(57)【特許請求の範囲】
【請求項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。
【請求項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、
ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項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、
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項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予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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−１１５３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
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。
【発明の効果】
【００１１】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】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。
【図２】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。
【図３】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。
【図４】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。
【図５】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。
【図６】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。
【図７】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。
【図８】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。
【図９】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。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
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．
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。 
【００２６】
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。
【００２７】
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。 
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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）
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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の特性から抽出して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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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）
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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）
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
（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。
【００７８】
（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。
【００７９】
（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予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。
【符号の説明】
【００８０】
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
【要約】
【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１【図１】
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【図２】
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【図３】
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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４】
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【図５】
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