(57)【要約】【課題】切り替えに伴うトルク段差を抑えつつ、燃焼モードを速やかに切り替えることのできる多気筒エンジンの制御装置及び制御方法を提供する。【解決手段】まず、第１の気筒グループの制御パラメータの値を第２の燃焼モード用の値に変更することによって、第１の気筒グループの燃焼モードを第２の燃焼モードに切り替える。次に、第２の燃焼モードで運転されている第１の気筒グループの気筒が発生させるトルクと、第１の燃焼モードで運転されている第２の気筒グループの気筒が発生させるトルクをそれぞれ推定し、それらの間のトルク差を計算する。そして、トルク差を縮小するようにトルク差に基づいて制御パラメータの第２の燃焼モード用の値を調整する。制御パラメータの第２の燃焼モード用の調整後の値を第２の気筒グループの制御パラメータに設定することによって、第２の気筒グループの燃焼モードを第２の燃焼モードに切り替える。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼モードを独立して切り替え可能な第１の気筒グループと第２の気筒グループとを備え、気筒グループごとに独立して調整可能な制御パラメータの値を燃焼モードに応じて変更することによって、気筒グループごとに燃焼モードを切り替えることができる多気筒エンジンの制御装置であって、
前記第１の気筒グループと前記第２の気筒グループがともに第１の燃焼モードで運転されている場合に、前記第１の気筒グループの前記制御パラメータの値を第２の燃焼モード用の値に変更することによって、前記第１の気筒グループの燃焼モードを前記第２の燃焼モードに切り替える第１の処理と、
前記第２の燃焼モードで運転されている前記第１の気筒グループの気筒が発生させるトルクを前記第１の気筒グループの状態量の計測値に基づいて推定し、また、前記第１の燃焼モードで運転されている前記第２の気筒グループの気筒が発生させるトルクを前記第２の気筒グループの状態量の計測値に基づいて推定し、前記第１の気筒グループの気筒が発生させるトルクと前記第２の気筒グループの気筒が発生させるトルクとの間のトルク差を計算する第２の処理と、
前記トルク差を縮小するように前記トルク差に基づいて前記制御パラメータの前記第２の燃焼モード用の値を調整する第３の処理と、
前記制御パラメータの前記第２の燃焼モード用の調整後の値を前記第２の気筒グループの前記制御パラメータに設定することによって、前記第２の気筒グループの燃焼モードを前記第２の燃焼モードに切り替える第４の処理と、
を実行するように構成されていることを特徴とする多気筒エンジンの制御装置。
【請求項２】
前記制御装置は、前記第３の処理において、前記制御パラメータの前記第２の燃焼モード用の調整後の値を前記第２の燃焼モードで運転されている前記第１の気筒グループの前記制御パラメータに設定するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の多気筒エンジンの制御装置。
【請求項３】
前記制御装置は、前記第３の処理において、前記トルク差の大きさが閾値より大きい場合に、前記トルク差の大きさが前記閾値以下になるまで、前記制御パラメータの前記第２の燃焼モード用の値を前記トルク差に基づいて繰り返し調整するように構成されていることを特徴とする請求項２に記載の多気筒エンジンの制御装置。
【請求項４】
前記制御装置は、前記第４の処理において、前記第２の気筒グループの全ての気筒の燃焼モードを同一サイクル内で前記第２の燃焼モードに切り替えるように構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の多気筒エンジンの制御装置。
【請求項５】
前記制御装置は、前記第１の処理を実行したサイクルの次のサイクルで前記第４の処理を実行するように構成されていることを特徴とする請求項４に記載の多気筒エンジンの制御装置。
【請求項６】
前記制御パラメータには、燃焼モードを決定する第１のパラメータと、燃焼モードに影響しないトルク調整のための第２のパラメータとが含まれ、
前記制御装置は、前記第３の処理において、前記第１のパラメータの値は固定して前記第２のパラメータの値を調整するように構成されていることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の多気筒エンジンの制御装置。
【請求項７】
前記制御パラメータには、燃焼モードを決定する複数のパラメータが含まれ、
前記制御装置は、前記第３の処理において、前記複数のパラメータの値の組み合わせを変更するように構成されていることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の多気筒エンジンの制御装置。
【請求項８】
前記第１の気筒グループを構成する気筒の数は、前記第２の気筒グループを構成する気筒の数以下であることを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項に記載の多気筒エンジンの制御装置。
【請求項９】
前記第１の気筒グループは、一つの気筒からなることを特徴とする請求項８に記載の多気筒エンジンの制御装置。
【請求項１０】
前記多気筒エンジンは、２つのバンクを有するＶ型エンジンであり、
前記第１の気筒グループは一方のバンクの気筒から構成され、前記第２の気筒グループは他方のバンクの気筒から構成されることを特徴とする請求項８に記載の多気筒エンジンの制御装置。
【請求項１１】
燃焼モードを独立して切り替え可能な第１の気筒グループと第２の気筒グループとを備え、気筒グループごとに独立して調整可能な制御パラメータの値を燃焼モードに応じて変更することによって、気筒グループごとに燃焼モードを切り替えることができる多気筒エンジンの制御方法であって、
前記第１の気筒グループと前記第２の気筒グループがともに第１の燃焼モードで運転されている場合に、前記第１の気筒グループの前記制御パラメータの値を第２の燃焼モード用の値に変更することによって、前記第１の気筒グループの燃焼モードを前記第２の燃焼モードに切り替える第１のステップと、
前記第２の燃焼モードで運転されている前記第１の気筒グループの気筒が発生させるトルクを前記第１の気筒グループの状態量の計測値に基づいて推定し、また、前記第１の燃焼モードで運転されている前記第２の気筒グループの気筒が発生させるトルクを前記第２の気筒グループの状態量の計測値に基づいて推定し、前記第１の気筒グループの気筒が発生させるトルクと前記第２の気筒グループの気筒が発生させるトルクとの間のトルク差を計算する第２のステップと、
前記トルク差を縮小するように前記トルク差に基づいて前記制御パラメータの前記第２の燃焼モード用の値を調整する第３のステップと、
前記制御パラメータの前記第２の燃焼モード用の調整後の値を前記第２の気筒グループの前記制御パラメータに設定することによって、前記第２の気筒グループの燃焼モードを前記第２の燃焼モードに切り替える第４のステップと、
を実行することを特徴とする多気筒エンジンの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多気筒エンジン、詳しくは、燃焼モードを切り替え可能な多気筒エンジンの制御装置及び制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジン（内燃機関）の制御方法として、エンジンの運転条件或いは運転状態に応じて燃焼モードを選択する方法が知られている。燃焼モードとは、着火方式、着火時期、燃料の噴射方式、噴射時期、空燃比等のエンジンの燃焼を決定する要因の組み合わせによって特定されるエンジンの運転方式であり、燃焼モードを選択するとは、それらの組み合わせのうち予め定義された複数の選択肢の中から何れか一つを選択することを意味する。
【０００３】
１つの例として、特開２００１−１８２５９９号公報には、理論空燃比による均一混合燃焼、または、理論空燃比よりも燃料リーンな空燃比による成層燃焼を選択的に行うことができるエンジンの制御方法が開示されている。この制御方法における選択可能な燃焼モードは、理論空燃比による均一混合燃焼とリーン空燃比による成層燃焼である。
【０００４】
別の例として、特開２００９−２４３２９５号公報及び特開２０１３−１８５４６６号公報には、予混合圧縮着火燃焼（ＨＣＣＩ燃焼）、または、火花点火燃焼を選択的に行うことができるエンジンの制御方法が開示されている。この制御方法における選択可能な燃焼モードは、ＨＣＣＩ燃焼と火花点火燃焼である。
【０００５】
上記の例の他にも、選択可能な燃焼モードには様々な種類が存在する。均一混合燃焼と成層燃焼が選択可能なリーン燃焼エンジンの場合、リーン空燃比による均一混合燃焼とリーン空燃比による成層燃焼は、選択可能な燃焼モードである。吸気ポートに燃料を噴射するポート噴射弁を備えるエンジンの場合、吸気バルブの開期間と同期して燃料を噴射する同期噴射による燃焼と、吸気バルブの閉期間に燃料を噴射する非同期噴射による燃焼は、選択可能な燃焼モードである。ポート噴射弁と筒内に燃料を直接噴射する筒内噴射弁とを備えるエンジンの場合、ポート噴射による燃焼と筒内噴射による燃焼は、選択可能な燃焼モードである。また、リーン燃焼エンジンの場合、筒内空燃比を理論空燃比或いは理論空燃比よりも燃料リッチな空燃比に一時的に変更するリッチスパイクは、通常のリーン燃焼とともに、選択可能な燃焼モードである。燃焼モードを適宜に選択することによって、燃費やエミッション等、エンジンに求められる性能を向上させることが可能となる。
【０００６】
しかし、燃焼モードを切り替える場合、エンジンの燃焼を決定する要因のうち少なくとも一つの連続性がなくなるため、切り替えの前後においてトルクの不連続な変化、すなわち、トルク段差が発生しやすい。トルク段差は、エンジンに求められる性能の１つであるドライバビリティを悪化させる。このため、燃焼モードの切り替えに伴い発生するトルク段差を如何に低減するかは、燃焼モードを選択可能なエンジンにおける共通の課題である。
【０００７】
上記の課題に対する解決策として、これまでにも様々な制御方法が提案されている。特開２００１−１８２５９９号公報にも、トルク段差を抑えるための制御方法が開示されている。この公報に開示された制御方法では、１サイクルに１気筒ずつ理論空燃比による均一混合燃焼からとリーン空燃比による成層燃焼へ、或いは、１サイクルに１気筒ずつリーン空燃比による成層燃焼から理論空燃比による均一混合燃焼へ燃焼モードを切り替えることが行われる。
【０００８】
また、特開２００９−２４３２９５号公報にも、トルク段差を抑えるための制御方法が開示されている。この公報に開示された制御方法では、ＨＣＣＩ燃焼から火花点火燃焼へ、或いは、火花点火燃焼からＨＣＣＩ燃焼へ燃焼モードを切り替える際、吸気バルブのリフト量を調整することによって一時的な充填効率の上昇を抑え、それにより切り替えに伴うトルク段差を抑えることが行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００１−１８２５９９号公報
【特許文献２】特開２００９−２４３２９５号公報
【特許文献３】特開２０１３−１８５４６６号公報
【特許文献４】特開２０００−０１８０７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特開２００１−１８２５９９号公報に開示された制御方法では、多サイクルをかけて燃焼モードの切り替えを行うことによって、１サイクル当りのトルク段差は軽減されるもの、燃焼モードの切り替えに時間を要してしまう。トルク段差を抑えることは重要な課題ではあるが、燃焼モードを１サイクルでも速く切り替えることもエンジンに対する種々の要求を満たすうえでは重要な課題である。また、この制御方法では、気筒ごとのトルク段差は残るため、燃焼モードの切り替え前のトルクと、燃焼モードが完全に切り替わった後のトルクとの間にずれが生じてしまう。
【００１１】
特開２００９−２４３２９５号公報に開示された制御方法では、燃焼モードの切り替え時、予め定められたとおりに吸気バルブのリフト量或いは開弁期間が調整される。しかし、充填効率は外気温、気圧、水温等の運転条件によって変化するため、必ずしも予め定められたリフト量や開弁期間にて充填効率の上昇を確実に抑えられるとは言えない。この制御方法では、充填効率の上昇を抑えきれなかった場合に生じうるトルク段差については考慮されていない。
【００１２】
以上のように、これまでに提案されている制御方法は、燃焼モードの切り替えに伴うトルク段差を抑えることにおいて改善の余地があり、また、燃焼モードを速やかに切り替えることとトルク段差を抑えることとの両立の面においても改善の余地があった。
【００１３】
本発明は、上記の課題に鑑みて創案されたものであって、燃焼モードの切り替えに伴うトルク段差を抑えつつ、燃焼モードを速やかに切り替えることのできる多気筒エンジンの制御装置及び制御方法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】
【００１４】
本発明に係る多気筒エンジンの制御装置及び制御方法は、燃焼モードを独立して切り替え可能な第１の気筒グループと第２の気筒グループとを備え、気筒グループごとに独立して調整可能な制御パラメータの値を燃焼モードに応じて変更することによって、気筒グループごとに燃焼モードを切り替えることができる多気筒エンジンを制御対象とする制御装置及び制御方法である。燃焼モードは、それが複数の選択肢から選択されるものであるならば、その内容について限定はない。燃焼モードの選択肢は少なくとも２つあればよく、３つ以上あってもよい。多気筒エンジンの全ての気筒は、第１の気筒グループと第２の気筒グループの何れか一方に配属される。気筒グループを構成する気筒の数は１以上であればよい。調整される制御パラメータは、多気筒エンジンの構成によって、また、選択される燃焼モードの内容によって決まる。
【００１５】
本発明に係る多気筒エンジンの制御装置（以下、本制御装置）によれば、第１の気筒グループと第２の気筒グループがともに第１の燃焼モードで運転されている場合に、まず、第１の気筒グループの制御パラメータの値を第２の燃焼モード用の値に変更することが行われ、これにより、第１の気筒グループの燃焼モードが第２の気筒グループに先行して第２の燃焼モードに切り替えられる。以上が本制御装置による第１の処理である。
【００１６】
本制御装置によれば、次に、第２の燃焼モードで運転されている第１の気筒グループの気筒が発生させるトルクを第１の気筒グループの状態量の計測値に基づいて推定することが行われる。また、第１の燃焼モードで運転されている第２の気筒グループの気筒が発生させるトルクを第２の気筒グループの状態量の計測値に基づいて推定することが行われる。そして、第１の気筒グループの気筒が発生させるトルクと第２の気筒グループの気筒が発生させるトルクとの間のトルク差を計算することが行われる。以上が本制御装置による第２の処理である。なお、トルクの推定に用いる状態量は、エンジンの状態量のうち気筒ごとに値が異なる状態量であって、他の状態量或いは操作量と組み合わせることにより気筒が発生させるトルクを一義的に求めることができる状態量である。
【００１７】
本制御装置によれば、次に、第２の処理で計算されたトルク差を縮小するように、そのトルク差に基づいて制御パラメータの第２の燃焼モード用の値を調整することが行われる。例えば、第１の気筒グループの気筒が発生させるトルクが第２の気筒グループの気筒が発生させるトルクよりも大きい場合、第２の燃焼モードで運転される気筒が発生させるトルクを減少させるように制御パラメータの第２の燃焼モード用の値を調整することが行われる。また、例えば、第１の気筒グループの気筒が発生させるトルクが第２の気筒グループの気筒が発生させるトルクよりも小さい場合、第２の燃焼モードで運転される気筒が発生させるトルクを増大させるように制御パラメータの第２の燃焼モード用の値を調整することが行われる。これが本制御装置による第３の処理である。
【００１８】
本制御装置によれば、次に、制御パラメータの第２の燃焼モード用の調整後の値を第２の気筒グループの制御パラメータに設定することによって、第２の気筒グループの燃焼モードを第２の燃焼モードに切り替えることが行われる。これが本制御装置における第４の処理である。
【００１９】
以上の第１の処理から第４の処理までが実行されることにより、第１の気筒グループのみ先行して燃焼モードの切り替えが行われ、そのときに生じた第２の気筒グループとの間のトルク差を抑えるように制御パラメータの第２の燃焼モード用の値が調整される。そして、このとき調整された制御パラメータの値が第２の気筒グループの制御パラメータに設定されることにより、第２の気筒グループに関しては、トルク段差を抑えながら速やかに燃焼モードを切り替えることができる。
【００２０】
本制御装置による第４の処理では、第２の気筒グループの全ての気筒の燃焼モードを同一サイクル内で第２の燃焼モードに切り替えることが好ましい。これによれば、全ての気筒について燃焼モードの切り替えを速やかに完了することができる。
【００２１】
燃焼モードの切り替えをより速やかに行うのであれば、第１の処理を実行したサイクルの次のサイクルで第４の処理を実行し、第４の処理では、上記のように、第２の気筒グループの全ての気筒の燃焼モードを同一サイクル内で第２の燃焼モードに切り替えることが好ましい。これによれば、燃焼モードの切り替えを開始から２サイクルで完了することができる。
【００２２】
本制御装置による第３の処理では、第２の燃焼モードで運転されている第１の気筒グループの制御パラメータに対し、制御パラメータの第２の燃焼モード用の調整後の値を設定してもよい。つまり、これから第２の燃焼モードに切り替えられる第２の気筒グループだけでなく、既に第２の燃焼モードに切り替えられている第１の気筒グループについても制御パラメータの値を調整してもよい。
【００２３】
この場合、好ましくは、第１の気筒グループの気筒が発生させるトルクと第２の気筒グループの気筒が発生させるトルクとの間のトルク差の大きさが閾値より大きい場合に、トルク差の大きさが閾値以下になるまで、制御パラメータの第２の燃焼モード用の値を繰り返し調整することを行ってもよい。このように調整された制御パラメータの値を第２の気筒グループの制御パラメータに設定することにより、第２の気筒グループの燃焼モードの切り替えに伴うトルク段差を閾値以下まで抑えることができる。
【００２４】
制御パラメータは、単一のパラメータでもよいし、気筒グループごとに独立して調整可能な複数のパラメータからなっていてもよい。制御パラメータが複数のパラメータからなる場合、制御パラメータの値とは、各パラメータの値の組を意味する。
【００２５】
好ましい例では、制御パラメータには、燃焼モードを決定する第１のパラメータと、燃焼モードに影響しないトルク調整のための第２のパラメータとが含まれる。この場合、第３の処理では、第１のパラメータの値は固定して第２のパラメータの値を調整することによって、第１の気筒グループの燃焼モードを第２の燃焼モードに維持しつつ、第１の気筒グループの気筒が発生させるトルクを調整することが行われる。
【００２６】
別の好ましい例では、制御パラメータには、燃焼モードを決定する複数のパラメータが含まれる。この場合、第３の処理では、複数のパラメータの値の組み合わせを変更することによって、第１の気筒グループの燃焼モードを第２の燃焼モードに維持しつつ第１の気筒グループの気筒が発生させるトルクを調整することが行われる。
【００２７】
第１の気筒グループを構成する気筒の数は、第２の気筒グループを構成する気筒の数以下であることが好ましい。つまり、先行して燃焼モードの切り替えを行う気筒の数は、エンジン全体の気筒の数の半分以下であることが好ましい。そうすることで、燃焼モードの切り替えに伴うトルク段差を、全気筒同時に燃焼モードを切り替える場合の半分以下に抑えることができる。トルク段差をより小さくするには、第１の気筒グループの気筒数は少ないほど好ましい。第１の気筒グループが１つの気筒からなる場合には、エンジン全体でのトルク段差を最小限にとどめることができる。また、多気筒エンジンが２つのバンクを有するＶ型エンジンである場合は、第１の気筒グループを一方のバンクの気筒から構成し、第２の気筒グループを他方のバンクの気筒から構成することができる。
【００２８】
本発明に係る多気筒エンジンの制御方法は、上述の第１乃至第４の処理に対応する第１乃至第４のステップを実行する制御方法である。第１のステップでは、第１の気筒グループと第２の気筒グループがともに第１の燃焼モードで運転されている場合に、第１の気筒グループの制御パラメータの値を第２の燃焼モード用の値に変更することによって、第１の気筒グループの燃焼モードを第２の燃焼モードに切り替えること、が行われる。第２のステップでは、第２の燃焼モードで運転されている第１の気筒グループの気筒が発生させるトルクを第１の気筒グループの状態量の計測値に基づいて推定し、また、第１の燃焼モードで運転されている第２の気筒グループの気筒が発生させるトルクを第２の気筒グループの状態量の計測値に基づいて推定し、第１の気筒グループの気筒が発生させるトルクと第２の気筒グループの気筒が発生させるトルクとの間のトルク差を計算すること、が行われる。第３のステップでは、第１の気筒グループと第２の気筒グループとの間のトルク差を縮小するように、第２のステップで計算されたトルク差に基づいて制御パラメータの第２の燃焼モード用の値を調整すること、が行われる。そして、第４のステップでは、制御パラメータの第２の燃焼モード用の調整後の値を第２の気筒グループの制御パラメータに設定することによって、第２の気筒グループの燃焼モードを前記第２の燃焼モードに切り替えること、が行われる。
【発明の効果】
【００２９】
以上述べたように、本発明に係る多気筒エンジンの制御装置及び制御方法によれば、第１の気筒グループのみ先行して燃焼モードの切り替えが行われ、そのときに生じた第２の気筒グループとの間のトルク差を抑えるように制御パラメータの値が調整される。そして、このとき調整された制御パラメータの値、つまり、トルク段差を抑えながら燃焼モードを切り替えることのできる値が第２の気筒グループの制御パラメータに設定され、第２の気筒グループの燃焼モードの切り替えが行われる。これにより、燃焼モードの切り替えに伴うトルク段差を抑えつつ、燃焼モードを速やかに切り替えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施の形態１にかかる多気筒エンジンの構成を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態１において制御装置により実行される燃焼モードの切り替えのためのエンジン制御のフローチャートである。
【図３】リーン燃焼モードからリッチスパイクモードへの切り替えのためのエンジン制御のタイムチャートである。
【図４】点火時期とトルクとの関係を示す図である。
【図５】燃料噴射量とトルクとの関係を示す図である。
【図６】空気量とトルクとの関係を示す図である。
【図７】燃料噴射時期とトルクとの関係を示す図である。
【図８】均一混合リーン燃焼モードから成層リーン燃焼モードへの切り替えのためのエンジン制御のタイムチャートである。
【図９】ポート非同期噴射モードからポート同期噴射モードへの切り替えのためのエンジン制御のタイムチャートである。
【図１０】予混合圧縮着火モードから火花点火モードへの切り替えのためのエンジン制御のタイムチャートである。
【図１１】本発明の実施の形態２において制御装置により実行される燃焼モードの切り替えのためのエンジン制御のフローチャートである。
【図１２】リーン燃焼モードからリッチスパイクモードへの切り替えのためのエンジン制御のタイムチャートである。
【図１３】リーン燃焼モードからリッチスパイクモードへの切り替えのためのエンジン制御のタイムチャートである。
【図１４】本発明の実施の形態３にかかる多気筒エンジンの構成を示す図である。
【図１５】リーン燃焼モードからリッチスパイクモードへの切り替えのためのエンジン制御のタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。ただし、以下に示す実施の形態において各要素の個数、数量、量、範囲等の数に言及した場合、特に明示した場合や原理的に明らかにその数に特定される場合を除いて、その言及した数にこの発明が限定されるものではない。また、以下に示す実施の形態において説明する構造やステップ等は、特に明示した場合や明らかに原理的にそれに特定される場合を除いて、この発明に必ずしも必須のものではない。
【００３２】
実施の形態１．
［実施の形態１のシステムの構成］
図１は、本発明の実施の形態１にかかる多気筒エンジンの構成を示す図である。本実施の形態にかかる多気筒エンジン（以下、単にエンジンと称す）１は、４つの気筒１１，１２，１３，１４が直列に配置された直列４気筒エンジンである。各気筒１１，１２，１３，１４を区別する場合、エンジン１の前側から後側に向けて、第１気筒１１、第２気筒１２、第３気筒１３、そして、第４気筒１４と称する。
【００３３】
各気筒１１，１２，１３，１４の内部では、ピストン３０が上下に運動する。ピストン３０によって圧縮される空間が燃焼室２０である。各気筒１１，１２，１３，１４には、燃焼室２０の頂部に突き出るように点火装置の点火プラグ２５が取り付けられている。つまり、このエンジン１は、火花点火式エンジンである。
【００３４】
燃焼室２０には吸気ポート２７と排気ポート２８がそれぞれ開口している。燃焼室２０と吸気ポート２７との連通状態は、吸気バルブ２１によって制御される。燃焼室２０と排気ポート２８との連通状態は、排気バルブ２２によって制御される。吸気バルブ２１には、その開弁特性を可変とする吸気可変動弁機構２３が設けられている。排気バルブ２２には、その開弁特性を可変とする排気可変動弁機構２４が設けられている。これらの可変動弁機構には、バルブタイミング、作用角、或いはリフト量を可変とする公知の動弁機構を適用することができる。吸気可変動弁機構２３は、気筒間で独立して動作が可能に構成されている。つまり、バルブタイミング、作用角、或いはリフト量を気筒ごとに独立して可変させることができる構造を有している。ソレノイドによって吸気バルブ２１を駆動する電磁式動弁機構もこれに含まれる。
【００３５】
このエンジン１は、各気筒１１，１２，１３，１４に２つずつ燃料噴射弁を備える。一つは、燃焼室２０の中に燃料を直接噴射する筒内噴射弁２６であり、もう一つは、吸気ポート２７に燃料を噴射するポート噴射弁２９である。
【００３６】
各気筒１１，１２，１３，１４の吸気ポート２７には、サージタンクが一体化された吸気マニホールド３が接続されている。吸気マニホールド３には、外部から空気を吸入する吸気通路２が接続されている。吸気通路２における吸気マニホールド３の近傍には、電子制御式のスロットルバルブ７が設けられている。吸気通路２の先端には、エアクリーナ６が設けられている。
【００３７】
各気筒１１，１２，１３，１４の排気ポート２８には、排気マニホールド４が接続されている。排気マニホールド４には、排気ガスを外部に排出する排気通路５が接続されている。排気通路５には、その上流側から順に、三元触媒３４、ＮＯｘ触媒３５、そして、マフラー３６が設けられている。ＮＯｘ触媒３５が設けられていることから分かるように、エンジン１は、筒内空燃比を理論空燃比よりも燃料リーンな空燃比に制御して運転することのできるリーンバーンエンジンである。
【００３８】
エンジン１は、ターボ過給機４０を有している。ターボ過給機４０のコンプレッサ４１は、吸気通路２におけるスロットルバルブ７の上流に設けられている。吸気通路２におけるコンプレッサ４１とスロットルバルブ７との間には、コンプレッサ４１で圧縮された吸入空気を冷却するインタークーラ８が設けられている。ターボ過給機４０のタービン４２は、排気通路５における三元触媒３４の上流に設けられている。
【００３９】
エンジン１は、その運転状態に関する情報を得るためのセンサを各所に備えている。各気筒１１，１２，１３，１４には、燃焼室２０の圧力を計測するための筒内圧センサ５１が設けられているクランクシャフト１０或いはそれと同期して回転するカムシャフトの近傍には、クランクシャフト１０の回転角度を計測するためのクランク角センサ５８が設けられている。
【００４０】
吸気通路２におけるエアクリーナ６の直下流には、吸入空気量を計測するためのエアフローメータ５２が設置されている。吸気通路２におけるインタークーラ８の直下流には、過給圧を計測するための過給圧センサ５３が設置されている。吸気マニホールド３には吸気圧を計測するための吸気圧センサ５４が設置されている。
【００４１】
排気通路５における三元触媒３４の直上流には、排気ガスの燃焼前の空燃比に対してリニアに変化する信号を出力する空燃比センサ５５が設置されている。また、排気通路５における三元触媒３４の直下流には、理論空燃比の混合気の燃焼により得られる排気ガスの酸素濃度を境にして、酸素過剰側と酸素不足側とでステップ的に変化する信号を出力する酸素センサ５６が設置されている。排気通路５におけるＮＯｘ触媒３５の直下流には、ＮＯｘ触媒３５を通過した排気ガス中のＮＯｘの濃度に応じて変化する信号を出力するＮＯｘセンサ５７が設置されている。
【００４２】
上述した各種のセンサ及びアクチュエータは、制御装置５０に電気的に接続されている。制御装置５０はＥＣＵ(Electronic Control Unit)である。制御装置５０は、エンジン１のシステム全体の制御を行うものであり、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭを含むコンピュータを主体として構成されている。ＲＯＭには、後述する燃焼モードの切り替えのルーチンを含む各種制御ルーチンが記憶されている。制御装置５０は、各センサからの信号に基づいて各アクチュエータを操作することによってエンジン１を制御する。
【００４３】
[実施の形態１のシステムの動作]
＜エンジンの燃焼モード＞
制御装置５０によって選択されるエンジン１の燃焼モードには、少なくともストイキ燃焼モード、リーン燃焼モード、及び、リッチスパイクモードが含まれる。ストイキ燃焼モードは、筒内空燃比を理論空燃比に制御して運転する燃焼モードであり、中高回転速度域から高回転速度域において、また、中高負荷域から高負荷域において選択される。リーン燃焼モードは、筒内空燃比を理論空燃比よりも燃料リーンな空燃比に制御して運転するリーン燃焼モードであり、低回転速度域から低中回転速度域において、また、低負荷域から低中負荷域において選択される。リッチスパイクモードは、筒内空燃比を理論空燃比或いは理論空燃比よりも燃料リッチな空燃比に一時的に変更するリッチスパイクを実行する燃焼モードである。リッチスパイクは、ＮＯｘ触媒３５の周囲の雰囲気を還元雰囲気とすることによってＮＯｘ触媒３５に吸蔵されていたＮＯｘを脱離させ、それによりＮＯｘ触媒３５が有するＮＯｘ吸蔵性能を回復させるために行われる。リッチスパイクモードは、リーン燃焼運転モードの選択中に、ＮＯｘセンサ５７で計測されるＮＯｘ触媒３５の下流のＮＯｘの濃度が閾値を超えたときに選択される。
【００４４】
リーン燃焼モードには、少なくとも均一混合リーン燃焼モードと成層リーン燃焼モードとが含まれる。均一混合リーン燃焼モードは、ポート噴射弁２９による吸気ポート２７への燃料噴射によって燃料と空気とを均一に混合させ、それによりリーン空燃比による均一混合燃焼を実現する燃焼モードである。成層リーン燃焼モードは、筒内噴射弁２６による燃焼室２０への直接の燃料噴射によって燃料濃度の濃い領域と薄い領域とを層状に分布させ、それによりリーン空燃比による成層燃焼を実現する燃焼モードである。
【００４５】
さらに、均一混合リーン燃焼モードには、少なくともポート同期噴射モードとポート非同期噴射モードとが含まれる。ポート同期噴射モードは、吸気バルブ２１の開期間と同期して吸気ポート２７に燃料を噴射する燃焼モードである。ポート非同期噴射モードは、吸気バルブ２１の閉期間に吸気ポート２７に燃料の噴射を開始する燃焼モードである。ポート非同期噴射モードは吸気ポート２７に付着する燃料の量が多く、ポート同期噴射モードは吸気ポート２７に付着する燃料の量が少ないという特徴がある。なお、ストイキ燃焼モードにも、これと同様のポート同期噴射モードとポート非同期噴射モードが含まれる。
【００４６】
＜燃焼モードの切り替え制御＞
上記のようにエンジン１の燃焼モードには複数の階層が存在し、同じ階層に属する燃焼モード間での燃焼モードの切り替えが可能である。例えば、リーン燃焼モードとリッチスパイクモードとは同じ階層に属し、両者の切り替えが可能である。ストイキ燃焼モードとリーン燃焼モードも同じ階層に属するので、両者の切り替えが可能である。ストイキ燃焼モードとリッチスパイクモードとは同じ階層ではあるが、リッチスパイクモードはリーン燃焼モードを前提としているので、両者の切り替えは行われない。ポート噴射モードと筒内噴射モードとは同じ階層に属し、両者の切り替えが可能である。また、ポート同期噴射モードとポート非同期噴射モードとは同じ階層に属し、両者の切り替えが可能である。
【００４７】
燃焼モードの切り替えの際には、その前後においてエンジン１にトルクの段差を生じさせないことが求められる。しかし、エンジン１で発生するトルクは、燃焼状態に影響を与える複数の制御パラメータの値の組み合わせによって決まり、燃焼モードが異なれば、同じトルクを発生させる制御パラメータの値の組み合わせも異なったものとなる。さらに、制御パラメータの値が同じであっても、外気温、気圧、水温等の運転条件によってエンジン１のトルクは変化する。燃焼モードに応じてとるべき制御パラメータの値は予め適合によって決定されるが、あらゆる運転条件において燃焼モードの切り替えの際にトルクの段差を生じさせないように適合値を決定することは容易ではない。
【００４８】
そこで、本実施の形態では、以下に述べるような方法にて燃焼モードの切り替えを実施する。なお、以下では、現在の燃焼モードを第１の燃焼モード、切り替え後の燃焼モードを第２の燃焼モードと呼ぶ場合がある。
【００４９】
図２は、制御装置５０によって実行される燃焼モードの切り替えのためのエンジン制御のフローを示すフローチャートである。なお、実際に制御装置５０によって実行されるエンジン制御のルーチンは、燃焼モードの具体的な内容ごとに個別に用意される。例えば、リーン燃焼モードからリッチスパイクモードへの切り替えのためのエンジン制御のルーチンと、均一混合リーン燃焼モードから成層リーン燃焼モードへの切り替えのためのエンジン制御のルーチンとは別々に用意される。ただし、燃焼モードを切り替える際の基本的な手順は共通であり、その基本的な手順をフローチャートに表したものが図２である。
【００５０】
図２に示すフローのステップＳ１０１では、燃焼モードの切り替えの要求の有無が判定される。制御装置５０では、燃焼モードの切り替え条件の成否を判定するルーチンが本制御とは別に実行されている。そして、切り替え条件が成立したとき、その判定ルーチンにおいて燃焼モードの切り替えの要求が出される。燃焼モードの切り替えの要求が無い場合、これ以降の処理は全てスキップされる。
【００５１】
燃焼モードの切り替えの要求が有る場合、ステップＳ１０２の処理が実行される。ステップＳ１０２では、複数ある気筒の一部の気筒が先行気筒とされ、その先行気筒のみ先行して第１の燃焼モードから第２の燃焼モードへの切り替えが実施される。具体的には、エンジン１が有する４つの気筒１１，１２，１３，１４は、第１の気筒グループと第２の気筒グループの何れか一方に配属される。第１の気筒グループを構成する気筒が、先に燃焼モードの切り替えを実施する先行気筒とされる。各気筒グループを構成する気筒の数は１以上であればよく、第１の気筒グループを構成する気筒の数は、第２の気筒グループを構成する気筒の数以下であることが好ましい。よって、本実施の形態では、第１の気筒グループには第１気筒１１のみを配属し、第２の気筒グループには残りの第２気筒１２、第３気筒１３、及び第４気筒１４を配属する。
【００５２】
第１気筒１１の燃焼モードの切り替えでは、第１の燃焼モード用に適合された値から、第２の燃焼モード用に適合された値へ、第１気筒１１の制御パラメータの値を変更することが行われる。予め用意されたマップから第２の燃焼モード用に適合された値が読み出されて、第１気筒１１の制御パラメータに設定される。なお、このとき設定される制御パラメータの値は、燃焼モードの切り替え時にのみ設定される一時的な値であってもよい。例えば、第２の燃焼モードへの切り替えが実施されたサイクルのみ、トルク段差を生じさせないように適合された値を制御パラメータに設定し、次のサイクルからはエンジン１に求められる各種の要求を満たすように適合された値（第２の燃焼モード用の通常の値）に変更することができる。
【００５３】
燃焼モードの切り替えに用いられる制御パラメータは、気筒グループごとに独立して調整可能な制御パラメータである。独立して調整可能な制御パラメータとは、その値の変更が他の気筒グループの燃焼には影響しない制御パラメータであることを意味する。ステップＳ１０２で実施される燃焼モードの切り替えでは、第１気筒１１の燃焼にのみ影響する制御パラメータについて調整が行われ、第２の気筒グループに属する気筒１２，１３，１４の燃焼に影響する制御パラメータについては調整されない。図１に示すエンジン１の構成の場合、気筒グループごとに独立して調整可能な制御パラメータには、筒内噴射弁２６の噴射タイミング及び噴射期間、ポート噴射弁２９の噴射タイミング及び噴射期間、点火プラグ２５の点火時期が含まれる。また、吸気可変動弁機構２３が気筒間で独立して動作が可能に構成されている場合には、吸気バルブ２１のバルブタイミング、作用角、或いはリフト量も気筒グループごとに独立して調整可能な制御パラメータに含まれる。ステップＳ１０２では、これらの制御パラメータの１つ或いは複数について燃焼モードに応じた値の変更が行われる。なお、スロットルバルブ７の開度は全ての気筒１１，１２，１３，１４の燃焼に影響を与えるため、ここでは燃焼モードの切り替えには用いられない。
【００５４】
次に、ステップＳ１０３の判定が行われる。ステップＳ１０３では、先行気筒である第１気筒１１の発生トルクと、残存気筒である第２気筒１２の発生トルクとがそれぞれエンジン１の状態量の計測値から推定される。気筒ごとのトルク（正味トルク）を推定する１つの具体的な方法は、筒内圧センサ５１の信号に基づいて推定する方法である。筒内圧センサ５１によって１サイクルの間筒内圧を計測することにより、ピストン３０の位置から決まる筒内容積と計測した筒内圧とを用いて図示トルクを計算することができる。そして、エンジン回転速度から推定できるフリクショントルクをこの図示トルクから差し引くことによって、正味トルクを計算することができる。気筒ごとのトルク（正味トルク）を推定するもう１つの具体的な方法は、吸気圧、バルブタイミング、点火時期、空燃比から算出する方法である。これらのパラメータと図示トルクとを関連付けるマップを予め用意しておくことにより、気筒ごとの図示トルクを推定することができる。そして、マップから得た図示トルクからフリクショントルクを差し引くことによって、正味トルクを計算することができる。
【００５５】
ステップＳ１０３では、先行気筒の発生トルクの推定値ＴＱｆと残存気筒の発生トルクの推定値ＴＱｓとの間のトルク差が計算される。推定値ＴＱｆは、切り替え後の燃焼モード（第２の燃焼モード）で運転されている気筒の発生トルクの値を示し、推定値ＴＱｓは、切り替え前の燃焼モード（第１の燃焼モード）で運転されている気筒の発生トルクの値を示している。よって、推定値ＴＱｆと推定値ＴＱｓとの間のトルク差の大きさは、燃焼モードの切り替えに伴い発生する１気筒当たりのトルク段差の大きさを表している。なお、残存気筒の発生トルクについては、全ての残存気筒１２，１３，１４の発生トルクを平均した平均トルクを用いてもよい。先行気筒が複数ある場合についても同様である。
【００５６】
ステップＳ１０３では、さらに、推定値ＴＱｆと推定値ＴＱｓとの間のトルク差の大きさが予め設定された許容トルク差ΔＴＱｒｅｑよりも大きいかどうか判定される。先行気筒の燃焼モードの切り替えにより生じたトルク差の大きさが閾値である許容トルク差ΔＴＱｒｅｑ以下であるならば、先行気筒の燃焼モードの切り替えに用いた制御パラメータの値は適性値であると判断することができる。一方、生じたトルク差の大きさが許容トルク差ΔＴＱｒｅｑより大きいのであれば、先行気筒の燃焼モードの切り替えに用いた制御パラメータの値は適正値ではなく、修正が必要であると判断することができる。
【００５７】
ステップＳ１０３の判定の結果が否定的である場合、ステップＳ１０４はスキップして、ステップＳ１０５の処理が行われる。第１気筒１１については、燃焼モードの切り替え時に許容範囲を超えるトルク段差が生じなかったことがステップＳ１０３において確認されているので、その制御パラメータの値は残存気筒１２，１３，１４に対しても有効であると判断することできる。よって、ステップＳ１０５では、残存気筒１２，１３，１４の制御パラメータに対して、先行気筒である第１気筒１１の制御パラメータに対して設定されたのと同じ値が設定され、残存気筒１２，１３，１４についても燃焼モードの切り替えが実施される。
【００５８】
一方、ステップＳ１０３の判定の結果が肯定的である場合、ステップＳ１０４の処理が行われる。ステップＳ１０４では、ステップＳ１０３で計算された推定値ＴＱｆと推定値ＴＱｓとの間のトルク差に基づき、第２の燃焼モード用に適合された制御パラメータの値を調整することが行われる。推定値ＴＱｆが推定値ＴＱｓより大きい場合、第２の燃焼モードで運転される気筒のトルクを減少させるように制御パラメータの値が調整される。推定値ＴＱｆが推定値ＴＱｓより小さい場合、第２の燃焼モードで運転される気筒のトルクを増大させるように制御パラメータの値が調整される。制御装置５０には、制御パラメータの調整量とトルクの変化量とを関連付けたマップが備えられ、トルク差を解消するために必要な制御パラメータの調整量はこのマップを参照して決定される。ステップＳ１０４では、このようにして調整された制御パラメータの値を第１気筒１１の制御パラメータに設定してもよい。
【００５９】
ステップＳ１０４の処理の後、ステップＳ１０５の処理が行われる。ステップＳ１０５では、残存気筒１２，１３，１４の制御パラメータに対して、ステップＳ１０４で調整された値（制御パラメータの第２の燃焼モード用の調整後の値）が設定される。そして、残存気筒１２，１３，１４についても、第１の燃焼モードから第２の燃焼モードへ燃焼モードの切り替えが実施される。これにより、エンジン１の全気筒１１，１２，１３，１４について燃焼モードの切り替えが完了する。
【００６０】
＜燃焼モードの切り替え制御の具体例１＞
次に、燃焼モードの切り替え制御の１つの具体例について図３を用いて説明する。図３は、制御装置５０により実行されるリーン燃焼モードからリッチスパイクモードへの切り替えのためのエンジン制御のタイムチャートである。この例におけるリーン燃焼モードからリッチスパイクモードへの切り替えでは、燃焼モードの切り替えのための制御パラメータとして、燃料噴射量と点火時期が用いられる。燃料噴射量を変更することによって空燃比の変更が行われる。この例では吸入空気量の変更は行われない。変更される燃料噴射量は、リーン燃焼モードが成層リーン燃焼モードである場合には、筒内噴射弁２６の燃料噴射量であり、リーン燃焼モードが均一混合リーン燃焼モードである場合には、ポート噴射弁２９の燃料噴射量である。燃料噴射量は、燃焼モードを決定する制御パラメータ（第１のパラメータ）であり、点火時期は、燃焼モードに影響しないトルク調整のための制御パラメータ（第２のパラメータ）である。
【００６１】
タイムチャートにおいて、太線は先行気筒のものを示し、細線は残存気筒のものを示している。先行気筒のものと残存気筒のものが重なる部分は太線で示している。このタイムチャートによれば、全ての気筒においてリーン燃焼による運転を行っている状況で、まず、先行気筒のみ、リーン燃焼運転時の空燃比（理論空燃比よりも燃料リーンな空燃比）からリッチスパイク時の空燃比（理論空燃比或いは理論空燃比よりも燃料リッチな空燃比）へ、燃料噴射量の増量によって空燃比の変更が行われる。そして、それと同じサイクル（サイクルＣ１）において、先行気筒のみ、点火時期がリーン燃焼運転時の点火時期よりも遅角される。
【００６２】
このときの点火時期の遅角量は、エンジン回転速度と負荷率をパラメータとするマップを検索して決定される。このマップには、トルク段差を生じさせないでリッチスパイクを実行するために必要な点火時期の遅角量が、エンジン回転速度と負荷率に関連付けて記憶されている。しかしながら、マップの作成時の適合精度の問題により、実際には多少のトルク段差が生じてしまうことがある。タイムチャートに示す例では、リッチスパイクを実行した結果、先行気筒の発生トルクが残存気筒の発生トルクよりも増大し、両者の間には許容トルク差ΔＴＱｒｅｑを超える大きさのトルク差が発生している。
【００６３】
サイクルＣ１では、先行気筒の発生トルクと残存気筒の発生トルクとの間のトルク差が計算され、トルク差に応じた点火時期の補正量が計算される。トルク差とそれを解消する点火時期の補正量との関係は予めマップ化されている。サイクルＣ１の次のサイクル（サイクルＣ２）では、この補正量によって補正された点火時期の値が先行気筒の点火時期に対して設定される。
【００６４】
また、サイクルＣ２では、リーン燃焼運転時空燃比からリッチスパイク時空燃比への空燃比の変更が残存気筒についても行われる。そして、同サイクルＣ２において、先行気筒に対して設定された点火時期の値が残存気筒の点火時期に対しても設定される。これにより、残存気筒については、許容トルク差ΔＴＱｒｅｑを超えるトルク段差を生じさせることなく、燃焼モードをリーン燃焼モードからリッチスパイクモードへ切り替えることができる。
【００６５】
以上述べた燃焼モードの切り替え制御によれば、まず、第１気筒１１のみ先行してリッチスパイクモードへの切り替えが行われ、そのときに生じた残存気筒１２，１３，１４との間のトルク差を抑えるように第１気筒１１の点火時期の値が調整される。そして、このとき調整された点火時期の値が残存気筒１２，１３，１４の点火時期に設定されることにより、残存気筒１２，１３，１４に関しては、トルク段差を抑えながら速やかに燃焼モードをリッチスパイクモードへ切り替えることができる。また、先行気筒の数よりも残存気筒の数のほうが多いので、先行気筒である第１気筒１１には許容トルク差を超えるトルク段差が生じたとしても、残存気筒のトルク段差を抑えることにより、エンジン１全体としてのトルク段差を低く抑えることができる。
【００６６】
＜トルク調整のための制御パラメータの例＞
上述の切り替え制御の例では、トルク調整のための制御パラメータとして点火時期が用いられている。図４は、点火時期と気筒の発生トルクとの関係を示す図である。この図に示すように、点火時期には発生トルクが最大となる点（ＭＢＴ）が存在し、その点が点火時期の適合点とされている。トルク調整の際には、この適合点よりも遅角側に点火時期をずらすことによって、発生トルクを低下させることができる。
【００６７】
トルク調整のための制御パラメータとして空気量を用いることもできる。図５は、空燃比を一定とした場合の空気量（１サイクルあたりの筒内に吸入される空気量）と気筒の発生トルクとの関係を示す図である。空気量を適合点に対して増減することによって、気筒の発生トルクをリニアに増減させることができる。空気量を気筒別に調整する場合、空気量の調整に用いるアクチュエータは、気筒ごとに独立して動作可能な吸気可変動弁機構２３か、気筒ごとに配置されるスロットルバルブとなる。吸気可変動弁機構２３によって空気量を調整する場合、吸気バルブ２１のリフト量を増大させたり、吸気バルブ２１の閉時期を下死点に近づけたりすることによって、空気量を増大させることができる。空気量を減少させる場合にはその逆の動作を行えばよい。
【００６８】
トルク調整のための制御パラメータとして燃料噴射量を用いることもできる。図６は、空気量を一定とした場合の燃料噴射量と気筒の発生トルクとの関係を示す図である。エンジン１がリーン空燃比で運転されている場合には、燃料噴射量を適合点に対して増減することによって、気筒の発生トルクをリニアに増減させることができる。ただし、燃料噴射量の増減により空燃比が変化するので、燃焼モードが空燃比に関係する場合には、燃料噴射量の調整代はごく限られたものとなる。
【００６９】
燃料噴射が筒内噴射弁２６によって行われている場合には、トルク調整のための制御パラメータとして燃料噴射時期を用いることができる。図７は、筒内噴射弁２６の燃料噴射時期と気筒の発生トルクとの関係を示す図である。燃料噴射時期の適合点は、気化潜熱を活用して燃焼温度を抑えることができるように、未燃燃料の発生を抑えることができる範囲に設定されている。燃料噴射時期を適合点に対して遅角する場合には、未蒸発燃料の増加によって発生トルクは低下し、燃料噴射時期を適合点に対して進角する場合には、ピストン３０に付着する燃料の増加によって発生トルクは低下する。
【００７０】
＜燃焼モードの切り替え制御の具体例２＞
図８は、均一混合リーン燃焼モードから成層リーン燃焼モードへの切り替えのためのエンジン制御のタイムチャートである。この例における均一混合リーン燃焼モードから成層リーン燃焼モードへの切り替えでは、燃焼モードの切り替えのための制御パラメータとして、ポート噴射弁２９と筒内噴射弁２６との間の燃料の噴き分け比率と、燃料噴射量が用いられる。この例では、燃焼モードを決定する制御パラメータ（第１のパラメータ）は噴き分け比率であり、燃料噴射量は、燃焼モードに影響しないトルク調整のための制御パラメータ（第２のパラメータ）である。
【００７１】
このタイムチャートによれば、全ての気筒においてポート噴射による均一混合リーン燃焼による運転を行っている状況で、まず、先行気筒のみ、ポート噴射１００％から筒内噴射１００％へ噴き分け比率を変更し、筒内噴射による成層リーン燃焼へ燃焼モードを切り替える。そして、それと同じサイクル（サイクルＣ１）において、先行気筒のみ、燃料噴射量がポート噴射による燃料噴射量よりも減量される。
【００７２】
ポート噴射から筒内噴射への切り替え後も暫くの間は、吸気ポート２７に付着した燃料が燃焼室２０に流入する。付着燃料の流入は筒内空燃比を目標空燃比よりも燃料リッチにし、気筒の発生トルクを増大させてしまう。燃料噴射量の減量は、付着燃料の流入に伴う筒内空燃比のリッチ化を抑制するために、ポート噴射から筒内噴射への切り替え後の暫くの間（例えば所定サイクル数）行われる。燃料噴射量の減量量は、例えば、エンジン回転速度と負荷率をパラメータとするマップを検索して決定される。しかし、タイムチャートに示すように、燃料噴射量の減量量が十分でない場合、先行気筒の発生トルクと残存気筒の発生トルクとの間に許容トルク差ΔＴＱｒｅｑを超える大きさのトルク差が発生する場合がある。
【００７３】
サイクルＣ１では、先行気筒の発生トルクと残存気筒の発生トルクとの間のトルク差が計算され、トルク差に応じた燃料噴射量の補正量が計算される。トルク差とそれを解消する燃料噴射量の補正量との関係は予めマップ化されている。サイクルＣ１の次のサイクル（サイクルＣ２）では、この補正量によって補正された燃料噴射量の値が先行気筒の燃料噴射量に対して設定される。
【００７４】
また、サイクルＣ２では、ポート噴射から筒内噴射への切り替えが残存気筒についても行われる。そして、同サイクルＣ２において、先行気筒に対して設定された燃料噴射量の値が残存気筒の燃料噴射量に対しても設定される。これにより、残存気筒については、許容トルク差ΔＴＱｒｅｑを超えるトルク段差を生じさせることなく、燃焼モードを均一混合リーン燃焼モードから成層リーン燃焼モードへ切り替えることができる。
【００７５】
以上述べた制御方法の例では、燃料噴射量によってトルク調整を行っているが、点火時期等の他の制御パラメータによってトルク調整を行うことができる。また、成層リーン燃焼モードから均一混合リーン燃焼モードへ燃焼モードを切り替える場合には、上記の例とは逆に、燃焼モードの切り替え時にトルクの減少を抑えるように燃料噴射量を増量すればよい。
【００７６】
＜燃焼モードの切り替え制御の具体例３＞
図９は、ポート非同期噴射モードからポート同期噴射モードへの切り替えのためのエンジン制御のタイムチャートである。この例におけるポート非同期噴射モードからポート同期噴射モードへの切り替えでは、燃焼モードの切り替えのための制御パラメータとして、ポート噴射弁２９の噴射時期と点火時期が用いられる。この例では、燃焼モードを決定する制御パラメータ（第１のパラメータ）は噴射時期であり、点火時期は、燃焼モードに影響しないトルク調整のための制御パラメータ（第２のパラメータ）である。
【００７７】
このタイムチャートによれば、全ての気筒においてポート非同期噴射による運転を行っている状況で、まず、先行気筒のみ、ポート噴射弁２９の噴射時期を遅角し、ポート非同期噴射からポート同期噴射へ噴射モードを切り替える。そして、それと同じサイクル（サイクルＣ１）において、先行気筒のみ、点火時期がポート非同期噴射時の点火時期よりも遅角される。
【００７８】
ポート非同期噴射では吸気ポート２７に燃料が多量に付着するが、ポート同期噴射では吸気バルブ２１が開いている間に燃料噴射が行われるために、燃料の付着は少ない。このため、ポート非同期噴射からポート同期噴射への切り替え後の暫くの間は、燃料の付着の減少によって筒内空燃比は目標空燃比よりも燃料リッチとなり、気筒の発生トルクは増大する。点火時期の遅角は、燃料の付着の減少に伴う発生トルクの増大を抑制するために、ポート非同期噴射からポート同期噴射への切り替え後の暫くの間（例えば所定サイクル数）行われる。点火時期の遅角量は、例えば、エンジン回転速度と負荷率をパラメータとするマップを検索して決定される。しかし、タイムチャートに示すように、点火時期の遅角量が十分でない場合、先行気筒の発生トルクと残存気筒の発生トルクとの間に許容トルク差ΔＴＱｒｅｑを超える大きさのトルク差が発生する場合がある。
【００７９】
サイクルＣ１では、先行気筒の発生トルクと残存気筒の発生トルクとの間のトルク差が計算され、トルク差に応じた点火時期の補正量が計算される。トルク差とそれを解消する点火時期の補正量との関係は予めマップ化されている。サイクルＣ１の次のサイクル（サイクルＣ２）では、この補正量によって補正された点火時期の値が先行気筒の点火時期に対して設定される。
【００８０】
また、サイクルＣ２では、ポート非同期噴射からポート同期噴射への切り替えが残存気筒についても行われる。そして、同サイクルＣ２において、先行気筒に対して設定された点火時期の値が残存気筒の点火時期に対しても設定される。これにより、残存気筒については、許容トルク差ΔＴＱｒｅｑを超えるトルク段差を生じさせることなく、燃焼モードをポート非同期噴射モードからポート同期噴射モードへ切り替えることができる。
【００８１】
以上述べた制御方法の例では、点火時期によってトルク調整を行っているが、燃料噴射量等の他の制御パラメータによってトルク調整を行うことができる。また、ポート同期噴射モードからポート非同期噴射モードを切り替える場合には、上記の例とは逆に、燃焼モードの切り替え時にトルクの減少を抑えるように制御パラメータの値を変更すればよい。
【００８２】
＜燃焼モードの切り替え制御の具体例４＞
図１に示すエンジン１は、特開２００９−２４３２９５号公報に開示されている予混合圧縮着火燃焼（ＨＣＣＩ燃焼）が可能なＨＣＣＩエンジンとして構成することもできる。ＨＣＣＩエンジンの場合、燃焼モードとして、予混合圧縮着火燃焼モードと火花点火モードとが選択可能である。図１０は、予混合圧縮着火燃焼モードから火花点火モードへの切り替えのためのエンジン制御のタイムチャートである。この例における予混合圧縮着火燃焼モードから火花点火モードへの切り替えでは、燃焼モードの切り替えのための制御パラメータとして、吸気バルブ２１のバルブタイミング、排気バルブ２２のバルブタイミング、及び、吸気バルブ２１のリフト量等が用いられる。これらは何れも燃焼モードを決定する制御パラメータである。予混合圧縮着火燃焼モードでは、火花点火モードにおける空燃比よりも燃料リーンな空燃比で運転されるが、空燃比の変更は上記の制御パラメータの調整による充填効率の変更によって達成される。
【００８３】
このタイムチャートによれば、全ての気筒において予混合圧縮着火による運転を行っている状況で、まず、先行気筒のみ、予混合圧縮着火燃焼モードから火花点火モードへ燃焼モードを切り替える。この燃焼モードの切り替えは、吸気バルブ２１及び排気バルブ２２の各バルブタイミングや吸気バルブ２１のリフト量の調整により、燃焼室２０内の充填効率を低下させつつ排気バルブ２２が閉じてから吸気バルブ２１が開くまでの期間を短縮していくことによって達成される。燃焼モードが完全に切り替わるまでにはある程度の時間を要し、その間に、先行気筒のみ、吸気バルブ２１のリフト量を一時的に低下させることが行われる。
【００８４】
特開２００９−２４３２９５号公報に記載されているように、燃焼モードの切り替えの際には、吸気バルブ２１のバルブタイミングを変化させている過程において、吸気流の慣性によって充填効率が一時的に上昇する領域を通過する。上記の吸気バルブ２１のリフト量を一時的に低下させる処理は、充填効率の一時的な上昇を抑えるために実施される。タイムチャートにおいて点線で示すリフト量の変化が、燃焼モードの切り替えのためのリフト量の変化であり、点線と実線との差分がトルク段差を抑えるための一時的なリフト量の低減量を示している。リフト量の低減量は、例えば、エンジン回転速度と負荷率をパラメータとするマップを検索して決定される。しかし、タイムチャートに示すようにリフト量の低減量が十分でない場合、先行気筒の発生トルクと残存気筒の発生トルクとの間に許容トルク差ΔＴＱｒｅｑを超える大きさのトルク差が発生する場合がある。
【００８５】
そこで、燃焼モードの切り替えの開始時刻ｔ１から燃焼モードが完全に切り替わる時刻ｔ２までの間に、先行気筒の発生トルクと残存気筒の発生トルクとの間のトルク差の最大値が計算される。そして、トルク差の最大値に応じたリフト量の補正量が計算される。トルク差とそれを解消するリフト量の補正量との関係は予めマップ化されている。
【００８６】
先行気筒の燃焼モードが切り替わったら、次に、予混合圧縮着火燃焼モードから火花点火モードへの燃焼モードの切り替えが残存気筒についても行われる。そして、その切り替えの過程において、残存気筒の吸気バルブ２１のリフト量を一時的に低下させることが行われる。その際のリフト量の低減量は、先に計算された補正量で補正された量とされる。これにより、残存気筒については、許容トルク差ΔＴＱｒｅｑを超えるトルク段差を生じさせることなく、燃焼モードを予混合圧縮着火燃焼モードから火花点火モードへ切り替えることができる。
【００８７】
実施の形態２．
[実施の形態２のシステムの構成]
本発明の実施の形態２にかかるシステムは、実施の形態１のシステムと同じく、図１に示す構成の多気筒エンジン１と、多気筒エンジン１を制御する制御装置５０とを備える。本実施の形態のシステムと実施の形態１のシステムとの違いは、制御装置５０の機能、より詳しくは、燃焼モードの切り替えのためのエンジン制御にある。
【００８８】
[実施の形態２のシステムの動作]
＜燃焼モードの切り替え制御＞
図１１は、制御装置５０によって実行される燃焼モードの切り替えのためのエンジン制御のフローを示すフローチャートである。図１１において、図２に示すエンジン制御のフローと同じ内容の処理には、同一のステップ番号を付している。図１１に示すフローと図２に示すフローとの違いは、図１１に示すフローでは、ステップＳ１０３の判定の結果が否定になるまで、ステップＳ１０３及びステップＳ１０４の処理を繰り返し行うことにある。
【００８９】
図１１に示すフローによれば、ステップＳ１０３において、先行気筒の発生トルクの推定値ＴＱｆと残存気筒の発生トルクの推定値ＴＱｓとの間のトルク差の大きさが許容トルク差ΔＴＱｒｅｑよりも大きいと判定された場合、ステップＳ１０４において、そのトルク差に基づいて制御パラメータの第２の燃焼モード用の値が調整される。そして、再び、ステップＳ１０３において、先行気筒の発生トルクの推定値ＴＱｆと残存気筒の発生トルクの推定値ＴＱｓが計算され、推定値ＴＱｆと推定値ＴＱｓとの間のトルク差の大きさが許容トルク差ΔＴＱｒｅｑよりも大きいかどうか再判定される。再判定の結果が肯定である場合には、ステップＳ１０４の処理が再度行われる。
【００９０】
このように、ステップＳ１０３の判定とステップＳ１０４の調整とが繰り返し行われることによって、制御パラメータの第２の燃焼モード用の値は適正化されていく。そして、ステップＳ１０３の判定において、推定値ＴＱｆと推定値ＴＱｓとの間のトルク差の大きさが許容トルク差ΔＴＱｒｅｑ以下になったとき、ステップＳ１０５において、残存気筒の制御パラメータに対して、ステップＳ１０４で調整された値が設定される。これにより、残存気筒については、燃焼モードの切り替えに伴い発生するトルク段差を確実に許容トルク差ΔＴＱｒｅｑ以下に抑えることができる。
【００９１】
＜燃焼モードの切り替え制御の具体例＞
次に、燃焼モードの切り替え制御の１つの具体例について図１２及び図１３を用いて説明する。図１２及び図１３は、制御装置５０により実行されるリーン燃焼モードからリッチスパイクモードへの切り替えのためのエンジン制御のタイムチャートである。この例におけるリーン燃焼モードからリッチスパイクモードへの切り替えでは、燃焼モードの切り替えのための制御パラメータとして、燃料噴射量と点火時期が用いられる。燃料噴射量を変更することによって空燃比の変更が行われる。
【００９２】
図１２及び図１３に示す各タイムチャートによれば、全ての気筒においてリーン燃焼による運転を行っている状況で、まず、先行気筒のみ、リーン燃焼運転時の空燃比からリッチスパイク時の空燃比へ、燃料噴射量の増量によって空燃比の変更が行われる。そして、それと同じサイクル（サイクルＣ１）において、先行気筒のみ、点火時期がリーン燃焼運転時の点火時期よりも遅角される。同サイクルＣ１では、先行気筒の発生トルクと残存気筒の発生トルクとの間のトルク差が計算され、トルク差が許容トルク差ΔＴＱｒｅｑを超える場合には、トルク差に応じた点火時期の補正量が計算される。
【００９３】
サイクルＣ１の次のサイクル（サイクルＣ２）では、上記の補正量によって補正された点火時期の値が先行気筒の点火時期に対して設定される。同サイクルＣ２では、点火時期が補正された先行気筒の発生トルクと残存気筒の発生トルクとの間のトルク差が計算され、許容トルク差ΔＴＱｒｅｑとの比較が行われる。
【００９４】
図１２に示すタイムチャートによれば、サイクルＣ２における先行気筒の発生トルクと残存気筒の発生トルクとの間のトルク差は許容トルク差ΔＴＱｒｅｑ以下になっている。この場合、サイクルＣ２の次のサイクル（サイクルＣ３）では、リーン燃焼運転時空燃比からリッチスパイク時空燃比への空燃比の変更が残存気筒についても行われる。そして、同サイクルＣ３において、先行気筒に対して設定された点火時期の値が残存気筒の点火時期に対しても設定される。
【００９５】
一方、図１３に示すタイムチャートによれば、サイクルＣ２における先行気筒の発生トルクと残存気筒の発生トルクとの間のトルク差は許容トルク差ΔＴＱｒｅｑよりも大きいままである。この場合、同サイクルＣ２では、トルク差に応じた点火時期の補正量が計算される。そして、サイクルＣ２の次のサイクル（サイクルＣ３）において、上記の補正量によって再補正された点火時期の値が先行気筒の点火時期に対して設定される。同サイクルＣ３では、点火時期が再補正された先行気筒の発生トルクと残存気筒の発生トルクとの間のトルク差が計算され、許容トルク差ΔＴＱｒｅｑとの比較が行われる。
【００９６】
先行気筒の発生トルクと残存気筒の発生トルクとの間のトルク差が許容トルク差ΔＴＱｒｅｑ以下となっていることが確認されると、サイクルＣ３の次のサイクル（サイクルＣ４）では、リーン燃焼運転時空燃比からリッチスパイク時空燃比への空燃比の変更が残存気筒についても行われる。そして、同サイクルＣ４において、先行気筒に対して設定された点火時期の値が残存気筒の点火時期に対しても設定される。
【００９７】
実施の形態３．
［実施の形態３のシステムの構成］
図１４は、本発明の実施の形態３にかかる多気筒エンジンの構成を示す図である。本実施の形態にかかる多気筒エンジン（以下、単にエンジンと称す）１０１は、１番気筒＃１、３番気筒＃３、及び５番気筒＃５が配置された右バンク１１０Ｒと、２番気筒＃２、４番気筒＃４、及び６番気筒＃６が配置された左バンク１１０Ｌとを備えるＶ型６気筒エンジンである。各気筒には、図示しない点火プラグ、ポート噴射弁、筒内噴射弁、吸気バルブ、及び排気バルブなどが設けられる。
【００９８】
左バンク１１０Ｌと右バンク１１０Ｒは、互いに独立した吸気系及び排気系を備える。各バンク１１０Ｌ，１１０Ｒの吸気系には、バンク１１０Ｌ，１１０Ｒにつながる吸気マニホールド１０３Ｌ，１０３Ｒ、及び、吸気マニホールド１０３Ｌ，１０３Ｒにつながる吸気通路１０２Ｌ，１０２Ｒが含まれる。吸気通路１０２Ｌ，１０２Ｒには、その上流から順に、エアクリーナ１０６Ｌ，１０６Ｒ、コンプレッサ１４１Ｌ，１４１Ｒ、インタークーラ１０８Ｌ，１０８Ｒ、及び、スロットルバルブ１０７Ｌ，１０７Ｒが配置されている。各バンク１１０Ｌ，１１０Ｒの排気系には、バンク１１０Ｌ，１１０Ｒにつながる排気マニホールド１０４Ｌ，１０４Ｒ、及び、排気マニホールド１０４Ｌ，１０４Ｒにつながる排気通路１０５Ｌ，１０５Ｒが含まれる。排気通路１０５Ｌ，１０５Ｒには、その上流から順に、タービン１４２Ｌ，１４２Ｒ、三元触媒１３４Ｌ，１３４Ｒ、ＮＯｘ触媒１３５Ｌ，１３５Ｒ、及び、マフラー１３６Ｌ，１３６Ｒが配置されている。
【００９９】
エンジン１０１は、図示は省略するが、その運転状態に関する情報を得るためのセンサを各所に備えている。備えられるセンサの種類は図１に示すエンジン１と同様であり、左右のバンク１１０Ｌ，１１０Ｒ及び左右の吸排気系のそれぞれに配置されている。ただし、筒内圧センサは、全ての気筒に配置するのではなく、左右のバンク１１０Ｌ，１１０Ｒにそれぞれ１つずつ配置されているのでもよい。それらセンサ及びエンジン１０１のアクチュエータは、ＥＣＵ(Electronic Control Unit)である制御装置１５０に電気的に接続されている。制御装置１５０は、各センサからの信号に基づいて各アクチュエータを操作することによってエンジン１０１を制御する。
【０１００】
[実施の形態３のシステムの動作]
＜燃焼モードの切り替え制御＞
本実施の形態では、図２のフローチャートに示す燃焼モードの切り替えのためのエンジン制御が制御装置１５０によって実行される。ただし、本実施の形態では、左バンク１１０Ｌが先行気筒のグループである第１の気筒グループとされ、右バンク１１０Ｒが残存気筒のグループである第２の気筒グループとされる。
【０１０１】
＜燃焼モードの切り替え制御の具体例＞
燃焼モードの切り替え制御の１つの具体例について図１５を用いて説明する。図１５は、制御装置１５０により実行されるリーン燃焼モードからリッチスパイクモードへの切り替えのためのエンジン制御のタイムチャートである。この例におけるリーン燃焼モードからリッチスパイクモードへの切り替えでは、燃焼モードの切り替えのための制御パラメータとして、スロットルバルブ開度、燃料噴射量、及び点火時期が用いられる。スロットルバルブ開度によって吸入空気量が制御され、吸入空気量と燃料噴射量とよって空燃比の変更が行われる。スロットルバルブ開度と燃料噴射量は、燃焼モードを決定する制御パラメータ（第１のパラメータ）であり、点火時期は、燃焼モードに影響しないトルク調整のための制御パラメータ（第２のパラメータ）である。
【０１０２】
このタイムチャートによれば、全ての気筒においてリーン燃焼による運転を行っている状況で、まず、左バンク１１０Ｌの気筒のみ、スロットルバルブ１０７Ｌの開度を小さくして吸入空気量を目標値（リッチスパイクモードでの目標空気量）まで減少させつつ燃料噴射量を増量することによって、リーン燃焼運転時の空燃比からリッチスパイク時の空燃比へ空燃比の変更が行われる。吸入空気量の目標値は、燃焼モードの切り替えの前後においてトルク差が生じないように適合されている。ただし、スロットルバルブ１０７Ｌの操作に対する吸入空気量の応答には遅れがあるため、燃焼モードの切り替えの開始時刻ｔ１１から吸入空気量が目標値まで低下するまでには、ある程度の期間を要する。この切り替え期間において、左バンク１１０Ｌの気筒のみ、点火時期がリーン燃焼運転時の点火時期よりも遅角される。
【０１０３】
切り替え期間における点火時期は、空燃比に応じて決まる基本点火時期と、吸入空気量の減少の遅れに伴うトルクの増大を抑えるための遅角量との和として表される。リッチスパイクモードでの基本点火時期は、リーン燃焼モードでの基本点火時期よりも遅角側に設定される。遅角量は、吸入空気量とその目標値との差分に応じて変更される。よって、点火時期は、燃焼モードが切り替えられた直後に最遅角され、吸入空気量の減少に合わせて徐々に進角されていく。そして、吸入空気量が目標値まで低下した時刻ｔ１２において、点火時期は基本点火時期となる。
【０１０４】
基本点火時期や吸入空気量の目標値は、空燃比、エンジン回転速度、及び負荷率をパラメータとするマップを検索して決定される。各マップには、トルク段差を生じさせないで燃焼モードを切り替えるための点火時期及び吸入空気量が上記パラメータに関連付けて記憶されている。しかしながら、マップの作成時の適合精度の問題により、実際には多少のトルク段差が生じてしまうことがある。タイムチャートに示す例では、左バンク１１０Ｌの気筒の発生トルクが右バンク１１０Ｒの気筒の発生トルクよりも増大し、両者の間には許容トルク差ΔＴＱｒｅｑを超える大きさのトルク差が発生している。
【０１０５】
そこで、燃焼モードの切り替えの開始時刻ｔ１１から燃焼モードが完全に切り替わる時刻（吸入空気量が目標値に達する時刻）ｔ２２までの間に、左バンク１１０Ｌの気筒の発生トルクと右バンク１１０Ｒの気筒の発生トルクとの間のトルク差の最大値が計算される。そして、トルク差の最大値に応じた点火時期の補正量が計算される。トルク差とそれを解消する点火時期の補正量との関係は予めマップ化されている。燃焼モードが切り替わったら、この補正量によって補正された点火時期の値が左バンク１１０Ｌの気筒の基本点火時期に対して設定される。
【０１０６】
また、左バンク１１０Ｌの気筒の燃焼モードが切り替わったら、次に、リーン燃焼モードからリッチスパイクモードへの燃焼モードの切り替えが右バンク１１０Ｒの気筒についても行われる。そして、左バンク１１０Ｌの気筒に対して設定された基本点火時期の値が右バンク１１０Ｒの気筒に対しても設定される。これにより、右バンク１１０Ｒの気筒については、許容トルク差ΔＴＱｒｅｑを超えるトルク段差を生じさせることなく、燃焼モードをリーン燃焼モードからリッチスパイクモードへ切り替えることができる。
【符号の説明】
【０１０７】
１  多気筒エンジン
１１，１２，１３，１４  気筒
２０  燃焼室
２１  吸気バルブ
２２  排気バルブ
２３  吸気可変動弁機構
２４  排気可変動弁機構
２５  点火プラグ
２６  筒内噴射弁
２９  ポート噴射弁
５０  制御装置
５１  筒内圧センサ
１０１  多気筒エンジン
１０７Ｌ，１０７Ｒ  スロットルバルブ
１１０Ｌ  左バンク
１１０Ｒ  右バンク
１５０  制御装置
【図１】
2016094875.tif 000003
【図２】
2016094875.tif 000004
【図３】
2016094875.tif 000005
【図４】
2016094875.tif 000006
【図５】
2016094875.tif 000007
【図６】
2016094875.tif 000008
【図７】
2016094875.tif 000009
【図８】
2016094875.tif 000010
【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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