(57)【要約】【課題】この発明は、排気ガスの熱損失を考慮しつつ、触媒に供給する排気エネルギを適切に制御し、触媒を効率よく暖機することを目的とする。【解決手段】ＥＣＵ６０は、内燃機関１０の筒内から排出された排気ガスが触媒３０に流入するまでの間に生じる熱損失量Ｑloss(i)を算出する。この算出処理は、少なくとも触媒３０に流入する排気ガスの温度Ｔcatin(i-1)と、燃焼後の筒内温度Ｔc(i-1)と、大気温度Ｔa(i-1)とを用いて実行される。そして、ＥＣＵ６０は、熱損失量Ｑloss(i)に基づいて、触媒流入ガス温度Ｔcatin(i)が最大となるように、筒内空燃比Ｒaf(i)と残留ガス割合Ｒe(i)とを制御する。これにより、触媒３０に供給する排気エネルギを適切に制御することができ、暖機効率を高めることができる。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の筒内から排出された排気ガスが触媒に向けて流通する排気通路と、
排気ガスが前記排気通路を流通する間に生じる熱損失量を、少なくとも排気ガスの温度に応じて算出する熱損失量算出手段と、
排気ガスが前記触媒に流入するときの温度である触媒流入ガス温度を、少なくとも前記排気ガスの熱損失量に基づいて算出する流入ガス温度算出手段と、
前記触媒流入ガス温度に応じて内燃機関の燃焼状態を制御する燃焼制御手段と、
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】
前記筒内に吸気される新気ガスと前記筒内に残留した排気ガスとの比率である残留ガス割合を可変に設定する残留ガス割合可変手段を備え、
前記燃焼制御手段は、前記残留ガス割合可変手段を用いて、前記触媒流入ガス温度が最大となるように前記残留ガス割合を制御する構成としてなる請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記残留ガス割合可変手段は、内燃機関の吸気バルブと排気バルブのうち少なくとも一方のバルブタイミングを可変に設定する可変バルブタイミング機構である請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
内燃機関のクランク角と吸入空気量とを用いて筒内圧を算出する筒内圧算出手段と、
前記クランク角、前記吸入空気量及び前記筒内圧の履歴を用いて、前記残留ガス割合を算出する残留ガス割合算出手段と、
を備えてなる請求項２または３に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記筒内で燃焼される混合気の空燃比を可変に設定する空燃比可変手段を備え、
前記燃焼制御手段は、前記空燃比可変手段を用いて、前記触媒流入ガス温度が最大となるように前記空燃比を制御する構成としてなる請求項１乃至４のうち何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
内燃機関の吸入空気の温度を取得する気温取得手段と、
前記筒内で燃焼が完了した後の温度である燃焼後筒内温度を取得する燃焼後筒内温度取得手段と、を備え、
前記熱損失量算出手段は、前回のサイクルでそれぞれ得られた前記吸入空気の温度、前記燃焼後筒内温度及び前記触媒流入ガス温度を用いて、前記熱損失量を算出する構成としてなる請求項１乃至５のうち何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項７】
内燃機関のクランク角と吸入空気量とに基づいて筒内圧を算出する筒内圧算出手段と、
前記クランク角に応じて筒内容積を算出する筒内容積算出手段と、
前記クランク角、前記吸入空気量及び前記筒内圧の履歴を用いて、前記筒内に吸気されるガスの質量を算出する筒内ガス質量算出手段と、
前記筒内で燃焼する燃料の性状に応じて当該燃料の単位量当りの発熱量を取得する発熱量取得手段と、を備え、
前記流入ガス温度算出手段は、前記筒内圧の履歴、前記筒内容積、前記ガスの質量及び前記発熱量と、前記熱損失量算出手段により算出された前記熱損失量と、前回のサイクルで算出した前記触媒流入ガス温度とを用いて、最新の触媒流入ガス温度を算出する構成としてなる請求項１乃至６のうち何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項８】
内燃機関の吸気負圧を取得する吸気負圧取得手段と、
内燃機関が減速運転しているときに、前記吸気負圧が負圧要求値に達しているか否かを判定する負圧判定手段と、
前記吸気負圧が前記負圧要求値未満であるときに、前記燃焼制御手段による制御を前記吸気負圧が増大する方向に補正する補正手段と、
を備えてなる請求項１乃至７のうち何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項９】
前記補正手段は、前記燃焼制御手段により内燃機関のバルブタイミングが制御されるときに、前記バルブタイミングを補正する構成としてなる請求項８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、内燃機関の制御装置に関し、特に排気ガスにより触媒を暖機するのに用いて好適な内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特許文献１（特開２００４−４４５２７号公報）に開示されているように、内燃機関の触媒に供給される排気エネルギを制御する構成とした制御装置が知られている。この種の従来技術による内燃機関の制御装置は、触媒の暖機を行うときに、点火時期、ＥＧＲ量、バルブオーバーラップ等を制御し、これにより暖機効率の最適化を図るようにしている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−４４５２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した従来技術では、内燃機関の点火時期、ＥＧＲ量、バルブオーバーラップ等に応じて、触媒に供給される排気エネルギを制御する構成としている。しかしながら、筒内から排出された排気ガスが触媒に流入するまでの間には、排気管との接触等により熱損失が生じる。このときの熱損失量は、排気管等の温度だけでなく、筒内での燃焼温度等によっても複雑に変化する。
【０００５】
従って、筒内から排出される排気エネルギが増大したとしても、触媒への供給エネルギが単純に増大するとは必ずしも言えない。このため、従来技術では、触媒に供給される排気エネルギを制御しようとしても、実際の供給エネルギが熱損失により変動するので、触媒の暖機効率を最適化するのが難しいという問題がある。
【０００６】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、排気ガスの熱損失を考慮しつつ、触媒に供給する排気エネルギを適切に制御することができ、触媒を効率よく暖機することが可能な内燃機関の制御装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１の発明は、内燃機関の筒内から排出された排気ガスが触媒に向けて流通する排気通路と、
排気ガスが前記排気通路を流通する間に生じる熱損失量を、少なくとも排気ガスの温度に応じて算出する熱損失量算出手段と、
排気ガスが前記触媒に流入するときの温度である触媒流入ガス温度を、少なくとも前記排気ガスの熱損失量に基づいて算出する流入ガス温度算出手段と、
前記触媒流入ガス温度に応じて内燃機関の燃焼状態を制御する燃焼制御手段と、
を備えることを特徴とする。
【０００８】
第２の発明は、第１の発明において、
前記筒内に吸気される新気ガスと前記筒内に残留した排気ガスとの比率である残留ガス割合を可変に設定する残留ガス割合可変手段を備え、
前記燃焼制御手段は、前記残留ガス割合可変手段を用いて、前記触媒流入ガス温度が最大となるように前記残留ガス割合を制御する構成としている。
【０００９】
第３の発明は、第２の発明において、
前記残留ガス割合可変手段は、内燃機関の吸気バルブと排気バルブのうち少なくとも一方のバルブタイミングを可変に設定する可変バルブタイミング機構である構成としている。
【００１０】
第４の発明は、第２または第３の発明において、
内燃機関のクランク角と吸入空気量とを用いて筒内圧を算出する筒内圧算出手段と、
前記クランク角、前記吸入空気量及び前記筒内圧の履歴を用いて、前記残留ガス割合を算出する残留ガス割合算出手段と、
を備える構成としている。
【００１１】
第５の発明は、第１乃至第４の発明の何れかにおいて、
前記筒内で燃焼される混合気の空燃比を可変に設定する空燃比可変手段を備え、
前記燃焼制御手段は、前記空燃比可変手段を用いて、前記触媒流入ガス温度が最大となるように前記空燃比を制御する構成としている。
【００１２】
第６の発明は、第１乃至第５の発明の何れかにおいて、
内燃機関の吸入空気の温度を取得する気温取得手段と、
前記筒内で燃焼が完了した後の温度である燃焼後筒内温度を取得する燃焼後筒内温度取得手段と、を備え、
前記熱損失量算出手段は、前回のサイクルでそれぞれ得られた前記吸入空気の温度、前記燃焼後筒内温度及び前記触媒流入ガス温度を用いて、前記熱損失量を算出する構成としている。
【００１３】
第７の発明は、第１乃至第６の発明の何れかにおいて、
内燃機関のクランク角と吸入空気量とに基づいて筒内圧を算出する筒内圧算出手段と、
前記クランク角に応じて筒内容積を算出する筒内容積算出手段と、
前記クランク角、前記吸入空気量及び前記筒内圧の履歴を用いて、前記筒内に吸気されるガスの質量を算出する筒内ガス質量算出手段と、
前記筒内で燃焼する燃料の性状に応じて当該燃料の単位量当りの発熱量を取得する発熱量取得手段と、を備え、
前記流入ガス温度算出手段は、前記筒内圧の履歴、前記筒内容積、前記ガスの質量及び前記発熱量と、前記熱損失量算出手段により算出された前記熱損失量と、前回のサイクルで算出した前記触媒流入ガス温度とを用いて、最新の触媒流入ガス温度を算出する構成としている。
【００１４】
第８の発明は、第１乃至第７の発明の何れかにおいて、
内燃機関の吸気負圧を取得する吸気負圧取得手段と、
内燃機関が減速運転しているときに、前記吸気負圧が負圧要求値に達しているか否かを判定する負圧判定手段と、
前記吸気負圧が前記負圧要求値未満であるときに、前記燃焼制御手段による制御を前記吸気負圧が増大する方向に補正する補正手段と、
を備える構成としている。
【００１５】
第９の発明は、第８の発明において、
前記補正手段は、前記燃焼制御手段により内燃機関のバルブタイミングが制御されるときに、前記バルブタイミングを補正する構成としている。
【発明の効果】
【００１６】
第１の発明によれば、排気ガスの熱損失量は、少なくとも排気ガスの温度に影響される。このため、熱損失量算出手段は、排気ガスの温度等に応じて熱損失量を算出することができ、流入ガス温度算出手段は、この熱損失量に基づいて触媒流入ガス温度を算出することができる。そして、燃焼制御手段は、触媒流入ガス温度に応じて内燃機関の燃焼状態を制御することができ、触媒流入ガス温度を適切な値に調整することができる。
【００１７】
これにより、内燃機関の運転状態に応じて排気通路での熱損失量が変化しても、この熱損失量を考慮しつつ、触媒に流入する排気ガスの温度を適切に制御することができる。つまり、排気ガスの熱損失量に応じて、触媒に供給する排気エネルギを適切に制御することができる。従って、内燃機関の始動時等に触媒を効率よく暖機することができ、暖気を短時間で完了することができる。
【００１８】
第２の発明によれば、燃焼制御手段は、残留ガス割合可変手段を作動させることにより、筒内の残留ガス割合を所望の値に設定することができる。このため、燃焼制御手段は、残留ガス割合の値に応じて触媒流入ガス温度を制御することができる。これにより、触媒流入ガス温度を最大化することができ、触媒の暖機効率を最適化することができる。
【００１９】
第３の発明によれば、可変バルブタイミング機構により、例えば吸気バルブと排気バルブのバルブオーバーラップを変化させることができる。これにより、筒内に残留する排気ガスの量を増減させることができ、残留ガス割合を可変に設定することができる。
【００２０】
第４の発明によれば、筒内圧算出手段は、例えば筒内圧センサ等の機器を用いなくても、内燃機関のクランク角と吸入空気量とを用いて筒内圧を算出することができる。これにより、残留ガス割合算出手段は、筒内圧の履歴等を用いて残留ガス割合を容易に算出することができる。従って、制御中には、残留ガス割合の算出値を制御に反映しながら、その値を制御の目標値等に合わせることができる。
【００２１】
第５の発明によれば、燃焼制御手段は、空燃比可変手段を作動させることにより、筒内空燃比を所望の値に設定することができる。このため、燃焼制御手段は、筒内空燃比の値に応じて触媒流入ガス温度を制御することができる。これにより、触媒流入ガス温度を最大化することができ、触媒の暖機効率を最適化することができる。
【００２２】
第６の発明によれば、排気ガスの熱損失量は、燃焼後の筒内温度が高いほど、また触媒に流入する排気ガスの温度が高いほど増大する。また、熱損失量は、排気ガスと外気温との温度差が大きいほど増大する。このため、熱損失量算出手段は、前回のサイクルで得られた吸入空気の温度、燃焼後筒内温度及び触媒流入ガス温度を用いて、熱損失量を算出することができる。
【００２３】
第７の発明によれば、触媒に流入するガスのエネルギは、筒内ガスに加えられたエネルギから、排気ガスの熱損失量分と筒内ガスの仕事分とを差し引いたものとなる。この場合、筒内ガスに加えられたエネルギは、筒内ガスの質量と燃料の発熱量とを用いて算出することができる。また、排気ガスの熱損失量は、熱損失量算出手段により算出することができる。
【００２４】
また、筒内ガスによる仕事量は、筒内圧と筒内容積とを用いて求めることができる。さらに、触媒に流入するガスのエネルギは、最新の触媒流入ガス温度と、前回の触媒流入ガス温度との差分に対応したものとなる。従って、流入ガス温度算出手段は、上記のパラメータを用いて触媒流入ガス温度を算出することができる。
【００２５】
第８の発明によれば、減速運転中には、負圧判定手段により吸気負圧が負圧要求値に達しているか否かを判定することができる。この判定が不成立のときには、補正手段により燃焼制御手段の制御を補正することができ、これにより吸気負圧を負圧要求値以上の値に増大させることができる。
【００２６】
従って、触媒流入ガス温度制御を実施しながらも、減速運転時には十分な吸気負圧を発生させることができる。このため、触媒の暖機効率を十分に高めつつ、例えば吸気負圧を利用するブレーキ装置等も円滑に作動させることができる。
【００２７】
第９の発明によれば、補正手段は、減速運転時に吸気負圧が不足したときに、バルブタイミングを変化させることができる。これにより、例えば筒内から吸気系への排気ガスの吹返しを減少させることができ、その分だけ吸気負圧を増大させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
実施の形態１．
［システム構成の説明］
以下、図１乃至図７を参照しつつ、本発明の実施の形態１について説明する。まず、図１は、実施の形態１のシステム構成を説明するための全体構成図を示している。図１に示すように、本実施形態のシステムは、内燃機関１０を備えている。
【００２９】
内燃機関１０の筒内には、ピストン１２との間に燃焼室１４が設けられている。各ピストン１２は、クランク軸１６に連結されている。また、内燃機関１０の筒内には、吸入空気が筒内に向けて流通する吸気通路１８と、筒内から排気ガスが排出される排気通路２０とが接続されている。
【００３０】
吸気通路１８には、吸入空気量Gaを検出するエアフローメータ２２が配置され、エアフローメータ２２の下流側には、電動式のスロットル弁２４が配置されている。スロットル弁２４の開度は、スロットルモータ２６によりアクセル開度等に応じて調整される。また、吸気通路１８には、吸気ポートに燃料を噴射する燃料噴射弁２８が配置されている。
【００３１】
一方、排気通路２０には、排気ガスを浄化する三元触媒等の触媒３０が配置されている。なお、本発明における内燃機関は、図示のようなポート噴射式のものに限らず、燃料を筒内に直接噴射する筒内直接噴射式のものでもよく、更にはポート噴射と筒内噴射とを併用するものでもよい。
【００３２】
また、内燃機関１０の各気筒は、燃焼室１４内の混合気に点火する点火プラグ３２と、吸気通路１８を燃焼室１４に対して開，閉する吸気バルブ３４と、排気通路２０を燃焼室１４に対して開，閉する排気バルブ３６とを備えている。これらのバルブ３４，３６を駆動するカムシャフト（図示せず）には、可変バルブタイミング機構（ＶＶＴ：Variable Valve Timing system）３８，４０が設けられている。
【００３３】
ここで、ＶＶＴ３８，４０は、例えば特開２０００−８７７６９号公報に開示されているような公知の構成を有している。そして、ＶＶＴ３８，４０は、ＥＣＵ６０から入力される制御信号に応じて、カムシャフトの回転位相をクランク軸１６の回転角に対して変化させる。従って、ＶＶＴ３８，４０によれば、バルブ３４，３６の位相を所望の角度だけ進角または遅角させることができる。
【００３４】
一方、内燃機関１０は、クランク軸１６の回転角（クランク角）θを検出するクランク角センサ４２と、ラジエータ等の冷却水温を検出する水温センサ４４と、吸入空気の温度を検出する吸気温度センサ４６と、エンジンオイルの温度を検出する油温センサ４８とを備えている。また、内燃機関１０は、吸気側カムシャフトと排気側カムシャフトの回転角をそれぞれ検出するカム角センサ５０，５２を備えている。
【００３５】
また、本実施の形態のシステムは、内燃機関の運転状態を制御するためのＥＣＵ(Electronic Control Unit)６０を備えている。ＥＣＵ６０は、例えばＲＯＭ、ＲＡＭ等の記憶回路を備えたマイクロコンピュータにより構成されている。ＥＣＵ６０の入力側には、前述のエアフローメータ２２、センサ４２〜５２等を含むセンサ系統が接続されている。
【００３６】
ＥＣＵ６０の出力側には、スロットルモータ２６、燃料噴射弁２８、点火プラグ３２、ＶＶＴ３８，４０の油圧アクチュエータ等を含めて各種のアクチュエータが接続されている。そして、ＥＣＵ６０は、内燃機関の運転状態をセンサ系統により検出しつつ、各アクチュエータを駆動することにより運転制御を行う。
【００３７】
［実施の形態１の特徴］
本実施の形態では、排気ガスが排気通路２０を流通する間に生じる熱損失量を考慮しつつ、触媒３０に流入する排気ガスの温度を制御することにより、触媒３０に供給される排気エネルギを最適化するものである。図２乃至図６は、ＥＣＵ６０により実行されるルーチンのフローチャートを示している。これらのルーチンは、内燃機関１０の運転中に繰返し実行される。
【００３８】
まず最初に、図２乃至図４を参照しつつ、本実施の形態のベースとなる制御について説明する。このベース制御では、排気ガスの熱損失量を考慮しない状態で、触媒３０への排気供給エネルギを最適化するものである。
【００３９】
（ベースの制御）
ベース制御では、まず、図２中のステップ１００〜１３２に示すように、筒内圧履歴Pc(θ)の算出処理を実行する。この算出処理について説明すると、まず最初に、クランク角速度ωの履歴をＥＣＵ６０の記憶回路から取得する。具体的には、クランク角センサ４２の出力に基づいて、クランク角θの履歴を時間tの関数θ(t)として取得する（ステップ１００，１０２）。なお、ＥＣＵ６０の記憶回路には、各種の履歴データを時系列的に記憶するために、所定の記憶エリアが確保されている。
【００４０】
次に、上述の関数θ(t)を時間微分することにより、クランク角速度履歴ω(t)を算出し（ステップ１０４）、このクランク角速度履歴ω(t)をクランク角θの関数に変換することにより、クランク角速度履歴ω(θ)を算出する（ステップ１０６）。
【００４１】
上述の処理と並行して、負荷率KLの履歴を取得する。具体的には、エアフローメータ２２により検出した吸入空気量Gaを用いて負荷率履歴KL(t)を算出し（ステップ１０８，１１０）、この負荷率履歴KL(t)をクランク角θの関数に変換することにより、負荷率履歴KL(θ)を算出する（ステップ１１２）。
【００４２】
さらに、これらの処理と並行して、エンジンオイル温度Toの履歴を取得する。具体的には、油温センサ４８の出力に基づいて、エンジンオイル温度履歴To(t)を算出し（ステップ１１４，１１６）、このエンジンオイル温度履歴To(t)をクランク角θの関数に変換することにより、エンジンオイル温度履歴To(θ)を算出する（ステップ１１８）。
【００４３】
次に、上記処理で算出したクランク角速度履歴ω(θ)、負荷率履歴KL(θ)およびエンジンオイル温度履歴To(θ)を用いて、機械損失トルクTfの履歴を算出する（ステップ１２０）。機械損失トルクTfは、内燃機関１０の機械損失（ピストン１２、クランク軸１６等のフリクション）により生ずるものである。
【００４４】
また、機械損失トルクTfは、クランク角速度ωが高いほど大きく、また負荷率KLが高いほど大きく、更にエンジンオイル温度Toが低いほど大きい。ＥＣＵ６０には、これらの傾向をデータ化したマップデータが予め記憶されている。ステップ１２０では、このマップデータを参照することにより、機械損失トルク履歴Tf(θ)を算出する。
【００４５】
一方、図２のルーチンでは、内燃機関１０の慣性モーメントJの履歴と、内燃機関１０の可動部品（ピストン１２等）の慣性により生ずる慣性質量トルクTmの履歴とを算出する（ステップ１２２，１２４）。これらの慣性モーメントJと慣性質量トルクTmは、設計値等により、クランク角θの関数として求めることができる。このため、ステップ１２２，１２４では、ＥＣＵ６０に予め記憶されたマップデータあるいは数式を用いて、慣性モーメント履歴J(θ)および慣性質量トルク履歴Tm(θ)を算出する。
【００４６】
ここで、内燃機関１０の筒内圧Pcがピストン１２に作用することにより発生するトルクを筒内圧トルクTpとすれば、クランク軸１６の運動方程式は、下記（１）式のように表される。従って、筒内圧トルクTpは、下記（２）式のように表される。
【００４７】
【数１】
2009257128.tif 000003
【００４８】
この（２）式に対して、上述の処理により算出したクランク角速度履歴ω(θ)、機械損失トルク履歴Tf(θ)、慣性モーメント履歴J(θ)および慣性質量トルク履歴Tm(θ)を代入することにより、筒内圧トルク履歴Tp(θ)を算出することができる（ステップ１２６）。
【００４９】
続いて、クランク角θに対する筒内容積Vの変化率dV(θ)/dθの履歴を算出する（ステップ１２８，１３０）。個々のクランク角θに対する筒内容積V(θ)と、筒内容積変化率dV(θ)/dθとは、クランク角θに応じて幾何学的に決定されるので、設計値から求めることができる。このため、ステップ１２８，１３０では、ＥＣＵ６０に予め記憶されたマップあるいは数式に基づいて、筒内容積変化率履歴dV(θ)/dθを算出することができる。
【００５０】
上述の筒内圧Pc、筒内圧トルクTpおよび筒内容積変化率dV(θ)/dθの間には、力学上、下記（３）式が成立する。そこで、下記（３）式に対して、前記ステップ１２６で求めた筒内圧Tp(θ)と、前記ステップ１３０で求めた筒内容積変化率dV(θ)/dθとを代入することにより、筒内圧履歴Pc(θ)を算出する（ステップ１３２）。
【００５１】
【数２】
2009257128.tif 000004
【００５２】
次に、図３に示すルーチンでは、ステップ１４０〜１７６に示すように、後述の筒内空燃比Ｒaf(i)、筒内ガス質量Ｍ(i)および残留ガス質量Ｍe(i)の算出処理を並列に実行する。ここで、添字iは、演算処理のサイクルにおいて、i番目のサイクルであることを表すものである。
【００５３】
最初に、筒内空燃比（図中には筒内Ａ／Ｆとして記載）Ｒaf(i)の算出処理について説明すると、この算出処理では、まず、前回のサイクルで算出した目標燃料噴射量Ｍf,t(i-1)を、記憶回路から取得する（ステップ１４０）。ここで、目標燃料噴射量Ｍf,t(i)は、後述する図４中のステップ２０４により算出されるもので、ＥＣＵ６０の記憶回路に時系列データとして記憶されている。また、この処理と並行して、前回のサイクルで算出した燃料噴射時間τと、同じく前回のサイクルで算出した点火時期θＳＡについても、記憶回路から取得する。
【００５４】
次に、上述の取得値に基づいて、前回の点火から実質的な燃焼完了までの間に燃焼室１４内で発生する熱量の理論値である理論熱発生量ＱＴを算出する（ステップ１４２）。この場合、理論熱発生量ＱＴは、燃料の低位発熱量をｑとし、燃料噴射弁２８の単位時間当りの燃料噴射量をｆとすれば、下記（４）式のように表すことができる。この式中のαは、噴射燃料の損失や未燃分などを考慮して経験的、実験的に求められた係数（例えば、α＝０．７〜０．８程度）であり、ＥＣＵ６０に予め記憶されている。
【００５５】
ＱＴ＝ｑ・ｆ・τ・α  ・・・（４）
【００５６】
理論熱発生量ＱＴを算出した後には、前回の点火時期θＳＡから排気バルブ３６が開弁するまでの期間中の筒内圧履歴Pc(θ)を、記憶回路から取得する。そして、この筒内圧履歴Pc(θ)と、前記ステップ１２８（図２）で求めた筒内容積V(θ)と、下記の（５）式とを用いることにより、前記期間中の熱発生率dＱ/dθを所定のクランク角dθ毎にそれぞれ算出する（ステップ１４４）。なお、この式中のκは比熱比である。
【００５７】
【数３】
2009257128.tif 000005
【００５８】
次に、上述の熱発生率dＱ/dθを順次積算することにより、前回の点火以降に燃焼室１４内で発生した想定熱発生量Ｑaを取得する（ステップ１４６）。続いて、この想定熱発生量Ｑaと、ステップ１４２で求めた理論熱発生量ＱＴとの差分の絶対値を算出する。そして、両者の絶対値が所定の閾値ε以下であるか否か、即ち、想定熱発生量Ｑaと理論熱発生量ＱＴとがほぼ一致しているか否かを判定する（ステップ１４８）。
【００５９】
そして、ステップ１４８では、これらの値がほぼ一致するまで、ステップ１４４，１４６の処理を繰返す。ステップ１４８の判定が成立した時点は、燃焼が実質的に完了した時点となるので、上述の繰返処理によれば、燃焼が実質的に完了した時点におけるクランク角θＴを算出することができる（ステップ１５０）。
【００６０】
次に、前記ステップ１５０で求めたクランク角θＴと、前回の点火時期θＳＡとを用いて下記（６）式を演算することにより、前回の点火から実質的な燃焼が完了するまでの時間である燃焼時間Ｔcを算出する（ステップ１５２）。
【００６１】
Ｔc＝θＴ−θＳＡ  ・・・（６）
【００６２】
続いて、前記ステップ１５２で求めた燃焼時間Ｔcに基づいて、筒内空燃比Ｒaf(i)を算出する（ステップ１５４）。ここで、筒内における混合気の空燃比と燃焼時間との間には、例えば特開２００６−９７５８８号公報の図４に記載されているように、一定の関係があることが知られている。ＥＣＵ６０には、この関係をデータ化したマップデータが予め記憶されている。このため、ステップ１５４では、燃焼時間Ｔcに基づいて前記マップデータを参照することにより、筒内空燃比Ｒaf(i)を算出することができる。
【００６３】
次に、筒内ガス質量Ｍ(i)と残留ガス質量Ｍe(i)の算出処理について説明する。これらの算出処理では、まず、算出処理に用いる所定の２点のクランク角Ｃ1，Ｃ2を決定する（ステップ１５６）。これらのクランク角Ｃ1，Ｃ2としては、クランク角がＣ1，Ｃ2間で変化する間に、筒内に対するガスの流入、流出がなく、点火が行われないような２点が選択され、具体的には、圧縮行程中の２点が選択される。このようなクランク角Ｃ1，Ｃ2を選択することにより、後述のステップ１７０では、クランク角の変化に対する筒内ガスの温度変化を、筒内壁温に応じて一義的に定めることが可能となる。
【００６４】
続いて、前記ステップ１３２（図２）で算出した筒内圧履歴Pc(θ)を用いて、クランク角Ｃ1，Ｃ2における筒内圧Ｐ1，Ｐ2を取得する（ステップ１５８）。また、前記ステップ１２８で用いた筒内容積V(θ)により、クランク角Ｃ1，Ｃ2における筒内容積Ｖ1，Ｖ2を取得する（ステップ１６０）。そして、下記（７）式に示すように、ステップ１５８，１６０の各取得値と、ボイル・シャルルの法則とを用いることにより、クランク角Ｃ1での筒内ガス温度Ｔ1と、クランク角Ｃ2での筒内ガス温度Ｔ2との温度比（Ｔ2/Ｔ1）を算出する（ステップ１６２）。
【００６５】
Ｔ2/Ｔ1＝(Ｐ2・Ｖ2)/(Ｐ1・Ｖ1)  ・・・（７）
【００６６】
一方、本ルーチンでは、水温センサ４４の出力を読込み（ステップ１６４）、読込んだ出力に対して所定の信号処理を行うことにより、冷却水温度Ｔclntを取得する（ステップ１６６）。そして、冷却水温度Ｔclntに基づいて、筒内壁温Ｔwを算出する（ステップ１６８）。ここで、ＥＣＵ６０には、下記（８）式に示すように、冷却水温度と筒内壁温との関係を示す関数ｆTw()が数式またはマップデータとして予め記憶されている。この関数ｆTw()によれば、冷却水温度Ｔclntから筒内壁温Ｔwを算出することができる。
【００６７】
Ｔw＝ｆTw(Ｔclnt)  ・・・（８）
【００６８】
次に、前記ステップ１６２で算出した温度比（Ｔ2/Ｔ1）と、前記ステップ１６８で算出した筒内壁温Ｔwとを用いて、クランク角Ｃ1での筒内ガス温度Ｔ1を算出する（ステップ１７０）。ここで、吸気バルブ３４が閉弁した状態において、筒内ガス温度がＴ１からＴ２に変化した場合に、この変化は燃焼に起因するものではなく、筒内壁温Ｔwの伝達に起因するものである。
【００６９】
従って、変化後の筒内ガス温度Ｔ1は、筒内ガス温度の比（Ｔ2/Ｔ1）と筒内壁温Ｔwとの関係に基づいて一義的に求めることができる。ＥＣＵ６０には、これらの関係を示す関係式またはマップデータが予め記憶されている。このため、ステップ１７０では、温度比（Ｔ2/Ｔ1）と筒内壁温Ｔwとを用いて筒内ガス温度Ｔ1を算出することができる。
【００７０】
次に、前記ステップ１５８で算出した筒内圧Ｐ1と、前記ステップ１６０で算出した筒内容積Ｖ1と、前記ステップ１７０で算出した筒内ガス温度Ｔ1とを用いて、筒内に存在する全ガスの質量である筒内ガス質量Ｍ(i)を算出する（ステップ１７２）。具体的には、これらの値を下記（９）式に示す気体の状態方程式に代入することにより、筒内ガス質量Ｍ(i)を求めることができる。なお、この式中のＲは、ガス定数を示している。
【００７１】
Ｍ(i)＝Ｐ1・Ｖ1/(Ｒ・Ｔ1)  ・・・（９）
【００７２】
また、エアフローメータ２２の出力を用いて、筒内に新たに吸気されたガス（新気ガス）の質量である新気ガス質量Ｍn(i)を取得する（ステップ１７４）。そして、この新気ガス質量Ｍn(i)と、前記ステップ１７２で算出した筒内ガス質量Ｍ(i)とを用いて、燃焼後に筒内に残留した排気ガスの質量である残留ガス質量Ｍe(i)を算出する（ステップ１７６）。具体的には、下記（１０）式に示すように、筒内ガス質量Ｍ(i)から新気ガス質量Ｍn(i)を減算することにより、残留ガス質量Ｍe(i)を得ることができる。
【００７３】
Ｍe(i)＝Ｍ(i)−Ｍn(i)  ・・・（１０）
【００７４】
次に、図４に示すルーチンでは、ステップ１８０〜２０８に示すように、後述の燃焼後筒内温度Ｔc(i)が最大となるように、空燃比とバルブタイミングとを制御する。以下、その具体的な方法について説明する。
【００７５】
まず、このルーチンでは、下記（１１）式に示すように、前記ステップ１７２（図３）で求めた筒内ガス質量Ｍ(i)と、前記ステップ１７６で求めた残留ガス質量Ｍe(i)とを用いて、これらのガス質量の重量比率である残留ガス割合Ｒe(i)を算出する（ステップ１８０）。
【００７６】
Ｒe(i)＝Ｍe(i)/Ｍ(i)  ・・・（１１）
【００７７】
また、前回のサイクルにおいて、吸気温度センサ４６により検出した大気温度Ｔa(i-1)を取得する（ステップ１８２）。同様に、前回のサイクルにおいて、後述のステップ１９８で取得した燃焼後筒内温度Ｔc(i-1)を取得する（ステップ１８４）。そして、これらの大気温度Ｔa(i-1)、燃焼後筒内温度Ｔc(i-1)と、前記残留ガス割合Ｒe(i)とを下記（１２）式に代入することにより、最新のサイクルにおいて混合気が燃焼する前の筒内温度である燃焼前筒内温度Ｔo(i)を算出する（ステップ１８６）。
【００７８】
Ｔo(i)＝Ｒe(i)・Ｔc(i-1)＋{１−Ｒe(i)}・Ｔa(i-1)  ・・・（１２）
【００７９】
この（１２）式によれば、新気と残留ガスとの混合割合に応じて、燃焼前における筒内ガスの温度を算出することができる。続いて、ＥＣＵ６０の記憶回路に予め記憶された比熱比γを取得する（ステップ１８８）。
【００８０】
一方、上記の処理と並行して、内燃機関に供給される燃料の性状（例えばレギュラー、ハイオク、軽油等）に応じて燃料組成式ＣnＨmを取得する（ステップ１９０）。燃料中に含まれる炭素と水素の比率は、燃料の性状に応じてほぼ一定となる。このため、ＥＣＵ６０には、使用燃料の種類に対応した燃料組成式のデータが予め記憶されている。そして、ステップ１９０では、例えば燃料性状センサ等により検出した燃料の性状に応じて、記憶回路から適切な燃料組成式を選択する。なお、使用燃料が一種類に決まっている場合には、燃料性状センサ等を用いなくても、特定の燃料組成式だけを予め記憶しておけばよい。
【００８１】
続いて、内燃機関１０に適合する理論空燃比Ｒaf,idl(i)を取得する（ステップ１９２）。この理論空燃比Ｒaf,idl(i)は、内燃機関の構造や燃焼方式等に応じて決定されるもので、ＥＣＵ６０に予め記憶されている。また、ステップ１９４では、前回のサイクルにおいて、後述のステップ１９６により算出した残留ガス中の各組成のモル数χH20(i-1),χCO2(i-1),χH2(i-1),χC0(i-1),χ02(i-1)を取得する。
【００８２】
そして、ステップ１９６では、上述の燃料組成式ＣnＨmおよび理論空燃比Ｒaf,idl(i)と、前回の各組成のモル数χH20(i-1),χCO2(i-1),χH2(i-1),χC0(i-1),χ02(i-1)と、前記ステップ１８０で求めた残留ガス割合Ｒe(i)と、前記ステップ１５４（図３）で求めた筒内空燃比Ｒaf(i)とを用いて、最新のサイクルにおける各組成のモル数χH20(i),χCO2(i),χH2(i),χC0(i),χ02(i)を算出する。具体的には、これらの値を下記（１３）式に代入する。
【００８３】
【数４】
2009257128.tif 000006
【００８４】
上記代入により、（１３）式の左辺は既知の値となるので、式中の各元素について、左辺と右辺の係数を比較した連立方程式を解けば、個々のモル数χH20(i),χCO2(i),χH2(i),χC0(i),χ02(i)と、発熱量ｑcombとを得ることができる。この場合、発熱量ｑcombは、燃料の性状に応じて定まる単位量の燃料当りの発熱量であり、その値はＥＣＵ６０に予め記憶しておく構成としてもよい。
【００８５】
次に、上述の燃焼前筒内温度Ｔo(i)、発熱量ｑcomb、比熱比γと、前記筒内容積V(θ)、筒内圧履歴Pc(θ)、筒内ガス質量Ｍ(i)とを用いて、筒内で燃焼が完了した後の筒内温度である燃焼後筒内温度Ｔc(i)を算出する（ステップ１９８）。具体的には、これらの値を下記（１４）式に代入する。
【００８６】
【数５】
2009257128.tif 000007
【００８７】
この（１４）式は、熱力学の第１法則から導出されるものである。即ち、（１４）式の左辺は、筒内ガスの内部エネルギに対応している。また、右辺の第１項は、筒内ガスに加えられた熱量に対応し、第２項は筒内ガスにより行われた仕事に対応している。なお、第２項中の「IVC」は吸気バルブ３４の閉弁時期であり、「EVO」は排気バルブ３６の開弁時期である。
【００８８】
次に、上述の燃焼後筒内温度Ｔc(i)に基づいて、残留ガス割合が現在の値Ｒe(i)であるときに、燃焼後筒内温度Ｔc(i)が最大となるような、目標筒内空燃比Ｒaf,t(i)を算出する（ステップ２００）。ここで、燃焼後筒内温度は、筒内空燃比と残留ガス割合とからなる２つのパラメータに応じて変化する。そして、内燃機関の運転中には、筒内空燃比と残留ガス割合とが最適な組合わせに設定されたときに、燃焼後筒内温度が最大値となる。
【００８９】
そして、ステップ２００では、一方のパラメータである残留ガス割合を現在の値とした状態で、燃焼後筒内温度Ｔc(i)を最大化する目標筒内空燃比Ｒaf,t(i)を求める。この場合、ＥＣＵ６０には、例えば筒内空燃比、残留ガス割合および燃焼後筒内温度の関係を示す二次元のマップデータが予め記憶されている。ＥＣＵ６０は、このマップデータを参照することにより、残留ガス割合が一定の状態で、燃焼後筒内温度Ｔc(i)が最大となるような適切な目標筒内空燃比Ｒaf,t(i)を求めることができる。
【００９０】
また、この処理と並行して、前記ステップ１７４（図３）と同様の方法により、次回のサイクルにおける新気ガス質量Ｍn(i+1)を取得する（ステップ２０２）。そして、上述の目標筒内空燃比Ｒaf,t(i)と、新気ガス質量Ｍn(i+1)とを下記（１５）式に代入し、次回のサイクルにおける目標燃料噴射量Ｍf,t(i+1)を算出する（ステップ２０４）。
【００９１】
Ｍf,t(i+1)＝Ｍn(i+1)/Ｒaf,t(i)  ・・・（１５）
【００９２】
このように算出された目標燃料噴射量Ｍf,t(i+1)分の燃料は、次回の燃料噴射において筒内に噴射される。これにより、次回のサイクルにおける筒内空燃比は、目標筒内空燃比Ｒaf,t(i)となるように制御される。
【００９３】
次に、上述の目標筒内空燃比Ｒaf,t(i)に対して、燃焼後筒内温度Ｔc(i)が最大化となるような目標残留ガス割合Ｒe,t(i)を算出する（ステップ２０６）。そして、実際の残留ガス割合Ｒe(i)が目標残留ガス割合Ｒe,t(i)となるように、ＶＶＴ３８，４０によりバルブタイミングを制御する（ステップ２０８）。
【００９４】
このように、図２乃至図４の処理によって、燃焼後筒内温度Ｔc(i)を最大化することができる。従って、上述したベースの制御によれば、例えば高温始動時などのように、排気ガスの熱損失を考慮しなくてよい場合には、排気ガスにより触媒３０を効率よく暖めることができる。
【００９５】
（触媒流入ガス温度制御）
次に、上述したベースの制御に対して、排気ガスの熱損失を考慮しつつ実行される触媒流入ガス温度制御について説明する。図５及び図６は、触媒流入ガス温度制御で実行されるルーチンのフローチャートを示し、これらのルーチンは内燃機関１０の運転中に繰返し実行される。また、これらのルーチンにおいて、前記図２乃至図４と同様の処理については、その説明を省略するものとする。
【００９６】
まず、図５に示すルーチンにおいて、ステップ３００〜３１６では、前記ベース制御のステップ１２８，１３２，１５４，１７２，１７６，１８０，１８６，１９６，１９８，１８４，１８２等と同様の処理を実行する。これらの処理により、前述した筒内容積V(θ)、筒内圧履歴Pc(θ)、筒内空燃比Ｒaf(i)、筒内ガス質量Ｍ(i)、残留ガス質量Ｍe(i)、残留ガス割合Ｒe(i)、燃焼前筒内温度Ｔo(i)、各組成のモル数χH20(i),χCO2(i),χH2(i),χC0(i),χ02(i)、発熱量ｑcomb、燃焼後筒内温度Ｔc(i)，Ｔc(i-1)および大気温度Ｔa(i-1)を得ることができる。
【００９７】
また、ステップ３１８では、前回のサイクルで算出した触媒流入ガス温度Ｔcatin(i-1)を取得する。ここで、触媒流入ガス温度Ｔcatin(i-1)は、触媒３０に流入する排気ガスの温度であり、後述のステップ３２２により算出されるものである。
【００９８】
次に、ステップ３２０では、前回のサイクルにおける触媒流入ガス温度Ｔcatin(i-1)、燃焼後筒内温度Ｔc(i-1)および大気温度Ｔa(i-1)を用いて、排気ガスが排気通路２０を流通するときに生じる熱損失量Ｑloss(i)を算出する。具体的には、これらの値を下記（１６）式に代入することにより、熱損失量Ｑloss(i)を得ることができる。なお、この式中のｋは、排気通路中における熱伝達係数であり、ＥＣＵ６０に予め記憶されている。
【００９９】
【数６】
2009257128.tif 000008
【０１００】
ここで、排気ガスの熱損失量Ｑloss(i)は、燃焼後の筒内温度が高いほど、また触媒３０に流入する排気ガスの温度が高いほど増大する。また、熱損失量Ｑloss(i)は、排気ガスと外気温との温度差が大きいほど増大する。このため、前記（１６）式を用いて、熱損失量Ｑloss(i)を算出することができる。
【０１０１】
続いて、ステップ３２２では、この熱損失量Ｑloss(i)と、前回のサイクルにおける触媒流入ガス温度Ｔcatin(i-1)と、前述した筒内ガス質量Ｍ(i)、筒内圧履歴Pc(θ)、筒内容積V(θ)、比熱比γとを用いて、最新の触媒流入ガス温度Ｔcatin(i)を算出する。具体的には、これらの値と下記（１７）式とを用いることにより、触媒流入ガス温度Ｔcatin(i)を得ることができる。
【０１０２】
【数７】
2009257128.tif 000009
【０１０３】
この（１７）式は、前記（１４）式と同様に、熱力学の第１法則から導出されるものであるが、排気ガスの熱損失量Ｑloss(i)を考慮している。即ち、（１７）式の左辺は、最新の触媒流入ガス温度Ｔcatin(i)と前回の触媒流入ガス温度Ｔcatin(i-1)との差分に対応しており、触媒３０に流入したガスのエネルギに相当している。また、右辺の第１項は、筒内ガスに加えられた熱量に対応し、第２項は熱損失量Ｑloss(i)に対応し、第３項は筒内ガスにより行われた仕事に対応している。
【０１０４】
このように、触媒に流入するガスのエネルギは、筒内ガスに加えられたエネルギから、排気ガスの熱損失量分と筒内ガスの仕事分とを差し引いたものとなる。この（１７）式において、最新の触媒流入ガス温度Ｔcatin(i)以外は既知のパラメータであるから、（１７）式を用いて触媒流入ガス温度Ｔcatin(i)を算出することができる。
【０１０５】
次に、図６中に示すステップ３２４では、上述の触媒流入ガス温度Ｔcatin(i)に基づいて、残留ガス割合が現在の値Ｒe(i)であるときに、触媒流入ガス温度Ｔcatin(i)が最大となるような目標筒内空燃比Ｒaf,t(i)を算出する。
【０１０６】
ここで、ＥＣＵ６０には、図７に示すように、例えば筒内空燃比Ｒaf、残留ガス割合Ｒeおよび触媒流入ガス温度Ｔcatinの関係を示す二次元のマップデータが予め記憶されている。ＥＣＵ６０は、このマップデータを参照することにより、残留ガス割合Ｒe(i)が一定の状態で、触媒流入ガス温度Ｔcatin(i)が最大となるような適切な目標筒内空燃比Ｒaf,t(i)を求めることができる。
【０１０７】
続いて、ステップ３２６では、前記ステップ２０２，２０４（図４）の場合と同様に、目標筒内空燃比Ｒaf,t(i)と新気ガス質量Ｍn(i+1)とを用いて、次回のサイクルにおける目標燃料噴射量Ｍf,t(i+1)を算出する。
【０１０８】
また、ステップ３２８では、上述の目標筒内空燃比Ｒaf,t(i)に対して、触媒流入ガス温度Ｔcatin(i)が最大となるような目標残留ガス割合Ｒe,t(i)を算出する。そして、実際の残留ガス割合Ｒe(i)が目標残留ガス割合Ｒe,t(i)となるように、ＶＶＴ３８，４０によりバルブタイミングを制御する（ステップ３３０）。
【０１０９】
この場合、ＥＣＵ６０は、ＶＶＴ３８，４０を作動させることにより、例えば吸気バルブ３４と排気バルブ３６のバルブオーバーラップを変化させることができる。これにより、筒内に残留する排気ガスの量（内部ＥＧＲ量）を増減させることができ、残留ガス割合Ｒe(i)を可変に設定することができる。
【０１１０】
上述したステップ３２４〜３３０の処理は、前記ベース制御のステップ２００〜２０８で最大化していた燃焼後筒内温度Ｔc(i)に代えて、触媒流入ガス温度Ｔcatin(i)を最大化するものである。即ち、筒内から流出した排気ガスが触媒３０に流入するまでの間には、前記（１６）式に示すように、熱損失量Ｑloss(i)分の熱が排気ガスから失われる。この熱損失量Ｑloss(i)は、前回のサイクルにおける燃焼前筒内温度Ｔo(i-1)、触媒流入ガス温度Ｔcatin(i-1)および大気温度Ｔa(i-1)に応じて変化する。
【０１１１】
このため、前述したベース制御のように、燃焼後筒内温度Ｔc(i)を最大化しても、触媒３０に流入する排気ガスの温度が最適化されるとは限らない。そこで、ステップ３２４〜３３０では、燃焼後筒内温度Ｔc(i)ではなく、触媒流入ガス温度Ｔcatin(i)が最大となるように、目標筒内空燃比Ｒaf,t(i)を設定する。
【０１１２】
これにより、本実施の形態では、内燃機関の運転状態に応じて排気通路２０での熱損失量Ｑloss(i)が変化しても、この熱損失量を考慮しつつ、触媒３０に流入するガスの温度を可能な限り高い温度に保持することができる。つまり、排気ガスの熱損失量Ｑloss(i)に応じて、触媒３０に供給する排気エネルギを適切に制御することができる。従って、本実施の形態によれば、触媒３０の暖機効率を最適化することができ、暖機を短時間で完了することができる。
【０１１３】
この場合、本実施の形態では、ＶＶＴ３８，４０により残留ガス割合Ｒe(i)を所望の値に設定することができる。また、燃料噴射量に応じて筒内空燃比Ｒaf(i)を所望の値に設定することができる。そして、これらのパラメータＲe(i)，Ｒaf(i)に応じて触媒３０に流入する排気ガスの温度が最大となるように、触媒流入ガス温度Ｔcatin(i)を適切に制御することができる。
【０１１４】
また、本実施の形態では、内燃機関のクランク角θ、筒内容積V(θ)および吸入空気量Gaに基づいて筒内圧履歴Pc(θ)を算出する構成としたので、例えば筒内圧センサ等の機器を用いなくても、任意のクランク角θにおける筒内圧履歴Pc(θ)を取得することができる。従って、この筒内圧履歴Pc(θ)等を用いて残留ガス割合Ｒe(i)を容易に算出することができる。これにより、制御中には、残留ガス割合Ｒe(i)の算出値を制御に反映しながら、その値を目標残留ガス割合Ｒe,t(i)に合わせることができる。
【０１１５】
なお、前記実施の形態１では、図５中のステップ３２０が「熱損失量算出手段」の具体例を示している。また、ステップ３２２は「流入ガス温度算出手段」の具体例を示している。さらに、図６中のステップ３２４〜３３０は「燃焼制御手段」の具体例を示している。また、図５中のステップ３００は「筒内圧算出手段」の具体例を示し、ステップ３０６は「残留ガス割合算出手段」の具体例を示している。また、ステップ３１２は「燃焼後筒内温度取得手段」の具体例を示している。
【０１１６】
一方、図２中のステップ１２８は「筒内容積算出手段」の具体例を示し、図３中のステップ１７２は「筒内ガス質量算出手段」の具体例を示している。また、図５中のステップ３１０は「発熱量取得手段」の具体例を示している。さらに、図１中のＶＶＴ３８，４０は「残留ガス割合可変手段」の具体例、燃料噴射弁２８は「空燃比可変手段」の具体例、吸気温度センサ４６は「気温取得手段」の具体例をそれぞれ示している。
【０１１７】
実施の形態２．
次に、図８及び図９を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。本実施の形態は、前記実施の形態１と同様のシステム構成（図１）を採用している。しかし、本実施の形態は、内燃機関の運転中に生じる吸気負圧を考慮している点で、前記実施の形態１とは構成が異なるものである。
【０１１８】
［実施の形態２の特徴］
図８及び図９は、本実施の形態において、ＥＣＵ６０により実行されるルーチンのフローチャートを示している。これらのルーチンは、内燃機関１０の運転中に繰返し実行される。なお、これらのルーチンにおいて、前記図２乃至図４と同様の処理については、その説明を省略するものとする。
【０１１９】
まず、図８に示すルーチンにおいて、ステップ４００〜４１０では、前記ベース制御のステップ１２８，１３２，１５４，１７２，１７６，１８０，１８６，１９６，１９８，１８４，１８２等と同様の処理を実行する。これらの処理により、前述した筒内容積V(θ)、筒内圧履歴Pc(θ)、筒内空燃比Ｒaf(i)、筒内ガス質量Ｍ(i)、残留ガス質量Ｍe(i)、残留ガス割合Ｒe(i)、燃焼前筒内温度Ｔo(i)、各組成のモル数χH20(i),χCO2(i),χH2(i),χC0(i),χ02(i)、発熱量ｑcomb、燃焼後筒内温度Ｔc(i)，Ｔc(i-1)および大気温度Ｔa(i-1)を得ることができる。
【０１２０】
また、ステップ４１２では、前記触媒流入ガス温度制御のステップ３２０，３２２とほぼ同様の処理を実行する。これらの処理により、前記熱損失量Ｑloss(i)と触媒流入ガス温度Ｔcatin(i)とを得ることができる。
【０１２１】
さらに、ステップ４１４〜４１８では、前記触媒流入ガス温度制御のステップ３２４，３２６，３２８等と同様の処理を実行する。即ち、この処理では、前記図７のマップデータを参照することにより、触媒流入ガス温度Ｔcatin(i)が最大となるような目標筒内空燃比Ｒaf,t(i)と目標残留ガス割合Ｒe,t(i)の組合わせを決定する。
【０１２２】
次に、図９に示すルーチンでは、まず、クランク角センサ４２の出力を用いてエンジン回転数NE(i)を算出する（ステップ４２０）。また、吸入空気量、筒内圧履歴Pc(θ)等を用いて充填効率KL(i)を算出する（ステップ４２２）。さらに、点火制御で用いられる点火時期SA(i)を取得する（ステップ４２４）。
【０１２３】
そして、前記エンジン回転数NE(i)、充填効率KL(i)および点火時期SA(i)と、前記ステップ４１８で求めた目標残留ガス割合Ｒe,t(i)とを用いて、目標吸気バルブタイミングVTin,t(i)と、目標排気バルブタイミングVTex,t(i)とを算出する（ステップ４２６）。具体的には、下記（１８）式に示すように、これらの値を用いて所定のマップデータＶＭap()を参照することにより、目標バルブタイミングVTin,t(i)およびVTex,t(i)を得ることができる。
【０１２４】
{VTin,t(i)，VTex,t(i)}＝
ＶＭap{NE(i)，KL(i)，SA(i)，Ｒe,t(i)}  ・・・（１８）
【０１２５】
ここで、上記パラメータNE(i)，KL(i)，SA(i)，VTin,t(i)，VTex,t(i)に対する残留ガス割合Ｒe,t(i)の傾向は、定常状態であれば一定の特性を示す。マップデータＶＭap()は、この特性を予めデータ化し、ＥＣＵ６０に記憶させたものである。なお、マップデータに代えて、上記の傾向をモデル化した関数式を用いる構成としてもよい。
【０１２６】
このように算出された目標バルブタイミングVTin,t(i)およびVTex,t(i)は、後述するブレーキ性能確保吸気負圧Ｐimn,brk以上の吸気負圧を吸気通路１８内に生じさせる値となっている。つまり、マップデータＶＭap()は、吸気負圧がブレーキ性能確保吸気負圧Ｐimn,brk以上となるような目標バルブタイミングを与えるものである。
【０１２７】
次に、ステップ４２８では、前記エンジン回転数NE(i)、充填効率KL(i)、点火時期SA(i)、目標バルブタイミングVTin,t(i)およびVTex,t(i)を用いて、吸気通路１８内に生じる負圧である吸気負圧Ｐimn(i)を算出する。具体的には、下記（１９）式に示すように、これらの値を用いて所定のマップデータＰＭap()を参照することにより、吸気負圧Ｐimn(i)を得ることができる。
【０１２８】
Ｐimn(i)＝ＰＭap{NE(i)，KL(i)，SA(i)，VTin,t(i)，VTex,t(i)}  ・・・（１９）
【０１２９】
ここで、上記パラメータNE(i)，KL(i)，SA(i)，VTin,t(i)，VTex,t(i)に対する吸気負圧Ｐimn(i)の傾向は、定常状態であれば一定の特性を示す。マップデータＰＭap()は、この特性を予めデータ化し、ＥＣＵ６０に記憶させたものである。なお、マップデータに代えて、上記の傾向をモデル化した関数式を用いる構成としてもよい。
【０１３０】
次に、ステップ４３０では、ＥＣＵ６０に予め記憶されたブレーキ性能確保吸気負圧Ｐimn,brkを取得する。ここで、内燃機関１０に付設されたブレーキ装置（図示せず）は、吸気負圧を利用して運転者のブレーキ操作力をアシストする。このため、内燃機関の減速運転中には、運転者のブレーキ操作に対して十分なアシスト力が発生するように、吸気負圧が所定の負圧要求値以上に保持される必要がある。ブレーキ性能確保吸気負圧Ｐimn,brkとは、この負圧要求値に対応するものである。
【０１３１】
続いて、ステップ４３２では、内燃機関が減速運転中であり、かつ吸気負圧Ｐimn(i)がブレーキ性能確保吸気負圧Ｐimn,brkよりも小さいか否かを判定する。この判定が成立したときには、減速運転中にも拘らず、吸気負圧が負圧要求値未満であるから、吸気負圧が不足している。
【０１３２】
そこで、この場合には、ステップ４３４において、吸気バルブタイミングVTin(i)が目標吸気バルブタイミングVTin,t(i)となるように、ＶＶＴ３８を用いてバルブタイミングを補正する。また、排気バルブタイミングVTex(i)が目標排気バルブタイミングVTex,t(i)となるように、ＶＶＴ４０を用いてバルブタイミングを補正する。この補正により、バルブタイミングVTin(i)，VTex(i)は、吸気負圧が増大する方向（例えば、筒内から吸気系への排気ガスの吹返しが減少する方向）に補正される。
【０１３３】
一方、ステップ４３２の判定が不成立のときには、内燃機関が減速運転中ではないか、または減速運転中でもブレーキ装置にとって十分な吸気負圧が生じている。この場合には、ステップ４３６〜４４２の処理により、目標バルブタイミングVTin,t(i)およびVTex,t(i)の値を、内燃機関の運転状態に応じてフィードバック制御する。
【０１３４】
このフィードバック制御では、まず、バルブタイミング検出装置（本実施の形態では、カム角センサ５０，５２）の出力をそれぞれ読込む（ステップ４３６）。続いて、これらの出力を用いて、吸気バルブタイミングVTin(i)と、排気バルブタイミングVTex(i)とを取得する（ステップ４３８，４４０）。
【０１３５】
そして、取得したバルブタイミングVTin(i)，VTex(i)と、前述の目標バルブタイミングVTin,t(i)およびVTex,t(i)とを、下記（２０），（２１）式に代入することにより、目標バルブタイミングVTin,t(i)およびVTex,t(i)をそれぞれ修正する（ステップ４３６）。
【０１３６】
VTin,t(i)＝(1−a)・VTin(i)＋a・VTin,t(i)   ・・・（２０）
VTex,t(i)＝(1−a)・VTex(i)＋a・VTex,t(i)   ・・・（２１）
【０１３７】
なお、上記式中の係数ａは、バルブタイミングの取得値と目標値に重み付けをする係数であり、ＥＣＵ６０に予め記憶されている。これにより、目標バルブタイミングVTin,t(i)およびVTex,t(i)の値を、内燃機関の運転状態に応じて適切に設定することができる。
【０１３８】
上述したように、本実施の形態によれば、減速運転中に吸気負圧が不足したときには、触媒流入ガス温度制御のパラメータであるバルブタイミングVTin(i)，VTex(i)を、吸気負圧に応じて補正することができる。これにより、例えば筒内から吸気系への排気ガスの吹返しを減少させることができ、吸気負圧Ｐimn(i)をブレーキ性能確保吸気負圧Ｐimn,brk以上に増大させることができる。
【０１３９】
従って、触媒流入ガス温度制御を実施しながらも、減速運転時には十分な吸気負圧を発生させることができる。このため、触媒流入ガス温度制御の効果を十分に発揮しつつ、ブレーキ装置も円滑に作動させることができる。
【０１４０】
なお、前記実施の形態２では、図９中のステップ４２８が「吸気負圧取得手段」の具体例を示している。また、ステップ４３２は「負圧判定手段」の具体例を示し、ステップ４３４は「補正手段」の具体例を示している。また、実施の形態２において、「熱損失量算出手段」、「流入ガス温度算出手段」、「燃焼制御手段」、「筒内圧算出手段」、「残留ガス割合算出手段」、「燃焼後筒内温度取得手段」、「筒内容積算出手段」、「筒内ガス質量算出手段」及び「発熱量取得手段」は、文中及び図９に記載したように、実施の形態１と同様の構成を用いている。
【０１４１】
また、実施の形態では、触媒流入ガス温度制御を行うことにより、触媒流入ガス温度Ｔcatin(i)を最大化する構成とした。しかし、本発明では、必ずしも触媒流入ガス温度を最大化する必要はない。即ち、例えば触媒流入ガス温度を最大化せずに適度に上昇させながら、出力トルクや排気エミッションと触媒の暖機効率とを両立させる構成としてもよい。
【０１４２】
また、実施の形態では、筒内の空燃比Ｒaf(i)と残留ガス割合Ｒe(i)の両方をパラメータとして変化させることにより、触媒流入ガス温度Ｔcatin(i)に応じて内燃機関の燃焼状態を制御する構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、空燃比Ｒaf(i)と残留ガス割合Ｒe(i)のうち何れか一方のみをパラメータとして変化させる構成としてもよい。
【０１４３】
また、本発明は、触媒流入ガス温度Ｔcatin(i)に影響を与えるパラメータであれば、空燃比Ｒaf(i)と残留ガス割合Ｒe(i)以外のパラメータを変化させる構成としてもよい。即ち、例えば点火時期SA(i)を変化させることにより、触媒流入ガス温度Ｔcatin(i)を最大化する構成としてもよい。
【０１４４】
また、実施の形態では、吸気バルブタイミングVTin(i)と排気バルブタイミングVTex(i)の両方を変化させることにより、残留ガス割合Ｒe(i)を制御する構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、例えばＶＶＴ３８，４０のうち何れか一方のみを設け、吸気バルブタイミングVTin(i)と排気バルブタイミングVTex(i)のうち何れか一方のみを用いて残留ガス割合Ｒe(i)を制御する構成としてもよい。
【０１４５】
さらに、実施の形態では、上記（１）式のようなクランク軸１６の運動方程式を利用して求めた筒内圧トルクTp(θ)から筒内圧履歴Pc(θ)を求める構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、例えば内燃機関に筒内圧センサを設け、そのセンサ出力から筒内圧履歴Pc(θ)を直接的に求める構成としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１４６】
【図１】本発明の実施の形態１によるシステム構成を示す全体構成図である。
【図２】本発明の実施の形態１によるベース制御のフローチャートである。
【図３】本発明の実施の形態１によるベース制御のフローチャートである。
【図４】本発明の実施の形態１によるベース制御のフローチャートである。
【図５】本発明の実施の形態１において実行される触媒流入ガス温度制御のフローチャートである。
【図６】本発明の実施の形態１において実行される触媒流入ガス温度制御のフローチャートである。
【図７】本発明の実施の形態１において、空燃比、残留ガス割合および触媒流入ガス温度の関係の一例を示す特性線図である。
【図８】本発明の実施の形態２において実行される触媒流入ガス温度制御のフローチャートである。
【図９】本発明の実施の形態２において実行される触媒流入ガス温度制御のフローチャートである。
【符号の説明】
【０１４７】
１０  内燃機関
１２  ピストン
１４  燃焼室
１６  クランク軸
１８  吸気通路
２０  排気通路
２２  エアフローメータ
２４  スロットル弁
２６  スロットルモータ
２８  燃料噴射弁（空燃比可変手段）
３０  触媒
３２  点火プラグ
３４  吸気バルブ
３６  排気バルブ
３８，４０  可変バルブタイミング機構（残留ガス割合可変手段）
４２  クランク角センサ
４４  水温センサ
４６  吸気温度センサ
４８  油温センサ
５０，５２  カム角センサ
６０  ＥＣＵ
【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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