(57)【要約】【課題】要求トルクが大きく変化したときでも、各燃焼サイクルにおいて、圧縮着火による安定した燃焼を確保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】カム位相可変機構１０の次回位相ＣＡＥＸ（ｋ＋１）を推定し（図６のステップ１３，１４、図７）、推定された次回位相ＣＡＥＸ（ｋ＋１）に応じて、次回の燃焼サイクルにおける圧縮端温度Ｔ＿ＴＤＣが圧縮着火温度ＴＨＣＣＩになるように、燃料噴射量ＱＩＮＪの設定に用いる補正要求トルクＢＭＥＰＣＯＲを算出する（図６のステップ１５）。これにより、要求トルクＢＭＥＰが大きく変化したときでも、各燃焼サイクルにおいて、圧縮端温度Ｔ＿ＴＤＣを圧縮着火温度ＴＨＣＣＩに精度良く制御でき、ノッキングや失火を抑制しながら、圧縮着火による混合気の燃焼を安定して行うことができる。【選択図】図６
2011220121.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可変動弁装置の作動量に応じて吸気弁および排気弁の少なくとも一方である機関弁の動作特性を変更することにより、気筒内に既燃ガスを残留させる内部ＥＧＲを制御するとともに、前記気筒内に供給された混合気を圧縮着火により燃焼させる内燃機関の制御装置であって、
前記内燃機関に要求される要求トルクを算出する要求トルク算出手段と、
当該算出された要求トルクに応じて、燃料噴射弁から前記気筒に供給すべき燃料噴射量を算出する燃料噴射量算出手段と、
圧縮着火による燃焼を行う際の圧縮端温度の目標となる目標圧縮端温度を設定する目標圧縮端温度設定手段と、
前記算出された要求トルクに応じて、前記目標圧縮端温度が得られるような内部ＥＧＲ量に対応する前記可変動弁装置の作動量の目標となる目標作動量を設定する目標作動量設定手段と、
当該設定された目標作動量に応じて、次回の燃焼サイクルにおける前記可変動弁装置の次回作動量を推定する次回作動量推定手段と、
当該推定された次回作動量に応じて、次回の燃焼サイクルにおける前記圧縮端温度が前記目標圧縮端温度になるように、前記燃料噴射量の算出に用いる要求トルクを補正する要求トルク補正手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
今回の燃焼サイクルにおける前記既燃ガスの温度を取得する既燃ガス温度取得手段をさらに備え、
前記目標作動量設定手段は、前記取得された既燃ガスの温度に応じて、前記可変動弁装置の目標作動量を設定することを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記内燃機関の負荷を検出する負荷検出手段をさらに備え、
前記既燃ガス温度取得手段は、前記既燃ガスの温度を、前記検出された内燃機関の負荷に応じて算出することを特徴とする、請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記燃料噴射弁から前記気筒に供給すべき燃料の噴射時期を算出する燃料噴射時期算出手段をさらに備え、
前記既燃ガス温度取得手段は、前記既燃ガスの温度を、前記算出された燃料噴射時期および燃料噴射量の少なくとも一方に応じて算出することを特徴とする、請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記次回作動量推定手段は、前記可変動弁装置の応答特性に応じて、前記可変動弁装置の前記次回作動量を推定することを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
前記内燃機関は、モータとともに、車両に動力源として搭載されており、
前記要求トルク補正手段により前記要求トルクを補正しているときに、当該補正された要求トルクを補償するように、前記モータの出力を設定するモータ出力設定手段をさらに備えることを特徴とする、請求項１ないし５のいずれか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、気筒内に供給された混合気を圧縮着火により燃焼させる内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の内燃機関の制御装置として、例えば特許文献１に開示されたものが知られている。この内燃機関は、気筒内に供給された混合気を圧縮着火により燃焼させる予混合圧縮着火式のものであり、吸気通路に設けられ、吸気を加熱する熱交換器と、吸気弁および排気弁の開閉時期を互いに独立して変更する可変動弁機構とを備えている。この制御装置では、内燃機関の負荷および回転数に応じ、所定のマップを検索することによって、気筒内の混合気の温度が圧縮着火が可能な範囲にあるか否かを判定する。混合気の温度が圧縮着火が可能な範囲にないときには、熱交換器による吸気の加熱や可変動弁機構による内部ＥＧＲ量の変更を行うことによって、混合気の温度を圧縮着火が可能な範囲内に調整する。
【０００３】
また、従来の他の内燃機関の制御装置として、特許文献２に開示されたものが知られている。この内燃機関は、吸気弁を駆動する吸気カムを高速カムと低速カムに切り換えることによって、吸気弁のリフトおよび開弁期間を変更する可変動弁機構を備えている。この制御装置では、吸気カムを低速カムから高速カムに切り換えたときに、燃料噴射量を所定の割合、減少させる。これにより、空燃比をリーン化し、エンジントルクを補正することで、低速カムから高速カムへの切換に伴うトルクの急激な増加が抑制される。一方、吸気カムを高速カムから低速カムに切り換えたときには、燃料噴射量を所定の割合、増加させる。これにより、空燃比をリッチ化し、エンジントルクを増大させることで、高速カムから低速カムへの切換に伴うトルクの急激な減少が抑制される。また、以上のような吸気カムの切換時における燃料噴射量の増減は、切換指令が出力された後、吸気カムの切換に要する時間に相当する所定時間が経過した時に行われ、この所定時間は、内燃機関の冷却水および吸気の温度に応じて設定される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−３２０９４８号公報
【特許文献２】特開平７−２３３７４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１の制御装置では、熱交換器による吸気の加熱や可変動弁機構による内部ＥＧＲ量の変更に遅れを伴うため、混合気の温度の調整が完了するまでに、混合気の温度が圧縮着火が可能な温度範囲から外れることがあり、その場合には、失火やノッキングが発生しやすくなり、安定した燃焼を確保することができない。特に、要求トルクが大きく変化したときには、そのような不具合の発生期間が長くなってしまう。
【０００６】
また、特許文献２の制御装置では、吸気カムの切換機構の動作遅れを考慮しているものの、吸気カムの切換指令が出力されてから所定時間が経過するまでの間は、燃料噴射量は、切換指令の出力時の値に保持される。このため、例えば、この制御手法を、圧縮着火式の内燃機関において要求トルクが増加したときの内部ＥＧＲ量の制御に適用し、吸気カムを切り換えた場合には、その切換指令が出力されてから所定時間が経過するまでの間は、燃料噴射量が切換指令の出力時の値に保持されるため、内燃機関の圧縮端温度を適切に制御することができず、安定した燃焼を確保することができない。さらに、所定時間が経過した時に、燃料噴射量が急激に変化するので、内燃機関の出力が急激に変動し、ドライバビリティが悪化してしまう。
【０００７】
本発明は、以上のような課題を解決するためになされたものであり、要求トルクが大きく変化したときでも、各燃焼サイクルにおいて、圧縮着火による安定した燃焼を確保することができる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】
【０００８】
上記の目的を達成するために、請求項１に係る発明は、可変動弁装置（実施形態における（以下、本項において同じ）カム位相可変機構１０）の作動量（カム位相ＣＡＥＸ）に応じて吸気弁および排気弁の少なくとも一方である機関弁（排気弁９）の動作特性（開閉タイミング）を変更することにより、気筒３ａ内に既燃ガスを残留させる内部ＥＧＲを制御するとともに、気筒３ａ内に供給された混合気を圧縮着火により燃焼させる内燃機関の制御装置１であって、内燃機関３に要求される要求トルクＢＭＥＰを算出する要求トルク算出手段（ＥＣＵ２、図４のステップ３）と、算出された要求トルクに応じて、燃料噴射弁４から気筒３ａに供給すべき燃料噴射量ＱＩＮＪを算出する燃料噴射量算出手段（ＥＣＵ２、図６）と、圧縮着火による燃焼を行う際の圧縮端温度Ｔ＿ＴＤＣの目標となる目標圧縮端温度Ｔ＿ＴＤＣＣＭＤを設定する目標圧縮端温度設定手段（ＥＣＵ２、図４のステップ１）と、算出された要求トルクＢＭＥＰに応じて、目標圧縮端温度Ｔ＿ＴＤＣＣＭＤが得られるような内部ＥＧＲ量に対応する可変動弁装置の作動量の目標となる目標作動量（目標カム位相ＣＡＥＸＣＭＤ）を設定する目標作動量設定手段（ＥＣＵ２、図４）と、設定された目標作動量に応じて、次回の燃焼サイクルにおける可変動弁装置の次回作動量（次回位相ＣＡＥＸ（ｋ＋１））を推定する次回作動量推定手段（ＥＣＵ２、図６のステップ１３，１４、図７）と、推定された次回の作動量に応じて、次回の燃焼サイクルにおける圧縮端温度Ｔ＿ＴＤＣが目標圧縮端温度Ｔ＿ＴＤＣＣＭＤになるように、燃料噴射量ＱＩＮＪの算出に用いる要求トルクＢＭＥＰを補正する要求トルク補正手段（ＥＣＵ２、図６のステップ１５、図８）と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
この内燃機関によれば、可変動弁装置の作動量に応じて機関弁の動作特性が変更され、それにより、気筒内に既燃ガスを残留させる内部ＥＧＲが制御される。また、気筒内に供給された混合気は圧縮着火により燃焼する。また、この制御装置によれば、算出された要求トルクに応じて、燃料噴射量を算出する。また、要求トルクに応じて、目標圧縮端温度が得られるような内部ＥＧＲ量に対応する可変動弁装置の目標作動量を設定し、設定された目標作動量に応じて、次回の燃焼サイクルにおける可変動弁装置の次回作動量を推定する。そして、推定された次回作動量に応じて、次回の燃焼サイクルにおける圧縮端温度が目標圧縮端温度になるように、燃料噴射量の算出に用いる要求トルクを補正する。
【００１０】
要求トルクが変化したときには、気筒内の圧縮端温度を目標圧縮端温度に保つために、内部ＥＧＲ量を変更することがある。例えば、要求トルクが増加したときには、気筒内に供給される混合気の量が増加し、それに伴って気筒内に発生する燃焼エネルギが増加するので、既燃ガスの温度が高くなる。このため、気筒内の圧縮端温度を目標圧縮端温度に保つためには、内部ＥＧＲ量を減らす必要がある。しかし、内部ＥＧＲ量を制御する可変動弁装置の動作は、不可避的な応答遅れを伴うため、要求トルクが大きく変化したときには、次回の燃焼サイクルまでに要求トルクに応じた内部ＥＧＲ量に制御することができない。本発明によれば、次回の燃焼サイクルにおける可変動弁装置の次回作動量を推定し、推定された次回作動量に応じて、次回の燃焼サイクルにおける圧縮端温度が目標圧縮端温度になるように、燃料噴射量の算出に用いる要求トルクを補正する。これにより、要求トルクが大きく変化したときでも、各燃焼サイクルにおいて、圧縮端温度を目標圧縮端温度に精度良く制御でき、それにより、気筒内に供給された混合気を圧縮着火により安定して燃焼させることができる。
【００１１】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の内燃機関の制御装置１において、今回の燃焼サイクルにおける既燃ガスの温度ＴＥＸを取得する既燃ガス温度取得手段（ＥＣＵ２、図４のステップ４）をさらに備え、目標作動量設定手段は、取得された既燃ガスの温度ＴＥＸに応じて、可変動弁装置の目標作動量を設定する（図４のステップ５，６）ことを特徴とする。
【００１２】
この構成によれば、各燃焼サイクルにおいて、取得された既燃ガスの温度に応じて、可変動弁装置の目標作動量を設定するので、燃焼サイクルごとに変化する既燃ガスの温度をきめ細かく反映させながら、内部ＥＧＲ量を適切に制御することができ、それにより、圧縮端温度を目標圧縮端温度に精度良く制御でき、より安定した圧縮着火による燃焼を確保することができる。
【００１３】
請求項３に係る発明は、請求項２に記載の内燃機関の制御装置１において、内燃機関３の負荷（要求トルクＢＭＥＰ）を検出する負荷検出手段（クランク角センサ２１、アクセル開度センサ２５）をさらに備え、既燃ガス温度取得手段は、既燃ガスの温度ＴＥＸを、検出された内燃機関３の負荷に応じて算出する（図４のステップ４、図５）ことを特徴とする。
【００１４】
内燃機関の負荷は、既燃ガスの温度を良好に反映する。この構成によれば、既燃ガスの温度を、検出された内燃機関の実際の負荷に応じて算出するので、より正確な既燃ガスの温度を取得することができる。したがって、そのようにして取得された正確な既燃ガスの温度が得られるような目標作動量を設定することによって、さらに安定した圧縮着火による燃焼を確保することができる。
【００１５】
請求項４に係る発明は、請求項２に記載の内燃機関の制御装置１において、燃料噴射弁４から気筒３ａに供給すべき燃料の噴射時期ＴＩＮＪを算出する燃料噴射時期算出手段（ＥＣＵ２）をさらに備え、既燃ガス温度取得手段は、既燃ガスの温度ＴＥＸを、算出された燃料噴射時期ＴＩＮＪおよび燃料噴射量ＱＩＮＪの少なくとも一方に応じて算出することを特徴とする
【００１６】
既燃ガスの温度は、燃料噴射時期に応じて変化する。例えば、燃料を、内燃機関の膨張行程において燃料噴射弁から気筒内に供給した場合や、吸気行程に加えて圧縮行程においても供給した場合には、着火から次回の燃焼サイクルを開始するまでの期間が短くなることによって、既燃ガスの温度が高くなる。また、既燃ガスの温度は、燃料噴射量が多いほど、燃焼に用いられる燃料の量が増えるため、より高くなる。この構成によれば、既燃ガスの温度を、算出された燃料噴射時期および燃料噴射量の少なくとも一方に応じて算出するので、より正確な既燃ガスの温度を取得することができる。したがって、さらに安定した圧縮着火による燃焼を確保することができる。
【００１７】
請求項５に係る発明は、請求項１に記載の内燃機関の制御装置１において、次回作動量推定手段は、可変動弁装置の応答特性に応じて、可変動弁装置の次回作動量を推定する（図６のステップ１３，１４、図７）ことを特徴とする。
【００１８】
この構成によれば、可変動弁装置の応答特性に応じて、可変動弁装置の次回作動量を推定するので、応答特性を反映した、より正確な次回作動量を推定することができる。また、そのようにして推定された次回作動量に応じて、圧縮端温度が目標圧縮端温度になるように、燃料噴射量の算出に用いる要求トルクを補正することによって、各燃焼サイクルの圧縮端温度を目標圧縮端温度に適切に制御することができる。
【００１９】
請求項６に係る発明は、請求項１ないし５のいずれかに記載の内燃機関の制御装置１において、内燃機関３は、モータ３１とともに、車両Ｖに動力源として搭載されており、要求トルク補正手段により要求トルクＢＭＥＰを補正しているときに、補正された要求トルクＢＭＥＰを補償するように、モータ３１の出力を設定するモータ出力設定手段（ＥＣＵ２、パワードライブユニット３２、図１０のステップ２１〜２３）をさらに備えることを特徴とする。
【００２０】
この構成によれば、要求トルクが補正されているときに、補正された要求トルクをモータの出力によって補償するので、運転者が要求した出力を確保することができ、ドライバビリティを良好に維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施形態による内燃機関の制御装置を、内燃機関とともに概略的に示す図である。
【図２】カム位相可変機構の概略構成を示す模式図である。
【図３】カム位相可変機構により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。
【図４】目標カム位相の算出処理を示すフローチャートである。
【図５】既燃ガス温度を算出するためのマップである。
【図６】燃料噴射量の算出処理を示すフローチャートである。
【図７】次回位相を算出するためのマップである。
【図８】補正要求トルクを算出するためのマップである。
【図９】燃料噴射量を算出するためのマップである。
【図１０】モータトルクの設定処理を示すフローチャートである。
【図１１】実施形態による内燃機関の制御処理によって得られる動作例を、比較例とともに示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態について説明する。図１に示すように、本発明を適用した制御装置１はＥＣＵ２を備えており、このＥＣＵ２は、後述するように、内燃機関（以下「エンジン」という）３の各種の制御処理を行う。
【００２３】
エンジン３は、車両Ｖに搭載されたものであり、この車両Ｖは、その駆動源として、エンジン３に加えてモータ３１（電動機）を備えている。また、車両Ｖは、モータ３１を停止し、エンジン３のみで車両Ｖを駆動するエンジン駆動モード、エンジン３およびモータ３１の両方で車両Ｖを駆動する併用モード、または、エンジン３を停止し、モータ３１のみで車両Ｖを駆動するモータ駆動モードによって、運転される。
【００２４】
エンジン３は、４気筒（１つのみ図示）タイプのガソリンエンジンであり、各気筒のピストン３ｂとシリンダヘッド３ｃの間には燃焼室３ｄが形成されている。また、シリンダヘッド３ｃには、気筒３ａごとに、吸気ポート３ｅおよび排気ポート３ｆが形成されており、吸気ポート３ｅには吸気管１２の吸気マニホールド１２ａが、排気ポート３ｆには排気管１４の排気マニホールド１４ａが接続されている。吸気ポート３ｅの開口部には一対の吸気弁８，８が、排気ポート３ｆの開口部には一対の排気弁９，９が、それぞれ燃焼室１ｄに臨むように設けられている。
【００２５】
また、吸気マニホールド１２ａには、燃料噴射弁（以下「インジェクタ」という）４が、気筒３ａごとに、吸気ポート３ｅに臨むように設けられている。インジェクタ４は、燃料ポンプ（図示せず）で昇圧された燃料を吸気ポート３ｅに向かって噴射する。インジェクタ４の燃料噴射量ＱＩＮＪおよび燃料噴射時期ＴＩＮＪは、ＥＣＵ２によって算出されるとともに、それらに基づく制御信号がＥＣＵ２から出力されることによって制御される。
【００２６】
さらに、エンジン３は、吸気カムシャフト６および排気カムシャフト７を備えている。これらの吸気および排気カムシャフト６，７はそれぞれ、吸気弁８および排気弁９を開閉する吸気カム６ａおよび排気カム７ａを有している。吸気および排気カムシャフト６，７は、タイミングベルト（図示せず）を介してクランクシャフト３ｇに連結されており、クランクシャフト３ｇが２回転するごとに１回転する。この排気カムシャフト７の一端部には、カム位相可変機構１０が設けられている。
【００２７】
カム位相可変機構１０は、油圧によって作動し、クランクシャフト３ｇに対する排気カム７ａの位相（以下「カム位相ＣＡＥＸ」という）を無段階に進角または遅角させることにより、排気弁９の開閉タイミングを変更する。これにより、吸気弁８と排気弁９とのバルブオーバーラップを変化させることによって、内部ＥＧＲ量を増減させるとともに、充填効率を変化させる。なお、この場合のバルブオーバーラップは、排気弁９が閉弁した後に吸気弁８が開弁する、いわゆる負のオーバーラップである。
【００２８】
図２に示すように、カム位相可変機構１０は、電磁弁１０ａを有している。この電磁弁１０ａは、スプール弁機構１０ｂとソレノイド１０ｃを組み合わせたものであり、進角油路１７ａおよび遅角油路１７ｂを介して、進角室１５および遅角室１６にそれぞれ接続されている。電磁弁１０ａは、油圧ポンプ１１から供給された作動油圧ＰＯＩＬを制御し、進角油圧Ｐａｄおよび遅角油圧Ｐｒｔとして、進角室１５および遅角室１６にそれぞれ供給する。ソレノイド１０ｃは、ＥＣＵ２からの位相制御入力Ｕ＿ＣＡＥＸにより、スプール弁機構１０ｂのスプール弁体を所定の範囲内で移動させることによって、進角油圧Ｐａｄおよび遅角油圧Ｐｒｔを変化させる。
【００２９】
油圧ポンプ１１は、クランクシャフト３ｇに連結された機械式のものであり、クランクシャフト３ｇの回転に伴い、エンジン３のオイルパン３ｈに蓄えられた作動油を、油路１１ａを介して吸い込むとともに昇圧した後、油路１１ａを介して電磁弁１０ａに供給する。
【００３０】
以上の構成のカム位相可変機構１０では、油圧ポンプ１１の作動中、電磁弁１０ａが位相制御入力Ｕ＿ＣＡＥＸに応じて動作することにより、進角油圧Ｐａｄが進角室１５に、遅角油圧Ｐｒｔが遅角室１６にそれぞれ供給され、その結果、前述したカム位相ＣＡＥＸが、所定の最遅角値と最進角値の間で連続的に変化し、それにより、排気弁９のバルブタイミングは、図３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。
【００３１】
また、排気カムシャフト７のカム位相可変機構１０と反対側の端部には、カム角センサ２４が設けられている。このカム角センサ２４は、排気カムシャフト７の回転に伴い、パルス信号であるＣＡＭ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ＣＡＭ信号と後述するＣＲＫ信号およびＴＤＣ信号から、実際のカム位相ＣＡＥＸを算出する。
【００３２】
一方、クランクシャフト３ｇには、クランク角センサ２１が設けられている。このクランク角センサ２１は、クランクシャフト３ｇの回転に伴い、パルス信号であるＣＲＫ信号およびＴＤＣ信号を出力する。
【００３３】
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、この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。ＴＤＣ信号は、いずれかの気筒３ａにおいてピストン３ｂが吸気行程開始時の上死点付近の所定クランク角度位置にあることを表す信号であり、エンジン３が４気筒タイプの本例では、クランク角１８０゜ごとに出力される。
【００３４】
また、エンジン３の本体には、水温センサ２２が取り付けられている。水温センサ２２は、エンジン３の本体内を循環する冷却水の温度であるエンジン水温ＴＷを検出し、その検出信号をＥＣＵ２に出力する。
【００３５】
一方、エンジン３の吸気管１２には、スロットル弁１３が設けられている。このスロットル弁１３には、アクチュエータ１３ａが連結されている。スロットル弁１３の開度は、ＥＣＵ２により、エンジン３の運転状態に応じて、アクチュエータ１３ａを制御することによって制御され、それにより、エンジン３への吸入空気量が制御される。
【００３６】
また、吸気管１２のスロットル弁１３よりも下流側には、吸気温センサ２３が設けられている。吸気温センサ２３は、吸気の温度（以下「吸気温」という）ＴＡを検出し、その検出信号をＥＣＵ２に出力する。
【００３７】
また、ＥＣＵ２には、アクセル開度センサ２５から、車両のアクセルペダル（図示せず）の操作量（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。
【００３８】
また、モータ３１は、エンジン３のクランクシャフト３ｇに直結されるとともに、トルクコンバータを有する自動変速機（いずれも図示せず）などを介して、車両Ｖの駆動輪（図示せず）に連結されている。また、モータ３１は、その駆動源であるバッテリ３３に、パワードライブユニット３２を介して接続されている。このパワードライブユニット３２は、インバータなどからなる電気回路で構成されている。さらに、モータ３１は、駆動輪（図示せず）の回転エネルギを用いて発電を行うジェネレータとしての機能を有しており、発電された電気エネルギは、パワードライブユニット３２を介してバッテリ３３に充電（回生）される。
【００３９】
また、ＥＣＵ２は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭおよび入出力インターフェース（いずれも図示せず）などから成るマイクロコンピュータ（図示せず）で構成されている。前述したセンサ２１〜２５の検出信号はそれぞれ、ＥＣＵ２に入力され、入力インターフェースでＡ／Ｄ変換や整形がなされた後、ＣＰＵに入力される。ＣＰＵは、これらの入力信号に応じ、ＲＯＭに記憶された制御プログラムなどに基づいて、各種の演算処理を実行する。例えば、ＥＣＵ２は、検出されたカム位相ＣＡＥＸが目標カム位相ＣＡＥＸＣＭＤに収束するように、フィードバック制御によって、位相制御入力Ｕ＿ＣＡＥＸを算出する。
【００４０】
なお、本実施形態では、ＥＣＵ２は、要求トルク算出手段、燃料噴射量算出手段、目標圧縮端温度設定手段、目標作動量設定手段、次回作動量推定手段、要求トルク補正手段、燃料噴射量算出手段、既燃ガス温度取得手段、モータ出力設定手段、および燃料噴射時期算出手段に相当する。
【００４１】
次に、図４〜図１１を参照しながら、ＥＣＵ２で実行されるエンジン３の制御処理について説明する。この制御処理は、ＴＤＣ信号の発生に同期して実行される。
【００４２】
図４は、カム位相ＣＡＥＸの目標となる目標カム位相ＣＡＥＸＣＭＤの設定処理を示す。 本処理ではまず、ステップ１（「Ｓ１」と図示。以下同じ）において、圧縮端温度Ｔ＿ＴＤＣの目標となる目標圧縮端温度Ｔ＿ＴＤＣＣＭＤを、所定の圧縮着火温度ＴＨＣＣＩ（例えば７３０℃）に設定する。この圧縮端温度Ｔ＿ＴＤＣとは、ピストン３ｂが圧縮行程の上死点に位置するときの気筒３ａ内の温度である。また、圧縮着火温度ＴＨＣＣＩは、圧縮行程の上死点において、ガソリンと空気との混合気が圧縮着火により燃焼する温度に相当し、実験などによりあらかじめ求められる。
【００４３】
次に、ステップ２において、目標圧縮端温度Ｔ＿ＴＤＣＣＭＤ、エンジン３の所定の圧縮比ＣＲおよびエンジン水温ＴＷに応じ、所定のマップ（図示せず）を検索することによって、圧縮着火前温度ＴＰＲＥＨＣＣＩを算出する。この圧縮着火前温度ＴＰＲＥＨＣＣＩは、目標圧縮端温度Ｔ＿ＴＤＣＣＭＤ（＝圧縮着火温度ＴＨＣＣＩ）が得られるような圧縮行程の開始直前における気筒３ａ内の温度（以下「圧縮前温度」という）Ｔ＿ＩＶＣに相当し、このマップでは、圧縮着火前温度ＴＰＲＥＨＣＣＩは、目標圧縮端温度Ｔ＿ＴＤＣＣＭＤが高いほど、圧縮比ＣＲが低いほど、エンジン水温ＴＷが低いほど、より大きな値に設定されている。
【００４４】
次に、ステップ３において、エンジン回転数ＮＥおよびアクセル開度ＡＰに応じ、所定のマップ（図示せず）を検索することによって、エンジン３に要求されている要求トルクＢＭＥＰを算出する。このマップでは、要求トルクＢＭＥＰは、エンジン回転数ＮＥが高いほど、また、アクセル開度ＡＰが高いほど、より大きな値に設定されている。
【００４５】
次に、ステップ４において、算出された要求トルクＢＭＥＰおよびエンジン回転数ＮＥに応じ、図５に示すマップを検索することによって、混合気の燃焼によって生成される既燃ガスの温度（以下「既燃ガス温度」という）ＴＥＸを算出する。このマップでは、既燃ガス温度ＴＥＸは、３つのエンジン回転数ＮＥ１〜ＮＥ３（ＮＥ１＜ＮＥ２＜ＮＥ３）に対し、要求トルクＢＭＥＰが大きいほど、またエンジン回転数ＮＥが高いほど、より大きな値に設定されている。なお、エンジン回転数ＮＥが上記の３つの値以外のときには、補間計算により既燃ガス温度ＴＥＸを算出する。
【００４６】
次に、ステップ５において、算出された既燃ガス温度ＴＥＸ、圧縮着火前温度ＴＰＲＥＨＣＣＩおよび吸気温ＴＡに応じ、所定のマップ（図示せず）を検索することによって、圧縮着火ＥＧＲ率ＲＨＣＣＩを算出する。この圧縮着火ＥＧＲ率ＲＨＣＣＩは、圧縮着火前温度ＴＰＲＥＨＣＣＩが得られるような内部ＥＧＲ率ＲＥＧＲに相当する。また、内部ＥＧＲ率ＲＥＧＲは、吸気弁８が閉弁した後に燃焼室３ｄ内に存在する総ガス量（新気量＋既燃ガス量）に対する既燃ガス量の比率を表す。上記のマップでは、圧縮着火ＥＧＲ率ＲＨＣＣＩは、圧縮着火前温度ＴＰＲＥＨＣＣＩが高いほど、吸気温ＴＡが低いほど、また既燃ガス温度ＴＥＸが低いほど、より大きな値に設定されている。
【００４７】
次に、ステップ６において、算出された圧縮着火ＥＧＲ率ＲＨＣＣＩに応じ、所定のマップ（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、本処理を終了する。このマップでは、目標カム位相ＣＡＥＸＣＭＤは、内部ＥＧＲ率ＲＥＧＲが大きいほど、より進角側の値になるように設定されている。
【００４８】
目標カム位相ＣＡＥＸＣＭＤが以上のように設定される結果、カム位相ＣＡＥＸをこの目標カム位相ＣＡＥＸＣＭＤに制御することにより、内部ＥＧＲ率ＲＥＧＲが圧縮着火ＥＧＲ率ＲＨＣＣＩになり、圧縮前温度Ｉ＿ＩＶＣが圧縮着火前温度ＴＰＲＥＨＣＣＩになり、圧縮端温度Ｔ＿ＴＤＣが圧縮着火温度ＴＨＣＣＩになるように制御され、混合気が圧縮着火により燃焼する。
【００４９】
図６は、インジェクタ４の燃料噴射量ＱＩＮＪの算出処理を示す。本処理ではまず、ステップ１１において、目標カム位相ＣＡＥＸＣＭＤと今回の燃焼サイクルにおけるカム位相（以下「今回位相」という）ＣＡＥＸ（ｋ）との位相差ＤＣＡＥＸを算出する。
【００５０】
次に、ステップ１２において、位相差ＤＣＡＥＸが０よりも小さいか否かを判別する。この答がＹＥＳのとき、すなわち、カム位相ＣＡＥＸが目標カム位相ＣＡＥＸＣＭＤに向かって進角側に変化しているときには、ステップ１３において、図７に示す遅角用のマップを用いて、次回の燃焼サイクルにおける位相（以下「次回位相」という）ＣＡＥＸ（ｋ＋１）を算出する。
【００５１】
このマップは、目標カム位相ＣＡＥＸＣＭＤに対するカム位相ＣＡＥＸの応答特性を、あらかじめ実験によって求め、その結果を表したものであり、このマップを用いて、次回位相ＣＡＥＸ（ｋ＋１）の算出が次のようにして行われる。まず、マップを検索し、今回位相ＣＡＥＸ（ｋ）に対応するタイミングｔ１を算出する。次に、エンジン回転数ＮＥに基づいて、今回の燃焼サイクルから次回の燃焼サイクルまでの時間差Δｔｃを算出する。次に、算出された時間差Δｔｃをタイミングｔ１に加算することによって、次回の燃焼タイミングｔ２を算出する。そして、マップを検索し、タイミングｔ２に対応するカム位相ＣＡＥＸを次回位相ＣＡＥＸ（ｋ＋１）として算出する。
【００５２】
一方、前記ステップ１２の答がＮＯで、カム位相ＣＡＥＸが目標カム位相ＣＡＥＸＣＭＤに向かって遅角側に変化しているときには、ステップ１４において、所定の進角用のマップを用いて、次回位相ＣＡＥＸ（ｋ＋１）を算出する。図示しないが、この進角用のマップは、前述した図７のマップと同様に、目標カム位相ＣＡＥＸＣＭＤに対するカム位相ＣＡＥＸの応答特性を、あらかじめ実験によって求め、その結果を表したものであり、次回位相ＣＡＥＸ（ｋ＋１）の算出は、前述した遅角用のマップを用いた場合と同様に行われる。
【００５３】
次に、ステップ１５において、算出された次回位相ＣＡＥＸ（ｋ＋１）に応じ、図８に示すマップを検索することによって、補正要求トルクＢＭＥＰＣＯＲを算出する。この補正要求トルクＢＭＥＰＣＯＲは、次回位相ＣＡＥＸ（ｋ＋１）における圧縮端温度Ｔ＿ＴＤＣが圧縮着火温度ＴＨＣＣＩになるような要求トルクＢＭＥＰに相当し、このマップでは、補正要求トルクＢＭＥＰＣＯＲは、次回位相ＣＡＥＸ（ｋ＋１）が遅角側にあるほど、より大きな値に設定されている。
【００５４】
次に、ステップ１６において、補正要求トルクＢＭＥＰＣＯＲに応じ、図９に示すマップを検索することによって、燃料噴射量ＱＩＮＪを算出し、本処理を終了する。このマップでは、燃料噴射量ＱＩＮＪは、補正要求トルクＢＭＥＰＣＯＲが大きいほど、より大きな値に設定されている。
【００５５】
図１０は、モータ３１から出力すべきモータトルクＴＱＭＣＭＤの設定処理を示す。本処理ではまず、ステップ２１において、エンジン３の要求トルクＢＭＥＰが補正要求トルクＢＭＥＰＣＯＲよりも大きいか否かを判別する。この答がＹＥＳで、前記ステップ１５で算出された補正要求トルクＢＭＥＰＣＯＲによって要求トルクＢＭＥＰが制限されているときには、ステップ２２において、要求トルクＢＭＥＰと補正要求トルクＢＭＥＰＣＯＲとの差を、トルク偏差ＤＢＭＥＰ（＝ＢＭＥＰ−ＢＭＥＰＣＯＲ）として算出する。
【００５６】
次に、ステップ２３において、モータトルクＴＱＭＣＭＤをトルク偏差ＤＢＭＥＰに設定し、本処理を終了する。このようにモータトルクＴＱＭＣＭＤが設定されると、それに応じた電力がパワードライブユニット３２からモータ３１に供給されることによって、モータトルクＴＱＭＣＭＤに相当するトルクがモータ３１から出力される。
【００５７】
一方、前記ステップ２１の答がＮＯで、ＢＭＥＰ≦ＢＭＥＰＣＯＲのとき、すなわち、補正要求トルクＢＭＥＰＣＯＲによって要求トルクＢＭＥＰが制限されていないときには、モータトルクＴＱＭＣＭＤを値０に設定し、本処理を終了する。
【００５８】
図１１は、本実施形態の制御によって得られる動作例（同図（ａ））を、比較例（同図（ｂ））とともに示す。なお、吸気温ＴＡは一定であり、要求トルクＢＭＥＰは前回の燃焼サイクル（以下「前回サイクル」という）から大きく増加しているものとする。
【００５９】
エンジン３は、圧縮端温度Ｔ＿ＴＤＣが圧縮着火温度ＴＨＣＣＩのときには、混合気を圧縮着火により安定して燃焼させることができる。しかし、圧縮端温度Ｔ＿ＴＤＣが圧縮着火温度ＴＨＣＣＩよりも高い場合、すなわち、同図にＴ＿ＴＤＣ＝ＴＨＣＣＩで示す境界線よりもカム位相ＣＡＥＸが進角側の領域（同図の上側）にある場合には、圧縮端温度Ｔ＿ＴＤＣが高いため、ピストン３ｂが上死点に達する前に、気筒３ａ内の温度が圧縮着火温度ＴＨＣＣＩに達してしまい、ノッキングが発生しやすい。なお、この領域においては、境界線から離れるほど、圧縮端温度Ｔ＿ＴＤＣはより高くなり、ノッキングがより発生しやすくなる。
【００６０】
一方、圧縮端温度Ｔ＿ＴＤＣが圧縮着火温度ＴＨＣＣＩよりも低い場合、すなわち、同図にＴ＿ＴＤＣ＝ＴＨＣＣＩで示す境界線よりもカム位相ＣＡＥＸが遅角側の領域（同図の下側）にある場合には、圧縮端温度Ｔ＿ＴＤＣが低いため、ピストン３ｂが上死点に達しても、圧縮端温度Ｔ＿ＴＤＣは圧縮着火温度ＴＨＣＣＩまで上昇せず、失火が発生しやすい。なお、この領域においては、境界線から離れるほど、圧縮端温度Ｔ＿ＴＤＣはより低くなり、失火がより発生しやすくなる。
【００６１】
同図（ａ）に示す比較例は、実施形態とは異なり、要求トルクＢＭＥＰを補正要求トルクＢＭＥＰＣＯＲで補正することなく、要求トルクＢＭＥＰに応じて燃料噴射量ＱＩＮＪを設定した場合の例である。この場合には、前回サイクルにおいて発生した既燃ガス温度ＴＥＸ（ｋ−１）の既燃ガスと、今回の燃焼サイクル（以下「今回サイクル」という）の要求トルクＢＭＥＰ（ｋ）に応じて算出された燃料噴射量ＱＩＮＪによる燃料と、所定温度の吸気が、燃焼室３ｄ内において混合されることで、混合気が生成される。このときのカム位相はＣＡＥＸ（ｋ）であり、それにより、内部ＥＧＲ率がＲＥＧＲ（ｋ）に制御され、圧縮端温度Ｔ＿ＴＤＣが圧縮着火温度ＴＨＣＣＩに制御された状態で、混合気が燃焼する。
【００６２】
その後、次回の燃焼サイクル（以下「次回サイクル」という）では、今回サイクルにおいて発生した既燃ガス温度ＴＥＸＡ（ｋ）の既燃ガスと、次回サイクルの要求トルクＢＭＥＰ（ｋ＋１）に応じて算出された燃料噴射量ＱＩＮＪによる燃料と、吸気との混合気が、燃焼室３ｄ内において生成される。この場合、要求トルクＢＭＥＰの大きな増加に対して、カム位相ＣＡＥＸが遅れを伴うため、その次回位相ＣＡＥＸ（ｋ＋１）は、今回サイクルの要求トルクＢＭＥＰ（ｋ）に対応する目標カム位相ＣＡＥＸＣＭＤにまだ達しておらず、それよりも遅角側にあり、同図の境界線よりも上側の領域に位置する。このため、次回サイクルの内部ＥＧＲ率ＲＥＧＲ（ｋ＋１）が目標カム位相ＣＡＥＸＣＭＤに対応する値ＲＨＣＣＩよりも高い値になり、その結果、圧縮端温度Ｔ＿ＴＤＣが圧縮着火温度ＴＨＣＣＩよりも高くなることによって、ノッキングが発生しやすくなる。
【００６３】
これに対し、同図（ｂ）に示すように、実施形態によれば、今回サイクルにおいて、要求トルクＢＭＥＰ（ｋ）よりも小さな補正要求トルクＢＭＥＰＣＯＲ（ｋ）が設定され（図６のステップ１５）、補正要求トルクＢＭＥＰＣＯＲ（ｋ）に応じて、より少量の燃料噴射量ＱＩＮＪが設定される（図６のステップ１６）。補正要求トルクＢＭＥＰＣＯＲ（ｋ）が前述したように設定されているので、次回サイクルの圧縮端温度Ｔ＿ＴＤＣが圧縮着火温度ＴＨＣＣＩにほぼ一致するように制御され、その結果、ノッキングや失火を抑制でき、安定した燃焼が確保される。
【００６４】
以上のように、本実施形態によれば、カム位相可変機構１０の次回位相ＣＡＥＸ（ｋ＋１）を推定し、推定された次回位相ＣＡＥＸ（ｋ＋１）に応じて、次回の燃焼サイクルにおける圧縮端温度Ｔ＿ＴＤＣが圧縮着火温度ＴＨＣＣＩになるように、燃料噴射量ＱＩＮＪの設定に用いる補正要求トルクＢＭＥＰＣＯＲを算出する。これにより、要求トルクＢＭＥＰが大きく変化したときでも、各燃焼サイクルにおいて、圧縮端温度Ｔ＿ＴＤＣを圧縮着火温度ＴＨＣＣＩに精度良く制御でき、それにより、気筒３ａ内に供給された混合気を圧縮着火により安定して燃焼させることができる。
【００６５】
また、各燃焼サイクルにおいて、既燃ガス温度ＴＥＸに応じて、目標カム位相ＣＡＥＸＣＭＤを設定するので、燃焼サイクルごとに変化する既燃ガス温度ＴＥＸをきめ細かく反映させながら、内部ＥＧＲ率ＲＥＧＲを適切に制御することができる。それにより、圧縮端温度Ｔ＿ＴＤＣを圧縮着火温度ＴＨＣＣＩに精度良く制御でき、より安定した圧縮着火による燃焼を確保することができる。
【００６６】
また、既燃ガス温度ＴＥＸを、要求トルクＢＭＥＰに応じて算出するので、より正確な既燃ガス温度ＴＥＸを取得することができる。したがって、そのようにして取得された正確な既燃ガス温度ＴＥＸが得られるような目標カム位相ＣＡＥＸＣＭＤを設定することによって、さらに安定した圧縮着火による燃焼を確保することができる。
【００６７】
また、図７のマップを用い、カム位相可変機構１０の応答特性に応じて、次回位相ＣＡＥＸ（ｋ＋１）を推定するので、応答特性を反映した、より正確な次回位相ＣＡＥＸ（ｋ＋１）を推定することができる。また、そのようにして推定された次回位相ＣＡＥＸ（ｋ＋１）に応じて、圧縮端温度Ｔ＿ＴＤＣが圧縮着火温度ＴＨＣＣＩになるような、補正要求トルクＢＭＥＰＣＯＲを算出することによって、各燃焼サイクルの圧縮端温度Ｔ＿ＴＤＣを圧縮着火温度ＴＨＣＣＩに適切に制御することができる。
【００６８】
さらに、補正要求トルクＢＭＥＰＣＯＲによって要求トルクＢＭＥＰが制限されているときに、トルク偏差ＤＢＭＥＰをモータトルクＴＱＭＣＭＤとして設定し、モータ３１から出力するので、運転者が要求した出力を確保することができ、ドライバビリティを良好に維持することができる。
【００６９】
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、既燃ガス温度ＴＥＸの算出を、要求トルクＢＭＥＰに応じて行っているが、これに加えてまたは代えて、エンジン３の負荷を表す他のパラメータ、例えば検出された吸気量や吸気圧に応じて行ってもよい。
【００７０】
また、エンジン３の負荷を表すこれらのパラメータに加えてまたは代えて、既燃ガス温度ＴＥＸの算出を、燃料噴射量ＱＩＮＪに応じて行ってもよい。さらに、燃料を燃焼室１ｄ内に直接、噴射する直噴タイプのエンジン３を用いた場合には、既燃ガス温度ＴＥＸの算出を、燃料噴射時期ＴＩＮＪおよび／または燃料噴射量ＱＩＮＪに応じて行ってもよい。
【００７１】
また、実施形態では、内部ＥＧＲを制御するための可変動弁装置として、排気弁９の開閉タイミングを早めまたは遅らせるカム位相可変機構１０を用いているが、これに代えて、例えば、排気弁９のリフトを変更する排気リフト可変機構を用いてもよい。その場合には、可変動弁装置の作動量として排気弁９のリフトが用いられる。
【００７２】
また、実施形態では、内部ＥＧＲを制御するために、機関弁として排気弁９を用い、排気弁９の開閉タイミングを変更しているが、これに代えて、吸気弁８、または吸気弁８および排気弁９を用い、その開閉タイミングやリフトを変更してもよい。
【００７３】
また、実施形態では、圧縮着火温度ＴＨＣＣＩは固定値であるが、例えば大気圧ＰＡを検出し、それに応じて補正してもよい。また、実施形態では、目標圧縮端温度Ｔ＿ＴＤＣＣＭＤを所定値に設定しているが、所定の温度範囲（例えば７２０〜７４０℃）に設定してもよい。その場合には、例えば、圧縮端温度Ｔ＿ＴＤＣがその温度範囲の上限値および下限値になるような補正要求トルクをそれぞれ算出し、それらの平均値に応じて燃料噴射量ＱＩＮＪを算出してもよい。
【００７４】
また、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。
【符号の説明】
【００７５】
１    制御装置
２    ＥＣＵ（要求トルク算出手段、燃料噴射量算出手段、目標圧縮端温度設定手段、                目標作動量設定手段、次回作動量推定手段、要求トルク補正手段、
燃料噴射量算出手段、既燃ガス温度取得手段、モータ出力設定手段、
燃料噴射時期算出手段）
３    エンジン（内燃機関）
３ａ  気筒
４    インジェクタ（燃料噴射弁）
９    排気弁（機関弁）
１０    カム位相可変機構（可変動弁装置）
２１    クランク角センサ（負荷検出手段）
２４    アクセル開度センサ（負荷検出手段）
３１    モータ
３２    パワードライブユニット（モータ出力設定手段）
Ｖ    車両
ＣＡＥＸ  カム位相（可変動弁装置の作動量）
ＢＭＥＰ  要求トルク（内燃機関の負荷）
ＱＩＮＪ  燃料噴射量
ＴＩＮＪ  燃料噴射時期
Ｔ＿ＴＤＣ  圧縮端温度
Ｔ＿ＴＤＣＣＭＤ  目標圧縮端温度
ＣＡＥＸＣＭＤ  目標カム位相（可変動弁装置の目標作動量）
ＣＡＥＸ（ｋ＋１）  次回位相（可変動弁装置の次回作動量）
ＴＥＸ  既燃ガス温度（既燃ガスの温度）
【図１】
2011220121.tif 000003
【図２】
2011220121.tif 000004
【図３】
2011220121.tif 000005
【図４】
2011220121.tif 000006
【図５】
2011220121.tif 000007
【図６】
2011220121.tif 000008
【図７】
2011220121.tif 000009
【図８】
2011220121.tif 000010
【図９】
2011220121.tif 000011
【図１０】
2011220121.tif 000012
【図１１】
2011220121.tif 000013