JP4311604B2

JP4311604B2 - 自己着火エンジンの制御装置

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Publication number: JP4311604B2
Application number: JP2001394568A
Authority: JP
Inventors: 章彦角方; 康治平谷; 淳寺地
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2001-12-26
Filing date: 2001-12-26
Publication date: 2009-08-12
Anticipated expiration: 2021-12-26
Also published as: JP2003193872A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、運転状態に応じて自己着火燃焼と火花点火燃焼とを切換えて運転を行う自己着火エンジンの制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の自己着火エンジンとしては、特開２０００−２２０４５８号公報に記載されているようなものがある。これは、運転状態に応じて、自己着火燃焼と火花点火燃焼とを切換えて運転を行うようにし、これら２つの燃焼方式を切換える際に、点火時期および吸気量を制御することにより、スムーズに燃焼方式の切換えを行い、低負荷領域における運転性を確保しつつ、燃費の向上を図ろうとしている。
【０００３】
しかしながら、ガソリンのような低セタン価燃料を使用した場合、自己着火燃焼を行うためには、圧縮比を大幅に高める必要があり、前記公報に開示されているような点火時期と吸気量の制御のみを行う場合、火花点火燃焼を行った場合の高負荷出力が制限され、特に全負荷時のノッキングによって最高出力が大幅に低下することが考えられる。一方、出力を確保しようとして、圧縮比を下げると、自己着火燃焼可能な領域が極低回転域に限定され、十分な燃費向上効果が得られないという問題が生じる。
【０００４】
上記問題を解決する手段の１つとして、自己着火燃焼時と火花点火燃焼時の圧縮比を変更する圧縮比可変手段を設け、安定した自己着火燃焼を行うために低負荷領域における自己着火燃焼時には圧縮比を高く設定し、高負荷領域における火花点火燃焼時にはノッキングを抑制するために圧縮比を低く設定することが考えられる。
【０００５】
圧縮比変更手段としては、例えば特開平１０−９００５号公報に開示されているものなどがある。特開平１０−９００５号公報では、バルブタイミング、圧縮比、吸気管圧力を制御することにより、加速および減速等の過渡時の応答性を向上することを目的としている。
しかしながら、特開平１０−９００５号公報においては、バルブタイミング、圧縮比、吸気管圧力の調整による吸入空気量および吸気抵抗の制御が目的であり、加減速時に必ずしも圧縮比の調整を必要としないため、自己着火燃焼と火花点火燃焼の２つの燃焼方式を切換える際の制御としては不十分であり、また、明らかに本発明とは趣意が異なる。
【０００６】
一般的に圧縮比を変更する手段を手段を講じる場合、その変更速度、つまり変更に要する時間がエンジンサイクルに比べて長く、圧縮比変更過程において変更前後の中間の圧縮比で燃焼が行われるサイクルが発生する。例えば、高圧縮比の自己着火燃焼から低圧縮比の火花点火燃焼への切換えを考えると、圧縮比切換え開始直後のサイクルにおいてはわずかに下がった圧縮比での燃焼サイクルとなり、自己着火燃焼が不安定となる一方、火花点火燃焼では激しいノッキングが生じることが懸念される。特に、圧縮比が低い場合の自己着火燃焼では失火が生じ易く、失火と燃焼がランダムに生じる。点火時期を遅らせてノッキングを防いでの火花点火燃焼が可能となっても、このような場合、点火による火花点火燃焼が生じるより自己着火燃焼開始が早く、自己着火燃焼が行われるか、自己着火燃焼が失火により行われないで火花点火燃焼が行われるか制御しきれない状況が生じることが考えられる。このような場合、たとえ燃料噴射量が同じであっても熱発生時期が大幅に異なることにより発生するトルクに差異が生じるため、運転性が悪化する。
【０００７】
したがって、圧縮比可変機構を有する自己着火エンジンにおいては、自己着火燃焼から火花点火燃焼への燃焼方式切換え時に、早急に、自己着火燃焼が生じないようにし、安定的に火花点火燃焼を行えるような手段を講じる必要がある。
また、自己着火燃焼が生じない圧縮比に低下した後においても、ノッキングを回避しつつ、熱効率をできる限り低下させることなく、安定した火花点火燃焼を行うよう制御する必要がある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記の実状に鑑み、低燃費と低排気である自己着火燃焼可能な運転領域を広くするために、圧縮比を可変とし、高圧縮比にて自己着火燃焼を幅広い範囲で実現し、圧縮比を自己着火燃焼時よりも低下させて火花点火燃焼を行うことで高出力を得るような自己着火エンジンにおいて、自己着火燃焼と火花点火燃焼を運転条件に応じて切換える際の過渡時にスムーズに燃焼方式の切換えを行うようにすること、特に、自己着火燃焼から火花点火燃焼への燃焼方式切換え時に、早急に、自己着火燃焼が生じないようにし、安定的に火花点火燃焼を行えるようにすることを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項１の発明では、吸気弁のバルブリフト特性を変更する可変動弁機構と、圧縮比を変更する可変圧縮比機構とを備え、自己着火燃焼形態による運転を行うときに高圧縮比とし、火花点火燃焼形態による運転を行うときに低圧縮比とする自己着火エンジンの制御装置において、前記可変圧縮比機構の状態が自己着火燃焼形態用の高圧縮比状態から火花点火燃焼形態用の低圧縮比状態へ向けて変化している圧縮比切換え過程の中間の圧縮比のときに、実圧縮比が前記低圧縮比状態へ到達するまでの間、前記可変圧縮比機構における圧縮比の変更の遅れを補償するように、前記可変動弁機構を制御して、吸気弁閉時期を、火花点火燃焼用の吸気弁閉時期に対し有効圧縮比低下方向へ、実圧縮比が前記低圧縮比状態に近づくに従って小さくなる補正量で補正することを特徴とする。
【００１０】
請求項２の発明では、前記可変圧縮比機構の状態変化が始まるのと同時に吸気弁閉時期の補正を開始することを特徴とする。
請求項３の発明では、前記圧縮比切換え過程において、吸気弁閉時期を有効圧縮比低下方向へ補正すると共に、点火時期をノッキング回避方向である遅角側へ補正することを特徴とする。
【００１１】
請求項４の発明では、前記圧縮比切換え過程において、圧縮比が高いほど、点火時期の遅角量を大きくすることを特徴とする。
請求項５の発明では、前記圧縮比切換え過程において、吸気弁閉時期を有効圧縮比低下方向へ補正すると共に、燃料噴射量を吸気弁閉時期の補正によるトルク低下を防止する方向に増量補正することを特徴とする。
請求項６の発明では、前記圧縮比切換え過程において、吸気弁閉時期を有効圧縮比低下方向へ補正すると共に、スロットル弁を所定量閉じることを特徴とする。
【００１２】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、自己着火燃焼から火花点火燃焼への切換えに際し、高圧縮比状態から低圧縮比状態へ圧縮比切換え過程において、可変動弁機構を制御して吸気弁閉時期を有効圧縮比低下方向へ補正することにより、切換え過程の中間の圧縮比において、有効圧縮比を低下させることで、速やかに自己着火燃焼を終了させることが可能となり、火花点火燃焼ヘスムーズに移行することが可能となる。
また、火花点火燃焼形態用の低圧縮比状態へ近づくほど吸気弁閉時期の補正量を小さくするよう、圧縮比に応じて吸気弁閉時期を最適に設定することで、大幅な吸気弁閉時期の補正による燃焼悪化を防ぎ、かつ熱効率を大幅に悪化させることなく運転することができる。
【００１３】
請求項２の発明によれば、可変圧縮比機構の状態変化が始まるのと同時に吸気弁閉時期の補正を開始することで、切換え過程の中間の圧縮比において、速やかに自己着火燃焼からノッキングを回避した火花点火燃焼へ移行することで、燃焼方式切換え時の運転性の悪化を防ぐことが可能となる。
【００１４】
請求項３の発明によれば、圧縮比切換え過程において、吸気弁閉時期を補正すると共に、点火時期を遅角するようにしたため、切換え過程の中間の圧縮比において、ノッキングを確実に回避することが可能となる。
請求項４の発明によれば、圧縮比切換え過程において、吸気弁閉時期を補正すると共に、点火時期を遅角し、その点火時期の遅角量を圧縮比が高いほど大きくするようにしたため、切換え過程の中間の圧縮比において、ノッキングを確実に回避することが可能となり、かつ、必要以上の点火遅角による燃焼不安定、熱効率低下を防ぐことが可能となる。
【００１５】
請求項５の発明によれば、圧縮比切換え過程において、吸気弁閉時期を補正すると共に、燃料噴射量を増量するようにしたため、実圧縮比低下による出力低下を防ぐことが可能となり、運転性を悪化させることなく燃焼方式の切換えが可能となる。
請求項６の発明によれば、圧縮比切換え過程において、吸気弁閉時期を補正すると共に、スロットル弁を所定量閉じるようにしたため、より速やかに自己着火燃焼を終了させることが可能となり、かつ、自己着火燃焼時の希薄な空燃比に対して可燃空燃比の混合気を速やかに供給することで火花点火燃焼によるより安定した燃焼を行えるようになる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明の第１実施形態を示す自己着火エンジンのシステム図である。
吸気系には、スロットル弁１、コレクタ２、更に吸気ポート３に燃料噴射弁４を備え、吸入空気と噴射燃料との混合気が吸気弁５を介して燃焼室６内に吸入される。ここでは吸気ポート噴射式エンジンについて示したが、筒内直接噴射式エンジンであってもよい。
【００１７】
燃焼室６内の混合気は、ピストン７により圧縮され、圧縮自己着火、若しくは点火プラグ８による火花点火により燃焼し、燃焼後の排気は排気弁９より排出される。
ここにおいて、自己着火燃焼による低燃費・低排気と、火花点火燃焼による高出力とを両立するために、圧縮比を変更可能な可変圧縮比機構１０と、吸気弁５及び排気弁９に対する可変動弁機構１１、１２とが備えられる。
【００１８】
可変圧縮比機構１０としては、複リンク式ピストン−クランク機構を用いてピストンストロークを変更するもの（特願２０００−７１３８１号等で提案済み）、ピストンピンとピストンとの相対位置を変更するもの、シリンダヘッドとシリンダブロックとの相対位置を変更するもの等を使用することができる。
可変動弁機構１１、１２としては、少なくとも吸気弁閉時期を変更可能であればよく、クランクシャフトとカムシャフトとの位相を変更する機構を用いて、図２（ａ）のようにバルブタイミング（リフト中心位相）を変更するものや、クランクシャフトと同期して回転するバルブ駆動軸の回転運動を複数のリンクによってバルブに伝える機構を用いて、図２（ｂ）のように作動角とリフト量を変更するもの等を用いることができる。
【００１９】
エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）１３は、クランク角センサ（エンジン回転速度センサ）１４、アクセル開度センサ１５などからの情報に基づいて、燃焼方式、圧縮比、バルブタイミング（特に吸気弁閉時期）、燃料噴射量、スロットル開度、点火時期等を設定・制御する。
燃焼方式および圧縮比のエンジン回転−負荷マップを図３に示す。
【００２０】
低回転・低負荷領域においては、例えば圧縮比１８程度の高圧縮比に設定して自己着火燃焼を行い、高回転・高負荷領域においては、例えば圧縮比１１程度の低圧縮比に設定して火花点火燃焼を行う。
高回転領域においては、実時間に対するクランク角度変化が大きくなり、基本的に実時間に支配される化学反応によって引き起こされる圧縮自己着火では燃焼に要するクランク角度が大きくなるために圧縮上死点前後での燃焼開始から筒内全体での燃焼に至る前にピストンが下降することで消炎し、燃焼が完全に行われなくなり、また、高負荷領域においては、燃料噴射量が増大するために圧縮自己着火の燃焼開始が相対的に早まり、燃焼圧力がピストンの圧縮との相乗作用により大幅に大きくなり燃焼騒音増大を引き起こすため、自己着火燃焼領域は低回転・低負荷領域に限定されるため、最大出力、燃焼騒音等を考慮すると、全運転領域を自己着火燃焼で運転することは事実上難しいのである。
【００２１】
このように運転状態に応じて、高圧縮比での自己着火燃焼と、低圧縮比での火花点火燃焼とを切換えるのであるが、このような燃焼方式の切換え時、特に高圧縮比での自己着火燃焼から低圧縮比での火花点火燃焼に切換える際、圧縮比の変更には時間を要することから、この切換え過程での勝手に自己着火燃焼が起こるのを防止し、安定的な火花点火燃焼を行わせる必要がある。このため、本発明では、切換え過程において吸気弁閉時期を制御する。
【００２２】
以下、かかる制御について説明する。
図４は第１実施形態での制御のフローチャートであり、この制御はＥＣＵ内で所定時間（例えば１０ｍｓ）毎に実行される。
Ｓ１では、エンジン回転速度センサの出力信号からエンジン回転速度Ｎｅを、アクセル開度センサの出力信号からアクセル開度ＡＰＯを、それぞれ読込む。
【００２３】
Ｓ２では、可変圧縮比機構が備える圧縮比センサの出力信号から実圧縮比ｒεを、可変動弁機構が備える動弁センサの出力信号から実吸気弁閉時期ｒＩＶＣを、それぞれ読込む。圧縮比センサは、可変圧縮比機構が備えるアクチュエータの作動位置を検出するポテンショメータであり、アクチュエータの作動位置から現在の圧縮比（＝吸気下死点における筒内容積／圧縮上死点における筒内容積）を検出するものである。また、動弁センサは、可変動弁機構が備えるアクチュエータの作動位置を検出するポテンショメータであり、アクチュエータの作動位置から現在の吸気弁閉時期を検出するものである。尚、ｒＩＶＣの値は吸気下死点から吸気弁閉時期までのクランク角度を示す。本実施形態における吸気弁閉時期は全て同様に定義されるものとする。
【００２４】
Ｓ３では、Ｓ１で読込んだエンジン回転速度Ｎｅとアクセル開度ＡＰＯとに基づいて、図３のエンジン回転−負荷マップを参照し、現在の運転条件が自己着火燃焼領域にあるか否かを判断する。
現在の運転条件が自己着火燃焼領域にある場合はＳ４へ進み、目標吸気弁閉時期ｔＩＶＣを自己着火燃焼用の吸気弁閉時期ＩＶＣｓｅとする。ＩＶＣｓｅは予め決定された単一の値であってもよいし、エンジン回転速度Ｎｅとアクセル開度ＡＰＯとに基づいて自己着火燃焼用に用意した制御マップから最適な値を読出すようにしてもよい。
【００２５】
Ｓ３の判断で自己着火燃焼領域にない場合（運転条件が火花点火燃焼領域ある場合）はＳ５へ進み、Ｓ２で読込んだ実圧縮比ｒεと火花点火燃焼用の圧縮比εＬとの偏差ｄε＝ｒε−εＬを算出する。εＬは低圧縮比（例えば１１程度）を示す値である。
Ｓ６では、偏差ｄεが所定値ａより小さいか否かを判断する。所定値ａは０に近い値である。偏差ｄεが所定値ａより小さい場合、すなわち、実圧縮比ｒεが火花点火燃焼用の圧縮比εＬとなっている場合はＳ７へ進み、目標吸気弁閉時期ｔＩＶＣを火花点火燃焼用の吸気弁閉時期ＩＶＣｓｐとする。ＩＶＣｓｐは単一の値であってもよいし、エンジン回転速度Ｎｅとアクセル開度ＡＰＯとに基づいて火花点火燃焼用に用意した制御マップから読出すようにしてもよい。
【００２６】
Ｓ６の判断で偏差ｄεが所定値ａより小さくない場合はＳ８へ進み、吸気弁閉時期の遅角補正量ｃＩＶＣを算出する。具体的には、圧縮比の偏差ｄεに係数ｋを乗じたものを遅角補正量ｃＩＶＣ＝ｋ×ｄεとする。
Ｓ９では、火花点火燃焼用の吸気弁閉時期１ＶＣｓｐを遅角補正量ｃＩＶＣで補正し、目標吸気弁閉時期ｔＩＶＣを算出する。ここでは、ＩＶＣｓｐにｃＩＶＣを加算して、ｔＩＶＣ＝ＩＶＣｓｐ＋ｃＩＶＣを算出しているが、これは吸気弁閉時期を吸気下死点から吸気弁閉時期までのクランク角度で表すようにしているためである。
【００２７】
Ｓ１０では、Ｓ４、Ｓ７、Ｓ９のいずれかで算出した目標吸気弁閉時期ｔＩＶＣと、Ｓ２で読込んだ実吸気弁閉時期ｒＩＶＣとに基づいて、可変動弁機構のアクチュエータに対する制御指令値を算出する。例えば、目標吸気弁閉時期ｔＩＶＣと実吸気弁閉時期ｒＩＶＣとの偏差に所定の制御ゲインを乗じて制御指令値を算出する。
【００２８】
図５は第１実施形態による制御の様子を示すタイムチャートであり、時刻ｔ０において運転条件が自己着火燃焼領域から火花点火燃焼領域へ移行した場合を示している。
図５の下側に破線で示される目標圧縮比ｔεは、時刻ｔ０において自己着火燃焼形態用のεＨ（高圧縮比）から火花点火燃焼用のεＬ（低圧縮比）へとステップ的に変更され、これと同時に実圧縮比ｒεもεＬへ向けて変化し始めるが、可変圧縮比機構の制御応答速度は余り大きくないので、実圧縮比ｒεがεＬへ到達するまでにはある程度の時間（ｔ１−ｔ０）が必要となる。尚、可変圧縮比機構は大きな燃焼圧を受けつつ運動する主運動系の諸元を変更したりエンジン自体の全高を変更したりする機構となり、この機構に高い制御応答速度を持たせるのは困難である。
【００２９】
時刻ｔ０以降は、制御上は火花点火燃焼であるが、ｔ０直後の数燃焼は高い実圧縮比ｒεによって意図しない自己着火燃焼が生じる可能性があり、運転性が悪化する。特に、本来火花点火燃焼を行うべき運転領域で自己着火燃焼が発生すると、筒内の圧力上昇率が過剰に高くなることで、大きな燃焼騒音が発生する問題がある。
【００３０】
そこで、実圧縮比ｒεがεＬへ到達するまでの間、吸気弁閉時期ＩＶＣを遅角補正することによって、有効圧縮比（＝吸気弁閉時期における筒内容積／圧縮上死点における筒内容積）を速やかに低下させ、意図しない自己着火燃焼が生じるのを防止する。この遅角補正は、ｔ０直後の数燃焼に対して効果を発揮するものでないと意味がないので、自己着火燃焼領域から火花点火燃焼領域への領域移行と同時に、すなわち実圧縮比ｒεがεＬへ向けて変化し始めるのと同時に開始することが望ましい。
【００３１】
本実施形態では、遅角補正量ｃＩＶＣを実圧縮比ｒεと火花点火燃焼用の圧縮比εＬとの偏差ｄεに応じて算出している。このため、遅角補正量ｃＩＶＣは時刻ｔ０において最大となり、実圧縮比ｒεがεＬに近づくに従って小さくなる。これにより、有効圧縮比はほぼ一定となり、火花点火燃焼においてノッキングが発生したり燃焼が不安定になったりすることがない。
【００３２】
尚、可変動弁機構の制御応答速度を高めることは可変圧縮比機構の制御応答速度を高めるよりも比較的容易であり、単にフィードバック制御（目標吸気弁閉時期ｔＩＶＣと実吸気弁閉時期ｒＩＶＣとの偏差に応じて指令値を算出）を行うだけでも有効圧縮比を速やかに低下させることが可能であるが、領域移行直後の自己着火燃焼をより確実に防止したい場合は、指令値に可変動弁機構の制御応答遅れを見込んだ進み処理を施したり、実吸気弁閉時期ｒＩＶＣが目標吸気弁閉時期ｔＩＶＣに到達するまでは機構上の最大速度で遅角補正が行われるようアクチュエータに特別な指令を送ったりすることも考えられる。
【００３３】
次に本発明の第２実施形態について説明する。システム構成は第１実施形態と同じであり、制御のみが異なる。
図６は第２実施形態での制御のフローチャートである。
まず、アクセル開度センサからの信号に基づいて、過渡運転か否かを判断する（Ｓ１０１）。具体的には、アクセル開度の変化量の絶対値｜ΔＡＰＯ｜が所定値未満の場合は定常運転であるとみなし、所定値以上の場合に過渡運転とみなす。定常運転とみなした場合は、燃焼方式切換え制御は終了し、定常運転時の要求負荷に応じたパラメータ設定を行う。
【００３４】
過渡運転とみなした場合は、そのときのアクセル開度ＡＰＯに基づいて要求負荷を計算する（Ｓ１０２）。その結果、現状のエンジン回転速度および負荷から燃焼方式の切換えが必要か否かを判断する（Ｓ１０３）。燃焼方式切換えが不要な場合は、燃焼方式切換え制御は終了し、定常運転時の要求負荷に応じたパラメータ設定を行う。
【００３５】
燃焼方式切換えが必要な場合は、まず、ΔＡＰＯの符号から、又は、制御開始時の燃焼方式フラグから、加速か減速かを判断する（Ｓ１０４）。
加速の場合、すなわち、自己着火燃焼（ＣＩ）から火花点火燃焼（ＳＩ）へ切換える場合は、圧縮比εを低下させるよう制御する（Ｓ１０５）。それと同時に、圧縮比εが火花点火燃焼用の低圧縮比εＬに達するまで（Ｓ１０６）、吸気弁閉時期、スロットル開度、点火時期、燃料噴射量を所定の値に設定・変更する（Ｓ１０８〜Ｓ１１１）。
【００３６】
図７に各パラメータの制御方法の模式図を示す。圧縮比は燃焼方式切換えによって、圧縮自己着火燃焼の高圧縮比から火花点火燃焼用の低圧縮比へと変化させる。その際、その変化が瞬時に行えないため、変化の過程においては中間の圧縮比での燃焼が行われることになる。圧縮比が低下を開始するのと同時に可変動弁機構によりバルブタイミングをすぐさま変化させ、吸気弁閉時期を遅らせる。吸気弁閉時期の変化のためのバルブタイミング変更は図２に示す２つの方法どちらでも構わない。吸気弁閉時期だけではノッキングを回避し、かつ十分なトルクを得ることが難しいことが考えられ、点火時期を所定量遅角する。図７に示した点火時期の遅角量は圧縮比が火花点火燃焼用の低圧縮比である場合の最適点火時期に対する遅角量である。
【００３７】
さらにスロットル開度を自己着火燃焼時に対して閉じるよう制御する。自己着火燃焼は希薄な混合気濃度においても可能であり、低燃費、低排気を達成するためには希薄混合気にて燃焼が行われる。そこで、燃焼方式切換え時に速やかに火花点火燃焼を安定的に行うためには、要求負荷に応じた燃料噴射量において可燃空燃比の混合気を供給するためのスロットル開度に調整する必要がある。スロットル開度を閉じることで、速やかに筒内圧力を低下させ、自己着火燃焼から圧縮比を低下させた直後に速やかに自己着火燃焼を終了させる作用も得ることができる。
【００３８】
一方、吸気弁閉時期を遅らせ、かつ点火時期を遅角するために、燃焼方式切換え時のトルク低下が起こるため、吸気弁閉時期の遅角および点火時期の遅角と同時に燃料増量を行いトルク低下を防ぐよう燃料噴射量を設定する。
その後、圧縮比の低下と共に、吸気弁閉時期を徐々に早め、点火時期の遅角量を小さくし、スロットル開度を閉じていく。それと同時に燃料の増量程度を緩和し、圧縮比が所定値に達すると、燃焼方式切換え制御を終了し、要求負荷に応じたパラメータの設定を行う通常の火花点火燃焼用の制御を行う。
【００３９】
過渡判定および加減速の判定の結果、減速と判定された場合、すなわち、火花点火燃焼（ＳＩ）から自己着火燃焼（ＣＩ）へ切換える場合は、圧縮比εを高めるよう制御すると共に（Ｓ１１２）、圧縮比εが自己着火燃焼用の高圧縮比εＨに達するまで（Ｓ１１３）、吸気弁閉時期、スロットル開度、点火時期、燃料噴射量を、図７に示した加速の場合と同様の手順で逆方向に制御する（Ｓ１１５〜Ｓ１１８）。
【００４０】
尚、上記第２実施形態の各パラメータの制御は圧縮比可変機構が瞬時に行われない場合で、かつ可変動弁機構は例えば電磁動弁を使用した場合のように瞬時に切換わる場合である。
機械的にバルブタイミングを変更するような場合でも、一般的に圧縮比変更機構に比べ可変動弁機構の方が高速で切換え可能であるが、バルブタイミングも瞬時には切換わらないことが考えられる。このような場合の制御方法として、図８のフローチャートおよび図９のタイムチャートに示す第３実施形態のようなものが考えられる。
【００４１】
第３実施形態における制御パラメータおよびその制御の方向は第２実施形態と同様であるが、圧縮比切換え過程中のバルブタイミング変更過程における制御が第２実施形態に対して追加される。
具体的には、加速の場合、すなわち、自己着火燃焼（ＣＩ）から火花点火燃焼（ＳＩ）へ切換えに際し、圧縮比εを低下させると共に（Ｓ１０５）、圧縮比εが火花点火燃焼用の低圧縮比εＬに達するまで（Ｓ１０６）、吸気弁閉時期、スロットル開度、点火時期、燃料噴射量を所定の値に設定・変更するが（Ｓ１０８〜Ｓ１１１）、その前にＳ１０７のステップが追加され、圧縮比εが自己着火燃焼が起こらない圧縮比εｃまで低下したか否かで、設定・変更の程度を変更する。減速の場合も同様のステップＳ１１４が追加されている。
【００４２】
つまり、可変動弁機構は燃焼方式切換え、つまり圧縮比変更と同時にできるだけ早く吸気弁閉時期を遅らせ、自己着火燃焼が起こらない圧縮比εｃまで低下するまでの間（Ｔｃ）、吸気弁閉時期を遅らせる。また、バルブタイミング変更中（Ｔｃ）はスロットル開度を第２実施形態に比べても大きく閉じるように設定し、点火時期の遅角は火花点火燃焼のノッキングが生じないよう大きく遅角させる。さらにトルクの低下が引き起こされるため、燃料噴射量の増量を行う。燃料噴射量の増量は期間ＴｃにおいてＴｃ以外の圧縮比変更中よりも多くする。
【００４３】
上記のような制御を行うことで、たとえバルブタイミング変更が瞬時に行えない場合でも自己着火燃焼とその失火がランダムに行われることによる運転性の悪化、火花点火燃焼によるノッキングを回避しつつ、燃焼方式の切換えを行うことが可能となり、最適な燃焼方式の選択・切換えにより低燃費・低排気と高出力とを両立することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態を示す自己着火エンジンのシステム図
【図２】バルブタイミング（吸気弁閉時期）の制御方法を示す図
【図３】燃焼方式および圧縮比のエンジン回転−負荷マップを示す図
【図４】第１実施形態での制御のフローチャート
【図５】第１実施形態でのタイムチャート
【図６】第２実施形態での制御のフローチャート
【図７】第２実施形態でのタイムチャート
【図８】第３実施形態での制御のフローチャート
【図９】第３実施形態でのタイムチャート
【符号の説明】
１スロットル弁
４燃料噴射弁
５吸気弁
６燃焼室
７ピストン
８点火プラグ
９排気弁
１０圧縮比可変機構
１１，１２可変動弁機構
１３ＥＣＵ
１４エンジン回転速度センサ
１５アクセル開度センサ

Claims

吸気弁のバルブリフト特性を変更する可変動弁機構と、圧縮比を変更する可変圧縮比機構とを備え、自己着火燃焼形態による運転を行うときに高圧縮比とし、火花点火燃焼形態による運転を行うときに低圧縮比とする自己着火エンジンの制御装置において、
前記可変圧縮比機構の状態が自己着火燃焼形態用の高圧縮比状態から火花点火燃焼形態用の低圧縮比状態へ向けて変化している圧縮比切換え過程の中間の圧縮比のときに、
実圧縮比が前記低圧縮比状態へ到達するまでの間、前記可変圧縮比機構における圧縮比の変更の遅れを補償するように、前記可変動弁機構を制御して、吸気弁閉時期を、火花点火燃焼用の吸気弁閉時期に対し有効圧縮比低下方向へ、実圧縮比が前記低圧縮比状態に近づくに従って小さくなる補正量で補正することを特徴とする自己着火エンジンの制御装置。
前記可変圧縮比機構の状態変化が始まるのと同時に吸気弁閉時期の補正を開始することを特徴とする請求項１記載の自己着火エンジンの制御装置。
前記圧縮比切換え過程において、吸気弁閉時期を有効圧縮比低下方向へ補正すると共に、点火時期をノッキング回避方向である遅角側へ補正することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の自己着火エンジンの制御装置。
前記圧縮比切換え過程において、圧縮比が高いほど、点火時期の遅角量を大きくすることを特徴とする請求項３記載の自己着火エンジンの制御装置。
前記圧縮比切換え過程において、吸気弁閉時期を有効圧縮比低下方向へ補正すると共に、燃料噴射量を吸気弁閉時期の補正によるトルク低下を防止する方向に増量補正することを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載の自己着火エンジンの制御装置。
前記圧縮比切換え過程において、吸気弁閉時期を有効圧縮比低下方向へ補正すると共に、スロットル弁を所定量閉じることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１つに記載の自己着火エンジンの制御装置。