JP5826346B1 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】前後のサイクル間で運転状態が変化した場合であっても、過早燃焼によるノッキングの発生および失火の発生を抑制することのできる内燃機関の制御装置を得る。【解決手段】前後のサイクル間で混合気熱量がどのように変化したかを示す指標である混合気熱量変化率が許容範囲内にない場合に、内部ＥＧＲガス量を調整する排気弁の設定閉弁時期を混合気熱量変化率が許容範囲内に収まる方向に補正することで生成された最適設定閉弁時期を用いて、排気弁の閉弁時期を変更可能な可変動弁機構を制御する。【選択図】図１

Description

本発明は、気筒内に残留する既燃ガスである内部ＥＧＲガスの量を制御する内燃機関の制御装置に関するものである。

従来のガソリンを燃料とする火花点火方式の内燃機関では、内燃機関の負荷が中負荷から高負荷までの運転領域での熱効率は高い一方、自動車において多用される比較的低い負荷の運転領域での熱効率は低い。このような低負荷条件で熱効率が低下する要因としては、気筒内に吸入する空気量を少なくするために絞り弁を閉めることで、負の仕事（すなわち、ポンピング損失）が増加すること、または空気量が少なくなったこと自体で実効的な圧縮比が低下することが挙げられる。

ここで、ポンピング損失の減少および実効的な圧縮比の向上は、絞り弁を開けて吸気量を増やすことで達成される。しかしながら、ガソリンを燃料とする場合では、ガソリン量に対して一定量以上の空気を混合させた混合気が燃焼しないので、吸気量を大量に増やすことができず、熱効率の改善効果があまり大きくない。ただし、吸入する空気の温度が高い場合では、燃焼可能な混合気の最大空気量が増えるので、熱効率の向上を期待することができる。しかしながら、吸入する空気を加熱する手段が必要となるので、装置構成が複雑になる。

そこで、ポンピング損失を減少させるとともに実効的な圧縮比を向上させる手段として、吸気量を保った状態で燃焼ガスを気筒内に残留させる技術が用いられる。残留させた燃焼ガスには酸素がほとんど存在しないが、ガソリンが燃焼する際に必要な酸素が吸入空気で確保されている。したがって、気筒内に残留させた高温の燃焼ガスによって、混合気が燃焼可能となる。なお、以下では、気筒内に燃焼ガスを残留させることを内部ＥＧＲと表現し、気筒内に残留させた燃焼ガスを内部ＥＧＲガスと表現する。

また、内部ＥＧＲによって、ガソリンおよび空気に燃焼ガスが加わることで混合気の総ガス量が増えるので、ポンピング損失を減少させるとともに実効的な圧縮比を向上させることが可能となる。その結果、内燃機関が低負荷条件であっても、高い熱効率が達成される。さらに、内部ＥＧＲガスが高温であるので、従来であれば排気ガスとして廃棄していた熱エネルギーの一部を次の燃焼サイクルで回収していることになるので、このことも熱効率の向上に寄与している。

このような熱効率の向上効果がある内部ＥＧＲを実現するには、排気弁の閉弁時期の進角化が有効である。ただし、燃焼ガスの温度、吸入空気の温度および吸気量の違いによって、圧縮時の混合気温度が変化して過早燃焼または失火が生じることがある。したがって、過早燃焼および失火のいずれも生じさせないようにするために、運転状態に応じて排気弁の閉弁時期を制御することで、内部ＥＧＲガス量を適正に調整する必要がある。

そこで、このような内部ＥＧＲガス量を調整する手段として、例えば、内燃機関の運転状態に応じて、排気弁の閉弁時期を、あらかじめ設定した時期に制御する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。また、特許文献１に記載の従来技術では、内燃機関の軸回転数と内燃機関の負荷（以下では、燃焼負荷と称す）との組み合わせごとにあらかじめ用意した排気弁の閉弁時期のデータが制御に用いられている。さらに、内燃機関の冷却水温に応じて、閉弁時期を補正する制御も行われている。

特開２００９−１５０２８８号公報

しかしながら、従来技術には以下のような課題がある。
特許文献１に記載の従来技術では、軸回転数と燃焼負荷とを一定に保った条件であらかじめ取得したデータベースを参照して、排気弁の閉弁時期を制御している。すなわち、軸回転数と燃焼負荷との組み合わせの１つの運転条件では、その運転条件で温度が安定した燃焼ガスを気筒内に残留させた場合において内部ＥＧＲガス量が最適となる排気弁の閉弁時期がデータベースとして準備されている。

ここで、今回のサイクルで実際に気筒内に残留する内部ＥＧＲガスは、同じ気筒において今回のサイクルよりも１サイクル前の前回のサイクルでの燃焼で生成された燃焼ガスが気筒内に残留したものである。したがって、前後のサイクル間で軸回転数または燃焼負荷が変化する過程では、今回のサイクルの軸回転数および燃焼負荷に対応するようにデータベースで考慮されている内部ＥＧＲガス温度と、今回のサイクルで実際に気筒内に残留する内部ＥＧＲガス温度（すなわち、前回のサイクルで生成された燃焼ガスの排気温度）との間で違いが生じる。

このような違いとして、例えば、今回のサイクルで実際に気筒内に残留する内部ＥＧＲガス温度が、今回のサイクルの軸回転数および燃焼負荷に対応するようにデータベースで考慮されている内部ＥＧＲガス温度よりも高い場合には、圧縮時の混合気温度が高温化となるので、過早燃焼によるノッキングが発生するという問題がある。

一方、今回のサイクルで実際に気筒内に残留する内部ＥＧＲガス温度が、今回のサイクルの軸回転数および燃焼負荷に対応するようにデータベースで考慮されている内部ＥＧＲガス温度よりも低い場合には、圧縮時の混合気温度が低温化となるので、失火が発生するという問題がある。

本発明は、前記のような課題を解決するためになされたものであり、前後のサイクル間で運転状態が変化した場合であっても、過早燃焼によるノッキングの発生および失火の発生を抑制することのできる内燃機関の制御装置を得ることを目的とする。

本発明における内燃機関の制御装置は、排気弁の閉弁時期を変更可能な可変動弁機構を制御するとともに、サイクルごとに、排気弁の設定閉弁時期を最適化することで生成された最適設定閉弁時期で排気弁が閉まるように可変動弁機構を制御する内燃機関の制御装置であって、内燃機関の排気温度、排気圧、吸気温度および吸気量を取得するパラメータ取得部と、現在の設定閉弁時期に応じて燃焼室容積を算出し、算出された燃焼室容積と、パラメータ取得部によって取得された排気温度および排気圧との関係から、燃焼室に存在する内部ＥＧＲガスが有する熱量を内部ＥＧＲガス熱量として算出し、パラメータ取得部によって取得された吸気温度および吸気量の関係から、吸入空気が有する熱量を吸気熱量として算出し、算出された内部ＥＧＲガス熱量と、算出された吸気熱量と関係から、混合気が有する熱量を混合気熱量として算出する第１処理を実行する混合気熱量算出部と、前回のサイクルで生成された最適設定閉弁時期に対応する混合気熱量に対して、今回のサイクルで現在の設定閉弁時期に対応して混合気熱量算出部で算出された混合気熱量がどのように変化したかを示す指標である混合気熱量変化率を算出する第２処理を実行する混合気熱量変化率算出部と、混合気熱量変化率があらかじめ設定された許容範囲内にあるか否かを判定する第３処理を実行し、混合気熱量変化率が許容範囲内にあると判定した場合には、現在の設定閉弁時期を今回のサイクルでの最適設定閉弁時期として生成し、混合気熱量変化率が許容範囲内にないと判定した場合には、混合気熱量変化率が許容範囲内に収まる方向に現在の設定閉弁時期を補正することで補正後の設定閉弁時期を生成し、現在の設定閉弁時期を補正後の設定閉弁時期として更新する第４処理を実行する最適設定閉弁時期生成部と、を備え、更新後の現在の設定閉弁時期を用いて、混合気熱量変化率が許容範囲内にあると判定するまで、混合気熱量算出部による第１処理、混合気熱量変化率算出部による第２処理、および最適設定閉弁時期生成部による第３処理、第４処理を繰り返し実行するものである。

本発明によれば、前後のサイクル間で混合気熱量がどのように変化したかを示す指標である混合気熱量変化率が許容範囲内にない場合に、内部ＥＧＲガス量を調整する排気弁の設定閉弁時期を混合気熱量変化率が許容範囲内に収まる方向に補正することで生成された最適設定閉弁時期を用いて、排気弁の閉弁時期を変更可能な可変動弁機構を制御する。これにより、前後のサイクル間で運転状態が変化した場合であっても、過早燃焼によるノッキングの発生および失火の発生を抑制することのできる内燃機関の制御装置を得ることができる。

本発明の実施の形態１における内燃機関を示す構成図である。 本発明の実施の形態１における内燃機関の制御装置の動作を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態１における内燃機関の制御装置の動作を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態２における内燃機関の制御装置の動作を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態２における内燃機関の制御装置の動作を示すフローチャートである。 従来技術を適用して排気弁の閉弁時期を設定するためのデータベースの一例を示す説明図である。

以下、本発明による内燃機関の制御装置を、好適な実施の形態にしたがって図面を用いて説明する。なお、図面の説明においては、同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。また、本願発明は、少なくとも一部の運転条件において排気弁の閉弁後に吸気弁が開弁する内燃機関に対して適用可能である。

実施の形態１．
はじめに、本願発明の技術的特徴を明確にするために、本発明者が新しく着目した、特許文献１に記載の従来技術を適用した内燃機関の課題について、図４を参照しながら説明する。図４は、従来技術を適用して排気弁の閉弁時期を設定するためのデータベースの一例を示す説明図である。

ここで、内部ＥＧＲガスは、前回のサイクルで生成された燃焼ガスの一部を燃焼室内に残留させたものである。また、この内部ＥＧＲガスと、今回のサイクルで新たに吸入される空気および新たに供給される燃料とが混ざり合うことで混合気が形成される。このように形成された混合気の燃焼においては、混合気の温度および濃度に強く影響する。

内部ＥＧＲガス温度は、空気の温度および燃焼温度に対して高温であるので、内部ＥＧＲガス温度が混合気温度に与える影響が大きい。また、内部ＥＧＲガス量の違いが混合気量の違いとなるので、内部ＥＧＲガス量は、混合気濃度に影響を与える。

具体的には、ある定常燃焼状態から何らかの要因で、内部ＥＧＲガス温度が上昇した場合、または内部ＥＧＲガス量が増加した場合には、混合気温度が定常状態よりも高温になる。このような場合、燃焼反応速度が上昇し、結果として、過早燃焼によるノッキングが発生する。

一方、ある定常燃焼状態から何らかの要因で、内部ＥＧＲガス温度が低下した場合、または内部ＥＧＲガス量が減少した場合には、混合気温度が定常状態よりも低温になる。このような場合、燃焼の不安定性が増加し、結果として、失火が発生する。

このような過早燃焼によるノッキングの発生および失火の発生を抑制するためには、内部ＥＧＲガス量を適正に制御する必要がある。そこで、特許文献１に記載の従来技術では、例えば図４に示す排気弁の閉弁時期を決定するためのデータベースを用いている。このデータベースは、図４に示すように、軸回転数、燃焼負荷および冷却水温と、排気弁の閉弁時期とが関連付けられたものである。ここでいう冷却水温とは、少なくともシリンダの一部に接するように循環するエンジン冷却水（図示せず）の温度を示す。

すなわち、エンジン制御装置は、軸回転数、燃焼負荷および冷却水温を取得し、取得されたこれらのパラメータに対応する排気弁の閉弁時期をこのデータベースから抽出している。また、エンジン制御装置は、このように抽出された閉弁時期で排気弁が閉まるように排気弁駆動機構の動作を制御することで、内部ＥＧＲガス量の適正化を図っている。

また、通常の場合、図４に示すようなデータベースは、内燃機関が安定した燃焼状態を継続している状態（すなわち、定常燃焼状態）での情報に基づいて作成される。したがって、このようなデータベースを参照して排気弁の閉弁時期を決定する手段は、内燃機関の軸回転数、燃焼負荷および排気温度等がほとんど変化しない定常燃焼に対して有効であるといえる。

すなわち、軸回転数および燃焼負荷がほとんど変化しない条件で運転される内燃機関の場合には、特許文献１に記載の従来技術を適用することで、内部ＥＧＲガス量を適正に制御することが可能となるので、良好な燃焼状態を保つことができる。

しかしながら、車両に搭載された内燃機関では、例えば、車両が走行する路面の傾斜が変わった場合、または車両の運転者が車速変更を要求した場合等において、軸回転数または燃焼負荷が大幅に変化し、内燃機関が過渡状態となる。このような場合においては、次のような問題が生じる。

すなわち、内燃機関において、前後のサイクル間で、軸回転数がＮ１で燃焼負荷がＰ１である運転状態Ｉから軸回転数がＮ２で燃焼負荷がＰ２である運転状態ＩＩに変化する場合を考える。なお、運転状態Ｉでは、スロットル開度をα１、排気弁の閉弁時期をＥＶＣ１、排気温度をＴＥ１とし、運転状態ＩＩでは、スロットル開度をα２、排気弁の閉弁時期をＥＶＣ２、排気温度をＴＥ２とする。また、運転状態Ｉでは、車両の運転者によってアクセル操作が行われることで、スロットル開度がα１からα２に変更されたとする。

このような場合、前後のサイクル間で、スロットル開度がα１からα２に変更されたことに伴い、燃料供給量の変更制御が行われることで、燃焼負荷がＰ１からＰ２に変化する。また、軸回転数は、燃料供給量が変更された燃料が燃焼した結果として変化するので、この時点ではＮ１を維持するとして、運転状態Ｉであるサイクルの次のサイクルに対する排気弁の閉弁時期ＥＶＣ２を、軸回転数がＮ１、燃焼負荷がＰ２としてデータベースから抽出することになる。

ここで、Ｐ１＜Ｐ２の場合、すなわち、車両が加速されるなどして、前後のサイクル間で燃焼負荷が増加する場合を考える。データベースは、前述したように、定常燃焼状態での情報に基づいて作成されているので、排気温度については、ＴＥ１＜ＴＥ２の関係となっている条件下でＥＶＣ２が抽出される。しかしながら、運転状態Ｉであるサイクルの次のサイクルでの燃焼のために燃焼室内に残留させる内部ＥＧＲガスは、運転状態Ｉであるサイクルでの燃焼によって得られた、排気温度がＴＥ１の燃焼ガスである。排気温度がＴＥ２の燃焼ガスをＥＶＣ２で決まる量だけ残留させるのに対して、排気温度がＴＥ２よりも低いＴＥ１の燃焼ガスをＥＶＣ２で決まる量だけ残留させる方が、混合気温度が低くなり、失火に至る燃焼不安定化を招く結果となる。

したがって、このような場合、失火が発生しないように混合気温度を高くするために、排気弁の閉弁時期をＥＶＣ２よりも進角側に補正することで、より大量の内部ＥＧＲガスを燃焼室に残留させる必要がある。

一方、Ｐ１＞Ｐ２の場合、すなわち、車両が減速されるなどして、前後のサイクル間で燃焼負荷が減少する場合には、上記とは反対に、混合気温度が高くなり、過早燃焼によるノッキングを招く結果となる。

したがって、このような場合、過早燃焼によるノッキングが発生しないように混合気温度を低くするために、排気弁の閉弁時期をＥＶＣ２よりも遅角側に補正することで、より少量の内部ＥＧＲガスを燃焼室に残留させる必要がある。

以上の考察を踏まえ、特許文献１に記載の従来技術を適用した内燃機関では、前後のサイクル間で運転状態が変化した場合、過早燃焼によるノッキングまたは失火が発生してしまうという課題に着目した。

そこで、本願発明においては、新しく着目した課題を解決すべく、前後のサイクル間で運転状態が変化した場合であっても、前後のサイクル間で混合気熱量がどのように変化したかを示す指標である混合気熱量変化率に基づいて、内部ＥＧＲガス量を調整する排気弁の閉弁時期を適正に制御することで、過早燃焼によるノッキングの発生および失火の発生を抑制することのできる内燃機関の制御装置を提供する。

次に、本実施の形態１における内燃機関の制御装置について、図１を参照しながら説明する。図１は、本発明の実施の形態１における内燃機関を示す構成図である。なお、車両等の駆動に用いられる内燃機関は、一般的に複数個の燃焼室を有しているが、ここでは、動作の説明を簡素化するために、複数個のうちの１つの燃焼室のみの構成を示している。

図１において、本実施の形態１における内燃機関は、出力軸クランク１、コネクティングロッド２、ピストン３、シリンダ４、燃焼室５、吸気弁６、吸気管７、燃料噴射弁８、燃料供給管９、エンジン制御装置１０、燃料噴射制御装置１１、点火プラグ１２、点火エネルギー供給装置１３、排気弁１４、排気弁駆動機構１５、排気弁駆動制御装置１６、吸気弁駆動機構１７、吸気弁駆動制御装置１８、タイミングベルト１９、軸回転数センサ２０、吸気圧センサ２１、筒内圧力センサ２２、排気管２３、排気温度センサ２４、排気圧センサ２５および吸気温度センサ２６を備えて構成されている。なお、排気弁駆動機構１５、排気弁駆動制御装置１６、吸気弁駆動機構１７および吸気弁駆動制御装置１８によって、少なくとも排気弁１４の閉弁時期を変更可能な可変動弁機構が構成される。

また、エンジン制御装置１０は、パラメータ取得部１０１、混合気熱量算出部１０２、混合気熱量変化率算出部１０３、最適設定閉弁時期生成部１０４、可変動弁機構制御部１０５および記憶部１０６を含んで構成されている。

次に、本実施の形態１における内燃機関の１サイクルを構成する「吸気」、「圧縮」、「膨張（燃焼）」および「排気」の４つの工程のそれぞれの動作について説明する。これらの各工程において、出力軸クランク１の回転に伴うコネクティングロッド２の作用により、ピストン３がシリンダ４に沿って往復移動することで、燃焼室５の容積が変化する。

まず、吸気工程では、ピストン３が最も押し込まれた状態付近から吸気弁６が徐々に開き、ピストン３が引き抜かれることで、吸気管７を介して燃焼室５に空気が吸入される。この工程中に、燃料噴射弁８により、燃料が燃焼室５に噴射供給される。

なお、燃料は、燃料供給管９を介して、燃料昇圧ポンプ（図示せず）等で２００気圧程度に加圧されて供給される。燃料の噴射供給は、エンジン制御装置１０内での演算処理によって決定された噴射量および噴射時期の情報を、燃料噴射制御装置１１が受け取って、燃料噴射弁８に駆動エネルギーを供給することで制御される。

続いて、圧縮工程では、ピストン３が引き抜かれる途中から吸気弁６が徐々に閉じ始めて、ピストン３が再び押し込まれ始めた付近で吸気弁６が完全に閉じると、燃焼室５に吸入された空気と燃焼室５に供給された燃料とが、混合を継続しながら圧縮される。

火花点火によって燃焼を開始させる従来の内燃機関では、燃焼室５内に突き出すように点火プラグ１２が設置されている。また、点火プラグ１２は、ピストン３が最も押し込まれる前後に、点火エネルギー供給装置１３から供給された電気エネルギーを放出することで、燃焼室５内で圧縮されている空気と燃料とが混合した混合気（図示せず）を発火させる。

次に、膨張工程において、混合気が発火すると、燃焼室５内の圧力が急上昇してピストン３を押し戻す力が作用するので、コネクティングロッド２によって、出力軸クランク１に回転力を生じさせる。

続いて、排気工程では、ピストン３が最も押し戻される付近から排気弁１４が徐々に開き、燃焼ガスが燃焼室５内から排気される。

本実施の形態１における内燃機関では、燃焼ガスの一部を排気せずに、燃焼室５内に残留させることで、内部ＥＧＲを実現する。したがって、エンジン制御装置１０からの制御指令に従って、排気弁１４を駆動させる排気弁駆動機構１５を制御する排気弁駆動制御装置１６が設けられている。このように構成することで、内燃機関の運転状態に応じて、排気弁１４の閉弁時期等を変更制御することが可能となる。

また、例えば、排気弁１４の閉弁時期が上死点よりも前に進角制御されると、吸気弁６の開弁時に、燃焼室５に残留させた燃焼ガスが吸気管７に逆流しやすくなる。このような逆流を抑制するために、エンジン制御装置１０からの制御指令に従って、吸気弁６を駆動させる吸気弁駆動機構１７を制御する吸気弁駆動制御装置１８が設けられている。このように構成することで、燃焼室５に残留させた燃焼ガスが吸気管７に逆流しないように、吸気弁６の開弁時期等を変更制御することが可能となる。

なお、排気弁駆動機構１５および吸気弁駆動機構１７は、タイミングベルト１９によって、出力軸クランク１の回転速度の２分の１の速度で回転動作する。

次に、本実施の形態１における内燃機関の制御装置による排気弁の閉弁時期の制御について、図２Ａ、２Ｂのフローチャートを参照しながら説明する。図２Ａ、２Ｂは、本発明の実施の形態１における内燃機関の制御装置の動作を示すフローチャートである。なお、以降の説明においては、軸回転数および燃焼負荷等の物理量に添え字を付し、添え字ｎは、今回のサイクルでの物理量を示し、添え字ｎ−１は、前回のサイクルでの物理量を示す。また、図２Ａ、２Ｂは、１つのフローチャートを２つの図面に分けて記載したもので、図２Ａに記載の部分と、図２Ｂに記載の部分とは続いている。

今回のサイクルの制御が開始されると、ステップＳ１０１において、パラメータ取得部１０１は、現在の軸回転数Ｎｎ、燃焼負荷Ｐｎおよび冷却水温ＴＷｎを取得し、ステップＳ１０２へと進む。

具体的には、例えば、パラメータ取得部１０１は、出力軸クランク１等に対して設けられた軸回転数センサ２０によって検出された軸回転数を軸回転数Ｎｎとして取得する。また、例えば、パラメータ取得部１０１は、吸気管７に対して設けられた吸気圧センサ２１によって検出された吸気圧から燃焼負荷Ｐｎを推定することで取得する。なお、パラメータ取得部１０１は、今回のサイクルで予定されている燃料噴射弁８から噴射される燃料量から燃焼負荷Ｐｎを推定することで取得してもよい。さらに、例えば、パラメータ取得部１０１は、水温センサ（図示せず）によって検出された、少なくともシリンダ４の一部に接するように循環するエンジン冷却水の代表的な温度を冷却水温ＴＷｎとして取得する。

ステップＳ１０２において、最適設定閉弁時期生成部１０４は、記憶部１０６に記憶されている先の図４で示すデータベースから、パラメータ取得部１０１によって取得された軸回転数Ｎｎ、燃焼負荷Ｐｎおよび冷却水温ＴＷｎに対応する排気弁１４の閉弁時期を、設定閉弁時期ＥＶＣｎとして抽出する。

このように、内燃機関の制御装置は、ステップＳ１０１およびステップＳ１０２を実行することで、今回のサイクルでの設定閉弁時期ＥＶＣｎを仮決めすることができる。内燃機関の制御装置は、以下のステップを実行することで、この仮決めした設定閉弁時期ＥＶＣｎを適正に補正し、最終的に最適設定閉弁時期を生成する。なお、今回のサイクルでの設定閉弁時期ＥＶＣｎを仮決めする手段として、特許文献１に記載した従来技術を適用する場合を例示したが、これに限定されず、その他の公知の従来技術を適用して今回のサイクルでの設定閉弁時期ＥＶＣｎを仮決めするようにしてもよい。

ステップＳ１０３において、混合気熱量算出部１０２は、設定閉弁時期ＥＶＣｎにおける燃焼室容積Ｖｎを算出し、パラメータ取得部１０１は、排気温度ＴＥｎおよび排気圧ＰＥｎを取得し、ステップＳ１０４へと進む。続いて、ステップＳ１０４において、混合気熱量算出部１０２は、設定閉弁時期ＥＶＣｎにおいて燃焼室５に存在する内部ＥＧＲガスが有する熱量を、内部ＥＧＲガス熱量ＱＧｎとして算出し、ステップＳ１０５へと進む。

ここで、設定閉弁時期ＥＶＣｎにおける燃焼室容積Ｖｎは、以下の（式１）に従って算出される。
Ｖｎ＝Ｓｓ×Ｌｐ＋Ｖｔ （式１）
ただし、（式１）において、Ｓｓは、燃焼室５の断面積、Ｌｐは、設定閉弁時期ＥＶＣｎにおける、上死点からのピストン位置、Ｖｔは、上死点での燃焼室容積である。

また、排気温度ＴＥｎおよび排気圧ＰＥｎは、設定閉弁時期ＥＶＣｎにおける内部ＥＧＲガス熱量ＱＧｎを算出するために必要な情報であるので、本来では、排気弁１４の閉弁時期が設定閉弁時期ＥＶＣｎに到達した時点でのそれぞれの値が必要である。しかしながら、本実施の形態１では、設定閉弁時期ＥＶＣｎに到達する前に、内部ＥＧＲガス熱量ＱＧｎを算出する必要がある。したがって、内部ＥＧＲガス熱量ＱＧｎを算出する直前にパラメータ取得部１０１によって取得された排気温度ＴＥｎおよび排気圧ＰＥｎを用いて、以下の（式２）に従って内部ＥＧＲガス熱量ＱＧｎを算出する。

ＱＧｎ＝ＶＧｎ×ＴＥｎ×Ｃｇ （式２）
ただし、（式２）において、ＶＧｎは、以下の（式３）で算出される内部ＥＧＲガス量であり、Ｃｇは、内部ＥＧＲガスの比熱である。
ＶＧｎ＝（ＰＥｎ×Ｖｎ）／（Ｒｇ×ＴＥｎ） （式３）
ただし、（式３）において、Ｒｇは、気体定数である。

なお、例えば、パラメータ取得部１０１は、排気管２３に挿入された排気温度センサ２４によって検出された排気温度を排気温度ＴＥｎとして取得し、排気管２３に対して設けられた排気圧センサ２５によって検出された排気圧を排気圧ＰＥｎとして取得する。

ステップＳ１０５において、パラメータ取得部１０１は、吸気温度ＴＡｎおよび吸気量ＶＡｎを取得し、ステップＳ１０６へと進む。続いて、ステップＳ１０６において、混合気熱量算出部１０２は、吸入空気が有する熱量を、吸気熱量ＱＡｎとして算出し、ステップＳ１０７へと進む。

ここで、吸気熱量ＱＡｎは、以下の（式４）に従って算出される。
ＱＡｎ＝ＶＡｎ×ＴＡｎ×Ｃｇ （式４）
ただし、（式４）において、Ｃｇは、吸入空気の比熱である。

また、例えば、パラメータ取得部１０１は、吸気管７に挿入された吸気温度センサ２６によって検出された吸気温度を吸気温度ＴＡｎとして取得する。さらに、例えば、パラメータ取得部１０１は、今回のサイクルで予定されている燃料噴射弁８から噴射される燃料量と、今回のサイクルで形成される混合気濃度との関係から吸気量ＶＡｎを推定することで取得する。なお、吸気圧および軸回転数と、吸気量とを関連付けたデータベースを記憶部１０６に記憶しておき、パラメータ取得部１０１は、このデータベースから、吸気圧センサ２１によって検出された吸気圧と、軸回転数センサ２０によって検出された軸回転数とに対応する吸気量ＶＡｎを抽出することで取得してもよい。

ここで、内部ＥＧＲガス熱量ＱＧｎと吸気熱量ＱＡｎとの和が、吸気弁６が閉弁した時期での混合気が有する熱量となる。また、吸気弁６と排気弁１４とがともに閉弁された状態でピストン３が上死点に移動することで、この混合気が圧縮されて、混合気温度が上昇し、点火時期を迎える。ただし、通常の内燃機関では、主に冷却水を用いた冷却が行われる。したがって、混合気から熱が奪われるので、混合気が有する熱量は、点火時期までに減少する。そこで、内部ＥＧＲガス熱量ＱＧｎと吸気熱量ＱＡｎとだけでなく、冷却により混合気が奪われる熱量も併せて考慮することで、混合気が有する熱量をより正確に推定することが可能となるため、ステップＳ１０７が設けられている。

ステップＳ１０７において、パラメータ取得部１０１は、冷却により混合気が奪われる熱量を、混合気からの放熱量ＱＬｎとして取得し、ステップＳ１０８へと進む。

なお、例えば、パラメータ取得部１０１は、以下のような手段で、放熱量ＱＬｎを推定することで取得する。すなわち、混合気は、燃焼室５の壁面から熱を奪われるので、壁面近傍を流れる冷却水の温度の状態変化から、放熱量ＱＬｎが推定可能である。具体的には、壁面近傍を流れる冷却水の流量をあらかじめ求めておき、冷却部位に流入する際の冷却水温ＴＷｉｎと、冷却部位から流出する際の冷却水温ＴＷｏｕｔとを水温センサによって検出し、この検出値を用いて、以下の（式５）に従って放熱量ＱＬｎを算出する。すなわち、内燃機関を冷却するための冷却水の流量と、内燃機関を冷却する前後における冷却水の温度変化との差から放熱量ＱＬｎが推定されている。

ＱＬｎ＝Ｋ０×Ｃｗ×（ＴＷｏｕｔ−ＴＷｉｎ） （式５）
ただし、Ｋ０は、燃焼負荷に応じて変化する調整係数である。燃焼室５から冷却水に移動する熱には燃焼によって発生する熱が大半であることを踏まえ、燃焼負荷と軸回転数に応じて燃焼に伴って冷却水に移動する熱と、燃焼開始までに混合気から冷却水に移動する熱との割合をあらかじめ調整係数Ｋ０として求めておくことで、放熱量ＱＬｎをより正確に推定可能となる。

ステップＳ１０８において、混合気熱量算出部１０２は、内部ＥＧＲガス熱量ＱＧｎと、吸気熱量ＱＡｎと、放熱量ＱＬｎとの関係から、混合気が有する熱量を、混合気熱量Ｑｎとして算出し、ステップＳ１０９へと進む。

ここで、混合気熱量Ｑｎは、以下の（式６）に従って算出される。
Ｑｎ＝ＱＧｎ＋ＱＡｎ−ＱＬｎ （式６）

このように、内燃機関の制御装置における混合気熱量算出部１０２は、ステップＳ１０３〜Ｓ１０８の処理に相当する混合気熱量算出処理を実行することで、今回のサイクルで現在の設定閉弁時期ＥＶＣｎに対応する混合気熱量Ｑｎを算出することができる。なお、ここでは、混合気熱量Ｑｎをより正確に推定すべく、ステップＳ１０７が設けられている場合を例示したが、ステップＳ１０７が設けられていなくてもよい。この場合、混合気熱量Ｑｎは、内部ＥＧＲガス熱量ＱＧｎと吸気熱量ＱＡｎとの和に相当する。

ステップＳ１０９において、混合気熱量変化率算出部１０３は、前回のサイクルで生成された最適設定閉弁時期に対応する混合気熱量Ｑｎ−１に対して、ステップＳ１０８で算出された混合気熱量Ｑｎ（すなわち、現在の設定閉弁時期ＥＶＣｎに対応する混合気熱量Ｑｎ）がどのように変化したかを示す指標である混合気熱量変化率Ｅｎを算出する。

ここで、混合気熱量変化率Ｅｎは、以下の（式７）に従って算出される。
Ｅｎ＝｛（Ｑｎ−Ｑｎ−１）／Ｑｎ−１｝×１００ （式７）

なお、前回のサイクルで生成された最適設定閉弁時期に対応する混合気熱量Ｑｎ−１は、後述するステップＳ１１２で記憶部１０６に記憶されたデータであるが、この詳細については後述する。

このように、内燃機関の制御装置における混合気熱量変化率算出部１０３は、ステップＳ１０９の処理に相当する混合気熱量変化率算出処理を実行することで、前回のサイクルで生成された最適設定閉弁時期に対応する混合気熱量に対して、ステップＳ１０８で算出された混合気熱量がどのように変化したかを示す指標である混合気熱量変化率を算出することができる。

ステップＳ１１０において、最適設定閉弁時期生成部１０４は、混合気熱量変化率Ｅｎの絶対値｜Ｅｎ｜があらかじめ設定された基準値（０％以上の値）以下であるか否かを判定する。ステップＳ１１０において、最適設定閉弁時期生成部１０４は、絶対値｜Ｅｎ｜が基準値以下である（すなわち、ＹＥＳ）と判定した場合には、ステップＳ１１１へと進む。

一方、ステップＳ１１０において、最適設定閉弁時期生成部１０４は、絶対値｜Ｅｎ｜が基準値よりも大きい（すなわち、ＮＯ）と判定した場合には、ステップＳ１１３において、混合気熱量変化率Ｅｎが正の値であるか否かを判定する。

ステップＳ１１３において、最適設定閉弁時期生成部１０４は、混合気熱量変化率Ｅｎが正の値である（すなわち、ＹＥＳ）と判定した場合には、ステップＳ１１４において、現在の設定閉弁時期ＥＶＣｎを遅角側に補正し、ステップＳ１０３へと戻る。この場合、現在の設定閉弁時期ＥＶＣｎを、このように遅角側に補正した後の設定閉弁時期に置き換えて更新した後、ステップＳ１０３以降の処理が再び実行される。すなわち、このように遅角側に補正した更新後の設定閉弁時期を用いて、ステップＳ１０３以降の処理が再び実行される。

一方、最適設定閉弁時期生成部１０４は、混合気熱量変化率Ｅｎが負の値である（すなわち、ＮＯ）と判定した場合には、ステップＳ１１５において、現在の設定閉弁時期ＥＶＣｎを進角側に補正し、ステップＳ１０３へと戻る。この場合、現在の設定閉弁時期ＥＶＣｎを、このように進角側に補正した後の設定閉弁時期に置き換えて更新した後、ステップＳ１０３以降の処理が再び実行される。すなわち、このように進角側に補正した更新後の設定閉弁時期を用いて、ステップＳ１０３以降の処理が再び実行される。

このように、絶対値｜Ｅｎ｜が基準値よりも大きく、混合気熱量変化率Ｅｎが正の値の場合には、前回のサイクルの混合気熱量Ｑｎ−１に対して、今回のサイクルの混合気熱量Ｑｎが大きく増加する方向に変化していることとなる。すなわち、今回のサイクルにおいて、現在の設定閉弁時期ＥＶＣｎのままで排気弁１４を閉弁すると、前回のサイクルに対して、圧縮時の混合気温度が高くなり、結果として、混合気熱量が過剰であることによる過早燃焼が発生しうる。したがって、このような過早燃焼を抑制するために、ステップＳ１１４では、今回のサイクルの混合気熱量Ｑｎを前回のサイクルの混合気熱量Ｑｎ−１に近づくように減少させるべく、現在の設定閉弁時期ＥＶＣｎを遅角側に補正している。

一方、絶対値｜Ｅｎ｜が基準値よりも大きく、混合気熱量変化率Ｅｎが負の値の場合には、前回のサイクルの混合気熱量Ｑｎ−１に対して、今回のサイクルの混合気熱量Ｑｎが大きく減少する方向に変化していることとなる。すなわち、今回のサイクルにおいて、現在の設定閉弁時期ＥＶＣｎのままで排気弁１４を閉弁すると、前回のサイクルに対して、圧縮時の混合気温度が低くなり、混合気熱量不足による燃焼不安定化または失火が発生しうる。したがって、このような燃焼不安定化および失火を抑制するために、ステップＳ１１５では、今回のサイクルの混合気熱量Ｑｎを前回のサイクルの混合気熱量Ｑｎ−１に近づくように増加させるべく、現在の設定閉弁時期ＥＶＣｎを進角側に補正している。

また、ステップＳ１１０において、絶対値｜Ｅｎ｜が基準値以下（すなわち、ＹＥＳ）と判定されるまで、ステップＳ１１４またはステップＳ１１５で補正することで現在の設定閉弁時期ＥＶＣｎを更新する処理と、現在の設定閉弁時期ＥＶＣｎを更新した後のステップＳ１０３〜Ｓ１１０の処理とが繰り返される。したがって、最終的には、絶対値｜Ｅｎ｜が基準値以下となる設定閉弁時期ＥＶＣｎが得られる。換言すると、前後のサイクルにおける圧縮時の混合気熱量の変化率が許容範囲内に収まる設定閉弁時期ＥＶＣｎが得られる。

ステップＳ１１１において、最適設定閉弁時期生成部１０４は、現在の設定閉弁時期ＥＶＣｎを前記最適設定閉弁時期として生成し、ステップＳ１１２へと進む。ステップＳ１１１が実行されれば、可変動弁機構制御部１０５は、今回のサイクルで生成された最適設定閉弁時期で排気弁１４が閉まるように、排気弁駆動制御装置１６を制御する。

ステップＳ１１２において、最適設定閉弁時期生成部１０４は、次回のサイクルでの制御に備えて、ステップＳ１１１で最適設定閉弁時期が生成されたときにステップＳ１０８で算出されていた混合気熱量Ｑｎを、混合気熱量Ｑｎ−１として記憶部１０６に記憶し、今回のサイクルにおける一連の処理を終了する。このように、今回のサイクルで生成された最適設定閉弁時期に対応する混合気熱量Ｑｎを記憶部１０６に記憶しておくことで、この混合気熱量Ｑｎは、次回のサイクルにおいて、ステップＳ１０９の処理が実行されるときに用いられる。

このように、内燃機関の制御装置における最適設定閉弁時期生成部１０４は、ステップＳ１１４およびＳ１１５の処理に相当する閉弁時期補正処理と、補正後の設定閉弁時期を用いた、混合気熱量算出処理および混合気熱量変化率算出処理とを繰り返すことで、混合気熱量変化率が許容範囲内に収まるような最適設定閉弁時期を生成することができる。

なお、あらかじめ設定された基準値は、適宜設計することができ、具体的には、例えば、制御の対象となる内燃機関の仕様ごとに、実験により適正値を見つけることで設計することができる。特に、発明者が本願発明を実際の内燃機関に適用して実験したところ、基準値が３％以上１０％以下の値となるように設計することが望ましいことを確認した。

また、現在の設定閉弁時期を遅角側または進角側に補正する際の補正量は、適宜設計することができ、具体的には、例えば、制御の対象となる内燃機関の仕様ごとに、実験により適正値を見つけることで設計することができる。

以上、本実施の形態１によれば、前後のサイクル間で混合気熱量がどのように変化したかを示す指標である混合気熱量変化率に基づいて、内部ＥＧＲガス量を調整する排気弁の閉弁時期を適正に制御可能な構成を備える。

具体的には、混合気熱量変化率があらかじめ設定された許容範囲内にあるか否かを判定する判定処理を実行し、混合気熱量変化率が許容範囲内にあると判定した場合には、現在の設定閉弁時期を最適設定閉弁時期として生成し、混合気熱量変化率が許容範囲内にないと判定した場合には、混合気熱量変化率が許容範囲内に収まる方向に現在の設定閉弁時期を補正することで補正後の設定閉弁時期を生成し、現在の設定閉弁時期を補正後の設定閉弁時期として更新する最適化処理を実行し、混合気熱量変化率が許容範囲内にあると判定するまで、混合気熱量算出処理、混合気熱量変化率算出処理、判定処理および最適化処理を繰り返し実行する構成を備える。

また、混合気熱量変化率の絶対値があらかじめ設定された０％以上の基準値以下である場合、混合気熱量変化率が許容範囲内にあると判定し、混合気熱量変化率の絶対値が基準値よりも大きく、かつ、混合気熱量変化率が正である場合、混合気熱量変化率が許容範囲内にないと判定し、現在の設定閉弁時期を遅角側に補正し、混合気熱量変化率の絶対値が基準値よりも大きく、かつ、混合気熱量変化率が負である場合、混合気熱量変化率が許容範囲内にないと判定し、現在の設定閉弁時期を進角側に補正する。

これにより、常に安定的な燃焼状態、すなわち、常に安定した内燃機関の軸出力を得ることができるので、圧縮時の混合気温度の過剰な高温化によるノッキングの発生および圧縮時の混合気温度の過剰な低温化による失火の発生を抑制することができる。また、内燃機関としての出力応答性を低下させることなく、常に安定した燃焼状態を維持することができる。

実施の形態２．
先の実施の形態１では、混合気熱量変化率の絶対値が基準値以下となる最適設定閉弁時期を生成するように構成する場合について説明した。これに対して、本発明の実施の形態２では、前後のサイクル間での燃焼負荷の大小関係に応じて前後のサイクル間での混合気熱量を増加あるいは減少させるように調整されているとともに混合気熱量変化率の絶対値が基準値以下となる最適設定閉弁時期を生成するように構成する場合について説明する。

ここで、燃焼負荷が小さい定常燃焼の場合と比べて、燃焼負荷が大きい定常燃焼では、一般的に、燃焼室５に残留する内部ＥＧＲガスの温度および排気管２３を流れる燃焼ガスの排気温度が高いので、混合気温度が過剰に高くならないように、排気弁１４の閉弁時期を遅角側に補正することで、燃焼室５に残留させる内部ＥＧＲガス量を少なくする必要がある。

また、燃焼負荷が小さい燃焼状態から大きい燃焼状態に変化する過渡状態においては、燃焼負荷が小さい状態で発生した温度の低い燃焼ガスが燃焼室５に内部ＥＧＲガスとして残留するので、燃焼負荷が大きい定常燃焼の場合と比べて混合気温度が低くなる傾向がある。

そこで、以上の考察を踏まえて、発明者が、実験等を行い鋭意検討した結果、このように燃焼負荷が増加する過渡状態では、燃焼負荷が変化する前の前回のサイクルにおける混合気熱量Ｑｎ−１に対して、燃焼負荷が変化した後の今回のサイクルにおける混合気熱量Ｑｎが許容範囲内で増加するように制御することで、混合気温度を高い状態にするように適正に制御する必要があることが明らかになった。

一方、燃焼負荷が減少する過渡状態では、燃焼負荷が変化する前の前回のサイクルにおける混合気熱量Ｑｎ−１に対して、燃焼負荷が変化した後の今回のサイクルにおける混合気熱量Ｑｎが許容範囲内で減少するように制御することで、混合気温度を過剰に高温化させないように適正に制御する必要があることが明らかになった。

そこで、本実施の形態２では、混合気熱量変化率に加えて、前後のサイクル間での燃焼負荷の変化も併せて考慮して最適設定閉弁時期を生成するように構成している。

次に、本実施の形態２における内燃機関の制御装置について、図３Ａ、３Ｂを参照しながら説明する。図３Ａ、３Ｂは、本発明の実施の形態２における内燃機関の制御装置の動作を示すフローチャートである。なお、本実施の形態２における内燃機関については、先の実施の形態１で示した構成と同様であるので詳細な説明を省略する。また、図３Ａ、３Ｂは、１つのフローチャートを２つの図面に分けて記載したもので、図３Ａに記載の部分と、図３Ｂに記載の部分とは続いている。

また、本実施の形態２における内燃機関の制御装置は、ステップＳ２０１〜Ｓ２０９を順次実行するが、このステップＳ２０１〜Ｓ２０９については、先の実施の形態１で示したステップＳ１０１〜１０９の処理内容と同様であるので詳細な説明を省略する。

今回のサイクルの制御が開始されると、ステップＳ２０１〜ステップＳ２０９が順次実行された後、ステップＳ２１０が実行される。

ステップＳ２１０において、最適設定閉弁時期生成部１０４は、今回のサイクルのステップＳ２０１で取得された燃焼負荷Ｐｎが、前回のサイクルのステップＳ２０１で取得された燃焼負荷Ｐｎ−１以上であるか否かを判定する。すなわち、ステップＳ２０１では、前回のサイクルと比べて、今回のサイクルでの燃焼負荷がどのように変化したかを確認している。

ステップＳ２１０において、最適設定閉弁時期生成部１０４は、燃焼負荷Ｐｎが燃焼負荷Ｐｎ−１以上である（すなわち、ＹＥＳ）と判定した場合には、ステップＳ２１１へと進み、燃焼負荷Ｐｎが燃焼負荷Ｐｎ−１未満である（すなわち、ＮＯ）と判定した場合には、ステップＳ２１７へと進む。

ステップＳ２１１において、最適設定閉弁時期生成部１０４は、混合気熱量変化率Ｅｎが０％以上であるか否かを判定する。ステップＳ２１１において、最適設定閉弁時期生成部１０４は、混合気熱量変化率Ｅｎが０％以上である（すなわち、ＹＥＳ）と判定した場合には、ステップＳ２１２へと進み、混合気熱量変化率Ｅｎが０％未満である（すなわち、ＮＯ）と判定した場合には、ステップＳ２１６へと進む。

ステップＳ２１２において、最適設定閉弁時期生成部１０４は、絶対値｜Ｅｎ｜が基準値以下であるか否かを判定する。ステップＳ２１２において、最適設定閉弁時期生成部１０４は、絶対値｜Ｅｎ｜が基準値以下である（すなわち、ＹＥＳ）と判定した場合には、ステップＳ２１３へと進み、絶対値｜Ｅｎ｜が基準値よりも大きい（すなわち、ＮＯ）と判定した場合には、ステップＳ２１５へと進む。

ステップＳ２１５において、最適設定閉弁時期生成部１０４は、現在の設定閉弁時期ＥＶＣｎを遅角側に補正し、ステップＳ２０３へと戻る。この場合、現在の設定閉弁時期ＥＶＣｎを、このように遅角側に補正した後の設定閉弁時期に置き換えて更新した後、ステップＳ２０３以降の処理が再び実行される。すなわち、このように遅角側に補正した更新後の設定閉弁時期を用いて、ステップＳ２０３以降の処理が再び実行される。

このように、前回のサイクルと比べて、今回のサイクルでの燃焼負荷が増加した場合において、絶対値｜Ｅｎ｜が基準値よりも大きく、混合気熱量変化率Ｅｎが正の値である場合には、前回のサイクルの混合気熱量Ｑｎ−１に対して、今回のサイクルの混合気熱量Ｑｎが大きく増加する方向に変化していることとなる。したがって、先の実施の形態１と同様に、ステップＳ２１５では、今回のサイクルの混合気熱量Ｑｎを前回のサイクルの混合気熱量Ｑｎ−１に近づくように減少させるべく、現在の設定閉弁時期ＥＶＣｎを遅角側に補正している。

ステップＳ２１６において、最適設定閉弁時期生成部１０４は、現在の設定閉弁時期ＥＶＣｎを進角側に補正し、ステップＳ２０３へと戻る。この場合、現在の設定閉弁時期ＥＶＣｎを、このように進角側に補正した後の設定閉弁時期に置き換えて更新した後、ステップＳ２０３以降の処理が再び実行される。すなわち、このように進角側に補正した更新後の設定閉弁時期を用いて、ステップＳ２０３以降の処理が再び実行される。

このように、前回のサイクルと比べて、今回のサイクルでの燃焼負荷が増加した場合において、混合気熱量変化率Ｅｎが負の値である場合には、前回のサイクルの混合気熱量Ｑｎ−１に対して、今回のサイクルの混合気熱量Ｑｎが減少する方向に変化していることとなる。ここで、前述したように、前回のサイクルと比べて、今回のサイクルでの燃焼負荷が増加した場合では、混合気熱量Ｑｎ−１に対して、混合気熱量Ｑｎが許容範囲内で増加するように制御する必要がある。したがって、ステップＳ２１６では、混合気熱量Ｑｎ−１に対して混合気熱量Ｑｎを増加するように変化させるべく、現在の設定閉弁時期ＥＶＣｎを進角側に補正している。

ステップＳ２１７において、最適設定閉弁時期生成部１０４は、混合気熱量変化率Ｅｎが０％以下であるか否かを判定する。ステップＳ２１７において、最適設定閉弁時期生成部１０４は、混合気熱量変化率Ｅｎが０％以下である（すなわち、ＹＥＳ）と判定した場合には、ステップＳ２１８へと進み、混合気熱量変化率Ｅｎが０％よりも大きい（すなわち、ＮＯ）と判定した場合には、ステップＳ２２０へと進む。

ステップＳ２１８において、最適設定閉弁時期生成部１０４は、絶対値｜Ｅｎ｜が基準値以下であるか否かを判定する。ステップＳ２１８において、最適設定閉弁時期生成部１０４は、絶対値｜Ｅｎ｜が基準値以下である（すなわち、ＹＥＳ）と判定した場合には、ステップＳ２１３へと進み、絶対値｜Ｅｎ｜が基準値よりも大きい（すなわち、ＮＯ）と判定した場合には、ステップＳ２１９へと進む。

ステップＳ２１９において、最適設定閉弁時期生成部１０４は、現在の設定閉弁時期ＥＶＣｎを進角側に補正し、ステップＳ２０３へと戻る。この場合、現在の設定閉弁時期ＥＶＣｎを、このように進角側に補正した後の設定閉弁時期に置き換えて更新した後、ステップＳ２０３以降の処理が再び実行される。すなわち、このように進角側に補正した更新後の設定閉弁時期を用いて、ステップＳ２０３以降の処理が再び実行される。

このように、前回のサイクルと比べて、今回のサイクルでの燃焼負荷が減少した場合において、絶対値｜Ｅｎ｜が基準値よりも大きく、混合気熱量変化率Ｅｎが負の値である場合には、前回のサイクルの混合気熱量Ｑｎ−１に対して、今回のサイクルの混合気熱量Ｑｎが大きく減少する方向に変化していることとなる。したがって、先の実施の形態１と同様に、ステップＳ２１９では、今回のサイクルの混合気熱量Ｑｎを前回のサイクルの混合気熱量Ｑｎ−１に近づくように増加させるべく、現在の設定閉弁時期ＥＶＣｎを進角側に補正している。

ステップＳ２２０において、最適設定閉弁時期生成部１０４は、現在の設定閉弁時期ＥＶＣｎを遅角側に補正し、ステップＳ２０３へと戻る。この場合、現在の設定閉弁時期ＥＶＣｎを、このように遅角側に補正した後の設定閉弁時期に置き換えて更新した後、ステップＳ２０３以降の処理が再び実行される。すなわち、このように遅角側に補正した更新後の設定閉弁時期を用いて、ステップＳ２０３以降の処理が再び実行される。

このように、前回のサイクルと比べて、今回のサイクルでの燃焼負荷が減少した場合において、混合気熱量変化率Ｅｎが正の値である場合には、前回のサイクルの混合気熱量Ｑｎ−１に対して、今回のサイクルの混合気熱量Ｑｎが増加する方向に変化していることとなる。ここで、前述したように、前回のサイクルと比べて、今回のサイクルでの燃焼負荷が減少した場合では、混合気熱量Ｑｎが許容範囲内で減少するように制御する必要がある。したがって、ステップＳ２２０では、混合気熱量Ｑｎ−１に対して混合気熱量Ｑｎを減少するように変化させるべく、現在の設定閉弁時期ＥＶＣｎを遅角側に補正している。

ステップＳ２１３およびステップＳ２１４では、先の実施の形態１のステップＳ１１１およびステップＳ１１２と同様の処理が行われ、その後、今回のサイクルにおける一連の処理が終了となる。

このように、内燃機関の制御装置における最適設定閉弁時期生成部１０４は、ステップＳ２１５、Ｓ２１６、Ｓ２１９およびＳ２２０の処理に相当する閉弁時期補正処理と、補正後の設定閉弁時期を用いた、混合気熱量算出処理および混合気熱量変化率算出処理とを繰り返すことで、混合気熱量変化率が許容範囲内に収まり、かつ前後のサイクル間での燃焼負荷の変化も併せて考慮された最適設定閉弁時期を生成することができる。

なお、本実施の形態２では、あらかじめ設定された基準値は、先の実施の形態１と同様に、適宜設計することができ、基準値が３％以上１０％以下の値となるように設計することが望ましい。

また、現在の設定閉弁時期を遅角側または進角側に補正する際の補正量は、適宜設計することができ、具体的には、例えば、制御の対象となる内燃機関の仕様ごとに、実験により適正値を見つけることで設計することができる。

以上、本実施の形態２によれば、先の実施の形態１に対して、今回のサイクルで取得された燃焼負荷が、前回のサイクルで取得された燃焼負荷以上である場合においては、以下のように動作する構成を備える。すなわち、混合気熱量変化率が０％以上であり、かつ、混合気熱量変化率の絶対値があらかじめ設定された０％以上の基準値以下であるとき、混合気熱量変化率が許容範囲内にあると判定する構成を備える。また、混合気熱量変化率が０％以上であり、かつ、混合気熱量変化率の絶対値が基準値よりも大きいとき、混合気熱量変化率が許容範囲内にないと判定し、現在の設定閉弁時期を遅角側に補正する構成を備える。さらに、混合気熱量変化率が０％未満であるとき、混合気熱量変化率が許容範囲内にないと判定し、現在の設定閉弁時期を進角側に補正する構成を備える。

また、今回のサイクルで取得された燃焼負荷が、前回のサイクルで取得された燃焼負荷未満である場合では、以下のように動作する構成を備える。すなわち、混合気熱量変化率が０％以下であり、かつ、混合気熱量変化率の絶対値があらかじめ設定された０％以上の基準値以下であるとき、混合気熱量変化率が許容範囲内にあると判定する構成を備える。また、混合気熱量変化率が０％以下であり、かつ、混合気熱量変化率の絶対値が基準値よりも大きいとき、混合気熱量変化率が許容範囲内にないと判定し、現在の設定閉弁時期を進角側に補正する構成を備える。さらに、混合気熱量変化率が０％よりも大きいとき、混合気熱量変化率が許容範囲内にないと判定し、現在の設定閉弁時期を遅角側に補正する構成を備える。

これにより、先の実施の形態１と比べて、より安定的な燃焼状態、すなわち、より安定した内燃機関の軸出力を得ることができるので、過早燃焼によるノッキングの発生および失火の発生をより抑制することができる。

なお、先の実施の形態１、２では、火花点火制御を伴う内燃機関に対して本願発明を適用する場合を例示したが、これに限定されず、火花点火制御を伴わない内燃機関（例えば、圧縮自己着火燃焼によって動作する内燃機関）に対しても本願発明を適用可能である。

また、本願発明を車両に搭載された内燃機関に対して適用する場合、吸入空気の温度などの違いも混合気温度に影響を及ぼすと考えられる。したがって、例えば、燃焼室５に対して設けられた筒内圧力センサ２２等を用いて燃焼反応速度または燃焼安定性を求め、求めた結果も併せて考慮することで、排気弁１４の閉弁時期を補正するように構成してもよい。

１ 出力軸クランク、２ コネクティングロッド、３ ピストン、４ シリンダ、５ 燃焼室、６ 吸気弁、７ 吸気管、８ 燃料噴射弁、９ 燃料供給管、１０ エンジン制御装置、１１ 燃料噴射制御装置、１２ 点火プラグ、１３ 点火エネルギー供給装置、１４ 排気弁、１５ 排気弁駆動機構、１６ 排気弁駆動制御装置、１７ 吸気弁駆動機構、１８ 吸気弁駆動制御装置、１９ タイミングベルト、２０ 軸回転数センサ、２１ 吸気圧センサ、２２ 筒内圧力センサ、２３ 排気管、２４ 排気温度センサ、２５ 排気圧センサ、２６ 吸気温度センサ、１０１ パラメータ取得部、１０２ 混合気熱量算出部、１０３ 混合気熱量変化率算出部、１０４ 最適設定閉弁時期生成部、１０５ 可変動弁機構制御部、１０６ 記憶部。

Claims (7)

1. 排気弁の閉弁時期を変更可能な可変動弁機構を制御するとともに、サイクルごとに、前記排気弁の設定閉弁時期を最適化することで生成された最適設定閉弁時期で前記排気弁が閉まるように前記可変動弁機構を制御する内燃機関の制御装置であって、
   前記内燃機関の排気温度、排気圧、吸気温度および吸気量を取得するパラメータ取得部と、
   現在の設定閉弁時期に応じて燃焼室容積を算出し、算出された前記燃焼室容積と、前記パラメータ取得部によって取得された前記排気温度および前記排気圧との関係から、燃焼室に存在する内部ＥＧＲガスが有する熱量を内部ＥＧＲガス熱量として算出し、前記パラメータ取得部によって取得された前記吸気温度および前記吸気量の関係から、吸入空気が有する熱量を吸気熱量として算出し、算出された前記内部ＥＧＲガス熱量と、算出された前記吸気熱量と関係から、混合気が有する熱量を混合気熱量として算出する第１処理を実行する混合気熱量算出部と、
   前回のサイクルで生成された最適設定閉弁時期に対応する混合気熱量に対して、今回のサイクルで前記現在の設定閉弁時期に対応して前記混合気熱量算出部で算出された前記混合気熱量がどのように変化したかを示す指標である混合気熱量変化率を算出する第２処理を実行する混合気熱量変化率算出部と、
   前記混合気熱量変化率があらかじめ設定された許容範囲内にあるか否かを判定する第３処理を実行し、前記混合気熱量変化率が前記許容範囲内にあると判定した場合には、前記現在の設定閉弁時期を今回のサイクルでの前記最適設定閉弁時期として生成し、前記混合気熱量変化率が前記許容範囲内にないと判定した場合には、前記混合気熱量変化率が前記許容範囲内に収まる方向に前記現在の設定閉弁時期を補正することで補正後の設定閉弁時期を生成し、前記現在の設定閉弁時期を前記補正後の設定閉弁時期として更新する第４処理を実行する最適設定閉弁時期生成部と、
   を備え、
   更新後の前記現在の設定閉弁時期を用いて、前記混合気熱量変化率が前記許容範囲内にあると判定するまで、前記混合気熱量算出部による前記第１処理、前記混合気熱量変化率算出部による前記第２処理、および前記最適設定閉弁時期生成部による前記第３処理、前記第４処理を繰り返し実行する
   内燃機関の制御装置。
2. 前記最適設定閉弁時期生成部は、
   前記混合気熱量変化率の絶対値があらかじめ設定された０％以上の基準値以下である場合、前記混合気熱量変化率が前記許容範囲内にあると判定し、
   前記混合気熱量変化率の絶対値が前記基準値よりも大きく、かつ、前記混合気熱量変化率が正である場合、前記混合気熱量変化率が前記許容範囲内にないと判定し、前記現在の設定閉弁時期を遅角側に補正し、
   前記混合気熱量変化率の絶対値が前記基準値よりも大きく、かつ、前記混合気熱量変化率が負である場合、前記混合気熱量変化率が前記許容範囲内にないと判定し、前記現在の設定閉弁時期を進角側に補正する
   ことで、前記第３処理および前記第４処理を実行する、請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記パラメータ取得部は、前記内燃機関の負荷をさらに取得し、
   前記最適設定閉弁時期生成部は、今回のサイクルで取得された前記負荷が、前回のサイクルで取得された前記負荷以上である場合においては、
   前記混合気熱量変化率が０％以上であり、かつ、前記混合気熱量変化率の絶対値があらかじめ設定された０％以上の基準値以下であるとき、前記混合気熱量変化率が前記許容範囲内にあると判定し、
   前記混合気熱量変化率が０％以上であり、かつ、前記混合気熱量変化率の絶対値が前記基準値よりも大きいとき、前記混合気熱量変化率が前記許容範囲内にないと判定し、前記現在の設定閉弁時期を遅角側に補正し、
   前記混合気熱量変化率が０％未満であるとき、前記混合気熱量変化率が前記許容範囲内にないと判定し、前記現在の設定閉弁時期を進角側に補正する
   ことで、前記第３処理および前記第４処理を実行する、請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記パラメータ取得部は、前記内燃機関の負荷をさらに取得し、
   前記最適設定閉弁時期生成部は、今回のサイクルで取得された前記負荷が、前回のサイクルで取得された前記負荷未満である場合においては、
   前記混合気熱量変化率が０％以下であり、かつ、前記混合気熱量変化率の絶対値があらかじめ設定された０％以上の基準値以下であるとき、前記混合気熱量変化率が前記許容範囲内にあると判定し、
   前記混合気熱量変化率が０％以下であり、かつ、前記混合気熱量変化率の絶対値が前記基準値よりも大きいとき、前記混合気熱量変化率が前記許容範囲内にないと判定し、前記現在の設定閉弁時期を進角側に補正し、
   前記混合気熱量変化率が０％よりも大きいとき、前記混合気熱量変化率が前記許容範囲内にないと判定し、前記現在の設定閉弁時期を遅角側に補正する
   ことで、前記第３処理および前記第４処理を実行する、請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
5. 前記基準値は、３％以上１０％以下の値である
   請求項２から４のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。
6. 前記パラメータ取得部は、前記混合気からの放熱量をさらに取得し、
   前記混合気熱量算出部は、前記放熱量と、前記内部ＥＧＲガス熱量と、前記吸気熱量との関係から前記混合気熱量を算出することで、前記第１処理を実行する、
   請求項１から５のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。
7. 前記パラメータ取得部は、
   前記内燃機関を冷却するための冷却水の流量と、前記内燃機関を冷却する前後における前記冷却水の温度変化との差との関係から前記放熱量を推定することで取得する
   請求項６に記載の内燃機関の制御装置。

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