JP5840249B2 - 圧縮自己着火内燃機関の制御装置および制御方法 - Google Patents

Description

この発明は、燃焼室内に形成された燃料と空気との混合気を、ピストンの圧縮作用によって自己着火燃焼させる圧縮自己着火内燃機関の制御装置および制御方法に関する。

従来から、圧縮自己着火燃焼運転を実行するに当たり、所定の運転領域において、排気弁の閉弁時期と吸気弁の開弁時期とを変更することにより、排気上死点の前後に排気弁および吸気弁の双方が閉じている密閉期間を生じさせ、既燃ガスを燃焼室に残留させる技術が知られている。

また、内燃機関の過渡運転状態においても、常に安定した圧縮自己着火性および良好な燃費を確保するために、機関負荷、機関回転数、機関排気温度に応じて、密閉期間の長さを調整制御することで、排気温度の変動によって、圧縮上死点付近での筒内混合気温度が変化することにより、圧縮自己着火開始時期や燃焼期間が変化し、燃焼が不安定になることを防止することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００２−１２９９９１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。
まず、密閉期間の長さを調整制御するためには、排気弁の閉弁時期と吸気弁の開弁時期とを制御する必要があることから、排気弁および吸気弁の動作は、排気弁開弁前に設定される。また、排気弁および吸気弁の動作は、動作設定時の機関負荷、機関回転数等の各状態量に基づいて設定される。

ところが、過渡運転状態においては、排気弁および吸気弁の動作設定時から、実際の吸気時までの間にも、スロットル変化により吸気管圧力が変化する場合が多く、実際に吸気される吸気量は、排気弁および吸気弁の動作設定時の目標吸気量とは異なる。特に、機関負荷が大きく変わる過渡運転状態では、吸気量の差が顕著となる。

ここで、特許文献１に記載された発明では、筒内の混合気温度が適正となるように、燃焼室に残留する既燃ガス量と吸気量とのバランスを、密閉期間の長さで調整している。しかしながら、上述したように、過渡運転状態では、実際の吸気量が目標吸気量と異なるので、混合気温度を適正に制御することができず、特に、機関負荷が大きく変わる過渡運転状態において、燃焼が悪化するという問題がある。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、内燃機関の過渡運転状態においても、安定した圧縮自己着火性および良好な燃費を確保することができる圧縮自己着火内燃機関の制御装置および制御方法を得ることを目的とする。

この発明に係る圧縮自己着火内燃機関の制御装置は、燃焼室内に形成された燃料と空気との混合気を、ピストンの圧縮作用によって自己着火燃焼させるとともに、排気上死点の前後において、燃焼室に設けられた排気弁および吸気弁の双方が閉じている密閉期間を生じさせ、既燃ガスを燃焼室に残留させる圧縮自己着火内燃機関の制御装置であって、圧縮自己着火内燃機関の回転数を検出する回転数検出部と、圧縮自己着火内燃機関の吸気管の吸気管圧力を検出する吸気管圧力検出部と、吸気管圧力に基づいて、次回の吸気行程におけるあらかじめ定められた時期の吸気管圧力を、吸気管圧力推定値として推定する吸気管圧力推定部と、回転数および吸気管圧力推定値に基づいて、排気弁の閉弁時期を設定する排気弁閉弁時期設定部と、圧縮自己着火内燃機関の排気管を通過する排気ガスの温度を検出する排気ガス温度検出部と、回転数および吸気管圧力推定値に応じて定まる、定常運転状態における排気ガス温度および残留既燃ガス量と、排気ガス温度検出部で検出された排気ガス温度とに基づいて、目標残留既燃ガス量を算出する目標残留既燃ガス量演算部と、を備え、排気弁閉弁時期設定部は、目標残留既燃ガス量に基づいて、排気弁の閉弁時期を設定するものである。

また、この発明に係る圧縮自己着火内燃機関の制御方法は、燃焼室内に形成された燃料と空気との混合気を、ピストンの圧縮作用によって自己着火燃焼させるとともに、排気上死点の前後において、燃焼室に設けられた排気弁および吸気弁の双方が閉じている密閉期間を生じさせ、既燃ガスを燃焼室に残留させる圧縮自己着火内燃機関の制御方法であって、圧縮自己着火内燃機関の回転数を検出する回転数検出ステップと、圧縮自己着火内燃機関の吸気管の吸気管圧力を検出する吸気管圧力検出ステップと、吸気管圧力に基づいて、次回の吸気行程におけるあらかじめ定められた時期の吸気管圧力を、吸気管圧力推定値として推定する吸気管圧力推定ステップと、回転数および吸気管圧力推定値に基づいて、排気弁の閉弁時期を設定する排気弁閉弁時期設定ステップと、圧縮自己着火内燃機関の排気管を通過する排気ガスの温度を検出する排気ガス温度検出ステップと、回転数および吸気管圧力推定値に応じて定まる、定常運転状態における排気ガス温度および残留既燃ガス量と、排気ガス温度検出部で検出された排気ガス温度とに基づいて、目標残留既燃ガス量を算出する目標残留既燃ガス量演算ステップと、を有し、排気弁閉弁時期設定ステップは、目標残留既燃ガス量に基づいて、排気弁の閉弁時期を設定するものである。

この発明に係る圧縮自己着火内燃機関の制御装置および制御方法によれば、排気弁閉弁時期設定部（ステップ）は、回転数検出部（ステップ）で検出された圧縮自己着火内燃機関の回転数と、吸気管圧力推定部（ステップ）で推定された、次回の吸気行程におけるあらかじめ定められた時期の吸気管圧力推定値とに基づいて、密閉期間を生じさせるための排気弁の閉弁時期を設定する。
すなわち、次回の吸気時の吸気管圧力を推定し、その吸気管圧力に対応する吸気量に応じた既燃ガス量が残留するように排気弁の閉弁時期を設定しているので、過渡運転状態に対して混合気温度を適正に保ち、燃焼が不安定になることを防止することができる。
そのため、内燃機関の過渡運転状態においても、安定した圧縮自己着火性および良好な燃費を確保することができる。

この発明の実施の形態１に係る圧縮自己着火内燃機関の制御装置を含むシステム全体を示す構成図である。 この発明の実施の形態１に係る圧縮自己着火内燃機関の制御装置の動作（前段）を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態１に係る圧縮自己着火内燃機関の制御装置の動作（後段）を示すフローチャートである。 （ａ）、（ｂ）は、この発明の実施の形態１に係る圧縮自己着火内燃機関の制御装置における吸気管圧力の推定方法を示す説明図である。 この発明の実施の形態１に係る圧縮自己着火内燃機関の制御装置におけるクランク角と燃焼室容積との関係を示す説明図である。 この発明の実施の形態２に係る圧縮自己着火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。 この発明の実施の形態２に係る圧縮自己着火内燃機関の制御装置における残留既燃ガス量の差分と排気弁の閉弁時期の補正量との関係を示す説明図である。 この発明の実施の形態２に係る圧縮自己着火内燃機関の制御装置における残留既燃ガスと燃焼室壁面とが接する時間および排気ガス温度と排気弁の閉弁時期の補正量との関係を示す説明図である。

以下、この発明に係る圧縮自己着火内燃機関の制御装置および制御方法の好適な実施の形態につき図面を用いて説明するが、各図において同一、または相当する部分については、同一符号を付して説明する。また、各実施の形態において、圧縮自己着火内燃機関を単に内燃機関とも称する。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る圧縮自己着火内燃機関の制御装置を含むシステム全体を示す構成図である。なお、この発明の実施の形態１に係る圧縮自己着火内燃機関の制御装置は、多気筒の内燃機関を想定しているが、図１では、説明を簡素化するために、多気筒のうち１つの気筒を代表して示している。

図１において、内燃機関１は、円筒形のシリンダ２とピストン３とを備えている。シリンダ２には、ピストン３が、シリンダ２の内部を往復運動可能なように嵌合されている。シリンダ２の上部には、いわゆるペントルーフ型のシリンダヘッド４が固定されており、ピストン３の頂面とシリンダヘッド４の下面との間に燃焼室５が形成されている。

ピストン３の下側には、クランク軸６が配置され、クランク軸６とピストン３とを連結するコネクティングロッド７を介して、ピストン３の往復運動が回転運動に変換される。クランク軸６の外周には、内燃機関１の回転数を検出するクランク角センサ８（回転数検出部）が設けられ、クランク角センサ８の出力は、制御装置３０に送信される。

シリンダヘッド４の中央部には、燃焼室５内に燃料を噴射する燃料噴射弁９が配置され、燃料噴射弁９の近傍には、混合気に点火する点火プラグ１０が配置されている。ここで、燃料噴射弁９および点火プラグ１０は、制御装置３０からの駆動信号に応じて駆動される。

また、シリンダヘッド４には、２本の吸気管１１および２本の排気管１２（図１には、それぞれ１本のみ示している）が接続され、吸気管１１は、吸気弁１３を介して、排気管１２は、排気弁１４を介してそれぞれ燃焼室５内に通じている。吸気弁１３および排気弁１４の開閉時期は、シリンダヘッド４に配設され、制御装置３０からの駆動信号に応じて駆動されるバルブタイミング可変機構１５によって制御される。

吸気管１１の上流部には、スロットル弁１６が配置され、スロットル弁１６は、スロットルアクチュエータ１７により駆動される。このスロットルアクチュエータ１７は、アクセルペダル１８の踏み込み度合を検出するアクセルポジションセンサ１９の出力に基づく制御装置３０からの駆動信号に応じて駆動される。

また、吸気管１１におけるスロットル弁１６の下流側には、吸気管１１内の圧力を検出する吸気管圧力センサ２０（吸気管圧力検出部）が設けられ、吸気管圧力センサ２０の出力は、制御装置３０に送信される。

排気管１２には、排気管１２を通過する排気ガスの温度を検出する排気ガス温度センサ２１（排気ガス温度検出部）が設けられ、排気ガス温度センサ２１の出力は、制御装置３０に送信される。また、排気管１２の下流部には、排気ガスを浄化する排気ガス浄化触媒２２が設けられている。

制御装置３０は、演算処理をするＣＰＵ（図示せず）と、プログラムデータや固定値データを記録するメモリを有するマイクロコンピュータ（図示せず）と、各種信号の入出力を行うＩ／Ｏインターフェース（図示せず）とで構成されている。また、制御装置３０は、吸気管圧力推定部３１、目標残留既燃ガス量演算部３２および排気弁閉弁時期設定部３３を有している。

制御装置３０は、上述したクランク角センサ８、アクセルポジションセンサ１９、吸気管圧力センサ２０および排気ガス温度センサ２１の出力に基づいて、燃料噴射弁９からの燃料噴射量、火花点火燃焼時における点火プラグ１０の点火時期、バルブタイミング可変機構１５を介しての吸気弁１３および排気弁１４の開閉時期、スロットル弁１６の開度を設定する。

具体的には、例えば、制御装置３０は、アクセルポジションセンサ１９の出力値に基づいて、スロットル駆動信号を生成し、スロットルアクチュエータ１７に送信する。スロットルアクチュエータ１７は、このスロットル駆動信号に応じてスロットル弁１６の開度を制御する。

以下、図２、３のフローチャートを参照しながら、上記構成の圧縮自己着火内燃機関の制御装置の動作について説明する。図２および図３は、この発明の実施の形態１に係る圧縮自己着火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。図２に示す制御ルーチンは、図１に示した制御装置３０において、所定のクランク角（例えば、排気弁開弁前）に開始される。

まず、所定のクランク角となり、制御ルーチンが開始されると、内燃機関１の回転数Ｎｅおよび吸気管１１の吸気管圧力ＰＢがそれぞれ検出されて、制御装置３０に読み込まれる（ステップＳ１０１）。このとき、吸気管圧力ＰＢは、制御装置３０のメモリに記憶される。

続いて、回転数Ｎｅおよび吸気管圧力ＰＢに基づいて、実施する燃焼モードが火花点火（ＳＩ）燃焼モードであるか否かが判定される（ステップＳ１０２）。なお、制御装置３０には、回転数および吸気管圧力に応じて、火花点火（ＳＩ）燃焼と圧縮自己着火（ＨＣＣＩ）燃焼のどちらを実施するかがあらかじめマップ設定されている。

ステップＳ１０２において、実施する燃焼モードがＳＩ燃焼モードである（すなわち、Ｙｅｓ）と判定された場合には、回転数Ｎｅおよび吸気管圧力ＰＢに基づいて、吸気弁１３および排気弁１４の開閉時期が設定される（ステップＳ１０３）。なお、制御装置３０には、回転数および吸気管圧力に応じた標準運転状態（定常運転状態）ＳＩ燃焼での吸気弁１３および排気弁１４の開閉時期があらかじめマップ設定されている。

次に、回転数Ｎｅおよび吸気管圧力ＰＢに基づいて、燃料噴射弁９の燃料噴射量および燃料噴射時期が設定される（ステップＳ１０４）。なお、制御装置３０には、回転数および吸気管圧力に応じた定常運転状態ＳＩ燃焼での燃料噴射量および燃料噴射時期があらかじめマップ設定されている。

続いて、回転数Ｎｅおよび吸気管圧力ＰＢに基づいて、点火プラグ１０の点火時期が設定され（ステップＳ１０５）、図２の処理を終了する。なお、制御装置３０には、回転数および吸気管圧力に応じた定常運転状態ＳＩ燃焼での点火時期があらかじめマップ設定されている。この設定に基づき、燃料噴射弁９から燃料が噴射され、点火プラグ１０によって混合気が点火されて火花点火燃焼が実行される。

一方、ステップＳ１０２において、実施する燃焼モードがＳＩ燃焼モードでなく、ＨＣＣＩ燃焼モードである（すなわち、Ｎｏ）と判定された場合には、図３の処理（ステップＳ１１０）に進む。

まず、回転数Ｎｅおよび吸気管圧力ＰＢに基づいて、吸気弁１３および排気弁１４の開閉時期が設定される（ステップＳ１１０）。なお、制御装置３０には、回転数および吸気管圧力に応じた標準運転状態（定常運転状態）ＨＣＣＩ燃焼での吸気弁１３および排気弁１４の開閉時期があらかじめマップ設定されている。

続いて、ステップＳ１１０で設定された吸気弁１３の開閉時期の中間が、所定クランク角ＣＡＰ（あらかじめ定められた時期）に設定される（ステップＳ１１１）。

次に、吸気管圧力推定部３１により、吸気管圧力ＰＢに基づいて、次回の吸気行程における所定クランク角ＣＡＰでの吸気管圧力ＰＢ’（吸気管圧力推定値）が推定される（ステップＳ１１２）。

以下、図４を参照しながら吸気管圧力ＰＢ’の推定方法について説明する。図４（ａ）、（ｂ）は、この発明の実施の形態１に係る圧縮自己着火内燃機関の制御装置における吸気管圧力の推定方法を示す説明図であり、（ａ）は、クランク角ＣＡ（横軸）と吸気管圧力検出値（縦軸）との関係を示し、（ｂ）は、クランク角ＣＡ（横軸）と吸排気弁リフト量（縦軸）との関係を示している。

図４（ａ）において、ＰＢは、ステップＳ１０１で読み込まれた吸気管圧力であり、読み込みを行った所定のクランク角をＣＡ１と表している。また、ＰＢ０は、前回検出してメモリに記憶されている吸気管圧力であり、読み込みを行ったクランク角をＣＡ０と表している。このとき、吸気管圧力ＰＢ’は、ＰＢ、ＰＢ０、ＣＡ１、ＣＡ０、ＣＡＰに基づいて、次式（１）に示すように、直線近似によって求められる。

ＰＢ’＝ＰＢ＋（ＰＢ−ＰＢ０）／（ＣＡ１−ＣＡ０）×（ＣＡＰ−ＣＡ１）
・・・・（１）

ここで、所定クランク角ＣＡＰは、上述したように、吸気弁１３の開閉時期の中間であり、吸気管圧力ＰＢ’は、吸気期間における代表的な吸気管圧力となる。このように、吸気期間における代表的な吸気管圧力を推定することで、後述する次回の吸気行程において必要となる残留既燃ガス量の推定精度を向上させることができる。

続いて、吸気管圧力ＰＢと吸気管圧力ＰＢ’との差分ΔＰＢが所定値以上であるか否かが判定される（ステップＳ１１３）。ここで、所定値は、例えば定常運転状態において、スロットル弁１６の開度のみを徐々に変化させていった場合に、ＨＣＣＩ燃焼が不安定となったときの吸気管圧力と、定常運転状態の吸気管圧力との差分の大きさと設定することができる。

ステップＳ１１３において、差分ΔＰＢが所定値以上でない（すなわち、Ｎｏ）と判定された場合には、図３の処理を終了する。これは、吸気管圧力ＰＢと吸気管圧力ＰＢ’との差分ΔＰＢが所定値よりも小さい場合には、ステップＳ１１０で吸気弁１３の動作を設定したときの目標吸気量と、吸気行程において実際に吸気される吸気量との差が小さく、ＨＣＣＩ燃焼が安定して実施されるので、後述する排気弁１４の閉弁時期の再設定を行う必要がないということである。

一方、ステップＳ１１３において、差分ΔＰＢが所定値以上である（すなわち、Ｙｅｓ）と判定された場合には、ステップＳ１１０で吸気弁１３の動作を設定したときの目標吸気量と、吸気行程において実際に吸気される吸気量との差が大きくなるので、ＨＣＣＩ燃焼が不安定となる。

そこで、この場合には、吸気行程において実際に吸気される吸気量、つまり吸気管圧力ＰＢ’で吸気される吸気量に応じた残留既燃ガス量となるように、排気弁１４の閉弁時期を再設定する処理が実行される。

ここで、上述した排気上死点の前後において、吸気弁１３および排気弁１４の双方が閉じている密閉期間（負のオーバーラップ期間）によって燃焼室５内に残る既燃ガスは、前回の機関サイクルの燃焼ガスなので、過渡運転状態と定常運転状態とでは、残留既燃ガスの温度が異なる。

そのため、定常運転状態と同様に、安定したＨＣＣＩ燃焼を可能とするには、過渡運転状態と定常運転状態とで、残留既燃ガスが保有する熱量が同じになるように残留ガス量を定める必要がある。

したがって、ここでは、残留既燃ガスの温度と排気ガス温度とが互いに等しいと仮定して、定常運転状態の排気ガス温度および残留既燃ガス量と、実際の排気ガス温度とに基づいて、必要な残留既燃ガス量を算出する。

具体的には、回転数Ｎｅおよび吸気管圧力ＰＢ’に基づいて、定常運転状態での排気ガス温度Ｔｓｔおよび残留既燃ガス量Ｗｓｔが読み込まれる（ステップＳ１１４）、なお、制御装置３０には、回転数および吸気管圧力に応じた定常運転状態での排気ガス温度Ｔｓｔおよび残留既燃ガス量Ｗｓｔがあらかじめマップ設定されている。

次に、目標残留既燃ガス量演算部３２により、前回の機関サイクルの排気行程の所定時期において、排気ガス温度センサ２１から制御装置３０に読み込まれてメモリに記憶されている排気ガス温度Ｔｅｘと、定常運転状態での排気ガス温度Ｔｓｔおよび残留既燃ガス量Ｗｓｔとに基づいて、次式（２）により、両運転状態における残留既燃ガスの熱量が等しくなる目標残留既燃ガス量Ｗが算出される。なお、式（２）において、定常運転状態および過渡運転状態の残留既燃ガスの比熱は、等しいと仮定している。

Ｗ＝Ｗｓｔ×Ｔｓｔ／Ｔｅｘ・・・・（２）

続いて、排気弁閉弁時期設定部３３により、目標残留既燃ガス量Ｗに基づいて、排気弁閉弁時期ＥＶＣが設定される（ステップＳ１１６）。具体的には、まず、気体の状態方程式に基づく次式（３）によって、燃焼室５内に残留する既燃ガス量が目標残留既燃ガス量Ｗとなるときの燃焼室容積Ｖが求められる。なお、式（３）において、Ｒは気体定数、Ｐｅｘは排気圧力、ｍは残留既燃ガスの平均分子量を示している。

Ｖ＝Ｗ×Ｒ×Ｔｅｘ／（Ｐｅｘ×ｍ）・・・・（３）

また、制御装置３０には、回転数および吸気管圧力に応じた定常運転状態での排気弁１４の閉弁時期における排気圧力Ｐｅｘおよび残留既燃ガスの平均分子量ｍがあらかじめマップ設定されており、回転数Ｎｅおよび吸気管圧力ＰＢ’に基づいて、排気圧力Ｐｅｘおよび残留既燃ガスの平均分子量ｍが読み込まれる。

次に、図５に示す圧縮自己着火内燃機関の機構から定まるクランク角と燃焼室容積との関係に基づいて、燃焼室容積Ｖに対応するクランク角が求められ、このクランク角が排気弁閉弁時期ＥＶＣに設定される。

続いて、制御装置３０にあらかじめ設定された燃料噴射量および燃料噴射時期のマップを用いて、回転数Ｎｅおよび吸気管圧力ＰＢ’に基づいて、燃料噴射弁９の燃料噴射量および燃料噴射時期が設定される（ステップＳ１１７）。

この発明の実施の形態１において、上述したように排気弁１４の閉弁時期を設定することにより、過渡運転状態の吸気量変化に対応した既燃ガス量を燃焼室５内に残留させることができるので、過渡運転状態に対して混合気温度を適正に保ち、燃焼が不安定になることを防止することができる。

以上のように、実施の形態１によれば、排気弁閉弁時期設定部は、回転数検出部で検出された圧縮自己着火内燃機関の回転数と、吸気管圧力推定部で推定された、次回の吸気行程におけるあらかじめ定められた時期の吸気管圧力推定値とに基づいて、密閉期間を生じさせるための排気弁の閉弁時期を設定する。
すなわち、次回の吸気時の吸気管圧力を推定し、その吸気管圧力に対応する吸気量に応じた既燃ガス量が残留するように排気弁の閉弁時期を設定しているので、過渡運転状態に対して混合気温度を適正に保ち、燃焼が不安定になることを防止することができる。
そのため、内燃機関の過渡運転状態においても、安定した圧縮自己着火性および良好な燃費を確保することができる。

実施の形態２．
上記実施の形態１では、過渡運転状態と定常運転状態とで燃焼室５内に残る既燃ガスの熱量が等しくなるように、過渡運転状態での目標残留既燃ガス量Ｗを求め、求めた目標残留既燃ガス量Ｗに基づいて排気弁閉弁時期ＥＶＣが設定されている。

ところが、吸気弁１３および排気弁１４の双方が閉じている密閉期間（負のオーバーラップ期間）では、高温の残留既燃ガスが燃焼室５壁面に接することで、残留既燃ガスの熱が奪われて温度が低下する、いわゆる冷却損失が発生する。また、この冷却損失の大きさは、残留既燃ガスの温度、残留既燃ガス量、残留既燃ガスと燃焼室壁面とが接する時間が関連していることが知られている。

なお、過渡運転状態と定常運転状態とでは、上述したように、残留する既燃ガスの温度および量が異なる。また、過渡運転状態と定常運転状態とでは、排気弁１４の閉弁時期が異なるので、既燃ガスと燃焼室壁面とが接する時間が異なる。そのため、過渡運転状態と定常運転状態とでは、負のオーバーラップ期間の冷却損失が異なり、負のオーバーラップ期間終了時の両運転状態における残留既燃ガスが保有する熱量には、差異が生じる。

ここで、この差はそれ程大きなものではないので、ＨＣＣＩ燃焼の安定性を大きく損なうものではないが、燃焼開始時期や燃焼期間が最適ポイントからずれることにより、機関出力が低下する。そこで、この発明の実施の形態２では、負のオーバーラップ期間の冷却損失を考慮して排気弁１４の閉弁時期を設定する。

以下、図６のフローチャートを参照しながら、この発明の実施の形態２に係る圧縮自己着火内燃機関の制御装置の動作について説明する。図６は、この発明の実施の形態２に係る圧縮自己着火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、図３に示したフローチャートとは、ステップＳ２１０、ステップＳ２１１、ステップＳ２１２が追加されていることが異なる。

ここで、ステップＳ２１０では、過渡運転状態と定常運転状態との残留既燃ガスの温度（排気ガス温度）に依存した冷却損失差を考慮して、必要な残留既燃ガス量を補正する処理を行い、ステップＳ２１１およびステップＳ２１２では、それぞれ残留既燃ガス量および残留既燃ガスと燃焼室壁面とが接する時間に依存した冷却損失を考慮して、排気弁１４の閉弁時期を補正する処理を行う。

以下、実施の形態１に対して追加されたこれらのステップＳ２１０、ステップＳ２１１、ステップＳ２１２の処理について詳細に説明する。

ステップＳ２１０では、前回の機関サイクルの排気行程の所定時期において、排気ガス温度センサ２１から制御装置３０に読み込まれてメモリに記憶されている排気ガス温度Ｔｅｘおよび定常運転状態での排気ガス温度Ｔｓｔに基づいて、目標残留既燃ガス量Ｗが補正される。このとき、目標残留既燃ガス量Ｗの補正量ΔＷは、次式（４）で表される。

ΔＷ＝Ｋ（Ｔｅｘ−Ｔｓｔ）／Ｔｅｘ・・・・（４）

なお、式（４）において、Ｋは、熱伝達係数および燃焼室５の形状（表面積）に応じてあらかじめ設定された重み付け係数である。式（４）によれば、排気ガス温度Ｔｓｔに対して排気ガス温度Ｔｅｘが大きい場合には、目標残留既燃ガス量Ｗが増加補正され、排気ガス温度Ｔｓｔに対して排気ガス温度Ｔｅｘが小さい場合には、目標残留既燃ガス量Ｗが減少補正される。

ここで、冷却損失は、残留既燃ガスの温度が高いほど大きいことが知られている。そのため、この補正によれば、定常運転状態に比べて残留既燃ガスの温度が高く（低く）、負のオーバーラップ期間で失う熱量が大きい（小さい）場合には、その分残留させる既燃ガス量を増量（減量）させることで、熱量のバランスを保つことができる。

また、ステップＳ２１１では、目標残留既燃ガス量Ｗと定常運転状態での残留既燃ガス量Ｗｓｔとの関係に基づいて、排気弁１４の閉弁時期が補正される。まず、目標残留既燃ガス量Ｗと定常運転状態での残留既燃ガス量Ｗｓｔとの差分ΔＷが、次式（５）によって算出される。

ΔＷ＝Ｗ−Ｗｓｔ・・・・（５）

また、制御装置３０には、差分ΔＷと排気弁１４の閉弁時期の補正量Ｃｗとの関係が、あらかじめマップ設定されており、差分ΔＷに基づいて、補正量マップから排気弁１４の閉弁時期の補正量Ｃｗが読み込まれる。

図７は、この発明の実施の形態２に係る圧縮自己着火内燃機関の制御装置における残留既燃ガス量の差分ΔＷと排気弁１４の閉弁時期の補正量Ｃｗとの関係を示す説明図である。図７に示されるように、差分ΔＷの絶対値が大きいほど、排気弁１４の閉弁時期の補正量Ｃｗが大きくなる関係となっている。なお、排気弁１４の閉弁時期の補正量Ｃｗが正である場合は進角補正となり、負である場合は遅角補正となる。

図７より、差分ΔＷが正となる、つまり残留既燃ガス量Ｗｓｔに対して目標残留既燃ガス量Ｗが大きい場合には、排気弁１４の閉弁時期がＣｗだけ進角補正され、差分ΔＷが負となる、つまり残留既燃ガス量Ｗｓｔに対して目標残留既燃ガス量Ｗが小さい場合には、排気弁１４の閉弁時期がＣｗだけ遅角補正される。

ここで、燃焼室５内の残留既燃ガスは、排気弁１４の閉弁時から排気上死点にかけてガスが圧縮されることでガス温度が上昇する。また、残留既燃ガス量が多いほど、この上昇量は大きく、排気上死点近傍でのガス温度が高くなる。そのため、排気上死点近傍においては、残留既燃ガス量が多いほど冷却損失が大きくなる。この補正によれば、定常運転状態に比べて残留既燃ガス量が多く（少なく）、負のオーバーラップ期間で失う熱量が大きい（小さい）場合には、その分残留させる既燃ガス量を増量（減量）させることで、熱量のバランスを保つことができる。

また、ステップＳ２１２では、内燃機関１の回転数Ｎｅおよび吸気管圧力推定部３１で推定された吸気管圧力ＰＢ’に基づいて、定常運転状態の排気弁閉弁時期ＥＶＣｓｔが読み込まれ、上述した排気弁閉弁時期ＥＶＣと排気弁閉弁時期ＥＶＣｓｔとの関係に応じて、排気弁１４の閉弁時期が補正される。

なお、排気弁閉弁時期ＥＶＣｓｔは、制御装置３０にあらかじめ設定された、回転数および吸気管圧力と定常運転状態における排気弁１４の閉弁時期との関係を示したマップから読み込まれる。また、排気弁閉弁時期ＥＶＣおよび排気弁閉弁時期ＥＶＣｓｔに基づいて、次式（６）によって、残留既燃ガスと燃焼室壁面とが接する時間Δｔが求められる。なお、式（６）において、Ｎｅは、内燃機関１の回転数である。

Δｔ＝（ＥＶＣ−ＥＶＣｓｔ）／Ｎｅ・・・・（６）

また、制御装置３０には、時間Δｔおよび排気ガス温度Ｔｅｘと排気弁１４の閉弁時期の補正量Ｃｔとの関係が、あらかじめマップ設定されており、時間Δｔに基づいて、補正量マップから排気弁１４の閉弁時期の補正量Ｃｔが読み込まれる。

図８は、この発明の実施の形態２に係る圧縮自己着火内燃機関の制御装置における残留既燃ガスと燃焼室壁面とが接する時間Δｔおよび排気ガス温度Ｔｅｘと排気弁１４の閉弁時期の補正量Ｃｔとの関係を示す説明図である。図８に示されるように、時間Δｔの絶対値が大きいほど、補正量Ｃｔが大きくなるとともに、排気ガス温度Ｔｅｘが大きいほど、補正量Ｃｔが小さくなる関係となっている。なお、補正量Ｃｔが正である場合は進角補正となり、負である場合は遅角補正となる。

図８より、時間Δｔが正となる、つまり排気弁閉弁時期ＥＶＣｓｔに対して排気弁閉弁時期ＥＶＣが進角側に設定されている場合には、排気弁１４の閉弁時期がＣｔだけさらに進角補正され、時間Δｔが負となる、つまり排気弁閉弁時期ＥＶＣｓｔに対して排気弁閉弁時期ＥＶＣが遅角側に設定されている場合には、排気弁１４の閉弁時期がＣｔだけさらに遅角補正される。

ここで、冷却損失は、残留既燃ガスと燃焼室壁面とが接する時間が長いほど大きい。そのため、この補正によれば、定常運転状態に比べて燃焼室壁面と接する時間が長く（短く）、負のオーバーラップ期間で失う熱量が大きい（小さい）場合には、その分残留させる既燃ガス量を増量（減量）させることで、熱量のバランスを保つことができる。

この発明の実施の形態２において、上述したように負のオーバーラップ期間の冷却損失を考慮して排気弁１４の閉弁時期を設定することにより、この発明の実施の形態１に比べて、さらに混合気温度を適正に保つことができ、ＨＣＣＩ燃焼を一層安定させることができる。

１ 圧縮自己着火内燃機関、２ シリンダ、３ ピストン、４ シリンダヘッド、５ 燃焼室、６ クランク軸、７ コネクティングロッド、８ クランク角センサ（回転数検出部）、９ 燃料噴射弁、１０ 点火プラグ、１１ 吸気管、１２ 排気管、１３ 吸気弁、１４ 排気弁、１５ バルブタイミング可変機構、１６ スロットル弁、１７ スロットルアクチュエータ、１８ アクセルペダル、１９ アクセルポジションセンサ、２０ 吸気管圧力センサ（吸気管圧力検出部）、２１ 排気ガス温度センサ（排気ガス温度検出部）、２２ 排気ガス浄化触媒、３０ 制御装置、３１ 吸気管圧力推定部、３２ 目標残留既燃ガス量演算部、３３ 排気弁閉弁時期設定部。

Claims (6)

1. 燃焼室内に形成された燃料と空気との混合気を、ピストンの圧縮作用によって自己着火燃焼させるとともに、排気上死点の前後において、前記燃焼室に設けられた排気弁および吸気弁の双方が閉じている密閉期間を生じさせ、既燃ガスを前記燃焼室に残留させる圧縮自己着火内燃機関の制御装置であって、
   前記圧縮自己着火内燃機関の回転数を検出する回転数検出部と、
   前記圧縮自己着火内燃機関の吸気管の吸気管圧力を検出する吸気管圧力検出部と、
   前記吸気管圧力に基づいて、次回の吸気行程におけるあらかじめ定められた時期の吸気管圧力を、吸気管圧力推定値として推定する吸気管圧力推定部と、
   前記回転数および前記吸気管圧力推定値に基づいて、前記排気弁の閉弁時期を設定する排気弁閉弁時期設定部と、
   前記圧縮自己着火内燃機関の排気管を通過する排気ガスの温度を検出する排気ガス温度検出部と、
   前記回転数および前記吸気管圧力推定値に応じて定まる、定常運転状態における排気ガス温度および残留既燃ガス量と、前記排気ガス温度検出部で検出された排気ガス温度とに基づいて、目標残留既燃ガス量を算出する目標残留既燃ガス量演算部と、を備え、
   前記排気弁閉弁時期設定部は、目標残留既燃ガス量に基づいて、前記排気弁の閉弁時期を設定する
   圧縮自己着火内燃機関の制御装置。
2. 前記排気弁閉弁時期設定部は、
   前記定常運転状態における排気ガス温度よりも、前記排気ガス温度検出部で検出された排気ガス温度の方が高い場合には、前記目標残留既燃ガス量を増加補正することで前記排気弁の閉弁時期を進角補正し、
   前記定常運転状態における排気ガス温度よりも、前記排気ガス温度検出部で検出された排気ガス温度の方が低い場合には、前記目標残留既燃ガス量を減少補正することで前記排気弁の閉弁時期を遅角補正する
   請求項１に記載の圧縮自己着火内燃機関の制御装置。
3. 前記排気弁閉弁時期設定部は、
   前記定常運転状態における残留既燃ガス量よりも、前記目標残留既燃ガス量演算部で演算された目標残留既燃ガス量の方が多い場合には、前記排気弁の閉弁時期を進角補正し、
   前記定常運転状態における残留既燃ガス量よりも、前記目標残留既燃ガス量演算部で演算された目標残留既燃ガス量の方が少ない場合には、前記排気弁の閉弁時期を遅角補正する
   請求項１または請求項２に記載の圧縮自己着火内燃機関の制御装置。
4. 前記排気弁閉弁時期設定部は、
   前記回転数および前記吸気管圧力推定値に応じて定まる、定常運転状態における前記排気弁の閉弁時期が、自身の設定した前記排気弁の閉弁時期よりも進角側に設定されている場合には、前記排気弁の閉弁時期をさらに進角補正し、
   前記定常運転状態における前記排気弁の閉弁時期が、自身の設定した前記排気弁の閉弁時期よりも遅角側に設定されている場合には、前記排気弁の閉弁時期をさらに遅角補正する
   請求項１から請求項３までの何れか１項に記載の圧縮自己着火内燃機関の制御装置。
5. 前記次回の吸気行程におけるあらかじめ定められた時期は、前記吸気弁の開閉時期の中間である
   請求項１から請求項４までの何れか１項に記載の圧縮自己着火内燃機関の制御装置。
6. 燃焼室内に形成された燃料と空気との混合気を、ピストンの圧縮作用によって自己着火燃焼させるとともに、排気上死点の前後において、前記燃焼室に設けられた排気弁および吸気弁の双方が閉じている密閉期間を生じさせ、既燃ガスを前記燃焼室に残留させる圧縮自己着火内燃機関の制御方法であって、
   前記圧縮自己着火内燃機関の回転数を検出する回転数検出ステップと、
   前記圧縮自己着火内燃機関の吸気管の吸気管圧力を検出する吸気管圧力検出ステップと、
   前記吸気管圧力に基づいて、次回の吸気行程におけるあらかじめ定められた時期の吸気管圧力を、吸気管圧力推定値として推定する吸気管圧力推定ステップと、
   前記回転数および前記吸気管圧力推定値に基づいて、前記排気弁の閉弁時期を設定する排気弁閉弁時期設定ステップと、
   前記圧縮自己着火内燃機関の排気管を通過する排気ガスの温度を検出する排気ガス温度検出ステップと、
   前記回転数および前記吸気管圧力推定値に応じて定まる、定常運転状態における排気ガス温度および残留既燃ガス量と、前記排気ガス温度検出部で検出された排気ガス温度とに基づいて、目標残留既燃ガス量を算出する目標残留既燃ガス量演算ステップと、を有し、
   前記排気弁閉弁時期設定ステップは、目標残留既燃ガス量に基づいて、前記排気弁の閉弁時期を設定する
   圧縮自己着火内燃機関の制御方法。

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