JP4337247B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、車載エンジン等の内燃機関においては、燃費改善等を意図して機関運転状態に応じて燃焼方式を成層燃焼と均質燃焼との間で切り換えるタイプのものが実用化されている。また、こうしたタイプの内燃機関では、例えば１９９９年９月２４日発行の「クラウン、クラウンマジェスタ新型車解説書」に記載されるように、混合気の良好な燃焼が得られるよう燃焼室内のガスの流動状態を変更する気流制御弁を同機関の吸気通路に設けることも知られている。
【０００３】
上記文献に示される内燃機関においては、機関運転状態が低回転低負荷領域（成層燃焼領域）にあるときには成層燃焼運転を実行し、それ以外の領域（均質燃焼領域）では均質燃焼運転を実行する。また、同機関の気流制御弁は、成層燃焼領域や均質燃焼領域における高回転高負荷側の領域では開弁され、均質燃焼領域における低回転高負荷側や高回転低負荷側の領域では閉弁されるようになる。なお、こうした気流制御弁の開閉制御は、
・成層燃焼運転時には燃焼室内でのガス流の助けをかりることなく点火プラグ周りに可燃混合気が形成される。
【０００４】
・低回転高負荷時や高回転低負荷時には、気流制御弁を閉弁することにより、燃焼室内に乱流を生じさせて空気と燃料との混合を促進させること、及び燃焼室に吸入されるガスの流速を早めて吸気充填効率を向上させることが好ましい。
【０００５】
・気流制御弁を閉弁するのが好ましいとき以外は同気流制御弁を開弁し、可能な限り気流制御弁の閉弁に伴う吸気抵抗の増大を抑制するのが好ましい。
等の理由に基づいてのものである。
【０００６】
ところで、機関運転状態が成層燃焼領域と気流制御弁の閉弁される所定運転領域（均質燃焼領域における低回転高負荷側や高回転低負荷側）との間で移行する際には、燃焼方式が成層燃焼と均質燃焼との間で切り換えられるとともに、気流制御弁が開弁状態と閉弁状態との間で切り換えられる。
【０００７】
燃焼方式が切り換えられる際には内燃機関の良好な運転を行う上で要求される燃料噴射量や点火時期等が変化し、これに応じて燃料噴射量や点火時期等を変化させる際にショックが生じ易くなる。また、気流制御弁が切り換えられる際にも内燃機関の良好な運転を行う上で要求される燃料噴射量や点火時期等が変化し、これに応じて燃料噴射量や点火時期等を変化させる際にショックが生じ易くなる。
【０００８】
従って、燃焼方式の切り換えと気流制御弁の切り換えとが同時に行われると、要求される燃料噴射量や点火時期が上記のように燃焼方式に応じてだけでなく気流制御弁の開閉状態に応じても変化することから、それら燃料噴射量や点火時期等の制御態様によってはショックが生じるおそれがある。
【０００９】
そこで、上記文献に記載の内燃機関では、燃焼方式の切り換えと気流制御弁の切り換えとが同時に生じないよう、気流制御弁が閉弁する上記所定運転領域を図９に破線で示すように均質燃焼領域内において成層燃焼領域から離して設定している。この場合、例えば機関運転状態が成層燃焼領域から上記所定運転領域に移行する際などには、最初に燃焼方式が成層燃焼から均質燃焼に切り換えられ、その後に気流制御弁が開弁状態から閉弁状態へと切り換えられるため、上記のようなショックの発生が抑制される。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように気流制御弁が閉弁される所定運転領域を設定することで、確かに上記ショックを抑制することができるようにはなる。ただし、上記所定運転領域を成層燃焼領域から離して設定するためには、同所定運転領域を狭くしなければならなくなる。
【００１１】
即ち、上記所定運転領域のうち、均質燃焼領域の低回転高負荷側に位置する運転領域については、その図９の負荷方向下限を高負荷側に設定して当該運転領域を狭くすることにより成層燃焼領域から離れるようにしている。また、上記所定運転領域のうち、均質燃焼領域の高回転低負荷側に位置する運転領域については、その図９の機関回転数方向下限を高回転側に設定して当該運転領域を狭くすることにより成層燃焼領域から離れるようにしている。
【００１２】
しかし、このように気流制御弁が閉弁される所定運転領域を狭くすると、同運転領域と成層燃焼領域との間の領域において、良好な混合気の燃焼を得る上で気流制御弁を閉弁すべきであるのに同気流制御弁が開弁されることから、内燃機関の燃費や出力に関して不利になる。そして、こうした不具合は上記の領域に機関運転状態が存在する期間が長くなるほど顕著なものになる。
【００１３】
本発明はこのような実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、内燃機関の燃費や出力に関して不利になることなく、燃焼方式と気流制御弁とが同時に切り換えられることに伴うショックを抑制することのできる内燃機関の制御装置を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
（１）請求項１に記載の発明は、機関運転状態に基づき燃焼方式を成層燃焼と均質燃焼との間で切り換える内燃機関に適用され、同機関の吸気通路に設けられた気流制御弁の開閉制御を通じて燃焼室内でのガスの流動状態を変更する内燃機関の制御装置において、機関運転状態が成層燃焼領域にあるときとは前記気流制御弁の開閉状態が異なる状態になる所定運転領域を、均質燃焼領域内に前記成層燃焼領域と隣接するように設定する設定手段と、機関運転状態が前記成層燃焼領域と前記所定運転領域との間で移行する際に、前記燃焼方式の切り換えと前記気流制御弁の開閉状態の切り換えとを所定の間隔をおいて行うとともに、機関運転状態が前記成層燃焼領域から前記所定運転領域に移行する際には燃焼方式を切り換えてから前記気流制御弁の開閉状態を切り換え、機関運転状態が前記所定運転領域から前記成層燃焼領域に移行する際には前記気流制御弁の開閉状態を切り換えてから燃焼方式を切り換える制御手段とを備えることを要旨としている。
【００１５】
上記の構成によれば、成層燃焼領域に対し上記所定運転領域を隣接させることにより同所定運転領域の縮小が回避され、この縮小に伴い成層燃焼領域と上記所定運転領域との間に気流制御弁が内燃機関の燃費や出力に関して不利な開閉状態となる領域が生じるのを回避することができる。また、機関運転状態が成層燃焼領域と上記所定運転領域との間で移行する際、燃焼方式の切り換えと気流制御弁の切り換えとが所定間隔をおいて行われるため、燃焼方式と気流制御弁とが同時に切り換えられることに伴い内燃機関にショックが生じるのを抑制することができる。なお、燃焼方式及び気流制御弁の切り換えを所定間隔をおいて行う方法としては、例えば一方の切り換えが行われてから所定時間経過後に他方の切り換えを行うという方法を採用することができる。
また、成層燃焼運転時には燃焼室内のガスの流動状態が混合気の燃焼に影響を及ぼし易くなる。上記の構成によれば、機関運転状態が成層燃焼領域から上記所定運転領域に移行する際には、燃焼方式が成層燃焼から均質燃焼へと切り換えられてから気流制御弁の切り換えが行われるため、上記成層燃焼運転時に気流制御弁の開閉状態が不適切になることはない。また、機関運転状態が上記所定運転領域から成層燃焼領域に移行する際には、気流制御弁の切り換えが行われてから燃焼方式が均質燃焼から成層燃焼へと切り換えられるため、上記成層燃焼運転時に気流制御弁の開閉状態が不適切になることはない。従って、機関運転状態が成層燃焼運転から上記所定運転領域に移行する場合であれ、その逆であれ、成層燃焼運転時に気流制御弁の開閉状態が不適切になって燃焼室内のガスの流動状態が成層燃焼に相応しくないものになるのを回避することができる。
【００１６】
（２）請求項２に記載の発明は、機関運転状態に基づき燃焼方式を成層燃焼と均質燃焼との間で切り換える内燃機関に適用され、同機関の吸気通路に設けられた気流制御弁の開閉制御を通じて燃焼室内でのガスの流動状態を変更する内燃機関の制御装置において、機関運転状態が成層燃焼領域にあるときとは前記気流制御弁の開閉状態が異なるものになる所定運転領域について、これを均質燃焼領域内において前記成層燃焼領域と隣接するところに設定し、且つ機関運転状態が成層燃焼領域にあるときと前記気流制御弁の開閉状態が同じものになる特定運転領域について、これを均質燃焼領域内において前記所定運転領域と隣接するところに設定する設定手段と、機関運転状態が前記成層燃焼領域と前記所定運転領域との間で移行するときに前記燃焼方式の切り換えと前記開閉状態の切り換えとを所定の間隔をおいて行うとともに、機関運転状態が前記所定運転領域と前記特定運転領域との間で移行するときに前記燃焼方式の切り換えと前記開閉状態の切り換えとを前記所定の間隔をおくことなく行う制御手段とを備えることを要旨としている。
【００１７】
（３）請求項３に記載の発明は、機関運転状態に基づき燃焼方式を成層燃焼と均質燃焼との間で切り換える内燃機関に適用され、同機関の吸気通路に設けられた気流制御弁の開閉制御を通じて燃焼室内でのガスの流動状態を変更する内燃機関の制御装置において、機関運転状態が成層燃焼領域にあるときとは前記気流制御弁の開閉状態が異なる状態になる所定運転領域を、均質燃焼領域内に前記成層燃焼領域と隣接するように設定する設定手段と、機関運転状態が前記成層燃焼領域から前記所定運転領域に移行するときにまずは前記燃焼方式の切り換えを行い、この切り換えからの経過時間が予め設定された判定時間に達したことに基づいて前記開閉状態の切り換えを行う制御手段とを備えることを要旨としている。
【００１８】
（４）請求項４に記載の発明は、機関運転状態に基づき燃焼方式を成層燃焼と均質燃焼との間で切り換える内燃機関に適用され、同機関の吸気通路に設けられた気流制御弁の開閉制御を通じて燃焼室内でのガスの流動状態を変更する内燃機関の制御装置において、機関運転状態が成層燃焼領域にあるときとは前記気流制御弁の開閉状態が異なる状態になる所定運転領域を、均質燃焼領域内に前記成層燃焼領域と隣接するように設定する設定手段と、機関運転状態が前記所定運転領域から前記成層燃焼領域に移行するときにまずは前記開閉状態の切り換えを行い、この切り換えからの経過時間が予め設定された判定時間に達したことに基づいて前記燃焼方式の切り換えを行う制御手段とを備えることを要旨としている。
【００１９】
（５）請求項５に記載の発明は、機関運転状態に基づき燃焼方式を成層燃焼と均質燃焼との間で切り換える内燃機関に適用され、同機関の吸気通路に設けられた気流制御弁の開閉制御を通じて燃焼室内でのガスの流動状態を変更する内燃機関の制御装置において、機関運転状態が成層燃焼領域にあるときとは前記気流制御弁の開閉状態が異なる状態になる所定運転領域を、均質燃焼領域内に前記成層燃焼領域と隣接するように設定する設定手段と、機関運転状態が前記成層燃焼領域から前記所定運転領域に移行するときにまずは前記燃焼方式の切り換えを行い、この切り換えからの経過時間が予め設定された第１の判定時間に達したことに基づいて前記開閉状態の切り換えを行うとともに、機関運転状態が前記所定運転領域から前記成層燃焼領域に移行するときにまずは前記開閉状態の切り換えを行い、この切り換えからの経過時間が前記第１の判定時間とは異なる値として予め設定された第２の判定時間に達したことに基づいて前記燃焼方式の切り換えを行う制御手段とを備えることを要旨としている。
【００２０】
（６）請求項６に記載の発明は、請求項１〜５のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置において、前記内燃機関は成層燃焼を燃焼室内でのガス流の助けをかりることなく行うものであって、前記気流制御弁は成層燃焼領域で開弁されるとともに前記所定運転領域で閉弁されることを要旨としている。
上記の構成によれば、燃焼室内でのガス流の助けをかりることなく成層燃焼を行う内燃機関にあって、同機関の燃費や出力に関して不利になることなく、機関運転状態が成層燃焼領域と上記所定運転領域との間で移行する際のショックを抑制することができる。
【００２１】
（７）請求項７に記載の発明は、機関運転状態に基づき燃焼方式を成層燃焼と均質燃焼との間で切り換える内燃機関に適用され、同機関の吸気通路に設けられた気流制御弁の開閉制御を通じて燃焼室内でのガスの流動状態を変更する内燃機関の制御装置において、機関運転状態が成層燃焼領域にあるときとは前記気流制御弁の開閉状態が異なる状態になる所定運転領域を、均質燃焼領域内に前記成層燃焼領域と隣接するように設定する設定手段と、機関運転状態が前記成層燃焼領域と前記所定運転領域との間で移行する際に、前記燃焼方式の切り換えと前記気流制御弁の切り換えとを所定間隔をおいて行う制御手段とを備え、前記内燃機関は成層燃焼を燃焼室内でのガス流の助けをかりることなく行うものであって、前記気流制御弁は成層燃焼領域で開弁されるとともに前記所定運転領域で閉弁され、前記設定手段は、前記気流制御弁が開弁する別の運転領域を前記所定運転領域と隣接するように機関負荷及び機関回転数に基づき均質燃焼領域の高回転高負荷側に設定し、前記所定運転領域と前記別の運転領域との境界に対応する機関負荷及び機関回転数を前記気流制御弁の開弁時と閉弁時とで得られるトルクが等しくなる機関負荷及び機関回転数とするものであることを要旨としている。
【００２２】
上記の構成によれば、成層燃焼領域に対し上記所定運転領域を隣接させることにより同所定運転領域の縮小が回避され、この縮小に伴い成層燃焼領域と上記所定運転領域との間に気流制御弁が内燃機関の燃費や出力に関して不利な開閉状態となる領域が生じるのを回避することができる。また、機関運転状態が成層燃焼領域と上記所定運転領域との間で移行する際、燃焼方式の切り換えと気流制御弁の切り換えとが所定間隔をおいて行われるため、燃焼方式と気流制御弁とが同時に切り換えられることに伴い内燃機関にショックが生じるのを抑制することができる。
また、上記の構成によれば、内燃機関の高回転高負荷時には気流制御弁が開弁されるため、吸気抵抗の低減による機関出力の向上が図られる。また、機関運転状態が上記所定運転領域と上記特定運転領域との間で移行する際には気流制御弁が閉弁状態と開弁状態との間で変化する。しかし、上記所定運転領域と上記特定運転領域との境界に対応する機関負荷及び機関回転数は気流制御弁の開弁時と閉弁時とで得られるトルクが等しくなる値であるため、上記のように気流制御弁の開閉状態が変化する際にショックが発生するのを抑制することができる。
【００２３】
（８）請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の内燃機関の制御装置において、前記設定手段は、機関負荷を一定とした条件下で機関回転数を前記気流制御弁の閉弁時と開弁時とで得られるトルクが等しくなる値としたときの単位時間当たりの吸入空気量に基づき、その吸入空気量を得ることが可能な機関負荷及び機関回転数によって前記所定運転領域と前記別の運転領域との境界を設定することを要旨としている。
【００２４】
上記の構成によれば、少なくとも一度だけ上記単位時間当たりの吸入空気量を求めさえすれば、その吸入空気量が得られる機関負荷及び機関回転数を計算等によって算出し、これら算出される機関負荷及び機関回転数に基づき上記境界を簡単に設定することができる。
なお、上記単位時間値の吸入空気量を求めるために機関負荷を一定にする際には、内燃機関を全負荷で一定とすることが好ましい。これは、内燃機関は全負荷としたときに安定した状態となり、このときに正確に単位時間当たりの吸入空気量を検出することが可能になるためである。そして、正確な単位時間当たりの吸入空気量に基づき上記境界を設定することにより、この境界の設定を一層適切に行うことができるようになる。
【００２５】
（９）請求項９に記載の発明は、請求項１〜８のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置において、前記設定手段は、前記気流制御弁が開弁する運転領域である特定運転領域と前記気流制御弁が閉弁する前記所定運転領域とが互いに隣接する態様でこれら運転領域を前記均質燃焼領域内に設定し、且つ前記所定運転領域を前記成層燃焼領域と前記特定運転領域との間に設定することを要旨としている。
（１０）請求項１０に記載の発明は、請求項９に記載の内燃機関の制御装置において、前記設定手段は、機関負荷及び機関回転数により規定される運転領域上に前記成層燃焼領域及び前記所定運転領域及び前記特定運転領域のそれぞれを設定し、且つ低回転低負荷側に前記成層燃焼領域を設定し、且つ高回転高負荷側に前記特定運転領域を設定することを要旨としている。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を直列四気筒の自動車用直噴ガソリンエンジンに適用した一実施形態を図１〜図８に従って説明する。
【００２７】
図２に示すように、エンジン１１においては、そのピストン１２がコネクティングロッド１３を介してクランクシャフト１４に連結され、同ピストン１２の往復移動がコネクティングロッド１３によってクランクシャフト１４の回転へと変換される。クランクシャフト１４には複数の突起１４ｂを備えたシグナルロータ１４ａが取り付けられている。そして、シグナルロータ１４ａの側方には、クランクシャフト１４が回転する際に上記各突起１４ｂに対応してパルス状の信号を出力するクランクポジションセンサ１４ｃが設けられている。
【００２８】
エンジン１１の燃焼室１６には、吸気通路３２及び排気通路３３が接続されている。吸気通路３２において、その上流部分にはエンジン１１の吸入空気量を調整するためのスロットルバルブ２３が設けられている。このスロットルバルブ２３の開度は、アクセルペダル２５の踏込操作に応じてスロットル用モータ２４を駆動することによって調節される。即ち、アクセルペダル２５の踏込操作に応じて変化するアクセル踏込量がアクセルポジションセンサ２６によって検出され、この検出されるアクセル踏込量に応じてスロットル用モータ２４が制御されることによりスロットルバルブ２３の開度が調節される。また、吸気通路３２において、スロットルバルブ２３の下流側には吸気通路３２内の圧力（吸気圧）を検出するためのバキュームセンサ３６が設けられている。
【００２９】
エンジン１１には、燃焼室１６内に直接燃料を噴射供給して燃料と空気とからなる混合気を形成する燃料噴射弁４０と、燃焼室１６内の混合気に対して点火を行う点火プラグ４１とが設けられている。この点火プラグ４１による点火時期はイグナイタ４１ａによって制御される。そして、燃焼室１６内の混合気を点火して燃焼させると、ピストン１２が往復移動してクランクシャフト１４が回転し、エンジン１１が駆動されるようになる。また、燃焼室１６内で燃焼した後の混合気は排気として排気通路３３に送り出される。
【００３０】
次に、エンジン１１の吸気系の詳細構造について図１を参照して説明する。
エンジン１１の吸気通路３２は図１に示すように各気筒の燃焼室１６に接続される直前で二つに分岐されている。そして、一つの燃焼室１６には分岐後の二つの吸気通路３２がそれぞれ接続されている。また、これら吸気通路３２うちの一方には、燃焼室１６内におけるガスの流動状態を変更するための気流制御弁４８が設けられている。
【００３１】
気流制御弁４８は、吸気通路３２に生じる負圧を作動源とするアクチュエータ４９から延びるロッド５０と連結され、同アクチュエータ４９の作動に基づくロッド５０の伸縮によって開弁位置と閉弁位置との間で開閉動作する。そして、気流制御弁４８を開いた状態では上記燃焼室１６に接続された二つの吸気通路３２から燃焼室１６内に空気が供給され、気流制御弁４８を閉じた状態では一方の吸気通路３２のみから燃焼室１６内に空気が供給される。こうした気流制御弁４８の開閉動作は、燃焼室１６内におけるガスの流動状態を変更するために行われる。
【００３２】
一方、上記アクチュエータ４９においては、そのハウジング５１内を大気室５３と負圧室５４とに区画するための弾性体よりなるダイヤフラム５２と、同ダイヤフラム５２に連結されたロッド５０と、負圧室５４内に設けられてロッド５０の伸縮方向について弾性を有するコイルスプリング５５とを備えている。また、アクチュエータ４９において、その大気室５３はハウジング５１外と連通しており、負圧室５４は負圧通路５８を介してバキュームタンク５７に連通している。このバキュームタンク５７は、チェック弁５９ａが設けられた吸引通路５９を介して、エンジン１１の吸気通路３２におけるスロットルバルブ２３の下流側に連通している。上記チェック弁５９ａは吸気通路３２からバキュームタンク５７への空気の逆流を防ぐためのものであり、同チェック弁５９ａによりバキュームタンク５７内の圧力が大気圧よりも真空側の値に保持される。
【００３３】
また、上記負圧通路５８には、バキュームスイッチングバルブ（ＶＳＶ）６１が設けられている。このＶＳＶ６１は、電磁ソレノイド（図示せず）を備えている。そして、電磁ソレノイドに対する電圧印加を制御することでＶＳＶ６１が動作し、負圧室５４がバキュームタンク５７若しくは大気と連通されるようになる。そして、エンジン１１の運転中にＶＳＶ６１の動作により、負圧室５４がバキュームタンク５７と連通すると、同タンク５７内の負圧に基づき負圧室５４から空気が吸引される。これにより、ダイヤフラム５２がコイルスプリング５５を収縮させる方向に変位し、ロッド５０が収縮して気流制御弁４８が閉弁されるようになる。また、ＶＳＶ６１の動作により負圧室５４が大気と連通すると、コイルスプリング５５の付勢力によりダイヤフラム５２がロッド５０を伸長させる方向に変位し、気流制御弁４８開弁されるようになる。
【００３４】
次に、上記気流制御弁４８の開閉制御を通じて燃焼室１６内でのガスの流動状態を変更するとともに、エンジン１１の燃焼方式を成層燃焼と均質燃焼との間で切り換える切換制御を行う制御装置の電気的構成を図３に基づいて説明する。
【００３５】
この制御装置は、スロットル開度制御、燃料噴射制御、及び点火時期制御などエンジン１１の運転制御を行う電子制御ユニット（以下、ＥＣＵという）９２を備えている。このＥＣＵ９２は、ＲＯＭ９３、ＣＰＵ９４、ＲＡＭ９５及びバックアップＲＡＭ９６等を備える算術論理演算回路として構成されている。
【００３６】
ここで、ＲＯＭ９３は各種制御プログラムや、それら各種制御プログラムを実行する際に参照されるマップ等が記憶されたメモリであり、ＣＰＵ９４はＲＯＭ９３に記憶された各種制御プログラムやマップに基づいて演算処理を実行する。また、ＲＡＭ９５はＣＰＵ９４での演算結果や各センサから入力されたデータ等を一時的に記憶するメモリであり、バックアップＲＡＭ９６はエンジン１１の停止時にその保存すべきデータ等を記憶する不揮発性のメモリである。そして、ＲＯＭ９３、ＣＰＵ９４、ＲＡＭ９５及びバックアップＲＡＭ９６は、バス９７を介して互いに接続されるとともに、外部入力回路９８及び外部出力回路９９と接続されている。
【００３７】
外部入力回路９８には、クランクポジションセンサ１４ｃ、アクセルポジションセンサ２６、及びバキュームセンサ３６等が接続されている。一方、外部出力回路９９には、スロットル用モータ２４、燃料噴射弁４０、イグナイタ４１ａ、及びＶＳＶ６１等が接続されている。
【００３８】
上記ＥＣＵ９２は、クランクポジションセンサ１４ｃからの検出信号に基づきエンジン回転数ＮＥを求める。また、ＥＣＵ９２は、アクセルポジションセンサ２６からの検出信号に基づきアクセル踏込量ＡＣＣＰを求め、バキュームセンサ３６からの検出信号に基づき吸気圧ＰＭを求める。更に、ＥＣＵ９２は、最大機関負荷（全負荷）に対する現在の負荷割合を示す値である負荷率ＫＬを、エンジン回転数ＮＥ、及び、アクセル踏込量ＡＣＣＰや吸気圧ＰＭ等の吸入空気量に対応するパラメータに基づき算出する。
【００３９】
そして、ＥＣＵ９２は、エンジン回転数ＮＥや負荷率ＫＬ等の機関運転状態に応じてエンジン１１の燃焼方式を、燃料が空気に対して均等に混合された混合気を燃焼させる均質燃焼と、点火プラグ４１周りのみに可燃混合気を存在させた状態で同混合気を燃焼させる成層燃焼との間で切り換える。ここで、成層燃焼が行われるエンジン１１の運転領域（成層燃焼領域）と均質燃焼が行われるエンジン１１の運転領域（均質燃焼領域）とを図８に示す。
【００４０】
この図から分かるように、エンジン１１の運転状態が低回転低負荷領域（成層燃焼領域）にあるときには、混合気の空燃比を理論空燃比よりもリーンとすることが可能な成層燃焼を実行することにより、エンジン１１における燃費の改善が図られるようになる。また、エンジン１１の運転状態が上記低回転低負荷領域よりも高負荷側及び高回転側の領域（均質燃焼領域）にあるときには高出力を得ることが可能な均質燃焼を実行することにより、要求されるエンジン出力を得られるようにする。
【００４１】
この成層燃焼と均質燃焼との間の燃焼方式の切り換えは、ＥＣＵ９２を通じて設定される運転モードＭＯＤＥの値、例えば「０（成層燃焼）」、「１（均質燃焼）」のように設定される値に応じて行われる。即ち、ＥＣＵ９２は、エンジン回転数ＮＥ及び負荷率ＫＬが図８の成層燃焼領域にあるとき運転モードＭＯＤＥを「０（成層燃焼）」に設定し、「ＭＯＤＥ＝０」であることに基づき成層燃焼運転を実行する。また、ＥＣＵ９２は、エンジン回転数ＮＥ及び負荷率ＫＬが図８の均質燃焼領域にあるとき運転モードＭＯＤＥを「１（均質燃焼）」に設定し、「ＭＯＤＥ＝１」であることに基づき均質燃焼運転を実行する。
【００４２】
上記成層燃焼と上記均質燃焼とでは燃焼室１６内における混合気の形態が互いに異なるため、それぞれの燃焼方式に適した燃料噴射量、燃料噴射時期、点火時期、及びスロットル開度等も異なるものとなる。従って、ＥＣＵ９２は、実行中の燃焼方式に適した燃料噴射量、燃料噴射時期、点火時期、及びスロットル開度等が得られるよう、燃料噴射弁４０、イグナイタ４１ａ、及びスロットル用モータ２４等を制御する。また、燃焼方式が切り換えられる際にはエンジン１１の良好な運転を行う上で要求される燃料噴射量、燃料噴射時期、点火時期、及びスロットル開度等が変化する。そのため、ＥＣＵ９２は、燃焼方式が切り換えられるときには、燃料噴射量、燃料噴射時期、点火時期、及びスロットル開度等が要求される値へと切り換えられるよう、燃料噴射弁４０、イグナイタ４１ａ、及びスロットル用モータ２４等を制御する。
【００４３】
また、ＥＣＵ９２は、エンジン回転数ＮＥや負荷率ＫＬ等の機関運転状態に基づきＶＳＶ６１を制御して気流制御弁４８の開閉状態を変更する。即ち、ＥＣＵ９２は、エンジン回転数ＮＥ及び負荷率ＫＬが図８に示される成層燃焼領域、及び均質燃焼領域の高回転高負荷側に設定される均質開弁領域にあるときには、ＶＳＶ６１を制御して気流制御弁４８を開弁する。また、エンジン回転数ＮＥ及び負荷率ＫＬが上記均質燃焼領域内において成層燃焼領域及び均質開弁領域に隣接するよう設定される均質閉弁領域にあるときには、ＶＳＶ６１を制御して気流制御弁４８を閉弁する。
【００４４】
なお、こうした気流制御弁４８の開閉制御は、
・成層燃焼運転時には燃焼室１６内でのガス流の助けをかりることなく点火プラグ４１周りに可燃混合気が形成される。
【００４５】
・均質閉弁領域では、気流制御弁４８を閉弁することにより、燃焼室１６内に乱流を生じさせて空気と燃料との混合を促進させること、及び燃焼室１６内に吸入されるガスの流速を早めて吸気充填効率を向上させることが好ましい。
【００４６】
・均質燃焼領域において上記均質閉弁領域以外の領域では、気流制御弁４８を開弁することにより、可能な限り同弁４８の閉弁に伴う吸気抵抗の増大を抑制することが好ましい。
等の理由に基づいてのものである。
【００４７】
上記気流制御弁４８が開弁しているときと閉弁しているときとでは、燃焼室１６内でのガスの流動状態が互いに異なるものとなる。このガスの流動状態は混合気の燃焼に影響を及ぼすため、気流制御弁４８の開閉状態が切り換えられるときには、エンジン１１の良好な運転を行う上で要求される燃料噴射量、燃料噴射時期、点火時期、及びスロットル開度等も変化することとなる。ＥＣＵ９２は、気流制御弁４８が切り換えられるときにも、燃料噴射量、燃料噴射時期、点火時期、及びスロットル開度等が要求される値へと切り換えられるよう、燃料噴射弁４０、イグナイタ４１ａ、及びスロットル用モータ２４等を制御する。
【００４８】
図８に示される均質燃焼領域は、気流制御弁４８が閉弁する均質閉弁領域と同弁４８が開弁する開弁領域とに分けられている。そして、上記均質閉弁領域は成層燃焼領域に隣接しており、上記均質開弁領域は均質燃焼領域の高回転高負荷側に位置して均質閉弁領域と隣接している。また、均質閉弁領域及び均質開弁領域は、それらの境界に対応する負荷率ＫＬ及びエンジン回転数ＮＥが気流制御弁４８の閉弁時と開弁時とで得られるエンジントルクが等しくなる負荷率及びエンジン回転数となるよう設定されている。
【００４９】
上記均質閉弁領域と均質開弁領域との境界を設定する際には、まず、負荷率ＫＬを例えば最大機関負荷（全負荷）に対応した値で一定とした条件下で、エンジン回転数ＮＥを気流制御弁４８の閉弁時と開弁時とでエンジントルクが等しくなる値としたときの単位時間当たりの吸入空気量を求める。そして、求められた単位時間当たりの吸入空気量を得ることが可能な負荷率及びエンジン回転数を計算等によって算出し、これら算出される負荷率及びエンジン回転数に基づき上記境界が設定される。
【００５０】
このように均質閉弁領域及び均質開弁領域、並びにそれらの境界を設定することにより、負荷率ＫＬ及びエンジン回転数ＮＥ等の機関運転状態が均質閉弁領域と均質開弁領域との間で移行し、気流制御弁４８が閉弁状態と開弁状態との間で変化する際、ショックが発生するのを抑制することができる。
【００５１】
また、機関運転状態は均質閉弁領域と均質開弁領域との間で移行するだけでなく、成層燃焼領域と均質閉弁領域との間で移行することもある。その際には、エンジン１１の燃焼方式が成層燃焼と均質燃焼との間で切り換えられるとともに、気流制御弁４８も閉弁状態と開弁状態との間で切り換えられることとなる。
【００５２】
燃焼方式が上記のように切り換えられる際には、エンジン１１の良好な運転を行う上で要求される燃料噴射量、燃料噴射時期、点火時期、及びスロットル開度等が変化し、これに応じて燃料噴射弁４０、イグナイタ４１ａ、及びスロットル用モータ２４等が制御される際にショックが生じ易くなる。また、気流制御弁４８が上記のように切り換えられる際にも、エンジン１１の良好な運転を行う上で要求される燃料噴射量、燃料噴射時期、点火時期、及びスロットル開度等が変化し、これに応じて燃料噴射弁４０、イグナイタ４１ａ、及びスロットル用モータ２４等が制御される際にショックが生じ易くなる。
【００５３】
従って、機関運転状態が成層燃焼領域と均質閉弁領域との間で移行する際、燃焼方式の切り換えと気流制御弁４８の切り換えとが同時に行われると、要求される燃料噴射量、燃料噴射時期、点火時期、及びスロットル開度等が燃焼方式に応じて変化するだけでなく気流制御弁４８の開閉状態に応じても変化することから、それら燃料噴射量、燃料噴射時期、点火時期、及びスロットル開度等の制御態様によってはショックが生じるおそれがある。
【００５４】
そこで本実施形態では、機関運転状態が成層燃焼領域と均質閉弁領域との間で移行する際、燃焼方式の切り換えと気流制御弁４８の切り換えとを所定間隔をおいて行い、燃焼方式と気流制御弁４８とが同時に切り換えられることに伴いエンジン１１にショックが生じるのを抑制する。
【００５５】
次に、機関運転状態が成層燃焼領域から均質閉弁領域に移行するとき、及び均質閉弁領域から成層燃焼領域に移行するときにおける燃焼方式及び気流制御弁４８の切換制御の概要について、図６及び図７のタイムチャートを参照して説明する。
【００５６】
図６は、機関運転状態が成層燃焼領域から均質閉弁領域へと移行する場合のタイムチャートである。この場合、ＥＣＵ９２は、燃焼方式を成層燃焼から均質燃焼に切り換えてから所定時間経過後に、気流制御弁４８を開弁状態から閉弁状態へと切り換える。なお、上記所定時間としては、成層燃焼から均質燃焼への切り換えに伴う燃料噴射量、燃料噴射時期、点火時期、及びスロットル開度等の制御態様の変化に基づき、実際に燃料噴射量、燃料噴射時期、点火時期、及び吸入空気量等が変化するのに必要な時間を採用することができる。
【００５７】
ＥＣＵ９２は、負荷率ＫＬ及びエンジン回転数ＮＥが存在する運転領域が図６（ａ）に示されるように成層燃焼領域から均質閉弁領域へと変化すると、運転モードＭＯＤＥを図６（ｂ）に示すように「０（成層燃焼）」から「１（均質燃焼）」へと変化させ、燃焼方式を成層燃焼から均質燃焼へと切り換える。また、ＥＣＵ９２は、このときに上記燃焼方式の切り換えが行われてからの経過時間を計測するためのカウンタＣ１を図６（ｃ）に示すように「０」にリセットし、その後にカウンタＣ１の値を所定時間毎に「１」ずつ増加させる。
【００５８】
そして、燃焼方式が成層燃焼から均質燃焼へと切り換えられた後、図６（ｃ）に示すようにカウンタＣ１の値が上述した所定時間に対応した値である所定値ａよりも大きくなると、ＥＣＵ９２は、図６（ｄ）に示すように気流制御弁４８を開弁状態から閉弁状態へと変化させる。これにより、燃焼室１６に吸入される空気の流通面積が減少し、この吸入空気の流速が早められるとともに燃焼室１６内におけるガスの乱流が生じることとなる。こうした燃焼室１６内におけるガスの流動状態の変化は、燃焼方式の切り換えに伴い燃料噴射量、燃料噴射時期、点火時期、及び吸入空気量等が変化した後に生じるようになる。
【００５９】
また、図７は、機関運転状態が均質閉弁領域から成層燃焼領域へと移行する場合のタイムチャートである。この場合、ＥＣＵ９２は、気流制御弁４８を閉弁状態から開弁状態へと切り換えてから所定時間経過後に、燃焼方式を均質燃焼から成層燃焼に切り換える。なお、上記所定時間としては、気流制御弁４８の閉弁状態から開弁状態への切り換えに伴い燃焼室１６内のガスの流動状態が変化するのに必要な時間を採用することができる。
【００６０】
ＥＣＵ９２は、負荷率ＫＬ及びエンジン回転数ＮＥが存在する運転領域が図７（ａ）に示されるように均質閉弁領域から成層燃焼領域へと変化すると、ＶＳＶ６１を制御して気流制御弁４８を図７（ｄ）に示すように閉弁状態から開弁状態へと切り換える。また、ＥＣＵ９２は、このときに上記気流制御弁４８の切り換えが行われてからの経過時間を計測するためのカウンタＣ２を図７（ｃ）に示すように「０」にリセットし、その後にカウンタＣ２の値を所定時間毎に「１」ずつ増加させる。
【００６１】
そして、気流制御弁４８が閉弁状態から開弁状態へと切り換えられた後、図７（ｃ）に示すようにカウンタＣ２の値が上述した所定時間に対応した値である所定値ｂよりも大きくなると、ＥＣＵ９２は、図７（ｂ）に示すように運転モードを「１（均質燃焼）」から「０（成層燃焼）」へと切り換える。これにより、燃焼方式が均質燃焼から成層燃焼へと切り換えられ、燃料噴射量、燃料噴射時期、点火時期、スロットル開度等の制御態様が変化する。こうした制御態様の変化に伴う燃料噴射量、燃料噴射時期、点火時期、及び吸入空気量等の変化は、気流制御弁４８の閉弁状態から開弁状態の切り換えに伴い燃焼室１６内のガスの流動状態が変化した後に生じるようになる。
【００６２】
次に、気流制御弁４８の切換手順について、気流制御弁切換ルーチンを示す図４のフローチャートを参照して説明する。この気流制御弁切換ルーチンは、ＥＣＵ９２を通じて例えば所定時間毎の時間割り込みにて実行される。
【００６３】
気流制御弁切換ルーチンにおいて、ステップＳ１０１，Ｓ１０２の処理は、エンジン１１の運転状態が成層燃焼領域、均質閉弁領域、及び均質開弁領域のうちのいずれの運転領域にあるかを判断するためのものである。
【００６４】
即ち、ＥＣＵ９２は、ステップＳ１０１の処理でエンジン１１の運転状態が均質燃焼領域にあるか否かを判断し、ステップＳ１０２の処理で同運転状態が均質閉弁領域にあるか否かを判断する。
【００６５】
そして、同運転状態が成層燃焼領域や均質開弁領域にある場合には、ステップＳ１０１とステップＳ１０２とのいずれかで否定判定がなされ、ステップＳ１１１に進む。ＥＣＵ９２は、ステップＳ１１１の処理として気流制御弁４８の開弁を指示し、別のルーチンで気流制御弁４８が開弁状態となるようＶＳＶ６１を制御する。従って、エンジン１１の運転状態が成層燃焼領域や均質開弁領域にある場合には、それが他の運転領域から変化してきた直後の状態であるか否かに関係なく気流制御弁４８が開弁される。ステップＳ１１１の処理を実行した後には、後述するステップＳ１１０に進む。
【００６６】
また、エンジン１１の運転状態が均質閉弁領域にある場合には、上記ステップＳ１０１とステップＳ１０２との両方において肯定判定がなされ、ステップＳ１０３に進む。ステップＳ１０３以降の処理は、エンジン１１の運転状態が成層燃焼領域から均質閉弁領域に移行する際に、気流制御弁４８の開弁状態から閉弁状態への切り換えを、燃焼方式の成層燃焼から均質燃焼への切り換えに対し、所定時間だけ遅らせて実行するためのものである。
【００６７】
ＥＣＵ９２は、ステップＳ１０３の処理で、遅延フラグＦ１として「１（遅延中）」がＲＡＭ９５の所定領域に記憶されているか否かを判断する。この遅延フラグＦ１は、上述したように燃焼方式の切り換えに対し気流制御弁４８の切り換えが遅延中であるか否かを判断するためのものである。そのため、遅延フラグＦ１は、エンジン１１の運転状態が成層燃焼領域から均質閉弁領域に移行した時点から上記カウンタＣ１の値が所定値ａよりも大きくなって気流制御弁４８が閉弁状態に切り換えられるまでの間は「１（遅延中）」とされ、この切換後に「０（非遅延中）」とされる。
【００６８】
エンジン１１の運転状態が成層燃焼領域から均質閉弁領域に移行した後に最初にステップＳ１０３の処理が行われる際には、遅延フラグＦ１が「０（非遅延中）」であってステップＳ１０３で肯定判定がなされ、ステップＳ１０４に進む。ＥＣＵ９２は、ステップＳ１０４の処理で上記成層燃焼領域から均質閉弁領域への変化の直後か否かを判断し、否定判定であればステップＳ１０９の処理で気流制御弁４８の閉弁を指示する。従って、エンジン１１の運転状態が均質閉弁領域にある状態が継続されているときには、気流制御弁４８が上記指示に基づき閉弁状態とされるようになる。
【００６９】
また、上記ステップＳ１０４の処理において肯定判定がなされた場合には、ステップＳ１０５の処理で遅延フラグＦ１として「１（遅延中）」をＲＡＭ９５の所定領域に記憶し、ステップＳ１０６の処理でカウンタＣ１の値を「０」にリセットする。その後、ステップＳ１０７に進む。なお、上記ステップＳ１０５の処理で遅延フラグＦ１が「１（遅延中）」にされると、次回にステップＳ１０３の処理が実行される際には否定判定がなされ、直接ステップＳ１０７に進むようになる。このステップＳ１０７の処理として、ＥＣＵ９２は、カウンタＣ１の値を「１」だけ大きくする。
【００７０】
続いてＥＣＵ９２は、ステップＳ１０８の処理として、カウンタＣ１の値が所定値ａよりも大きいか否か、即ちエンジン１１の運転状態が成層燃焼領域から均質閉弁領域へと変化してから所定時間が経過したか否かを判断する。そして、「Ｃ１＞ａ」でなければ気流制御弁切換ルーチンを一旦終了し、「Ｃ１＞ａ」であればステップＳ１０９に進む。ＥＣＵ９２は、ステップＳ１０９の処理で気流制御弁４８の閉弁を指示し、ステップＳ１１０の処理で遅延フラグＦ１として「０（非遅延中）」をＲＡＭ９５の所定領域に記憶した後、この気流制御弁切換ルーチンを一旦終了する。
【００７１】
次に、燃焼方式の決定に係わる運転モードＭＯＤＥの切換手順について、運転モード切換ルーチンを示す図５のフローチャートを参照して説明する。なお、運転モード切換ルーチンは、ＥＣＵ９２を通じて例えば所定時間毎の時間割り込みにて実行される。
【００７２】
運転モード切換ルーチンにおいて、ＥＣＵ９２は、ステップＳ２０１の処理として、エンジン１１の運転状態が成層燃焼領域にあるか否かを判断する。そして、ステップＳ２０１で否定判定がなされると、ステップＳ２１０の処理で運転モードＭＯＤＥを「１（均質燃焼）」に設定した後、ステップ２０９に進む。ＥＣＵ９２は、運転モードＭＯＤＥが「１」に設定されることに基づき均質燃焼運転を実行し、燃料噴射量、燃料噴射時期、点火時期、及びスロットル開度等を均質燃焼に適したものへと制御する。
【００７３】
また、上記ステップＳ２０１で肯定判定がなされると、ステップＳ２０２に進む。ステップＳ２０２以降の処理は、エンジン１１の運転状態が均質閉弁領域から成層燃焼領域に以降する際、燃焼方式の均質燃焼から成層燃焼への切り換えを、気流制御弁４８の閉弁状態から開弁状態への切り換えに対し、所定時間だけ遅らせて実行するためのものである。
【００７４】
ＥＣＵ９２は、ステップＳ２０２の処理で、遅延フラグＦ２として「１（遅延中）」がＲＡＭ９５の所定領域に記憶されているか否かを判断する。この遅延フラグＦ２は、上述したように気流制御弁４８の切り換えに対し燃焼方式の切り替えが遅延中であるか否かを判断するためのものである。そのため、遅延フラグＦ２は、エンジン１１の運転状態が均質閉弁領域から成層燃焼領域に移行した時点から上記カウンタＣ２の値が所定値ｂよりも大きくなって燃焼方式が成層燃焼に切り換えられるまでの間は「１（遅延中）」とされ、この切換後に「０（非遅延中）」とされる。
【００７５】
エンジン１１の運転状態が均質閉弁領域から成層燃焼領域に移行した後に最初にステップＳ２０２の処理が行われる際には、遅延フラグＦ２が「０（非遅延中）」であってステップＳ２０２で肯定判定がなされ、ステップＳ２０３に進む。ＥＣＵ９２は、ステップＳ２０３の処理で上記均質閉弁領域から成層燃焼領域への変化の直後が否かを判断し、否定判定であればステップＳ２０８の処理で運転モードＭＯＤＥを「０（成層燃焼）」に設定する。従って、エンジン１１の運転状態が成層燃焼領域にある状態が継続されているときには、運転モードＭＯＤＥが「０（成層燃焼）」であることに基づき燃焼方式が成層燃焼とされるようになる。
【００７６】
また、上記ステップＳ２０３の処理において肯定判定がなされた場合には、ステップＳ２０４の処理で遅延フラグＦ２として「１（遅延中）」をＲＡＭ９５の所定領域に記憶し、ステップＳ２０５の処理でカウンタＣ２の値を「０」にリセットする。その後、ステップＳ２０６に進む。なお、上記ステップＳ２０４の処理で遅延フラグＦ２が「１（遅延中）」にされると、次回にステップＳ２０２の処理が実行される際には否定判定がなされ、直接ステップＳ２０６に進むようになる。このステップＳ２０６の処理として、ＥＣＵ９２は、カウンタＣ２の値を「１」だけ大きくする。
【００７７】
続いてＥＣＵ９２は、ステップＳ２０７の処理として、カウンタＣ２の値が所定値ｂよりも大きいか否か、即ちエンジン１１の運転状態が均質閉弁領域から成層燃焼領域へと変化してから所定時間が経過したか否かを判断する。そして、「Ｃ２＞ｂ」でなければ運転モード切換ルーチンを一旦終了し、「Ｃ２＞ｂ」であればステップＳ２０８に進む。ＥＣＵ９２は、ステップＳ２０８の処理で運転モードＭＯＤＥを「０（成層燃焼）」に設定し、ステップＳ２０９の処理で遅延フラグＦ２として「０（非遅延中）」をＲＡＭ９５の所定領域に記憶した後、運転モード切換ルーチンを一旦終了する。
【００７８】
以上詳述した本実施形態によれば、以下に示す効果が得られるようになる。
（１）均質燃焼領域において気流制御弁４８が閉弁される運転領域（均質閉弁領域）を成層燃焼領域に対し隣接させることにより、従来のように上記運転領域（均質閉弁領域）を成層燃焼領域から離して設定することに伴い同運転領域が縮小するのを回避し、この縮小に伴いエンジン１１の燃費や出力に関して不利になるのを回避することができる。また、エンジン１１の運転状態が成層燃焼領域と均質閉弁領域との間で移行する際、燃焼方式の切り換えと気流制御弁４８の切り換えとが所定間隔をおいて行われる。そのため、上記成層燃焼領域から均質閉弁領域への移行、若しくはその逆において、燃焼方式と気流制御弁４８とが同時に切り換えられることに伴いエンジン１１にショックが生じるのを抑制することができる。
【００７９】
（２）成層燃焼は点火プラグ４１周りに可燃混合気を存在させた状態で同混合気に対して点火を行うことにより実現するため、燃焼室１６内におけるガスの流動状態が混合気の燃焼に影響を及ぼし易くなる。そのため、成層燃焼運転時に気流制御弁４８の開閉状態が適正でないと、燃焼室１６内のガスの流動状態が混合気の燃焼に悪影響を及ぼすおそれがある。エンジン１１の運転状態が成層燃焼領域から均質閉弁領域に移行する際には、燃焼方式が成層燃焼から均質燃焼に切り換えられてから、気流制御弁４８が成層燃焼に適した開閉状態である開弁状態から閉弁状態へと切り換えられる。そのため、成層燃焼領域から均質閉弁領域に移行する際における成層燃焼運転時に、気流制御弁４８の開閉状態が成層燃焼にとって不適切な状態（閉弁状態）になることはない。また、エンジン１１の運転状態が均質閉弁領域から成層燃焼領域に移行する際には、気流制御弁４８が閉弁状態から成層燃焼運に適した開閉状態である開弁状態へと切り換えられてから、燃焼方式が均質燃焼から成層燃焼へと切り換えられる。そのため、均質閉弁領域から成層燃焼領域に移行する際における成層燃焼運転時にも、気流制御弁４８の開閉状態が成層燃焼にとって不適切な状態（閉弁状態）になることはない。従って、成層燃焼領域から均質閉弁領域へと移行する場合であれ、その逆であれ、それらの際の成層燃焼運転時に気流制御弁４８が不適切な状態（閉弁状態）になって、燃焼室１６内におけるガスの流動状態が成層燃焼に相応しくないものになるのを回避することができる。
【００８０】
（３）エンジン１１の運転状態が成層燃焼領域から均質閉弁領域へと移行する際、燃焼方式が切り換えられてから所定時間（所定値ａに対応）が経過した後に気流制御弁４８が切り換えられる。そして、上記所定時間としては、成層燃焼から均質燃焼への切り換えに伴う燃料噴射量、燃料噴射時期、点火時期、及びスロットル開度等の制御態様の変化に基づき、実際に燃料噴射量、燃料噴射時期、点火時期、及び吸入空気量等が変化するのに必要な時間が採用される。従って、気流制御弁４８が上記のように切り換えられる際に、同切り換えに基づきエンジン１１の良好な運転を行う上で要求される燃料噴射量、燃料噴射時期、点火時期、及びスロットル開度等が変化し、これに応じて燃料噴射弁４０、イグナイタ４１ａ、及びスロットル用モータ２４等が制御されるときにショックが生じるのを的確に抑制することができる。
【００８１】
（４）エンジン１１の運転状態が均質閉弁領域から成層燃焼領域へと移行する際、気流制御弁４８が切り換えられてから所定時間（所定値ｂに対応）が経過した後に燃焼方式が切り換えられる。そして、上記所定時間としては、気流制御弁４８の閉弁状態から開弁状態への切り換えに伴い燃焼室１６内のガスの流動状態が変化するのに必要な時間が採用される。従って、燃焼方式が上記のように切り換えられる際に、同切り換えに基づきエンジン１１の良好な運転を行う上で要求される燃料噴射量、燃料噴射量、燃料噴射時期、点火時期、及びスロットル開度等が変化し、これに応じて燃料噴射弁４０、イグナイタ４１ａ、スロットル用モータ２４等が制御されるときにショックが生じるのを的確に抑制することができる。
【００８２】
（５）均質燃焼領域において互いに隣接する均質閉弁領域と均質開弁領域は、それらの境界に対応する負荷率ＫＬ及びエンジン回転数ＮＥが気流制御弁４８の閉弁時と開弁時とで得られるエンジントルクが等しくなる負荷率及びエンジン回転数となるよう設定される。従って、エンジン１１の運転状態が均質閉弁領域と均質開弁領域との間で移行する際、気流制御弁４８が閉弁状態と開弁状態との間で変化しても、その際にショックが発生するのを抑制することができるようになる。また、エンジン１１の運転状態が高回転高負荷領域（均質開弁領域）にあるときには気流制御弁４８が開弁されるため、吸気抵抗が低減されることによるエンジン出力の向上が図られるようになる。
【００８３】
（６）上記境界は、負荷率ＫＬを一定とした条件下で、エンジン回転数ＮＥを気流制御弁４８の閉弁時と開弁時とでエンジントルクが等しくなる値としたときの単位時間当たりの吸入空気量を求め、この吸入空気量を得ることが可能な負荷率及びエンジン回転数を計算等によって算出し、これら負荷率及びエンジン回転数に基づき設定される。そのため、少なくとも一度だけ上記単位時間当たりの吸入空気量を求めさえすれば、その吸入空気量が得られる負荷率及びエンジン回転数を計算等によって算出し、これら負荷率及びエンジン回転数に基づき簡単に上記境界を設定することができる。
【００８４】
（７）また、上記単位時間当たりの吸入空気量を求めるために負荷率ＫＬを一定にする際には、負荷率ＫＬを最大機関負荷（全負荷）に対応した値で一定とした。エンジン１１においては、全負荷としたときに安定した運転状態となり、このときに正確に単位時間当たりの吸入空気量を検出することが可能になる。そのため、上記のように負荷率ＫＬを全負荷に対応した値で一定とした状態で求められる吸入空気量に基づき上記境界を設定することにより、この境界の設定を一層適切に行うことができるようになる。
【００８５】
なお、本実施形態は、例えば以下のように変更することもできる。
・均質閉弁領域と均質開弁領域との境界を設定するのに用いられる単位時間当たりの吸入空気量を求める際、負荷率ＫＬを最大機関負荷（全負荷）に対応する値で一定にしたが、必ずしもこのように負荷率ＫＬを一定にする必要はない。
【００８６】
・均質閉弁領域及び均質開弁領域は、それらの境界に対応する負荷率ＫＬ及びエンジン回転数ＮＥが気流制御弁４８の閉弁時と開弁時とでエンジントルクが等しくなる負荷率及びエンジン回転数となるよう設定されるが、必ずしもこうした領域の設定の仕方をする必要はない。
【００８７】
・エンジン１１の運転状態が成層燃焼領域と均質閉弁領域との間で移行する際の燃焼方式及び気流制御弁４８の切り換えの順番を適宜変更してもよい。
・成層燃焼領域で気流制御弁４８が閉弁され、この成層燃焼領域と隣接する運転領域で気流制御弁４８が開弁されるエンジンに本発明を適用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態の制御装置が適用されるエンジンの吸気系の構成を示す略図。
【図２】同エンジンの全体構成を示す略図。
【図３】上記制御装置の電気的構成を示すブロック図。
【図４】気流制御弁の切換手順を示すフローチャート。
【図５】運転モードの切換手順を示すフローチャート。
【図６】エンジンの運転状態が成層燃焼領域から均質閉弁領域に移行する際の運転領域、運転モードＭＯＤＥ、カウンタＣ１、気流制御弁の変化態様を示すタイムチャート。
【図７】エンジンの運転状態が均質閉弁領域から成層燃焼領域に移行する際の運転領域、運転モードＭＯＤＥ、カウンタＣ１、気流制御弁の変化態様を示すタイムチャート。
【図８】本実施形態の成層燃焼領域、均質燃焼領域、均質閉弁領域、及び均質開弁領域を示す図。
【図９】従来の成層燃焼領域、均質燃焼領域、及び気流制御弁が閉弁される運転領域を示す図。
【符号の説明】
１１…エンジン、１４ｃ…クランクポジションセンサ、１６…燃焼室、２３…スロットルバルブ、２４…スロットル用モータ、２５…アクセルペダル、２６…アクセルポジションセンサ、３２…吸気通路、３６…バキュームセンサ、４０…燃料噴射弁、４１…点火プラグ、４１ａ…イグナイタ、４８…気流制御弁、４９…アクチュエータ、５７…バキュームタンク、５８…負圧通路、５９…吸引通路、６１…バキュームスイッチングバルブ（ＶＳＶ）、９２…電子制御ユニット（ＥＣＵ）。９５ａ…チェック弁。
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、車載エンジン等の内燃機関においては、燃費改善等を意図して機関運転状態に応じて燃焼方式を成層燃焼と均質燃焼との間で切り換えるタイプのものが実用化されている。また、こうしたタイプの内燃機関では、例えば１９９９年９月２４日発行の「クラウン、クラウンマジェスタ新型車解説書」に記載されるように、混合気の良好な燃焼が得られるよう燃焼室内のガスの流動状態を変更する気流制御弁を同機関の吸気通路に設けることも知られている。
【０００３】
上記文献に示される内燃機関においては、機関運転状態が低回転低負荷領域（成層燃焼領域）にあるときには成層燃焼運転を実行し、それ以外の領域（均質燃焼領域）では均質燃焼運転を実行する。また、同機関の気流制御弁は、成層燃焼領域や均質燃焼領域における高回転高負荷側の領域では開弁され、均質燃焼領域における低回転高負荷側や高回転低負荷側の領域では閉弁されるようになる。なお、こうした気流制御弁の開閉制御は、
・成層燃焼運転時には燃焼室内でのガス流の助けをかりることなく点火プラグ周りに可燃混合気が形成される。
【０００４】
・低回転高負荷時や高回転低負荷時には、気流制御弁を閉弁することにより、燃焼室内に乱流を生じさせて空気と燃料との混合を促進させること、及び燃焼室に吸入されるガスの流速を早めて吸気充填効率を向上させることが好ましい。
【０００５】
・気流制御弁を閉弁するのが好ましいとき以外は同気流制御弁を開弁し、可能な限り気流制御弁の閉弁に伴う吸気抵抗の増大を抑制するのが好ましい。
等の理由に基づいてのものである。
【０００６】
ところで、機関運転状態が成層燃焼領域と気流制御弁の閉弁される所定運転領域（均質燃焼領域における低回転高負荷側や高回転低負荷側）との間で移行する際には、燃焼方式が成層燃焼と均質燃焼との間で切り換えられるとともに、気流制御弁が開弁状態と閉弁状態との間で切り換えられる。
【０００７】
燃焼方式が切り換えられる際には内燃機関の良好な運転を行う上で要求される燃料噴射量や点火時期等が変化し、これに応じて燃料噴射量や点火時期等を変化させる際にショックが生じ易くなる。また、気流制御弁が切り換えられる際にも内燃機関の良好な運転を行う上で要求される燃料噴射量や点火時期等が変化し、これに応じて燃料噴射量や点火時期等を変化させる際にショックが生じ易くなる。
【０００８】
従って、燃焼方式の切り換えと気流制御弁の切り換えとが同時に行われると、要求される燃料噴射量や点火時期が上記のように燃焼方式に応じてだけでなく気流制御弁の開閉状態に応じても変化することから、それら燃料噴射量や点火時期等の制御態様によってはショックが生じるおそれがある。
【０００９】
そこで、上記文献に記載の内燃機関では、燃焼方式の切り換えと気流制御弁の切り換えとが同時に生じないよう、気流制御弁が閉弁する上記所定運転領域を図９に破線で示すように均質燃焼領域内において成層燃焼領域から離して設定している。この場合、例えば機関運転状態が成層燃焼領域から上記所定運転領域に移行する際などには、最初に燃焼方式が成層燃焼から均質燃焼に切り換えられ、その後に気流制御弁が開弁状態から閉弁状態へと切り換えられるため、上記のようなショックの発生が抑制される。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように気流制御弁が閉弁される所定運転領域を設定することで、確かに上記ショックを抑制することができるようにはなる。ただし、上記所定運転領域を成層燃焼領域から離して設定するためには、同所定運転領域を狭くしなければならなくなる。
【００１１】
即ち、上記所定運転領域のうち、均質燃焼領域の低回転高負荷側に位置する運転領域については、その図９の負荷方向下限を高負荷側に設定して当該運転領域を狭くすることにより成層燃焼領域から離れるようにしている。また、上記所定運転領域のうち、均質燃焼領域の高回転低負荷側に位置する運転領域については、その図９の機関回転数方向下限を高回転側に設定して当該運転領域を狭くすることにより成層燃焼領域から離れるようにしている。
【００１２】
しかし、このように気流制御弁が閉弁される所定運転領域を狭くすると、同運転領域と成層燃焼領域との間の領域において、良好な混合気の燃焼を得る上で気流制御弁を閉弁すべきであるのに同気流制御弁が開弁されることから、内燃機関の燃費や出力に関して不利になる。そして、こうした不具合は上記の領域に機関運転状態が存在する期間が長くなるほど顕著なものになる。
【００１３】
本発明はこのような実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、内燃機関の燃費や出力に関して不利になることなく、燃焼方式と気流制御弁とが同時に切り換えられることに伴うショックを抑制することのできる内燃機関の制御装置を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
（１）請求項１に記載の発明は、機関運転状態に基づき燃焼方式を成層燃焼と均質燃焼との間で切り換える内燃機関に適用され、同機関の吸気通路に設けられた気流制御弁の開閉制御を通じて燃焼室内でのガスの流動状態を変更する内燃機関の制御装置において、機関運転状態が成層燃焼領域にあるときとは前記気流制御弁の開閉状態が異なる状態になる所定運転領域を、均質燃焼領域内に前記成層燃焼領域と隣接するように設定する設定手段と、機関運転状態が前記成層燃焼領域と前記所定運転領域との間で移行する際に、前記燃焼方式の切り換えと前記気流制御弁の開閉状態の切り換えとを所定の間隔をおいて行うとともに、機関運転状態が前記成層燃焼領域から前記所定運転領域に移行する際には燃焼方式を切り換えてから前記気流制御弁の開閉状態を切り換え、機関運転状態が前記所定運転領域から前記成層燃焼領域に移行する際には前記気流制御弁の開閉状態を切り換えてから燃焼方式を切り換える制御手段とを備えることを要旨としている。
【００１５】
上記の構成によれば、成層燃焼領域に対し上記所定運転領域を隣接させることにより同所定運転領域の縮小が回避され、この縮小に伴い成層燃焼領域と上記所定運転領域との間に気流制御弁が内燃機関の燃費や出力に関して不利な開閉状態となる領域が生じるのを回避することができる。また、機関運転状態が成層燃焼領域と上記所定運転領域との間で移行する際、燃焼方式の切り換えと気流制御弁の切り換えとが所定間隔をおいて行われるため、燃焼方式と気流制御弁とが同時に切り換えられることに伴い内燃機関にショックが生じるのを抑制することができる。なお、燃焼方式及び気流制御弁の切り換えを所定間隔をおいて行う方法としては、例えば一方の切り換えが行われてから所定時間経過後に他方の切り換えを行うという方法を採用することができる。
また、成層燃焼運転時には燃焼室内のガスの流動状態が混合気の燃焼に影響を及ぼし易くなる。上記の構成によれば、機関運転状態が成層燃焼領域から上記所定運転領域に移行する際には、燃焼方式が成層燃焼から均質燃焼へと切り換えられてから気流制御弁の切り換えが行われるため、上記成層燃焼運転時に気流制御弁の開閉状態が不適切になることはない。また、機関運転状態が上記所定運転領域から成層燃焼領域に移行する際には、気流制御弁の切り換えが行われてから燃焼方式が均質燃焼から成層燃焼へと切り換えられるため、上記成層燃焼運転時に気流制御弁の開閉状態が不適切になることはない。従って、機関運転状態が成層燃焼運転から上記所定運転領域に移行する場合であれ、その逆であれ、成層燃焼運転時に気流制御弁の開閉状態が不適切になって燃焼室内のガスの流動状態が成層燃焼に相応しくないものになるのを回避することができる。
【００１６】
（２）請求項２に記載の発明は、機関運転状態に基づき燃焼方式を成層燃焼と均質燃焼との間で切り換える内燃機関に適用され、同機関の吸気通路に設けられた気流制御弁の開閉制御を通じて燃焼室内でのガスの流動状態を変更する内燃機関の制御装置において、機関運転状態が成層燃焼領域にあるときとは前記気流制御弁の開閉状態が異なるものになる所定運転領域について、これを均質燃焼領域内において前記成層燃焼領域と隣接するところに設定し、且つ機関運転状態が成層燃焼領域にあるときと前記気流制御弁の開閉状態が同じものになる特定運転領域について、これを均質燃焼領域内において前記所定運転領域と隣接するところに設定する設定手段と、機関運転状態が前記成層燃焼領域と前記所定運転領域との間で移行するときに前記燃焼方式の切り換えと前記開閉状態の切り換えとを所定の間隔をおいて行うとともに、機関運転状態が前記所定運転領域と前記特定運転領域との間で移行するときに前記燃焼方式の切り換えと前記開閉状態の切り換えとを前記所定の間隔をおくことなく行う制御手段とを備えることを要旨としている。
【００１７】
（３）請求項３に記載の発明は、機関運転状態に基づき燃焼方式を成層燃焼と均質燃焼との間で切り換える内燃機関に適用され、同機関の吸気通路に設けられた気流制御弁の開閉制御を通じて燃焼室内でのガスの流動状態を変更する内燃機関の制御装置において、機関運転状態が成層燃焼領域にあるときとは前記気流制御弁の開閉状態が異なる状態になる所定運転領域を、均質燃焼領域内に前記成層燃焼領域と隣接するように設定する設定手段と、機関運転状態が前記成層燃焼領域から前記所定運転領域に移行するときにまずは前記燃焼方式の切り換えを行い、この切り換えからの経過時間が予め設定された判定時間に達したことに基づいて前記開閉状態の切り換えを行う制御手段とを備えることを要旨としている。
【００１８】
（４）請求項４に記載の発明は、機関運転状態に基づき燃焼方式を成層燃焼と均質燃焼との間で切り換える内燃機関に適用され、同機関の吸気通路に設けられた気流制御弁の開閉制御を通じて燃焼室内でのガスの流動状態を変更する内燃機関の制御装置において、機関運転状態が成層燃焼領域にあるときとは前記気流制御弁の開閉状態が異なる状態になる所定運転領域を、均質燃焼領域内に前記成層燃焼領域と隣接するように設定する設定手段と、機関運転状態が前記所定運転領域から前記成層燃焼領域に移行するときにまずは前記開閉状態の切り換えを行い、この切り換えからの経過時間が予め設定された判定時間に達したことに基づいて前記燃焼方式の切り換えを行う制御手段とを備えることを要旨としている。
【００１９】
（５）請求項５に記載の発明は、機関運転状態に基づき燃焼方式を成層燃焼と均質燃焼との間で切り換える内燃機関に適用され、同機関の吸気通路に設けられた気流制御弁の開閉制御を通じて燃焼室内でのガスの流動状態を変更する内燃機関の制御装置において、機関運転状態が成層燃焼領域にあるときとは前記気流制御弁の開閉状態が異なる状態になる所定運転領域を、均質燃焼領域内に前記成層燃焼領域と隣接するように設定する設定手段と、機関運転状態が前記成層燃焼領域から前記所定運転領域に移行するときにまずは前記燃焼方式の切り換えを行い、この切り換えからの経過時間が予め設定された第１の判定時間に達したことに基づいて前記開閉状態の切り換えを行うとともに、機関運転状態が前記所定運転領域から前記成層燃焼領域に移行するときにまずは前記開閉状態の切り換えを行い、この切り換えからの経過時間が前記第１の判定時間とは異なる値として予め設定された第２の判定時間に達したことに基づいて前記燃焼方式の切り換えを行う制御手段とを備えることを要旨としている。
【００２０】
（６）請求項６に記載の発明は、請求項１〜５のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置において、前記内燃機関は成層燃焼を燃焼室内でのガス流の助けをかりることなく行うものであって、前記気流制御弁は成層燃焼領域で開弁されるとともに前記所定運転領域で閉弁されることを要旨としている。
上記の構成によれば、燃焼室内でのガス流の助けをかりることなく成層燃焼を行う内燃機関にあって、同機関の燃費や出力に関して不利になることなく、機関運転状態が成層燃焼領域と上記所定運転領域との間で移行する際のショックを抑制することができる。
【００２１】
（７）請求項７に記載の発明は、機関運転状態に基づき燃焼方式を成層燃焼と均質燃焼との間で切り換える内燃機関に適用され、同機関の吸気通路に設けられた気流制御弁の開閉制御を通じて燃焼室内でのガスの流動状態を変更する内燃機関の制御装置において、機関運転状態が成層燃焼領域にあるときとは前記気流制御弁の開閉状態が異なる状態になる所定運転領域を、均質燃焼領域内に前記成層燃焼領域と隣接するように設定する設定手段と、機関運転状態が前記成層燃焼領域と前記所定運転領域との間で移行する際に、前記燃焼方式の切り換えと前記気流制御弁の切り換えとを所定間隔をおいて行う制御手段とを備え、前記内燃機関は成層燃焼を燃焼室内でのガス流の助けをかりることなく行うものであって、前記気流制御弁は成層燃焼領域で開弁されるとともに前記所定運転領域で閉弁され、前記設定手段は、前記気流制御弁が開弁する別の運転領域を前記所定運転領域と隣接するように機関負荷及び機関回転数に基づき均質燃焼領域の高回転高負荷側に設定し、前記所定運転領域と前記別の運転領域との境界に対応する機関負荷及び機関回転数を前記気流制御弁の開弁時と閉弁時とで得られるトルクが等しくなる機関負荷及び機関回転数とするものであることを要旨としている。
【００２２】
上記の構成によれば、成層燃焼領域に対し上記所定運転領域を隣接させることにより同所定運転領域の縮小が回避され、この縮小に伴い成層燃焼領域と上記所定運転領域との間に気流制御弁が内燃機関の燃費や出力に関して不利な開閉状態となる領域が生じるのを回避することができる。また、機関運転状態が成層燃焼領域と上記所定運転領域との間で移行する際、燃焼方式の切り換えと気流制御弁の切り換えとが所定間隔をおいて行われるため、燃焼方式と気流制御弁とが同時に切り換えられることに伴い内燃機関にショックが生じるのを抑制することができる。
また、上記の構成によれば、内燃機関の高回転高負荷時には気流制御弁が開弁されるため、吸気抵抗の低減による機関出力の向上が図られる。また、機関運転状態が上記所定運転領域と上記特定運転領域との間で移行する際には気流制御弁が閉弁状態と開弁状態との間で変化する。しかし、上記所定運転領域と上記特定運転領域との境界に対応する機関負荷及び機関回転数は気流制御弁の開弁時と閉弁時とで得られるトルクが等しくなる値であるため、上記のように気流制御弁の開閉状態が変化する際にショックが発生するのを抑制することができる。
【００２３】
（８）請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の内燃機関の制御装置において、前記設定手段は、機関負荷を一定とした条件下で機関回転数を前記気流制御弁の閉弁時と開弁時とで得られるトルクが等しくなる値としたときの単位時間当たりの吸入空気量に基づき、その吸入空気量を得ることが可能な機関負荷及び機関回転数によって前記所定運転領域と前記別の運転領域との境界を設定することを要旨としている。
【００２４】
上記の構成によれば、少なくとも一度だけ上記単位時間当たりの吸入空気量を求めさえすれば、その吸入空気量が得られる機関負荷及び機関回転数を計算等によって算出し、これら算出される機関負荷及び機関回転数に基づき上記境界を簡単に設定することができる。
なお、上記単位時間値の吸入空気量を求めるために機関負荷を一定にする際には、内燃機関を全負荷で一定とすることが好ましい。これは、内燃機関は全負荷としたときに安定した状態となり、このときに正確に単位時間当たりの吸入空気量を検出することが可能になるためである。そして、正確な単位時間当たりの吸入空気量に基づき上記境界を設定することにより、この境界の設定を一層適切に行うことができるようになる。
【００２５】
（９）請求項９に記載の発明は、請求項１〜８のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置において、前記設定手段は、前記気流制御弁が開弁する運転領域である特定運転領域と前記気流制御弁が閉弁する前記所定運転領域とが互いに隣接する態様でこれら運転領域を前記均質燃焼領域内に設定し、且つ前記所定運転領域を前記成層燃焼領域と前記特定運転領域との間に設定することを要旨としている。
（１０）請求項１０に記載の発明は、請求項９に記載の内燃機関の制御装置において、前記設定手段は、機関負荷及び機関回転数により規定される運転領域上に前記成層燃焼領域及び前記所定運転領域及び前記特定運転領域のそれぞれを設定し、且つ低回転低負荷側に前記成層燃焼領域を設定し、且つ高回転高負荷側に前記特定運転領域を設定することを要旨としている。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を直列四気筒の自動車用直噴ガソリンエンジンに適用した一実施形態を図１〜図８に従って説明する。
【００２７】
図２に示すように、エンジン１１においては、そのピストン１２がコネクティングロッド１３を介してクランクシャフト１４に連結され、同ピストン１２の往復移動がコネクティングロッド１３によってクランクシャフト１４の回転へと変換される。クランクシャフト１４には複数の突起１４ｂを備えたシグナルロータ１４ａが取り付けられている。そして、シグナルロータ１４ａの側方には、クランクシャフト１４が回転する際に上記各突起１４ｂに対応してパルス状の信号を出力するクランクポジションセンサ１４ｃが設けられている。
【００２８】
エンジン１１の燃焼室１６には、吸気通路３２及び排気通路３３が接続されている。吸気通路３２において、その上流部分にはエンジン１１の吸入空気量を調整するためのスロットルバルブ２３が設けられている。このスロットルバルブ２３の開度は、アクセルペダル２５の踏込操作に応じてスロットル用モータ２４を駆動することによって調節される。即ち、アクセルペダル２５の踏込操作に応じて変化するアクセル踏込量がアクセルポジションセンサ２６によって検出され、この検出されるアクセル踏込量に応じてスロットル用モータ２４が制御されることによりスロットルバルブ２３の開度が調節される。また、吸気通路３２において、スロットルバルブ２３の下流側には吸気通路３２内の圧力（吸気圧）を検出するためのバキュームセンサ３６が設けられている。
【００２９】
エンジン１１には、燃焼室１６内に直接燃料を噴射供給して燃料と空気とからなる混合気を形成する燃料噴射弁４０と、燃焼室１６内の混合気に対して点火を行う点火プラグ４１とが設けられている。この点火プラグ４１による点火時期はイグナイタ４１ａによって制御される。そして、燃焼室１６内の混合気を点火して燃焼させると、ピストン１２が往復移動してクランクシャフト１４が回転し、エンジン１１が駆動されるようになる。また、燃焼室１６内で燃焼した後の混合気は排気として排気通路３３に送り出される。
【００３０】
次に、エンジン１１の吸気系の詳細構造について図１を参照して説明する。
エンジン１１の吸気通路３２は図１に示すように各気筒の燃焼室１６に接続される直前で二つに分岐されている。そして、一つの燃焼室１６には分岐後の二つの吸気通路３２がそれぞれ接続されている。また、これら吸気通路３２うちの一方には、燃焼室１６内におけるガスの流動状態を変更するための気流制御弁４８が設けられている。
【００３１】
気流制御弁４８は、吸気通路３２に生じる負圧を作動源とするアクチュエータ４９から延びるロッド５０と連結され、同アクチュエータ４９の作動に基づくロッド５０の伸縮によって開弁位置と閉弁位置との間で開閉動作する。そして、気流制御弁４８を開いた状態では上記燃焼室１６に接続された二つの吸気通路３２から燃焼室１６内に空気が供給され、気流制御弁４８を閉じた状態では一方の吸気通路３２のみから燃焼室１６内に空気が供給される。こうした気流制御弁４８の開閉動作は、燃焼室１６内におけるガスの流動状態を変更するために行われる。
【００３２】
一方、上記アクチュエータ４９においては、そのハウジング５１内を大気室５３と負圧室５４とに区画するための弾性体よりなるダイヤフラム５２と、同ダイヤフラム５２に連結されたロッド５０と、負圧室５４内に設けられてロッド５０の伸縮方向について弾性を有するコイルスプリング５５とを備えている。また、アクチュエータ４９において、その大気室５３はハウジング５１外と連通しており、負圧室５４は負圧通路５８を介してバキュームタンク５７に連通している。このバキュームタンク５７は、チェック弁５９ａが設けられた吸引通路５９を介して、エンジン１１の吸気通路３２におけるスロットルバルブ２３の下流側に連通している。上記チェック弁５９ａは吸気通路３２からバキュームタンク５７への空気の逆流を防ぐためのものであり、同チェック弁５９ａによりバキュームタンク５７内の圧力が大気圧よりも真空側の値に保持される。
【００３３】
また、上記負圧通路５８には、バキュームスイッチングバルブ（ＶＳＶ）６１が設けられている。このＶＳＶ６１は、電磁ソレノイド（図示せず）を備えている。そして、電磁ソレノイドに対する電圧印加を制御することでＶＳＶ６１が動作し、負圧室５４がバキュームタンク５７若しくは大気と連通されるようになる。そして、エンジン１１の運転中にＶＳＶ６１の動作により、負圧室５４がバキュームタンク５７と連通すると、同タンク５７内の負圧に基づき負圧室５４から空気が吸引される。これにより、ダイヤフラム５２がコイルスプリング５５を収縮させる方向に変位し、ロッド５０が収縮して気流制御弁４８が閉弁されるようになる。また、ＶＳＶ６１の動作により負圧室５４が大気と連通すると、コイルスプリング５５の付勢力によりダイヤフラム５２がロッド５０を伸長させる方向に変位し、気流制御弁４８開弁されるようになる。
【００３４】
次に、上記気流制御弁４８の開閉制御を通じて燃焼室１６内でのガスの流動状態を変更するとともに、エンジン１１の燃焼方式を成層燃焼と均質燃焼との間で切り換える切換制御を行う制御装置の電気的構成を図３に基づいて説明する。
【００３５】
この制御装置は、スロットル開度制御、燃料噴射制御、及び点火時期制御などエンジン１１の運転制御を行う電子制御ユニット（以下、ＥＣＵという）９２を備えている。このＥＣＵ９２は、ＲＯＭ９３、ＣＰＵ９４、ＲＡＭ９５及びバックアップＲＡＭ９６等を備える算術論理演算回路として構成されている。
【００３６】
ここで、ＲＯＭ９３は各種制御プログラムや、それら各種制御プログラムを実行する際に参照されるマップ等が記憶されたメモリであり、ＣＰＵ９４はＲＯＭ９３に記憶された各種制御プログラムやマップに基づいて演算処理を実行する。また、ＲＡＭ９５はＣＰＵ９４での演算結果や各センサから入力されたデータ等を一時的に記憶するメモリであり、バックアップＲＡＭ９６はエンジン１１の停止時にその保存すべきデータ等を記憶する不揮発性のメモリである。そして、ＲＯＭ９３、ＣＰＵ９４、ＲＡＭ９５及びバックアップＲＡＭ９６は、バス９７を介して互いに接続されるとともに、外部入力回路９８及び外部出力回路９９と接続されている。
【００３７】
外部入力回路９８には、クランクポジションセンサ１４ｃ、アクセルポジションセンサ２６、及びバキュームセンサ３６等が接続されている。一方、外部出力回路９９には、スロットル用モータ２４、燃料噴射弁４０、イグナイタ４１ａ、及びＶＳＶ６１等が接続されている。
【００３８】
上記ＥＣＵ９２は、クランクポジションセンサ１４ｃからの検出信号に基づきエンジン回転数ＮＥを求める。また、ＥＣＵ９２は、アクセルポジションセンサ２６からの検出信号に基づきアクセル踏込量ＡＣＣＰを求め、バキュームセンサ３６からの検出信号に基づき吸気圧ＰＭを求める。更に、ＥＣＵ９２は、最大機関負荷（全負荷）に対する現在の負荷割合を示す値である負荷率ＫＬを、エンジン回転数ＮＥ、及び、アクセル踏込量ＡＣＣＰや吸気圧ＰＭ等の吸入空気量に対応するパラメータに基づき算出する。
【００３９】
そして、ＥＣＵ９２は、エンジン回転数ＮＥや負荷率ＫＬ等の機関運転状態に応じてエンジン１１の燃焼方式を、燃料が空気に対して均等に混合された混合気を燃焼させる均質燃焼と、点火プラグ４１周りのみに可燃混合気を存在させた状態で同混合気を燃焼させる成層燃焼との間で切り換える。ここで、成層燃焼が行われるエンジン１１の運転領域（成層燃焼領域）と均質燃焼が行われるエンジン１１の運転領域（均質燃焼領域）とを図８に示す。
【００４０】
この図から分かるように、エンジン１１の運転状態が低回転低負荷領域（成層燃焼領域）にあるときには、混合気の空燃比を理論空燃比よりもリーンとすることが可能な成層燃焼を実行することにより、エンジン１１における燃費の改善が図られるようになる。また、エンジン１１の運転状態が上記低回転低負荷領域よりも高負荷側及び高回転側の領域（均質燃焼領域）にあるときには高出力を得ることが可能な均質燃焼を実行することにより、要求されるエンジン出力を得られるようにする。
【００４１】
この成層燃焼と均質燃焼との間の燃焼方式の切り換えは、ＥＣＵ９２を通じて設定される運転モードＭＯＤＥの値、例えば「０（成層燃焼）」、「１（均質燃焼）」のように設定される値に応じて行われる。即ち、ＥＣＵ９２は、エンジン回転数ＮＥ及び負荷率ＫＬが図８の成層燃焼領域にあるとき運転モードＭＯＤＥを「０（成層燃焼）」に設定し、「ＭＯＤＥ＝０」であることに基づき成層燃焼運転を実行する。また、ＥＣＵ９２は、エンジン回転数ＮＥ及び負荷率ＫＬが図８の均質燃焼領域にあるとき運転モードＭＯＤＥを「１（均質燃焼）」に設定し、「ＭＯＤＥ＝１」であることに基づき均質燃焼運転を実行する。
【００４２】
上記成層燃焼と上記均質燃焼とでは燃焼室１６内における混合気の形態が互いに異なるため、それぞれの燃焼方式に適した燃料噴射量、燃料噴射時期、点火時期、及びスロットル開度等も異なるものとなる。従って、ＥＣＵ９２は、実行中の燃焼方式に適した燃料噴射量、燃料噴射時期、点火時期、及びスロットル開度等が得られるよう、燃料噴射弁４０、イグナイタ４１ａ、及びスロットル用モータ２４等を制御する。また、燃焼方式が切り換えられる際にはエンジン１１の良好な運転を行う上で要求される燃料噴射量、燃料噴射時期、点火時期、及びスロットル開度等が変化する。そのため、ＥＣＵ９２は、燃焼方式が切り換えられるときには、燃料噴射量、燃料噴射時期、点火時期、及びスロットル開度等が要求される値へと切り換えられるよう、燃料噴射弁４０、イグナイタ４１ａ、及びスロットル用モータ２４等を制御する。
【００４３】
また、ＥＣＵ９２は、エンジン回転数ＮＥや負荷率ＫＬ等の機関運転状態に基づきＶＳＶ６１を制御して気流制御弁４８の開閉状態を変更する。即ち、ＥＣＵ９２は、エンジン回転数ＮＥ及び負荷率ＫＬが図８に示される成層燃焼領域、及び均質燃焼領域の高回転高負荷側に設定される均質開弁領域にあるときには、ＶＳＶ６１を制御して気流制御弁４８を開弁する。また、エンジン回転数ＮＥ及び負荷率ＫＬが上記均質燃焼領域内において成層燃焼領域及び均質開弁領域に隣接するよう設定される均質閉弁領域にあるときには、ＶＳＶ６１を制御して気流制御弁４８を閉弁する。
【００４４】
なお、こうした気流制御弁４８の開閉制御は、
・成層燃焼運転時には燃焼室１６内でのガス流の助けをかりることなく点火プラグ４１周りに可燃混合気が形成される。
【００４５】
・均質閉弁領域では、気流制御弁４８を閉弁することにより、燃焼室１６内に乱流を生じさせて空気と燃料との混合を促進させること、及び燃焼室１６内に吸入されるガスの流速を早めて吸気充填効率を向上させることが好ましい。
【００４６】
・均質燃焼領域において上記均質閉弁領域以外の領域では、気流制御弁４８を開弁することにより、可能な限り同弁４８の閉弁に伴う吸気抵抗の増大を抑制することが好ましい。
等の理由に基づいてのものである。
【００４７】
上記気流制御弁４８が開弁しているときと閉弁しているときとでは、燃焼室１６内でのガスの流動状態が互いに異なるものとなる。このガスの流動状態は混合気の燃焼に影響を及ぼすため、気流制御弁４８の開閉状態が切り換えられるときには、エンジン１１の良好な運転を行う上で要求される燃料噴射量、燃料噴射時期、点火時期、及びスロットル開度等も変化することとなる。ＥＣＵ９２は、気流制御弁４８が切り換えられるときにも、燃料噴射量、燃料噴射時期、点火時期、及びスロットル開度等が要求される値へと切り換えられるよう、燃料噴射弁４０、イグナイタ４１ａ、及びスロットル用モータ２４等を制御する。
【００４８】
図８に示される均質燃焼領域は、気流制御弁４８が閉弁する均質閉弁領域と同弁４８が開弁する開弁領域とに分けられている。そして、上記均質閉弁領域は成層燃焼領域に隣接しており、上記均質開弁領域は均質燃焼領域の高回転高負荷側に位置して均質閉弁領域と隣接している。また、均質閉弁領域及び均質開弁領域は、それらの境界に対応する負荷率ＫＬ及びエンジン回転数ＮＥが気流制御弁４８の閉弁時と開弁時とで得られるエンジントルクが等しくなる負荷率及びエンジン回転数となるよう設定されている。
【００４９】
上記均質閉弁領域と均質開弁領域との境界を設定する際には、まず、負荷率ＫＬを例えば最大機関負荷（全負荷）に対応した値で一定とした条件下で、エンジン回転数ＮＥを気流制御弁４８の閉弁時と開弁時とでエンジントルクが等しくなる値としたときの単位時間当たりの吸入空気量を求める。そして、求められた単位時間当たりの吸入空気量を得ることが可能な負荷率及びエンジン回転数を計算等によって算出し、これら算出される負荷率及びエンジン回転数に基づき上記境界が設定される。
【００５０】
このように均質閉弁領域及び均質開弁領域、並びにそれらの境界を設定することにより、負荷率ＫＬ及びエンジン回転数ＮＥ等の機関運転状態が均質閉弁領域と均質開弁領域との間で移行し、気流制御弁４８が閉弁状態と開弁状態との間で変化する際、ショックが発生するのを抑制することができる。
【００５１】
また、機関運転状態は均質閉弁領域と均質開弁領域との間で移行するだけでなく、成層燃焼領域と均質閉弁領域との間で移行することもある。その際には、エンジン１１の燃焼方式が成層燃焼と均質燃焼との間で切り換えられるとともに、気流制御弁４８も閉弁状態と開弁状態との間で切り換えられることとなる。
【００５２】
燃焼方式が上記のように切り換えられる際には、エンジン１１の良好な運転を行う上で要求される燃料噴射量、燃料噴射時期、点火時期、及びスロットル開度等が変化し、これに応じて燃料噴射弁４０、イグナイタ４１ａ、及びスロットル用モータ２４等が制御される際にショックが生じ易くなる。また、気流制御弁４８が上記のように切り換えられる際にも、エンジン１１の良好な運転を行う上で要求される燃料噴射量、燃料噴射時期、点火時期、及びスロットル開度等が変化し、これに応じて燃料噴射弁４０、イグナイタ４１ａ、及びスロットル用モータ２４等が制御される際にショックが生じ易くなる。
【００５３】
従って、機関運転状態が成層燃焼領域と均質閉弁領域との間で移行する際、燃焼方式の切り換えと気流制御弁４８の切り換えとが同時に行われると、要求される燃料噴射量、燃料噴射時期、点火時期、及びスロットル開度等が燃焼方式に応じて変化するだけでなく気流制御弁４８の開閉状態に応じても変化することから、それら燃料噴射量、燃料噴射時期、点火時期、及びスロットル開度等の制御態様によってはショックが生じるおそれがある。
【００５４】
そこで本実施形態では、機関運転状態が成層燃焼領域と均質閉弁領域との間で移行する際、燃焼方式の切り換えと気流制御弁４８の切り換えとを所定間隔をおいて行い、燃焼方式と気流制御弁４８とが同時に切り換えられることに伴いエンジン１１にショックが生じるのを抑制する。
【００５５】
次に、機関運転状態が成層燃焼領域から均質閉弁領域に移行するとき、及び均質閉弁領域から成層燃焼領域に移行するときにおける燃焼方式及び気流制御弁４８の切換制御の概要について、図６及び図７のタイムチャートを参照して説明する。
【００５６】
図６は、機関運転状態が成層燃焼領域から均質閉弁領域へと移行する場合のタイムチャートである。この場合、ＥＣＵ９２は、燃焼方式を成層燃焼から均質燃焼に切り換えてから所定時間経過後に、気流制御弁４８を開弁状態から閉弁状態へと切り換える。なお、上記所定時間としては、成層燃焼から均質燃焼への切り換えに伴う燃料噴射量、燃料噴射時期、点火時期、及びスロットル開度等の制御態様の変化に基づき、実際に燃料噴射量、燃料噴射時期、点火時期、及び吸入空気量等が変化するのに必要な時間を採用することができる。
【００５７】
ＥＣＵ９２は、負荷率ＫＬ及びエンジン回転数ＮＥが存在する運転領域が図６（ａ）に示されるように成層燃焼領域から均質閉弁領域へと変化すると、運転モードＭＯＤＥを図６（ｂ）に示すように「０（成層燃焼）」から「１（均質燃焼）」へと変化させ、燃焼方式を成層燃焼から均質燃焼へと切り換える。また、ＥＣＵ９２は、このときに上記燃焼方式の切り換えが行われてからの経過時間を計測するためのカウンタＣ１を図６（ｃ）に示すように「０」にリセットし、その後にカウンタＣ１の値を所定時間毎に「１」ずつ増加させる。
【００５８】
そして、燃焼方式が成層燃焼から均質燃焼へと切り換えられた後、図６（ｃ）に示すようにカウンタＣ１の値が上述した所定時間に対応した値である所定値ａよりも大きくなると、ＥＣＵ９２は、図６（ｄ）に示すように気流制御弁４８を開弁状態から閉弁状態へと変化させる。これにより、燃焼室１６に吸入される空気の流通面積が減少し、この吸入空気の流速が早められるとともに燃焼室１６内におけるガスの乱流が生じることとなる。こうした燃焼室１６内におけるガスの流動状態の変化は、燃焼方式の切り換えに伴い燃料噴射量、燃料噴射時期、点火時期、及び吸入空気量等が変化した後に生じるようになる。
【００５９】
また、図７は、機関運転状態が均質閉弁領域から成層燃焼領域へと移行する場合のタイムチャートである。この場合、ＥＣＵ９２は、気流制御弁４８を閉弁状態から開弁状態へと切り換えてから所定時間経過後に、燃焼方式を均質燃焼から成層燃焼に切り換える。なお、上記所定時間としては、気流制御弁４８の閉弁状態から開弁状態への切り換えに伴い燃焼室１６内のガスの流動状態が変化するのに必要な時間を採用することができる。
【００６０】
ＥＣＵ９２は、負荷率ＫＬ及びエンジン回転数ＮＥが存在する運転領域が図７（ａ）に示されるように均質閉弁領域から成層燃焼領域へと変化すると、ＶＳＶ６１を制御して気流制御弁４８を図７（ｄ）に示すように閉弁状態から開弁状態へと切り換える。また、ＥＣＵ９２は、このときに上記気流制御弁４８の切り換えが行われてからの経過時間を計測するためのカウンタＣ２を図７（ｃ）に示すように「０」にリセットし、その後にカウンタＣ２の値を所定時間毎に「１」ずつ増加させる。
【００６１】
そして、気流制御弁４８が閉弁状態から開弁状態へと切り換えられた後、図７（ｃ）に示すようにカウンタＣ２の値が上述した所定時間に対応した値である所定値ｂよりも大きくなると、ＥＣＵ９２は、図７（ｂ）に示すように運転モードを「１（均質燃焼）」から「０（成層燃焼）」へと切り換える。これにより、燃焼方式が均質燃焼から成層燃焼へと切り換えられ、燃料噴射量、燃料噴射時期、点火時期、スロットル開度等の制御態様が変化する。こうした制御態様の変化に伴う燃料噴射量、燃料噴射時期、点火時期、及び吸入空気量等の変化は、気流制御弁４８の閉弁状態から開弁状態の切り換えに伴い燃焼室１６内のガスの流動状態が変化した後に生じるようになる。
【００６２】
次に、気流制御弁４８の切換手順について、気流制御弁切換ルーチンを示す図４のフローチャートを参照して説明する。この気流制御弁切換ルーチンは、ＥＣＵ９２を通じて例えば所定時間毎の時間割り込みにて実行される。
【００６３】
気流制御弁切換ルーチンにおいて、ステップＳ１０１，Ｓ１０２の処理は、エンジン１１の運転状態が成層燃焼領域、均質閉弁領域、及び均質開弁領域のうちのいずれの運転領域にあるかを判断するためのものである。
【００６４】
即ち、ＥＣＵ９２は、ステップＳ１０１の処理でエンジン１１の運転状態が均質燃焼領域にあるか否かを判断し、ステップＳ１０２の処理で同運転状態が均質閉弁領域にあるか否かを判断する。
【００６５】
そして、同運転状態が成層燃焼領域や均質開弁領域にある場合には、ステップＳ１０１とステップＳ１０２とのいずれかで否定判定がなされ、ステップＳ１１１に進む。ＥＣＵ９２は、ステップＳ１１１の処理として気流制御弁４８の開弁を指示し、別のルーチンで気流制御弁４８が開弁状態となるようＶＳＶ６１を制御する。従って、エンジン１１の運転状態が成層燃焼領域や均質開弁領域にある場合には、それが他の運転領域から変化してきた直後の状態であるか否かに関係なく気流制御弁４８が開弁される。ステップＳ１１１の処理を実行した後には、後述するステップＳ１１０に進む。
【００６６】
また、エンジン１１の運転状態が均質閉弁領域にある場合には、上記ステップＳ１０１とステップＳ１０２との両方において肯定判定がなされ、ステップＳ１０３に進む。ステップＳ１０３以降の処理は、エンジン１１の運転状態が成層燃焼領域から均質閉弁領域に移行する際に、気流制御弁４８の開弁状態から閉弁状態への切り換えを、燃焼方式の成層燃焼から均質燃焼への切り換えに対し、所定時間だけ遅らせて実行するためのものである。
【００６７】
ＥＣＵ９２は、ステップＳ１０３の処理で、遅延フラグＦ１として「１（遅延中）」がＲＡＭ９５の所定領域に記憶されているか否かを判断する。この遅延フラグＦ１は、上述したように燃焼方式の切り換えに対し気流制御弁４８の切り換えが遅延中であるか否かを判断するためのものである。そのため、遅延フラグＦ１は、エンジン１１の運転状態が成層燃焼領域から均質閉弁領域に移行した時点から上記カウンタＣ１の値が所定値ａよりも大きくなって気流制御弁４８が閉弁状態に切り換えられるまでの間は「１（遅延中）」とされ、この切換後に「０（非遅延中）」とされる。
【００６８】
エンジン１１の運転状態が成層燃焼領域から均質閉弁領域に移行した後に最初にステップＳ１０３の処理が行われる際には、遅延フラグＦ１が「０（非遅延中）」であってステップＳ１０３で肯定判定がなされ、ステップＳ１０４に進む。ＥＣＵ９２は、ステップＳ１０４の処理で上記成層燃焼領域から均質閉弁領域への変化の直後か否かを判断し、否定判定であればステップＳ１０９の処理で気流制御弁４８の閉弁を指示する。従って、エンジン１１の運転状態が均質閉弁領域にある状態が継続されているときには、気流制御弁４８が上記指示に基づき閉弁状態とされるようになる。
【００６９】
また、上記ステップＳ１０４の処理において肯定判定がなされた場合には、ステップＳ１０５の処理で遅延フラグＦ１として「１（遅延中）」をＲＡＭ９５の所定領域に記憶し、ステップＳ１０６の処理でカウンタＣ１の値を「０」にリセットする。その後、ステップＳ１０７に進む。なお、上記ステップＳ１０５の処理で遅延フラグＦ１が「１（遅延中）」にされると、次回にステップＳ１０３の処理が実行される際には否定判定がなされ、直接ステップＳ１０７に進むようになる。このステップＳ１０７の処理として、ＥＣＵ９２は、カウンタＣ１の値を「１」だけ大きくする。
【００７０】
続いてＥＣＵ９２は、ステップＳ１０８の処理として、カウンタＣ１の値が所定値ａよりも大きいか否か、即ちエンジン１１の運転状態が成層燃焼領域から均質閉弁領域へと変化してから所定時間が経過したか否かを判断する。そして、「Ｃ１＞ａ」でなければ気流制御弁切換ルーチンを一旦終了し、「Ｃ１＞ａ」であればステップＳ１０９に進む。ＥＣＵ９２は、ステップＳ１０９の処理で気流制御弁４８の閉弁を指示し、ステップＳ１１０の処理で遅延フラグＦ１として「０（非遅延中）」をＲＡＭ９５の所定領域に記憶した後、この気流制御弁切換ルーチンを一旦終了する。
【００７１】
次に、燃焼方式の決定に係わる運転モードＭＯＤＥの切換手順について、運転モード切換ルーチンを示す図５のフローチャートを参照して説明する。なお、運転モード切換ルーチンは、ＥＣＵ９２を通じて例えば所定時間毎の時間割り込みにて実行される。
【００７２】
運転モード切換ルーチンにおいて、ＥＣＵ９２は、ステップＳ２０１の処理として、エンジン１１の運転状態が成層燃焼領域にあるか否かを判断する。そして、ステップＳ２０１で否定判定がなされると、ステップＳ２１０の処理で運転モードＭＯＤＥを「１（均質燃焼）」に設定した後、ステップ２０９に進む。ＥＣＵ９２は、運転モードＭＯＤＥが「１」に設定されることに基づき均質燃焼運転を実行し、燃料噴射量、燃料噴射時期、点火時期、及びスロットル開度等を均質燃焼に適したものへと制御する。
【００７３】
また、上記ステップＳ２０１で肯定判定がなされると、ステップＳ２０２に進む。ステップＳ２０２以降の処理は、エンジン１１の運転状態が均質閉弁領域から成層燃焼領域に以降する際、燃焼方式の均質燃焼から成層燃焼への切り換えを、気流制御弁４８の閉弁状態から開弁状態への切り換えに対し、所定時間だけ遅らせて実行するためのものである。
【００７４】
ＥＣＵ９２は、ステップＳ２０２の処理で、遅延フラグＦ２として「１（遅延中）」がＲＡＭ９５の所定領域に記憶されているか否かを判断する。この遅延フラグＦ２は、上述したように気流制御弁４８の切り換えに対し燃焼方式の切り替えが遅延中であるか否かを判断するためのものである。そのため、遅延フラグＦ２は、エンジン１１の運転状態が均質閉弁領域から成層燃焼領域に移行した時点から上記カウンタＣ２の値が所定値ｂよりも大きくなって燃焼方式が成層燃焼に切り換えられるまでの間は「１（遅延中）」とされ、この切換後に「０（非遅延中）」とされる。
【００７５】
エンジン１１の運転状態が均質閉弁領域から成層燃焼領域に移行した後に最初にステップＳ２０２の処理が行われる際には、遅延フラグＦ２が「０（非遅延中）」であってステップＳ２０２で肯定判定がなされ、ステップＳ２０３に進む。ＥＣＵ９２は、ステップＳ２０３の処理で上記均質閉弁領域から成層燃焼領域への変化の直後が否かを判断し、否定判定であればステップＳ２０８の処理で運転モードＭＯＤＥを「０（成層燃焼）」に設定する。従って、エンジン１１の運転状態が成層燃焼領域にある状態が継続されているときには、運転モードＭＯＤＥが「０（成層燃焼）」であることに基づき燃焼方式が成層燃焼とされるようになる。
【００７６】
また、上記ステップＳ２０３の処理において肯定判定がなされた場合には、ステップＳ２０４の処理で遅延フラグＦ２として「１（遅延中）」をＲＡＭ９５の所定領域に記憶し、ステップＳ２０５の処理でカウンタＣ２の値を「０」にリセットする。その後、ステップＳ２０６に進む。なお、上記ステップＳ２０４の処理で遅延フラグＦ２が「１（遅延中）」にされると、次回にステップＳ２０２の処理が実行される際には否定判定がなされ、直接ステップＳ２０６に進むようになる。このステップＳ２０６の処理として、ＥＣＵ９２は、カウンタＣ２の値を「１」だけ大きくする。
【００７７】
続いてＥＣＵ９２は、ステップＳ２０７の処理として、カウンタＣ２の値が所定値ｂよりも大きいか否か、即ちエンジン１１の運転状態が均質閉弁領域から成層燃焼領域へと変化してから所定時間が経過したか否かを判断する。そして、「Ｃ２＞ｂ」でなければ運転モード切換ルーチンを一旦終了し、「Ｃ２＞ｂ」であればステップＳ２０８に進む。ＥＣＵ９２は、ステップＳ２０８の処理で運転モードＭＯＤＥを「０（成層燃焼）」に設定し、ステップＳ２０９の処理で遅延フラグＦ２として「０（非遅延中）」をＲＡＭ９５の所定領域に記憶した後、運転モード切換ルーチンを一旦終了する。
【００７８】
以上詳述した本実施形態によれば、以下に示す効果が得られるようになる。
（１）均質燃焼領域において気流制御弁４８が閉弁される運転領域（均質閉弁領域）を成層燃焼領域に対し隣接させることにより、従来のように上記運転領域（均質閉弁領域）を成層燃焼領域から離して設定することに伴い同運転領域が縮小するのを回避し、この縮小に伴いエンジン１１の燃費や出力に関して不利になるのを回避することができる。また、エンジン１１の運転状態が成層燃焼領域と均質閉弁領域との間で移行する際、燃焼方式の切り換えと気流制御弁４８の切り換えとが所定間隔をおいて行われる。そのため、上記成層燃焼領域から均質閉弁領域への移行、若しくはその逆において、燃焼方式と気流制御弁４８とが同時に切り換えられることに伴いエンジン１１にショックが生じるのを抑制することができる。
【００７９】
（２）成層燃焼は点火プラグ４１周りに可燃混合気を存在させた状態で同混合気に対して点火を行うことにより実現するため、燃焼室１６内におけるガスの流動状態が混合気の燃焼に影響を及ぼし易くなる。そのため、成層燃焼運転時に気流制御弁４８の開閉状態が適正でないと、燃焼室１６内のガスの流動状態が混合気の燃焼に悪影響を及ぼすおそれがある。エンジン１１の運転状態が成層燃焼領域から均質閉弁領域に移行する際には、燃焼方式が成層燃焼から均質燃焼に切り換えられてから、気流制御弁４８が成層燃焼に適した開閉状態である開弁状態から閉弁状態へと切り換えられる。そのため、成層燃焼領域から均質閉弁領域に移行する際における成層燃焼運転時に、気流制御弁４８の開閉状態が成層燃焼にとって不適切な状態（閉弁状態）になることはない。また、エンジン１１の運転状態が均質閉弁領域から成層燃焼領域に移行する際には、気流制御弁４８が閉弁状態から成層燃焼運に適した開閉状態である開弁状態へと切り換えられてから、燃焼方式が均質燃焼から成層燃焼へと切り換えられる。そのため、均質閉弁領域から成層燃焼領域に移行する際における成層燃焼運転時にも、気流制御弁４８の開閉状態が成層燃焼にとって不適切な状態（閉弁状態）になることはない。従って、成層燃焼領域から均質閉弁領域へと移行する場合であれ、その逆であれ、それらの際の成層燃焼運転時に気流制御弁４８が不適切な状態（閉弁状態）になって、燃焼室１６内におけるガスの流動状態が成層燃焼に相応しくないものになるのを回避することができる。
【００８０】
（３）エンジン１１の運転状態が成層燃焼領域から均質閉弁領域へと移行する際、燃焼方式が切り換えられてから所定時間（所定値ａに対応）が経過した後に気流制御弁４８が切り換えられる。そして、上記所定時間としては、成層燃焼から均質燃焼への切り換えに伴う燃料噴射量、燃料噴射時期、点火時期、及びスロットル開度等の制御態様の変化に基づき、実際に燃料噴射量、燃料噴射時期、点火時期、及び吸入空気量等が変化するのに必要な時間が採用される。従って、気流制御弁４８が上記のように切り換えられる際に、同切り換えに基づきエンジン１１の良好な運転を行う上で要求される燃料噴射量、燃料噴射時期、点火時期、及びスロットル開度等が変化し、これに応じて燃料噴射弁４０、イグナイタ４１ａ、及びスロットル用モータ２４等が制御されるときにショックが生じるのを的確に抑制することができる。
【００８１】
（４）エンジン１１の運転状態が均質閉弁領域から成層燃焼領域へと移行する際、気流制御弁４８が切り換えられてから所定時間（所定値ｂに対応）が経過した後に燃焼方式が切り換えられる。そして、上記所定時間としては、気流制御弁４８の閉弁状態から開弁状態への切り換えに伴い燃焼室１６内のガスの流動状態が変化するのに必要な時間が採用される。従って、燃焼方式が上記のように切り換えられる際に、同切り換えに基づきエンジン１１の良好な運転を行う上で要求される燃料噴射量、燃料噴射量、燃料噴射時期、点火時期、及びスロットル開度等が変化し、これに応じて燃料噴射弁４０、イグナイタ４１ａ、スロットル用モータ２４等が制御されるときにショックが生じるのを的確に抑制することができる。
【００８２】
（５）均質燃焼領域において互いに隣接する均質閉弁領域と均質開弁領域は、それらの境界に対応する負荷率ＫＬ及びエンジン回転数ＮＥが気流制御弁４８の閉弁時と開弁時とで得られるエンジントルクが等しくなる負荷率及びエンジン回転数となるよう設定される。従って、エンジン１１の運転状態が均質閉弁領域と均質開弁領域との間で移行する際、気流制御弁４８が閉弁状態と開弁状態との間で変化しても、その際にショックが発生するのを抑制することができるようになる。また、エンジン１１の運転状態が高回転高負荷領域（均質開弁領域）にあるときには気流制御弁４８が開弁されるため、吸気抵抗が低減されることによるエンジン出力の向上が図られるようになる。
【００８３】
（６）上記境界は、負荷率ＫＬを一定とした条件下で、エンジン回転数ＮＥを気流制御弁４８の閉弁時と開弁時とでエンジントルクが等しくなる値としたときの単位時間当たりの吸入空気量を求め、この吸入空気量を得ることが可能な負荷率及びエンジン回転数を計算等によって算出し、これら負荷率及びエンジン回転数に基づき設定される。そのため、少なくとも一度だけ上記単位時間当たりの吸入空気量を求めさえすれば、その吸入空気量が得られる負荷率及びエンジン回転数を計算等によって算出し、これら負荷率及びエンジン回転数に基づき簡単に上記境界を設定することができる。
【００８４】
（７）また、上記単位時間当たりの吸入空気量を求めるために負荷率ＫＬを一定にする際には、負荷率ＫＬを最大機関負荷（全負荷）に対応した値で一定とした。エンジン１１においては、全負荷としたときに安定した運転状態となり、このときに正確に単位時間当たりの吸入空気量を検出することが可能になる。そのため、上記のように負荷率ＫＬを全負荷に対応した値で一定とした状態で求められる吸入空気量に基づき上記境界を設定することにより、この境界の設定を一層適切に行うことができるようになる。
【００８５】
なお、本実施形態は、例えば以下のように変更することもできる。
・均質閉弁領域と均質開弁領域との境界を設定するのに用いられる単位時間当たりの吸入空気量を求める際、負荷率ＫＬを最大機関負荷（全負荷）に対応する値で一定にしたが、必ずしもこのように負荷率ＫＬを一定にする必要はない。
【００８６】
・均質閉弁領域及び均質開弁領域は、それらの境界に対応する負荷率ＫＬ及びエンジン回転数ＮＥが気流制御弁４８の閉弁時と開弁時とでエンジントルクが等しくなる負荷率及びエンジン回転数となるよう設定されるが、必ずしもこうした領域の設定の仕方をする必要はない。
【００８７】
・エンジン１１の運転状態が成層燃焼領域と均質閉弁領域との間で移行する際の燃焼方式及び気流制御弁４８の切り換えの順番を適宜変更してもよい。
・成層燃焼領域で気流制御弁４８が閉弁され、この成層燃焼領域と隣接する運転領域で気流制御弁４８が開弁されるエンジンに本発明を適用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態の制御装置が適用されるエンジンの吸気系の構成を示す略図。
【図２】同エンジンの全体構成を示す略図。
【図３】上記制御装置の電気的構成を示すブロック図。
【図４】気流制御弁の切換手順を示すフローチャート。
【図５】運転モードの切換手順を示すフローチャート。
【図６】エンジンの運転状態が成層燃焼領域から均質閉弁領域に移行する際の運転領域、運転モードＭＯＤＥ、カウンタＣ１、気流制御弁の変化態様を示すタイムチャート。
【図７】エンジンの運転状態が均質閉弁領域から成層燃焼領域に移行する際の運転領域、運転モードＭＯＤＥ、カウンタＣ１、気流制御弁の変化態様を示すタイムチャート。
【図８】本実施形態の成層燃焼領域、均質燃焼領域、均質閉弁領域、及び均質開弁領域を示す図。
【図９】従来の成層燃焼領域、均質燃焼領域、及び気流制御弁が閉弁される運転領域を示す図。
【符号の説明】
１１…エンジン、１４ｃ…クランクポジションセンサ、１６…燃焼室、２３…スロットルバルブ、２４…スロットル用モータ、２５…アクセルペダル、２６…アクセルポジションセンサ、３２…吸気通路、３６…バキュームセンサ、４０…燃料噴射弁、４１…点火プラグ、４１ａ…イグナイタ、４８…気流制御弁、４９…アクチュエータ、５７…バキュームタンク、５８…負圧通路、５９…吸引通路、６１…バキュームスイッチングバルブ（ＶＳＶ）、９２…電子制御ユニット（ＥＣＵ）。９５ａ…チェック弁。
Claims (10)
- 機関運転状態に基づき燃焼方式を成層燃焼と均質燃焼との間で切り換える内燃機関に適用され、同機関の吸気通路に設けられた気流制御弁の開閉制御を通じて燃焼室内でのガスの流動状態を変更する内燃機関の制御装置において、
機関運転状態が成層燃焼領域にあるときとは前記気流制御弁の開閉状態が異なる状態になる所定運転領域を、均質燃焼領域内に前記成層燃焼領域と隣接するように設定する設定手段と、
機関運転状態が前記成層燃焼領域と前記所定運転領域との間で移行する際に、前記燃焼方式の切り換えと前記気流制御弁の開閉状態の切り換えとを所定の間隔をおいて行うとともに、機関運転状態が前記成層燃焼領域から前記所定運転領域に移行する際には燃焼方式を切り換えてから前記気流制御弁の開閉状態を切り換え、機関運転状態が前記所定運転領域から前記成層燃焼領域に移行する際には前記気流制御弁の開閉状態を切り換えてから燃焼方式を切り換える制御手段とを備える
ことを特徴とする内燃機関の制御装置。 - 機関運転状態に基づき燃焼方式を成層燃焼と均質燃焼との間で切り換える内燃機関に適用され、同機関の吸気通路に設けられた気流制御弁の開閉制御を通じて燃焼室内でのガスの流動状態を変更する内燃機関の制御装置において、
機関運転状態が成層燃焼領域にあるときとは前記気流制御弁の開閉状態が異なるものになる所定運転領域について、これを均質燃焼領域内において前記成層燃焼領域と隣接するところに設定し、且つ機関運転状態が成層燃焼領域にあるときと前記気流制御弁の開閉状態が同じものになる特定運転領域について、これを均質燃焼領域内において前記所定運転領域と隣接するところに設定する設定手段と、
機関運転状態が前記成層燃焼領域と前記所定運転領域との間で移行するときに前記燃焼方式の切り換えと前記開閉状態の切り換えとを所定の間隔をおいて行うとともに、機関運転状態が前記所定運転領域と前記特定運転領域との間で移行するときに前記燃焼方式の切り換えと前記開閉状態の切り換えとを前記所定の間隔をおくことなく行う制御手段とを備える
ことを特徴とする内燃機関の制御装置。 - 機関運転状態に基づき燃焼方式を成層燃焼と均質燃焼との間で切り換える内燃機関に適用され、同機関の吸気通路に設けられた気流制御弁の開閉制御を通じて燃焼室内でのガスの流動状態を変更する内燃機関の制御装置において、
機関運転状態が成層燃焼領域にあるときとは前記気流制御弁の開閉状態が異なる状態になる所定運転領域を、均質燃焼領域内に前記成層燃焼領域と隣接するように設定する設定手段と、
機関運転状態が前記成層燃焼領域から前記所定運転領域に移行するときにまずは前記燃焼方式の切り換えを行い、この切り換えからの経過時間が予め設定された判定時間に達したことに基づいて前記開閉状態の切り換えを行う制御手段とを備える
ことを特徴とする内燃機関の制御装置。 - 機関運転状態に基づき燃焼方式を成層燃焼と均質燃焼との間で切り換える内燃機関に適用され、同機関の吸気通路に設けられた気流制御弁の開閉制御を通じて燃焼室内でのガスの流動状態を変更する内燃機関の制御装置において、
機関運転状態が成層燃焼領域にあるときとは前記気流制御弁の開閉状態が異なる状態になる所定運転領域を、均質燃焼領域内に前記成層燃焼領域と隣接するように設定する設定手段と、
機関運転状態が前記所定運転領域から前記成層燃焼領域に移行するときにまずは前記開閉状態の切り換えを行い、この切り換えからの経過時間が予め設定された判定時間に達したことに基づいて前記燃焼方式の切り換えを行う制御手段とを備える
ことを特徴とする内燃機関の制御装置。 - 機関運転状態に基づき燃焼方式を成層燃焼と均質燃焼との間で切り換える内燃機関に適用され、同機関の吸気通路に設けられた気流制御弁の開閉制御を通じて燃焼室内でのガスの流動状態を変更する内燃機関の制御装置において、
機関運転状態が成層燃焼領域にあるときとは前記気流制御弁の開閉状態が異なる状態になる所定運転領域を、均質燃焼領域内に前記成層燃焼領域と隣接するように設定する設定手段と、
機関運転状態が前記成層燃焼領域から前記所定運転領域に移行するときにまずは前記燃焼方式の切り換えを行い、この切り換えからの経過時間が予め設定された第１の判定時間に達したことに基づいて前記開閉状態の切り換えを行うとともに、機関運転状態が前記所定運転領域から前記成層燃焼領域に移行するときにまずは前記開閉状態の切り換えを行い、この切り換えからの経過時間が前記第１の判定時間とは異なる値として予め設定された第２の判定時間に達したことに基づいて前記燃焼方式の切り換えを行う制御手段とを備える
ことを特徴とする内燃機関の制御装置。 - 請求項１〜５のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置において、
前記内燃機関は成層燃焼を燃焼室内でのガス流の助けをかりることなく行うものであって、前記気流制御弁は成層燃焼領域で開弁されるとともに前記所定運転領域で閉弁される
ことを特徴とする内燃機関の制御装置。 - 機関運転状態に基づき燃焼方式を成層燃焼と均質燃焼との間で切り換える内燃機関に適用され、同機関の吸気通路に設けられた気流制御弁の開閉制御を通じて燃焼室内でのガスの流動状態を変更する内燃機関の制御装置において、
機関運転状態が成層燃焼領域にあるときとは前記気流制御弁の開閉状態が異なる状態になる所定運転領域を、均質燃焼領域内に前記成層燃焼領域と隣接するように設定する設定手段と、
機関運転状態が前記成層燃焼領域と前記所定運転領域との間で移行する際に、前記燃焼方式の切り換えと前記気流制御弁の切り換えとを所定間隔をおいて行う制御手段とを備え、
前記内燃機関は成層燃焼を燃焼室内でのガス流の助けをかりることなく行うものであって、前記気流制御弁は成層燃焼領域で開弁されるとともに前記所定運転領域で閉弁され、
前記設定手段は、前記気流制御弁が開弁する別の運転領域を前記所定運転領域と隣接するように機関負荷及び機関回転数に基づき均質燃焼領域の高回転高負荷側に設定し、前記所定運転領域と前記別の運転領域との境界に対応する機関負荷及び機関回転数を前記気流制御弁の開弁時と閉弁時とで得られるトルクが等しくなる機関負荷及び機関回転数とするものである
ことを特徴とする内燃機関の制御装置。 - 請求項７に記載の内燃機関の制御装置において、
前記設定手段は、機関負荷を一定とした条件下で機関回転数を前記気流制御弁の閉弁時と開弁時とで得られるトルクが等しくなる値としたときの単位時間当たりの吸入空気量に基づき、その吸入空気量を得ることが可能な機関負荷及び機関回転数によって前記所定運転領域と前記別の運転領域との境界を設定する
ことを特徴とする内燃機関の制御装置。 - 請求項１〜８のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置において、
前記設定手段は、前記気流制御弁が開弁する運転領域である特定運転領域と前記気流制御弁が閉弁する前記所定運転領域とが互いに隣接する態様でこれら運転領域を前記均質燃焼領域内に設定し、且つ前記所定運転領域を前記成層燃焼領域と前記特定運転領域との間に設定する
ことを特徴とする内燃機関の制御装置。 - 請求項９に記載の内燃機関の制御装置において、
前記設定手段は、機関負荷及び機関回転数により規定される運転領域上に前記成層燃焼領域及び前記所定運転領域及び前記特定運転領域のそれぞれを設定し、且つ低回転低負荷側に前記成層燃焼領域を設定し、且つ高回転高負荷側に前記特定運転領域を設定する
ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
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