JP2008128141A - Supercharging pressure control device of internal combustion engine - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a control device of an internal combustion engine capable of securing an excellent combustion state even in any of a plurality of combustion modes, the internal combustion engine having a turbocharger capable of changing an internal EGR degree and operable in the plurality of combustion modes including a self-ignition combustion mode. <P>SOLUTION: This supercharging pressure control device 1 of the internal combustion engine 3 with the turbocharger 13 capable of changing an internal EGR quantity and operable by switching between four combustion modes, has an ECU 2 and a variable nozzle mechanism 14. The ECU 2 controls supercharging pressure (Step 5, 7, 12 to 14 and 30 to 40), by determining a nozzle opening command value LVNT_CMD of the variable nozzle mechanism 14 in response to a combustion mode value STS_BURNCMD, by setting the combustion mode value STS_BURNCMD in response to an engine seed NE and accelerator opening AP (Step 4). <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、混合気を自己着火および火花点火により燃焼させるターボチャージャ付きの内燃機関において、過給圧を制御する内燃機関の過給圧制御装置に関する。   The present invention relates to a supercharging pressure control device for an internal combustion engine that controls supercharging pressure in an internal combustion engine with a turbocharger that burns an air-fuel mixture by self-ignition and spark ignition.

従来、内燃機関の制御装置として、特許文献1に記載されたものが知られている。この内燃機関は、混合気を自己着火により燃焼させる自己着火燃焼モードと、火花点火により燃焼させる火花点火燃焼モードとに切り換えて運転可能なものであり、図1に示す例では、内燃機関は、吸入空気量を変化させるスロットル弁機構と、吸気弁および排気弁のリフトやバルブタイミングを変化させる可変バルブ機構などを備えている。また、制御装置は、ドライバ意図、車両の走行状態および機関運転条件を検出するための、エアフローセンサ、アクセル開度センサ、ブレーキ踏力センサ、車速センサ、クランク角センサ、冷却水温度センサ、排気温度センサ、空燃比センサおよび吸気温度センサなどの各種のセンサと、これらの各種のセンサが接続されたECUを備えている。   Conventionally, what was described in patent document 1 is known as a control apparatus of an internal combustion engine. This internal combustion engine can be operated by switching between a self-ignition combustion mode in which the air-fuel mixture is combusted by self-ignition and a spark ignition combustion mode in which the air-fuel mixture is combusted by spark ignition. In the example shown in FIG. A throttle valve mechanism for changing the amount of intake air and a variable valve mechanism for changing the lift and valve timing of the intake and exhaust valves are provided. In addition, the control device detects an air flow sensor, an accelerator opening sensor, a brake pedal force sensor, a vehicle speed sensor, a crank angle sensor, a cooling water temperature sensor, an exhaust gas temperature sensor for detecting a driver's intention, a running state of the vehicle, and an engine operating condition And various sensors such as an air-fuel ratio sensor and an intake air temperature sensor, and an ECU to which these various sensors are connected.

このECUは、クランク角センサおよびアクセル開度センサの検出信号に基づいて、機関回転数およびアクセル開度をそれぞれ算出し、これらの算出値に基づいて、内燃機関の出力トルクを決定し、燃料噴射量および吸入空気量を決定し、決定した吸入空気量に基づいて、可変バルブ機構およびスロットル弁機構を制御する(7ページの24〜29行)。また、図2の制御処理では、上述した各種のセンサの検出信号に応じて、自己着火燃焼モードおよび火花点火燃焼モードの一方が燃焼モードとして選択される。そして、自己着火燃焼モードが選択された場合、自己着火に必要な熱量を確保すべく、排気開口面積を狭くして既燃ガスを燃焼室内に所定量残留させるために、図4に示す制御手法では、排気弁のリフトが、エアフローセンサおよび空燃比センサの検出信号に基づいて、火花点火燃焼モードのときよりも小さい値に制御される。以下、本明細書では、既燃ガスを燃焼室内に残留させることを「内部EGR」といい、その残留量を「内部EGR量」といい、燃焼室内の総ガス量における内部EGR量の割合を「内部EGR率」という。また、図5に示す制御手法では、図4の手法と同様に、内部EGRを確保するために、排気弁の開弁時間が、エアフローセンサおよび空燃比センサの検出信号に基づいて、火花点火燃焼モードのときよりも小さい値に制御される。   The ECU calculates the engine speed and the accelerator opening based on the detection signals of the crank angle sensor and the accelerator opening sensor, determines the output torque of the internal combustion engine based on the calculated values, and performs fuel injection. The amount and the intake air amount are determined, and the variable valve mechanism and the throttle valve mechanism are controlled based on the determined intake air amount (lines 24 to 29 on page 7). In the control process of FIG. 2, one of the self-ignition combustion mode and the spark ignition combustion mode is selected as the combustion mode in accordance with the detection signals of the various sensors described above. When the self-ignition combustion mode is selected, the control method shown in FIG. 4 is used in order to reduce the exhaust opening area and allow the burned gas to remain in the combustion chamber in order to ensure the amount of heat necessary for self-ignition. Then, the lift of the exhaust valve is controlled to a value smaller than that in the spark ignition combustion mode based on detection signals of the air flow sensor and the air-fuel ratio sensor. Hereinafter, in this specification, the combustion gas remaining in the combustion chamber is referred to as “internal EGR”, the residual amount is referred to as “internal EGR amount”, and the ratio of the internal EGR amount to the total gas amount in the combustion chamber is represented by This is called “internal EGR rate”. Further, in the control method shown in FIG. 5, as in the method of FIG. 4, in order to ensure the internal EGR, the opening time of the exhaust valve is determined based on the detection signals of the air flow sensor and the air-fuel ratio sensor. The value is controlled to be smaller than that in the mode.

また、特許文献1の図29に示す内燃機関には、吸気通路のスロットル弁機構よりも上流側に過給機が設けられている。この制御装置では、ECUにより、前述した各種のセンサの検出信号に基づいて、ドライバ意図、車両の走行状態および機関運転条件が検出されるとともに、吸入空気量を制御するために、ドライバ意図、車両の走行状態および機関運転条件に応じて、過給機およびスロットル弁機構が制御される。このように、スロットル弁機構に加えて過給機を用いるのは、高負荷高回転の機関運転条件下において、燃焼室内の混合気温度を内部EGRで制御しようとした場合、スロットル弁機構のみでは、必要な吸入空気量を確保できないことで、混合気温度を適切に制御できなくなるおそれがあるので、そのような状態を回避するためである。   Further, in the internal combustion engine shown in FIG. 29 of Patent Document 1, a supercharger is provided upstream of the throttle valve mechanism in the intake passage. In this control device, the ECU detects the driver intention, the running state of the vehicle, and the engine operating condition based on the detection signals of the various sensors described above, and controls the driver intention, the vehicle in order to control the intake air amount. The supercharger and the throttle valve mechanism are controlled in accordance with the traveling state and the engine operating condition. As described above, the turbocharger is used in addition to the throttle valve mechanism when the temperature of the mixture in the combustion chamber is controlled by the internal EGR under the engine operating condition of high load and high rotation. This is to avoid such a state because the necessary amount of intake air cannot be secured and the mixture temperature may not be appropriately controlled.

国際公開第02/14665号パンフレットInternational Publication No. 02/14665 Pamphlet

一般に、自己着火燃焼で運転される内燃機関の場合、燃焼室内の混合気を自己着火させるのに必要な熱量を過不足なく適切に確保しなければならないので、それを達成すべく、内部EGR量を精度よく制御する必要がある。ここで、過給機としてターボチャージャを備えた内燃機関の場合、ターボチャージャによる過給動作が実行されているときには、排気タービンが流路抵抗となり、排気通路内の排気圧が上昇するので、それに起因して、内部EGR量または内部EGR率が増大側に変化する。例えば、ウエストゲート弁付きのターボチャージャの場合にはウエストゲート弁の開度変化に伴って、可変ノズル式のターボチャージャの場合にはノズルベーンの開度変化に伴って、内部EGR量または内部EGR率がそれぞれ変化する。これに対して、上記従来の制御装置の図29に示す例では、上述したような、過給動作中の内部EGR量または内部EGR率の変化が考慮されていないため、過給機としてターボチャージャを用いた場合には、内部EGRの制御精度が低下することによって、燃焼状態が不安定になり、排ガス特性や運転性が悪化するおそれがある。この問題は、上述したような、燃焼室内における熱量確保の理由により、自己着火燃焼モードのときの方が火花点火燃焼モードよりも顕著になる。   In general, in the case of an internal combustion engine that is operated by self-ignition combustion, the amount of heat necessary to self-ignite the air-fuel mixture in the combustion chamber must be adequately secured without excess or deficiency. Need to be controlled accurately. Here, in the case of an internal combustion engine equipped with a turbocharger as a supercharger, when a turbocharging operation is performed by the turbocharger, the exhaust turbine becomes a flow path resistance, and the exhaust pressure in the exhaust passage rises. As a result, the internal EGR amount or the internal EGR rate changes to the increasing side. For example, in the case of a turbocharger with a wastegate valve, the internal EGR amount or the internal EGR rate in accordance with the change in the opening degree of the wastegate valve, and in the case of a variable nozzle type turbocharger, in accordance with the change in the opening degree of the nozzle vane. Changes. On the other hand, in the example shown in FIG. 29 of the conventional control device, since the change in the internal EGR amount or the internal EGR rate during the supercharging operation as described above is not taken into consideration, the turbocharger is used as the supercharger. When the is used, the control accuracy of the internal EGR is lowered, so that the combustion state becomes unstable, and the exhaust gas characteristics and the drivability may be deteriorated. This problem becomes more prominent in the self-ignition combustion mode than in the spark ignition combustion mode for the reason for securing the heat quantity in the combustion chamber as described above.

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、内部EGR度合を変更可能で自己着火燃焼モードを含む複数の燃焼モードで運転可能なターボチャージャ付きの内燃機関において、複数の燃焼モードのいずれにおいても、良好な燃焼状態を確保することができる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in order to solve the above-described problems. In an internal combustion engine with a turbocharger that can change the internal EGR degree and can be operated in a plurality of combustion modes including a self-ignition combustion mode, a plurality of combustion modes are provided. In any case, an object of the present invention is to provide a control device for an internal combustion engine that can ensure a good combustion state.

上記目的を達成するために、請求項1に係る発明は、気筒3a内で発生した既燃ガスの気筒3a内での残留量を自在に変更可能であるとともに、成層混合気を自己着火により燃焼させる成層自己着火燃焼モードと、成層混合気を火花点火により燃焼させる成層火炎伝播燃焼モードと、均質混合気を火花点火により燃焼させる均質火炎伝播燃焼モードとを含む複数の燃焼モードの間で切り換えて運転可能なターボチャージャ13付きの内燃機関3において、ターボチャージャ13による過給圧を制御する内燃機関3の過給圧制御装置1であって、ターボチャージャ13が排ガスから受け取る運動エネルギを変更する可変機構(可変ノズル機構14)と、内燃機関3の運転状態を表す運転状態パラメータ(エンジン回転数NE、アクセル開度AP)を検出する運転状態パラメータ検出手段(ECU2、クランク角センサ20、アクセル開度センサ31)と、検出された運転状態パラメータに応じて、複数の燃焼モードのうちのいずれかを選択する燃焼モード選択手段(ECU2、ステップ4)と、選択された燃焼モードに応じて、可変機構の作動量(ノズル開度指令値LVNT_CMD)を決定することにより、過給圧を制御する過給圧制御手段(ECU2、ステップ5,7,12〜14,30〜40)と、を備えることを特徴とする。   In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 is capable of freely changing the residual amount of burned gas generated in the cylinder 3a in the cylinder 3a and burning the stratified mixture by self-ignition. Switch between multiple combustion modes, including a stratified self-ignition combustion mode, a stratified flame propagation combustion mode in which the stratified mixture is combusted by spark ignition, and a homogeneous flame propagation combustion mode in which the homogeneous mixture is combusted by spark ignition In the internal combustion engine 3 with the operable turbocharger 13, the supercharging pressure control device 1 for the internal combustion engine 3 that controls the supercharging pressure by the turbocharger 13, and a variable that changes the kinetic energy that the turbocharger 13 receives from the exhaust gas. Mechanism (variable nozzle mechanism 14) and operating state parameters (engine speed NE, accelerator opening AP) representing the operating state of the internal combustion engine 3 Operating state parameter detecting means (ECU 2, crank angle sensor 20, accelerator opening sensor 31) for detecting the combustion state, and combustion mode selecting means for selecting one of a plurality of combustion modes according to the detected operating state parameter (ECU2, step 4) and the boost pressure control means (ECU2, ECU4) for controlling the boost pressure by determining the operating amount of the variable mechanism (nozzle opening command value LVNT_CMD) according to the selected combustion mode. Steps 5, 7, 12-14, 30-40).

この内燃機関の過給圧制御装置によれば、内燃機関の運転状態を表す運転状態パラメータに応じて、成層自己着火燃焼モードと成層火炎伝播燃焼モードと均質火炎伝播燃焼モードとを含む複数の燃焼モードのいずれかが選択され、選択された燃焼モードに応じて、可変機構の作動量が決定されることにより、過給圧が制御される。この可変機構は、ターボチャージャが排ガスから受け取る運動エネルギを変更するものであるので、可変機構の作動量に応じて、排気通路内の排気圧が変化することになり、それに起因して、内部EGR量または内部EGR率が変化することになる。すなわち、この過給圧制御装置によれば、選択された燃焼モードに応じて、排気圧を制御することができ、それにより、燃焼モードに応じて、燃焼室から排出される排ガス量、言い換えれば内部EGR量または内部EGR率を制御することができる。その結果、ターボチャージャ付きの内燃機関において、複数の燃焼モードのいずれにおいても、吸入空気量に加えて、内部EGR量または内部EGR率を過不足なく適切に確保することができ、それにより、良好な燃焼状態を確保できるとともに、良好な排ガス特性や運転性を確保することができる。   According to this supercharging pressure control device for an internal combustion engine, a plurality of combustions including a stratified self-ignition combustion mode, a stratified flame propagation combustion mode, and a homogeneous flame propagation combustion mode, according to an operation state parameter representing an operation state of the internal combustion engine One of the modes is selected, and the boost pressure is controlled by determining the operation amount of the variable mechanism in accordance with the selected combustion mode. Since this variable mechanism changes the kinetic energy that the turbocharger receives from the exhaust gas, the exhaust pressure in the exhaust passage changes according to the amount of operation of the variable mechanism, resulting in the internal EGR. The quantity or internal EGR rate will change. That is, according to this supercharging pressure control device, it is possible to control the exhaust pressure according to the selected combustion mode, and thereby, according to the combustion mode, the amount of exhaust gas discharged from the combustion chamber, in other words, The internal EGR amount or the internal EGR rate can be controlled. As a result, in an internal combustion engine with a turbocharger, in any of a plurality of combustion modes, in addition to the intake air amount, the internal EGR amount or the internal EGR rate can be appropriately secured without excess or deficiency. A good combustion state and good exhaust gas characteristics and operability.

請求項2に係る発明は、請求項1に記載の内燃機関3の過給圧制御装置1において、複数の燃焼モードは、成層混合気および均質混合気の双方を含む混合気を形成し、成層混合気を火花点火により燃焼させるとともに、燃焼する成層混合気を火種として均質混合気を自己着火燃焼させる火種自己着火燃焼モードをさらに含み、過給圧制御手段(ECU2)は、火種自己着火燃焼モードが選択されたときには、成層自己着火燃焼モードが選択されたときよりも気筒内での既燃ガスの残留度合が小さくなるように、可変機構(可変ノズル機構14)の作動量(ノズル開度指令値LVNT_CMD)を決定する(ステップ14,30〜32,36〜38)ことを特徴とする。   The invention according to claim 2 is the supercharging pressure control apparatus 1 for the internal combustion engine 3 according to claim 1, wherein the plurality of combustion modes form an air-fuel mixture including both a stratified air-fuel mixture and a homogeneous air-fuel mixture. It further includes a fire type self-ignition combustion mode in which the air-fuel mixture is combusted by spark ignition and the homogeneous air-fuel mixture is self-ignited and combusted using the combusted stratified mixture as a fire type. Is selected, the operating amount of the variable mechanism (variable nozzle mechanism 14) (nozzle opening command) is set so that the residual degree of burned gas in the cylinder is smaller than when the stratified self-ignition combustion mode is selected. A value LVNT_CMD) is determined (steps 14, 30 to 32, 36 to 38).

この内燃機関の過給圧制御装置によれば、複数の燃焼モードが、成層混合気および均質混合気の双方を含む混合気を形成し、成層混合気を火花点火により燃焼させるとともに、燃焼する成層混合気を火種として均質混合気を自己着火燃焼させる火種自己着火燃焼モードをさらに含んでおり、火種自己着火燃焼モードが選択されたときには、成層自己着火燃焼モードが選択されたときよりも気筒内での既燃ガスの残留度合が小さくなるように、可変機構の作動量が決定される。これらの成層自己着火燃焼モードおよび火種自己着火燃焼モードを比較した場合、火種自己着火燃焼モードでは、火花点火により成層混合気を燃焼させるとともに、燃焼する成層混合気を火種として均質混合気を自己着火燃焼させるので、成層混合気のみを自己着火燃焼させる成層自己着火燃焼モードと比べて、混合気の燃焼によって発生する熱エネルギが高くなり、その結果、燃焼室内における熱エネルギを確保するのに必要な内部EGR量も少なくて済むことになる。したがって、この過給圧制御装置によれば、そのような2つの燃焼モード間の熱エネルギの差に応じて、可変機構の作動量を適切に決定できるので、成層自己着火燃焼モードおよび火種自己着火燃焼モードの双方において、内部EGR量を過不足なく適切に確保することができる。   According to this supercharging pressure control apparatus for an internal combustion engine, a plurality of combustion modes form an air-fuel mixture including both a stratified air-fuel mixture and a homogeneous air-fuel mixture, and the stratified air-fuel mixture is burned by spark ignition and burned. It further includes a fire type self-ignition combustion mode in which the homogeneous mixture is self-ignited and combusted using the air-fuel mixture as a fire type. The operating amount of the variable mechanism is determined so that the residual degree of burned gas becomes small. Comparing these stratified self-ignition combustion mode and fire type self-ignition combustion mode, in the fire type self-ignition combustion mode, the stratified mixture is burned by spark ignition and the homogeneous mixture is self-ignited using the combusted stratified mixture as a fire type. Compared with the stratified self-ignition combustion mode in which only the stratified mixture is self-ignited and combusted, the thermal energy generated by the combustion of the mixture becomes higher, and as a result, it is necessary to secure the thermal energy in the combustion chamber. The amount of internal EGR can be reduced. Therefore, according to this supercharging pressure control device, the operating amount of the variable mechanism can be appropriately determined according to the difference in thermal energy between the two combustion modes, so that the stratified self-ignition combustion mode and the fire type self-ignition In both of the combustion modes, the internal EGR amount can be appropriately secured without excess or deficiency.

請求項3に係る発明は、請求項1または2に記載の内燃機関3の過給圧制御装置1において、過給圧制御手段(ECU2)は、成層自己着火燃焼モードおよび成層火炎伝播燃焼モードの一方が選択されたときには、均質火炎伝播燃焼モードが選択されたときよりも気筒3a内での既燃ガスの残留度合が大きくなるように、可変機構(可変ノズル機構14)の作動量(ノズル開度指令値LVNT_CMD)を決定する(ステップ14,30〜36,39,40)ことを特徴とする。   According to a third aspect of the present invention, in the supercharging pressure control device 1 for the internal combustion engine 3 according to the first or second aspect, the supercharging pressure control means (ECU2) is configured to perform the stratified self-ignition combustion mode and the stratified flame propagation combustion mode. When one is selected, the operating amount of the variable mechanism (variable nozzle mechanism 14) (nozzle opening) is set so that the degree of residual burned gas in the cylinder 3a is greater than when the homogeneous flame propagation combustion mode is selected. Degree command value LVNT_CMD) is determined (steps 14, 30 to 36, 39, 40).

この場合、成層自己着火燃焼モードおよび成層火炎伝播燃焼モードでは、均質火炎伝播燃焼モードと比べて、燃焼室内における熱エネルギを確保するのに必要な内部EGR量が多くなる。これに対して、この内燃機関の過給圧制御装置によれば、成層自己着火燃焼モードまたは成層火炎伝播燃焼モードが選択されたときには、均質火炎伝播燃焼モードが選択されたときよりも気筒内での既燃ガスの残留度合が大きくなるように、可変機構の作動量が決定されるので、成層自己着火燃焼モードおよび成層火炎伝播燃焼モードの双方において、内部EGR量を過不足なく適切に確保することができる。   In this case, in the stratified self-ignition combustion mode and the stratified flame propagation combustion mode, the amount of internal EGR necessary for securing thermal energy in the combustion chamber is larger than in the homogeneous flame propagation combustion mode. On the other hand, according to the supercharging pressure control apparatus for an internal combustion engine, when the stratified self-ignition combustion mode or the stratified flame propagation combustion mode is selected, the internal combustion engine has a higher pressure in the cylinder than when the homogeneous flame propagation combustion mode is selected. Since the amount of operation of the variable mechanism is determined so that the degree of residual burned gas remains, the internal EGR amount is adequately secured in both the stratified self-ignition combustion mode and the stratified flame propagation combustion mode. be able to.

請求項4に係る発明は、請求項1ないし3のいずれかに記載の内燃機関3の過給圧制御装置1において、過給圧制御手段(ECU2)は、内燃機関3の始動後、排ガス浄化用の触媒(触媒装置17)に供給される排ガスの熱容量が高くなるように内燃機関3が運転されているとき(ステップ11の判別結果がYESのとき)には、ターボチャージャ13が排ガスから受け取る運動エネルギが最小になるように、可変機構(可変ノズル機構14)の作動量(ノズル開度指令値LVNT_CMD)を決定する(ステップ18)ことを特徴とする。   According to a fourth aspect of the present invention, in the supercharging pressure control device 1 for an internal combustion engine 3 according to any one of the first to third aspects, the supercharging pressure control means (ECU 2) When the internal combustion engine 3 is operated so that the heat capacity of the exhaust gas supplied to the catalyst (catalyst device 17) is increased (when the determination result in step 11 is YES), the turbocharger 13 receives from the exhaust gas. The operation amount (nozzle opening command value LVNT_CMD) of the variable mechanism (variable nozzle mechanism 14) is determined so that the kinetic energy is minimized (step 18).

この内燃機関の過給圧制御装置によれば、内燃機関の始動後、排ガス浄化用の触媒に供給される排ガスの熱容量が高くなるように内燃機関が運転されているときには、ターボチャージャが排ガスから受け取る運動エネルギが最小になるように、可変機構の作動量が決定されるので、排ガスを、その熱エネルギ損失を最小に抑制しながら触媒に供給することができ、それにより、触媒を迅速に活性化することができる。   According to this supercharging pressure control device for an internal combustion engine, when the internal combustion engine is operated so that the heat capacity of the exhaust gas supplied to the exhaust gas purification catalyst is increased after the internal combustion engine is started, the turbocharger is Since the amount of operation of the variable mechanism is determined so that the kinetic energy received is minimized, exhaust gas can be supplied to the catalyst while minimizing its thermal energy loss, thereby quickly activating the catalyst. Can be

以下、図面を参照しながら、本発明の一実施形態に係る内燃機関の過給圧制御装置について説明する。図2に示すように、この過給圧制御装置1は、ECU2を備えており、このECU2は、後述するように、内燃機関(以下「エンジン」という)3の運転状態に応じて、過給圧制御処理などの各種の制御処理を実行する。   Hereinafter, an internal combustion engine supercharging pressure control apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. As shown in FIG. 2, the supercharging pressure control device 1 includes an ECU 2, which is supercharged according to the operating state of an internal combustion engine (hereinafter referred to as “engine”) 3 as will be described later. Various control processes such as a pressure control process are executed.

図1および図3に示すように、エンジン3は、4組の気筒3aおよびピストン3b(1組のみ図示)を有する直列4気筒ガソリンエンジンであり、図示しない車両に搭載されているとともに、各気筒3aのピストン3bとシリンダヘッド3cとの間に燃焼室3gが形成されている。   As shown in FIGS. 1 and 3, the engine 3 is an in-line four-cylinder gasoline engine having four cylinders 3a and pistons 3b (only one set is shown). A combustion chamber 3g is formed between the piston 3b of 3a and the cylinder head 3c.

エンジン3は、気筒3a毎に設けられた一対の吸気弁4,4(1つのみ図示)および一対の排気弁7,7(1つのみ図示)と、吸気カムシャフト5および吸気カム6を有するとともに各吸気弁4を開閉駆動する吸気側動弁機構40と、排気カムシャフト8および排気カム9を有するとともに各排気弁7を開閉駆動する排気側動弁機構60と、燃料噴射弁10(図2参照)と、点火プラグ11(図2参照)などを備えている。   The engine 3 includes a pair of intake valves 4 and 4 (only one is shown) and a pair of exhaust valves 7 and 7 (only one is shown), an intake camshaft 5 and an intake cam 6 provided for each cylinder 3a. In addition, an intake side valve mechanism 40 that opens and closes each intake valve 4, an exhaust side valve mechanism 60 that includes the exhaust camshaft 8 and the exhaust cam 9 and drives each exhaust valve 7 to open and close, and the fuel injection valve 10 (FIG. 2), a spark plug 11 (see FIG. 2), and the like.

吸気弁4は、そのステム4aがガイド4bに摺動自在に嵌合しており、このガイド4bは、シリンダヘッド3cに固定されている。さらに、吸気弁4は、上下のスプリングシート4c,4dと、これらの間に設けられたバルブスプリング4eとにより、閉弁方向に付勢されている。   The intake valve 4 has a stem 4a slidably fitted to a guide 4b, and the guide 4b is fixed to the cylinder head 3c. Further, the intake valve 4 is biased in the valve closing direction by upper and lower spring seats 4c and 4d and a valve spring 4e provided therebetween.

また、吸気カムシャフト5および排気カムシャフト8はそれぞれ、図示しないホルダを介して、シリンダヘッド3cに回動自在に取り付けられているとともに、気筒3aの配列方向に沿って延びている。この吸気カムシャフト5の一端部上には、吸気スプロケット(図示せず)が同軸に配置され、回転自在に設けられている。   Each of the intake camshaft 5 and the exhaust camshaft 8 is rotatably attached to the cylinder head 3c via a holder (not shown) and extends along the arrangement direction of the cylinders 3a. An intake sprocket (not shown) is coaxially disposed on one end of the intake camshaft 5 and is rotatably provided.

この吸気スプロケットは、図示しないタイミングチェーンを介してクランクシャフト3dに連結され、後述する吸気カム位相可変機構50を介して吸気カムシャフト5に連結されている。以上の構成により、吸気カムシャフト5は、クランクシャフト3dが2回転する毎に1回転する。また、吸気カム6は、気筒3a毎に吸気カムシャフト5上にこれと一体に回転するように設けられている。   The intake sprocket is connected to the crankshaft 3d via a timing chain (not shown), and is connected to the intake camshaft 5 via an intake cam phase variable mechanism 50 described later. With the above configuration, the intake camshaft 5 rotates once every time the crankshaft 3d rotates twice. The intake cam 6 is provided on the intake camshaft 5 for each cylinder 3a so as to rotate integrally therewith.

さらに、吸気側動弁機構40は、クランクシャフト3dの回転に伴う吸気カムシャフト5の回転により、各気筒3aの吸気弁4を開閉駆動するものであり、後述するように、吸気弁4のバルブタイミングを無段階に変更する可変式の動弁機構で構成されている。   Further, the intake side valve mechanism 40 is configured to open and close the intake valves 4 of the respective cylinders 3a by the rotation of the intake camshaft 5 accompanying the rotation of the crankshaft 3d. It consists of a variable valve mechanism that changes the timing steplessly.

一方、排気弁7は、そのステム7aがガイド7bに摺動自在に嵌合しており、このガイド7bは、シリンダヘッド3cに固定されている。さらに、排気弁7は、上下のスプリングシート7c,7dと、これらの間に設けられたバルブスプリング7eとにより、閉弁方向に付勢されている。   On the other hand, the exhaust valve 7 has a stem 7a slidably fitted to a guide 7b, and the guide 7b is fixed to the cylinder head 3c. Further, the exhaust valve 7 is urged in the valve closing direction by upper and lower spring seats 7c and 7d and a valve spring 7e provided therebetween.

また、排気カムシャフト8の一端部上には、排気スプロケット(図示せず)が同軸に配置され、回転自在に設けられている。この排気スプロケットは、図示しないタイミングチェーンを介してクランクシャフト3dに連結され、後述する排気カム位相可変機構90を介して排気カムシャフト8に連結されている。以上の構成により、排気カムシャフト8は、クランクシャフト3dが2回転する毎に1回転する。さらに、排気カム9は、排気カムシャフト8上にこれと一体に回転するように気筒3a毎に設けられている。   An exhaust sprocket (not shown) is coaxially disposed on one end of the exhaust camshaft 8 and is rotatably provided. The exhaust sprocket is connected to the crankshaft 3d via a timing chain (not shown), and is connected to the exhaust camshaft 8 via an exhaust cam phase varying mechanism 90 described later. With the above configuration, the exhaust camshaft 8 rotates once every time the crankshaft 3d rotates twice. Further, the exhaust cam 9 is provided for each cylinder 3a on the exhaust camshaft 8 so as to rotate integrally therewith.

さらに、排気側動弁機構60は、クランクシャフト3dの回転に伴う排気カムシャフト8の回転により、各気筒3aの排気弁7を開閉駆動するものであり、後述するように、排気弁7の最大リフトおよびバルブタイミングを無段階に変更する可変式の動弁機構で構成されている。なお、本実施形態では、「排気弁7の最大リフト(以下「排気リフト」という)」は、排気弁7の最大揚程を表すものとする。   Further, the exhaust side valve mechanism 60 drives the exhaust valve 7 of each cylinder 3a to open and close by the rotation of the exhaust camshaft 8 accompanying the rotation of the crankshaft 3d. It consists of a variable valve mechanism that changes the lift and valve timing steplessly. In the present embodiment, “the maximum lift of the exhaust valve 7 (hereinafter referred to as“ exhaust lift ”)” represents the maximum lift of the exhaust valve 7.

一方、燃料噴射弁10は、気筒3a毎に設けられ、燃料を燃焼室3g内に直接噴射するようにシリンダヘッド3cに取り付けられている。すなわち、エンジン3は直噴エンジンとして構成されている。また、燃料噴射弁10は、ECU2に電気的に接続されており、ECU2により、後述する燃料噴射タイミングに基づいて、開閉タイミングが制御される。   On the other hand, the fuel injection valve 10 is provided for each cylinder 3a, and is attached to the cylinder head 3c so as to inject fuel directly into the combustion chamber 3g. That is, the engine 3 is configured as a direct injection engine. The fuel injection valve 10 is electrically connected to the ECU 2, and the ECU 2 controls the opening / closing timing based on the fuel injection timing described later.

また、点火プラグ11も、気筒3a毎に設けられ、シリンダヘッド3cに取り付けられている。点火プラグ11は、ECU2に電気的に接続されており、ECU2により、後述する点火時期IG_LOGに応じたタイミングで燃焼室3g内の混合気を火花点火するように、放電状態が制御される。   A spark plug 11 is also provided for each cylinder 3a and attached to the cylinder head 3c. The spark plug 11 is electrically connected to the ECU 2, and the discharge state is controlled by the ECU 2 so that the air-fuel mixture in the combustion chamber 3 g is sparked at a timing according to an ignition timing IG_LOG described later.

一方、エンジン3には、クランク角センサ20および水温センサ21が設けられている。このクランク角センサ20は、マグネットロータおよびMREピックアップで構成されており、クランクシャフト3dの回転に伴い、いずれもパルス信号であるCRK信号およびTDC信号をECU2に出力する。   On the other hand, the engine 3 is provided with a crank angle sensor 20 and a water temperature sensor 21. The crank angle sensor 20 includes a magnet rotor and an MRE pickup, and outputs a CRK signal and a TDC signal, which are pulse signals, to the ECU 2 as the crankshaft 3d rotates.

このCRK信号は、所定クランク角(例えば10゜)毎に1パルスが出力され、ECU2は、このCRK信号に基づき、エンジン3の回転数(以下「エンジン回転数」という)NEを算出する。また、TDC信号は、各気筒3aのピストン3bが吸気行程のTDC位置よりも若干、手前の所定のクランク角位置にあることを表す信号であり、所定クランク角毎に1パルスが出力される。なお、本実施形態では、クランク角センサ20が運転状態パラメータ検出手段に相当し、エンジン回転数NEが運転状態パラメータに相当する。   The CRK signal is output at one pulse every predetermined crank angle (for example, 10 °), and the ECU 2 calculates the engine speed (hereinafter referred to as “engine speed”) NE of the engine 3 based on the CRK signal. The TDC signal is a signal indicating that the piston 3b of each cylinder 3a is at a predetermined crank angle position slightly before the TDC position of the intake stroke, and one pulse is output for each predetermined crank angle. In the present embodiment, the crank angle sensor 20 corresponds to the driving state parameter detecting means, and the engine speed NE corresponds to the driving state parameter.

さらに、水温センサ21は、エンジン3のシリンダブロック3e内を循環する冷却水の温度であるエンジン水温TWを検出して、それを表す検出信号を、ECU2に出力する。   Further, the water temperature sensor 21 detects the engine water temperature TW, which is the temperature of the cooling water circulating in the cylinder block 3e of the engine 3, and outputs a detection signal representing it to the ECU 2.

一方、エンジン3の吸気管12には、上流側から順に、エアフローセンサ22、ターボチャージャ13およびスロットル弁機構14がそれぞれ設けられている。このエアフローセンサ22は、熱線式エアフローメータで構成されており、吸気管12内を流れる新気の流量(以下「新気流量」という)GINを検出して、それを表す検出信号をECU2に出力する。   On the other hand, an air flow sensor 22, a turbocharger 13, and a throttle valve mechanism 14 are provided in the intake pipe 12 of the engine 3 in order from the upstream side. The air flow sensor 22 is constituted by a hot-wire air flow meter, detects a flow rate of fresh air flowing through the intake pipe 12 (hereinafter referred to as “fresh air flow rate”) GIN, and outputs a detection signal representing it to the ECU 2. To do.

また、ターボチャージャ13は、可変容量式のものであり、吸気管12のエアフローセンサ22よりも下流側に設けられたコンプレッサブレード13aと、排気管16の途中に設けられ、コンプレッサブレード13aと一体に回転するタービンブレード13bと、可変ノズル機構14と、これらを収容するハウジングなどを備えている。   The turbocharger 13 is of a variable capacity type, and is provided in the middle of the compressor blade 13a and the exhaust pipe 16 provided on the downstream side of the air flow sensor 22 of the intake pipe 12, and integrated with the compressor blade 13a. A rotating turbine blade 13b, a variable nozzle mechanism 14, and a housing for housing them are provided.

このターボチャージャ13では、排気管16内を流れる排ガスによってタービンブレード13bが回転駆動されると、これと一体のコンプレッサブレード13aも同時に回転することにより、吸気管12内の空気が加圧される。すなわち、過給動作が実行される。   In the turbocharger 13, when the turbine blade 13 b is rotationally driven by the exhaust gas flowing in the exhaust pipe 16, the compressor blade 13 a integrated therewith also rotates at the same time, so that the air in the intake pipe 12 is pressurized. That is, the supercharging operation is executed.

また、可変ノズル機構14(可変機構)は、ターボチャージャ13が発生する過給圧を変化させるためのものであり、複数の可変ノズルベーン14a(2つのみ図示)と、可変ノズルベーン14aを駆動するベーンアクチュエータ14bなどを備えている。可変ノズルベーン14aは、ハウジングのタービンブレード13bを収容する部分の壁に回動自在に取り付けられている。また、ベーンアクチュエータ14bは、ECU2に電気的に接続されているとともに、可変ノズルベーン14aに機械的に連結されている。   The variable nozzle mechanism 14 (variable mechanism) is for changing the supercharging pressure generated by the turbocharger 13, and includes a plurality of variable nozzle vanes 14a (only two are shown) and vanes that drive the variable nozzle vanes 14a. An actuator 14b and the like are provided. The variable nozzle vane 14a is rotatably attached to the wall of the portion that houses the turbine blade 13b of the housing. The vane actuator 14b is electrically connected to the ECU 2 and mechanically connected to the variable nozzle vane 14a.

ECU2は、ベーンアクチュエータ14bを介して可変ノズルベーン14aの開度(以下「ノズル開度」という)LVNTを変化させ、タービンブレード13bに吹き付けられる排ガス量を変化させることによって、タービンブレード13bが排ガスから受け取る運動エネルギを変化させる。それにより、タービンブレード13bの回転速度すなわちコンプレッサブレード13aの回転速度が変化することで、過給圧が変更される。   The ECU 2 changes the opening (hereinafter referred to as “nozzle opening”) LVNT of the variable nozzle vane 14a via the vane actuator 14b and changes the amount of exhaust gas blown to the turbine blade 13b, whereby the turbine blade 13b receives from the exhaust gas. Change kinetic energy. Thereby, the supercharging pressure is changed by changing the rotational speed of the turbine blade 13b, that is, the rotational speed of the compressor blade 13a.

さらに、スロットル弁機構15は、スロットル弁15aおよびこれを開閉駆動するTHアクチュエータ15bなどを備えている。スロットル弁15aは、吸気管12の途中に回動自在に設けられており、回動に伴う開度の変化により吸気管12内の新気流量を変化させる。THアクチュエータ15bは、ECU2に接続されたモータにギヤ機構(いずれも図示せず)を組み合わせたものであり、ECU2からの制御入力信号によって駆動されることにより、スロットル弁15aの開度を変化させる。   Further, the throttle valve mechanism 15 includes a throttle valve 15a and a TH actuator 15b that opens and closes the throttle valve 15a. The throttle valve 15a is rotatably provided in the middle of the intake pipe 12, and changes the fresh air flow rate in the intake pipe 12 by the change in the opening degree accompanying the rotation. The TH actuator 15b is a combination of a motor connected to the ECU 2 and a gear mechanism (both not shown), and is driven by a control input signal from the ECU 2 to change the opening of the throttle valve 15a. .

また、吸気管12のスロットル弁機構15よりも下流側には、吸気温センサ23および吸気管内圧センサ24(いずれも図2参照)が設けられている。この吸気温センサ23は、吸気管12内を流れる空気の温度(以下「吸気温」という)TAを検出して、それを表す検出信号をECU2に出力する。   Further, an intake air temperature sensor 23 and an intake pipe internal pressure sensor 24 (both of which are shown in FIG. 2) are provided downstream of the throttle valve mechanism 15 of the intake pipe 12. The intake air temperature sensor 23 detects the temperature (hereinafter referred to as “intake air temperature”) TA of the air flowing through the intake pipe 12 and outputs a detection signal indicating the detected temperature to the ECU 2.

吸気管内圧センサ24は、例えば半導体圧力センサなどで構成され、吸気管12内の圧力(以下「吸気管内圧」という)PBAを検出して、それを表す検出信号をECU2に出力する。この吸気管内圧PBAは、絶対圧として検出される。   The intake pipe internal pressure sensor 24 is constituted by, for example, a semiconductor pressure sensor, and detects a pressure (hereinafter referred to as “intake pipe internal pressure”) PBA in the intake pipe 12 and outputs a detection signal representing the detected pressure to the ECU 2. This intake pipe internal pressure PBA is detected as an absolute pressure.

一方、エンジン3の排気管16には、上流側から順に、LAFセンサ25および触媒装置17(触媒)がそれぞれ設けられている。LAFセンサ25は、ジルコニアおよび白金電極などで構成され、理論空燃比よりもリッチなリッチ領域から極リーン領域までの広範囲な空燃比の領域において、排気管16内を流れる排ガス中の酸素濃度をリニアに検出して、それを表す検出信号をECU2に出力する。ECU2は、このLAFセンサ25の検出信号の値に基づき、排ガス中の空燃比を表す検出空燃比KACTを算出する。   On the other hand, the exhaust pipe 16 of the engine 3 is provided with a LAF sensor 25 and a catalyst device 17 (catalyst) in order from the upstream side. The LAF sensor 25 is composed of zirconia, a platinum electrode, and the like, and linearly adjusts the oxygen concentration in the exhaust gas flowing in the exhaust pipe 16 in a wide range of air-fuel ratios from a rich region richer than the theoretical air-fuel ratio to an extremely lean region. And a detection signal representing it is output to the ECU 2. The ECU 2 calculates a detected air-fuel ratio KACT representing the air-fuel ratio in the exhaust gas based on the value of the detection signal of the LAF sensor 25.

また、エンジン3には、排気還流機構18が設けられている。この排気還流機構18は、排気管16内の排ガスを吸気管12側に還流させるものであり、吸気管12および排気管16の間に接続されたEGR管18aと、このEGR管18aを開閉するEGR制御弁18bなどで構成されている。EGR管18aの一端は、排気管16の触媒装置15よりも上流側の部分に開口し、他端は、吸気管12のスロットル弁機構13よりも下流側の部分に開口している。   The engine 3 is provided with an exhaust gas recirculation mechanism 18. The exhaust gas recirculation mechanism 18 recirculates exhaust gas in the exhaust pipe 16 to the intake pipe 12 side, and opens and closes the EGR pipe 18a connected between the intake pipe 12 and the exhaust pipe 16 and the EGR pipe 18a. The EGR control valve 18b is configured. One end of the EGR pipe 18a opens to a portion upstream of the catalyst device 15 of the exhaust pipe 16, and the other end opens to a portion downstream of the throttle valve mechanism 13 of the intake pipe 12.

また、EGR制御弁18bは、リニア電磁弁タイプのもので、ECU2からの制御入力信号に応じて、そのリフト(以下「EGRリフト」という)が最大値と最小値との間でリニアに変化するように構成されており、それにより、EGR管18aの開度すなわち排気還流量(以下「外部EGR量」という)を変化させる。   The EGR control valve 18b is of a linear electromagnetic valve type, and its lift (hereinafter referred to as “EGR lift”) linearly changes between a maximum value and a minimum value in accordance with a control input signal from the ECU 2. Thus, the opening degree of the EGR pipe 18a, that is, the exhaust gas recirculation amount (hereinafter referred to as “external EGR amount”) is changed.

このEGR制御弁18bには、EGRリフトセンサ26が取り付けられており、EGRリフトセンサ26は、EGR制御弁18bの実際のEGRリフトLACTを検出して、それを表す検出信号をECU2に出力する。ECU2は、後述するように、EGR制御弁18bを介して、EGRリフトLACTが目標EGRリフトLCMDに収束するように、外部EGR量を制御する。なお、以下の説明では、排気還流機構18により排気を還流させることを「外部EGR」という。   An EGR lift sensor 26 is attached to the EGR control valve 18b, and the EGR lift sensor 26 detects an actual EGR lift LACT of the EGR control valve 18b and outputs a detection signal representing it to the ECU 2. As will be described later, the ECU 2 controls the external EGR amount via the EGR control valve 18b so that the EGR lift LACT converges to the target EGR lift LCMD. In the following description, recirculation of exhaust gas by the exhaust gas recirculation mechanism 18 is referred to as “external EGR”.

次に、前述した吸気側動弁機構40について説明する。この吸気側動弁機構40は、図4に示すように、吸気カムシャフト5、吸気カム6、ロッカアームシャフト42、2つのロッカアーム43,43および吸気カム位相可変機構50などを備えている。この吸気弁側動弁機構40では、吸気カムシャフト5が回転すると、ロッカアームシャフト42を中心として、2つのロッカアーム43,43が回動し、それにより、吸気弁4が開閉駆動される。   Next, the intake side valve mechanism 40 described above will be described. As shown in FIG. 4, the intake side valve mechanism 40 includes an intake camshaft 5, an intake cam 6, a rocker arm shaft 42, two rocker arms 43 and 43, an intake cam phase variable mechanism 50, and the like. In the intake valve side valve operating mechanism 40, when the intake camshaft 5 rotates, the two rocker arms 43, 43 rotate around the rocker arm shaft 42, thereby opening and closing the intake valve 4.

また、吸気カム位相可変機構50は、吸気カムシャフト5のクランクシャフト3dに対する相対的な位相(以下「吸気カム位相」という)CAINを無段階に進角側または遅角側に変更するものであり、本出願人が特開2005−315161号公報で既に提案したものと同様に構成されているので、以下、その概略を簡単に説明する。   The intake cam phase variable mechanism 50 changes the relative phase of the intake camshaft 5 relative to the crankshaft 3d (hereinafter referred to as “intake cam phase”) CAIN steplessly or forwardly. Since the present applicant has the same configuration as that already proposed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-315161, the outline will be briefly described below.

この吸気カム位相可変機構50は、吸気カムシャフト5の吸気スプロケット側の端部に設けられており、吸気カム位相電磁弁51と、これを介して油圧が供給される進角室および遅角室などを備えている。この吸気カム位相電磁弁51は、ECU2に接続されており、ECU2からの制御入力信号に応じて、進角室および遅角室に供給する油圧を変化させることで、吸気カム位相CAINを所定の最遅角値と所定の最進角値との間で無段階に連続的に変化させる。それにより、吸気弁4のバルブタイミングは、図6に実線で示す最遅角タイミングと、図6に2点鎖線で示す最進角タイミングとの間で無段階に変更される。   The intake cam phase variable mechanism 50 is provided at the end of the intake camshaft 5 on the intake sprocket side, and includes an intake cam phase electromagnetic valve 51 and an advance chamber and a retard chamber to which hydraulic pressure is supplied via the intake cam phase electromagnetic valve 51. Etc. The intake cam phase solenoid valve 51 is connected to the ECU 2 and changes the hydraulic pressure supplied to the advance chamber and the retard chamber in accordance with a control input signal from the ECU 2, thereby changing the intake cam phase CAIN to a predetermined value. It is continuously changed steplessly between the most retarded angle value and a predetermined most advanced angle value. Thereby, the valve timing of the intake valve 4 is changed steplessly between the most retarded timing shown by the solid line in FIG. 6 and the most advanced timing shown by the two-dot chain line in FIG.

一方、吸気カムシャフト5の吸気カム位相可変機構50と反対側の端部には、吸気カム角センサ27(図2参照)が設けられている。この吸気カム角センサ27は、例えばマグネットロータおよびMREピックアップで構成されており、吸気カムシャフト5の回転に伴い、パルス信号であるINCAM信号を所定のカム角(例えば1゜)ごとにECU2に出力する。ECU2は、このINCAM信号および前述したCRK信号に基づき、吸気カム位相CAINを算出する。   On the other hand, an intake cam angle sensor 27 (see FIG. 2) is provided at the end of the intake camshaft 5 opposite to the intake cam phase varying mechanism 50. The intake cam angle sensor 27 includes, for example, a magnet rotor and an MRE pickup, and outputs an INCAM signal, which is a pulse signal, to the ECU 2 every predetermined cam angle (for example, 1 °) as the intake cam shaft 5 rotates. To do. The ECU 2 calculates the intake cam phase CAIN based on this INCAM signal and the aforementioned CRK signal.

次に、前述した排気側動弁機構60について説明する。この排気側動弁機構60は、図5に示すように、排気カムシャフト8、排気カム9、排気リフト可変機構70および排気カム位相可変機構90などを備えている。   Next, the exhaust side valve mechanism 60 described above will be described. As shown in FIG. 5, the exhaust side valve mechanism 60 includes an exhaust camshaft 8, an exhaust cam 9, an exhaust lift variable mechanism 70, an exhaust cam phase variable mechanism 90, and the like.

この排気リフト可変機構70は、クランクシャフト3dの回転に伴う排気カムシャフト8の回転により排気弁7を開閉駆動するとともに、排気リフトを値0と所定の最大値LEXMAX(図7参照)との間で無段階に変更するものであり、本出願人が特願2005−288057号で既に提案したものと同様に構成されているので、以下、その概略を簡単に説明する。   The variable exhaust lift mechanism 70 opens and closes the exhaust valve 7 by the rotation of the exhaust camshaft 8 accompanying the rotation of the crankshaft 3d, and the exhaust lift is between a value 0 and a predetermined maximum value LEXMAX (see FIG. 7). Therefore, the outline is briefly described below because it is configured in the same manner as already proposed in Japanese Patent Application No. 2005-288057.

この排気リフト可変機構70は、コントロールシャフト71およびロッカアームシャフト72と、これらのシャフト71,72上に気筒3a毎に設けられたロッカアーム機構73と、これらのロッカアーム機構73を同時に駆動する排気リフトアクチュエータ80(図2参照)などを備えている。   The variable exhaust lift mechanism 70 includes a control shaft 71 and a rocker arm shaft 72, a rocker arm mechanism 73 provided on the shafts 71 and 72 for each cylinder 3a, and an exhaust lift actuator 80 for simultaneously driving the rocker arm mechanisms 73. (Refer to FIG. 2).

このロッカアーム機構73は、リンク74a、ローラ軸74b、ローラ74c、ロッカアーム75などを備えている。また、排気リフトアクチュエータ80は、モータおよび減速ギヤ機構(いずれも図示せず)などを組み合わせたものであり、ECU2に電気的に接続されており、ECU2からの制御入力信号によって駆動されると、コントロールシャフト71を回動させ、それにより、リンク74aをローラ軸74bを中心として回動させる。   The rocker arm mechanism 73 includes a link 74a, a roller shaft 74b, a roller 74c, a rocker arm 75, and the like. The exhaust lift actuator 80 is a combination of a motor, a reduction gear mechanism (both not shown), etc., and is electrically connected to the ECU 2, and when driven by a control input signal from the ECU 2, The control shaft 71 is rotated, thereby rotating the link 74a about the roller shaft 74b.

このリンク74aが図5に実線で示すゼロリフト位置にある場合、排気カム9が回転し、そのカムノーズによりローラ74cがロッカアームシャフト72側に押されると、リンク74aはコントロールシャフト71を中心として、図5の時計回りに回動する。その際、ロッカアーム75の案内面75aがコントロールシャフト71を中心とする円弧と一致するような形状を有しているので、バルブスプリング7eの付勢力により、ロッカアーム75は図5に示す閉弁位置に保持される。それにより、排気リフトは値0に保持され、排気弁7は閉弁状態に保持される。   When the link 74a is in the zero lift position indicated by the solid line in FIG. 5, when the exhaust cam 9 rotates and the roller nose 74c is pushed toward the rocker arm shaft 72 by the cam nose, the link 74a is centered on the control shaft 71 as shown in FIG. Rotate clockwise. At this time, since the guide surface 75a of the rocker arm 75 has a shape that coincides with the arc centered on the control shaft 71, the rocker arm 75 is moved to the closed position shown in FIG. 5 by the urging force of the valve spring 7e. Retained. As a result, the exhaust lift is maintained at the value 0, and the exhaust valve 7 is maintained in the closed state.

一方、リンク74aがゼロリフト位置から最大リフト位置(図5の破線で示す位置)側の位置まで回動し、その位置に保持されている状態では、排気カム9の回転により、リンク74aがコントロールシャフト71を中心として図5の時計回りに回動すると、ロッカアーム75は、バルブスプリング7eの付勢力に抗しながら、図5に示す閉弁位置から下方に回動し、排気弁7を開放する。その際、ロッカアーム75の回動量すなわち排気リフトは、リンク74aが最大リフト位置側に近い位置にあるほど、より大きくなる。   On the other hand, when the link 74a is rotated from the zero lift position to the position on the maximum lift position (the position indicated by the broken line in FIG. 5) and held at that position, the link 74a is controlled by the rotation of the exhaust cam 9. When pivoting clockwise in FIG. 5 around 71, the rocker arm 75 pivots downward from the valve closing position shown in FIG. 5 while opening the exhaust valve 7 against the urging force of the valve spring 7e. At this time, the amount of rotation of the rocker arm 75, that is, the exhaust lift becomes larger as the link 74a is closer to the maximum lift position.

以上の理由により、排気弁7は、リンク74aが最大リフト位置側に近い位置にあるほど、より大きなリフトで開弁し、具体的には、排気カム9の回転中、排気弁7は、リンク74aが最大リフト位置にあるときには、図7に実線で示すバルブリフト曲線に従って開弁し、排気リフトは、その最大値LEXMAXを示す。したがって、この排気リフト可変機構70では、排気リフトアクチュエータ80を介して、リンク74aをゼロリフト位置と最大リフト位置との間で回動させることにより、排気リフトを値0と所定の最大値LEXMAXとの間で無段階に変化させることができる。   For the above reasons, the exhaust valve 7 is opened with a larger lift as the link 74a is closer to the maximum lift position side. Specifically, the exhaust valve 7 is connected to the link while the exhaust cam 9 is rotating. When 74a is at the maximum lift position, the valve is opened according to the valve lift curve shown by the solid line in FIG. 7, and the exhaust lift indicates its maximum value LEXMAX. Therefore, in this variable exhaust lift mechanism 70, the exhaust lift is set to a value between 0 and a predetermined maximum value LEXMAX by rotating the link 74a between the zero lift position and the maximum lift position via the exhaust lift actuator 80. Can be changed steplessly between.

また、排気リフト可変機構70には、回動角センサ28が設けられており(図2参照)、この回動角センサ28は、コントロールシャフト71の回動角SAAEXを検出して、それを表す検出信号をECU2に出力する。   Further, the exhaust lift variable mechanism 70 is provided with a rotation angle sensor 28 (see FIG. 2). The rotation angle sensor 28 detects the rotation angle SAAEX of the control shaft 71 and represents it. A detection signal is output to the ECU 2.

次に、排気カム位相可変機構90について説明する。この排気カム位相可変機構90は、排気カムシャフト8のクランクシャフト3dに対する相対的な位相(以下「排気カム位相」という)CAEXを無段階に進角側または遅角側に変更するものであり、排気カムシャフト8の排気スプロケット側の端部に設けられている。   Next, the exhaust cam phase varying mechanism 90 will be described. The exhaust cam phase variable mechanism 90 changes the relative phase of the exhaust camshaft 8 relative to the crankshaft 3d (hereinafter referred to as “exhaust cam phase”) CAEX steplessly or forwardly. It is provided at the end of the exhaust camshaft 8 on the exhaust sprocket side.

この排気カム位相可変機構90は、前述した吸気カム位相可変機構50と同様に構成されているので、その詳細な説明は省略するが、排気カム位相電磁弁91などを備えており、ECU2からの制御入力信号により排気カム位相電磁弁91が駆動されると、排気カム位相CAEXを、所定の最遅角値と所定の最進角値との間で連続的に変化させる。それにより、排気弁7のバルブタイミングは、図6に実線で示す最遅角タイミングと、図6に2点鎖線で示す最進角タイミングとの間で無段階に変更される。   Since the exhaust cam phase variable mechanism 90 is configured in the same manner as the intake cam phase variable mechanism 50 described above, the exhaust cam phase electromagnetic valve 91 and the like are provided. When the exhaust cam phase solenoid valve 91 is driven by the control input signal, the exhaust cam phase CAEX is continuously changed between a predetermined maximum retardation value and a predetermined maximum advance value. Thereby, the valve timing of the exhaust valve 7 is changed steplessly between the most retarded timing shown by the solid line in FIG. 6 and the most advanced timing shown by the two-dot chain line in FIG.

一方、排気カムシャフト8の排気カム位相可変機構90と反対側の端部には、排気カム角センサ29(図2参照)が設けられている。この排気カム角センサ29は、例えばマグネットロータおよびMREピックアップで構成されており、排気カムシャフト8の回転に伴い、パルス信号であるEXCAM信号を所定のカム角(例えば1゜)ごとにECU2に出力する。ECU2は、このEXCAM信号および前述したCRK信号に基づき、排気カム位相CAEXを算出する。   On the other hand, an exhaust cam angle sensor 29 (see FIG. 2) is provided at the end of the exhaust camshaft 8 opposite to the exhaust cam phase varying mechanism 90. The exhaust cam angle sensor 29 includes, for example, a magnet rotor and an MRE pickup, and outputs an EXCAM signal, which is a pulse signal, to the ECU 2 at predetermined cam angles (for example, 1 °) as the exhaust camshaft 8 rotates. To do. The ECU 2 calculates the exhaust cam phase CAEX based on the EXCAM signal and the above-described CRK signal.

以上のように、このエンジン3では、吸気側動弁機構40により、吸気弁4のバルブタイミングを無段階に変更できるとともに、排気側動弁機構60により、排気弁7のリフトおよびバルブタイミングを無段階に変更でき、それにより、気筒3a内に残留する既燃ガスの量すなわち内部EGR量を、2つの動弁機構40,60により自在に変更できるように構成されている。この既燃ガスは、排気還流機構16により還流される排ガスよりも高い温度を示す。   As described above, in the engine 3, the valve timing of the intake valve 4 can be changed steplessly by the intake side valve mechanism 40, and the lift and valve timing of the exhaust valve 7 are not changed by the exhaust side valve mechanism 60. The amount of burned gas remaining in the cylinder 3a, that is, the amount of internal EGR can be freely changed by the two valve mechanisms 40 and 60. This burned gas exhibits a higher temperature than the exhaust gas recirculated by the exhaust gas recirculation mechanism 16.

なお、以下の説明では、吸気カム位相可変機構50、排気リフト可変機構70および排気カム位相可変機構90をまとめて「3つの可変機構50,70,90」という。   In the following description, the intake cam phase variable mechanism 50, the exhaust lift variable mechanism 70, and the exhaust cam phase variable mechanism 90 are collectively referred to as “three variable mechanisms 50, 70, 90”.

さらに、ECU2には、大気圧センサ30、アクセル開度センサ31、スロットル弁開度センサ32およびイグニッション・スイッチ(以下「IG・SW」という)33が接続されている。この大気圧センサ30は、半導体圧力センサで構成されており、大気圧PAを検出して、それを表す検出信号をECU2に出力する。アクセル開度センサ31は、図示しないアクセルペダルの操作量であるアクセル開度APを検出して、それを表す検出信号をECU2に出力する。なお、本実施形態では、アクセル開度センサ31が運転状態パラメータ検出手段に相当し、アクセル開度APが運転状態パラメータに相当する。   Further, an atmospheric pressure sensor 30, an accelerator opening sensor 31, a throttle valve opening sensor 32, and an ignition switch (hereinafter referred to as “IG · SW”) 33 are connected to the ECU 2. The atmospheric pressure sensor 30 is composed of a semiconductor pressure sensor, detects the atmospheric pressure PA, and outputs a detection signal representing it to the ECU 2. The accelerator opening sensor 31 detects an accelerator opening AP, which is an operation amount of an accelerator pedal (not shown), and outputs a detection signal representing the detected value to the ECU 2. In the present embodiment, the accelerator opening sensor 31 corresponds to the driving state parameter detecting means, and the accelerator opening AP corresponds to the driving state parameter.

また、スロットル弁開度センサ32は、ポテンショメータで構成され、スロットル弁14bの開度(以下「スロットル弁開度」という)THを検出して、それを表す検出信号をECU2に出力する。さらに、IG・SW33は、イグニッションキー(図示せず)操作によりON/OFFされるとともに、そのON/OFF状態を表す信号をECU2に出力する。   The throttle valve opening sensor 32 is composed of a potentiometer, detects the opening TH of the throttle valve 14b (hereinafter referred to as “throttle valve opening”) TH, and outputs a detection signal indicating the detected value to the ECU 2. Further, the IG / SW 33 is turned ON / OFF by operating an ignition key (not shown), and outputs a signal indicating the ON / OFF state to the ECU 2.

一方、ECU2は、CPU、RAM、ROMおよびI/Oインターフェース(いずれも図示せず)などからなるマイクロコンピュータで構成されており、前述した各種のセンサ20〜32の検出信号およびIG・SW33のON/OFF信号などに応じて、エンジン3の運転状態を判別するとともに、各種の制御処理を実行する。   On the other hand, the ECU 2 is composed of a microcomputer including a CPU, RAM, ROM, and I / O interface (all not shown), and the detection signals of the various sensors 20 to 32 described above and the IG / SW 33 are turned on. In accordance with the / OFF signal or the like, the operating state of the engine 3 is determined and various control processes are executed.

具体的には、ECU2は、エンジン3の運転状態に応じて、後述するように、燃料噴射制御処理、過給圧制御処理、点火時期制御処理および可変機構制御処理などを実行する。これらの制御処理により、エンジン3は、後述する燃焼モード値STS_BURNCMDに応じて、成層自己着火燃焼モード、成層火炎伝播燃焼モード、火種自己着火燃焼モードおよび均質火炎伝播燃焼モードのいずれかの燃焼モードで運転される。   Specifically, the ECU 2 executes a fuel injection control process, a boost pressure control process, an ignition timing control process, a variable mechanism control process, and the like, as will be described later, according to the operating state of the engine 3. With these control processes, the engine 3 operates in any one of the stratified self-ignition combustion mode, the stratified flame propagation combustion mode, the fire type self-ignition combustion mode, and the homogeneous flame propagation combustion mode in accordance with a combustion mode value STS_BURNCMD described later. Driven.

この成層自己着火燃焼モードは、燃料を圧縮行程のみで噴射することにより成層混合気を生成し、これを自己着火燃焼させるものであり、エンジン3の運転状態が所定の第1運転域にあるとき、より具体的には、エンジン回転数NEが所定の低回転域にあり、かつ後述する要求トルクPMCMDが所定の低負荷域にあるときに実行される。なお、この成層自己着火燃焼モードの場合、成層混合気が自己着火燃焼するような状態で生成されるので、火花点火は本質的に不要であるが、失火防止と、自己着火燃焼タイミングを適切に制御することを目的として、本実施形態の後述する点火時期制御処理では、成層自己着火燃焼モードでも、点火プラグ11による火花点火が実行される。   In this stratified self-ignition combustion mode, a stratified mixture is generated by injecting fuel only in the compression stroke, and this is self-ignited and combusted. When the operating state of the engine 3 is in a predetermined first operating region More specifically, it is executed when the engine speed NE is in a predetermined low speed range and a later-described required torque PMCMD is in a predetermined low load range. In this stratified self-ignition combustion mode, the stratified mixture is generated in a state where self-ignition combustion occurs, so spark ignition is essentially unnecessary, but misfire prevention and proper self-ignition combustion timing are adequate. For the purpose of control, spark ignition by the spark plug 11 is executed even in the stratified self-ignition combustion mode in the ignition timing control process described later in the present embodiment.

また、成層火炎伝播燃焼モードは、燃料を圧縮行程のみで噴射することにより成層混合気を生成し、これを火花点火により火炎伝播燃焼させるものであり、エンジン3の運転状態が所定の第2運転域(低中回転域かつ上記第1運転域よりも低負荷側の領域で、成層混合気が自己着火燃焼しないような領域)にあるときに実行される。   In the stratified flame propagation combustion mode, a stratified mixture is generated by injecting fuel only in the compression stroke, and this is subjected to flame propagation combustion by spark ignition. The operation state of the engine 3 is a predetermined second operation. It is executed when the engine is in a region (a region where the stratified mixture does not self-ignite and combust in a low-medium rotational region and a region on the lower load side than the first operating region).

さらに、火種自己着火燃焼モードは、燃料を吸気行程で噴射することにより、均質混合気を生成した後、燃料を圧縮行程で極少量噴射することにより、均質混合気と成層混合気の双方を含む混合気を生成し、そのうちの成層混合気を火花点火により火炎伝播燃焼させることにより、これを火種として均質混合気を自己着火燃焼させるものである。この火種自己着火燃焼モードは、エンジン3の運転状態が所定の第3運転域(低中回転域で上記第1運転域よりも高負荷側の領域)にあるときに実行される。   Furthermore, the self-ignition combustion mode includes both a homogeneous mixture and a stratified mixture by injecting fuel in the intake stroke to generate a homogeneous mixture and then injecting a very small amount of fuel in the compression stroke. An air-fuel mixture is generated, and the stratified air-fuel mixture is subjected to flame propagation combustion by spark ignition, and the homogeneous air-fuel mixture is self-ignited and combusted using this as a fire type. This fire type self-ignition combustion mode is executed when the operating state of the engine 3 is in a predetermined third operating region (a region on the high load side of the first operating region in the low and medium rotation region).

一方、均質火炎伝播燃焼モードは、燃料を吸気行程で噴射することにより、均質混合気を生成し、これを火花点火により火炎伝播燃焼させるものであり、エンジン3の運転状態が上記の第1〜3運転域以外の所定の第4運転域にあるときに実行される。   On the other hand, in the homogeneous flame propagation combustion mode, a homogeneous mixture is generated by injecting fuel in the intake stroke, and this is subjected to flame propagation combustion by spark ignition. It is executed when the vehicle is in a predetermined fourth operation region other than the three operation regions.

なお、本実施形態では、ECU2が、運転状態パラメータ検出手段、燃焼モード選択手段および過給圧制御手段に相当する。   In the present embodiment, the ECU 2 corresponds to an operating state parameter detection unit, a combustion mode selection unit, and a supercharging pressure control unit.

以下、図8を参照しながら、ECU2において、タイマ設定により所定周期(例えば10msec)で実行される制御処理について説明する。なお、以下の制御処理において算出または設定される各種の値は、ECU2のRAM内に記憶されるものとする。   Hereinafter, the control process executed in the ECU 2 at a predetermined cycle (for example, 10 msec) by setting the timer will be described with reference to FIG. Various values calculated or set in the following control process are stored in the RAM of the ECU 2.

この処理では、まず、ステップ1(図では「S1」と略す。以下同じ)で、エンジン回転数NE、要求トルクPMCMD、燃焼モード値STS_BURNCMD、後述する目標吸気カム位相CAINCMD、後述する目標回動角SAAEXCMDおよび後述する目標排気カム位相CAEXCMDなどの各種のデータを読み込む。   In this process, first, in Step 1 (abbreviated as “S1” in the figure, the same applies hereinafter), the engine speed NE, the required torque PMCMD, the combustion mode value STS_BURNCMD, a target intake cam phase CAINCMD described later, and a target rotation angle described later. Various data such as SAAEXCMD and a target exhaust cam phase CAEXCMD described later are read.

次いで、ステップ2に進み、エンジン始動フラグF_ENGSTARTの設定処理を実行する。このエンジン始動フラグF_ENGSTARTの設定は、エンジン回転数NEおよびIG・SW33のON/OFF状態に基づいて、エンジン始動制御中すなわちクランキング中であるか否かを判定し、その判定結果に基づいて実行される。具体的には、エンジン始動フラグF_ENGSTARTは、エンジン始動制御中であるときには「1」に、それ以外のときには「0」にそれぞれ設定される。   Next, the process proceeds to step 2, and an engine start flag F_ENGSTART setting process is executed. The engine start flag F_ENGSTART is set based on the engine speed NE and the ON / OFF state of the IG / SW 33 to determine whether or not the engine start control is being performed, that is, cranking, and is executed based on the determination result. Is done. Specifically, the engine start flag F_ENGSTART is set to “1” when the engine start control is being performed, and is set to “0” otherwise.

ステップ2に続くステップ3で、触媒暖機フラグF_FIREONの設定処理を実行する。この触媒暖機フラグF_FIREONの設定は、エンジン始動後の経過時間、エンジン水温TWおよびアクセル開度APなどに基づいて、触媒装置17内の触媒をエンジン始動後に急速に活性化させる触媒暖機制御の実行条件が成立しているか否かを判定し、その判定結果に基づいて実行される。具体的には、触媒暖機フラグF_FIREONは、触媒暖機制御の実行条件が成立していることで、触媒暖機制御が実行されるときには「1」に、それ以外のときには「0」にそれぞれ設定される。   In step 3 following step 2, the setting process of the catalyst warm-up flag F_FIREON is executed. The catalyst warm-up flag F_FIREON is set based on the catalyst warm-up control for rapidly activating the catalyst in the catalyst device 17 after the engine is started based on the elapsed time after the engine is started, the engine water temperature TW, the accelerator pedal opening AP, and the like. It is determined whether or not an execution condition is satisfied, and the process is executed based on the determination result. Specifically, the catalyst warm-up flag F_FIREON is set to “1” when the catalyst warm-up control execution condition is satisfied, and is set to “0” when the catalyst warm-up control is executed. Is set.

次いで、ステップ4で、燃焼モード値STS_BURNCMDの設定処理を実行する。この燃焼モード値STS_BURNCMDは、前述したように、エンジン3の燃焼モードとして、前述した4つの燃焼モードのいずれが選択されているのかを表すものであり、エンジン回転数NEおよび要求トルクPMCMDに応じて、図示しないマップを検索することにより設定される。   Next, in step 4, a setting process for the combustion mode value STS_BURNCMD is executed. This combustion mode value STS_BURNCMD represents which of the four combustion modes described above is selected as the combustion mode of the engine 3 as described above, and depends on the engine speed NE and the required torque PMCMD. This is set by searching a map (not shown).

より具体的には、燃焼モード値STS_BURNCMDは、エンジン回転数NEおよび要求トルクPMCMDが前述した所定の第1運転域にあることで、エンジン3の燃焼モードとして成層自己着火燃焼モードが選択されたときには「1」に設定され、エンジン回転数NEおよび要求トルクPMCMDが前述した所定の第2運転域にあることで、成層火炎伝播燃焼モードが選択されたときには「2」に設定される。さらに、燃焼モード値STS_BURNCMDは、エンジン回転数NEおよび要求トルクPMCMDが前述した所定の第3運転域にあることで、火種自己着火燃焼モードが選択されたときには「3」に設定され、エンジン回転数NEおよび要求トルクPMCMDが前述した所定の第4運転域にあることで、均質火炎伝播燃焼モードが選択されたときには「4」に設定される。   More specifically, the combustion mode value STS_BURNCMD is obtained when the stratified self-ignition combustion mode is selected as the combustion mode of the engine 3 because the engine speed NE and the required torque PMCMD are in the predetermined first operating range described above. The engine speed NE and the required torque PMCMD are set to “1”, and are set to “2” when the stratified flame propagation combustion mode is selected. Further, the combustion mode value STS_BURNCMD is set to “3” when the ignition type self-ignition combustion mode is selected because the engine speed NE and the required torque PMCMD are in the predetermined third operating region described above, and the engine speed The NE and the required torque PMCMD are in the predetermined fourth operating range described above, so that “4” is set when the homogeneous flame propagation combustion mode is selected.

ステップ4に続くステップ5で、過給圧制御処理を実行する。この過給圧制御処理は、ノズル開度指令値LVNT_CMD(可変機構の作動量)を算出するものであり、その詳細については後述する。   In step 5 following step 4, a supercharging pressure control process is executed. This supercharging pressure control process calculates a nozzle opening command value LVNT_CMD (amount of operation of the variable mechanism), and details thereof will be described later.

次いで、ステップ6で、アクセル開度APおよび要求トルクPMCMDに応じて、図示しないマップを検索することにより、目標スロットル弁開度THCMDを算出する。   Next, at step 6, the target throttle valve opening THCMD is calculated by searching a map (not shown) according to the accelerator opening AP and the required torque PMCMD.

次に、ステップ7に進み、可変機構制御処理を実行する。この可変機構処理は、以下に述べるように、可変ノズル機構14、スロットル弁機構15、排気還流機構18、吸気カム位相可変機構50、排気リフト可変機構70および排気カム位相可変機構90をそれぞれ制御するための制御入力信号の値を算出するものである。   Next, it progresses to step 7 and a variable mechanism control process is performed. This variable mechanism process controls the variable nozzle mechanism 14, the throttle valve mechanism 15, the exhaust gas recirculation mechanism 18, the intake cam phase variable mechanism 50, the exhaust lift variable mechanism 70, and the exhaust cam phase variable mechanism 90, as described below. For this purpose, the value of the control input signal is calculated.

この処理では、まず、可変ノズル機構14への制御入力信号の値が、前述したノズル開度指令値LVNT_CMDに基づいて算出され、そのように算出された制御入力信号が可変ノズル機構14のベーンアクチュエータ14bに供給されることにより、ノズル開度LVNTがフィードフォワード制御される。その結果、過給圧が制御される。この場合、ノズル開度指令値LVNT_CMDが大きいほど、ターボチャージャ13のタービンブレード13bが排ガスから受け取る運動エネルギがより小さくなり、それにより、過給圧がより小さくなるように制御される。   In this process, first, the value of the control input signal to the variable nozzle mechanism 14 is calculated based on the nozzle opening command value LVNT_CMD described above, and the calculated control input signal is used as the vane actuator of the variable nozzle mechanism 14. The nozzle opening degree LVNT is feedforward controlled by being supplied to 14b. As a result, the supercharging pressure is controlled. In this case, the larger the nozzle opening command value LVNT_CMD, the smaller the kinetic energy that the turbine blade 13b of the turbocharger 13 receives from the exhaust gas, thereby controlling the supercharging pressure to be smaller.

また、スロットル弁機構15への制御入力信号の値が、スロットル弁開度THが目標スロットル弁開度THCMDに収束するように、所定のフィードバック制御アルゴリズムにより算出され、そのように算出された制御入力信号がスロットル弁機構15のTHアクチュエータ15bに供給されることにより、スロットル弁開度THがフィードバック制御される。その結果、吸入空気量が制御される。   Further, the value of the control input signal to the throttle valve mechanism 15 is calculated by a predetermined feedback control algorithm so that the throttle valve opening TH converges to the target throttle valve opening THCMD, and the control input thus calculated is calculated. By supplying a signal to the TH actuator 15b of the throttle valve mechanism 15, the throttle valve opening TH is feedback-controlled. As a result, the intake air amount is controlled.

さらに、排気還流機構18への制御入力信号の値が、EGRリフトLACTが目標EGRリフトLCMDに収束するように、所定のフィードバック制御アルゴリズムにより算出され、そのような算出された制御入力信号が排気還流機構18のEGR制御弁18bに供給されることにより、外部EGRが制御される。その結果、外部EGR割合が後述する算出値EGRDIVEXになるように制御される。   Further, the value of the control input signal to the exhaust gas recirculation mechanism 18 is calculated by a predetermined feedback control algorithm so that the EGR lift LACT converges to the target EGR lift LCMD, and the calculated control input signal is the exhaust gas recirculation. The external EGR is controlled by being supplied to the EGR control valve 18b of the mechanism 18. As a result, the external EGR ratio is controlled to be a calculated value EGRDIVEX described later.

一方、吸気カム位相可変機構50への制御入力信号の値が、吸気カム位相CAINが目標吸気カム位相CAINCMDに収束するように、所定のフィードバック制御アルゴリズムにより算出され、そのように算出された制御入力信号が吸気カム位相可変機構50の吸気カム位相電磁弁51に供給されることにより、吸気カム位相CAINがフィードバック制御される。   On the other hand, the value of the control input signal to the intake cam phase variable mechanism 50 is calculated by a predetermined feedback control algorithm so that the intake cam phase CAIN converges to the target intake cam phase CAINCMD, and the control input thus calculated is calculated. By supplying a signal to the intake cam phase electromagnetic valve 51 of the intake cam phase varying mechanism 50, the intake cam phase CAIN is feedback-controlled.

また、排気リフト可変機構70への制御入力信号の値が、回動角SAAEXが目標回動角SAAEXCMDに収束するように、所定のフィードバック制御アルゴリズムにより算出され、そのように算出された制御入力信号が排気リフト可変機構70の排気リフトアクチュエータ80に供給されることにより、排気リフトがフィードバック制御される。   Further, the value of the control input signal to the variable exhaust lift mechanism 70 is calculated by a predetermined feedback control algorithm so that the rotation angle SAAEX converges to the target rotation angle SAAEXCMD, and the control input signal thus calculated is calculated. Is supplied to the exhaust lift actuator 80 of the variable exhaust lift mechanism 70 so that the exhaust lift is feedback-controlled.

さらに、排気カム位相可変機構90への制御入力信号の値が、排気カム位相CAEXが目標排気カム位相CAEXCMDに収束するように、所定のフィードバック制御アルゴリズムにより算出され、、そのように算出された制御入力信号が排気カム位相可変機構90の排気カム位相電磁弁91に供給されることにより、排気カム位相CAEXがフィードバック制御される。以上のように、吸気カム位相CAIN、排気リフトおよび排気カム位相CAEXがそれぞれ制御されることにより、内部EGRが制御され、その結果、内部EGR割合が後述する算出値EGRDIVINになるように制御される。   Further, the value of the control input signal to the exhaust cam phase variable mechanism 90 is calculated by a predetermined feedback control algorithm so that the exhaust cam phase CAEX converges to the target exhaust cam phase CAEXCMD, and the control thus calculated is calculated. By supplying the input signal to the exhaust cam phase electromagnetic valve 91 of the exhaust cam phase variable mechanism 90, the exhaust cam phase CAEX is feedback-controlled. As described above, by controlling the intake cam phase CAIN, the exhaust lift and the exhaust cam phase CAEX, the internal EGR is controlled, and as a result, the internal EGR ratio is controlled to a calculated value EGRDIVIN described later. .

ステップ7の可変機構制御処理を以上のように実行した後、本処理を終了する。   After executing the variable mechanism control process of step 7 as described above, the present process is terminated.

次に、図9を参照しながら、前述した過給圧制御処理について説明する。この処理では、まず、ステップ10で、前述したエンジン始動フラグF_ENGSTARTが「1」であるか否かを判別する。   Next, the above-described supercharging pressure control process will be described with reference to FIG. In this process, first, in step 10, it is determined whether or not the engine start flag F_ENGSTART described above is “1”.

この判別結果がYESで、エンジン始動制御中であるときには、ステップ18に進み、ノズル開度指令値LVNT_CMDを所定の最大値LVNT_LMTH(例えば100%)に設定した後、本処理を終了する。このように、ノズル開度指令値LVNT_CMDが所定の最大値LVNT_LMTHに設定された場合、ターボチャージャ13のタービンブレード13bが排ガスから受け取る運動エネルギが最小になることで、過給がほとんど行われない状態となる。   If the determination result is YES and the engine start control is being performed, the process proceeds to step 18 where the nozzle opening command value LVNT_CMD is set to a predetermined maximum value LVNT_LMTH (for example, 100%), and then this process is terminated. As described above, when the nozzle opening command value LVNT_CMD is set to the predetermined maximum value LVNT_LMTH, the kinetic energy received from the exhaust gas by the turbine blade 13b of the turbocharger 13 is minimized, so that supercharging is hardly performed. It becomes.

一方、ステップ10の判別結果がNOのときには、ステップ11に進み、前述した触媒暖機フラグF_FIREONが「1」であるか否かを判別する。この判別結果がYESで、触媒暖機制御中であるときには、前述したように、ステップ18を実行した後、本処理を終了する。   On the other hand, when the determination result of step 10 is NO, the process proceeds to step 11 to determine whether or not the catalyst warm-up flag F_FIREON described above is “1”. When the determination result is YES and the catalyst warm-up control is being performed, as described above, after executing step 18, the present process is terminated.

一方、ステップ11の判別結果がNOのときには、ステップ12に進み、ノズル開度指令値の基本値LVNT_BASEを算出する。この基本値LVNT_BASEは、具体的には、図10に示すように算出される。まず、ステップ30で、燃焼モード値STS_BURNCMDが「1」であるか否かを判別する。   On the other hand, when the determination result of step 11 is NO, the process proceeds to step 12 to calculate the basic value LVNT_BASE of the nozzle opening command value. The basic value LVNT_BASE is specifically calculated as shown in FIG. First, in step 30, it is determined whether or not the combustion mode value STS_BURNCMD is “1”.

この判別結果がYESで、エンジン3の燃焼モードとして成層自己着火燃焼モードが選択されているときには、ステップ31に進み、エンジン回転数NEおよび要求トルクPMCMDに応じて、図11に示すマップを検索することにより、ノズル開度指令値の成層自己着火燃焼用値LVNT_HCCIを算出する。同図の記号i,jは、正の整数を示しており、この点は以下の説明においても同様である。   If the determination result is YES and the stratified self-ignition combustion mode is selected as the combustion mode of the engine 3, the process proceeds to step 31 and the map shown in FIG. 11 is searched according to the engine speed NE and the required torque PMCMD. Thus, the value LVNT_HCCI for the stratified self-ignition combustion of the nozzle opening command value is calculated. Symbols i and j in the figure indicate positive integers, and this is the same in the following description.

次いで、ステップ32に進み、基本値LVNT_BASEを成層自己着火燃焼用値LVNT_HCCIに設定した後、本処理を終了する。   Next, the routine proceeds to step 32, where the basic value LVNT_BASE is set to the stratified self-ignition combustion value LVNT_HCCI, and then this processing is terminated.

一方、ステップ30の判別結果がNOのときには、ステップ33に進み、燃焼モード値STS_BURNCMDが「2」であるか否かを判別する。この判別結果がYESで、成層火炎伝播燃焼モードが選択されているときには、ステップ34に進み、エンジン回転数NEおよび要求トルクPMCMDに応じて、図12に示すマップを検索することにより、ノズル開度指令値の成層火炎伝播燃焼用値LVNT_DISCを算出する。   On the other hand, when the determination result of step 30 is NO, the process proceeds to step 33 to determine whether or not the combustion mode value STS_BURNCMD is “2”. When the determination result is YES and the stratified flame propagation combustion mode is selected, the routine proceeds to step 34, where the nozzle opening degree is searched by searching the map shown in FIG. 12 according to the engine speed NE and the required torque PMCMD. The value LVNT_DISC for stratified flame propagation combustion of the command value is calculated.

次いで、ステップ35に進み、基本値LVNT_BASEを成層火炎伝播燃焼用値LVNT_DISCに設定した後、本処理を終了する。   Next, the routine proceeds to step 35, where the basic value LVNT_BASE is set to the stratified flame propagation combustion value LVNT_DISC, and then this processing is terminated.

一方、ステップ33の判別結果がNOのときには、ステップ36に進み、燃焼モード値STS_BURNCMDが「3」であるか否かを判別する。この判別結果がYESで、火種自己着火燃焼モードが選択されているときには、ステップ37に進み、エンジン回転数NEおよび要求トルクPMCMDに応じて、図13に示すマップを検索することにより、ノズル開度指令値の火種自己着火燃焼用値LVNT_CCを算出する。   On the other hand, when the determination result of step 33 is NO, the process proceeds to step 36 to determine whether or not the combustion mode value STS_BURNCMD is “3”. When the determination result is YES and the fire type self-ignition combustion mode is selected, the routine proceeds to step 37, where the nozzle opening degree is searched by searching the map shown in FIG. 13 according to the engine speed NE and the required torque PMCMD. A value LVNT_CC for fire type self-ignition combustion of the command value is calculated.

次いで、ステップ38に進み、基本値LVNT_BASEを火種自己着火燃焼用値LVNT_CCに設定した後、本処理を終了する。   Next, the routine proceeds to step 38, where the basic value LVNT_BASE is set to the value LVNT_CC for fire type self-ignition combustion, and then this process is terminated.

一方、ステップ33の判別結果がNOで、均質火炎伝播燃焼モードが選択されているときには、ステップ39に進み、エンジン回転数NEおよび要求トルクPMCMDに応じて、図14に示すマップを検索することにより、ノズル開度指令値の均質火炎伝播燃焼用値LVNT_STKを算出する。   On the other hand, when the determination result in step 33 is NO and the homogeneous flame propagation combustion mode is selected, the routine proceeds to step 39, where the map shown in FIG. 14 is searched according to the engine speed NE and the required torque PMCMD. Then, a homogeneous flame propagation combustion value LVNT_STK of the nozzle opening command value is calculated.

次いで、ステップ40に進み、基本値LVNT_BASEを均質火炎伝播燃焼用値LVNT_STKに設定した後、本処理を終了する。   Next, the routine proceeds to step 40, where the basic value LVNT_BASE is set to the homogeneous flame propagation combustion value LVNT_STK, and then this processing is terminated.

以上の図11〜14の各マップにおいて、ノズル開度指令値の3種類の値LVNT_HCCI,LVNT_CC,LVNT_STKは、図15に示すような関係に設定されている。なお、成層火炎伝播燃焼用値LVNT_DISCは、図15中には示されていないが、成層自己着火燃焼用値LVNT_HCCIとほぼ同じ値に設定されている。   In each of the maps of FIGS. 11 to 14 described above, the three types of values LVNT_HCCI, LVNT_CC, and LVNT_STK of the nozzle opening command value are set to have a relationship as shown in FIG. Although the stratified flame propagation combustion value LVNT_DISC is not shown in FIG. 15, it is set to substantially the same value as the stratified self-ignition combustion value LVNT_HCCI.

同図は、エンジン回転数NEが低回転域の所定値NEX(例えば2000rpm)にあるときの、要求トルクPMCMDに対する3種類の値LVNT_HCCI,LVNT_CC,LVNT_STKの関係を示しており、図中の値LVNT_LMTLは、所定の最小値(例えば0%)を表している。   This figure shows the relationship between the three types of values LVNT_HCCI, LVNT_CC, and LVNT_STK with respect to the required torque PMCMD when the engine speed NE is at a predetermined value NEX (for example, 2000 rpm) in the low speed range, and the value LVNT_LMTL in the figure Represents a predetermined minimum value (for example, 0%).

同図に示すように、均質火炎伝播燃焼用値LVNT_STKは、要求トルクPMCMDの大小にかかわらず、最大値LVNT_MAXに設定される。これは、均質火炎伝播燃焼モードの場合、低回転域では、内部EGR量が多いと燃焼状態が不安定になるので、ノズル開度LVNTをできるだけ大きな値に制御し、排気圧の上昇を抑制することで、内部EGR量の増大を回避し、燃焼状態の安定性を確保するためである。   As shown in the figure, the homogeneous flame propagation combustion value LVNT_STK is set to the maximum value LVNT_MAX regardless of the magnitude of the required torque PMCMD. This is because in the homogeneous flame propagation combustion mode, the combustion state becomes unstable when the internal EGR amount is large in the low rotation range, so the nozzle opening LVNT is controlled to a value as large as possible to suppress an increase in exhaust pressure. This is to avoid an increase in the amount of internal EGR and to ensure the stability of the combustion state.

また、成層自己着火燃焼用値LVNT_HCCIは、低負荷域では、最小値LVNT_LMTLに設定されている。これは、低負荷域では、排気圧を高め、内部EGR量を増大させることで、燃焼室内の温度を成層混合気が適切に自己着火燃焼するような値まで上昇させるためである。これに加えて、成層自己着火燃焼用値LVNT_HCCIは、中高負荷域では、要求トルクPMCMDが大きいほど、より大きい値に設定されている。これは、中高負荷域では、要求トルクPMCMDが大きいほど、より大きなエンジン出力を確保すべく、過給圧をより高める必要があることによる。   Further, the stratified self-ignition combustion value LVNT_HCCI is set to the minimum value LVNT_LMTL in the low load region. This is because, in the low load region, the exhaust pressure is increased and the internal EGR amount is increased, so that the temperature in the combustion chamber is raised to a value at which the stratified mixture appropriately performs self-ignition combustion. In addition, the stratified self-ignition combustion value LVNT_HCCI is set to a larger value as the required torque PMCMD is larger in the middle and high load range. This is because, in the middle and high load range, as the required torque PMCMD is larger, it is necessary to increase the supercharging pressure in order to ensure a larger engine output.

さらに、火種自己着火燃焼用値LVNT_CCは、極低負荷域および極高負荷域では、成層自己着火燃焼用値LVNT_HCCIと同じ値に設定されているとともに、それ以外の負荷域では、成層自己着火燃焼用値LVNT_HCCIと同じような傾向で、これよりも若干大きな値に設定されている。これは、火種自己着火燃焼モードの場合、成層自己着火燃焼モードと比べると、火種となる成層混合気の燃焼に伴って熱エネルギが発生し、燃焼室内の温度が上昇するので、排気圧を低下させることで、その温度上昇分、内部EGR量を減少させるためである。   Further, the value LVNT_CC for the ignition type self-ignition combustion is set to the same value as the value LVNT_HCCI for the stratified self-ignition combustion in the extremely low load region and the extremely high load region, and the stratified self-ignition combustion in the other load regions. It has the same tendency as the utility value LVNT_HCCI, and is set to a value slightly larger than this. This is because, in the self-ignition combustion mode, compared with the stratified self-ignition combustion mode, thermal energy is generated with the combustion of the stratified mixture that becomes the fire species, and the temperature in the combustion chamber rises, so the exhaust pressure decreases. This is to reduce the internal EGR amount by the temperature rise.

図9に戻り、ステップ12で以上のように基本値LVNT_BASEを算出した後、ステップ13に進み、フィードバック補正項LVNT_FBを以下に述べるように算出する。まず、エンジン回転数NEに応じて、図示しないテーブルを検索することにより、吸気管内圧PBA(すなわち過給圧)の目標値PBA_CMDを算出する。そして、吸気管内圧PBAが目標値PBA_CMDに収束するように、所定のフィードバック制御アルゴリズムにより、フィードバック補正項LVNT_FBが算出される。   Returning to FIG. 9, after calculating the basic value LVNT_BASE in step 12 as described above, the process proceeds to step 13 where the feedback correction term LVNT_FB is calculated as described below. First, the target value PBA_CMD of the intake pipe internal pressure PBA (that is, the supercharging pressure) is calculated by searching a table (not shown) according to the engine speed NE. Then, the feedback correction term LVNT_FB is calculated by a predetermined feedback control algorithm so that the intake pipe internal pressure PBA converges to the target value PBA_CMD.

次いで、ステップ14で、ノズル開度指令値LVNT_CMDを、基本値とフィードバック補正項の和LVNT_BASE+LVNT_FBに設定する。その後、ステップ15〜18で、ノズル開度指令値LVNT_CMDのリミット処理を実行する。   Next, in step 14, the nozzle opening command value LVNT_CMD is set to the sum LVNT_BASE + LVNT_FB of the basic value and the feedback correction term. After that, in steps 15 to 18, limit processing of the nozzle opening command value LVNT_CMD is executed.

すなわち、ステップ15で、ノズル開度指令値LVNT_CMDが最小値LVNT_LMTL以下であるか否かを判別する。この判別結果がYESのときには、ステップ17で、ノズル開度指令値LVNT_CMDを最小値LVNT_LMTLに設定した後、本処理を終了する。   That is, in step 15, it is determined whether or not the nozzle opening command value LVNT_CMD is less than or equal to the minimum value LVNT_LMTL. When the determination result is YES, in step 17, the nozzle opening command value LVNT_CMD is set to the minimum value LVNT_LMTL, and then the present process is terminated.

一方、ステップ15の判別結果がNOのときには、ステップ16に進み、ノズル開度指令値LVNT_CMDが最大値LVNT_LMTH以上であるか否かを判別する。この判別結果がYESのときには、前述したように、ステップ18で、ノズル開度指令値LVNT_CMDを最大値LVNT_LMTHに設定した後、本処理を終了する。   On the other hand, when the determination result of step 15 is NO, the process proceeds to step 16 to determine whether the nozzle opening command value LVNT_CMD is equal to or greater than the maximum value LVNT_LMTH. When the determination result is YES, as described above, the nozzle opening command value LVNT_CMD is set to the maximum value LVNT_LMTH in Step 18, and then the present process is terminated.

一方、ステップ16の判別結果がNOで、LVNT_LMTL<LVNT_CMD<LVNT_LMTHのときには、そのまま本処理を終了する。   On the other hand, when the determination result of step 16 is NO and LVNT_LMTL <LVNT_CMD <LVNT_LMTH, this process is terminated as it is.

以下、図16を参照しながら、ECU2において、TDC信号の発生に同期する制御周期で実行される制御処理について説明する。この処理では、まず、ステップ50で、エンジン回転数NE、アクセル開度AP、エンジン始動フラグF_ENGSTART、触媒暖機フラグF_FIREONおよび燃焼モード値STS_BURNCMDなどの各種のデータを読み込む。   Hereinafter, with reference to FIG. 16, a control process that is executed in the ECU 2 in a control cycle synchronized with the generation of the TDC signal will be described. In this process, first, in step 50, various data such as the engine speed NE, the accelerator opening AP, the engine start flag F_ENGSTART, the catalyst warm-up flag F_FIREON, and the combustion mode value STS_BURNCMD are read.

次いで、ステップ51で、エンジン回転数NEおよびアクセル開度APに応じて、図17に示すマップを検索することにより、要求トルクPMCMDを算出する。このマップでは、要求トルクPMCMDは、エンジン回転数NEが高いほど、またはアクセル開度APが大きいほど、より大きな値に設定されている。これは、エンジン回転数NEが高いほど、またはアクセル開度APが大きいほど、エンジン負荷がより大きい状態になるので、それに対応するためである。   Next, at step 51, the required torque PMCMD is calculated by searching the map shown in FIG. 17 according to the engine speed NE and the accelerator pedal opening AP. In this map, the required torque PMCMD is set to a larger value as the engine speed NE is higher or the accelerator pedal opening AP is larger. This is because the engine load becomes larger as the engine speed NE is higher or the accelerator pedal opening AP is larger, and this is to cope with it.

ステップ51に続くステップ52で、燃料噴射制御処理を実行する。この制御処理は、燃料噴射弁10を介して気筒3a内に噴射すべき燃料量(以下「燃料噴射量」という)TOUTおよびその噴射タイミングなどを算出するものであり、その詳細については後述する。   In step 52 following step 51, fuel injection control processing is executed. This control process calculates a fuel amount (hereinafter referred to as “fuel injection amount”) TOUT to be injected into the cylinder 3a via the fuel injection valve 10 and its injection timing, and the details thereof will be described later.

次に、ステップ53で、EGR制御処理を実行する。この制御処理は、排気還流機構18を介して外部EGR量を制御するための、目標EGRリフトLCMDを算出し、3つの可変機構50,70,90を介して内部EGR量を制御するための、目標回動角SAAEXCMD、目標排気カム位相CAEXCMDおよび目標吸気カム位相CAINCMDを算出するものであり、その詳細については後述する。   Next, in step 53, an EGR control process is executed. This control process calculates the target EGR lift LCMD for controlling the external EGR amount via the exhaust gas recirculation mechanism 18, and controls the internal EGR amount via the three variable mechanisms 50, 70, 90. The target rotation angle SAAEXCMD, the target exhaust cam phase CAEXCMD, and the target intake cam phase CAINCMD are calculated, and details thereof will be described later.

次いで、ステップ54で、後述するように、点火時期制御処理を実行した後、本処理を終了する。   Next, at step 54, as will be described later, after executing the ignition timing control process, this process is terminated.

次に、図18を参照しながら、前述した燃料噴射制御処理について説明する。同図に示すように、この処理では、まず、ステップ60で、前述したエンジン始動フラグF_ENGSTARTが「1」であるか否かを判別する。この判別結果がYESで、エンジン始動制御中であるときには、ステップ61に進み、エンジン始動用の燃料噴射制御処理を実行する。この処理では、燃料噴射量TOUTが、エンジン水温TWなどの各種の運転状態パラメータに基づいて算出され、その算出値に基づいて、燃料噴射弁10の開閉タイミングすなわち燃料噴射タイミングが算出される。その後、本処理を終了する。   Next, the above-described fuel injection control process will be described with reference to FIG. As shown in the figure, in this process, first, in step 60, it is determined whether or not the engine start flag F_ENGSTART described above is “1”. If the determination result is YES and the engine start control is being performed, the routine proceeds to step 61, where a fuel injection control process for engine start is executed. In this process, the fuel injection amount TOUT is calculated based on various operating state parameters such as the engine water temperature TW, and the opening / closing timing of the fuel injection valve 10, that is, the fuel injection timing is calculated based on the calculated value. Thereafter, this process is terminated.

一方、ステップ60の判別結果がNOのときには、ステップ62に進み、触媒暖機フラグF_FIREONが「1」であるか否かを判別する。この判別結果がYESで、触媒暖機制御中であるときには、ステップ63に進み、触媒暖機制御用の燃料噴射制御処理を実行する。この処理では、燃料噴射量TOUTが、エンジン水温TWなどの各種の運転状態パラメータに基づいて算出され、その算出値に基づいて、燃料噴射タイミングが算出される。その後、本処理を終了する。   On the other hand, when the determination result of step 60 is NO, the process proceeds to step 62 to determine whether or not the catalyst warm-up flag F_FIREON is “1”. If the determination result is YES and the catalyst warm-up control is being performed, the routine proceeds to step 63, where fuel injection control processing for catalyst warm-up control is executed. In this process, the fuel injection amount TOUT is calculated based on various operating state parameters such as the engine coolant temperature TW, and the fuel injection timing is calculated based on the calculated value. Thereafter, this process is terminated.

一方、ステップ62の判別結果がNOのときには、ステップ64に進み、通常用の燃料噴射制御処理を実行した後、本処理を終了する。この通常用の燃料噴射制御処理は、具体的には、図19に示すように実行される。   On the other hand, when the determination result of step 62 is NO, the process proceeds to step 64, and after executing the normal fuel injection control process, this process is terminated. Specifically, the normal fuel injection control process is executed as shown in FIG.

まず、ステップ70で、新気流量GIN、エンジン回転数NE、吸気カム位相CAIN、エンジン水温TW、吸気温TA、検出空燃比KACTおよび要求トルクPMCMDなどの各種の運転状態パラメータを用いて、マップ検索を含む所定の演算手法により、燃料噴射量TOUTを算出する。   First, in step 70, map search is performed using various operating state parameters such as fresh air flow rate GIN, engine speed NE, intake cam phase CAIN, engine water temperature TW, intake air temperature TA, detected air-fuel ratio KACT, and required torque PMCMD. The fuel injection amount TOUT is calculated by a predetermined calculation method including

次いで、ステップ71に進み、燃焼モード値STS_BURNCMDが「1」であるか否かを判別する。この判別結果がYESで、成層自己着火燃焼モードが選択されているときには、ステップ72に進み、燃料噴射量TOUTおよびエンジン回転数NEに応じて、図示しないマップを検索することにより、成層自己着火燃焼用の燃料噴射タイミングを算出する。この成層自己着火燃焼用の燃料噴射タイミングは、圧縮行程中のタイミングとして算出される。その後、本処理を終了する。   Next, the routine proceeds to step 71, where it is determined whether or not the combustion mode value STS_BURNCMD is “1”. If the determination result is YES and the stratified self-ignition combustion mode is selected, the routine proceeds to step 72, where a stratified self-ignition combustion is performed by searching a map (not shown) according to the fuel injection amount TOUT and the engine speed NE. The fuel injection timing is calculated. The fuel injection timing for stratified self-ignition combustion is calculated as the timing during the compression stroke. Thereafter, this process is terminated.

一方、ステップ71の判別結果がNOのときには、ステップ73に進み、燃焼モード値STS_BURNCMDが「2」であるか否かを判別する。この判別結果がYESで、成層火炎伝播燃焼モードが選択されているときには、ステップ74に進み、燃料噴射量TOUTおよびエンジン回転数NEに応じて、図示しないマップを検索することにより、成層火炎伝播燃焼用の燃料噴射タイミングを算出する。この成層火炎伝播燃焼用の燃料噴射タイミングも、成層自己着火燃焼用の燃料噴射タイミングと同様に、圧縮行程中のタイミングとして算出される。その後、本処理を終了する。   On the other hand, when the determination result of step 71 is NO, the process proceeds to step 73 to determine whether or not the combustion mode value STS_BURNCMD is “2”. If the determination result is YES and the stratified flame propagation combustion mode is selected, the routine proceeds to step 74, where a stratified flame propagation combustion is performed by searching a map (not shown) according to the fuel injection amount TOUT and the engine speed NE. The fuel injection timing is calculated. The fuel injection timing for stratified flame propagation combustion is also calculated as the timing during the compression stroke, similarly to the fuel injection timing for stratified self-ignition combustion. Thereafter, this process is terminated.

一方、ステップ73の判別結果がNOのときには、ステップ75に進み、燃焼モード値STS_BURNCMDが「3」であるか否かを判別する。この判別結果がYESで、火種自己着火燃焼モードが選択されているときには、ステップ76に進み、燃料噴射量TOUTおよびエンジン回転数NEに応じて、図示しないマップを検索するとともに、その検索値を用いた所定の演算式により、火種自己着火燃焼用の燃料噴射タイミングを算出する。この火種自己着火燃焼用の燃料噴射タイミングは、吸気行程中および圧縮行程中の2つのタイミングとして算出される。その後、本処理を終了する。   On the other hand, when the determination result of step 73 is NO, the process proceeds to step 75 to determine whether or not the combustion mode value STS_BURNCMD is “3”. If the determination result is YES and the fire type self-ignition combustion mode is selected, the routine proceeds to step 76 where a map (not shown) is searched according to the fuel injection amount TOUT and the engine speed NE and the search value is used. The fuel injection timing for the ignition type self-ignition combustion is calculated by the predetermined arithmetic expression. The fuel injection timing for this kind of self-ignition combustion is calculated as two timings during the intake stroke and the compression stroke. Thereafter, this process is terminated.

一方、ステップ75の判別結果がNOで、均質火炎伝播燃焼モードが選択されているときには、ステップ77に進み、燃料噴射量TOUTおよびエンジン回転数NEに応じて、図示しないマップを検索することにより、均質火炎伝播燃焼用の燃料噴射タイミングを算出する。この均質火炎伝播燃焼用の燃料噴射タイミングは、吸気行程中のタイミングとして算出される。その後、本処理を終了する。   On the other hand, when the determination result in step 75 is NO and the homogeneous flame propagation combustion mode is selected, the routine proceeds to step 77, where a map (not shown) is searched according to the fuel injection amount TOUT and the engine speed NE. The fuel injection timing for homogeneous flame propagation combustion is calculated. The fuel injection timing for homogeneous flame propagation combustion is calculated as the timing during the intake stroke. Thereafter, this process is terminated.

次に、図20を参照しながら、前述したEGR制御処理について説明する。同図に示すように、この処理では、まず、ステップ80で、要求トルクPMCMDおよびエンジン回転数NEに応じて、図示しないマップを検索することにより、目標新気率KEGRCMDを算出する。   Next, the EGR control process described above will be described with reference to FIG. As shown in the figure, in this process, first, in step 80, a target fresh air rate KEGRCMD is calculated by searching a map (not shown) according to the required torque PMCMD and the engine speed NE.

次いで、ステップ81に進み、内部EGR割合EGRDIVINを算出する。この内部EGR割合EGRDIVINは、具体的には、図21に示すように算出される。すなわち、まず、ステップ90で、燃焼モード値STS_BURNCMDが「1」であるか否かを判別する。   Next, the routine proceeds to step 81, where the internal EGR ratio EGRDIVIN is calculated. Specifically, the internal EGR ratio EGRDIVIN is calculated as shown in FIG. That is, first, at step 90, it is determined whether or not the combustion mode value STS_BURNCMD is “1”.

この判別結果がYESで、エンジン3の燃焼モードとして成層自己着火燃焼モードが選択されているときには、ステップ91に進み、エンジン回転数NEおよび要求トルクPMCMDに応じて、図22に示すマップを検索することにより、内部EGR割合の成層自己着火燃焼用値EGRDIVIN_HCCIを算出する。   If the determination result is YES and the stratified self-ignition combustion mode is selected as the combustion mode of the engine 3, the process proceeds to step 91, and a map shown in FIG. 22 is searched according to the engine speed NE and the required torque PMCMD. Thus, the value EGRDIVIN_HCCI for the stratified self-ignition combustion of the internal EGR ratio is calculated.

次いで、ステップ92に進み、内部EGR割合EGRDIVINを成層自己着火燃焼用値EGRDIVIN_HCCIに設定した後、本処理を終了する。   Next, the routine proceeds to step 92, where the internal EGR ratio EGRDIVIN is set to the value for stratified self-ignition combustion EGRDIVIN_HCCI, and then this processing is terminated.

一方、ステップ90の判別結果がNOのときには、ステップ93に進み、燃焼モード値STS_BURNCMDが「2」であるか否かを判別する。この判別結果がYESで、成層火炎伝播燃焼モードが選択されているときには、ステップ94に進み、エンジン回転数NEおよび要求トルクPMCMDに応じて、図23に示すマップを検索することにより、内部EGR割合の成層火炎伝播燃焼用値EGRDIVIN_DISCを算出する。   On the other hand, when the determination result of step 90 is NO, the process proceeds to step 93 to determine whether or not the combustion mode value STS_BURNCMD is “2”. If the determination result is YES and the stratified flame propagation combustion mode is selected, the routine proceeds to step 94, and the internal EGR ratio is searched by searching the map shown in FIG. 23 according to the engine speed NE and the required torque PMCMD. The value for stratified flame propagation combustion EGRDIVIN_DISC is calculated.

次いで、ステップ95に進み、内部EGR割合EGRDIVINを成層火炎伝播燃焼用値EGRDIVIN_DISCに設定した後、本処理を終了する。   Next, the routine proceeds to step 95, where the internal EGR ratio EGRDIVIN is set to the stratified flame propagation combustion value EGRDIVIN_DISC, and then this processing is terminated.

一方、ステップ93の判別結果がNOのときには、ステップ96に進み、燃焼モード値STS_BURNCMDが「3」であるか否かを判別する。この判別結果がYESで、火種自己着火燃焼モードが選択されているときには、ステップ97に進み、エンジン回転数NEおよび要求トルクPMCMDに応じて、図24に示すマップを検索することにより、内部EGR割合の火種自己着火燃焼用値EGRDIVIN_CCを算出する。   On the other hand, when the determination result of step 93 is NO, the process proceeds to step 96 to determine whether or not the combustion mode value STS_BURNCMD is “3”. If the determination result is YES and the fire type self-ignition combustion mode is selected, the routine proceeds to step 97, where the internal EGR ratio is searched by searching the map shown in FIG. 24 according to the engine speed NE and the required torque PMCMD. The value EGRDIVIN_CC for self-ignition combustion is calculated.

次いで、ステップ98に進み、内部EGR割合EGRDIVINを火種自己着火燃焼用値EGRDIVIN_CCに設定した後、本処理を終了する。   Next, the routine proceeds to step 98, where the internal EGR ratio EGRDIVIN is set to the value for ignition type self-ignition combustion EGRDIVIN_CC, and then this processing is terminated.

一方、ステップ96の判別結果がNOで、均質火炎伝播燃焼モードが選択されているときには、ステップ99に進み、エンジン回転数NEおよび要求トルクPMCMDに応じて、図25に示すマップを検索することにより、内部EGR割合の均質火炎伝播燃焼用値EGRDIVIN_STKを算出する。   On the other hand, when the determination result in step 96 is NO and the homogeneous flame propagation combustion mode is selected, the process proceeds to step 99, and the map shown in FIG. 25 is searched according to the engine speed NE and the required torque PMCMD. Then, a value EGRDIVIN_STK for homogeneous flame propagation combustion of the internal EGR ratio is calculated.

次いで、ステップ100に進み、内部EGR割合EGRDIVINを均質火炎伝播燃焼用値EGRDIVIN_STKに設定した後、本処理を終了する。   Next, the routine proceeds to step 100 where the internal EGR ratio EGRDIVIN is set to the homogeneous flame propagation combustion value EGRDIVIN_STK, and then the present process is terminated.

以上の図22〜25の各マップにおいて、内部EGR割合の4種類の値EGRDIVIN_HCCI,EGRDIVIN_DISC,EGRDIVIN_CC,EGRDIVIN_STKは、以下のような関係に設定されている。すなわち、所定の低回転域では、成層自己着火燃焼用値EGRDIVIN_HCCIと成層火炎伝播燃焼用値EGRDIVIN_DISCがほぼ同じ値に設定されているとともに、火種自己着火燃焼用値EGRDIVIN_CCは、前述した熱エネルギの差異に起因して、成層自己着火燃焼用値EGRDIVIN_HCCIよりも小さい値に設定されている。さらに、均質火炎伝播燃焼用値EGRDIVIN_STKは、前述したように、燃焼の安定性を確保するために、内部EGR量がほぼ値0になるような小さい値に設定されている。   22 to 25, the four types of values EGRDIVIN_HCCI, EGRDIVIN_DISC, EGRDIVIN_CC, and EGRDIVIN_STK of the internal EGR ratio are set as follows. That is, in the predetermined low rotation range, the stratified self-ignition combustion value EGRDIVIN_HCCI and the stratified flame propagation combustion value EGRDIVIN_DISC are set to substantially the same value, and the fire type self-ignition combustion value EGRDIVIN_CC is the difference in the thermal energy described above. Therefore, the value is set to be smaller than the value for stratified self-ignition combustion EGRDIVIN_HCCI. Further, as described above, the homogeneous flame propagation combustion value EGRDIVIN_STK is set to a small value so that the internal EGR amount becomes substantially 0 in order to ensure the stability of combustion.

図20に戻り、ステップ81で、以上のように内部EGR割合EGRDIVINを算出した後、ステップ82に進み、外部EGR割合EGRDIVEXを、値1から内部EGR割合EGRDIVINを減算した値に設定する。   Returning to FIG. 20, after calculating the internal EGR ratio EGRDIVIN as described above in step 81, the process proceeds to step 82 where the external EGR ratio EGRDIVEX is set to a value obtained by subtracting the internal EGR ratio EGRDIVIN from 1.

次いで、ステップ83に進み、内部EGR割合EGRDIVINおよび目標新気率KEGRCMDに基づき、下式(1)により、内部EGR目標値KEGRCMDINを算出する。
EGRDIVIN=1−(1−KEGRCMD)・EGRDIVIN ……(1)
Next, the routine proceeds to step 83, where the internal EGR target value KEGRCMDIN is calculated by the following equation (1) based on the internal EGR ratio EGRDIVIN and the target fresh air rate KEGRCMD.
EGRDIVIN = 1- (1-KEGRCMD) · EGRDIVIN (1)

ステップ83に続くステップ84で、外部EGR割合EGRDIVEXおよび目標新気率KEGRCMDに基づき、下式(2)により、外部EGR目標値KEGRCMDEXを算出する。
EGRDIVEX=1−(1−KEGRCMD)・EGRDIVEX ……(2)
In step 84 following step 83, the external EGR target value KEGRCMDEX is calculated by the following equation (2) based on the external EGR ratio EGRDIVEX and the target fresh air rate KEGRCMD.
EGRDIVEX = 1- (1-KEGRCMD) · EGRDIVEX (2)

次に、ステップ85で、内部EGR目標値KEGRCMDINおよびエンジン回転数NEに応じて、図示しないマップを検索することにより、目標回動角SAAEXCMDを算出する。その後、ステップ86で、内部EGR目標値KEGRCMDINおよびエンジン回転数NEに応じて、図示しないマップを検索することにより、目標排気カム位相CAEXCMDを算出する。   Next, in step 85, a target rotation angle SAAEXCMD is calculated by searching a map (not shown) according to the internal EGR target value KEGCMDIN and the engine speed NE. Thereafter, at step 86, a target exhaust cam phase CAEXCMD is calculated by searching a map (not shown) according to the internal EGR target value KEGCMDIN and the engine speed NE.

ステップ86に続くステップ87で、内部EGR目標値KEGRCMDINおよびエンジン回転数NEに応じて、図示しないマップを検索することにより、目標吸気カム位相CAINCMDを算出する。   In step 87 subsequent to step 86, a target intake cam phase CAINCMD is calculated by searching a map (not shown) according to the internal EGR target value KEGRCMDIN and the engine speed NE.

次いで、ステップ88で、外部EGR割合EGRDIVEXおよび吸気管内ゲージ圧HPBGAに応じて、図示しないマップを検索することにより、目標EGRリフトLCMDを算出した後、本処理を終了する。この吸気管内ゲージ圧HPBGAは、吸気管内圧PBAおよび大気圧PAに基づいて算出される。   Next, at step 88, a target EGR lift LCMD is calculated by searching a map (not shown) according to the external EGR ratio EGRDIVEX and the intake pipe gauge pressure HPBGA, and then the present process is terminated. The intake pipe gauge pressure HPBGA is calculated based on the intake pipe pressure PBA and the atmospheric pressure PA.

次に、図26を参照しながら、前述した点火時期制御処理について説明する。同図に示すように、この処理では、まず、ステップ110で、エンジン始動フラグF_ENGSTARTが「1」であるか否かを判別する。この判別結果がYESで、エンジン始動制御中であるときには、ステップ111に進み、点火時期IG_LOGを、所定のエンジン始動用値IG_CRKに設定した後、本処理を終了する。   Next, the ignition timing control process described above will be described with reference to FIG. As shown in the figure, in this process, first, in step 110, it is determined whether or not an engine start flag F_ENGSTART is “1”. If the determination result is YES and the engine start control is being performed, the routine proceeds to step 111, where the ignition timing IG_LOG is set to a predetermined engine start value IG_CRK, and then this process is terminated.

一方、ステップ110の判別結果がNOのときには、ステップ112に進み、触媒暖機フラグF_FIREONが「1」であるか否かを判別する。この判別結果がYESで、触媒暖機制御中であるときには、ステップ113に進み、点火時期の触媒暖機制御用値IG_FIREを算出する。この触媒暖機制御用値IG_FIREは、所定のフィードバック制御アルゴリズムを含む算出式により、エンジン回転数NEが所定の触媒暖機制御用の回転数に保持され、かつ排ガスの熱容量が大きくなるような遅角側の値として算出される。   On the other hand, when the determination result of step 110 is NO, the process proceeds to step 112 to determine whether or not the catalyst warm-up flag F_FIREON is “1”. If the determination result is YES and the catalyst warm-up control is being performed, the routine proceeds to step 113, where the catalyst warm-up control value IG_FIRE at the ignition timing is calculated. This catalyst warm-up control value IG_FIRE is determined on the retard side so that the engine speed NE is maintained at a predetermined catalyst warm-up control speed and the heat capacity of the exhaust gas is increased by a calculation formula including a predetermined feedback control algorithm. Is calculated as the value of.

次いで、ステップ114で、点火時期IG_LOGを、触媒暖機制御用値IG_FIREに設定した後、本処理を終了する。   Next, in step 114, the ignition timing IG_LOG is set to the catalyst warm-up control value IG_FIRE, and then this process is terminated.

一方、ステップ112の判別結果がNOのときには、ステップ115に進み、通常点火時期制御処理を実行した後、本処理を終了する。この通常点火時期制御処理は、具体的には、図27に示すように実行される。   On the other hand, when the determination result in step 112 is NO, the process proceeds to step 115, the normal ignition timing control process is executed, and the present process is terminated. Specifically, the normal ignition timing control process is executed as shown in FIG.

まず、ステップ120で、燃焼モード値STS_BURNCMDが「1」であるか否かを判別する。この判別結果がYESで、エンジン3の燃焼モードとして成層自己着火燃焼モードが選択されているときには、ステップ121に進み、成層自己着火燃焼用の燃料噴射タイミングおよびエンジン回転数NEなどに基づき、所定の演算手法により、点火時期の成層自己着火燃焼用値IG_HCCIを算出する。この成層自己着火燃焼用値IG_HCCIは、前述したように、成層自己着火燃焼モードにおける失火を防止できるとともに、自己着火燃焼タイミングを適切に制御できるような値に算出される。   First, in step 120, it is determined whether or not the combustion mode value STS_BURNCMD is “1”. When the determination result is YES and the stratified self-ignition combustion mode is selected as the combustion mode of the engine 3, the routine proceeds to step 121, where a predetermined injection based on the fuel injection timing for stratified self-ignition combustion, the engine speed NE, etc. A stratified self-ignition combustion value IG_HCCI of the ignition timing is calculated by a calculation method. As described above, the stratified self-ignition combustion value IG_HCCI is calculated to a value that can prevent misfire in the stratified self-ignition combustion mode and appropriately control the self-ignition combustion timing.

次いで、ステップ122に進み、点火時期IG_LOGを成層自己着火燃焼用値IG_HCCIに設定した後、本処理を終了する。   Next, the routine proceeds to step 122, where the ignition timing IG_LOG is set to the stratified self-ignition combustion value IG_HCCI, and then this processing is terminated.

一方、ステップ120の判別結果がNOのときには、ステップ123に進み、燃焼モード値STS_BURNCMDが「2」であるか否かを判別する。この判別結果がYESで、成層火炎伝播燃焼モードが選択されているときには、ステップ124に進み、成層火炎伝播燃焼用の燃料噴射タイミングおよびエンジン回転数NEなどに基づき、所定の演算手法により、点火時期の成層火炎伝播燃焼用値IG_DISCを算出する。   On the other hand, when the determination result of step 120 is NO, the process proceeds to step 123 to determine whether or not the combustion mode value STS_BURNCMD is “2”. If the determination result is YES and the stratified flame propagation combustion mode is selected, the routine proceeds to step 124, where the ignition timing is determined by a predetermined calculation method based on the fuel injection timing for stratified flame propagation combustion, the engine speed NE, and the like. The IG_DISC value for stratified flame propagation combustion is calculated.

次いで、ステップ125に進み、点火時期IG_LOGを成層火炎伝播燃焼用値IG_DISCに設定した後、本処理を終了する。   Next, the routine proceeds to step 125, where the ignition timing IG_LOG is set to the stratified flame propagation combustion value IG_DISC, and then this processing is terminated.

一方、ステップ123の判別結果がNOのときには、ステップ126に進み、燃焼モード値STS_BURNCMDが「3」であるか否かを判別する。この判別結果がYESで、火種自己着火燃焼モードが選択されているときには、ステップ127に進み、火種自己着火燃焼用の圧縮行程での燃料噴射タイミングおよびエンジン回転数NEなどに基づき、所定の演算手法により、点火時期の火種自己着火燃焼用値IG_CCを算出する。   On the other hand, when the determination result of step 123 is NO, the process proceeds to step 126 to determine whether or not the combustion mode value STS_BURNCMD is “3”. When the determination result is YES and the fire type self-ignition combustion mode is selected, the routine proceeds to step 127, and a predetermined calculation method is performed based on the fuel injection timing in the compression stroke for the fire type self-ignition combustion, the engine speed NE, and the like. Thus, the ignition type self-ignition combustion value IG_CC at the ignition timing is calculated.

次いで、ステップ128に進み、点火時期IG_LOGを火種自己着火燃焼用値IG_CCに設定した後、本処理を終了する。   Next, the routine proceeds to step 128, where the ignition timing IG_LOG is set to the ignition type self-ignition combustion value IG_CC, and then this process is terminated.

一方、ステップ126の判別結果がNOで、均質火炎伝播燃焼モードが選択されているときには、ステップ129に進み、エンジン回転数NE、要求トルクPMCMDおよびエンジン水温TWなどの各種の運転状態パラメータに応じて、マップ検索などの所定の演算手法により、点火時期の均質火炎伝播燃焼用値IG_STKを算出する。   On the other hand, if the determination result in step 126 is NO and the homogeneous flame propagation combustion mode is selected, the process proceeds to step 129, and according to various operating state parameters such as the engine speed NE, the required torque PMCMD, and the engine water temperature TW. Then, the homogeneous flame propagation combustion value IG_STK of the ignition timing is calculated by a predetermined calculation method such as map search.

次いで、ステップ130に進み、点火時期IG_LOGを均質火炎伝播燃焼用値IG_STKに設定した後、本処理を終了する。   Next, the routine proceeds to step 130, where the ignition timing IG_LOG is set to the homogeneous flame propagation combustion value IG_STK, and then this processing is terminated.

以上のように、本実施形態では、ECU2により、燃焼モード値STS_BURNCMDの値が、エンジン回転数NEおよび要求トルクPMCMDに応じて設定され、そのように設定された燃焼モード値STS_BURNCMDの値に応じて、成層自己着火燃焼モード、成層火炎伝播燃焼モード、火種自己着火燃焼モードおよび均質火炎伝播燃焼モードのいずれかの燃焼モードが選択されるとともに、その選択された燃焼モードでエンジン3を運転すべく、各種の制御処理が実行される。   As described above, in the present embodiment, the ECU 2 sets the value of the combustion mode value STS_BURNCMD according to the engine speed NE and the required torque PMCMD, and according to the value of the combustion mode value STS_BURNCMD set as such. Any one of the stratified self-ignition combustion mode, the stratified flame propagation combustion mode, the fire type self-ignition combustion mode and the homogeneous flame propagation combustion mode is selected, and the engine 3 is operated in the selected combustion mode. Various control processes are executed.

その際、過給圧制御処理では、選択された燃焼モードに応じて、可変ノズル機構14のノズル開度指令値の基本値LVNT_BASEが、4つの値LVNT_HCCI,LVNT_DISC,LVNT_CC,LVNT_STKのいずれかに設定され、この基本値LVNT_BASEにフィードバック補正項LVNT_FBを加算することにより、ノズル開度指令値LVNT_CMDが算出される。この可変ノズル機構14は、ターボチャージャ13が排ガスから受け取る運動エネルギを変更するものであるので、ノズル開度指令値LVNT_CMDに応じて、排気管16内の排気圧が変化することになり、それに起因して、内部EGR量または内部EGR率が変化することになる。   At that time, in the supercharging pressure control process, the basic value LVNT_BASE of the nozzle opening command value of the variable nozzle mechanism 14 is set to one of the four values LVNT_HCCI, LVNT_DISC, LVNT_CC, and LVNT_STK according to the selected combustion mode. The nozzle opening command value LVNT_CMD is calculated by adding the feedback correction term LVNT_FB to the basic value LVNT_BASE. Since the variable nozzle mechanism 14 changes the kinetic energy received by the turbocharger 13 from the exhaust gas, the exhaust pressure in the exhaust pipe 16 changes according to the nozzle opening command value LVNT_CMD. As a result, the internal EGR amount or the internal EGR rate changes.

すなわち、この過給圧制御装置1によれば、選択された燃焼モードに応じて、排気圧を制御することができ、それにより、燃焼モードに応じて、燃焼室3gから排出される排ガス量、言い換えれば内部EGR量または内部EGR率を制御することができる。その結果、ターボチャージャ13付きの内燃機関3において、4つの燃焼モードのいずれにおいても、吸入空気量に加えて、内部EGR量または内部EGR率を過不足なく適切に確保することができ、それにより、良好な燃焼状態を確保でき、良好な排ガス特性や運転性を確保することができる。   That is, according to the supercharging pressure control device 1, the exhaust pressure can be controlled according to the selected combustion mode, whereby the amount of exhaust gas discharged from the combustion chamber 3g according to the combustion mode, In other words, the internal EGR amount or the internal EGR rate can be controlled. As a result, in the internal combustion engine 3 with the turbocharger 13, in any of the four combustion modes, the internal EGR amount or the internal EGR rate can be appropriately secured in addition to the intake air amount, and accordingly, Thus, it is possible to ensure a good combustion state and to ensure good exhaust gas characteristics and operability.

また、火種自己着火燃焼モードが選択されたときには、可変ノズル機構14のノズル開度指令値LVNT_CMDが、成層自己着火燃焼モードが選択されたときよりも小さい値に設定される。この場合、火種自己着火燃焼モードでは、火花点火により成層混合気を燃焼させるとともに、燃焼する成層混合気を火種として均質混合気を自己着火燃焼させるので、成層混合気のみを自己着火燃焼させる成層自己着火燃焼モードと比べて、混合気の燃焼によって発生する熱エネルギが高くなり、その結果、燃焼室3g内における熱エネルギを確保するのに必要な内部EGR量も少なくて済むことになる。したがって、上記のようにノズル開度指令値LVNT_CMDを設定することにより、2つの燃焼モード間での混合気の燃焼によって発生する熱エネルギの差に応じて、可変ノズル機構14のノズル開度指令値LVNT_CMDを適切に設定することができ、それにより、成層自己着火燃焼モードおよび火種自己着火燃焼モードの双方において、内部EGR量を過不足なく適切に確保することができる。   Further, when the fire type self-ignition combustion mode is selected, the nozzle opening command value LVNT_CMD of the variable nozzle mechanism 14 is set to a smaller value than when the stratified self-ignition combustion mode is selected. In this case, in the ignition type self-ignition combustion mode, the stratified mixture is burned by spark ignition, and the homogeneous mixture is self-ignited and burned using the stratified mixture to be fired. Compared with the ignition combustion mode, the heat energy generated by the combustion of the air-fuel mixture becomes higher. As a result, the amount of internal EGR necessary to secure the heat energy in the combustion chamber 3g can be reduced. Accordingly, by setting the nozzle opening command value LVNT_CMD as described above, the nozzle opening command value of the variable nozzle mechanism 14 is set in accordance with the difference in thermal energy generated by the combustion of the air-fuel mixture between the two combustion modes. LVNT_CMD can be set appropriately, whereby the internal EGR amount can be appropriately ensured in both the stratified self-ignition combustion mode and the fire type self-ignition combustion mode.

さらに、成層自己着火燃焼モードまたは成層火炎伝播燃焼モードが選択されたときには、ノズル開度指令値LVNT_CMDの基本値LVNT_BASEが、均質火炎伝播燃焼モードが選択されたときよりも小さい値に設定される。すなわち、気筒3a内での既燃ガスの残留度合がより大きくなるように、ノズル開度指令値LVNT_CMDが設定される。この場合、自着火を発生させるため、筒内温度を高くする必要があるので、均質火炎伝播燃焼モードと比べて、燃焼室内における熱エネルギを確保するのに必要な内部EGR量も多くなる。したがって、上記のようにノズル開度指令値LVNT_CMDを設定することにより、成層自己着火燃焼モードまたは成層火炎伝播燃焼モードが選択された場合には、均質火炎伝播燃焼モードが選択された場合よりも気筒内での既燃ガスの残留度合が大きくなるように、過給圧を制御できるので、成層自己着火燃焼モードおよび成層火炎伝播燃焼モードの双方において、内部EGR量を過不足なく適切に確保することができる。   Furthermore, when the stratified self-ignition combustion mode or the stratified flame propagation combustion mode is selected, the basic value LVNT_BASE of the nozzle opening command value LVNT_CMD is set to a smaller value than when the homogeneous flame propagation combustion mode is selected. That is, the nozzle opening degree command value LVNT_CMD is set so that the degree of residual burned gas in the cylinder 3a becomes larger. In this case, since the in-cylinder temperature needs to be increased in order to generate self-ignition, the amount of internal EGR required to secure thermal energy in the combustion chamber is increased as compared with the homogeneous flame propagation combustion mode. Therefore, by setting the nozzle opening command value LVNT_CMD as described above, when the stratified self-ignition combustion mode or the stratified flame propagation combustion mode is selected, the cylinder is more effective than when the homogeneous flame propagation combustion mode is selected. Since the supercharging pressure can be controlled so that the degree of residual burned gas in the chamber increases, the internal EGR amount must be appropriately secured in both stratified self-ignition combustion mode and stratified flame propagation combustion mode. Can do.

これに加えて、過給圧制御装置1によれば、エンジン3の始動後、触媒暖機制御処理が実行され、排ガス浄化用の触媒装置17に供給される排ガスの熱容量が高くなるようにエンジン3が運転されているときには、ターボチャージャ13が排ガスから受け取る運動エネルギが最小になるように、ノズル開度指令値LVNT_CMDがその最大値LVNT_LMTHに設定されるので、排ガスをその熱エネルギ損失を最小に抑制しながら触媒装置17に供給することができ、それにより、触媒装置17の触媒を迅速に活性化することができる。   In addition, according to the supercharging pressure control device 1, after the engine 3 is started, the catalyst warm-up control process is executed so that the heat capacity of the exhaust gas supplied to the catalyst device 17 for exhaust gas purification is increased. 3 is operating, the nozzle opening command value LVNT_CMD is set to its maximum value LVNT_LMTH so that the kinetic energy received by the turbocharger 13 from the exhaust gas is minimized, so that the thermal energy loss of the exhaust gas is minimized. The catalyst device 17 can be supplied while being suppressed, whereby the catalyst of the catalyst device 17 can be activated quickly.

なお、実施形態は、可変機構として可変ノズル機構14を用いた例である例であるが、本願発明の可変機構はこれに限らず、ターボチャージャが排ガスから受け取る運動エネルギを変更できるものであればよい。例えば、可変機構としてウエストゲート弁を用いてもよい。   The embodiment is an example in which the variable nozzle mechanism 14 is used as the variable mechanism. However, the variable mechanism of the present invention is not limited to this, and any kinetic energy that the turbocharger can receive from the exhaust gas can be changed. Good. For example, a waste gate valve may be used as the variable mechanism.

また、実施形態は、内部EGR割合EGRDIVINすなわち内部EGR量を変更する機構として、3つの可変機構50,70,90を用いた例であるが、内部EGR量を変更する機構はこれらに限らず、内部EGR量を自在に変更できるものであればよい。   The embodiment is an example in which three variable mechanisms 50, 70, 90 are used as a mechanism for changing the internal EGR ratio EGRDIVIN, that is, the internal EGR amount. However, the mechanism for changing the internal EGR amount is not limited to these. Any device that can freely change the internal EGR amount can be used.

本発明の一実施形態に係る過給圧制御装置が適用された内燃機関の概略構成を示す模式図である。1 is a schematic diagram showing a schematic configuration of an internal combustion engine to which a supercharging pressure control device according to an embodiment of the present invention is applied. 過給圧制御装置の概略構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows schematic structure of a supercharging pressure control apparatus. 内燃機関の吸気側動弁機構および排気側動弁機構の概略構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows schematic structure of the intake side valve mechanism and the exhaust side valve mechanism of an internal combustion engine. 吸気側動弁機構の概略構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows schematic structure of an intake side valve mechanism. 排気側動弁機構の概略構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows schematic structure of an exhaust side valve operating mechanism. 吸気カム位相可変機構により吸気カム位相が最遅角値(実線)および最進角値(2点鎖線)に設定されているときの吸気弁のバルブリフト曲線と、排気カム位相可変機構により排気カム位相が最遅角値(実線)および最進角値(2点鎖線)に設定されているときの排気弁のバルブリフト曲線をそれぞれ示す図である。The valve lift curve of the intake valve when the intake cam phase is set to the most retarded value (solid line) and the most advanced value (two-dot chain line) by the intake cam phase variable mechanism, and the exhaust cam by the exhaust cam phase variable mechanism It is a figure which respectively shows the valve lift curve of an exhaust valve when a phase is set to the most retarded angle value (solid line) and the most advanced angle value (two-dot chain line). 排気リフト可変機構による排気リフトの変更状態を示す図である。It is a figure which shows the change state of the exhaust lift by an exhaust lift variable mechanism. タイマ設定により所定周期で実行される制御処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the control processing performed with a predetermined period by a timer setting. 過給制御処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows a supercharging control process. ノズル開度指令値の基本値LVNT_BASEの算出処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the calculation process of the basic value LVNT_BASE of a nozzle opening degree command value. ノズル開度指令値の成層自己着火燃焼用値LVNT_HCCIの算出に用いるマップの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the map used for calculation of the value LVNT_HCCI for stratified self-ignition combustion of a nozzle opening degree command value. ノズル開度指令値の成層火炎伝播燃焼用値LVNT_DISCの算出に用いるマップの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the map used for calculation of the value LVNT_DISC for stratified flame propagation combustion of a nozzle opening degree command value. ノズル開度指令値の火種自己着火燃焼用値LVNT_CCの算出に用いるマップの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the map used for calculation of the value LVNT_CC for fire type self-ignition combustion of a nozzle opening degree command value. ノズル開度指令値の均質火炎伝播燃焼用値LVNT_STKの算出に用いるマップの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the map used for calculation of the value LVNT_STK for homogeneous flame propagation combustion of a nozzle opening degree command value. NE=NExの場合において、要求トルクPMCMDに対する3種類の値LVNT_HCCI,LVNT_CC,LVNT_STKの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship of three types of value LVNT_HCCI, LVNT_CC, and LVNT_STK with respect to request | requirement torque PMCMD in the case of NE = NEx. TDC信号の発生に同期する制御周期で実行される制御処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the control processing performed with the control period synchronized with generation | occurrence | production of a TDC signal. 要求トルクPMCMDの算出に用いるマップの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the map used for calculation of request | requirement torque PMCMD. 燃料噴射制御処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows a fuel-injection control process. 通常用の燃料噴射制御処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the fuel injection control process for normal use. EGR制御処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an EGR control process. 内部EGR割合EGRDIVINの算出処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the calculation process of internal EGR ratio EGRDIVIN. 内部EGR割合の成層自己着火燃焼用値EGRDIVIN_HCCIの算出に用いるマップの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the map used for calculation of the value EGRDIVIN_HCCI for stratified self-ignition combustion of an internal EGR ratio. 内部EGR割合の成層火炎伝播燃焼用値EGRDIVIN_DISCの算出に用いるマップの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the map used for calculation of the value EGRDIVIN_DISC for stratified flame propagation combustion of an internal EGR ratio. 内部EGR割合の火種自己着火燃焼用値EGRDIVIN_CCの算出に用いるマップの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the map used for calculation of the value EGRDIVIN_CC for the ignition type self-ignition combustion of an internal EGR ratio. 内部EGR割合の均質火炎伝播燃焼用値EGRDIVIN_STKの算出に用いるマップの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the map used for calculation of the value EGRDIVIN_STK for homogeneous flame propagation combustion of an internal EGR ratio. 点火時期制御処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an ignition timing control process. 通常点火時期制御処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows a normal ignition timing control process.

符号の説明Explanation of symbols

1 過給圧制御装置
2 ECU(運転状態パラメータ検出手段、燃焼モード選択手段、過給圧制御手段)
3 内燃機関
3a 気筒
13 ターボチャージャ
14 可変ノズル機構(可変機構)
17 触媒装置(触媒)
20 クランク角センサ(運転状態パラメータ検出手段)
31 アクセル開度センサ(運転状態パラメータ検出手段)
NE エンジン回転数(運転状態パラメータ)
AP アクセル開度(運転状態パラメータ)
LVNT_CMD ノズル開度指令値(可変機構の作動量)
EGRDIVIN 内部EGR割合(既燃ガスの残留量の割合)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Supercharging pressure control apparatus 2 ECU (Operating state parameter detection means, combustion mode selection means, supercharging pressure control means)
3 Internal combustion engine 3a Cylinder 13 Turbocharger 14 Variable nozzle mechanism (variable mechanism)
17 Catalytic device (catalyst)
20 Crank angle sensor (operating state parameter detecting means)
31 Accelerator opening sensor (operating state parameter detection means)
NE Engine speed (operating condition parameter)
AP accelerator opening (operating condition parameter)
LVNT_CMD Nozzle opening command value (operation amount of variable mechanism)
EGRDIVIN Internal EGR ratio (Ratio of residual amount of burned gas)

Claims (4)

気筒内で発生した既燃ガスの当該気筒内での残留量を自在に変更可能であるとともに、成層混合気を自己着火により燃焼させる成層自己着火燃焼モードと、当該成層混合気を火花点火により燃焼させる成層火炎伝播燃焼モードと、均質混合気を火花点火により燃焼させる均質火炎伝播燃焼モードとを含む複数の燃焼モードの間で切り換えて運転可能なターボチャージャ付きの内燃機関において、当該ターボチャージャによる過給圧を制御する内燃機関の過給圧制御装置であって、
前記ターボチャージャが排ガスから受け取る運動エネルギを変更する可変機構と、
前記内燃機関の運転状態を表す運転状態パラメータを検出する運転状態パラメータ検出手段と、
当該検出された運転状態パラメータに応じて、前記複数の燃焼モードのうちのいずれかを選択する燃焼モード選択手段と、
前記選択された燃焼モードに応じて、前記可変機構の作動量を決定することにより、前記過給圧を制御する過給圧制御手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の過給圧制御装置。
The remaining amount of burned gas generated in the cylinder can be freely changed, and the stratified self-ignition combustion mode in which the stratified mixture is burned by self-ignition and the stratified mixture is burned by spark ignition. In an internal combustion engine with a turbocharger that can be operated by switching between a plurality of combustion modes including a stratified flame propagation combustion mode and a homogeneous flame propagation combustion mode in which a homogeneous mixture is burned by spark ignition, A supercharging pressure control device for an internal combustion engine for controlling a supply pressure,
A variable mechanism for changing the kinetic energy received by the turbocharger from the exhaust gas;
An operating state parameter detecting means for detecting an operating state parameter representing an operating state of the internal combustion engine;
Combustion mode selection means for selecting one of the plurality of combustion modes according to the detected operating state parameter;
A supercharging pressure control means for controlling the supercharging pressure by determining an operation amount of the variable mechanism according to the selected combustion mode;
A supercharging pressure control device for an internal combustion engine, comprising:
前記複数の燃焼モードは、成層混合気および均質混合気の双方を含む混合気を形成し、当該成層混合気を火花点火により燃焼させるとともに、当該燃焼する成層混合気を火種として前記均質混合気を自己着火燃焼させる火種自己着火燃焼モードをさらに含み、
前記過給圧制御手段は、前記火種自己着火燃焼モードが選択されたときには、前記成層自己着火燃焼モードが選択されたときよりも前記気筒内での前記既燃ガスの残留度合が小さくなるように、前記可変機構の作動量を決定することを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の過給圧制御装置。
In the plurality of combustion modes, an air-fuel mixture including both a stratified air-fuel mixture and a homogeneous air-fuel mixture is formed, and the stratified air-fuel mixture is burned by spark ignition. Further includes a self-ignition combustion mode for self-ignition combustion,
The supercharging pressure control means is configured such that when the ignition type self-ignition combustion mode is selected, the residual degree of the burned gas in the cylinder is smaller than when the stratified self-ignition combustion mode is selected. 2. The supercharging pressure control device for an internal combustion engine according to claim 1, wherein an operation amount of the variable mechanism is determined.
前記過給圧制御手段は、前記成層自己着火燃焼モードおよび前記成層火炎伝播燃焼モードの一方が選択されたときには、前記均質火炎伝播燃焼モードが選択されたときよりも前記気筒内での前記既燃ガスの残留度合が大きくなるように、前記可変機構の作動量を決定することを特徴とする請求項1または2に記載の内燃機関の過給圧制御装置。   The supercharging pressure control means is configured such that when one of the stratified self-ignition combustion mode and the stratified flame propagation combustion mode is selected, the burned fuel in the cylinder is more than when the homogeneous flame propagation combustion mode is selected. The supercharging pressure control device for an internal combustion engine according to claim 1 or 2, wherein an operation amount of the variable mechanism is determined so that a residual degree of gas becomes large. 前記過給圧制御手段は、前記内燃機関の始動後、排ガス浄化用の触媒に供給される排ガスの熱容量が高くなるように当該内燃機関が運転されているときには、前記ターボチャージャが排ガスから受け取る運動エネルギが最小になるように、前記可変機構の作動量を決定することを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載の内燃機関の過給圧制御装置。   When the internal combustion engine is operated so that the heat capacity of the exhaust gas supplied to the exhaust gas purification catalyst is increased after the internal combustion engine is started, the turbocharger control means receives the motion that the turbocharger receives from the exhaust gas. 4. The supercharging pressure control device for an internal combustion engine according to claim 1, wherein an operation amount of the variable mechanism is determined so that energy is minimized.
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