(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
機関本体と、
前記機関本体の燃焼室に直接燃料を噴射するための燃料噴射弁と、
前記燃料噴射弁から噴射された燃料の燃料噴射経路内又は燃料噴射経路近傍に電極部が配置された点火プラグと、
排気弁のリフト特性を、当該排気弁を排気行程で開弁させる第１リフト特性と、当該排気弁を排気行程及び吸気行程で開弁させる第２リフト特性と、に切り替え可能なリフト特性切替機構と、
を備える内燃機関を制御するための内燃機関の制御装置であって、
前記燃料噴射弁を制御すると共に必要に応じて前記点火プラグを制御して、燃料を予混合圧縮自着火燃焼又は火炎伝播燃焼させる燃焼制御部と、
燃料を予混合圧縮自着火燃焼させる圧縮自着火運転領域の少なくとも一部を含む所定の第１運転領域内において、前記排気弁のリフト特性を前記第２リフト特性に切り替え、燃料を火炎伝播燃焼させる火花点火運転領域を少なくとも含む所定の第２運転領域内において、前記排気弁のリフト特性を前記第１リフト特性に切り替えるリフト特性制御部と、
前記排気弁のリフト特性を前記第２リフト特性から前記第１リフト特性に切り替えることができなくなる切替故障が発生したか否かを判定する切替故障判定部と、
を備え、
前記燃焼制御部は、
前記切替故障が発生していないときは、前記火花点火運転領域内において、前記燃焼室内に均一に拡散された燃料を前記点火プラグによって点火して火炎伝播燃焼させる均質燃焼を実施し、
前記切替故障が発生したときは、前記第２運転領域内において、前記燃料噴射経路上の燃料を前記点火プラグによって点火して火炎伝播燃焼させるスプレーガイド成層燃焼を実施する、
内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記内燃機関の吸気通路に設けられたスロットル弁の開度を、機関負荷に応じた目標開度に制御するスロットル制御部を備え、
前記スロットル制御部は、
前記切替故障が発生したときは、前記第２運転領域内において、前記スロットル弁の開度を、最大開度又は前記目標開度よりも大きい開度に制御する、
請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記内燃機関の排気通路に設けられた排気ターボチャージャのタービンに流入する排気の流量を調節するためのウェストゲートバルブ又は可変ノズルの開度を、機関負荷に応じた目標開度に制御する過給圧制御部を備え、
前記過給圧制御部は、
前記切替故障が発生したときは、前記第２運転領域内において、前記ウェストゲートバルブ又は前記可変ノズルの開度を、最大開度又は前記目標開度よりも大きい開度に制御する、
請求項１又は請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
クランクシャフトに対する排気カムシャフトの位相である排気位相を変更可能な可変排気位相機構を制御する排気位相制御部を備え、
前記排気位相制御部は、
前記切替故障が発生したときは、前記第２運転領域内において、吸気行程中における排気弁の開弁時期が、吸気行程中における前記燃焼室の容積変化率が相対的に小さくなる時期となるように前記排気位相を変更する、
請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記排気位相制御部は、
前記切替故障が発生したときは、吸気行程中における排気弁の開弁時期が吸気行程の初期となるように前記排気位相を変更する、
請求項４に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
前記排気位相制御部は、
前記切替故障が発生したときは、吸気行程中における排気弁の開弁時期が吸気行程の後期となるように前記排気位相を変更する、
請求項４に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項７】
クランクシャフトに対する吸気カムシャフトの位相である吸気位相を変更可能な可変吸気位相機構を制御する吸気位相制御部を備え、
前記吸気位相制御部は、
前記切替故障が発生した場合は、前記第２運転領域内において前記吸気位相を変更し、前記切替故障が発生していないときと比較して吸気弁の閉弁時期を吸気下死点から離れる方向に進角又は遅角させる、
請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項８】
前記燃焼制御部は、
前記切替故障が発生したときは、全運転領域で前記スプレーガイド成層燃焼を実施する、
請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項９】
前記切替故障判定部は、
前記切替故障が発生したか否かを前記火花点火運転領域内で判定し、
前記燃焼制御部は、
前記切替故障の発生後に機関運転状態が前記第２運転領域内から前記第１運転領域内に移行したときは、当該第１運転領域よりも高負荷側又は高回転側の前記第２運転領域内での運転を禁止し、当該第１運転領域内で燃料を予混合圧縮自着火燃焼させる、
請求項１から請求項７までのいずれか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】
本発明は内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、従来の内燃機関として、排気弁のリフト特性を、当該排気弁を排気行程で開弁させる第１リフト特性と、当該排気弁を排気行程及び吸気行程で開弁させる第２リフト特性と、に切り替え可能なリフト特性切替機構を備えるものが開示されている。また特許文献１には、この従来の内燃機関の制御装置として、燃料を火炎伝播燃焼させる運転領域で排気弁のリフト特性を第１リフト特性に切り替え、燃料を予混合圧縮自着火燃焼させる運転領域で排気弁のリフト特性を第２リフト特性に切り替えるように構成されたものが開示されている。特許文献１では、このように燃料を予混合圧縮自着火燃焼させる運転領域で排気弁を吸気行程中に再度開弁することで、排気行程中に自気筒から排出された高温の排気を直後の吸気行程中に自気筒に吸い戻し、予混合圧縮自着火燃焼を実施可能な温度まで筒内温度を上昇させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−２１４４７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前述した特許文献１のものは、リフト特性切替機構が故障した場合のことを考慮していなかった。そのため、何らかの要因によってリフト特性切替機構が故障し、排気弁のリフト特性を第２リフト特性から第１リフト特性に切り替えることができなくなると、燃料を火炎伝播燃焼させる運転領域においても高温の排気が気筒内に吸い戻されることになる。そのため、燃料を火炎伝播燃焼させる運転領域では筒内温度が高くなり過ぎてしまい、プレイグニッションやノッキングなどの異常燃焼が発生するおそれがあった。
【０００５】
本発明はこのような問題点に着目してなされたものであり、リフト特性切替機構が故障した場合の異常燃焼の発生を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明のある態様によれば、機関本体と、機関本体の燃焼室に直接燃料を噴射するための燃料噴射弁と、燃料噴射弁から噴射された燃料の燃料噴射経路内又は燃料噴射経路近傍に電極部が配置された点火プラグと、排気弁のリフト特性を、当該排気弁を排気行程で開弁させる第１リフト特性と、当該排気弁を排気行程及び吸気行程で開弁させる第２リフト特性と、に切り替え可能なリフト特性切替機構と、を備える内燃機関を制御するための内燃機関の制御装置が、燃料噴射弁を制御すると共に必要に応じて点火プラグを制御して、燃料を予混合圧縮自着火燃焼又は火炎伝播燃焼させる燃焼制御部と、燃料を予混合圧縮自着火燃焼させる圧縮自着火運転領域の少なくとも一部を含む所定の第１運転領域内において、排気弁のリフト特性を第２リフト特性に切り替え、燃料を火炎伝播燃焼させる火花点火運転領域を少なくとも含む所定の第２運転領域内において、排気弁のリフト特性を第１リフト特性に切り替えるリフト特性制御部と、排気弁のリフト特性を第２リフト特性から前記第１リフト特性に切り替えることができなくなる切替故障が発生したか否かを判定する切替故障判定部と、を備える。燃焼制御部は、切替故障が発生していないときは、火花点火運転領域内において燃焼室内に均一に拡散された燃料を点火プラグによって点火して火炎伝播燃焼させる均質燃焼を実施し、切替故障が発生したときは、第２運転領域内において燃料噴射経路上の燃料を点火プラグによって点火して火炎伝播燃焼させるスプレーガイド成層燃焼を実施するように構成されている。
【発明の効果】
【０００７】
本発明のこの態様によれば、リフト特性切替機構が故障した場合の異常燃焼の発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、本発明の第１実施形態による内燃機関及び内燃機関を制御する電子制御ユニットの概略構成図である。
【図２】図２は、本発明の第１実施形態による内燃機関の機関本体の断面図である。
【図３】図３は、本発明の第１実施形態による吸気動弁装置の概略斜視図である。
【図４】図４は、本発明の第１実施形態による可変吸気位相機構の概略断面図である。
【図５】図５は、本発明の第１実施形態による排気動弁装置の概略斜視図である。
【図６】図６は、本発明の第１実施形態によるリフト特性切替機構の概略断面図である。
【図７】図７は、機関本体の運転領域を示す図である。
【図８Ａ】図８Ａは、ＳＩ運転モード中における吸気弁及び排気弁の開弁動作の一例を示した図である。
【図８Ｂ】図８Ｂは、ＣＩ運転モード中における吸気弁及び排気弁の開弁動作の一例を示した図である。
【図９】図９は、切替故障が発生したか否かを判定するための切替故障判定制御について説明するフローチャートである。
【図１０】図１０は、切替故障が発生した場合の本発明の第１実施形態による燃焼制御について説明するフローチャートである。
【図１１】図１１は、切替故障が発生した場合の本発明の第２実施形態による燃焼制御について説明するフローチャートである。
【図１２】図１２は、切替故障が発生した場合の本発明の第２実施形態による各種パラメータの動作について説明するタイムチャートである。
【図１３】図１３は、吸気行程中に排気弁が開弁する時期を、吸気行程の初期、中期、及び後期に制御した場合における内部ＥＧＲガス量と圧縮端温度とをそれぞれ比較して示した図である。
【図１４】図１４は、可変排気位相機構によって排気位相を基準位相から進角又は遅角させて、吸気行程中に排気弁が開弁する時期を、吸気行程の初期、中期、及び後期に制御した場合の例を示した図である。
【図１５】図１５は、切替故障が発生した場合の本発明の第３実施形態による燃焼制御について説明するフローチャートである。
【図１６】図１６は、切替故障が発生した場合の本発明の第３実施形態による各種パラメータの動作について説明するタイムチャートである。
【図１７】図１７は、切替故障が発生した場合の本発明の第４実施形態による燃焼制御について説明するフローチャートである。
【図１８】図１８は、切替故障が発生した場合の本発明の第４実施形態による各種パラメータの動作について説明するタイムチャートである。
【図１９】図１９は、切替故障が発生した場合の吸気弁及び排気弁の開弁時期の一例を示した図である。
【図２０】図２０は、切替故障が発生した場合の本発明の第５実施形態による燃焼制御について説明するフローチャートである。
【図２１】図２１は、本発明の第６実施形態による燃焼制御について説明するための図である。
【図２２】図２２は、切替故障が発生した場合の本発明の第６実施形態による燃焼制御について説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明では、同様な構成要素には同一の参照番号を付す。
【００１０】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態による内燃機関１００及び内燃機関１００を制御する電子制御ユニット２００の概略構成図である。図２は、内燃機関１００の機関本体１の断面図である。
【００１１】
内燃機関１００は、複数の気筒１０を備える機関本体１と、燃料供給装置２と、吸気装置３と、排気装置４と、吸気動弁装置５と、排気動弁装置６と、を備える。
【００１２】
機関本体１は、各気筒１０に形成される燃焼室１１内（図２参照）で燃料を燃焼させて、例えば車両などを駆動するための動力を発生させる。機関本体１には、気筒毎に１つの点火プラグ１６が、各気筒１０の燃焼室１１に臨むように設けられる。また機関本体１には、気筒毎に一対の吸気弁５０と一対の排気弁６０とが設けられる。図２に示すように、各気筒１０の内部には、燃焼圧力を受けて各気筒１０の内部を往復運動するピストン１２が収められる。ピストン１２は、コンロッドを介してクランクシャフトと連結されており、クランクシャフトによってピストン１２の往復運動が回転運動に変換される。
【００１３】
燃料供給装置２は、電子制御式の燃料噴射弁２０と、デリバリパイプ２１と、サプライポンプ２２と、燃料タンク２３と、圧送パイプ２４と、を備える。
【００１４】
燃料噴射弁２０は、燃焼室１１の中央頂部に配置され、各気筒１０の燃焼室１１に臨むように各気筒１０に１つ設けられる。図２に示すように、本実施形態では後述するスプレーガイド成層燃焼を実施することができるように、点火プラグ１６の電極部１６ａが、燃料噴射弁２０の燃料噴射領域Ｒ内又は燃料噴射領域Ｒの近傍に位置するように、点火プラグ１６に隣接して燃料噴射弁２０が配置される。燃料噴射弁２０の開弁時間（噴射量）及び開弁時期（噴射時期）は電子制御ユニット２００からの制御信号によって変更され、燃料噴射弁２０が開弁されると燃料噴射弁２０から燃焼室１１内に直接燃料が噴射される。
【００１５】
デリバリパイプ２１は、圧送パイプ２４を介して燃料タンク２３に接続される。圧送パイプ２４の途中には、燃料タンク２３に貯蔵された燃料を加圧してデリバリパイプ２１に供給するためのサプライポンプ２２が設けられる。デリバリパイプ２１は、サプライポンプ２２から圧送されてきた高圧燃料を一時的に貯蔵する。燃料噴射弁２０が開弁されると、デリバリパイプ２１に貯蔵された高圧燃料が燃料噴射弁２０から燃焼室１１内に直接噴射される。デリバリパイプ２１には、デリバリパイプ２１内の燃料圧力、すなわち燃料噴射弁２０から気筒内に噴射される燃料の圧力（噴射圧）を検出するための燃圧センサ２１１が設けられる。
【００１６】
サプライポンプ２２は、吐出量を変更することができるように構成されており、サプライポンプ２２の吐出量は、電子制御ユニット２００からの制御信号によって変更される。サプライポンプ２２の吐出量を制御することで、デリバリパイプ２１内の燃料圧力、すなわち燃料噴射弁２０の噴射圧が制御される。
【００１７】
吸気装置３は、燃焼室１１内に吸気を導くための装置であって、燃焼室１１内に吸入される吸気の状態（吸気圧、吸気温、外部ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）ガス量）を変更することができるように構成されている。吸気装置３は、吸気通路３０と、吸気マニホールド３１と、ＥＧＲ通路３２と、を備える。
【００１８】
吸気通路３０は、一端がエアクリーナ３４に接続され、他端が吸気マニホールド３１の吸気コレクタ３１ａに接続される。吸気通路３０には、上流から順にエアフローメータ２１２、排気ターボチャージャ７のコンプレッサ７１、インタクーラ３５及びスロットル弁３６が設けられる。
【００１９】
エアフローメータ２１２は、吸気通路３０内を流れて最終的に各気筒１０内に吸入される空気の流量（以下「実吸入空気量」という。）を検出する。
【００２０】
コンプレッサ７１は、コンプレッサハウジング７１ａと、コンプレッサハウジング７１ａ内に配置されたコンプレッサホイール７１ｂと、を備える。コンプレッサホイール７１ｂは、同軸上に取り付けられた排気ターボチャージャ７のタービンホイール７２ｂによって回転駆動され、コンプレッサハウジング７１ａ内に流入してきた吸気を圧縮して吐出する。
【００２１】
インタクーラ３５は、コンプレッサ７１によって圧縮されて高温になった吸気を、例えば走行風や冷却水などによって冷却するための熱交換器である。
【００２２】
スロットル弁３６は、吸気通路３０の通路断面積を変化させることで、吸気マニホールド３１に導入する吸気量を調整する。スロットル弁３６は、スロットルアクチュエータ３６ａによって開閉駆動され、スロットルセンサ２１３によってその開度（スロットル開度）が検出される。
【００２３】
吸気マニホールド３１は、機関本体１に形成された吸気ポート１４（図２参照）に接続されており、吸気通路３０から流入してきた吸気を、吸気ポート１４を介して各気筒１０に均等に分配する。吸気マニホールド３１の吸気コレクタ３１ａには、筒内に吸入される吸気の圧力（吸気圧）を検出するための吸気圧センサ２１４と、筒内に吸入される吸気の温度（吸気温）を検出するための吸気温センサ２１５と、が設けられる。
【００２４】
ＥＧＲ通路３２は、排気マニホールド４１と吸気マニホールド３１の吸気コレクタ３１ａを連通し、各気筒１０から排出された排気の一部を圧力差によって吸気コレクタ３１ａに戻すための通路である。以下、ＥＧＲ通路３２に流入した排気のことを「外部ＥＧＲガス」という。外部ＥＧＲガスを吸気コレクタ３１ａ、ひいては各気筒１０に還流させることで、燃焼温度を低減させて窒素酸化物（ＮＯｘ）の排出を抑えることができる。ＥＧＲ通路３２には、上流から順にＥＧＲクーラ３７と、ＥＧＲ弁３８と、が設けられる。
【００２５】
ＥＧＲクーラ３７は、外部ＥＧＲガスを、例えば走行風や冷却水などによって冷却するための熱交換器である。
【００２６】
ＥＧＲ弁３８は、連続的又は段階的に開度を調整することができる電磁弁であり、その開度は機関運転状態に応じて電子制御ユニット２００によって制御される。ＥＧＲ弁３８の開度を制御することで、吸気コレクタ３１ａに還流させる外部ＥＧＲガスの流量が調節される。
【００２７】
排気装置４は、筒内から排気を排出するための装置であって、排気マニホールド４１と、排気通路４２と、排気後処理装置４３と、排気バイパス通路４４と、を備える。
【００２８】
排気マニホールド４１は、機関本体１に形成された排気ポート１５に接続されており、各気筒１０から排出された排気を纏めて排気通路４２に導入する。
【００２９】
排気通路４２には、上流から順に排気ターボチャージャ７のタービン７２と、排気後処理装置４３と、が設けられる。
【００３０】
タービン７２は、タービンハウジング７２ａと、タービンハウジング７２ａ内に配置されたタービンホイール７２ｂと、を備える。タービンホイール７２ｂは、タービンハウジング７２ａ内に流入してきた排気のエネルギによって回転駆動され、同軸上に取り付けられたコンプレッサホイール７１ｂを駆動する。
【００３１】
排気後処理装置４３は、排気を浄化した上で外気に排出するための装置であって、有害物質を浄化する各種の排気浄化触媒や有害物質を捕集するフィルタなどを備える。
【００３２】
排気バイパス通路４４は、タービン７２を迂回するようにタービン７２の上流側の排気通路４２と下流側の排気通路４２とに接続される通路である。
【００３３】
排気バイパス通路４４には、ウェストゲートアクチュエータ（図示せず）によって駆動されて、排気バイパス通路４４の通路断面積を連続的又は段階的に調節することができるウェストゲートバルブ４５が設けられる。ウェストゲートバルブ４５が開かれると、タービン７２の上流側の排気通路４２を流れてきた排気の一部又は全部が排気バイパス通路４４へと流入し、タービン７２を迂回して外気へと排出される。そのため、ウェストゲートバルブ４５の開度（以下「ウェストゲート開度」という。）を調節することで、タービン７２に流入する排気の流量を調節し、タービン７２の回転速度を制御することができる。すなわち、ウェストゲート開度を調節することで、コンプレッサ７１によって圧縮される空気の圧力（過給圧）を制御することができる。
【００３４】
吸気動弁装置５は、各気筒１０の吸気弁５０を開閉駆動するための装置であって、機関本体１に設けられる。本実施形態による吸気動弁装置５は、各気筒１０の吸気弁５０を吸気行程中に開弁させることができるように構成される。吸気動弁装置５の詳細な構成については、図３及び図４を参照して後述する。
【００３５】
排気動弁装置６は、各気筒１０の排気弁６０を開閉駆動するための装置であって、機関本体１に設けられる。本実施形態による排気動弁装置６は、各気筒１０の排気弁６０を排気行程中に開弁させると共に、必要に応じて吸気行程中にも開弁させることができるように構成される。排気動弁装置６の詳細な構成については、図５及び図６を参照して後述する。
【００３６】
電子制御ユニット２００は、デジタルコンピュータから構成され、双方性バス２０１によって互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）２０２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）２０３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）２０４、入力ポート２０５及び出力ポート２０６を備える。
【００３７】
入力ポート２０５には、前述した燃圧センサ２１１などの出力信号が、対応する各ＡＤ変換器２０７を介して入力される。また入力ポート２０５には、機関負荷を検出するための信号として、アクセルペダル２２０の踏み込み量（以下「アクセル踏込量」という。）に比例した出力電圧を発生する負荷センサ２１７の出力電圧が、対応するＡＤ変換器２０７を介して入力される。また入力ポート２０５には、機関回転速度などを算出するための信号として、機関本体１のクランクシャフトが例えば１５°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ２１８の出力信号が入力される。このように入力ポート２０５には、内燃機関１００を制御するために必要な各種センサの出力信号が入力される。
【００３８】
出力ポート２０６は、対応する駆動回路２０８を介して、燃料噴射弁２０などの各制御部品に接続される。
【００３９】
電子制御ユニット２００は、入力ポート２０５に入力された各種センサの出力信号に基づいて、各制御部品を制御するための制御信号を出力ポート２０６から出力して内燃機関１００を制御する。
【００４０】
図３は、本実施形態による吸気動弁装置５の概略斜視図である。
【００４１】
吸気動弁装置５は、気筒列方向に延びる吸気カムシャフト５１と、吸気弁５０を駆動するための吸気弁駆動機構５２と、クランクシャフトに対する吸気カムシャフト５１の位相（以下「吸気位相」という。）を変化させるための可変吸気位相機構５３と、を備える。
【００４２】
吸気カムシャフト５１は、機関本体１に対して自由に回転できるように、機関本体１に取り付けられる。吸気カムシャフト５１は、その一端部に設けられたスプロケット５５を介して、ベルトやチェーンでクランクシャフトと連係されており、クランクシャフトと連動して軸周りに回転する。吸気カムシャフト５１には、吸気カムシャフト５１と一体となって回転する吸気カム５４が、気筒毎に１つ固定されている。
【００４３】
吸気弁駆動機構５２は、吸気支持シャフト５２１と、Ｙ字型ロッカアーム５２２と、を備える。
【００４４】
吸気支持シャフト５２１は、吸気カムシャフト５１の下方に配置されると共に吸気カムシャフト５１と平行に気筒列方向に延びており、機関本体１に固定支持されている。
【００４５】
Ｙ字型ロッカアーム５２２は、その先端側が二股に分かれており、吸気支持シャフト５２１の軸心を中心として所定の回転範囲で揺動（上下動）させることができるように、その基端側に吸気支持シャフト５２１が挿入されている。そして、二股に分かれたＹ字型ロッカアーム５２２の先端部に、吸気弁５０のステム部５０ａが固定されている。またＹ字型ロッカアーム５２２は、その中央部に吸気カム５４が摺接するニードルローラ５２２ａを備えており、吸気カムシャフト５１がクランクシャフトと連動して回転すると、ニードルローラ５２２ａが吸気カム５４によって押し下げられる。これにより、Ｙ字型ロッカアーム５２２が吸気支持シャフト５２１の軸心を中心として所定の回転範囲で揺動し、吸気弁５０が開弁する。
【００４６】
可変吸気位相機構５３は、吸気カムシャフト５１の一端部に設けられる。可変吸気位相機構５３については、さらに図４を参照して説明する。
【００４７】
図４は、可変吸気位相機構５３の概略断面図である。
【００４８】
図４に示すように、可変吸気位相機構５３は、スプロケット５５と一緒に回転する円筒状ハウジング５３１と、吸気カムシャフト５１と一緒に回転しかつ円筒状ハウジング５３１に対して相対回転可能な回転軸５３２と、円筒状ハウジング５３１の内周面から回転軸５３２の外周面まで延びる複数個の仕切壁５３３と、各仕切壁５３３の間で回転軸５３２の外周面から円筒状ハウジング５３１の内周面まで延びるベーン５３４と、各ベーン５３４の両側にそれぞれ形成された進角用油圧室５３５と遅角用油圧室５３６と、進角用油圧室５３５及び遅角用油圧室５３６に対して作動油の給排制御を行うための作動油供給制御弁５６と、を備える。
【００４９】
作動油供給制御弁５６は、進角用油圧室５３５に連結された進角用油圧ポート５６１と、遅角用油圧室５３６に連結された遅角用油圧ポート５６２と、油圧ポンプ５７から吐出された作動油が供給される供給ポート５６３と、第１ドレンポート５６４と、第２ドレンポート５６５と、各ポート（進角用油圧ポート５６１、遅角用油圧ポート５６２、供給ポート５６３、第１ドレンポート５６４、及び第２ドレンポート５６５）間の連通遮断制御を行うスプール弁５６６と、を備える。
【００５０】
吸気位相を進角すべきときは、図４においてスプール弁５６６が右方に移動させられ、供給ポート５６３から供給された作動油が進角用油圧ポート５６１を介して進角用油圧室５３５に供給されると共に、遅角用油圧室５３６内の作動油が第２ドレンポート５６５から排出される。このとき回転軸５３２は円筒状ハウジング５３１に対して矢印方向に相対回転させられる。
【００５１】
これに対し、吸気位相を遅角すべきときは、図４においてスプール弁５６６が左方に移動させられ、供給ポート５６３から供給された作動油が遅角用油圧ポート５６２を介して遅角用油圧室５３６に供給されると共に、進角用油圧室５３５内の作動油が第１ドレンポート５６４から排出される。このとき回転軸５３２は円筒状ハウジング５３１に対して矢印と反対方向に相対回転させられる。
【００５２】
回転軸５３２が円筒状ハウジング５３１に対して相対回転させられているときにスプール弁５６６が図４に示される中立位置に戻されると回転軸５３２の相対回転動作は停止させられ、回転軸５３２はそのときの相対回転位置に保持される。このようにして、可変吸気位相機構５３によって吸気位相を所望の量だけ進角又は遅角させることができる。
【００５３】
図５は、本実施形態による排気動弁装置６の概略斜視図である。
【００５４】
排気動弁装置６は、気筒列方向に延びる排気カムシャフト６１と、排気弁６０を駆動するための排気弁駆動機構６２と、クランクシャフトに対する排気カムシャフト６１の位相（以下「排気位相」という。）を変化させるための可変排気位相機構６３と、排気弁６０のリフト特性を、排気弁６０を排気行程で開弁させる第１リフト特性と、排気弁６０を排気行程及び吸気行程で開弁させる第２リフト特性と、に切り替え可能なリフト特性切替機構６４と、備える。
【００５５】
排気カムシャフト６１は、機関本体１に対して自由に回転できるように、機関本体１に取り付けられる。排気カムシャフト６１は、その一端部に設けられたスプロケット６７を介して、ベルトやチェーンでクランクシャフトと連係されており、クランクシャフトと連動して軸周りに回転する。
【００５６】
排気カムシャフト６１には、排気カムシャフト６１と一体となって回転する第１排気カム６５及び第２排気カム６６が、気筒毎に１組固定されている。第１排気カム６５は、各気筒１０の排気弁６０を排気行程で開弁させるためのカムである。第２排気カム６６は、各気筒１０の排気弁６０を排気行程及び吸気行程で開弁させるためのカムである。第２排気カム６６は、排気弁６０を排気行程に開弁するためのカム山６６ａと、排気弁６０を吸気行程に開弁するためのカム山６６ｂと、を備える。第２排気カム６６のカム山６６ａとカム山６６ｂとは、排気行程における排気弁６０のリフト量に対して、吸気行程における排気弁６０のリフト量が小さくなるように形成されている。
【００５７】
排気弁駆動機構６２は、排気支持シャフト６２１と、Ｙ字型ロッカアーム６２２と、を備える。
【００５８】
排気支持シャフト６２１は、排気カムシャフト６１の下方に配置されると共に排気カムシャフト６１と平行に気筒列方向に延びており、機関本体１に固定支持されている。
【００５９】
Ｙ字型ロッカアーム６２２は、その先端側が二股に分かれており、排気支持シャフト６２１の軸心を中心として所定の回転範囲で揺動させることができるように、その基端側に排気支持シャフト６２１が挿入されている。そして、二股に分かれたＹ字型ロッカアーム６２２の先端部に、排気弁６０のステム部６０ａが固定されている。またＹ字型ロッカアーム６２２は、その中央部に、リフト特性切替機構６４の切替状態に応じて第１排気カム６５及び第２排気カム６６のいずれか一方が摺接するニードルローラ６２２ａを備えており、排気カムシャフト６１がクランクシャフトと連動して回転すると、リフト特性切替機構６４の切替状態に応じてニードルローラ５２２ａが第１排気カム６５及び第２排気カム６６のいずれか一方によって押し下げられる。これにより、Ｙ字型ロッカアーム６２２が排気支持シャフト６２１の軸心を中心として所定の回転範囲で揺動し、排気弁６０が開弁する。
【００６０】
可変排気位相機構６３は、排気カムシャフト６１の一端部に設けられる。可変排気位相機構６３の構成は、可変吸気位相機構５３と同様の構成なので、ここでは説明を省略する。可変排気位相機構６３によって排気位相を所望の量だけ進角又は遅角させることができる。
【００６１】
リフト特性切替機構６４は、排気カムシャフト６１の他端部に設けられる。リフト特性切替機構６４については、さらに図６を参照して説明する。
【００６２】
図６は、リフト特性切替機構６４の概略断面図である。
【００６３】
リフト特性切替機構６４は、円筒状ハウジング６４１と、スライダ６４２と、電磁石６４３と、コイルスプリング６４４と、を備える。
【００６４】
円筒状ハウジング６４１は、排気カムシャフト６１の他端側に設けられて、その内部にスライダ６４２、電磁石６４３、コイルスプリング６４４、及び排気カムシャフト６１の一部を収めるための筐体である。
【００６５】
スライダ６４２は、排気カムシャフト６１の他端部に設けられて、排気カムシャフト６１と一体となって回転する。またスライダ６４２は、磁性体で構成されており、電磁石６４３に励磁電流を流したときに、コイルスプリング６４４のバネ力に抗して排気カムシャフト６１と共に排気カムシャフト６１の軸方向一端側（図中右側）に向かって移動できるように、円筒状ハウジング６４１の内部に収められている。
【００６６】
電磁石６４３は、スライダ６４２の周囲に配置される。電磁石６４３に対する励磁電流の制御は、電子制御ユニット２００によって行われる。
【００６７】
コイルスプリング６４４は、自然長よりも短くした状態で円筒状ハウジング６４１の内部に配置され、スライダ６４２を排気カムシャフト６１の軸方向他端側（図中左側）に向かって常に押圧する。
【００６８】
以下、電子制御ユニット２００が実施する内燃機関１００の制御について説明する。
【００６９】
電子制御ユニット２００は、機関運転状態（機関回転速度及び機関負荷）に基づいて、機関本体１の運転モードを火花点火運転モード（以下「ＳＩ運転モード」という。）、又は圧縮自着火運転モード（以下「ＣＩ運転モード」という。）のいずれかに切り替える。
【００７０】
具体的には電子制御ユニット２００は、機関運転状態が図７に実線で囲まれた圧縮自着火運転領域（以下「ＣＩ運転領域」という。）内にあれば、運転モードをＣＩ運転モードに切り替え、ＣＩ運転領域以外の火花点火運転領域（以下「ＳＩ運転領域」という。）内にあれば、運転モードをＳＩ運転モードに切り替える。そして電子制御ユニット２００は、各運転モードに応じた機関本体１の制御を実施する。
【００７１】
なお図７に示すように、本実施形態ではＣＩ運転領域内の高負荷側の運転領域で過給を実施すると共に、ＳＩ運転領域内の高負荷側の運転領域で過給を実施している。以下の説明では、過給を実施する領域と実施しない領域とを特に区別する必要があるときは、ＣＩ運転領域内及びＳＩ運転領域内で過給を実施する運転領域のことを、それぞれ「過給ＣＩ運転領域」及び「過給ＳＩ運転領域」という。また、ＣＩ運転領域内及びＳＩ運転領域内で過給を実施しない運転領域のことを、それぞれ「自然吸気ＣＩ運転領域」及び「自然吸気ＳＩ運転領域」という。
【００７２】
電子制御ユニット２００は、運転モードがＳＩ運転モードのときには、基本的に吸気行程に燃料を噴射することで燃焼室１１内に理論空燃比又は理論空燃比近傍の均質な予混合気を形成して点火プラグ１６による点火を行い、その予混合気を火炎伝播燃焼させて機関本体１の運転を行う。すなわち電子制御ユニット２００は、運転モードがＳＩ運転モードのときには、燃焼室１１内に均一に拡散された燃料を点火プラグ１６によって点火して火炎伝播燃焼させる均質燃焼を実施する。
【００７３】
また電子制御ユニット２００は、運転モードがＣＩ運転モードのときには、基本的に圧縮行程に燃料を噴射して燃焼室１１内に理論空燃比よりもリーンな空燃比（例えば３０〜４０程度）の予混合気を形成し、その予混合気を圧縮自着火燃焼させて機関本体１の運転を行う。
【００７４】
予混合圧縮自着火燃焼は、火炎伝播燃焼と比べて空燃比をリーンにしても実施でき、また圧縮比を高くしても実施できる。そのため、予混合圧縮自着火燃焼を実施することで、燃費を向上させることができると共に、熱効率を向上させることができる。また、予混合圧縮自着火燃焼は、火炎伝播燃焼と比べて燃焼温度が低くなるため、ＮＯｘの発生を抑制することができる。さらに燃料の周りには十分な酸素が存在するため、未燃ＨＣの発生も抑制することができる。
【００７５】
なお、予混合圧縮自着火燃焼を実施するには、予混合気を自着火させることが可能な温度まで筒内温度を上昇させる必要があり、ＳＩ運転モード中のように予混合気を燃焼室１１内で全て火炎伝播燃焼させるときよりも筒内温度を高温にする必要がある。
【００７６】
そこで本実施形態では、図８Ａに示すように、ＳＩ運転モード中は、リフト特性切替機構６４によって排気弁６０のリフト特性を第１リフト特性に切り替えて、排気弁６０が排気行程だけ開弁するようにしている。
【００７７】
そして図８Ｂに示すように、ＣＩ運転モード中は、リフト特性切替機構６４によって排気弁６０のリフト特性を第２リフト特性に切り替えて、排気弁６０が排気行程の他に吸気行程でも開弁するようにしている。排気弁６０を吸気行程中に再度開弁する排気弁２度開き動作を実施することで、排気行程中に自気筒から排出された高温の排気を直後の吸気行程中に自気筒に吸い戻すことができる。ＣＩ運転モード中は、この排気弁２度開き動作を実施することで筒内温度を上昇させて、各気筒１０の筒内温度を予混合圧縮自着火燃焼を実施可能な温度に維持している。以下の説明では、外部ＥＧＲガスと区別するために、この排気弁２度開き動作によって自気筒に吸い戻された排気のことを「内部ＥＧＲガス」という。
【００７８】
このように本実施形態では、リフト特性切替機構６４によって、ＳＩ運転モード中は排気弁６０のリフト特性を第１リフト特性に切り替え、ＣＩ運転モード中は排気弁６０のリフト特性を第２リフト特性に切り替えている。
【００７９】
なお本実施形態では、ＣＩ運転モード中は、ＣＩ運転領域内の全運転領域で排気弁６０のリフト特性を第２リフト特性に切り替えて排気弁２度開き動作を実施しているが、ＣＩ運転領域内の高負荷側の運転領域で排気弁２度開き動作を実施すると、逆に筒内温度が高くなりすぎる場合がある。このような場合は、ＣＩ運転領域内の低中負荷側の一部の運転領域でのみ排気弁６０のリフト特性を第２リフト特性に切り替えて排気弁２度開き動作を実施するようにしても良い。以下の説明では、切替故障が発生していないとき（以下「通常時」という。）に排気弁２度開き動作を実施する運転領域のことを、必要に応じて「第１運転領域」という。一方で、通常時に排気弁２度開き動作を実施しない運転領域のことを、必要に応じて「第２運転領域」という。したがって本実施形態では、図７に示すようにＣＩ運転領域内の全運転領域が第１運転領域となり、ＳＩ運転領域内の全運転領域が第２運転領域となる。
【００８０】
ここで、例えばコイルスプリング６４４の劣化等によって、スライダ６４２を排気カムシャフト６１の軸方向他端側に向けて付勢するコイルスプリング６４４のバネ力が弱くなってしまった場合や、配線がショートしてしまって、電磁石６４３に励磁電流が流れ続けるようになってしまった場合など、何らかの要因によって排気弁６０のリフト特性を第２リフト特性に切り替えた後、第１リフト特性に切り替えることができなくなる故障（以下「切替故障」という。）がリフト特性切替機構６４に対して発生するおそれがある。
【００８１】
そして、切替故障が発生すると、通常時に排気弁２度開き動作を実施しない第２運転領域において、以下のような問題が生じる。
【００８２】
すなわち、本実施形態のようにＳＩ運転領域内の全運転領域が第２運転領域の場合には、切替故障が発生してＳＩ運転モード中に排気弁２度開き動作が実施されると、筒内温度が高くなり過ぎてしまって、点火プラグ１６による点火前に予混合気が自着火を起こすプレイグニッションが生じるおそれがある。またＳＩ運転モード中は、燃焼室１１内の全体に均質な予混合気を形成して火炎伝播燃焼させているので、筒内温度が高くなり過ぎると、点火プラグ１６による点火後の火炎伝播中に、気筒１０の内壁面の周りに存在する未燃混合気（エンドガス）がピストン１２や気筒１０の内壁面に押し付けられて、そのエンドガスが自着火を起こすノッキングが生じるおそれがある。
【００８３】
また、ＳＩ運転領域内の全運転領域の他、ＣＩ運転領域内の高負荷側の一部の運転領域も第２運転領域となっている場合には、ＣＩ運転領域内の高負荷側の一部の運転領域で筒内温度が高くなり過ぎてしまい、予混合気が通常の自着火時期よりも前に自着火を起こす早期自着火が生じるおそれがある。
【００８４】
このように、通常時に排気弁２度開き動作を実施しない第２運転領域において排気弁２度開き動作が実施されると、プレイグニッションやノッキング、早期自着火等の異常燃焼が断続的又は継続的に発生するおそれがあり、機関本体１が劣化するおそれがある。
【００８５】
また、切替故障が発生してＳＩ運転モード中に排気弁２度開き動作が実施されると、気筒１０内に多量の排気が吸い戻されるため、予混合気の均質化が図れずに燃焼が不安定になりやすく、例えば火炎伝播が途切れたりして失火を招くおそれがある。
【００８６】
そこで本実施形態では、切替故障が発生した場合は、機関運転状態が通常時に排気弁２度開き動作を実施しない第２運転領域内にあるときに、運転モードをフェールセーフ用（退避走行用）の運転モードに切り替えることとした。具体的には、スプレーガイド火花点火運転モード（以下「ＳＧＳＩ運転モード」という。）に切り替えることとした。
【００８７】
ＳＧＳＩ運転モードは、いわゆるスプレーガイドによって点火プラグ１６の電極部１６ａの近傍に成層混合気を形成し、その成層混合気を火炎伝播燃焼させる成層燃焼（以下「スプレーガイド成層燃焼」という。）を実施して、機関本体１の運転を行う運転モードである。
【００８８】
スプレーガイドとは、可燃層と空気層とを有する成層混合気を形成して成層燃焼を実施するための手法の一つであり、成層混合気を形成して成層燃焼を実施するための手法としては、スプレーガイドの他にもウォールガイドやエアガイドなどが知られている。
【００８９】
ウォールガイドとは、ピストン冠面に形成されたキャビティに向けて燃料を噴射し、キャビティを利用して燃料を点火プラグ１６の近傍に案内して点火プラグ１６の近傍に部分的に可燃層を形成し、成層混合気を形成する手法である。
【００９０】
エアガイドとは、燃料噴射弁２０から噴射された燃料を、主に吸気弁５０が開弁されたときに燃焼室１１内に吸入される吸気のガス流動を利用して点火プラグ１６の近傍に案内して点火プラグ１６の近傍に可燃層を形成し、成層混合気を形成する方法である。
【００９１】
これらに対してスプレーガイドとは、キャビティや吸気のガス流動を利用せずに、点火プラグ１６の電極部１６ａが燃料噴射弁２０の燃料噴射領域Ｒ内又は燃料噴射領域Ｒの近傍に位置するように点火プラグ１６を配置して、点火プラグ１６の電極部１６ａの近傍の空間に向けて直接燃料を噴射することで、燃料が燃焼室１１全体に拡散する前に一時的に点火プラグ１６の電極部１６ａの近傍に形成される可燃層によって成層混合気を形成する方法である。
【００９２】
ウォールガイドやエアガイドによって成層燃焼を実施するには、燃料噴射弁２０から噴射された燃料を、キャビティや吸気のガス流動を利用して点火プラグ１６の電極部１６ａの近傍まで案内する必要がある。そのため、燃料を噴射してから成層混合気が形成されるまでには、一定の時間間隔が必要となる。したがって、燃料を噴射してから一定の時間を空けた後に点火を行う必要があり、燃料噴射時期と点火時期との間に一定の時間間隔が生じる。また、ピストン１２が所定の位置に存在する間や吸気のガス流動が減衰するまでの間に燃料噴射を実施する必要があり、燃料噴射時期が制限される。
【００９３】
これらに対してスプレーガイド成層燃焼は、キャビティや吸気のガス流動を利用せずに、点火プラグ１６の電極部１６ａの近傍の空間に向けて直接燃料を噴射することで、燃料が燃焼室１１全体に拡散する前に一時的に点火プラグ１６の電極部１６ａの近傍に形成されている可燃層（成層混合気）に対して点火することで成層燃焼を行うものである。そのため、燃料噴射時期がピストン位置等に左右されないため、成層混合気を形成できる範囲内で燃料噴射を自由な時期に行うことができる。また、燃焼を噴射してから成層混合気が形成されるまでの時間間隔が非常に短いため、燃料噴射時期とほぼ同時期に成層混合気に点火を行うことができる。
【００９４】
すなわちスプレーガイド成層燃焼を実施する場合は、ウォールガイドやエアガイドによって成層燃焼を実施する場合と比較して、成層混合気を形成できる範囲内で燃料噴射時期を自由に設定することができ、また燃料噴射時期から点火時期までの時間間隔を短くすることができる。
【００９５】
ここで燃焼室１１内に噴射された燃料は、筒内温度及び筒内圧力の上昇に伴って段階的に種々の化学反応を起こして自着火に至る。そのため、燃料が自着火に至るまでには、ある程度の時間が必要となる。
【００９６】
そのため、切替故障が発生した場合に、通常時に排気弁２度開き動作を実施しない第２運転領域（本実施形態ではＳＩ運転領域）においてスプレーガイド成層燃焼を実施することで、燃料噴射時期から点火時期までの時間間隔を短くすることができるので、自着火に至る前に点火を行うことができ、プレイグニッションの発生を抑制できる。
【００９７】
また前述したように、スプレーガイド成層燃焼は、燃料が燃焼室１１全体に拡散する前に一時的に点火プラグ１６の電極部１６ａの近傍に形成されている可燃層（成層混合気）に対して点火することで成層燃焼を行うものである。そのため、燃焼室１１内の中央部に可燃層を有し、気筒１０の内壁面の周りに空気層を有する成層混合気を形成することができる。そのため、気筒１０の内壁面の周りには、基本的に未燃混合気が存在していないので、ノッキングの発生も抑制することができる。
【００９８】
さらに、気筒１０内に多量の排気が吸い戻されて予混合気の均質化が図れずに火炎伝播燃焼が不安定となる状況下においても、燃焼室１１内に部分的に形成される可燃層に対して点火を行う成層燃焼を実施することで燃焼の安定性を図ることができる。そのため、失火の発生を抑制することができる。
【００９９】
以下、電子制御ユニット２００が実施する各制御について説明する。
【０１００】
図９は、切替故障が発生したか否かを判定するための切替故障判定制御について説明するフローチャートである。電子制御ユニット２００は、本ルーチンを機関運転中に所定の演算周期で繰り返し実行する。
【０１０１】
ステップＳ１において、電子制御ユニット２００は、クランク角センサ２１８の出力信号に基づいて算出された機関回転速度と、負荷センサ２１７によって検出された機関負荷と、を読み込み、機関運転状態を検出する。
【０１０２】
ステップＳ２において、電子制御ユニット２００は、機関運転状態がＳＩ運転領域内にあるか否かを判定する。電子制御ユニット２００は、機関運転状態がＳＩ運転領域内にあれば、ステップＳ３の処理に進む。一方で電子制御ユニット２００は、機関運転状態がＣＩ運転領域内にあれば、今回の処理を終了する。
【０１０３】
ステップＳ３において、電子制御ユニット２００は、エアフローメータ２１２によって検出された実吸入空気量を読み込む。
【０１０４】
ステップＳ４において、電子制御ユニット２００は、切替故障が発生しているか否かを判定する。具体的には電子制御ユニット２００は、機関負荷に応じて予め設定されている目標吸入空気量から、実吸入空気量を減算した差分値が所定の閾値以上であれば、切替故障が発生していると判定する。このような方法によって切替故障が発生しているか否かを判定できるのは、仮に切替故障が発生していれば、排気弁２度開き動作によって吸気行程中に吸い戻される排気の量だけ、実吸入空気量が目標吸入空気量よりも少なくなるためである。電子制御ユニット２００は、切替故障が発生していればステップＳ５の処理に進む。一方で電子制御ユニット２００は、切替故障が発生していなければ今回の処理を終了する。
【０１０５】
なお、切替故障が発生しているか否かの判定方法は、上記のような方法に限られるものではない。例えばノックセンサや筒内圧センサを備えている場合であれば、機関運転状態がＣＩ運転領域内からＳＩ運転領域内に移行して運転モードをＳＩ運転モードに切り替えてから所定期間の間にノッキングが発生したときに、切替故障が発生していると判定するようにしても良い。
【０１０６】
ステップＳ５において、電子制御ユニット２００は、エンジン警告灯（ＭＩＬ）を点灯させ、ドライバに対してリフト特性機構６４の修理を促す。
【０１０７】
ステップＳ６において、電子制御ユニット２００は、切替故障判定フラグＦを１に設定する。切替故障判定フラグＦは、初期値が０に設定されているフラグであり、切替故障が発生していると判定されたときに１に設定されるフラグである。なお、切替故障判定フラグＦは、例えばリフト特性機構６４の修理が終了したときなどに０に戻される。
【０１０８】
図１０は、切替故障が発生した場合の燃焼制御について説明するフローチャートである。電子制御ユニット２００は、本ルーチンを機関運転中に所定の演算周期で繰り返し実行する。
【０１０９】
ステップＳ１１において、電子制御ユニット２００は、切替故障判定フラグＦが１に設定されているか否かを判定する。電子制御ユニット２００は、切替故障判定フラグＦが１に設定されていればステップＳ１２の処理に進む。一方で電子制御ユニット２００は、切替故障判定フラグＦが０に設定されていれば今回の処理を終了する。
【０１１０】
ステップＳ１２において、電子制御ユニット２００は、機関運転状態が排気弁２度開き動作を実施する第１運転領域内（本実施形態ではＣＩ運転領域内）にあるか否かを判定する。電子制御ユニット２００は、機関運転状態が第１運転領域内にあればステップＳ１３の処理に進む。一方で電子制御ユニット２００は、機関運転状態が第１運転領域内になければステップＳ１４の処理に進む。
【０１１１】
ステップＳ１３において、電子制御ユニット２００は、運転モードをＣＩ運転モードに切り替えて、機関本体１の運転を行う。
【０１１２】
ステップＳ１４において、電子制御ユニット２００は、運転モードをＳＩ運転モードに切り替えるのではなくＳＧＳＩ運転モードに切り替えて、機関本体１の運転を行う。
【０１１３】
以上説明した本実施形態によれば、機関本体１と、機関本体１の燃焼室１１に直接燃料を噴射するための燃料噴射弁２０と、燃料噴射弁２０から噴射された燃料の燃料噴射経路Ｒ内又は燃料噴射経路Ｒの近傍に電極部１６ａが配置された点火プラグ１６と、排気弁６０のリフト特性を、当該排気弁６０を排気行程で開弁させる第１リフト特性と、当該排気弁６０を排気行程及び吸気行程で開弁させる第２リフト特性と、に切り替え可能なリフト特性切替機構６４と、を備える内燃機関１００を制御するための内燃機関１００の電子制御ユニット２００（制御装置）が、燃料噴射弁２０を制御すると共に必要に応じて点火プラグ１６を制御して、燃料を予混合圧縮自着火燃焼又は火炎伝播燃焼させる燃焼制御部と、燃料を予混合圧縮自着火燃焼させる圧縮自着火運転領域の少なくとも一部を含む所定の第１運転領域内において排気弁６０のリフト特性を第２リフト特性に切り替え、燃料を火炎伝播燃焼させる火花点火運転領域を少なくとも含む所定の第２運転領域内において排気弁６０のリフト特性を第１リフト特性に切り替えるリフト特性制御部と、排気弁６０のリフト特性を第２リフト特性から第１リフト特性に切り替えることができなくなる切替故障が発生したか否かを判定する切替故障判定部と、を備える。
【０１１４】
そして燃焼制御部は、切替故障が発生していないときには、火花点火運転領域内において、燃焼室１１内に均一に拡散された燃料を点火プラグ１６によって点火して火炎伝播燃焼させる均質燃焼を実施し、切替故障が発生したときには、第２運転領域内において、燃料噴射経路Ｒ上の燃料を点火プラグ１６によって点火して火炎伝播燃焼させるスプレーガイド成層燃焼を実施するように構成されている。
【０１１５】
このように切替故障が発生したときに、通常時には排気弁６０のリフト特性を第１リフト特性に切り替える第２運転領域内でスプレーガイド成層燃焼を実施することで、燃料噴射時期から点火時期までの時間間隔を短くすることができる。そのため、自着火に至る前に点火を行うことができ、プレイグニッションの発生を抑制できる。また、第２運転領域にＣＩ運転領域内の高負荷側の運転領域が含まれている場合は、予混合気が通常の自着火時期よりも前に自着火を起こす早期自着火の発生を抑制できる。
【０１１６】
また、スプレーガイド成層燃焼を実施することで、燃焼室１１内の中央部に可燃層を有し、気筒１０の内壁面の周りに空気層を有する成層混合気を形成することができる。そのため、気筒１０の内壁面の周りには、基本的に未燃混合気が存在していないので、ノッキングの発生も抑制することができる。
【０１１７】
さらに、気筒１０内に多量の排気が吸い戻されて予混合気の均質化が図れずに燃焼が不安定となる状況下においても、成層燃焼を実施することで燃焼の安定性を図ることができるため、失火の発生を抑制することができる。
【０１１８】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態は、切替故障が発生した場合に、通常時に排気弁２度開き動作を実施しない第２運転領域において、運転モードをＳＧＳＩ運転モードに切り替えると共に、スロットル弁３６及びウェストゲートバルブ４５に対して通常時とは異なる制御を実施することとした。以下、この相違点を中心に説明する。
【０１１９】
前述した第１実施形態では、切替故障が発生した場合は、通常時に排気弁２度開き動作を実施しない第２運転領域内でスプレーガイド成層燃焼を実施することで、異常燃焼や失火の発生を抑制していた。しかしながら、内部ＥＧＲガス量が多くなると、スプレーガイド成層燃焼を実施しても異常燃焼や失火の発生を十分に抑制できなくなるおそれがある。
【０１２０】
そこで本実施形態では、切替故障が発生した場合には、通常時に排気弁２度開き動作を実施しない第２運転領域内（本実施形態ではＳＩ運転領域内）でスプレーガイド成層燃焼を実施すると共に、併せて内部ＥＧＲガス量を低減するための制御（以下「内部ＥＧＲガス量低減制御」という。）を実施することとした。
【０１２１】
具体的には、吸気抵抗を下げて吸気効率を高めるために、機関負荷にかかわらずスロットル開度が最大開度となるようにスロットル弁３６を制御することとした。これにより、機関負荷に基づいてスロットル開度を最大開度よりも小さい目標開度に制御している自然吸気ＳＩ運転領域において、吸気行程中に吸気ポート１４を介して新気として燃焼室１１に取り込まれる吸入空気量を増加させることができる。そのため、自然吸気ＳＩ運転領域において吸気行程中に排気弁６０が開かれたとしても、吸入空気量が増加する分だけ、排気ポート１５を介して燃焼室１１内に吸い戻される排気の量を減少させることができるので、内部ＥＧＲガス量を低減することができる。なお電子制御ユニット２００は、機関運転状態が過給ＳＩ運転領域にあるときには、通常時からスロットル開度が最大開度となるようにスロットル弁３６を制御している。
【０１２２】
また、背圧を下げて排気効率を高めるために、機関運転状態にかかわらずウェストゲート開度が最大開度となるようにウェストゲートバルブ４５を制御することとした。これにより、機関負荷に基づいてウェストゲートバルブ４５を最大開度よりも小さい目標開度に制御して過給圧を制御している過給ＳＩ運転領域において、排気行程中に燃焼室１１から排出された排気のうち、排気ポート１５や排気マニホールド４１に留まっている排気の割合を少なくすることができる。そのため、過給ＳＩ運転領域において吸気行程中に排気弁６０が開かれたとしても、吸気行程中に排気ポート１５を介して燃焼室１１内に吸い戻される排気の量を減少させることができるので、内部ＥＧＲガス量を低減することができる。なお電子制御ユニット２００は、機関運転状態が自然吸気ＳＩ運転領域にあるときには、通常時からウェストゲート開度が最大開度となるようにウェストゲートバルブ４５を制御している。
【０１２３】
なお本実施形態では、過給ＳＩ運転領域において、ウェストゲートバルブ４５の開度を制御することで過給圧を制御していたが、過給圧を制御する方法はこれに限られるものではない。例えばタービンホイール７２ｂの外側に絞り弁としての可変ノズルを設け、可変ノズルのノズル開度（弁開度）を変化させることでタービンホイール７２ｂを駆動する排気の流速をタービンハウジング７２ａ内で変化させるようにしても良い。すなわち、可変ノズルのノズル開度を変化させることで、タービンホイール７２ｂの回転速度を変化させて過給圧を変化させるようにしてもよい。可変ノズルのノズル開度を小さくする（可変ノズルを絞る）ことで、排気の流速が上がってタービンホイール７２ｂの回転速度が増大するので、過給圧を増大させることができる。したがって可変ノズルによって過給圧を制御している場合に切替故障が発生したとき、第２運転領域内において、ノズル開度が最大開度又は目標開度よりも大きい開度となるように、可変ノズルが制御されることになる。
【０１２４】
図１１は、切替故障が発生した場合の本実施形態による燃焼制御について説明するフローチャートである。電子制御ユニット２００は、本ルーチンを機関運転中に所定の演算周期で繰り返し実行する。
【０１２５】
ステップＳ１１からステップＳ１４までの処理は、第１実施形態と同様なので、ここでは説明を省略する。
【０１２６】
ステップＳ２１において、電子制御ユニット２００は、内部ＥＧＲガス量低減制御を実施する。本実施形態では電子制御ユニット２００は、機関負荷にかかわらず、スロットル開度が最大となるようにスロットル弁３６を制御すると共に、ウェストゲート開度が最大開度となるようにウェストゲートバルブ４５を制御する。
【０１２７】
なお本実施形態では、機関負荷にかかわらずスロットル開度が全開となるようにスロットル弁３６を制御しているが、少なくとも自然吸気ＳＩ運転領域において、機関負荷に応じた通常時の目標開度よりも大きい開度となるようにスロットル弁３６を制御するようにすれば良い。また機関運転状態にかかわらずウェストゲート開度が最大開度となるようにウェストゲートバルブ４５を制御しているが、少なくとも過給ＳＩ運転領域において、機関運転状態に応じた通常時の目標開度よりも大きい開度となるようにウェストゲートバルブ４５を制御するようにすれば良い。
【０１２８】
図１２は、切替故障が発生した場合の各種パラメータの動作について説明するタイムチャートである。なお図１２において実線は、切替故障が発生した場合の各種パラメータの動作を示す。一方で破線は、通常時の各種パラメータの動作を示す。
【０１２９】
時刻ｔ１で、機関運転状態がＣＩ運転領域内（より詳しくは過給ＣＩ運転領域内）からＳＩ運転領域内（より詳しくは自然吸気ＳＩ運転領域内）に移行すると、運転モードがＣＩ運転モードからＳＩ運転モードに切り替えられる。これにより時刻ｔ１以降は、時刻ｔ１以前の過給ＣＩ運転領域内において最大開度に制御されていたスロットル弁３６が、機関負荷に応じた目標開度に制御される。
【０１３０】
また時刻ｔ１で、機関運転状態がＣＩ運転領域内からＳＩ運転領域内に移行すると、リフト特性が第２リフト特性から第１リフト特性に切り替えられる。このとき、切替故障が発生していると、吸気行程中に排気が気筒１０内に吸い戻されることになるため、その排気の分だけ、実吸入空気量が目標吸入空気量よりも少なくなる。そのため、切替故障が発生している場合には、時刻ｔ１以降は、実吸入空気量が目標吸入空気量よりも少なくなり、出力トルクが通常時の出力トルクよりも小さくなる。
【０１３１】
時刻ｔ２で、通常時の目標吸入空気量から実吸入空気量を減算した差分値が所定の閾値以上になると、切替故障が発生していると判定され、切替故障判定フラグが１に設定される。これにより時刻ｔ２以降は、運転モードがＳＩ運転モードからＳＧＳＩ運転モードに切り替えられる。
【０１３２】
また併せて、時刻ｔ２以降は、機関負荷にかかわらずスロットル開度が最大開度となるようにスロットル弁３６が制御されると共に、ウェストゲート開度が最大開度となるようにウェストゲートバルブ４５が制御される。
【０１３３】
これにより、通常時は機関負荷に基づいてスロットル開度を最大開度よりも小さい目標開度に制御している時刻ｔ３までの自然吸気ＳＩ運転領域において、吸気行程中に排気弁６０が開かれたとしても、吸入空気量が増加する分だけ、排気ポート１５を介して燃焼室１１内に吸い戻される排気の量を減少させることができる。その結果、内部ＥＧＲガス量を低減することができる。
【０１３４】
また、通常時は機関負荷に基づいてウェストゲートバルブ４５を最大開度よりも小さい目標開度に制御している時刻ｔ３以降の過給ＳＩ運転領域において、吸気行程中に排気弁６０が開かれたとしても、吸気行程中に排気ポートを介して燃焼室１１内に吸い戻される排気の量を減少させることができる。その結果、内部ＥＧＲガス量を低減することができる。
【０１３５】
以上説明した本実施形態による電子制御ユニット２００（制御装置）は、内燃機関１００の吸気通路３０に設けられたスロットル弁３６の開度を、機関負荷に応じた目標開度に制御するスロットル制御部をさらに備える。そしてスロットル制御部は、切替故障が発生したときには、第２運転領域内においてスロットル弁３６の開度を最大開度又は目標開度よりも大きい開度に制御するように構成されている。
【０１３６】
これにより、機関負荷に基づいてスロットル開度を最大開度よりも小さい目標開度に制御している自然吸気ＳＩ運転領域において、吸気行程中に吸気ポート１４を介して新気として燃焼室１１に取り込まれる吸入空気量を増加させることができる。そのため、自然吸気ＳＩ運転領域において吸気行程中に排気弁６０が開かれたとしても、吸入空気量が増加する分だけ、排気ポート１５を介して燃焼室１１内に吸い戻される排気の量を減少させることができるので、内部ＥＧＲガス量を低減することができる。その結果、筒内温度の上昇を抑制できるので、異常燃焼の発生を抑制でき、また内部ＥＧＲガス量も減少するので失火の発生を抑制できる。
【０１３７】
また本実施形態による電子制御ユニット２００（制御装置）は、内燃機関１００の排気通路４２に設けられた排気ターボチャージャ７のタービン７２に流入する排気の流量を調節するためのウェストゲートバルブ４５又は可変ノズルの開度を、機関負荷に応じた目標開度に制御する過給圧制御部をさらに備える。そして過給圧制御部は、切替故障が発生したときには、第２運転領域内においてウェストゲートバルブ４５又は可変ノズルの開度を最大開度又は目標開度よりも大きい開度に制御するように構成されている。
【０１３８】
これにより、機関負荷に基づいてウェストゲートバルブ４５を最大開度よりも小さい目標開度に制御して過給圧を制御している過給ＳＩ運転領域において、排気行程中に燃焼室１１から排出された排気のうち、排気ポート１５や排気マニホールド４１に留まっている排気の割合を少なくすることができる。そのため、過給ＳＩ運転領域において吸気行程中に排気弁６０が開かれたとしても、吸気行程中に排気ポート１５を介して燃焼室１１内に吸い戻される排気の量を減少させることができるので、内部ＥＧＲガス量を低減することができる。その結果、筒内温度の上昇を抑制できるので、異常燃焼の発生を抑制でき、また内部ＥＧＲガス量も減少するので失火の発生を抑制できる。
【０１３９】
（第３実施形態）
次に本発明の第３実施形態について説明する。本実施形態は、内部ＥＧＲ量低減制御の内容が第２実施形態と相違する。以下、その相違点を中心に説明する。
【０１４０】
前述した第２実施形態では、内部ＥＧＲ量低減制御としてスロットル弁３６及びウェストゲートバルブ４５の制御を実施していたが、本実施形態では可変排気位相機構６３の制御を実施する。具体的には、吸気行程中における排気弁６０の開弁時期が、燃焼室１１の容積変化率が相対的に小さくなる時期（ピストン１２の移動速度が相対的に遅くなる時期）となるように、可変排気位相機構６３を制御する。
【０１４１】
ピストン１２は各気筒１０の内部で往復運転をしているため、各行程におけるピストンの移動速度は、各行程の初期及び後期と比較して中期の方が相対的に速くなる。すなわち、各行程における燃焼室１１の容積変化率は、各行程の初期及び後期と比較して中期の方が相対的に大きくなる。
【０１４２】
そして吸気行程中であれば、燃焼室１１の容積変化率が大きいときほど、単位時間当たりに燃焼室１１内に吸い込まれる気体の流量も多くなる。そのため、吸気行程中における排気弁６０の開弁時期を、燃焼室１１の容積変化率が相対的に小さくなる時期に制御することで、燃焼室１１の容積変化率が相対的に大きくなる時期に制御する場合よりも、吸気行程中に排気ポート１５を介して燃焼室１１内に吸い戻される排気の量を減少させることができ、内部ＥＧＲガス量を低減することができる。
【０１４３】
そこで本実施形態では、切替故障が発生した場合には、通常時に排気弁２度開き動作を実施しない第２運転領域内でスプレーガイド成層燃焼を実施すると共に、併せて可変排気位相機構６３によって排気位相を基準位相から進角又は遅角させて、吸気行程中に排気弁６０が開弁する時期を、燃焼室１１の容積変化率が相対的に小さくなる時期に制御することとした。
【０１４４】
図１３は、吸気行程中に排気弁６０が開弁する時期を、図１４に示すように可変排気位相機構６３によって排気位相を基準位相から進角又は遅角させて吸気行程の初期、中期、及び後期に制御した場合における内部ＥＧＲガス量と圧縮端温度とをそれぞれ比較して示した図である。なお図１４に示すように、本実施形態では吸気行程の中期に排気弁６０が開く排気位相を基準位相（通常時の排気位相）として設定している。
【０１４５】
図１３に示すように、吸気行程中に排気弁６０が開弁する時期を、吸気行程の初期及び後期に制御した方が、中期に制御した場合よりも内部ＥＧＲガス量及び圧縮端温度（筒内温度）のそれぞれを低減させることができる。
【０１４６】
このとき、内部ＥＧＲガス量に関しては、吸気行程中に排気弁６０が開弁する時期を、吸気行程の後期に制御した方が、初期に制御にした場合よりも減少させることができる。これは、吸気行程中における排気弁６０の開弁時期を吸気行程の後期に制御した場合には、ある程度の空気（新気）が筒内に吸入された後に排気が吸い戻されることになるためである。
【０１４７】
一方で圧縮端温度に関しては、これとは逆に、吸気行程中における排気弁６０の開弁時期を、吸気行程の初期に制御した方が、後期に制御にした場合よりも低下させることができる。これは、吸気行程中における排気弁６０の開弁時期を吸気行程の初期に制御した場合には、後期に制御した場合よりも内部ＥＧＲガス量自体は多くなるものの、吸気行程中において筒内ガスが気筒１０の内壁面との熱交換によって冷却される期間が長くなるためである。
【０１４８】
したがって、異常燃焼を特に抑制したい場合には、吸気行程中における排気弁６０の開弁時期を吸気行程の初期に制御すれば良く、一方で失火を特に抑制したい場合には、吸気行程中における排気弁６０の開弁時期を吸気行程の後期に制御すれば良い。吸気行程中における排気弁６０の開弁時期を、吸気行程の初期及び後期のいずれに制御するかは、このような観点から適宜選択すれば良い。
【０１４９】
図１５は、切替故障が発生した場合の本実施形態による燃焼制御について説明するフローチャートである。電子制御ユニット２００は、本ルーチンを機関運転中に所定の演算周期で繰り返し実行する。
【０１５０】
ステップＳ１１からステップＳ１４までの処理は、第１実施形態と同様なので、ここでは説明を省略する。
【０１５１】
ステップＳ３１において、電子制御ユニット２００は、内部ＥＧＲガス量低減制御を実施する。本実施形態では電子制御ユニット２００は、可変排気位相機構６３によって排気位相を基準位相から進角又は遅角させて、吸気行程中における排気弁６０の開弁時期を、燃焼室１１の容積変化率が相対的に小さくなる時期に制御する。
【０１５２】
このとき、可変排気位相機構６３によって排気位相を基準位相から進角させて、吸気行程中における排気弁６０の開弁時期を吸気行程の初期に制御すれば、筒内温度の上昇を効果的に抑制できるので、異常燃焼をより効果的に抑制できる。一方で可変排気位相機構６３によって排気位相を基準位相から遅角させて、吸気行程中における排気弁６０の開弁時期を吸気行程の後期に制御すれば、内部ＥＧＲガス量の増加を効果的に抑制できるので、失火をより効果的に抑制できる。
【０１５３】
図１６は、切替故障が発生した場合の各種パラメータの動作について説明するタイムチャートである。なお図１６において実線は、切替故障が発生した場合の各種パラメータの動作を示す。一方で破線は、通常時の各種パラメータの動作を示す。
【０１５４】
時刻ｔ２で、通常時の目標吸入空気量から実吸入空気量を減算した差分値が所定の閾値以上になって切替故障が発生していると判定されると、切替故障判定フラグが１に設定される。これにより時刻ｔ２以降は、運転モードがＳＩ運転モードからＳＧＳＩ運転モードに切り替えられる。
【０１５５】
また併せて、可変排気位相機構６３によって、吸気行程中における排気弁６０の開弁時期が、燃焼室１１の容積変化率が相対的に小さくなる時期に制御される。このタイムチャートでは、可変排気位相機構６３によって排気位相を基準位相から進角させて、吸気行程中における排気弁６０の開弁時期が、吸気行程の初期に制御される。このように、吸気行程中における排気弁６０の開弁時期を、燃焼室１１の容積変化率が相対的に小さくなる時期に制御することで、燃焼室１１の容積変化率が相対的に大きくなる時期に制御している場合と比較して、吸気行程中に排気ポート１５を介して燃焼室１１内に吸い戻される排気の量を減少させることができる。その結果、内部ＥＧＲガス量を低減することができる。
【０１５６】
なお本実施形態では、切替故障が発生したときに可変排気位相機構６３のみを制御していたが、第２実施形態のように、機関負荷にかかわらず、スロットル開度が最大となるようにスロットル弁３６を制御すると共に、ウェストゲート開度が最大開度となるようにウェストゲートバルブ４５を制御しつつ、併せて可変排気位相機構６３によって吸気行程中に排気弁６０が開弁する時期を燃焼室１１の容積変化率が相対的に小さくなる時期に制御するようにしても良い。これにより、内部ＥＧＲガス量を一層低減することができる。
【０１５７】
以上説明した本実施形態による電子制御ユニット２００（制御装置）は、クランクシャフトに対する排気カムシャフト６１の位相である排気位相を変更可能な可変排気位相機構６３を制御する排気位相制御部をさらに備える。そして排気位相制御部は、切替故障が発生したときには、第２運転領域内において、吸気行程中における排気弁６０の開弁時期が、吸気行程中における燃焼室１１の容積変化率が相対的に小さくなる時期となるように、排気位相を変更するよう構成されている。
【０１５８】
これにより、吸気行程中における排気弁６０の開弁時期を、燃焼室１１の容積変化率が相対的に大きくなる時期に制御する場合よりも、吸気行程中に排気ポート１５を介して燃焼室１１内に吸い戻される排気の量を減少させることができ、内部ＥＧＲガス量を低減することができる。そのため、失火の発生を抑制できると共に、筒内温度の上昇も抑制できるので、異常燃焼の発生を抑制できる。
【０１５９】
このとき、吸気行程中における排気弁の開弁時期が吸気行程の初期となるように排気位相を変更することで、吸気行程中に筒内ガスが気筒１０の内壁面との熱交換によって冷却される期間を長くとることができるので、筒内温度の上昇を効果的に抑制できる。そのため異常燃焼をより効果的に抑制できる。
【０１６０】
一方で、吸気行程中における排気弁の開弁時期が、吸気行程の後期となるように排気位相を変更することで、ある程度の空気（新気）が気筒１０内に吸入された後に排気が吸い戻されることになるため、内部ＥＧＲガス量の増加を効果的に抑制できる。そのため、失火をより効果的に抑制できる。
【０１６１】
（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態について説明する。本実施形態は、切替故障が発生した場合に、実圧縮比を低下させるための制御を実施する点で、第１実施形態から第３実施形態と相違する。以下、その相違点を中心に説明する。
【０１６２】
前述した第２実施形態及び第３実施形態では、切替故障が発生した場合には、第２運転領域内において、内部ＥＧＲガス量を低減することで、筒内温度を低下させて異常燃焼の発生を抑制していた。これに対して本実施形態では、切替故障が発生した場合には、第２運転領域内において、通常時と比較して実圧縮比を低下させることで筒内温度（圧縮端温度）を低下させて、異常燃焼の発生を抑制する。
【０１６３】
具体的には、可変吸気位相機構５３によって吸気位相を進角又は遅角させて、吸気弁閉時期を通常時と比較して吸気下死点よりも離れる方向に進角又は遅角させることで実圧縮比を低下させる。これにより、通常時と比較して筒内温度（圧縮端温度）を低下させることができるので、異常燃焼の発生を抑制することができる。
【０１６４】
図１７は、切替故障が発生した場合の本実施形態による燃焼制御について説明するフローチャートである。電子制御ユニット２００は、本ルーチンを機関運転中に所定の演算周期で繰り返し実行する。
【０１６５】
ステップＳ１１からステップＳ１４までの処理は、第１実施形態と同様なので、ここでは説明を省略する。
【０１６６】
ステップＳ４１において、電子制御ユニット２００は、可変吸気位相機構５３によって吸気位相を進角又は遅角させて、吸気弁閉時期を通常時と比較して吸気下死点よりも離れる方向に進角又は遅角させることで実圧縮比を低下させる。
【０１６７】
図１８は、切替故障が発生した場合の各種パラメータの動作について説明するタイムチャートである。なお図１８において実線は、切替故障が発生した場合の各種パラメータの動作を示す。一方で破線は、通常時の各種パラメータの動作を示す。
【０１６８】
時刻ｔ２で、通常時の目標吸入空気量から実吸入空気量を減算した差分値が所定の閾値以上になって切替故障が発生していると判定されると、切替故障判定フラグが１に設定される。これにより時刻ｔ２以降は、運転モードがＳＩ運転モードからＳＧＳＩ運転モードに切り替えられる。
【０１６９】
また併せて、可変吸気位相機構５３によって吸気位相を進角又は遅角させて、吸気弁閉時期を通常時と比較して吸気下死点から離れる方向に進角又は遅角させることで実圧縮比を低下させる。このタイムチャートでは、可変吸気位相機構５３によって吸気位相を通常時よりも遅角させて、吸気弁閉時期を吸気下死点から離れる方向に遅角させている。このように、実圧縮比を低下させることで、通常時と比較して筒内温度（圧縮端温度）を低下させることができるので、異常燃焼の発生を抑制することができる。
【０１７０】
なお第２実施形態のように、機関負荷にかかわらず、スロットル開度が最大となるようにスロットル弁３６を制御すると共に、ウェストゲート開度が最大開度となるようにウェストゲートバルブ４５を制御しつつ、併せて可変吸気位相機構５３によって吸気弁閉時期が吸気下死点よりも進角又は遅角するように吸気位相を制御しても良い。これにより、筒内温度を一層低減することができるので、異常燃焼の発生を一層抑制することができる。
【０１７１】
さらにこれらに加えて、第３実施形態のように可変排気位相機構６３を制御しても良い。この場合、例えば図１９に示すように、可変排気位相機構６３によって可能な限り排気位相を進角させ、一方で可変吸気位相機構５３によって可能な限り吸気位相を遅角させることで、吸気行程中に吸気弁及び排気弁６０が同時に開弁している期間を短くすることができる。そのため、内部ＥＧＲガス量を一層低減することができ、また筒内温度も一層低減することができるので、異常燃焼や失火の発生を一層抑制することができる。
【０１７２】
以上説明した本実施形態による電子制御ユニット２００（制御装置）は、クランクシャフトに対する吸気カムシャフト５１の位相である吸気位相を変更可能な可変吸気位相機構５３を制御する吸気位相制御部をさらに備える。そして吸気位相制御部は、切替故障が発生した場合には、第２運転領域において吸気位相を変更し、切替故障が発生していないときと比較して吸気弁の閉弁時期を吸気下死点から離れる方向に進角又は遅角させるように構成されている。
【０１７３】
これにより、通常時と比較して実圧縮比を低下させて筒内温度（圧縮端温度）を低下させることができるので、異常燃焼の発生を抑制することができる。
【０１７４】
（第５実施形態）
次に、本発明の第５実施形態について説明する。本実施形態は、切替故障が発生して運転モードをＳＧＳＩ運転モードに切り替えた後は、機関運転状態にかかわらず運転モードをＳＧＳＩ運転モードのまま維持する点で第１実施形態と相違する。以下、その相違点を中心に説明する。
【０１７５】
前述した第１実施形態から第４実施形態では、切替故障が発生した後も、機関運転状態が通常時に排気弁２度開き動作を実施する第１運転領域内に移行したときは、運転モードをＳＧＳＩ運転モードからＣＩ運転モードに切り替えていた。そして、運転モードをＣＩ運転モードに切り替えた後、機関運転状態が通常時に排気弁２度開き動作を実施しない第２運転領域内に移行したときは、運転モードをＳＧＳＩ運転モードに切り替えていた。
【０１７６】
しかしながら、運転モードの切り替え時には燃焼形態が変化するため、一時的に燃焼が不安定になるおそれがある。そこで本実施形態では、切替故障が発生して運転モードをＳＧＳＩ運転モードに切り替えた後は、機関運転状態にかかわらず運転モードをＳＧＳＩ運転モードのまま維持することとした。すなわち、切替故障が発生したときは、全運転領域でスプレーガイド成層燃焼を実施して機関本体１の運転を行うこととした。これにより、運転モードの切り替えによって燃焼が不安定になるのを抑制することができる。
【０１７７】
図２０は、切替故障が発生した場合の本実施形態による燃焼制御について説明するフローチャートである。電子制御ユニット２００は、本ルーチンを機関運転中に所定の演算周期で繰り返し実行する。
【０１７８】
ステップＳ５１において、電子制御ユニット２００は、切替故障判定フラグＦが１に設定されているか否かを判定する。電子制御ユニット２００は、切替故障判定フラグＦが１に設定されていればステップＳ５２の処理に進む。一方で電子制御ユニット２００は、切替故障判定フラグＦが０に設定されていれば今回の処理を終了する。
【０１７９】
ステップＳ５２において、電子制御ユニット２００は、機関運転状態にかかわらず運転モードをＳＧＳＩ運転モードに切り替えて、機関本体１の運転を行う。
【０１８０】
以上説明した本実施形態によれば、電子制御ユニット２００（制御装置）の燃焼制御部が、切替故障が発生したときに、全運転領域でスプレーガイド成層燃焼を実施するようにさらに構成されている。これにより、運転モードの切り替えによって燃焼が不安定になるのを抑制することができる。
【０１８１】
（第６実施形態）
次に、本発明の第６実施形態について説明する。本実施形態は、切替故障が発生した後は、機関運転状態が通常時に排気弁２度開き動作を実施する第１運転領域よりも高負荷側又は高回転側の運転領域に移行しても、当該第１運転領域内で機関本体１の運転を行う点で第１実施形態と相違する。以下、その相違点を中心に説明する。
【０１８２】
前述した第１実施形態から第４実施形態では、切替故障が発生したときは、通常時に排気弁２度開き動作を実施しない第２運転領域内において運転モードをＳＧＳＩ運転モードに切り替えて機関本体１の運転を行うことで、異常燃焼等の発生を抑制していた。
【０１８３】
しかしながら、切替故障が発生している状況においては、たとえ運転モードをＳＧＳＩ運転モードに切り替えて機関本体１の運転を行ったとしても、通常時に排気弁２度開き動作を実施しない第２運転領域内では異常燃焼等が発生するおそれがある。
【０１８４】
そこで本実施形態では、切替故障が発生した場合に、機関運転状態が一度通常時に排気弁２度開き動作を実施する第１運転領域内に移行したときは、機関運転状態が当該運転領域よりも高負荷側又は高回転側の運転領域に移行しても、当該第１運転領域内で機関本体１の運転を行うこととした。
【０１８５】
すなわち図２１に示すように、切替故障が発生した場合に、機関運転状態が通常時に排気弁２度開き動作を実施する第１運転領域内の機関運転状態Ｐに一度移行した後、例えば第１運転領域よりも高負荷側の運転領域内の機関運転状態Ａとなったときは、機関負荷を第１運転領域の上限負荷Ａ’に制限して、運転モードをＣＩ運転モードに維持したまま機関本体１の運転を行うこととした。また、機関運転状態が通常時に排気弁２度開き動作を実施する第１運転領域内の機関運転状態Ｐに一度移行した後、例えば第１運転領域よりも高回転側の運転領域内の機関運転状態Ｂとなったときは、機関回転速度を第１運転領域の上限回転速度Ｂ’に制限して、運転モードをＣＩ運転モードに維持したまま機関本体１の運転を行うこととした。
【０１８６】
これにより、切替故障が発生したとしても、機関運転状態が一度排気弁２度開き動作を実施する第１運転領域内に移行したときは、運転モードをＣＩ運転モードに維持したまま、出力トルクを第１運転領域で出力可能なトルクに制限して機関本体１の運転を行うことができる。そのため、切替故障が発生したときに、通常時に排気弁２度開き動作を実施しない第２運転領域内で機関本体１の運転を行うことによって生じる異常燃焼等の発生を抑制することができる。
【０１８７】
一方で図２１に示すように、機関運転状態が通常時に排気弁２度開き動作を実施する第１運転領域内の機関運転状態Ｐに一度移行した後、例えば排気弁２度開き動作を実施する運転領域よりも低負荷側の運転領域内の機関運転状態Ｃとなったときは、運転モードをＳＧＳＩ運転モードに切り替えて機関本体１の運転を行うこととした。
【０１８８】
これにより、アイドル運転領域付近における燃焼の安定性を確保することができるので、退避走行を確実に実施することができる。
【０１８９】
図２２は、切替故障が発生した場合の本実施形態による燃焼制御について説明するフローチャートである。電子制御ユニット２００は、本ルーチンを機関運転中に所定の演算周期で繰り返し実行する。
【０１９０】
ステップＳ１１からステップＳ１４までの処理は、第１実施形態と同様なので、ここでは説明を省略する。
【０１９１】
ステップＳ６１において、電子制御ユニット２００は、切替故障が発生したと判定された後に、機関運転状態が通常時に排気弁２度開き動作を実施する第１運転領域内に一度移行したことがあるか否かを判定する。電子制御ユニット２００は、切替故障が発生したと判定された後に、機関運転状態が第１運転領域内に一度移行したことがあればステップＳ６２の処理に進む。
【０１９２】
一方で電子制御ユニット２００は、切替故障が発生したと判定された後に、機関運転状態が第１運転領域内に一度も移行したことがなければステップＳ１４の処理に進む。これは、本実施形態では切替故障が発生したか否かを、通常時に排気弁２度開き動作を実施しない第２運転領域（ＳＩ運転領域）で判定している。そのため、切替故障を検知した段階で出力トルクを第１運転領域で出力可能なトルクに制限してしまうと、急激なトルク変動を招くおそれがあるためである。
【０１９３】
ステップＳ６２において、電子制御ユニット２００は、機関運転状態が第１運転領域よりも高負荷又は高回転側の運転領域内か否かを判定する。電子制御ユニット２００は、機関運転状態が第１運転領域よりも高負荷又は高回転側の運転領域内であればステップＳ６３の処理に進む。一方で電子制御ユニットは、機関運転状態が第１運転領域よりも高負荷又は高回転側の運転領域内でなければステップＳ１４の処理に進む。
【０１９４】
ステップＳ６３において、電子制御ユニット２００は、第１運転領域でＣＩ運転モードを維持しながら、出力トルクを第１運転領域で出力可能なトルクに制限して機関本体１の運転を行う。
【０１９５】
以上説明した本実施形態によれば、電子制御ユニット２００（制御装置）の切替故障判定部が、切替故障が発生したか否かを前記火花点火運転領域内で判定するようにさらに構成されており、燃焼制御部が、切替故障の発生後に機関運転状態が第２運転領域内から第１運転領域内に移行したときは、当該第１運転領域よりも高負荷側又は高回転側の第２運転領域内での運転を禁止し、当該第１運転領域内で燃料を予混合圧縮自着火燃焼させるようにさらに構成されている。
【０１９６】
これにより、切替故障が発生したときに、通常時に排気弁２度開き動作を実施しない第２運転領域内で機関本体１の運転を行うことによって生じる異常燃焼等の発生を抑制することができる。
【０１９７】
以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。
【０１９８】
例えば上記の各実施形態において、予混合気を燃焼室１１内で圧縮自着火燃焼させるにあたって、燃料の一部を火炎伝播燃焼させ、そのときに生じる熱を用いて残りの燃料を予混合圧縮自着火燃焼させる着火アシスト自着火燃焼を実施するようにしても良い。
【符号の説明】
【０１９９】
１    機関本体
１１    燃焼室
１６    点火プラグ
１６ａ    電極部
２０    燃料噴射弁
３６    スロットル弁
４５    ウェストゲートバルブ
５１    吸気カムシャフト
５３    可変吸気位相機構
６０    排気弁
６１    排気カムシャフト
６３    可変排気位相機構
６４    リフト特性切替機構
７    排気ターボチャージャ
７２    タービン
１００    内燃機関
２００    電子制御ユニット（制御装置）
【図１】
0006414143.tif 000002
【図２】
0006414143.tif 000003
【図３】
0006414143.tif 000004
【図４】
0006414143.tif 000005
【図５】
0006414143.tif 000006
【図６】
0006414143.tif 000007
【図７】
0006414143.tif 000008
【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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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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