JP2005009356A - 圧縮着火式内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】燃焼モードを燃焼室内の温度に応じて適切に切り換えることができ、それにより、圧縮着火燃焼モード中におけるノッキングおよび失火を回避しながら、圧縮着火燃焼を可能な限り実行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。
【解決手段】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とに、燃焼モードを切り換えて運転される圧縮着火式内燃機関３の制御装置１であって、制御装置１のＥＣＵ２は、混合気の燃焼によって生成される燃焼ガスの温度を表す燃焼ガス温度パラメータＴＥＸＧＡＳを検出し（図３のステップ１４）、検出された燃焼ガス温度パラメータＴＥＸＧＡＳに応じて、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（図２のステップ４〜６、図８のステップ４１〜４３，４６，５３、図９のステップ６１）。
【選択図】 図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃焼モードを圧縮着火燃焼モードと火花点火燃焼モードに切り換えて運転され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。この制御装置では、内燃機関が、そのトルクが低く且つ回転数が低〜中程度の所定の運転領域（以下、このような領域を「圧縮着火燃焼領域」という）にあるとともに、内燃機関のシリンダブロック内を循環する冷却水の温度が所定温度以上のときには、内燃機関の燃焼モードを圧縮着火燃焼モードに決定し、それ以外のときには、火花点火燃焼モードに決定する。このように冷却水の温度が低いときに圧縮着火燃焼を実行しないのは、冷却水の温度が低く、吸気管やシリンダブロックの温度が低いと、燃焼室内に充填される作動ガスが、吸気管やシリンダブロックによって十分に暖められないことで、自己着火に適した温度まで昇温されず、それにより失火するおそれがあるので、これを回避するためである。
【０００３】
【特許文献１】
特開平２０００−８７７４９号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、圧縮着火燃焼における自己着火の適否は、内燃機関の燃焼直前の燃焼室内の温度と密接な関係にあり、この燃焼室内の温度が適正な範囲内にある場合には自己着火を支障なく行える一方、燃焼室内の温度が、高すぎる場合にはノッキングが、低すぎる場合には失火が発生しやすくなる。しかし、上述したように、従来の制御装置では、内燃機関のトルクなどが上述した所定の圧縮着火燃焼領域にあり、かつ冷却水の温度が所定温度以上のときに、燃焼モードを圧縮着火燃焼モードに決定するので、次のような問題がある。すなわち、冷却水の温度は、シリンダブロックの熱容量が比較的大きいことやラジエータによる冷却などにより、燃焼室内の温度の変化に対して応答性が低く、遅れて変化するので、燃焼室内の温度を必ずしも良好には反映しない。
【０００５】
このため、例えば、極低負荷状態での火花点火燃焼モードによる運転中において、内燃機関のトルクなどの上昇により、燃焼室内の温度が自己着火が可能な温度まで上昇したとしても、冷却水の温度が所定温度以上にならず、燃焼モードが圧縮着火燃焼モードに切り換えられない場合がある。その場合には、圧縮着火燃焼モードによる運転期間が短くなるので、その分、燃費や排気特性が悪化するなど、圧縮着火燃焼による利点が得られなくなってしまう。また、この冷却水の温度の遅れ分を見越して、上記の所定温度を低めに設定することが考えられるが、その場合には逆に、失火するおそれがある。
【０００６】
さらに、燃焼室内の温度は、内燃機関のトルクおよび回転数が急激に変化しても、この変化に対応するように速やかには変化しないので、内燃機関のトルクおよび回転数もまた、燃焼室内の温度を必ずしも良好には反映しない。このため、例えば、高負荷状態での火花点火燃焼モードによる運転が実行されることにより、燃焼室内の温度が非常に高い場合において、内燃機関のトルクおよび回転数が急激に低下することにより、圧縮着火燃焼領域に入ったときには、燃焼室内の温度が非常に高いままであるにもかかわらず、燃焼モードが圧縮着火燃焼モードに切り換えられる。その結果、燃焼室内の温度が高すぎることにより、ノッキングが発生するおそれがある。
【０００７】
また、圧縮着火燃焼モード中において、内燃機関のトルクなどの急激な上昇により、トルクなどが圧縮着火燃焼領域から外れた場合には、燃焼室内の温度がノッキングが生じるような温度まで上昇していないにもかかわらず、燃焼モードが火花点火燃焼モードに切り換えられる。この場合にも、圧縮着火燃焼モードによる運転期間が短くなり、やはり圧縮着火燃焼による利点が得られなくなってしまう。さらに、このような不具合は、圧縮着火燃焼モード中において、内燃機関のトルクなどの急激な低下により、圧縮着火燃焼領域から外れた場合にも、燃焼室内の温度が失火するような温度まで低下していないにもかかわらず、燃焼モードが火花点火燃焼モードに切り換えられるので、同様に生じてしまう。
【０００８】
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、燃焼モードを燃焼室内の温度に応じて適切に切り換えることができ、それにより、圧縮着火燃焼モード中におけるノッキングおよび失火を回避しながら、圧縮着火燃焼を可能な限り実行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。
【０００９】
【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とに、燃焼モードを切り換えて運転される圧縮着火式内燃機関３の制御装置１であって、混合気の燃焼によって生成される燃焼ガスの温度を表す燃焼ガス温度パラメータ（実施形態における（以下本項において同じ）推定燃焼ガス温度ＴＥＸＧＡＳ）を検出する燃焼ガス温度パラメータ検出手段（ＥＣＵ２、図３のステップ１４）と、検出された燃焼ガス温度パラメータに応じて、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４〜６、図８のステップ４１〜４３，４６，５３、図９のステップ６１）と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
この圧縮着火式内燃機関の制御装置によれば、燃焼モードが、検出された燃焼ガス温度パラメータに応じて、圧縮着火燃焼モードまたは火花点火燃焼モードに決定される。一般に、燃焼ガスは、燃焼室内の混合気が燃焼することによって生成されるので、この燃焼ガスの温度は、燃焼直前の燃焼室内の温度状態を良好に反映する。本発明によれば、上記のように、そのような燃焼ガスの温度を表す燃焼ガス温度パラメータに応じて、燃焼モードを決定するので、燃焼モードを燃焼室内の実際の温度に応じて適切に切り換えることができる。したがって、燃焼室内がノッキングや失火が発生するような温度にある場合に、燃焼モードを火花点火燃焼モードに決定することができるので、圧縮着火燃焼中におけるノッキングや失火を回避することができる。また、そのような場合に限って、火花点火燃焼を行うので、圧縮着火燃焼を可能な限り行うことができ、それによる燃費や排気特性の向上などの利点を、最大限に得ることができる。
【００１１】
請求項２に係る発明は、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、燃焼モード決定手段は、検出された燃焼ガス温度パラメータが、所定の範囲（上限温度ＴＥＸＧＡＳＨ，下限温度ＴＥＸＧＡＳＬ）内にあるときには、燃焼モードを圧縮着火燃焼モードに決定し（図２のステップ４，６）、燃焼ガス温度パラメータが所定の範囲内にないときには、燃焼モードを火花点火燃焼モードに決定する（図２のステップ４，５）ことを特徴とする。
【００１２】
この構成によれば、燃焼モードは、検出された燃焼ガス温度パラメータが所定の範囲内にあるときには、圧縮着火燃焼モードに決定される。このように、燃焼ガスの温度が所定の範囲よりも高いかまたは低く、すなわち、燃焼室内の温度が高すぎるかまたは低すぎる場合に、燃焼モードを火花点火燃焼モードに決定するので、上述した請求項１による効果を確実に得ることができる。
【００１３】
請求項３に係る発明は、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、燃焼ガス温度パラメータに応じて、圧縮着火燃焼の実行領域（下限回転数ＮＥＬ，上限回転数ＮＥＨ，下限トルクＰＭＥＬ，上限トルクＰＭＥＨ）を設定する実行領域設定手段（ＥＣＵ２、図８のステップ４３〜５０、図９のステップ６１）と、内燃機関３の運転状態を表す運転状態パラメータ（エンジン回転数ＮＥ，要求トルクＰＭＥＣＭＤ）を検出する運転状態パラメータ検出手段（クランク角センサ２２、ＥＣＵ２、図２のステップ１）と、をさらに備え、燃焼モード決定手段は、燃焼モードを、検出された運転状態パラメータが設定された実行領域内にあるときには、圧縮着火燃焼モードに決定する（図８のステップ５１〜５３、図９のステップ６１）とともに、運転状態パラメータが実行領域内にないときには、火花点火燃焼モードに決定する（図８のステップ５１，５２，４２、図９のステップ６１）ことを特徴とする。
【００１４】
この構成によれば、燃焼ガス温度パラメータに応じて、圧縮着火燃焼の実行領域が設定されるとともに、検出された運転状態パラメータが設定された実行領域内にあるときには、燃焼モードが圧縮着火燃焼モードに決定され、それ以外のときには、火花点火燃焼モードに決定される。このように、燃焼ガス温度パラメータに応じて設定された実行領域内に運転状態パラメータがあるか否かに応じて、燃焼モードを決定するので、燃焼モードを、燃焼室内の温度に加えて、内燃機関の実際の運転状態に応じてより適切に切り換えることができる。
【００１５】
請求項４による発明は、請求項３に記載の圧縮着火式内燃機関３の制御装置１において、実行領域設定手段は、燃焼ガス温度パラメータが小さいほど、実行領域をより狭くなるように設定する（図８のステップ４３〜５０、図９のステップ６１）ことを特徴とする。
【００１６】
この構成によれば、圧縮着火燃焼の実行領域を、燃焼ガス温度パラメータが小さいほど、すなわち燃焼室内の温度が低いほど、より狭くなるように設定する。これにより、燃焼室内の温度が低く、自己着火が安定して行えないような場合には、実行領域を狭め、圧縮着火燃焼を制限することによって、失火を確実に回避することができる。また、燃焼室内の温度が高く、自己着火が比較的安定して行えるような場合には、実行領域を拡大し、圧縮着火燃焼を最大限に行うことができる。
【００１７】
【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、本発明の第１実施形態による制御装置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。
【００１８】
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がそれぞれ接続されている。
【００１９】
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）とに切り換えて運転される。
【００２０】
吸気弁８および排気弁９は、それぞれ電磁式動弁機構１０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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
ＥＣＵ２には、クランク角センサ２２（運転状態パラメータ検出手段）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（運転状態パラメータ）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。
【００２４】
さらに、ＥＣＵ２には、吸気温センサ２３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。
【００２５】
ＥＣＵ２は、本実施形態において、燃焼ガス温度パラメータ検出手段、燃焼モード決定手段、実行領域設定手段、および運転状態パラメータ検出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。
【００２６】
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。
【００２７】
図２は、燃焼モードを決定する燃焼モード決定処理を示している。本処理は、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（運転状態パラメータ）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。
【００２８】
次いで、エンジン回転数ＮＥが、所定の下限回転数ＮＥＬ（例えば１５００ｒｐｍ）および上限回転数ＮＥＨ（例えば４０００ｒｐｍ）で規定される所定の範囲内にあるか否かを判別する（ステップ２）とともに、算出した要求トルクＰＭＥＣＭＤが、所定の下限トルクＰＭＥＬ（例えば３０Ｎ・ｍ）および上限トルクＰＭＥＨ（例えば１１０Ｎ・ｍ）で規定される所定の範囲内にあるか否かを判別する（ステップ３）。
【００２９】
ステップ２または３の答のいずれかがＮＯで、エンジン回転数ＮＥまたは要求トルクＰＭＥＣＭＤが、それぞれの所定の範囲内になく、これらが高すぎるかまたは低すぎるときには、燃焼モードをＳＩ燃焼モードに決定するとともに、そのことを表すためにＣＩ燃焼モードフラグＦ＿ＨＣＣＩを「０」にセットし（ステップ５）、本処理を終了する。
【００３０】
一方、前記ステップ２および３の答がいずれもＹＥＳのときには、推定燃焼ガス温度ＴＥＸＧＡＳ（燃焼ガス温度パラメータ）が、所定の下限温度ＴＥＸＧＡＳＬ（例えば５００℃）（所定の範囲）および上限温度ＴＥＸＧＡＳＨ（例えば１０００℃）（所定の範囲）で規定される所定の範囲内にあるか否かを判別する（ステップ４）。なお、この推定燃焼ガス温度ＴＥＸＧＡＳは、燃焼によって生成される燃焼ガスの温度を推定したものであり、その詳細については後述する。
【００３１】
このステップ４の答がＮＯで、推定燃焼ガス温度ＴＥＸＧＡＳが所定の範囲内にないときには、燃焼直前の燃焼室３ｃ内の温度（以下「燃焼室内温度」という）が高すぎるか、または低すぎるとして、前記ステップ５に進み、燃焼モードをＳＩ燃焼モードに決定する。一方、ステップ４の答がＹＥＳのときには、燃焼モードをＣＩ燃焼モードに決定するとともに、そのことを表すためにＣＩ燃焼モードフラグＦ＿ＨＣＣＩを「１」にセットし（ステップ６）、本処理を終了する。
【００３２】
以上のように、推定燃焼ガス温度ＴＥＸＧＡＳが、上限温度ＴＥＸＧＡＳＨ以上のとき、または下限温度ＴＥＸＧＡＳＬ以下のとき、すなわち、燃焼室内温度が高すぎるかまたは低すぎる場合に、燃焼モードがＳＩ燃焼モードに決定される。
【００３３】
次に、図３を参照しながら、前述した推定燃焼ガス温度ＴＥＸＧＡＳを算出する燃焼ガス温度推定処理について説明する。本処理は、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１１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１２）。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１３）。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。
【００３４】
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（２）によって算出し（ステップ１４）、本処理を終了する。
ＴＥＸＧＡＳ＝ＴＥＸＧＡＳＴ・（１−ＴＤＴＧＡＳ）＋ＴＥＸＧＡＳＺ・ＴＤＴＧＡＳ ……（２）
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。
【００３５】
一方、ステップ１２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、図２の前記ステップ５または６でセットされたＣＩ燃焼モードフラグＦ＿ＨＣＣＩが、「１」であるか否かを判別する（ステップ１５）。この答がＮＯで、ＳＩ燃焼モード中のときには、ステップ１６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。
【００３６】
図４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いためであり、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。
【００３７】
一方、前記ステップ１５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１７において、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。この推定作動ガス温度ＴＣＹＬＧＡＳは、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であり、その詳細については後述する。
【００３８】
図５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。
【００３９】
前記ステップ１６または１７に続くステップ１８では、前記ステップ１６または１７で設定した燃焼ガス温度中間値ＴＥＸＧＡＳα、および前記ステップ１３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（３）によって算出するとともに、前記ステップ１４を実行し、本処理を終了する。

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。
【００４０】
上記の式（３）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（３）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。
【００４１】
図６は、図３の前記ステップ１７で用いられる推定作動ガス温度ＴＣＹＬＧＡＳを算出する作動ガス温度推定処理を示しており、本処理は、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。また、本処理では、ステップ２１において、推定作動ガス温度ＴＣＹＬＧＡＳを、図３の前記ステップ１１で設定された推定燃焼ガス温度の前回値ＴＥＸＧＡＳＺ、および吸気温ＴＡなどを用いて、次式（４）によって算出する。
ＴＣＹＬＧＡＳ＝（ＴＥＸＧＡＳＺ−ＴＡ）・ＮＥＧＲ／ＥＴＡＣＣ・ＮＴＣＹＬＭＡＸ＋ＴＡ ……（４）
【００４２】
ここで、ＮＴＣＹＬＭＡＸは、燃焼室３ｃの容積と行程容積との和である。ＥＴＡＣＣは、作動ガス（混合気およびＥＧＲガスを含むガス）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（目標充填効率）で、ＥＧＲガス量の制御に用いられるものであり、その詳細については後述する。ＮＥＧＲは、推定された燃焼室３ｃ内に残留した実際のＥＧＲガス量を表す推定ＥＧＲガス量である。
【００４３】
この推定ＥＧＲガス量は、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られる。このマップでは、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。
【００４４】
前述した式（４）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。
【００４５】
図７は、図６の前記ステップ２１で用いた目標充填効率ＥＴＡＣＣの算出処理を示しており、本処理は、所定時間（例えば１０ｍｓｅｃ）ごとに実行される。まず、ステップ３１では、前述した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。
【００４６】
一方、前記ステップ３１の答がＹＥＳで、ＣＩ燃焼モード中であるときには、ステップ３２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混合気およびＥＧＲガスを含む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。
【００４７】
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３３）、本処理を終了する。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。
【００４８】
以上のように、ＣＩ燃焼モード中においては、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（図６のステップ２１）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（図３のステップ１７、１８および１４）ので、燃焼ガスの温度を適切に推定することができる。
【００４９】
また、一般に、ＳＩ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ので、ＥＧＲガス量の吸入空気に対する割合は非常に小さい。これに対して、本実施形態では、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（図３のステップ１６）、これに応じて推定燃焼ガス温度ＴＥＸＧＡＳを算出する（図３のステップ１８、１４）ので、燃焼ガスの温度を適切に推定することができる。
【００５０】
以上のように、本実施形態によれば、推定燃焼ガス温度ＴＥＸＧＡＳが、上限温度ＴＥＸＧＡＳＨ以上のとき、または下限温度ＴＥＸＧＡＳＬ以下のときに、燃焼モードをＳＩ燃焼モードに決定する。このように、燃焼室内温度が高すぎるためにノッキングが発生するおそれがある場合に、および燃焼室内温度が低すぎるためにや失火が発生するおそれがある場合に、燃焼モードをＳＩ燃焼モードに決定するので、ＣＩ燃焼モード中におけるノッキングや失火を回避することができる。また、そのような場合に限って、ＳＩ燃焼を行うので、ＣＩ燃焼を可能な限り行うことができ、それによる燃費や排気特性の向上などの利点を、最大限に得ることができる。
【００５１】
図８は、本発明の第２実施形態による燃焼モード決定処理を示している。まず、ステップ４１では、推定燃焼ガス温度ＴＥＸＧＡＳが図２の前記ステップ４で用いた上限温度ＴＥＸＧＡＳＨ以上であるか否かを判別する。この答がＹＥＳのときには、燃焼室内温度が高すぎるとして、燃焼モードをＳＩ燃焼モードに決定するとともに、そのことを表すためにＣＩ燃焼モードフラグＦ＿ＨＣＣＩを「０」にセットし（ステップ４２）、本処理を終了する。
【００５２】
一方、ステップ４１の答がＮＯで、ＴＥＸＧＡＳ＜ＴＥＸＧＡＳＨのときには、ステップ４３〜５０において、ＣＩ燃焼の実行領域を、推定燃焼ガス温度ＴＥＸＧＡＳに応じて設定する。まず、ステップ４３では、推定燃焼ガス温度ＴＥＸＧＡＳが、上限温度ＴＥＸＧＡＳＨよりも低い所定の第１温度ＴＥＸＧＡＳα（例えば５００℃）よりも高いか否かを判別する。この答がＹＥＳのときには、ステップ４４において、エンジン回転数ＮＥに関するＣＩ燃焼の実行領域を規定するための下限回転数ＮＥＬおよび上限回転数ＮＥＨをそれぞれ、所定の第１下限値ＮＥＬ１および第１上限値ＮＥＨ１（例えば１４００ｒｐｍ、４０００ｒｐｍ）に設定する。次いで、ステップ４５において、要求トルクＰＭＥＣＭＤに関するＣＩ燃焼の実行領域を規定するための下限トルクＰＭＥＬおよび上限トルクＰＭＥＨをそれぞれ、所定の第１下限値ＰＭＥＬ１および第１上限値ＰＭＥＨ１（例えば２０Ｎ・ｍ、９０Ｎ・ｍ）に設定する。
【００５３】
一方、前記ステップ４３の答がＮＯで、ＴＥＸＧＡＳ≦ＴＥＸＧＡＳαのときには、推定燃焼ガス温度ＴＥＸＧＡＳが、所定の第２温度ＴＥＸＧＡＳβ（＜ＴＥＸＧＡＳα、例えば０℃）よりも高いか否かを判別する（ステップ４６）。この答がＹＥＳのときには、ステップ４７において、下限回転数ＮＥＬを、前記第１下限値ＮＥＬ１よりも大きな所定の第２下限値ＮＥＬ２（例えば１７００ｒｐｍ）に設定するとともに、上限回転数ＮＥＨを、前記第１上限値ＮＥＨ１よりも小さな所定の第２上限値ＮＥＨ２（例えば３５００ｒｐｍ）に設定する。次いで、ステップ４８において、下限トルクＰＭＥＬを、前記第１下限値ＰＭＥＬ１よりも大きな所定の第２下限値ＰＭＥＬ２（例えば３０Ｎ・ｍ）に設定するとともに、上限トルクＰＭＥＨを、前記第１上限値ＰＭＥＨ１よりも小さな所定の第２上限値ＰＭＥＨ２（例えば８０Ｎ・ｍ）に設定する。
【００５４】
一方、前記ステップ４６の答がＮＯで、ＴＥＸＧＡＳ≦ＴＥＸＧＡＳβのときには、ステップ４９において、下限回転数ＮＥＬを、前記第２下限値ＮＥＬ２よりも大きな所定の第３下限値ＮＥＬ３（例えば２０００ｒｐｍ）に設定するとともに、上限回転数ＮＥＨを、前記第２上限値ＮＥＨ２よりも小さな所定の第３上限値ＮＥＨ３（例えば２８００ｒｐｍ）に設定する。次いで、ステップ５０において、下限トルクＰＭＥＬを、前記第２下限値ＰＭＥＬ２よりも大きな所定の第３下限値ＰＭＥＬ３（例えば４０Ｎ・ｍ）に設定するとともに、上限トルクＰＭＥＨを、前記第２上限値ＰＭＥＨ２よりも小さな所定の第３上限値ＰＭＥＨ３（例えば６０Ｎ・ｍ）に設定する。
【００５５】
以上のように、推定燃焼ガス温度ＴＥＸＧＡＳが低いほど、上限回転数ＮＥＨがより小さく（ＮＥＨ３＜ＮＥＨ２＜ＮＥＨ１）設定されるとともに、下限回転数ＮＥＬがより大きく（ＮＥＬ３＞ＮＥＬ２＞ＮＥＬ１）設定され、それにより、エンジン回転数ＮＥに関するＣＩ燃焼の実行領域がより狭くなるように設定される。同様に、推定燃焼ガス温度ＴＥＸＧＡＳが低いほど、上限トルクＰＭＥＨがより小さく（ＰＭＥＨ３＜ＰＭＥＨ２＜ＰＭＥＨ１）設定されるとともに、下限トルクＰＭＥＬがより大きく（ＰＭＥＬ３＞ＰＭＥＬ２＞ＰＭＥＬ１）設定され、それにより、要求トルクＰＭＥＣＭＤに関するＣＩ燃焼の実行領域がより狭くなるように設定される。
【００５６】
前記ステップ４５、４８または５０に続くステップ５１では、前記ステップ４４、４７または４９で設定した下限および上限回転数ＮＥＬ，ＮＥＨで規定される所定の範囲内に、エンジン回転数ＮＥがあるか否かを判別する。この答がＮＯで、エンジン回転数ＮＥがＣＩ燃焼の実行領域内にないときには、前記ステップ４２を実行し、燃焼モードをＳＩ燃焼モードに決定する。一方、ステップ５１の答がＹＥＳで、ＮＥＬ＜ＮＥ＜ＮＥＨのときには、ステップ５２において、前記ステップ４５、４８または５０で設定した下限および上限トルクＰＭＥＬ，ＰＭＥＨで規定される所定の範囲内に、要求トルクＰＭＥＣＭＤがあるか否かを判別する。この答がＮＯで、要求トルクＰＭＥＣＭＤがＣＩ燃焼の実行領域にないときには、前記ステップ４２を実行する。
【００５７】
一方、この答がＹＥＳ、すなわち、ＮＥＬ＜ＮＥ＜ＮＥＨでかつＰＭＥＬ＜ＰＭＥＣＭＤ＜ＰＭＥＨで、エンジン回転数ＮＥおよび要求トルクＰＭＥＣＭＤがＣＩ燃焼の実行領域内にあるときには、燃焼モードをＣＩ燃焼モードに決定するとともに、そのことを表すためにＣＩ燃焼モードフラグＦ＿ＨＣＣＩを「１」にセットし（ステップ５３）、本処理を終了する。
【００５８】
以上のように、本実施形態によれば、推定燃焼ガス温度ＴＥＸＧＡＳに応じて、エンジン回転数ＮＥおよび要求トルクＰＭＥＣＭＤに関するＣＩ燃焼の実行領域を設定するとともに、この実行領域内にエンジン回転数ＮＥおよび要求トルクＰＭＥＣＭＤがあるか否かに応じて燃焼モードを決定するので、燃焼モードを、燃焼室内温度に加えて、エンジン３の実際の運転状態に応じてより適切に切り換えることができる。また、前述したように、ＣＩ燃焼の実行領域を、推定燃焼ガス温度ＴＥＸＧＡＳが低いほど、より狭くなるように設定する。これにより、燃焼室内温度が低く、自己着火が安定して行えないような場合には、実行領域を狭め、ＣＩ燃焼を制限することによって、失火を確実に回避することができる。また、燃焼室内温度が高く、自己着火が比較的安定して行えるような場合には、実行領域を拡大し、ＣＩ燃焼を最大限に行うことができる。
【００５９】
また、第１実施形態と同様、推定燃焼ガス温度ＴＥＸＧＡＳが上限温度ＴＥＸＧＡＳＨ以上のときに、燃焼モードをＳＩ燃焼モードに決定するので、ＣＩ燃焼中におけるノッキングを回避することができる。
【００６０】
なお、ＣＩ燃焼の実行領域を、上記の設定に代えて、次のように設定してもよい。すなわち、推定燃焼ガス温度ＴＥＸＧＡＳが高いほど、ＣＩ燃焼の実行領域が全体として低回転数側にかつ低トルク側に移動するように設定してもよい。推定燃焼ガス温度ＴＥＸＧＡＳが高い場合において、エンジン回転数ＮＥまたは要求トルクＰＭＥＣＭＤが高いときにＣＩ燃焼を許容すると、燃焼室内温度が上昇し、ノッキングがさらに生じやすくなるので、上記の設定により、そのようなときに燃焼モードをＳＩ燃焼モードに決定することによって、ＣＩ燃焼中におけるノッキングを回避することができる。また、推定燃焼ガス温度ＴＥＸＧＡＳが低い場合において、エンジン回転数ＮＥまたは要求トルクＰＭＥＣＭＤが低いときにＣＩ燃焼を許容すると、燃焼室内温度が低下し、失火がさらに生じやすくなるので、そのようなときには、燃焼モードをＳＩ燃焼モードに決定することによって、ＣＩ燃焼中における失火を回避することができる。
【００６１】
図９は、燃焼モード決定処理の変形例を示している。この処理では、予め用意した燃焼モード決定マップを用いて燃焼モードが決定される。具体的には、ステップ６１において、エンジン回転数ＮＥ、要求トルクＰＭＥＣＭＤおよび推定燃焼ガス温度ＴＥＸＧＡＳに応じて、燃焼モード決定マップを検索することによって燃焼モードを決定する。この燃焼モード決定マップでは、ＣＩ燃焼の実行領域は、図８の燃焼モード決定処理と同様の傾向で、すなわち推定燃焼ガス温度ＴＥＸＧＡＳが低いほど、より狭くなるように設定されており、かつ図８の燃焼モード決定処理よりも３つのパラメータに応じて、きめ細かく設定されている。したがって、この変形例によれば、燃焼モードを、エンジン回転数ＮＥ、要求トルクＰＭＥＣＭＤおよび推定燃焼ガス温度ＴＥＸＧＡＳに応じて、よりきめ細かく適切に切り換えることができる。
【００６２】
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、燃焼ガス温度パラメータとして、燃焼ガス温度を演算により推定したが、これを直接検出してもよく、あるいは、排気管５に設けられたセンサで検出された排気ガスの温度を用いてもよい。また、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。
【００６３】
【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、燃焼モードを燃焼室内の温度に応じて適切に切り換えることができ、それにより、圧縮着火燃焼モード中におけるノッキングおよび失火を回避しながら、圧縮着火燃焼を可能な限り実行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】本発明の第１実施形態による燃焼モード決定処理を示すフローチャートである。
【図３】燃焼ガス温度推定処理を示すフローチャートである。
【図４】図３の処理で用いられるＴＥＸＧＡＳＳＩＭマップを示す図である。
【図５】図３の処理で用いられるＴＥＸＧＡＳＣＩＭマップを示す図である。
【図６】作動ガス温度推定処理を示すフローチャートである。
【図７】目標充填効率算出処理を示すフローチャートである。
【図８】本発明の第２実施形態による燃焼モード決定処理を示すフローチャートである。
【図９】燃焼モード決定処理の変形例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（燃焼ガス温度パラメータ検出手段、
燃焼モード決定手段、実行領域設定手段、
運転状態パラメータ検出手段）
３ エンジン
２２ クランク角センサ（運転状態パラメータ検出手段）
ＴＥＸＧＡＳ 推定燃焼ガス温度（燃焼ガス温度パラメータ）
ＴＥＸＧＡＳＨ 上限温度（所定の範囲）
ＴＥＸＧＡＳＬ 下限温度（所定の範囲）
ＮＥＬ 下限回転数（実行領域）
ＮＥＨ 上限回転数（実行領域）
ＰＭＥＬ 下限トルク（実行領域）
ＰＭＥＨ 上限トルク（実行領域）
ＮＥ エンジン回転数（運転状態パラメータ）
ＰＭＥＣＭＤ 要求トルク（運転状態パラメータ）

Claims (4)

1. 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とに、燃焼モードを切り換えて運転される圧縮着火式内燃機関の制御装置であって、
   混合気の燃焼によって生成される燃焼ガスの温度を表す燃焼ガス温度パラメータを検出する燃焼ガス温度パラメータ検出手段と、
   当該検出された燃焼ガス温度パラメータに応じて、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、
   を備えることを特徴とする圧縮着火式内燃機関の制御装置。
2. 前記燃焼モード決定手段は、前記検出された燃焼ガス温度パラメータが、所定の範囲内にあるときには、前記燃焼モードを前記圧縮着火燃焼モードに決定し、前記燃焼ガス温度パラメータが前記所定の範囲内にないときには、前記燃焼モードを前記火花点火燃焼モードに決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。
3. 前記燃焼ガス温度パラメータに応じて、圧縮着火燃焼の実行領域を設定する実行領域設定手段と、
   前記内燃機関の運転状態を表す運転状態パラメータを検出する運転状態パラメータ検出手段と、をさらに備え、
   前記燃焼モード決定手段は、前記燃焼モードを、前記検出された運転状態パラメータが前記設定された実行領域内にあるときには、前記圧縮着火燃焼モードに決定するとともに、前記運転状態パラメータが前記実行領域内にないときには、前記火花点火燃焼モードに決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。
4. 前記実行領域設定手段は、前記燃焼ガス温度パラメータが小さいほど、前記実行領域をより狭くなるように設定することを特徴とする、請求項３に記載の圧縮着火式内燃機関の制御装置。

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