以下、図面を参照しながら、本発明の好� ��しい実施形態を詳細に説明する。図1は、本 発明の実施形態による内部EGR制御装置1、お� �びこれを適用した内燃機関(以下「エンジン� ��という)3の概略構成を示している。エンジ� �3は、4つの気筒3a(1つのみ図示)を有する4気筒 のガソリンエンジンであり、車両(図示せず)� ��搭載されている。

 エンジン3のシリンダヘッド3cには、気筒3 aごとに、吸気管4および排気管5が接続される とともに、燃料噴射弁6および点火プラグ7(図 2参照)が、燃焼室3dに臨むように取り付けら� �ている(いずれも1つのみ図示)。この燃料噴� �弁6は、燃焼室3d内の点火プラグ7の近傍に、� ��料を直接、噴射する。燃料噴射弁6の燃料噴 射量および燃料噴射時期は、その開弁時間お よび開弁タイミングをECU2(図2参照)で制御す� �ことによって、制御される。点火プラグ7の� ��火時期もまた、ECU2によって制御される。ま た、このエンジン3では、燃焼モードとして� �燃料噴射弁6から燃料を吸気行程中に噴射す� ��ことにより生成された均質混合気を、点火� ��ラグ7による火花点火によって燃焼させる均 質燃焼モード(以下「SI燃焼モード」という)� �、燃料噴射弁6から燃料を圧縮行程中に噴射� ��ることにより生成された成層混合気を、自� ��着火によって燃焼させる成層燃焼モード(以 下「CI燃焼モード」という)を有し、それらの 切替はECU2によって制御される。

 また、各気筒3aには、一対の吸気弁8、8(1� ��のみ図示)および一対の排気弁9、9(1つのみ� �示)が設けられている。吸気弁8は吸気側動弁 機構40によって開閉され、排気弁9は排気側動 弁機構60によって開閉される。以下、図3~図6� ��参照しながら、これらの吸気側動弁機構40� �よび排気側動弁機構60について説明する。

 吸気側動弁機構40は、通常のカム駆動式� �ものであり、図3に示すように、回転自在の� ��気カムシャフト41と、吸気カムシャフト41に 一体に設けられた吸気カム42と、ロッカアー� ��シャフト43と、ロッカアームシャフト43に回 動自在に支持されるとともに、吸気弁8、8の� ��端にそれぞれ当接する2つのロッカアーム44� ��44(1つのみ図示)などを備えている。

 吸気カムシャフト41は、吸気スプロケッ� �およびタイミングチェーン(いずれも図示せ� ��)を介して、クランクシャフト3eに連結され� ��おり、クランクシャフト3eが2回転するごと� ��1回転する。吸気カムシャフト41が回転する� ��、ロッカアーム44、44が、吸気カム42で押圧� ��れ、ロッカアームシャフト43を中心として� �動することにより、吸気弁8、8が開閉される 。

 一方、排気側動弁機構60は、排気弁9のリ� ��トおよびバルブタイミングを無段階に変更� ��る可変動弁機構で構成されている。なお、� ��実施形態では、「排気弁9のリフト(以下「� �気リフト」という)」は、排気弁9の最大揚程 を表すものとする。

 図4に示すように、排気側動弁機構60は、� ��気カムシャフト61、排気カム62、排気リフト 可変機構70および排気カム位相可変機構90な� �を備えている。

 排気カムシャフト61は、排気スプロケッ� �およびタイミングチェーン(いずれも図示せ� ��)を介して、クランクシャフト3eに連結され� ��おり、クランクシャフト3eが2回転するごと� ��1回転する。

 排気リフト可変機構70は、排気リフトを� �0と所定の最大リフトLEXMAX(図5参照)との間で� ��段階に変更するものである。その構成は、� ��出願人が特開2007-100522号で既に提案したも� �と同様であるので、以下、その概略を簡単� �説明する。

 排気リフト可変機構70は、コントロール� �ャフト71およびロッカアームシャフト72と、� ��れらのシャフト71、72上に気筒3aごとに設け� ��れたロッカアーム機構73と、これらのロッ� �アーム機構73を同時に駆動するアクチュエー タ80(図2参照)などを備えている。

 このロッカアーム機構73は、リンク74a、� �ーラ軸74b、ローラ74cおよびロッカアーム75な どを備えている。また、アクチュエータ80は� ��モータおよび減速ギヤ機構(いずれも図示せ ず)などを組み合わせたものであり、ECU2から� ��後述するリフト制御入力U_SAAEXによって駆動 されると、コントロールシャフト71を回動さ� ��、それにより、リンク74aをローラ軸74bを中� ��として回動させる。

 このリンク74aが図4に実線で示すゼロリフ ト位置にある場合、排気カムシャフト61の回� ��に伴い、排気カム62によりローラ74cがロッ� �アームシャフト72側に押されると、リンク74a は、コントロールシャフト71を中心として、� ��4の時計回りに回動する。その際、ロッカア ーム75の案内面75aがコントロールシャフト71� �中心とする円弧と一致するような形状を有� �ているので、バルブスプリングの付勢力に� �り、ロッカアーム75は図4に示す閉弁位置に� �持される。それにより、排気リフトは値0に� ��持され、排気弁9は閉弁状態に保持される。

 一方、リンク74aがゼロリフト位置から最� ��リフト位置(図4の2点鎖線で示す位置)側の位 置に回動し、保持されている状態では、排気 カム62の回転により、リンク74aがコントロー� ��シャフト71を中心として図4の時計回りに回� ��すると、ロッカアーム75は、バルブスプリ� �グの付勢力に抗しながら、図4に示す閉弁位� ��から下方に回動し、排気弁9を開弁する。そ の際、ロッカアーム75の回動量すなわち排気� ��フトは、リンク74aが最大リフト位置側に近� ��位置にあるほど、より大きくなる。

 以上の構成により、排気弁9は、リンク74a が最大リフト位置側に近い位置にあるほど、 より大きなリフトで開弁する。より具体的に は、排気カム62の回転中、排気弁9は、リンク 74aが最大リフト位置にあるときには、図5に� �線で示すバルブリフト曲線に従って開弁し� �排気リフトは最大リフトLEXMAXになる。した� �って、この排気リフト可変機構70では、アク チュエータ80を介して、リンク74aをゼロリフ� ��位置と最大リフト位置との間で回動させる� ��とにより、排気リフトを値0と所定の最大リ フトLEXMAXとの間で無段階に変化させることが できる。また、後述する排気カム位相CAEXが� �じ場合、排気リフトが大きいほど、排気弁9� ��開弁タイミングは早くなり、閉弁タイミン� ��は遅くなる。

 また、排気リフト可変機構70には、排気� �フトを検出するためのリフトセンサ23が設け られている(図2参照)。このリフトセンサ23は� ��コントロールシャフト71の回動角SAAEXを検出 し、それを表す検出信号をECU2に出力する。� �気リフトは、コントロールシャフト71の回動 角SAAEXから一義的に定まるので、検出された� ��動角SAAEXは、実際の排気リフトを表す。

 一方、排気カム位相可変機構90は、排気� �ムシャフト61のクランクシャフト3eに対する� ��対的な位相(以下「排気カム位相」という)CA EXを無段階に進角側または遅角側に変更する� ��のである。その構成は、本出願人が特開2005 -315161号公報で既に提案したものと同様であ� �ので、以下、その概略を簡単に説明する。

 この排気カム位相可変機構90は、排気カ� �シャフト61の排気スプロケット側の端部に設 けられており、電磁弁91(図2参照)と、これを� ��して油圧が供給される進角室および遅角室( いずれも図示せず)などを備えている。この� �磁弁91は、ECU2に接続されており、ECU2からの� ��相制御入力U_CAEXに応じて、進角室および遅� ��室に供給する油圧を変化させることで、排� ��カム位相CAEXを所定の最遅角値と所定の最進 角値との間で無段階に連続的に変化させる。 それにより、排気弁9のバルブタイミングは� �図6に実線で示す最遅角タイミングと2点鎖線 で示す最進角タイミングとの間で、無段階に 変更される。

 一方、排気カムシャフト61の排気カム位� �可変機構90と反対側の端部には、カム角セン サ22(図2参照)が設けられている。このカム角� ��ンサ22は、排気カムシャフト61の回転に伴い 、パルス信号であるEXCAM信号を所定のカム角( 例えば1゜)ごとにECU2に出力する。ECU2は、こ� �EXCAM信号および後述するCRK信号に基づき、排 気カム位相CAEXを算出する。

 以上のように、このエンジン3では、排気 側動弁機構60により、排気弁9のリフトおよび バルブタイミングが無段階に変更され、それ により、気筒3a内に残留する既燃ガスの量す� ��わち内部EGR量が制御される。

 エンジン3には、クランク角センサ21が設� ��られている。クランク角センサ21は、マグ� �ットロータおよびMREピックアップ(いずれも� ��示せず)で構成されており、クランクシャフ ト3eの回転に伴い、パルス信号であるCRK信号� ��よびTDC信号を、ECU2に出力する。

 このCRK信号は、所定のクランク角(例えば 30゜)ごとに出力される。ECU2は、CRK信号に基� �き、エンジン3の回転数(以下「エンジン回転 数」という)NEを算出する。また、TDC信号は、 気筒3aのピストン3bが吸気行程開始時のTDC(上� ��点)付近の所定のクランク角度位置にあるこ とを表す信号であり、本実施形態のような4� �筒タイプの場合には、クランク角180゜ごと� �出力される。

 また、エンジン3の吸気管4には、上流側� �ら順に、エアフローメータ24(図2参照)、吸気 温センサ25および吸気圧センサ26が設けられ� �いる。エアフローメータ24は吸気量GAIRを、� �気温センサ25は吸気管4内の温度(以下「吸気� ��」という)TINを、吸気圧センサ26は吸気管4内 の圧力(以下「吸気圧」という)PINを検出し、� ��れらの検出信号は、ECU2に出力される。

 さらに、エンジン3の排気管5には、上流� �から順に、排気温センサ27、排気圧センサ28� ��よびLAFセンサ29(図2参照)が設けられている� �排気温センサ27は排気管5内の温度(以下「排� ��温」という)TEXを、排気圧センサ28は排気管5 内の圧力(以下「排気圧」という)PEXを検出し� ��それらの検出信号は、ECU2に出力される。LAF センサ29は、理論空燃比よりもリッチなリッ� ��領域から極リーンまでの広範囲な空燃比の� ��域において、排気管5内を流れる排ガス中の 酸素濃度をリニアに検出し、その検出信号を ECU2に出力する。ECU2は、LAFセンサ29からの検� �信号に基づいて、排ガスの空燃比すなわち� �合気の空燃比AFを算出する。

 エンジン3の本体には、水温センサ30が設� ��られている。水温センサ30は、エンジン3の� ��リンダブロック3f内を循環する冷却水の温� �(以下「エンジン水温」という)TWを検出し、� ��の検出信号をECU2に出力する。

 さらに、ECU2には、アクセル開度センサ31� ��ら、アクセルペダル(図示せず)の踏み込み� �(以下「アクセル開度」という)APを表す検出� ��号が出力される。

 ECU2は、I/Oインターフェース、CPU、RAMおよ びROMなどから成るマイクロコンピュータ(い� �れも図示せず)で構成されている。ECU2は、前 述した各種のセンサ21~31からの検出信号に応� ��、ROMに記憶された制御プログラムなどに従� ��て、エンジン3の運転状態を判別するととも に、判別した運転状態に応じて、エンジン3� �燃焼モードを、SI燃焼モードまたはCI燃焼モ� ��ドに決定する。また、ECU2は、エンジン3の� �転状態や燃焼モードに応じて、燃料噴射制� �を実行する。

 さらに、ECU2は、決定した燃焼モードに応 じて排気側動弁機構60を制御することにより� ��排気弁9の閉弁タイミングを変更し、内部EGR 量を制御する。なお、本実施形態では、ECU2� �、目標内部EGR量設定手段、内部エネルギ算� �手段、目標内部EGR量補正手段、閉弁タイミ� �グ算出手段および制御手段に相当する。

 図7は、ECU2で実行される燃焼モードの決� �処理を示すフローチャートである。本処理� �、TDC信号の発生に同期して実行される。本� �理では、まず、ステップ1(「S1」と図示。以� ��同じ)において、検出されたエンジン水温TW� ��所定温度TWJUD(例えば85℃)よりも高いか否か� ��判別する。この判別結果がNOで、エンジン� �温TWが所定温度TWJUD以下のときには、CI燃焼� �適した燃焼室3d内の温度を確保できないとし て、燃焼モードをSI燃焼モードに決定し、そ� ��ことを表すために、CI燃焼モードフラグF_HCC Iを「0」にセットした(ステップ3)後、本処理� ��終了する。

 一方、ステップ1の判別結果がYESのときに は、エンジン3がCI燃焼を実行すべき運転領域 (以下「HCCI領域」という)にあるか否かを判別 する(ステップ2)。この判別は、図8に示す燃� �領域マップに基づき、エンジン回転数NEおよ び要求トルクPMCMDに応じて行われる。この燃� ��領域マップでは、HCCI領域は、エンジン回転 数NEが低~中回転域にあり、また要求トルクPMC MDが低~中負荷域にある運転領域に相当する。 なお、要求トルクPMCMDは、エンジン回転数NE� �よびアクセル開度APに応じ、マップ(図示せ� �)を検索することによって算出される。

 前記ステップ2の判別結果がNOで、エンジ� ��3がHCCI領域にないときには、前記ステップ3� ��実行し、SI燃焼モードを選択する。一方、� �テップ2の判別結果がYESで、エンジン3がHCCI� �域にあるときには、燃焼モードをCI燃焼モー ドに決定し、そのことを表すために、CI燃焼� ��ードフラグF_HCCIを「1」にセットした(ステ� �プ4)後、本処理を終了する。

 図9は、内部EGRの制御処理を示すフローチ ャートである。本処理もまた、TDC信号の発生 に同期して実行される。本処理では、まず、 ステップ11において、エンジン回転数NEおよ� �要求トルクPMCMDに応じ、燃焼モードごとに設 定された所定のマップ(いずれも図示せず)を� ��索することによって、内部EGR量の目標とな� ��目標内部EGR量EGRINCMDを算出する。

 次に、気筒3a内に残留した既燃ガスが保有� �る内部エネルギ(以下「実内部エネルギ」と� ��う)QACTを算出する(ステップ12)。図10は、こ� �実内部エネルギQACTの算出処理を示すサブル� ��チンである。まず、ステップ31において、� �気圧PINに応じ、次式(1)に従って、圧縮行程� �開始直前において気筒3a内に存在する吸気お よび既燃ガスを合わせた作動ガスの内部エネ ルギ(以下「作動ガス内部エネルギ」という)Q CYLを算出する。
 QCYL=PIN×VCYL/R1               ・・・(1 )
 ここで、R1は気体定数(例えば287J/kg・K)であ� ��。VCYLは、圧縮行程の開始直前における気筒 3aの容積であり、所定値に設定されている。� ��た、上記式(1)に従って作動ガス内部エネル� ��QCYLを算出するのは、気体が保有する内部エ ネルギが気体の質量と温度との積で定まると ともに、気体の状態方程式(PV=nRT)から式(1)の� ��辺が気体の質量と温度との積に相当するた� ��である。

 次に、検出された吸気量GAIRおよび吸気温TIN を用い、次式(2)に従って、吸気の内部エネル ギ(以下「吸気内部エネルギ」という)QINを算� ��する(ステップ32)。
 QIN=GAIR×TA                    ・・ ・(2)

 次いで、作動ガス内部エネルギQCYLから吸 気内部エネルギQINを減算する(=QCYL-QIN)ことに� ��って、実内部エネルギQACTを算出し(ステッ� �33)、本処理を終了する。エネルギ保存の法� �から、作動ガス内部エネルギQCYLは、吸気と� ��燃ガスの比熱が同じと仮定すると、実内部� ��ネルギQACTと吸気内部エネルギQINの和に等し い(QCYL=QACT+QIN)。したがって、上記のように、 実内部エネルギQACTを、作動ガス内部エネル� �QCYLと吸気内部エネルギQINから、両者の差に� ��って算出することができる。

 図9に戻り、前記ステップ12に続くステッ� ��13では、実内部エネルギQACTに応じた補正値Q Cを算出する。図11は、この補正値QCの算出処� ��を示すサブルーチンである。本処理では、� ��ず、ステップ41において、CI燃焼モードフラ グF_HCCIが「1」であるか否かを判別する。こ� �判別結果がNOで、SI燃焼モードのときには、� ��12に示すマップから、要求トルクPMCMDに応じ てSI燃焼モード用のマップ値QSIを検索し、内� ��エネルギの目標となる目標内部エネルギQCMD として設定する(ステップ42)。このマップで� �、マップ値QSIは、要求トルクPMCMDが大きいほ ど、より大きな値に設定されている。

 一方、ステップ41の判別結果がYESで、CI燃 焼モードのときには、図12に示すマップから� ��要求トルクPMCMDに応じてCI燃焼モード用のマ ップ値QCIを検索し、目標内部エネルギQCMDと� �て設定する(ステップ43)。このマップでは、� ��ップ値QCIは、要求トルクPMCMDが小さいほど� �自己着火を行うのにより大きな内部エネル� �が必要になることから、より大きな値に設� �されている。また、このCI燃焼モード用のマ ップ値QCIは、自己着火に必要な内部エネルギ を確保するため、要求トルクPMCMDの全領域に� ��いて、SI燃焼モード用のマップ値QSIよりも� �きな値に設定されている。

 ステップ42または43に続くステップ44では� ��目標内部エネルギQCMDから実内部エネルギQAC Tを減算する(=QCMD-QACT)ことによって、補正値QC を算出し、本処理を終了する。

 図9に戻り、前記ステップ13に続くステッ� ��14では、気体定数Rを算出する。図13は、こ� �気体定数Rの算出処理を示すサブルーチンで� ��る。本処理では、まず、ステップ51におい� �、CI燃焼モードフラグF_HCCIが「1」であるか� �かを判別する。この判別結果がNOで、SI燃焼� ��ードのときには、気体定数Rを所定値RSI(例� �ば255J/kg・K)に設定し(ステップ52)、本処理を� ��了する。この所定値RSIは、均質燃焼におけ� ��既燃ガスの気体定数に相当するものであり� ��実験などによってあらかじめ求められる。

 一方、ステップ51の判別結果がYESで、CI燃 焼モードのときには、検出された空燃比AFに� ��じて、所定のマップ(図示せず)からマップ� �RCIを検索し、気体定数Rとして設定した(ステ ップ53)後、本処理を終了する。このマップに おいて、マップ値RCIは、空気の気体定数に相 当する上限値(例えば287J/kg・K)と、均質燃焼� �おける既燃ガスの気体定数に相当する下限� �(例えば255J/kg・K)との間に設定されており、� ��燃比AFが高いほど、より大きな値に設定さ� �ている。

 図9に戻り、前記ステップ14に続くステップ1 5では、補正値QC、目標内部EGR量EGRINCMD、検出� ��れた排気温TEXおよび排気圧PEXと、算出した� ��体定数Rを用い、気体の状態方程式に基づき 、次式(3)に従って、最終目標内部EGR量EGRINCを 算出する。
 EGRINC=(EGRINCMD×TEX+QC)×R/PEX ・・・(3)

 次に、算出した最終目標内部EGR量EGRINC、� ��よびエンジン回転数NEに応じ、マップ(図示� ��ず)を検索することによって、排気カム位相 CAEXの目標となる目標排気カム位相CAEXCMDを算� ��する(ステップ16)。次いで、算出した目標排 気カム位相CAEXCMDと検出された実際の排気カ� �位相CAEXに応じ、位相制御入力U_CAEXを算出す� ��(ステップ17)とともに、算出した位相制御入 力U_CAEXに応じて、電磁弁91を駆動する(ステッ プ18)。以上により、排気カム位相CAEXが目標� �気カム位相CAEXCMDになるように制御される。

 次に、最終目標内部EGR量EGRINCに応じ、テ� ��ブル(図示せず)を検索することによって、� �気弁9の目標閉弁タイミングに相当する目標� ��弁クランク角CAEXVCを算出する(ステップ19)と ともに、目標閉弁クランク角CAEXVCおよび排気 カム位相CAEXに応じて、コントロールシャフ� �71の回動角SAAEXの目標となる目標回動角SAAEXCM Dを算出する(ステップ20)。

 次いで、回動角SAAEXおよび目標回動角SAAEX CMDに応じて、リフト制御入力U_SAAEXを算出す� �(ステップ21)。そして、リフト制御入力U_SAAEX に応じて、アクチュエータ80を駆動する(ステ ップ22)。以上により、回動角SAAEXが目標回動� ��SAAEXCMDになるように制御される。

 以上のように、本実施形態によれば、作� ��ガス内部エネルギQCYLと吸気内部エネルギQIN との差(=QCYL-QIN)に基づいて算出した実内部エ� ��ルギQACTに応じて、目標内部EGR量EGRINCMDを補� ��するので、経年変化などにより排気弁9の実 際のバルブタイミングなどが変化し、既燃ガ スの性状が変化した場合でも、それによる影 響を補償しながら、最終目標内部EGR量EGRINCを 適切に算出することができる。また、目標内 部EGR量EGRINCMDを補正するための補正値QCを、� �標内部エネルギQCMDと実内部エネルギQACTとの 差として設定するので、燃焼に必要な内部エ ネルギを確保することができる。そして、以 上のようにして算出した最終目標内部EGR量EGR INCに応じて、排気側動弁機構60を制御し、排� ��弁9の閉弁タイミングを制御するので、内部 EGR量を適切に制御できる結果、気筒3a内の温� ��を適切に制御することができる。

 また、作動ガス内部エネルギQCYLと吸気内 部エネルギQINを用いて実内部エネルギQACTを� �出するので、既燃ガスの質量や温度を検出� �るためのセンサを新たに設けることなく、� �ンジン3の制御のために通常、設けられる既� ��のセンサ24~26を利用しながら、コスト増を� �うことなく、実内部エネルギQACTを適切に算� ��することができる。

 なお、本発明は、説明した実施形態に限� ��されることなく、種々の態様で実施するこ� ��ができる。例えば、実施形態では、実内部� ��ネルギQACTを、作動ガス内部エネルギQCYLと� �気内部エネルギQINとの差に基づいて算出し� �いるが、これに限らず、実際の内部エネル� �を適切に算出できるものであれば、他の任� �の算出方法を採用できる。例えば、既燃ガ� �の量と温度をそれぞれ取得するとともに、� �者の積に基づいて、実内部エネルギQACTを算� ��してもよい。また、実施形態では、内部EGR� ��を、排気リフト可変機構70および排気カム� �相可変機構90の両方によって制御しているが 、これに限らず、例えばこれらの一方で制御 してもよい。

 また、実施形態は、本発明を車両に搭載� ��れたガソリンエンジンに適用した例である� ��、本発明は、これに限らず、ガソリンエン� ��ン以外のディーゼルエンジンなどの各種の� ��ンジンに適用してもよく、また、車両用以� ��のエンジン、例えば、クランク軸を鉛直に� ��置した船外機などのような船舶推進機用エ� ��ジンにも適用可能である。その他、本発明� ��趣旨の範囲内で、細部の構成を適宜、変更� ��ることが可能である。