JP5087569B2 - 圧縮自己着火式内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、圧縮自己着火式内燃機関の制御装置に係り、特に、火花点火燃焼と圧縮自己着火燃焼との燃焼モードの切替に好適な圧縮自己着火式内燃機関の制御装置に関する。

自動車等に使用される内燃機関（エンジン）において、燃費性能の向上と排気性能との向上を両立するものとして、混合気を圧縮して自己着火燃焼（圧縮自己着火式燃焼）させる圧縮自己着火式ガソリンエンジン（以下、圧縮自己着火エンジン）が注目されている。圧縮自己着火エンジンは、点火プラグの火花で混合気を着火、燃焼させる火花点火燃焼に比べて、高圧縮比による高効率化、ポンプ損失低減、および急速燃焼による冷却損失の低減などによって燃料消費量を低減し、また、混合気の低温燃焼によって排出ガス中のＮＯｘ濃度を低減するため、燃費性能と排気性能の両立が実現可能である。

圧縮自己着火燃焼を実現する手段の１つとして、ＥＧＲの導入が挙げられる。火花点火燃焼は空燃比が比較的リッチ側であり、ＥＧＲ率が比較的低い領域にて実施可能であるのに対して、上記手段を適用した場合の圧縮自己着火燃焼は、空燃比が比較的リーンであり、内部ＥＧＲ率が比較的高い領域で実施可能である。また、それぞれの領域間にはどちらの燃焼も不安定となる燃焼不安定領域が存在する。なお、ＥＧＲの導入方法としては、排気行程において吸気バルブおよび排気バルブの双方が閉じている期間である負のオーバーラップ期間を設けることでシリンダ内に排出ガスを残留させる方法（内部ＥＧＲ）、または、吸気バルブ上流に排気管からのバイパスを設けることで新気と一緒に排出ガスを吸入する方法（外部ＥＧＲ）、または、吸気行程にて排気バルブを開くことで排出ガスを再吸入する方法（排気再吸入）が用いられる。

上記のような圧縮自己着火燃焼の方法を適用した場合、シリンダ内に大量の排出ガスを導入することから、新気量が限られるため、過給しない場合には発生可能なエンジントルクが低負荷側に限られる。また、吸気、圧縮、膨張、排出といった行程の中で、燃料が化学反応する有限の時間を確保する必要があることから、エンジン回転速度も低回転速度側に限られることが知られている。

そのため、圧縮自己着火エンジンを自動車に適用する際には、火花点火燃焼と圧縮自己着火燃焼の双方を実施し、それらの燃焼を燃焼トルクマップに基づいて切替えることでドライバが要求するエンジントルクを実現する制御装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００７−７７９１９号公報

上記の技術によれば、トルク変動の発生を抑制しつつ、燃焼切替が可能である。しかし、運転者から、アクセルペダルの操作等によりトルクの変更要求があり、かつ変更後のトルクが圧縮自己着火燃焼で発生させることが出来ない要求トルクである場合に、トルク変更要求後、直ぐに、特許文献１に記載の制御を行うと、燃焼切替えが完了した後に、トルクの変更を開始するため、トルクの応答が遅れ、ドライバビリティが悪化する問題があった。

本発明は、上記する問題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、圧縮自己着火燃焼モードで運転中、圧縮自己着火燃焼モードで運転できないトルクを運転者が要求してきた場合であっても、トルクの変更を要求した直後から加速感が得られるため、ドライバビリティが向上させることができる圧縮自己着火式内燃機関の制御装置を提供することにある。

本発明の目的は、圧縮自己着火燃焼運転中に、圧縮自己着火燃焼領域を超えるトルクが要求された際に、トルク応答性を悪化させること無く燃焼形態の切替えを実施することである。

本願の発明に係る内燃機関の制御装置は、点火装置を用いて混合気を火花点火する火花点火の燃焼モードと、ピストン圧縮によって混合気を自己着火させる圧縮自己着火の燃焼モードと、を切替えて、切替えられた前記燃焼モードに応じた燃焼制御を行う内燃機関の制御装置であって、前記制御装置は、実エンジントルクを検出する実トルク検出手段と、アクセル開度に基づいて要求エンジントルクを演算する要求トルク演算手段と、前記火花点火燃焼モードにより燃焼制御を行う火花点火燃焼モード領域と、前記圧縮自己着火燃焼モードにより燃焼制御を行う圧縮自己着火燃焼モード領域とを、エンジントルクに応じて設定する燃焼領域設定手段と、前記要求エンジントルクに基づいて、前記火花点火燃焼モードと、前記圧縮自己着火燃焼モードと、の切替えの判定を行う燃焼モード切替判定手段と、該判定の結果に基づいて、前記燃焼モードを切替えて、前記実エンジントルクが前記要求エンジントルクとなるように前記燃焼制御を行う燃焼制御手段と、を備え、該燃焼モード切替判定手段は、前記圧縮自己着火燃焼モードの燃焼制御中に、前記要求エンジントルクが、前記火花点火モード領域内のエンジントルクになった要求タイミングで、前記火花点火燃焼モードへの切替えを判定し、前記圧縮自己着火燃焼モード領域内の最大エンジントルクを上限とし、前記要求タイミングの実エンジントルクを下限とする範囲内に目標中間トルクを設定し、前記燃焼制御手段は、前記実エンジントルクが前記目標中間トルクとなるように、前記圧縮自己着火燃焼モードの燃焼制御を行い、前記実エンジントルクが前記目標中間トルクに到達後、前記圧縮自己着火燃焼モードから前記火花点火燃焼モードへの切替えを開始することを特徴とする。

本発明よれば、圧縮自己着火燃焼モードで運転中（燃焼制御中）に、火花点火燃焼モード領域に位置するトルクが、ドライバから内燃機関へ要求された際に、要求トルクが要求された要求タイミングで、圧縮自己着火燃焼モード領域の最大トルクを上限とし、要求タイミングにおける実エンジトルクを下限とする範囲内の中間トルクを設定し、圧縮自己着火燃焼モードを維持しつつ中間トルクを発生させた後、火花点火燃焼モードへの切替えを開始する。これにより、要求エンジントルク変更から加速開始までの応答遅れを無くし、ドライバビリティを向上させることができる。そして、火花点火燃焼モードへの切替えを開始してから所定の時間の間、圧縮自己着火燃焼と火花点火燃焼とが混在した混在燃焼状態で、所定の範囲内でトルクを変化させた後、火花点火燃焼モードで要求トルクとなるように制御を行うことができる。

本願の発明に係る内燃機関の制御装置は、前記燃焼制御手段が、前記圧縮自己着火燃焼モードから前記火花点火燃焼モードへの切替えの開始タイミングで、混合気への火花点火を開始し、前記火花点火を開始してから所定の時間経過後に、火花点火の時期を進角させることがより好ましい。本願の発明によれば、実エンジントルクが目標中間トルクに到達時から所定の時間を経過した後に、点火装置を用いて混合気を火花点火する時期を、実エンジントルクが目標中間トルクに到達時の点火時期に比べて早くすることにより、火花点火制御により燃焼切替えを行うことができる。

本願の発明に係る内燃機関の制御装置は、前記圧縮自己着火燃焼モードの燃焼制御において、前記内燃機関の排気行程の上死点前後に設けた排気弁と吸気弁を同時に閉じる期間に燃料を噴射し、前記圧縮自己着火燃焼モードから前記火花点火燃焼モードへの切替えの開始タイミングにおいて、前記排気行程の上死点前後に設けた排気弁と吸気弁を同時に閉じる期間中における燃料噴射を停止し、前記吸気行程の燃料の噴射量を増量させることがより好ましい。

本願の発明によれば、圧縮自己着火燃焼モードの燃焼制御において、前記内燃機関の排気行程の上死点前後に設けた排気弁と吸気弁を同時に閉じる期間及び吸気行程中に燃料を噴射し、実エンジントルクが目標中間トルクに到達時から所定の時間を経過した後に、前記排気行程の上死点前後に設けた排気弁と吸気弁を同時に閉じる期間における燃料噴射を停止し、吸気行程中において燃焼室に噴射する燃料を、実エンジントルクが目標中間トルクに到達する時の燃焼噴射量よりも増量するので、燃料噴射制御による燃焼切替えが実施可能となる。

さらには、前記燃料噴射の制御において、前記燃焼制御手段は、前記開始タイミングから所定時刻まで、実エンジントルクが一定となるように、吸気行程の燃料の噴射量を調整するがより好ましい。本発明によれば、実エンジントルクが一定となるように、吸気行程の燃料の噴射量を調整すること、すなわち、具体的には燃料噴射量を一定となるように調整することにより、トルク変動を抑えて、燃焼モードの切替えを行うことができる。

さらに、別の態様としては、前記燃焼制御手段は、前記開始タイミングから所定の時刻まで、前記燃料噴射量を増量し続け、所定の時間経過後、さらに燃料噴射量の増量の割合を増やすことがより好ましい。本発明によれば、このような燃料噴射制御を行うことにより、ドライバビリティを向上させ、速やかに車両を加速することができる。

また、前記燃焼制御手段は、前記実エンジントルクが前記目標中間トルクとなるように前記圧縮自己着火燃焼モードの燃焼制御を行う際に、吸気弁の開弁時期の進角制御、又は排気弁の閉弁時期の遅角制御の少なくとも一方を行う。本発明によれば、吸気弁の開く時期を早くすること、及び／又は、排気弁の閉じ時期を遅らせることで、内部EGR量を減らし、トルク変動を抑えつつ、燃焼モードの切替えを行うことができる。

本発明に係る内燃機関の制御装置は、前記燃焼モード切替判定手段は、燃焼室内の筒内圧力、燃焼室内の吸入空気量、燃焼室内の酸素濃度の少なくとも１つに基づいて、前記中間トルクを設定することがより好ましい。

本発明によれば、例えば、前記燃焼室内の筒内圧力を直接または間接的に検出するセンサの出力、前記燃焼室内の吸入空気量を直接または間接的に検出するセンサの出力、に応じて、シリンダ振動を直接または間接的に検出し、この結果、エンジントルク及びノックを検出することができる。また、燃焼室内の酸素濃度を直接または間接的に検出するセンサの出力、前記燃焼室の振動を直接または間接的に検出するセンサの出力、の少なくとも一つの出力に基づき、吸入空気量、EGRガス量の検出することができる。これに伴い、火花点火燃焼モード領域と、圧縮自己着火燃焼モード領域が、経年劣化に伴い変化した場合であっても、最適な中間トルクに調整して設定することができる。

本発明に係る内燃機関の制御装置は、前記燃焼モード切替判定手段が、前記中間トルクを、前記最大トルクから所定の値を減じた値に設定することがより好ましい。本発明によれば、製造バラツキ等による限界トルクを吸収し、ノック発生を抑制することができる。

本発明に係る内燃機関の制御装置は、燃焼室のノックを検出するノック検出手段をさらに備え、前記燃焼領域設定手段は、前記ノックが検出されたときの実エンジントルクに基づいて、圧縮自己着火燃焼モード領域内の最大トルクの値を修正することがより好ましい。本発明によれば、切替途中にノック発生した場合を想定して、最大トルクの値を修正するので、圧縮自己着火燃焼制御を行う際に、ノックを低減して燃焼切替を行うことができる。

より好ましくは、本発明に係る燃焼モード切替判定手段は、前記要求タイミングから前記中間トルクに到達するまでの間に、前記最大トルクが修正された場合には、修正された前記最大トルクに基づいて、前記中間トルクを変更する。

また、本発明に係る内燃機関の制御装置は、前記燃焼制御手段が、燃焼室内の筒内圧力、燃焼室内の吸入空気量、燃焼室内の酸素濃度の少なくとも１つに基づいて、前記燃焼モードの切替えを禁止することがより好ましい。本発明によれば、ノック，失火，その他の異常が発生した際に，切替をやめることでエンジンの損傷を防ぐことができる。

本発明によれば、圧縮自己着火燃焼モードで運転中、圧縮自己着火燃焼モードで運転できないトルクを運転者が要求してきた場合、トルクの変更を要求してきた直後から、圧縮自己着火燃焼モード運転によりトルクを上昇させるので、トルクの変更を要求した直後から加速感が得られ、ドライバビリティを向上させることができる。

本発明の第１の実施形態による圧縮自己着火式内燃機関の制御装置を自動車用ガソリンエンジンに適用したエンジンシステムの構成を示すシステム構成図。 第１の実施形態による圧縮自己着火式内燃機関の制御装置の構成を示すシステムブロック図。 第１の実施形態による圧縮自己着火式内燃機関の制御装置の燃焼モード切替の全体構成を示す制御ブロック図。 図３の制御ブロックのフローチャート。 図３に示した目標トルク実現手段をフローチャート。 図３に示す燃焼切替判定手段の構成図。 図６に示す燃焼切替判定手段の演算の流れを示したフロー図。 燃焼モードの領域の説明図。 図６に示す中間トルク演算用マップを示した図。 負のオーバーラップ量の説明図。 第二実施形態に係る燃焼切替判定手段の演算の流れを示したフロー図。 第３の実施形態における指令値の時間変化を示したタイミングチャート。 第１の実施形態に係るアクチュエータの目標値及び動作量の時間変化を示したタイミングチャート。 第３の実施形態における指令値の時間変化を示したタイミングチャート。 第２の実施形態における各アクチュエータの目標値と動作量の時間変化を示したタイミングチャート。 第３の実施形態における指令値の時間変化を示したタイミングチャート。 第３の実施形態における各アクチュエータの目標値と動作量の時間変化を示したタイミングチャート。

以下に、図１から図１７を用いて、本発明の第１から第３の実施形態に係る圧縮自己着火式内燃機関の制御装置の構成及び動作について説明する。
最初に、図１を用いて、本実施形態による圧縮自己着火式内燃機関の制御装置を自動車用ガソリンエンジンに適用したエンジンシステムの構成について説明する。図１は、本発明の第１の実施形態による圧縮自己着火式内燃機関の制御装置を自動車用ガソリンエンジンに適用したエンジンシステムの構成を示すシステム構成図である。尚、後述する第二及び第三実施形態の装置構成も同様である。

図１に示すように、エンジン１００は、火花点火燃焼と圧縮自己着火燃焼を実施する自動車用ガソリンエンジンである。エンジン１００には、吸入空気量を計測するエアフローセンサ１１と、吸気流量を調整する電子制御スロットル１２とが、吸気管１６の各々の適宜位置に備えられている。また、エンジン１００には、シリンダ１７とピストン２４とで囲われる燃焼室に燃料を噴射するインジェクタ１３と、点火エネルギーを供給して燃焼室に噴射された燃料に点火する点火プラグ（点火装置）１４と、がシリンダ１７の各々の適宜位置に備えられている。

また、筒内に流入する吸入ガスを調整する吸気バルブ（吸気弁）１５ａと筒内から排出される排気ガスを調整する排気バルブ（排気弁）１５ｂとから構成される可変バルブ１５が、シリンダ１７の各々の適宜位置に備えられている。尚、吸気バルブ１５ａは、燃焼室の一部を形成するシリンダ１７の吸気側に設けられ、かつ作動タイミングを制御可能であり、排気弁１５ｂは、シリンダ１７の排気側に設けられ、かつ作動タイミングを制御可能である。これら可変バルブ１５を、それぞれのバルブに配置された可変動弁（図示せず）を介して、後述する制御装置１０で制御することにより、筒内に残留する排ガス量である内部ＥＧＲ量を調整することができる。

さらに、エンジン１００には、排気を浄化する三元触媒２２と、空燃比検出器の一態様であって、三元触媒２２の上流側において排気の空燃比を検出する空燃比センサ１９と、排気温度検出器の一態様あって、三元触媒２２の上流側において排気の温度を計測する排気温度センサ２１とが排気管１８の各々の適宜位置に備えられる。また、クランク軸２５には、回転角度を算出するためのクランク角度センサ２３が備えられている。さらに、エンジン１００には、アクセル開度を検出するアクセル開度センサ２７が備えられている。

エアフローセンサ１１と空燃比センサ１９と排気温度センサ２１とクランク角度センサ２３とから得られる信号は、エンジンコントロールユニット（制御装置：ＥＣＵ）１０に送られる。また、アクセル開度センサ２７から得られる信号は、ＥＣＵ１０に送られる。尚、アクセル開度センサ２７は、アクセルペダルの踏み込み量、すなわち、アクセル開度を検出する。ＥＣＵ１０は、アクセル開度センサ２７の出力信号に基づいて、要求トルクを演算する。すなわち、アクセル開度センサ２７は、エンジンへの要求トルクを検出する要求トルク検出センサとして用いられる。また、ＥＣＵ１０は、クランク角度センサ２３の出力信号に基づいて、エンジン１００の回転速度を演算する。ＥＣＵ１０は、上記各種センサの出力から得られるエンジンの運転状態に基づき、空気流量、燃料噴射量、点火時期のエンジンの主要な作動量を最適に演算する。

ＥＣＵ１０で演算された燃料噴射量は開弁パルス信号に変換され、インジェクタ１３に送られる。また、ＥＣＵ１０で演算された点火時期で点火されるように、点火プラグ駆動信号が点火プラグ１４に送られる。また、ＥＣＵ１０で演算されたスロットル開度は、スロットル駆動信号として電子制御スロットル１２に送られる。また、ＥＣＵ１０で演算された可変バルブの作動量は、可変バルブ駆動信号として、吸気バルブ１５ａ及び排気バルブ１５ｂからなる可変バルブ１５へ送られる。

次に、図２を用いて、本実施形態による圧縮自己着火式内燃機関の制御装置の構成について説明する。図２は、本発明の第１の実施形態による圧縮自己着火式内燃機関の制御装置の構成を示すシステムブロック図である。

エアフローセンサ１１、空燃比センサ１９、排気温度センサ２１、クランク角度センサ２３の出力信号は、ＥＣＵ１０の入力回路１０ａに入力される。但し、入力信号はこれらだけに限られず、上述した信号も入力される。入力された各センサの入力信号は入出力ポート１０ｂ内の入力ポートに送られる。入力ポート１０ｂに送られた値は、ＲＡＭ１０ｃに保管され、ＣＰＵ１０ｅで演算処理される。演算処理内容を記述した制御プログラムは、ＲＯＭ１０ｄに予め書き込まれている。

制御プログラムに従って演算された各アクチュエータの作動量を示す値は、ＲＡＭ１０ｃに保管された後、入出力ポート１０ｂ内の出力ポートに送られ、各駆動回路を経て各アクチュエータに送られる。本実施形態の場合は、駆動回路として、電子スロットル駆動回路１０ｆ、インジェクタ駆動回路１０ｇ、点火出力回路１０ｈ、可変バルブ駆動回路１０ｊがある。各回路は、それぞれ、電子制御スロットル１２、インジェクタ１３、点火プラグ１４、可変バルブ１５を制御し、後述する燃焼制御を行う。本実施形態においては、ＥＣＵ１０内に上記駆動回路を備えた装置であるが、これに限るものではなく、上記駆動回路のいずれかをＥＣＵ１０内に備えるものであってもよい。

図３から図８を用いて、本実施形態による圧縮自己着火式内燃機関の制御装置の燃焼モード切替の構成について説明する。図３は、本発明の第１の実施形態による圧縮自己着火式内燃機関の制御装置の燃焼モード切替の全体構成を示す制御ブロック図である。

ＥＣＵ１０は、点火装置を用いて混合気を火花点火する火花点火の燃焼モードと、ピストン圧縮によって混合気を自己着火させる圧縮自己着火の燃焼モードと、を切替えて、切替えられた前記燃焼モードに応じた燃焼制御を行うための制御装置である。

ＥＣＵ１０は、要求トルク演算手段１０１、目標トルク実現手段１０２を備える。目標トルク実現手段１０２は、燃焼切替判定手段１０３、火花点火燃焼制御手段（火花点火燃焼操作量演算手段）１０４、圧縮自己着火燃焼制御手段（圧縮自己着火燃焼操作量演算手段）１０５、混在燃焼制御手段（混在燃焼操作量演算手段）１０６、燃焼切替え実現手段（燃焼切換手段）１０７を備える。なお、図３の各部は、燃焼モードの切替制御に用いるものであり、他の構成については図示を省略している。ここで、本発明にいう、「燃焼制御手段」とは、燃焼切替判定手段１０３、火花点火燃焼制御手段１０４、圧縮自己着火燃焼制御手段１０５、混在燃焼制御手段１０６、燃焼切替実現手段１０７を示しており、これらの手段により、燃焼切替えの判定の結果に基づいて、燃焼モードを切替えて、実エンジントルクが要求エンジントルク（目標トルク）となるように前記燃焼制御を行うことができる。

要求トルク演算手段１０１は、アクセル開度センサ２７の出力であるアクセル開度とエンジン回転速度とに基づき、運転者が要求する要求トルク（要求エンジントルク）を演算する手段である。

燃焼切替判定手段１０３は、要求トルク演算手段１０１により演算された要求トルク及びエンジン回転速度に基づき、燃焼形態切替えフラグの設定を行う（すなわち火花点火燃焼モードと、圧縮自己着火燃焼モードと、の切替えの判定を行う）と共に、目標トルクとを演算する手段である。また、燃焼形態切替フラグは、燃焼形態が圧縮自己着火燃焼モードのときＯＮに設定され、圧縮自己着火燃焼モードから火花点火燃焼モードへ燃焼モードの切替えを開始するタイミングでＯＦＦへと設定される。また、火花点火燃焼モードのときにはＯＦＦに設定され、圧縮自己着火燃焼モードへ燃焼モードの切替えを開始するタイミングで、ＯＮと設定される。

火花点火燃焼制御手段１０４は、火花点火燃焼モードにて目標トルクを発生させるための各種操作量を演算し出力する手段である。ここで、各種操作量とは、インジェクタから噴射される燃料噴射量、インジェクタから燃料噴射を開始する燃料噴射時期、点火プラグから点火火花の放出を開始する点火時期、燃焼室内に流入する空気量を調整可能なスロットル開度、燃焼室に流入する混合気を調整する吸気バルブまたは排気バルブの開閉時期などがある。火花点火燃焼モードにて目標トルクを発生させるための各種操作量を、火花点火燃焼（用）操作量と呼ぶ。

圧縮自己着火燃焼制御手段１０５は、圧縮自己着火燃焼モードにて目標トルクを発生させるための前記各種操作量を演算する手段である。圧縮自己着火燃焼モードにて目標トルクを発生させるための前記各種操作量を、圧縮自己着火燃焼（用）操作量と呼ぶ。

混在燃焼制御手段１０６は、混在燃焼モードにて目標トルクを発生させるための前記各種操作量を演算する手段である。ここで、混在燃焼とは、点火装置を用いた火炎伝播による温度・圧力上昇により自己着火を起こす燃焼形態を指す。混在燃焼モードにて目標トルクを発生させるための前記各種操作量を、混在燃焼（用）操作量と呼ぶ。

燃焼切替実現手段１０７は、燃焼切替判定手段１０３の出力である燃焼形態切替フラグに基づき、前記火花点火制御用操作量、前記圧縮自己着火燃焼用操作量、前記混在燃焼用操作量のいずれかを選択し、各種デバイスの操作量として出力し、選択された燃焼モードで燃焼制御を行う。

図４は、図３の制御ブロック図をフローチャートで示したものである。ステップＳ４０１では、アクセル開度及びエンジン回転速度に基づき要求トルクを演算し、ステップＳ４０２に進む。ステップＳ４０２では、要求トルク、エンジン回転速度に基づき燃焼形態フラグの設定と各種操作量を演算し、燃焼フラグに応じた燃焼形態を選択し、これに応じた各種操作量を演算し、出力する。

次に図５を用いて、目標トルク実現手段１０２の演算の流れを説明する。図５は、図３に示した目標トルク実現手段１０２をフローチャートで示したものである。ステップＳ５０１では、要求トルク及びエンジン回転速度に基づき燃焼形態切替フラグの設定と、目標トルクと、を演算する。次にステップＳ５０２で、火花点火燃焼用操作量、ステップＳ５０３で、圧縮自己着火燃焼用操作量、ステップ５０４で混在燃焼用操作量を演算する。各燃焼形態におけるデバイスの操作量を演算した後、ステップＳ５０５にて燃焼形態切替フラグと燃焼形態フラグに基づき適切な操作量を選択し出力する。

燃焼形態フラグとは、圧縮自己着火燃焼、混在燃焼、火花点火燃焼の状態を示すフラグであり、エンジン１００に備えられたシリンダ内の圧力を検出する筒内圧力センサやノックセンサ（ノック検出手段）など燃焼検出手段の検出結果に基づき設定される。前記燃焼形態フラグは、燃焼形態が、圧縮自己着火燃焼である場合に２がセットされ、混在燃焼である場合に１がセット、火花点火燃焼の場合には０がセットされる。

ステップＳ５０１は、燃焼切替判定手段１０３の処理、ステップＳ５０２は火花点火燃焼制御手段１０４の処理、ステップＳ５０３は圧縮自己着火燃焼制御手段１０５の処理、ステップＳ５０４は混在燃焼制御手段１０６の処理、ステップＳ５０５は燃焼切替実現手段１０７の処理である。

次に図６を用いて、燃焼切替判定手段１０３の構成を説明する。図６は、燃焼切替判定手段１０３の制御ブロック図である。燃焼切替判定手段１０３は、要求トルク判定手段１３０、中間トルク演算手段１３１、エンジントルク判定手段１３２、燃焼形態切替フラグ設定手段１３３、燃焼形態フラグ設定手段１３４、目標トルク設定手段１３５、中間トルク演算用マップ１３６を備える。

要求トルク判定手段１３０は、要求トルク（要求エンジントルク）とエンジン回転速度に基づき、要求トルクが圧縮自己着火燃焼モードで実現可能かを判定する手段である。中間トルク演算手段１３１は、圧縮自己着火燃焼モードから火花点火燃焼モードへ燃焼モードを切替える前に圧縮自己着火燃焼モードで発生させるエンジントルクの値を演算する手段であり、ここでは、該エンジントルクを中間トルク（目標中間トルク）と呼ぶ。なお、この演算された中間トルクは、後述する目標トルク設定手段１３５で、目標トルク（目標中間トルク）として設定され、その後、実エンジントルクが目標中間トルクとなるように、圧縮自己着火燃焼モードの燃焼制御が実施される。具体的は、設定された中間トルク（中間目標トルク）は、圧縮自己着火燃焼制御手段１０５で、圧縮自己着火燃焼モードにおける実エンジントルクが目標中間トルクとなるための各種操作量が演算され、燃焼切替実現手段１０７において、燃焼モードの切替えが行われることなく、この操作量に基づいて、圧縮自己着火燃焼モードの燃焼制御が行われる。

エンジントルク判定手段１３２は、実エンジントルクが中間トルク演算手段１３１で演算した前記中間トルクに達しているかを判定する手段である。ここでの判定は、実エンジントルクと前記中間トルクの値が一致することを以って実エンジントルクが前記中間トルクに達していると判定することも可能であり、また、実エンジントルクと前記中間トルクの差が所定の範囲に収まっていることを以って実エンジントルクが前記中間トルクに達していると判定することも可能である。なお、このエンジントルクは、シリンダの筒内圧力や、クランク軸の角速度等により、一般的な手法により、検出（算出）される（実トルク検出手段）。

燃焼形態切替フラグ設定手段１３３は、実エンジントルク及び中間トルクに基づいて燃焼形態切替フラグを設定する手段である。圧縮自己着火燃焼モードを継続する場合には、燃焼形態切替フラグをＯＮに設定し、火花点火燃焼モードへの切替を開始する場合には、燃焼形態切替フラグをＯＦＦに設定する。燃焼形態フラグ設定手段１３４は、シリンダ内の圧力を検出する筒内圧力センサやノックセンサなどの検出結果に基づき、燃焼形態フラグを設定する手段である。

目標トルク設定手段１３５は、燃焼形態切替フラグや燃焼形態フラグに基づき目標トルクを前記中間トルクの値または前記要求トルクの値に設定する手段である。中間トルク演算用マップ１３６は、中間トルク演算手段１３１で中間トルクを演算するために使用する運転条件マップであり、ノック発生条件を含めたトルクデータを保持している。

次に、図７を用いて燃焼切替判定手段１０３で実施する演算の流れを説明する。図７は、図６の制御ブロック図をフローチャートで示したものであり、以下に、図７のフローチャートに基づき実施する制御を制御Ａと呼ぶ。

ステップＳ７３０で、図９の燃焼領域マップ（燃焼領域設定手段）を用いて、要求トルク（図９に示すエンジントルク）が、エンジン回転数との関係において圧縮自己着火燃焼モード領域に収まるかを判定する。収まる（ＹＥＳ）と判定した場合、ステップＳ７３３に進み、燃焼形態切替フラグをＯＮに設定する。

ここで、図８の燃焼トルクマップを説明する。図８は、エンジントルクと回転数の関係に対応した、火花点火燃焼モードと、圧縮自己着火燃焼モードの燃焼領域のマップの説明図であり、図８の横軸はエンジン回転速度を示し、縦軸はエンジントルクを示している。この燃焼領域のマップは、火花点火燃焼モードと、圧縮自己着火燃焼モードとの、燃焼領域を示したものである。すなわち、燃焼トルクマップ（燃焼領域設定手段）は、火花点火燃焼モードにより燃焼制御を行う火花点火燃焼モード領域と、前記圧縮自己着火燃焼モードにより燃焼制御を行う圧縮自己着火燃焼モード領域とを、エンジントルクに応じて設定するためのものである。

火花点火燃焼モード（ＳＩ：Ｓｐａｒｋ Ｉｇｎｉｔｉｏｎ）は、図８に示すように、エンジン回転速度の低回転速度から高回転速度まで、また、エンジントルクの低トルクから高トルクまでの広い領域で、実現可能である。

圧縮自己着火燃焼モード（ＨＣＣＩ：Ｈｏｍｏｇｅｎｅｏｕｓ Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ Ｉｇｎｉｔｉｏｎ）を実現する方法としては、吸気加熱、高圧縮化、および内部ＥＧＲ導入などの方法がある。この中で、コストおよび火花点火燃焼モードでの運転を考慮すると、バルブタイミングの操作による内部ＥＧＲ導入が実現性の高い方法である。内部ＥＧＲ導入による圧縮自己着火燃焼時には、燃焼室内の内部ＥＧＲ量を多量とする必要がある。これによって筒内に流入する新気量が制限されることと、混合気形成から燃焼に至るまでの化学反応に有限の時間が必要であることから、自然吸気エンジンでは、図８に示すように、低負荷・低回転速度の作動状態において、圧縮自己着火燃焼モードＨＣＣＩが実現可能である。

次に、ステップ７３３で燃焼形態切換フラグがＯＮに設定されると、ステップＳ７４０に進み、筒内圧力センサやノックセンサの出力信号に基づき燃焼形態フラグを設定し、続いて、ステップＳ７３７で目標トルクを要求トルクの値に設定する。次に、ステップＳ７３９に進み、目標トルクと燃焼形態切替フラグを出力する。これにより、圧縮自己着火燃焼モードのまま、切替えを行われることなく燃焼制御が行われる。

一方、ステップＳ７３０で、収まらない（ＮＯ）と判定した場合、ステップＳ７３１に進み、中間トルクを演算し、設定する。前記中間トルクは、図９に示した中間トルク演算用マップを用いて演算することが出来る。

ここで、図９を用いて、中間トルク演算用マップを説明する。図９は、圧縮自己着火燃焼モードで発生させる中間トルクの演算に用いる中間トルク演算用マップの説明図である。

図９の横軸はエンジン回転速度、縦軸がエンジントルクを表し、ＨＣＣＩは圧縮自己着火燃焼モード領域、ＳＩは火花点火燃焼モード領域を示している。

図中のプロットは圧縮自己着火燃焼ＨＣＣＩ運転中に燃焼室のノックを検出するノック検出手段によりノックを検出したエンジントルクとエンジン回転数との条件を示しものである。尚、ノックの検出は、燃焼室内の筒内圧力、燃焼室内の吸入空気量により、一般的な手法で、検出することができる。エンジントルクとエンジン回転数との条件が、中間トルク演算マップに保持されている。太線及び破線で示したのは、中間トルク演算用データである。中間トルク演算用データは、中間トルクを演算する際の参考値であり、中間トルク演算用データの値を中間トルクとして設定することも可能であり、また、中間トルク演算用データから所定値を減じた値を中間トルクに設定すること等も可能である。太線は初期設定、破線はノック検出条件に基づき修正された中間トルク演算用データである。これにより、前記ノックが検出されたときの実エンジントルクに基づいて、圧縮自己着火燃焼モード領域内の最大トルク（最大エンジントルク）の値を修正し、演算されたトルクを中間トルクとして設定することができる。

次に、中間トルクを演算（設定）後に、その後、ステップＳ７３２に進み、実エンジントルクと前記中間トルクを比較し、実エンジントルクが前記中間トルクに達していれば、ステップＳ７３４へ進む。

ステップＳ７３４では、燃焼形態切替フラグをＯＦＦと設定する。続いて、ステップＳ７４１に進み筒内圧力センサやノックセンサの出力信号に基づき燃焼形態フラグを設定する。次にステップＳ７３６に進み、燃焼形態が火花点火燃焼であるか、又は、混在燃焼を検出した後、所定時間Ｔｈが経過しているかを、燃焼形態フラグ及び筒内圧力センサやノックセンサの出力信号に基づき判定する。ステップＳ７３６でＹＥＳと判定した場合、ステップＳ２３７に進み目標トルクを要求トルクの値に設定し、ステップＳ７３９に進み目標トルク及び燃焼形態切替フラグを出力する。ステップＳ７３６でＮＯと判定した場合、ステップＳ７３８に進み、目標トルクを前記中間トルクに設定した後、ステップＳ７３９に進み、目標トルク及び燃焼形態切替フラグを出力する。また、ステップＳ７３２でＮＯと判定した場合、ステップＳ７３５に進み燃焼形態切替フラグをＯＮに設定し、次にステップＳ７４２に進み筒内圧力センサやノックセンサの出力信号に基づき燃焼形態フラグを設定する。続いて、ステップ７３８に進み目標トルクを前記中間トルクに設定した後、ステップＳ７３９に進み目標トルク及び燃焼形態切替フラグを出力する。

所定時間Ｔｈは混在燃焼を継続する時間であり、実験やエンジンサイクルシミュレーションに基づいて決定することや、実機運転中に筒内圧センサやノックセンサの出力に基づいて決定することができる。例えば、複数気筒で構成されるエンジンにおいて、圧縮自己着火燃焼モードから火花点火燃焼モードへ燃焼モードの切替えを開始した後に、筒内圧センサやノックセンサの出力に基づき前記複数気筒の一つから最初に混在燃焼を検出した時刻を起点とし全ての気筒で混在燃焼を検出するまでの時間Ｓを測定し、前記時間Ｓを所定時間Ｔｈとすることができる。また、前記時間Ｓに任意のエンジンサイクル数を経過する時間を足した値を、所定時間Ｔｈとすることもできる。また、圧縮自己着火燃焼モードから火花点火燃焼モードへの燃焼モードの切替えにおいて、所望の空燃比を実現するために前記可変バルブ（可変動弁）１５や前記電子制御スロットル１２等を動作した後、エンジン１００内の空燃比が所望の空燃比になるまでの応答遅れ時間Ｕを、実験やエンジンサイクルシミュレーションに基づき予測し、前記応答遅れ時間Ｕを所定時間Ｔｈに設定することができる。また、所定時間Ｔｈはエンジンの運転条件に応じて異なるものであってもよい。

ステップＳ７３０は要求トルク判定手段１３０の処理、ステップＳ７３１は中間トルク演算手段１３１の処理、ステップＳ７３２はエンジントルク判定手段１３２の処理、ステップＳ７３３からステップＳ７３５は燃焼形態切替フラグ設定手段１３３の処理、ステップＳ７３６からステップＳ７３８は目標トルク設定手段１３５の処理、ステップＳ７３９は燃焼形態切替フラグ設定手段１３３と目標トルク設定手段１３５の処理、ステップＳ７４０からステップＳ７４２は燃焼形態フラグ設定手段１３４の処理である。

なお、本実施形態では、圧縮着火燃焼モードは、要求トルクに基づき吸排気弁を制御することで、筒内に燃焼排出ガスを導入し、着火燃焼により動力を取り出す運転モードであり、その一例として、吸排気弁の動作の一例として，負のオーバーラップを設ける。また、火花点火燃焼モードは、要求トルクに基づき、スロットルや吸排気弁を制御し、筒内に導入する空気量を制御し、火花点火により動力を取り出す運転モードである。

ここで、図１０を用いて、負のオーバーラップ量について説明する。図１０は、負のオーバーラップ量の説明図である。縦軸は、吸気バルブ及び排気バルブのバルブリフト量を表し、横軸はクランク角度を示す。排気上死点とは、排気行程においてピストンが上死点に達したクランク角を指す。実線で示したバルブリフトは、圧縮自己着火燃焼モード用の設定、破線で示したバルブリフトは火花点火燃焼モード用の設定である。可変バルブ１５を操作し、ピストンが排気上死点の前に排気バルブを閉じ、かつ排気上死点後に吸気バルブを開くと、排気行程の上死点前後に、吸気バルブと排気バルブが共に閉じる時期が設定される。この吸気バルブと排気バルブが同時に閉じた時期が設定されることを負のオーバーラップと呼び、また、前記負のオーバーラップの期間の長さを負のオーバーラップ量と呼ぶ。

続いて、図１１を用いて第二実施形態に係る燃焼切替判定手段１０３で実施する演算を説明する。図１１は、図６の制御ブロック図をフローチャートで示したものであり、図１１のフローチャートに基づき実施する制御を制御Ｂと呼ぶ。

ステップＳ９３０で、図８の燃焼領域マップを用いて、要求トルクが圧縮自己着火燃焼モード領域に収まるかを判定する。収まる（ＹＥＳ）と判定した場合、ステップＳ９３３に進み、燃焼形態切替フラグをＯＮに設定する。次に、ステップＳ９４３に進み、筒内圧力センサやノックセンサの出力信号に基づき燃焼形態フラグを設定し、続いて、ステップＳ９３７に進み目標トルクを要求トルクの値に設定する。次に、ステップＳ９３９に進み目標トルクと燃焼形態切替フラグを出力する。

一方、ステップＳ９３０で、収まらない（ＮＯ）と判定した場合、ステップＳ９３１に進み中間トルクを計算する。前記中間トルクは、図９に示した中間トルク演算用マップ１３６を用いて演算することが出来る。続いて、ステップＳ９３２に進み実エンジントルクと前記中間トルクを比較する。ステップＳ９３２で、実エンジントルクが前記中間トルクに達している（ＹＥＳ）と判定した場合、ステップＳ９３４へ進み燃焼形態切替フラグをＯＦＦと設定する。次に、ステップＳ９４３に進み筒内圧力センサやノックセンサの出力信号に基づき燃焼形態フラグを設定する。続いて、ステップＳ９３７に進み目標トルクを要求トルクの値に設定し、ステップＳ９３９に進み目標トルク及び燃焼形態切替フラグを出力する。ステップＳ９３２で達していない（ＮＯ）と判定した場合、ステップＳ９３５に進み燃焼形態切替フラグをＯＮに設定し、ステップＳ９４４に進み筒内圧力センサやノックセンサの出力信号に基づき燃焼形態フラグを設定する。続いて、ステップ９３８に進み目標トルクを中間トルクに設定し、ステップＳ９３９に進み目標トルク及び燃焼形態切替フラグを出力する。

ステップＳ９４３とステップＳ９４４は燃焼形態フラグ設定手段１３４の処理である。その他のステップと手段の関係は前記の通りである。

制御Ａに基づき制御した場合を第１の実施形態、制御Ｂに基づき制御を実施した場合を第２の実施形態、制御Ａに基づき制御した際にノックの発生を検出した場合を第３の実施形態とする。以降で、第１から第３の実施形態について説明する。

ここでは、制御Ａに基づきエンジンを制御する第１の実施形態における各種制御設定値及び各種動作量の時間変化を、図１２及び図１３を用いて説明する。図１２は、アクセル開度、要求トルク、目標トルク、燃焼形態切替フラグ、燃焼形態フラグ設定値の時間変化を示したグラフであり、図１３は、負のオーバーラップ量、点火時期、総燃料噴射量、副燃料噴射量、主燃料噴射量、実エンジントルクの時間変化を示したグラフである。アクセル開度、要求トルク、目標トルク、実エンジントルク、負のオーバーラップ量、総燃料噴射量、副燃料噴射量、主燃料噴射量は、縦軸の上に向かって大きくなる。副燃料噴射量とは、前記負のオーバララップの期間に噴射する燃料の量、主燃料噴射量とは、吸気行程中に噴射する燃料量である。図１３において、負のオーバーラップ量、点火時期、総燃料噴射量、副燃料噴射量、主燃料噴射量の実線はＥＣＵ１０から各アクチュエータに指令される目標値であり、点線は各アクチュエータの動作量を表す。また、実エンジントルクの実線は、図１３に示した目標トルクであり、点線は各アクチュエータが動作した結果として発生する実エンジントルクである。

時刻ｔ１はアクセル開度とエンジン回転速度に基づきＥＣＵ１０で演算した要求トルクが圧縮自己着火燃焼モードで運転可能なトルクを超えた時刻、すなわち、圧縮自己着火燃焼モードの燃焼制御中に、要求エンジントルクが、火花点火モード領域内のエンジントルクになった要求タイミングである。また、時刻ｔ２は実エンジントルクが時刻ｔ１で設定した目標トルクに達した時刻、すなわち、実エンジントルクが目標中間トルクに到達したタイミングである。は、時刻ｔ３は時刻ｔｃで混在燃焼を検出してから前記所定時間Ｔｈ経過した時刻である。また、時刻ｔｃは混在燃焼を検出した時刻、時刻ｔｐは火花点火燃焼を検出した時刻である。

時刻ｔ１において、アクセル開度の変化を検出し、ＥＣＵ１０で演算した要求トルクが圧縮自己着火燃焼モードで運転可能なトルクを超えたことを要求トルク判定手段１３０の処理にて検出する。実エンジントルクを変更するため、中間トルク演算手段１３１の処理で、圧縮自己着火燃焼モードで運転可能なトルクの最大値を上限値、時刻ｔ１（要求タイミング）における実エンジントルクを下限値とする範囲で、中間トルク（目標中間トルク）をマップにより演算する。

次に、目標トルク設定手段１３５の処理により、時刻ｔ１以後の目標トルクとして前記中間トルクの値を設定する。前記目標トルクと圧縮自己着火燃焼モード領域の最大トルクとの間には所定の値Ｔｅｆの差を設ける。すなわち、目標トルク（中間目標トルク）は、最大トルクから所定の値Ｔｅｆを減じた値となっている。これにより、製造バラツキ等による限界トルクを吸収し、ノック発生を抑制することができる。

このようして、設定された中間トルク（中間目標トルク）は、圧縮自己着火燃焼制御手段１０５の処理により、圧縮自己着火燃焼モードにおいて、実エンジントルクが目標中間トルクとなるための各種操作量が演算され、燃焼切替実現手段１０７の処理において、燃焼モードの切替えが行われることなく、この操作量に基づいて、実エンジントルクが目標中間トルクとなるように、圧縮自己着火燃焼モードの燃焼制御が行われる。

続いて、実エンジントルクが時刻ｔ１で設定した目標トルクに達した時刻ｔ２において、燃焼形態切替フラグ設定手段１３３における処理で燃焼切替フラグをＯＦＦに設定し、圧縮自己着火燃焼モードから火花点火燃焼モードへ燃焼モードの切替を開始する。

時刻ｔｃでは、燃焼形態フラグ設定手段１３４における処理で、筒内圧力センサやノックセンサの出力信号に基づき燃焼形態フラグを混在燃焼に設定する。ここでは、時刻ｔｃから所定時間Ｔｈまでは、この混在燃焼において、トルク一定とした燃焼制御を行い、トルクを安定させる。これにより、トルク変動を抑えて、燃焼切替えを行うことができる。

さらに、時刻ｔｃから所定時間Ｔｈ経過後の時刻ｔ３において、目標トルク設定手段１３５の処理で目標トルクを前記要求トルクに設定する。時刻ｔｐにおいて、燃焼形態フラグ設定手段１３４における処理で、筒内圧力センサやノックセンサの出力信号に基づき燃焼形態フラグを火花点火燃焼に設定する。

図１２に基づき制御指令を出した場合の各種操作量（動作量）を図１３に示す。時刻ｔ１において設定した前記目標トルクを発生するため、時刻ｔ１以降で、時刻ｔ１以前に比べて、総燃料噴射量を増加し、負のオーバーラップ量を減少する。

具体的には、圧縮自己着火燃焼モードの燃焼制御において、内燃機関の吸気行程中の燃料噴射量を主燃料噴射量、負のオーバーラップ期間に燃料を副燃料噴射量として噴射し、吸気行程の燃料の主燃料噴射量を増量させる。

一方、実エンジントルクが目標中間トルクとなるように圧縮自己着火燃焼モードの燃焼制御を行う際（時刻ｔ１）に、吸気弁の開弁時期の進角制御、又は排気弁の閉弁時期の遅角制御の少なくとも一方を行う。これにより、負のオーバーラップ量を減少させる。

このようにして、実エンジントルクを増加することができ、時刻ｔ２において時刻ｔ１で設定した前記目標トルクを発生することができる。

時刻ｔ２において、同様にして、時刻ｔ２以前に比べて負のオーバーラップ量をさらに減少させ、時刻ｔ３までは、負のオーバーラップ量を一定にする。また、時刻ｔ２以降で燃焼形態の変化によりエンジン１００の効率が低下し、時刻ｔ２以前と同量の燃料噴射量では発生するトルクが低下するため、時刻ｔ２以降で、時刻ｔ２以前に比べて、総燃料噴射量（吸気行程の燃料噴射（主燃料噴射）の量）を増加させ、時刻ｔ３までは、実エンジントルクが一定となるように、総燃料噴射量を一定にする。

一方、時刻ｔ２（圧縮自己着火燃焼モードから火花点火燃焼モードへの切替えの開始タイミング）にて、点火を開始し、負のオーバーラップ期間における燃料噴射（副燃料噴射）を停止し、吸気行程の燃料の噴射量を増量させる。前記点火の時期は、火花点火燃焼モード用の設定値に比べて早い時期に設定する（時刻ｔ３まで一定の時期とする）。前記動作により、時刻ｔ２以降、所定の範囲で実エンジントルクを維持できる。時刻ｔ３において設定した目標トルクを発生するために、時刻ｔ３において、時刻ｔ３以前に比べて、さらに、負のオーバーラップ量を減少させ、点火開始時期を遅くし（遅角させ）、総燃料噴射量を増加させる。この結果、時刻ｔｐにおいて火花点火燃焼モードへの切替えを完了でき、時刻ｔｐ以降で火花点火燃焼モードにより要求トルクを発生することができる。

次に、第２の実施形態における各種制御設定値及び各種動作量の時間変化を、図１４及び図１５を用いて説明する。第２の実施形態が、第１の実施形態と相違する点は、第一実施形態が、時刻ｔ２（開始タイミング）から所定時刻ｔ３まで、実エンジントルクが一定となるように、主燃料噴射量を調整したのに対して、第２の実施形態は、時刻ｔ２（開始タイミング）から所定の時刻ｔ３まで、燃料噴射量を増量し続け、所定の時間経過後、さらに燃料噴射量の増量の割合を増やす。

図１４は、アクセル開度、要求トルク、目標トルク、燃焼形態切替フラグ、燃焼形態フラグ設定値の時間変化を示したグラフであり、図１５は、負のオーバーラップ量、点火時期、総燃料噴射量、副燃料噴射量、主燃料噴射量、実エンジントルクの時間変化を示したグラフである。これらのパラメータは、第一実施形態のパラメータと同じ定義である。図１４及び図１５に示されている各グラフの量、ｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔｃ、ｔｐ及びＴｈの説明は前記の通りである。図１４において、負のオーバーラップ量、点火時期、総燃料噴射量、副燃料噴射量、主燃料噴射量の実線はＥＣＵ１０から各アクチュエータに指令される目標値であり、点線は各アクチュエータの動作量を表す。また、実エンジントルクの実線は、図１５に示した目標トルクであり、点線は各アクチュエータが動作した結果として発生する実エンジントルクである。

時刻ｔ１において、アクセル開度の変化を検出し、ＥＣＵ１０で演算した要求トルクが圧縮自己着火燃焼モードで運転可能なトルクを超えたことを要求トルク判定手段１３０で検出する。実エンジントルクを変更させるため、中間トルク演算手段１３１の処理で、圧縮自己着火燃焼モードで運転可能なトルクの最大値を上限値、時刻ｔ１における実エンジントルクを下限値とする範囲で中間トルクを演算し、目標トルク設定手段１３５の処理で、時刻ｔ１以後の目標トルクとして前記中間トルクの値を設定する。前記目標トルクと圧縮自己着火燃焼モード領域の最大トルクとの間には所定の値Ｔｅｆの差を設ける。

続いて、実エンジントルクが時刻ｔ１で設定した目標トルクに達した時刻ｔ２において、燃焼形態切替フラグ設定手段１３３における処理で燃焼切替フラグをＯＦＦに設定し、圧縮自己着火燃焼モードから火花点火燃焼モードへ燃焼モードの切替を開始する。さらに前記時刻ｔ２において、目標トルク設定手段１３５における処理で目標トルクを前記要求トルクの値に設定する。時刻ｔｃでは、燃焼形態フラグ設定手段１３４における処理で、筒内圧力センサやノックセンサの出力信号に基づき燃焼形態フラグを混在燃焼に設定する。その後、時刻ｔｐにおいて、筒内圧力センサやノックセンサの出力信号に基づき燃焼形態フラグ設定手段１３４における処理で燃焼形態フラグを火花点火燃焼に設定する。

図１４に基づき制御指令を出した場合の各種動作量を図１５に示す。時刻ｔ１において設定した前記目標トルクを発生するため、時刻ｔ１以降で、時刻ｔ１以前に比べて総燃料噴射量を増加させ、負のオーバーラップ量を減少させる。その結果、実エンジントルクを増加することができ、時刻ｔ２にて時刻ｔ１で設定した前記目標トルクを発生することができる。時刻ｔ２において、時刻ｔ２以前に比べて負のオーバーラップ量を減少し、かつ、副燃料噴射を停止し、主燃料噴射量を増加させることにより、総燃料噴射量を増加させる。一方、時刻ｔ２で、混合気への火花点火を開始する。前記点火の時期は、火花点火燃焼用の設定値に比べ早い時期に設定する。前記動作により、時刻ｔｃから時刻ｔｐにおいて、混在燃焼モードで実エンジントルクを上昇することができる。時刻ｔ２において設定した目標トルクを発生するために、時刻ｔ３において、時刻ｔ３以前に比べて、負のオーバーラップ量を減少し、総燃料噴射量の増加割合をさらに増大させる。さらに、時刻ｔ３以前に比べて点火開始時期を遅くして火花点火燃焼用の設定値に設定する。この結果、時刻ｔｐにおいて火花点火燃焼モードへの切替えを完了し、時刻ｔｐ以降で火花点火燃焼モードにより要求トルクを発生することができる。

次に、第３の実施形態における各種制御設定値及び各種動作量の時間変化を図１６及び図１７を用いて説明する。
図１６は、アクセル開度、要求トルク、目標トルク、燃焼形態切替フラグ、燃焼形態フラグ設定値、ノック検出信号の時間変化を示したグラフであり、図１７は、負のオーバーラップ量、点火時期、総燃料噴射量、副燃料噴射量、主燃料噴射量、実エンジントルクの時間変化を示したグラフである。図１６及び図１７に示されている各グラフの量、ｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔｃ、ｔｐ及びＴｈの説明は前述の通りである。また、ｔｓは、エンジンに備えられたノックセンサにより、ノックの発生を検出し始めた時刻、ｔｅは時刻ｔｓ以降でノックを検出しなくなった時刻である。図１７において、負のオーバーラップ量、点火時期、総燃料噴射量、副燃料噴射量、主燃料噴射量の実線はＥＣＵ１０から各アクチュエータに指令される目標値であり、点線は各アクチュエータの動作量を表す。また、実エンジントルクの実線は、図１６に示した目標トルクであり、点線は各アクチュエータが動作した結果として発生する実エンジントルクである。

時刻ｔ１において、アクセル開度の変化を検出し、ＥＣＵ１０で演算した要求トルクが圧縮自己着火燃焼モードで運転可能なトルクを超えたことを要求トルク判定手段１３０で検出する。次に、中間トルク演算手段１３１の処理で、圧縮自己着火燃焼モードのトルクの最大値を上限値、時刻ｔ１における実エンジントルクを下限値とする範囲で中間トルクを演算し、目標トルク設定手段１３５の処理で、時刻ｔ１以後の目標トルクとして前記中間トルクの値を設定する。前記目標トルクと圧縮自己着火燃焼モード領域の最大トルクとの間には所定の値Ｔｅｆの差を設ける。

続いて、時刻ｔｓにおいて、ノック検出信号がＯＮになり、ノックの発生を検出する。このときの実エンジントルク及びエンジン回転速度を、中間トルク演算用マップ１３６にノック発生条件として保存し、中間トルク演算用マップ１３６を更新（修正）する。更新した前記中間トルク演算用マップ１３６を用いて、中間トルク演算手段１３１の処理で中間トルクを演算（変更）し、目標トルク設定手段１３５の処理で、前記中間トルクの値を目標トルクに設定する。時刻ｔｅにおいて、ノック検出信号がＯＦＦになり、ノックの発生が無くなったことを検出する。

実エンジントルクとして目標トルク（修正された目標トルク）に到達した時刻ｔ２において、燃焼形態切替フラグ設定手段１３３の処理で、燃焼形態切替フラグをＯＦＦに設定し、圧縮自己着火燃焼モードから火花点火燃焼モードへ燃焼モードの切替えを開始する。時刻ｔｃで、燃焼形態フラグ設定手段１３４における処理で、筒内圧力センサやノックセンサの出力信号に基づき燃焼形態フラグを混在燃焼に設定する。時刻ｔ３において、目標トルク設定手段１３５にて目標トルクを前記要求トルクに設定し、その後、時刻ｔｐにおいて、燃焼形態フラグ設定手段１３４における処理で、筒内圧力センサやノックセンサの出力信号に基づき燃焼形態フラグを火花点火燃焼に設定する。

図１６に基づき制御指令を出した場合の各種動作を図１７を用いて説明する。時刻ｔ１以降で、時刻ｔ１以前に比べて総燃料噴射量を増加し、負のオーバーラップ量を減少させる。前記動作に応じて、実エンジントルクを増加することができる。時刻ｔｓにおいて、修正された目標トルクに目標トルクを変更する。この修正された目標トルクを発生するため、燃料噴射量を減少させる。その結果、実エンジントルクを減少することができ、時刻ｔｅにてノックが検出されない値までトルクを減少することができる。時刻ｔ２以降で、時刻ｔ２以前に比べて、負のオーバーラップ量を減少させる。さらに、時刻ｔ２以降で燃焼形態の変化によりエンジン１００の効率が低下し、時刻ｔ２以前と同量の燃料噴射量では、発生するトルクが低下するため、時刻ｔ２以降で、時刻ｔ２以前に比べて、総燃料噴射量を増加させる。その結果、時刻ｔ２以降、所定の範囲で実エンジントルクを維持できる。時刻ｔ３において設定した目標トルクを発生するために、時刻ｔ３において、時刻ｔ３以前に比べて、負のオーバーラップ量を減少し、総燃料噴射量を増加し、点火開始時期を遅くする。この結果、時刻ｔｐにおいて、火花点火燃焼モードへの切替えが完了し、時刻ｔｐ以降で火花点火燃焼モードにより要求トルクを発生することができる。

１０：制御装置、１０ｃ：ＲＡＭ、１０ｄ：ＲＯＭ、１０ｅ：ＣＰＵ、１０ｆ：電駆スロットル駆動回路、１０ｇ：インジェクタ駆動回路、１０ｈ：点火出力回路、１０ｊ：可変バルブ駆動回路、１１：エアフローセンサ、１２：電子制御スロットル、１３：インジェクタ、１４：点火プラグ、１５：可変バルブ、１５ａ：吸気バルブ、１５ｂ：排気バルブ、１６：吸気管、１７：シリンダ、１８：排気管、１９：空燃比センサ、２１：排気温度センサ、２２：三元触媒、２３：クランク角度センサ、２４：ピストン、２５：クランク軸、２６：ノックセンサ、２７：アクセル開度センサ、１００：エンジン、１０１：要求トルク演算手段、１０２：目標トルク実現手段、１０３：燃焼切替判定手段、１０４：火花点火燃焼制御手段、１０５：圧縮自己着火燃焼制御手段、１０６：混在燃焼制御手段、１０７：燃焼切替実現手段、１３０：要求トルク判定手段、１３１：中間トルク演算手段、１３２：エンジントルク判定手段、１３３：燃焼形態切替フラグ設定手段、１３４：燃焼形態フラグ設定手段、１３５：目標トルク設定手段、１３６：中間トルク演算用マップ

Claims (10)

1. 点火装置を用いて混合気を火花点火する火花点火の燃焼モードと、ピストン圧縮によって混合気を自己着火させる圧縮自己着火の燃焼モードと、を切替えて、切替えられた前記燃焼モードに応じた燃焼制御を行う内燃機関の制御装置であって、
   前記制御装置は、実エンジントルクを検出する実トルク検出手段と、
   アクセル開度に基づいて要求エンジントルクを演算する要求トルク演算手段と、
   前記火花点火燃焼モードにより燃焼制御を行う火花点火燃焼モード領域と、前記圧縮自己着火燃焼モードにより燃焼制御を行う圧縮自己着火燃焼モード領域とを、エンジントルクに応じて設定する燃焼領域設定手段と、
   前記要求エンジントルクに基づいて、前記火花点火燃焼モードと、前記圧縮自己着火燃焼モードと、の切替えの判定を行う燃焼モード切替判定手段と、
   該判定の結果に基づいて、前記燃焼モードを切替えて、前記実エンジントルクが前記要求エンジントルクとなるように前記燃焼制御を行う燃焼制御手段と、を備え、
   該燃焼モード切替判定手段は、前記圧縮自己着火燃焼モードの燃焼制御中に、前記要求エンジントルクが、前記火花点火モード領域内のエンジントルクになった要求タイミングで、前記火花点火燃焼モードへの切替えを判定し、前記圧縮自己着火燃焼モード領域内の最大エンジントルクを上限とし、前記要求タイミングの実エンジントルクを下限とする範囲内に目標中間トルクを設定し、
   前記燃焼制御手段は、前記実エンジントルクが前記目標中間トルクとなるように、前記圧縮自己着火燃焼モードの燃焼制御を行い、前記実エンジントルクが前記目標中間トルクに到達後、前記圧縮自己着火燃焼モードから前記火花点火燃焼モードへの切替えを開始し、
   前記燃焼制御手段は、前記圧縮自己着火燃焼モードの燃焼制御において、前記内燃機関の排気行程の上死点前後に設けた排気弁と吸気弁を同時に閉じる期間及び吸気行程中に燃料を噴射し、前記圧縮自己着火燃焼モードから前記火花点火燃焼モードへの切替えの開始タイミングにおいて、前記排気行程の上死点前後に設けた排気弁と吸気弁を同時に閉じる期間における燃料噴射を停止し、前記吸気行程の燃料の噴射量を増量させることを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記燃焼制御手段は、前記圧縮自己着火燃焼モードから前記火花点火燃焼モードへの切替えの開始タイミングで、混合気への火花点火を開始し、前記火花点火を開始してから所定の時間経過後に、火花点火の時期を遅角させることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記燃焼制御手段は、前記開始タイミングから所定時刻まで、実エンジントルクが一定となるように、前記吸気行程の燃料の噴射量を調整することを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記燃焼制御手段は、前記開始タイミングから所定の時刻まで、前記燃料噴射量を増量し続け、所定の時間経過後、さらに燃料噴射量の増量の割合を増やすことを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置。
5. 前記燃焼制御手段は、前記実エンジントルクが前記目標中間トルクとなるように前記圧縮自己着火燃焼モードの燃焼制御を行う際に、吸気弁の開弁時期の進角制御、又は排気弁の閉弁時期の遅角制御の少なくとも一方を行うことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
6. 前記燃焼モード切替判定手段は、燃焼室内の筒内圧力、燃焼室内の吸入空気量、燃焼室内の酸素濃度の少なくとも１つに基づいて、前記中間トルクを設定することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
7. 前記燃焼モード切替判定手段は、前記中間トルクを、前記最大トルクから所定の値を減じた値に設定することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
8. 前記制御装置は、燃焼室のノックを検出するノック検出手段をさらに備え、前記燃焼領域設定手段は、前記ノックが検出されたときの実エンジントルクに基づいて、圧縮自己着火燃焼モード領域内の最大トルクの値を修正することを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
9. 前記燃焼モード切替判定手段は、前記要求タイミングから前記中間トルクに到達するまでの間に、前記最大トルクが修正された場合には、修正された前記最大トルクに基づいて、前記中間トルクを変更することを特徴とする請求項８に記載の内燃機関の制御装置。
10. 前記燃焼制御手段は、燃焼室内の筒内圧力、燃焼室内の吸入空気量、燃焼室内の酸素濃度の少なくとも１つに基づいて、前記燃焼モードの切替えを禁止することを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。

Images