以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。図1に示す、本発明を適用した内燃機関(以下「エンジン」という)3は、4つの気筒C(1つのみ図示)を有するガソリンエンジンであり、車両(図示せず)に搭載されている。エンジン3の各気筒Cには、ピストン3bとシリンダヘッド3cの間に燃焼室3dが形成されている。この燃焼室3dには、吸気通路4および排気通路5が接続されるとともに、吸気通路4の吸気ポート4aおよび排気通路5の排気ポート5aには、これらを開閉する吸気弁6および排気弁7がそれぞれ設けられている。
また、エンジン3には、吸気弁6を開閉するとともに、そのバルブタイミングを切り換える吸気V/T切換機構13と、排気弁7を開閉するとともに、そのバルブタイミングを切り換える排気V/T切換機構14が設けられている。これらの吸気および排気V/T切換機構13、14は、互いに同じ構成を有するので、以下、これらを代表して、吸気V/T切換機構13の構成を説明する。
吸気V/T切換機構13は、吸気弁6のバルブタイミングを、高速バルブタイミング、低速バルブタイミングおよび休止バルブタイミングの3段階に切り換えるものである。図3に示すように、吸気V/T切換機構13は、吸気カムシャフト31に一体に並列した状態で設けられた低速カム32a、休止カム32bおよび高速カム32cと、ロッカアームシャフト33に回動自在に取り付けられ、低速カム32a、休止カム32bおよび高速カム32cによってそれぞれ押圧される低速ロッカアーム34a、休止ロッカアーム34bおよび高速ロッカアーム34cを備えている。休止ロッカアーム34bは吸気弁6に当接している。
また、吸気V/T切換機構13は、上記の3つのロッカアーム34a〜34cに選択的に係合し、それらの連結・遮断状態を切り換える切換ピン35と、この切換ピン35を駆動する駆動装置を備えている。図示しないが、この駆動装置は、油圧式のものであり、その油路に設けられた吸気V/T制御弁36(図2参照)により、切換ピン35に供給される油圧を制御することによって、切換ピン35を位置決めする。吸気V/T制御弁36は、電磁弁で構成されており、その動作はECU2によって制御される。
以上の構成により、図3(a)に示すように、3つのロッカアーム34a〜34cが互いに遮断され、独立して回動するときには、吸気弁6は、休止カム32bのカムプロフィールに応じたほぼ0のリフトで駆動され、それにより、吸気弁6のバルブタイミング(以下「吸気V/T」という)は、休止バルブタイミング(休止V/T)に設定される。
また、同図(b)に示すように、切換ピン35によって低速ロッカアーム34aと休止ロッカアーム34bが互いに連結されているときには、吸気弁6は、低速カム32aのカムプロフィールに応じた所定の小さなリフトを有するバルブリフト曲線(図4(h)参照)に従って駆動され、吸気V/Tは低速バルブタイミング(低速V/T)に設定される。
さらに、同図(c)に示すように、切換ピン35によって3つのロッカアーム34a〜34cが互いに連結されているときには、吸気弁6は、高速カム32cのカムプロフィールに応じた所定の大きなリフトを有するバルブリフト曲線(図4(g)参照)に従って駆動され、吸気V/Tは高速バルブタイミング(高速V/T)に設定される。
前述したように、排気V/T切換機構14は、吸気V/T切換機構13とまったく同じ構成を有しており、排気弁7のバルブタイミングを切り換えるための排気V/T制御弁37(図2参照)を備えている。
したがって、排気V/T制御弁37をECU2で制御することにより、排気弁7のバルブタイミング(以下「排気V/T」という)は、排気弁7がほぼ0のリフトで駆動される休止バルブタイミング(休止V/T)と、所定の小さなリフトを有するバルブリフト曲線(図4(f)参照)に従って駆動される低速バルブタイミング(低速V/T)と、所定の大きなリフトを有するバルブリフト曲線(図4(c)参照)に従って駆動される高速バルブタイミング(高速V/T)とに、切り換えて設定される。
また、上記のように吸気V/Tと排気V/Tが互いに独立して設定される結果、両者の組合わせパターンは、図4に示すように3×3=9通りになる。同図中のV/TパターンP_VTEC1〜9は、これらの組合わせパターンを番号で表したものである。
例えば、同図(a)のP_VTEC=1の場合には、吸気V/Tおよび排気V/Tがいずれも高速V/Tに設定されることで、高出力が得られる。また、同図(d)〜(f)のように排気V/Tが低速V/Tの場合には、排気弁7の閉弁タイミングが早くなること(早閉じ)によって、燃焼室3d内に既燃ガスが残留する内部EGRが得られる。
さらに、エンジン3には、気筒Cごとに、点火プラグ17、ポート燃料噴射弁18および筒内燃料噴射弁19が設けられている。点火プラグ17は、シリンダヘッド3cに取り付けられており、火花を発生させることにより、気筒C内の混合気に点火を行う。
ポート燃料噴射弁18は、吸気通路15の吸気マニホルドに取り付けられており、吸気ポート4aに向かって燃料を噴射する。また、筒内燃料噴射弁19は、シリンダヘッド3cに取り付けられており、気筒C内に燃料を直接、噴射する。
これらの点火プラグ17の点火時期、ポート燃料噴射弁18および筒内燃料噴射弁19のそれぞれの燃料噴射量および燃料噴射時期は、ECU2によって設定されるとともに、ECU2からの制御信号によって制御される。
また、エンジン3のクランクシャフト3aには、クランク角センサ20および気筒判別センサ21(図2参照)が設けられている。クランクシャフト3aの回転に伴い、クランク角センサ20は、パルス信号であるCRK信号およびTDC信号を出力し、気筒判別センサ21は、気筒Cを判別するためのパルス信号であるCYL信号を出力する。
CRK信号は、所定のクランク角(例えば1°)ごとに出力される。TDC信号は、いずれかの気筒Cにおいてピストン3bが吸気行程の開始時の上死点よりも若干、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、本実施形態のようにエンジン3が4気筒の場合には、クランク角180゜ごとに出力される。
また、CYL信号は、クランク角720゜ごとに出力される。ECU2は、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を算出するとともに、上記の3つの信号に基づき、排気行程の開始時の下死点を基準位置(=0°)として、クランク角CAを気筒Cごとに算出する。
また、各気筒Cには、筒内圧センサ22が設けられている(図2参照)。筒内圧センサ22は、気筒C内の圧力(以下「筒内圧」という)PCYLの変化量ΔPCYLを表す検出信号を、ECU2に出力する。ECU2は、この検出信号に基づき、筒内圧PCYLを算出する。
さらに、吸気通路4のスロットル弁16よりも下流側には、吸気圧センサ23が設けられている。吸気圧センサ23は、吸気通路4内の圧力(以下「吸気圧」という)PBを検出し、その検出信号をECU2に出力する。また、排気通路5には、LAFセンサ24が設けられている。LAFセンサ24は、気筒Cから排気通路5に排出された排ガス中の酸素濃度をリニアに検出し、その検出信号をECU2に出力する。ECU2は、この検出信号に基づき、燃焼室3dで燃焼した混合気の空燃比AFを算出する。
ECU2にはさらに、水温センサ25から、エンジン3のシリンダブロック(図示せず)内を循環する冷却水の温度(以下「エンジン水温」という)TWを表す検出信号が、アクセル開度センサ26から、車両のアクセルペダル(図示せず)の踏み込み量(以下「アクセル開度」という)APを表す検出信号が、それぞれ出力される(図2参照)。
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)などから成るマイクロコンピュータで構成されており、また、エンジン3の停止時間を計測するための停止タイマ2aを備えている。ECU2は、前述した各種のセンサ20〜26の検出信号などに応じて、エンジン3の燃焼モードを決定するとともに、エンジン3に対する各種の制御処理を実行する。
なお、本実施形態では、ECU2は、始動時空気量判定手段、始動時制御手段、排気行程燃焼実行手段、圧縮着火燃焼実行手段、吸気弁休止手段、排気行程燃焼保留手段、空気導入手段、およびバルブタイミング検出手段に相当する。
上記の燃焼モードには、混合気を圧縮着火によって燃焼させる圧縮着火燃焼を行う圧縮着火燃焼モード(以下、それぞれ「HCCI燃焼」「HCCI燃焼モード」という)と、混合気を点火プラグ17から発生した火花による点火によって燃焼させる火花点火燃焼を行う火花点火燃焼モード(以下、それぞれ「SI燃焼」「SI燃焼モード」という)が含まれる。
図5は、ECU2によって実行される始動制御処理を示すメインフローである。本処理では、まずステップ1(「S1」と図示。以下同じ)において、停止時空気状態判定処理を実行する。この停止時空気状態判定処理は、エンジン3が停止する際の吸気V/Tおよび排気V/Tなどから、気筒C内の空気の状態を判定する処理である。
次に、ステップ2において、エンジン3の始動が要求されたか否かを判別する。この始動要求には、イグニッションスイッチ(図示せず)からオン信号が出力されることの他、エンジン3を自動的に停止する自動停止運転が実行される場合のアイドルストップの後の再始動要求が含まれる。このステップ2の答がNOのときには、そのまま本処理を終了する。
一方、ステップ2の答がYESで、エンジン3の始動が要求されたときには、始動時燃焼モード判定処理を実行する(ステップ3)。この始動時燃焼モード判定処理は、ステップ1で判定された停止時における気筒C内の空気状態などから、エンジン3の始動時の燃焼モードを決定する処理である。
次に、始動時制御処理を実行し(ステップ4)、本処理を終了する。この始動時制御処理は、ステップ3で決定された燃焼モードに基づき、エンジン3を制御し、始動する処理である。以下、上記のステップ1、3および4の各処理について、順に詳細に説明する。
図6は、ステップ1の停止時空気状態判定処理のサブルーチンを示す。本処理は、エンジン3の停止指令が出力された後、エンジン3の回転が停止する(エンジン回転数NEが0になる)までの間(以下「停止動作期間」という)に実行される。なお、この停止指令には、イグニッションスイッチ(図示せず)からのオフ信号の他、エンジン3の自動停止運転が実行される場合のアイドルストップ指令が含まれる。
本処理では、まずステップ11において、停止時V/T判定処理を実行する。この停止時V/T判定処理は、エンジン3の停止動作期間における実際の吸気V/Tおよび排気V/Tを判定するものであり、図7に示すサブルーチンに従い、CRK信号の発生に同期して実行される。
本処理では、まずステップ21において、そのときのクランク角CAが、吸気行程の初期付近の所定の基準角CAREFINに等しいか否かを判別する。この答がYESで、CA=CAREFINのときには、検出された筒内圧PCYLが吸気V/Tの判定用の第1所定値PREFINL以下であるか否かを判別する(ステップ22)。
この答がYESのときには、吸気行程の初期における筒内圧PCYLが小さいことから、このタイミングで吸気弁6が比較的大きく開いていると推定されるため、吸気V/Tが高速V/Tであると判定し(図4参照)、そのことを表すために、実吸気V/TフラグF_VTECINAを「0」にセットする(ステップ23)。
上記ステップ22の答がNOのときには、筒内圧PCYLが第1所定値PREFINLよりも大きな第2所定値PREFINH以上であるか否かを判別する(ステップ24)。この答がYESのときには、吸気行程の初期における筒内圧PCYLが非常に大きいことから、吸気弁6が閉じたままであると推定されるため、吸気V/Tが休止V/Tであると判定し、実吸気V/TフラグF_VTECINAを「2」にセットする(ステップ25)。
上記ステップ24の答がNOで、PREFINL<PCYL<PREFINHのときには、吸気V/Tが低速V/Tであると判定し、実吸気V/TフラグF_VTECINAを「1」にセットする(ステップ26)。
一方、前記ステップ21の答がNOのときには、クランク角CAが、排気行程の終期付近の所定の基準角CAREFEXに等しいか否かを判別する(ステップ27)。このステップ27の答がNOのときには、そのまま本処理を終了する一方、YESで、CA=CAREFEXのときには、筒内圧PCYLが排気V/Tの判定用の第1所定値PREFEXL以下であるか否かを判別する(ステップ28)。
この答がYESのときには、排気行程の終期における筒内圧PCYLが小さいことから、このタイミングで排気弁7がまだ開いている(早閉じではない)と推定されるため、排気V/Tが高速V/Tであると判定し(図4参照)、そのことを表すために、実排気V/TフラグF_VTECEXAを「0」にセットし(ステップ29)、本処理を終了する。
上記ステップ28の答がNOのときには、筒内圧PCYLが第1所定値PREFEXLよりも大きな第2所定値PREFEXH以上であるか否かを判別する(ステップ30)。この答がYESのときには、排気行程の終期における筒内圧PCYLが非常に大きいことから、排気弁7が閉じたままであると推定されるため、排気V/Tが休止V/Tであると判定し、実排気V/TフラグF_VTECEXAを「2」にセットし(ステップ31)、本処理を終了する。
上記ステップ30の答がNOで、PREFEXL<PCYL<PREFEXHのときには、排気V/Tが低速V/Tであると判定し、実排気V/TフラグF_VTECEXAを「1」にセットし(ステップ32)、本処理を終了する。
図6に戻り、前記ステップ11に続くステップ12では、停止時V/Tパターン判定処理を実行する。この停止時V/Tパターン判定処理は、ステップ11で判定された停止動作期間中の実吸気V/Tおよび排気V/Tの切換の有無およびタイミングなどに応じて、停止動作期間中のV/Tパターンを判定するものであり、エンジン3の回転停止時に1回のみ実行される。
図8はそのサブルーチンを示す。本処理では、まずステップ41において、停止動作期間中に、実吸気V/TフラグF_VTECINAおよび実排気V/TフラグF_VTECEXAがいずれも「0」から「2」に変化したか否か、すなわち吸気V/Tおよび排気V/Tがいずれも高速V/Tから休止V/Tに切り換わったか否かを判別する。
なお、図9〜図12に示すように、本実施形態では、エンジン3の停止指令が出力される前には、吸気V/Tおよび排気V/Tはいずれも高速V/Tに設定され、その後の停止動作期間中には、吸気V/Tおよび排気V/Tがいずれも、高速V/Tに維持されるか、または休止V/Tに切り換えられるものとする。
上記ステップ41の答がNOで、停止動作期間中に吸気V/Tおよび排気V/Tがいずれも高速V/Tに維持されているときには、停止時V/Tパターンが第1パターンであると判定し、そのことを表すために、停止時V/TパターンフラグF_V/TPTNを「1」にセットし(ステップ42)、本処理を終了する。
図9に示すように、この第1パターンでは、停止動作期間の全体にわたって、吸気V/Tおよび排気V/Tが高速V/Tに維持されることで、気筒Cに空気(図中の「A」)が随時、流入するとともに、停止指令の直後に排気ポート5aに存在していた燃焼ガス(図中の「G」)が空気に置き換えられることで、エンジン3の停止時には、気筒Cおよび排気ポート5aはいずれも空気が存在した状態になる。
前記ステップ41の答がYESで、停止動作期間中に吸気V/Tおよび排気V/Tがいずれも休止V/Tに切り換えられたときには、実吸気V/TフラグF_VTECINAの変化のタイミングに基づき、停止動作期間において、吸気弁6が開弁したか否かを判別する(ステップ43)。この答がYESのときには、実排気V/TフラグF_VTECEXAの変化のタイミングにさらに基づいて、停止動作期間において、吸気弁6の開弁後に排気弁7が開弁したか否かを判別する(ステップ44)。
このステップ44の答がYESのときには、停止時V/Tパターンが第2パターンであると判定し、停止時V/TパターンフラグF_V/TPTNを「2」にセットした(ステップ45)後、本処理を終了する。図10に示すように、この第2パターンでは、停止動作期間において、吸気弁6の開弁後に排気弁7が開弁したことで、エンジン3の停止時には、気筒Cは、空気がほとんど存在しない真空状態(図中の「V」)になり、排気ポート5aは、燃焼ガスが空気に置き換えられることで、空気が存在した状態になる。
前記ステップ44の答がNOで、停止動作期間において、吸気弁6の開弁後に排気弁7が開弁しなかったときには、停止時V/Tパターンが第3パターンであると判定し、停止時V/TパターンフラグF_V/TPTNを「3」にセットした(ステップ46)後、本処理を終了する。図11に示すように、この第3パターンでは、停止動作期間において、吸気弁6の開弁後に排気弁7が開弁しなかったため、エンジン3の停止時には、気筒Cは空気が存在した状態になり、排気ポート5aは燃焼ガスが存在した状態になる。
また、前記ステップ43の答がNOで、停止動作期間中に吸気弁6が開弁しなかったときには、停止時V/Tパターンが第4パターンであると判定し、停止時V/TパターンフラグF_V/TPTNを「4」にセットした(ステップ47)後、本処理を終了する。図12に示すように、この第4パターンでは、停止動作期間中に吸気弁6が一度も開弁していないため、気筒Cは真空状態になり、排気ポート5aは燃焼ガスが存在した状態になる。
図6に戻り、前記ステップ12に続くステップ13では、停止時空気量判定処理を実行する。この停止時空気量判定処理は、ステップ12で判定された停止時V/Tパターンに応じて、始動時にHCCI燃焼を行うのに必要な空気量(以下「始動時HCCI空気量」という)が、排気ポート5aを含む気筒Cに、エンジン3の停止時において存在するか否かを判定するものである。
図13はそのサブルーチンを示す。本処理では、まずステップ51において、停止時V/TパターンフラグF_V/TPTNが「1」であるか否かを判別する。前述したように、停止時V/Tパターンが第1パターンのときには、気筒Cおよび排気ポート5aの双方に空気が存在する。したがって、このステップ51の答がYESのときには、停止時において、気筒Cに始動時HCCI空気量が存在していると判定し、そのことを表すために、停止時空気量フラグF_AIRSTPを「1」にセットし(ステップ52)、本処理を終了する。
上記ステップ51の答がNOのときには、停止時V/TパターンフラグF_V/TPTNが「2」であるか否かを判別する(ステップ53)。前述したように、停止時V/Tパターンが第2パターンのときには、気筒Cが真空状態にあるとともに、排気ポート5aには空気が存在するので、排気弁7を開弁することによって、排気ポート5aの空気を気筒C内に引き込むことが可能である。したがって、このステップ53の答がYESのときには、気筒Cに始動時HCCI空気量が存在していると判定し、前記ステップ52に進み、停止時空気量フラグF_AIRSTPを「1」にセットする。
上記ステップ53の答がNOのときには、停止時V/TパターンフラグF_V/TPTNが「3」であるか否かを判別する(ステップ54)。この答がYESで、停止時V/Tパターンが第3パターンのときには、気筒空気量QAIRCYLを算出する(ステップ55)。この気筒空気量QAIRCYLは、エンジン3の停止指令後に気筒C内に吸入された空気量であり、その算出は、例えばエンジン回転数NEおよび吸気圧PBに応じ、所定のマップ(図示せず)を検索することによって行われる。
次に、排気ポート空気量QAIREXを算出する(ステップ56)。この排気ポート空気量QAIREXは、排気ポート5aに存在する燃焼ガス中に含まれる空気量であり、その算出は、例えば、停止指令の直前におけるエンジン回転数NE、吸気V/Tおよび排気V/Tに応じて排ガス量を算出するとともに、算出した排ガス量と検出された空燃比AFなどを用いて行われる。
次に、上述したようにして算出された気筒空気量QAIRCYLと排気ポート空気量QAIREXを加算することによって、停止時空気量QAIRSTPを算出する(ステップ57)。次に、この停止時空気量QAIRSTPが所定量QREF以上であるか否かを判別する(ステップ58)。
このステップ58の答がYESで、QAIRSTP≧QREFのときには、気筒Cに始動時HCCI空気量が存在していると判定し、前記ステップ52に進み、停止時空気量フラグF_AIRSTPを「1」にセットする。一方、ステップ58の答がNOで、QAIRSTP<QREFのときには、気筒Cに始動時HCCI空気量が存在していないと判定し、停止時空気量フラグF_AIRSTPを「0」にセットした(ステップ59)後、本処理を終了する。
一方、前記ステップ54の答がNOで、停止時V/Tパターンが第4パターンのときには、前記ステップ56と同様にして排気ポート空気量QAIREXを算出する(ステップ60)とともに、停止時空気量QAIRSTPとして設定する(ステップ61)。その後は前記ステップ58に進み、停止時空気量QAIRSTP≧所定量QREFののときには、気筒Cに始動時HCCI空気量が存在していると判定して、停止時空気量フラグF_AIRSTPを「1」にセットし、QAIRSTP<QREFのときには、停止時空気量フラグF_AIRSTPを「0」にセットする。
図14は、図5のステップ3で実行される始動時燃焼モード決定処理のサブルーチンを示す。本処理ではまず、図13の処理においてセットされた停止時空気量フラグF_AIRSTPが「1」であるか否かを判別する(ステップ71)とともに、停止タイマ2aで計測された停止時間TM_STP(エンジン3の前回の停止時から今回の始動要求時までの時間)が、所定時間TREFSTP(例えば10秒)よりも短いか否かを判別する(ステップ72)。
上記ステップ71および72の答がいずれもYESのとき、すなわち、エンジン3の停止時に、気筒Cに始動時HCCI空気量が存在していると判定され、かつエンジン3の停止時間TM_STPが比較的短いときには、始動を行うべき現時点においても、気筒Cに始動時HCCI空気量が存在していると判定し、そのことを表すために、始動時空気量フラグF_AIRSTRTを「1」にセットする(ステップ73)。
前記ステップ71の答がNOのときには、エンジン3の停止時に、気筒Cに始動時HCCI空気量が存在していないと判定されているため、始動要求時においても、始動時HCCI空気量が存在していないと判定し、始動時空気量フラグF_AIRSTRTを「0」にセットする(ステップ74)。
また、前記ステップ72の答がNOで、停止時間TM_STP≧所定時間TREFSTPのときには、気筒Cに始動時HCCI空気量が存在していないと判定し、前記ステップ74に進み、始動時空気量フラグF_AIRSTRTを「0」にセットする。これは、エンジン3の停止時に、始動時HCCI空気量が存在していると判定されたとしても、エンジン3の停止時間TM_STPが長くなると、気筒Cからの空気の漏れなどにより、停止時の空気量が始動時まで保たれていないおそれがあるためである。
前記ステップ73または74に続くステップ75では、エンジン水温TWが所定温度TWHCCIよりも高いか否かを判別する。この所定温度TWHCCIは、例えば、HCCI燃焼を実行可能な冷却水の温度範囲の下限値に設定されている。
このステップ75の答がNOで、TW≦TWHCCIのときには、エンジン3の始動をSI燃焼モードにより実行すべきと決定し、そのことを表すために、始動時燃焼モードフラグF_HCCISTRTを「0」にセットし(ステップ76)、本処理を終了する。
前記ステップ75の答がYESのときには、前記ステップ73または74でセットされた始動時空気量フラグF_AIRSTRTが、「1」であるか否かを判別する(ステップ77)。この答がYESで、気筒Cに始動時HCCI空気量が存在していると判定されているときには、エンジン3の始動を、後述する第1HCCI燃焼モードにより実行すべきと決定し、始動時燃焼モードフラグF_HCCISTRTを「1」にセットした(ステップ78)後、本処理を終了する。
一方、上記ステップ77の答がNOで、気筒Cに始動時HCCI空気量が存在していないと判定されているときには、エンジン3の始動を、後述する第2HCCI燃焼モードにより実行すべきと決定し、始動時燃焼モードフラグF_HCCISTRTを「2」にセットした(ステップ79)後、本処理を終了する。
図15は、図5のステップ4で実行される始動時制御処理のサブルーチンを示す。本処理ではまず、図14の処理においてセットされた始動時燃焼モードフラグF_HCCISTRTが「0」であるか否かを判別し(ステップ81)、その答がYESのときには、エンジン3をSI燃焼モードにより始動するためのSI燃焼始動処理を実行し(ステップ82)、本処理を終了する。
上記ステップ81の答がNOのときには、始動時燃焼モードフラグF_HCCISTRTが「1」であるか否かを判別し(ステップ83)、その答がYESのときには、エンジン3を第1HCCI燃焼モードにより始動するための第1HCCI燃焼始動処理を実行し(ステップ84)、本処理を終了する。
また、上記ステップ83の答がNOのときには、エンジン3を第2HCCI燃焼モードにより始動するための第2HCCI燃焼始動処理を実行し(ステップ85)、本処理を終了する。
以下、図16〜図21を参照しながら、上述したSI燃焼始動処理、第1HCCI燃焼処理および第2HCCI燃焼処理を順に説明する。これらの処理は、CRK信号の発生に同期し、クランク角CA=1°ごとに実行され、始動要求後の所定の燃焼サイクルの所定のクランク角において、吸気V/Tおよび排気V/Tの切換や、燃料噴射や火花発生などを行うものである。
図16および図17に示すSI燃焼始動処理では、燃焼サイクル番号n=2で、クランク角CA=180°になったときに(ステップ91:YES)、吸気V/TフラグF_VTECINを「0」にセットする(ステップ92)ことによって、吸気V/Tを休止V/Tから高速V/Tに切り換える。
なお、上記の燃焼サイクル番号nは、図17に示すように、エンジン3の始動要求時からの燃焼サイクル数を表す。また、最初のn=1の区間では、CYL信号やTDC信号に基づいて気筒Cの判別やクランク角CAを算出するための基準位置の特定が行われるため、エンジン3の実質的な制御はn=2以降において行われる。
その後、n=3およびCA=0°になったときに(ステップ93:YES)、排気V/TフラグF_VTECEXを「0」にセットする(ステップ94)ことによって、排気V/Tを休止V/Tから高速V/Tに切り換える。
また、n≧2で、クランク角CAが吸気行程内の所定角CAINPIに一致したときに(ステップ95:YES)、ポート噴射フラグF_PIを「1」にセットし(ステップ96)、ポート燃料噴射弁18から燃料を噴射(ポート噴射)する。さらに、n≧2で、クランク角CAが圧縮行程内の所定角CACMPIGに一致したときに(ステップ97:YES)、点火フラグF_IGを「1」にセットし(ステップ98)、点火プラグ17から火花を発生させる。
以上のように、このSI燃焼始動処理によれば、図17に示すように、2回目の燃焼サイクルの排気行程の終了時に吸気V/Tを高速V/Tに切り換え、3回目の燃焼サイクルの開始時に排気V/Tを高速V/Tに切り換える。また、2回目以降の燃焼サイクルにおいて、吸気行程におけるポート噴射と圧縮行程における火花発生を行うことにより、SI燃焼が行われ、エンジン3が始動される。
図18および図19に示す第1HCCI燃焼始動処理では、まずn=2およびCA=0°になったときに(ステップ101:YES)、排気V/TフラグF_VTECEXを「1」にセットする(ステップ102)。これにより、2回目の燃焼サイクルの開始時に、排気V/Tが休止V/Tから低速V/Tに切り換えられ、排気弁7は早閉じ状態になる。
その後、n=2で、クランク角CAが排気行程内の所定角CAEXDIに一致したときに(ステップ103:YES)、筒内噴射フラグF_DIを「1」にセットし(ステップ104)、筒内燃料噴射弁19から少量の燃料を噴射(筒内噴射)する。また、n=2で、クランク角CAが排気行程内の所定角CAEXIGに一致したときに(ステップ105:YES)、点火フラグF_IGを「1」にセットし(ステップ106)、点火プラグ17から火花を発生させる。
以上の制御により、2回目の燃焼サイクルの排気行程において、排気弁7の早閉じにより、気筒Cに存在していた空気の一部が排出されずに閉じ込められ、圧縮されるとともに、筒内噴射された燃料と火花による点火によって、圧縮された空気の一部を用いて、排気行程燃焼が実行される。なお、排気行程燃焼の一部は、吸気行程に及ぶことがある。この排気行程燃焼により、気筒C内の温度が上昇するとともに、このときに噴射される燃料が少量であることで、気筒C内の空気が燃え残り、その直後のHCCI燃焼に用いられる。なお、この状態では、吸気V/Tは休止V/Tに維持されており、吸気弁6は閉じた状態にある。
その後、n=2で、クランク角CAが圧縮行程内の所定角CACMPDIに一致したときに(ステップ107:YES)、筒内噴射フラグF_DIを「1」にセットする(ステップ108)ことによって、筒内噴射を行う。これにより、排気行程燃焼で燃え残った空気を用いて、圧縮行程から膨張行程にかけてHCCI燃焼が行われる。
その後、n=3およびCA=180°になったときに(ステップ109:YES)、吸気V/TフラグF_VTECINを「1」にセットする(ステップ110)ことによって、3回目の燃焼サイクルの排気行程の終了時に、吸気V/Tを休止V/Tから低速V/Tに切り換える。
その後は、n≧3で、クランク角CAが吸気行程内の所定角CAINPIに一致するごとに(ステップ111:YES)、ポート噴射フラグF_PIを「1」にセットする(ステップ112)ことにより、ポート噴射が実行され、噴射された燃料を用いてHCCI燃焼が行われる。
以上のようにして第1HCCI燃焼モードによるHCCI燃焼が行われ、エンジン3が始動される。なお、図19中のかっこ付きの符号○は、HCCI燃焼をより確実に行わせるために、筒内噴射および火花点火がエンジン3の状態に応じて適宜、補助的に行われることを示す。
図20および図21に示す第2HCCI燃焼始動処理では、n=2およびCA=180°になったときに(ステップ121:YES)、吸気V/TフラグF_VTECINを「1」にセットする(ステップ122)。これにより、2回目の燃焼サイクルの排気行程の終了時に、吸気V/Tが休止V/Tから低速V/Tに切り換えられることによって、その直後の吸気行程において、開弁した吸気弁6を介して、気筒C内に空気が導入される。図21に示すように、この2回目の燃焼サイクルにおいては、筒内噴射および火花発生は行われず、燃焼は行われない。
その後、n=3およびCA=0°になったときに(ステップ123:YES)、排気V/TフラグF_VTECEXを「1」にセットする(ステップ124)。これにより、3回目の燃焼サイクルの開始時に、排気V/Tが休止V/Tから低速V/Tに切り換えられ、排気弁7は早閉じ状態になる。
その直後の排気行程において、n=3で、クランク角CAが所定角CAEXDIに一致したときに(ステップ125:YES)、筒内噴射フラグF_DIを「1」にセットし(ステップ126)、筒内燃料噴射弁19から少量の燃料を噴射するとともに、クランク角CAが所定角CAEXIGに一致したときに(ステップ127:YES)、点火フラグF_IGを「1」にセットし(ステップ128)、点火プラグ17から火花を発生させる。これにより、この排気行程において、2回目の燃焼サイクルで導入された気筒C内の空気の一部が圧縮されるとともに、筒内噴射された燃料と火花による点火によって、排気行程燃焼が実行される。この排気行程燃焼により、気筒C内の温度が上昇するとともに、その直後のHCCI燃焼に用いられる空気が確保される。
その直後、n=3およびCA=180°になったときに(ステップ129:YES)、吸気V/TフラグF_VTECINを「2」にセットする(ステップ130)。これにより、3回目の燃焼サイクルの排気行程の終了時に、吸気V/Tが低速V/Tから休止V/Tに戻されることで、その直後の吸気行程においても、吸気弁6は閉弁状態に保持される。
その後の圧縮行程において、n=3で、クランク角CAが所定角CACMPDIに一致したときに(ステップ131:YES)、筒内噴射フラグF_DIを「1」にセットし(ステップ132)、筒内噴射を行うことにより、排気行程燃焼で燃え残った空気を用いて、圧縮行程から膨張行程にかけてHCCI燃焼が行われる。
その後、n=4およびCA=180°になったときに(ステップ133:YES)、吸気V/TフラグF_VTECINを「1」にセットし(ステップ134)、4回目の燃焼サイクルの排気行程の終了時に、吸気V/Tを休止V/Tから低速V/Tに再び切り換える。
その後は、n≧4で、クランク角CAが吸気行程内の所定角CAINPIに一致するごとに(ステップ135:YES)、ポート噴射フラグF_PIを「1」にセットする(ステップ136)ことにより、ポート噴射された燃料を用いてHCCI燃焼が行われる。以上のようにして第2HCCI燃焼モードによるHCCI燃焼が行われ、エンジン3が始動される。
以上のように、本実施形態によれば、エンジン3の始動が要求されたときに、HCCI燃焼を行うのに必要な始動時HCCI空気量が気筒Cに存在しているか否かを判定し、その判定結果が肯定のときに、HCCI燃焼を実行するので、エンジン3の始動をHCCI燃焼によって適切に行うことができるとともに、HCCI燃焼の実行領域を拡大することができる。
また、始動時HCCI空気量が気筒Cに存在していると判定されたときには、エンジン3の始動要求後の2回目の燃焼サイクルの排気行程において、排気V/Tを低速V/Tに切り換え、排気弁7を早閉じ状態とすることによって、気筒Cに存在していた空気を閉じ込め、圧縮するとともに、筒内噴射と火花点火を行うことにより、圧縮された空気の一部を用いて、排気行程燃焼を実行する。そして、この排気行程燃焼により、HCCI燃焼に必要な温度と空気を確保した状態で、その直後の圧縮行程において筒内噴射を行うことによって、HCCI燃焼を実行する。したがって、HCCI燃焼によるエンジン3の始動を迅速かつ適切に行うことができる。
さらに、排気行程燃焼を実行した直後の吸気行程において、吸気V/Tを休止V/Tに維持し、吸気弁6を休止させるので、排気行程燃焼によって発生した燃焼ガスが、開弁した吸気弁6を介して吸気通路4側に吹き戻ることを防止することができる。その結果、燃焼ガスの吹き戻しによる不具合、例えば、他の気筒Cの吸気特性や吸気圧センサ23の特性への悪影響、吸気通路4の内壁や吸気通路4に設けられたスロットル弁16などのデバイスへのカーボンの付着や、騒音の発生などを回避することができる。
また、始動時HCCI空気量が気筒Cに存在していないと判定されたときには、始動要求後の2回目の燃焼サイクルの排気行程では、排気行程燃焼を行わず、その直後の吸気行程において、吸気V/Tを低速V/Tに切り換えることで、吸気弁6を開弁し、気筒Cに空気を導入する。そして、その後の3回目の燃焼サイクルの排気行程において排気行程燃焼を実行するので、気筒Cの空気量が不足している場合においても、排気行程燃焼およびその直後のHCCI燃焼を、適切かつ可能な限り迅速に実行でき、それにより、HCCI燃焼の実行領域をさらに拡大することができる。
さらに、エンジン3が停止する際に吸気V/Tおよび排気V/Tを検出し、その検出結果に基づいて、始動時HCCI空気量が気筒Cに存在しているか否かを判定する。したがって、この判定を、吸気弁6および排気弁7の実際のバルブタイミングに基づいて精度良く行うことができる。また、エンジン3の停止時間TM_STPが所定時間TREFSTP以上のときには、始動時HCCI空気量が気筒Cに存在していないと判定するので、その判定結果に応じて、排気行程燃焼およびHCCI燃焼を適切に実行することができる。
なお、本発明は、説明した実施形態に限定されることなく、種々の態様で実施することができる。例えば、実施形態では、排気行程燃焼の後の圧縮着火燃焼を、圧縮行程において筒内噴射された燃料を用いて行っているが、排気行程燃焼の直後の吸気行程においてポート噴射された燃料を用いて行ってもよい。
また、実施形態では、排気弁7のバルブタイミングを変更する排気可変機構として、高速V/T、低速V/Tおよび休止V/Tの3段階に切換可能なタイプのものを用いているが、これに限らず、例えば、クランクシャフト3aに対する排気カムの位相を変更するタイプのものを用いてもよい。このことは、吸気弁6のバルブタイミングを変更する吸気可変機構についても同様であり、その場合には、吸気弁6の休止は、別個の機構を用いて行われる。
さらに、実施形態では、吸気弁6および排気弁7の実際のバルブタイミングの検出を、基準のクランク角CAにおいて検出された筒内圧PCYLに基づいて行っているが、その検出手法は任意である。
また、実施形態は、本発明を車両に搭載されたガソリンエンジンに適用した例であるが、本発明は、これに限らず、ガソリンエンジン以外の各種のエンジンに適用してもよく、また、車両用以外のエンジン、例えば、クランクシャフトを鉛直に配置した船外機などの船舶推進機用のエンジンにも適用可能である。その他、本発明の趣旨の範囲内で、細部の構成を適宜、変更することが可能である。