JP2012172671A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジンの圧縮自着火燃焼制御中に急峻燃焼の発生を抑制することができると共に低コスト化の要求を満たすことができるようにする。
【解決手段】エンジン１１の運転領域が所定の圧縮自着火燃焼領域のときには、排気バルブ２３と吸気バルブ２２が両方とも閉弁した状態になるＮＶＯ（負のバルブオーバーラップ）期間中に筒内に燃料を噴射した後に吸気行程で燃料噴射を行って圧縮行程の圧縮により混合気を自着火させて燃焼させる圧縮自着火燃焼制御を実行する。この圧縮自着火燃焼制御中に急峻燃焼有りと判定されたときに、ＮＶＯ期間中の燃料噴射量が所定の下限判定値（例えば燃料噴射弁１９の最小噴射量）よりも大きい場合には、ＮＶＯ期間中の燃料噴射量を低減させて急峻燃焼の発生を抑制し、ＮＶＯ期間中の燃料噴射量が下限判定値以下の場合には、ＮＶＯ期間中の筒内の酸素量を低減させて急峻燃焼の発生を抑制する。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の負のバルブオーバーラップ期間中に筒内に燃料を噴射して圧縮行程の圧縮により混合気を自着火させて燃焼させる機能を備えた内燃機関の制御装置に関する発明である。

内燃機関の低燃費化やＮＯｘ排出量低減等を目的として、例えば、特許文献１（特開２００５−２２０８３９号公報）に記載されているように、内燃機関の排気行程後半から吸気行程前半に排気バルブと吸気バルブが両方とも閉弁した状態になる負のバルブオーバーラップ期間を設け、この負のバルブオーバーラップ期間中に筒内に燃料を噴射する１回目の燃料噴射を行った後、吸気行程又は圧縮行程で２回目の燃料噴射を行って、圧縮行程の圧縮により混合気を自着火させて燃焼させる圧縮自着火燃焼制御を行うようにしたものがある。この特許文献１では、１回目の燃料噴射を行う第１の燃料噴射弁と、２回目の燃料噴射を行う第２の燃料噴射弁を設け、第１の燃料噴射弁は、第２の燃料噴射弁よりも最小噴射量が少ないものを用いるようにしている。

特開２００５−２２０８３９号公報

圧縮自着火燃焼制御では、負のバルブオーバーラップ期間中に筒内に燃料を噴射して、一部の燃料を燃焼させて筒内温度を上昇させておくことで、安定した圧縮自着火燃焼を実現するようにしているが、高負荷側では筒内温度が上昇し過ぎてノック（ノッキング）や燃焼騒音等の原因となる急峻燃焼が発生することがある。このような急峻燃焼の発生を抑制する方法として、負のバルブオーバーラップ期間中の燃料噴射量を低減させることが考えられるが、燃料噴射弁は、その噴射特性によって決まる最小噴射量で燃料噴射量の低減が制限されるため、一般的な筒内噴射用の燃料噴射弁では、負のバルブオーバーラップ期間中の燃料噴射量を十分に低減できない可能性がある。

上記特許文献１では、第２の燃料噴射弁よりも最小噴射量が少ない第１の燃料噴射弁を用いることで、負のバルブオーバーラップ期間中の燃料噴射量を低減できるようにしているが、この場合、一般的な筒内噴射用の燃料噴射弁よりも最小噴射量が少ない特別仕様の燃料噴射弁を新たに搭載する必要があるため、近年の重要な技術的課題である低コスト化の要求を満たすことができない。

そこで、本発明が解決しようとする課題は、圧縮自着火燃焼制御中に急峻燃焼の発生を抑制することができると共に低コスト化の要求を満たすことができる内燃機関の制御装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、内燃機関の少なくとも排気行程後半に排気バルブと吸気バルブが両方とも閉弁した状態になる負のバルブオーバーラップ（以下「ＮＶＯ」と表記する）期間を設け、該ＮＶＯ期間中に筒内に燃料を噴射して圧縮行程の圧縮により混合気を自着火させて燃焼させる圧縮自着火燃焼制御を実行する燃焼制御手段を備えた内燃機関の制御装置において、圧縮自着火燃焼制御中に所定の許容レベルを越える急峻燃焼の有無を判定する急峻燃焼判定手段を備え、燃焼制御手段は、圧縮自着火燃焼制御中に急峻燃焼判定手段により急峻燃焼有りと判定されたときに、ＮＶＯ期間中の燃料噴射量が所定の下限判定値よりも大きい場合にはＮＶＯ期間中の燃料噴射量を低減させるＮＶＯ噴射量低減制御を実行し、ＮＶＯ期間中の燃料噴射量が下限判定値以下の場合にはＮＶＯ期間中に筒内に残留する燃焼ガス中の酸素量を低減させるＮＶＯ酸素量低減制御を実行するようにしたものである。

この構成では、圧縮自着火燃焼制御中に所定の許容レベルを越える急峻燃焼（例えばノックや燃焼騒音等を発生させるような急峻な燃焼）の有無を判定し、圧縮自着火燃焼制御中に急峻燃焼有りと判定されたときには、まず、ＮＶＯ噴射量（ＮＶＯ期間中の燃料噴射量）が所定の下限判定値よりも大きいか否かによって、ＮＶＯ噴射量を低減可能か否かを判定する。

そして、ＮＶＯ噴射量が下限判定値よりも大きいと判定された場合（つまりＮＶＯ噴射量を低減可能と判定された場合）には、ＮＶＯ噴射量低減制御を実行して、ＮＶＯ噴射量を低減させる。このようにＮＶＯ噴射量を低減させることで、ＮＶＯ期間中の燃焼量（酸化反応量）を低減させて筒内温度の上昇を適度に抑制することができ、急峻燃焼の発生を抑制することができる。

一方、ＮＶＯ噴射量が下限判定値以下と判定された場合（つまりＮＶＯ噴射量を低減できないと判定された場合）には、ＮＶＯ酸素量低減制御を実行して、ＮＶＯ酸素量（ＮＶＯ期間中に筒内に残留する燃焼ガス中の酸素量）を低減させる。このようにＮＶＯ酸素量を低減させることで、ＮＶＯ期間中の燃焼量（酸化反応量）を低減させて筒内温度の上昇を適度に抑制することができ、急峻燃焼の発生を抑制することができる。

このようにすれば、圧縮自着火燃焼制御中に高負荷側での急峻燃焼の発生を抑制することができるため、圧縮自着火燃焼制御を行う運転領域を高負荷側へ拡大することができる。しかも、一般的な筒内噴射用の燃料噴射弁よりも最小噴射量が少ない特別仕様の燃料噴射弁を新たに搭載する必要がないため、近年の重要な技術的課題である低コスト化の要求を満たすことができる。

この場合、請求項２のように、下限判定値は、ＮＶＯ期間中に筒内に燃料を噴射する燃料噴射弁の噴射可能な最小噴射量に設定すると良い。このようにすれば、ＮＶＯ噴射量が下限判定値（＝燃料噴射弁の噴射可能な最小噴射量）に低下するまでＮＶＯ噴射量低減制御を実行することができる。

また、請求項３のように、ＮＶＯ酸素量低減制御として、内燃機関の排気通路から吸気通路に還流させる排出ガス還流量（外部ＥＧＲ量）を増加させる制御とスロットルバルブの開度（スロットル開度）を減少させる制御のうちの少なくとも一方を実行するようにしても良い。外部ＥＧＲ量を増加させる制御やスロットル開度を減少させる制御を実行すれば、筒内に吸入される空気量（酸素量）を減少させて燃焼後に残留する酸素量を低減させることができ、その結果、ＮＶＯ酸素量（ＮＶＯ期間中に筒内に残留する燃焼ガス中の酸素量）を低減させることができる。

更に、請求項４のように、ＮＶＯ酸素量低減制御として、ＮＶＯ期間中に筒内に二酸化炭素と窒素のうちの少なくとも一方を含むガス（例えば隣接するリッチ運転気筒の外部ＥＧＲガス等）を噴射する制御を実行するようにしても良い。このようにすれば、ＮＶＯ期間中に筒内に残留する燃焼ガス中の酸素濃度を低減して、ＮＶＯ期間中に筒内に噴射された燃料と接触する酸素量を低減させることができる。

また、請求項５のように、急峻燃焼判定手段は、筒内圧力、ノック振動指標、イオン電流のうちの少なくとも１つに基づいて急峻燃焼の有無を判定するようにすると良い。燃焼状態に応じて筒内圧力やノック振動指標やイオン電流が変化するため、筒内圧力やノック振動指標やイオン電流を用いれば、所定の許容レベルを越える急峻燃焼の有無（急峻燃焼が発生しているか否か）を精度良く判定することができる。

図１は本発明の一実施例におけるエンジン制御システムの概略構成を示す図である。 図２は圧縮自着火燃焼制御の実行例を説明するタイムチャートである。 図３はＮＶＯ噴射量低減制御及びＮＶＯ酸素量低減制御を説明する図である。 図４（ａ）はＮＶＯ酸素量低減制御を実行しない場合のＮＶＯ噴射量とＮＶＯ発熱量と筒内圧力上昇率の最大値との関係を示す図であり、図４（ｂ）はＮＶＯ酸素量低減制御を実行した場合のＮＶＯ噴射量とＮＶＯ発熱量と筒内圧力上昇率の最大値との関係を示す図である。 図５は燃焼制御ルーチンの処理の流れを示すフローチャートである。 図６は圧縮自着火燃焼制御ルーチンの処理の流れを示すフローチャートである。 図７は他の実施例を説明する図である。

以下、本発明を実施するための形態を具体化した一実施例を説明する。
まず、図１に基づいてエンジン制御システム全体の概略構成を説明する。
内燃機関であるエンジン１１の吸気管１２（吸気通路）には、モータ（図示せず）によって開度調節されるスロットルバルブ１３が設けられている。このスロットルバルブ１３の下流側には、サージタンク１４が設けられ、このサージタンク１４に、吸気管圧力を検出する吸気管圧力センサ１５が設けられている。また、サージタンク１４には、エンジン１１の各気筒に空気を導入する吸気マニホールド１６（吸気通路）が設けられている。

エンジン１１には、筒内に燃料を直接噴射する筒内噴射用の燃料噴射弁１９が各気筒毎に取り付けられている。また、各気筒の吸気ポート１７には、それぞれ筒内の気流強度（スワール流やタンブル流の強度）を制御する気流制御弁２０が設けられている。エンジン１１のシリンダヘッドには、各気筒毎に点火プラグ２１が取り付けられている。

また、エンジン１１には、吸気バルブ２２のバルブタイミング（開閉タイミング）を変化させる吸気側可変バルブタイミング装置２４と、排気バルブ２３のバルブタイミングを変化させる排気側可変バルブタイミング装置２５とが設けられている。エンジン１１の排気管２６（排気通路）には、排気管圧力を検出する排気管圧力センサ１８や、排出ガスの空燃比又はリッチ／リーン等を検出する排出ガスセンサ２７（空燃比センサ、酸素センサ等）が設けられ、この排出ガスセンサ２７の下流側に、排出ガスを浄化する三元触媒等の触媒（図示せず）が設けられている。

また、排気管２６のうちの排出ガスセンサ２７の下流側と吸気管１２のうちのスロットルバルブ１６の下流側との間に、排出ガスの一部を吸気側に還流させるためのＥＧＲ配管３３が接続され、このＥＧＲ配管３３の途中に排出ガス還流量（外部ＥＧＲ量）を制御するＥＧＲ弁３４が設けられている。

エンジン１１のシリンダブロックには、冷却水温を検出する冷却水温センサ２８や、ノッキングを検出するノックセンサ３２が取り付けられている。また、エンジン１１のクランク軸２９の外周側には、クランク軸２９が所定クランク角回転する毎にパルス信号を出力するクランク角センサ３０が取り付けられ、このクランク角センサ３０の出力信号に基づいてクランク角やエンジン回転速度が検出される。更に、アクセルセンサ３１によってアクセル操作量（アクセルペダルの踏込量）が検出される。

これら各種センサの出力は、電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ」と表記する）３５に入力される。このＥＣＵ３５は、マイクロコンピュータを主体として構成され、内蔵されたＲＯＭ（記憶媒体）に記憶された各種のエンジン制御用のプログラムを実行することで、エンジン運転状態に応じて、燃料噴射量、点火時期、スロットル開度（吸入空気量）等を制御する。

その際、ＥＣＵ３５は、後述する図５及び図６の燃焼制御用の各ルーチンを実行することで、エンジン運転領域が所定の圧縮自着火燃焼領域のときには、圧縮行程の圧縮により混合気を自着火させて燃焼させる圧縮自着火燃焼制御を行い、エンジン運転領域が所定の火花点火燃焼領域のときには、点火プラグ２１の火花放電により点火して混合気を燃焼させる火花点火燃焼制御を行う。

図２に示すように、圧縮自着火燃焼制御では、まず、少なくとも排気行程後半（例えば排気行程後半から吸気行程前半）に排気バルブ２３と吸気バルブ２２が両方とも閉弁した状態になる負のバルブオーバーラップ（以下「ＮＶＯ」と表記する）期間を設けるように吸気側及び排気側の可変バルブタイミング装置２４，２５を制御する。この際、例えば、排気バルブ２３の閉弁時期がＴＤＣ（上死点）よりも進角側になるように排気バルブ２３のバルブタイミングを制御すると共に、吸気バルブ２２の開弁時期がＴＤＣよりも遅角側になるように吸気バルブ２２のバルブタイミングを制御する。このＮＶＯ期間は、筒内に残留した高温の燃焼ガス（内部ＥＧＲガス）が排気行程後半のピストン３８の上昇により圧縮されるため、筒内が高温且つ高圧の状態になる。

そして、このＮＶＯ期間中に燃料噴射弁１９により筒内に燃料を噴射する。このＮＶＯ期間中に筒内に噴射された燃料は、筒内で高温且つ高圧に晒されることで、燃焼の予段階の反応を開始して、一部の燃料が燃焼（酸化反応）して筒内がより高温の状態となる。

この後、吸気行程（又は圧縮行程）で燃料噴射弁１９により筒内に燃料を噴射する。この吸気行程（又は圧縮行程）で噴射された燃料と、ＮＶＯ期間中に噴射された燃料によって筒内に混合気が形成され、その後、圧縮行程の圧縮により筒内が更に高温になると、燃料が自着火し、それが火種の役割を果たして混合気を燃焼せることができるため、混合気の圧縮自着火燃焼が成立する。

尚、エンジン運転領域等によっては、ＮＶＯ期間中の燃料噴射後の２回目の燃料噴射（吸気行程又は圧縮行程の燃料噴射）を省略して、ＮＶＯ期間中の燃料噴射のみで圧縮自着火燃焼制御を行うようにしても良い。

上述したように、圧縮自着火燃焼制御では、ＮＶＯ期間中に筒内に燃料を噴射して、一部の燃料を燃焼させて筒内温度を上昇させておくことで、安定した圧縮自着火燃焼を実現するようにしているが、高負荷側では筒内温度が上昇し過ぎてノック（ノッキング）や燃焼騒音等の原因となる急峻燃焼が発生することがある。このような急峻燃焼の発生を抑制する方法として、ＮＶＯ期間中の燃料噴射量を低減させることが考えられるが、燃料噴射弁１９は、その噴射特性によって決まる最小噴射量で燃料噴射量の低減が制限されるため、一般的な筒内噴射用の燃料噴射弁１９では、ＮＶＯ期間中の燃料噴射量を十分に低減できない可能性がある。

そこで、ＥＣＵ３５は、圧縮自着火燃焼制御中に所定の許容レベルを越える急峻燃焼の有無を判定する。ここで、所定の許容レベルを越える急峻燃焼は、例えば、筒内圧力上昇率が増大してノックや燃焼騒音等を発生させるような燃焼、或は、燃焼時期（例えば着火時期や燃焼重心等）が最適燃焼時期（エンジン１１の効率が最も高くなる燃焼時期）に対して進角側にシフトした状態の燃焼である。その結果、圧縮自着火燃焼制御中に急峻燃焼有りと判定されたときには、まず、ＮＶＯ噴射量（ＮＶＯ期間中の燃料噴射量）が所定の下限判定値（例えば燃料噴射弁１９の噴射可能な最小噴射量）よりも大きいか否かによって、ＮＶＯ噴射量を低減可能か否かを判定する。

そして、図３に示すように、ＮＶＯ噴射量が下限判定値よりも大きいと判定された領域（つまりＮＶＯ噴射量を低減可能と判定された領域）では、ＮＶＯ噴射量低減制御を実行して、ＮＶＯ噴射量を低減させる。このようにＮＶＯ噴射量を低減させることで、ＮＶＯ期間中の燃焼量（酸化反応量）を低減させて筒内温度の上昇を適度に抑制することができ、急峻燃焼の発生を抑制することができる。

一方、ＮＶＯ噴射量が下限判定値以下と判定された領域（つまりＮＶＯ噴射量を低減できないと判定された領域）では、ＮＶＯ酸素量低減制御を実行して、ＮＶＯ酸素量（ＮＶＯ期間中に筒内に残留する燃焼ガス中の酸素量）を低減させる。このようにＮＶＯ酸素量を低減させることで、ＮＶＯ期間中の燃焼量（酸化反応量）を低減させて筒内温度の上昇を適度に抑制することができ、急峻燃焼の発生を抑制することができる。

また、ＮＶＯ酸素量を低減できないと判定された領域又はＮＶＯ期間中に燃料を噴射しなくても圧縮自着火燃焼可能な領域（圧縮自着火燃焼領域のうちの高負荷側の領域）では、ＮＶＯ期間中の燃料噴射を停止する。このようにＮＶＯ期間中の燃料噴射を停止することで、ＮＶＯ期間中の燃焼（酸化反応）を停止して筒内温度の上昇を適度に抑制することができ、急峻燃焼の発生を抑制することができる。

ここで、図４（ａ）は、ＮＶＯ酸素量低減制御を実行しない場合の、ＮＶＯ噴射量と、ＮＶＯ発熱量（ＮＶＯ期間中の発熱量）と、筒内圧力上昇率の最大値との関係を示す図である。図４（ａ）に示すように、ＮＶＯ酸素量低減制御を実行しない場合には、ＮＶＯ噴射量を増量すると、ＮＶＯ発熱量が増加し、それに伴って筒内圧力上昇率の最大値が大きくなって燃焼が急峻なものとなる。

一方、図４（ｂ）は、ＮＶＯ酸素量低減制御を実行した場合の、ＮＶＯ噴射量と、ＮＶＯ発熱量と、筒内圧力上昇率の最大値との関係を示す図である。図４（ｂ）に示すように、ＮＶＯ酸素量低減制御を実行した場合には、ＮＶＯ噴射量を増量しても、酸素不足のために燃焼が抑制されて、ＮＶＯ発熱量が僅かに増加するだけであり、筒内圧力上昇率の最大値はほとんど変化しない。

以上の結果より、ＮＶＯ噴射量を低減可能な場合には、ＮＶＯ噴射量低減制御を実行して、ＮＶＯ噴射量を低減させることで、筒内圧力上昇率を低下させて急峻燃焼を抑制できるが、ＮＶＯ噴射量を低減できない場合には、ＮＶＯ酸素量低減制御を実行して、ＮＶＯ酸素量を低減させることで、筒内圧力上昇率を低下させて急峻燃焼を抑制できることが確認できる。
以下、本実施例でＥＣＵ３５が実行する図５及び図６の燃焼制御用の各ルーチンの処理内容を説明する。

［燃焼制御ルーチン］
図５に示す燃焼制御ルーチンは、ＥＣＵ３５の電源オン期間中（イグニッションスイッチのオン期間中）に所定周期で繰り返し実行され、特許請求の範囲でいう燃焼制御手段としての役割を果たす。本ルーチンが起動されると、まず、ステップ１０１で、アクセルセンサ３１やクランク角センサ３０等の出力信号を読み込んだ後、ステップ１０２に進み、アクセルセンサ３１の出力信号に基づいてアクセル開度を算出して、このアクセル開度をエンジン負荷ＫＬとして用いると共に、クランク角センサ３０の出力信号に基づいてエンジン回転速度ＮＥを算出する。尚、吸入空気量や吸気管圧力をエンジン負荷ＫＬとしても良い。

この後、ステップ１０３に進み、燃焼領域判定マップ（図示せず）を参照して、現在のエンジン運転領域（エンジン負荷ＫＬとエンジン回転速度ＮＥ）が圧縮自着火燃焼領域であるか火花点火燃焼領域であるかを判定する。燃焼領域判定マップは、予め、設計データ、試験データ、シミュレーションデータ等に基づいて作成され、ＥＣＵ３５のＲＯＭに記憶されている。燃焼領域判定マップは、例えば、低回転且つ低負荷領域が圧縮自着火燃焼領域に設定され、これ以外の運転領域が火花点火燃焼領域に設定されている。

この後、ステップ１０４に進み、上記ステップ１０３の判定結果に基づいて、現在のエンジン運転領域が圧縮自着火燃焼領域であるか否かを判定する。このステップ１０４で、圧縮自着火燃焼領域ではない（つまり火花点火燃焼領域である）と判定されれば、ステップ１０５に進み、現在のエンジン運転状態（例えばエンジン負荷ＫＬとエンジン回転速度ＮＥ等）に応じて吸気バルブ２２及び排気バルブ２３のバルブタイミングを可変バルブタイミング装置２４，２５により制御する火花点火燃焼用のバルブタイミング制御を実行する。

この後、ステップ１０６に進み、現在のエンジン運転状態（例えばエンジン負荷ＫＬとエンジン回転速度ＮＥ等）に応じて燃料噴射弁１９の燃料噴射量を制御すると共に、現在のエンジン運転状態（例えばエンジン負荷ＫＬとエンジン回転速度ＮＥ等）に応じて点火プラグ２１の点火時期を制御することで、点火プラグ２１の火花放電により点火して混合気を燃焼させる火花点火燃焼制御を実行する。

一方、上記ステップ１０４で、圧縮自着火燃焼領域であると判定された場合には、ステップ１０７に進み、後述する図６の圧縮自着火燃焼制御ルーチンを実行することで、圧縮行程の圧縮により混合気を自着火させて燃焼させる圧縮自着火燃焼制御を行う。

［圧縮自着火燃焼制御ルーチン］
図６に示す圧縮自着火燃焼制御ルーチンは、前記図５の燃焼制御ルーチンのステップ１０７で実行されるサブルーチンである。本ルーチンが起動されると、まず、ステップ２０１で、ＮＶＯ期間を設けるように吸気側及び排気側の可変バルブタイミング装置２４，２５を制御する。

この後、ステップ２０２に進み、現在のエンジン運転状態（例えばエンジン負荷ＫＬとエンジン回転速度ＮＥ等）に応じて、ＮＶＯ期間中の要求燃料噴射量と吸気行程（又は圧縮行程）の要求燃料噴射量を、それぞれマップ又は数式等により算出する。これらのＮＶＯ期間中の要求燃料噴射量のマップ又は数式等と、吸気行程（又は圧縮行程）の要求燃料噴射量のマップ又は数式等は、予め、設計データ、試験データ、シミュレーションデータ等に基づいて作成され、ＥＣＵ３５のＲＯＭに記憶されている。

この後、ステップ２０３に進み、ＮＶＯ期間中に筒内に燃料を噴射すると共に、吸気行程（又は圧縮行程）で筒内に燃料を噴射して、圧縮行程の圧縮により混合気を自着火させて燃焼させる圧縮自着火燃焼制御を実行する。

この後、ステップ２０４に進み、圧縮自着火燃焼制御中の燃焼状態判定情報（燃焼状態を判定するための情報）を算出する。この場合、例えば、ノックセンサ３２の出力信号に基づいてノック振動指標（例えば、特定周波数帯の振動波形のピーク値や積分値等）を算出し、このノック振動指標を燃焼状態判定情報として用いる。

この後、ステップ２０５に進み、燃焼状態判定情報（例えばノック振動指標）が所定の判定値を越えたか否かによって、所定の許容レベルを越える急峻燃焼（例えばノックや燃焼騒音等を発生させるような急峻な燃焼）が発生しているか否かを判定する。

このステップ２０５で、急峻燃焼が発生していると判定された場合には、ステップ２０６に進み、現在のＮＶＯ噴射量（ＮＶＯ期間中の燃料噴射量）を読み込む。この場合、ＮＶＯ期間中の要求燃料噴射量をそのままＮＶＯ噴射量としても良いし、或は、ＮＶＯ期間中の燃料噴射弁１９の噴射圧と噴射パルス幅に基づいてＮＶＯ噴射量を算出（推定）するようにしても良い。

この後、ステップ２０７に進み、現在のＮＶＯ酸素量（ＮＶＯ期間中に筒内に残留する燃焼ガス中の酸素量）を読み込む。この場合、ＮＶＯ期間中の筒内の酸素濃度（ＮＶＯ期間中に筒内に残留する燃焼ガスの酸素濃度）が排出ガスの酸素濃度とほぼ等しいと見なして、排出ガスセンサ２７の出力信号に基づいてＮＶＯ期間中の筒内の酸素濃度（＝排出ガスの酸素濃度）を検出すると共に、排気バルブ２３の閉弁時期における排気管温度と排気管圧力と筒内容積とに基づいて排気バルブ２３の閉弁時期における筒内ガス量を算出し、この排気バルブ２３の閉弁時期における筒内ガス量とＮＶＯ期間中の筒内の酸素濃度とに基づいてＮＶＯ酸素量を算出（推定）する。

この後、ステップ２０８に進み、現在のＮＶＯ噴射量が所定の下限判定値よりも大きいか否かによって、ＮＶＯ噴射量を低減可能か否かを判定する。ここで、下限判定値は、例えば、燃料噴射弁１９の噴射可能な最小噴射量に設定されている。

このステップ２０８で、現在のＮＶＯ噴射量が下限判定値よりも大きいと判定された場合（つまりＮＶＯ噴射量を低減可能と判定された場合）には、ステップ２１０に進み、ＮＶＯ噴射量低減制御を実行する。このＮＶＯ噴射量低減制御では、ＮＶＯ期間中の要求燃料噴射量を減量補正することで、ＮＶＯ噴射量を低減させる。この場合、減量補正量は、予め設定した固定値としても良いし、或は、現在のＮＶＯ噴射量やエンジン運転状態等に応じて設定するようにしても良い。また、減量補正後のＮＶＯ期間中の要求燃料噴射量が下限判定値よりも小さくならないように減量補正後のＮＶＯ期間中の要求燃料噴射量を下限判定値（＝燃料噴射弁１９の噴射可能な最小噴射量）でガード処理する。

一方、上記ステップ２０８で、現在のＮＶＯ噴射量が下限判定値以下と判定された場合（つまりＮＶＯ噴射量を低減できないと判定された場合）には、ステップ２０９に進み、例えば、現在のＮＶＯ酸素量やエンジン運転状態等に基づいてＮＶＯ酸素量を低減可能か否かを判定する。

このステップ２０９で、ＮＶＯ酸素量を低減可能と判定された場合には、ステップ２１１に進み、ＮＶＯ酸素量低減制御を実行する。このＮＶＯ酸素量低減制御では、エンジン１１の排気管２６から吸気管１２に還流させる排出ガス還流量（外部ＥＧＲ量）を増加させる外部ＥＧＲ増加制御とスロットルバルブ１３の開度（スロットル開度）を減少させるスロットル開度減少制御のうちの少なくとも一方を実行する。外部ＥＧＲ増加制御やスロットル開度減少制御を実行すれば、筒内に吸入される空気量（酸素量）を減少させて燃焼後に残留する酸素量を低減させることができ、その結果、ＮＶＯ酸素量（ＮＶＯ期間中に筒内に残留する燃焼ガス中の酸素量）を低減させることができる。この場合、外部ＥＧＲ量の増加量やスロットル開度の減少量は、予め設定した固定値としても良し、或は、現在のＮＶＯ酸素量やエンジン運転状態等に応じて設定するようにしても良い。

一方、上記ステップ２０９で、ＮＶＯ酸素量を低減できないと判定された場合には、ステップ２１２に進み、ＮＶＯ期間中の燃料噴射を停止する。尚、ＮＶＯ期間中に燃料を噴射しなくても圧縮自着火燃焼可能な領域（圧縮自着火燃焼領域のうちの高負荷側の領域）と判定された場合に、ステップ２１２に進み、ＮＶＯ期間中の燃料噴射を停止するようにしても良い。

また、ＮＶＯ噴射量低減制御の実行により変化する燃焼状態判定情報の変化量が所定値よりも小さい場合には、その後、ＮＶＯ噴射量が下限判定値よりも大きい（ＮＶＯ噴射量を低減可能）と判定されても、ＮＶＯ酸素量低減制御を実行するようにしても良い。

以上説明した本実施例では、圧縮自着火燃焼制御中に所定の許容レベルを越える急峻燃焼有りと判定されたときに、ＮＶＯ噴射量が下限判定値よりも大きい場合（つまりＮＶＯ噴射量を低減可能な場合）には、ＮＶＯ噴射量低減制御を実行するようにしたので、ＮＶＯ噴射量の低減によってＮＶＯ期間中の燃焼量（酸化反応量）を低減させて筒内温度の上昇を適度に抑制することができ、急峻燃焼の発生を抑制することができる。一方、ＮＶＯ噴射量が下限判定値以下の場合（つまりＮＶＯ噴射量を低減できない場合）には、ＮＶＯ酸素量低減制御を実行するようにしたので、ＮＶＯ酸素量の低減によってＮＶＯ期間中の燃焼量（酸化反応量）を低減させて筒内温度の上昇を適度に抑制することができ、急峻燃焼の発生を抑制することができる。これにより、圧縮自着火燃焼制御中に高負荷側での急峻燃焼の発生を抑制することができるため、圧縮自着火燃焼制御を行う運転領域を高負荷側へ拡大することができる。しかも、一般的な筒内噴射用の燃料噴射弁よりも最小噴射量が少ない特別仕様の燃料噴射弁を新たに搭載する必要がないため、近年の重要な技術的課題である低コスト化の要求を満たすことができる。

尚、上記実施例では、ＮＶＯ噴射量を低減可能か否かを判定するための下限判定値を、燃料噴射弁１９の噴射可能な最小噴射量に設定することで、ＮＶＯ噴射量が下限判定値（＝燃料噴射弁１９の噴射可能な最小噴射量）に低下するまでＮＶＯ噴射量低減制御を実行できるようにしたが、これに限定されず、例えば、下限判定値を、燃料噴射弁１９の噴射可能な最小噴射量よりも少し大きい値に設定するようにしても良い。

また、上記実施例では、ＮＶＯ酸素量低減制御として、外部ＥＧＲ量を増加させる外部ＥＧＲ増加制御やスロットル開度を減少させるスロットル開度減少制御を実行するようにしたが、例えば、これらの制御の実行が困難な条件になった場合には、ＮＶＯ期間中に筒内に二酸化炭素と窒素のうちの少なくとも一方を含むガス（例えば隣接するリッチ運転気筒の外部ＥＧＲガス等）を噴射するガス噴射制御を実行するようにしても良い。このようにすれば、ＮＶＯ酸素濃度（ＮＶＯ期間中に筒内に残留する燃焼ガス中の酸素濃度）を低減して、ＮＶＯ期間中に筒内に噴射された燃料と接触する酸素量を低減させることができる。このガス噴射制御は、ＮＶＯ酸素量を参照してガスの噴射を制御するものとし、狙いの酸素濃度に応じて噴射量を増減する。筒内に二酸化炭素や窒素を含むガスを噴射する手段は、例えば、燃料噴射弁と同等の構成で可能である。

或は、ＮＶＯ酸素量低減制御として、ＮＶＯ酸素濃度が基準値よりも高い場合に、排気バルブ２３の閉弁時期を遅角する制御を実行するようにしても良い。この場合、内部ＥＧＲ量（筒内に残留する燃焼ガス量）が減少して、吸入空気量が増加する可能性があるため、外部ＥＧＲ増加制御やスロットル開度減少制御やガス噴射制御と組み合わせるようにしても良い。

また、ＮＶＯ噴射量低減制御の際には、通常は燃料噴射弁１９の噴射圧を維持したままＮＶＯ噴射量を低減させるようにすれば、噴霧形態や微粒化特性を好適に維持することができるが、ＮＶＯ噴射量を更に低減させる要求がある場合には、通常よりも噴射圧を低下させて、燃料噴射弁１９の噴射可能な最小噴射量を低下させた状態で、ＮＶＯ噴射量を低減させるようにしても良い。

また、図７に示すように、燃料噴射弁１９の噴射圧が変化すると、燃料噴射弁１９の噴射特性が変化して最小噴射量が変化するため、それに応じてＮＶＯ噴射量を低減可能か否かを判定するための下限判定値（例えば最小噴射量）が変化して、ＮＶＯ酸素量低減制御を開始するタイミングが変化する。

このような事情を考慮して、燃料噴射弁１９の噴射圧毎に、ＮＶＯ酸素量低減制御を開始するときのエンジン負荷に対応するＮＶＯ期間中の要求燃料噴射量（減量補正前）を切替判定値としてＥＣＵ３５のバックアップＲＡＭ（図示せず）等の書き換え可能な不揮発性メモリ（ＥＣＵ３５の電源オフ中でも記憶データを保持する書き換え可能なメモリ）に記憶することで、燃料噴射弁１９の噴射圧毎に切替判定値を学習する。そして、圧縮自着火燃焼制御中に燃料噴射弁１９の噴射圧と切替判定値の学習値に基づいてＮＶＯ酸素量低減制御を開始するタイミングを予測することで、ＮＶＯ酸素量低減制御を適正なタイミングで実行できるようにしても良い。更に、切替判定値の学習値のずれに基づいて、燃料噴射弁１９のデポジットの付着等に起因する噴射量のずれや、燃焼室内のデポジットの付着等に起因する筒内環境変化を判定するようにしても良く、このようにすれば、噴射量のずれや筒内環境変化に対して早期に対策を施すことができる。

また、急峻燃焼に影響が大きいのはＮＶＯ期間中に噴射した燃料の燃焼による筒内温度上昇であるため、ＮＶＯ噴射量低減制御やＮＶＯ酸素量低減制御の際に、筒内温度を検出する筒内温度センサの出力信号に基づいてＮＶＯ噴射量やＮＶＯ酸素量を調整するようにしても良い。

また、上記実施例では、ノックセンサ３２の出力信号に基づいて急峻燃焼の有無を判定するようにしたが、急峻燃焼の有無を判定する方法は、これに限定されず、適宜変更しても良く、例えば、エンジン１１の騒音を検出する騒音センサや筒内圧力を検出する筒内圧力センサの出力信号に基づいて急峻燃焼の有無を判定するようにしたり、或は、点火プラグ２１の電極を介して検出したイオン電流に基づいて急峻燃焼の有無を判定するようにしても良い。更に、これらの方法を適宜組み合わせて急峻燃焼の有無を判定するようにしても良い。

例えば、イオン電流に基づいて急峻燃焼の有無を判定する場合には、イオン電流の微分値のピーク時期が熱発生のピーク時期（いわゆる燃焼重心時期）とほぼ一致するという関係を用いて、イオン電流の微分値のピーク時期が最適位置よりも進角しているか否かによって急峻燃焼の有無を判定することができる。

また、上記実施例では、筒内噴射用の燃料噴射弁１９のみを設け、この筒内噴射用の燃料噴射弁１９でＮＶＯ期間中の燃料噴射と吸気行程（又は圧縮行程）の燃料噴射を行うようにしたが、これに限定されず、例えば、筒内噴射用の燃料噴射弁と、吸気ポートに燃料を噴射する吸気ポート噴射用の燃料噴射弁とを設け、筒内噴射用の燃料噴射弁でＮＶＯ期間中の燃料噴射を行い、吸気ポート噴射用の燃料噴射弁で吸気行程の燃料噴射を行うようにしても良い。或は、筒内噴射用の燃料噴射弁として、ＮＶＯ期間噴射用の燃料噴射弁と、通常噴射用の燃料噴射弁とを設け、ＮＶＯ期間噴射用の燃料噴射弁でＮＶＯ期間中の燃料噴射を行い、通常噴射用の燃料噴射弁で吸気行程（又は圧縮行程）の燃料噴射を行うようにしても良い。

１１…エンジン（内燃機関）、１２…吸気管（吸気通路）、１３…スロットルバルブ、１９…燃料噴射弁、２１…点火プラグ、２２…吸気バルブ、２３…排気バルブ、２４，２５…可変バルブタイミング装置、２６…排気管（排気通路）、２７…排出ガスセンサ、３０…クランク角センサ、３２…ノックセンサ、３３…ＥＧＲ配管、３４…ＥＧＲ弁、３５…ＥＣＵ（燃焼制御手段）

Claims (5)

1. 内燃機関の少なくとも排気行程後半に排気バルブと吸気バルブが両方とも閉弁した状態になる負のバルブオーバーラップ（以下「ＮＶＯ」と表記する）期間を設け、該ＮＶＯ期間中に筒内に燃料を噴射して圧縮行程の圧縮により混合気を自着火させて燃焼させる圧縮自着火燃焼制御を実行する燃焼制御手段を備えた内燃機関の制御装置において、
   前記圧縮自着火燃焼制御中に所定の許容レベルを越える急峻燃焼の有無を判定する急峻燃焼判定手段を備え、
   前記燃焼制御手段は、前記圧縮自着火燃焼制御中に前記急峻燃焼判定手段により前記急峻燃焼有りと判定されたときに、前記ＮＶＯ期間中の燃料噴射量が所定の下限判定値よりも大きい場合には前記ＮＶＯ期間中の燃料噴射量を低減させるＮＶＯ噴射量低減制御を実行し、前記ＮＶＯ期間中の燃料噴射量が前記下限判定値以下の場合には前記ＮＶＯ期間中に筒内に残留する燃焼ガス中の酸素量を低減させるＮＶＯ酸素量低減制御を実行することを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記下限判定値は、前記ＮＶＯ期間中に筒内に燃料を噴射する燃料噴射弁の噴射可能な最小噴射量に設定されていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記燃焼制御手段は、前記ＮＶＯ酸素量低減制御として、前記内燃機関の排気通路から吸気通路に還流させる排出ガス還流量を増加させる制御とスロットルバルブの開度を減少させる制御のうちの少なくとも一方を実行することを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記燃焼制御手段は、前記ＮＶＯ酸素量低減制御として、前記ＮＶＯ期間中に筒内に二酸化炭素と窒素のうちの少なくとも一方を含むガスを噴射する制御を実行することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
5. 前記急峻燃焼判定手段は、筒内圧力、ノック振動指標、イオン電流のうちの少なくとも１つに基づいて前記急峻燃焼の有無を判定することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。

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