(57)【要約】【課題】圧縮着火燃焼モードから火花点火燃焼モードへの切り替えを適切なタイミングで行うことにより、圧縮着火燃焼モード中の失火やノッキングを確実に防止す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】圧縮着火燃焼モードと火花点火燃焼モードに燃焼モードを切り替えて運転される内燃機関３の制御装置１であって、圧縮着火燃焼モード中、燃焼室３ｅ内の作動ガスの温度の目標となる目標作動ガス温度ＴＣＹＬＧＡＳを設定する目標作動ガス温度設定手段２と、圧縮着火燃焼モード中、燃焼室３ｅ内の作動ガスの温度が目標作動ガス温度ＴＣＹＬＧＡＳになるように、内部ＥＧＲ量の目標となる目標内部ＥＧＲ量ＩＮＥＧＲＣＭＤを設定する目標内部ＥＧＲ量設定手段２と、目標内部ＥＧＲ量ＩＮＥＧＲＣＭＤに応じて、燃焼モードを火花点火燃焼モードに切り替える燃焼モード切替手段２と、を備える。【選択図】図１２
2008121593.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室に供給された混合気を圧縮着火により燃焼させる圧縮着火燃焼モードと、火花点火により燃焼させる火花点火燃焼モードに、燃焼モードを切り替えて運転される内燃機関の制御装置であって、
前記燃焼室に既燃ガスを残留させる内部ＥＧＲ量を制御する内部ＥＧＲ制御手段と、
前記圧縮着火燃焼モードにおいて、前記燃焼室内の作動ガスの温度の目標となる目標作動ガス温度を設定する目標作動ガス温度設定手段と、
前記圧縮着火燃焼モードにおいて、前記燃焼室内の作動ガスの温度が前記目標作動ガス温度になるように、前記内部ＥＧＲ量の目標となる目標内部ＥＧＲ量を設定する目標内部ＥＧＲ量設定手段と、
前記目標内部ＥＧＲ量に応じて、前記燃焼モードを前記火花点火燃焼モードに切り替える燃焼モード切替手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記燃焼室から排出された排ガスを吸気系に還流させる外部ＥＧＲ量を制御する外部ＥＧＲ制御手段と、
前記内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、
当該検出された運転状態に応じて、前記内部ＥＧＲ量と前記外部ＥＧＲ量の和である総ＥＧＲ量の目標となる目標総ＥＧＲ量を設定する目標総ＥＧＲ量設定手段と、をさらに備え、
前記燃焼モード切替手段は、前記目標内部ＥＧＲ量が、負の値のとき、または前記目標総ＥＧＲ量よりも多いときに、前記燃焼モードを前記火花点火燃焼モードに切り替えることを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃焼室に供給された混合気を圧縮着火により燃焼させる圧縮着火燃焼モードと、火花点火により燃焼させる火花点火燃焼モードに、燃焼モードを切り替えて運転される内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のこの種の内燃機関の制御装置として、例えば特許文献１に開示されたものが知られている。この制御装置では、内燃機関の回転数および要求トルクに基づいて内燃機関の運転状態を判定するとともに、判定した運転状態が低〜中負荷運転のときに、圧縮着火燃焼モードによる燃焼を実行する一方、他の運転状態のときには、火花点火燃焼モードによる燃焼を実行する。
【０００３】
圧縮着火燃焼における圧縮着火のタイミングは、圧縮行程の開始時に燃焼室内に存在する混合気およびＥＧＲガスを含む作動ガスの温度が高いほど、より早くなる。これに対して、従来の制御装置では、内燃機関が低〜中負荷運転状態にある限り、圧縮着火燃焼モードが選択されるため、圧縮着火燃焼モード中、作動ガスの温度が低すぎる場合には、圧縮着火のタイミングが遅くなることで、燃焼状態が不安定になり、失火するおそれがある。これとは逆に、作動ガスの温度が高すぎる場合には、早期着火しやすくなり、ノッキングが発生するおそれがある。
【０００４】
本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、圧縮着火燃焼モードから火花点火燃焼モードへの切り替えを適切なタイミングで行うことによって、圧縮着火燃焼モード中の失火やノッキングを確実に防止す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。
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−２５７４６７号公報
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達成するため、請求項１に係る発明は、燃焼室３ｅに供給された混合気を圧縮着火により燃焼させる圧縮着火燃焼モードと、火花点火により燃焼させる火花点火燃焼モードに、燃焼モードを切り替えて運転される内燃機関３の制御装置１であって、燃焼室３ｅに既燃ガスを残留させる内部ＥＧＲ量を制御する内部ＥＧＲ制御手段（実施形態における（以下、本項において同じ）排気側動弁機構４０、ＥＣＵ２）と、圧縮着火燃焼モードにおいて、燃焼室３ｅ内の作動ガスの温度の目標となる目標作動ガス温度ＴＣＹＬＧＡＳを設定する目標作動ガス温度設定手段（ＥＣＵ２、ステップ１３）と、圧縮着火燃焼モードにおいて、燃焼室３ｅ内の作動ガスの温度が目標作動ガス温度ＴＣＹＬＧＡＳになるように、内部ＥＧＲ量の目標となる目標内部ＥＧＲ量ＥＧＲＩＮＣＭＤを設定する目標内部ＥＧＲ量設定手段（ＥＣＵ２、ステップ１６）と、目標内部ＥＧＲ量ＥＧＲＩＮＣＭＤに応じて、燃焼モードを火花点火燃焼モードに切り替える燃焼モード切替手段（ＥＣＵ２、ステップ３１〜３７）と、を備えることを特徴とする。
【０００７】
この内燃機関は、燃焼モードを、圧縮着火燃焼モードと火花点火燃焼モードに切り替えて運転される。また、燃焼室に既燃ガスを残留させる内部ＥＧＲ量が内部ＥＧＲ制御手段によって制御され、この内部ＥＧＲ量に応じて、圧縮行程の開始時に燃焼室内に存在する混合気およびＥＧＲガスを含む作動ガス（以下、単に「作動ガス」という）の温度が変化する。圧縮着火燃焼モードにおいては、目標作動ガス温度が設定され、燃焼室内の作動ガスの温度がこの目標作動ガス温度になるように、目標内部ＥＧＲ量が設定される。そして、この目標内部ＥＧＲ量に応じて、燃焼モードが火花点火燃焼モードに切り替えられる。
【０００８】
以上のように、本発明によれば、圧縮着火燃焼モード中、燃焼室内の作動ガスの温度が目標作動ガス温度になるように目標内部ＥＧＲ量が設定されるため、この目標内部ＥＧＲ量は、目標作動ガス温度に対する実際の作動ガスの温度の高低とその隔たりの度合いを表す。例えば、設定された目標内部ＥＧＲ量が過大な場合には、目標作動ガス温度に対して、実際の作動ガスの温度が低すぎることで、圧縮着火のタイミングが遅くなり、燃焼状態が不安定になるおそれがあるとして、燃焼モードを火花点火燃焼モードに切り替えることによって、圧縮着火燃焼モードを継続したときの失火を防止でき、燃焼を確実に行うことができる。
【０００９】
一方、目標内部ＥＧＲ量が過小な場合には、目標作動ガス温度に対して、実際の作動ガスの温度が高すぎることで、早期着火しやすくなり、やはり燃焼状態が不安定になるとして、燃焼モードを火花点火燃焼モードに切り替えることによって、圧縮着火燃焼モードを継続したときのノッキングを防止できる。以上のように、目標内部ＥＧＲ量に応じて、火花点火燃焼モードへの切り替えを適切なタイミングで行うことができ、それにより、圧縮着火燃焼モード中の失火やノッキングを確実に防止することができる。
【００１０】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の内燃機関３の制御装置１において、燃焼室３ｅから排出された排ガスを吸気系（吸気管１２）に還流させる外部ＥＧＲ量を制御する外部ＥＧＲ制御手段（排気還流機構１５、ＥＣＵ２）と、内燃機関３の運転状態（エンジン回転数ＮＥ、要求トルクＰＭＣＭＤ）を検出する運転状態検出手段（クランク角センサ２１、アクセル開度センサ２９、ＥＣＵ２）と、検出された運転状態に応じて、内部ＥＧＲ量と外部ＥＧＲ量の和である総ＥＧＲ量の目標となる目標総ＥＧＲ量ＥＧＲＴＣＭＤを設定する目標総ＥＧＲ量設定手段（ＥＣＵ２、ステップ２３）と、をさらに備え、燃焼モード切替手段は、目標内部ＥＧＲ量ＥＧＲＩＮＣＭＤが、負の値のとき、または目標総ＥＧＲ量ＥＧＲＴＣＭＤよりも多いときに、燃焼モードを火花点火燃焼モードに切り替えることを特徴とする。
【００１１】
この構成によれば、圧縮着火燃焼モード中、設定された目標内部ＥＧＲ量が負の値のときに、燃焼モードが火花点火燃焼モードに切り替えられる。目標内部ＥＧＲ量が負の値のときには、目標作動ガス温度よりも実際の作動ガスの温度が高く、作動ガスの温度がすでに高すぎる状態にあることによって、早期着火しやすくなる。このため、燃焼モードを火花点火燃焼モードに切り替えることで、圧縮着火燃焼モードを継続したときのノッキングを確実に防止することができる。
【００１２】
また、本発明では、排ガスを吸気系に還流させることによって、外部ＥＧＲ量が制御される。また、この外部ＥＧＲ量と内部ＥＧＲ量の和に対する目標総ＥＧＲ量が、検出された内燃機関の運転状態に応じて設定され、圧縮着火燃焼モード中、目標内部ＥＧＲ量が目標総ＥＧＲ量よりも多いときに、燃焼モードが火花点火燃焼モードに切り替えられる。目標内部ＥＧＲ量が目標総ＥＧＲ量よりも多いときには、設定された目標内部ＥＧＲ量をそのまま用いると、内部ＥＧＲ量が過剰になるのに応じて、その分、燃焼室に供給される新気の量が不足することによって、燃焼状態が不安定になる。このため、そのような場合、火花点火燃焼モードに切り替えることによって、圧縮着火燃焼モードを継続したときの失火を確実に防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。図１は、本発明の実施形態による制御装置１、およびこれを適用した内燃機関（以下「エンジン」という）３の概略構成を示している。エンジン３は、４つの気筒３ａ（１つのみ図示）を有する直列４気筒のガソリンエンジンであり、車両（図示せず）に搭載されている。各気筒３ａのピストン３ｂとシリンダヘッド３ｃとの間には、燃焼室３ｅが形成されている。
【００１４】
エンジン３は、気筒３ａごとに設けられた一対の吸気弁４，４および一対の排気弁７，７（ともに１つのみ図示）と、吸気側の吸気カムシャフト５と、吸気カムシャフト５に一体に設けられた吸気カム６と、排気側の排気カムシャフト８と、排気カムシャフト８に一体に設けられた排気カム９と、燃料噴射弁１０（図２参照）と、点火プラグ１１（図２参照）と、排気側動弁機構４０（内部ＥＧＲ制御手段）などを備えている。
【００１５】
エンジン３のクランクシャフト３ｄには、クランク角センサ２１が設けられている。クランク角センサ２１（運転状態検出手段）は、クランクシャフト３ｄの回転に伴い、所定のクランク角（例えば１°）ごとに、パルス信号であるＣＲＫ信号をＥＣＵ２に出力する。ＥＣＵ２は、このＣＲＫ信号に基づき、エンジン３の回転数（以下「エンジン回転数」という）ＮＥを求める。
【００１６】
吸気カムシャフト５および排気カムシャフト８はそれぞれ、ホルダ（図示せず）を介して、シリンダヘッド３ｃに回動自在に支持され、気筒３ａの配列方向に沿って延びている。この吸気カムシャフト５は、タイミングチェーン（図示せず）を介してクランクシャフト３ｄに連結されている。この構成により、吸気カムシャフト５は、クランクシャフト３ｄが２回転するごとに１回転し、それに伴う吸気カム６の回転によって、吸気弁４が開閉駆動される。
【００１７】
同様に、排気カムシャフト８は、タイミングチェーン（図示せず）を介してクランクシャフト３ｄに連結されており、クランクシャフト３ｄが２回転するごとに１回転し、それに伴う排気カム９の回転によって、排気弁７が開閉駆動される。
【００１８】
一方、燃料噴射弁１０は、気筒３ａごとに設けられ、燃料を気筒３ａ内に直接、噴射するようにシリンダヘッド３ｃに取り付けられている。燃料噴射弁１０の開弁時間および開弁タイミングは、ＥＣＵ２からの駆動信号によって制御され、それにより、燃料噴射量および噴射タイミングが制御される。
【００１９】
また、点火プラグ１１も、気筒３ａごとに設けられ、シリンダヘッド３ｃに取り付けられている。点火プラグ１１の放電状態は、ＥＣＵ２により、点火時期に応じたタイミングで燃焼室３ｅ内の混合気を燃焼させるように制御される。また、このエンジン３では、燃焼室３ｅ内に供給された混合気を、点火プラグ１１の火花により点火する火花点火燃焼（以下「ＳＩ燃焼」という）と、圧縮着火により着火する圧縮着火燃焼（以下「ＣＩ燃焼」という）が行われ、その切り替えはＥＣＵ２によって制御される。
【００２０】
エンジン３本体には、水温センサ２２が設けられている。水温センサ２２は、エンジン３のシリンダブロック（図示せず）内を循環する冷却水の温度であるエンジン水温ＴＷを表す検出信号を、ＥＣＵ２に出力する。
【００２１】
エンジン３の吸気管１２（吸気系）には、吸気温センサ２３および吸気管内圧センサ２４が設けられている。吸気温センサ２３は、吸気管１２内を流れる空気の温度（以下「吸気温」という）ＴＡを表す検出信号を、吸気管内圧センサ２４は、吸気管１２内の圧力（以下「吸気管内圧」という）ＰＢＡを表す検出信号を、それぞれＥＣＵ２に出力する（図２参照）。
【００２２】
一方、エンジン３の排気管１４には、排気温センサ２５が設けられている。排気温センサ２５は、排気管１４内を流れる排ガスの温度（以下「排気温」という）ＴＥＸを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。
【００２３】
また、エンジン３には、排気還流機構１５（外部ＥＧＲ制御手段）が設けられている。この排気還流機構１５は、排気管１４内の排ガスの一部を吸気管１２側に還流させるものであり、吸気管１２および排気管１４の間に接続されたＥＧＲ管１５ａと、このＥＧＲ管１５ａを開閉するＥＧＲ制御弁１５ｂなどで構成されている。
【００２４】
ＥＧＲ制御弁１５ｂは、リニア電磁弁で構成されており、ＥＣＵ２からの後述するＥＧＲリフト制御入力Ｕ＿ＬＩＦＴに応じて、そのリフト（以下「ＥＧＲリフト」という）が最大値と最小値との間でリニアに変化するように構成されており、それにより、ＥＧＲ管１５ａの開度すなわち排気還流量（以下「外部ＥＧＲ量」という）が制御される。
【００２５】
このＥＧＲ制御弁１５ｂには、ＥＧＲリフトセンサ２６が取り付けられており、ＥＧＲリフトセンサ２６は、ＥＧＲ制御弁１５ｂの実際のＥＧＲリフトを検出し、その検出信号をＥＣＵ２に出力する。
【００２６】
さらに、排気側動弁機構４０は、カム位相可変機構５０およびリフト可変機構７０で構成されている。
【００２７】
カム位相可変機構５０は、クランクシャフト３ｄに対する排気カムシャフト８の相対的な位相（以下「排気カム位相」という）を所定の範囲内において無段階に変更するものであり、排気カムシャフト８の排気スプロケット側の端部に設けられている。図３に示すように、カム位相可変機構５０は、ハウジング５１、３枚羽根式のベーン５２、油圧ポンプ５３および電磁弁５４などを備えている。
【００２８】
このハウジング５１は、排気カムシャフト８の排気スプロケットと一体に構成されており、周方向に等間隔に形成された３つの隔壁５１ａを備えている。ベーン５２は、排気カムシャフト８の排気スプロケット側の端部に同軸に取り付けられ、排気カムシャフト８から外方に放射状に延びるとともに、ハウジング５１内に回転可能に収容されている。また、ハウジング５１内には、隔壁５１ａとベーン５２の間に、３つの進角室５５および３つの遅角室５６が形成されている。
【００２９】
油圧ポンプ５３は、クランクシャフト３ｄに連結された機械式のものであり、クランクシャフト３ｄの回転に伴い、エンジン３のオイルパン３ｆに蓄えられた潤滑用のオイルを、油路５７ｃを介して吸い込むとともに、これを昇圧した後、油路５７ｃを介して電磁弁５４に供給する。
【００３０】
電磁弁５４は、スプール弁機構５４ａとソレノイド５４ｂを組み合わせたものであり、進角油路５７ａおよび遅角油路５７ｂを介して、進角室５５および遅角室５６にそれぞれ接続されていて、油圧ポンプ５３から供給された油圧Ｐｏｉｌを制御し、進角油圧Ｐａｄおよび遅角油圧Ｐｒｔとして、進角室５５および遅角室５６にそれぞれ供給する。電磁弁５４のソレノイド５４ｂは、ＥＣＵ２からの後述する位相制御入力Ｕ＿ＣＡＥＸにより、スプール弁機構５４ａのスプール弁体を所定の範囲内で移動させることによって、進角油圧Ｐａｄおよび遅角油圧Ｐｒｔを変化させる。
【００３１】
以上の構成のカム位相可変機構５０では、油圧ポンプ５３の作動中、電磁弁５４が位相制御入力Ｕ＿ＣＡＥＸに応じて動作することにより、進角油圧Ｐａｄが進角室５５に、遅角油圧Ｐｒｔが遅角室５６にそれぞれ供給され、それにより、ベーン５２とハウジング５１との間の相対的な位相が進角側または遅角側に変更される。その結果、前述した排気カム位相が、所定の最遅角値と所定の最進角値との間で連続的に変化し、それにより、排気弁７のバルブタイミングは、図４に実線で示す最遅角タイミングと、２点鎖線で示す最進角タイミングとの間で無段階に変更される。
【００３２】
一方、排気カムシャフト８のカム位相可変機構５０と反対側の端部には、カム角センサ２７（図２参照）が設けられている。このカム角センサ２７は、排気カムシャフト８の回転に伴い、パルス信号であるＥＸＣＡＭ信号を所定のカム角（例えば１゜）ごとにＥＣＵ２に出力する。ＥＣＵ２は、このＥＸＣＡＭ信号および前述したＣＲＫ信号に基づき、排気カム位相ＣＡＥＸを算出する。
【００３３】
また、リフト可変機構７０は、排気弁７のリフト（以下「排気リフト」という）を値０と所定の最大値との間で無段階に変更するためのものである。図５および図６に示すように、リフト可変機構７０は、コントロールシャフト７１およびロッカアームシャフト７２と、これらのシャフト７１，７２に気筒３ａごとに設けられた上下のロッカアーム７４，７５と、これらの上下のロッカアーム７４，７５を駆動するアクチュエータ８０などを備えている。なお、本実施形態では、排気リフトは、排気弁７の最大揚程（リフト量）を表すものとする。
【００３４】
コントロールシャフト７１は、回動軸部７１ａ、ホルダ部７１ｂおよび偏心軸部７１ｃを一体に組み立てたものであり、排気カムシャフト８と平行に延び、シリンダヘッド３ｃに回動自在に支持されるとともに、その一端部がアクチュエータ８０に連結されている。
【００３５】
上ロッカアーム７４は、一対のリンク７４ａ，７４ａ、ローラ軸７４ｂ、ローラ７４ｃおよび一対のコイルばね７４ｄ，７４ｄを備えている。ローラ軸７４ｂは、その両端部において、リンク７４ａ，７４ａの一端部にそれぞれ回動自在に支持されている。また、ローラ７４ｃは、このローラ軸７４ｂに回動自在に設けられている。
【００３６】
また、各リンク７４ａの他端部は、コントロールシャフト７１の偏心軸部７１ｃに回動自在に支持されるとともに、コイルばね７４ｄを介してホルダ部７１ｂに連結されている。リンク７４ａでは、このコイルばね７４ｄの付勢力により、ローラ７４ｃが排気カム９のカム面に当接するとともに、ローラ７４ｃが排気カム９のカム面のベース円部に当接しているときに、ローラ軸７４ｂは回動軸部７１ａと同軸の原点位置（図５に示す位置）に保持される。
【００３７】
一方、下ロッカアーム７５は、その一端部においてロッカアームシャフト７２に回動自在に支持され、他端部にはアジャストボルト７５ａ，７５ａが取り付けられている。アジャストボルト７５ａと排気弁７の間には、所定のタペットクリアランスが設けられている。
【００３８】
また、下ロッカアーム７５は、上方に突出する一対の案内部７５ｂ，７５ｂを備えている。各案内部７５ｂは、その上面が上ロッカアーム７４のローラ軸７４ｂを案内する案内面７５ｃになっており、この案内面７５ｃを介してローラ軸７４ｂに当接している。この案内面７５ｃは、リンク７４ａが図５に実線で示す閉弁位置にあるときに偏心軸部７１ｃと同心になるような、下方に凸の所定の円弧状に形成されている。また、案内部７５ｂとローラ軸７４ｂが互いに当接している状態では、ローラ７４ｃは、案内部７５ｂ，７５ｂ間に位置するとともに、下ロッカアーム７５に当接することなく、排気カム９のみに当接する。
【００３９】
一方、アクチュエータ８０は、モータおよび減速ギヤ機構（いずれも図示せず）などを組み合わせたものであり、ＥＣＵ２により駆動されることによって、コントロールシャフト７１をその回動軸部７１ａを中心として回動させる。このコントロールシャフト７１の回動に伴い、リンク７４ａもローラ軸７４ｂを中心として回動する。
【００４０】
次に、以上のように構成されたリフト可変機構７０の動作について説明する。このリフト可変機構７０では、ＥＣＵ２からの後述するリフト制御入力Ｕ＿ＳＡＡＥＸにより、アクチュエータ８０が駆動されると、コントロールシャフト７１が回動する。その際、コントロールシャフト７１の回動角ＳＡＡＥＸは所定範囲内に規制され、それにより、リンク７４ａの回動範囲も、例えばローラ軸７４ｂが前述した原点位置にある場合、図５に実線で示すゼロリフト位置と２点鎖線で示す最大リフト位置との間に規制される。
【００４１】
このようにリンク７４ａがゼロリフト位置にある場合、排気カム９が回転し、そのカムノーズによりローラ７４ｃがロッカアームシャフト７２側に押されると、リンク７４ａは偏心軸部７１ｃを中心として、図５の時計回りに回動する。その際、前述したように、下ロッカアーム７５の案内面７５ｃが偏心軸部７１ｃを中心とする円弧と一致するような形状を有しているので、下ロッカアーム７５は、図５に示す閉弁位置に保持される。それにより、排気リフトは値０に保持され、排気弁７は閉弁状態に保持される。
【００４２】
一方、リンク７４ａがゼロリフト位置から最大リフト位置側に回動した状態では、排気カム９の回転により、リンク７４ａが偏心軸部７１ｃを中心として図５の時計回りに回動し、それに伴い、下ロッカアーム７５は、図５に示す閉弁位置から下方に回動し、排気弁７を開放する。その際、下ロッカアーム７５の回動量すなわち排気リフトは、リンク７４ａが最大リフト位置に近い位置にあるほど、より大きくなる。
【００４３】
以上のように、排気弁７は、リンク７４ａが最大リフト位置に近い位置にあるほど、より大きなリフトで開弁する。具体的には、排気カム９の回転中、排気弁７は、リンク７４ａが最大リフト位置にあるときには、図７に実線で示すバルブリフト曲線に従って開弁し、排気リフトは、最大値ＬＥＸＭＡＸになる。したがって、このリフト可変機構７０では、アクチュエータ８０を介して、リンク７４ａをゼロリフト位置と最大リフト位置との間で回動させることにより、排気リフトを値０と所定の最大値ＬＥＸＭＡＸとの間で無段階に変化させることができる。また、排気カム位相ＣＡＥＸが同じ場合、排気リフトが大きいほど、排気弁７の開弁タイミングは早くなり、閉弁タイミングは遅くなる。
【００４４】
また、リフト可変機構７０には、排気リフトを検出するためのリフトセンサ２８が設けられている（図２参照）。このリフトセンサ２８は、コントロールシャフト７１の回動角ＳＡＡＥＸを検出し、それを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。前述したように、排気リフトは、コントロールシャフト７１の回動角ＳＡＡＥＸから一義的に定まるので、検出された回動角ＳＡＡＥＸは、実際の排気リフトを表す。
【００４５】
以上のように、このエンジン３では、排気側動弁機構４０により、排気弁７のバルブタイミングおよびリフトを無段階に変更できるので、燃焼行程後に燃焼室３ｅ内に残留する既燃ガスの量（以下「内部ＥＧＲ量」という）を自在に変更できる。例えば、内部ＥＧＲ量は、排気カム位相ＣＡＥＸが最遅角位置にあり、かつ排気リフトが最大値ＬＥＸＭＡＸのときに、値０になる。一方、排気カム位相ＣＡＥＸが進角側にあるほど、排気弁７の閉弁タイミングが早くなることで、内部ＥＧＲ量は大きくなり、また、排気リフトが小さいほど、既燃ガスの排出量が少なくなることで、内部ＥＧＲ量は大きくなる。以上から明らかなように、本実施形態では、吸気弁４が開き始める前に排気弁７を閉じることで、高温の既燃ガスを燃焼室３ｅ内に残留させ、内部ＥＧＲを得るものである。
【００４６】
また、ＥＣＵ２には、アクセル開度センサ２９（運転状態検出手段）から、アクセルペダル（図示せず）の操作量（以下「アクセル開度」という）ＡＰを表す検出信号が出力される。
【００４７】
ＥＣＵ２は、Ｉ／Ｏインターフェース、ＣＰＵ、ＲＡＭおよびＲＯＭなどから成るマイクロコンピュータで構成されている。ＥＣＵ２は、前述した各種のセンサ２１〜２９からの検出信号に応じ、ＲＯＭに記憶された制御プログラムなどに従って、燃料噴射量を含むエンジン３の制御を実行する。また、ＥＣＵ２は、エンジン３の運転状態に応じて、エンジン３の燃焼モードを、ＳＩ燃焼モードまたはＣＩ燃焼モードに決定するとともに、決定した燃焼モードに応じて、内部ＥＧＲ量および外部ＥＧＲ量を制御する。また、ＣＩ燃焼モード中には、後述する目標内部ＥＧＲ量ＥＧＲＩＮＣＭＤに応じて、燃焼モードをＳＩ燃焼モードに切り替える。なお、本実施形態では、ＥＣＵ２は、内部ＥＧＲ制御手段、目標作動ガス温度設定手段、目標内部ＥＧＲ量設定手段、燃焼モード切替手段、外部ＥＧＲ制御手段、運転状態検出手段および目標総ＥＧＲ量設定手段に相当する。
【００４８】
図８は、ＥＣＵ２で実行される燃焼モードの決定処理を示すフローチャートである。本処理は、所定時間ごとに実行される。まず、ステップ１（「Ｓ１」と図示。以下同じ）では、エンジン水温ＴＷが所定温度ＴＷＪＵＤよりも高いか否かを判別する。この判別結果がＮＯで、エンジン水温ＴＷが所定温度ＴＷＪＵＤ以下のときには、ＣＩ燃焼を行うのに適した燃焼室３ｅ内の温度を確保できないとして、燃焼モードをＳＩ燃焼モードに決定し、ＣＩ燃焼モードフラグＦ＿ＨＣＣＩを「０」にセットした（ステップ３）後、本処理を終了する。
【００４９】
一方、ステップ１の判別結果がＹＥＳのときには、エンジン３がＣＩ燃焼を実行すべき運転領域（以下「ＨＣＣＩ領域」という）にあるか否かを判別する（ステップ２）。この判別は、図９に示す燃焼領域マップに基づき、エンジン回転数ＮＥおよび要求トルクＰＭＣＭＤに応じて行われる。この燃焼領域マップのＨＣＣＩ領域は、ＣＩ燃焼を実行すべき運転領域であり、エンジン回転数ＮＥが低〜中回転域にあり、かつ要求トルクＰＭＣＭＤが低〜中負荷域にある運転領域に相当する。なお、要求トルクＰＭＣＭＤは、エンジン回転数ＮＥおよびアクセル開度ＡＰに応じて算出される。
【００５０】
前記ステップ２の判別結果がＮＯで、エンジン３がＨＣＣＩ領域にないときには、前記ステップ３を実行し、ＳＩ燃焼モードを選択する。一方、前記ステップ１および２の判別結果がいずれもＹＥＳで、エンジン水温ＴＷが所定温度ＴＷＪＵＤよりも高く、かつエンジン３がＨＣＣＩ領域にあるときには、燃焼モードをＣＩ燃焼モードに決定し、ＣＩ燃焼モードフラグＦ＿ＨＣＣＩを「１」にセットした（ステップ４）後、本処理を終了する。
【００５１】
図１０は、内部ＥＧＲ量の制御処理を示すフローチャートである。本処理では、まずステップ１１において、ＣＩ燃焼モードフラグＦ＿ＨＣＣＩが「１」であるか否かを判別する。この判別結果がＮＯで、燃焼モードがＳＩ燃焼モードのときには、エンジン回転数ＮＥおよび要求トルクＰＭＣＭＤに応じ、所定のマップ（図示せず）からＳＩ燃焼時用のマップ値ＴＣＹＬＧＡＳＳを検索し、目標作動ガス温度ＴＣＹＬＧＡＳとして設定する（ステップ１２）。
【００５２】
一方、前記ステップ１１の判別結果がＹＥＳで、燃焼モードがＣＩ燃焼モードのときには、エンジン回転数ＮＥおよび要求トルクＰＭＣＭＤに応じ、所定のマップ（図示せず）からＣＩ燃焼時用のマップ値ＴＣＹＬＧＡＳＣを検索し、目標作動ガス温度ＴＣＹＬＧＡＳとして設定する（ステップ１３）。このマップでは、マップ値ＴＣＹＬＧＡＳＣは、圧縮行程の開始時における作動ガスの温度を圧縮着火に適した温度に制御するための値として設定されており、エンジン回転数ＮＥが低いほど、および要求トルクＰＭＣＭＤが小さいほど、より大きな値に設定されている。これは、エンジン回転数ＮＥが低いほど、燃焼サイクル間の時間間隔が長いことで、圧縮着火がより生じにくく、また、要求トルクＰＭＣＭＤが小さいほど、燃料噴射量が少ないことで、圧縮着火がより生じにくいので、圧縮着火を生じやすくするために作動ガスをより高い温度に上昇させることが必要なためである。
【００５３】
ステップ１２または１３に続くステップ１４では、目標作動ガス温度ＴＣＹＬＧＡＳおよび吸気管内圧ＰＢＡに応じ、所定のマップ（図示せず）を検索することによって、目標充填効率ＥＴＡＣを算出する。この目標充填効率ＥＴＡＣは、作動ガスの充填効率（燃焼室３ｅの容積と行程容積との和に対する作動ガスの充填量の比）の目標値である。
【００５４】
次に、次式（１）に従って、今回の燃焼ガス温度ＴＥＸＧＡＳを算出する（ステップ１５）。
ＴＥＸＧＡＳ＝ＴＥＸＧＡＳＴ＊（１−ＴＤＴＧＡＳ）
＋ＴＥＸＧＡＳＺ＊ＴＤＴＧＡＳ    ・・・（１）
ここで、ＴＥＸＧＡＳＴは、エンジン３の運転状態に応じて今回、算出された燃焼ガス温度であり、具体的には、燃焼モードがＳＩ燃焼モードのときには、吸気温ＴＡおよび要求トルクＰＭＣＭＤに応じて算出され、ＣＩ燃焼モードのときには、目標作動ガス温度ＴＣＹＬＧＡＳおよび要求トルクＰＭＣＭＤに応じて算出される。また、ＴＥＸＧＡＳＺは、式（１）で算出された燃焼ガス温度の前回値であり、ＴＤＴＧＡＳは値１．０未満のなまし係数である。
【００５５】
次いで、目標作動ガス温度ＴＣＹＬＧＡＳ、目標充填効率ＥＴＡＣ、燃焼ガス温度の前回値ＴＥＸＧＡＳＺおよび吸気温ＴＡを用い、次式（２）に従って、目標内部ＥＧＲ量ＥＧＲＩＮＣＭＤを算出する（ステップ１６）。
ＥＧＲＩＮＣＭＤ＝ＥＴＡＣ＊ＮＴＣＹＬＭＡＸ＊（ＴＣＹＬＧＡＳ−ＴＡ）
／（ＴＥＸＧＡＳＺ−ＴＡ）    ・・・（２）
ここで、右辺のＮＴＣＹＬＭＡＸは、最大充填量であり、燃焼室３ｅの容積と行程容積の和である。また、（ＴＣＹＬＧＡＳ−ＴＡ）は、目標作動ガス温度と燃焼室３ｅに吸入される新気の温度との温度差を表し、（ＴＥＸＧＡＳＺ−ＴＡ）は、燃焼ガスと新気との温度差を表す。したがって、両者の比（ＴＣＹＬＧＡＳ−ＴＡ）／（ＴＥＸＧＡＳＺ−ＴＡ）は、内部ＥＧＲによって上昇させることが可能な作動ガスの温度上昇分に対する、内部ＥＧＲによって上昇させるべき作動ガスの温度の上昇分の比を表す。したがって、この比にＥＴＡＣ＊ＮＴＣＹＬＭＡＸを乗算することによって、目標内部ＥＧＲ量ＥＧＲＩＮＣＭＤを適切に算出することができる。
【００５６】
次に、目標内部ＥＧＲ量ＥＧＲＩＮＣＭＤに対してリミット処理を行う（ステップ１７）。このリミット処理では、算出した目標内部ＥＧＲ量ＥＧＲＩＮＣＭＤが値０よりも小さいとき、すなわち負の値のときに、目標内部ＥＧＲ量ＥＧＲＩＮＣＭＤを値０に設定する。
【００５７】
次いで、目標内部ＥＧＲ量ＥＧＲＩＮＣＭＤ、エンジン回転数ＮＥおよび要求トルクＰＭＣＭＤに応じて、位相制御入力Ｕ＿ＣＡＥＸおよびリフト制御入力Ｕ＿ＳＡＡＥＸを算出し（ステップ１８）、本処理を終了する。そして、位相制御入力Ｕ＿ＣＡＥＸに基づいてカム位相可変機構５０の電磁弁５４を駆動するとともに、リフト制御入力Ｕ＿ＳＡＡＥＸに基づいてリフト可変機構７０のアクチュエータ８０を駆動することにより、内部ＥＧＲ量が目標内部ＥＧＲ量ＥＧＲＩＮＣＭＤになるように制御され、燃焼室３ｅ内の作動ガスの温度が目標作動ガス温度ＴＣＹＬＧＡＳになるように制御される。
【００５８】
図１１は、外部ＥＧＲ量の制御処理を示すフローチャートである。本処理では、まずステップ２１において、ＣＩ燃焼モードフラグＦ＿ＨＣＣＩが「１」であるか否かを判別する。この判別結果がＮＯのときには、エンジン回転数ＮＥおよび要求トルクＰＭＣＭＤに応じ、所定のマップ（図示せず）からＳＩ燃焼時用のマップ値ＥＧＲＴＳを検索し、目標総ＥＧＲ量ＥＧＲＴＣＭＤとして設定する（ステップ２２）。この目標総ＥＧＲ量ＥＧＲＴＣＭＤは、内部ＥＧＲ量と外部ＥＧＲ量の和である総ＥＧＲ量の目標値である。
【００５９】
一方、前記ステップ２１の判別結果がＹＥＳで、燃焼モードがＣＩ燃焼モードのときには、エンジン回転数ＮＥおよび要求トルクＰＭＣＭＤに応じ、所定のマップ（図示せず）からＣＩ燃焼時用のマップ値ＥＧＲＴＣを検索し、目標総ＥＧＲ量ＥＧＲＴＣＭＤとして設定する（ステップ２３）。
【００６０】
ステップ２２または２３に続くステップ２４では、目標総ＥＧＲ量ＥＧＲＴＣＭＤから、前記ステップ１６で算出した目標内部ＥＧＲ量ＥＧＲＩＮＣＭＤを減算する（＝ＥＧＲＴＣＭＤ−ＥＧＲＩＮＣＭＤ）ことによって、目標外部ＥＧＲ量ＥＧＲＥＸＣＭＤを算出する。
【００６１】
次に、この目標外部ＥＧＲ量ＥＧＲＥＸＣＭＤに対してリミット処理を行う（ステップ２５）。このリミット処理では、算出した目標外部ＥＧＲ量ＥＧＲＥＸＣＭＤが負の値のときに、それを値０に設定する。
【００６２】
次に、算出した目標外部ＥＧＲ量ＥＧＲＥＸＣＭＤおよびエンジン回転数ＮＥに応じて、ＥＧＲリフト制御入力Ｕ＿ＬＩＦＴを算出し（ステップ２６）、本処理を終了する。そして、ＥＧＲリフト制御入力Ｕ＿ＬＩＦＴに基づいてＥＧＲ制御弁１５ｂを駆動することによって、外部ＥＧＲ量が目標外部ＥＧＲ量ＥＧＲＥＸＣＭＤになるように制御される。
【００６３】
図１２は、燃焼モードの切り替え処理を示すフローチャートである。本処理では、まずステップ３１において、図８の処理で設定されたＣＩ燃焼モードフラグＦ＿ＨＣＣＩが「１」であるか否かを判別する。この判別結果がＮＯのときには、燃焼モードを通常ＳＩ燃焼モードに決定し、そのことを表すために、通常ＳＩ燃焼フラグＦ＿ＳＩＮを「１」にセットし（ステップ３４）、本処理を終了する。この通常ＳＩ燃焼モードでは、エンジン回転数ＮＥおよび要求トルクＰＭＣＭＤに応じて、点火時期および燃料の噴射タイミングが設定される。
【００６４】
一方、前記ステップ３１の判別結果がＹＥＳで、ＣＩ燃焼モード中には、目標内部ＥＧＲ量ＥＧＲＩＮＣＭＤが目標総ＥＧＲ量ＥＧＲＴＣＭＤよりも大きいか否かを判別する（ステップ３２）。この判別結果がＹＥＳで、ＥＧＲＩＮＣＭＤ＞ＥＧＲＴＣＭＤのときには、目標内部ＥＧＲ量ＥＧＲＩＮＣＭＤをそのまま用いると、内部ＥＧＲ量が過剰になり、その分、燃焼室３ｅに供給される新気の量が不足することにより、燃焼状態が不安定になるおそれがあるとして、ＣＩ燃焼モードフラグＦ＿ＨＣＣＩを「０」にセットし（ステップ３３）、燃焼モードをＳＩ燃焼モードに切り替えるとともに、前記ステップ３４を実行し、通常ＳＩ燃焼モードを選択する。
【００６５】
一方、前記ステップ３２の判別結果がＮＯのときには、前記ステップ１６で算出した、リミット処理を行う前の目標内部ＥＧＲ量ＥＧＲＩＮＣＭＤが、値０よりも小さいか否かを判別する（ステップ３５）。この判別結果がＹＥＳで、算出された目標内部ＥＧＲ量ＥＧＲＩＮＣＭＤが負の値のときには、目標作動ガス温度ＴＣＹＬＧＡＳよりも吸気温ＴＡが高く、作動ガスの温度がすでに高すぎる状態にあり、早期着火するおそれがあるとして、ＣＩ燃焼モードフラグＦ＿ＨＣＣＩを「０」にセットし（ステップ３６）、燃焼モードをＳＩ燃焼モードに切り替えるとともに、ＳＩ燃焼モードとしてリタードＳＩ燃焼モードを選択し、そのことを表すために、リタードＳＩ燃焼フラグＦ＿ＳＩＲを「１」にセットし（ステップ３７）、本処理を終了する。このリタードＳＩ燃焼モードでは、点火時期および燃料の噴射タイミングは、通常ＳＩ燃焼モード時よりも遅角側の値に設定される。
【００６６】
一方、前記ステップ３２および３５の判別結果がいずれもＮＯで、ＣＩ燃焼モード中、目標内部ＥＧＲ量ＥＧＲＩＮＣＭＤが、値０以上で、かつ目標総ＥＧＲ量ＥＧＲＴＣＭＤ以下のときには、本処理をそのまま終了し、ＣＩ燃焼モードを継続する。
【００６７】
以上のように、本実施形態によれば、ＣＩ燃焼モード中、目標作動ガス温度ＴＣＹＬＧＡＳが、ＣＩ燃焼に適した温度に算出されるとともに、燃焼室３ｅ内の作動ガスの温度が目標作動ガス温度ＴＣＹＬＧＡＳになるように、目標内部ＥＧＲ量ＥＧＲＩＮＣＭＤが算出される。そして、目標内部ＥＧＲ量ＥＧＲＩＮＣＭＤが負の値のときに、燃焼モードをＳＩ燃焼モードに切り替える。したがって、目標作動ガス温度ＴＣＹＬＧＡＳよりも吸気温ＴＡが高く、作動ガスの温度がすでに高すぎる状態にあり、早期着火するおそれがあるときに、燃焼モードをＳＩ燃焼モードに適切に切り替えることができ、それにより、ＣＩ燃焼モードを継続したときのノッキングを確実に防止することができる。
【００６８】
また、この場合、ＳＩ燃焼モードとして、点火時期および燃料の噴射タイミングをリタードさせるリタードＳＩ燃焼モードが選択されるので、作動ガスの温度を効果的に下げることができ、それにより、切り替え先のＳＩ燃焼での早期着火も防止することができる。
【００６９】
さらに、エンジン回転数ＮＥおよび要求トルクＰＭＣＭＤに応じて算出された目標総ＥＧＲ量ＥＧＲＴＣＭＤよりも、目標内部ＥＧＲ量ＥＧＲＩＮＣＭＤが大きいときに、燃焼モードをＳＩ燃焼モードに切り替える。したがって、内部ＥＧＲ量が過剰になり、その分、新気の量が不足することで、燃焼状態が不安定になるおそれがあるときに、燃焼モードをＳＩ燃焼モードに適切に切り替えることができ、それにより、ＣＩ燃焼モードを継続したときの失火を確実に防止することができる。
【００７０】
なお、本発明は、説明した実施形態に限定されることなく、種々の態様で実施することができる。例えば、実施形態では、目標作動ガス温度を設定するためのパラメータとして、エンジン回転数および要求トルクを用いているが、これに限らず、圧縮着火の生じやすさを表すものであれば、他の適当なパラメータを用いてもよい。また、実施形態では、目標内部ＥＧＲ量を算出する際のパラメータとして用いる燃焼温度を、推定によって求めているが、排気温センサによって排ガスの温度を直接、検出してもよい。さらに、実施形態では、内部ＥＧＲ量を、カム位相可変機構およびリフト可変機構の両方によって制御しているが、これに限らず、例えば、両可変機構の一方で制御してもよく、あるいは、これに代えて、またはこれとともに、吸気弁の開弁タイミングを遅らせることで制御してもよい。
【００７１】
さらに、実施形態は、本発明を車両に搭載されたエンジンに限らず、クランク軸を鉛直に配置した船外機などのような船舶推進機用エンジンにも適用可能である。その他、本発明の趣旨の範囲内で、細部の構成を適宜、変更することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明の制御装置を内燃機関とともに概略的に示す図である。
【図２】制御装置の一部を示す図である。
【図３】カム位相可変機構の概略構成を示す模式図である。
【図４】カム位相可変機構により排気カム位相が最遅角値（実線）および最進角値（２点鎖線）に設定されているときの排気弁のバルブリフト曲線を示す図である。
【図５】リフト可変機構の概略構成を示す模式図である。
【図６】リフト可変機構の概略構成を示す斜視図である。
【図７】リフト可変機構による排気リフトの変更状態を示す図である。
【図８】燃焼モードの決定処理を示すフローチャートである。
【図９】図８の処理で用いられる燃焼領域マップの一例を示す図である。
【図１０】内部ＥＧＲ量の制御処理を示すフローチャートである。
【図１１】外部ＥＧＲ量の制御処理を示すフローチャートである。
【図１２】燃焼モードの切り替え処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００７３】
１  制御装置
２  ＥＣＵ（内部ＥＧＲ制御手段、目標作動ガス温度設定手段、目標内部ＥＧＲ量設定
手段、燃焼モード切替手段、外部ＥＧＲ制御手段、運転状態検出手段およ
び目標総ＥＧＲ量設定手段）
３  エンジン
３ｅ  燃焼室
１２  吸気管（吸気系）
１５  排気還流機構（外部ＥＧＲ制御手段）
２１  クランク角センサ（運転状態検出手段）
２９  アクセル開度センサ（運転状態検出手段）
４０  排気側動弁機構（内部ＥＧＲ制御手段）
ＮＥ  エンジン回転数（内燃機関の運転状態）
ＰＭＣＭＤ  要求トルク（内燃機関の運転状態）
ＥＧＲＩＮＣＭＤ  目標内部ＥＧＲ量
ＥＧＲＴＣＭＤ  目標総ＥＧＲ量
ＴＣＹＬＧＡＳ  目標作動ガス温度
【図１】
2008121593.tif 000003
【図２】
2008121593.tif 000004
【図３】
2008121593.tif 000005
【図４】
2008121593.tif 000006
【図５】
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【図６】
2008121593.tif 000008
【図７】
2008121593.tif 000009
【図８】
2008121593.tif 000010
【図９】
2008121593.tif 000011
【図１０】
2008121593.tif 000012
【図１１】
2008121593.tif 000013
【図１２】
2008121593.tif 000014