JP2010144558A - エンジンの制御方法および制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】圧縮自己着火モードで運転可能な領域をより高負荷側まで拡大しつつ、異常燃焼やエンジン出力の低下を防止する。
【解決手段】エンジンの運転状態が、圧縮自己着火モードが選択されかつ過給機２３が使用される過給ＨＣＣＩ領域Ａ２にあるときに、気筒２内の既燃ガス量を制御するＥＧＲを行うとともに、吸気弁１１の閉じ時期（ＩＶＣ）を圧縮行程の下死点よりも遅角させて圧縮開始時期を遅らせ、かつ、エンジン負荷が高いときほど上記ＥＧＲの量および吸気弁１１の閉じ時期の遅角量を増大させる。
【選択図】図３

Description

本発明は、気筒内の予混合気を圧縮行程時に自己着火させる圧縮自己着火モードと、火花点火により混合気を強制的に着火させる火花点火モードとの間で燃焼形式を切り替え可能で、かつ過給機を備えたエンジンを制御する方法等に関する。

従来、例えば下記特許文献１に示されるように、気筒内に導入される吸入空気に燃料を混合して混合気を生成するとともに、排気上死点の前後に吸気弁と排気弁の双方がともに閉じる密閉期間を設けて既燃ガスを内部ＥＧＲガスとして気筒内に残留させることにより、圧縮時の筒内温度を上記混合気の燃焼温度まで上昇させて混合気を自己着火させるようにした、いわゆる予混合圧縮自己着火エンジンが知られている。

この特許文献１に開示された予混合圧縮自己着火エンジンは、さらに、吸入空気を加圧する過給圧可変型の過給機と、エンジンから排気通路に排出された既燃ガス（排気ガス）の一部を外部ＥＧＲガスとして気筒内に戻す外部ＥＧＲ機構とを備えている。そして、高負荷時には、上記過給機を作動させて吸入空気の量を増大させるとともに、上記外部ＥＧＲ機構に設けられたＥＧＲ制御弁を開側に制御して外部ＥＧＲの量を増大させるようにしている。
特開２００７−１９８１３５号公報

上記特許文献１の技術のように、エンジン負荷が高まるのに応じて外部ＥＧＲの量を増大させるようにした場合には、内部ＥＧＲの供給および過給機の過給により良好になり過ぎた着火性を緩慢化して異常燃焼（ノッキング等）を防止できる等の利点が得られる。

しかしながら、上記構成において、エンジン負荷がさらに高まり、それに応じたＥＧＲ量の増大に伴い気筒内の既燃ガス量が増大すると、圧縮時の筒内温度が高くなり過ぎて過早着火を招き、かえって燃焼状態が悪化してしまうおそれがある。このため、エンジン負荷がある程度高まったところで、上記のような圧縮自己着火による燃焼形式（圧縮自己着火モード）から、点火プラグ等を用いた火花点火による燃焼形式（火花点火モード）に切り替える必要が生じるが、上記特許文献１の構成では、この切り替えを比較的早期に（低負荷側で）行わざるを得ず、上記圧縮自己着火による燃費改善等のメリットを十分に発揮させることができないという問題がある。

このような点を考慮すると、過早着火等の異常燃焼が高負荷域でも起きないように筒内温度を適正に制御する等により、圧縮自己着火モードで運転できる領域をより高負荷側まで拡大することが望まれるが、圧縮自己着火モードによる運転は高出力化の面で不利であるため、単に異常燃焼を抑えるのみでは、エンジンの高負荷域で十分な出力を確保できなくなるおそれがある。

本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、圧縮自己着火モードで運転可能な領域をより高負荷側まで拡大しつつ、異常燃焼やエンジン出力の低下を効果的に防止することが可能なエンジンの制御方法および制御装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するためのものとして、本発明は、気筒内の予混合気を圧縮行程時に自己着火させる圧縮自己着火モードと、火花点火により混合気を強制的に着火させる火花点火モードとの間で燃焼形式を切り替え可能で、かつ過給機を備えたエンジンを制御する方法であって、エンジンの運転状態が、上記圧縮自己着火モードが選択されかつ上記過給機が使用される過給ＨＣＣＩ領域にあるときに、気筒内の既燃ガス量を制御するＥＧＲを行うとともに、吸気弁の閉じ時期を圧縮行程の下死点よりも遅角させて圧縮開始時期を遅らせ、かつ、エンジン負荷が高いときほど上記ＥＧＲの量および吸気弁の閉じ時期の遅角量を増大させることを特徴とするものである（請求項１）。

本発明によれば、エンジンの運転状態が過給ＨＣＣＩ領域にあるときに、エンジン負荷の上昇に応じてＥＧＲの量を増大させるようにしたため、圧縮自己着火モードで燃焼する際の予混合気の燃焼速度を上記ＥＧＲによる効果で緩慢化することにより、高負荷時の最大筒内圧を抑制することができ、筒内圧が上昇し過ぎることによるノッキングの発生を効果的に防止することができる。また、エンジン負荷が高いほど吸気弁の閉じ時期を遅角させて実質的な圧縮開始時期を遅らせる（つまり有効圧縮比を小さくする）ようにしたため、圧縮による昇温幅を減少させて筒内温度を低下させることができ、上記ＥＧＲの増大により生じ易くなる過早着火を抑制して燃焼状態をより安定化させることができる。さらに、上記過給ＨＣＣＩ領域では、過給機による過給が行われて比較的多量の新気が短期間の間に気筒内に充填されるため、上記のように圧縮開始時期を遅らせたとしても、エンジンの出力は十分に確保される。

以上のことから、本発明によれば、負荷が比較的高い領域まで圧縮自己着火モードによる燃焼形式を維持したとしても、そのことにより懸念される異常燃焼の発生やエンジン出力の低下を極力抑制することができる。このため、圧縮自己着火モードで運転することによる燃費改善等の効果をより拡大させながら、燃焼状態を適正に制御してその安定化を図ることができ、しかもエンジン出力を十分に確保できるという利点がある。

本発明において、好ましくは、上記ＥＧＲとして、排気弁の閉じ時期を排気行程の上死点より進角させることで気筒内に既燃ガスを残留させる内部ＥＧＲを行うとともに、上記過給ＨＣＣＩ領域でエンジン負荷が高いときには、上記排気弁の閉じ時期の進角量を増大させることにより上記ＥＧＲの量を増大させる（請求項２）。

このように、排気弁の閉じ時期を進角させることで内部ＥＧＲを行うようにした場合には、より温度の高い燃焼直後の既燃ガスを気筒内に閉じ込めることができるため、自己着火し易い高温の雰囲気を気筒内に容易に形成することができる。そして、内部ＥＧＲにより既燃ガスを残留させる際に、エンジン負荷の上昇に応じて上記排気弁の閉じ時期の進角量を増大させることにより、気筒内に残留する既燃ガスの量をエンジン負荷に応じた量に適正に調整できるという利点がある。

上記過給ＨＣＣＩ領域では、エンジン負荷が高いときほど上記過給機による過給圧を上昇させることが好ましい（請求項３）。

このようにすれば、上記のような圧縮開始時期の遅延により負荷の上昇とともに不足がちになる新気を、過給によって効率的に気筒内に充填することができる。このため、負荷が高いときに有効圧縮比をより低下させて筒内温度の過上昇を抑制しつつ、温度の低い新気を気筒内に効率よく充填して空気充填率をより向上させることができ、燃焼状態の安定化を図りながらエンジン出力をより向上させることができるという利点がある。

上記過給ＨＣＣＩ領域で吸気弁の閉じ時期の遅角量を増大させる際には、筒内温度が高いときほどその増大幅を大きくすることが好ましい（請求項４）。

このようにすれば、筒内温度が高いときには圧縮開始時期をより遅らせて有効圧縮比を低下させることにより、筒内温度が過度に上昇することによる過早着火の発生をより効果的に防止できるという利点がある。

また、本発明は、気筒内の予混合気を圧縮行程時に自己着火させる圧縮自己着火モードと、火花点火により混合気を強制的に着火させる火花点火モードとの間で燃焼形式を切り替え可能で、かつ過給機を備えたエンジンを制御する装置であって、エンジンの運転状態を判定する運転状態判定手段と、エンジンの吸排気に関する動作を制御する吸排気制御手段とを備え、上記運転状態判定手段により、エンジンの運転状態が、上記圧縮自己着火モードが選択されかつ上記過給機が使用される過給ＨＣＣＩ領域にあると判定されると、上記吸排気制御手段は、気筒内の既燃ガス量を制御するＥＧＲを行うとともに、吸気弁の閉じ時期を圧縮行程の下死点よりも遅角させて圧縮開始時期を遅らせ、かつ、エンジン負荷が高いときほど上記ＥＧＲの量および吸気弁の閉じ時期の遅角量を増大させることを特徴とするものである（請求項５）。

この制御装置によれば、上述した制御方法による場合と同様の作用効果を得ることができる。

以上説明したように、本発明によれば、圧縮自己着火モードで運転可能な領域をより高負荷側まで拡大しつつ、異常燃焼やエンジン出力の低下を効果的に防止することができる。

図１は、本発明のエンジンの制御方法が適用されたエンジンの全体構成を概略的に示す図である。本図に示されるエンジンは、紙面に直交する方向に配置された複数の気筒２（図１ではそのうちの１つのみを示す）を有したシリンダブロック３と、このシリンダブロック３上に配置されたシリンダヘッド４とを備えた多気筒ガソリンエンジンからなるエンジン本体１を有している。このエンジン本体１の各気筒２にはピストン５が嵌挿されており、このピストン５の上面と上記シリンダヘッド４の下面との間に所定容積の燃焼室６が形成されている。上記ピストン５はコネクティングロッドを介してクランク軸７と連結されており、上記ピストン５の往復運動に応じて上記クランク軸７が軸回りに回転するようになっている。

上記シリンダヘッド４には、燃焼室６の天井部に開口する吸気ポート９および排気ポート１０が各気筒２ごとに形成されている。吸気ポート９は燃焼室６の天井部から斜め上方に延びてシリンダヘッド４の一方側の側壁に開口し、排気ポート１０は他方側の側壁に開口している。これら各開口には、後述する吸気通路２０および排気通路２５がそれぞれ接続されている。

また、上記シリンダヘッド４には吸気弁１１および排気弁１２が設けられており、これら吸排気弁１１，１２によって上記吸気ポート９および排気ポート１０がそれぞれ開閉されるようになっている。上記吸排気弁１１，１２は、それぞれ、シリンダヘッド４に配設された一対のカムシャフト（図示省略）等を含む動弁機構１３によりクランク軸７の回転に同期して開閉駆動される。

上記吸気弁１１および排気弁１２用の各動弁機構１３には、可変バルブリフト機構（Variable Valve Lift Mechanism）としてのＶＶＬ１４と、可変バルブタイミング機構（Variable Valve Timing Mechanism）としてのＶＶＴ１５とがそれぞれ組み込まれている。上記ＶＶＬ１４は、上記カムシャフトに取り付けられたカムの揺動軌跡を後述するＰＣＭ３０からの指令に基づき変更することにより、上記吸排気弁１１，１２のリフト量（開弁量）をエンジンの運転状態に応じて変更するものである。また、上記ＶＶＴ１５は、上記クランク軸７に対するカムシャフトの回転位相をＰＣＭ３０からの指令に基づき変更することにより、上記吸排気弁１１，１２の開閉タイミング（位相角度）をエンジンの運転状態に応じて変更するものである。そして、これらＶＶＬ１４およびＶＶＴ１５の作動に応じて、上記吸排気弁１１，１２のリフト特性が変更され、その結果、各気筒２への吸入空気量や残留既燃ガス（内部ＥＧＲガス）の量が調整されるようになっている。なお、上記ＶＶＬ１４およびＶＶＴ１５は、既に様々な形式のものが実用化されて公知であるため、ここではＶＶＬ１４およびＶＶＴ１５の構造についての詳細な説明は省略する。

上記シリンダヘッド４には、各気筒２の燃焼室６を臨むように点火プラグ１６が設けられており、その上方に設けられた点火回路１７からの給電に応じて、上記点火プラグ１６から所定のタイミングで放電（火花点火）が行われるようになっている。

さらに、上記シリンダヘッド４には、その吸気側の側方から燃焼室６を臨むようにインジェクタ（燃料噴射弁）１８が設けられており、エンジンの吸気行程等においてこのインジェクタ１８から燃焼室６に対し直接燃料（ガソリン）が噴射されることにより、燃焼室６内に所定の空燃比の混合気が生成されるようになっている。

図１の右側にあたるエンジンの吸気側には吸気通路２０が配設されており、この吸気通路２０の一端部が上記シリンダヘッド４の吸気側の側壁に接続されて上記吸気ポート９と連通している。そして、図外のエアクリーナで濾過された空気が上記吸気通路２０および吸気ポート９を通じて各気筒２の燃焼室６に供給されるようになっている。

上記吸気通路２０の途中部にはサージタンク２１が配設されており、吸気通路２０のうちこのサージタンク２１よりも上流側に位置する共通通路には、例えばバイワイヤー化した電子制御式のスロットル弁２２が配設されている。また、上記サージタンク２１より下流側の吸気通路２０は各気筒２ごとに分岐した分岐通路とされており、上記スロットル弁２２により流量が調整された空気が上記分岐通路を通って各気筒２の燃焼室６にそれぞれ導入されるようになっている。

上記スロットル弁２２のさらに上流側には、吸入空気を加圧するための過給機２３が設けられている。この過給機２３は、図外のバッテリ等からの供給電力で作動する電動モータ２４により回転駆動され、そのモータ回転数の制御等に応じて過給圧を変更し得るように構成されている。

図１の左側にあたるエンジンの排気側には排気通路２５が配設されており、この排気通路２５の一端部が上記シリンダヘッド４の排気側の側壁に接続されて上記排気ポート１０と連通している。そして、各気筒２の燃焼室６で混合気が燃焼すると、それによって生成された既燃ガス（排気ガス）が上記排気通路２５を通じて外部に排出されるようになっている。なお、排気通路２５の途中部には、排気ガス中の有害成分を浄化するための触媒コンバータ２７が設けられている。

以上のように構成されたエンジンには、その動作を統括的に制御する制御装置として、従来周知のＣＰＵや各種メモリー等からなるＰＣＭ（Powertrain Control Module）３０が設けられている。

上記ＰＣＭ３０は、エンジンの各部に設けられたセンサ類と電気的に接続されている。具体的に、上記ＰＣＭ３０には、クランク軸７の回転角（クランク角）を検出するクランク角センサ３１と、吸気通路２０を通過する吸入空気の量を検出するエアフローセンサ３２と、スロットル弁２２を開閉操作する図外のアクセルペダルの操作量（アクセル開度）を検出するアクセル開度センサ３３と、各気筒２の燃焼室６内の圧力を検出する筒内圧センサ３４とが電気的に接続されており、これら各種センサ３１〜３４で検出された状態量が電気信号として上記ＰＣＭ３０にそれぞれ入力されるようになっている。

上記ＰＣＭ３０は、上記各種センサ３１〜３４から入力される検出値に基づいて、上記ＶＶＬ１４、ＶＶＴ１５、点火回路１７、およびインジェクタ１８等の各部の動作を統括的に制御する。そして、このようなＰＣＭ３０により各部が制御されることで、当実施形態のエンジンは、その運転状態に応じて、主に吸気行程中にあらかじめ生成された混合気（予混合気）を圧縮行程時に自己着火させる圧縮自己着火モード（Homogeneous Charge Compression Ignition Mode）と、点火プラグ１６を用いた火花点火により混合気を強制的に着火させる火花点火モード（Spark Ignition Mode）との間で燃焼形式を自在に切り替えられるように構成されている。

上記ＰＣＭ３０の機能についてより詳しく説明すると、ＰＣＭ３０は、その機能要素として、運転状態判定手段３０ａ、吸排気制御手段３０ｂ、過給機制御手段３０ｃ、および記憶手段３０ｄを有している。

上記運転状態判定手段３０ａは、上記各種センサ３１〜３４からの入力値に基づきエンジンの負荷（要求トルク）や回転数等を求めるとともに、そこから判別されるエンジンの運転状態が、後述する図２の制御マップにおけるどの領域に相当するのかを判定するものである。

上記吸排気制御手段３０ｂは、上記ＶＶＬ１４およびＶＶＴ１５を制御して吸排気弁１１，１２のリフト特性を運転状態に応じ変更することにより、エンジンの吸排気に関する動作を制御するものである。

上記過給機制御手段３０ｃは、上記電動モータ２４の駆動を制御することにより、過給機２３のＯＮ／ＯＦＦや、過給機２３がＯＮの場合における過給圧をエンジンの運転状態に応じて制御するものである。

上記記憶手段３０ｄは、エンジンの制御に必要な各種データやプログラム等を記憶するものである。この記憶手段３０ｄには、例えば図２に示すように、エンジンの運転状態に応じた各種制御を行うための制御マップが記憶されている。

図２の制御マップについて詳しく説明すると、この制御マップには、ＨＣＣＩ領域ＡおよびＳＩ領域Ｂからなる２つの領域が設定されており、エンジンの運転状態が上記２つの領域Ａ，Ｂのうちのいずれにあるかに応じて、エンジンの燃焼形式が適宜選択されるようになっている。具体的には、高回転・高負荷側に設定されたＳＩ領域Ｂで上記火花点火モードが選択され、これ以外の領域に設定されたＨＣＣＩ領域Ａで上記圧縮自己着火モードが選択されるようになっている。

上記ＨＣＣＩ領域Ａは、過給機２３を作動させるか否かに応じてさらに２つの領域Ａ１，Ａ２に分けられる。すなわち、両領域Ａ１，Ａ２のうち、低負荷側に設定されたＮＡＨＣＣＩ領域Ａ１では、過給機２３が停止して自然吸気（Natural Aspiration）による吸気が行われる一方、この領域Ａ１よりも高負荷側に設定された過給ＨＣＣＩ領域Ａ２では、過給機２３の作動により吸入空気の加圧が行われるようになっている。

そして、以上のような制御マップ（図２）に基づくエンジンの運転状態の判定が上記運転状態判定手段３０ａにより行われ、その判定結果に基づいて、上記吸排気制御手段３０ｂおよび過給機制御手段３０ｃが、上記ＶＶＬ１４、ＶＶＴ１５、および過給機２３の動作をそれぞれ制御するように構成されている。

図３は、上記吸排気制御手段３０ｂにより吸排気弁１１，１２の開閉タイミングがどのように制御されるかを示すタイミングチャートである。具体的に、この図３では、エンジンの運転状態が、図２の状態線図におけるラインＬのように変化した場合に、上記吸排気弁１１，１２の開閉タイミングがエンジン負荷に応じてどのように変化するかを示している。なお、図３において、「ＩＶＣ」は吸気弁１１の閉じ時期、「ＩＶＯ」は吸気弁１１の開き時期、「ＥＶＣ」は排気弁１２の閉じ時期、「ＥＶＯ」は排気弁１２の開き時期をそれぞれ表す。また、図３では、エンジンの膨張行程、排気行程、吸気行程、圧縮行程を縦方向に順に記しており、「ＴＤＣ」「ＢＤＣ」は各行程の上死点、下死点をそれぞれ表している。

図３に示すように、エンジンの運転状態がＨＣＣＩ領域Ａにあるときには、排気弁１２の閉じ時期（ＥＶＣ）が排気行程の上死点よりも進角し、かつ吸気弁１１の開き時期（ＩＶＯ）が排気行程の上死点よりも遅角するように、上記ＶＶＬ１４およびＶＶＴ１５が制御される。これにより、排気行程から吸気行程にかけて吸排気弁１１，１２の双方が閉じられる、いわゆるネガティブオーバーラップ期間（図中のＮＶＯで示す期間）が設けられ、排気行程を過ぎた後でも所定量の既燃ガスが内部ＥＧＲガスとして気筒２内に残留することになる。また、気筒２内では、主に吸気行程中に、インジェクタ１８による燃料の噴射が行われ、この噴射された燃料が圧縮行程後期までの間に十分な時間をかけて混合されることにより、略均一な予混合気が生成される。そして、このようにして生成された予混合気が圧縮されることにより発生する熱と、上記内部ＥＧＲガスが有する熱とにより、上記予混合気が燃焼温度まで昇温して自己着火による燃焼が起きるようになっている。

さらに、上記ＨＣＣＩ領域Ａでは、吸気弁１１の閉じ時期（ＩＶＣ）が圧縮行程の下死点よりも比較的大きく遅角側にずらされ、予混合気の実質的な圧縮開始が相対的に遅めに設定される。これにより、気筒２の有効圧縮比が小さくなり、圧縮による発生熱量が低減される結果、予混合気の温度が過度に上昇して異常燃焼が発生すること等が防止されるようになっている。

一方、エンジン負荷が高まってその運転状態がＳＩ領域Ｂに移行した場合には、上記吸気弁１１の開き時期（ＩＶＯ）および排気弁１２の閉じ時期（ＥＶＣ）が、それぞれ排気行程の上死点に近づけられる。これにより、ＳＩ領域Ｂでは、上記のようなネガティブオーバーラップ期間（吸排気弁１１，１２がともに閉じる期間）が設けられず、内部ＥＧＲによる既燃ガスの残留制御は行われなくなる。なお、図例では、逆に、排気上死点の前後で吸排気弁１１，１２が共に開弁される若干のオーバーラップ期間が設けられている。そして、内部ＥＧＲが行われない上記ＳＩ領域Ｂでは、混合気が自己着火しないため、混合気の燃焼は、点火プラグ１６を用いた火花点火により行われる。すなわち、ＳＩ領域Ｂでは、圧縮上死点付近で点火プラグ１６から火花を発生させ、その火花発生部（点火源）からの火炎伝播によって混合気を強制的に燃焼させる制御が行われる。

また、上記ＳＩ領域Ｂでは、上記吸気弁１１の閉じ時期（ＩＶＣ）が圧縮行程の下死点に近いタイミングに戻され、有効圧縮比がピストン５の全ストロークに応じた圧縮比（幾何学的圧縮比）に近づけられる。これにより、混合気が十分な圧縮比で圧縮されてから点火されることになり、その点火に伴って比較的大きな燃焼エネルギーが発生する。なお、当実施形態において、排気弁１２の開き時期（ＥＶＯ）については、ＨＣＣＩ領域ＡおよびＳＩ領域Ｂの全運転領域にわたって、略一定のタイミング（膨張行程の下死点よりわずかに進角したタイミング）に維持される。

上記のように、高回転・高負荷側に設定されたＳＩ領域Ｂで、混合気を火花点火により強制的に燃焼させるのは、ＨＣＣＩ領域Ａで行われる圧縮自己着火による燃焼では、あまり高い出力を得ることができないためである。すなわち、上記圧縮自己着火による燃焼は、比較的多量のＥＧＲにより希釈されたかなりリーンな予混合気に対し実現されるものであり、出力の上昇に限界があるため、高回転・高負荷域では、このような圧縮自己着火モードによる燃焼形式に代えて、火花点火により強制的に混合気を燃焼させる火花点火モードが選択されるようになっている。なお、上記火花点火モードでの混合気の生成は、吸気行程から圧縮行程までの間の期間のうち、エンジン負荷に応じた適宜のタイミングでインジェクタ１８から燃料を噴射することにより行われるが、上記ＳＩ領域Ｂのような高負荷域では、主に吸気行程中に燃料噴射が行われる。

図４は、過給圧（boost）、吸入空気量（Air）、ＥＧＲ量（EGR）、および空燃比（A/F）が、エンジン負荷に応じてどのように変化するかを示す図である。本図に示すように、エンジン負荷が小さいＮＡＨＣＣＩ領域Ａ１では、過給機２３が作動しないため、過給圧（boost）はゼロに維持される。そして、エンジン負荷が高まって過給ＨＣＣＩ領域Ａ２に移行すると、過給機２３の作動が開始され、エンジン負荷に応じて過給圧が増大していく。なお、このような過給機２３の作動により、気筒２内には、スロットル弁２２の開度に応じた量以上の空気が吸入されるため、上記過給ＨＣＣＩ領域Ａ２での吸入空気量（Air）は、ＮＡＨＣＣＩ領域Ａ１のときよりも急な勾配をもって増大することになる。

エンジン負荷がさらに高まって上記過給ＨＣＣＩ領域Ａ２からＳＩ領域Ｂに移行すると、過給機２３は一旦停止するが、全負荷に近い領域では、エンジン出力を確保するために再度過給機２３が作動して過給圧が高められる。

また、図４に示すように、気筒２に残留する内部ＥＧＲの量は、図３に示したネガティブオーバーラップ期間（ＮＶＯ）の増減に伴い、ＨＣＣＩ領域Ａにおいて図示のような波形をもって変動する一方、ＳＩ領域Ｂでは内部ＥＧＲが行われないため、その量はゼロになる。さらに、空燃比（A/F）については、インジェクタ１８からの燃料噴射量および吸入空気量に応じ、ＨＣＣＩ領域Ａではリーンに、ＳＩ領域Ｂではそれよりもリッチに（例えば理論空燃比に近い値）に設定される。

次に、図３および図４を用いて、エンジンの運転状態が上記過給ＨＣＣＩ領域Ａ２にあるとき、つまり、燃焼形式として圧縮自己着火モードが選択されかつ過給機２３による吸入空気の加圧が行われるときに実行される制御についてより詳しく説明する。この過給ＨＣＣＩ領域Ａ２では、図３に示すように、吸気弁１１の閉じ時期（ＩＶＣ）が圧縮行程の下死点よりも遅角側にずらされ、かつ、その遅角量θ１が、エンジン負荷が高くなるほど大きく設定される。そして、このように吸気弁１１のリフト特性が制御されることにより、エンジン負荷の増大に応じて、実質的な圧縮開始時期がより遅めに設定され、有効圧縮比が低減されるようになっている。

また、上記過給ＨＣＣＩ領域Ａ２では、排気弁１２の閉じ時期（ＥＶＣ）が排気行程の上死点よりも進角側にずらされ、かつ、その進角量θ２が、エンジン負荷が高くなるほど大きく設定されることにより、気筒２内に残留する内部ＥＧＲの量がエンジン負荷に応じて増大されるようになっている。

さらに、図４に示すように、上記過給ＨＣＣＩ領域Ａ２では、エンジン負荷の増大に応じて、過給機２３による過給圧（boost）が高く設定され、過給による吸入空気量の増大効果が高められるようになっている。

ところで、当実施形態において、上記過給ＨＣＣＩ領域Ａ２で吸気弁１１の閉じ時期（ＩＶＣ）の遅角量θ１をエンジン負荷に応じて増大する際には、気筒２の内部温度（筒内温度）が高いときほどその増大幅を大きくするように制御する。すなわち、筒内温度が比較的高いときには、図３中のＩＶＣの破線箇所に示すように、エンジン負荷に応じて吸気弁１１の閉じ時期がより大きく遅角側にずらされ、その遅角量θ１の増大幅が相対的に大きく設定されるようになっている。このとき、遅角量θ１の増大幅を決定する際のパラメータとなる上記筒内温度については、筒内圧と略比例するため、当実施形態では、図１に示した筒内圧センサ３４から筒内圧を取得し、その値から推定される筒内温度に基づいて上記遅角量θ１の増大幅を決定するようにしている。

次に、エンジンの運転状態が上記過給ＨＣＣＩ領域Ａ２にあるときに上記ＰＣＭ３０により行われる制御動作の手順について、図５のフローチャートを用いて簡単に説明する。図５のフローチャートがスタートすると、ＰＣＭ３０は、まず、クランク角センサ３１、エアフローセンサ３２、アクセル開度センサ３３、および筒内圧センサ３４による検出値（センサ値）を読み込む制御を実行する（ステップＳ１）。

このようにして各種センサ値が読み込まれると、その値に基づき特性される現時点でのエンジンの運転状態が、図２に示した各領域Ａ１，Ａ２，Ｂのいずれの運転領域に相当するかを特性する処理が、上記運転状態判定手段３０ａにより実行される（ステップＳ２）。そして、運転状態判定手段３０ａは、特性された運転領域が上記過給ＨＣＣＩ領域Ａ２であるか否かを判定する（ステップＳ３）。

上記ステップＳ３でＹＥＳと判定されて過給ＨＣＣＩ領域Ａ２にあることが確認された場合、ＰＣＭ３０は、上記ステップＳ１で読み込まれた各種センサ値から特定されるエンジン回転数、負荷、筒内圧を、例えば記憶手段３０ｄに記憶されているマップ形式のデータベース等に照らし合わせる等により、上記エンジン回転数、負荷、筒内圧に応じたバルブタイミングおよび過給圧を決定する制御を実行する（ステップＳ４）。

このようにしてバルブタイミングおよび過給圧が決定されると、その決定値に応じて上記吸排気弁１１，１２および過給機２３を作動させる制御が、上記吸排気制御手段３０ｂおよび過給機制御手段３０ｃにより実行される（ステップＳ５）。すなわち、上記吸排気制御手段３０ｂが、吸排気弁１１，１２用の各ＶＶＬ１４およびＶＶＴ１５の作動をそれぞれ制御するとともに、上記過給機制御手段３０ｃが、過給機２３を駆動するための電動モータ２４の作動を制御することにより、図３および図４に示したようなバルブタイミングおよび過給圧が得られるように、上記吸排気弁１１，１２および過給機２３が駆動される。

以上説明したように、当実施形態のエンジンでは、吸入空気を加圧する過給機２３が吸気通路２０上に設けられるとともに、エンジンの運転状態に応じて、気筒２内の予混合気を圧縮行程時に自己着火させる圧縮自己着火モードと、火花点火により混合気を強制的に着火させる火花点火モードとの間で燃焼形式が切り替えられるようになっている。そして、このようなエンジンを制御するにあたり、当実施形態では、エンジンの運転状態が、上記圧縮自己着火モードが選択されかつ上記過給機２３が使用される過給ＨＣＣＩ領域Ａ２にあるときに、排気弁１２の閉じ時期（図３のＥＶＣ）を排気行程の上死点より進角させることで気筒２内に既燃ガスを残留させる内部ＥＧＲを行うとともに、吸気弁１１の閉じ時期（ＩＶＣ）を圧縮行程の下死点よりも遅角させて圧縮開始時期を遅らせるようにし、さらに、エンジン負荷が高いときほど、上記排気弁１２の閉じ時期の進角量θ２を増大させ（つまり内部ＥＧＲの量を増やし）、かつ吸気弁１１の閉じ時期の遅角量θ１を増大させるようにした。このような制御方法によれば、圧縮自己着火モードで運転可能な領域（ＨＣＣＩ領域Ａ）をより高負荷側まで拡大しつつ、異常燃焼やエンジン出力の低下を効果的に防止できるという利点がある。

すなわち、上記実施形態では、エンジンの運転状態が過給ＨＣＣＩ領域Ａ２にあるときに、エンジン負荷の上昇に応じて内部ＥＧＲの量を増大させるようにしたため、圧縮自己着火モードで燃焼する際の予混合気の燃焼速度を上記ＥＧＲによる効果で緩慢化することにより、高負荷時の最大筒内圧を抑制することができ、筒内圧が上昇し過ぎることによるノッキングの発生を効果的に防止することができる。

ただし、このように内部ＥＧＲの量を増やして多量の既燃ガスを気筒２内に残留させると、筒内温度が上昇し過ぎて過早着火を招くおそれがあるが、上記実施形態では、エンジン負荷が高いほど吸気弁１１の閉じ時期を遅角させて実質的な圧縮開始時期を遅らせる（つまり有効圧縮比を小さくする）ようにしたため、圧縮による昇温幅を減少させて圧縮時の筒内温度を低下させることができ、上記のような過早着火の発生を抑制して燃焼状態をより安定化させることができる。

このとき、吸気弁１１の閉じ時期が遅れることで吸気の吹き返しが起きるため、気筒２内に導入される新気（吸入空気）の量はその分減少することになるが、上記過給ＨＣＣＩ領域Ａ２では、過給機２３による過給が行われて比較的多量の空気が短期間の間に気筒２内に充填されるため、実際には新気が不足することはなく、エンジンの出力は十分に確保される。

以上のことから、上記実施形態によれば、負荷が比較的高い領域域まで圧縮自己着火モードによる燃焼形式を維持したとしても（つまりＨＣＣＩ領域Ａをより高負荷側まで拡大したとしても）、そのことにより懸念される異常燃焼の発生やエンジン出力の低下を極力抑制することができる。このため、圧縮自己着火モードで運転することによる燃費改善等の効果をより拡大させながら、燃焼状態を適正に制御してその安定化を図ることができ、しかもエンジン出力を十分に確保できるという利点がある。

また、上記実施形態では、図４に示したように、過給ＨＣＣＩ領域Ａ２において、エンジン負荷が高いときほど過給圧（boost）を上昇させるようにしたため、上記のような圧縮開始時期の遅延により負荷の上昇とともに不足がちになる新気を、過給によって効率的に気筒２内に充填することができる。このため、負荷が高いときに有効圧縮比をより低下させて筒内温度の過上昇を抑制しつつ、温度の低い新気を気筒２内に効率よく充填して空気充填率をより向上させることができ、燃焼状態の安定化を図りながらエンジン出力をより向上させることができるという利点がある。

また、上記実施形態では、図３に示したように、過給ＨＣＣＩ領域Ａ２で吸気弁１１の閉じ時期（ＩＶＣ）の遅角量θ１を増大させる際に、筒内圧センサ３４の検出値から推定される筒内温度が高いときほど、上記遅角量θ１の増大幅を大きくするようにしたため、
筒内温度が高いときには圧縮開始時期をより遅らせて有効圧縮比を低下させることにより、筒内温度が過度に上昇することによる過早着火の発生をより効果的に防止できるという利点がある。このとき、圧縮開始時期が遅れることによる新気の不足分については、過給機２３による過給圧（boost）の上昇幅を、上記遅角量θ１と連動して増大させる（つまり筒内温度に応じて過給圧の上昇幅を増大させる）ことで解決することができ、これにより、空気充填率が低下するのを効果的に防止してエンジン出力を十分に確保することが可能である。

なお、上記実施形態では、過給ＨＣＣＩ領域Ａ２で、排気弁１２の閉じ時期（ＥＶＣ）を進角させて排気上死点の前後にネガティブオーバーラップ期間（ＮＶＯ）を設けることにより、高温の既燃ガスを気筒２内に閉じ込める内部ＥＧＲを行い、この既燃ガスの熱を利用して予混合気を圧縮行程時に自己着火させるようにしたが、予混合気を自己着火させるには、必要量の既燃ガスを気筒２内に残留（還流）させればよく、そのための具体的手法は上記のような内部ＥＧＲに限らない。例えば、燃焼室６から排気通路２５に一旦導出された既燃ガス（排気ガス）を所定の経路を経て吸気通路２０に戻すいわゆる外部ＥＧＲを、上記内部ＥＧＲの全部または一部に代えて実施するようにしてもよい。ただし、上記実施形態のように、内部ＥＧＲによって既燃ガスを気筒２内に残留させた方が、より温度の高い燃焼直後の既燃ガスを気筒２内に閉じ込めることができるため、自己着火し易い高温の雰囲気を気筒２内に容易に形成できるという点で有利である。

また、上記実施形態では、吸入空気を加圧する過給機２３として、電動モータ２４により回転駆動される電動式の過給機を設けたが、必要に応じて過給圧を増減することが可能な過給システムであればこれに限ることはなく、例えば、可変翼を有した排気タービンによりコンプレッサを回転駆動する可変容量型のターボ過給機（ＶＧＴ）を用いることも当然に可能である。

本発明のエンジンの制御方法が適用されたエンジンの全体構成を概略的に示す図である。 エンジンの運転状態に応じた燃焼制御を行うための制御マップの一例を示す図である。 エンジン負荷に応じた吸排気弁の開閉タイミングの変化を示す図である。 エンジン負荷に応じた過給圧、吸入空気量、ＥＧＲ量、空燃比の変化を示す図である。 ＰＣＭにより行われる制御動作の手順を示すフローチャートである。

符号の説明

２ 気筒
１１ 吸気弁
１２ 排気弁
２３ 過給機
３０ａ 運転状態判定手段
３０ｂ 吸排気制御手段
Ａ２ 過給ＨＣＣＩ領域
θ１ （吸気弁の閉じ時期の）遅角量
θ２ （排気弁の閉じ時期の）進角量

Claims (5)

1. 気筒内の予混合気を圧縮行程時に自己着火させる圧縮自己着火モードと、火花点火により混合気を強制的に着火させる火花点火モードとの間で燃焼形式を切り替え可能で、かつ過給機を備えたエンジンを制御する方法であって、
   エンジンの運転状態が、上記圧縮自己着火モードが選択されかつ上記過給機が使用される過給ＨＣＣＩ領域にあるときに、気筒内の既燃ガス量を制御するＥＧＲを行うとともに、吸気弁の閉じ時期を圧縮行程の下死点よりも遅角させて圧縮開始時期を遅らせ、かつ、エンジン負荷が高いときほど上記ＥＧＲの量および吸気弁の閉じ時期の遅角量を増大させることを特徴とするエンジンの制御方法。
2. 請求項１記載のエンジンの制御方法において、
   上記ＥＧＲとして、排気弁の閉じ時期を排気行程の上死点より進角させることで気筒内に既燃ガスを残留させる内部ＥＧＲを行うとともに、上記過給ＨＣＣＩ領域でエンジン負荷が高いときには、上記排気弁の閉じ時期の進角量を増大させることにより上記ＥＧＲの量を増大させることを特徴とするエンジンの制御方法。
3. 請求項１または２記載のエンジンの制御方法において、
   上記過給ＨＣＣＩ領域では、エンジン負荷が高いときほど上記過給機による過給圧を上昇させることを特徴とするエンジンの制御方法。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載のエンジンの制御方法において、
   上記過給ＨＣＣＩ領域で吸気弁の閉じ時期の遅角量を増大させる際に、筒内温度が高いときほどその増大幅を大きくすることを特徴とするエンジンの制御方法。
5. 気筒内の予混合気を圧縮行程時に自己着火させる圧縮自己着火モードと、火花点火により混合気を強制的に着火させる火花点火モードとの間で燃焼形式を切り替え可能で、かつ過給機を備えたエンジンを制御する装置であって、
   エンジンの運転状態を判定する運転状態判定手段と、
   エンジンの吸排気に関する動作を制御する吸排気制御手段とを備え、
   上記運転状態判定手段により、エンジンの運転状態が、上記圧縮自己着火モードが選択されかつ上記過給機が使用される過給ＨＣＣＩ領域にあると判定されると、上記吸排気制御手段は、気筒内の既燃ガス量を制御するＥＧＲを行うとともに、吸気弁の閉じ時期を圧縮行程の下死点よりも遅角させて圧縮開始時期を遅らせ、かつ、エンジン負荷が高いときほど上記ＥＧＲの量および吸気弁の閉じ時期の遅角量を増大させることを特徴とするエンジンの制御装置。

Images