JP4682905B2 - 予混合圧縮自着火式内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、燃焼室内に空気と、燃料と、燃焼ガス（既燃ガス又は排ガス）と、を含む混合ガスを形成するとともに同形成された混合ガスをピストンの圧縮動作により圧縮して自着火により燃焼させる方式により運転される予混合圧縮自着火式内燃機関の制御装置に関する。

従来から、内燃機関の運転方式として、燃焼室内に形成された混合ガスを圧縮することにより自着火させて極めて短い期間内に燃焼させる予混合圧縮自着火方式が知られている。この予混合圧縮自着火方式により運転される内燃機関においては、混合ガスがピストンにより圧縮されている期間において同混合ガスの温度が所定の閾値温度（自着火温度）を超えたとき、同混合ガスの燃焼が開始する。

この自着火温度は、大気の温度と比較して極めて高い温度である。従って、空気と燃料とからなる混合ガスの温度をピストンによる圧縮のみによって自着火温度まで上昇させることは困難である。そこで、従来の制御装置の一つは、排気行程から吸気行程へ移行する際に排気弁及び吸気弁が両方とも閉弁されている期間である負のオーバーラップ期間を設けることにより、直前の燃焼サイクルにおける混合ガスの燃焼により生成された燃焼ガスを燃焼室内に残留させるようになっている（例えば、特許文献１を参照。）。

この従来の制御装置によれば、燃焼室内に残留させられた高温の燃焼ガスが新たに形成される混合ガスに含められるので、形成された混合ガスの圧縮が開始する時点における混合ガスの温度（圧縮開始温度）は十分に高められる。その結果、ピストンの圧縮により混合ガスの温度を上記自着火温度に確実に到達させることができるので、同混合ガスを確実に自着火させることができる。
特開平１１−２６４３１９号公報

ところで、上記従来の制御装置は、負のオーバーラップ期間を内燃機関の運転状態に応じて決定するようになっている。従って、少なくとも内燃機関の運転状態が変化しない運転状態一定時においては、一定量の燃焼ガスを燃焼室内に残留させることができるので、混合ガスが自着火するタイミング（自着火タイミング）を運転状態に応じて予定されたタイミング（予定自着火タイミング）に常に一致させることができると考えられる。

一方、運転状態一定時であっても、何らかの理由により圧縮開始温度が予定された温度と比較的大きく異なる温度となることによって、自着火タイミングが予定自着火タイミングと比較的大きく異なるタイミングとなる場合がある。以下、このような場合の一例について図１を参照しながら説明する。

図１の例においては、実線Ｌ１により示したように、運転状態一定時、燃焼サイクルＮ１まで自着火タイミングＳが予定自着火タイミングＳｅｐと一致するとともに燃焼サイクルＮ２にて自着火タイミングＳが予定自着火タイミングＳｅｐから比較的大きく遅角されたタイミングとなった場合を想定している。

この場合、燃焼サイクルＮ２においては、混合ガスの燃焼により燃焼ガスが生成された後、同燃焼ガスがピストンを押し下げることにより同ピストンに対して仕事を行う期間が予定された期間よりも短くなる。従って、燃焼ガスがピストンに対して行う仕事の総量が小さくなるので、膨張行程が終了しても燃焼ガスの温度はそれほど低くならない。更に、燃焼ガスの熱が燃焼室を構成する壁面へ伝達される期間も予定された期間より短くなるので、伝達される熱の総量が小さくなって燃焼ガスの温度の低下は一層抑制される。従って、一点鎖線Ｌ２により示したように、燃焼サイクルが終了する時点における燃焼ガスの温度Ｔが予定された温度（予定燃焼ガス温度）Ｔｅｐよりも高くなる。

そして、次の燃焼サイクルＮ３になると、予定燃焼ガス温度Ｔｅｐよりも高い温度を有する燃焼ガスが混合ガスに含められるので、圧縮開始温度が予定された温度よりも高くなる。その結果、混合ガスの温度が自着火温度に到達するタイミングが早くなるので、自着火タイミングは予定自着火タイミングＳｅｐよりも進角する。その結果、燃焼ガスがピストンに対して行う仕事の総量が大きくなるとともに、燃焼ガスから燃焼室を構成する壁面へ伝達される熱の総量が大きくなるので、燃焼サイクルが終了する時点における燃焼ガスの温度が予定燃焼ガス温度Ｔｅｐよりも低くなる。

その後、次の燃焼サイクルＮ４になると、予定燃焼ガス温度Ｔｅｐよりも低い温度を有する燃焼ガスが混合ガスに含められるので、圧縮開始温度が予定された温度よりも低くなる。その結果、混合ガスの温度が自着火温度に到達するタイミングが遅くなり、自着火タイミングは予定自着火タイミングＳｅｐよりも遅角する。その結果、燃焼サイクルが終了する時点における燃焼ガスの温度Ｔが予定燃焼ガス温度Ｔｅｐよりも高くなる。

以上のように、一旦、自着火タイミングＳが予定自着火タイミングＳｅｐと異なるタイミングとなると、自着火タイミングＳは、燃焼サイクル毎に予定自着火タイミングＳｅｐよりも遅角側と進角側とに交互に変化しやすくなる。また、自着火タイミングＳが変化すると出力軸トルクが変化する。従って、上記従来の制御装置によれば、燃焼サイクルの経過に伴って出力軸トルクが比較的大きく変動する状態が継続しやすいという問題があった。

本発明は上述した課題に対処するためになされたものであって、その目的の一つは、出力軸トルクが比較的大きく変動する状態が継続することを防止することが可能な予混合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。

かかる目的を達成するため本発明による予混合圧縮自着火式内燃機関の制御装置は、燃焼室内に空気と、燃料と、燃焼ガスと、を含む混合ガスを形成するとともに同形成された混合ガスをピストンの圧縮動作により圧縮して自着火により燃焼させる方式により運転される予混合圧縮自着火式内燃機関に適用される。

本発明による予混合圧縮自着火式内燃機関の制御装置は、
前記混合ガスが自着火するタイミングである自着火タイミングを取得する自着火タイミング取得手段と、
該自着火タイミング取得手段によって取得された今回の燃焼サイクルにおける自着火タイミングが早いタイミングであるほど次回の燃焼サイクルにおける混合ガスに含まれる燃焼ガスの量が多くなるように今回までの燃焼サイクルにおいて生成された燃焼ガスを次回の燃焼サイクルにおける混合ガスに供給する燃焼ガス供給手段と、
を備える。

これによれば、今回の燃焼サイクルの自着火タイミングが比較的大きく進角した場合、即ち、今回の燃焼サイクルが終了する時点における燃焼ガスの温度が予定された温度よりも低くなった場合、比較的多い量の燃焼ガスが次回の燃焼サイクルの混合ガスに含められる。これにより、圧縮開始温度が過度に低くなることを防止することができるので、次回の燃焼サイクルの自着火タイミングが過度に遅角することを防止することができる。

一方、今回の燃焼サイクルの自着火タイミングが比較的大きく遅角した場合、即ち、今回の燃焼サイクルが終了する時点における燃焼ガスの温度が予定された温度よりも高くなった場合、比較的少ない量の燃焼ガスが次回の燃焼サイクルの混合ガスに含められる。これにより、圧縮開始温度が過度に高くなることを防止することができるので、次回の燃焼サイクルの自着火タイミングが過度に進角することを防止することができる。

従って、本発明によれば、燃焼サイクルの経過に伴う自着火タイミングの変動の大きさを、今回の燃焼サイクルの自着火タイミングにかかわらず一定量の燃焼ガスが次回の燃焼サイクルに対して供給される場合と比較して小さくすることができる。即ち、出力軸トルクが比較的大きく変動する状態が継続することを防止することができる。

この場合、上記内燃機関が４サイクル方式により運転される内燃機関（４サイクル予混合圧縮自着火式内燃機関）であれば、上記燃焼ガス供給手段を「負のオーバーラップ期間を調整する手段」により構成することができる。
ここで、負のオーバーラップ期間は、排気を行うために開弁させられた排気弁を閉弁するタイミング（排気弁閉弁タイミング）から、その後、吸気を行うために吸気弁を開弁するタイミング（吸気弁開弁タイミング）までの期間（即ち、排気行程から吸気行程へ移行する際に排気弁及び吸気弁の両方が閉弁されている期間）である。従って、負のオーバーラップ期間は、負のオーバーラップ期間を開始するための排気弁開弁タイミング及び／又は負のオーバーラップ期間を終了するための吸気弁の開弁タイミングを変更することにより調整される。

また、上記内燃機関が２サイクル方式により運転される内燃機関（２サイクル予混合圧縮自着火式内燃機関）であれば、上記燃焼ガス供給手段を「掃気期間を調整する手段」により構成することができる。
ここで、掃気期間は、排気を行うために排気弁が開弁されている状態において掃気を行うために吸気弁を開弁するタイミング（吸気弁開弁タイミング）から、その後、掃気を終了して吸気のみを行うために排気弁を閉弁するタイミング（排気弁閉弁タイミング）までの期間（即ち、燃焼発生後において排気弁及び吸気弁の両方が開弁されている期間）である。従って、掃気期間は、掃気期間を開始するための吸気弁開弁タイミング及び／又は掃気行程を終了するための排気弁閉弁タイミングを変更することにより調整される。

また、本発明による予混合圧縮自着火式内燃機関の制御装置は、上述した予混合圧縮自着火式内燃機関に適用され、
前記混合ガスが自着火するタイミングである自着火タイミングを取得する自着火タイミング取得手段と、
次回の燃焼サイクルの自着火タイミングが前記内燃機関により出力されるトルクを最大とする最大出力自着火タイミングに一致するように前記取得された今回の燃焼サイクルの自着火タイミング又は前記取得された現時点までの所定の複数の燃焼サイクルの自着火タイミングの平均値である平均自着火タイミングに基づいて燃焼ガス供給量を決定するとともに、今回までの燃焼サイクルにおいて生成された燃焼ガスを同決定された燃焼ガス供給量だけ同次回の燃焼サイクルにおける前記混合ガスに含まれる前記燃焼ガスとして供給する燃焼ガス供給手段と、
を備える。

これによれば、次回の燃焼サイクルの自着火タイミングが最大出力自着火タイミングに一致するように燃焼ガス供給量が決定され、決定された燃焼ガス供給量の燃焼ガスが次回の燃焼サイクルに対して供給される。これにより、実際の自着火タイミングが最大出力自着火タイミングに一致するので、内燃機関により出力されるトルクは、あらゆる自着火タイミングの中で最大となる。この結果、内燃機関を良好な燃費にて運転することができる。

また、本発明による予混合圧縮自着火式内燃機関の制御装置は、上述した予混合圧縮自着火式内燃機関に適用され、
前記内燃機関の運転状態を取得する運転状態取得手段と、
前記混合ガスが自着火するタイミングである自着火タイミングを取得する自着火タイミング取得手段と、
前記取得された運転状態が所定の運転状態である場合、次回の燃焼サイクルの自着火タイミングが前記内燃機関により出力されるトルクを最大とする最大出力自着火タイミングよりも進角側の早期自着火タイミングに一致するように前記取得された今回の燃焼サイクルの自着火タイミング又は前記取得された現時点までの所定の複数の燃焼サイクルの自着火タイミングの平均値である平均自着火タイミングに基づいて燃焼ガス供給量を決定するとともに、今回までの燃焼サイクルにおいて生成された燃焼ガスを同決定された燃焼ガス供給量だけ同次回の燃焼サイクルにおける前記混合ガスに含まれる前記燃焼ガスとして供給する燃焼ガス供給手段と、
を備える。

これによれば、取得された運転状態が所定の運転状態である場合、次回の燃焼サイクルの自着火タイミングが早期自着火タイミングに一致するように燃焼ガス供給量が決定され、決定された燃焼ガス供給量の燃焼ガスが次回の燃焼サイクルに対して供給される。

これにより、実際の自着火タイミングが最大出力自着火タイミングよりも進角側の早期自着火タイミングに一致するので、混合ガスの温度は、実際の自着火タイミングが最大出力自着火タイミングに一致する場合よりも早期に、同混合ガスを自着火させるために必要な温度（自着火温度）に到達する。この結果、例えば、混合ガスが自着火しにくい低負荷運転状態等の所定の運転状態においても、混合ガスをより確実に自着火させることができる。

＜第１実施形態＞
以下、本発明による予混合圧縮自着火式内燃機関の制御装置の各実施形態について図面を参照しながら説明する。第１実施形態に係る制御装置は、４サイクル予混合圧縮自着火方式により運転される多気筒（本例では、４気筒）内燃機関に適用される。

４サイクル予混合圧縮自着火方式は、排気上死点から吸気下死点までの吸気行程、吸気下死点から圧縮上死点までの圧縮行程、圧縮上死点から膨張下死点までの膨張行程及び膨張下死点から排気上死点までの排気行程からなる４つの行程をクランク角が７２０度回転する毎に繰り返す運転方式である。

図２は、第１実施形態に係る制御装置を上述した内燃機関に適用したシステムの概略構成を示している。なお、図２は、特定気筒の断面のみを示しているが、他の気筒も同様な構成を備えている。

この内燃機関１０は、シリンダブロック、シリンダブロックロワーケース及びオイルパン等を含むシリンダブロック部２０と、シリンダブロック部２０の上に固定されるシリンダヘッド部３０と、シリンダブロック部２０に空気を供給するための吸気系統４０と、シリンダブロック部２０からの排ガスを外部に放出するための排気系統５０と、を含んでいる。

シリンダブロック部２０は、シリンダ２１、ピストン２２、コンロッド２３及びクランク軸２４を含んでいる。ピストン２２はシリンダ２１内を往復動し、ピストン２２の往復動がコンロッド２３を介してクランク軸２４に伝達され、これにより同クランク軸２４が回転するようになっている。シリンダ２１とピストン２２のヘッドとは、シリンダヘッド部３０とともに燃焼室２５を形成している。

シリンダヘッド部３０は、燃焼室２５に連通した吸気ポート３１、吸気ポート３１を開閉する吸気弁３２、吸気弁３２を駆動する吸気弁駆動手段としての吸気弁駆動機構３２ａ、燃焼室２５に連通した排気ポート３３、排気ポート３３を開閉する排気弁３４、排気弁３４を駆動する排気弁駆動手段としての排気弁駆動機構３４ａ、点火プラグ３５、点火プラグ３５に与える高電圧を発生させるイグニッションコイルを含むイグナイタ３６、燃料を燃焼室２５内に噴射するインジェクタ（燃料噴射弁）３７、インジェクタ３７に高圧燃料を供給する蓄圧室３７ａ及び燃料を蓄圧室３７ａへ圧送する燃料ポンプ３７ｂを備えている。吸気弁駆動機構３２ａ及び排気弁駆動機構３４ａは、駆動回路３８に接続されている。

吸気系統４０は、吸気ポート３１に連通したインテークマニホールド４１、インテークマニホールド４１に連通したサージタンク４２、サージタンク４２に一端が接続されインテークマニホールド４１及びサージタンク４２とともに吸気通路を形成する吸気ダクト４３、吸気ダクト４３の他端部から下流（サージタンク４２）に向けて順に吸気ダクト４３に配設されたエアフィルタ（ＡＦ）４４、機械式過給機（ＳＣ）４５、バイパス流量調整弁（ＡＢＶ）４６、インタークーラ（ＩＣ）４７及びスロットル弁４８を備えている。

機械式過給機４５は、機械式過給機用クラッチ４５ａを備えている。機械式過給機用クラッチ４５ａは、駆動信号に応答して、機械式過給機４５を内燃機関１０によって機械的に駆動する状態（作動状態、即ち、過給状態）と、機械式過給機４５を内燃機関１０によって駆動しない状態（非作動状態、即ち、非過給状態）と、に切り替えるようになっている。

インタークーラ４７は水冷式であって、吸気ダクト４３を通過する空気を冷却するようになっている。インタークーラ４７は、インタークーラ４７内の冷却水の熱を大気中に放出するラジエタ４７ａと、インタークーラ４７とラジエタ４７ａとの間で冷却水を循環させる循環ポンプ４７ｂと、に接続されている。

スロットル弁４８は吸気ダクト４３に回転可能に支持され、スロットル弁アクチュエータ４８ａにより駆動されることにより吸気ダクト４３の開口断面積を可変とするようになっている。

吸気系統４０は、更に、バイパス通路４９を備えている。
バイパス通路４９の一端はバイパス流量調整弁４６と接続され、他端はインタークーラ４７とスロットル弁４８との間の位置にて吸気ダクト４３に接続されている。バイパス流量調整弁４６は、駆動信号に応答して図示しないバルブ開度を変更することにより、インタークーラ４７へ流入する空気量とインタークーラ４７をバイパスする空気量（バイパス通路４９へ流入する空気量）とを調整するようになっている。

排気系統５０は、排気ポート３３に連通し同排気ポート３３とともに排気通路を形成するエキゾーストマニホールドを含む排気管５１及び排気管５１に配設された三元触媒装置５２を備えている。

一方、このシステムは、エアフローメータ６１、クランクポジションセンサ６２、筒内圧力検出手段としての筒内圧力センサ６３、アクセル開度センサ６４及び電気制御装置７０を備えている。エアフローメータ６１は吸気ダクト４３内を通流する空気の量を表す信号を出力するようになっている。クランクポジションセンサ６２は、クランク軸２４が１°回転する毎に生じる幅狭のパルスを有するとともに同クランク軸２４が３６０°回転する毎に生じる幅広のパルスを有する信号を出力するようになっている。この信号は、エンジン回転速度ＮＥを表す。筒内圧力センサ６３は、燃焼室２５内の圧力（筒内圧力）Ｐｃを表す信号を出力するようになっている。なお、筒内圧力センサ６３は燃焼室２５上部のシリンダヘッド部３０に設けてもよい。アクセル開度センサ６４は、運転者によって操作されるアクセルペダル６５の操作量（アクセルペダル操作量）Accpを表す信号を出力するようになっている。

電気制御装置７０は、互いにバスで接続されたＣＰＵ７１、ＣＰＵ７１が実行するプログラム、テーブル（ルックアップテーブル、マップ）、定数等を予め記憶したＲＯＭ７２、ＣＰＵ７１が必要に応じてデータを一時的に格納するＲＡＭ７３、電源が投入された状態でデータを格納するとともに同格納されたデータを電源が遮断されている間も保持するバックアップＲＡＭ７４及びＡＤコンバータを含むインターフェース７５等からなるマイクロコンピュータである。インターフェース７５は、上記センサ６１〜６４と接続され、ＣＰＵ７１にセンサ６１〜６４からの信号を供給するとともに、同ＣＰＵ７１の指示に応じてイグナイタ３６、インジェクタ３７、燃料ポンプ３７ｂ、駆動回路３８、機械式過給機用クラッチ４５ａ、バイパス流量調整弁４６及びスロットル弁アクチュエータ４８ａに駆動信号を送出するようになっている。

＜作動の概要＞
次に、上記のように構成された制御装置の作動の概要について説明する。この制御装置は、排気行程から吸気行程へ移行する際に吸気弁３２及び排気弁３４が両方とも閉弁されている期間である負のオーバーラップ期間が設けられるように、吸気弁３２を開弁するタイミング（吸気弁開弁タイミング）ＩＯ及び排気弁３４を閉弁するタイミング（排気弁閉弁タイミング）ＥＣを決定する。

更に、制御装置は、混合ガスが自着火するタイミングである自着火タイミングを筒内圧力センサ６３の出力に基づいて推定（取得）し、推定された自着火タイミング（推定自着火タイミング）Ｓｅｓｔが進角するほど次回の燃焼サイクルにおける負のオーバーラップ期間が長くなるように、次回の燃焼サイクルに対して決定された吸気弁開弁タイミングＩＯ及び排気弁閉弁タイミングＥＣを補正する。

これにより、推定自着火タイミングＳｅｓｔが進角するほど多くなる量の燃焼ガスが次回の燃焼サイクルに対して供給されるので、実際の自着火タイミングが変動した場合であっても圧縮開始温度の変動を抑制することができ、燃焼サイクルの経過に伴う自着火タイミングの変動の大きさを小さくすることができる。

＜作動の詳細＞
（制御量及び制御時期決定）
より具体的に述べると、ＣＰＵ７１は、図３にフローチャートにより示した吸気弁３２及び排気弁３４を制御するタイミングと、インジェクタ３７を制御するタイミングと、インジェクタ３７に噴射させる燃料の量と、を決定するための制御量及び制御時期決定ルーチンを、第ｎ気筒（ｎは、１、２、３及び４）のクランク角が第ｎ気筒の圧縮上死点より４５°だけ後（遅角側）の制御量決定クランク角（ＡＴＤＣ４５°）に一致する毎に第ｎ気筒専用に実行するようになっている。

従って、第ｎ気筒のクランク角が上記制御量決定クランク角に一致すると、ＣＰＵ７１は、ステップ３００から処理を開始してステップ３０５に進み、アクセル開度センサ６４により検出されたアクセルペダル操作量Accp（機関の負荷）を読み込むとともに、続くステップ３１０にてクランクポジションセンサ６２により検出されたエンジン回転速度ＮＥを読み込む。

そして、ＣＰＵ７１は、ステップ３１５に進み現時点のアクセルペダル操作量Accp及びエンジン回転速度ＮＥと、アクセルペダル操作量Accp及びエンジン回転速度ＮＥと内燃機関１０に対して要求される出力軸トルク（要求出力軸トルク）ＴＱとの関係を規定するテーブルMapTQと、に基づいて要求出力軸トルクＴＱ（＝MapTQ(Accp,NE)）を決定する。なお、要求出力軸トルクＴＱ及びエンジン回転速度ＮＥは、内燃機関１０の運転状態を表す。

なお、以下の説明において、MapX(a,b)と表記されるテーブルは、変数a及び変数bと値Xとの関係を規定するテーブルを意味することとする。また、値XをテーブルMapX(a,b)に基づいて求めるとは、値Xを現時点の変数a及び現時点の変数bと、テーブルMapX(a,b)と、に基づいて求める（決定する）ことを意味することとする。なお、変数は１つのみでもよく、３つ以上でもよい。
また、ステップ３０５、ステップ３１０及びステップ３１５の処理が実行されることは、運転状態取得手段の機能が達成されることに対応している。

次いで、ＣＰＵ７１は、ステップ３２０に進み排気弁開弁タイミングＥＯをテーブルMapEO(TQ,NE)に基づいて求める。ここで、テーブルMapEOは、求められる排気弁開弁タイミングＥＯが膨張下死点より前（進角側）の所定のタイミングとなるように予め設定されている。ここで、排気弁開弁タイミングＥＯは、圧縮上死点（ＴＤＣ）を原点としクランク軸２４の回転方向を正の向きとするクランク角であるＡＴＤＣにより表される。以下、本明細書においては、すべてのタイミングがＡＴＤＣにより表されているものとする。

そして、ＣＰＵ７１は、ステップ３２５に進んで排気弁閉弁タイミングＥＣをテーブルMapEC(TQ,NE)に基づいて求める。ここで、テーブルMapECは、求められる排気弁閉弁タイミングＥＣが排気上死点より前の所定のタイミングとなるように予め設定されている。

次に、ＣＰＵ７１は、ステップ３３０に進んで吸気弁開弁タイミングＩＯをテーブルMapIO(TQ,NE)に基づいて求める。ここで、テーブルMapIOは、任意の運転状態のときに、同テーブルMapIOに基づいて求められる吸気弁開弁タイミングＩＯがテーブルMapECに基づいて求められる排気弁閉弁タイミングＥＣより後（遅角側）の所定のタイミングとなるように予め設定されている。

後述するように、排気弁閉弁タイミングＥＣにて排気が終了し、その後、所定の期間が経過した後の吸気弁開弁タイミングＩＯにて吸気が開始する。即ち、排気行程から吸気行程に移行する際に吸気弁３２及び排気弁３４の両方が閉弁されている期間である負のオーバーラップ期間は、同期間の開始時期としての排気弁閉弁タイミングＥＣ及び同期間の終了時期としての吸気弁開弁タイミングＩＯによって決定される。なお、本明細書においては、上記ステップ３２５にて決定される排気弁閉弁タイミングＥＣと、上記ステップ３３０にて決定される吸気弁開弁タイミングＩＯと、によって決定される負のオーバーラップ期間を予定オーバーラップ期間ＯＬｅｐと称呼する。

続いて、ＣＰＵ７１は、ステップ３３５に進んで吸気弁閉弁タイミングＩＣをテーブルMapIC(TQ,NE)に基づいて求める。ここで、テーブルMapICは、求められる吸気弁閉弁タイミングＩＣが吸気下死点の直後の所定のタイミングとなるように予め設定されている。

その後、ＣＰＵ７１は、ステップ３４０に進んで燃料噴射量τをテーブルMapτ(TQ,NE)に基づいて求める。ここで、テーブルMapτは、求められる燃料噴射量τの燃料が所定のタイミングにて燃焼することにより要求出力軸トルクＴＱが同内燃機関１０により出力されるように予め設定されている。

次いで、ＣＰＵ７１は、ステップ３４５に進んで燃料噴射開始タイミングＩＮＪをテーブルMapINJ(TQ,NE)に基づいて求める。ここで、テーブルMapINJは、任意の運転状態のときに同テーブルMapINJに基づいて求められる燃料噴射開始タイミングＩＮＪが上記テーブルMapIOに基づいて求められる吸気弁開弁タイミングＩＯの直後の所定のタイミングとなるように予め設定されている。従って、求められる燃料噴射開始タイミングＩＮＪは、吸気弁３２が開弁している期間（吸気弁開弁期間）内の初期のタイミングとなる。

そして、ＣＰＵ７１は、ステップ３５０に進んで後述する自着火タイミング推定ルーチンにより推定された自着火タイミング（推定自着火タイミング）Ｓｅｓｔの最新の値をＲＡＭ７３から読み込む。

次いで、ＣＰＵ７１は、ステップ３５５に進んで排気弁閉弁タイミングＥＣの補正量ΔＥＣをテーブルMapΔEC(Sest,TQ,NE)に基づいて求めるとともに、吸気弁開弁タイミングＩＯの補正量ΔＩＯをテーブルMapΔIO(Sest,TQ,NE)に基づいて求める。

ここで、テーブルMapΔECは、図４の曲線ＣＥＣにより示したように、推定自着火タイミングＳｅｓｔが予定自着火タイミングＳｅｐと一致するとき、求められる補正量ΔＥＣが０となるように、且つ、推定自着火タイミングＳｅｓｔが進角するほど、求められる補正量ΔＥＣが減少するように予め設定されている。ここで、予定自着火タイミングＳｅｐは、現時点の要求出力軸トルクＴＱ及び現時点のエンジン回転速度ＮＥに基づいてステップ３２０からステップ３４５までの処理により決定された制御量及び制御時期に従って内燃機関１０が運転されることによって混合ガスが自着火するタイミングとして予定されていたタイミングである。

更に、テーブルMapΔIOは、図４の曲線ＣＩＯにより示したように、推定自着火タイミングＳｅｓｔが予定自着火タイミングＳｅｐと一致するとき、求められる補正量ΔＩＯが０となるように、且つ、推定自着火タイミングＳｅｓｔが進角するほど、求められる補正量ΔＩＯが増大するように予め設定されている。

次に、ＣＰＵ７１は、ステップ３６０に進んで上記ステップ３２５にて決定された排気弁閉弁タイミングＥＣに上記ステップ３５５にて決定された補正量ΔＥＣを加えることにより排気弁閉弁タイミングＥＣを補正（更新）する。更に、同ステップ３６０にてＣＰＵ７１は、上記ステップ３３０にて決定された吸気弁開弁タイミングＩＯに上記ステップ３５５にて決定された補正量ΔＩＯを加えることにより吸気弁開弁タイミングＩＯを補正（更新）する。

このようにして、推定自着火タイミングＳｅｓｔが進角するほど、排気弁閉弁タイミングＥＣは進角させられ、且つ、吸気弁開弁タイミングＩＯは遅角させられる。従って、図５に示したように、負のオーバーラップ期間は、推定自着火タイミングＳｅｓｔが進角するほど長くなるように設定されている。更に、負のオーバーラップ期間は、推定自着火タイミングＳｅｓｔが予定自着火タイミングＳｅｐと一致するとき、予定オーバーラップ期間ＯＬｅｐに一致するように設定されている。なお、ステップ３５５及びステップ３６０の処理が実行されることは、燃焼ガス供給手段の機能の一部が達成されることに対応している。

そして、ＣＰＵ７１はステップ３９９に進んで本ルーチンを一旦終了する。以上により、第ｎ気筒の吸気弁３２、排気弁３４及びインジェクタ３７を制御するタイミング並びに第ｎ気筒の燃焼室２５内に噴射される燃料の量が決定される。

（自着火タイミング推定）
一方、ＣＰＵ７１は、図３のルーチンの処理に用いた推定自着火タイミングＳｅｓｔを推定するため、図６にフローチャートにより示した自着火タイミング推定ルーチンをクランク角が所定の微小なクランク角だけ変化する毎に第ｎ気筒専用に実行するようになっている。なお、自着火タイミング推定ルーチンの処理が実行されることは、自着火タイミング取得手段の機能が達成されることに対応している。

従って、所定のタイミングになると、ＣＰＵ７１は、ステップ６００から処理を開始してステップ６０５に進み、第ｎ気筒の筒内圧力センサ６３により検出された筒内圧力Ｐｃを読み込む。次いで、ＣＰＵ７１は、ステップ６１０に進み上記ステップ６０５にて読み込まれた現時点の筒内圧力Ｐｃから前回の本ルーチンの実行時において後述するステップ６３０にて設定された過去（前回実行時）の筒内圧力Ｐｃ１を減じることにより筒内圧力の時間変化量ΔＰｃ（＝Ｐｃ−Ｐｃ１）を算出する。

そして、ＣＰＵ７１は、ステップ６１５に進みクランクポジションセンサ６２により検出されたクランク角θを読み込む。その後、ＣＰＵ７１は、ステップ６２０に進み上記ステップ６１０にて算出された筒内圧力の時間変化量ΔＰｃを上記ステップ６１５にて読み込まれたクランク角θと関連付けてＲＡＭ７３に記憶させる。

次に、ＣＰＵ７１は、ステップ６２５に進み第ｎ気筒の現時点のクランク角が上記制御量決定クランク角に一致しているか否かを判定する。
まず、第ｎ気筒の現時点のクランク角が上記制御量決定クランク角の直後のクランク角である場合から説明する。この場合、ＣＰＵ７１は、同ステップ６２５にて「Ｎｏ」と判定してステップ６３０に進み、過去の筒内圧力Ｐｃ１を上記ステップ６０５にて読み込まれた現時点の筒内圧力Ｐｃに設定する。そして、ＣＰＵ７１はステップ６９９に進んで本ルーチンを一旦終了する。

本ルーチンについての以上の処理は、第ｎ気筒のクランク角が上記制御量決定クランク角に一致するまで繰り返し実行される。この間、本ルーチンが実行される毎に筒内圧力の時間変化量ΔＰｃがクランク角θと関連付けられてＲＡＭ７３に記憶される。

そして、第ｎ気筒のクランク角が上記制御量決定クランク角に一致すると、ＣＰＵ７１が本ルーチンを実行してステップ６２５に進んだとき、ＣＰＵ７１は、「Ｙｅｓ」と判定してステップ６３５に進み、ＲＡＭ７３に記憶された筒内圧力の時間変化量ΔＰｃの中から最大の時間変化量ΔＰｃを検索する。

そして、ＣＰＵ７１は、ステップ６４０に進み推定自着火タイミングＳｅｓｔを、上記ステップ６３５にて検索された最大の時間変化量ΔＰｃに対応した（関連付けて記憶された）クランク角θに設定する。換言すると、ＣＰＵ７１は、同最大の時間変化量ΔＰｃに対応したクランク角θを推定自着火タイミングＳｅｓｔとして推定する。更に、ＣＰＵ７１は、同ステップ６４０にて推定された推定自着火タイミングＳｅｓｔをＲＡＭ７３に記憶させる。

その後、ＣＰＵ７１は、ステップ６４５に進みＲＡＭ７３に記憶された時間変化量ΔＰｃをクリア（消去、又は、「０」に設定）する。次いで、ＣＰＵ７１は、上述したように、ステップ６３０の処理を実行した後、ステップ６９９に進んで本ルーチンを一旦終了する。

なお、本実施形態は、１つの燃焼サイクルにおいて筒内圧力の時間変化量ΔＰｃが最大となったタイミングを推定自着火タイミングＳｅｓｔとして推定するように構成されているが、燃焼により発生する熱量（熱発生量）の変化率（熱発生率）が１つの燃焼サイクルにおいて最大となったタイミングを推定自着火タイミングＳｅｓｔとして推定するように構成されていてもよい。また、１つの燃焼サイクル全体における熱発生量の総量に対する１つの燃焼サイクルにおいて熱発生量を積算した値の割合が所定の割合（例えば、半分）となったタイミングを推定自着火タイミングＳｅｓｔとして推定するように構成されていてもよい。

（駆動制御）
また、ＣＰＵ７１は、図７にフローチャートにより示した内燃機関１０を駆動制御するための駆動制御ルーチンを、クランク角が所定の微小なクランク角だけ変化する毎に第ｎ気筒専用に実行するようになっている。

従って、所定のタイミングになると、ＣＰＵ７１はステップ７００から本ルーチンの処理を開始してステップ７０５に進み、第ｎ気筒の現時点のクランク角が前述した図３のステップ３２０にて決定された第ｎ気筒の排気弁開弁タイミングＥＯと一致しているか否かを判定する。そして、第ｎ気筒の現時点のクランク角が第ｎ気筒の排気弁開弁タイミングＥＯと一致していると、ＣＰＵ７１はステップ７０５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ７１０に進み、排気弁駆動機構３４ａに指示信号を送出して第ｎ気筒の排気弁３４を開弁させる（図８の（１）を参照。）。これにより、前回の燃焼サイクルにおける燃焼により生成された燃焼ガスが燃焼室２５から排出され始める（排気が開始する）。

以降、ＣＰＵ７１はステップ７１５からステップ７５０までの処理に従って、排気弁３４を開弁させる場合と同様に各種の指示信号を適当なタイミングにて発生し、以下に記述する各種の動作を行わせる。

ステップ７１５及びステップ７２０…第ｎ気筒の現時点のクランク角が図３のステップ３６０にて補正された第ｎ気筒の排気弁閉弁タイミングＥＣと一致したとき、排気弁駆動機構３４ａに指示信号を送出して第ｎ気筒の排気弁３４を閉弁させる（図８の（２）を参照。）。これにより、排気が終了する。その結果、今回の燃焼サイクルにおいて混合ガスが燃焼することにより生成された燃焼ガスの一部は、燃焼室２５内に残留して次回の燃焼サイクルに対して供給される。

ステップ７２５及びステップ７３０…第ｎ気筒の現時点のクランク角が図３のステップ３６０にて補正された第ｎ気筒の吸気弁開弁タイミングＩＯと一致したとき、吸気弁駆動機構３２ａに指示信号を送出して第ｎ気筒の吸気弁３２を開弁させる（図８の（３）を参照。）。これにより、燃焼室２５内へ空気が導入され始める（吸気が開始する）。

ところで、負のオーバーラップ期間の開始時期又は終了時期が変更されると、今回の燃焼サイクルにおいて混合ガスが燃焼することにより生成された燃焼ガスであって燃焼室２５内に残留することにより次回の燃焼サイクルに対して供給される燃焼ガスの量及び次回の燃焼サイクルに対して新たに供給される空気の量が変化する。

図５に示したように、推定自着火タイミングＳｅｓｔが予定自着火タイミングＳｅｐよりも進角側のタイミングＳ１である場合、燃焼ガスの温度（残留燃焼ガス温度）が予定された温度（予定温度）Ｔｅｐよりも低い温度Ｔ１となる。この場合、上述したように、負のオーバーラップ期間は予定オーバーラップ期間ＯＬｅｐよりも長いオーバーラップ期間ＯＬ１に設定されている。従って、今回の燃焼サイクルにおいて混合ガスが燃焼することにより生成された燃焼ガスであって燃焼室２５内に残留することにより次回の燃焼サイクルに対して供給される燃焼ガスの量（燃焼ガス残留量）は、予定された燃焼ガス残留量（予定残留量）Ａｅｐよりも多い残留量Ａ１となる。

これにより、次回の燃焼サイクルにおいて混合ガスに含められる燃焼ガスの温度が低くなっても、混合ガスの圧縮が開始する時点（圧縮開始時点）の混合ガスの温度が予定された温度よりも過度に低くなることを防止することができる。この結果、次回の燃焼サイクルにおける実際の自着火タイミングが予定自着火タイミングＳｅｐよりも過度に遅角することを防止することができる。

一方、推定自着火タイミングＳｅｓｔが予定自着火タイミングＳｅｐよりも遅角側のタイミングＳ２である場合、残留燃焼ガス温度が予定温度Ｔｅｐよりも高い温度Ｔ２となる。この場合、負のオーバーラップ期間は予定オーバーラップ期間ＯＬｅｐよりも短いオーバーラップ期間ＯＬ２である。従って、燃焼ガス残留量は予定残留量Ａｅｐよりも少ない残留量Ａ２となる。これにより、次回の燃焼サイクルにおいて混合ガスに含められる燃焼ガスの温度が高くなっても、圧縮開始時点の混合ガスの温度が予定された温度よりも過度に高くなることを防止することができる。この結果、次回の燃焼サイクルにおける実際の自着火タイミングが予定自着火タイミングＳｅｐよりも過度に進角することを防止することができる。
なお、ステップ７１５からステップ７３０までの各処理が実行されることは、燃焼ガス供給手段の機能の一部が達成されることに対応している。

ステップ７３５及びステップ７４０…第ｎ気筒の現時点のクランク角が図３のステップ３４５にて決定された第ｎ気筒の燃料噴射開始タイミングＩＮＪと一致したとき、第ｎ気筒のインジェクタ３７を図３のステップ３４０にて決定された燃料噴射量τに応じた時間だけ開弁させ、燃料噴射量τの燃料を燃焼室２５内に噴射させる（図８の（４）を参照。）。噴射された燃料は、燃焼室２５内に続いて吸入される空気の流れにより同燃焼室２５にて拡散する。

ステップ７４５及びステップ７５０…第ｎ気筒の現時点のクランク角が図３のステップ３３５にて決定された第ｎ気筒の吸気弁閉弁タイミングＩＣと一致したとき、吸気弁駆動機構３２ａに指示信号を送出して第ｎ気筒の吸気弁３２を閉弁させる（図８の（５）を参照。）。これにより、吸気が終了するとともに空気と燃料と燃焼ガスとからなる混合ガスの圧縮が開始する。

その後、ピストン２２が上死点位置近傍に到達すると、ピストン２２により圧縮された混合ガスの温度は、自着火温度に到達する。これにより、混合ガスは、自着火による燃焼を開始する。
そして、ＣＰＵはステップ７９９に進んで本ルーチンを一旦終了する。
このようにして、内燃機関１０は４サイクル予混合圧縮自着火方式により運転される。

以上、説明したように、本発明による予混合圧縮自着火式内燃機関の制御装置の第１実施形態によれば、今回の燃焼サイクルにおける推定自着火タイミングＳｅｓｔが進角するほど（即ち、今回の燃焼サイクルが終了する時点における燃焼ガスの温度が低くなるほど）多くなる量の燃焼ガスが次回の燃焼サイクルに対して供給される。

これにより、今回の燃焼サイクルの自着火タイミングが比較的大きく進角した場合、即ち、今回の燃焼サイクルが終了する時点における燃焼ガスの温度が予定された温度よりも低くなった場合、比較的多い量の燃焼ガスが次回の燃焼サイクルの混合ガスに含められる。その結果、圧縮開始温度が過度に低くなることを防止することができるので、次回の燃焼サイクルの自着火タイミングが過度に遅角することを防止することができる。

一方、今回の燃焼サイクルの自着火タイミングが比較的大きく遅角した場合、即ち、今回の燃焼サイクルが終了する時点における燃焼ガスの温度が予定された温度よりも高くなった場合、比較的少ない量の燃焼ガスが次回の燃焼サイクルの混合ガスに含められる。これにより、圧縮開始温度が過度に高くなることを防止することができるので、次回の燃焼サイクルの自着火タイミングが過度に進角することを防止することができる。

従って、本発明によれば、燃焼サイクルの経過に伴う自着火タイミングの変動の大きさを、今回の燃焼サイクルの自着火タイミングにかかわらず一定量の燃焼ガスが次回の燃焼サイクルに対して供給される場合と比較して小さくすることができる。即ち、出力軸トルクが比較的大きく変動する状態が継続することを防止することができる。

＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態に係る予混合圧縮自着火式内燃機関の制御装置について説明する。第２実施形態に係る制御装置は、推定自着火タイミングＳｅｓｔの平均値である平均自着火タイミングＳａｖｅ^＊が内燃機関１０の運転状態に応じた目標自着火タイミングＳｔｇｔに一致するように学習値ＧＥＣ^＊及びＧＩＯ^＊をそれぞれ算出し、算出された学習値ＧＥＣ^＊及びＧＩＯ^＊に基づいて負のオーバーラップ期間を補正する点のみにおいて上記第１実施形態に係る制御装置と相違している。以下、かかる相違点を中心として説明する。

この制御装置は、制御量及び制御時期を決定するルーチンとして図３のルーチンに代わるルーチンを実行するようになっている。このルーチンは、上記第１実施形態に係る図３に示したルーチンのステップ３５０とステップ３９９との間に、図９にフローチャートにより示したステップ９０５からステップ９５０までの処理を加えたルーチンである。なお、ステップ９０５からステップ９５０までの各処理が実行されることは、燃焼ガス供給手段の機能の一部が達成されることに対応している。

まず、実際の自着火タイミングが略一定である（実際の自着火タイミングの変動の大きさが極めて小さい）場合から説明する。この場合、ＣＰＵ７１がこのルーチンの処理を開始し、ステップ３５０までの処理を実行すると、同ＣＰＵ７１は、ステップ９０５に進み前回の本ルーチンの実行時において後述するステップ９１０にて算出された平均自着火タイミングＳａｖｅ^＊と上記ステップ３５０にて読み込まれた推定自着火タイミングＳｅｓｔとの差の大きさが所定の閾値αよりも小さいか否かを判定する。ここで、閾値αは正の値であって、内燃機関１０の運転状態に応じて変化してもよい。

上記仮定に従えば、推定自着火タイミングＳｅｓｔは、平均自着火タイミングＳａｖｅ^＊と極めて近しい値である。従って、ＣＰＵ７１は、ステップ９０５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ９１０に進み前回の本ルーチンの実行時において同ステップ９１０にて算出された平均自着火タイミングＳａｖｅ^＊と、上記ステップ３５０にて読み込まれた推定自着火タイミングＳｅｓｔと、同ステップ９１０内に示した式と、に基づいて最新の平均自着火タイミングＳａｖｅ^＊を算出する。ここで、上付き添え字「＊」が付された変数は、要求出力軸トルクＴＱ及びエンジン回転速度ＮＥの所定の範囲毎に互いに独立した変数である。

更に、ＣＰＵ７１は、同ステップ９１０にて平均自着火タイミングＳａｖｅ^＊を算出する基となった推定自着火タイミングＳｅｓｔの数である平均基礎サイクル数Ｎ^＊に「１」を加算する。

そして、ＣＰＵ７１は、ステップ９１５に進み目標自着火タイミングＳｔｇｔをテーブルMapStgt(TQ,NE)に基づいて求める。ここで、テーブルMapStgtは、図１０に示したように、要求出力軸トルクＴＱが所定の低トルク閾値よりも小さい領域であってエンジン回転速度ＮＥが所定の高回転閾値よりも低い領域（内燃機関１０の運転状態が低負荷閾値よりも低負荷側の低負荷運転状態である領域）Ａにおいては、求められる目標自着火タイミングＳｔｇｔが早期自着火タイミングとなるとともに、同領域Ａよりも高トルク側又は高回転側の領域（内燃機関１０の運転状態が同低負荷閾値よりも高負荷側の中高負荷運転状態である領域）Ｂにおいては、求められる目標自着火タイミングＳｔｇｔが最大出力自着火タイミングとなるように設定されている。

最大出力自着火タイミングは、自着火タイミングＳに対する出力軸トルクの変化を表す図１１に示したように、内燃機関１０により出力される出力軸トルクを最大とするタイミングである。また、早期自着火タイミングは、最大出力自着火タイミングよりも進角側のタイミングである。

次いで、ＣＰＵ７１は、ステップ９２０に進み学習値補正係数ＫＥＣをテーブルMapKEC(TQ,NE)に基づいて求めるとともに、学習値補正係数ＫＩＯをテーブルMapKIO(TQ,NE)に基づいて求める。ここで、テーブルMapKECは、求められる学習値補正係数ＫＥＣが負の値となるように設定されている。また、テーブルMapKIOは、求められる学習値補正係数ＫＩＯが正の値となるように設定されている。

その後、ＣＰＵ７１は、ステップ９２５に進み上記ステップ９１０にて算出された最新の平均自着火タイミングＳａｖｅ^＊から上記ステップ９１５にて決定された目標自着火タイミングＳｔｇｔを減じた値に、上記ステップ９２０にて求められた学習値補正係数ＫＥＣを乗じることにより学習値ＧＥＣ^＊に対する補正値を算出し、同算出された補正値を前回の本ルーチンの実行時において同ステップ９２５にて算出された学習値ＧＥＣ^＊に加えることにより最新の学習値ＧＥＣ^＊を算出する。

これにより、平均自着火タイミングＳａｖｅ^＊が目標自着火タイミングＳｔｇｔよりも進角側にあるとき、値Ｓａｖｅ^＊−Ｓｔｇｔが負の値となって学習値ＧＥＣ^＊に対する補正値が正の値となるので、学習値ＧＥＣ^＊は増大する。この結果、排気弁閉弁タイミングＥＣは、後述するステップ９３５にてより遅角側に補正される。即ち、排気弁閉弁タイミングＥＣは、負のオーバーラップ期間がより短くなるように補正される。

更に、ＣＰＵ７１は、同ステップ９２５にて上記ステップ９１０にて算出された最新の平均自着火タイミングＳａｖｅ^＊から上記ステップ９１５にて決定された目標自着火タイミングＳｔｇｔを減じた値に、上記ステップ９２０にて求められた学習値補正係数ＫＩＯを乗じることにより学習値ＧＩＯ^＊に対する補正値を算出し、同算出された補正値を同ステップ９２５の処理の前回の実行により算出された学習値ＧＩＯ^＊に加えることにより最新の学習値ＧＩＯ^＊を算出する。

これにより、平均自着火タイミングＳａｖｅ^＊が目標自着火タイミングＳｔｇｔよりも進角側にあるとき、値Ｓａｖｅ^＊−Ｓｔｇｔが負の値となって学習値ＧＩＯ^＊に対する補正値が負の値となるので、学習値ＧＩＯ^＊は減少する。この結果、吸気弁開弁タイミングＩＯは、後述するステップ９３５にてより進角側に補正される。即ち、吸気弁開弁タイミングＩＯは、負のオーバーラップ期間がより短くなるように補正される。

そして、ＣＰＵ７１は、ステップ９３０に進み補正量ΔＥＣ及びΔＩＯの値をそれぞれ「０」に設定する。

次いで、ＣＰＵ７１は、ステップ９３５に進み上記ステップ３２５にて決定された排気弁閉弁タイミングＥＣに上記ステップ９２５にて算出された学習値ＧＥＣ^＊と上記ステップ９３０にて設定された補正量ΔＥＣとを加えることにより排気弁閉弁タイミングＥＣを補正（更新）する。更に、ＣＰＵ７１は、同ステップ９３５にて上記ステップ３３０にて決定された吸気弁開弁タイミングＩＯに上記ステップ９２５にて算出された学習値ＧＩＯ^＊と上記ステップ９３０にて設定された補正量ΔＩＯとを加えることにより吸気弁開弁タイミングＩＯを補正（更新）する。
そして、ＣＰＵ７１はステップ３９９に進んで本ルーチンを一旦終了する。

このように、平均自着火タイミングＳａｖｅ^＊が目標自着火タイミングＳｔｇｔよりも進角側にあるとき、負のオーバーラップ期間がより短くなるように学習値ＧＥＣ^＊及びＧＩＯ^＊がそれぞれ更新される。これにより、次回の燃焼サイクルに対して供給される燃焼ガス量が少なくなるので、次回の燃焼サイクルにおける圧縮開始温度は低くなる。その結果、次回の燃焼サイクルにおいて、実際の自着火タイミングは遅角して目標自着火タイミングＳｔｇｔに十分に近づけられる。

一方、平均自着火タイミングＳａｖｅ^＊が目標自着火タイミングＳｔｇｔよりも遅角側にあるとき、負のオーバーラップ期間がより長くなるように学習値ＧＥＣ^＊及びＧＩＯ^＊がそれぞれ更新される。これにより、次回の燃焼サイクルに対して供給される燃焼ガス量が多くなるので、次回の燃焼サイクルにおける圧縮開始温度は高くなる。その結果、次回の燃焼サイクルにおいて、実際の自着火タイミングは進角して目標自着火タイミングＳｔｇｔに十分に近づけられる。

以上により、実際の自着火タイミングを目標自着火タイミングＳｔｇｔに一致させることができる。この結果、内燃機関１０の運転状態が中高負荷運転状態である（図１０の領域Ｂにある）とき、目標自着火タイミングＳｔｇｔが最大出力自着火タイミングに設定されるとともに、実際の自着火タイミングがその最大出力自着火タイミングに一致させられる。また、内燃機関１０の運転状態が低負荷運転状態である（図１０の領域Ａにある）とき、目標自着火タイミングＳｔｇｔが早期自着火タイミングに設定されるとともに、実際の自着火タイミングがその早期自着火タイミングに一致させられる。

次に、実際の自着火タイミングの変動の大きさが比較的大きい場合について説明を続けると、ＣＰＵ７１は、ステップ９０５に進んだとき、同ステップ９０５にて「Ｎｏ」と判定してステップ９５０に進み上記ステップ３５５と同様に排気弁閉弁タイミングＥＣの補正量ΔＥＣ及び吸気弁開弁タイミングＩＯの補正量ΔＩＯを決定し、その後、ステップ９３５に進んで排気弁閉弁タイミングＥＣ及び吸気弁開弁タイミングＩＯを補正する。

このように、実際の自着火タイミングの変動の大きさが比較的大きい場合、上記第１実施形態と同様に、燃焼ガスの温度の変動に伴う圧縮開始温度の変動の大きさを抑制するように負のオーバーラップ期間が補正される。
これにより、燃焼サイクルの経過に伴う自着火タイミングの変動の大きさを、今回の燃焼サイクルの自着火タイミングにかかわらず一定量の燃焼ガスが次回の燃焼サイクルに対して供給される場合と比較して小さくすることができる。即ち、出力軸トルクが比較的大きく変動する状態が継続することを防止することができる。

以上、説明したように、本発明による予混合圧縮自着火式内燃機関の制御装置の第２実施形態によれば、実際の自着火タイミングが略一定である場合、実際の自着火タイミングが目標自着火タイミングＳｔｇｔに一致するように学習値ＧＥＣ^＊及びＧＩＯ^＊が算出され、算出された学習値ＧＥＣ^＊及びＧＩＯ^＊に基づいて排気弁閉弁タイミングＥＣ及び吸気弁開弁タイミングＩＯが補正される。これにより、実際の自着火タイミングが目標自着火タイミングＳｔｇｔに一致する。

ところで、上記第２実施形態においては、内燃機関１０の運転状態が中高負荷運転状態であるとき（中高負荷運転時）、目標自着火タイミングＳｔｇｔとして最大出力タイミングが採用され、一方、内燃機関１０の運転状態が低負荷運転状態であるとき（低負荷運転時）、目標自着火タイミングＳｔｇｔとして早期自着火タイミングが採用される。

従って、中高負荷運転時、実際の自着火タイミングが最大出力自着火タイミングに一致するように負のオーバーラップ期間が補正される。これにより、実際の自着火タイミングが最大出力自着火タイミングに一致するので、内燃機関１０により出力されるトルクは、あらゆる自着火タイミングの中で最大となる。この結果、内燃機関１０を良好な燃費にて運転することができる。

一方、低負荷運転時、実際の自着火タイミングが早期自着火タイミングに一致するように負のオーバーラップ期間が補正される。これにより、実際の自着火タイミングが最大出力自着火タイミングよりも進角側の早期自着火タイミングに一致するので、混合ガスの温度は、実際の自着火タイミングが最大出力自着火タイミングに一致する場合よりも早期に、同混合ガスを自着火させるために必要な温度（自着火温度）に到達する。この結果、混合ガスが自着火しにくい低負荷運転時において、混合ガスをより確実に自着火させることができる。

なお、「今回の燃焼サイクルにおける自着火タイミングの変化」に対する「次回の燃焼サイクルに対して供給される燃焼ガスの温度の変化」が比較的小さい運転領域においては、上記制御量及び制御時期を決定するルーチンにおいて、ステップ９５０の処理を省略してもよい。

また、上記第２実施形態においては、平均自着火タイミングＳａｖｅ^＊は、現時点までのすべての燃焼サイクルの推定自着火タイミングＳｅｓｔの平均値であったが、所定のサイクル数（例えば、３つ）だけ前の燃焼サイクルから今回の燃焼サイクルまでの推定自着火タイミングＳｅｓｔの平均値であってもよい。

更に、上記第２実施形態は、現時点までの燃焼サイクルの推定自着火タイミングＳｅｓｔの平均値である平均自着火タイミングＳａｖｅ^＊を算出し、平均自着火タイミングＳａｖｅ^＊と目標自着火タイミングＳｔｇｔとの差に基づいて学習値ＧＥＣ^＊及びＧＩＯ^＊を算出するように構成されていたが、今回の燃焼サイクルの推定自着火タイミングＳｅｓｔと目標自着火タイミングＳｔｇｔとの差に基づいて学習値ＧＥＣ^＊及びＧＩＯ^＊を算出するように構成されていてもよい。この場合、上記制御量及び制御時期を決定するルーチンにおいて、ステップ９１０の処理を省略するとともに、ステップ９２５内に示した式に代えて同式の平均自着火タイミングＳａｖｅ^＊を推定自着火タイミングＳｅｓｔに置換した式により学習値ＧＥＣ^＊及びＧＩＯ^＊を算出する。

なお、本発明は上記各実施形態及び変形例に限定されることはなく、本発明の範囲内において種々の変形例を採用することができる。例えば、上記各実施形態においては、内燃機関１０の運転方式は４サイクル式であったが、２サイクル式であってもよい。この場合、排気弁閉弁タイミングＥＣ及び吸気弁開弁タイミングＩＯを補正して掃気期間を補正することにより次回の燃焼サイクルに対して供給される燃焼ガス量を変更することが好適である。

更に、上記各実施形態は、負のオーバーラップ期間を設けることにより燃焼ガスを燃焼室２５内に供給するとともに負のオーバーラップ期間を変更することにより燃焼室２５内に残留する燃焼ガス量を制御していたが、排気通路と吸気通路とを連通する環流通路を経由して排気通路から吸気通路へ燃焼ガスを導入することにより燃焼ガスを燃焼室２５内に供給するとともに同環流通路に配設された制御弁により同環流通路を通流する燃焼ガス量を制御することにより燃焼室２５内に供給される燃焼ガス量を制御してもよい。

また、排気の終了時に閉弁された排気弁を吸気行程において再び開弁することにより、排気ポート３３へ一旦排出された燃焼ガスを燃焼室２５に再び吸入させてもよい。この場合、吸気行程における排気弁の開弁タイミング及び閉弁タイミングを変更することにより燃焼室２５内に供給される燃焼ガス量を制御する。
また、上記各実施形態においては、失火を確実に防止するために点火プラグ３５によって火花を補助的に発生してもよい。

燃焼サイクルに対する自着火タイミング及び燃焼ガス温度の変化を示したグラフである。 本発明の第１実施形態に係る制御装置を４サイクル予混合圧縮自着火式内燃機関に適用したシステムの概略構成図である。 図２に示したＣＰＵが実行する制御量及び制御時期を決定するためのルーチンを表すフローチャートである。 図２に示したＣＰＵが参照する推定自着火タイミングと補正量との関係を規定したテーブルを示した図である。 推定自着火タイミングに対する残留燃焼ガス温度、負のオーバーラップ期間及び燃焼ガス残留量の変化を示したグラフである。 図２に示したＣＰＵが実行する自着火タイミングを推定するためのルーチンを表すフローチャートである。 図２に示したＣＰＵが実行する内燃機関を駆動制御するためのルーチンを表すフローチャートである。 吸気弁開弁タイミング、吸気弁閉弁タイミング、排気弁開弁タイミング、排気弁閉弁タイミング及び燃料噴射開始タイミング等を概念的に示した説明図である。 本発明の第２実施形態に係る制御装置が制御量及び制御時期を決定するために図３に示したルーチンに加えて実行する処理を表すフローチャートである。 本発明の第２実施形態に係る制御装置が参照する要求出力軸トルク及びエンジン回転速度と目標自着火タイミングとの関係を規定したテーブルを示した図である。 自着火タイミングに対する出力軸トルクの変化を示したグラフである。

符号の説明

１０…内燃機関、３１…吸気ポート、３２…吸気弁、３２ａ…吸気弁駆動機構、３３…排気ポート、３４…排気弁、３４ａ…排気弁駆動機構、３７…インジェクタ、３８…駆動回路、６２…クランクポジションセンサ、６３…筒内圧力センサ、６４…アクセル開度センサ、６５…アクセルペダル、７０…電気制御装置、７１…ＣＰＵ、７３…ＲＡＭ。

Claims (3)

1. 燃焼室内に空気と、燃料と、燃焼ガスと、を含む混合ガスを形成するとともに同形成された混合ガスをピストンの圧縮動作により圧縮して自着火により燃焼させる方式により運転される予混合圧縮自着火式内燃機関の制御装置であって、
   前記混合ガスが自着火するタイミングである自着火タイミングを取得する自着火タイミング取得手段と、
   該自着火タイミング取得手段によって取得された今回の燃焼サイクルにおける自着火タイミングが早いタイミングであるほど次回の燃焼サイクルにおける混合ガスに含まれる燃焼ガスの量が多くなるように今回までの燃焼サイクルにおいて生成された燃焼ガスを次回の燃焼サイクルにおける混合ガスに供給する燃焼ガス供給手段と、
   を備える予混合圧縮自着火式内燃機関の制御装置。
2. 燃焼室内に空気と、燃料と、燃焼ガスと、を含む混合ガスを形成するとともに同形成された混合ガスをピストンの圧縮動作により圧縮して自着火により燃焼させる方式により運転される予混合圧縮自着火式内燃機関の制御装置であって、
   前記混合ガスが自着火するタイミングである自着火タイミングを取得する自着火タイミング取得手段と、
   次回の燃焼サイクルの自着火タイミングが前記内燃機関により出力されるトルクを最大とする最大出力自着火タイミングに一致するように前記取得された今回の燃焼サイクルの自着火タイミング又は前記取得された現時点までの所定の複数の燃焼サイクルの自着火タイミングの平均値である平均自着火タイミングに基づいて燃焼ガス供給量を決定するとともに、今回までの燃焼サイクルにおいて生成された燃焼ガスを同決定された燃焼ガス供給量だけ同次回の燃焼サイクルにおける前記混合ガスに含まれる前記燃焼ガスとして供給する燃焼ガス供給手段と、
   を備える予混合圧縮自着火式内燃機関の制御装置。
3. 燃焼室内に空気と、燃料と、燃焼ガスと、を含む混合ガスを形成するとともに同形成された混合ガスをピストンの圧縮動作により圧縮して自着火により燃焼させる方式により運転される予混合圧縮自着火式内燃機関の制御装置であって、
   前記内燃機関の運転状態を取得する運転状態取得手段と、
   前記混合ガスが自着火するタイミングである自着火タイミングを取得する自着火タイミング取得手段と、
   前記取得された運転状態が所定の運転状態である場合、次回の燃焼サイクルの自着火タイミングが前記内燃機関により出力されるトルクを最大とする最大出力自着火タイミングよりも進角側の早期自着火タイミングに一致するように前記取得された今回の燃焼サイクルの自着火タイミング又は前記取得された現時点までの所定の複数の燃焼サイクルの自着火タイミングの平均値である平均自着火タイミングに基づいて燃焼ガス供給量を決定するとともに、今回までの燃焼サイクルにおいて生成された燃焼ガスを同決定された燃焼ガス供給量だけ同次回の燃焼サイクルにおける前記混合ガスに含まれる前記燃焼ガスとして供給する燃焼ガス供給手段と、
   を備える予混合圧縮自着火式内燃機関の制御装置。
   

Images