(57)【要約】【課題】火花点火式燃焼と圧縮自己着火式燃焼との切替時の、トルク変動を低減できる圧縮自己着火式内燃機関の制御装置および制御方法を提供することにある。【解決手段】エンジンの運転状態に応じて、燃焼モードとして、点火プラグを用いる火花点火式燃焼モードと、ピストンの上昇に伴う燃焼室の圧力上昇を利用して燃料を燃焼させる圧縮自己着火式燃焼モードと、を選択的に設定するとともに、それらの中間状態である、火花点火式燃焼モードにて内部ＥＧＲ率ＲＩ−ＥＧＲを増大させたシリンダ内状態を経るように、吸気バルブ５ａおよび排気バルブ５ｂのバルブ動作プロフィールを切替える。【選択図】図１１
2010106773.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
クランク軸に対するカム軸の回転位相を変更することにより、排気弁の開閉タイミングを可変にする可変バルブタイミング機構と、前記排気弁のバルブ作動特性の異なる複数のカムを選択的に切換えることにより、バルブリフト量及びバルブタイミングを可変にする多段式バルブ可変機構と、を備えた圧縮自己着火式内燃機関の制御装置であって、
該制御装置は、前記内燃機関の作動状態に関する情報に応じて、火花点火式燃焼モードと圧縮自己着火式燃焼モードとの切替える判定する燃焼モード切替判定部と、
該燃焼モード切替判定部の判定結果に基づいて、前記火花点火式燃焼モード又は前記圧縮自己着火式燃焼モードに切替えて、切替えた燃焼モードに応じた燃焼制御を行う燃焼モード切替部と、を備えており、
該燃焼モード切替部は、前記火花点火式燃焼モードから前記圧縮自己着火式燃焼モードに切替える際に、
前記多段式バルブ可変機構を作動させて、前記排気弁のリフト量を減少させると共に、前記排気弁の開弁時期を遅角させ、かつ、閉弁時期を進角させた後、
前記可変バルブタイミング機構を作動させて、前記排気弁の前記開弁時期と前記閉弁時期を進角させた後、前記圧縮自己着火式燃焼モードの燃焼制御を行うことを特徴とする圧縮自己着火式内燃機関の制御装置。
【請求項２】
排気弁のバルブリフト量及びバルブタイミングを可変にする可変動弁機構を備えた圧縮自己着火式内燃機関の制御装置であって、
該制御装置は、前記内燃機関の作動状態に関する情報に応じて、火花点火式燃焼モードと圧縮自己着火式燃焼モードとの切替える判定する燃焼モード切替判定部と、
該燃焼モード切替判定部の判定結果に基づいて、前記火花点火式燃焼モード又は前記圧縮自己着火式燃焼モードに切替えて、切替えた燃焼モードに応じた燃焼制御を行う燃焼モード切替部と、を備えており、
該燃焼モード切替部は、前記火花点火式燃焼モードから前記圧縮自己着火式燃焼モードに切替える際に、
前記可変動弁機構を作動させて、前記排気弁のリフト量を減少させると共に、前記排気弁の開弁時期を遅角させ、かつ、閉弁時期を進角させた後、
前記排気弁の前記開弁時期と前記閉弁時期とを進角させた後、前記圧縮自己着火式燃焼モードの燃焼制御を行うことを特徴とする圧縮自己着火式内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記クランク軸に対する前記カム軸の回転位相を変更することにより、吸気弁の開閉タイミングを可変にする可変バルブタイミング機構と、バルブ作動特性の異なる複数のカムを選択的に切換えることにより、前記吸気弁のバルブリフト量及びバルブタイミングを可変にする多段式バルブ可変機構と、を備え、
前記燃焼モード切替部は、前記火花点火式燃焼モードから前記圧縮自己着火式燃焼モードに切替える際に、
前記吸気弁の多段式バルブ可変機構を作動させて、前記吸気弁のリフト量を減少させると共に、前記排気弁の開弁時期を遅角させ、かつ、閉弁時期を進角させた後、
前記吸気弁の可変バルブタイミング機構を作動させて、前記排気弁の前記開弁時期と前記閉弁時期を遅角させた後、前記圧縮自己着火式燃焼モードの燃焼制御を行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の圧縮自己着火式内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記圧縮自己着火式燃焼モードに応じた燃焼制御は、予め設定された前記排気弁の設定開弁時期、設定閉弁時期、及び設定リフト量となるように前記排気弁を駆動して燃焼制御するものであり、
該燃焼モード切替部は、前記圧縮自己着火式燃焼モードへの切替えの際に、
前記排気弁のリフト量を、前記設定リフト量にまで減少させ、かつ、前記設定開弁時期から前記設定閉弁時期までの開閉期間と一致するように、前記排気弁の開弁時期を遅角させ、かつ、閉弁時期を進角させた後、
前記開閉期間を保持しながら、前記設定開弁時期まで、前記排気弁の前記開弁時期と前記閉弁時期とを進角させることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の圧縮自己着火式内燃機関の制御装置。
【請求項５】
クランク軸に対するカム軸の回転位相を変更することにより、排気弁の開閉タイミングを可変にする可変バルブタイミング機構と、前記排気弁のバルブ作動特性の異なる複数のカムを選択的に切換えることにより、バルブリフト量及びバルブタイミングを可変にする多段式バルブ可変機構と、を備えた圧縮自己着火式内燃機関の制御装置であって、
制御装置は、前記内燃機関の作動状態に関する情報に応じて、火花点火式燃焼モードと圧縮自己着火式燃焼モードとの切替える判定する燃焼モード切替判定部と、
該燃焼モード切替判定部の判定結果に基づいて、前記火花点火式燃焼モード又は前記圧縮自己着火式燃焼モードに切替えて、切替えた燃焼モードに応じた燃焼制御を行う燃焼モード切替部と、を備えており、
該燃焼モード切替部は、前記圧縮自己着火式燃焼モードから前記火花点火式燃焼モードに切替える際に、
前記可変バルブタイミング機構を作動させて、前記排気弁の前記開弁時期と前記閉弁時期を遅角させた後、
前記多段式バルブ可変機構を作動させて、前記排気弁のリフト量を増加させると共に、前記排気弁の開弁時期を進角させ、かつ、閉弁時期を遅角させた後、前記火花点火式燃焼モードの燃焼制御を行うことを特徴とする圧縮自己着火式内燃機関の制御装置。
【請求項６】
排気弁のバルブリフト量及びバルブタイミングを可変にする可変動弁機構を備えた圧縮自己着火式内燃機関の制御装置であって、
該制御装置は、前記内燃機関の作動状態に関する情報に応じて、火花点火式燃焼モードと圧縮自己着火式燃焼モードとの切替える判定する燃焼モード切替判定部と、
該燃焼モード切替判定部の判定結果に基づいて、前記火花点火式燃焼モード又は前記圧縮自己着火式燃焼モードに切替えて、切替えた燃焼モードに応じた燃焼制御を行う燃焼モード切替部と、を備えており、
該燃焼モード切替部は、前記圧縮自己着火式燃焼モードから前記火花点火式燃焼モードに切替える際に、
前記可変動弁機構を作動させて、前記排気弁の前記開弁時期と前記閉弁時期とを遅角させた後、
前記排気弁のリフト量を増加させると共に、前記排気弁の開弁時期を進角させ、かつ、閉弁時期を進角させた後、前記圧縮自己着火式燃焼モードの燃焼制御を行うことを特徴とする圧縮自己着火式内燃機関の制御装置。
【請求項７】
前記クランク軸に対する前記カム軸の回転位相を変更することにより、吸気弁の開閉タイミングを可変にする可変バルブタイミング機構と、バルブ作動特性の異なる複数のカムを選択的に切換えることにより、前記吸気弁のバルブリフト量及びバルブタイミングを可変にする多段式バルブ可変機構と、を備え、
該燃焼モード切替部は、前記圧縮自己着火式燃焼モードから前記火花点火式燃焼モードに切替える際に、
前記吸気弁の可変バルブタイミング機構を作動させて、前記吸気弁の前記開弁時期と前記閉弁時期を遅角させた後、
前記吸気弁の多段式バルブ可変機構を作動させて、前記吸気弁のリフト量を減少させると共に、前記吸気弁の開弁時期を進角させ、かつ、閉弁時期を遅角させた後、前記火花点火式燃焼モードの燃焼制御を行うことを特徴とする圧縮自己着火式内燃機関の制御装置。
【請求項８】
前記火花点火式燃焼モードに応じた燃焼制御は、予め設定された前記排気弁の設定開弁時期、設定閉弁時期、及び設定リフト量となるように前記排気弁を駆動して燃焼制御するものであり、
該燃焼モード切替部は、前記火花点火式燃焼モードへの切替えの際に、
前記開閉期間を保持しながら、前記設定開弁時期まで、前記排気弁の前記開弁時期と前記閉弁時期とを遅角させ、
前記排気弁のリフト量を、前記設定リフト量にまで増加させ、かつ、前記設定開弁時期から前記設定閉弁時期までの開閉期間と一致するように、前記排気弁の開弁時期を進角させ、かつ、閉弁時期を遅角させることを特徴とする請求項５〜７のいずれかに記載の圧縮自己着火式内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧縮自己着火式内燃機関の制御装置に係り、特に、火花点火式燃焼と圧縮自己着火式燃焼との燃焼モードの切替に好適な圧縮自己着火式内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車等に使用される内燃機関（エンジン）において、燃費性能の向上と排気性能との向上を両立するものとして、混合気を圧縮して自己着火燃焼（圧縮自己着火式燃焼）させる圧縮自己着火式ガソリンエンジン（以下、圧縮自己着火エンジン）が注目されている。圧縮自己着火エンジンは、点火プラグの火花で混合気を着火、燃焼させる火花点火式燃焼に比べて、高圧縮比による高効率化、ポンプ損失低減、および急速燃焼による冷却損失の低減などによって燃料消費量を低減し、また、混合気の低温燃焼によって排出ガス中のＮＯｘ濃度を低減するため、燃費性能と排気性能の両立が実現可能である。
【０００３】
圧縮自己着火式燃焼を実現する手段の１つとして、ＥＧＲの導入が挙げられる。火花点火式燃焼は空燃比が比較的リッチ側であり、ＥＧＲ率が比較的低い領域にて実施可能であるのに対して、上記手段を適用した場合の圧縮自己着火式燃焼は、空燃比が比較的リーンであり、内部ＥＧＲ率が比較的高い領域で実施可能である。また、それぞれの領域間にはどちらの燃焼も不安定となる燃焼不安定領域が存在する。なお、ＥＧＲの導入方法としては、排気行程において吸気バルブおよび排気バルブの双方が閉じている期間である負のオーバーラップ期間を設けることでシリンダ内に排出ガスを残留させる方法（内部ＥＧＲ）、または、吸気バルブ上流に排気管からのバイパスを設けることで新気と一緒に排出ガスを吸入する方法（外部ＥＧＲ）、または、吸気行程にて排気バルブを開くことで排出ガスを再吸入する方法（排気再吸入）が用いられる。
【０００４】
上記のような圧縮自己着火式燃焼の方法を適用した場合、シリンダ内に大量の排出ガスを導入することから、新気量が限られるため、過給しない場合には発生可能なエンジントルクが低負荷側に限られる。また、吸気、圧縮、膨張、排出といった行程の中で、燃料が化学反応する有限の時間を確保する必要があることから、エンジン回転速度も低回転速度側に限られることが知られている。
【０００５】
そのため、圧縮自己着火エンジンを自動車に適用する際には、火花点火式燃焼と圧縮自己着火式燃焼の双方を実施し、それらの燃焼を切替えることでドライバが要求するエンジントルクを実現することが提案されている。
【０００６】
圧縮自己着火エンジンにおいて、火花点火式燃焼と圧縮自己着火式燃焼とで燃焼モードを切替える際には、燃焼を支配するエンジンパラメータを変更する。エンジンパラメータとしては、インジェクタから噴射される燃料噴射量、インジェクタから燃料噴射を開始する燃料噴射時期、点火プラグから点火火花の放出を開始する点火時期、燃焼室内に流入する空気量を調整可能なスロットル開度、燃焼室に流入する混合気を調整する吸気バルブまたは排気バルブの開閉時期などがある。エンジンパラメータを制御するアクチュエータは有限の応答特性を備えていることから、切替途中において、筒内状態が上記燃焼不安定領域の状態に陥ることにより、失火やトルク変動が発生するという問題があった。
【０００７】
この問題を解決する方法として、火花点火式燃焼と圧縮自己着火式燃焼とを切替える途中に、燃焼不安定領域に対応するために、遷移期間を設けるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１では、上記排気再吸入によって圧縮自己着火式燃焼を実施するものであって、圧縮自己着火式燃焼と火花点火式燃焼の双方を実施するための吸気および排気バルブの作動を瞬時に切替可能な可変バルブシステムを備えているため、スロットルによる空気の応答が可変バルブシステムによるシリンダ内ガスの応答よりも遅くなることから、圧縮自己着火式領域と火花点火式領域との間に、吸気バルブの作動を圧縮自己着火式燃焼時の設定としながらスロットルを大きく開いて火花点火式燃焼を実施するＴＳＩ領域を設けることで、燃焼を安定化して切替時のトルク変動を低減するものである。
【０００８】
【特許文献１】特開２００３―１４８１８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記特許文献１で開示された技術を適用することにより、火花点火式燃焼から圧縮自己着火式燃焼への切替え時のトルク変動を抑制することが可能である。ただし、上記開示技術は、圧縮自己着火式燃焼時の制御手法が排気再吸入であり、吸気行程での吸気バルブと開くと共に、排気バルブを開くことで、シリンダ内に排ガスを導入し、シリンダ内を高温とするものである。そのため、上記開示技術では、負のオーバーラップ量を設けて内部ＥＧＲを実施して圧縮自己着火式燃焼を実施する制御手法での切替には適用できないと言う問題がある。
【００１０】
上記問題に鑑み、本発明の目的は、火花点火式燃焼と内部ＥＧＲ導入による圧縮自己着火式燃焼との切替時のトルク変動を低減できる制御手法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明に係る圧縮自己着火式内燃機関の制御装置は、クランク軸に対するカム軸の回転位相を変更することにより、排気弁の開閉タイミングを可変にする可変バルブタイミング機構と、前記排気弁のバルブ作動特性の異なる複数のカムを選択的に切換えることにより、バルブリフト量及びバルブタイミングを可変にする多段式バルブ可変機構と、を備えた圧縮自己着火式内燃機関の制御装置であって、該制御装置は、前記内燃機関の作動状態に関する情報に応じて、火花点火式燃焼モードと圧縮自己着火式燃焼モードとの切替える判定する燃焼モード切替判定部と、該燃焼モード切替判定部の判定結果に基づいて、前記火花点火式燃焼モード又は前記圧縮自己着火式燃焼モードに切替えて、切替えた燃焼モードに応じた燃焼制御を行う燃焼モード切替部と、を備えており、該燃焼モード切替部は、前記火花点火式燃焼モードから前記圧縮自己着火式燃焼モードに切替える際に、前記多段式バルブ可変機構を作動させて、前記排気弁のリフト量を減少させると共に、前記排気弁の開弁時期を遅角させ、かつ、閉弁時期を進角させた後、前記可変バルブタイミング機構を作動させて、前記排気弁の前記開弁時期と前記閉弁時期を進角させた後、前記圧縮自己着火式燃焼モードの燃焼制御を行うことを特徴とする。
【００１２】
別の態様として、本発明に係る圧縮自己着火式内燃機関の制御装置は、クランク軸に対するカム軸の回転位相を変更することにより、排気弁の開閉タイミングを可変にする可変バルブタイミング機構と、前記排気弁のバルブ作動特性の異なる複数のカムを選択的に切換えることにより、バルブリフト量及びバルブタイミングを可変にする多段式バルブ可変機構と、を備えた圧縮自己着火式内燃機関の制御装置であって、制御装置は、前記内燃機関の作動状態に関する情報に応じて、火花点火式燃焼モードと圧縮自己着火式燃焼モードとの切替える判定する燃焼モード切替判定部と、該燃焼モード切替判定部の判定結果に基づいて、前記火花点火式燃焼モード又は前記圧縮自己着火式燃焼モードに切替えて、切替えた燃焼モードに応じた燃焼制御を行う燃焼モード切替部と、を備えており、該燃焼モード切替部は、前記圧縮自己着火式燃焼モードから前記火花点火式燃焼モードに切替える際に、前記可変バルブタイミング機構を作動させて、前記排気弁の前記開弁時期と前記閉弁時期を遅角させた後、前記多段式バルブ可変機構を作動させて、前記排気弁のリフト量を増加させると共に、前記排気弁の開弁時期を進角させ、かつ、閉弁時期を遅角させた後、前記火花点火式燃焼モードの燃焼制御を行うことを特徴とする。
【００１３】
かかる構成により、火花点火式燃焼モードと圧縮自己着火式燃焼モードとの切替における、トルク変動を低減できるものとなる。特に、排気バルブまたは吸気バルブの作動状態を連続的に変更可能な可変動弁機構で構成される場合だけではなく、比較的低コストである不連続的に変更可能な多段式バルブ可変機構により構成される場合であっても、燃焼モードを切替できるものとなり、安価に、火花点火式燃焼モードと圧縮自己着火式燃焼モードとの切替における、トルク変動を低減できる。
【００１４】
さらに、別の態様としては、本発明による制御装置は、排気弁のバルブリフト量及びバルブタイミングを可変にする可変動弁機構を備えた圧縮自己着火式内燃機関の制御装置であって、該制御装置は、前記内燃機関の作動状態に関する情報に応じて、火花点火式燃焼モードと圧縮自己着火式燃焼モードとの切替える判定する燃焼モード切替判定部と、該燃焼モード切替判定部の判定結果に基づいて、前記火花点火式燃焼モード又は前記圧縮自己着火式燃焼モードに切替えて、燃焼モードに応じた燃焼制御を行う燃焼モード切替部と、を備えており、該燃焼モード切替部は、前記火花点火式燃焼モードから前記圧縮自己着火式燃焼モードに切替える際に、前記可変動弁機構を作動させて、前記排気弁のリフト量を減少させると共に、前記排気弁の開弁時期を遅角させ、かつ、閉弁時期を進角させた後、前記排気弁の前記開弁時期と前記閉弁時期とを進角させた後、前記圧縮自己着火式燃焼モードの燃焼制御を行うことを特徴とする。
【００１５】
本発明に係る圧縮自己着火式内燃機関の制御装置は、排気弁のバルブリフト量及びバルブタイミングを可変にする可変動弁機構を備えた圧縮自己着火式内燃機関の制御装置であって、該制御装置は、前記内燃機関の作動状態に関する情報に応じて、火花点火式燃焼モードと圧縮自己着火式燃焼モードとの切替える判定する燃焼モード切替判定部と、該燃焼モード切替判定部の判定結果に基づいて、前記火花点火式燃焼モード又は前記圧縮自己着火式燃焼モードに切替えて、切替えた燃焼モードに応じた燃焼制御を行う燃焼モード切替部と、を備えており、該燃焼モード切替部は、前記圧縮自己着火式燃焼モードから前記火花点火式燃焼モードに切替える際に、前記可変動弁機構を作動させて、前記排気弁の前記開弁時期と前記閉弁時期とを遅角させた後、前記排気弁のリフト量を増加させると共に、前記排気弁の開弁時期を進角させ、かつ、閉弁時期を進角させた後、前記圧縮自己着火式燃焼モードの燃焼制御を行うことを特徴とする。
【００１６】
本発明による圧縮自己着火式内燃機関の制御装置によれば、圧縮自己着火エンジンの排気バルブの作動状態を変更する装置が、排気バルブの開弁時期、閉弁時期、およびリフト量を連続的に変更可能な可変動弁機構により構成するものであっても、燃焼モードの切替を実現可能である。また、排気バルブの作動状態を変更する可変動弁装置が排気バルブの開弁時期、閉弁時期、およびリフト量を所定のタイミングで急速（不連続的）に変更可能な多段式バルブ可変機構と、排気バルブの開時期と閉時期の相対的な関係を一定に保持し、リフト量を一定に保持しながら、開弁時期と閉弁時期を連続的に変更可能な可変バルブタイミング機構により構成された可変動弁装置を用いた場合であっても、排気バルブの作動状態を実現することにより、火花点火式燃焼モードでの残留ガス量を増量したシリンダ内状態を介して、燃焼モードを切替可能としたものである。かかる構成により、火花点火式燃焼モードと圧縮自己着火式燃焼モードとの切替における、トルク変動を低減できるものとなる。
【００１７】
より好ましくは、本発明に係る圧縮自己着火式内燃機関の制御装置は、前記クランク軸に対する前記カム軸の回転位相を変更することにより、吸気バルブの開閉タイミングを可変にする可変バルブタイミング機構と、バルブ作動特性の異なる複数のカムを選択的に切換えることにより、前記吸気弁のバルブリフト量及びバルブタイミングを可変にする多段式バルブ可変機構と、を備え、前記燃焼モード切替部は、前記火花点火式燃焼モードから前記圧縮自己着火式燃焼モードに切替える際に、前記吸気弁の多段式バルブ可変機構を作動させて、前記吸気弁のリフト量を減少させると共に、前記排気弁の開弁時期を遅角させ、かつ、閉弁時期を進角させた後、前記吸気弁の可変バルブタイミング機構を作動させて、前記排気弁の前記開弁時期と前記閉弁時期を遅角させた後、前記圧縮自己着火式燃焼モードの燃焼制御を行い、該燃焼モード切替部は、前記圧縮自己着火式燃焼モードから前記火花点火式燃焼モードに切替える際に、前記吸気弁の可変バルブタイミング機構を作動させて、前記吸気弁の前記開弁時期と前記閉弁時期を遅角させた後、前記吸気弁の多段式バルブ可変機構を作動させて、前記吸気弁のリフト量を減少させると共に、前記吸気弁の開弁時期を進角させ、かつ、閉弁時期を遅角させた後、前記火花点火式燃焼モードの燃焼制御を行うものである。
【００１８】
別の態様では、より好ましくは、本発明に係る圧縮自己着火式内燃機関の制御装置は、前記圧縮自己着火式燃焼モードに応じた燃焼制御は、予め設定された前記排気弁の設定開弁時期、設定閉弁時期、及び設定リフト量となるように前記排気弁を駆動して燃焼制御するものであり、該燃焼モード切替部は、前記圧縮自己着火式燃焼モードへの切替えの際に、前記排気弁のリフト量を、前記設定リフト量にまで減少させ、かつ、前記設定開弁時期から前記設定閉弁時期までの開閉期間と一致するように、前記排気弁の開弁時期を遅角させ、かつ、閉弁時期を進角させた後、前記開閉期間を保持しながら、前記設定開弁時期まで、前記排気弁の前記開弁時期と前記閉弁時期とを進角させる。
【００１９】
別の態様では、より好ましくは、本発明に係る圧縮自己着火式内燃機関の制御装置は、前記火花点火式燃焼モードに応じた燃焼制御は、予め設定された前記排気弁の設定開弁時期、設定閉弁時期、及び設定リフト量となるように前記排気弁を駆動して燃焼制御するものであり、該燃焼モード切替部は、前記火花点火式燃焼モードへの切替えの際に、前記開閉期間を保持しながら、前記設定開弁時期まで、前記排気弁の前記開弁時期と前記閉弁時期とを遅角させ、前記排気弁のリフト量を、前記設定リフト量にまで増加させ、かつ、前記設定開弁時期から前記設定閉弁時期までの開閉期間と一致するように、前記排気弁の開弁時期を進角させ、かつ、閉弁時期を遅角させる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、火花点火式燃焼モードから圧縮自己着火式燃焼モードへの切替時のトルク変動を低減することによって、スムーズな燃焼モードの切替が実現できるものとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
［第１の実施形態］
以下、図１〜図２０を用いて、本発明の第１の実施形態による圧縮自己着火式内燃機関の制御装置の構成及び動作について説明する。
【００２２】
最初に、図１を用いて、本実施形態による圧縮自己着火式内燃機関の制御装置を自動車用ガソリンエンジンに適用したエンジンシステムの構成について説明する。
【００２３】
図１は、本発明の第１の実施形態による圧縮自己着火式内燃機関の制御装置を自動車用ガソリンエンジンに適用したエンジンシステムの構成を示すシステム構成図である。
エンジン１００は、火花点火式燃焼と圧縮自己着火式燃焼を実施する自動車用ガソリンエンジンである。吸入空気量を計測するエアフローセンサ１と、吸気流量を調整する電子制御スロットル２とが、吸気管６の各々の適宜位置に備えられている。また、エンジン１００には、シリンダ７とピストン１４とで囲われる燃焼室に燃料を噴射するインジェクタ３と、点火エネルギーを供給して燃焼室に噴射された燃料に点火する点火プラグ（点火装置）４と、がシリンダ７の各々の適宜位置に備えられている。
【００２４】
また、筒内に流入する吸入ガスを調整する吸気バルブ５ａと筒内から排出される排気ガスを調整する排気バルブ５ｂとから構成される可変バルブ５と、がシリンダ７の各々の適宜位置に備えられている。尚、吸気バルブ５ａは、燃焼室の一部を形成するシリンダ７の吸気側に設けられ、作動タイミングを制御可能であり、排気バルブ５ｂは、シリンダ７の排気側に設けられ作動タイミングを制御可能であり、これら可変バルブ５を、可変動弁５Ａ、５Ａ’、５Ｂ、５Ｂ’を介して、後述する制御装置２０で制御することにより、筒内に残留する排ガス量である内部ＥＧＲ量を調整することができる。
【００２５】
さらに、エンジン１００には、排気を浄化する三元触媒１０と、空燃比検出器の一態様であって、三元触媒１０の上流側にて排気の空燃比を検出する空燃比センサ９と、排気温度検出器の一態様あって、三元触媒１０の上流側にて排気の温度を計測する排気温度センサ１１とが排気管８の各々の適宜位置に備えられる。また、クランク軸１２には、回転角度を算出するためのクランク角度センサ１３が備えられている。さらに、アクセル開度を検出するアクセル開度センサ１７が備えられている。
【００２６】
エアフローセンサ１と空燃比センサ９と排気温度センサ１１とクランク角度センサ１３とから得られる信号は、エンジンコントロールユニット（制御装置：ＥＣＵ）２０に送られる。また、アクセル開度センサ１７から得られる信号は、ＥＣＵ２０に送られる。尚、アクセル開度センサ１７は、アクセルペダルの踏み込み量、すなわち、アクセル開度を検出する。ＥＣＵ２０は、アクセル開度センサ１７の出力信号に基づいて、要求トルクを演算する。すなわち、アクセル開度センサ１７は、エンジンへの要求トルクを検出する要求トルク検出センサとして用いられる。また、ＥＣＵ２０は、クランク角度センサ１３の出力信号に基づいて、エンジンの回転速度を演算する。ＥＣＵ２０は、上記各種センサの出力から得られるエンジンの運転状態に基づき、空気流量、燃料噴射量、点火時期のエンジンの主要な作動量を最適に演算する。
【００２７】
ＥＣＵ２０で演算された燃料噴射量は開弁パルス信号に変換され、インジェクタ３に送られる。また、ＥＣＵ２０で演算された点火時期で点火されるように、点火プラグ駆動信号が点火プラグ４に送られる。また、ＥＣＵ２０で演算されたスロットル開度は、スロットル駆動信号として電子制御スロットル２に送られる。また、ＥＣＵ２０で演算された可変バルブの作動量は、可変バルブ駆動信号として、吸気バルブ５ａ及び排気バルブ５ｂからなる可変バルブ５へ送られる。
【００２８】
次に、図２を用いて、本実施形態による圧縮自己着火式内燃機関の制御装置の構成について説明する。
【００２９】
図２は、本発明の第１の実施形態による圧縮自己着火式内燃機関の制御装置の構成を示すシステムブロック図である。
【００３０】
エアフローセンサ１、空燃比センサ９、排気温度センサ１１、クランク角度センサ１３の出力信号は、ＥＣＵ２０の入力回路２０ａに入力される。但し、入力信号はこれらだけに限られず、上述した信号も入力される。入力された各センサの入力信号は入出力ポート２０ｂ内の入力ポートに送られる。入力ポート２０ｂに送られた値は、ＲＡＭ２０ｃに保管され、ＣＰＵ２０ｅで演算処理される。演算処理内容を記述した制御プログラムは、ＲＯＭ２０ｄに予め書き込まれている。
【００３１】
制御プログラムに従って演算された各アクチュエータの作動量を示す値は、ＲＡＭ２０ｃに保管された後、入出力ポート２０ｂ内の出力ポートに送られ、各駆動回路を経て各アクチュエータに送られる。本実施形態の場合は、駆動回路として、電子スロットル駆動回路２０ｆ、インジェクタ駆動回路２０ｇ、点火出力回路２０ｈ、可変バルブ駆動回路２０ｊがある。各回路は、それぞれ、電子制御スロットル２、インジェクタ３、点火プラグ４、可変バルブ５を制御し、後述する燃焼制御を行う。本実施形態においては、ＥＣＵ２０内に上記駆動回路を備えた装置であるが、これに限るものではなく、上記駆動回路のいずれかをＥＣＵ２０内に備えるものであってもよい。
【００３２】
図３〜５は、図１に示す吸気バルブ５ａと排気バルブ５ｂの作動状態を変更（作動特性を可変にする）可変動弁機構の作動状態を示す図であり、本実施形態におけるエンジン１００の吸気バルブ５ａと排気バルブ５ｂは、例えば、以下のような可変動弁機構により構成される。
【００３３】
図３は、クランク軸に対するカム軸の回転位相を変更することにより、吸気バルブ（排気バルブ）の開閉タイミングを連続に可変にする可変バルブタイミング機構（例えば、ＶＴＣ（Ｖａｒｉａｂｌｅ  ｖａｌｖｅ  Ｔｉｍｉｎｇ  Ｃｏｎｔｒｏｌ）として一般的に知られた可変動弁機構）の作動状態を示しており、この可変バルブタイミング機構は、吸気バルブ（排気弁）の開時期（開弁時期）と閉時期（閉弁時期）の相対的な関係を一定に保持し、かつ、吸気バルブ（排気バルブ）のリフト量を一定に保持しながら、開時期（開弁時期）と閉時期（閉弁時期）を連続的に変更可能である。
【００３４】
図４は、カム軸上のバルブ作動特性の異なる（異なるカムプロフィルのカム）複数のカムを選択的に切換えることにより、バルブリフト量及びバルブタイミングを不連続に可変にする多段式バルブ可変機構（例えば、ＶＶＬ（Ｖａｒｉａｂｌｅ  Ｖａｌｖｅ  Ｌｉｆｔ  ｃｏｎｔｒｏｌ）として一般的に知られた可変動弁機構）の作動状態を示しており、この多段式バルブ可変機構は、吸気バルブ（排気バルブ）の開時期、閉時期、およびリフト量を所定のタイミングにて急速（不連続的）に変更可能である。例えば、本実施形態に係る多段式バルブ可変機構は、図４に示すように、実線のバルブ動作プロフィールと破線のバルブ動作プロフィールの２つのバルブ動作プロフィールのみを、選択的に切り替える機構のものである。
【００３５】
図５は、バルブ作動角の中心位相（中心角時期）を一定に保持し、吸気バルブ（排気バルブ）のリフト量を可変にする可変バルブリフト機構（例えば、ＶＥＬ（Ｖａｒｉａｂｌｅ  ｖａｌｖｅ  Ｅｖｅｎｔ  ａｎｄ  Ｌｉｆｔ）として、一般的に知られた可変動弁機構）の作動状態を示しており、この可変バルブリフト機構は、開時期と閉時期の中間時期である中心角時期をほぼ一定として保ちながら、開時期から閉時期までの期間である開閉期間と、リフト量を同時に、連続的に変更可能である。
【００３６】
本実施形態では、排気バルブ５ｂが、可変バルブタイミング機構（例えばＶＴＣ）５Ｂと多段式バルブ可変機構（例えばＶＶＬ）５Ｂ’により構成された可変動弁機構により駆動し、吸気バルブ５ａが、可変バルブタイミング機構（ＶＴＣ）５Ａと可変バルブリフト機構（ＶＥＬ）５Ａ’により構成された可変動弁機構により駆動し、各々のバルブの作動状態を変更可能であるものとする。
【００３７】
次に、図６を用いて、本実施形態による圧縮自己着火式内燃機関の制御装置の燃焼モード切替の構成について説明する。
【００３８】
図６は、本発明の第１の実施形態による圧縮自己着火式内燃機関の制御装置の燃焼モード切替の構成を示す制御ブロック図である。
【００３９】
ＥＣＵ２０は、火花点火式燃焼と圧縮自己着火式燃焼とで燃焼モードの切替を実施する際には、運転性能悪化を抑制する燃焼モードの切替制御を実行する。以下では、燃焼モードの切替制御における、火花点火式燃焼と圧縮自己着火式燃焼との燃焼モード切替制御について説明する。
【００４０】
ＥＣＵ２０は、燃焼モード切替判定部２１と、火花点火式燃焼用操作量演算部２２と、圧縮自己着火式燃焼用操作量演算部２３と、燃焼モード切替部２４とを備えている。なお、図示の各部は、燃焼モードの切替制御に用いるものであり、他の構成については図示を省略している。
【００４１】
燃焼モード切替判定部２１は、エンジン１００に要求される要求エンジントルクＴｅ＊と、エンジン回転速度Ｎｅとに基づいて、後述する図７のマップを用いて、燃焼モードを切替可能かを判定し、燃焼モード切替フラグＦｅｘをセットする。要求エンジントルクＴｅ＊は、前述したように、アクセル開度センサ１７によって検出されたアクセル開度に基づいて、ＥＣＵ２０の内部で別途算出される。エンジン回転速度Ｎｅは、クランク角度センサ１３の検出信号に基づいて、ＥＣＵ２０の内部で別途算出される。
【００４２】
ここで、図７を用いて、火花点火式燃焼モードと、圧縮自己着火式燃焼モードとの、燃焼領域について説明する。図７は、火花点火式燃焼モードと、圧縮自己着火式燃焼モードとの、燃焼領域の説明図である。図７において、横軸はエンジン回転速度Ｎｅを示し、縦軸はエンジントルクＴｅを示している。
【００４３】
火花点火式燃焼モード（ＳＩ：Ｓｐａｒｋ  Ｉｇｎｉｔｉｏｎ）は、点火プラグ（点火装置）４によってインジェクタ３から噴霧された燃料に点火・燃焼させてエンジン（内燃機関）を作動させる燃焼モードであり、図７に示すように、エンジン回転速度Ｎｅの低回転速度から高回転速度まで、また、エンジントルクＴｅの低トルクから高トルクまでの広い領域で、実現可能である。
【００４４】
一方、圧縮自己着火式燃焼モード（ＨＣＣＩ：Ｈｏｍｏｇｅｎｅｏｕｓ  Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ  Ｉｇｎｉｔｉｏｎ）は、燃焼室を形成するピストン１４の上昇に伴う、シリンダ内の圧力上昇によってインジェクタ３から噴射された燃料を燃焼させて内燃機関（エンジン）を作動させるものであり、これを実現する方法としては、吸気加熱、高圧縮化、および内部ＥＧＲ導入などの方法がある。この中で、コストおよび火花点火式燃焼モードでの運転を考慮すると、バルブタイミングの操作による内部ＥＧＲ導入が実現性の高い方法である。内部ＥＧＲ導入による圧縮自己着火式燃焼時には、火花点火式燃焼モードに比べて燃焼室内の内部ＥＧＲ量を多量とする必要がある。これによって筒内に流入する新気量が制限されることと、混合気形成から燃焼に至るまでの化学反応に有限の時間が必要であることから、自然吸気エンジンでは、図７に示すように、低負荷・低回転速度の作動状態において、圧縮自己着火式燃焼モードＨＣＣＩが実現可能である。
【００４５】
尚、本実施形態におけるＥＣＵ２０は、火花点火式燃焼モードでは、図８に示す吸気バルブおよび排気バルブの作動プロフィールを実施するように吸気バルブ５ａおよび排気バルブ５ｂを制御する。具体的には、火花点火式燃焼モードでは、圧縮自己着火式燃焼モードに比べて、吸気バルブ５ａおよび排気バルブ５ｂ共にリフト量と開閉期間を大きく設定し、スロットルによりシリンダ７に流入する空気量を調整することで、エンジントルクを制御する。また、圧縮自己着火式燃焼モードでは図９に示す吸気および排気バルブ動作プロフィールを実現するように制御する。圧縮自己着火式燃焼モードでは、負のオーバーラップ期間を調整することで、内部ＥＧＲ量を調整する。ここ負のオーバーラップとは、可変バルブ５（吸気バルブ５ａ及び排気バルブ５ｂ）が閉じた状態のことをいい、このような状態に可変バルブ５を制御することにより、燃焼後に内部ＥＧＲをシリンダ７内に残留させることができる。
【００４６】
図６において、例えば、燃焼モード切替判定部２１は、図７に示すようなエンジントルクとエンジン回転速度に基づくエンジン１００の作動状態を示すマップを備えている。燃焼モード切替判定部２１は、要求エンジントルクＴｅ＊とエンジン回転速度Ｎｅに応じて、図７の作動状態マップに基づき、火花点火式燃焼モードを実行中に、圧縮自己着火式燃焼を実行可能と判断した場合には、燃焼モード切替フラグＦｅｘをＯＮ（＝１）にセットする。これに対し、圧縮自己着火式燃焼モードが実施不可能である作動状態では、燃焼モード切替フラグＦｅｘをＯＦＦ（＝０）にセットする。燃焼モード切替フラグＦｅｘは、燃焼モード切替部２４に出力される。
【００４７】
火花点火式燃焼用操作量演算部２２は、エンジン１００に要求される要求エンジントルクＴｅ＊と、エンジン回転速度Ｎｅとに基づいて、火花点火式燃焼に必要なエンジンパラメータの操作量を算出する。エンジンパラメータとしては、インジェクタから噴射される燃料噴射量、インジェクタから燃料噴射を開始する燃料噴射時期、点火プラグから点火火花の放出を開始する点火時期、燃焼室内に流入する空気量を調整可能なスロットル開度、燃焼室に流入する混合気を調整する吸気バルブの開時期と作動機関または排気弁の開閉時期などがある。
【００４８】
圧縮自己着火式燃焼用操作量演算部２３は、エンジン１００に要求される要求エンジントルクＴｅ＊と、エンジン回転速度Ｎｅとに基づいて、圧縮自己着火式燃焼に必要なエンジンパラメータの操作量を算出する。
【００４９】
燃焼モード切替部２４は、切替用操作量演算部２４ａと、ＯＲ判定部２４ｂと、出力選択部２４ｃと、タイマ部２４ｄと、出力選択部２４ｅより構成される。
【００５０】
切替用操作量演算部２４ａは、要求エンジントルクＴｅ＊と、エンジン回転速度Ｎｅとに基づいて、切替途中にて経由する、火花点火式燃焼モードで内部ＥＧＲ量を増量した状態を実現するためのエンジンパラメータを演算する。
【００５１】
ＯＲ判定部２４ｂは、燃焼モード切替フラグＦｅｘと、タイマ部２４ｄの出力であるフラグＦｅｘ２に基づき、２つのフラグに対する論理回路のＯＲ処理結果をフラグＦｅｘ３にセットし、出力する。より具体的には、ＦｅｘがＯＮ（＝１）かつＦｅｘ２がＯＮ（＝１）の場合と、ＦｅｘがＯＮ（＝１）かつＦｅｘ２がＯＦＦ（＝０）の場合と、ＦｅｘがＯＦＦ（＝０）かつＦｅｘ２がＯＮ（＝１）の場合に、Ｆｅｘ３にＯＮ（＝１）をセットし、ＦｅｘがＯＦＦ（＝０）かつＦｅｘ２がＯＦＦ（＝０）の場合に、Ｆｅｘ３にＯＦＦ（＝０）をセットする。
【００５２】
出力選択部２４ｃは、ＯＲ判定部２４ｂの出力であるフラグＦｅｘ３がＯＦＦ（＝０）の場合には、火花点火式燃焼モードを実施すべく、火花点火式燃焼用操作量演算部２２の出力（エンジンパラメータ）を選択する。フラグＦｅｘ３がＯＮ（＝１）の場合には、圧縮自己着火式燃焼モードから火花点火式燃焼モードへの燃焼モードの切替が実施されていると判断し、切替用操作量演算部２４ａの出力（演算したエンジンパラメータ）を選択する。
【００５３】
タイマ部２４ｄは、燃焼モード切替フラグＦｅｘが変化した時刻より所定期間だけＦｅｘの変化を遅らせてＦｅｘ２にセットする。より具体的には、燃焼モード切替フラグＦｅｘがＯＦＦ（＝０）からＯＮ（＝１）へと切替わった時刻より、要求エンジントルクＴｅ＊やエンジン回転速度Ｎｅに基づいて決定される所定期間Ｔｈ後に、Ｆｅｘ２をＯＦＦ（＝０）からＯＮ（＝１）へと変化させる。また、燃焼モード切替フラグＦｅｘがＯＮ（＝１）からＯＦＦ（＝１）へと変化した場合も同様に、所定期間Ｔｈ後にＦｅｘ２をＯＮ（＝１）からＯＦＦ（＝０）へと変化させる。この所定期間Ｔｈは、予め実験やシミュレーションにて決定したものであってもよいし、各種センサの出力結果に応じて変更するものであってもよい。より具体的には、シリンダ内の圧力を検出する筒内圧力センサの出力結果に基づき、燃焼モード切替フラグＦｅｘが変化した時刻から、火花点火式燃焼モードにおいて内部ＥＧＲ量が所定範囲内となった時刻までを所定期間Ｔｈとしてもよい。
【００５４】
後述する説明では、所定時間Ｔｈは予め決定された期間であるものとする。
出力選択部２４ｅは、タイマ部２４ｄの出力であるフラグＦｅｘ２がＯＦＦ（＝０）の場合には、燃焼モードの切替途中と判断し、切替用操作量演算部２４ａの出力を選択し、フラグＦｅｘ２がＯＮ（＝１）の場合には、圧縮自己着火式燃焼モードを実施すべく、圧縮自己着火式燃焼用操作量演算部２３の出力（演算したエンジンパラメータの各値）を選択し、目標操作量ＯＰｔｇｔにセットする。
【００５５】
その結果、図１のエンジン１００は、要求エンジントルクＴｅ＊が出力されるように、圧縮自己着火式燃焼モード若しくは火花点火式燃焼モードのいずれかの燃焼モードで運転される。
【００５６】
ここで、目標操作量ＯＰｔｇｔとは、エンジン１００を燃焼制御する際に操作する、スロットル２の開度（スロットル開度）、インジェクタ３への燃料噴射パルス幅や燃料噴射時期、点火プラグ４への点火時期、吸気バルブ５ａの開時期および作動期間、および排気バルブ５ｂの開閉時期である。これらの目標操作量ＯＰｔｇｔは、図２に示した、それぞれ対応する電子スロットル駆動回路２０ｆ、インジェクタ駆動回路２０ｇ、点火出力回路２０ｈ、可変バルブ駆動回路２０ｊに出力され、これらの回路を介して、目標操作量ＯＰｔｇに応じて、電子制御スロットル２、インジェクタ３、点火プラグ４、可変バルブ５が制御され、これによりエンジン１００の燃焼制御がされる。
【００５７】
次に、図１０を用いて、本実施形態による圧縮自己着火式内燃機関の制御装置による燃焼モードに切替について説明する。
【００５８】
図１０は、本発明の第１の実施形態による圧縮自己着火式内燃機関の制御装置による燃焼モード切替の説明図である。
【００５９】
図１０において、横軸は空燃比Ａ／Ｆを示している。空燃比Ａ／Ｆ＝１４．７よりも右側が、リーンＬｅａｎであり、左側がリッチＲｉｃｈである。また、縦軸は内部ＥＧＲ率ＲＩ−ＥＧＲを示している。縦軸の上側が内部ＥＧＲ率が高く、下側が低いものである。
【００６０】
内部ＥＧＲ導入による圧縮自己着火式燃焼を実現する自然吸気エンジンにおける、筒内の空燃比Ａ／Ｆと内部ＥＧＲ率ＲＩ−ＥＧＲに関して注目した場合の、火花点火式燃焼領域と圧縮自己着火式燃焼領域を示す。ただし、領域全体において、エンジントルクおよびエンジン回転速度はほぼ一定であるものとする。また、火花点火式燃焼領域（ＳＩ）での燃料噴射時期は吸気行程とし、圧縮自己着火式燃焼領域（ＨＣＣＩ）での燃料噴射時期は、負のオーバーラップ期間中または吸気行程中、またはその双方である場合のものである。
【００６１】
図１０において、火花点火式燃焼領域ＳＩは、空燃比Ａ／Ｆが比較的リッチ側であり、内部ＥＧＲ率ＲＩ−ＥＧＲが比較的低い領域において安定して実施可能である。これに対して、圧縮自己着火式燃焼領域ＨＣＣＩは、空燃比Ａ／Ｆが比較的リーンであり、内部ＥＧＲ率ＲＩ−ＥＧＲが比較的高い領域において、安定して実施可能である。それぞれの燃焼領域の間には双方の燃焼も安定して実施困難となる燃焼不安定領域ＣＩＳが存在する。
【００６２】
本実施形態での火花点火式燃焼モードから圧縮自己着火式燃焼モードへの切替時には、例えば、点Ａのように、空燃比Ａ／Ｆが１４．７付近で、内部ＥＧＲ率ＲＩ−ＥＧＲが低い状態の火花点火式燃焼領域ＳＩで、エンジンが燃焼している状態で、空燃比はほぼ一定とし、内部ＥＧＲ率ＲＩ−ＥＧＲを高めて、点Ｂの状態で、エンジンを燃焼させる。その後、内部ＥＧＲ率ＲＩ−ＥＧＲを増量し、空燃比をリーンとすることで、点Ｃの状態にて圧縮自己着火式燃焼領域ＨＣＣＩを実施するように、燃焼モードを切替える。
【００６３】
また、圧縮自己着火式燃焼モードから火花点火式燃焼モードへの切替時には、上記と逆の経路である、点Ｃの状態から点Ｂの状態を経由して、点Ａの状態へと燃焼状態を切替える。
【００６４】
燃焼モードの切替において、シリンダ内状態を図１０に示すような経路を遷移することで、燃焼不安定領域ＣＩＳを通過する期間を短くすることが可能であるため、切替時のトルク変動を抑制できることを確認している。
【００６５】
次に、図１１を用いて、本実施形態における、燃焼モードに対応した吸気バルブおよび排気バルブのプロフィールの切替に関して説明する。図１１は、図１０におけるそれぞれの作動状態でのバルブ動作プロフィールを示す。
【００６６】
細実線は点Ａである火花点火式燃焼時の設定値を示し、破線は点Ｂである、内部ＥＧＲ率を増大した火花点火燃焼時の設定を示し、太実線は点Ｃである圧縮自己着火式燃焼時の設定を示す。なお、図１１内の矢印は、火花点火式燃焼モードから圧縮自己着火式燃焼モードへの切替時のバルブ動作プロフィールの変化方向を示す。
【００６７】
ここで、前記火花点火式燃焼モードは、予め設定された吸気バルブ５ａ及び排気バルブ５ｂの設定開時期（設定開弁時期）、設定閉時期（設定閉弁時期）、及び設定リフト量となるように吸気バルブ５ａ及び排気バルブ５ｂを駆動して燃焼制御するものであり、圧縮自己着火式燃焼モードは、予め設定された吸気バルブ５ａ、排気バルブ５ｂの設定開時期（設定開弁時期）、設定閉時期（設定閉弁時期）、及び設定リフト量となるように吸気バルブ５ａ及び排気バルブ５ｂを駆動して燃焼制御するものである。
【００６８】
本実施形態の制御装置を適用することにより、火花点火式燃焼状態（図１０の点Ａ）から、火花点火式燃焼にて内部ＥＧＲ率を増大させた状態（図１０の点Ｂ）へ切替える際には、上述した目標操作量ＯＰｔｇｔのうち、吸気バルブ５ａの開時期および作動期間、および排気バルブ５ｂの開閉時期に関する制御信号により、可変バルブ駆動回路２０ｊを介して、図１１に示す、実線から破線のバルブ動作プロフィールとなるように、制御装置（ＥＣＵ）が、吸気バルブ５ａ及び排気バルブ５ｂを制御する。
【００６９】
具体的には、制御装置は、排気バルブ５ｂの多段式バルブ可変機構５Ｂ’（例えば、ＶＶＬ）を作動させ、所定のタイミングにて急速に（燃焼サイクルの１サイクル内で）、排気バルブ５ｂのリフト量を火花点火式燃焼時の設定値である設定リフト量（リフト量）ＥＬ１より減少させ、圧縮自己着火式燃焼の設定値である設定リフト量（リフト量）ＥＬ２と同等とし、排気バルブ５ｂの開時期を火花点火式燃焼の設定値である設定開時期（開時期）ＥＯ１と圧縮自己着火式燃焼の設定値である設定開時期（開時期）ＥＯ２よりも遅延化し（遅角させ）、排気バルブ５ｂの閉時期を火花点火式燃焼の設定値である設定閉時期（閉時期）ＥＣ１よりも早期化し（進角させ）、圧縮自己着火式燃焼の設定値である設定閉時期（閉時期）ＥＣ２よりも遅延化する（遅角させる）ように、排気バルブ５ｂを制御する。これにより、火花点火式燃焼モードでのシリンダ内に残留する排ガス量を迅速に増量することができる。
【００７０】
一方、この排気バルブ５ｂの変化に伴い、可変バルブ駆動回路２０ｊは、吸気バルブ５ａの可変バルブタイミング機構５Ａ（例えば、ＶＴＣ）と可変バルブリフト機構５Ａ’（例えば、ＶＥＬ）を作動させ、連続的に、吸気バルブ５ａのリフト量を火花点火式燃焼の設定値である設定リフト量（リフト量）ＩＬ１と圧縮自己着火式燃焼の設定値である設定リフト量（リフト量）ＩＬ２の中間となり、吸気バルブ５ａの開時期を火花点火式燃焼の設定値である設定開時期（開時期）ＩＯ１と圧縮自己着火式燃焼の設定値である設定開時期（開時期）ＩＯ２の中間となり、吸気バルブ５ａの閉時期を火花点火式燃焼の設定値である設定閉時期（閉時期）ＩＣ１と圧縮自己着火式燃焼の設定値である設定閉時期（閉時期）ＩＣ２とほぼ同等となるように、吸気バルブ５ａを制御する。
【００７１】
尚、以下に示すバルブ開閉時期の「早期化」は、開閉時期の「進角」と同等の技術的意味であり、バルブ開閉時期の「遅延化」は、開閉時期の「遅角」と同等の技術的意味である。
【００７２】
このようにして、図１０に示すように、点Ａの状態である空燃比Ａ／Ｆが１４．７付近で、内部ＥＧＲ率ＲＩ−ＥＧＲが低い状態の火花点火式燃焼領域ＳＩにおける燃焼状態から、点Ｂの状態である空燃比はほぼ一定とし、内部ＥＧＲ率ＲＩ−ＥＧＲを高めた燃焼状態に移行することができる。
【００７３】
次に、火花点火式燃焼にて内部ＥＧＲ率を増大させた状態（図１０の点Ｂ）から圧縮自己着火式燃焼状態（図１０の点Ｃ）へと切替える。この際には、制御装置２０は、排気バルブ５ｂの可変バルブタイミング機構（例えば、ＶＴＣ）によって、排気バルブ５ｂの開時期と閉時期の関係（開閉期間）を相対的に一定に保持しかつリフト量を保持しながら、開時期を開時期ＥＯ２へと連続的に早期化し、閉時期を閉時期ＥＣ２へと連続的に早期化することで、内部ＥＧＲ率ＲＩ−ＲＧＲを増大させ、圧縮自己着火式燃焼を実施する。
【００７４】
一方、吸気バルブ５ａは、可変バルブタイミング機構５Ａ（例えば、ＶＴＣ）と可変バルブリフト機構５Ａ’（例えば、ＶＥＬ）により、上記点Ａから点Ｂへの変化と同様に、連続的に開時期とリフト量を変化させることで、リフト量をリフト量ＩＬ２へと連続的に変更し、開時期を開時期ＩＯ２へと連続的に変更し、閉時期を閉時期ＩＣ１または閉時期ＩＣ２と同等とすることで、上述した内部ＥＧＲ率ＲＩ−ＥＧＲに伴った空燃比の変化を実現し、圧縮自己着火式燃焼を実施する。
【００７５】
次に、図１２から図２０を用いて、本実施形態における圧縮自己着火式内燃機関の制御装置により、火花点火式燃焼モードから圧縮自己着火式モードへの燃焼モード切替時の制御内容について説明する。
【００７６】
図１２、本発明の第１の実施形態による圧縮自己着火式内燃機関の制御装置による制御内容全体を示すフローチャートである。図１３は、図１２のＳ１００（燃焼モード判定処理）の詳細を示すフローチャートである。図１４は、図１２のＳ１１０（燃焼モード切替処理）の詳細を示すフローチャートである。図１５は、図１４のＳ１１３（火花点火式燃焼モードから圧縮自己着火式燃焼モードへの切替処理）を示すフローチャートである。図１６は、図１４のＳ１１５（圧縮自己着火式燃焼モードから火花点火式燃焼モードへの切替処理）を示すフローチャートである。図１７は、本発明の第１の実施形態による圧縮自己着火式内燃機関の制御装置による制御内容の中でも、火花点火式燃焼モードから圧縮自己着火式燃焼モードへの切替制御を示すタイミングチャートである。図１８は、本発明の第１の実施形態による圧縮自己着火式内燃機関の制御装置により、火花点火式燃焼モードから圧縮自己着火式燃焼モードへの切替制御を実施した際のエンジンの運転状態を示すタイミングチャートである。図１９は、本発明の第１の実施形態による圧縮自己着火式内燃機関の制御装置による制御内容の中でも、圧縮自己着火式燃焼モードから火花点火式燃焼モードへの切替制御を示すタイミングチャートである。図２０は、本発明の第１の実施形態による圧縮自己着火式内燃機関の制御装置により、圧縮自己着火式燃焼モードから火花点火式燃焼モードへの切替制御を実施した際のエンジンの運転状態を示すタイミングチャートである。
【００７７】
最初に、図１２を用いて、圧縮自己着火式内燃機関の制御装置による制御内容の全体について説明する。
【００７８】
図１２のステップＳ１００において、図６の燃焼モード切替判定部２１は、現在の運転状態に対して、火花点火式燃焼または圧縮自己着火式燃焼のどちらが適当であるかを判定し、火花点火式燃焼モードの場合には燃焼モード切替フラグＦｅｘ（ｔ）にＯＦＦ（＝０）をセットし、圧縮自己着火式燃焼モードの場合には、ＯＮ（＝１）をセットする。ここで、変数ｔは時間を示す。なお、ステップＳ１００の詳細については、図１４を用いて後述する。
【００７９】
次に、ステップＳ１１０において、図６の燃焼モード切替部２４は、ステップＳ１００の結果である燃焼モード切替フラグＦｅｘ（ｔ）に応じた燃焼モードを実施すべく、選択された燃焼モードに適した操作量をセットする。これにより、エンジン１００は、切替えた燃焼モードに応じた燃焼制御を行うことができる。なお、ステップＳ１１０の詳細については、図１５を用いて後述する。
【００８０】
次に、図１３を用いて、図１２のＳ１００（燃焼モード切替判定処理）の詳細制御内容について説明する。
【００８１】
ステップＳ１０２において、図６の燃焼モード切替判定部２１は、要求トルクとエンジン回転速度で決定される運転状態に応じた図７に示すマップに基づいて、圧縮自己着火式燃焼が可能か否かを判定する。圧縮自己着火式燃焼を実施可能な運転状態である場合には、ステップＳ１０４に進み、火花点火式燃焼を実施するべき運転状態である場合には、ステップＳ１０６に進む。
【００８２】
ステップＳ１０４において、燃焼モード切替判定部２１は、圧縮自己着火式燃焼を実施すべく、燃焼モード切替フラグＦｅｘ（ｔ）にＯＮ（＝１）をセットして一連の作動を終了する。
【００８３】
また、ステップＳ１０６では、燃焼モード切替判定部２１は、火花点火式燃焼を実施すべく、燃焼モード切替フラグＦｅｘ（ｔ）にＯＦＦ（＝０）をセットして一連の作動を終了する。
【００８４】
次に、図１４を用いて、図１３のＳ１１０（燃焼モード切替処理）の詳細制御内容について説明する。
【００８５】
ステップＳ１１１において、図６の燃焼モード切替部２４は、ステップＳ１００でセットされた燃焼モード切替フラグＦｅｘ（ｔ）がＯＮ（＝１）であるか否かを判断する。燃焼モード切替フラグＦｅｘ（ｔ）＝１である場合は、燃焼モードを火花点火式燃焼モードから圧縮自己着火式燃焼モードへと切替を実行するために、ステップＳ１１３へと進む。また、燃焼モード切替フラグＦｅｘ（ｔ）＝０である場合には、燃焼モードを圧縮自己着火式燃焼モードから火花点火式燃焼モードへと切替を実行するために、ステップＳ１１５へと進む。
【００８６】
次に、図１５を用いて、図１４のＳ１１３（火花点火式燃焼モードから圧縮自己着火式燃焼モードへの切替処理）の詳細制御内容について説明する。
【００８７】
ステップＳ１１３１において、ステップＳ１００でセットされた燃焼モード切替フラグＦｅｘ（ｔ）がＯＮ（＝１）である場合には、ステップＳ１１３２に進む。燃焼モード切替フラグＦｅｘ（ｔ）がＯＦＦ（＝０）である場合には、ステップ１１４０に進む。
【００８８】
ステップＳ１１３２では、時刻ｔのΔｔ時間前（時刻ｔ−Δｔ）の燃焼モード切替フラグＦｅｘ（ｔ−Δｔ）がＯＮ（＝１）であった場合には、Ｆｅｘ（ｔ）＝１の状態が継続すると判断し、ステップＳ１１３４に進む。燃焼モード切替フラグＦｅｘ（ｔ−Δｔ）がＯＦＦ（＝０）であった場合には、火花点火式燃焼モードから圧縮自己着火式燃焼モードへと燃焼モードを切替開始と判断し、ステップＳ１１３３に進む。
【００８９】
ステップＳ１１３３では切替開始時刻ｔ１に現在の時刻ｔをセットし、ステップＳ１１３４に進む。
【００９０】
ステップＳ１１３４では切替開始からの時刻ｔ−ｔ１が所定期間Ｔｈよりも大きいか否かを判断し、小さい場合にはステップＳ１１３５へ進む。大きい場合には、ステップＳ１１３８へと進む。
【００９１】
ステップＳ１１３８では、フラグＦｅｘ２にＯＮ（＝１）をセットし、ステップＳ１１３９に進む。
【００９２】
ステップＳ１１３９では、フラグＦｅｘ２がＯＮ（＝１）であることから、圧縮自己着火式燃焼モードを実行すべく、出力選択部２４ｅにて、目標操作量ＰＯｔｇｔに圧縮自己着火式燃焼用操作量をセットし、一連の動作を終了する。
【００９３】
ステップＳ１１３５では、フラグＦｅｘ２にＯＦＦ（＝０）をセットし、ステップＳ１１３６に進む。
【００９４】
ステップＳ１１３６では、ＦｅｘがＯＮ（＝１）かつＦｅｘ２がＯＦＦ（＝０）であることから、ＯＲ判定部２４ｂにおいて、Ｆｅｘ３にＯＮ（＝１）がセットされ、ステップＳ１１３７に進む。
【００９５】
ステップＳ１１３７では、火花点火式燃焼モードから切替途中の状態である（図１０の点Ｂ）、火花点火燃焼にて内部ＥＧＲ率ＲＩ−ＥＧＲを増量すべく、目標操作量ＯＰｔｇｔに、切替用操作量をセットして、一連の動作を終了する。
【００９６】
ステップＳ１１４０では、火花点火式燃焼を実施すべく、目標捜査量ＯＰｔｇｔに火花点火式燃焼用操作量をセットして、一連の動作を終了する。
【００９７】
次に、図１６を用いて、図１４のＳ１１５（圧縮自己着火式燃焼モードから火花点火式燃焼モードへの切替処理）の詳細制御内容について説明する。
【００９８】
ステップＳ１１５１において、ステップＳ１００でセットされた燃焼モード切替フラグＦｅｘ（ｔ）がＯＮ（＝０）である場合には、ステップＳ１１５２に進む。燃焼モード切替フラグＦｅｘ（ｔ）がＯＦＦ（＝１）である場合には、ステップ１１６１に進む。
【００９９】
ステップＳ１１５２では、時刻ｔのΔｔ時間前（時刻ｔ−Δｔ）の燃焼モード切替フラグＦｅｘ（ｔ−Δｔ）がＯＮ（＝０）であった場合には、Ｆｅｘ（ｔ）＝０の状態が継続すると判断し、ステップＳ１１５４に進む。燃焼モード切替フラグＦｅｘ（ｔ−Δｔ）がＯＦＦ（＝１）であった場合には、圧縮自己着火式燃焼モードから火花点火式燃焼モードへと燃焼モードを切替開始と判断し、ステップＳ１１５３に進む。
【０１００】
ステップＳ１１５３では切替開始時刻ｔ１に現在の時刻ｔをセットし、ステップＳ１１５４に進む。
【０１０１】
ステップＳ１１５４では切替開始からの時刻ｔ−ｔ１が所定時間Ｔｈよりも大きいか否かを判断し、大きい場合にはステップＳ１１５８へ進む。小さい場合には、ステップＳ１１５５へと進む。
【０１０２】
ステップＳ１１５８では、火花点火式燃焼を実施する必要があると判断し、フラグＦｅｘ２にＯＦＦ（＝０）をセットしてステップＳ１１５９に進む。
【０１０３】
ステップＳ１１５９では、燃焼モード切替フラグＦｅｘがＯＦＦ（＝０）であり、フラグＦｅｘ２がＯＦＦ（＝０）であることから、ＯＲ判定部２４ｂにおいて、Ｆｅｘ３にＯＦＦ（＝０）をセットし、ステップＳ１１６０に進む。
【０１０４】
ステップＳ１１６０では、火花点火式燃焼モードを実行すべく、目標操作量ＰＯｔｇｔに火花点火式燃焼用操作量をセットし、一連の動作を終了する。
【０１０５】
ステップＳ１１５５では、圧縮自己着火式燃焼から火花点火式燃焼への切替が必要であると判断し、タイマ部２４ｄにおいて、フラグＦｅｘ２にＯＮ（＝１）をセットする。
【０１０６】
ステップ１１５６では、燃焼モード切替フラグＦｅｘがＯＦＦ（＝０）であり、フラグＦｅｘ２がＯＮ（＝１）であることから、ＯＲ判定部２４ｂにおいて、フラグＦｅｘ３にＯＮ（＝１）がセットされる。
【０１０７】
ステップＳ１１５７では、圧縮自己着火式燃焼モードから火花点火式燃焼モードへと燃焼モードを切替えるべく、目標操作量ＯＰｔｇｔに、切替用操作量をセットして、一連の動作を終了する。
【０１０８】
ステップＳ１１６１では、圧縮自己着火式燃焼モードを継続すべく、目標操作量ＯＰｔｇｔに圧縮自己着火式燃焼用操作量をセットして、一連の動作を終了する。
【０１０９】
次に、図１７を用いて、本発明の第１の実施形態による圧縮自己着火式内燃機関の制御装置による火花点火式燃焼モードから圧縮自己着火式燃焼モードへの切替制御の具体的な内容について説明する。
【０１１０】
図１７において、横軸は時間を示している。図１７（Ａ）の縦軸は、燃焼モード切替フラグＦｅｘのＯＮ（＝１）、ＯＦＦ（＝０）を示している。図１７（Ｂ）の縦軸は、燃焼モード切替フラグＦｅｘにタイマ部２４ｄの出力であるフラグＦｅｘ２のＯＮ（＝１）、ＯＦＦ（＝０）を示している。図１７（Ｃ）のＯＲ判定部２４ｂの出力であるＦｅｘ３のＯＮ（＝１）、ＯＦＦ（＝０）を示している。図１７（Ｄ）はスロットル開度θＴＨを示している。図の上方に向かって、スロットル開度θＴＨは増大する。図１７（Ｅ）は、排気バルブ開時期ＥＶＯを示している。図の上方に向かって、排気バルブ開時期ＥＶＯは早期化する。図１７（Ｆ）は、排気バルブ閉時期ＥＶＣを示している。図の上方に向かって、排気バルブ閉時期ＥＶＣは早期化する。図１７（Ｇ）は、吸気バルブ開時期ＩＶＯを示している。図の上方に向かって、吸気バルブ開時期は早期化する。図１７（Ｈ）は、吸気バルブ閉時期ＩＶＣを示している。図の上方に向かって、吸気バルブ閉時期ＩＶＣは早期化する。図１７（Ｉ）は、図１０に示すシリンダ内状態Ｓｔａｔｅの様子を示す。
【０１１１】
図１７において、実線はＥＣＵ２０によって各アクチュエータに指令される目標値を示しており、破線は、各アクチュエータの実際の動作状態を示す。
【０１１２】
図１７の横軸において、時刻ｔ１は、火花点火式燃焼モードから圧縮自己着火式燃焼モードへと切替を開始した時刻を示している。時間Ｔｈは、Ｆｅｘが変化してから、タイマ部２４ｄの出力するフラグＦｅｘ２が変化するまでの時間を示している。
【０１１３】
時刻ｔ１以前では、エンジンは、エンジンパラメータが火花点火式燃焼モード用に設定されており、図１０の点Ａの状態で燃焼している。その後、火花点火式燃焼モードから圧縮自己着火式燃焼モードへと燃焼モードの切替が可能と判断され、所定時間Ｔｈの期間中、図１０の点Ｂの内部ＥＧＲ率ＲＩ−ＥＧＲが高い燃焼モードへとエンジンパラメータを変更する。その後、所定時刻ｔ２＝ｔ１＋Ｔｈ以後は、図１０の点Ｃの圧縮自己着火式燃焼モードを実施すべく、エンジンパラメータを変更する。
【０１１４】
所定時間Ｔｈは、エンジン回転速度Ｎｅに応じて可変する。例えば、エンジン回転速度が低い場合には、可変バルブの応答時間にあわせ、長い時間としたり、エンジン回転速度が高い場合には、短い時間に設定する。ただし、これだけに限るものではなく、操作量を操作した際のシリンダ内ガスの挙動の応答時間に応じて決定するのもであってもよいし、可変バルブを構成する作動装置の応答時間に応じて決定するものであってもよい。
【０１１５】
時刻ｔ１において、図１７（Ａ）に示すように、燃焼モード切替判定部２１が圧縮自己着火式燃焼を実施可能と判断すると、燃焼モード切替フラグＦｅｘにＯＮ（＝１）をセットし、火花点火式燃焼モードから圧縮自己着火式燃焼モードへと燃焼モードの切替を開始する。図１７（Ｂ）に示すように、燃焼モード切替部２４のタイマ部２４ｄにより、Ｆｅｘの変化から所定時間Ｔｈ後にＦｅｘ２がＯＮ（＝１）へとセットされる。また、図１７（Ｃ）に示すように、ＯＲ判定部２４ｂではＦｅｘとＦｅｘ２の変化に基づき、時刻ｔ１から時間Ｔｈ後までフラグＦｅｘ３をＯＮ（＝１）にセットし、それ以降もＯＮ（＝１）を保持する。
【０１１６】
図１７（Ｄ）に示すように、時刻ｔ１から時刻ｔ２（＝ｔ１＋Ｔｈ）では、図１０の点Ｂに示す、火花点火式燃焼にて内部ＥＧＲ率ＲＩ−ＥＧＲが増大した状態を実施するために、内部ＥＧＲ量の増量によってシリンダ内の空気量が減少するのを抑制すべく、スロットル開度θＴＨを大きくする。また、時刻ｔ２（＝ｔ１＋Ｔｈ）以降では、図１０の点Ｃの状態のように、燃焼形態を圧縮自己着火式燃焼モードへと切替え、空燃比をリーンとするために、スロットル開度θＴＨは大きく開いた状態へと変更する。
【０１１７】
図１７（Ｅ）に示すように、排気バルブ開時期ＥＶＯは、時刻ｔ１では図１０の点Ｂを実施するべく、遅延化される。この際、排気バルブ５ｂの多段式バルブ可変機構５Ｂ’（例えば、ＶＶＬ）により変更されるため、排気バルブ開時期ＥＶＯは時刻ｔ１より急速に（燃焼サイクルの１サイクル以内で）変化する。また、時刻ｔ２（＝ｔ１＋Ｔｈ）以降では、図１０の点Ｃを実施すべく、早期化される。この際、排気バルブ５ｂの可変バルブタイミング機構（例えば、ＶＴＣ）５Ｂにより変更されるため、時刻ｔ１直後の変化よりも時刻ｔ２（＝ｔ１＋Ｔｈ）直後の変化の方が時間を要する。
【０１１８】
図１７（Ｆ）に示すように、排気バルブ閉時期ＥＶＣは、時刻ｔ１では図１０の点Ｂを実施するべく、早期化される。この際、排気バルブ５ｂの多段式バルブ可変機構５Ｂ’（例えば、ＶＶＬ）により変更されるため、排気バルブ閉時期ＥＶＣは時刻ｔ１より急速に（燃焼サイクルの１サイクル以内で）変化する。また、時刻ｔ２（＝ｔ１＋Ｔｈ）以降では、図１０の点Ｃを実施すべく、さらに早期化される。この際、排気バルブの可変バルブタイミング機構（例えば、ＶＴＣ）により変更されるため、時刻ｔ１直後の変化よりも時刻ｔ２（＝ｔ１＋Ｔｈ）直後の変化の方が時間を要する。
【０１１９】
図１７（Ｇ）に示すように、吸気バルブ開時期ＩＶＯは、時刻ｔ１では図１０の点Ｂを実施するべく、遅延化され、時刻ｔ２（＝ｔ１＋Ｔｈ）では、図１０の点Ｃを実施すべく、更に遅延化される。
【０１２０】
図１７（Ｈ）に示すように、吸気バルブ閉時期ＩＶＣは、切替期間を通して、一定を保持する。
【０１２１】
ここで、火花点火式燃焼用操作量、圧縮自己着火式燃焼用操作量、切替用操作量、所定時間Ｔｈは、予め試験またはシミュレーションにて決定した設定値であり、エンジン１００の運転条件に応じて異なるものである。なお、シリンダ７内の燃焼モードを検出するセンサ（例、筒内圧力センサ、ノックセンサ、空燃比センサなど）の出力結果に基づいて決定してもよいものである。
【０１２２】
次に、図１８を用いて、本実施形態により、火花点火式燃焼モードから圧縮自己着火式燃焼モードへの燃焼モード切替制御を実施した際のエンジンの運転状態について説明する。
【０１２３】
図１８の横軸は、時間を示している。図１８（Ａ）の縦軸は、内部ＥＧＲ量Ｑｅｇｒを示している。上方に向かって内部ＥＧＲ量Ｑｅｇｒは増量する。図１８（Ｂ）の縦軸は、吸入空気量Ｑａｉｒを示している。図上方に向かって、吸入空気量Ｑａｉｒは増量する。図１８（Ｃ）の縦軸は、空燃比Ａ／Ｆを示している。図上方に向かって、空燃比Ａ／Ｆは希薄化する。図１８（Ｄ）の縦軸は、エンジントルクＴｅを示している。図上方に向かって、エンジントルクＴｅは増大する。図１８（Ｅ）の縦軸は、エンジン回転速度Ｎｅを示している。図上方に向かって、エンジン回転速度Ｎｅは増大する。図１８（Ｆ）の縦軸は、図１０に示す燃焼状態を示している。
【０１２４】
時刻ｔ１にて、燃焼モードを火花点火式燃焼モード（図１０の点Ａ）から内部ＥＧＲ率ＲＩ−ＥＧＲを増大した状態（図１０の点Ｂ）へとエンジンパラメータを変更したため、それに従って、内部ＥＧＲ量Ｑｅｇｒが増量する。また、内部ＥＧＲ量Ｑｅｇｒの増量に伴う空気量の変化は、スロットルθＴＨの補正を実施するため、空気量Ｑａｉｒはほぼ一定に保持される。また、時刻ｔ２（＝ｔ１＋Ｔｈ）では、燃焼モードを圧縮自己着火式燃焼モード（図１０の点Ｃ）へと切替えるべく、エンジンパラメータを変更したため、内部ＥＧＲ量Ｑｅｇｒがさらに増量し、空気量Ｑａｉｒが増量、これに伴い、空燃比がリーン化する。
【０１２５】
本実施形態の切替制御を適用することにより、排気バルブ５ｂの構成が可変バルブタイミング機構５Ｂ（例えば、ＶＴＣ）と多段式バルブ可変機構５Ｂ’（例えば、ＶＶＬ）により構成されている場合であっても、シリンダ内状態が図１０に示す経路を遷移するため、火花点火式燃焼から圧縮自己着火式燃焼への切替時に、エンジントルクおよびエンジン回転速度の変動を抑制することが可能である。
【０１２６】
次に、図１９を用いて、本発明の第１の実施形態による圧縮自己着火式内燃機関の制御装置による、圧縮自己着火式燃焼モードから火花点火式燃焼モードへの切替制御の具体的な内容について説明する。
【０１２７】
図１９において、横軸は時間を示している。図１９（Ａ）の縦軸は、燃焼モード切替フラグＦｅｘのＯＮ（＝１）、ＯＦＦ（＝０）を示している。図１９（Ｂ）の縦軸は、燃焼モード切替フラグＦｅｘにタイマ部２４ｄの出力であるフラグＦｅｘ２のＯＮ（＝１）、ＯＦＦ（＝０）を示している。図１９（Ｃ）のＯＲ判定部２４ｂの出力であるＦｅｘ３のＯＮ（＝１）、ＯＦＦ（＝０）を示している。図１９（Ｄ）はスロットル開度θＴＨを示している。図の上方に向かって、スロットル開度θＴＨは増大する。図１９（Ｅ）は、排気バルブ開時期ＥＶＯを示している。図の上方に向かって、排気バルブ開時期ＥＶＯは早期化する。図１９（Ｆ）は、排気バルブ閉時期ＥＶＣを示している。図の上方に向かって、排気バルブ閉時期ＥＶＣは早期化する。図１９（Ｇ）は、吸気バルブ開時期ＩＶＯを示している。図の上方に向かって、吸気バルブ開時期は早期化する。図１９（Ｈ）は、吸気バルブ閉時期ＩＶＣを示している。図の上方に向かって、吸気バルブ閉時期ＩＶＣは早期化する。図１９（Ｉ）は、図１０に示すシリンダ内状態Ｓｔａｔｅの様子を示す。
【０１２８】
図１９において、実線はＥＣＵ２０によって各アクチュエータに指令される目標値を示しており、破線は、各アクチュエータの実際の動作状態を示す。
【０１２９】
図１９の横軸において、時刻ｔ１は、火花点火式燃焼モードから圧縮自己着火式燃焼モードへと切替を開始した時刻を示している。時間Ｔｈは、Ｆｅｘが変化してから、タイマ部２４ｄの出力するフラグＦｅｘ２が変化するまでの時間を示している。
【０１３０】
時刻ｔ１以前では、エンジンは、エンジンパラメータが圧縮自己着火式燃焼モード用に設定されており、図１０の点Ｃの状態で燃焼している。その後、圧縮自己着火式燃焼モードから火花点火式燃焼モードへと燃焼モードの切替が可能と判断され、所定時間Ｔｈの期間中、図１０の点Ｂの内部ＥＧＲ率ＲＩ−ＥＧＲが高い火花点火式燃焼モードへとエンジンパラメータを変更する。その後、所定時刻ｔ２＝ｔ１＋Ｔｈ以後は、図１０の点Ａの圧縮自己着火式燃焼モードを実施すべく、エンジンパラメータを変更する。
【０１３１】
所定時間Ｔｈは、エンジン回転速度Ｎｅに応じて可変する。例えば、エンジン回転速度が低い場合には、可変バルブの応答時間にあわせ、長い時間としたり、エンジン回転速度が高い場合には、短い時間に設定する。ただし、これだけに限るものではなく、操作量を操作した際のシリンダ内ガスの挙動の応答時間に応じて決定するのもであってもよいし、可変バルブを構成する作動装置の応答時間に応じて決定するものであってもよい。
【０１３２】
時刻ｔ１において、図１９（Ａ）に示すように、燃焼モード切替判定部２１が火花点火式燃焼を実施可能と判断すると、燃焼モード切替フラグＦｅｘにＯＮ（＝０）をセットし、圧縮自己着火式燃焼モードから火花点火式燃焼モードへと燃焼モードの切替を開始する。図１９（Ｂ）に示すように、燃焼モード切替部２４のタイマ部２４ｄにより、Ｆｅｘの変化から所定時間Ｔｈ後にＦｅｘ２がＯＮ（＝０）へとセットされる。また、図１９（Ｃ）に示すように、ＯＲ判定部２４ｂではＦｅｘとＦｅｘ２の変化に基づき、時刻ｔ１から時間Ｔｈ後までフラグＦｅｘ３をＯＮ（＝１）にセットした後、時刻ｔ２（＝ｔ１＋Ｔｈ）以降はＯＮ（＝０）にセットし、その状態を保持する。
【０１３３】
図１９（Ｄ）に示すように、時刻ｔ１から時刻ｔ２（＝ｔ１＋Ｔｈ）では、図１０の点Ｂに示す、火花点火式燃焼にて内部ＥＧＲ率ＲＩ−ＥＧＲが増大した状態を実施するために、内部ＥＧＲ量を減量したことによってシリンダ内の空気量が増量するのを抑制し、空燃比をストイキとするべく、スロットル開度θＴＨを小さくする。また、時刻ｔ２（＝ｔ１＋Ｔｈ）以降では、図１０の点Ａの状態のように、空燃比をストイキとしながら燃焼形態を火花点火式燃焼モードへと切替えるために、スロットル開度θＴＨはさらに小さくする。
【０１３４】
図１９（Ｅ）に示すように、排気バルブ開時期ＥＶＯは、時刻ｔ１では図１０の点Ｂを実施するべく、遅延化される。この際、排気バルブの可変バルブタイミング機構５Ｂ（例えば、ＶＴＣ）により変更される。また、時刻ｔ２（＝ｔ１＋Ｔｈ）以降では、図１０の点Ａを実施すべく、早期化される。この際、排気バルブの多段式バルブ可変機構５Ｂ’（例えば、ＶＶＬ）により変更されるため、時刻ｔ１直後の変化よりも時刻ｔ２（＝ｔ１＋Ｔｈ）直後は急速に（燃焼サイクルの１サイクル以内で）変化する。
【０１３５】
図１９（Ｆ）に示すように、排気バルブ閉時期ＥＶＣは、時刻ｔ１では図１０の点Ｂを実施するべく、遅延化される。この際、排気バルブの可変バルブタイミング機構５Ｂ（例えば、ＶＴＣ）により変更される。また、時刻ｔ２（＝ｔ１＋Ｔｈ）以降では、図１０の点Ａを実施すべく、さらに早期化される。この際、排気バルブの多段式バルブ可変機構５Ｂ’（例えば、ＶＶＬ）により変更されるため、時刻ｔ１直後の変化よりも時刻ｔ２（＝ｔ１＋Ｔｈ）直後の変化の方が時間を要する。
【０１３６】
図１９（Ｇ）に示すように、吸気バルブ開時期ＩＶＯは、時刻ｔ１では図１０の点Ｂを実施するべく、早期化し、時刻ｔ２（＝ｔ１＋Ｔｈ）では、図１０の点Ａを実施すべく、さらに早期化する。
【０１３７】
図１９（Ｈ）に示すように、吸気バルブ閉時期ＩＶＣは、切替期間を通して、一定を保持する。
【０１３８】
ここで、火花点火式燃焼用操作量、圧縮自己着火式燃焼用操作量、切替用操作量、所定時間Ｔｈは、予め試験またはシミュレーションにて決定した設定値であり、エンジン１００の運転条件に応じて異なるものである。なお、シリンダ７内の燃焼モードを検出するセンサ（例、筒内圧力センサ、ノックセンサ、空燃比センサなど）の出力結果に基づいて決定してもよいものである。
【０１３９】
次に、図２０を用いて、本実施形態により、圧縮自己着火式燃焼モードから火花点火式燃焼モードへの燃焼モード切替制御を実施した際のエンジンの運転状態について説明する。
【０１４０】
図２０の横軸は、時間を示している。図１８（Ａ）の縦軸は、内部ＥＧＲ量Ｑｅｇｒを示している。上方に向かって内部ＥＧＲ量Ｑｅｇｒは増量する。図２０（Ｂ）の縦軸は、吸入空気量Ｑａｉｒを示している。図上方に向かって、吸入空気量Ｑａｉｒは増量する。図２０（Ｃ）の縦軸は、空燃比Ａ／Ｆを示している。図上方に向かって、空燃比Ａ／Ｆは希薄化する。図２０（Ｄ）の縦軸は、エンジントルクＴｅを示している。図上方に向かって、エンジントルクＴｅは増大する。図２０（Ｅ）の縦軸は、エンジン回転速度Ｎｅを示している。図上方に向かって、エンジン回転速度Ｎｅは増大する。図２０（Ｆ）の縦軸は、図１０に示す燃焼状態を示している。
【０１４１】
時刻ｔ１にて、燃焼モードを圧縮自己着火式燃焼モード（図１０の点Ｃ）から内部ＥＧＲ率ＲＩ−ＥＧＲを増大した火花点火式燃焼モード（図１０の点Ｂ）へとエンジンパラメータを変更したため、また、空燃比をストイキとするべく、空気量Ｑａｉｒが減量される。さらに、時刻ｔ２（＝ｔ１＋Ｔｈ）では、燃焼モードを火花点火式燃焼モード（図１０の点Ａ）へと切替えるべく、エンジンパラメータを変更したため、内部ＥＧＲ量Ｑｅｇｒがさらに減量する。このとき、空燃比をストイキに保持すべく、スロットルθＴＨが制御されるため、空気量Ｑａｉｒはほぼ一定に保持される。
【０１４２】
本実施形態の切替制御を適用することにより、排気バルブ５ｂの構成が可変バルブタイミング機構５Ｂ（例えば、ＶＴＣ）と多段式バルブ可変機構５Ｂ’（例えば、ＶＶＬ）により構成されている場合であっても、シリンダ内状態が図１０に示す経路を遷移するため、圧縮自己着火式燃焼から火花点火式燃焼への切替時に、エンジントルクおよびエンジン回転速度の変動を抑制することが可能である。
【０１４３】
〔第２の実施形態〕
上記の本発明の第１の実施形態は、排気バルブ５ｂが、可変バルブタイミング機構５Ｂ（例えば、ＶＴＣ）と多段式バルブ可変機構５Ｂ’（例えば、ＶＶＬ）により構成された可変動弁機構により駆動し、吸気バルブ５ａが、可変バルブタイミング機構（例えば、ＶＴＣ）と可変バルブリフト機構（例えば、ＶＥＬ）により構成された可変動弁機構により駆動する圧縮自己着火式内燃機関の制御装置に関するものであり、吸気バルブ５ａおよび排気バルブ５ｂのプロフィールを、図１１に示すように切替えることで、燃焼モードを切替えるものであった。
【０１４４】
本発明の第２の実施形態は、排気バルブ５ｂの構成は第１の実施形態と同様であるが、吸気バルブ５ａの構成が、排気バルブ５ｂと同様に、可変バルブタイミング機構（例えば、ＶＴＣ）と多段式バルブ可変機構（例えば、ＶＶＬ）により構成された可変動弁機構により駆動する圧縮自己着火式内燃機関の制御装置に関するものであり、吸気バルブ５ａおよび排気バルブ５ｂのプロフィールを、図２１に示すように切替を実施する場合のものである。
【０１４５】
図２１は、本発明の第２の実施形態である圧縮自己着火式内燃機関の制御装置による、バルブ動作プロフィールの切替形態を示す。図２１において、図内の矢印は、火花点火式燃焼モード（図１０の点Ａ）から圧縮自己着火式燃焼モード（図１０の点Ｃ）への切替時の様子を示す。
【０１４６】
火花点火式燃焼モード（図１０の点Ａ）では、吸気バルブ５ａおよび排気バルブ５ｂの双方に関して、リフト量を大きくし、開時期と閉時期の期間である開閉期間を大きく設定する。この状態から、火花点火式燃焼にて内部ＥＧＲ率ＲＩ−ＥＧＲを増大すべく、多段式バルブ可変機構５Ｂ’を作動させて、排気バルブ５ｂの開時期を所定のタイミングにて急速に（燃焼サイクルの１サイクル以内で）開時期ＥＯ１と開時期ＥＯ２より遅延化し、排気バルブの閉時期を所定のタイミングにて急速に（燃焼サイクルの１サイクル以内で）閉時期ＥＣ１より早期化し、閉時期ＥＣ２よりも遅延化するにように、排気バルブ５ｂを制御し、さらに、排気バルブ５ｂのリフト量を所定のタイミングにて急速に（燃焼サイクルの１サイクル以内で）リフト量ＩＬ２へと減少するように制御する。
【０１４７】
同時に、吸気バルブの多段式バルブ可変機構を作動させて、吸気バルブの開時期を所定のタイミングにて急速に開時期ＩＯ１よりも遅延化し、開時期ＩＯ２よりも早期化し、吸気バルブの閉時期を所定のタイミングにて急速に（燃焼サイクルの１サイクル以内で）閉時期ＩＣ１と閉時期ＩＣ２よりも早期化し、吸気バルブのリフト量を所定のタイミングにて急速に（燃焼サイクルの１サイクル以内で）リフト量ＩＬ２へと減少する。
【０１４８】
その後、内部ＥＧＲ率ＲＩ−ＥＧＲをさらに増大し、空燃比をリーン化して、シリンダ内状態を圧縮自己着火式燃焼モード（図１０の点Ｃ）へと切替えるべく、排気バルブ５ｂの可変バルブタイミング機構（例えば、ＶＴＣ）を作動させて、排気バルブの開時期を連続的に早期化して、開時期ＥＯ１と開時期ＥＯ２とほぼ同等へと早期化し、排気バルブの閉時期を連続的に閉時期ＥＣ２へと早期化するように排気バルブ５ｂを制御する。
【０１４９】
同時に、吸気バルブ５ａの可変バルブタイミング機構（例えば、ＶＴＣ）を作動させて、吸気バルブの開時期と閉時期の相対的な期間を一定に保持しながら、吸気バルブの開時期を連続的に開時期ＩＯ２へと遅延化し、閉時期を連続的に閉時期ＩＣ２とほぼ同等へと遅延化するように、吸気バルブ５ａを制御する。
【０１５０】
図２１には明記しないが、圧縮自己着火式燃焼モードから火花点火式燃焼モードへの切替の際には、上述と逆の手順にて切替を実施する。
【０１５１】
次に、本発明の第２の実施形態における圧縮自己着火式内燃機関の制御装置により、火花点火式燃焼モードから圧縮自己着火式モードへの燃焼モード切替時の制御内容について説明する。
【０１５２】
本実施形態による圧縮自己着火式内燃機関の制御装置による制御内容に関するフローチャートは図１２から図１６に示したものと同様である。
【０１５３】
図２２は、本発明の第２の実施形態による圧縮自己着火式内燃機関の制御装置による制御内容の中でも、火花点火式燃焼モードから圧縮自己着火式燃焼モードへの切替制御を示すタイミングチャートであり、切替制御の具体的な内容を示したものである。
【０１５４】
図２２において、横軸は時間を示している。図２２（Ａ）の縦軸は、燃焼モード切替フラグＦｅｘのＯＮ（＝１）、ＯＦＦ（＝０）を示している。図２２（Ｂ）の縦軸は、燃焼モード切替フラグＦｅｘにタイマ部２４ｄの出力であるフラグＦｅｘ２のＯＮ（＝１）、ＯＦＦ（＝０）を示している。図２２（Ｃ）のＯＲ判定部２４ｂの出力であるＦｅｘ３のＯＮ（＝１）、ＯＦＦ（＝０）を示している。図２２（Ｄ）はスロットル開度θＴＨを示している。図の上方に向かって、スロットル開度θＴＨは増大する。図２２（Ｅ）は、排気バルブ開時期ＥＶＯを示している。図の上方に向かって、排気バルブ開時期ＥＶＯは早期化する。図２２（Ｆ）は、排気バルブ閉時期ＥＶＣを示している。図の上方に向かって、排気バルブ閉時期ＥＶＣは早期化する。図２２（Ｇ）は、吸気バルブ開時期ＩＶＯを示している。図の上方に向かって、吸気バルブ開時期は早期化する。図２２（Ｈ）は、吸気バルブ閉時期ＩＶＣを示している。図の上方に向かって、吸気バルブ閉時期ＩＶＣは早期化する。図２２（Ｉ）は、図１０に示すシリンダ内状態Ｓｔａｔｅの様子を示す。
【０１５５】
図２２において、実線はＥＣＵ２０によって各アクチュエータに指令される目標値を示しており、破線は、各アクチュエータの実際の動作状態を示す。
【０１５６】
図２２の横軸において、時刻ｔ１は、火花点火式燃焼モードから圧縮自己着火式燃焼モードへと切替を開始した時刻を示している。時間Ｔｈは、Ｆｅｘが変化してから、タイマ部２４ｄの出力するフラグＦｅｘ２が変化するまでの時間を示している。
【０１５７】
時刻ｔ１以前では、エンジンは、エンジンパラメータが火花点火式燃焼モード用に設定されており、図１０の点Ａの状態で燃焼している。その後、火花点火式燃焼モードから圧縮自己着火式燃焼モードへと燃焼モードの切替が可能と判断され、所定時間Ｔｈの期間中、図１０の点Ｂの内部ＥＧＲ率ＲＩ−ＥＧＲが高い燃焼モードへとエンジンパラメータを変更する。その後、所定時刻ｔ２＝ｔ１＋Ｔｈ以後は、図１０の点Ｃの圧縮自己着火式燃焼モードを実施すべく、エンジンパラメータを変更する。
【０１５８】
所定時間Ｔｈは、エンジン回転速度Ｎｅに応じて可変する。例えば、エンジン回転速度が低い場合には、可変バルブの応答時間にあわせ、長い時間としたり、エンジン回転速度が高い場合には、短い時間に設定する。ただし、これだけに限るものではなく、操作量を操作した際のシリンダ内ガスの挙動の応答時間に応じて決定するのもであってもよいし、可変バルブを構成する作動装置の応答時間に応じて決定するものであってもよい。
【０１５９】
図２２（Ａ）から図２２（Ｆ）は第１の実施形態と同様の動作を実現する。
図２２（Ｇ）に示すように、吸気バルブ閉時期ＩＶＯは、時刻ｔ１では図１０の点Ｂを実施するべく、遅延化される。この際、吸気バルブの多段式バルブ可変機構（例えば、ＶＶＬ）により変更されるため、吸気バルブ閉時期ＩＶＯは時刻ｔ１より急速に（燃焼サイクルの１サイクル以内で）変化する。また、時刻ｔ２（＝ｔ１＋Ｔｈ）以降では、図１０の点Ｃを実施すべく、さらに遅延化される。この際、吸気バルブの可変バルブタイミング機構（例えば、ＶＴＣ）により変更されるため、時刻ｔ１直後の変化よりも時刻ｔ２（＝ｔ１＋Ｔｈ）直後の変化の方が時間を要する。
【０１６０】
図２２（Ｇ）に示すように、吸気バルブ開時期ＩＶＣは、時刻ｔ１では図１０の点Ｂを実施するべく、早期化される。この際、吸気バルブの多段式バルブ可変機構（例えば、ＶＶＬ）により変更されるため、吸気バルブ開時期ＩＶＣは時刻ｔ１より急速に（燃焼サイクルの１サイクル以内で）変化する。また、時刻ｔ２（＝ｔ１＋Ｔｈ）以降では、図１０の点Ｃを実施すべく、遅延化される。この際、吸気バルブの可変バルブタイミング機構（例えば、ＶＴＣ）により変更されるため、時刻ｔ１直後の変化よりも時刻ｔ２（＝ｔ１＋Ｔｈ）直後の変化の方が時間を要する。
【０１６１】
ここで、火花点火式燃焼用操作量、圧縮自己着火式燃焼用操作量、切替用操作量、所定時間Ｔｈは、予め試験またはシミュレーションにて決定した設定値であり、エンジン１００の運転条件に応じて異なるものである。なお、シリンダ７内の燃焼モードを検出するセンサ（例、筒内圧力センサ、ノックセンサ、空燃比センサなど）の出力結果に基づいて決定してもよいものである。
【０１６２】
本実施形による火花点火式燃焼モードから圧縮自己着火式燃焼モードへの燃焼モード切替制御を実施した際のエンジンの運転状態は、図１８に示す第１の実施形態の場合と同様である。
【０１６３】
次に、図２３を用いて、本発明の第２の実施形態による圧縮自己着火式内燃機関の制御装置による、圧縮自己着火式燃焼モードから火花点火式燃焼モードへの切替制御の具体的な内容について説明する。
【０１６４】
図２３において、横軸は時間を示している。図２３（Ａ）の縦軸は、燃焼モード切替フラグＦｅｘのＯＮ（＝１）、ＯＦＦ（＝０）を示している。図２３（Ｂ）の縦軸は、燃焼モード切替フラグＦｅｘにタイマ部２４ｄの出力であるフラグＦｅｘ２のＯＮ（＝１）、ＯＦＦ（＝０）を示している。図２３（Ｃ）のＯＲ判定部２４ｂの出力であるＦｅｘ３のＯＮ（＝１）、ＯＦＦ（＝０）を示している。図２３（Ｄ）はスロットル開度θＴＨを示している。図の上方に向かって、スロットル開度θＴＨは増大する。図２３（Ｅ）は、排気バルブ開時期ＥＶＯを示している。図の上方に向かって、排気バルブ開時期ＥＶＯは早期化する。図２３（Ｆ）は、排気バルブ閉時期ＥＶＣを示している。図の上方に向かって、排気バルブ閉時期ＥＶＣは早期化する。図２３（Ｇ）は、吸気バルブ開時期ＩＶＯを示している。図の上方に向かって、吸気バルブ開時期は早期化する。図２３（Ｈ）は、吸気バルブ閉時期ＩＶＣを示している。図の上方に向かって、吸気バルブ閉時期ＩＶＣは早期化する。図２３（Ｉ）は、図１０に示すシリンダ内状態Ｓｔａｔｅの様子を示す。
【０１６５】
図２３において、（Ａ）から（Ｆ）の動作状態は第１の実施形態の場合である図１９と同様である。
【０１６６】
図２３（Ｆ）に示すように、吸気バルブ閉時期ＩＶＯは、時刻ｔ１では図１０の点Ｂを実施するべく、早期化される。この際、吸気バルブの可変バルブタイミング機構（例えば、ＶＴＣ）により変更される。また、時刻ｔ２（＝ｔ１＋Ｔｈ）以降では、図１０の点Ａを実施すべく、さらに早期化される。この際、排気バルブの多段式バルブ可変機構（例えば、ＶＶＬ）により変更されるため、時刻ｔ１直後の変化よりも時刻ｔ２（＝ｔ１＋Ｔｈ）直後の変化の方が時間を要する。
【０１６７】
図２３（Ｅ）に示すように、吸気バルブ開時期ＩＶＣは、時刻ｔ１では図１０の点Ｂを実施するべく、早期化される。この際、吸気バルブの可変バルブタイミング機構（例えば、ＶＴＣ）により変更される。また、時刻ｔ２（＝ｔ１＋Ｔｈ）以降では、図１０の点Ａを実施すべく、早期化される。この際、排気バルブの多段式バルブ可変機構（例えば、ＶＶＬ）により変更されるため、時刻ｔ１直後の変化よりも時刻ｔ２（＝ｔ１＋Ｔｈ）直後は急速に（燃焼サイクルの１サイクル以内で）変化する。
【０１６８】
本実施形による圧縮自己着火式燃焼モードから火花点火火式燃焼モードへの燃焼モード切替制御を実施した際のエンジンの運転状態は、図２０に示す第１の実施形態の場合と同様である。
【０１６９】
本実施形態の切替制御を適用することにより、排気バルブ５ｂが可変バルブタイミング機構（例えば、ＶＴＣ）と多段式バルブ可変機構（例えば、ＶＶＬ）により構成されており、吸気バルブ５ａが可変バルブタイミング機構（例えば、ＶＴＣ）と多段式バルブ可変機構（例えば、ＶＥＬ）により構成されている場合でも、シリンダ内状態が図１０に示す経路を遷移するため、圧縮自己着火式燃焼と火花点火式燃焼との切替時に、エンジントルクおよびエンジン回転速度の変動を抑制することが可能である。
【０１７０】
〔第３の実施形態〕
次に、本発明の第３の実施形態における圧縮自己着火式内燃機関の制御装置による切替制御について説明する。
【０１７１】
本発明の第３の実施形態は、排気バルブ５ｂが可変バルブタイミング機構（例えば、ＶＴＣ）と可変バルブリフト機構（例えば、ＶＥＬ）により構成された可変動弁機構による駆動し、吸気バルブ５ａが可変バルブタイミング機構（例えば、ＶＴＣ）と可変バルブリフト機構（例えば、ＶＥＬ）より構成された可変動弁機構により駆動する圧縮自己着火式内燃機関の制御装置に関するものである。
【０１７２】
図２４に、各燃焼モードにおける、吸気バルブ５ａおよび排気バルブ５ｂのプロフィールの切替形態を示す。図２４において、図内の矢印は、火花点火式燃焼モード（図１０の点Ａ）から圧縮自己着火式燃焼モード（図１０の点Ｃ）への切替時の様子を示す。
【０１７３】
本実施形態の制御装置を適用することにより、火花点火式燃焼状態（図１０の点Ａ）から、火花点火式燃焼にて内部ＥＧＲ率を増大させた状態（図１０の点Ｂ）へ切替える際には、排気バルブ５ｂの可変バルブタイミング機構（例えば、ＶＴＣ）と可変バルブリフト機構（例えば、ＶＥＬ）の双方を作動させて、連続的に、排気バルブ５ｂのリフト量を火花点火式燃焼時の設定値であるリフト量ＥＬ１より減少し、圧縮自己着火式燃焼の設定値であるリフト量ＥＬ２と同等とし、排気バルブ５ｂの開時期を火花点火式燃焼の設定値である開時期ＥＯ１と圧縮自己着火式燃焼の設定値である開時期ＥＯ２よりも遅延化し、排気バルブ５ｂの閉時期を火花点火式燃焼の設定値である閉時期ＥＣ１よりも早期化し、圧縮自己着火式燃焼の設定値である閉時期ＥＣ２よりも遅延化するように、排気バルブ５ｂを制御する。
【０１７４】
この排気バルブ５ｂの変化に伴い、吸気バルブ５ａの可変バルブタイミング機構（例えば、ＶＴＣ）と可変バルブリフト機構（例えば、ＶＥＬ）を作動させて、連続的に、吸気バルブ５ａのリフト量を火花点火式燃焼の設定値であるリフト量ＩＬ１と圧縮自己着火式燃焼の設定値であるリフト量ＩＬ２の中間とし、吸気バルブ５ａの開時期を火花点火式燃焼の設定値である開時期ＩＯ１と圧縮自己着火式燃焼の設定値である開時期ＩＯ２の中間とし、吸気バルブ５ａの閉時期を火花点火式燃焼の設定値である閉時期ＩＣ１と圧縮自己着火式燃焼の設定値である閉時期ＩＣ２とほぼ同等とするように、吸気バルブ５ａを制御する。
【０１７５】
火花点火式燃焼にて内部ＥＧＲ率を増大させた状態（図１０の点Ｂ）から圧縮自己着火式燃焼状態（図１０の点Ｃ）へと切替える際には、排気バルブ５ｂの可変バルブタイミング機構（例えば、ＶＴＣ）によって、排気バルブ５ｂの開時期と閉時期の関係を相対的に維持し、リフト量を保持しながら、開時期を開時期ＥＯ２へと連続的に早期化し、閉時期を閉時期ＥＣ２へと連続的に早期化することで、内部ＥＧＲ率ＲＩ−ＲＧＲを増大させ、圧縮自己着火式燃焼を実施する。また、吸気バルブ５ａは、可変バルブタイミング機構（例えば、ＶＴＣ）と可変バルブリフト機構（例えば、ＶＥＬ）により、上記点Ａから点Ｂへの変化と同様に、連続的に開時期とリフト量を変化させることで、リフト量をリフト量ＩＬ２へと連続的に変更し、開時期を開時期ＩＯ２へと連続的に変更し、閉時期を閉時期ＩＣ１または閉時期ＩＣ２と同等とすることで、内部ＥＧＲ率ＲＩ−ＥＧＲに伴った空燃比の変化を実現し、圧縮自己着火式燃焼を実施する。
【０１７６】
図２４には明記しないが、圧縮自己着火式燃焼モードから火花点火式燃焼モードへの切替の際には、上述と逆の手順にて切替を実施する。
【０１７７】
本実施形態による圧縮自己着火式内燃機関の制御装置による制御内容に関するフローチャートは図１２から図１６に示したものと同様である。
【０１７８】
図２５は、本発明の第３の実施形態による圧縮自己着火式内燃機関の制御装置による制御内容の中でも、火花点火式燃焼モードから圧縮自己着火式燃焼モードへの切替制御を示すタイミングチャートであり、切替制御の具体的な内容を示したものである。
【０１７９】
本実施形態による切替制御において、エンジンパラメータの目標設定値は、図１７に示す第１の実施形態での動作状態と同様であるが、排気バルブ５ｂの構成の一部が可変バルブリフト機構（例えば、ＶＥＬ）に変更されているため、図２５（Ｅ）の排気バルブの開時期ＥＶＯと図２５（Ｆ）の排気バルブの閉時期ＥＶＣの時刻ｔ１直後には、連続的に変化するために、応答が第１の実施形態よりも遅くなる。
【０１８０】
本実施形による火花点火式燃焼モードから圧縮自己着火式燃焼モードへの燃焼モード切替制御を実施した際のエンジンの運転状態は、図１８に示す第１の実施形態の場合と同様である。
【０１８１】
次に、図２６を用いて、本発明の第３の実施形態による圧縮自己着火式内燃機関の制御装置による、圧縮自己着火式燃焼モードから火花点火式燃焼モードへの切替制御の具体的な内容について説明する。
【０１８２】
図２６は、本発明の第３の実施形態による圧縮自己着火式内燃機関の制御装置による制御内容の中でも、圧縮自己着火式燃焼モードから火花点火式燃焼モードへの切替制御を示すタイミングチャートであり、切替制御の具体的な内容を示したものである。
【０１８３】
本実施形態による切替制御において、エンジンパラメータの目標設定値は、図１９に示す第１の実施形態での動作状態と同様であるが、排気バルブ５ｂの構成の一部が可変バルブリフト機構（例えば、ＶＥＬ）に変更されているため、図２６（Ｅ）の排気バルブの開時期ＥＶＯと図２６（Ｆ）の排気バルブの閉時期ＥＶＣの時刻ｔ２直後には、連続的に変化するために、応答が第１の実施形態よりも遅くなる。
【０１８４】
本実施形による圧縮自己着火式燃焼モードから火花点火火式燃焼モードへの燃焼モード切替制御を実施した際のエンジンの運転状態は、図２０に示す第１の実施形態の場合と同様である。
【０１８５】
本実施形態の切替制御を適用することにより、排気バルブ５ｂが可変バルブタイミング機構（例えば、ＶＴＣ）と可変バルブリフト機構（例えば、ＶＥＬ）により構成されており、吸気バルブ５ａが可変バルブタイミング機構（例えば、ＶＴＣ）と可変バルブリフト機構（例えば、ＶＥＬ）により構成されている場合でも、シリンダ内状態が図１０に示す経路を遷移するため、圧縮自己着火式燃焼と火花点火式燃焼との切替時に、エンジントルクおよびエンジン回転速度の変動を抑制することが可能である。
【０１８６】
〔第４の実施形態〕
次に、本発明の第４の実施形態における圧縮自己着火式内燃機関の制御装置による切替制御について説明する。
【０１８７】
本発明の第４の実施形態は、排気バルブ５ｂが可変バルブタイミング機構（例えば、ＶＴＣ）と可変バルブリフト機構（例えば、ＶＥＬ）により構成された可変動弁機構により駆動し、吸気バルブ５ａが可変バルブタイミング機構（例えば、ＶＴＣ）と多段式バルブ可変機構（例えば、ＶＶＬ）より構成された可変動弁機構により駆動する圧縮自己着火式内燃機関の制御装置に関するものである。
【０１８８】
図２７に、各燃焼モードにおける、吸気バルブ５ａおよび排気バルブ５ｂのプロフィールの切替形態を示す。図２７において、図内の矢印は、火花点火式燃焼モード（図１０の点Ａ）から圧縮自己着火式燃焼モード（図１０の点Ｃ）への切替時の様子を示す。
【０１８９】
本実施形態の制御装置を適用することにより、火花点火式燃焼状態（図１０の点Ａ）から、火花点火式燃焼にて内部ＥＧＲ率を増大させた状態（図１０の点Ｂ）へ切替える際には、排気バルブ５ｂの可変バルブタイミング機構（例えば、ＶＴＣ）と可変バルブリフト機構（例えば、ＶＥＬ）を作動させ、連続的に、排気バルブ５ｂのリフト量を火花点火式燃焼時の設定値であるリフト量ＥＬ１より減少し、圧縮自己着火式燃焼の設定値であるリフト量ＥＬ２と同等とし、排気バルブ５ｂの開時期を火花点火式燃焼の設定値である開時期ＥＯ１と圧縮自己着火式燃焼の設定値である開時期ＥＯ２よりも遅延化し、排気バルブ５ｂの閉時期を火花点火式燃焼の設定値である閉時期ＥＣ１よりも早期化し、圧縮自己着火式燃焼の設定値である閉時期ＥＣ２よりも遅延化するように、排気バルブ５ｂを制御する。
【０１９０】
一方、この排気バルブ５ｂの変化に伴い、同時に、吸気バルブ５ａは多段式バルブ可変機構（例えば、ＶＶＬ）により、吸気バルブの開時期を所定のタイミングにて急速に（燃焼サイクルの１サイクル以内で）開時期ＩＯ１よりも遅延化し、開時期ＩＯ２よりも早期化し、吸気バルブの閉時期を所定のタイミングにて急速に（燃焼サイクルの１サイクル以内で）閉時期ＩＣ１と閉時期ＩＣ２よりも早期化し、吸気バルブのリフト量を所定のタイミングにて急速に（燃焼サイクルの１サイクル以内で）リフト量ＩＬ２へと減少する。
【０１９１】
火花点火式燃焼にて内部ＥＧＲ率を増大させた状態（図１０の点Ｂ）から圧縮自己着火式燃焼状態（図１０の点Ｃ）へと切替える際には、排気バルブ５ｂの可変バルブタイミング機構（例えば、ＶＴＣ）によって、排気バルブ５ｂの開時期と閉時期の関係を相対的に維持し、リフト量を保持しながら、開時期を開時期ＥＯ２へと連続的に早期化し、閉時期を閉時期ＥＣ２へと連続的に早期化することで、内部ＥＧＲ率ＲＩ−ＲＧＲを増大させ、圧縮自己着火式燃焼を実施する。また、吸気バルブ５ａは、可変バルブタイミング機構（例えば、ＶＴＣ）により、吸気バルブの開時期と閉時期の相対的な期間を一定に保持しながら、吸気バルブ５ａの開時期を連続的に開時期ＩＯ２へと遅延化し、閉時期を連続的に閉時期ＩＣ２とほぼ同等へと遅延化するように、吸気バルブ５ａを制御する。
【０１９２】
図２７には明記しないが、圧縮自己着火式燃焼モードから火花点火式燃焼モードへの切替の際には、上述と逆の手順にて切替を実施する。
【０１９３】
本実施形態による圧縮自己着火式内燃機関の制御装置による制御内容に関するフローチャートは図１２から図１６に示したものと同様である。
【０１９４】
図２８は、本発明の第４の実施形態による圧縮自己着火式内燃機関の制御装置による制御内容の中でも、火花点火式燃焼モードから圧縮自己着火式燃焼モードへの切替制御を示すタイミングチャートであり、切替制御の具体的な内容を示したものである。
【０１９５】
本実施形態による切替制御において、エンジンパラメータの目標設定値は、図２２に示す第１の実施形態での動作状態と同様であるが、排気バルブ５ｂの構成の一部が可変バルブリフト機構（例えば、ＶＥＬ）に変更されているため、図２８（Ｅ）の排気バルブの開時期ＥＶＯと図２８（Ｆ）の排気バルブの閉時期ＥＶＣの時刻ｔ１直後には、連続的に変化するために、応答が第１の実施形態よりも遅くなる。
【０１９６】
本実施形による火花点火式燃焼モードから圧縮自己着火式燃焼モードへの燃焼モード切替制御を実施した際のエンジンの運転状態は、図１８に示す第１の実施形態の場合と同様である。
【０１９７】
次に、図２９を用いて、本発明の第３の実施形態による圧縮自己着火式内燃機関の制御装置による、圧縮自己着火式燃焼モードから火花点火式燃焼モードへの切替制御の具体的な内容について説明する。
【０１９８】
図２９は、本発明の第４の実施形態による圧縮自己着火式内燃機関の制御装置による制御内容の中でも、圧縮自己着火式燃焼モードから火花点火式燃焼モードへの切替制御を示すタイミングチャートであり、切替制御の具体的な内容を示したものである。
【０１９９】
本実施形態による切替制御において、エンジンパラメータの目標設定値は、図２３に示す第１の実施形態での動作状態と同様であるが、排気バルブ５ｂの構成の一部が可変バルブリフト機構（例えば、ＶＥＬ）に変更されているため、図２９（Ｅ）の排気バルブの開時期ＥＶＯと図２９（Ｆ）の排気バルブの閉時期ＥＶＣの時刻ｔ２直後には、連続的に変化するために、応答が第１の実施形態よりも遅くなる。
【０２００】
本実施形による圧縮自己着火式燃焼モードから火花点火火式燃焼モードへの燃焼モード切替制御を実施した際のエンジンの運転状態は、図２０に示す第１の実施形態の場合と同様である。
【０２０１】
本実施形態の切替制御を適用することにより、排気バルブ５ｂが可変バルブタイミング機構（例えば、ＶＴＣ）と可変バルブリフト機構（例えば、ＶＥＬ）により構成されており、吸気バルブ５ａが可変バルブタイミング機構（例えば、ＶＴＣ）と多段式バルブ可変機構（例えば、ＶＶＬ）により構成されている場合でも、シリンダ内状態が図１０に示す経路を遷移するため、圧縮自己着火式燃焼と火花点火式燃焼との切替時に、エンジントルクおよびエンジン回転速度の変動を抑制することが可能である。
【０２０２】
以上、本発明の各実施形態について詳説したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の精神を逸脱しない範囲で、設計において種々の変更ができる。
【０２０３】
例えば、吸気バルブ５ａおよび排気バルブ５ｂが可変バルブタイミング機構（例えば、ＶＴＣ）と可変バルブリフト機構（ＶＥＬ）により構成されている場合であっても、火花点火式燃焼の内部ＥＧＲ率ＲＩ−ＥＧＲを増大したシリンダ内状態（図１０の点Ｂ）を実施すべく、図２１または図２７の破線で示すバルブ動作プロフィールを経由して、燃焼モードの切替を実施してもよい。
【０２０４】
また、吸気バルブ５ａまたは排気バルブ５ｂを構成する装置が、可変バルブタイミング機構（例えば、ＶＴＣ）、または多段式バルブ可変機構（例えば、ＶＶＬ）、または可変バルブリフト機構（例えば、ＶＥＬ）に限ったものではなく、バルブの開時期、閉時期、および、リフト量を自在に調整可能な可変動弁機構（例えば、電磁バルブ）などにより構成された場合であっても、上記実施例に記載のバルブ動作プロフィールを実現することで、燃焼モードを切替えるものであってもよい。
【０２０５】
本発明を適用することにより、火花点火式燃焼と圧縮自己着火式燃焼とを切替える際に、運転性能の悪化を抑制しながら燃焼モードの切替を実現することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【０２０６】
【図１】本発明の第１の実施形態による圧縮自己着火式内燃機関の制御装置を自動車用ガソリンエンジンに適用したエンジンシステムの構成を示すシステム構成図である。
【図２】本発明の第１の実施形態による圧縮自己着火式内燃機関の制御装置の構成を示すシステムブロック図である。
【図３】可変バルブタイミング機構（例えば、ＶＴＣ）によるバルブ動作プロフィールの変更形態を示す図である。
【図４】多段式バルブ可変機構（例えば、ＶＶＬ）によるバルブ動作プロフィールの変更形態を示す図である。
【図５】可変バルブリフト機構（例えば、ＶＥＬ）によるバルブ動作プロフィールの変更形態を示す図である。
【図６】本発明の第１の実施形態による圧縮自己着火式内燃機関の制御装置の燃焼モード切替の構成を示す制御ブロック図である。
【図７】火花点火式燃焼モードと、圧縮自己着火式燃焼モードとの、燃焼領域の説明図である。
【図８】本発明の第１の実施形態による圧縮自己着火式内燃機関の制御装置による、火花点火式燃焼モードにおける、吸気バルブおよび排気バルブのバルブ動作プロフィールの説明図である。
【図９】本発明の第１の実施形態による圧縮自己着火式内燃機関の制御装置による、圧縮自己着火式燃焼モードにおける、吸気バルブおよび排気バルブのバルブ動作プロフィールの説明図である。
【図１０】本発明の第１の実施形態による圧縮自己着火式内燃機関の制御装置による燃焼モードの切替の説明図である。
【図１１】本発明の第１の実施形態による圧縮自己着火式内燃機関の制御装置による、火花点火式燃焼モードから圧縮自己着火式燃焼モードへの切替時における、各シリンダ内状態でのバルブ動作プロフィールを示す図である。
【図１２】本発明の第１の実施形態による圧縮自己着火式内燃機関の制御装置による制御内容の全体を示すフローチャートである。
【図１３】図８のＳ１００（燃焼モード切替判定処理）の詳細を示すフローチャートである。
【図１４】図８のＳ１１０（燃焼モード切替処理）の詳細を示すフローチャートである。
【図１５】図１０のＳ１１３（火花点火式燃焼モードから圧縮自己着火式燃焼モードへの切替）の詳細を示すフローチャートである。
【図１６】図１０のＳ１１５（圧縮自己着火式燃焼モードから火花点火式燃焼モードへの切替）の詳細を示すフローチャートである。
【図１７】本発明の第１の実施形態による圧縮自己着火式内燃機関の制御装置による、火花点火式燃焼モードから圧縮自己着火式燃焼モードへの燃焼モード切替制御の内容を示すタイミングチャートである。
【図１８】本発明の第１の実施形態による圧縮自己着火式内燃機関の制御装置により、火花点火式燃焼から圧縮自己着火式燃焼への燃焼モード切替制御を実施した際のエンジンの運転状態を示すタイミングチャートである。
【図１９】本発明の第１の実施形態による圧縮自己着火式内燃機関の制御装置による、圧縮自己着火式燃焼モードから火花点火式燃焼モードへの燃焼モード切替制御の内容を示すタイミングチャートである。
【図２０】本発明の第１の実施形態による圧縮自己着火式内燃機関の制御装置により、圧縮自己着火式燃焼から火花点火式燃焼への燃焼モード切替制御を実施した際のエンジンの運転状態を示すタイミングチャートである。
【図２１】本発明の第２の実施形態による圧縮自己着火式内燃機関の制御装置による、火花点火式燃焼モードから圧縮自己着火式燃焼モードへの切替時における、各シリンダ内状態でのバルブ動作プロフィールを示す図である。
【図２２】本発明の第２の実施形態による圧縮自己着火式内燃機関の制御装置による、火花点火式燃焼モードから圧縮自己着火式燃焼モードへの燃焼モード切替制御の内容を示すタイミングチャートである。
【図２３】本発明の第２の実施形態による圧縮自己着火式内燃機関の制御装置による、圧縮自己着火式燃焼モードから火花点火式燃焼モードへの燃焼モード切替制御の内容を示すタイミングチャートである。
【図２４】本発明の第３の実施形態による圧縮自己着火式内燃機関の制御装置による、火花点火式燃焼モードから圧縮自己着火式燃焼モードへの切替時における、各シリンダ内状態でのバルブ動作プロフィールを示す図である。
【図２５】本発明の第３の実施形態による圧縮自己着火式内燃機関の制御装置による、火花点火式燃焼モードから圧縮自己着火式燃焼モードへの燃焼モード切替制御の内容を示すタイミングチャートである。
【図２６】本発明の第３の実施形態による圧縮自己着火式内燃機関の制御装置による、圧縮自己着火式燃焼モードから火花点火式燃焼モードへの燃焼モード切替制御の内容を示すタイミングチャートである。
【図２７】本発明の第４の実施形態による圧縮自己着火式内燃機関の制御装置による、火花点火式燃焼モードから圧縮自己着火式燃焼モードへの切替時における、各シリンダ内状態でのバルブ動作プロフィールを示す図である。
【図２８】本発明の第４の実施形態による圧縮自己着火式内燃機関の制御装置による、火花点火式燃焼モードから圧縮自己着火式燃焼モードへの燃焼モード切替制御の内容を示すタイミングチャートである。
【図２９】本発明の第３の実施形態による圧縮自己着火式内燃機関の制御装置による、圧縮自己着火式燃焼モードから火花点火式燃焼モードへの燃焼モード切替制御の内容を示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
【０２０７】
１…エアフローセンサ
２…電子制御スロットル
３…インジェクタ
４…点火プラグ
５…可変バルブ
５Ａ…可変バルブタイミング機構
５Ａ’…可変バルブリフト機構
５Ｂ…可変バルブタイミング機構
５Ｂ’…多段式バルブ可変機構
５ａ…吸気バルブ
５ｂ…排気バルブ
６…吸気管
７…シリンダ
８…排気管
９…空燃比センサ
１０…三元触媒
１１…排気温度センサ
１２…クランク軸
１３…クランク角度センサ
１４…ピストン
２０…ＥＣＵ
１００…エンジン
２０ａ…入力回路
２０ｂ…入出力ポート
２０ｃ…ＲＡＭ
２０ｄ…ＲＯＭ
２０ｅ…ＣＰＵ
２０ｆ…電子スロットル駆動回路
２０ｇ…インジェクタ駆動回路
２０ｈ…点火出力回路
２０ｊ…可変バルブ駆動回路
２１…燃焼モード切替判定部
２２…火花点火式燃焼用操作量演算部
２３…圧縮自己着火式燃焼用操作量演算部
２４…燃焼モード切替部
２４ａ…切替用操作量演算部
２４ｂ…ＯＲ判定部
２４ｃ…出力選択部
２４ｄ…タイマ部
２４ｅ…出力選択部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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