφｄ×Ｋα＋Ｔｓ
このようにして演算された燃料噴射量Ｔｉは所定のレジスタにセットされ、均質燃焼の場合は各気筒の吸気行程にて、また成層燃焼の場合は各気筒の圧縮行程にて、このＴｉに相当するパルス幅の噴射パルス信号が各燃料噴射弁５に出力されて、燃料噴射がなされる。
【００５１】
図１４は第３の実施例の応答波形例を示している。
例えば、燃料カットリカバーに起因して、トルク補正（トルクダウン）要求がなされると、均質燃焼の場合は、点火時期の補正と当量比（空燃比）の補正とによりトルク補正がなされ、成層燃焼の場合は、点火時期を補正することなく、当量比（空燃比）の大きな補正により、トルク補正がなされる。
【００５２】
〔第４の実施例〕
第４の実施例では、トルク補正量演算は図１０により、点火時期演算は図４（説明済み）により、燃料噴射量演算は図９（説明済み）により行う。
図１０はトルク補正量演算ルーチンであり、基準パルス信号ＲＥＦに同期して実行される（ＲＥＦ−ＪＯＢ）。尚、図１０は図６とＳ３５’，Ｓ３８’，Ｓ３９’の部分が異なる。
【００５３】
Ｓ３１では、トルクデマンド制御上の目標トルク（変速、エアコンＯＮ、燃料カットリカバーなどに起因するトルク補正要求を含む）を読込む。
Ｓ３２では、目標トルクに対する空気補正量を演算して、これにより電制スロットル弁４の開度を制御する。
Ｓ３３では、空気補正時の出力トルクを推定する。
【００５４】
Ｓ３４では、トルクデマンド制御上のトルク補正要求に基づく目標トルクから推定トルクを減算して、不足トルク分を演算する。
Ｓ３５’では、不足トルク分に対応させてトルク補正量を演算するが、トルク補正量を点火時期補正分（点火分）と空燃比補正分（当量比分）とに分けて、トルク補正量点火分ＰＩＰＥＲＡＤとトルク補正量当量比分ＰＩＰＥＲＭＲとを演算する。具体的には、不足トルク分を所定の比率（成層燃焼時は０：１、均質燃焼時はｘ：１−ｘ ；ｘは予め定められた固定値、又は運転条件で切換えるテーブル値）で振り分けて、トルク補正量点火分ＰＩＰＥＲＡＤとトルク補正量当量比分ＰＩＰＥＲＭＲとを演算する。ここでは、１００％が補正なし、１００％以上がトルク増加要求、１００％以下がトルク低減要求となる。
【００５５】
Ｓ３６では、燃焼方式を読込む。
Ｓ３７では、均質燃焼（均質ストイキ燃焼又は均質リーン燃焼）か成層燃焼（成層リーン燃焼）かを判定し、その結果に従って分岐する。
均質燃焼の場合は、Ｓ３８’へ進み、トルク補正量点火分ＰＩＰＥＲＡＤを点火時期補正量ＴＱＲＥＴに変換する。点火時期補正量ＴＱＲＥＴは、進角補正の場合に正の値、遅角補正の場合に負の値となる。そして、Ｓ３９’でトルク補正量点火分ＰＩＰＥＲＡＤを１００％（補正なし）に戻して、本ルーチンを終了する。
【００５６】
成層燃焼の場合は、Ｓ４０へ進み、点火時期補正量ＴＱＲＥＴ＝０にして、本ルーチンを終了する。この場合、トルク補正量点火分ＰＩＰＥＲＡＤはＳ３５’での演算値に維持される。
その後の点火時期演算ルーチンは図４により、燃料噴射量演算ルーチンは図９によりなされる。
【００５７】
図１５は第４の実施例の応答波形例を示している。
例えば、変速に起因して、トルク補正（トルクダウン）要求がなされると、空気量減量がなされるが、空気量制御の遅れによりトルクの過剰を生じる。そこで、これを補正すべく、点火時期の補正と当量比（空燃比）の補正とによりトルク補正がなされ、成層燃焼の場合は、点火時期を補正することなく、当量比（空燃比）の大きな補正により、トルク補正がなされる。
【００５８】
〔第５の実施例〕
第５の実施例では、トルク補正量演算及び燃料噴射量演算は図１１により、点火時期演算は図４（説明済み）により行う。
Ｓ１では、変速、エアコンＯＮ、燃料カットリカバーなどに起因するトルク補正要求（増減要求）を読込む。
【００５９】
Ｓ２では、トルク補正要求に対応させて、トルク補正量ＰＩＰＥＲ（１００±α％）を演算する。ここでは、ＰＩＰＥＲ＝１００％が補正なし、ＰＩＰＥＲ＞１００％がトルク増加要求、ＰＩＰＥＲ＜１００％がトルク低減要求となる。
Ｓ３では、燃焼方式を読込む。
Ｓ４では、均質燃焼（均質ストイキ燃焼又は均質リーン燃焼）か成層燃焼（成層リーン燃焼）かを判定し、その結果に従って分岐する。
【００６０】
均質燃焼の場合は、Ｓ４１へ進み、トルク補正量ＰＩＰＥＲを点火時期補正量ＴＱＲＥＴに変換する。点火時期補正量ＴＱＲＥＴは、進角補正の場合に正の値、遅角補正の場合に負の値となる。そして、Ｓ４２で当量比補正量Δφ＝１（補正なし）にして、Ｓ４５〜Ｓ４７へ進む。
成層燃焼の場合は、Ｓ４３へ進み、トルク補正量ＰＩＰＥＲを当量比補正量Δφに変換する。そして、Ｓ４４で点火時期補正量ＴＱＲＥＴ＝０にして、Ｓ４５〜Ｓ４７へ進む。
【００６１】
Ｓ４５では、別ルーチンにより設定されている空燃比制御のための基本当量比ｔφを読込む。
Ｓ４６では、次式のごとく、基本当量比ｔφに当量比補正量Δφを乗じて、目標当量比ｔφｄを演算する。
ｔφｄ＝ｔφ×Δφ
Ｓ４７では、次式のごとく、基本燃料噴射量Ｔｐを目標当量比ｔφｄ等により補正して、最終的な燃料噴射量Ｔｉを演算する。
【００６２】
Ｔｉ＝Ｔｐ×ｔφｄ×Ｋα＋Ｔｓ
このようにして演算された燃料噴射量Ｔｉは所定のレジスタにセットされ、均質燃焼の場合は各気筒の吸気行程にて、また成層燃焼の場合は各気筒の圧縮行程にて、このＴｉに相当するパルス幅の噴射パルス信号が各燃料噴射弁５に出力されて、燃料噴射がなされる。
【００６３】
その後の点火時期演算ルーチンは図４によりなされる。
この第５の実施例は、第１の実施例に対し、燃料噴射量の演算をトルク補正量の演算と同様に回転同期（ＲＥＦ−ＪＯＢ）で行うようにしたもので、第２〜第４の実施例に対しても、燃料噴射量の演算をトルク補正量の演算と同様に回転同期で行うようにすることができる。
【００６４】
次に、第１〜第４の実施例のように燃料噴射量の演算を時間同期（１０ｍｓ−ＪＯＢ）で行う場合と、第５の実施例のように燃料噴射量の演算を回転同期（ＲＥＦ−ＪＯＢ）で行う場合との、相違について述べる。
回転同期（ＲＥＦ−ＪＯＢ）の演算では、例えば４気筒の場合、クランク角１８０°毎の基準パルス信号ＲＥＦの周期は、エンジン回転数毎に、次のようになる。
【００６５】
１０００ｒｐｍ・・・３０ｍｓ
３０００ｒｐｍ・・・１０ｍｓ
５０００ｒｐｍ・・・ ６ｍｓ
６０００ｒｐｍ・・・ ５ｍｓ
従って、３０００ｒｐｍ以上では、１０ｍｓ−ＪＯＢと比較して、演算負荷が重くなり、６０００ｒｐｍでは、１０ｍｓ−ＪＯＢの２倍の演算負荷となり、６気筒、８気筒では更に顕著となる。
【００６６】
このため、第１〜第４の実施例では、演算負荷の低減のため、燃料噴射量の演算を時間同期（１０ｍｓ−ＪＯＢ）で行うようにしている。
時間同期の演算でも成層燃焼時の応答性が損なわれない理由は、次の通りである。
成層燃焼の低負荷（１２００ｒｐｍ以下程度）では、回転同期（ＲＥＦ−ＪＯＢ）でトルク補正量を演算してから、燃料噴射までの間に１０ｍｓ−ＪＯＢが入るため、均質燃焼時の点火時期と同等の応答性が実現できる。
【００６７】
上記の回転数以上の場合でも、時間同期（１０ｍｓ−ＪＯＢ）でトルク補正量の燃料噴射量への反映を行うため、１０ｍｓ毎の制御は実現でき、通常、時間スケールで要求が出されるトルク補正要求に対しては、十分な制御が行われる。
更に図１６及び図１７を用いて説明する。
図１６を参照し、低回転領域、例えばアイドル回転数領域では、補正量の反映が１燃焼遅れるか否かで性能が大きく影響を受ける。ここで、補正量（ＴＱＲＥＴ，ＰＩＰＥＲ）の演算はＲＥＦ−ＪＯＢで、燃料噴射量への反映は１０ｍｓ−ＪＯＢで行った場合、均質燃焼時は、ＲＥＦで補正量（ＴＱＲＥＴ）を演算し、そのＲＥＦでセットされる点火時期に即反映させるため、補正量をＲＥＦ直後の燃焼に反映させることができる。成層燃焼時は、ＲＥＦで補正量（ＰＩＰＥＲ）を演算するが、この回転領域ではＲＥＦから燃料噴射パルスまでの間に１度は１０ｍｓ−ＪＯＢが入るので、結局、均質燃焼時と同様に、ＲＥＦ直後の燃焼に補正量を反映させることができる。
【００６８】
よって、アイドル回転数領域等の低回転領域では、成層、均質いずれの場合でも、同等のレスポンスでトルク補正を実現することができる。
図１７を参照し、非アイドル回転数領域（高回転数領域）において、補正量（ＴＱＲＥＴ，ＰＩＰＥＲ）の演算はＲＥＦ−ＪＯＢで、燃料噴射量への反映は１０ｍｓ−ＪＯＢで行った場合、均質燃焼時は、ＲＥＦで補正量（ＴＱＲＥＴ）を演算し、そのＲＥＦでセットされる点火時期に即反映させるため、補正量をＲＥＦ直後の燃焼に反映させることができる。
【００６９】
成層燃焼時は、ＲＥＦで補正量（ＰＩＰＥＲ）を演算するが、この回転領域ではＲＥＦから燃料噴射パルスまでの間に１度も１０ｍｓ−ＪＯＢが入らない場合があり、この場合には補正量演算後２回目の燃焼に反映されることになる。
よって、成層燃焼時は、均質燃焼時の場合と比較して、補正値の反映されるタイミングが遅れる場合があることになるが、この演算方法によれば、ＲＥＦ−ＪＯＢでの演算負荷を低減でき、回転数上昇時の回転同期演算負荷の増大を防止できる。
【００７０】
また、非アイドル回転数領域での補正要求値は時間同期で対応できれば十分なものが多く、反映タイミングの要求はアイドル回転数領域と比較してそれほどシビアではないため、１０ｍｓ毎に補正値が反映されれば性能低下の問題はない。よって、非アイドル回転数領域では、回転同期の演算負荷の増大を防止しつつ、均質、成層いずれの場合でも十分なレスポンスでトルク補正を実現することができる。
【００７１】
これに対し、第５の実施例の場合の効果を図１８により説明する。
演算手段の能力が十分に高い場合には、補正量ＴＱＲＥＴ、燃料噴射量ＴｉともＲＥＦで演算を行う。
成層燃焼時の燃料量の補正は、均質燃焼時の点火時期補正値と同様に常にＲＥＦ直後の燃焼に反映させることができる。
【００７２】
よって、全ての回転数領域で、均質、成層いずれの場合でも十分なレスポンスでトルク補正を実現することができる。
最後に、トルク補正要求ルーチン、燃焼方式切換ルーチンについて説明する。図１９は変速によるトルク補正要求（トルク補正要求分演算）ルーチンのフローチャートである。
【００７３】
Ｓ２０１で変速中か否かを判定し、変速中の場合は、Ｓ２０２で変速パターンを読込む。そして、Ｓ２０３でトルク補正要求有りか否かを判定し、有りの場合に、Ｓ２０４でトルク補正要求後経過時間を演算し、これに基づいてＳ２０５でトルク補正要求分を演算する。
図２０はエアコンＯＮによるトルク補正要求（トルク補正要求分演算）ルーチンのフローチャートである。
【００７４】
Ｓ２１１でエアコンＯＮか否かを判定し、エアコンＯＮの場合は、Ｓ２１２でＯＮ後経過時間を演算し、これに基づいてＳ２１５でトルク補正要求分を演算する。また、エアコンＯＦＦの場合は、Ｓ２１３でＯＦＦ後経過時間を演算し、Ｓ２１４でＯＦＦ後所定時間内か否かを判定し、ＯＦＦ後所定時間内の場合は、ＯＦＦ後所定時間に基づいてＳ２１５でトルク補正要求分を演算する。
【００７５】
図２１は燃料カットリカバーによるトルク補正要求（トルク補正要求分演算）ルーチンのフローチャートである。
Ｓ２２１で燃料カットリカバー時か否かを判定し、リカバー時の場合にＳ２２２でリカバー後経過時間を演算する。そして、Ｓ２２３でリカバー後所定時間内か否かを判定し、所定時間内の場合は、リカバー後経過時間に基づいてＳ２２４でトルク補正要求分を演算する。
【００７６】
図２２は燃焼方式切換（及び基本当量比ｔφ設定）ルーチンのフローチャートである。
Ｓ３０１では、マップ切換条件として、水温、始動後時間、運転条件（エンジン回転数、目標トルク）などを読込む。
Ｓ３０２では、マップ切換条件に従って、均質ストイキ燃焼、均質リーン燃焼、成層リーン燃焼を判別し、マップ切換フラグ（ＦＭＡＰＣＨ）の演算を行う。
【００７７】
Ｓ３０３では、ＦＭＡＰＣＨ＝０か否かを判定し、ＹＥＳの場合に、Ｓ３０４で、均質ストイキ用マップを参照して、エンジン回転数Ｎｅ(rpm) 及び目標トルクｔＴｅ(kgm) より、基本当量比ｔφを設定する。
ＦＭＡＰＣＨ≠０の場合は、Ｓ３０５で、ＦＭＡＰＣＨ＝１か否かを判定し、ＹＥＳの場合に、Ｓ３０６で、均質リーン用マップを参照して、エンジン回転数Ｎｅ(rpm) 及び目標トルクｔＴｅ(kgm) より、基本当量比ｔφを設定する。
【００７８】
ＦＭＡＰＣＨ≠１の場合は、Ｓ３０７で、成層リーン用マップを参照して、エンジン回転数Ｎｅ(rpm) 及び目標トルクｔＴｅ(kgm) より、基本当量比ｔφを設定する。
尚、図２３には全体制御のジェネラルフローチャートの一例を示している。
ステップａで、１０ｍｓ−ＪＯＢの予約の有無を判定し、予約有りの場合にステップｂ〜ｆを実行する。すなわち、ステップｂで燃焼方式の切換えを行い、ステップｃでトルク補正要求を検出し、ステップｄで基本点火時期ＡＤＶｍａｐを演算し、ステップｅで基本当量比ｔφを設定し、ステップｄで燃料噴射量Ｔｉを演算する。
【００７９】
一方、１０ｍｓ−ＪＯＢの予約無しの場合は、ステップｇで、ＲＥＦ−ＪＯＢの予約の有無を判定し、予約有りの場合にステップｈ，ｉを実行する。すなわち、ステップｈでトルク補正量ＰＩＰＥＲを演算し、ステップｉで点火時期ＡＤＶを演算する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の構成を示す機能ブロック図
【図２】 本発明の実施の一形態を示すエンジンのシステム図
【図３】 第１の実施例のトルク補正量演算ルーチンのフローチャート
【図４】 第１の実施例の点火時期演算ルーチンのフローチャート
【図５】 第１の実施例の燃料噴射量演算ルーチンのフローチャート
【図６】 第２の実施例のトルク補正量演算ルーチンのフローチャート
【図７】 第２の実施例のトルクデマンド制御のブロック図
【図８】 第３の実施例のトルク補正量演算ルーチンのフローチャート
【図９】 第３の実施例の燃料噴射量演算ルーチンのフローチャート
【図１０】 第４の実施例のトルク補正量演算ルーチンのフローチャート
【図１１】 第５の実施例のトルク補正量演算ルーチンのフローチャート
【図１２】 第１の実施例の応答波形例を示す図
【図１３】 第２の実施例の応答波形例を示す図
【図１４】 第３の実施例の応答波形例を示す図
【図１５】 第４の実施例の応答波形例を示す図
【図１６】 燃料噴射量時間同期演算の作用を示す図
【図１７】 燃料噴射量時間同期演算の作用を示す図
【図１８】 燃料噴射量回転同期演算（第５の実施例）の作用を示す図
【図１９】 変速によるトルク補正要求ルーチンのフローチャート
【図２０】 エアコンＯＮによるトルク補正要求ルーチンのフローチャート
【図２１】 燃料カットリカバーによるトルク補正要求ルーチンのフローチャート
【図２２】 燃焼方式切換ルーチンのフローチャート
【図２３】 制御全体のジェネラルフローチャート
【図２４】 トルク補正量→点火時期補正量変換テーブルを示す図
【図２５】 トルク補正量→当量比補正量変換テーブルを示す図
【図２６】 基本点火時期マップを示す図
【符号の説明】
１ エンジン
４ 電制スロットル弁
５ 燃料噴射弁
６ 点火栓
20 コントロールユニット
Claims (8)
- 吸気行程にて燃料を噴射して行う均質燃焼と圧縮行程にて燃料を噴射して行う成層燃焼とを切換可能な燃焼方式切換手段を備える直噴火花点火式エンジンであって、エンジンの運転条件に基づいてトルク補正要求を発生するトルク補正要求手段を備えるものにおいて、
同一の燃焼方式における前記トルク補正要求に対し、均質燃焼時には、点火時期と空燃比とのうち、少なくとも点火時期を補正してトルク補正を行う均質燃焼時トルク補正手段と、成層燃焼時には、点火時期と空燃比とのうち、空燃比のみを補正してトルク補正を行う成層燃焼時トルク補正手段とを各別に設けたことを特徴とする直噴火花点火式エンジンの制御装置。 - 吸気行程にて燃料を噴射して行う均質燃焼と圧縮行程にて燃料を噴射して行う成層燃焼とを切換可能な燃焼方式切換手段を備える直噴火花点火式エンジンであって、エンジンの運転条件に基づいてトルク補正要求を発生するトルク補正要求手段を備えるものにおいて、
同一の燃焼方式における前記トルク補正要求に対し、エンジンの吸入空気量を制御してトルク制御を行うトルク制御手段を設ける一方、
吸入空気量制御の遅れに対する高応答のトルク補正を行うように、均質燃焼時には少なくとも点火時期を補正してトルク補正を行う均質燃焼時トルク補正手段と、成層燃焼時には少なくとも空燃比を補正してトルク補正を行う成層燃焼時トルク補正手段とを各別に設けたことを特徴とする直噴火花点火式エンジンの制御装置。 - 吸気行程にて燃料を噴射して行う均質燃焼と圧縮行程にて燃料を噴射して行う成層燃焼とを切換可能な燃焼方式切換手段を備える直噴火花点火式エンジンであって、少なくともアクセル開度に基づくと共に、同一の燃焼方式におけるトルク補正要求を含んでエンジンの目標トルクを算出する目標トルク算出手段を備えるものにおいて、
前記目標トルクを達成するように、エンジンの吸入空気量を制御してトルク制御を行うトルク制御手段を設ける一方、
吸入空気量制御の遅れに対する高応答のトルク補正を行うように、均質燃焼時には少なくとも点火時期を補正してトルク補正を行う均質燃焼時トルク補正手段と、成層燃焼時には少なくとも空燃比を補正してトルク補正を行う成層燃焼時トルク補正手段とを各別に設けたことを特徴とする直噴火花点火式エンジンの制御装置。 - 前記トルク制御手段は、目標トルクを実現するように必要基本燃料量を算出する必要基本燃料量算出手段と、必要基本燃料量と目標空燃比とから目標吸入空気量を算出する目標吸入空気量算出手段と、目標吸入空気量に基づいて目標スロットル開度を算出する目標スロットル開度算出手段と、目標スロットル開度になるようにスロットル弁を駆動するスロットル弁駆動制御手段とを含んで構成されることを特徴とする請求項３記載の直噴火花点火式エンジンの制御装置。
- 前記均質燃焼時トルク補正手段は、トルク補正量を点火時期補正分と空燃比補正分とに分け、点火時期と空燃比とを補正してトルク補正を行うものであり、前記成層燃焼時トルク補正手段は、トルク補正量を空燃比補正分のみとし、空燃比を補正してトルク補正を行うものであることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載の直噴火花点火式エンジンの制御装置。
- 前記均質燃焼時トルク補正手段及び成層燃焼時トルク補正手段において、トルク補正量はエンジン回転同期で演算し、トルク補正量の燃料噴射量への反映は時間同期で演算することを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１つに記載の直噴火花点火式エンジンの制御装置。
- 前記均質燃焼時トルク補正手段及び成層燃焼時トルク補正手段において、トルク補正量の演算及びそのトルク補正量の燃料噴射量への反映はエンジン回転同期で演算することを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１つに記載の直噴火花点火式エンジンの制御装置。
- 前記トルク補正要求は、変速、エアコンＯＮ、燃料カットリカバーに起因するものであることを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか１つに記載の直噴火花点火式エンジンの制御装置。
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