JP3551057B2 - 希薄燃焼内燃機関の燃焼制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は燃焼方式を希薄燃焼からリッチ燃焼へと一時的に切り替えるリッチスパイク処理を実行する希薄燃焼内燃機関の燃焼制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、空燃比を理論空燃比よりもリーンに設定した希薄燃焼を行う内燃機関が提案されており、例えば、特開平７−３３２０７１号公報に記載されるように、筒内燃料噴射式の内燃機関においては、この希薄燃焼を含む複数の燃焼方式を機関運転状態に基づいて切り替えるようにしている。
【０００３】
従来、このように燃焼方式を切り替える場合には、現在の燃焼方式から機関運転状態に基づく燃焼方式へと直接切り替えるのではなく、その切り替えを段階的に行うようにし、燃焼方式を切り替えてから次の切替時期に至るまでの燃焼方式が変化しない期間（以下、「燃焼方式保持期間」という）を所定時間以上確保することによって燃焼状態の急激な変化に起因したショックの発生を確実に抑制するようにしている。
【０００４】
また、希薄燃焼を行う内燃機関では、排気中に含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ ）を浄化するＮＯｘ 吸蔵還元触媒（以下、「ＮＯｘ 触媒」と略記する）が通常用いられており、このＮＯｘ 触媒の浄化能力を保持するため、機関運転状態が所定の運転領域内にあるときに、燃焼方式を希薄燃焼から空燃比を理論空燃比よりもリッチに設定したリッチ燃焼へ一時的に切り替える処理、いわゆるリッチスパイク処理を実行するようにしている。
【０００５】
そして、このリッチスパイク処理の実行時においても、燃焼方式は段階的に切り替えられ、例えば成層燃焼から均質リッチ燃焼へと燃焼方式を切り替える際には、一旦、均質リーン燃焼を経てから切り替えられる（上記公報参照）。
【０００６】
ここで、こうしたリッチスパイク処理によって燃焼方式を段階的に切り替える場合、その切替後の燃焼方式は機関運転状態に適合する燃焼方式とは異なっているために、一時的にせよ燃費や排気性状の悪化が避けられない。このため、こうした燃費や排気性状の悪化を極力抑えるために、リッチスパイク処理中における燃焼方式保持期間は燃焼状態の急激な変化を抑制することのできる必要最小限の時間に設定されている。
【０００７】
また、上記のようにリッチスパイク処理を実行しているときに、内燃機関の加減速等に伴って機関運転状態が所定の運転領域内から外れた場合には、リッチスパイク処理は中断され、燃焼方式はリッチスパイク処理に基づく燃焼方式から機関運転状態に適合する燃焼方式へと戻される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記のように燃焼方式が切り替えられる際には、燃料噴射量や燃料噴射時期といった燃料噴射形態の他、吸入空気量も併せて変更されるが、通常、この吸入空気量は燃料噴射形態の変化よりも遅れて変化する傾向がある。インジェクタの通電時間や通電時期を変更することにより燃料噴射形態は速やかに変化するのに対し、スロットルバルブの開度を変更しても、所定の応答遅れ時間が経過した後でなければ、燃焼室内に供給される吸入空気の量がその開度に対応した量、即ち燃焼方式に適合する量にまで変化しないからである。また、こうした応答遅れ時間は吸入空気の変化割合が大きくなる内燃機関の加減速時、換言すれば機関負荷が大きく変化する時に特に大きくなる。
【０００９】
従って、こうした加減速時にリッチスパイク処理を中断し、燃焼方式を機関運転状態に適合する燃焼方式へと直接戻すようにすると、燃焼方式を切り替えることによる影響に加え、更にこの応答遅れによる影響が重なるようになり、燃焼状態が円滑につながり難くなってその悪化を招くおそれがあった。
【００１０】
また、燃焼方式を直接戻すのではなく、リッチスパイク処理の実行中と同様に段階的に切り替えて燃焼方式保持期間を確保するようにすれば、燃焼状態に及ぼす応答遅れの影響を小さくすることはできる。
【００１１】
しかしながら、リッチスパイク処理の実行中における燃焼方式保持期間は前述したように必要最小限の時間に設定されているため、燃焼状態に及ぼす応答遅れの影響を抑制するにも自ずと限界がある。このため、リッチスパイク処理を中断する際における燃焼状態の悪化は避けきれず、同燃焼状態が円滑に変化しないことによるショックの発生、ひいてはドライバビリティの悪化を招くおそれがあった。
【００１２】
この発明はこうした従来の実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、リッチスパイク処理を中断して燃焼方式を機関運転状態に適合する燃焼方式に戻す際におけるショックの発生を確実に抑制することのできる希薄燃焼内燃機関の燃焼制御装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、燃料噴射形態を変更することにより燃焼方式を切替可能な希薄燃焼内燃機関であって、希薄燃焼を含む複数の燃焼方式を機関運転状態に適合する燃焼方式に段階的に切り替える通常切替処理と、機関運転状態が所定の運転領域内にあるときに燃焼方式を希薄燃焼からリッチ燃焼へと段階的に切り替えた後、該リッチ燃焼から機関運転状態に適合する燃焼方式に段階的に切り替えるリッチスパイク処理とを実行するとともに、希薄燃焼内燃機関のスロットル開度を切り替えられる燃焼方式に適合する開度に変更する燃焼制御手段を備えた希薄燃焼内燃機関の燃焼制御装置において、燃焼制御手段は、燃焼方式を段階的に切り替える際、該切替時から次の切替時までの燃焼方式保持期間を、リッチスパイク処理の実行時には第１の所定期間に設定する一方、機関運転状態が所定の運転領域から外れることにより燃焼方式をリッチスパイク処理に基づく燃焼方式から機関運転状態に適合する燃焼方式へと段階的に切り替えるリッチスパイク処理の中断時には第１の所定期間よりも長い第２の所定期間に設定するものであるとしている。
【００１４】
こうした構成によれば、リッチスパイク処理の中断時には同処理の実行中よりも上記燃焼方式保持期間が長く設定されるため、内燃機関の加減速等に伴って吸入空気量変化の応答遅れが増大していたとしても、この燃焼方式保持期間中にこの応答遅れの影響を減少させて燃焼状態の安定化を図ることができ、同燃焼状態を円滑に切り替えることができるようになる。
【００１５】
また、請求項２に記載の発明では、請求項１に記載した構成において、燃焼制御手段は、リッチスパイク処理の中断時において燃焼方式を均質燃焼と成層燃焼とに跨って段階的に切り替えるときには、該切り替えられる燃焼方式の一つとして、燃料噴射形態を希薄燃焼内燃機関の吸気行程及び圧縮行程の両行程において燃料噴射が実行される噴射形態とする燃焼方式を少なくとも選択するものであるとしている。
【００１６】
一般に、噴射燃料を機関燃焼室内において略均一に分散させて燃焼させる均質燃焼と、同噴射燃料を機関燃焼室内において点火プラグ周りに偏在させて燃焼させる成層燃焼との間に跨って燃焼方式が切り替えられるときには、その切り替えに伴う吸入空気量の変化割合が大きくなって上記のような応答遅れも更に顕著になる傾向がある。従って、燃焼方式が特にこれら均質燃焼と成層燃焼との間で切り替えられるときに、その燃焼状態を極力円滑につなげることがリッチスパイク処理の中断時における燃焼状態の悪化を抑制するうえでは重要になる。
【００１７】
この点、上記請求項２に記載した構成では、均質燃焼と成層燃焼とに跨る燃焼方式の切り替えが行われる場合に、その切替途中の燃焼方式の一つとして、燃料噴射形態を内燃機関の吸気行程及び圧縮行程の両行程において燃料噴射が実行される形態とする燃焼方式が選択される。吸気行程に噴射される燃料は機関燃焼室内において略均等に分散する一方、圧縮行程に噴射される燃料は点火プラグ周りに偏在するようになるため、上記選択される燃焼方式は噴射燃料の分散状態についてみれば均質燃焼と成層燃焼との間の中間的な性質を有する燃焼方式となる。切替途中の燃焼方式として、こうした中間的な性質を有する燃焼方式が選択されることにより、均質燃焼と成層燃焼とに跨って燃焼方式が切り替えられるときでも、その燃焼状態をより円滑につなげることができるようになる。
【００１８】
また、請求項３に記載した発明のように、上記請求項１又は２に記載した構成において更に、燃焼制御手段は通常切替処理時における燃焼方式保持期間を第２の所定期間として設定するものである、といった構成を採用すれば、この第２の所定期間を個別に設定する必要が無くなる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を筒内燃料噴射式ガソリンエンジンの燃焼制御装置に適用するようにした一実施形態について図１〜９を参照して説明する。
【００２０】
図１はエンジン１０及び同エンジン１０の燃焼制御装置を示す概略構成図である。
エンジン１０のシリンダブロック１１に形成された複数のシリンダ（図１ではその一つのみを示す）１５内には、コネクティングロッド１６を介してクランクシャフト１４に連結されたピストン１３が往復動可能にそれぞれ設けられている。このピストン１３の上面とシリンダ１５の内壁面及びシリンダヘッド１２の下面によって燃焼室１７が区画形成されている。この燃焼室１７にはシリンダヘッド１２に形成された吸気ポート１８及び排気ポート１９を介して吸気管２０及び排気管２１が接続されている。
【００２１】
吸気管２０にはサージタンク２２が設けられるとともに、その上流側にはスロットルモータ５４によって開度（スロットル開度ＴＡ）が調節されるスロットルバルブ３４が設けられている。このスロットルバルブ３４によって燃焼室１７に導入される吸入空気の量が調節される。
【００２２】
シリンダヘッド１２には燃焼室１７内に燃料を直接噴射するインジェクタ５０と、燃焼室１７内の混合気を点火する点火プラグ２６とが各シリンダ１５に対応してそれぞれ設けられている。インジェクタ５０は燃料を断続的に噴射するための電磁弁（図示略）を内蔵しており、この電磁弁の開閉動作に基づいて燃料噴射量及び燃料噴射時期が調節される。
【００２３】
排気管２１には三元触媒（図示略）及びＮＯｘ 触媒２４がそれぞれ設けられており、燃焼室１７から同排気管２１に排出される排出ガスはこれら各触媒によって浄化される。ＮＯｘ 触媒２４は排出ガス中に含まれるＮＯｘ を浄化するための触媒であり、排出ガスの空燃比がリーンであるときには排出ガス中に含まれるＮＯｘ を吸蔵する一方、同空燃比が理論空燃比又はリッチになると吸蔵していたＮＯｘ を窒素（Ｎ２ ）に還元して放出するものである。
【００２４】
吸気管２０においてスロットルバルブ３４の近傍にはアクセルセンサ６４が設けられている。このアクセルセンサ６４は運転者によって操作されるアクセルペダル４６とワイヤ（図示略）により連結されており、このアクセルペダル４６の踏込量、即ちアクセル開度ＡＣＣＰに応じた検出信号を出力する。
【００２５】
クランクシャフト１４の近傍にはクランクセンサ６５が設けられ、また、このクランクシャフト１４の回転と同期して回転する各カムシャフト３０，３１の一方の近傍にはカムセンサ６６が設けられている。これら各センサ６５，６６からはクランクシャフト１４の回転角、即ちクランク角ＣＡと、同クランクシャフト１４の回転速度、即ち機関回転速度ＮＥとに応じた信号が出力される。
【００２６】
サージタンク２２には吸気管２０内の吸入空気の圧力、即ち吸気圧ＰＭの大きさに応じた検出信号を出力する吸気圧センサ６７が設けられている。
これら各種センサ６４〜６７の検出信号はエンジン１０の電子制御装置（以下、「ＥＣＵ」と略記する）６０に入力される。ＥＣＵ６０はこれら検出信号に基づいてアクセル開度ＡＣＣＰ、クランク角ＣＡ、機関回転速度ＮＥ、吸気圧ＰＭをそれぞれ検出する。ＥＣＵ６０は各検出値に基づいてインジェクタ５０の電磁弁、スロットルモータ５４等を駆動することにより、燃料噴射量、燃料噴射時期、及びスロットル開度ＴＡ等を制御する。ＥＣＵ６０はこうした各種制御を所定の手順に基づいて実行するための制御プログラムや関数データが予め記憶されたメモリ６１を備えている。
【００２７】
本実施形態におけるエンジン１０では、その燃焼方式が異なる以下の５つのモードの間で切り替えられる。
［成層燃焼］ 燃焼方式として「成層燃焼」が選択されると、燃料は圧縮行程後期に噴射されるようになる。従って、噴射燃料は点火プラグ２６近傍に偏在するようになり、点火時において同点火プラグ２６近傍の混合気のみが部分的に点火可能な状態となる。また、燃焼室１７内における混合気の平均的な空燃比（Ａ／Ｆ）は理論空燃比（Ａ／Ｆ＝１４．５）よりもリーン（Ａ／Ｆ＝２５〜５０）に設定される。
【００２８】
［弱成層燃焼］ 燃焼方式として「弱成層燃焼」が選択されると、燃料は圧縮行程に加えて吸気行程においても噴射されるようになり、燃焼室１７内における混合気の平均的な空燃比は理論空燃比よりもリーン（Ａ／Ｆ＝２０〜３０）に設定される。また、この「弱成層燃焼」では、一部の燃料が吸気行程中に噴射されるため、点火時における燃焼室１７内の空燃比の濃度差は上記「成層燃焼」と比較して小さくなる。
【００２９】
［均質リーン燃焼］ 燃焼方式として「均質リーン燃焼」が選択されると、燃料は吸気行程中に噴射されるようになる。この「均質リーン燃焼」では、全ての燃料が吸気行程中に噴射されるため、噴射燃料は燃焼室１７内において均等に分散され、点火時における同燃焼室１７内の空燃比は均一な状態になる。また、その空燃比は理論空燃比よりもリーン（Ａ／Ｆ＝１５〜２３）に設定される。
【００３０】
［均質ストイキ燃焼］ 燃焼方式として「均質ストイキ燃焼」が選択されると、燃料は上記「均質リーン燃焼」と同様、吸気行程中に噴射されるようになり、空燃比は理論空燃比近傍に設定される。
【００３１】
［均質リッチ燃焼］ 燃焼方式として「均質リッチ燃焼」が選択されると、燃料は上記「均質リーン燃焼」、「均質ストイキ燃焼」と同様、吸気行程中に噴射されるようになり、空燃比は理論空燃比よりもリッチ（Ａ／Ｆ＝１１〜１３）に設定される。
【００３２】
上記各燃焼方式のうち、「成層燃焼」、「弱成層燃焼」、及び「均質リーン燃焼」はいずれも空燃比を理論空燃比よりもリーンとする希薄燃焼に属している。また、上記「弱成層燃焼」では、燃料が吸気行程及び圧縮行程の双方において噴射されることから、燃焼室１７内での噴射燃料の分散状態は、全ての燃料が圧縮行程に噴射される「成層燃焼」における状態と、全ての燃料が吸気行程において噴射される「均質燃焼」（「均質リーン燃焼」、「均質ストイキ燃焼」、「均質リッチ燃焼」）における状態との中間的な性質を有した状態になる。
【００３３】
ＥＣＵ６０は、上記各燃焼方式を機関運転状態やＮＯｘ 触媒２４のＮＯｘ 吸蔵能力等に基づいて決定する。以下、このＥＣＵ６０による燃焼方式の決定手順について説明する。
【００３４】
まず、ＥＣＵ６０はアクセル開度ＡＣＣＰ及び機関回転速度ＮＥに基づいて燃料噴射量Ｑｆを算出する。ＥＣＵ６０のメモリ６１には、図２に示すような燃料噴射量Ｑｆとアクセル開度ＡＣＣＰ及び機関回転速度ＮＥとの関係を定義する関数データが記憶されている。ＥＣＵ６０は燃料噴射量Ｑｆを算出する際にこの関数データを参照する。
【００３５】
次に、ＥＣＵ６０は、算出された燃料噴射量Ｑｆと機関回転速度ＮＥとに基づいて燃焼方式指示値ｔＭＯＤＥを決定する。この燃焼方式指示値ｔＭＯＤＥは、前述した各燃焼方式のうち現在の機関運転状態に最も適合する燃焼方式を指示するためのものである。
【００３６】
例えば、この燃焼方式指示値ｔＭＯＤＥが「０」である場合には、機関運転状態に最も適合する燃焼方式として上記「成層燃焼」が選択される。また、燃焼方式指示値ｔＭＯＤＥが「１」である場合には燃焼方式として「弱成層燃焼」が選択され、「２」である場合には「均質リーン燃焼」が、「４」である場合には「均質ストイキ燃焼」がそれぞれ選択される。
【００３７】
ＥＣＵ６０のメモリ６１には、この燃焼方式指示値ｔＭＯＤＥの値と機関回転速度ＮＥ及び燃料噴射量Ｑｆとの関係を定義する関数データが記憶されている。図３はこの関数データを概略的に示すマップである。
【００３８】
例えば、機関回転速度ＮＥ及び燃料噴射量Ｑｆが同図に示す一点鎖線に沿って点Ａに示す状態から点Ｂに示す状態にまで順次変化する場合、燃焼方式指示値ｔＭＯＤＥは「０」から「１」、「２」、「４」と順に変化し、燃焼方式は「成層燃焼」から「弱成層燃焼」及び「均質リーン燃焼」を経て「均質ストイキ燃焼」へと順に変更されることとなる。
【００３９】
また、所定の実行条件が満たされると、燃焼方式を上記燃焼方式指示値ｔＭＯＤＥに対応する燃焼方式とは異なる「均質リッチ燃焼」へと段階的に切り替えた後、再び燃焼方式指示値ｔＭＯＤＥに対応する燃焼方式に戻す処理、いわゆるリッチスパイク処理（以下、「ＲＳ処理」と略記する）が実行される。
【００４０】
例えば、燃焼方式が「成層燃焼」に設定されているとき（燃焼方式指示値ｔＭＯＤＥ＝「０」）に、このＲＳ処理が開始されると、同燃焼方式は「成層燃焼」から「弱成層燃焼」に切り替えられる。次に、燃焼方式はその切替時から所定期間（以下、「燃焼方式保持期間」という）が経過するまで「弱成層燃焼」のまま保持された後、「均質リーン燃焼」に切り替えられる。更に、燃焼方式はその切替時から上記燃焼方式保持期間が経過するまで「均質リーン燃焼」のまま保持された後、更に「均質リッチ燃焼」に切り替えられる。
【００４１】
このように燃焼方式が「均質リッチ燃焼」に切り替えられることにより、空燃比が理論空燃比よりもリッチになって排気中に含まれるＨＣ（炭化水素）、ＣＯ（一酸化炭素）が増大する。その結果、ＮＯｘ 触媒２４に吸蔵されているＮＯｘ がこれらＨＣ，ＣＯによって還元され、同ＮＯｘ 触媒２４のＮＯｘ 吸蔵量が減少する。
【００４２】
そして、このＮＯｘ 吸蔵量が所定量以下にまで減少すると、燃焼方式は「均質リッチ燃焼」から「均質リーン燃焼」に切り替えられ、燃焼方式保持期間が経過するまで保持された後、同「均質リーン燃焼」から「弱成層燃焼」に切り替えられる。そして、燃焼方式保持期間が経過するまで「弱成層燃焼」に保持された後、燃焼方式は「弱成層燃焼」から更に「成層燃焼」に切り替えられる。このように燃焼方式が燃焼方式指示値ｔＭＯＤＥに対応する燃焼方式、換言すれば機関運転状態に適合する燃焼方式にまで切り替えられた時点でＲＳ処理が終了する。
【００４３】
また、こうしたＲＳ処理は、ＲＳ処理領域フラグＸＲＳＡＲＥＡ及びＲＳ処理要求フラグＸＲＩＣＨＳがいずれも「ＯＮ」に設定されていることがその実行条件となっている。
【００４４】
このＲＳ処理領域フラグＸＲＳＡＲＥＡは、機関運転状態がＲＳ処理に適した領域にあることを判断するためのフラグであり、燃料噴射量Ｑｆ及び機関回転速度ＮＥが図３において破線で囲まれる斜線領域内にあるときに「ＯＮ」に設定され、同領域から外れたときに「ＯＦＦ」に設定される。
【００４５】
また、ＲＳ処理要求フラグＸＲＩＣＨＳは、ＲＳ処理の実行が必要であるか否かを判断するためのフラグである。このＲＳ処理要求フラグＸＲＩＣＨＳは上記ＲＳ処理領域フラグＸＲＳＡＲＥＡが「ＯＮ」に設定され、且つ、ＮＯｘ 触媒２４の総ＮＯｘ 吸蔵量ΣＮＯＸが限界量を超えているときに「ＯＮ」に設定され、ＲＳ処理領域フラグＸＲＳＡＲＥＡが「ＯＦＦ」に設定されたとき、或いは上記総ＮＯｘ 吸蔵量ΣＮＯＸが所定量以下にまで低下したときに「ＯＦＦ」に設定される。
【００４６】
次に、本実施形態における燃焼方式の制御手順について図４〜６に示すフローチャート及び図７〜９に示すタイミングチャートを参照して説明する。
図４及び図５の「燃焼方式制御ルーチン」は、機関運転状態及びＮＯｘ 触媒２４のＮＯｘ 吸蔵状態等に基づいて燃焼方式を切り替える際の制御手順を示しており、また、図６の「カウンタ値設定ルーチン」は、上記「燃焼方式制御ルーチン」において用いられる各カウンタ値を設定する際の設定手順をそれぞれ示している。ＥＣＵ６０はこれら各ルーチンを所定のクランク角毎の割込処理として実行する。
【００４７】
「燃焼方式制御ルーチン」では、最終燃料噴射量及び燃料噴射時期、点火プラグ２６における点火時期をそれぞれ決定するための噴射・点火系指示値ＭＯＤＥＩと、スロットル開度ＴＡ等を決定するための吸気系指示値ＭＯＤＥがそれぞれ設定される。
【００４８】
以下、「燃焼方式制御ルーチン」の処理内容の説明に先立ち、この噴射・点火系指示値ＭＯＤＥＩ及び吸気系指示値ＭＯＤＥに基づく最終燃料噴射量、燃料噴射時期、点火時期、及びスロットル開度ＴＡの決定手順について説明する。
【００４９】
これら噴射・点火系指示値ＭＯＤＥＩ及び吸気系指示値ＭＯＤＥは「成層燃焼」、「弱成層燃焼」、「均質リーン燃焼」、「均質リッチ燃焼」、「均質ストイキ燃焼」に対応するようにして「０」，「１」，「２」，「３」，「４」のいずれかの値に設定される。
【００５０】
噴射・点火系指示値ＭＯＤＥＩ、吸気系指示値ＭＯＤＥが「０〜３」のうちのいずれかに設定されている場合には、燃料噴射量Ｑｆ及び機関回転速度ＮＥに基づいて、噴射量補正係数、燃料噴射時期、点火時期、及びスロットル開度ＴＡがそれぞれ算出される。尚、上記噴射量補正係数は燃料噴射量Ｑｆを補正して最終燃料噴射量を求めるためのものであり、燃焼方式を切り替えることによる機関出力の変化を抑えることができるように設定されている。
【００５１】
ＥＣＵ６０のメモリ６１には、燃料噴射量Ｑｆ及び機関回転速度ＮＥと、上記噴射量補正係数、燃料噴射時期、点火時期、及びスロットル開度ＴＡとのそれぞれの関係を定義する関数マップが「成層燃焼」、「弱成層燃焼」、「均質リーン燃焼」、「均質リッチ燃焼」の各燃焼方式毎に記憶されている。
【００５２】
そして、例えば噴射・点火系指示値ＭＯＤＥＩが「０」に設定されている場合には、燃料噴射量Ｑｆ及び機関回転速度ＮＥに基づく噴射量補正係数、燃料噴射時期、及び点火時期を算出する際に、上記各関数マップのうち「成層燃焼」用の関数マップが参照され、同噴射・点火系指示値ＭＯＤＥＩが「１」に設定されている場合には「弱成層燃焼」用の関数マップが参照される。更に、噴射・点火系指示値ＭＯＤＥＩが「２」，「３」に設定されている場合には、「均質リーン燃焼」用の関数マップ、「均質リッチ燃焼」用の関数マップがそれぞれ参照される。
【００５３】
また、吸気系指示値ＭＯＤＥに関しても同様に、これが「０」に設定されている場合には、スロットル開度ＴＡを算出する際に「成層燃焼」用の関数マップが参照され、「１」，「２」，「３」に設定されている場合には、それぞれ順に「弱成層燃焼」用、「均質リーン燃焼」用、「均質リッチ燃焼」用の関数マップが参照される。
【００５４】
これに対して、噴射・点火系指示値ＭＯＤＥＩ、吸気系指示値ＭＯＤＥが「４」に設定されている場合には、まずアクセル開度ＡＣＣＰ等に基づいてスロットル開度ＴＡが算出される。そして、このスロットル開度ＴＡに応じて変化する吸気圧ＰＭが検出され、同吸気圧ＰＭ及び機関回転速度ＮＥ等に基づいて最終燃料噴射量、燃料噴射時期、及び点火時期がそれぞれ算出される。そしてこのようにスロットル開度ＴＡ及び最終燃料噴射量等が決定されることにより、燃焼方式は「均質ストイキ燃焼」に設定される。
【００５５】
次に、上記「燃焼方式制御ルーチン」の処理内容について説明する。
図４に示すステップ１１０において、ＥＣＵ６０は機関回転速度ＮＥに基づいて判定値ＱＳＪを設定する。この判定値ＱＳＪは機関運転状態に適合する燃焼方式が希薄燃焼、即ち「成層燃焼」、「弱成層燃焼」、「均質リーン燃焼」のいずれかであるか否か、換言すれば、ＮＯｘ 触媒２４のＮＯｘ 吸蔵量を増大させる燃焼方式が機関運転状態に適合する燃焼方式として選択されているか否かを判断するためのものである。
【００５６】
次に、ステップ１１２では燃料噴射量Ｑｆとこの判定値ＱＳＪとが比較され、燃料噴射量Ｑｆが判定値ＱＳＪより大きいと判断した場合には、ステップ１１３において吸気系指示値ＭＯＤＥと、噴射・点火系指示値ＭＯＤＥＩとがいずれも「４」に設定される。従って、燃焼方式が「均質ストイキ燃焼」となるように、別の処理ルーチンにおいてスロットル開度ＴＡ及び最終燃料噴射量等が決定される。
【００５７】
一方、ステップ１１２において燃料噴射量Ｑｆが上記判定値ＱＳＪ以下であって機関運転状態に適合する燃焼方式が希薄燃焼領域にあると判断した場合、ステップ１１４において燃料噴射量Ｑｆ及び機関回転速度ＮＥに基づき燃焼方式指示値ｔＭＯＤＥを設定する。そしてステップ１１６においてＲＳ処理要求フラグＸＲＩＣＨＳが「ＯＮ」であるか否かを判断する。
【００５８】
ここでＲＳ処理要求フラグＸＲＩＣＨＳが「ＯＮ」であると判断した場合、ＲＳ処理を開始すべくステップ１１８以降の処理を実行する。まず、ステップ１１８において、ＲＳ処理実行フラグＸＲＳＭを「ＯＮ」に設定する。このＲＳ処理実行フラグＸＲＳＭはＲＳ処理が実行中であるか否かを判断するためのものであり、このＲＳ処理実行フラグＸＲＳＭが「ＯＮ」である場合には、前回の制御周期までにＲＳ処理が既に開始されていることになる。
【００５９】
次に、ステップ１２０において、ＲＳ処理用カウンタ値ＣＭＨＯＬＤが「０」になっているか否かを判断する。このＲＳ処理用カウンタ値ＣＭＨＯＬＤはＲＳ処理に基づいて燃焼方式を機関運転状態に適合する方式から「均質リッチ燃焼」に段階的に切り替える際において、その燃焼方式の切替時から次の切替時までの燃焼方式保持期間を計時するためのものである。ＲＳ処理用カウンタ値ＣＭＨＯＬＤは図６に示す「カウンタ値設定ルーチン」において設定され、同ルーチンのステップ２１０の処理により「０」以上であることを条件として所定クランク角毎に「１」づつデクリメントされる。
【００６０】
図４に示すステップ１２０においてＲＳ処理用カウンタ値ＣＭＨＯＬＤが「０」であると判断した場合、処理をステップ１２２に移行し、現在の吸気系指示値ＭＯＤＥの値に対して「１」を加算する。更に、その加算値が「３」以下、即ち「０」，「１」，「２」，「３」のいずれかであるときには、吸気系指示値ＭＯＤＥをその加算値と等しく設定し、「３」より大きい場合には「３」に設定する。そして、噴射・点火系指示値ＭＯＤＥＩをこの新たに設定された吸気系指示値ＭＯＤＥと等しく設定する。
【００６１】
更に、ＥＣＵ６０はステップ１２２において、ＲＳ処理用カウンタ値ＣＭＨＯＬＤを所定値ａに設定する。この所定値ａは上記燃焼方式保持期間の長さに相当するものであり、機関負荷に対応した燃料噴射量Ｑｆが大きくなるほど大きい値に設定されている。
【００６２】
上記各ステップ１２０，１２２の処理が実行されることにより、吸気系指示値ＭＯＤＥ及び噴射・点火系指示値ＭＯＤＥＩはいずれも「３」と等しくなるまで順に変更され、燃焼方式は機関運転状態に適合する方式から「均質リッチ燃焼」となるまで段階的に切り替えられるようになる。
【００６３】
例えば、燃焼方式指示値ｔＭＯＤＥが「０」に設定されているときにＲＳ処理が開始された場合、図７のタイミングチャートに示すように、ＲＳ処理要求フラグＸＲＩＣＨＳが「ＯＦＦ」から「ＯＮ」に切り替わったタイミングｔ１に、ＲＳ処理用カウンタ値ＣＭＨＯＬＤが所定値ａに設定されるとともに、吸気系指示値ＭＯＤＥ及び噴射・点火系指示値ＭＯＤＥＩがそれぞれ「０」から「１」に変更される。従って、燃焼方式は「成層燃焼」から「弱成層燃焼」切り替えられる。
【００６４】
更にその後、ＲＳ処理用カウンタ値ＣＭＨＯＬＤが減少して「０」になるタイミングｔ２，ｔ３において、吸気系指示値ＭＯＤＥ及び噴射・点火系指示値ＭＯＤＥＩが「１」から「２」、「３」へと順次変更されることにより、燃焼方式は「弱成層燃焼」から「均質リーン燃焼」を経て「均質リッチ燃焼」になるまで段階的に切り替えられる。そして、タイミングｔ４においてＲＳ処理要求フラグＸＲＩＣＨＳが「ＯＮ」から「ＯＦＦ」に切り替えられるまで燃焼方式は「均質リッチ燃焼」のまま保持されるようになる。
【００６５】
一方、ステップ１１６においてＲＳ処理要求フラグＸＲＩＣＨＳが「ＯＦＦ」であると判断した場合、ＥＣＵ６０は処理を図５に示すステップ１２４に移行する。このステップ１２４ではＲＳ処理実行フラグＸＲＳＭが「ＯＮ」であるか否か、即ち前回の制御周期においてＲＳ処理が実行中であったか否かを判断する。
【００６６】
ここでＲＳ処理実行フラグＸＲＳＭが「ＯＮ」であると判断した場合、ＥＣＵ６０は処理をステップ１２６に移行し、ＲＳ処理領域フラグＸＲＳＡＲＥＡが「ＯＮ」であるか否かを更に判断する。ここでＲＳ処理領域フラグＸＲＳＡＲＥＡが「ＯＮ」であると判断した場合、ＥＣＵ６０は燃焼方式を「均質リッチ燃焼」から機関運転状態に適合する燃焼方式へと段階的に切り替えるべくステップ１２８以降の処理を実行する。
【００６７】
まず、ステップ１２８ではＲＳ処理用カウンタ値ＣＭＨＯＬＤが「０」になっているか否かを判断する。ここでＲＳ処理用カウンタ値ＣＭＨＯＬＤが「０」であると判断した場合、処理をステップ１３０に移行し、現在の吸気系指示値ＭＯＤＥの値から「１」を減算する。更に、その減算値がステップ１１４において設定された燃焼方式指示値ｔＭＯＤＥ以上である場合には、同吸気系指示値ＭＯＤＥをその減算値と等しく設定し、燃焼方式指示値ｔＭＯＤＥ未満である場合には同燃焼方式指示値ｔＭＯＤＥと等しく設定する。そして、噴射・点火系指示値ＭＯＤＥＩをこの新たに設定された吸気系指示値ＭＯＤＥと等しく設定する。更にＥＣＵ６０は、ＲＳ処理用カウンタ値ＣＭＨＯＬＤを所定値ａに設定する。
【００６８】
次に、ＥＣＵ６０はステップ１３２において、吸気系指示値ＭＯＤＥと燃焼方式指示値ｔＭＯＤＥとが等しいか否かを判断する。ここで吸気系指示値ＭＯＤＥと燃焼方式指示値ｔＭＯＤＥとが等しいと判断した場合、燃焼方式が再び機関運転状態に適合する燃焼方式に戻されたとして処理をステップ１３４に移行し、ＲＳ処理実行フラグＸＲＳＭを「ＯＦＦ」に設定する。
【００６９】
上記各ステップ１２８〜１３４の処理が実行されることにより、吸気系指示値ＭＯＤＥ及び噴射・点火系指示値ＭＯＤＥＩはいずれも「３」から燃焼方式指示値ｔＭＯＤＥと等しくなるまで順に変更され、燃焼方式は「均質リッチ燃焼」から機関運転状態に適合する方式となるまで段階的に切り替えられるようになる。
【００７０】
例えば、燃焼方式を「均質リッチ燃焼」から「成層燃焼」に戻す場合、図７のタイミングチャートに示すように、ＲＳ処理要求フラグＸＲＩＣＨＳが「ＯＮ」から「ＯＦＦ」に切り替わったタイミングｔ４において、吸気系指示値ＭＯＤＥ及び噴射・点火系指示値ＭＯＤＥＩがそれぞれ「３」から「２」に変更されるとともに、ＲＳ処理用カウンタ値ＣＭＨＯＬＤが所定値ａに設定される。従って、燃焼方式は「均質リッチ燃焼」から「均質リーン燃焼」に切り替えられる。
【００７１】
更にその後、ＲＳ処理用カウンタ値ＣＭＨＯＬＤが減少して「０」になるタイミングｔ５，ｔ６において、吸気系指示値ＭＯＤＥ及び噴射・点火系指示値ＭＯＤＥＩが「２」から「１」、「０」へと順次変更されることにより、燃焼方式は「均質リーン燃焼」から「弱成層燃焼」を経て「成層燃焼」になるまで段階的に切り替えられる。そして、タイミングｔ６において、吸気系指示値ＭＯＤＥが燃焼方式指示値ｔＭＯＤＥと等しくなった時点、即ち、燃焼方式が機関運転状態に適合する「成層燃焼」に切り替わった時点でＲＳ処理が終了する。
【００７２】
ステップ１３４においてＲＳ処理実行フラグＸＲＳＭを「ＯＦＦ」に設定した後、或いはステップ１２８においてＲＳ処理用カウンタ値ＣＭＨＯＬＤが「０」ではないと判断した場合、又はステップ１３２において吸気系指示値ＭＯＤＥが燃焼方式指示値ｔＭＯＤＥと等しくないと判断した場合にはいずれも処理を図４に示すステップ１６０に移行する。
【００７３】
また、前述したステップ１２２の処理を実行した後、或いはステップ１１３の処理を実行した後、又はステップ１２０においてＲＳ処理用カウンタ値ＣＭＨＯＬＤが「０」ではないと判断した場合にも同様に処理をステップ１６０に移行する。
【００７４】
ステップ１６０においてＥＣＵ６０は、今回の制御周期における吸気系指示値ＭＯＤＥと前回の制御周期における吸気系指示値ＭＯＤＥＯとを加算し、その加算値（＝ＭＯＤＥ＋ＭＯＤＥＯ）が「３」と等しいか否かを判断する。ここで上記加算値が「３」と等しくなる場合としては、「弱成層燃焼」と「均質リーン燃焼」との間で燃焼方式が切り替わった場合、即ち同燃焼方式が「弱成層燃焼」から「均質リーン燃焼」へと切り替わった場合（ＭＯＤＥＯ＝「１」，ＭＯＤＥ＝「２」）と、「均質リーン燃焼」から「弱成層燃焼」へと切り替わった場合（ＭＯＤＥＯ＝「２」，ＭＯＤＥ＝「１」）とがある。
【００７５】
ステップ１６０において、「弱成層燃焼」と「均質リーン燃焼」との間で燃焼方式が切り替えられたと判断した場合、ＥＣＵ６０は処理をステップ１６２に移行し、遅延処理用カウンタ値ＣＭＤＬＹを所定値ｓに設定する。
【００７６】
燃焼方式が変更される場合、燃料噴射量や点火時期の他、吸入空気量も変更されるが、この吸入空気量の変化は燃料噴射量や点火時期の変化に対して遅れる傾向がある。特に、燃焼方式の切り替えが、「成層燃焼」や「弱成層燃焼」といった、噴射燃料を点火プラグ２６近傍に偏在させて燃焼させる燃焼方式と、「均質リーン燃焼」や「均質リッチ燃焼」といった、噴射燃料を燃焼室１７内に均一に分散させた状態で燃焼させる燃焼方式との間に跨って行われる場合には、吸入空気量の変化量が相対的に大きくなるため、こうした傾向が一層顕著になる。
【００７７】
そこで、本実施形態では、噴射・点火系指示値ＭＯＤＥＩの変更時期を吸気系指示値ＭＯＤＥの変更時期よりも所定期間遅らせて、同噴射・点火系指示値ＭＯＤＥＩをその所定期間の間、「１」に設定するようにしている（以下、「遅延処理」という）。従って、この噴射・点火系指示値ＭＯＤＥＩに基づいて最終燃料噴射量、燃料噴射時期、点火時期等が変更されることにより、燃焼方式は実質的に「弱成層燃焼」に所定期間の間保持されるようになる。その結果、この所定期間中に吸入空気量変化の応答遅れによる影響が減少するようになり、同応答遅れに起因した機関燃焼状態の悪化を抑えることができるようになる。
【００７８】
ステップ１６２において設定される遅延処理用カウンタ値ＣＭＤＬＹは上記のように噴射・点火系指示値ＭＯＤＥＩを「１」に設定して燃焼方式を実質的に「弱成層燃焼」に保持する期間（「遅延処理」中の燃焼方式保持期間）を計時するためのものである。この遅延処理用カウンタ値ＣＭＤＬＹはＲＳ処理用カウンタ値ＣＭＨＯＬＤと同様、図６に示す「カウンタ値設定ルーチン」において設定され、同ルーチンのステップ２１２の処理により「０」以上であることを条件として所定クランク角毎に「１」づつデクリメントされる。
【００７９】
また、上記所定値ｓは「遅延処理」中における燃焼方式保持期間の長さに相当するものである。この所定値ｓは前述したＲＳ処理中における燃焼方式保持期間の長さを設定する所定値ａと同様、機関負荷に対応した燃料噴射量Ｑｆが大きくなるほど大きい値に設定される。この所定値ｓは燃料噴射量Ｑｆが同じであれば前記所定値ａよりも常に大きく設定されている。
【００８０】
このステップ１６２において遅延処理用カウンタ値ＣＭＤＬＹを「ｓ」に設定した後、或いはステップ１６０において否定判断した場合、ＥＣＵ６０は処理をステップ１６４に移行する。そして、このステップ１６４において、今回の制御周期における吸気系指示値ＭＯＤＥを前回の制御周期における吸気系指示値ＭＯＤＥＯとして設定し、本ルーチンの処理を一旦終了する。
【００８１】
一方、図５に示すステップ１２４において、ＲＳ処理実行フラグＸＲＳＭが「ＯＦＦ」であり、前回の制御周期でＲＳ処理が実行されていなかったと判断した場合、ＥＣＵ６０は処理をステップ１４０に移行する。そして、このステップ１４０以降の処理に基づいて吸気系指示値ＭＯＤＥ及び噴射・点火系指示値ＭＯＤＥＩを操作することにより、燃焼方式を機関運転状態に適合する燃焼方式に切り替える通常の切替処理を実行する。
【００８２】
まず、ステップ１４０において、ＥＣＵ６０はＲＳ処理実行フラグＸＲＳＭを「ＯＦＦ」に設定するとともに、吸気系指示値ＭＯＤＥを燃焼方式指示値ｔＭＯＤＥと等しく設定する。次に、ステップ１４２において、遅延処理実行フラグＸＤＬＹが「ＯＮ」であるか否かを判断する。この遅延処理実行フラグＸＤＬＹは、前述した「遅延処理」が実行されているか否かを判断するためのものであり、同処理の実行中は「ＯＮ」に設定されるフラグである。
【００８３】
ステップ１４２において遅延処理実行フラグＸＤＬＹが「ＯＦＦ」であって「遅延処理」が実行されていないと判断した場合、処理をステップ１４４に移行する。ステップ１４４において、ＥＣＵ６０は以下の各条件のいずれかが満たされているか否かを判断する。
【００８４】
・吸気系指示値ＭＯＤＥが「２」であり、且つ、噴射・点火系指示値ＭＯＤＥＩが「０」又は「１」である
・吸気系指示値ＭＯＤＥが「０」であり、且つ、噴射・点火系指示値ＭＯＤＥＩが「２」又は「３」である
これら各条件のいずれかが満たされている場合には、燃焼方式の切り替えが「均質燃焼」と「弱成層燃焼」或いは「成層燃焼」との間に跨って行われ、且つ、切替後の燃焼方式が「弱成層燃焼」とは異なる燃焼方式に設定されていることになる。
【００８５】
このステップ１４４において上記各条件のいずれかが満たされていると判断した場合、「遅延処理」を開始すべく処理をステップ１４６に移行し、遅延処理用カウンタ値ＣＭＤＬＹを「ｓ」に設定するとともに、噴射・点火系指示値ＭＯＤＥＩを「１」に設定する。そして更に、ステップ１４８において、遅延処理実行フラグＸＤＬＹを「ＯＮ」に設定する。
【００８６】
このステップ１４８の処理を実行した後、或いはステップ１４２において遅延処理実行フラグＸＤＬＹが「ＯＮ」であり「遅延処理」が実行中であると判断した場合、又はステップ１４４において上記各条件がいずれも満たされていないと判断した場合には処理をステップ１５０に移行する。
【００８７】
ステップ１５０において、ＥＣＵ６０は遅延処理用カウンタ値ＣＭＤＬＹが「０」になっているか否かを判断する。ここで遅延処理用カウンタ値ＣＭＤＬＹが「０」であると判断した場合、ＥＣＵ６０は「遅延処理」を終了させるべく処理をステップ１５２に移行し、噴射・点火系指示値ＭＯＤＥＩを吸気系指示値ＭＯＤＥと等しく設定した後、ステップ１５４において遅延処理実行フラグＸＤＬＹを「ＯＦＦ」に設定する。
【００８８】
ステップ１５４の処理を実行した後、或いはステップ１５０において遅延処理実行フラグＸＤＬＹが「０」ではないと判断した場合にはいずれもステップ図４に示す１６４の処理を実行した後、本ルーチンの処理を一旦終了する。
【００８９】
上記各ステップ１４０〜１５４における一連の処理により、以下の場合に上記「遅延処理」が実行されるようになる。
・燃焼方式が「成層燃焼」又は「弱成層燃焼」から「均質リーン燃焼」に切り替えられる場合
・燃焼方式が「均質リッチ燃焼」又は「均質リーン燃焼」から「成層燃焼」に切り替えられる場合
・燃焼方式が「均質リーン燃焼」から「弱成層燃焼」に切り替えられた後、前記所定値ｓによって定まる燃焼方式保持期間が経過する前に同燃焼方式が「成層燃焼」に切り替えられる場合
また、ステップ１２４においてＲＳ処理実行フラグＸＲＳＭが「ＯＮ」であると判断した後、更にステップ１２６においてＲＳ処理領域フラグＸＲＳＡＲＥＡが「ＯＦＦ」であると判断した場合には、エンジン１０の加減速等に伴って燃料噴射量Ｑｆ及び機関回転速度ＮＥが図３に示す斜線領域から外れることにより、ＲＳ処理が中断されたものとして、ＥＣＵ６０は燃焼方式を機関運転状態に適合させるべく上記ステップ１４０以降の処理を実行する。従って、こうしたＲＳ処理の中断時においても上記通常の切替処理時と同様に、前述した「遅延処理」が実行されるようになる。
【００９０】
例えば、ＲＳ処理によって燃焼方式が「均質リッチ燃焼」に切り替えられているときに同処理が中断された場合には、図８のタイミングチャートに示すように、ＲＳ処理要求フラグＸＲＩＣＨＳ及びＲＳ処理領域フラグＸＲＳＡＲＥＡが「ＯＮ」から「ＯＦＦ」に切り替わるタイミングｔ４において、吸気系指示値ＭＯＤＥが「均質リッチ燃焼」に対応した「３」から燃焼方式指示値ｔＭＯＤＥと等しい「成層燃焼」に対応した「０」に変更される（図５のステップ１４０）。更にこのタイミングｔ４において、噴射・点火系指示値ＭＯＤＥＩが同じく「均質リッチ燃焼」に対応した「３」から「弱成層燃焼」に対応した「１」に変更されるとともに、遅延処理用カウンタ値ＣＭＤＬＹが「ｓ」に設定される（図５のステップ１４６）。そして、このタイミングｔ４以降、噴射・点火系指示値ＭＯＤＥＩは「１」に保持される。
【００９１】
ここで、前述したように、前記所定値ａと所定値ｓとの間には（ａ＜ｓ）なる関係が常に成立していることから、上記のように噴射・点火系指示値ＭＯＤＥＩが「１」に保持される燃焼方式保持期間（タイミングｔ４〜ｔ５）は、ＲＳ処理中における燃焼方式保持期間（例えば、図８のタイミングｔ１〜ｔ２やタイミングｔ２〜ｔ３の期間）よりも長い時間に設定されることとなる。従って、吸入空気量変化に応答遅れが生じていたとしても、この応答遅れの影響を上記燃焼方式保持期間（タイミングｔ４〜ｔ５）中に十分に小さくなるまで減少させることができる。
【００９２】
そして、遅延処理用カウンタ値ＣＭＤＬＹが減少して「０」になるタイミングｔ５において、噴射・点火系指示値ＭＯＤＥＩは吸気系指示値ＭＯＤＥと等しい「０」に設定され、燃焼方式が機関運転状態に適合する「成層燃焼」に切り替えられる（図５のステップ１５２）。
【００９３】
また例えば、ＲＳ処理によって燃焼方式が「均質リッチ燃焼」から「均質リーン燃焼」に切り替えられ、更に同「均質リーン燃焼」から「弱成層燃焼」に切り替えられているときに同ＲＳ処理が中断された場合には、図９のタイミングチャートに示すように、ＲＳ処理領域フラグＸＲＳＡＲＥＡが「ＯＮ」から「ＯＦＦ」に切り替わるタイミングｔ６に、吸気系指示値ＭＯＤＥが「１」から「０」に変更される（図５のステップ１４０）。
【００９４】
また、この切り替えに先立ち、吸気系指示値ＭＯＤＥが「２」から「１」に変更されるタイミングｔ５において遅延処理用カウンタ値ＣＭＤＬＹが「ｓ」に設定されており（図４のステップ１６２）、この遅延処理用カウンタ値ＣＭＤＬＹがタイミングｔ６において「０」になっていないため、同タイミングｔ６以降、噴射・点火系指示値ＭＯＤＥＩは「１」のまま保持されるようになる（図５のステップ１５０：ＮＯ）。従って、上記の例と同様、この燃焼方式保持期間（タイミングｔ５〜ｔ７）において、吸入空気量変化の応答遅れによる影響を減少させることができる。
【００９５】
そして、この遅延処理用カウンタ値ＣＭＤＬＹが「０」になるタイミングｔ７において噴射・点火系指示値ＭＯＤＥＩは吸気系指示値ＭＯＤＥと等しい「０」に切り替えられ（図５のステップ１５２）、燃焼方式が「成層燃焼」に切り替えられる。
【００９６】
以上説明したように、本実施形態では、ＲＳ処理を中断して燃焼方式を機関運転状態に適合する方式に段階的に切り替える際に、その燃焼方式保持期間をＲＳ処理の実行中における燃焼方式保持期間よりも長く設定するようにしている。
【００９７】
（１）従って、エンジン１０の加減速に伴って吸入空気量変化の応答遅れが増大していたとしても、この燃焼方式保持期間においてこの応答遅れの影響を十分に小さくなるまで減少させて燃焼状態の安定化を図ることができ、同燃焼状態を円滑に切り替えることができるようになる。その結果、燃焼状態の急激な変化に起因するショックの発生を確実に抑制することができるようになる。
【００９８】
更に、本実施形態では、ＲＳ処理の中断時において燃焼方式を「均質リッチ燃焼」や「均質リーン燃焼」といった「均質燃焼」と「成層燃焼」との間に跨って切り替えるときには、噴射・点火系指示値ＭＯＤＥＩを所定期間の間、「１」に設定しておくことにより、燃焼方式を実質的に「弱成層燃焼」に保持するようにしている。
【００９９】
（２）従って、吸入空気量変化の応答遅れが増大することによる燃焼状態の悪化や、燃料噴射形態の急激な変化を緩和して、その燃焼状態をより円滑につなげることができるようになるため、上記のようなショック発生の抑制を更に確実なものとすることができるようになる。
【０１００】
また、本実施形態では、ＲＳ処理の中断時には、燃焼方式保持期間を計時するためのカウンタ値をＲＳ処理用カウンタ値ＣＭＨＯＬＤからＲＳ処理以外の通常の切替処理に用いられる遅延処理用カウンタ値ＣＭＤＬＹへと切り替えるようにしている。
【０１０１】
（３）従って、ＲＳ処理の中断時における燃焼方式保持期間を上記所定値ｓによって決定される期間として簡便に設定することができ、同期間を個別に設定する必要が無くなる。その結果、ＥＣＵ６０における制御手順を簡略化することができ、その演算負荷の低減を図ることができるようになる。
【０１０２】
更に、上記のような吸入空気量変化の応答遅れは機関負荷が大きくなるほど吸入空気量の増大に伴って大きくなり、また、機関回転速度ＮＥが高くなるほど吸入空気の流速が増大するため小さくなる傾向がある。従って、吸入空気量変化の応答遅れに起因した燃焼状態の悪化を確実に抑制するうえでは、こうした傾向をＲＳ処理中或いは同処理を中断する際の燃焼方式保持期間を設定する際に反映させる必要がある。
【０１０３】
この点、本実施形態では各燃焼方式保持期間を決定するＲＳ処理用カウンタ値ＣＭＨＯＬＤ及び遅延処理用カウンタ値ＣＭＤＬＹの初期値（前記所定値ａ，ｓ）を機関負荷に対応する燃料噴射量Ｑｆが大きくなるほど大きい値に設定するようにしているため、上記各燃焼方式保持期間は機関負荷が大きくなるほど長く設定されるようになる。
【０１０４】
更に、これら各カウンタ値ＣＭＨＯＬＤ，ＣＭＤＬＹをそれぞれ所定のクランク角毎にデクリメントするようにしているため、機関回転速度ＮＥが高くなるほど各カウンタ値ＣＭＨＯＬＤ，ＣＭＤＬＹの減少速度が大きくなる。従って、実質的に機関回転速度ＮＥが高くなるほど各燃焼方式保持期間は短く設定されるようになる。
（４）その結果、本実施形態によれば、上記のような機関負荷及び機関回転速度によって変化する吸入空気量変化の応答遅れの大きさをより正確に把握したうえで、燃焼方式保持期間を設定することができ、こうした応答遅れに起因した燃焼状態の悪化を更に確実に抑制することができるようになる。
【０１０５】
以上説明した本実施形態は以下のように構成を変更して実施することもできる。
・ＲＳ処理によって燃焼方式を段階的に切り替える際、上記実施形態では吸気系指示値ＭＯＤＥ及び噴射・点火系指示値ＭＯＤＥＩを同時に変更するようにしたが、吸入空気量変化の応答遅れによる影響を極力抑えるために噴射・点火系指示値ＭＯＤＥＩの変更タイミングを吸気系指示値ＭＯＤＥの変更タイミングから所定時間遅延させるようにしてもよい。
【０１０６】
・上記実施形態では、ＲＳ処理を中断して燃焼方式を機関運転状態に適合する燃焼方式に戻す際に、吸気系指示値ＭＯＤＥ及び噴射・点火系指示値ＭＯＤＥＩをそれぞれ別のタイミングで変更するようにしたが、これら各指示値ＭＯＤＥ，ＭＯＤＥＩを同時に変更することもできる。
【０１０７】
・上記実施形態では、通常の切替処理或いはＲＳ処理を中断して燃焼方式を機関運転状態に適合する燃焼方式に切り替える際、その切替途中の燃焼方式として「弱成層燃焼」のみを選択するようにしたが、この「弱成層燃焼」に代えて、或いは加えて「均質リーン燃焼」を選択することもできる。
【０１０８】
・上記実施形態では、ＲＳ処理用カウンタ値ＣＭＨＯＬＤ及び遅延処理用カウンタ値ＣＭＤＬＹの初期値である所定値ａ，ｓを機関負荷、即ち燃料噴射量Ｑｆの大きさに基づいて設定するようにしたが、（ａ＜ｓ）の条件下でこれらを一定値とすることもできる。また、上記各カウンタ値ＣＭＨＯＬＤ，ＣＭＤＬＹを設定する「カウンタ値設定ルーチン」が所定時間毎の割込処理として実行される場合等には、この所定値ａ，ｓを燃料噴射量Ｑｆ及び機関回転速度ＮＥの双方に基づいて設定するようにしてもよい。
【０１０９】
・上記実施形態では、ＮＯｘ 触媒２４のＮＯｘ 吸蔵能力を維持するためにＲＳ処理を実行するようにしたが、排気温の低下や吸気管２０内における吸気負圧の確保等といった、その他の要求に基づいてこのＲＳ処理を実行することもできる。
【０１１０】
【発明の効果】
請求項１乃至３に記載した発明によれば、リッチスパイク処理を中断して燃焼方式を機関運転状態に適合する燃焼方式に戻す際に、内燃機関の加減速等に伴って吸入空気量変化の応答遅れが増大していたとしても、燃焼方式保持期間においてこの応答遅れの影響を減少させて燃焼状態の安定化を図ることができ、同燃焼状態を円滑に切り替えることができるようになる。その結果、燃焼状態の急激な変化に起因するショックの発生を確実に抑制することができるようになる。
【０１１１】
特に、請求項２に記載した発明によれば、均質燃焼と成層燃焼との間の中間的な性質を有する燃焼方式が切替途中の燃焼方式として選択されるため、リッチスパイク処理を中断する際に燃焼方式が均質燃焼と成層燃焼とに跨って切り替えられ、吸入空気量変化の応答遅れが顕著になる場合であっても、燃焼状態を円滑につなげることができ、ショックの発生を更に確実に抑制することができるようになる。
【０１１２】
更に、請求項３に記載した発明によれば、リッチスパイク処理の中断時における燃焼方式保持期間としての第２の所定期間を個別に設定する必要が無くなり、燃焼方式を切り替える際における制御手順の簡略化を図ることができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】エンジン及びその燃焼制御装置を示す概略構成図。
【図２】燃料噴射量とアクセル開度及び機関回転速度との関係を示すマップ。
【図３】燃料噴射量及び機関回転速度と燃焼方式指示値との関係を示すマップ。
【図４】燃焼方式の制御手順を示すフローチャート。
【図５】燃焼方式の制御手順を示すフローチャート。
【図６】各カウンタ値の設定手順を示すフローチャート。
【図７】吸気系指示値及び噴射・点火系指示値等の変化態様を示すタイミングチャート。
【図８】吸気系指示値及び噴射・点火系指示値等の変化態様を示すタイミングチャート。
【図９】吸気系指示値及び噴射・点火系指示値等の変化態様を示すタイミングチャート。
【符号の説明】
１０…エンジン、１１…シリンダブロック、１２…シリンダヘッド、１３…ピストン、１４…クランクシャフト、１５…シリンダ、１６…コネクティングロッド、１７…燃焼室、１８…吸気ポート、１９…排気ポート、２０…吸気管、２１…排気管、２２…サージタンク、２４…ＮＯｘ 触媒、２６…点火プラグ、３４…スロットルバルブ、３０…カムシャフト、３１…カムシャフト、４６…アクセルペダル、５０…インジェクタ、５４…スロットルモータ、６０…ＥＣＵ、６１…メモリ、６４…アクセルセンサ、６５…クランクセンサ、６６…カムセンサ、６７…吸気圧センサ。

Claims (3)

1. 燃料噴射形態を変更することにより燃焼方式を切替可能な希薄燃焼内燃機関であって、希薄燃焼を含む複数の燃焼方式を機関運転状態に適合する燃焼方式に段階的に切り替える通常切替処理と、前記機関運転状態が所定の運転領域内にあるときに前記燃焼方式を希薄燃焼からリッチ燃焼へと段階的に切り替えた後、該リッチ燃焼から前記機関運転状態に適合する燃焼方式に段階的に切り替えるリッチスパイク処理とを実行するとともに、前記希薄燃焼内燃機関のスロットル開度を前記切り替えられる燃焼方式に適合する開度に変更する燃焼制御手段を備えた希薄燃焼内燃機関の燃焼制御装置において、
   前記燃焼制御手段は、前記燃焼方式を段階的に切り替える際、該切替時から次の切替時までの燃焼方式保持期間を、前記リッチスパイク処理の実行時には第１の所定期間に設定する一方、前記機関運転状態が前記所定の運転領域から外れることにより前記燃焼方式を前記リッチスパイク処理に基づく燃焼方式から前記機関運転状態に適合する燃焼方式へと段階的に切り替える前記リッチスパイク処理の中断時には前記第１の所定期間よりも長い第２の所定期間に設定するものである
   ことを特徴とする希薄燃焼内燃機関の燃焼制御装置。
2. 請求項１に記載した希薄燃焼内燃機関の燃焼制御装置において、
   前記燃焼制御手段は、前記リッチスパイク処理の中断時において前記燃焼方式を均質燃焼と成層燃焼とに跨って段階的に切り替えるときには、該切り替えられる燃焼方式の一つとして、前記燃料噴射形態を前記希薄燃焼内燃機関の吸気行程及び圧縮行程の両行程において燃料噴射が実行される噴射形態とする燃焼方式を少なくとも選択するものである
   ことを特徴とする希薄燃焼内燃機関の燃焼制御装置。
3. 請求項１又は２に記載した希薄燃焼内燃機関の燃焼制御装置において、
   前記燃焼制御手段は前記通常切替処理時における前記燃焼方式保持期間を前記第２の所定期間として設定するものである
   ことを特徴とする希薄燃焼内燃機関の燃焼制御装置。

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