JP5028245B2 - 内燃機関の内部ｅｇｒ制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、気筒内に既燃ガスを残留させる内部ＥＧＲを制御する内燃機関の内部ＥＧＲ制御装置に関する。

本出願人は、この種の内部ＥＧＲ制御装置を、例えば特願２００６−２８９２５２号（公開公報は未発行）ですでに提案している。この内部ＥＧＲ制御装置では、クランクシャフトに対する排気カムの位相を油圧式のカム位相可変機構によって変更するとともに、排気弁のリフトを電動式のリフト可変機構によって変更することにより、気筒内に残留させる内部ＥＧＲ量を制御する。

具体的には、エンジン回転数および要求トルクに応じて、目標内部ＥＧＲ量を算出するとともに、この目標内部ＥＧＲ量に応じて目標カム位相を算出し、この目標カム位相が得られるようにカム位相可変機構を制御する。また、目標内部ＥＧＲ量に応じて、排気弁の閉弁タイミングを算出する。そして、この排気弁の閉弁タイミングと実際のカム位相に応じて目標リフトを算出し、この目標リフトが得られるようにリフト可変機構を制御する。以上により、カム位相可変機構の応答遅れによって、目標カム位相への実際のカム位相の収束が遅れても、内部ＥＧＲ量が目標内部ＥＧＲ量になるように制御される。

しかし、上記の内部ＥＧＲ制御装置では、エンジン回転数および要求トルクに応じて、目標内部ＥＧＲ量を算出している。このため、暖機運転時などの気筒の壁面の温度が低いときには、気筒の壁面に奪われる既燃ガスの熱の損失が大きくなることで、気筒内の燃焼前の作動ガスの温度が低下し、内部ＥＧＲ量が同じでも燃焼状態が不安定になることがあり、この点において改善の余地がある。

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、内部ＥＧＲ量を適切に制御することによって、良好な燃焼状態を確保することができる内燃機関の内部ＥＧＲ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、請求項１に係る発明は、気筒３ａ内に既燃ガスを残留させる内部ＥＧＲを制御する内燃機関３の内部ＥＧＲ制御装置１であって、内燃機関３の排気弁９の閉弁タイミング（実施形態における（以下、本項において同じ）閉弁クランク角ＣＡＥＸＶＣ）を変更することによって、内部ＥＧＲ量を制御する可変動弁機構（排気側動弁機構６０）と、内燃機関３の運転状態（エンジン回転数ＮＥ、要求トルクＰＭＣＭＤ）を検出する運転状態検出手段（ＥＣＵ２、クランク角センサ２１、アクセル開度センサ２８）と、検出された内燃機関の運転状態に応じて、内部ＥＧＲ量の目標となる目標内部ＥＧＲ量ＥＧＲＩＮＣＭＤを設定する目標内部ＥＧＲ量設定手段（ＥＣＵ２、図１１のステップ３１）と、内燃機関３の冷却水の温度（エンジン水温ＴＷ）を検出する水温センサ２６と、内燃機関３の負荷Ｌが所定の第１負荷Ｌ１のときに、検出された冷却水の温度を、気筒３ａの壁面の温度（壁面温度ＴＣＹＬＷＡＬ）として算出し、負荷Ｌが第１負荷Ｌ１よりも大きな第２負荷Ｌ２のときに、冷却水の温度に所定値ΔＴを加算した値を、気筒３ａの壁面温度ＴＣＹＬＷＡＬとして算出し、負荷Ｌが第１負荷Ｌ１および第２負荷Ｌ２のいずれにも一致しないときには、壁面温度ＴＣＹＬＷＡＬを補間演算によって算出する壁面温度算出手段（ＥＣＵ２、図１２のステップ５１）と、算出された壁面温度ＴＣＹＬＷＡＬに応じて、気筒３ａ内の既燃ガスの温度（既燃ガス温度ＴＥＸＧＡＳ）を推定する既燃ガス温度推定手段（ＥＣＵ２、図１１のステップ３２）と、排気管５内の圧力（排気圧ＰＥＸ）を検出する排気圧センサ２５と、推定された既燃ガスの温度および検出された排気管５内の圧力に応じ、気体の状態方程式を用いて目標内部ＥＧＲ量ＥＧＲＩＮＣＭＤを補正する目標内部ＥＧＲ量補正手段（ＥＣＵ２、ステップ３３）と、補正された目標内部ＥＧＲ量ＥＧＲＩＮＣに基づいて、排気弁９の閉弁タイミングを算出する閉弁タイミング算出手段（ＥＣＵ２、ステップ３７）と、算出された排気弁９の閉弁タイミングに基づいて、可変動弁機構を制御する制御手段（ＥＣＵ２、ステップ３８〜４１）と、を備えることを特徴とする。

この内燃機関の内部ＥＧＲ制御装置によれば、可変動弁機構で排気弁の閉弁タイミングを変更することによって、気筒内に残留させる既燃ガスの内部ＥＧＲ量が制御される。また、内燃機関の負荷が所定の第１負荷のときに、検出された冷却水の温度を気筒の壁面の温度として算出し、負荷が第１負荷よりも大きな第２負荷のときに、冷却水の温度に所定値を加算した値を、気筒の壁面温度として算出し、負荷が第１負荷および第２負荷のいずれにも一致しないときには、壁面温度を補間演算によって算出する。このようにして算出された気筒の壁面温度に応じて、既燃ガスの温度が推定される。この推定された既燃ガスの温度と検出された排気管内の圧力に応じ、気体の状態方程式を用いて目標内部ＥＧＲ量が補正される。そして、このようにして補正された目標内部ＥＧＲ量に基づいて排気弁の閉弁タイミングが算出され、この閉弁タイミングに基づいて、可変動弁機構が制御される。以上のように、壁面温度に応じて既燃ガスの温度を推定するので、壁面温度による熱損失を補償しながら既燃ガスの温度を適切に推定することができる。したがって、そのように推定された既燃ガスの温度に応じて目標内部ＥＧＲ量を補正することにより、内部ＥＧＲ量を壁面温度による熱損失を補償した適切な量に制御できるので、気筒内の燃焼前の作動ガスの温度を適切に制御でき、良好な燃焼状態を確保することができる。

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、本発明の実施形態による内部ＥＧＲ制御装置１、およびこれを適用した内燃機関（以下「エンジン」という）３の概略構成を示している。エンジン３は、４つの気筒３ａ（１つのみ図示）を有する４気筒のガソリンエンジンであり、車両（図示せず）に搭載されている。

エンジン３のシリンダヘッド３ｃには、気筒３ａごとに、吸気管４および排気管５が接続されるとともに、燃料噴射弁６および点火プラグ７（図２参照）が、燃焼室３ｄに臨むように取り付けられている（いずれも１つのみ図示）。この燃料噴射弁６は、燃焼室３ｄ内の点火プラグ７の近傍に、燃料を直接、噴射するように構成された直噴タイプのものである。燃料噴射弁６の燃料噴射量および燃料噴射時期は、その開弁時間および開弁タイミングをＥＣＵ２（図２参照）で制御することによって、制御される。点火プラグ７の点火時期もまた、ＥＣＵ２によって制御される。また、このエンジン３では、燃焼室３ｄ内に供給された混合気を、点火プラグ７の火花により点火する火花点火燃焼（以下「ＳＩ燃焼」という）と、圧縮着火により着火する圧縮着火燃焼（以下「ＣＩ燃焼」という）が行われ、その切替はＥＣＵ２によって制御される。

また、各気筒３ａには、一対の吸気弁８、８（１つのみ図示）および一対の排気弁９、９（１つのみ図示）が設けられている。吸気弁８は吸気側動弁機構４０によって開閉され、排気弁９は排気側動弁機構６０によって開閉される。以下、図３〜図６を参照しながら、これらの吸気側動弁機構４０および排気側動弁機構６０について説明する。

吸気側動弁機構４０は、通常のカム駆動式のものであり、図３に示すように、回転自在の吸気カムシャフト４１と、吸気カムシャフト４１に一体に設けられた吸気カム４２と、ロッカアームシャフト４３と、ロッカアームシャフト４３に回動自在に支持されるとともに、吸気弁８、８の上端にそれぞれ当接する２つのロッカアーム４４、４４（１つのみ図示）などを備えている。

吸気カムシャフト４１は、吸気スプロケットおよびタイミングチェーン（いずれも図示せず）を介して、クランクシャフト３ｅに連結されており、クランクシャフト３ｅが２回転するごとに１回転する。吸気カムシャフト４１が回転すると、ロッカアーム４４、４４が、吸気カム４２で押圧され、ロッカアームシャフト４３を中心として回動することにより、吸気弁８、８が開閉される。

一方、排気側動弁機構６０は、排気弁９のリフトおよびバルブタイミングを無段階に変更する可変動弁機構で構成されている。なお、本実施形態では、「排気弁９のリフト（以下「排気リフト」という）」は、排気弁９の最大揚程を表すものとする。

図４に示すように、排気側動弁機構６０は、排気カムシャフト６１、排気カム６２、排気リフト可変機構７０および排気カム位相可変機構９０などを備えている。

排気カムシャフト６１は、排気スプロケットおよびタイミングチェーン（いずれも図示せず）を介して、クランクシャフト３ｅに連結されており、クランクシャフト３ｅが２回転するごとに１回転する。

排気リフト可変機構７０は、排気リフトを値０と所定の最大リフトＬＥＸＭＡＸ（図５参照）との間で無段階に変更するものである。その構成は、本出願人が特開２００７−１００５２２号で既に提案したものと同様であるので、以下、その概略を簡単に説明する。

排気リフト可変機構７０は、コントロールシャフト７１およびロッカアームシャフト７２と、これらのシャフト７１、７２上に気筒３ａごとに設けられたロッカアーム機構７３と、これらのロッカアーム機構７３を同時に駆動する排気リフトアクチュエータ８０（図２参照）などを備えている。

このロッカアーム機構７３は、リンク７４ａ、ローラ軸７４ｂ、ローラ７４ｃおよびロッカアーム７５などを備えている。また、排気リフトアクチュエータ８０は、モータおよび減速ギヤ機構（いずれも図示せず）などを組み合わせたものであり、ＥＣＵ２からの後述するリフト制御入力Ｕ＿ＳＡＡＥＸによって駆動されると、コントロールシャフト７１を回動させ、それにより、リンク７４ａをローラ軸７４ｂを中心として回動させる。

このリンク７４ａが図４に実線で示すゼロリフト位置にある場合、排気カムシャフト６１の回転に伴い、排気カム６２によりローラ７４ｃがロッカアームシャフト７２側に押されると、リンク７４ａは、コントロールシャフト７１を中心として、図４の時計回りに回動する。その際、ロッカアーム７５の案内面７５ａがコントロールシャフト７１を中心とする円弧と一致するような形状を有しているので、バルブスプリングの付勢力により、ロッカアーム７５は図４に示す閉弁位置に保持される。それにより、排気リフトは値０に保持され、排気弁９は閉弁状態に保持される。

一方、リンク７４ａがゼロリフト位置から最大リフト位置（図４の２点鎖線で示す位置）側の位置に回動し、保持されている状態では、排気カム６２の回転により、リンク７４ａがコントロールシャフト７１を中心として図４の時計回りに回動すると、ロッカアーム７５は、バルブスプリングの付勢力に抗しながら、図４に示す閉弁位置から下方に回動し、排気弁９を開弁する。その際、ロッカアーム７５の回動量すなわち排気リフトは、リンク７４ａが最大リフト位置側に近い位置にあるほど、より大きくなる。

以上の構成により、排気弁９は、リンク７４ａが最大リフト位置側に近い位置にあるほど、より大きなリフトで開弁する。より具体的には、排気カム６２の回転中、排気弁９は、リンク７４ａが最大リフト位置にあるときには、図５に実線で示すバルブリフト曲線に従って開弁し、排気リフトは最大リフトＬＥＸＭＡＸになる。したがって、この排気リフト可変機構７０では、排気リフトアクチュエータ８０を介して、リンク７４ａをゼロリフト位置と最大リフト位置との間で回動させることにより、排気リフトを値０と所定の最大リフトＬＥＸＭＡＸとの間で無段階に変化させることができる。また、後述する排気カム位相ＣＡＥＸが同じ場合、排気リフトが大きいほど、排気弁９の開弁タイミングは早くなり、閉弁タイミングは遅くなる。

また、排気リフト可変機構７０には、排気リフトを検出するためのリフトセンサ２３が設けられている（図２参照）。このリフトセンサ２３は、コントロールシャフト７１の回動角ＳＡＡＥＸを検出し、それを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。排気リフトは、コントロールシャフト７１の回動角ＳＡＡＥＸから一義的に定まるので、検出された回動角ＳＡＡＥＸは、実際の排気リフトを表す。

一方、排気カム位相可変機構９０は、排気カムシャフト６１のクランクシャフト３ｅに対する相対的な位相（以下「排気カム位相」という）ＣＡＥＸを無段階に進角側または遅角側に変更するものである。その構成は、本出願人が特開２００５−３１５１６１号公報で既に提案したものと同様であるので、以下、その概略を簡単に説明する。

この排気カム位相可変機構９０は、排気カムシャフト６１の排気スプロケット側の端部に設けられており、排気カム位相電磁弁９１（図２参照）と、これを介して油圧が供給される進角室および遅角室（いずれも図示せず）などを備えている。この排気カム位相電磁弁９１は、ＥＣＵ２に接続されており、ＥＣＵ２からの位相制御入力Ｕ＿ＣＡＥＸに応じて、進角室および遅角室に供給する油圧を変化させることで、排気カム位相ＣＡＥＸを所定の最遅角値と所定の最進角値との間で無段階に連続的に変化させる。それにより、排気弁９のバルブタイミングは、図６に実線で示す最遅角タイミングと２点鎖線で示す最進角タイミングとの間で、無段階に変更される。

一方、排気カムシャフト６１の排気カム位相可変機構９０と反対側の端部には、カム角センサ２２（図２参照）が設けられている。このカム角センサ２２は、排気カムシャフト６１の回転に伴い、パルス信号であるＥＸＣＡＭ信号を所定のカム角（例えば１゜）ごとにＥＣＵ２に出力する。ＥＣＵ２は、このＥＸＣＡＭ信号および後述するＣＲＫ信号に基づき、排気カム位相ＣＡＥＸを算出する。

以上のように、このエンジン３では、排気側動弁機構６０により、排気弁９のリフトおよびバルブタイミングが無段階に変更され、それにより、気筒３ａ内に残留する既燃ガスの量すなわち内部ＥＧＲ量が制御される。

エンジン３には、クランク角センサ２１が設けられている。クランク角センサ２１は、マグネットロータおよびＭＲＥピックアップ（いずれも図示せず）で構成されており、クランクシャフト３ｅの回転に伴い、パルス信号であるＣＲＫ信号およびＴＤＣ信号を、ＥＣＵ２に出力する。

このＣＲＫ信号は、所定のクランク角（例えば３０゜）ごとに出力される。ＥＣＵ２は、ＣＲＫ信号に基づき、エンジン３の回転数（以下「エンジン回転数」という）ＮＥを算出する。また、ＴＤＣ信号は、気筒３ａのピストン３ｂが吸気行程開始時のＴＤＣ（上死点）付近の所定のクランク角度位置にあることを表す信号であり、本実施形態のような４気筒タイプの場合には、クランク角１８０゜ごとに出力される。また、エンジン３には、気筒判別センサ（図示せず）が設けられており、この気筒判別センサは、気筒３ａを判別するためのパルス信号である気筒判別信号を、ＥＣＵ２に出力する。ＥＣＵ２は、これらの気筒判別信号、ＣＲＫ信号およびＴＤＣ信号に応じて、クランク角度ＣＡを気筒３ａごとに算出する。

また、エンジン３の排気管５には、上流側から順に、排気温センサ２４および排気圧センサ２５が設けられている。排気温センサ２４は排気管５内の温度（以下「排気温」という）ＴＥＸを、排気圧センサ２５は排気管５内の圧力（以下「排気圧」という）ＰＥＸを検出し、それらの検出信号は、ＥＣＵ２に出力される。

エンジン３本体には、水温センサ２６が設けられている。水温センサ２６は、エンジン３のシリンダブロック３ｆ内を循環する冷却水の温度（以下「エンジン水温」という）ＴＷを検出し、その検出信号をＥＣＵ２に出力する。

エンジン３の吸気管４には、吸気温センサ２７が設けられている。吸気温センサ２７は、吸気温ＴＡを検出し、その検出信号をＥＣＵ２に出力する。

さらに、ＥＣＵ２には、アクセル開度センサ２８から、アクセルペダル（図示せず）の踏み込み量（以下「アクセル開度」という）ＡＰを表す検出信号が出力される。

ＥＣＵ２は、Ｉ／Ｏインターフェース、ＣＰＵ、ＲＡＭおよびＲＯＭなどから成るマイクロコンピュータで構成されている。ＥＣＵ２は、前述した各種のセンサ２１〜２８からの検出信号に応じ、ＲＯＭに記憶された制御プログラムなどに従って、燃料噴射量を含むエンジン３の制御を実行する。また、ＥＣＵ２は、エンジン３の運転状態に応じて、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、決定した燃焼モードに応じて、排気側動弁機構６０を制御することにより、内部ＥＧＲ量を制御する。なお、本実施形態では、ＥＣＵ２が、運転状態検出手段、目標内部ＥＧＲ量設定手段、閉弁タイミング算出手段、閉弁タイミング補正手段、制御手段および既燃ガス温度推定手段に相当する。

図７は、ＥＣＵ２で実行される、本発明の第１実施形態による内部ＥＧＲの制御処理を示すフローチャートである。本処理は、ＴＤＣ信号の発生に同期して実行される。まず、ステップ１（「Ｓ１」と図示。以下同じ）では、エンジン回転数ＮＥおよび要求トルクＰＭＣＭＤに応じ、マップ（図示せず）を検索することによって、内部ＥＧＲ量の目標となる目標内部ＥＧＲ量ＥＧＲＩＮＣＭＤを算出する。なお、要求トルクＰＭＣＭＤは、エンジン回転数ＮＥおよびアクセル開度ＡＰに応じ、マップ（図示せず）を検索することによって算出される。

次に、目標内部ＥＧＲ量ＥＧＲＩＮＣＭＤを、検出された排気温ＴＥＸおよび排気圧ＰＥＸに応じ、気体の状態方程式（ＰＶ＝ｎＲＴ）を用いて補正することにより、最終的な目標内部ＥＧＲ量ＥＧＲＩＮＣを算出する（ステップ２）。

次いで、算出した目標内部ＥＧＲ量ＥＧＲＩＮＣ、およびエンジン回転数ＮＥに応じ、マップ（図示せず）を検索することによって、排気カム位相ＣＡＥＸの目標となる目標カム位相ＣＡＥＸＣＭＤを算出する（ステップ３）。次に、算出した目標カム位相ＣＡＥＸＣＭＤと検出された実際の排気カム位相ＣＡＥＸに応じ、位相制御入力Ｕ＿ＣＡＥＸを算出する（ステップ４）とともに、算出した位相制御入力Ｕ＿ＣＡＥＸに応じて、排気カム位相電磁弁９１を駆動する（ステップ５）。以上により、排気カム位相ＣＡＥＸが目標カム位相ＣＡＥＸＣＭＤになるように制御される。

次に、目標内部ＥＧＲ量ＥＧＲＩＮＣに応じ、テーブル（図示せず）を検索することによって、排気弁９の閉弁タイミングに相当する閉弁クランク角の基本値ＣＡＥＸＶＣＢＡを算出する（ステップ６）。次いで、検出されたエンジン水温ＴＷに応じ、図８に示すテーブルを検索することによって、補正角ＣＡＣを算出する（ステップ７）。

このテーブルでは、補正角ＣＡＣは、エンジン水温ＴＷが所定温度ＴＷＲＥＦ（例えば８０℃）のときに値０に設定されるとともに、エンジン水温ＴＷが低いほど、より大きな値にリニアに設定されている。これは、エンジン水温ＴＷが低いほど、気筒３ａの壁面の温度も低く、気筒３ａの壁面による既燃ガスの熱損失が大きくなることで、気筒３ａ内の燃焼前の作動ガスの温度が低下しやすくなるため、補正角ＣＡＣをより大きくすることで、排気弁９の閉弁タイミングを進角側に制御することによって、内部ＥＧＲ量を多くし、作動ガスの温度を高めるためである。また、エンジン水温ＴＷが高いほど、排気弁９の閉弁タイミングをより遅角側に制御することで、内部ＥＧＲ量を少なくし、早期着火を回避するためである。

次いで、基本値ＣＡＥＸＶＣＢＡから補正角ＣＡＣを減算した値を、閉弁クランク角ＣＡＥＸＶＣとして設定する（ステップ８）とともに、閉弁クランク角ＣＡＥＸＶＣおよび排気カム位相ＣＡＥＸに応じて、コントロールシャフト７１の回動角ＳＡＡＥＸの目標となる目標回動角ＳＡＡＥＸＣＭＤを算出する（ステップ９）。次に、算出した目標回動角ＳＡＡＥＸＣＭＤに対してリミット処理を行う（ステップ１０）。

図９は、この目標回動角ＳＡＡＥＸＣＭＤのリミット処理を示すフローチャートである。本処理では、まず、ステップ２１において、排気カム位相ＣＡＥＸに基づき、図１０に示すテーブルを検索することによって、目標回動角ＳＡＡＥＸＣＭＤの上限値ＳＡＡＥＸＬＭＴを算出する。前述したように、排気リフト可変機構７０は、排気リフトが大きいほど、排気弁９の開弁タイミングが早くなるタイプのものであることから、この上限値ＳＡＡＥＸＬＭＴは、排気弁９が膨張行程の終了時のかなり前から開き始めないようにするために設定されるものである。このため、このテーブルでは、上限値ＳＡＡＥＸＬＭＴは、排気カム位相ＣＡＥＸが進角側にあるほど、排気弁９の開弁タイミングが早くなるため、より小さな値に設定されている。

次に、目標回動角ＳＡＡＥＸＣＭＤが上限値ＳＡＡＥＸＬＭＴ以下であるか否かを判別する（ステップ２２）。この判別結果がＹＥＳのときには、本処理を終了する一方、ＮＯで、ＳＡＡＥＸＣＭＤ＞ＳＡＡＥＸＬＭＴのときには、目標回動角ＳＡＡＥＸＣＭＤを上限値ＳＡＡＥＸＬＭＴに設定し（ステップ２３）、本処理を終了する。

図７に戻り、前記ステップ１０に続くステップ１１では、回動角ＳＡＡＥＸおよび目標回動角ＳＡＡＥＸＣＭＤに応じて、リフト制御入力Ｕ＿ＳＡＡＥＸを算出する。次に、リフト制御入力Ｕ＿ＳＡＡＥＸに応じて、排気リフトアクチュエータ８０を駆動する（ステップ１２）。以上により、回動角ＳＡＡＥＸが目標回動角ＳＡＡＥＸＣＭＤになるように制御される。

以上のように、本実施形態によれば、目標内部ＥＧＲ量ＥＧＲＩＮＣに基づいて算出した排気弁９の閉弁クランク角の基本値ＣＡＥＸＶＣＢＡから補正角ＣＡＣを減算することによって、エンジン水温ＴＷが低いほど、排気弁９の閉弁クランク角ＣＡＥＸＶＣを進角側に決定し、内部ＥＧＲ量をより多くする。したがって、内部ＥＧＲ量を、壁面温度による熱損失の影響を補償した適切な量に制御でき、気筒３ａ内の燃焼前の作動ガスの温度を適切に制御できる結果、その後に行われる燃焼を良好に行うことができる。

また、エンジン３に、その制御のために通常、設けられている水温センサ２６の検出結果を利用するので、コスト増を伴うことがない。

図１１は、本発明の第２実施形態による内部ＥＧＲの制御処理を示すフローチャートである。本処理では、まず、ステップ３１において、エンジン回転数ＮＥおよび要求トルクＰＭＣＭＤに応じ、マップ（図示せず）を検索することによって、内部ＥＧＲ量の目標となる目標内部ＥＧＲ量ＥＧＲＩＮＣＭＤを算出する。次に、気筒３ａ内の既燃ガスの温度（既燃ガス温度）ＴＥＸＧＡＳを算出する（ステップ３２）。

図１２は、この既燃ガス温度ＴＥＸＧＡＳの算出処理を示すフローチャートである。本処理では、まず、ステップ５１において、エンジン水温ＴＷおよび負荷Ｌに基づき、図１３に示すマップを検索することによって、気筒３ａの壁面の温度（壁面温度）ＴＣＹＬＷＡＬを算出する。このマップでは、壁面温度ＴＣＹＬＷＡＬは、エンジン水温ＴＷが高いほど、より大きな値に設定されている。また、壁面温度ＴＣＹＬＷＡＬは、負荷Ｌが所定の第１負荷Ｌ１のときに、エンジン水温ＴＷと同じ値に設定されており（ＴＣＹＬＷＡＬ＝ＴＷ）、第１負荷Ｌ１よりも大きい第２負荷Ｌ２のときには、エンジン水温ＴＷの全領域において、第１負荷Ｌ１のときよりもΔＴだけ大きな値に設定されている。なお、負荷Ｌが第１負荷Ｌ１および第２負荷Ｌ２のいずれにも一致しないときには、壁面温度ＴＣＹＬＷＡＬは、補間演算によって求められる。

次に、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５２）。この判別結果がＹＥＳで、エンジン３への燃料の供給をカットするフューエルカットが実行されているときには、ステップ５１で算出した壁面温度ＴＣＹＬＷＡＬを既燃ガス温度の暫定値ＴＥＸＧＡＳＴとして設定し（ステップ５３）、ステップ５９に進む。このように、フューエルカット中は、燃焼が行われないので、壁面温度ＴＣＹＬＷＡＬがそのまま既燃ガス温度の暫定値ＴＥＸＧＡＳＴとして用いられる。

一方、ステップ５２の判別結果がＮＯで、フューエルカット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５４）。このＣＩ燃焼モードフラグＦ＿ＨＣＣＩは、燃焼モードがＣＩ燃焼モードのときに「１」にセットされるものである。この判別結果がＹＥＳで、ＣＩ燃焼モードのときには、エンジン回転数ＮＥおよび要求トルクＰＭＣＭＤに応じ、マップ（図示せず）を検索することによって、気筒３ａ内の作動ガスの温度（以下「作動ガス温度」という）ＴＣＹＬＧＡＳを算出する（ステップ５５）。

次に、この作動ガス温度ＴＣＹＬＧＡＳおよび要求トルクＰＭＣＭＤに応じ、図１４に示すマップからＣＩ燃焼用のマップ値ＴＥＸＧＡＳＣＩを検索し、最高回転温度ＴＥＸＧＡＳＭとして設定する（ステップ５６）。この最高回転温度ＴＥＸＧＡＳＭは、エンジン回転数ＮＥが最高回転数（例えば６０００ｒｐｍ）のときの既燃ガスの温度に相当する。このマップは、エンジン回転数ＮＥが最高回転数のときの、作動ガス温度ＴＣＹＬＧＡＳおよび要求トルクＰＭＣＭＤに対して得られる既燃ガスの温度を設定したものである。このマップでは、マップ値ＴＥＸＧＡＳＣＩは、要求トルクＰＭＣＭＤが大きいほど、また作動ガス温度ＴＣＹＬＧＡＳが高いほど、より大きな値に設定されており、作動ガス温度ＴＣＹＬＧＡＳが第１〜第３温度ＴＣＹＬＧＡＳ１〜ＴＣＹＬＧＡＳ３のいずれにも一致しないときには、マップ値ＴＥＸＧＡＳＣＩは、補間演算によって求められる。

ステップ５４の判別結果がＮＯで、燃焼モードがＳＩ燃焼モードのときには、吸気温ＴＡおよび要求トルクＰＭＣＭＤに応じ、マップ（図示せず）からＳＩ燃焼用のマップ値ＴＥＸＧＡＳＳＩを検索し、最高回転温度ＴＥＸＧＡＳＭとして設定する（ステップ５７）。このマップでは、マップ値ＴＥＸＧＡＳＳＩは、要求トルクＰＭＣＭＤが大きいほど、また吸気温ＴＡが高いほど、より大きな値に設定されている。また、このマップでは、最高回転温度ＴＥＸＧＡＳＭを算出するためのパラメータとして、作動ガス温度ＴＣＹＬＧＡＳに代えて吸気温ＴＡが用いられる。これは、ＳＩ燃焼時には、基本的に内部ＥＧＲ量が値０であることで、その影響が既燃ガスに及ばないからである。

前記ステップ５６または５７に続くステップ５８では、壁面温度ＴＣＹＬＷＡＬと最高回転温度ＴＥＸＧＡＳＭを用い、次式（１）に従って、既燃ガス温度の暫定値ＴＥＸＧＡＳＴを算出する。
ＴＥＸＧＡＳＴ＝ＴＥＸＧＡＳＭ＊［１−ＫＴＥＸＧＭＥ＊（ＴＤＣＭＥ−５）］
＋ＴＣＹＬＷＡＬ＊ＫＴＥＸＧＭＥ＊（ＴＤＣＭＥ−５） ……（１）
ここで、ＫＴＥＸＧＭＥは、値１．０未満のなまし係数であり、ＴＤＣＭＥは、ＴＤＣ信号の発生周期であり、値５は、エンジン回転数ＮＥが最高回転数のときのＴＤＣ信号の発生周期である。以上から明らかなように、既燃ガス温度の暫定値ＴＥＸＧＡＳＴは、最高回転温度ＴＥＸＧＡＳＭと壁面温度ＴＣＹＬＷＡＬの加重平均で求められる。最高回転時には、燃焼サイクル間の時間間隔が短いため、燃焼後の既燃ガスの温度の低下する度合いは非常に小さい。このため、最高回転温度ＴＥＸＧＡＳＭを用いることによって、既燃ガス温度の暫定値ＴＥＸＧＡＳＴの算出精度を向上させることができる。また、右辺のＴＤＣＭＥ−５によって、エンジン回転数ＮＥが低いほど、壁面温度ＴＣＹＬＷＡＬの重みが大きくなるので、燃焼サイクル間の時間間隔に応じて、壁面温度ＴＣＹＬＷＡＬによる熱損失の影響を反映させながら既燃ガス温度の暫定値ＴＥＸＧＡＳＴを精度良く求めることができる。

前記ステップ５３または５８に続くステップ５９では、既燃ガスの暫定値ＴＥＸＧＡＳＴを用い、次式（２）に従って、既燃ガス温度ＴＥＸＧＡＳを算出した後、本処理を終了する。
ＴＥＸＧＡＳ＝ＴＥＸＧＡＳＴ＊（１−ＴＤＴＧＡＳ）
＋ＴＥＸＧＡＳＺ＊ＴＤＴＧＡＳ ……（２）
ここで、ＴＥＸＡＧＳＺは、式（２）で算出された既燃ガスの前回値であり、ＴＤＴＧＡＳは値１．０未満のなまし係数である。

図１１に戻り、ステップ３３では、目標内部ＥＧＲ量ＥＧＲＩＮＣＭＤを、ステップ３２で算出した既燃ガス温度ＴＥＸＧＡＳ、および検出された排気圧ＰＥＸに応じ、気体の状態方程式（ＰＶ＝ｎＲＴ）を用いて補正することにより、最終的な目標内部ＥＧＲ量ＥＧＲＩＮＣを算出する。

次に、図７のステップ３〜５と同様、目標内部ＥＧＲ量ＥＧＲＩＮＣ、およびエンジン回転数ＮＥに応じ、マップ（図示せず）を検索することによって、目標カム位相ＣＡＥＸＣＭＤを算出し、この目標カム位相ＣＡＥＸＣＭＤと実際の排気カム位相ＣＡＥＸに応じ、位相制御入力Ｕ＿ＣＡＥＸを算出するとともに、算出した位相制御入力Ｕ＿ＣＡＥＸに応じて、排気カム位相電磁弁９１を駆動する（ステップ３４〜３６）。以上により、排気カム位相ＣＡＥＸが目標カム位相ＣＡＥＸＣＭＤになるように制御される。

次に、目標内部ＥＧＲ量ＥＧＲＩＮＣに応じ、テーブル（図示せず）を検索することによって、排気弁９の閉弁クランク角ＣＡＥＸＶＣを算出する（ステップ３７）。次いで、前記ステップ９〜１２と同様、閉弁クランク角ＣＡＥＸＶＣおよび排気カム位相ＣＡＥＸに応じて、コントロールシャフト７１の目標回動角ＳＡＡＥＸＣＭＤを算出し、この目標回動角ＳＡＡＥＸＣＭＤに対してリミット処理を行った後、回動角ＳＡＡＥＸおよび目標回動角ＳＡＡＥＸＣＭＤに応じて、リフト制御入力Ｕ＿ＳＡＡＥＸを算出する。次に、リフト制御入力Ｕ＿ＳＡＡＥＸに応じて、排気リフトアクチュエータ８０を駆動する（ステップ３８〜４１）。以上により、回動角ＳＡＡＥＸが目標回動角ＳＡＡＥＸＣＭＤになるように制御される。

以上のように、本実施形態によれば、エンジン水温ＴＷに応じて気筒３ａの壁面温度ＴＣＹＬＷＡＬを算出し、この壁面温度ＴＣＹＬＷＡＬに応じて、既燃ガス温度ＴＥＸＧＡＳを算出するので、壁面温度ＴＣＹＬＷＡＬによる熱損失を補償しながら、既燃ガス温度ＴＥＸＧＡＳを適切に算出することができる。また、この既燃ガス温度ＴＥＸＧＡＳに応じて目標内部ＥＧＲ量ＥＧＲＩＮＣＭＤを補正することによって、最終的な目標内部ＥＧＲ量ＥＧＲＩＮＣを算出する。したがって、内部ＥＧＲ量を壁面温度ＴＣＹＬＷＡＬによる熱損失の影響を補償した適切な量に制御できるので、気筒３ａ内の燃焼前の作動ガスの温度を適切に制御でき、良好な燃焼状態を確保することができる。

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、実施形態では、気筒３ａの壁面温度を表す壁面温度パラメータとして、水温センサ２６で検出したエンジン水温ＴＷを用いているが、これに限らず、気筒の壁面の温度を表すものであれば、他の適当なものを用いてもよい。例えば、外気温やエンジンの運転前の停止時間、始動後の運転時間や運転状態から算出してもよい。また、実施形態では、内部ＥＧＲ量を、排気カム位相可変機構および排気リフト可変機構の両方によって制御しているが、これに限らず、例えば両可変機構の一方で制御してもよい。

さらに、実施形態は、本発明を車両に搭載されたガソリンエンジンに適用した例であるが、本発明はこれに限らず、ガソリンエンジン以外のディーゼルエンジンなどの各種のエンジンに適用してもよく、また、車両用以外のエンジン、例えば、クランク軸を鉛直に配置した船外機などのような船舶推進機用エンジンにも適用可能である。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。

本発明の内部ＥＧＲ制御装置を内燃機関とともに概略的に示す図である。 内部ＥＧＲ制御装置の一部を示す図である。 図１の部分拡大図である。 排気側動弁機構の概略構成を示す模式図である。 排気リフト可変機構による排気リフトの変更状態を示す図である。 排気カム位相可変機構により排気カム位相が最遅角値（実線）および最進角値（２点鎖線）に設定されているときの排気弁のバルブリフト曲線を示す図である。 本発明の第１実施形態による内部ＥＧＲの制御処理を示すフローチャートである。 図７の処理で用いられる補正角を算出するためのテーブルの一例である。 リミット処理を示すフローチャートである。 図９の処理で用いられる上限値を算出するためのテーブルの一例である。 本発明の第２実施形態による内部ＥＧＲの制御処理を示すフローチャートである。 既燃ガスの算出処理を示すフローチャートである。 図１２の処理で用いられる壁面温度を算出するためのマップの一例である。 図１２の処理で用いられる作動ガス温度を算出するためのマップの一例である。

符号の説明

１ 内部ＥＧＲ制御装置
２ ＥＣＵ（運転状態検出手段、目標内部ＥＧＲ量設定手段、閉弁タイミング算出手
段、閉弁タイミング補正手段、制御手段および既燃ガス温度推定手段）
３ エンジン
３ａ 気筒
９ 排気弁
２１ クランク角センサ（運転状態検出手段）
２６ 水温センサ（壁面温度パラメータ取得手段）
２８ アクセル開度センサ（運転状態検出手段）
６０ 排気側動弁機構（可変動弁機構）
ＴＷ エンジン水温（壁面温度パラメータ）
ＮＥ エンジン回転数（内燃機関の運転状態）
ＰＭＣＭＤ 要求トルク（内燃機関の運転状態）
ＥＧＲＩＮＣ 最終的な目標内部ＥＧＲ量（目標内部ＥＧＲ量）
ＣＡＥＸＶＣ 閉弁クランク角（排気弁の閉弁タイミング）
ＴＥＸＧＡＳ 既燃ガス温度

Claims (1)

1. 気筒内に既燃ガスを残留させる内部ＥＧＲを制御する内燃機関の内部ＥＧＲ制御装置であって、
   前記内燃機関の排気弁の閉弁タイミングを変更することによって、内部ＥＧＲ量を制御する可変動弁機構と、
   前記内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、
   当該検出された内燃機関の運転状態に応じて、内部ＥＧＲ量の目標となる目標内部ＥＧＲ量を設定する目標内部ＥＧＲ量設定手段と、
   前記内燃機関の冷却水の温度を検出する水温センサと、
   前記内燃機関の負荷が所定の第１負荷のときに、前記検出された冷却水の温度を、前記気筒の壁面の温度として算出し、前記負荷が前記第１負荷よりも大きな所定の第２負荷のときに、前記冷却水の温度に所定値を加算した値を、前記気筒の壁面温度として算出し、前記負荷が前記第１負荷および前記第２負荷のいずれにも一致しないときには、前記壁面温度を補間演算によって算出する壁面温度算出手段と、
   当該算出された壁面温度に応じて、前記気筒内の既燃ガスの温度を推定する既燃ガス温度推定手段と、
   前記排気管内の圧力を検出する排気圧センサと、
   前記推定された既燃ガスの温度および前記検出された前記排気管内の圧力に応じ、気体の状態方程式を用いて前記目標内部ＥＧＲ量を補正する目標内部ＥＧＲ量補正手段と、
   当該補正された目標内部ＥＧＲ量に基づいて、前記排気弁の閉弁タイミングを算出する閉弁タイミング算出手段と、
   当該算出された排気弁の閉弁タイミングに基づいて、前記可変動弁機構を制御する制御手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の内部ＥＧＲ制御装置。

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