(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料を噴射する燃料噴射装置と、
燃焼室に形成された燃料と空気との混合気に点火するための点火装置と、
内部ＥＧＲ量に関する情報を検出するＥＧＲ検出部と、
燃焼変動を検出する燃焼変動検出部と、
前記燃焼変動検出部が燃焼変動を検出したとき、前記内部ＥＧＲ量と予め求めた燃焼変動抑制手段判定値を比較判定して、当該比較判定結果に基づき、燃焼変動抑制に有効な手段として、排気弁の閉弁時期を制御する排気弁制御及び前記点火装置の点火時期を制御する点火制御の少なくとも一方を実行する制御部とを備えた
内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記内部ＥＧＲ量が前記燃焼変動抑制手段判定値以下である場合、前記燃焼変動を抑制する手段として前記点火制御が有効であると判定し、前記燃焼変動に応じて点火時期を制御する
請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記内部ＥＧＲ量が前記燃焼変動抑制手段判定値以上である場合、前記燃焼変動を抑制する手段として前記排気弁制御が有効であると判定し、前記燃焼変動に応じて排気弁閉時期を制御する
請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記制御部は、回転数と負荷から燃焼ガス温度を推定し、前記燃焼変動を抑制する手段として前記排気弁制御が有効であると判定した場合に、前記推定した燃焼ガス温度に応じて前記排気弁閉時期を補正する
請求項３に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記制御部は、前記燃焼変動抑制手段判定値として、前記排気弁制御及び前記点火制御の判定にそれぞれ固有の２つの燃焼変動抑制手段判定値を含み、これら２つの燃焼変動抑制手段判定値によって、前記燃焼変動を抑制するために、前記排気弁制御が有効である場合と、前記点火制御が有効である場合と、前記排気弁制御及び前記点火制御の双方が有効である場合のいずれかを実行する
請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
前記制御部は、前記燃焼変動を抑制するための手段として前記排気弁制御が有効であると判定した場合に、燃料噴射装置を制御して、負のオーバーラップ期間中に燃料を噴射させる
請求項１から５のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項７】
前記制御部は、前記燃焼変動を抑制するための手段として前記点火制御が有効であると判定した場合に、前記内部ＥＧＲ量に基づいて前記点火装置の点火エネルギー量を制御する
請求項１、２、又は５に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項８】
前記燃焼変動検出部は、前記内燃機関の回転数検出器で検出する回転数又は前記燃焼室の筒内圧力の変動を燃焼変動として検出する
請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項９】
前記内部ＥＧＲ量が、前記排気弁の閉時期又は前記混合気のＥＧＲ割合で示されるガス量である
請求項１、２、３、又は７に記載の内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃焼室内の予混合気を圧縮して自己着火燃焼をさせる予混合圧縮自己着火式の内燃機関の制御装置に関し、特に、点火装置付近の混合気を火花点火により燃焼させることで生じる温度上昇によって燃焼室の点火装置付近以外の予混合気を圧縮して自己着火燃焼させる内燃機関の制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
予混合圧縮自己着火式内燃機関では、予め混合された空気と燃料の混合気がピストンで圧縮されることで自己着火温度に達して、燃焼室内の複数の箇所で同時に燃焼が開始される。一般的な火花点火式内燃機関では断熱圧縮作用によって混合気の温度を自己着火温度にすることは困難であり、予混合圧縮自己着火式内燃機関では、火花点火式内燃機関よりも高圧縮比とすることで断熱圧縮による温度上昇効果を高めるとともに、燃焼室内に残留させた既燃ガス（以下、内部ＥＧＲガスという。）の熱エネルギーによる混合気の温度上昇効果と、点火装置付近の混合気を燃焼させることで生じる温度上昇と、燃焼圧による温度上昇効果とを利用すること（以下、点火アシストという。）で、混合気温度を自己着火温度に到達させて予混合圧縮自己着火燃焼（以下、ＨＣＣＩ燃焼という。）を実現している。
【０００３】
このＨＣＣＩ燃焼では、燃焼室内の複数の箇所で同時に燃焼が開始されることによる急速燃焼効果としての冷却損失の低減、多量のＥＧＲガスで希釈された混合気や超希薄な混合気での燃焼が実現できることによるポンプ損失の低減や高圧縮比化による高効率化によって、従来の火花点火燃焼（以下、ＳＩ燃焼という。）に比べて燃費が良い。さらに、多量のＥＧＲガスで希釈された混合気や超希薄な混合気を燃焼させた場合には低温燃焼となり、排ガス中のＮＯｘの生成を抑制できる。
【０００４】
ところが、内部ＥＧＲガスと点火アシストによるＨＣＣＩ燃焼では、例えば、エンジンの周囲環境や燃料性状変化や点火アシストによる着火不良によって、一旦燃焼変動が生じると、燃焼ガス温度のばらつきに伴い内部ＥＧＲガス温度もばらつき、ひいては混合気温度もばらついてしまうので次サイクル以降で燃焼変動がさらに大きくなってしまう。
【０００５】
そこで、安定度判定を行い、その結果に応じて点火プラグが燃焼室内の混合気に付与する補助エネルギー量又はエネルギー付与時期を点火制御部で制御するものがある（例えば特許文献１参照）。
また、燃焼状態パラメータが、良好な燃焼状態となる目標値に収束するように内部ＥＧＲガス量と点火時期と燃料噴射時期とを制御するものがある（例えば特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−２０８４２号公報
【特許文献２】特開２０１１−２５２４７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところが、ＨＣＣＩ燃焼の低負荷の運転領域では、燃料量が少なく燃焼ガスが低温となるので、内部ＥＧＲガスの変化量に対して混合気温度の影響は小さく、内部ＥＧＲガス量による混合気温度の制御は比較的行いやすい。
一方、ＨＣＣＩ燃焼領域内の内部ＥＧＲガス量は、図１に示すように、燃料量が少なく燃焼ガス温度が低い低負荷ほどＨＣＣＩ燃焼に適切な混合気温度にするために多量の内部ＥＧＲガスを要するので、超希薄混合気となってしまう。その結果、着火性が低下するので点火アシストによる混合気温度制御は困難となる。
【０００８】
整理すると、低負荷運転領域での混合気温度の制御は内部ＥＧＲガスが有効であるが、着火性が低下する点火アシストによる制御は困難になる。逆に、ＨＣＣＩ燃焼の高負荷の運転領域では、燃料量の増加によって燃焼ガスが高温になるので、図１に示すように高負荷になるほどＨＣＣＩ燃焼に適切な混合気温度にするために内部ＥＧＲガス量を少なく設定している。その結果、点火アシストによる着火性が確保されるので、点火アシストによる混合気温度の制御は比較的行いやすい。
【０００９】
具体的には、点火時期を進角すると燃焼開始時期が早くなるので、燃焼による温度上昇と燃焼圧による温度上昇の効果が高くなり混合気温度は上昇し、逆に、遅角すると混合気温度は低下する。一方で、燃焼ガスが高温となるために少しの内部ＥＧＲガス量変化で混合気温度が大きく変化するので、混合気温度を制御する手段として内部ＥＧＲガスは扱いにくい。
整理すると、高負荷運転領域での混合気温度の制御は点火アシストが有効であるが、内部ＥＧＲガスは混合気温度変化への影響が大きく困難と言える。
【００１０】
上記の特許文献１では、安定度判定に応じて補助エネルギー量や付与時期を制御しているが、図１に示すように中負荷以下の運転領域では多量の内部ＥＧＲガスによって超希薄混合気になるので、火花点火の着火性が悪く燃焼変動を抑制することはできない。
【００１１】
また、特許文献２では、燃焼状態パラメータが良好な燃焼状態となる目標値に収束するように内部ＥＧＲガス量と点火時期と燃料噴射時期を制御しているが、図１に示すように、負荷によって内部ＥＧＲガス量が異なり、内部ＥＧＲガス量が多い低負荷ほど火花点火の着火性が悪く、燃焼ガスが高温となる高負荷ほど内部ＥＧＲガスの変化量に対し混合気温度変化への影響が大きくなる。
このように混合気温度を制御できないか、或いは制御困難な手段を用いるために過不足補正となり、燃焼変動が悪化する虞がある。
【００１２】
ここで、図２に示すように、横軸に内部ＥＧＲガス量及び負荷を取り（負荷は傾向を示すに過ぎないものとして括弧で示す。）、縦軸に点火アシストと内部ＥＧＲガスのそれぞれの混合気温度制御に対する有効性を図２に示すと、図１に示すように低負荷になるほど内部ＥＧＲガス量が増加し、希薄混合気になるので点火アシストの有効性が小さくなるが、一方で内部ＥＧＲガスの有効性が大きくなり、高負荷ほどその逆に点火アシストの有効性が高くなる傾向がある。
【００１３】
この図２から分かるように、それぞれの有効性が低下する中負荷域では、点火アシストの着火不安定による混合気温度ばらつきと内部ＥＧＲガス量による混合気温度ばらつきがサイクル間で生じて、燃焼変動の原因となり易い。その反面、燃焼変動の原因となる混合気温度ばらつきを抑制するに当たり、条件によって異なる内部ＥＧＲガスと点火アシストの２つの有効性を考慮すれば、燃焼変動を抑制できるとも言える。
【００１４】
しかしながら、これらを考慮していない特許文献１と特許文献２では、制御方法を誤り燃焼変動を抑えられないか、或いは燃焼騒音が生じるおそれがある。
なお、前述までは基本的に定常燃焼での燃焼変動に関する現象を述べたが、内部ＥＧＲガス量がほとんどないＳＩ燃焼方式と内部ＥＧＲガス量が多いＨＣＣＩ燃焼方式との切替えでも中負荷と同様の条件が存在し、同様に燃焼変動が生じる。
【００１５】
本発明は、上記のような問題点を解決するものであって、混合気温度に対して有効な制御手段を用いて、燃焼の悪化に伴う燃焼変動や騒音を抑制可能な内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記の目的を達成するため、本発明に係る内燃機関の制御装置は、燃料を噴射する燃料噴射装置と、燃焼室に形成された燃料と空気との混合気に点火するための点火装置と、内部ＥＧＲ量に関する情報を検出するＥＧＲ検出部と、燃焼変動を検出する燃焼変動検出部と、前記燃焼変動検出部が燃焼変動を検出したとき、前記内部ＥＧＲ量と予め求めた燃焼変動抑制手段判定値を比較判定して、当該比較判定結果に基づき、燃焼変動抑制に有効な手段として、排気弁の閉弁時期を制御する排気弁制御及び前記点火装置の点火時期を制御する点火制御の少なくとも一方を実行する制御部とを備えたものである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る内燃機関の制御装置によれば、内部ＥＧＲ量に関する情報に基づいて排気弁制御及び点火制御の少なくとも一方を燃焼変動抑制に有効な手段と判定するので、燃焼の悪化に伴う燃焼変動や騒音を抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】ＨＣＣＩ燃焼定常運転での回転数と負荷に対する内部ＥＧＲガス量の設定を示すグラフ図である。
【図２】内部ＥＧＲガス量（及び負荷）に対する点火アシスト及び内部ＥＧＲガスの混合気温度制御への有効性を示した図である。
【図３】本発明に係る内燃機関の制御装置の各実施の形態に共通な構成例を示した概略図である。
【図４】図３に示すＥＣＵ１６内部で実行される本発明に係る内燃機関の制御装置の実施の形態１及び２による機能ブロック図である。
【図５】ＨＣＣＩ燃焼での回転数と負荷による運転動作点に対する排気弁の基本設定時期を示すＥＣＵ１６内に設けられたメモリマップ図である。
【図６】回転数と負荷による運転動作点に対する燃焼ガス温度を示したメモリマップ図である。
【図７】本発明に係る内燃機関の制御装置の実施の形態１及び２によるＥＣＵ処理のメイン制御（ルーチン）に関するフローチャートである。
【図８】図７に示す燃焼変動を抑制する為の有効な手段を判定する実施の形態１を示すフローチャート（サブルーチン）である。
【図９】排気弁閉時期に対する内部ＥＧＲガス量を示したメモリマップ図である。
【図１０】図７に示す排気弁制御に関するフローチャート（サブルーチン）である。
【図１１】図７に示す点火制御に関するフローチャート（サブルーチン）である。
【図１２】本発明に係る内燃機関の制御装置の実施の形態１で内部ＥＧＲガスによる混合気温度の制御が有効であると判断した場合のタイミングチャートである。
【図１３】本発明に係る内燃機関の制御装置の実施の形態１で点火アシストによる混合気温度の制御が有効であると判断した場合のタイミングチャートである。
【図１４】本発明に係る内燃機関の制御装置の実施の形態２及び３による燃焼変動抑制手段判定値１及び２を説明するためのグラフ図である。
【図１５】図７に示す燃焼変動を抑制する為の有効な手段を判定する実施の形態２を示すフローチャート（サブルーチン）である。
【図１６】本発明に係る内燃機関の制御装置の実施の形態２で内部ＥＧＲガスと点火アシストによる混合気温度の制御が有効であると判断した場合のタイミングチャートである。
【図１７】本発明に係る内燃機関の制御装置の実施の形態３によるＥＣＵ処理のメイン制御（ルーチン）に関するフローチャートである。
【図１８】図１７に示す燃料噴射時期制御に関するフローチャート（サブルーチン）である。
【図１９】点火エネルギー制御も含めた実施の形態４による点火制御に関するフローチャート（サブルーチン）である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明に係る内燃機関の制御装置の実施の形態を、図を参照して詳細に説明する。
まず、本発明の各実施の形態に共通な内燃機関の制御装置の構成を、４サイクル内燃機関を例にとって図３により説明する。
【００２０】
内燃機関本体１にはクランク角センサ２が取り付けられ、クランクシャフト１５が一定角度（例えばクランク回転角１０°）回転する毎にパルス信号を出力し、クランク角度や回転数の算出に用いられる。また、吸気管１３には吸気管圧力を検出する吸気管圧力センサ１４を配置しており、この吸気管圧力センサ１４で検出した圧力から内燃機関の負荷や吸気量が算出され、回転数と合わせて運転動作点が抽出される。
【００２１】
ピストン３は燃焼室４を往復運動し、ピストン３の下降で電子スロットル弁１０によって燃焼室４へ吸入される吸気量を調整した空気が吸気弁５を介して燃焼室４へ供給され、ピストン３の下降に伴い燃料噴射装置９から噴射された燃料と前サイクルの既燃ガスである内部ＥＧＲガスに混合されて高温で均一な予混合気を形成する（吸気行程）。その後、ピストン３の上昇によって混合気を断熱圧縮し、断熱圧縮による混合気温度上昇と、燃焼室４の側面上方に配設された点火装置６の火花点火による温度上昇によって圧縮自己着火燃焼が行われる（圧縮行程）。
【００２２】
その燃焼圧力によってピストン３は下降し、運動エネルギーに変換される（燃焼行程或いは膨張行程）。その後、ピストン３は上昇に転じ、クランク角度に対する排気弁７の閉じるタイミングを制御することで燃焼室４に残す内部ＥＧＲガス量を制御し、不要な既燃ガスは排気弁７を介し排気管８に配置された触媒（図示せず）で浄化し大気に放出される（排気行程）。
【００２３】
排気弁７と吸気弁５は、それぞれの弁を駆動する為の排気動弁機構１２と吸気動弁機構１１を備え、排気弁７と吸気弁５は内燃機関のクランクシャフト１５に連結された排気動弁機構１２内のカムと吸気動弁機構１１内のカムによりクランクシャフト１５の回転に同期して駆動される。さらに、排気動弁機構１２と吸気動弁機構１１はクランクシャフト１５に対するカムの位相（閉弁時期）を連続的に変更可能な位相可変機構を有しており、その作動によって排気弁７の位相を変更することで内部ＥＧＲガス量を制御することができる。具体的には排気弁７の閉じるタイミング（時期）を変更することで行われ、排気弁７の位相を進角側に進めて排気管８に排出される既燃ガス量を減らすことで内部ＥＧＲガス量を増量し、逆に遅角側への操作で排気管８に排出される既燃ガス量を増やすことにより内部ＥＧＲガス量を減量する。
【００２４】
また、車室内等に設けられたエンジンコントロールユニット１６（以下、ＥＣＵと略称する。）は、点火制御、及び排気弁制御等を実行するマイクロコンピュータシステムであり、クランク角センサ２の出力信号に基づいて演算処理を実行する。その演算結果に応じて各種アクチュエータ用制御信号、すなわち、点火装置６、燃料噴射装置９、及び排気動弁機構１２への制御信号を送り、排気動弁機構１２はさらに排気弁７を駆動する。
【００２５】
実施の形態１．
以下、本発明の実施の形態１について、具体的内容を説明する。
図４は、ＥＣＵ１６の処理を実施の形態１及び２に従って示した機能ブロック図であり、予めメモリに記憶した制御プログラム（後述する。）に基づいて各種の演算処理を実行するものである。図４の機能ブロックを、図５及び６に示すメモリマップ（以下、単にマップと称することがある。）を参照して以下に説明する。なお、図４において、括弧付符号（Ｓ〜）で示すものは、後述する制御フローにおける同符号の各ステップＳ〜に対応している。
【００２６】
図４において、まず、燃焼変動を抑制する為の有効手段の判定（Ｓ１０１）を行う。ここでは、排気弁７の目標値Ｅｖ（ｎ）（Ｓ２０６）から、後述するマップ（図９）により、内部ＧＲガス量を算出する（Ｓ２０７）、他方、クランク角センサ２の出力信号によって示される回転数Ｎｅから燃焼変動（ＣＯＶ）の情報に基づき（Ｓ２０２）、燃焼変動抑制手段判定演算（Ｓ１０１）で内部ＥＧＲガス量が燃焼変動抑制手段判定値以上か否かを判定し、以上である場合は混合気温度制御に対して内部ＥＧＲガスが有効であると判定し（排気弁補正フラグＥｖ＿ｆｌａｇ＝１）、以下である場合には点火アシストが有効であると判定する（点火補正フラグＩＧ＿ｆｌａｇ＝１）。この判定結果に基づいて、下記の「排気弁制御」と「点火制御」を実行する。
【００２７】
次に、一点鎖線で囲まれた「排気弁制御」の処理について説明する。
クランク角センサ２と吸気管圧力センサ１４の出力信号から回転数Ｎｅと負荷Ｅｃを算出し（Ｓ２０１）、ＥＣＵ１６に予め実験で決定し格納した図５のマップから排気弁７の基本設定時期Ｅｖｂａｓｅを抽出する（Ｓ３０１）。また、回転数Ｎｅから燃焼変動（ＣＯＶ）の情報として回転数変動を算出し（Ｓ２０２）、この回転数変動に基づき排気弁７の閉弁時期の補正量Ｅｖ＿ｒ１を演算する（Ｓ３０４）。すなわち、燃焼変動は、低温混合気ほど燃焼が不安定となり大きくなるので、混合気がＨＣＣＩ燃焼の可能な適正温度になるよう燃焼変動が大きいほど補正量Ｅｖ＿ｒ１を大きく取る。
【００２８】
さらに、同じ補正量であっても燃焼ガス温度の違いによって混合気温度への影響が変わって来るので、過不足補正を防止するために予め実験で求めた図６のマップから回転数と負荷に基づき抽出した燃焼ガス温度Ｔ＿ＥＧＲ（Ｓ３０３）に応じた係数Ｅｖ＿ｒ２をマップから求め（Ｓ３０４）、この係数Ｅｖ＿ｒ２を補正量Ｅｖ＿ｒ１に乗算して補正量Ｅｖ＿Ｒとする（Ｓ３０４）。
【００２９】
なお、燃焼ガス温度は高負荷ほど燃料量が多く内部ＥＧＲガス量も少ないために高温となる。最終的に、混合気温度を制御するために「燃焼変動抑制手段判定」（Ｓ１０１）で内部ＥＧＲガスが有効であると判定した場合には、排気弁７の基本設定Ｅｖｂａｓｅ（Ｓ３０１）に補正量Ｅｖ＿Ｒを加算して（Ｓ３０５）排気弁７の目標値とし、排気弁７を排気動弁機構１２を介してその目標値に制御することで燃焼変動を抑制する。
一方、燃焼変動抑制手段判定（Ｓ１０１）において、点火アシストによる混合気温度制御の方が有効であると判定した場合には、排気弁７に関する補正量Ｅｖ＿Ｒは前回補正量を保持する。
【００３０】
さらに、点線で囲まれた「点火制御」の処理について説明する。
クランク角センサ２と吸気管圧力センサ１４の出力信号から回転数Ｎｅと負荷Ｅｃを算出し（Ｓ２０１）、ＥＣＵ１６に予め実験で決定し格納したマップから点火時期の基本設定ＳＡｂａｓｅを抽出する（Ｓ４０１）。また、回転数Ｎｅから燃焼変動（ＣＯＶ）として回転数変動を算出し（Ｓ２０２）、回転数変動に基づき点火時期の補正量ＩＧ＿ｒ１を演算する（Ｓ４０３）。燃焼変動は低温混合気ほど燃焼が不安定となり大きくなるので、混合気がＨＣＣＩ燃焼の可能な適正温度になるよう燃焼変動が大きいほど補正量ＩＧ＿ｒ１を大きく設定する。
【００３１】
最終的に、燃焼変動抑制手段判定で点火アシストによる混合気温度の制御が有効であると判定したならば、点火時期基本設定ＳＡｂａｓｅに補正量ＩＧ＿Ｒを加算して（Ｓ４０４）点火時期の目標値ＳＡ（ｎ）とし、点火装置６により点火時期をその設定値に制御することで燃焼変動を抑制する。
一方、内部ＥＧＲガスによる混合気温度制御の方が有効であると判定した場合には、点火時期に関する補正量ＩＧ＿Ｒは前回補正量を保持する。
【００３２】
このように、ＨＣＣＩ燃焼に適切な混合気温度を得る制御手段として内部ＥＧＲガス量に関する情報に基づいて排気弁制御及び点火制御の判定（実施の形態１では一方、実施の形態２，３では少なくとも一方）を行い、その有効な手段を以てＨＣＣＩ燃焼に適切な混合気温度に制御しているので、燃焼を悪化させず、従って燃焼騒音を生じさせることなく燃焼変動を抑制することができる。
【００３３】
図７は本実施の形態のメインとなる制御フローで、例えば４気筒の内燃機関に本実施の形態を適用した場合はクランク角度１８０度毎に対応気筒について実行される。まず、ステップＳ１０１で内部ＥＧＲガス量に基づき燃焼変動を抑制するための有効な手段を判定するために燃焼変動抑制手段判定演算を実行し、その判定結果に応じて、ステップＳ１０２の排気弁制御とステップＳ１０３の点火制御を実行する。なお、「燃焼変動抑制手段」等の「手段」なる語は、「方式」と置き換えても表現できる。
【００３４】
具体的には、内部ＥＧＲガス量が燃焼変動抑制手段判定値以上である場合には混合気温度を制御するための排気弁操作によって内部ＥＧＲガス量を増加させて燃焼変動を抑制し、内部ＥＧＲガス量が燃焼変動抑制手段判定値以下の場合には混合気温度を制御するための点火時期の進角操作によって燃焼変動を抑制する。
【００３５】
まず、図７に示すステップＳ１０１の燃焼変動抑制手段判定演算について図８のフローチャートを用いて詳細に説明する。
図８のステップＳ２０１で、クランク角センサ２の出力信号を基に回転数Ｎｅを演算し、吸気管圧力センサ１４の出力信号を基に負荷Ｅｃを演算する（この演算は、図４では、燃焼変動抑制手段判定演算とは別に示されているが、違いは無い）。ここで算出した回転数をＥＣＵ１６のメモリー領域に１サイクル毎に記録し、ステップＳ２０２で燃焼変動の情報として数サイクル間の回転数変動を算出する。
なお、本実施の形態では回転数変動を燃焼変動に置き換えたが、燃焼室４内に筒内圧力センサを設け、直接、図示平均有効圧力の変動や最大筒内圧力の変動を検出し、燃焼変動としても良い。
【００３６】
次にステップＳ２０３で燃焼変動（ＣＯＶ）が例えば５％とした燃焼変動判定値（Ｊ＿ＣＯＶ）以上かを判定し、燃焼変動が無いと判断された場合、後述する排気弁制御と点火制御による燃焼変動を抑制するための排気弁７と点火時期の補正演算は不要となるので、ステップＳ２０４で排気弁補正フラグをクリアし、続いてステップＳ２０５で点火補正フラグもクリアして、本演算を終了する。
【００３７】
一方、ステップＳ２０３で燃焼変動（ＣＯＶ）が燃焼変動判定値（Ｊ＿ＣＯＶ）以上で燃焼変動があると判断された場合、次のステップＳ２０６で排気弁を閉じる時期（Ｅｖ）を、後述する排気弁制御（ステップＳ１０３）で演算される排気弁目標値（Ｅｖ（ｎ））を基に抽出する。
【００３８】
次にステップＳ２０７で排気弁７の閉時期に対する内部ＥＧＲガス量を示す図９から内部ＥＧＲガス量（Ｑ＿ＥＧＲ）を算出する。排気弁の閉時期が進角であるほど、燃焼室４から排気管８へ排出される既燃ガス量が減るので内部ＥＧＲガス量は増加する。
なお、本実施の形態ではＥＧＲ量に関する情報として内部ＥＧＲガス量を抽出したが、内部ＥＧＲガス量と相関のある排気弁７の閉時期や混合気のＥＧＲ割合（率）としても良い。
【００３９】
次にステップＳ２０８で内部ＥＧＲガス量が、例えば１５０ｍｇとした燃焼変動抑制手段判定値以上か否かを判定し、燃焼変動抑制手段判定値以上であれば、希薄混合気のために点火アシストによる着火性は低下しているので点火時期による混合気温度の制御は困難であり、この条件において有効な手段となる内部ＥＧＲガスによる混合気温度の制御を実行するために、ステップＳ２０９で排気弁補正フラグをセットし、ステップＳ２１０で点火補正フラグをクリアする。
【００４０】
逆に、ステップＳ２０８で内部ＥＧＲガス量が少ないと判定されたら、点火アシストによる混合気温度の制御が有効なので、ステップＳ２１１で点火補正フラグをセットし、ステップＳ２１２で排気弁補正フラグをクリアして、本演算を終了する。
なお、ステップＳ２０８の燃焼変動抑制手段判定値は、負荷及び内部ＥＧＲガス量に対する点火アシストと内部ＥＧＲガスの混合気温度制御への有効性を示した図２で互いの有効性が交差する値であり、予め実験で内部ＥＧＲガス量と点火時期を変化させた時の燃焼状態変化を確認することで容易に求めることができる。
【００４１】
次に、図７のステップＳ１０１で得た燃焼変動を抑制するための有効手段の判定結果に基づいて実行するステップＳ１０２の排気弁制御について、図１０のフローチャートを参照して説明する。
【００４２】
まず、ステップＳ３０１で排気弁の基本設定Ｅｖｂａｓｅを、予め実験で求めた図５のマップから回転数Ｎｅと負荷Ｅｃを基に抽出する。
次に、ステップＳ３０２で燃焼変動抑制手段判定演算において内部ＥＧＲガス量が燃焼変動抑制手段判定値以上の場合にセットされる排気弁補正フラグＥｖ＿ｆｌａｇがセットされているか否かを判定し、セットされているのであれば、ステップＳ３０３に進み、予め実験で求めた図６のマップから回転数と負荷に対する燃焼ガス温度Ｔ＿ＥＧＲを抽出する。
【００４３】
続いて、次のステップＳ３０４で次式を用いて排気弁の進角補正量のＥｖ＿Ｒを演算し、ステップＳ３０５で排気弁７の基本設定Ｅｖｂａｓｅに排気弁７の進角補正量Ｅｖ＿Ｒを反映させた排気弁７の目標値Ｅｖ（ｎ）を演算し、本演算を終了する。
Ｅｖ＿Ｒ＝Ｅｖ＿ｒ１（ＣＯＶ）＊Ｅｖ＿ｒ２（Ｔ＿ＥＧＲ）
・・・・・（式１）
【００４４】
なお、Ｅｖ＿ｒ１（ＣＯＶ）は燃焼変動（ＣＯＶ）と相関のある補正量で燃焼変動が大きければ大きいほど補正量を大きく設定する。さらに同じような燃焼変動でも燃焼ガス温度によって適切な補正量が変わって来るので、燃焼ガス温度に応じた係数Ｅｖ＿ｒ２（Ｔ＿ＥＧＲ）を乗算することで過不足補正を防止している。この係数Ｅｖ＿ｒ２（Ｔ＿ＥＧＲ）は、燃焼ガス温度が高いほど混合気温度の変化量が大きく過剰補正となってしまうので、小さな値に設定してある。
【００４５】
一方、ステップＳ３０２で排気弁補正フラグがセットされていないのであれば、燃焼変動抑制手段判定演算で混合気温度制御に対する排気弁補正の必要がないか、或いは有効でないと判定しているので、ステップＳ３０４の排気弁補正量演算を回避し、ステップＳ３０５で排気弁７の基本設定Ｅｖｂａｓｅに前回の補正量を加算した値を目標値として、本演算を終了する。
【００４６】
このように、内部ＥＧＲガス量が燃焼変動抑制手段判定値以上で内部ＥＧＲガスによる混合気温度の制御が有効であると判断した場合に、燃焼変動（ＣＯＶ）と燃焼ガス温度（Ｔ＿ＥＧＲ）に応じた排気弁制御を有効な手段として、混合気をＨＣＣＩ燃焼に適切な混合気温度に制御しているので、燃焼を悪化させることなく燃焼変動を抑制することができる。
【００４７】
次に、図７のステップＳ１０１で得た燃焼変動を抑制するための有効手段の判定結果に基づいて実行するステップＳ１０３の点火制御について、図１１のフローチャートを用いて説明する。
まず、ステップＳ４０１で回転数Ｎｅと負荷Ｅｃに基づいて基本点火時期ＳＡｂａｓｅを算出する。次に、ステップＳ４０２で燃焼変動抑制手段判定（Ｓ１０１）において内部ＥＧＲガス量が燃焼変動抑制手段判定値以下の場合に“１”にセットされる点火補正フラグＩＧ＿ｆｌａｇがセットされているか否かを判定し、セットされているのであれば、ステップＳ４０３に進み、燃焼変動（ＣＯＶ）と相関のある補正量で燃焼変動が大きいほど大きく設定した進角補正量ＩＧ＿Ｒを演算し、次のステップＳ４０４で基本点火時期ＳＡｂａｓｅを進角補正量ＩＧ＿Ｒで補正した値を点火時期の目標値ＳＡ（ｎ）＝ＳＡｂａｓｅ＋ＩＧ＿Ｒとして、本演算を終了する。
【００４８】
一方、ステップＳ４０２で点火補正フラグＩＧ＿ｆｌａｇがセットされていないのであれば、燃焼変動抑制手段判定（Ｓ１０１）で点火アシストの補正の必要がないか、或いは有効でないと判定しているので、ステップＳ４０３の点火補正量演算を回避し、ステップＳ４０４で基本点火時期ＳＡｂａｓｅに前回の補正量を反映した値を目標値として、本演算を終了する。
【００４９】
このように、内部ＥＧＲガス量が燃焼変動抑制手段判定値以下で点火アシストによる混合気温度の制御が有効と判断した場合に、点火制御手段による燃焼変動に応じた点火アシストの点火時期制御をその有効な手段として混合気をＨＣＣＩ燃焼に適切な混合気温度に制御しているので、燃焼を悪化させることなく燃焼変動を抑制することができる。
【００５０】
ここで本実施の形態１について、図１２と図１３のタイミングチャートを用いて説明する。
まず、図１２で、内部ＥＧＲガスによる混合気温度の制御が有効であると判断した場合の制御について説明する。
エンジンの周囲環境、燃料性状変化や点火アシストによる着火不良によって、図１２のａ１のように燃焼状態が不安定となり燃焼変動が悪化したら、ＥＧＲ量に関する情報として抽出した内部ＥＧＲガス量が燃焼変動抑制手段判定値以上であるのかを判定し、このタイミングチャートでは内部ＥＧＲガス量の方が多いので排気弁補正フラグをセットする（ｂ１）。
【００５１】
燃焼変動を抑制するために、内部ＥＧＲガスによる混合気温度の制御が有効であると判定した（ｂ１）ので、排気弁７の基本設定に対して燃焼変動と燃焼ガス温度に応じた補正を演算することで排気弁７の目標値として排気弁７の閉弁時期Ｅｖ（ｎ）を進角操作する（ｃ１）。その操作によって内部ＥＧＲガス量が増加するので（ｄ１）、混合気温度は上昇して燃焼が安定する（ｅ１）。燃焼変動が燃焼変動判定値以下になれば、補正をする必要がないので、排気弁補正フラグをクリアして（ｆ１）、それ以降は排気弁の設定を保持する。
【００５２】
次に図１３のタイミングチャートを用いて点火アシストによる混合気温度の制御が有効であると判定した場合の制御について説明する。
エンジンの周囲環境、燃料性状変化や点火アシストによる着火不良によって、図１３のａ２のように燃焼状態が不安定となり燃焼変動が悪化したら、ＥＧＲ量に関する情報として抽出した内部ＥＧＲガス量が燃焼変動抑制手段判定値以上であるかを判定し、本タイミングチャートでは内部ＥＧＲガス量の方が少ないので点火補正フラグをセットする（ｂ２）。
【００５３】
燃焼変動を抑制するために、点火アシストによる混合気温度の制御が有効であると判断した（ｂ２）ので、点火時期の基本設定に対して燃焼変動に応じた点火時期の進角操作（ｃ２）を行う。この操作によって、燃焼開始時期が早くなるので燃焼による温度上昇と燃焼圧による温度上昇の効果が高くなり混合気温度は上昇して燃焼が安定する。燃焼変動が燃焼変動判定値以下になれば（ｄ２）、補正をする必要がないので、点火補正フラグをクリアして（ｅ２）、それ以降は点火時期の設定を保持する。
【００５４】
以上のように、内部ＥＧＲ量に基づいて排気弁制御及び点火制御の一方を燃焼変動を抑制するために有効な手段と判定し、その有効な手段を以てＨＣＣＩ燃焼に適切な混合気温度になるように制御しているので、燃焼を悪化させることなく燃焼変動を抑制することができる。
【００５５】
実施の形態２．
上記の実施の形態１では燃焼変動を抑制するために有効な手段として、内部ＥＧＲガス及び点火アシストのいずれか一方を選択し、さらに、その有効な手段を以てＨＣＣＩ燃焼に適切な混合気温度に制御することで燃焼変動を抑制したが、エンジン周辺環境がより低温になったり、より着火性の悪い燃料が供給された場合には、特に個々の有効性が低くなる内部ＥＧＲガス量で燃焼変動がより大きくなる虞がある。
【００５６】
内部ＥＧＲガス量（及び負荷）に対する点火アシストと内部ＥＧＲガスの混合気温度制御への有効性を示した図２で、実施の形態１では互いの有効性が交差するところを燃焼変動抑制手段判定値とすることを想定したが、燃焼変動抑制手段判定値近傍には図１４の斜線部ＡとＢで示すように、混合気温度制御に対する内部ＥＧＲガスと点火アシストの個々の有効な範囲は実施の形態１の燃焼変動抑制手段判定値よりも広く、各手段（排気弁制御及び点火制御）からさらなる効果を引き出すことが可能である。
【００５７】
そこで、実施の形態２では、図１４に示すように燃焼変動抑制手段毎に固有の、計２つの燃焼変動抑制手段判定値１及び２を設定し、個々の有効性が低くなる内部ＥＧＲガス量で互いを補填することで燃焼変動を抑制するものである。
ここでは実施の形態１と同じである点火制御と排気弁制御については説明を割愛し、相違点である燃焼変動抑制手段判定演算について図１５を用いて説明する。ただし、図１５でも実施の形態１との相違点は、手段毎に燃焼変動抑制手段判定値１及び２を設け、それぞれの判定値でそれぞれの手段が混合気温度の制御に対して有効な手段であるか否かの判定を行うステップＳ５０８からステップＳ５１３であり、それ以外は実施の形態１と同じ内容なので説明を割愛する。
【００５８】
すなわち、ステップＳ５０８で内部ＥＧＲガス量が燃焼変動抑制手段判定値１以上であるかを判定し、以上である場合にはステップＳ５０９で排気弁補正フラグをセットし、以下である場合にはステップＳ５１０で排気弁補正フラグをクリアする。さらにステップＳ５１１で内部ＥＧＲガス量が燃焼変動抑制手段判定値２以下であるかを判定し、以下である場合にはステップＳ５１２で点火補正フラグをセットし、以上である場合にはステップＳ５１３で点火補正フラグをクリアして、本演算を終了する。
従って、燃焼変動抑制手段判定値１及び２の間に内部ＥＧＲガス量が在るときには、排気弁制御及び点火制御の両方が実行されることになる。
【００５９】
なお、燃焼変動抑制手段判定値１及び燃焼変動抑制手段判定値２に関し、図１４で各燃焼変動抑制手段の有効性が低下し有効性が最少となるところの内部ＥＧＲガス量の値として、内部ＥＧＲガスの有効性を判定する燃焼変動抑制手段判定値１は実施の形態１の燃焼変動抑制手段判定値より小さい値であり、点火アシストの有効性を判定する燃焼変動抑制手段判定値２は実施の形態１の燃焼変動抑制手段判定値より大きい値となる。
【００６０】
次に図１６のタイミングチャートを用いて内部ＥＧＲガスと点火アシストによる混合気温度の制御が有効であると判断した場合の制御について説明する。
エンジンの周囲環境、燃料性状変化や点火アシストによる着火不良によって、図１６のａ３のように燃焼状態が不安定となり燃焼変動が悪化したら、ＥＧＲ量に関する情報として抽出した内部ＥＧＲガス量が燃焼変動抑制手段判定値１以上であるか否かを判定し、以上である場合は混合気温度の制御に対して内部ＥＧＲガスが有効であると判断し、内部ＥＧＲガス量を調整する為の排気弁制御を許可するために排気弁補正フラグをセットする（ｂ３）。
【００６１】
さらに、内部ＥＧＲガス量が燃焼変動抑制手段判定値２以下であるかを判定し、以下である場合は混合気温度の制御に対して点火アシストが有効であると判断し、点火時期を調整する為の点火制御を許可するために点火補正フラグもセットする（ｃ３）。ここでは、燃焼変動を抑制するために、点火時期の基本設定に対して燃焼変動に応じた点火時期の進角操作（ｄ３）を行うとともに、排気弁７の基本設定時期に対して燃焼変動と燃焼ガス温度に応じた補正を演算することで排気弁７を進角操作する（ｅ３）。
【００６２】
この排気弁操作による内部ＥＧＲガス量の増加（ｆ３）と点火時期の進角により、混合気温度は上昇して燃焼が安定して行く（ｇ３）。燃焼変動が燃焼変動判定値Ｊ＿ＣＯＶ以下になれば、補正をする必要がないので、排気弁補正フラグと点火フラグをそれぞれクリアして（ｈ３）、それ以降はそれぞれの設定を保持する（ｉ３）。
【００６３】
以上のように、混合気温度制御に対して点火アシストと内部ＥＧＲガスのそれぞれの有効性が得られる最大範囲となるように個々に燃焼変動抑制手段判定値を設定することで、個々の有効性が低くなる内部ＥＧＲガス量において互いで補填するので、燃焼変動を抑制することができる。
【００６４】
実施の形態３．
上記の実施の形態１と実施の形態２では内部ＥＧＲガス及び点火アシストの少なくともいずれか一方が混合気の温度制御に対して有効であることを前提条件として説明したが、エンジン周辺の環境が氷点下など、より悪化した条件を想定すると、いずれの手段も混合気の温度制御に対して効果が小さい虞もある。例えば、吸気温度が低下した場合、それに伴い混合気温度も低下するのでそれを補うために内部ＥＧＲガス量の増加制御及び／或いは点火アシストの点火時期の進角制御が行われる。
【００６５】
しかしながら、吸気温度の低下が大きければ大きいほど内部ＥＧＲガス量を増加しても混合気温度の上昇効果は小さく、良好なＨＣＣＩ燃焼が可能な混合気温度に達しないために燃焼変動を抑えられない。さらに、内部ＥＧＲガス量が増加すればするほどより一層の超希薄混合気となり、着火性が低下するので点火アシストの効果が得られる条件が狭くなり、点火アシストでも燃焼変動を抑えられない。
【００６６】
この実施の形態３は、このような悪条件でも内部ＥＧＲガス及び点火アシストによる混合気温度の制御を可能とするためのもので、その点火制御と燃料の噴射時期制御について説明する。
燃焼変動を抑えられない主要因は、内部ＥＧＲガス量の大幅な増加とそれに伴う点火アシストの着火性低下にあるので、具体的には、内部ＥＧＲガス量の増量を抑えるために燃料噴射時期制御によって排気行程から吸気行程で排気弁７と吸気弁５がともに閉じている負のオーバーラップ期間中に燃料を噴射することと（以下、ＮＶＯ噴射という。）、点火アシストの着火性を向上するために点火制御によって点火エネルギーを制御することで、燃焼変動を抑制する。
【００６７】
なお、ＮＶＯ噴射では冷却損失となる熱を燃料の気化で回収して混合気温度を高めることができるので、その分、良好なＨＣＣＩ燃焼を行うために必要な内部ＥＧＲガス量の増量を抑えることができる。また、点火制御では、点火装置への通電時間を長くすることで点火装置内の点火コイルに蓄積されるエネルギーを増加させて点火出力を上げるので、超希薄混合気での着火性を向上することができる。
【００６８】
図１７は、本実施の形態３のメイン制御フローを示し、ステップＳ６０１からステップＳ６０３で実行される燃焼変動抑制手段判定、排気弁制御、及び点火制御に加えて、ステップＳ６０４で燃料噴射時期制御が実行されるが、この実施の形態３では、実施の形態１及び２と同じである燃焼変動抑制手段判定と排気弁制御については説明を割愛し、主な相違点である点火制御と新たに追加する燃料噴射時期制御ステップＳ６０４を中心に説明する。
【００６９】
図１８は、ステップＳ６０４の燃料噴射時期制御を示すもので、ステップＳ７０１で排気弁補正フラグがセットされているかを判定し、セットされていれば、ステップＳ７０２でＮＶＯ噴射を実行する。一方、ステップＳ７０１でセット条件が成立していないのであれば、ステップＳ７０３で燃料噴射時期を回転数と負荷に基づいて算出した基本燃料噴射時期として、本演算を終了する。
【００７０】
以上のように、燃焼変動を抑えられない要因である内部ＥＧＲガス量の大幅な増加とそれに伴う点火アシストの着火性低下に対して、混合気温度を高める効果のあるＮＶＯ噴射を実行することで、良好なＨＣＣＩ燃焼が可能な混合気温度にするための内部ＥＧＲガスの必要量を抑制することができるので、点火アシストの着火性悪化を抑制し、燃焼変動を抑制することができる。
【００７１】
実施の形態４．
次に、図１９を用いて通電時間による点火エネルギー制御も含めた点火制御を説明する。ただし、実施の形態１及び２との相違点は、通電時間の制御を追加したステップＳ８０４からステップＳ８０６であり、それ以外の点火時期設定に関するステップＳ８０１からステップＳ８０３及びステップＳ８０７は同じ内容なので説明を割愛する。
【００７２】
ステップＳ８０２で点火補正フラグがセットされていれば、ステップＳ８０４で回転数に基づいた基本通電時間を抽出し、ステップＳ８０５で基本通電時間に内部ＥＧＲガス量に応じた補正量を加算し、最終的な通電時間とする。この補正量は、内部ＥＧＲ量が多いほど混合気が希薄であり着火性が悪化するので、通電時間が長くなるように大きく設定される。
【００７３】
一方で、ステップＳ８０２でセット条件が成立していないのであれば、ステップＳ８０６で通電時間を基本設定として、本演算を終了する。
なお、本実施の形態では、点火アシストの着火性を確保するための点火エネルギーの制御として通電時間で点火エネルギーの制御を行ったが、目標点火時期近傍での複数回の火花放電や燃焼室に複数個の点火装置を設けて多点点火とするなど、点火エネルギーを変更できる手段に適応することができる。
【００７４】
以上のように、燃焼変動を抑えられない要因である内部ＥＧＲガス量の大幅な増加に伴う点火アシストの着火性低下に対して、基本通電時間に内部ＥＧＲガス量に応じた補正を行うことで点火アシストの着火性悪化を抑制できるので、燃焼変動を抑制することができる。
【符号の説明】
【００７５】
１  内燃機関本体、２  クランク角センサ、３  ピストン、４  燃焼室、５  吸気弁、６  点火装置、７  排気弁、８  排気管、９  燃料噴射装置、１０  電子スロットル弁、１１  吸気動弁機構、１２  排気動弁機構、１３  吸気管、１４  吸気管圧力センサ、１５  クランクシャフト、１６  ＥＣＵ。
【要約】
【課題】燃焼の悪化に伴う燃焼変動や騒音を抑制することができる内燃機関の制御装置を提供する。
【解決手段】内部ＥＧＲガス量に基づいて燃焼変動に有効な手段を判定し、その判定結果に基づいて、排気弁制御及び点火制御の少なくとも一方を実行する。例えば、内部ＥＧＲガス量が燃焼変動抑制手段判定値以上である場合には混合気温度を制御するための排気弁操作によって内部ＥＧＲガス量を増加させて燃焼変動を抑制し、内部ＥＧＲガス量が燃焼変動抑制手段判定値以下の場合には混合気温度を制御するための点火時期の進角操作によって燃焼変動を抑制する。
【選択図】図４【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
0005855288.tif 000018
【図１８】
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【図１９】
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