JP2007247479A - 圧縮着火式内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】圧縮着火式燃焼を実施する内燃機関において、火花点火式燃焼から圧縮着火式燃焼へと燃焼を切替える際に、燃焼切替え直後の排気温度が高温であることによる排気悪化と振動・騒音の増大を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】該制御装置は、燃焼切替え直前に、推定排気温度に基づいて、燃焼切替え直前の火花点火式燃焼時の排気温度の低減、または、燃焼切替え直後の圧縮着火式燃焼時のＥＧＲ量を減量する燃焼切替え手段を備える。
【効果】燃焼切替え時の排気悪化と振動・騒音の増大を防止することができる。
【選択図】図１１

Description

本発明は、火花点火式燃焼と圧縮着火式燃焼との燃焼切替えを実施する内燃機関の制御装置に係り、火花点火式燃焼から圧縮着火式燃焼へと燃焼切替える際の排気悪化と騒音・振動の増大を防止する内燃機関の制御装置に関する。

自動車等に使用される内燃機関（以下、エンジン）において、燃費性能の向上と排気性能の向上を両立するものとして、混合気を圧縮して自己着火燃焼(以下、圧縮着火式燃焼)させる圧縮着火式ガソリンエンジン（以下、圧縮着火エンジン）が注目されている。この圧縮着火エンジンは、点火プラグの火花で混合気を着火，燃焼させる火花点火式燃焼に比べて、高圧縮による高効率化，ポンプ損失低減、および急速燃焼による冷却損失の低減によって燃費を低減し、また、混合気の低温燃焼によってＮＯｘ排出量を低減するため、燃費性能と排気性能の両立が実現可能である。

圧縮着火式燃焼の実施には、吸気過熱，高圧縮化、および内部ＥＧＲの導入などの手段があるが、コストおよび火花点火式燃焼での運転を考慮すると、バルブタイミングの操作による内部ＥＧＲ導入が最も実現性が高い手段である。内部ＥＧＲ導入による圧縮着火式燃焼を実施時には、燃焼室内の内部ＥＧＲ量を多量とする必要があり、これによって新気が限られるため、自然吸気エンジンでは図１に示すように低負荷・低回転数で圧縮着火式燃焼を実施可能である。そのため、圧縮着火エンジンを自動車に適用する際には、圧縮着火エンジンは火花点火式燃焼と圧縮着火式燃焼の双方を実施し、それらの燃焼を切替えることでドライバが要求するエンジントルクを実現する。

火花点火式燃焼と圧縮着火式燃焼との燃焼切替えに関する従来技術は、特開２００２−１３０００６号公報や特開２００３−１０６１８４号公報に開示されている。従来技術では、火花点火式燃焼から圧縮着火式燃焼へと燃焼切替えを実施する際に、エンジンパラメータをそれぞれの燃焼を実施するために予め決定した設定値へと変更して燃焼切替えを実現する。特に、圧縮着火式燃焼を実現するために、多量の内部ＥＧＲを導入するために、圧縮着火式燃焼時には排気工程中に排気バルブおよび吸気バルブの双方が閉じているマイナスオーバーラップ期間を、火花点火式燃焼時と比較して長時間とすることで筒内温度を上昇させ、混合気の着火性を向上している。

特開２００２−１３０００６号公報 特開２００２−１０６１８４号公報

図２に上記従来技術を適用した際の燃焼切替え時のマイナスオーバーラップ量，排気温度，着火時期，ＮＯｘ排出量、および圧力上昇率の時系列の一例を示す（図上方に向かって、マイナスオーバーラップ量増大，排気温度高温，着火時期早期，ＮＯｘ排出量増大，圧力上昇率増大を示す）。ただし、ＮＯｘ排出量は排気浄化装置として三元触媒を備えている際の三元触媒下流のＮＯｘ排出量を示す。火花点火式燃焼から圧縮着火式燃焼へと燃焼切替えが可能であると判定された後、燃焼状態を圧縮着火式燃焼とするべく、内部EGR量を増大するためにマイナスオーバーラップ量を増大する。このとき、火花点火式燃焼のときの燃焼温度と圧縮着火式燃焼のときの燃焼温度が大きく異なり、火花点火式燃焼のときの燃焼温度が高いことによって、燃焼切替え直後には排気温度、すなわち内部ＥＧＲ温度が高い。このように、切替え直後の排気温度が所定値よりも高くなることにより、圧縮着火式燃焼のときの着火時期が許容値以上に早期化する。この着火時期の早期化によって、燃焼温度が高温となると共に圧力上昇率が許容値以上に増大することによって、ＮＯｘ排出量の増大および振動・騒音が増大する。

即ち、従来技術においては、火花点火式燃焼から圧縮着火式燃焼への燃焼切替えのときの着火時期の早期化に関して考慮されておらず、燃焼切替えのときの排気悪化と騒音・振動の増大を防止することができないという課題があった。

本発明は、上記課題に鑑みなされたもので、その目的とするところは、火花点火式燃焼と圧縮着火式燃焼との燃焼切替えを実施する内燃機関において、火花点火式燃焼から圧縮着火式燃焼へと燃焼切替えを実施する際の、ＮＯｘ排出量増大による排気悪化と、圧力上昇率増大による振動・騒音の増大を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である。

前記目的は、火花点火式燃焼とＥＧＲを導入する圧縮着火式燃焼とを実施し、前記火花点火式燃焼から前記圧縮着火式燃焼へと燃焼切替えを実施する際に、前記燃焼切替え前の前記火花点火式燃焼時の排気温度を低減して前記燃焼切替えを実施する第１の燃焼切替手段、または、前記燃焼切替え直後の前記圧縮着火式燃焼時の前記ＥＧＲを減量して前記燃焼切替えを実施する第２の燃焼切替手段を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置により達成される。

以上の説明から理解できるように、本発明の内燃機関の制御装置は、火花点火式燃焼から圧縮着火式燃焼への燃焼切替えのときに、火花点火式燃焼時の排気温度を低減する燃焼切替手段、または圧縮着火式燃焼のときの内部ＥＧＲを調整する燃焼切替手段を備えており、該燃焼切替手段によって燃焼切替え時のＮＯｘ排出量増大と圧力上昇率増大を抑制することにより、排気悪化と振動・騒音の増大を防止することができる。

（実施例１）
以下、図面により本発明の実施形態の一例について説明する。図３は、本発明の実施形態を示すものであり、該実施形態の圧縮着火式内燃機関の制御装置を自動車用ガソリンエンジンに適用させたシステム構成図である。

エンジン１００は、火花点火式燃焼と圧縮着火式燃焼を実施する圧縮着火エンジンであり、吸入空気量を計測するエアフローセンサ１と、吸気流量を調整する電子制御スロットル２とが吸気管６の各々の適宜位置に備えられ、燃焼室に燃料を噴射するインジェクタ３と、点火エネルギーを供給する点火プラグ４と、筒内に流入する吸入ガスと、筒内より排出される排気ガスと、筒内のＥＧＲ量を調整するための可変バルブ５がシリンダ７の各々の適宜位置に備えられ、また、排気を浄化する三元触媒１０と、空燃比検出器の一態様あって、三元触媒１０の上流側にて排気の空燃比を検出する空燃比センサ９、排気温度検出器の一態様あって、三元触媒１０の上流側にて排気の温度を計測する排気温度センサ１１が排気管８の各々の適宜位置に備えられ、さらに、クランク軸１２には、回転角度を算出するためのクランク角度センサ１３が備えられている。

エアフローセンサ１，空燃比センサ９，排気温度センサ１１，クランク角度センサ１３のそれぞれの信号はコントロールユニット（以下、ＥＣＵと称す）２０に送られる。これらセンサ出力からエンジンの運転状態を得て、空気流量，燃料噴射量，点火時期のエンジンの主要な操作量が最適に演算される。

ＥＣＵ２０で演算された燃料噴射量は開弁パルス信号に変換され、インジェクタ３に送られる。また、ＥＣＵ２０で演算された点火時期で点火されるように、駆動信号が点火プラグ４に送られる。また、ＥＣＵ２０で演算されたスロットル開度は電子制御スロットル２に送られる。また、ＥＣＵ２０で演算された可変バルブ駆動信号は可変バルブ５へ送られる。

火花点火式燃焼を実施する際には、吸気管６より可変バルブ５を経てシリンダ７内に流入した空気に対し、燃料が噴射され（主燃料噴射）、混合気を形成する。混合気は所定の点火時期で点火プラグ４から発生される火花により爆発し、その燃圧によりピストンを押し下げてエンジンの駆動力となる。更に、爆発後の排気ガスは排気管８を経て、三元触媒１０に送りこまれ、排気成分は三元触媒１０内で浄化され、外部へと排出される。図４は、火花点火式燃焼のときの排気バルブ及び吸気バルブの開期間，主燃料噴射，点火のタイミングなどエンジン１００の動作概要の一例を示したものである。

圧縮着火式燃焼を実施する際には、排気工程中に可変バルブ５を閉じているマイナスオーバーラップ期間を設けて内部ＥＧＲをシリンダ７内に残留させ、この期間中にインジェクタ３より燃料を噴射する（副燃料噴射）ことで、燃料を改質することで着火源となる、いわゆる着火剤を生成する。更に、吸気工程にて吸気管６より可変バルブ５を経てシリンダ７内に空気が流入し、再度燃料噴射（主燃料噴射）を実施して混合気を形成し、ピストンの圧縮により混合気が爆発し、その燃圧によりピストンを押し下げてエンジンの駆動力となる。その後は火花点火式燃焼と同様に、排気ガスは三元触媒１０により浄化され、外部へと排出される。図５は圧縮着火式燃焼時の排気バルブ及び吸気バルブの開期間，マイナスオーバーラップ期間，主，副燃料噴射タイミングなどエンジン１００の動作概要の一例を示したものである。

図６はＥＣＵ２０の内部を示したものである。ＥＣＵ２０内にはエアフローセンサ１，空燃比センサ９，排気温度センサ１１，クランク角センサ１３の出力信号が入力回路601に入力される。但し、入力信号はこれだけに限定されるものではない。入力された各センサの入力信号は入出力ポート６０２に送られる。入出力ポート６０２内の入力ポートの値はＲＡＭ６０３に保管され、ＣＰＵ６０５内で演算処理される。演算処理内容を記述した制御プログラムはＲＯＭ６０４に予め書き込まれている。制御プログラムに従って演算された各アクチュエータ作動量を示す値はＲＡＭ６０３に保管された後、入出力ポート602内の出力ポートに送られ、各駆動回路を経て各アクチュエータに送られる。

該ＥＣＵ２０は、火花点火式燃焼から圧縮着火式燃焼へと燃焼切替えを実施する際の排気悪化と振動・騒音の増大を防止する燃焼切替え制御装置２０Ａ（図３参照）を備えている。以下では、該燃焼切替え制御装置２０Ａによる、火花点火式燃焼から圧縮着火式燃焼への燃焼切替制御について説明する。特に、本実施例における燃焼切替え制御装置２０Ａは、燃焼切替え時に予め火花点火式燃焼にて排気温度を低減することで、燃焼切替え時の排気悪化と振動・騒音の増大を防止するものである。

図７は、ＥＣＵ２０の燃焼切替え制御装置２０Ａによる燃焼切替え制御の制御ブロック図である。該燃焼切替え制御装置２０Ａは、燃焼切替えが実施可能か否かを判定する燃焼切替え判定部７０１と、燃焼切替え判定部の判定結果に基づいて燃焼切替えを実現する燃焼切替え実現部７０２を備えている。

燃焼切替え判定部７０１はエンジンに要求される要求エンジントルクとエンジン回転数に基づいて、燃焼切替えが可能か否かを判定し、燃焼切替えフラグをセット後、燃焼切替え実現部７０２に出力する。燃焼切替え判定部７０１は例えば図１に示すようなエンジン負荷とエンジン回転数に基づく燃焼状態を示すマップを備えており、要求エンジントルクとエンジン回転数に応じて、圧縮着火式燃焼が実施可能である運転状態では、圧縮着火式燃焼が実施可能であると判定し、燃焼切替えフラグをＯＮ（＝１）にセットする。これに対し、圧縮着火式燃焼が実施不可能である運転状態では、火花点火式燃焼の実施が必要と判定し、燃焼切替えフラグをＯＦＦ（＝０）にセットする。

燃焼切替え実現部７０２は、燃焼切替えフラグ，火花点火式燃焼を実施するためのエンジン操作量である火花点火式燃焼用操作量，圧縮着火式燃焼を実施するためのエンジン操作量である圧縮着火式燃焼用操作量，排気温度センサの出力信号である排気温度信号に基づき、目標操作量を演算してエンジンに出力する。より具体的には、燃焼切替えフラグに基づき、火花点火式燃焼用操作量を補正した後、排気温度が所定値以内になった後に、圧縮着火式燃焼へ移行しても排気悪化や振動・騒音が増大しないと判断した後、エンジン操作量を圧縮着火式燃焼用操作量へと変更することにより、火花点火式燃焼から圧縮着火式燃焼への燃焼切替えを実現する。操作量とは、エンジンをリアルタイムで操作可能なパラメータであって、電子制御スロットル２のスロットル開度，インジェクタ３の燃料噴射量または燃料噴射時期，点火プラグ４の点火時期信号，可変バルブ５の開閉タイミングであるバルブタイミングなどを示す。

図８に燃焼切替え実現部７０２のブロック図を示す。燃焼切替え実現部７０２は、燃焼切替えフラグ，火花点火式燃焼用操作量，排気温度信号に基づいて、操作量切替えフラグと火花点火式燃焼用操作量ｂを演算する操作量補正部Ａ８０１と、操作量切替えフラグに基づいて、火花点火式燃焼用操作量ｂと圧縮着火式燃焼用操作量を選択して目標操作量とするスイッチ部８０２を備えている。

図９に操作量補正部Ａ８０１のブロック図を示す。操作量補正部Ａ８０１は補正量演算部Ａ９０１と、補正量を選択するスイッチ部９０２と、操作量切替えフラグを演算する操作量切替え判定部Ａ９０３と、火花点火式燃焼用操作量にスイッチ部９０２の出力である補正量を加算する加算部９０４を備えている。

補正量演算部Ａ９０１は、火花点火式燃焼用操作量，圧縮着火式燃焼用操作量，排気温度信号に基づき、補正量ａを出力する。より具体的には、それぞれの燃焼を実施する操作量から排気温度を推定する燃焼モデルを備え、火花点火式燃焼のときの排気温度と圧縮着火式燃焼のときの排気温度を演算し、双方の排気温度の偏差に基づいて、排気温度を低減する補正量を演算し、補正量ａとして出力する。補正量としては、例えば、火花点火式燃焼時に排気温度を低減可能である内部ＥＧＲ量を操作可能であるマイナスオーバーラップ量、または排気バルブの閉時期である。尚、排気バルブ閉時期を早期化することでマイナスオーバーラップ量が増大する。また、出荷時に予め決定されている双方の燃焼用の操作量に基づいて排気温度を推定して補正量ａを決定するのみではなく、排気温度センサで出力される排気温度信号に基づき、排気温度が所定値以内となる補正量ａを演算する。または、圧縮着火式燃焼操作量から推定した排気温度と、排気温度信号の差分に応じて操作量ａの大きさを演算するものであっても良い。

スイッチ部９０２は、燃焼切替えフラグがＯＮ（＝１）である場合には、火花点火式燃焼から圧縮着火式燃焼へと燃焼切替えを実施するために、補正量演算部Ａ９０１の出力である補正量ａを補正量にセットする。また、燃焼切替えフラグがＯＦＦ（＝０）である場合には、火花点火式燃焼から圧縮着火式燃焼へと燃焼切替えを実施しないため、補正量を０にセットする。

操作量切替え判定部Ａ９０３は、排気温度信号と、燃焼切替えフラグに基づいて操作量切替えフラグを演算する。より具体的には、排気温度信号が所定値以上である場合は、火花点火式燃焼から圧縮着火式燃焼へと燃焼切替えを実施した際に、排気悪化や振動・騒音の増大が発生すると判定し、操作量切替えフラグをＯＦＦ（＝０）にセットし、燃焼切替えを実施しない。これに対し、排気温度信号が所定値以下である場合には、燃焼切替えのときに排気悪化や振動・騒音が発生しないと判定し、燃焼切替えフラグがＯＮ（＝１）である場合に操作量切替えフラグをＯＮ（＝１）にセットし、燃焼切替えを実施する。また、他の実施形態としては、図中には明記しないが、圧縮着火式燃焼用操作量から推定した排気温度と、排気温度信号との偏差が所定値以下となった場合に、操作量切替えフラグをＯＮ（＝１）にセットするものであっても良い。さらに、火花点火式燃焼用操作量から推定した排気温度と圧縮着火式燃焼用操作量から推定した排気温度とに基づいて、燃焼切替えフラグがＯＦＦ（＝０）からＯＮ（＝１）となった時間から所定時間だけ遅延した後に操作量切替えフラグをＯＮ（＝１）にセットするものであってもよい。

燃焼切替え実現部７０２に備えられるスイッチ部８０２は、操作量切替えフラグがOFF（＝０）である場合には火花点火式燃焼用操作量２を目標操作量にセットする。また、操作量切替えフラグがＯＮ（＝１）である場合には、燃焼切替えを実施するために、目標操作量を圧縮着火式燃焼用操作量にセットする。

以上の制御により、火花点火式燃焼から圧縮着火式燃焼へと燃焼切替えを実施する際に、燃焼切替え直前に火花点火式燃焼のときの排気温度を予め低減することによって、燃焼切替え直後の圧縮着火式燃焼のときの排気温度の高温化によって発生するＮＯｘ排出量増大や圧力上昇率増大に伴った、排気悪化や振動・騒音の増大を防止することができる。

図１０に、燃焼切替え制御装置２０Ａによる火花点火式燃焼から圧縮着火式燃焼への燃焼切替えを実施した燃焼切替制御の一例を示す。図１０は、燃焼切替えフラグ，操作量切替えフラグ，可変バルブ５のタイミングの中でも、排気バルブ閉時期から吸気バルブ開時期までの期間を示すマイナスオーバーラップ量，電子制御スロットル２の開度，インジェクタ３の燃料噴射パルス幅、及び点火プラグ４の点火信号のタイミングの各目標値を時系列に沿って示したものである（図上方に向かって、それぞれ、燃焼切替えフラグＯＮ，操作量切替えフラグＯＮ，マイナスオーバーラップ量増大，スロットル開度大，燃料噴射パルス幅増大，点火時期早期化を示す）。また、破線は従来技術を適用した場合のものであり、実線は本実施形態を適用した際のものである。

従来技術を適用した制御装置における燃焼切替えのときには、火花点火式燃焼時の操作量の設定値から圧縮着火式燃焼時の設定値へと各目標値を切替える。

燃焼切替え制御装置２０Ａによる本制御ではまず、燃焼切替え判定部７０１で圧縮着火式燃焼が実施可能であると判定された際に、燃焼切替えフラグをＯＮ（＝１）にセットする。その後、図１０には示していないが、火花点火式燃焼用操作量，圧縮着火式燃焼用操作量、等に基づいて、火花点火式燃焼のときの操作量を補正する補正量が演算され、各操作量に加算する。図１０に示すマイナスオーバーラップ量は、火花点火式燃焼時の排気温度を低減するべく、内部ＥＧＲ量を増量するように増大される（または排気バルブ閉時期を早期化する）。また、内部ＥＧＲ量の増大に合わせて空気量の減量を防止すべく、スロットル開度を開く。また、内部ＥＧＲ量増大時の燃料安定性低下を防止すべく、点火信号が早期化される。これに伴うトルク増量を防止すべく、燃料噴射パルス幅が減少される。

火花点火式燃焼時に以上までの補正を実施した後、図１０には示していないが、燃焼切替え実現部７０２では排気温度信号と排気温度の所定値を比較し、排気温度信号が所定値以下となった際に、燃焼切替えを実施すべく、操作量切替えフラグをＯＮ（＝１）にセットする。操作量切替えフラグがセットされた後、圧縮着火式燃焼を実施すべく、各操作量の目標値が圧縮着火式燃焼のときの設定値へと変更される。より具体的には、シリンダ内を高温化するべく内部ＥＧＲ量を増大するために、マイナスオーバーラップ量が増大する（または排気バルブ閉時期を早期化する）。また、内部ＥＧＲ量増大による空気量変化を抑制するために、スロットル開度を大きく開く。更に、圧縮着火式燃焼のときは火花点火式燃焼のときよりも高効率であることから、燃焼切替え前後のトルク変動を防止すべく、燃料噴射パルス幅を減少することで、燃焼切替え前後でのトルク変動を抑制する。また、点火信号は操作量切替えフラグがＯＮ（＝１）となって所定期間内は失火を防ぐためＯＮとされているが、所定時間後は電力エネルギーの低減のため、点火信号はカットされる。

以上の燃焼切替え制御装置２０Ａにより、排気悪化と振動・騒音の増大を防止しながら、火花点火式燃焼から圧縮着火式燃焼へと燃焼切替えを実施する。いずれの燃焼状態の目標操作量は実験やシミュレーションによって運転条件毎の最適値を予め決定し、マップあるいはモデルとして設定しておく必要がある。

図１１は、燃焼切替え制御装置２０Ａによる本制御を実行したときのシリンダ７内の燃焼状態，内部ＥＧＲ量，空気量，総燃料噴射量，排気温度センサ１１で検出される排気温度，シリンダ７内の混合気の着火時期，可変バルブ５より排出されるＮＯｘ排出量、及びシリンダ７内の圧力上昇率の時系列を示したものである（図面上方に向かって内部ＥＧＲ量増大，空気量増大，燃料噴射量増大，排気温度高温，着火時期早期化，ＮＯｘ排出量増大，圧量上昇率増大を示す）。

また、破線は、従来技術を適用した場合のものであり、実線は本実施形態を適用した際のものである。

従来技術による燃焼切替えの際には、燃焼状態に応じて操作量を変更するのみであるため、燃焼切替え直後の排気温度が高温となることによって、ＮＯｘ排出量および圧力上昇率が増大して許容値以上となることにより、排気悪化および振動・騒音の増大を招く。

燃焼切替え制御装置２０Ａによる本制御では、燃焼切替えフラグがＯＮ（＝１）となった後に燃焼切替え準備が開始される。火花点火式燃焼のときの排気温度を低減するために、マイナスオーバーラップ量を増大する（または排気バルブ閉時期を早期化する）ことにより、内部ＥＧＲ量が増大する。また、内部ＥＧＲ量増大による空気量減量を防ぐべく、スロットル開度大とするため、空気量は変化しない。点火信号が早期化することによるトルク増大を防止するべく、燃料噴射量を増量する。また、点火信号が早期化するため、着火時期を早期化する。以上の操作量の補正により、火花点火式燃焼のときに内部ＥＧＲ量が増大することによって排気温度が低下することに伴い、燃焼温度も低下することから、ＮＯｘ排出量が低減すると共に、圧力上昇率も許容値以内となる。

また、排気温度センサ１１を用いて排気温度を監視しており、排気温度信号が所定値以内となった際に、排気悪化と振動・騒音の増大を防止しながら圧縮着火式燃焼への燃焼切替えが実施可能であると判断し、操作量切替えフラグをＯＮ（＝１）にセットする。操作量切替えフラグがＯＮ（＝１）にセットされた後、各操作量の目標値が圧縮着火式燃焼のときの設定値とした際にも、燃焼切替え準備期間によって排気温度が低減しているため、圧縮着火式燃焼に燃焼が切替わっても、着火時期が許容値以内となることから、ＮＯｘ排出量が許容値以内、および圧力上昇率が許容値以内となり、燃焼切替えのときの排気悪化および振動・騒音を防止することが可能となる。

図１２乃至図１５は、燃焼切替え制御装置２０Ａによる燃焼切替制御の動作フローチャートであり、図１２は図７の制御ブロックをフローチャートで表現したものである。ステップＳ１２０１では、運転状態（エンジン負荷，エンジン回転数等）に応じて図１に示すマップに応じて実施可能な燃焼状態を判定し、圧縮着火式燃焼が実施可能である場合には、燃焼切替えフラグをＯＮ（＝１）としてステップＳ１２０２に進む。また、圧縮着火式燃焼が実施不可である場合には燃焼切替えフラグをＯＦＦ（＝０）としてステップＳ1202に進む。ステップＳ１２０２では燃焼切替えフラグに応じて燃焼切替えを実施して一連の動作を終了する。

図１３は燃焼切替え実現部Ｓ１２０２の動作フローチャートを示す。ステップＳ１３０１では燃焼切替えの際に火花点火式燃焼の操作量の補正量を演算すると共に、操作量切替えフラグをセットした後、ステップＳ１３０２に進む。ステップＳ１３０２では、ステップＳ１３０１でセットされた操作量切替えフラグがＯＮ（＝１）であるか否かを判定し、操作量切替えフラグがＯＮ（＝１）である場合には、ステップＳ１３０３に進み、圧縮着火式燃焼用操作量を目標操作量に切替えて圧縮着火式燃焼を実施し、一連の動作を終了する。ステップＳ１３０２で操作量切り替えフラグがＯＦＦ（＝０）である場合には圧縮着火式燃焼への切替え段階として火花点火式燃焼を継続必要と判断し、ステップＳ１３０５に進み、火花点火式用操作量２を目標操作量にセットして火花点火式燃焼を継続して一連の動作を終了する。

図１４はステップＳ１３０１の操作量補正部Ａの動作フローチャートを示す。ステップＳ１４０１では火花点火式燃焼のときの排気温度を低減するための操作量である補正量ａを演算し、ステップＳ１４０２に進む。ステップＳ１４０２では、燃焼切替えフラグが
ＯＮ（＝１）であるかどうかを判定し、燃焼切替えフラグがＯＮ(＝１)である場合には燃焼切替えが実施可能であると判断し、ステップＳ１４０３に進む。ステップＳ１４０３では、補正量演算部Ａ９０１で演算した補正量ａを補正量にセットしてステップＳ１４０５に進む。ステップＳ１４０２において燃焼切替えフラグがＯＦＦ(＝０)である場合には燃焼切替えが実施不可能であると判断してステップＳ１４０４に進み、ステップＳ１４０４では補正量に０をセットしてステップＳ１４０５に進む。ステップＳ１４０５では、火花点火式燃焼用操作量に前ステップまでに演算した補正量を加算した結果を火花点火式燃焼用操作量ｂにセットしてステップＳ１４０６に進む。ステップＳ１４０６では、操作量切替えが可能であるか否かを判断する。より具体的には、燃焼切替えフラグがＯＮ（＝１）となってから所定時間後に、排気悪化と振動・騒音の増大を防止しながら燃焼切替えが実施可能となるまで排気温度が低減したと判断し、操作量切替えフラグをＯＮ（＝１）にセットする。また、他の例としては、排気温度センサの出力である排気温度信号が所定値以内となった際に、排気悪化と振動・騒音の増大を防止しながら燃焼切替えが実施可能であると判断し、操作量切替えフラグをＯＮ（＝１）にセットして一連の動作を終了する。ステップＳ１４０６において、燃焼切替え時に排気悪化と振動・騒音の増大が発生すると判断した場合には、操作量切替えフラグをＯＦＦ（＝０）にセットして一連の動作を終了する。

以上にて説明した燃焼切替え制御装置２０Ａに実装された本制御により、ＮＯｘ排出量増大に伴う排気悪化と、圧力上昇率増大に伴う振動・騒音の増大を防止しながら火花点火式燃焼から圧縮着火式燃焼へと燃焼切替えを実施可能である。

以上、本発明の一実施形態について詳説したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の精神を逸脱しない範囲で、設計において種々の変更ができる。

例えば、上記にて説明した例においては、圧縮着火式燃焼への切替え前の排気温度低減手段として、火花点火式燃焼のときにシリンダ内の内部ＥＧＲ量を増大して排気温度を低減したが、他の手段として、図３には明記していないが、シリンダ内に直接水を噴射する水噴射装置を用いて、排気温度を低減してもよく、また、マイナスオーバーラップ期間中に水噴射を実施して排気温度を低減しても良い。また他手段としては、点火時期を早期化し、その点火時期早期化分のトルク増大を抑制するように燃料噴射量を減量する操作を実施して、排気温度を低減する手段を備えても良い。また、上記手段を複数組合わせることによって火花点火式燃焼時の排気温度を低減して、圧縮着火式燃焼へと燃焼切替えを実施するものであっても良い。

また、上記実施例においては、ＥＧＲ導入手段としてマイナスオーバーラップ量（または排気バルブ閉時期）を操作したが、この手段のみではなく、可変バルブ５のバルブタイミングを操作し、吸気バルブが開く吸気工程中に排気バルブを開いてシリンダ内にＥＧＲを導入するものであっても良い。

また、上記実施例においては、圧縮着火式燃焼を実現する手段として、バルブタイミングを調整したマイナスオーバーラップ期間によって内部ＥＧＲを導入し、シリンダ内の混合気を着火させる手段を適用しているが、圧縮着火式燃焼を実施するためにシリンダ内を高温化する他手段としては、図３には明記しないが排気管８から吸気管６へ直接排気ガスを吸気管へ導入する外部ＥＧＲ管を用いて、排気後の排気ガスを用いることによって圧縮着火式燃焼を実施する手段を備えている場合には、シリンダ内に導入する外部ＥＧＲ量を調整することによって、火花点火式燃焼のときの排気温度を低減しても良い。更に、外部ＥＧＲ導入のみではなく、水噴射などを適用することによって火花点火式燃焼のときの排気温度を低減する手段を備えていても良い。

更に、上記実施例では排気温度を推定する手段として、排気温度センサの出力である排気温度信号を用いたが、排気温度推定手段はこれのみではなく、図３には明記しないが、シリンダ内の圧力変化を直接計測する筒内圧力センサ，燃焼時のイオン変化を直接計測するイオン電流センサ、および水温センサなどの出力信号を用いて排気温度を推定する手段を備えることで、燃焼切替え時の排気温度を推定するものであっても良い。

また、燃焼切替え直前の火花点火式燃焼を実施するための操作量（火花点火式燃焼用操作量）を変化させる補正量は、排気温度に基づいて演算されているが、シリンダ内のEGR量を推定するＥＧＲ量推定手段を備え、該ＥＧＲ推定手段にて推定した推定ＥＧＲ量に基づいて、操作量を変化させる補正量を演算しても良い。また、そのＥＧＲ量推定手段は、エンジンモデルを備えて、火花点火式燃焼用操作量より間接的にＥＧＲ量を推定するものであっても良いし、排気バルブ閉時期、筒内圧力センサ，イオン電流センサなどの出力信号に基づいてＥＧＲ量を推定するものであっても良い。

（実施例２）
以下、図面により本発明の第２の実施形態について説明する。本発明の実施形態を示す図は第１の実施形態と同様であり、該実施形態の圧縮着火エンジンの制御装置を自動車用ガソリンエンジンに適用させたシステム構成図を図３に示す。ＥＣＵ２０の構成及び動作は実施例１と同様であり（図６）、排気悪化と振動・騒音の増大を防止するように燃焼切替えを実施する燃焼切替え制御装置２０Ａを備えている。特に、本実施例における燃焼切替え制御装置２０Ａは、燃焼切替えに際し、圧縮着火式燃焼のときの操作量を補正することにより、燃焼切替え直後の排気温度が高温であっても燃焼切替え時の排気悪化と振動・騒音の増大を防止するものである。

燃焼切替え制御装置２０Ａの制御ブロック図は実施例１と同様であり、図７に示すように、燃焼切替え判定部７０１と燃焼切替え実現部７０２により構成される。燃焼切替え判定部７０１は実施例１と同様に、要求エンジントルクとエンジン回転数に基づいて図１のマップに基づき、実施可能である燃焼状態を判定し、圧縮着火式燃焼が実施可能である場合には燃焼切替えフラグにＯＮ（＝１）をセットし、圧縮着火式燃焼が実施不可であって火花点火式燃焼を実施する必要がある場合には、燃焼切替えフラグにＯＦＦ（＝０）をセットする。燃焼切替え実現部７０２は実施例１と同様に、燃焼切替えフラグ，火花点火式燃焼用操作量，圧縮着火式燃焼用操作量，排気温度センサの出力信号である排気温度信号に基づき、目標操作量を演算してエンジンに出力する。また、操作量とは実施例１と同様に、スロットル開度，燃料噴射量，燃料噴射時期，点火時期，バルブタイミングなどを示す。

以下では、燃焼切替え実現部７０２の詳細について説明する。図１５に本実施形態における燃焼切替え実現部７０２の制御ブロック図を示す。燃焼切替え実現部７０２は操作量補正部Ｂ１５０１と目標操作量にセットする値を選択するスイッチ部１５０２により構成される。

操作量補正部Ｂ１５０１は火花点火式燃焼用操作量，圧縮着火式燃焼用操作量，排気温度信号、および燃焼切替えフラグに基づき、圧縮着火式燃焼用操作量ｂを演算する。火花点火式燃焼用操作量および圧縮着火式燃焼用操作量は、エンジン試験またはシミュレーションによりマップとして運転条件毎に予め決定しておくものとする。排気温度信号は、排気管８を通過する排気ガス温度を排気温度センサ１１で計測した信号を示す。スイッチ部１５０２は燃焼切替えフラグの値に応じて、火花点火式燃焼用操作量または圧縮着火式燃焼用操作量ｂを目標操作量にセットする。燃焼切替えフラグがＯＮ（＝１）の場合には、圧縮着火式燃焼を実施するべく、目標操作量に圧縮着火式燃焼用操作量ｂをセットする。燃焼切替えフラグがＯＦＦ（＝０）の場合には、火花点火式燃焼を継続するべく、目標操作量に火花点火式燃焼用操作量をセットする。

図１６に操作量補正部Ｂ１５０１の制御ブロック図を示す。操作量補正部Ｂ１５０１は補正量演算部Ｂ１６０１，補正量切替え判定部Ｂ１６０２，スイッチ部１６０３，スイッチ部１６０４により構成される。補正量演算部Ｂ１６０１は、火花点火式燃焼用操作量，圧縮着火式燃焼用操作量、および排気温度信号に基づいて補正量ｂを演算する。より具体的には、各操作量から内部ＥＧＲ量を推定するエンジンモデルを備え、火花点火式燃焼用操作量から推定した内部ＥＧＲ量と、圧縮着火式燃焼用操作量から推定した内部ＥＧＲ量の差分より、燃焼切替え時の排気温度偏差による影響を低減するために、内部ＥＧＲ量を減量するような圧縮着火式燃焼用操作量の補正量を演算後、排気温度信号の温度変化に基づいて、該補正量の絶対値を減少したものを補正量ｂとして出力する。補正量切替え判定部Ｂ１６０２は排気温度信号と燃焼切替えフラグに基づいて補正量切替えフラグをセットする。より具体的には、排気温度信号が所定値以上であり、燃焼切替えフラグがＯＮ（＝１）である場合には、圧縮着火式燃焼を実施中に排気悪化と振動・騒音の増大を抑制するための操作量の補正が必要であると判定し、補正量切替えフラグにＯＮ（＝１）をセットする。排気温度信号が所定値以内である場合には、操作量の補正が不要と判定し、補正量切替えフラグにＯＦＦ（＝０）をセットする。尚、排気温度の所定値は予めエンジン試験やシミュレーションの結果に基づき、マップを用いて運転条件毎に決定されるものとする。スイッチ部１６０３は、補正量切替え判定部Ｂ１６０２でセットされた補正量切替えフラグに基づき、補正量演算部ｂまたは０を選択して補正量ｃにセットする。補正量切替えフラグがＯＮ（＝１）の場合には、火花点火式燃焼から圧縮着火式燃焼へと燃焼切替えを実施した直後に、排気悪化と振動・騒音が増大する可能性があり、操作量を補正する必要があるため、補正量ｃに補正量演算部Ｂ１６０１で演算された補正量ｂをセットする。補正量切替えフラグがＯＦＦ（＝０）の場合には圧縮着火式燃焼用操作量の補正が不要であることから、補正量ｃに０をセットする。スイッチ部１６０４は燃焼切替えフラグに基づいて、火花点火式燃焼用操作量または圧縮着火式燃焼用操作量に補正量ｃを加算した結果である圧縮着火式燃焼用操作量ａを選択して圧縮着火式燃焼用操作量ｂにセットする。燃焼切替えフラグがＯＮ（＝１）の場合には、圧縮着火式燃焼用操作量ａを圧縮着火式燃焼用操作量ｂにセットして圧縮着火式燃焼を実施する。燃焼切替えフラグがＯＦＦ（＝０）の場合には、火花点火式燃焼を実施するために、火花点火式燃焼用操作量を圧縮着火式燃焼用操作量ｂをセットする。

以上の制御により、火花点火式燃焼から圧縮着火式燃焼へと燃焼切替えを実施する際に、燃焼切替え直後に圧縮着火式燃焼のときの排気温度による影響を低減するために内部
ＥＧＲ量を減量するように各操作量を補正することによって、燃焼切替え直後の圧縮着火式燃焼のときの排気温度の高温化を抑制することが可能であり、ＮＯｘ排出量の増大に伴う排気悪化や圧力上昇率の増大に伴う振動・騒音の増大を防止することができる。

図１７に、燃焼切替え制御装置２０Ａによる火花点火式燃焼から圧縮着火式燃焼への燃焼切替えを実施した燃焼切替制御の一例を示す。図１０は、燃焼切替えフラグ，補正量切替えフラグ，可変バルブ５のタイミングであるマイナスオーバーラップ量，スロットル２の開度，インジェクタ３の燃料噴射パルス幅、及び点火プラグ４の点火信号のタイミングの各目標値を時系列に沿って示したものである（図上方に向かって、それぞれ、燃焼切替えフラグＯＮ，補正量切替えフラグＯＮ，マイナスオーバーラップ量増大，スロットル開度大，燃料噴射パルス幅増大，点火時期早期化を示す）。また、破線は従来技術を適用した場合のものであり、実線は本実施形態を適用した際のものである。

従来技術を適用して燃焼切替えを実施した場合には、火花点火式燃焼のときの操作量の設定値から圧縮着火式燃焼のときの設定値へと各目標値を切替える。

燃焼切替え制御装置２０Ａによる本制御ではまず、燃焼切替え判定部７０１で圧縮着火式燃焼が実施可能であると判定された際に、燃焼切替えフラグをＯＮ（＝１）にセットすると共に、排気温度が高温となることを推定し、操作量補正フラグをＯＮ（＝１）にセットする。その後、図１７には示していないが、火花点火式燃焼用操作量と圧縮着火式燃焼用操作量、および排気温度信号に基づいて、圧縮着火式燃焼時の操作量を補正する補正量が演算され、各操作量に加算する。圧縮着火式燃焼を実施するための内部ＥＧＲを導入するために、マイナスオーバーラップ量は増量する(または排気バルブ閉時期を早期化する)が、圧縮着火式燃焼のときの排気温度が高温となる影響を防止するべく、従来技術の燃焼切替えのときと比較してその絶対量を減量補正される。また、空気量を増大するためにスロットル開度を増大するが、マイナスオーバーラップ量の動作に伴う内部ＥＧＲ量の変化によって空気量が変化しないように、スロットル開度の増大量を減量補正する。また、燃焼形態変化による熱効率の変化を考慮し、等エンジントルクでの燃焼切替えを実現すべく、燃料噴射パルス幅を減少させる。上記のマイナスオーバーラップ量またはスロットル開度に加算される補正量は、火花点火式燃焼用操作量および圧縮着火式燃焼用操作量に基づき推定演算するそれぞれの燃焼時の内部ＥＧＲ量に基づき、２つの燃焼間の排気温度偏差が存在することによって発生する着火時期の早期化を防止するような補正量を演算する。

上記の燃焼切替え直後の操作量の補正を実施した後、排気温度センサ１１で排気温度を監視し、燃焼状態が切替わった後の排気温度低下に応じて、各補正量の絶対値を減少させ、排気温度信号が所定値以下となった際に、操作量補正フラグをＯＦＦ（＝０）にセットすることにより、各補正量を０として操作量補正を終了し、予めマップに設定されている圧縮着火式燃焼用操作量を用いて圧縮着火式燃焼を実施する。尚、点火信号は失火時を考慮してＯＮの期間を設けるが、所定時間後は電力エネルギー低減のために点火信号をカットする。

以上の燃焼切替え制御装置２０Ａにより、排気悪化と振動・騒音の増大を防止しながら、火花点火式燃焼から圧縮着火式燃焼へと燃焼切替えを実施する。

図１８は、燃焼切替え制御装置２０Ａによる本制御を実行したときのシリンダ７内の燃焼状態，内部ＥＧＲ量，空気量，総燃料噴射量，排気温度センサ１１で検出される排気温度，シリンダ７内の混合気の着火時期，可変バルブ５より排出されるＮＯｘ排出量、及びシリンダ７内の圧力上昇率の時系列を示したものである（図面上方に向かって内部ＥＧＲ量増大，空気量増大，燃料噴射量増大，排気温度高温，着火時期早期化，ＮＯｘ排出量増大，圧量上昇率増大を示す）。

また、破線は従来技術を適用した場合のものであり、実線は本実施形態を適用した際のものである。

従来技術による燃焼切替えの際には、燃焼状態に応じて操作量を変更するのみであるため、燃焼切替え直後の排気温度が高温となることによって、圧縮着火式燃焼時の着火時期が許容値以上に早期化するため、ＮＯｘ排出量および圧力上昇率が増大してそれぞれの許容値を越えることにより、排気悪化および振動・騒音の増大を招く。

燃焼切替え制御装置２０Ａによる本制御では、燃焼切替えフラグがＯＮ（＝１）となった後に、排気温度が所定値以上となる期間中は操作量の補正が必要であると判断し、操作量補正フラグをＯＮ（＝１）にセットし、圧縮着火式燃焼時の操作量が補正される。より具体的には、圧縮着火式燃焼実施のために、マイナスオーバーラップ量を増大（または排気バルブ閉時期を早期化）することにより内部ＥＧＲ量が減量するが、燃焼切替え直後の排気温度が高温である影響を減少させるために補正量を加算することにより、従来技術適用時よりもマイナスオーバーラップ量の増加量は小さくなるため、内部ＥＧＲ量の増大量は従来技術適用時よりも少ない。また、内部ＥＧＲ量の変化に応じた空気量の変化を防止するべくスロットル開度を調整するために空気量は変化しない。更に、燃料噴射パルス幅が減少されることより総燃料噴射量が減量する。

これら操作量の補正の絶対値は排気温度信号に基づいた変化をすることから、排気温度信号の変化に応じて内部ＥＧＲ量が変化する。より具体的には、排気温度センサ１１を用いて排気温度信号を監視しており、排気温度信号が所定値以内となった際に操作量切替えフラグをＯＦＦ（＝０）にセットして補正量を０にセットするため、排気温度が所定値以内となった際に内部ＥＧＲ量が、圧縮着火式燃焼用操作量にて圧縮着火式燃焼を実施した際の内部ＥＧＲ量と同等となる。

燃焼切替え後の排気温度変化に応じた内部ＥＧＲ量の調整により、着火時期の早期化が抑制される。これによって、操作量補正フラグがＯＮ（＝１）にセットされている期間中に、補正量の絶対値を変化させることにより、排気温度に基づいた着火時期の調整が可能であり、燃焼切替えフラグがＯＮ（＝１）にセットされた直後より、圧縮着火式燃焼時の定常時の着火時期と同等とすることができることから、ＮＯｘ排出量および圧力上昇率の増大を防止し、排気悪化と振動・騒音の増大を防止しながら燃焼切替えを実施することが可能である。

図１９乃至図２０は、燃焼切替え制御装置２０Ａによる燃焼切替制御の動作フローチャートである。燃焼切替え制御装置２０Ａ全体の制御ブロックの動作フローチャートは実施例１と同様であり、図１２に示すものとなる。ステップＳ１２０１では、運転状態（エンジン負荷，エンジン回転数等）に応じて図１に示すマップに応じて実施可能な燃焼状態を判定し、圧縮着火式燃焼が実施可能である場合には、燃焼切替えフラグをＯＮ（＝１）としてステップＳ１２０２に進む。また、圧縮着火式燃焼が実施不可である場合には燃焼切替えフラグをＯＦＦ（＝０）としてステップＳ１２０２に進む。ステップＳ１２０２では燃焼切替えフラグに応じて燃焼切替えを実施して一連の動作を終了する。

図１９は、制御ブロック図では図１２で示す燃焼切替え実現部１２０２の動作フローチャートを示す。ステップＳ１９０１は燃焼切替えの際の圧縮着火式燃焼の操作量の補正量を演算し、ステップＳ１９０２に進む。ステップＳ１９０２では燃焼切替えフラグがＯＮ（＝１）であるか否かを判定し、燃焼切替えフラグがＯＮ（＝１）である場合には、ステップＳ１９０３に進み、燃焼切替えフラグがＯＦＦ（＝０）である場合にはステップ
Ｓ１９０４に進む。ステップＳ１９０３では、圧縮着火式燃焼を実施すべく、操作量補正部Ｂ Ｓ１９０１で演算した圧縮着火式燃焼用操作量ｂを目標操作量にセットし、各アクチュエータに出力した後に一連の動作を終了する。ステップＳ１９０４では、燃焼切替えフラグがＯＦＦ（＝０）であることから火花点火式燃焼を実施するために、目標操作量に火花点火式燃焼用操作量をセットし、各アクチュエータに出力した後に一連の動作を終了する。

図２０は操作量補正部Ｂ Ｓ１９０１の動作フローチャートを示す。補正量演算部Ｂ Ｓ２００１では圧縮着火式燃焼用操作量の補正量を演算してステップＳ２００２に進む。補正量演算部Ｂ Ｓ２００１は、より具体的には、火花点火式燃焼用操作量から推定した内部ＥＧＲ量と圧縮着火式燃焼用操作量から推定した内部ＥＧＲ量の偏差に基づいて、排気温度偏差の影響による排気悪化と振動・騒音の増大を抑制するために、内部ＥＧＲ量を減量するような各操作量の補正量を演算する。その後、排気温度信号に基づいて、該補正量の絶対値を変化させる。補正量切替え判定部Ｂ Ｓ２００２では、排気温度信号と燃焼切替えフラグに基づいて補正量切替えフラグをセットする。より具体的には、燃焼切替えフラグがＯＮ（＝１）である場合に、排気温度信号が所定値以上となる際には、圧縮着火式燃焼のときの内部ＥＧＲ量を減少するような補正が必要であると判断し、補正量切替えフラグをＯＮ（＝１）にセットし、ステップＳ２００３に進む。排気温度信号が所定値以内である場合には、圧縮着火式燃焼のときの内部ＥＧＲ量を減量するような補正が不要であると判断し、補正量切替えフラグにＯＦＦ（＝０）をセットし、ステップＳ２００３に進む。ステップＳ２００３では補正量切替えフラグがＯＮ（＝１）であるか否かを判定し、補正量切替えフラグがＯＮである場合にはステップＳ２００４に進み、補正量切替えフラグがＯＦＦ（＝０）である場合には、ステップＳ２００５に進む。ステップＳ２００４では、圧縮着火式燃焼用操作量の補正の継続が必要であるため、補正量演算部Ｂ Ｓ2001で演算された補正量ｂを補正量ｃにセットしてステップＳ２００６に進む。ステップ
Ｓ２００４では、圧縮着火式燃焼用操作量の補正が不要であるため、補正量ｃに０をセットしてステップＳ２００６に進む。ステップＳ２００６では、圧縮着火式燃焼用操作量に補正量ｃを加算して圧縮着火式燃焼用操作量ａにセットしてステップＳ２００７に進む。ステップＳ２００７では燃焼切替えフラグがＯＮ（＝１）であるか否かを判定し、燃焼切替えフラグがＯＮ（＝１）である場合には、圧縮着火式燃焼を実施すべく、ステップ
Ｓ２００８に進む。これに対し、燃焼切替えフラグがＯＦＦ（＝０）である場合には、火花点火式燃焼を実施すべく、ステップＳ２００９に進む。ステップＳ２００８では、圧縮着火式燃焼を実施すべく、圧縮着火式燃焼用操作量ａを圧縮着火式燃焼用操作量ｂにセットして一連の動作を終了する。ステップＳ２００９では、火花点火式燃焼を実施すべく、火花点火式燃焼用操作量を圧縮着火式燃焼用操作量ｂにセットして一連の動作を終了する。

以上の実施例２にて説明した燃焼切替え制御装置２０Ａに実装された本制御により、
ＮＯｘ排出量増大に伴う排気悪化と、圧力上昇率増大に伴う振動・騒音の増大を防止しながら火花点火式燃焼から圧縮着火式燃焼へと燃焼切替えを実施可能である。

しかしながら、上記実施例における燃焼切替え制御装置２０Ａによって燃焼切替えを実施した際には、燃焼切替え時の排気悪化と振動・騒音の増大を防止することが可能であるが、ＮＯｘ排出量の増大を完全に抑制できない場合がある。

図２１に本発明の燃焼切替え制御装置２０Ａによる燃焼切替えをそのまま実施した際の燃焼状態，三元触媒１０上流の空燃比、および三元触媒１０下流のＮＯｘ排出量の時系列を示す。破線は本発明の燃焼切替えを実施した際のものであり、実線はＮＯｘ排出量抑制手段を適用した際のものである。

本発明の燃焼切替えを実施した際には、燃焼切替えと共に空燃比が変化する。この際、三元触媒１０上流では複数の気筒を備えるエンジンでは気筒数に対応した時間だけＮＯｘ排出量が過渡的に変化するため、燃焼切替えと同時に空燃比をストイキから変化させた場合には、過渡時のＮＯｘを三元触媒で浄化することができず、燃焼切替え時に一時的に
ＮＯｘ排出量が増大する課題がある。

この課題に対し、以上にて説明した実施例での実施形態に対し、燃焼切替え制御装置に、燃焼切替え直後の空燃比をストイキに保つ空燃比切替え制御手段２２０３を備えることによって（図２２）、図２１の実線に示すように、燃焼切替え後の圧縮着火式燃焼のときに所定期間だけ空燃比をストイキに保ち、燃焼切替え時のＮＯｘ排出量の増大を抑制することが可能となる。またＮＯｘ排出量抑制手段はこれだけではなく、三元触媒１０には酸素を貯蔵する機能が備えられているため、若干の空燃比変化があっても浄化作用を保つことが可能であることから、空燃比センサ９や図３中には明記しないが酸素センサで推定した三元触媒１０の状態に基づいて、燃焼切替えのときの空燃比を決定するものであっても良い。

以上、本発明の一実施形態について詳説したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の精神を逸脱しない範囲で、設計において種々の変更ができる。

例えば、以上説明した例においては、圧縮着火式燃焼への切替え後の、排気温度が高温となる影響を低減する手段として、圧縮着火式燃焼時にシリンダ内の内部ＥＧＲ量を減量して着火時期を遅延化したが、他の手段として、図３には明記していないが、シリンダ内に直接水を噴射する水噴射装置を用いて、直接排気温度を低減してもよく、また、マイナスオーバーラップ期間中に水噴射を実施して燃焼切替え直後の直接排気温度を低減して着火時期を遅延化しても良い。

また、上記実施例においては、ＥＧＲ導入手段としてマイナスオーバーラップ量または排気バルブ閉時期を操作したが、この手段のみではなく、可変バルブ５のバルブタイミングを操作し、吸気バルブが開く吸気工程中に排気バルブを開いてシリンダ内にＥＧＲを導入するものであっても良い。この場合には、吸気工程期間中の排気バルブの開閉タイミングを調整することにより、燃焼切替えのときのシリンダ内のＥＧＲ量を減量する。

また、上記実施例においては、圧縮着火式燃焼を実現する手段として、バルブタイミングを調整したマイナスオーバーラップ期間によって内部ＥＧＲを調整し、シリンダ内の混合気を着火させる手段を適用しているが、圧縮着火式燃焼を実施するためにシリンダ内を高温化する他手段としては、図３には明記しないが排気管８から吸気管６へ直接排気ガスを吸気管へ導入する外部ＥＧＲ管を用いて、排気後の排気ガスを用いることによって圧縮着火式燃焼を実施する手段を備えている場合には、シリンダ内に導入する外部ＥＧＲ量を調整することによって、火花点火式燃焼のときの排気温度を低減しても良い。更に、外部ＥＧＲ導入のみではなく、水噴射などを適用することによって火花点火式燃焼時の排気温度を低減する手段を備えていても良い。

更に、上記実施例ではＥＧＲ量を推定する手段として、エンジンモデルに基づき、各燃焼を実施するための操作量からＥＧＲ量を推定したが、内部ＥＧＲ量推定手段はこれのみではなく、図３には明記しないが、シリンダ内の圧力変化を直接計測する筒内圧力センサ，燃焼時のイオン変化を直接計測するイオン電流センサなどの出力信号を用いてＥＧＲ温度を推定する手段を備えることで、燃焼切替え時の排気温度の高温化による影響を低減するための補正量を演算するものであっても良い。

更に、上記実施例では排気温度を推定する手段として、排気温度センサの出力である排気温度信号を用いたが、排気温度推定手段はこれのみではなく、図３には明記しないが、シリンダ内の圧力変化を直接計測する筒内圧力センサ，燃焼時のイオン変化を直接計測するイオン電流センサ、および水温センサなどの出力信号を用いて排気温度を推定する手段を備えることで、燃焼切替え時の排気温度変化を推定するものであっても良い。

更に、実施例２における実施形態ではマイナスオーバーラップ量の減量（または排気バルブ閉時期の遅延化）により内部ＥＧＲ量を減量して、排気温度の高温化による影響を低減したが、この手段と共に、排気温度が高温となる影響を低減するべく、副燃料噴射の燃料噴射時期を遅延化してマイナスオーバーラップ期間中の燃料の改質量を抑制して、着火時期を遅延化する手段を備えていても良い。更に、総噴射量に占める副燃料噴射量の割合を減少して、副燃料噴射量を減量することで着火時期を遅延化する手段を備えても良い。

また、実施例２における実施形態は、燃焼切替え後に圧縮着火式燃焼時の操作量を補正することで、着火時期を遅延化する燃焼切替え手段であるが、これだけではなく、実施例１にて示した燃焼切替え直前の火花点火式燃焼のときの排気温度を低減して燃焼切替え手段を同様に備え、燃焼切替え直前に火花点火式燃焼のときの排気温度を低減した後に燃焼切替えを実施し、燃焼切替え後の圧縮着火式燃焼のときの着火時期を遅延化することによって燃焼切替えを実施するものであっても良い。

火花点火式燃焼と圧縮着火式燃焼の運転領域或いは切替え可能領域を示す図。 従来技術を適用して火花点火式燃焼から圧縮着火式燃焼へと燃焼切替えを実施した際の燃焼状態，マイナスオーバーラップ量，排気温度，着火時期，ＮＯｘ排出量、および圧力上昇率の時系列を示す図。 実施例１における、本発明の実施形態である内燃機関の制御装置を筒内噴射エンジンに適用した場合のシステム構成図。 エンジン制御装置による火花点火式燃焼のときの１サイクルの圧力プロフィールと燃料噴射タイミングを示す図。 エンジン制御装置による圧縮着火式燃焼のときの１サイクルの圧力プロフィールと燃料噴射タイミングを示す図。 実施例１における、ＥＣＵの内部構成図。 実施例１における、図３の燃焼切替え制御装置２０Ａの制御ブロック図。 実施例１における、図７の燃焼切替え実現部の制御ブロック図。 実施例１における、図８の操作量補正部の制御ブロック図。 実施例１における、燃焼切替えを実施した際の、燃焼切替えフラグ，操作量切替えフラグ，マイナスオーバーラップ量，スロットル開度，燃料噴射パルス幅、および点火信号のチャート図。 実施例１における、燃焼切替えを実施した際の、燃焼状態，マイナスオーバーラップ量，排気温度，着火時期，ＮＯｘ排出量、および圧力上昇率のチャート図。 実施例１における、図３の燃焼切替え制御装置２０Ａを示す動作フローチャート図。 実施例１における、図１２の燃焼切替実現部を示す動作フローチャート。 実施例１における、図１３の操作量補正部Ａを示す動作フローチャート。 実施例２における、図７の燃焼切替え実現部を示す制御ブロック図。 実施例２における、図１５の燃焼切替え操作量補正部Ｂを示す制御ブロック図。 実施例２における、燃焼切替えを実施した際の、燃焼切替えフラグ，操作量切替えフラグ，マイナスオーバーラップ量，スロットル開度，燃料噴射パルス幅、および点火信号のチャート図。 実施例２における、燃焼切替えを実施した際の、燃焼状態，マイナスオーバーラップ量，排気温度，着火時期，ＮＯｘ排出量、および圧力上昇率のチャート図。 実施例２における、図１２の燃焼切替実現部を示す動作フローチャート。 実施例２における、図１９の操作量補正部Ａを示す動作フローチャート。 実施例２における、燃焼切替えを実施した際の燃焼状態，三元触媒１０上流の空燃比、および三元触媒１０の下流ＮＯｘ排出量のチャート図。 実施例２における、空燃比制御手段を備えた燃焼切替え制御装置２０Ａを示す制御ブロック図。

符号の説明

１…エアフローセンサ、２…電子制御スロットル、３…インジェクタ、４…点火プラグ、５…可変プラグ、６…吸気管、７…気筒、８…排気管、９…空燃比センサ、１０…三元触媒、１１…排気温度センサ、１２…クランク軸、１３…クランク角センサ、２０…コントロールユニット(ＥＣＵ)、２０Ａ…燃焼切替え制御装置、１００…エンジン、６０１…入力回路、６０２…入出力ポート、６０３…ＲＡＭ、６０４…ＲＯＭ、６０５…ＣＰＵ、６０６…電子スロットル駆動回路、６０７…燃料噴射弁駆動回路、６０８…点火出力回路、６０９…可変バルブ駆動回路、７０１，Ｓ１２０１，２２０１…燃焼切替え判定部、
７０２，Ｓ１２０２…燃焼切替え実現部、８０１，Ｓ１３０１…操作量補正部Ａ、９０１，Ｓ１４０１…補正量演算部Ａ、９０２…スイッチ部、９０３…操作量切替え判定部Ａ、９０４…加算部、１５０１，Ｓ１９０１…操作量補正部Ｂ、１６０１，Ｓ２００１…補正量演算部Ｂ。

Claims (17)

1. 火花点火式燃焼とＥＧＲを実施して圧縮着火式燃焼との燃焼切替えを実施する内燃機関の制御装置であって、
   前記火花点火式燃焼から前記圧縮着火式燃焼へと燃焼切替えを実施する際に、
   前記燃焼切替え前の前記火花点火式燃焼のときの排気温度を低減して前記燃焼切替えを実施する第１の燃焼切替手段を備える、
   または、
   前記燃焼切替え直後の前記圧縮着火式燃焼時の前記ＥＧＲを減量して前記燃焼切替えを実施する第２の燃焼切替手段を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記火花点火式燃焼時の排気温度の低減は、排気温度を直接的または間接的に検出する排気温度検出手段を備え、前記排気温度検出手段により検出又は推定された排気温度Ｔａに基づいて、前記排気温度を低減す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。
3. 前記第１の燃焼切替手段は、前記内燃機関の燃焼室内の前記ＥＧＲの割合を増量し、前記排気温度を低減す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。
4. 前記第１の燃焼切替手段は、排気バルブの閉時期を早期化し、前記ＥＧＲを増量す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。
5. 前記第１の燃焼切替手段は、吸気工程期間中に排気バルブを開き、前記ＥＧＲを増量す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。
6. 前記第１の燃焼切替手段は、排気出口下流より吸気入口上流へ排気を循環させる装置を用い、前記ＥＧＲを増量す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。
7. 前記第１の燃焼切替手段は、燃料噴射量を減量すると共に、点火時期を早期化し、前記排気温度を低減す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。
8. 前記圧縮着火式燃焼のときの前記ＥＧＲ量の減量は、排気温度を直接的または間接的に検出する排気温度検出手段を備え、前記排気温度検出手段により検出又は推定された排気温度Ｔｂに基づいて、前記ＥＧＲを減量す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。
9. 前記排気温度検出手段は、排気温度センサ、または、筒内圧力センサ、または、イオン電流センサ、または水温センサの少なくとも１つの出力信号に基づいて、前記排気温度を推定することを特徴とする請求項２又は請求項７に記載の内燃機関の制御装置。
10. 前記第２の燃焼切替手段は、前記排気バルブの前記閉時期を遅延化し、前記ＥＧＲを減量す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。
11. 前記第２の燃焼切替手段は、前記ＥＧＲを減量する際に、総燃料噴射量を減量し、総燃料噴射量に対する排気工程期間中に排気弁と吸気弁が閉じているマイナスオーバーラップ期間中に噴射する燃料噴射量の割合を減少す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。
12. 前記第２の燃焼切替手段は、前記ＥＧＲを減量する際に、前記マイナスオーバーラップ期間中の燃料を噴射する時期を遅延化す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。
13. 前記第１の燃焼切替手段、または、前記第２の燃焼切替手段は、前記ＥＧＲを直接的または間接的に推定するＥＧＲ推定手段を備え、推定ＥＧＲに基づいて前記ＥＧＲを増量または減量す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。
14. 前記ＥＧＲ推定手段は、前記排気バルブの前記閉時期、または前記筒内圧力センサ、または前記イオン電流センサの出力信号に基づいて前記ＥＧＲを推定す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。
15. 前記第１の燃焼切替手段、または前記第２の燃焼切替手段は、前記排気出口下流に配置された排気浄化装置の浄化状態を推定する排気浄化状態推定手段を備え、排気浄化状態装置推定手段が推定した推定浄化状態に基づいて、前記燃焼切替えのときの前記排気浄化装置上流の空燃比を所定値とす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。
16. 請求項１乃至１５のうち何れか一項に記載の前記内燃機関の制御装置を備えたことを特徴とする自動車。
17. 請求項１乃至１６のうち何れか一項に記載の前記内燃機関の制御装置を備えたことを特徴とするハイブリッド自動車。
    
    

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