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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2025152065
(43)【公開日】2025-10-09
(54)【発明の名称】エンジンの制御装置
(51)【国際特許分類】
F02D 45/00 20060101AFI20251002BHJP
F02D 43/00 20060101ALI20251002BHJP
【ＦＩ】
F02D45/00 368Z
F02D43/00 301H
F02D43/00 301Z
F02D43/00 301B
【審査請求】未請求
【請求項の数】9
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2024053784
(22)【出願日】2024-03-28
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用申請有り 令和５年１０月６日に公益社団法人自動車技術会 ２０２３年秋季大会 講演予稿集にて発表 令和５年１０月１１日に公益社団法人自動車技術会 ２０２３年秋季大会にて発表
(71)【出願人】
【識別番号】000003137
【氏名又は名称】マツダ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001427
【氏名又は名称】弁理士法人前田特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】松島 佑斗
(72)【発明者】
【氏名】津村 雄一郎
(72)【発明者】
【氏名】拜崎 幸雄
(72)【発明者】
【氏名】杉元 聖和
(72)【発明者】
【氏名】中川 滋
(72)【発明者】
【氏名】新谷 修平
(72)【発明者】
【氏名】三好 正城
(72)【発明者】
【氏名】上木 壮宏
【テーマコード（参考）】
3G384
【Ｆターム（参考）】
3G384AA01
3G384BA13
3G384BA24
3G384BA26
3G384DA04
3G384EA26
3G384FA01Z
3G384FA06Z
3G384FA29Z
3G384FA58Z
(57)【要約】
【課題】燃焼サイクル間の規則性を有する燃焼変動を抑制する。
【解決手段】エンジンの制御装置は、吸気バルブ１１及び排気バルブ１２の開閉によってガス交換が行われる気筒２を有し、かつ複数の気筒が順次、燃焼サイクルを実行することにより運転するエンジン１と、エンジンに取り付けられ、かつ複数の気筒それぞれの燃焼に関係するデバイスと、デバイスに制御信号を出力することによって、エンジンの運転を制御するコントローラ１００と、を備え、コントローラは、エンジンのプラントモデル１０００であって、燃焼サイクル間の燃焼変動の規則性を表すプラントモデルに基づいて、複数の気筒それぞれの燃焼前に、気筒の状態量を推定しかつ推定した状態量に基づき補正した制御信号をデバイスに出力する。
【選択図】図８
【解決手段】エンジンの制御装置は、吸気バルブ１１及び排気バルブ１２の開閉によってガス交換が行われる気筒２を有し、かつ複数の気筒が順次、燃焼サイクルを実行することにより運転するエンジン１と、エンジンに取り付けられ、かつ複数の気筒それぞれの燃焼に関係するデバイスと、デバイスに制御信号を出力することによって、エンジンの運転を制御するコントローラ１００と、を備え、コントローラは、エンジンのプラントモデル１０００であって、燃焼サイクル間の燃焼変動の規則性を表すプラントモデルに基づいて、複数の気筒それぞれの燃焼前に、気筒の状態量を推定しかつ推定した状態量に基づき補正した制御信号をデバイスに出力する。
【選択図】図８
【特許請求の範囲】
【請求項1】
吸気バルブ及び排気バルブの開閉によってガス交換が行われる気筒を有し、かつ複数の前記気筒が順次、燃焼サイクルを実行することにより運転するエンジンと、
前記エンジンに取り付けられ、かつ前記複数の気筒それぞれの燃焼に関係するデバイスと、
前記デバイスに制御信号を出力することによって、前記エンジンの運転を制御するコントローラと、を備え、
前記コントローラは、前記エンジンのプラントモデルであって、前記燃焼サイクル間の規則性を有する燃焼変動を表すプラントモデルに基づいて、前記複数の気筒それぞれの燃焼前に、前記気筒の状態量を推定しかつ推定した状態量に基づき補正した制御信号を前記デバイスに出力する、
エンジンの制御装置。
前記エンジンに取り付けられ、かつ前記複数の気筒それぞれの燃焼に関係するデバイスと、
前記デバイスに制御信号を出力することによって、前記エンジンの運転を制御するコントローラと、を備え、
前記コントローラは、前記エンジンのプラントモデルであって、前記燃焼サイクル間の規則性を有する燃焼変動を表すプラントモデルに基づいて、前記複数の気筒それぞれの燃焼前に、前記気筒の状態量を推定しかつ推定した状態量に基づき補正した制御信号を前記デバイスに出力する、
エンジンの制御装置。
【請求項2】
請求項１に記載のエンジンの制御装置において、
前記プラントモデルは、一燃焼サイクル毎に、前記気筒の状態量を推定するモデルであり、
前記コントローラは、前記プラントモデルに基づいて、前記気筒の状態量として、温度、空気量、既燃ガス量、及び燃料量を推定する、
エンジンの制御装置。
前記プラントモデルは、一燃焼サイクル毎に、前記気筒の状態量を推定するモデルであり、
前記コントローラは、前記プラントモデルに基づいて、前記気筒の状態量として、温度、空気量、既燃ガス量、及び燃料量を推定する、
エンジンの制御装置。
【請求項3】
請求項２に記載のエンジンの制御装置において、
前記プラントモデルは、前記気筒のガス交換に関係する物理モデルと、前記気筒内の燃焼に関係する統計モデルとの結合モデルである、
エンジンの制御装置。
前記プラントモデルは、前記気筒のガス交換に関係する物理モデルと、前記気筒内の燃焼に関係する統計モデルとの結合モデルである、
エンジンの制御装置。
【請求項4】
請求項２又は３に記載のエンジンの制御装置において、
前記複数の気筒のそれぞれに対応して前記エンジンに取り付けられ、かつ気筒内の圧力に対応する信号を、前記コントローラへ出力する指圧センサを備え、
前記コントローラは、前記指圧センサの信号に基づく前記気筒内の燃焼状態と、前記プラントモデルとに基づいて、次に燃焼が行われる気筒の前記吸気バルブが閉じる前に、当該気筒の状態量を推定する、
エンジンの制御装置。
前記複数の気筒のそれぞれに対応して前記エンジンに取り付けられ、かつ気筒内の圧力に対応する信号を、前記コントローラへ出力する指圧センサを備え、
前記コントローラは、前記指圧センサの信号に基づく前記気筒内の燃焼状態と、前記プラントモデルとに基づいて、次に燃焼が行われる気筒の前記吸気バルブが閉じる前に、当該気筒の状態量を推定する、
エンジンの制御装置。
【請求項5】
請求項４に記載のエンジンの制御装置において、
前記指圧センサの信号に基づく燃焼状態は、図示平均有効圧力（ＩＭＥＰ）と燃焼重心（ＭＦＢ５０）とを含む、
エンジンの制御装置。
前記指圧センサの信号に基づく燃焼状態は、図示平均有効圧力（ＩＭＥＰ）と燃焼重心（ＭＦＢ５０）とを含む、
エンジンの制御装置。
【請求項6】
請求項４に記載のエンジンの制御装置において、
前記デバイスは、前記複数の気筒のそれぞれに対応して前記エンジンに取り付けられ、かつ前記気筒内へ供給される燃料を噴射するインジェクタを含み、
前記コントローラは、推定した状態量に基づいて、燃料噴射量を調整する、
エンジンの制御装置。
前記デバイスは、前記複数の気筒のそれぞれに対応して前記エンジンに取り付けられ、かつ前記気筒内へ供給される燃料を噴射するインジェクタを含み、
前記コントローラは、推定した状態量に基づいて、燃料噴射量を調整する、
エンジンの制御装置。
【請求項7】
請求項６に記載のエンジンの制御装置において、
前記インジェクタは、少なくとも前記吸気バルブが閉じる前の吸気行程において、燃料を噴射し、
前記コントローラは、前記吸気行程における前記インジェクタによる前記燃料噴射量を調整する、
エンジンの制御装置。
前記インジェクタは、少なくとも前記吸気バルブが閉じる前の吸気行程において、燃料を噴射し、
前記コントローラは、前記吸気行程における前記インジェクタによる前記燃料噴射量を調整する、
エンジンの制御装置。
【請求項8】
請求項４に記載のエンジンの制御装置において、
前記デバイスは、前記吸気バルブの開閉タイミングを変更する吸気動弁機構を含み、
前記コントローラは、推定した状態量に基づいて、前記吸気バルブの開閉タイミングを調整する、
エンジンの制御装置。
前記デバイスは、前記吸気バルブの開閉タイミングを変更する吸気動弁機構を含み、
前記コントローラは、推定した状態量に基づいて、前記吸気バルブの開閉タイミングを調整する、
エンジンの制御装置。
【請求項9】
請求項４に記載のエンジンの制御装置において、
前記デバイスは、前記複数の気筒のそれぞれに対応して前記エンジンに取り付けられ、かつ前記気筒内の混合気に点火する点火プラグを含み、
前記コントローラは、推定した状態量に基づいて、前記点火プラグの点火タイミングを調整する、
エンジンの制御装置。
前記デバイスは、前記複数の気筒のそれぞれに対応して前記エンジンに取り付けられ、かつ前記気筒内の混合気に点火する点火プラグを含み、
前記コントローラは、推定した状態量に基づいて、前記点火プラグの点火タイミングを調整する、
エンジンの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
ここに開示する技術は、エンジンの制御装置に関する。
【背景技術】
【0002】
特許文献１には、従来の内燃機関制御装置が記載されている。この内燃機関制御装置は、排気ガスをシリンダの筒内に戻すＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）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率とに基づいて点火タイミングを補正する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特許第６５９４８２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
特許文献１に記載された従来の制御装置は、吸気バルブが閉じた後に、筒内のガスの温度とＥＧＲ率とを求めて、当該燃焼サイクルにおける点火タイミングを補正する。つまり、従来の制御装置は、一サイクル毎に気筒の状態量を計測して、デバイスの制御量の補正を行っていた。
【0005】
これに対し、本願発明者らは、前のサイクルの燃焼が後のサイクルの燃焼に影響を及ぼすことによって、サイクルの進行に対して規則性を有する燃焼変動が発生することを、新たに見出した。このような複数の燃焼サイクルにまたがる長期的な燃焼変動は、従来の制御装置のように一サイクル毎に気筒の状態量を計測していたのでは、計測することができず、燃焼変動を抑制することもできない。
【0006】
ここに開示する技術は、燃焼サイクル間の規則性を有する燃焼変動を抑制する。
【課題を解決するための手段】
【0007】
ここに開示する技術は、エンジンの制御装置に係る。このエンジンの制御装置は、
吸気バルブ及び排気バルブの開閉によってガス交換が行われる気筒を有し、かつ複数の前記気筒が順次、燃焼サイクルを実行することにより運転するエンジンと、
前記エンジンに取り付けられ、かつ前記複数の気筒それぞれの燃焼に関係するデバイスと、
前記デバイスに制御信号を出力することによって、前記エンジンの運転を制御するコントローラと、を備え、
前記コントローラは、前記エンジンのプラントモデルであって、前記燃焼サイクル間の規則性を有する燃焼変動を表すプラントモデルに基づいて、前記複数の気筒それぞれの燃焼前に、前記気筒の状態量を推定しかつ推定した状態量に基づき補正した制御信号を前記デバイスに出力する。
吸気バルブ及び排気バルブの開閉によってガス交換が行われる気筒を有し、かつ複数の前記気筒が順次、燃焼サイクルを実行することにより運転するエンジンと、
前記エンジンに取り付けられ、かつ前記複数の気筒それぞれの燃焼に関係するデバイスと、
前記デバイスに制御信号を出力することによって、前記エンジンの運転を制御するコントローラと、を備え、
前記コントローラは、前記エンジンのプラントモデルであって、前記燃焼サイクル間の規則性を有する燃焼変動を表すプラントモデルに基づいて、前記複数の気筒それぞれの燃焼前に、前記気筒の状態量を推定しかつ推定した状態量に基づき補正した制御信号を前記デバイスに出力する。
【0008】
コントローラは、デバイスに制御信号を出力することを通じて、エンジンの複数の気筒それぞれの燃焼を制御する。複数の気筒が順次、燃焼サイクルを実行することにより、エンジンは運転する。
【0009】
コントローラは、プラントモデルに基づいて、複数の気筒それぞれの燃焼前に、気筒の状態量を推定する。コントローラは、プラントモデルを用いることにより、複数の気筒それぞれの燃焼前に、気筒の状態量を推定できる。
【0010】
プラントモデルは、燃焼サイクル間の規則性を有する燃焼変動を表す。燃焼サイクル間の規則性を有する燃焼変動は、前のサイクルの燃焼が後のサイクルの燃焼に影響を及ぼすことによって生じる。コントローラは、推定した気筒の状態量に基づいてデバイスの制御量を補正する。コントローラは、燃焼サイクル間の規則性を有する燃焼変動が抑制されるよう、デバイスの制御量を補正する。コントローラが、補正した制御信号をデバイスに出力することにより、燃焼サイクル間の規則性を有する燃焼変動が抑制される。
【0011】
燃焼サイクル間の規則性を有する燃焼変動は、エンジンの定常運転時、つまり、デバイスの制御量が時間に対して一定に維持されるような運転時においても発生し得る。前述したエンジンの制御装置は、エンジンの定常運転時における燃焼変動を抑制できる。
【0012】
前記プラントモデルは、一燃焼サイクル毎に、前記気筒の状態量を推定するモデルであり、
前記コントローラは、前記プラントモデルに基づいて、前記気筒の状態量として、温度、空気量、既燃ガス量、及び燃料量を推定する、としてもよい。
前記コントローラは、前記プラントモデルに基づいて、前記気筒の状態量として、温度、空気量、既燃ガス量、及び燃料量を推定する、としてもよい。
【0013】
燃焼サイクル間の規則性を有する燃焼変動は、一燃焼サイクル毎の変動とは限らず、二以上の燃焼サイクルにまたがった周期的な変動となる場合がある。燃焼サイクル間の燃焼変動の周期が、二以上の燃焼サイクルからなる周期であっても、燃焼サイクル間の規則性を有する燃焼変動は、前のサイクルの燃焼が後のサイクルの燃焼に影響を及ぼすことが連続することの結果である。そこで、プラントモデルは、一燃焼サイクル毎に、気筒の状態量を推定するモデルとする。このようなプラントモデルは、特定周期の燃焼変動への適用に限定されず、燃焼サイクル間の規則性を有する燃焼変動に広く適用できる。プラントモデルの汎用性が高まる。
【0014】
また、本願発明者らの検討によれば、燃焼サイクル間の規則性を有する燃焼変動が生じる原因の一つは、前の燃焼サイクルにおける未燃燃料が、内部ＥＧＲガスを通じて後のサイクルの燃焼に影響を及ぼすためと推測される。そこで、コントローラが、プラントモデルに基づいて、気筒の状態量として、温度、空気量、既燃ガス量、及び燃料量を推定する。推定された温度、空気量、既燃ガス量、及び燃料量に基づいてデバイスの制御量が補正されることにより、燃焼サイクル間の燃焼変動が抑制される。
【0015】
前記プラントモデルは、前記気筒のガス交換に関係する物理モデルと、前記気筒内の燃焼に関係する統計モデルとの結合モデルである、としてもよい。
【0016】
こうすることにより、精度の高いプラントモデルが、簡略に構築できる。
【0017】
前記エンジンの制御装置は、前記複数の気筒のそれぞれに対応して前記エンジンに取り付けられ、かつ気筒内の圧力に対応する信号を、前記コントローラへ出力する指圧センサを備え、
前記コントローラは、前記指圧センサの信号に基づく前記気筒内の燃焼状態と、前記プラントモデルとに基づいて、次に燃焼が行われる気筒の前記吸気バルブが閉じる前に、当該気筒の状態量を推定する、としてもよい。
前記コントローラは、前記指圧センサの信号に基づく前記気筒内の燃焼状態と、前記プラントモデルとに基づいて、次に燃焼が行われる気筒の前記吸気バルブが閉じる前に、当該気筒の状態量を推定する、としてもよい。
【0018】
燃焼変動には、前述した燃焼サイクル間の規則性を有する燃焼変動の他に、例えば複数の気筒間における燃料噴射量のばらつきといった要因によりランダムで発生する燃焼変動が含まれる。ランダムで発生する燃焼変動は、前の燃焼サイクルにおける燃焼状態を計測すれば把握できる。
【0019】
コントローラは、前の燃焼サイクルにおける燃焼状態を、指圧センサの信号に基づいて計測する。これにより、コントローラは、前の燃焼サイクルにおいて発生したランダムな燃焼変動を、次に燃焼が行われる気筒の燃焼前に把握できる。コントローラはまた、前述したように、プラントモデルに基づいて燃焼サイクル間の規則性を有する燃焼変動を把握できる。その結果、コントローラは、次に燃焼が行われる気筒の燃焼前に、当該気筒の状態量を、精度よく推定できる。
【0020】
コントローラはまた、前の燃焼サイクルにおける燃焼が終了すれば、指圧センサの信号とプラントモデルとに基づいて、次に燃焼が行われる気筒の状態量を推定できる。コントローラは、比較的早いタイミング、具体的には、吸気バルブが閉じる前に、当該気筒の状態量を推定できる。気筒の状態量が早いタイミングで推定できることは、コントローラが補正制御を行うことのできるデバイスの種類を増やす。このことは、燃焼サイクル間の規則性を有する燃焼変動の抑制に有利である。
【0021】
前記指圧センサの信号に基づく燃焼状態は、図示平均有効圧力（ＩＭＥＰ：Indicated Mean Effective Pressure）と燃焼重心（ＭＦＢ５０）とを含む、としてもよい。ここで、ＭＦＢ５０は、質量燃焼割合（mass fraction burned）が５０％となるクランク角である。
【0022】
本願発明者らの検討によれば、燃焼サイクル間の規則性を有する燃焼変動の一例として、ＩＭＥＰとＭＦＢ５０との二次元平面上で周回するように、ＩＭＥＰ及びＭＦＢ５０が、複数の燃焼サイクルにわたって変動する挙動が確認できた。ＩＭＥＰとＭＦＢ５０との二つのパラメータにより燃焼状態が把握されることにより、コントローラは、燃焼サイクル間の規則性を有する燃焼変動を効果的に抑制できる。
【0023】
前記デバイスは、前記複数の気筒のそれぞれに対応して前記エンジンに取り付けられ、かつ前記気筒内へ供給される燃料を噴射するインジェクタを含み、
前記コントローラは、推定した状態量に基づいて、燃料噴射量を調整する、としてもよい。
前記コントローラは、推定した状態量に基づいて、燃料噴射量を調整する、としてもよい。
【0024】
前述したように、燃焼サイクル間の燃焼変動が生じる原因の一つは、前の燃焼サイクルにおける未燃燃料が、後のサイクルの燃焼に影響を及ぼすためである。つまりＥＧＲガスを通じて後のサイクルへ送られる未燃燃料が多いと、当該サイクルの燃焼が相対的に良好になり、ＥＧＲガスを通じて後のサイクルへ送られる未燃燃料が少ないと、当該サイクルの燃焼が相対的に悪化する。
【0025】
推定した状態量に基づいて燃料噴射量が増減されれば、燃焼サイクル間の燃焼変動が抑制される。
【0026】
前記インジェクタは、少なくとも前記吸気バルブが閉じる前の吸気行程において、燃料を噴射し、
前記コントローラは、前記吸気行程における前記インジェクタによる前記燃料噴射量を調整する、としてもよい。
前記コントローラは、前記吸気行程における前記インジェクタによる前記燃料噴射量を調整する、としてもよい。
【0027】
コントローラは、前述したように、指圧センサの信号に基づく気筒内の燃焼状態と、プラントモデルとに基づいて、次に燃焼が行われる気筒の吸気バルブが閉じる前に、当該気筒の状態量を推定できる。従って、コントローラは、吸気バルブが閉じる前の吸気行程において、インジェクタによる燃料噴射量の調整が可能である。
【0028】
前記デバイスは、前記吸気バルブの開閉タイミングを変更する吸気動弁機構を含み、
前記コントローラは、推定した状態量に基づいて、前記吸気バルブの開閉タイミングを調整する、としてもよい。
前記コントローラは、推定した状態量に基づいて、前記吸気バルブの開閉タイミングを調整する、としてもよい。
【0029】
前述したように、コントローラは、次に燃焼が行われる気筒の吸気バルブが閉じる前に、当該気筒の状態量を推定できるから、吸気バルブの開閉タイミングの調整が実現する。
【0030】
前記デバイスは、前記複数の気筒のそれぞれに対応して前記エンジンに取り付けられ、かつ前記気筒内の混合気に点火する点火プラグを含み、
前記コントローラは、推定した状態量に基づいて、前記点火プラグの点火タイミングを調整する、としてもよい。
前記コントローラは、推定した状態量に基づいて、前記点火プラグの点火タイミングを調整する、としてもよい。
【0031】
点火タイミングの調整は、燃焼重心を変更させるから、燃焼変動の抑制に有効である。
【発明の効果】
【0032】
前述したエンジンの制御装置は、燃焼サイクル間の規則性を有する燃焼変動を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【0033】
【発明を実施するための形態】
【0034】
以下、エンジンの制御装置の実施形態について、図面を参照しながら説明する。ここで説明するエンジンの制御装置は例示である。
【0035】
（エンジンの構成）
図１は、エンジン１を示している。図２は、エンジン１を含むエンジン１の制御装置のブロック図である。エンジン１は、自動車に搭載される。エンジン１は、当該自動車の走行用の駆動源である。エンジン１は、例えばガソリンを含有する燃料の供給を受けて運転する。
図１は、エンジン１を示している。図２は、エンジン１を含むエンジン１の制御装置のブロック図である。エンジン１は、自動車に搭載される。エンジン１は、当該自動車の走行用の駆動源である。エンジン１は、例えばガソリンを含有する燃料の供給を受けて運転する。
【0036】
エンジン１は、気筒２を有するエンジン本体１ａを備えている。エンジン本体１ａは、複数の気筒２を有している。複数の気筒２は、例えば図１における紙面に直交する方向に一列に並んでいる。
【0037】
エンジン本体１ａは、気筒２が形成されたシリンダブロック３と、シリンダブロック３の上に位置するシリンダヘッド４とを有している。気筒２内には、ピストン５が往復動可能に嵌挿されている。ピストン５は、コンロッド８を介してクランクシャフトと連結されている。気筒２とシリンダヘッド４とピストン５とによって燃焼室６が形成される。ピストン５の往復動に伴い、気筒２は、吸気行程、圧縮行程、膨張行程及び排気行程を含む燃焼サイクルを繰り返す。エンジン１は、複数の気筒２が順次、燃焼サイクルを実行することにより運転する。
【0038】
シリンダヘッド４は、吸気ポート９と排気ポート１０とを有している。吸気ポート９は、吸気通路２０に接続されている。吸気ポート９は、吸気通路２０から供給されるガスを気筒２内へ導入するためのポートである。排気ポート１０は、排気通路３０に接続されている。排気ポート１０は、排気ガスを気筒２から排気通路３０に導出するためのポートである。
【0039】
エンジン１は、吸気バルブ１１及び排気バルブ１２を有している。吸気バルブ１１は、吸気ポート９を開閉する。排気バルブ１２は、排気ポート１０を開閉する。
【0040】
エンジン１は、吸気動弁機構を有している。吸気動弁機構は、吸気バルブ１１を動かす。本実施形態の吸気動弁機構は、吸気Ｓ－ＶＴ１７を含む。吸気Ｓ－ＶＴ１７は、電動又は油圧駆動により、吸気カムシャフトの、クランクシャフトに対する回転位相を、所定の角度範囲内で連続的に変更する。吸気バルブ１１の開弁時期及び閉弁時期は、吸気バルブ１１の開期間を一定に維持したまま、連続的に、進角側又は遅角側へ変化する。なお、吸気Ｓ－ＶＴ１７は、前述した構造に限定されない。
【0041】
エンジン１は、排気動弁機構を有している。排気動弁機構は、排気バルブ１２を動かす。本実施形態の排気動弁機構は、排気Ｓ－ＶＴ１８を含む。排気Ｓ－ＶＴ１８は、電動又は油圧駆動により、排気カムシャフトの、クランクシャフトに対する回転位相を、所定の角度範囲内で連続的に変更する。排気Ｓ－ＶＴ１８によって、排気バルブ１２の開弁時期及び閉弁時期は、排気バルブの開期間を一定に維持したまま、連続的に、進角側又は遅角側へ変化する。なお、排気Ｓ－ＶＴ１８は、前述した構造に限定されない。
【0042】
前述したように、吸気通路２０は吸気ポート９に接続されている。吸気通路２０の上流の端部に、エアクリーナ２１が配設されている。エアクリーナ２１は、新気を濾過する。エアクリーナ２１を通過した空気が、吸気通路２０及び吸気ポート９を介して気筒２に供給される。
【0043】
エアフローセンサＳＮ２が、吸気通路２０におけるエアクリーナ２１の下流に位置している。エアフローセンサＳＮ２は、吸気通路２０における空気流量に対応する信号を出力する。
【0044】
吸気通路２０におけるエアフローセンサＳＮ２の下流に、スロットルバルブ２２が位置している。スロットルバルブ２２は、吸気通路２０の通過断面積の大きさを変更する。
【0045】
前述したように、排気通路３０は排気ポート１０に接続されている。触媒装置３１が、排気通路３０の途中に位置している。触媒装置３１は、気筒２から排出された排気ガスを浄化する。触媒装置３１は、例えば三元触媒を含む。三元触媒は、ＨＣ及びＣＯを酸化し、ＮＯｘを還元することにより、排気ガスに含まれるエミッションを除去する。なお、触媒装置３１は、三元触媒に限定されない。
【0046】
エンジン１は、点火プラグ１３を有している。点火プラグ１３は、気筒２毎に、シリンダヘッド４に取り付けられている。点火プラグ１３は、燃焼室６内の混合気に強制的に点火する。点火プラグ１３の点火時期は、後述するコントローラ１００によって指定される。
【0047】
エンジン１は、インジェクタ１４を有している。インジェクタ１４は、気筒２毎に、シリンダヘッド４に取り付けられている。インジェクタ１４は、所定の時期に、燃焼室６内へ、コントローラ１００によって指定された量の燃料を噴射する。
【0048】
エンジンの制御装置は、図２に示すように、コントローラ１００を有している。コントローラ１００は、エンジン１の運転を制御する。コントローラ１００は、周知のマイクロコンピュータをベースとするコントロールユニットである。コントローラ１００は、ＣＰＵ１０１、メモリ１０２、入出力バス１０３を備えている。ＣＰＵ１０１は、コンピュータプログラムを実行する中央演算処理装置である。このコンピュータプログラムは、ＯＳ等の基本制御プログラム、及び、ＯＳ上で起動されて特定機能を実現するアプリケーションプログラムを含む。メモリ１０２は、種々のコンピュータプログラム、又は、該コンピュータプログラムの実行時に用いられるデータを格納する。このコンピュータプログラムは、エンジン１を制御するための制御プログラムである。メモリ１０２には、ＣＰＵ１０１が一連の処理を行う際に使用される処理領域が設けられる。入出力バス１０３は、コントローラ１００に対して電気信号の入出力をするものである。
【0049】
コントローラ１００には、前述したエアフローセンサＳＮ２が電気的に接続されている。エアフローセンサＳＮ２は、コントローラ１００へ信号を出力する。コントローラ１００にはまた、クランク角センサＳＮ１、アクセル開度センサＳＮ３、及び指圧センサＳＮ４が電気的に接続されている。クランク角センサＳＮ１は、シリンダブロック３に取り付けられ、クランクシャフトの回転に対応する信号を、コントローラ１００へ出力する。アクセル開度センサＳＮ３は、アクセルペダル機構に取り付けられ、アクセルペダルの操作量に対応した信号を、コントローラ１００へ出力する。指圧センサＳＮ４は、図１に示すように、気筒２毎に、シリンダヘッド４に取り付けられている。指圧センサＳＮ４は、気筒２内の圧力に対応する信号を、コントローラ１００へ出力する。コントローラ１００は、これらのセンサＳＮ１－ＳＮ４からの信号を受ける。
【0050】
コントローラ１００は、センサＳＮ１－ＳＮ４からの信号に基づいてエンジン１の状態を判断するとともに、点火プラグ１３、インジェクタ１４、吸気Ｓ－ＶＴ１７、排気Ｓ－ＶＴ１８、及び、スロットルバルブ２２へ制御信号を出力する。コントローラ１００は、各デバイスへ制御信号を出力することを通じて、エンジン１の運転を制御する。
【0051】
図３は、エンジン１の制御に係るマップ３００を例示している。マップ３００は、コントローラ１００のメモリ１０２に記憶されている。
【0052】
マップ３００は、エンジン１のＩＭＥＰと回転数によって規定されている。マップ３００は、第１領域３０１と第２領域３０２との二つの領域を含む。より詳細に、第１領域３０１は、気筒２内の混合気を火花点火燃焼させる領域であり、第１領域３０１は、換言すればＳＩ（Spark Ignition）領域である。第２領域３０２は、気筒２内の混合気を圧縮着火燃焼させる領域であり、第２領域３０２は、換言すればＨＣＣＩ（Homogeneous Charge Compression Ignition）領域である。第２領域３０２は、エンジン１の全運転領域において、低回転から中回転にかけての領域でかつ中負荷の領域である。第１領域３０１は、第２領域３０２を除く領域である。
【0053】
次に、エンジン１の基本制御について簡単に説明をすると、コントローラ１００は、前述したクランク角センサＳＮ１、エアフローセンサＳＮ２、及びアクセル開度センサＳＮ３からの信号に基づいてエンジン１の目標ＩＭＥＰ及び目標回転数を設定すると共に、設定した、目標ＩＭＥＰ及び目標回転数に応じて、図３のマップ３００に基づき運転領域を判定する。そして、判定した運転領域に応じて、ＥＣＵ１００は、吸気バルブ１１及び排気バルブ１２の開閉時期、燃料の噴射タイミング及び噴射量、並びに、点火の有無及び点火タイミングを変える。
【0054】
具体的に、エンジン１の運転状態が第１領域３０１にある場合に、吸気Ｓ－ＶＴ１７は、吸気バルブ１１を所定のタイミングで開閉し、排気Ｓ－ＶＴ１８は、排気バルブ１２を所定のタイミングで開閉する。インジェクタ１４は、吸気行程及び／又は圧縮行程の期間中に、気筒２の中に燃料を噴射する。点火プラグ１３は、圧縮上死点の付近において、混合気に点火する。
【0055】
一方、エンジン１の運転状態が第２領域３０２にある場合に、吸気Ｓ－ＶＴ１７は、吸気バルブ１１を所定のタイミングで開閉し、排気Ｓ－ＶＴ１８は、排気バルブ１２を所定のタイミングで開閉する。インジェクタ１４は、吸気行程の期間中に、気筒２の中に燃料を噴射する。点火プラグ１３は、混合気への点火を行わない。混合気は、圧縮上死点の付近において、圧縮自着火し、燃焼する。
【0056】
このエンジン１は、一部の運転領域においてＨＣＣＩ燃焼を行うため、燃費性能が高い。しかし、ＨＣＣＩ燃焼は、ノッキング又は失火により、狭い領域に制限される。第２領域３０２の低負荷側の限界は、気筒２内の温度が自着火温度に達することができずに、失火してしまうことにより制限される。例えば内部ＥＧＲガスを気筒２内へ導入すれば、気筒２内の温度を高めることができ、図３に白抜きの矢印で示すように、第２領域３０２を低負荷側へ拡大できる可能性がある。ところが、気筒２内へ導入されるＥＧＲガス量が多くなりすぎると、燃料変動が増大してしまう。燃料変動の増大により、第２領域３０２の拡大は制限される。
【0057】
（燃焼サイクル間の規則性を有する燃焼変動）
本願発明者らは、気筒２内へのＥＧＲガス量を多くした条件でエンジン１を運転した場合の燃焼変動を確認した。なお、エンジン１は、混合気の空気過剰率λが１を超えるリーンにしかつＨＣＣＩ燃焼により運転する。図４は、燃焼変動の指標として図示平均有効圧力（ＩＭＥＰ）と燃焼重心（ＭＦＢ５０）とを採用し、縦軸をＩＭＥＰ、横軸をＭＦＢ５０とした二次元平面において、燃焼サイクル毎のＩＭＥＰ及びＭＦＢ５０を示している。なお、図４の数字１、２、・・・は、燃焼サイクルの順番である。図４から、燃焼サイクル１、燃焼サイクル２、燃焼サイクル３と進むに従い、ＩＭＥＰが次第に低下すると共に、ＭＦＢ５０が次第に遅角していることがわかる。また、燃焼サイクル３、燃焼サイクル４、燃焼サイクル５、燃焼サイクル６と進むに従い、前記とは逆にＩＭＥＰが次第に高まると共に、ＭＦＢ５０が次第に進角していることがわかる。そして、燃焼サイクル７のＩＭＥＰ及びＭＦＢ５０は、燃焼サイクル１のＩＭＥＰ及びＭＦＢ５０に近い。つまり、燃焼サイクル１、燃焼サイクル２、及び燃焼サイクル３は、ＩＭＥＰの低下及びＭＦＢ５０の遅角となる低下フェーズであり、燃焼サイクル４、燃焼サイクル５、及び燃焼サイクル６は、ＩＭＥＰの低下及びＭＦＢ５０の遅角となる上昇フェーズである。この場合、ＩＭＥＰ及びＭＦＢ５０は、複数の燃焼サイクルにわたって、図４において左回りに周回するように変動している。
本願発明者らは、気筒２内へのＥＧＲガス量を多くした条件でエンジン１を運転した場合の燃焼変動を確認した。なお、エンジン１は、混合気の空気過剰率λが１を超えるリーンにしかつＨＣＣＩ燃焼により運転する。図４は、燃焼変動の指標として図示平均有効圧力（ＩＭＥＰ）と燃焼重心（ＭＦＢ５０）とを採用し、縦軸をＩＭＥＰ、横軸をＭＦＢ５０とした二次元平面において、燃焼サイクル毎のＩＭＥＰ及びＭＦＢ５０を示している。なお、図４の数字１、２、・・・は、燃焼サイクルの順番である。図４から、燃焼サイクル１、燃焼サイクル２、燃焼サイクル３と進むに従い、ＩＭＥＰが次第に低下すると共に、ＭＦＢ５０が次第に遅角していることがわかる。また、燃焼サイクル３、燃焼サイクル４、燃焼サイクル５、燃焼サイクル６と進むに従い、前記とは逆にＩＭＥＰが次第に高まると共に、ＭＦＢ５０が次第に進角していることがわかる。そして、燃焼サイクル７のＩＭＥＰ及びＭＦＢ５０は、燃焼サイクル１のＩＭＥＰ及びＭＦＢ５０に近い。つまり、燃焼サイクル１、燃焼サイクル２、及び燃焼サイクル３は、ＩＭＥＰの低下及びＭＦＢ５０の遅角となる低下フェーズであり、燃焼サイクル４、燃焼サイクル５、及び燃焼サイクル６は、ＩＭＥＰの低下及びＭＦＢ５０の遅角となる上昇フェーズである。この場合、ＩＭＥＰ及びＭＦＢ５０は、複数の燃焼サイクルにわたって、図４において左回りに周回するように変動している。
【0058】
本願発明者らは、図４に示した運転条件において、全ての燃焼サイクルの自己相関係数という統計的な数値で確認したところ、６燃焼サイクル周期の燃焼変動が起きていることが確認できた。図４においても、燃焼サイクル７のＩＭＥＰ及びＭＦＢ５０は、燃焼サイクル１のＩＭＥＰ及びＭＦＢ５０に近く、燃焼サイクル８のＩＭＥＰ及びＭＦＢ５０は、燃焼サイクル２のＩＭＥＰ及びＭＦＢ５０に近く、燃焼サイクル９のＩＭＥＰ及びＭＦＢ５０は、燃焼サイクル３のＩＭＥＰ及びＭＦＢ５０に近い。
【0059】
燃焼サイクル間の規則性を有する燃焼変動が発生するメカニズムについて、本願発明者らは、次のように推測する。図５は、燃焼変動が発生するメカニズムを説明するための図である。図５における左端の１、２、・・・の数字は、図４の燃焼サイクルの番号に対応する。
【0060】
燃焼サイクル１では、ＥＧＲガス中の未燃燃料が少ない状態で、高温のＥＧＲガスが気筒２内に吸入されたことに伴い、着火時期が進角した燃焼が行われる。燃焼サイクル１での燃焼重心は、進角側であり、燃焼効率、発熱量、及びＩＭＥＰはそれぞれ中程度（つまり、平均的）である。燃焼サイクル１の燃焼による排気ガスの温度は、冷却損失の増大により温度がある程度低くなり、排気ガス中の未燃燃料は、前サイクルよりも増える。
【0061】
燃焼サイクル２では、燃焼サイクル１の、温度が低い排気ガスが気筒２内に吸入されることにより、着火時期が遅角した燃焼が行われる。燃焼サイクル２での燃焼重心は、燃焼サイクル１よりも遅角し、燃焼効率の低下により、発熱量及びＩＭＥＰがそれぞれ低下する。燃焼サイクル２の燃焼による排気ガスの温度は、発熱量が少なかったため低下すると共に、排気ガス中の未燃燃料も増える。
【0062】
燃焼サイクル３では、燃焼サイクル２の、温度が低い排気ガスが気筒２内に吸入されることにより、着火時期がさらに遅角する。燃焼効率はさらに悪化するものの、ＥＧＲガス中に多く含まれる未燃燃料の一部が燃焼したため、発熱量及びＩＭＥＰの低下は小さく、冷却損失の減少により、排気ガス温度がある程度上昇する。排気ガス中の未燃燃料は、少し減少する。
【0063】
燃焼サイクル４では、ＥＧＲガスの温度がある程度高い温度であり、かつＥＧＲガス中の未燃燃料も多いため、着火時期がある程度進角する。しかし、ＥＧＲガス中の未燃燃料を全て燃焼しきれるほどの早い着火時期ではなく、結果的に発熱量及びＩＭＥＰは平均レベルである。排気ガス温度は上昇し、排気ガス中の未燃燃料は、減少する。
【0064】
燃焼サイクル５では、燃焼サイクル４と同様に、ＥＧＲガスの温度が高くかつＥＧＲガス中の未燃燃料量が多いため、着火時期がさらに進角し、発熱量及びＩＭＥＰがさらに上昇する。冷却損失が少ないため、排気ガスは、ある程度温度が高く、未燃燃料の一部は、次の燃焼サイクルへ持ち越される。
【0065】
燃焼サイクル６では、ＥＧＲガスの温度がある程度高く、未燃燃料も比較的多いため、着火時期がさらに進角する。着火時期が十分に早いため、残っていた未燃燃料が全て燃焼し、発熱量及びＩＭＥＰが高くなる。排気ガスの温度はさらに高くなり、ＥＧＲガス中の未燃燃料は少ないため、次の燃焼サイクルは、燃焼サイクル１と、実質的に同じになる。
【0066】
前述した燃焼サイクル間の規則性を有する燃焼変動は、内部ＥＧＲガスを介して、排気ガスの温度の高低，未燃燃料の量の多少が、燃焼サイクルをまたいで、後の燃焼サイクルの燃焼に影響を与えていると考えられる。
【0067】
ここに開示する技術は、このような燃焼サイクル間の規則性を有する燃焼変動を抑制する。
【0068】
なお、燃焼サイクル間の規則性を有する燃焼変動は、前述した６燃焼サイクル周期の燃焼変動に限らない。燃焼変動の周期は、様々な周期となり得る。また、燃焼変動は、周期性を持たない規則性を有する場合もある。ここに開示する技術は、それら燃焼サイクル間の規則性を有する燃焼変動の抑制に、広く適用できる。
【0069】
（燃焼サイクル間の規則性を有する燃焼変動を抑制する制御）
（プラントモデル）
前述した燃焼サイクル間の規則性を有する燃焼変動を抑制するために、本願発明者らは、当該燃焼変動を表すエンジン１のプラントモデルを作成した。図６は、エンジン１のプラントモデル１０００を示している。前述した燃焼変動は、６燃焼サイクルを周期とする燃焼変動であったが、燃焼サイクル間の燃焼変動は、前のサイクルの燃焼が後のサイクルの燃焼に影響を及ぼすことが連続することの結果である。そこで、プラントモデル１０００は、一燃焼サイクル毎に、気筒２の状態量を推定するモデルとする。このようなプラントモデル１０００は、特定周期の燃焼変動への適用に限定されず、汎用性が高い。
（プラントモデル）
前述した燃焼サイクル間の規則性を有する燃焼変動を抑制するために、本願発明者らは、当該燃焼変動を表すエンジン１のプラントモデルを作成した。図６は、エンジン１のプラントモデル１０００を示している。前述した燃焼変動は、６燃焼サイクルを周期とする燃焼変動であったが、燃焼サイクル間の燃焼変動は、前のサイクルの燃焼が後のサイクルの燃焼に影響を及ぼすことが連続することの結果である。そこで、プラントモデル１０００は、一燃焼サイクル毎に、気筒２の状態量を推定するモデルとする。このようなプラントモデル１０００は、特定周期の燃焼変動への適用に限定されず、汎用性が高い。
【0070】
前述した燃焼変動のメカニズムに関係する気筒２内の温度及び未燃燃料量を推定することができるよう、プラントモデル１０００では、気筒２内の温度及び物質量を筒内状態量として扱い、前の燃焼サイクルの燃焼結果が、内部ＥＧＲを通じて次の燃焼サイクルの筒内状態量に情報を伝達する構成とする。
【0071】
プラントモデル１０００の簡略化を考慮し、プラントモデル１０００は、ガス交換モデルと燃焼モデルとを結合したモデルとする。ガス交換モデル１０１０は、物理モデルであり、燃焼モデル１０２０は、統計モデルである。
【0072】
また、一つのサイクル内での状態量の変化は、吸気バルブ１１及び排気バルブ１２の開閉イベント毎に考慮すべき物理が大きく異なる。そこで図６に示すように、ガス交換モデル１０１０は、一燃焼サイクル内の各離散タイミングの状態量を求める個別のモデル１０１１、１０１２、１０１３、１０１４、１０１５を作成した。プラントモデル１０００は、それらのモデル１０１１、１０１２、１０１３、１０１４、１０１５、１０２０を連成してトータルで一燃焼サイクル分の現象を表現する構造とした。
【0073】
具体的にＩＶＯ（Intake Valve Opening）モデル１０１１、ＩＶＣ（Intake Valve Closing）モデル１０１２、ｗｏＣｏｍｂＴＤＣ（without Combustion Top Dead Center）モデル１０１３、燃焼モデル１０２０、ＥＶＯ（Intake Valve Opening）モデル１０１４、ＥＶＣモデル１０１５は、それぞれ以下の通りである。なお、図７は、モデルに含まれる変数を示している。
【0074】
ＩＶＯモデル１０１１
【0075】
【数1】
【0076】
ＩＶＣモデル１０１２
【0077】
【数2】
【0078】
ｗｏＣｏｍｂＴＤＣモデル１０１３
【0079】
【数3】
【0080】
燃焼モデル１０２０
【0081】
【数4】
【0082】
ＥＶＯモデル１０１４
【0083】
【数5】
【0084】
ＥＶＣモデル１０１５
【0085】
【数6】
【0086】
本願発明者らは、前述したプラントモデル１０００が、燃焼サイクル間の規則性を有する燃焼変動を再現することを確認した。
【0087】
なお、前述したモデルは一例であり、ここに開示する技術は、前述したモデルに限定されない。
【0088】
（エンジンの制御ブロック）
図８は、コントローラ１００によって構成される、エンジン１の制御ブロックを示している。図８において破線で囲った部分が、コントローラ１００に対応する。図８において二点鎖線で囲った部分が、燃焼サイクル間の規則性を有する燃焼変動を抑制する制御に係る。エンジン１の制御は、フィードバック制御であって、前の燃焼サイクルにおけるエンジン１の燃焼状態から、次の燃焼サイクルにおける気筒２内の状態量を推定すると共に、推定した状態量に基づき、ＩＭＥＰ及びＭＦＢ５０の変動が抑制されるように補正した制御信号をデバイスに出力する制御である。
図８は、コントローラ１００によって構成される、エンジン１の制御ブロックを示している。図８において破線で囲った部分が、コントローラ１００に対応する。図８において二点鎖線で囲った部分が、燃焼サイクル間の規則性を有する燃焼変動を抑制する制御に係る。エンジン１の制御は、フィードバック制御であって、前の燃焼サイクルにおけるエンジン１の燃焼状態から、次の燃焼サイクルにおける気筒２内の状態量を推定すると共に、推定した状態量に基づき、ＩＭＥＰ及びＭＦＢ５０の変動が抑制されるように補正した制御信号をデバイスに出力する制御である。
【0089】
前述したように、コントローラ１００は、エンジン１に対して制御指示量を出力する。エンジン１の、複数の気筒２が順次、燃焼サイクルを実行することにより、エンジン１が運転する。指圧センサＳＮ４は、複数の気筒２それぞれにおける圧力変動に対応する信号をコントローラ１００へ出力する。
【0090】
コントローラ１００は、指圧センサＳＮ４の信号に基づいて、複数の気筒２それぞれにおける燃焼状態の指標としてＩＭＥＰ及びＭＦＢ５０を算出し、計測したＩＭＥＰ及びＭＦＢ５０を減算器１００１に入力する。減算器１００１は、計測したＩＭＥＰ及びＭＦＢ５０と、目標のＩＭＥＰ及びＭＦＢ５０との差を、状態量推定器１００２に入力する。
【0091】
状態量推定器１００２は、プラントモデル１０００を用いて作成されたカルマンフィルタである。状態量推定器１００２の入力は、指圧センサＳＮ４による計測されたＩＭＥＰ及びＭＥＢ５０、目標のＩＭＥＰ及びＭＦＢ５０、及び、後述するフィードバック制御器１００３の出力であって、遅延されたフィードバック制御器１００３の制御値である。状態量推定器１００２は、次の燃焼サイクルにおける状態量、つまり、気筒２内の温度、空気量、既燃ガス量、及び燃料量を推定し、推定した状態量を出力する。気筒２内の温度は、吸気バルブ１１が閉じたタイミングでの気筒２内の温度、空気量は、吸気バルブ１１が閉じたタイミングでの気筒２内の空気量、既燃ガス量は、吸気バルブ１１が閉じたタイミングでの気筒２内の既燃ガス量、そして、燃料量は、吸気バルブ１１が閉じたタイミングでの気筒２内の燃料量である。
【0092】
フィードバック制御器１００３は、状態量推定器１００２の出力である推定状態量と、目標状態量とを入力として、状態推定量と目標状態量とから、ＩＭＥＰ及びＭＦＢ５０の変動が抑制されるような、換言すれば、気筒２内の状態量が、燃焼サイクル間において変動せずに一定に維持されるよう、デバイスの制御量の補正量を出力する。フィードバック制御器１００３は、最適レギュレータである。フィードバック制御器１００３も、プラントモデル１０００を用いて作成される。
【0093】
コントローラ１００はまた、基本制御器１００４を有する。基本制御器１００４は、いわゆる従来の制御器に相当する。基本制御器１００４は、クランク角センサＳＮ１、エアフローセンサＳＮ２、及びアクセル開度センサＳＮ３の信号に基づいて目標トルクを設定すると共に、目標トルクが実現するよう、エンジン１のデバイスの制御量を出力する。
【0094】
図９は、図８における一点鎖線で囲んだ部分８０の構成を示している。コントローラ１００は、エンジン１での燃焼に関係するデバイスとして、吸気Ｓ－ＶＴ１７、排気Ｓ－ＶＴ１８、点火プラグ１３、及びインジェクタ１４へ制御指示量を出力する。
【0095】
具体的に、基本制御器１００４は、吸気バルブ１１の開閉タイミングである目標のＩＶＯ及びＩＶＣ、排気バルブ１２の開閉タイミングである目標のＥＶＯ及びＥＶＣ、点火プラグ１３の点火タイミングである目標点火時期、及び、インジェクタ１４の燃料噴射量である目標噴射量をそれぞれ出力する。
【0096】
また、フィードバック制御器１００３は、ＩＶＯ及びＩＶＣの補正量、ＥＶＯ及びＥＶＣの補正量、点火時期の補正量、及び、燃料噴射量の補正量をそれぞれ出力する。
【0097】
加算器１００５は、これら目標量と補正量とをそれぞれ加算して指示量を設定する。コントローラ１００は、吸気Ｓ－ＶＴ１７へＩＶＯ及びＩＶＣの制御指示量を出力し、排気Ｓ－ＶＴ１８へＥＶＯ及びＥＶＣの制御指示量を出力し、点火プラグ１３へ点火時期の制御指示量を出力し、インジェクタ１４へ燃料の噴射量の制御指示量を出力する。
【0098】
吸気Ｓ－ＶＴ１７は、指示されたＩＶＯ及びＩＶＣとなるよう吸気カムシャフトの回転位相を設定し、排気Ｓ－ＶＴ１８は、指示されたＥＶＯ及びＥＶＣとなるよう排気カムシャフトの回転位相を設定する。インジェクタ１４は、指示された量の燃料を、吸気行程及び／又は圧縮行程の特定時期に、気筒２内へ噴射し、点火プラグ１３は、指示されたタイミングで、気筒２内の混合気に点火を行う。なお、エンジン１がＨＣＣＩ燃焼を行う場合、コントローラ１００は、点火プラグ１３への制御指示量を出力しない。
【0099】
図１０は、コントローラ１００がデバイスへ制御指示量を出力するタイミングを示すタイミングチャートを例示している。図１０の横軸はクランク角の進行、縦軸は気筒２内の圧力であり、図１０は、複数の燃焼サイクルにわたる気筒２内の圧力の変化を例示している。コントローラ１００は、前述したように指圧センサＳＮ４の信号に基づいて前の燃焼サイクル（n-thサイクル）における燃焼状態（つまり、ＩＭＥＰ［ｎ］及びＭＦＢ５０［ｎ］）の情報を取得して、次の燃焼サイクル（（n+1）-thサイクル）でのデバイスの補正量を設定する。燃焼状態の情報は、前の燃焼サイクルにおける燃焼終了後に取得できるから、コントローラ１００は、次の燃焼サイクルの吸気バルブ１１が閉弁する前に、制御指示量を演算できる（図１０の「制御演算タイミング」を参照）と共に、インジェクタ１４、点火プラグ１３、吸気Ｓ－ＶＴ１７、及び排気Ｓ－ＶＴ１８へ制御指示量を出力することができる（図１０の二点鎖線の矢印参照）。その結果、コントローラ１００は、図１０に示すように、吸気行程中に噴射タイミングが設定された、インジェクタ１４による燃料噴射量の調整を行うことができる。
【0100】
（制御の効果）
図１１は、ここに開示する技術が適用されたエンジン１の制御の効果を示している。図１１において、コントローラ１００は、インジェクタ１４に対してのみ、補正された制御指示量を出力している。つまり、燃焼サイクル間の規則性を有する燃焼変動が抑制されるよう、インジェクタ１４の燃料噴射量の調整が行われている。
図１１は、ここに開示する技術が適用されたエンジン１の制御の効果を示している。図１１において、コントローラ１００は、インジェクタ１４に対してのみ、補正された制御指示量を出力している。つまり、燃焼サイクル間の規則性を有する燃焼変動が抑制されるよう、インジェクタ１４の燃料噴射量の調整が行われている。
【0101】
例えば図５に示す燃焼サイクル１、２、３、４、５、６のそれぞれにおいて、燃料噴射量の調整が行われると仮定して、その各燃焼サイクル１、２、３、４、５、６のそれぞれにおいて燃料噴射量の調整がどのように行われるかを説明する。燃焼サイクル１では未燃燃料が増えるような燃焼が行われるため、コントローラ１００は、図５の右端に示すように、インジェクタ１４の燃料噴射量が減少するような補正を行う。同様に、燃焼サイクル２及び燃焼サイクル３において、コントローラ１００は、インジェクタ１４の燃料噴射量が減少するような補正を行う。逆に、燃焼サイクル４では未燃燃料が減るような燃焼が行われるため、コントローラ１００は、インジェクタ１４の燃料噴射量が増加するような補正を行う。同様に、燃焼サイクル５及び燃焼サイクル６において、コントローラ１００は、インジェクタ１４の燃料噴射量が増加するような補正を行う。
【0102】
図１１の横軸は、燃焼サイクル数を示している。図１１の上図は燃料噴射量の変動を示し、中図はＩＭＥＰの変動を示し、下図はＭＦＢ５０の変動を示している。図１１におけるＣ０よりも左は、燃焼サイクル間の規則性を有する燃焼変動を抑制する制御（つまり、本制御）を行っていない場合の各パラメータの変動を示している。エンジン１は定常運転を行っており、燃料噴射量の実質的に一定である一方で、ＩＭＥＰ及びＭＦＢ５０は、大きく変動している。Ｃ０よりも右は、本制御を行っている場合の各パラメータの変動を示している。エンジン１は定常運転を行っているものの、本制御の実行により燃料噴射量が補正されるため、燃料噴射量の変動は大きい。その一方で、ＩＭＥＰ及びＭＦＢ５０の変動は、抑制されていることがわかる。
【0103】
従って、ここに開示する技術は、燃焼サイクル間の規則性を有する燃焼変動を抑制できる。エンジン１の定常運転時における燃焼サイクル間の規則性を有する燃焼変動が抑制されるため、ここに開示する技術がコントローラ１００に適用されることによって、図３に示す運転領域マップにおいて、ＨＣＣＩ領域を低負荷側へ拡大させることができる。ＨＣＣＩ領域の拡大は、エンジン１の燃費性能を向上させる。
【0104】
（変形例）
図１２は、コントローラ１００の変形例を示している。この変形例は、混合気の空気過剰率λを１でＳＩ燃焼によりエンジン１が運転する場合の例である。図１２は、図８における一点鎖線で囲んだ部分８０の構成を示している。基本制御器１００４は、目標ＩＭＥＰを出力する。フィードバック制御器１００３は、ＩＭＥＰの補正量とＭＦＢ５０の補正量とを出力する。加算器１００５は、目標ＩＭＥＰとＩＭＥＰの補正量とを加算して、最終の目標ＩＭＥＰを設定する。最終の目標ＩＭＥＰが設定されれば、気筒２内へ導入する目標の空気量が定まる。目標の空気量と、エアフローセンサＳＮ２の計測信号に基づく実際の空気量とから、吸気バルブ１１のＩＶＯ及びＩＶＣ、並びに、排気バルブ１２のＥＶＯ及びＥＶＣがそれぞれ設定される。コントローラ１００は、吸気Ｓ－ＶＴ１７へＩＶＯ及びＩＶＣの制御指示量を出力し、排気Ｓ－ＶＴ１８へＥＶＯ及びＥＶＣの制御指示量を出力する。吸気Ｓ－ＶＴ１７は、吸気カムシャフトの回転位相を調整し、排気Ｓ－ＶＴ１８は、排気カムシャフトの回転位相を調整する。
図１２は、コントローラ１００の変形例を示している。この変形例は、混合気の空気過剰率λを１でＳＩ燃焼によりエンジン１が運転する場合の例である。図１２は、図８における一点鎖線で囲んだ部分８０の構成を示している。基本制御器１００４は、目標ＩＭＥＰを出力する。フィードバック制御器１００３は、ＩＭＥＰの補正量とＭＦＢ５０の補正量とを出力する。加算器１００５は、目標ＩＭＥＰとＩＭＥＰの補正量とを加算して、最終の目標ＩＭＥＰを設定する。最終の目標ＩＭＥＰが設定されれば、気筒２内へ導入する目標の空気量が定まる。目標の空気量と、エアフローセンサＳＮ２の計測信号に基づく実際の空気量とから、吸気バルブ１１のＩＶＯ及びＩＶＣ、並びに、排気バルブ１２のＥＶＯ及びＥＶＣがそれぞれ設定される。コントローラ１００は、吸気Ｓ－ＶＴ１７へＩＶＯ及びＩＶＣの制御指示量を出力し、排気Ｓ－ＶＴ１８へＥＶＯ及びＥＶＣの制御指示量を出力する。吸気Ｓ－ＶＴ１７は、吸気カムシャフトの回転位相を調整し、排気Ｓ－ＶＴ１８は、排気カムシャフトの回転位相を調整する。
【0105】
また、実際の空気量から、空気過剰率λが１となるように、燃料噴射量の制御指示量が設定される。コントローラ１００は、インジェクタ１４へ燃料噴射量の制御指示量を出力する。インジェクタ１４は、指示された量の燃料を、吸気行程及び／又は圧縮行程の特定時期に、気筒２内へ噴射する。
【0106】
さらに、最終の目標ＩＭＥＰが設定されれば、目標ＭＦＢ５０が設定される。加算器１００５は、目標ＭＦＢ５０とＭＦＢ５０の補正量とを加算する。目標ＭＦＢ５０とＭＦＢ５０の補正量とエアフローセンサＳＮ２の計測信号に基づく実際の空気量とから、コントローラ１００は、最終の目標ＭＦＢ５０を設定する。最終の目標ＭＦＢ５０と、実際の空気量とから、点火プラグ１３の点火時期の制御指示量が設定される。コントローラ１００は、点火プラグ１３へ点火時期の制御指示量を出力する。点火プラグ１３は、指示されたタイミングで、気筒２内の混合気に点火を行う。
【0107】
この制御においても、燃焼サイクル間における規則的を有する燃焼変動が抑制できる。
【0108】
なお、ここに開示する技術に関し、コントローラ１００は、吸気Ｓ－ＶＴ１７、排気Ｓ－ＶＴ１８、点火プラグ１３、及びインジェクタ１４のうちの、少なくとも一つのデバイスへ制御指示量を出力するようにしてもよい。
【0109】
また、ここに開示する技術は、前述した構成のエンジン１への適用に限定されない。ここに開示する技術は、様々な構成のエンジンへ広く適用することができる。
【符号の説明】
【0110】
１ エンジン
１１ 吸気バルブ
１２ 排気バルブ
１３ 点火プラグ
１４ インジェクタ
１００ コントローラ
１０００ プラントモデル
２ 気筒
ＳＮ４ 指圧センサ
１１ 吸気バルブ
１２ 排気バルブ
１３ 点火プラグ
１４ インジェクタ
１００ コントローラ
１０００ プラントモデル
２ 気筒
ＳＮ４ 指圧センサ
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
