JP4836088B2 - 圧縮自己着火式内燃機関の制御装置および制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、圧縮自己着火式内燃機関の制御装置および制御方法に係り、特に、火花点火式燃焼から圧縮自己着火式燃焼への燃焼モードの切替に好適な圧縮自己着火式内燃機関の制御装置および制御方法に関する。

自動車等に使用される内燃機関（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（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（圧縮自己着火エンジン）が注目されている。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、高圧縮比による高効率化，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。

圧縮自己着火式燃焼を実現する手段の１つとして、内部EGRの導入が挙げられる。火花点火式燃焼は空燃比が比較的リッチ側であり、内部EGR率が比較的低い領域にて実施可能であるのに対して、内部EGRを導入した場合の圧縮自己着火式燃焼は、空燃比が比較的リーンであり、内部EGR率が比較的高い領域で実施可能である。また、それぞれの領域間には、どちらの燃焼も不安定となる燃焼不安定領域が存在する。

圧縮自己着火エンジンにおいて、火花点火式燃焼から圧縮自己着火式燃焼へと燃焼モードを切替える際に、燃焼を支配するエンジンパラメータを変更する。エンジンパラメータとしては、インジェクタから噴射される燃料噴射量、インジェクタから燃料噴射を開始する燃料噴射時期、点火プラグから点火火花の放出を開始する点火時期、燃焼室内に流入する空気量を調整可能なスロットル開度、燃焼室に流入する混合気を調整する吸気弁または排気弁の開閉時期またはリフト量、燃焼室内の混合気の流動強度を調整可能なスワール弁開度などがある。エンジンパラメータを制御するアクチュエータは有限の応答特性を備えていることから、切替途中において、筒内状態が上記燃焼不安定領域の状態に陥ることにより、失火やトルク変動が発生するという問題があった。

この問題を解決する方法として、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に、燃焼不安定領域に対応するために、エンジンパラメータを遷移設定とする期間を設けるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１では、この遷移設定期間においては点火時期を早期化することによって燃焼を安定化し、切替時のトルク変動を低減する。

特開平１１−３３６６００号公報

特許文献１の方法により、火花点火式燃焼から圧縮自己着火式燃焼への切替時のトルク変動を抑制することが可能である。しかしながら、特許文献１においては、燃焼モード切替時のノック発生を抑制することに関しては考慮しておらず、燃焼モード切替時の燃焼騒音を低減することができないという問題があった。

その理由は以下の通りである。火花点火式燃焼時の燃焼温度と圧縮自己着火式燃焼時の燃焼温度は数百[K]の温度差が存在し、火花点火式燃焼時が高温となることが知られている。この燃焼温度差が存在するために、火花点火式燃焼から圧縮自己着火式燃焼へと切替えた直後には、筒内の壁面温度が高温に保持される。そのため、筒内温度が高温となることから、点火時期を早期化した場合には燃焼室壁面近傍にてノックが発生し易くなる。

また、切替過渡時には、火花点火式燃焼を実施した際の圧力上昇によって、筒内に残留した未燃混合気が自己着火に至る燃焼（以下、混在燃焼と称する）が実施される場合がある。この混在燃焼は、混合気の一部が同時に自着火に至る燃焼であることから、火花点火式燃焼時よりも燃焼温度が低い。この燃焼温度差が存在することから、火花点火式燃焼から混在燃焼へと切替を実施した直後には、定常状態の混在燃焼における排気ガス温度と比較して、次のサイクルに内部EGRとして筒内に導入される排気ガスの温度が高温となる。さらに、内部EGRの温度が高温になるとその密度が小さくなる。そのため、内部EGRによる筒内の高温化に伴う化学反応の促進と、内部EGR密度の不足による燃焼速度の上昇（定常にて安定して運転しているの混在燃焼の燃焼速度と比較した場合）によって、自己着火時期が早期化する。この自己着火時期の早期化されるために、筒内の圧力上昇が急峻となり、燃焼騒音が一時的に増大する。

自己着火時期の早期化の主要因は、燃焼温度差による排気温度の高温化であるが、燃焼温度差による筒内壁面の高温化による影響も要因の１つである。

また、混在燃焼後の圧縮自己着火式燃焼においても、燃焼温度差による内部EGR温度（筒内温度）の高温化に伴う化学反応の促進、および内部EGR密度の不足による燃焼速度の上昇（定常運転時の圧縮自己着火式燃焼時の燃焼速度と比較した場合）により、自己着火時期が早期化する。これによって筒内の圧力上昇が急激となり、燃焼騒音が増大する。

以上説明したように、燃焼モードの切替に伴う筒内状態の過渡変化によって、燃焼騒音が増大するといった問題があった。

なお、自己着火時の燃焼騒音を規定する指標として圧力上昇率の最大値がある。通常では上記所定値は0.3から0.4[Mpa/deg.]以下とされることが多い。上記数値以下での自己着火式燃焼では筒内の混合気が燃焼室内の多点で同時に自己着火して燃焼に至る。これに対し、上記数値以上の場合には、急激な圧力上昇によって燃焼音が大きくなるため、エンジン外に放出される燃焼騒音が増大する。また、それ以上の圧力上昇率となった際には、筒内圧力の上昇過程において燃焼室壁面近傍にて不規則なタイミングで異常燃焼（ノック）が発生する場合がある。

本発明の目的は、火花点火式燃焼から圧縮自己着火式燃焼への切替時の、トルク変動を低減できるとともに、燃焼騒音をも低減できる圧縮自己着火式内燃機関の制御装置および制御方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、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装置と、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、前記燃焼室に流入する空気量を制御可能なスロットルと、前記燃焼室に流入する空気の流れを制御可能なスワール弁を有する圧縮自己着火式内燃機関に用いられ、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火花点火式燃焼モードと、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射された燃料を燃焼させて前記内燃機関を作動させる圧縮自己着火式燃焼モードとを有し、前記インジェクタによる燃料噴射，前記点火装置による点火，前記吸気弁の開閉，前記排気弁の開閉，前記スロットルの開閉，前記スワール弁の開度を制御するとともに、前記内燃機関の作動状態に関する情報に応じて、前記火花点火式燃焼モードから前記圧縮自己着火式燃焼モードに切替える圧縮自己着火式内燃機関の制御方法であって、前記火花点火式燃焼モードから前記圧縮自己着火式燃焼モードに切替えた際に、前記点火装置による点火時期を、前記火花点火式燃焼モード用の点火時期を早期化すると共に、前記燃焼室内の圧力上昇率の最大値を低減するように、前記インジェクタによる燃料噴射の制御として、前記インジェクタによる燃料噴射に関する前記圧縮自己着火式燃焼用操作量に対して、主燃料の燃料噴射量を減少させる補正量を出力し、この補正量により、前記自己着火後の燃焼速度を低減するか、前記インジェクタによる燃料噴射の制御として、前記インジェクタによる燃料噴射に関する前記圧縮自己着火式燃焼用操作量に対して、副燃料の燃料噴射量を減少させる補正量を出力し、この補正量により、前記自己着火時期を遅延するか、前記インジェクタによる燃料噴射の制御として、前記インジェクタによる燃料噴射に関する前記圧縮自己着火式燃焼用操作量に対して、主燃料の燃料噴射時期を遅角させる補正量を出力し、この補正量により、前記自己着火時期を遅延するか、前記インジェクタによる燃料噴射の制御として、前記インジェクタによる燃料噴射に関する前記圧縮自己着火式燃焼用操作量に対して、副燃料の燃料噴射量を減少させるとともに、主燃料の燃料噴射量を減少させる補正量を出力し、この補正量により、前記自己着火時期を遅延するか、前記インジェクタによる燃料噴射の制御として、前記インジェクタによる燃料噴射に関する前記圧縮自己着火式燃焼用操作量に対して、副燃料の燃料噴射時期を遅角させる補正量を出力し、この補正量により、前記自己着火時期を遅延するか、前記排気弁の開閉の制御として、前記排気弁の開閉に関する前記圧縮自己着火式燃焼用操作量に対して、吸気行程中に、前記排気弁の開度を増大させる補正量を出力し、この補正量により、前記燃焼速度を低減するか、前記スワール弁の開度の制御として、前記スワール弁の開度に関する前記圧縮自己着火式燃焼用操作量に対して、前記スワール弁の開度を増大させる補正量を出力し、この補正量により、前記自己着火時期を遅延するかの、少なくとも１つを実行するようにしたものである。

本発明によれば、火花点火式燃焼から圧縮自己着火式燃焼への切替時のトルク変動を低減し、さらに燃焼騒音を低減することによって、スムーズかつ静粛な燃焼モード切替が実現できるものとなる。

以下、図１〜図１５を用いて、本発明の第１の実施形態による圧縮自己着火式内燃機関の制御装置の構成及び動作について説明する。
最初に、図１を用いて、本実施形態による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したエンジンシステムの構成について説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態による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したエンジンシステムの構成を示す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自動車用ガソリンエンジンである。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、がシリンダ７の各々の適宜位置に備えられている。また、筒内に流入する吸入ガスを調整する吸気バルブ５ａと筒内から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。また、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。また、燃焼室に形成される混合気の流動強度を調整可能なスワール弁１５を備えている。さらに、アクセル開度を検出するアクセル開度センサ１７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、エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）２０に送られる。また、アクセル開度センサ１７から得られる信号がＥＣＵ２０に送られる。アクセル開度センサ１７は、アクセルペダルの踏み込み量，すなわち、アクセル開度を検出する。ＥＣＵ２０は、アクセル開度センサ１７の出力信号に基づいて、要求トルクを演算する。すなわち、アクセル開度センサ１７は、エンジンへの要求トルクを検出する要求トルク検出センサとして用いられる。また、ＥＣＵ２０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。ＥＣＵ２０は、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を最適に演算する。

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。さらに、ＥＣＵ２０で演算されたスワール弁開度はスワール弁駆動信号としてスワール弁１５に送られる。

次に、図２を用いて、本実施形態による圧縮自己着火式内燃機関の制御装置の構成について説明する。
図２は、本発明の第１の実施形態による圧縮自己着火式内燃機関の制御装置の構成を示すシステムブロック図である。

エアフローセンサ１、空燃比センサ９、排気温度センサ１１、クランク角センサ１３の出力信号は、ＥＣＵ２０の入力回路２０ａに入力する。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２０ｂ内の入力ポートに送られる。入力ポート２０ｂに送られた値は、ＲＡＭ２０ｃに保管され、ＣＰＵ２０ｅ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、ＲＯＭ２０ｄ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、ＲＡＭ２０ｃに保管された後、入出力ポート２０ｂ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、電子スロットル駆動回路２０ｆ、インジェクタ駆動回路２０ｇ、点火出力回路２０ｈ、可変バルブ駆動回路２０ｊ、スワール弁駆動回路２０ｋ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、スワール弁１５を制御する。本実施形態においては、ＥＣＵ２０内に上記駆動回路を備えた装置であるが、これに限るものではなく、上記駆動回路のいずれかをＥＣＵ２０内に備えるものであってもよい。

次に、図３を用いて、本実施形態による圧縮自己着火式内燃機関の制御装置の燃焼モード切替の構成について説明する。
図３は、本発明の第１の実施形態による圧縮自己着火式内燃機関の制御装置の燃焼モード切替の構成を示す制御ブロック図である。

ＥＣＵ２０は、火花点火式燃焼から圧縮自己着火式燃焼へとの燃焼モードの切替を実施する際、運転性能悪化と静粛性悪化とを防止する燃焼モードの切替制御を実行する。以下では、燃焼モードの切替制御における、火花点火式燃焼モードから圧縮自己着火式燃焼モードへの燃焼モード切替制御について説明する。特に、本実施形態では、燃焼モード切替期間中に、点火時期を早期化すると共に、燃焼モードが火花点火燃焼モードから混在燃焼モード、混在燃焼モードから圧縮自己着火式燃焼モードへと切替わっていく際に、自己着火時期を遅延化し、または筒内圧力の最大値を低減する。これにより、火花点火式燃焼から圧縮自己着火式燃焼への切替における、トルク変動の低減と、燃焼騒音の低減を実現できるものである。

ＥＣＵ２０は、燃焼モード判定部２１と、圧縮自己着火式燃焼用操作量演算部２３と、火花点火式燃焼用操作量演算部２５と、燃焼切替部２７と、燃焼モード切替補正部２８と、加算部２９とを備えている。なお、図示の各部は、燃焼モードの切替制御に用いるものであり、他の構成については図示を省略している。

燃焼モード判定部２１は、エンジン１００に要求される要求エンジントルクＴｅ*と、エンジン回転速度Ｎｅとに基づいて、圧縮自己着火式燃焼モードとするか、火花点火式燃焼モードとするかの、燃焼モードを判定し、燃焼モード切替フラグＦｅｘをセットする。要求エンジントルクＴｅ*は、前述したように、アクセル開度センサ１７によって検出されたアクセル開度に基づいて、ＥＣＵ２０の内部で別途算出される。エンジン回転速度Ｎｅは、クランク角センサ１３の検出信号に基づいて、ＥＣＵ２０の内部で別途算出される。

ここで、図４を用いて、火花点火式燃焼モードと、圧縮自己着火式燃焼モードとの、燃焼領域について説明する。
図４は、火花点火式燃焼モードと、圧縮自己着火式燃焼モードとの、燃焼領域の説明図である。

図４において、横軸はエンジン回転速度Ｎｅを示し、縦軸はエンジントルクＴｅを示している。

火花点火式燃焼モード(ＳＩ：Spark Ignition)は、図４に示すように、エンジン回転速度Ｎｅの低回転速度から高回転速度まで、また、エンジントルクＴｅの低トルクから高トルクまでの広い領域で、実現可能である。

一方、圧縮自己着火式燃焼モード（ＨＣＣＩ：Homogeneous Charge Compression Ignition）を実現する方法としては、吸気加熱、高圧縮化、および内部EGR導入などの方法がある。この中で、コストおよび火花点火式燃焼モード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方法である。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４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モードＨＣＣＩが実現可能である。

図３において、例えば、燃焼モード切替判定部２１は、図４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。燃焼モード切替判定部２１は、要求エンジントルクＴｅ*とエンジン回転速度Ｎｅに応じて、図４の作動状態マップに基づき、圧縮自己着火式燃焼モード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モードが実施可能であると判定し、燃焼モード切替フラグＦｅｘをＯＮ（＝１）にセットする。これに対し、圧縮自己着火式燃焼モードが実施不可能である作動状態では、火花点火式燃焼モードの実施が必要と判定し、燃焼モード切替フラグＦｅｘをＯＦＦ（＝０）にセットする。燃焼モード切替フラグＦｅｘは、燃焼切替部２７に出力する。

圧縮自己着火式燃焼用操作量演算部２３は、エンジン１００に要求される要求エンジントルクＴｅ*と、エンジン回転速度Ｎｅとに基づいて、圧縮自己着火式燃焼に必要なエンジンパラメータの操作量を算出する。エンジンパラメータとしては、インジェクタから噴射される燃料噴射量、インジェクタから燃料噴射を開始する燃料噴射時期、点火プラグから点火火花の放出を開始する点火時期、燃焼室内に流入する空気量を調整可能なスロットル開度、燃焼室に流入する混合気を調整する吸気弁または排気弁の開閉時期またはリフト量、燃焼室内の混合気の流動強度を調整可能なスワール弁開度などがある。

火花点火式燃焼用操作量演算部２５は、エンジン１００に要求される要求エンジントルクＴｅ*と、エンジン回転速度Ｎｅとに基づいて、火花点火式燃焼に必要なエンジンパラメータの操作量を算出する。

燃焼切替部２７は、燃焼モード切替判定部２１から入力する燃焼モード切替フラグＦｅｘに応じて、圧縮自己着火式燃焼用操作量演算部２３が出力する圧縮自己着火式燃焼用操作量か、火花点火式燃焼用操作量演算部２５が出力する火花点火式燃焼用操作量のいずれかを選択する。燃焼モード切替フラグＦｅｘがＯＮ（＝１）の場合には、火花点火式燃焼用操作量が選択され、目標操作量ＯＰtgtとして、図２の電子スロットル駆動回路２０ｆ、インジェクタ駆動回路２０ｇ、点火出力回路２０ｈ、可変バルブ駆動回路２０ｊ、スワール弁駆動回路２０ｋなどに出力する。また、燃焼モード切替フラグＦｅｘがＯＦＦ（＝０）の場合には、圧縮自己着火式燃焼用操作量が選択され、目標操作量ＯＰtgtとして、図２の電子スロットル駆動回路２０ｆ、インジェクタ駆動回路２０ｇ、点火出力回路２０ｈ、可変バルブ駆動回路２０ｊ、スワール弁駆動回路２０ｋなどに出力する。その結果、図１のエンジン１００は、要求エンジントルクＴｅ*が出力されるように、圧縮自己着火式燃焼モード若しくは火花点火式燃焼モードのいずれかの燃焼モードで燃焼する。

ここで、目標操作量ＯＰtgtとは、エンジン１００を制御する際に操作する、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、燃焼室内の混合気の流動を調整するスワール弁１５の開度（ＳＣＶ開度）である。

さらに、本実施形態では、火花点火式燃焼モードから、圧縮自己着火式燃焼モードに燃焼モードを切り替えた直後に動作する燃焼モード切替補正部２８を備えている。燃焼モード切替補正部２８は、タイマー２８ａと、切替用補正量演算部２８ｂと、切替部２８ｃとを備えている。

タイマー２８ａには、燃焼モード切替フラグＦｅｘが入力しており、火花点火式燃焼を実施中に、燃焼モード切替フラグがＯＦＦ（＝０）からＯＮ（＝１）に切替わった際には、一定時間ｔｍの間、ＨＩレベル（＝１）の信号を出力し、一定時間経過後には、ＬＯレベル（＝０）の信号を出力する。

切替用補正量演算部２８ｂは、火花点火式燃焼モードから圧縮自己着火式燃焼モードに燃焼モードを切り替えた直後の混在燃焼モードを実現するための、圧縮自己着火式燃焼用操作量に対する補正量を演算し、出力する。なお、混在燃焼モードについては、図８を用いて後述する。

切替部２８ｃは、タイマー２８ａの出力がＨＩレベル（＝１）の場合、切替用補正量演算部２８ｂが出力する圧縮自己着火式燃焼用操作量に対する補正量を選択し、加算部２９に出力する。また、タイマー２８ａの出力がＬＯレベル（＝０）の場合は、補正量として０を選択し、加算部２９に出力する。したがって、加算部２９は、火花点火式燃焼モードから圧縮自己着火式燃焼モードに燃焼モードを切り替えた直後から所定時間ｔｍの間は、圧縮自己着火式燃焼用操作量演算部２３が出力する圧縮自己着火式燃焼用操作量に、切替用補正量演算部２８ｂが出力する圧縮自己着火式燃焼用操作量に対する補正量が加算された操作量を、燃焼切替部２７に出力する。その結果、加算部２９は、火花点火式燃焼モードから圧縮自己着火式燃焼モードに燃焼モードを切り替えた直後から所定時間ｔｍの間は、圧縮自己着火式燃焼用操作量に補正量が加算された操作量が、目標操作量ＯＰtgtとして、電子スロットル駆動回路２０ｆ、インジェクタ駆動回路２０ｇ、点火出力回路２０ｈ、可変バルブ駆動回路２０ｊ、スワール弁駆動回路２０ｋなどに出力する。なお、所定時間ｔｍは、エンジン回転速度Ｎｅに応じて可変する。例えば、エンジン回転速度が低い場合には、１００ｍｓ程度とし、エンジン回転速度が高い場合には、３００ｍｓとする。

ただし、補正量を加算している期間中に、燃焼モード切替フラグがＯＮ（＝１）からＯＦＦ（＝０）に切替わった場合には、燃焼切替部２７は、速やかに火花点火式燃焼用操作量を目標操作量とする。

なお、以上の説明では、切替用補正量を加算する期間の開始タイミングに関しては、エンジン１００の運転状態に基づく燃焼モード切替フラグがＯＦＦ（＝０）からＯＮ（＝１）に切替わったと同時としているが、他の方法でもよいものである。例えば、図５に示す領域に基づき、火花点火式燃焼の燃焼変動率が所定値以上となるタイミングと同時であってもよい。燃焼変動率の検出方法としては、予め設定された上記エンジンパラメータから間接的に検出するものであったり、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出力結果に基づいて直接的に検出するものであってもよい。

また、切替用補正量を加算する期間の終了タイミングに関しては、切替用補正期間を加算する期間が開始してから所定時間後としているが、他の方法でもよい。例えば、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出力結果に基づき、圧縮自己着火式燃焼が所定時間だけ継続した後であってもよい。さらに、図５に示すような領域に基づき、圧縮自己着火式燃焼領域内の状態へと遷移して所定期間経過後であってもよい。また、排気温度センサ１１で検出する排気温度が所定値以下となった時期と同時に終了するものであってもよい。

後述する説明では、切替用補正量を加算する期間の開始タイミングは、燃焼モード切替フラグがＯＦＦ（＝０）からＯＮ（＝１）へと切替わるタイミングと同時とする。また、切替補正量を加算する期間の終了タイミングは、図５に示す領域に基づき、圧縮自己着火式燃焼領域に遷移してから所定時間経過した後と同タイミングである場合に関して説明する。

以上説明したようにして、本実施形態では、火花点火式燃焼モードから圧縮自己着火式燃焼モードに燃焼モードを切り替える際、混在燃焼モードを経ている。さらに、混在燃焼モードのとき、後述するように、所定の補正を行うことで、燃焼騒音を低減するようにしている。

次に、図５を用いて、本実施形態による圧縮自己着火式内燃機関の制御装置による燃焼モードに切替について説明する。
図５は、本発明の第１の実施形態による圧縮自己着火式内燃機関の制御装置による燃焼モードに切替の説明図である。

図５において、横軸は空燃比Ａ／Ｆを示している。空燃比Ａ／Ｆ＝１４．７よりも右側が、リーンＬｅであり、左側がリッチＲｉである。また、縦軸は内部ＥＧＲ率ＲI-EGRを示している。縦軸の上側が内部ＥＧＲ率が高く、下側が低いものである。

図５は、内部EGR導入による圧縮自己着火式燃焼を実現する自然吸気エンジンにおける、筒内の空燃比Ａ／Ｆと内部EGR率ＲI-EGRに関して注目した場合の、火花点火式燃焼領域と圧縮自己着火式燃焼領域を示す。ただし、領域全体において、エンジントルクおよびエンジン回転速度はほぼ一定であるものとする。

図５において、火花点火式燃焼領域ＳＩは、空燃比Ａ／Ｆが比較的リッチ側であり、内部EGR率ＲI-EGRが比較的低い領域において安定して実施可能である。これに対して、圧縮自己着火式燃焼ＨＣＣＩは、空燃比Ａ／Ｆが比較的リーンであり、内部ＥＧＲ率ＲI-EGRが比較的高い領域において、安定して実施可能である。それぞれの燃焼領域の間には双方の燃焼も安定して実施困難となる燃焼不安定領域ＣＩＳが存在する。

本実施形態では、例えば、点Ａのように、空燃比Ａ／Ｆが１４．７付近で、内部ＥＧＲ率ＲI-EGRが低い状態の火花点火式燃焼領域ＳＩで、エンジンが燃焼している状態で、内部ＥＧＲ率ＲI-EGRを高めて、点Ｂの状態で、エンジンを燃焼させる。その後、点Ｃで、圧縮自己着火式燃焼領域ＨＣＣＩで燃焼できるように、燃焼モードを切り替える。ただし、火花点火式燃焼領域ＳＩと、圧縮自己着火式燃焼ＨＣＣＩの間には燃焼不安定領域ＣＩＳが存在するので、ここでは、エンジンの操作量を変えることで、安定に燃焼可能な混在燃焼領域ＣＣを生成する。混在燃焼領域ＣＣは、火花点火式燃焼と、圧縮自己着火式燃焼とが混在して発生する領域である。そして、火花点火式燃焼領域ＳＩの点Ｂから、混在燃焼領域ＣＣを経て、点Ｃの圧縮自己着火式燃焼領域ＨＣＣＩに切り替える。さらに、圧縮自己着火式燃焼領域ＨＣＣＩの中で、空燃比Ａ／Ｆをリーン側の点Ｄとする。

次に、図６〜図８を用いて、本実施形態による圧縮自己着火式内燃機関の制御装置による、火花点火式燃焼モードＳＩと、圧縮自己着火式燃焼モードＨＣＣＩと、混在燃焼モードＣＣにおける、エンジンの作動概要について説明する。
図６は、本発明の第１の実施形態による圧縮自己着火式内燃機関の制御装置による、火花点火式燃焼モードＳＩにおけるエンジンの作動概要を示すタイミングチャートである。図７は、本発明の第１の実施形態による圧縮自己着火式内燃機関の制御装置による、圧縮自己着火式燃焼モードＨＣＣＩにおけるエンジンの作動概要を示すタイミングチャートである。図８は、本発明の第１の実施形態による圧縮自己着火式内燃機関の制御装置による、混在燃焼モードＣＣにおけるエンジンの作動概要を示すタイミングチャートである。

最初に、図６を用いて、火花点火式燃焼モードＳＩにおけるエンジンの作動概要について説明する。

図６において、図６（Ａ）はシリンダ内圧力Ｐを示し、図６（Ｂ）は燃焼噴射信号Ｆinjを示している。横軸は、膨張行程ＥＸＰ，排気行程ＥＸＨ，吸気行程ＩＮＴ，圧縮行程ＣＯＭの各行程を示している。

図における排気バルブ開期間ＥＸ−Ｖ−ｏｐｎが排気バルブが開いている期間を示している。火花点火式燃焼モードＳＩでは、排気バルブは、排気行程ＥＸＨを挟んで、膨張行程ＥＸＰの終わりの頃から、吸気行程ＩＮＴの最初の頃まで開いている。

吸気バルブ開期間ＩＮ−Ｖ−ｏｐｎは、吸気バルブが開いている期間を示している。火花点火式燃焼モードＳＩでは、吸気バルブは、排気行程ＥＸＨを挟んで、膨張行程ＥＸＰの終わりの頃から、吸気行程ＩＮＴの最初の頃まで開いている。

火花点火式燃焼ＳＩを実施する際には、図１に示した吸気管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、図６（Ｂ）に示すように、吸気行程の所定の時期に、燃料を噴射し（主燃料噴射ＩＮＪ−Ｍｎ）、混合気を形成する。混合気は、図６（Ａ）に示すように、圧縮行程の所定の点火時期（図６（Ａ）の点火ＳＰＫのタイミング）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により浄化され、外部へと排出される。

次に、図７を用いて、圧縮自己着火式燃焼モードＨＣＣＩにおけるエンジンの作動概要について説明する。図７において、図７（Ａ）はシリンダ内圧力Ｐを示し、図７（Ｂ）は燃焼噴射信号Ｆinjを示している。横軸は、膨張行程ＥＸＰ，排気行程ＥＸＨ，吸気行程ＩＮＴ，圧縮行程ＣＯＭの各行程を示している。

図における排気バルブ開期間ＥＸ−Ｖ−ｏｐｎが排気バルブが開いている期間を示している。圧縮自己着火式燃焼モードＨＣＣＩでは、排気バルブは、排気行程ＥＸＨの途中において閉じる。

吸気バルブ開期間ＩＮ−Ｖ−ｏｐｎは、吸気バルブが開いている期間を示している。圧縮自己着火式燃焼モードＨＣＣＩでは、吸気バルブは、吸気行程ＩＮＴの途中から開き始める。

従って、吸気上死点ＴＤＣ−ｉを挟んで、排気バルブと吸気バルブの両方が閉じているマイナスオーバーラップ期間Ｍ−ＯＶＬを有している。ここで、排気バルブと吸気バルブの両方が開いている状態を、プラスオーバーラップ期間と称するのに対して、排気バルブと吸気バルブの両方が閉じているマイナスオーバーラップ期間Ｍ−ＯＶＬと称する。マイナスオーバーラップ期間Ｍ−ＯＶＬでは、排気は完全には行われてないため、内部EGRがシリンダ７の内部に残留している。したがって、図７（Ａ）に示すように、シリンダ内圧力Ｐは、マイナスオーバーラップ期間Ｍ−ＯＶＬの排気行程ＥＸＨの後半において上昇する。

そして、図７（Ｂ）に示すように、マイナスオーバーラップ期間Ｍ−ＯＶＬの前半，すなわち、排気バルブが閉じた後であって、吸気上死点ＴＤＣ−Ｉの前のタイミングで、インジェクタ３より燃料を噴射する（副燃料噴射ＩＮＪ−Ｓｂ）。この副燃焼噴射により、燃料を改質し、着火剤を生成する。

更に、吸気行程にて、吸気バルブが開くことで、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、このタイミングで、再度、燃料噴射（主燃料噴射ＩＮＪ−Ｍｎ）を実施して混合気を形成する。そして、ピストンの圧縮により自己着火ＳＩして、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。

次に、図８を用いて、混在燃焼モードＣＣにおけるエンジンの作動概要について説明する。図８において、図８（Ａ）はシリンダ内圧力Ｐを示し、図８（Ｂ）は燃焼噴射信号Ｆinjを示している。横軸は、膨張行程ＥＸＰ，排気行程ＥＸＨ，吸気行程ＩＮＴ，圧縮行程ＣＯＭの各行程を示している。

図における排気バルブ開期間ＥＸ−Ｖ−ｏｐｎが排気バルブが開いている期間を示している。圧縮自己着火式燃焼モードＨＣＣＩでは、排気バルブは、排気行程ＥＸＨの途中において閉じる。

吸気バルブ開期間ＩＮ−Ｖ−ｏｐｎは、吸気バルブが開いている期間を示している。圧縮自己着火式燃焼モードＨＣＣＩでは、吸気バルブは、吸気行程ＩＮＴの途中から開き始める。

従って、吸気上死点ＴＤＣ−ｉを挟んで、排気バルブと吸気バルブの両方が閉じているマイナスオーバーラップ期間Ｍ−ＯＶＬを有している。なお、図７と比較するわかるように、図７の圧縮自己着火式燃焼モードＨＣＣＩに比べて、排気バルブが閉じるタイミングが遅くされ、また、吸気バルブが開くタイミングを早くすることで、マイナスオーバーラップ期間Ｍ−ＯＶＬは短くなっている。マイナスオーバーラップ期間Ｍ−ＯＶＬでは、排気は完全には行われてないため、内部EGRがシリンダ７の内部に残留している。マイナスオーバーラップ期間Ｍ−ＯＶＬは短くなっているため、シリンダ内に残留する内部EGRの量は、圧縮自己着火式燃焼モードＨＣＣＩに比べて少ないものである。図８（Ａ）に示すように、シリンダ内圧力Ｐは、マイナスオーバーラップ期間Ｍ−ＯＶＬの排気行程ＥＸＨの後半において上昇する。

そして、図８（Ｂ）に示すように、マイナスオーバーラップ期間Ｍ−ＯＶＬの前半，すなわち、排気バルブが閉じた後であって、吸気上死点ＴＤＣ−Ｉの前のタイミングで、インジェクタ３より燃料を噴射する（副燃料噴射ＩＮＪ−Ｓｂ）。この副燃焼噴射により、燃料を改質し、着火剤を生成する。

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、図８（Ｂ）に示すように、燃料噴射（主燃料噴射ＩＮＪ−Ｍｎ）を実施して混合気を形成する。圧縮行程にて、混合気は、図８（Ａ）の点火ＳＰＫ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ＳＩ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。

次に、図９〜図１３を用いて、本実施形態による圧縮自己着火式内燃機関の制御装置による、制御内容について説明する。
図９は、本発明の第１の実施形態による圧縮自己着火式内燃機関の制御装置による制御内容の全体を示すフローチャートである。図１０は、図９のＳ１００（燃焼モード切替判定処理）の詳細を示すフローチャートである。図１１は、図９のＳ１１０（燃焼モード切替処理）の詳細を示すフローチャートである。図１２は、本発明の第１の実施形態による圧縮自己着火式内燃機関の制御装置による制御内容を示すタイミングチャートである。図１３は、本発明の第１の実施形態による圧縮自己着火式内燃機関の制御装置により、火花点火式燃焼から圧縮自己着火式燃焼への燃焼モード切替制御を実施した際のエンジンの運転状態を示すタイミングチャートである。

最初に、図９を用いて、圧縮自己着火式内燃機関の制御装置による制御内容の全体について説明する。

図９のステップＳ１００において、図３の燃焼モード切替判定部２１は、現在の運転状態に対して、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、火花点火式燃焼モードの場合には燃焼モード切替フラグＦｅｘ（ｔ）にＯＦＦ（＝０）をセットし、圧縮自己着火式燃焼モードの場合には、ＯＮ（＝１）をセットする。ここで、変数ｔは時間を示す。なお、ステップＳ１００の詳細については、図１０を用いて後述する。

次に、ステップＳ１１０において、図３の燃焼モード切替部２７は、ステップＳ１００の結果である燃焼モード切替フラグＦｅｘ（ｔ）に応じた燃焼モードを実施すべく、選択された燃焼モードに適した操作量をセットする。そして、火花点火式燃焼モードから圧縮自己着火式燃焼モードへの切替直後は、燃焼モード切替補正部２８は、運転性能と静粛性の悪化を抑制するための補正量を出力する。なお、ステップＳ１１０の詳細については、図１１を用いて後述する。

次に、図１０を用いて、図９のＳ１００（燃焼モード切替判定処理）の詳細制御内容について説明する。

ステップＳ１０２において、図３の燃焼モード切替部２７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４に示すマップに基づいて、圧縮自己着火式燃焼が可能か否かを判定する。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Ｓ１０４に進み、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Ｓ１０６に進む。

ステップＳ１０４において、燃焼モード切替部２７は、圧縮自己着火式燃焼を実施すべく、燃焼モード切替フラグＦｅｘ（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Ｓ１０６では、燃焼モード切替部２７は、火花点火式燃焼を実施すべく、燃焼モード切替フラグＦｅｘ（ｔ）にＯＦＦ（＝０）をセットして一連の作動を終了する。

次に、図１１を用いて、図９のＳ１１０（燃焼モード切替処理）の詳細制御内容について説明する。

ステップＳ１１１において、図３の燃焼モード切替部２７は、ステップＳ１００でセットされた燃焼モード切替フラグＦｅｘ（ｔ）がＯＮ（＝１）であるか否かを判断する。燃焼モード切替フラグＦｅｘ（ｔ）＝１である場合は、圧縮自己着火式燃焼モードの場合には、ステップＳ１１２に進む。燃焼モード切替フラグＦｅｘ（ｔ）＝０である場合、すなわち、火花点火式燃焼モードの場合には、ステップＳ１１８に進む。

圧縮自己着火式燃焼モードの場合には、ステップ１１２において、時刻ｔのΔｔ時間前（時刻ｔ−Δｔ）の燃焼モード切替フラグＦｅｘが１であったか否かを判定する。燃焼モード切替フラグＦｅｘが１の場合は、ステップＳ１１５に進み、燃焼モード切替フラグＦｅｘが１でない場合は、ステップＳ１１３に進む。すなわち、燃焼モード切替フラグＦｅｘが０から１に切り替わった直後，すなわち、火花点火式燃焼モードから圧縮自己着火式燃焼モードに切り替わった直後だけ、ステップＳ１１３に進む。

ステップＳ１１３において、時刻ｔ１として、現在の時刻ｔをセットし、ステップＳ１１４において、時刻ｔ２として、時刻ｔ１＋時間ｔｍをセットする。時間ｔｍは、図３のタイマー２８ａに設定されている時間である。なお、時間ｔｍは、エンジン回転速度Ｎｅによって可変する値とする。

次に、ステップＳ１１５において、燃焼モード切替フラグＦｅｘ（ｔ）の現在の時刻ｔが、時刻ｔ２に達しているか否かを判断する。時刻ｔが時刻ｔ２未満である場合には、すなわち、火花点火式燃焼モードから圧縮自己着火式燃焼モードに切り替わった後、時間ｔｍが経過するまでは、切替用補正量を加算する期間であると判断し、ステップＳ１１６に進む。また、時刻ｔが時刻ｔ２以降である場合には、燃焼モードが圧縮自己着火式燃焼へと切替わったと判断し、ステップＳ１１７へと進む。

火花点火式燃焼モードから圧縮自己着火式燃焼モードに切り替わった後、時間ｔｍが経過するまでは、ステップＳ１１６において、図３の燃焼モード切替補正部２８は、切替用補正量演算部２８ｂが出力する切替用補正量を選択して出力し、圧縮自己着火式燃焼用操作量に切替用補正量を加算したものを、燃焼モード切替部２７から、目標操作量として、一連の動作を終了する。なお、図１２を用いて後述するように、本実施形態における切替用補正量として、点火時期の早期化、およびＳＣＶ開度の増大を用いている。

火花点火式燃焼モードから圧縮自己着火式燃焼モードに切り替わった後、時間ｔｍが経過した後は、ステップＳ１１７において、図３の燃焼モード切替補正部２８は、補正量としては０を出力し、圧縮自己着火式燃焼用操作量を、燃焼モード切替部２７から、目標操作量として、一連の動作を終了する。

また、火花点火式燃焼モード時には、ステップＳ１１８において、燃焼モード切替部２７は、火花点火式燃焼用操作量を目標操作量として出力し、一連の動作を終了する。

次に、図１２を用いて、本実施形態による圧縮自己着火式内燃機関の制御装置による具体的な制御内容について説明する。切替用補正量として、点火時期の早期化、およびＳＣＶ開度の増大を用いている。

図１２において、横軸は、時間を示している。図１２（Ａ）の縦軸は、燃焼モード切替フラグＦｅｘのＯＮ（＝１），ＯＦＦ（＝０）を示している。図１２（Ｂ）の縦軸は、図７や図８で説明したマイナスオーバーラップ期間Ｍ−ＯＶＬを示している。図の上方に向かって、マイナスオーバーラップ期間Ｍ−ＯＶＬは増大する。図１２（Ｃ）の縦軸は、スロットル開度θTHを示している。図の上方に向かって、スロットル開度θTHは増大する。図１２（Ｄ）の縦軸は、点火時期ＴIGNを示している。図の上方に向かって、点火時期ＴIGNは早期化する。図１２（Ｅ）の縦軸は、図７や図８で説明した副燃焼噴射のパルス幅Ｐｗ−ｓｂを示している。図の上方に向かって、副燃焼噴射のパルス幅Ｐｗ−ｓｂは増大する。図１２（Ｆ）の縦軸は、図７や図８で説明した主燃焼噴射のパルス幅Ｐｗ−ｍｎを示している。図の上方に向かって、主燃焼噴射のパルス幅Ｐｗ−ｍｎは増大する。図１２（Ｇ）の縦軸は、図１にて説明したスワール弁（ＳＣＶ）の開度θSCVを示している。図の上方に向かって、スワール弁（ＳＣＶ）の開度θSCVは増大する。

図１２の横軸において、時刻ｔ１は、火花点火式燃焼モードから圧縮自己着火式燃焼モードへと切替を開始した時刻を示している。時刻ｔ２は、本実施形態の燃焼モード切替制御を適用した場合の、切替用補正量の加算を終了した時刻を示している。従って、時刻ｔ１より前においては、エンジンは、図６に示した火花点火式燃焼モードにより、燃焼している。また、時刻ｔ２より後においては、エンジンは、図７に示した圧縮自己着火式燃焼モードにより、燃焼している。そして、時刻ｔ１〜時刻ｔ２においては、燃焼モードは圧縮自己着火式燃焼モードであるが、圧縮自己着火式燃焼用操作量に対して、図３の燃焼モード切替補正部が出力する切替用補正量が加算されたものが目標操作量となり、エンジンは、図８に示した混在燃焼モードで燃焼している。

また、図１２（Ｆ），（Ｇ）の、時刻ｔ１〜時刻ｔ２の間において、点線は、切替用補正量を加算しなかった場合の操作量を示しており、実線は、本実施形態により、圧縮自己着火式燃焼用操作量に対して、切替用補正量が加算された場合の操作量を示している。

また、図１２（Ｂ）の、時刻ｔ１〜時刻ｔ２の間において、実線は、マイナスオーバーラップ期間Ｍ−ＯＶＬの目標値を示している。また、破線は、実際のマイナスオーバーラップ期間Ｍ−ＯＶＬを示している。すなわち、時刻ｔ１において、実線で示すように、マイナスオーバーラップ期間Ｍ−ＯＶＬの目標値がステップ的に増加する指令を出力したとしても、可変バルブ５が実際に動作するまでは応答遅れを有しているため、破線で示すように、実際のマイナスオーバーラップ期間Ｍ−ＯＶＬは、１次遅れを伴って増加する。なお、図１２（Ｃ）に示すスロットル開度θTHについても、目標値と実際の値の間には応答遅れによるずれがあるものであるが、その遅れ量は、可変バルブ５の遅れ量に比べて小さいため、ここでは、図示する実線が目標値であり、また、実際の値も目標値に等しいものとしている。

（時刻ｔ２−時刻ｔ１），すなわち、所定時間ｔｍは、エンジン回転速度Ｎｅに応じて可変する。例えば、エンジン回転速度が低い場合には、１００ｍｓ程度とし、エンジン回転速度が高い場合には、３００ｍｓとする。この所定時間ｔｍは、可変バルブの応答遅れの時間である。

最初に、本実施形態による操作量の切替補正を行わない場合について説明する。

時刻ｔ１において、圧縮自己着火式燃焼を実施可能と判断すると、図１２（Ａ）に示すように、燃焼モード切替フラグＦｅｘがＯＮ（＝１）となり、圧縮自己着火式燃焼を実施すべく、マイナスオーバーラップ期間Ｍ−ＯＶＬを増大（図１２（Ｂ））、スロットル開度θTHを大（図１２（Ｃ））、副燃料噴射を開始する（図１２（Ｄ））。なお、時刻ｔ１より前においては、副燃焼は行われてない（Ｎｏ−ＩＮＪ）。また、時刻１において、主燃料噴射パルス幅を減量し（図１２（Ｅ）の点線）、ＳＣＶ開度θSCVを閉じる（図１２（Ｆ）の点線）。そして、圧縮自己着火式燃焼が実現できると、点火をＯＦＦ（ＩＧＮ−ＯＦＦ）とする。

次に、本実施形態による操作量の切替補正を行った場合について説明する。

時刻ｔ１において、図１２（Ａ）に示すように、燃焼モード切替判定部２１が圧縮自己着火式燃焼を実施可能と判断すると、燃焼モード切替フラグＦｅｘにＯＮ（＝１）をセットし、火花点火式燃焼から圧縮自己着火式燃焼へと燃焼モードを切替える。切替フラグＦｅｘがＯＮ(＝１)になると、マイナスオーバーラップ期間Ｍ−ＯＶＬとスロットル開度θTHとを増大する（図１２（Ｂ），（Ｃ））。

図１２（Ｄ）に示すように、点火時期ＴIGNは、切替用補正量を加算することによって、火花点火式燃焼用操作量および圧縮自己着火式燃焼用操作量よりも早期化する。切替用補正量を加算する期間は、時刻ｔ１から時間ｔｍ後の、時刻ｔ２までとする。また、圧縮自己着火式燃焼が実現できた後に、点火信号をＯＦＦとする。

図１２（Ｅ）に示すように、副燃料噴射は、圧縮自己着火式燃焼を実施するべく、時刻ｔ１より噴射を開始する。噴射タイミングは、図８に示したとおりである。

また、図１２（Ｆ）に示すように、主燃料噴射パルス幅Ｐｗ−ｍｎは、副燃料噴射の開始に伴って、時刻ｔ１から時刻ｔ２の期間だけ圧縮自己着火式燃焼用操作量よりも減量する。

さらに、図１２（Ｇ）に示すように、ＳＣＶ開度θSCVは、時刻ｔ１から時刻ｔ２の期間には、火花点火式燃焼用操作量以下であり、圧縮自己着火式燃焼用よりも大きい開度に設定する。

ここで、火花点火式燃焼用操作量、圧縮自己着火式燃焼用操作量、切替用補正量、および時刻ｔ１から時刻ｔ２までの期間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る。なお、シリンダ７内の燃焼モードを検出するセンサ（例、筒内圧力センサ、ノックセンサ、空燃比センサなど）の出力結果に基づいて決定してもよいものである。

そして、時刻ｔ２になると、図１２（Ｆ）に示すように、主燃焼噴射パルス幅Ｐｗ−ｍｎは、圧縮自己着火式燃焼用操作量に増加する。また、図１２（Ｇ）に示すように、ＳＣＶ開度θSCVは、圧縮自己着火式燃焼用の開度に減少する。

次に、図１３を用いて、本実施形態により、火花点火式燃焼から圧縮自己着火式燃焼への燃焼モード切替制御を実施した際のエンジンの運転状態について説明する。

図１３の横軸は、時間を示している。図１３（Ａ）の縦軸は、内部ＥＧＲ量ＱEGRを示している。図上方に向かって、内部ＥＧＲ量ＱEGRは増量する。図１３（Ｂ）の縦軸は、吸入空気量Ｑａを示している。図上方に向かって、吸入空気量Ｑａは増量する。図１３（Ｃ）の縦軸は、筒内温度Ｔcynを示している。図上方に向かって、筒内温度Ｔcynは高くなる。図１３（Ｄ）の縦軸は、自己着火時期Ｔmg−SIを示している。図上方に向かって、自己着火時期Ｔmg−SIは早期化する。図１３（Ｅ）の縦軸は、自己着火後の燃焼速度Ｒ−Cmbを示している。図上方に向かって、自己着火後の燃焼速度Ｒ−Cmbは大きくなる。図１３（Ｆ）の縦軸は、エンジントルクＴｅを示している。図上方に向かって、エンジントルクＴｅは大きくなる。図１３（Ｇ）の縦軸は、圧力上昇率の最大値Ｐｍａｘを示している。図上方に向かって、圧力上昇率の最大値Ｐｍａｘは大きくなる。

図１３において、実線は、火花点火式燃焼から圧縮自己着火式燃焼への切替において、本実施形態による操作量の切替補正を行った場合を示している。また、点線は、本実施形態による操作量の切替補正を行わなかった場合を示している。

また、図１３（Ｄ）〜（Ｇ）の縦軸の範囲で、矢印で挟まれた範囲は、許容範囲（Tolerance）を示している。

最初に、本実施形態による操作量の切替補正を行わない場合について説明する。

時刻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に切替える。それに従って、内部ＥＧＲ量が増大（図１３（Ａ））、空気量が増量する（図１３（Ｂ））。これに伴い、燃焼モードが火花点火式燃焼から、火花点火式燃焼の圧力上昇を以て燃焼室内に残留する混合気が自己着火して燃焼する混在燃焼を経て、圧縮自己着火式燃焼へと移行する。

この際、内部ＥＧＲ量の増大による燃焼速度の緩慢化し、図５における燃焼室内の状態が燃焼不安定領域となることで、火花点火式燃焼および混在燃焼時の燃焼安定性が低下するが、点火時期を早期化することにより燃焼期間を長期化することによって燃焼安定性を確保する。

このとき、火花点火式燃焼時の燃焼温度は、混在燃焼および圧縮自己着火式燃焼のそれよりも高いために、内部EGR温度の高温化、内部EGR密度不足による燃焼速度の上昇によって筒内温度が高温に保たれる（図１３（Ｃ））。この筒内温度が高温となる状態は、マイナスオーバーラップ期間が保持され、内部EGR温度と密度が定常状態となるまでに数サイクルを要することから、筒内温度の低下には時間を要する。

この筒内の高温化は、混在燃焼時および圧縮自己着火式燃焼時の自己着火が実施容易な雰囲気を作りだすために、自己着火時期が早期化（図１３（Ｄ）の点線）、および自己着火後の燃焼速度が増大する（図１３（Ｅ）の点線）。この結果、エンジントルクが増大することでトルク変動が増大する（図１３（Ｆ）の点線）と共に、圧力上昇率の最大値が許容範囲を越えて（図１３（Ｇ）の点線）、燃焼騒音が増大する。

次に、本実施形態による操作量の切替補正を行った場合について説明する。

本実施形態では、筒内温度が高温に保たれる期間である時刻ｔ１から時刻ｔ２の期間中に、図１２（Ｆ）に示したように、主燃料噴射量を減量することによって、自己着火に至るまでの混合気の反応時間を長期化すると共に、自己着火後の燃焼速度を遅延化する。また、同時に、図１２（Ｇ）に示したように、ＳＣＶ開度を減少量を小さくし、筒内の流動強化度を低くすることによって、自己着火までの混合気の反応速度を遅延化して自己着火時期を遅延化させる。この結果、燃焼室内の高温期間持続によるエンジントルクの増大と圧力上昇率の増大を抑制することが可能となり、トルク変動を減少し、また、運転騒音を低減して、スムーズかつ静粛な燃焼モードの切替を実現することができる。

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モード切替時に、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの期間で、ドライバの要求などにより、燃焼モード切替フラグが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が必要と判断し、燃焼モード切替部８０２は火花点火式燃焼を実現すべく、火花点火式燃焼用操作量を目標操作量とする。

次に、図１４及び図１５を用いて、本実施形態による圧縮自己着火式内燃機関の制御装置による効果について説明する。
図１４は、自己着火時期が早期化した場合のシリンダ内圧力の説明図である。図１５は、本発明の第１の実施形態による圧縮自己着火式内燃機関の制御装置により制御した場合の、シリンダ内圧力の説明図である。

図１４において、横軸は時間を示している。そして、横軸には、圧縮行程ＣＯＭと、膨張行程ＥＸＰと、圧縮上死点ＴＤＣ−ｃｍを図示している。また、縦軸は、エンジンのシリンダ内の圧力Ｐｃｙｎを示している。

図１４において、点線は、定常時の混在燃焼若しくは圧縮自己着火燃焼における自己着火時期が、図示のｔSI−１の場合のシリンダ内の圧力Ｐｃｙｎを示している。

それに対して、図１４の実線は、自己着火時期が早期化して、時刻ｔSI−２において自己着火した場合の、シリンダ内の圧力Ｐｃｙｎを示している。混在燃焼時若しくは圧縮自己着火式燃焼時に、燃焼温度差による内部EGR温度（筒内温度）の高温化に伴う化学反応の促進、および内部EGR密度の不足による燃焼速度の上昇により、自己着火時期が早期化する。これによって筒内の圧力上昇が急激となり、燃焼騒音が増大する。

それに対して、図１５は、本実施形態により、混在燃焼時に、圧縮自己着火式燃焼操作量に対して、切替用補正量を加算して制御した場合の、シリンダ内の圧力Ｐｃｙｎを示している。図１５においても、横軸は時間を示している。そして、横軸には、圧縮行程ＣＯＭと、膨張行程ＥＸＰと、圧縮上死点ＴＤＣ−ｃｍを図示している。また、縦軸は、エンジンのシリンダ内の圧力Ｐｃｙｎを示している。

図１５（Ａ）により、自己着火時期の遅延効果について説明する。

図１２及び図１３にて説明したように、本実施形態では、筒内温度が高温に保たれる期間である時刻ｔ１から時刻ｔ２の期間中に、図１２（Ｆ）に示したように、主燃料噴射量を減量することによって、自己着火に至るまでの混合気の反応時間を長期化すると共に、自己着火後の燃焼速度を遅延化する。

これにより、例えば、図１４に示したように、時刻ｔSI−２にて自己着火が起きるような場合でも、自己着火時期をΔｔだけ遅延して、時刻ｔSI−３にすることができる。着火時期が時刻ｔSI−２であり、圧縮上死点ＴＤＣ−ｃｍよりも手前の圧縮行程ＣＯＭで自己着火が生じると、シリンダ内の圧力Ｐｃｙｎが上昇中に、さらに、自己着火により生じる爆発による圧力が上昇があるため、シリンダ内の圧力Ｐｃｙｎがさらに大きくなる。一方、着火時期が時刻ｔSI−３であり、圧縮上死点ＴＤＣ−ｃｍよりも後の膨張行程ＥＸＰで自己着火が生じると、シリンダ内の圧力Ｐｃｙｎが下降している最中に、自己着火により生じる爆発による圧力が上昇があるため、シリンダ内の圧力Ｐｃｙｎが上昇する程度を小さくできる。

エンジンの圧力上昇率の増大を抑制することが可能となるので、運転騒音を低減して、スムーズかつ静粛な燃焼モードの切替を実現することができる。

図１５（Ｂ）により、燃焼速度の遅延効果について説明する。

図１２及び図１３にて説明したように、本実施形態では、図１２（Ｇ）に示したように、ＳＣＶ開度を減少量を小さくし、筒内の流動強化度を低くすることによって、自己着火までの混合気の反応速度を遅延化して自己着火時期を遅延化させる。燃焼速度が遅延すると、図１５（Ｂ）に破線で示す状態から、実線で示す状態に移行するので、シリンダ内の圧力Ｐｃｙｎが上昇する程度を小さくできる。

エンジンの圧力上昇率の増大を抑制することが可能となるので、運転騒音を低減して、スムーズかつ静粛な燃焼モードの切替を実現することができる。

以上説明したように、本実施形態では、運転騒音を低減するために、主燃料噴射量を減量することにより、自己着火後の燃焼速度を遅延化する方法と、ＳＣＶ開度を減少量を小さくすることにより、自己着火までの混合気の自己着火時期を遅延化する方法と採用している。なお、運転騒音を低減するためには、主燃料噴射量を減量（燃焼速度の遅延）する方法と、ＳＣＶ開度を減少量を小さく（自己着火時期の遅延）する方法のいずれだけでもよいものであるが、両方を採用することで、さらに、運転騒音を低減することができる。

以上説明したように、本実施形態によれば、火花点火式燃焼から圧縮自己着火式燃焼への切替時の、トルク変動を低減できるとともに、燃焼騒音を低減できる。

次に、図１６を用いて、本発明の第２の実施形態による圧縮自己着火式内燃機関の制御装置の制御内容について説明する。
なお、本実施形態による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したエンジンシステムの構成は、図１に示したものと同様である。また、本実施形態による圧縮自己着火式内燃機関の制御装置の構成は、図２に示したものと同様である。さらに、本実施形態による圧縮自己着火式内燃機関の制御装置の燃焼モード切替の構成は、図３に示したものと同様である。

ただし、図３において、燃焼モード切替補正部２８の切替用補正量演算部２８ｂが算出する切替用補正量の内容が異なっている。この点について、図１６を用いて説明する。

図１６は、本発明の第２の実施形態による圧縮自己着火式内燃機関の制御装置による制御内容を示すフローチャートである。

図１６において、横軸は、時間を示している。図１６（Ａ）〜図１６（Ｇ）の縦軸は、図１２（Ａ）〜図１２（Ｇ）の縦軸と同じである。図１６（Ｈ）の縦軸は、図７や図８で説明した主燃焼噴射の噴射時期Ｔｍｇ−ｍｎを示している。図の上方に向かって、主燃焼噴射の噴射時期は早期化する。

図１６の横軸において、時刻ｔ１は、火花点火式燃焼モードから圧縮自己着火式燃焼モードへと切替を開始した時刻を示している。時刻ｔ２は、本実施形態の燃焼モード切替制御を適用した場合の、切替用補正量の加算を終了した時刻を示している。従って、時刻ｔ１より前においては、エンジンは、図６に示した火花点火式燃焼モードにより、燃焼している。また、時刻ｔ２より後においては、エンジンは、図７に示した圧縮自己着火式燃焼モードにより、燃焼している。そして、時刻ｔ１〜時刻ｔ２においては、燃焼モードは圧縮自己着火式燃焼モードであるが、圧縮自己着火式燃焼用操作量に対して、図３の燃焼モード切替補正部が出力する切替用補正量が加算されたものが目標操作量となり、エンジンは、図８に示した混在燃焼モードで燃焼している。

また、図１６（Ｅ），（Ｆ），（Ｈ）の、時刻ｔ１〜時刻ｔ２の間において、点線は、切替用補正量を加算しなかった場合の操作量を示しており、実線は、本実施形態により、圧縮自己着火式燃焼用操作量に対して、切替用補正量が加算された場合の操作量を示している。

また、図１６（Ｂ）の、時刻ｔ１〜時刻ｔ２の間において、実線は、マイナスオーバーラップ期間Ｍ−ＯＶＬの目標値を示している。また、破線は、実際のマイナスオーバーラップ期間Ｍ−ＯＶＬを示している。すなわち、時刻ｔ１において、実線で示すように、マイナスオーバーラップ期間Ｍ−ＯＶＬの目標値がステップ的に増加する指令を出力したとしても、可変バルブ５が実際に動作するまでは応答遅れを有しているため、破線で示すように、実際のマイナスオーバーラップ期間Ｍ−ＯＶＬは、１次遅れを伴って増加する。

本実施形態による操作量の切替補正を行わない場合の制御内容は、図１２にて説明したものと同様である。

次に、本実施形態による操作量の切替補正を行った場合について説明する。

時刻ｔ１において、図１６（Ａ）に示すように、燃焼モード切替判定部２１が圧縮自己着火式燃焼を実施可能と判断すると、燃焼モード切替フラグＦｅｘにＯＮ（＝１）をセットし、火花点火式燃焼から圧縮自己着火式燃焼へと燃焼モードを切替える。切替フラグＦｅｘがＯＮ(＝１)になると、マイナスオーバーラップ期間Ｍ−ＯＶＬとスロットル開度θTHとを増大する（図１６（Ｂ），（Ｃ））。

図１６（Ｄ）に示すように、点火時期ＴIGNは、切替用補正量を加算することによって、火花点火式燃焼用操作量および圧縮自己着火式燃焼用操作量よりも早期化する。切替用補正量を加算する期間は、時刻ｔ１から時間ｔｍ後の、時刻ｔ２までとする。また、圧縮自己着火式燃焼が実現できた後に、点火信号をＯＦＦとする。

図１６（Ｅ）に示すように、副燃料噴射は、圧縮自己着火式燃焼を実施するための副燃料噴射量よりは少なくし、副燃料噴射パルス幅Ｐｗ−ｓｂは、小さくして、時刻ｔ１より噴射を開始する。

また、図１６（Ｆ）に示すように、主燃料噴射パルス幅Ｐｗ−ｍｎは、副燃料噴射の開始に伴って、時刻ｔ１から時刻ｔ２の期間だけ圧縮自己着火式燃焼用操作量よりも増量する。

そして、図１６（Ｈ）に示すように、主燃料の噴射時期Ｔｍｇ−ｍｎは、時刻ｔ１から時刻ｔ２の期間だけ圧縮自己着火式燃焼用操作量よりも遅角する。

また、図１６（Ｇ）に示すように、ＳＣＶ開度θSCVは、圧縮自己着火式燃焼用操作量とする。

そして、時刻ｔ２になると、図１６（Ｅ）に示すように、副燃焼噴射パルス幅Ｐｗ−ｓｂは、圧縮自己着火式燃焼用操作量に増加する。図１６（Ｆ）に示すように、主燃焼噴射パルス幅Ｐｗ−ｍｎは、圧縮自己着火式燃焼用操作量に減少する。また、図１６（Ｈ）に示すように、主燃料の噴射時期Ｔｍｇ−ｍｎは、圧縮自己着火式燃焼用の噴射時期に進角する。

ここで、点火時期の早期化により、燃焼モード切替途中での燃焼不安定化を抑制する。

また、燃料噴射量の補正に関しては、副燃料噴射量と主燃料噴射量の割合である噴射割合を変化させるものであり、副燃料噴射量の割合を減少させることにより、マイナスオーバーラップ期間中に燃焼室内に残留する内部ＥＧＲ中に噴射する燃料量を減量することによって、高温による燃料が改質して着火しやすい化学種の生成量を減少することが可能である。これによって自己着火時期を遅延する。この際、主燃料噴射量を増量するため、１サイクルでの燃料噴射量の総量が不変であることから、燃焼効率を変化させることなく、自己着火時期を遅延化できる。

また、主燃料噴射時期を遅延することにより、混合気の反応開始時刻を遅延させるため、これによっても自己着火の開始時期を遅延化する。以上の切替用補正量の効果により、自己着火時期を遅延化することによって、圧力上昇率の最大値を低減することが可能となり、燃焼モード切替途中での燃焼騒音の増大を抑制可能となる。

以上説明したように、本実施形態では、運転騒音を低減するために、燃料噴射量の総量に対する副燃料噴射量の割合を減量することにより、自己着火時期を遅延化する方法と、主燃料噴射時期を遅延することにより、自己着火時期を遅延化する方法と採用している。なお、運転騒音を低減するためには、副燃料噴射量を減量（自己着火時期の遅延）する方法と、主燃料噴射時期を遅延する（自己着火時期の遅延）する方法のいずれだけでもよいものであるが、両方を採用することで、さらに、運転騒音を低減することができる。

以上説明したように、本実施形態によれば、火花点火式燃焼から圧縮自己着火式燃焼への切替時の、トルク変動を低減できるとともに、燃焼騒音を低減できる。

次に、図１７を用いて、本発明の第３の実施形態による圧縮自己着火式内燃機関の制御装置の制御内容について説明する。
なお、本実施形態による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したエンジンシステムの構成は、図１に示したものと同様である。また、本実施形態による圧縮自己着火式内燃機関の制御装置の構成は、図２に示したものと同様である。さらに、本実施形態による圧縮自己着火式内燃機関の制御装置の燃焼モード切替の構成は、図３に示したものと同様である。

ただし、図３において、燃焼モード切替補正部２８の切替用補正量演算部２８ｂが算出する切替用補正量の内容が異なっている。この点について、図１７を用いて説明する。

図１７は、本発明の第３の実施形態による圧縮自己着火式内燃機関の制御装置による制御内容を示すフローチャートである。

図１７において、横軸は、時間を示している。図１７（Ａ）〜図１７（Ｇ）の縦軸は、図１２（Ａ）〜図１２（Ｇ）の縦軸と同じである。

図１７の横軸において、時刻ｔ１は、火花点火式燃焼モードから圧縮自己着火式燃焼モードへと切替を開始した時刻を示している。時刻ｔ２は、本実施形態の燃焼モード切替制御を適用した場合の、切替用補正量の加算を終了した時刻を示している。従って、時刻ｔ１より前においては、エンジンは、図６に示した火花点火式燃焼モードにより、燃焼している。また、時刻ｔ２より後においては、エンジンは、図７に示した圧縮自己着火式燃焼モードにより、燃焼している。そして、時刻ｔ１〜時刻ｔ２においては、燃焼モードは圧縮自己着火式燃焼モードであるが、圧縮自己着火式燃焼用操作量に対して、図３の燃焼モード切替補正部が出力する切替用補正量が加算されたものが目標操作量となり、エンジンは、図８に示した混在燃焼モードで燃焼している。

また、図１７（Ｅ），（Ｆ）の、時刻ｔ１〜時刻ｔ２の間において、点線は、切替用補正量を加算しなかった場合の操作量を示しており、実線は、本実施形態により、圧縮自己着火式燃焼用操作量に対して、切替用補正量が加算された場合の操作量を示している。

また、図１７（Ｂ）の、時刻ｔ１〜時刻ｔ２の間において、実線は、マイナスオーバーラップ期間Ｍ−ＯＶＬの目標値を示している。また、破線は、実際のマイナスオーバーラップ期間Ｍ−ＯＶＬを示している。すなわち、時刻ｔ１において、実線で示すように、マイナスオーバーラップ期間Ｍ−ＯＶＬの目標値がステップ的に増加する指令を出力したとしても、可変バルブ５が実際に動作するまでは応答遅れを有しているため、破線で示すように、実際のマイナスオーバーラップ期間Ｍ−ＯＶＬは、１次遅れを伴って増加する。

本実施形態による操作量の切替補正を行わない場合の制御内容は、図１２にて説明したものと同様である。

次に、本実施形態による操作量の切替補正を行った場合について説明する。

時刻ｔ１において、図１７（Ａ）に示すように、燃焼モード切替判定部２１が圧縮自己着火式燃焼を実施可能と判断すると、燃焼モード切替フラグＦｅｘにＯＮ（＝１）をセットし、火花点火式燃焼から圧縮自己着火式燃焼へと燃焼モードを切替える。切替フラグＦｅｘがＯＮ(＝１)になると、マイナスオーバーラップ期間Ｍ−ＯＶＬとスロットル開度θTHとを増大する（図１７（Ｂ），（Ｃ））。

図１７（Ｄ）に示すように、点火時期ＴIGNは、切替用補正量を加算することによって、火花点火式燃焼用操作量および圧縮自己着火式燃焼用操作量よりも早期化する。切替用補正量を加算する期間は、時刻ｔ１から時間ｔｍ後の、時刻ｔ２までとする。また、圧縮自己着火式燃焼が実現できた後に、点火信号をＯＦＦとする。

図１７（Ｅ）に示すように、副燃料噴射は、圧縮自己着火式燃焼を実施するための副燃料噴射量よりは少なくし、副燃料噴射パルス幅Ｐｗ−ｓｂは、小さくして、時刻ｔ１より噴射を開始する。

また、図１７（Ｆ）に示すように、主燃料噴射パルス幅Ｐｗ−ｍｎは、副燃料噴射の開始に伴って、時刻ｔ１から時刻ｔ２の期間だけ圧縮自己着火式燃焼用操作量よりも減量する。

また、図１７（Ｇ）に示すように、ＳＣＶ開度θSCVは、圧縮自己着火式燃焼用操作量とする。

そして、時刻ｔ２になると、図１７（Ｅ）に示すように、副燃焼噴射パルス幅Ｐｗ−ｓｂは、圧縮自己着火式燃焼用操作量に増加する。図１７（Ｆ）に示すように、主燃焼噴射パルス幅Ｐｗ−ｍｎは、圧縮自己着火式燃焼用操作量に減量する。

ここで、点火時期の早期化により、燃焼モード切替途中での燃焼不安定化を抑制する。

また、燃料噴射量の補正に関しては、副燃料噴射量を減量することにより、マイナスオーバーラップ期間中に燃焼室内に残留する内部EGR中に噴射する燃料量を減量することによって高温による燃料が改質して着火しやすい化学種の生成量を減量することが可能である。これによって自己着火時期を遅延する。また、主燃料噴射量を減量することにより、自己着火に至るまでの混合気の反応時間を長期化すると共に、自己着火後の燃焼速度を遅延化する。

以上説明したように、本実施形態では、運転騒音を低減するために、副燃料噴射量を減量することにより、自己着火時期を遅延化する方法と、主燃料噴射量を減量することにより，自己着火後の反応速度を遅延化する方法とを採用している。

以上説明したように、本実施形態によれば、火花点火式燃焼から圧縮自己着火式燃焼への切替時の、トルク変動を低減できるとともに、燃焼騒音を低減できる。

次に、図１８を用いて、本発明の第４の実施形態による圧縮自己着火式内燃機関の制御装置の制御内容について説明する。
なお、本実施形態による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したエンジンシステムの構成は、図１に示したものと同様である。また、本実施形態による圧縮自己着火式内燃機関の制御装置の構成は、図２に示したものと同様である。さらに、本実施形態による圧縮自己着火式内燃機関の制御装置の燃焼モード切替の構成は、図３に示したものと同様である。

ただし、図３において、燃焼モード切替補正部２８の切替用補正量演算部２８ｂが算出する切替用補正量の内容が異なっている。この点について、図１８を用いて説明する。

図１８は、本発明の第４の実施形態による圧縮自己着火式内燃機関の制御装置による制御内容を示すフローチャートである。

図１８において、横軸は、時間を示している。図１８（Ａ）〜図１８（Ｇ）の縦軸は、図１２（Ａ）〜図１２（Ｇ）の縦軸と同じである。図１８（Ｉ）の縦軸は、図７や図８で説明した副燃焼噴射の噴射時期Ｔｍｇ−ｓｂを示している。図の上方に向かって、副燃焼噴射の噴射時期は早期化する。

図１８の横軸において、時刻ｔ１は、火花点火式燃焼モードから圧縮自己着火式燃焼モードへと切替を開始した時刻を示している。時刻ｔ２は、本実施形態の燃焼モード切替制御を適用した場合の、切替用補正量の加算を終了した時刻を示している。従って、時刻ｔ１より前においては、エンジンは、図６に示した火花点火式燃焼モードにより、燃焼している。また、時刻ｔ２より後においては、エンジンは、図７に示した圧縮自己着火式燃焼モードにより、燃焼している。そして、時刻ｔ１〜時刻ｔ２においては、燃焼モードは圧縮自己着火式燃焼モードであるが、圧縮自己着火式燃焼用操作量に対して、図３の燃焼モード切替補正部が出力する切替用補正量が加算されたものが目標操作量となり、エンジンは、図８に示した混在燃焼モードで燃焼している。

また、図１８（Ｅ），（Ｆ），（Ｈ）の、時刻ｔ１〜時刻ｔ２の間において、点線は、切替用補正量を加算しなかった場合の操作量を示しており、実線は、本実施形態により、圧縮自己着火式燃焼用操作量に対して、切替用補正量が加算された場合の操作量を示している。

また、図１８（Ｂ）の、時刻ｔ１〜時刻ｔ２の間において、実線は、マイナスオーバーラップ期間Ｍ−ＯＶＬの目標値を示している。また、破線は、実際のマイナスオーバーラップ期間Ｍ−ＯＶＬを示している。すなわち、時刻ｔ１において、実線で示すように、マイナスオーバーラップ期間Ｍ−ＯＶＬの目標値がステップ的に増加する指令を出力したとしても、可変バルブ５が実際に動作するまでは応答遅れを有しているため、破線で示すように、実際のマイナスオーバーラップ期間Ｍ−ＯＶＬは、１次遅れを伴って増加する。

本実施形態による操作量の切替補正を行わない場合の制御内容は、図１２にて説明したものと同様である。

次に、本実施形態による操作量の切替補正を行った場合について説明する。

時刻ｔ１において、図１８（Ａ）に示すように、燃焼モード切替判定部２１が圧縮自己着火式燃焼を実施可能と判断すると、燃焼モード切替フラグＦｅｘにＯＮ（＝１）をセットし、火花点火式燃焼から圧縮自己着火式燃焼へと燃焼モードを切替える。切替フラグＦｅｘがＯＮ(＝１)になると、マイナスオーバーラップ期間Ｍ−ＯＶＬとスロットル開度θTHとを増大する（図１８（Ｂ），（Ｃ））。

図１８（Ｄ）に示すように、点火時期ＴIGNは、切替用補正量を加算することによって、火花点火式燃焼用操作量および圧縮自己着火式燃焼用操作量よりも早期化する。切替用補正量を加算する期間は、時刻ｔ１から時間ｔｍ後の、時刻ｔ２までとする。また、圧縮自己着火式燃焼が実現できた後に、点火信号をＯＦＦとする。

図１８（Ｅ）に示すように、副燃料噴射は、圧縮自己着火式燃焼を実施するための副燃料噴射量よりは少なくし、副燃料噴射パルス幅Ｐｗ−ｓｂは、小さくして、時刻ｔ１より噴射を開始する。

そして、図１８（Ｉ）に示すように、副燃料の噴射時期Ｔｍｇ−ｓｂは、時刻ｔ１から時刻ｔ２の期間だけ圧縮自己着火式燃焼用操作量よりも遅角する。

また、図１８（Ｇ）に示すように、ＳＣＶ開度θSCVは、圧縮自己着火式燃焼用操作量とする。

そして、時刻ｔ２になると、図１８（Ｅ）に示すように、副燃焼噴射パルス幅Ｐｗ−ｓｂは、圧縮自己着火式燃焼用操作量に増加する。また、図１８（Ｉ）に示すように、副燃料の噴射時期Ｔｍｇ−ｓｂは、圧縮自己着火式燃焼用の噴射時期に進角する。

ここで、点火時期の早期化により、燃焼モード切替途中での燃焼不安定化を抑制する。

また、燃料噴射の補正に関しては、マイナスオーバーラップ期間中の燃料噴射である副燃料噴射量を減量し、副燃料噴射時期を遅延するといった、切替用補正量の加算を実施する。副燃料噴射量を減量することにより、マイナスオーバーラップ期間中の着火し易い化学種の生成量を減少し、自己着火時期を遅延化する。さらに、副燃料噴射時期を排気上死点から吸気弁の開時期の期間中まで遅延化することで、マイナスオーバーラップ期間中に噴射された燃料が高温化に晒される期間を短期化することによって、着火し易い化学種の生成量を低減し、自己着火時期を遅延化する。以上の切替用補正量の効果により、自己着火時期を遅延化することによって、圧力上昇率の最大値を低減することが可能となり、燃焼モード切替途中での燃焼騒音の増大を抑制可能となる。

以上説明したように、本実施形態では、運転騒音を低減するために、副燃料噴射量を減量することにより、自己着火時期を遅延化する方法と、副燃料噴射時期を遅延することにより、自己着火時期を遅延化する方法と採用している。なお、運転騒音を低減するためには、副燃料噴射量を減量（自己着火時期の遅延）する方法と、副燃料噴射時期を遅延する（自己着火時期の遅延）する方法のいずれだけでもよいものであるが、両方を採用することで、さらに、運転騒音を低減することができる。

以上説明したように、本実施形態によれば、火花点火式燃焼から圧縮自己着火式燃焼への切替時の、トルク変動を低減できるとともに、燃焼騒音を低減できる。

次に、図１９を用いて、本発明の第５の実施形態による圧縮自己着火式内燃機関の制御装置の制御内容について説明する。
なお、本実施形態による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したエンジンシステムの構成は、図１に示したものと同様である。また、本実施形態による圧縮自己着火式内燃機関の制御装置の構成は、図２に示したものと同様である。さらに、本実施形態による圧縮自己着火式内燃機関の制御装置の燃焼モード切替の構成は、図３に示したものと同様である。

ただし、図３において、燃焼モード切替補正部２８の切替用補正量演算部２８ｂが算出する切替用補正量の内容が異なっている。この点について、図１９を用いて説明する。

図１９は、本発明の第５の実施形態による圧縮自己着火式内燃機関の制御装置による制御内容を示すフローチャートである。

図１９において、横軸は、時間を示している。図１９（Ａ）〜図１９（Ｇ）の縦軸は、図１２（Ａ）〜図１２（Ｇ）の縦軸と同じである。図１９（Ｊ）の縦軸は、図７や図８で説明した吸気行程中の排気バルブのリフト量ＬV-EXを示している。図の上方に向かって、排気バルブのリフト量は増大する。

図１９の横軸において、時刻ｔ１は、火花点火式燃焼モードから圧縮自己着火式燃焼モードへと切替を開始した時刻を示している。時刻ｔ２は、本実施形態の燃焼モード切替制御を適用した場合の、切替用補正量の加算を終了した時刻を示している。従って、時刻ｔ１より前においては、エンジンは、図６に示した火花点火式燃焼モードにより、燃焼している。また、時刻ｔ２より後においては、エンジンは、図７に示した圧縮自己着火式燃焼モードにより、燃焼している。そして、時刻ｔ１〜時刻ｔ２においては、燃焼モードは圧縮自己着火式燃焼モードであるが、圧縮自己着火式燃焼用操作量に対して、図３の燃焼モード切替補正部が出力する切替用補正量が加算されたものが目標操作量となり、エンジンは、図８に示した混在燃焼モードで燃焼している。

また、図１９（Ｊ）の、時刻ｔ１〜時刻ｔ２の間において、点線は、切替用補正量を加算しなかった場合の操作量を示しており、実線は、本実施形態により、圧縮自己着火式燃焼用操作量に対して、切替用補正量が加算された場合の操作量を示している。

また、図１９（Ｂ）の、時刻ｔ１〜時刻ｔ２の間において、実線は、マイナスオーバーラップ期間Ｍ−ＯＶＬの目標値を示している。また、破線は、実際のマイナスオーバーラップ期間Ｍ−ＯＶＬを示している。すなわち、時刻ｔ１において、実線で示すように、マイナスオーバーラップ期間Ｍ−ＯＶＬの目標値がステップ的に増加する指令を出力したとしても、可変バルブ５が実際に動作するまでは応答遅れを有しているため、破線で示すように、実際のマイナスオーバーラップ期間Ｍ−ＯＶＬは、１次遅れを伴って増加する。

本実施形態による操作量の切替補正を行わない場合の制御内容は、図１２にて説明したものと同様である。ただし、図１２では、説明しなかったが、図１９（Ｊ）に点線で示すように、排気バルブのリフト量ＬV-EXは、切替補正を行わない場合には、吸気行程中は０，すなわち、排気バルブは閉じたままである。

次に、本実施形態による操作量の切替補正を行った場合について説明する。

時刻ｔ１において、図１９（Ａ）に示すように、燃焼モード切替判定部２１が圧縮自己着火式燃焼を実施可能と判断すると、燃焼モード切替フラグＦｅｘにＯＮ（＝１）をセットし、火花点火式燃焼から圧縮自己着火式燃焼へと燃焼モードを切替える。切替フラグＦｅｘがＯＮ(＝１)になると、マイナスオーバーラップ期間Ｍ−ＯＶＬとスロットル開度θTHとを増大する（図１９（Ｂ），（Ｃ））。

図１９（Ｄ）に示すように、点火時期ＴIGNは、切替用補正量を加算することによって、火花点火式燃焼用操作量および圧縮自己着火式燃焼用操作量よりも早期化する。切替用補正量を加算する期間は、時刻ｔ１から時間ｔｍ後の、時刻ｔ２までとする。また、圧縮自己着火式燃焼が実現できた後に、点火信号をＯＦＦとする。

図１９（Ｅ）に示すように、副燃料噴射パルス幅Ｐｗ−ｓｂは、圧縮自己着火式燃焼を実施するための副燃料噴射量とし、時刻ｔ１より噴射を開始する。

また、図１９（Ｆ）に示すように、主燃料噴射パルス幅Ｐｗ−ｍｎは、圧縮自己着火式燃焼を実施するための副燃料噴射量とする。

また、図１９（Ｊ）に示すように、排気バルブリフト量ＬV-EXを増大する。すなわち、排気バルブを開く。排気弁を開く期間は吸気行程の吸気バルブが開く期間中であり、吸気弁が開いている期間よりも短期間とする。なお、排気バルブ５aは電磁バルブのように、エンジンのサイクル間に任意のタイミングで開閉が可能な機構を備えるものとする。

そして、時刻ｔ２になると、図１９（Ｊ）に示すように、排気バルブリフト量ＬV-EXを０とし、排気バルブを閉じる。

ここで、点火時期の早期化により、燃焼モード切替途中での燃焼不安定化を抑制する。

また、吸気行程期間中に排気バルブを開く期間を設けることにより、吸気行程中に排出ガスを再度吸入することが可能となり、燃焼室内のＥＧＲ量を増大することができる。このＥＧＲの増量によって、混合気の反応を妨げる物質が増大し、自己着火後の燃焼速度を低減でき、圧力上昇率の最大値を低減することで燃焼騒音を低減することが可能となる。

以上説明したように、本実施形態では、運転騒音を低減するために、吸気行程中に排気バルブを開くことにより、燃焼速度を低減する方法を採用している。

以上説明したように、本実施形態によれば、火花点火式燃焼から圧縮自己着火式燃焼への切替時の、トルク変動を低減できるとともに、燃焼騒音を低減できる。

以上、本発明の各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、燃焼モード切替判定部２１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可否を判断するものであってもよい。

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よい。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よく、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よい。

また、上述の実施形態における切替用補正量は点火時期、燃料噴射量、燃料噴射時期、ＳＣＶ開度などのパラメータのうち、１つまたは２つのパラメータを加算するものであるが、上記実施形態に記載されたパラメータを２つ以上組合わせて、複数のパラメータの切替用補正を組合わせるものであってもよい。

ここで、切替用補正量の加算する期間は点火時期と、その他のパラメータ（燃料噴射量、燃料噴射時期、ＳＣＶ開度など）を補正する期間と同期間であるが、これに限るだけではなく、それぞれの開始時期および終了時期を適宜調整するものであってもよい。

さらに、上述の実施形態では、主燃料噴射と副燃料噴射といった、２回噴射を実施したものであるが、これに限らず、主燃料噴射をマイナスオーバーラップ期間中に複数回に分割して噴射してもよいし、副燃料噴射を吸気行程期間中に複数回に分割して噴射してもよい。その際には、それぞれの噴射量、噴射時期を適宜調整するものとなる。上述のように燃料噴射を分割することにより、混合気の反応速度を緻密に調整することが可能となり、更なる自己着火時期の遅延と自己着火後の燃焼速度の低減を実現することが可能である。

加えて、上述の実施形態では燃焼室内に形成される混合気の流動の強度をスワール弁１５にて制御しているが、これに限ったものではなく、吸気弁５ａの上流に設けられた吸気管６の形状によって、上記流動を調整するものであってもよく、１気筒に複数設けられたバルブのリフト量または開閉時期を不均一に動作させることによって上記流動を調整するものであってもよい。

本実施形態は、燃料をガソリンとしたガソリンエンジンに関するものであるが、ガソリンに限ったものではなく、他内燃機関に使用可能なアルコール燃料（例えば、バイオエタノールなど）を使用、または併用した場合にも適用可能である。その際には、使用燃料の性状に応じて、燃料噴射量や燃料噴射時期を適宜変更するものとする。また、ガソリンと上記アルコール燃料を併用した際には、ガソリンとアルコール燃料を混合した燃料をそのまま燃焼室内に噴射するものであってもよいし、混合比を調整しながら噴射するものであってもよいし、また、別々のインジェクタを備えているものであってもよい。

本発明を適用することにより、火花点火式燃焼から圧縮自己着火式燃焼へと切替える際に、燃焼室が高温保持されることによる圧力上昇率の上昇を抑制することが可能であり、運転性能悪化と静粛性悪化を抑制しながら燃焼モードの切替を実現することが可能である。

本発明の第１の実施形態による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したエンジンシステムの構成を示すシステム構成図である。 本発明の第１の実施形態による圧縮自己着火式内燃機関の制御装置の構成を示すシステムブロック図である。 本発明の第１の実施形態による圧縮自己着火式内燃機関の制御装置の燃焼モード切替の構成を示す制御ブロック図である。 火花点火式燃焼モードと、圧縮自己着火式燃焼モードとの、燃焼領域の説明図である。 本発明の第１の実施形態による圧縮自己着火式内燃機関の制御装置による燃焼モードに切替の説明図である。 本発明の第１の実施形態による圧縮自己着火式内燃機関の制御装置による、火花点火式燃焼モードＳＩにおけるエンジンの作動概要を示すタイミングチャートである。 本発明の第１の実施形態による圧縮自己着火式内燃機関の制御装置による、圧縮自己着火式燃焼モードＨＣＣＩにおけるエンジンの作動概要を示すタイミングチャートである。 本発明の第１の実施形態による圧縮自己着火式内燃機関の制御装置による、混在燃焼モードＣＣにおけるエンジンの作動概要を示すタイミングチャートである。 本発明の第１の実施形態による圧縮自己着火式内燃機関の制御装置による制御内容の全体を示すフローチャートである。 図９のＳ１００（燃焼モード切替判定処理）の詳細を示すフローチャートである。 図９のＳ１１０（燃焼モード切替処理）の詳細を示すフローチャートである。 本発明の第１の実施形態による圧縮自己着火式内燃機関の制御装置による制御内容を示すタイミングチャートである。 本発明の第１の実施形態による圧縮自己着火式内燃機関の制御装置により、火花点火式燃焼から圧縮自己着火式燃焼への燃焼モード切替制御を実施した際のエンジンの運転状態を示すタイミングチャートである。 自己着火時期が早期化した場合のシリンダ内圧力の説明図である。 本発明の第１の実施形態による圧縮自己着火式内燃機関の制御装置により制御した場合の、シリンダ内圧力の説明図である。 本発明の第２の実施形態による圧縮自己着火式内燃機関の制御装置による制御内容を示すフローチャートである。 本発明の第３の実施形態による圧縮自己着火式内燃機関の制御装置による制御内容を示すフローチャートである。 本発明の第４の実施形態による圧縮自己着火式内燃機関の制御装置による制御内容を示すフローチャートである。 本発明の第５の実施形態による圧縮自己着火式内燃機関の制御装置による制御内容を示すフローチャートである。

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
１５…スワール弁
２０…ＥＣＵ
１００…エンジン
２０ａ…入力回路
２０ｂ…入力ポート
２０ｃ…ＲＡＭ
２０ｄ…ＲＯＭ
２０ｅ…ＣＰＵ
２０ｆ…電子スロットル開路
２０ｇ…インジェクタ駆動回路
２０ｈ…点火出力回路
２０ｊ…可変バルブ駆動回路
２０ｋ…スワール弁駆動回路
２１…燃焼モード判定部
２３…圧縮自己着火式燃焼用操作量演算部
２５…火花点火式燃焼用操作量演算部
２７…燃焼切替部
２８…燃焼モード切替補正部
２９…加算部

Claims (3)

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装置と、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、前記燃焼室に流入する空気量を制御可能なスロットルと、前記燃焼室に流入する空気の流れを制御可能なスワール弁を有する圧縮自己着火式内燃機関に用いられ、
   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火花点火式燃焼モードと、
   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射された燃料を燃焼させて前記内燃機関を作動させる圧縮自己着火式燃焼モードとを有し、
   前記インジェクタによる燃料噴射，前記点火装置による点火，前記吸気弁の開閉，前記排気弁の開閉，前記スロットルの開閉，前記スワール弁の開度を制御するとともに、
   前記内燃機関の作動状態に関する情報に応じて、前記火花点火式燃焼モードから前記圧縮自己着火式燃焼モードに切替える圧縮自己着火式内燃機関の制御方法であって、
   前記火花点火式燃焼モードから前記圧縮自己着火式燃焼モードに切替えた際に、
   前記点火装置による点火時期を、前記火花点火式燃焼モード用の点火時期を早期化すると共に、
   前記燃焼室内の圧力上昇率の最大値を低減するように、前記インジェクタによる燃料噴射の制御として、前記インジェクタによる燃料噴射に関する前記圧縮自己着火式燃焼用操作量に対して、主燃料の燃料噴射量を減少させる補正量を出力し、この補正量により、前記自己着火後の燃焼速度を低減するか、
   前記インジェクタによる燃料噴射の制御として、前記インジェクタによる燃料噴射に関する前記圧縮自己着火式燃焼用操作量に対して、副燃料の燃料噴射量を減少させる補正量を出力し、この補正量により、前記自己着火時期を遅延するか、
   前記インジェクタによる燃料噴射の制御として、前記インジェクタによる燃料噴射に関する前記圧縮自己着火式燃焼用操作量に対して、主燃料の燃料噴射時期を遅角させる補正量を出力し、この補正量により、前記自己着火時期を遅延するか、
   前記インジェクタによる燃料噴射の制御として、前記インジェクタによる燃料噴射に関する前記圧縮自己着火式燃焼用操作量に対して、副燃料の燃料噴射量を減少させるとともに、主燃料の燃料噴射量を減少させる補正量を出力し、この補正量により、前記自己着火時期を遅延するか、
   前記インジェクタによる燃料噴射の制御として、前記インジェクタによる燃料噴射に関する前記圧縮自己着火式燃焼用操作量に対して、副燃料の燃料噴射時期を遅角させる補正量を出力し、この補正量により、前記自己着火時期を遅延するか、
   前記排気弁の開閉の制御として、前記排気弁の開閉に関する前記圧縮自己着火式燃焼用操作量に対して、吸気行程中に、前記排気弁の開度を増大させる補正量を出力し、この補正量により、前記燃焼速度を低減するか、
   前記スワール弁の開度の制御として、前記スワール弁の開度に関する前記圧縮自己着火式燃焼用操作量に対して、前記スワール弁の開度を増大させる補正量を出力し、この補正量により、前記自己着火時期を遅延するかの、少なくとも１つを実行することを特徴とする圧縮自己着火式内燃機関の制御方法。
2. 請求項１記載の圧縮自己着火式内燃機関の制御方法において、
   前記燃焼室に存在する混合気が多点で同時に自己着火し、筒内圧力が急峻に上昇を開始する時期である自己着火時期、または自己着火後の燃焼速度、の少なくとも１つを調整することを特徴とする圧縮自己着火式内燃機関の制御方法。
3. 請求項１記載の圧縮自己着火式内燃機関の制御方法において、
   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示すセンサの出力信号と、エンジン回転速度を示すセンサの出力信号であることを特徴とすることを特徴とする圧縮自己着火式内燃機関の制御方法。

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