JP2008138674A - エンジンの制御方法及び制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】予混合圧縮着火モードのレンジを拡大しながらも、SIモードの燃料経済性を改善することが出来るエンジンの制御方法を提供する。
【解決手段】エンジンの制御方法が、第一の運転状態の間に予混合圧縮着火燃焼を実行する工程、及び、第二の運転状態の間に火花点火燃焼を実行する工程を有し、予混合圧縮着火燃焼と火花点火燃焼の少なくとも一つにおけるアルコール量が、運転パラメータの少なくとも一つに応じて変更される。
【選択図】図７

Description

本発明は、エンジンの制御方法及び制御システムに関連する。より具体的には、複数の燃焼モードを備え、アルコール燃料を利用可能なエンジンの制御方法と制御システムに関連する。

内燃機関（エンジン）は、種々の燃焼モードで動作し得る。モード例の一つが、均質或いは略均質の混合気が、点火装置によって実行される火花を必要としない自己着火による燃焼が生じる温度、及び/又は、圧力を達成する、予混合圧縮着火（homogeneous charge compression ignition: HCCI）モードである。自着火タイミングが、初期充填温度、残留排気ガス若しくは再循環排気ガスの量、実圧縮比、及び/又は、有効圧縮比を調節することによって変更され得る。HCCIモードは、所定の条件において他の燃焼モードに比べて優れた燃料効率及び低NOx生成を奏するが、燃焼を生じさせるために相当量の熱及び圧力が必要とされるので、このモードでの運転は限定される。更に、HCCIモードへの移行、或いは、HCCIモードから他のモードへの移行の際に、種々の制御課題が存在する場合がある。一般的に、HCCI燃焼は、気筒の圧縮比を増加することにより運転レンジが大きくされ得る。しかしながら、HCCI運転モード、及び、そこにおいて成層化した混合気が存在する予混合充填圧縮着火（Premixed Charge compression ignition: PCCI）のような類似の運転モードは、低負荷（トルク）に限定され得る。

使用可能な別のモードが、火花点火（spark ignition: SI）燃焼モードである。SI燃焼は、高負荷の間、及び/又は、過渡運転状態の間に、トルク出力を増大させるため、及び、燃焼タイミングの十分な制御を保持するために、使用され得る。さらに、火花点火タイミングの調節が、エンジン・ノックが継続するような望ましくないエンジン運転状態を軽減するために使用される場合がある。しかしながら、点火リタードがエンジン・ノックを軽減し得る一方で、エンジンの燃料効率を低減する可能性がある。エンジンは、そのようなものとして、ノックを避けるため、SI燃焼の間、比較的低い実圧縮比若しくは有効圧縮比で運転する必要があり得る。

したがって、HCCI運転に好ましい高圧縮比と、SI運転に好ましい低圧縮比との間には概して不適合性が存在し、達成され得る利益を制限している。圧縮比の調整の幾つかが、可変バルブ・タイミング、可変バルブ・リフト、可変圧縮比などによって利用可能であり得るが、必要な調整量を得るためには、かなりの追加エンジン・ハードウエア及び追加コストが必要となる。さらに、そのようなハードウエアが備えられたとしても、ノックと圧縮着火の両方を迅速に且つ効果的に制御するための能力は、機械装置の移動の時間特性によって制限され得る。

上述の課題は、第一運転状態の間に予混合圧縮着火を実行する工程、及び、第二運転状態の間に火花点火燃焼を実行する工程を有し、そこにおいて、上記予混合圧縮着火燃焼と上記火花点火燃焼の少なくとも一方におけるアルコール量が、エンジンの運転パラメータの少なくとも一つに応じて変更される、エンジン運転方法によって取り組まれ得る。アルコールを直接噴射することが、混合気の気化冷却に起因してノックを大幅に軽減するので、運転制御において特に有益である。これは、火花点火エンジンが、かなり高い圧縮比で動作することを可能とするために、使用される場合がある。

このようにして、例えば、エンジンがSI燃焼モードで運転しているときに、ノックによる制限無しに高圧縮比エンジン運転を利用することを可能とすることが出来、それにより、HCCIモードのレンジを拡大し（即ち、圧縮比を拡大）、そして、SIモードの燃料経済性を改善することが出来る。その上、HCCI燃焼のタイミングを制御するために、アルコールの相対量、又は、アルコールの可変供給タイミングの調節を利用することができ、それによって、更に改善された運転と過渡性能が可能になる。

アルコール量の、別の燃料（例えば、ガソリン）の量に対する比率の調節、アルコールの絶対量の調節、アルコール濃度の調節、及び/又は、それらの組み合わせのような、種々のアルコール量に対する調節が使用可能であることを記しておく。

ガソリンエンジン、特にブースト装置を備えたガソリンエンジンが、能力改善のために、アルコール又はアルコール混合物のようなノック抑制燃料の種々の直接噴射を採用し得る。例の一つとして、ガソリン噴射弁に加えて、選択的且つ可変のエタノール直接噴射弁と共に、ターボ過給機及び高圧縮比を含むエンジンが、より大きなサイズの自然吸気火花点火エンジンに比べて、同じトルクと出力を供給するのに20%-30%の効率増加を達成し得る。直接噴射されたエタノールは、エンジンの気筒内の混合気の気化冷却の効果により大きなノック抑制効果を提供する。この効率の改善は、エンジンの大幅な小型化、及び/又は、同程度の性能を提供しながらより高い圧縮比で運転することを可能とし得る。これらの効率利得は、制御された自己着火、例えば、所定の運転状態における、燃料経済性を改善し且つ排出物を低減可能な予混合圧縮着火（HCCI）モード運転の使用によって、更に増大され得る。ノック抑制燃料混合物が、増大された圧縮比における運転によって得られる効果に加えて、HCCI燃焼タイミングの制御を受け持つことが出来るため、HCCI運転とノック抑制燃料混合物の使用との相乗効果が、効率の増加とHCCI燃焼の安定性の両方を促進する。別の例として、超リーン運転又はヘビーEGR運転が、この相乗効果に起因して、30-40%まで全体効率を増加することが出来る。

図1が、矢印8によって複数の物質（1、2、・・・N）の供給を受けるエンジン10を示す。種々の物質は、複数の異なる燃料、燃料混合物、噴射位置、あるいは、種々の他の代替物を含み得る。

例えば、異なるガソリン及び/又はアルコール及び/又は水の濃度、及び/又は、他の化合物濃度を持つ、複数の異なる物質が、エンジンに対し、混合状態で、あるいは、独立して供給され得る。さらに、異なる燃料混合物質の相対量、及び/又は、比が、エンジン・センサー、変速機センサー、車両センサー、大気状態センサーなどを含むセンサー4を介して供給される運転状態（即ち、運転パラメータ）に応じて、制御器12によって様々に制御され得る。

例の一つにおいて、異なる物質が、一方の物質がガソリンを含み且つ他方の物質がエタノールを含むような、異なる量のアルコール及び/又はオクタン価を持つ異なる燃料のことを表す場合がある。別の例において、エンジン10は第一の物質としてガソリンを使用し、第二の物質として、エタノール、メタノール、ガソリンとエタノールの混合物（例えば、名目上、略85%のエタノールと15%のガソリンであるが、実質には容積によって、80%エタノールと20%ガソリンに近くなる、E85）、ガソリンとメタノールの混合物（例えば、略85%メタノールと15%ガソリンの、M85）、アルコールと水の混合物、アルコールとガソリンと水の混合物などの様な、アルコール含有燃料を使用する場合がある。さらに別の例において、第一物質が低アルコール濃度のガソリン/アルコール混合物で、第二物質が高アルコール濃度のガソリン/アルコールである場合がある。また別の例において、第一物質がガソリン若しくはディーゼル燃料であり、第二物質がジメチル・エーテル、メチル・エステル、（メタノール、エタノール、プロパノール、または、ブタノールのような）低アルキル・アルコール、またはそれらの混合物であり得る。ここに記すようし、アルコール及び/又はアルコール燃料混合物が、HCCIモードおよびSIモードの運転に適した特性を持つ。本来アルコールは、ガソリンより実質的に高いオクタン価であるのみでなく、高い気化熱も持つ。直接噴射における使用のとき、結果として生じる混合気の気化が、ノックの出現を抑制或いは軽減する為に効果的であり得る。

実施形態の幾つかにおいて、異なる燃料に関して異なる噴射弁位置が使用され得る。例えば、（直接噴射弁のような）単一の噴射弁が、二つの物質（例えば、ガソリン、及び、アルコール/水混合物）の混合物を噴射するのに使用され、そこにおいて、混合物内の二種以上の燃料分量又は燃料物質の相対量あるいは相対比がエンジン運転の間、例えば混合弁（不図示）を介した制御器12による調整を経て変更される場合がある。さらに別の例において、各気筒に関して、ポート噴射弁と直接噴射弁、二つのポート噴射弁、あるいは、二つの直接噴射弁のような、二つの異なる噴射弁が使用され、各々の噴射弁が、運転状態が変化するとき、異なる物質を異なる相対量で噴射する場合がある。実施形態の幾つかにおいて、異なる位置及び異なる物質に加え、異なる大きさの噴射弁が使用される場合がある。さらに別の実施形態において、異なる噴射パターン及び/又は異なる噴射目標点を備えた、二つのポート噴射弁及び/又は直接噴射弁が使用される場合がある。また更に別の実施形態において、二つの異なる燃料ラインによって燃料供給される複数の同心噴射ノズルを備えた単一の噴射弁が二つの独立した燃料を噴射する場合がある。

種々の有利な結果が、上述したシステムの一つ以上によって得られ得る。例えば、ガソリン及びアルコール（例えばエタノール）を含む燃料の両方を使用するとき、ノック傾向を軽減すべく、（例えば、直接噴射を介して）増大されたアルコール燃料の充填冷却を使用するため燃料の相対量を調節することが可能となり得る（例えば、ノックあるいは負荷の増大に応じて、アルコール及び又は水の相対量を増加させる）。その結果、圧縮比の増大、及び/又は、ブースト（マニフォールド圧の増加を含む）、及び/又は、エンジン小型化と併用されるこの現象は、ノックが抑制されるほど大きくない低負荷においてガソリンでエンジンを運転可能としながら、（エンジンにおけるノック限界を縮小することによって）より増加した燃料経済性利益を得るために使用され得る。

方法の一つにおいて、ガソリンHCCI運転と組み合わせた、ウルトラ・リーン燃焼を含む全般的なリーン燃焼が、そこにおいてエンジン制御性が閾値に到達する状態に近づくトルクレベルまで採用され得る。高トルク/負荷状態においては、火花点火モード運転が、所望の水準のエンジン制御と出力を提供する為に採用され得る。例えば、エンジンは、ノック抑制燃料又は燃料混合物の選択的な使用によって火花点火燃焼の間のノックの発生可能性を低減しながら、圧縮着火を促進し、そして、エンジン効率を増加させるために、十分に高い圧縮比（例えば、13:1より大）で運転され得る。例えば、より高いレベルのトルク又は速度においては、ガソリンと直墳アルコールの混合物を変えながら火花点火運転が使用され得る。したがって、幾つかの場合において、例えば、エンジンにガソリンの量とは独立した量のエタノールを供給するために、ノック抑制燃料又はノック抑制燃料混合物のための独立した燃料源が使用され得る。例の一つにおいて、HCCI運転が、低負荷におけるリーン/ヘビーEGR動作を含み、一方で、高負荷においてSI成層運転が使用される場合がある。

更に、HCCI及び/又はSI運転の間、比較的低トルクにおいても、ある量の、直墳エタノールのようなノック抑制燃料又はノック抑制燃料混合物が、そうしなければ高圧縮比における運転に起因して生じ得るノックを防止又は低減するために（あるいは、HCCI/PCCI運転の燃焼タイミングを制御するために）、使用される場合がある。アルコール（例えばエタノール）は、早期噴射によって気筒内に均一に分配されるように、あるいは、例えば遅い噴射タイミングによって部分的な成層（燃料の成層と温度の成層の両方）をもたらすように、気筒内に噴射され得る。気筒の動きによって混合気の成層化を行い、そして維持することもまた、可能である。トルクの大きさが増大し、それによってノックの可能性が増加したとき、ノックの発生を低減するため、あるいは、ノックの大きさを小さくするために、エタノールの相対量が増加され得る。エタノール或いは他のノック抑制燃料混合物は、別のタンクからエンジンに供給され、あるいは、E85又は他のガソリンとの混合物の場合のようにガソリンを混合され得る。例の一つにおいて、（恐らく、より大きな容積をもつ）第一燃料タンクが第一燃料混合物を収容し、そして、（小さな）第二燃料タンクが、第二の燃料混合物を収容し、そこにおいて、例えば、第二燃料混合物が第一燃料混合物より高いアルコール濃度を持つ（例えば、第一燃料タンクがガソリンを収容し、第二燃料タンクがE85を収容する場合がある）。更に、所定の運転状態においてノックを低減又は防止するのに十分な量だけのノック抑制燃料あるいは燃料混合物を使用することにより、ノック抑制燃料あるいは燃料混合物の消費量が、エンジンの全運転サイクルに亘って、低減され得る。ノック抑制燃料又は燃料混合物の消費量はまた、エンジンが広いレンジでHCCIモード運転するように制御器12を設定することにより低減され得、この場合、運転サイクル効率の増加と、ノック抑制燃料又はノック抑制燃料混合物の使用量低減とを供給する。

ここで図2を参照すると、複数気筒エンジンの気筒の一つを示し、更に、その気筒に吸気通路と排気通路とが接続されているのを示している。図示され且つここに記述されたエンジン10は、多くの種類の車両の中でも、特に道路を走る自動車のような車両に含まれ得る。例の幾つかにおいて、エンジン10は、この場合においてハイブリッド電気自動車（hybrid electric vehicle: HEV）のような、一つ以上の他のモーター或いはエンジンを含むハイブリッド推進システムの一部として含まれる。エンジン10の適用例が自動車に関して記述されているが、エンジン10が、自動車推進システムに限定される必要のない他の適用例においても使用可能であることが認識出来るであろう。

図2に示す具体的な実施形態において、エンジン10はエンジンの気筒の少なくとも一つに関して、気筒あたり二つの燃料噴射弁を備えた燃料システムを含む。或る実施形態において、エンジンの気筒の各々が、二つの燃料噴射弁を含む場合がある。二つの噴射弁は、二つのポート噴射弁、一つのポート噴射弁と一つの直接噴射弁（図2に示されるようなもの）、二つの直接噴射弁、単一の2燃料噴射弁、あるいは、他の配置のような、種々の位置に構成され得る。

また、ここに記述するように、種々の燃料パージ・システム及び排気ガス酸素センサー位置に関する構成に加えて、種々の気筒、燃料噴射弁、及び、排気システムの構成が存在する。

図2の説明を続けると、複数の噴射システムが示されており、そこにおいてエンジン10は、火花点火装置に加えて、直接燃料噴射とポート燃料噴射の両方を含む。複数の燃焼室を有するエンジン10が、電子エンジン制御器12によって制御される。エンジン10の燃焼室30が、クランクシャフト40に結合されるピストン36をその中に備えた気筒壁32を含んで示されている。

具体的な例の一つにおいて、ピストン36は、混合気の層状給気の形成の一助となる凹部或いは鉢部（不図示）を含む。しかしながら、代替実施形態において、平坦なピストンが使用される場合がある。

燃焼室或いは気筒30が、それぞれの吸気バルブ52a及び52b（不図示）および排気バルブ54a及び54b（不図示）を介して、吸気マニフォールド44および排気マニフォールド48と連通するのが示されている。したがって、気筒毎に4つのバルブが使用され得る一方で、別の例においては、気筒毎に一つの吸気バルブと一つの排気バルブが使用され得る。さらに別の例においては、気筒毎に二つの吸気バルブと一つの排気バルブが使用され得る。さらに別の例においては、気筒毎に３以上の吸気バルブ及び／又は３以上の排気バルブが使用され得る。

燃焼室30が、ピストン36が最下点にあるときの容積の、ピストン36が最上点にあるときの容積に対する比率である、圧縮比を持つ。例の一つにおいて、圧縮比は略13:1乃至15:1であり得る。しかしながら、15:1よりも大きな、あるいは、13:1より小さな圧縮比を含む他の圧縮比が使用される場合がある。例えば、圧縮比が15:1よりも大きいとき、ノックを低減する為により大量のノック抑制燃料又は燃料混合物が使用され、一方で、圧縮比が13:1より小さいときは、ノックを低減する為のノック抑制燃料又は燃料混合物の使用は少量となる。

燃料噴射弁66aが、電気ドライバ68aを介して制御器12から受ける信号(dfpw)のパルス幅に比例した燃料を、燃焼室30内に直接的に噴射するために燃焼室30に直接的に結合されるのが示されている。図2は噴射弁66aをサイド・インジェクタとして示すが、それは、点火栓92の位置近くのようなピストンの上方に配置されても良い。そのような配置は、幾つかのアルコール・ベースの燃料の低い揮発性によって、ミキシングと燃焼を改善し得る。或いは、噴射弁は、ミキシングを改善するために、天井部（overhead）で且つ吸気バルブの近くに配置される場合もある。

燃料が、燃料タンク、燃料ポンプ及び燃料レールを含む、高圧燃料システム(不図示)により、燃料噴射弁66aへ供給され得る。あるいは、燃料が低圧において単段式燃料ポンプによって供給されることがあるが、その場合、高圧燃料システムが使用される場合に比べて、圧縮行程の間の直接燃料噴射のタイミングが限定され得る。さらに、図示されていないが、燃料タンク（複数の場合もあり）が、制御器12に信号を供給する圧力変換器を（夫々）持つ場合がある。

燃料噴射弁66bが、気筒30に直接ではなく、吸気マニフォールド44に結合されるのが示される。燃料噴射弁66bは、電気ドライバ68bを介して、制御器12から受ける信号(pfpw)のパルス幅に比例した噴射燃料を供給する。単一のドライバが両方の燃料噴射システムに対して使用され得ること、或いは、複数のドライバが使用され得ることを記しておく。燃料システム164がまた、吸気マニフォールド44に燃料蒸気を供給する概略的な形式で示されている。そこにおいて燃料システムは、（この図には記していないが）噴射弁66a及び66bに連結される場合がある。種々の燃料システム、即ち、燃料蒸気パージ・システムが、使用され得る。

吸気マニフォールド44が、スロットル板62を介してスロットル・ボディ58と連通するのが示されている。この特定の例において、スロットル板62は、スロットル板62の位置が電気モーター94を介して制御器12によって制御されるよう、電気モーター94に連結される。この構成は通常、電子スロットル制御（electronic throttle control : ETC）と呼ばれ、アイドル速度制御にも使用される。代替実施形態（不図示）において、バイパス空気通路がスロットル板62と並列に設けられ、アイドル速度制御の間、その空気通路内に配設されたアイドル制御バイパス・バルブを介して吸気流量が制御される。

排気ガスセンサー76が、排気マニフォールド48の触媒コンバータ70の上流の位置において結合されるのが示されている（ここにおいて、センサー76は種々の異なるセンサーに対応し得る）。例えば、センサー76は、リニア酸素センサー、汎用排気ガス酸素（Universal Exhaust Gas Oxygen ：UEGO）センサー、二状態酸素センサー、排気ガス酸素（exhaust gas oxygen: EGO）センサー、ヒーター付排気ガス酸素（heated exhaust gas oxygen: HEGO）センサー、HCセンサー或いは、COセンサーのような、排気ガスの空燃比の指標を供給するための多くの既知のセンサーのいずれかを含み得る。この具体的な例においては、センサー76は、制御器12に信号EGOを供給する二状態酸素センサーであり、制御器12は信号EGOを二状態信号EGOSに変換する。信号EGOSの高電圧状態が、排気ガスが化学量論的（理論空燃比：ストイキ）よりリッチにあることを示し、信号EGOSの低電圧状態が、排気ガスが化学量論的（ストイキ）よりリーンにあることを示す。信号EGOSは、化学量論的均質運転モードの間の、平均空燃比をストイキに維持するための空燃比フィードバック制御の間に、役立つように使用され得る。さらに、空燃比制御の詳細が、ここに含まれる。

点火装置88が、制御器12からの点火進角信号SAに応答して点火プラグ92を介して燃焼室30に点火火花を供給する。

制御器12は、噴射タイミング、噴射量、噴霧パターンなどを調節することにより、燃焼室30を均質混合気モード及び層状混合気モードを含む種々の燃焼モードで作動するよう構成され得る。さらに、層状混合気と均質混合気が混合されたものが燃焼室の中に形成される場合もある。例の一つにおいて、エンジンの圧縮行程の間に燃料噴射弁66aを動作させることによって、層状混合気の層が形成され得る。別の例において、吸気行程の間に、噴射弁66a及び66bの一つ若しくは両方を動作させる（開弁噴射の場合あり）ことによって、均一混合気が形成され得る。更に別の例において、吸気行程の前に噴射弁66a及び66bの一つ若しくは両方を動作させる（閉弁噴射の場合あり）ことによって、均一混合気が形成される場合がある。また更に別の例においては、一つ以上の行程（例えば、吸気行程、圧縮行程、排気行程など）の間、噴射弁66a及び66bの一つ若しくは両方からの複数噴射が使用される場合もある。更に、後述するように、そこにおいて、異なる条件下で、異なる噴射時期及び混合気構成が使用される例もあり得る。一つの噴射弁を、この噴射弁からの燃料が（この燃料の早期噴射を通じて、あるいは、適切な噴射パターンにより）気筒中に均一に分配されるように動作し、一方で、別の噴射弁からの第二の燃料が、（第二燃料の遅い噴射を通じて）気筒中に不均一に分配されるようにすることもまた可能であろう。さらに、単一燃料の複数噴射を通じて、第一燃料と第二燃料のいずれかの一部が均一に分配され、一方で、残りの燃料が不均一に分配されることも可能である。

制御器12は、燃焼室30内の均質な混合気、層状の混合気或いは、均質と層状の混成の混合気が、ストイキ、ストイキより燃料リッチな値、或いは、ストイキより燃料リーンな値になるように、燃料噴射弁66a及び66bによって供給される燃料の量を制御する。

図2は、気筒に関して一方が直接噴射弁で他方がポート噴射弁である二つの噴射弁を備えるのを示すが、代替実施形態において、例えば開弁噴射とともに、気筒に関して二つのポート噴射弁が使用される場合もある。

排出物制御装置72が、触媒コンバータ70の下流に配設されるのが示される。排出物制御装置72は、三元触媒或いは、NO_xトラップ或いは、それらの組み合わせであり得る。

例の一つにおいて、そのようなエンジン内のNOx制御は、三元触媒に連結されたエンジンが高負荷においてSIモードの間ストイキ運転することに加え、エンジンがHCCIモードで運転しているとき、低負荷においてリーン及び/又はヘビーEGR運転することによって提供される。

制御器12は、マイクロプロセッサ102、入出力ポート104、この具体的な例においてROM（read only memory）チップ106として示される実行可能プログラム及び較正値用の電子記憶装置媒体、ランダム・アクセス・メモリ（random-access-memory: RAM）108、キープ・アライブ・メモリ（keep-alive-memory）110及び、従来のデータ・バスを含む、マイクロ・コンピュータとして示される。制御器12は、前述した信号に加えて、スロットル・ボディ58に結合された質量空気流量センサー100からの吸気された質量空気流量の測定値（MAF）、冷却スリーブ114に結合された温度センサー112からのエンジン冷媒温度（ECT）、クランクシャフト40に結合されたホール効果センサー118からのプロファイル点火ピックアップ信号（profile ignition pickup: PIP）、スロットル位置センサー120からのスロットル位置TP、センサー122からのマニフォールド絶対圧信号(Manifold Pressure Signal: MAP)、ノック・センサー182からのノック指標及び、センサー180からの絶対大気湿度或いは相対大気湿度の指標を含む、エンジン10に結合されたセンサーからの種々の信号を受ける。エンジン速度信号RPMが、制御器12によって、信号PIPから従来の方法で生成され、マニフォールド圧センサーからのマニフォールド圧信号MAPが吸気マニフォールド内の真空度或いは圧力の指標を提供する。ストイキ運転の間、このセンサーはエンジン負荷の指標を与えることが出来る。さらに、このセンサーはエンジン速度に加えて、気筒内に導かれる（空気を含む）給気の推定値を提供し得る。例の一つにおいて、エンジン速度センサーとしても使用されるセンサー118は、クランクシャフトの回転毎に所定数の等間隔のパルスを生成する。この特定の例において、触媒コンバータ70の温度Tcat1が温度センサー124によって与えられ、排気制御装置72の温度Tcat2が温度センサー126によって与えられる。代替実施形態において、温度Tcat1及び温度Tcat2は、エンジン作動から推定され得る。

図2の説明を続けると、可変カムシャフト・タイミング装置が示される。具体的には、エンジン10のカムシャフト130が、吸気バルブ52a、52b及び排気バルブ54a、54bを駆動するためのロッカー・アーム132及び134と連絡しているのが示される。カムシャフト130は筐体136に直接的に結合される。筐体136は、複数の歯138を持つ歯車を形成する。筐体136は、タイミング・チェーン或いはベルト（不図示）を介してクランクシャフト40に流体的に結合する。したがって、筐体136及びカムシャフト130はクランクシャフトに対して実質的に同じ速度で回転する。しかしながら、ここに後述する流体継手の操作によって、カムシャフト130のクランクシャフト40に対する相対位置は、進角室142及び遅角室144内の流体圧（例：油圧）によって変えられ得る。高圧の作動流体が進角室142に入ることを可能とすることによって、カムシャフト130とクランクシャフト40との間の相対関係は進角される。このようにして、吸気バルブ52a、52b及び排気バルブ54a、54bは、クランクシャフト40に対して、通常より早いタイミングで開閉する。同様に、高圧作動流体が遅角室144に入ることを可能とすることにより、カムシャフト130とクランクシャフト40との間の相対関係は遅角される。このようにして、吸気バルブ52a、52b及び排気バルブ54a、54bは、クランクシャフト40に対して、通常より遅いタイミングで開閉する。

この例は、その中において吸気バルブ・タイミングと排気バルブ・タイミングが共に制御される装置を示しているが、可変吸気カム・タイミング、可変排気カム・タイミング、二重独立可変カム・タイミング或いは、固定カム・タイミングが使用される場合もある。更に、可変バルブ・リフトもまた、使用され得る。更に、カムシャフト・プロフィール切り替えが、異なる運転条件下において異なるカム・プロフィールを提供すべく使用され得る。更にまた、弁機構は、ローラー・フィンガ・フォロア形式、直動式機械的バケット形式、或いは、ローカー・アームに代わる他の形式であり得る。更にまた、弁機構は、電気機械式バルブ機構、或いは、電気油圧式バルブ機構のような、非機械式要素を含む特殊な形式であり得る。

可変カム・タイミング装置について説明を続けると、筐体136に結合された歯138及びカムシャフト130が、制御器12に信号VCTを供給するカム・タイミング・センサー150を介して相対カム位置の測定を可能にする。後述するように、歯5が気筒の同定のために好適に使用される一方で、歯1、2、3及び4がカム・タイミングの測定のために好適に使用され且つ、等間隔に配設される（例えば、V型8気筒の二つのバンクを持つエンジンにおいては、互いに90度開けて配設される）。加えて、制御器12は、作動流体を進角室142又は遅角室144のいずれか一方への供給（或いは、両方共に入れない場合もあり）を調整すべく、従来のソレノイドバルブ（不図示）に、制御信号（LACT、RACT）を与える。

相対カム・タイミングが、種々の方法で測定され得る。大まかに言えば、PIP信号の立ち上がりと、筐体136上の複数の歯138の一つからの信号を受けるまでの時間或いは回転角が、相対カム・タイミングの測定値を与える。二つの気筒バンクと5個の歯を持つ歯車を備えるＶ型8気筒エンジンの特定の例に関しては、特定のバンクに関するカム・タイミングの測定値が、気筒の同定に用いられる特別な信号とともに、1回転につき4回得られる。

あるいは、或る実施形態において、吸気バルブ及び/又は排気バルブの一つ以上が、電気バルブ駆動（electric valve actuation: EVA）あるいは、油圧バルブ駆動（hydraulic valve actuation: HVA）によって制御される場合がある。例の一つにおいて、吸気バルブがEVAによって制御される一方で、排気バルブが可変カムシャフト・タイミングによって制御される場合がある。バルブ・タイミング及び/又はバルブ・リフトが、制御器によって、電気機械バルブ作動装置に加える電流を変えることにより制御される場合がある。

センサー160はまた、制御器にＯ_２濃度の電圧指標を提供する信号162を介して排気ガス中の酸素濃度の指標を提供する。例えば、センサー160は、HEGOセンサー、UEGOセンサー、EGOセンサー或いは、他の形式の排気ガスセンサーであり得る。さらに、センサー76に関して上述したのと同様、センサー160は、種々の異なるセンサーに対応し得ることを記しておく。

上述したように、図2は単に複数気筒のうちの一つの気筒を示しており、そして、各気筒は、自身の吸/排気バルブ、燃料噴射弁、点火プラグなどの組を持っている。

また、ここに記述する実施形態例において、エンジンはエンジン始動のためのスタータ・モーター（不図示）に結合され得る。スタータ・モーターは、例えば、ドライバーがステアリング・コラム上のイグニッション・スイッチ内でキーを回したときに電力供給され得る。スタータは、エンジン始動後、例えば、エンジン10が所定速度に達して所定時間が経過したときに、解放される。

図2の説明を続けると、排気ガス再還流（exhaust gas recirculation: EGR）システムが示される。排気ガスは、EGRバルブ組立体（不図示）を介して排気マニフォールド48に連通するEGR管によって、吸気マニフォールド44に供給され得る。あるいは、EGR管は、排気マニフォールド48と吸気マニフォールド44との間を連通する、エンジン内部に配設された通路であり得る。

上述したように、エンジン10は、リーン運転、リッチ運転及び、”近ストイキ”運転を含む種々のモードで作動する。”近ストイキ”運転は、空燃比がストイキ空燃比を中心にして振動する運転を指す。この振動運転は、排気ガス酸素センサーからのフィードバックによって管理されるのが一般的である。この近ストイキ運転モードにおいて、エンジンは、ストイキ空燃比に属する近似的に一つの空燃比の範囲内で作動する。

空燃比フィードバック制御が、近ストイキ運転を提供するために使用される。さらに、排気ガス酸素センサーからのフィードバックが、リーン運転の間及び、リッチ運転の間の空燃比の調整に使用される場合がある。具体的には、切換タイプのHEGOセンサーが、HEGOセンサーからのフィードバックと目標空燃比とに基づいて噴射される燃料（或いは、スロットル又はVCT（variable-cam timing）による追加の空気）の調整によるストイキ空燃比制御のために使用され得る。さらに、（排気空燃比に対して実質的にリニアな出力を提供する）UEGOセンサーが、リーン運転、リッチ運転或いはストイキ運転の間の空燃比を制御するために使用され得る。この場合、燃料噴射（或いは、スロットル又はVCTによる追加空気）が、目標の空燃比及び、センサーからの空燃比に基づいて調整される。さらにまた、必要に応じて、気筒別空燃比制御が、使用される場合がある。後により詳述されるように、種々の因子に依存して、噴射弁66a、66b或いはそれらの組み合わせを使用した調整が、行なわれ得る。

また、目標トルクを維持するため、例えば、点火タイミングの調整、スロットル位置調整、可変カム・タイミング位置の調整、ＥＧＲ量及び燃焼を実行する気筒の数の調整のような、種々の方法が使用され得ることを記しておく。さらに、これらの変数は、全気筒間の気筒平衡を維持すべく、各気筒に関して独立に調整され得る。図3に示すように、エンジン10は、過給機（supercharger）やターボ過給機のような種々のブースト装置に連結され得る。ブーストされたエンジンにおいて、ウエストゲート・バルブ、及び/又は、圧縮器バイパス・バルブを調節することにより、目標トルクが維持される場合もある。

ここで図3を具体的に参照すると、エンジン10の例が、一列に並んだ4つの気筒を備えて示される。実施形態の一つにおいて、エンジン10は、排気マニフォールド48内に連結されたタービン319a及び、吸気マニフォールド44内に連結された圧縮器319bを持つターボ過給機319を持ち得る。図3はインタークーラーを示していないが、それは任意に使用され得る。タービン319aはドライブ・シャフト315を介して圧縮器319bに結合されるのが一般的である。種々の形式のターボ過給機及び配列が使用され得る。例えば、そこにおいてエンジンの作動中に。タービンの及び/又は圧縮機のジオメトリ或いは配置が制御器12によって変更され得る、ジオメトリ可変ターボ過給機（variable geometry turbocharger: VGT)が使用され得る。それに代えて、またはそれに加えて、そこにおいてターボ過給機を通る気体の有効膨張比或いは有効圧縮比を変えるための面積可変ノズルが、排気ライン内（及び/又は、吸気ライン内の圧縮器の上流若しくは下流）に置かれた、可変ノズル過給機（variable nozzle turbocharger: VNT)が使用される場合がある。ウエストゲート・バルブのような更に別の取り組みが、排気の膨張率を変える為に使用され得る。図3は、タービン319aを迂回する例としてのバイパス・バルブ320及び、圧縮器319bを迂回する例としてのバイパス・バルブ322を示し、そこにおいて各バルブが制御器12を介して制御され得る。上述したように、バルブはタービンあるいは圧縮器の中に配設される場合があり、また、可変ノズルであり得る。

また、ツイン・ターボ配列及び/又は、シーケンシャル・ターボ配列も、必要に応じて使用され得る。複数の調整可能なターボ過給機及び/又はターボ段の場合、運転状態（例えば、マニフォールド圧、空気流量、エンジン速度など）に応じて、ターボ過給機を通る相対膨張量を変えるのが望ましい場合がある。さらに、必要に応じて、機械式駆動或いは電気式駆動のスーパー・チャージャーが使用される場合がある。

ここで図4を参照すると、エンジン運転全体のハイレベル・フローチャートが記述される。ステップ410において、運転状態の中でも特に、一つ以上の燃料のレベル（例えば、E85、エタノール、メタノール、水、ガソリンなどの量）、及び/又は、要求エンジントルク又は要求エンジン速度を含む運転状態に基づいて、例えば、HCCIモードとSIモードとから燃焼モードが選択され得る。燃焼モードの選択に関連する制御は、図5を参照してより詳しく説明する。

ステップ412において、エンジン出力がステップ410で選択されたモードに基づいて制御され得る。例えば、エンジンによって生成されるトルクの大きさが、選択された燃焼モードに応じて異なって制御される。例の一つとして、エンジン或いはその気筒によって生成されるトルクが、SIモードの間、エンジン或いは気筒に対して供給される空気量を変えることによって、変更され得る。HCCIモードの間、トルクは、他の運転状態の中でも特に、エンジンに供給される燃料の量を変えることにより、トルクが制御され得る。そのようにして、トルクのようなエンジン状態は、SIモードの間は空気量により反応し、そしてHCCIモードの間は燃料噴射により反応する。更に、エンジンに提供されるターボ過給或いは過給の大きさが、エンジンがSIモードで運転しているかHCCIモードで運転しているかに応じて異なって制御される。例えば、HCCIモードの間に、SIモードよりも大きなターボ過給が行なわれる場合があれば、SIモードよりも小さなターボ過給が行なわれる場合もある。エンジン出力に関連する制御は、図6に関してより詳細に記述される。

ステップ414において、エンジン燃焼制御は、点火タイミング制御、燃料噴射タイミング制御、空燃比制御、ノック抑制制御（例えば、アルコール/E85の比又は量の制御）、ノック・フィードバック制御、気筒圧フィードバック制御、可変バルブ・タイミング制御、燃料蒸気パージ制御、及び、エンジン始動状態制御の一つ以上によって達成され得る。エンジン燃焼制御は、図7及び8を参照にしてより詳細に記述される。このようにして、制御システムは、運転状態に関して燃焼モード選択、及び、エンジン燃焼タイミングを調整することにより、エンジンを運転することが出来る。さらに、そのようなノック抑制技術を使用するとき（及び、それに応じて）、改善されたHCCI燃焼タイミング制御を提供することに加えて、マニフォールド圧を調節（例えば、増加）することが可能となり得る。

上述したように、図5は、エンジンの燃焼モードの選択方法例を記述するフローチャートを示す。ステップ510において、エンジンが始動時かどうか（例えば、エンジンが始動しようとしているか、或いは、始動状態または暖機状態にあるか）、または、特定の気筒が停止した状態（可変容量エンジン（Variable Displacement Engine: VDE）の場合）から、あるいは、気筒の停止状態から点火シーケンスを開始しようとしているかどうかが判断される。もしステップ510における回答が「はい」ならば、ステップ520においてSIモードが選択され得る。あるいは、もしステップ510における回答が「いいえ」ならば、種々の燃料種の燃料レベルがステップ512において読み取られる。異なる燃料種とは、異なる噴射位置、異なるアルコール燃料混合率、異なるオクタン価などを指す場合がある。例えば、E85、ガソリン、及び/又は、エタノールの個別のレベルが、燃料レベル・センサー或いは流体レベル・センサーを介して制御システムによって確認され得る。次に、HCCIモード運転を利用可能な速度/負荷範囲が、ステップ512において判定された燃料レベル、エンジン温度、燃料温度、空気温度などを含む運転状態に基づいて確認され得る。

ステップ516において、必要とされるエンジン速度/負荷が、ステップ514において確認されたHCCI利用可能範囲内かどうかを判断し得る。もし答えが「いいえ」ならば、ステップ520においてSIモードが選択され得る。あるいは、もし要求されるエンジン速度/負荷がHCCIを利用可能な範囲内にあるならば、ステップ518においてHCCI運転が選択され得る。最後に、ルーチンは終了またはリターンする。このようにして、制御システムは、燃料状態、及び、必要とされるエンジン速度及びトルクを含むエンジンの運転状態に適した燃焼モードを選択し得る。

図6は、エンジン出力トルク制御を実行するための方法の例を記述するフローチャートを示す。ステップ610において、目標エンジン出力が判定され得る。目標エンジン出力は、アクセルペダル、ブレーキペダル、ギア選択、及び/又は、制御システムによって実施される具体的な制御ストラテジーのような運転者入力装置の状態に基づいて判定され得る。ステップ612において、目標出力、運転状態、及び、選択された燃焼モードに基づいて、アクチュエータ命令が決定され得る。例えば、ターボ過給機または過給機（スーパーチャージャー）が、選択されたエンジンの燃焼モードに依存して異なるように運転され得る。さらに、トルクの大きさは、SI運転モードの間は少なくともエンジンに供給される空気量を調整することにより変更され、HCCI運転モードの間は少なくともエンジンに供給される燃料の量を調整することにより変更され得る。次に、ステップ614において、アクチュエータが、命令された状態に制御される。最後に、ルーチンは終了又はリターンする。このようにして、制御システムは、目標出力を達成する為、他の運転状態の中でも特に、選択された燃焼モードに応じてエンジン・システムの種々のアクチュエータを調整することが出来る。

図7は、エンジンをSIモードで運転する方法例を記述するフローチャートを示す。ステップ710において、運転状態及び利用可能な燃料貯蔵レベルに基づいて、初期噴射量及び初期噴射タイミングが判定される。次に、ステップ712において、十分なノック抑制燃料又は流体（例えば、エタノール若しくはメタノールを含む流体）が存在するかどうか、判断され得る。もしステップ712における回答が「はい」ならば、ステップ714において、ターボ過給機或いはスーパー・チャージャーによって供給されるブーストの大きさ、点火タイミング、及び/又は、バルブ・タイミングが、ノックの可能性を低減すべく調節され得る。例えば、ノックを低減する為に、スーパー・チャージャー或いはターボ過給機によって供給されるブーストの大きさが低減され、そして/または、点火がリタードされる。次に、ステップ716において、例えばリアルタイムのノック・センサー、気筒ピーク圧センサー（燃焼ピーク圧センサー）、あるいは、他の適切な判定方法に基づいて、ノックが生じているかどうかが判断され得る。もし答えが「いいえ」ならば、ルーチンは終了或いはリターンする。或いは、制御システムによって、ノックの発生が検出されたならば、或いは、ノック状態が予測されたならば、ステップ718において、噴射源（例えば、噴射弁）、ノック抑制燃料又は流体の、相対的な及び/又は絶対的な、量及び/又は比率、そして、噴射タイミングが、ノックを低減すべく調節され得る。方法例の一つとして、もしノックが低減されるのであれば、燃焼室に直接噴射されるエタノールの絶対量及び/又は相対量は増加し得る。

ステップ720において、噴射調整量が、調整レンジの閾値或いは限界にあるかどうかが判断され得る。例えば、燃料噴射弁が、一回の噴射イベントについて噴射される燃料の下限値又は上限値に達する場合がある（例えば、最小パルス幅）。別の例として、燃焼室に供給されるエタノール及び/又はガソリンの量が、燃料システムの構成、利用可能な燃料量等に基づく上限値或いは下限値に到達する場合がある。もしステップ720における答えが「いいえ」ならば、ルーチンは、そこにおいて再びノックが検出されたか、又は、ノック状態が存在するかが判断されるステップ716に戻る。所定の運転状態に関し、燃料噴射を変更することに加えて、ブーストの大きさを低減すること、気筒のピーク温度及び/又は気筒の圧力をバルブ駆動の変更によって低減すること、及び/又は、点火タイミングをリタードすることによって、ノックは低減され得る。したがって、もしステップ720における答えが「はい」ならば、ステップ722において、ノックを低減する為に、点火タイミング、バルブ・タイミング、及び/又は、ターボ過給機又はスーパー・チャージャーによって供給されるブーストの大きさが調節され得る。次に、ルーチンは終了又はリターンする。このようにして、制御システムは、エンジン・ノックを低減し且つ運転性を改善する為にエンジン・ブースト、点火タイミング、及び、バルブ・タイミングを制御しながら、燃料及びノック抑制燃料の噴射量、及び/又は、噴射タイミングを調整し得る。

図8は、エンジンをHCCIモードで運転する為の方法例を記述するフローチャートを示す。ステップ810において、目標燃焼タイミング（例えば、自着火のタイミング）が判定され得る。ステップ812において、目標燃焼タイミングを提供するためにバルブ・タイミングが調節され得る。例の一つとして、自着火のタイミングを変更すべくエンジン気筒内に残留する排気ガスの量を変更するため、排気バルブの少なくとも一つのタイミングが調節され得る。ステップ814において、付加的な燃焼タイミング制御を利用可能かどうかが判断され得る。例えば、適切なレベルの燃焼タイミング制御を供給するために充分なレベルのE85、エタノール、或いは、オクタン価の異なる燃料が存在するかどうかが判断される場合がある。もし答えが「いいえ」ならば、ルーチンは終了し得る。あるいは、もしステップ814における答えが「はい」ならば、所望の燃焼タイミングを提供するために、一つの噴射弁に対する噴射量、複数の噴射弁に対する噴射量、噴射される燃料の燃料源、及び/又は、噴射タイミングが調節され得る。例えば、エタノールはポート噴射弁と直接噴射弁の両方によって噴射され、そこにおいて、運転状態の広いレンジに亘ってノック抑制を変えながらも全エタノール量を実質的に一定にした状態で、各噴射弁を通るエタノールの量が調節される。最後に、ルーチンは終了又はリターンし得る。このようにして、制御システムは、ノックを低減しながら目標燃焼タイミングを達成するため、バルブ・タイミング、噴射弁の選択、燃料及びノック抑制燃料又は燃料混合物の噴射量及び/又は噴射タイミングを調整し得る。

図9は、エンジンをSIモードとHCCIモードとの間で移行させるための方法例を記述するフローチャートを示す。ステップ910において、HCCIモードからSIモードへの移行が必要とされているかどうかを判断し得る。もしステップ910における答えが「いいえ」ならば、ルーチンは終了或いはリターンする。反対に、もしHCCIモードからSIモードへの移行が必要とされているならば、ステップ912において、SI燃焼のための燃焼室に供給されるガソリン及び/又はエタノール量の増加に加えて、触媒の再活性化を促進する為に排気ガスの一時的なリッチ化を行うかどうかを判断する。方法例の一つとして、空気に対するガソリン及び/又はエタノールの比率が、触媒状態に加えて所望のリッチ化レベルに応じて、1以上のサイクルの間、一時的に増加され得る。ステップ912における答えが「いいえ」ならば、ルーチンは終了或いはリターンする。反対に、もしステップ912における答えが「はい」ならば、触媒温度、触媒の酸素貯蔵状態、エンジントルク、ターボ過給状態、大気状態（圧力、温度など）、あるいは、他の運転状態に基づいて、リッチ化の噴射/燃料構成に加えて、リッチ化の振幅、期間（例えば、イベント回数）、及び、プロファイルが選択され得る。

例の一つとして、リッチ化の振幅は、運転者のトルク要求に関連し、そして、リッチ化の期間は、貯蔵された酸素量及び/又は温度を含む触媒状態に関連する。ある状態において、リッチ化のプロファイルは、例えば小さな振幅で開始し、例えば触媒の温度が上昇したとき、つまり、始動完了後に振幅を増加するリッチ化を含み得る。触媒がすでに所定の動作温度にあるような他の状態においては、リッチ化は高い振幅で始まり、エンジンの燃料供給イベントの回数に応じて減少する場合がある。リッチ化のエンジン・イベントの回数は、とりわけ、再活性化される触媒の容積、リッチ化の量、リッチ化のプロファイル、及び、リッチ化の期間に関連し、そして、それらに応じて変更され得る。

ステップ916において、触媒を更に加熱するかどうかが判断され得る。もし答えが「いいえ」ならば、ルーチンは終了又はリターンする。反対に、もしステップ916における答えが「はい」ならば、ステップ918において、触媒の加熱度合いを増大すべく、ステップ914において選択された種々の状態に応じて充填混合気が増加され、そして/又は、点火タイミングがリタードされ得る。最後に、ルーチンは終了或いはリターンし得る。このようにして、制御システムは、目標エンジントルクと燃焼タイミングを維持しながら充填空気の一時的なリッチ化を行うことによってHCCIモードからSIモードへの移行を調整することが出来、それにより、HCCIモードにおいて運転が持続した後の触媒の再活性化を可能とする。

二つの大きく異なる運転モードの間の移行は、複数燃料、及び、気筒毎の複数噴射弁の使用の増加された柔軟性によって達成され得る。したがって、HCCIモード（低負荷）からSIモード（高負荷）への移行の間、同様のマニフォールド圧で運転することが可能となり得、そして、短期間の間、気筒の幾つかをSIモードで運転し、同時に気筒の幾つかをHCCIモードで運転することさえ、可能となり得る。これらの状況において、高い吸気マニフォールド圧で増大されたトルクにおいて、SIモードで運転している気筒内の状態はノックしやすい傾向が大となる。この運転の間、ノックを防止し、そして、HCCIモード（空燃比はリーン）からSIモード（空燃比はストイキ）への全体としてスムースな移行を実行するために、点火の調整に加えてアルコール（エタノール）を追加すること（例えば、エタノールを直接噴射する）が、使用され得る。HCCIモードからSIモードへの運転モードのスムースな移行は、移行の間にSIモードの気筒の数と、差し引きされるHCCIモードの気筒の数を変えていくことにより、促進され得る（モード移行の開始時において全ての気筒が動作していると想定される。さもなければ、停止されていた気筒は、SIモードへの移行の前に起動されることになる）。換言すれば、アンチ・ノック剤としてのアルコール（例えば、エタノール）の使用は、同じマニフォールド圧において、気筒の幾つかがHCCIモードで、他の気筒がSIモードである混合モードでの運転を可能とする（そこにおいて、スムースなモード移行を達成する為、比較的遅いマニフォールド圧の応答性とともに、可変点火リタードがトルク調整のために使用され得る）。

加えて、後述するように、HCCIモードからSIモードへの移行の間、エンジンは、その移行の間およびその後において、排出物を最小にする方法で運転することが可能となり得る。図10の（a）乃至（e）が、SIモードでの運転のためにエンジンに供給される燃料及び/又は流体を増加することに加えて、触媒の再活性化を促進するための全体空燃比の一時的なリッチ化を含む、HCCIモードからSIモードへの移行例のタイムチャートを示す。具体的には、図10の（a）乃至（e）は、燃料供給イベントの数によって表わされる時間を横軸に示し、エンジンに供給される空気の燃料及び/又は流体に対す比率を縦軸に示す。これらの例において、時間は移行に関する燃料供給イベントの数として表わされているが、これらは単なる例であって、触媒再活性化のための充填混合気の一時的なリッチ化を含むリッチ化が、種々の運転状態に依存して、より長い時間期間或いはイベント期間、または、より短い時間期間或いはイベント期間で実行され得ることに留意すべきである。

図10の（a）乃至（e）の例において、HCCIモードの最後の3つの燃料供給イベントが、SIモードへの移行に続いているのが示される。最後の3つのHCCIイベントの間、空気のガソリン及びエタノールに対する比率は、HCCIモードの間に燃料経済性を改善する為に使用され得るものと同じで、ストイキよりもリーンである。例えば、図10の（a）乃至（e）において、HCCIモードの最後の3つの燃料供給イベントの間、エタノールはガソリンに含まれないが、HCCI運転の間の或る状態の間、エタノールがガソリンに含まれる場合があることに留意すべきである。

SIモードへの移行の後、エンジンに供給されるガソリン及び/又はエタノールの量は増加される。この増加は、少なくとも二つの要素を含む。例えば、第一の要素は、HCCIモードのリーン運転からSIモードの近ストイキ運転への増加を含み得、一方、第二の要素は、触媒の再活性化の促進とノック抑制を提供する為の、エンジンに供給されるガソリン及びエタノールの一時的な増加若しくはリッチ化を含み得る。図10の（a）乃至（e）は、モード移行に応答して第一要素と第二要素が変更され得る、異なる方法の幾つかを示す。

これらの例の説明をこれから行うが、ノック抑制のレベルが、（例えば噴射タイミングを変更することに加えて）エタノールの絶対量、及び/又は、エンジン内に直接噴射されるエタノールのガソリンに対する相対量の調節によって変更され、一方で、触媒再活性化の速度及び/又はレベルは、少なくともエタノール及びガソリンの空気に対する相対量を調節することにより変更され得ることを記しておく。例えば、ノック抑制を強化するために、エタノールの量、とりわけ、気筒内に直接噴射されるエタノールの量（絶対量、及び/又は、相対量）が増加され、そして、触媒の再活性化の速度及び/又はレベルを増加するために、HCCIモードでのリーン運転から触媒を再活性化するため、触媒に対する炭化水素やCOのような付加産物の供給を増加すべく、燃料の空気に対する比率が少なくとも一時的に増加される。

図10の（a）は、そこにおいて、エタノールのレベルが、イベント5において実質的にストイキのレベルの空燃比が達成されるまで、時間と共に低減される量まで一時的に増加される一方で、SIモードへの移行の後は、エンジンに供給されるガソリンの量が、実質的に一定の値まで増大され、エタノールのガソリンに対する比率がノック回避の必要性によって決定される、例を示す。

あるいは、エタノール及び/又はガソリンのレベルは、移行の間、所望のノック抑制レベルを達成する為に変更される場合がある。例えば、図10の（b）は、ノック抑制を提供する為にエタノールのガソリンに対する相対量を変更しながら、触媒を再活性化するために、エタノール及びガソリンの空気に対する量を、どのようにしてストイキよりもリッチなレベルまで一時的に増加させるかを示す。例えば、HCCIモードで使用され得る大きなレベルのEGR或いは吸気加熱に起因して、移行直後の短期間はSIモードの後半に比べて、ノック抑制がより必要とされる可能性がある。さらに、図10の（b）は、所定の状態において、リッチ化の期間が、他の状態の中でも特に、触媒の状態（例えば、温度、貯蔵されている酸素の量、大きさなど）、HCCIモードでの運転期間、移行前の空燃比のような運転状態に基づき、どのようにして図10の（a）に比べて長くされ得るか、或いは、短くされ得るかを示す。

図10の（c）は、そこにおいてガソリンのレベルがストイキの量よりも一時的に増大され得、一方で、エンジンに供給されるエタノールの絶対量及びガソリンに対する相対量が移行後に時間と共に低減される、HCCIモードからSIモードへの移行の別の例を示す。図10の（a）に示すガソリンのリッチ化のプロファイル（即ち、実質的に一定値）や図10の（b）に示すプロファイル（即ち、ストイキ以下で可変）とは対照的に、エンジンに供給されるガソリンのレベルは、少なくともある期間、はストイキよりも上で変更され得る。さらに、図10の（c）は、イベント5乃至7に示されるように、一時的なリッチ化期間の後で、エタノールの使用がどのように中断され得るかを示す。例えば、ノック抑制及びリッチ化は、イベント4の後では必要とされず、それにより、実質的にストイキのガソリン量がエンジンに供給されるのを可能とする。

図10の（d）は、そこにおいてガソリンの絶対量が実質的に一定値に保持され得る図10の（a）の場合とは対照的に、エンジンに供給されるガソリンの絶対量が一時的に増加され、その後、時間と共に低減される一方で、エタノールの絶対量がどのように実質的に一定値に保持され得るのかを示す。なお、エタノールのガソリンに対する比率が、リッチ化期間の間、実質的に一定に保持され得る、或いは、所望のノック抑制レベルを達成する為に変更され得ることに、留意すべきである。

図10の（e）は、そこにおいてリッチ化プロファイルが移行後に増加され、ストイキまで低減されるまでを示す。例えば、イベント1乃至4の間、空気に対するガソリンとエタノールの総量がストイキよりも高いレベルに増大され、その後、イベント5乃至9によって示されるように、時間の経過に伴い低減される。この動作は、例えば触媒の暖機期間に使用される場合がある。

このようにして、モード移行に応じた、或いは、移行状態に応じた異なるリッチ化プロファイルが、ノック抑制の為にエタノールのガソリンに対する比率を変更することに加えて使用され得る。

図10の（a）乃至（e）が全体空燃比を記述しているが、気筒の幾つかがHCCIモードで且つ気筒の幾つかがSIモードの場合のような、気筒間で異なる状態を持つことも可能であることを記しておく。エンジンがSIモードとHCCIモードで同時に運転している場合、SIモードで運転する気筒或いはHCCIモードで運転する気筒に追加の燃料が供給される場合がある（HCCI運転下の気筒についての燃料噴射タイミングは遅い）。

ここで図11の（a）及び（b）を参照すると、タイムチャートが、エンジン始動の間の、或いは、少なくとも一つの気筒の始動の間の、燃料の噴射を示す。例えば、図11の（a）は、そこにおいてエンジンが最初に停止され、そして、後にSIモードで始動される（例えば、冷間始動）エンジンの気筒の一つに関する燃料供給動作を示す。サイクル1乃至6に関して示すように、エンジンの始動後、エタノールはエンジン及び/又は触媒が暖機完了状態に達するまで、使用されない場合がある。エンジン及び/又は触媒が適切な温度に達したとき、直接噴射されるエタノールの相対量及び/又は絶対量は、所望のノック抑制及び/又は空燃比を供給するため、1以上のサイクルに亘って増加され得る。

図11の（b）に示される別の例として、エンジン或いはエンジンの一つ以上の気筒が、エンジンアイドル運転、或いは、そこにおいてエンジントルクが必要とされない他の状態の間のような時期の間、燃料経済性を増大するために停止される場合がある。例えば、エンジン或いは気筒が停止された後、エンジンの気筒の少なくとも一つが、後にSIモードで再始動され得る。図11の（b）は、気筒の再始動が後に続く、エンジンの少なくとも一つの気筒の一時的な停止動作を示す。エンジンの気筒は最初、最後の三つの気筒サイクルのカウントダウンによって示されるように、停止に先立ってSIモード又はHCCIモードで動作することが出来る。次に、サイクル1乃至4で示すように、気筒及び/又はエンジンは一時的に停止され得る（例えば、少なくとも燃料供給が停止される）。しばらく経って、気筒及び/又はエンジンは再始動され、そこにおいて、エンジン及び/又は触媒が適切な温度に達するときにエタノールが追加される前のサイクル1乃至2によって表される期間の間、エタノールの使用が休止され、ガソリンが使用され得る。例えば、図11の（b）は、再始動後の最初の2サイクルの間に気筒内にガソリンのみが噴射され、一方で、サイクル3乃至6の間、エンジン又は触媒の温度がさらに高くなるにつれて、エタノールの量が増加される。

図11の（a）と（b）との比較が、エタノールのガソリンに対する相対量が、エンジン及び/又は触媒の温度に基づいて、どのように異なって調節され得るかを示す。例えば、図11の（b）に示すように、気筒再始動動作は、先行するエンジン運転から蓄えられたエンジン又は触媒の余熱のため、図11の（a）の冷間始動の例に比べて早い時期にエタノールの追加を使用し得る。図10乃至11に示すイベントの期間が説明の目的で提供されたものであり、他の期間も可能であることに留意すべきである。例の一つとして、エンジン及び/又は触媒の加熱期間は、エタノールがガソリンに加えて追加されるまでに、気筒或いはエンジンの10サイクル、100サイクル、1000サイクル、或いはそれ以上であり得る。このようにして、エタノールはエンジン及び/又は触媒の暖機状態の間、保存され、そして、高い温度状態の間にノックを低減する為に使用され得る。上記の種々の制御ルーチンが、図4乃至9を参照して、エンジン全体に関して記述されたが、制御ルーチン及びその一部が、個別の気筒ベース或いは気筒群ベースで適用され得ることに留意すべきであることを記しておく。例えば、そこにおいてエンジンの気筒の少なくとも一つがSIモードで運転し、且つ、少なくとも一つの気筒がHCCIモードで運転する分割気筒運転の間、上述の制御ストラテジーは、気筒の具体的な運転状態に基づいて、気筒毎ベースで採用され得る。例えば、SIモードで運転している第一の気筒によって生成されるトルクの大きさが、第一の気筒に供給される空気量を（例えば、バルブ・タイミング、スロットル位置、及び/又は、ターボ過給或いは過給によって）調整すること、または、点火タイミングの変更によって変えられ、一方で、同時にHCCIモードで運転している第二気筒によって生成されるトルクの大きさが、他の運転状態の中でも特に、第二の気筒へ供給される燃料及び/又は流体の量及び/又は種類を調節することによって変えられる場合がある。さらに別の例において、エンジンの一つ以上の気筒が選択的に休止される場合があり、その際、1以上のサイクルのあいだ気筒内の燃焼が中断される。さらに、そこにおいてエンジンが独立した触媒を持つ独立した排気マニフォールドに連通する独立した気筒バンクを含む場合、上述の制御ストラテジーは、他の運転状態の中でも特に、特定のバンクの燃焼モードに基づいて、各々のバンクに異なって適用され得る。

ここに含まれる制御ルーチン例及び推定ルーチン例が、種々のエンジン及び/又は車両システム構成とともに使用され得ることを記しておく。ここに記述された具体的なルーチンは、イベント駆動、多重タスク処理、マルチスレディング及び、それらの類型のような数多くの処理方式のうちの一つ以上を表し得る。記述される種々のステップ又は機能は、それ自体、記述された順番で、または並行して実行され、或いは場合によっては、一部が削除される場合もある。同様に、処理の順番は、ここに記載された本発明の目的、特徴及び利点を達成するために必須のものではなく、図示と説明を簡単にするために提供されたものである。記述された動作又は機能が、使用される具体的な制御ロジックに応じて繰り返し実行され得ることを理解するであろう。さらに、記述された動作は、制御器12の中のコンピュータ読み取り可能な記憶媒体の中にプログラムされるコードを図式的に表し得る。

ここに記述された構成及びルーチンが本質的に例示であって、多くの変形例が可能であるため、これらの具体的な実施形態が本発明を限定する目的で考慮されるべきではないことに留意すべきである。例えば、上述の技術は、V6エンジン、I4エンジン、I6エンジン、V12エンジン、対向気筒エンジン、及び、他の種類のエンジンに適用可能である。本明細書の主題は、ここに記載された種々の装置及び構成、そして他の特徴、機能及び/又は特性の新規で非自明な全ての組み合わせ及び一部組み合わせ（sub-combination）を含む。

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

エンジンシステムの概略図である。 エンジンの実施形態例の部分図である。 図2に示すエンジンのターボ過給機を含む部分図である。 本発明に従った実施形態のエンジン制御例を示すフローチャートである。 本発明に従った実施形態のエンジン制御例を示すフローチャートである。 本発明に従った実施形態のエンジン制御例を示すフローチャートである。 本発明に従った実施形態のエンジン制御例を示すフローチャートである。 本発明に従った実施形態のエンジン制御例を示すフローチャートである。 本発明に従った実施形態のエンジン制御例を示すフローチャートである。 所定のモード移行の前後における気筒内の空燃比を示すタイムチャートである。 所定のモード移行の前後における気筒内の空燃比を示すタイムチャートである。

符号の説明

10. エンジン
12. 制御器
30. 燃焼室
66a. 燃料噴射弁
66b. 燃料噴射弁
88. 点火装置

Claims (25)

1. エンジンの制御方法において、
   第一の運転状態の間に予混合圧縮着火燃焼を実行する工程、及び、
   第二の運転状態の間に火花点火燃焼を実行する工程を有し、
   上記予混合圧縮着火燃焼と上記火花点火燃焼の少なくとも一つにおけるアルコール量が、運転パラメータの少なくとも一つに応じて変更される、
   方法。
2. 上記アルコールが上記エンジンの燃焼室に直接的に噴射される、
   請求項1に記載の方法。
3. 上記エンジンが、ガソリン、及び、直接的に噴射されるアルコールを燃料として供給される、
   請求項2に記載の方法。
4. 上記アルコールが更にポート噴射され、
   直接噴射されるアルコールのポート噴射されるアルコールに対する比率が、ノック抑制効果を変えるために変更される、
   請求項2又は3に記載の方法。
5. 上記運転パラメータが、エンジン速度とエンジン負荷の少なくとも一つを含む、
   請求項1乃至4のいずれか一つに記載の方法。
6. 上記運転パラメータがノックであり、
   上記第一運転状態が、上記第二運転状態よりも低いエンジン速度と低いエンジン負荷の少なくとも一方を含む、
   請求項1乃至5のいずれか一つに記載の方法。
7. 上記エンジンの燃焼室に直接的に噴射されるアルコールの、上記エンジンの燃焼室に供給されるガソリンに対する相対量を変えることにより、上記アルコール量が変更される、
   請求項1乃至5のいずれか一つに記載の方法。
8. 上記アルコール及び上記ガソリンが、直接噴射弁を介して上記エンジンの少なくとも一つの気筒に直接的に噴射される、
   請求項7に記載の方法。
9. 上記アルコールが第一の噴射弁によって上記エンジン内に噴射され、そして、上記ガソリンが第二の噴射弁によって上記エンジン内に噴射される、
   請求項7に記載の方法。
10. 上記アルコールのガソリンに対する相対量が、上記エンジンの温度が増加したときに増加させられる、
    請求項7乃至9のいずれか一つに記載の方法。
11. 上記アルコールのガソリンに対する相対量が、ノックのレベルが増加したときに増加させられる、
    請求項7乃至10のいずれか一つに記載の方法。
12. 上記エンジンに供給されるアルコール量と上記エンジンに対するアルコールの供給タイミングとの少なくとも一つを変えることによって、上記予混合圧縮着火燃焼のタイミングを調節する工程を更に備えた、
    請求項1乃至11のいずれかに記載の方法。
13. 上記アルコール量が、上記エンジンに供給されるアルコールの絶対量と、上記エンジンに供給されるアルコールのガソリンに対する相対量の少なくとも一つである、
    請求項12に記載の方法。
14. 上記アルコールがエタノールを含み、そこにおいて上記エンジンの圧縮比が13:1より大である、
    請求項1乃至13のいずれか一つに記載の方法。
15. エンジンの制御方法において、
    少なくとも第一の運転状態の間に自着火によって燃焼を実行する工程を備え、
    上記自着火による燃焼におけるアルコール量が、上記自着火による燃焼の性能を変更すべく、少なくともエンジンの第一運転パラメータに応じて変更される、
    方法。
16. 上記自着火による燃焼性能が燃焼タイミングを含み、そして、
    上記燃焼を実行する工程が、運転状態に応じてアルコールの噴射タイミングを変える工程を更に含む、
    請求項15に記載の方法。
17. 上記第一運転パラメータが、エンジンの温度と燃焼のタイミングとの少なくとも一つを含む、
    請求項15又は16に記載の方法。
18. 第二の運転状態の間に火花点火によって燃焼を実行する工程を更に有し、
    上記火花点火による燃焼におけるアルコールの量が第二運転状態に応じて変更される、
    請求項15乃至17のいずれか一つに記載の方法。
19. エンジンの制御システムにおいて、
    少なくとも一つの燃焼室、
    ガソリンを含む第一燃料と、アルコールを含む第二燃料を上記燃焼室に供給するための燃料システム、及び、
    上記燃焼室を、自着火燃焼モードから火花点火燃焼モードに移行させるための制御装置を有し、
    上記制御装置が、上記移行に応じて、上記第二燃料を少なくとも幾らか備えたリッチな空燃比の混合気を上記燃焼室に供給する、
    システム。
20. 上記制御装置が、上記自着火燃焼モードから上記火花点火燃焼モードへの移行に応じて、アルコールを含む上記第二燃料の、ガソリンを含む上記第一燃料に対する比率を増加させるように更に構成され、
    上記アルコールがエタノールを含み、そして、
    上記自着火燃焼モードが予混合圧縮着火による燃焼を含み、
    上記制御装置が更に、ノックのレベルに応じてアルコールを含む第二燃料の量を増加するように構成され、
    そこにおいて、上記燃焼室が少なくとも13:1より大きな圧縮比を持つ、
    請求項19に記載の制御システム。
21. 更に、上記燃焼室の中に保持される排気ガスのレベルを制御するための排気バルブを少なくとも含み、
    上記制御装置が、上記排気バルブのタイミングに応じてアルコールを含む上記第二燃料の量を変更するように更に構成され、
    上記エンジンの制御システムが、上記燃焼室の排気流の中に配設された触媒を更に有し、
    上記制御装置が、触媒の状態に応じて上記燃焼室に供給されるアルコールを含む第二燃料の量を変更するように更に構成され、
    上記触媒の状態が、上記触媒の温度と上記触媒に貯蔵された酸素のレベルとの少なくとも一つを含む、
    請求項19又は20に記載の制御システム。
22. 少なくとも上記火花点火燃焼モードの間に燃焼を開始させるための点火栓を更に有し、
    上記制御装置が、上記モードの移行に応じて、エンジンによって生成されるトルク量を調節すべく点火タイミングを変更するように更に構成されている、
    請求項19乃至21のいずれか一つに記載の制御システム。
23. 制御モジュール、及び、エンジン・ノック或いは燃焼ピーク圧を示す少なくとも一つのリアルタイム・センサーに連結されている、HCCI燃焼モードとSI燃焼モードの各々において動作可能なエンジンの制御方法において、
    低負荷において予混合圧縮着火モードで運転し、そして、高負荷において火花点火モードで運転する工程を有し、
    各モードにおいて、燃焼を制御し且つノックを避けるべくノック抑制燃料混合物を追加し、
    上記モード間の移行と、上記ノック抑制燃料混合物の量及び噴射タイミングとが、上記制御モジュールに記憶された情報と、上記リアルタイム・センサーからのフィードバックによる情報との両方によって決定され、
    上記ノック抑制燃料混合物の追加が、マニフォールド圧が増大した状態での運転を可能とする、
    方法。
24. 上記火花点火モードでエンジンを始動させ、エンジンが充分に暖機したのちに予混合圧縮着火モードへの移行を可能とする工程を更に有する、
    請求項23に記載の方法。
25. 上記予混合圧縮着火モードと上記火花点火モードとの間の移行の間、上記エンジンが一時的に、幾つかの気筒が上記火花点火モードとなり、他の幾つかの気筒が上記予混合圧縮着火モードとなるように動作する、
    請求項23又は24に記載の方法。

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