圧縮自己着火式内燃機関の制御装置
【課題】圧縮自己着火式燃焼時に空燃比の変化があった場合の、失火によるトルク変動を低減し、燃費削減ポテンシャルを有効活用可能な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。
【解決手段】エンジンの運転状態に応じて、燃焼モードとして、点火プラグを用いる火花点火式燃焼モードと、ピストンの上昇に伴う燃焼室の圧力上昇を利用して燃料を燃焼させる圧縮自己着火式燃焼モードと、を選択的に設定するとともに、圧縮自己着火式燃焼モードにおける空燃比がリッチの場合には圧縮自己着火式燃焼領域の領域上限値を低エンジントルクへと変更し、空燃比がリーンの場合には領域上限値を高エンジントルク側へと変更する。
【解決手段】エンジンの運転状態に応じて、燃焼モードとして、点火プラグを用いる火花点火式燃焼モードと、ピストンの上昇に伴う燃焼室の圧力上昇を利用して燃料を燃焼させる圧縮自己着火式燃焼モードと、を選択的に設定するとともに、圧縮自己着火式燃焼モードにおける空燃比がリッチの場合には圧縮自己着火式燃焼領域の領域上限値を低エンジントルクへと変更し、空燃比がリーンの場合には領域上限値を高エンジントルク側へと変更する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧縮自己着火式内燃機関の制御装置に係り、特に、火花点火式燃焼と圧縮自己着火式燃焼との燃焼モードの切替えに好適な圧縮自己着火式内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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（以下、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など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。
【０００３】
圧縮自己着火式燃焼を実現する手段の１つとして、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、ＥＧＲ率が比較的低い領域にて実施可能であるのに対して、上記手段を適用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。なお、ＥＧＲの導入方法としては、排気行程において吸気バルブおよび排気バルブの双方が閉じている期間である負のオーバーラップ期間を設けることでシリンダ内に排出ガスを残留させる方法（内部ＥＧＲ）、または、吸気バルブ上流に排気管からのバイパスを設けることで新気と一緒に排出ガスを吸入する方法（外部ＥＧＲ）、または、吸気行程にて排気バルブを開くことで排出ガスを再吸入する方法（排気再吸入）が用いられる。
【０００４】
上記のような圧縮自己着火式燃焼の方法を適用した場合、シリンダ内に大量の排出ガスを導入することから、新気量が限られるため、過給しない場合には発生可能なエンジントルクが低負荷側に限られる。また、吸気，圧縮，膨張，排出といった行程の中で、燃料が化学反応する有限の時間を確保する必要があることから、エンジン回転速度も低回転速度側に限られることが知られている。
【０００５】
そのため、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。
【０００６】
圧縮自己着火式燃焼は火花点火式燃焼と比較して、シリンダ内の空気量と燃料量の質量比である空燃比がよりリーン（燃料量が少ない）な雰囲気においても燃焼可能である。そのため、燃費低減，ＮＯｘ排出量の低減を狙って、圧縮自己着火式燃焼では空燃比をリーンに設定する。これはスロットル開度を全開として空気量をシリンダ内に多量に取り込むことで実現する。ただし、自然吸気エンジンにおいては前述のとおり新気量が限られるため、圧縮自己着火式燃焼領域の空燃比はエンジントルクが増大するにつれて、リッチ（燃料が多い）へと変化する。特に、空燃比が過剰にリッチとなる場合には、シリンダ内の酸素濃度低下および混合気温度の低下によって、燃料の酸化反応が進行困難となり、燃焼安定性が低下し、最終的には失火する場合がある。以上のことから、圧縮自己着火式燃焼領域での高負荷側の空燃比はストイキ近傍に設定されることが多い。
【０００７】
上述の通り、圧縮自己着火式燃焼では、スロットルを全開として空気量を多量にシリンダ内に導入し、空燃比をリーンとするが、導入可能な空気量は諸条件により変化する。その条件としては、大気圧や気温といった周辺環境，シリンダのガス交換を実施する吸気および排気バルブの製造ばらつきや劣化といった動作状態、および、燃料を噴射するインジェクタの動作状態などが挙げられる。
【０００８】
圧縮自己着火式燃焼にて高エンジントルクを発生しようとした際に、これらの諸条件の変化によって空燃比がリッチ化した場合には、当初予定した空燃比よりも過剰にリッチ化することで、圧縮自己着火式燃焼を継続不可能な状態に陥り、失火が発生する。また、空燃比がリーン化した場合には、当初予定された空燃比よりもリーンな状態で燃焼を実施することが可能であるため、圧縮自己着火式燃焼領域を高エンジントルク側へ拡大可能であり、更なる燃費低減が可能である。しかしながら、初期設定での圧縮自己着火式燃焼領域を維持すると、その燃費低減ポテンシャルを有効に活用することができない。
【０００９】
以上のことから、圧縮自己着火エンジンのような２つの燃焼形態を切替えるエンジンにおいて運転性の確保と燃費低減を満足するためには、圧縮自己着火式燃焼時の空燃比に応じて圧縮自己着火式燃焼領域を変更しなければならないという問題があった。
【００１０】
この問題を解決する方法として、空燃比に基づいて燃焼領域を変更する技術が知られている（例えば、特許文献１）。特許文献１は、ディーゼルエンジンにおいて、比較的に低いエンジントルクにて実施する燃焼領域での燃焼と、高エンジントルクにて実施する第２の燃焼領域での燃焼とを切替える技術に関するものである。具体的には、燃焼領域で運転中の空燃比に基づき、空燃比がリッチの場合は燃焼領域のエンジントルク上限値を高エンジントルク側へ変更する。また、空燃比がリーンの場合には燃焼領域のエンジントルク上限値を低エンジントルク側へ変更するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２０００−１１０６７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上記特許文献１で開示された技術はディーゼルエンジンには有効であるが、圧縮自己着火エンジンに適用した場合には、運転性と燃費低減を満足することができない。具体的には、圧縮自己着火式燃焼時の空燃比が初期設定よりもリッチである場合に圧縮自己着火式燃焼領域の上限値を高エンジントルク側へ変更する。この際、空燃比がリッチであることから当初の状態よりも新気量が少ないにも関わらず、エンジントルクを高めるに従って燃料量を増量することとなり、新たに設定した圧縮自己着火式燃焼領域近傍での空燃比が過剰にリッチ化してしまい、失火が発生するという問題があった。また、圧縮自己着火式燃焼時の空燃比が初期設定よりもリーンである場合に圧縮自己着火式燃焼領域の上限値を低エンジントルク側へ変更した場合には、該上限値での空燃比がリーンであるにも関わらず、圧縮自己着火式燃焼の実施を制限することとなり、燃費低減ポテンシャルを有効活用することができないといった問題があった。
【００１３】
上記問題に鑑み、本発明の目的は、圧縮自己着火エンジンにおいて、エンジンの周辺環境および搭載装置の動作状態が変化したことによって空燃比が変化した場合においても、運転性と低燃費を満足することができる制御手法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するために、本発明に係る圧縮自己着火式内燃機関の制御装置は、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、前記燃焼室を形成するピストンの上昇に伴う、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する圧縮自己着火式内燃機関の制御装置であって、前記空燃比が所定値よりもリッチである際には、前記内燃機関の作動状態であるトルクと機関回転速度にて決定される前記圧縮自己着火式燃焼モードを安定的に実施可能な圧縮自己着火式燃焼領域の前記トルク方向の上限値を前記トルクが減少する方向に変更することを特徴とする。
【００１５】
また、該制御装置は、前記圧縮自己着火式燃焼モードを実施中の前記空燃比が所定値よりもリーンである際には、前記圧縮自己着火式燃焼領域の前記トルク方向の上限値を前記トルクが増加する方向へと変更することを特徴とする。
【００１６】
別の形態として、本発明に係る圧縮自己着火式内燃機関の制御装置は、前記圧縮自己着火式燃焼モードを実施中の前記空燃比が所定値よりもリッチであり、前記圧縮自己着火式燃焼モードを実施中に、前記圧縮自己着火式燃焼領域の上限値以上に前記トルクを増加させる要求があった際に、前記トルクを増加させる要求がある以前の前記トルクを基準として、前記圧縮自己着火式燃焼モードにて前記トルクを増加させる量を、前記空燃比が所定値である場合の増加量よりも減量して、前記圧縮自己着火式燃焼モードにて前記トルクを増加した後、前記火花点火式燃焼モードにて前記トルクを増加することを特徴とする。
【００１７】
また、該制御装置は、前記圧縮自己着火式燃焼モードを実施中の前記空燃比が所定値よりもリーンであり、前記圧縮自己着火式燃焼モードを実施中に、前記圧縮自己着火式燃焼領域の上限値以上に前記トルクを増加させる要求があった際に、前記トルクを増加させる要求がある以前の前記トルクを基準として、前記圧縮自己着火式燃焼モードにて前記トルクを増加させる量を、前記空燃比が所定値である場合の増加量よりも増量して、前記圧縮自己着火式燃焼モードにて前記トルクを増加した後、前記火花点火式燃焼モードにて前記トルクを増加することを特徴とする。
【００１８】
更に別の形態として、本発明に係る圧縮自己着火式内燃機関の制御装置は、前記圧縮自己着火式燃焼モードを実施中の前記空燃比が所定値よりもリッチであり、前記圧縮自己着火式燃焼モードを実施中に、前記圧縮自己着火式燃焼領域の上限値以上に前記トルクを増加させる要求があった際に、前記トルクを増加させる要求がある以前に前記圧縮自己着火式燃焼モードを継続する期間を基準として、前記圧縮自己着火式燃焼モードにて前記トルクを増加させる期間を短縮して、前記圧縮自己着火式燃焼モードにて前記トルクを増加した後、前記火花点火式燃焼モードにて前記トルクを増加することを特徴とする。
【００１９】
また、該制御装置は、前記圧縮自己着火式燃焼モードを実施中の前記空燃比が所定値よりもリーンであり、前記圧縮自己着火式燃焼モードを実施中に、前記圧縮自己着火式燃焼領域の上限値以上に前記トルクを増加させる要求があった際に、前記トルクを増加させる要求がある以前に前記圧縮自己着火式燃焼モードを継続する期間を基準として、前記圧縮自己着火式燃焼モードにて前記トルクを増加させる期間を延長して、前記圧縮自己着火式燃焼モードにて前記トルクを増加した後、前記火花点火式燃焼モードにて前記トルクを増加することを特徴とする。
【００２０】
また、本発明に係る圧縮自己着火式内燃機関の制御装置において、圧縮自己着火式燃焼領域の上限値を変更するために使用される前記空燃比は、前記排気弁の下流に設けられた空燃比を検出するセンサの出力信号に基づいて決定することを特徴とする。
【００２１】
別の形態としては、前記空燃比は、前記内燃機関に設けられた、吸気管内を通過する空気流量を計測するセンサ、または、吸気管内の圧力を計測するセンサ、または、前記燃焼室に流入する空気量の温度を計測するセンサ、または、大気圧を計測するセンサ、または、前記内燃機関の機関温度を計測するセンサ、または、前記インジェクタを通過する前記燃料の流量を計測するセンサ、または、前記インジェクタから前記燃料を噴射するために前記燃料に加えられる圧力を計測するセンサ、のいずれか一つの出力信号に基づいて決定することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、周辺環境の変化や、エンジンに搭載される装置の動作状態に変化が生じることで圧縮自己着火式燃焼での空燃比が変化した場合にも、失火を抑制して運転性を確保し、さらに圧縮自己着火式燃焼が持つ燃費低減ポテンシャルを活用することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明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。
【図２】本発明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。
【図３】本発明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。
【図４】本発明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判定の構成を示す制御ブロック図である。
【図５】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と、圧縮自己着火式燃焼領域のエンジントルク方向の上限値を示す説明図である。
【図６】圧縮自己着火式燃焼領域において、所定条件における圧縮自己着火式燃焼モード時の空燃比を示す説明図である。
【図７】本発明の実施形態において、圧縮自己着火式燃焼モード時の計測空燃比が初期設定の目標空燃比よりもリッチの際に、圧縮自己着火領域の領域上限値を低エンジントルク側へ変更する動作を示す説明図である。
【図８】本発明の実施形態において、圧縮自己着火式燃焼モード時の計測空燃比が初期設定の目標空燃比よりもリーンの際に、圧縮自己着火領域の領域上限値を高エンジントルク側へ変更する動作を示す説明図である。
【図９】本発明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】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】図９のＳ１３０（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】本発明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適用しない場合に、圧縮自己着火式燃焼モード時の計測空燃比が初期設定の目標空燃比よりもリッチである場合の、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モード切替制御の内容を示すタイミングチャートである。
【図１３】本発明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、火花点火式燃焼モードと圧縮自己着火式燃焼モードとの燃焼モード切替制御を実施した場合の中でも、圧縮自己着火式燃焼モード時の計測空燃比が初期設定の目標空燃比よりもリッチである場合の動作内容を示すタイミングチャートである。
【図１４】本発明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適用しない場合に、圧縮自己着火式燃焼モード時の計測空燃比が初期設定の目標空燃比よりもリーンである場合の、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モード切替制御の内容を示すタイミングチャートである。
【図１５】本発明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、火花点火式燃焼モードと圧縮自己着火式燃焼モードとの燃焼モード切替制御を実施した場合の中でも、圧縮自己着火式燃焼モード時の計測空燃比が初期設定の目標空燃比よりもリーンである場合の動作内容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】
【００２４】
以下、図１〜図１５を用いて、本発明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。
【００２５】
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。
【００２６】
図１は、本発明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。
【００２７】
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して燃焼室に噴射された燃料に点火する点火プラグ（点火装置）４と、がシリンダ７の各々の適宜位置に備えられている。
【００２８】
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。
【００２９】
さらに、エンジン１００には、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が排気管８の適宜位置に備えられる。また、クランク軸１１には、回転角度を算出するためのクランク角度センサ１２が備えられている。さらに、アクセル開度を検出するアクセル開度センサ１６が備えられている。
【００３０】
エアフローセンサ１と空燃比センサ９とクランク角センサ１２とから得られる信号は、エンジンコントロールユニット（制御装置：ＥＣＵ）２０に送られる。また、アクセル開度センサ１６から得られる信号は、ＥＣＵ２０に送られる。尚、アクセル開度センサ１６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１６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１６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１２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。
【００３１】
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、吸気バルブ５ａ及び排気バルブ５ｂからなる可変バルブ５へ送られる。
【００３２】
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。
【００３３】
図２は、本発明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。
【００３４】
エアフローセンサ１，空燃比センサ９，排気温度センサ１１１，クランク角センサ１２の出力信号は、ＥＣＵ２０の入力回路２０ａに入力される。但し、入力信号はこれらだけに限られず、上述した信号も入力される。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。入出力ポート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。
【００３５】
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を制御し、後述する燃焼制御を行う。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。
【００３６】
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。
【００３７】
図３は、本発明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。
【００３８】
ＥＣＵ２０は、火花点火式燃焼と圧縮自己着火式燃焼とで燃焼モードの切替を実施する際には、運転性能悪化を抑制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、火花点火式燃焼と圧縮自己着火式燃焼との燃焼モード切替制御について説明する。
【００３９】
ＥＣＵ２０は、燃焼モード切替判定部２１と、火花点火式燃焼用操作量演算部２２と、圧縮自己着火式燃焼用操作量演算部２３と、燃焼モード切替部２４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。
【００４０】
燃焼モード切替判定部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、空燃比センサ９からの出力信号であるＡＢＦｔｇｔに基づいて、後述する図５および図６のマップを用いて、燃焼モードを切替可能かを判定し、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１６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１２の検出信号に基づいて、ＥＣＵ２０の内部で別途算出される。
【００４１】
ここで、図４を用いて、燃焼モード切替判定部２１に関して説明する。図４は、図３の燃焼モード切替判定部２１の構成を示す制御ブロック図である。燃焼モード切替判定部２１は、領域上限値演算部２１ａと、目標空燃比演算部２１ｂと、引算部２１ｃと、領域上限値補正量演算部２１ｄと、引算部２１ｅと、燃焼モード切替部２１ｆとを備えている。
【００４２】
領域上限値演算部２１ａは例えば図５に示すマップに基づき、圧縮自己着火式燃焼モードが実施可能なエンジントルクＴｅの上限値Ｔｕｌを演算する。
【００４３】
ここで図５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５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、燃焼領域と、圧縮自己着火式燃焼モードを実施可能な目標エンジントルクＴｅ＊の上限値の説明図である。図５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。
【００４４】
火花点火式燃焼モード（ＳＩ：Spark Ignition）は、点火プラグ（点火装置）４によってインジェクタ３から噴霧された燃料に点火・燃焼させてエンジン（内燃機関）を作動させる燃焼モードであり、図５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。
【００４５】
一方、圧縮自己着火式燃焼モード（ＨＣＣＩ：Homogeneous Charge Compression Ignition）は、燃焼室を形成するピストン１４の上昇に伴う、シリンダ内の圧力上昇によってインジェクタ３から噴射された燃料を燃焼させて内燃機関（エンジン）を作動させるものであり、これ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、火花点火式燃焼モードに比べて燃焼室内の内部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５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。
【００４６】
また、図５には、圧縮自己着火式燃焼モードが実施可能な領域における、エンジントルクＴｅの上限値Ｔｕｌを示している。上述の通り、内部ＥＧＲ導入では新気量が限られることから、上限値Ｔｕｌはエンジン回転速度Ｎｅに応じて決定される。図５に示す圧縮自己着火式燃焼モードを実施可能な領域とエンジントルクの上限値は、予め試験やシミュレーションにより決定するものであってもよいし、圧縮自己着火式燃焼を記述する数式モデルに基づくものであっても良い。
【００４７】
目標空燃比演算部２１ｂは例えば図６に示すマップに基づき、目標エンジントルクＴｅ＊とエンジン回転速度Ｎｅに応じて圧縮自己着火式燃焼モード時の目標空燃費ＡＢＦｔｇｔを演算する。
【００４８】
ここで図６を用いて、圧縮自己着火式燃焼モード時の目標空燃比について説明する。図６は、圧縮自己着火式燃焼モード時の目標エンジントルクＴｅ＊とエンジン回転速度Ｎｅで決定される運転条件における、所定状態での目標空燃比ＡＢＦｔｇｔを示す説明図である。図６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。
【００４９】
図５に示すとおり、圧縮自己着火式燃焼モードは低エンジントルク，低回転速度の運転条件に限られる。圧縮自己着火式燃焼モード時にはリーン燃焼を実施するために、電子制御スロットル２の開度を可能な限り大きくとり、シリンダ内に空気量を大量に導入する。このとき、圧縮自己着火式燃焼領域にて必要とされる燃料量は、エンジントルクＴｅが増加するに従って、かつ、エンジン回転速度が増加するに従って増加する。そのため、低エンジントルクかつ低エンジン回転速度では空燃比がリーンとなり、エンジントルクの増加およびエンジン回転速度の増加に伴い、燃料量が増加するに従って空燃比がリッチ化する。図６に記載した空燃比は所定条件での例であり、これに限るものではない。また、図６に示す目標空燃比ＡＢＦｔｇｔは予め実験やシミュレーションにて決定するものであっても良いし、圧縮自己着火燃焼時の空燃比を記述する数式モデルに基づいて演算するものであっても良い。
【００５０】
また、引算部２１ｃは目標ＡＢＦｔｇｔから空燃比センサ９の出力信号であるＡＢＦａｃｔを差し引き、空燃比の差分であるΔＡＢＦを演算する。
【００５１】
領域上限値補正量演算部２１ｄは空燃比の差分であるΔＡＢＦに基づき、圧縮自己着火式燃焼モードのエンジントルクの上限値Ｔｕｌを補正するためのΔＴｕｌを演算する。例えば、空燃比の差分であるΔＡＢＦを演算した際の運転条件を実現するための、燃料噴射量を演算し、ΔＡＢＦと該燃料噴射量に基づいてΔＡＢＦに伴う空気量を演算後、該空気量に基づいて領域上限値補正量ΔＴｕｌを演算するものであっても良い。また、図６に示す圧縮自己着火式燃焼モード時の目標空燃比ＡＢＦｔｇｔを示すマップに基づき、目標空燃比ＡＢＦｔｇｔからΔＡＢＦｔｇｔを減算し、図６の目標空燃比マップ上から現在のエンジン回転速度ＮｅにおいてＡＢＦｔｇｔからΔＡＢＦを減じた空燃比を検索し、一致した目標空燃比ＡＢＦｔｇｔとなるエンジントルク１を演算し、領域上限値Ｔｕｌからエンジントルクを減じた量をΔＴｕｌとするものであっても良い。また、領域上限値補正量演算部２１ｄは上記に限るものではなく、圧縮自己着火式燃焼を記述する数式モデルに基づくものであっても良い。
【００５２】
さらに、引算部２１ｅでは、領域上限値演算部２１ａの出力である領域上限値演算部Ｔｕｌから領域上限値補正量演算部２１ｄの出力である領域上限値補正量ΔＴｕｌを減じ、現在の運転状態における圧縮自己着火式燃焼モードのエンジントルクＴｅの新規領域上限値ｎＴｕｌとして出力する。
【００５３】
燃焼モード切替部２１ｆは例えば図５に示す燃焼領域に基づいて、火花点火式燃焼モード実施時に圧縮自己着火式燃焼モードが実施可能な運転領域であれば、目標エンジントルクＴｅ＊とエンジン回転速度Ｎｅと新規領域上限値ｎＴｕｌに基づき、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燃焼切替を実施すべく、燃焼モードフラグＦｅｘをＯＦＦ（＝０）からＯＮ（＝１）へと変更する。また、圧縮自己着火式燃焼モード実施時には、目標エンジントルクＴｅ＊とエンジン回転速度Ｎｅと新規領域上限値ｎＴｕｌに基づき、目標エンジントルクＴｅ＊とエンジン回転速度で決定される運転条件が圧縮自己着火式燃焼領域外へと変更した場合には、燃焼モードを圧縮自己着火式燃焼モードから火花点火式燃焼モードへと切替えるべく、燃焼モードフラグＦｅｘをＯＮ（＝１）からＯＦＦ（＝０）へと変更する。
【００５４】
また、図７および図８を用いて、燃焼モード切替判定部２１の具体的な演算を説明する。図７は運転条件ｘにおける空燃比センサ９の出力信号である計測空燃比ＡＢＦａｃｔが目標空燃比ＡＢＦｔｇｔよりもリッチであった場合の燃焼モード切替判定部２１の動作を示す説明図である。図７において、点Ａと点Ｂにて示される線分Ｔｕｌは初期設定における圧縮自己着火式燃焼モード領域のエンジントルク上限値を示す。また、点Ａ′と点Ｂ′にて示される線分ｎＴｕｌは領域上限値補正量ΔＴｕｌと領域上限値Ｔｕｌに基づいて決定される新規領域上限値を示す。新規領域上限値ｎＴｕｌは、空燃比の差分ΔＡＢＦが正（目標空燃比ＡＢＦｔｇｔよりも計測空燃比ＡＢＦａｃｔがリッチ）である場合には領域上限値補正量ΔＴｕｌを領域上限値Ｔｕｌから減算し、圧縮自己着火式燃焼領域を新規領域上限値ｎＴｕｌにて囲まれる初期設定よりも狭い領域（エンジントルクが低い領域）へと変更する。
【００５５】
さらに、図８は運転条件ｘにおける計測空燃比ＡＢＦａｃｔが目標空燃比よりもリーンである場合（空燃比の差分ΔＡＢＦが負となる場合）の燃焼モード切替判定部２１の動作を示す説明図である。図８において、点Ａと点Ｂにて示される線分Ｔｕｌは初期設定における圧縮自己着火式燃焼モード領域のエンジントルク上限値を示す。また、点Ａ′と点Ｂ′にて示される線分ｎＴｕｌは領域上限値補正量ΔＴｕｌと領域上限値Ｔｕｌに基づいて決定される新規領域上限値を示す。新規領域上限値ｎＴｕｌは、空燃比の差分ΔＡＢＦが負であるため、領域上限値補正量ΔＴｕｌを領域上限値Ｔｕｌに加算し、圧縮自己着火式燃焼領域を新規領域上限値ｎＴｕｌにて囲まれる初期設定よりも広い領域（エンジントルクが広い領域）へと変更する。
【００５６】
図３において、火花点火式燃焼用操作量演算部２２は、目標エンジントルクＴｅ＊とエンジン回転速度Ｎｅに基づいて、火花点火式燃焼を実施するためのエンジンに備えられたデバイス（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など）の目標設定値を演算する。また、圧縮自己着火式燃焼用操作量演算部２３は、目標エンジントルクＴｅ＊とエンジン回転速度Ｎｅに基づいて、圧縮自己着火式燃焼を実施するための上記デバイスの目標設定値を演算する。さらに、燃焼モード切替部２４は、燃焼モードフラグＦｅｘと、火花点火式燃焼用操作量演算部２２からの演算結果と、圧縮自己着火式燃焼用操作量演算部２３の演算結果に基づき、燃焼モードフラグＦｅｘに応じた燃焼モードを実現すべく、上記デバイスの目標設定値をＯＰｔｇｔとして各デバイスに出力する。
【００５７】
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運転される。
【００５８】
ここで、目標操作量ＯＰｔｇｔとは、エンジン１００を燃焼制御する際に操作する、電子制御スロットル２の開度（スロットル開度），インジェクタ３への燃料噴射パルス幅や燃料噴射時期，点火プラグ４への点火時期，吸気バルブ５ａの開時期および作動期間、および排気バルブ５ｂの開閉時期である。これらの目標操作量ＯＰｔｇｔは、図２に示した、それぞれ対応する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に出力され、これらの回路を介して、目標操作量ＯＰｔｇに応じて、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が制御され、これによりエンジン１００の燃焼制御がされる。
【００５９】
次に、図９から図１５を用いて、本実施形態における圧縮自己着火式内燃機関の制御装置により、火花点火式燃焼モードから圧縮自己着火式モードへの燃焼モード切替時の制御内容について説明する。
【００６０】
図９は、本発明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中でも、圧縮自己着火式燃焼モードから火花点火式燃焼モードへの切替制御を示すタイミングチャートである。図１３は、本発明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、圧縮自己着火式燃焼モードから火花点火式燃焼モードへの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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。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。
【００６３】
次に、ステップＳ１１０において、図３の火花点火式燃焼用操作量演算部２２は、現在の運転状態である目標エンジントルクＴｅ＊とエンジン回転速度Ｎｅに基づいて、火花点火式燃焼にて目標エンジントルクを発生するための各デバイスの目標操作量を演算し、ステップＳ１２０に進む。
【００６４】
ステップ１２０において、図３の圧縮自己着火式燃焼用操作量演算部２３は、現在の運転状態である目標エンジントルクＴｅ＊とエンジン回転速度Ｎｅに基づいて、圧縮自己着火式燃焼にて目標エンジントルクを発生するための各デバイスの目標操作量を演算し、ステップＳ１３０へと進む。
【００６５】
ステップＳ１３０において、図３の燃焼モード切替部２４は、ステップＳ１００の結果である燃焼モード切替フラグＦｅｘ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。これにより、エンジン１００は、現状の運転状態に応じた燃焼制御を行うことができる。なお、ステップＳ１３０の詳細については、図１１を用いて後述する。
【００６６】
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。
【００６７】
ステップＳ１０１において、図３の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で決定される運転状態に応じた図５に示すマップに基づいて、初期設定での圧縮自己着火式燃焼領域のエンジントルク上限値Ｔｕｌを演算し、ステップＳ１０２に進む。
【００６８】
ステップＳ１０２において、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で決定される運転状態に応じた図６に示すマップに基づいて、所期設定での圧縮自己着火式燃焼時の目標空燃比ＡＢＦｔｇｔを演算し、ステップＳ１０３に進む。
【００６９】
ステップＳ１０３において、燃焼モード切替判定部２１は、ステップＳ１０２にて演算した目標空燃比ＡＢＦｔｇｔから空燃比センサ９の出力信号である計測空燃比ＡＢＦａｃｔを減算したΔＡＢＦを演算し、ステップＳ１０４に進む。
【００７０】
ステップＳ１０４において、燃焼モード切替判定部２１は、ステップＳ１０３にて演算したΔＡＢＦに基づき、圧縮自己着火式燃焼領域のエンジントルク上限値の補正量である領域上限値補正量ΔＴｕｌを演算し、ステップＳ１０５に進む。
【００７１】
ステップＳ１０５において、燃焼モード切替判定部２１は、ステップＳ１０１にて演算した領域上限値ＴｕｌよりステップＳ１０４にて演算した領域上限値補正量ΔＴｕｌを減算し、現状の運転状態における新規領域上限値ｎＴｕｌを演算し、ステップＳ１０６に進む。
【００７２】
ステップＳ１０６において、燃焼モード切替判定部２１は、図５に示す圧縮自己着火式燃焼領域を決定するマップに基づき、現在のエンジン回転速度Ｎｅが圧縮自己着火式燃焼領域のエンジン回転速度の下限値であるＮｅ_Ａ以上、かつ、圧縮自己着火式燃焼領域のエンジン回転速度の上限値であるＮｅ_Ｂ以下である場合には、圧縮自己着火式燃焼領域を実施可能と判断し、ステップＳ１０７に進む。また、現在のエンジン回転速度ＮｅがＮｅ_Ａ以上、かつＮｅ_Ｂ以下を満足しない場合には、圧縮自己着火式燃焼領域が実施不可能と判断し、火花点火式燃焼を実施すべく、ステップＳ１０９へと進む。
【００７３】
ステップＳ１０７において、燃焼モード切替判定部２１は目標エンジントルクＴｅ＊がステップＳ１０５にて演算した新規領域上限値ｎＴｕｌ以下である場合には、圧縮自己着火式燃焼を実施可能と判断し、圧縮自己着火式燃焼を実施すべく、ステップＳ１０８に進む。また、目標エンジントルクＴｅ＊が新規領域上限値ｎＴｕｌ以上である場合には、火花点火式燃焼を実施する必要があると判断し、ステップＳ１０９へと進む。
【００７４】
ステップＳ１０８において、燃焼モード切替判定部２１は、圧縮自己着火式燃焼を実施可能と判断し、燃焼モードフラグＦｅｘにＯＮ（＝１）をセットして、一連の処理を終了する。
【００７５】
また、ステップＳ１０９において、燃焼モード切替判定部２１は、火花点火式燃焼を実施可能と判断し、燃焼モードフラグＦｅｘにＯＦＦ（＝０）をセットして、一連の処理を終了する。
【００７６】
次に、図１１を用いて、図９のＳ１３０（燃焼モード切替処理）の詳細制御内容について説明する。
【００７７】
ステップＳ１３１において、図３の燃焼モード切替部２４は、ステップＳ１００でセットされた燃焼モード切替フラグＦｅｘ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がＯＮ（＝１）である場合は、圧縮自己着火式燃焼を実行するために、ステップＳ１３３へと進む。また、燃焼モード切替フラグＦｅｘがＯＦＦ（＝０）である場合には、火花点火式燃焼を実行するために、ステップＳ１３５へと進む。
【００７８】
ステップＳ１３３において、燃焼モード切替部２４は、圧縮自己着火式燃焼を実行すべく、図３の圧縮自己着火式燃焼用操作量演算部２３にて演算した圧縮自己着火式燃焼用操作量を目標操作量ＯＰｔｇｔにセットして一連の動作を終了する。
【００７９】
ステップＳ１３５において、燃焼モード切替部２４は、火花点火式燃焼を実行すべく、図３の火花点火式燃焼用操作量演算部２２にて演算した火花点火式燃焼用操作量を目標操作量ＯＰｔｇｔにセットして一連の動作を終了する。
【００８０】
次に、図１２から図１５を用いて、本発明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と圧縮自己着火式燃焼モードとの切替制御の具体的な内容について説明する。
【００８１】
図１２は本発明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と圧縮自己着火式燃焼モードとの切替制御を適用しない場合に、圧縮自己着火式燃焼モード時の空燃比が初期設定値よりもリッチ化する場合のタイミングチャートを示す。
【００８２】
図１２において、横軸は時間を示している。図１２（Ａ）の縦軸は、エンジントルクＴｅを示している。図の上方に向かってエンジントルクは増加している。図１２（Ｂ）の縦軸は、エンジン回転速度Ｎｅを示している。図の上方に向かってエンジン回転速度は増加している。図１２（Ｃ）は空燃比を示している。図の上方に向かって空燃比はリーンとなる。図１２（Ｄ）は燃焼モードフラグを示している。Ｆｅｘ＝０は燃焼モードが火花点火式燃焼モードであることを示し、Ｆｅｘ＝１は燃焼モードが圧縮自己着火式燃焼モードであることを示している。
【００８３】
図１２において、図１２（Ａ）の実線は目標エンジントルクＴｅ＊を示し、破線は発生するエンジントルクＴｅを示し、点線は図５に示す圧縮自己着火式燃焼領域の領域上限値の初期設定値であるＴｕｌを示している。図１２（Ｂ）の点線のＮｅ_ＡおよびＮｅ_Ｂはそれぞれ、圧縮自己着火式燃焼が実施可能なエンジン回転速度の下限値および上限値を示している。図１２（Ｃ）の実線は空燃比センサ９の出力信号である計測空燃比ＡＢＦａｃｔを示し、破線は図６のマップのように、圧縮自己着火式燃焼モードにおける目標空燃比の初期設定値ＡＢＦｔｇｔを示し、点線は火花点火式燃焼モードにて設定されるストイキ近傍の空燃比を示している。
【００８４】
図１２の横軸において、時刻ｔ１は目標エンジントルクＴｅ＊が領域上限値Ｔｕｌ以下となった時刻を示している。図１２の横軸において、時刻ｔ２は目標エンジントルクＴｅ＊が増加を開始した時刻を示している。図１２の横軸において、時刻ｔ３は計測空燃比ＡＢＦａｃｔがストイキ近傍よりもリッチとなった時刻を示している。図１２の横軸において、時刻ｔ４は目標エンジントルクＴｅ＊が領域上限値Ｔｕｌ以上となった時刻を示している。
【００８５】
火花点火式燃焼モードを実施中に、時刻ｔ１において目標エンジントルクＴｅ＊が領域上限値Ｔｕｌ以下となり、かつ、エンジン回転速度がＮｅ_Ａ以上かつＮｅ_Ｂ以下である場合には、圧縮自己着火式燃焼モードへと燃焼モードを切替えるべく、燃焼モードフラグＦｅｘを０から１へと変更する。時刻ｔ１以降では圧縮自己着火式燃焼モードが実行されるが、空燃比ＡＢＦａｃｔが目標空燃比ＡＢＦｔｇｔよりもリッチとなるため、時刻ｔ２以降にて目標エンジントルクＴｅ＊の増大を継続すると、時刻ｔ３にて空燃比ＡＢＦａｃｔがストイキ近傍よりもリッチ化してしまう。本発明の制御装置を適用しない場合には、圧縮自己着火式燃焼を継続するため、前述の通り、圧縮自己着火式燃焼モードでは空燃比がストイキ近傍よりリッチ化した場合には燃焼不安定化し、失火が発生することで、時刻ｔ３以降では目標エンジントルクＴｅ＊の増加に関わらず、エンジントルクＴｅが減少すると共に、エンジン回転速度Ｎｅが減少する。時刻ｔ４にて目標エンジントルクＴｅ＊が領域上限値Ｔｕｌ以上となった場合には、圧縮自己着火式燃焼モードから火花点火式燃焼モードへと切替えるため、時刻ｔ４以降では、エンジントルクＴｅを増加させることが可能であり、エンジン回転速度Ｎｅが増加する。以上のように、圧縮自己着火式燃焼モード時の空燃比のリッチ化に応じて領域上限値を変更しない場合には、エンジントルクの変動が発生し、運転性能を確保することが困難となる。
【００８６】
図１３は本発明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燃焼モードと圧縮自己着火式燃焼モードとの切替制御を適用した場合に、圧縮自己着火式燃焼モード時の空燃比が初期設定値よりもリッチ化する場合のタイミングチャートを示す。
【００８７】
図１３において、横軸は時間を示している。図１３（Ａ）の縦軸は、エンジントルクＴｅを示している。図の上方に向かってエンジントルクは増加している。図１３（Ｂ）の縦軸は、エンジン回転速度Ｎｅを示している。図の上方に向かってエンジン回転速度は増加している。図１３（Ｃ）は空燃比を示している。図の上方に向かって空燃比はリーンとなる。図１３（Ｄ）は燃焼モードフラグを示している。Ｆｅｘ＝０は燃焼モードが火花点火式燃焼モードであることを示し、Ｆｅｘ＝１は燃焼モードが圧縮自己着火式燃焼モードであることを示している。図１３（Ｅ）は圧縮自己着火式燃焼領域のエンジントルク方向の領域上限値Ｔｕｌを空燃比に応じて変化させる量である領域上限値補正量ΔＴｕｌを示している。図上方に向かって領域補正量ΔＴｕｌは増加している。
【００８８】
図１３において、図１３（Ａ）の実線は目標エンジントルクＴｅ＊を示し、破線は発生するエンジントルクＴｅを示し、点線は図５に示す圧縮自己着火式燃焼領域の領域上限値の初期設定値であるＴｕｌを示し、太線は領域上限値Ｔｕｌに領域上限値補正量ΔＴｕｌを減じた新規領域上限値ｎＴｕｌを示している。図１３（Ｂ）の点線であるＮｅ_ＡおよびＮｅ_Ｂはそれぞれ、圧縮自己着火式燃焼が実施可能なエンジン回転速度の下限値および上限値を示している。図１３（Ｃ）の実線は空燃比センサ９の出力信号である計測空燃比ＡＢＦａｃｔを示し、破線は図６のマップのように、圧縮自己着火式燃焼モードにおける目標空燃比の初期設定値ＡＢＦｔｇｔを示し、点線は火花点火式燃焼モードにて設定されるストイキ近傍の空燃比を示している。
【００８９】
図１３の横軸において、時刻ｔａ１は目標エンジントルクＴｅ＊が領域上限値Ｔｕｌ以下となった時刻を示している。図１３の横軸において、時刻ｔａ２は、図１３（Ｃ）において演算した目標空燃比ＡＢＦｔｇｔと計測空燃比ＡＦＢａｃｔとの差分であるΔＡＢＦを演算し、ΔＡＢＦに基づいて領域上限値をＴｕｌから新規領域上限値ｎＴｕｌへと変更した時刻を示している。図１３の横軸において、時刻ｔａ３は目標エンジントルクＴｅ＊が増加を開始した時刻を示している。図１３の横軸において、時刻ｔａ４は、図１３（Ａ）において、目標エンジントルクＴｅ＊が新規領域上限値ｎＴｕｌ以上となった時刻、かつ、図１３（Ｃ）において、計測空燃比ＡＢＦａｃｔがストイキ近傍となった時刻を示している。図１３の横軸において、時刻ｔａ５は目標エンジントルクＴｅ＊が領域上限値Ｔｕｌ以上となった時刻を示している。
【００９０】
火花点火式燃焼モードを実施中に、時刻ｔａ１において目標エンジントルクＴｅ＊が領域上限値Ｔｕｌ以下となり、かつ、エンジン回転速度ＮｅがＮｅ_Ａ以上かつＮｅ_Ｂ以下である場合には、圧縮自己着火式燃焼モードへと燃焼モードを切替えるべく、燃焼モードフラグＦｅｘを０から１へと変更する。その後、時刻ｔａ１以降では圧縮自己着火式燃焼モードが実行される。このとき、計測空燃比ＡＢＦａｃｔが目標空燃比ＡＢＦｔｇｔよりもリッチであると検出されるため、時刻ｔａ２において、空燃比の差分ΔＡＢＦを演算し、ΔＡＢＦに基づいて領域上限値補正量ΔＴｕｌを演算した後、ΔＴｕｌに基づいて領域上限値をＴｕｌから新規領域上限値ｎＴｕｌへと変更する（Ｔｕｌ＜ｎＴｕｌ）。時刻ｔａ３において目標エンジントルクＴｅ＊が増加を開始した後、空燃比ＡＢＦａｃｔがリッチ化していく。この際、時刻ｔａ４において目標エンジントルクＴｅ＊が新規領域上限値ｎＴｕｌ以上となった場合には速やかに燃焼モードを圧縮自己着火式燃焼モードから火花点火式燃焼モードへと切替えるべく、燃焼モードフラグＦｅｘを１から０へと変更する。これにより空燃比ＡＢＦａｃｔが適切に制御され、時刻ｔａ４以降には火花点火式燃焼モードの空燃比であるストイキ近傍を保持する。そのため、圧縮自己着火式燃焼モード時の空燃比がストイキ近傍よりもリッチ化することを防止することが可能であるため、目標エンジントルクに対するエンジントルクの低下（失火）とエンジン回転速度の落ち込みを抑制することが可能であり、目標エンジントルクに応じたエンジントルクを発生することが可能となる。
【００９１】
以上より、本発明の実施形態である圧縮自己着火式内燃機関の制御装置を適用することにより、圧縮自己着火式燃焼モード時の空燃比が初期設定の目標空燃比よりもリッチ化した場合においても、圧縮自己着火式燃焼領域の領域上限値を適切に変更することにより、圧縮自己着火式燃焼モード時の空燃比がストイキ近傍よりもリッチ化することを防止することで失火の発生を防止し、圧縮自己着火式内燃機関の運転性を確保することが可能となる。
【００９２】
本発明の実施形態であ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時の空燃比が初期設定の目標空燃比よりもリッチであった場合の具体的動作は、これに限るものでなく、下記の通りであってもよい。具体的には、図１３において、時刻ｔａ２にて演算した空燃比の差分ΔＡＢＦから領域上限値補正量ΔＴｕｌを演算するものではなく、時刻ｔａ３における目標エンジントルクＴｅ＊の増加傾向から時刻ｔａ５にて目標エンジントルクＴｅ＊が初期設定の領域上限値Ｔｕｌ以上となることを推測し、先に演算したΔＡＢＦに基づいて時刻ｔａ５から時間Δｔａだけ早期化した時期にて燃焼モードを圧縮自己着火式燃焼モードから火花点火式燃焼モードへと切替える必要があると判断し、時刻ｔａ４において燃焼モードフラグＦｅｘを１から０へと切替えるものであっても良い。
【００９３】
次に図１４および図１５を用いて、圧縮自己着火式燃焼モード時の空燃比が初期設定の目標空燃比よりもリーン化した場合に関して説明する。
【００９４】
図１４は本発明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と圧縮自己着火式燃焼モードとの切替制御を適用しない場合に、圧縮自己着火式燃焼モード時の空燃比が初期設定値よりもリーン化する場合のタイミングチャートを示す。
【００９５】
図１４において、横軸は時間を示している。図１４（Ａ）の縦軸は、エンジントルクＴｅを示している。図の上方に向かってエンジントルクは増加している。図１４（Ｂ）の縦軸は、エンジン回転速度Ｎｅを示している。図の上方に向かってエンジン回転速度は増加している。図１４（Ｃ）は空燃比を示している。図の上方に向かって空燃比はリーンとなる。図１４（Ｄ）は燃焼モードフラグを示している。Ｆｅｘ＝０は燃焼モードが火花点火式燃焼モードであることを示し、Ｆｅｘ＝１は燃焼モードが圧縮自己着火式燃焼モードであることを示している。
【００９６】
図１４において、図１４（Ａ）の実線は目標エンジントルクＴｅ＊を示し、破線は発生するエンジントルクＴｅを示し、点線は図５に示す圧縮自己着火式燃焼領域の領域上限値の初期設定値であるＴｕｌを示している。図１４（Ｂ）の点線のＮｅ_ＡおよびＮｅ_Ｂはそれぞれ、圧縮自己着火式燃焼が実施可能なエンジン回転速度の下限値および上限値を示している。図１４（Ｃ）の実線は空燃比センサ９の出力信号である計測空燃比ＡＢＦａｃｔを示し、破線は図６のマップのように、圧縮自己着火式燃焼モードにおける目標空燃比の初期設定値ＡＢＦｔｇｔを示し、点線は火花点火式燃焼モードにて設定されるストイキ近傍の空燃比を示している。
【００９７】
図１４の横軸において、時刻ｔｂ１は目標エンジントルクＴｅ＊が領域上限値Ｔｕｌ以下となった時刻を示している。図１４の横軸において、時刻ｔｂ２は目標エンジントルクＴｅ＊が増加を開始した時刻を示している。図１４の横軸において、時刻ｔｂ３は目標エンジントルクＴｅ＊が初期設定の領域上限値Ｔｕｌ以上となり、燃焼モードフラグが１から０へと変更した時刻を示している。図１４の横軸において、時刻ｔｂ４は時刻ｔｂ３にて燃焼モードを火花点火式燃焼モードへと切替えずに圧縮自己着火式燃焼モードを継続しながら目標エンジントルクＴｅ＊を増加させた際に、空燃比ＡＢＦａｃｔがストイキ近傍となる時刻であり、目標エンジントルクＴｅ＊が領域上限値Ｔｕｌ以上となった時刻を示している。
【００９８】
火花点火式燃焼モードを実施中に、時刻ｔｂ１において目標エンジントルクＴｅ＊が領域上限値Ｔｕｌ以下となり、かつ、エンジン回転速度がＮｅ_Ａ以上かつＮｅ_Ｂ以下である場合には、圧縮自己着火式燃焼モードへと燃焼モードを切替えるべく、燃焼モードフラグＦｅｘを０から１へと変更する。時刻ｔｂ１以降では圧縮自己着火式燃焼モードが実行されるが、空燃比ＡＢＦａｃｔが目標空燃比ＡＢＦｔｇｔよりもリーンとなるため、時刻ｔｂ２以降より目標エンジントルクＴｅ＊の増大を継続した場合、空燃比ＡＢＦａｃｔがストイキ近傍よりもリーンとなる時刻ｔｂ３において、目標エンジントルクＴｅ＊が初期設定での領域上限値Ｔｕｌ以上となることから、以降の目標エンジントルクＴｅ＊の増加にも圧縮自己着火式燃焼モードが継続可能であるにも関わらず、燃焼モードを火花点火式燃焼モードへと切替えるべく、燃焼モードフラグＦｅｘを１から０へと変更してしまう。そのため、時刻ｔｂ３から時刻ｔｂ４の期間にて圧縮自己着火式燃焼モードを実施することによる燃費削減ポテンシャルを有効活用することができない場合がある。
【００９９】
図１５は本発明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燃焼モードと圧縮自己着火式燃焼モードとの切替制御を適用した場合に、圧縮自己着火式燃焼モード時の空燃比が初期設定値よりもリーン化する場合のタイミングチャートを示す。
【０１００】
図１５において、横軸は時間を示している。図１５（Ａ）の縦軸は、エンジントルクＴｅを示している。図の上方に向かってエンジントルクは増加している。図１５（Ｂ）の縦軸は、エンジン回転速度Ｎｅを示している。図の上方に向かってエンジン回転速度は増加している。図１５（Ｃ）は空燃比を示している。図の上方に向かって空燃比はリーンとなる。図１５（Ｄ）は燃焼モードフラグを示している。Ｆｅｘ＝０は燃焼モードが火花点火式燃焼モードであることを示し、Ｆｅｘ＝１は燃焼モードが圧縮自己着火式燃焼モードであることを示している。図１５（Ｅ）は圧縮自己着火式燃焼領域のエンジントルク方向の領域上限値Ｔｕｌを空燃比に応じて変化させる量である領域上限値補正量ΔＴｕｌを示している。図上方に向かって領域補正量ΔＴｕｌは増加している。
【０１０１】
図１５において、図１５（Ａ）の実線は目標エンジントルクＴｅ＊を示し、破線は発生するエンジントルクＴｅを示し、点線は図５に示す圧縮自己着火式燃焼領域の領域上限値の初期設定値であるＴｕｌを示し、太線は領域上限値Ｔｕｌに領域上限値補正量ΔＴｕｌを減じた新規領域上限値ｎＴｕｌを示している。図１５（Ｂ）の点線であるＮｅ_ＡおよびＮｅ_Ｂはそれぞれ、圧縮自己着火式燃焼が実施可能なエンジン回転速度の下限値および上限値を示している。図１５（Ｃ）の実線は空燃比センサ９の出力信号である計測空燃比ＡＢＦａｃｔを示し、破線は図６のマップのように、圧縮自己着火式燃焼モードにおける目標空燃比の初期設定値ＡＢＦｔｇｔを示し、点線は火花点火式燃焼モードにて設定されるストイキ近傍の空燃比を示している。
【０１０２】
図１５の横軸において、時刻ｔｃ１は目標エンジントルクＴｅ＊が領域上限値Ｔｕｌ以下となった時刻を示している。図１５の横軸において、時刻ｔｃ２は、図１５（Ｃ）において演算した目標空燃比ＡＢＦｔｇｔと計測空燃比ＡＦＢａｃｔとの差分であるΔＡＢＦを演算し、ΔＡＢＦに基づいて領域上限値をＴｕｌから新規領域上限値ｎＴｕｌへと変更した時刻を示している。図１５の横軸において、時刻ｔｃ３は目標エンジントルクＴｅ＊が増加を開始した時刻を示している。図１５の横軸において、時刻ｔｃ４は、図１５（Ａ）において、目標エンジントルクＴｅ＊が新規領域上限値Ｔｕｌ以上となった時刻、かつ、図１５（Ｃ）において、初期設定の目標空燃比ＡＢＦａｃｔがストイキ近傍となった時刻を示している。図１５の横軸において、時刻ｔａ５は目標エンジントルクＴｅ＊が新規領域上限値ｎＴｕｌ以上となった時刻であり、計測空燃比ＡＢＦａｃｔがストイキ近傍となった時刻を示している。
【０１０３】
火花点火式燃焼モードを実施中に、時刻ｔｃ１において目標エンジントルクＴｅ＊が領域上限値Ｔｕｌ以下となり、かつ、エンジン回転速度ＮｅがＮｅ_Ａ以上かつＮｅ_Ｂ以下である場合には、圧縮自己着火式燃焼モードへと燃焼モードを切替えるべく、燃焼モードフラグＦｅｘを０から１へと変更する。その後、時刻ｔｃ１以降では圧縮自己着火式燃焼モードが実行される。このとき、計測空燃比ＡＢＦａｃｔが目標空燃比ＡＢＦｔｇｔよりもリーンであると検出されるため、時刻ｔｃ２において、空燃比の差分ΔＡＢＦを演算し、ΔＡＢＦに基づいて領域上限値補正量ΔＴｕｌを演算した後、ΔＴｕｌに基づいて領域上限値をＴｕｌから新規領域上限値ｎＴｕｌへと変更する（Ｔｕｌ＞ｎＴｕｌ）。時刻ｔｃ３において目標エンジントルクＴｅ＊が増加を開始した後、空燃比ＡＢＦａｃｔがリーン化していく。この際、時刻ｔｃ４において目標エンジントルクＴｅ＊が初期設定の領域上限値Ｔｕｌ以上となるが、空燃比がリーンであるため、以降も圧縮自己着火式燃焼モードが継続可能と判断し、圧縮自己着火式燃焼モードを継続するため、目標エンジントルクＴｅ＊の増加に伴い、計測空燃比ＡＢＦａｃｔがリッチ方向へ変化していく。時刻ｔｃ５にて目標エンジントルクＴｅ＊が新規領域上限値ｎＴｕｌ以上となった際には、計測空燃比ＡＢＦａｃｔがストイキ近傍となり、燃焼モードを圧縮自己着火式燃焼モードから火花点火式燃焼モードへと切替えるべく、燃焼モードフラグＦｅｘを１から０へと変更する。
【０１０４】
以上より、本発明の実施形態である圧縮自己着火式内燃機関の制御装置を手強することにより、圧縮自己着火式燃焼モード時の計測空燃比ＡＢＦａｃｔが初期設定の目標空燃比ＡＢＦｔｇｔよりもリーンである場合でも、圧縮自己着火式燃焼モードの領域上限値をエンジントルク増加方向へと変更することにより、目標エンジントルクの増加に対しても、圧縮自己着火式燃焼モードを実施可能なエンジントルクまで継続することから、圧縮自己着火式燃焼モードの燃費ポテンシャルを有効活用し、更なる燃費削減を実現することが可能となる。
【０１０５】
本発明の実施形態であ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時の空燃比が初期設定の目標空燃比よりもリーンであった場合の具体的動作は、これに限るものでなく、下記の通りであってもよい。具体的には、図１５において、時刻ｔｃ２にて演算した空燃比の差分ΔＡＢＦから領域上限値補正量ΔＴｕｌを演算するものではなく、時刻ｔｃ３における目標エンジントルクＴｅ＊の増加傾向から時刻ｔｃ４にて目標エンジントルクＴｅ＊が初期設定の領域上限値Ｔｕｌ以上となることを推測し、先に演算したΔＡＢＦに基づいて時刻ｔｃ４から時間Δｔｃだけ遅延した時期にて燃焼モードを圧縮自己着火式燃焼モードから火花点火式燃焼モードへと切替えることが可能であると判断し、時刻ｔｃ５において燃焼モードフラグＦｅｘを１から０へと切替えるものであっても良い。
【０１０６】
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。
【０１０７】
より具体的には、圧縮自己着火式燃焼モード時の空燃比は排気管８の適宜位置に備えられた空燃比センサ９の出力信号に基づくものであったが、エアフローセンサ１、または、図には明記していないが、吸気管内の圧力を計測するセンサ、または、シリンダに流入する空気量の温度を計測するセンサ、または、大気圧を計測するセンサ、または、機関温度を計測するセンサ、または、インジェクタ３を通過する燃料流量を計測するセンサ、または、インジェクタ３から燃料を噴射するために燃料に加えられる圧力を計測するセンサ、の出力信号に基づき推定するものであっても良い。
【０１０８】
上述の通り、本発明を適用することにより、圧縮自己着火式燃焼モード時の空燃比に応じて適切に燃焼モードの切替えを実施することで、空燃比がリッチ化による失火などの運転性の悪化を抑制することができるとともに、空燃比がリーンによる燃費ポテンシャルの有効活用が可能となる。
【符号の説明】
【０１０９】
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 クランク軸
１２ クランク角度センサ
１３ ピストン
２０ ＥＣＵ
２０ａ 入力回路
２０ｂ 入出力ポート
２０ｃ ＲＡＭ
２０ｄ ＲＯＭ
２０ｅ ＣＰＵ
２０ｆ 電子スロットル駆動回路
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
２１ 燃焼モード切替判定部
２１ａ 領域上限値演算部
２１ｂ 目標空燃比演算部
２１ｃ，２１ｅ 引算部
２１ｄ 領域上限値補正量演算部
２１ｆ 燃焼モード切替部
２２ 火花点火式燃焼用操作量演算部
２３ 圧縮自己着火式燃焼用操作量演算部
２４ 燃焼モード切替部
１００ エンジン
１１１ 排気温度センサ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧縮自己着火式内燃機関の制御装置に係り、特に、火花点火式燃焼と圧縮自己着火式燃焼との燃焼モードの切替えに好適な圧縮自己着火式内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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（以下、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など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。
【０００３】
圧縮自己着火式燃焼を実現する手段の１つとして、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、ＥＧＲ率が比較的低い領域にて実施可能であるのに対して、上記手段を適用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。なお、ＥＧＲの導入方法としては、排気行程において吸気バルブおよび排気バルブの双方が閉じている期間である負のオーバーラップ期間を設けることでシリンダ内に排出ガスを残留させる方法（内部ＥＧＲ）、または、吸気バルブ上流に排気管からのバイパスを設けることで新気と一緒に排出ガスを吸入する方法（外部ＥＧＲ）、または、吸気行程にて排気バルブを開くことで排出ガスを再吸入する方法（排気再吸入）が用いられる。
【０００４】
上記のような圧縮自己着火式燃焼の方法を適用した場合、シリンダ内に大量の排出ガスを導入することから、新気量が限られるため、過給しない場合には発生可能なエンジントルクが低負荷側に限られる。また、吸気，圧縮，膨張，排出といった行程の中で、燃料が化学反応する有限の時間を確保する必要があることから、エンジン回転速度も低回転速度側に限られることが知られている。
【０００５】
そのため、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。
【０００６】
圧縮自己着火式燃焼は火花点火式燃焼と比較して、シリンダ内の空気量と燃料量の質量比である空燃比がよりリーン（燃料量が少ない）な雰囲気においても燃焼可能である。そのため、燃費低減，ＮＯｘ排出量の低減を狙って、圧縮自己着火式燃焼では空燃比をリーンに設定する。これはスロットル開度を全開として空気量をシリンダ内に多量に取り込むことで実現する。ただし、自然吸気エンジンにおいては前述のとおり新気量が限られるため、圧縮自己着火式燃焼領域の空燃比はエンジントルクが増大するにつれて、リッチ（燃料が多い）へと変化する。特に、空燃比が過剰にリッチとなる場合には、シリンダ内の酸素濃度低下および混合気温度の低下によって、燃料の酸化反応が進行困難となり、燃焼安定性が低下し、最終的には失火する場合がある。以上のことから、圧縮自己着火式燃焼領域での高負荷側の空燃比はストイキ近傍に設定されることが多い。
【０００７】
上述の通り、圧縮自己着火式燃焼では、スロットルを全開として空気量を多量にシリンダ内に導入し、空燃比をリーンとするが、導入可能な空気量は諸条件により変化する。その条件としては、大気圧や気温といった周辺環境，シリンダのガス交換を実施する吸気および排気バルブの製造ばらつきや劣化といった動作状態、および、燃料を噴射するインジェクタの動作状態などが挙げられる。
【０００８】
圧縮自己着火式燃焼にて高エンジントルクを発生しようとした際に、これらの諸条件の変化によって空燃比がリッチ化した場合には、当初予定した空燃比よりも過剰にリッチ化することで、圧縮自己着火式燃焼を継続不可能な状態に陥り、失火が発生する。また、空燃比がリーン化した場合には、当初予定された空燃比よりもリーンな状態で燃焼を実施することが可能であるため、圧縮自己着火式燃焼領域を高エンジントルク側へ拡大可能であり、更なる燃費低減が可能である。しかしながら、初期設定での圧縮自己着火式燃焼領域を維持すると、その燃費低減ポテンシャルを有効に活用することができない。
【０００９】
以上のことから、圧縮自己着火エンジンのような２つの燃焼形態を切替えるエンジンにおいて運転性の確保と燃費低減を満足するためには、圧縮自己着火式燃焼時の空燃比に応じて圧縮自己着火式燃焼領域を変更しなければならないという問題があった。
【００１０】
この問題を解決する方法として、空燃比に基づいて燃焼領域を変更する技術が知られている（例えば、特許文献１）。特許文献１は、ディーゼルエンジンにおいて、比較的に低いエンジントルクにて実施する燃焼領域での燃焼と、高エンジントルクにて実施する第２の燃焼領域での燃焼とを切替える技術に関するものである。具体的には、燃焼領域で運転中の空燃比に基づき、空燃比がリッチの場合は燃焼領域のエンジントルク上限値を高エンジントルク側へ変更する。また、空燃比がリーンの場合には燃焼領域のエンジントルク上限値を低エンジントルク側へ変更するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２０００−１１０６７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上記特許文献１で開示された技術はディーゼルエンジンには有効であるが、圧縮自己着火エンジンに適用した場合には、運転性と燃費低減を満足することができない。具体的には、圧縮自己着火式燃焼時の空燃比が初期設定よりもリッチである場合に圧縮自己着火式燃焼領域の上限値を高エンジントルク側へ変更する。この際、空燃比がリッチであることから当初の状態よりも新気量が少ないにも関わらず、エンジントルクを高めるに従って燃料量を増量することとなり、新たに設定した圧縮自己着火式燃焼領域近傍での空燃比が過剰にリッチ化してしまい、失火が発生するという問題があった。また、圧縮自己着火式燃焼時の空燃比が初期設定よりもリーンである場合に圧縮自己着火式燃焼領域の上限値を低エンジントルク側へ変更した場合には、該上限値での空燃比がリーンであるにも関わらず、圧縮自己着火式燃焼の実施を制限することとなり、燃費低減ポテンシャルを有効活用することができないといった問題があった。
【００１３】
上記問題に鑑み、本発明の目的は、圧縮自己着火エンジンにおいて、エンジンの周辺環境および搭載装置の動作状態が変化したことによって空燃比が変化した場合においても、運転性と低燃費を満足することができる制御手法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するために、本発明に係る圧縮自己着火式内燃機関の制御装置は、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、前記燃焼室を形成するピストンの上昇に伴う、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する圧縮自己着火式内燃機関の制御装置であって、前記空燃比が所定値よりもリッチである際には、前記内燃機関の作動状態であるトルクと機関回転速度にて決定される前記圧縮自己着火式燃焼モードを安定的に実施可能な圧縮自己着火式燃焼領域の前記トルク方向の上限値を前記トルクが減少する方向に変更することを特徴とする。
【００１５】
また、該制御装置は、前記圧縮自己着火式燃焼モードを実施中の前記空燃比が所定値よりもリーンである際には、前記圧縮自己着火式燃焼領域の前記トルク方向の上限値を前記トルクが増加する方向へと変更することを特徴とする。
【００１６】
別の形態として、本発明に係る圧縮自己着火式内燃機関の制御装置は、前記圧縮自己着火式燃焼モードを実施中の前記空燃比が所定値よりもリッチであり、前記圧縮自己着火式燃焼モードを実施中に、前記圧縮自己着火式燃焼領域の上限値以上に前記トルクを増加させる要求があった際に、前記トルクを増加させる要求がある以前の前記トルクを基準として、前記圧縮自己着火式燃焼モードにて前記トルクを増加させる量を、前記空燃比が所定値である場合の増加量よりも減量して、前記圧縮自己着火式燃焼モードにて前記トルクを増加した後、前記火花点火式燃焼モードにて前記トルクを増加することを特徴とする。
【００１７】
また、該制御装置は、前記圧縮自己着火式燃焼モードを実施中の前記空燃比が所定値よりもリーンであり、前記圧縮自己着火式燃焼モードを実施中に、前記圧縮自己着火式燃焼領域の上限値以上に前記トルクを増加させる要求があった際に、前記トルクを増加させる要求がある以前の前記トルクを基準として、前記圧縮自己着火式燃焼モードにて前記トルクを増加させる量を、前記空燃比が所定値である場合の増加量よりも増量して、前記圧縮自己着火式燃焼モードにて前記トルクを増加した後、前記火花点火式燃焼モードにて前記トルクを増加することを特徴とする。
【００１８】
更に別の形態として、本発明に係る圧縮自己着火式内燃機関の制御装置は、前記圧縮自己着火式燃焼モードを実施中の前記空燃比が所定値よりもリッチであり、前記圧縮自己着火式燃焼モードを実施中に、前記圧縮自己着火式燃焼領域の上限値以上に前記トルクを増加させる要求があった際に、前記トルクを増加させる要求がある以前に前記圧縮自己着火式燃焼モードを継続する期間を基準として、前記圧縮自己着火式燃焼モードにて前記トルクを増加させる期間を短縮して、前記圧縮自己着火式燃焼モードにて前記トルクを増加した後、前記火花点火式燃焼モードにて前記トルクを増加することを特徴とする。
【００１９】
また、該制御装置は、前記圧縮自己着火式燃焼モードを実施中の前記空燃比が所定値よりもリーンであり、前記圧縮自己着火式燃焼モードを実施中に、前記圧縮自己着火式燃焼領域の上限値以上に前記トルクを増加させる要求があった際に、前記トルクを増加させる要求がある以前に前記圧縮自己着火式燃焼モードを継続する期間を基準として、前記圧縮自己着火式燃焼モードにて前記トルクを増加させる期間を延長して、前記圧縮自己着火式燃焼モードにて前記トルクを増加した後、前記火花点火式燃焼モードにて前記トルクを増加することを特徴とする。
【００２０】
また、本発明に係る圧縮自己着火式内燃機関の制御装置において、圧縮自己着火式燃焼領域の上限値を変更するために使用される前記空燃比は、前記排気弁の下流に設けられた空燃比を検出するセンサの出力信号に基づいて決定することを特徴とする。
【００２１】
別の形態としては、前記空燃比は、前記内燃機関に設けられた、吸気管内を通過する空気流量を計測するセンサ、または、吸気管内の圧力を計測するセンサ、または、前記燃焼室に流入する空気量の温度を計測するセンサ、または、大気圧を計測するセンサ、または、前記内燃機関の機関温度を計測するセンサ、または、前記インジェクタを通過する前記燃料の流量を計測するセンサ、または、前記インジェクタから前記燃料を噴射するために前記燃料に加えられる圧力を計測するセンサ、のいずれか一つの出力信号に基づいて決定することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、周辺環境の変化や、エンジンに搭載される装置の動作状態に変化が生じることで圧縮自己着火式燃焼での空燃比が変化した場合にも、失火を抑制して運転性を確保し、さらに圧縮自己着火式燃焼が持つ燃費低減ポテンシャルを活用することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明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。
【図２】本発明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。
【図３】本発明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。
【図４】本発明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判定の構成を示す制御ブロック図である。
【図５】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と、圧縮自己着火式燃焼領域のエンジントルク方向の上限値を示す説明図である。
【図６】圧縮自己着火式燃焼領域において、所定条件における圧縮自己着火式燃焼モード時の空燃比を示す説明図である。
【図７】本発明の実施形態において、圧縮自己着火式燃焼モード時の計測空燃比が初期設定の目標空燃比よりもリッチの際に、圧縮自己着火領域の領域上限値を低エンジントルク側へ変更する動作を示す説明図である。
【図８】本発明の実施形態において、圧縮自己着火式燃焼モード時の計測空燃比が初期設定の目標空燃比よりもリーンの際に、圧縮自己着火領域の領域上限値を高エンジントルク側へ変更する動作を示す説明図である。
【図９】本発明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】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】図９のＳ１３０（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】本発明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適用しない場合に、圧縮自己着火式燃焼モード時の計測空燃比が初期設定の目標空燃比よりもリッチである場合の、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モード切替制御の内容を示すタイミングチャートである。
【図１３】本発明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、火花点火式燃焼モードと圧縮自己着火式燃焼モードとの燃焼モード切替制御を実施した場合の中でも、圧縮自己着火式燃焼モード時の計測空燃比が初期設定の目標空燃比よりもリッチである場合の動作内容を示すタイミングチャートである。
【図１４】本発明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適用しない場合に、圧縮自己着火式燃焼モード時の計測空燃比が初期設定の目標空燃比よりもリーンである場合の、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モード切替制御の内容を示すタイミングチャートである。
【図１５】本発明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、火花点火式燃焼モードと圧縮自己着火式燃焼モードとの燃焼モード切替制御を実施した場合の中でも、圧縮自己着火式燃焼モード時の計測空燃比が初期設定の目標空燃比よりもリーンである場合の動作内容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】
【００２４】
以下、図１〜図１５を用いて、本発明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。
【００２５】
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。
【００２６】
図１は、本発明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。
【００２７】
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して燃焼室に噴射された燃料に点火する点火プラグ（点火装置）４と、がシリンダ７の各々の適宜位置に備えられている。
【００２８】
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。
【００２９】
さらに、エンジン１００には、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が排気管８の適宜位置に備えられる。また、クランク軸１１には、回転角度を算出するためのクランク角度センサ１２が備えられている。さらに、アクセル開度を検出するアクセル開度センサ１６が備えられている。
【００３０】
エアフローセンサ１と空燃比センサ９とクランク角センサ１２とから得られる信号は、エンジンコントロールユニット（制御装置：ＥＣＵ）２０に送られる。また、アクセル開度センサ１６から得られる信号は、ＥＣＵ２０に送られる。尚、アクセル開度センサ１６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１６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１６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１２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。
【００３１】
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、吸気バルブ５ａ及び排気バルブ５ｂからなる可変バルブ５へ送られる。
【００３２】
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。
【００３３】
図２は、本発明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。
【００３４】
エアフローセンサ１，空燃比センサ９，排気温度センサ１１１，クランク角センサ１２の出力信号は、ＥＣＵ２０の入力回路２０ａに入力される。但し、入力信号はこれらだけに限られず、上述した信号も入力される。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。入出力ポート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。
【００３５】
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を制御し、後述する燃焼制御を行う。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。
【００３６】
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。
【００３７】
図３は、本発明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。
【００３８】
ＥＣＵ２０は、火花点火式燃焼と圧縮自己着火式燃焼とで燃焼モードの切替を実施する際には、運転性能悪化を抑制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、火花点火式燃焼と圧縮自己着火式燃焼との燃焼モード切替制御について説明する。
【００３９】
ＥＣＵ２０は、燃焼モード切替判定部２１と、火花点火式燃焼用操作量演算部２２と、圧縮自己着火式燃焼用操作量演算部２３と、燃焼モード切替部２４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。
【００４０】
燃焼モード切替判定部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、空燃比センサ９からの出力信号であるＡＢＦｔｇｔに基づいて、後述する図５および図６のマップを用いて、燃焼モードを切替可能かを判定し、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１６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１２の検出信号に基づいて、ＥＣＵ２０の内部で別途算出される。
【００４１】
ここで、図４を用いて、燃焼モード切替判定部２１に関して説明する。図４は、図３の燃焼モード切替判定部２１の構成を示す制御ブロック図である。燃焼モード切替判定部２１は、領域上限値演算部２１ａと、目標空燃比演算部２１ｂと、引算部２１ｃと、領域上限値補正量演算部２１ｄと、引算部２１ｅと、燃焼モード切替部２１ｆとを備えている。
【００４２】
領域上限値演算部２１ａは例えば図５に示すマップに基づき、圧縮自己着火式燃焼モードが実施可能なエンジントルクＴｅの上限値Ｔｕｌを演算する。
【００４３】
ここで図５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５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、燃焼領域と、圧縮自己着火式燃焼モードを実施可能な目標エンジントルクＴｅ＊の上限値の説明図である。図５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。
【００４４】
火花点火式燃焼モード（ＳＩ：Spark Ignition）は、点火プラグ（点火装置）４によってインジェクタ３から噴霧された燃料に点火・燃焼させてエンジン（内燃機関）を作動させる燃焼モードであり、図５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。
【００４５】
一方、圧縮自己着火式燃焼モード（ＨＣＣＩ：Homogeneous Charge Compression Ignition）は、燃焼室を形成するピストン１４の上昇に伴う、シリンダ内の圧力上昇によってインジェクタ３から噴射された燃料を燃焼させて内燃機関（エンジン）を作動させるものであり、これ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、火花点火式燃焼モードに比べて燃焼室内の内部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５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。
【００４６】
また、図５には、圧縮自己着火式燃焼モードが実施可能な領域における、エンジントルクＴｅの上限値Ｔｕｌを示している。上述の通り、内部ＥＧＲ導入では新気量が限られることから、上限値Ｔｕｌはエンジン回転速度Ｎｅに応じて決定される。図５に示す圧縮自己着火式燃焼モードを実施可能な領域とエンジントルクの上限値は、予め試験やシミュレーションにより決定するものであってもよいし、圧縮自己着火式燃焼を記述する数式モデルに基づくものであっても良い。
【００４７】
目標空燃比演算部２１ｂは例えば図６に示すマップに基づき、目標エンジントルクＴｅ＊とエンジン回転速度Ｎｅに応じて圧縮自己着火式燃焼モード時の目標空燃費ＡＢＦｔｇｔを演算する。
【００４８】
ここで図６を用いて、圧縮自己着火式燃焼モード時の目標空燃比について説明する。図６は、圧縮自己着火式燃焼モード時の目標エンジントルクＴｅ＊とエンジン回転速度Ｎｅで決定される運転条件における、所定状態での目標空燃比ＡＢＦｔｇｔを示す説明図である。図６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。
【００４９】
図５に示すとおり、圧縮自己着火式燃焼モードは低エンジントルク，低回転速度の運転条件に限られる。圧縮自己着火式燃焼モード時にはリーン燃焼を実施するために、電子制御スロットル２の開度を可能な限り大きくとり、シリンダ内に空気量を大量に導入する。このとき、圧縮自己着火式燃焼領域にて必要とされる燃料量は、エンジントルクＴｅが増加するに従って、かつ、エンジン回転速度が増加するに従って増加する。そのため、低エンジントルクかつ低エンジン回転速度では空燃比がリーンとなり、エンジントルクの増加およびエンジン回転速度の増加に伴い、燃料量が増加するに従って空燃比がリッチ化する。図６に記載した空燃比は所定条件での例であり、これに限るものではない。また、図６に示す目標空燃比ＡＢＦｔｇｔは予め実験やシミュレーションにて決定するものであっても良いし、圧縮自己着火燃焼時の空燃比を記述する数式モデルに基づいて演算するものであっても良い。
【００５０】
また、引算部２１ｃは目標ＡＢＦｔｇｔから空燃比センサ９の出力信号であるＡＢＦａｃｔを差し引き、空燃比の差分であるΔＡＢＦを演算する。
【００５１】
領域上限値補正量演算部２１ｄは空燃比の差分であるΔＡＢＦに基づき、圧縮自己着火式燃焼モードのエンジントルクの上限値Ｔｕｌを補正するためのΔＴｕｌを演算する。例えば、空燃比の差分であるΔＡＢＦを演算した際の運転条件を実現するための、燃料噴射量を演算し、ΔＡＢＦと該燃料噴射量に基づいてΔＡＢＦに伴う空気量を演算後、該空気量に基づいて領域上限値補正量ΔＴｕｌを演算するものであっても良い。また、図６に示す圧縮自己着火式燃焼モード時の目標空燃比ＡＢＦｔｇｔを示すマップに基づき、目標空燃比ＡＢＦｔｇｔからΔＡＢＦｔｇｔを減算し、図６の目標空燃比マップ上から現在のエンジン回転速度ＮｅにおいてＡＢＦｔｇｔからΔＡＢＦを減じた空燃比を検索し、一致した目標空燃比ＡＢＦｔｇｔとなるエンジントルク１を演算し、領域上限値Ｔｕｌからエンジントルクを減じた量をΔＴｕｌとするものであっても良い。また、領域上限値補正量演算部２１ｄは上記に限るものではなく、圧縮自己着火式燃焼を記述する数式モデルに基づくものであっても良い。
【００５２】
さらに、引算部２１ｅでは、領域上限値演算部２１ａの出力である領域上限値演算部Ｔｕｌから領域上限値補正量演算部２１ｄの出力である領域上限値補正量ΔＴｕｌを減じ、現在の運転状態における圧縮自己着火式燃焼モードのエンジントルクＴｅの新規領域上限値ｎＴｕｌとして出力する。
【００５３】
燃焼モード切替部２１ｆは例えば図５に示す燃焼領域に基づいて、火花点火式燃焼モード実施時に圧縮自己着火式燃焼モードが実施可能な運転領域であれば、目標エンジントルクＴｅ＊とエンジン回転速度Ｎｅと新規領域上限値ｎＴｕｌに基づき、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燃焼切替を実施すべく、燃焼モードフラグＦｅｘをＯＦＦ（＝０）からＯＮ（＝１）へと変更する。また、圧縮自己着火式燃焼モード実施時には、目標エンジントルクＴｅ＊とエンジン回転速度Ｎｅと新規領域上限値ｎＴｕｌに基づき、目標エンジントルクＴｅ＊とエンジン回転速度で決定される運転条件が圧縮自己着火式燃焼領域外へと変更した場合には、燃焼モードを圧縮自己着火式燃焼モードから火花点火式燃焼モードへと切替えるべく、燃焼モードフラグＦｅｘをＯＮ（＝１）からＯＦＦ（＝０）へと変更する。
【００５４】
また、図７および図８を用いて、燃焼モード切替判定部２１の具体的な演算を説明する。図７は運転条件ｘにおける空燃比センサ９の出力信号である計測空燃比ＡＢＦａｃｔが目標空燃比ＡＢＦｔｇｔよりもリッチであった場合の燃焼モード切替判定部２１の動作を示す説明図である。図７において、点Ａと点Ｂにて示される線分Ｔｕｌは初期設定における圧縮自己着火式燃焼モード領域のエンジントルク上限値を示す。また、点Ａ′と点Ｂ′にて示される線分ｎＴｕｌは領域上限値補正量ΔＴｕｌと領域上限値Ｔｕｌに基づいて決定される新規領域上限値を示す。新規領域上限値ｎＴｕｌは、空燃比の差分ΔＡＢＦが正（目標空燃比ＡＢＦｔｇｔよりも計測空燃比ＡＢＦａｃｔがリッチ）である場合には領域上限値補正量ΔＴｕｌを領域上限値Ｔｕｌから減算し、圧縮自己着火式燃焼領域を新規領域上限値ｎＴｕｌにて囲まれる初期設定よりも狭い領域（エンジントルクが低い領域）へと変更する。
【００５５】
さらに、図８は運転条件ｘにおける計測空燃比ＡＢＦａｃｔが目標空燃比よりもリーンである場合（空燃比の差分ΔＡＢＦが負となる場合）の燃焼モード切替判定部２１の動作を示す説明図である。図８において、点Ａと点Ｂにて示される線分Ｔｕｌは初期設定における圧縮自己着火式燃焼モード領域のエンジントルク上限値を示す。また、点Ａ′と点Ｂ′にて示される線分ｎＴｕｌは領域上限値補正量ΔＴｕｌと領域上限値Ｔｕｌに基づいて決定される新規領域上限値を示す。新規領域上限値ｎＴｕｌは、空燃比の差分ΔＡＢＦが負であるため、領域上限値補正量ΔＴｕｌを領域上限値Ｔｕｌに加算し、圧縮自己着火式燃焼領域を新規領域上限値ｎＴｕｌにて囲まれる初期設定よりも広い領域（エンジントルクが広い領域）へと変更する。
【００５６】
図３において、火花点火式燃焼用操作量演算部２２は、目標エンジントルクＴｅ＊とエンジン回転速度Ｎｅに基づいて、火花点火式燃焼を実施するためのエンジンに備えられたデバイス（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など）の目標設定値を演算する。また、圧縮自己着火式燃焼用操作量演算部２３は、目標エンジントルクＴｅ＊とエンジン回転速度Ｎｅに基づいて、圧縮自己着火式燃焼を実施するための上記デバイスの目標設定値を演算する。さらに、燃焼モード切替部２４は、燃焼モードフラグＦｅｘと、火花点火式燃焼用操作量演算部２２からの演算結果と、圧縮自己着火式燃焼用操作量演算部２３の演算結果に基づき、燃焼モードフラグＦｅｘに応じた燃焼モードを実現すべく、上記デバイスの目標設定値をＯＰｔｇｔとして各デバイスに出力する。
【００５７】
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運転される。
【００５８】
ここで、目標操作量ＯＰｔｇｔとは、エンジン１００を燃焼制御する際に操作する、電子制御スロットル２の開度（スロットル開度），インジェクタ３への燃料噴射パルス幅や燃料噴射時期，点火プラグ４への点火時期，吸気バルブ５ａの開時期および作動期間、および排気バルブ５ｂの開閉時期である。これらの目標操作量ＯＰｔｇｔは、図２に示した、それぞれ対応する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に出力され、これらの回路を介して、目標操作量ＯＰｔｇに応じて、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が制御され、これによりエンジン１００の燃焼制御がされる。
【００５９】
次に、図９から図１５を用いて、本実施形態における圧縮自己着火式内燃機関の制御装置により、火花点火式燃焼モードから圧縮自己着火式モードへの燃焼モード切替時の制御内容について説明する。
【００６０】
図９は、本発明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中でも、圧縮自己着火式燃焼モードから火花点火式燃焼モードへの切替制御を示すタイミングチャートである。図１３は、本発明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、圧縮自己着火式燃焼モードから火花点火式燃焼モードへの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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。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。
【００６３】
次に、ステップＳ１１０において、図３の火花点火式燃焼用操作量演算部２２は、現在の運転状態である目標エンジントルクＴｅ＊とエンジン回転速度Ｎｅに基づいて、火花点火式燃焼にて目標エンジントルクを発生するための各デバイスの目標操作量を演算し、ステップＳ１２０に進む。
【００６４】
ステップ１２０において、図３の圧縮自己着火式燃焼用操作量演算部２３は、現在の運転状態である目標エンジントルクＴｅ＊とエンジン回転速度Ｎｅに基づいて、圧縮自己着火式燃焼にて目標エンジントルクを発生するための各デバイスの目標操作量を演算し、ステップＳ１３０へと進む。
【００６５】
ステップＳ１３０において、図３の燃焼モード切替部２４は、ステップＳ１００の結果である燃焼モード切替フラグＦｅｘ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。これにより、エンジン１００は、現状の運転状態に応じた燃焼制御を行うことができる。なお、ステップＳ１３０の詳細については、図１１を用いて後述する。
【００６６】
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。
【００６７】
ステップＳ１０１において、図３の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で決定される運転状態に応じた図５に示すマップに基づいて、初期設定での圧縮自己着火式燃焼領域のエンジントルク上限値Ｔｕｌを演算し、ステップＳ１０２に進む。
【００６８】
ステップＳ１０２において、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で決定される運転状態に応じた図６に示すマップに基づいて、所期設定での圧縮自己着火式燃焼時の目標空燃比ＡＢＦｔｇｔを演算し、ステップＳ１０３に進む。
【００６９】
ステップＳ１０３において、燃焼モード切替判定部２１は、ステップＳ１０２にて演算した目標空燃比ＡＢＦｔｇｔから空燃比センサ９の出力信号である計測空燃比ＡＢＦａｃｔを減算したΔＡＢＦを演算し、ステップＳ１０４に進む。
【００７０】
ステップＳ１０４において、燃焼モード切替判定部２１は、ステップＳ１０３にて演算したΔＡＢＦに基づき、圧縮自己着火式燃焼領域のエンジントルク上限値の補正量である領域上限値補正量ΔＴｕｌを演算し、ステップＳ１０５に進む。
【００７１】
ステップＳ１０５において、燃焼モード切替判定部２１は、ステップＳ１０１にて演算した領域上限値ＴｕｌよりステップＳ１０４にて演算した領域上限値補正量ΔＴｕｌを減算し、現状の運転状態における新規領域上限値ｎＴｕｌを演算し、ステップＳ１０６に進む。
【００７２】
ステップＳ１０６において、燃焼モード切替判定部２１は、図５に示す圧縮自己着火式燃焼領域を決定するマップに基づき、現在のエンジン回転速度Ｎｅが圧縮自己着火式燃焼領域のエンジン回転速度の下限値であるＮｅ_Ａ以上、かつ、圧縮自己着火式燃焼領域のエンジン回転速度の上限値であるＮｅ_Ｂ以下である場合には、圧縮自己着火式燃焼領域を実施可能と判断し、ステップＳ１０７に進む。また、現在のエンジン回転速度ＮｅがＮｅ_Ａ以上、かつＮｅ_Ｂ以下を満足しない場合には、圧縮自己着火式燃焼領域が実施不可能と判断し、火花点火式燃焼を実施すべく、ステップＳ１０９へと進む。
【００７３】
ステップＳ１０７において、燃焼モード切替判定部２１は目標エンジントルクＴｅ＊がステップＳ１０５にて演算した新規領域上限値ｎＴｕｌ以下である場合には、圧縮自己着火式燃焼を実施可能と判断し、圧縮自己着火式燃焼を実施すべく、ステップＳ１０８に進む。また、目標エンジントルクＴｅ＊が新規領域上限値ｎＴｕｌ以上である場合には、火花点火式燃焼を実施する必要があると判断し、ステップＳ１０９へと進む。
【００７４】
ステップＳ１０８において、燃焼モード切替判定部２１は、圧縮自己着火式燃焼を実施可能と判断し、燃焼モードフラグＦｅｘにＯＮ（＝１）をセットして、一連の処理を終了する。
【００７５】
また、ステップＳ１０９において、燃焼モード切替判定部２１は、火花点火式燃焼を実施可能と判断し、燃焼モードフラグＦｅｘにＯＦＦ（＝０）をセットして、一連の処理を終了する。
【００７６】
次に、図１１を用いて、図９のＳ１３０（燃焼モード切替処理）の詳細制御内容について説明する。
【００７７】
ステップＳ１３１において、図３の燃焼モード切替部２４は、ステップＳ１００でセットされた燃焼モード切替フラグＦｅｘ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がＯＮ（＝１）である場合は、圧縮自己着火式燃焼を実行するために、ステップＳ１３３へと進む。また、燃焼モード切替フラグＦｅｘがＯＦＦ（＝０）である場合には、火花点火式燃焼を実行するために、ステップＳ１３５へと進む。
【００７８】
ステップＳ１３３において、燃焼モード切替部２４は、圧縮自己着火式燃焼を実行すべく、図３の圧縮自己着火式燃焼用操作量演算部２３にて演算した圧縮自己着火式燃焼用操作量を目標操作量ＯＰｔｇｔにセットして一連の動作を終了する。
【００７９】
ステップＳ１３５において、燃焼モード切替部２４は、火花点火式燃焼を実行すべく、図３の火花点火式燃焼用操作量演算部２２にて演算した火花点火式燃焼用操作量を目標操作量ＯＰｔｇｔにセットして一連の動作を終了する。
【００８０】
次に、図１２から図１５を用いて、本発明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と圧縮自己着火式燃焼モードとの切替制御の具体的な内容について説明する。
【００８１】
図１２は本発明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と圧縮自己着火式燃焼モードとの切替制御を適用しない場合に、圧縮自己着火式燃焼モード時の空燃比が初期設定値よりもリッチ化する場合のタイミングチャートを示す。
【００８２】
図１２において、横軸は時間を示している。図１２（Ａ）の縦軸は、エンジントルクＴｅを示している。図の上方に向かってエンジントルクは増加している。図１２（Ｂ）の縦軸は、エンジン回転速度Ｎｅを示している。図の上方に向かってエンジン回転速度は増加している。図１２（Ｃ）は空燃比を示している。図の上方に向かって空燃比はリーンとなる。図１２（Ｄ）は燃焼モードフラグを示している。Ｆｅｘ＝０は燃焼モードが火花点火式燃焼モードであることを示し、Ｆｅｘ＝１は燃焼モードが圧縮自己着火式燃焼モードであることを示している。
【００８３】
図１２において、図１２（Ａ）の実線は目標エンジントルクＴｅ＊を示し、破線は発生するエンジントルクＴｅを示し、点線は図５に示す圧縮自己着火式燃焼領域の領域上限値の初期設定値であるＴｕｌを示している。図１２（Ｂ）の点線のＮｅ_ＡおよびＮｅ_Ｂはそれぞれ、圧縮自己着火式燃焼が実施可能なエンジン回転速度の下限値および上限値を示している。図１２（Ｃ）の実線は空燃比センサ９の出力信号である計測空燃比ＡＢＦａｃｔを示し、破線は図６のマップのように、圧縮自己着火式燃焼モードにおける目標空燃比の初期設定値ＡＢＦｔｇｔを示し、点線は火花点火式燃焼モードにて設定されるストイキ近傍の空燃比を示している。
【００８４】
図１２の横軸において、時刻ｔ１は目標エンジントルクＴｅ＊が領域上限値Ｔｕｌ以下となった時刻を示している。図１２の横軸において、時刻ｔ２は目標エンジントルクＴｅ＊が増加を開始した時刻を示している。図１２の横軸において、時刻ｔ３は計測空燃比ＡＢＦａｃｔがストイキ近傍よりもリッチとなった時刻を示している。図１２の横軸において、時刻ｔ４は目標エンジントルクＴｅ＊が領域上限値Ｔｕｌ以上となった時刻を示している。
【００８５】
火花点火式燃焼モードを実施中に、時刻ｔ１において目標エンジントルクＴｅ＊が領域上限値Ｔｕｌ以下となり、かつ、エンジン回転速度がＮｅ_Ａ以上かつＮｅ_Ｂ以下である場合には、圧縮自己着火式燃焼モードへと燃焼モードを切替えるべく、燃焼モードフラグＦｅｘを０から１へと変更する。時刻ｔ１以降では圧縮自己着火式燃焼モードが実行されるが、空燃比ＡＢＦａｃｔが目標空燃比ＡＢＦｔｇｔよりもリッチとなるため、時刻ｔ２以降にて目標エンジントルクＴｅ＊の増大を継続すると、時刻ｔ３にて空燃比ＡＢＦａｃｔがストイキ近傍よりもリッチ化してしまう。本発明の制御装置を適用しない場合には、圧縮自己着火式燃焼を継続するため、前述の通り、圧縮自己着火式燃焼モードでは空燃比がストイキ近傍よりリッチ化した場合には燃焼不安定化し、失火が発生することで、時刻ｔ３以降では目標エンジントルクＴｅ＊の増加に関わらず、エンジントルクＴｅが減少すると共に、エンジン回転速度Ｎｅが減少する。時刻ｔ４にて目標エンジントルクＴｅ＊が領域上限値Ｔｕｌ以上となった場合には、圧縮自己着火式燃焼モードから火花点火式燃焼モードへと切替えるため、時刻ｔ４以降では、エンジントルクＴｅを増加させることが可能であり、エンジン回転速度Ｎｅが増加する。以上のように、圧縮自己着火式燃焼モード時の空燃比のリッチ化に応じて領域上限値を変更しない場合には、エンジントルクの変動が発生し、運転性能を確保することが困難となる。
【００８６】
図１３は本発明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燃焼モードと圧縮自己着火式燃焼モードとの切替制御を適用した場合に、圧縮自己着火式燃焼モード時の空燃比が初期設定値よりもリッチ化する場合のタイミングチャートを示す。
【００８７】
図１３において、横軸は時間を示している。図１３（Ａ）の縦軸は、エンジントルクＴｅを示している。図の上方に向かってエンジントルクは増加している。図１３（Ｂ）の縦軸は、エンジン回転速度Ｎｅを示している。図の上方に向かってエンジン回転速度は増加している。図１３（Ｃ）は空燃比を示している。図の上方に向かって空燃比はリーンとなる。図１３（Ｄ）は燃焼モードフラグを示している。Ｆｅｘ＝０は燃焼モードが火花点火式燃焼モードであることを示し、Ｆｅｘ＝１は燃焼モードが圧縮自己着火式燃焼モードであることを示している。図１３（Ｅ）は圧縮自己着火式燃焼領域のエンジントルク方向の領域上限値Ｔｕｌを空燃比に応じて変化させる量である領域上限値補正量ΔＴｕｌを示している。図上方に向かって領域補正量ΔＴｕｌは増加している。
【００８８】
図１３において、図１３（Ａ）の実線は目標エンジントルクＴｅ＊を示し、破線は発生するエンジントルクＴｅを示し、点線は図５に示す圧縮自己着火式燃焼領域の領域上限値の初期設定値であるＴｕｌを示し、太線は領域上限値Ｔｕｌに領域上限値補正量ΔＴｕｌを減じた新規領域上限値ｎＴｕｌを示している。図１３（Ｂ）の点線であるＮｅ_ＡおよびＮｅ_Ｂはそれぞれ、圧縮自己着火式燃焼が実施可能なエンジン回転速度の下限値および上限値を示している。図１３（Ｃ）の実線は空燃比センサ９の出力信号である計測空燃比ＡＢＦａｃｔを示し、破線は図６のマップのように、圧縮自己着火式燃焼モードにおける目標空燃比の初期設定値ＡＢＦｔｇｔを示し、点線は火花点火式燃焼モードにて設定されるストイキ近傍の空燃比を示している。
【００８９】
図１３の横軸において、時刻ｔａ１は目標エンジントルクＴｅ＊が領域上限値Ｔｕｌ以下となった時刻を示している。図１３の横軸において、時刻ｔａ２は、図１３（Ｃ）において演算した目標空燃比ＡＢＦｔｇｔと計測空燃比ＡＦＢａｃｔとの差分であるΔＡＢＦを演算し、ΔＡＢＦに基づいて領域上限値をＴｕｌから新規領域上限値ｎＴｕｌへと変更した時刻を示している。図１３の横軸において、時刻ｔａ３は目標エンジントルクＴｅ＊が増加を開始した時刻を示している。図１３の横軸において、時刻ｔａ４は、図１３（Ａ）において、目標エンジントルクＴｅ＊が新規領域上限値ｎＴｕｌ以上となった時刻、かつ、図１３（Ｃ）において、計測空燃比ＡＢＦａｃｔがストイキ近傍となった時刻を示している。図１３の横軸において、時刻ｔａ５は目標エンジントルクＴｅ＊が領域上限値Ｔｕｌ以上となった時刻を示している。
【００９０】
火花点火式燃焼モードを実施中に、時刻ｔａ１において目標エンジントルクＴｅ＊が領域上限値Ｔｕｌ以下となり、かつ、エンジン回転速度ＮｅがＮｅ_Ａ以上かつＮｅ_Ｂ以下である場合には、圧縮自己着火式燃焼モードへと燃焼モードを切替えるべく、燃焼モードフラグＦｅｘを０から１へと変更する。その後、時刻ｔａ１以降では圧縮自己着火式燃焼モードが実行される。このとき、計測空燃比ＡＢＦａｃｔが目標空燃比ＡＢＦｔｇｔよりもリッチであると検出されるため、時刻ｔａ２において、空燃比の差分ΔＡＢＦを演算し、ΔＡＢＦに基づいて領域上限値補正量ΔＴｕｌを演算した後、ΔＴｕｌに基づいて領域上限値をＴｕｌから新規領域上限値ｎＴｕｌへと変更する（Ｔｕｌ＜ｎＴｕｌ）。時刻ｔａ３において目標エンジントルクＴｅ＊が増加を開始した後、空燃比ＡＢＦａｃｔがリッチ化していく。この際、時刻ｔａ４において目標エンジントルクＴｅ＊が新規領域上限値ｎＴｕｌ以上となった場合には速やかに燃焼モードを圧縮自己着火式燃焼モードから火花点火式燃焼モードへと切替えるべく、燃焼モードフラグＦｅｘを１から０へと変更する。これにより空燃比ＡＢＦａｃｔが適切に制御され、時刻ｔａ４以降には火花点火式燃焼モードの空燃比であるストイキ近傍を保持する。そのため、圧縮自己着火式燃焼モード時の空燃比がストイキ近傍よりもリッチ化することを防止することが可能であるため、目標エンジントルクに対するエンジントルクの低下（失火）とエンジン回転速度の落ち込みを抑制することが可能であり、目標エンジントルクに応じたエンジントルクを発生することが可能となる。
【００９１】
以上より、本発明の実施形態である圧縮自己着火式内燃機関の制御装置を適用することにより、圧縮自己着火式燃焼モード時の空燃比が初期設定の目標空燃比よりもリッチ化した場合においても、圧縮自己着火式燃焼領域の領域上限値を適切に変更することにより、圧縮自己着火式燃焼モード時の空燃比がストイキ近傍よりもリッチ化することを防止することで失火の発生を防止し、圧縮自己着火式内燃機関の運転性を確保することが可能となる。
【００９２】
本発明の実施形態であ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時の空燃比が初期設定の目標空燃比よりもリッチであった場合の具体的動作は、これに限るものでなく、下記の通りであってもよい。具体的には、図１３において、時刻ｔａ２にて演算した空燃比の差分ΔＡＢＦから領域上限値補正量ΔＴｕｌを演算するものではなく、時刻ｔａ３における目標エンジントルクＴｅ＊の増加傾向から時刻ｔａ５にて目標エンジントルクＴｅ＊が初期設定の領域上限値Ｔｕｌ以上となることを推測し、先に演算したΔＡＢＦに基づいて時刻ｔａ５から時間Δｔａだけ早期化した時期にて燃焼モードを圧縮自己着火式燃焼モードから火花点火式燃焼モードへと切替える必要があると判断し、時刻ｔａ４において燃焼モードフラグＦｅｘを１から０へと切替えるものであっても良い。
【００９３】
次に図１４および図１５を用いて、圧縮自己着火式燃焼モード時の空燃比が初期設定の目標空燃比よりもリーン化した場合に関して説明する。
【００９４】
図１４は本発明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と圧縮自己着火式燃焼モードとの切替制御を適用しない場合に、圧縮自己着火式燃焼モード時の空燃比が初期設定値よりもリーン化する場合のタイミングチャートを示す。
【００９５】
図１４において、横軸は時間を示している。図１４（Ａ）の縦軸は、エンジントルクＴｅを示している。図の上方に向かってエンジントルクは増加している。図１４（Ｂ）の縦軸は、エンジン回転速度Ｎｅを示している。図の上方に向かってエンジン回転速度は増加している。図１４（Ｃ）は空燃比を示している。図の上方に向かって空燃比はリーンとなる。図１４（Ｄ）は燃焼モードフラグを示している。Ｆｅｘ＝０は燃焼モードが火花点火式燃焼モードであることを示し、Ｆｅｘ＝１は燃焼モードが圧縮自己着火式燃焼モードであることを示している。
【００９６】
図１４において、図１４（Ａ）の実線は目標エンジントルクＴｅ＊を示し、破線は発生するエンジントルクＴｅを示し、点線は図５に示す圧縮自己着火式燃焼領域の領域上限値の初期設定値であるＴｕｌを示している。図１４（Ｂ）の点線のＮｅ_ＡおよびＮｅ_Ｂはそれぞれ、圧縮自己着火式燃焼が実施可能なエンジン回転速度の下限値および上限値を示している。図１４（Ｃ）の実線は空燃比センサ９の出力信号である計測空燃比ＡＢＦａｃｔを示し、破線は図６のマップのように、圧縮自己着火式燃焼モードにおける目標空燃比の初期設定値ＡＢＦｔｇｔを示し、点線は火花点火式燃焼モードにて設定されるストイキ近傍の空燃比を示している。
【００９７】
図１４の横軸において、時刻ｔｂ１は目標エンジントルクＴｅ＊が領域上限値Ｔｕｌ以下となった時刻を示している。図１４の横軸において、時刻ｔｂ２は目標エンジントルクＴｅ＊が増加を開始した時刻を示している。図１４の横軸において、時刻ｔｂ３は目標エンジントルクＴｅ＊が初期設定の領域上限値Ｔｕｌ以上となり、燃焼モードフラグが１から０へと変更した時刻を示している。図１４の横軸において、時刻ｔｂ４は時刻ｔｂ３にて燃焼モードを火花点火式燃焼モードへと切替えずに圧縮自己着火式燃焼モードを継続しながら目標エンジントルクＴｅ＊を増加させた際に、空燃比ＡＢＦａｃｔがストイキ近傍となる時刻であり、目標エンジントルクＴｅ＊が領域上限値Ｔｕｌ以上となった時刻を示している。
【００９８】
火花点火式燃焼モードを実施中に、時刻ｔｂ１において目標エンジントルクＴｅ＊が領域上限値Ｔｕｌ以下となり、かつ、エンジン回転速度がＮｅ_Ａ以上かつＮｅ_Ｂ以下である場合には、圧縮自己着火式燃焼モードへと燃焼モードを切替えるべく、燃焼モードフラグＦｅｘを０から１へと変更する。時刻ｔｂ１以降では圧縮自己着火式燃焼モードが実行されるが、空燃比ＡＢＦａｃｔが目標空燃比ＡＢＦｔｇｔよりもリーンとなるため、時刻ｔｂ２以降より目標エンジントルクＴｅ＊の増大を継続した場合、空燃比ＡＢＦａｃｔがストイキ近傍よりもリーンとなる時刻ｔｂ３において、目標エンジントルクＴｅ＊が初期設定での領域上限値Ｔｕｌ以上となることから、以降の目標エンジントルクＴｅ＊の増加にも圧縮自己着火式燃焼モードが継続可能であるにも関わらず、燃焼モードを火花点火式燃焼モードへと切替えるべく、燃焼モードフラグＦｅｘを１から０へと変更してしまう。そのため、時刻ｔｂ３から時刻ｔｂ４の期間にて圧縮自己着火式燃焼モードを実施することによる燃費削減ポテンシャルを有効活用することができない場合がある。
【００９９】
図１５は本発明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燃焼モードと圧縮自己着火式燃焼モードとの切替制御を適用した場合に、圧縮自己着火式燃焼モード時の空燃比が初期設定値よりもリーン化する場合のタイミングチャートを示す。
【０１００】
図１５において、横軸は時間を示している。図１５（Ａ）の縦軸は、エンジントルクＴｅを示している。図の上方に向かってエンジントルクは増加している。図１５（Ｂ）の縦軸は、エンジン回転速度Ｎｅを示している。図の上方に向かってエンジン回転速度は増加している。図１５（Ｃ）は空燃比を示している。図の上方に向かって空燃比はリーンとなる。図１５（Ｄ）は燃焼モードフラグを示している。Ｆｅｘ＝０は燃焼モードが火花点火式燃焼モードであることを示し、Ｆｅｘ＝１は燃焼モードが圧縮自己着火式燃焼モードであることを示している。図１５（Ｅ）は圧縮自己着火式燃焼領域のエンジントルク方向の領域上限値Ｔｕｌを空燃比に応じて変化させる量である領域上限値補正量ΔＴｕｌを示している。図上方に向かって領域補正量ΔＴｕｌは増加している。
【０１０１】
図１５において、図１５（Ａ）の実線は目標エンジントルクＴｅ＊を示し、破線は発生するエンジントルクＴｅを示し、点線は図５に示す圧縮自己着火式燃焼領域の領域上限値の初期設定値であるＴｕｌを示し、太線は領域上限値Ｔｕｌに領域上限値補正量ΔＴｕｌを減じた新規領域上限値ｎＴｕｌを示している。図１５（Ｂ）の点線であるＮｅ_ＡおよびＮｅ_Ｂはそれぞれ、圧縮自己着火式燃焼が実施可能なエンジン回転速度の下限値および上限値を示している。図１５（Ｃ）の実線は空燃比センサ９の出力信号である計測空燃比ＡＢＦａｃｔを示し、破線は図６のマップのように、圧縮自己着火式燃焼モードにおける目標空燃比の初期設定値ＡＢＦｔｇｔを示し、点線は火花点火式燃焼モードにて設定されるストイキ近傍の空燃比を示している。
【０１０２】
図１５の横軸において、時刻ｔｃ１は目標エンジントルクＴｅ＊が領域上限値Ｔｕｌ以下となった時刻を示している。図１５の横軸において、時刻ｔｃ２は、図１５（Ｃ）において演算した目標空燃比ＡＢＦｔｇｔと計測空燃比ＡＦＢａｃｔとの差分であるΔＡＢＦを演算し、ΔＡＢＦに基づいて領域上限値をＴｕｌから新規領域上限値ｎＴｕｌへと変更した時刻を示している。図１５の横軸において、時刻ｔｃ３は目標エンジントルクＴｅ＊が増加を開始した時刻を示している。図１５の横軸において、時刻ｔｃ４は、図１５（Ａ）において、目標エンジントルクＴｅ＊が新規領域上限値Ｔｕｌ以上となった時刻、かつ、図１５（Ｃ）において、初期設定の目標空燃比ＡＢＦａｃｔがストイキ近傍となった時刻を示している。図１５の横軸において、時刻ｔａ５は目標エンジントルクＴｅ＊が新規領域上限値ｎＴｕｌ以上となった時刻であり、計測空燃比ＡＢＦａｃｔがストイキ近傍となった時刻を示している。
【０１０３】
火花点火式燃焼モードを実施中に、時刻ｔｃ１において目標エンジントルクＴｅ＊が領域上限値Ｔｕｌ以下となり、かつ、エンジン回転速度ＮｅがＮｅ_Ａ以上かつＮｅ_Ｂ以下である場合には、圧縮自己着火式燃焼モードへと燃焼モードを切替えるべく、燃焼モードフラグＦｅｘを０から１へと変更する。その後、時刻ｔｃ１以降では圧縮自己着火式燃焼モードが実行される。このとき、計測空燃比ＡＢＦａｃｔが目標空燃比ＡＢＦｔｇｔよりもリーンであると検出されるため、時刻ｔｃ２において、空燃比の差分ΔＡＢＦを演算し、ΔＡＢＦに基づいて領域上限値補正量ΔＴｕｌを演算した後、ΔＴｕｌに基づいて領域上限値をＴｕｌから新規領域上限値ｎＴｕｌへと変更する（Ｔｕｌ＞ｎＴｕｌ）。時刻ｔｃ３において目標エンジントルクＴｅ＊が増加を開始した後、空燃比ＡＢＦａｃｔがリーン化していく。この際、時刻ｔｃ４において目標エンジントルクＴｅ＊が初期設定の領域上限値Ｔｕｌ以上となるが、空燃比がリーンであるため、以降も圧縮自己着火式燃焼モードが継続可能と判断し、圧縮自己着火式燃焼モードを継続するため、目標エンジントルクＴｅ＊の増加に伴い、計測空燃比ＡＢＦａｃｔがリッチ方向へ変化していく。時刻ｔｃ５にて目標エンジントルクＴｅ＊が新規領域上限値ｎＴｕｌ以上となった際には、計測空燃比ＡＢＦａｃｔがストイキ近傍となり、燃焼モードを圧縮自己着火式燃焼モードから火花点火式燃焼モードへと切替えるべく、燃焼モードフラグＦｅｘを１から０へと変更する。
【０１０４】
以上より、本発明の実施形態である圧縮自己着火式内燃機関の制御装置を手強することにより、圧縮自己着火式燃焼モード時の計測空燃比ＡＢＦａｃｔが初期設定の目標空燃比ＡＢＦｔｇｔよりもリーンである場合でも、圧縮自己着火式燃焼モードの領域上限値をエンジントルク増加方向へと変更することにより、目標エンジントルクの増加に対しても、圧縮自己着火式燃焼モードを実施可能なエンジントルクまで継続することから、圧縮自己着火式燃焼モードの燃費ポテンシャルを有効活用し、更なる燃費削減を実現することが可能となる。
【０１０５】
本発明の実施形態であ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時の空燃比が初期設定の目標空燃比よりもリーンであった場合の具体的動作は、これに限るものでなく、下記の通りであってもよい。具体的には、図１５において、時刻ｔｃ２にて演算した空燃比の差分ΔＡＢＦから領域上限値補正量ΔＴｕｌを演算するものではなく、時刻ｔｃ３における目標エンジントルクＴｅ＊の増加傾向から時刻ｔｃ４にて目標エンジントルクＴｅ＊が初期設定の領域上限値Ｔｕｌ以上となることを推測し、先に演算したΔＡＢＦに基づいて時刻ｔｃ４から時間Δｔｃだけ遅延した時期にて燃焼モードを圧縮自己着火式燃焼モードから火花点火式燃焼モードへと切替えることが可能であると判断し、時刻ｔｃ５において燃焼モードフラグＦｅｘを１から０へと切替えるものであっても良い。
【０１０６】
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。
【０１０７】
より具体的には、圧縮自己着火式燃焼モード時の空燃比は排気管８の適宜位置に備えられた空燃比センサ９の出力信号に基づくものであったが、エアフローセンサ１、または、図には明記していないが、吸気管内の圧力を計測するセンサ、または、シリンダに流入する空気量の温度を計測するセンサ、または、大気圧を計測するセンサ、または、機関温度を計測するセンサ、または、インジェクタ３を通過する燃料流量を計測するセンサ、または、インジェクタ３から燃料を噴射するために燃料に加えられる圧力を計測するセンサ、の出力信号に基づき推定するものであっても良い。
【０１０８】
上述の通り、本発明を適用することにより、圧縮自己着火式燃焼モード時の空燃比に応じて適切に燃焼モードの切替えを実施することで、空燃比がリッチ化による失火などの運転性の悪化を抑制することができるとともに、空燃比がリーンによる燃費ポテンシャルの有効活用が可能となる。
【符号の説明】
【０１０９】
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 クランク軸
１２ クランク角度センサ
１３ ピストン
２０ ＥＣＵ
２０ａ 入力回路
２０ｂ 入出力ポート
２０ｃ ＲＡＭ
２０ｄ ＲＯＭ
２０ｅ ＣＰＵ
２０ｆ 電子スロットル駆動回路
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
２１ 燃焼モード切替判定部
２１ａ 領域上限値演算部
２１ｂ 目標空燃比演算部
２１ｃ，２１ｅ 引算部
２１ｄ 領域上限値補正量演算部
２１ｆ 燃焼モード切替部
２２ 火花点火式燃焼用操作量演算部
２３ 圧縮自己着火式燃焼用操作量演算部
２４ 燃焼モード切替部
１００ エンジン
１１１ 排気温度センサ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室へ燃料を直接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、
を有する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、前記燃焼室を形成するピストンの上昇に伴う、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、前記内燃機関の作動状態が、トルクと機関回転速度にて決定される前記圧縮自己着火式燃焼モードを安定的に実施可能な圧縮自己着火式燃焼領域にあるか否かで切替える圧縮自己着火式内燃機関の制御装置であって、
前記圧縮自己着火式燃焼モードを実施中の前記燃焼室内に導入した空気量と燃料量の質量比である空燃比が所定値よりもリッチな場合には、
前記圧縮自己着火式燃焼領域のトルク方向の上限値をトルクが減少する方向に変更することを特徴とする圧縮自己着火式内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記圧縮自己着火式燃焼モードを実施中の空燃比が前記所定値よりもリーンである場合には、前記圧縮自己着火式燃焼領域のトルク方向の上限値をトルクが増加する方向へと変更することを特徴とする請求項１記載の圧縮自己着火式内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記圧縮自己着火式燃焼モードを実施中の空燃比が所定値よりもリッチであり、
前記圧縮自己着火式燃焼モードを実施中に、前記圧縮自己着火式燃焼領域の上限値以上にトルクを増加させる要求がある場合、
前記トルクを増加させる要求がある以前のトルクを基準として、前記圧縮自己着火式燃焼モードにてトルクを増加させる量を、空燃比が所定値である場合の増加量よりも減量して、圧縮自己着火式燃焼モードにて前記トルクを増加した後、火花点火式燃焼モードにて前記トルクを増加することを特徴とする請求項１記載の圧縮自己着火式内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記圧縮自己着火式燃焼モードを実施中の空燃比が前記所定値よりもリーンであり、
前記圧縮自己着火式燃焼モードを実施中に、前記圧縮自己着火式燃焼領域の上限値以上にトルクを増加させる要求があった場合、
前記トルクを増加させる要求がある以前のトルクを基準として、前記圧縮自己着火式燃焼モードにてトルクを増加させる量を、空燃比が前記所定値である場合の増加量よりも増量して、前記圧縮自己着火式燃焼モードにてトルクを増加した後、前記火花点火式燃焼モードにてトルクを増加することを特徴とする請求項１記載の圧縮自己着火式内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記圧縮自己着火式燃焼モードを実施中の空燃比が前記所定値よりもリッチであり、
前記圧縮自己着火式燃焼モードを実施中に、前記圧縮自己着火式燃焼領域の上限値以上にトルクを増加させる要求があった場合、
トルクを増加させる要求がある以前に前記圧縮自己着火式燃焼モードを継続する期間を基準として、前記圧縮自己着火式燃焼モードにてトルクを増加させる期間を短縮して、前記圧縮自己着火式燃焼モードにてトルクを増加した後、前記火花点火式燃焼モードにてトルクを増加することを特徴とする請求項１記載の圧縮自己着火式内燃機関の制御装置。
【請求項６】
前記圧縮自己着火式燃焼モードを実施中の空燃比が前記所定値よりもリーンであり、
前記圧縮自己着火式燃焼モードを実施中に、前記圧縮自己着火式燃焼領域の上限値以上にトルクを増加させる要求があった場合、
前記トルクを増加させる要求がある以前に前記圧縮自己着火式燃焼モードを継続する期間を基準として、前記圧縮自己着火式燃焼モードにてトルクを増加させる期間を延長して、前記圧縮自己着火式燃焼モードにてトルクを増加した後、前記火花点火式燃焼モードにて前記トルクを増加することを特徴とする請求項１記載の圧縮自己着火式内燃機関の制御装置。
【請求項７】
前記空燃比は、前記排気弁の下流に設けられた空燃比を検出するセンサの出力信号に基づいて決定することを特徴とする請求項１記載の圧縮自己着火式内燃機関の制御装置。
【請求項８】
前記空燃比は、前記内燃機関に設けられた、吸気管内を通過する空気流量を計測するセンサ、または、吸気管内の圧力を計測するセンサ、または、前記燃焼室に流入する空気量の温度を計測するセンサ、または、大気圧を計測するセンサ、または、前記内燃機関の機関温度を計測するセンサ、または、前記インジェクタを通過する前記燃料の流量を計測するセンサ、または、前記インジェクタから前記燃料を噴射するために前記燃料に加えられる圧力を計測するセンサ、のいずれか一つの出力信号に基づいて決定することを特徴とする請求項１記載の圧縮自己着火式内燃機関の制御装置。
【請求項１】
燃焼室へ燃料を直接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、
を有する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、前記燃焼室を形成するピストンの上昇に伴う、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、前記内燃機関の作動状態が、トルクと機関回転速度にて決定される前記圧縮自己着火式燃焼モードを安定的に実施可能な圧縮自己着火式燃焼領域にあるか否かで切替える圧縮自己着火式内燃機関の制御装置であって、
前記圧縮自己着火式燃焼モードを実施中の前記燃焼室内に導入した空気量と燃料量の質量比である空燃比が所定値よりもリッチな場合には、
前記圧縮自己着火式燃焼領域のトルク方向の上限値をトルクが減少する方向に変更することを特徴とする圧縮自己着火式内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記圧縮自己着火式燃焼モードを実施中の空燃比が前記所定値よりもリーンである場合には、前記圧縮自己着火式燃焼領域のトルク方向の上限値をトルクが増加する方向へと変更することを特徴とする請求項１記載の圧縮自己着火式内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記圧縮自己着火式燃焼モードを実施中の空燃比が所定値よりもリッチであり、
前記圧縮自己着火式燃焼モードを実施中に、前記圧縮自己着火式燃焼領域の上限値以上にトルクを増加させる要求がある場合、
前記トルクを増加させる要求がある以前のトルクを基準として、前記圧縮自己着火式燃焼モードにてトルクを増加させる量を、空燃比が所定値である場合の増加量よりも減量して、圧縮自己着火式燃焼モードにて前記トルクを増加した後、火花点火式燃焼モードにて前記トルクを増加することを特徴とする請求項１記載の圧縮自己着火式内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記圧縮自己着火式燃焼モードを実施中の空燃比が前記所定値よりもリーンであり、
前記圧縮自己着火式燃焼モードを実施中に、前記圧縮自己着火式燃焼領域の上限値以上にトルクを増加させる要求があった場合、
前記トルクを増加させる要求がある以前のトルクを基準として、前記圧縮自己着火式燃焼モードにてトルクを増加させる量を、空燃比が前記所定値である場合の増加量よりも増量して、前記圧縮自己着火式燃焼モードにてトルクを増加した後、前記火花点火式燃焼モードにてトルクを増加することを特徴とする請求項１記載の圧縮自己着火式内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記圧縮自己着火式燃焼モードを実施中の空燃比が前記所定値よりもリッチであり、
前記圧縮自己着火式燃焼モードを実施中に、前記圧縮自己着火式燃焼領域の上限値以上にトルクを増加させる要求があった場合、
トルクを増加させる要求がある以前に前記圧縮自己着火式燃焼モードを継続する期間を基準として、前記圧縮自己着火式燃焼モードにてトルクを増加させる期間を短縮して、前記圧縮自己着火式燃焼モードにてトルクを増加した後、前記火花点火式燃焼モードにてトルクを増加することを特徴とする請求項１記載の圧縮自己着火式内燃機関の制御装置。
【請求項６】
前記圧縮自己着火式燃焼モードを実施中の空燃比が前記所定値よりもリーンであり、
前記圧縮自己着火式燃焼モードを実施中に、前記圧縮自己着火式燃焼領域の上限値以上にトルクを増加させる要求があった場合、
前記トルクを増加させる要求がある以前に前記圧縮自己着火式燃焼モードを継続する期間を基準として、前記圧縮自己着火式燃焼モードにてトルクを増加させる期間を延長して、前記圧縮自己着火式燃焼モードにてトルクを増加した後、前記火花点火式燃焼モードにて前記トルクを増加することを特徴とする請求項１記載の圧縮自己着火式内燃機関の制御装置。
【請求項７】
前記空燃比は、前記排気弁の下流に設けられた空燃比を検出するセンサの出力信号に基づいて決定することを特徴とする請求項１記載の圧縮自己着火式内燃機関の制御装置。
【請求項８】
前記空燃比は、前記内燃機関に設けられた、吸気管内を通過する空気流量を計測するセンサ、または、吸気管内の圧力を計測するセンサ、または、前記燃焼室に流入する空気量の温度を計測するセンサ、または、大気圧を計測するセンサ、または、前記内燃機関の機関温度を計測するセンサ、または、前記インジェクタを通過する前記燃料の流量を計測するセンサ、または、前記インジェクタから前記燃料を噴射するために前記燃料に加えられる圧力を計測するセンサ、のいずれか一つの出力信号に基づいて決定することを特徴とする請求項１記載の圧縮自己着火式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２０１０−２６５７５０（Ｐ２０１０−２６５７５０Ａ）
【公開日】平成２２年１１月２５日（２０１０．１１．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１１５１１４（Ｐ２００９−１１５１１４）
【出願日】平成２１年５月１２日（２００９．５．１２）
【出願人】（５０９１８６５７９）日立オートモティブシステムズ株式会社 (2,205)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１１月２５日（２０１０．１１．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年５月１２日（２００９．５．１２）
【出願人】（５０９１８６５７９）日立オートモティブシステムズ株式会社 (2,205)
【Ｆターム（参考）】
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