JP5936722B1 - Control device for internal combustion engine - Google Patents

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Abstract

【課題】失火領域を回避し、可能な限り確実に且つ素早く燃焼モードを切り替え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】内燃機関の運転状態に基づいて設定される排気再循環量制御値が、内燃機関の失火領域にあるか否かを判定する失火領域判定手段を備え、この失火領域判定手段は、排気再循環量制御値が、火花点火上限排気再循環量推定値より大きく、且つ予混合圧縮着火下限排気再循環量推定値よりも小さい値である場合に、失火領域であると判定する。【選択図】図1A control device for an internal combustion engine capable of avoiding a misfire region and switching a combustion mode as reliably and quickly as possible. A misfire region determining means for determining whether or not an exhaust gas recirculation amount control value set based on an operating state of an internal combustion engine is in a misfire region of the internal combustion engine, the misfire region determining means includes: When the exhaust gas recirculation amount control value is larger than the spark ignition upper limit exhaust gas recirculation amount estimated value and smaller than the premixed compression ignition lower limit exhaust gas recirculation amount estimated value, it is determined that the region is a misfire region. [Selection] Figure 1

Description

この発明は、内燃機関の制御装置、特に筒内噴射式内燃機関において火花点火燃焼モード制御と予混合圧縮着火燃焼モード制御との切り替え制御時に排気再循環を制御する内燃機関の制御装置に関するものである。   The present invention relates to a control device for an internal combustion engine, and more particularly to a control device for an internal combustion engine that controls exhaust gas recirculation at the time of switching control between spark ignition combustion mode control and premixed compression ignition combustion mode control in a direct injection internal combustion engine. is there.

近年において、大気汚染や石油事情の変動などに伴い、内燃機関(以下、「エンジン」と称する)の排気ガスおよび燃費の向上が強く要求されている。ガソリンを用いたエンジンの排気ガスおよび燃費を向上する方法の一つとして、ガソリンエンジンにおける燃焼を従来の火花点火(Spark Ignition:以下、「SI」と称する)ではなく、圧縮行程後半の混合気をより高温、高圧にし、混合気を自己着火させる予混合圧縮着火(Homogeneous‐Charge Compression Ignition:以下、「HCCI」と称する)による燃焼制御が注目されている。   In recent years, there has been a strong demand for improvements in exhaust gas and fuel consumption of internal combustion engines (hereinafter referred to as “engines”) due to air pollution and fluctuations in petroleum circumstances. One way to improve the exhaust gas and fuel consumption of engines using gasoline is to use a mixture in the latter half of the compression stroke instead of conventional spark ignition (hereinafter referred to as “SI”). Combustion control by premixed compression ignition (hereinafter referred to as “HCCI”), which raises the temperature and pressure to a higher temperature and self-ignites the air-fuel mixture, has attracted attention.

HCCI燃焼では、SI燃焼と比較してより希薄の混合気での燃焼が可能であるため燃費を低減でき、SI燃焼と比較してより低温の燃焼温度のため排ガスのNOxを低減できるが、混合気の温度が適切でないと失火やノッキングが発生してしまうことがある。そのため、例えば排気バルブの閉弁時期を吸気上死点より前とし、吸気バルブの開弁時期を吸気上死点より後にしたマイナスオーバーラップさせるなどによる排気再循環(Exhaust Gas Recirculation:以下、「EGR」と称する)を導入することで、混合気の温度を上昇させて良好なHCCI燃焼を得るようにした周知の制御技術がある。   HCCI combustion can reduce fuel consumption because combustion with a leaner air-fuel mixture is possible compared to SI combustion, and NOx of exhaust gas can be reduced due to a lower combustion temperature than SI combustion. Misfire and knocking can occur if the temperature is not appropriate. Therefore, for example, exhaust gas recirculation (hereinafter referred to as “EGR”), for example, by causing the valve closing timing of the exhaust valve to be before the intake top dead center and minus opening the intake valve to be after the intake top dead center. There is a well-known control technique in which the temperature of the air-fuel mixture is increased to obtain good HCCI combustion.

また、HCCI燃焼は、比較的低いエンジン回転数および負荷の領域で燃焼が可能となるが、その領域はSI燃焼の領域と比較して狭いため、HCCI燃焼時にHCCI燃焼領域外となるような運転状態に変化した際には、燃焼を良好に保つためにHCCI燃焼からSI燃焼に切り替え、逆にSI燃焼時にHCCI燃焼領域となる運転状態に達した際には、燃費および排ガス低減のために速やかにHCCI燃焼に切り替えることができるようにEGRを変化させて燃焼モードをHCCI燃焼に切り替えるようにした周知の制御技術が存在する。   In addition, HCCI combustion can be performed in a relatively low engine speed and load range, but the region is narrower than the SI combustion range, so that the operation is outside the HCCI combustion range during HCCI combustion. When the state changes, the HCCI combustion is switched to the SI combustion in order to keep the combustion good, and conversely, when the operation state that becomes the HCCI combustion region at the time of SI combustion is reached, the fuel consumption and exhaust gas reduction are promptly performed. There is a known control technique in which the EGR is changed to switch to the HCCI combustion so that the HCCI combustion can be switched to the HCCI combustion.

しかしながら、EGRの変化に対し、SI燃焼とHCCI燃焼とを連続的に切り替えることができないような運転状態が存在する。即ち、例えばエンジン回転数および負荷が一定の定常運転状態において、除々にEGRを増加させた場合、あるEGR範囲において、SI燃焼するにはEGRが多過ぎ、且つHCCI燃焼するにはEGRによる混合気温度上昇が不足するため、燃焼が不安定となり失火してしまうような運転状態が存在する。従って、このような運転状態を考慮した制御が必要となる。   However, there is an operating state in which SI combustion and HCCI combustion cannot be continuously switched in response to a change in EGR. That is, for example, when the EGR is gradually increased in a steady operation state where the engine speed and the load are constant, in a certain EGR range, there is too much EGR for SI combustion, and an air-fuel mixture by EGR for HCCI combustion. Since the temperature rise is insufficient, there is an operating state in which combustion becomes unstable and misfires occur. Therefore, control in consideration of such an operating state is required.

そこで、例えば、特許文献1に開示された技術では、燃焼不安定となるEGR範囲が大きい始動時の低回転低負荷領域において、SI燃焼からHCCI燃焼へと切り替える際、EGRが燃焼不安定領域を通過する場合には燃焼切り替えが不可能と判断し、HCCI燃焼可能運転状態であってもSI燃焼をし、燃焼切り替えを禁止するようにしている。   Thus, for example, in the technique disclosed in Patent Document 1, when switching from SI combustion to HCCI combustion in a low-rotation low-load region at start-up where the EGR range where combustion becomes unstable is large, EGR sets the combustion unstable region. When passing, it is determined that combustion switching is impossible, and SI combustion is performed even in the HCCI combustion enabled operation state, and combustion switching is prohibited.

特開2004−11539号公報JP 2004-11539 A

前述したように、エンジン回転数および負荷が高くなる過渡運転状態時には、高回転、高負荷時でのHCCI燃焼がノッキングにより困難なため、HCCI燃焼からSI燃焼に速やかに切り替える必要があり、またエンジン回転数および負荷が低くなる過渡運転状態時には、燃費向上のためにSI燃焼からHCCI燃焼に速やかに切り替えることが望ましい。従って、特許文献1に記載の始動時にSI燃焼からHCCI燃焼へ切り替える条件のみならず、燃焼モードを切り替える可能性が高い過渡運転状態では、SI燃焼もHCCI燃焼も困難で燃焼が不安定となるEGR範囲を考慮した制御とする必要がある。また、燃焼モード切り替え制御を禁止するのではなく、可能な限り燃焼モード切り替え制御を実施することは、排ガス、燃費、およびドライバビリティの向上に繋がるので望ましいことである。   As described above, during transient operation where the engine speed and load are high, HCCI combustion at high speed and high load is difficult due to knocking, so it is necessary to quickly switch from HCCI combustion to SI combustion. In a transient operation state where the rotational speed and load are low, it is desirable to quickly switch from SI combustion to HCCI combustion in order to improve fuel efficiency. Therefore, not only the conditions for switching from SI combustion to HCCI combustion at the time of starting described in Patent Document 1, but also in a transient operation state where there is a high possibility of switching the combustion mode, SI combustion and HCCI combustion are both difficult and combustion becomes unstable. It is necessary to set the control in consideration of the range. In addition, it is desirable to perform the combustion mode switching control as much as possible instead of prohibiting the combustion mode switching control because it leads to improvement of exhaust gas, fuel consumption, and drivability.

この発明は、前述のような過渡運転状態などにおける燃焼モードの切り替えに関する課題に鑑みてなされたものであり、失火領域を回避し、可能な限り確実に且つ素早く燃焼モードを切り替え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。   The present invention has been made in view of the problems related to switching of the combustion mode in the transient operation state as described above, and can avoid the misfire region and can switch the combustion mode as reliably and quickly as possible. An object of the present invention is to provide a control device.

この発明に係る内燃機関の制御装置は、
内燃機関の筒内の空気と燃料との混合気を点火プラグにより燃焼させる火花点火燃焼モードと、前記内燃機関の排気バルブと吸気バルブの開閉タイミングを制御して前記筒内に前記内燃機関の排気を再循環させて加温した前記混合気を前記内燃機関の圧縮行程後半で圧縮自己着火により燃焼させる予混合圧縮着火燃焼モードとを、前記内燃機関の運転状態に基づいて切り替えるようにした内燃機関の制御装置であって、
前記内燃機関の前記運転状態に基づいて、前記火花点火燃焼モードで運転可能な火花点火上限排気再循環量推定値を算出する火花点火上限排気再循環量推定手段と、
前記内燃機関の運転状態に基づいて、前記予混合圧縮着火燃焼モードで運転可能な予混合圧縮着火下限排気再循環量推定値を算出する予混合圧縮着火下限排気再循環量推定手段と、
前記内燃機関の運転状態に基づいて設定される排気再循環量制御値が、前記内燃機関の失火領域にあるか否かを判定する失火領域判定手段と、
前記失火領域判定手段により前記失火領域であると判定された場合は、前記排気再循環量制御値を前記予混合圧縮着火下限排気再循環量推定値に設定し得る予混合圧縮着火下限排気再循環量設定手段と、
を備え、
前記失火領域判定手段は、前記排気再循環量制御値が、前記火花点火上限排気再循環量推定値より大きく、且つ前記予混合圧縮着火下限排気再循環量推定値よりも小さい値である場合に、前記失火領域であると判定するように構成され
前記失火領域判定手段により前記失火領域であると判定されたとき、前記火花点火燃焼モードと前記予混合圧縮着火燃焼モードとの切り替えが行われ得るように構成されている、
ことを特徴とする。
An internal combustion engine control apparatus according to the present invention includes:
A spark ignition combustion mode in which a mixture of air and fuel in a cylinder of the internal combustion engine is burned by an ignition plug, and an exhaust valve of the internal combustion engine is controlled in the cylinder by controlling the opening and closing timings of the exhaust valve and the intake valve of the internal combustion engine. the mixture was warmed to recirculate, and the internal combustion engine HCCI combustion mode for burning by compression self-ignition in the latter half of the compression stroke of, and is switched based on the operating state of the internal combustion engine combustion An engine control device,
Spark ignition upper limit exhaust gas recirculation amount estimation means for calculating an estimated value of spark ignition upper limit exhaust gas recirculation amount operable in the spark ignition combustion mode based on the operating state of the internal combustion engine;
Premixed compression ignition lower limit exhaust gas recirculation amount estimating means for calculating a premixed compression ignition lower limit exhaust gas recirculation amount estimated value operable in the premixed compression ignition combustion mode based on the operating state of the internal combustion engine;
A misfire region determination means for determining whether or not an exhaust gas recirculation amount control value set based on an operating state of the internal combustion engine is in a misfire region of the internal combustion engine;
When it is determined by the misfire region determination means that the misfire region is present, the premixed compression ignition lower limit exhaust gas recirculation that can set the exhaust gas recirculation amount control value to the premixed compression ignition lower limit exhaust gas recirculation amount estimated value. A quantity setting means;
With
The misfire region determination means, when the exhaust gas recirculation amount control value is larger than the spark ignition upper limit exhaust gas recirculation amount estimated value and smaller than the premixed compression ignition lower limit exhaust gas recirculation amount estimated value. , Configured to determine that the misfire region is,
When it is determined that the misfire region is determined by the misfire region determining means, the spark ignition combustion mode and the premixed compression ignition combustion mode can be switched.
It is characterized by that.

この発明に係る内燃機関の制御装置によれば、失火領域を回避しつつ燃焼モードの切り替えが可能となり、排ガス、燃費、およびドライバビリティを向上することができる。 According to the control apparatus for an internal combustion engine according to the present invention, the combustion mode can be switched while avoiding the misfire region, and exhaust gas, fuel consumption, and drivability can be improved.

この発明の実施の形態1に係る内燃機関の制御装置を示すブロック図である。1 is a block diagram showing an internal combustion engine control apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. この発明の実施の形態1に係る内燃機関の制御装置を含むシステム全体を示す構成図である。1 is a configuration diagram illustrating an entire system including a control device for an internal combustion engine according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. この発明の実施の形態1に係る内燃機関の制御装置の動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows operation | movement of the control apparatus of the internal combustion engine which concerns on Embodiment 1 of this invention. 運転状態とEGRに応じた燃焼領域特性と、過渡運転状態時の失火発生経路を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the combustion area characteristic according to the driving | running state and EGR, and the misfire generation | occurrence | production path | route at the time of a transient driving | running state. この発明の実施の形態1に係る内燃機関の制御装置における、運転状態値により求まる予混合圧縮着火下限排気再循環量推定値の特性を示す第2のマップである。6 is a second map showing the characteristics of the premixed compression ignition lower limit exhaust gas recirculation amount estimated value obtained from the operating state value in the control apparatus for an internal combustion engine according to the first embodiment of the present invention. この発明の実施の形態1に係る内燃機関の制御装置における、エンジン回転数とブースト圧により求まる運転状態値の特性を示す第3のマップである。FIG. 9 is a third map showing the characteristics of the operating state value obtained from the engine speed and boost pressure in the control apparatus for an internal combustion engine according to Embodiment 1 of the present invention. この発明の実施の形態1に係る内燃機関の制御装置における、運転状態値により求まる火花点火上限排気再循環量推定値の特性を示す第4のマップである。FIG. 9 is a fourth map showing the characteristic of the spark ignition upper limit exhaust gas recirculation amount estimated value obtained from the operating state value in the control apparatus for an internal combustion engine according to Embodiment 1 of the present invention; この発明の実施の形態1に係る内燃機関の制御装置における、燃焼切り替えモードが成立した際の排気再循環量制御の挙動を示すタイミングチャート図である。FIG. 3 is a timing chart showing the behavior of exhaust gas recirculation control when the combustion switching mode is established in the control apparatus for an internal combustion engine according to Embodiment 1 of the present invention. この発明の実施の形態1に係る内燃機関の制御装置と従来の装置とにおける、排気再循環量制御の挙動の違いを示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the difference in the behavior of exhaust gas recirculation amount control in the control apparatus of the internal combustion engine which concerns on Embodiment 1 of this invention, and the conventional apparatus.

以下、この発明の各実施の形態について図に基づいて説明するが、各図において同一、または相当する部材、部位については、同一符号を付して説明する。
実施の形態1.
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding members and parts will be described with the same reference numerals.
Embodiment 1 FIG.

以下の説明では、燃焼切り替え条件が成立中であり、且つEGR量制御値が失火領域となる場合に、HCCI下限EGR量に設定する、もしくは現在の燃焼モードを継続させるEGR量に設定する、この発明の実施の形態1による内燃機関の制御装置について説明する。図1は、この発明の実施の形態1に係る内燃機関の制御装置を示すブロック図であり、後述するエンジン制御用電子コントロールユニットに図1に示す各手段が記憶されている。図2は、この発明の実施の形態1に係る内燃機関の制御装置を含むシステム全体を示す構成図である。一般的に、エンジンには複数のシリンダが設けられているが、図2では、そのうちの1つのシリンダのみを示している。   In the following description, when the combustion switching condition is established and the EGR amount control value is in the misfire region, the HCCI lower limit EGR amount is set, or the EGR amount for continuing the current combustion mode is set. A control apparatus for an internal combustion engine according to a first embodiment of the invention will be described. FIG. 1 is a block diagram showing an internal combustion engine control apparatus according to Embodiment 1 of the present invention, and each means shown in FIG. 1 is stored in an engine control electronic control unit described later. FIG. 2 is a configuration diagram showing the entire system including the control device for the internal combustion engine according to the first embodiment of the present invention. In general, an engine is provided with a plurality of cylinders, but only one of them is shown in FIG.

図2において、エンジン1には、筒状のシリンダ2が設けられている。シリンダ2の軸線方向に往復自在なピストン3が設けられている。これらシリンダ2とピストン3によって、燃料と空気との混合気が燃焼する燃焼室4が形成されている。また、ピストン3の往復運動を回転運動に変換するクランク軸5が設けられており、クランク軸5の回転角度であるクランク角を検出するクランク角センサ6が設けられている。また、シリンダ2には、エンジン1を冷却するための冷却水(図示せず)の温度に応じた電圧を出カする水温センサ7が設けられている。   In FIG. 2, the engine 1 is provided with a cylindrical cylinder 2. A piston 3 that can reciprocate in the axial direction of the cylinder 2 is provided. The cylinder 2 and the piston 3 form a combustion chamber 4 in which a mixture of fuel and air burns. In addition, a crankshaft 5 that converts the reciprocating motion of the piston 3 into a rotational motion is provided, and a crank angle sensor 6 that detects a crank angle that is a rotational angle of the crankshaft 5 is provided. Further, the cylinder 2 is provided with a water temperature sensor 7 that outputs a voltage corresponding to the temperature of cooling water (not shown) for cooling the engine 1.

シリンダ2の内部(以下、「筒内」と称する)に空気を吸入する吸気マニホールド8と、燃焼室4の内部で空気と燃料の混合気が燃焼して生成された排気ガスを排出する排気マニホールド9とが、シリンダ2に接続されている。また、シリンダ2には、燃焼室4と吸気マニホールド8との間を開閉する吸気バルブ10と、燃焼室4と排気マニホールド9との間を開閉する排気バルブ11とがそれぞれ2つ(図2では1つずつのみを図示している)が取り付けられている。   An intake manifold 8 that sucks air into the cylinder 2 (hereinafter referred to as “in-cylinder”), and an exhaust manifold that discharges exhaust gas generated by combustion of a mixture of air and fuel inside the combustion chamber 4. 9 is connected to the cylinder 2. The cylinder 2 has two intake valves 10 that open and close between the combustion chamber 4 and the intake manifold 8, and two exhaust valves 11 that open and close between the combustion chamber 4 and the exhaust manifold 9 (in FIG. 2). Only one is shown).

吸気バルブ10および排気バルブ11を適切な開弁時期および適切なリフト量で制御するために、吸気バルブ10および排気バルブ11の上部には、回転して各バルブを押し下げるカム(図示せず)を含んだ吸気可変バルブ機構12と排気可変バルブ機構13がそれぞれ設置されている。吸気可変バルブ機構12と排気可変バルブ機構13により、排気バルブ11の閉弁時期を吸気上死点より前とし、吸気バルブ10の開弁時期を吸気上死点より後にした負のバルブオーバーラップ(Negative Valve Overlap:以下「NVO」と称する)量を制御することで、所望の内部EGR量を得ることができる。   In order to control the intake valve 10 and the exhaust valve 11 with an appropriate valve opening timing and an appropriate lift amount, cams (not shown) that rotate and push down the respective valves are provided above the intake valve 10 and the exhaust valve 11. The intake variable valve mechanism 12 and the exhaust variable valve mechanism 13 are installed. By the intake variable valve mechanism 12 and the exhaust variable valve mechanism 13, a negative valve overlap in which the exhaust valve 11 is closed before the intake top dead center and the intake valve 10 is opened after the intake top dead center ( Negative Valve Overlap (hereinafter referred to as “NVO”) can be controlled to obtain a desired internal EGR amount.

シリンダ2の頂部には、適切なタイミングで筒内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁14が取り付けられている。さらに、シリンダ2の頂部には、燃焼室4に形成された混合気に火花点火する点火プラグ15と、点火プラグ15に高電圧エネルギを供給する点火コイル16が取り付けられている。   A fuel injection valve 14 that directly injects fuel into the cylinder at an appropriate timing is attached to the top of the cylinder 2. Further, an ignition plug 15 that sparks and ignites the air-fuel mixture formed in the combustion chamber 4 and an ignition coil 16 that supplies high voltage energy to the ignition plug 15 are attached to the top of the cylinder 2.

吸気マニホールド8の上流側には、燃焼室4に吸入される空気を一時的にためるサージタンク17が接続されており、サージタンク17の上流側には、スロットルバルブ18が接続されている。スロットルバルブ18には、バルブ開度に応じた電圧を出力するスロットルバルブ開度センサ(図示せず)が設けられている。また、スロットルバルブ18の下流側には、ブースト圧に応じた電圧を出力するブースト圧センサ19と、吸入される空気の温度に応じた電圧を出力する吸気温センサ20が設けられている。   A surge tank 17 that temporarily stores air sucked into the combustion chamber 4 is connected to the upstream side of the intake manifold 8, and a throttle valve 18 is connected to the upstream side of the surge tank 17. The throttle valve 18 is provided with a throttle valve opening sensor (not shown) that outputs a voltage corresponding to the valve opening. Further, a boost pressure sensor 19 that outputs a voltage corresponding to the boost pressure and an intake air temperature sensor 20 that outputs a voltage corresponding to the temperature of the intake air are provided on the downstream side of the throttle valve 18.

排気マニホールド9には、排気マニホールド9を通過する排気ガスの温度に応じた電圧を出力する排温センサ21が設けられている。排気マニホールド9の下流側には、排気ガス中の有害物質を取り除く触媒装置(図示せず)が接続されており、触媒装置の下流側には、排気ガスを外部に排気するテールパイプ(図示せず)が接続されている。   The exhaust manifold 9 is provided with an exhaust temperature sensor 21 that outputs a voltage corresponding to the temperature of the exhaust gas that passes through the exhaust manifold 9. A catalyst device (not shown) for removing harmful substances in the exhaust gas is connected to the downstream side of the exhaust manifold 9, and a tail pipe (not shown) for exhausting the exhaust gas to the outside is connected to the downstream side of the catalyst device. Connected).

エンジン制御用電子コントロールユニット(以下、ECUと称する)22は、演算処理をするCPU、プログラムデータや固定値データを記憶するROM、格納されているデータを更新して順次書き換えられるRAM、およびECU22の電源が切られても格納されているデータを保持するバックアップRAMを有するマイクロコンピュータ(図示せず)と、アクチュエータ駆動のための駆動回路(図示せず)と、各種信号の入出力を行うI/Oインターフェース(図示せず)とで構成されている。   An electronic control unit for engine control (hereinafter referred to as ECU) 22 includes a CPU that performs arithmetic processing, a ROM that stores program data and fixed value data, a RAM that can be sequentially rewritten by updating stored data, and ECU 22 A microcomputer (not shown) having a backup RAM for holding stored data even when the power is turned off, a drive circuit (not shown) for driving an actuator, and an I / O for inputting and outputting various signals And an O interface (not shown).

図1および図2において、ECU22のメモリには、運転状態予測手段23、火花点火上限排気再循環量推定手段24、予混合圧縮着火下限排気再循環量推定手段25、予混合圧縮着火下限排気再循環量補正手段26、失火領域判定手段27、予混合圧縮着火下限排気再循環量設定手段28、燃焼モード切り替え待機手段29が,ソフトウェアとして記憶されている。また、ECU22には、吸気温センサ20、排温センサ21、水温センサ7、ブースト圧センサ19、スロットルバルブ開度センサからの電圧出力値がA/D変換されて入カされ、これらA/D変換された各出カ値は、それぞれ吸気温Ta、排温Tex、水温Tw、ブースト圧Pb、スロットル開度Thとして前述の各手段での演算に用いられる。また、ECU22にはクランク角センサ6の信号が割り込み入力されて、ECU22に内蔵されたタイマーとクランク角センサ6の信号とからエンジン回転数Neが演算される。   1 and 2, the memory of the ECU 22 includes an operation state prediction unit 23, a spark ignition upper limit exhaust gas recirculation amount estimation unit 24, a premixed compression ignition lower limit exhaust gas recirculation amount estimation unit 25, and a premixed compression ignition lower limit exhaust gas recirculation. Circulation amount correction means 26, misfire region determination means 27, premixed compression ignition lower limit exhaust gas recirculation amount setting means 28, and combustion mode switching standby means 29 are stored as software. Further, the ECU 22 receives the voltage output values from the intake air temperature sensor 20, the exhaust temperature sensor 21, the water temperature sensor 7, the boost pressure sensor 19, and the throttle valve opening sensor after A / D conversion, and these A / Ds are input. The converted output values are used for calculation in the above-described means as intake air temperature Ta, exhaust temperature Tex, water temperature Tw, boost pressure Pb, and throttle opening degree Th. Further, the ECU 22 receives an interrupt signal from the crank angle sensor 6 and calculates the engine speed Ne from the timer built in the ECU 22 and the signal from the crank angle sensor 6.

運転状態予測手段23は、現在のエンジン回転数Neおよびブースト圧Pbと、現在より一つ前の燃焼サイクルにおけるエンジン回転数Neoおよびブースト圧Pbにより、現在から一つ後の燃焼サイクルにおけるエンジン回転数Nenとブースト圧Pbnを予測する。具体的な演算方法は、後述する図3を用いた制御の流れのなかで説明する。 The operating state predicting means 23 uses the current engine speed Ne and boost pressure Pb, and the engine speed Neo and boost pressure Pb in the combustion cycle immediately before the present to determine the engine speed in the combustion cycle immediately after the present. Nen and boost pressure Pbn are predicted. A specific calculation method will be described in the flow of control using FIG. 3 described later.

火花点火上限排気再循環量推定手段24は、現在から一つ後の燃焼サイクルにおけるエンジン回転数Nenとブースト圧Pbnにより演算される運転状態値Soに応じたSI燃焼が可能な最大のEGR量であるSI上限EGR量推定値Esを演算する。具体的な演算方法は、後述する図3を用いた制御の流れのなかで説明する。 The spark ignition upper limit exhaust gas recirculation amount estimating means 24 is the maximum EGR amount that can perform SI combustion according to the operating state value So calculated from the engine speed Nen and the boost pressure Pbn in the combustion cycle immediately after the present. A certain SI upper limit EGR amount estimated value Es is calculated. A specific calculation method will be described in the flow of control using FIG. 3 described later.

予混合圧縮着火下限排気再循環量推定手段25は、現在から一つ後の燃焼サイクルにおけるエンジン回転数Nenとブースト圧Pbnにより演算される運転状態値Soに応じたHCCI燃焼が可能な最小のEGR量であるHCCI下限EGR量推定値Ehを演算する。具体的な演算方法は、後述する図3を用いた制御の流れのなかで説明する。 The premixed compression ignition lower limit exhaust gas recirculation amount estimating means 25 is the minimum EGR that can perform HCCI combustion according to the operating state value So calculated from the engine speed Nen and the boost pressure Pbn in the combustion cycle immediately after the present. The HCCI lower limit EGR amount estimated value Eh, which is a quantity, is calculated. A specific calculation method will be described in the flow of control using FIG. 3 described later.

予混合圧縮着火下限排気再循環量補正手段26は、吸気温Ta、排温Tex、水温Twにより、それぞれの温度が高いとHCCI燃焼が可能な最小のEGR量が小さくなるように、HCCI下限EGR量推定値Ehを補正する。具体的な演算方法は、後述する図3を用いた制御の流れのなかで説明する。   The premixed compression ignition lower limit exhaust gas recirculation correction means 26 adjusts the HCCI lower limit EGR so that the minimum EGR amount at which HCCI combustion is possible decreases with the intake air temperature Ta, the exhaust temperature Tex, and the water temperature Tw. The quantity estimated value Eh is corrected. A specific calculation method will be described in the flow of control using FIG. 3 described later.

失火領域判定手段27は、現在から一つ後の燃焼サイクルにおけるエンジン回転数Nenとブースト圧Pbnに応じて演算され、過渡運転時における吸気遅れや排気温遅れなどを考慮して演算されるEGR量制御値Eiが、SI上限EGR量推定値Esより大きく、且つHCCI下限EGR量推定値Ehよりも小さい値となるか否かを判定する。具体的な演算方法は、後述する図3を用いた制御の流れのなかで説明する。 The misfire region determination means 27 is calculated according to the engine speed Nen and the boost pressure Pbn in the combustion cycle immediately after the present, and is calculated in consideration of an intake air delay, an exhaust gas temperature delay, etc. during transient operation. It is determined whether or not the control value Ei is larger than the SI upper limit EGR amount estimated value Es and smaller than the HCCI lower limit EGR amount estimated value Eh. A specific calculation method will be described in the flow of control using FIG. 3 described later.

予混合圧縮着火下限排気再循環量設定手段28は、予測された現在から一つ後の燃焼サイクルにおいて、最終EGR量制御値EfをHCCI下限EGR量推定値Ehとして設定する。具体的な演算方法は、後述する図3を用いた制御の流れのなかで説明する。   The premixed compression ignition lower limit exhaust gas recirculation amount setting means 28 sets the final EGR amount control value Ef as the HCCI lower limit EGR amount estimated value Eh in the combustion cycle immediately after the predicted current time. A specific calculation method will be described in the flow of control using FIG. 3 described later.

燃焼モード切り替え待機手段29は、EGR量制御値EiとHCCI下限EGR量推定値Ehの差の絶対値Edが、予め設定してあるEGR量を制御するアクチュエータの変化速度とエンジン回転数Nenから演算されるEGR変化限界量Elよりも大きい場合、最終EGR量制御値Efを、現在、HCCI燃焼モードであればHCCI下限EGR量推定値Ehに、現在、SI燃焼モードであればSI上限EGR量推定値Esに設定する。具体的な演算方法は、後述する図3を用いた制御の流れのなかで説明する。   The combustion mode switching standby means 29 calculates the absolute value Ed of the difference between the EGR amount control value Ei and the HCCI lower limit EGR amount estimated value Eh from the change speed of the actuator that controls the preset EGR amount and the engine speed Nen. If the EGR change limit amount El is greater, the final EGR amount control value Ef is set to the HCCI lower limit EGR amount estimated value Eh for the current HCCI combustion mode, and to the SI upper limit EGR amount estimation for the current SI combustion mode. Set to the value Es. A specific calculation method will be described in the flow of control using FIG. 3 described later.

次に、上記構成の内燃機関の制御装置において、燃焼切り替えモード条件の成立時、EGR量制御値と推定されたSI上限EGR量推定値およびHCCI下限EGR量推定値と比較し、EGR制御値がSI上限EGR量推定値より大きく、HCCI下限EGR量推定値よりも小さい場合に、EGR量制御値をHCCI下限EGR量推定値とする動作について説明する。   Next, in the control apparatus for an internal combustion engine configured as described above, when the combustion switching mode condition is established, the EGR amount control value is compared with the estimated SI upper limit EGR amount estimated value and HCCI lower limit EGR amount estimated value. The operation of setting the EGR amount control value as the HCCI lower limit EGR amount estimated value when it is larger than the SI upper limit EGR amount estimated value and smaller than the HCCI lower limit EGR amount estimated value will be described.

図3は、この発明の実施の形態1に係る内燃機関の制御装置の動作を示すフローチャートである。まず、図3のフローチャートを参照しながら、各動作を説明する。なお、この動作は、ECU22において所定クランク角度毎に割り込んで実行される割り込みルーチン内のサブルーチンとして実行される。また、この実施の形態1においては、所定クランク角度毎に割り込んで実行される割り込みルーチン内のサブルーチンとして実行されるが、所定時間周期のメインルーチン内のサブルーチンとして実行されるようにしても良い。   FIG. 3 is a flowchart showing the operation of the control device for the internal combustion engine according to the first embodiment of the present invention. First, each operation will be described with reference to the flowchart of FIG. This operation is executed as a subroutine in an interrupt routine executed by the ECU 22 by interrupting every predetermined crank angle. In the first embodiment, it is executed as a subroutine in an interrupt routine executed by interrupting every predetermined crank angle. However, it may be executed as a subroutine in a main routine having a predetermined time period.

図3において、まず、ステップS101にて燃焼切り替えモード中であるか否かを判定する。例えば、エンジン回転数Neやブースト圧Pbに基づいてあらかじめ設定してある燃焼モード制御マップを参照して燃焼モードを決定し、現在の燃焼モードと異なる場合に燃焼切り替えモードフラグを設定するなどで燃焼モード切り替えの条件が成立するものである。   In FIG. 3, first, in step S101, it is determined whether or not the combustion switching mode is being performed. For example, combustion is determined by determining a combustion mode with reference to a combustion mode control map set in advance based on the engine speed Ne and boost pressure Pb, and setting a combustion switching mode flag when different from the current combustion mode. The condition for mode switching is satisfied.

ステップS101において燃焼切り替えモードが成立していない(N)と判定された場合、ステップS102で初期化処理が実行される。ステップS102の初期化処理は、エンジン回転数Neoおよびブースト圧Pboに現在のエンジン回転数Neおよびブースト圧Pbを入力し、燃焼切り替え待機フラグFhldに「0」を初期値として入力する。   If it is determined in step S101 that the combustion switching mode is not established (N), an initialization process is executed in step S102. In the initialization process in step S102, the current engine speed Ne and boost pressure Pb are input to the engine speed Neo and boost pressure Pbo, and “0” is input to the combustion switching standby flag Fhld as an initial value.

ステップS102の次に、ステップS103において最終EGR量制御値Efを現在のEGR量制御値Eiに入力してサブルーチンを終了する。サブルーチン終了後、最終EGR量制御値Efに応じたNVOとなるよう吸気可変バルブ機構12と排気可変バルブ機構13が制御される。ここで、ステップS102の後にステップS103を実施する場合、
最終EGR量制御値Efは、このサブルーチン外で演算されるEGR量制御値Eiを最終EGR量制御値Efに入力している。
Following step S102, the final EGR amount control value Ef is input to the current EGR amount control value Ei in step S103, and the subroutine is terminated. After the subroutine ends, the intake variable valve mechanism 12 and the exhaust variable valve mechanism 13 are controlled so that the NVO corresponding to the final EGR amount control value Ef is obtained. Here, when step S103 is performed after step S102,
As the final EGR amount control value Ef, the EGR amount control value Ei calculated outside this subroutine is input to the final EGR amount control value Ef.

ステップS101において燃焼切り替えモードが成立している(Y)と判定された場合、ステップS104で次の燃焼サイクルにおけるエンジン回転数Nenおよびブースト圧Pbnを、現在のエンジン回転数Neおよびブースト圧Pbと、前のサイクルのエンジン回転数Neoおよびブースト圧Pboを用いて、下記の式(1)および式(2)を用いて予測する。また、式(1)および式(2)の演算後に、次回のステップS104を実施する際に用いるためにエンジン回転数Neoおよびブースト圧Pboを、式(3)および式(4)により更新する。

Nen=(Ne−Neo)+Ne ・・・式(1)
Pbn=(Pb−Pbo)+Pb ・・・式(2)
Neo←Ne ・・・・・・・・・・・・・・・・・式(3)
Pbo←Pb ・・・・・・・・・・・・・・・・・式(4)

このステップS104は、運転状態予測手段23に相当する。
If it is determined in step S101 that the combustion switching mode is established (Y), the engine speed Nen and boost pressure Pbn in the next combustion cycle are determined in step S104, the current engine speed Ne and boost pressure Pb, Prediction is performed using the following equation (1) and equation (2) using the engine speed Neo and boost pressure Pbo of the previous cycle. Further, after the calculation of the formulas (1) and (2), the engine speed Neo and the boost pressure Pbo are updated by the formulas (3) and (4) to be used when the next step S104 is performed.

Nen = (Ne−Neo) + Ne (1)
Pbn = (Pb−Pbo) + Pb (2)
Neo ← Ne Formula (3)
Pbo ← Pb ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ Formula (4)

This step S104 corresponds to the driving state prediction means 23.

なお、運転状態予測手段23は、前述に限ったものではなく、例えば運転状態の変化をいち早く検出できるスロットル開度Thの変化に応じてあらかじめ設定してあるマップを用いて次の燃焼サイクルにおけるエンジン回転数Nenおよびブースト圧Pbnを求める構成などであっても良い。   The operating state predicting means 23 is not limited to the above, and for example, the engine in the next combustion cycle using a map set in advance according to the change in the throttle opening Th that can quickly detect the change in the operating state. A configuration in which the rotational speed Nen and the boost pressure Pbn are obtained may be employed.

次にステップS105において、ステップS104で演算された現在から一つ後の燃焼サイクルにおけるエンジン回転数Nenおよびブースト圧Pbnに基づいたEGR量制御値Eiを演算する。EGR量制御値Eiは、このサブルーチン外で演算され、従来の制御におけるEGR量制御値Eiの演算式と同じ演算式を用い、例えば下記の式(5)に基づいて演算される。

Ei=map1(Nen,Pbn)×Ka ・・・式(5)

ここで、第1のマップmap1は、エンジン回転数およびブースト圧に応じてあらかじめ設定してある最適となるEGR量制御値であり、Kaは、過渡運転時における制御の遅れや水温などを考慮した補正係数である。
Next, in step S105, an EGR amount control value Ei based on the engine speed Nen and the boost pressure Pbn in the combustion cycle immediately after the current time calculated in step S104 is calculated. The EGR amount control value Ei is calculated outside this subroutine, and is calculated based on the following equation (5), for example, using the same equation as the equation for the EGR amount control value Ei in the conventional control.

Ei = map1 (Nen, Pbn) × Ka (5)

Here, the first map map1 is an optimal EGR amount control value set in advance according to the engine speed and boost pressure, and Ka takes into account the control delay and the water temperature during transient operation. Correction coefficient.

ここで、燃焼不安定で失火するEGR量の範囲について説明する。図4は、運転状態とEGR量に応じた燃焼領域特性と、過渡運転状態時の失火発生経路を示す説明図であり、横軸は運転状態(エンジン回転数、負荷)、縦軸はEGR量を示している。図4に示すように、燃焼不安定で失火するEGR量の範囲は、エンジン回転数や負荷の大きさによるエンジンの運転状態(以下、単に、「運転状態」と称する)が低い場合には大きく、運転状態が高くなるほど狭まる。さらに、失火するEGR量の範囲がなく、SI燃焼とHCCI燃焼が連続的に切り替わる運転状態も存在する。   Here, the range of the EGR amount that misfires due to unstable combustion will be described. FIG. 4 is an explanatory diagram showing the combustion region characteristics according to the operating state and the EGR amount, and the misfire occurrence path in the transient operating state, where the horizontal axis is the operating state (engine speed and load), and the vertical axis is the EGR amount. Is shown. As shown in FIG. 4, the range of the EGR amount that causes misfire due to unstable combustion is large when the engine operating state (hereinafter simply referred to as “operating state”) due to the engine speed or the load is low. , The higher the driving state, the narrower. Furthermore, there is an operating state in which there is no range of EGR amount to misfire and SI combustion and HCCI combustion are continuously switched.

例えば、運転状態が低くなるような過渡運転時に、図4におけるa点のSI燃焼領域からb点のHCCI燃焼領域へと切り替わり、途中、白丸で示すEGR量に制御される場合、失火領域にあるc点で失火してしまい、b点へたどり着けないことになるか、もしくはドライバビリティが悪化する。このような場合、c点の代わりに、SI燃焼が可能なSI燃焼上限EGR量であるd点、もしくはHCCI燃焼が可能なHCCI燃焼下限EGR量であるe点で制御すると、失火領域を回避することができる。   For example, at the time of transient operation where the operation state becomes low, when switching from the SI combustion region at point a in FIG. 4 to the HCCI combustion region at point b, the EGR amount indicated by a white circle in the middle is in the misfire region. A misfire occurs at point c, and it is impossible to reach point b, or drivability deteriorates. In such a case, the misfire region is avoided by controlling at point d which is SI combustion upper limit EGR amount capable of SI combustion, or point e which is HCCI combustion lower limit EGR amount capable of HCCI combustion instead of point c. be able to.

しかし、d点のSI燃焼上限EGR量に制御した場合、b点にたどり着くにはより広範囲の失火領域を跨いでHCCI燃焼領域へと切り替える必要がある。一方、e点のHCCI燃焼下限EGR量に制御した場合、狭い失火領域を跨ぎ、e点でHCCI燃焼へと切り替えることができる。e点の後、b点にたどり着くには失火領域を配慮する必要はない。よって、c点の代わりにe点を通過することで、失火で排ガスやドライバビリティが悪化することなく、且つSI燃焼からHCCI燃焼に素早く切り替えることができ、燃費が向上することがわかる。   However, when controlling to the SI combustion upper limit EGR amount at the point d, it is necessary to switch to the HCCI combustion region over a wider misfire region in order to reach the point b. On the other hand, when it is controlled to the HCCI combustion lower limit EGR amount at point e, it is possible to cross over a narrow misfire region and switch to HCCI combustion at point e. It is not necessary to consider the misfire region in order to reach point b after point e. Therefore, it can be seen that by passing the e point instead of the c point, it is possible to quickly switch from SI combustion to HCCI combustion without deteriorating exhaust gas and drivability due to misfire, and to improve fuel efficiency.

逆に、運転状態が高くなるような過渡運転時に、b点のHCCI燃焼領域からa点のSI燃焼領域へと切り替わる場合、前述と同様にc点で失火する。これを回避するにはd点もしくはe点を通過する必要があるが、d点よりもe点に到達する方がより狭い範囲の失火領域を跨ぐこととなる。よって、c点の代わりにe点を通過することで、失火で排ガスやドライバビリティが悪化することなく、且つHCCI燃焼の期間が長いため、燃費が向上する。またe点はHCCI燃焼が可能なHCCI燃焼下限EGR量であるため、ノッキング発生の可能性は低い。   On the other hand, when switching from the b-point HCCI combustion region to the a-point SI combustion region during a transient operation where the operation state becomes high, misfire occurs at the point c as described above. In order to avoid this, it is necessary to pass the point d or the point e. However, reaching the point e over the point d crosses a narrower misfire region. Therefore, by passing the e point instead of the c point, the exhaust gas and the drivability are not deteriorated due to misfire, and the HCCI combustion period is long, so the fuel efficiency is improved. Further, since the point e is the HCCI combustion lower limit EGR amount capable of HCCI combustion, the possibility of occurrence of knocking is low.

以上のことから、過渡運転状態でSI燃焼からHCCI燃焼、またはHCCI燃焼からSI燃焼へと燃焼モードが切り替わるどちらの場合にも、失火領域のEGR量となる場合には、HCCI燃焼が可能なHCCI燃焼下限EGR量に制御することで失火領域を回避し、排ガス、燃費、およびドライバビリティの向上が可能となることが判明した。 From the above, in both cases where the combustion mode is switched from SI combustion to HCCI combustion or from HCCI combustion to SI combustion in the transient operation state, the HCCI combustion capable of HCCI combustion is achieved when the EGR amount is in the misfire region. It has been found that by controlling to the combustion lower limit EGR amount, a misfire region can be avoided and exhaust gas, fuel consumption, and drivability can be improved.

ここで、EGR量を制御する以外の方法で失火を回避する方法として、燃料噴射量制御や混合気加熱制御が考えられるが、燃料噴射量は増量させるため燃費が悪化し、EGR以外の混合気温度加熱は、ヒータなど、制御するための投入熱量が非常に大きく、その結果燃費が悪化する。そのため、失火領域のEGR量となる場合には、EGR量を制御する方法が有効な手段である。   Here, as a method of avoiding misfire by a method other than controlling the EGR amount, fuel injection amount control or air-fuel mixture heating control is conceivable. However, since the fuel injection amount is increased, the fuel consumption deteriorates and the air-fuel mixture other than EGR is controlled. Temperature heating requires a very large amount of heat input for control, such as a heater, and as a result, fuel consumption deteriorates. Therefore, when the EGR amount is in the misfire region, a method for controlling the EGR amount is an effective means.

図3に戻り、前述の図4での考察から、ステップS106において、HCCI燃焼が可能な最小のEGR量であるHCCI下限EGR量推定値Ehを運転状態値Soにより下記の式(6)に基づいて予め設定してある第2のマップmap2を参照して演算する。ここで、HCCI下限EGR量推定値Ehを演算する第2のマップmap2は、前述の図4に示す特性から抽出した予め設定してあるものであり、図5に示される。即ち、図5は、この発明の実施の形態1に係る内燃機関の制御装置における、運転状態値により求まるHCCI下限EGR量推定値の特性を示す第2のマップであって、横軸は運転状態値So、縦軸はHCCI下限EGR量推定値Ehを示している。

Eh=map2(So) ・・・・・・・式(6)
Returning to FIG. 3, based on the consideration in FIG. 4 described above, in step S <b> 106, the HCCI lower limit EGR amount estimated value Eh, which is the minimum EGR amount capable of HCCI combustion, is calculated based on the following equation (6) using the operating state value So. The calculation is performed with reference to the second map map2 set in advance. Here, the second map map2 for calculating the HCCI lower limit EGR amount estimated value Eh is set in advance extracted from the characteristics shown in FIG. 4, and is shown in FIG. That is, FIG. 5 is a second map showing the characteristics of the HCCI lower limit EGR amount estimated value obtained from the operating state value in the control apparatus for an internal combustion engine according to Embodiment 1 of the present invention, and the horizontal axis represents the operating state. The value So and the vertical axis indicate the HCCI lower limit EGR amount estimated value Eh.

Eh = map2 (So) ..... Formula (6)

運転状態値Soは、下記の式(7)に基づいて演算される。ここで、運転状態値Soを演算する第3のマップmap3は、図6に示される。即ち、図6は、この発明の実施の形態1に係る内燃機関の制御装置における、エンジン回転数とブースト圧により求まる運転状態値の特性を示す第3のマップであって、横軸はエンジン回転数、縦軸はブースト圧を示している。図6に示すように、エンジン回転数またはブースト圧が大きくなると運転状態値Soが大きくなるよう予め設定されている。

So=map3(Nen,Pbn) ・・・式(7)

ステップS106は、予混合圧縮着火下限排気再循環量推定手段25に相当する。
The operating state value So is calculated based on the following equation (7). Here, a third map map3 for calculating the driving state value So is shown in FIG. That is, FIG. 6 is a third map showing the characteristics of the operating state value obtained from the engine speed and boost pressure in the control apparatus for an internal combustion engine according to the first embodiment of the present invention. The number and the vertical axis indicate the boost pressure. As shown in FIG. 6, when the engine speed or boost pressure increases, the operating state value So is set in advance.

So = map3 (Nen, Pbn) (7)

Step S106 corresponds to the premixed compression ignition lower limit exhaust gas recirculation amount estimating means 25.

図3において、ステップS107では、ステップS106で求めたHCCI下限EGR量推定値Ehを、吸気温Ta、排温Tex、および水温Twに基づいて下記の式(8)に示すように補正し、最終的なHCCI下限EGR量推定値Eh1とする。

Eh←Eh×(Ta+Tex+Tw)×Kb ・・・式(8)

ここで、補正係数Kbは、前述の式(6)で用いられる第2のマップmap2を作成した際の温度条件を基準として、吸気温Ta、排温Tex、または水温Twが基準より高くなれば、[(Ta+Tex+Tw)×Kb]の値が「1」以下となるよう予め設定してあるものである。式(8)によって、吸気温Ta、排温Tex、または水温Twが高くなればなるほど、最終的なHCCI下限EGR量推定値Eh1が小さくなる挙動を演算することができる。このステップS107は、予混合圧縮着火下限排気再循環量補正手段26に相当する。
In FIG. 3, in step S107, the HCCI lower limit EGR amount estimated value Eh obtained in step S106 is corrected as shown in the following equation (8) based on the intake air temperature Ta, the exhaust air temperature Tex, and the water temperature Tw. HCCI lower limit EGR amount estimated value Eh1.

Eh ← Eh × (Ta + Tex + Tw) × Kb (8)

Here, the correction coefficient Kb is determined if the intake air temperature Ta, the exhaust temperature Tex, or the water temperature Tw is higher than the reference, based on the temperature condition when the second map map2 used in the above equation (6) is created. , [(Ta + Tex + Tw) × Kb] is set in advance so as to be equal to or less than “1”. The behavior that the final HCCI lower limit EGR amount estimated value Eh1 becomes smaller as the intake air temperature Ta, the exhaust air temperature Tex, or the water temperature Tw becomes higher can be calculated by the equation (8). This step S107 corresponds to the premixed compression ignition lower limit exhaust gas recirculation correction means 26.

次に、ステップS108において、SI燃焼が可能な最大のEGR量であるSI上限EGR量推定値Esを運転状態値Soにより下記の式(9)に基づいて予め設定してある第4のマップmap4を参照して演算する。ここで、SI上限EGR量推定値Esを演算する第4のマップmap4は、図4の特性から抽出し予め設定されたものであり、図7に示す。即ち、図7は、この発明の実施の形態1に係る内燃機関の制御装置における、運転状態値により求まるSI上限EGR量推定値の特性を示す第4のマップmap4であり、横軸は運転状態値So、縦軸はSI上限EGR推定値Esを示している。

Es=map4(So) ・・・式(9)

このステップS108は、火花点火上限排気再循環量推定手段24に相当する。
Next, in step S108, a fourth map map4 in which the SI upper limit EGR amount estimated value Es, which is the maximum EGR amount capable of SI combustion, is preset based on the following equation (9) with the operation state value So. Operate with reference to. Here, the fourth map map4 for calculating the SI ceiling EGR amount estimation value Es has been set in advance by extracting the characteristics of FIG. 4, shown in Figure 7. That is, FIG. 7 is a fourth map map4 showing the characteristic of the SI upper limit EGR amount estimated value obtained from the operating state value in the control apparatus for an internal combustion engine according to the first embodiment of the present invention, and the horizontal axis is the operating state. The value So and the vertical axis indicate the SI upper limit EGR estimated value Es.

Es = map4 (So) (9)

This step S108 corresponds to the spark ignition upper limit exhaust gas recirculation amount estimating means 24.

ステップS109において、EGR量制御値EiがHCCI下限EGR量推定値Eh未満であり、且つSI上限EGR量推定値Esより大きい値であるか否か、もしくは後述する燃焼切り替え待機のフラグであるFhldに「1」が入力されているか否かを判定する。このステップS109は、失火領域判定手段27に相当する。   In step S109, whether or not the EGR amount control value Ei is less than the HCCI lower limit EGR amount estimated value Eh and greater than the SI upper limit EGR amount estimated value Es, or Fhld which is a combustion switching standby flag described later. It is determined whether “1” is input. This step S109 corresponds to the misfire region determination means 27.

ステップS109での判定において[Eh>Ei>Es]または[Fld=1]が成立していない(N)と判定された場合、EGR量が失火領域とならないため、従来制御におけるEGR量を設定して良いため、ステップS103に進んで最終EGR量制御値EfにEGR量制御値Eiを入力してサブルーチンを終了する。サブルーチン終了後、最終EGR量制御値Efに応じたNVOとなるよう吸気可変バルブ機構12と排気可変バルブ機構13が制御される。   If it is determined in step S109 that [Eh> Ei> Es] or [Fld = 1] is not satisfied (N), the EGR amount does not become a misfire region, so the EGR amount in the conventional control is set. Therefore, the process proceeds to step S103, the EGR amount control value Ei is input as the final EGR amount control value Ef, and the subroutine is terminated. After the subroutine ends, the intake variable valve mechanism 12 and the exhaust variable valve mechanism 13 are controlled so that the NVO corresponding to the final EGR amount control value Ef is obtained.

ステップS109での判定において[Eh>Ei>Es]または[Fld=1]が成立している(Y)と判定された場合、ステップS110において、下記の式(10)により演算される現在のタイミングにおける最終EGR量制御値EfとHCCI下限EGR量推定値Ehの差であるEGR変化量Edが、EGR量を制御しているアクチュエータが1燃焼サイクル中に変化できる限界であるEGR量変化限界値Elより大きい値となっているかを判定する。EGR量変化限界値Elには、EGR量を制御しているアクチュエータとしての吸気可変バルブ機構12と排気可変バルブ機構13の1燃焼あたりの最大変更幅が予め設定してある。

Ed=abs(Ef−Eh) ・・・式(10)
If it is determined in step S109 that [Eh>Ei> Es] or [Fld = 1] is satisfied (Y), the current timing calculated by the following equation (10) in step S110. EGR change amount Ed, which is the difference between the final EGR amount control value Ef and the HCCI lower limit EGR amount estimated value Eh, is the limit at which the actuator controlling the EGR amount can change during one combustion cycle. Determine whether the value is larger. In the EGR amount change limit value El, the maximum change width per combustion of the intake variable valve mechanism 12 and the exhaust variable valve mechanism 13 as actuators that control the EGR amount is set in advance.

Ed = abs (Ef−Eh) (10)

なお、EGR量変化限界値Elは、予め設定してある値に限らず、アクチュエータの変化限界量に対し例えばエンジン回転数や各温度情報などで補正した値としても良い。   The EGR amount change limit value El is not limited to a preset value, and may be a value obtained by correcting the change limit amount of the actuator with, for example, the engine speed or each temperature information.

ステップS110での判定において、[Ed>El]が成立していない(N)と判定された場合、ステップS111において後述する燃焼切り替え待機フラグFhldに「0」を入力した後、ステップS112において最終EGR量制御値EfにHCCI下限EGR量推定値Ehを入力してサブルーチンを終了する。サブルーチン終了後、最終EGR量制御値Efに応じたNVOとなるよう吸気可変バルブ機構12と排気可変バルブ機構13が制御される。このステップS112は、予混合圧縮着火下限排気再循環量設定手段28に相当する。   If it is determined in step S110 that [Ed> El] is not satisfied (N), “0” is input to a combustion switching standby flag Fhld described later in step S111, and then the final EGR is determined in step S112. The HCCI lower limit EGR amount estimated value Eh is input to the amount control value Ef, and the subroutine is terminated. After the subroutine ends, the intake variable valve mechanism 12 and the exhaust variable valve mechanism 13 are controlled so that the NVO corresponding to the final EGR amount control value Ef is obtained. This step S112 corresponds to the premixed compression ignition lower limit exhaust gas recirculation amount setting means 28.

ステップS110での判定において[Ed>El]が成立している(Y)と判定された場合、現在、燃焼切り替え待機モードとなっていることを記憶するため、ステップS113において燃焼切り替え待機フラグFhldに「1」を入力した後、ステップS114において現在の燃焼モードがSI燃焼モードであるかを判定する。ステップS114での判定において、現在、SI燃焼モードでない、即ちHCCI燃焼モードである(N)と判定された場合は、ステップS115において、HCCI燃焼待機用EGR量制御値Ehhが、下記の式(11)に示すように、HCCI下限EGR量推定値Ehと、現在の最終EGR量制御値EfとEGR量変化限界値Elの差、これら2つの値の最大値によって演算される。

Ehh=max(Eh,Ef−El) ・・・式(11)
If it is determined in step S110 that [Ed> El] is satisfied (Y), it is stored in the combustion switching standby flag Fhld in step S113 in order to store that the combustion switching standby mode is currently set. After inputting “1”, it is determined in step S114 whether the current combustion mode is the SI combustion mode. If it is determined in step S114 that the current mode is not the SI combustion mode, that is, the HCCI combustion mode (N), in step S115, the HCCI combustion standby EGR amount control value Ehh is expressed by the following equation (11). ), The HCCI lower limit EGR amount estimated value Eh, the difference between the current final EGR amount control value Ef and the EGR amount change limit value El, and the maximum value of these two values are calculated.

Ehh = max (Eh, Ef−El) (11)

これにより、HCCI燃焼が可能なEGR量の範囲の内で、現在のEGR量制御値Efから可能な限りSI燃焼に近づくEGR量となる値とし、燃焼モード切り替えは待機しているが、次の燃焼サイクル以降で燃焼モード切り替えをより容易にできるEGR量としている。   As a result, within the range of EGR amount in which HCCI combustion is possible, the current EGR amount control value Ef is set to a value that becomes an EGR amount that approaches SI combustion as much as possible, and combustion mode switching is on standby. The EGR amount is such that the combustion mode can be switched more easily after the combustion cycle.

ステップS115の後、ステップS116で最終EGR量制御値EfにHCCI燃焼待機用EGR量制御値Ehhを入力してサブルーチンを終了する。サブルーチン終了後、最終EGR量制御値Efに応じたNVOとなるよう吸気可変バルブ機構12と排気可変バルブ機構13が制御される。   After step S115, at step S116, the HCCI combustion standby EGR amount control value Ehh is input as the final EGR amount control value Ef, and the subroutine is terminated. After the subroutine ends, the intake variable valve mechanism 12 and the exhaust variable valve mechanism 13 are controlled so that the NVO corresponding to the final EGR amount control value Ef is obtained.

ステップS114において、現在、SI燃焼モードである(Y)と判定された場合、ステップS117において、SI燃焼待機用EGR量制御値Ehsが、下記の式(12)のようにSI上限EGR量推定値Esと、現在の最終EGR量制御値EfとEGR量変化限界値Elの加算、これら2つの値の最小値によって演算される。

Ehs=min(Es,Ef+El) ・・・式(12)

これにより、SI燃焼が可能なEGR量の範囲の内で、現在のEGR量制御値Efから可能な限りHCCI燃焼に近づくEGR量となる値とし、燃焼モード切り替えは待機しているが、次の燃焼サイクル以降で燃焼モード切り替えをより容易にできるEGR量としている。
If it is determined in step S114 that the current combustion mode is SI combustion mode (Y), in step S117, the SI combustion standby EGR amount control value Ehs is calculated as follows: It is calculated by adding Es, the current final EGR amount control value Ef, and the EGR amount change limit value El, and the minimum value of these two values.

Ehs = min (Es, Ef + El) (12)

As a result, within the range of EGR amount in which SI combustion is possible, the current EGR amount control value Ef is set to a value that becomes an EGR amount that approaches HCCI combustion as much as possible, and combustion mode switching is on standby. The EGR amount is such that the combustion mode can be switched more easily after the combustion cycle.

ステップS117の後、ステップS118で最終EGR量制御値EfにSI燃焼待機用EGR量制御値Ehsを入力してサブルーチンを終了する。サブルーチン終了後、最終EGR量制御値Efに応じたNVOとなるよう吸気可変バルブ機構12と排気可変バルブ機構13が制御される。   After step S117, the SI combustion standby EGR amount control value Ehs is input as the final EGR amount control value Ef in step S118, and the subroutine is terminated. After the subroutine ends, the intake variable valve mechanism 12 and the exhaust variable valve mechanism 13 are controlled so that the NVO corresponding to the final EGR amount control value Ef is obtained.

ステップS110、ステップS111、およびステップS113からステップS118は、燃焼モード切り替え待機手段29に相当する。   Step S110, step S111, and step S113 to step S118 correspond to the combustion mode switching standby means 29.

以上説明したように、この発明の実施の形態1による内燃機関の制御装置は、燃焼切り替えモード条件成立時に、EGR量制御値と推定されたSI上限EGR量推定値およびHCCI下限EGR量推定値と比較し、EGR量制御値がSI上限EGR量推定値より大きく、HCCI下限EGR量推定値よりも小さい場合にEGR量制御値をHCCI下限EGR量推定値とするものである。   As described above, the control apparatus for an internal combustion engine according to Embodiment 1 of the present invention provides the estimated EGR amount control value, the estimated SI upper limit EGR amount, and the estimated HCCI lower limit EGR amount when the combustion switching mode condition is satisfied. In comparison, when the EGR amount control value is larger than the SI upper limit EGR amount estimated value and smaller than the HCCI lower limit EGR amount estimated value, the EGR amount control value is set as the HCCI lower limit EGR amount estimated value.

次に、この発明の実施の形態1による内燃機関の制御装置の動作を、タイミングチャートを用いて説明する。図8は、この発明の実施の形態1に係る内燃機関の制御装置における、燃焼切り替えモードが成立した際のEGR量制御の挙動を示すタイミングチャート図であり、予想される運転状態が上昇、および下降してエンジン過渡運転状態にある場合を例として示している。なお、図8は、簡略化するために各種の挙動を直線的に表している。図8において、横軸は時間、縦軸は、上段から順次、燃焼切り替えモードフラグ、運転状態値(予測)So、従来EGR量制御値Ei、EGR変化量Ed、燃焼切り替え待機フラグFhld、最終EGR量制御値Ef、を夫々示している。   Next, the operation of the control apparatus for an internal combustion engine according to the first embodiment of the present invention will be described using a timing chart. FIG. 8 is a timing chart showing the behavior of the EGR amount control when the combustion switching mode is established in the control apparatus for an internal combustion engine according to the first embodiment of the present invention. A case where the engine is lowered and is in an engine transient operation state is shown as an example. FIG. 8 shows various behaviors linearly for simplification. In FIG. 8, the horizontal axis represents time, and the vertical axis represents the combustion switching mode flag, the operation state value (prediction) So, the conventional EGR amount control value Ei, the EGR change amount Ed, the combustion switching standby flag Fhld, and the final EGR in order from the top. A quantity control value Ef is shown.

図8では、現在から一つ後の燃焼サイクルに関する運転状態を予測して、その予測運転状態におけるEGR量制御値を演算している。そのため、現在の燃焼サイクルの運転状態におけるEGR量制御値を演算してアクチュエータを制御する場合よりもEGR量制御値の設定からアクチュエータ制御までの期間が長いため、EGR量の変更幅が大きい場合や、アクチュエータの応答遅れなどの影響を受けることなく確実に設定したEGR量制御値にアクチュエータが制御されている。   In FIG. 8, the operation state regarding the combustion cycle immediately after the present is predicted, and the EGR amount control value in the predicted operation state is calculated. Therefore, since the period from the setting of the EGR amount control value to the actuator control is longer than the case where the actuator is controlled by calculating the EGR amount control value in the operation state of the current combustion cycle, the change range of the EGR amount is large or The actuator is controlled to the EGR amount control value that is set reliably without being affected by the response delay of the actuator.

図8において、まず初めに、タイミングAの以前においてはHCCI燃焼しており、エンジン回転数およびブースト圧から求まる運転状態値(予測)Soが一定であることから燃焼切り替えモードが成立していない。そのため、最終EGR量制御値Efは、この発明の実施の形態1による処理が施されていない従来EGR量制御値Eiと同じ値が設定され、この最終EGR量制御値EfでEGR量が制御される。   In FIG. 8, first, before the timing A, HCCI combustion is performed, and the combustion switching mode is not established because the operating state value (predicted) So obtained from the engine speed and the boost pressure is constant. Therefore, the final EGR amount control value Ef is set to the same value as the conventional EGR amount control value Ei not subjected to the processing according to the first embodiment of the present invention, and the EGR amount is controlled by this final EGR amount control value Ef. The

タイミングAからタイミングCの間では、運転状態値(予測)Soが上昇してエンジンが過渡運転状態となっている。従って、タイミングAの直後に過渡運転状態と判定され、HCCI燃焼からSI燃焼へと切り替えるよう燃焼切り替えモードが成立し、燃焼切り替えモードフラグがオンとなる。タイミングBにおいて、従来EGR量制御値Eiが失火領域内であることが判定されるが、この発明の実施の形態1では、最終EGR量制御値EfはHCCI下限EGR量推定値Ehに設定されてEGR量が制御され失火が回避される。タイミングBの直後のタイミングB1では、従来EGR量制御においても失火領域とならずにSI燃焼モードのEGRとなるため、燃焼切り替えが完了し、燃焼切り替えモードの条件が成立しなくなくなり燃焼切り替えモードフラグがオフとなる。これにより、失火領域となるEGRを回避し、燃焼を悪化させずにHCCI燃焼からSI燃焼への切り替えができる。   Between timing A and timing C, the operating state value (predicted) So increases and the engine is in a transient operating state. Therefore, immediately after timing A, it is determined that the engine is in the transient operation state, the combustion switching mode is established so as to switch from HCCI combustion to SI combustion, and the combustion switching mode flag is turned on. At timing B, it is determined that the conventional EGR amount control value Ei is within the misfire region, but in the first embodiment of the present invention, the final EGR amount control value Ef is set to the HCCI lower limit EGR amount estimated value Eh. The amount of EGR is controlled and misfire is avoided. At the timing B1 immediately after the timing B, the EGR amount control is not performed in the conventional EGR amount control but the SI combustion mode EGR is performed, so that the combustion switching is completed and the conditions for the combustion switching mode are not satisfied, and the combustion switching mode flag Is turned off. Thereby, EGR which becomes a misfire region can be avoided, and switching from HCCI combustion to SI combustion can be performed without deteriorating combustion.

タイミングDからタイミングFの間では、運転状態値(予測)Soが下降してエンジンが過渡運転状態となっており、タイミングDの直後に過渡運転状態と判定され、燃焼切り替えモードフラグがオンとなる。これによりSI燃焼からHCCI燃焼へと切り替えるよう燃焼切り替えモードが成立する。タイミングCでの高い運転状態があったため、タイミングC以降では排温などの温度が定常運転状態よりも高くなっており、HCCI下限EGR量推定値Ehは若干低くなるよう補正されているものの、タイミングEにおいて従来EGR量制御値Eiが失火領域内であることが判定される。   Between timing D and timing F, the operating state value (predicted) So decreases and the engine is in a transient operating state. Immediately after timing D, the engine is determined to be in a transient operating state, and the combustion switching mode flag is turned on. . Thereby, the combustion switching mode is established so as to switch from SI combustion to HCCI combustion. Since there was a high operation state at timing C, the temperature such as exhaust temperature is higher than that in the steady operation state after timing C, and the HCCI lower limit EGR amount estimated value Eh is corrected to be slightly lower, but the timing is In E, it is determined that the conventional EGR amount control value Ei is within the misfire region.

しかし、この発明の実施の形態1では、タイミングEにおいてEGR変化量EdがEGR量変化限界値Elを越えているため、燃焼切り替え待機フラグFhldがオンに設定され、最終EGR量制御値EfはSI上限EGR量推定値Esに設定されてSI燃焼となるようEGR量が制御される。タイミングEより以降、燃焼切り替え待機状態となるが、タイミングFに至るまでEGR変化量EdがEGR量変化限界値Elを越えており、燃焼を悪化させずに燃焼を切り替えることができないため、最終EGR量制御値EfはSI上限EGR量推定値Esに設定されてSI燃焼となるようEGRが制御される。これにより、精度良く失火領域を判定し、且つ確実に良好な燃焼を維持することができる。   However, in Embodiment 1 of the present invention, since the EGR change amount Ed exceeds the EGR amount change limit value El at the timing E, the combustion switching standby flag Fhld is set to ON, and the final EGR amount control value Ef is set to SI. The EGR amount is controlled to be set to the upper limit EGR amount estimated value Es and to perform SI combustion. After timing E, the combustion switching standby state is entered, but until the timing F is reached, the EGR change amount Ed exceeds the EGR amount change limit value El, and the combustion cannot be switched without deteriorating the combustion. The amount control value Ef is set to the SI upper limit EGR amount estimated value Es, and the EGR is controlled so that SI combustion is performed. Thereby, it is possible to accurately determine the misfire region and reliably maintain good combustion.

タイミングFからタイミングHの間では、運転状態値(予測)Soが上昇してエンジンが過渡運転状態となっている。このエンジン過渡運転状態では通常燃焼切り替えが発生しないが、タイミングE以降において燃焼切り替えを待機させているため、タイミングF以降も燃焼切り替えモードの条件が成立する。タイミングE以降ではEGR変化量EdがEGR量変化限界値Elを越えていたが、タイミングGの直前でEGR変化量EdがEGR量変化限界値Elを下回るようになる。そこで、タイミングGで燃焼切り替え待機を解除し、最終EGR量制御値EfはHCCI下限EGR量推定値Ehに設定されてEGR量が制御される。これにより、失火領域となるEGRを回避し、燃焼を悪化させずにSI燃焼からHCCI燃焼への切り替えができる。   Between timing F and timing H, the operating state value (predicted) So increases and the engine is in a transient operating state. In this engine transient operation state, normal combustion switching does not occur, but since combustion switching is waited after timing E, the conditions for combustion switching mode are also satisfied after timing F. After the timing E, the EGR change amount Ed exceeds the EGR amount change limit value El, but immediately before the timing G, the EGR change amount Ed becomes lower than the EGR amount change limit value El. Therefore, the combustion switching standby is canceled at timing G, the final EGR amount control value Ef is set to the HCCI lower limit EGR amount estimated value Eh, and the EGR amount is controlled. Thereby, EGR which becomes a misfire region can be avoided, and switching from SI combustion to HCCI combustion can be performed without deteriorating combustion.

ここで、図8に示す運転状態の変化において、従来の制御とこの発明の制御によるEGR量制御の違いを説明する。図9は、この発明の実施の形態1に係る内燃機関の制御装置と従来の装置とにおける、EGR量制御の挙動の違いを示す説明図であり、図8のタイミングAからタイミングC、タイミングDからタイミングF、タイミングFからタイミングHの間の運転状態変化に伴うEGR量制御の挙動を、それぞれ図9の(a)、(b)、(c)で表している。なお、図9に示す各燃焼サイクルは、図中の白三角印と黒丸印のEGR量の値で制御されることを示している。   Here, the difference between the conventional control and the EGR amount control by the control of the present invention in the change of the operation state shown in FIG. 8 will be described. FIG. 9 is an explanatory diagram showing the difference in behavior of EGR amount control between the control device for an internal combustion engine according to Embodiment 1 of the present invention and the conventional device, and from timing A to timing C and timing D in FIG. 9A, 9B, and 9C show the behavior of the EGR amount control that accompanies the change in the operation state from the timing F to the timing F and from the timing F to the timing H, respectively. In addition, it has shown that each combustion cycle shown in FIG. 9 is controlled by the value of the EGR amount of the white triangle mark and black circle mark in a figure.

図9の(a)に示すタイミングAからタイミングCの間のEGR量は、従来制御ではタイミングBで失火領域の中のEGR量制御値で制御されており、この燃焼サイクルで失火もしくは燃焼変動が発生してしまう。ここで、この発明の実施の形態1による内燃機関の制御装置による制御のようにEGR量制御値をHCCI燃焼下限EGR量の値にすることで、タイミングBでの燃焼ではHCCI燃焼をさせて失火や燃焼変動の発生を回避し、次サイクルでは従来の制御同様SI燃焼のEGR量制御値として失火領域を跨ぐように制御することで、燃焼切り替え時に失火を回避している。   The EGR amount between timing A and timing C shown in (a) of FIG. 9 is controlled by the EGR amount control value in the misfire region at timing B in the conventional control, and misfire or combustion fluctuation occurs in this combustion cycle. Will occur. Here, by setting the EGR amount control value to the value of the HCCI combustion lower limit EGR amount as in the control by the control device for the internal combustion engine according to the first embodiment of the present invention, the combustion at the timing B causes the HCCI combustion and misfires. In the next cycle, the EGR amount control value for SI combustion is controlled so as to straddle the misfire region, thereby avoiding misfire during combustion switching.

図9の(b)に示すタイミングDからタイミングFの間のEGRは、従来制御ではタイミングEで失火領域の中のEGRで制御されており、この燃焼サイクルでは失火もしくは燃焼変動が発生してしまう。ここで、この発明の実施の形態1による内燃機関の制御装置による制御では、HCCI燃焼下限EGR量の値で制御しようと試みるが、タイミングEの一つ前の燃焼サイクル時におけるEGR量からHCCI燃焼下限EGR量への変化量が、EGR量を制御しているアクチュエータが1燃焼サイクル間に変化できる量を越えていると判定され、タイミングEではHCCI燃焼下限EGR量の値に制御できないため、現在のSI燃焼を待機するよう、SI燃焼上限EGR量の値で制御することで、燃焼切り替え時の失火を回避するために、燃焼切り替えを待機させている。   The EGR between the timing D and the timing F shown in (b) of FIG. 9 is controlled by the EGR in the misfire region at the timing E in the conventional control, and misfire or combustion fluctuation occurs in this combustion cycle. . Here, in the control by the control device for the internal combustion engine according to the first embodiment of the present invention, an attempt is made to control with the value of the HCCI combustion lower limit EGR amount, but the HCCI combustion is calculated from the EGR amount at the combustion cycle immediately before the timing E. It is determined that the amount of change to the lower limit EGR amount exceeds the amount that the actuator controlling the EGR amount can change during one combustion cycle, and at timing E, the value cannot be controlled to the value of the HCCI combustion lower limit EGR amount. By controlling by the value of the SI combustion upper limit EGR amount so as to wait for the SI combustion, the combustion switching is made to wait in order to avoid misfire during the combustion switching.

図9の(c)に示すタイミングFからタイミングHの間において、従来制御では、HCCI燃焼を継続してEGR量を制御しようとするが、ここで図9の(b)に示すタイミングDからタイミングFの運転状態変化時においてHCCI燃焼へと燃焼切り替えが成功していれば図9の(c)の従来制御となるが、図9の(b)のタイミングEで失火もしくは燃焼変動が発生していることから、図9の(c)のタイミングFではHCCI燃焼に到達していない、もしくは図9の(b)のタイミングEにおいて燃焼が悪化した上での図9の(c)のタイミングFでHCCI燃焼となっている。   In the conventional control between the timing F and the timing H shown in (c) of FIG. 9, the HCCI combustion is continued to control the EGR amount. Here, the timing from the timing D shown in (b) of FIG. If combustion switching to HCCI combustion is successful when the operating state of F is changed, the conventional control of FIG. 9C is performed, but misfire or combustion fluctuation occurs at timing E of FIG. 9B. Therefore, at timing F in FIG. 9C, HCCI combustion has not been reached or combustion has deteriorated at timing E in FIG. 9B at timing F in FIG. 9C. HCCI combustion.

このことから、従来制御では、燃焼切り替え制御により燃焼に問題のある(あった)EGRからタイミングHのEGR量へと向かうようEGR量が変更される。ここで、この発明の実施の形態1による内燃機関の制御装置による制御では、図9の(c)のタイミングFではSI燃焼をさせるEGR量に制御しているが、タイミングFからタイミングHへと運転状態が変化する中で、タイミングGにおいてHCCI燃焼下限EGR量の値に制御可能であり、燃焼切り替えを待機させる必要がないことを判定し、HCCI燃焼へと切り替えを実施することで、燃焼切り替え待機中は良好な燃焼を維持することを優先としていたが、燃焼切り替え可能な状態であれば速やかに失火領域を跨ぐように制御することで、燃焼切り替え時の失火を確実に回避している。   For this reason, in the conventional control, the EGR amount is changed from the EGR having a problem in combustion to the EGR amount at the timing H by the combustion switching control. Here, in the control by the control device for the internal combustion engine according to the first embodiment of the present invention, the EGR amount for performing SI combustion is controlled at the timing F in FIG. 9C, but from the timing F to the timing H. While the operating state changes, it is possible to control to the value of the HCCI combustion lower limit EGR amount at the timing G, and it is determined that there is no need to wait for the combustion switching, and the combustion switching is performed by switching to the HCCI combustion. Prioritizing maintaining good combustion during standby was prioritized, but misfire at the time of combustion switching is reliably avoided by controlling so as to quickly cross the misfire region if combustion switching is possible.

以上のべたように、この発明の実施の形態1に係る内燃機関の制御装置によれば、運転状態に応じて設定される排気再循環量制御値が、火花点火上限排気再循環量推定値より大きく、且つ予混合圧縮着火下限排気再循環量推定値よりも小さい値であり、失火の領域となるか判定された場合、予混合圧縮着火燃焼下限の排気再循環量で燃焼させるよう、排気再循環量制御値を予混合圧縮着火下限排気再循環量推定値に設定することで、失火領域を回避しつつ燃焼モードの切り替えが可能となり、排ガス、燃費、およびドライバビリティを向上することができる。 As described above, according to the control apparatus for an internal combustion engine according to the first embodiment of the present invention, the exhaust gas recirculation amount control value set according to the operating state is based on the spark ignition upper limit exhaust gas recirculation amount estimated value. If the exhaust gas recirculation amount is larger and smaller than the premixed compression ignition lower limit exhaust gas recirculation estimated value, and it is determined whether it is in the misfire region, the exhaust gas By setting the circulation amount control value to the premixed compression ignition lower limit exhaust gas recirculation amount estimated value, the combustion mode can be switched while avoiding the misfire region, and exhaust gas, fuel consumption, and drivability can be improved.

さらに、この発明の実施の形態1に係る内燃機関の制御装置によれば、内燃機関の水温、吸気温、排気温、油温、筒内壁面温度、および燃焼温度の温度情報の内、少なくとも1つの情報を用いて、予混合圧縮着火燃焼モードで運転可能な排気再循環量の下限値を補正することで、失火領域をより精度よく判定することができ、より確実に排ガス、燃費、およびドライバビリティを向上することができる。 Furthermore, according to the control apparatus for an internal combustion engine according to the first embodiment of the present invention, at least one of the temperature information of the water temperature, the intake air temperature, the exhaust gas temperature, the oil temperature, the in-cylinder wall surface temperature, and the combustion temperature of the internal combustion engine. By correcting the lower limit of the exhaust gas recirculation amount that can be operated in the premixed compression ignition combustion mode using two types of information, it is possible to determine the misfire region more accurately, and more reliably, the exhaust gas, fuel consumption, and driver it is possible to improve the drivability.

また、この発明の実施の形態1に係る内燃機関の制御装置によれば、現在よりも先の燃焼サイクルに関して、少なくとも次の燃焼サイクルの運転状態に対し、運転状態に応じて設定される排気再循環量制御値が、火花点火上限排気再循環量推定値より大きく、且つ予混合圧縮着火下限排気再循環量推定値よりも小さい値であり、失火の領域となるか判定された場合、予混合圧縮着火燃焼下限の排気再循環量で燃焼させるよう、排気再循環量制御値を予混合圧縮着火下限排気再循環量推定値に設定することで、従来のEGR制御よりも大幅なこの発明でのEGR変化が可能となり、且つアクチュエータの応答遅れによる影響を小さくすることができ、排ガス、燃費、およびドライバビリティを向上することができる。 Further, according to the control apparatus for an internal combustion engine according to the first embodiment of the present invention, the exhaust gas reactivation set in accordance with the operation state is set at least for the operation state of the next combustion cycle with respect to the combustion cycle ahead of the present. When it is determined whether the circulation amount control value is larger than the spark ignition upper limit exhaust gas recirculation amount estimated value and smaller than the premixed compression ignition lower limit exhaust gas recirculation amount estimated value and is in the misfire region, premixing is performed. By setting the exhaust gas recirculation amount control value to the premixed compression ignition lower limit exhaust gas recirculation amount estimation value so as to burn at the exhaust gas recirculation amount at the compression ignition combustion lower limit, the present invention is significantly more effective than the conventional EGR control. The EGR can be changed, and the influence of the response delay of the actuator can be reduced, and the exhaust gas, fuel consumption, and drivability can be improved.

また、この発明の実施の形態1に係る内燃機関の制御装置によれば、運転状態が失火領域と判定され、且つ現在の排気再循環量から予混合圧縮着火下限排気再循環量推定値に変化させる量が、筒内に排気再循環を導入するアクチュエータが1サイクルの燃焼間においての変化限界量を超える場合、燃焼モードの切り替えを待機させることで、失火領域を回避する手段がない場合には確実に良好な燃焼を維持することを優先とし、ドライバビリティを向上することができる。 Further, according to the control apparatus for an internal combustion engine according to the first embodiment of the present invention, the operating state is determined to be the misfire region, and the current exhaust gas recirculation amount is changed to the premixed compression ignition lower limit exhaust gas recirculation amount estimated value. When there is no means for avoiding the misfire region by waiting for switching of the combustion mode when the amount to be exceeded exceeds the change limit amount during the combustion of one cycle of the actuator that introduces exhaust gas recirculation into the cylinder Priority is given to reliably maintaining good combustion, and drivability can be improved.

以上述べたこの発明の実施の形態1に係る内燃機関の制御装置は、下記の発明を具体化したものである。
(1)内燃機関の筒内の空気と燃料との混合気を点火プラグにより燃焼させる火花点火燃焼モードと、前記内燃機関の排気バルブと吸気バルブの開閉タイミングを制御して前記筒内に前記内燃機関の排気を再循環させて加温した前記混合気を前記内燃機関の圧縮行程後半で圧縮自己着火により燃焼させる予混合圧縮着火燃焼モードとを、前記内燃機関の運転状態に基づいて切り替えるようにした内燃機関の制御装置であって、
前記内燃機関の前記運転状態に基づいて、前記火花点火燃焼モードで運転可能な火花点火上限排気再循環量推定値を算出する火花点火上限排気再循環量推定手段と、
前記内燃機関の運転状態に基づいて、前記予混合圧縮着火燃焼モードで運転可能な予混合圧縮着火下限排気再循環量推定値を算出する予混合圧縮着火下限排気再循環量推定手段と、
前記内燃機関の運転状態に基づいて設定される排気再循環量制御値が、前記内燃機関の失火領域にあるか否かを判定する失火領域判定手段と、
前記失火領域判定手段により前記失火領域であると判定された場合は、前記排気再循環量制御値を前記予混合圧縮着火下限排気再循環量推定値に設定し得る予混合圧縮着火下限排気再循環量設定手段と、
を備え、
前記失火領域判定手段は、前記排気再循環量制御値が、前記火花点火上限排気再循環量推定値より大きく、且つ前記予混合圧縮着火下限排気再循環量推定値よりも小さい値である場合に、前記失火領域であると判定するように構成され
前記失火領域判定手段により前記失火領域であると判定されたとき、前記火花点火燃焼モードと前記予混合圧縮着火燃焼モードとの切り替えが行われ得るように構成されている、
ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
The control apparatus for an internal combustion engine according to the first embodiment of the present invention described above embodies the following invention.
(1) A spark ignition combustion mode in which a mixture of air and fuel in a cylinder of the internal combustion engine is burned by an ignition plug, and an open / close timing of an exhaust valve and an intake valve of the internal combustion engine are controlled to control the internal combustion engine in the cylinder. the mixture exhaust was recirculated warmed engine, said internal combustion engine HCCI combustion mode for burning by compression self-ignition in the latter half of the compression stroke of, switched based on the operating state of the internal combustion engine A control device for an internal combustion engine,
Spark ignition upper limit exhaust gas recirculation amount estimation means for calculating an estimated value of spark ignition upper limit exhaust gas recirculation amount operable in the spark ignition combustion mode based on the operating state of the internal combustion engine;
Premixed compression ignition lower limit exhaust gas recirculation amount estimating means for calculating a premixed compression ignition lower limit exhaust gas recirculation amount estimated value operable in the premixed compression ignition combustion mode based on the operating state of the internal combustion engine;
A misfire region determination means for determining whether or not an exhaust gas recirculation amount control value set based on an operating state of the internal combustion engine is in a misfire region of the internal combustion engine;
When it is determined by the misfire region determination means that the misfire region is present, the premixed compression ignition lower limit exhaust gas recirculation that can set the exhaust gas recirculation amount control value to the premixed compression ignition lower limit exhaust gas recirculation amount estimated value. A quantity setting means;
With
The misfire region determination means, when the exhaust gas recirculation amount control value is larger than the spark ignition upper limit exhaust gas recirculation amount estimated value and smaller than the premixed compression ignition lower limit exhaust gas recirculation amount estimated value. , Configured to determine that the misfire region is,
When it is determined that the misfire region is determined by the misfire region determining means, the spark ignition combustion mode and the premixed compression ignition combustion mode can be switched.
A control device for an internal combustion engine.

(2)前記内燃機関の水温、吸気温度、排気温度、前記筒内の壁面温度、および燃焼温度のうち少なくとも1つの情報を用いて、前記予混合圧縮着火下限排気再循環量推定値を補正する予混合圧縮着火下限排気再循環量補正手段を備えた、
ことを特徴とする上記(1)に記載の内燃機関の制御装置。
この発明によれば、失火領域をより精度よく判定することができ、より確実に排ガス、燃費、およびドライバビリティを向上することができる。
(2) The premixed compression ignition lower limit exhaust gas recirculation amount estimation value is corrected using at least one information among the water temperature, the intake air temperature, the exhaust gas temperature, the in-cylinder wall surface temperature, and the combustion temperature of the internal combustion engine. Equipped with premixed compression ignition lower limit exhaust gas recirculation correction means,
The control apparatus for an internal combustion engine according to (1) above, wherein
According to the present invention, the misfire region can be determined with higher accuracy, and exhaust gas, fuel consumption, and drivability can be more reliably improved.

(3)前記内燃機関の現在の燃焼サイクルよりも少なくとも次の燃焼サイクルの運転状態を予測する運転状態予測手段、
を備え、
前記火花点火上限排気再循環量推定手段と、前記予混合圧縮着火下限排気再循環量推定手段と、前記失火領域判定手段と、前記予混合圧縮着火下限排気再循環量設定手段とは、前記運転状態予測手段により予測された前記次の燃焼サイクルの運転状態に基づいて動作する、
ことを特徴とする上記(1)または(2)に記載の内燃機関の制御装置。
この発明によれば、予測した燃焼サイクルに至るまでの間に、従来のEGR制御よりも大幅なこの発明でのEGR変化が可能となり、且つアクチュエータの応答遅れによる影響を小さくすることができ、排ガス、燃費、およびドライバビリティを向上することができる。
(3) An operation state prediction means for predicting an operation state of at least the next combustion cycle from the current combustion cycle of the internal combustion engine,
With
The spark ignition upper limit exhaust gas recirculation amount estimating means, the premixed compression ignition lower limit exhaust gas recirculation amount estimating means, the misfire region determining means, and the premixed compression ignition lower limit exhaust gas recirculation amount setting means are the operation Operating based on the operating state of the next combustion cycle predicted by the state predicting means;
The control apparatus for an internal combustion engine according to the above (1) or (2), wherein
According to the present invention, the EGR change in the present invention that is significantly greater than that in the conventional EGR control can be achieved before reaching the predicted combustion cycle, and the influence of the response delay of the actuator can be reduced. , Fuel economy, and drivability can be improved.

(4)前記失火領域判定手段により前記失火領域であると判定され、且つ現在の排気再循環量から前記予混合圧縮着火下限排気再循環量推定値に変化させる排気再循環量が、前記内燃機関の1サイクルの燃焼の間に前記筒内に前記内燃機関の排気再循環を導入するアクチュエータの変化限界量に対応する排気再循環量を超えるとき、前記火花点火燃焼モードと前記混合圧縮着火燃焼モードとの間の切り替えを待機させる燃焼モード切り替え待機手段、
備えたことを特徴とする上記(1)から(3)のうちのいずれか1つに記載の内燃機関の制御装置。
この発明によれば、失火領域を回避する手段がない場合には確実に良好な燃焼を維持することを優先とし、ドライバビリティを向上することができる。
(4) The exhaust gas recirculation amount that is determined to be the misfire region by the misfire region determination means and that is changed from the current exhaust gas recirculation amount to the premixed compression ignition lower limit exhaust gas recirculation amount estimated value is the internal combustion engine. The spark ignition combustion mode and the premixed compression ignition combustion when the exhaust gas recirculation amount corresponding to the change limit amount of the actuator that introduces exhaust gas recirculation of the internal combustion engine into the cylinder during one cycle of combustion is exceeded Combustion mode switching standby means for waiting for switching between modes,
The control apparatus for an internal combustion engine according to any one of (1) to (3), wherein the control apparatus is provided.
According to the present invention, when there is no means for avoiding the misfire region, priority is given to maintaining good combustion, and drivability can be improved.

1 エンジン、2 シリンダ、3 ピストン、4 燃焼室、5 クランク軸、6 クランク角センサ、7 水温センサ、8 吸気マニホールド、9 排気マニホールド、10 吸気バルブ、11 排気バルブ、12 吸気可変バルブ機構、13 排気可変バルブ機構、14 燃料噴射弁、15 点火プラグ、16 点火コイル、17 サージタンク、18 スロットルバルブ、19 ブースト圧センサ、20 吸気温センサ、21 排温センサ、22 エンジン制御用電子コントロールユニット(ECU)、23 運転状態予測手段、24 火花点火上限排気再循環量推定手段、25 予混合圧縮着火下限排気再循環量推定手段、26 予混合圧縮着火下限排気再循環量補正手段、27 失火領域判定手段、28 予混合圧縮着火下限排気再循環量設定手段、29 燃焼モード切り替え待機手段   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Engine, 2 cylinder, 3 piston, 4 combustion chamber, 5 crankshaft, 6 crank angle sensor, 7 water temperature sensor, 8 intake manifold, 9 exhaust manifold, 10 intake valve, 11 exhaust valve, 12 intake variable valve mechanism, 13 exhaust Variable valve mechanism, 14 Fuel injection valve, 15 Spark plug, 16 Ignition coil, 17 Surge tank, 18 Throttle valve, 19 Boost pressure sensor, 20 Intake temperature sensor, 21 Exhaust temperature sensor, 22 Electronic control unit (ECU) for engine control , 23 operation state prediction means, 24 spark ignition upper limit exhaust gas recirculation amount estimation means, 25 premix compression ignition lower limit exhaust gas recirculation amount estimation means, 26 premix compression ignition lower limit exhaust gas recirculation amount correction means, 27 misfire region determination means, 28 Premixed compression ignition lower limit exhaust gas recirculation amount setting means, 2 Combustion mode switching standby means

Claims (4)

内燃機関の筒内の空気と燃料との混合気を点火プラグにより燃焼させる火花点火燃焼モードと、前記内燃機関の排気バルブと吸気バルブの開閉タイミングを制御して前記筒内に前記内燃機関の排気を再循環させて加温した前記混合気を前記内燃機関の圧縮行程後半で圧縮自己着火により燃焼させる予混合圧縮着火燃焼モードとを、前記内燃機関の運転状態に基づいて切り替えるようにした内燃機関の制御装置であって、
前記内燃機関の前記運転状態に基づいて、前記火花点火燃焼モードで運転可能な火花点火上限排気再循環量推定値を算出する火花点火上限排気再循環量推定手段と、
前記内燃機関の運転状態に基づいて、前記予混合圧縮着火燃焼モードで運転可能な予混合圧縮着火下限排気再循環量推定値を算出する予混合圧縮着火下限排気再循環量推定手段と、
前記内燃機関の運転状態に基づいて設定される排気再循環量制御値が、前記内燃機関の失火領域にあるか否かを判定する失火領域判定手段と、
前記失火領域判定手段により前記失火領域であると判定された場合は、前記排気再循環量制御値を前記予混合圧縮着火下限排気再循環量推定値に設定し得る予混合圧縮着火下限排気再循環量設定手段と、
を備え、
前記失火領域判定手段は、前記排気再循環量制御値が、前記火花点火上限排気再循環量推定値より大きく、且つ前記予混合圧縮着火下限排気再循環量推定値よりも小さい値である場合に、前記失火領域であると判定するように構成され
前記失火領域判定手段により前記失火領域であると判定されたとき、前記火花点火燃焼モードと前記予混合圧縮着火燃焼モードとの切り替えが行われ得るように構成されている、
ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
A spark ignition combustion mode in which a mixture of air and fuel in a cylinder of the internal combustion engine is burned by an ignition plug, and an exhaust valve of the internal combustion engine is controlled in the cylinder by controlling the opening and closing timings of the exhaust valve and the intake valve of the internal combustion engine. the mixture was warmed to recirculate, and the internal combustion engine HCCI combustion mode for burning by compression self-ignition in the latter half of the compression stroke of, and is switched based on the operating state of the internal combustion engine combustion An engine control device,
Spark ignition upper limit exhaust gas recirculation amount estimation means for calculating an estimated value of spark ignition upper limit exhaust gas recirculation amount operable in the spark ignition combustion mode based on the operating state of the internal combustion engine;
Premixed compression ignition lower limit exhaust gas recirculation amount estimating means for calculating a premixed compression ignition lower limit exhaust gas recirculation amount estimated value operable in the premixed compression ignition combustion mode based on the operating state of the internal combustion engine;
A misfire region determination means for determining whether or not an exhaust gas recirculation amount control value set based on an operating state of the internal combustion engine is in a misfire region of the internal combustion engine;
When it is determined by the misfire region determination means that the misfire region is present, the premixed compression ignition lower limit exhaust gas recirculation that can set the exhaust gas recirculation amount control value to the premixed compression ignition lower limit exhaust gas recirculation amount estimated value. A quantity setting means;
With
The misfire region determination means, when the exhaust gas recirculation amount control value is larger than the spark ignition upper limit exhaust gas recirculation amount estimated value and smaller than the premixed compression ignition lower limit exhaust gas recirculation amount estimated value. , Configured to determine that the misfire region is,
When it is determined that the misfire region is determined by the misfire region determining means, the spark ignition combustion mode and the premixed compression ignition combustion mode can be switched.
A control device for an internal combustion engine.
前記内燃機関の水温、吸気温度、排気温度、前記筒内の壁面温度、および燃焼温度のうち少なくとも1つの情報を用いて、前記予混合圧縮着火下限排気再循環量推定値を補正する予混合圧縮着火下限排気再循環量補正手段を備えた、
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。
Premixed compression for correcting the premixed compression ignition lower limit exhaust gas recirculation amount estimated value using at least one information among water temperature, intake air temperature, exhaust gas temperature, in-cylinder wall surface temperature, and combustion temperature of the internal combustion engine Equipped with an ignition lower limit exhaust gas recirculation correction means,
The control apparatus for an internal combustion engine according to claim 1.
前記内燃機関の現在の燃焼サイクルよりも少なくとも次の燃焼サイクルの運転状態を予測する運転状態予測手段、
を備え、
前記火花点火上限排気再循環量推定手段と、前記予混合圧縮着火下限排気再循環量推定手段と、前記失火領域判定手段と、前記予混合圧縮着火下限排気再循環量設定手段とは、前記運転状態予測手段により予測された前記次の燃焼サイクルの運転状態に基づいて動作する、
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の内燃機関の制御装置。
An operation state prediction means for predicting an operation state of at least the next combustion cycle from the current combustion cycle of the internal combustion engine;
With
The spark ignition upper limit exhaust gas recirculation amount estimating means, the premixed compression ignition lower limit exhaust gas recirculation amount estimating means, the misfire region determining means, and the premixed compression ignition lower limit exhaust gas recirculation amount setting means are the operation Operating based on the operating state of the next combustion cycle predicted by the state predicting means;
The control apparatus for an internal combustion engine according to claim 1 or 2, characterized by the above.
前記失火領域判定手段により前記失火領域であると判定され、且つ現在の排気再循環量から前記予混合圧縮着火下限排気再循環量推定値に変化させる排気再循環量が、前記内燃機関の1サイクルの燃焼の間に前記筒内に前記内燃機関の排気再循環を導入するアクチュエータの変化限界量に対応する排気再循環量を超えるとき、前記火花点火燃焼モードと前記混合圧縮着火燃焼モードとの間の切り替えを待機させる燃焼モード切り替え待機手段を備えたことを特徴とする請求項1から請求項3のうちのいずれか1項に記載の内燃機関の制御装置。 The exhaust gas recirculation amount that is determined by the misfire region determination means to be the misfire region and is changed from the current exhaust gas recirculation amount to the estimated premixed compression ignition lower limit exhaust gas recirculation amount is one cycle of the internal combustion engine. Between the spark ignition combustion mode and the premixed compression ignition combustion mode when the exhaust gas recirculation amount corresponding to the change limit amount of the actuator that introduces exhaust gas recirculation of the internal combustion engine into the cylinder during combustion is exceeded. the control device according to any one of claims 1 to 3, characterized in that example Bei combustion mode switching waiting means for waiting to switch between.
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