JP2014173535A - 内燃機関の制御装置及び内燃機関の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】カットインディレイ実行中の燃焼安定度を確保する。
【解決手段】燃料カット条件非成立時に実行する通常運転モード、燃料カット条件成立時に実行する燃料カット運転モード、または燃料カット条件成立後かつ燃料カット運転モード開始前に実行するカットインディレイ運転モードを切り換える運転モード切り換え手段を備える。そして、点火時期制御手段により、カットインディレイ運転モード実行時に、点火時期を基本点火時期より遅角させる。また、筒内ガス流動制御手段により、カットインディレイ運転モード用点火時期でカットインディレイ運転モードを実行する際の筒内ガス流動を、等吸入空気量条件での通常運転モードにおける筒内ガス流動よりも弱くする。
【選択図】図８

Description

本発明は、内燃機関の運転モードの切り換え制御に関する。

車両に搭載された内燃機関の制御として、アクセルペダルオフでの減速走行時に燃料噴射を停止する、いわゆる燃料カットが知られている。燃料カット実行中は、燃料噴射を停止するので、内燃機関からは酸素濃度の高い排気が排出され、排気通路に設けた排気浄化触媒はストイキよりもリーンな状態に置かれることとなる。排気浄化触媒として用いられる三元触媒は、高温の状態でリーンな状態に置かれると、触媒機能の劣化が促進することが知られている。つまり、走行中に三元触媒の温度が上昇した状態で燃料カットを実行すると、三元触媒が劣化してしまう。

そこで、特許文献１では、触媒温度が閾値以上の高温状態である場合には、燃料カットを禁止し、さらに、吸気流制御弁を閉じて筒内にタンブル流動を生成している。タンブル流動を生成するのは、安定した燃焼状態を得つつ吸入空気量及び燃料噴射量を低減することを可能とし、これにより燃料カットの禁止に伴う減速感の損失や燃料消費量の増大を抑制するためである。

特開２００９−２８１２４６号公報

しかしながら、特許文献１ではタンブル流動を生成することで燃料噴射量等を低減した際の燃焼状態の安定化を図っているが、タンブル流動を生成することで火炎伝播方向に偏りが生じ、かえって燃焼が不安定になるおそれがある。

そこで、燃料カット条件成立後も燃料噴射を継続する際に、燃焼状態を安定させ得る制御装置を提供することを目的とする。

本発明のある態様によれば、燃料カット条件が成立したか否かを判定する燃料カット条件判定手段と、燃料カット条件非成立時に実行する通常運転モード、燃料カット条件成立時に実行する燃料カット運転モード、または燃料カット条件成立後かつ燃料カット運転モード開始前に実行するカットインディレイ運転モードを切り換える運転モード切り換え手段を備える内燃機関の制御装置が提供される。この内燃機関の制御装置は、運転モードに応じて点火時期を制御する点火時期制御手段と、運転モードに応じて筒内ガス流動の強さを制御する筒内ガス流動制御手段をさらに備える。そして、点火時期制御手段は、カットインディレイ運転モード実行時に、点火時期を基本点火時期より遅角させる。また、筒内ガス流動制御手段は、カットインディレイ運転モード用の点火時期でカットインディレイ運転モードを実行する際の筒内ガス流動を、等吸入空気量条件での通常運転モードにおける筒内ガス流動よりも弱くする。

上記態様によれば、カットインディレイ運転モード実行中は通常運転モード実行中に比べて筒内ガス流動を弱めるので、火炎伝播方向の偏りを抑制することができ、その結果、燃焼状態を安定させることができる。

図１（Ａ）は、第１実施形態を適用する内燃機関システムの概略構成図である。図１（Ｂ）は図１（Ａ）のＩ−Ｉ線に沿った断面図である。 図２は、スワールコントロールバルブ及びスワール流動の一例を示す図である。 図３は、タンブルコントロールバルブ及びタンブル流動の一例を示す図である。 図４は、運転モード設定用の制御ルーチンを示すフローチャートである。 図５（Ａ）はガス流動が強い場合の火炎伝播の様子を、図５（Ｂ）はガス流動が弱い場合の火炎伝播の様子を示す図である。 図６は、第１実施形態における筒内ガス流動及び点火時期の制御ルーチンを示すフローチャートである。 図７は、点火時期マップである。 図８は、図６の制御ルーチンを実行した場合のタイミングチャートである。 図９は、第２実施形態を適用する内燃機関システムの概略構成図である。 図１０は、第１実施形態における筒内ガス流動及び点火時期の制御ルーチンを示すフローチャートである。 図１１は、図１０の制御ルーチンを実行した場合のタイミングチャートである。 図１２は、第３実施形態で用いる可変動弁機構の構成図である。 図１３は、図１２の可変動弁機構によるバルブタイミングの変化を示す図である。 図１４は、第３実施形態における筒内ガス流動及び点火時期の制御ルーチンを示すフローチャートである。 図１５（Ａ）は、図１４の制御によるカットインディレイ運転モード実行中のバルブタイミング図である。図１５（Ｂ）は第３実施形態の他の例によるバルブタイミング図である。 図１６は、図１４の制御ルーチンを実行した場合のタイミングチャートである。 図１７は、第４実施形態を適用する内燃機関システムの概略構成図である。 図１８（Ａ）は、燃料噴射中の燃料噴霧とタンブル流動の関係の一例を示す図であり、図１８（Ｂ）は燃料噴射中の燃料噴霧とタンブル流動の関係の他の例を示す図である。 図１９は、燃料噴射タイミング毎のタンブル比の履歴を示す図である。 図２０は、第４実施形態における筒内ガス流動及び点火時期の制御ルーチンを示すフローチャートである。 図２１は、図２０の制御ルーチンを実行した場合のタイミングチャートである。 図２２は、第５実施形態における筒内ガス流動及び点火時期の制御ルーチンを示すフローチャートである。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。

（第１実施形態）
図１（Ａ）は本実施形態を適用する内燃機関システムの概略構成図である。図１（Ｂ）は図１（Ａ）のＩ−Ｉ線に沿った断面図である。

内燃機関１は、シリンダ４と、シリンダ４内を往復動するピストン５と、シリンダ４に吸入空気を供給するための吸気通路２と、シリンダ４から排気を排出するための排気通路９を備える。吸気通路２のシリンダ側端部は、吸気カムシャフト１２に駆動される吸気弁３により開閉される。排気通路９のシリンダ側端部は、排気カムシャフト１３に駆動される排気弁８により開閉される。なお、内燃機関１は、吸気弁３が各気筒にそれぞれ２本ずつ配置された、いわゆる吸気２弁式であり、吸気通路２は途中で分岐してそれぞれシリンダ４と連通している。

吸気通路２の分岐部には、後述するスワールコントロールバルブ１９が配置されている。また、スワールコントロールバルブ１９より上流側には、図示しないスロットルバルブが配置されている。排気通路９には、排気の空燃比を検出する空燃比センサ１０と、空燃比センサ１０よりも下流側に配置された三元触媒１１と、三元触媒１１のベッド温度を検出する触媒温度センサ１８が配置されている。

シリンダ４には、点火プラグ６及び燃料噴射弁７がシリンダ内に臨むよう配置されている。ここでは、シリンダ４の天井面の中央には点火プラグ６が配置され、その近傍には燃料噴射弁７が配置されている。

燃料噴射弁７は、コモンレール１４からデリバリーパイプ１５を介して供給された燃料をシリンダ４内に噴射するものである。また、デリバリーパイプ１５には、燃料噴射圧力を検出する燃圧センサ１６が配置されている。

空燃比センサ１０、燃圧センサ１６、及び触媒温度センサ１８の検出値は、コントローラ１７に読み込まれる。コントローラ１７は、他にも図示しないエアフローメータ、アクセル開度センサ、クランク角センサ、冷却水温センサ、スロットル開度センサ等の信号を読み込む。そして、これらの信号に基づいて、点火プラグ６、燃料噴射弁７、スワールコントロールバルブ１９等の制御を行なう。

なお、コントローラ１７は、中央演算装置（ＣＰＵ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）及び入出力インタフェース（Ｉ／Ｏインタフェース）を備えたマイクロコンピュータで構成される。コントローラ１７を複数のマイクロコンピュータで構成することも可能である。

図２は、スワールコントロールバルブ１９及びスワール流動の一例を示す図である。

スワールコントロールバルブ１９は、吸気通路２の分岐点よりも上流側に配置され、閉弁することで、一方の吸気通路２への吸入空気の流入を制限する弁体である。したがって、スワールコントロールバルブ１９を閉じると、シリンダ４への吸入経路はスワールコントロールバルブ１９によって制限されていない方の吸気通路２に偏る。その結果、図２に矢印で示したように、シリンダ４の中心軸を回転中心とする螺旋状のガス流動、すなわちスワール流動が生成される。

なお、シリンダ４内にガス流動を生成する装置としてスワールコントロールバルブ１９を用いているが、他の装置を用いてもよい。

図３は、シリンダ４内にガス流動を生成する装置の他の例としての、タンブルコントロールバルブ２０について説明するための図である。タンブルコントロールバルブ２０を用いる場合は、吸気通路２を上下に二分割し、タンブルコントロールバルブ２０によって一方の吸気通路を開閉する。なお、ここでは、ピストン５上死点側を上、下死点側を下とする。

図３のようにタンブルコントロールバルブ２０によって下側の吸気通路２を閉じると、シリンダ４への吸入経路は、吸気通路２のシリンダ側端部のシリンダ中央よりに偏る。その結果、シリンダ４内には上下方向の回転渦、すなわちタンブル流動が生成される。

次に、コントローラ１７が実行する運転モードの切り換え制御について説明する。

コントローラ１７は、燃料消費量低減のため、いわゆる燃料カットを実行する。そのため、走行中に燃料カット条件が成立したか否かの判定を繰り返し実行する。燃料カット条件とは、例えば、スロットル開度がゼロになったときに、車速及びエンジン回転数が所定の閾値以上であることである。なお、スロットル開度にかえて、アクセルペダル開度を用いてもよい。

そして、燃料カット条件が成立したら、急激なトルク変動を回避するために、後述するカットインディレイ制御を実行し、それが終了したら燃料カットを開始する。以下、カットインディレイ制御を実行する運転モードをカットインディレイ運転モード、燃料カットを実行する運転モードを燃料カット運転モード、これら以外の運転モードを通常運転モードと称する。

図４は、運転モードを設定するためにコントローラ１７が実行する制御ルーチンを示すフローチャートである。本ルーチンは、例えば数ミリ秒程度の短周期で繰り返し実行される。以下、ステップにしたがって説明する。

ステップＳ１００で、コントローラ１７はスロットル開度ＴＶＯ、吸入空気量Ｑａ、エンジン回転数Ｎｅ、点火時期ＡＤＶを読み込む。スロットル開度ＴＶＯはスロットル開度センサ、吸入空気量Ｑａはエアフローメータ、エンジン回転数Ｎｅはクランク角センサの各センサの検出信号を読み込む。点火時期ＡＤＶは、これらの検出信号に基づいてコントローラ１７自身が算出したものである。

ステップＳ１０１で、コントローラ１７は燃料カット実行フラグｆＦＣがゼロか否かを判定する。燃料カット実行フラグｆＦＣは、ゼロの場合は燃料カットを実行していないことを示し、１の場合は燃料カット実行中であることを示す。

燃料カット実行フラグｆＦＣがゼロの場合はステップＳ１０２の処理を実行し、ゼロでない場合はステップＳ１０９の処理を実行する。

ステップＳ１０２で、コントローラ１７は、スロットル開度ＴＶＯがゼロ、かつエンジン回転数Ｎｅが燃料カット許可回転数Ｎｅｔｈ１より高い、という条件を満たすか否かを判定する。燃料カット許可回転数Ｎｅｔｈ１とは、燃料カット許可条件の一つであり、例えば２０００[ｒｐｍ]程度に設定する。

条件を満たす場合はステップＳ１０３の処理を実行し、満たさない場合はステップＳ１０７の処理を実行する。

ステップＳ１０３で、コントローラ１７は燃料カット条件成立フラグｆＦＣ０を１に設定する。燃料カット条件成立フラグｆＦＣ０は、１の場合は燃料カット条件が成立していることを示し、０の場合は燃料カット条件が成立していないことを示す。

ステップＳ１０４で、コントローラ１７は、吸入空気量Ｑａ、エンジン回転数Ｎｅ、点火時期ＡＤＶに基づいて燃料カット移行トルク変化量ΔＴｑを算出する。燃料カット移行トルク変化量ΔＴｑは、現時点で仮に燃料カットを開始した場合に発生するトルク変化量である。

ステップＳ１０５で、コントローラ１７は、燃料カット移行トルク変化量ΔＴｑがトルクショック閾値ΔＴｑｔｈより大きいか否かを判定する。トルクショック閾値ΔＴｑｔｈは、燃料カット移行時に発生しても許容し得るトルク変化量の閾値である。許容し得るトルク変化量は車種やグレードによって異なるので、トルクショック閾値ΔＴｑｔｈの大きさは、本実施形態を適用する車種等に応じて予め設定する。

判定の結果、燃料カット移行トルク変化量ΔＴｑがトルクショック閾値ΔＴｑｔｈより小さい場合はステップＳ１０６の処理を実行し、大きい場合はステップＳ１０８の処理を実行する。

ステップＳ１０６で、コントローラ１７は燃料カット実行フラグｆＦＣを１に設定して、本ルーチンを終了する。一方、ステップＳ１０８では、コントローラ１７は燃料カット実行フラグｆＦＣをゼロに設定して本ルーチンを終了する。

ステップＳ１０２で、スロットル開度ＴＶＯがゼロ、かつエンジン回転数Ｎｅが燃料カット許可回転数Ｎｅｔｈ１より高い、という条件を満たさなかった場合には、コントローラ１７はステップＳ１０７で燃料カット条件成立フラグｆＦＣ０をゼロに設定し、ステップＳ１０８で燃料カット実行フラグｆＦＣをゼロに設定して、本ルーチンを終了する。

一方、ステップＳ１０１で燃料カット実行フラグｆＦＣが１の場合に実行するステップＳ１０９では、コントローラ１７はスロットル開度ＴＶＯがゼロではなく、かつ、エンジン回転数Ｎｅが燃料カットリカバー回転数Ｎｅｔｈ２より低い、という条件を満たすか否かを判定する。燃料カットリカバー回転数Ｎｅｔｈ２は、燃料カットの終了時期を判定するための閾値であり、燃料カット許可回転数Ｎｅｔｈ１よりも低い値である。すなわち、燃料カット中にエンジン回転数Ｎｅが燃料カットリカバー回転数Ｎｅｔｈ２まで低下したら、燃料噴射を再開する。

ステップＳ１０９の条件を満たす場合は、コントローラ１７はステップＳ１１０で燃料カット条件成立フラグｆＦＣ０をゼロに設定し、ステップＳ１１１で燃料カット実行フラグｆＦＣをゼロに設定して本ルーチンを終了する。

また、ステップＳ１０９の条件を満たさなかった場合は、コントローラ１７はステップＳ１１２で燃料カット条件成立フラグｆＦＣ０を１に設定し、ステップＳ１１３で燃料カット実行フラグｆＦＣを１に設定して本ルーチンを終了する。

上記のように、コントローラ１７は、まず燃料カット実行中か否かを判定し（Ｓ１０１）、実行していなければ燃料カット条件が成立しているか否かを判定する（Ｓ１０２）。燃料カット条件が成立していない場合は通常運転モードを継続する（Ｓ１０２、Ｓ１０７、Ｓ１０８）。燃料カット条件が成立していれば、燃料カット運転モードに移行する際のトルク変化量が許容し得る大きさであるか否かを判定する（Ｓ１０５）。そして、許容し得る場合は燃料カット運転モードを実行し（Ｓ１０６）、許容し得ない場合はカットインディレイ運転モードを実行する（Ｓ１０２−Ｓ１０５、Ｓ１０８）。

また、燃料カット実行中であれば、燃料カットリカバー条件が成立しているか否かを判定し（Ｓ１０９）、成立している場合は通常運転モードを実行し（Ｓ１１０、Ｓ１１１）、成立していない場合は燃料カット運転モードを継続する（Ｓ１１２、Ｓ１１３）。

次に、カットインディレイ運転モード実行中の、シリンダ４内のガス流動について説明する。図５は、火炎伝播の様子を、ガス流動が強い場合と弱い場合で比較したものであり、図５（Ａ）はガス流動が強い場合、図５（Ｂ）はガス流動が弱い場合である。なお、ここではタンブル流動を用いて説明する。

カットインディレイ運転モード中は、燃料カット条件が成立しているので、内燃機関１の要求トルクは通常運転モードに比べて大幅に低い。すなわち、吸入空気量及び燃料噴射量は通常運転モードに比べて大幅に少ない。このような状態でタンブル流動を強めると、図５（Ａ）に示すように、火花点火により発生した火炎面はタンブル流動によって偏った方向に発達する。つまり、火炎伝播方向が偏る。このように火炎伝播方向が偏ると、燃焼状態が不安定になる。これに対して、タンブル流動が弱い場合には、図５（Ｂ）に示すように、火炎面は点火プラグ６から放射状に発達する。このように火炎伝播方向に偏りがなければ、安定した燃焼状態が得られる。上述したガス流動と燃焼安定の関係は、スワール流動の場合も同様である。

そこで、コントローラ１７は、後述するようにスワールコントロールバルブ１９を制御することで、カットインディレイ運転モードにおいても安定した燃焼状態を実現する。

図６は、コントローラ１７が実行するシリンダ４内のガス流動及び点火時期の制御ルーチンを示すフローチャートである。本ルーチンは、通常運転モード、カットインディレイ運転モード、又は燃料カット運転モードのいずれの運転モードであるかを判別し、それぞれの運転モードに応じて、ガス流動強さ及び点火時期を制御する。以下、ステップに従って説明する。

コントローラ１７は、ステップＳ２００でスロットル開度ＴＶＯ及びエンジン回転数Ｎｅを読み込み、ステップＳ２０１でスロットル開度ＴＶＯ及びエンジン回転数Ｎｅに基づいて基本点火時期ＡＤＶ０を算出する。具体的には、スロットル開度ＴＶＯとエンジン回転数Ｎｅで割り付けられた基本点火時期マップを予め作成しておき、マップ検索によって算出する。なお、基本点火時期ＡＤＶ０及び後述する点火時期ＡＤＶは、数値が大きいほど進角側であることを示す。

図７は基本点火時期マップの一例である。縦軸がスロットル開度ＴＶＯ、横軸がエンジン回転数Ｎｅであり、スロットル開度ＴＶＯが小さくなるほど、かつエンジン回転数Ｎｅが高くなるほど、進角した点火時期となっている。このマップは、最適点火時期やノッキング限界等に基づいて予め作成し、コントローラ１７に記憶しておく。

ステップＳ２０２で、コントローラ１７は、スロットル開度ＴＶＯ及びエンジン回転数Ｎｅで割り付けたマップを用いて、スワールコントロールバルブ１９の基本開口率ＳＣＶ０を算出する。ここでいう開口率とは、スワールコントロールバルブ１９が全開状態での吸気通路断面積に対する、スワールコントロールバルブ１９で絞られた状態での吸気通路断面積の割合である。

ステップＳ２０３で、コントローラ１７は燃料カット実行フラグｆＦＣがゼロか否か、つまり燃料カット非実行中か否か、を判定する。ゼロの場合、つまり燃料カット非実行中の場合はステップＳ２０４の処理を実行し、１の場合、つまり燃料カット実行中の場合はステップＳ２０６の処理を実行する。

ステップＳ２０４で、コントローラ１７は燃料カット条件成立フラグｆＦＣ０がゼロか否か、つまり燃料カット条件が非成立か否かを判定する。ｆＦＣ０がゼロの場合、つまり燃料カット条件が非成立の場合は、ステップＳ２０５の処理を実行し、ｆＦＣ０が１の場合、つまり燃料カット条件が成立している場合はステップＳ２０６の処理を実行する。

ステップＳ２０５で、コントローラ１７は、点火時期ＡＤＶ及びスワールコントロールバルブ１９の開口率ＳＣＶを式（１）、（２）のように制御する。なお、ステップＳ２０５を実行するのは、燃料カット非実行かつ燃料カット条件非成立の状態、つまり、通常運転モードである。

ＡＤＶ＝ＡＤＶ０＋Ｌ ・・・（１）

ＳＣＶ＝ＳＣＶ０ ・・・（２）

式（１）のＬは、一般的な点火時期制御においても用いられる点火時期学習補正量である。例えば、ノッキングセンサによりノッキングを検出した場合には、ノッキングが解消するまで点火時期を遅角し、その遅角量を点火時期学習補正量とする。

一方、ステップＳ２０４で燃料カット条件が成立していた場合に実行するステップＳ２０６では、コントローラ１７は燃料カット条件成立フラグ前回値ｆＦＣ０ｚがゼロか否かを判定する。燃料カット条件成立フラグ前回値ｆＦＣ０ｚがゼロの場合はステップＳ２０７の処理を実行し、ゼロでない場合はステップＳ２０８の処理を実行する。

ステップＳ２０７で、コントローラ１７は、燃料カット条件成立後の経過時間を計測するタイマの値（タイマ値）Ｔｉｍｅｒをゼロに設定する。一方、ステップＳ２０８では、コントローラ１７はタイマの前回値Ｔｉｍｅｒｚに前回演算時からの経過時間Δｔを加算したものを今回のタイマ値Ｔｉｍｅｒとして設定する。

ステップＳ２０９で、コントローラ１７はタイマ値Ｔｉｍｅｒが所定のタイマ値Ｔｉｍｅｒｔｈより小さいか否かを判定する。所定のタイマ値Ｔｉｍｅｒｔｈは、スワールコントロールバルブ１９の応答遅れ時間以上の値を設定する。これは、後述する点火時期遅角補正を、シリンダ４内のガス流動が弱まってから開始させるためである。

判定の結果、タイマ値Ｔｉｍｅｒが所定のタイマ値Ｔｉｍｅｒｚより小さい場合は、ステップＳ２１０の処理を実行し、大きい場合はステップＳ２１１の処理を実行する。

ステップＳ２１０では、コントローラ１７は点火時期ＡＤＶ及びスワールコントロールバルブ１９の開口率ＳＣＶを式（３）、（４）のように制御する。

ＡＤＶ＝ＡＤＶ０＋Ｌ ・・・（３）

ＳＣＶ＝ＳＣＶ０＋ｈＳＣＶ・・・（４）

なお、ｈＳＣＶはスワールコントロールバルブ１９の開口率増加補正量である。この開口率増加補正量ｈＳＣＶは固定値でもよいし、エンジン回転数Ｎｅに応じて変更するようにしてもよい。

式（４）のように開口率ＳＣＶを増大させることで、シリンダ４内のガス流動を弱める。ここでいう「弱める」とは、吸入空気量が同じで開口率ＳＣＶが基本開口率ＳＣＶ０であると仮定した場合に比べて弱くすることを意味している。つまり、エンジン回転数Ｎｅ及び要求エンジントルク（吸入空気量）が低下すれば基本開口率ＳＣＶ０のままでもガス流動も弱まるが、式（４）のように開口率ＳＣＶを制御することで、積極的にガス流動を弱くする。

一方、ステップＳ２１１では、コントローラ１７は、点火時期遅角補正量ＲＴＤをエンジン回転数Ｎｅに基づいて算出する。具体的には、まず、基本点火時期遅角補正量ＲＴＤ０を設定する。基本点火時期遅角補正量ＲＴＤ０は、エンジン回転数Ｎｅが低いほど、つまりフリクションが小さいほど大となる。そして、演算周期毎に、基本点火時期遅角補正量ＲＴＤ０に向けて、点火時期遅角補正量ＲＴＤを徐々に大きくする。

ステップＳ２１２で、コントローラ１７は点火時期ＡＤＶ及びスワールコントロールバルブ１９の開口率ＳＣＶを式（５）、（６）のように制御する。

ＡＤＶ＝ＡＤＶ０＋Ｌ−ＲＴＤ ・・・（５）

ＳＣＶ＝ＳＣＶ０＋ｈＳＣＶ ・・・（６）

なお、ステップＳ２１０及びＳ２１２を実行するのは、燃料カット非実行かつ燃料カット条件成立の状態、つまりカットインディレイ運転モードである。

燃料カット実行中のステップＳ２１３では、コントローラ１７は点火をせず、スワールコントロールバルブ１９の開口率ＳＣＶはＳＣＶ０に制御する。なお、カットインディレイ運転モード中にエンジン回転数Ｎｅが低下しているので、ステップＳ２１３での基本開口率ＳＣＶ０とステップＳ２０５での基本開口率ＳＣＶ０は異なる大きさになる。

図８は、上述した図４及び図６の制御ルーチンを実行した場合のタイミングチャートである。ここでは、通常運転モード実行中のタイミングＴ１で燃料カット条件が成立し、燃料カット運転モード実行中のタイミングＴ４で燃料カットリカバー条件が成立したものとする。また、スワールコントロールバルブ１９の開口率増加補正量ｈＴＣＶは固定値とする。

タイミングＴ１以前は、通常運転モードなので、点火時期ＡＤＶ及びスワールコントロールバルブ１９の開口率ＳＣＶは図６のステップＳ２０５で設定される。

タイミングＴ１で燃料カット条件が成立すると、内燃機関１の要求されるトルク（要求エンジントルク）は小さくなり、エンジン回転数Ｎｅは徐々に低下する。そして、カットインディレイ運転モードに切り替わり、点火時期ＡＤＶ及びスワールコントロールバルブ１９の開口率ＳＣＶは図６のステップＳ２１０で設定される。

すなわち、点火時期ＡＤＶは通常運転モードと同じで、スワールコントロールバルブ１９の開口率ＳＣＶは増大する。開口率ＳＣＶが徐々に増大しているのは、スワールコントロールバルブ１９の応答遅れによるものである。

カットインディレイ運転モード開始から所定時間Ｔｉｍｅｒｔｈ経過後のタイミングＴ２を過ぎると、点火時期ＡＤＶ及びスワールコントロールバルブ１９の開口率ＳＣＶは、図６のステップＳ２１２により設定される。すなわち、スワールコントロールバルブ１９の開口率ＳＣＶは一定のまま、点火時期ＡＤＶは点火時期遅角補正量ＲＴＤによって補正され、エンジン回転数Ｎｅの低下に応じて徐々に遅角する。

タイミングＴ３において、図４のステップＳ１０５の判定で燃料カット移行トルク変化量ΔＴｑがトルクショック閾値ΔＴｑｔｈより小さくなり、燃料カット運転モードへ移行する。その後、タイミングＴ４で燃料カットリカバー条件が成立すると、図４のステップＳ１０１、Ｓ１０９の判定の結果、通常運転モードへ移行し、点火時期ＡＤＶ及びスワールコントロールバルブ１９の開口率ＳＣＶは図６のステップＳ２０５で設定される。

次に、本実施形態による作用効果について説明する。

カットインディレイ運転モード実行時に、点火時期ＡＤＶを基本点火時期ＡＤＶ０より遅角させ、シリンダ４内のガス流動を、等吸入空気量条件での通常運転モードにおけるガス流動よりも弱くするので、火炎伝播の偏りを抑制し、燃焼効率と燃焼安定度を向上させることができる。また、燃焼安定度が向上することで、排出ガス中の未燃燃料の増大や失火を抑制することができ、いわゆる後燃えによる排気浄化触媒１１の熱劣化を抑制できる。さらに、カットインディレイ運転モード中の燃料噴射量をより低減できるので、燃料カット運転モードへ移行する際のトルクショックを抑制できる。

カットインディレイ運転モードに切り換える際に、シリンダ４内のガス流動を弱めてから点火時期を遅角させる。これは、スワールコントロールバルブ１９の開口率ＳＣＶを変更してから実際にガス流動が弱まるまでには、点火時期を変更するのに比べて時間を要するためである。すなわち、ガス流動が弱まってから点火時期を遅角することで、失火を回避することができる。

点火時期遅角補正量ＲＴＤを、内燃機関１のフリクションの低下に応じて増大させることにより、内燃機関１の発生トルクを概ね一定値以下に抑えることができるので、燃料カット運転モードへ移行する際のトルクショックをより低減できる。

スワールコントロールバルブ１９又はタンブルコントロールバルブ２０といったガス流動を制御するデバイスを備え、カットインディレイ運転モード実行時に通常運転モード実行時よりもデバイスの開口率を増大させるので、簡便な制御でガス流動を弱めることができる。

（第２実施形態）
図９は第２実施形態を適用するシステムの概略構成図である。図１とは、吸気側に可変動弁機構２１を備えること、スワールコントロールバルブ１９を備えないこと、が相違する。

可変動弁機構２１は、吸気カムシャフト１２のクランクシャフトに対する回転位相を変更することで吸気弁３の開閉タイミングを変更するという、公知の機構である。

本実施形態では、可変動弁機構２１の制御によって、カットインディレイ運転モード実行時にシリンダ４内のガス流動を弱める。

図１０は、コントローラ１７が実行するシリンダ４内のガス流動及び点火時期の制御ルーチンを示すフローチャートであり、第１実施形態の図６に対応するものである。

なお、本実施形態においても、図４の制御ルーチンを並行して実行する。

図１０の図６との相違点は、ステップＳ３０２、Ｓ３０５、Ｓ３１０、Ｓ３１２、Ｓ３１３である。以下、これらのステップについて説明する。

ステップＳ３０２で、コントローラ１７はスロットル開度ＴＶＯ及びエンジン回転数Ｎｅに基づいて基本吸気弁閉タイミングＩＶＣ０を算出する。具体的には、スロットル開度ＴＶＯとエンジン回転数Ｎｅで割り付けられたマップを予め作成しておき、マップ検索によって算出する。なお、基本吸気弁閉タイミングＩＶＣ０は圧縮行程中となるように設定される。

ステップＳ３０９では、図６のステップＳ２０９と同様にタイマ値Ｔｉｍｅｒが所定のタイマ値Ｔｉｍｅｒｔｈより小さいか否かを判定する。ここでの所定のタイマ値Ｔｉｍｅｒｔｈは、可変動弁機構２１の応答遅れ時間以上に設定する。すなわち、可変動弁機構２１の作動によってガス流動が弱まってから、点火時期遅角補正が開始されるようにする。

ステップＳ３０５で、コントローラ１７は点火時期ＡＤＶ及び吸気弁閉タイミングＩＶＣを式（７）、（８）のように制御する。なお、ステップＳ３０５を実行するのは、燃料カット非実行かつ燃料カット条件非成立の状態、つまり、通常運転モードである。

ＡＤＶ＝ＡＤＶ０＋Ｌ ・・・（７）

ＩＶＣ＝ＩＶＣ０ ・・・（８）

ステップＳ３１０で、コントローラ１７は点火時期ＡＤＶ及び吸気弁閉タイミングＩＶＣを式（９）、（１０）のように制御する。吸気弁閉タイミングＩＶＣは、ゼロのときが下死点を意味し、値が大きくなるほど下死点より遅角側になることを意味する。

ＡＤＶ＝ＡＤＶ０＋Ｌ ・・・（９）

ＩＶＣ＝ＩＶＣ０＋ｒＩＶＣ・・・（１０）

なお、ｒＩＶＣは吸気弁閉タイミング遅角補正量である。吸気弁閉タイミング遅角補正量ｒＩＶＣは固定値でもよいし、エンジン回転数Ｎｅに応じて変化させるようにしてもよい。

式（１０）では、圧縮行程中に設定された基本吸気弁閉タイミングＩＶＣ０を遅角補正することになる。これにより、一旦シリンダ４内に吸入された空気の吸気通路２への戻り量が多くなり、吸入時に生成されたガス流動が減衰する。すなわち、等吸入空気量の条件下で通常運転モードと同様の吸気弁閉タイミングにする場合よりも、シリンダ４内のガス流動が弱まる。

ステップＳ３１２で、コントローラ１７は点火時期ＡＤＶ及び吸気弁閉タイミングＩＶＣを式（１１）、（１２）のように制御する。

ＡＤＶ＝ＡＤＶ０＋Ｌ−ＲＴＤ ・・・（１１）

ＩＶＣ＝ＩＶＣ０＋ｒＩＶＣ ・・・（１２）

すなわち、吸気弁閉タイミングＩＶＣはステップＳ３１０と同様に設定し、点火時期ＡＤＶは図４のステップＳ２１２と同様に制御する。

上記のステップＳ３１０、Ｓ３１２がカットインディレイ運転モードでの制御である。

ステップＳ３１３は、燃料カット運転モード実行中の制御であり、コントローラ１７は点火をせず、吸気弁閉タイミングＩＶＣは基本吸気弁閉タイミングＩＶＣ０に制御する。

図１１は、上記制御を実行した場合のタイミングチャートである。図８と同様に、タイミングＴ１で燃料カット条件が成立し、タイミングＴ３で燃料カット移行トルク変化量ΔＴｑがトルクショック閾値ΔＴｑｔｈより小さくなり、タイミングＴ４で燃料カットリカバー条件が成立するものとする。

タイミングＴ１で、吸気弁閉タイミングＩＶＣの遅角を開始している。所定のタイマ値Ｔｉｍｅｒｔｈが経過したタイミングＴ２になったら、その時点の吸気弁閉タイミングＩＶＣを維持している。点火時期ＡＤＶの遅角補正については第１実施形態と同様である。

そして、タイミングＴ３で燃料カット運転モードへ移行すると、吸気弁閉タイミングＩＶＣは通常運転モードと同じ基本吸気弁閉タイミングＩＶＣ０に変更される。これは、燃料カットリカバー条件が成立したときに、直ちに通常運転モードに適した吸気弁閉タイミングで運転を再開できるようにするためである。

以上のように、カットインディレイ運転モード中の吸気弁閉タイミングＩＶＣを圧縮行程内で遅角させることにより、吸入空気の吸気通路２への戻り量が増加し、シリンダ４内のガス流動が弱まる。すなわち、可変動弁機構２１によってカットインディレエイ運転モード中のシリンダ４内のガス流動を弱めることができ、第１実施形態と同様に燃焼効率及び燃焼安定性の向上を図ることができる。

（第３実施形態）
本実施形態は、吸気弁３のバルブタイミングを制御することによって、カットインディレイ運転モード中のシリンダ４内のガス流動を弱める点では第２実施形態と同様だが、用いる可変動弁機構２１の構成及びバルブタイミングの制御が異なる。

図１２は、本実施形態で用いる可変動弁機構２１の概略構成図である。この可変動弁機構２１を用いるために、吸気カムシャフト１２の形状及び作動メカニズムが図９とは異なる。

可変動弁機構２１は、リフト量及び作動角を連続的に可変制御可能な機構である。なお、ここでいうリフト量とは最大リフト量のことをいう。また、リフト量の可変制御とは最大リフト量を可変制御することをいい、クランクシャフトの回転に同期して開閉する際のリフト量変化は除くものである。

可変動弁機構２１は、吸気弁３のリフト量及び作動角を変化させるリフト・作動角可変機構４３と、そのリフトの中心角の位相（クランクシャフトに対する位相）を進角もしくは遅角させる位相可変機構４２と、が組み合わされて構成されている。

なお、このリフト・作動角可変機構４３は、本出願人が先に提案し、位相可変機構４２とともに特開２００２−８９３０３号公報や特開２００２−８９３４１号公報等によって公知となっているので、その概要のみを説明する。

リフト・作動角可変機構４３は、シリンダヘッド上部の図示せぬカムブラケットに回転自在に支持された中空状の駆動軸３１と、この駆動軸３１に圧入等により固定された偏心カム３２と、を含んで構成されている。また、駆動軸３１の上方位置に同じカムブラケットによって回転自在に支持されるとともに駆動軸３１と平行に配置された制御軸３７と、この制御軸３７の偏心カム部３８に揺動自在に支持された可変動弁用ロッカーアーム３４と、を含んで構成される。さらに、一方の端部付近が可変動弁用ロッカーアーム３４の一方の端部付近と連結ピン３９を介して連結されるリンク部材３５と、駆動軸３１と同軸状に配置されリンク部材３５の他方の端部付近と連結ピン４１で連結された揺動カム３６と、を含んで構成される。

また、駆動軸３１の回転角を検出する駆動軸角センサ４７と、制御軸３７の回転角を検出する制御軸角センサ４８とを備える。これらのセンサの検出値はコントローラ１７に読み込まれる。

駆動軸３１は、タイミングチェーンないしはタイミングベルトを介して機関のクランクシャフトによって駆動されるものである。

偏心カム３２は、円形外周面を有し、該外周面の中心が駆動軸３１の軸心から所定量だけオフセットしているとともに、この外周面に、リンクアーム３３の環状部３３ａが回転可能に嵌合している。

可変動弁用ロッカーアーム３４は、略中央部を上記偏心カム部３８が回転可能に貫通している。偏心カム部３８は、制御軸３７の軸心から偏心しており、従って、制御軸３７の角度位置に応じて可変動弁用ロッカーアーム３４の揺動中心は変化する。

揺動カム３６は、駆動軸３１の外周に嵌合して回転自在に支持されており、駆動軸３１の軸方向に対して直角方向へ延びた端部付近に、前述したようにリンク部材３５の下端部が連結ピン４１を介して連結している。この揺動カム３６の下面には、駆動軸３１と同心状の円弧をなす基円面と、該基円面から上記端部へと所定の曲線を描いて延びるカム面と、が連続して形成されている。そして、これらの基円面ならびにカム面が、揺動カム３６の揺動位置に応じて吸気弁３上部に備えたバルブリフタ３Ａに接触するようになっている。

すなわち、基円面はベースサークル区間として、リフト量がゼロとなる区間であり、揺動カム３６が揺動してカム面がバルブリフタ３Ａに接触すると、吸気弁３は徐々にリフトしていくことになる。なお、ベースサークル区間とリフト区間との間には若干のランプ区間が設けられている。

制御軸３７は、一方の端部に設けられたリフト・作動角制御用モータ（以下、単に「モータ」という）４４によって所定角度範囲内で回転するように構成されている。このモータ４４への電力供給は、コントローラ１７からの制御信号に基づいて制御されている。

また、モータ４４は、作動角を変更する際に制御軸３７を目標角度に回転させるのみならず、運転中に制御軸３７の角度が目標角度からずれないように保持する機能も有する。この目標角度を保持するためにモータ４４に流す電流、つまり目標角度を保持するために必要なトルク（保持トルク）を発生させるのに必要な電流を保持電流とよぶ。

このリフト・作動角可変機構４３の作用を説明する。駆動軸３１が回転すると、偏心カム３２のカム作用によってリンクアーム３３が上下動し、これに伴って可変動弁用ロッカーアーム３４が制御軸３７を揺動軸として揺動する。この可変動弁用ロッカーアーム３４の揺動は、リンク部材３５を介して揺動カム３６へ伝達され、該揺動カム３６が揺動する。この揺動カム３６のカム作用によって、吸気弁３がリフトする。

ここで、モータ４４を介して制御軸３７の角度が変化すると、可変動弁用ロッカーアーム３４の揺動中心位置が変化し、ひいては揺動カム３６の初期揺動位置が変化する。

例えば、偏心カム部３８が上方に位置しているとすると、可変動弁用ロッカーアーム３４は全体として上方へ位置し、連結ピン４１が相対的に上方へ引き上げられた状態となる。つまり、揺動カム３６の初期揺動位置は、そのカム面３６ｂがバルブリフタ３Ａから離れる方向に傾く。従って、駆動軸３１の回転に伴って揺動カム３６が揺動した際に、基円面が長い間バルブリフタ３Ａに接触し続け、カム面がバルブリフタ３Ａに接触する期間は短い。このためリフト量が全体として小さくなり、かつ、その開時期から閉時期までの角度範囲、すなわち作動角も縮小する。

逆に、偏心カム部３８が下方へ位置しているとすると、可変動弁用ロッカーアーム３４は全体として下方へ位置し、揺動カム３６の端部が相対的に下方へ押し下げられた状態となる。つまり、揺動カム３６の初期揺動位置は、そのカム面がバルブリフタ３Ａに近付く方向に傾く。従って、駆動軸３１の回転に伴って揺動カム３６が揺動した際に、バルブリフタ３Ａと接触する部位が基円面からカム面へと直ちに移行する。このためリフト量が全体として大きくなり、かつその作動角も拡大する。

上記の偏心カム部３８の初期位置は連続的に変化させ得るので、これに伴って、バルブリフト特性も連続的に変化する。つまり、図１３に示すように、リフト量ならびに作動角を、両者同時にかつ連続的に拡大，縮小させることができる。なお、この実施例では、リフト量・作動角の大小変化に伴い、吸気弁３の開時期と閉時期がほぼ対称に変化する。

位相可変機構４２は、駆動軸３１の前端部に設けられたスプロケット４５と、このスプロケット４５と駆動軸３１とを、所定の角度範囲内において相対的に回転させる位相制御用アクチュエータ４６と、から構成されている。

スプロケット４５は、図示せぬタイミングチェーンもしくはタイミングベルトを介して、クランクシャフトと同期して回転している。位相制御用アクチュエータ４６は、コントローラ１７からの制御信号に基づいて制御される。この位相制御用アクチュエータ４６の制御によって、スプロケット４５と駆動軸３１とが相対的に回転し、リフト中心角が遅進する。つまり、リフト特性の曲線自体は変わらずに、全体が進角もしくは遅角する。また、この変化も連続的に得ることができる。位相可変機構４２としては、油圧式、電磁式アクチュエータを利用したものなど、種々の構成が可能であるが、本実施形態では油圧式アクチュエータを用いることとする。

上述したように、図１２の可変動弁機構２１によれば、吸気弁３の開タイミング、閉タイミング、作動角を制御することができる。

次に、上記のような可変動弁機構２１を用いたカットインディレイ運転モード中の制御について説明する。

図１４は、コントローラ１７が実行するシリンダ４内のガス流動及び点火時期の制御ルーチンを示すフローチャートであり、第２実施形態の図１０に対応するものである。

図１４の図１０との相違点は、ステップＳ４０２、Ｓ４０５、Ｓ４１０、Ｓ４１２、Ｓ４１３である。以下、これらのステップについて説明する。

ステップＳ４０２で、コントローラ１７はスロットル開度ＴＶＯ及びエンジン回転数Ｎｅに基づいて基本吸気弁作動角ＩＶＥ０、基本吸気弁閉タイミングＩＶＣ０を算出する。基本吸気弁作動角ＩＶＥ０も、基本吸気弁閉タイミングＩＶＣ０と同様に、スロットル開度ＴＶＯとエンジン回転数Ｎｅに割り付けられたマップを検索することによって算出する。

ステップＳ４０５で、コントローラ１７は、点火時期ＡＤＶ、吸気弁作動角ＩＶＥ、及び吸気弁閉タイミングＩＶＣを式（１３）、（１４）、（１５）のように制御する。なお、ステップＳ３０５は、燃料カット非実行かつ燃料カット条件非成立の状態、つまり、通常運転モードで実行する。

ＡＤＶ＝ＡＤＶ０＋Ｌ ・・・（１３）

ＩＶＥ＝ＩＶＥ０ ・・・（１４）

ＩＶＣ＝ＩＶＣ０ ・・・（１５）

吸気弁作動角ＩＶＥは、値が大きいほど作動角が大きいことを示す。

ステップＳ４１０で、コントローラ１７は点火時期ＡＤＶ、吸気弁作動角ＩＶＥ及び吸気弁閉タイミングＩＶＣを式（１６）、（１７）、（１８）のように制御する。吸気弁閉タイミングＩＶＣは、ゼロのときが下死点を意味し、値が大きくなるほど下死点より遅角側になることを意味する。

ＡＤＶ＝ＡＤＶ０＋Ｌ ・・・（１６）

ＩＶＥ＝ＩＶＥ０−ｈＩＶＥ・・・（１７）

ＩＶＣ＝ＩＶＣ０−ａＩＶＣ・・・（１８）

式（１７）のｈＩＶＥは、吸気弁作動角減少補正量である。吸気弁作動角減少補正量ｈＩＶＥは固定値であってもよいし、エンジン回転数Ｎｅに応じて変化させるようにしてもよい。このように吸気弁作動角ＩＶＥを減少補正するのは、吸気弁閉タイミングＩＶＣを後述するように進角補正したときに、バルブーバーラップが過大になることを回避するためである。望ましくは、吸気弁開タイミングが排気弁閉タイミング以降となるように、つまりバルブオーバーラップが生じないようなｈＩＶＥを設定する。

式（１８）のａＩＶＣは、吸気弁閉タイミング進角補正量である。ａＩＶＣは固定値であってもよいし、エンジン回転数Ｎｅに応じて変化させるようにしてもよい。また、吸気弁閉タイミング進角補正量ａＩＶＣは正の値であって、ＩＶＣ０＜ａＩＶＣの関係が成立する。つまり、式（１８）によって吸気弁閉タイミングＩＶＣは負の値となるので、吸気弁は下死点より進角側の吸気行程中で閉弁することになる。

ステップＳ４１２で、コントローラ１７は点火時期ＡＤＶ、吸気弁作動角ＩＶＥ及び吸気弁閉タイミングＩＶＣを式（１９）、（２０）、（２１）のように制御する。

ＡＤＶ＝ＡＤＶ０＋Ｌ−ＲＴＤ・・・（１９）

ＩＶＥ＝ＩＶＥ０−ｈＩＶＥ・・・（２０）

ＩＶＣ＝ＩＶＣ０−ａＩＶＣ・・・（２１）

すなわち、吸気弁作動角ＩＶＥ及び吸気弁閉タイミングＩＶＣはステップＳ４１０と同様に制御し、点火時期ＡＤＶの遅角補正を開始する。

ステップＳ４１０、Ｓ４１２のように、吸気弁作動角ＩＶＥを小さくし、かつ吸気弁閉タイミングＩＶＣを進角させることで、シリンダ４内のガス流動の減衰開始タイミングが早まり、点火時期におけるシリンダ４内のガス流動が弱まる。すなわち、等吸入空気量の条件下で通常運転モードと同様の吸気弁作動角及び吸気弁閉タイミングにする場合よりも、シリンダ４内のガス流動が弱まる。上記のステップＳ４１０、Ｓ４１２がカットインディレイ運転モードでの制御である。

ステップＳ４１３は、燃料カット運転モード実行中の制御であり、コントローラ１７は点火をせず、吸気弁作動角ＩＶＥ及び吸気弁閉タイミングＩＶＣはそれぞれ基本吸気弁作動角ＩＶＥ０、基本吸気弁閉タイミングＩＶＣ０に制御する。

図１５（Ａ）は、図１４の制御によるカットインディレイ運転モードでのバルブタイミングを示している。吸気弁閉タイミングＩＶＣは吸気行程中になっている。また、作動角を減少補正することにより、吸気弁開タイミングは排気弁閉タイミングの後になっており、バルブオーバーラップが生じていない。すなわち、カットインディレイ運転モード実行中は、いわゆる早閉じミラーサイクルになっている。これにより、シリンダ４内のガス流動の減衰開始タイミングが早まり、点火時期におけるシリンダ４内のガス流動が弱くなる。その結果、第２実施形態と同様に、カットインディレエイ運転モード中の燃焼効率及び燃焼安定性の向上を図ることができる。

なお、ステップＳ４１０、Ｓ４１２において吸気弁作動角ＩＶＥを増大補正し、かつ吸気弁閉タイミングＩＶＣを遅角補正して、図１５（Ｂ）のような、いわゆる遅閉じミラーサイクルにしてもよい。この場合、第２実施形態と同様の作用により、シリンダ４内のガス流動が弱まる。

図１６は、本実施形態の制御を実行した場合のタイミングチャートである。図８、図１１と同様に、タイミングＴ１で燃料カット条件が成立し、タイミングＴ３で燃料カット移行トルク変化量ΔＴｑがトルクショック閾値ΔＴｑｔｈより小さくなり、タイミングＴ４で燃料カットリカバー条件が成立するものとする。

タイミングＴ１で、吸気弁作動角ＩＶＥの減少補正及び吸気弁閉タイミングＩＶＣの遅角補正を開始する。そして、タイミングＴ２になったら点火時期の遅角補正を開始する。つまり、シリンダ４内のガス流動が弱まってから点火時期の遅角補正を開始する。点火時期ＡＤＶの遅角補正については第１実施形態、第２実施形態と同様である。

タイミングＴ３になったら燃料カット運転モードへ移行する。そして、タイミングＴ４で燃料カットリカバー条件が成立したら通常運転モードへ移行する。

なお、燃料カット運転モード実行中の吸気弁作動角ＩＶＥ及び吸気弁閉タイミングＩＶＣが通常運転モードと異なるのは、通常運転モード実行中に比べてエンジン回転数Ｎｅが低下したことで、マップ検索により算出された値が異なるからである。

以上のように、本実施形態ではカットインディレイ運転モード実行中に吸気弁作動角を小さく、かつ吸気弁閉タイミングを吸気行程中にすることで、シリンダ４内のガス流動の減衰開始タイミングを早め、点火時期におけるガス流動を弱める。これにより、第１実施形態と同様に燃焼効率及び燃焼安定性の向上を図ることができる。

（第４実施形態）
図１７は、本実施形態を適用する内燃機関１の一例を示す図である。図３と同様にタンブルコントロールバルブ２０を備える構成であるが、燃料噴射弁７が吸気通路２の開口部の下方に配置されている点で図３とは異なる。また、コモンレール１４は、内圧を可変設定し得る機構を備える。すなわち、本実施形態では燃料噴射圧力を可変に制御し得る。

本実施形態では、タンブルコントロールバルブ２０は用いずに、燃料噴霧の運動量を利用して、カットインディレイ運転モードにおけるシリンダ４内のガス流動を弱める。

ここで、燃料噴霧がタンブル流動に与える影響について説明する。

図１８は燃料噴霧とタンブル流動の関係を示す図であり、図１８（Ａ）は基本燃料噴射タイミングの場合、図１８（Ｂ）は基本燃料噴射タイミングよりも進角したタイミングで噴射した場合である。なお、燃料噴射圧力は同じとする。また、「燃料噴射タイミング」とは、燃料噴射を開始するタイミングのことをいう。

燃料噴霧の進行方向がタンブル流動の回転を妨げる方向であれば、タンブル流動は減速し、燃料噴霧の進行方向がタンブル流動の回転を助長する方向であれば、タンブル流動は加速する。すなわち、図１８（Ａ）では、噴霧範囲Ａで燃料噴霧がタンブル流動を加速させ、噴霧範囲Ｂで燃料噴霧はタンブル流動を減速させる。

一方、図１８（Ｂ）では、燃料噴射タイミングを早めたことで、タンブル流動が図１８（Ａ）の場合に比べて扁平し、タンブル流動中心が図１８（Ａ）に比べてシリンダ４の上方向にずれている。その結果、燃料噴霧がタンブル流動を加速させる範囲が、減速させる範囲に比べて狭くなっている。すなわち、燃料噴射タイミングを進角させることで、燃料噴霧がタンブル流動を加速させる区間が短くなり、減速させる区間が長くなる。

なお、基本燃料噴射タイミングより遅角させた場合は、図１８（Ｂ）とは反対にタンブル流動中心がシリンダ４の下方向に移動し、燃料噴霧がタンブル流動を加速させる区間が減速させる区間より広くなる。

図１９は、タンブル流動の強さ（タンブル比）の履歴を、燃料噴射タイミングを変えて比較したものであり、縦軸はタンブル比、横軸はクランク角である。図中の破線Ｉは基本燃料噴射タイミングより進角させたタイミングで噴射した場合、破線ＩＩは同じく遅角させたタイミングで噴射した場合、実線ＩＩＩは比較例としての燃流噴射無しの場合である。また、クランク角Ｃ１は基本燃料噴射タイミングより進角させた燃料噴射タイミング、クランク角Ｃ２は基本燃料噴射タイミングより遅角させた燃料噴射タイミングである。なお、燃料噴射圧力はすべてのパターンで同じとする。

進角させた場合は、燃料噴射開始とともに燃料噴射無しの場合よりもタンブル比が低下している。これに対し、遅角させた場合は、燃料噴射開始とともに燃料噴射無しの場合よりタンブル比が増大していることがわかる。

上記のように、シリンダ４内に直接燃料を噴射する内燃機関１では、燃料噴射タイミングを進角させるほど、燃料噴霧の運動量によってシリンダ４内のガス流動が弱まるという特性がある。なお、燃料噴射圧力を高くするほど、燃料噴霧がガス流動に与える影響が大きくなるので、同じ燃料噴射タイミングであれば、燃料噴射圧力を高くするほど上記特性が顕著となる。

この特性を利用して、コントローラ１７はカットインディレイ運転モード実行中にシリンダ４内のガス流動を弱める。

図２０は、コントローラ１７が実行するシリンダ４内のガス流動燃料噴射タイミング、及び燃料噴射圧力の制御ルーチンを示すフローチャートである。

ステップＳ５００、Ｓ５０１、Ｓ５０３、Ｓ５０４は、図６のステップＳ２００、Ｓ２０１、Ｓ２０３、Ｓ２０４と同様なので説明を省略する。

なお、図２０には、図６のステップＳ２０６−Ｓ２０９に相当するステップがない。つまり、カットインディレイ運転モード開始からの経過時間に関する制御がない。これは、燃料噴射タイミングは点火時期と同様にほとんど遅れ時間なく変更可能だからである。このため、点火時期の補正と後述する燃料噴射タイミング及び燃料噴射圧力とが同じタイミングで開始することとなる。ただし、点火時期の補正開始を、燃料噴射タイミング等の補正よりも所定時間（例えば、数燃焼サイクル）だけ送らせて、シリンダ４内のガス流動を弱めてから点火時期の補正を開始するようにしてもよい。

ステップＳ５０２で、コントローラ１７は基本燃料噴射タイミングＩＴ０を算出する。基本燃料噴射タイミングＩＴ０は、スロットル開度ＴＶＯ及びエンジン回転数Ｎｅで割り付けたマップを検索することで算出する。

ステップＳ５０５で、コントローラ１７は点火時期ＡＤＶ、燃料噴射タイミングＩＴ、及び燃料噴射圧力Ｐを式（２２）、（２３）、（２４）のように制御する。なお、ステップＳ５０５を実行するのは通常運転モードである。

ＡＤＶ＝ＡＤＶ０＋Ｌ ・・・（２２）

ＩＴ＝ＩＴ０ ・・・（２３）

Ｐ＝Ｐ０ ・・・（２４）

燃料噴射タイミングＩＴは吸気行程中の値（クランク角）であり、この値が大きくなるほど遅角側であることを意味する。

燃料噴射圧力Ｐはコモンレール１４内の圧力であり、基本燃料噴射圧力Ｐ０は固定値である。

ステップＳ５０６で、コントローラ１７はエンジン回転数Ｎｅに基づいて点火時期遅角補正量ＲＴＤ、燃料噴射タイミング進角補正量ｈＩＴ、及び燃料噴射圧力増大補正量ｈＰを算出する。

燃料噴射タイミング進角補正量ｈＩＴは、エンジン回転数Ｎｅが低くなるほど、つまり内燃機関１のフリクションが小さくなるほど大きい値になる。一方、燃料噴射圧力増大補正量ｈＰは、エンジン回転数Ｎｅが低くなるほど、つまり内燃機関１のフリクションが小さくなるほど小さい値になる。

ステップＳ５０７で、コントローラ１７は点火時期ＡＤＶ、燃料噴射タイミングＩＴ、及び燃料噴射圧力Ｐを式（２５）、（２６）、（２７）のように制御する。ステップＳ５０７を実行するのは、カットインディレイ運転モードである。

ＡＤＶ＝ＡＤＶ０+Ｌ-ＲＴＤ ・・・（２５）

ＩＴ＝ＩＴ０-ｈＩＴ ・・・（２６）

Ｐ＝Ｐ０+ｈＰ ・・・（２７）

式（２６）により、燃料噴射タイミングＩＴは基本燃料噴射タイミングＩＴ０から進角する。これにより、上述したようにタンブル流動が弱くなる。また、式（２７）により燃料噴射圧力Ｐは基本燃料噴射圧力Ｐ０から増大する。これにより燃料噴霧の運動量が増大するので、燃料噴霧がタンブル流動を弱める効果がより大きくなる。

ステップＳ５０８は燃料カット運転モード実行中の制御であり、コントローラ１７は点火及び燃料噴射をせず、燃料噴射圧力Ｐを基本燃料噴射圧力Ｐ０に制御する。

図２１は、本実施形態の制御を実行した場合のタイミングチャートである。図８、図１１、図１６と同様に、タイミングＴ１で燃料カット条件が成立し、タイミングＴ３で燃料カット移行トルク変化量ΔＴｑがトルクショック閾値ΔＴｑｔｈより小さくなり、タイミングＴ４で燃料カットリカバー条件が成立するものとする。

タイミングＴ１で、点火時期の遅角補正、燃料噴射タイミングの進角補正、及び燃料噴射圧力の増大補正を開始する。これにより、カットインディレイ運転モード実行中のシリンダ４内のガス流動が弱まる。そして、タイミングＴ３で燃料カット運転モードへ移行する。

以上のように、本実施形態では、燃料噴霧の運動量を利用して、カットインディレイ運転モード中のシリンダ４内のガス流動を弱める。具体的には、カットインディレイ運転モード実行中に燃料噴射タイミングを進角させ、燃料噴射圧力を増大させる。これにより、第１実施形態と同様に燃焼効率及び燃焼安定性の向上を図ることができる。特に、燃料噴射タイミングは点火時期と同様にサイクル毎の変更が可能であり、制御性が高いので、本実施形態によればカットインディレイ運転モードにおける制御性をより高めることができる。

また、燃料噴射圧力を増大させることで、燃料噴霧の運動量が増大して燃料噴霧がガス流動に与える影響が大きくなるので、確実にガス流動を弱めることができる。

さらに、燃料噴射圧力をエンジン回転数Ｎｅの低下に伴って、つまり内燃機関１のフリクションの低下に伴って低下させるので、燃費性能と燃焼安定度を両立することができる。すなわち、要求吸入空気量が低下してシリンダ４内のガス流動の運動量が低下した場合に燃料噴射圧力を低下させるので、シリンダ４内のガス流動を弱めるための燃料噴射量を抑制することができる。

（第５実施形態）
本実施形態は、第４実施形態の燃料噴射を分割噴射に変更したものである。ここでは、パイロット噴射（１回目噴射）とメイン噴射（２回目噴射）の２回に分けて燃料を噴射するものとする。

図２２は、コントローラ１７が実行するシリンダ４内のガス流動燃料噴射タイミング、及び燃料噴射圧力の制御ルーチンを示すフローチャートである。図２０との相違点は、ステップＳ６０２、Ｓ６０５、Ｓ６０７、Ｓ６０８である。

ステップＳ６０２で、コントローラ１７はスロットル開度ＴＶＯ及びエンジン回転数Ｎｅに基づいて、パイロット噴射の基本燃料噴射タイミングＩＴ_１０、メイン噴射の基本燃料噴射タイミングＩＴ_２０を算出する。

ステップＳ６０５で、コントローラ１７は点火時期ＡＤＶ、燃料噴射タイミングＩＴ、及び燃料噴射圧力Ｐを式（２８）、（２９）、（３０）、（３１）のように制御する。なお、ステップＳ６０５を実行するのは通常運転モードである。

ＡＤＶ＝ＡＤＶ０＋Ｌ ・・・（２８）

ＩＴ_１＝ＩＴ_１０ ・・・（２９）

ＩＴ_２＝ＩＴ_２０ ・・・（３０）

Ｐ＝Ｐ０ ・・・（３１）

燃料噴射タイミングＩＴ_１、ＩＴ_２は吸気行程中の値（クランク角）であり、この値が大きくなるほど遅角側であることを意味する。

燃料噴射圧力Ｐはコモンレール１４内の圧力であり、基本燃料噴射圧力Ｐ０は固定値である。

ステップＳ６０６で、コントローラ１７はエンジン回転数Ｎｅに基づいて点火時期遅角補正量ＲＴＤ、燃料噴射タイミング進角補正量ｈＩＴ_１、及び燃料噴射圧力増大補正量ｈＰを算出する。

燃料噴射タイミング進角補正量ｈＩＴ_１は、エンジン回転数Ｎｅが低くなるほど、つまり内燃機関１のフリクションが小さくなるほど大きい値になる。一方、燃料噴射圧力増大補正量ｈＰは、エンジン回転数Ｎｅが低くなるほど、つまり内燃機関１のフリクションが小さくなるほど小さい値になる。

ステップＳ６０７で、コントローラ１７は点火時期ＡＤＶ、燃料噴射タイミングＩＴ_１、ＩＴ_２、及び燃料噴射圧力Ｐを式（３２）、（３３）、（３４）、（３５）のように制御する。ステップＳ６０７を実行するのは、カットインディレイ運転モードである。

ＡＤＶ＝ＡＤＶ０+Ｌ-ＲＴＤ ・・・（３２）

ＩＴ_１＝ＩＴ_１０-ｈＩＴ_１ ・・・（３３）

ＩＴ_２＝ＩＴ_２０ ・・・（３４）

Ｐ＝Ｐ０+ｈＰ ・・・（３５）

式（３３）により、パイロット噴射の燃料噴射タイミングＩＴ_１は基本燃料噴射タイミングＩＴ０から進角する。このようにパイロット噴射の燃料噴射タイミングＩＴ_１を進角させることで、燃料噴射全体の重心が進角し、上述したようにタンブル流動が弱くなる。

なお、燃料噴射全体の重心とは、いわゆる燃焼重心であり、当該サイクル中の燃焼による全熱発生量の５０％が発生する位置である。

また、式（３５）により燃料噴射圧力Ｐは基本燃料噴射圧力Ｐ０から増大する。これにより燃料噴霧の運動量が増大するので、燃料噴霧がタンブル流動を弱める効果がより大きくなる。

ステップＳ６０８は燃料カット運転モード実行中の制御であり、コントローラ１７は点火及び燃料噴射をせず、燃料噴射圧力Ｐを基本燃料噴射圧力Ｐ０に制御する。

以上のように、本実施形態では燃料噴射をパイロット噴射とメイン噴射を行なう分割噴射とし、カットインディレイ運転モード実行中は通常運転モードに比べてパイロット噴射の噴射タイミングを進角させる。これにより、第４実施形態と同様に、燃料噴霧の運動量を利用してタンブル流動を弱めることができる。

また、パイロット噴射の燃料噴射タイミングを進角させ、メイン噴射の燃料噴射タイミングは変化させないので、タンブル流動を弱める効果を得つつ、混合気の均質度の低下や壁流の増大を抑制することができる。

なお、上記説明では燃料噴射をパイロット噴射とメイン噴射の２段に分割したが、さらに多段化してもよい。その場合も、カットインディレイ運転モード実行中は燃料噴射の重心が進角するよう制御する。

なお、本発明は上記の実施の形態に限定されるわけではなく、特許請求の範囲に記載の技術的思想の範囲内で様々な変更を成し得ることは言うまでもない。

１ 内燃機関
２ 吸気通路
３ 吸気バルブ
４ シリンダ
５ ピストン
６ 点火プラグ
７ 燃料噴射弁
８ 排気バルブ
９ 排気通路
１０ 空燃比センサ
１１ 排気浄化触媒
１２ 吸気カムシャフト
１３ 排気カムシャフト
１４ コモンレール（可変燃圧機構）
１５ デリバリーパイプ
１６ 燃圧センサ
１７ コントローラ（燃料カット条件判定手段、運転モード切り換え手段、点火時期制御手段、筒内ガス流動制御手段
１８ 触媒温度センサ
１９ スワールコントロールバルブ（流動デバイス）
２０ タンブルコントロールバルブ（流動デバイス）
４４ リフト・作動角制御用モータ
４６ 位相制御用アクチュエータ

Claims (13)

1. 燃料カット条件が成立したか否かを判定する燃料カット条件判定手段と、
   前記燃料カット条件非成立時に実行する通常運転モード、前記燃料カット条件成立時に実行する燃料カット運転モード、または前記燃料カット条件成立後かつ前記燃料カット運転モード開始前に実行するカットインディレイ運転モードを切り換える運転モード切り換え手段と、
   運転モードに応じて点火時期を制御する点火時期制御手段と、
   運転モードに応じて筒内ガス流動の強さを制御する筒内ガス流動制御手段と、
   を備え、
   前記点火時期制御手段は、前記カットインディレイ運転モード実行時に、点火時期を基本点火時期より遅角させたカットインディレイ運転モード用点火時期に制御し、
   前記筒内ガス流動制御手段は、前記カットインディレイ運転モード用点火時期で前記カットインディレイ運転モードを実行する際の筒内ガス流動を、等吸入空気量条件での通常運転モードにおける筒内ガス流動よりも弱くする内燃機関の制御装置。
2. 請求項１に記載の内燃機関の制御装置において、
   前記運転モード切り換え手段が前記カットインディレイ運転モードに切り換えたら、前記筒内ガス流動制御手段が筒内流動を弱め、その後、前記点火時期制御手段が点火時期を基本点火時期から遅角させる内燃機関の制御装置。
3. 請求項１または２に記載の内燃機関の制御装置において、
   前記点火時期制御手段は、前記カットインディレイ運転モード用点火時期の前記基本点火時期に対する遅角量を、内燃機関のフリクションの低下に応じて増大させる内燃機関の制御装置。
4. 請求項１から３のいずれかに記載の内燃機関の制御装置において、
   吸気通路の一部を開閉することで筒内ガス流動の強さを変化させ得る流動デバイスをさらに備え、
   前記筒内ガス流動制御手段は、前記カットインディレイ運転モード実行時に前記通常運転モード実行時よりも前記流動デバイスの開口率を増大させる内燃機関の制御装置。
5. 請求項１から４のいずれかに記載の内燃機関の制御装置において、
   吸気弁のバルブタイミングを可変に制御し得る可変動弁機構をさらに備え、
   前記可変動弁機構は、前記カットインディレイ運転モード実行時に前記通常運転モード実行時よりも吸気弁閉タイミングを遅角させる内燃機関の制御装置。
6. 請求項１から４のいずれかに記載の内燃機関の制御装置において、
   吸気弁のバルブタイミング及び吸気作動角を可変に制御し得る可変動弁機構をさらに備え、
   前記可変動弁機構は、前記カットインディレイ運転モード実行時に前記通常運転モード実行時よりも吸気弁閉タイミングを進角させて、吸気下死点前に設定する内燃機関の制御装置。
7. 請求項６に記載の内燃機関の制御装置において、
   前記吸気弁閉タイミングが排気弁閉タイミングより後である内燃機関の制御装置。
8. 請求項１から７のいずれかに記載の内燃機関の制御装置において、
   燃焼室に直接燃料を噴射する筒内直接燃料噴射弁をさらに備え、
   前記筒内ガス流動制御手段は燃料噴霧の運動量を用いて筒内ガス流動を減衰させることによって筒内ガス流動を弱める内燃機関の制御装置。
9. 請求項８に記載の内燃機関の制御装置において、
   前記筒内ガス流動制御手段は、前記カットインディレイ運転モード実行時に前記通常運転モードよりも燃料噴射開始タイミングを早める内燃機関の制御装置。
10. 請求項８または９に記載の内燃機関の制御装置において、
    前記筒内ガス流動制御手段は、前記カットインディレイ運転モード実行時には燃料の分割噴射を実行し、燃料噴射分割量の重心を前記通常運転モード実行時よりも早期に設定する内燃機関の制御装置。
11. 請求項８から１０のいずれかに記載の内燃機関の制御装置において、
    燃料噴射圧力を可変に制御し得る可変燃圧機構をさらに備え、
    前記筒内ガス流動制御手段は、前記カットインディレイ運転モード実行時に前記通常運転モード実行時よりも燃料噴射圧力を高める内燃機関の制御装置。
12. 請求項８から１１のいずれかに記載の内燃機関の制御装置において、
    燃料噴射圧力を内燃機関のフリクションの低下に応じて低下させる内燃機関の制御装置。
13. 燃料カット条件が成立したか否かを判定し、
    前記燃料カット条件非成立時には通常運転モード、前記燃料カット条件成立時には燃料カット運転モード、前記通常運転モードから前記燃料カット運転モードへ移行する際にはカットインディレイ運転モードに切り換え、
    前記カットインディレイ運転モード実行時に、点火時期を基本点火時期より遅角させたカットインディレイ運転モード用点火時期に制御し、
    前記カットインディレイ運転モード用点火時期で前記カットインディレイ運転モード実行中における筒内ガス流動を、等吸入空気量条件での通常運転モードにおける筒内ガス流動よりも弱くする内燃機関の制御方法。

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