(57)【要約】【課題】  予混合圧縮自着火燃焼において、燃焼時期の制御精度を向上する。【解決手段】  エンジンを自着火運転する際に、各シリンダの筒内圧力を計測し、この値に基づいて熱発生量が最大となる着火クランク角を求める。そして、この着火クランク角が、燃焼時期の目標クランク角に近づくよう、両者の偏差Δθに応じて、吸気弁および排気弁の開閉タイミングを補正する。つまり、着火クランク角が目標クランク角よりも遅角側にある場合には、実圧縮比およびシリンダ内の残留ガスを増大させるよう補正し、進角側にある場合には、これらを低減させるように補正する。こうすることで、燃焼時期を精度良く目標クランク角に合わせることが可能となる。【選択図】  図２
2005139985.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンシステムであって、
ガソリンを圧縮自着火によってシリンダ内で燃焼させ、クランクシャフトから回転動力を出力可能なエンジンと、
前記シリンダの吸気弁の開閉タイミングを変更可能な可変動弁機構と、
該エンジンの運転を制御するエンジン制御装置とを備え、
前記エンジン制御装置は、
前記シリンダ内の圧力である筒内圧に基づき、前記燃焼による熱発生率が最大となる着火クランク角を求める着火クランク角算出部と、
該着火クランク角と、予め設定された目標クランク角との偏差に応じて前記吸気弁の閉じタイミングを制御する可変動弁機構制御部とを備えるエンジンシステム。
【請求項２】
請求項１記載のエンジンシステムであって、
前記可変動弁機構制御部は、前記着火クランク角が前記目標クランク角よりも遅角している場合には実圧縮比を増大させ、進角している場合には低減させるよう前記閉じタイミングを制御するエンジンシステム。
【請求項３】
請求項１記載のエンジンシステムであって、
前記吸気弁について、前記エンジンの回転数および負荷に応じて定められた標準の閉じタイミングを設定する標準タイミング設定部を備え、
前記可変動弁機構制御部は、前記着火クランク角と目標クランク角の偏差に応じて、前記標準の閉じタイミングを補正するエンジンシステム。
【請求項４】
請求項３記載のエンジンシステムであって、
前記閉じタイミングの補正量は、予め設定された上下限の範囲内で、前記偏差に応じて単調関数で設定されているエンジンシステム。
【請求項５】
エンジンシステムであって、
ガソリンを圧縮自着火によってシリンダ内で燃焼させ、クランクシャフトから回転動力を出力可能なエンジンと、
前記シリンダの吸気弁および排気弁の少なくとも一方について開閉タイミングを変更可能な可変動弁機構と、
該エンジンの運転を制御するエンジン制御装置とを備え、
前記エンジン制御装置は、
前記シリンダ内の圧力である筒内圧に基づき、前記燃焼による熱発生率が最大となる着火クランク角を求める着火クランク角算出部と、
該着火クランク角と、予め設定された目標クランク角との偏差に応じて、前記吸気弁の開きタイミングおよび前記排気弁の閉じタイミングの少なくとも一方を制御する可変動弁機構制御部とを備えるエンジンシステム。
【請求項６】
請求項５記載のエンジンシステムであって、
前記可変動弁機構制御部は、前記着火クランク角が前記目標クランク角よりも遅角している場合には前記シリンダ内の残留ガス量を増大させ、進角している場合には残留ガス量を低減させるよう、前記可変動弁機構を制御するエンジンシステム。
【請求項７】
請求項５記載のエンジンシステムであって、
前記吸気弁および排気弁の少なくとも一方について、前記エンジンの回転数および負荷に応じて定められた標準の開閉タイミングを設定する標準タイミング設定部を備え、
前記可変動弁機構制御部は、前記着火クランク角と目標クランク角の偏差に応じて、前記標準の開閉タイミングを補正するエンジンシステム。
【請求項８】
請求項７記載のエンジンシステムであって、
前記開閉タイミングの補正量は、予め設定された上下限の範囲内で、前記偏差に応じて単調関数で設定されているエンジンシステム。
【請求項９】
請求項１〜８いずれか記載のエンジンシステムであって、
前記可変動弁機構制御部は、前記目標クランク角を、前記エンジンの回転数および負荷に応じて設定するエンジンシステム。
【請求項１０】
請求項１〜９いずれか記載のエンジンシステムであって、
前記可変動弁機構制御部による制御結果を記憶する記憶部を備え、
前記可変動弁機構制御部は、前記記憶部の記憶内容を反映して、前記制御を行うエンジンシステム。
【請求項１１】
請求項１〜１０いずれか記載のエンジンシステムであって、
更に、前記着火クランク角と、予め設定された目標クランク角との偏差に応じて燃料噴射量を制御する燃料噴射量制御部を備えるエンジンシステム。
【請求項１２】
シリンダの吸気弁の開閉タイミングを変更可能な可変動弁機構を有し、ガソリンを圧縮自着火によって前記シリンダ内で燃焼させ、クランクシャフトから回転動力を出力可能なエンジンの運転を制御する制御方法であって、
前記シリンダ内の圧力である筒内圧に基づき、前記燃焼による熱発生率が最大となる着火クランク角を求める着火クランク角算出工程と、
該着火クランク角と、予め設定された目標クランク角との偏差に応じて前記吸気弁の閉じタイミングを制御する可変動弁機構制御工程とを備える制御方法。
【請求項１３】
シリンダの吸気弁および排気弁の少なくとも一方について開閉タイミングを変更可能な可変動弁機構を有し、ガソリンを圧縮自着火によって前記シリンダ内で燃焼させ、クランクシャフトから回転動力を出力可能なエンジンの運転を制御する制御方法であって、
前記シリンダ内の圧力である筒内圧に基づき、前記燃焼による熱発生率が最大となる着火クランク角を求める着火クランク角算出工程と、
該着火クランク角と、予め設定された目標クランク角との偏差に応じて、前記吸気弁の開きタイミングおよび前記排気弁の閉じタイミングの少なくとも一方を制御する可変動弁機構制御工程とを備える制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガソリン自着火エンジンにおいて、自着火による燃焼時期を制御する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の燃焼方式として、近年、通常のガソリンエンジンのような「予混合火花点火燃焼方式」や、通常のディーゼルエンジンのような「拡散燃焼方式」に代わる、新たな燃焼方式が模索されている。このような新たな燃焼方式の１つとして、燃焼室内に予め混合気を形成しておき、これを圧縮して自着火させる「予混合圧縮自着火燃焼方式」がある。予混合圧縮自着火燃焼方式（以下、単に「自着火」と称する）は、超リーン混合気を高圧縮比で圧縮し、一気に自着火燃焼させて短時間に燃焼を完了させる燃焼方式であり、原理的には、排気中に含まれる大気汚染物質の量と燃料消費量とを同時に、しかも大幅に低減することが可能と考えられている。
【０００３】
ガソリンエンジンを円滑、効率的に運転するためには、エンジンの回転数および負荷に応じて、燃焼時期を制御する必要がある。適正なタイミングよりも燃焼時期が早い場合には、騒音、トルクショック、効率低下などの弊害を招くおそれがある。燃焼時期が遅い場合には、失火、効率低下などの弊害を招くおそれがある。自着火の場合には、燃料の噴射量または空燃比、シリンダ内の圧縮比、温度などが燃焼時期に影響を与え得る。例えば、特許文献１では、シリンダ内の圧力、即ち筒内圧力の上昇率の最大値などに基づいて、燃料噴射量または噴射時期を制御することで、燃焼時期を制御する技術が開示されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−３２３８３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、従来の方法では、自着火における燃焼時期の制御精度に改善の余地があった。筒内圧力は、混合気の燃焼と、ピストンの上下運動による圧縮・膨張の双方から影響を受ける。従って、筒内圧力の上昇率の最大値は、必ずしも実際の燃焼時期に一致するとは限らず、これをパラメータとしても燃焼時期の制御精度は不十分であった。本発明は、かかる課題に鑑み、自着火における燃焼時期の制御精度の向上を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のエンジンシステムは、ガソリンを圧縮自着火によってシリンダ内で燃焼させ、クランクシャフトから回転動力を出力可能なエンジンと、エンジンの運転を制御するエンジン制御装置を有する。エンジンには、シリンダの吸気弁の開閉タイミングを変更可能な可変動弁機構を設ける。エンジン制御装置は、シリンダ内の圧力である筒内圧に基づき、燃焼による熱発生率が最大となる着火クランク角を求める。そして、こうして求められた着火クランク角と、予め設定された目標クランク角との偏差に応じて吸気弁の閉じタイミングを制御する。この制御は、フィードバック制御とすることが好ましい。熱発生率は、燃焼による影響を顕著に受けるパラメータであるため、本発明は、この値を用いることにより、燃焼時期を精度良く検出することが可能となる。この結果、複数のシリンダを有するエンジンでは、燃焼時期についてのシリンダ間のバラツキを抑制でき、円滑な運転を実現することができる。
【０００７】
熱発生率は、種々の方法で求めることができる。例えば、筒内圧を用いた次式（１）によって算出してもよい。
ｄＱ／ｄθ＝｛κ・Ｐ・（ｄＶ／ｄθ）＋Ｖ（ｄＰ／ｄθ）｝／（κ−１）  ...（１）
ここで、
ｄＱ／ｄθ...熱発生率；
Ｐ...筒内圧；
θ...クランク角；
Ｖ...実筒内容積；
κ...混合気の比熱比
【０００８】
吸気弁の閉じタイミングは、着火クランク角が目標クランク角よりも遅角している場合にはシリンダ内の混合気の実圧縮比を増大させ、進角している場合には低減させるよう制御してもよい。こうすることにより、燃焼時期を目標クランク角に近づけることができる。閉じタイミングの変化量は、固定値であってもよいし、着火クランク角と目標クランク角の偏差に応じて決定してもよい。例えば、２サイクルおよび４サイクルでは、吸気弁は下死点（ＢＤＣ）を通過した後の角度（ＡＢＤＣ）を小さくし、閉じタイミングを下死点に近づけることによって、実圧縮比を高めることができる。
【０００９】
閉じタイミングの制御は、エンジンの回転数および負荷に応じて定められた標準の閉じタイミングを求めた上で、着火クランク角と目標クランク角の偏差に応じてこの値を補正するようにしてもよい。補正は、例えば、偏差に応じてマップ、関数などの形式で予め設定された補正量を用いる方法を採ることができる。補正量は、標準の閉じタイミングに乗じる補正係数の形で与えても良いし、標準の閉じタイミングに対する変化量として与えても良い。
【００１０】
補正量は、種々の設定が可能であり、例えば、偏差に応じて不連続的、段階的に変化するよう設定してもよい。また、補正量は、予め設定された上下限の範囲内で、偏差に応じて単調関数となるよう設定してもよい。単調関数としておけば、偏差に応じて滑らかに閉じタイミングを変化させることができ、着火クランク角を目標クランク角近傍に収束させることが可能となる。また、単調関数に上下限を設定しておくことにより、偏差が大きい場合に補正量が過大となり、失火や極端なトルクショックなどの弊害が生じることを回避できる。
【００１１】
また、補正量には、偏差の絶対値が所定値よりも小さい範囲で、不感帯を設けても良い。こうすることで、偏差が比較的小さい範囲では、閉じタイミングが一定値に保たれるため、制御遅れなどに起因する燃料噴射量の変動を抑制することができる。
【００１２】
本発明においては、上述の制御を行うか否かに関わらず、別の態様として、着火クランク角と、予め設定された目標クランク角との偏差に応じて、吸気弁の開きタイミングを制御するようにしてもよい。エンジンの可変動弁機構が排気弁の閉じタイミングを変更可能な場合には、排気弁の閉じタイミングを制御してもよい。吸気弁の開きタイミング、排気弁の閉じタイミングは、双方を制御対象としてもよいし、いずれか一方のみを制御対象としてもよい。これらの制御によって、シリンダ内の残留ガス量を調整し、燃焼時期を制御することができる。
【００１３】
例えば、吸気弁および排気弁の開閉タイミングを、着火クランク角が前記目標クランク角よりも遅角している場合には残留ガス量を増大させ、進角している場合には残留ガス量を低減させるよう制御することで、燃焼時期を目標クランク角に近づけることができる。例えば、２サイクルでは、吸気弁と排気弁が双方共に開いている期間、いわゆる掃気行程に相当する期間を短縮するよう、開閉タイミングを制御することにより残留ガス量を増大させることができる。４サイクルにおいても、吸気弁と排気弁の双方が開いているオーバラップ期間を短縮することで、残留ガス量を増大させることができる。
【００１４】
残留ガス量を変化させるための開閉タイミングの制御においても、先に説明した種々の方法を適用することができる。例えば、標準の開閉タイミングを、着火クランク角と目標クランク角の偏差に応じて、補正するようにしてもよい。この補正量は、種々の設定が可能であり、予め設定された上下限の範囲内で、偏差に応じて単調関数で設定してもよい。
【００１５】
本発明において、上述したいずれの制御を行う場合においても、目標クランク角は、固定値としてもよいし、エンジンの回転数および負荷に応じて設定可能としてもよい。前者では、制御が容易となる利点があり、後者では、エンジンの出力効率をより向上させることができる利点がある。例えば、回転数が大きい程、目標クランク角を遅角側に移行させたり、負荷が大きい程、目標クランク角を遅角側に移行させたりする設定を用いることができる。
【００１６】
また、上述した可変動弁機構の制御結果を記憶しておき、その記憶内容を以後の制御に反映可能としてもよい。こうすることで、制御結果を学習させることができ、制御の応答性を向上させることができる。学習内容は、例えば、エンジンの回転数、負荷に応じて設定される領域ごとに記憶することが好ましい。また、学習は常に行う必要はなく、エンジンが安定的に運転されている状態にある場合など、所定の条件下でのみ行うようにしてもよい。
【００１７】
本発明では、上述した可変動弁機構の制御に加えて、更に上述の偏差に応じて燃料噴射量を制御してもよい。可変動弁機構と燃料噴射量の双方を制御することにより、広範囲で燃焼時期を制御可能となる。可変動弁機構の制御と燃料噴射量の制御の重み付けは、種々の設定が可能である。例えば、主として可変動弁機構を制御した上で、誤差や応答遅れを補償するように補助的に燃料噴射量の制御を行ってもよい。逆に主として燃料噴射量を制御し、可変動弁機構を補助として用いても良い。双方を同等の重みで統合的に制御してもよい。
【００１８】
本発明のエンジンシステムは、必ずしも上述の全ての特徴を備えている必要はなく、一部を省略したり、適宜、組み合わせて適用してもよい。また、本発明は、上述したエンジンシステムとしての構成の他、エンジンの制御装置、エンジンの制御方法として構成することもできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
Ａ．装置構成：
図１は実施例としてのエンジン１００の構成を概念的に示した説明図である。エンジン１００のシリンダブロック１４０には、上部にシリンダヘッド１３０が固定されており、内部には中空円筒形のシリンダ１４２が形成されている。このシリンダ１４２内には上下に摺動するピストン１４４が設けられている。ピストン１４４は、コネクティングロッド１４６を介してクランクシャフト１４８に接続されており、クランクシャフト１４８には、クランク角度を検出するクランク角センサ３２が取り付けられている。
【００２０】
燃焼室は、シリンダ１４２、ピストン１４４、シリンダヘッド１３０で形成される。各燃焼室には、燃焼室の内圧、即ち筒内圧を測定するための筒内圧センサ３６が設けられている。
【００２１】
シリンダヘッド１３０には、吸入空気が流入する吸気ポート１３３の開口部を開閉する吸気弁１３２と、排気が流出する排気ポート１３５の開口部を開閉する排気弁１３４と、点火プラグ１３６とが設けられている。本実施例では、エンジン１００の回転数および負荷に基づいて定まる運転領域に応じて、自着火と火花点火とを使い分けるが、全運転領域で自着火を適用する場合には、点火プラグ１３６を省略してもよい。
【００２２】
吸気弁１３２および排気弁１３４は、開閉タイミングが可変な可変動弁機構を構成する。つまり、電動アクチュエータ１６２，１６４は、任意のタイミングでそれぞれの吸気弁１３２および排気弁１３４を開閉することが可能である。電動アクチュエータの代わりに、油圧アクチュエータやカム機構などの他の種類の可変動弁機構によって吸気弁１３２および排気弁１３４を駆動してもよい。
【００２３】
シリンダヘッド１３０には、燃料噴射弁８２が設けられている。燃料噴射弁８２は、燃料タンク８６から燃料ポンプ８４によって供給された燃料を、吸気ポート１３３に噴射する。本発明は、燃料噴射弁８２を吸気ポート１３３に設けたポート噴射型にも適用可能である。
【００２４】
吸気ポート１３３には吸気管１２が接続されており、排気ポート１３５には排気管１６が接続されている。排気管１６には、排気を浄化するための触媒２６と、過給器５０のタービン５２とが設けられている。吸気管１２には、過給器５０のコンプレッサ５４が設けられている。排気によってタービン５２が回転するとコンプレッサ５４が回転し、エアクリーナ２０からの空気を吸気ポート１３３に圧送する。コンプレッサ５４の下流側には空気を冷却するためのインタークーラ６２、吸気時の圧力波を緩和させるためのサージタンク６０、および電動アクチュエータ２４によって駆動されるスロットル弁２２が設けられている。
【００２５】
エンジン１００の動作は、エンジン制御ユニット（以下、ＥＣＵ）３００によって制御されている。ＥＣＵ３００は、エンジン回転速度Ｎｅやアクセル開度θａｃ、筒内圧Ｐｓを検出し、これらに基づいてスロットル弁２２の開度、点火プラグ１３６の点火タイミング、燃料噴射量などを制御する。エンジン回転速度Ｎｅはクランク角センサ３２によって検出され、アクセル開度θａｃはアクセルペダルに内蔵されたアクセル開度センサ３４によって検出される。また、筒内圧Ｐｓは、前述のとおり、筒内圧センサ３６によって検出される。
【００２６】
Ｂ．燃焼時期の制御：
図２は燃焼時期の制御原理を示す説明図である。図の上方には、自着火運転時のクランク角に対する筒内圧Ｐの変化を示し、図の下方には、熱発生率ｄＱ／ｄθを示した。クランク角θに応じて、シリンダ１４２の実容積Ｖが決まるため、熱発生率ｄＱ／ｄθは先に示した式（１）に基づいて求めることができる。
【００２７】
筒内圧Ｐは、ピストン１４４の上下運動による圧縮と、燃料の燃焼の双方に応じて変化し、上死点ＴＤＣよりも若干遅角側のクランク角θｐで最大値となる。これに対し、熱発生率は、クランク角θｐよりも若干進角側のクランク角θｑで最大値となる。熱発生率は、主として燃焼によって影響を受けるため、この値が最大値となるクランク角は自着火の燃焼時期に対応していることになる。
【００２８】
自着火における燃焼時期は、一般に次の傾向がある。空燃比Ａ／Ｆがリッチになる程、進角側Ｆに移行し、リーンになる程、遅角側Ｂに移行する。従って、吸気量が一定であれば、燃料噴射量が増大する程、進角側Ｆに移行し、減少する程、遅角側Ｂに移行する。また、シリンダ１４２の実圧縮比が高くなるほど進角側Ｆに移行し、低くなるほど遅角側Ｂに移行する。更に、シリンダ１４２内の温度（以下、筒内温度と称する）が高い程、進角側Ｆに移行し、低いほど遅角側Ｂに移行する。
【００２９】
本実施例では、燃焼時期を表すパラメータとして熱発生率が最大となるクランク角θｑ（以下、「着火クランク角」と呼ぶ）を用い、この角度が、目標の燃焼時期、即ち目標クランク角に近づくよう、可変動弁機構の開閉タイミングを制御する。即ち、着火クランク角が、目標クランク角よりも遅角側にある時には、実圧縮比または残留ガス量を増大させることによって燃焼時期を進角側に移行させる。逆に、着火クランク角が、目標クランク角よりも進角側にある時は、実圧縮比または残留ガス量を減少させることによって燃焼時期を遅角側に移行させる。更に、本実施例では、燃料噴射量も補助的に制御する。
【００３０】
Ｃ．制御マップ：
図３は実施例における制御マップの一覧を示す説明図である。ＥＣＵ３００が内部のＲＯＭに記憶しているマップであり、ＥＣＵ３００内のＣＰＵ３０１は、これらのマップを参照しながらエンジン１００の運転制御を実行する。
【００３１】
サイクルマップ３０２は、エンジン１００の回転数および負荷に応じて、運転サイクルを決定するためのマップである。本実施例では、図示する通り、領域Ｉでは４サイクルの火花点火；領域ＩＩでは２サイクルの自着火；領域ＩＩＩでは４サイクルの自着火；領域ＩＶでは４サイクルの火花点火を用いるものとした。全運転領域で、燃焼方式および運転サイクルを統一しても構わない。
【００３２】
燃料噴射量マップ３０３、吸気量マップ３０４、バルブ制御マップ３０５は、回転数、負荷、運転サイクル、燃焼方式に応じて、それぞれ燃料噴射量、吸気量バルブの開閉タイミングの標準値を与えるマップである。
【００３３】
本実施例では、燃料噴射量マップ３０３で与えられる標準値を、燃焼時期に応じて補正することで、燃料噴射量を制御する。この補正には、着火時期マップ３０７、補正マップ３０８、学習テーブル３０６が使用される。
【００３４】
着火時期マップ３０７は、自着火運転されている場合の目標クランク角を与える。本実施例では、図示する通り、エンジンの回転数、および吸気管圧力に応じて設定される領域ごとに目標クランク角を与える形式とした。吸気管圧力はエンジン負荷に相当するパラメータである。図中の各領域中の値は、ＡＴＤＣ（ｄｅｇ）、即ち上死点を基準とし、遅角側を正としてクランク角を表している。図示する通り、回転数が高くなる程、また負荷が増大する程、目標クランク角が遅角側に移行する設定となっている。４サイクルのマップは、図示を省略したが、目標クランク角が、各領域で２サイクルよりも進角側となるよう設定されている。一般に４サイクル運転時には、シリンダ内の残留ガス温度が低くなる傾向にあるため、このように進角側で燃料噴射量が比較的多めになるよう設定しておくことにより、失火の可能性を抑制することができる。
【００３５】
補正マップ３０８は、燃料噴射量の標準値に乗じる補正係数Ｋを与えるマップである。２サイクルに対する設定値を実線で示し、４サイクルに対する設定値を一点鎖線で示した。この補正係数Ｋは、着火クランク角θｑと目標クランク角θｔｇｔとの偏差Δθ（＝着火クランク角θｑ−目標クランク角θｔｇｔ）に応じて与えられる。補正マップ３０８に代えて、燃料噴射量に加減する補正量を与えるマップを用いても良い。
【００３６】
図示する通り、「偏差Δθ＜−５度」の時は、「補正係数Ｋ＜１．０」が用いられる。つまり、燃焼時期が目標クランク角よりも十分に進角側にある時は、燃料噴射量は標準値よりも少なくなる。逆に、「偏差Δθ＞５度」の時は、「補正係数Ｋ＞１．０」が用いられる。つまり、燃焼時期が目標クランク角よりも十分に遅角側にある時は、燃料噴射量は標準値よりも多くなる。偏差の絶対値が５度以下の範囲では、補正係数は連続的に変化する設定となっている。Ｋ＝１．０などの一定値としてもよい。
【００３７】
４サイクルについても、２サイクルと同様、偏差Δθ＞５度の範囲、偏差Δθ＜−５度の範囲、偏差の絶対値が５度以下の範囲に分けて補正係数Ｋが設定されている。但し、４サイクルの自着火可能な条件は、２サイクルよりも厳しく自着火可能な負荷範囲が狭いため、補正係数の変動範囲は２サイクルよりも狭く設定した。
【００３８】
補正マップは、併せて、吸気弁および排気弁（以下、「バルブ」と総称する）の開閉タイミングに対する補正量も記憶している。この補正量については、後で詳述する。
【００３９】
学習テーブル３０６は、バルブおよび燃料噴射量の制御結果として得られる補正量および補正係数を、記憶するテーブルである。本実施例では、着火時期マップ３０７と同様、回転数、吸気管圧力で設定される領域ごとに補正量および補正係数を記憶するものとした。ＣＰＵ３０１は、ある領域における燃焼時期の制御を開始する時点で、学習テーブル３０６を参照し、補正量および補正係数の初期値を設定する。こうすることにより、従前の制御結果を制御処理に反映させることができ、燃焼時期を速やかに目標クランク角に近づけることが可能となる。
【００４０】
Ｃ１．２サイクル時のバルブ開閉タイミング：
図４は２サイクル時のバルブ開閉タイミングを示す説明図である。図の上方には、図示する方向をクランク角θの正方向として、吸気弁および排気弁の標準的な開閉タイミングを示した。
【００４１】
２サイクルでは、上死点ＴＤＣ付近で燃焼・爆発行程が始まると、クランク角ＥＶＯで排気弁が開き、排気行程が始まる。その後、クランク角ＩＶＯで吸気弁が開き、掃気行程が始まる。掃気行程とは、吸気弁と排気弁の双方を開いた状態で、吸気によってシリンダ内の燃焼ガスを強制的に排気する行程を言う。その後、クランク角ＥＶＣで排気弁を閉じた後、吸気行程となり、クランク角ＩＶＣで吸気弁が閉じると、圧縮行程に移る。標準の開閉タイミングは、エンジンの回転数、負荷に応じたテーブルとして、バルブ制御マップ３０５に記憶されている。
【００４２】
図の下方には、バルブの開閉タイミングの補正量を示した。それぞれ、補正マップ３０８に記憶されている内容である。
【００４３】
吸気弁の閉じタイミングＩＶＣについて、偏差Δθ＞０、即ち着火クランク角θｑが目標クランク角θｔｇｔよりも遅角側にある場合には、下死点ＢＤＣ経過後のクランク角ＡＢＤＣの補正量は負となる。つまり、吸気弁の閉じタイミングＩＶＣは標準時よりも下死点ＢＤＣに近づくように補正される。こうすることで、圧縮行程を長くし、実圧縮比を増大させることができるため、燃焼時期を進角側に移行させることができる。逆に、偏差Δθ＜０、即ち着火クランク角θｑが目標クランク角θｔｇｔよりも進角側にある場合には、補正量を正とする。こうすることで、実圧縮比を低減させることができ、燃焼時期を遅角側に移行させることができる。
【００４４】
吸気弁の開きタイミングＩＶＯについて、偏差Δθ＞０の場合には、下死点ＢＤＣ経過前のクランク角ＢＢＤＣの補正量は負となる。つまり、吸気弁の開きタイミングＩＶＯは標準時よりも下死点ＢＤＣに近づくように補正される。こうすることで、掃気行程を短くし、シリンダ内の残留ガス量を増大させることができるため、燃焼時期を進角側に移行させることができる。逆に、偏差Δθ＜０の場合には、補正量を正とする。こうすることで、残留ガス量を低減させることができ、燃焼時期を遅角側に移行させることができる。
【００４５】
排気弁の閉じタイミングＥＶＣについて、偏差Δθ＞０の場合には、下死点ＢＤＣ経過後のクランク角ＡＢＤＣの補正量は負となる。つまり、排気弁の閉じタイミングＥＶＯは標準時よりも下死点ＢＤＣに近づくように補正される。こうすることで、掃気行程を短くし、シリンダ内の残留ガス量を増大させることができるため、燃焼時期を進角側に移行させることができる。逆に、偏差Δθ＜０の場合には、補正量を正とする。こうすることで、残留ガス量を低減させることができ、燃焼時期を遅角側に移行させることができる。
【００４６】
Ｃ２．４サイクル自着火時のバルブ開閉タイミング：
図５は４サイクル自着火時のバルブ開閉タイミングを示す説明図である。図の左側には、図示する方向をクランク角θの正方向として、吸気弁および排気弁の標準的な開閉タイミングを示した。
【００４７】
４サイクル自着火では、上死点ＴＤＣ付近で燃焼・爆発行程が始まると、クランク角ＥＶＯ〜ＥＣＶの間で排気弁が開き、排気行程が行われる。これに続いて、クランク角ＩＶＯ〜ＩＶＣで吸気弁が開き、吸気行程が行われる。標準の開閉タイミングは、エンジンの回転数、負荷に応じたテーブルとして、バルブ制御マップ３０５に記憶されている。
【００４８】
図の右側には、バルブの開閉タイミングの補正量を示した。それぞれ、補正マップ３０８に記憶されている内容である。
【００４９】
吸気弁の閉じタイミングＩＶＣについて、偏差Δθ＞０、即ち着火クランク角θｑが目標クランク角θｔｇｔよりも遅角側にある場合には、下死点ＢＤＣ経過後のクランク角ＡＢＤＣの補正量は負となる。つまり、吸気弁の閉じタイミングＩＶＣは標準時よりも下死点ＢＤＣに近づくように補正される。こうすることで、圧縮行程を長くし、実圧縮比を増大させることができるため、燃焼時期を進角側に移行させることができる。逆に、偏差Δθ＜０、即ち着火クランク角θｑが目標クランク角θｔｇｔよりも進角側にある場合には、補正量を正とする。こうすることで、実圧縮比を低減させることができ、燃焼時期を遅角側に移行させることができる。  
【００５０】
吸気弁の開きタイミングＩＶＯについて、偏差Δθ＞０の場合には、上死点ＴＤＣ経過前のクランク角ＢＴＤＣの補正量は負となる。つまり、吸気弁の開きタイミングＩＶＯが標準時よりも上死点ＴＤＣから遠ざかり、負のオーバラップ期間が長くなるよう補正される。この補正により、吸気行程の開始を遅らせ、シリンダ内の残留ガス量を増大させることができるため、燃焼時期を進角側に移行させることができる。逆に、偏差Δθ＜０の場合には、補正量を正とする。こうすることで、残留ガス量を低減させることができ、燃焼時期を遅角側に移行させることができる。
【００５１】
排気弁の閉じタイミングＥＶＣについて、偏差Δθ＞０の場合には、上死点ＴＤＣ経過後のクランク角ＡＴＤＣの補正量は負となる。つまり、排気弁の閉じタイミングＥＶＯが標準時よりも上死点ＴＤＣから遠ざかり、負のオーバラップ期間が長くなるよう補正される。こうすることで、排気行程を短くし、シリンダ内の残留ガス量を増大させることができるため、燃焼時期を進角側に移行させることができる。逆に、偏差Δθ＜０の場合には、補正量を正とする。こうすることで、残留ガス量を低減させることができ、燃焼時期を遅角側に移行させることができる。
【００５２】
２サイクル（図４）、４サイクル自着火（図５）のいずれについても、吸気弁の閉じタイミングＩＶＣ、開きタイミングＩＶＯ、および排気弁の閉じタイミングＥＶＣは、必ずしも全てを補正する必要はなく、いずれか一部の補正を省略してもよい。本実施例では、補正量は、偏差Δθに応じて連続的に変化する設定としたが、不連続的、段階的に変化する設定としてもよい。  
【００５３】
Ｄ．運転制御処理：
図６は運転制御処理のフローチャートである。ＥＣＵ３００が、エンジン１００の運転中に繰り返し実行する処理である。
【００５４】
この処理が開始されると、ＥＣＵ３００は、まず制御パラメータを入力する（ステップＳ１０）。制御パラメータとは、運転制御に使用される種々のパラメータを意味しており、例えば、エンジン１００の回転数、負荷、筒内圧力Ｐ、クランク角θなどが含まれる。
【００５５】
次に、ＥＣＵ３００は、サイクルマップ３０２を参照して、運転モードを決定する（ステップＳ１１）。全運転領域で運転モードが統一されている場合には、この処理を省略しても構わない。
【００５６】
次に、ＥＣＵ３００は、クランク角ごとに熱発生率ｄＱ／ｄθを求める（ステップＳ１２）。熱発生率は、筒内圧力に基づき、先に説明した式（１）で算出することができる。この結果、先に、図２に示したようなカーブを特定することができる。この処理は、例えば、サイクルごとに行っても良いし、数サイクル分の平均値を求めるようにしてもよい。制御の安定性という観点からは、後者の方が好ましい。ＥＣＵ３００は、また、上述の算出結果に基づき、熱発生率が最大となるクランク角、即ち着火クランク角θｑを求める（ステップＳ１３）。次に、ＥＣＵ３００は、着火時期マップ３０７を参照して、目標クランク角θｔｇｔを設定する（ステップＳ１４）。
【００５７】
次に、ＥＣＵ３００は、バルブタイミングを設定する（ステップＳ１５）。この処理では、ＥＣＵ３００は、まず、バルブ制御マップ３０５を参照して、エンジンの回転数、負荷、サイクルに応じた標準の開閉タイミングを設定する。次に、学習テーブル３０６または補正マップ３０８（図４、５）を参照して、偏差Δθに応じて補正量を求め、標準の開閉タイミングを補正する。例えば、学習テーブル３０６に含まれる各運転領域をまたがってエンジンの運転状態が変化した時や、自着火の燃焼時期の制御を新たに開始する時には、ＥＣＵ３００は、学習テーブル３０６を参照して、補正量の初期値を取得する。学習テーブルは必ずしも参照する必要はなく、予め設定された一定値を初期値として用いても良い。既に、燃焼時期の制御が継続的に行われている場合には、ＥＣＵ３００は、補正マップ３０８を参照して、補正量を設定する。先に説明した通り、補正量は、バルブタイミングの補正によって、着火クランク角θｑを目標クランク角θｔｇｔに近づけるように設定される。
【００５８】
また、ＥＣＵ３００は、燃料噴射量マップ３０３を参照して、燃料噴射量の標準値τ０を設定する（ステップＳ１６）。そして、この標準値τ０に補正係数Ｋを乗じて、燃料噴射量τを設定する（ステップＳ１７）。補正係数Ｋは、学習テーブル３０６または補正マップ３０８を参照して求めることができる。この結果、着火クランク角θｑが目標クランク角θｔｇｔよりも遅角側にある時は、燃料噴射量は標準値よりも増大し、進角側にある時は、燃料噴射量は標準値よりも減少することになる。
【００５９】
ＥＣＵ３００は、学習条件が成立する場合には（ステップＳ１８）、設定された補正量および補正係数で学習テーブル３０６を更新する（ステップＳ１９）。学習条件は、種々の設定が可能であるが、本実施例では、学習テーブル内の一定領域で１０サイクル以上の運転が継続されたことを条件とした。
【００６０】
ＥＣＵ３００は、以上の処理における設定に基づき、燃料噴射量および可変動弁機構の制御を実行する（ステップＳ２０）。本実施例では、主として自着火運転時の制御処理を説明した。火花点火運転時には、図４中のステップＳ１２〜Ｓ１４、Ｓ１７〜Ｓ１９を省略しても良い。
【００６１】
Ｅ．燃焼時期制御による効果：
図７は本実施例の制御による効果を示す説明図である。エンジンに備えられた３つのシリンダａ〜ｃについて、筒内圧Ｐおよび熱発生率ｄＱ／ｄθの状態を示した。説明の便宜上、吸気弁の閉じタイミングＩＶＣをバルブタイミングの代表値として、用いるものとする。
【００６２】
左側は、制御を適用する前の状態である。各シリンダａ〜ｃのバルブタイミングは、標準のタイミング（例えば、ＩＶＣ＝５０ＡＢＤＣ（ｄｅｇ））で統一されている。この状態では、熱発生率ｄＱ／ｄθが最大となる着火クランク角、即ち燃焼時期は、目標クランク角θｔｇｔからずれている。また、シリンダ間の燃焼特性のバラツキにより、燃焼時期は、シリンダ間でもバラツキが生じている。
【００６３】
図の右側には、制御を適用した状態を示した。各シリンダａ〜ｃのバルブタイミングを制御することにより、各シリンダａ〜ｃの燃焼時期は目標クランク角θｔｇｔに接近する。結果として、シリンダ間のバラツキも抑制することができる。
【００６４】
以上で説明した実施例のエンジンによれば、熱発生率をパラメータとしてバルブタイミングを制御することにより、自着火における燃焼時期を目標クランク角に精度良く制御することができる。この結果、複数のシリンダを有するエンジンにおいては、燃焼時期についてのシリンダ間のばらつきも抑制される。
【００６５】
本実施例では、バルブタイミングと燃料噴射量の双方を補正する場合を例示した。両者を補正することにより、燃焼時期を幅広い範囲で制御可能となるとともに、応答性および精度を向上することができる。例えば、バルブタイミングのみの補正では応答性、精度が不足する場合に、燃料噴射量の補正によってこれを補償することが可能となる。
【００６６】
燃料噴射量の補正は、種々の態様で適用することができる。例えば、バルブタイミングの補正を行っても、燃焼時期と目標クランク角の偏差Δθが所定値以下に収束しない場合にのみ、燃料噴射量を補正するようにしてもよい。これは、主としてバルブタイミングの補正を用い、燃料噴射量の補正を補助的に用いる態様に相当する。逆に、燃料噴射量の補正を主とし、バルブタイミングの補正を補助としてもよい。
【００６７】
燃料噴射量の補正は、必須ではなく、偏差Δθに関わらず、標準の燃料噴射量を用いるものとしてもよい。
【００６８】
以上、本発明の種々の実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の構成を採ることができることはいうまでもない。例えば、図中に示した種々の値は、例示に過ぎず、任意に設定可能である。本実施例では、ＣＰＵ３０１がソフトウェアに従って制御を実施する例を示したが、ハードウェア的に制御を実現しても構わない。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】実施例としてのエンジン１００の構成を概念的に示した説明図である。
【図２】燃焼時期の制御原理を示す説明図である。
【図３】実施例における制御マップの一覧を示す説明図である。
【図４】２サイクル時のバルブ開閉タイミングを示す説明図である。
【図５】４サイクル自着火時のバルブ開閉タイミングを示す説明図である。
【図６】運転制御処理のフローチャートである。
【図７】本実施例の制御による効果を示す説明図である。
【符号の説明】
【００７０】
１２...吸気管
１６...排気管
２０...エアクリーナ
２２...スロットル弁
２４...電動アクチュエータ
２６...触媒
３２...クランク角センサ
３４...アクセル開度センサ
３６...筒内圧センサ
５０...過給器
５２...タービン
５４...コンプレッサ
６０...サージタンク
６２...インタークーラ
８２...燃料噴射弁
８４...燃料ポンプ
８６...燃料タンク
１００...エンジン
１３０...シリンダヘッド
１３２...吸気弁
１３３...吸気ポート
１３４...排気弁
１３５...排気ポート
１３６...点火プラグ
１４０...シリンダブロック
１４２...シリンダ
１４４...ピストン
１４６...コネクティングロッド
１４８...クランクシャフト
１６２，１６４...電動アクチュエータ
３００...ＥＣＵ
３０１...ＣＰＵ
３０２...サイクルマップ
３０３...燃料噴射量マップ
３０４...吸気量マップ
３０５...バルブ制御マップ
３０６...学習テーブル
３０７...着火時期マップ
３０８...補正マップ
【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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