JP4121902B2 - 圧縮着火式内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、混合気を自己着火により燃焼させる圧縮着火式内燃機関の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の圧縮着火式内燃機関の制御装置として、例えば特許文献１に開示されたものが知られている。この内燃機関では、吸気弁および排気弁の開弁および閉弁タイミングがそれぞれ可変に構成されている。また、この制御装置では、自己着火の発生タイミングが、内燃機関の圧縮行程の開始時における作動ガスの温度が高いほどより早くなるという関係にあることに着目し、この自己着火の発生タイミングを制御するために、この作動ガスの温度を制御する。具体的には、排気弁の閉弁タイミングをより早く、吸気弁の開弁タイミングをより遅く設定することによって、燃焼ガスの一部を燃焼室内に残留させる（内部ＥＧＲ）。また、この残留量（以下「内部ＥＧＲ量」という）を、排気管に設けられたセンサによって検出された排気ガスの温度に応じて制御することで、作動ガスの温度を制御する。これにより、自己着火を適切なタイミングで発生させることによって、ノッキングや失火を防止するようにしている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−２８９０９２号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、この従来の制御装置では、自己着火を適切なタイミングで発生させるために、燃焼ガスの熱を利用し、その内部ＥＧＲ量を制御することによって作動ガスの温度を制御するように構成されており、燃焼ガスの温度を表すパラメータとして排気ガスの温度が用いられている。しかし、この制御装置では、排気ガスの温度を検出するセンサは、排気管に設けられており、すなわち、燃焼室から既に排出された排気ガスの温度を検出するものであるため、それによって検出される排気ガスの温度は、次回以降の燃焼によって生成され、残留する燃焼ガスの温度を良好に反映しない。このような排気ガスの検出温度と残留される燃焼ガスの温度との差は、特に、内燃機関の過渡運転時には、運転状態の変化によって燃焼ガスの温度の変化度合が大きくなるため、大きくなる傾向にある。
【０００５】
このように排気ガスの検出温度が、残留される燃焼ガスの温度と異なる場合には、それに応じて内部ＥＧＲ量を制御しても、圧縮行程の開始時における作動ガスの温度を精度良く制御することができない。その結果、自己着火を適切なタイミングで発生させることができず、それにより、ノッキングや失火を防止することができないおそれがある。
【０００６】
本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、燃焼ガスの温度を適切に推定でき、それにより、推定した燃焼ガスの温度に応じて作動ガスの温度を精度良く制御することができることによって、ノッキングや失火を防止することができる圧縮着火式内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するため、請求項１による発明は、混合気を自己着火により燃焼室３ｃ内で燃焼させるとともに、燃焼により生成された燃焼ガスの一部をＥＧＲガスとして燃焼室３ｃ内に存在させるＥＧＲ装置（実施形態における（以下本項において同じ）電磁式動弁機構１０）を有する圧縮着火式内燃機関３の制御装置１であって、内燃機関３は、燃焼モードを、混合気を自己着火によって燃焼させる圧縮着火燃焼モードと、火花点火によって燃焼させる火花点火燃焼モードに切換可能に構成されており、燃焼モードを圧縮着火燃焼モードまたは火花点火燃焼モードに決定する燃焼モード決定手段（ＥＣＵ２、図２のステップ２）と、燃焼モードが圧縮着火燃焼モードのときに、燃焼室３ｃ内に存在するＥＧＲガスの量を推定するＥＧＲガス量推定手段（ＥＣＵ２、図４のステップ１１）と、推定されたＥＧＲガス量（推定ＥＧＲガス量ＮＥＧＲ）に応じて、混合気およびＥＧＲガスを含む作動ガスの燃焼によって生成される燃焼ガスの温度を推定する燃焼ガス温度推定手段（ＥＣＵ２、図５のステップ１５，図６のステップ２７，２８，２４）と、推定された燃焼ガスの温度（推定燃焼ガス温度ＴＥＸＧＡＳ）に応じて、燃焼室３ｃ内に存在させるべきＥＧＲガスの量（目標ＥＧＲガス量ＮＴＥＧＲＣＭＤ）を決定するＥＧＲガス量決定手段（ＥＣＵ２、図９のステップ３３）と、燃焼室３ｃ内に吸入される吸入空気の温度ＴＡを検出する吸入空気温度検出手段（吸気温センサ２３）と、を備え、燃焼ガス温度推定手段は、燃焼モードが火花点火燃焼モードのときには、検出された吸入空気の温度ＴＡに応じて燃焼ガスの温度を推定する（図６のステップ２６，２８，２４）ことを特徴とする。
【０００８】
この圧縮着火式内燃機関の制御装置によれば、圧縮着火燃焼モード時には、燃焼後に燃焼室内に存在させられた燃焼ガスであるＥＧＲガスの量が推定され、推定されたＥＧＲガス量に応じて、混合気およびこのＥＧＲガスを含む作動ガスの燃焼によって生成される燃焼ガスの温度が推定され、推定された燃焼ガスの温度に応じて、燃焼室内に存在させるべきＥＧＲガスの量が決定される。この場合における「ＥＧＲガス」には、内部ＥＧＲによって残留させられる燃焼ガス、および排気再循環によって再循環される燃焼ガスが含まれる。このように、燃焼室内に存在（残留または再循環）するＥＧＲガス量に応じて、このＥＧＲガスを含む作動ガスの燃焼によって生成される燃焼ガスの温度を推定するので、燃焼ガスの温度を、ＥＧＲガスが有する熱量を良好に反映させながら、適切に予測することができる。
【０００９】
また、このように予測された燃焼ガスの温度に応じて、燃焼室内に存在させるべきＥＧＲガスの量を決定するので、これを燃焼室内に実際に存在させることとなる燃焼ガスの温度の高低に合わせて適切に設定できる。したがって、従来と異なり、燃焼ガスの温度が大きく変化する内燃機関の過渡運転時においても、その影響を受けることなく、次回の圧縮行程の開始時における作動ガスの温度を精度良く制御することができる。これにより、この圧縮行程の開始時における作動ガスの温度を、自己着火に適した温度に精度良く制御でき、それにより、ノッキングや失火を回避することができる。なお、内部ＥＧＲによってＥＧＲガスを残留させる場合には、ＥＧＲガスとして用いる燃焼ガスの温度を直接的に推定することができるので、本発明による上述した効果をより効果的に得ることができる。また、燃焼ガスの温度を推定によって求めるので、これを検出するためのセンサが不要になり、制御装置を安価に構成することができる。
さらに、燃焼ガスの温度が、火花点火燃焼モード時には、検出された吸入空気の温度に応じて推定される。一般に、火花点火燃焼モード時には、点火プラグによって混合気が点火されるため、圧縮着火燃焼モード時と異なり、作動ガスの温度を自己着火が生じやすいような温度に維持する必要がないため、ＥＧＲガス量の吸入空気に対する割合は非常に小さい。したがって、火花点火燃焼モード時には、燃焼ガスの温度を、吸入空気の温度に応じて推定することによって、適切に推定することができる。
また、一般に、内燃機関の出力が非常に高いことで、排気ガスの温度が非常に高い場合において、燃料を通常よりも余分に噴射し（燃料のリッチ制御）、燃焼されずに残った余分な燃料によって、燃焼温度を低下させ、排気ガスの温度を低下させることにより、排気ガスを浄化する触媒装置の温度の上昇を抑制し、保護することが知られている。これに対して、本発明によれば、上述したように燃焼ガスの温度を適切に推定することができるので、上記の排気ガスの温度を低下させるための燃料のリッチ制御を、実際に排気ガスの温度が非常に高い場合に限って実行することができ、その分、燃費を向上させることができる。
【００１０】
請求項２による発明は、請求項１に記載の圧縮着火式内燃機関３の制御装置１において、燃焼モードが圧縮着火燃焼モードのときに、燃焼室３ｃ内に充填された作動ガスの充填量を推定する充填量推定手段（ＥＣＵ２、図３のステップ７）をさらに備え、燃焼ガス温度推定手段は、燃焼モードが圧縮着火燃焼モードのときには、推定された充填量（目標充填効率ＥＴＡＣＣ）にさらに応じて、燃焼ガスの温度を推定する（図５のステップ１５，図６のステップ２７，２８，２４）ことを特徴とする。
【００１１】
この構成によれば、燃焼モードが圧縮着火燃焼モードのときには、燃焼ガスの温度が、ＥＧＲガス量に加えて、推定された作動ガスの充填量に応じて推定される。これにより、燃焼ガスの温度を、作動ガス中のＥＧＲガス量の割合、すなわちＥＧＲガスによる温度の上昇度合を反映させながら、より適切に予測することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。 図１は、本発明による制御装置１、およびこれを適用した圧縮着火式内燃機関（以下「エンジン」という）３を概略的に示している。
【００１６】
エンジン３は、例えば、車両に搭載された直列４気筒（１気筒のみ図示）タイプのガソリンエンジンであり、各気筒のピストン３ａとシリンダヘッド３ｂとの間に燃焼室３ｃが形成されている。ピストン３ａの上面の中央部には、凹部３ｄが形成されている。また、シリンダヘッド３ｂには、吸気管４および排気管５がそれぞれ設けられている。この排気管５には、排気ガスを浄化するための三元触媒１１が設けられている。
【００１７】
また、シリンダヘッド３ｂには、燃焼室３ｃに臨むようにインジェクタ６および点火プラグ７が取り付けられている。インジェクタ６は、燃料ポンプ（図示せず）に接続されており、その燃料噴射時間（開弁時間）は、後述するＥＣＵ２によって制御される。また、点火プラグ７には、ＥＣＵ２からの駆動信号により点火時期に応じたタイミングで高電圧が加えられ、次に遮断されることによって放電し、それにより、各気筒内で混合気の点火が行われる。また、エンジン３は、その燃焼モードを、燃焼室３ｃ内の混合気を点火プラグ７の火花により点火する火花点火燃焼モード（以下「ＳＩ燃焼モード」という）と、自己着火により着火する圧縮着火燃焼モード（以下「ＣＩ燃焼モード」という）とに切換可能に構成されている。
【００１８】
吸気弁８および排気弁９は、それぞれ電磁式動弁機構１０（ＥＧＲ装置）によって駆動される。各電磁式動弁機構１０は、２つの電磁石（図示せず）を備えており、ＥＣＵ２からの駆動信号により、これらの電磁石の励磁・非励磁のタイミングを制御することによって、吸気弁８および排気弁９が開閉駆動されるとともに、これらの開閉タイミング（以下「バルブタイミング」という）が自在に制御される。
【００１９】
また、排気弁９の閉弁タイミングを通常よりも早くするとともに、吸気弁８の開弁タイミングを通常よりも遅くするように制御することによって、燃焼ガスの一部をＥＧＲガスとして燃焼室３ｃ内に残留させる（以下「内部ＥＧＲ」という）とともに、その残留量であるＥＧＲガス量を制御することが可能である。
【００２０】
さらに、排気弁９を駆動する電磁式動弁機構１０には、バルブリフト量センサ２１が取り付けられている。このバルブリフト量センサ２１は、排気弁９の実際のバルブリフト量ＥＶＬを検出して、その検出信号をＥＣＵ２に出力する。
【００２１】
ＥＣＵ２には、クランク角センサ２２から、パルス信号であるＣＲＫ信号およびＴＤＣ信号が出力される。このＣＲＫ信号は、エンジン３のクランクシャフト（図示せず）の回転に伴い、所定のクランク角度ごとに出力される。ＥＣＵ２は、このＣＲＫ信号に基づき、エンジン回転数ＮＥを求める。また、ＥＣＵ２は、バルブリフト量ＥＶＬおよびＣＲＫ信号から、排気弁９の実際の閉弁タイミングＣＡＥＶＣＡＣＴを求める。ＴＤＣ信号は、各気筒のピストン３ａが吸気行程開始時のＴＤＣ（上死点）付近の所定クランク角度位置にあることを表す信号であり、エンジン３が４気筒タイプの本例では、クランク角１８０゜ごとに出力される。
【００２２】
さらに、ＥＣＵ２には、吸気温センサ２３（吸入空気温度検出手段）から、燃焼室３ｃ内に吸入される吸入空気の温度（以下「吸気温」という）ＴＡを表す検出信号が、アクセル開度センサ２４から、アクセルペダル（図示せず）の開度（以下「アクセル開度」という）ＡＰを表す検出信号が、それぞれ出力される。
【００２３】
ＥＣＵ２は、本実施形態において、ＥＧＲガス量推定手段、燃焼ガス温度推定手段、ＥＧＲガス量決定手段、充填量推定手段および燃焼モード決定手段を構成するものであり、Ｉ／Ｏインターフェース、ＣＰＵ、ＲＡＭおよびＲＯＭなどからなるマイクロコンピュータで構成されている。前述した各種センサ２１〜２４からの検出信号はそれぞれ、Ｉ／ＯインターフェースでＡ／Ｄ変換や整形がなされた後、ＣＰＵに入力される。
【００２４】
ＣＰＵは、これらの入力信号に応じて、エンジン３の運転状態を判別し、判別した運転状態に応じ、ＲＯＭに記憶された制御プログラムなどに従って、エンジン３の燃焼モードをＳＩ燃焼モードまたはＣＩ燃焼モードに決定するとともに、その結果に応じて、ＣＩ燃焼モード中におけるＥＧＲガス量の制御などを実行する。
【００２５】
ＥＣＵ２で実行される制御の概要を述べると、まず、エンジン３の燃焼モードを決定し（図２）、圧縮行程の開始時における混合気およびＥＧＲガスを含む作動ガスの温度の目標値である目標作動ガス温度ＴＣＹＬＧＡＳＣを算出する（図３）。また、燃焼室３ｃ内に残留した実際のＥＧＲガス量を、推定ＥＧＲガス量ＮＥＧＲ（推定されたＥＧＲガス量）として推定する（図４）とともに、圧縮行程の開始時における実際の作動ガスの温度を、推定作動ガス温度ＴＣＹＬＧＡＳとして推定する（図５）。さらに、燃焼によって生成される燃焼ガスの温度を、推定燃焼ガス温度ＴＥＸＧＡＳ（推定された燃焼ガスの温度）として推定（予測）する（図６）。最後に、算出または推定した目標作動ガス温度ＴＣＹＬＧＡＳＣおよび推定燃焼ガス温度ＴＥＸＧＡＳを用いて、目標ＥＧＲガス量ＮＴＥＧＲＣＭＤ（燃焼室内に存在させるべきＥＧＲガスの量）を算出する（図９）。以下、各処理ごとにその内容を説明する。
【００２６】
図２に示す燃焼モード決定処理は、所定時間（例えば２０ｍｓｅｃ）ごとに実行される。まず、ステップ１では、エンジン３の要求トルクＰＭＥＣＭＤを、エンジン回転数ＮＥなどを用いて次式（１）によって算出する。
ＰＭＥＣＭＤ＝ＣＯＮＳＴ・ＰＳＥ／ＮＥ …… （１）
ここで、ＣＯＮＳＴは定数であり、ＰＳＥはエンジン３の要求出力である。この要求出力ＰＳＥは、ＰＳＥテーブル（図示せず）に基づき、アクセル開度ＡＰおよびエンジン回転数ＮＥに応じて設定される。このＰＳＥテーブルは、０％〜１００％の範囲内の所定のアクセル開度ＡＰごとに設定された複数のテーブルで構成されており、アクセル開度ＡＰがこれらの中間値を示す場合には、要求出力ＰＳＥは補間演算によって求められる。また、これらのテーブルでは、要求出力ＰＳＥは、エンジン回転数ＮＥが大きいほど、およびアクセル開度ＡＰが大きいほど、大きな値に設定されている。
【００２７】
次いで、燃焼モードを決定し（ステップ２）、本処理を終了する。この燃焼モードの決定は、燃焼モード設定マップ（図示せず）に基づき、算出した要求トルクＰＭＥＣＭＤおよびエンジン回転数ＮＥに応じて行われる。同マップでは、燃焼モードは、要求トルクＰＭＥＣＭＤが低〜中負荷領域にあり、かつエンジン回転数ＮＥが低〜中回転領域にあるときには、ＣＩ燃焼モードに設定され、それ以外のときには、ＳＩ燃焼モードに設定されている。また、燃焼モードがＣＩ燃焼モードに決定されているときには、ＣＩ燃焼モードフラグＦ＿ＨＣＣＩが「１」にセットされ、それ以外のときには、これが「０」にセットされる。
【００２８】
なお、燃焼モードがＳＩ燃焼モードの場合において、推定燃焼ガス温度ＴＥＸＧＡＳが所定温度（例えば８００℃）を超えたときには、通常よりも燃料が余分に噴射されるように上記の燃料噴射時間を制御する（燃料のリッチ制御）。これにより、排気ガスの温度を低下させることで、三元触媒１１の温度の上昇が抑制され、三元触媒１１が保護される。
【００２９】
図３に示す目標作動ガス温度の算出処理は、所定時間（例えば１０ｍｓｅｃ）ごとに実行される。まず、ステップ５では、上述したＣＩ燃焼モードフラグＦ＿ＨＣＣＩが、「１」であるか否かを判別する。この答がＮＯで、ＳＩ燃焼モード中であるときには、そのまま本処理を終了する。
【００３０】
一方、ステップ５の答がＹＥＳで、ＣＩ燃焼モード中であるときには、ステップ６において、エンジン回転数ＮＥおよび要求トルクＰＭＥＣＭＤに応じ、マップ（図示せず）を検索することによって、目標作動ガス温度ＴＣＹＬＧＡＳＣを求める。この目標作動ガス温度ＴＣＹＬＧＡＳＣは、圧縮行程の開始時における作動ガスの温度を自己着火が生じやすいような温度に制御するために設定され、このマップでは、エンジン回転数ＮＥが低いほど、および要求トルクＰＭＥＣＭＤが小さいほどより大きな値に設定されている。これは、エンジン回転数ＮＥが低いほど、燃焼サイクル間の時間間隔が長いことで、自己着火が生じにくく、また、要求トルクＰＭＥＣＭＤが小さいほど、噴射する燃料量が少ないことで、自己着火が生じにくいので、これを生じやすくするために作動ガスの温度を高めるためである。
【００３１】
次いで、求めた目標作動ガス温度ＴＣＹＬＧＡＳＣに基づき、目標充填効率ＥＴＡＣＣ（推定された充填量）を、テーブル（図示せず）を検索することによって求め（ステップ７）、本処理を終了する。この目標充填効率ＥＴＡＣＣは、作動ガスの充填効率（燃焼室３ｃの容積と行程容積との和に対する作動ガスの充填量の比）の目標値である。このテーブルでは、目標充填効率ＥＴＡＣＣは、目標作動ガス温度ＴＣＹＬＧＡＳＣが大きいほど、より大きな値に設定されている。これは、目標作動ガス温度ＴＣＹＬＧＡＳＣが大きいほど、作動ガスの温度を高めるために、より多量のＥＧＲガスを燃焼室３ｃ内に残留させる必要があるためである。
【００３２】
図４のＥＧＲガス量の推定処理は、ＣＩ燃焼モード中においてのみ、ＴＤＣ信号の入力に同期して割り込み実行される。本処理では、ステップ１１において、推定ＥＧＲガス量ＮＥＧＲを、排気弁９の実際の閉弁タイミングＣＡＥＶＣＡＣＴおよび要求トルクＰＭＥＣＭＤに応じて、マップ（図示せず）を検索することによって求める。同マップでは、推定ＥＧＲガス量ＮＥＧＲは、排気弁９の閉弁タイミングＣＡＥＶＣＡＣＴが早いほど、および要求トルクＰＭＥＣＭＤが大きいほど、より大きな値に設定されている。これは、排気弁９の閉弁タイミングが早いほど、燃焼ガスが排気管５に排出されにくく、ＥＧＲガス量がより多くなるためであり、また、要求トルクＰＭＥＣＭＤが大きいほど、発生する燃焼ガスの量がより多いので、それに応じて残留するＥＧＲガス量もより多くなるためである。
【００３３】
図５の作動ガス温度の推定処理は、上述したＥＧＲガス量推定処理と同様、ＣＩ燃焼モード中にのみ、ＴＤＣ信号の入力に同期して割り込み実行される。本処理では、ステップ１５において、推定作動ガス温度ＴＣＹＬＧＡＳを、吸気温ＴＡ、図４の前記ステップ１１で求めた推定ＥＧＲガス量ＮＥＧＲ、および図３の前記ステップ７で求めた目標充填効率ＥＴＡＣＣなどを用いて、次式（２）によって算出する。
TCYLGAS=(TEXGASZ-TA)・NEGR/ETACC・NTCYLMAX+TA ……（２）
ここで、ＴＥＸＧＡＳＺは、図６の処理によって算出された推定燃焼ガス温度ＴＥＸＧＡＳの前回値であり、ＮＴＣＹＬＭＡＸは、燃焼室３ｃの容積と行程容積との和（以下「最大充填量」という）である。
【００３４】
この式（２）の右辺の（ＴＥＸＧＡＳＺ−ＴＡ）は、燃焼ガスと新気との温度差を表し、ＮＥＧＲ／ＥＴＡＣＣ・ＮＴＣＹＬＭＡＸは、作動ガス中に占めるＥＧＲガスの割合を表す。したがって、両者の積、すなわち第１項は、ＥＧＲガスによる作動ガスの温度の上昇分を表し、それにさらに吸気温ＴＡを加算することによって、圧縮行程の開始時における実際の作動ガスの温度である推定作動ガス温度ＴＣＹＬＧＡＳを、適切に算出することができる。
【００３５】
図６の燃焼ガス温度の推定処理は、ＴＤＣ信号の入力に同期して割り込み実行される。まず、そのステップ２１では、現在の推定燃焼ガス温度ＴＥＸＧＡＳをその前回値ＴＥＸＧＡＳＺとして設定する。なお、この前回値ＴＥＸＧＡＳＺは、エンジン３の始動時には、所定温度（例えば１５０℃）に設定される。次いで、フューエルカットフラグＦ＿ＦＣが「１」であるか否かを判別する（ステップ２２）。この答がＹＥＳで、フューエルカット（以下「Ｆ／Ｃ」という）が実行されているときには、燃焼ガス温度暫定値ＴＥＸＧＡＳＴを、所定値ＴＣＹＬＷＡＬに設定する（ステップ２３）。なお、この所定値ＴＣＹＬＷＡＬは、Ｆ／Ｃにより燃焼が行われない場合において、それまでの燃焼によって加熱されたシリンダブロックの温度に相当し、例えば８０℃である。
【００３６】
次いで、今回の推定燃焼ガス温度ＴＥＸＧＡＳを、その前回値ＴＥＸＧＡＳＺ、および設定した燃焼ガス温度暫定値ＴＥＸＧＡＳＴなどを用いて、次式（３）によって算出し（ステップ２４）、本処理を終了する。
TEXGAS=TEXGAST・(1-TDTGAS)+TEXGASZ・TDTGAS ……（３）
ここで、ＴＤＴＧＡＳは、値１．０未満の所定のなまし係数（例えば０．９）である。
【００３７】
一方、前記ステップ２２の答がＮＯで、Ｆ＿ＦＣ＝０、すなわちＦ／Ｃが実行されていないときには、ＣＩ燃焼モードフラグＦ＿ＨＣＣＩが「１」であるか否かを判別する（ステップ２５）。この答がＮＯで、ＳＩ燃焼モード中のときには、ステップ２６において、吸気温ＴＡおよび要求トルクＰＭＥＣＭＤに応じ、ＳＩ燃焼モード用のＴＥＸＧＡＳＳＩＭマップを検索することによって、マップ値ＴＥＸＧＡＳＳＩＭを求め、燃焼ガス温度中間値ＴＥＸＧＡＳαとして設定する。この燃焼ガス温度中間値ＴＥＸＧＡＳαは、燃焼によって直接的に得られる（外部からの影響を受けないと仮定したときの）燃焼ガスの温度に相当する。
【００３８】
図７は、このＳＩ燃焼モード用のＴＥＸＧＡＳＳＩＭマップを示しており、同マップでは、マップ値ＴＥＸＧＡＳＳＩＭは、吸気温ＴＡが高いほど、および要求トルクＰＭＥＣＭＤが大きいほど、より大きな値に設定されている。これは、吸気温ＴＡが高いほど、燃焼室３ｃ内に充填される混合気の温度がより高いことにより、燃焼ガスの温度がより高く、また、要求トルクＰＭＥＣＭＤが大きいほど、エンジン３の出力がより大きいことにより、燃焼によって発生する熱量、すなわち燃焼ガスの温度がより高いためである。なお、マップ値ＴＥＸＧＡＳＳＩＭは、所定の下限温度ＴＡＬ（例えば−１０℃）から所定の上限温度ＴＡＨ（例えば１００℃）までの計６つの所定の吸気温ＴＡに対して設定されており、吸気温ＴＡがこれらの所定の温度にないときには、補間演算によって求められる。
【００３９】
一方、前記ステップ２５の答がＹＥＳで、Ｆ＿ＨＣＣＩ＝１、すなわちＣＩ燃焼モード中のときには、ステップ２７において、前記ステップ１５で算出した推定作動ガス温度ＴＣＹＬＧＡＳ、および要求トルクＰＭＥＣＭＤに応じ、ＣＩ燃焼モード用のＴＥＸＧＡＳＣＩＭマップを検索することによって、マップ値ＴＥＸＧＡＳＣＩＭを求め、燃焼ガス温度中間値ＴＥＸＧＡＳαとして設定する。
【００４０】
図８は、このＣＩ燃焼モード用のＴＥＸＧＡＳＣＩＭマップを示しており、このマップでは、マップ値ＴＥＸＧＡＳＣＩＭは、要求トルクＰＭＥＣＭＤが大きいほど、および推定作動ガス温度ＴＣＹＬＧＡＳが高いほど、より大きな値に設定されている。これは、推定作動ガス温度ＴＣＹＬＧＡＳが高いほど、圧縮行程の開始時の作動ガスの温度が高いことにより、その燃焼によって生成される燃焼ガスの温度がより高く、また、前述したように、要求トルクＰＭＥＣＭＤが大きいほど、燃焼ガスの温度がより高いためである。
【００４１】
前記ステップ２６または２７に続くステップ２８では、前記ステップ２６または２７で設定した燃焼ガス温度中間値ＴＥＸＧＡＳα、および前記ステップ２３で用いた所定値ＴＣＹＬＷＡＬなどを用いて、燃焼ガス温度暫定値ＴＥＸＧＡＳＴを次式（４）によって算出するとともに、前記ステップ２４を実行し、本処理を終了する。
TEXGAST=TEXGASα・[1-KTEXGME・(TDCME-TDCMEα)]
+TCYLWAL・KTEXGME・(TDCME-TDCMEα) …… （４）
ここで、ＫＴＥＸＧＭＥは、値１．０未満の所定のなまし係数（例えば０．０１）であり、ＴＤＣＭＥは現在のＴＤＣ信号の周期である。また、ＴＤＣＭＥαは、エンジン回転数ＮＥが、高速時Ｆ／Ｃが実行される限界回転数（例えば６０００ｒｐｍ）にあるときのＴＤＣ信号の周期に設定されている。
【００４２】
上記の式（４）の右辺の第１項は、燃焼によって直接的に得られる燃焼ガスの温度に相当し、第２項は、燃焼ガスの温度に対するシリンダブロックの温度の影響分に相当する。また、式（４）から明らかなように、右辺中に第２項が占める割合は、ＴＤＣ信号の周期ＴＤＣＭＥが長いほどより大きい。これは、ＴＤＣ信号の周期ＴＤＣＭＥが長いほど、燃焼サイクル間の時間間隔が長いことで、燃焼ガスの温度に対するシリンダブロックの温度の影響度合がより大きく、それにより、燃焼ガスの低下度合がより大きいためである。
【００４３】
以上のように、ＣＩ燃焼モード中においては、作動ガスの充填効率の目標値として目標充填効率ＥＴＡＣＣを求める（図３のステップ７）とともに、燃焼室３ｃ内に残留した実際のＥＧＲガス量として推定ＥＧＲガス量ＮＥＧＲを推定する（図４のステップ１１）。そして、推定ＥＧＲガス量ＮＥＧＲおよび目標充填効率ＥＴＡＣＣに応じて、推定作動ガス温度ＴＣＹＬＧＡＳを、推定した圧縮行程の開始時における実際の作動ガスの温度として算出する（図５のステップ１５）。また、推定作動ガス温度ＴＣＹＬＧＡＳおよび要求トルクＰＭＥＣＭＤに応じて、推定燃焼ガス温度ＴＥＸＧＡＳを推定した燃焼ガスの温度として算出する（図６のステップ２７，２８，２４）。
【００４４】
このように、推定作動ガス温度ＴＣＹＬＧＡＳを、推定ＥＧＲガス量ＮＥＧＲおよび目標充填効率ＥＴＡＣＣに応じて算出するので、圧縮行程の開始時における実際の作動ガスの温度を、作動ガス中のＥＧＲガス量の割合、すなわちＥＧＲガスによる温度の上昇度合を反映させながら、適切に推定することができる。また、そのように適切に推定された推定作動ガス温度ＴＣＹＬＧＡＳを用いて推定燃焼ガス温度ＴＥＸＧＡＳを算出するので、燃焼ガスの温度を適切に予測することができる。
【００４５】
図９の目標ＥＧＲガス量の算出処理は、ＴＤＣ信号の入力に同期して割り込み実行される。まず、ステップ３１では、ＣＩ燃焼モードフラグＦ＿ＨＣＣＩが「１」であるか否かを判別する。この答がＮＯで、ＳＩ燃焼モード中のときには、目標ＥＧＲガス量ＮＴＥＧＲＣＭＤを値０に設定し（ステップ３２）、本処理を終了する。
【００４６】
一方、ステップ３１の答がＹＥＳで、ＣＩ燃焼モード中のときには、ステップ３３において、図３の前記ステップ６および７でそれぞれ求めた目標作動ガス温度ＴＣＹＬＧＡＳＣおよび目標充填効率ＥＴＡＣＣ、図５の前記ステップ１５で用いた最大充填量ＮＴＣＹＬＭＡＸ、ならびに図６の前記ステップ２４で算出した推定燃焼ガス温度ＴＥＸＧＡＳなどを用いて、次式（５）によって目標ＥＧＲガス量ＮＴＥＧＲＣＭＤを算出し、本処理を終了する。
NTEGRCMD=ETACC・NTCYLMAX・(TCYLGASC-TA)/(TEXGAS-TA) ……（５）
【００４７】
この式（５）の右辺の（ＴＣＹＬＧＡＳＣ−ＴＡ）は、目標作動ガス温度と新気の温度との差を表し、（ＴＥＸＧＡＳ−ＴＡ）は、燃焼ガスと新気との温度差を表す。したがって、両者の比（ＴＣＹＬＧＡＳＣ−ＴＡ）／（ＴＥＸＧＡＳ−ＴＡ）は、ＥＧＲガスによって可能な温度上昇分に対するＥＧＲガスによって上昇させるべき温度の割合を表す。したがって、この比にＥＴＡＣＣ・ＮＴＣＹＬＭＡＸを乗算することによって、目標ＥＧＲガス量ＮＴＥＧＲＣＭＤを適切に算出することができる。
【００４８】
図１０は、目標バルブタイミング算出処理を示している。本処理は、吸気弁８および排気弁９の目標バルブタイミングを算出するものであり、ＴＤＣ信号の入力に同期して割り込み実行される。また、算出された目標バルブタイミングになるように、各弁のバルブタイミングが制御される。まず、ステップ４１では、ＣＩ燃焼モードフラグＦ＿ＨＣＣＩが、「１」であるか否かを判別する。この答がＮＯで、ＳＩ燃焼モード中のときには、吸気弁８の目標開弁タイミングＣＡＩＶＯＣＭＤを、ＳＩ燃焼モード時用の所定の吸気開弁タイミングＣＡＩＶＯＳＴ（例えば上死点前３０°クランク角）に設定する（ステップ４２）。次いで、吸気弁８の目標閉弁タイミングＣＡＩＶＣＣＭＤを、所定の吸気閉弁タイミングＣＡＩＶＣＳＴ（例えば下死点前３０°クランク角）に設定する（ステップ４３）。
【００４９】
次に、排気弁９の目標開弁タイミングＣＡＥＶＯＣＭＤを、ＳＩ燃焼モード時用の所定の排気開弁タイミングＣＡＥＶＯＳＴ（例えば下死点前３０°クランク角）に設定する（ステップ４４）。次いで、排気弁９の目標閉弁タイミングＣＡＥＶＣＣＭＤを、所定の排気閉弁タイミングＣＡＥＶＣＳＴ（例えば上死点前３０°クランク角）に設定し（ステップ４５）、本処理を終了する。
【００５０】
一方、前記ステップ４１の答がＹＥＳで、Ｆ＿ＨＣＣＩ＝１、すなわちＣＩ燃焼モード中であるときには、ステップ４６において、吸気弁８の目標開弁タイミングＣＡＩＶＯＣＭＤを、エンジン回転数ＮＥ、要求トルクＰＭＥＣＭＤ、および図９の前記ステップ３３で算出した目標ＥＧＲガス量ＮＴＥＧＲＣＭＤに応じて、マップ（図示せず）を検索することによって求める。
【００５１】
このマップでは、吸気弁８の目標開弁タイミングＣＡＩＶＯＣＭＤは、エンジン回転数ＮＥが小さいほど、要求トルクＰＭＥＣＭＤが小さいほど、および目標ＥＧＲガス量ＮＴＥＧＲＣＭＤが多いほど、より遅くなるように設定されている。なお、この理由については後述する。
【００５２】
次いで、吸気弁８の目標閉弁タイミングＣＡＩＶＣＣＭＤを、ＣＩ燃焼モード時用の所定の吸気閉弁タイミングＣＡＩＶＣＥＣ（例えば下死点前３０°クランク角）に設定（ステップ４７）する。次に、排気弁９の目標開弁タイミングＣＡＥＶＯＣＭＤを、所定の排気開弁タイミングＣＡＥＶＯＥＣ（例えば下死点前３０°クランク角）に設定する（ステップ４８）。
【００５３】
次いで、ステップ４９において、排気弁９の目標閉弁タイミングＣＡＥＶＣＣＭＤを、エンジン回転数ＮＥ、要求トルクＰＭＥＣＭＤおよび目標ＥＧＲガス量ＮＴＥＧＲＣＭＤに応じて、マップ（図示せず）を検索することによって求め、本処理を終了する。
【００５４】
このマップでは、排気弁９の目標閉弁タイミングＣＡＥＶＣＣＭＤは、エンジン回転数ＮＥが小さいほど、要求トルクＰＭＥＣＭＤが小さいほど、および目標ＥＧＲガス量ＮＴＥＧＲＣＭＤが多いほど、より早くなるように設定されている。これは、前述したようにエンジン回転数ＮＥが小さいほど、および要求トルクＰＭＥＣＭＤが小さいほど自己着火が生じにくいために、これが発生しやすいように作動ガスの温度を高めるべく、ＥＧＲガス量を増加させるためであり、また、目標ＥＧＲガス量ＮＴＥＧＲＣＭＤに対応するようにＥＧＲガス量を増加させるためである。
【００５５】
また、前述した吸気弁８の目標開弁タイミングＣＡＩＶＯＣＭＤの設定は、これに対応したものである。すなわち、排気弁９の目標閉弁タイミングＣＡＥＶＣＣＭＤが、エンジン回転数ＮＥ、要求トルクＰＭＥＣＭＤおよび目標ＥＧＲガス量ＮＴＥＧＲＣＭＤに応じて、上述したように設定されることにより、ＥＧＲガス量が多くなるのに応じて、このＥＧＲガスの分、燃焼室３ｃ内に供給する混合気の量を減らすためである。また、排気弁９の閉弁タイミングが早められるのに伴って、吸気弁８の開弁タイミングを遅くしないと、燃焼ガスが吸気管４内に流入するおそれがあるので、これを回避するためである。
【００５６】
以上のように、ＣＩ燃焼モード中において、目標ＥＧＲガス量ＮＴＥＧＲＣＭＤに応じて、吸気弁８の目標開弁タイミングＣＡＩＶＯＣＭＤおよび排気弁９の目標閉弁タイミングＣＡＥＶＣＣＭＤを設定することによって、実際のＥＧＲガス量が目標ＥＧＲガス量ＮＴＥＧＲＣＭＤになるように制御される。
【００５７】
以上のように、本実施形態によれば、ＣＩ燃焼モード中において、目標充填効率ＥＴＡＣＣおよび推定ＥＧＲガス量ＮＥＧＲに応じて推定作動ガス温度ＴＣＹＬＧＡＳを算出し、これに応じて推定燃焼ガス温度ＴＥＸＧＡＳを算出するので、燃焼ガスの温度を適切に予測することができる。また、そのような推定燃焼ガス温度ＴＥＸＧＡＳに応じて目標ＥＧＲガス量ＮＴＥＧＲＣＭＤを算出するので、燃焼ガスの温度が大きく変化するエンジン３の過渡運転時においても、その影響を受けることなく、次回の圧縮行程の開始時における作動ガスの温度を精度良く制御することができる。これにより、この圧縮行程の開始時における作動ガスの温度を、自己着火に適した温度に精度良く制御でき、それにより、ノッキングや失火を回避することができる。さらに、燃焼ガスの温度を推定によって求めるので、これを検出するためのセンサが不要になり、制御装置１を安価に構成することができる。
【００５８】
また、ＳＩ燃焼モード中において、吸気温ＴＡに応じて燃焼ガス温度中間値ＴＥＸＧＡＳαを求め、これに応じて推定燃焼ガス温度ＴＥＸＧＡＳを算出するので、燃焼ガスの温度を適切に推定することができる。これにより、前述した三元触媒１１を保護するための燃料のリッチ制御を、実際に燃焼ガスの温度が非常に高い場合に限って実行することができ、その分、燃費を向上させることができる。
【００５９】
なお、本発明は、説明した実施形態に限定されることなく、種々の態様で実施することができる。例えば、説明した実施形態は、本発明を内部ＥＧＲを実行するエンジン３に適用した例であるが、本発明はこれに限らず、排気再循環装置を用いて燃焼ガスを再循環させるエンジンに適用することが可能である。また、本実施形態では、推定されたＥＧＲガスを含む作動ガスの充填量として、目標充填効率ＥＴＡＣＣを算出したが、これに代えて、燃焼室３ｃ内に充填された実際の作動ガスの量を推定してもよいことはもちろんである。さらに、本発明は、クランク軸を鉛直方向に配置した船外機などのような船舶推進機用エンジンを含む、様々な産業用の圧縮着火式内燃機関に適用することが可能である。その他、本発明の趣旨の範囲内で、細部の構成を適宜、変更することが可能である。
【００６０】
【発明の効果】
以上のように、本発明の圧縮着火式内燃機関の制御装置によれば、燃焼ガスの温度を適切に推定でき、それにより、推定した燃焼ガスの温度に応じて作動ガスの温度を精度良く制御することができることによって、ノッキングや失火を防止することができるなどの効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の制御装置およびこれを適用した内燃機関を概略的に示す図である。
【図２】燃焼モード決定処理を示すフローチャートである。
【図３】目標作動ガス温度算出処理を示すフローチャートである。
【図４】ＥＧＲガス量推定処理を示すフローチャートである。
【図５】作動ガス温度推定処理を示すフローチャートである。
【図６】燃焼ガス温度推定処理を示すフローチャートである。
【図７】図６の処理で用いられるＴＥＸＧＡＳＳＩＭマップを示す図である。
【図８】図６の処理で用いられるＴＥＸＧＡＳＣＩＭマップを示す図である。
【図９】目標ＥＧＲガス量算出処理を示すフローチャートである。
【図１０】目標バルブタイミング算出処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１ 制御装置
２ ＥＣＵ（ＥＧＲガス量推定手段、燃焼ガス温度推定手段、ＥＧＲガス量決定手段、充填量推定手段、燃焼モード決定手段）
３ エンジン
３ｃ 燃焼室
１０ 電磁式動弁機構（ＥＧＲ装置）
２３ 吸気温センサ（吸入空気温度検出手段）
ＮＥＧＲ 推定ＥＧＲガス量（推定されたＥＧＲガス量）
ＴＥＸＧＡＳ 推定燃焼ガス温度（推定された燃焼ガスの温度）
ＮＴＥＧＲＣＭＤ 目標ＥＧＲガス量（燃焼室内に存在させるべきＥＧＲガス の量）
ＥＴＡＣＣ 目標充填効率（推定された充填量）
ＴＡ 吸気温

Claims (2)

1. 混合気を自己着火により燃焼室内で燃焼させるとともに、燃焼により生成された燃焼ガスの一部をＥＧＲガスとして前記燃焼室内に存在させるＥＧＲ装置を有する圧縮着火式内燃機関の制御装置であって、
   前記内燃機関は、燃焼モードを、混合気を自己着火によって燃焼させる圧縮着火燃焼モードと、火花点火によって燃焼させる火花点火燃焼モードに切換可能に構成されており、
   前記燃焼モードを前記圧縮着火燃焼モードまたは前記火花点火燃焼モードに決定する燃焼モード決定手段と、
   前記燃焼モードが前記圧縮着火燃焼モードのときに、前記燃焼室内に存在するＥＧＲガスの量を推定するＥＧＲガス量推定手段と、
   当該推定されたＥＧＲガス量に応じて、混合気および前記ＥＧＲガスを含む作動ガスの燃焼によって生成される燃焼ガスの温度を推定する燃焼ガス温度推定手段と、
   当該推定された燃焼ガスの温度に応じて、前記燃焼室内に存在させるべきＥＧＲガスの量を決定するＥＧＲガス量決定手段と、
   前記燃焼室内に吸入される吸入空気の温度を検出する吸入空気温度検出手段と、を備え、
   前記燃焼ガス温度推定手段は、前記燃焼モードが前記火花点火燃焼モードのときには、前記検出された吸入空気の温度に応じて燃焼ガスの温度を推定することを特徴とする圧縮着火式内燃機関の制御装置。
2. 前記燃焼モードが前記圧縮着火燃焼モードのときに、前記燃焼室内に充填された作動ガスの充填量を推定する充填量推定手段をさらに備え、
   前記燃焼ガス温度推定手段は、前記燃焼モードが前記圧縮着火燃焼モードのときには、前記推定された充填量にさらに応じて、燃焼ガスの温度を推定することを特徴とする、請求項１に記載の圧縮着火式内燃機関の制御装置。

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