JP2008069785A - エンジン・システム及びエンジンの制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】SIモードとHCCIモードとの間の運転モードの遷移の際の不具合の発生を低減しながら、遷移のロバスト性及び再現性を高めるエンジンの制御方法を提供する。
【解決手段】火花点火（SI）モードから予混合圧縮着火（HCCI）モードへの遷移の際には、まず、遷移の前のSIモードにおいて、吸気バルブ５２の開期間と排気バルブ５４の開期間との間に所定のオーバーラップを持たせて運転し、遷移要求に応じてネガティブ・オーバーラップに切換えるとともに、吸気バルブ５２の開タイミングと閉タイミングとを互いに異なる量だけ遅角させ、且つ点火時期をリタードする。その後、ネガティブ・オーバーラップを更に増大させて、予混合圧縮着火モードを実行する。
【選択図】 図４

Description

本発明はエンジン・システム及びエンジンの制御方法に関連し、より詳細には、予混合圧縮着火モードと火花点火モードとの二つの運転モードを備えたエンジン・システム及び、その運転モードの切り替え方法に関連する。

内燃機関（エンジン）を有する自動車は、一回のドライブ・サイクルの間、様々な状態で走行するので、エンジンは、その運転条件に基づいて複数のモードの間で運転状態を変えることにより、各運転モードの種々のメリットを達成するように構成される場合がある。例えば、エンジンは、ある運転条件においては、火花点火（spark ignition: SI）モードに比較して優れた燃料経済性、及び/又は、エミッションの低減を達成すべく、予混合圧縮着火（homogeneous charge compression ignition: HCCI）モードで運転される場合がある。また、安定したHCCIモードの燃焼を達成するのが難しい運転条件においては、SIモードが選択的に採用される場合がある。このようにして、エンジンは、運転条件に応じてSIモードとHCCIモードとの間を選択的に遷移するように構成され得る。

しかしながら、或る運転状態では、SIモードとHCCIモードとの間の遷移を適切に実行するのが難しくなることがある。例えば、SIモードは、外気温度の空気及び燃料の初期充填を使用するが、HCCIモードでは、それよりも大幅に高い温度の空気及び燃料を必要とし、これら二つのモード間の違いによって、トルク変動、NVH（noise and vibration harshness）、早期着火、及び/又はノッキングのような、望ましくない現象が起こり得る。したがって、種々の制御技術が、これら二つの運転モードの間の遷移状態を改良することを目的として、なされてきた。

取り組みの一つにおいて、特許文献１に記述されているように、均一混合気の火花点火燃焼と、圧縮自着火燃焼との間の燃焼切り替えが、吸気バルブと排気バルブのタイミングを変えることによって、それらの中間に成層リーン火花点火燃焼モードを介在させて、達成される。
米国特許６,３３６,４３６号明細書

しかしながら、この取り組みには幾つかの不利点が存在する。具体的には、上述の取り組みにおいては、均一SIモードとHCCIモードとの間の遷移を適切に行うために、それらの中間にて成層燃焼モードが使用されるが、それは、少なくとも幾つかの条件下においては遷移期間の長期化、トルク変動の可能性、及び/又は、効率の悪化をもたらし得る。

また、吸気バルブと排気バルブの夫々のタイミングは、機械的な可変バルブ作動機構によって変えられるが、そのことは遷移に対応する吸気バルブ及び排気バルブの変更度合いを制限し、ひいては点火時期のような他のエンジン制御についても制限することになる。

ここに記述する本発明による取り組みにおいて、上述の問題は、以下のようなエンジン制御方法によって対処され得る。この制御方法は、少なくとも一つの電動吸気バルブ及び少なくとも一つの排気バルブを有する気筒の一つを、火花点火モードから予混合圧縮着火モードに遷移させる、エンジンの制御方法において、上記遷移の前に、上記火花点火モードにおいて、上記吸気バルブの開期間と上記排気バルブの開期間との間に所定のオーバーラップを持たせて運転する工程と、遷移要求に応じて、上記吸気バルブの開期間と上記排気バルブの開期間との間に所定のネガティブ・オーバーラップを持たせて運転するとともに、上記吸気バルブの開タイミングと閉タイミングとを互いに異なる量だけ遅角させ、且つ、点火時期を遅角させる工程と、上記ネガティブ・オーバーラップを増大させて、上記予混合圧縮着火モードを実行する工程と、を有するエンジンの制御方法である。

そのような方法により、均一SIモードとHCCIモードとの間の遷移状態を、中間の成層モードを必要とすることなく、改良することができる。なお、必要に応じて、そのような中間モードを使用しても良い。

エンジンの燃焼モードの遷移には、バルブ・タイミング、及び/又は、点火時期の種々の調整を利用し得る。後に詳述するように、取り組みの一例において、運転モードの切換の間に、バルブ・オーバーラップ、及び/又は、吸気バルブと排気バルブとの相対的な期間及びタイミングが、モード遷移の改良のために使用され得る。さらに、上記のバルブ・タイミングの調整と協調される点火時期の調整が、モード遷移の更なる改良のために使用され得る。

具体的に、それらは、運転状態がHCCIモードに先立って調整されるとき、SIモードからHCCIモードへの遷移の間、ノッキング、及び/又はトルク変動を低減するために使用され得る。例えば、初期充填（すなわち、初期に充填される空気、及び/又は、燃料の混合気）の温度は、吸気加熱、及び/又はEGR増量等によって高くなり、それによって、ノッキングが発生する可能性が高くなる場合がある。そのような場合は、点火時期が遅角（リタード）され、ノッキングが抑制、及び/又はそのレベルが低下されるか、或いは、エンジンのトルク変動が低減される（例えば、点火時期は、膨張行程のTDC後になるように調整される）。さらに、リタードされた点火時期は、HCCIの開始に先立って、気筒の温度を高めるべく使用され得る。例の一つとして、点火時期をリタードすることにより、高温EGRとして気筒内に再導入される排気ガスの温度が高くなり、それによって、HCCI燃焼が促進される。

しかしながら、点火時期のリタードは或る条件下においては制限されるので、モード遷移の間の点火リタード量が制限されることがある。よって、別の取り組みにおいてはモード遷移の間、吸気バルブの開タイミングを（例えば、吸気行程のTDC後）に遅角させる。この吸気バルブの遅閉じは、より大きな点火リタードを可能とし得て、モード遷移の間に行い得る点火リタード量が大きくなる。このようにして、モード遷移によって生じる不具合を低減しつつ、モード遷移のロバスト性及び再現性を増加させることができる。

以上のように、本発明に係るエンジン制御方法によれば、均一SIモードとHCCIモードとの間の遷移において、その遷移の前の均一SIモードでは吸排気バルブの開期間に所定のオーバーラップを持たせておき、遷移要求に応じてネガティブ・オーバーラップに切替えるとともに、吸気バルブの開期間が短縮されるよう、その開閉タイミングを異なる量だけ遅角させ、且つ、点火時期を遅角させることで、途中に成層モードを設けることなく、モード間の遷移状態を改良することができる。

図１を参照して、火花点火モード及び圧縮点火モードで作動可能な内燃機関（エンジン）２４の一例を示す。複数気筒エンジン２４の一つの気筒或いは燃焼室２９が、電子エンジン制御器４８を含む制御システムによって制御されるのが示される。燃焼室２９は、クランク軸３９に連結されるピストン３５をその中に備えた気筒壁３１を含む。燃焼室２９は、それぞれの吸気バルブ５２および排気バルブ５４を介して、吸気マニフォールド４３および排気マニフォールド４７と連通するのが示されている。ただ一つの吸気バルブ及び排気バルブが示されているが、エンジンは複数の吸気バルブ、及び/又は、排気バルブを備えて構成され得る。

エンジン２４は、EGR通路１３0を介して排気マニフォールド４７から吸気マニフォールド４３へ排気ガスを供給するための、排気ガス還流（exhaust gas recirculation: EGR）システムを備えて構成されるのが示される。EGRシステムによって還流される排気ガスの量は、制御器４８と通信可能に連結されているEGRバルブ１３４によって調整され得る。更に、EGR通路１３0内の排気ガスは、温度、圧力、ガス濃度などを測定可能なEGRセンサー１３２によって監視され得る。ある条件下において、EGRシステムは燃焼室内の空気と燃料との混合気の温度を調節し、それにより、例えば予混合圧縮着火（homogeneous charge compression ignition: HCCI）のような、所定の圧縮着火燃焼モードにおける自己着火のタイミングを制御すべく、使用され得る。

或る実施形態においては、図１に示すように、吸気バルブ５２及び排気バルブ５４の夫々に、電動バルブ（electrically actuated valves: EVA）５３，５５を備えて、可変バルブ装置を構成し得る。しかしながら、或る実施形態においては、カム・プロファイルの切り替え（cam profile switching : CPS）システム、可変バルブ・タイミング（variable valve timing: VVT）システム、及び、可変バルブ・リフト（variable valve lift: VVL)システムによる、機械的バルブ駆動機構が、バルブの作動状態を可変制御するために使用され得る。排気バルブ位置、及び、吸気バルブ位置のフィードバック情報が、それぞれのセンサー５0，５１からの信号により提供される。或る実施形態においては、必要に応じて、カム駆動の排気バルブが、電動の吸気バルブとともに使用され得る。また、その逆に、カム駆動の吸気バルブが、電動の排気バルブとともに使用される場合もある。

エンジン２４はまた、制御器４８からのパルス信号Fpwの幅に比例して液体燃料を燃焼室２９に直接供給するために、そこに望んで配設される燃料噴射弁６５を持つのが示されている。図示されているように、エンジンは、燃料がエンジンの気筒に直接噴射されるように構成され、それは当業者に「直噴」として知られている。ディストリビューターレス（distributor-less）の点火装置８８が、制御器４８からの信号SAに応答して点火プラグ９２を介して燃焼室２９に点火火花を供給する。リニア酸素濃度センサー７６（Universal Exhaust Gas Oxygen ：UEGO）が、排気マニフォールド４７の触媒コンバータ７0の上流に配設されているのが示されている（図中、制御器１２に伝える検出信号をUEGO１と示す）。センサー７６からの信号は、空燃比フィードバック制御の間、例えば、ストイキ均一モードの運転の間、平均空燃比をストイキに保持するために使用され得る。

制御器４８は、図１において、マイクロ・プロセッサ・ユニット１0２、入力/出力ポート１0４及び、読み出し専用メモリー（read-only-memory: ROM）１0６、ランダム・アクセス・メモリー（random-access-memory: RAM）１0８、キープ・アライブ・メモリ（keep-alive-memory）１１0及び、データ・バスを含む、マイクロ・コンピュータとして示される。制御器４８は、エンジン２４に配設されたセンサーから、前述の信号に加え、ウォータジャケットのような冷却スリーブ１１４に配設された温度センサー１１２からのエンジン冷媒温度（ECT）、アクセルペダルに取り付けられたペダル位置センサー１１９、吸気マニフォールド４３に配設された圧力センサー１２２からのエンジンマニフォールド圧の計測値（MAP）、温度センサー１１７からのエンジンの吸気温度或いはマニフォールド温度の計測値（ACT）及び、クランクシャフト３９の位置、即ちクランク角位置を検出するホール効果センサー１１８（クランク角センサー）からのクランク角位置の計測値を含む、種々の信号を受けるのが示される。一部の実施形態においては、ペダル位置、車速、及び/又は、エンジン運転状態などによって、要求トルクが決定され得る。本明細書の観点の一つにおいて、クランク角センサー１１８は、そこからエンジン速度（RPM）が判定され得る、クランクシャフトの回転毎に予め設定された数の等間隔のパルスを生成する。

図１に示すエンジン２４には、触媒コンバータ７0及びリーンNOxトラップ７２を有する後処理システムが備えられている。この特定の例において、触媒コンバータ７0の温度Tcat１が温度センサー７７によって計測され、そして、リーンNOxトラップ７２の温度Tcat２が温度センサー７５によって計測される。更に、ガスセンサー７３が、排気通路４７内のリーンNOxトラップ７２の下流に配設されるのが示され、そこにおいて、ガスセンサー７３は排気ガス中のNOx、及び/又は、酸素の濃度を計測すべく構成される。リーンNOxトラップ７２は、エンジン２４がストイキよりリーンで運転しているときにNOxを吸着するように構成された三元触媒を含み得る。吸着されたNOxは、その後、制御器４８がエンジン２４をリッチ均一モード或いは略ストイキ均一モードのいずれかで運転させるときに、触媒から放出されて、HC（炭化水素）及びCO（一酸化炭素）と反応し、そして触媒作用を受ける。そのような運転は、貯蔵したNOxをリーンNOxトラップからパージすることが望まれるときであるNOxパージ・サイクルの間、或いは、パージ制御バルブ１６８を介して燃料タンク１６0及び燃料蒸気貯蔵キャニスター１６４から燃料蒸気を回収するためのベーパー・パージ・サイクルの間、或いは、より大きなエンジン出力を必要とする運転モードの間、或いは、触媒７0やリーンNOxトラップ７２のようなエミッション制御装置の温度を調節する運転モードの間に生じ得る。エミッション制御装置およびパージ・システムについて、種々の異なる形式及び、異なる構成が採用され得ることは理解できるであろう。

後に詳細に記述するように、エンジン２４の燃焼状態は、様々な運転条件に応じて、様々な態様をとり得る。例の一つにおいて、燃焼室２８内の混合気を燃焼するために点火装置を使用する火花点火（SI）モードが実行され得る。別の例においては、燃焼室２９の内部で実質的に均一な混合気が自己着火温度を得るまでピストン３５によって圧縮され、点火の必要なしに燃焼する、予混合圧縮着火（HCCI）モードが使用され得る。しかしながら、火花点火は、HCCIモードであっても、例えば失火を抑制すべく所望の自己着火タイミングの後で使用される場合もある。更に別の例においてエンジン２４は、必ずしも均一である必要がない混合気の圧縮着火モードで運転され得る。当然のことながら、ここに記述されているこれらの例は、エンジン２４で使用され得る多くの実施可能な燃焼モードを限定するものではない。

HCCIモードの間、空気/燃料の混合気は、空気、及び/又は、残留ガス（例えば、ストイキよりリーン）により大きく希釈されて、燃焼ガス温度を低下させる。したがって、エンジンからのエミッションは、所定の条件下においてSI燃焼よりも大幅に低くなり得る。更に、エンジンのポンピング・ロスの低減、気体の比熱比の増大、そして、より高い圧縮比とすることにより、リーン（或いは希釈された）空気/燃料混合気の自己着火を伴う燃料効率が高められ得る。HCCI燃焼のときには所望のエンジン・トルクが生成されるよう、燃焼室内の気体の自己着火が所定の時期に生じるように制御される場合がある。エンジンの高負荷、及び/又は、低負荷においては、燃焼室に吸入される吸気の温度が所望の自己着火タイミングを達成するのに不十分になったり、反対に高過ぎたりする場合があるので、HCCIモードでの運転が難しくなり得る。

SIモードの間は、燃焼室内に入る吸気の温度は、雰囲気温度（外気温度）に近い場合があり、それにより、空気と燃料の混合気の自己着火を達成するのに望ましい温度より実質的に低くなり得る。HCCIモードにおいては、燃焼を開始するために点火が使用されないことがあり得るので、吸気の温度、及び/又は、圧力が、自己着火による燃焼のタイミングに影響を与え得る。したがって、SIモードは、例えばエンジンの高負荷領域や低負荷領域のような、HCCIモードを実現することが難しい所定の運転状態の間、安定した燃焼タイミングを実現するために利用され得る。しかしながら、HCCIモードは、エミッションの低減、及び/又は、SI燃焼と比較して高い燃料効率をもたらすために、エンジンの中負荷、及び/又は、エンジンの中回転のような、選択された運転状態の間に使用される場合がある。

図２は、エンジン制御ストラテジーの一例としての運転モード・マップを示す。図２のマップは、縦軸にエンジン負荷（或いは、エンジン・トルク）を、横軸にエンジン速度を示す。SIモード運転領域が、左側にある縦軸、下側にある横軸、及び、エンジン運転状態の包絡線（engine operating envelope）によって、囲まれているのが示される。上述したように、SIモードは、点火火花で開始される燃焼の使用のため、HCCIのような他の圧縮着火モードより高いロバスト性を持ち得る。このようにして、SIモードは、エンジン運転状態の包絡線に含まれる広い状態領域に亘って使用され得る。破線の長方形によって概略的に、HCCI領域がSIモード運転領域の内部に示される。エンジン負荷及びエンジン速度によって決まる運転状態がHCCIモード内にあれば、エンジン２４は燃料経済性の改善、及び/又は、エミッションの低減を達成するため、HCCIモードにおいて運転され得る。例えば、運転状態がHCCI領域の外側にあるようならば、エンジンはSIモードで運転される。

このようにして、エンジン２４のようなエンジンは、例えば、SIモードからHCCIモード、或いは、HCCIモードからSIモードのような、種々の運転モードの間の遷移を行うべく、制御システム（例えば制御器４８）によって制御され得る。更に、これらの遷移は、点火時期、吸気乃至排気バルブのタイミング及び/又はリフト、ターボ過給、燃料噴射のタイミング及び/又は噴射量、空燃比、吸気加熱（吸気の受熱）、EGR追加、スロットル位置などのような、一つ以上の運転状態を調節することにより実行され得る。

或る運転状態においてはSIモードの間の吸気温度が望ましい温度よりも低いため、HCCIモードへの遷移が要求されても、火花点火が中止された後の一サイクル以上の間、SIモードからHCCIモードへの遷移が難しくなる場合がある。すなわち、もしも何らかの補正制御がなされなかったら、失火、ノッキング、NVH、及び/又は、トルク変動が生じるか、或いは所望の遷移が実現できないことも起こり得る。したがって、自己着火を使用する圧縮着火モード（例えば、HCCI）への、或いは、その圧縮着火モードからの遷移を実行するための制御ストラテジーが、遷移の再現性とロバスト性に影響を与え得る。

取り組みの一つにおいて、HCCIモード運転の開始に先立って（例えば、図２のようなマップと検出されたエンジン負荷の関連値及びエンジン速度の関連値とに基づいて、HCCIモードへの遷移要求が生じたとき）点火時期を変更することで、SIモードからの遷移の間、ノッキング、及び/又はトルク変動を低減し得る。例えば、初期充填（即ち、初期の吸気及び/又は燃料の混合気）の温度は、吸気加熱、EGRなどにより高くなり、それにより、ノッキングが発生する可能性が高まる場合がある。これに対して点火時期は、ノッキングの発生及び/又はその程度を軽減し、及び/又はエンジントルクを低下すべく、リタードされ得る（例えば、点火時期は膨張行程のTDC後に生じるように調節され得る）。

しかしながら、点火時期のリタードは所定の条件下では制限される場合があるので、遷移の間に実行され得るリタード量も制限される場合がある。図３及び図４を参照して以下に記述する別の取り組みにおいては、少なくとも一つの電動バルブによって吸気バルブ・タイミングを自在に設定できるので、遷移の間は吸気バルブの開タイミングを遅角側（例えば、吸気行程のTDC後）に変更し得る。こうして吸気バルブを遅開きに設定すれば、点火時期のリタード量を増やすことが可能になり、それにより、遷移の間に利用可能な点火リタード量も増大する。このようにして、遷移によって引き起こされる不具合を抑制しながら、遷移の際のロバスト性、及び、再現性を高めることができる。

図３は、SIモードからHCCIモードへの遷移を容易に行えるようにするための制御手順の一例を示す。最初にステップ３１0において、エンジン、及び/又は、車両の運転状態が調べられる。この例では、エンジン２４は最初に火花点火モードで運転されているが、他のモードからHCCIモードへの遷移も同様の制御手順を使用して実現され得る。ステップ３１２では、HCCI運転が要求されたどうかが判断される。少なくとも一つの例において、HCCIモードは、ステップ３１0で調べられたエンジン運転状態が、例えば図２に示すようなHCCI運転領域内にあるときに要求され得る。ステップ３１２における判断がＮＯの場合、ルーティンは終了し得る、或いは、次の制御サイクルのためにステップ３１0に戻り得る。

反対に、ステップ３１２における判断がＹＥＳであれば、制御システムは、ステップ３１４に示すように、遷移に先立つSIモードの最後の一以上の火花点火サイクルの間、所望のトルクレベルが得られるように、吸気バルブの開（intake valve opening: IVO）タイミング、スロットル位置による吸気マニフォールド負圧、及び、点火時期の望ましい組み合わせを決定する。例えば、遷移の間のトルク変動が低減されるようにエンジントルクを制御するために、点火時期のリタードが使用され得る。その場合、トルクを低減するのであれば点火時期はリタードされ、トルクを増大させるのであれば点火時期は進角される。

もし、エンジンのバルブの一つ以上がEVAによってによって制御されるならば、バルブ開作動及びバルブ閉作動のタイミングが独立して変更され得る。取り組みの一つにおいては例えば図４に示すように、遅いIVOタイミング（吸気バルブの遅開き）が燃焼の安定性を改善するために使用され得て、より積極的な或いはより大きな点火リタードを可能とする。遅いIVOタイミングに加え、吸気バルブの閉（intake valve closing: IVC）タイミングがIVOに対応して調節され、所望の量の空気が気筒内に入るように遅角される場合があり、また、IVOはEVAによってIVCから独立して調節される場合もある。遅いIVOタイミング（例えば、吸気行程のTDCより充分に後のタイミング）では、吸気バルブを通って気筒内に入る気体の自由膨張により空気と噴射燃料とのミキシング及び乱流発生を改善することができる場合がある。この膨張はまた、吸気充填を３0%から４0%程度、助長し或いは加熱する場合があり、これは、ロスの低減と排気温度の上昇とをもたらし得る。より高温の排気ガスは、後に続くサイクルにおいて例えば排気の再吸入のような排気ガストラップ、及び/又は、排気還流（EGR）によって、HCCIモードの最初及びその後のサイクルの自己着火を促進するために利用され得る。このようにして、充填温度は、自己着火が望ましいタイミングで生じるように、制御され得る。

ステップ３１６において制御システムは、HCCIモードが実行される、遷移後の最初のサイクル及びその後のサイクルに関して望ましい排気バルブの開（exhaust valve opening: EVO）タイミングと、そのの閉タイミング（exhaust valve closing: EVC）と、IVOタイミングと、IVCタイミングとを決定する。もしもエンジンが電動の吸気バルブ及び排気バルブを備えていれば、バルブ開作動及びバルブ閉作動のタイミングは、サイクルとサイクルの間の関係に基づいて望ましいように変更される。例えば、図４に示すように、HCCIモードの最初のサイクルにおいて、排気バルブと吸気バルブとの間のネガティブ・オーバーラップ（例えば、両バルブが同時に閉じている時期）が増加するように、EVCは進角され得る。ネガティブ・オーバーラップが増大すると、燃焼室内の残留ガス量が増加し、後の充填温度の上昇に結びつき得る。このようにして、気筒内に保持される高温の残留ガスの量が制御され、それにより、望ましいタイミングにおける空気と燃料の混合気の自己着火を促進し得るようになる。

混合気の燃焼をより確かなものとするために、混合気の自己着火後のタイミングにおいてアシスト点火、或いは、バックアップ（buck-up）点火を行うこともできる（無駄点火となる場合もあるが）。また、混合気の自己着火を開始するのに必要なエネルギーを加えるべく、燃焼の望ましいタイミングにおいてアシスト点火を実行することもできる。これにより、HCCIモードのメリット（たとえば、高い燃料効率、及び/又は、少ないエミッション）の幾らかを得る場合もある。

ステップ３１８において、制御システムはHCCIモード燃焼によって生成される残留ガスの温度を推定し、そして、望ましい自己着火タイミングを維持するために必要なIVOの遅角、及び/又は点火リタード量の調整を行う。例えば、HCCIモード燃焼（即ち、自己着火）の一以上のサイクルの後、制御システムは、HCCIモード運転によって生成される残留ガスの温度に対応して、IVO、及び/又は、点火時期を進角し得る。例の一つとして、もし残留ガスの温度が低いならば（例えば、HCCIモードへの遷移直後）、IVOの更なるリタードや点火時期のリタードによって初期充填温度を上昇させる補正制御が行われないと、自己着火は望ましいタイミングより遅く発生する（或いは、全く発生しない）。別の例として、もし残留ガスの温度が高いならば（例えば、HCCIモードへの遷移後、一以上のサイクルが経過）IVOや点火時期の進角側への補正制御によって初期充填温度を低下させないとすれば、自己着火は望ましいタイミングよりも早く発生する（過早着火、及び/又は、ノッキングをもたらす可能性がある）。このようにして、自己着火のタイミングが制御され得る。最後に、ルーティンは、終了するか、或いは、後に続くサイクルのためにステップ３１0に戻り得る。

当然のことながら、図３を参照して記述した取り組みの前、後、或いは間に、他の制御作動が実行され得る。例えば、スロットル位置、及び/又は、ターボ過給器によって提供されるブーストが、モード遷移の間、吸気マニフォールド圧を制御すべく変更され得る。更に、HCCIモードへの遷移の直前、及び/又は、HCCIモードの間、自己着火を促進するために吸気加熱、及び/又は、EGRが増加される場合もある。

同様に、SIモードからHCCIモードへの遷移は、所望のトルクを維持するために点火時期を変更しながら、初期充填温度を低下することにより（例えば、燃焼室に吸い戻される排気ガス、及び/又はEGRを低減すべく、排気バルブ・タイミングを変えることにより）概ね実現され得る。

図４は、SIモードからHCCIモードへの遷移のタイムチャートの一例を示す。EVO、EVC、IVO、及びIVCを含むバルブ・タイミングは、タイムチャートの上側の部分に示され、一方、タイムチャートの下側の部分には点火時期が示されている。この例のタイムチャートにおいて、SIモード運転の間、EVOは排気行程のBDC前とされ、EVCはTDC後とされる。SIモード運転の間、IVOはTDCの前とされ、IVCは吸気行程のBDCの前とされる。このようにして、SIモードの間、少なくとも幾らかのバルブ・オーバーラップが生じるように、吸気バルブと排気バルブとが制御され得る。図の下側に示されるように点火時期は膨張行程のTDC前とされるが、他の点火時期（例えば、TDC、或いは、TDC後）も可能である。

SIモードからHCCIモードへの遷移期間として示されるように、SIモードの後に続くサイクルの間、EVO及びEVCが実質的に維持されるように制御される一方で、IVO及びIVCはEVAにより遅角される。図４の例では、IVOの遅角がIVCの遅角より大きいが、IVOとIVCとの遅角量は同じであってもよい。このようにして吸気バルブと排気バルブとは、ネガティブ・オーバーラップを持ち得る。更に、SI/HCCI遷移期間の間、点火時期は、トルク変動を制御するため、及び/又は、EGRシステム及び/又はガストラップによって気筒へ戻され得る熱量を増大させるために、リタードされ得る。SI/HCCI遷移期間の間、吸気バルブと排気バルブとの間のネガティブ・オーバーラップの更なる増加に先立って、一以上のサイクルに亘り点火時期がリタードされ得る。例の一つとして、オーバーラップの切換えが実行され且つHCCIモードが開始される前の時間、或いはサイクル数が、点火時期をリタードさせるサイクル数の関数となり得る。例えば、HCCIモードが実行され且つバルブ・オーバーラップが更に増加される前に、点火時期が１サイクル、又は、２サイクル、又は、３サイクル、或いはそれ以上に亘ってリタードされ得る。バルブ・オーバーラップが更に増加される前にリタードされた点火時期で実行されるサイクルの数は、吸気充填温度、エンジン冷却媒体温度、及び、燃料の揮発度、或いは、他の運転状態の少なくとも一つに基づき得る。更に別の例において、オーバーラップの切換が実行される前の時間、或いはサイクル数は、遷移の間における点火リタード量の関数であり得る。例えば、点火リタード量が大きくなるにつれて、HCCIに遷移する前のリタードされた点火時期のサイクル数、及びバルブ・オーバーラップの増加量が低減され得る。

図４にHCCIモードとして示されるように、上記遷移期間の後に続くサイクルにおいて、EVOは同じタイミングを維持するように制御され、一方で、EVCはタイミングを進角し、それによってネガティブ・オーバーラップが増大する。また、IVO及びIVCは、同じタイミングを維持すべく制御される。HCCI運転の間、燃焼を開始するための点火は中止され得るが、自己着火が望ましい燃焼タイミングで生じるのを確かなものとするために必要に応じて、使用され得る。このようにして、バルブ・タイミング、及び/又は、点火時期等が、SIモードからHCCIモードへの遷移の間、遷移の再現性とロバスト性が改善するように、制御され得る。

上記したような、一例としての制御及び判断ルーティンは、種々のエンジン構成と共に使用され得る。ここに記述される具体的なルーティンは、イベント駆動、多重タスク処理、マルチスレディング及び、それらの類型のような数多くの処理方式のうちの一つ以上を表し得る。記述される種々のステップ又は機能は、それ自体、記述された順番で、または並行して実行され、或いは場合によっては、一部が削除される場合もある。同様に、処理の順番は、ここに記述された本発明の目的、特徴及び利点を達成するために必須のものではなく、図示と説明を簡単にするために提供されたものである。記述されたステップ又は機能が、使用される具体的な制御手順に応じて繰り返し実行され得る。更に、記述されたステップは、エンジン制御システムの制御器４８内の、コンピューターで読み出し可能な媒体の中にプログラムされる図式化コードであり得る。

当然のことながら、ここに記述された構成及びルーティンは、本質的に例示であり、そして、多数の変形例が可能であるため、これらの具体的な実施形態が限定の意味で解釈されるべきではない。例えば、上述の技術は、V型６気筒エンジン、V型８気筒エンジン、直列４気筒エンジン、直列６気筒エンジン、V型１0気筒エンジン、V型１２気筒エンジン、あるいは他の形式のエンジンに適用可能である。本明細書の主題は、ここに記載された種々の装置及び構成、そして他の特徴、機能及び/又は特性の新規で非自明な全ての組み合わせ及び一部組み合わせ（subcombination）を含む。

特許請求の範囲は、新規で非自明と見なされる特定の組み合わせ及び一部組み合わせを具体的に示す。これらの特許請求の範囲は、「一つの」構成要素、又は「一つの第一の」構成要素、又は、それらの同義語に言及し得る。そのような特許請求の範囲は、その構成要素が一つ以上あるものを含み、その構成要素が二つ以上あるものを要求もしなければ、除外もしないと理解されるべきである。開示されている特徴、機能、構成要素及び/又は特性の他の組み合わせ及び一部組み合わせが本件請求の範囲の補正又は本出願又は関連出願の新しい請求の範囲の提供によって、請求され得る。最初の特許請求の範囲の権利範囲より広い特許請求の範囲、狭い特許請求の範囲、同じ特許請求の範囲、又は異なる特許請求の範囲であろうと、そのような特許請求の範囲もまた、本明細書の主題に含まれると見なされる。

一例として自動車用エンジンの気筒の一つを示すブロック図である。 エンジン制御のためのモード・マップの一例を示す図である。 SIモードからHCCIモードへの遷移の際の制御手順の一例を示すフローチャートである。 SIモードからHCCIモードへの遷移におけるタイムチャートの一例である。

符号の説明

２４. エンジン
２９. 燃焼室
４８. 制御器
５２. 吸気バルブ
５４. 排気バルブ
８８. 点火装置
９２. 点火プラグ

Claims (20)

1. 少なくとも一つの電動吸気バルブと、少なくとも一つの排気バルブとを有する気筒の一つを、火花点火モードから予混合圧縮着火モードに遷移させる、エンジンの制御方法において、
   上記遷移の前に、上記火花点火モードにおいて、上記吸気バルブの開期間と上記排気バルブの開期間との間に所定のオーバーラップを持たせて運転する工程、
   遷移要求に応じて、上記吸気バルブの開期間と上記排気バルブの開期間との間に所定のネガティブ・オーバーラップを持たせて運転するとともに、上記吸気バルブの開タイミングと閉タイミングとを互いに異なる量だけ遅角させ、且つ、点火時期を遅角させる工程、
   及び、上記ネガティブ・オーバーラップを増大させて、上記予混合圧縮着火モードを実行する工程、
   を有するエンジンの制御方法。
2. 上記点火時期の遅角を、上記ネガティブ・オーバーラップの増加に先立って所定サイクル数に亘り実行する、請求項１に記載の方法。
3. 上記所定サイクル数が少なくとも２サイクルである、請求項２に記載の方法。
4. 上記所定サイクル数が、吸気充填温度、エンジン冷媒温度、及び、燃料の揮発度の少なくとも一つに基づく、請求項２に記載の方法。
5. 上記モードの遷移要求に応じて行われる、上記吸気バルブの開タイミングの遅角量が、上記吸気バルブの閉タイミングの遅角量よりも大きな値に設定される、請求項１乃至４のいずれか一つに記載の方法。
6. 上記予混合圧縮着火モードへの遷移の後、少なくとも上記排気バルブの閉タイミングをその開タイミングよりも進角させる工程を更に有する、請求項１乃至５のいずれか一つに記載の方法。
7. 上記排気バルブが電動排気バルブである、請求項６に記載の方法。
8. 上記点火時期の遅角量が、上記吸気バルブの開タイミングの遅角量及び閉タイミングの遅角量の少なくとも一つに基づく、請求項１乃至７のいずれか一つに記載の方法。
9. 上記予混合圧縮着火モードへの遷移の後、上記気筒内で実行される火花点火の頻度を低下させる工程を更に有する、請求項１乃至８のいずれか一つに記載の方法。
10. 上記予混合圧縮着火モードへの遷移の後、上記吸気バルブの開タイミングを吸気行程の上死点後に遅角させる一方、上記排気バルブの閉タイミングは上記吸気行程の上死点よりも前に進角させる、請求項１乃至９のいずれか一つに記載の方法。
11. 各々少なくとも一つの吸気バルブ及び排気バルブを有する気筒の一つを、火花点火モードから予混合圧縮着火モードに遷移させる、エンジンの制御方法において、
    上記モードの遷移要求に応じて、上記吸気バルブの開期間が短縮されるよう、当該吸気バルブの開タイミングを所定の第一量、遅角するとともに、その閉タイミングは該第一量よりも小さな第二量、遅角させる工程、
    及び、その後、上記排気バルブの開期間が短縮されるよう、当該排気バルブの閉タイミングを進角させる工程、
    を有するエンジンの制御方法。
12. 上記排気バルブの閉タイミングを進角させる工程は、上記予混合圧縮着火モードへの遷移を実行した後に実行する、請求項１１に記載の方法。
13. 上記吸気バルブの開タイミングを遅角する工程では、吸気行程の上死点後に吸気バルブを開くことを含む、請求項１１又は１２のいずれかに記載の方法。
14. 上記吸気バルブが電動バルブ・アクチュエータによって開閉される、請求項１１乃至１３のいずれか一つに記載の方法。
15. 上記モードの遷移要求に応じて上記排気バルブの閉タイミングを進角させる前に、上記気筒の点火時期を遅角させる工程を更に有する、請求項１１乃至１４のいずれか一つに記載の方法。
16. 上記モードの遷移要求に応じて、上記気筒の点火時期を変更する工程を更に有し、この行程では、上記吸気バルブの開タイミングが遅角されるに連れて点火時期を遅角させる、請求項１１乃至１４のいずれか一つに記載の方法。
17. 上記火花点火モードでは実質的に均質な混合気に火花点火する、請求項１１乃至１６のいずれか一つに記載の方法。
18. 自動車用のエンジン・システムであって、
    気筒、
    上記気筒への吸気の流れを制御するための吸気バルブ、
    上記気筒からの排気の流れを制御するための排気バルブ、
    上記吸気バルブの開閉少なくとも一方を制御するための第一電動バルブ・アクチュエータ、
    及び、上記気筒を火花点火モードから予混合圧縮着火モードへ遷移させるための制御システムを備え、
    上記制御システムが、
    上記遷移の前において、上記気筒を、上記吸気バルブの開期間と上記排気バルブの開期間との間に所定のオーバーラップを持たせて、上記火花点火モードで運転し、
    上記遷移の要求に応じて、上記第一電動バルブ・アクチュエータによって少なくとも上記吸気バルブ・タイミングを遅角させ、そして、
    上記遷移の後において、上記気筒を、上記吸気バルブの開期間と上記排気バルブの開期間との間に所定のネガティブ・オーバーラップを持たせて運転する、
    ように構成されている、エンジン・システム。
19. 上記制御システムは、上記吸気バルブの遅角量に基づいて上記点火時期を更に遅角させ、この点火時期が少なくとも１サイクルの間、遅角された後に、上記排気バルブ・タイミングを進角させる、請求項１８に記載のシステム。
20. 上記吸気バルブと排気バルブとが、オーバーラップの間、いずれも開いており、一方、ネガティブ・オーバーラップの間はいずれも閉じている、請求項１８又は１９のいずれかに記載のシステム。

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