JP5866037B1 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】燃焼悪化に伴う燃焼変動や騒音を発生することなく燃焼方式を切替えるとともに、燃費効果を向上させることができる内燃機関の制御装置を提供する。【解決手段】燃焼開始前の前記筒内圧力が、回転数と負荷によって決まる、ＨＣＣＩ燃焼を可能にする筒内圧力の上下限範囲に入った場合にＳＩ燃焼方式からＨＣＣＩ燃焼方式に切替えるとともに、前記燃焼開始前の筒内圧力に基づき、吸気動弁機構を介して吸気弁の開弁時期を制御するとともに排気動弁機構を介して排気弁の閉弁時期を制御する。【選択図】図３

Description

本発明は、燃焼室内の予混合気を圧縮して自己着火燃焼をさせる予混合圧縮自己着火燃焼（以下、ＨＣＣＩ燃焼という。）と、混合気を火花点火により燃焼させる火花点火燃焼（以下、ＳＩ燃焼という。）とを切替えて運転する内燃機関（エンジン）の制御装置に関する。

ＨＣＣＩ燃焼では、予め混合された空気と燃料の混合気がピストンで圧縮されることで自己着火温度に達して、燃焼室内の複数の箇所で同時に燃焼が開始される。一般的なＳＩ燃焼では断熱圧縮作用によって混合気の温度を自己着火温度にすることは困難で、ＨＣＣＩ燃焼では、ＳＩ燃焼よりも高圧縮比とすることで断熱圧縮による温度上昇効果を高めるとともに、燃焼室内に残留させた既燃ガス（以下、内部ＥＧＲガスという。）の熱エネルギーを利用したりすることで、さらに混合気温度を上昇させた燃焼を実現している。

ＨＣＣＩ燃焼では、燃焼室内の複数の箇所で同時に燃焼が開始されることによる急速燃焼効果としての冷却損失の低減、多量のＥＧＲガスで希釈された混合気や超希薄な混合気での燃焼が実現できることによるポンプ損失の低減、及び高圧縮比化による高効率化によって、従来のＳＩ燃焼に比べて燃費が良い。さらに、多量のＥＧＲガスで希釈された混合気や超希薄な混合気を燃焼させた場合には低温燃焼となり、排ガス中のＮＯｘの生成を抑制できる。従って、より幅広い運転条件でＨＣＣＩ燃焼を実現することが望ましい。

ところが、燃料量が多く燃焼ガス温度が高くなる高負荷運転領域では、燃料増加に伴って激しい燃焼になり易くなるのに加えて、燃焼ガス温度の高温化に伴い、シリンダブロック等で形成される燃焼室全体の雰囲気温度が低負荷に比べて高温となるため混合気温度が高温となるので、多量の燃料が一気に燃えて燃焼圧力上昇率（ｄＰ／ｄθ）が急峻となる。その結果、大きな燃焼騒音を招いてしまいＨＣＣＩ燃焼領域は高負荷側で制限される。

一方、燃焼ガス温度が低温となる低負荷運転領域では、燃焼ガス温度の低下に伴って燃焼室内の雰囲気温度が低下するのに加えて、内部ＥＧＲガスによる混合気温度の上昇効果や吸気加熱器の能力が不足し、混合気温度が自己着火温度まで十分に上昇せずに失火を招くのでＨＣＣＩ燃焼領域は低負荷側でも制限される。そこで、ＨＣＣＩ燃焼が実現できない運転領域ではＳＩ燃焼が行われ、それぞれの領域間で燃焼方式の切替えが行われる。

ただし、これら燃焼領域は回転数と負荷が一定の定常運転で求められた領域であって、実際の内燃機関の動作は加速や減速など過渡運転が頻繁に繰り返される。このため、例え運転状態がＨＣＣＩ燃焼領域に変化し、その運転状態に於ける燃焼ガス温度に変化したとしても、熱容量の大きいシリンダブロックや吸排気弁等で形成される燃焼室温度は燃焼ガス温度のように応答良く変化しないために、混合気はその燃焼室温度の影響を受けてＨＣＣＩ燃焼を行うのに適切な温度とならず燃焼状態が悪化してしまう。

例えば、燃焼ガス温度が非常に高く燃焼室が高温となるＳＩ燃焼での高負荷運転から、ドライバーが減速操作を行う事で内燃機関の回転数と負荷が低下し、ＨＣＣＩ燃焼領域に入った場合には燃焼室が非常に高温のままであり、この状況で燃焼方式をＳＩ燃焼からＨＣＣＩ燃焼にいきなり切替えると混合気が高温になり過ぎる結果、燃焼圧力上昇率（ｄＰ／ｄθ）が増加し大きな騒音が発生してしまう。

一方、燃焼室が非常に低温となる減速時の燃料カット状態から、ドライバーが加速操作や定速操作を行うことで内燃機関の回転数と負荷が増加し、ＨＣＣＩ燃焼領域に入った場合には燃焼室が非常に低温のままであるために混合気が自己着火温度以下に冷却されて失火してしまう。

そこで、圧縮着火（ＨＣＣＩ）燃焼と火花点火（ＳＩ）燃焼の２つの燃焼方式で運転が可能であり、運転状態に応じて燃料カットを実行する内燃機関において、例え運転状態が圧縮着火運転可能領域の中にあったとしても、燃料カットにより燃焼室内温度が低下しており、また内部ＥＧＲに用いる排気温度も低い状態にあるため、自己着火の温度に到達せず失火してしまう燃料カットの実行直後には、燃料カット直前の回転数と要求トルクから推定した燃焼室温度と燃料カット期間に基づいて設定された所定時間の間、ＳＩ燃焼を実行し、その所定時間が経過した後にＨＣＣＩ燃焼に切替えるものがある（例えば特許文献１参照）。

また、混合気を自己着火によって燃焼させる圧縮自己着火（ＨＣＣＩ）燃焼モードと、火花点火によって燃焼させる火花点火（ＳＩ）燃焼モードとに、燃焼モードを切り替えて運転される圧縮着火式内燃機関の制御装置であって、自己着火が生じやすい温度となる目標作動ガス温度が得られるＥＧＲ量を、エンジン回転数と要求トルクに基づくマップから検索し、作動ガス中のＥＧＲ割合と前サイクルの燃焼ガス温度から推定した作動ガス温度と要求トルクから算出した推定燃焼ガス温度にシリンダブロック温度の影響分を加えた推定燃焼ガス温度に応じて燃焼方式を決定するものがある（例えば特許文献２参照）。

一方、燃焼室はシリンダブロックのみで形成されている訳ではなく、ピストン、吸排気弁、点火プラグ等も配置されているが、燃焼時におけるこれら構成部品の温度が、例えば、ピストンの温度で２５０〜３２０℃、排気弁温度は７００〜８００℃、点火プラグ温度は熱価によっても異なるが８００℃以上、シリンダーヘッドの温度は排気弁近傍で３００℃近くになることなどが知られている（例えば非特許文献１参照）。

特開２００４−３１６５４４号公報 特開２００５−９３５６号公報

村山正、常本秀幸著、「自動車エンジン工学」、東京電機大学出版

しかしながら、特許文献１では、燃料カット直前の回転数と要求トルクから燃焼室温度を推定しているが、燃料カット直前に加速や減速などの過渡運転が頻繁に生じた場合には、熱容量の大きい燃焼室の温度はその回転数と要求トルクの変化に追従しない。その結果、燃料カット直前の回転数と要求トルクから推定した燃焼室温度と実際の燃焼室温度に誤差が生じてしまい、その誤差を持った燃焼室温度を用いて導き出したＳＩ燃焼期間が短か過ぎるために、ＨＣＣＩ燃焼に切替えた瞬間に失火に陥ったり、逆にＳＩ燃焼期間が長過ぎるとＨＣＣＩ燃焼による燃費向上効果が低下してしまう。

また、特許文献２では、シリンダブロック温度を所定値として推定した燃焼ガス温度に応じて燃焼方式を決定しているが、運転状態によって燃焼ガス温度が異なるので、その影響を受けてシリンダブロック温度も運転状態によって変化する。さらに、過渡運転においては燃焼ガス温度変化に対してシリンダブロックの熱容量分の応答遅れを持ってシリンダブロック温度も変化する。これらの結果、推定した燃焼ガス温度の精度が悪いことは明らかであり、その燃焼ガス温度に基づいて燃焼方式を切替えた瞬間に、混合気温度不足によって失火が生じたり、あるいは、その逆に混合気温度の高温化によって燃焼騒音が生じてしまう。

さらに、非特許文献１から、構成部品毎に温度が異なることや、運転状態に対する温度の変化幅が異なることが理解できる。また、構成部品毎の材質の違いによって熱容量も異なることから温度の応答性も異なることが容易に推測できる。
従って、シリンダブロック以外の構成部品を考慮していない推定燃焼ガス温度に基づいて燃焼方式を決定する方法では、上記と同様に、推定燃焼ガス温度の精度が悪いために、混合気温度不足によって失火が生じたり、あるいは、その逆に混合気温度が高温となり燃焼騒音が生じてしまう。

ここで、ＨＣＣＩ燃焼を行う場合の定常運転での回転数と負荷に対する内部ＥＧＲガス量を図１に示す。この内部ＥＧＲガス量は、燃焼室の状態が安定した状態において、混合気を良好に燃焼できる適切な自己着火温度になるように予め実験やシミュレーションによって設定されたものであり、燃焼ガス温度が高温となる高負荷ほど内部ＥＧＲガス量は少なく、燃焼ガス温度が低温となる低負荷ほど多くなるように設定されている。
ところが、燃料カットを含む過渡運転では燃焼室温度の変化の影響を受けて、図１に示す内部ＥＧＲガス量の設定では良好な自己着火燃焼が得られる適切な混合気温度から逸脱してしまう。

そこで、回転数と負荷で設定した内部ＥＧＲガス量でも適切な混合気温度から逸脱しないように、燃焼室の状態が安定するまでの期間を推定しＳＩ燃焼を継続しているのが特許文献１であり、推定燃焼ガス温度が所定範囲内に入ったことを判定することで安定したことを確認して燃焼方式を切替えているのが特許文献２である。言い換えれば、特許文献１と特許文献２は燃焼の悪化を抑制するために安定するまで待っているだけである。

ここで、例えば過渡運転を考えた場合、燃料カットから復帰した直後の定常運転では燃焼室温度が低下しているために混合気温度は低下するので、より多くの内部ＥＧＲガス量を供給することができる。このことは燃焼室の状態の影響を受ける混合気の状態を考慮することで、同じ運転条件でも燃費効果を向上できることを示している。
ところが、特許文献１と特許文献２では、混合気が適正な自己着火温度になるか否かの判定を燃焼室温度や燃焼ガス温度で行っているのみで、積極的に燃費効果の向上を図っていないという問題があった。

本発明は、上記のような問題点を解決するものであって、燃焼悪化に伴う燃焼変動や騒音を発生すること無く燃焼方式を切替えるとともに燃費効果を向上させることができる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明に係る内燃機関の制御装置は、燃料を噴射する燃料噴射装置と、燃焼室に形成された燃料と空気との混合気に点火するための点火装置と、前記燃焼室に設けられた吸気弁の開閉を制御する吸気動弁機構と、前記燃焼室に設けられた排気弁の開閉を制御する排気動弁機構とを備えるとともに、前記燃焼室内の予混合気を圧縮して自己着火燃焼をさせるＨＣＣＩ燃焼方式と、前記点火装置を介して燃料と空気との混合気を火花点火により燃焼させるＳＩ燃焼方式とを切替える制御部を備えた内燃機関の制御装置であって、前記内燃機関の回転数を検出する回転数検出器と、前記内燃機関の負荷を検出する負荷検出器と、前記燃焼室の筒内圧力を検出する筒内圧力検出器とを備え、 前記制御部は、前記ＳＩ燃焼方式での圧縮行程における燃焼開始前の前記筒内圧力が、前記回転数と負荷によって決まる、ＨＣＣＩ燃焼を可能にする筒内圧力の上下限範囲に入った場合に前記ＳＩ燃焼方式から前記ＨＣＣＩ燃焼方式に切替えるとともに、前記燃焼開始前の筒内圧力に基づき、前記吸気動弁機構を介して前記吸気弁の開弁時期を制御するとともに前記排気動弁機構を介して前記排気弁の閉弁時期を制御するものである。

本発明に係る内燃機関の制御装置によれば、燃焼方式判定手段は、ＳＩ燃焼方式での圧縮行程における燃焼開始前の筒内圧力が上下限範囲に入った場合にＳＩ燃焼からＨＣＣＩ燃焼に切替えるとともに、燃焼開始前の筒内圧力に応じて吸気弁の開弁時期を制御するとともに排気弁の閉弁時期を制御するので、燃焼を悪化させることなく、従ってこれに伴う燃焼変動や騒音を発生することなく燃焼方式を切替えることができ、以って燃費効果を向上させることができる。

一般的に知られた、ＨＣＣＩ燃焼定常運転での回転数と負荷に対する内部ＥＧＲガス量の設定を示すメモリマップ図である。 本発明に係る内燃機関の制御装置の構成例を示す概略図である。 図２におけるＥＣＵ内部で実行される処理の実施の形態１による機能ブロック図である。 一般的に知られた、回転数と負荷の運転動作点に対するＨＣＣＩ燃焼領域とＳＩ燃焼領域を示したメモリマップ図である。 本発明の実施の形態１により、ＨＣＣＩ燃焼が可能な燃焼室の状態にあるという条件の下で、ＳＩ燃焼をした場合の運転動作点に対する燃焼開始前の筒内圧力上限値を示したメモリマップ図である。 本発明の実施の形態１により、ＨＣＣＩ燃焼が可能な燃焼室の状態にあるという条件の下で、ＳＩ燃焼をした場合の運転動作点に対する燃焼開始前の筒内圧力下限値を示したメモリマップ図である。 本発明の実施の形態１により、燃料カット復帰からの圧縮行程から膨張行程初期における筒内圧力波形を示した図である。 本発明の実施の形態１により、ＨＣＣＩ燃焼での運転動作点に対する排気弁の基本設定時期を示すメモリマップ図である。 本発明の実施の形態１により、定常ＳＩ燃焼での運転動作点に対する燃焼開始前の筒内圧力を示したメモリマップ図である。 本発明の実施の形態１により、ＨＣＣＩ燃焼での運転動作点に対する吸気弁の基本設定時期を示すメモリマップ図である。 図２におけるＥＣＵ内部で実行される制御プログラムのメイン制御（ルーチン）に関するフローチャートである。 図１１に示す燃焼条件判定に関するフローチャート（サブルーチン）である。 図１１に示す排気弁制御に関するフローチャート（サブルーチン）である。 図１１に示す吸気弁制御に関するフローチャート（サブルーチン）である。 図１１に示す燃料カット時の吸気量制御に関するフローチャート（サブルーチン）である。 一般的に知られた、定常ＳＩ燃焼での運転動作点に対する吸気量を示した図である。 本発明の実施の形態１により、高回転高負荷のＳＩ燃焼運転から減速操作によってＨＣＣＩ燃焼へ移行する際の制御動作を示したタイミングチャートである。 本発明の実施の形態１により、低回転低負荷のＳＩ燃焼運転から加速操作によってＨＣＣＩ燃焼へ移行する際の制御動作を示したタイミングチャートである。 本発明の実施の形態１により、燃料カット中の吸気量の制御動作を示したタイミングチャートである。

以下、本発明に係る内燃機関の制御装置の実施の形態を、図を参照して、詳細に説明する。
実施の形態１．
まず、図２に示す本発明に係る内燃機関の制御装置の構成と、内燃機関が４サイクルである場合の基本動作を例にとって以下に説明する。

内燃機関本体１にはクランク角センサ２が取り付けられ、クランク軸が一定角度（例えばクランク回転角１０°）回転する毎に回転角検出用のパルス信号を出力し、クランク角度や回転数の算出に用いる。また、吸気管１３には吸気管圧力を検出する吸気管圧力センサ１４を配置しており、この吸気管圧力センサ１４によって検出された圧力から内燃機関の負荷や吸気量が算出され、回転数と合わせて運転動作点が示される。

ピストン３は燃焼室４を往復運動し、ピストン３の下降で燃料噴射装置９から噴射された燃料と電子スロットル弁１０で燃焼室４へ吸入される吸気量を調整した空気との混合気を吸気弁５から燃焼室４へ導入し、その混合気はピストン３の下降に伴い燃焼室４内に広く分散しつつ前サイクルの既燃ガスである内部ＥＧＲガスと混合されて高温で均一な予混合気を形成する（吸気行程）。

その後、ピストン３の上昇によって混合気を断熱圧縮し、断熱圧縮による混合気温度上昇と、運転条件によっては燃焼室４の上方に配設された点火装置６の火花点火による温度上昇も追加することで圧縮自己着火燃焼が行われる（圧縮行程）。その燃焼圧力によってピストン３は下降し運動エネルギーに変換される（燃焼行程あるいは膨張行程）。

その後、ピストン３は上昇に転じ、クランク角度に対する排気弁７の閉じるタイミングを調整することで燃焼室４に残す内部ＥＧＲガス量を制御し、不要な既燃ガスは排気弁７を介し排気管８に配置された触媒（図示せず）で浄化し大気に放出される（排気行程）。

ここで、ＳＩ燃焼では、空気と燃料のみの混合気が点火装置６による火花点火によって燃焼される。これらの運動によって得られる運動エネルギーによって車は走り、その時の車速を、車軸やクランク軸に取付けた車速センサ１８から得ることができる。なお、内燃機関の構成で燃料噴射装置９を吸気管１３に配置したポート噴射としたが、燃料噴射装置９を燃焼室４に配置し燃焼室４に直接燃料を噴射する直噴の内燃機関に本発明を適用してもよい。

排気弁７と吸気弁５にはそれぞれの弁を駆動する為の排気動弁機構１２と吸気動弁機構１１が備えられ、排気弁７と吸気弁５は内燃機関のクランクシャフト１５に連結された排気動弁機構１２内のカムと吸気動弁機構１１内のカムによりクランクシャフト１５の回転に同期して駆動される。

さらに、排気動弁機構１２と吸気動弁機構１１はクランクシャフト１５に対するカムの位相を連続的に変更可能な位相可変機構を有しており、その作動によって排気弁７の位相を変更することで内部ＥＧＲガス量を調整し、吸気弁５の位相を変更することで吸気管１３に吹き返す内部ＥＧＲガス量を調整することができる。内部ＥＧＲガス量の調整は排気弁７の閉じるタイミング（時期）を変更することで行われ、排気弁７の位相（閉弁時期）を進角側に進めて排気管８に排出される既燃ガス量を減らすことで内部ＥＧＲガス量を増加させ、逆に遅角側への操作で排気管８に排出される既燃ガス量を増やすことにより内部ＥＧＲガス量を減少させる。

また、吸気管１３に吹き返す内部ＥＧＲガス量の調整は吸気弁５の開くタイミングを変更することで行われ、吸気弁５の位相を進角側に進めて吸気管１３に吹き返す内部ＥＧＲガス量を増加させ、逆に遅角側への操作で内部ＥＧＲガスの吹き返す量を減少させる。この吸気管１３への内部ＥＧＲガスの吹き返しは、排気行程の後半から吸気行程の前半で、一旦、吸気管１３へ内部ＥＧＲガスを吹き返すことで内部ＥＧＲガスを吸気管１３で冷却し、吸気行程で燃焼室４に再供給することを狙いとしており、その内部ＥＧＲガス量を調整することで内部ＥＧＲガスの温度調整を行うことができる。

なお、本実施の形態では、排気行程後半から吸気行程前半での吸気弁５の開くタイミングの調整により内部ＥＧＲガスが吸気管１３へ吹き返す量を調整しているが、吸気行程後半から圧縮行程前半において吸気弁５の閉じるタイミングを調整することで吸気管１３へ吹き返す内部ＥＧＲガス量を調整してもよい。

また、車室内等に設けられたエンジンコントロールユニット１６（以下、ＥＣＵと略称する。）は燃焼方式切替制御、吸気弁制御、及び排気弁制御等を実行するマイクロコンピュータシステムであり、クランク角センサ２の出力信号と、燃焼室４に取付けられた筒内圧力を検出する筒内圧力センサ１７の出力信号と、車速センサ１８の出力信号とをＥＣＵ１６に取り込み、その信号に基づいて演算処理を実行する。その演算結果に応じて各種アクチュエータ用制御信号、すなわち、点火装置６、燃料噴射装置９、電子スロットル弁１０、吸気動弁機構１１、及び排気動弁機構１２への制御信号を送り、吸気動弁機構１１及び排気動弁機構１２は吸気弁５及び排気弁７をそれぞれ駆動する。

ＥＣＵ１６は、図３に示す機能ブロック図で示すことができるととともに、図１１〜図１５に示す、予めメモリに記憶した制御プログラムに基づいて各種の演算処理を実行するものであり、図３の機能ブロックを、図２並びに図４〜１０のメモリマップを参照して以下に説明する。なお、図３において、括弧付符号（Ｓ〜）で示すものは、後述する図１１〜１５に示す制御フローにおける各ステップに対応している。また、図３には、図１１及び図１５に示す「燃料カット時吸気量制御」（Ｓ１０４）の機能ブロックは、燃料カット時のみ関係するので含まれていない。

まず、太い点線で囲まれた「燃焼条件判定」（Ｓ１０１）の処理について説明する。
ＥＣＵ１６は、運転動作点としてクランク角センサ２を基に検出した回転数Ｎｅと吸気管圧力センサ１４を基に検出した負荷Ｅｃを抽出し、ＥＣＵ１６に予め実験で決定しメモリに格納した図４のメモリマップ（以下、単にマップと称する。）から回転数と負荷を基に、運転動作点が、ＳＩ燃焼領域とＨＣＣＩ燃焼領域のいずれの燃焼領域に在るかの判定を実行する（Ｓ２０１，Ｓ２０２）。

ＳＩ燃焼領域に在る場合はＳＩ燃焼を許可し（Ｓ２０３）、燃焼方式を切替えて吸気弁５と排気弁７をＳＩ燃焼時の設定とする（Ｓ３０２，Ｓ４０２）。ＨＣＣＩ燃焼領域に在る場合には（Ｓ２２１）、ＨＣＣＩ燃焼が可能な燃焼室の状態の範囲を示した燃焼開始前の筒内圧力の上限値Ｐ＿ｕｖと下限値Ｐ＿ｌｖを、回転数と負荷を基に予め実験等でマップ化した図５および図６から算出し（Ｓ２０９）、筒内圧力センサ１７からの燃焼開始前の筒内圧力Ｐ＿ｂｆ（ｎ）（Ｓ２０８）がこの上下限値内にあるか否かを判定（燃焼室状態判定）する（Ｓ２１０）。

ここで、図７に示した燃料カット復帰から１５サイクルまでのＳＩ燃焼時の圧縮行程から膨張行程初期における筒内圧力波形を確認すると、圧縮行程上死点（クランク角０ｄｅｇ）前７０ｄｅｇのクランク角度近傍から混合気の圧縮により筒内圧力上昇が見られる。燃焼開始前の圧縮行程上死点前２０ｄｅｇのクランク角度近傍では、吸気量が同じであるにも関わらず、サイクルを重ねる毎に筒内圧力が増加し、この実験条件では燃料カット復帰後１５サイクル目以降は、ほぼ同じ筒内圧力で飽和した。

これは、燃料カット復帰直後の燃焼室４の状態変化が影響しており、復帰直後に比べ燃焼を重ねる毎に燃焼室４が高温状態となり、その影響を受けて混合気が膨張し体積が増加したことで圧縮行程における筒内圧力差として現れた結果である。言い換えれば、この燃焼開始前の筒内圧力は燃焼室全体の状態を示していると言える。

なお、図示しないが、高回転・高負荷のＳＩ燃焼からＨＣＣＩ燃焼領域となる中回転・中負荷に変化した場合では、同じ吸気量であるにも関わらず、燃焼開始前の筒内圧力が数サイクルかけて徐々に低下し、或る特定の筒内圧力で飽和する。これは、燃料カットから復帰した時と同様に、高回転・高負荷での燃焼室４の高温状態から中回転・中負荷の燃焼室４の状態に変化したことによる影響として現れている。従って、燃焼開始前の筒内圧力が上下限値内であれば燃焼室がＨＣＣＩ燃焼の可能な状態になっていると判断できるので、ＨＣＣＩ燃焼を許可し燃焼方式を切替える。

上下限値外であれば、燃焼室４の状態が低温あるいは高温となっており、ＨＣＣＩ燃焼に切替えた場合、混合気温度が燃焼室４の状態の影響を受けて低温になった場合には失火し、あるいは高温になった場合には燃焼騒音が生じるので、それらを防止するためにＳＩ燃焼とする。このように、燃焼開始前の筒内圧力を基に燃焼室の状態を判断し燃焼切替えの判断を行うので、燃焼を悪化させることなく燃焼方式を切替えることができる。

さらに、この燃焼条件判定（Ｓ１０１）の結果を受けて、ＨＣＣＩ燃焼に移行する際に実行される図３の太い一点鎖線内の「ＨＣＣＩ燃焼時の吸・排気弁制御（Ｓ１０２／Ｓ１０３）」について説明する。
まず、「排気弁制御」においては、運転動作点としてクランク角センサ２を基に検出した回転数Ｎｅと吸気管圧力センサ１４を基に検出した負荷Ｅｃを用い、ＥＣＵ１６に予め実験で決定し格納した図８のマップから回転数と負荷に基づき排気弁７の開閉時期（閉弁時期）の基本設定値Ｅｖ＿ｂａｓｅを算出する（Ｓ３０５）。

さらに、定常ＳＩ燃焼において運転動作点毎に燃焼開始前の筒内圧力を、予め実験により求めマップ化した図９から回転数と負荷に基づき抽出した筒内圧力基準値Ｐ＿ｂａｓｅ（Ｓ３０９）と、前述の燃焼条件判定（Ｓ１０１）で算出したＨＣＣＩ燃焼が可能な燃焼室の低温状態を示す筒内圧力の下限値Ｐ＿ｌｖ（Ｓ２０９）と、筒内圧力センサ１７から検出した燃焼開始前の筒内圧力Ｐ＿ｂｆ（ｎ）とを用いて、排気弁７の進角補正量の初期値Ｅｖ＿Ｒ１（Ｓ３１０）を演算する。

この初期値Ｅｖ＿Ｒ１は、主に、燃焼開始前の筒内圧力Ｐ＿ｂｆ（ｎ）と筒内圧力基準値Ｐ＿ｂａｓｅとの偏差（Ｐ＿ｂｆ（ｎ）−Ｐ＿ｂａｓｅ）で演算され、燃焼開始前の筒内圧力Ｐ＿ｂｆ（ｎ）の方が低く、差が大きいほど燃焼室４が低温状態にあると判断できるので、進角補正量の初期値Ｅｖ＿Ｒ１をより大きな値に設定し、内部ＥＧＲガス量が多く供給される。

さらに、サイクル毎に変化する燃焼室４の状態に応じた減量補正量Ｅｖ＿Ｒ＿Ｃ（Ｓ３１３）を、ＳＩ燃焼領域での回転数とＨＣＣＩ燃焼領域に変化後の回転数との差ΔＮｅ（Ｓ３１５）から演算し、進角補正量の初期値Ｅｖ＿Ｒ１をサイクル毎に減算し、排気弁の補正量Ｅｖ＿Ｒとする（Ｓ３１１）。
なお、燃焼室４の状態は燃焼ガスからの受熱と冷却水等の内燃機関本体への放熱の繰り返しで変化し、回転数によってそれらが影響する期間と間隔が変化するので、燃焼室４の状態変化は回転数変化ΔＮｅと相関があり、回転数変化が大きいほど燃焼室４の状態変化が大きく、燃焼室４の状態が安定するまで時間あるいはサイクル数を要するので、減量補正量Ｅｖ＿Ｒ＿Ｃは小さな設定となる。

最後に、排気弁７の基本設定時期Ｅｖ＿ｂａｓｅにこの排気弁７の補正量Ｅｖ＿Ｒを反映させて排気弁の設定時期Ｅｖ＿Ｔとし（Ｓ３１２）、ＥＣＵ１６は排気弁７をその設定値Ｅｖ＿Ｔになるように制御する。
このように、燃焼室４の状態に応じて排気弁７を制御し、特に燃焼室４が低温状態にある場合に、積極的に内部ＥＧＲガス量を増加させているので、燃費効果を向上させることができる。

なお、燃焼室４が高温状態である場合には、排気弁制御により、内部ＥＧＲガス量を減らす補正を行うことで燃焼騒音を抑制できるかもしれないが、その場合、内部ＥＧＲガス量減少によって燃費効果が低下するので、内部ＥＧＲガス量を減らすことは行わず、後述する吸気弁制御で内部ＥＧＲガス温度を調整することで燃費効果を減らすことなく、燃焼騒音を回避する制御としている。

次に、ＨＣＣＩ燃焼へ移行する際に実行される図３の太い一点鎖線で示す「ＨＣＣＩ燃焼時吸・排気弁制御」における「吸気弁制御」について説明する。
まず、「排気弁制御」と同様に、運転動作点としてクランク角センサ２を基に検出した回転数Ｎｅと吸気管圧力センサ１４を基に検出した負荷Ｅｃとを用い、ＥＣＵ１６に予め実験で決定し格納した図１０のマップから回転数と負荷に基づき吸気弁５の基本設定時期Ｉｖ＿ｂａｓｅを求める（Ｓ４０６）。

さらに、「排気弁制御」でも演算した筒内圧力基準値Ｐ＿ｂａｓｅ（Ｓ４０９）と、前述した「燃焼条件判定」で算出したＨＣＣＩ燃焼が可能な燃焼室４の高温状態を示す筒内圧力の上限値Ｐ＿ｕｖと、燃焼開始前の筒内圧力Ｐ＿ｂｆ（ｎ）を用いて、吸気弁補正演算内で吸気弁５の補正量の初期値Ｉｖ＿Ｒ１を演算する（Ｓ４１０）。この初期値Ｉｖ＿Ｒ１は、主に、燃焼開始前の筒内圧力Ｐ＿ｂｆ（ｎ）と筒内圧力基準値Ｐ＿ｂａｓｅとの偏差（Ｐ＿ｂｆ（ｎ）−Ｐ＿ｂａｓｅ）で演算され、燃焼開始前の筒内圧力Ｐ＿ｂｆ（ｎ）の方が高く差が大きいほど燃焼室４が高温状態にあると判断できるので、補正量の初期値Ｉｖ＿Ｒ１を大きな値に設定し、吸気弁５を進角補正することでより多くの内部ＥＧＲガス量を吸気管１３へ吹き返し冷却する。

これにより、燃焼室４が高温状態にあっても内部ＥＧＲガス量を減らすことなく冷却することができ、以って混合気温度の上昇を抑え、内部ＥＧＲガスによる燃費効果を減らすことなく燃焼騒音を防止できる。また、「排気弁制御」と同様にサイクル毎に変化する燃焼室の状態に応じた減量補正量Ｉｖ＿Ｒ＿Ｃ（Ｓ４１３）で補正量の初期値Ｉｖ＿Ｒ１をサイクル毎に減算し、吸気弁５の補正量Ｉｖ＿Ｒ（Ｉｖ＿Ｒ１−Ｉｖ＿Ｒ＿Ｃ）とする（Ｓ４１４）。

最後に、吸気弁５の基本設定時期Ｉｖ＿ｂａｓｅにこの吸気弁５の補正量Ｉｖ＿Ｒを反映させて（Ｓ４１５）、吸気弁５の設定時期Ｉｖ＿Ｔ（Ｉｖ＿ｂａｓｅ＋Ｉｖ＿Ｒ）として、ＥＣＵ１６は吸気弁５をその設定時期Ｉｖ＿Ｔになるように制御する。
このように、燃焼室４の状態に応じて吸気弁５を制御し、特に燃焼室４が高温状態にある場合には、吸気弁操作によって内部ＥＧＲガスを吸気管１３へ吹き返し冷却することで、混合気の高温化を抑制し燃焼騒音を回避し、さらに内部ＥＧＲガス量を減らすことがないので燃費効果を維持できる。

次に、図１１〜１５に示す、ＥＣＵ１６に格納された制御プログラムについて説明する。
まず、図１１はメイン制御フローを示し、例えば４気筒の内燃機関を用いた場合、クランク角度１８０度毎に対応気筒について実行される。

まず、ステップＳ１０１で「燃焼条件判定」演算を実行することでＳＩ燃焼において検出した燃焼室４の状態に基づいて燃焼方式の切替え判定を行い、ステップＳ１０２の「排気弁制御」でその燃焼室４の状態に応じて排気弁７の閉弁時期の制御を行い、さらにステップＳ１０３の「吸気弁制御」でその燃焼室の状態に応じて吸気弁５の開弁時期の制御を行い、ステップＳ１０４で、燃料カット中に燃焼室４の状態をコントロールするために燃焼室４の状態に応じて吸気量を制御する「燃料カット時吸気量制御」を行う。

これにより、燃焼室４の状態に応じて排気弁７と吸気弁５と吸気量とを制御することで、燃焼を悪化させることなく燃焼方式を切替えるとともに燃費効果を向上させることができる。
具体的には、燃焼室４が低温状態にある場合には排気弁操作によって内部ＥＧＲガス量を増加させて燃費効果を上げ、燃焼室４が高温状態にある場合には吸気弁操作によって内部ＥＧＲガスを吸気管１３へ吹き返し冷却することで内部ＥＧＲガス量を減らすことなく燃費効果を維持しつつ、混合気の高温化を抑制し燃焼騒音を回避する。また、燃料カット中の燃焼室４の状態に応じて吸気量を操作し、燃料カット復帰直後にＨＣＣＩ燃焼の可能な燃焼室の状態にすることで燃費効果を向上させる。

次に、図１１に示すステップＳ１０１の「燃焼条件判定」処理について図１２のフローチャートを参照して詳細に説明する。
図１２のステップＳ２０１で、運転動作点としてクランク角センサ２を基に算出した回転数Ｎｅと吸気管圧力センサ１４を基に算出した負荷Ｅｃを抽出する。その運転動作点が、予め実験で設定した図４に示すＨＣＣＩ燃焼領域にあるか否をステップＳ２０２で判定し、例えば高負荷領域に在り、ＨＣＣＩ燃焼が成立しない領域と判定された場合は、ステップＳ２１８に進んでＳＩ燃焼領域での回転数の、例えば１０サイクルの移動平均値Ｎｅ＿ａｖｅ＿ＳＩを演算し、次のステップＳ２１９でその移動平均値をＳ＿Ｎｅ＿ＳＩとして記録する。

さらに、ステップＳ２２０では、ＨＣＣＩ燃焼領域で演算するＨＣＣＩ燃焼領域での回転数の移動平均値Ｎｅ＿ａｖｅ＿ＨＣＣＩをクリアする。
次のステップＳ２０３に移り、ＳＩ燃焼を許可する。さらにステップＳ２０４でＨＣＣＩ燃焼条件でないことを示すためにＨＣＣＩ燃焼フラグＨＣＣＩ＿Ｆｌａｇ（ｎ）をクリアして、本演算を終了する。

一方、ステップＳ２０２でＨＣＣＩ燃焼領域と判定されたときには、ステップＳ２２１でＨＣＣＩ燃焼領域での回転数の例えば１０サイクルの移動平均値Ｎｅ＿ａｖｅ＿ＨＣＣＩを演算し、次のステップＳ２２２ではＳＩ燃焼領域で演算するＳＩ燃焼領域での回転数の移動平均値Ｎｅ＿ａｖｅ＿ＳＩをクリアする。ステップＳ２０７ではＨＣＣＩ燃焼フラグＨＣＣＩ＿Ｆｌａｇ（ｎ）がセットされているかを確認し、燃焼室４の状態判定が出来ていないためにフラグがセットされていないのであれば、以降のステップＳ２０８〜２１０で燃焼室４の状態を判定する。

この燃焼室４の状態判定処理は、ＨＣＣＩ燃焼が可能な燃焼室４の状態に在るか否かを判定し、燃焼室４が高温状態あるいは低温状態での燃焼方式の切り替えによって生じてしまう燃焼騒音や失火を防止することにある。
まず、ステップＳ２０８で、ＥＣＵ１６のメモリ領域（図示せず）にクランク角度１ｄｅｇ毎に記録した筒内圧力から、燃焼開始前のクランク角度となる、例えば圧縮上死点前２０ｄｅｇの筒内圧力を燃焼開始前の筒内圧力Ｐ＿ｂｆ（ｎ）として筒内圧力センサ１７の出力から読み込む。

次に、ステップＳ２０９で、予め実験やシミュレーションからＨＣＣＩ燃焼が可能な燃焼室４の状態の範囲を示した燃焼開始前の筒内圧力の上下限値Ｐ＿ｕｖ及びＰ＿ｌｖを、それぞれ図５および図６から回転数Ｎｅと負荷Ｅｃを基に抽出する。これらの上下限値Ｐ＿ｕｖ及びＰ＿ｌｖは、燃焼室４が高温状態で混合気が温められれば混合気の体積が増加し圧縮行程における燃焼開始前の筒内圧力は増加すること、一方で燃焼室４が低温状態であれば燃焼開始前の筒内圧力は低下することの現象を捉え、これらからＨＣＣＩ燃焼が可能な燃焼室４の状態量の範囲を示す指標としてＳＩ燃焼で動作点毎に上下限値Ｐ＿ｕｖ＿ｍａｐ（Ｎｅ，Ｅｃ）及びＰ＿ｌｖ＿ｍａｐ（Ｎｅ，Ｅｃ）を抽出しマップ化している。

ステップＳ２１０で、この上下限値の範囲内に燃焼開始前の筒内圧力があるか否かの判定（Ｐ＿ｕｖ＞Ｐ＿ｂｆ（ｎ）＞Ｐ＿ｌｖ）を行い、この範囲内であれば、ＨＣＣＩ燃焼で良好な燃焼が得られる燃焼室４の状態と判断できるので、ステップＳ２１６でＨＣＣＩ燃焼を許可し、ステップＳ２１７でＨＣＣＩ燃焼フラグをセットし、本演算を終了する。

一方、ステップＳ２１０で燃焼開始前の筒内圧力が所定範囲（Ｐ＿ｕｖ〜Ｐ＿ｌｖ）に無く、ＨＣＣＩ燃焼を行った場合に燃焼室４の状態の影響を受けて、混合気低温化による失火や混合気高温化による燃焼騒音を招く虞があると判断されれば、ステップＳ２１１でＳＩ燃焼を許可し、ステップＳ２１２でＨＣＣＩ燃焼フラグＨＣＣＩ＿Ｆｌａｇ（ｎ）をクリアして、本演算を終了する。
このように、燃焼室４の状態量を表す燃焼開始前の筒内圧力を基に、ＨＣＣＩ燃焼の可否判定を行うので、燃焼を悪化させること無く燃焼方式を切替えることができる。

次に、図１１のステップＳ１０１で得たＳＩ燃焼時の燃焼室４の状態に基づき実行するステップＳ１０２の「排気弁制御」について、図１３のフローチャートを用いて説明する。
まず、ステップＳ３０１で「燃料噴射を停止した燃料カット期間」であるか否かの判定を行い、燃料カット期間中と判断した場合には、ステップＳ３０２で排気弁７を、回転数と負荷で決められたＳＩ燃焼の基本設定値Ｅｖ＿ｂａｓｅ＝Ｓ＿Ｅｖ＿ｍａｐ（Ｎｅ，Ｅｃ）にする。次に、ステップＳ３１４で後述する排気弁７の補正量に関する減量補正量Ｅｖ＿Ｒ＿Ｃを０とし、さらにステップＳ３０３で燃焼室４の状態に応じて算出する排気弁進角補正初期値Ｅｖ＿Ｒ１と排気弁減量補正量Ｅｖ＿Ｒを０として、ステップＳ３１２でＳＩ燃焼の基本設定時期を排気弁７の設定とする。

ステップＳ３０１で燃料カット期間中でないと判定した場合は、ステップＳ３０４でＨＣＣＩ燃焼フラグＨＣＣＩ＿Ｆｌａｇ（ｎ）がセットされているか否かを判定し、セットされていないのであれば、図１２の「燃焼条件判定」処理で運転動作点がＨＣＣＩ燃焼領域に無いか、あるいは燃焼室４が高温状態か低温状態であるためにＨＣＣＩ燃焼が成立しない条件であると判断できるので、燃料カット期間中と同様にステップＳ３０２→ステップＳ３１４→ステップＳ３０３→ステップＳ３１２で排気弁７をＳＩ燃焼の基本設定時期とする。

一方、ステップＳ３０４でＨＣＣＩ燃焼フラグＨＣＣＩ＿Ｆｌａｇ（ｎ）がセットされていれば、ステップＳ３０５でＨＣＣＩ燃焼での排気弁７の基本設定時期Ｅｖ＿ｂａｓｅを、予め実験等で導き出した図８のマップ（Ｈ＿Ｅｖ＿ｍａｐ（Ｎｅ，Ｅｃ））から回転数Ｎｅと負荷Ｅｃを基に抽出する。ＨＣＣＩ燃焼の排気弁７の基本設定時期は、ＳＩ燃焼の設定に比べて内部ＥＧＲガス量を多くするために進角側で排気弁７が閉じられるように設定されている。

次のステップＳ３０７以降で排気弁７の閉弁時期を進角させるための補正量を演算する。まず、ステップＳ３０７で、後述する排気弁補正量に関する排気弁進角補正初期値Ｅｖ＿Ｒ１が０であるかを確認する。０と判定されれば、燃焼室４の低温状態に応じた排気弁７への補正量の初期値演算が行われていないので、ステップＳ３０９で定常ＳＩ燃焼において運転動作点毎に燃焼開始前の筒内圧力を予め実験により求めマップ化した図９のマップ（Ｐ＿ｂａｓｅ＿ｍａｐ（Ｎｅ，Ｅｃ））から回転数と負荷に基づいて筒内圧力基準値Ｐ＿ｂａｓｅを抽出する。当然のことながら、筒内圧力基準値Ｐ＿ｂａｓｅは、上限値Ｐ＿ｕｖと下限値Ｐ＿ｌｖの間の筒内圧力となる。

次にステップＳ３１０で次式を用いて排気弁７の進角補正量の初期値Ｅｖ＿Ｒ１を決定する。
Ｅｖ＿Ｒ１＝（Ｅｖ＿Ｔｍａｘ−Ｅｖ＿ｂａｓｅ）
＊（Ｐ＿ｂａｓｅ−Ｐ＿ｂｆ（ｎ））／（Ｐ＿ｂａｓｅ−Ｐ＿ｌｖ）
・・・・・式（１）
ただし、Ｅｖ＿Ｔｍａｘは排気弁最大進角位置を示す。
そして、ステップＳ３１６で排気弁進角補正量Ｅｖ＿Ｒに置き換えて更新する。

なお、ステップＳ３０７で排気弁進角補正初期値Ｅｖ＿Ｒ１が０の場合に実行されるステップＳ３０９とステップＳ３１０は、図１２の「燃焼条件判定」のステップＳ２１６でＳＩ燃焼からＨＣＣＩ燃焼が許可された場合にのみ排気弁７の進角補正量の初期値Ｅｖ＿Ｒ１を算出するために実行される演算処理であり、それ以降のサイクルでは排気弁進角補正初期値Ｅｖ＿Ｒ１に０以外の値が設定されているので、ステップＳ３０７の条件（Ｅｖ＿Ｒ１＝０）が成立せず、ステップＳ３１５でＳＩ燃焼領域での回転数の移動平均Ｓ＿Ｎｅ＿ＳＩとＨＣＣＩ燃焼領域に変化後の回転数の移動平均Ｎｅ＿ａｖｅ＿ＨＣＣＩとの差分である回転数変化ΔＮｅを算出する。

そして、次のステップＳ３１３で進角量を減算するための減量補正値Ｅｖ＿Ｒ＿Ｃを次式で演算する。
Ｅｖ＿Ｒ＿Ｃ＝Ｅｖ＿Ｒ１＊Ｋ＿ｅｖ（ΔＮｅ） ・・・・・式（２）
なお、燃焼室４の状態は燃焼ガスからの受熱と冷却水等の内燃機関本体への放熱により変化し、回転数によってそれらが影響する期間と間隔が変化するので、変数Ｋ＿ｅｖは１以下の値で回転数変化ΔＮｅと相関のある変数として、回転数変化が大きいほど燃焼室４の状態変化が大きく燃焼室４の状態が安定するまでに時間あるいはサイクル数を要するので、小さな値となるように設定する。

ステップＳ３１０で算出した排気弁７の進角補正量の初期値Ｅｖ＿Ｒ１からステップＳ３１３で算出した減量補正値Ｅｖ＿Ｒ＿Ｃ分をステップＳ３１１で毎サイクル減算し、その補正量を最終的な排気弁進角補正量Ｅｖ＿Ｒとして、ステップＳ３１２で、ステップＳ３０５で求めたＨＣＣＩ燃焼での排気弁の基本設定時期Ｅｖ＿ｂａｓｅにその進角補正量Ｅｖ＿Ｒを反映した値（Ｅｖ＿ｂａｓｅ＋Ｅｖ＿Ｒ）を排気弁設定値Ｅｖ＿Ｔとして、本排気弁制御を終了し、ＥＣＵ１６は排気弁７をその設定値Ｅｖ＿Ｔになるように制御する。

なお、ステップＳ３１０の式が示すように、燃焼室４が低温状態にあり燃焼開始前の筒内圧力Ｐ＿ｂｆ（ｎ）が筒内圧力基準値Ｐ＿ｂａｓｅよりも低い場合にはプラス補正となって進角補正がなされるが、燃焼室４が高温状態の場合には燃焼開始前の筒内圧力Ｐ＿ｂｆ（ｎ）が筒内圧力基準値Ｐ＿ｂａｓｅより高くなるために、ステップＳ３１０の演算結果は遅角補正を示すマイナス補正となり内部ＥＧＲガス量を減らす補正となってしまう。

しかしながら、燃焼室４が高温状態の場合においても内部ＥＧＲガス量減少による燃費効果の低下を抑えるために、ステップＳ３１１で排気弁進角補正量Ｅｖ＿Ｒとして、大きい方の値である“０”を選択し、後述する「吸気弁制御」で内部ＥＧＲガス温度を調整することで燃費効果を減らすことなく、燃焼騒音を回避する制御としている。

このように、燃焼室４の状態変化に影響のある回転数の変化に応じて減量補正値Ｅｖ＿Ｒ＿Ｃを変更することで、燃焼室４の状態に応じた排気弁７の進角補正量Ｅｖ＿Ｒとしているので、燃焼を悪化させることなく燃焼方式を切替えることができる。さらに、燃焼室４が低温状態の場合において積極的に内部ＥＧＲガスをより多く供給することで燃費効果を向上することができる。

次に、図１１のステップＳ１０１で得たＳＩ燃焼時の燃焼室４の状態に基づき実行するステップＳ１０４の「吸気弁制御」について、図１４のフローチャートを用いて説明する。

まず、ステップＳ４０１で燃料カット期間であるかの判定を行い、燃料カット期間中と判断した場合には、ステップＳ４０２で吸気弁５を回転数Ｎｅと負荷Ｅｃで決められたＳＩ燃焼の基本設定時期とする。次に、ステップＳ４０３で後述する吸気弁５の補正量に関する減量補正量を０とし、さらにステップＳ４０４で燃焼室４の状態に応じて算出する補正量Ｉｖ＿Ｒと吸気弁補正初期値Ｉｖ＿Ｒ１を０として、ステップＳ４１５でＳＩ燃焼の基本設定時期を吸気弁５の設定時期Ｉｖ＿Ｔとする。

ステップＳ４０１で燃料カット期間中でないと判定した場合は、ステップＳ４０５でＨＣＣＩ燃焼フラグがセットされているか否かを判定し、セットされていないのであれば、図１２の「燃焼条件判定」で運転動作点がＨＣＣＩ燃焼領域に無いか、あるいは燃焼室が高温状態か低温状態であるためにＨＣＣＩ燃焼が成立しない条件であると判断できるので、燃料カット期間中と同様にステップＳ４０２→ステップＳ４０３→ステップＳ４０４→ステップＳ４１５で吸気弁５をＳＩ燃焼の基本設定時期とする。

一方で、ステップＳ４０５でＨＣＣＩ燃焼フラグがセットされていれば、ステップＳ４０６でＨＣＣＩ燃焼での吸気弁５の基本設定時期Ｉｖ＿ｂａｓｅを予め実験等で導き出した図１０から回転数Ｎｅと負荷Ｅｃを基に抽出する。ＨＣＣＩ燃焼の吸気弁５の基本設定時期は、基本的には内部ＥＧＲガスの吸気管１３への吹き返しによる混合気温度の低下抑制とポンピングロス増加による燃費の悪化を抑制するために吸気行程と排気行程を境にした上死点を中心に排気弁７の閉弁時期と吸気弁５の開弁時期が均等になるように設定してある。

次にステップＳ４０７以降で吸気弁５の開弁時期の補正量を演算する。ステップＳ４０７で後述する吸気弁補正初期値Ｉｖ＿Ｒ１が０であるかを確認する。０と判定されれば、燃焼室４の状態に応じた吸気弁５への補正量の演算が行われていないので、「排気弁制御」と同様にステップＳ４０９で回転数Ｎｅと負荷Ｅｃに基づいて筒内圧力基準値Ｐ＿ｂａｓｅを抽出する。次にステップＳ４１０で次式を用いて吸気弁５の補正量の初期値Ｉｖ＿Ｒ１を決定し、ステップＳ４１１で吸気弁補正量Ｉｖ＿Ｒに置き換え更新する。

Ｉｖ＿Ｒ１＝（Ｉｖ＿Ｔｍａｘ−Ｉｖ＿ｂａｓｅ）
＊（Ｐ＿ｂｆ（ｎ）−Ｐ＿ｂａｓｅ）／（Ｐ＿ｕｖ−Ｐ＿ｂａｓｅ）
・・・・・式（３）
ただし、Ｉｖ＿Ｔｍａｘは吸気弁最大進角位置を示す。

なお、吸気弁補正量については進角側への補正をプラス、遅角側への補正をマイナスになるように設定してあり、燃焼開始前の筒内圧力Ｐ＿ｂｆ（ｎ）が筒内圧力基準値Ｐ＿ｂａｓｅより高いなら吸気弁補正初期値Ｉｖ＿Ｒ１がプラスになり、吸気弁設定が進角へ補正される。つまり、燃焼室４が高温状態にある場合に内部ＥＧＲガスが吸気管１３へ吹き返されて混合気温度が低温に調整される。

一方、燃焼室４が低温状態で燃焼開始前の筒内圧力Ｐ＿ｂｆ（ｎ）が筒内圧力基準値Ｐ＿ｂａｓｅより低い場合には、燃焼室４が低温状態となっており、その場合における排気弁７の進角補正に対して、吸気弁補正初期値Ｉｖ＿Ｒ１がマイナスになり遅角へ補正されるので、吸気行程と排気行程を境にした上死点を中心に排気弁７の閉弁時期と吸気弁５の開弁時期が均等に設定される。

なお、ステップＳ４０７で吸気弁補正初期値Ｉｖ＿Ｒ１が０の場合に実行されるステップＳ４０９とステップＳ４１０は図１２の燃焼条件判定のステップＳ２１６でＳＩ燃焼からＨＣＣＩ燃焼が許可された場合にのみ吸気弁５の補正量の初期値Ｉｖ＿Ｒ１を算出するために実行される演算処理であり、それ以降のサイクルでは吸気弁補正初期値Ｉｖ＿Ｒ１が設定されているので、ステップＳ４０７の条件が成立せず、ステップＳ４１２でＳＩ燃焼領域での回転数の移動平均値Ｓ＿Ｎｅ＿ＳＩとＨＣＣＩ燃焼領域に変化後の回転数の移動平均値Ｎｅ＿ａｖｅ＿ＨＣＣＩとの差分を取り、回転数変化ΔＮｅを算出する。

次のステップＳ４１３で補正量を減算するための減量補正値Ｉｖ＿Ｒ＿Ｃを次式で演算する。
Ｉｖ＿Ｒ＿Ｃ＝Ｉｖ＿Ｒ１＊Ｋ＿ｉｖ（ΔＮｅ） ・・・・・式（４）
ここで、燃焼室４の状態が回転数Ｎｅの変化によって影響することから、変数Ｋ＿ｉｖは、回転数変化が大きいほど燃焼室４の状態変化が大きく燃焼室４の状態が安定するまで時間あるいはサイクル数を要するので、小さな値となるよう設定する。

ステップＳ４１０で算出した吸気弁５の補正量の初期値Ｉｖ＿Ｒ１からステップＳ４１３で算出した減量補正値Ｉｖ＿Ｒ＿Ｃ分をステップＳ４１４で毎サイクル減算して、その補正量を最終的な吸気弁補正量Ｉｖ＿Ｒとし、ステップＳ４１５においてステップＳ４０６で求めたＨＣＣＩ燃焼での吸気弁５の基本設定時期Ｉｖ＿ｂａｓｅにその補正量Ｉｖ＿Ｒを反映した値を吸気弁設定値Ｉｖ＿Ｔとして、本吸気弁制御を終了し、ＥＣＵ１６は吸気弁５をその設定値Ｉｖ＿Ｔになるように制御する。

このように、燃焼室４の状態変化に影響のある回転数の変化に応じて減量補正値Ｉｖ＿Ｒ＿Ｃを変更することで、燃焼室４の状態に応じた吸気弁５の補正量Ｉｖ＿Ｒとしているので、燃焼室４が高温状態にあっても内部ＥＧＲガス量を減らすことなく、吸気管１３への吹き返しの量を制御することで、内部ＥＧＲガス温度を適正に調整し、ひいては混合気温度を適正に調整しているので燃焼を悪化させることなく燃焼方式を切替えることができる。さらに、内部ＥＧＲガス量を減らすことなく供給することで燃費効果を維持することができる。

次に、図１１のステップＳ１０４の「燃料カット中の吸気量制御」について、図１５のフローチャートを用いて説明する。これは燃料カット復帰直後から燃焼の悪化なくＨＣＣＩ燃焼への燃焼切替えを行うとともに早期にＨＣＣＩ燃焼へ切り替えることで燃費効果の向上を得ることを狙いとして、燃料カット復帰直後の燃焼室４をＨＣＣＩ燃焼が可能な範囲内の低温状態にコントロールするための燃料カット中の吸気量制御に関する内容である。

まず、ステップＳ５０１で燃料カット期間中であることを判定し、燃料カット期間中でない場合には本制御を終了する。燃料カット期間中であれば、ステップＳ５０２で車速センサ１８から車速Ｖｓｐを検出し、ステップＳ５０３で、その車速Ｖｓｐを維持した状態で燃料カットから復帰した場合の回転数と負荷を推定する。

次にステップＳ５０４で吸気管圧力センサ１４から実際の吸気量Ｑａを検出し、次のステップＳ５０５で実吸気量Ｑａが、推定した回転数Ｎｅと負荷Ｅｃから抽出した基本吸気量Ｑａ＿ｂに対してほぼ同じ流量範囲であるか否かを判定するために、例えば基本吸気量Ｑａ＿ｂの±５％を流量範囲として判定する。この基本吸気量Ｑａ＿ｂは、予め実験で求められた図１６から推定回転数と推定負荷を基に抽出されるもので、範囲外である場合はステップＳ５０６に進み、ステップＳ５０７で基本吸気量Ｑａ＿ｂを目標吸気量Ｔ＿Ｑａとして本制御を終了し、ＥＣＵ１６は実吸気量Ｑａが目標吸気量Ｔ＿Ｑａになるように電子スロットル弁１０を制御する。すなわち、吸気量Ｑａが、基本吸気量Ｑａ＿ｂになるように制御している。

一方、ステップＳ５０５で、電子スロットル弁１０の制御によって実吸気量Ｑａが流量範囲内になったと判定すれば、ステップＳ５０８で図１２の「燃焼条件判定」のステップＳ２０９で用いた図６から、推定回転数と推定負荷（ステップＳ５０３）を基に下限筒内圧力Ｐ＿ｌｖを目標値Ｔ＿Ｐ＿ｌｖとして抽出する。この目標下限筒内圧力Ｔ＿Ｐ＿ｌｖは各動作点においてＨＣＣＩ燃焼が可能な燃焼室４の低温状態における燃焼開始前に相当する例えば圧縮上死点前２０ｄｅｇの筒内圧力値を実験等で予め求めている。

次にステップＳ５０９で燃焼開始前に相当する例えば圧縮上死点前２０ｄｅｇの筒内圧力Ｐ＿ｂｆ（ｎ）をセンサ１７から読み込み、ステップＳ５１０で、筒内圧力Ｐ＿ｂｆ（ｎ）と目標下限筒内圧力Ｔ＿Ｐ＿ｌｖとの偏差に基づいた演算を実行して目標下限筒内圧力Ｔ＿Ｐ＿ｌｖとなるように目標吸気量Ｔ＿Ｑａを算出し、ＥＣＵ１６は電子スロットル弁１０を実吸気量Ｑａが目標吸気量Ｔ＿Ｑａになるように制御する。なお、演算には偏差に対する比例制御演算（Ｐ制御）や、比例演算に偏差の積分値に比例した積分制御演算（Ｉ制御）を加えたＰＩ制御や、さらに比例演算に微分制御演算（Ｄ制御）を加えたＰＩＤ制御などを用いる。

このように、燃焼室４をＨＣＣＩ燃焼の可能な低温状態にするために積極的に燃料カット期間中の吸気量を制御しているので、燃料カット復帰直後から燃焼の悪化なくＨＣＣＩ燃焼への燃焼切替えを行えるとともに、より多くの内部ＥＧＲガスを積極的に供給することができて燃費効果を向上することができる。

ここで本実施の形態の動作を、図１７、図１８及び図１９に示すタイミングチャートを用いて説明する。

図１７のタイミングチャートは高回転・高負荷のＳＩ燃焼運転からドライバーによって減速操作を行われた際の制御動作を示した図である。負荷Ｅｃの低下に伴い吸気量も減少するので圧縮行程における燃焼開始前の筒内圧力はａ１のように低下する。さらに回転数Ｎｅと負荷Ｅｃが低下し、ＨＣＣＩ燃焼領域（ｂ１）に入ると、ＨＣＣＩ燃焼において良好な燃焼が得られる筒内圧力の所定範囲（ｃ１）を規定する上下限値（Ｐ＿ｕｖ、Ｐ＿ｌｖ）を回転数Ｎｅと負荷Ｅｃを基に抽出する。

過渡運転開始当初は回転数Ｎｅと負荷Ｅｃの変化に伴う吸気量Ｑａの変化と燃焼室４の状態変化が大きく、燃焼開始前の筒内圧力Ｐ＿ｂｆ（ｎ）も大きく変化するが、回転数Ｎｅと負荷Ｅｃがほぼ一定となり運転状態が安定すれば、燃焼ガス温度の変化はそれほどなく、燃焼室４の熱容量による応答遅れのみにほぼなるので、燃焼開始前の筒内圧力Ｐ＿ｂｆ（ｎ）の変化は緩やかになる。

その後、燃焼室温度の低下に伴い燃焼開始前の筒内圧力Ｐ＿ｂｆ（ｎ）が低下して上限値Ｐ＿ｕｖ以下になれば（ｄ１）、燃焼室４がＨＣＣＩ燃焼の可能な状態になったと判断し、ＨＣＣＩ燃焼への切替えを許可する意味でＨＣＣＩ燃焼フラグＨＣＣＩ＿Ｆｌａｇ（ｎ）をセットする（ｅ１）。

なお、燃焼開始前の筒内圧力Ｐ＿ｂｆ（ｎ）が上限値Ｐ＿ｕｖ以上である場合には燃焼室４が高温状態にあるので、ここでＨＣＣＩ燃焼を許可すると混合気温度が高温になり燃焼騒音が生じてしまう。このようにＨＣＣＩ燃焼領域であり、ＨＣＣＩ燃焼フラグＨＣＣＩ＿Ｆｌａｇ（ｎ）がセットされれば、ＨＣＣＩ燃焼への切替えが開始される。但し、ＨＣＣＩ燃焼が可能な燃焼室４の状態にはあるが、燃焼開始前の筒内圧力Ｐ＿ｂｆ（ｎ）は筒内圧力基準値よりも高く、燃焼室４は高温状態にあるので、排気弁７の進角補正は行わず、定常運転時の基本内部ＥＧＲガス量になるように排気弁７の設定Ｅｖ＿Ｔを基本設定時期とする（ｆ１）。

しかしながら、燃焼室４は高温状態にあり、このままだと内部ＥＧＲガスと燃料と空気で形成される混合気が燃焼室４で温められて高温となってしまい燃焼騒音が生じてしまうので、混合気の温度を下げるために内部ＥＧＲガスを吸気管１３へ吹き返し、吸気管１３で内部ＥＧＲガス温度を下げた上で再吸入させるための吸気弁設定Ｉｖ＿Ｔの補正制御を行う（Ｓ４０９〜Ｓ４１４：ｇ１）。

定常ＳＩ燃焼において運転動作点毎に予め実験により求めた燃焼開始前の筒内圧力を基準値として設定した筒内圧力基準値Ｐ＿ｂａｓｅを、ＨＣＣＩ燃焼フラグＨＣＣＩ＿Ｆｌａｇ（ｎ）がセットされたと同時に算出し（ｈ１）、燃焼開始前の筒内圧力Ｐ＿ｂ（ｆ）との差分（Ｐ＿ｂ（ｆ）−Ｐ＿ｂａｓｅ）と、ＳＩ燃焼領域での回転数Ｎｅに対するＨＣＣＩ燃焼領域に変化後の回転数Ｎｅの変化を考慮した進角補正量を吸気弁５の基本設定時期Ｉｖ＿Ｔに反映させることで、吸気弁５を燃焼室４の状態に応じて、進角補正無しの基本設定時期（Ｓ４１０：点線）に対して進角させる（ｇ１）。

吸気弁５の基本設定は、基本的には内部ＥＧＲガスの吸気管１３への吹き返しによる混合気温度の低下抑制とポンピングロス増加による燃費の悪化を抑制する為に吸気行程と排気行程を境にした上死点を中心に排気弁の閉弁時期と吸気弁の開弁時期が均等になるように設定してあるが、このように、排気弁７の設定Ｅｖ＿Ｔ（ｆ１）と吸気弁５の設定Ｉｖ＿Ｔ（ｇ１）が示すように、上死点に対し排気弁７と吸気弁５の動作を変えることで意図的に吸気管１３への内部ＥＧＲガスの吹き返し量を制御する。

このように、燃焼室４が高温状態にあっても内部ＥＧＲガス量を減らすことなく、吸気弁５の進角補正によって吸気管１３への吹き返し量を制御することで内部ＥＧＲガス温度を調整し、ひいては混合気温度を適正に制御しているので燃焼を悪化させることなく燃焼方式を切替えることができる。さらに、内部ＥＧＲガス量を減らすことなく供給することで燃費効果を維持することができる。

図１８のタイミングチャートは、低回転低負荷のＳＩ燃焼運転からドライバーによって例えば加速操作が行われた際の制御動作を示している。負荷の増加に伴い吸気量も増加するので圧縮行程における燃焼開始前の筒内圧力はａ２のように増加する。さらに回転数Ｎｅと負荷Ｅｃが増加しＨＣＣＩ燃焼領域に入ると（ｂ２）、ＨＣＣＩ燃焼において良好な燃焼が得られる筒内圧力の所定範囲ｃ２を規定する上下限値を回転数と負荷を基に抽出する。

過渡運転開始当初は、回転数Ｎｅと負荷Ｅｃの変化に伴う吸気量の変化と燃焼室４の状態変化が大きく、燃焼開始前の筒内圧力も大きく変化するが、回転数と負荷がほぼ一定となり運転状態が安定すれば、燃焼ガス温度の変化はそれほどなく、燃焼開始前の筒内圧力への影響は燃焼室の熱容量による応答遅れのみにほぼなるので、燃焼開始前の筒内圧力の変化は緩やかになる。

その後、燃焼開始前の筒内圧力の増加に伴い下限値以上になれば（ｄ２）、燃焼室４がＨＣＣＩ燃焼の可能な状態になったと判断し、ＨＣＣＩ燃焼への切替えを許可する意味でＨＣＣＩ燃焼フラグをセットする（ｅ２）。このようにＨＣＣＩ燃焼領域であり、ＨＣＣＩ燃焼フラグがセットされれば、ＨＣＣＩ燃焼への切替えが開始される。定常運転の場合と比較すると燃焼室４は低温状態にあるので、定常運転時の基本内部ＥＧＲガス量に対して増量するように排気弁７を基本設定時期（点線で示すステップＳ３０５の場合。）よりも進角補正設定とする（ｆ２）。

さらに、内部ＥＧＲガスの吸気管１３へ吹き返しやポンピングロス増加を抑制するために、排気弁７の進角補正に合うように吸気弁５は基本設定時期（点線で示すステップＳ４０６の場合。）に対し遅角補正する（ｇ２）。吸排気弁５，７の補正量については、定常ＳＩ燃焼において運転動作点毎に予め実験により求めた燃焼開始前の筒内圧力を基準値として設定した筒内圧力基準値をＨＣＣＩ燃焼フラグがセットされたと同時に算出し（ｈ２）、燃焼開始前の筒内圧力との差分と、ＳＩ燃焼領域での回転数に対する、ＨＣＣＩ燃焼領域に変化後の回転数の変化を考慮した補正量を吸排気弁５，７の基本設定時期に反映させることで、吸排気弁５，７を燃焼室の状態に応じて補正する（ステップＳ３１１，Ｓ３１２及びＳ４１４，Ｓ４１５：ｉ１）。

このように、燃焼室４が低温状態にある場合には排気弁７を進角補正し内部ＥＧＲガス量を増加することで、混合気温度を適正に制御しているので燃焼を悪化させることなく燃焼方式を切替えることができる。さらに、内部ＥＧＲガス量を多く供給することで燃費効果を向上できる。

図１９のタイミングチャートは、燃料カット復帰直後から燃焼の悪化無く、ＨＣＣＩ燃焼への燃焼切替えを行うとともに早期にＨＣＣＩ燃焼へ切り替えることで燃費効果の向上を得ることを狙いとして、燃料カット復帰直後の燃焼室をＨＣＣＩ燃焼が可能な範囲内の低温状態にコントロールするための制御動作を示している。

まず、ドライバーのブレーキ操作によって車速Ｖｓｐが減速し（ａ３）、燃料カットに入る（ｂ３）。ドライバーが減速中の特定車速を欲してアクセルを踏んだ時に燃料カットから復帰した時の回転数と負荷を車速に基づいて推定する（ｃ３）。その推定した回転数と負荷の場合に要求される基本吸気量Ｑａ＿ｂを図１６のマップから抽出し、例えば基本吸気量Ｑａ＿ｂの±５％を流量範囲として設定する（ｄ３）。車速Ｖｓｐが減速され燃料カットになる場合はアクセルが閉じられているので電子スロットル弁１０もほぼ全閉状態となり（ｅ３）、吸気量Ｑａの減少（ｆ３）に伴い、燃焼開始前に相当する例えば圧縮上死点前２０ｄｅｇの筒内圧力も燃焼室４が高温状態であるが吸気量減少の影響を受けて低下する（ｇ３）。

このように、吸気量Ｑａの影響を受けて燃焼開始前の筒内圧力も減少してしまうので、燃焼室４がＨＣＣＩ燃焼の可能な状態になっているかを燃焼開始前の筒内圧力から判断できなくなる。その影響を抑制するために吸気量Ｑａを推定回転数と負荷から算出した流量範囲内に制御する必要がある。

そこで、吸気量Ｑａが流量範囲になるように電子スロットル弁１０を開くことで吸気量Ｑａが増加し（ｈ３）、吸気量Ｑａが流量範囲に入れば、燃焼開始前の筒内圧力で燃焼室４がＨＣＣＩ燃焼の可能な状態で、さらに目標下限筒内圧力値近傍にあるかを確認する（ｉ２）。この目標下限筒内圧力に燃焼開始前の筒内圧力を制御することでＨＣＣＩ燃焼が可能な燃焼室４の状態の中でもより多くの内部ＥＧＲガス量を設定することができるので、燃料カット復帰直後からより大きな燃費効果を得ることができる。

ｉ２では目標下限筒内圧力より燃焼開始前の筒内圧力が高いので燃焼室４が高温状態にあると判断し、吸気で燃焼室４をより冷却するために電子スロットル弁１０をより開き、吸気量Ｑａを増加させる（ｊ１）。吸気量Ｑａが増加することで燃焼開始前の筒内圧力も増加する（ｋ１）。吸気量増加により流量範囲以上になるので電子スロットル弁１０を閉じる側に制御し（ｌ１）、吸気量Ｑａを減らして流量範囲に入るようにする（ｍ１）。流量範囲に吸気量Ｑａが入った時に、再度、燃焼開始前の筒内圧力で燃焼室の状態を判断する。

ｊ１での吸気増加によって燃焼室４が冷却されたことで、燃焼開始前の筒内圧力がより下がる。この繰り返しにより、燃焼開始前の筒内圧力をほぼ目標下限筒内圧力に制御できる（ｎ１）。

このように、燃焼室４をＨＣＣＩ燃焼の可能な低温状態にするために積極的に燃料カット期間中の吸気量を制御しているので、燃料カット復帰直後から燃焼の悪化なく燃焼切替えを行えることができるとともに、より多くの内部ＥＧＲガスを積極的に供給することができるので燃費効果を向上させることができる。

１ 内燃機関本体、２ クランク角センサ、３ ピストン、４ 燃焼室、５ 吸気弁、６ 点火装置、７ 排気弁、８ 排気管、９ 燃料噴射装置、１０ 電子スロットル弁、１１ 吸気動弁機構、１２ 排気動弁機構、１３ 吸気管、１４ 吸気管圧力センサ、１５ クランクシャフト、１６ ＥＣＵ、１７ 筒内圧力センサ、１８ 車速センサ。

Claims (7)

1. 燃料を噴射する燃料噴射装置と、燃焼室に形成された燃料と空気との混合気に点火するための点火装置と、前記燃焼室に設けられた吸気弁の開閉を制御する吸気動弁機構と、前記燃焼室に設けられた排気弁の開閉を制御する排気動弁機構とを備えるとともに、前記燃焼室内の予混合気を圧縮して自己着火燃焼をさせるＨＣＣＩ燃焼方式と、前記点火装置を介して燃料と空気との混合気を火花点火により燃焼させるＳＩ燃焼方式とを切替える制御部を備えた内燃機関の制御装置であって、
   前記内燃機関の回転数を検出する回転数検出器と、
   前記内燃機関の負荷を検出する負荷検出器と、
   前記燃焼室の筒内圧力を検出する筒内圧力検出器とを備え、
   前記制御部は、
   前記ＳＩ燃焼方式での圧縮行程における燃焼開始前の前記筒内圧力が、前記回転数と負荷によって決まる、ＨＣＣＩ燃焼を可能にする筒内圧力の上下限範囲に入った場合に前記ＳＩ燃焼方式から前記ＨＣＣＩ燃焼方式に切替えるとともに、前記燃焼開始前の筒内圧力に基づき、前記吸気動弁機構を介して前記吸気弁の開弁時期を制御するとともに前記排気動弁機構を介して前記排気弁の閉弁時期を制御する
   内燃機関の制御装置。
2. 前記制御部は、前記回転数と負荷に基づいて前記排気弁の前記ＨＣＣＩ燃焼での基本設定時期を抽出するとともに前記燃焼開始前の筒内圧力の基準値を抽出し、前記燃焼開始前の筒内圧力が前記上下限範囲内において、前記基準値よりも低い場合には前記排気弁の閉弁時期を前記排気弁の基本設定時期よりも進角させるように前記排気動弁制御機構を制御する
   請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記制御部は、前記回転数と負荷に基づいて前記吸気弁の前記ＨＣＣＩ燃焼での基本設定時期を抽出するとともに前記燃焼開始前の筒内圧力の基準値を抽出し、前記燃焼開始前の筒内圧力が前記上下限範囲内において前記基準値よりも高い場合には前記吸気弁の開弁時期を前記吸気弁の基本設定時期よりも進角させ、前記基準値よりも低い場合には前記吸気弁の開弁時期を前記吸気弁の基本設定時期よりも遅角させるように前記吸気動弁制御機構を制御する
   請求項１または２に記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記制御部は、前記燃焼方式が切替わった際の前記回転数の変化を検出し、この回転数変化に応じて前記排気弁の閉弁時期の補正量を変更する
   請求項１から３のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
5. 前記制御部は、前記燃焼方式が切替わった際の前記回転数の変化を検出し、この回転数変化に応じて前記吸気弁の開弁時期の補正量を変更する
   請求項１から３のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
6. 車速を検出する車速検出器及び吸気量を検出する吸気量検出器を更に備え、
   前記制御部は、運転操作に基づいて実行される燃料カット期間において、燃料カットから復帰したときの回転数及び負荷を前記車速から推定し、前記吸気量が、前記推定した回転数及び負荷から求められる吸気量になるように電子スロットル弁開度を制御した時の前記燃焼開始前に相当する時期の筒内圧力に応じて吸気量を調整する
   請求項１から５のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
7. 前記制御部が、前記筒内圧力が前記上下限範囲の下限値となるように吸気量を調整する
   請求項６に記載の内燃機関の制御装置。

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