JP4421607B2 - 内燃機関のｅｇｒ制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、気筒内の混合気を火炎伝播燃焼に加えて自己着火燃焼させる内燃機関において、ＥＧＲ量を制御する内燃機関のＥＧＲ制御装置に関する。

従来、内燃機関のＥＧＲ制御装置として、特許文献１に記載されたものが知られている。この内燃機関は、ガソリンなどを燃料として、その燃焼モードを、混合気を火花点火により自己着火燃焼させる自己着火燃焼モードと、混合気を火花点火により火炎伝播燃焼させる火炎伝播燃焼モードとに切り換えて運転可能なタイプのものである。この内燃機関は、排気通路から吸気通路への排ガスの還流量を制御するためのＥＧＲ制御弁と、クランクシャフトに対する吸気カムシャフトの位相を変更することにより、吸気弁の開閉時期を変更するバルブタイミング機構とを備えている。また、ＥＧＲ制御装置は、吸気温を検出する吸気温センサを備えており、この吸気温センサの検出信号に基づき、点火時における気筒内の混合気すなわち未燃ガスの温度であるガス温度ＴＥを算出する。

このＥＧＲ制御装置の図７に示す制御処理では、機関負荷および機関回転数に応じて、内燃機関の運転状態が火炎伝播燃焼モードを実行可能な運転域１にあるか、または自己着火燃焼モードを実行可能な運転域２，３にあるかを判定し（ステップ１００）、自己着火燃焼モードを実行可能な運転域２，３にあると判定されたときには、目標温度ＴＥＯおよびガス温度ＴＥが算出される（ステップ１０２，１０３）。そして、ＴＥ＞ＴＥＯが成立したときには、ガス温度ＴＥを低下させるために、ＥＧＲ制御弁の開度を所定値分、減少側に制御する（ステップ１０５）。一方、ＴＥ≦ＴＥＯが成立したときには、ガス温度ＴＥを上昇させるために、ＥＧＲ制御弁の開度を所定値分、増大側に制御する（ステップ１０６）。また、このＥＧＲ制御装置では、内燃機関の運転状態が高負荷の運転域３にある場合において、ガス温度ＴＥを還流ガスにより所定範囲内まで上昇させることが困難なときには、通常の火花点火による火炎伝播燃焼モードが実行される（段落［００３７］，［００３８］，［００４８］）。

特開平１１−２１０５３９号公報

上記従来の内燃機関のＥＧＲ制御装置によれば、ＥＧＲ制御によりガス温度ＴＥを所定範囲まで上昇させるために、高温の還流ガスがＥＧＲ制御弁を介して燃焼室内に還流される構成となっているので、内燃機関の運転状態が高負荷の運転域３にある場合において、通常の火炎伝播燃焼モードを実行する際、ノッキング回避を目的として、還流ガスによる燃焼温度の低下を図ることができない。その結果、ノッキングを回避するために、点火時期のリタード制御などを実行せざるを得ないことで、燃焼効率、機関出力および運転性の低下を招いてしまうおそれがある。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、混合気を火炎伝播燃焼に加えて自己着火燃焼させる内燃機関において、燃焼効率、機関出力、運転性および排ガス特性を向上させることができる内燃機関のＥＧＲ制御装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、気筒３ａから排気通路（排気管１４）に排出された排ガスの気筒３ａ内への還流量を外部ＥＧＲ量として変更する外部ＥＧＲ装置（排気還流機構１６）と、気筒３ａ内で発生した既燃ガスを排ガスよりも高温のガスとして気筒３ａ内に残留させる残留量を内部ＥＧＲ量として変更する内部ＥＧＲ装置（排気リフト可変機構７０、排気カム位相可変機構９０）とを有し、少なくとも成層混合気を自己着火により燃焼させる成層自己着火燃焼モードと、成層混合気を火花点火により燃焼させる成層火炎伝播燃焼モードと、均質混合気を火花点火により燃焼させる均質火炎伝播燃焼モードとを含む複数の燃焼モードの間で燃焼モードを切り換えて運転される内燃機関３のＥＧＲ制御装置１であって、複数の燃焼モードのいずれかを選択する燃焼モード選択手段（ＥＣＵ２、ステップ１０〜１４）と、選択された燃焼モードに応じて、内部ＥＧＲ量および外部ＥＧＲ量の総和の目標となる総目標ＥＧＲ量ＮＥＧＲｔｔｌ＿ｉを算出する総目標ＥＧＲ量算出手段（ＥＣＵ２、ステップ２１，２６，３０）と、選択された燃焼モードに応じて、気筒３ａ内の未燃ガスの目標温度を目標筒内ガス温度ＴｅｍｐＣＹＬ＿ｉとして設定する目標筒内ガス温度設定手段（ＥＣＵ２、ステップ２２，２７，３１）と、気筒３ａ内に残留した既燃ガスの温度を既燃ガス温度ＴＥＸＧＡＳとして算出する既燃ガス温度算出手段（ＥＣＵ２）と、気筒３ａ内に残留した既燃ガスの周囲の温度を周囲温度ＴｅｍｐＢとして算出する周囲温度算出手段（ＥＣＵ２、ステップ４２）と、算出された既燃ガス温度（既燃ガス温度の前回値ＴＥＸＧＡＳｚ）および算出された周囲温度（周囲温度の前回値ＴｅｍｐＢｚ）を用いて、混合気の次回の燃焼時に用いられるときの既燃ガスの温度を内部ＥＧＲ温度ＴＥＧＲとして算出する内部ＥＧＲ温度算出手段（ＥＣＵ２、ステップ４１）と、算出された内部ＥＧＲ温度ＴＥＧＲおよび設定された目標筒内ガス温度ＴｅｍｐＣＹＬ＿ｉを用いて、内部ＥＧＲ量の目標となる目標内部ＥＧＲ量ＮＥＧＲｉｎｔ＿ｉを算出する目標内部ＥＧＲ量算出手段（ＥＣＵ２、ステップ２３，２８，３２）と、算出された総目標ＥＧＲ量ＮＥＧＲｔｔｌ＿ｉから算出された目標内部ＥＧＲ量ＮＥＧＲｉｎｔ＿ｉを減算することにより、外部ＥＧＲ量の目標となる目標外部ＥＧＲ量ＮＥＧＲｅｘｔ＿ｉを算出する目標外部ＥＧＲ量算出手段（ＥＣＵ２、ステップ２４，２９，３３）と、内部ＥＧＲ装置および外部ＥＧＲ装置を駆動することにより、内部ＥＧＲ量および外部ＥＧＲ量を、目標内部ＥＧＲ量ＮＥＧＲｉｎｔ＿ｉおよび目標外部ＥＧＲ量ＮＥＧＲｅｘｔ＿ｉになるようにそれぞれ制御するＥＧＲ制御手段（ＥＣＵ２、ステップ７，３４〜３６）と、を備えることを特徴とする。

この内燃機関のＥＧＲ制御装置によれば、選択された燃焼モードに応じて、総目標ＥＧＲ量および目標筒内ガス温度が算出され、既燃ガス温度および周囲温度が算出され、これらの既燃ガス温度および周囲温度を用いて、混合気の次回の燃焼時に用いられるときの既燃ガスの温度が内部ＥＧＲ温度として算出され、これらの内部ＥＧＲ温度および目標筒内ガス温度を用いて、目標内部ＥＧＲ量が算出されるとともに、総目標ＥＧＲ量から目標内部ＥＧＲ量を減算することにより、目標外部ＥＧＲ量が算出される。そして、内部ＥＧＲ装置および外部ＥＧＲ装置を駆動することにより、このように算出された目標内部ＥＧＲ量および目標外部ＥＧＲ量になるように、内部ＥＧＲ量および外部ＥＧＲ量がそれぞれ制御される。このように、内部ＥＧＲ量および外部ＥＧＲ量を制御することにより、成層自己着火燃焼モードが選択されたときには、燃焼室内の成層混合気の温度を、これが適切に自己着火燃焼するような温度まで上昇させることができ、成層混合気を確実に自己着火燃焼させることができる。

その結果、以下に述べるように、成層混合気を自己着火燃焼させたときの技術的な利点を得ることができる。すなわち、成層混合気の燃焼特性に起因して、均質混合気を燃焼させたときよりも安定な燃焼状態が得られることで、総ＥＧＲ量を均質火炎伝播燃焼モードよりも大きな値に制御することができる。それにより、内燃機関がスロットル弁機構を備えている場合、スロットル弁をより大きな開度に制御できることで、ポンピングロスを低減できるとともに、燃焼効率を向上させることができる。これに加えて、成層混合気全体が同時に燃焼するのに起因して、燃焼温度を低下させることができ、それにより、ＮＯｘ排出量を低減することができ、排ガス特性を向上させることができる。

また、成層火炎伝播燃焼モードが選択されたときにも、成層自己着火燃焼モードと同様に、成層混合気の燃焼特性に起因して、均質混合気を燃焼させたときよりも安定な燃焼状態が得られることで、総ＥＧＲ量を均質火炎伝播燃焼モードよりも大きな値に設定することができる。それにより、総目標ＥＧＲ量における目標外部ＥＧＲ量の割合が高いときには、燃焼温度を低下させることで、ＮＯｘ排出量を低減することができ、排ガス特性を向上させることができる。一方、総目標ＥＧＲ量における目標内部ＥＧＲ量の割合が高いときには、燃焼温度を上昇させることで、部分自己着火燃焼を発生させることができ、それにより、ＮＯｘ排出量を低減することができ、排ガス特性を向上させることができる。

さらに、均質火炎伝播燃焼モードが選択されたときには、総目標ＥＧＲ量を燃焼状態の低下を招かないような領域の上限値に設定することにより、良好な燃焼状態を確保しながら、ポンピングロスを可能な限り低減することができる。これに加えて、総目標ＥＧＲ量において、既燃ガスと比べて低温の還流ガスの割合が高くなるように設定することにより、内燃機関の高負荷運転時、点火時期のリタード制御を可能な限り回避しながら、還流ガスによってノッキングの発生を適切に抑制することができる。それにより、燃焼効率、機関出力および運転性を向上させることができる。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の内燃機関３のＥＧＲ制御装置１において、総目標ＥＧＲ量算出手段は、成層自己着火燃焼モードおよび成層火炎伝播燃焼モードの一方が選択されたときには、総目標ＥＧＲ量ＮＥＧＲｔｔｌ＿１，ＮＥＧＲｔｔｌ＿２を、均質火炎伝播燃焼モードが選択されたときよりも大きい値に設定する（図１２）ことを特徴とする。

この内燃機関のＥＧＲ制御装置によれば、内燃機関の燃焼モードが成層自己着火燃焼モードまたは成層火炎伝播燃焼モードであるときには、総目標ＥＧＲ量が、均質火炎伝播燃焼モードのときよりも大きい値に設定される。この場合、成層自己着火燃焼モードおよび成層火炎伝播燃焼モードでは、成層混合気の燃焼特性に起因して、均質混合気を燃焼させる均質火炎伝播燃焼モードと比べて、ＥＧＲ量を増大した状態でも安定な燃焼状態を得ることができる。それにより、均質火炎伝播燃焼モードと比べて、ポンピングロスを低減しながら、燃焼効率を向上させることができ、良好な燃費を確保することができる。

以下、図面を参照しながら、本発明の一実施形態に係る内燃機関のＥＧＲ制御装置について説明する。図２に示すように、このＥＧＲ制御装置１は、ＥＣＵ２を備えており、このＥＣＵ２は、後述するように、内燃機関（以下「エンジン」という）３の運転状態に応じて、ＥＧＲ制御処理などの各種の制御処理を実行する。

図１および図３に示すように、エンジン３は、４組の気筒３ａおよびピストン３ｂ（１組のみ図示）を有する直列４気筒ガソリンエンジンであり、図示しない車両に搭載されているとともに、各気筒３ａのピストン３ｂとシリンダヘッド３ｃとの間に燃焼室３ｅが形成されている。

エンジン３は、気筒３ａ毎に設けられた一対の吸気弁４，４（１つのみ図示）および一対の排気弁７，７（１つのみ図示）と、吸気カムシャフト５および吸気カム６を有するとともに各吸気弁４を開閉駆動する吸気側動弁機構４０と、排気カムシャフト８および排気カム９を有するとともに各排気弁７を開閉駆動する排気側動弁機構６０と、燃料噴射弁１０（図２参照）と、点火プラグ１１（図２参照）などを備えている。

吸気カムシャフト５および排気カムシャフト８はそれぞれ、図示しないホルダを介して、シリンダヘッド３ｃに回動自在に取り付けられているとともに、気筒３ａの配列方向に沿って延びている。この吸気カムシャフト５の一端部上には、吸気スプロケット（図示せず）が同軸に配置され、回転自在に設けられている。

この吸気スプロケットは、吸気カムシャフト５に固定されており、図示しないタイミングチェーンを介してクランクシャフト３ｄに連結されている。以上の構成により、吸気カムシャフト５は、クランクシャフト３ｄが２回転する毎に１回転する。また、吸気カム６は、気筒３ａ毎に吸気カムシャフト５上にこれと一体に回転するように設けられている。

また、吸気側動弁機構４０は、クランクシャフト３ｄの回転に伴う吸気カムシャフト５の回転により、各気筒３ａの吸気弁４を開閉駆動するものであり、吸気カムシャフト５、吸気カム６、ロッカアームシャフト４２および２つのロッカアーム４３，４３（１つのみ図示）などを備えている。この吸気弁側動弁機構４０では、吸気カムシャフト５が回転すると、ロッカアームシャフト４２を中心として、２つのロッカアーム４３，４３が回動し、それにより、吸気弁４が開閉駆動される。

さらに、排気カムシャフト８の一端部上には、排気スプロケット（図示せず）が同軸に配置され、回転自在に設けられている。この排気スプロケットは、図示しないタイミングチェーンを介してクランクシャフト３ｄに連結され、後述する排気カム位相可変機構９０を介して排気カムシャフト８に連結されている。以上の構成により、排気カムシャフト８は、クランクシャフト３ｄが２回転する毎に１回転する。さらに、排気カム９は、排気カムシャフト８上にこれと一体に回転するように気筒３ａ毎に設けられている。

さらに、排気側動弁機構６０は、クランクシャフト３ｄの回転に伴う排気カムシャフト８の回転により、各気筒３ａの排気弁７を開閉駆動するものであり、後述するように、排気弁７の最大リフトおよびバルブタイミングを無段階に変更する可変式の動弁機構で構成されている。なお、本実施形態では、「排気弁７の最大リフト（以下「排気リフト」という）」は、排気弁７の最大揚程を表すものとする。

一方、燃料噴射弁１０は、気筒３ａ毎に設けられ、燃料を燃焼室３ｅ内に直接噴射するようにシリンダヘッド３ｃに取り付けられている。すなわち、エンジン３は直噴エンジンとして構成されている。また、燃料噴射弁１０は、ＥＣＵ２に電気的に接続されており、ＥＣＵ２により、後述するように、開弁時間および開弁タイミングが制御される。

また、点火プラグ１１も、気筒３ａ毎に設けられ、シリンダヘッド３ｃに取り付けられている。点火プラグ１１は、ＥＣＵ２に電気的に接続されており、ＥＣＵ２により、後述する点火時期に応じたタイミングで燃焼室３ｅ内の混合気を燃焼させるように、放電状態が制御される。

一方、エンジン３には、クランク角センサ２０および水温センサ２１が設けられている。このクランク角センサ２０は、マグネットロータおよびＭＲＥピックアップで構成されており、クランクシャフト３ｄの回転に伴い、いずれもパルス信号であるＣＲＫ信号およびＴＤＣ信号をＥＣＵ２に出力する。

このＣＲＫ信号は、所定クランク角（例えば３０゜）毎に１パルスが出力され、ＥＣＵ２は、このＣＲＫ信号に基づき、エンジン３の回転数（以下「エンジン回転数」という）ＮＥを算出する。また、ＴＤＣ信号は、各気筒３ａのピストン３ｂが吸気行程のＴＤＣ位置よりも若干、手前の所定のクランク角位置にあることを表す信号であり、所定クランク角毎に１パルスが出力される。

さらに、水温センサ２１は、エンジン３のシリンダブロック内を循環する冷却水の温度であるエンジン水温ＴＷを検出して、それを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。

一方、エンジン３の吸気管１２には、スロットル弁機構１３が設けられており、このスロットル弁機構１３は、スロットル弁１３ａおよびこれを開閉駆動するＴＨアクチュエータ１３ｂなどを備えている。スロットル弁１３ａは、吸気管１２の途中に回動自在に設けられており、回動に伴う開度の変化により吸気管１２内の新気流量を変化させる。

ＴＨアクチュエータ１３ｂは、ＥＣＵ２に接続されたモータにギヤ機構（いずれも図示せず）を組み合わせたものであり、ＥＣＵ２からの制御入力によって駆動されることにより、スロットル弁１３ａの開度（以下「スロットル弁開度」という）ＴＨを変化させる。以上の構成により、ＥＣＵ２は、スロットル弁機構１３を介して、スロットル弁開度ＴＨを、後述する目標スロットル弁開度ＴＨ＿ＣＭＤになるように制御する。

また、吸気管１２のスロットル弁機構１３よりも下流側には、吸気温センサ２２および吸気管内圧センサ２３（いずれも図２参照）が設けられている。この吸気温センサ２２は、吸気管１２内を流れる空気の温度（以下「吸気温」という）ＴＡを検出して、それを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。

吸気管内圧センサ２３は、例えば半導体圧力センサなどで構成され、吸気管１２内の圧力（以下「吸気管内圧」という）ＰＢＡを検出して、それを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。この吸気管内圧ＰＢＡは、絶対圧として検出される。

また、エンジン３には、排気還流機構１６（外部ＥＧＲ装置）が設けられている。この排気還流機構１６は、排気管１４（排気通路）内の排ガスを吸気管１２側に還流させるものであり、吸気管１２および排気管１４の間に接続されたＥＧＲ管１６ａと、このＥＧＲ管１６ａを開閉するＥＧＲ制御弁１６ｂなどで構成されている。ＥＧＲ管１６ａの一端は、排気管１４の触媒装置（図示せず）よりも上流側の部分に開口し、他端は、吸気管１２のスロットル弁機構１３よりも下流側の部分に開口している。

また、ＥＧＲ制御弁１６ｂは、リニア電磁弁タイプのもので、ＥＣＵ２からの制御入力に応じて、そのリフト（以下「ＥＧＲリフト」という）が最大値と最小値との間でリニアに変化するように構成されており、それにより、ＥＧＲ管１６ａの開度すなわち排気還流量（以下「外部ＥＧＲ量」という）を変化させる。

このＥＧＲ制御弁１６ｂには、ＥＧＲリフトセンサ２４が取り付けられており、ＥＧＲリフトセンサ２４は、ＥＧＲ制御弁１６ｂの実際のＥＧＲリフトＬＡＣＴを検出して、それを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。ＥＣＵ２は、後述するように、ＥＧＲ制御弁１６ｂを介して、ＥＧＲリフトＬＡＣＴが目標ＥＧＲリフトＬＣＭＤに収束するように、外部ＥＧＲ量を制御する。なお、以下の説明では、排気還流機構１６により排気を還流させることを「外部ＥＧＲ」といい、その還流ガスを「外部ＥＧＲガス」という。

また、ＥＧＲ管１６ａのＥＧＲ制御弁１６ｂよりも上流側には、ＥＧＲクーラ１７が設けられている。このＥＧＲクーラ１７は、エンジン３の冷却水を冷媒として用いる水冷式のものであり、外部ＥＧＲガスは、ＥＧＲクーラ１７内を通過する際、冷却水との熱交換により冷却される。

次に、前述した排気側動弁機構６０について説明する。この排気側動弁機構６０は、図４に示すように、排気カムシャフト８、排気カム９、排気リフト可変機構７０および排気カム位相可変機構９０などを備えている。なお、本実施形態では、排気リフト可変機構７０および排気カム位相可変機構９０が内部ＥＧＲ装置に相当する。

この排気リフト可変機構７０は、クランクシャフト３ｄの回転に伴う排気カムシャフト８の回転により排気弁７を開閉駆動するとともに、排気リフトを値０と所定の最大値ＬＥＸＭＡＸ（図５参照）との間で無段階に変更するものであり、本出願人が特願２００５−２８８０５７号で既に提案したものと同様に構成されているので、以下、その概略を簡単に説明する。

この排気リフト可変機構７０は、コントロールシャフト７１およびロッカアームシャフト７２と、これらのシャフト７１，７２上に気筒３ａ毎に設けられたロッカアーム機構７３と、これらのロッカアーム機構７３を同時に駆動する排気リフトアクチュエータ８０（図２参照）などを備えている。

このロッカアーム機構７３は、リンク７４ａ、ローラ軸７４ｂ、ローラ７４ｃ、ロッカアーム７５などを備えている。また、排気リフトアクチュエータ８０は、モータおよび減速ギヤ機構（いずれも図示せず）などを組み合わせたものであり、ＥＣＵ２に電気的に接続されており、ＥＣＵ２からの制御入力によって駆動されると、コントロールシャフト７１を回動させ、それにより、リンク７４ａをローラ軸７４ｂを中心として回動させる。

このリンク７４ａが図４に実線で示すゼロリフト位置にある場合、排気カム９が回転し、そのカムノーズによりローラ７４ｃがロッカアームシャフト７２側に押されると、リンク７４ａはコントロールシャフト７１を中心として、図４の時計回りに回動する。その際、ロッカアーム７５の案内面７５ａがコントロールシャフト７１を中心とする円弧と一致するような形状を有しているので、バルブスプリングの付勢力により、ロッカアーム７５は図４に示す閉弁位置に保持される。それにより、排気リフトは値０に保持され、排気弁７は閉弁状態に保持される。

一方、リンク７４ａがゼロリフト位置から最大リフト位置（図４の２点鎖線で示す位置）側の位置まで回動し、その位置に保持されている状態では、排気カム９の回転により、リンク７４ａがコントロールシャフト７１を中心として図４の時計回りに回動すると、ロッカアーム７５は、バルブスプリングの付勢力に抗しながら、図４に示す閉弁位置から下方に回動し、排気弁７を開放する。その際、ロッカアーム７５の回動量すなわち排気リフトは、リンク７４ａが最大リフト位置側に近い位置にあるほど、より大きくなる。

以上の理由により、排気弁７は、リンク７４ａが最大リフト位置側に近い位置にあるほど、より大きなリフトで開弁する。より具体的には、排気カム９の回転中、排気弁７は、リンク７４ａが最大リフト位置にあるときには、図５に実線で示すバルブリフト曲線に従って開弁し、排気リフトは、その最大値ＬＥＸＭＡＸを示す。したがって、この排気リフト可変機構７０では、排気リフトアクチュエータ８０を介して、リンク７４ａをゼロリフト位置と最大リフト位置との間で回動させることにより、排気リフトを値０と所定の最大値ＬＥＸＭＡＸとの間で無段階に変化させることができる。

また、排気リフト可変機構７０には、回動角センサ２５が設けられており（図２参照）、この回動角センサ２５は、コントロールシャフト７１の回動角ＳＡＡＥＸを検出して、それを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。

次に、排気カム位相可変機構９０について説明する。この排気カム位相可変機構９０は、排気カムシャフト８のクランクシャフト３ｄに対する相対的な位相（以下「排気カム位相」という）ＣＡＥＸを無段階に進角側または遅角側に変更するものであり、この排気カム位相可変機構９０は、本出願人が特開２００５−３１５１６１号公報で既に提案したものと同様に構成されているので、以下、その概略を簡単に説明する。

この排気カム位相可変機構９０は、排気カムシャフト８の排気スプロケット側の端部に設けられており、排気カム位相電磁弁９１と、これを介して油圧が供給される進角室および遅角室（いずれも図示せず）などを備えている。この、排気カム位相電磁弁９１は、ＥＣＵ２に接続されており、ＥＣＵ２からの制御入力に応じて、進角室および遅角室に供給する油圧を変化させることで、排気カム位相ＣＡＥＸを所定の最遅角値と所定の最進角値との間で無段階に連続的に変化させる。それにより、排気弁７のバルブタイミングは、図６に実線で示す最遅角タイミングと、図６に２点鎖線で示す最進角タイミングとの間で無段階に変更される。

一方、排気カムシャフト８の排気カム位相可変機構９０と反対側の端部には、排気カム角センサ２６（図２参照）が設けられている。この排気カム角センサ２６は、例えばマグネットロータおよびＭＲＥピックアップで構成されており、排気カムシャフト８の回転に伴い、パルス信号であるＥＸＣＡＭ信号を所定のカム角（例えば１゜）ごとにＥＣＵ２に出力する。ＥＣＵ２は、このＥＸＣＡＭ信号および前述したＣＲＫ信号に基づき、排気カム位相ＣＡＥＸを算出する。

以上のように、このエンジン３では、排気側動弁機構６０により、排気弁７のリフトおよびバルブタイミングを無段階に変更でき、それにより、気筒３ａ内に残留する既燃ガスの量すなわち内部ＥＧＲ量を自在に変更できるように構成されている。この既燃ガスは、排気還流機構１６により還流される排ガスよりも高い温度を示す。

さらに、ＥＣＵ２には、アクセル開度センサ２７が接続されている。このアクセル開度センサ２７は、図示しないアクセルペダルの操作量であるアクセル開度ＡＰを検出して、それを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。

一方、ＥＣＵ２は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭおよびＩ／Ｏインターフェース（いずれも図示せず）などからなるマイクロコンピュータで構成されており、前述した各種のセンサ２０〜２７の検出信号などに応じて、エンジン３の運転状態を判別するとともに、各種の制御処理を実行する。

具体的には、ＥＣＵ２は、エンジン３の運転状態に応じて、後述するように、ＥＧＲ制御処理、燃料噴射制御処理、点火時期制御処理および可変機構制御処理などを実行する。これらの制御処理により、エンジン３は、後述する燃焼モード値ＳＴＳ＿ＢＵＲＮＣＭＤに応じて、成層自己着火燃焼モード、成層火炎伝播燃焼モードおよび均質火炎伝播燃焼モードのいずれかの燃焼モードで運転される。

この成層自己着火燃焼モードは、燃料を圧縮行程のみで噴射することにより成層混合気を生成し、これを自己着火燃焼させるものであり、後述するように、エンジン３の運転状態が第１運転域（図９参照）にあるときに実行される。なお、この成層自己着火燃焼モードの場合、成層混合気が自己着火燃焼するような状態で生成されるので、火花点火は本質的に不要であるが、失火防止と、自己着火燃焼タイミングを適切に制御することを目的として、このエンジン３では、成層自己着火燃焼モードでも、点火プラグ１１による火花点火が実行される。

また、成層火炎伝播燃焼モードは、燃料を圧縮行程のみで噴射することにより成層混合気を生成し、これを火花点火により火炎伝播燃焼させるものであり、後述するように、エンジン３の運転状態が所定の第２運転域（図９参照）にあるときに実行される。

さらに、均質火炎伝播燃焼モードは、燃料を吸気行程で噴射することにより、均質混合気を生成し、これを火花点火により火炎伝播燃焼させるものであり、エンジン３の運転状態が上述した第１および第２運転域以外の所定の第３運転域（図９参照）にあるときに実行される。

なお、本実施形態では、ＥＣＵ２が、燃焼モード選択手段、総目標ＥＧＲ量算出手段、目標筒内ガス温度設定手段、既燃ガス温度算出手段、周囲温度算出手段、内部ＥＧＲ温度算出手段、目標内部ＥＧＲ量算出手段、目標外部ＥＧＲ量算出手段およびＥＧＲ制御手段に相当する。

以下、図７を参照しながら、ＥＣＵ２により所定の制御周期で実行される各種の制御処理について説明する。なお、以下の制御処理において算出または設定される各種の値は、ＥＣＵ２のＲＡＭ内に記憶されるものとする。

この処理では、まず、ステップ１（図では「Ｓ１」と略す。以下同じ）で、要求トルクＰＭＣＭＤを算出する。この要求トルクＰＭＣＭＤは、具体的には、エンジン回転数ＮＥおよびアクセル開度ＡＰに応じて、図示しないマップを検索することにより算出される。

次いで、ステップ２に進み、燃焼モード値ＳＴＳ＿ＢＵＲＮＣＭＤを設定する。この燃焼モード値ＳＴＳ＿ＢＵＲＮＣＭＤは、具体的には、図８に示すように設定される。同図に示すように、まず、ステップ１０で、図９に示すマップを参照することにより、エンジン回転数ＮＥおよび要求トルクＰＭＣＭＤが、同図にハッチングで示す第１運転域にあるか否かを判別する。

この判別結果がＹＥＳで、エンジン回転数ＮＥおよび要求トルクＰＭＣＭＤが第１運転域にあるときには、成層自己着火燃焼モードを実行すべきであると判定して、ステップ１１に進み、それを表すために燃焼モード値ＳＴＳ＿ＢＵＲＮＣＭＤを値１に設定する。その後、本処理を終了する。

一方、ステップ１０の判別結果がＮＯのときには、ステップ１２に進み、前述した図９のマップを参照することにより、エンジン回転数ＮＥおよび要求トルクＰＭＣＭＤが、同図にハッチングで示す第２運転域にあるか否かを判別する。

この判別結果がＹＥＳで、エンジン回転数ＮＥおよび要求トルクＰＭＣＭＤが第２運転域にあるときには、成層火炎伝播燃焼モードを実行すべきであると判定して、ステップ１３に進み、それを表すために燃焼モード値ＳＴＳ＿ＢＵＲＮＣＭＤを値２に設定する。その後、本処理を終了する。

一方、ステップ１２の判別結果がＮＯで、エンジン回転数ＮＥおよび要求トルクＰＭＣＭＤが第１および第２運転域以外の第３運転域にあるときには、均質火炎伝播燃焼モードを実行すべきであると判定して、ステップ１４に進み、それを表すために燃焼モード値ＳＴＳ＿ＢＵＲＮＣＭＤを値３に設定する。その後、本処理を終了する。

図７に戻り、ステップ２で以上のように燃焼モード値ＳＴＳ＿ＢＵＲＮＣＭＤを設定した後、ステップ３に進み、ＥＧＲ制御処理を実行する。このＥＧＲ制御処理では、以下に述べるように、排気還流機構１６を介して外部ＥＧＲ量を制御するために、目標ＥＧＲリフトＬＣＭＤが算出されるとともに、排気リフト可変機構７０および排気カム位相可変機構９０を介して内部ＥＧＲ量を制御するために、目標回動角ＳＡＡＥＸＣＭＤおよび目標排気カム位相ＣＡＥＸＣＭＤを算出される。

ＥＧＲ制御処理は、具体的には図１０に示すように実行される。すなわち、まず、ステップ２０で、燃焼モード値ＳＴＳ＿ＢＵＲＮＣＭＤが値１であるか否かを判別する。この判別結果がＹＥＳで、エンジン回転数ＮＥおよび要求トルクＰＭＣＭＤが第１運転域にあって、成層自己着火燃焼モードを実行すべきときには、ステップ２１に進み、エンジン回転数ＮＥおよび要求トルクＰＭＣＭＤに応じて、図示しないマップを検索することにより、成層自己着火燃焼モード用の総目標ＥＧＲ量ＮＥＧＲｔｔｌ＿１を算出する。

次いで、ステップ２２に進み、エンジン回転数ＮＥおよび要求トルクＰＭＣＭＤに応じて、図示しないマップを検索することにより、成層自己着火燃焼モード用の目標筒内ガス温度ＴｅｍｐＣＹＬ＿１を算出する。

次に、ステップ２３で、成層自己着火燃焼モード用の目標内部ＥＧＲ量ＮＥＧＲｉｎｔ＿１を算出する。この算出処理は、具体的には、図１１に示すように実行される。

まず、ステップ４０で、下式（１）により、未燃ガス量ＧＣＹＬを算出する。この未燃ガス量ＧＣＹＬは、今回の制御タイミングで気筒３ａ内に充填される総ガス量の推定値、すなわち、新気量と外部ＥＧＲ量と内部ＥＧＲ量の総和の推定値に相当するものである。

上式（１）は、気体の状態方程式より導出されるものであり、同式（１）において、ＴｅｍｐＣＹＬＡ＿１は、成層自己着火燃焼モード用の目標筒内ガス温度ＴｅｍｐＣＹＬ＿１の絶対温度換算値であり、Ｋは、気筒３ａの容積および気体定数などに基づいて決定される定数である。

次に、ステップ４１に進み、下式（２）により、内部ＥＧＲ温度ＴＥＧＲを算出する。この内部ＥＧＲ温度ＴＥＧＲは、気筒３ａ内に残留した既燃ガスが次回の燃焼時に内部ＥＧＲガスとして用いられるときの温度に相当する。

上式（２）において、ＴＥＸＧＡＳｚは、既燃ガス温度ＴＥＸＧＡＳの前回値であり、この既燃ガス温度ＴＥＸＧＡＳは、その具体的な算出手法はここでは省略するが、本出願人が特願２００５−２８８０６１号で提案した算出手法により算出される。また、ＴｅｍｐＢｚは、後述する周囲温度ＴｅｍｐＢの前回値であり、αおよびβは、α＋β＝１，０＜α＜１，０＜β＜１が成立するように設定される所定の重み係数である。すなわち、内部ＥＧＲ温度ＴＥＧＲは、２つの値ＴｅｍｐＢｚ，ＴＥＸＧＡＳｚの加重平均値として算出される。

ステップ４１に続くステップ４２で、下式（３）により、周囲温度ＴｅｍｐＢを算出する。この周囲温度ＴｅｍｐＢは、気筒３ａ内に残留した既燃ガスが次回の燃焼時に用いられるまでの間において、既燃ガスの温度に影響を及ぼす周囲の温度（例えば、気筒３ａの内壁温度）を表すものである。

次いで、ステップ４３に進み、下式（４）により、成層自己着火燃焼モード用の目標内部ＥＧＲ量ＮＥＧＲｉｎｔ＿１を算出する。その後、本処理を終了する。

図１０に戻り、ステップ２３で以上のように成層自己着火燃焼モード用の目標内部ＥＧＲ量ＮＥＧＲｉｎｔ＿１を算出した後、ステップ２４に進み、下式（５）により、成層自己着火燃焼モード用の目標外部ＥＧＲ量ＮＥＧＲｅｘｔ＿１を算出する。

一方、ステップ２０の判別結果がＮＯのときには、ステップ２５に進み、燃焼モード値ＳＴＳ＿ＢＵＲＮＣＭＤが値２であるか否かを判別する。この判別結果がＹＥＳで、エンジン回転数ＮＥおよび要求トルクＰＭＣＭＤが第２運転域にあって、成層火炎伝播燃焼モードを実行すべきときには、ステップ２６に進み、エンジン回転数ＮＥおよび要求トルクＰＭＣＭＤに応じて、図示しないマップを検索することにより、成層火炎伝播燃焼モード用の総目標ＥＧＲ量ＮＥＧＲｔｔｌ＿２を算出する。

次いで、ステップ２７に進み、エンジン回転数ＮＥおよび要求トルクＰＭＣＭＤに応じて、図示しないマップを検索することにより、成層火炎伝播燃焼モード用の目標筒内ガス温度ＴｅｍｐＣＹＬ＿２を算出する。

ステップ２７に続くステップ２８で、成層火炎伝播燃焼モード用の目標内部ＥＧＲ量ＮＥＧＲｉｎｔ＿２を算出する。この成層火炎伝播燃焼モード用の目標内部ＥＧＲ量ＮＥＧＲｉｎｔ＿２は、前述した式（１）〜（４）において、成層自己着火燃焼モード用の３つの値ＴｅｍｐＣＹＬＡ＿１，ＴｅｍｐＣＹＬ＿１，ＮＥＧＲｉｎｔ＿１をそれぞれ、成層火炎伝播燃焼モード用の３つの値ＴｅｍｐＣＹＬＡ＿２，ＴｅｍｐＣＹＬ＿２，ＮＥＧＲｔｔｌ＿２に置き換えた数式により算出される。

次に、ステップ２９に進み、成層火炎伝播燃焼モード用の目標外部ＥＧＲ量ＮＥＧＲｅｘｔ＿２を算出する。この成層火炎伝播燃焼モード用の目標外部ＥＧＲ量ＮＥＧＲｅｘｔ＿２は、前述した式（５）において、成層自己着火燃焼モード用の３つの値ＮＥＧＲｅｘｔ＿１，ＮＥＧＲｔｔｌ＿１，ＮＥＧＲｉｎｔ＿１をそれぞれ、成層火炎伝播燃焼モード用の３つの値ＮＥＧＲｅｘｔ＿２，ＮＥＧＲｔｔｌ＿２，ＮＥＧＲｉｎｔ＿２に置き換えた式により算出される。

一方、ステップ２５の判別結果がＮＯで、エンジン回転数ＮＥおよび要求トルクＰＭＣＭＤが第３運転域にあって、均質火炎伝播燃焼モードを実行すべきときには、ステップ３０に進み、エンジン回転数ＮＥおよび要求トルクＰＭＣＭＤに応じて、図示しないマップを検索することにより、均質火炎伝播燃焼モード用の総目標ＥＧＲ量ＮＥＧＲｔｔｌ＿３を算出する。このマップでは、均質火炎伝播燃焼モード用の総目標ＥＧＲ量ＮＥＧＲｔｔｌ＿３は、燃焼状態の低下を招かないような領域の上限値に設定されている。

なお、以下の説明では、３つの燃焼モード用の総目標ＥＧＲ量ＮＥＧＲｔｔｌ＿１，ＮＥＧＲｔｔｌ＿２，ＮＥＧＲｔｔｌ＿３をまとめて、「ＮＥＧＲｔｔｌ＿１〜３」または「ＮＥＧＲｔｔｌ＿ｉ」と適宜、表記する。また、「ＮＥＧＲｔｔｌ＿ｉ」におけるｉは、値１〜３を意味する添字である。

ここで、以上のステップ２１，２６，３０でそれぞれ用いられる３つのマップでは、３つの燃焼モード用の総目標ＥＧＲ量ＮＥＧＲｔｔｌ＿１〜３は、図１２に示すような関係に設定されている。同図は、エンジン回転数ＮＥが所定回転数であるときの、要求トルクＰＭＣＭＤに対する３つの総目標ＥＧＲ量ＮＥＧＲｔｔｌ＿１〜３の関係を示しており、図中のＰＭＣＭＤ１，ＰＭＣＭＤ２は、ＰＭＣＭＤ１＜ＰＭＣＭＤ２が成立する要求トルクＰＭＣＭＤの所定値を表している。

同図に示すように、ＰＭＣＭＤ１＜ＰＭＣＭＤ＜ＰＭＣＭＤ２の領域では、成層自己着火燃焼モード用および成層火炎伝播燃焼モード用の総目標ＥＧＲ量ＮＥＧＲｔｔｌ＿１，ＮＥＧＲｔｔｌ＿２は、均質火炎伝播燃焼モード用の総目標ＥＧＲ量ＮＥＧＲｔｔｌ＿３よりも大きい値に設定されている。これは、成層自己着火燃焼モードおよび成層火炎伝播燃焼モードの場合、成層混合気の燃焼特性に起因して、均質混合気を燃焼させる均質火炎伝播燃焼モードと比べて、ＥＧＲ量を増大した状態でも安定な燃焼状態を得ることができることによる。

ステップ３０に続くステップ３１で、エンジン回転数ＮＥおよび要求トルクＰＭＣＭＤに応じて、図示しないマップを検索することにより、均質火炎伝播燃焼モード用の目標筒内ガス温度ＴｅｍｐＣＹＬ＿３を算出する。なお、以下の説明では、３つの燃焼モード用の目標筒内ガス温度ＴｅｍｐＣＹＬ＿１，ＴｅｍｐＣＹＬ＿２，ＴｅｍｐＣＹＬ＿３をまとめて、「ＴｅｍｐＣＹＬ＿１〜３」または「ＴｅｍｐＣＹＬ＿ｉ」と適宜、表記する。

次いで、ステップ３２に進み、均質火炎伝播燃焼モード用の目標内部ＥＧＲ量ＮＥＧＲｉｎｔ＿３を算出する。この均質火炎伝播燃焼モード用の目標内部ＥＧＲ量ＮＥＧＲｉｎｔ＿３は、前述した式（１）〜（４）において、成層自己着火燃焼モード用の３つの値ＴｅｍｐＣＹＬＡ＿１，ＴｅｍｐＣＹＬ＿１，ＮＥＧＲｉｎｔ＿１をそれぞれ、均質火炎伝播燃焼モード用の３つの値ＴｅｍｐＣＹＬＡ＿３，ＴｅｍｐＣＹＬ＿３，ＮＥＧＲｔｔｌ＿３に置き換えた数式により算出されるとともに、エンジン３の高負荷運転時には、総目標ＥＧＲ量ＮＥＧＲｔｔｌ＿３において、既燃ガスと比べて低温の還流ガスの割合が高くなるような値に算出される。なお、以下の説明では、３つの燃焼モード用の目標内部ＥＧＲ量ＮＥＧＲｉｎｔ＿１，ＮＥＧＲｉｎｔ＿２，ＮＥＧＲｉｎｔ＿３をまとめて、「ＮＥＧＲｉｎｔ＿１〜３」または「ＮＥＧＲｉｎｔ＿ｉ」と適宜、表記する。

次に、ステップ３３に進み、均質火炎伝播燃焼モード用の目標外部ＥＧＲ量ＮＥＧＲｅｘｔ＿３を算出する。この均質火炎伝播燃焼モード用の目標外部ＥＧＲ量ＮＥＧＲｅｘｔ＿３は、前述した式（５）において、成層自己着火燃焼モード用の３つの値ＮＥＧＲｅｘｔ＿１，ＮＥＧＲｔｔｌ＿１，ＮＥＧＲｉｎｔ＿１をそれぞれ、均質火炎伝播燃焼モード用の３つの値ＮＥＧＲｅｘｔ＿３，ＮＥＧＲｔｔｌ＿３，ＮＥＧＲｉｎｔ＿３に置き換えた式により算出される。なお、以下の説明では、３つの燃焼モード用の目標外部ＥＧＲ量ＮＥＧＲｅｘｔ＿１，ＮＥＧＲｅｘｔ＿２，ＮＥＧＲｅｘｔ＿３をまとめて、「ＮＥＧＲｅｘｔ＿１〜３」または「ＮＥＧＲｅｘｔ＿ｉ」と適宜、表記する。

以上のステップ２４，２９，３２のいずれかに続いて、ステップ３４および３５で、目標内部ＥＧＲ量ＮＥＧＲｉｎｔ＿ｉのうちの今回の制御タイミングで算出した値に基づき、目標回動角ＳＡＡＥＸＣＭＤおよび目標排気カム位相ＣＡＥＸＣＭＤをそれぞれ算出する。

次いで、ステップ３６に進み、目標外部ＥＧＲ量ＮＥＧＲｅｘｔ＿ｉのうちの今回の制御タイミングで算出した値に基づき、目標ＥＧＲリフトＬＣＭＤを算出する。その後、本処理を終了する。

図７に戻り、ステップ３で以上のようにＥＧＲ制御処理を実行した後、ステップ４に進み、燃焼モード値ＳＴＳ＿ＢＵＲＮＣＭＤ、エンジン回転数ＮＥおよび要求トルクＰＭＣＭＤに応じて、図示しないマップを検索することにより、目標スロットル弁開度ＴＨ＿ＣＭＤを算出する。この目標スロットル弁開度ＴＨ＿ＣＭＤは、ポンピングロスの低減を目的として、成層自己着火燃焼モード用および成層火炎伝播燃焼モード用の値の方が、均質火炎伝播燃焼モード用の値よりも大きな値に設定されている。

次いで、ステップ５に進み、燃料噴射制御処理を実行する。この燃料噴射制御処理では、燃焼モード値ＳＴＳ＿ＢＵＲＮＣＭＤおよびエンジン３の運転状態に応じて、燃料噴射弁１０の開閉タイミングおよび開弁時間が算出される。

ステップ５に続くステップ６で、点火時期制御処理を実行する。この点火時期制御処理では、燃焼モード値ＳＴＳ＿ＢＵＲＮＣＭＤおよびエンジン３の運転状態に応じて、点火時期が算出される。

次いで、ステップ７で、可変機構制御処理を実行した後、本処理を終了する。この可変機構制御処理では、以上のステップ３〜６で算出された各種の値に基づき、燃料噴射弁１０、点火プラグ１１、ＴＨアクチュエータ１３ｂ、ＥＧＲ制御弁１６ｂ、排気リフトアクチュエータ８０および排気カム位相電磁弁９１への制御入力がそれぞれ算出される。

より具体的には、目標スロットル弁開度ＴＨ＿ＣＭＤに基づいて、ＴＨアクチュエータ１３ｂへの制御入力が算出される。それにより、スロットル弁機構１３を介して、スロットル弁開度ＴＨが目標スロットル弁開度ＴＨ＿ＣＭＤになるように制御される。また、ＥＧＲリフトＬＡＣＴが目標ＥＧＲリフトＬＣＭＤに収束するように、ＥＧＲ制御弁１６ｂへの制御入力が算出される。その結果、排気還流機構１６を介して、外部ＥＧＲ量が目標外部ＥＧＲ量ＮＥＧＲｅｘｔ＿ｉに収束するように制御される。

さらに、回動角ＳＡＡＥＸが目標回動角ＳＡＡＥＸＣＭＤに収束するように、排気リフトアクチュエータ８０への制御入力が算出されるとともに、排気カム位相ＣＡＥＸが目標排気カム位相ＣＡＥＸＣＭＤに収束するように、排気カム位相電磁弁９１への制御入力が算出される。その結果、排気リフト可変機構７０および排気カム位相可変機構９０を介して、内部ＥＧＲ量が目標内部ＥＧＲ量ＮＥＧＲｉｎｔ＿ｉに収束するように制御される。

以上のように、本実施形態のＥＧＲ制御装置１によれば、エンジン回転数ＮＥおよび要求トルクＰＭＣＭＤに応じて、燃焼モード値ＳＴＳ＿ＢＵＲＮＣＭＤが設定され、この燃焼モード値ＳＴＳ＿ＢＵＲＮＣＭＤに応じて、総目標ＥＧＲ量ＮＥＧＲｔｔｌ＿ｉおよび目標筒内ガス温度ＴｅｍｐＣＹＬ＿ｉが算出され、目標筒内ガス温度ＴｅｍｐＣＹＬ＿ｉに応じて、目標内部ＥＧＲ量ＮＥＧＲｉｎｔ＿ｉが算出されるとともに、総目標ＥＧＲ量ＮＥＧＲｔｔｌ＿ｉから目標内部ＥＧＲ量ＮＥＧＲｉｎｔ＿ｉを減算することにより、目標外部ＥＧＲ量ＮＥＧＲｅｘｔ＿ｉが算出される。そして、目標外部ＥＧＲ量ＮＥＧＲｅｘｔ＿ｉに基づいて算出した制御入力で、排気還流機構１６を駆動することにより、外部ＥＧＲ量が目標外部ＥＧＲ量ＮＥＧＲｅｘｔ＿ｉに収束するように制御される。さらに、目標内部ＥＧＲ量ＮＥＧＲｉｎｔ＿ｉに基づいて算出した制御入力で、排気リフト可変機構７０および排気カム位相可変機構９０を駆動することにより、内部ＥＧＲ量が目標内部ＥＧＲ量ＮＥＧＲｉｎｔ＿ｉに収束するように制御される。

内部ＥＧＲ量および外部ＥＧＲ量が以上のように制御されるので、ＳＴＳ＿ＢＵＲＮＣＭＤ＝１で、成層自己着火燃焼モードを実行する場合、燃焼室３ｅ内の成層混合気の温度を、これが適切に自己着火燃焼するような温度まで上昇させることができ、成層混合気を確実に自己着火燃焼させることができる。その結果、以下に述べるように、成層混合気を自己着火燃焼させたときの技術的な利点を得ることができる。すなわち、成層混合気の燃焼特性に起因して、均質混合気を燃焼させたときよりも安定な燃焼状態が得られることで、ＰＭＣＭＤ１＜ＰＭＣＭＤ＜ＰＭＣＭＤ２の領域では、成層自己着火燃焼モード用の総目標ＥＧＲ量ＮＥＧＲｔｔｌ＿１を均質火炎伝播燃焼モード用の値ＮＥＧＲｔｔｌ＿３よりも大きな値に設定できる。それにより、スロットル弁開度ＴＨをより大きな値に制御できることで、ポンピングロスを低減でき、燃焼効率を向上させることができるとともに、良好な燃費を確保することができる。これに加えて、成層混合気全体が同時に燃焼するのに起因して、燃焼温度を低下させることができることで、ＮＯｘ排出量を低減することができ、排ガス特性を向上させることができる。

また、ＳＴＳ＿ＢＵＲＮＣＭＤ＝２で、成層火炎伝播燃焼モードを実行する場合、前述した理由により、ＰＭＣＭＤ１＜ＰＭＣＭＤ＜ＰＭＣＭＤ２の領域では、成層火炎伝播燃焼モード用の総目標ＥＧＲ量ＮＥＧＲｔｔｌ＿２を、均質火炎伝播燃焼モード用の値ＮＥＧＲｔｔｌ＿３よりも大きな値に設定できる。それにより、均質火炎伝播燃焼モードと比べて、ポンピングロスを低減しながら、燃焼効率を向上させることができ、良好な燃費を確保することができる。これに加えて、総目標ＥＧＲ量ＮＥＧＲｔｔｌ＿２における目標外部ＥＧＲ量ＮＥＧＲｅｘｔ＿２の割合が高くなるように、目標内部ＥＧＲ量ＮＥＧＲｉｎｔ＿２が算出されたときには、燃焼温度を低下させることで、ＮＯｘ排出量を低減することができる。一方、総目標ＥＧＲ量ＮＥＧＲｔｔｌ＿２における目標内部ＥＧＲ量ＮＥＧＲｉｎｔ＿２の割合が高くなるように、目標内部ＥＧＲ量ＮＥＧＲｉｎｔ＿２が算出されたときには、燃焼温度を上昇させることで、部分自己着火燃焼を発生させることができ、それにより、ＮＯｘ排出量を低減することができ、排ガス特性を向上させることができる。

また、ＳＴＳ＿ＢＵＲＮＣＭＤ＝３で、均質火炎伝播燃焼モードを実行する場合、均質火炎伝播燃焼モード用の総目標ＥＧＲ量ＮＥＧＲｔｔｌ＿３が燃焼状態の低下を招かないような領域の上限値に設定されているので、良好な燃焼状態を確保しながら、ポンピングロスを可能な限り低減することができる。これに加えて、エンジン３の高負荷運転時には、総目標ＥＧＲ量ＮＥＧＲｔｔｌ＿３において、既燃ガスと比べて低温の還流ガスの割合が高くなるように、目標内部ＥＧＲ量ＮＥＧＲｉｎｔ＿３が算出されるので、点火時期のリタード制御を可能な限り回避しながら、還流ガスによってノッキングの発生を適切に抑制することができ、それにより、燃焼効率、機関出力および運転性を向上させることができる。

なお、実施形態は、内部ＥＧＲ装置として、気筒３ａ内に残留させる既燃ガス量を変更するための排気リフト可変機構７０および排気カム位相可変機構９０を用いた例であるが、本発明の内部ＥＧＲ装置はこれに限らず、既燃ガスを気筒内に残留させる量を変更可能なものであればよい。例えば、排気リフト可変機構７０および排気カム位相可変機構９０と同様にそれぞれ構成され、吸気弁４のバルブリフトおよびバルブタイミングをそれぞれ変更可能な吸気リフト可変機構および吸気カム位相可変機構を用いてもよい。

また、実施形態は、外部ＥＧＲ装置として排気還流機構１６を用いた例であるが、本発明の外部ＥＧＲ装置はこれに限らず、気筒内から排気通路に排出された排ガスを気筒内に還流できるものであればよい。

さらに、実施形態は、本発明のＥＧＲ制御装置１を、複数の燃焼モードとして、成層自己着火燃焼モード、成層火炎伝播燃焼モードおよび均質火炎伝播燃焼モードの３つの燃焼モードで運転される内燃機関３に適用した例であるが、本発明のＥＧＲ制御装置１は、これらの３つの燃焼モードに加えて、それら以外の燃焼モードで運転される内燃機関にも適用可能である。例えば、本発明のＥＧＲ制御装置１を、上記３つの燃焼モードに加えて、成層混合気および均質混合気の双方を含む混合気を形成し、成層混合気を火花点火により燃焼させるとともに、燃焼する成層混合気を火種として均質混合気を自己着火燃焼させる火種自己着火燃焼モードで運転される内燃機関に適用してもよい。

本発明の一実施形態に係るＥＧＲ制御装置が適用された内燃機関の概略構成を示す模式図である。 ＥＧＲ制御装置の概略構成を示すブロック図である。 内燃機関の吸気側動弁機構および排気側動弁機構の概略構成を示す断面図である。 排気側動弁機構の概略構成を示す模式図である。 排気リフト可変機構による排気リフトの変更状態を示す図である。 排気カム位相可変機構により排気カム位相が最遅角値（実線）および最進角値（２点鎖線）に設定されているときの排気弁のバルブリフト曲線を示す図である。 所定の制御周期で実行される制御処理を示すフローチャートである。 燃焼モード値ＳＴＳ＿ＢＵＲＮＣＭＤの設定処理を示すフローチャートである。 燃焼モード値ＳＴＳ＿ＢＵＲＮＣＭＤの設定に用いるマップの一例を示す図である。 ＥＧＲ制御処理を示すフローチャートである。 成層自己着火燃焼モード用の目標内部ＥＧＲ量ＮＥＧＲｉｎｔ＿１の算出処理を示すフローチャートである。 要求トルクＰＭＣＭＤに対する、３つの燃焼モード用の総目標ＥＧＲ量ＮＥＧＲｔｔｌ＿ｉの関係を示す図である。

符号の説明

１ ＥＧＲ制御装置
２ ＥＣＵ２（燃焼モード選択手段、総目標ＥＧＲ量算出手段、目標筒内ガス温度設 定手段、既燃ガス温度算出手段、周囲温度算出手段、内部ＥＧＲ温度算出手段、 目標内部ＥＧＲ量算出手段、目標外部ＥＧＲ量算出手段、ＥＧＲ制御手段）
３ 内燃機関
３ａ 気筒
１４ 排気管（排気通路）
１６ 排気還流機構（外部ＥＧＲ装置）
７０ 排気リフト可変機構（内部ＥＧＲ装置）
９０ 排気カム位相可変機構（内部ＥＧＲ装置）
ＮＥＧＲｔｔｌ＿ｉ 総目標ＥＧＲ量
ＴｅｍｐＣＹＬ＿ｉ 目標筒内ガス温度
ＴＥＸＧＡＳ 既燃ガス温度
ＴＥＸＧＡＳｚ 既燃ガス温度の前回値
ＴｅｍｐＢ 周囲温度
ＴｅｍｐＢｚ 周囲温度の前回値
ＴＥＧＲ 内部ＥＧＲ温度
ＮＥＧＲｉｎｔ＿ｉ 目標内部ＥＧＲ量
ＮＥＧＲｅｘｔ＿ｉ 目標外部ＥＧＲ量

Claims (2)

1. 気筒から排気通路に排出された排ガスの当該気筒内への還流量を外部ＥＧＲ量として変更する外部ＥＧＲ装置と、当該気筒内で発生した既燃ガスを前記排ガスよりも高温のガスとして当該気筒内に残留させる残留量を内部ＥＧＲ量として変更する内部ＥＧＲ装置とを有し、少なくとも成層混合気を自己着火により燃焼させる成層自己着火燃焼モードと、当該成層混合気を火花点火により燃焼させる成層火炎伝播燃焼モードと、均質混合気を火花点火により燃焼させる均質火炎伝播燃焼モードとを含む複数の燃焼モードの間で燃焼モードを切り換えて運転される内燃機関のＥＧＲ制御装置であって、
   前記複数の燃焼モードのいずれかを選択する燃焼モード選択手段と、
   当該選択された燃焼モードに応じて、前記内部ＥＧＲ量および前記外部ＥＧＲ量の総和の目標となる総目標ＥＧＲ量を算出する総目標ＥＧＲ量算出手段と、
   前記選択された燃焼モードに応じて、前記気筒内の未燃ガスの目標温度を目標筒内ガス温度として設定する目標筒内ガス温度設定手段と、
   前記選択された燃焼モードに応じて、前記気筒内に残留した既燃ガスの温度を既燃ガス温度として算出する既燃ガス温度算出手段と、
   前記選択された燃焼モードに応じて、前記気筒内に残留した既燃ガスの周囲の温度を周囲温度として算出する周囲温度算出手段と、
   前記算出された既燃ガス温度および前記算出された周囲温度を用いて、混合気の次回の燃焼時に用いられるときの既燃ガスの温度を内部ＥＧＲ温度として算出する内部ＥＧＲ温度算出手段と、
   当該算出された内部ＥＧＲ温度および前記設定された目標筒内ガス温度を用いて、前記内部ＥＧＲ量の目標となる目標内部ＥＧＲ量を算出する目標内部ＥＧＲ量算出手段と、
   前記算出された総目標ＥＧＲ量から前記算出された目標内部ＥＧＲ量を減算することにより、前記外部ＥＧＲ量の目標となる目標外部ＥＧＲ量を算出する目標外部ＥＧＲ量算出手段と、
   前記内部ＥＧＲ装置および前記外部ＥＧＲ装置を駆動することにより、前記内部ＥＧＲ量および前記外部ＥＧＲ量を、前記目標内部ＥＧＲ量および前記目標外部ＥＧＲ量になるようにそれぞれ制御するＥＧＲ制御手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関のＥＧＲ制御装置。
2. 前記総目標ＥＧＲ量算出手段は、前記成層自己着火燃焼モードおよび前記成層火炎伝播燃焼モードの一方が選択されたときには、前記総目標ＥＧＲ量を、前記均質火炎伝播燃焼モードが選択されたときよりも大きい値に設定することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関のＥＧＲ制御装置。

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