JP6245454B2 - エンジンの制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、エンジンの制御装置に係わり、特に、運転状態が所定の予混合圧縮自己着火領域内にある場合、予混合圧縮自己着火燃焼が行われ、運転状態が所定の火花点火領域内にある場合、火花点火燃焼が行われるエンジンの制御装置に関する。

従来、予混合圧縮自己着火（Homogeneous-Charge Compression Ignition：ＨＣＣＩ）による圧縮着火燃焼を行うエンジンが知られている。このＨＣＣＩ燃焼を行うエンジンでは、吸気動作中の所定の開弁期間において排気弁を開くことにより、排気ポートから燃焼室へ既燃ガスを逆流させて燃焼室内の混合ガスの温度を上昇させる、いわゆる内部ＥＧＲシステムを利用している（例えば、特許文献１参照）。

特開２００８−０５１０１７号公報

ところで、ＨＣＣＩ燃焼を安定して行うことができる運転領域は、エンジンの運転状態が相対的に低負荷側且つ低回転側の領域（ＨＣＣＩ領域）に限られている。そこで、ＨＣＣＩ燃焼を行うエンジンでは、エンジンの運転状態がＨＣＣＩ領域にある場合にＨＣＣＩ燃焼を行い、運転状態がＨＣＣＩ領域外の相対的に高負荷側且つ高回転側の運転領域にある場合には火花点火（Spark Ignition：ＳＩ）燃焼を行うようになっている。

例えば、エンジンの運転状態がＨＣＣＩ領域内にあり、ＨＣＣＩ燃焼で運転されている場合において、ドライバがアクセルを踏み込んだことによりエンジンに対する要求負荷が増大し、エンジンの運転領域がＨＣＣＩ領域からＳＩ燃焼を行う領域（ＳＩ領域）に入った場合には、排気バルブの作動モードをＨＣＣＩ燃焼用の作動モードからＳＩ燃焼用の作動モードへ切り替えると共に、燃料の噴射量や噴射タイミング等の燃焼制御パラメータをＨＣＣＩ燃焼用の設定値からＳＩ燃焼用の設定値へ切り替える必要がある。

そこで、上述したような従来のエンジンでは、排気バルブの開弁時期やリフト量を変化させる可変バルブ機構により、吸気動作中に排気バルブが開弁しないように排気バルブの作動モードを変更し、排気バルブの作動モードの切替が完了した後に燃焼制御パラメータをＳＩ燃焼用の設定値へ切り替えることにより、排気バルブの作動モードに対応した燃焼制御パラメータを用いて燃焼制御が行われるようにしている。

即ち、排気バルブの作動モードの切替が完了しなければＳＩ燃焼は行われないので、作動モードの切替指示に対する可変バルブ機構の応答遅れにより、エンジンの運転領域がＨＣＣＩ領域からＳＩ領域に入った後、実際にＳＩ燃焼が開始されるまでに遅れが生じる。その結果、ドライバがアクセルを踏み込んだにも関わらず、ＳＩ燃焼により要求負荷に対応するトルクが得られるまでに遅れが生じ、ドライバに違和感を覚えさせてしまう。

本発明は、上述した従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、エンジンの運転状態がＨＣＣＩ領域からＳＩ領域に入った場合に速やかにＳＩ燃焼に移行して発生トルクを増大させることができる、エンジン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に、本発明のエンジンの制御装置は、運転状態が所定の予混合圧縮自己着火領域内にある場合、予混合圧縮自己着火燃焼が行われ、運転状態が所定の火花点火領域内にある場合、火花点火燃焼が行われるエンジンの制御装置であって、エンジンの運転状態に対応した燃焼制御パラメータを選択してエンジンの燃焼を制御する燃焼制御手段と、エンジンの排気バルブの作動モードを変化させる排気側可変バルブ機構と、エンジンの運転状態が予混合圧縮自己着火領域内にある場合、排気側可変バルブ機構により、吸気工程において排気バルブを開弁させて排気ガスを排気ポートから気筒内へ再導入させる第１の作動モードで排気バルブを作動させ、エンジンの運転状態が火花点火領域内にある場合、排気側可変バルブ機構により、第１の作動モードにおける排気バルブの閉弁時期よりも進角した時期に排気バルブを閉弁させる第２の作動モードで排気バルブを作動させる可変バルブ機構制御手段と、を有し、燃焼制御手段は、排気バルブが第１の作動モードで作動しているときにエンジンの運転状態が火花点火領域内になった場合において、排気側可変バルブ機構により排気バルブの作動モードの第２の作動モードへの切替が完了するまでの間の燃焼回数が所定回数以下である場合、排気バルブの作動モードの第２の作動モードへの切替が完了する前にエンジンの燃焼を予混合圧縮自己着火燃焼から火花点火燃焼へ切り替え、排気側可変バルブ機構により排気バルブの作動モードの第２の作動モードへの切替が完了するまでの間の燃焼回数が所定回数より多い場合、エンジンの燃焼を予混合圧縮自己着火燃焼に維持することを特徴とする。
このように構成された本発明においては、燃焼制御手段は、排気バルブが第１の作動モードで作動しているときにエンジンの運転状態が火花点火領域内になった場合において、排気側可変バルブ機構により排気バルブの作動モードの第２の作動モードへの切替が完了するまでの間の燃焼回数が所定回数以下であり、第２の作動モードへの切替完了までの間に排気バルブにより気筒内へ再導入される排気ガスが火花点火燃焼を行うのに十分な酸素を含む場合には、排気バルブの作動モードの切替が完了する前にエンジンの燃焼を予混合圧縮自己着火燃焼から火花点火燃焼へ切り替えるので、排気バルブの作動モードの切替完了を待つことなく、エンジンの運転状態がＨＣＣＩ領域からＳＩ領域に入った場合に速やかにＳＩ燃焼に移行して発生トルクを増大させることができる。

また、本発明のエンジンの制御装置は、運転状態が所定の予混合圧縮自己着火領域内にある場合、予混合圧縮自己着火燃焼が行われ、運転状態が所定の火花点火領域内にある場合、火花点火燃焼が行われるエンジンの制御装置であって、エンジンの運転状態に対応した燃焼制御パラメータを選択してエンジンの燃焼を制御する燃焼制御手段と、エンジンの排気バルブの作動モードを変化させる排気側可変バルブ機構と、エンジンの運転状態が予混合圧縮自己着火領域内にある場合、排気側可変バルブ機構により、吸気工程において排気バルブを開弁させて排気ガスを排気ポートから気筒内へ再導入させる第１の作動モードで排気バルブを作動させ、エンジンの運転状態が火花点火領域内にある場合、排気側可変バルブ機構により、第１の作動モードにおける排気バルブの閉弁時期よりも進角した時期に排気バルブを閉弁させる第２の作動モードで排気バルブを作動させる可変バルブ機構制御手段と、を有し、燃焼制御手段は、排気バルブが第１の作動モードで作動しているときにエンジンの運転状態が火花点火領域内になった場合において、排気側可変バルブ機構により排気バルブの作動モードの第２の作動モードへの切替が完了するまでの間の燃焼回数が所定回数以下である場合、排気バルブの作動モードの第２の作動モードへの切替が完了する前にエンジンの燃焼を予混合圧縮自己着火燃焼から火花点火燃焼へ切り替え、更に、エンジンの運転状態に基づき、可変バルブ機構制御手段が排気バルブの作動モードの切替を排気側可変バルブ機構に指示してから排気側可変バルブ機構による排気バルブの作動モードの切替が完了するまでの応答遅れ時間を推定する応答遅れ時間推定手段と、応答遅れ時間推定手段により推定された応答遅れ時間内におけるエンジンの燃焼回数を推定する燃焼回数推定手段とを有し、燃焼制御手段は、排気バルブが第１の作動モードで作動しているときにエンジンの運転状態が火花点火領域内になった場合において、燃焼回数推定手段により推定されたエンジンの燃焼回数が所定回数以下である場合、排気バルブの作動モードの第２の作動モードへの切替が完了する前にエンジンの燃焼を予混合圧縮自己着火燃焼から火花点火燃焼へ切り替える。
このように構成された本発明においては、燃焼制御手段は、排気バルブが第１の作動モードで作動しているときにエンジンの運転状態が火花点火領域内になった場合において、燃焼回数推定手段により推定された応答遅れ時間内における燃焼回数が所定回数以下であり、第２の作動モードへの切替完了までの間に排気バルブにより気筒内へ再導入される排気ガスが火花点火燃焼を行うのに十分な酸素を含む場合には、排気バルブの作動モードの切替が完了する前にエンジンの燃焼を予混合圧縮自己着火燃焼から火花点火燃焼へ切り替えるので、排気バルブの作動モードの切替完了を待つことなく、エンジンの運転状態がＨＣＣＩ領域からＳＩ領域に入った場合に速やか且つ確実にＳＩ燃焼に移行して発生トルクを増大させることができる。

また、本発明において、好ましくは、燃焼制御手段は、排気バルブが第１の作動モードで作動しているときにエンジンの運転状態が火花点火領域内になった場合において、排気側可変バルブ機構により排気バルブの作動モードの第２の作動モードへの切替が完了するまでの間の燃焼回数が１回以下である場合、排気バルブの作動モードの第２の作動モードへの切替が完了する前にエンジンの燃焼を予混合圧縮自己着火燃焼から火花点火燃焼へ切り替える。
このように構成された本発明においては、燃焼制御手段は、排気バルブが第１の作動モードで作動しているときにエンジンの運転状態が火花点火領域内になった場合において、排気側可変バルブ機構により排気バルブの作動モードの第２の作動モードへの切替が完了するまでの間の燃焼回数が１回以下であり、第２の作動モードへの切替完了までの間に排気バルブにより気筒内へ再導入される排気ガスが火花点火燃焼を行うのに十分な酸素を確実に含む場合には、排気バルブの作動モードの切替が完了する前にエンジンの燃焼を予混合圧縮自己着火燃焼から火花点火燃焼へ切り替えるので、排気バルブの作動モードの切替完了を待つことなく、エンジンの運転状態がＨＣＣＩ領域からＳＩ領域に入った場合に速やか且つより確実にＳＩ燃焼に移行して発生トルクを増大させることができる。

また、本発明のエンジンの制御装置は、運転状態が所定の予混合圧縮自己着火領域内にある場合、予混合圧縮自己着火燃焼が行われ、運転状態が所定の火花点火領域内にある場合、火花点火燃焼が行われるエンジンの制御装置であって、エンジンの運転状態に対応した燃焼制御パラメータを選択してエンジンの燃焼を制御する燃焼制御手段と、エンジンの排気バルブの作動モードを変化させる排気側可変バルブ機構と、エンジンの運転状態が予混合圧縮自己着火領域内にある場合、排気側可変バルブ機構により、吸気工程において排気バルブを開弁させて排気ガスを排気ポートから気筒内へ再導入させる第１の作動モードで排気バルブを作動させ、エンジンの運転状態が火花点火領域内にある場合、排気側可変バルブ機構により、第１の作動モードにおける排気バルブの閉弁時期よりも進角した時期に排気バルブを閉弁させる第２の作動モードで排気バルブを作動させる可変バルブ機構制御手段と、を有し、燃焼制御手段は、排気バルブが第１の作動モードで作動しているときにエンジンの運転状態が火花点火領域内になった場合において、排気側可変バルブ機構により排気バルブの作動モードの第２の作動モードへの切替が完了するまでの間の燃焼回数が所定回数以下である場合、排気バルブの作動モードの第２の作動モードへの切替が完了する前にエンジンの燃焼を予混合圧縮自己着火燃焼から火花点火燃焼へ切り替え、エンジンは、複数の気筒を有し、排気側可変バルブ機構は、複数の気筒のそれぞれに設けられ、可変バルブ機構制御手段は、各排気側可変バルブ機構により、排気バルブの作動モードを気筒毎に変化させ、燃焼制御手段は、各気筒の排気バルブが第１の作動モードで作動しているときにエンジンの運転状態が火花点火領域内になった場合において、排気側可変バルブ機構により排気バルブの作動モードの第２の作動モードへの切替が完了するまでの間の燃焼回数が所定回数以下となった気筒から順に、排気バルブの作動モードの第２の作動モードへの切替が完了する前にその気筒における燃焼を予混合圧縮自己着火燃焼から火花点火燃焼へ切り替える。
このように構成された本発明においては、燃焼制御手段は、各気筒の排気バルブが第１の作動モードで作動しているときにエンジンの運転状態が火花点火領域内になった場合において、排気側可変バルブ機構により排気バルブの作動モードの第２の作動モードへの切替が完了するまでの間の燃焼回数が所定回数以下となり、第２の作動モードへの切替完了までの間に排気バルブにより気筒内へ再導入される排気ガスが火花点火燃焼を行うのに十分な酸素を含むことが確実な気筒から順に、排気バルブの作動モードの第２の作動モードへの切替が完了する前にその気筒における燃焼を予混合圧縮自己着火燃焼から火花点火燃焼へ切り替えるので、排気バルブの作動モードの切替完了を待つことなく、エンジンの運転状態がＨＣＣＩ領域からＳＩ領域に入った場合により速やかにＳＩ燃焼に移行して発生トルクを増大させることができる。

また、本発明において、好ましくは、排気側可変バルブ機構は、エンジンの回転に応じて回転するカム軸と、このカム軸上に排気バルブ毎に複数設けられて排気バルブを作動させるカム部と、カム軸に対して回転方向に結合し且つ軸方向にスライド可能に嵌合されたカム要素部と、カム要素部に設けられた傾斜部に摺接してそのカム要素部をスライドさせることで排気バルブを作動させるカム部を切り替える作動位置と、カム要素部の傾斜部から退避する不作動位置との間で進退可能なピン部とを備え、応答遅れ時間推定手段は、エンジンの運転状態に基づき、可変バルブ機構制御手段が排気バルブの作動モードの切替を排気側可変バルブ機構に指示してからピン部が作動位置に進出するまでのピン動作遅れ時間を推定し、このピン動作遅れ時間に基づき、排気バルブ毎に、ピン部を作動位置に進出させることが可能になるピン動作可能時期を推定すると共に、ピン部を作動位置に進出させてから排気バルブを作動させるカム部の切替が完了するまでの切替時間を推定し、ピン動作可能時期及び切替時間に基づき、応答遅れ時間を推定する。
このように構成された本発明においては、応答遅れ時間推定手段は、可変バルブ機構制御手段が排気バルブの作動モードの切替を排気側可変バルブ機構に指示してからピン部が作動位置に進出するまでのピン動作遅れ時間に基づき、排気バルブ毎に、ピン部を作動位置に進出させることが可能になるピン動作可能時期を推定すると共に、ピン部を作動位置に進出させてから排気バルブを作動させるカム部の切替が完了するまでの切替時間を推定し、ピン動作可能時期及び切替時間に基づき、応答遅れ時間を推定するので、応答遅れ時間を正確に推定することができ、これにより、排気バルブの作動モードの切替完了を待つことなく、エンジンの運転状態がＨＣＣＩ領域からＳＩ領域に入った場合により速やか且つ確実にＳＩ燃焼に移行して発生トルクを増大させることができる。

本発明によるエンジンの制御装置によれば、エンジンの運転状態がＨＣＣＩ領域からＳＩ領域に入った場合に速やかにＳＩ燃焼に移行して発生トルクを増大させることができる。

本発明の実施形態によるエンジンの制御装置が適用されたエンジンの概略構成図である。 本発明の実施形態によるエンジンの制御装置に関する電気的構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態によるエンジンの運転領域の説明図である。 本発明の実施形態による排気側ＶＶＬの概略構成を示す正面図である。 本発明の実施形態による吸気バルブ及び排気バルブのリフトカーブを示す線図であり、（ａ）はエンジンのＨＣＣＩ領域の低負荷側、（ｂ）はエンジンのＨＣＣＩ領域の高負荷側、（ｃ）はエンジンのＳＩ領域における吸気バルブ及び排気バルブのリフトカーブを示す線図である。 本発明の実施形態によるエンジンの燃焼制御処理のフローチャートである。 本発明の実施形態によるエンジンの燃焼制御処理のフローチャートである。 本発明の実施形態によるエンジンの運転領域がＨＣＣＩ領域からＳＩ領域へ切り替わったときの、排気バルブの作動モードの切替タイミングとエンジンの燃焼制御の切替タイミングとを示すタイミングチャートである。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態によるエンジンの制御装置を説明する。

［装置構成］
図１は、本発明の実施形態によるエンジンの制御装置が適用されたエンジン（エンジン本体）１の概略構成を示し、図２は、本発明の実施形態によるエンジンの制御装置を示すブロック図である。

エンジン１は、車両に搭載されると共に、少なくともガソリンを含有する燃料が供給されるガソリンエンジンである。エンジン１は、複数の気筒１８が設けられたシリンダブロック１１（なお、図１では、１つの気筒のみを図示するが、例えば４つの気筒が直列に設けられる）と、このシリンダブロック１１上に配設されたシリンダヘッド１２と、シリンダブロック１１の下側に配設され、潤滑油が貯留されたオイルパン１３とを有している。各気筒１８内には、コンロッド１４２を介してクランクシャフト１５と連結されているピストン１４が往復動可能に嵌挿されている。ピストン１４の頂面には、ディーゼルエンジンでのリエントラント型のようなキャビティ１４１が形成されている。キャビティ１４１は、ピストン１４が圧縮上死点付近に位置するときには、後述するインジェクタ６７に相対する。シリンダヘッド１２と、気筒１８と、キャビティ１４１を有するピストン１４とは、燃焼室１９を画定する。なお、燃焼室１９の形状は、図示する形状に限定されるものではない。例えばキャビティ１４１の形状、ピストン１４の頂面形状、及び、燃焼室１９の天井部の形状等は、適宜変更することが可能である。

このエンジン１は、理論熱効率の向上や、後述する圧縮着火燃焼の安定化等を目的として、１５以上の比較的高い幾何学的圧縮比に設定されている。なお、幾何学的圧縮比は１５以上２０以下程度の範囲で、適宜設定すればよい。

シリンダヘッド１２には、気筒１８毎に、吸気ポート１６及び排気ポート１７が形成されていると共に、これら吸気ポート１６及び複数の排気ポート１７には、燃焼室１９側の開口を開閉する吸気バルブ２１及び排気バルブ２２がそれぞれ配設されている。

吸気バルブ２１及び排気バルブ２２をそれぞれ駆動する動弁系の内、排気側には、排気バルブ２２の作動モードを通常モードと特殊モードとに切り替える、例えば油圧作動式の可変バルブリフト機構（図２参照。以下、ＶＶＬ（Variable Valve Lift）と称する）７１と、クランクシャフト１５に対する排気カムシャフトの回転位相を変更することが可能な位相可変機構（以下、ＶＶＴ（Variable Valve Timing）と称する）７５と、が設けられている。ＶＶＬ７１は、詳細は後述するが、リフト棚部を有する第１のカム部とリフト棚部を有さずに一つのカム山を有する第２のカム部との、カムプロフィールの異なる２種類のカム、及び、その第１及び第２のカム部のいずれか一方のカム部の作動状態を選択的に排気バルブ２２に伝達するカムシフティング機構を含んで構成されている。第２のカム部の作動状態を排気バルブ２２に伝達しているときには、排気バルブ２２は、排気行程中において一度だけ開弁される通常モードで作動するのに対し、第１のカム部の作動状態を排気バルブ２２に伝達しているときには、排気バルブ２２が、排気行程中において開弁すると共に、吸気行程中においても開弁するような、いわゆる排気の二度開きを行う特殊モードで作動する。ＶＶＬ７１の通常モードと特殊モードとは、エンジンの運転状態に応じて切り替えられる。具体的には、特殊モードは、内部ＥＧＲに係る制御の際に利用される。なお、排気バルブ２２を電磁アクチュエータによって駆動する電磁駆動式の動弁系を採用してもよい。

ＶＶＴ７５は、液圧式、電磁式又は機械式の公知の構造を適宜採用すればよく、その詳細な構造についての図示は省略する。排気バルブ２２は、ＶＶＴ７５によって、その開弁時期及び閉弁時期を、所定の範囲内で連続的に変更可能である。

ＶＶＬ７１及びＶＶＴ７５を備えた排気側の動弁系と同様に、吸気側には、図２に示すように、ＶＶＬ７４とＶＶＴ７２とが設けられている。吸気側のＶＶＬ７４は、排気側のＶＶＬ７１とは異なる。吸気側のＶＶＬ７４は、吸気バルブ２１のリフト量を相対的に大きくする大リフトカムと、吸気バルブ２１のリフト量を相対的に小さくする小リフトカムとの、カムプロフィールの異なる２種類のカム、及び、大リフトカム及び小リフトカムのいずれか一方のカムの作動状態を選択的に吸気バルブ２１に伝達するカムシフティング機構を含んで構成されている。ＶＶＬ７４が大リフトカムの作動状態を吸気バルブ２１に伝達しているときには、吸気バルブ２１は、相対的に大きいリフト量で開弁すると共に、その開弁期間も長くなる。これに対し、ＶＶＬ７４が小リフトカムの作動状態を吸気バルブ２１に伝達しているときには、吸気バルブ２１は、相対的に小さいリフト量で開弁すると共に、その開弁期間も短くなる。大リフトカムと小リフトカムとは、閉弁時期又は開弁時期を同じにして切り替わるように設定されている。

吸気側のＶＶＴ７２は、排気側のＶＶＴ７５と同様に、液圧式、電磁式又は機械式の公知の構造を適宜採用すればよく、その詳細な構造についての図示は省略する。吸気バルブ２１もまた、ＶＶＴ７２によって、その開弁時期及び閉弁時期を、所定の範囲内で連続的に変更可能である。なお、吸気側にＶＶＬ７４を適用せずに、ＶＶＴ７２のみを適用し、吸気バルブ２１の開弁時期及び閉弁時期のみを変更するようにしてもよい。

シリンダヘッド１２にはまた、気筒１８毎に、気筒１８内に燃料を直接噴射する（直噴）インジェクタ６７が取り付けられている。インジェクタ６７は、その噴口が燃焼室１９の天井面の中央部分から、その燃焼室１９内に臨むように配設されている。インジェクタ６７は、エンジン１の運転状態に応じて設定された噴射タイミングでかつ、エンジン１の運転状態に応じた量の燃料を、燃焼室１９内に直接噴射する。この例において、インジェクタ６７は、詳細な図示は省略するが、複数の噴口を有する多噴口型のインジェクタである。これによって、インジェクタ６７は、燃料噴霧が、燃焼室１９の中心位置から放射状に広がるように、燃料を噴射する。ピストン１４が圧縮上死点付近に位置するタイミングで、燃焼室１９の中央部分から放射状に広がるように噴射された燃料噴霧は、ピストン頂面に形成されたキャビティ１４１の壁面に沿って流動する。キャビティ１４１は、ピストン１４が圧縮上死点付近に位置するタイミングで噴射された燃料噴霧を、その内部に収めるように形成されている、と言い換えることが可能である。この多噴口型のインジェクタ６７とキャビティ１４１との組み合わせは、燃料の噴射後、混合気形成期間を短くすると共に、燃焼期間を短くする上で有利な構成である。なお、インジェクタ６７は、多噴口型のインジェクタに限定されず、外開弁タイプのインジェクタを採用してもよい。

図外の燃料タンクとインジェクタ６７との間は、燃料供給経路によって互いに連結されている。この燃料供給経路上には、燃料ポンプ６３とコモンレール６４とを含みかつ、インジェクタ６７に、比較的高い燃料圧力で燃料を供給することが可能な燃料供給システム６２が介設されている。燃料ポンプ６３は、燃料タンクからコモンレール６４に燃料を圧送し、コモンレール６４は圧送された燃料を、比較的高い燃料圧力で蓄えることが可能である。インジェクタ６７が開弁することによって、コモンレール６４に蓄えられている燃料がインジェクタ６７の噴口から噴射される。ここで、燃料ポンプ６３は、図示は省略するが、プランジャー式のポンプであり、エンジン１によって駆動される。このエンジン駆動のポンプを含む構成の燃料供給システム６２は、３０ＭＰａ以上の高い燃料圧力の燃料を、インジェクタ６７に供給することを可能にする。燃料圧力は、最高で１２０ＭＰａ程度に設定してもよい。インジェクタ６７に供給される燃料の圧力は、後述するように、エンジン１の運転状態に応じて変更される。なお、燃料供給システム６２は、この構成に限定されるものではない。

シリンダヘッド１２にはまた、燃焼室１９内の混合気に強制点火する点火プラグ２５が取り付けられている。点火プラグ２５は、この例では、エンジン１の排気側から斜め下向きに延びるように、シリンダヘッド１２内を貫通して配置されている。点火プラグ２５の先端は、圧縮上死点に位置するピストン１４のキャビティ１４１内に臨んで配置される。

エンジン１の一側面には、図１に示すように、各気筒１８の吸気ポート１６に連通するように吸気通路３０が接続されている。一方、エンジン１の他側面には、各気筒１８の燃焼室１９からの既燃ガス（排気ガス）を排出する排気通路４０が接続されている。

吸気通路３０の上流端部には、吸入空気を濾過するエアクリーナ３１が配設され、その下流側には、各気筒１８への吸入空気量を調節するスロットル弁３６が配設されている。また、吸気通路３０における下流端近傍には、サージタンク３３が配設されている。このサージタンク３３よりも下流側の吸気通路３０は、気筒１８毎に分岐する独立通路とされ、これら各独立通路の下流端が各気筒１８の吸気ポート１６にそれぞれ接続されている。

吸気通路３０におけるスロットル弁３６とサージタンク３３との間には、気筒１８に導入する新気にオゾンを添加するオゾン発生器（Ｏ₃発生器）７６が介設されている。オゾン発生器７６は、吸気に含まれる酸素を原料ガスとして、無声放電によりオゾンを生成する。つまり、電極に対して、図外の電源から高周波交流高電圧を印加することにより、放電間隙において無声放電が発生し、そこを通過する空気（つまり、吸気）がオゾン化される。こうしてオゾンが添加された吸気は、サージタンク３３から吸気ポート１６を介して、各気筒１８内に導入される。オゾン発生器７６の電極に対する電圧の印加態様を変更する、及び／又は、電圧を印加する電極の数を変更することによって、オゾン発生器７６を通過した後の、吸気中のオゾン濃度を調整することが可能である。ＰＣＭ１０は、こうしたオゾン発生器７６に対する制御を通じて、気筒１８内に導入する吸気中のオゾン濃度の調整を行う。

排気通路４０の上流側の部分は、気筒１８毎に分岐して排気ポート１７の外側端に接続された独立通路と該各独立通路が集合する集合部とを有する排気マニホールドによって構成されている。この排気通路４０における排気マニホールドよりも下流側には、排気ガス中の有害成分を浄化する排気浄化装置として、直キャタリスト４１とアンダーフットキャタリスト４２とがそれぞれ接続されている。直キャタリスト４１及びアンダーフットキャタリスト４２はそれぞれ、筒状ケースと、そのケース内の流路に配置した、例えば三元触媒とを備えて構成されている。

吸気通路３０におけるサージタンク３３とスロットル弁３６との間の部分と、排気通路４０における直キャタリスト４１よりも上流側の部分とは、排気ガスの一部を吸気通路３０に還流するためのＥＧＲ通路５０を介して接続されている。このＥＧＲ通路５０は、排気ガスをエンジン冷却水によって冷却するためのＥＧＲクーラ５２が配設された主通路５１を含んで構成されている。主通路５１には、排気ガスの吸気通路３０への還流量を調整するためのＥＧＲ弁５１１が配設されている。

エンジン１は、パワートレイン・コントロール・モジュール（以下、ＰＣＭという）１０によって制御される。ＰＣＭ１０は、ＣＰＵ、メモリ、カウンタタイマ群、インターフェース及びこれらのユニットを接続するパスを有するマイクロプロセッサで構成されている。このＰＣＭ１０が制御器を構成する。

ＰＣＭ１０には、図１、２に示すように、各種のセンサＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ４〜ＳＷ１６の検出信号が入力される。具体的には、ＰＣＭ１０には、エアクリーナ３１の下流側で、新気の流量を検出するエアフローセンサＳＷ１の検出信号と、新気の温度を検出する吸気温度センサＳＷ２の検出信号と、ＥＧＲ通路５０における吸気通路３０との接続部近傍に配置されかつ、外部ＥＧＲガスの温度を検出するＥＧＲガス温センサＳＷ４の検出信号と、吸気ポート１６に取り付けられかつ、気筒１８内に流入する直前の吸気の温度を検出する吸気ポート温度センサＳＷ５の検出信号と、シリンダヘッド１２に取り付けられかつ、気筒１８内の圧力を検出する筒内圧センサＳＷ６の検出信号と、排気通路４０におけるＥＧＲ通路５０の接続部近傍に配置されかつ、それぞれ排気温度及び排気圧力を検出する排気温センサＳＷ７及び排気圧センサＳＷ８の検出信号と、直キャタリスト４１の上流側に配置されかつ、排気中の酸素濃度を検出するリニアＯ₂センサＳＷ９の検出信号と、直キャタリスト４１とアンダーフットキャタリスト４２との間に配置されかつ、排気中の酸素濃度を検出するラムダＯ₂センサＳＷ１０の検出信号と、エンジン冷却水の温度を検出する水温センサＳＷ１１の検出信号と、クランクシャフト１５の回転角を検出するクランク角センサＳＷ１２の検出信号と、車両のアクセルペダル（図示省略）の操作量に対応したアクセル開度を検出するアクセル開度センサＳＷ１３の検出信号と、吸気側及び排気側のカム角センサＳＷ１４、ＳＷ１５の検出信号と、燃料供給システム６２のコモンレール６４に取り付けられかつ、インジェクタ６７に供給する燃料圧力を検出する燃圧センサＳＷ１６の検出信号と、が入力される。

ＰＣＭ１０は、これらの検出信号に基づいて種々の演算を行うことによってエンジン１や車両の状態を判定し、これに応じてインジェクタ６７、点火プラグ２５、吸気バルブ側のＶＶＴ７２及びＶＶＬ７４、排気バルブ側のＶＶＴ７５及びＶＶＬ７１、燃料供給システム６２、各種の弁（スロットル弁３６、ＥＧＲ弁５１１）のアクチュエータ、並びに、オゾン発生器７６へ制御信号を出力する。こうしてＰＣＭ１０は、エンジン１を運転する。詳細は後述するが、ＰＣＭ１０は、本発明におけるエンジンの制御装置に相当し、燃焼制御手段、可変バルブ機構制御手段、応答遅れ時間推定手段、及び燃焼回数推定手段として機能する。

［運転領域］
次に、図３を参照して、本発明の実施形態によるエンジンの運転領域について説明する。図３は、エンジン１の運転制御マップの一例を示している。このエンジン１は、燃費の向上や排気エミッション性能の向上を目的として、エンジン負荷が相対的に低い低負荷域では、点火プラグ２５による点火を行わずに、予混合圧縮自己着火（Homogeneous-Charge Compression Ignition：ＨＣＣＩ）による圧縮着火燃焼を行う。しかしながら、エンジン１の負荷が高くなるに従って、圧縮着火燃焼では、燃焼が急峻になりすぎてしまい、例えば燃焼騒音等の問題を引き起こすことになる。そこで、このエンジン１では、エンジン負荷が相対的に高い高負荷域では、圧縮着火燃焼を止めて、点火プラグ２５を利用した強制点火燃焼（ここでは火花点火燃焼（Spark Ignition：ＳＩ））に切り替える。このように、このエンジン１は、エンジン１の運転状態、特にエンジン１の負荷に応じて、予混合圧縮自己着火燃焼を行うＨＣＣＩモードと、火花点火燃焼を行うＳＩモードとを切り替えるように構成されている。但し、モード切り替えの境界線は、図例に限定されるものではない。

［吸気バルブ及び排気バルブの動作］
次に、図４及び図５を参照して、本発明の実施形態による吸気バルブ及び排気バルブの動作を説明する。図４は、本発明の実施形態による排気側ＶＶＬの概略構成を示す正面図である。また、図５は、本発明の実施形態による吸気バルブ及び排気バルブのリフトカーブを示す線図であり、（ａ）はエンジンのＨＣＣＩ領域の低負荷側、（ｂ）はエンジンのＨＣＣＩ領域の高負荷側、（ｃ）はエンジンのＳＩ領域における吸気バルブ及び排気バルブのリフトカーブの一例を示している。

まず、図４により、本発明の実施形態による排気側のＶＶＬ７１の概略構成を説明する。エンジン１が直列４気筒のエンジンである場合、図４に示すように、エンジン１のシリンダヘッド１２には、４つの気筒１８のそれぞれについて２つずつ合計８つの排気バルブ２２と、排気バルブ２２を閉方向にそれぞれ付勢するリターンスプリング７７とが設けられている。また、シリンダヘッド１２の上部において、ロッカーアーム７８を介してリターンスプリング７７の付勢力に抗して排気バルブ２２を開動させる排気側のカム軸７９を備えている。

なお、吸気バルブ２１を開動させる吸気側のカム軸７９の構成は、排気側のカム軸７９と略同様であるため、以下、排気側のカム軸７９の構成についてのみ説明する。

カム軸７９は、シリンダヘッド１２における各気筒１８の中心位置にそれぞれ設けられた軸受部８０に回転自在に支持されていて、図示しないクランクシャフトによりチェーンを介して回転駆動される。

カム軸７９には、筒状のカム要素部８１がスプライン嵌合されている。これにより、カム要素部８１は、カム軸７９に対して回転方向に結合して一体回転するとともに、軸方向にスライド可能に嵌合されている。カム要素部８１は、各気筒１８にそれぞれ対応するように、カム軸７９上でカム軸方向に列状に配置されている。カム要素部８１は、ロッカーアーム７８のカムフォロア７８ａに摺接することで排気バルブ２２を開閉させる第１のカム部８１ａ及び第２のカム部８１ｂとを有する。

第１のカム部８１ａ及び第２のカム部８１ｂは、互いに隣接して設けられている。第１のカム部８１ａは、ＨＣＣＩ領域で選択されるカム部であり、第２のカム部８１ｂは、ＳＩ領域で選択されるカム部である。

第１のカム部８１ａ及び第２のカム部８１ｂは、ベースサークル８１ｃが共通で、リフト量が異なるノーズ部がベースサークル８１ｃ上にわずかに位相差をもって設けられている。なお、ベースサークル８１ｃが共通であるとは、第１のカム部８１ａと第２のカム部８１ｂとのベースサークル８１ｃのベース円径が同じであることを意味する。

カム要素部８１の軸方向の両端部には、傾斜部としての端面カム８２がそれぞれ設けられている。端面カム８２は、回転方向に対して基準面から軸方向のリフト量が次第に増加し、リフト終了位置で基準面に戻るように形成されている。

カム要素部８１の上方で且つカム軸方向両側の端面カム８２に対応する位置には、操作部材としての電磁式アクチュエータ８３が配設されている。電磁式アクチュエータ８３は、通電時にカム軸７９に向かって突出可能なピン部８４を有する。電磁式アクチュエータ８３に通電しない状態では、ピン部８４は、アクチュエータ内部に設けられた永久磁石によって上方の不作動位置に保持される。一方、電磁式アクチュエータ８３に通電されると、ピン部８４は、永久磁石に抗して下方へ突出して作動位置に進出する。

電磁式アクチュエータ８３のピン部８４が作動位置に進出すると、ピン部８４の先端部が対応する端面カム８２に摺接することとなり、カム要素部８１がカム軸方向へスライドされる。

具体的に、カム要素部８１の一端側の電磁式アクチュエータ８３を作動させて、ピン部８４をカム要素部８１の一端側の端面カム８２に摺接させると、カム要素部８１は、カム軸方向の他端側にスライドして、ロッカーアーム７８のカムフォロア７８ａが第１のカム部８１ａに摺接するようにシフトする。また、カム要素部８１の他端側の電磁式アクチュエータ８３を作動させて、ピン部８４をカム要素部８１の他端側の端面カム８２に摺接させると、カム要素部８１は、カム軸方向の一端側にスライドして、ロッカーアーム７８のカムフォロア７８ａが第２のカム部８１ｂに摺接するようにシフトする。このように、カム要素部８１の軸方向へのシフトによって、第１のカム部８１ａ及び第２のカム部８１ｂのうちで排気バルブ２２を開閉させるカム部が切り替えられることになる。

次に、図５により、吸気バルブ２１及び排気バルブ２２の動きを説明する。吸気側のＶＶＬ７４における小リフトカムのプロフィールは、図５（ａ）及び（ｂ）に実線で例示するように、相対的に小さいリフト量の１つのカム山を有し、吸気側のＶＶＬ７４における大リフトカムのプロフィールは、図５（ｃ）に実線で例示するように、相対的に大きいリフト量の１つのカム山を有している。
ＶＶＬ７４が小リフトカムの作動状態を吸気バルブ２１に伝達しているときには、図５（ａ）及び（ｂ）に示すように、吸気バルブ２１は、相対的に小さいリフト量で開弁すると共に、その開弁期間も短くなる。これに対し、ＶＶＬ７４が大リフトカムの作動状態を吸気バルブ２１に伝達しているときには、図５（ｃ）に示すように、吸気バルブ２１は、相対的に大きいリフト量で開弁すると共に、その開弁期間も長くなる。図５の例では、大リフトカムと小リフトカムとは、開弁時期を同じにして切り替わるように設定されているので、ＶＶＬ７４が大リフトカムの作動状態を吸気バルブ２１に伝達している場合、吸気バルブ２１の閉弁時期は圧縮工程中まで遅れるように設定され、遅閉じミラーサイクルが実現される。

排気側のＶＶＬ７１における第１のカム部８１ａのカムプロフィールは、図５（ａ）及び（ｂ）に破線で例示するように、リフトカーブにおける閉弁側に、クランク角の進行に対してリフトを略一定に維持するリフト棚部２２２を有し、第２のカム部８１ｂのカムプロフィールは、図５（ｃ）に破線で例示するように、リフト棚部を有さずに、一つのカム山を有する。

排気側のＶＶＬ７１のカムシフティング機構が、第１のカム部８１ａの作動状態を排気バルブ２２に伝達しているときには、図５（ａ）及び（ｂ）に破線で例示するように、排気バルブ２２は、開弁をした後、クランク角の進行に伴いリフト量が次第に大きくなり、少なくとも排気行程中で所定のピークに至った後、リフト棚部２２２において所定リフト量を維持した上で、閉弁に至る特殊モードで作動をする。これに対し、カムシフティング機構が、第２のカム部８１ｂの作動状態を排気バルブ２２に伝達しているときには、図５（ｃ）に破線で例示するように、排気バルブ２２は開弁をした後、クランク角の進行に伴いリフト量が次第に大きくなり、少なくとも排気行程中で所定のピークに至った後、リフト量が次第に小さくなって、そのまま閉弁する通常モードで作動をする。ＶＶＬ７１の通常モードと特殊モードとは、エンジン１の運転状態に応じて切り替えられ、具体的に、特殊モードは、ＨＣＣＩ領域において内部ＥＧＲガスを気筒１８内に導入する際に利用され、通常モードは、それ以外のときに利用される。以下の説明においては、ＶＶＬ７１を通常モードで作動させることを、「ＶＶＬ７１をオフにする」といい、ＶＶＬ７１を特殊モードで作動させ、内部ＥＧＲ制御を行うことを、「ＶＶＬ７１をオンにする」という場合がある。

ここで、図５（ａ）及び（ｂ）を参照しながら、排気側のＶＶＬ７１における第１のカム部８１ａのカムプロフィールについて、さらに詳細に説明をする。図５（ａ）の破線は、排気バルブ２２の閉時期の位相を最も遅角側に設定したときの、排気バルブ２２のリフトカーブ２２１であり、図３（ｂ）の破線は、排気バルブ２２の閉時期の位相を最も進角側に設定したときの、排気弁２２のリフトカーブ２２１である。第１のカム部８１ａは、上述の通り、そのリフトカーブ２２１における閉弁側にリフト棚部２２２を有するように構成されている。ここで、リフトカーブ２２１における閉弁側とは、リフトカーブ２２１におけるピークを挟んだ両側を、開弁側と閉弁側とに分けたときの閉弁側に相当する。図５（ａ）に示すように、ＶＶＴ７５によって排気バルブ２２の閉時期の位相を遅角したときに、リフト棚部２２２は、吸気行程の、少なくとも前半に位置するようになる。ここでいう「前半」は、吸気行程を前半と後半とに２等分したときの前半に相当する。従って、排気行程中に排気ポート１７に排出された排気ガスの一部は、吸気行程時に排気バルブ２２が開弁することに伴い、気筒１８内に戻される。こうして、排気ガスの一部が、実質的に、気筒１８内に残留することになる（つまり、内部ＥＧＲ制御）。

リフト棚部２２２のリフト量は、リフトカーブ２２１のピークよりも低いリフト量に設定されている。図５（ａ）に示すように、ＶＶＴ７５によって排気バルブ２２の開閉時期の位相を遅角したときに、リフト棚部２２２は上死点（Top Dead Center：ＴＤＣ）に位置する場合がある。そのため、実施形態では、リフト棚部２２２のリフト量は、上死点に位置するピストン１４の上面と干渉しない限度において、最大リフト量となるように設定される。こうすることで、内部ＥＧＲの最大量を、できるだけ多い量に設定することが可能になる。例えば、リフト棚部２２２のリフト量は、リフトカーブ２２１のピークにおけるリフト量に対して、１／２以下の範囲で、適宜、設定することが可能である。
また、リフト棚部２２２の長さ（つまり、クランク角の進行方向の長さ）は、設定可能な最大リフト量に基づいて、要求される最大の内部ＥＧＲガス量を満足することができるように設定される。

なお、排気バルブ２２の特殊モードにおいては、図５に示したように、排気行程での開弁後、リフト棚部２２２を通じて開弁状態を維持した上で、吸気行程で閉弁するようなカムプロフィールの代わりに、排気行程での開弁後に一旦閉弁をした後、吸気行程で再び開弁するようなカムプロフィールを採用してもよい。

［ＶＶＬによる排気バルブの作動モードの切替処理］
次に、図６乃至８を参照して、本発明の実施形態によるエンジンの燃焼制御処理を説明する。図６は、本発明の実施形態によるエンジンの燃焼制御処理のフローチャートであり、図７は、本発明の実施形態による排気側ＶＶＬ７１が排気バルブ２２の作動モードの切替を完了するまでの応答遅れ時間を推定する応答遅れ時間推定処理のフローチャートであり、図８は、本発明の実施形態によるエンジンの運転領域がＨＣＣＩ領域からＳＩ領域へ切り替わったときの、排気バルブの作動モードの切替タイミングとエンジンの燃焼制御の切替タイミングとを示すタイミングチャートである。図６に示す処理は、ＰＣＭ１０によって、エンジン１の運転領域がＨＣＣＩ領域内であり、排気バルブ２２が特殊モードで作動しているときに所定の周期で繰り返し実行される。

図６に示すように、エンジン１の燃焼制御処理が開始されると、まず、ステップＳ１において、ＰＣＭ１０は、各種のセンサから入力された検出信号等に基づき、エンジン１の運転状態を取得する。

次に、ステップＳ２において、ＰＣＭ１０は、各種のセンサから入力された検出信号等に基づき、エンジン１に要求される運転状態を取得する。例えば、ＰＣＭ１０は、アクセル開度センサＳＷ１３から入力されたアクセル開度や、ステップＳ１において取得したエンジン１の運転状態に基づき、エンジン１に要求される運転状態を取得する。

次に、ステップＳ３において、ＰＣＭ１０は、ステップＳ２において取得したエンジン１に対する要求運転状態がＳＩ領域内に含まれるか否かを判定する。その結果、エンジン１に対する要求運転状態がＳＩ領域内に含まれる場合、ステップＳ４に進み、ＰＣＭ１０は、排気バルブ２２の作動モードを特殊モードから通常モードに切り替える指示をＶＶＬ７１に出力する。

次に、ステップＳ５において、ＰＣＭ１０は、ステップＳ４において排気バルブ２２の作動モードを特殊モードから通常モードに切り替える指示をＶＶＬ７１に出力してからＶＶＬ７１による排気バルブ２２の作動モードの切替が完了するまでの応答遅れ時間を推定する応答遅れ時間推定処理を実行する。

図７に示すように、応答遅れ時間推定処理が開始されると、まず、ステップＳ１１において、ＰＣＭ１０は、図６に示した燃焼制御処理のステップＳ１で取得したエンジン１の運転状態に基づき、排気バルブ２２の作動モードを特殊モードから通常モードに切り替える指示をＶＶＬ７１に出力してからピン部８４が電磁式アクチュエータ８３により作動位置に進出するまでのピン動作遅れ時間を推定する。
例えば、ＰＣＭ１０は、ＶＶＬ７１の応答遅れ時間に影響を及ぼす油圧、油温、水温、バッテリ電圧等のエンジン状態とピン動作遅れ時間との関係を示すマップを予め記憶しておき、このマップを参照することにより、ステップＳ１１で取得したエンジン１の運転状態に対応するピン動作遅れ時間を取得する。

次に、ステップＳ１２において、ＰＣＭ１０は、燃焼制御処理のステップＳ１で取得したエンジン１の運転状態と、ステップＳ１１において推定したピン動作遅れ時間とに基づき、排気バルブ２２毎に、ピン部８４を作動位置に進出させることが可能になるピン動作可能時期を推定する。
具体的には、ＰＣＭ１０は、ピン部８４を不作動位置から突出させると端面カム８２の傾斜面ではなく外周面に衝突してしまうこと等により、作動位置へのピン部８４の進出が制限されるクランク角範囲（以下、「ピン作動制限範囲」という）を排気バルブ２２毎に予め記憶しておき、このピン作動制限範囲と、燃焼制御処理のステップＳ１で取得したクランク角と、ステップＳ１２において推定したピン動作遅れ時間に基づき、排気バルブ２２毎に、ピン部８４を作動位置に進出させることができる最も早い時期をピン動作可能時期として推定する。

次に、ステップＳ１３において、ＰＣＭ１０は、ピン部８４を作動位置に進出させてから排気バルブ２２を作動させるカム部の切替が完了するまでの切替時間を推定する。
具体的には、ＰＣＭ１０は、ピン部８４を作動位置に進出させた後、排気バルブ２２を作動させるカム部が第１のカム部８１ａから第２のカム部８１ｂへ切り替わる（即ち、作動位置に進出したピン部８４の先端部が端面カム８２に摺接し、カム要素部８１をカム軸方向の一端側から他端側にスライドさせ、ロッカーアーム７８のカムフォロア７８ａが第２のカム部８１ｂに摺接するようにシフトする）までのクランクシャフト１５の回転角と、燃焼制御処理のステップＳ１で取得したエンジン回転数に基づき、切替時間を推定する。

次に、ステップＳ１４において、ＰＣＭ１０は、ステップＳ１２において推定したピン動作可能時期及びステップＳ１３において推定した切替時間に基づき、応答遅れ時間を推定する。
具体的には、ＰＣＭ１０は、排気バルブ２２毎に、燃焼制御処理のステップＳ４において排気バルブ２２の作動モードを特殊モードから通常モードに切り替える指示をＶＶＬ７１に出力した後、ステップＳ１２において推定したピン動作可能時期からステップＳ１３において推定した切替時間が経過した時点までの時間を、応答遅れ時間として推定する。
ステップＳ１４の後、ＰＣＭ１０は応答遅れ時間推定処理を終了し、図６のメインルーチンに戻る。

図６に戻り、ステップＳ５において応答遅れ時間推定処理を実行した後、ステップＳ６に進み、ＰＣＭ１０は、応答遅れ時間推定処理において推定した応答遅れ時間内における各気筒１８の燃焼回数を推定する。
具体的には、ＰＣＭ１０は、ステップＳ１で取得したクランク角及びエンジン回転数と、ステップＳ５の応答遅れ時間推定処理で推定した応答遅れ時間に基づき、ＶＶＬ７１による排気バルブ２２の作動モードの切替が完了するまでの間にクランクシャフト１５が回転するクランク角範囲を特定し、そのクランク角範囲内において排気行程が開始される回数を燃焼回数として気筒１８毎に推定する。

次に、ステップＳ７において、ＰＣＭ１０は、ステップＳ６において推定した応答遅れ時間内における燃焼回数が１回以下の気筒１８について、その気筒１８における燃料の噴射量や噴射タイミング等の燃焼制御パラメータをＨＣＣＩ燃焼用の設定値からＳＩ燃焼用の設定値へ切り替える。このとき、ＰＣＭ１０は、応答遅れ時間内における最後の排気行程が開始されるタイミングで燃焼制御パラメータをＨＣＣＩ燃焼用の設定値からＳＩ燃焼用の設定値へ切り替える。

更に、ステップＳ８において、ＰＣＭ１０は、ステップＳ６において推定した応答遅れ時間内における燃焼回数が１回以下ではない（２回以上である）気筒１８について、その気筒１８における燃料の噴射量や噴射タイミング等の燃焼制御パラメータをＨＣＣＩ燃焼用の設定値に維持する。

次に、ステップＳ９において、ＰＣＭ１０は、全ての気筒１８の燃焼制御パラメータがＳＩ燃焼用の設定値に切り替えられたか否かを判定する。その結果、全ての気筒１８の燃焼制御パラメータがＳＩ燃焼用の設定値に切り替えられていない（即ち、ステップＳ６において推定した応答遅れ時間内における燃焼回数が２回以上の気筒１８が残っている）場合、ステップＳ６に戻る。以降、ＰＣＭ１０は、全ての気筒１８の燃焼制御パラメータがＳＩ燃焼用の設定値に切り替えられるまで、ステップＳ６からＳ７の処理を繰り返す。

一方、全ての気筒１８の燃焼制御パラメータがＳＩ燃焼用の設定値に切り替えられた場合、ＰＣＭ１０は、燃焼制御処理を終了する。

また、ステップＳ３において、ステップＳ２で取得したエンジン１に対する要求運転状態がＳＩ領域内に含まれていない場合、エンジン１の運転状態はＨＣＣＩ領域内に維持されるので、ステップＳ１０に進み、ＰＣＭ１０は、排気バルブ２２の作動モードを特殊モードに維持する。その後、ＰＣＭ１０は、燃焼制御処理を終了する。

図８に示した例では、時刻Ｔ₀においてエンジン１に対する要求運転状態がＨＣＣＩ領域からＳＩ領域に切り替わり、ＰＣＭ１０が排気バルブ２２の作動モードを特殊モードから通常モードに切り替える指示をＶＶＬ７１に出力した場合、各気筒１８におけるＶＶＬ７１の応答遅れ時間は、気筒＃２、気筒＃１、気筒＃３、気筒＃４の順に短い。
従って、応答遅れ時間内における最後の排気行程が開始（即ちＶＶＬ７１による排気バルブ２２の作動モードの切替が完了する直前の排気行程が開始）され、ＰＣＭ１０が燃焼制御パラメータをＨＣＣＩ燃焼用の設定値からＳＩ燃焼用の設定値へ切り替えるタイミングは、図８において実線で示すように、気筒＃２、気筒＃１、気筒＃３、気筒＃４の順に到来する。
このように、応答遅れ時間内における最後の排気行程が開始される気筒１８から順次燃焼制御パラメータをＨＣＣＩ燃焼用の設定値からＳＩ燃焼用の設定値へ切り替えることにより、ＶＶＬ７１による排気バルブ２２の作動モードの切替が完了した後に排気行程が開始されるタイミングで燃焼制御パラメータをＨＣＣＩ燃焼用の設定値からＳＩ燃焼用の設定値へ切り替える場合（図８において点線で示す）と比較して、エンジン１の燃焼をＳＩ燃焼に移行するタイミングが各気筒１８において１サイクルずつ早められる。

上述のように、応答遅れ時間内における最後の排気行程が開始されるタイミングで燃焼制御パラメータをＨＣＣＩ燃焼用の設定値からＳＩ燃焼用の設定値へ切り替えた場合、排気バルブ２２の作動モードが特殊モードである状態でＳＩ燃焼が行われることになる。即ち、特殊モードで作動する排気バルブ２２が、排気行程中において開弁すると共に吸気行程中においても開弁する（排気の二度開きを行う）ことにより、内部ＥＧＲガスが気筒１８内に導入された状態で、ＳＩ燃焼用の燃焼制御パラメータによりＳＩ燃焼が行われることになる。ここで気筒１８内に導入される内部ＥＧＲガスは、直前のＨＣＣＩ燃焼によって発生した排気ガスであるが、ＨＣＣＩ燃焼では空気過剰の希薄混合気を燃焼させるので、その排気ガスにはＳＩ燃焼を行うのに十分な酸素が含まれており、問題なくＳＩ燃焼を行うことができる。
一方、ＳＩ燃焼では理論空燃比又は燃料過剰の混合気を燃焼させるので、その排気ガスに残存する酸素量は非常に少ない。従って、ＳＩ燃焼で発生した排気ガスを内部ＥＧＲガスとして気筒１８内に導入した場合、酸素充填量が低下し、正常なＳＩ燃焼を行うことができない可能性がある。従って、ＶＶＬ７１の応答遅れ時間内における燃焼回数が２回以上である場合、即ち排気バルブ２２の作動モードが特殊モードの状態で排気行程が開始される回数が２回以上である場合には、燃焼制御パラメータをＳＩ燃焼用に切り替えず、ＨＣＣＩ燃焼用の設定値に維持することが望ましい。

次に、本発明の実施形態のさらなる変形例を説明する。
まず、上述した実施形態では、排気側のＶＶＬ７１は、リフト棚部２２２を有する第１のカム部８１ａとリフト棚部２２２を有さずに一つのカム山を有する第２のカム部８１ｂとの、カムプロフィールの異なる２種類のカム、及び、その第１及び第２のカム部８１ａ、８１ｂのいずれか一方のカム部の作動状態を選択的に排気バルブ２２に伝達する電磁駆動のカムシフティング機構を含んで構成されていると説明したが、これとは異なる構成のＶＶＬを用いてもよく、油圧駆動や空気圧駆動のＶＶＬを用いてもよい。

また、上述した実施形態では、図６に示した燃焼制御処理において、ＰＣＭ１０は、推定した応答遅れ時間内における各気筒１８の燃焼回数を推定し（ステップＳ６）、応答遅れ時間内における燃焼回数が１回以下の気筒１８における燃焼制御パラメータをＨＣＣＩ燃焼用の設定値からＳＩ燃焼用の設定値へ切り替えると説明したが、燃焼回数を推定することなく、各気筒１８の応答遅れ時間に基づいて決定した所定の待機時間が経過した場合に、その気筒１８における燃焼制御パラメータをＨＣＣＩ燃焼用の設定値からＳＩ燃焼用の設定値へ切り替えるようにしてもよい。
また、応答遅れ時間内における燃焼回数が１回以下ではなくても、応答遅れ時間内に排気バルブ２２により気筒１８内へ再導入される排気ガスがＳＩ燃焼を行うのに十分な酸素を含む所定回数以下である場合には、その気筒１８における燃焼制御パラメータをＨＣＣＩ燃焼用の設定値からＳＩ燃焼用の設定値へ切り替えるようにしてもよい。

次に、上述した本発明の実施形態及び本発明の実施形態の変形例によるエンジンの制御装置１の作用効果を説明する。

まず、ＰＣＭ１０は、排気バルブ２２が特殊モードで作動しているときにエンジン１の運転状態がＳＩ領域内になった場合において、排気側ＶＶＬ７１により排気バルブ２２の作動モードの通常モードへの切替が完了するまでの間の燃焼回数が所定回数以下であり、通常モードへの切替完了までの間に排気バルブ２２により気筒１８内へ再導入される排気ガスがＳＩ燃焼を行うのに十分な酸素を含む場合には、排気バルブ２２の作動モードの切替が完了する前にエンジン１の燃焼をＨＣＣＩ燃焼からＳＩ燃焼へ切り替えるので、排気バルブ２２の作動モードの切替完了を待つことなく、エンジン１の運転状態がＨＣＣＩ領域からＳＩ領域に入った場合に速やかにＳＩ燃焼に移行して発生トルクを増大させることができる。

また、ＰＣＭ１０は、排気バルブ２２が特殊モードで作動しているときにエンジン１の運転状態がＳＩ領域内になった場合において、ＰＣＭ１０により推定された応答遅れ時間内における燃焼回数が所定回数以下であり、通常モードへの切替完了までの間に排気バルブ２２により気筒１８内へ再導入される排気ガスがＳＩ燃焼を行うのに十分な酸素を含む場合には、排気バルブ２２の作動モードの切替が完了する前にエンジン１の燃焼をＨＣＣＩ燃焼からＳＩ燃焼へ切り替えるので、排気バルブ２２の作動モードの切替完了を待つことなく、エンジン１の運転状態がＨＣＣＩ領域からＳＩ領域に入った場合に速やか且つ確実にＳＩ燃焼に移行して発生トルクを増大させることができる。

また、ＰＣＭ１０は、排気バルブ２２が特殊モードで作動しているときにエンジン１の運転状態がＳＩ領域内になった場合において、排気側ＶＶＬ７１により排気バルブ２２の作動モードの通常モードへの切替が完了するまでの間の燃焼回数が１回以下であり、通常モードへの切替完了までの間に排気バルブ２２により気筒１８内へ再導入される排気ガスがＳＩ燃焼を行うのに十分な酸素を確実に含む場合には、排気バルブ２２の作動モードの切替が完了する前にエンジン１の燃焼をＨＣＣＩ燃焼からＳＩ燃焼へ切り替えるので、排気バルブ２２の作動モードの切替完了を待つことなく、エンジン１の運転状態がＨＣＣＩ領域からＳＩ領域に入った場合に速やか且つより確実にＳＩ燃焼に移行して発生トルクを増大させることができる。

また、ＰＣＭ１０は、各気筒１８の排気バルブ２２が特殊モードで作動しているときにエンジン１の運転状態がＳＩ領域内になった場合において、排気側ＶＶＬ７１により排気バルブ２２の作動モードの通常モードへの切替が完了するまでの間の燃焼回数が所定回数以下となり、通常モードへの切替完了までの間に排気バルブ２２により気筒１８内へ再導入される排気ガスがＳＩ燃焼を行うのに十分な酸素を含むことが確実な気筒１８から順に、排気バルブ２２の作動モードの通常モードへの切替が完了する前にその気筒１８における燃焼をＨＣＣＩ燃焼からＳＩ燃焼へ切り替えるので、排気バルブ２２の作動モードの切替完了を待つことなく、エンジン１の運転状態がＨＣＣＩ領域からＳＩ領域に入った場合により速やかにＳＩ燃焼に移行して発生トルクを増大させることができる。

また、ＰＣＭ１０は、排気バルブ２２の作動モードの切替を排気側ＶＶＬ７１に指示してからピン部８４が作動位置に進出するまでのピン動作遅れ時間に基づき、排気バルブ２２毎に、ピン部８４を作動位置に進出させることが可能になるピン動作可能時期を推定すると共に、ピン部８４を作動位置に進出させてから排気バルブ２２を作動させるカム部８１ａ、８１ｂの切替が完了するまでの切替時間を推定し、ピン動作可能時期及び切替時間に基づき、応答遅れ時間を推定するので、応答遅れ時間を正確に推定することができ、これにより、排気バルブ２２の作動モードの切替完了を待つことなく、エンジン１の運転状態がＨＣＣＩ領域からＳＩ領域に入った場合により速やか且つ確実にＳＩ燃焼に移行して発生トルクを増大させることができる。

１ エンジン（エンジン本体）
１０ ＰＣＭ
１６ 吸気ポート
１７ 排気ポート
１８ 気筒
２２ 排気バルブ
７１ ＶＶＬ（排気側）
７４ ＶＶＬ（吸気側）
７５ ＶＶＴ（排気側）
７９ カム軸
８１ カム要素部
８１ａ 第１のカム部
８１ｂ 第２のカム部
８２ 端面カム
８４ ピン部

Claims (5)

1. 運転状態が所定の予混合圧縮自己着火領域内にある場合、予混合圧縮自己着火燃焼が行われ、運転状態が所定の火花点火領域内にある場合、火花点火燃焼が行われるエンジンの制御装置であって、
   上記エンジンの運転状態に対応した燃焼制御パラメータを選択して上記エンジンの燃焼を制御する燃焼制御手段と、
   上記エンジンの排気バルブの作動モードを変化させる排気側可変バルブ機構と、
   上記エンジンの運転状態が上記予混合圧縮自己着火領域内にある場合、上記排気側可変バルブ機構により、吸気工程において上記排気バルブを開弁させて排気ガスを排気ポートから気筒内へ再導入させる第１の作動モードで上記排気バルブを作動させ、上記エンジンの運転状態が上記火花点火領域内にある場合、上記排気側可変バルブ機構により、上記第１の作動モードにおける上記排気バルブの閉弁時期よりも進角した時期に上記排気バルブを閉弁させる第２の作動モードで上記排気バルブを作動させる可変バルブ機構制御手段と、を有し、
   上記燃焼制御手段は、上記排気バルブが上記第１の作動モードで作動しているときに上記エンジンの運転状態が上記火花点火領域内になった場合において、上記排気側可変バルブ機構により上記排気バルブの作動モードの上記第２の作動モードへの切替が完了するまでの間の燃焼回数が所定回数以下である場合、上記排気バルブの作動モードの上記第２の作動モードへの切替が完了する前に上記エンジンの燃焼を予混合圧縮自己着火燃焼から火花点火燃焼へ切り替え、上記排気側可変バルブ機構により上記排気バルブの作動モードの上記第２の作動モードへの切替が完了するまでの間の燃焼回数が上記所定回数より多い場合、上記エンジンの燃焼を予混合圧縮自己着火燃焼に維持することを特徴とするエンジンの制御装置。
2. 運転状態が所定の予混合圧縮自己着火領域内にある場合、予混合圧縮自己着火燃焼が行われ、運転状態が所定の火花点火領域内にある場合、火花点火燃焼が行われるエンジンの制御装置であって、
   上記エンジンの運転状態に対応した燃焼制御パラメータを選択して上記エンジンの燃焼を制御する燃焼制御手段と、
   上記エンジンの排気バルブの作動モードを変化させる排気側可変バルブ機構と、
   上記エンジンの運転状態が上記予混合圧縮自己着火領域内にある場合、上記排気側可変バルブ機構により、吸気工程において上記排気バルブを開弁させて排気ガスを排気ポートから気筒内へ再導入させる第１の作動モードで上記排気バルブを作動させ、上記エンジンの運転状態が上記火花点火領域内にある場合、上記排気側可変バルブ機構により、上記第１の作動モードにおける上記排気バルブの閉弁時期よりも進角した時期に上記排気バルブを閉弁させる第２の作動モードで上記排気バルブを作動させる可変バルブ機構制御手段と、を有し、
   上記燃焼制御手段は、上記排気バルブが上記第１の作動モードで作動しているときに上記エンジンの運転状態が上記火花点火領域内になった場合において、上記排気側可変バルブ機構により上記排気バルブの作動モードの上記第２の作動モードへの切替が完了するまでの間の燃焼回数が所定回数以下である場合、上記排気バルブの作動モードの上記第２の作動モードへの切替が完了する前に上記エンジンの燃焼を予混合圧縮自己着火燃焼から火花点火燃焼へ切り替え、
   更に、上記エンジンの運転状態に基づき、上記可変バルブ機構制御手段が上記排気バルブの作動モードの切替を上記排気側可変バルブ機構に指示してから上記排気側可変バルブ機構による上記排気バルブの作動モードの切替が完了するまでの応答遅れ時間を推定する応答遅れ時間推定手段と、
   上記応答遅れ時間推定手段により推定された上記応答遅れ時間内における上記エンジンの燃焼回数を推定する燃焼回数推定手段とを有し、
   上記燃焼制御手段は、上記排気バルブが上記第１の作動モードで作動しているときに上記エンジンの運転状態が上記火花点火領域内になった場合において、上記燃焼回数推定手段により推定された上記エンジンの燃焼回数が所定回数以下である場合、上記排気バルブの作動モードの上記第２の作動モードへの切替が完了する前に上記エンジンの燃焼を予混合圧縮自己着火燃焼から火花点火燃焼へ切り替える、エンジンの制御装置。
3. 上記燃焼制御手段は、上記排気バルブが上記第１の作動モードで作動しているときに上記エンジンの運転状態が上記火花点火領域内になった場合において、上記排気側可変バルブ機構により上記排気バルブの作動モードの上記第２の作動モードへの切替が完了するまでの間の燃焼回数が１回以下である場合、上記排気バルブの作動モードの上記第２の作動モードへの切替が完了する前に上記エンジンの燃焼を予混合圧縮自己着火燃焼から火花点火燃焼へ切り替える、請求項１又は２に記載のエンジンの制御装置。
4. 運転状態が所定の予混合圧縮自己着火領域内にある場合、予混合圧縮自己着火燃焼が行われ、運転状態が所定の火花点火領域内にある場合、火花点火燃焼が行われるエンジンの制御装置であって、
   上記エンジンの運転状態に対応した燃焼制御パラメータを選択して上記エンジンの燃焼を制御する燃焼制御手段と、
   上記エンジンの排気バルブの作動モードを変化させる排気側可変バルブ機構と、
   上記エンジンの運転状態が上記予混合圧縮自己着火領域内にある場合、上記排気側可変バルブ機構により、吸気工程において上記排気バルブを開弁させて排気ガスを排気ポートから気筒内へ再導入させる第１の作動モードで上記排気バルブを作動させ、上記エンジンの運転状態が上記火花点火領域内にある場合、上記排気側可変バルブ機構により、上記第１の作動モードにおける上記排気バルブの閉弁時期よりも進角した時期に上記排気バルブを閉弁させる第２の作動モードで上記排気バルブを作動させる可変バルブ機構制御手段と、を有し、
   上記燃焼制御手段は、上記排気バルブが上記第１の作動モードで作動しているときに上記エンジンの運転状態が上記火花点火領域内になった場合において、上記排気側可変バルブ機構により上記排気バルブの作動モードの上記第２の作動モードへの切替が完了するまでの間の燃焼回数が所定回数以下である場合、上記排気バルブの作動モードの上記第２の作動モードへの切替が完了する前に上記エンジンの燃焼を予混合圧縮自己着火燃焼から火花点火燃焼へ切り替え、
   上記エンジンは、複数の気筒を有し、
   上記排気側可変バルブ機構は、上記複数の気筒のそれぞれに設けられ、
   上記可変バルブ機構制御手段は、上記各排気側可変バルブ機構により、上記排気バルブの作動モードを上記気筒毎に変化させ、
   上記燃焼制御手段は、上記各気筒の排気バルブが上記第１の作動モードで作動しているときに上記エンジンの運転状態が上記火花点火領域内になった場合において、上記排気側可変バルブ機構により上記排気バルブの作動モードの上記第２の作動モードへの切替が完了するまでの間の燃焼回数が所定回数以下となった気筒から順に、上記排気バルブの作動モードの上記第２の作動モードへの切替が完了する前にその気筒における燃焼を予混合圧縮自己着火燃焼から火花点火燃焼へ切り替える、エンジンの制御装置。
5. 上記排気側可変バルブ機構は、上記エンジンの回転に応じて回転するカム軸と、このカム軸上に上記排気バルブ毎に複数設けられて上記排気バルブを作動させるカム部と、上記カム軸に対して回転方向に結合し且つ軸方向にスライド可能に嵌合されたカム要素部と、上記カム要素部に設けられた傾斜部に摺接してそのカム要素部をスライドさせることで上記排気バルブを作動させる上記カム部を切り替える作動位置と、上記カム要素部の傾斜部から退避する不作動位置との間で進退可能なピン部とを備え、
   上記応答遅れ時間推定手段は、上記エンジンの運転状態に基づき、上記可変バルブ機構制御手段が上記排気バルブの作動モードの切替を上記排気側可変バルブ機構に指示してから上記ピン部が上記作動位置に進出するまでのピン動作遅れ時間を推定し、このピン動作遅れ時間に基づき、上記排気バルブ毎に、上記ピン部を上記作動位置に進出させることが可能になるピン動作可能時期を推定すると共に、上記ピン部を上記作動位置に進出させてから上記排気バルブを作動させるカム部の切替が完了するまでの切替時間を推定し、上記ピン動作可能時期及び上記切替時間に基づき、上記応答遅れ時間を推定する、請求項２に記載のエンジンの制御装置。

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