JP4473826B2 - 予混合圧縮自着火式エンジン及びその制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、予混合圧縮自着火式エンジン及びその制御方法に関し、特に燃焼の安定性を高めることができる予混合圧縮自着火式エンジン及びその制御方法に関する。

空気と燃料とを予め混合した混合気をシリンダ内の燃焼室に供給し、該混合気を圧縮することによって自着火させる予混合圧縮自着火式エンジンは、例えば、特許文献１により公知である。

この予混合圧縮自着火式エンジンは、火花点火式のエンジンと比較して、高い圧縮比で運転可能であるので熱効率が高いという利点がある。また、燃焼温度を低くすることができるので、ＮＯｘの生成を抑制することもできる。しかし、混合気を自然に着火するものであるため、着火時期の制御が困難であり、適切に着火するための条件を整えてやることが重要である。

混合気の自着火は、エンジンのトルクと混合気の吸気温度に大きく左右される。図３のハッチングが施された領域Ｚは、エンジントルクと混合気の吸気温度との関係で、圧縮自着火運転が可能な領域Ｚであり、トルクや吸気温度がこの限られた領域Ｚから外れると、ノッキングや失火が生じ易くなる。したがって、トルクと吸気温度とが運転可能領域Ｚ内に収まるようにするために、如何に条件を整えるかが重要な問題となっている。
特開２００５−６９０９７号公報

そこで、本発明は、ある目標トルクに対応する目標吸気温度を記録した目標吸気温度マップを予め備えておき、エンジンに対して目標トルクを与えた場合に、その目標トルクに適した目標吸気温度を目標吸気温度マップから選定し、この目標吸気温度を達成できるように実際の吸気温度を制御してやることによって、安定した運転が可能な予混合圧縮自着火式エンジン及びその制御方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための第１の具体的手段は、少なくとも定常運転で、燃料と空気とを予め混合した混合気を燃焼室内で圧縮自着火させて燃焼する、予混合圧縮自着火式エンジンであって、エンジンの目標トルクに対応する前記混合気の目標吸気温度を記録した目標吸気温度マップと、前記混合気の温度を調整する調温装置と、を備え、与えられた目標トルクから、前記目標吸気温度マップを参酌して目標吸気温度を選定するとともに、前記調温装置によって、前記混合気を前記目標吸気温度に調整するようにしてあることを特徴とする。

第２の具体的手段は、上記第１の具体的手段において、前記調温装置が、前記混合気を加熱する加熱装置であることを特徴とする。

第３の具体的手段は、上記第１の具体的手段において、前記燃焼室内の燃焼状態を検出するとともに、該検出値から燃焼状態を示す燃焼パラメータを算出し、該燃焼パラメータを、所定の燃焼パラメータ目標値に一致させるように、前記目標吸気温度の補正を行うことを特徴とする。

第４の具体的手段は、上記第３の具体的手段において、前記燃焼パラメータを用いた前記目標吸気温度の補正を、所定トルク以上の運転状態でのみ行うことを特徴とする。

第５の具体的手段は、上記第１の具体的手段において、与えられた目標トルクが実際の吸気温度との関係で運転可能領域から外れる場合に、該運転可能領域内に入るように前記目標トルクの補正を行うことを特徴とする。

第６の具体的手段は、上記第５の具体的手段において、運転開始後、最初に目標トルクが与えられる際に、与えられた目標トルクに対応する目標吸気温度よりも実際の吸気温度が高い場合にのみ、前記目標トルクの補正を行うことを特徴とする。

第７の具体的手段は、少なくとも定常運転で、燃料と空気とを予め混合した混合気を燃焼室内で圧縮自着火させて燃焼する、予混合圧縮自着火式エンジンの制御方法であって、エンジンの目標トルクに対応する前記混合気の目標吸気温度を記録した目標吸気温度マップを備えておき、与えられた目標トルクから、前記目標吸気温度マップを参酌して目標吸気温度を選定するとともに、前記混合気を調温装置によって前記目標吸気温度に調整することを特徴とする。

第８の具体的手段は、上記第７の具体的手段において、前記調温装置が、前記混合気を加熱する加熱装置であることを特徴とする。

第９の具体的手段は、上記第７の具体的手段において、前記燃焼室内の燃焼状態を検出するとともに、該検出値から燃焼状態を示す燃焼パラメータを算出し、該燃焼パラメータを、所定の燃焼パラメータ目標値に一致させるように、前記目標吸気温度の補正を行うことを特徴とする。

第１０の具体的手段は、上記第９の具体的手段において、前記燃焼パラメータを用いた前記目標吸気温度の補正を、所定トルク以上の運転状態でのみ行うことを特徴とする。

第１１の具体的手段は、上記第７の具体的手段において、与えられた目標トルクが実際の吸気温度との関係で運転可能領域から外れる場合に、該運転可能領域内に入るように前記目標トルクの補正を行うことを特徴とする。

第１２の具体的手段は、上記第１１の具体的手段において、運転開始後、最初に目標トルクが与えられる際に、与えられた目標トルクに対応する目標吸気温度よりも実際の吸気温度が高い場合にのみ、前記目標トルクの補正を行うことを特徴とする。

請求項１及び７の発明によれば、エンジンに対して目標トルクを与えてやると、その目
標トルクに対応した目標吸気温度が目標吸気温度マップを参酌して選定され、更に、混合気の温度が目標吸気温度となるように調温装置によって調整される。したがって、エンジントルクと吸気温度とが運転可能領域に収まるように適切に制御され、安定した運転が可能となる。

請求項２及び８の発明によれば、調温装置を加熱装置として構成しているので、特に、吸気温度を低温から高温へ迅速に調整することができる。

請求項３及び９の発明によれば、実際の燃焼室内の燃焼状態を検出し、その検出値から燃焼状態を示す燃焼パラメータを算出し、この燃焼パラメータを適切な燃焼状態を示す燃焼パラメータ目標値に一致させるように、目標吸気温度の補正を行うので、例えば、外気や燃料の状態等の外部要因に起因する運転可能領域の変動にも対応して、適切な燃焼状態を得ることができる。

請求項４及び１０の発明によれば、燃焼状態の正確な検出が困難な低トルク時等には、あえて燃焼パラメータを考慮した目標吸気温度の補正を行わないようにすることで、不正確な燃焼パラメータを用いた目標吸気温度の補正によって運転が不安定になることを防止することができる。

請求項５及び１１の発明によれば、与えられた目標トルクが実際の吸気温度との関係で運転可能領域から外れるような場合、例えば、与えられた目標トルクが実際のトルクから大きく変動し、この目標トルクをもとに選定された目標吸気温度が実際の吸気温度から大きく離れて、混合気が目標吸気温度に達するまでに時間がかかるような場合には、目標トルクを実際の吸気温度に対応して運転可能領域内に入るように補正することによって、目標トルクの大きな変動を抑制し、安定した運転を確保することができる。

請求項６及び１２の発明によれば、運転開始後、最初に目標トルクが与えられる際に、与えられた目標トルクに対応する目標吸気温度よりも実際の吸気温度が低い場合は、目標トルクの補正を行わないようにすることで、補正により目標トルクが想定外に大きくなることがなくなり、エンジンに対する負荷を少なくするとともに、不安定な運転を防止することができる。

〔予混合圧縮自着火式エンジンの概要〕
図１は、本発明の実施形態に係る予混合圧縮自着火式エンジン１１の概略断面図、図２は、同概略平面図である。本実施形態の予混合圧縮自着火式エンジン１１は、４気筒の４サイクルエンジンであり、シリンダブロック１２、シリンダヘッド１５、及びクランクケース１８によって構成されたエンジン本体１１Ａを備えている。シリンダブロック１２内には、複数（４つ）のシリンダ（気筒）１３が設けられ、各シリンダ１３内には、ピストン１４が摺動自在に嵌合されている。シリンダヘッド１５には、吸気ポート１６及び排気ポート１７が設けられ、吸気ポート１６及び排気ポート１７は、それぞれ吸気弁１９及び排気弁２０によって開閉されるようになっている。吸気弁１９及び排気弁２０は、動弁装置２１，２２によって駆動される。

吸気ポート１６には吸気管２４が接続され、排気ポート１７には排気マニホールド２５を有する排気管２６が接続されている。吸気管２４は、図２に示すように、主吸気管２７と、該主吸気管２７に接続された吸気サージタンク２８と、該吸気サージタンク２８から各シリンダ１３に接続された複数の分岐吸気管２９とを有している。

図１に示すように、主吸気管２７には、スロットルバルブ３１と、ミキサ３３と、加熱装置（調温装置）３５とが設けられている。主吸気管２７に導入された空気は、スロットルバルブ３１によって流量が調節され、燃料制御弁３２から噴射された燃料とミキサ３３で混合される。空気と燃料との混合気は、加熱装置３５によって加熱されて吸気サージタンク２８に流入し、各分岐吸気管２９から吸気ポート１６を経て各シリンダ１３内の燃焼室に吸気される（吸気行程）。吸気行程で燃焼室内に供給された混合気は、圧縮行程で圧縮され、ピストン１４が上死点付近にきたときに自着火し、これによりピストンが押し下げられる（膨張行程）。燃焼ガスは、排気行程で排気ポート１７から排気管２６を介して排出される。

このように予混合圧縮自着火式エンジン１１は混合気を圧縮自着火するものであるが、本実施形態では、混合気を火花点火する点火プラグ（点火装置）３７がシリンダヘッド１５に設けられている。この点火プラグ３７は、火花点火による運転の際に用いられる。

すなわち、本実施形態の予混合圧縮自着火式エンジン１１は、定常運転の際には圧縮自着火運転を行うが、火花点火による運転も可能になっている。そして、圧縮自着火のみの運転を行うときには、火花点火をオフにするようになっている。

なお、本発明は、定常運転や過渡期の運転で行われる圧縮自着火運転に関する制御（基本制御及び応用制御１，２）を主たる特徴とするものである。

加熱装置３５は、後述のごとく、エンジン１１を安定して運転させるために混合気を適切な温度に加熱するものである。本実施形態の加熱装置３５は、図２に示すように、２経路に分岐した主吸気管２７の一方の経路３８に設けられた熱交換器４０により構成されている。熱交換器４０は、エンジン冷却水を熱交換媒体とするものであり、シリンダブロック１２及びシリンダヘッド１５を循環した冷却水が流路４１を介して熱交換器４０に供給されると共に、流路４２を介して冷却器（図示略）に戻されるようになっている。主吸気管２７の双方の経路３８，３９には、それぞれ調量弁４３，４４が設けられている。

主吸気管２７の他方の経路３９には熱交換器４９は設けられておらず、この経路３９を通る混合気は加熱されることなくそのまま吸気サージタンク２８に導入される。調量弁４３，４４は、主吸気管２７の各経路３８，３９への混合気の流入量を調整（停止を含む）するものであり、例えば、一方の調量弁４３のみを開いて経路３８のみに混合気を通すことで、急速に混合気を加熱することができ、他方の調量弁４４のみを開いて経路３９のみに混合気を通すことで、混合気を加熱しないようにする（相対的に冷却する）ことができる。また、双方の調量弁４３，４４を開くことによって、加熱された混合気と加熱されていない混合気とを混合して、細かな温度制御を行うことができるようになっている。

図１に示すように、エンジン１１は、コントローラ４５を備えており、該コントローラ４５によって、点火プラグ３７やスロットルバルブ３１、燃料制御弁３２、加熱装置３５等が制御されるようになっている。また、エンジン１１には、冷却水温度センサ４７や吸気温度センサ４８、気筒内圧力センサ４９、機関回転数センサ５０、トルクセンサ５１等が設けられており、各種センサの検出信号は、前記コントローラ４５に入力されるようになっている。

〔予混合圧縮自着火式エンジンの制御〕
図３には、予混合圧縮自着火式エンジン１１のトルクと吸気温度との関係で、予混合圧縮自着火運転が可能な領域Ｚをハッチングで示している。すなわち、トルクと吸気温度との双方が領域Ｚ内に収まる場合に、安定した運転が行えるようになっている。

本発明は、オペレータ等が所望のトルク（目標トルク）をコントローラ４５（図１）に入力することによって、当該目標トルクとの関係で前記領域Ｚ内に吸気温度が収まるように、該吸気温度を制御するようになっている。以下、その制御の詳細について述べる。

（基本制御）
コントローラ４５内のメモリには、目標吸気温度マップＭＡが記憶されている。目標吸気温度マップＭＡは、図３に示す領域Ｚ内で互いに適切に対応する目標トルクと目標吸気温度とを記録したものであり、かかる目標吸気温度マップＭＡは図３上で略直線状に示されている。そして、本実施形態のエンジン１１は、この目標吸気温度マップＭＡを用いて制御されるようになっている。

図４を参照して、本実施形態の基本制御について説明する。例えば、トルクＴ１及び吸気温度Ｔｍ１の状態でエンジン１１を運転していたとする。この場合、トルクＴ１及び吸気温度Ｔｍ１は、目標吸気温度マップＭＡ上に配置されているため、安定した運転を行っていると考えられる。この状態から、目標トルクとして、Ｔ２をコントローラ４５に入力する。すると、コントローラ４５は、メモリ内の目標吸気温度マップＭＡを参酌して、Ｔ２に対応する目標吸気温度Ｔｍ２を選定する。目標吸気温度Ｔｍ２は、それまでの吸気温度Ｔｍ１よりも高温であるので、コントローラ４５は、図２に示す加熱装置３５によって、混合気が目標吸気温度Ｔｍ２に達するように加熱する。このような制御を行うことによって、目標トルクＴ２に対応した適切な温度Ｔｍ２に混合気が調整されるようになっている。

上記と逆の場合、例えば、トルクＴ２、吸気温度Ｔｍ２で運転している状態から、目標トルクＴ１を与えた場合も、上記と同様の方法で、目標吸気温度マップから目標吸気温度Ｔｍ１を選定し、吸気温度の調整を行う。この場合、加熱装置の温度を低下することによって、吸気温度をＴｍ２からＴｍ１に下げるようになっている。

図５は、本実施形態の制御ロジック図である。この制御ロジック図を用いて上述の基本制御を説明すると、まず、エンジンコントローラ４５には、目標トルクが与えられ、該目標トルクは、リミッタ８２（詳細については後述する）を経て実トルクと比較され、ＰＩＤ制御８３により燃料制御弁３２の開度指令値が求められる。そして、燃料制御弁３２は、この開度指令値に基づいてコントローラ４５により制御され、これによって目標トルクが達成されるようになっている。なお、実トルクは、トルクセンサ５１（図１）によって検出される。

また、目標トルクが与えられると、目標吸気温度マップＭＡを参酌して目標吸気温度が選定され、該目標吸気温度に基づいて加熱装置３５が制御されるようになっている。

（応用制御１）
本実施形態では、上記基本制御を基礎として、より実際の運転に即した制御（応用制御）を行うようになっている。以下、この応用制御について説明する。

図３に示したエンジン１１の圧縮自着火運転が可能な領域Ｚは、例えば、外気の状態や燃料の状態、組成等の外部要因に起因して若干変動することがある。そのため、与えられた目標トルクから目標吸気温度マップＭＡを用いて一義的に得られた目標吸気温度では、適切な燃焼状態が得られない場合もある。そこで、本実施形態では、応用制御１として、以下のような制御を行っている。

図５の制御ロジック図において、エンジンコントローラ４５には、目標トルクや実トルクだけでなく、燃焼パラメータ及び燃焼パラメータ目標値が入力されるようになっている。燃焼パラメータは、シリンダ１３内の燃焼状態をセンサによって検出し、その検出値を用いて算出される。具体的に、本実施形態では、燃焼状態として気筒内圧力センサ４９（図１）で気筒内圧力を検出し、気筒内圧力の検出値から、他の燃焼状態である着火時期を燃焼パラメータとして算出するようになっている。

そして、この燃焼パラメータは、ＰＩＤ制御８４によって燃焼パラメータ目標値と比較演算され、ＰＩＤ演算結果を目標吸気温度に与えることによって、燃焼パラメータを燃焼パラメータ目標値に一致させるように、目標吸気温度が補正されるようになっている。例えば、燃焼パラメータとしての着火時期が目標値よりも遅い場合には、目標吸気温度がより高く補正され、着火時期が目標値よりも早い場合には目標吸気温度がより低く補正される。

すなわち、この応用制御１では、単に目標トルクから選定された目標吸気温度をそのまま適用するのではなく、実際の燃焼状態を加味することによって、目標吸気温度をフィードバック制御し、より適切な目標吸気温度で安定した運転を実現する。

（応用制御１の例外）
上記応用制御１は、気筒内圧力センサ４９により気筒内圧力を検出して燃焼パラメータを求めるものであるが、この検出値は、例えば、エンジン１１の始動直後やアイドリング時等のトルクが小さいときには、ノイズの割合が高くなり、正確に検出することが困難である。不正確な検出値を用いて燃焼パラメータを算出し、該燃焼パラメータによって目標吸気温度をフィードバック制御すると、かえって運転の安定性が阻害される可能性もある。

そこで、本実施形態では、目標トルクが所定以下の場合には、正確な燃焼パラメータが得られないものとして、目標吸気温度のフィードバック制御を行わずに上記基本制御のみを行うこととし、目標トルクが所定以上の場合に、目標吸気温度のフィードバック制御（応用制御１）を行うこととしている。

具体的には、図５に示すように、燃焼パラメータと燃焼パラメータ目標値とのＰＩＤ演算結果は、ON/OFFスイッチ８５がオンのときのみ目標吸気温度に与えられるようになっている。したがって、ON/OFFスイッチ８５は、目標トルクが所定以上のときはオンされ、所定以下のときはオフされるように制御されている。

これにより、燃焼状態を正確に検出可能な領域でのみフィードバック制御を行うことになり、燃焼状態の検出結果を適切に制御出力に反映し、安定した運転を実現することができる。

（応用制御２）
次に、上記基本制御を基礎とした第２の応用制御について説明する。
上述の基本制御では、エンジンコントローラ４５に目標トルクが与えられると、即座にその目標トルクに応じた燃料供給を行うように燃料制御弁３２が制御されるようになっている。その一方で、目標トルクから目標吸気温度マップＭＡを参酌して目標吸気温度が選定されても、その目標吸気温度が現実の吸気温度から大きく離れている場合には、混合気が目標吸気温度に達するまでにタイムラグが生じる。このタイムラグの間、吸気温度は、目標トルクに対応できず、図３に示す運転可能領域Ｚから外れる可能性がある。

例えば、図６に示すように、エンジン１１が、トルクＴ３及び吸気温度Ｔｍ３で運転している状態で目標トルクＴ４が与えられた場合、上記基本制御に基づけば目標吸気温度マップＭＡを参酌して目標吸気温度Ｔｍ４が選定される。そして、エンジンコントローラ４５は、目標トルクＴ４に応じた燃料を供給するように燃料制御弁３２を制御し、混合気が目標吸気温度Ｔｍ４になるように加熱装置３５を制御する。しかし、加熱装置３５が混合気を加熱するには時間がかかるため、（瞬間的ではあるが）トルクＴ４と吸気温度Ｔｍ３とが対応する状態になる。この場合、トルクＴ４と吸気温度Ｔｍ３とが対応する点Ｘは、目標吸気温度マップＭＡから上方（ノッキング側）に大きく離れてしまう。

応用制御２は、このような不都合を解消するため、与えられた目標トルクが実際の吸気温度との関係で運転可能領域Ｚから外れる場合には、目標トルクを実際の吸気温度に対応するように補正して運転領域Ｚ内に入るようにすることによって、目標トルクの大きな変動を抑制し、安定した運転を行えるようにしている。

この応用制御２について具体的に説明する。
エンジンコントローラ４５のメモリには、図６に示すように、上記目標吸気温度マップＭＡと同様に、許容最大目標トルクマップＭＢと、許容最小目標トルクマップＭＣとが記憶されている。許容最大目標トルクマップＭＢは、エンジンコントローラ４５に与えられた目標トルクを、現実の吸気温度を考慮して、許容可能な最大の目標トルクに制限するものである。同様に、許容最小目標トルクマップＭＣは、現実の吸気温度を考慮して、許容可能な最小の目標トルクに制限するものである。

図６に示すように、トルクＴ３及び吸気温度Ｔｍ３の運転状態で目標トルクＴ４が与えられた場合について、応用制御２を適用すると以下のようになる。まず、目標トルクＴ４を与えると、目標吸気温度マップＭＡを参酌して目標吸気温度Ｔｍ４が選定される。そして、加熱装置３５（図１）は、混合気を目標吸気温度Ｔｍ４にするように制御される。一方、吸気温度センサ４８（図１）によって検出される実際の吸気温度は、即座にＴｍ４にはならず、特に、目標トルクＴ４が与えられた直後は略Ｔｍ３である。そのため、目標トルクＴ４は、吸気温度がＴｍ３のときに許容可能な最大の目標トルク、すなわち、許容最大目標トルクマップＭＢ上で吸気温度Ｔｍ３とＢ点で交わる目標トルクＴ５に補正される。そして、コントローラ４５は、目標トルクＴ５に応じた制御を燃料制御弁３２に与える。

目標吸気温度はＴｍ４であるので、実際の吸気温度は、Ｔｍ３からＴｍ６、Ｔｍ７へと次第に下がっていく。一方、吸気温度の低下に伴って、目標トルクは許容最大目標トルクマップＭＢに沿って徐々にＴ６、Ｔ４と上昇する（点Ｃ、点Ｄ）。目標トルクがＴ４になると、所期の目標トルクが達成されることになるので、これ以上補正されることなく一定となり、後は、吸気温度がＴｍ４まで低下することによって、トルクＴ４と吸気温度Ｔｍ４とが目標吸気温度マップＭＡ上の点Ｅで対応する。したがって、安定した運転を維持したまま目標トルクが達成される。

次に、許容最小目標トルクマップＭＣを用いた目標トルクの補正を、図７を参照して説明する。
例えば、トルクＴ３’及び吸気温度Ｔｍ３’の状態でエンジン１１を運転している場合に、目標トルクとしてＴ４’を与えた場合、目標吸気温度マップＭＡを参酌して、目標吸気温度Ｔｍ４’が選定される。一方、目標トルクＴ４’を与えた直後、吸気温度は略Ｔ３’であり、トルクＴ４’と吸気温度Ｔ３’で運転を行うと、点Ｘ’での運転となって、目標吸気温度マップＭＡよりも下方（失火側）に大きく離れる。したがって、目標トルクは、即座にＴ４’になるのではなく、許容最小目標トルクマップＭＣを参酌して、実際の吸気温度Ｔｍ３’に対応するＴ５’に設定される。

吸気温度は、Ｔｍ３’からＴｍ６’，Ｔｍ’７へと次第に上昇し、それに応じて、目標トルクは、許容最小目標トルクマップＭＣに沿って徐々にＴ６’，Ｔ４’と下降する。したがって、目標トルクと吸気温度とが対応する点は、点Ａ’から点Ｂ’、点Ｃ’、点Ｄ’と推移する。目標トルクはＴ４’になると一定となり、吸気温度がＴｍ４’にまで低下することによって、トルクＴ４’と吸気温度Ｔｍ４’とが目標吸気温度マップＭＡ上の点Ｅ’で対応する。

以上のような目標トルクの補正（制御）は、図５の制御ロジック図において、リミッタ８２として表されている。すなわち、リミッタ８２には、目標トルクと吸気温度（実際には、燃焼パラメータ及び燃焼パラメータ目標値のＰＩＤ演算結果を加味した吸気温度）が入力され、目標トルクが補正される。

リミッタ８２をより詳細に示す図８から明らかなように、与えられた目標トルクは、吸気温度から許容最大目標トルクマップＭＢを参酌して得られる目標トルク（許容最大目標トルク）と比較され、与えられた目標トルクが許容最大目標トルクよりも大きい場合は、この許容最大目標トルクが補正目標トルクとして出力される。

目標トルクが、許容最大目標トルクよりも小さい場合には、吸気温度から許容最小目標トルクマップＭＣを参酌して得られる目標トルク（許容最小目標トルク）と比較される。与えられた目標トルクが許容最小目標トルクよりも小さい場合、この許容最小目標トルクが補正目標トルクとして出力される。

目標トルクが、許容最大目標トルクと許容最小目標トルクの間にあるとき、すなわち、例えば図６において、実際の吸気温度との関係で目標トルクが許容最大目標トルクマップＭＢと許容最小目標トルクマップＭＣとの間に配置されているときは、何ら補正されることなくそのまま出力される。

（応用制御２の例外）
エンジン１１が安定して定常運転を行っている場合には、与えられた目標トルクに対して上記応用制御２を行うことによって、安定した運転を継続することができる。しかし、エンジン１１を始動したあと吸気温度が上昇していない状態で目標トルクを与えた場合、応用制御２を行うと次のような不都合が生じることがある。

例えば、図９に示すように、エンジン１１を始動した後、吸気温度がまだ低温のＴｍＡの状態にあり、この運転状態で、初めて目標トルクＴiniを与えると、目標吸気温度マップＭＡに従って目標吸気温度ＴｍＢが選定される。

そして、上記応用制御２を適用すると、目標トルクＴiniは、実際の吸気温度ＴｍＡから許容最小目標トルクマップＭＣを参酌して選定された許容最小目標トルクＴＡに補正される。この許容最小目標トルクＴＡは、目標トルクＴiniよりも大きく、始動後、最初に目標トルクが与えられるまでの実トルクと比べると急激に上昇することになる。このような急激なトルクの上昇は、エンジンに対して大きな負荷を与えると共に、運転を著しく不安定にする原因となる。

そこで、本実施形態では、エンジン始動後に最初に目標トルクＴiniを与える場合において、この目標トルクＴiniに対応する目標吸気温度ＴｍＢが、実際の吸気温度ＴｍＡよりも大きい場合は、許容最小目標トルクマップＭＣを無視することとしている。

この場合、目標トルクＴiniと、実際の吸気温度ＴｍＡとが対応する点Ｘ”は、目標吸気温度マップＭＡから大きく離れるが、目標吸気温度がＴｍＢに設定されることによって、混合気が加熱され昇温するので、次第に安定した運転に移行するようになっている。

〔その他の実施形態〕
本発明は、上記実施形態に限定されることなく、例えば、以下のように適宜設計変更可能である。

（１）上記実施形態では、混合気を加熱する加熱装置３５は、熱交換媒体としてエンジン冷却水を用いているが、エンジンの潤滑油や排気ガスを用いてもよい。さらに、加熱装置３５は、電熱ヒータや火炎バーナーで構成することもできる。

（２）加熱装置３５は、主吸気管２７を２経路３８，３９に分岐して、一方の経路３８に設けているが、分岐することなく１経路の主吸気管２７に加熱装置３５を設けることができる。また、主吸気管２７に限らず、各分岐吸気管２９に加熱装置を設けることができる。この場合、各気筒ごとに細かな吸気温度の制御を行うことができる。

（３）加熱装置３５は、複数設けることができる。この場合、双方を主吸気管２７又は分岐吸気管２９に対して設けてもよいし、一方を主吸気管２７、他方を分岐吸気管２９に設けてもよい。また、複数の加熱装置３５は、互いに異なる熱交換媒体又は熱源を用いてもよい。

（４）本発明の予混合圧縮自着火式エンジンは、少なくとも定常運転の際に、予混合圧縮自着火運転を行うものであればよく、点火装置３７の有無や、点火装置３７を用いるかどうかによって何ら制限されるものではない。

（５）上記実施形態では、燃焼パラメータとして、検出した気筒内圧力から着火時期を算出しているが、他の燃焼状態、例えば、燃焼質量割合、ノッキング強度、失火率等を採用することができる。

（６）上記実施形態では４気筒の予混合圧縮自着火式エンジンを例示したが、気筒数は何ら限定されるものではない。

（７）本発明の予混合圧縮自着火式エンジンは、上記基本制御を中心にして、応用制御１及び応用制御２の双方を行うものであってもよいし、一方のみを行うものであってもよい。

本発明の実施形態に係るエンジンの概略断面図である。 同概略平面図である。 正味平均有効圧力と吸気温度との関係で運転可能な領域を示すグラフである。 目標吸気温度マップを示すグラフである。 実施形態に係るエンジンの制御ロジック図である。 許容最大目標トルクマップを用いた応用制御２を説明するグラフである。 許容最小目標トルクマップを用いた応用制御２を説明するグラフである。 目標トルクのリミッタを示す制御ロジック図である。 応用制御２の例外を説明するグラフである。

符号の説明

１１ 予混合圧縮自着火式エンジン
３５ 加熱装置（調温装置）
４５ コントローラ
ＭＡ 目標吸気温度マップ
ＭＢ 許容最大目標トルクマップ
ＭＣ 許容最小目標トルクマップ

Claims (12)

1. 少なくとも定常運転で、燃料と空気とを予め混合した混合気を燃焼室内で圧縮自着火させて燃焼する、予混合圧縮自着火式エンジンであって、
   エンジンの目標トルクに対応する前記混合気の目標吸気温度を記録した目標吸気温度マップと、前記混合気の温度を調整する調温装置と、を備え、
   与えられた目標トルクから、前記目標吸気温度マップを参酌して目標吸気温度を選定するとともに、前記調温装置によって、前記混合気を前記目標吸気温度に調整するようにしてあることを特徴とする、予混合圧縮自着火式エンジン。
2. 前記調温装置が、前記混合気を加熱する加熱装置であることを特徴とする、請求項１記載の予混合圧縮自着火式エンジン。
3. 前記燃焼室内の燃焼状態を検出するとともに、該検出値から燃焼状態を示す燃焼パラメータを算出し、該燃焼パラメータを、所定の燃焼パラメータ目標値に一致させるように、前記目標吸気温度の補正を行うことを特徴とする、請求項１記載の予混合圧縮自着火式エンジン。
4. 前記燃焼パラメータを用いた前記目標吸気温度の補正を、所定トルク以上の運転状態でのみ行うことを特徴とする、請求項３記載の予混合圧縮自着火式エンジン。
5. 与えられた目標トルクが実際の吸気温度との関係で運転可能領域から外れる場合に、該運転可能領域内に入るように前記目標トルクの補正を行うことを特徴とする、請求項１記載の予混合圧縮自着火式エンジン。
6. 運転開始後、最初に目標トルクが与えられる際に、与えられた目標トルクに対応する目標吸気温度よりも実際の吸気温度が高い場合にのみ、前記目標トルクの補正を行うことを特徴とする、請求項５記載の予混合圧縮自着火式エンジン。
7. 少なくとも定常運転で、燃料と空気とを予め混合した混合気を燃焼室内で圧縮自着火させて燃焼する、予混合圧縮自着火式エンジンの制御方法であって、
   エンジンの目標トルクに対応する前記混合気の目標吸気温度を記録した目標吸気温度マップを備えておき、
   与えられた目標トルクから、前記目標吸気温度マップを参酌して目標吸気温度を選定するとともに、前記混合気を調温装置によって前記目標吸気温度に調整することを特徴とする、予混合圧縮自着火式エンジンの制御方法。
8. 前記調温装置が、前記混合気を加熱する加熱装置であることを特徴とする、請求項７記載の予混合圧縮自着火式エンジンの制御方法。
9. 前記燃焼室内の燃焼状態を検出するとともに、該検出値から燃焼状態を示す燃焼パラメータを算出し、該燃焼パラメータを、所定の燃焼パラメータ目標値に一致させるように、前記目標吸気温度の補正を行うことを特徴とする、請求項７記載の予混合圧縮自着火式エンジンの制御方法。
10. 前記燃焼パラメータを用いた前記目標吸気温度の補正を、所定トルク以上の運転状態でのみ行うことを特徴とする、請求項９記載の予混合圧縮自着火式エンジンの制御方法。
11. 与えられた目標トルクが実際の吸気温度との関係で運転可能領域から外れる場合に、該運転可能領域内に入るように前記目標トルクの補正を行うことを特徴とする、請求項７記載の予混合圧縮自着火式エンジンの制御方法。
12. 運転開始後、最初に目標トルクが与えられる際に、与えられた目標トルクに対応する目標吸気温度よりも実際の吸気温度が高い場合にのみ、前記目標トルクの補正を行うことを特徴とする、請求項１１記載の予混合圧縮自着火式エンジンの制御方法。
    

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