(57)【要約】  【課題】圧縮着火燃焼モードを有するエンジンの制御装置において、火花点火燃焼モードから圧縮着火燃焼モードへ燃焼を切り換える際のトルク変動や排気悪化を好適に抑制する。  【解決手段】運転条件が火花点火運転領域・圧縮着火運転領域設定マップ記憶手段５１に設定された火花点火運転領域１１２内であれば、火花点火燃焼モードを選定し、火花点火燃焼モードによる運転時には運転条件が記憶手段５１に設定された切換安定領域１１１内になれば、圧縮着火燃焼モードを選定し、圧縮着火燃焼モードによる運転時には運転条件が記憶手段５１に設定された圧縮着火運転領域１１０内にある限り圧縮着火燃焼モードを継続する制御を行う。【選択図】  図４
2007077919.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
点火装置を用いて混合気を火花点火する火花点火燃焼モードとピストン圧縮によって混合気を自己着火させる圧縮着火燃焼モードとを切り換える燃焼状態制御手段を有する内燃機関の制御装置であって、
運転領域設定手段と、燃焼モード選択手段とを有し、
前記運転領域設定手段は、火花点火燃焼モードによって運転する火花点火運転領域と、圧縮着火燃焼モードによって運転する圧縮着火運転領域と、火花点火燃焼モードから圧縮着火燃焼モードへの燃焼切換を許可する切換安定領域とを運転条件に応じて設定し、
前記燃焼モード選択手段は、運転条件が前記運転領域設定手段に設定された火花点火運転領域内であれば、火花点火燃焼モードを選定し、火花点火燃焼モードによる運転時に運転条件が前記運転領域設定手段に設定された切換安定領域内になれば、圧縮着火燃焼モードを選定することを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
点火装置を用いて混合気を火花点火する火花点火燃焼モードとピストン圧縮によって混合気を自己着火させる圧縮着火燃焼モードとを切り換える燃焼状態制御手段を有する内燃機関の制御装置であって、
運転領域設定手段と、燃焼モード選択手段とを有し、
前記運転領域設定手段は、火花点火燃焼モードによって運転する火花点火運転領域と、圧縮着火燃焼モードによって運転する圧縮着火運転領域と、前記圧縮着火運転領域内にあって火花点火燃焼モードから圧縮着火燃焼モードへの燃焼切換を許可する切換安定領域とを運転条件に応じて設定し、
前記燃焼モード選択手段は、運転条件が前記運転領域設定手段に設定された火花点火運転領域内であれば、火花点火燃焼モードを選定し、火花点火燃焼モードによる運転時に運転条件が前記運転領域設定手段に設定された切換安定領域内になれば、圧縮着火燃焼モードを選定し、圧縮着火燃焼モードによる運転時に運転条件が前記運転領域設定手段に設定された圧縮着火運転領域内にある限り圧縮着火燃焼モードを継続選定することを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項３】
点火装置を用いて混合気を火花点火する火花点火燃焼モードとピストン圧縮によって混合気を自己着火させる圧縮着火燃焼モードとを切り換える燃焼状態制御手段を有する内燃機関の制御装置であって、
火花点火燃焼モードによって運転する火花点火運転領域と圧縮着火燃焼モードによってエンジン運転する圧縮着火運転領域とを設定する運転領域設定手段と、
内燃機関の燃焼状態を検出する燃焼状態検出手段と、
火花点火燃焼モードから圧縮着火燃焼モードへの燃焼切換時には、運転条件が前記運転領域設定手段に予め設定された圧縮着火運転領域内であっても、前記燃焼状態検出手段によって検出される燃焼状態に基づいて前記燃焼状態制御手段による火花点火燃焼モードを継続制御をする燃焼モード選択手段と、
を有することを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記燃焼状態検出手段は、内燃機関の筒内圧力を検出する筒内圧力検出手段、内燃機関の振動を検出する振動検出手段、燃焼室内のイオン電流を検出するイオン電流検出手段、空燃比を検出する空燃比検出手段の何れか或いは組み合わせであることを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記圧縮着火運転領域内に切換安定領域が設定され、前記燃焼モード選択手段は、火花点火燃焼モードから圧縮着火燃焼モードへの燃焼切換時には、運転条件が前記切換安定領域に属する状態になるまで火花点火燃焼モードを継続し、運転条件が前記切換安定領域に属する状態になれば、圧縮着火燃焼モードへ切り換える制御を行うことを特徴とする請求項３又は４に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
前記切換安定領域を前記燃焼状態検出手段の検出結果に応じて前記圧縮着火運転領域内にアクティビティに設定することを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項７】
前記圧縮着火運転領域は、内燃機関の運転条件、内燃機関によって駆動される動力装置の運転状態、該動力装置の運転者の意図等に基づいて定められる運転領域であることを特徴とする請求項３から６のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項８】
前記切換安定領域は、前記圧縮着火運転領域よりもエンジン回転数とエンジントルクが低い領域に設定されることを特徴とする請求項５から７のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項９】
点火装置を用いて混合気を火花点火する火花点火燃焼モードとピストン圧縮によって混合気を自己着火させる圧縮着火燃焼モードとを切り換える燃焼状態制御手段を有する内燃機関の制御装置であって、
火花点火燃焼モードによって運転する火花点火運転領域と圧縮着火燃焼モードによって運転する圧縮着火運転領域とを設定する運転領域設定手段と、
前記燃焼状態制御手段の制御量を検出する制御量を検出する制御量検出手段と、
火花点火燃焼モードから圧縮着火燃焼モードへの燃焼切換時には、運転条件が前記運転領域設定手段に予め設定された圧縮着火運転領域内であっても、前記制御量検出手段によって検出される前記燃焼状態制御手段の制御量に基づいて前記燃焼状態制御手段による火花点火燃焼モードの継続制御を行う燃焼モード選択手段と、
を有することを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項１０】
前記圧縮着火運転領域内に切換安定領域が設定され、前記燃焼モード選択手段は、火花点火燃焼モードから圧縮着火燃焼モードへの燃焼切換時には、運転条件が前記切換安定領域に属する状態になるまで火花点火燃焼モードを継続し、運転条件が前記切換安定領域に属する状態になれば、圧縮着火燃焼モードへ切り換える制御を行うことを特徴とする請求項７に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１１】
前記切換安定領域を前記制御量検出手段の検出結果に応じて前記圧縮着火運転領域内にアクティブティに設定することを特徴とする請求項８に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１２】
点火装置を用いて混合気を火花点火する火花点火燃焼モードとピストン圧縮によって混合気を自己着火させる圧縮着火燃焼モードとを切り換える内燃機関の制御方法であって、
火花点火燃焼モードによって運転する火花点火運転領域と圧縮着火燃焼モードによって運転する圧縮着火運転領域と前記圧縮着火運転領域内にあって火花点火燃焼モードから圧縮着火燃焼モードへの燃焼切換を許可する切換安定領域とを運転条件に応じて設定し、運転条件が前記火花点火運転領域内であれば、火花点火燃焼モードを選定し、火花点火燃焼モードによる運転時に運転条件が前記切換安定領域内になれば、圧縮着火燃焼モードを選定し、圧縮着火燃焼モードによる運転時に運転条件が前記圧縮着火運転領域内にある限り圧縮着火燃焼モードを継続することを特徴とする内燃機関の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、火花点火燃焼モードと圧縮着火燃焼モードとを運転条件に応じて切換使用する内燃機関の制御装置及び制御方法に係り、特に、火花点火燃焼モードから圧縮着火燃焼モードへの燃焼モードの切換制御に好適な内燃機関の制御装置及び制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガソリン機関において、点火装置を用いて混合気を火花点火する火花点火燃焼モードと、ピストン圧縮によって混合気を自己着火させる圧縮着火燃焼モードとを運転条件に応じて切換使用する内燃機関が知られている。
【０００３】
このように、混合気を圧縮して自己着火させる燃焼方式を採用した圧縮着火燃焼方式の内燃機関においては、高効率・広い運転領域において自己着火燃焼を好適に制御すると同時に、自己着火燃焼と火花点火燃焼との切換を好適に制御する必要がある。
【０００４】
これに対応する技術として、火花点火と圧縮着火との燃焼モード切換時に、成層燃焼モードを経由させることで、トルク変動を抑制する技術がある（例えば、特許文献１）。
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−１５２９１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上述の従来技術では、火花点火と圧縮着火との燃焼モードの切換時に、成層燃焼モードを経由させることによってトルク変動を抑えることはできても、排気ガス中のＮＯｘ排出量が増加することを避けることが難しい。
【０００７】
排気ガス中のＮＯｘを浄化するためには、リーンＮＯｘ用の浄化触媒が必要になり、コストアップが避けられない。
【０００８】
本発明は、前記点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、火花点火燃焼モードから圧縮着火燃焼モードへの燃焼モードの切り換え時に、トルク変動と排気悪化の何れもを好適に抑制することのできる内燃機関の制御装置及び制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記目的を達成するべく、本発明による内燃機関の制御装置は、点火装置を用いて混合気を火花点火する火花点火燃焼モードとピストン圧縮によって混合気を自己着火させる圧縮着火燃焼モードとを切り換える燃焼状態制御手段を有する内燃機関の制御装置であって、運転領域設定手段と燃焼モード選択手段とを有し、前記運転領域設定手段は、火花点火燃焼モードによって運転する火花点火運転領域と、圧縮着火燃焼モードによって運転する圧縮着火運転領域と、火花点火燃焼モードから圧縮着火燃焼モードへの燃焼切換を許可する切換安定領域と、を運転条件に応じて設定し、前記燃焼モード選択手段は、運転条件が前記運転領域設定手段に設定された火花点火運転領域内であれば、火花点火燃焼モードを選定し、火花点火燃焼モードによる運転時には運転条件が前記運転領域設定手段に設定された切換安定領域内になれば、圧縮着火燃焼モードを選定することを特徴としている。
【００１０】
本発明による他の態様の内燃機関の制御装置は、点火装置を用いて混合気を火花点火する火花点火燃焼モードとピストン圧縮によって混合気を自己着火させる圧縮着火燃焼モードとを切り換える燃焼状態制御手段を有し、該制御装置が、運転領域設定手段と燃焼モード選択手段とを有し、前記運転領域設定手段は、火花点火燃焼モードによって運転する火花点火運転領域と、圧縮着火燃焼モードによってエンジン運転する圧縮着火運転領域と、前記圧縮着火運転領域内にあって火花点火燃焼モードから圧縮着火燃焼モードへの燃焼切換を許可する切換安定領域とを運転条件に応じて設定し、前記燃焼モード選択手段は、運転条件が前記運転領域設定手段に設定された火花点火運転領域内であれば、火花点火燃焼モードを選定し、火花点火燃焼モードによる運転時に運転条件が前記運転領域設定手段に設定された切換安定領域内になれば、圧縮着火燃焼モードを選定し、圧縮着火燃焼モードによる運転時に運転条件が前記運転領域設定手段に設定された圧縮着火運転領域内にある限り圧縮着火燃焼モードを継続制御することを特徴としている。
【００１１】
本発明による更に他の態様の内燃機関の制御装置は、点火装置を用いて混合気を火花点火する火花点火燃焼モードとピストン圧縮によって混合気を自己着火させる圧縮着火燃焼モードとを切り換える燃焼状態制御手段を有する内燃機関の制御装置であって、火花点火燃焼モードによってエンジン運転する火花点火運転領域と圧縮着火燃焼モードによってエンジン運転する圧縮着火運転領域とを設定する運転領域設定手段と、内燃機関の燃焼状態を検出する燃焼状態検出手段と、火花点火燃焼モードから圧縮着火燃焼モードへの燃焼切換時には、運転条件が前記運転領域設定手段に予め設定された圧縮着火運転領域内であっても、前記燃焼状態検出手段によって検出される燃焼状態に基づいて前記燃焼状態制御手段による火花点火燃焼モードを継続する制御を行う燃焼モード選択手段と、を有することを特徴としている。
【００１２】
本発明の内燃機関の制御装置の具体的な態様は、前記燃焼状態検出手段は、内燃機関の筒内圧力を検出する筒内圧力検出手段、内燃機関の振動を検出する振動検出手段、燃焼室内のイオン電流を検出するイオン電流検出手段、空燃比を検出する空燃比検出手段の何れか或いは組み合わせであることを特徴としている。
【００１３】
本発明の内燃機関の制御装置の他の具体的な態様は、前記圧縮着火運転領域内に切換安定領域が設定され、前記燃焼モード選択手段は、火花点火燃焼モードから圧縮着火燃焼モードへの燃焼切換時には、運転条件が前記切換安定領域に属する状態になるまで火花点火燃焼モードを継続し、運転条件が前記切換安定領域に属する状態になれば、圧縮着火燃焼モードへ切り換える制御を行うことを特徴としている。
【００１４】
本発明の内燃機関の制御装置の更に他の具体的な態様は、前記切換安定領域を前記燃焼状態検出手段の検出結果に応じて前記圧縮着火運転領域内にアクティブティに設定することを特徴としている。
【００１５】
本発明の内燃機関の制御装置の更に他の具体的な態様は、前記圧縮着火運転領域は、内燃機関の運転条件、内燃機関によって駆動される動力装置の運転状態、該動力装置の運転者の意図等に基づいて定められる運転領域であり、前記切換安定領域は、前記圧縮着火運転領域よりもエンジン回転数とエンジントルクが低い領域に設定されることを特徴としている。
【００１６】
本発明による更に他の態様の内燃機関の制御装置は、点火装置を用いて混合気を火花点火する火花点火燃焼モードとピストン圧縮によって混合気を自己着火させる圧縮着火燃焼モードとを切り換える燃焼状態制御手段を有する内燃機関の制御装置であって、火花点火燃焼モードによってエンジン運転する火花点火運転領域と圧縮着火燃焼モードによってエンジン運転する圧縮着火運転領域とを設定する運転領域設定手段と、前記燃焼状態制御手段の制御量を検出する制御量を検出する制御量検出手段と、火花点火燃焼モードから圧縮着火燃焼モードへの燃焼切換時には、運転条件が前記運転領域設定手段に予め設定された圧縮着火運転領域内であっても、前記制御量検出手段によって検出される前記燃焼状態制御手段の制御量に基づいて前記燃焼状態制御手段による火花点火燃焼モードの継続する制御を行う燃焼モード選択手段と、を有することを特徴としている。
【００１７】
本発明による内燃機関の制御方法は、火花点火燃焼モードによってエンジン運転する火花点火運転領域と圧縮着火燃焼モードによってエンジン運転する圧縮着火運転領域と前記圧縮着火運転領域内にあって火花点火燃焼モードから圧縮着火燃焼モードへの燃焼切換を許可する切換安定領域とを運転条件に応じて設定し、運転条件が前記火花点火運転領域内であれば、火花点火燃焼モードを選定し、火花点火燃焼モードによる運転時には運転条件が前記切換安定領域内になれば、圧縮着火燃焼モードを選定し、圧縮着火燃焼モードによる運転時には運転条件が前記圧縮着火運転領域内にある限り圧縮着火燃焼モードを継続する。
【発明の効果】
【００１８】
この発明による内燃機関の制御装置及び制御方法によれば、火花点火燃焼モードから圧縮着火燃焼モードへの燃焼切換時には、運転条件が予め設定された圧縮着火運転領域内であっても、火花点火燃焼モードを継続する制御を行うから、火花点火燃焼モードから圧縮着火燃焼モードへ燃焼を切り換える際のトルク変動が低減し、排気悪化も抑制される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明の内燃機関の制御装置の実施形態を図面を参照して説明する。
【００２０】
図１（ａ）、（ｂ）は、本発明による制御装置が適用される火花点火燃焼と火花点火燃焼との燃焼モード切換型の内燃機関の一つの実施形態を示している。
【００２１】
内燃機関３は、シリンダブロック９とピストン１７とシリンダヘッド１０によって画定された燃焼室１６を有する。内燃機関が多気筒内燃機関である場合には、燃焼室１６は複数個形成される。シリンダヘッド１０には、各気筒毎に、燃焼室１６に連通する吸気ポート６、排気ポート１４が形成されている。この実施形態では、各気筒毎に、吸気ポート６、排気ポート１４が各々二つずつ形成された４ポート内燃機関をなしている。
【００２２】
吸気ポート６は、吸気弁１９ａによって開閉され、排気ポート１４は排気弁１９ｂによって開閉される。吸気弁１９ａと排気弁１９ｂは、各々可変バルブ機構２３ａ、２３ｂによって開閉駆動される。可変バルブ機構２３ａは、吸気弁１９ａの開閉タイミングおよびバルブリフト量をエンジン運転条件に応じて最適な制御量に変化させ、可変バルブ機構２３ｂは、排気弁１９ｂの開閉タイミングおよびバルブリフト量をエンジン運転条件に応じて最適な制御量に変化させる。
【００２３】
可変バルブ機構２３ａ、２３ｂは、機関吸気系のスロットル弁７と同様に、吸入空気量を調節する機能を有するものであり、本実施形態では、吸入空気量を調節する機能に加えて、圧縮着火燃焼モード中の実圧縮比および内部ＥＧＲ量を調節し、燃焼状態制御手段として機能する。
【００２４】
燃焼状態制御手段、つまり、可変バルブ機構２３ａ、２３ｂは、点火装置を用いて混合気を火花点火する火花点火燃焼モードと、ピストン圧縮によって混合気を自己着火させる圧縮着火燃焼モードとを切り換え、燃焼モード切換型の圧縮着火式内燃機関を実現する。なお、このバルブ動作や実際の運転制御方式については後述する。
【００２５】
シリンダヘッド１０には、各気筒毎に点火プラグ１３が取り付けられている。点火プラグ１３の火花放電部１３ａは燃焼室１６内に配置される。
【００２６】
点火プラグ１３は、エンジンコントロールユニット１（以下、ＥＣＵと記す）より火花点火燃焼を指示された場合には、火花放電部１３ａにて火花放電を行い、燃焼室１６内の混合気（ガソリン燃料と空気）を火花点火する。
ＥＣＵ１が圧縮着火燃焼を指示している場合には、点火プラグ１３は、燃焼状態を検出するイオン電流検出手段として機能させることが可能であり、その場合には燃焼室１６内の燃焼状態および着火時期などを監視する。
【００２７】
シリンダブロック９には、各気筒毎に燃料噴射弁１１が取り付けられている。燃料噴射弁１１は、燃焼室１６内に燃料を直接噴射する。燃料噴射弁１１の配置位置は、図１（ｂ）では、吸気弁１９ａ近傍の燃焼室１６内側面付近となっているが、特にその場所を規定するものではなく、燃焼室１６内に燃料を直接噴射可能な任意の場所でよい。
【００２８】
燃料噴射弁１１には、燃料タンク２６の燃料（ガソリン燃料）が高圧ポンプ２７によって高圧加圧されて供給される。
【００２９】
ＥＣＵ１は、マイクロコンピュータ式のものであり、圧縮着火式内燃機関を搭載した車両を運転するドライバの意図を検出するドライバ意図検出手段であるアクセル開度検出装置２ａおよびブレーキ踏力検出装置２ｂより、それぞれの出力値（アクセル開度、ブレーキ踏力）を入力する。
【００３０】
ＥＣＵ１は、車両走行状態を検出する車両走行状態検出手段として車速検出装置２ｃの出力値、さらに機関運転条件を検出するエアフローセンサ５、機関冷却水温センサ２４、空燃比センサ２２、クランク角センサ４の各々の出力値を入力し、燃料噴射制御、点火時期制御、吸排気の可変バルブ制御を行う。
【００３１】
エアフローセンサ５は、吸気温度を測定する機能を有するものであることが望ましく、この出力値も同時にＥＣＵ１に取り込まれる。機関負荷は、アクセル開度検出装置２ａの出力値により演算される。したがって、機関負荷検出手段は、アクセル開度検出装置２ａとする。圧縮着火式内燃機関を搭載した車両の加速度を把握する手段として、車速センサ２ｃの出力値の微分値を用いているが、車両に加速度センサを設置し、その出力値を用いてもよい。ブレーキ踏力検出装置２ｂの出力値は、ドライバがブレーキペダルを踏んだか否かを判定するオン・オフ信号を用いているが、ブレーキ踏力センサを設置してその出力値を用いることも可能であり、またブレーキの油圧配管中に油圧センサを設けることによってドライバのブレーキ踏力を把握してもよい。
【００３２】
図２（ａ）〜（ｃ）は、本実施形態に適用する可変バルブ２３ａおよび２３ｂのバルブリフト特性例を示している。図２（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、圧縮着火を実現するために内部ＥＧＲを導入するためのバルブタイミング設定を有している。
【００３３】
図２（ａ）は、吸気バルブリフト１０１および排気バルブリフト１０２が火花点火燃焼モード時のものを、吸気バルブリフト１０３および排気バルブリフト１０４が圧縮着火燃焼モード時のものを、各々示している。
【００３４】
吸気バルブリフト１０３、排気バルブリフト１０４によるタイミングとすることで、排気閉じ込め期間ができ、この期間の長さを制御することによって、内部ＥＧＲ率を制御でき、圧縮着火燃焼を好適に制御することが可能となる。
【００３５】
なお、吸気バルブリフト１０１から１０３への変化および排気バルブリフト１０２から１０４への変化は、可変バルブ機構２３ａ、２３ｂを油圧もしくは電子制御によって連続的に変化させることにより実現でき、その機構や制御方式は特に問うものではない。また、連続変化でなく、２段切換のような不連続なものであっても、図２（ａ）が意図するバルブリフト特性であることは言うまでもない。
【００３６】
図２（ｂ）における吸気バルブリフト１０１、排気バルブリフト１０２は、図２（ａ）と同様に火花点火燃焼モード時のものである。圧縮着火燃焼モード時には、このバルブリフトに加えてさらに排気バルブリフト１０５の動きを加え、一旦燃焼室外に出した排ガスを再吸入して、内部ＥＧＲを確保するものである。
なお、このようなバルブタイミング制御は、図２（ａ）の場合と同様、可変バルブ機構２３ａ、２３ｂを油圧もしくは電子制御によって変化させることにより行うことでき、その機構や制御方式は特に問うものではない。
【００３７】
図２（ｃ）は、圧縮着火燃焼モード時には、バルブリフト１０６〜１０９のように制御して、２ストローク運転による圧縮着火燃焼モードを実行するものである。すなわち、バルブリフト１０７と１０８の間に、圧縮−燃焼−膨張過程が存在している。２ストローク化することによって、内部ＥＧＲを比較的残留させやすい、といったメリットがあり、火花点火燃焼モードにはノックの原因となるものの、圧縮着火燃焼モードに好適な燃焼室内状態をもたらす。さらに、比出力が４ストローク時よりも大きくなるため、圧縮着火燃焼モードによる運転領域が約２倍のトルク領域まで広がる。
【００３８】
なお、このようなバルブタイミング制御も、図２（ａ）の場合と同様、このようなバルブタイミングに制御するため、可変バルブ機構２３ａおよび２３ｂを油圧もしくは電子制御によって変化させることにより行うことができ、その機構や制御方式は特に問うものではない。
【００３９】
上述した可変バルブ機構２３ａ、２３ｂによるバルブタイミング制御と、点火プラグ１３の火花放電の有無により、内燃機関３は、燃焼モードを、点火プラグ（点火装置）１３を用いて混合気を火花点火する火花点火燃焼モードと、ピストン圧縮によって混合気を自己着火させる圧縮着火燃焼モードの何れかに切換設定される。
【００４０】
内燃機関３は、基本的には、火花点火燃焼モードによってエンジン運転する火花点火運転領域と、圧縮着火燃焼モードによってエンジン運転する圧縮着火運転領域とをエンジントルク（負荷）とエンジン回転数とに応じて予め設定され、設定された火花点火運転領域と圧縮着火運転領域に応じて火花点火燃焼モードと圧縮着火燃焼モードの何れかによって運転される。圧縮着火運転領域は、内燃機関３の運転条件、内燃機関３を搭載した動力装置（例えば車両）の運転状態、動力装置のユーザのユーザ意図等に基づくパラメータによって予め定められる運転領域である。
【００４１】
この燃焼モード切換を行うエンジン制御システムを、図３を参照して説明する。燃焼モード切換のためのエンジン制御システムは、火花点火燃焼モードによってエンジン運転する火花点火運転領域と、圧縮着火燃焼モードによってエンジン運転する圧縮着火運転領域とをエンジントルク（負荷）とエンジン回転数とに応じて予め設定された運転領域設定手段として、火花点火運転領域・圧縮着火運転領域設定マップ記憶手段５１と、内燃機関３の燃焼状態を検出する燃焼状態検出手段５２と、可変バルブ機構２３ａ、２３ｂによる燃焼状態制御手段６１の制御量を検出する制御量を検出する制御量検出手段５３と、燃焼モード選択手段５４とを有する。
【００４２】
燃焼状態検出手段５２は、内燃機関３の筒内圧力を検出する筒内圧力検出センサ３１、内燃機関３の振動を検出する振動検出センサ２５、燃焼室１６内のイオン電流を検出するイオン電流検出手段（点火プラグ）、空燃比を検出する空燃比センサ２２の何れか或いは組み合わせであり、燃焼状態を検出、推定する。
【００４３】
燃焼状態検出（推定）手段５２としては、シリンダブロック９もしくはシリンダヘッド１０に設けられる振動検出センサ２５があり、このセンサ２５で検出する周波数を適正に解析することにより、各気筒の筒内圧力ピーク値、ピーク時期をそれぞれ検出または推定することができる。圧縮着火燃焼では、火花点火燃焼の場合と異なり、適正な燃焼時（高効率運転時）には、熱発生ピーク時期と筒内圧力ピーク時期が一致するという特徴があることが、実機試験によって判明している。
【００４４】
燃焼モード選択手段５４は、たとえば、ＥＣＵ１によるソウトウェア処理により具現化されるものであり、エンジントルクとエンジン回転数の検出値と、燃焼状態検出手段５２および制御量検出手段５３による燃焼状態、制御量の検出値を入力し、火花点火運転領域・圧縮着火運転領域設定マップ記憶手段５１に設定された火花点火運転領域と圧縮着火運転領域を、火花点火燃焼モードから圧縮着火燃焼モードへの燃焼切換時を除いて、エンジントルク、エンジン回転数の検出値に応じて切換設定する制御を行い、燃焼モード切換指令を燃焼状態制御手段６１に出力する。
【００４５】
また、燃焼モード選択手段５４は、火花点火燃焼モードから圧縮着火燃焼モードへの燃焼切換時に、運転条件が火花点火運転領域・圧縮着火運転領域設定マップ記憶手段５１に予め設定された圧縮着火運転領域内であっても、燃焼状態検出手段５２によって検出される燃焼状態、あるいは／および制御量検出手段５３によって検出される制御量が特定の値の場合には、燃焼状態制御手段６１による火花点火燃焼モードを継続する制御を行う。
【００４６】
図４は、火花点火運転領域・圧縮着火運転領域設定マップ記憶手段５１に格納されている各燃焼モードの運転領域を示している。領域１１２は、火花点火燃焼モード領域、領域１１０は、圧縮着火燃焼モード領域を各々示している。圧縮着火燃焼モード領域１１０の中に燃焼切換安定領域１１１が規定されている。
【００４７】
圧縮着火燃焼モード領域１１０は、図４に示されているように、縦軸にエンジントルクを、横軸にエンジン回転数をとったグラフにおいて、島状に存在し、燃焼切換安定領域１１１は、その島状の圧縮着火燃焼モード領域１１０の内側に、圧縮着火燃焼モード領域１１０より小さい島状に存在する。
【００４８】
本発明者らが行った実験的研究の結果、図２（ａ）〜（ｃ）に示されているような特性をもって可変バルブ機構２３ａおよび２３ｂを制御し、これによって内部ＥＧＲを制御して火花点火燃焼モードから圧縮着火燃焼モードに切り換えた場合、圧縮着火燃焼が安定する領域と、燃焼切換がトルク変動や排気の悪化なく安定して制御できる領域が、図３に示されているような関係を持ついることが明らかとなった。これは、燃焼切換に必要な可変バルブのスペックや制御性能が、圧縮着火の安定燃焼のためのそれらと異なるためである。
【００４９】
よって、圧縮着火燃焼モードを有する内燃機関３を好適に制御するには、ＥＣＵ１に予め、圧縮着火燃焼を安定して行なう領域や条件の規定と同時に、火花点火燃焼モードから圧縮着火燃焼モードに切り換えるための領域や条件を規定しておくことが、必要であると理解できる。
【００５０】
例えば、図４中の運転条件ＣやＤでは、安定した圧縮着火は可能であるが、この運転条件では火花点火から圧縮着火に安定して切り換えることはできず、燃焼切換安定領域１１１に属する運転条件Ｂにおいて圧縮着火燃焼モードに切り換えられた後に、運転条件ＣもしくはＤで圧縮着火燃焼モードによって運転することができる。
【００５１】
また、燃焼切換安定領域１１１内であっても、燃焼モード切換時の燃焼状態に基づいて、火花点火燃焼モードの継続、または圧縮着火燃焼モードへの切り換えを選択することもできる。
【００５２】
逆に、圧縮着火燃焼モードから火花点火燃焼モードに切り換える際は、この限りではなく、圧縮着火燃焼モード中の任意の運転条件において、火花点火燃焼モードに安定に切り換えることができる。
【００５３】
つまり、火花点火燃焼モードから圧縮着火燃焼モードへの燃焼切り換え時には、運転条件（エンジントルク、エンジン回転数）が、燃焼切換安定領域１１１に属する運転条件になって圧縮着火燃焼モードへの切換を実行し、運転条件が圧縮着火燃焼モード領域１１０でも燃焼切換安定領域１１１以外の領域に属している場合には、火花点火燃焼モードによる運転を続行する。そして、圧縮着火燃焼モードへの切換後、圧縮着火燃焼によって運転される状態になれば、運転条件が圧縮着火燃焼モード領域１１０であれば、燃焼切換安定領域１１１以外の領域に属している場合も、圧縮着火燃焼モードによる運転を行う。
【００５４】
すなわち、燃焼モード選択手段５４は、火花点火燃焼モードから圧縮着火燃焼モードへの燃焼切換時には、運転条件が切換安定領域１１１に属する状態になるまで火花点火燃焼モードを継続し、運転条件が切換安定領域１１１に属する状態になれば、圧縮着火燃焼モードへ切り換える制御を行う。
【００５５】
要約すると、燃焼モード選択手段５４は、運転条件が火花点火運転領域・圧縮着火運転領域設定マップ記憶手段５１に設定された火花点火運転領域１１２内であれば、火花点火燃焼モードを選定し、火花点火燃焼モードによる運転時には運転条件が記憶手段５１に設定された切換安定領域１１１内になれば、圧縮着火燃焼モードを選定し、圧縮着火燃焼モードによる運転時には運転条件が記憶手段５１に設定された圧縮着火運転領域１１０内にある限り圧縮着火燃焼モードを継続する制御を行う。
【００５６】
これは、火花点火燃焼モードから圧縮着火燃焼モードへの燃焼切り換え時と、圧縮着火燃焼モードから火花点火燃焼モードへの燃焼切り換え時とで、切換値（エンジントルク、エンジン回転数）にヒステリシスを与えられているイメージである。
【００５７】
切換安定領域を１１１は、予め設定された固定的なものでなく、燃焼状態検出手段５２の検出結果あるいは／および燃焼状態制御手段６１の制御量検出手段５３の検出結果に応じて圧縮着火運転領域１１０内にアクティブティに設定することもでき、より良い性能を得ることができる。
【００５８】
なお、この運転領域の関係は、図２(ａ)のバルブリフト特性となる場合の例を示しているが、図２(ｂ)、(ｃ)のバルブリフト特性としても、各燃焼モードの運転領域の関係はほぼ同義となることを付け加えておく。
【００５９】
図５は、本発明による内燃機関の制御装置において、火花点火燃焼モードから圧縮着火燃焼モードに切り換える際の制御フローの一例を示している。
【００６０】
まず、装置（車両）走行状態およびユーザ意図（例えば、アクセル開度α）、エンジン運転状態を読み込む（ステップ１００１）。
【００６１】
つぎに、現在の燃焼モードが火花点火燃焼モードであるか否かを判定する（ステップ１００２）。
【００６２】
つぎに、燃焼状態検出手段および燃焼状態制御手段の制御量を検出する制御量検出手段の出力値および学習値を読み込む。
【００６３】
燃焼状態検出手段は、好ましくは点火プラグ１３に備えられたイオン電流検出装置であるが、筒内圧センサや振動検出センサ２５、空燃比センサ２２などであってもよい。
【００６４】
制御量検出手段は、燃焼状態制御手段である可変バルブ機構２３ａ、２３ｂの制御量、あるいは可変バルブ機構２３ａ、２３ｂを駆動するアクチュエータの制御量を検出もしくは推定する手段である。
【００６５】
つぎに、現在の運転条件が圧縮着火燃焼モード領域１１０かつ燃焼切換安定領域１１１内であるか否かを判断する（ステップ１００４）。
【００６６】
現在の運転条件が圧縮着火燃焼モード領域１１０かつ燃焼切換安定領域１１１内であると判断されると、ステップ１００１、１００３で読み込んだ入力値によって、圧縮着火燃焼モードへの安定した燃焼切換が実行可能か否かを判断する（ステップ１００５）。
【００６７】
ステップ１００３で読み込んだ可変バルブ機構２３ａ、２３ｂの制御量の如何によっては、可変バルブ機構２３ａ、２３ｂが劣化あるいは故障したと判定される場合もある。この場合には、予め、ＥＣＵ１に規定されている圧縮着火燃焼モード領域１１０および燃焼切り換え安定領域１１１を書き換える。
【００６８】
ステップ１００５にて圧縮着火燃焼モードへの切り換えが許可されると、可変バルブ機構２３ａ、２３ｂを用いて圧縮着火燃焼モードへの切り換えを実行する。
【００６９】
上述した制御フローに従った制御を行うことにより、トルク変動や排気悪化を起こすことなく、火花点火燃焼モードより圧縮着火燃焼モードへの燃焼切換が行われる。
【００７０】
なお、上記の実施形態以外にも、同義の可変バルブ機構や切換制御を有する制御装置も本発明の範囲内であることは明白である。また、この制御装置の原理は、火花点火燃焼モードと圧縮着火燃焼モードの切換だけではなく、ディーゼルエンジンにおいて、通常の拡散燃焼モードから、ＥＧＲを大量に導入した予混合燃焼モード切り換える際にも用いることができることも付け加えておく。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】（ａ）は本発明による制御装置が適用される燃焼モード切換型の圧縮着火式内燃機関の一つの実施形態の吸排気ポート部分の概略平面図、（ｂ）は本発明による制御装置が適用される燃焼モード切換型の圧縮着火式内燃機関の一つの実施形態の全体構成を示すシステム構成図。
【図２】（ａ）〜（ｃ）は本発明による制御装置が適用される燃焼モード切換型の圧縮着火式内燃機関の可変バルブ機構によるバルブリフト特性を示すグラフ。
【図３】本発明の内燃機関の制御装置における燃焼モード切換のエンジン制御システムを示すブロック図。
【図４】本発明による制御装置が適用される燃焼モード切換型の圧縮着火式内燃機関の燃焼モードの領域の一例を示すグラフ。
【図５】本発明の内燃機関の制御装置による火花点火燃焼モードから圧縮着火燃焼モードへの切換時の制御フローの一例を示すフローチャート。
【符号の説明】
【００７２】
１      エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）
２ａ    アクセル開度検出装置
２ｂ    ブレーキ踏力検出装置
２ｃ    車速検出装置
３      内燃機関
４      クランクセンサ
５      エアフローセンサ
６      吸気ポート
１１    燃料噴射弁
１３    点火プラグ
１４    排気ポート
１６    燃焼室
１９ａ  吸気弁
１９ｂ  排気弁
２２    空燃比センサ
２３ａ、２３ｂ  可変バルブ機構
２４    機関冷却水温センサ
２５    振動検出センサ
３１    筒内圧力センサ
【図１】
2007077919.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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