JP2006097603A

JP2006097603A - 内燃機関の制御装置

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Publication number: JP2006097603A
Application number: JP2004286043A
Authority: JP
Inventors: Fumito Chiba; 史人千葉
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2004-09-30
Filing date: 2004-09-30
Publication date: 2006-04-13
Anticipated expiration: 2024-09-30
Also published as: JP4518251B2

Abstract

【課題】運転時の実際の燃料消費率の悪化を防止することが可能な内燃機関の制御装置を提供すること。
【解決手段】この制御装置は、第１の運転方式（自着火運転方式）と第２の運転方式（火花点火運転方式）とに切り替えて運転することが可能な内燃機関に適用され、内燃機関が第１の運転方式により運転されている場合に、現時点における実際の燃料消費率SFCを算出する。そして、制御装置は、内燃機関の運転状態に応じて、この運転状態において第２の運転方式により運転した場合に得られるであろう基準燃料消費率SFCsiを取得する。次に、制御装置は、同算出した燃料消費率が同取得された基準燃料消費率より大きいときは、内燃機関の運転方式を第１の運転方式から第２の運転方式に切り替える（ステップ２３０）。これにより、実際の燃料消費率の悪化を防止することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、燃焼室内の混合ガスを燃焼させる方式を切り替えて運転することが可能な内燃機関の制御装置に関する。

従来から、燃焼室内に形成された混合ガスを燃焼させる方式である運転方式（例えば、自着火運転方式や火花点火運転方式）を切り替えて運転することが可能な内燃機関が知られている。このような内燃機関に適用される従来の制御装置は、予め定められた運転領域マップと内燃機関の運転状態とに基づいて運転方式を切り替えて同内燃機関を運転する（例えば、特許文献１を参照。）。
特開２００３−８３１１８号公報（図３及び図６乃至図８）

ところで、上記運転領域マップは内燃機関がより良好な燃料消費率にて運転されるように作成されている。即ち、所定の運転状態において各運転方式により内燃機関を運転し、すべての運転方式の中で最良の燃料消費率が得られた運転方式が同所定の運転状態の運転方式として定められている。

しかしながら、実際の燃料消費率は、吸気温度及び吸気圧力等の運転環境に依存して変化する。従って、上記運転領域マップを作成した際の運転環境とは異なる実際の運転環境においては、上記運転領域マップに基づいて選択された運転方式により内燃機関を運転しても実際の燃料消費率が最良とはならないことがある。即ち、上記従来の技術を用いると、実際の燃料消費率が良好でない運転方式であるにも関わらず同運転方式により内燃機関を運転する場合があり、この場合、実際の燃料消費率が悪化するという問題があった。

本発明は上述した課題に対処するためになされたものであって、その目的は、運転時の実際の燃料消費率の悪化を防止することが可能な内燃機関の制御装置を提供することにある。かかる目的を達成するため本発明による内燃機関の制御装置は、シリンダと、前記シリンダ内において往復動するピストンと、を備え、前記シリンダの壁面と前記ピストンの頂面とにより形成された燃焼室内の混合ガスを燃焼させる方式である運転方式を第１の運転方式と第２の運転方式とに切り替えて運転することが可能な内燃機関に適用される。

本発明による内燃機関の制御装置は、
前記内燃機関を前記第１の運転方式又は前記第２の運転方式により運転する運転制御手段と、
前記内燃機関の運転状態を取得する運転状態取得手段と、
前記内燃機関の運転状態と同内燃機関の燃料消費率の基準値である基準燃料消費率との関係を予め記憶する基準燃料消費率記憶手段を含み、同記憶された関係と前記取得された運転状態とに基づいて同取得された運転状態に応じた基準燃料消費率を取得する基準燃料消費率取得手段と、
現時点における実際の燃料消費率を算出する燃料消費率算出手段と、
前記内燃機関が前記第１の運転方式により運転されている場合に、前記算出された実際の燃料消費率が前記取得された基準燃料消費率より大きいときは、同内燃機関の運転方式を同第１の運転方式から前記第２の運転方式に切り替えるように前記運転制御手段に指示を与える運転方式切替制御手段と、
を備える。

これによれば、内燃機関が第１の運転方式により運転されている場合に、現時点における実際の燃料消費率が算出される。そして、同算出された燃料消費率が内燃機関の運転状態に応じて取得された基準燃料消費率より大きいときは、内燃機関の運転方式が第１の運転方式から第２の運転方式に切り替えられる。

これにより、第１の運転方式による運転時の実際の燃料消費率が基準燃料消費率より悪化しているときは、内燃機関が第２の運転方式により運転されるようになる。この結果、実際の燃料消費率が基準燃料消費率より大きい状態で、運転方式を切り替えることなく運転され続けることがないので、実際の燃料消費率の悪化を防止することができる。

この場合、前記基準燃料消費率は、前記内燃機関が前記第２の運転方式により運転されている場合における燃料消費率に基づいて設定されていることが好適である。

これによれば、第１の運転方式による運転時の実際の燃料消費率が、第２の運転方式による運転時の燃料消費率に基づいて設定された基準燃料消費率より大きくなると、運転方式が第２の運転方式に切り替えられるので、実際の燃料消費率をより確実に良好にすることができる。

この場合、前記燃料消費率算出手段は、
前記内燃機関が前記第１の運転方式により運転されている場合における、同内燃機関の運転状態と、前記燃焼室内の混合ガスが燃焼することにより前記ピストンに与える正味の生成エネルギーから同内燃機関の外部に取り出すことができる出力エネルギーを減じて得られる損失エネルギーと、の関係を予め記憶する損失エネルギー記憶手段と、
前記燃焼室内の圧力である筒内圧力を検出する筒内圧力検出手段と、
を含むとともに、
同内燃機関が同第１の運転方式により運転されている場合、前記取得された運転状態と同損失エネルギー記憶手段に記憶された関係とに基づいて現時点における損失エネルギーを取得し、更に、同筒内圧力検出手段により検出された筒内圧力に基づいて現時点における生成エネルギーを算出し、同算出された生成エネルギーから同取得された損失エネルギーを減じて得られるエネルギーに基づいて現時点における実際の燃料消費率を算出することが好適である。

これによれば、内燃機関が第１の運転方式により運転されている場合に、検出された筒内圧力に基づいて燃焼室内の混合ガスが燃焼することによりピストンに与える正味の生成エネルギーが算出される。これにより、第１の運転方式による運転時の実際の生成エネルギーを正確に求めることができる。更に、第１の運転方式による運転時の損失エネルギーが内燃機関の運転状態に応じて取得される。そして、算出された生成エネルギーと、取得された損失エネルギーと、に基づいて第１の運転方式による運転時の実際の燃料消費率が算出される。この結果、第１の運転方式による運転時の損失エネルギーを考慮して、より正確に燃料消費率を算出することができる。従って、運転方式が適切に選択される。

また、本発明による多気筒内燃機関の制御装置は、
空気を燃焼室内に供給するためにシリンダヘッドに形成された吸気ポートを開閉する吸気弁と、前記燃焼室内の燃焼ガスを同燃焼室から排出するためにシリンダヘッドに形成された排気ポートを開閉する排気弁と、を有する気筒を複数備えるとともに、前記燃焼室内の混合ガスを燃焼させる方式である運転方式を第１の運転方式と第２の運転方式とに前記気筒毎に独立して切り替えて運転することが可能な多気筒内燃機関に適用される。

本発明による多気筒内燃機関の制御装置は、
前記複数の気筒のうちの第１気筒の前記燃焼室内の圧力である第１筒内圧力を検出する第１筒内圧力検出手段と、
前記検出された第１筒内圧力に基づいて前記第１気筒の燃料消費率である第１燃料消費率を算出する第１燃料消費率算出手段と、
前記複数の気筒のうちの前記第１気筒と異なる第２気筒の前記燃焼室内の圧力である第２筒内圧力を検出する第２筒内圧力検出手段と、
前記検出された第２筒内圧力に基づいて前記第２気筒の燃料消費率である第２燃料消費率を算出する第２燃料消費率算出手段と、
所定の運転条件下において前記第１気筒を前記第１の運転方式により運転するとともに、前記第２気筒を前記第２の運転方式により運転し、前記算出された第１燃料消費率が前記算出された第２燃料消費率より大きいと判定したときは、その時点以降、前記複数の気筒のすべてを同第２の運転方式により運転する一方、同算出された第１燃料消費率が同算出された第２燃料消費率より小さいと判定したときは、その時点以降、同複数の気筒のすべてを同第１の運転方式により運転する多気筒運転制御手段と、
を備える。

これによれば、第１気筒において第１の運転方式による運転時の実際の燃料消費率が算出されるとともに、第２気筒において第２の運転方式による運転時の実際の燃料消費率が算出される。そして、同算出された２つの燃料消費率が比較され、その比較結果に基づいて燃料消費率が良好な気筒の運転方式によりすべての気筒が運転されるようになる。即ち、両運転方式による運転時の実際の燃料消費率に基づいて運転方式が切り替えられる。この結果、実際の燃料消費率を確実に良好にすることができる。

この場合、前記多気筒運転制御手段は、前記複数の気筒のすべてが前記第２の運転方式により運転されている全気筒第２運転方式運転状態において前記第２気筒の前記燃焼室内に導入される空気の量と、前記第１気筒が前記第１の運転方式により運転されているとともに同第２気筒が同第２の運転方式により運転されている複数方式運転状態において同第２気筒の同燃焼室内に導入される空気の量と、が等しくなるように、同全気筒第２運転方式運転状態における同第２気筒の前記吸気弁を開閉するタイミングと異なるタイミングにて同複数方式運転状態において同第２気筒の吸気弁を開閉することが好適である。

前述したように、本発明に係る多気筒内燃機関の制御装置は、第１気筒を第１の運転方式により運転するとともに、第２気筒を第２の運転方式により運転し、両気筒において算出された実際の燃料消費率に基づいて運転方式を選択する。従って、第１気筒が第１の運転方式により運転されているとともに第２気筒が第２の運転方式により運転されている複数方式運転状態における第２気筒の実際の燃料消費率は、すべての気筒が第２の運転方式により運転されている状態における同第２気筒の実際の燃料消費率と略一致している必要がある。

例えば、第１の運転方式が自着火運転方式であるとともに、第２の運転方式が火花点火運転方式である場合を考える。自着火運転方式による運転時は、燃焼室内に導入される空気の量が不足しないように、過給が行われる。このため、上記複数方式運転状態においても過給が行われるので、火花点火運転方式により運転される気筒においては、吸気弁を開閉するタイミングを変更しないと燃焼室内に導入される空気の量が過剰になり、実際の燃料消費率が、すべての気筒が第２の運転方式により運転されている状態における実際の燃料消費率と異なる燃料消費率になる。

これに対し、上記構成によれば、上記複数方式運転状態において第２気筒の燃焼室内に導入される空気の量を、すべての気筒が第２の運転方式により運転されている場合と近しい量に制御することができるようになる。これにより、上記複数方式運転状態における第２気筒の実際の燃料消費率をすべての気筒が第２の運転方式により運転されている場合の燃料消費率と近しい燃料消費率にすることができる。

（第１実施形態）
以下、本発明による内燃機関の制御装置の各実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は、第１実施形態に係る前記制御装置を４サイクル自着火運転方式と４サイクル火花点火運転方式とを切り替えて運転することが可能な多気筒（４気筒）内燃機関に適用したシステムの概略構成を示している。なお、図１は、特定気筒の断面のみを示しているが、他の気筒も同様な構成を備えている。

この内燃機関１０は、シリンダブロック、シリンダブロックロワーケース及びオイルパン等を含むシリンダブロック部２０と、シリンダブロック部２０の上に固定されるシリンダヘッド部３０と、シリンダブロック部２０に空気を供給するための吸気系統４０と、シリンダブロック部２０からの排ガスを外部に放出するための排気系統５０とを含んでいる。

シリンダブロック部２０は、シリンダ２１、ピストン２２、コンロッド２３及びクランク軸２４を含んでいる。ピストン２２はシリンダ２１内を往復動し、ピストン２２の往復動がコンロッド２３を介してクランク軸２４に伝達され、これにより同クランク軸２４が回転するようになっている。シリンダ２１とピストン２２のヘッドは、シリンダヘッド部３０とともに燃焼室２５を形成している。

シリンダヘッド部３０は、燃焼室２５に連通した吸気ポート３１、吸気ポート３１を開閉する吸気弁３２、吸気弁３２を駆動する吸気弁駆動手段としての吸気弁駆動機構３２ａ、燃焼室２５に連通した排気ポート３３、排気ポート３３を開閉する排気弁３４、排気弁３４を駆動する排気弁駆動手段としての排気弁駆動機構３４ａ、点火プラグ３５、点火プラグ３５に与える高電圧を発生させるイグニッションコイルを含むイグナイタ３６、燃料を燃焼室２５内に噴射するインジェクタ３７、インジェクタ３７に高圧燃料を供給する蓄圧室３７ａ及び燃料を蓄圧室３７ａへ圧送する燃料ポンプ３７ｂを備えている。吸気弁駆動機構３２ａ及び排気弁駆動機構３４ａは、駆動回路３８に接続されている。

吸気系統４０は、吸気ポート３１に連通したインテークマニホールド４１、インテークマニホールド４１に連通したサージタンク４２、サージタンク４２に一端が接続されインテークマニホールド４１及びサージタンク４２とともに吸気通路を形成する吸気ダクト４３、吸気ダクト４３の他端部から下流（サージタンク４２）に向けて順に吸気ダクト４３に配設されたエアフィルタ４４、機械式過給機４５、バイパス流量調整弁４６、インタークーラ４７、スロットル弁４８及びバイパス通路４９を備えている。

機械式過給機４５は、機械式過給機用クラッチ４５ａを備えている。機械式過給機用クラッチ４５ａは、駆動信号に応答して、機械式過給機４５を内燃機関１０によって機械的に駆動する状態（作動状態、即ち、過給状態）と、機械式過給機４５を内燃機関１０によって駆動しない状態（非作動状態、即ち、非過給状態）と、に切り替えるようになっている。

インタークーラ４７は水冷式であって、吸気ダクト４３を通過する空気を冷却するようになっている。インタークーラ４７は、インタークーラ４７内の冷却水の熱を大気中に放出するラジエタ４７ａと、インタークーラ４７とラジエタ４７ａの間で冷却水を循環させる循環ポンプ４７ｂとに接続されている。

スロットル弁４８は吸気ダクト４３に回転可能に支持され、スロットル弁アクチュエータ４８ａにより駆動されることにより吸気通路の開口断面積を可変とするようになっている。

バイパス通路４９の一端はバイパス流量調整弁４６と接続され、他端はインタークーラ４７とスロットル弁４８の間の位置にて吸気ダクト４３に接続されている。バイパス流量調整弁４６は、駆動信号に応答して図示しないバルブ開度を変更することにより、インタークーラ４７へ流入する空気量とインタークーラ４７をバイパスする空気量（バイパス通路４９へ流入する空気量）とを調整できるようになっている。

排気系統５０は、排気ポート３３に連通し同排気ポート３３とともに排気通路を形成するエキゾーストマニホールドを含む排気管５１及び排気管５１に配設された三元触媒装置５２を備えている。

一方、このシステムは、エアフローメータ６１、クランクポジションセンサ６２、筒内圧力検出手段としての筒内圧力センサ６３、アクセル開度センサ６４及び電気制御装置７０を備えている。エアフローメータ６１は吸気ダクト４３内を通流する空気の量を表す信号を出力するようになっている。クランクポジションセンサ６２は、クランク軸２４が１°回転する毎に幅狭のパルスを有するとともに同クランク軸２４が３６０°回転する毎に幅広のパルスを有する信号を出力するようになっている。この信号は、エンジン回転速度NEを表す。筒内圧力センサ６３は、燃焼室２５内の圧力（筒内圧力）Pcを表す信号を出力するようになっている。なお、筒内圧力センサ６３は燃焼室２５上部のシリンダヘッド部３０に設けてもよい。アクセル開度センサ６４は、運転者によって操作されるアクセルペダル６５の操作量Accpを表す信号を出力するようになっている。

電気制御装置７０は、互いにバスで接続されたＣＰＵ７１、ＣＰＵ７１が実行するプログラム、テーブル（ルックアップテーブル、マップ）、定数等を予め記憶したＲＯＭ７２、ＣＰＵ７１が必要に応じてデータを一時的に格納するＲＡＭ７３、電源が投入された状態でデータを格納するとともに同格納されたデータを電源が遮断されている間も保持するバックアップＲＡＭ７４及びＡＤコンバータを含むインターフェース７５等からなるマイクロコンピュータである。インターフェース７５は、上記センサ６１〜６４と接続され、ＣＰＵ７１にセンサ６１〜６４からの信号を供給するとともに、同ＣＰＵ７１の指示に応じてイグナイタ３６、インジェクタ３７、燃料ポンプ３７ｂ、駆動回路３８、機械式過給機用クラッチ４５ａ、バイパス流量調整弁４６及びスロットル弁アクチュエータ４８ａに駆動信号を送出するようになっている。

（作動の概要）
次に、上記のように構成された制御装置の作動の概要について説明する。この制御装置は、特定気筒（本例では、第１気筒）の筒内圧力センサ６３により検出された筒内圧力に基づいて燃焼室２５内の混合ガスが燃焼することによりピストン２２に与える正味の生成エネルギー（図示仕事量）を算出する。更に、制御装置は、現時点の運転方式及び内燃機関１０の運転状態に応じて損失エネルギーを取得する。そして、制御装置は、算出された生成エネルギーと取得された損失エネルギーとに基づいて第１気筒の現時点における実際の燃料消費率を算出する。

この制御装置は、上記算出された燃料消費率と予めＲＯＭ７２に記憶させていた現時点の運転方式と異なる他方の運転方式による運転時の燃料消費率に基づいた基準燃料消費率とを比較する。そして、制御装置は、算出された燃料消費率が上記基準燃料消費率より大きいとき（即ち、燃料消費率が悪化しているとき）は全気筒の運転方式を上記他方の運転方式に切り替える。

（作動の詳細）
以下、この制御装置の作動の詳細について説明する。電気制御装置７０のＣＰＵ７１は、図２にフローチャートにより示した運転方式制御ルーチンを所定時間の経過毎に繰り返し実行するようになっている。

従って、所定のタイミングになると、ＣＰＵ７１はステップ２００から処理を開始してステップ２０５に進み、現時点の負荷（本例では、アクセルペダル操作量Accp）及び現時点のエンジン回転速度NE（これらは内燃機関１０の運転状態を表す。）と、図３に示した運転領域マップと、に基づいて内燃機関１０の運転状態が自着火運転可能領域Ａ１にあるか否かを判定する。

図３に示したように、運転領域は、自着火運転可能領域Ａ１と火花点火運転領域Ａ２とからなる。自着火運転可能領域Ａ１は、全運転領域のうちの高負荷より小さい負荷の領域（軽負荷域又は中負荷域）且つ高回転より小さいエンジン回転速度の領域（低回転域又は中回転域）である。火花点火運転領域Ａ２は、自着火運転可能領域Ａ１よりも高負荷側の領域又は高回転側の領域である。ここで、自着火運転可能領域Ａ１は、自着火運転方式による運転と火花点火運転方式による運転とがいずれも可能な領域であり、運転時に発生する燃焼騒音が過大とならないことや失火が発生しないこと等に基づいて定められている。一方、火花点火運転領域Ａ２は、火花点火運転方式による運転のみが可能な領域である。

いま、内燃機関１０の運転状態が自着火運転可能領域Ａ１にあるとともに、内燃機関１０が自着火運転方式により運転されていると仮定して説明を続ける。この仮定に従えば、ＣＰＵ７１はステップ２０５にて「Ｙｅｓ」と判定し、ステップ２１０に進んで内燃機関１０が自着火運転方式により運転されているか否かを判定する。

上記仮定に従えば、内燃機関１０は自着火運転方式により運転されている。従って、ＣＰＵ７１はステップ２１０にて「Ｙｅｓ」と判定し、ステップ２１５に進んで第１気筒の現時点の運転サイクルが終了する時点まで待機する。この間に、ＣＰＵ７１は、後述する燃料消費率算出ルーチンにより第１気筒の現時点の運転サイクルの（実際の）燃料消費率SFCを算出する。ここで、燃料消費率は、消費される燃料量（消費燃料量）を内燃機関１０の外部に取り出すことができる出力エネルギーで除した値である。即ち、燃料消費率は、単位出力エネルギーあたりの消費燃料量を表す。

そして、ＣＰＵ７１は、ステップ２２０に進みアクセルペダル操作量Accp及びエンジン回転速度NEと火花点火運転方式による運転時の燃料消費率の基準値である基準火花点火燃料消費率SFCsiとの関係を規定するテーブルMapSFCsi、現時点のアクセルペダル操作量Accp及び現時点のエンジン回転速度NEに基づいて基準火花点火燃料消費率SFCsiを求める。

後述するように、実際の燃料消費率SFCが基準火花点火燃料消費率SFCsiより大きいときは内燃機関１０が火花点火運転方式により運転されるようになる。ところで、火花点火運転方式による運転に切り替えられた後の実際の燃料消費率は、実際の運転環境に依存して変動する。そこで、自着火運転方式による運転から火花点火運転方式による運転に切り替えることにより実際の燃料消費率がより確実に良好になるように、基準火花点火燃料消費率SFCsiは、理想的な環境に近い環境にて内燃機関１０を火花点火運転方式により運転することにより得られる燃料消費率よりわずかに大きな値に設定されている。なお、テーブルMapSFCsiを記憶しているＲＯＭ７２は基準燃料消費率記憶手段を構成している。更に、ステップ２２０の処理が実行されることは、基準燃料消費率取得手段の機能が達成されることに対応している。

次いで、ＣＰＵ７１は、ステップ２２５に進み後述する燃料消費率算出ルーチンにより算出された実際の（第１気筒の現時点の運転サイクルの）燃料消費率SFCが上記ステップ２２０にて求められた基準火花点火燃料消費率SFCsiより大きいか否かを判定する。

いま、第１気筒の現時点の運転サイクルにおいて着火時期が目標とする着火時期と相違すること等により実際の燃料消費率SFCが悪化し、同燃料消費率SFCが上記基準火花点火燃料消費率SFCsiより大きくなっていると仮定して説明を続ける。この場合、ＣＰＵ７１は、ステップ２２５にて「Ｙｅｓ」と判定し、ステップ２３０に進んで内燃機関１０の全気筒が火花点火運転方式により運転されるように内燃機関１０を制御する。

具体的に述べると、ＣＰＵ７１は、機械式過給機４５を内燃機関１０によって駆動しない状態（非作動状態）にするために、機械式過給機用クラッチ４５ａに対して駆動信号を送出する。これにより、機械式過給機４５が非作動状態となり内燃機関１０に過給は行われない。

更に、ＣＰＵ７１は、吸気弁３２及び排気弁３４の開閉タイミングや燃料噴射タイミングが図４に示したタイミングとなるように、適切なタイミングにてイグナイタ３６、インジェクタ３７及び駆動回路３８に駆動信号を送出する。以下、図４に示したタイミングを実現するためのＣＰＵ７１の作動をある特定の気筒に着目して具体的に述べる。

ＣＰＵ７１は、その気筒のクランク角が膨張下死点ＢＤＣ１前の所定のクランク角になったとき、駆動回路３８に駆動信号を送出してその気筒の排気弁駆動機構３４ａを駆動することにより排気弁３４を開弁させる。これにより、排気が開始する。次いで、ＣＰＵ７１は、その気筒のクランク角が排気上死点（膨張下死点ＢＤＣ１に続く上死点）ＴＤＣ１直前の所定のクランク角になったとき、駆動回路３８に駆動信号を送出してその気筒の吸気弁駆動機構３２ａを駆動することにより吸気弁３２を開弁させる。これにより、吸気が開始する。

その後、ＣＰＵ７１は、その気筒のクランク角が排気上死点ＴＤＣ１直後の所定のクランク角になったとき、駆動回路３８に駆動信号を送出してその気筒の排気弁駆動機構３４ａを駆動することにより排気弁３４を閉弁させる。これにより、排気が終了する。そして、ＣＰＵ７１は、後述する吸気が終了する時点においてその気筒の燃焼室２５内に導入されている空気量を推定し、推定した空気量と目標とする理論空燃比とから噴射燃料量Tinjを決定し、その気筒のインジェクタ３７に駆動信号を送出して噴射燃料量Tinjの燃料を噴射させる。これにより、燃焼室２５内に混合ガスが形成される。

次に、ＣＰＵ７１は、その気筒のクランク角が吸気下死点（排気上死点ＴＤＣ１に続く下死点）ＢＤＣ２直後の所定のクランク角になったとき、駆動回路３８に駆動信号を送出してその気筒の吸気弁駆動機構３２ａを駆動することにより吸気弁２２を閉弁させる。これにより、吸気が終了するとともに混合ガスの圧縮が開始する。その後、ＣＰＵ７１は、その気筒のクランク角が圧縮上死点（吸気下死点ＢＤＣ２に続く上死点）ＴＤＣ２近傍の所定のクランク角になったとき、その気筒のイグナイタ３６に駆動（点火）信号を送出し、燃焼室２５内に形成された混合ガスを点火する。これにより、火花点火による燃焼に伴うガスの膨張が始まる。

このようなＣＰＵ７１の作動により内燃機関１０が火花点火運転方式により運転される。このとき、内燃機関１０の運転状態に応じて定められる要求トルクを発生させるために必要とされる空気量が自然吸気により燃焼室２５内に導入されるように吸気弁３２が所定のタイミングにて開閉される。

なお、ステップ２３０の処理が実行されることは、内燃機関１０を自着火運転方式又は火花点火運転方式により運転する運転制御手段の機能の一部が達成されることに対応している。更に、ステップ２２５及びステップ２３０の処理が実行されることは、一方の運転方式（自着火運転方式又は火花点火運転方式）による運転時の実際の燃料消費率に基づいて内燃機関１０の運転方式を一方の運転方式から他方の運転方式に切り替えるように上記運転制御手段に指示を与える運転方式切替制御手段の機能が達成されることに対応している。
そして、ＣＰＵ７１は、ステップ２９９に進み本ルーチンを一旦終了する。

これにより、自着火運転方式による運転時の実際の燃料消費率SFCが基準火花点火燃料消費率SFCsiより大きいとき（悪化しているとき）は、内燃機関１０が火花点火運転方式により運転されるようになる。この結果、自着火運転方式による運転時の実際の燃料消費率SFCが基準火花点火燃料消費率SFCsiより大きい状態で、運転方式を切り替えることなく運転され続けることがないので、実際の燃料消費率の悪化を防止することができる。

一方、実際の燃料消費率SFCが上記基準火花点火燃料消費率SFCsiより小さいときには、ＣＰＵ７１は、ステップ２２５にて「Ｎｏ」と判定し、ステップ２９９に進んで本ルーチンを一旦終了する。これにより、自着火運転方式による運転が継続して行われる。

次に、内燃機関１０の運転状態が自着火運転可能領域Ａ１にあるとともに、内燃機関１０が火花点火運転方式により運転されていると仮定して説明を続ける。この仮定に従えば、ＣＰＵ７１はステップ２１０にて「Ｎｏ」と判定し、ステップ２５０に進んで第１気筒の現時点の運転サイクルが終了するまで待機する。この間に、ＣＰＵ７１は、後述する燃料消費率算出ルーチンにより第１気筒の現時点の運転サイクルの（実際の）燃料消費率SFCを算出する。

そして、ＣＰＵ７１は、ステップ２５５に進みアクセルペダル操作量Accp及びエンジン回転速度NEと自着火運転方式による運転時の燃料消費率の基準値である基準自着火燃料消費率SFChcciとの関係を規定するテーブルMapSFChcci、現時点のアクセルペダル操作量Accp及び現時点のエンジン回転速度NEに基づいて基準自着火燃料消費率SFChcciを求める。

後述するように、実際の燃料消費率SFCが基準自着火燃料消費率SFChcciより大きいときは内燃機関１０が自着火運転方式により運転されるようになる。ところで、自着火運転方式による運転に切り替えられた後の実際の燃料消費率は、実際の運転環境に依存して変動する。そこで、火花点火運転方式による運転から自着火運転方式による運転に切り替えることにより実際の燃料消費率がより確実に良好になるように、基準自着火燃料消費率SFChcciは、理想的な環境に近い環境にて内燃機関１０を自着火運転方式により運転することにより得られる燃料消費率よりわずかに大きな値に設定されている。なお、テーブルMapSFChcciを記憶しているＲＯＭ７２は基準燃料消費率記憶手段を構成している。更に、ステップ２５５の処理が実行されることは、基準燃料消費率取得手段の機能が達成されることに対応している。

次いで、ＣＰＵ７１は、ステップ２６０に進み後述する燃料消費率算出ルーチンにより算出された実際の燃料消費率SFCが上記ステップ２５５にて求められた基準自着火燃料消費率SFChcciより大きいか否かを判定する。

いま、第１気筒の現時点の運転サイクルにおいて燃焼室２５内に形成された混合ガスの空燃比が目標とする空燃比と相違すること等により実際の燃料消費率SFCが悪化し、同燃料消費率SFCが上記基準自着火燃料消費率SFChcciより大きくなっていると仮定して説明を続ける。この場合、ＣＰＵ７１は、ステップ２６０にて「Ｙｅｓ」と判定し、ステップ２６５に進んで内燃機関１０の全気筒が自着火運転方式により運転されるように内燃機関１０を制御する。

具体的に述べると、ＣＰＵ７１は、機械式過給機４５を内燃機関１０によって機械的に駆動する状態（作動状態）にするために、機械式過給機用クラッチ４５ａに対して駆動信号を送出する。これにより、機械式過給機４５が作動状態となり内燃機関１０に過給が行われる。

更に、ＣＰＵ７１は、吸気弁３２及び排気弁３４の開閉タイミングや燃料噴射タイミングが図５に示したタイミングとなるように、適切なタイミングにてインジェクタ３７及び駆動回路３８に駆動信号を送出する。以下、図５に示したタイミングを実現するためのＣＰＵ７１の作動をある特定の気筒に着目して具体的に述べる。

ＣＰＵ７１は、その気筒のクランク角が膨張下死点ＢＤＣ１前の所定のクランク角になったとき、駆動回路３８に駆動信号を送出してその気筒の排気弁駆動機構３４ａを駆動することにより排気弁３４を開弁させる。これにより、排気が開始する。次いで、ＣＰＵ７１は、その気筒のクランク角が排気上死点（膨張下死点ＢＤＣ１に続く上死点）ＴＤＣ１前の所定のクランク角になったとき、駆動回路３８に駆動信号を送出してその気筒の排気弁駆動機構３４ａを駆動することにより排気弁３４を閉弁させる。これにより、排気が終了する。

その後、ＣＰＵ７１は、その気筒のクランク角が排気上死点ＴＤＣ１後の所定のクランク角になったとき、駆動回路３８に駆動信号を送出してその気筒の吸気弁駆動機構３２ａを駆動することにより吸気弁３２を開弁させる。これにより、吸気が開始する。このように、排気が終了した時点から吸気が開始する時点までの期間である負のオーバーラップ期間が設けられている。この結果、燃焼室２５内に燃焼ガスが残留する。

次に、ＣＰＵ７１は、後述する吸気が終了する時点においてその気筒の燃焼室２５内に導入されている空気量を推定し、推定した空気量と理論空燃比よりもリーン側の目標とする空燃比とから噴射燃料量Tinjを決定し、その気筒のインジェクタ３７に駆動信号を送出して噴射燃料量Tinjの燃料を噴射させる。これにより、燃焼室２５内に混合ガスが形成される。そして、ＣＰＵ７１は、その気筒のクランク角が吸気下死点（排気上死点ＴＤＣ１に続く下死点）ＢＤＣ２近傍の所定のクランク角になったとき、駆動回路３８に駆動信号を送出してその気筒の吸気弁駆動機構３２ａを駆動することにより吸気弁２２を閉弁させる。これにより、吸気が終了するとともに混合ガスの圧縮が開始する。その後、圧縮された混合ガスは圧縮上死点（吸気下死点ＢＤＣ２に続く上死点）ＴＤＣ２近傍から自着火による燃焼を開始する。これにより、自着火による燃焼に伴うガスの膨張が始まる。

このようなＣＰＵ７１の作動によれば、内燃機関１０に過給が行われるとともに、燃焼室２５内に残留する燃焼ガスの量が増大する。これにより、圧縮上死点における燃焼室２５内の混合ガスの温度（圧縮端温度）が所定の温度以上となるので、内燃機関１０が自着火運転方式により運転される。なお、ステップ２６５の処理が実行されることは、上述した運転制御手段の機能の一部が達成されることに対応している。更に、ステップ２６０及びステップ２６５の処理が実行されることは、上述した運転方式切替制御手段の機能が達成されることに対応している。
そして、ＣＰＵ７１は、ステップ２９９に進み本ルーチンを一旦終了する。

これにより、火花点火運転方式による運転時の実際の燃料消費率SFCが基準自着火燃料消費率SFChcciより大きいとき（悪化しているとき）は、内燃機関１０が自着火運転方式により運転されるようになる。この結果、火花点火運転方式による運転時の実際の燃料消費率SFCが基準自着火燃料消費率SFChcciより大きい状態で、運転方式を切り替えることなく運転され続けることがないので、実際の燃料消費率の悪化を防止することができる。

一方、実際の燃料消費率SFCが上記基準自着火燃料消費率SFChcciより小さいときには、ＣＰＵ７１は、ステップ２６０にて「Ｎｏ」と判定し、ステップ２９９に進んで本ルーチンを一旦終了する。これにより、火花点火運転方式による運転が継続して行われる。

次に、内燃機関１０の運転状態が火花点火運転領域Ａ２にあると仮定して説明を続ける。この場合、ＣＰＵ７１は、ステップ２０５にて「Ｎｏ」と判定し、ステップ２８０に進んで内燃機関１０の全気筒が火花点火運転方式により運転されるように内燃機関１０を制御し、続くステップ２９９に進んで本ルーチンを一旦終了する。なお、ステップ２８０の処理が実行されることは、上述した運転制御手段の機能の一部が達成されることに対応している。

（燃料消費率算出）
更に、ＣＰＵ７１は、図６にフローチャートにより示した燃料消費率算出ルーチンを第１気筒のクランク角が所定のクランク角Δθ（本例では、１°）だけ増加する毎に繰り返し実行するようになっている。なお、燃料消費率算出ルーチンが実行されることは、燃料消費率算出手段の機能が達成されることに対応している。

従って、所定のタイミングになると、ＣＰＵ７１はステップ６００から処理を開始してステップ６０５に進み第１気筒の筒内圧力センサ６３により検出された筒内圧力Pcを読み込む。次に、ＣＰＵ７１は、ステップ６１０に進み第１気筒の現時点のクランク角に基づいて第１気筒の現時点の燃焼室２５内の容積（筒内容積）Vcを算出する。

次いで、ＣＰＵ７１はステップ６１５に進み筒内容積変化量ΔVcを上記ステップ６１０にて算出された筒内容積Vcと本ルーチンを前回実行した時に後述するステップ６２５にて設定されている過去の筒内容積Vcoldとの差に設定する。本ルーチンは、所定のクランク角Δθの増加毎に実行されているから、筒内容積変化量ΔVcには所定のクランク角Δθの増分に対する筒内容積の変化量が設定されることになる。

そして、ＣＰＵ７１は、ステップ６２０に進み、本ルーチンの前回の実行時に更新された現時点において最新の生成エネルギーＷｉに筒内圧力Pcと筒内容積変化量ΔVcとの積Pc・ΔVcを加えた値により、生成エネルギーＷｉを更新する。これにより、第１気筒において、クランク角が所定のクランク角Δθだけ増加する間に燃焼室２５内のガスがピストン２２に対してする仕事量が生成エネルギーＷｉに加算されていく。上記仕事量Pc・ΔVcは筒内容積変化量ΔVcが正の場合には正である。この場合、燃焼室２５内のガスがピストン２２に対して仕事をする。一方、同仕事量Pc・ΔVcは筒内容積変化量ΔVcが負の場合には負である。この場合、ピストン２２が燃焼室２５内のガスに対して仕事をする。

次に、ＣＰＵ７１はステップ６２５に進み本ルーチンの次回の実行時に使用される過去の筒内容積Vcoldとして本ルーチンの実行時の筒内容積Vcを設定する。その後、ＣＰＵ７１は、ステップ６３０に進み変数ｉの値を「１」だけ増大し、続くステップ６３５にて変数ｉの値が運転サイクルの１周期（本例では、７２０°）を所定のクランク角Δθ（本例では、１°）で除した１運転サイクルステップ数Ncycle（本例では、７２０）と等しいか否かを判定する。

いま、変数ｉの値が「１」であると仮定して説明を続ける。この場合、ＣＰＵ７１は、ステップ６３５にて「Ｎｏ」と判定し、直接ステップ６９９に進んで本ルーチンを一旦終了する。

本ルーチンについての以上の処理は、変数ｉの値が１運転サイクルステップ数Ncycleと等しくなるまで繰り返し実行される。この結果、第１気筒のクランク角が所定のクランク角Δθだけ増加する間にピストン２２に対してなされた仕事量Pc・ΔVcが時間的に連続してNcycle回加算されることになるので、運転サイクルの１周期の間に第１気筒のピストン２２に対してなされる仕事量の総和（正味の仕事量、図示仕事量、即ち、生成エネルギー）が求められることになる。

前述のステップ６３０が繰り返されることにより変数ｉの値が１運転サイクルステップ数Ncycleと等しくなると、ＣＰＵ７１は、ステップ６３５にて「Ｙｅｓ」と判定し、続くステップ６４０にて内燃機関１０が自着火運転方式により運転されているか否かを判定する。

いま、内燃機関１０が自着火運転方式により運転されていると仮定して説明を続ける。この場合、ＣＰＵ７１はステップ６４０にて「Ｙｅｓ」と判定し、ステップ６４５に進んでアクセルペダル操作量Accp及びエンジン回転速度NEと自着火運転方式による運転時の損失エネルギーである自着火損失エネルギーLEhcciとの関係を規定するテーブルMapLEhcci、現時点のアクセルペダル操作量Accp及び現時点のエンジン回転速度NEに基づいて自着火損失エネルギーLEhcciを求める。

ここで、自着火損失エネルギーLEhcciは内燃機関１０を自着火運転方式により運転する際に内燃機関１０自身が消費するエネルギーであって、主として、機械式過給機４５を駆動するために消費されるエネルギーと、ピストン２２の往復動をクランク軸２４に伝達するために生じる部材間の摩擦により消費されるエネルギーと、吸気弁駆動機構３２ａ及び排気弁駆動機構３４ａにより吸気弁３２及び排気弁３４を駆動するために消費されるエネルギーと、からなる。自着火損失エネルギーLEhcciは、内燃機関１０を自着火運転方式により運転した場合において、運転サイクルの１周期の間に燃焼室２５内の混合ガスが燃焼することによりピストン２２に与える気筒あたりの正味の生成エネルギーから同１周期の間に同内燃機関１０の外部に取り出すことができる気筒あたりの出力エネルギーを減じて得られた値に設定されている。なお、テーブルMapLEhcciを記憶しているＲＯＭ７２は損失エネルギー記憶手段を構成している。

そして、ＣＰＵ７１は、ステップ６５０に進み第１気筒の運転サイクルの１周期の間に生成される生成エネルギーＷｉから自着火損失エネルギーLEhcciを減じることにより第１気筒の運転サイクルの１周期の間に内燃機関１０の外部に取り出すことができる出力エネルギーＷを求める。次に、ＣＰＵ７１は、ステップ６５５に進み第１気筒の現時点の運転サイクルにおける噴射燃料量Tinjを上記ステップ６５０にて求めた出力エネルギーＷで除することにより実際の燃料消費率SFCを算出する。

次いで、ＣＰＵ７１は、ステップ６６０に進み変数ｉに「０」を設定するとともに生成エネルギーＷｉに「０」を設定する。これにより、本ルーチンの次回の実行時からは、現時点の運転サイクルの次の運転サイクルの生成エネルギーＷｉが算出され、同次の運転サイクルの燃料消費率が算出されるようになる。

そして、ＣＰＵ７１は、ステップ６９９に進み本ルーチンを一旦終了する。
これにより、内燃機関１０が自着火運転方式により運転されている場合において実際の燃料消費率SFCが算出される。

一方、内燃機関１０が火花点火運転方式により運転されていると仮定して説明を続ける。この場合、ＣＰＵ７１はステップ６４０にて「Ｎｏ」と判定し、ステップ６７０に進んでアクセルペダル操作量Accp及びエンジン回転速度NEと火花点火運転方式による運転時の損失エネルギーである火花点火損失エネルギーLEsiとの関係を規定するテーブルMapLEsi、現時点のアクセルペダル操作量Accp及び現時点のエンジン回転速度NEに基づいて火花点火損失エネルギーLEsiを求める。

ここで、火花点火損失エネルギーLEsiは内燃機関１０を火花点火運転方式により運転する際に内燃機関１０自身が消費するエネルギーであって、主として、ピストン２２の往復動をクランク軸２４に伝達するために生じる部材間の摩擦により消費されるエネルギーと、吸気弁駆動機構３２ａ及び排気弁駆動機構３４ａにより吸気弁３２及び排気弁３４を駆動するために消費されるエネルギーと、からなる。火花点火運転方式による運転時は機械式過給機４５を内燃機関１０によって駆動しないので、機械式過給機４５を駆動するために消費されるエネルギーを考慮する必要はない。火花点火損失エネルギーLEsiは、内燃機関１０を火花点火運転方式により運転した場合において、運転サイクルの１周期の間に燃焼室２５内の混合ガスが燃焼することによりピストン２２に与える気筒あたりの正味の生成エネルギーから同１周期の間に同内燃機関１０の外部に取り出すことができる気筒あたりの出力エネルギーを減じて得られた値に設定されている。なお、テーブルMapLEsiを記憶しているＲＯＭ７２は損失エネルギー記憶手段を構成している。

そして、ＣＰＵ７１は、ステップ６７５に進み運転サイクルの１周期の間に生成される生成エネルギーＷｉから火花点火損失エネルギーLEsiを減じることにより運転サイクルの１周期の間に内燃機関１０の外部に取り出すことができる出力エネルギーＷを求める。次に、ＣＰＵ７１は、上述の内燃機関１０が自着火運転方式により運転されている場合と同様に、ステップ６５５及びステップ６６０の処理を実行し、続くステップ６９９にて本ルーチンを一旦終了する。

これにより、内燃機関１０が火花点火運転方式により運転されている場合において実際の燃料消費率SFCが算出される。

以上説明したように、本発明による内燃機関の制御装置の第１実施形態は、内燃機関１０の現時点の（一方の）運転方式による運転時の実際の燃料消費率を算出する。そして、同算出された実際の燃料消費率が他方の運転方式による運転時の燃料消費率に基づいて設定された基準燃料消費率より大きいときは、内燃機関１０の運転方式を現時点の運転方式から他方の運転方式に切り替える。これにより、一方の運転方式による運転時の実際の燃料消費率が基準燃料消費率より悪化しているときは、内燃機関１０が同他方の運転方式により運転されるようになる。この結果、実際の燃料消費率を良好にすることができる。

更に、第１実施形態は、実際の燃料消費率を算出するにあたり検出された筒内圧力に基づいて燃焼室内の混合ガスが燃焼することによりピストンに与える正味の生成エネルギーを算出する。これにより、現時点における実際の生成エネルギーを正確に求めることができる。更に、第１実施形態は、現時点の運転方式と内燃機関の運転状態とに基づいて損失エネルギーを取得する。そして、第１実施形態は、算出された生成エネルギーと、取得された損失エネルギーと、に基づいて現時点における実際の燃料消費率を算出する。この結果、運転方式に応じた損失エネルギーを考慮して、より正確に燃料消費率を算出することができる。従って、運転方式が適切に選択される。

なお、上記第１実施形態においては、第１気筒のみにおいて燃料消費率を算出していたが、すべての気筒において燃料消費率を算出し各気筒において算出された燃料消費率を平均した値を用いてもよい。また、運転方式を切り替える時間間隔が所定の時間以上となるように構成しても良い。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係る内燃機関の制御装置について説明する。第２実施形態に係る前記制御装置は、第１気筒を含む第１気筒群を自着火運転方式により運転するとともに、第２気筒を含む第２気筒群を火花点火運転方式により運転する複数方式運転を行い、第１気筒及び第２気筒の実際の燃料消費率をそれぞれ算出し、同算出した燃料消費率に基づいて全気筒の運転方式を実際の燃料消費率が良好な気筒の運転方式に切り替える点において第１実施形態の制御装置と相違している。従って、以下、かかる相違点を中心として説明する。

第２実施形態に係る電気制御装置７０のＣＰＵ７１は、図７にフローチャートにより示した運転方式制御ルーチンを所定時間の経過毎に繰り返し実行するようになっている。

従って、所定のタイミングになると、ＣＰＵ７１はステップ７００から処理を開始してステップ７０５に進み、現時点の負荷（本例では、アクセルペダル操作量Accp）及び現時点のエンジン回転速度NE（これらは内燃機関１０の運転状態を表す。）と、図８に示した運転領域マップとに基づいて、内燃機関１０の運転状態が運転方式切替領域Ｂ１にあるか否かを判定する。

図８に示したように、運転領域は、運転方式切替領域Ｂ1と自着火運転領域Ｂ２と火花点火運転領域Ｂ３とからなる。自着火運転領域Ｂ２は、全運転領域のうちの高負荷より小さい負荷の領域（軽負荷域又は中負荷域）且つ高回転より小さいエンジン回転速度の領域（低回転域又は中回転域）である。火花点火運転領域Ｂ３は、自着火運転領域Ｂ２よりも高負荷側の領域又は高回転側の領域である。運転方式切替領域Ｂ1は、自着火運転領域Ｂ２と火花点火運転領域Ｂ３との間にて両領域にそれぞれ接するように設定されている。ここで、運転方式切替領域Ｂ1は、自着火運転方式による運転と火花点火運転方式による運転とがいずれも可能な領域である。

いま、内燃機関１０の運転状態が自着火運転領域Ｂ２にあると仮定して説明を続ける。この場合、ＣＰＵ７１はステップ７０５にて「Ｎｏ」と判定し、ステップ７１０に進んで内燃機関１０の運転状態が自着火運転領域Ｂ２にあるか否かを判定する。上記仮定によれば、ＣＰＵ７１はステップ７１０にて「Ｙｅｓ」と判定し、ステップ７１５に進んで内燃機関１０の全気筒が自着火運転方式により運転されるように内燃機関１０を制御する。

具体的に述べると、ＣＰＵ７１は、機械式過給機４５を内燃機関１０によって機械的に駆動する状態（作動状態）にするために、機械式過給機用クラッチ４５ａに対して駆動信号を送出する。これにより、機械式過給機４５が作動状態となり内燃機関１０に過給が行われる。なお、ステップ７１５を実行する時点において、機械式過給機４５が作動状態となっていれば、ＣＰＵ７１は機械式過給機用クラッチ４５ａに駆動信号を送出しない。

更に、ＣＰＵ７１は、吸気弁３２及び排気弁３４の開閉タイミングや燃料噴射タイミングが上述の図５に示したタイミングとなるように、適切なタイミングにてインジェクタ３７及び駆動回路３８に駆動信号を送出する。

このようなＣＰＵ７１の作動によれば、内燃機関１０に過給が行われ、内燃機関１０が自着火運転方式により運転される。
そして、ＣＰＵ７１は、ステップ７９９に進み本ルーチンを一旦終了する。

一方、内燃機関１０の運転状態が火花点火運転領域Ｂ３にあると仮定して説明を続ける。この場合、ＣＰＵ７１はステップ７１０にて「Ｎｏ」と判定し、ステップ７２０に進んで内燃機関１０の全気筒が火花点火運転方式により運転されるように内燃機関１０を制御する。

具体的に述べると、ＣＰＵ７１は、機械式過給機４５を内燃機関１０によって駆動しない状態（非作動状態）にするために、機械式過給機用クラッチ４５ａに対して駆動信号を送出する。これにより、機械式過給機４５が非作動状態となり内燃機関１０に過給は行われない。なお、ステップ７２０を実行する時点において、機械式過給機４５が非作動状態となっていれば、ＣＰＵ７１は機械式過給機用クラッチ４５ａに駆動信号を送出しない。

更に、ＣＰＵ７１は、吸気弁３２及び排気弁３４の開閉タイミングや燃料噴射タイミングが上述の図４に示したタイミングとなるように、適切なタイミングにてイグナイタ３６、インジェクタ３７及び駆動回路３８に駆動信号を送出する。

このようなＣＰＵ７１の作動により内燃機関１０が火花点火運転方式により運転される。このとき、内燃機関１０の運転状態に応じて定められる要求トルクを発生させるために必要とされる空気量が自然吸気により燃焼室２５内に導入されるように吸気弁３２が所定のタイミングにて開閉される。
そして、ＣＰＵ７１は、ステップ７９９に進み本ルーチンを一旦終了する。

次に、内燃機関１０の運転状態が運転方式切替領域Ｂ1にあると仮定して説明を続ける。この場合、ＣＰＵ７１はステップ７０５にて「Ｙｅｓ」と判定し、ステップ７５０に進んで運転方式切替領域Ｂ1内の運転方式を決定するため、図９のフローチャートに示したステップ９００に進む。

次に、ＣＰＵ７１は、ステップ９０５に進み、第１気筒及び第３気筒（第１気筒群）が自着火運転方式により運転されるとともに第２気筒及び第４気筒（第２気筒群）が火花点火運転方式により運転されるように、内燃機関１０を制御する。

具体的に述べると、ＣＰＵ７１は、機械式過給機４５を内燃機関１０によって機械的に駆動する状態（作動状態）にするために、機械式過給機用クラッチ４５ａに対して駆動信号を送出する。これにより、機械式過給機４５が作動状態となり内燃機関１０に過給が行われる。なお、ステップ９０５を実行する時点において、機械式過給機４５が作動状態となっていれば、ＣＰＵ７１は機械式過給機用クラッチ４５ａに駆動信号を送出しない。

更に、ＣＰＵ７１は、第１気筒群の吸気弁３２及び排気弁３４の開閉タイミングや燃料噴射タイミングが上述した全気筒が自着火運転方式により運転されている場合と同様の図５に示したタイミングとなるように、適切なタイミングにて各気筒のインジェクタ３７及び駆動回路３８に駆動信号を送出する。

一方、ＣＰＵ７１は、第２気筒群の吸気弁３２及び排気弁３４の開閉タイミングや燃料噴射タイミングが上述した全気筒が火花点火運転方式により運転されている場合（図４）と異なる図１０に示したタイミングとなるように、適切なタイミングにて各気筒のイグナイタ３６、インジェクタ３７及び駆動回路３８に駆動信号を送出する。なお、吸気弁３２及び排気弁３４の開閉タイミングは、内燃機関１０の運転状態に応じて定められる要求トルクを発生させるために必要とされる空気量が燃焼室２５内に導入されるように定められる。以下、図１０に示したタイミングを実現するためのＣＰＵ７１の作動を第２気筒群のある特定の気筒に着目して具体的に述べる。

次に、ＣＰＵ７１は、その気筒のクランク角が吸気下死点（排気上死点ＴＤＣ１に続く下死点）ＢＤＣ２と圧縮上死点（吸気下死点ＢＤＣ２に続く上死点）ＴＤＣ２の略中間の所定のクランク角になったとき、駆動回路３８に駆動信号を送出してその気筒の吸気弁駆動機構３２ａを駆動することにより吸気弁２２を閉弁させる。これにより、吸気が終了するとともに混合ガスの圧縮が開始する。その後、ＣＰＵ７１は、その気筒のクランク角が圧縮上死点ＴＤＣ２近傍の所定のクランク角になったとき、その気筒のイグナイタ３６に駆動（点火）信号を送出し、燃焼室２５内に形成された混合ガスを点火する。これにより、火花点火による燃焼に伴うガスの膨張が始まる。

このようなＣＰＵ７１の作動によれば、内燃機関１０に過給が行われるとともに、第１気筒及び第３気筒の燃焼室２５内に残留する燃焼ガスの量が増大する。これにより、圧縮上死点における第１気筒及び第３気筒の燃焼室２５内の混合ガスの温度（圧縮端温度）が所定の温度以上となるので、第１気筒及び第３気筒が自着火運転方式により運転される。

また、第２気筒及び第４気筒が火花点火運転方式により運転される。このとき、全気筒が火花点火運転方式により運転される場合に比較して吸気弁３２を閉弁するタイミングが遅角される。この理由は、吸気弁３２を閉弁するタイミングを変更しないと過給が行われているために過大な量の空気が燃焼室２５内に導入されてしまうからである。これにより、第１気筒及び第３気筒が自着火運転方式により運転されているとともに第２気筒及び第４気筒が火花点火運転方式により運転されている複数方式運転状態において第２気筒及び第４気筒の燃焼室２５内に導入される空気の量を、すべての気筒が火花点火運転方式により運転されている場合と近しい量に制御することができる。

再び図９を参照しながら説明を続けると、ＣＰＵ７１は、ステップ９１０にて第１気筒の現時点の運転サイクル及び第２気筒の現時点の運転サイクルのうち遅く終了する時点まで待機する。この間に、ＣＰＵ７１は、後述する燃料消費率算出ルーチンにより第１気筒の現時点の運転サイクルの燃料消費率SFC1と、第２気筒の現時点の運転サイクルの燃料消費率SFC2と、を算出する。次いで、ＣＰＵ７１は、ステップ９１５に進み第１気筒の燃料消費率SFC1が第２気筒の燃料消費率SFC2より大きいか否かを判定する。

いま、第１気筒の現時点の運転サイクルにおいて着火時期が目標とする着火時期と相違すること等により第１気筒の実際の燃料消費率SFC1が悪化し、同燃料消費率SFC1が第２気筒の実際の燃料消費率SFC2より大きくなっていると仮定して説明を続ける。この場合、ＣＰＵ７１は、ステップ９１５にて「Ｙｅｓ」と判定し、ステップ９２０に進んで内燃機関１０の全気筒が火花点火運転方式により運転されるように内燃機関１０を制御する。次に、ＣＰＵ７１は、ステップ９９９を経由して図７のステップ７９９に進み運転方式制御ルーチンを一旦終了する。なお、ステップ９０５、ステップ９１５及びステップ９２０の処理が実行されることは、第１気筒を自着火運転方式により運転するとともに第２気筒を火花点火運転方式により運転し、両気筒において算出された実際の燃料消費率に基づいて全気筒を適切な運転方式により運転する多気筒運転制御手段の機能の一部が達成されることに対応している。

一方、第２気筒の現時点の運転サイクルにおいて燃焼室２５内に形成された混合ガスの空燃比が目標とする空燃比と相違すること等により第２気筒の実際の燃料消費率SFC2が悪化し、同燃料消費率SFC2が第１気筒の実際の燃料消費率SFC1より大きくなっていると仮定して説明を続ける。この場合、ＣＰＵ７１は、ステップ９１５にて「Ｎｏ」と判定し、ステップ９２５に進んで内燃機関１０の全気筒が自着火運転方式により運転されるように内燃機関１０を制御する。次に、ＣＰＵ７１は、ステップ９９９を経由して図７のステップ７９９に進み運転方式制御ルーチンを一旦終了する。なお、ステップ９０５、ステップ９１５及びステップ９２５の処理が実行されることは、上述した多気筒運転制御手段の機能の一部が達成されることに対応している。

これにより、内燃機関１０の運転状態が運転方式切替領域Ｂ１にある場合には、第１気筒において自着火運転方式による運転時の実際の燃料消費率SFC1が算出されるとともに、第２気筒において火花点火運転方式による運転時の実際の燃料消費率SFC2が算出され、同算出された２つの燃料消費率の比較結果に基づいて燃料消費率が良好な気筒の運転方式により全気筒が運転される。

更に、ＣＰＵ７１は、第１気筒及び第２気筒においてそれぞれ燃料消費率を算出するため、上記第１実施形態と同一の図６にフローチャートにより示した燃料消費率算出ルーチンを両気筒に対してそれぞれ独立に実行するようになっている。従って、ＣＰＵ７１は、両気筒のクランク角がそれぞれ所定のクランク角Δθ（本例では、１°）だけ増加する毎に同ルーチンを繰り返し実行し、各気筒において運転サイクル毎の実際の燃料消費率（第１気筒の燃料消費率SFC1及び第２気筒の燃料消費率SFC2）を算出する。なお、第１気筒に対して燃料消費率算出ルーチンが実行されることは、第１燃料消費率算出手段の機能が達成されることに対応している。更に、第２気筒に対して燃料消費率算出ルーチンが実行されることは、第２燃料消費率算出手段の機能が達成されることに対応している。

以上説明したように、本発明による内燃機関の制御装置の第２実施形態は、内燃機関１０の運転状態が運転方式切替領域Ｂ１にある場合には、第１気筒群を自着火運転方式により運転するとともに、第２気筒群を火花点火運転方式により運転する。そして、第２実施形態は、第１気筒において自着火運転方式による運転時の実際の燃料消費率を算出するとともに、第２気筒において火花点火運転方式による運転時の実際の燃料消費率を算出する。更に、第２実施形態は、同算出された２つの燃料消費率を比較し、その比較結果に基づいて燃料消費率が良好な気筒の運転方式により全気筒を運転する。即ち、両運転方式による運転時の実際の燃料消費率に基づいて運転方式が切り替えられる。この結果、実際の燃料消費率を確実に良好にすることができる。

更に、第２実施形態は、すべての気筒が第２の運転方式により運転されている場合において吸気弁３２を閉弁させるタイミングと異なるタイミングにて、第１気筒群が自着火運転方式により運転されているとともに第２気筒群が火花点火運転方式により運転されている複数方式運転状態において第２気筒群の各気筒の吸気弁３２を閉弁させる。これにより、上記複数方式運転状態において第２気筒の燃焼室内に導入される空気の量を、すべての気筒が第２の運転方式により運転されている場合と近しい量に制御することができるようになる。この結果、上記複数方式運転状態における第２気筒の実際の燃料消費率をすべての気筒が第２の運転方式により運転されている場合の燃料消費率と近しい燃料消費率にすることができる。

なお、上記第２実施形態においては、第１気筒及び第２気筒のみにおいて燃料消費率を算出し同算出された燃料消費率を各運転方式による運転時の実際の燃料消費率としていたが、すべての気筒において燃料消費率を算出し各気筒において算出された燃料消費率を運転方式毎に平均し同平均された燃料消費率を各運転方式による運転時の実際の燃料消費率としてもよい。

また、３つ以上の複数の運転方式を切り替えて運転することが可能な内燃機関に適用される場合であって同複数の運転方式の運転領域が互いに近接する領域が存在する場合には、同複数の運転方式により同複数の各気筒をそれぞれ運転し、各運転方式による運転時の実際の燃料消費率を算出し、最良の燃料消費率となる気筒の運転方式によりすべての気筒を運転することとしてもよい。

なお、本発明は上記各実施形態に限定されることはなく、本発明の範囲内において種々の変形例を採用することができる。例えば、運転方式は、燃焼室内に形成される混合ガスが燃料濃度の高い領域と低い領域とを有した状態で燃焼する成層燃焼運転方式や同混合ガスが均一な燃料濃度を有した状態で燃焼する均質燃焼運転方式であってもよい。また、運転方式は、４サイクル運転方式や２サイクル運転方式であってもよい。

更に、上記各実施形態においては、燃料消費率を算出する期間を運転サイクルの１周期としていたが、運転サイクルの複数の周期に亘って燃料消費率を算出し同算出された燃料消費率を平均した値を用いてもよい。

本発明の第１実施形態に係る制御装置を自着火運転方式による運転と火花点火運転方式による運転とが可能な内燃機関に適用したシステムの概略構成図である。図１に示したＣＰＵが実行する運転方式を制御するためのルーチンを表すフローチャートである。図１に示したＣＰＵが図２のフローチャートを実行する際に参照する運転領域マップである。本発明の第１実施形態に係る内燃機関が火花点火運転方式により運転されている場合におけるある気筒の吸気弁及び排気弁の開閉タイミングと燃料噴射時期とを概念的に示した説明図である。本発明の第１実施形態に係る内燃機関が自着火運転方式により運転されている場合におけるある気筒の吸気弁及び排気弁の開閉タイミングと燃料噴射時期とを概念的に示した説明図である。図１に示したＣＰＵが実行する燃料消費率を算出するためのルーチンを表すフローチャートである。本発明の第２実施形態に係る内燃機関の制御装置のＣＰＵが実行する運転方式を制御するためのルーチンを表すフローチャートである。本発明の第２実施形態に係る内燃機関の制御装置のＣＰＵが図７のフローチャートを実行する際に参照する運転領域マップである。本発明の第２実施形態に係る内燃機関の制御装置のＣＰＵが実行する運転方式切替領域内において運転方式を制御するためのルーチンを表すフローチャートである。本発明の第２実施形態に係る内燃機関が複数の運転方式により運転されている場合における火花点火運転方式により運転されている気筒の吸気弁及び排気弁の開閉タイミングと燃料噴射時期とを概念的に示した説明図である。

符号の説明

１０…内燃機関、２１…シリンダ、２２…ピストン、２５…燃焼室、３２…吸気弁、３２ａ…吸気弁駆動機構、３４…排気弁、３４ａ…排気弁駆動機構、３６…イグナイタ、３７…インジェクタ、３８…駆動回路、４５…機械式過給機、４５ａ…機械式過給機用クラッチ、６２…クランクポジションセンサ、６３…筒内圧力センサ、６４…アクセル開度センサ、６５…アクセルペダル、７１…ＣＰＵ、７２…ＲＯＭ。

Claims

シリンダと、前記シリンダ内において往復動するピストンと、を備え、前記シリンダの壁面と前記ピストンの頂面とにより形成された燃焼室内の混合ガスを燃焼させる方式である運転方式を第１の運転方式と第２の運転方式とに切り替えて運転することが可能な内燃機関の制御装置であって、
前記内燃機関を前記第１の運転方式又は前記第２の運転方式により運転する運転制御手段と、
前記内燃機関の運転状態を取得する運転状態取得手段と、
前記内燃機関の運転状態と同内燃機関の燃料消費率の基準値である基準燃料消費率との関係を予め記憶する基準燃料消費率記憶手段を含み、同記憶された関係と前記取得された運転状態とに基づいて同取得された運転状態に応じた基準燃料消費率を取得する基準燃料消費率取得手段と、
現時点における実際の燃料消費率を算出する燃料消費率算出手段と、
前記内燃機関が前記第１の運転方式により運転されている場合に、前記算出された実際の燃料消費率が前記取得された基準燃料消費率より大きいときは、同内燃機関の運転方式を同第１の運転方式から前記第２の運転方式に切り替えるように前記運転制御手段に指示を与える運転方式切替制御手段と、
を備える内燃機関の制御装置。
請求項１に記載の内燃機関の制御装置において、
前記基準燃料消費率は、前記内燃機関が前記第２の運転方式により運転されている場合における燃料消費率に基づいて設定されている内燃機関の制御装置。
請求項１又は請求項２に記載の内燃機関の制御装置であって、
前記燃料消費率算出手段は、
前記内燃機関が前記第１の運転方式により運転されている場合における、同内燃機関の運転状態と、前記燃焼室内の混合ガスが燃焼することにより前記ピストンに与える正味の生成エネルギーから同内燃機関の外部に取り出すことができる出力エネルギーを減じて得られる損失エネルギーと、の関係を予め記憶する損失エネルギー記憶手段と、
前記燃焼室内の圧力である筒内圧力を検出する筒内圧力検出手段と、
を含むとともに、
同内燃機関が同第１の運転方式により運転されている場合、前記取得された運転状態と同損失エネルギー記憶手段に記憶された関係とに基づいて現時点における損失エネルギーを取得し、更に、同筒内圧力検出手段により検出された筒内圧力に基づいて現時点における生成エネルギーを算出し、同算出された生成エネルギーから同取得された損失エネルギーを減じて得られるエネルギーに基づいて現時点における実際の燃料消費率を算出する内燃機関の制御装置。
空気を燃焼室内に供給するためにシリンダヘッドに形成された吸気ポートを開閉する吸気弁と、前記燃焼室内の燃焼ガスを同燃焼室から排出するためにシリンダヘッドに形成された排気ポートを開閉する排気弁と、を有する気筒を複数備えるとともに、前記燃焼室内の混合ガスを燃焼させる方式である運転方式を第１の運転方式と第２の運転方式とに前記気筒毎に独立して切り替えて運転することが可能な多気筒内燃機関の制御装置であって、
前記複数の気筒のうちの第１気筒の前記燃焼室内の圧力である第１筒内圧力を検出する第１筒内圧力検出手段と、
前記検出された第１筒内圧力に基づいて前記第１気筒の燃料消費率である第１燃料消費率を算出する第１燃料消費率算出手段と、
前記複数の気筒のうちの前記第１気筒と異なる第２気筒の前記燃焼室内の圧力である第２筒内圧力を検出する第２筒内圧力検出手段と、
前記検出された第２筒内圧力に基づいて前記第２気筒の燃料消費率である第２燃料消費率を算出する第２燃料消費率算出手段と、
所定の運転条件下において前記第１気筒を前記第１の運転方式により運転するとともに、前記第２気筒を前記第２の運転方式により運転し、前記算出された第１燃料消費率が前記算出された第２燃料消費率より大きいと判定したときは、その時点以降、前記複数の気筒のすべてを同第２の運転方式により運転する一方、同算出された第１燃料消費率が同算出された第２燃料消費率より小さいと判定したときは、その時点以降、同複数の気筒のすべてを同第１の運転方式により運転する多気筒運転制御手段と、
を備える多気筒内燃機関の制御装置。
請求項４に記載の多気筒内燃機関の制御装置であって、
前記多気筒運転制御手段は、前記複数の気筒のすべてが前記第２の運転方式により運転されている全気筒第２運転方式運転状態において前記第２気筒の前記燃焼室内に導入される空気の量と、前記第１気筒が前記第１の運転方式により運転されているとともに同第２気筒が同第２の運転方式により運転されている複数方式運転状態において同第２気筒の同燃焼室内に導入される空気の量と、が等しくなるように、同全気筒第２運転方式運転状態における同第２気筒の前記吸気弁を開閉するタイミングと異なるタイミングにて同複数方式運転状態において同第２気筒の吸気弁を開閉する多気筒内燃機関の制御装置。