JP6315410B2

JP6315410B2 - エンジンの制御装置

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Publication number: JP6315410B2
Application number: JP2015173128A
Authority: JP
Inventors: 雄一郎津村; 圭太郎江角
Original assignee: Mazda Motor Corp
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Priority date: 2015-09-02
Filing date: 2015-09-02
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Description

本発明は、エンジンの制御装置に係わり、特に、複数の気筒を備えるガソリンエンジンに適用されるエンジンの制御装置に関する。

一般的に、ガソリン又はガソリンを主成分とする燃料を用いるエンジンでは、点火プラグによって着火する火花点火方式が広く採用されている。近年では、燃費の向上を図る観点などから、エンジンの幾何学的圧縮比として高圧縮比を適用して、ガソリン又はガソリンを主成分とする燃料を用いつつ、所定の運転領域において、圧縮自己着火（具体的にはＨＣＣＩ（Homogeneous-Charge Compression Ignition）と呼ばれる予混合圧縮自己着火）を行う技術が開発されている。

上記のような圧縮自己着火を行うようにしたエンジンが、例えば特許文献１に開示されている。特許文献１には、複数の気筒を備える多気筒エンジンにおいて、混合気を火花点火させる火花点火運転から、混合気を圧縮自己着火させる圧縮自己着火運転へと移行させるときに、複数の気筒の一部ずつを順に火花点火運転から圧縮自己着火運転へと移行させる技術が開示されている。

特開２００４−２３９２１７号公報

一般的に、圧縮自己着火を行うようにしたガソリンエンジンにおいては、圧縮自己着火運転（以下では適宜「ＣＩ（Compression Ignition）運転」と呼ぶ。）は、エンジンの所定の低負荷領域で実行し、火花点火運転（以下では適宜「ＳＩ（Spark Ignition）運転」と呼ぶ。）は、エンジンの所定の高負荷領域で実行している。これは、ＣＩ運転は、燃費が良好であるが、エンジンの負荷が高くなると、燃焼が急峻になり、燃焼騒音が発生したり、着火時期の制御が困難になったりするので、エンジンの負荷が所定値以上になるとＣＩ運転からＳＩ運転へと切り替えるようにしたものである。しかしながら、このようなＣＩ運転からＳＩ運転へと切り替えるべき運転領域では、ＳＩ運転を行うと燃費が悪くなってしまう。これは、ＳＩ運転はある程度高い負荷において良好な燃費が得られるが、ＣＩ運転からＳＩ運転へと切り替えるべき運転領域における負荷は、そのようなＳＩ運転により良好な燃費が得られるようになる負荷よりも小さいからである。

本発明は、上述した従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、圧縮自己着火運転と強制点火運転との間で切り替えを行うべき運転領域において、燃費を適切に改善することができるエンジンの制御装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明は、複数の気筒を備えるガソリンエンジンに適用されるエンジンの制御装置であって、エンジンの負荷が所定値以下である第１の運転領域において、燃料を含む混合気を圧縮自己着火させてエンジンを運転させる圧縮自己着火運転を実行するようにエンジンを制御すると共に、この第１の運転領域よりも負荷が高い第２の運転領域において、燃料を含む混合気を強制点火させてエンジンを運転させる強制点火運転を実行するようにエンジンを制御するエンジン制御手段を有し、このエンジン制御手段は、第１の運転領域よりも負荷が高く且つ第２の運転領域よりも負荷が低い第３の運転領域において、エンジンの全気筒のうちの一部の気筒を圧縮自己着火運転させ、残りの気筒を強制点火運転させる混合運転制御を実行し、エンジンの要求負荷の変化に対して、この混合運転制御により圧縮自己着火運転させる気筒から発生させるトルクの変化率を、この混合運転制御により強制点火運転させる気筒から発生させるトルクの変化率よりも小さくし、混合運転制御により圧縮自己着火運転させる気筒から発生させるトルクを当該制御前のトルク以下にし、且つ、混合運転制御により強制点火運転させる気筒から発生させるトルクを当該制御前のトルクよりも大きくする、ことを特徴とする。

このように構成された本発明によれば、第３の運転領域において、一部の気筒を圧縮自己着火運転させてトルクを緩やかに変化させ、且つ、残りの気筒を強制点火運転させてトルクを大きく変化させるので、要求トルクを満たしつつ、燃費を向上させることができる。
具体的には、通常、中低負荷域に相当する第３の運転領域において強制点火運転させると燃費が悪化してしまうが、そのような第３の運転領域において、一部の気筒を圧縮自己着火運転させ、そのトルクを緩やかに変化させることで、要求トルクを満たすのに当たって、強制点火運転させる残りの気筒のトルクを大きく変化させることとなるが、それにより、強制点火運転により良好な燃費が得られるようなトルクを強制点火運転する気筒に速やかに適用することができる。例えば、エンジンの要求負荷が上昇する場合には、この要求負荷を実現するように強制点火運転する気筒のトルクを大きく上昇させて、強制点火運転により良好な燃費が得られる中高負荷域に速やかに到達させることができる。したがって、本発明によれば、第３の運転領域での強制点火運転の燃費を改善することができる。
他方で、通常、中低負荷域に相当する第３の運転領域において圧縮自己着火運転させるべきではないが、そのような第３の運転領域において、上記のように、一部の気筒を強制点火運転させ、そのトルクを大きく変化させることで、要求トルクを満たすのに当たって、圧縮自己着火運転させる残りの気筒のトルクを緩やかに変化させることとなるが、それにより、燃焼騒音の抑制や着火時期の制御性などが確保された適切な圧縮自己着火運転を実現することができる。これにより、第３の運転領域において、圧縮自己着火運転による良好な燃費を適切に享受することができる。
以上より、本発明によれば、第３の運転領域において圧縮自己着火運転及び強制点火運転の両方を行い、それらのトルクを適当に制御することで、要求トルクを満たしつつ、エンジン全体での燃費を向上させることができる。
また、本発明によれば、圧縮自己着火運転させる気筒からのトルクを当該制御前のトルク以下にすることで、圧縮自己着火運転させる気筒については、混合運転制御中において燃焼騒音の抑制や着火時期の制御性などをより効果的に確保することができ、他方で、強制点火運転させる気筒からのトルクを当該制御前のトルクよりも大きくすることで、強制点火運転させる気筒については、強制点火運転により良好な燃費が得られるようなトルクをより速やかに適用することができるようになる。したがって、エンジン全体での燃費を効果的に向上させることが可能となる。

本発明において、好ましくは、エンジン制御手段は、混合運転制御により圧縮自己着火運転させる気筒から発生させるトルクを当該制御の前後においてほぼ一定に維持する。
このように構成された本発明によれば、混合運転制御により圧縮自己着火運転させる気筒からのトルクを当該制御の前後においてほぼ一定に維持するので、混合運転制御の実行中において、燃焼位相の制御性を適切に確保することができる。

本発明において、好ましくは、エンジン制御手段は、混合運転制御により圧縮自己着火運転させる気筒及び強制点火運転させる気筒の両方が理論空燃比にて燃焼を行うようにする。
このように構成された本発明によれば、混合運転制御により圧縮自己着火運転させる気筒及び強制点火運転させる気筒の両方が理論空燃比（λ＝１）にて燃焼を行うようにするので、圧縮自己着火運転する気筒及び強制点火運転する気筒の両方からの排気ガスが理論空燃比になり、そのようにして理論空燃比になった排気ガスを排気浄化触媒（三元触媒など）に供給することができる。よって、強制点火運転する気筒からの排気ガスに含まれるＮＯｘを、触媒によって適切に浄化させることができる。

本発明において、好ましくは、エンジン制御手段は、エンジンの複数の気筒を所定の燃焼順序に従って運転させたときに、混合運転制御により圧縮自己着火運転させる気筒と、混合運転制御により強制点火運転させる気筒とが交互に燃焼を行うようにする。
このように構成された本発明によれば、複数の気筒を所定の燃焼順序に従って運転させたときに、混合運転制御において圧縮自己着火運転する気筒と強制点火運転する気筒とが交互に燃焼を行うようにするので、圧縮自己着火運転によるトルクと強制点火運転によるトルクとの差に起因するエンジン振動を適切に抑制することができる。具体的には、圧縮自己着火運転によるトルクと強制点火運転によるトルクとが切り替わる周期が短くなり、エンジン振動を感じにくくすることができる。

本発明において、好ましくは、エンジン制御手段は、混合運転制御により圧縮自己着火運転させる気筒から発生させるトルクと、混合運転制御により強制点火運転させる気筒から発生させるトルクとの平均トルクを、エンジンの要求負荷に応じた要求トルクに一致させるようにする。
このように構成された本発明によれば、混合運転制御により圧縮自己着火運転する気筒のトルクと強制点火運転する気筒のトルクとの平均トルクを、エンジンの要求負荷に応じた要求トルクに一致させるようにするので、混合運転制御の実行中に要求トルクを確実に満たすことができる。

本発明のエンジンの制御装置によれば、圧縮自己着火運転と強制点火運転との間で切り替えを行うべき運転領域において、燃費を適切に改善することができる。

本発明の実施形態によるエンジンの制御装置が適用されたエンジンの概略構成図である。本発明の実施形態によるエンジンの制御装置に関する電気的構成を示すブロック図である。本発明の実施形態によるエンジンの運転領域の説明図である。本発明の実施形態による、第１の運転領域での吸気弁及び排気弁の動作の説明図である。本発明の実施形態による、第２の運転領域での吸気弁及び排気弁の動作の説明図である。本発明の実施形態による混合運転制御の説明図である。本発明の実施形態において、第１の運転領域の上限負荷において微小に要求負荷が増加して第３の運転領域に移行する場合に行う制御についての説明図である。本発明の実施形態による混合運転制御を実行した場合の燃費についての説明図である。本発明の実施形態による混合運転制御に係る第１の制御例を示すタイムチャートである。本発明の実施形態による混合運転制御に係る第２の制御例を示すタイムチャートである。本発明の実施形態による混合運転制御に係る第３の制御例を示すタイムチャートである。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態によるエンジンの制御装置について説明する。

［装置構成］
図１は、本発明の実施形態によるエンジンの制御装置が適用されたエンジン（エンジン本体）１の概略構成を示し、図２は、本発明の実施形態によるエンジンの制御装置を示すブロック図である。

エンジン１は、車両に搭載されると共に、少なくともガソリンを含有する燃料が供給されるガソリンエンジンである。エンジン１は、複数の気筒１８が設けられたシリンダブロック１１（なお、図１では、１つの気筒のみを図示するが、例えば４つの気筒が直列に設けられる）と、このシリンダブロック１１上に配設されたシリンダヘッド１２と、シリンダブロック１１の下側に配設され、潤滑油が貯留されたオイルパン１３とを有している。各気筒１８内には、コンロッド１４２を介してクランクシャフト１５と連結されているピストン１４が往復動可能に嵌挿されている。ピストン１４の頂面には、ディーゼルエンジンでのリエントラント型のようなキャビティ１４１が形成されている。キャビティ１４１は、ピストン１４が圧縮上死点付近に位置するときには、後述するインジェクタ６７に相対する。シリンダヘッド１２と、気筒１８と、キャビティ１４１を有するピストン１４とは、燃焼室１９を画定する。なお、燃焼室１９の形状は、図示する形状に限定されるものではない。例えばキャビティ１４１の形状、ピストン１４の頂面形状、及び、燃焼室１９の天井部の形状等は、適宜変更することが可能である。

このエンジン１は、理論熱効率の向上や、後述する圧縮着火燃焼の安定化等を目的として、１５以上の比較的高い幾何学的圧縮比に設定されている。なお、幾何学的圧縮比は１５以上２０以下程度の範囲で、適宜設定すればよい。

シリンダヘッド１２には、気筒１８毎に、吸気ポート１６及び排気ポート１７が形成されていると共に、これら吸気ポート１６及び排気ポート１７には、燃焼室１９側の開口を開閉する吸気弁２１及び排気弁２２がそれぞれ配設されている。

吸気弁２１及び排気弁２２をそれぞれ駆動する動弁系の内、排気側には、排気弁２２の作動モードを通常モードと特殊モードとに切り替える、例えば油圧作動式の可変バルブリフト機構（図２参照。以下、ＶＶＬ（Variable Valve Lift）と称する）７１と、クランクシャフト１５に対する排気カムシャフトの回転位相を変更することが可能な位相可変機構（以下、ＶＶＴ（Variable Valve Timing）と称する）７５と、が設けられている。ＶＶＬ７１は、その構成の詳細な図示は省略するが、カム山を一つ有する第１カムとカム山を２つ有する第２カムとの、カムプロフィールの異なる２種類のカム、及び、その第１及び第２カムのいずれか一方のカムの作動状態を選択的に排気弁２２に伝達するカムシフティング機構を含んで構成されている。第１カムの作動状態を排気弁２２に伝達しているときには、排気弁２２は、排気行程中において一度だけ開弁される通常モードで作動するのに対し、第２カムの作動状態を排気弁２２に伝達しているときには、排気弁２２が、排気行程中において開弁すると共に、吸気行程中においても開弁するような、いわゆる排気の二度開きを行う特殊モードで作動する。ＶＶＬ７１の通常モードと特殊モードとは、エンジンの運転状態に応じて切り替えられる。具体的には、特殊モードは、内部ＥＧＲに係る制御の際に利用される。なお、排気弁２２を電磁アクチュエータによって駆動する電磁駆動式の動弁系を採用してもよい。

ＶＶＴ７５は、液圧式、電磁式又は機械式の公知の構造を適宜採用すればよく、その詳細な構造についての図示は省略する。排気弁２２は、ＶＶＴ７５によって、その開弁時期及び閉弁時期を、所定の範囲内で連続的に変更可能である。また、複数の気筒１８のそれぞれに設けられた排気弁２２は、各気筒１８ごとに別個に、ＶＶＬ７１及びＶＶＴ７５によってリフト量及び動作タイミングが制御されるようになっている。

なお、内部ＥＧＲの実行は、上記したような排気弁２２の二度開きのみによって実現されるのではない。例えば吸気弁２１を二回開く、吸気の二度開きによって内部ＥＧＲ制御を行ってもよいし、排気行程乃至吸気行程において吸気弁２１及び排気弁２２の双方を閉じるネガティブオーバーラップ期間を設けて既燃ガスを気筒１８内に残留させる内部ＥＧＲ制御を行ってもよい。

ＶＶＬ７１及びＶＶＴ７５を備えた排気側の動弁系と同様に、吸気側には、図２に示すように、ＶＶＬ７４とＶＶＴ７２とが設けられている。吸気側のＶＶＬ７４は、排気側のＶＶＬ７１とは異なる。吸気側のＶＶＬ７４は、吸気弁２１のリフト量を相対的に大きくする大リフトカムと、吸気弁２１のリフト量を相対的に小さくする小リフトカムとの、カムプロフィールの異なる２種類のカム、及び、大リフトカム及び小リフトカムのいずれか一方のカムの作動状態を選択的に吸気弁２１に伝達するカムシフティング機構を含んで構成されている。ＶＶＬ７４が大リフトカムの作動状態を吸気弁２１に伝達しているときには、吸気弁２１は、相対的に大きいリフト量で開弁すると共に、その開弁期間も長くなる。これに対し、ＶＶＬ７４が小リフトカムの作動状態を吸気弁２１に伝達しているときには、吸気弁２１は、相対的に小さいリフト量で開弁すると共に、その開弁期間も短くなる。大リフトカムと小リフトカムとは、閉弁時期又は開弁時期を同じにして切り替わるように設定されている。

吸気側のＶＶＴ７２は、排気側のＶＶＴ７５と同様に、液圧式、電磁式又は機械式の公知の構造を適宜採用すればよく、その詳細な構造についての図示は省略する。吸気弁２１もまた、ＶＶＴ７２によって、その開弁時期及び閉弁時期を、所定の範囲内で連続的に変更可能である。また、複数の気筒１８のそれぞれに設けられた吸気弁２１は、各気筒１８ごとに別個に、ＶＶＬ７４及びＶＶＴ７２によってリフト量及び動作タイミングが制御されるようになっている。なお、吸気側にＶＶＬ７４を適用せずに、ＶＶＴ７２のみを適用し、吸気弁２１の開弁時期及び閉弁時期のみを変更するようにしてもよい。

シリンダヘッド１２にはまた、気筒１８毎に、気筒１８内に燃料を直接噴射する（直噴）インジェクタ６７が取り付けられている。インジェクタ６７は、その噴口が燃焼室１９の天井面の中央部分から、その燃焼室１９内に臨むように配設されている。インジェクタ６７は、エンジン１の運転状態に応じて設定された噴射タイミングでかつ、エンジン１の運転状態に応じた量の燃料を、燃焼室１９内に直接噴射する。この例において、インジェクタ６７は、詳細な図示は省略するが、複数の噴口を有する多噴口型のインジェクタである。これによって、インジェクタ６７は、燃料噴霧が、燃焼室１９の中心位置から放射状に広がるように、燃料を噴射する。ピストン１４が圧縮上死点付近に位置するタイミングで、燃焼室１９の中央部分から放射状に広がるように噴射された燃料噴霧は、ピストン頂面に形成されたキャビティ１４１の壁面に沿って流動する。キャビティ１４１は、ピストン１４が圧縮上死点付近に位置するタイミングで噴射された燃料噴霧を、その内部に収めるように形成されている、と言い換えることが可能である。この多噴口型のインジェクタ６７とキャビティ１４１との組み合わせは、燃料の噴射後、混合気形成期間を短くすると共に、燃焼期間を短くする上で有利な構成である。なお、インジェクタ６７は、多噴口型のインジェクタに限定されず、外開弁タイプのインジェクタを採用してもよい。

図外の燃料タンクとインジェクタ６７との間は、燃料供給経路によって互いに連結されている。この燃料供給経路上には、燃料ポンプ６３とコモンレール６４とを含みかつ、インジェクタ６７に、比較的高い燃料圧力で燃料を供給することが可能な燃料供給システム６２が介設されている。燃料ポンプ６３は、燃料タンクからコモンレール６４に燃料を圧送し、コモンレール６４は圧送された燃料を、比較的高い燃料圧力で蓄えることが可能である。インジェクタ６７が開弁することによって、コモンレール６４に蓄えられている燃料がインジェクタ６７の噴口から噴射される。ここで、燃料ポンプ６３は、図示は省略するが、プランジャー式のポンプであり、エンジン１によって駆動される。このエンジン駆動のポンプを含む構成の燃料供給システム６２は、３０ＭＰａ以上の高い燃料圧力の燃料を、インジェクタ６７に供給することを可能にする。燃料圧力は、最高で１２０ＭＰａ程度に設定してもよい。インジェクタ６７に供給される燃料の圧力は、エンジン１の運転状態に応じて変更される。なお、燃料供給システム６２は、この構成に限定されるものではない。

シリンダヘッド１２にはまた、燃焼室１９内の混合気に強制点火（具体的には火花点火）する点火プラグ２５が取り付けられている。点火プラグ２５は、この例では、エンジン１の排気側から斜め下向きに延びるように、シリンダヘッド１２内を貫通して配置されている。点火プラグ２５の先端は、圧縮上死点に位置するピストン１４のキャビティ１４１内に臨んで配置される。

エンジン１の一側面には、図１に示すように、各気筒１８の吸気ポート１６に連通するように吸気通路３０が接続されている。一方、エンジン１の他側面には、各気筒１８の燃焼室１９からの既燃ガス（排気ガス）を排出する排気通路４０が接続されている。

吸気通路３０の上流端部には、吸入空気を濾過するエアクリーナ３１が配設され、その下流側には、各気筒１８への吸入空気量を調節するスロットル弁３６が配設されている。また、吸気通路３０における下流端近傍には、サージタンク３３が配設されている。このサージタンク３３よりも下流側の吸気通路３０は、気筒１８毎に分岐する独立通路とされ、これら各独立通路の下流端が各気筒１８の吸気ポート１６にそれぞれ接続されている。

排気通路４０の上流側の部分は、気筒１８毎に分岐して排気ポート１７の外側端に接続された独立通路と該各独立通路が集合する集合部とを有する排気マニホールドによって構成されている。この排気通路４０における排気マニホールドよりも下流側には、排気ガス中の有害成分を浄化する排気浄化装置として、直キャタリスト４１とアンダーフットキャタリスト４２とがそれぞれ接続されている。直キャタリスト４１及びアンダーフットキャタリスト４２はそれぞれ、筒状ケースと、そのケース内の流路に配置した、例えば三元触媒とを備えて構成されている。

吸気通路３０におけるサージタンク３３とスロットル弁３６との間の部分と、排気通路４０における直キャタリスト４１よりも上流側の部分とは、排気ガスの一部を吸気通路３０に還流するためのＥＧＲ通路５０を介して接続されている。このＥＧＲ通路５０は、排気ガスをエンジン冷却水によって冷却するためのＥＧＲクーラ５２が配設された主通路５１を含んで構成されている。主通路５１には、排気ガスの吸気通路３０への還流量を調整するためのＥＧＲ弁５１１が配設されている。

エンジン１は、パワートレイン・コントロール・モジュール（以下、ＰＣＭという）１０によって制御される。ＰＣＭ１０は、ＣＰＵ、メモリ、カウンタタイマ群、インターフェース及びこれらのユニットを接続するパスを有するマイクロプロセッサで構成されている。このＰＣＭ１０が制御器を構成する。

ＰＣＭ１０には、図１及び図２に示すように、各種のセンサＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ４〜ＳＷ１８の検出信号が入力される。具体的には、ＰＣＭ１０には、エアクリーナ３１の下流側で、新気の流量を検出するエアフローセンサＳＷ１の検出信号と、新気の温度を検出する吸気温度センサＳＷ２の検出信号と、ＥＧＲ通路５０における吸気通路３０との接続部近傍に配置されかつ、外部ＥＧＲガスの温度を検出するＥＧＲガス温センサＳＷ４の検出信号と、吸気ポート１６に取り付けられかつ、気筒１８内に流入する直前の吸気の温度を検出する吸気ポート温度センサＳＷ５の検出信号と、シリンダヘッド１２に取り付けられかつ、気筒１８内の圧力を検出する筒内圧センサＳＷ６の検出信号と、排気通路４０におけるＥＧＲ通路５０の接続部近傍に配置されかつ、それぞれ排気温度及び排気圧力を検出する排気温センサＳＷ７及び排気圧センサＳＷ８の検出信号と、直キャタリスト４１の上流側に配置されかつ、排気中の酸素濃度を検出するリニアＯ₂センサＳＷ９の検出信号と、直キャタリスト４１とアンダーフットキャタリスト４２との間に配置されかつ、排気中の酸素濃度を検出するラムダＯ₂センサＳＷ１０の検出信号と、エンジン冷却水の温度を検出する水温センサＳＷ１１の検出信号と、クランクシャフト１５の回転角を検出するクランク角センサＳＷ１２の検出信号と、車両のアクセルペダル（図示省略）の操作量に対応したアクセル開度を検出するアクセル開度センサＳＷ１３の検出信号と、吸気側及び排気側のカム角センサＳＷ１４、ＳＷ１５の検出信号と、燃料供給システム６２のコモンレール６４に取り付けられかつ、インジェクタ６７に供給する燃料圧力を検出する燃圧センサＳＷ１６の検出信号と、エンジン１の油圧を検出する油圧センサＳＷ１７の検出信号と、エンジン１の油温を検出する油温センサＳＷ１８の検出信号と、が入力される。

ＰＣＭ１０は、これらの検出信号に基づいて種々の演算を行うことによってエンジン１や車両の状態を判定し、これに応じて、（直噴）インジェクタ６７、点火プラグ２５、吸気弁側のＶＶＴ７２及びＶＶＬ７４、排気弁側のＶＶＴ７５及びＶＶＬ７１、燃料供給システム６２、並びに、各種の弁（スロットル弁３６、ＥＧＲ弁５１１）のアクチュエータへ制御信号を出力する。こうしてＰＣＭ１０は、エンジン１を運転する。詳細は後述するが、ＰＣＭ１０は、本発明におけるエンジンの制御装置に相当する。

［運転領域］
次に、図３を参照して、本発明の実施形態によるエンジンの運転領域について説明する。図３は、本実施形態によるエンジン１の運転制御マップの一例を示している。このエンジン１は、燃費の向上や排気エミッション性能の向上を目的として、エンジン負荷が相対的に低い低負荷域である第１の運転領域Ｒ１１では、点火プラグ２５による点火を行わずに、圧縮自己着火によって燃焼を行う圧縮着火燃焼を行う。しかしながら、エンジン１の負荷が高くなるに従って、この圧縮着火燃焼では、燃焼が急峻になりすぎてしまい、燃焼騒音が発生したり、着火時期の制御が困難になったりする（失火などが発生する傾向にある）。そのため、このエンジン１では、エンジン負荷が相対的に高い高負荷域である第２の運転領域Ｒ１２では、圧縮着火燃焼の代わりに、点火プラグ２５を利用した強制点火燃焼（ここでは火花点火燃焼）を行うようにする。このように、このエンジン１は、エンジン１の運転状態、特にエンジン１の負荷に応じて、圧縮着火燃焼による運転を実行するＣＩ（Compression Ignition）運転と、火花点火燃焼による運転を実行するＳＩ（Spark Ignition）運転とを切り替えるように構成されている。

特に、本実施形態では、ＣＩ運転を行う第１の運転領域Ｒ１１とＳＩ運転を行う第２の運転領域Ｒ１２との間に第３の運転領域Ｒ１３を更に規定し、つまり第１の運転領域Ｒ１１よりも負荷が高く且つ第２の運転領域Ｒ１２よりも負荷が低い中低負荷域としての第３の運転領域Ｒ１３を更に規定し、この第３の運転領域Ｒ１３では、ＣＩ運転及びＳＩ運転の両方を行うようにする。具体的には、本実施形態では、エンジン負荷が第３の運転領域Ｒ１３にある場合には、ＰＣＭ１０は、エンジン１の全気筒１８のうちの一部の気筒１８をＣＩ運転させ、残りの気筒１８をＳＩ運転させる混合運転制御を実行する。
好適には、第３の運転領域Ｒ１３の下側における第１の運転領域Ｒ１１との境界は、当該境界の負荷以上においてＣＩ運転を行うと、燃焼騒音が発生したり着火時期の制御が困難になったりするような負荷に基づいて規定するのがよい。また、第３の運転領域Ｒ１３の上側における第２の運転領域Ｒ１２との境界は、当該境界の負荷未満ではＳＩ運転による良好な燃費が得られないが、当該境界の負荷以上になるとＳＩ運転による良好な燃費が得られるような負荷に基づいて規定するのがよい。

ここで、第１の運転領域Ｒ１１において実行するＣＩ運転と、第２の運転領域Ｒ１２において実行するＳＩ運転について具体的に説明する。

第１の運転領域Ｒ１１内における低負荷側の領域では、ＣＩ運転として、圧縮着火燃焼の着火性及び安定性を高めるために、気筒１８内の圧縮端温度を高めるべく、排気側のＶＶＬ７１をオンにして、排気弁２２を吸気行程中に開弁する排気の二度開きを行って、相対的に温度の高い内部ＥＧＲガスを気筒１８内に導入する。また、ＣＩ運転では、第１の運転領域Ｒ１１における低負荷側の領域では、均質な混合気を形成すべく、少なくとも吸気行程から圧縮行程中期までの期間内において、インジェクタ６７が気筒１８内に燃料を噴射する。この場合、吸気行程と圧縮行程とにおいて、燃料を分割噴射してもよい。

一方で、第１の運転領域Ｒ１１内における高負荷側の領域では、ＣＩ運転として、気筒１８内の温度環境が高くなるので、過早着火を抑制するために、内部ＥＧＲガス量を低下させる一方で、ＥＧＲクーラ５２を通過することによって冷却された外部ＥＧＲガスを気筒１８内に導入する。また、このような気筒１８内の温度制御に加えて、過早着火等の異常燃焼を回避しつつ、圧縮着火燃焼の安定化を図るべく、大幅に高圧化した燃料圧力でもって、少なくとも圧縮行程後期から膨張行程初期までの期間内で、気筒１８内に燃料噴射を実行する（高圧リタード噴射）。

このような第１の運転領域Ｒ１１でのＣＩ運転に対して、第２の運転領域Ｒ１２でのＳＩ運転では、排気側のＶＶＬ７１をオフにして、ホットＥＧＲガスの導入を中止する一方で、クールドＥＧＲガスの導入は継続する。ＳＩ運転ではまた、スロットル弁３６を全開にする一方で、ＥＧＲ弁５１１の開度調整により、気筒１８内に導入する新気量及び外部ＥＧＲガス量を調整する。こうして気筒１８内に導入するガス割合を調整することは、ポンプ損失の低減と共に、大量のクールドＥＧＲガスを気筒１８内に導入することによる異常燃焼の回避、火花点火燃焼の燃焼温度を低く抑えることによるＲａｗＮＯｘの生成抑制及び冷却損失の低減が図られる。なお、全開負荷域では、ＥＧＲ弁５１１を閉弁することにより、外部ＥＧＲをゼロにする。

また、ＳＩ運転においては、過早着火やノッキングなどの異常燃焼を回避すべく、高圧リタード噴射を行う。具体的には、３０ＭＰａ以上の高い燃料圧力でもって、圧縮行程後期から膨張行程初期にかけてリタード期間内で、気筒１８内に燃料噴射を実行する高圧リタード噴射を行う。なお、ＳＩ運転においては、リタード期間内での高圧リタード噴射に加えて、噴射する燃料の一部を、吸気弁２１が開弁している吸気行程期間内で気筒１８内に噴射するようにしてもよい（つまり分割噴射を行うとしてもよい）。

［吸気弁及び排気弁の制御］
次に、図４及び図５を参照して、本発明の実施形態による吸気弁２１及び排気弁２２の制御の具体例について説明する。図４は、ＣＩ運転を行う第１の運転領域Ｒ１１での吸気弁２１及び排気弁２２の動作を示し、図５は、ＳＩ運転を行う第２の運転領域Ｒ１２での吸気弁２１及び排気弁２２の動作を示している。図４及び図５は、それぞれ、横方向にクランク角を示し、実線のグラフＧ１１、Ｇ２１は、クランク角に応じた排気弁２２の動作を示し、破線のグラフＧ１２、Ｇ２２は、クランク角に応じた吸気弁２１の動作を示している。上記したように、吸気弁２１は、ＶＶＴ７２及びＶＶＬ７４を介してＰＣＭ１０によって開弁時期、閉弁時期及びリフト量が制御され、排気弁２２は、ＶＶＴ７５及びＶＶＬ７１を介してＰＣＭ１０によって開弁時期、閉弁時期及びリフト量が制御される。

図４に示すように、ＣＩ運転を行う第１の運転領域Ｒ１１においては、排気弁２２を排気行程中に開弁させると共に吸気行程中にも開弁させる二度開きを実行して（実線のグラフＧ１１参照）、相対的に温度の高い内部ＥＧＲガスを気筒１８内に導入するようにする。他方で、図５に示すように、ＳＩ運転を行う第２の運転領域Ｒ１２においては、排気弁２２を排気行程中にのみ開弁させる（実線のグラフＧ２１参照）。特に、ＳＩ運転を行う第２の運転領域Ｒ１２においては、吸気弁２１をＣＩ運転時よりも早めに開弁すると共に遅めに閉弁し、且つ、吸気弁２１のリフト量をＣＩ運転時よりも大きくして（破線のグラフＧ２２参照）、所謂ミラーサイクルが実現されるようにする。

［混合運転制御］
次に、本発明の実施形態による混合運転制御について説明する。

最初に、本実施形態による混合運転制御の概要について説明する。本実施形態では、ＰＣＭ１０は、第１の運転領域Ｒ１１よりも負荷が高く且つ第２の運転領域Ｒ１２よりも負荷が低い第３の運転領域Ｒ１３において（図３参照）、エンジン１の全気筒１８のうちの一部の気筒１８をＣＩ運転させ、残りの気筒１８をＳＩ運転させる混合運転制御を実行する。例えば、４気筒エンジンであれば、２つの気筒１８をＣＩ運転させ且つ２つの気筒１８をＳＩ運転させるか、３つの気筒１８をＣＩ運転させ且つ１つの気筒１８をＳＩ運転させるか、１つの気筒１８をＣＩ運転させ且つ３つの気筒１８をＳＩ運転させる。

この場合、ＰＣＭ１０は、エンジン１の要求負荷が上昇して第１の運転領域Ｒ１１から第３の運転領域Ｒ１３へと移行する場合には、第１の運転領域Ｒ１１においてＣＩ運転を行っている全気筒１８のうちの一部の気筒１８についてはＣＩ運転を維持し、残りの気筒１８についてはＣＩ運転からＳＩ運転へと切り替える。他方で、ＰＣＭ１０は、エンジン１の要求負荷が減少して第２の運転領域Ｒ１２から第３の運転領域Ｒ１３へと移行する場合には、第２の運転領域Ｒ１２においてＳＩ運転を行っている全気筒１８のうちの一部の気筒１８についてはＳＩ運転を維持し、残りの気筒１８についてはＳＩ運転からＣＩ運転へと切り替える。以下では、混合運転制御においてＣＩ運転させる気筒を適宜「ＣＩ気筒」と呼び、混合運転制御においてＳＩ運転させる気筒を適宜「ＳＩ気筒」と呼ぶ。

なお、ＣＩ運転及びＳＩ運転のそれぞれについて具体的に実行する制御内容は、上記した［運転領域］のセクションで述べた通りである。

特に、本実施形態では、ＰＣＭ１０は、上記のような混合運転制御を行う場合に、エンジン１の要求負荷の変化に対して、混合運転制御においてＣＩ運転させる気筒１８から発生させるトルクの変化率を、混合運転制御においてＳＩ運転させる気筒１８から発生させるトルクの変化率よりも小さくする。具体的には、ＰＣＭ１０は、エンジン１の要求負荷が上昇して第１の運転領域Ｒ１１から第３の運転領域Ｒ１３へと移行する場合、及び第３の運転領域Ｒ１３内での負荷上昇時には、ＣＩ気筒１８からのトルクを上昇させるときの傾き（上昇させずに減少させるか又は一定に維持してもよい）を、ＳＩ気筒１８からのトルクを上昇させるときの傾きよりも緩やかにする。これに対して、ＰＣＭ１０は、エンジン１の要求負荷が減少して第２の運転領域Ｒ１２から第３の運転領域Ｒ１３へと移行する場合、及び第３の運転領域Ｒ１３内での負荷減少時には、ＣＩ気筒１８からのトルクを減少させるときの傾き（減少させずに上昇させるか又は一定に維持してもよい）を、ＳＩ気筒１８からのトルクを減少させるときの傾きよりも緩やかにする。
更に、本実施形態では、ＰＣＭ１０は、ＣＩ気筒１８からのトルクを混合運転制御前のトルク以下にし、且つ、ＳＩ気筒１８からのトルクを混合運転制御前のトルクよりも大きくする。例えば、ＰＣＭ１０は、混合運転制御の開始直後に、ＣＩ気筒１８からの最終要求トルクをほぼステップ状に低下させると共に、ＳＩ気筒１８からのトルクをほぼステップ状に上昇させ、その後に、ＣＩ気筒１８からのトルクを緩やかに変化させる一方で、ＳＩ気筒１８からのトルクを大きく変化させる。

このような混合運転制御を行う理由は以下の通りである。

ＣＩ運転は、燃費が良好であるが、エンジン負荷が高くなると、燃焼が急峻になり、燃焼騒音が発生したり、着火時期の制御が困難になったりするので、従来から、エンジン負荷が相対的に低い第１の運転領域Ｒ１１でのみＣＩ運転を実行し、エンジン負荷が第１の運転領域Ｒ１１よりも高くなると、ＣＩ運転からＳＩ運転へと切り替えている。しかしながら、エンジン負荷が第１の運転領域Ｒ１１を少し超える運転領域（中低負荷域）では、ＳＩ運転を行うと燃費が悪くなってしまう。これは、ＳＩ運転は、ある程度高い負荷域（中高負荷域）において良好な燃費が得られ、エンジン負荷が第１の運転領域Ｒ１１を少し超える運転領域（中低負荷域）では良好な燃費が得られないからである。

したがって、本実施形態では、上記したような第１の運転領域Ｒ１１を少し超える運転領域（中高負荷域）を、より具体的には、ＣＩ運転の特性よりＣＩ運転ではなくＳＩ運転を実行すべき運転領域であるが、ＳＩ運転により良好な燃費が得られないような運転領域（従来ではＳＩ運転のみを行っていた運転領域内の低負荷側の領域に相当する）を、第１及び第２の運転領域Ｒ１１、Ｒ１２とは別に第３の運転領域Ｒ１３として新たに規定した。そして、本実施形態では、このような第３の運転領域Ｒ１３において、全気筒１８のうちの一部の気筒１８をＣＩ運転させ、残りの気筒１８をＳＩ運転させる混合運転制御を実行し、こうしてＣＩ運転させる気筒１８からのトルクの変化率をＳＩ運転させる気筒１８からのトルクの変化率よりも小さくするようにした。

こうすることで、ＣＩ気筒１８については、ＣＩ運転による燃費向上を図りつつ、トルクを緩やかに変化させることで、燃焼騒音の抑制や着火時期の制御性などを確保するようにし、また、ＳＩ気筒１８については、トルクを大きく変化させることで、ＳＩ運転により良好な燃費が得られるようなトルクが速やかに適用されるようにして、燃費を向上させるようにした。特に、本実施形態では、ＣＩ気筒１８からのトルクを混合運転制御前のトルク以下にし、ＳＩ気筒１８からのトルクを混合運転制御前のトルクよりも大きくして、エンジン全体での燃費を効果的に向上させるようにした。この場合、ＣＩ気筒１８からのトルクが要求トルク以下になるが、ＳＩ気筒１８からのトルクが要求トルクよりも大きくなるので、エンジン全体として要求トルクを適切に満たせるようになる。

次に、図６を参照して、本発明の実施形態による混合運転制御についてより具体的に説明する。図６は、横軸に、グラフＧ３１、Ｇ３４、Ｇ３７に対応する、複数の気筒１８における負荷の平均（言い換えるとエンジン全体での平均の負荷であり、要求負荷に相当する）を示している。また、縦軸に、グラフＧ３２、Ｇ３３、Ｇ３５、Ｇ３６に対応する、ＣＩ運転又はＳＩ運転を行う各気筒１８のそれぞれの負荷を示している。なお、図６に示す負荷は、一義的にトルクに相当するものである（以下同様とする）。

図６に示すように、ＰＣＭ１０は、第１の運転領域Ｒ１１では、全気筒１８についてＣＩ運転を実行し、エンジン負荷が上昇して第１の運転領域Ｒ１１から第３の運転領域Ｒ１３へと移行すると、矢印Ａ１１に示すように、全気筒１８のうちの一部の気筒１８をＣＩ運転し、残りの一部の気筒１８をＳＩ運転する。図６に示す例では、ＰＣＭ１０は、４気筒エンジンについて、所定の２つの気筒１８をＣＩ運転し、残りの２つの気筒１８をＳＩ運転する。この場合、ＰＣＭ１０は、第１の運転領域Ｒ１１においてＣＩ運転を行っている４つの気筒１８のうちの所定の２つの気筒１８についてはＣＩ運転を維持し、残りの２つの気筒１８をＣＩ運転からＳＩ運転へと切り替える。

好適には、ＰＣＭ１０は、４つの気筒１８を所定の燃焼順序（点火順序に相当する）に従って運転させたときに、ＣＩ気筒１８とＳＩ気筒１８とが交互に燃焼を行うようにする（ＣＩ燃焼→ＳＩ燃焼→ＣＩ燃焼→ＳＩ燃焼…）。例えば、ＰＣＭ１０は、第１気筒→第３気筒→第４気筒→第２気筒の順に燃焼を行っている場合、若しくは第１気筒→第２気筒→第４気筒→第３気筒の順に燃焼を行っている場合、第１気筒及び第４気筒についてはＣＩ運転及びＳＩ運転の一方を実行させ、第３気筒及び第２気筒についてはＣＩ運転及びＳＩ運転の他方を実行させる。こうすることで、ＳＩ気筒１８のトルクとＣＩ気筒１８のトルクとの差に起因するエンジン振動を抑制するようにする。つまり、ＳＩ気筒１８のトルクとＣＩ気筒１８のトルクとが切り替わる周期を短くして、エンジン振動が感じられにくくなるようにしている。

より具体的には、ＰＣＭ１０は、グラフＧ３２に示すように、ＳＩ運転させる気筒１８については、第１の運転領域Ｒ１１と第３の運転領域Ｒ１３との境界付近においてＳＩ気筒１８の負荷をほぼステップ状に上昇させ、この境界以降においてＳＩ気筒１８の負荷を大きく上昇させ、第３の運転領域Ｒ１３と第２の運転領域Ｒ１２との境界付近においてＳＩ気筒１８の負荷をほぼステップ状に低下させる。他方で、ＣＩ運転させる気筒１８については、ＰＣＭ１０は、グラフＧ３３に示すように、第１の運転領域Ｒ１１と第３の運転領域Ｒ１３との境界付近においてＣＩ気筒１８の負荷をほぼステップ状に低下させ、この境界以降においてＣＩ気筒１８の負荷を緩やかに上昇させる。この後、ＰＣＭ１０は、ＣＩ気筒１８の負荷が、ＣＩ運転に関する燃焼騒音や着火時期の制御性などを考慮して定められた負荷閾値Ｔｈｒ１を超えると、ＣＩ運転からＳＩ運転に切り替えて、負荷をほぼステップ状に上昇させる。このようにグラフＧ３２、Ｇ３３に示すようにＳＩ運転及びＣＩ運転を行うことで、ＣＩ運転における燃焼騒音の抑制や着火時期の制御性などを確保しつつ、ＣＩ運転の良好な燃費の適用に加えて、ＳＩ運転の燃費の改善効果により、エンジン全体での燃費が適切に向上するようになる。
なお、ＰＣＭ１０は、第３の運転領域Ｒ１３と第２の運転領域Ｒ１２との境界では、全気筒１８の負荷が同一になるようにする。つまり、グラフＧ３２に示す気筒１８の負荷と、グラフＧ３３に示す気筒１８の負荷とが同一になるようにする。これにより、エンジン１の全ての気筒１８が同一の負荷にてＳＩ運転を行うようになる。

また、ＰＣＭ１０は、上記のようにＳＩ運転とＣＩ運転とを行う場合に、ＳＩ気筒１８の負荷とＣＩ気筒１８の負荷との平均値が、グラフＧ３１を延長させたグラフＧ３４に示す負荷に一致するようにする。こうすることで、ＳＩ気筒１８の負荷（トルク）とＣＩ気筒１８の負荷（トルク）の平均負荷（平均トルク）が、要求負荷（要求トルク）に一致するようにする。更に、ＰＣＭ１０は、第３の運転領域Ｒ１３においては、ＳＩ気筒１８及びＣＩ気筒１８の両方が理論空燃比（λ＝１）にて運転を行うようにする。特に、ＣＩ運転は、通常、空燃比をリーンに設定するが、少なくとも第３の運転領域Ｒ１３においては、理論空燃比にてＣＩ運転を行うようにする。こうすることで、ＳＩ気筒１８及びＣＩ気筒１８の両方からの排気ガスが理論空燃比になり、そのような理論空燃比になった排気ガスを、三元触媒などで構成されたキャタリスト４１、４２に供給することで、ＳＩ気筒１８からの排気ガスに含まれるＮＯｘがキャタリスト４１、４２にて適切に浄化されるようになる。

次に、第２の運転領域Ｒ１２においては、ＰＣＭ１０は、基本的には、全気筒１８を同一の燃焼形態にてＳＩ運転させる、つまり全気筒１８を同一の負荷にてＳＩ運転させる。但し、矢印Ａ１２に示すような負荷域においては、ＰＣＭ１０は、ＳＩ運転の燃費を改善する観点から、ＳＩ運転させる全気筒１８のうちの２つの気筒１８の負荷を要求負荷よりも高くなるように上昇させ（グラフＧ３５参照）、残りの２つの気筒１８の負荷を要求負荷よりも低くなるように低下させる（グラフＧ３６参照）。この場合にも、ＰＣＭ１０は、負荷を上昇させる２つのＳＩ気筒１８からの負荷と、負荷を低下させる２つのＳＩ気筒１８からの負荷との平均値が、グラフＧ３１を延長させたグラフＧ３７に示す負荷に一致するようにする（つまり要求負荷に一致するようにする）。
なお、矢印Ａ１２に示す負荷域では、後述する図８に示すように、全気筒１８を同一の負荷にてＳＩ運転させると燃費が悪くなるため、ＳＩ運転の燃費を改善すべく、上記したように気筒１８ごとに負荷を変えるようにしたのである。

なお、図６を参照した上記した説明では、エンジン１の要求負荷が上昇して、負荷が第１の運転領域Ｒ１１→第３の運転領域Ｒ１３→第２の運転領域Ｒ１２と移行する場合の制御について述べたが、このような制御は、エンジン１の要求負荷が減少して、負荷が第２の運転領域Ｒ１２→第３の運転領域Ｒ１３→第１の運転領域Ｒ１１と移行する場合にも同様に行われる。
また、ＰＣＭ１０は、図６に示したようなＣＩ運転及びＳＩ運転を実現するに当たって、各気筒１８ごとに、インジェクタ６７や、点火プラグ２５や、吸気弁側のＶＶＴ７２及びＶＶＬ７４や、排気弁側のＶＶＴ７５及びＶＶＬ７１などを制御する。その具体的な制御内容は、上記した［運転領域］のセクションで述べた通りである。

ここで、図６に加えて、図７を参照して、第１の運転領域Ｒ１１の上限負荷において微小に要求負荷が増加して、第３の運転領域Ｒ１３に移行する場合について説明する。図６及び図７において、符号Ｐ１は、ＳＩ気筒１８の発揮すべき最終要求トルクを示しており、符号Ｐ２は、第３の運転領域Ｒ１３の下限負荷において、燃費性能を最適にするためにＣＩ気筒１８の発揮すべき最終要求トルクを示している。これらのトルクＰ１、Ｐ２は、第１の運転領域Ｒ１１の上限負荷からステップ状に変化したものとなっている。この場合、図７に示すように、ＰＣＭ１０は、時刻ｔ１から時刻ｔ２にかけて、ＣＩ気筒１８からのトルクを緩やかにトルクＰ２へと低下させ、一方で、機関平均負荷を第３の運転領域Ｒ１３の下限負荷に保つために、相応してＳＩ気筒１８からのトルクを緩やかにトルクＰ２へと上昇させる。

次に、図８を参照して、本発明の実施形態による混合運転制御を実行した場合の燃費について説明する。図８は、横軸に負荷を示し、縦軸に燃費を示している。

図８において、グラフＧ４１は、４気筒エンジンにおいて、全気筒１８を同一の燃焼形態にて運転した場合の燃費を示している。具体的には、グラフＧ４１は、第１の運転領域Ｒ１１において、全気筒１８をＣＩ運転させ、第３の運転領域Ｒ１３及び第２の運転領域Ｒ１２において、全気筒１８をＳＩ運転させた場合の燃費を示している。なお、グラフＧ４１は、本実施形態の比較例による燃費を示すものであり、これに対して、後述するグラフＧ４２、Ｇ４３、Ｇ４４は、本実施形態による燃費を示すものである。

グラフＧ４２は、４気筒エンジンにおいて、或る２つの気筒１８の組と他の２つの気筒１８の組とで燃焼形態を異ならせて運転した場合の燃費を示している。具体的には、グラフＧ４２は、第３の運転領域Ｒ１３において、一方の２つの気筒１８の組をＣＩ運転させ、他方の２つの気筒１８の組をＳＩ運転させると共に（矢印Ａ２１参照）、第２の運転領域Ｒ１２中の矢印Ａ２２で示すような負荷域において、一方の２つの気筒１８の組の負荷を低下させるＳＩ運転を行い、他方の２つの気筒１８の組の負荷を上昇させるＳＩ運転を行った場合の燃費を示している。

グラフＧ４３は、４気筒エンジンにおいて、或る１つの気筒１８と残りの３つの気筒１８の組とで燃焼形態を異ならせて運転した場合の燃費を示している。具体的には、グラフＧ４３は、第３の運転領域Ｒ１３において、１つの気筒１８をＣＩ運転させ、３つの気筒１８の組をＳＩ運転させると共に（矢印Ａ２１参照）、第２の運転領域Ｒ１２中の矢印Ａ２２で示すような負荷域において、１つの気筒１８の負荷を低下させるＳＩ運転を行い、３つの気筒１８の組の負荷を上昇させるＳＩ運転を行った場合の燃費を示している。

グラフＧ４４は、４気筒エンジンにおいて、或る３つの気筒１８と残りの１つの気筒１８とで燃焼形態を異ならせて運転した場合の燃費を示している。具体的には、グラフＧ４４は、第３の運転領域Ｒ１３において、３つの気筒１８の組をＣＩ運転させ、１つの気筒１８をＳＩ運転させると共に（矢印Ａ２１参照）、第２の運転領域Ｒ１２中の矢印Ａ２２で示すような負荷域において、３つの気筒１８の組の負荷を低下させるＳＩ運転を行い、１つの気筒１８の負荷を上昇させるＳＩ運転を行った場合の燃費を示している。

図８に示すように、第３の運転領域Ｒ１３において、全気筒１８を同一の燃焼形態にて運転した場合、つまり全気筒１８をＳＩ運転した場合には、燃費が悪くなるが（グラフＧ４１参照）、気筒１８ごとに燃焼形態を異ならせて運転した場合、つまり一部の気筒１８をＣＩ運転させ、残りの気筒１８をＳＩ運転させた場合には、燃費が改善していることがわかる（グラフＧ４２、Ｇ４３、Ｇ４４参照）。更に、第２の運転領域Ｒ１２中の矢印Ａ２２で示すような負荷域において、全気筒１８の負荷が同一になるようにＳＩ運転した場合には、燃費が悪くなるが（グラフＧ４１参照）、一部の気筒１８の負荷を上昇させ、残りの気筒１８の負荷を低下させてＳＩ運転した場合には、燃費が改善していることがわかる（グラフＧ４２、Ｇ４３、Ｇ４４参照）。

［制御例］
次に、図９、図１０及び図１１を参照して、本発明の実施形態による混合運転制御の種々の具体例について説明する。図９、図１０及び図１１は、それぞれ、本発明の実施形態による混合運転制御に係る第１の制御例、第２の制御例及び第３の制御例を示すタイムチャートである。図９、図１０及び図１１は、横軸に時間を示し、縦軸にトルクを示している（縦軸に示すトルクは、一義的に負荷に相当する）。

なお、図９乃至図１１に示す制御例は、要求トルク（要求負荷）の変化によりエンジン１の燃焼位相を変化させるときに、ＣＩ気筒１８のトルクをできるだけ緩やかに変化させることや、エンジン全体のトルク（平均トルク）を速やかに変化させることなどを図るべく実行されるものである。そのような制御は、基本的には、図３に示した第１乃至第３の運転領域Ｒ１１〜Ｒ１３に基づき要求負荷に応じて実行されるが、場合によっては、第１乃至第３の運転領域Ｒ１１〜Ｒ１３に依らずに実行されることもある。例えば、第１の運転領域Ｒ１１において、ＣＩ気筒１８のトルクをできるだけ緩やかに変化させつつ、エンジン全体のトルクを速やかに変化させるように、ＣＩ運転を行っている気筒１８の一部をＳＩ運転に切り替える場合もある。

図９乃至図１１に示すように、ＰＣＭ１０は、時刻ｔ１１までは、全気筒１８についてＣＩ運転を実行しており、時刻ｔ１１から、要求トルクの上昇（言い換えるとアクセルペダルの踏み込みによる加速要求）に応じて、混合運転制御を実行する。つまり、ＰＣＭ１０は、時刻ｔ１１より、全気筒１８のうちの一部の気筒１８をＣＩ運転からＳＩ運転に切り替え、残りの一部の気筒１８についてはＣＩ運転に維持する。

第１の制御例では、図９に示すように、ＰＣＭ１０は、時刻ｔ１１より、ＳＩ気筒１８のトルクを大きく上昇させる一方で（グラフＧ５１参照）、燃焼位相の制御性を確保すべく、ＣＩ気筒１８のトルクを緩やかに上昇させる（グラフＧ５２参照）。また、ＰＣＭ１０は、時刻ｔ１１以降において、ＳＩ気筒１８のトルクとＣＩ気筒１８のトルクとの平均トルクが要求トルクに一致するようにする（グラフＧ５３参照）。この後、ＣＩ気筒１８のトルクが緩やかに上昇された結果、時刻ｔ１２において、ＣＩ気筒１８のトルクが、上記した負荷閾値Ｔｈｒ１（ＣＩ運転に関する燃焼騒音や着火時期の制御性などを考慮して定められた負荷）に対応するトルク閾値Ｔｈｒ２に達する。この時刻ｔ１２において、ＰＣＭ１０は、ＣＩ気筒１８をＳＩ運転に切り替えて、トルクをほぼステップ状に上昇させる一方で、時刻ｔ１２以前からＳＩ運転を行っているＳＩ気筒１８についてはトルクをほぼステップ状に低下させて、時刻ｔ１２の直後において全気筒１８のトルクが同一になるようにする。

第２の制御例では、図１０に示すように、ＰＣＭ１０は、時刻ｔ１１より、ＳＩ気筒１８のトルクを大きく上昇させる一方で（グラフＧ６１参照）、ＣＩ気筒１８のトルクを緩やかに低下させる（グラフＧ６２参照）。こうするのは、第２の制御例では、第１の制御例と異なり、時刻ｔ１１以前における、全気筒１８をＣＩ運転させているときのトルクがトルク閾値Ｔｈｒ２に既に達しているので、時刻ｔ１１よりＣＩ気筒１８のトルクを上昇させるべきでないからである。そのため、第２の制御例では、ＰＣＭ１０は、時刻ｔ１１より、ＣＩ気筒１８のトルクをある程度まで緩やかに低下させ、その後、ＣＩ気筒１８のトルクを緩やかに上昇させる。このようにＣＩ気筒１８のトルクを一旦低下させることで、燃費を改善することができる。また、ＰＣＭ１０は、時刻ｔ１１以降において、ＳＩ気筒１８のトルクとＣＩ気筒１８のトルクとの平均トルクが要求トルクに一致するようにする（グラフＧ６３参照）。この後、ＣＩ気筒１８のトルクが緩やかに上昇された結果、時刻ｔ１２において、ＣＩ気筒１８のトルクがトルク閾値Ｔｈｒ２に達する。この時刻ｔ１２において、ＰＣＭ１０は、ＣＩ気筒１８をＳＩ運転に切り替えて、トルクをほぼステップ状に上昇させる一方で、時刻ｔ１２以前からＳＩ運転を行っているＳＩ気筒１８についてはトルクをほぼステップ状に低下させて、時刻ｔ１２の直後において全気筒１８のトルクが同一になるようにする。

第３の制御例では、図１１に示すように、ＰＣＭ１０は、時刻ｔ１１より、ＳＩ気筒１８のトルクを大きく上昇させる一方で（グラフＧ７１参照）、ＣＩ気筒１８のトルクを一定に維持する（グラフＧ７２参照）。第３の制御例でも、第２の制御例と同様に、時刻ｔ１１以前における、全気筒１８をＣＩ運転させているときのトルクがトルク閾値Ｔｈｒ２に既に達しているが、第３の制御例では、第２の制御例と異なり、ＣＩ気筒１８のトルクを低下させずに一定に維持する、つまりＣＩ気筒１８のトルクをトルク閾値Ｔｈｒ２に維持する。また、ＰＣＭ１０は、時刻ｔ１１以降において、ＳＩ気筒１８のトルクとＣＩ気筒１８のトルクとの平均トルクが要求トルクに一致するようにする（グラフＧ７３参照）。この後、時刻ｔ１２において、ＰＣＭ１０は、ＣＩ気筒１８をＳＩ運転に切り替えて、トルクをほぼステップ状に上昇させる一方で、時刻ｔ１２以前からＳＩ運転を行っているＳＩ気筒１８についてはトルクをほぼステップ状に低下させて、時刻ｔ１２の直後において全気筒１８のトルクが同一になるようにする。

［作用効果］
次に、本発明の実施形態によるエンジンの制御装置の作用効果について説明する。

本実施形態によれば、第１の運転領域Ｒ１１よりも負荷が高く且つ第２の運転領域Ｒ１２よりも負荷が低い第３の運転領域Ｒ１３を規定し（図３参照）、この第３の運転領域Ｒ１３において、全気筒１８のうちの一部の気筒１８をＣＩ運転させ、残りの気筒１８をＳＩ運転させる混合運転制御を実行し、要求負荷の変化に対して、こうしてＣＩ運転させる気筒１８からのトルクの変化率をＳＩ運転させる気筒１８からのトルクの変化率よりも小さくするようにした（図６等参照）。
このような本実施形態によれば、第３の運転領域Ｒ１３において、一部の気筒１８をＣＩ運転させてトルクを緩やかに変化させ、且つ、残りの気筒１８をＳＩ運転させてトルクを大きく変化させるので、要求トルクを満たしつつ、燃費を向上させることができる。
具体的には、通常、中低負荷域である第３の運転領域Ｒ１３において全気筒１８をＳＩ運転させると燃費が悪化してしまうが、そのような第３の運転領域Ｒ１３において、一部の気筒１８をＣＩ運転させ、そのトルクを緩やかに変化させることで、要求トルクを満たすのに当たって、ＳＩ運転させる残りの気筒１８のトルクを大きく変化させることで、ＳＩ運転により良好な燃費が得られるようなトルクをＳＩ気筒１８に速やかに適用することができる。例えば、ＳＩ気筒１８のトルクを大きく上昇させて、ＳＩ運転により良好な燃費が得られる中高負荷域に速やかに到達させることができる。したがって、本実施形態によれば、中低負荷域である第３の運転領域Ｒ１３でのＳＩ運転の燃費を改善することができる。
他方で、通常、中低負荷域である第３の運転領域Ｒ１３において全気筒１８をＣＩ運転させるべきではないが、そのような第３の運転領域Ｒ１３において、上記のように、一部の気筒１８をＳＩ運転させ、そのトルクを大きく変化させることで、要求トルクを満たすのに当たって、ＣＩ運転させる残りの気筒１８のトルクを緩やかに変化させることで、燃焼騒音の抑制や着火時期の制御性などが確保された適切なＣＩ運転を実現することができる。これにより、中低負荷域である第３の運転領域Ｒ１３において、ＣＩ運転による良好な燃費を適切に享受することができる。
以上のことから、本実施形態によれば、第３の運転領域Ｒ１３においてＣＩ運転及びＳＩ運転の両方を行い、それらのトルクを適当に制御することで、要求トルクを満たしつつ、エンジン全体での燃費を向上させることができる。

特に、本実施形態によれば、混合運転制御によりＣＩ運転させる気筒１８のトルクを当該制御前のトルク以下にし、混合運転制御によりＳＩ運転させる気筒１８のトルクを当該制御前のトルクよりも大きくするので（図６等参照）、要求トルクを満たしつつ、エンジン全体での燃費を効果的に向上させることができる。

また、本実施形態によれば、混合運転制御によりＣＩ運転させる気筒１８から発生させるトルクを当該制御の前後においてほぼ一定に維持するので（例えば図１１参照）、混合運転制御の実行中において、燃焼位相の制御性を適切に確保することができる。

また、本実施形態によれば、混合運転制御によりＣＩ運転させる気筒１８及びＳＩ運転させる気筒１８の両方が理論空燃比（λ＝１）にて燃焼を行うようにするので、ＳＩ気筒１８及びＣＩ気筒１８の両方からの排気ガスが理論空燃比になり、そのような理論空燃比になった排気ガスを、三元触媒などで構成されたキャタリスト４１、４２に供給することができ、ＳＩ気筒１８からの排気ガスに含まれるＮＯｘをキャタリスト４１、４２によって適切に浄化させることができる。

また、本実施形態によれば、エンジン１の複数の気筒１８を所定の燃焼順序に従って運転させたときに、混合運転制御によりＣＩ運転させる気筒１８と混合運転制御によりＳＩ運転させる気筒１８とが交互に燃焼を行うようにするので、ＣＩ気筒１８のトルクとＳＩ気筒１８のトルクとの差に起因するエンジン振動を抑制することができる。具体的には、ＳＩ気筒１８のトルクとＣＩ気筒１８のトルクとが切り替わる周期を短くして、エンジン振動が感じられにくくすることができる。

また、本実施形態によれば、混合運転制御によりＣＩ運転させる気筒１８からのトルクと、混合運転制御によりＳＩ運転させる気筒１８からのトルクとの平均トルクを、エンジン１の要求負荷に応じた要求トルクに一致させるようにするので、混合運転制御の実行中に要求トルクを確実に満たすことができる。

［変形例］
以下では、上記した実施形態の変形例について述べる。

上記した実施形態では、点火プラグ２５を用いた火花点火運転（ＳＩ運転）を、強制点火運転の一例として示したが、本発明は、そのような火花点火運転だけでなく、レーザ点火プラグによる強制点火運転にも適用可能である。

また、上記した実施形態では、エンジン１の複数の気筒１８を所定の燃焼順序に従って運転させたときに、混合運転制御によりＣＩ運転させる気筒１８とＳＩ運転させる気筒１８とが交互に燃焼を行うようにしていた。この場合、複数の気筒１８において混合運転制御によりＣＩ運転させる気筒１８とＳＩ運転させる気筒１８は、混合運転制御を開始するタイミングなどにより変わることとなる、つまり混合運転制御を開始するタイミングにおいて次に燃焼させる気筒１８（気筒番号）などに応じて変わることとなる。
他の例では、複数の気筒１８において混合運転制御によりＣＩ運転させる気筒１８とＳＩ運転させる気筒１８を変化させずに固定にしてもよい。その場合、三元触媒などで構成された排気浄化触媒を２分割し、一方の触媒には、ＳＩ運転させる気筒１８からの排気ガスのみが流れるようにし、他方の触媒には、ＣＩ運転させる気筒１８からの排気ガスのみが流れるようにするとよい。これにより、理論空燃比にてＳＩ運転を行えば、ＳＩ気筒１８からの排気ガスに含まれるＮＯｘを、ＣＩ気筒１８からの排気ガスの空燃比の影響を受けることなく、分割された一方の触媒によって適切に浄化することができる。

１エンジン（エンジン本体）
１０ＰＣＭ
１８気筒
２１吸気弁
２２排気弁
２５点火プラグ
６７インジェクタ
７１、７４ＶＶＬ
７２、７５ＶＶＴ
Ｒ１１第１の運転領域
Ｒ１２第２の運転領域
Ｒ１３第３の運転領域

Claims

複数の気筒を備えるガソリンエンジンに適用されるエンジンの制御装置であって、
エンジンの負荷が所定値以下である第１の運転領域において、燃料を含む混合気を圧縮自己着火させてエンジンを運転させる圧縮自己着火運転を実行するようにエンジンを制御すると共に、この第１の運転領域よりも負荷が高い第２の運転領域において、燃料を含む混合気を強制点火させてエンジンを運転させる強制点火運転を実行するようにエンジンを制御するエンジン制御手段を有し、
このエンジン制御手段は、
上記第１の運転領域よりも負荷が高く且つ上記第２の運転領域よりも負荷が低い第３の運転領域において、エンジンの全気筒のうちの一部の気筒を圧縮自己着火運転させ、残りの気筒を強制点火運転させる混合運転制御を実行し、エンジンの要求負荷の変化に対して、この混合運転制御により圧縮自己着火運転させる気筒から発生させるトルクの変化率を、この混合運転制御により強制点火運転させる気筒から発生させるトルクの変化率よりも小さくし、
上記混合運転制御により圧縮自己着火運転させる気筒から発生させるトルクを当該制御前のトルク以下にし、且つ、上記混合運転制御により強制点火運転させる気筒から発生させるトルクを当該制御前のトルクよりも大きくする、
ことを特徴とするエンジンの制御装置。
上記エンジン制御手段は、上記混合運転制御により圧縮自己着火運転させる気筒から発生させるトルクを当該制御の前後においてほぼ一定に維持する、請求項１に記載のエンジンの制御装置。
上記エンジン制御手段は、上記混合運転制御において圧縮自己着火運転させる気筒及び強制点火運転させる気筒の両方が理論空燃比にて燃焼を行うようにする、請求項１又は２に記載のエンジンの制御装置。
上記エンジン制御手段は、エンジンの複数の気筒を所定の燃焼順序に従って運転させたときに、上記混合運転制御により圧縮自己着火運転させる気筒と、上記混合運転制御により強制点火運転させる気筒とが交互に燃焼を行うようにする、請求項１乃至３のいずれか一項に記載のエンジンの制御装置。
上記エンジン制御手段は、上記混合運転制御により圧縮自己着火運転させる気筒から発生させるトルクと、上記混合運転制御により強制点火運転させる気筒から発生させるトルクとの平均トルクを、エンジンの要求負荷に応じた要求トルクに一致させるようにする、請求項１乃至４のいずれか一項に記載のエンジンの制御装置。