内燃機関の制御装置
【課題】圧縮着火燃焼モードにおいて、気筒内の温度を適切に制御し、圧縮着火による燃焼時期のばらつきを抑制することができる内燃機関の制御装置を提供する。
【解決手段】この内燃機関３の制御装置１は、圧縮着火燃焼モードにおいて、吸気行程の終期から圧縮行程にかけて排気弁１３を開閉することによって、排気通路５に排出された排ガスを、高温ガスとして気筒Ｃ内に再度、吸入する。さらに、低温ガス供給機構８０，９０によって、高温ガスを冷却するために、高温ガスよりも温度が低い低温ガスを気筒Ｃ内に供給する。また、取得された燃焼時期パラメータＴＥＸによって表される燃焼時期が早いほど、低温ガス供給機構によって供給される低温ガス量ＧＡＩＲ２を減少側に制御する。
【解決手段】この内燃機関３の制御装置１は、圧縮着火燃焼モードにおいて、吸気行程の終期から圧縮行程にかけて排気弁１３を開閉することによって、排気通路５に排出された排ガスを、高温ガスとして気筒Ｃ内に再度、吸入する。さらに、低温ガス供給機構８０，９０によって、高温ガスを冷却するために、高温ガスよりも温度が低い低温ガスを気筒Ｃ内に供給する。また、取得された燃焼時期パラメータＴＥＸによって表される燃焼時期が早いほど、低温ガス供給機構によって供給される低温ガス量ＧＡＩＲ２を減少側に制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、混合気を圧縮着火によって燃焼させる圧縮着火燃焼モードにおいて、内燃機関を制御する内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のこの種の内燃機関の制御装置として、例えば特許文献１に開示されたものが知られている。この内燃機関の気筒には、第１および第２排気ポートが形成されている。この制御装置は、吸気通路と第１排気ポートに接続された供給通路と、この供給通路を開閉する開閉弁を備えており、開閉弁を開弁することによって、新気が供給通路を介し、低温ガスとして第１排気ポートに供給され、充填される。
【０００３】
この制御装置では、圧縮着火燃焼モード時に、吸気行程中に開閉弁を一定のタイミングで開弁することによって、第１排気ポートに低温ガスを充填する。また、吸気行程の終期に、排気弁を開弁することによって、排気通路に排出された排ガスを高温ガスとして第２排気ポートを介して気筒内に再度、吸入させるとともに、第１排気ポートに充填された低温ガスを気筒内に吸入させ、これらの低温ガスと高温ガスを成層化する。成層化された低温ガスおよび高温ガスは、その後の圧縮行程において、圧縮着火によって燃焼する。この燃焼は、高温ガスの部分から自己着火によって開始され、低温ガスの部分に至る。以上のように、圧縮着火燃焼モード時に、第１排気ポートを介して低温ガスを吸入することによって、自己着火による燃焼を緩慢に行わせることにより、ノッキングの発生が防止される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２００８／１４００３６号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、従来の制御装置では、開閉弁が一定のタイミングで開弁されるため、気筒内の温度を適切に制御できないことがある。例えば、気筒内に吸入される低温ガスが過剰な場合、高温ガスが不足することで、気筒内の温度が低下しすぎることがあり、その場合には、燃焼時期が遅くなる。これとは逆に、気筒内に吸入される低温ガスが不足した場合、より多くの高温ガスが再吸入されることで、気筒内の温度が上昇しすぎることがあり、その場合には、燃焼時期が早くなる。以上のような場合、燃焼サイクル間で燃焼時期がばらつきやすくなり、この点において改善の余地がある。
【０００６】
本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、圧縮着火燃焼モードにおいて、気筒内の温度を適切に制御し、圧縮着火による燃焼時期のばらつきを抑制することができる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するため、請求項１に係る発明は、燃焼モードとして、混合気を圧縮着火によって燃焼させる圧縮着火燃焼モードを有するとともに、圧縮着火燃焼モードにおいて内燃機関３を制御する内燃機関３の制御装置１であって、吸気行程中に吸気弁１２を開閉することによって、気筒Ｃ内に新気を吸入する吸気側動弁機構４０と、吸気行程の終期から圧縮行程にかけて排気弁１３を開閉することによって、排気通路５に排出された排ガスを、高温ガスとして気筒Ｃ内に再度、吸入するための排ガス吸入機構（実施形態における（以下、本項において同じ）ＥＧＲ吸入機構８０）と、高温ガスを冷却するために、高温ガスよりも温度が低い低温ガスを気筒Ｃ内に供給するための低温ガス供給機構（ＥＧＲ吸入機構８０，新気供給機構９０）と、気筒Ｃ内に吸入された新気および高温ガスの燃焼時期を表す燃焼時期パラメータ（排気温ＴＥＸ）を取得する燃焼時期パラメータ取得手段（＃１〜＃４排気温センサ２６〜２９）と、取得された燃焼時期パラメータによって表される燃焼時期が早いほど、低温ガス供給機構によって供給される低温ガス量（２次新気量ＧＡＩＲ２）を減少側に制御する制御手段（ＥＣＵ２、図９のステップ４６、図１０）と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
この内燃機関の制御装置によれば、圧縮着火燃焼モードにおいて、内燃機関が次のように制御される。まず、吸気行程中に吸気側動弁機構によって吸気弁を開弁することによって、気筒内に新気を吸入する。また、吸気行程の終期から圧縮行程にかけて、排ガス吸入機構により排気弁を開弁することによって、排気通路に排出された排ガスを、高温ガスとして気筒内に再度、吸入する。これらの新気および高温ガスは、その後の圧縮行程において、圧縮着火により燃焼する。この燃焼は、高温ガスの部分から開始され、新気の部分に至る。また、高温ガスは、低温ガス供給機構により気筒内に供給された低温ガスによって冷却される。
【０００９】
圧縮着火による燃焼時期は、気筒内の温度によって変化し、気筒内の温度は主に、高温ガスに含まれる燃料量や高温ガスの温度に応じて変化する。このような観点に基づき、本発明によれば、取得された、燃焼時期を表す燃焼時期パラメータに応じて低温ガス量を制御するので、その後の圧縮行程における気筒内の温度を実際の燃焼時期に応じて適切に制御でき、圧縮着火燃焼モードにおける燃焼時期を適切に制御することができる。これにより、燃焼サイクル間における燃焼時期のばらつきを抑制することができる。また、内燃機関が複数の気筒を有する場合には、気筒ごとに低温ガス量を制御することによって、気筒間における燃焼時期のばらつきも抑制することができる。
【００１０】
また、燃焼時期が早いほど、燃焼の終了タイミングも早くなるため、膨張行程における気筒内の燃焼ガスの冷却損失がより大きくなることによって、その後の排気行程において排出される排ガスの温度、ひいては高温ガスの温度はより低くなる。また、高温ガスの温度が低いと、次回の圧縮行程における燃焼時期は遅くなり、それに伴い、膨張行程における燃焼ガスの冷却損失が小さくなり、高温ガスの温度が高くなることで、その次の圧縮行程における燃焼時期は早くなる。燃焼時期が早まるのに伴い、さらにその次の圧縮行程における燃焼時期は遅くなる。以上のように、燃焼時期が早い場合や遅い場合には、その影響により、その燃焼サイクルだけでなく、その後の燃焼サイクルにおいても、燃焼時期が早くなったり遅くなったりするという事象が繰り返される。
【００１１】
以上のような観点に基づき、本発明によれば、取得された燃焼時期パラメータによって表される燃焼時期が早いほど、低温ガス量を減少側に制御する。これにより、低温ガスによる冷却度合いを小さくすることで、燃焼温度を高めることができる。以上のように、燃焼時期が早いほど、すなわち、冷却損失が大きいほど、これを補償するように排ガスの温度、ひいては高温ガスの温度を高めることができるので、上述したような燃焼時期が早くなったり遅くなったりするという事象を回避することができ、したがって、燃焼時期のばらつきを抑制することができる。
【００１２】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の内燃機関３の制御装置１において、内燃機関３は、燃焼モードとして、混合気を火花点火によって燃焼させる火花点火燃焼モードをさらに有し、制御手段は、燃焼モードが火花点火燃焼モードから圧縮着火燃焼モードに切り換えられているときに、低温ガス量を制御することを特徴とする。
【００１３】
圧縮着火による燃焼は、通常、内燃機関が低負荷運転状態のときに行われ、それ以外のときには、火花点火による燃焼が行われる。このため、気筒の壁面温度は、燃焼モードが圧縮着火燃焼モードのときよりも火花点火燃焼モードのときの方が高くなる。このため、燃焼モードの火花点火燃焼モードから圧縮着火燃焼モードへの切換中には、気筒内の温度が高くなりやすく、混合気が早期に自己着火によって燃焼することがある。このような観点に基づき、本発明によれば、火花点火燃焼モードから圧縮着火燃焼モードに切り換えられているときに、低温ガス量を制御するので、自己着火による気筒内の温度の過度な上昇を回避することができる。その結果、圧縮着火燃焼モードへの切換中においても、燃焼時期のばらつきを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明を適用した内燃機関の構成を概略的に示す図である。
【図２】制御装置の概略構成を示すブロック図である。
【図３】図１の部分拡大図である。
【図４】切換機構の概略構成を示す模式図である。
【図５】ピストンの部分拡大斜視図である。
【図６】燃焼制御処理を示すメインフローである。
【図７】図６の処理で用いられるマップの一例である。
【図８】ＣＩ燃焼制御処理を示すサブルーチンである。
【図９】２次新気制御処理を示すメインフローである。
【図１０】図９の処理で用いられるテーブルの一例である。
【図１１】２次新気噴射時期の算出処理を示すサブルーチンである。
【図１２】図１１の処理で用いられるテーブルの一例である。
【図１３】吸気側動弁機構によって得られる吸気弁のバルブリフト曲線、およびＥＧＲ吸入機構によって得られる排気弁のバルブリフト曲線を示す図である。
【図１４】ＣＩ燃焼モード中またはＣＩ燃焼モードへの切換中における吸気弁および排気弁などの動作の一例を示す図である。
【図１５】２次新気制御処理によって得られる動作例を示すタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態について説明する。図１に示すように、本実施形態の制御装置１が適用された内燃機関（以下「エンジン」という）３は、＃１〜＃４（１番〜４番）気筒Ｃを有する４気筒の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。
【００１６】
このエンジン３では、燃焼サイクルの位相が、＃１気筒Ｃ→＃３気筒Ｃ→＃４気筒Ｃ→＃２気筒Ｃ→＃１気筒Ｃの順序で１８０°ずつずれており、気筒Ｃでの燃焼がこの順序で行われる。
【００１７】
エンジン３のシリンダヘッド３ａ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、図３に示すように、気筒Ｃごとに、筒内燃料噴射弁１０および点火プラグ１１が、燃焼室３ｂに臨むように取り付けられている。この筒内燃料噴射弁１０は、吸気ポート４ａの下側に設けられており、燃焼室３ｂ内に燃料を直接、噴射する直噴タイプのものである。筒内燃料噴射弁１０の開弁時間および開弁時期は、後述するＥＣＵ２によって制御され、それにより、筒内燃料噴射弁１０による燃料噴射量および燃料噴射時期が制御される。点火プラグ１１の点火時期もまた、ＥＣＵ２によって制御される。
【００１８】
また、エンジン３には、筒内燃料噴射弁１０に加え、ポート燃料噴射弁９が気筒Ｃごとに設けられている。各ポート燃料噴射弁９は、吸気マニホルドの各分岐通路４ｂに取り付けられ、吸気ポート４ａに臨んでいる。このポート燃料噴射弁９の開弁時間および開弁時期もまた、ＥＣＵ２によって制御され、それにより、ポート燃料噴射弁９による燃料噴射量および燃料噴射時期が制御される。
【００１９】
また、このエンジン３では、燃焼モードとして、ポート燃料噴射弁９および筒内燃料噴射弁１０から燃料を吸気行程中に噴射することにより生成された均質混合気を、点火プラグ１１による火花点火によって燃焼させる火花点火燃焼モード（以下「ＳＩ燃焼モード」という）と、後述するように生成された成層混合気を、自己着火によって燃焼させる圧縮着火燃焼モード（以下「ＣＩ燃焼モード」という）とを有し、その切換は、ＥＣＵ２によって制御される。
【００２０】
図１に示すように、排気通路５は、＃１〜＃４気筒Ｃにそれぞれ接続された＃１〜＃４第１排気通路５ａ〜５ｄと、＃１および＃４第１排気通路５ａ，５ｄの合流部と＃２および＃３第１排気通路５ｂ，５ｃの合流部にそれぞれ接続された第２排気通路６ａ，６ｂと、これらの第２排気通路６ａ，６ｂの合流部に接続された第３排気通路７で構成されている。
【００２１】
これらの第２排気通路６ａ，６ｂおよび第３排気通路７にはそれぞれ、フィルタ１４が設けられている。フィルタ１４は、排ガス中の煤などのＰＭを捕集することによって、大気中に排出されるＰＭの量を低減する。
【００２２】
図３に示すように、気筒Ｃには、一対の吸気弁１２，１２および一対の排気弁１３，１３（ともに１つのみ図示）が設けられている。吸気弁１２は、吸気側動弁機構４０によって開閉され、排気弁１３は、排気側動弁機構６０によって開閉される。これらの吸気側動弁機構４０および排気側動弁機構６０の構成は、本出願人が特願２００９−１６８２２８号ですでに提案したものと同様であるので、以下、その概略を簡単に説明する。
【００２３】
吸気側動弁機構４０は、吸気弁１２のリフトおよびバルブタイミングを変更する可変機構で構成されている。なお、吸気弁１２のリフトおよび後述する排気弁１３のリフトはそれぞれ、吸気弁１２および排気弁１３の最大揚程を表すものとする。
【００２４】
吸気側動弁機構４０は、回転自在の吸気カムシャフト４１、吸気カムシャフト４１に一体に設けられた一対の吸気カム４２，４２（１つのみ図示）、吸気コントロールシャフト４３、この吸気コントロールシャフト４３を駆動するアクチュエータ４４（図２参照）、支持軸４７に揺動自在に支持された一対の揺動カム４５，４５（１つのみ図示）、コントロールアーム機構４６、および吸気カム位相可変機構５０などを備えている。この吸気カム位相可変機構５０は、吸気カムシャフト４１のクランクシャフト（図示せず）に対する相対的な位相を無段階に変更するものである。
【００２５】
吸気カムシャフト４１は、吸気スプロケットおよびタイミングチェーン（いずれも図示せず）を介して、クランクシャフトに連結されており、クランクシャフトが２回転するごとに１回転する。
【００２６】
コントロールアーム機構４６は、コントロールアーム４６ａ、ローラ４６ｂおよび吸気ロッカアーム４６ｃなどを備えている。コントロールアーム４６ａは、基端部において、吸気コントロールシャフト４３の偏心軸４３ａに回動自在に支持されている。コントロールアーム４６ａの他端部には、ローラ４６ｂが設けられている。コントロールアーム４６ａは、ローラ４６ｂを介して揺動カム４５に当接している。
【００２７】
吸気ロッカアーム４６ｃは、吸気コントロールシャフト４３に回動自在に支持された本体部４６ｄと、本体部４６ｄから延びる延出部４６ｅなどを備えており、延出部４６ｅにおいて、ローラ４６ｂと吸気弁１２に当接している。
【００２８】
以上の構成により、揺動カム４５が吸気カム４２で押圧されていない状態では、吸気弁１２は図３に示す閉弁位置に保持される。また、吸気カムシャフト４１の回転に伴い、揺動カム４５が吸気カム４２で押圧されると、揺動カム４５は、支持軸４７を中心として、図３の反時計方向に回動する。その際、ローラ４６ｂが揺動カム４５で押圧されることによって、ローラ４６ｂを介して吸気ロッカアーム４６ｃが吸気コントロールシャフト４３を中心として、図３の反時計方向に回動し、吸気弁１２を下方に押し下げることによって、吸気弁１２が開弁する。
【００２９】
また、前述したアクチュエータ４４を介して吸気コントロールシャフト４３を回動させると、コントロールアーム４６ａが、偏心軸４３を中心として図３の左右方向に移動する。この移動に伴い、コントロールアーム４６ａの揺動カム４５への当接位置が変化し、それにより、吸気弁１２のリフトおよびバルブタイミングが無段階に変更される。より具体的には、図１３に示すように、吸気弁１２のリフトが小さくなるほど、閉弁タイミングはより早くなる。
【００３０】
前述した排気側動弁機構６０は、回転自在の排気カムシャフト６１、排気カムシャフト６１に一体に設けられた一対の排気カム６２，６２（１つのみ図示）、排気コントロールシャフト６３、この排気コントロールシャフト６３に回動自在に支持されるとともに、排気弁１３，１３の上端にそれぞれ当接する一対のロッカアーム６４，６４（１つのみ図示）、ロッカアーム６４に設けられたローラ６５、および排気カム位相可変機構７０などを備えている。
【００３１】
排気カムシャフト６１は、排気スプロケットおよびタイミングチェーン（いずれも図示せず）を介して、クランクシャフトに連結されており、クランクシャフトが２回転するごとに１回転する。排気カムシャフト６１が回転すると、ロッカアーム６４，６４が排気カム６２で押圧され、排気コントロールシャフト６３を中心として、図３の時計方向に回動することにより、排気弁１３，１３が開弁する。また、排気カム位相可変機構７０は、排気カムシャフト６１のクランクシャフトに対する相対的な位相を無段階に変更することによって、排気弁１３，１３の開閉弁タイミングを無段階に変更するものである。
【００３２】
また、エンジン３は、ＣＩ燃焼モードにおいて排ガスを気筒Ｃ内に再度、吸入させるためのＥＧＲ吸入機構８０を備えている。
【００３３】
このＥＧＲ吸入機構８０は、吸気行程中の所定期間において、排気弁１３を開弁することによって、排気通路５の＃１〜＃４第１排気通路５ａ〜５ｄに一旦、排出された排ガスを気筒Ｃ内に再吸入するものである。図３および図４に示すように、ＥＧＲ吸入機構８０は、２つの吸気カム４２，４２の間に設けられ、吸気カムシャフト４１と一体のＥＧＲカム８１、支持軸４７に回動自在に支持されたロッカカム８２、コントロールアーム８３、レバー８４、および切換機構８５などを備えている。ＥＧＲカム８１は、ロッカカム８２のローラ８２ａに当接している。
【００３４】
コントロールアーム８３は、基端部において、排気コントロールシャフト６３の偏心軸６３ａに回動自在に支持されている。コントロールアーム８３の他端部には、ローラ８３ａが設けられている。コントロールアーム８３は、ローラ８３ａを介してロッカカム８２に当接している。
【００３５】
レバー８４は、２つのロッカアーム６４，６４の間に設けられている。レバー８４は、三角形状を有しており、その頂角部において、排気コントロールシャフト６３に回動自在に支持されており、一方の底角部において、コントロールアーム８３の押圧部８３ｂに当接している。
【００３６】
以上の構成により、吸気カムシャフト４１の回転に伴い、ローラ８２ａがＥＧＲカム８１で押圧されると、ロッカカム８２は、支持軸４７を中心として、図３の時計方向に回動する。その際、コントロールアーム８３のローラ８３ａがロッカカム８２で押圧されることによって、コントロールアーム８３が排気コントロールシャフト６３を中心として、図３の時計方向に回動し、それに伴って、押圧部８３ｂがレバー８４を押圧する。これにより、レバー８４は、排気コントロールシャフト６３を中心として、図３の時計方向に回動する。
【００３７】
図４に示すように、切換機構８５は、ロッカアーム６４，６４およびレバー８４に形成されたシリンダ８６ａ〜８６ｃ、シリンダ８６ａ〜８６ｃに収容された連結ピストン８７，８８などで構成されている。シリンダ８６ａには、連結ピストン８７，８８を反対側のシリンダ８６ｃ側に付勢する戻しばね８９が設けられている。さらに、シリンダ８６ｃには、排気コントロールシャフト６３に形成された油路（図示せず）を介して、油圧が供給される。このシリンダ８６ｃへの油圧の供給は、ＥＣＵ２により、ポンプ（図示せず）から油路への油圧の供給・停止を制御することによって、行われる。
【００３８】
以上の構成により、シリンダ８６ｃに油圧が供給されていない状態では、戻しばね８９の付勢力によって、連結ピストン８７がシリンダ８６ｂに収容され、連結ピストン８８がシリンダ８６ｃに収容される（図４（ａ））。これにより、ロッカアーム６４とレバー８４が互いに遮断され、フリーな状態になることによって、レバー８４の動きは、ロッカアーム６４には伝達されず、レバー８４のみがＥＧＲカム８１によって駆動される。
【００３９】
一方、シリンダ８６ｃに油圧が供給されると、この油圧により、連結ピストン８７，８８が戻しばね８９の付勢力に抗してシリンダ８６ａ側に移動することによって、連結ピストン８７がシリンダ８６ａとシリンダ８６ｂにまたがった状態で係合し、連結ピストン８８がシリンダ８６ｂとシリンダ８６ｃにまたがった状態で係合する（図４（ｂ））。これにより、レバー８４とロッカアーム６４が連結され、ＥＧＲカム８１の動きがレバー８４を介してロッカアーム６４に伝達されることによって、排気弁１３は、一定のリフトおよび一定のバルブタイミングで開閉される。
【００４０】
また、シリンダヘッド３ａには、複数のガイド壁３ｄが取り付けられている。図３に示すように、ガイド壁３ｄは、＃１〜＃４排気ポート８ａ〜８ｄのそれぞれの開口にその周方向の一部にわたって延びるとともに、燃焼室３ｂ内に突出している。各ガイド壁３ｄは、吸気ポート４ａ側に配置されており、その長さは＃１〜＃４排気ポート８ａ〜８ｄの開口の半径よりも小さい。また、ガイド壁３ｄの突出高さは、排気弁１３のリフトとほぼ同じであり、例えば２〜３ｍｍに設定されている。
【００４１】
図５に示すように、ピストン３ｃの頂面には、凸部３ｅが形成されている。この凸部３ｅは、その中心が吸気弁１２側になるように配置されている。また、凸部３ｅの吸気弁１２側の縁部３ｇはほぼ直線状に形成されているのに対して、排気弁１３側の縁部３ｈは、吸気弁１２側にくぼんだ状態で湾曲している。
【００４２】
以上の構成により、ＣＩ燃焼モードにおいて、ＥＧＲ吸入機構８０により排気弁１３が開弁されると、排気通路５に排出された排ガスは、排気弁１３を介して気筒Ｃ内に再吸入される。このとき、排ガスは、ガイド壁３ｄによって、排気弁１３側の内壁に沿うように下方に案内されながら、気筒Ｃ内に吸入されるとともに、ピストン３ｃの凸部３ｅによって、吸入された排ガスの吸気弁１２側への流出が阻止される。その結果、排ガスは、図１に実線Ａで示すように気筒Ｃ内に流入する。これにより、気筒Ｃ内の排気弁１３側には、より高温の排ガスによる高温ガス層Ｔ１が形成され、吸気弁１２側には、より低温の新気による混合ガス層Ｔ２が形成されることによって、新気と排ガスが成層化される。
【００４３】
また、ＥＧＲ吸入機構８０によって排気弁１３が開弁するのと同時に、その気筒Ｃに対して燃焼サイクルの位相が３６０°ずれた、排気行程にある気筒Ｃから、＃１〜＃４第１排気通路５ａ〜５ｄを介して圧力が導入される。例えば、＃１気筒Ｃと＃４気筒Ｃの位相が互いに３６０°ずれているため、＃１気筒Ｃが吸気行程から圧縮行程の間にあるときに、＃４気筒Ｃは、膨張行程から排気行程の間にある。このため、＃１気筒Ｃに排ガスを再吸入する場合、＃４気筒Ｃから排出される排ガスの圧力によって、＃１気筒Ｃへの排ガスの再吸入を適切に行わせることができる。
【００４４】
図１に示すように、エンジン３はさらに、気筒Ｃに再吸入される排ガスを冷却するための新気供給機構９０を備えている。この新気供給機構９０は、吸気通路４内の新気を＃１〜＃４排気ポート８ａ〜８ｄに供給するための供給通路９１と、供給通路９１に上流側から順に設けられた過給機９２およびクーラ９３と、＃１〜＃４制御弁９４ａ〜９４ｄなどを備えている。供給通路９１は、吸気通路４から分岐するとともに、下流側において＃１〜＃４排気ポート８ａ〜８ｄに接続されている。より詳細には、供給通路９１の下流側の端部は＃１〜＃４分岐通路９１ａ〜９１ｄに分岐しており、これらの＃１〜＃４分岐通路９１ａ〜９１ｄがそれぞれ、＃１〜＃４排気ポート８ａ〜８ｄの各一方に臨んでいる。
【００４５】
過給機９２は、供給通路９１を流れる新気（以下「２次新気」という）を過給するものである。この過給による２次新気の過給圧は、＃１〜＃４排気ポート８ａ〜８ｄ内の圧力よりも高くなるように、ＥＣＵ２によって制御される。クーラ９３は、過給された２次新気を冷却する。
【００４６】
＃１〜＃４制御弁９４ａ〜９４ｄは、＃１〜＃４分岐通路９１ａ〜９１ｄにそれぞれ設けられている。＃１〜＃４制御弁９４ａ〜９４ｄの開弁時間および開弁時期もまた、ＥＣＵ２によって制御され、それにより、＃１〜＃４排気ポート８ａ〜８ｄに供給される２次新気の量（以下「２次新気量」という）ＧＡＩＲ２、および２次新気の噴射時期（以下「２次新気噴射時期」という）ＴＡＩＲ２が制御される。
【００４７】
また、エンジン３には、クランク角センサ２１および気筒判別センサ３０が設けられている。クランク角センサ２１は、クランクシャフトの回転に伴い、パルス信号であるＣＫＲ信号およびＴＤＣ信号をＥＣＵ２に出力する。
【００４８】
ＣＲＫ信号は、所定クランク角（例えば１°）ごとに出力される。ＥＣＵ２は、このＣＲＫ信号に基づき、エンジン３の回転数（以下「エンジン回転数」という）ＮＥを算出する。また、ＴＤＣ信号は、いずれかの気筒Ｃにおいてピストン３ｃ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、気筒判別センサ３０は、気筒Ｃを判別するためのパルス信号である気筒判別信号を、ＥＣＵ２に出力する。
【００４９】
吸気通路４には、上流側から順に、吸気温センサ２２およびエアフローセンサ２３が設けられている。吸気温センサ２２は、吸気通路４内の温度（以下「吸気温」という）ＴＡを検出し、その検出信号をＥＣＵ２に出力する。エアフローセンサ２３は、エンジン３に吸入される新気量ＧＡＩＲを検出し、その検出信号をＥＣＵ２に出力する。
【００５０】
排気通路５の＃１〜＃４第１排気通路５ａ〜５ｄにはそれぞれ、＃１〜＃４排気温センサ２６〜２９が設けられている。これらの＃１〜＃４排気温センサ２６〜２９は、＃１〜＃４第１排気通路５ａ〜５ｄ内の温度（以下、それぞれ「＃１〜＃４排気温」という）ＴＥＸ１〜ＴＥＸ４をそれぞれ検出し、それらの検出信号をＥＣＵ２に出力する。
【００５１】
また、ＥＣＵ２には、水温センサ２４から、エンジン３のシリンダブロック３ｆ内を循環する冷却水の温度（以下「エンジン水温」という）ＴＷをを表す検出信号が、アクセル開度センサ２５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。
【００５２】
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いる。ＥＣＵ２は、前述した各種のセンサ２１〜３０の検出信号などに応じて、エンジン３の運転状態を判別するとともに、判別した運転状態に応じて、エンジン３の燃焼モードを、ＳＩ燃焼モードまたはＣＩ燃焼モードに決定する。また、ＥＣＵ２は、決定した燃焼モードに応じて、燃焼制御処理や２次新気量制御処理などの各種の制御処理を実行する。なお、本実施形態では、ＥＣＵ２が、制御手段に相当する。
【００５３】
図６は、上述した燃焼制御処理を示すフローチャートである。本処理は、ＴＤＣ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１（「Ｓ１」と図示。以下同じ）において、環境条件フラグＦ＿ＥＮＶが「１」であるか否かを判別する。この環境条件フラグＦ＿ＥＮＶは、自己着火による燃焼に適した温度状態が燃焼室３ｂ内に確保されていると判定されているときに「１」にセットされるものであり、吸気温ＴＡおよびエンジン水温ＴＷがそれぞれの所定温度以上のときに、そのような温度状態が確保されていると判定される。
【００５４】
このステップ１の判別結果がＮＯのときには、自己着火に適した燃焼室３ｂ内の温度状態が確保されていないとして、燃焼モードをＳＩ燃焼モードに決定し、ＳＩ燃焼制御を実行した（ステップ３）後、本処理を終了する。
【００５５】
一方、ステップ１の判別結果がＹＥＳのときには、エンジン３がＣＩ燃焼を実行すべき運転領域（以下「ＨＣＣＩ領域」という）にあるか否かを判別する（ステップ２）。この判別は、図７に示すマップに基づき、エンジン回転数ＮＥおよび要求トルクＰＭＣＭＤに応じて行われる。このマップでは、ＨＣＣＩ領域は、エンジン回転数ＮＥが低〜中回転域にあり、かつ要求トルクＰＭＣＭＤが低〜中負荷域にある運転領域に設定されている。
【００５６】
このステップ２の判別結果がＮＯで、エンジン３がＨＣＣＩ領域にないときには、燃焼モードをＳＩ燃焼モードに決定し、前記ステップ３でＳＩ燃焼制御を実行した後、本処理を終了する。
【００５７】
このＳＩ燃焼制御は、以下のようにして行われる。まず、エンジン回転数ＮＥおよび要求トルクＰＭＣＭＤに応じ、所定のマップ（図示せず）を検索することによって、燃料噴射量ＱＩＮＪを算出する。次に、エンジン回転数ＮＥが所定値以下で、かつ要求トルクＰＭＣＭＤが所定値以下のときには、燃料噴射量ＱＩＮＪの燃料を筒内燃料噴射弁１０から気筒Ｃに噴射する。一方、それ以外のときには、燃料噴射量ＱＩＮＪに対して所定割合（例えば８０％）の燃料をポート燃料噴射弁９から吸気ポート４ａに噴射し、残りの割合の燃料を筒内燃料噴射弁１０から気筒Ｃに噴射する。なお、要求トルクＰＭＣＭＤは、エンジン回転数ＮＥおよびアクセル開度ＡＰに応じ、所定のマップ（図示せず）を検索することによって算出される。
【００５８】
一方、ステップ２の判別結果がＹＥＳで、エンジン３がＨＣＣＩ領域にあるときには、燃焼モードをＣＩ燃焼モードに決定し、後述するＣＩ燃焼制御を実行した（ステップ４）後、本処理を終了する。
【００５９】
なお、この燃焼制御処理では、前述したエンジン３の運転領域の判別結果に応じ、ＣＩ燃焼フラグＦ＿ＳＴＳが、ＣＩ燃焼モードのときに「２」に、ＳＩ燃焼モードからＣＩ燃焼モードへの切換中に「１」に、それら以外のときに「０」に、それぞれセットされる。
【００６０】
図８は、このＣＩ燃焼制御処理のサブルーチンを示している。本処理では、まずステップ１１において、切換機構８５を駆動し、レバー８４とロッカアーム６４を連結することによって、吸気行程において排気弁１３を開弁可能な状態にする。
【００６１】
次に、エンジン回転数ＮＥおよび要求トルクＰＭＣＭＤに応じ、それぞれの所定のマップ（図示せず）を検索することによって、吸気行程中に噴射する燃料噴射量ＱＩＮＪおよび燃料噴射時期ＴＩＮＪをそれぞれ算出し（ステップ１２，１３）、本処理を終了する。この燃料噴射時期ＴＩＮＪは、クランク角ＣＡで表される。上記のようにして算出された燃料噴射量ＱＩＮＪは、前述したＳＩ燃焼モードにおける、低回転・低負荷以外の運転状態の場合と同様、ポート燃料噴射弁９および筒内燃料噴射弁１０から所定割合に分けて噴射される。
【００６２】
図９は、前述した２次新気量制御処理を示すフローチャートである。本処理もまた、ＴＤＣ信号の発生に同期して実行される。この２次新気量制御処理は、気筒判別信号に基づいて、気筒Ｃごとに行われる。以下では、説明の便宜上、これらを代表して＃１気筒Ｃについて説明を行うものとする。本処理では、まずステップ４１において、前述したＣＩ燃焼フラグＦ＿ＳＴＳが「２」であるか否かを判別する。この判別結果がＹＥＳで、燃焼モードがＣＩ燃焼モードのときには、後述するステップ４４に進む。
【００６３】
一方、ステップ４１の判別結果がＮＯのときには、ＣＩ燃焼フラグＦ＿ＳＴＳが「１」であるか否かを判別する（ステップ４２）。この判別結果がＮＯのときには、２次新気の供給を行わないものとし、２次新気量ＧＡＩＲ２を値０にセットした（ステップ４３）後、本処理を終了する。
【００６４】
一方、ステップ４２の判別結果がＹＥＳで、ＳＩ燃焼モードからＣＩ燃焼モードへの切換中のときには、ステップ４４に進む。
【００６５】
このステップ４４では、エンジン回転数ＮＥおよび要求トルクＰＭＣＭＤに応じて、目標温度ＴＥＸＣＭＤを算出する。次に、目標温度ＴＥＸＣＭＤと＃１排気温ＴＥＸ１との差の絶対値（＝｜ＴＥＸＣＭＤ−ＴＥＸ１｜）が所定値ＴＲＥＦ以上であるか否かを判別する（ステップ４５）。
【００６６】
前述したように、燃焼時期が一旦ずれると、燃焼時期が早いために排ガスの温度が低下するという事象と、燃焼時期が遅いために排ガスの温度が上昇するという事象が、繰り返し現れる。このため、このステップ４５の判別結果がＹＥＳで、｜ＴＥＸＣＭＤ−ＴＥＸ１｜≧ＴＲＥＦのときには、燃焼時期が大きくずれているとして、＃１排気温ＴＥＸ１に応じ、図１０に示すテーブルを検索することによって、２次新気量ＧＡＩＲ２を算出する（ステップ４６）。このテーブルでは、２次新気量ＧＩＡＲ２は、＃１排気温ＴＥＸ１が高いほど、次回の圧縮行程における燃焼時期が遅くなりやすいため、それを補償すべくより小さな値に設定されている。
【００６７】
次いで、２次新気噴射時期ＴＡＩＲ２を算出し（ステップ４７）、本処理を終了する。この２次新気噴射時期ＴＡＩＲ２の算出処理については後述する。以上のようにして設定された２次新気噴射時期ＴＡＩＲ２に、２次新気量ＧＡＩＲ２に応じて＃１制御弁９４ａを開弁することによって、＃１排気ポート８ａに供給される２次新気量ＧＡＩＲ２が制御される。
【００６８】
また、＃２〜＃４気筒Ｃについても、上述した＃１気筒Ｃの場合と同様にして、ＣＩ燃焼モード中またはＣＩ燃焼モードへの切換中、前述したようにして算出した目標温度ＴＥＸＣＭＤと＃２〜＃４排気温ＴＥＸ２〜４との差の絶対値が所定値ＴＲＥＦ以上のときに、＃２〜＃４排気温ＴＥＸ２〜４に応じて２次新気量ＧＡＩＲ２が算出される。
【００６９】
一方、前記ステップ４５の判別結果がＮＯで、｜ＴＥＸＣＭＤ−ＴＥＸ１｜＜ＴＲＥＦのときには、燃焼時期のずれが比較的小さいとして、２次新気の供給を行わないものとし、前記ステップ４３において２次新気量ＧＡＩＲ２を値０にセットし、本処理を終了する。
【００７０】
図１１は、上述した２次新気噴射時期ＴＡＩＲ２の算出処理のサブルーチンを示している。本処理ではまず、ステップ５１において、２次新気量ＧＡＩＲ２に応じ、所定のテーブル（図示せず）を検索することによって、２次新気噴射時期ＴＡＩＲ２を算出する。
【００７１】
次に、算出した２次新気噴射時期ＴＡＩＲ２が、図１２に示すリミット値ＴＡＬＭＴよりも小さいか否かを判別する（ステップ５２）。この判別結果がＮＯのときには、そのまま本処理を終了する。
【００７２】
一方、ステップ５２の判別結果がＹＥＳで、ＴＡＩＲ２＜ＴＡＬＭＴのときには、リミット値ＴＡＬＭＴを２次新気噴射時期ＴＡＩＲ２として設定し（ステップ５３）、本処理を終了する。以上により、２次新気噴射時期ＴＡＩＲ２は、リミット値ＴＡＬＭＴと排気上死点との間（図１２のハッチングで示す領域）に設定され、この領域内のタイミングで２次新気が供給される。
【００７３】
次に、図１４を参照しながら、ＣＩ燃焼モード中またはＣＩ燃焼モードへの切換中において得られる吸気弁１２および排気弁１３などの動作をまとめて説明する。なお、以下の説明では、＃１〜＃４制御弁９４ａ〜９４ｄを制御弁９４と総称するとともに、＃１〜＃４排気温ＴＥＸ１〜ＴＥＸ４を排気温ＴＥＸと総称する。まず、排気行程において、排気側動弁機構６０によって排気弁１３が開弁され、排ガスが排気通路５に排出される。
【００７４】
その後、新気供給機構９０によって制御弁９４が開弁されることにより、２次新気が排気通路５に供給され、この２次新気によって、排気通路５に排出された排ガスが冷却される。
【００７５】
その後の吸気行程において、吸気側動弁機構４０によって吸気弁１２が開弁され、新気が気筒Ｃ内に吸入される。また、この吸気行程中に、ポート燃料噴射弁９および筒内燃料噴射弁１０から気筒Ｃ内に燃料が供給され、この燃料が新気と混合されることによって、混合ガスが生成される。
【００７６】
また、吸気行程の終期にＥＧＲ吸入機構８０によって排気弁１３が開弁されることによって、排気通路５内の排ガスが、高温ガスとして気筒Ｃ内に再吸入される（同図のハッチング）。以上のようにして生成された混合ガスおよび高温ガスは、ガイド壁３ｄおよび凸部３ｅによって、気筒Ｃ内で高温ガス層Ｔ１と混合ガス層Ｔ２に成層化される。高温ガス層Ｔ１は排気弁１３側に分布し、混合ガス層Ｔ２は吸気弁１２側に分布する。また、その後の圧縮行程において、高温ガス層Ｔ１および混合ガス層Ｔ２が自己着火により燃焼する。この燃焼は、より高温の高温ガス層Ｔ１から開始され、混合ガス層Ｔ２に至る。
【００７７】
図１５は、これまでに説明した２次新気制御処理によって得られる動作例を示している。この例では、タイミングｔ１以前では、ＳＩ燃焼モードによる燃焼が行われており、この状態では、ＣＩ燃焼フラグＦ＿ＳＴＳは「０」にセットされている。このとき、２次新気量ＧＡＩＲ２は値０にセットされており（ステップ４３）、それにより、＃１〜＃４排気ポート８ａ〜８ｄへの２次新気の供給は停止されている。この状態からＣＩ燃焼モードへ切り換えられると（ｔ１）、その切換に伴って、＃１〜＃４排気ポート８ａ〜８ｄに２次新気が供給される（ステップ４６）。ＣＩ燃焼モードへの切換直後には、それまでのＳＩ燃焼モードによる燃焼によって気筒Ｃの壁面温度がより高いため、２次新気量ＧＡＩＲ２はより大きな値に設定される。これにより、排気温ＴＥＸ、ひいては高温ガスが冷却され、それに伴って気筒Ｃの壁面温度が低下する。これにより、圧縮行程における気筒Ｃ内の温度（圧縮温度）の過度な上昇を回避することができる。また、２次新気を供給することによって、壁面温度が徐々に低下する。
【００７８】
その後、ＣＩ燃焼モードに完全に移行すると（ｔ２）、ＣＩ燃焼フラグＦ＿ＳＴＳが「２」に切り換えられるとともに、排気温ＴＥＸに応じた２次新気制御が引き続き行われる。
【００７９】
以上のように、本実施形態によれば、排気通路５に排出された高温ガスとしての排ガスを２次新気によって冷却するとともに、このときの２次新気量ＧＡＩＲ２を排気温ＴＥＸに応じて制御するので、その後の圧縮行程における気筒Ｃ内の温度を実際の燃焼時期に応じて適切に制御でき、ＣＩ燃焼モードにおける燃焼時期を適切に制御することができる。これにより、燃焼サイクル間における燃焼時期のばらつきを抑制することができる。さらに、気筒Ｃごとに２次新気量ＧＡＩＲ２を制御するので、気筒Ｃ間における燃焼時期のばらつきも抑制することができる。
【００８０】
また、排気温ＴＥＸが低く、実際の燃焼時期が低いほど、２次新気量ＧＡＩＲ２を減少側に制御するので、その後の圧縮行程における燃焼温度を高めることができる。これにより、燃焼時期が早くなったり遅くなったりするという事象を回避することができ、したがって、燃焼時期のばらつきを抑制することができる。
【００８１】
さらに、ＳＩ燃焼モードからＣＩ燃焼モードへの切換中に、２次新気を供給し、高温ガスを冷却するので、自己着火による気筒Ｃ内の温度の過度な上昇を回避することができる。その結果、ＣＩ燃焼モードへの切換中においても、燃焼時期のばらつきを抑制することができる。
【００８２】
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、低温ガスとして、新気を用いているが、これに代えて、フィルタ１４よりも下流側のより低温の排ガスを用いてもよい。また、実施形態では、気筒Ｃ内の新気および高温ガスの燃焼時期を表すパラメータとして、排気温ＴＥＸを用いているが、これに代えて、燃焼時期を表す他のパラメータ、例えば検出された筒内圧に基づいて求められた筒内圧のピーク値や最大変化量を示すタイミングや、点火プラグに印加される電圧に応じたイオン電流の推移を用いてもよい。
【００８３】
また、実施形態では、２次新気量ＧＡＩＲ２の算出を、対応する気筒Ｃから排出された排気温ＴＥＸにのみ応じて行っているが、これに加えて、３６０°位相の異なる気筒から排出された排気温に応じて行ってもよい。具体的には、＃１気筒Ｃに吸入される２次新気量ＧＡＩＲ２を算出する際には、＃１排気温ＴＥＸ１に加え、＃４気筒Ｃから排出された＃４排気温ＴＥＸ４に応じて、２次新気量ＧＡＩＲ２を算出してもよい。これは、＃４気筒Ｃから排出された排ガスの温度が低いと、排ガスの圧力も低くなり、＃１気筒Ｃに再吸入される高温ガスが減少することから、気筒内の温度が低下しやすいためである。このため、＃４気筒Ｃからの＃４排気温ＴＥＸ４が低いほど、＃１気筒Ｃに吸入される２次新気量ＧＩＡＲ２を減少側に算出することによって、＃１気筒Ｃ内の温度を適切に制御することができる。
【００８４】
さらに、実施形態では、気筒Ｃ内への２次新気の供給を、新気供給機構９０により、＃１〜＃４排気ポート８ａ〜８ｄを介して行っているが、これに限らず、他の新気供給機構により、気筒Ｃ内に直接、噴射することによって行ってもよい。また、実施形態では、ＥＧＲ吸入機構８０は、排気弁１３のバルブタイミングを変更不能なものであるが、これを変更可能に構成してもよい。
【００８５】
さらには、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ディーゼルエンジンなど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、クランク軸を鉛直に配置した船外機などのような船舶推進機用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。
【符号の説明】
【００８６】
１ 制御装置
２ ＥＣＵ（制御手段）
３ エンジン
５ 排気通路
１２ 吸気弁
１３ 排気弁
２６ ＃１排気温センサ（燃焼時期パラメータ取得手段）
２７ ＃２排気温センサ（燃焼時期パラメータ取得手段）
２８ ＃３排気温センサ（燃焼時期パラメータ取得手段）
２９ ＃４排気温センサ（燃焼時期パラメータ取得手段）
４０ 吸気側動弁機構
８０ ＥＧＲ吸入機構（排ガス吸入機構および低温ガス供給機構）
９０ 新気供給機構（低温ガス供給機構）
Ｃ 気筒
ＴＥＸ 排気温（燃焼時期パラメータ）
ＧＡＩＲ２ ２次新気量
【技術分野】
【０００１】
本発明は、混合気を圧縮着火によって燃焼させる圧縮着火燃焼モードにおいて、内燃機関を制御する内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のこの種の内燃機関の制御装置として、例えば特許文献１に開示されたものが知られている。この内燃機関の気筒には、第１および第２排気ポートが形成されている。この制御装置は、吸気通路と第１排気ポートに接続された供給通路と、この供給通路を開閉する開閉弁を備えており、開閉弁を開弁することによって、新気が供給通路を介し、低温ガスとして第１排気ポートに供給され、充填される。
【０００３】
この制御装置では、圧縮着火燃焼モード時に、吸気行程中に開閉弁を一定のタイミングで開弁することによって、第１排気ポートに低温ガスを充填する。また、吸気行程の終期に、排気弁を開弁することによって、排気通路に排出された排ガスを高温ガスとして第２排気ポートを介して気筒内に再度、吸入させるとともに、第１排気ポートに充填された低温ガスを気筒内に吸入させ、これらの低温ガスと高温ガスを成層化する。成層化された低温ガスおよび高温ガスは、その後の圧縮行程において、圧縮着火によって燃焼する。この燃焼は、高温ガスの部分から自己着火によって開始され、低温ガスの部分に至る。以上のように、圧縮着火燃焼モード時に、第１排気ポートを介して低温ガスを吸入することによって、自己着火による燃焼を緩慢に行わせることにより、ノッキングの発生が防止される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２００８／１４００３６号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、従来の制御装置では、開閉弁が一定のタイミングで開弁されるため、気筒内の温度を適切に制御できないことがある。例えば、気筒内に吸入される低温ガスが過剰な場合、高温ガスが不足することで、気筒内の温度が低下しすぎることがあり、その場合には、燃焼時期が遅くなる。これとは逆に、気筒内に吸入される低温ガスが不足した場合、より多くの高温ガスが再吸入されることで、気筒内の温度が上昇しすぎることがあり、その場合には、燃焼時期が早くなる。以上のような場合、燃焼サイクル間で燃焼時期がばらつきやすくなり、この点において改善の余地がある。
【０００６】
本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、圧縮着火燃焼モードにおいて、気筒内の温度を適切に制御し、圧縮着火による燃焼時期のばらつきを抑制することができる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するため、請求項１に係る発明は、燃焼モードとして、混合気を圧縮着火によって燃焼させる圧縮着火燃焼モードを有するとともに、圧縮着火燃焼モードにおいて内燃機関３を制御する内燃機関３の制御装置１であって、吸気行程中に吸気弁１２を開閉することによって、気筒Ｃ内に新気を吸入する吸気側動弁機構４０と、吸気行程の終期から圧縮行程にかけて排気弁１３を開閉することによって、排気通路５に排出された排ガスを、高温ガスとして気筒Ｃ内に再度、吸入するための排ガス吸入機構（実施形態における（以下、本項において同じ）ＥＧＲ吸入機構８０）と、高温ガスを冷却するために、高温ガスよりも温度が低い低温ガスを気筒Ｃ内に供給するための低温ガス供給機構（ＥＧＲ吸入機構８０，新気供給機構９０）と、気筒Ｃ内に吸入された新気および高温ガスの燃焼時期を表す燃焼時期パラメータ（排気温ＴＥＸ）を取得する燃焼時期パラメータ取得手段（＃１〜＃４排気温センサ２６〜２９）と、取得された燃焼時期パラメータによって表される燃焼時期が早いほど、低温ガス供給機構によって供給される低温ガス量（２次新気量ＧＡＩＲ２）を減少側に制御する制御手段（ＥＣＵ２、図９のステップ４６、図１０）と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
この内燃機関の制御装置によれば、圧縮着火燃焼モードにおいて、内燃機関が次のように制御される。まず、吸気行程中に吸気側動弁機構によって吸気弁を開弁することによって、気筒内に新気を吸入する。また、吸気行程の終期から圧縮行程にかけて、排ガス吸入機構により排気弁を開弁することによって、排気通路に排出された排ガスを、高温ガスとして気筒内に再度、吸入する。これらの新気および高温ガスは、その後の圧縮行程において、圧縮着火により燃焼する。この燃焼は、高温ガスの部分から開始され、新気の部分に至る。また、高温ガスは、低温ガス供給機構により気筒内に供給された低温ガスによって冷却される。
【０００９】
圧縮着火による燃焼時期は、気筒内の温度によって変化し、気筒内の温度は主に、高温ガスに含まれる燃料量や高温ガスの温度に応じて変化する。このような観点に基づき、本発明によれば、取得された、燃焼時期を表す燃焼時期パラメータに応じて低温ガス量を制御するので、その後の圧縮行程における気筒内の温度を実際の燃焼時期に応じて適切に制御でき、圧縮着火燃焼モードにおける燃焼時期を適切に制御することができる。これにより、燃焼サイクル間における燃焼時期のばらつきを抑制することができる。また、内燃機関が複数の気筒を有する場合には、気筒ごとに低温ガス量を制御することによって、気筒間における燃焼時期のばらつきも抑制することができる。
【００１０】
また、燃焼時期が早いほど、燃焼の終了タイミングも早くなるため、膨張行程における気筒内の燃焼ガスの冷却損失がより大きくなることによって、その後の排気行程において排出される排ガスの温度、ひいては高温ガスの温度はより低くなる。また、高温ガスの温度が低いと、次回の圧縮行程における燃焼時期は遅くなり、それに伴い、膨張行程における燃焼ガスの冷却損失が小さくなり、高温ガスの温度が高くなることで、その次の圧縮行程における燃焼時期は早くなる。燃焼時期が早まるのに伴い、さらにその次の圧縮行程における燃焼時期は遅くなる。以上のように、燃焼時期が早い場合や遅い場合には、その影響により、その燃焼サイクルだけでなく、その後の燃焼サイクルにおいても、燃焼時期が早くなったり遅くなったりするという事象が繰り返される。
【００１１】
以上のような観点に基づき、本発明によれば、取得された燃焼時期パラメータによって表される燃焼時期が早いほど、低温ガス量を減少側に制御する。これにより、低温ガスによる冷却度合いを小さくすることで、燃焼温度を高めることができる。以上のように、燃焼時期が早いほど、すなわち、冷却損失が大きいほど、これを補償するように排ガスの温度、ひいては高温ガスの温度を高めることができるので、上述したような燃焼時期が早くなったり遅くなったりするという事象を回避することができ、したがって、燃焼時期のばらつきを抑制することができる。
【００１２】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の内燃機関３の制御装置１において、内燃機関３は、燃焼モードとして、混合気を火花点火によって燃焼させる火花点火燃焼モードをさらに有し、制御手段は、燃焼モードが火花点火燃焼モードから圧縮着火燃焼モードに切り換えられているときに、低温ガス量を制御することを特徴とする。
【００１３】
圧縮着火による燃焼は、通常、内燃機関が低負荷運転状態のときに行われ、それ以外のときには、火花点火による燃焼が行われる。このため、気筒の壁面温度は、燃焼モードが圧縮着火燃焼モードのときよりも火花点火燃焼モードのときの方が高くなる。このため、燃焼モードの火花点火燃焼モードから圧縮着火燃焼モードへの切換中には、気筒内の温度が高くなりやすく、混合気が早期に自己着火によって燃焼することがある。このような観点に基づき、本発明によれば、火花点火燃焼モードから圧縮着火燃焼モードに切り換えられているときに、低温ガス量を制御するので、自己着火による気筒内の温度の過度な上昇を回避することができる。その結果、圧縮着火燃焼モードへの切換中においても、燃焼時期のばらつきを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明を適用した内燃機関の構成を概略的に示す図である。
【図２】制御装置の概略構成を示すブロック図である。
【図３】図１の部分拡大図である。
【図４】切換機構の概略構成を示す模式図である。
【図５】ピストンの部分拡大斜視図である。
【図６】燃焼制御処理を示すメインフローである。
【図７】図６の処理で用いられるマップの一例である。
【図８】ＣＩ燃焼制御処理を示すサブルーチンである。
【図９】２次新気制御処理を示すメインフローである。
【図１０】図９の処理で用いられるテーブルの一例である。
【図１１】２次新気噴射時期の算出処理を示すサブルーチンである。
【図１２】図１１の処理で用いられるテーブルの一例である。
【図１３】吸気側動弁機構によって得られる吸気弁のバルブリフト曲線、およびＥＧＲ吸入機構によって得られる排気弁のバルブリフト曲線を示す図である。
【図１４】ＣＩ燃焼モード中またはＣＩ燃焼モードへの切換中における吸気弁および排気弁などの動作の一例を示す図である。
【図１５】２次新気制御処理によって得られる動作例を示すタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態について説明する。図１に示すように、本実施形態の制御装置１が適用された内燃機関（以下「エンジン」という）３は、＃１〜＃４（１番〜４番）気筒Ｃを有する４気筒の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。
【００１６】
このエンジン３では、燃焼サイクルの位相が、＃１気筒Ｃ→＃３気筒Ｃ→＃４気筒Ｃ→＃２気筒Ｃ→＃１気筒Ｃの順序で１８０°ずつずれており、気筒Ｃでの燃焼がこの順序で行われる。
【００１７】
エンジン３のシリンダヘッド３ａ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、図３に示すように、気筒Ｃごとに、筒内燃料噴射弁１０および点火プラグ１１が、燃焼室３ｂに臨むように取り付けられている。この筒内燃料噴射弁１０は、吸気ポート４ａの下側に設けられており、燃焼室３ｂ内に燃料を直接、噴射する直噴タイプのものである。筒内燃料噴射弁１０の開弁時間および開弁時期は、後述するＥＣＵ２によって制御され、それにより、筒内燃料噴射弁１０による燃料噴射量および燃料噴射時期が制御される。点火プラグ１１の点火時期もまた、ＥＣＵ２によって制御される。
【００１８】
また、エンジン３には、筒内燃料噴射弁１０に加え、ポート燃料噴射弁９が気筒Ｃごとに設けられている。各ポート燃料噴射弁９は、吸気マニホルドの各分岐通路４ｂに取り付けられ、吸気ポート４ａに臨んでいる。このポート燃料噴射弁９の開弁時間および開弁時期もまた、ＥＣＵ２によって制御され、それにより、ポート燃料噴射弁９による燃料噴射量および燃料噴射時期が制御される。
【００１９】
また、このエンジン３では、燃焼モードとして、ポート燃料噴射弁９および筒内燃料噴射弁１０から燃料を吸気行程中に噴射することにより生成された均質混合気を、点火プラグ１１による火花点火によって燃焼させる火花点火燃焼モード（以下「ＳＩ燃焼モード」という）と、後述するように生成された成層混合気を、自己着火によって燃焼させる圧縮着火燃焼モード（以下「ＣＩ燃焼モード」という）とを有し、その切換は、ＥＣＵ２によって制御される。
【００２０】
図１に示すように、排気通路５は、＃１〜＃４気筒Ｃにそれぞれ接続された＃１〜＃４第１排気通路５ａ〜５ｄと、＃１および＃４第１排気通路５ａ，５ｄの合流部と＃２および＃３第１排気通路５ｂ，５ｃの合流部にそれぞれ接続された第２排気通路６ａ，６ｂと、これらの第２排気通路６ａ，６ｂの合流部に接続された第３排気通路７で構成されている。
【００２１】
これらの第２排気通路６ａ，６ｂおよび第３排気通路７にはそれぞれ、フィルタ１４が設けられている。フィルタ１４は、排ガス中の煤などのＰＭを捕集することによって、大気中に排出されるＰＭの量を低減する。
【００２２】
図３に示すように、気筒Ｃには、一対の吸気弁１２，１２および一対の排気弁１３，１３（ともに１つのみ図示）が設けられている。吸気弁１２は、吸気側動弁機構４０によって開閉され、排気弁１３は、排気側動弁機構６０によって開閉される。これらの吸気側動弁機構４０および排気側動弁機構６０の構成は、本出願人が特願２００９−１６８２２８号ですでに提案したものと同様であるので、以下、その概略を簡単に説明する。
【００２３】
吸気側動弁機構４０は、吸気弁１２のリフトおよびバルブタイミングを変更する可変機構で構成されている。なお、吸気弁１２のリフトおよび後述する排気弁１３のリフトはそれぞれ、吸気弁１２および排気弁１３の最大揚程を表すものとする。
【００２４】
吸気側動弁機構４０は、回転自在の吸気カムシャフト４１、吸気カムシャフト４１に一体に設けられた一対の吸気カム４２，４２（１つのみ図示）、吸気コントロールシャフト４３、この吸気コントロールシャフト４３を駆動するアクチュエータ４４（図２参照）、支持軸４７に揺動自在に支持された一対の揺動カム４５，４５（１つのみ図示）、コントロールアーム機構４６、および吸気カム位相可変機構５０などを備えている。この吸気カム位相可変機構５０は、吸気カムシャフト４１のクランクシャフト（図示せず）に対する相対的な位相を無段階に変更するものである。
【００２５】
吸気カムシャフト４１は、吸気スプロケットおよびタイミングチェーン（いずれも図示せず）を介して、クランクシャフトに連結されており、クランクシャフトが２回転するごとに１回転する。
【００２６】
コントロールアーム機構４６は、コントロールアーム４６ａ、ローラ４６ｂおよび吸気ロッカアーム４６ｃなどを備えている。コントロールアーム４６ａは、基端部において、吸気コントロールシャフト４３の偏心軸４３ａに回動自在に支持されている。コントロールアーム４６ａの他端部には、ローラ４６ｂが設けられている。コントロールアーム４６ａは、ローラ４６ｂを介して揺動カム４５に当接している。
【００２７】
吸気ロッカアーム４６ｃは、吸気コントロールシャフト４３に回動自在に支持された本体部４６ｄと、本体部４６ｄから延びる延出部４６ｅなどを備えており、延出部４６ｅにおいて、ローラ４６ｂと吸気弁１２に当接している。
【００２８】
以上の構成により、揺動カム４５が吸気カム４２で押圧されていない状態では、吸気弁１２は図３に示す閉弁位置に保持される。また、吸気カムシャフト４１の回転に伴い、揺動カム４５が吸気カム４２で押圧されると、揺動カム４５は、支持軸４７を中心として、図３の反時計方向に回動する。その際、ローラ４６ｂが揺動カム４５で押圧されることによって、ローラ４６ｂを介して吸気ロッカアーム４６ｃが吸気コントロールシャフト４３を中心として、図３の反時計方向に回動し、吸気弁１２を下方に押し下げることによって、吸気弁１２が開弁する。
【００２９】
また、前述したアクチュエータ４４を介して吸気コントロールシャフト４３を回動させると、コントロールアーム４６ａが、偏心軸４３を中心として図３の左右方向に移動する。この移動に伴い、コントロールアーム４６ａの揺動カム４５への当接位置が変化し、それにより、吸気弁１２のリフトおよびバルブタイミングが無段階に変更される。より具体的には、図１３に示すように、吸気弁１２のリフトが小さくなるほど、閉弁タイミングはより早くなる。
【００３０】
前述した排気側動弁機構６０は、回転自在の排気カムシャフト６１、排気カムシャフト６１に一体に設けられた一対の排気カム６２，６２（１つのみ図示）、排気コントロールシャフト６３、この排気コントロールシャフト６３に回動自在に支持されるとともに、排気弁１３，１３の上端にそれぞれ当接する一対のロッカアーム６４，６４（１つのみ図示）、ロッカアーム６４に設けられたローラ６５、および排気カム位相可変機構７０などを備えている。
【００３１】
排気カムシャフト６１は、排気スプロケットおよびタイミングチェーン（いずれも図示せず）を介して、クランクシャフトに連結されており、クランクシャフトが２回転するごとに１回転する。排気カムシャフト６１が回転すると、ロッカアーム６４，６４が排気カム６２で押圧され、排気コントロールシャフト６３を中心として、図３の時計方向に回動することにより、排気弁１３，１３が開弁する。また、排気カム位相可変機構７０は、排気カムシャフト６１のクランクシャフトに対する相対的な位相を無段階に変更することによって、排気弁１３，１３の開閉弁タイミングを無段階に変更するものである。
【００３２】
また、エンジン３は、ＣＩ燃焼モードにおいて排ガスを気筒Ｃ内に再度、吸入させるためのＥＧＲ吸入機構８０を備えている。
【００３３】
このＥＧＲ吸入機構８０は、吸気行程中の所定期間において、排気弁１３を開弁することによって、排気通路５の＃１〜＃４第１排気通路５ａ〜５ｄに一旦、排出された排ガスを気筒Ｃ内に再吸入するものである。図３および図４に示すように、ＥＧＲ吸入機構８０は、２つの吸気カム４２，４２の間に設けられ、吸気カムシャフト４１と一体のＥＧＲカム８１、支持軸４７に回動自在に支持されたロッカカム８２、コントロールアーム８３、レバー８４、および切換機構８５などを備えている。ＥＧＲカム８１は、ロッカカム８２のローラ８２ａに当接している。
【００３４】
コントロールアーム８３は、基端部において、排気コントロールシャフト６３の偏心軸６３ａに回動自在に支持されている。コントロールアーム８３の他端部には、ローラ８３ａが設けられている。コントロールアーム８３は、ローラ８３ａを介してロッカカム８２に当接している。
【００３５】
レバー８４は、２つのロッカアーム６４，６４の間に設けられている。レバー８４は、三角形状を有しており、その頂角部において、排気コントロールシャフト６３に回動自在に支持されており、一方の底角部において、コントロールアーム８３の押圧部８３ｂに当接している。
【００３６】
以上の構成により、吸気カムシャフト４１の回転に伴い、ローラ８２ａがＥＧＲカム８１で押圧されると、ロッカカム８２は、支持軸４７を中心として、図３の時計方向に回動する。その際、コントロールアーム８３のローラ８３ａがロッカカム８２で押圧されることによって、コントロールアーム８３が排気コントロールシャフト６３を中心として、図３の時計方向に回動し、それに伴って、押圧部８３ｂがレバー８４を押圧する。これにより、レバー８４は、排気コントロールシャフト６３を中心として、図３の時計方向に回動する。
【００３７】
図４に示すように、切換機構８５は、ロッカアーム６４，６４およびレバー８４に形成されたシリンダ８６ａ〜８６ｃ、シリンダ８６ａ〜８６ｃに収容された連結ピストン８７，８８などで構成されている。シリンダ８６ａには、連結ピストン８７，８８を反対側のシリンダ８６ｃ側に付勢する戻しばね８９が設けられている。さらに、シリンダ８６ｃには、排気コントロールシャフト６３に形成された油路（図示せず）を介して、油圧が供給される。このシリンダ８６ｃへの油圧の供給は、ＥＣＵ２により、ポンプ（図示せず）から油路への油圧の供給・停止を制御することによって、行われる。
【００３８】
以上の構成により、シリンダ８６ｃに油圧が供給されていない状態では、戻しばね８９の付勢力によって、連結ピストン８７がシリンダ８６ｂに収容され、連結ピストン８８がシリンダ８６ｃに収容される（図４（ａ））。これにより、ロッカアーム６４とレバー８４が互いに遮断され、フリーな状態になることによって、レバー８４の動きは、ロッカアーム６４には伝達されず、レバー８４のみがＥＧＲカム８１によって駆動される。
【００３９】
一方、シリンダ８６ｃに油圧が供給されると、この油圧により、連結ピストン８７，８８が戻しばね８９の付勢力に抗してシリンダ８６ａ側に移動することによって、連結ピストン８７がシリンダ８６ａとシリンダ８６ｂにまたがった状態で係合し、連結ピストン８８がシリンダ８６ｂとシリンダ８６ｃにまたがった状態で係合する（図４（ｂ））。これにより、レバー８４とロッカアーム６４が連結され、ＥＧＲカム８１の動きがレバー８４を介してロッカアーム６４に伝達されることによって、排気弁１３は、一定のリフトおよび一定のバルブタイミングで開閉される。
【００４０】
また、シリンダヘッド３ａには、複数のガイド壁３ｄが取り付けられている。図３に示すように、ガイド壁３ｄは、＃１〜＃４排気ポート８ａ〜８ｄのそれぞれの開口にその周方向の一部にわたって延びるとともに、燃焼室３ｂ内に突出している。各ガイド壁３ｄは、吸気ポート４ａ側に配置されており、その長さは＃１〜＃４排気ポート８ａ〜８ｄの開口の半径よりも小さい。また、ガイド壁３ｄの突出高さは、排気弁１３のリフトとほぼ同じであり、例えば２〜３ｍｍに設定されている。
【００４１】
図５に示すように、ピストン３ｃの頂面には、凸部３ｅが形成されている。この凸部３ｅは、その中心が吸気弁１２側になるように配置されている。また、凸部３ｅの吸気弁１２側の縁部３ｇはほぼ直線状に形成されているのに対して、排気弁１３側の縁部３ｈは、吸気弁１２側にくぼんだ状態で湾曲している。
【００４２】
以上の構成により、ＣＩ燃焼モードにおいて、ＥＧＲ吸入機構８０により排気弁１３が開弁されると、排気通路５に排出された排ガスは、排気弁１３を介して気筒Ｃ内に再吸入される。このとき、排ガスは、ガイド壁３ｄによって、排気弁１３側の内壁に沿うように下方に案内されながら、気筒Ｃ内に吸入されるとともに、ピストン３ｃの凸部３ｅによって、吸入された排ガスの吸気弁１２側への流出が阻止される。その結果、排ガスは、図１に実線Ａで示すように気筒Ｃ内に流入する。これにより、気筒Ｃ内の排気弁１３側には、より高温の排ガスによる高温ガス層Ｔ１が形成され、吸気弁１２側には、より低温の新気による混合ガス層Ｔ２が形成されることによって、新気と排ガスが成層化される。
【００４３】
また、ＥＧＲ吸入機構８０によって排気弁１３が開弁するのと同時に、その気筒Ｃに対して燃焼サイクルの位相が３６０°ずれた、排気行程にある気筒Ｃから、＃１〜＃４第１排気通路５ａ〜５ｄを介して圧力が導入される。例えば、＃１気筒Ｃと＃４気筒Ｃの位相が互いに３６０°ずれているため、＃１気筒Ｃが吸気行程から圧縮行程の間にあるときに、＃４気筒Ｃは、膨張行程から排気行程の間にある。このため、＃１気筒Ｃに排ガスを再吸入する場合、＃４気筒Ｃから排出される排ガスの圧力によって、＃１気筒Ｃへの排ガスの再吸入を適切に行わせることができる。
【００４４】
図１に示すように、エンジン３はさらに、気筒Ｃに再吸入される排ガスを冷却するための新気供給機構９０を備えている。この新気供給機構９０は、吸気通路４内の新気を＃１〜＃４排気ポート８ａ〜８ｄに供給するための供給通路９１と、供給通路９１に上流側から順に設けられた過給機９２およびクーラ９３と、＃１〜＃４制御弁９４ａ〜９４ｄなどを備えている。供給通路９１は、吸気通路４から分岐するとともに、下流側において＃１〜＃４排気ポート８ａ〜８ｄに接続されている。より詳細には、供給通路９１の下流側の端部は＃１〜＃４分岐通路９１ａ〜９１ｄに分岐しており、これらの＃１〜＃４分岐通路９１ａ〜９１ｄがそれぞれ、＃１〜＃４排気ポート８ａ〜８ｄの各一方に臨んでいる。
【００４５】
過給機９２は、供給通路９１を流れる新気（以下「２次新気」という）を過給するものである。この過給による２次新気の過給圧は、＃１〜＃４排気ポート８ａ〜８ｄ内の圧力よりも高くなるように、ＥＣＵ２によって制御される。クーラ９３は、過給された２次新気を冷却する。
【００４６】
＃１〜＃４制御弁９４ａ〜９４ｄは、＃１〜＃４分岐通路９１ａ〜９１ｄにそれぞれ設けられている。＃１〜＃４制御弁９４ａ〜９４ｄの開弁時間および開弁時期もまた、ＥＣＵ２によって制御され、それにより、＃１〜＃４排気ポート８ａ〜８ｄに供給される２次新気の量（以下「２次新気量」という）ＧＡＩＲ２、および２次新気の噴射時期（以下「２次新気噴射時期」という）ＴＡＩＲ２が制御される。
【００４７】
また、エンジン３には、クランク角センサ２１および気筒判別センサ３０が設けられている。クランク角センサ２１は、クランクシャフトの回転に伴い、パルス信号であるＣＫＲ信号およびＴＤＣ信号をＥＣＵ２に出力する。
【００４８】
ＣＲＫ信号は、所定クランク角（例えば１°）ごとに出力される。ＥＣＵ２は、このＣＲＫ信号に基づき、エンジン３の回転数（以下「エンジン回転数」という）ＮＥを算出する。また、ＴＤＣ信号は、いずれかの気筒Ｃにおいてピストン３ｃ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、気筒判別センサ３０は、気筒Ｃを判別するためのパルス信号である気筒判別信号を、ＥＣＵ２に出力する。
【００４９】
吸気通路４には、上流側から順に、吸気温センサ２２およびエアフローセンサ２３が設けられている。吸気温センサ２２は、吸気通路４内の温度（以下「吸気温」という）ＴＡを検出し、その検出信号をＥＣＵ２に出力する。エアフローセンサ２３は、エンジン３に吸入される新気量ＧＡＩＲを検出し、その検出信号をＥＣＵ２に出力する。
【００５０】
排気通路５の＃１〜＃４第１排気通路５ａ〜５ｄにはそれぞれ、＃１〜＃４排気温センサ２６〜２９が設けられている。これらの＃１〜＃４排気温センサ２６〜２９は、＃１〜＃４第１排気通路５ａ〜５ｄ内の温度（以下、それぞれ「＃１〜＃４排気温」という）ＴＥＸ１〜ＴＥＸ４をそれぞれ検出し、それらの検出信号をＥＣＵ２に出力する。
【００５１】
また、ＥＣＵ２には、水温センサ２４から、エンジン３のシリンダブロック３ｆ内を循環する冷却水の温度（以下「エンジン水温」という）ＴＷをを表す検出信号が、アクセル開度センサ２５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。
【００５２】
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いる。ＥＣＵ２は、前述した各種のセンサ２１〜３０の検出信号などに応じて、エンジン３の運転状態を判別するとともに、判別した運転状態に応じて、エンジン３の燃焼モードを、ＳＩ燃焼モードまたはＣＩ燃焼モードに決定する。また、ＥＣＵ２は、決定した燃焼モードに応じて、燃焼制御処理や２次新気量制御処理などの各種の制御処理を実行する。なお、本実施形態では、ＥＣＵ２が、制御手段に相当する。
【００５３】
図６は、上述した燃焼制御処理を示すフローチャートである。本処理は、ＴＤＣ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１（「Ｓ１」と図示。以下同じ）において、環境条件フラグＦ＿ＥＮＶが「１」であるか否かを判別する。この環境条件フラグＦ＿ＥＮＶは、自己着火による燃焼に適した温度状態が燃焼室３ｂ内に確保されていると判定されているときに「１」にセットされるものであり、吸気温ＴＡおよびエンジン水温ＴＷがそれぞれの所定温度以上のときに、そのような温度状態が確保されていると判定される。
【００５４】
このステップ１の判別結果がＮＯのときには、自己着火に適した燃焼室３ｂ内の温度状態が確保されていないとして、燃焼モードをＳＩ燃焼モードに決定し、ＳＩ燃焼制御を実行した（ステップ３）後、本処理を終了する。
【００５５】
一方、ステップ１の判別結果がＹＥＳのときには、エンジン３がＣＩ燃焼を実行すべき運転領域（以下「ＨＣＣＩ領域」という）にあるか否かを判別する（ステップ２）。この判別は、図７に示すマップに基づき、エンジン回転数ＮＥおよび要求トルクＰＭＣＭＤに応じて行われる。このマップでは、ＨＣＣＩ領域は、エンジン回転数ＮＥが低〜中回転域にあり、かつ要求トルクＰＭＣＭＤが低〜中負荷域にある運転領域に設定されている。
【００５６】
このステップ２の判別結果がＮＯで、エンジン３がＨＣＣＩ領域にないときには、燃焼モードをＳＩ燃焼モードに決定し、前記ステップ３でＳＩ燃焼制御を実行した後、本処理を終了する。
【００５７】
このＳＩ燃焼制御は、以下のようにして行われる。まず、エンジン回転数ＮＥおよび要求トルクＰＭＣＭＤに応じ、所定のマップ（図示せず）を検索することによって、燃料噴射量ＱＩＮＪを算出する。次に、エンジン回転数ＮＥが所定値以下で、かつ要求トルクＰＭＣＭＤが所定値以下のときには、燃料噴射量ＱＩＮＪの燃料を筒内燃料噴射弁１０から気筒Ｃに噴射する。一方、それ以外のときには、燃料噴射量ＱＩＮＪに対して所定割合（例えば８０％）の燃料をポート燃料噴射弁９から吸気ポート４ａに噴射し、残りの割合の燃料を筒内燃料噴射弁１０から気筒Ｃに噴射する。なお、要求トルクＰＭＣＭＤは、エンジン回転数ＮＥおよびアクセル開度ＡＰに応じ、所定のマップ（図示せず）を検索することによって算出される。
【００５８】
一方、ステップ２の判別結果がＹＥＳで、エンジン３がＨＣＣＩ領域にあるときには、燃焼モードをＣＩ燃焼モードに決定し、後述するＣＩ燃焼制御を実行した（ステップ４）後、本処理を終了する。
【００５９】
なお、この燃焼制御処理では、前述したエンジン３の運転領域の判別結果に応じ、ＣＩ燃焼フラグＦ＿ＳＴＳが、ＣＩ燃焼モードのときに「２」に、ＳＩ燃焼モードからＣＩ燃焼モードへの切換中に「１」に、それら以外のときに「０」に、それぞれセットされる。
【００６０】
図８は、このＣＩ燃焼制御処理のサブルーチンを示している。本処理では、まずステップ１１において、切換機構８５を駆動し、レバー８４とロッカアーム６４を連結することによって、吸気行程において排気弁１３を開弁可能な状態にする。
【００６１】
次に、エンジン回転数ＮＥおよび要求トルクＰＭＣＭＤに応じ、それぞれの所定のマップ（図示せず）を検索することによって、吸気行程中に噴射する燃料噴射量ＱＩＮＪおよび燃料噴射時期ＴＩＮＪをそれぞれ算出し（ステップ１２，１３）、本処理を終了する。この燃料噴射時期ＴＩＮＪは、クランク角ＣＡで表される。上記のようにして算出された燃料噴射量ＱＩＮＪは、前述したＳＩ燃焼モードにおける、低回転・低負荷以外の運転状態の場合と同様、ポート燃料噴射弁９および筒内燃料噴射弁１０から所定割合に分けて噴射される。
【００６２】
図９は、前述した２次新気量制御処理を示すフローチャートである。本処理もまた、ＴＤＣ信号の発生に同期して実行される。この２次新気量制御処理は、気筒判別信号に基づいて、気筒Ｃごとに行われる。以下では、説明の便宜上、これらを代表して＃１気筒Ｃについて説明を行うものとする。本処理では、まずステップ４１において、前述したＣＩ燃焼フラグＦ＿ＳＴＳが「２」であるか否かを判別する。この判別結果がＹＥＳで、燃焼モードがＣＩ燃焼モードのときには、後述するステップ４４に進む。
【００６３】
一方、ステップ４１の判別結果がＮＯのときには、ＣＩ燃焼フラグＦ＿ＳＴＳが「１」であるか否かを判別する（ステップ４２）。この判別結果がＮＯのときには、２次新気の供給を行わないものとし、２次新気量ＧＡＩＲ２を値０にセットした（ステップ４３）後、本処理を終了する。
【００６４】
一方、ステップ４２の判別結果がＹＥＳで、ＳＩ燃焼モードからＣＩ燃焼モードへの切換中のときには、ステップ４４に進む。
【００６５】
このステップ４４では、エンジン回転数ＮＥおよび要求トルクＰＭＣＭＤに応じて、目標温度ＴＥＸＣＭＤを算出する。次に、目標温度ＴＥＸＣＭＤと＃１排気温ＴＥＸ１との差の絶対値（＝｜ＴＥＸＣＭＤ−ＴＥＸ１｜）が所定値ＴＲＥＦ以上であるか否かを判別する（ステップ４５）。
【００６６】
前述したように、燃焼時期が一旦ずれると、燃焼時期が早いために排ガスの温度が低下するという事象と、燃焼時期が遅いために排ガスの温度が上昇するという事象が、繰り返し現れる。このため、このステップ４５の判別結果がＹＥＳで、｜ＴＥＸＣＭＤ−ＴＥＸ１｜≧ＴＲＥＦのときには、燃焼時期が大きくずれているとして、＃１排気温ＴＥＸ１に応じ、図１０に示すテーブルを検索することによって、２次新気量ＧＡＩＲ２を算出する（ステップ４６）。このテーブルでは、２次新気量ＧＩＡＲ２は、＃１排気温ＴＥＸ１が高いほど、次回の圧縮行程における燃焼時期が遅くなりやすいため、それを補償すべくより小さな値に設定されている。
【００６７】
次いで、２次新気噴射時期ＴＡＩＲ２を算出し（ステップ４７）、本処理を終了する。この２次新気噴射時期ＴＡＩＲ２の算出処理については後述する。以上のようにして設定された２次新気噴射時期ＴＡＩＲ２に、２次新気量ＧＡＩＲ２に応じて＃１制御弁９４ａを開弁することによって、＃１排気ポート８ａに供給される２次新気量ＧＡＩＲ２が制御される。
【００６８】
また、＃２〜＃４気筒Ｃについても、上述した＃１気筒Ｃの場合と同様にして、ＣＩ燃焼モード中またはＣＩ燃焼モードへの切換中、前述したようにして算出した目標温度ＴＥＸＣＭＤと＃２〜＃４排気温ＴＥＸ２〜４との差の絶対値が所定値ＴＲＥＦ以上のときに、＃２〜＃４排気温ＴＥＸ２〜４に応じて２次新気量ＧＡＩＲ２が算出される。
【００６９】
一方、前記ステップ４５の判別結果がＮＯで、｜ＴＥＸＣＭＤ−ＴＥＸ１｜＜ＴＲＥＦのときには、燃焼時期のずれが比較的小さいとして、２次新気の供給を行わないものとし、前記ステップ４３において２次新気量ＧＡＩＲ２を値０にセットし、本処理を終了する。
【００７０】
図１１は、上述した２次新気噴射時期ＴＡＩＲ２の算出処理のサブルーチンを示している。本処理ではまず、ステップ５１において、２次新気量ＧＡＩＲ２に応じ、所定のテーブル（図示せず）を検索することによって、２次新気噴射時期ＴＡＩＲ２を算出する。
【００７１】
次に、算出した２次新気噴射時期ＴＡＩＲ２が、図１２に示すリミット値ＴＡＬＭＴよりも小さいか否かを判別する（ステップ５２）。この判別結果がＮＯのときには、そのまま本処理を終了する。
【００７２】
一方、ステップ５２の判別結果がＹＥＳで、ＴＡＩＲ２＜ＴＡＬＭＴのときには、リミット値ＴＡＬＭＴを２次新気噴射時期ＴＡＩＲ２として設定し（ステップ５３）、本処理を終了する。以上により、２次新気噴射時期ＴＡＩＲ２は、リミット値ＴＡＬＭＴと排気上死点との間（図１２のハッチングで示す領域）に設定され、この領域内のタイミングで２次新気が供給される。
【００７３】
次に、図１４を参照しながら、ＣＩ燃焼モード中またはＣＩ燃焼モードへの切換中において得られる吸気弁１２および排気弁１３などの動作をまとめて説明する。なお、以下の説明では、＃１〜＃４制御弁９４ａ〜９４ｄを制御弁９４と総称するとともに、＃１〜＃４排気温ＴＥＸ１〜ＴＥＸ４を排気温ＴＥＸと総称する。まず、排気行程において、排気側動弁機構６０によって排気弁１３が開弁され、排ガスが排気通路５に排出される。
【００７４】
その後、新気供給機構９０によって制御弁９４が開弁されることにより、２次新気が排気通路５に供給され、この２次新気によって、排気通路５に排出された排ガスが冷却される。
【００７５】
その後の吸気行程において、吸気側動弁機構４０によって吸気弁１２が開弁され、新気が気筒Ｃ内に吸入される。また、この吸気行程中に、ポート燃料噴射弁９および筒内燃料噴射弁１０から気筒Ｃ内に燃料が供給され、この燃料が新気と混合されることによって、混合ガスが生成される。
【００７６】
また、吸気行程の終期にＥＧＲ吸入機構８０によって排気弁１３が開弁されることによって、排気通路５内の排ガスが、高温ガスとして気筒Ｃ内に再吸入される（同図のハッチング）。以上のようにして生成された混合ガスおよび高温ガスは、ガイド壁３ｄおよび凸部３ｅによって、気筒Ｃ内で高温ガス層Ｔ１と混合ガス層Ｔ２に成層化される。高温ガス層Ｔ１は排気弁１３側に分布し、混合ガス層Ｔ２は吸気弁１２側に分布する。また、その後の圧縮行程において、高温ガス層Ｔ１および混合ガス層Ｔ２が自己着火により燃焼する。この燃焼は、より高温の高温ガス層Ｔ１から開始され、混合ガス層Ｔ２に至る。
【００７７】
図１５は、これまでに説明した２次新気制御処理によって得られる動作例を示している。この例では、タイミングｔ１以前では、ＳＩ燃焼モードによる燃焼が行われており、この状態では、ＣＩ燃焼フラグＦ＿ＳＴＳは「０」にセットされている。このとき、２次新気量ＧＡＩＲ２は値０にセットされており（ステップ４３）、それにより、＃１〜＃４排気ポート８ａ〜８ｄへの２次新気の供給は停止されている。この状態からＣＩ燃焼モードへ切り換えられると（ｔ１）、その切換に伴って、＃１〜＃４排気ポート８ａ〜８ｄに２次新気が供給される（ステップ４６）。ＣＩ燃焼モードへの切換直後には、それまでのＳＩ燃焼モードによる燃焼によって気筒Ｃの壁面温度がより高いため、２次新気量ＧＡＩＲ２はより大きな値に設定される。これにより、排気温ＴＥＸ、ひいては高温ガスが冷却され、それに伴って気筒Ｃの壁面温度が低下する。これにより、圧縮行程における気筒Ｃ内の温度（圧縮温度）の過度な上昇を回避することができる。また、２次新気を供給することによって、壁面温度が徐々に低下する。
【００７８】
その後、ＣＩ燃焼モードに完全に移行すると（ｔ２）、ＣＩ燃焼フラグＦ＿ＳＴＳが「２」に切り換えられるとともに、排気温ＴＥＸに応じた２次新気制御が引き続き行われる。
【００７９】
以上のように、本実施形態によれば、排気通路５に排出された高温ガスとしての排ガスを２次新気によって冷却するとともに、このときの２次新気量ＧＡＩＲ２を排気温ＴＥＸに応じて制御するので、その後の圧縮行程における気筒Ｃ内の温度を実際の燃焼時期に応じて適切に制御でき、ＣＩ燃焼モードにおける燃焼時期を適切に制御することができる。これにより、燃焼サイクル間における燃焼時期のばらつきを抑制することができる。さらに、気筒Ｃごとに２次新気量ＧＡＩＲ２を制御するので、気筒Ｃ間における燃焼時期のばらつきも抑制することができる。
【００８０】
また、排気温ＴＥＸが低く、実際の燃焼時期が低いほど、２次新気量ＧＡＩＲ２を減少側に制御するので、その後の圧縮行程における燃焼温度を高めることができる。これにより、燃焼時期が早くなったり遅くなったりするという事象を回避することができ、したがって、燃焼時期のばらつきを抑制することができる。
【００８１】
さらに、ＳＩ燃焼モードからＣＩ燃焼モードへの切換中に、２次新気を供給し、高温ガスを冷却するので、自己着火による気筒Ｃ内の温度の過度な上昇を回避することができる。その結果、ＣＩ燃焼モードへの切換中においても、燃焼時期のばらつきを抑制することができる。
【００８２】
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、低温ガスとして、新気を用いているが、これに代えて、フィルタ１４よりも下流側のより低温の排ガスを用いてもよい。また、実施形態では、気筒Ｃ内の新気および高温ガスの燃焼時期を表すパラメータとして、排気温ＴＥＸを用いているが、これに代えて、燃焼時期を表す他のパラメータ、例えば検出された筒内圧に基づいて求められた筒内圧のピーク値や最大変化量を示すタイミングや、点火プラグに印加される電圧に応じたイオン電流の推移を用いてもよい。
【００８３】
また、実施形態では、２次新気量ＧＡＩＲ２の算出を、対応する気筒Ｃから排出された排気温ＴＥＸにのみ応じて行っているが、これに加えて、３６０°位相の異なる気筒から排出された排気温に応じて行ってもよい。具体的には、＃１気筒Ｃに吸入される２次新気量ＧＡＩＲ２を算出する際には、＃１排気温ＴＥＸ１に加え、＃４気筒Ｃから排出された＃４排気温ＴＥＸ４に応じて、２次新気量ＧＡＩＲ２を算出してもよい。これは、＃４気筒Ｃから排出された排ガスの温度が低いと、排ガスの圧力も低くなり、＃１気筒Ｃに再吸入される高温ガスが減少することから、気筒内の温度が低下しやすいためである。このため、＃４気筒Ｃからの＃４排気温ＴＥＸ４が低いほど、＃１気筒Ｃに吸入される２次新気量ＧＩＡＲ２を減少側に算出することによって、＃１気筒Ｃ内の温度を適切に制御することができる。
【００８４】
さらに、実施形態では、気筒Ｃ内への２次新気の供給を、新気供給機構９０により、＃１〜＃４排気ポート８ａ〜８ｄを介して行っているが、これに限らず、他の新気供給機構により、気筒Ｃ内に直接、噴射することによって行ってもよい。また、実施形態では、ＥＧＲ吸入機構８０は、排気弁１３のバルブタイミングを変更不能なものであるが、これを変更可能に構成してもよい。
【００８５】
さらには、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ディーゼルエンジンなど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、クランク軸を鉛直に配置した船外機などのような船舶推進機用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。
【符号の説明】
【００８６】
１ 制御装置
２ ＥＣＵ（制御手段）
３ エンジン
５ 排気通路
１２ 吸気弁
１３ 排気弁
２６ ＃１排気温センサ（燃焼時期パラメータ取得手段）
２７ ＃２排気温センサ（燃焼時期パラメータ取得手段）
２８ ＃３排気温センサ（燃焼時期パラメータ取得手段）
２９ ＃４排気温センサ（燃焼時期パラメータ取得手段）
４０ 吸気側動弁機構
８０ ＥＧＲ吸入機構（排ガス吸入機構および低温ガス供給機構）
９０ 新気供給機構（低温ガス供給機構）
Ｃ 気筒
ＴＥＸ 排気温（燃焼時期パラメータ）
ＧＡＩＲ２ ２次新気量
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼モードとして、混合気を圧縮着火によって燃焼させる圧縮着火燃焼モードを有するとともに、当該圧縮着火燃焼モードにおいて内燃機関を制御する内燃機関の制御装置であって、
吸気行程中に吸気弁を開閉することによって、前記気筒内に新気を吸入する吸気側動弁機構と、
前記吸気行程の終期から圧縮行程にかけて排気弁を開閉することによって、排気通路に排出された排ガスを、高温ガスとして前記気筒内に再度、吸入するための排ガス吸入機構と、
前記高温ガスを冷却するために、当該高温ガスよりも温度が低い低温ガスを前記気筒内に供給するための低温ガス供給機構と、
前記気筒内に吸入された新気および高温ガスの燃焼時期を表す燃焼時期パラメータを取得する燃焼時期パラメータ取得手段と、
当該取得された燃焼時期パラメータによって表される前記燃焼時期が早いほど、前記低温ガス供給機構によって供給される低温ガス量を減少側に制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記内燃機関は、前記燃焼モードとして、混合気を火花点火によって燃焼させる火花点火燃焼モードをさらに有し、
前記制御手段は、前記燃焼モードが前記火花点火燃焼モードから前記圧縮着火燃焼モードに切り換えられているときに、前記低温ガス量を制御す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。
【請求項１】
燃焼モードとして、混合気を圧縮着火によって燃焼させる圧縮着火燃焼モードを有するとともに、当該圧縮着火燃焼モードにおいて内燃機関を制御する内燃機関の制御装置であって、
吸気行程中に吸気弁を開閉することによって、前記気筒内に新気を吸入する吸気側動弁機構と、
前記吸気行程の終期から圧縮行程にかけて排気弁を開閉することによって、排気通路に排出された排ガスを、高温ガスとして前記気筒内に再度、吸入するための排ガス吸入機構と、
前記高温ガスを冷却するために、当該高温ガスよりも温度が低い低温ガスを前記気筒内に供給するための低温ガス供給機構と、
前記気筒内に吸入された新気および高温ガスの燃焼時期を表す燃焼時期パラメータを取得する燃焼時期パラメータ取得手段と、
当該取得された燃焼時期パラメータによって表される前記燃焼時期が早いほど、前記低温ガス供給機構によって供給される低温ガス量を減少側に制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記内燃機関は、前記燃焼モードとして、混合気を火花点火によって燃焼させる火花点火燃焼モードをさらに有し、
前記制御手段は、前記燃焼モードが前記火花点火燃焼モードから前記圧縮着火燃焼モードに切り換えられているときに、前記低温ガス量を制御す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。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２０１１−２３６８３５（Ｐ２０１１−２３６８３５Ａ）
【公開日】平成２３年１１月２４日（２０１１．１１．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１０９６９５（Ｐ２０１０−１０９６９５）
【出願日】平成２２年５月１１日（２０１０．５．１１）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）国等の委託研究の成果に係る特許出願（平成２１年度独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構エネルギー使用合理化技術戦略的開発（先導研究）委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【出願人】（５１０１０００５８）株式会社畑村エンジン研究事務所 (5)
【出願人】（５０５２１４１５７）株式会社シーディー・アダプコ・ジャパン (7)
【出願人】（３０４０２１８３１）国立大学法人 千葉大学 (601)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１１月２４日（２０１１．１１．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年５月１１日（２０１０．５．１１）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）国等の委託研究の成果に係る特許出願（平成２１年度独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構エネルギー使用合理化技術戦略的開発（先導研究）委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【出願人】（５１０１０００５８）株式会社畑村エンジン研究事務所 (5)
【出願人】（５０５２１４１５７）株式会社シーディー・アダプコ・ジャパン (7)
【出願人】（３０４０２１８３１）国立大学法人 千葉大学 (601)
【Ｆターム（参考）】
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