特許 6594825 内燃機関制御装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6594825

(24)【登録日】2019年10月4日

(45)【発行日】2019年10月23日

(54)【発明の名称】内燃機関制御装置

(51)【国際特許分類】

   F02P 5/15 20060101AFI20191010BHJP

   F02M 26/06 20160101ALI20191010BHJP

   F02M 26/01 20160101ALI20191010BHJP

   F02D 15/00 20060101ALI20191010BHJP

   F02D 19/06 20060101ALI20191010BHJP

   F02D 41/02 20060101ALI20191010BHJP

   F02D 41/34 20060101ALI20191010BHJP

   F02D 45/00 20060101ALI20191010BHJP

   F02D 13/02 20060101ALI20191010BHJP

   F02B 11/00 20060101ALI20191010BHJP

   F02D 15/04 20060101ALI20191010BHJP

【ＦＩ】

   F02P5/15 G

   F02M26/06 311

   F02M26/06 321

   F02M26/01 301

   F02D15/00 Z

   F02D19/06 Z

   F02D41/02 351

   F02D41/02 325E

   F02D41/02 335

   F02D41/34 C

   F02D41/34 F

   F02D45/00 301F

   F02D45/00 301Z

   F02D45/00 368Z

   F02D13/02 K

   F02B11/00 Z

   F02D15/04 G

【請求項の数】18

【全頁数】22

(21)【出願番号】特願2016-105753(P2016-105753)

(22)【出願日】2016年5月27日

(65)【公開番号】特開2017-210932(P2017-210932A)

(43)【公開日】2017年11月30日

【審査請求日】2019年1月10日

(73)【特許権者】

【識別番号】509186579

【氏名又は名称】日立オートモティブシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100098660

【弁理士】

【氏名又は名称】戸田 裕二

(72)【発明者】

【氏名】米谷 直樹

(72)【発明者】

【氏名】猿渡 匡行

(72)【発明者】

【氏名】押領司 一浩

【審査官】 佐々木 淳

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００８−２３１９９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−２００９３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２８５９５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−３５１１４５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０２Ｐ ５／１５

Ｆ０２Ｂ １１／００

Ｆ０２Ｄ １３／００−４５／００

Ｆ０２Ｍ ２６／０１

Ｆ０２Ｍ ２６／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

シリンダと排気管とを備えた内燃機関を制御する内燃機関制御装置において、
前記排気管の排気ガスを前記シリンダの筒内に戻すように制御するＥＧＲ制御を行い、燃焼サイクルにおいて吸気バルブ及び排気バルブの双方が閉じている状態における筒内のガスの温度とＥＧＲ率とを求め、この求めたガスの温度とＥＧＲ率に基づいて前記燃焼サイクルと同じ燃焼サイクルにおける燃焼パラメータを補正する制御部を備えたことを特徴とする内燃機関制御装置。

【請求項2】

請求項１に記載の内燃機関制御装置において、
前記制御部は、前記求めたガスの温度とＥＧＲ率に基づいて前記燃焼サイクルと同じ燃焼サイクルにおける点火タイミングを補正することを特徴とする内燃機関制御装置。

【請求項3】

請求項１に記載の内燃機関制御装置において、
前記内燃機関には点火を行う点火プラグに高電圧を供給するための点火コイルが取り付けられ、
前記制御部は、前記求めたガスの温度とＥＧＲ率に基づいて前記燃焼サイクルと同じ燃焼サイクルにおける前記点火コイルの二次側コイル電流の立ち上がりタイミングを補正することを特徴とする内燃機関制御装置。

【請求項4】

請求項１に記載の内燃機関制御装置において、
前記制御部は、求めたガスの温度が大きいほど、又は求めたＥＧＲ率が小さいほど、前記燃焼サイクルと同じ燃焼サイクルにおける点火タイミングを遅角するように補正することを特徴とする内燃機関制御装置。

【請求項5】

請求項１に記載の内燃機関制御装置において、
前記制御部は、求めたガスの温度が小さいほど、又は求めたＥＧＲ率が大きいほど、前記燃焼サイクルと同じ燃焼サイクルにおける点火タイミングを進角するように補正することを特徴とする内燃機関制御装置。

【請求項6】

請求項１に記載の内燃機関制御装置において、
ガスの温度とＥＧＲ率とにより点火タイミングが設定され、かつ、前記点火タイミングはガスの温度が大きいほど、又はＥＧＲ率が小さいほど、遅角するように設定され、
前記制御部は、求めたガスの温度、及びＥＧＲ率から設定された点火タイミングとなるように、前記燃焼サイクルと同じ燃焼サイクルにおける点火タイミングを補正することを特徴とする内燃機関制御装置。

【請求項7】

請求項１に記載の内燃機関制御装置において、
ガスの温度とＥＧＲ率とにより点火タイミングが設定され、かつ、前記点火タイミングはガスの温度が小さいほど、又はＥＧＲ率が大きいほど、点火タイミングを進角するように設定され、
前記制御部は、求めたガスの温度、及びＥＧＲ率から設定された点火タイミングとなるように、前記燃焼サイクルと同じ燃焼サイクルにおける点火タイミングを補正することを特徴とする内燃機関制御装置。

【請求項8】

請求項１に記載の内燃機関制御装置において、
燃料の着火性に基づいてガスの温度とＥＧＲ率とにより点火タイミングが設定され、
前記制御部は、求めたガスの温度、及びＥＧＲ率から設定された点火タイミングとなるように、前記燃焼サイクルと同じ燃焼サイクルにおける点火タイミングを補正することを特徴とする内燃機関制御装置。

【請求項9】

請求項１に記載の内燃機関制御装置において、
ガスの温度とＥＧＲ率とにより点火タイミングが設定され、かつ、前記点火タイミングは、燃料のオクタン価が高いほど進角側に設定され、
前記制御部は、求めたガスの温度、及びＥＧＲ率から設定された点火タイミングとなるように、前記燃焼サイクルと同じ燃焼サイクルにおける点火タイミングを補正することを特徴とする内燃機関制御装置。

【請求項10】

請求項１に記載の内燃機関制御装置において、
ガスの温度とＥＧＲ率とにより点火タイミングが設定され、かつ、前記点火タイミングは、燃料のオクタン価が低いほど遅角側に設定され、
前記制御部は、求めたガスの温度、及びＥＧＲ率から設定された点火タイミングとなるように、前記燃焼サイクルと同じ燃焼サイクルにおける点火タイミングを補正することを特徴とする内燃機関制御装置。

【請求項11】

請求項１に記載の内燃機関制御装置において、
前記制御部は、前記求めたガスの温度とＥＧＲ率に基づいて前記燃焼サイクルと同じ燃焼サイクルにおける圧縮比を補正することを特徴とする内燃機関制御装置。

【請求項12】

請求項１に記載の内燃機関制御装置において、
前記内燃機関の気筒外部の副室と筒内との間の流体流路を開閉するバルブが設けられ、
前記制御部は、前記求めたガスの温度とＥＧＲ率に基づいて前記バルブを開閉することを特徴とする内燃機関制御装置。

【請求項13】

請求項１に記載の内燃機関制御装置において、
前記内燃機関には筒内に燃料を噴射する燃料噴射弁が取り付けられ、
前記制御部は、前記求めたガスの温度とＥＧＲ率に基づいて前記燃焼サイクルと同じ燃焼サイクルにおける前記燃料噴射弁の噴射タイミングを補正することを特徴とする内燃機関制御装置。

【請求項14】

請求項１に記載の内燃機関制御装置において、
前記内燃機関には点火を行う点火プラグに高電圧を供給するための点火コイルが取り付けられ、
前記制御部は、求めたガスの温度が設定温度よりも低い場合、又は求めたＥＧＲ率が設定値よりも大きい場合、
同じ圧縮行程における自着火を促進する燃料を筒内に噴射することを特徴とする内燃機関制御装置。

【請求項15】

請求項１に記載の内燃機関制御装置において、
前記内燃機関には点火を行う点火プラグに高電圧を供給するための点火コイルが取り付けられ、
前記制御部は、求めたガスの温度が設定温度よりも高い場合、又は求めたＥＧＲ率が設定値よりも小さい場合、同じ圧縮行程における自着火を抑制する燃料を筒内に噴射することを特徴とする内燃機関制御装置。

【請求項16】

請求項１に記載の内燃機関制御装置において、
前記内燃機関には点火を行う点火プラグに高電圧を供給するための点火コイルが取り付けられ、
前記制御部は、求めたガスの温度とＥＧＲ率とに応じて前記点火コイルを使用した着火による燃焼と前記点火コイルを使用しない自着火による燃焼とを切り替えるように制御することを特徴とする内燃機関制御装置。

【請求項17】

請求項１に記載の内燃機関制御装置において、
前記制御部は、筒内圧から同定することでガスの温度とＥＧＲ率とを求めることを特徴とする内燃機関制御装置。

【請求項18】

請求項１に記載の内燃機関制御装置において、
前記制御部は、吸気バルブ及び排気バルブの双方が閉じている状態における筒内のガスの筒内圧および筒内体積から、気体の比熱比を同定し、ガス温度とＥＧＲ率を仮定して計算した混合気の比熱比の残差を最小をとし、かつ混合気の状態方程式を満足する、ガス温度およびＥＧＲ率を同定することでガスの温度とＥＧＲ率とを求めることを特徴とする内燃機関制御装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、内燃機関制御装置について、特にＥＧＲ装置を備えた内燃機関を制御する制御装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、シリンダ内で燃料と空気の混合気を形成させ、点火または自着火により燃焼させるガソリンエンジンが知られている。この種類のエンジンにおいては一般的に、燃費が最適となる点火時期は（ＭＢＴ）、ノッキングが発生する直前まで点火時期を進角したタイミングである。実際のＥＣＵに記憶させる点火時期のマップ値は、燃焼のサイクル変動を加味して、ノッキング発生時期からやや遅角したタイミングに設定される。

【0003】

また、この種類のエンジンに特徴的な技術として、燃焼後の排ガスを再び外気とともにシリンダ内に吸入させ、混合気の燃焼温度を低下させることでノッキングの発生を抑制し、燃料消費がより少ない状態での運転を可能とする、ＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）が広く知られている。

【0004】

ＥＧＲはノッキングを抑制する効果があるため、ＥＧＲ率に依存してノッキング発生時期が変化する。それに伴いＭＢＴも、ＥＧＲ率に依存して変化する。また、混合気中におけるＥＧＲガスの割合（ＥＧＲ率）は、前サイクルの燃焼状態や、吸入空気量のばらつき等により、サイクルごとに変動する。

【0005】

このようなＥＧＲ装置を備えた内燃機関のＥＧＲ制御に関する背景技術として、特開２００８−２３１９９５（特許文献１）がある。これによると、燃焼室内の圧力変化を圧縮行程中に検出し、検出された圧力変化に基づいて混合気中の、ＥＧＲガス濃度を算出し、算出されたＥＧＲガス温度に基づいて、同一サイクル内の点火時期を補正している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２００８−２３１９９５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

混合気の温度は、その値が高いほどノッキングが起きやすくなるため、混合気温度の変化に依存してノッキング発生時期が変化する。それに伴いＭＢＴも混合気温度に依存して変化する。特に排気ポートから排気ガスを直接引き戻す内部ＥＧＲでは、高温の排ガスが残留するため、圧縮行程における混合気の温度が、サイクルごとに大きく変動する。

【0008】

しかしながら、先の特許文献１では混合気の温度変化が考慮されておらず、点火時期は、算出されたＥＧＲ率のみに対応して、事前に記憶されたマップにより補正される。すると、マップ値を定めた際に想定した混合気温度よりも、実際の混合気温度の方が高かった場合、過進角によるノッキングを引き起こすおそれがあり、逆に実際の混合気の温度の方が低かった場合、最適燃費点より余計に遅角した点火時期を取ることになり、燃焼消費量が増加してしまうという問題があった。

【0009】

本発明の目的は、温度およびＥＧＲ率のサイクルばらつきによる、燃焼限界の変化を予測し、サイクル毎に補正を行い、燃焼消費量を減少させることである。

【課題を解決するための手段】

【0010】

上記課題を解決するために、例えばその手段の一例として、シリンダと排気管とを備えた内燃機関を制御する内燃機関制御装置において、前記排気管の排気ガスを前記シリンダの筒内に戻すように制御するＥＧＲ制御を行い、燃焼サイクルにおいて吸気バルブ及び排気バルブの双方が閉じている状態における筒内のガスの温度とＥＧＲ率とを求め、この求めたガスの温度とＥＧＲ率に基づいて前記燃焼サイクルと同じ燃焼サイクルにおける燃焼パラメータを補正する制御部を備えたことを特徴とする。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、混合気温度およびＥＧＲ率のサイクル変動を考慮して、点火時期をサイクルごとに燃費最適点に近づけることができ、燃焼消費量を低減することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の第１の実施例によるエンジンの制御装置を、自動車用筒内噴射式ガソリンエンジンに適用させたシステム構成図である。

【図2】一般的なエンジンの制御装置の、１サイクル中における点火時期補正制御の一例を示すシステムブロック図である。

【図3】本発明の第１の実施例による、１サイクル中における点火時期補正制御の一例を示すシステムブロック図である。

【図4】本発明の第１の実施例によるエンジンの制御装置における、１サイクル中の吸排バルブの動作と、筒内圧と点火時期マップ値の時間変化を示すタイムチャートを説明する図である。

【図5】本発明の第１の実施例によるエンジンの制御装置における、ガス温度とＥＧＲ率に基づいて補正される点火時期のマップ補正値を説明する図である。

【図6】本発明の第１の実施例によるエンジンの制御装置における、燃料のオクタン価と点火時期補正マップ値の関係を示すグラフである。

【図7】本発明の第２の実施例による、１サイクル中における圧縮比補正制御の一例を示すシステムブロック図である。

【図8】本発明の第２の実施例によるエンジンの制御装置における、１サイクル中の吸排バルブの動作と、筒内圧と圧縮比の時間変化を示すタイムチャートを説明する図である。

【図9】本発明の第２の実施例による、シリンダ外部に副室を設け、筒内と副室を接続部に、バルブ機構を配置した場合のシリンダ付近の構成図である。

【図10】本発明の第３の実施例による、１サイクル中における追加燃料噴射制御の一例を示すシステムブロック図を説明する図である。

【図11】本発明の第３の実施例によるエンジンの制御装置における、１サイクル中の吸排バルブの動作と、筒内圧と噴射信号の時間変化を示すタイムチャートを説明する図である。

【図12】本発明の第３の実施例によるエンジンの制御装置における、追加燃料を噴射するためのサブインジェクタを配置した場合のシリンダ付近の構成図である。

【図13】本発明の第４の実施例によるエンジンの制御装置における、１サイクル中における点火方法補正制御の一例を示すシステムブロック図を説明する図である。

【図14】本発明の第４の実施例によるエンジンの制御装置における、１サイクル中の吸排バルブの動作と、筒内圧と点火時期マップ値の時間変化を示すタイムチャートを説明する図である。

【図15】本発明の第１の実施例によるエンジンの制御装置における、ガス温度およびＥＧＲ率の計算プロセスを示すフローチャートを説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、図面を用いて本発明の実施例について説明する。

【実施例1】

【0014】

以下、図１〜図６を用いて、本発明の第１の実施例によるエンジンの制御装置の構成及び動作について説明する。

【0015】

図１は、本発明の第１の実施例によるエンジンの制御装置を、自動車用筒内噴射式ガソリンエンジンに適用させたシステム構成図である。

【0016】

エンジン１００は、火花点火式燃焼を実施する自動車用の４気筒ガソリンエンジンである。吸入空気量を計測するエアフローセンサ１と、吸気を過給するための過給機のコンプレッサ４ａと、吸気を冷却するためのインタークーラ７と、吸気管６内の圧力を調整する電子制御スロットル２と、吸気管６内の圧力を計測する吸気圧力センサ１４が吸気管６に設けられている。また、エンジン１００には、各気筒のシリンダ１５の中に燃料を噴射する燃料噴射装置（以下、インジェクタ）１３と、噴射された燃料と空気の混合気を圧縮するためのピストン１８、点火エネルギーを供給する点火プラグ１７が気筒ごとに備えられている。また、筒内に流入、または筒内から排出するガスを調整する可変バルブタイミング機構５ａ（吸気側）、５ｂ（排気側）が、シリンダヘッドに設けられている。可変バルブタイミング５ａ、５ｂにより、１番から４番まで全気筒の吸気バルブ２１及び排気バルブ２２の開弁、閉弁時期を調整することにより、吸気量および内部ＥＧＲ量を調整する。また、図示していないがインジェクタ１３に高圧燃料を供給するための高圧燃料ポンプが燃料配管によってインジェクタ１３と接続されており、燃料配管中には、燃料噴射圧力を計測するための燃料圧力センサが備えられている。

【0017】

さらに、排気エネルギーによって過給機のコンプレッサ４ａに回転力を与えるためのタービン４ｂと、タービンに流れる排気流量を調整するための電子制御ウェイストゲート弁１１と、排気を浄化する三元触媒１０と、空燃比検出器の一態様であって、三元触媒１０の上流側にて排気の空燃比を検出する空燃比センサ９と、が排気管１６に設けられている。また、図示していないがクランク軸には、回転角度を算出するためのクランク角度センサに設けられている。

【0018】

さらに、排気管の触媒１０の下流から、吸気管６のコンプレッサ４ａの上流に排気を還流させるためのＥＧＲ管４０を備えている。また、ＥＧＲを冷却するためのＥＧＲクーラ４２、ＥＧＲ流量を制御するためのＥＧＲ弁４１、ＥＧＲ弁前後の差圧を検出する差圧センサ４３、ＥＧＲ温度を検出するＥＧＲ温度センサ４４が、ＥＧＲ管４０の各々の適宜位置に、取りつけられている。

【0019】

エアフローセンサ１と空燃比センサ９と吸気圧センサ１４と差圧センサ４３とＥＧＲ温度センサ４４から得られる信号は、エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）２０に送られる。また、アクセル開度センサ１２から得られる信号がＥＣＵ２０に送られる。アクセル開度センサ１２は、アクセルペダルの踏み込み量、すなわち、アクセル開度を検出する。ＥＣＵ２０は、アクセル開度センサ１２の出力信号に基づいて、要求トルクを演算する。すなわち、アクセル開度センサ１２は、エンジンへの要求トルクを検出する要求トルク検出センサとして用いられる。また、ＥＣＵ２０は、クランク角度センサの出力信号に基づいて、エンジンの回転速度を演算する。ＥＣＵ２０は、上記各種センサの出力から得られるエンジンの運転状態に基づき、空気流量、燃料噴射量、点火時期、燃料圧力等のエンジンの主要な作動量を最適に演算する。

【0020】

ＥＣＵ２０で演算された燃料噴射量は開弁パルス信号に変換され、インジェクタ１３に送られる。また、ＥＣＵ２０で演算された点火時期で点火されるように、点火信号が点火プラグ１７に送られる。また、ＥＣＵ２０で演算されたスロットル開度は、スロットル駆動信号として電子制御スロットル２に送られる。また、ＥＣＵ２０で演算された可変バルブタイミングの作動量は、可変バルブタイミング駆動信号として、可変バルブタイミング５へ送られる。また、ＥＣＵ２０で演算されたウェイストゲート弁開度は、ウェイストゲート弁駆動信号として、ウェイストゲート弁１１へ送られる。また、ＥＣＵ２０で常時演算されるＥＧＲ弁開度は、ＥＧＲ弁開度駆動信号として、ＥＧＲ弁４１へ送られる。

【0021】

吸気管６から吸気バルブ２１を経てシリンダ１５内に流入した空気に対し、燃料が噴射され、混合気を形成する。混合気は所定の点火時期で点火プラグ１７から発生される火花により爆発し、その燃焼圧によりピストンを押し下げてエンジンの駆動力となる。更に、爆発後の排気ガスは排気管１６を経て、三元触媒１０に送りこまれ、排気成分は三元触媒１０内で浄化され、外部へと排出される。

【0022】

図２は、一般的なエンジン制御装置の、１サイクル中における点火時期補正制御の一例を示すシステムブロック図である。ＥＣＵ２０は中央処理装置（ＣＰＵ）を有しており、これが制御部として機能する。そして、ＥＣＵ２０の制御部はステップＳ２０１で吸気バルブ２１を開き（Ｉｎｔａｋｅ Ｖａｌｖｅ Ｏｐｅｎｉｎｇ）、吸気を行い、Ｓ２０２で吸気バルブ２１を閉じて（Ｉｎｔａｋｅ Ｖａｌｖｅ Ｃｌｏｓｉｎｇ）、圧縮を開始するように吸気バルブ２１を制御する。またＥＣＵ２０の制御部はＳ２０３で筒内圧力の測定値を取得し、Ｓ２０４で筒内圧力の測定値からＥＧＲ率を推定し、Ｓ２０５では、推定されたＥＧＲ率に基づいて、点火時期補正値を算出する。またＥＣＵ２０の制御部はＳ２０６において、点火時期補正値を現在の点火時期目標値と比較し、点火時期補正値が点火時期目標値より進角している場合は、Ｓ２０７で点火時期目標値を点火時期補正値と等しくなるように進角させる。一方で、Ｓ２０６において、点火時期補正値を現在の点火時期目標値と比較し、点火時期補正値が点火時期目標値より進角していない場合にはＳ２０８に移行し、Ｓ２０８で遅角していると判断した場合は、Ｓ２０９で点火時期目標値を点火時期補正値と等しくなるように遅角させる。

【0023】

その後、ＥＣＵ２０の制御部はＳ２１０で点火プラグ１７の点火を行い、シリンダ１５の筒内で燃焼を開始させる。そしてＥＣＵ２０の制御部はＳ２１１で排気バルブ２２を開いて（Ｅｘｈａｕｓｔ Ｖａｌｖｅ Ｏｐｅｎｉｎｇ）排気を行い、Ｓ２１２で排気バルブ２２を閉じ（Ｅｘｈａｕｓｔ Ｖａｌｖｅ Ｃｌｏｓｉｎｇ）、１サイクルが終了する。

【0024】

吸気バルブ２１および排気バルブ２２が閉じた時点において、筒内に閉じ込められた気体である混合気は、外部から取り込んだ空気と、前サイクルの燃焼後ガスが残留したＥＧＲガスと、筒内に噴射された燃料で構成される。この混合気中における、酸素以外で燃焼に寄与しないガスの質量割合をＥＧＲ率と呼ぶ。

【0025】

ここで、Ｓ２０４では、ＥＧＲ率に応じて点火時期補正値が決定されるが、最適な点火時期は、混合気温度にも依存して変化する。特に排気ポートから排気ガスを直接引き戻す内部ＥＧＲでは、高温の排ガスが残留するため、圧縮行程における混合気の温度が、サイクルごとに大きく変動する。すると、点火時期目標値を定めた際に想定した混合気温度よりも、実際の混合気温度の方が高かった場合、点火タイミングを進角し過ぎたことにより、ノッキングを引き起こすおそれがあり、逆に実際の混合気の温度の方が低かった場合、最適燃費点より余計に遅角した点火時期となり、燃料消費量が増加してしまうという問題がある。

【0026】

図３は、本発明の第１の実施例による、１サイクル中における点火時期補正制御の一例を示すシステムブロック図である。Ｓ３０１からＳ３０３、およびＳ３０６からＳ３１２は、図２のＳ２０１からＳ２０３、およびＳ２０６からＳ２１２と同様であるので、詳しい説明は省略する。本実施例においてＥＣＵ２０の制御部はＳ３０３までに得た筒内圧力から、Ｓ３０４のパラメータ推定部により、圧縮行程のガス温度とＥＧＲ率を推定する。その後、ＥＣＵ２０の制御部はガス温度およびＥＧＲ率に基づいて、Ｓ３０５の補正値算出部により、点火時期の補正値を計算する。そしてＥＣＵ２０の制御部は計算した点火時期補正値に対して、Ｓ３０６からＳ３０９までの処理を行い、点火時期目標値を燃焼開始前に補正する。

【0027】

図４は、本発明の第１の実施例によるエンジンの制御装置における、１サイクル中の吸排バルブの動作と、シリンダ１５の筒内圧と点火時期目標値の時間変化を示すタイムチャートである。図４上段は吸気バルブ２１と排気バルブ２２のリフトを示したものである。時刻Ｔ１で吸気バルブ２１が閉じ、吸気行程が完了すると圧縮行程が始まり、図４中段に示される筒内圧が、時刻Ｔ１において、圧力がＰ１から上昇し始める。圧縮行程が進んだ時刻Ｔ２における筒内圧Ｐ２を測定すると、２点における圧力変化（Ｐ２−Ｐ１）を得ることができる。また、クランク角度の検出値から、筒内体積Ｖ１およびＶ２も得ることができる。これらの測定値と、空燃比、および吸気質量の少なくとも１つ以上の値から、パラメータ推定部Ｓ３０４により、ガス温度およびＥＧＲ率を推定する。推定したガス温度およびＥＧＲ率に基づいて、補正値算出部Ｓ３０５により点火時期の補正値を算出する。

【0028】

図４下段はＥＣＵが記憶している点火時期の目標値であり、時刻Ｔ３において、補正値に基づいて点火時期目標値を書き換える。前燃焼サイクルまでの点火時期目標値では、時刻Ｔ４において点火が行われることになっていたが、時刻Ｔ３に目標値が書き換えられたことにより、当該燃焼サイクルにおける点火時期は時刻Ｔ５となる。時刻Ｔ５において、開始時期が補正された点火が行われ、燃焼が開始し、筒内圧はピークに到達する。その後、膨張行程に入って筒内圧力は下がり、排気バルブ２２が開いて燃焼後のガスが排出され、圧力が大気圧同等まで落ちた後に、排気バルブ２２が閉じられ、１燃焼サイクルが完了する。

【0029】

以上の通り、本実施例においてＥＣＵ２０の制御部は、燃焼サイクルにおいて吸気バルブ２１及び排気バルブ２２の双方が閉じている状態における筒内のガスの温度とＥＧＲ率とを求め、この求めたガスの温度とＥＧＲ率に基づいて前記の燃焼サイクルと同じ燃焼サイクルにおける燃焼パラメータを補正する。

【0030】

より具体的には、ＥＣＵ２０の制御部は、求めたガスの温度とＥＧＲ率に基づいて前記燃焼サイクルと同じ燃焼サイクルにおける点火プラグ１７の点火タイミングを補正する。このガスの温度とＥＧＲ率を求めるタイミングは圧縮行程における点火前に行い、これにより点火タイミングの補正値を算出することが好ましい。なお、内燃機関（エンジン１００）には点火を行う点火プラグ１７に高電圧を供給するための図示しない点火コイルが取り付けられている。そしてＥＣＵ２０の制御部は求めたガスの温度とＥＧＲ率に基づいて前記燃焼サイクルと同じ燃焼サイクルにおける点火コイルの二次側コイル電流の立ち上がりタイミングを補正する。

【0031】

図５は、本発明の第１の実施例によるエンジンの制御装置における、ガス温度とＥＧＲ率に基づいて点火時期目標値を補正する点火時期補正値のマップを示す図である。まず、Ｓ５０１においてガス温度を取得し、次にＳ５０２においてＥＧＲ率を取得する。Ｓ５０３ではこれら２つの値から、図５の点火時期補正値マップに基づき点火時期補正値を算出する。

【0032】

点火時期補正値のマップの概形は、図５に示されるような、ガス温度とＥＧＲ率に対する３次元曲面として表される。図５の点火時期補正値マップに示すように点火時期補正値は、ガス温度が一定の場合は、ＥＧＲ率が高くなるほど、進角側に設定される。ＥＧＲでは混合気に不活性ガスが混ざることによりノッキングが抑制され、進角限界が拡大し、より点火時期を進角させることが可能になるためである。またＥＧＲ率が一定の場合は、ガス温度が高いほど、点火時期目標値が遅角するように点火時期補正値が設定される。これは混合気体温度が高いほどノッキングしやすくなり、進角限界が縮小し、点火時期を進角できなくなるためである。

【0033】

すなわち、ＥＣＵ２０の制御部は、求めたガスの温度が大きいほど、又は求めたＥＧＲ率が小さいほど、前記燃焼サイクルと同じ燃焼サイクルにおける点火プラグ１７の点火タイミングを遅角するように補正する。逆にＥＣＵ２０の制御部は、求めたガスの温度が小さいほど、又は求めたＥＧＲ率が大きいほど、前記燃焼サイクルと同じ燃焼サイクルにおける点火プラグ１７の点火タイミング（点火時期目標値）を進角するように補正する。別の言い方をすると、ＥＣＵ２０の図示しない記憶部には、図５に示すような点火時期補正値のマップが記憶される。そしてこの点火時期補正値マップには図５に示すようにガスの温度とＥＧＲ率とにより点火タイミング（点火時期補正値）が設定され、かつ、この点火タイミングはガスの温度が大きいほど、又はＥＧＲ率が小さいほど、遅角するように設定される。そして、制御部は、ある燃焼サイクルの圧縮工程において、記憶された点火時期補正値マップに基づいて、求めたガスの温度、及びＥＧＲ率から設定された点火タイミング（点火時期補正値）となるように、前記燃焼サイクルと同じ燃焼サイクルにおける点火タイミング（点火時期目標値）を点火プラグ１７の点火前に補正する。

【0034】

なお、ＥＧＲ率はおおむね３０％を超えると、燃焼安定性の悪化により、点火進角しても安定燃焼しなくなる。そこで、ＥＧＲ率が設定値（たとえば３０％）以上となった場合には、進角しないように点火時期補正値マップの補正値が設定される。同様に、ガス温度が低くなり過ぎると、燃料の蒸発が不十分となり混合気に不均質性が出て燃焼安定性が悪化するため、点火進角しても安定燃焼しなくなる。そのため、点火時期補正値マップの補正値はガス温度の低下に対して一定以上は進角されない。また、ガス温度が高すぎると、点火が行われる前に混合気が自着火してしまう、プレイグニッションが発生し、シリンダやピストンの破損に至る場合がある。そのため、点火時期補正値マップの補正値はガス温度の上昇に対して、一定以上は遅角されない。

【0035】

ここでは、外部ＥＧＲと内部ＥＧＲを例として、それぞれに対する点火時期補正プロセスを説明する。
外部ＥＧＲでは、図１における排気管の触媒１０の下流から、排気をＥＧＲ管４０へ取り出し、ＥＧＲクーラ４２で所定の温度まで冷却した後に、吸気管６上のコンプレッサ４ａ上流に還流させる。この方式によるＥＧＲを、後述する内部ＥＧＲと区別するために外部ＥＧＲと呼ぶ。外部ＥＧＲにより再循環させる排気の量は、ＥＧＲ弁４１により一定に制御される。ここで、排気ガスの組成は、前燃焼サイクルの空燃比や吸気量ばらつき等により変動するため、ＥＧＲ率は燃焼サイクルごとに変動する。

【0036】

そのため、ある燃焼サイクルでは図５のＡ点の温度およびＥＧＲ率で燃焼していても、次の燃焼サイクルでは前の燃焼サイクルに比べてＥＧＲ率が増減することがある。ＥＧＲ率が増加した場合、ノッキングが抑制され、点火時期の進角限界が拡大するため、最適点火時期は進角側に移動する。逆にＥＧＲ率が減少した場合、ノッキング抑制効果が減少し、点火時期の進角限界は縮小するため、最適点火時期は遅角側に移動する。本実施例によるエンジンの制御装置では、例えばＥＧＲ率が増加した場合は、ガスの温度およびＥＧＲ率を、前燃焼サイクルよりもＥＧＲ率が高いＢ点の状態にあると同定し、点火時期補正値マップに基づいて点火時期目標値を進角するように補正する。

【0037】

内部ＥＧＲでは、図１において、可変バルブタイミング機構５を用いて排気行程の排気ガスを筒内に閉じ込めるバルブタイミングを設定することで、次の燃焼サイクルに排気ガスを再循環させる。この方式によるＥＧＲを内部ＥＧＲと呼ぶ。内部ＥＧＲにより再循環させる排気の量は、吸気および排気のバルブタイミングにより定まるが、燃焼サイクルごとの吸気量のばらつきやバルブの密閉性能の差等により、ＥＧＲ率が変動する。加えて、内部ＥＧＲでは高温の排気ガスを筒内に残留させるため、ガスの温度も変動する。

【0038】

そのため、例えば図５のＡ点の温度およびＥＧＲ率で燃焼している際、前の燃焼サイクルに比べて次の燃焼サイクルのＥＧＲ率および温度が共に増減することがある。ＥＧＲ率の増加および減少に対しては前述のように進角限界の拡大および縮小がそれぞれみられる。温度が上昇した場合は、未燃ガスが自着火しやすくなり、ノッキング発生条件に近づくため、点火時期の進角限界は縮小し、最適点火時期は遅角側に移動する。温度が低下した場合は、未燃ガスの自着火が抑制され、ノッキングが抑制されるため、点火時期の進角限界が拡大し、最適点火時期は進角側に移動する。本実施例によるエンジンの制御装置では、例えば内部ＥＧＲの増加により、ＥＧＲ率が増加し、ガスの温度が上昇した場合は、ガスの温度およびＥＧＲ率を、前燃焼サイクルよりもＥＧＲが高く、ガスの温度が高いＣ点の状態にあると同定し、点火時期補正マップに基づいて点火時期目標値を遅角するように補正する。

【0039】

このように、圧縮行程における点火前の筒内のガスの温度とＥＧＲ率とを求め、この求めたガスの温度とＥＧＲ率に基づいて圧縮行程における点火時期目標値を点火プラグ１７の点火前に補正することで、ガス温度およびＥＧＲ率の燃焼サイクル変動を考慮して、点火時期を燃焼サイクルごとに燃費最適点に近づけることができ、燃料消費量を低減させることができる。

【0040】

図６は、本発明の第１の実施例によるエンジンの制御装置における、燃料のオクタン価と点火時期補正マップ値の関係を示すグラフである。ノッキングの発生しやすさは燃料種にも依存し、一般的なガソリンの場合、オクタン価が高いほどノッキングが抑制される。本実施例によるエンジンの制御装置では、用いられる燃焼のオクタン価を検知して、オクタン価が高いほど点火時期補正値マップの値を進角方向に補正する。また、オクタン価が低いほど点火時期目標値が遅角方向に移動するように点火時期補正値マップを設定する。図５の点火時期補正値マップ上のすべての点に対して前記の補正を行うため、オクタン価の高低によって、図５のマップ全体が進角、遅角方向に平行移動する。

【0041】

このように、燃料のオクタン価に基づいて点火時期補正値マップを補正することで、燃料種が異なる燃料であっても、より最適点火時期付近で燃焼させることができ、燃料消費量を低減させることができる。

【実施例2】

【0042】

第２の実施例では図７〜図９を用いて、ＥＣＵ２０の制御部による点火時期以外の燃焼パラメータの補正方法として、圧縮比を補正する場合の、エンジンの制御装置の構成及び動作の実施例を説明する。実施例１と同様の構成については説明を省略する。

【0043】

図７は本発明の第２の実施例による、１燃焼サイクル中における圧縮比補正制御の一例を示すシステムブロック図である。Ｓ７０１からＳ７０４、およびＳ７０６からＳ７１２は、図２のＳ２０１からＳ２０４、およびＳ２０６からＳ２１２と同様であるので、詳しい説明は省略する。本実施例では、ＥＣＵ２０の制御部は、ガス温度およびＥＧＲ率に基づいて、Ｓ７０５の補正値算出部により、圧縮比の補正値を計算する。

【0044】

一般的に圧縮比が高いほど理論熱効率が向上して燃料消費量は減少するが、圧縮上死点におけるガスの温度が高くなるため、ノッキングが発生しやすくなる。逆に圧縮比が低いほど理論熱効率は低下して、燃料消費量は増加するが、圧縮上死点におけるガスの温度が低くなるため、ノッキングは発生しづらくなる。圧縮比の変更には、機械的に燃焼室の形状やピストンのストローク量等を変更する必要があり、点火時期変更に比べて所要時間が長く、一般的にノッキング回避手段には用いられない。しかし、ノッキングを回避する際に、点火時期の遅角のみを行うと燃焼効率が低下し、圧縮比を下げた場合に比べて燃料消費量が増加してしまう場合がある。そこでノッキング回避の際に、点火時期までの猶予時間を考慮して、圧縮比の減少、または圧縮比の減少と点火時期の遅角の組み合わせを行うことで、燃料消費量を減少させる。

【0045】

ＥＣＵ２０の記憶部には点火時期までの猶予時間に応じて、圧縮比補正値が記憶される。ＥＣＵ２０の圧縮比の補正値算出部は、記憶された圧縮比補正値マップに基づいて、ガス温度が上昇またはＥＧＲ率が低下するにつれて、圧縮比が小さくなるよう圧縮比補正値を出力して、制御部はこれに基づき圧縮比を制御する。圧縮比補正値は、点火時期まで猶予があるように設定され、圧縮比を補正した後に点火プラグ１７の点火が行われる。すなわち、点火までの時間が、圧縮比変更にかかる時間よりも小さい場合、圧縮比補正量は小さくなるように設定され、不足分を点火時期補正で補うように、点火時期補正値を出力する。ＥＣＵ２０の制御部は、補正値算出部から出力された圧縮比補正値に対して、Ｓ７０６からＳ７０９までの処理を行い、圧縮比が燃焼開始前に補正される。そして、ＥＣＵ２０の制御部は、補正後の圧縮比において、実施例１で示したようにガス温度およびＥＧＲ率に基づいて点火時期の補正を行う。つまり、本実施例では、ＥＣＵ２０の記憶部には、圧縮比毎に実施例１の図５の点火時期補正値マップが記憶される。

【0046】

図８は、本発明の第２の実施例によるエンジンの制御装置における、１燃焼サイクル中の吸排バルブの動作と、筒内圧と圧縮比マップ値の時間変化を示すタイムチャートである。時刻Ｔ１で吸気バルブ２１が閉じ、吸気行程が完了すると圧縮行程が始まり、圧縮行程途中の時刻Ｔ２までの間に、筒内圧Ｐ１およびＰ２、筒内体積Ｖ１およびＶ２を得ることができる。ＥＣＵ２０のパラメータ推定部はＳ７０４において、これらの測定値と、空燃比、および吸気質量の少なくとも１つ以上の値から、ガス温度およびＥＧＲ率を推定する。補正値算出部はＳ７０５において、記憶部に記憶された圧縮比補正値マップに基づいて、圧縮比の補正値を算出する。

【0047】

図８下段は補正された圧縮比目標値を示し、時刻Ｔ３において、時刻Ｔ５において、ＥＣＵ２０の制御部（補正値算出部）は圧縮比を補正し、そのうえで、点火プラグ１７の点火を行うように制御することで、燃焼を開始し、筒内圧はピークに到達する。その後、膨張行程に入って筒内圧力は下がり、排気バルブ２２が開いて燃焼後のガスが排出され、圧力が大気圧同等まで落ちた後に、排気バルブ２２が閉じられ、１燃焼サイクルが完了する。

【0048】

このように、圧縮行程における点火前の筒内のガスの温度とＥＧＲ率とを求め、この求めたガスの温度とＥＧＲ率に基づいて圧縮行程における圧縮比を補正することで、点火進角によるＨＣ発生や、点火遅角による排気温度上昇等、点火時期補正によるデメリット無く、燃焼サイクルごとに燃費最適点で燃焼させることができ、燃料消費量を低減させることができる。

【0049】

図９は、本発明の第２の実施例として、シリンダ１５の外部にシリンダ１５と接続される副室５０を設け、シリンダ１５と副室５０との接続部に、バルブ機構４９を配置した場合のシリンダ付近の構成図である。バルブ機構４９を開けることでシリンダ１５の筒内体積が拡大し、圧縮比が低下する。また、バルブ機構４９を閉じることで筒内体積が縮小し、圧縮比が増加する。

【0050】

このように副室を設けて、バルブ機構の開閉により筒内との接続を行い、シリンダ１５の筒内の体積を短時間で変化させることで、燃焼サイクル変動に対応した、高速な圧縮比の変更が可能となる。

【実施例3】

【0051】

第３の実施例では図１０〜図１２を用いて、ＥＣＵ２０の制御部による点火時期以外の燃焼パラメータの補正方法として、燃料噴射時期を補正する場合の、エンジンの制御装置の構成及び動作の実施例を説明する。実施例１と同様の構成については説明を省略する。

【0052】

図１０は本発明の第３の実施例による、１燃焼サイクル中における燃料噴射時期補正制御の一例を示すシステムブロック図である。Ｓ１００１からＳ１００４、およびＳ１００６からＳ１０１２は、図２のＳ２０１からＳ２０４、およびＳ２０６からＳ２１２と同様であるので、詳しい説明は省略する。本実施例において、ＥＣＵ２０の制御部は、ガス温度およびＥＧＲ率に基づいて、Ｓ１００５の補正値算出部により、燃料噴射時期の補正値を計算する。一般的に圧縮行程中の筒内に燃料が噴射されると、燃料の気化熱によりガス温度が低下し、ノッキング抑制効果が得られる。

【0053】

そこでＥＣＵ２０の記憶部には図５に示される点火時期補正値マップと同様に、ガス温度及びＥＧＲ率に応じて、インジェクタ１３による噴射量、又は噴射タイミングを補正するためのインジェクタ噴射補正値マップが記憶される。ＥＣＵ２０の燃料噴射量の補正値算出部では、インジェクタ噴射補正値マップに基づいて、ガスの温度が上昇またはＥＧＲ率が低下した場合に、圧縮行程において追加の燃料噴射が行われるよう、インジェクタ１３の噴射タイミングを補正する。ＥＣＵ２０の制御部は、補正された噴射タイミングとなるように、Ｓ１００６にて、インジェクタの噴射性能などを加味して、追加噴射を行う。なお、Ｓ１００７で追加の燃料噴射が燃焼開始前に行われる。

【0054】

図１１は、本発明の第３の実施例によるエンジンの制御装置における、１燃焼サイクル中の吸排バルブの動作と、筒内圧と燃料噴射信号のマップ値の時間変化を示すタイムチャートである。燃料噴射信号は、その値がゼロでない期間に燃料が噴射される。時刻Ｔ１で吸気バルブ２１が閉じ、吸気行程が完了すると圧縮行程が始まり、圧縮行程途中の時刻Ｔ２までの間に、筒内圧Ｐ１およびＰ２、筒内体積Ｖ１およびＶ２を得ることができる。パラメータ推定部はＳ１００４において、これらの測定値と、空燃比、および吸気質量の少なくとも１つ以上の値から、ガス温度およびＥＧＲ率を推定する。補正値算出部はＳ１００５において、推定したガス温度およびＥＧＲ率に基づいて、燃料噴射時期の補正値を算出する。ＥＣＵ２０の補正値算出部は、Ｓ１００６において、追加噴射の有無を決定し、追加の燃料噴射が不要な場合は、追加燃料噴射は行わない。

【0055】

図１１下段は補正されたインジェクタの燃料噴射時期を示し、時刻Ｔ３において、圧縮行程中に追加の燃料噴射が行われる。時刻Ｔ５において、追加の燃料噴射完了後に点火が行われ、燃焼が開始し、筒内圧はピークに到達する。その後、膨張行程に入って筒内圧力は下がり、排気バルブ２２が開いて燃焼後のガスが排出され、圧力が大気圧同等まで落ちた後に、排気バルブ２２が閉じられ、１燃焼サイクルが完了する。

【0056】

このように、圧縮行程における点火前の筒内のガスの温度とＥＧＲ率とを求め、この求めたガスの温度とＥＧＲ率に基づいて圧縮行程における燃料噴射時期を補正することで、点火時期補正によるデメリット無く、また圧縮比補正に必要な追加装置なども必要なく、燃焼サイクルごとに燃費最適点で燃焼させることができ、燃料消費量を低減させることができる。

【0057】

図１２は、本発明の第３の実施例によるエンジンの制御装置における、追加の燃料噴射として、インジェクタ１３とは別に異種燃料を噴射するためのサブインジェクタ１３ａを配置した場合のシリンダ付近の構成図である。ＥＣＵ２０の制御部は、求めたガスの温度が設定温度よりも低い場合、又は求めたＥＧＲ率が設定値よりも大きい場合、同じ圧縮行程における自着火を促進する燃料を筒内に噴射する。あるいは制御部は、求めたガスの温度が設定温度よりも高い場合、又は求めたＥＧＲ率が設定値よりも小さい場合、同じ圧縮行程における自着火を抑制する燃料を筒内に噴射する。燃料噴射による化学的な効果として、噴射する燃料種により燃焼状態を制御することが可能である。着火性の良い燃料を噴射した場合は、自着火が促進されノッキングが発生しやすくなり、点火時期の進角限界は縮小する。逆に、着火性の悪い燃料を噴射した場合は、自着火が抑制され、気化熱によるガス温度の低下効果と併せて、ノッキング抑制効果が高まり、点火時期の進角限界が拡大する。

【0058】

このように、追加の燃料噴射として異種燃料を噴射することで、自着火の抑制、促進の両方を行うことができ、燃焼状態を高精度に制御することが可能となる。

【実施例4】

【0059】

第４の実施例では図１３〜図１４を用いて、ＥＣＵ２０の制御部によるＨＣＣＩ燃焼を行うエンジンの制御装置の構成及び動作の実施例を説明する。実施例１と同様の構成については説明を省略する。

【0060】

図１３は本発明の第４の実施例によるエンジンの制御装置における、１燃焼サイクル中における点火方法補正制御の一例を示すシステムブロック図である。

【0061】

Ｓ１３０１からＳ１３０４、およびＳ１３０８からＳ１３０９は、図２のＳ２０１からＳ２０４、およびＳ２１１からＳ２１２と同様であるので、詳しい説明は省略する。本実施例では、ガス温度およびＥＧＲ率に基づいて、Ｓ１３０５の自着火判定部で実験値等との比較により、圧縮上死点でガスが自着火するかを予測する。Ｓ１３０６において、確実な自着火、すなわちＨＣＣＩ燃焼が成立するかを判定し、成立する場合は点火信号をキャンセルして、ＨＣＣＩ燃焼に移行する。自着火が成立しない場合は、点火信号を送り、点火プラグ１７により強制点火を行う。

【0062】

図１４は、本発明の第４の実施例によるエンジンの制御装置における、１燃焼サイクル中の吸排バルブの動作と、筒内圧と点火信号の時間変化を示すタイムチャートである。

【0063】

時刻Ｔ１で吸気バルブ２１が閉じ、吸気行程が完了すると圧縮行程が始まり、圧縮行程途中の時刻Ｔ２までの間に、筒内圧Ｐ１およびＰ２、筒内体積Ｖ１およびＶ２を得ることができる。これらの測定値と、空燃比、および吸気質量の少なくとも１つ以上の値から、パラメータ推定部Ｓ１３０４により、ガス温度およびＥＧＲ率を推定する。推定したガス温度およびＥＧＲ率に基づいて、Ｓ１３０５の自着火判定部により、圧縮上死点での自着火の有無を予測する。Ｓ１３０６において、自着火の有無、すなわちＨＣＣＩ燃焼の成立可否が判定され、成立する場合は時刻Ｔ３にて点火信号がキャンセルされる。時刻Ｔ５において、自着火または点火により燃焼が開始され、筒内圧が上昇し、ピークに到達する。すなわちＥＣＵ２０の制御部は圧縮工程で求めたガスの温度とＥＧＲ率とに応じて点火コイル１７を使用した着火による燃焼と点火コイル１７を使用しない自着火による燃焼とを切り替えるように制御する。

【0064】

このように、圧縮行程における点火前の筒内のガスの温度とＥＧＲ率とを求め、この求めたガスの温度とＥＧＲ率に基づいて、圧縮上死点での自着火有無を予測し、自着火可能な場合に点火信号をキャンセル、すなわちＨＣＣＩ燃焼への移行を行うことで、過渡時の失火やノッキングを防止しつつ、スムースにＨＣＣＩ燃焼と、コイル点火によるＳＩ燃焼を切り替えることができ、過渡損失低減によりトータルの燃料消費量を低減させることができる。

【0065】

次に、図１５を用いて、本発明における、ガスの温度およびＥＧＲ率の同定方法を説明する。
図１５は、本発明の第１から第４の実施例によるエンジンの制御装置における、ガス温度およびＥＧＲ率の計算プロセスを示すフローチャートである。
まず、各種センサにより、筒内の状態量を取得する。Ｓ１５０１では、筒内圧センサの値から筒内圧Ｐを取得する。Ｓ１５０２では、クランク角センサより現状のクランク角θを取得し、シリンダの形状情報から定まる筒内体積Ｖを取得する。Ｓ１５０３では、排気管に取り付けられた空燃比センサにより、空燃比ＣＡＦを取得する。Ｓ１５０４では、吸気エアフローセンサにより、吸気の質量ｍを取得する。

【0066】

次に、Ｓ１５０５において、圧縮行程を断熱圧縮と仮定して比熱比を算出する。圧縮開始時刻Ｔ１から、行程途中の時刻Ｔ２までの間に、筒内圧Ｐ１およびＰ２、筒内体積Ｖ１およびＶ２を得て、以下の式（１）により混合気体の比熱比実測値γ１を算出する。

【0067】

【数1】

【0068】

次に、Ｓ１５０６からＳ１５０８では、ＩＶＣ時のガスの温度と、ＥＧＲ率を仮定し、気体の状態方程式を用いて比熱比の計算値を算出する。

【0069】

Ｓ１５０６では、ＩＶＣ時のガスの温度Ｔ１、およびガスのＥＧＲ率Ｙ_ＥＧＲを仮の値に設定する。Ｓ１５０７では、事前に測定して記憶した値として、空気の比熱比γ_ＡＩＲ（Ｔ）、気化燃料γ_ＦＵＥＬ（Ｔ）、理論空燃比で燃焼した際の排気ガスの比熱比γ_ＥＧＲ（Ｔ）を、温度依存データとして取得する。するとＳ１５０８では、空気、燃料、排気ガスが混ざった混合気体の比熱比γ２は、Ｓ１５０３で取得した空燃比ＣＡＦを用いて、以下の式（２）で表すことができる。

【0070】

【数2】

【0071】

ここで、式（２）において、空気の質量割合γ_Ａ、燃料の質量割合γ_Fは以下の式（３）、（４）で示されている。

【0072】

【数3】

【0073】

【数4】

【0074】

次に、Ｓ１５０４で取得した吸気質量ｍも用いて、ＩＶＣ時における筒内ガスの状態方程式を式（５）に表す。

【0075】

【数5】

【0076】

ここで、式（５）において、筒内ガスの質量Ｍ_１、気体定数Ｒ_１はＲｕを一般気体定数として以下の式（６）、（７）で示されている。

【0077】

【数6】

【0078】

【数7】

【0079】

式（２）、（５）の中で、未知であるパラメータはＩＶＣ時のガスの温度Ｔ１、およびガスのＥＧＲ率_ＹＥＧＲのみであり、２式を解くことで、未知パラメータを求めることができる。しかし、２つの式はそれぞれ非線形項を含むため、直接解くことが困難である。そこで、Ｓ１５０９において式（１）で求めた比熱比の実測値γ１と、式（２）、（５）で定まる比熱比の計算値γ２の残差計算し、Ｓ１５１０においてそれを最小化するよう収束計算を行い、未知数Ｔ１およびＥＧＲ率を同定する。収束計算においては、探索による計算負荷増大を抑制するために、ガスの温度Ｔ１とＥＧＲ率_ＹＥＧＲの取りうる範囲をあらかじめ規定したうえで、前記の範囲内を複数、例えば３０通りずつ仮定して、並列計算を行う。同定結果から、Ｓ１５１１でガス温度Ｔ１、Ｓ１５１２でＥＧＲ率_ＹＥＧＲが得られる。

【0080】

ＩＶＣ時の温度Ｔ１が定まることで、以下の式（８）により、圧縮上死点での温度を含む、圧縮中の任意の点におけるガスの温度を算出できる。

【0081】

【数8】

【0082】

本実施例によるエンジンの制御装置では、筒内圧履歴の変化に基づいて比熱比を同定する。ここでは、同定されるパラメータの定性的な傾向を述べる。ガスの温度が高いときは、空気、燃料、排気ガスの比熱比は温度上昇とともに低下し、筒内圧の上昇がなだらかになる。同様に、ＥＧＲ率が高いときにも、比熱比が１．２５前後と、常温空気の比熱比１．４０前後と比べても小さい排気ガスの割合が増えるため、ガスの比熱比は低下し、筒内圧の上昇はなだらかになる。逆に、ガスの温度が低いとき、またはＥＧＲ率が高いときは、筒内圧の上昇は急になる。これらの筒内圧変化の特徴に基づいて、ガスの温度とＥＧＲ率を同定する。

【0083】

以上のようにＥＣＵ２０の制御部は、吸気バルブ２１及び排気バルブ２２の双方が閉じている状態における筒内のガスの筒内圧および筒内体積から、気体の比熱比を同定し、ガス温度とＥＧＲ率を仮定して計算した混合気の比熱比の残差を最小をとし、かつ混合気の状態方程式を満足する、ガス温度およびＥＧＲ率を同定することでガスの温度とＥＧＲ率とを求める。このように、比熱比の実測値と計算値の収束計算によりガスの温度とＥＧＲ率を同定することで、従来の吸気温度センサでは測定できなかった、ＩＶＣ時の筒内ガスの温度を予測することができる。

【0084】

ここで、Ｓ１５０３で取得する空燃比や、Ｓ１５０４で取得する吸気質量も、一般的に吸気管６の上流で測定されるため、その値は気筒ごと、燃焼サイクルごとに変動する。そのため、空燃比ＣＡＦや吸気質量ｍについても仮定値を与えて、センサ値を参照値として探索範囲を設定し、未知数として同定しても良い。

【0085】

なお、探索による計算負荷増大を更に抑制するために、温度に対して非線形に変化する比熱比γ_ＡＩＲ（Ｔ）、γ_ＦＵＥＬ（Ｔ）、γ_ＥＧＲ（Ｔ）を区間ごとに直線として近似し、仮定した温度に対して直線の方程式を定めることで、（３）（４）を連立方程式として解析的に解くことができ、収束計算を不要としても良い。

【0086】

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

【符号の説明】

【0087】

１…エアフローセンサ
２…電子制御スロットル
４…過給機
４ａ…コンプレッサ
４ｂ…タービン
５ａ…吸気側可変バルブタイミング機構
５ｂ…排気側可変バルブタイミング機構
６…吸気管
７…インタークーラ
９…空燃比センサ
１０…三元触媒
１１…ウェイストゲート弁
１２…アクセル開度センサ
１３…筒内直接燃料噴射用インジェクタ
１３ａ…筒内直接ガス噴射用インジェクタ
１４…吸気圧力センサ
１５…シリンダ
１６…排気管
１７…点火プラグ
１８…ピストン
２０…ＥＣＵ
２１…吸気バルブ
２２…排気バルブ
４０…ＥＧＲ管
４１…ＥＧＲ弁
４２…ＥＧＲクーラ
４３…差圧センサ
４４…ＥＧＲ温度センサ
４５…インタークーラパイパス弁Ａ
４６…インタークーラパイパス弁Ｂ
４７…インタークーラパイパス流路
４８…副室接続管
４９…副室開閉バルブ
５０…副室
１００…エンジン

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】