JP4438792B2 - 圧縮自己着火式内燃機関の制御装置 - Google Patents

圧縮自己着火式内燃機関の制御装置 Download PDF

Info

Publication number
JP4438792B2
JP4438792B2 JP2006339385A JP2006339385A JP4438792B2 JP 4438792 B2 JP4438792 B2 JP 4438792B2 JP 2006339385 A JP2006339385 A JP 2006339385A JP 2006339385 A JP2006339385 A JP 2006339385A JP 4438792 B2 JP4438792 B2 JP 4438792B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
combustion
fuel
ignition
amount
operation mode
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2006339385A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2008151021A (ja
Inventor
啓 角谷
賢吾 熊野
士朗 山岡
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP2006339385A priority Critical patent/JP4438792B2/ja
Priority to EP07021734.4A priority patent/EP1936168B1/en
Priority to US11/954,417 priority patent/US7848869B2/en
Publication of JP2008151021A publication Critical patent/JP2008151021A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP4438792B2 publication Critical patent/JP4438792B2/ja
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/30—Controlling fuel injection
    • F02D41/3011—Controlling fuel injection according to or using specific or several modes of combustion
    • F02D41/3017—Controlling fuel injection according to or using specific or several modes of combustion characterised by the mode(s) being used
    • F02D41/3035—Controlling fuel injection according to or using specific or several modes of combustion characterised by the mode(s) being used a mode being the premixed charge compression-ignition mode
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D13/00—Controlling the engine output power by varying inlet or exhaust valve operating characteristics, e.g. timing
    • F02D13/02—Controlling the engine output power by varying inlet or exhaust valve operating characteristics, e.g. timing during engine operation
    • F02D13/0261—Controlling the valve overlap
    • F02D13/0265—Negative valve overlap for temporarily storing residual gas in the cylinder
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/30—Controlling fuel injection
    • F02D41/3011—Controlling fuel injection according to or using specific or several modes of combustion
    • F02D41/3017—Controlling fuel injection according to or using specific or several modes of combustion characterised by the mode(s) being used
    • F02D41/3035—Controlling fuel injection according to or using specific or several modes of combustion characterised by the mode(s) being used a mode being the premixed charge compression-ignition mode
    • F02D41/3041—Controlling fuel injection according to or using specific or several modes of combustion characterised by the mode(s) being used a mode being the premixed charge compression-ignition mode with means for triggering compression ignition, e.g. spark plug
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/30—Controlling fuel injection
    • F02D41/3011—Controlling fuel injection according to or using specific or several modes of combustion
    • F02D41/3076—Controlling fuel injection according to or using specific or several modes of combustion with special conditions for selecting a mode of combustion, e.g. for starting, for diagnosing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/30—Controlling fuel injection
    • F02D41/38—Controlling fuel injection of the high pressure type
    • F02D41/40—Controlling fuel injection of the high pressure type with means for controlling injection timing or duration
    • F02D41/402—Multiple injections
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M26/00—Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
    • F02M26/01—Internal exhaust gas recirculation, i.e. wherein the residual exhaust gases are trapped in the cylinder or pushed back from the intake or the exhaust manifold into the combustion chamber without the use of additional passages
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B1/00—Engines characterised by fuel-air mixture compression
    • F02B1/12—Engines characterised by fuel-air mixture compression with compression ignition
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B75/00—Other engines
    • F02B75/12—Other methods of operation
    • F02B2075/125—Direct injection in the combustion chamber for spark ignition engines, i.e. not in pre-combustion chamber
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B23/00—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation
    • F02B23/08—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with positive ignition
    • F02B23/10—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with positive ignition with separate admission of air and fuel into cylinder
    • F02B23/104—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with positive ignition with separate admission of air and fuel into cylinder the injector being placed on a side position of the cylinder
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/0002—Controlling intake air
    • F02D2041/001—Controlling intake air for engines with variable valve actuation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/30—Controlling fuel injection
    • F02D41/3011—Controlling fuel injection according to or using specific or several modes of combustion
    • F02D41/3064—Controlling fuel injection according to or using specific or several modes of combustion with special control during transition between modes
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/40—Engine management systems

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)
  • Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)
  • Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)
  • Electrical Control Of Ignition Timing (AREA)
  • Control Of Throttle Valves Provided In The Intake System Or In The Exhaust System (AREA)
  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)

Description

本発明は、火花点火式燃焼と圧縮自己着火式燃焼との燃焼形態を切替え可能な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と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、圧縮自己着火式燃焼）させる圧縮自己着火式ガソリンエンジン（以下、圧縮自己着火エンジン）が注目されている。この圧縮自己着火エンジンは、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料消費量を低減し、また、混合気の低温燃焼によって排出ガス中のＮＯｘ濃度を低減するため、燃費性能と排気性能の両立が実現可能である。
圧縮自己着火エンジンを自動車に適用する際には、火花点火式燃焼と圧縮自己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ことが提案されている。
火花点火式燃焼と圧縮自己着火式燃焼との燃焼形態の切替えにかかわる技術を開示する文献として特許文献１がある。特許文献１には、中間圧縮自己着火式燃焼を実施する運転領域（以下、中間圧縮自己着火式燃焼領域）を設けており、この領域では、スロットル開度を火花点火式燃焼時の設定値１と圧縮自己着火式燃焼時の設定値２との中間である設定値３に設定することで、火花点火式燃焼と圧縮自己着火式燃焼とを切替える際の空気量変化やポンプ損失変化などに起因するトルク変動を低減する技術が開示されている。
特開２００４−２９３４７１号公報
火花点火式燃焼と圧縮自己着火式燃焼との燃焼形態の切替えでは、２つの燃焼形態を実現するために、あらかじめ設定したエンジンパラメータをそれぞれの燃焼形態に適した設定値へと操作する必要がある。この際、２つの燃焼形態の間でのエンジンパラメータの操作幅が大きいため、エンジンパラメータを単純に切替える制御（以下、単純切替え制御）では、エンジンパラメータが有限の応答特性を有するために、筒内（燃焼室内）が火花点火式燃焼または圧縮自己着火式燃焼を実現するのに不適切な状態となるサイクルが存在する。これにより、２つの燃焼形態の間で円滑な切替えができず、その結果、燃焼安定性の低下や失火によりトルク変動が増大するという課題がある。
本発明の目的は、火花点火式燃焼と圧縮自己着火式燃焼との切替えを円滑に行う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。
内燃機関の制御装置であって、火花点火による燃焼後の圧力上昇によって圧縮自己着火による燃焼を行う混在燃焼を実施する内燃機関の制御装置である。
本発明によれば、火花点火式燃焼と圧縮自己着火式燃焼との２つの燃焼形態の切替えにおいて、円滑な燃焼形態の遷移が可能となる。
圧縮自己着火式燃焼の実施には、吸気加熱，高圧縮化、および内部ＥＧＲ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導入が実現性の高い手段の一つである。内部ＥＧＲ導入による圧縮自己着火式燃焼時には、燃焼室内の内部ＥＧＲ量を多量とする必要がある。これによって筒内に流入する新気量が制限されることと、混合気形成から燃焼に至るまでの化学反応に有限の時間が必要であることから、自然吸気エンジンでは図１に示すように低負荷・低回転速度の作動状態において圧縮自己着火式燃焼を実現可能である。
以下、図面により本発明の実施形態について説明する。
図２は、本発明の実施形態を示すものであり、該実施形態の圧縮自己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自己着火式燃焼を実施する圧縮自己着火エンジンである。エンジン１００には、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ている。また、エンジン１００には、シリンダ７とピストン１４とで囲われる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を調整する吸気バルブ５ａと筒内より排出される排気ガスを調整する排気バルブ５ｂとから構成される可変バルブ５と、がシリンダ７の各々の適宜位置に備えられている。可変バルブ５を調整することにより筒内のＥＧＲ量を調整する。さらに、排気を浄化する三元触媒１０と、空燃比検出器の一態様であって、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と、排気温度検出器の一態様であって、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とが排気管８の各々の適宜位置に備えられる。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と空燃比センサ９と排気温度センサ１１とクランク角センサ１３とから得られる信号はコントロールユニット（以下、ＥＣＵ２０と称す）に送られる。また、図には明記しないが、エンジンへの要求トルクを検出するセンサ（以下、要求トルク検出センサ）から得られる信号がＥＣＵ２０に送られ、ＥＣＵ２０内では要求トルク検出センサの出力信号に基づいて、要求トルクを演算される。この要求トルク検出センサは、例えば、エンジンを搭載した自動車においてはアクセル開度センサを示す。また、ＥＣＵ
２０ではクランク角度センサ１３の出力信号に基づいて、エンジンの回転速度を演算する。上記各種センサの出力から得られるエンジンの運転状態に基づき、空気流量，燃料噴射量，点火時期のエンジンの主要な作動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、点火プラグ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、スロットル駆動信号として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の作動量は、可変バルブ駆動信号として、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から吸気バルブ５ａ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、その燃焼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３に火花点火式燃焼時のエンジン１００の作動概要を示す。
圧縮自己着火式燃焼を実施する際には、排気行程中に可変バルブ５（吸気バルブ５ａ及び排気バルブ５ｂ）が閉じた状態の負の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、燃料を改質し、着火剤を生成する。更に、吸気行程にて吸気管６より吸気バルブ５ａ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、その燃焼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４に圧縮着火式燃焼時のエンジン１００の作動概要を示す。
また、ＥＣＵ２０は火花点火式燃焼および圧縮自己着火式燃焼とは異なる燃焼形態も実施する。この燃焼形態を実現する際には、負のオーバーラップ期間を設けて内部ＥＧＲをシリンダ７内に残留させるが、圧縮自己着火式燃焼時よりもその残留量は少ない。吸気行程にて吸気管６より可変バルブ５を経てシリンダ７内に空気を流入させ、燃料噴射（主燃料噴射）を実施して混合気を形成する。圧縮行程にて、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するが、この際の圧力上昇と、内部ＥＧＲ導入の効果により、火花点火式燃焼に至っていない混合気が自己着火して爆発し、その燃焼圧によりピストンを押し下げてエンジンの動力となる。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。以下では、前述の火花点火式燃焼後の圧力上昇にて自己着火式燃焼を実現する燃焼を混在燃焼と定義する。図５に混在燃焼時のエンジン１００の作動概要を示す。
火花点火式燃焼後の圧力上昇による自己着火式燃焼を実現する混在燃焼を実施できる制御装置を用いて、火花点火燃焼と圧縮自己着火式燃焼の燃焼形態切替え途中で混在燃焼を実施する期間を設けることにより、エンジンパラメータ操作時に筒内状況が燃焼不安定となるサイクルを少なくし、円滑な燃焼形態の遷移が可能となることで、燃焼形態切替え時のトルク変動を抑制でき、運転性能を確保することができる。また、混在燃焼を実施中にも空燃比をストイキに保つことにより、混在燃焼における排出ガス成分を排気管下流の三元触媒で浄化できることにより、燃焼形態切替え時の排気性能の悪化を抑制することが可能となる。
図６は、ＥＣＵ２０の内部を示したものである。ＥＣＵ２０内では、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、入力信号はこれらだけに限られない。入力された各センサの入力信号は入出力ポート６０２内の入力ポートに送られる。入力ポートに送られた値は、ＲＡＭ６０３に保管され、ＣＰＵ６０５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の作動量を示す値は、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。本実施形態の場合は、駆動回路として、電子スロットル開路６０６，インジェクタ駆動回路607，点火出力回路６０８，可変バルブ駆動回路６０９がある。各回路は、それぞれ、電子制御スロットル２，インジェクタ３，点火プラグ４，可変バルブ５の駆動を制御する。
ＥＣＵ２０は、火花点火式燃焼と圧縮自己着火式燃焼との燃焼形態切替えを実施する際の運転性能悪化と排気性能悪化とを防止する燃焼形態切替え制御装置２０Ａを備えている。以下では、燃焼形態切替え制御装置２０Ａによる火花点火式燃焼と圧縮自己着火式燃焼との燃焼形態切替え制御について説明する。特に、本実施例にかかる燃焼形態切替え制御装置２０Ａは、燃焼形態切替え時に、圧縮端の筒内温度と燃焼速度とを調整して混在燃焼を実施することにより、火花点火式燃焼と圧縮自己着火式燃焼との切替えを円滑に行う。その結果、燃焼形態切替え時のトルク変動と排出ガス成分の増大とを低減するものである。
図７は、燃焼形態切替え制御装置２０Ａによる燃焼形態切替え制御の制御ブロック図である。燃焼形態切替え制御装置２０Ａは、燃焼形態切替え判定部７０１と燃焼形態の切替えのためにエンジン１００の操作量を切替える燃焼形態切替え実現部７０２とを備えている。
燃焼形態切替え判定部７０１はエンジン１００に要求される要求エンジントルクとエンジン回転速度に基づいて、燃焼形態の切替えが可能か否かを判定し、燃焼形態切替えフラグをセット後、燃焼形態切替え実現部７０２に出力する。例えば、燃焼形態切替え判定部７０１は図１に示すようなエンジントルクとエンジン回転速度に基づくエンジン１００の作動状態を示すマップを備えている。燃焼形態切替え判定部７０１は、要求エンジントルクとエンジン回転速度に応じて、図１の作動状態マップに基づき、圧縮自己着火式燃焼が実施可能である作動状態であれば、圧縮自己着火式燃焼が実施可能であると判定し、燃焼形態切替えフラグをＯＮ（＝１）にセットする。これに対し、圧縮自己着火式燃焼が実施不可能である作動状態では、火花点火式燃焼の実施が必要と判定し、燃焼形態切替えフラグをＯＦＦ（＝０）にセットする。
燃焼形態切替え実現部７０２は、燃焼形態切替え判定部７０１の出力である燃焼形態切替えフラグに基づき、エンジン１００を制御するための目標操作量を決定する。目標操作量は、燃焼形態切替えフラグに基づいて、火花点火式燃焼用操作量，圧縮自己着火式燃焼用操作量、および混在燃焼用操作量から選択される。より具体的には、燃焼形態切替えフラグがＯＦＦ（＝０）である場合には、火花点火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する。燃焼形態切替えフラグがＯＮ（＝１）である場合には、圧縮自己着火式燃焼を実施するために、目標操作量に圧縮自己着火式燃焼用操作量をセットする。また、火花点火式燃焼を実施中に、燃焼形態切替えフラグがＯＦＦ（＝０）からＯＮ（＝１）に切替わった際には、火花点火式燃焼から混在燃焼を経て圧縮自己着火式燃焼へと燃焼形態を切替えるべく、目標操作量に混在燃焼用操作量をセットして混在燃焼を実現した後に、目標操作量に圧縮自己着火式燃焼用操作量をセットする。ただし、混在燃焼を実施中に、燃焼形態切替えフラグがＯＮ（＝１）からＯＦＦ（＝０）に切替わった場合には、圧縮自己着火式燃焼へ切替えずに、火花点火式燃焼を実施すべく、目標操作量に火花点火式燃焼用操作量をセットする。
更に、圧縮自己着火式燃焼を実施中に、燃焼形態切替えフラグがＯＮ(＝１)からＯＦＦ（＝０）に切替わった際には、圧縮自己着火式燃焼から混在燃焼を経て火花点火式燃焼へと燃焼形態を切替えるべく、目標操作量に混在燃焼用操作量をセットして混在燃焼を実現した後に、目標操作量に火花点火式燃焼用操作量をセットする。ただし、混在燃焼を実施中に、燃焼形態切替えフラグがＯＦＦ（＝０）からＯＮ（＝１）に切替わった場合には、圧縮自己着火式燃焼へ切替えずに、圧縮自己着火式燃焼を実施すべく、目標操作量に圧縮自己着火式燃焼用操作量をセットする。
ここで、前述の操作量とはエンジン１００を制御する際に操作する、電子制御スロットル２の開度（スロットル開度），インジェクタ３への燃料噴射パルス幅や燃料噴射時期，点火プラグ４への点火時期，吸気バルブ５ａの開閉時期および排気バルブ５ｂの開閉時期である。
また、燃焼形態を切替える際の混在燃焼終了タイミングに関しては、図２および図７には明記しないが、エンジン１００に備えられたシリンダ７内の圧力を検出する筒内圧力センサやノックセンサなどの混在燃焼検出手段の出力結果である混在燃焼検出フラグに基づき、混在燃焼を所定時間実施したことを以って混在燃焼を終了する。なお、混在燃焼検出フラグには、燃焼形態が混在燃焼である場合にはＯＮ（＝１）がセットされ、燃焼形態が混在燃焼以外の場合にはＯＦＦ（＝０）がセットされる。
以下では、燃焼形態切替え制御装置２０Ａによる火花点火式燃焼から圧縮自己着火式燃焼への燃焼形態切替え制御の一例を示す。図８は、燃焼形態切替え制御実施時の燃焼形態切替えフラグ，混在燃焼検出フラグ，負のオーバーラップ量，スロットル開度，副燃料噴射パルス幅，主燃料噴射パルス幅，点火時期の各目標値を時系列に沿って示したタイムチャートである（図上方に向かって、それぞれ、燃焼形態切替えフラグＯＮ（＝１），混在燃焼検出フラグＯＮ（＝１），負のオーバーラップ期間増大，スロットル開度大，副燃料噴射パルス幅増大，主燃料噴射パルス幅増大，点火時期早期を示す）。また、破線は火花点火式燃焼から圧縮自己着火式燃焼への切替えにおいて、操作量を時間ｔ1 のタイミングで単純に切替えた場合（単純切替え制御）を示し、実線は本実施形態の燃焼形態切替え制御を適用した場合を示す。なお、時間ｔ1 は火花点火式燃焼から混在燃焼へと切替えを開始した時間を示し、ｔ2 は燃焼形態が火花点火式燃焼から混在燃焼へと切替わった時間を示し、ｔ3 は混在燃焼から圧縮自己着火式燃焼へと切替えを開始した時間を示す。
単純切替え制御では、時間ｔ1 に燃焼形態切替えフラグがＯＮ（＝１）になると、圧縮自己着火式燃焼を実施すべく、負のオーバーラップ量を増大、スロットル開度を大、副燃料噴射を開始し、主燃料噴射パルス幅を減量し、圧縮自己着火式燃焼が実現できた後に点火時期をＯＦＦとしている。
これに対し、本実施形態にかかる燃焼形態切替え制御を適用した場合には、時間ｔ1 にて火花点火式燃焼から混在燃焼へと燃焼形態を切替える。切替えフラグがＯＮ（＝１）になると、負のオーバーラップ量とスロットル開度とを増大する。ただし、混在燃焼時の負のオーバーラップ量は圧縮自己着火式燃焼時よりも少ない。スロットル開度は負のオーバーラップ量の増大による内部ＥＧＲ量の増大によって空気量が減量するのを防止し、空燃比をストイキに保つように操作する。また、主燃料噴射パルス幅は、時間ｔ1 以降も火花点火式燃焼時の設定値と同様とする。ただし、点火時期に関しては内部ＥＧＲ量増大による燃焼安定性の低下を抑制すべく、早期化する。時間ｔ1 以降の操作量の変更により時間ｔ2 にて混在燃焼が実現され、混在燃焼検出フラグがＯＦＦ（＝０）からＯＮ（＝１）にセットされる。混在燃焼検出フラグが切替わってから所定時間Ａを経過した時間ｔ3 より、燃焼形態を混在燃焼から圧縮自己着火式燃焼へと切替える。切替えるために負のオーバーラップ量とスロットル開度とを増大する。副燃料噴射を開始する。主燃料噴射パルス幅を減量する。圧縮自己着火式燃焼が実現できた後に点火時期をＯＦＦとする。このとき、混在時間を継続する所定時間Ａは予め試験またはシミュレーションにて決定した設定値であり、エンジン１００の運転条件に応じて異なるものであってもよいし、シリンダ７内の燃焼形態を検出するセンサの出力結果に基づいて決定しても良い。なお、時間ｔ3 にて圧縮自己着火式燃焼が実施されるため、混在燃焼検出フラグがＯＮ（＝１）からＯＦＦ（＝０）へと切替わる。
図９は、燃焼形態切替え制御装置２０Ａによる火花点火式燃焼から圧縮自己着火式燃焼への燃焼形態切替え制御を実施した際の内部ＥＧＲ量，空気量，総燃料噴射量，圧縮端の筒内温度，圧縮端の燃焼速度，燃焼形態，エンジントルク，排出ガス成分中のＮＯｘ濃度，ＨＣ濃度のタイムチャートを示す（図上方に向かって、内部ＥＧＲ量増量，空気量増量，総燃料噴射量増量，圧縮端の筒内温度高温，圧縮端の燃焼速度増大，燃焼形態が圧縮自己着火式燃焼，エンジントルク増大，ＮＯｘ濃度が増大，ＨＣ濃度が増大を示す）。図９において、破線は単純切替え制御を適用した際のものであり、実線は本実施形態の燃焼形態切替え制御を適用した際のものを示す。
単純切替え制御では、時間ｔ1において各操作量を圧縮自己着火式燃焼を実現するための設定値へ切替える。それに従って内部ＥＧＲ量が増大、空気量が増量、総燃料噴射量が減量する。これに伴い、圧縮自己着火式燃焼が実現され、圧縮端(圧縮上死点)以後で燃焼が開始されることから、圧縮端の筒内温度が低減し、圧縮端の燃焼速度が低減する（図９に示す実施形態は、圧縮自己着火式燃焼の着火時期が圧縮端以後の場合である）。しかしながら、各操作量を同タイミングで単純に切替えるのみでは、シリンダ７内が火花点火式燃焼、および圧縮自己着火式燃焼をどちらも実現できない、燃焼が不安定なサイクルを経ることにより、失火や不良燃焼を引き起こして燃焼形態切替え時のトルク変動量が許容幅を超え、運転性能が悪化する。このトルク変動発生期間中には、排出ガス成分中のＮＯｘ濃度は許容値以下を確保できるが、ＨＣ濃度は失火が原因によって許容値を超え、排気性能が悪化する。
前述の単純切替え制御に対し、燃焼形態切替え制御装置２０Ａにより、時間ｔ1 において、火花点火式燃焼から圧縮自己着火式燃焼への燃焼形態切替え制御を適用した場合、内部ＥＧＲ量は増量されるが、スロットル開度を補正することにより空気量を変化させない。更に総燃料噴射量も時間ｔ1 以前と同量のため、空燃比は変化せず、ストイキに保持される。また、内部ＥＧＲ量増量によって圧縮端の筒内温度が低減すると共に、圧縮端の燃焼速度が低減して、それぞれが所定値となることにより、時間ｔ2 にて燃焼形態が混在燃焼へと切替わる。この後、混在燃焼を所定時間実施し、時間ｔ3 にて燃焼形態を圧縮自己着火式燃焼へと切替えるべく、内部ＥＧＲ量を増量、空気量を増量、総燃料噴射量を減量することで、圧縮自己着火式燃焼を実現する。これに従い、圧縮端の筒内温度が低下し、同時に圧縮端の燃焼速度が低減する（前述の通り図９では圧縮自己着火式燃焼時の着火時期が圧縮上死点以降の場合である）。これら一連の燃焼形態切替えにおいて、混在燃焼を介して燃焼形態を円滑に切替えることで、燃焼安定性を確保しながら燃焼形態を火花点火式燃焼から圧縮自己着火式燃焼へと切替えが可能となる。これにより、燃焼形態切替え時の失火や不良燃焼を防止できるために、エンジントルクの変動がなく、更にＮＯｘ濃度およびＨＣ濃度の増大を抑制することが可能である。
また、図中には明記しないが、本実施形態による火花点火式燃焼から圧縮自己着火式燃焼への燃焼形態切替え時に、時間ｔ1からｔ3までの期間で、ドライバの要求などにより、燃焼形態切替えフラグがＯＮ（＝１）からＯＦＦ（＝０）へと切替わった場合には、火花点火式燃焼への切替えが必要と判断し、燃焼形態切替え実現部７０２は火花点火式燃焼を実現すべく、目標操作量に火花点火式燃焼用操作量をセットする。
ここで、ＥＣＵ２０に実装される燃料制御手法に関しては、火花点火式燃焼時には、エンジンに要求される要求エンジントルクに応じてシリンダに流入する空気量を変化させる電子制御スロットル２を操作し、エアフローセンサ１にて計測した上記空気量に応じて空燃比をストイキ付近に保つように燃料噴射量を決定する空気先行型燃料制御手法が広く適用されている。また、圧縮自己着火式燃焼時には、空燃比をリーンとした燃焼を実施するため、要求エンジントルクから直接的に燃料噴射量を決定する燃料先行型燃料制御手法が適用されている。
本発明における燃料制御手法に関しては、図中には明記しないが、図８および図９に記載されている時間ｔ1 以前の火花点火式燃焼時には空気先行型燃焼制御手法を実施し、時間ｔ1 以降では燃料先行型燃焼制御手法へと切替える。その理由としては、バルブタイミング変更に応じたＥＧＲ量の変化により、空気量が変動するため、空気先行型燃料制御手法を適用した場合には、時間ｔ1 以降の混在燃焼および圧縮自己着火式燃焼への切替え時に燃料噴射量が変動し、トルク変動を引起すことから、このトルク変動を抑制することを目的としたためである。他の形態としては、時間ｔ1 から時間ｔ3 まで実施される混在燃焼では空気先行型制御手法を実施し、時間ｔ3 と同時に燃料先行型燃料制御手法に切替えるものであっても良い。
次に、燃焼形態切替え制御装置２０Ａによる圧縮自己着火式燃焼から火花点火式燃焼への燃焼形態切替え制御について説明する。図１０は、該燃焼形態切替え制御実施時の燃焼形態切替えフラグ，混在燃焼検出フラグ，負のオーバーラップ量，スロットル開度，副燃料噴射パルス幅，主燃料噴射パルス幅、および点火時期の各目標値のタイムチャートを示す（図上方に向かって、燃焼形態切替えフラグＯＮ（＝１），混在燃焼検出フラグＯＮ
（＝１），負のオーバーラップ量増大，スロットル開度増大，副燃料噴射パルス幅増大，主燃料噴射パルス幅増大，点火時期早期を示す）。また、破線は圧縮自己着火式燃焼から火花点火式燃焼への切替えにおいて、各操作量の目標値を時間ｔ4 のタイミングで単純に切替えた場合（単純切替え制御）を示し、実線は本実施形態の燃焼形態切替え制御を適用した場合を示す。なお、時間ｔ4 は圧縮自己着火式燃焼から混在燃焼へと切替えを開始した時間を示し、ｔ5 は燃焼形態が圧縮自己着火式燃焼から混在燃焼へと切替わった時間を示し、ｔ6 は混在燃焼から火花点火式燃焼へと切替えを開始した時間を示す。
単純切替え制御では、時間ｔ4 に燃焼形態切替えフラグがＯＮ（＝０）となったと同時に火花点火式燃焼を実施すべく、負のオーバーラップ量を減少、スロットル開度を減少、副燃料噴射を停止、主燃料噴射パルス幅を増量し、点火時期をＯＮとしている。
これに対し、本実施形態の燃焼形態切替え制御を適用した場合には、時間ｔ4にて燃焼形態を圧縮自己着火式燃焼から混在燃焼へと切替えるべく、負のオーバーラップ量を減少、スロットル開度を減少する。ただし、混在燃焼時の負のオーバラップ量は圧縮自己着火式燃焼時よりも少なく、スロットル開度は内部ＥＧＲ導入時の空気量減量によってストイキからの逸脱を避けられるような開度まで操作する。また、燃料噴射に関しては、混在燃焼時は火花点火式燃焼時と同様とするために、時間ｔ4 にて副燃料噴射パルス幅をゼロとして副燃料噴射を停止し、主燃料噴射パルス幅を増大する。さらに、点火時期は、時間
ｔ4 にて点火信号をＯＮとし、混在燃焼時の燃焼安定性を確保するために、火花点火式燃焼時よりも早期化した設定値とする。時間ｔ4 以降の操作量の変更により、時間ｔ5 にて混在燃焼が実施され、混在燃焼検出フラグがＯＦＦ（＝０）からＯＮ（＝１）にセットされる。混在燃焼が開始された時間ｔ5 から所定時間Ｂを経過した時間ｔ6 より、燃焼形態を混在燃焼から火花点火式燃焼へと切替えるべく、負のオーバーラップ量を減少、スロットル開度を減少、点火時期を遅延化する。このとき、混在時間を継続する所定時間Ｂは予め試験またはシミュレーションにて決定した設定値であり、エンジン１００の運転条件に応じて異なるものであってもよいし、シリンダ７内の燃焼形態を検出するセンサの出力結果に基づいて決定しても良い。なお、時間ｔ6 にて圧縮自己着火式燃焼が実施されるため、混在燃焼検出フラグがＯＮ（＝１）からＯＦＦ（＝０）へと切替わる。
図１１は燃焼形態切替え制御装置２０Ａによる圧縮自己着火式燃焼から火花点火式燃焼への燃焼形態切替え制御を実施した際の内部ＥＧＲ量，空気量，総燃料噴射量，圧縮端の筒内温度，圧縮端の燃焼速度，燃焼形態，エンジントルク，排出ガス成分中のＮＯｘ濃度，ＨＣ濃度のタイムチャートを示す（図上方に向かって、内部ＥＧＲ量増量，空気量増量，総燃料噴射量増量，圧縮端の筒内温度高温，圧縮端の燃焼速度増大、燃焼形態が圧縮自己着火式燃焼，エンジントルク増大、ＮＯｘ濃度が増大、ＨＣ濃度が増大を示す）。図
１１において、破線は単純切替え制御を適用した際のものであり、実線は本実施形態の燃焼形態切替え制御を適用した際のものを示す。
単純切替え制御では、時間ｔ4 において操作量を火花点火式燃焼を実現するための設定値へ切替えるため、それに従って内部ＥＧＲ量が減量、空気量が減量、総燃料噴射量が減量する。これに伴い、火花点火式燃焼が実現され、圧縮端以前の点火プラグから供給される点火火花によって燃焼が開始される火花点火式燃焼へと燃焼形態が切替わることにより、圧縮端の筒内温度が上昇し、圧縮端の燃焼速度が増大する（ただし、図１１に示す実施形態では、圧縮自己着火式燃焼の着火時期が圧縮端以後の場合とする）。しかしながら、操作量と同タイミングで単純に切替えるのみでは、シリンダ７内が圧縮自己着火式燃焼、および火花点火式燃焼の双方を実現できず、燃焼が不安定になる状況となるサイクルを経ることにより、失火や不良燃焼を引き起こして燃焼形態切替え時のトルク変動量が許容幅を超え、運転性能が悪化する。このトルク変動発生期間中には、排出ガス成分中のＮＯｘ濃度は許容値以下を確保できるが、ＨＣ濃度は失火が原因によって許容値を越え、排気性能が悪化する。
前述の単純切替え制御に対し、燃焼形態切替え制御装置２０Ａによる圧縮自己着火式燃焼から火花点火式燃焼への燃焼形態切替え制御を適用した場合には、時間ｔ4 において圧縮自己着火式燃焼から混在燃焼へと燃焼形態を切替えるべく、内部ＥＧＲ量が減量されるが、スロットル開度の補正により空気量は変化しないため、空燃比がストイキに保持される。また、比較的熱効率が低い火花点火式燃焼時と同等とするために、総燃料噴射量を増量する。また、火花点火による混在燃焼が開始されることにより、圧縮端の筒内温度が上昇すると共に、圧縮端の燃焼速度が増大して、それぞれが所定値となることにより、時間ｔ5 にて燃焼形態が混在燃焼へと切替わる。この後、混在燃焼を所定時間実施し、時間
ｔ6 にて燃焼形態を火花点火式燃焼へと切替えるべく、内部ＥＧＲ量を減量し、点火時期を遅延して火花点火燃焼を実施する。これに従い、内部ＥＧＲ量の減量により圧縮端の筒内温度が増大し、同時に圧縮端の燃焼速度が増大する（前述の通り図１１では圧縮自己着火式燃焼時の着火時期が圧縮上死点以降の場合である）。これら一連の燃焼形態切替えにおいて、混在燃焼を介して燃焼形態を円滑に切替えることで、燃焼安定性を確保しながら燃焼形態を圧縮自己着火式燃焼から火花点火式燃焼へと切替えられる。これにより、燃焼形態切替え時の失火や不良燃焼を防止できるために、エンジントルクの変動がなく、更にＮＯｘ濃度およびＨＣ濃度の増大を抑制することが可能である。
また、図中には明記しないが、本実施形態による圧縮自己着火式燃焼から火花点火式燃焼への燃焼形態切替え時に、時間ｔ4 からｔ6 までの期間で、ドライバの要求などにより、燃焼形態切替えフラグがＯＦＦ（＝０）からＯＮ（＝１）へと切替わった場合には、圧縮自己着火式燃焼への切替えが必要と判断し、燃焼形態切替え実現部７０２は圧縮自己着火式燃焼を実現すべく、目標操作量に圧縮自己着火式燃焼用操作量をセットする。
さらに、本発明における燃料制御手法に関しては、図中には明記しないが、上記で説明した空気量の変動に伴うトルク変動の抑制を目的として、図１０および図１１に記載されている時間ｔ6 以前の混在燃焼と圧縮自己着火式燃焼時には燃料型燃焼制御手法を実施し、時間ｔ6 以降では空気先行型燃料制御手法へと切替える。また、他の形態としては、時間ｔ5以前は燃料先行型燃料制御手法を実施し、時間ｔ5以降の混在燃焼および圧縮自己着火式燃焼時には空気先行型燃料制御手法を実施するものであってもよい。
図１２乃至図１４は燃焼形態切替え制御装置２０Ａによる燃焼形態切替え制御のフローチャートである。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、現在の運転状態には火花点火式燃焼または圧縮自己着火式燃焼のどちらが適当であるかを判定し、燃焼形態切替えフラグＦＬＧ（ｔ）にＯＦＦ(＝０)またはＯＮ(＝１)をセットする。ここで、変数ｔは時間を示す。また、ステップＳ１２０２では、ステップＳ１２０１の結果である燃焼形態切替えフラグＦＬＧ（ｔ）に応じた燃焼形態を実施すべく、操作量を選択された燃焼形態に適した操作量をセットすると共に、運転性能と排気性能の悪化を抑制しながら燃焼形態の切替えを実現するように操作量を切替える。
図１３はステップＳ１２０１の燃焼形態切替え判定部のフローチャートである。ステップＳ１３０１では、要求トルクとエンジン回転速度で決定される運転状態に応じた図１に示すマップに基づいて、実施可能な燃焼状態を判定し、火花点火式燃焼を実施するべき運転状態である場合には、ステップＳ１３０２に進み、圧縮自己着火式燃焼を実施可能な運転状態である場合には、ステップＳ１３０３に進む。ステップＳ１３０２では圧縮自己着火式燃焼を実施すべく、燃焼形態切替えフラグＦＬＧ（ｔ）にＯＮ（＝１）をセットして一連の作動を終了する。また、ステップＳ１３０３では火花点火式燃焼を実施すべく、燃焼形態切替えフラグＦＬＧ（ｔ）にＯＦＦ（＝０）をセットして一連の作動を終了する。
図１４は、燃焼形態切替え実現部Ｓ１２０２のフローチャートである。ステップＳ1401では、ステップＳ１２０１でセットされた燃焼形態切替えフラグＦＬＧ（ｔ）がＯＮ（＝１）であるか否かを判断し、ＦＬＧ（ｔ）＝１である場合、すなわち、圧縮自己着火式燃焼への切替え、または、圧縮自己着火式燃焼を継続する場合には、ステップＳ１４０２に進む。これに対し、ＦＬＧ（ｔ）＝０である場合、すなわち、火花点火式燃焼への切替え、または、火花点火式燃焼を継続する場合には、ステップＳ１４０９へと進む。
まず、ステップＳ１４０２以下のフローチャートに関して説明する。ステップＳ1402は、ＦＬＧ（ｔ）が現在の時刻ｔにおいて切替わったか否か、すなわち、ＦＬＧ（ｔ）が制御周期Δｔだけ以前の状態ＦＬＧ（ｔ−Δｔ）から変化して、ＦＬＧ（ｔ）＝１となったか否かを判断するステップであり、ＦＬＧ（ｔ−Δｔ）＝０からＦＬＧ（ｔ）＝１へと変化した場合には、燃焼形態を火花点火式燃焼から圧縮自己着火式燃焼へと切替える、または、混在燃焼から圧縮自己着火式燃焼へと切替えるべく、ステップＳ１４０３に進む。また、ＦＬＧ（ｔ−Δｔ）とＦＬＧ（ｔ）の値が双方とも１である場合には、燃焼形態切替え時の混在燃焼を継続、または、混在燃焼から圧縮自己着火式燃焼への切替え、または、圧縮自己着火式燃焼を継続すべく、ステップＳ１４０６に進む。
ステップＳ１４０３は、現在の目標操作量に混在燃焼用操作量がセットされている、すなわち、現在は混在燃焼を実施中または実施するべく操作量を操作中であるか否かを判断するステップであり、現在の燃焼形態が混在燃焼である場合には、混在燃焼継続期間中に圧縮自己着火式燃焼を実施する要求があったと判断し、ステップＳ１４０４に進む。また、現在の燃焼形態が混在状態ではなく、火花点火式燃焼である場合には、火花点火式燃焼から圧縮自己着火式燃焼へと切替えが要求されたと判断し、ステップＳ１４０５に進む。
ステップＳ１４０４では、圧縮自己着火式燃焼を実施すべく、目標操作量に圧縮自己着火式燃焼用操作量をセットして一連の作動を終了する。ステップＳ１４０５では、火花点火式燃焼から圧縮自己着火式燃焼への切替え途中での混在燃焼を実施するべく、目標操作量に混在燃焼用操作量をセットして一連の作動を終了する。
ステップＳ１４０６は、ＦＬＧ（ｔ）＝１である状態が継続している場合であるが、現在の目標操作量に混在燃焼用操作量がセットされている、すなわち、現在は混在燃焼を実施中または実施するべく操作量を操作中であるか否かを判断するステップであり、現在の目標操作量が混在燃焼用操作量であると判断した場合には、ステップＳ１４０７に進む。これに対し、現在の目標操作量が混在燃焼用操作量ではない場合、すなわち燃焼形態の切替えが終了し、圧縮自己着火式燃焼用操作量がセットされていて、圧縮自己着火式燃焼を継続している場合には、ステップＳ１４０８に進む。
ステップＳ１４０７では、混在燃焼継続時間、すなわち、混在燃焼検出フラグがＯＮ
（＝１）である期間が所定時間Ａ以上であるか否か、すなわち、燃焼形態切替えが終了して圧縮自己着火式燃焼へと目標操作量を変更する必要があるか否かを判断し、混在燃焼継続時間が所定時間Ａ以上である場合には、ステップＳ１４０８に進む。これに対し、混在燃焼継続時間が所定時間Ａ以内である場合には、ステップＳ１４０５に進み、目標操作量に混在燃焼用操作量をセットして一連の作動を終了し、混在燃焼を継続する。
ステップＳ１４０８では、圧縮自己着火式燃焼を継続する、または混在燃焼から圧縮自己着火式燃焼へと燃焼形態を切替えるべく、目標操作量に圧縮自己着火式燃焼用操作量をセットして一連の作動を終了する。
次に、ステップ１４０９以下のフローチャートに関して説明する。ステップＳ１４０９は、燃焼形態切替えフラグＦＬＧ（ｔ）が時間Δｔだけ以前の状態から変化したか否かを判断するステップであり、ＦＬＧ（Δｔ）＝１からＦＬＧ（ｔ）＝０となる場合には圧縮自己着火式燃焼から火花点火式燃焼への切替え、または、圧縮自己着火式燃焼への切替え途中での混在燃焼から火花点火式燃焼への切替えが必要であると判断し、ステップＳ1410へと進む。これに対し、ＦＬＧ（Δｔ）＝０が継続する場合、すなわち、混在燃焼の継続、または、混在燃焼から火花点火式燃焼への切替え、または、火花点火式燃焼の継続が必要であると判断し、ステップＳ１４１３へと進む。
ステップＳ１４１０は、現在の目標操作量が混在燃焼用操作量であるか否かを判断するステップであり、現在の目標操作量が混在燃焼用操作量がセットされている場合には、ステップＳ１４１２へと進み、現在の目標操作量が混在燃焼用操作量がセットされていない、すなわち、圧縮自己着火式燃焼用操作量がセットされている場合には、ステップＳ1411へと進む。
ステップＳ１４１１は、燃焼形態を圧縮自己着火式燃焼へと切替える場合であり、圧縮自己着火式燃焼から火花点火式燃焼へと燃焼形態を切替えるべく、目標操作量に火花点火式燃焼用操作量をセットして一連の作動を終了する。ステップＳ１４１２は、圧縮自己着火式燃焼へと燃焼形態を切替える途中での混在燃焼継続期間中に、火花点火式燃焼への切替え要求があった場合であり、燃焼形態を混在燃焼から火花点火式燃焼へと切替えるべく、目標操作量に火花点火式燃焼用操作量をセットして一連の作動を終了する。
ステップＳ１４１３は、火花点火式燃焼へと燃焼形態を切替える途中での混在燃焼を継続中であるか否かを判断するステップであり、現在の目標操作量が混在燃焼用操作量がセットされている、すなわち、混在燃焼を継続中である場合には、ステップＳ１４１４に進む。これに対し、現在の目標操作量が混在燃焼用操作量がセットされていない、すなわち、火花点火式燃焼用操作量がセットされている場合には、火花点火式燃焼を継続する要求があったと判断し、ステップＳ１４１２に進み、目標操作量に火花点火式燃焼用操作量をセットして一連の作動を終了する。
ステップＳ１４１４では、圧縮自己着火式燃焼から火花点火式燃焼への切替え途中での混在燃焼継続時間、すなわち、混在燃焼検出フラグがＯＮ（＝１）となった時間が所定時間Ｂ以上であるか否かを判断するステップであり、混在燃焼継続時間が所定時間Ｂ以上である場合には、混在燃焼から火花点火式燃焼への切替えが要求されたと判断し、ステップＳ１４１２に進み、目標操作量に火花点火式燃焼用操作量をセットして一連の作動を終了する。これに対し、混在燃焼継続時間が所定時間Ｂ以内である場合には、火花点火式燃焼への切替え前の混在燃焼を継続するべく、ステップＳ１４１５へと進む。
ステップＳ１４１５では、混在燃焼を継続するべく、目標操作量に混在燃焼用操作量をセットして一連の作動を終了する。
前述のフローチャートにおける、所定時間Ａは火花点火式燃焼から圧縮自己着火式燃焼へと切替える途中での混在燃焼の継続時間であり、図８乃至図９におけるｔ3−ｔ1に相当する。同様に、所定時間Ｂは圧縮自己着火式燃焼から火花点火式燃焼へと切替える途中での混在燃焼の継続時間であり、図１０乃至図１１におけるｔ6−ｔ4に相当する。
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、燃焼形態切替え判定部７０１において、要求トルクとエンジン回転速度のみではなく、水温、または、排気温度、または、吸気温度、または、燃料温度を直接または間接的に検出するセンサの出力信号の少なくとも１つに基づいて、火花点火式燃焼と圧縮自己着火式燃焼との切替え可否を判断するものであっても良い。
また、本実施形態は、圧縮自己着火式燃焼の実施に、内部ＥＧＲの制御を基本とした燃焼制御手段を用いているが、その他に、外部ＥＧＲなどＥＧＲの調整、または、吸気温度、または、実圧縮比、または、吸気管圧力の制御を基本とした燃焼制御手段を用いても良く、その際には、燃焼形態切替え時のパラメータを混在燃焼が実施可能な所定値へと設定し、燃焼形態を切替える。更にその所定値は、運転条件だけではなく、水温、または、排気温度、または、吸気温度、または燃料温度に基づいて変更するが、シミュレーションまたは実験により予め決定されたものを用いても良く、さらには運転中に学習して所定値を更新するものであっても良い。
圧縮自己着火式燃焼と火花点火式燃焼を切替えて運転するエンジン１００において、燃焼形態を切替える際に、混在状態を介在することによって、燃焼形態の円滑な遷移が可能となり、切替え時の運転性能悪化を抑制することが可能である。また、混在燃焼において空燃比をストイキとすることから、燃焼形態切替え時の排気性能悪化も抑制することが可能である。
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。 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。 本発明の実施形態である内燃機関の制御装置による火花点火式燃焼時の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。 本発明の実施形態である内燃機関の制御装置による圧縮自己着火式燃焼時の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。 本発明の実施形態である内燃機関の制御装置による混在燃焼時の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。 本発明の実施形態における、ＥＣＵの内部構成図。 本発明の実施形態における、図２の燃焼形態切替え制御装置２０Ａの制御ブロック図。 本発明の実施形態における、火花点火式燃焼から圧縮自己着火式燃焼への燃焼形態切替えを実施した際の、燃焼形態切替えフラグ，混在燃焼検出フラグ，負のオーバーラップ量，スロットル開度，副燃料噴射パルス幅，主燃料噴射パルス幅、および点火信号のタイムチャート図。 本発明の実施形態における、火花点火式燃焼から圧縮自己着火式燃焼への燃焼形態切替えを実施した際の、内部ＥＧＲ量，空気量，総燃料噴射量，圧縮端の筒内温度，圧縮端の燃焼速度，燃焼形態，エンジントルク，ＮＯｘ濃度、およびＨＣ濃度のタイムチャート図。 本発明の実施形態における、圧縮自己着火式燃焼から圧縮自己着火式燃焼への燃焼形態切替えを実施した際の、燃焼形態切替えフラグ，混在燃焼検出フラグ，負のオーバーラップ量，スロットル開度，副燃料噴射パルス幅，主燃料噴射パルス幅、および点火信号のタイムチャート図。 本発明の実施形態における、圧縮自己着火式燃焼から火花点火式燃焼への燃焼形態切替えを実施した際の、内部ＥＧＲ量，空気量，総燃料噴射量，圧縮端の筒内温度，圧縮端の燃焼速度，燃焼形態，エンジントルク，ＮＯｘ濃度、およびＨＣ濃度のタイムチャート図。 本発明の実施形態における、図２の燃焼形態切替え制御装置２０Ａを示すフローチャート図。 本発明の実施形態における、図１２の燃焼形態切替え判定部を示すフローチャート。 本発明の実施形態における、図１３の燃焼形態切替え実現部を示すフローチャート。
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 可変バルブ
５ａ 吸気バルブ
５ｂ 排気バルブ
６ 吸気管
７ シリンダ
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 クランク角度センサ
１４ ピストン
２０ ＥＣＵ
２０Ａ 燃焼形態切替え制御装置
１００ エンジン
６０１ 入力回路
６０２ 入出力ポート
６０３ ＲＡＭ
６０４ ＲＯＭ
６０５ ＣＰＵ
６０６ 電子スロットル開路
６０７ インジェクタ駆動回路
６０８ 点火出力回路
６０９ 可変バルブ駆動回路
７０１ 燃焼形態切替え判定部
７０２ 燃焼形態切替え実現部

Claims (8)

  1. 燃焼室へ燃料を噴射するインジェクタと、
    前記燃焼室に噴射された燃料に点火するための点火プラグと、
    前記燃焼室の一部を形成するシリンダの吸気側に設けられ、作動タイミングを制御可能な吸気弁と、
    前記シリンダの排気側に設けられ作動タイミングを制御可能な排気弁と、
    を有する内燃機関を制御する制御装置において、
    スロットルを駆動するためのスロットル駆動回路と、
    前記インジェクタを駆動するためのインジェクタ駆動回路と、
    前記吸気弁及び前記排気弁を駆動するためのバルブ駆動回路と、
    前記点火装置への点火信号を出力する点火出力回路と、
    入力された前記内燃機関の作動状態に関する情報に基づいて、前記インジェクタ駆動回路と前記バルブ駆動回路と前記点火出力回路と前記スロットル駆動回路とのうち少なくとも一つを制御して前記内燃機関を制御する制御回路とを備え、
    該制御回路は、
    前記点火装置によって前記インジェクタから噴霧された燃料に点火，燃焼させて前記内燃機関を作動させるように前記インジェクタ駆動回路と前記バルブ駆動回路と前記点火出力回路と前記スロットル駆動回路とのうち少なくとも一つを制御する第１の作動モードと、
    前記シリンダ内の圧力上昇によって前記インジェクタから噴霧された燃料を燃焼させて前記内燃機関を作動させるよう前記インジェクタ駆動回路と前記バルブ駆動回路と前記点火出力回路と前記スロットル駆動回路とのうち少なくとも一つを制御する第２の作動モードとを有し、
    前記第１の作動モードと前記第２の作動モードとを切替える際に、
    負のオーバラップ量を前記第１の動作モードの負のオーバラップ量よりも大きく、前記第２の作動モードの負のオーバラップ量よりも小さくするように前記可変バルブ駆動回路を制御すると共に前記第１の作動モードの点火タイミングより早く点火するように点火出力回路を制御し、かつ
    前記点火装置によって前記インジェクタから噴霧された燃料に着火して該燃料の一部を燃焼させると共に、燃焼後の前記シリンダ内の圧力上昇により残りの燃料に着火して燃焼させるように前記インジェクタ駆動回路と前記バルブ駆動回路と前記点火出力回路と前記スロットル駆動回路とのうち少なくとも一つを制御する第３の動作モードとを有し、
    前記内燃機関の作動状態に関する情報に応じて、前記第１，第２，第３の作動モードを切替えることを特徴とする制御装置。
  2. 前記制御装置は、
    前記作動状態に関する情報に基づき、前記第１の作動モードから前記第２の作動モードへ、あるいは前記第２の作動モードから前記第１の作動モードへの切替えを行おうとする際、前記第３の作動モードを介在させて切替えを行うことを特徴とする請求項１記載の制御装置。
  3. 前記内燃機関の作動状態に関する情報は、少なくとも、要求エンジントルクを直接的または間接的に示すセンサの出力信号と、エンジン回転速度を直接的または間接的に示すセンサの出力信号であることを特徴とする請求項１記載の制御装置。
  4. 前記制御装置は、
    スロットル開度を前記第１の作動モードのスロットル開度よりも大きく、前記第２の作動モードのスロットル開度よりも小さくするように前記スロットル駆動回路を制御することを特徴とする請求項1記載の制御装置。
  5. 前記第１の作動モードを実施中に、スロットル開度により調整される燃焼室内に流入する空気量に基づいて燃焼室内に供給する燃料量を決定する空気先行型燃料制御手段から、要求トルクに基づいて前記燃料量を決定する燃料先行型燃料制御手段へと切替えた後、前記第１の作動モードから前記第３の作動モードへと燃焼形態を切替える請求項１記載の制御装置。
  6. 前記第３の作動モードを実施中に、スロットル開度により調整される燃焼室内に流入する空気量に基づいて燃焼室内に供給する燃料量を決定する空気先行型燃料制御手段から要求トルクに基づいて前記燃料量を決定する燃料先行型燃料制御手段へと切替えた後、前記第３の作動モードから前記第２の作動モードへと燃焼形態を切替える請求項１記載の制御装置。
  7. 前記第２の作動モードから前記第３の作動モードへと燃焼形態を切替えた後に、要求トルクに基づいて燃焼室内に供給する燃料量を決定する燃料先行型燃料制御手段からスロットル開度により調整される燃焼室内に流入する空気量に基づいて前記燃料量を決定する空気先行型燃料制御手段へと切替える請求項１記載の制御装置。
  8. 前記第３の作動モードから前記第１の作動モードへと燃焼形態を切替えた後に、要求トルクに基づいて燃焼室内に供給する燃料量を決定する燃料先行型燃料制御手段からスロットル開度により調整される燃焼室内に流入する空気量に基づいて前記燃料量を決定する空気先行型燃料制御手段へと切替える請求項１記載の制御装置。
JP2006339385A 2006-12-18 2006-12-18 圧縮自己着火式内燃機関の制御装置 Expired - Fee Related JP4438792B2 (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006339385A JP4438792B2 (ja) 2006-12-18 2006-12-18 圧縮自己着火式内燃機関の制御装置
EP07021734.4A EP1936168B1 (en) 2006-12-18 2007-11-08 Controller of internal combustion engine of compression ignition combustion type
US11/954,417 US7848869B2 (en) 2006-12-18 2007-12-12 Controller of internal combustion engine of compression ignition combustion type

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006339385A JP4438792B2 (ja) 2006-12-18 2006-12-18 圧縮自己着火式内燃機関の制御装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2008151021A JP2008151021A (ja) 2008-07-03
JP4438792B2 true JP4438792B2 (ja) 2010-03-24

Family

ID=39085188

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2006339385A Expired - Fee Related JP4438792B2 (ja) 2006-12-18 2006-12-18 圧縮自己着火式内燃機関の制御装置

Country Status (3)

Country Link
US (1) US7848869B2 (ja)
EP (1) EP1936168B1 (ja)
JP (1) JP4438792B2 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9470163B2 (en) 2013-11-18 2016-10-18 Mitsubishi Electric Corporation Control apparatus and method for internal combustion engine

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102008000916B4 (de) * 2007-04-02 2021-12-16 Denso Corporation Verbrennungssteuerungsvorrichtung für direkt einspritzende Kompressionszündungskraftmaschine
JP4836088B2 (ja) 2007-11-08 2011-12-14 日立オートモティブシステムズ株式会社 圧縮自己着火式内燃機関の制御装置および制御方法
JP5028245B2 (ja) * 2007-12-20 2012-09-19 本田技研工業株式会社 内燃機関の内部ｅｇｒ制御装置
DE102010000741A1 (de) * 2010-01-08 2011-07-14 Robert Bosch GmbH, 70469 Verfahren zum Umschalten zwischen einer HCCI-Verbrennung und einer SI-Verbrennung in einem Reaktor einer Brennkraftmaschine
JP5303511B2 (ja) * 2010-06-11 2013-10-02 日立オートモティブシステムズ株式会社 筒内燃料噴射式内燃機関の制御装置
JP5568457B2 (ja) * 2010-12-20 2014-08-06 日立オートモティブシステムズ株式会社 内燃機関の制御装置
US9228510B2 (en) * 2012-08-22 2016-01-05 Cummins Inc. Engine control systems and methods
JP5930050B2 (ja) * 2012-09-07 2016-06-08 マツダ株式会社 火花点火式エンジン
JP5994700B2 (ja) * 2013-03-25 2016-09-21 マツダ株式会社 火花点火式エンジンの制御装置
EP3240949B1 (en) * 2014-12-30 2022-02-09 Robert Bosch GmbH Multi-mode advanced combustion engine with supervisory control
WO2018096586A1 (ja) * 2016-11-22 2018-05-31 マツダ株式会社 圧縮自己着火式エンジンの制御装置
WO2018096587A1 (ja) * 2016-11-22 2018-05-31 マツダ株式会社 圧縮自己着火式エンジンの制御装置
US10018142B1 (en) * 2017-02-10 2018-07-10 GM Global Technology Operations LLC Auxiliary fuel injector timing driver

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11336600A (ja) * 1998-05-22 1999-12-07 Nissan Motor Co Ltd 火花点火式内燃機関
JP4221795B2 (ja) * 1998-12-25 2009-02-12 日産自動車株式会社 内燃機関の燃焼制御装置
JP3592567B2 (ja) * 1999-01-29 2004-11-24 本田技研工業株式会社 圧縮着火式内燃機関の制御方法
DE19923413B4 (de) 1999-05-21 2011-02-17 Daimler Ag Verfahren zum Betrieb einer im Viertakt arbeitenden Hubkolben-Brennkraftmaschine mit wechselnder Kompressions- und Fremdzündung
JP3911912B2 (ja) 1999-06-23 2007-05-09 株式会社日立製作所 エンジン制御システム及び制御方法
WO2002014665A1 (fr) * 2000-08-17 2002-02-21 Hitachi, Ltd. Moteur a combustion interne par compression
JP3927395B2 (ja) * 2001-09-28 2007-06-06 株式会社日立製作所 圧縮着火エンジンの制御装置
US6752104B2 (en) * 2001-12-11 2004-06-22 Caterpillar Inc Simultaneous dual mode combustion engine operating on spark ignition and homogenous charge compression ignition
US20040182359A1 (en) * 2003-03-17 2004-09-23 Stewart Daniel W. Individual cylinder-switching in a multi-cylinder engine
JP2004293471A (ja) 2003-03-27 2004-10-21 Honda Motor Co Ltd 燃焼方式切替可能な内燃機関の吸気絞り弁制御装置
JP4386781B2 (ja) 2004-03-31 2009-12-16 大阪瓦斯株式会社 エンジン
JP4100401B2 (ja) 2005-02-24 2008-06-11 トヨタ自動車株式会社 内燃機関
US7240659B2 (en) * 2005-09-21 2007-07-10 Ford Global Technologies, Llc Transition strategy for engine operation with spark ignition and homogeneous charge compression ignition modes
JP2007247479A (ja) * 2006-03-15 2007-09-27 Hitachi Ltd 圧縮着火式内燃機関の制御装置

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9470163B2 (en) 2013-11-18 2016-10-18 Mitsubishi Electric Corporation Control apparatus and method for internal combustion engine

Also Published As

Publication number Publication date
US20080147300A1 (en) 2008-06-19
EP1936168A3 (en) 2014-07-16
JP2008151021A (ja) 2008-07-03
US7848869B2 (en) 2010-12-07
EP1936168B1 (en) 2017-10-04
EP1936168A2 (en) 2008-06-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4438792B2 (ja) 圧縮自己着火式内燃機関の制御装置
JP4836088B2 (ja) 圧縮自己着火式内燃機関の制御装置および制御方法
JP4474435B2 (ja) 内燃機関の制御装置
US7367310B2 (en) Controller for compression ignition engine
US8050846B2 (en) Apparatus and method for controlling engine
US9932916B2 (en) Combustion control apparatus for internal combustion engine
JP5055245B2 (ja) 圧縮自己着火式内燃機関の制御装置
WO2016072157A1 (ja) エンジン制御装置
US8464687B2 (en) Control device for compressed self-ignition type internal combustion engine
JP2007056798A (ja) 内燃機関の制御装置
JP5087569B2 (ja) 圧縮自己着火式内燃機関の制御装置
WO2017056687A1 (ja) 内燃機関の制御装置
JP5098985B2 (ja) 内燃機関の制御装置
JP2010216326A (ja) 内燃機関の燃焼方式切替制御方法
JP6604259B2 (ja) 内燃機関の制御装置
JP4801744B2 (ja) 内燃機関の運転方法および装置
JP4466865B2 (ja) 筒内噴射型火花点火式内燃機関
JP2009138752A (ja) エンジンの制御装置
JP2018155166A (ja) 内燃機関の制御装置
JP2005226492A (ja) ターボチャージャを備えた内燃機関
JP2010203417A (ja) 内燃機関の燃料噴射制御方法

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20081120

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20090423

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20090428

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20090626

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20090901

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20091102

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20091215

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20091228

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130115

Year of fee payment: 3

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 4438792

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130115

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130115

Year of fee payment: 3

S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130115

Year of fee payment: 3

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

S533 Written request for registration of change of name

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees