JP6862870B2

JP6862870B2 - 内燃機関の制御装置

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Publication number: JP6862870B2
Application number: JP2017016912A
Authority: JP
Inventors: 啓小島
Original assignee: Suzuki Motor Corp
Current assignee: Suzuki Motor Corp
Priority date: 2017-02-01
Filing date: 2017-02-01
Publication date: 2021-04-21
Anticipated expiration: 2037-02-01
Also published as: JP2018123771A

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関する。

従来、ガソリンエンジン等の内燃機関の燃焼形態としては、点火プラグからの火花放電により強制的に混合気を着火させるＳＩ（Spark Ignition）燃焼が広く一般的であった。近年、気筒内に高温の既燃ガスを導入して混合気を自着火させる予混合圧縮自着火燃焼を燃焼形態として利用するガソリンエンジンの開発が進められている。ここで、予混合圧縮自着火燃焼は、ＨＣＣＩ（Homogeneous Charge Compression Ignition）燃焼と称される。

特許文献１には、筒内圧力に基づいて、火花点火燃焼と圧縮自己着火燃焼とを切り換える内燃機関の燃焼制御装置が開示されている。

また、エンジン回転数とエンジン要求トルクがＨＣＣＩ運転可能領域であるか否かでＨＣＣＩ運転とＳＩ運転を切り替えるものもある。

特許第５３５９６２９号公報

しかしながら、ＳＩ運転からＨＣＣＩ運転に切り替える際、エンジン回転数とエンジン要求トルクがＨＣＣＩ運転可能領域に入っても、それまでのＳＩ運転での運転条件によっては必ずしもＨＣＣＩ運転が可能とは限らない。このため、そのまま可変動弁等の設定をＨＣＣＩ運転用に切り替えた場合、ノッキングや失火が発生するという課題がある。

特に、ターボ過給機を備えたエンジンでは、吸気圧上昇までの遅れが大きく、その傾向が大きい。その対策として、エンジン回転数とエンジン要求トルクがＨＣＣＩ運転可能領域に入った後、所定の時間が経過してから可変動弁等の設定をＨＣＣＩ運転用に切り替えることが考えられるが、ＨＣＣＩ運転の使用頻度が低下し、燃費が低下するという課題がある。

そこで、本発明は、ＳＩ運転からＨＣＣＩ運転への切替え時間を最小化し、ＨＣＣＩ運転の頻度を高く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している。

上記課題を解決するため本発明は、火花点火燃焼と圧縮自着火燃焼とが切り替え可能に構成された内燃機関の制御装置であって、前記火花点火燃焼から前記圧縮自着火燃焼へ切り替える場合に、次サイクルで排気弁を可能な限り早閉じまたは低リフト化したと想定して算出した残留ガス熱量の最大値が、前記圧縮自着火燃焼での安定燃焼に必要な残留ガスの熱量以上になる残留ガス熱量条件と所定の吸気圧条件が成立したときに前記圧縮自着火燃焼へ切り替える制御部を備えるものである。

このように、本発明によれば、ＳＩ運転からＨＣＣＩ運転への切替え時間を最小化し、ＨＣＣＩ運転の頻度を高くすることができる。

図１は、本発明の一実施例に係る内燃機関の制御装置の概略構成図である。図２は、本発明の一実施例に係る内燃機関の制御装置の運転領域を示す図である。図３は、本発明の一実施例に係る内燃機関の制御装置の残留ガス熱量の最大値と残留ガス熱量要求値を算出して比較するブロックの構成図である。図４は、本発明の一実施例に係る内燃機関の制御装置のＨＣＣＩ切替え処理の手順を示すフローチャートである。図５は、本発明の一実施例に係る内燃機関の制御装置のＨＣＣＩ切替え処理による動作を示すタイムチャートである。

本発明の一実施の形態に係る内燃機関の制御装置は、火花点火燃焼と圧縮自着火燃焼とが切り替え可能に構成された内燃機関の制御装置であって、火花点火燃焼から圧縮自着火燃焼へ切り替える場合に、所定の残留ガス熱量条件と所定の吸気圧条件が成立したときに圧縮自着火燃焼へ切り替える制御部を備えるよう構成されている。これにより、ＳＩ運転からＨＣＣＩ運転への切替え時間を最小化し、ＨＣＣＩ運転の頻度を高くすることができる。

以下、図面を参照して、本発明の実施例に係る内燃機関の制御装置について詳細に説明する。

図１において、本発明の一実施例に係る内燃機関の制御装置を搭載した車両１は、内燃機関型のエンジン２と、制御部としてのＥＣＵ（Electronic Control Unit）３とを含んで構成される。

エンジン２は、シリンダブロック４と、シリンダブロック４の上部に締結されたシリンダヘッド５とを含んで構成されている。シリンダブロック４には、気筒４ａが形成され、この気筒の内部（以下、「筒内」という）には、上下に往復動可能なピストン６が収納されている。

また、気筒４ａの上部には、燃焼室７が設けられている。燃焼室７は、ピストン６の頂面とシリンダヘッド５の下面とによって画成されている。エンジン２は、筒内でピストン６が２往復する間に、吸気行程、圧縮行程、膨張行程および排気行程からなる一連の４行程を行なう、いわゆる４サイクルのガソリンエンジンである。

ピストン６は、コネクティングロッド８を介して図示しないクランク軸と連結している。コネクティングロッド８は、ピストン６の往復運動をクランク軸の回転運動に変換する。

シリンダヘッド５には、点火プラグ５０と、吸気ポート５１と、排気ポート５２とが設けられている。点火プラグ５０は、燃焼室７内に電極を突出させた状態でシリンダヘッド５に配設され、ＥＣＵ３によってその点火時期が調整される。

吸気ポート５１は、燃焼室７と後述する吸気通路１６ａとを連通するようになっている。また、吸気ポート５１には、吸気弁１１が設けられている。

吸気弁１１は、開閉されることで、吸気通路１６ａと燃焼室７とを連通または遮断するようになっている。吸気弁１１の開閉は、吸気側可変動弁機構１２によって行なわれるようになっている。

吸気側可変動弁機構１２としては、例えば支点がモーターで移動できるリンクやカム等から構成された可変リフト機構により吸気弁１１の開閉を行なうと共に、カムスプロケットとカム軸間の位相をモーターで制御する可変位相機構を用いることができる。具体的には、吸気側可変動弁機構１２の可変リフト機構は、カムの動きを吸気弁１１に伝えるリンクの支点を移動させることで、吸気弁１１へ伝える動きの量を調整するようになっており、また、可変位相機構は、エンジン出力軸からのチェーン等で回転するカムスプロケットと一体化したモーターでカム軸の位相を進角及び遅角するようになっている。

また、吸気側可変動弁機構１２は、後述するＥＣＵ３と電気的に接続されており、リフト量とそれにより決まる開閉期間と、カム軸位相がＥＣＵ３によって制御されるようになっている。したがって、ＥＣＵ３は、吸気弁１１の開閉時期と開弁期間を容易に調整することができる。

なお、吸気側可変動弁機構１２としては、リンク機構に替えて油圧アクチュエータを用いた油圧駆動式の可変動弁機構を用いてもよい。

また、シリンダヘッド５の吸気ポート５１側には、吸気マニホールド１３が接続されている。吸気マニホールド１３の吸気ポート５１近傍には、インジェクタ１０が設けられている。

インジェクタ１０は、図示しない燃料タンクから燃料ポンプによって圧送された燃料を吸気ポート５１内に噴射する、いわゆるポート噴射式の燃料噴射弁である。なお、インジェクタ１０としては、ポート噴射式に限らず、燃焼室７に燃料を直接噴射する、いわゆる直噴式の燃料噴射弁であってもよい。

吸気ポート５１内に噴射された燃料は、吸入空気、すなわち新気と混合されて混合気となって燃焼室７に導入される。燃焼室７に導入された混合気は、点火プラグ５０による火花放電、あるいは燃焼室内での圧縮による自着火によって燃焼および爆発する。この混合気の燃焼および爆発によってピストン６が気筒４ａ内を往復運動し、クランクシャフトが回転する。

吸気マニホールド１３の吸気が流れる吸気方向の上流側には、サージタンク１４が設けられている。サージタンク１４には、吸気圧を検出する吸気圧センサ１５が設けられている。

サージタンク１４の吸気方向の上流側には、吸気管１６が接続されている。この吸気管１６の内部には、吸気ポート５１と連通する吸気通路１６ａが形成されている。吸気通路１６ａには、吸気方向の上流から順に、空気を圧縮するコンプレッサ１７、圧縮された空気を冷却するインタークーラ１８、および空気の流量を調整する吸気スロットル１９が設けられている。

吸気スロットル１９は、ＥＣＵ３からの指令信号に応じてスロットル開度が制御されることで、エンジン２の吸入空気量を調整するようになっている。吸気スロットル１９には、スロットル開度を検出するためのスロットル開度センサ４１が設けられている。

吸気スロットル１９の吸気方向の上流側には、後述するターボチャージャ９による過給圧を検出する過給圧センサ４２と、吸気スロットル１９の吸気方向上流の吸気温を検出する吸気温センサ４３とが設けられている。

一方、排気ポート５２には、排気弁２１が設けられている。排気弁２１は、開閉されることで、後述する排気通路２３ａと燃焼室７とを連通または遮断するようになっている。排気弁２１の開閉は、排気側可変動弁機構２２によって行なわれるようになっている。

排気側可変動弁機構２２は、上述した吸気側可変動弁機構１２と同様の構成であるため、詳細な説明を省略するが、リンク機構がＥＣＵ３によって制御されることで、排気弁２１の開閉時期及びリフト量が任意に変更される。したがって、ＥＣＵ３は、排気弁２１の開弁期間及びリフト量を容易に調整することができる。

また、シリンダヘッド５の排気ポート５２側には、排気管２３が接続されている。この排気管２３の内部には、排気ポート５２と連通する排気通路２３ａが形成されている。排気通路２３ａには、排気流によって駆動される排気タービン２４、排気を浄化する図示しない触媒、および消音のための図示しないマフラーが設けられている。

排気タービン２４は、コンプレッサ１７に連結されている。排気流によって駆動された排気タービン２４の動力は、コンプレッサ１７が空気を圧縮するための動力として利用される。これらコンプレッサ１７および排気タービン２４は、過給機としてのターボチャージャ９を構成する。

排気タービン２４を挟んで排気管２３の排気が流れる排気方向の上流側と下流側との間には、バイパス通路２５が設けられている。このバイパス通路２５には、排気タービン２４への排気流を調整可能なウェストゲートバルブ２６が設けられている。ウェストゲートバルブ２６は、排気タービン２４への排気流を調整することによって、ターボチャージャ９の過給によって得られる吸気の圧力である過給圧を制御することができる。ウェストゲートバルブ２６は、例えば電磁バルブなどによって構成され、ＥＣＵ３によって開閉制御される。なお、過給圧の制御は、過給圧を変更可能な可変ノズルターボを用いて行なってもよい。

ＥＣＵ３は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と、ＲＡＭ（Random Access Memory）と、ＲＯＭ（Read Only Memory）と、フラッシュメモリと、入力ポートと、出力ポートとを備えたコンピュータユニットによって構成されている。

このコンピュータユニットのＲＯＭには、各種制御定数や各種マップ等とともに、当該コンピュータユニットをＥＣＵ３として機能させるためのプログラムが記憶されている。すなわち、ＣＰＵがＲＯＭに記憶されたプログラムを実行することにより、当該コンピュータユニットは、ＥＣＵ３として機能する。

ＥＣＵ３の入力ポートには、上述した、吸気圧センサ１５、スロットル開度センサ４１、過給圧センサ４２、吸気温センサ４３に加え、エアフロメータ４４、クランク角度センサ４５、排気圧センサ４６、排気温センサ４７、アクセル開度センサ４８、大気圧センサ４９等の各種センサ類が接続されている。

エアフロメータ４４は、吸入空気量を検出する。クランク角度センサ４５は、エンジン２の回転に伴い所定クランク角度毎に矩形状のクランク角信号を出力する。ＥＣＵ３は、このクランク角信号に基づいてエンジン２の機関回転数であるエンジン回転数を算出する。

排気圧センサ４６は、排気の圧力を検出する。排気温センサ４７は、排気の温度を検出する。アクセル開度センサ４８は、運転者による図示しないアクセルペダルの踏み込み量をアクセル開度として検出する。大気圧センサ４９は、大気圧を検出する。

一方、ＥＣＵ３の出力ポートには、上述のインジェクタ１０と、吸気側可変動弁機構１２と、吸気スロットル１９と、排気側可変動弁機構２２と、ウェストゲートバルブ２６と、点火プラグ５０とを含む各種制御対象類が接続されている。

ＥＣＵ３は、エンジン２の運転状態に応じてＳＩ燃焼とＨＣＣＩ燃焼とを切り替えるようになっている。具体的には、ＥＣＵ３は、エンジン回転数及びエンジン要求トルクをパラメータとする図２に示すような燃焼領域マップを参照することにより、エンジン２の運転領域がＳＩ運転領域およびＨＣＣＩ運転領域のいずれにあるかを判断し、この判断に基づきＳＩ燃焼を行なうかＨＣＣＩ燃焼を行なうかを選択するようになっている。

ＥＣＵ３は、アクセル開度センサ４８から入力されたアクセル開度などに基づきエンジン要求トルクを算出するようになっている。

ＥＣＵ３は、エンジン２の運転領域がＳＩ運転領域からＨＣＣＩ運転領域に入り、ＳＩ運転からＨＣＣＩ運転へ切り替える準備期間において、残留ガス熱量の最大値を算出し、この残留ガス熱量の最大値が要求値以上でない場合は、ＨＣＣＩ運転に切り替えない。

ＳＩ運転からＨＣＣＩ運転へ切り替える準備とは、ＳＩ燃焼とＨＣＣＩ燃焼では最適な空燃比等が大幅に異なるため、応答性の悪い状態量（例えば、吸気圧）を予めＨＣＣＩ燃焼に適した状態に変化させておくことである。なお、エンジン要求トルク等の条件によっては、吸気圧等の応答性の悪い状態量を変化させる必要がない場合もあり、その場合は、ＳＩ運転からＨＣＣＩ運転への切替え準備が既に完了していることになる。

残留ガス熱量の最大値とは、次サイクルで排気弁２１を可能な限り早閉じ（低リフト化や位相進角）したと想定して算出した残留ガス熱量であり、要求値とは、圧縮後の筒内温度から算出したＨＣＣＩ燃焼での安定燃焼に必要な残留ガスの熱量である。残留ガス熱量の最大値が要求値以上であることは、ＨＣＣＩ運転に切り替えた場合に、要求値を実現でき、確実に自着火することを意味する。

図３は、残留ガス熱量の最大値と残留ガス熱量要求値を算出して比較するブロックの構成図である。ＥＣＵ３は、図３に示すように、排気弁制御値の最小値算出部３１、残留ガス熱量の最大値算出部３２、圧縮後目標温度算出部３３、圧縮前目標温度算出部３４、残留ガス熱量要求値算出部３５、残留ガス熱量条件可否判断部３６を備えている。

ＥＣＵ３は、排気弁制御値の最小値算出部３１として、排気弁制御の最小値を算出する。これは、残留ガス量を制御する排気弁２１の制御値（リフト量や位相）を、次サイクルで最も残留ガスが多くなる早閉じ方向（低リフト、位相進角）に変化させた場合に実現可能な値を意味する。例えば、事前に排気弁２１の動作を実験的に計測し、直前の値に対する最大変化量等をマップ等でＥＣＵ３のＲＯＭに記憶させておき、ＥＣＵ３がこのマップを参照するなどして算出する。

ＥＣＵ３は、例えば、排気弁２１の位相とリフト量を連続可変できる動弁機構を備えている場合、エンジン回転数から排気弁２１の最大変化幅が決まるテーブルにより次サイクルでのリフト量や位相の最大変化幅を求める。ＥＣＵ３は、求めた最大変化幅を直前の制御値から減算して排気弁制御の最小値を算出する。ＥＣＵ３は、算出した排気弁制御の最小値が排気弁２１の機構的な最小値を下回っていた場合は、排気弁２１の機構的な最小値を排気弁制御の最小値とする。

なお、排気弁制御の最小値の算出は、使用する可変動弁の仕様に依存する。本実施例では、排気弁２１の位相とリフト量を連続可変できる動弁機構を備えている場合を示したが、どちらか一方のみ連続可変できる場合や、連続可変できない場合もある。また、排気弁２１の位相とリフト量が、ＳＩ運転用とＨＣＣＩ運転用の２段階にのみ可変可能な構成もある。これらの場合も、同様に、機構的な最大変化幅から排気弁制御の最小値（２段階の場合は、ＨＣＣＩ運転にした場合の値）を求めることができる。

次に、ＥＣＵ３は、残留ガス熱量の最大値算出部３２として、残留ガスの熱量の最大値を算出する。これは、事前に様々な排気弁制御値や排気圧力、排気温度で実験的に計測し、算出した値をマップ等でＥＣＵ３のＲＯＭに記憶させたり、理想気体の状態方程式を用いて補正したりする等により算出する。なお、排気圧力や排気温度の実測が困難な場合は、様々なパラメータから算出した推定値を使用する。

ＥＣＵ３は、例えば、排気弁制御値の最小値算出部３１が算出した排気弁制御の最小値から、基準状態における残留ガス質量最大値をマップにより算出する。ＥＣＵ３は、例えば、この残留ガス質量最大値と排気圧力、エンジン回転数を軸とする多面マップにより、基準温度における残留ガス質量最大値を算出する。ＥＣＵ３は、例えば、基準温度における残留ガス質量最大値に、排気温度を基準温度で割った温度補正係数を掛けることで、残留ガス質量の最大値を算出する。ＥＣＵ３は、残留ガス質量の最大値に比熱を掛けることで、質量を熱容量に変換し、残留ガス熱容量最大値を算出する。

一方、ＥＣＵ３は、例えば、吸排気圧力比やエンジン回転数から、残留ガスのＮＶＯ（Negative Valve Overlap）中の熱損失などを補正する温度補正係数をマップにより算出する。ＥＣＵ３は、例えば、温度補正係数を排気温度に掛けて残留ガス温度を算出する。ＥＣＵ３は、例えば、残留ガス温度と圧縮前目標温度との差に、上述の残留ガス熱容量最大値を掛けることで、残留ガス熱量の最大値を算出する。なお、ここでの温度の単位は、絶対温度である。

ＥＣＵ３は、圧縮後目標温度算出部３３として、エンジン回転数やエンジン要求トルク等の入力値から圧縮後目標温度を算出する。これは、着火直前の燃焼室内温度であり、例えば、事前に最適な運転状態で実験的に求めた各部温度等から算出した圧縮後温度をマップ等でＥＣＵ３のＲＯＭに記憶させておき、ＥＣＵ３がこのマップを参照するなどして算出する。

ＥＣＵ３は、圧縮前目標温度算出部３４として、圧縮前目標温度を算出する。これは、吸気弁１１が閉じる前の燃焼室内温度であり、例えば、圧縮後及び吸気弁閉時の燃焼室体積、吸気圧力等からポリトロープ変化とみなして算出する。

ＥＣＵ３は、残留ガス熱量要求値算出部３５として、残留ガス熱量要求値を算出する。これは、燃焼室に吸入されるガスと残留ガスの混合により、残留ガスから与えられる熱量であり、例えば、圧縮前目標温度や吸気温度、吸気圧力等から熱量保存の法則に基づき算出する。

ＥＣＵ３は、例えば、圧縮前目標温度算出部３４が算出した圧縮前目標温度と、圧縮前（吸気弁閉じ時期）の圧力、圧縮前の容積、ガス定数から混合気の質量を算出する。なお、圧縮前の圧力は、吸気管圧力で代用する。ＥＣＵ３は、例えば、算出した混合気の質量に定圧比熱と昇温幅を掛けることで混合気の増加熱量要求値を算出する。ＥＣＵ３は、例えば、筒内に燃料を直接噴射する場合の燃料気化熱を燃料質量と蒸発潜熱を掛けることで算出し、混合気の増加熱量要求値に加算することで、残留ガス熱量要求値を算出する。なお、インジェクタ１０がポート噴射式に替えて直噴式の場合、燃料気化熱を燃料質量と蒸発潜熱を掛けることで算出し、混合気の増加熱量要求値に加算することで、残留ガス熱量要求値を算出する。

ＥＣＵ３は、残留ガス熱量条件可否判断部３６として、残留ガス熱量条件の可否判断を行なう。ＥＣＵ３は、算出した残留ガス熱容量最大値と、残留ガス熱量要求値とを比較し、残留ガス熱容量最大値が残留ガス熱量要求値以上であれば、残留ガス熱量条件フラグに「可」を設定する。

ＥＣＵ３は、エンジン２の運転領域がＳＩ運転領域からＨＣＣＩ運転領域に入り、ＳＩ運転からＨＣＣＩ運転へ切り替える準備期間において、吸気圧の下限要求値を算出し、吸気圧がこの下限要求値以上でない場合は、ＨＣＣＩ運転に切り替えない。吸気圧の下限要求値とは、ＨＣＣＩ燃焼での安定燃焼に必要なＧ／Ｆ（圧縮時の筒内ガス量（燃料分を除く）をＧ、燃料量をＦとしたときの重量比）の下限値から算出した吸気圧である。吸気圧が下限要求値以上であることは、ＨＣＣＩ運転に切り替えた場合に、ノッキングが発生しないことを意味する。

ＥＣＵ３は、例えば、エンジン回転数や目標トルク等を軸とするマップ等により、Ｇ／Ｆ下限値を算出する。このマップは、事前にＨＣＣＩ燃焼で運転可能なＧ／Ｆ下限値を各条件で実験的に求められる。

ＥＣＵ３は、例えば、事前にＨＣＣＩ燃焼の各条件で実験的に求められ、エンジン回転数や目標トルクを軸とするマップ等により、ＨＣＣＩ燃焼に切り替えた場合の燃料噴射量を算出する。このマップは、事前にＨＣＣＩ燃焼の各条件で実験的に求められる。

ＥＣＵ３は、例えば、算出したＧ／Ｆ下限値と燃料噴射量を掛けることで、混合気質量の下限値を算出する。

ＥＣＵ３は、例えば、混合気質量の下限値と、圧縮前目標温度算出部３４が算出した圧縮前目標温度と、上述の圧縮前の容積等から、理想気体の状態方程式を用いて吸気圧下限値を算出する。

ＥＣＵ３は、実際の吸気圧と吸気圧下限値を比較し、実際の吸気圧が吸気圧下限値以上であれば、吸気圧条件フラグに「可」を設定する。

ＥＣＵ３は、残留ガス熱量条件フラグが「可」であり、かつ、吸気圧条件フラグが「可」であると、ＨＣＣＩ運転への切替えを実施する。

以上のように構成された本実施例に係る内燃機関の制御装置によるＨＣＣＩ切替え処理について、図４を参照して説明する。なお、以下に説明するＨＣＣＩ切替え処理は、ＥＣＵ３の処理が開始されると開始され、各気筒のサイクル毎（４気筒であればクランク角180deg.毎）に実行される。

ステップＳ１において、ＥＣＵ３は、エンジン回転数とエンジン要求トルクが、ＨＣＣＩ運転領域内であるか否かを判定する。ＨＣＣＩ運転領域内でないと判定した場合、ＥＣＵ３は、処理を終了する。

ＨＣＣＩ運転領域内であると判定した場合、ステップＳ２において、ＥＣＵ３は、ＳＩ運転からＨＣＣＩ運転への切り替え準備を実行する。ＥＣＵ３は、ＳＩ運転からＨＣＣＩ運転への切り替え準備として、主に吸気量の増加を行なわせる。吸気量の増加の他に、リーン燃焼を行なう場合は燃料噴射タイミングを成層燃焼用に変化させる、理論空燃比を維持する場合は点火時期を遅角させる、連続可変型バルブタイミングと連続可変型リフト機構を備えている場合は、制御値をＨＣＣＩ条件の値に近づけておく（内部ＥＧＲガスの増加）等を行なってもよい。

ステップＳ３において、ＥＣＵ３は、残留ガス熱量の最大値が要求値以上であるか否かを判定する。残留ガス熱量の最大値が要求値以上でないと判定した場合、ＥＣＵ３は、処理を終了する。

残留ガス熱量の最大値が要求値以上であると判定した場合、ステップＳ４において、ＥＣＵ３は、吸気圧が下限要求値以上であるか否かを判定する。吸気圧が下限要求値以上でないと判定した場合、ＥＣＵ３は、処理を終了する。

吸気圧が下限要求値以上であると判定した場合、ステップＳ５において、ＥＣＵ３は、ＨＣＣＩ運転への切替えを実施して、処理を終了する。

このようなＨＣＣＩ切替え処理による動作について図５を参照して説明する。なお、図５において、エンジン回転数は一定としている。

タイミングｔ１において、アクセル開度が下がり、エンジン要求トルクが下がると、燃料噴射量は減少され、ウェストゲートバルブ２６の開度は大きくされ、吸気圧は下がり、エンジントルクも下がっていく。

タイミングｔ２において、エンジン要求トルクがＳＩ運転領域からＨＣＣＩ運転領域に入ると、ＳＩ運転からＨＣＣＩ運転への切替えの準備が開始され、ウェストゲートバルブ２６の開度は全閉にされて過給圧が上げられ、吸気圧も上がっていく。

ここから、残留ガス熱量の最大値や残留ガス熱量要求値、吸気圧の下限要求値が算出され、上述の残留ガス熱量条件と吸気圧条件が判定される。

図５の場合、エンジン２は既に暖機されているため、残留ガス熱量の最大値は残留ガス熱量要求値以上となっている。外気が冷たい場合や、エンジン冷却水が冷たい場合などに、残留ガス熱量の最大値が残留ガス熱量要求値以上とならないときがある。

タイミングｔ３において、吸気圧が下限要求値に到達すると、ＳＩ運転からＨＣＣＩ運転への切替えが開始され、排気弁２１等の制御がＨＣＣＩ運転用に切り替わり、自着火運転が開始される。なお、排気弁２１の閉時期は、残留ガス熱量の最大値と残留ガス熱量要求値に差があるため、残留ガス熱量が残留ガス熱量要求値になるように進角される。

このように、残留ガス熱量条件と吸気圧条件に基づいてＨＣＣＩ運転への切替え可否を判定しているため、無駄に切替えを遅らせることなく、様々な条件において最も早く、ＨＣＣＩ運転へ切り替えることができ、ＨＣＣＩ運転の頻度を高くすることができる。

また、残留ガス熱量条件を判定しているため、ＨＣＣＩ運転に切替え後に残留ガス熱量が不足して失火が発生することがない。

また、吸気圧条件を判定しているため、吸気圧が低いことでノッキングが発生することを防止できる。

なお、本実施例においては、排気弁制御値と圧縮後目標温度から残留ガス熱量を算出して比較したが、残留ガス熱量要求値から排気弁制御要求値を求め、排気弁制御値の最小値算出部３１が算出した排気弁制御の最小値と比較してもよい。あるいは、残留ガス熱量最大値から圧縮後の最高温度を求め、圧縮後目標温度と比較してもよい。

同様に、吸気圧についても、実吸気圧から実Ｇ／Ｆ予測値を求め、Ｇ／Ｆ下限値と比較してもよい。

本発明の実施例を開示したが、当業者によっては本発明の範囲を逸脱することなく変更が加えられうることは明白である。すべてのこのような修正及び等価物が次の請求項に含まれることが意図されている。

１車両
２エンジン（内燃機関）
３ＥＣＵ（制御部）
９ターボチャージャ（過給機）
１５吸気圧センサ
２１排気弁
２２排気側可変動弁機構
２６ウェストゲートバルブ
４２過給圧センサ
４３吸気温センサ
４５クランク角度センサ
４６排気圧センサ
４７排気温センサ
４８アクセル開度センサ

Claims

火花点火燃焼と圧縮自着火燃焼とが切り替え可能に構成された内燃機関の制御装置であって、
前記火花点火燃焼から前記圧縮自着火燃焼へ切り替える場合に、次サイクルで排気弁を可能な限り早閉じまたは低リフト化したと想定して算出した残留ガス熱量の最大値が、前記圧縮自着火燃焼での安定燃焼に必要な残留ガスの熱量以上になる残留ガス熱量条件と所定の吸気圧条件が成立したときに前記圧縮自着火燃焼へ切り替える制御部を備える内燃機関の制御装置。
前記制御部は、吸気圧が、前記圧縮自着火燃焼可能な吸気圧の下限値以上である場合、前記吸気圧条件が成立したとする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
前記制御部は、前記内燃機関の運転状態がＨＣＣＩ運転領域に入ったとき、少なくとも前記内燃機関の吸気量の増加を行なわせる請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
前記内燃機関は、過給機を備え、
前記制御部は、前記過給機による過給圧により前記吸気量の増加を行なわせる請求項３に記載の内燃機関の制御装置。
前記制御部は、前記内燃機関の要求トルクとエンジン回転数とに基づいて、前記内燃機関の運転状態がＨＣＣＩ運転領域に入ったか否かを判定する請求項３または請求項４に記載の内燃機関の制御装置。