(57)【要約】【課題】  ドライバビリティの悪化を抑制しつつ効率よく圧縮端温度を上昇させることができる圧縮自着火式内燃機関の制御装置を提供する。【解決手段】  本発明の圧縮自着火式内燃機関の制御装置は、サージタンク１２から各気筒の吸気ポート８までの吸気枝管１１の長さを変更する吸気枝管長変更手段１７と、内燃機関の運転パラメータの値に基づいて圧縮端温度を推定する圧縮端温度推定手段とを具備し、圧縮端温度推定手段によって推定された圧縮端温度が限界温度よりも低い場合には吸気枝管長変更手段により吸気枝管の長さを変更するようになっている。【選択図】      図１
2007077838.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
サージタンクから各気筒の吸気ポートまでの吸気枝管の長さを変更する吸気枝管長変更手段と、内燃機関の運転パラメータの値に基づいて圧縮端温度を推定する圧縮端温度推定手段とを具備する、圧縮自着火式内燃機関の制御装置において、
上記圧縮端温度推定手段によって推定された圧縮端温度が限界温度よりも低い場合には、上記吸気枝管長変更手段により吸気枝管の長さを変更するようにした、圧縮自着火式内燃機関の制御装置。
【請求項２】
上記吸気枝管長変更手段は、吸気枝管の長さが長い長吸気枝管長状態と吸気枝管の長さが短い短吸気枝管長状態との間で二段階で吸気枝管の長さを変更可能であり、上記圧縮端温度推定手段によって推定された圧縮端温度が上記限界温度よりも低い場合には上記長吸気枝管長状態と短吸気枝管長状態とのうち一方の状態から他方の状態へ変更するようにした、請求項１に記載の圧縮自着火式内燃機関の制御装置。
【請求項３】
スロットル弁の開度又は吸気弁の開閉弁特性を変更することによって圧縮端温度を制御する圧縮端温度制御手段をさらに具備し、
上記吸気枝管長変更手段によって吸気枝管の長さを変更した後に上記圧縮端温度推定手段によって推定された圧縮端温度が上記限界温度よりも低い場合には、上記圧縮端温度制御手段によって圧縮端温度を高めるようにした、請求項１又は２に記載の圧縮自着火式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、圧縮自着火式内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、圧縮自着火式内燃機関（ディーゼルエンジン）では、ピストンの上昇に伴って各気筒の筒内温度を上昇させつつ燃料噴射弁から燃料噴射を行うことにより燃焼室内の混合気を自己着火させることによって燃焼が開始される。筒内の混合気は筒内温度が自着火温度以上にならなければ自己着火しないため、各気筒での燃焼を継続的に維持させるためには、圧縮端温度（混合気の燃焼が生じないと仮定した場合の圧縮上死点における筒内温度）を常に自着火温度以上に維持しなければならず、圧縮端温度が自着火温度よりも低くなってしまうと失火してしまう。
【０００３】
吸気弁が閉弁してからピストンが圧縮上死点に到達するまで筒内では実質的に断熱圧縮が行われるため、圧縮端温度は吸気弁閉弁時期や吸気弁閉弁時における筒内温度等に応じて変わる。このため、多くの圧縮自着火式内燃機関では、吸気弁閉弁時期や吸気弁閉弁時における筒内温度等を制御することにより、圧縮端温度を自着火温度以上に維持して、失火を防止している。
【０００４】
特許文献１に記載の制御装置では、吸気弁の閉弁時期を制御することにより圧縮端温度を制御する制御装置が開示されている。すなわち、吸気弁の閉弁時期を吸気下死点から遅角すると吸気弁の閉弁時における筒内容積は比較的小さくなっているため実質的な圧縮比が低くなる。そして、吸気弁閉弁時における筒内温度に対する圧縮上死点における筒内温度の比率は圧縮比が低くなると低下する。従って、吸気弁の閉弁時期を遅角すると圧縮端温度が低下する。逆に、吸気弁の閉弁時期を吸気下死点に向かって進角すると吸気弁の閉弁時における筒内容積が大きくなっているため実質的な圧縮比が高くなり、よって圧縮端温度が上昇する。従って、特許文献１に記載の制御装置では、このようにして圧縮端温度を制御している。
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−１１３７２３号公報
【特許文献２】特開２００３−３４３３１３号公報
【特許文献３】実開昭６１−１５１０６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、引用文献１に記載の制御装置のように、吸気弁の閉弁時期を変えると吸気弁の閉弁時期の変更に伴って筒内充填空気量が大きく変わってしまう。そして、筒内充填空気量が変わると混合気の空燃比も変わり、よって内燃機関の出力トルクも変わってしまう。従って、引用文献１に記載の制御装置のように吸気弁の閉弁時期を変えることにより圧縮端温度を上昇させようとするとドライバビリティの悪化を招く。
【０００７】
また、スロットル開度を増大させることにより圧縮端温度を上昇させることもできる。すなわち、スロットル開度を増大させるとスロットル弁の絞りにおける吸気ガスの温度低下が小さくなるため筒内温度が上昇せしめられ、圧縮端温度が上昇せしめられる。しかしながらこの方法によっても筒内充填空気量が大きく変わってしまい、ドライバビリティの悪化を招く。さらに、この方法ではスロットル開度の増大による筒内温度の上昇は比較的小さいため、圧縮端温度を上昇させにくく、効率的に圧縮端温度を上昇させることができない。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、ドライバビリティの悪化を抑制しつつ効率よく圧縮端温度を上昇させることができる圧縮自着火式内燃機関の制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、第１の発明では、サージタンクから各気筒の吸気ポートまでの吸気枝管の長さを変更する吸気枝管長変更手段と、内燃機関の運転パラメータの値に基づいて圧縮端温度を推定する圧縮端温度推定手段とを具備する、圧縮自着火式内燃機関の制御装置において、上記圧縮端温度推定手段によって推定された圧縮端温度が限界温度よりも低い場合には、上記吸気枝管長変更手段により吸気枝管の長さを変更するようにした。
第１の発明によれば、吸気枝管の長さを変更することにより圧縮端温度が変更せしめられる。すなわち、吸気枝管の長さを変更すると吸気枝管内に生じる圧力脈動のパターンが変わる。そして吸気枝管内の圧力脈動では吸気枝管内の圧力に加えて温度も大きく変化する。このため、吸気枝管の長さを変更することで吸気弁閉弁時における筒内温度を大きく変化させることができ、圧縮端温度を大きく変化させることができる。また、吸気枝管内の圧力脈動による筒内充填空気量の変化は比較的小さい。
【００１０】
第２の発明では、第１の発明において、上記吸気枝管長変更手段は、吸気枝管の長さが長い長吸気枝管長状態と吸気枝管の長さが短い短吸気枝管長状態との間で二段階で吸気枝管の長さを変更可能であり、上記圧縮端温度推定手段によって推定された圧縮端温度が上記限界温度よりも低い場合には上記長吸気枝管長状態と短吸気枝管長状態とのうち一方の状態から他方の状態へ変更するようにした。
【００１１】
第３の発明では、第１又は第２の発明において、スロットル弁の開度又は吸気弁の開閉弁特性を変更することによって圧縮端温度を制御する圧縮端温度制御手段をさらに具備し、上記吸気枝管長変更手段によって吸気枝管の長さを変更した後に上記圧縮端温度推定手段によって推定された圧縮端温度が上記限界温度よりも低い場合には、上記圧縮端温度制御手段によって圧縮端温度を高めるようにした。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、吸気枝管の長さを変更することで圧縮端温度を大きく変化させることができる。また、吸気枝管内の圧力脈動による筒内充填空気量の変化は比較的小さい。このため、ドライバビリティの悪化を抑制しつつ効率よく圧縮端温度を上昇させることができる圧縮自着火式内燃機関の制御装置が提供せしめられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を参照して本発明の制御装置について説明する。図１は本発明の第一実施形態の制御装置が用いられる圧縮自着火式内燃機関（ディーゼルエンジン）を示す。
【００１４】
図１を参照すると、１は機関本体、２はシリンダブロック、３はシリンダヘッド、４はピストン、５は燃焼室、６は電気制御式燃料噴射弁、７は吸気弁、８は吸気ポート、９は排気弁、１０は排気ポートをそれぞれ示す。吸気ポート８は対応する吸気枝管１１を介してサージタンク１２に連結され、サージタンク１２は吸気管１３を介してエアクリーナ１４に連結される。吸気管１３内にはステップモータ１５により駆動されるスロットル弁１６が配置され、吸気枝管１１内には後述するように吸気枝管１１の長さを変更するのに用いられる枝管長変更弁１７が配置される。一方、排気ポート１０は排気管１８を介して排気浄化触媒１９を内蔵したケーシング２０に連結される。
【００１５】
各気筒の吸気弁７は吸気弁駆動装置２１により開閉駆動される。この吸気弁駆動装置２１は、カムシャフトと、クランク角に対するカムシャフトの回転角を進角側と遅角側との間で選択的に切り換えるための切換機構とを具備する。カムシャフトの回転角が進角されると図２にＡＤで示されるように吸気弁７の開弁時期ＩＶＯ及び閉弁時期ＩＶＣが進角され、従って開閉弁時期が進角される。一方、カムシャフトの回転角が遅角されると図２にＲＴで示されるように吸気弁７の開弁時期ＩＶＯ及び閉弁時期ＩＶＣが遅角され、従って開閉弁時期が遅角される。この場合、吸気弁７のリフト量及び作用角（開弁期間）が保持されつつ位相角（開閉弁時期）が変更される。図１に示される内燃機関では、カムシャフトの回転角は機関運転状態に応じて進角側又は遅角側に切り換えられる。なお、吸気弁７の開弁時期が連続的に変更される場合や、リフト量又は作用角が変更される場合にも本発明を適用することができる。
【００１６】
各燃料噴射弁６は燃料供給管６ａを介して燃料リザーバ、いわゆるコモンレール２２に連結される。このコモンレール２２内へは電気制御式の吐出量可変な燃料ポンプ２３から燃料が供給され、コモンレール２２内に供給された燃料は各燃料供給管６ａを介して燃料噴射弁６に供給される。コモンレール２２にはコモンレール２２内の燃料圧を検出するための燃料圧センサ２４が取り付けられ、燃料圧センサ２４の出力信号に基づいてコモンレール２２内の燃料圧が目標燃料圧となるように燃料ポンプ２３の吐出量が制御される。
【００１７】
電子制御ユニット４０はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス４１により互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）４２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）４３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）４４、入力ポート４５および出力ポート４６を具備する。燃料圧センサ３３の出力信号は対応するＡＤ変換器４７を介して入力ポート４５に入力される。
【００１８】
アクセルペダル５０にはアクセルペダル５０の踏込量に比例した出力電圧を発生する負荷センサ５１が接続され、負荷センサ５１の出力電圧は対応するＡＤ変換器４７を介して入力ポート４５に入力される。さらに、入力ポート４５には、クランクシャフトが例えば１０°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ５２が接続される。また、サージタンク１２にはサージタンク１２内の吸気ガス（空気）の圧力を検出するためのサージタンク圧力センサ５３が設けられ、各吸気枝管１１には吸気ポート８近傍において吸気枝管１１内の吸気ガスの圧力を検出するための吸気脈動圧力センサ５４が設けられる。さらに、吸気管１３には吸気管１３を通過する吸気ガスの流量を検出するためのエアフロメータ５５が設けられ、これらサージタンク圧力センサ５３、吸気脈動圧センサ５４およびエアフロメータ５５は対応するＡＤ変換器４７を介して入力ポート４５に接続される。出力ポート４６は、対応する駆動回路４８を介して、燃料噴射弁６、スロットル弁駆動用ステップモータ１５、及び燃料ポンプ２３に接続される。
【００１９】
本実施形態では、吸気枝管１１は各気筒毎に設けられ、よって多気筒型内燃機関では気筒数と同数の吸気枝管１１が設けられる。従って、サージタンク１２からは複数の吸気枝管１１が延びている。各吸気枝管１１は、主吸気枝管１１ａと付加吸気枝管１１ｂとを有する。主吸気枝管１１ａは、その一方の端部がサージタンク１２に連通していると共に、他方の端部が吸気ポート８に連通している。一方、付加吸気枝管１１ｂは、その一方の端部がサージタンク１２に連通していると共に、他方の端部が主吸気枝管１１ａのサージタンク１２側の端部付近に連通している。
【００２０】
付加吸気枝管１１ｂが主吸気枝管１１ａに連通する連通部１１ｃには枝管長変更弁１７が設けられる。枝管長変更弁１７は、主吸気枝管１１ａを塞ぐ長枝管長位置（図１に実線で示した位置）と、付加吸気枝管１１ｂを塞ぐ短枝管長位置（図１に破線で示した位置）との間で切り換えられる。枝管長変更弁１７が長枝管長位置にあるときには、サージタンク１２内の吸気ガスは付加吸気枝管１１ｂと主吸気枝管１１ａとを通って吸気ポート１２に流入し、一方、枝管長変更弁１７が短枝管長位置にあるときには、サージタンク１２内の吸気ガスは主吸気枝管１１ａのみを通って吸気ポート８に流入する。すなわち、枝管長変更弁１７が長枝管長位置にあるときには、サージタンク１２から吸気ポート８までの吸気枝管１１の実質的な長さは長いものとなり、逆に、枝管長変更弁１７が短枝管長位置にあるときには、サージタンク１２から吸気ポート８までの吸気枝管１１の実質的な長さは短いものとなる。従って、枝管長変更弁１７及び吸気枝管１１は、サージタンクから各気筒の吸気ポートまでの吸気枝管の長さを変更する吸気枝管長変更手段を構成する。
【００２１】
ところで、圧縮自着火式内燃機関では、圧縮行程にある気筒において、燃料噴射弁６から燃料噴射が行われて混合気が形成されると共に加熱された混合気中で前炎反応が進行し、最も反応が進んだ混合気部分で自己着火が起こる。通常、燃料噴射弁６からの燃料噴射が開始されてから直ぐに自己着火が起こるわけでなく、燃料噴射開始から着火までには遅れ、すなわち着火遅れが存在する。この着火遅れ時間は、混合気形成に要する着火遅れ時間と前炎反応に要する着火遅れ時間とに分けられ、前炎反応に要する着火遅れ時間を支配する因子としては燃料の着火性、筒内温度、筒内圧力等が挙げられる。
【００２２】
最初に着火の条件が整う混合気部分の形成は燃料噴射弁６からの噴霧の形態に無関係に生じると考えられるため、着火遅れは、噴霧特性、燃焼室形状、筒内の空気流動等にはあまり影響されず、筒内温度、筒内圧力によって決まる。特に、混合気の燃焼が生じないと仮定した場合の圧縮上死点における筒内温度（以下、「圧縮端温度」と称す）が高いほど着火遅れは短くなり、逆に、圧縮端温度が低くなると着火遅れは長くなる。特に、圧縮比を低くした状態や吸入空気量を低減させた状態では圧縮端温度が低くなり過ぎると混合気は自己着火せず、その結果、失火を招くことになる。
【００２３】
そこで、本発明では、枝管長変更弁１７の作動位置を変更して吸気枝管１１の実質的な長さを変更することにより、圧縮端温度が低くなり過ぎて失火が生じてしまうのを防止することとしている。
【００２４】
図３は、或る気筒における吸気行程から圧縮行程において、この気筒に対応する吸気枝管１１内の吸気ガスの圧力（以下、「枝管内圧力」と称す）及びこの気筒の筒内圧力の推移を示した図である。図中、吸気弁７の閉弁時期ＩＶＣを示す一点鎖線よりも左側は枝管内圧力を示しており、一点鎖線よりも右側は筒内圧力を示している。
【００２５】
図３の移転鎖線よりも左側の部分から分かるように、枝管内圧力は一定ではなく、時間に応じて、すなわちクランク角に応じて変化する。これは、吸気弁７の開閉に伴ってサージタンク１２内の吸気ガスの圧力が変化すること（圧力脈動）に伴うものである。斯かる圧力脈動の脈動パターンは一定ではなく、機関回転数、吸気枝管の長さ、吸気弁の開閉弁時期等に応じて変化する。図３に示した例では、機関回転数や吸気弁７の閉弁時期ＩＶＣが同一であって吸気枝管の長さのみが異なる場合における筒内圧力の推移を示しており、例えば実線は吸気枝管の実質的な長さが長い場合を、破線は吸気枝管の実質的な長さが短い場合をそれぞれ示している。図３から分かるように、枝管内圧力は脈動しており、クランク角によっては吸気枝管の実質的な長さが長い場合の方が枝管内圧力が高く、また、クランク角によっては吸気枝管の実質的な長さが短い場合の方が枝管内圧力が低い。
【００２６】
ここで、一般に、吸気弁７の閉弁時期ＩＶＣにおける枝管内圧力は、吸気弁７の閉弁時期ＩＶＣにおける筒内圧力にほぼ等しい。このため、吸気弁７の閉弁時期ＩＶＣにおける筒内圧力は、枝管内圧力の脈動に応じて異なるものとなる。例えば、図３に示した例では、吸気枝管の実質的な長さが長い場合（実線）における吸気弁７の閉弁時期ＩＶＣにおける筒内圧力は、吸気枝管の実質的な長さが短い場合（破線）における吸気弁７の閉弁時期ＩＶＣにおける筒内圧力よりも低い。
【００２７】
また、枝管内圧力に脈動が生じている場合、枝管内圧力の変動に伴って吸気枝管１１内の吸気ガスの温度（以下、「枝管内温度」と称す）も変動する。すなわち、枝管内圧力の脈動により枝管内圧力が高いときには枝管内温度も高く、逆に枝管内圧力が低いときには枝管内温度も低い。筒内圧力と同様に、吸気弁７の閉弁時期ＩＶＣにおける筒内温度は吸気弁７の閉弁時期ＩＶＣにおける枝管内圧力にほぼ等しい。従って、図３に示した例では、吸気枝管の実質的な長さが長い場合（実線）における吸気弁７の閉弁時期ＩＶＣにおける筒内温度は、吸気枝管の実質的な長さが短い場合（破線）における吸気弁７の閉弁時期ＩＶＣにおける筒内温度よりも低い。
【００２８】
吸気弁７の閉弁後、気筒内では断熱圧縮が行われる。従って、吸気弁７の閉弁時期ＩＶＣにおける筒内温度が高いときには圧縮端温度も高くなり、逆に吸気弁７の閉弁時期ＩＶＣにおける筒内温度が低いときには圧縮端温度も低くなる。このため、例えば、図３に示した例において、吸気枝管の実質的な長さが長い場合（実線）には圧縮端温度は低くなり、吸気枝管の実質的な長さが短い場合（破線）には圧縮端温度は高くなる。よって、図３に示した例では、吸気枝管の実質的な長さが長い場合に圧縮端温度が低くて失火が生じてしまう可能性が高いときには、枝管長変更弁１７の作動位置を変更して吸気枝管の実質的な長さを短くすることによって圧縮端温度を高くすることができ、よって失火が生じてしまう可能性を低いものとすることができる。
【００２９】
図４は、本実施形態の制御装置による圧縮端温度制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。図示した制御ルーチンは所定時間間隔の割り込みによって実行される。
【００３０】
まず、ステップ１０１及び１０２において圧縮端温度Ｔtdcの算出が行われる。すなわち、ステップ１０１では、主吸気枝管１１ａの吸気ポート８側の端部付近に配置された温度センサ（図示せず）により、吸気弁７の閉弁時期ＩＶＣにおける枝管内温度が検出される。上述したように吸気弁７の閉弁時期ＩＶＣにおける枝管内温度は筒内温度とほぼ等しいため、吸気弁７の閉弁時期ＩＶＣにおける枝管内温度は閉弁時期ＩＶＣにおける筒内温度Ｔivcを表しており、よってステップ１０１では吸気弁７の閉弁時期ＩＶＣにおける筒内温度Ｔivcが検出されることになる。
【００３１】
次いで、ステップ１０２では、ステップ１０１で検出された吸気弁７の閉弁時期ＩＶＣにおける筒内温度Ｔivcに基づいて、圧縮端温度Ｔtdcが算出される。上述したように、筒内ではピストンの上昇に伴って断熱圧縮変化が起こるため、圧縮端温度Ｔtdcは下記式（１）により計算される。
【数１】
2007077838.tif 000003
なお、式（１）において、Ｖivcは吸気弁７の閉弁時期における気筒内の容積、Ｖtdcは圧縮上死点における気筒内の容積、κは比熱比をそれぞれ示している。
【００３２】
次いで、ステップ１０３では、ステップ１０２において算出された圧縮端温度Ｔtdcが限界温度Ｔth未満であるか否かが判定される。ここで、限界温度Ｔthとは、失火が起こる可能性が低い圧縮端温度の温度範囲のうち最も低い温度であって、内燃機関の運転に関するパラメータ（以下、「運転パラメータ」と称す）に基づいて定まる温度である。すなわち、失火が起こる圧縮端温度は運転パラメータに応じて決まり、限界温度Ｔthはこの失火が起こる圧縮端温度よりも僅かに高い温度である。限界温度Ｔthは、運転パラメータ（例えば機関回転数、機関負荷）の値毎に予め実験により又は計算によって求められ、マップとしてＥＣＵ４０のＲＯＭ４２に保存されている。そして、ステップ１０３では、クランク角センサ５２の出力に基づいて算出された機関回転数、負荷センサ５１によって検出された機関負荷等に基づいて上記マップにより算出される。
【００３３】
ステップ１０３において、圧縮端温度Ｔtdcが限界温度Ｔth以上であると判定された場合、すなわち失火が起こる可能性が低いと判定された場合には後述するステップ１０８を介して制御ルーチンが終了せしめられる。一方、ステップ１０３において、圧縮端温度Ｔtdcが限界温度Ｔthよりも低いと判定された場合、すなわち失火が起こる可能性が高いと判定された場合にはステップ１０４へと進む。
【００３４】
ステップ１０４では、弁切換フラグflagが１であるか否かが判定される。弁切換フラグflagは、枝管長変更弁１７が長枝管長位置から短枝管長位置へ又は短枝管長位置から長枝管長位置へと切り換えられてから圧縮端温度Ｔtdcが限界温度Ｔth以上になるまで又は圧縮端温度Ｔtdcを限界温度Ｔth以上にすべくスロットル開度の増大等を行うまで１とされ、それ以外のときには０とされるフラグである。
【００３５】
ステップ１０４において、弁切換フラグflagが０である場合、すなわち枝管長変更弁１７が切り換えられていない場合にはステップ１０５へと進む。ステップ１０５では、枝管長変更弁１７が切り換えられる。すなわち、枝管長変更弁１７が長枝管長位置にある場合には短枝管長位置へ、短枝管長位置にある場合には長枝管長位置へと切り換えられる。これにより、吸気枝管１１の実質的な長さが切り換えられる。
【００３６】
次いで、ステップ１０６では弁切換フラグflagが１とされ、ステップ１０７では、基準圧縮端温度Ｔtdcxがステップ１０２において算出された圧縮端温度ＴtdcとされてＥＣＵのＲＡＭ４３に保存され、制御ルーチンが終了せしめられる。ここで、基準圧縮端温度Ｔtdcxとは、枝管長変更弁１７を切り換えた後に枝管長変更弁１７の切換前に比べて圧縮端温度が高くなったか或いは低くなったかを判断するための基準となる温度であり、後述するステップ１１０において用いられる。
【００３７】
枝管長変更弁１７が切り換えられた後に実行される制御ルーチンでは、ステップ１０１、１０２において圧縮端温度Ｔtdcが算出されてステップ１０３へと進む。ステップ１０３では上述したように圧縮端温度Ｔtdcが限界温度Ｔth未満であるか否かが判定され、枝管長変更弁１７の切換によって圧縮端温度Ｔtdcが限界温度Ｔth以上にまで上昇している場合にはステップ１０８へと進み、弁切換フラグflagが０とされて制御ルーチンが終了せしめられる。
【００３８】
一方、枝管長変更弁１７の切換によっても圧縮端温度Ｔtdcが限界温度Ｔth未満であり、失火が起こる可能性が低いと判定された場合には、ステップ１０４へと進む。前回の制御ルーチンにおいて枝管長変更弁１７が切り換えられており、弁切換フラグflagは１とされているため、ステップ１０４では弁切換フラグflagが１であると判定されてステップ１０９へと進む。
【００３９】
ステップ１０９では、機関運転状態が定常状態であるか否かが判定される。機関運転状態が定常状態である場合とは、運転パラメータ（例えば、機関回転数、出力トルク、圧縮端温度等）の単位時間あたり又は単位クランク角あたりの変化が所定値以下である場合を意味する。本実施形態では、枝管長変更弁１７を切り換えてから所定サイクル数が経過したか否かにより判定される。このように、機関運転状態が定常状態であるか否かを判断するのは、機関運転状態が過渡状態となっていると、枝管長変更弁１７を切り換えたことによる圧縮端温度の変化を正確に判断することができないためである。ステップ１０９において、機関運転状態が定常状態にないと判定された場合には制御ルーチンが終了せしめられる。従って、機関運転状態が定常状態となるまで、ステップ１０１、１０２、１０３、１０４及び１０９が繰り返される。その後、機関運転状態が定常状態となると、ステップ１１０へと進む。
【００４０】
ステップ１１０では、ステップ１０２において算出された圧縮端温度Ｔtdcが、枝管長変更弁１７の切換時の制御ルーチンのステップ１０７で求められた基準圧縮端温度Ｔtdcx以上であるか否かが判定される。すなわち、枝管長変更弁１７を切り換えて吸気枝管１１の実質的な長さを変更したことにより圧縮端温度Ｔtdcが上昇したか否かが判定される。ステップ１１０において、圧縮端温度Ｔtdcが基準圧縮端温度Ｔtdcx以上であると判定された場合、すなわち枝管長変更弁１７を切り換えたことにより圧縮端温度Ｔtdcが上昇したと判定された場合にはステップ１１２へと進む。
【００４１】
一方、ステップ１１０において、圧縮端温度Ｔtdcが基準圧縮端温度Ｔtdcxよりも小さいと判定された場合、すなわち枝管長変更弁１７を切り換えたことにより圧縮端温度Ｔtdcが低下したと判定された場合には、ステップ１１１へと進む。ステップ１１１では再び枝管長変更弁１７が切り換えられ、前の制御ルーチンのステップ１０５で枝管長変更弁１７が切り換えられる前の作動位置に戻され、ステップ１１２へと進む。
【００４２】
ステップ１１２では、枝管長変更弁１７の切換によっても圧縮端温度Ｔtdcが限界温度Ｔth以上にならなかったことから、圧縮端温度Ｔtdcを限界温度Ｔth以上にすべくスロットル開度が増大せしめられる。スロットル開度の増大量は、予め定められた一定量であってもよいし、圧縮端温度Ｔtdcと限界温度Ｔthとの差分（Ｔth-Ｔtdc）が大きいほど大きくなるようにしてもよい。これにより、圧縮端温度Ｔtdcが限界温度Ｔth以上にまで上昇せしめられる。なお、ステップ１１２では、圧縮端温度を上昇させることができれば、スロットル開度の増大以外の操作を行ってもよく、例えば吸気弁７の位相角の進角等を行ってもよい。そして、ステップ１１３では、弁切換フラグflagが０とされ、制御ルーチンが終了せしめられる。
【００４３】
このように、本実施形態によれば、圧縮端温度が低いと推定される場合には、吸気枝管１１の実質的な長さを変更することで圧縮端温度を高くするようにしている。そして、吸気枝管１１の実質的な長さを変更したにも関わらず圧縮端温度を十分に上昇させることができなかった場合に限り、圧縮端温度を上昇させるべくスロットル開度の増大又は吸気弁７の位相角の進角等を行うこととしている。これにより、圧縮端温度が低い状態、すなわち失火が起こる可能性が高い状態で内燃機関が運転せしめられることがなくなり、失火を回避することができる。
【００４４】
ここで、圧縮端温度を上昇させる方法としては、吸気枝管の長さを変更することなく、スロットル開度を増大させて枝管内温度、すなわち吸気弁７の閉弁時期における筒内温度を上昇させたり、吸気弁７の位相角を吸気下死点に向かって進角させて実質的な圧縮比を高めたりすることが挙げられる。これら操作によれば、スロットル開度の増大や吸気弁７の位相角の進角に伴って筒内充填空気量が増大せしめられる。このため、失火回避のためにこれら操作によって圧縮端温度を上昇させると、混合気の空燃比が変わり、よって内燃機関の出力トルクも変わるため、ドライバビリティの悪化を招いてしまう。
【００４５】
さらに、スロットル開度の増大によって上昇する筒内温度は比較的小さい。従って、圧縮端温度を大きく上昇させるためにはスロットル開度をかなり大きくする必要があり、これにより上述したようにドライバビリティが大きく悪化してしまう。
【００４６】
これに対して、本発明のように、吸気枝管１１の実質的な長さを変更すると吸気弁７の閉弁時期ＩＶＣにおける筒内温度が比較的大きく変化する。そして、上記式（１）から分かるように、吸気弁７の閉弁時期ＩＶＣにおける筒内温度が大きく変化すると圧縮端温度も大きく変化する。従って、吸気枝管１１の実質的な長さを変更することによって圧縮端温度が上昇する程度は、スロットル開度を増大させることによって圧縮端温度が上昇する程度よりも大きく、効率的に圧縮端温度を上昇させることができ、よって効率的に失火を回避することができる。
【００４７】
また、吸気枝管１１の実質的な長さを変更することによっても吸気弁７の閉弁時期ＩＶＣにおける筒内圧力が変化し、よって筒内充填空気量が変化する。しかしながら、吸気枝管１１の実質的な長さを変更することによる筒内充填空気量の変化量は、スロットル開度を増大することによる筒内充填空気量の変化量や吸気弁７の閉弁時期を進角させることによる筒内充填空気量の変化量よりも小さく、よって圧縮端温度を上昇させることに伴うドライバビリティの悪化を抑制することができる。
【００４８】
次に、上記実施形態の変更例について説明する。上記実施形態では、図４のフローチャートのステップ１０１及び１０２に示したように、温度センサにより吸気弁７の閉弁時期ＩＶＣにおける筒内温度Ｔivcを検出し、検出した筒内温度Ｔivcに基づいて圧縮端温度Ｔtdcを算出している。これに対して、本変更例では、吸気弁７の閉弁時期ＩＶＣにおける筒内圧力Ｐivc及び筒内容積Ｖivcと筒内充填空気量Ｇとに基づいて、吸気弁７の閉弁時期ＩＶＣにおける筒内温度Ｔivcを検出するようにしている。
【００４９】
すなわち、気体の状態方程式により、吸気弁７の閉弁時期ＩＶＣにおける筒内温度Ｔivcは下記式（２）のように表せる。
【数２】
2007077838.tif 000004
ここで、Ｇは筒内充填空気量、Ｒは気体定数である。
【００５０】
式（２）において、吸気弁７の閉弁時期ＩＶＣにおける筒内圧力Ｐivcは、吸気弁７の閉弁時期ＩＶＣにおける枝管内圧力とほぼ等しく、従って吸気脈動圧力センサ５４によって検出することができる。また、吸気弁７の閉弁時期ＩＶＣにおける筒内容積Ｖivcは、吸気弁７の閉弁時期ＩＶＣに応じて定まり、従って吸気弁駆動装置２１への出力信号に基づいて算出することができる。よって、筒内充填空気量Ｇを求めることができれば、上記式（２）に基づいて筒内温度Ｔivcを算出することができる。
【００５１】
燃焼室５内での混合気の燃焼による熱発生量を考慮すると、筒内充填空気量Ｇは下記式（３）のように表すことができる。
Ｇ＝Ｑ・ＡＦ／Ｈｕ    …（３）
ここで、Ｑは混合気の燃焼による熱発生量、ＡＦは燃焼室５内の混合気の空燃比、Ｈｕは燃料低発熱量である。
【００５２】
熱発生量Ｑは、着火から排気弁７の開弁時期ＥＶＯまでの間に燃焼室５内で発生した発熱量（以下、「累積発熱量」と称す）Ｑｘと燃焼室５内の混合気から燃焼室壁への対流熱伝達による熱損失（以下、「熱損失」と称す）Ｑｗとの和として下記式（４）のように表せる。
Ｑ＝Ｑｘ＋Ｑｗ    …（４）
【００５３】
累積発熱量Ｑｘは、クランク角に応じて変化する筒内圧力Ｐ及び筒内容積Ｖに基づいて下記式（５）のように燃焼室５内の混合気への着火時期ＩＧＮから排気弁７の開弁時期ＥＶＯまでの積分により算出される。
【数３】
2007077838.tif 000005
式（５）において、κは比熱比、θはクランク角である。筒内圧力Ｐは燃焼室５内の圧力を検出することができる圧力センサ（図示せず）によって検出され、筒内容積Ｖはクランク角センサ５２によって検出されたクランク角に基づいて算出される。
【００５４】
一方、熱損失Ｑｗは、クランク角に応じて変化する筒内温度Ｔ、筒内壁温Ｔｗに基づいて下記式（６）のように燃焼室５内の混合気への着火時期ＩＧＮから排気弁７の開弁時期ＥＶＯまでの積分により算出される。
【数４】
2007077838.tif 000006
ここで、Ａは燃焼室５の表面積、ｈｗは熱伝達率である。燃焼室５の表面積Ａはクランク角センサ５２によって検出されたクランク角に基づいて、筒内壁温Ｔｗはシリンダブロック２内を流れる冷却水温を検出する水温センサ（図示せず）の出力に基づいてそれぞれ算出される。
【００５５】
また、上記式（６）中の熱伝達率ｈｗは、下記式（７）によって算出される。
【数５】
2007077838.tif 000007
式（７）において、ｄはシリンダ内径、Ｓｐはピストン４の速度、Ｐ0はモータリング時の筒内圧力（すなわち、燃焼室５内で燃焼がないと仮定した場合の筒内圧力）、Ｐign、Ｖign、Ｔignはそれぞれ着火時期ＩＧＮにおける筒内圧力、筒内容積、筒内温度をそれぞれ表している。ピストン速度Ｓｐはクランク角センサ５２によって検出されたクランク角に基づいて算出され、モータリング時の筒内圧力Ｐ0は筒内の気体の状態変化をポリトロープ変化と仮定して吸気弁７の閉弁時期ＩＶＣにおける筒内圧力Ｐivc及び筒内容積Ｖivcとクランク角センサ５２によって検出されたクランク角とに基づいて算出される。また、着火時期ＩＧＮにおける筒内圧力Ｐignは筒内圧力を検出することができる圧力センサによって検出され、筒内容積Ｖignはクランク角センサ５２によって検出されたクランク角に基づいて算出される。
【００５６】
上記式（３）〜式（７）では、算出対象である筒内充填空気量Ｇに加えて筒内温度Ｔも未知数である。そこで、上記式（３）〜式（７）に基づいてＧを算出するにあたっては、まず筒内充填空気量Ｇに初期値を与えて気体の状態方程式（ＰＶ＝ＧＲＴ）により各クランク角毎に筒内温度Ｔを算出し、こうして算出された筒内温度Ｔを用いて上記式（３）〜式（７）により筒内充填空気量Ｇを算出する。斯かる計算を筒内充填空気量Ｇの初期値を徐々に変化させつつ繰り返し行い、筒内充填空気量Ｇの初期値と上記式（３）〜（７）により算出された筒内充填空気量Ｇとがほぼ一致する筒内充填空気量を求めることにより、実際の筒内充填空気量Ｇが求められる。そして、このようにして求められた筒内充填空気量Ｇを用いて上記式（２）に基づいて筒内温度Ｔivcが算出される。
【００５７】
次に、本発明の第二実施形態の制御装置について説明する。第二実施形態の制御装置の構成は基本的に第一実施形態の制御装置の構成と同様であるが、第二実施形態の制御装置では、枝管長変更弁１７を切り換える前に予め切換後の圧縮端温度等を推定し、切換後の圧縮端温度の方が切換前の圧縮端温度よりも高いと予想される場合に限り枝管長変更弁１７を切り換えることとしている。
【００５８】
図５は、第二実施形態の制御装置による圧縮端温度制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。図示した制御ルーチンは所定時間間隔の割り込みによって実行される。
【００５９】
ステップ１２１〜ステップ１２３は、図５のステップ１０１〜ステップ１０３と同様であるため説明を省略する。ステップ１２４では、弁切換フラグflagが０であるか否かが判定される。弁切換フラグflagは図４のステップ１０４等で用いられる弁切換フラグflagと同様なフラグである。
【００６０】
ステップ１２４において、弁切換フラグflagが０である場合、すなわち枝管長変更弁１７が切り換えられていない場合にはステップ１２５へと進む。ステップ１２５では、枝管長変更弁１７を切り換えた場合における切換後の筒内圧力Ｐivcxが推定される。具体的には、各吸気枝管１１の長さ毎に機関回転数、機関負荷、スロットル開度、クランク角等に応じた枝管内圧力を求め、マップとしてＥＣＵ４０のＲＯＭ４２に保存しておく。そして、ステップ１２５において、枝管長変更弁１７を切り換えた場合の吸気弁７の閉弁時期ＩＶＣにおける筒内圧力Ｐivcxを、機関回転数、機関負荷、スロットル開度、閉弁時期ＩＶＣ等に基づいて上記マップから算出する。
【００６１】
次いでステップ１２６では、ステップ１２５において算出された切換後の筒内圧力Ｐivcxが、ステップ１２１で検出された吸気弁７の閉弁時期ＩＶＣにおける筒内圧力Ｐivcよりも大きいか否かが判定される。上述したように、吸気枝管１１内に圧力脈動が生じている場合、枝管内圧力の上昇に伴って枝管内温度も上昇し、よって筒内温度も上昇する。このため、枝管長変更弁１７の切換前後で筒内圧力Ｐivcが上昇した場合には、圧縮端温度も上昇する。従って、ステップ１２６では、枝管長変更弁１７を切り換えた場合にその切換により圧縮端温度が上昇するか否かが判定されることになる。
【００６２】
ステップ１２６において、切換後の筒内圧力Ｐivcxが吸気弁７の閉弁時期ＩＶＣにおける筒内圧力Ｐivc以下であると判定された場合、すなわち枝管長変更弁１７を切り換えることにより圧縮端温度が低下すると判定された場合には、ステップ１２７へと進む。ステップ１２７では、圧縮端温度Ｔtdcを限界温度Ｔth以上にすべくスロットル開度が増大せしめられ、次いでステップ１２８では弁切換フラグflagが０とされる。
【００６３】
一方、ステップ１２６において、切換後の筒内圧力Ｐivcxが吸気弁７の閉弁時期ＩＶＣにおける筒内圧力Ｐivcよりも大きいと判定された場合、すなわち枝管長変更弁１７を切り換えることにより圧縮端温度が上昇すると判定された場合には、ステップ１２９へと進む。ステップ１２９では、枝管長変更弁１７が切り換えられる。すなわち、枝管長変更弁１７が長枝管長位置にある場合には短枝管長位置へ、短枝管長位置にある場合には長枝管長位置へと切り換えられる。これにより、吸気枝管１１の実質的な長さが切り換えられる。次いで、ステップ１３０では弁切換フラグflagが１とされる。
【００６４】
枝管長変更弁１７が切り換えられた後に実行される制御ルーチンでは、ステップ１２１、１２２において圧縮端温度Ｔtdcが算出されてステップ１２３へと進む。ステップ１２３では上述したように圧縮端温度Ｔtdcが限界温度Ｔth未満であるか否かが判定され、枝管長変更弁１７の切換によって圧縮端温度Ｔtdcが限界温度Ｔth以上にまで上昇している場合にはステップ１３１へと進み、弁切換フラグflagが０とされて制御ルーチンが終了せしめられる。
【００６５】
一方、枝管長変更弁１７の切換によっても圧縮端温度Ｔtdcが限界温度Ｔth未満であり、失火が起こる可能性が低いと判定された場合には、ステップ１３２へと進む。ステップ１３２では、ステップ１０９と同様に、機関運転状態が定常状態であるか否かが判定される。機関運転状態が定常状態にないと判定された場合には制御ルーチンが終了せしめられ、機関運転状態が定常状態となるまで、ステップ１２１、１２２、１２３及び１２４が繰り返される。その後、機関運転状態が定常状態となるとステップ１２７へと進み、スロットル開度が増大せしめられる。なお、機関運転状態が定常状態となるまでに圧縮端温度Ｔtdcが限界温度Ｔth以上にまで上昇している場合にはステップ１２３からステップ１３１へと進み、弁切換フラグflagが０とされて制御ルーチンが終了せしめられる。
【００６６】
次に、本発明の第三実施形態の制御装置について説明する。第三実施形態の制御装置の構成は基本的に第一実施形態又は第二実施形態の制御装置の構成と同様であるが、第三実施形態の制御装置では、吸気枝管の長さを二段階ではなく連続的に変化させることができる吸気管長変更装置を有する。
【００６７】
図６は、本実施形態で用いられる吸気管長変更装置６０を示す縦段面図であり、図７は、図６の断面線ＶＩＩ−ＶＩＩから見た吸気管長変更装置６０の横断面図である。吸気枝管長変更装置６０はケーシング６１と、ケーシング６１内の中央部に配置された円筒状のサージタンク６５とを具備する。ケーシング６１は、サージタンク６５の外周面上にサージタンク６５の周方向にサージタンク６５を巻回するように延びる湾曲通路６２ａ〜６２ｄを有する。これら湾曲通路６２ａ〜６２ｄはそれぞれ一つの気筒に通じる吸気枝管の一部を構成する。
【００６８】
サージタンク６５は、サージタンク６５の軸線方向端部に設けられ且つ吸気管１３に連通する入口ポート６３と、サージタンク６５の円周部に設けられた複数の出口ポート６４ａ〜６４ｄとを有する。複数の出口ポート６４ａ〜６４ｄはサージタンクの軸線方向において一列に等間隔に設けられ、各出口ポート６４ａ〜６４ｄは一つの湾曲通路６２ａ〜６２ｄに通じる。従って、吸気管１３を流れてきた吸気ガスは入口ポート６３を介してサージタンク６５内に流入すると共に出口ポート６４ａ〜６４ｄを介して各湾曲通路６２ａ〜６２ｄへと流出し、その後各気筒の筒内に流入する。
【００６９】
サージタンク６５は、その軸線Ａ回りで回動可能であり、これに伴って湾曲通路６２ａ〜６２ｄに対する出口ポート６４ａ〜６４ｄの相対位置が変更せしめられる。サージタンク６５の回動位置が図７（ａ）の位置（以下、「長枝管長位置」と称す）にあるとき、吸気ガスが湾曲通路６２を通って流れる距離が長くなり、吸気枝管の実質的な長さが長くなる。一方、サージタンク６５の回動位置が図７（ｂ）の位置（以下、「短枝管長位置」と称す）にあるとき、吸気ガスが湾曲通路６２を通って流れる距離が短くなり、吸気枝管の実質的な長さが短くなる。サージタンク６５は、長枝管長位置と短枝管長位置との間で回動可能であり、これに伴って吸気枝管の実質的な長さが連続的に変化せしめられる。
【００７０】
本実施形態の制御装置では、基本的に図４又は図５に示した実施形態と同様な制御が行われる。ただし、吸気枝管の実質的な長さを変更する際には、長さを変更することによって最も圧縮端温度が高くなるような長さに変更される。具体的には、図５のステップ１２５と同様に、各吸気枝管の長さ毎に機関回転数、機関負荷、スロットル開度、クランク角等に応じた枝管内圧力を求め、マップとしてＥＣＵ４０のＲＯＭ４２に保存しておく。そして、機関回転数、機関負荷、スロットル開度、閉弁時期ＩＶＣ等に基づいて、吸気枝管の実質的な長さを変更するにあたり最も枝管内圧力が高くなるような吸気枝管の長さを求め、その長さになるようにサージタンク６５を回動させるようにしている。これにより吸気枝管の実質的な長さを、圧縮端温度を高くするのに最も適した長さにすることができるため、より効率的に圧縮端温度を上昇させることができ、よってより効率的に失火を回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明の制御装置を搭載した圧縮自着火式内燃機関全体を示す図である。
【図２】吸気弁開閉弁時期を示す図である。
【図３】クランク角と枝管内圧力及び筒内圧力との関係を示す図である。
【図４】第一実施形態の制御装置による圧縮端温度制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図５】第二実施形態の制御装置による圧縮端温度制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図６】第三実施形態で用いられる吸気管長変更装置を示す縦段面図である。
【図７】図６の断面線ＶＩＩ−ＶＩＩから見た吸気管長変更装置の横断面図である。
【符号の説明】
【００７２】
１    機関本体
６    燃料噴射弁
７    吸気弁
８    吸気ポート
９    排気弁
１０    排気ポート
１１    吸気枝管
１１ａ    主吸気枝管
１１ｂ    追加吸気枝管
１２    サージタンク
１６    スロットル弁
１７    枝管長変更弁
２１    吸気弁駆動装置
【図１】
2007077838.tif 000008
【図２】
2007077838.tif 000009
【図３】
2007077838.tif 000010
【図４】
2007077838.tif 000011
【図５】
2007077838.tif 000012
【図６】
2007077838.tif 000013
【図７】
2007077838.tif 000014