JP5709738B2

JP5709738B2 - 圧縮着火内燃機関の制御装置

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Publication number: JP5709738B2
Application number: JP2011286796A
Authority: JP
Inventors: 響古賀; 古賀　　響
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2011-12-27
Filing date: 2011-12-27
Publication date: 2015-04-30
Anticipated expiration: 2031-12-27
Also published as: JP2013133814A

Description

この発明は圧縮着火内燃機関の制御装置に関し、より詳しくは燃料と空気とを混合して得た予混合気を燃焼室に供給し、これを高圧縮比の下で自着火を行わせ、高い熱効率を得るようにした予混合圧縮自着火式内燃機関の制御装置の改良に関する。

予混合圧縮自着火式内燃機関は、例えば特許文献１に開示されるように、燃焼室に供給される混合気（予混合気）を予混合圧縮着火燃焼させる圧縮着火運転（ＨＣＣＩ（Homogeneous Charge Compression Ignition）運転）を行うように構成される。このような内燃機関においては、予混合気を高圧縮比（通常の火花点火式内燃機関の圧縮比より高い）の下で圧縮することで、同時多点的に自着火するため、燃焼室全体への火炎の伝播が早く、燃焼が短時間に完了し、よって熱効率が改善され、低燃費性を良好にしつつＮＯｘの排出量を減少させ得る利点がある。

上記した内燃機関において、圧縮着火運転を安定して継続するには、気筒内を比較的高温に保持して混合気が圧縮着火燃焼し易い状態を維持する必要がある。そこで、特許文献２記載の技術にあっては、可変動弁機構を用いて吸気バルブと排気バルブを任意のバルブリフト量またはバルブタイミングで開閉自在とし、排気行程のときの排気バルブの閉弁時期を進角させると共に、吸気行程のときの吸気バルブの開弁時期を遅角させる、即ち負のオーバラップ期間を設けるようにし、それによって気筒内に所定量の排ガスを残留させて混合気の温度（筒内ガス温度）を高めて圧縮着火運転を可能とするように構成される。

特開２００５−６９０９７号公報特開２０１０−１０６７７３号公報（段落００２４，００４５、図１，９など）

しかしながら、特許文献２記載の技術の如く吸気バルブと排気バルブの両方のバルブリフト量またはバルブタイミングを可変動弁機構で制御するように構成すると、構造が複雑になると共に、排ガスの残留量の調整が難しいなどの不都合が生じていた。

従って、この発明の目的は上記した課題を解決し、簡易な構成でありながら筒内の排ガスの残留量を適切に調整し、よって圧縮着火運転を安定して継続するようにした圧縮着火内燃機関の制御装置を提供することにある。

上記した課題を解決するために、請求項１にあっては、圧縮着火内燃機関の排気バルブを任意のバルブリフト量またはバルブタイミングで開閉自在な可変動弁機構を備えると共に、前記機関の燃焼室に供給される混合気を予混合圧縮着火燃焼させる圧縮着火運転を行う圧縮着火内燃機関の制御装置において、前記機関の圧縮着火運転のときに前記混合気の質量燃焼割合が約５０％になったと推定されるクランク角度を検出するクランク角度検出手段と、前記検出されたクランク角度と所定クランク角度との比較結果に応じて前記排気バルブのバルブリフト量を増減させるように前記排気バルブを吸気行程中に開弁させて排ガスを前記燃焼室に導入させるように前記可変動弁機構の動作を制御する可変動弁機構制御手段とを備え、前記可変動弁機構制御手段は、前記検出されたクランク角度が前記所定クランク角度より進角しているとき、前記排気バルブのバルブリフト量を減少させる一方、前記検出されたクランク角度が前記所定クランク角度より遅角しているとき、前記排気バルブのバルブリフト量を増加させるように前記可変動弁機構の動作を制御する如く構成した。

請求項２に係る圧縮着火内燃機関の制御装置にあっては、前記機関の筒内圧を検出する筒内圧検出手段を備えると共に、前記クランク角度検出手段は、前記検出された筒内圧に基づいて前記混合気の質量燃焼割合が約５０％になったと推定されるクランク角度を検出する如く構成した。

請求項３に係る圧縮着火内燃機関の制御装置にあっては、圧縮着火内燃機関の排気バルブを任意のバルブリフト量またはバルブタイミングで開閉自在な可変動弁機構を備えると共に、前記機関の燃焼室に供給される混合気を予混合圧縮着火燃焼させる圧縮着火運転を行う圧縮着火内燃機関の制御装置において、前記機関の圧縮着火運転のときに前記混合気の質量燃焼割合が約５０％になったと推定されるクランク角度を検出するクランク角度検出手段と、前記検出されたクランク角度と第２の所定クランク角度との比較結果に応じて前記排気バルブのバルブタイミングを進角または遅角させるように前記可変動弁機構の動作を制御する可変動弁機構制御手段とを備え、前記可変動弁機構制御手段は、前記検出されたクランク角度が前記第２の所定クランク角度より進角しているとき、前記排気バルブのバルブタイミングを遅角させる一方、前記検出されたクランク角度が前記第２の所定クランク角度より遅角しているとき、前記排気バルブのバルブタイミングを進角させるように前記可変動弁機構の動作を制御する如く構成した。

請求項１に係る圧縮着火内燃機関の制御装置にあっては、圧縮着火内燃機関の排気バルブを任意のバルブリフト量またはバルブタイミングで開閉自在な可変動弁機構を備えると共に、機関の圧縮着火運転のときに混合気の質量燃焼割合が約５０％になったと推定されるクランク角度を検出し、検出されたクランク角度と所定クランク角度との比較結果に応じて排気バルブのバルブリフト量を増減させるように排気バルブを吸気行程中に開弁させて排ガスを燃焼室に導入させるように可変動弁機構の動作を制御するように構成したので、簡易な構成でありながら筒内の排ガスの残留量を適切に調整することが可能になり、それによって気筒内を比較的高温に保持して混合気が圧縮着火燃焼し易い状態を維持でき、圧縮着火運転を安定して継続することができる。また、上記の如く排気バルブのみ可変動弁機構を備えるようにしたので、吸気バルブと排気バルブの両方に可変動弁機構を接続する場合に比して構成をより簡易にでき、コスト的にも有利である。また、混合気の質量燃焼割合が約５０％となったと推定されるクランク角度と所定のクランク角度との比較結果に応じて燃焼室に導入させる排ガスの量を増減して調整するように構成したので、気筒内を比較的高温に保持して混合気が圧縮着火燃焼し易い状態を確実に維持でき、よって圧縮着火運転を安定して継続することができる。とくに、検出されたクランク角度が所定クランク角度より進角しているとき、排気バルブのバルブリフト量を減少させる（具体的には、燃焼室に導入させる排ガスの量を減少させて混合気の質量燃焼割合が約５０％になったと推定されたクランク角度を遅角化させる）一方、検出されたクランク角度が所定クランク角度より遅角しているとき、排気バルブのバルブリフト量を増加させる（具体的には、燃焼室に導入させる排ガスの量を増加させて混合気の質量燃焼割合が約５０％になったと推定されたクランク角度を進角化させる）ように可変動弁機構の動作を制御するように構成したので、前記した所定クランク角度を例えば熱効率が最大で、かつ圧縮着火運転を確実に安定して継続できるような値に設定することが可能となり、よって混合気の質量燃焼割合が約５０％になったと推定されるクランク角度をその所定クランク角度に保持する（一致させる）ことができる。これにより、圧縮着火運転をより一層安定して継続することができる。

また、排気バルブを吸気行程中に開弁させて排ガスを燃焼室に導入させるように構成したので、吸気バルブまたは排気バルブのバルブリフト量を、特許文献２のような負のオーバラップ期間を設ける機構に比して多く（高く）設定することが可能となり、吸気効率を向上させることができる。

また、混合気の質量燃焼割合が約５０％となったと推定されるクランク角度と所定のクランク角度との比較結果に基づき、排気バルブを吸気行程中に開弁させるタイミングやリフト量を調整可能に構成、即ち、燃焼室に導入される排ガスの量を調整するように構成したので、環境条件にかかわらず、筒内の燃焼状態を適切に制御可能、具体的には例えば熱効率が最大となるような燃焼状態での運転が可能となり、よって内燃機関の効率（例えば燃費など）を向上させることができる。

請求項２に係る圧縮着火内燃機関の制御装置にあっては、圧縮着火内燃機関の筒内圧を検出すると共に、クランク角度検出手段は、検出された筒内圧に基づいて混合気の質量燃焼割合が約５０％になったと推定されるクランク角度を検出するように構成したので、上記した効果に加え、混合気の質量燃焼割合が約５０％になったことを正確に推定でき、そのときのクランク角度に基づいて可変動弁機構の動作を制御することで、筒内の排ガスの残留量をより適切に調整することが可能になり、よって圧縮着火運転をより安定して継続できる。

請求項３に係る圧縮着火内燃機関の制御装置にあっては、圧縮着火内燃機関の排気バルブを任意のバルブリフト量またはバルブタイミングで開閉自在な可変動弁機構を備えると共に、機関の圧縮着火運転のときに混合気の質量燃焼割合が約５０％になったと推定されるクランク角度を検出し、検出されたクランク角度と所定クランク角度との比較結果に応じて排気バルブのバルブタイミングを進角または遅角させるように可変動弁機構の動作を制御するように構成、即ち、混合気の質量燃焼割合が約５０％になったと推定されるクランク角度に応じて燃焼室に導入させる排ガスの量や温度を調整するように構成したので、気筒内を比較的高温に保持して混合気が圧縮着火燃焼し易い状態をより確実に維持でき、よって圧縮着火運転をより安定して継続することができる。とくに、検出されたクランク角度が第２の所定クランク角度より進角しているとき、排気バルブのバルブタイミングを遅角させる（具体的には、温度が僅かに低下した排ガスを燃焼室に導入させると共に、その量も減少させるようにして混合気の質量燃焼割合が約５０％になったと推定されたクランク角度を遅角化させる）一方、検出されたクランク角度が第２の所定クランク角度より遅角しているとき、排気バルブのバルブタイミングを進角させる（具体的には、温度が比較的高い排ガスを燃焼室に導入させると共に、その量を増加させるようにして混合気の質量燃焼割合が約５０％になったと推定されたクランク角度を進角化させる）ように可変動弁機構の動作を制御するように構成したので、第２の所定クランク角度を例えば熱効率が最大で、かつ圧縮着火運転を確実に安定して継続できるような値に設定することが可能となり、よって混合気の質量燃焼割合が約５０％になったと推定されるクランク角度をその第２の所定クランク角度に保持する（一致させる）ことができる。これにより、圧縮着火運転をより一層安定して継続することができる。

この発明の第１実施例に係る圧縮着火内燃機関の制御装置を全体的に示す概略図である。図１に示す装置の可変動弁機構によって設定されるバルブタイミング（およびリフト量）特性を示すグラフである。図１に示す電子制御ユニットによる圧縮着火内燃機関の可変動弁機構の制御動作を示すフロー・チャートである。図１に示す圧縮着火内燃機関の圧縮着火運転のときの圧縮行程から膨張行程における、クランク角度に対する筒内の混合気の質量燃焼割合を示すグラフである。この発明の第２実施例に係る圧縮着火内燃機関の制御装置の電子制御ユニットによる圧縮着火内燃機関の可変動弁機構の制御動作を示す、図３と同様なフロー・チャートである。

以下、添付図面に即してこの発明に係る圧縮着火内燃機関の制御装置を実施するための形態について説明する。

図１は、この発明の第１実施例に係る圧縮着火内燃機関の制御装置を全体的に示す概略図である。

図１において、符号１０は、都市ガス（あるいはＬＰガス。以下、単に「ガス」という）を燃料とする水冷４サイクルの単気筒ＯＨＶ型の圧縮着火内燃機関（予混合圧縮自着火式内燃機関。以下「エンジン」という）を示す。エンジン１０は、例えば発電機、農業機械、コージェネレーション装置の駆動源等として使用される汎用内燃機関であり、例えば１６３ｃｃの排気量を備える。

エンジン１０において、エアクリーナ（図示せず）から吸入されて吸気管（吸気系）１２を通る空気はスロットルバルブ１４で流量を調節され、吸気バルブ１６が開弁されるとき、燃焼室２０に流入する。

吸気バルブ１６の手前の吸気ポート付近にはインジェクタ（ガスインジェクタ）２２が配置される。インジェクタ２２には、燃料供給源から燃料供給管（共に図示せず）を介してガス燃料が圧送されると共に、駆動回路２４を通じて電子制御ユニット（Electronic Control Unit。以下「ＥＣＵ」という）２６に接続される。ＥＣＵ２６から開弁時間を示す駆動信号が駆動回路２４に供給されると、インジェクタ２２は開弁し、開弁時間に応じた量のガス燃料を吸気ポートに噴射する。噴射されたガス燃料は流入した空気と混合して混合気（予混合気）を形成しつつ、燃焼室２０に流入する。

燃焼室２０の付近には点火プラグ（点火手段）２８が配置される。点火プラグ２８はイグナイタなどからなる点火装置３０を介してＥＣＵ２６に接続され、ＥＣＵ２６から点火信号が点火装置３０に供給されると、燃焼室２０に臨む電極間に火花放電を生じる。混合気はそれによって着火されて燃焼し、気筒３２に摺動可能に収容されたピストン３４を下方に駆動する。

尚、混合気は圧縮着火によっても燃焼させられる。即ち、エンジン１０は、運転状態に応じて混合気を予混合圧縮着火燃焼させる圧縮着火運転と点火プラグ２８を介して混合気を火花点火で燃焼させる火花点火運転（ＳＩ（Spark Ignition）運転）のいずれかを行う、換言すれば、運転を圧縮着火運転と火花点火運転との間で切り換える（予混合）圧縮着火内燃機関として構成される。具体的には、例えばエンジン１０の始動時や暖機時には火花点火運転を行う一方、エンジン１０が暖機後の定格運転領域にあるときには圧縮着火運転を行うように構成される。

燃焼によって生じた排気ガスは、排気バルブ３６が開弁するとき、排気管（排気系）４０を流れる。排気管４０の途中には、排気浄化用の触媒（具体的には酸化触媒）からなる触媒装置４２が配置される。排気は、触媒装置４２が活性状態にあるとき、ＨＣ（炭化水素）、ＣＯ（一酸化炭素）などの有害成分が除去されて浄化され、エンジン外の大気に放出される。

エンジン１０のクランク軸（図示せず）の付近にはクランク角センサ（図で「ＥＮＧ回転数センサ」と示す）４４が配置され、ＴＤＣ（上死点）あるいはその付近のクランク角度を示すＴＤＣ信号と、ＴＤＣ信号を細分してなるクランク角度信号とを出力する。それらの出力はＥＣＵ２６に入力される。

ＥＣＵ２６はマイクロ・コンピュータからなり、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭなどを備える。ＥＣＵ２６は入力信号のうち、クランク角度信号をカウントしてエンジン回転数ＮＥを算出（検出）する。

前記したスロットルバルブ１４は、電動モータ（例えばステッピングモータ。アクチュエータ）４６に接続される。電動モータ４６はＥＣＵ２６に接続される。ＥＣＵ２６は、入力される各センサの出力に基づいて電動モータ４６を駆動し、スロットルバルブ１４の開度ＴＨを制御する。即ち、スロットルバルブ１４の動作は、ＤＢＷ（Drive By Wire）方式で制御される。

スロットルバルブ１４の付近にはスロットル開度センサ５０が配置され、スロットル開度ＴＨを示す出力を生じる。また、吸気管１２においてスロットルバルブ１４の上流側にはエアフローメータ５２が設けられると共に、下流側には吸気温度センサ５４が設けられる。エアフローメータ５２は吸気管１２を流れる吸気量Ｑを示す信号を出力し、吸気温度センサ５４はスロットルバルブ１４の下流側を流れる吸気の温度（即ち、エンジン１０の吸気温度）Ｔinを示す信号を出力する。

排気管４０において触媒装置４２の上流側には広域空燃比センサ５６が配置されると共に、触媒装置４２の下流にはＮＯｘセンサ６０が配置される。広域空燃比センサ５６は排気の酸素濃度（即ち、空燃比）に比例する信号を出力し、ＮＯｘセンサ６０は排気中のＮＯｘ量（正確にはＮＯｘ濃度）を示す信号を出力する。また、触媒装置４２には触媒温度センサ６２が設けられ、排気浄化用触媒の温度Ｔcを示す出力を生じる。

燃焼室２０を臨む位置には筒内圧センサ（筒内圧検出手段）６３が配置され、燃焼室内の圧力（筒内圧）Ｐに応じた出力を生じる。これらセンサ群の出力もＥＣＵ２６に入力される。

前記した排気バルブ３６は可変動弁機構６４に接続される。可変動弁機構６４は詳細な図示は省略するが、例えば本出願人が先に提案した特開２０１０−６５５６５号公報の第３実施例に開示される構造と類似のものを備える。具体的には、動弁カム軸（カムシャフト）上に排気カムが配置され、排気カムには排気リフタが摺接される。排気リフタはプッシュロッドを介してロッカアームに接続される。

動弁カム軸と排気カムには横孔が穿設され、そこに排気還流カムが摺動自在に嵌合される。また、動弁カム軸の中心部には制御ロッドが摺動自在に嵌挿されると共に、制御ロッドは電磁アクチュエータに接続される。制御ロッドは動弁カム軸内で排気還流カムに当接され、その当接位置にはテーパ状を呈するカム溝が形成される。

従って、制御ロッドが電磁アクチュエータによって作動させられると、その作動位置によって排気還流カムとカム溝との当接位置が変化し、排気還流カムは排気カムの内部に退去される退去位置と排気カムから所定量突出する突出位置との間で駆動される。即ち、排気還流カムの排気カムからの突出量は連続的に可変となるように構成される。

尚、吸気バルブ１６は可変動弁機構に接続されない。具体的には、動弁カム軸上に吸気カムが配置され、吸気カムは吸気リフタ、プッシュロッドを介してロッカアームに接続されるように構成される。

エンジン１０の火花点火運転のときは、制御ロッドの作動位置が制御されて排気還流カムを退去位置とし（換言すれば、排気還流カムと排気リフタが接触しないようにし）、排気カムの回転動作によって排気リフタ、排気側のプッシュロッドおよびロッカアームを動作させ、排気カムのみで決定されるバルブタイミング（およびリフト量）特性で排気バルブ３６を駆動する。吸気側は、吸気カムの回転動作によって吸気リフタ、吸気側のプッシュロッドおよびロッカアームを動作させ、吸気カムで決定されるバルブタイミング（およびリフト量）特性で吸気バルブ１６を駆動する。

他方、エンジン１０の圧縮着火運転のときは、制御ロッドの作動位置が制御されて排気還流カムを突出位置とする。そして、排気カムと排気還流カムの回転動作によって排気リフタやロッカアームなどを動作させ、排気カムと排気還流カムの両方で決定されるバルブタイミング（およびリフト量）特性で排気バルブ３６を駆動する。尚、吸気バルブ１６は、火花点火運転のときと同じバルブタイミング（およびリフト量）特性で駆動される。

図２にその特性を示す（吸気バルブ１６のそれを１６、排気バルブ３６のそれを３６と表示する）。火花点火運転のとき、バルブタイミング（およびリフト量）は、図２に実線で示す特性に設定される。具体的には、排気バルブ３６は排気行程のピストン下死点付近で開弁してピストン上死点付近で閉弁すると共に、吸気バルブ１６は吸気行程のピストン上死点付近で開弁してピストン下死点付近で閉弁するように設定される。

一方、圧縮着火運転のとき、排気バルブ３６のバルブタイミング（およびリフト量）は、前述した特性に加え、図２に破線で示す特性も設定される。具体的には、排気還流カムの回転動作によって排気バルブ３６を吸気行程中に開弁させて、排気管４０に残留している排ガスを燃焼室２０に所定量導入（還流）させるように設定される。これにより、気筒内の混合気の温度（筒内ガス温度）は高められて圧縮着火運転を可能とする。

尚、上記したように、排気還流カムの突出量は連続的に可変とされるため、その突出量を調整することで、排気バルブ３６のバルブリフト量も図２に矢印Ａで示す如く可変とされる、別言すれば、燃焼室２０に導入される排ガス量（ＥＧＲ量）が調整される。

図１の説明に戻ると、可変動弁機構６４は制御回路６６を介してＥＣＵ２６に接続される。ＥＣＵ２６は、制御回路６６を通じて可変動弁機構６４（正確には電磁アクチュエータ）の動作を制御し、排気バルブ３６のバルブタイミング（およびリフト量）を上記した火花点火運転時と圧縮着火運転時の特性のいずれかに設定（変更）する。

このように、エンジン１０の排気バルブ３６は、可変動弁機構６４によって任意のバルブリフト量またはバルブタイミングで開閉自在とされると共に、エンジン１０の運転は、可変動弁機構６４の動作を制御することで火花点火運転と圧縮着火運転との間で切り替えられる。

次いで、本実施例に係るエンジン１０の制御装置の動作を説明する。

ＥＣＵ２６は、入力される各センサ出力に基づき、圧縮着火運転のとき、可変動弁機構６４の動作を制御して排気バルブ３６のリフト量を変更し、燃焼室２０に導入されるＥＧＲ量を調整する。図３は、その可変動弁機構６４の制御動作（換言すれば、排気バルブ３６の制御動作）を示すフロー・チャートである。尚、図示のプログラムはＥＵＣ２６によって例えば所定のクランク角度で実行される。

図３に示す如く、先ずＳ（ステップ）１０において、筒内圧センサ６３の出力に基づいて筒内圧Ｐ［kPa］を検出（算出）すると共に、エアフローメータ５２の出力に基づいて吸気量Ｑを、インジェクタ２２の開弁時間に応じて燃料供給量Ｆを検出（算出）する。次いでＳ１２に進み、検出された筒内圧Ｐや吸気量Ｑ、燃料供給量Ｆなどに基づいて所定の燃焼状態が生じたと推定されるクランク角度［°］を検出する。

この「所定の燃焼状態」について図４を参照しつつ説明する。図４は、圧縮着火運転のときの圧縮行程から膨張行程における、クランク角度に対する筒内の混合気の燃焼度合い、具体的には質量燃焼割合を示すグラフである。

図示の如く、圧縮着火運転のときの筒内の混合気は、クランク角度がピストン上死点を越えた付近から急速に燃焼が進み、その後質量燃焼割合は１００［％］に到達する。上記した「所定の燃焼状態」とは、この筒内の混合気の燃焼が約半分進んだとき、具体的には質量燃焼割合が約５０［％］のときの状態を意味するものとする。

従って、Ｓ１２は、具体的に筒内圧Ｐと吸気量Ｑと燃料供給量Ｆなどに基づき、予めＲＯＭ内に格納されるマップを検索して質量燃焼割合が約５０［％］になったと推定されるときのクランク角度を検出（算出）する処理である。尚、以下において、所定の燃焼状態が生じた（質量燃焼割合が約５０［％］になった）と推定されるクランク角度を「ＣＡ５０」と称する。

次いでＳ１４に進み、検出されたクランク角度ＣＡ５０が第１の所定クランク角度（所定クランク角度）より進角しているか否か判定する。第１の所定クランク角度は、所定の燃焼状態（質量燃焼割合が５０［％］となる状態）がそのクランク角度で生じたときにエンジン１０の効率が最も良いと判断できるような値、より詳しくは例えば熱効率が最大で、かつ圧縮着火運転を確実に安定して継続できるような値とされ、例えば上死点後８［°］（ＡＴＤＣ８°）に設定される。

Ｓ１４で肯定されるときは、筒内での燃焼タイミング（圧縮着火のタイミング）がエンジン１０の効率が最も良いタイミング、正確には熱効率が最大で、かつ圧縮着火運転を確実に安定して継続できるタイミングより早まっていると判断してＳ１６に進む。Ｓ１６では、吸気行程における排気バルブ３６のバルブリフト量が現在の値から所定値（例えば１［mm］）だけ減算した値となるように、可変動弁機構６４（正確には可変動弁機構６４の電磁アクチュエータ）の動作を制御する。

これにより、吸気行程中の排気バルブ３６のバルブリフト量が減少し、燃焼室２０に導入される排ガス量（ＥＧＲ量）も減少することとなるため、筒内の混合気の温度が低下して燃焼タイミングを遅らせることが可能になる。即ち、Ｓ１６の処理によってクランク角度ＣＡ５０を第１の所定クランク角度に保持する（一致させる）ようにすることができ、次いでＳ１８に進んで圧縮着火運転を継続する。

一方、Ｓ１４で否定されるときはＳ２０に進み、クランク角度ＣＡ５０が第１の所定クランク角度より遅角しているか否か判定する。Ｓ２０で肯定されるときは、筒内での燃焼タイミングがエンジン１０の効率が最も良いタイミングより遅くなっていると判断してＳ２２に進み、吸気行程における排気バルブ３６のバルブリフト量が現在の値から所定値だけ加算した値となるように、可変動弁機構６４の動作を制御する。

これにより、吸気行程中の排気バルブ３６のバルブリフト量が増加し、燃焼室２０に導入される排ガス量（ＥＧＲ量）も増加することとなるため、筒内の混合気の温度が上昇して燃焼タイミングを早めることが可能になる。即ち、Ｓ１６と同様、Ｓ２２の処理によってクランク角度ＣＡ５０を第１の所定クランク角度に保持でき、次いでＳ１８に進んで圧縮着火運転を継続する。

また、Ｓ２０で否定されるとき、即ち、クランク角度ＣＡ５０が第１の所定クランク角度と一致するときはＳ２２をスキップする、具体的には吸気行程における排気バルブ３６の現在のバルブリフト量を維持しつつＳ１８に進み、圧縮着火運転を継続する。

上記の如く、この発明の第１実施例に係るエンジンの制御装置にあっては、エンジン１０の排気バルブ３６を任意のバルブリフト量またはバルブタイミングで開閉自在な可変動弁機構６４を備えると共に、エンジン１０の圧縮着火運転のときに混合気の質量燃焼割合が約５０％になったと推定されるクランク角度ＣＡ５０を検出し、検出されたクランク角度ＣＡ５０と第１の所定クランク角度との比較結果に応じて排気バルブ３６のバルブリフト量を増減させるように排気バルブ３６を吸気行程中に開弁させて排ガスを燃焼室２０に導入させるように可変動弁機構６４の動作を制御するように構成、即ち、検出されたクランク角度ＣＡ５０が第１の所定クランク角度より進角しているとき、排気バルブ３６のバルブリフト量を減少させる一方、検出されたクランク角度ＣＡ５０が第１の所定クランク角度より遅角しているとき、排気バルブ３６のバルブリフト量を増加させるように可変動弁機構６４の動作を制御するように構成したので、簡易な構成でありながら筒内の排ガスの残留量を適切に調整することが可能になり、それによって気筒内を比較的高温に保持して混合気が圧縮着火燃焼し易い状態を維持でき、圧縮着火運転を安定して継続することができる。また、上記の如く排気バルブ３６のみ可変動弁機構６４を備えるようにしたので、吸気バルブと排気バルブの両方に可変動弁機構を接続する場合に比して構成をより簡易にでき、コスト的にも有利である。また、混合気の質量燃焼割合が約５０％となったと推定されるクランク角度ＣＡ５０と所定のクランク角度との比較結果に応じて燃焼室２０に導入させる排ガスの量を増減して調整するように構成したので、気筒内を比較的高温に保持して混合気が圧縮着火燃焼し易い状態を確実に維持でき、よって圧縮着火運転をより安定して継続することができる。また、上記の如く、検出されたクランク角度ＣＡ５０が第１の所定クランク角度より進角しているとき、排気バルブ３６のバルブリフト量を減少させる（具体的には、燃焼室２０に導入させる排ガスの量を減少させて混合気の質量燃焼割合が約５０％となったと推定されたクランク角度を遅角化させる）一方、検出されたクランク角度ＣＡ５０が第１の所定クランク角度より遅角しているとき、排気バルブ３６のバルブリフト量を増加させる（具体的には、燃焼室２０に導入させる排ガスの量を増加させて混合気の質量燃焼割合が約５０％となったと推定されたクランク角度を進角化させる）ように可変動弁機構６４の動作を制御するように構成したので、前記した第１の所定クランク角度を例えば熱効率が最大で、かつ圧縮着火運転を確実に安定して継続できるような値に設定することが可能となり、よって混合気の質量燃焼割合が約５０％となったと推定されるクランク角度をその所定クランク角度に保持する（一致させる）ことができる。これにより、圧縮着火運転をより一層安定して継続することができる。

また、排気バルブ３６を吸気行程中に開弁させて排ガスを燃焼室２０に導入させるように構成したので、吸気バルブ１６または排気バルブ３６のバルブリフト量を、特許文献２のような負のオーバラップ期間を設ける機構に比して多く（高く）設定することが可能となり、吸気効率を向上させることができる。

また、混合気の質量燃焼割合が約５０％となったと推定されるクランク角度ＣＡ５０と第１の所定クランク角度との比較結果に基づき、排気バルブ３６を吸気行程中に開弁させるタイミングやリフト量を調整可能に構成、即ち、燃焼室２０に導入される排ガスの量を調整するように構成したので、環境条件にかかわらず、筒内の燃焼状態を適切に制御可能、具体的には例えば熱効率が最大となるような燃焼状態での運転が可能となり、よってエンジン１０の効率（例えば燃費など）を向上させることができる。

また、エンジン１０の筒内圧Ｐを検出すると共に、検出された筒内圧Ｐに基づいて混合気の質量燃焼割合が約５０％となったと推定されるクランク角度ＣＡ５０を検出するように構成したので、混合気の質量燃焼割合が約５０％となったことを正確に推定でき、そのときのクランク角度ＣＡ５０に基づいて可変動弁機構６４の動作を制御することで、筒内の排ガスの残留量をより適切に調整することが可能になり、よって圧縮着火運転をより安定して継続できる。

次いで、この発明の第２実施例に係るエンジンの制御装置について説明する。

以下、第１実施例と相違する点に焦点をおいて説明すると、第２実施例にあっては、第１実施例の吸気行程における排気バルブ３６のバルブリフト量を可変にする構成に代え、排気バルブ３６のバルブタイミングを可変にするように構成される。

具体的には、可変動弁機構６４は、排気還流カムの排気カムに対する突出位置を回転方向に変更自在となるように構成され、排気還流カムの突出位置を変更（調整）することで、排気バルブ３６のバルブタイミングは、図２に矢印Ｂで示す如く進角または遅角方向に可変とされる。

図５は、第２実施例に係るエンジンの制御装置のＥＣＵ２６の動作のうち、圧縮着火運転のときの可変動弁機構６４の制御動作（換言すれば、排気バルブ３６の制御動作）を示す、図３と同様なフロー・チャートである。尚、図５フロー・チャートにおいて、第１実施例で説明したのと同様のステップは、同一ステップ番号を付して示すと共に、説明を省略する。

図５に示す如く、Ｓ１０とＳ１２は第１実施例と同様の処理を行い、次いでＳ１４ａに進み、検出されたクランク角度ＣＡ５０が第２の所定クランク角度より進角しているか否か判定する。第２の所定クランク角度は、前述した第１の所定クランク角度と同様、所定の燃焼状態がそのクランク角度で生じたときにエンジン１０の効率が最も良いと判断できるような値、例えば熱効率が最大で、かつ圧縮着火運転を確実に安定して継続できるような値（例えば上死点後８［°］（ＡＴＤＣ８°））に設定される。

Ｓ１４ａで肯定されるときは、筒内での燃焼タイミングがエンジン１０の効率が最も良いタイミングより早まっていると判断してＳ１６ａに進み、吸気行程における排気バルブ３６のバルブタイミングが（クランク角度において）現在の値から所定角度、例えば５［°］だけ遅角させた（加算した）値となるように、可変動弁機構６４の動作を制御する。

これにより、吸気行程中の排気バルブ３６のバルブタイミングは遅角され、よって遅角前に燃焼室２０に導入されていた排気ガスよりも温度が僅かに低下した排ガスが導入されると共に、その量（ＥＧＲ量）も減少することとなるため、筒内の混合気の温度が低下して燃焼タイミングを遅らせることが可能になる。即ち、Ｓ１６ａの処理によってクランク角度ＣＡ５０を第２の所定クランク角度に保持する（一致させる）ようにすることができる。その後、Ｓ１８に進んで圧縮着火運転を継続する。

一方、Ｓ１４ａで否定されるときはＳ２０ａに進み、Ｓ１２で検出されたクランク角度ＣＡ５０が第２の所定クランク角度より遅角しているか否か判定する。Ｓ２０ａで肯定されるときは、筒内での燃焼タイミングがエンジン１０の効率が最も良いタイミングより遅くなっていると判断してＳ２２ａに進み、吸気行程における排気バルブ３６のバルブタイミングが現在の値から所定角度（例えば５［°］）だけ進角させた（減算した）値となるように、可変動弁機構６４の動作を制御する。

これにより、吸気行程中の排気バルブ３６のバルブタイミングは進角され、よって温度が比較的高い排ガスが吸気行程中に燃焼室２０に導入されると共に、その量（ＥＧＲ量）も増加することとなるため、筒内の混合気の温度が上昇して燃焼タイミングを早めることが可能になる。即ち、Ｓ１６ａと同様、Ｓ２２ａの処理によってクランク角度ＣＡ５０を第２の所定クランク角度に保持できる。尚、Ｓ２０ａで否定されるときはＳ２２ａをスキップしてＳ１８に進む。

このように、この発明の第２実施例に係るエンジンの制御装置にあっては、エンジン１０の排気バルブ３６を任意のバルブリフト量またはバルブタイミングで開閉自在な可変動弁機構６４を備えると共に、エンジン１０の圧縮着火運転のときに混合気の質量燃焼割合が約５０％になったと推定されるクランク角度ＣＡ５０を検出し、検出されたクランク角度ＣＡ５０と第２の所定クランク角度との比較結果に応じて排気バルブ３６のバルブタイミングを進角または遅角させるように可変動弁機構６４の動作を制御するように構成、即ち、検出されたクランク角度ＣＡ５０が第２の所定クランク角度より進角しているとき、排気バルブ３６のバルブタイミングを遅角させる一方、検出されたクランク角度ＣＡ５０が第２の所定クランク角度より遅角しているとき、排気バルブ３６のバルブタイミングを進角させるように可変動弁機構６４の動作を制御するように構成したので、混合気の質量燃焼割合が約５０％になったと推定されるクランク角度ＣＡ５０に応じて燃焼室２０に導入させる排ガスの量や温度を調整するようになり、気筒内を比較的高温に保持して混合気が圧縮着火燃焼し易い状態をより確実に維持でき、よって圧縮着火運転をより安定して継続することができる。

また、検出されたクランク角度ＣＡ５０が第２の所定クランク角度より進角しているとき、排気バルブ３６のバルブタイミングを遅角させる（具体的には、温度が僅かに低下した排ガスを燃焼室２０に導入させると共に、その量も減少させるようにして混合気の質量燃焼割合が約５０％になったクランク角度を遅角化させる）一方、検出されたクランク角度ＣＡ５０が第２の所定クランク角度より遅角しているとき、排気バルブ３６のバルブタイミングを進角させる（具体的には、温度が比較的高い排ガスを燃焼室２０に導入させると共に、その量を増加させるようにして混合気の質量燃焼割合が約５０％になったと推定されたクランク角度を進角化させる）ように可変動弁機構６４の動作を制御するように構成したので、前記した第２の所定クランク角度を例えば熱効率が最大で、かつ圧縮着火運転を確実に安定して継続できるような値に設定することが可能となり、よって混合気の質量燃焼割合が約５０％になったと推定されるクランク角度をその第２の所定クランク角度に保持する（一致させる）ことができる。これにより、圧縮着火運転をより一層安定して継続することができる。

尚、残余の構成および効果は、第１実施例のそれと異ならない。

以上の如く、この発明の第１実施例にあっては、圧縮着火内燃機関（エンジン）１０の排気バルブ３６を任意のバルブリフト量またはバルブタイミングで開閉自在な可変動弁機構６４を備えると共に、前記機関の燃焼室に供給される混合気を予混合圧縮着火燃焼させる圧縮着火運転を行う圧縮着火内燃機関の制御装置において、前記機関１０の圧縮着火運転のときに前記混合気の質量燃焼割合が約５０％になったと推定されるクランク角度ＣＡ５０を検出するクランク角度検出手段（ＥＣＵ２６。Ｓ１２）と、前記検出されたクランク角度ＣＡ５０と所定クランク角度（第１の所定クランク角度）との比較結果に応じて前記排気バルブ３６のバルブリフト量を増減させるように前記排気バルブ３６を吸気行程中に開弁させて排ガスを前記燃焼室２０に導入させるように前記可変動弁機構６４の動作を制御する可変動弁機構制御手段（ＥＣＵ２６。Ｓ１４〜Ｓ２２）とを備え、前記可変動弁機構制御手段は、前記検出されたクランク角度ＣＡ５０が前記第１の所定クランク角度より進角しているとき、前記排気バルブ３６のバルブリフト量を減少させる一方（Ｓ１４，Ｓ１６）、前記検出されたクランク角度ＣＡ５０が前記所定クランク角度より遅角しているとき、前記排気バルブ３６のバルブリフト量を増加させるように前記可変動弁機構６４の動作を制御する如く構成した（Ｓ２０，Ｓ２２）。

また、前記機関１０の筒内圧Ｐを検出する筒内圧検出手段（筒内圧センサ６３，ＥＣＵ２６。Ｓ１０）を備えると共に、前記クランク角度検出手段は、前記検出された筒内圧Ｐに基づいて前記混合気の質量燃焼割合が約５０％になったと推定されるクランク角度ＣＡ５０を検出する如く構成した（Ｓ１２）。

また、第２実施例にあっては、圧縮着火内燃機関（エンジン）１０の排気バルブ３６を任意のバルブリフト量またはバルブタイミングで開閉自在な可変動弁機構６４を備えると共に、前記機関の燃焼室に供給される混合気を予混合圧縮着火燃焼させる圧縮着火運転を行う圧縮着火内燃機関の制御装置において、前記機関１０の圧縮着火運転のときに前記混合気の質量燃焼割合が約５０％になったと推定されるクランク角度ＣＡ５０を検出するクランク角度検出手段（ＥＣＵ２６，Ｓ１２）と、前記検出されたクランク角度ＣＡ５０と所定クランク角度（第２の所定クランク角度）との比較結果に応じて前記排気バルブ３６のバルブタイミングを進角または遅角させるように前記可変動弁機構６４の動作を制御する可変動弁機構制御手段（ＥＣＵ２６。Ｓ１４ａ〜Ｓ２２ａ）とを備え、前記可変動弁機構制御手段は、前記検出されたクランク角度ＣＡ５０が前記第２の所定クランク角度より進角しているとき、前記排気バルブ３６のバルブタイミングを遅角させる一方（Ｓ１４ａ，Ｓ１６ａ）、前記検出されたクランク角度ＣＡ５０が前記第２の所定クランク角度より遅角しているとき、前記排気バルブ３６のバルブタイミングを進角させるように前記可変動弁機構６４の動作を制御する如く構成した（Ｓ２０ａ，Ｓ２２ａ）。

尚、上記においては、第１、第２の所定クランク角度や所定値、所定角度、エンジン１０の排気量などを具体的な値で示したが、それらは例示であって限定されるものではない。

１０エンジン（圧縮着火内燃機関）、２０燃焼室、２６ＥＣＵ（電子制御ユニット）、２８点火プラグ、３６排気バルブ、６３筒内圧センサ（筒内圧検出手段）、６４可変動弁機構

Claims

圧縮着火内燃機関の排気バルブを任意のバルブリフト量またはバルブタイミングで開閉自在な可変動弁機構を備えると共に、前記機関の燃焼室に供給される混合気を予混合圧縮着火燃焼させる圧縮着火運転を行う圧縮着火内燃機関の制御装置において、前記機関の圧縮着火運転のときに前記混合気の質量燃焼割合が約５０％になったと推定されるクランク角度を検出するクランク角度検出手段と、前記検出されたクランク角度と所定クランク角度との比較結果に応じて前記排気バルブのバルブリフト量を増減させるように前記排気バルブを吸気行程中に開弁させて排ガスを前記燃焼室に導入させるように前記可変動弁機構の動作を制御する可変動弁機構制御手段とを備え、前記可変動弁機構制御手段は、前記検出されたクランク角度が前記所定クランク角度より進角しているとき、前記排気バルブのバルブリフト量を減少させる一方、前記検出されたクランク角度が前記所定クランク角度より遅角しているとき、前記排気バルブのバルブリフト量を増加させるように前記可変動弁機構の動作を制御することを特徴とする圧縮着火内燃機関の制御装置。
前記機関の筒内圧を検出する筒内圧検出手段を備えると共に、前記クランク角度検出手段は、前記検出された筒内圧に基づいて前記混合気の質量燃焼割合が約５０％になったと推定されるクランク角度を検出することを特徴とする請求項１記載の圧縮着火内燃機関の制御装置。
圧縮着火内燃機関の排気バルブを任意のバルブリフト量またはバルブタイミングで開閉自在な可変動弁機構を備えると共に、前記機関の燃焼室に供給される混合気を予混合圧縮着火燃焼させる圧縮着火運転を行う圧縮着火内燃機関の制御装置において、前記機関の圧縮着火運転のときに前記混合気の質量燃焼割合が約５０％になったと推定されるクランク角度を検出するクランク角度検出手段と、前記検出されたクランク角度と第２の所定クランク角度との比較結果に応じて前記排気バルブのバルブタイミングを進角または遅角させるように前記可変動弁機構の動作を制御する可変動弁機構制御手段とを備え、前記可変動弁機構制御手段は、前記検出されたクランク角度が前記第２の所定クランク角度より進角しているとき、前記排気バルブのバルブタイミングを遅角させる一方、前記検出されたクランク角度が前記第２の所定クランク角度より遅角しているとき、前記排気バルブのバルブタイミングを進角させるように前記可変動弁機構の動作を制御することを特徴とする圧縮着火内燃機関の制御装置。