JP4443835B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃焼モードを成層燃焼モードと均質燃焼モードとの間で切り換える内燃機関の制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、低燃費、低排気エミッション、高出力の特長を兼ね備えた筒内噴射式エンジンの需要が急増している。この筒内噴射式エンジンは、エンジン運転状態に応じて成層燃焼モードと均質燃焼モードとを切り換え、成層燃焼モードでは、少量の燃料を圧縮行程で筒内に直接噴射して混合気を成層燃焼させ、均質燃焼モードでは、燃料噴射量を増量して吸気行程で筒内に燃料を直接噴射して混合気を均質燃焼させるようにしている。
【０００３】
この燃焼モードの切換制御は、例えば特許文献１（特許第３２０１９３６号公報）に示すように、空気系、燃料系、点火系の各制御パラメータの目標値を各燃焼モード毎にマップ等で設定し、燃焼モードを切り換える際に、空気系、燃料系、点火系の各制御パラメータを切り換え先の燃焼モードの目標値に切り換えるようにしている。
【０００４】
【特許文献１】
特許第３２０１９３６号公報（第１頁等）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ＥＧＲ量（排出ガス還流量）、吸気バルブや排気バルブのバルブタイミングは、燃焼モード切換時の燃焼安定性に及ぼす影響が大きく、例えば図１０（ａ）に示すように、ＥＧＲ量が多いと、成層燃焼と均質燃焼の双方の安定燃焼領域が狭くなって、成層燃焼領域と均質燃焼領域との間の不安定燃焼領域が広くなる傾向がある。
【０００６】
しかし、従来の燃焼モード切換制御では、燃焼モードが切り換えられる際に、ＥＧＲ量やバルブタイミングが燃焼安定性に及ぼす影響を考慮せずに、燃焼モード切換要求が発生したときに、直ちにＥＧＲ量やバルブタイミングの目標値を他の空気系の制御パラメータ（例えばスロットル開度）と同じように切り換え先の燃焼モードの目標値に切り換えるため、切り換え前の燃焼モードにおける目標値よりも切り換え先の燃焼モードにおける目標値の方が成層燃焼領域と均質燃焼領域との間の不安定燃焼領域を広くする場合には、燃焼モードを切り換える際に通過する不安定燃焼領域の幅が広くなって、燃焼モード切換時の燃焼安定性が悪化してトルク変動や失火が発生する可能性がある。
【０００７】
本発明はこのような事情を考慮してなされたものであり、従ってその目的は、燃焼モード切換時の燃焼安定性を向上させることができる内燃機関の制御装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１の内燃機関の制御装置は、燃焼モード切換要求に応じて成層燃焼モードと均質燃焼モードとを燃焼モード切換制御手段により切り換えると共に、燃焼モードの切り換えに伴って排出ガス還流量と吸気バルブ及び／又は排気バルブのバルブタイミングのうちの少なくとも１つ（以下「特定制御パラメータ」という）を特定制御パラメータ切換制御手段により切り換えるシステムにおいて、燃焼モードを切り換える際に、特定制御パラメータの均質燃焼モードにおける目標値と成層燃焼モードにおける目標値とを入力し、両目標値のうちで燃焼モード切換中の燃焼安定性を高くできる方の目標値（以下「燃焼安定側目標値」という）を選択して該燃焼安定側目標値に特定制御パラメータを制御し、この状態で、燃焼モードを切り換えるようにしたものである。
【０００９】
このようにすれば、燃焼モードを切り換える際に、特定制御パラメータ（例えば排出ガス還流量やバルブタイミング）を燃焼安定側目標値に制御して燃焼モード切換中の燃焼安定性を高くした状態（例えば成層燃焼領域と均質燃焼領域との間の不安定燃焼領域を狭くするか又は無くした状態）で、燃焼モード切換制御を行うことができ、燃焼モード切換時の燃焼安定性を向上させることができる。
【００１０】
一般に、燃焼モードを切り換える際に、空気系の空燃比制御パラメータ（例えばスロットル開度）を切り換え先の燃焼モードの目標値に切り換えてから実空燃比が切り換え先の燃焼モードで燃焼可能な空燃比になるまでには応答遅れがある。このため、空気系の空燃比制御パラメータの切り換えと同時に燃料系及び点火系の制御パラメータを切り換え先の燃焼モードの目標値に切り換えると、実空燃比が切り換え先の燃焼モードで燃焼可能な空燃比になる前に燃料系及び点火系の制御パラメータが切り換えられてしまい、燃焼モード切換時の燃焼状態が不安定になりやすい。
【００１１】
そこで、請求項２のように、燃焼モード切換要求に応じて要求燃焼モードを切り換えたときに空気系の制御パラメータのうち少なくとも空燃比制御パラメータの目標値を切り換え先の燃焼モードにおける目標値に切り換え、その後、実空燃比が切り換え先の燃焼モードで燃焼可能な空燃比になった時点で燃料系及び点火系の制御パラメータの目標値を切り換え先の燃焼モードにおける目標値に切り換えて実燃焼モードを切り換えるようにすると良い。
【００１２】
このようにすれば、燃焼モードを切り換える際に、空気系の空燃比制御パラメータの切り換えに対して実空燃比に応答遅れがあっても、実空燃比が切り換え先の燃焼モードで燃焼可能な空燃比になるまで待ってから、燃料系及び点火系の制御パラメータを切り換えて実燃焼モードを切り換えることができ、燃焼モード切換時の燃焼安定性を更に向上させることができる。
【００１３】
この場合、特定制御パラメータ（例えば排出ガス還流量やバルブタイミング）の切り換えタイミングは、請求項３のように、燃焼モードが切り換えられる際に、特定制御パラメータの切り換え先の燃焼モードにおける目標値が燃焼安定側目標値となる場合には、要求燃焼モードが切り換わったときに特定制御パラメータの目標値を切り換え先の燃焼モードにおける目標値に切り換え、特定制御パラメータの切り換え前の燃焼モードにおける目標値が燃焼安定側目標値となる場合には、実燃焼モードが切り換わったときに特定制御パラメータの目標値を切り換え先の燃焼モードの目標値に切り換えるようにすると良い。
【００１４】
このようにすれば、特定制御パラメータの切り換え先の燃焼モードにおける目標値が燃焼安定側目標値となる場合には、特定制御パラメータを切り換え先の燃焼モードの目標値（つまり燃焼安定側目標値）に切り換えた状態で燃焼モードの切換制御を行うことができ、燃焼モードを速やかに切り換えることができる。一方、特定制御パラメータの切り換え前の燃焼モードにおける目標値が燃焼安定側目標値となる場合には、特定制御パラメータを切り換え前の燃焼モードの目標値（つまり燃焼安定側目標値）に維持して燃焼安定性を高めた状態で燃焼モードを切り換えることができ、燃焼モード切換制御が終了して実燃焼モードが切り換わった時点で特定制御パラメータを速やかに切り換え先の燃焼モードの目標値に切り換えることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。まず、図１に基づいてエンジン制御システム全体の概略構成を説明する。筒内噴射式の内燃機関である筒内噴射式エンジン１１の吸気管１２の最上流部には、エアクリーナ１３が設けられ、このエアクリーナ１３の下流側に、吸入空気量を検出するエアフローメータ１４が設けられている。このエアフローメータ１４の下流側には、ＤＣモータ等のモータ１５によって駆動されるスロットルバルブ１６が設けられ、このスロットルバルブ１６の開度（スロットル開度）がスロットル開度センサ１７によって検出される。
【００１６】
また、スロットルバルブ１６の下流側には、サージタンク１８が設けられ、このサージタンク１８に、吸気管圧力を検出する吸気管圧力センサ１９が設けられている。また、サージタンク１８には、エンジン１１の各気筒に空気を導入する吸気マニホールド２０が設けられ、各気筒の吸気マニホールド２０に、筒内の気流強度（スワール流強度やタンブル流強度）を制御する気流制御弁３１が設けられている。
【００１７】
エンジン１１の各気筒の上部には、それぞれ燃料を筒内に直接噴射する燃料噴射弁２１が取り付けられている。エンジン１１のシリンダヘッドには、各気筒毎に点火プラグ２２が取り付けられ、各点火プラグ２２の火花放電によって筒内の混合気に着火される。また、エンジン１１の吸気バルブ３７と排気バルブには、それぞれバルブタイミングを可変する可変バルブタイミング機構３９，４０が設けられている。
【００１８】
エンジン１１のシリンダブロックには、ノッキングを検出するノックセンサ３２と、冷却水温を検出する冷却水温センサ２３とが取り付けられている。また、クランク軸（図示せず）の外周側には、所定のクランク角毎にクランク角信号を出力するクランク角センサ２４が取り付けられている。このクランク角センサ２４の出力信号に基づいてクランク角やエンジン回転速度が検出される。
【００１９】
一方、エンジン１１の排気管２５には、排出ガスを浄化する上流側触媒２６と下流側触媒２７が設けられ、上流側触媒２６の上流側に、排出ガスの空燃比又はリッチ／リーン等を検出する排出ガスセンサ２８（空燃比センサ、酸素センサ等）が設けられている。本実施形態では、上流側触媒２６として理論空燃比付近で排出ガス中のＣＯ，ＨＣ，ＮＯｘ等を浄化する三元触媒が設けられ、下流側触媒２７としてＮＯｘ吸蔵還元型触媒が設けられている。このＮＯｘ吸蔵還元型触媒２７は、排出ガスの空燃比がリーンのときに排出ガス中のＮＯｘを吸蔵し、空燃比が理論空燃比付近又はリッチになったときに吸蔵ＮＯｘを還元浄化して放出する特性を持っている。
【００２０】
また、排気管２５のうちの上流側触媒２６の下流側と吸気管１２のうちのスロットルバルブ１６の下流側のサージタンク１８との間に、排出ガスの一部を吸気側に還流させるためのＥＧＲ配管３３が接続され、このＥＧＲ配管３３の途中に排出ガス還流量（ＥＧＲ量）を制御するＥＧＲ弁３４が設けられている。また、アクセルペダル３５の踏込量（アクセル開度）がアクセルセンサ３６によって検出される。
【００２１】
前述した各種センサの出力は、エンジン制御回路（以下「ＥＣＵ」と表記する）３０に入力される。このＥＣＵ３０は、マイクロコンピュータを主体として構成され、内蔵されたＲＯＭ（記憶媒体）に記憶された各種の制御ルーチンを実行することで、エンジン運転状態に応じて燃料噴射弁２１の燃料噴射量や燃料噴射時期、点火プラグ２２の点火時期等を制御する。
【００２２】
このＥＣＵ３０は、後述する図２乃至図７に示す各ルーチンを実行することで燃焼モード切換制御手段として機能し、エンジン運転状態（要求トルクやエンジン回転速度等）に応じて成層燃焼モードと均質燃焼モードとを切り換える。成層燃焼モードでは、少量の燃料を圧縮行程で筒内に直接噴射して点火プラグ２２の近傍に成層混合気を形成して成層燃焼させることで、燃費を向上させる。一方、均質燃焼モードでは、燃料噴射量を増量して吸気行程で筒内に燃料を直接噴射して均質混合気を形成して均質燃焼させることで、エンジン出力を高める。
【００２３】
この場合、ＥＣＵ３０は、燃焼モードを切り換える際に、エンジン運転状態に応じて要求燃焼モードが切り換えられたときに、まず、空燃比制御パラメータ及びその他の空気系の制御パラメータ（スロットル開度及び気流制御弁３１の開度等）と目標空燃比を切り換え先の燃焼モードの目標値に切り換え、その後、実空燃比が切り換え先の燃焼モードで燃焼可能な空燃比になった時点で、燃料系と点火系の各制御パラメータ（燃料噴射量、燃料噴射時期、燃料圧力、点火時期等）を切り換え先の燃焼モードの目標値に切り換えて実燃焼モードを切り換える。
【００２４】
また、ＥＣＵ３０は、後述する図８及び図９に示す各ルーチンを実行することで特定制御パラメータ切換制御手段として機能し、燃焼モードの切り換えに伴ってバルブタイミング（特定制御パラメータ）の目標値及びＥＧＲ量（特定制御パラメータ）の目標値を切り換える。
【００２５】
この場合、ＥＣＵ３０は、燃焼モードが切り換えられる際に、バルブタイミングとＥＧＲ量の目標値として、それぞれ均質燃焼モード用の目標値と成層燃焼モード用の目標値のうちで燃焼安定側目標値となる方を選択し、バルブタイミングとＥＧＲ量をそれぞれ燃焼安定側目標値に制御した状態で燃焼モードの切換制御を行う。ここで、燃焼安定側目標値は、均質燃焼モード用の目標値と成層燃焼モード用の目標値のうちで燃焼モード切換中の燃焼安定性を高くできる方の目標値（例えば成層燃焼領域と均質燃焼領域との間の不安定燃焼領域を狭くするか又は無くすことができる方の目標値）とする。
【００２６】
燃焼モードが切り換えられる際のバルブタイミングとＥＧＲ量の具体的な切換制御は、バルブタイミングとＥＧＲ量の切り換え先の燃焼モードにおける目標値が燃焼安定側目標値となる場合には、要求燃焼モードが切り換わったときにバルブタイミングとＥＧＲ量の目標値を切り換え先の燃焼モードにおける目標値に切り換える。これにより、バルブタイミングとＥＧＲ量を切り換え先の燃焼モードの目標値（つまり燃焼安定側目標値）に切り換えた状態で燃焼モードの切換制御を行う。
【００２７】
一方、バルブタイミングとＥＧＲ量の切り換え前の燃焼モードにおける目標値が燃焼安定側目標値となる場合には、実燃焼モードが切り換わったときにバルブタイミングとＥＧＲ量の目標値を切り換え先の燃焼モードの目標値に切り換える。これにより、バルブタイミングとＥＧＲ量を切り換え前の燃焼モードの目標値（つまり燃焼安定側目標値）に維持した状態で燃焼モードの切換制御を行い、燃焼モードの切換制御が終了して実燃焼モードが切り換わった時点でバルブタイミングとＥＧＲ量を切り換え先の燃焼モードの目標値に切り換える。
以下、ＥＣＵ３０が実行する図２乃至図９に示す各ルーチンの処理内容を説明する。
【００２８】
［エンジン制御メインルーチン］
図２のエンジン制御メインルーチンは、イグニッションスイッチ（図示せず）のオン後に所定周期で実行される。本メインルーチンが起動されると、まずステップ１００で、アクセル開度とエンジン回転速度等に基づいて要求トルクを算出する。この後、ステップ２００に進み、図３の燃焼モード決定ルーチンを実行して燃焼モードを決定した後、ステップ３００に進み、図４の燃焼モード切換制御ルーチンを実行して、燃焼モード切換要求があれば、燃焼モード切換制御を実行し、次のステップ４００〜６００で、図５の空気系制御ルーチン、図６の燃料系制御ルーチン、図７の点火系制御ルーチンを実行して、空気系、燃料系、点火系の各制御パラメータを後述するタイミングで切り換え先の燃焼モードの目標値に切り換えて燃焼モードを切り換える。
【００２９】
［燃焼モード決定ルーチン］
図２のエンジン制御メインルーチンのステップ２００で、図３の燃焼モード決定ルーチンが起動されると、まずステップ２０１で、要求燃焼モード判定マップを検索して現在のエンジン運転状態（例えばエンジン回転速度と要求トルク）に応じて成層燃焼モードと均質燃焼モードのいずれか一方を要求燃焼モードとして選択する。この要求燃焼モード判定マップは、低回転、低トルク領域では、燃費節減を優先して成層燃焼モードが選択され、一方、高回転、高トルク領域では、エンジン出力を優先して均質燃焼モードが選択されるように設定されている。
【００３０】
この後、ステップ２０２に進み、現在のエンジン運転状態に応じて選択した要求燃焼モードが均質燃焼モードであるか否かを判定し、要求燃焼モードが均質燃焼モードであれば、ステップ２０３に進み、現在の実燃焼モードが均質燃焼モードであるか否かを判定する。もし、現在の実燃焼モードが均質燃焼モードでなければ、燃焼モードを切り換える必要があるため、ステップ２０４に進み、燃焼モード切換中フラグをＯＮして、ステップ２０５に進み、空気系制御モードを均質燃焼モードに設定する。一方、現在の実燃焼モードが均質燃焼モードであれば、燃焼モードを切り換える必要がないため、ステップ２０４を飛び越して、ステップ２０５に進み、空気系制御モードを均質燃焼モードに維持する。
【００３１】
前記ステップ２０２で、要求燃焼モードが均質燃焼モードでない（成層燃焼モードである）と判定された場合には、ステップ２０７に進み、現在の実燃焼モードが成層燃焼モードであるか否かを判定する。もし、現在の実燃焼モードが成層燃焼モードでなければ、燃焼モードを切り換える必要があるため、ステップ２０８に進み、燃焼モード切換中フラグをＯＮして、ステップ２０９に進み、空気系制御モードを均質燃焼モードに設定する。一方、現在の実燃焼モードが成層燃焼モードであれば、燃焼モードを切り換える必要がないため、ステップ２０８を飛び越して、ステップ２０５に進み、空気系制御モードを成層燃焼モードに維持する。
【００３２】
［燃焼モード切換制御ルーチン］
図２のエンジン制御メインルーチンのステップ３００で、図４の燃焼モード切換制御ルーチンが起動されると、まずステップ３０１で、燃焼モード切換中フラグがＯＮであるか否かによって燃焼モード切換中であるか否かを判定し、燃焼モード切換中でなければ、以降の処理を行うことなく、本ルーチンを終了する。
【００３３】
一方、燃焼モード切換中であれば、ステップ３０２に進み、要求燃焼モードが成層燃焼モードであるか否かを判定し、要求燃焼モードが成層燃焼モードでなければ（つまり要求燃焼モードが均質燃焼モードであれば）、ステップ３０３に進み、実空燃比Ａ／Ｆが均質燃焼領域判定値ＣＡＦ２よりリッチであるか否かで、実空燃比Ａ／Ｆが均質燃焼領域であるか否かを判定する。その結果、実空燃比Ａ／Ｆが均質燃焼領域判定値ＣＡＦ２よりリーンである（実空燃比Ａ／Ｆが均質燃焼領域に入っていない）と判定された場合は、以降の処理を行うことなく、本ルーチンを終了する。
【００３４】
その後、実空燃比Ａ／Ｆが均質燃焼領域判定値ＣＡＦ２よりもリッチになって実空燃比Ａ／Ｆが均質燃焼可能な領域に入ったと判定された時点で、ステップ３０４に進み、燃料系制御モードを均質燃焼モードに設定して、燃料噴射モードを吸気行程噴射に切り換えた後、燃焼モード切換中フラグをＯＦＦして本ルーチンを終了する。これにより、実燃焼モードが均質燃焼モードに切り換わる。
【００３５】
また、燃焼モード切換中で、且つ要求燃焼モードが成層燃焼モードであると判定された場合（ステップ３０１、３０２で共に「Ｙｅｓ」と判定された場合）は、ステップ３０６に進み、実空燃比Ａ／Ｆが成層燃焼領域判定値ＣＡＦ１よりもリーンであるか否かで、実空燃比Ａ／Ｆが成層燃焼領域であるか否かを判定する。その結果、実空燃比Ａ／Ｆが成層燃焼領域判定値ＣＡＦ１よりもリッチである（実空燃比Ａ／Ｆが成層燃焼領域に入っていない）と判定された場合は、以降の処理を行うことなく、本ルーチンを終了する。
【００３６】
その後、実空燃比Ａ／Ｆが成層燃焼領域判定値ＣＡＦ１よりもリーンになって実空燃比Ａ／Ｆが成層燃焼可能な領域に入ったと判定された時点で、ステップ３０８に進み、燃料系制御モードを成層燃焼モードに設定して、燃料噴射モードを圧縮行程噴射に切り換えた後、燃焼モード切換中フラグをＯＦＦして本ルーチンを終了する。これにより、実燃焼モードが成層燃焼モードに切り換わる。
【００３７】
［空気系制御ルーチン］
図２のエンジン制御メインルーチンのステップ４００で、図５の空気系制御ルーチンが起動されると、まずステップ４０１で、空気系制御モードが均質燃焼モードであるか否かを判定し、均質燃焼モードであれば、ステップ４０２に進み、空気系の空燃比制御パラメータ及びその他の空気系の制御パラメータ（スロットル開度及び気流制御弁３１の開度等）の目標値として、それぞれ均質燃焼モード用のマップ等を用いてエンジン運転状態に応じた均質燃焼モード用の目標値を算出する。
【００３８】
一方、上記ステップ４０１で、空気系制御モードが均質燃焼モードでない（成層燃焼モードである）と判定された場合は、ステップ４０３に進み、空気系の各制御パラメータの目標値として、それぞれ成層燃焼モード用のマップ等を用いてエンジン運転状態に応じた成層燃焼モード用の目標値を算出する。
【００３９】
［燃料系制御ルーチン］
図２のエンジン制御メインルーチンのステップ５００で、図６の燃料系制御ルーチンが起動されると、まずステップ５０１で、燃料系制御モードが均質燃焼モードであるか否かを判定し、均質燃焼モードであれば、ステップ５０２に進み、燃料系の制御パラメータ（燃料噴射量、燃料噴射時期、燃料圧力等）の目標値として、それぞれ均質燃焼モード用のマップ等を用いてエンジン運転状態に応じた均質燃焼モード用の目標値を算出する。
【００４０】
また、上記ステップ５０１で、燃料系制御モードが均質燃焼モードでない（成層燃焼モードである）と判定された場合は、ステップ５０３に進み、燃料系の制御パラメータの目標値として、それぞれ成層燃焼モード用のマップ等を用いてエンジン運転状態に応じた成層燃焼モード用の目標値を算出する。
【００４１】
［点火系制御ルーチン］
図２のエンジン制御メインルーチンのステップ６００で、図７の点火系制御ルーチンが起動されると、まずステップ６０１で、点火系制御モード（＝燃料系制御モード）が均質燃焼モードであるか否かを判定し、均質燃焼モードであれば、ステップ６０２に進み、点火系の制御パラメータ（点火時期）の目標値として、均質燃焼モード用のマップ等を用いてエンジン運転状態に応じた均質燃焼モード用の目標値を算出する。
【００４２】
また、上記ステップ６０１で、点火系制御モードが均質燃焼モードでない（成層燃焼モードである）と判定された場合は、ステップ６０３に進み、点火系の制御パラメータの目標値として、成層燃焼モード用のマップ等を用いてエンジン運転状態に応じた成層燃焼モード用の目標値を算出する。
【００４３】
［バルブタイミング制御ルーチン］
図８のバルブタイミング制御ルーチンは、イグニッションスイッチ（図示せず）のオン後に所定周期で実行される。本ルーチンが起動されると、まずステップ７０１で、バルブタイミングの目標値として、均質燃焼モード用のマップ等を用いて現在のエンジン運転状態に応じた均質燃焼モード用の目標値ＴＶＴＨｍを算出すると共に、成層燃焼モード用のマップ等を用いて現在のエンジン運転状態に応じた成層燃焼モード用の目標値ＴＶＴＳｔを算出する。
【００４４】
ここで、吸気バルブタイミングは基準位置（例えば最遅角位置）からの進角量で表され、排気バルブタイミングは基準位置（例えば最進角位値）からの遅角量で表される。図１０（ｂ）に示すように、吸気バルブタイミング（進角量）や排気バルブタイミング（遅角量）が小さい方が、内部ＥＧＲ量が少なくなって、成層燃焼領域と均質燃焼領域との間の不安定燃焼領域が狭くなるか又は無くなり、燃焼モード切換時の燃焼安定性が高くなる傾向があるため、吸気バルブタイミング（進角量）と排気バルブタイミング（遅角量）のいずれの場合も、均質燃焼モード用の目標値ＴＶＴＨｍと成層燃焼モード用の目標値ＴＶＴＳｔのうちの小さい方が燃焼安定側目標値となる。
【００４５】
この後、ステップ７０２に進み、燃焼モード切換中フラグがＯＮであるか否かによって燃焼モード切換中であるか否かを判定し、燃焼モード切換中でなければ、ステップ７０３に進み、現在の実燃焼モードが均質燃焼モードであるか否かを判定する。その結果、実燃焼モードが均質燃焼モードである判定された場合には、ステップ７０４に進み、バルブタイミングの目標値を均質燃焼モード用の目標値ＴＶＴＨｍに設定して、本ルーチンを終了する。一方、実燃焼モードが均質燃焼モードでない（成層燃焼モードである）と判定された場合には、ステップ７０５に進み、バルブタイミングの目標値を成層燃焼モード用の目標値ＴＶＴＳｔに設定して、本ルーチンを終了する。
【００４６】
その後、上記ステップ７０２で、燃焼モード切換中であると判定されたときに、ステップ７０６に進み、要求燃焼モードが均質燃焼モードであるか否かを判定する。その結果、要求燃焼モードが均質燃焼モードであると判定された場合、つまり、成層燃焼モードから均質燃焼モードに切り換える場合には、ステップ７０７に進み、均質燃焼モード用の目標値ＴＶＴＨｍが成層燃焼モード用の目標値ＴＶＴＳｔ以上であるか否かを判定する。
【００４７】
均質燃焼モード用の目標値ＴＶＴＨｍが成層燃焼モード用の目標値ＴＶＴＳｔよりも小さいと判定された場合、つまり、切り換え先の燃焼モードである均質燃焼モードの目標値ＴＶＴＨｍが燃焼安定側目標値となる場合には、ステップ７０８に進み、バルブタイミングの目標値を切り換え先の燃焼モードである均質燃焼モードの目標値ＴＶＴＨｍ（燃焼安定側目標値）に切り換えて、本ルーチンを終了する。
【００４８】
これに対して、上記ステップ７０７で、均質燃焼モード用の目標値ＴＶＴＨｍが成層燃焼モード用の目標値ＴＶＴＳｔ以上であると判定された場合、つまり、切り換え前の燃焼モードである成層燃焼モードの目標値ＴＶＴＳｔが燃焼安定側目標値となる場合には、ステップ７０８を飛び越して、バルブタイミングの目標値を切り換え前の燃焼モードである成層燃焼モードの目標値ＴＶＴＳｔ（燃焼安定側目標値）に維持したまま、本ルーチンを終了する。その後、燃焼モードの切換制御が終了して実燃焼モードが均質燃焼モードに切り換わった時点で、バルブタイミングの目標値を切り換え先の燃焼モードである均質燃焼モードの目標値ＴＶＴＨｍに切り換える（ステップ７０３、７０４）。
【００４９】
一方、上記ステップ７０６で、要求燃焼モードが均質燃焼モードでない（成層燃焼モードである）と判定された場合、つまり、均質燃焼モードから成層燃焼モードに切り換える場合には、ステップ７０９に進み、均質燃焼モード用の目標値ＴＶＴＨｍが成層燃焼モード用の目標値ＴＶＴＳｔよりも小さいか否かを判定する。
【００５０】
均質燃焼モード用の目標値ＴＶＴＨｍが成層燃焼モード用の目標値ＴＶＴＳｔ以上であると判定された場合、つまり、切り換え先の燃焼モードである成層燃焼モードの目標値ＴＶＴＳｔが燃焼安定側目標値となる場合には、ステップ７１０に進み、バルブタイミングの目標値を切り換え先の燃焼モードである成層燃焼モードの目標値ＴＶＴＳｔ（燃焼安定側目標値）に切り換えて、本ルーチンを終了する。
【００５１】
これに対して、上記ステップ７０９で、均質燃焼モード用の目標値ＴＶＴＨｍが成層燃焼モード用の目標値ＴＶＴＳｔよりも小さいと判定された場合、つまり、切り換え前の燃焼モードである均質燃焼モードの目標値ＴＶＴＨｍが燃焼安定側目標値となる場合には、ステップ７１０を飛び越して、バルブタイミングの目標値を切り換え前の燃焼モードである均質燃焼モードの目標値ＴＶＴＨｍ（燃焼安定側目標値）に維持したまま、本ルーチンを終了する。その後、燃焼モードの切換制御が終了して実燃焼モードが成層燃焼モードに切り換わった時点で、バルブタイミングの目標値を切り換え先の燃焼モードである成層燃焼モードの目標値ＴＶＴＳｔに切り換える（ステップ７０３、７０５）。
【００５２】
［ＥＧＲ量制御ルーチン］
図９のＥＧＲ量制御ルーチンは、イグニッションスイッチ（図示せず）のオン後に所定周期で実行される。本ルーチンが起動されると、まずステップ８０１で、ＥＧＲ量の目標値として、均質燃焼モード用のマップ等を用いて現在のエンジン運転状態に応じた均質燃焼モード用の目標値ＴＥＧＲＨｍを算出すると共に、成層燃焼モード用のマップ等を用いて現在のエンジン運転状態に応じた成層燃焼モード用の目標値ＴＥＧＲＳｔを算出する。
【００５３】
図１０（ｂ）に示すように、ＥＧＲ量が少ない方が、成層燃焼領域と均質燃焼領域との間の不安定燃焼領域が狭くなるか又は無くなって、燃焼モード切換時の燃焼安定性が高くなる傾向があるため、均質燃焼モード用の目標値ＴＥＧＲＨｍと成層燃焼モード用の目標値ＴＥＧＲＳｔのうちの小さい方が燃焼安定側目標値となる。
【００５４】
この後、ステップ８０２に進み、燃焼モード切換中であるか否かを判定し、燃焼モード切換中でなければ、ステップ８０３に進み、実燃焼モードが均質燃焼モードの場合には、ＥＧＲ量の目標値を均質燃焼モード用の目標値ＴＥＧＲＨｍに設定し、実燃焼モードが成層燃焼モードの場合には、ＥＧＲ量の目標値を成層燃焼モード用の目標値ＴＥＧＲＳｔに設定して、本ルーチンを終了する（ステップ８０３〜８０５）。
【００５５】
その後、上記ステップ８０２で、燃焼モード切換中であると判定されたときに、ステップ８０６に進み、成層燃焼モードから均質燃焼モードに切り換える場合で、切り換え先の燃焼モードである均質燃焼モードの目標値ＴＥＧＲＨｍが燃焼安定側目標値となる場合には、ＥＧＲ量の目標値を切り換え先の燃焼モードである均質燃焼モードの目標値ＴＥＧＲＨｍ（燃焼安定側目標値）に切り換えて、本ルーチンを終了する（ステップ８０６〜８０８）。
【００５６】
これに対して、切り換え前の燃焼モードである成層燃焼モードの目標値ＴＥＧＲＳｔが燃焼安定側目標値となる場合には、ステップ８０８を飛び越して、ＥＧＲ量の目標値を切り換え前の燃焼モードである成層燃焼モードの目標値ＴＥＧＲＳｔ（燃焼安定側目標値）に維持したまま、本ルーチンを終了する（ステップ８０６、８０７）。その後、燃焼モードの切換制御が終了して実燃焼モードが均質燃焼モードに切り換わった時点で、ＥＧＲ量の目標値を切り換え先の燃焼モードである均質燃焼モードの目標値ＴＥＧＲＨｍに切り換える（ステップ８０３、８０４）。
【００５７】
一方、均質燃焼モードから成層燃焼モードに切り換える場合で、切り換え先の燃焼モードである成層燃焼モードの目標値ＴＥＧＲＳｔが燃焼安定側目標値となる場合には、ＥＧＲ量の目標値を切り換え先の燃焼モードである成層燃焼モードの目標値ＴＥＧＲＳｔ（燃焼安定側目標値）に切り換えて、本ルーチンを終了する（ステップ８０６、８０９、８１０）。
【００５８】
これに対して、切り換え前の燃焼モードである均質燃焼モードの目標値ＴＥＧＲＨｍが燃焼安定側目標値となる場合には、ステップ８１０を飛ばして、ＥＧＲ量の目標値を切り換え前の燃焼モードである均質燃焼モードの目標値ＴＥＧＲＨｍ（燃焼安定側目標値）に維持したまま、本ルーチンを終了する。その後、燃焼モードの切換制御が終了して実燃焼モードが成層燃焼モードに切り換わった時点で、ＥＧＲ量の目標値を切り換え先の燃焼モードである成層燃焼モードの目標値ＴＥＧＲＳｔに切り換える（ステップ８０３、８０５）。
【００５９】
以上説明した本実施形態の燃焼モード切換制御と従来の燃焼モード切換制御との相違について図１１乃至図１４のタイムチャートを用いて説明する。ここで、図１１及び図１２は従来の燃焼モード切換制御の実行例を示すタイムチャートであり、図１１はＥＧＲ量とバルブタイミングが両方とも均質燃焼モード用の目標値の方が大きい場合の実行例で、図１２はＥＧＲ量は成層燃焼モード用の目標値の方が大きく、バルブタイミングは均質燃焼モード用の目標値の方が大きい場合の実行例である。
【００６０】
一方、図１３及び図１４は、本実施形態の燃焼モード切換制御の実行例を示すタイムチャートであり、図１３はＥＧＲ量とバルブタイミングは両方とも均質燃焼モード用の目標値の方が大きい場合の実行例で、図１４はＥＧＲ量は成層燃焼モード用の目標値の方が大きく、バルブタイミングは均質燃焼モード用の目標値の方が大きい場合の実行例である。
【００６１】
前述したように、ＥＧＲ量、吸気バルブタイミング（進角量）、排気バルブタイミング（遅角量）が大きいと、成層燃焼領域と均質燃焼領域との間の不安定燃焼領域が広くなる傾向があるが、従来の燃焼モード切換制御では、図１１及び図１２に示すように、要求燃焼モードが切り換えられると、直ちにＥＧＲ量とバルブタイミングの目標値を切り換え先の燃焼モードの目標値に切り換えるため、切り換え前の燃焼モードにおける目標値よりも切り換え先の燃焼モードにおける目標値の方が大きい場合には、燃焼モードを切り換える際に通過する不安定燃焼領域の幅が広がって、燃焼モード切換時の燃焼安定性が悪化してトルク変動や失火が発生する可能性がある。
【００６２】
これに対して、本実施形態の燃焼モード切換制御では、図１３及び図１４に示すように、バルブタイミングとＥＧＲ量の切り換え先の燃焼モードにおける目標値の方が小さい場合、つまり、切り換え先の燃焼モードにおける目標値が燃焼安定側目標値となる場合には、要求燃焼モードが切り換わったときに直ちにバルブタイミングとＥＧＲ量の目標値を切り換え先の燃焼モードにおける目標値に切り換える。これにより、バルブタイミングとＥＧＲ量を切り換え先の燃焼モードの目標値（つまり燃焼安定側目標値）に切り換えて燃焼安定性を高めた状態で燃焼モードの切換制御を行う。
【００６３】
一方、バルブタイミングとＥＧＲ量の切り換え前の燃焼モードにおける目標値の方が小さい場合、つまり、切り換え前の燃焼モードにおける目標値が燃焼安定側目標値となる場合には、実燃焼モードが切り換わった時点でバルブタイミングとＥＧＲ量の目標値を切り換え先の燃焼モードの目標値に切り換える。これにより、バルブタイミングとＥＧＲ量を切り換え前の燃焼モードの目標値（つまり燃焼安定側目標値）に維持して燃焼安定性を確保した状態で燃焼モードの切換制御を行い、燃焼モードの切換制御が終了して実燃焼モードが切り換わった時点でバルブタイミングとＥＧＲ量を切り換え先の燃焼モードの目標値に切り換える。
【００６４】
このようにすれば、燃焼モードを切り換える際に、バルブタイミングやＥＧＲ量を燃焼安定側目標値に制御して燃焼モード切換中の燃焼安定性を高くした状態（例えば成層燃焼領域と均質燃焼領域との間の不安定燃焼領域を狭くするか又は無くした状態）で、燃焼モードの切換制御を行うことができるので、燃焼モード切換時の燃焼安定性を向上させて、トルク変動や失火を防止することができる。
【００６５】
また、本実施形態では、要求燃焼モードを切り換えたときに空気系の空燃比制御パラメータ（例えばスロットル開度）の目標値を切り換え先の燃焼モードにおける目標値に切り換え、その後、実空燃比が切り換え先の燃焼モードで燃焼可能な空燃比になった時点で、燃料系及び点火系の制御パラメータ（燃料噴射時期、点火時期等）の目標値を切り換え先の燃焼モードにおける目標値に切り換えて実燃焼モードを切り換えるようにしたので、燃焼モードを切り換える際に、空気系の空燃比制御パラメータの切り換えに対して実空燃比に応答遅れがあっても、実空燃比が切り換え先の燃焼モードで燃焼可能な空燃比になるまで待ってから、燃料系及び点火系の制御パラメータを切り換えて実燃焼モードを切り換えることができ、燃焼モード切換時の燃焼安定性を更に向上させることができる。
【００６６】
尚、本実施形態では、燃焼モード切換時に、ＥＧＲ量、吸気バルブタイミング、排気バルブタイミングを全て切り換えるようにしたが、ＥＧＲ量、吸気バルブタイミング、排気バルブタイミングのうちの１つまたは２つを切り換えるシステムに本発明を適用しても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態におけるエンジン制御システム全体の概略構成図
【図２】エンジン制御メインルーチンの処理の流れを示すフローチャート
【図３】燃焼モード決定ルーチンの処理の流れを示すフローチャート
【図４】燃焼モード切換制御ルーチンの処理の流れを示すフローチャート
【図５】空気系制御ルーチンの処理の流れを示すフローチャート
【図６】燃料系制御ルーチンの処理の流れを示すフローチャート
【図７】点火系制御ルーチンの処理の流れを示すフローチャート
【図８】バルブタイミング制御ルーチンの処理の流れを示すフローチャート
【図９】ＥＧＲ量制御ルーチンの処理の流れを示すフローチャート
【図１０】（ａ）はＥＧＲ量が多いときの成層燃焼領域と均質燃焼領域を示す図、（ｂ）はＥＧＲ量が少ないときの成層燃焼領域と均質燃焼領域を示す図
【図１１】従来の燃焼モード切換制御の第１の実行例を示すタイムチャート
【図１２】従来の燃焼モード切換制御の第２の実行例を示すタイムチャート
【図１３】本実施形態の燃焼モード切換制御の第１の実行例を示すタイムチャート
【図１４】本実施形態の燃焼モード切換制御の第２の実行例を示すタイムチャート
【符号の説明】
１１…エンジン（内燃機関）、１２…吸気管、１６…スロットルバルブ、２１…燃料噴射弁、２２…点火プラグ、２５…排気管、３０…ＥＣＵ（燃焼モード切換制御手段，特定制御パラメータ切換制御手段）、３１…気流制御弁、３４…ＥＧＲ弁、３７…吸気バルブ、３８…排気バルブ、３９，４０…可変バルブタイミング機構。

Claims (3)

1. 燃焼モード切換要求に応じて成層燃焼モードと均質燃焼モードとを切り換える燃焼モード切換制御手段と、燃焼モードの切り換えに伴って排出ガス還流量と吸気バルブ及び／又は排気バルブのバルブタイミングのうちの少なくとも１つ（以下「特定制御パラメータ」という）を切り換える特定制御パラメータ切換制御手段とを備えた内燃機関の制御装置において、
   前記特定制御パラメータ切換制御手段は、燃焼モードが切り換えられる際に、前記特定制御パラメータの均質燃焼モードにおける目標値と成層燃焼モードにおける目標値とを入力し、両目標値のうちで燃焼モード切換中の燃焼安定性を高くできる方の目標値（以下「燃焼安定側目標値」という）を選択して該燃焼安定側目標値に前記特定制御パラメータを制御し、前記燃焼モード切換制御手段は、前記特定制御パラメータが前記燃焼安定側目標値に制御された状態で燃焼モードを切り換えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記燃焼モード切換制御手段は、燃焼モード切換要求に応じて要求燃焼モードを切り換えたときに空気系の制御パラメータのうち少なくとも空燃比制御パラメータの目標値を切り換え先の燃焼モードにおける目標値に切り換え、実空燃比が切り換え先の燃焼モードで燃焼可能な空燃比になった時点で燃料系及び点火系の制御パラメータの目標値を切り換え先の燃焼モードにおける目標値に切り換えて実燃焼モードを切り換え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. 前記特定制御パラメータ切換制御手段は、燃焼モードが切り換えられる際に、前記特定制御パラメータの切り換え先の燃焼モードにおける目標値が前記燃焼安定側目標値となる場合には、前記要求燃焼モードが切り換わったときに前記特定制御パラメータの目標値を切り換え先の燃焼モードにおける目標値に切り換え、前記特定制御パラメータの切り換え前の燃焼モードにおける目標値が前記燃焼安定側目標値となる場合には、前記実燃焼モードが切り換わったときに前記特定制御パラメータの目標値を切り換え先の燃焼モードの目標値に切り換えることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の制御装置。

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