JP2005090468A - 予混合圧縮自着火内燃機関のｅｇｒ装置、および、予混合圧縮自着火内燃機関の着火時期制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 予混合圧縮自着火内燃機関のＥＧＲ装置において、運転領域をより高負荷側に拡大可能な構成を提供する。
【解決手段】 燃焼室５に連通する吸気通路（１９・１７・１３・１１）及び排気通路（２２・２３）と、前記燃焼室５と前記吸気通路（１９・１７・１３・１１）の間を開閉する吸気弁７と、前記燃焼室５と前記排気通路（２２・２３）の間を開閉し、その排気行程における閉弁時期がピストン上死点より進角して設定される排気弁９と、前記吸気通路（１９・１７・１３・１１）に設置される過給圧可変型の過給機１５と、を有する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、予混合圧縮自着火内燃機関の燃焼室に排ガスを還流させるＥＧＲ装置の構成に関する。また、予混合圧縮自着火内燃機関の予混合気の着火時期の制御方法に関する。

予混合圧縮自着火内燃機関のＥＧＲ装置は、例えば特許文献１に開示されるものがある。この特許文献１においては、低負荷時において圧縮自着火燃焼を行わせる際には、排気弁の閉弁時期がピストン上死点前の排気行程中途に進角されるバルブタイミングに設定することで、高温の既燃ガスを燃焼室に滞留させて内部ＥＧＲガスとし、次サイクルで吸入される新気と混合させることで、圧縮自着火燃焼の着火性を向上させている。また、この装置は、低負荷時には圧縮自着火燃焼、高負荷時には点火プラグを用いた火花点火燃焼を行わせる構成としている。
特開２０００−６４８６３号公報

ここで一般に、予混合圧縮自着火内燃機関においては、燃料と空気とを予め混合しておき、それを圧縮して自然に自己着火させる方式であるので、ピストン上死点付近で自己着火が行われるように温度・圧力・燃料濃度を含む様々な制御要因を適切にコントロールしなければならず、その制御が極めて難しいという問題がある。従って、上記のような制御が困難ではない領域のみで運転することとなるため、運転範囲は狭い。

上記特許文献１のＥＧＲ装置を備える予混合圧縮自着火内燃機関においても、火花点火燃焼を行っている領域で圧縮自着火燃焼を行うことができるように、圧縮自着火燃焼の運転範囲を拡大して、熱効率が高く有害物質の排出が少ない等の圧縮自着火燃焼のメリットを十分に活用することが望まれている。

本発明は上記の点に鑑みてされたものであり、その目的は、予混合圧縮自着火内燃機関においてその運転範囲を高負荷側に拡大可能なＥＧＲ装置あるいは着火時期制御方法を提供することにある。

課題を解決するための手段及び効果

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段とその効果を説明する。

本発明の第１の観点によれば、燃焼室に連通する吸気通路及び排気通路と、前記燃焼室と前記吸気通路の間を開閉する吸気弁と、前記燃焼室と前記排気通路の間を開閉し、その排気行程における閉弁時期がピストン上死点より進角して設定される排気弁と、前記吸気通路に設置される過給圧可変型の過給機と、を有する、予混合圧縮自着火内燃機関のＥＧＲ装置が提供される。

これによると、排気行程における排気弁の閉弁時期がピストン上死点より進角して設定されているので、燃焼室内に既燃ガスをトラップして内部ＥＧＲガスを確実に確保でき、前記過給機による過給と合わせて着火性を向上させることができる。
更には、吸気通路に設置される過給機は過給圧可変型に構成されているから、負荷に応じて過給圧を変更制御することで、内燃機関の運転範囲を高負荷側に拡大することができる。

上記の予混合圧縮自着火内燃機関のＥＧＲ装置においては、前記燃焼室に供給される燃料はガス燃料であり、また、前記排気通路の排気ガスを前記吸気通路の前記過給機より上流側へ戻すＥＧＲ通路を有することが好ましい。

これによると、ＥＧＲ通路が、排気通路の排気ガスを過給機より上流側（即ち低圧側）に戻すように構成されているので、多くの外部ＥＧＲガスを吸気通路へ還流させることができる。
また、ガス燃料を燃焼室に供給するいわゆるガスエンジンであるので、排気ガスに含まれるＳＯＦ分が少ないから、過給機より上流側に排気ガスを戻したとしても過給機にＳＯＦ分が付着して悪影響を与えない構成とすることができる。

上記の予混合圧縮自着火内燃機関のＥＧＲ装置においては、前記排気弁には可変バルブタイミング機構が設けられていることが好ましい。

これによると、排気弁の閉弁タイミングを変動させることで、燃焼室にトラップされる前記内部ＥＧＲガスの量を変更でき、混合気の着火性の制御がより容易となる。

上記の予混合圧縮自着火内燃機関のＥＧＲ装置においては、前記ＥＧＲ通路にはＥＧＲクーラが設置されていることが好ましい。

これによると、ＥＧＲクーラによって冷却された後の外部ＥＧＲガスを吸気側に還流させることで、燃焼室内の燃焼速度の抑制効果をより良好に発揮でき、内燃機関の運転範囲をより高負荷側に拡大できる。

本発明の第２の観点によれば、燃焼室に連通する吸気通路及び排気通路と、前記燃焼室と前記吸気通路の間を開閉する吸気弁と、前記燃焼室と前記排気通路の間を開閉する排気弁と、前記吸気通路に設置される過給圧可変型の過給機と、を有する予混合圧縮自着火内燃機関において、前記排気弁を、その排気行程における閉弁時期がピストン上死点より進角するように設定し、要求負荷に応じて前記過給機の過給圧を変更することで燃焼室内の予混合気の着火時期の制御を行う、予混合圧縮自着火内燃機関の着火時期制御方法が提供される。

これによると、排気行程における排気弁の閉弁時期がピストン上死点より進角して設定されているので、燃焼室内に既燃ガスをトラップして内部ＥＧＲガスを確実に確保でき、前記過給機による過給と合わせて着火性を向上させることができる。
更には、吸気通路に設置される過給機は過給圧可変型に構成した上で、負荷に応じてその過給圧を変更制御することで、内燃機関の運転範囲を高負荷側に拡大することができる。

上記の予混合圧縮自着火内燃機関の着火時期制御方法においては、前記排気通路の排気ガスを前記吸気通路の前記過給機より上流側へ戻すＥＧＲ通路と、前記排気ガスの還流量を調整するために前記ＥＧＲ通路に配置されるＥＧＲ制御弁と、を有し、該ＥＧＲ制御弁を、低負荷運転時には閉弁し、高負荷運転時には開弁するように制御することが好ましい。

これによると、ＥＧＲ通路が、排気通路の排気ガスを過給機より上流側（即ち低圧側）に戻すように構成されているので、多くの外部ＥＧＲガスを吸気通路へ還流させることができる。
また、予混合圧縮自着火内燃機関の運転範囲を中〜高負荷側に広げたとしても、高負荷運転時にはＥＧＲ制御弁が開いて、上記のように多くの外部ＥＧＲガスを燃焼室へ還流させ得る。従って、燃焼室内での燃焼速度を抑制して過早着火や異常燃焼を回避し、円滑な運転が実現される。

次に、発明の実施の形態を説明する。
図１には、内燃機関を備えるガスヒートポンプの系統図の一例が示される。本発明の一実施形態に係るＥＧＲ装置を備えた内燃機関は、例えば、図１に示すようなガスヒートポンプ１００に適用することができる。このガスヒートポンプ１００は、都市ガス（天然ガス）を用いた内燃機関（ガスエンジン）によってヒートポンプサイクルを駆動して冷暖房を行うものであって、図１には、暖房サイクルとして機能している場合の系統を例示している。

ガスヒートポンプ１００は、室外機１０１と室内機１０２とを備えており、室外機１０１は、本実施形態に係る内燃機関（ガスエンジン）１と、内燃機関１によって駆動されるコンプレッサ１０３と、熱交換器１０４・１０５と、膨張弁１０６と、を含む。

冷媒は、室内機１０２側の熱交換器で凝縮され、液化することで熱を放出し、室内を暖房する。その後、矢印ａのように流れて、膨張弁１０６を通過して膨張し、低温低圧の液体になる。更に矢印ｂのように流れて、室外機１０１の熱交換器１０４で蒸発して吸熱し、低温低圧の気体になる。次いで矢印ｃのように流れて、コンプレッサ１０３で圧縮されて高温・高圧の気体になる。その後、矢印ｄのように流れ、再び室内機１０２で液化して熱を放出する。ガスヒートポンプ１００では、このような暖房サイクルが反復されている。また、図１では、内燃機関１の排熱を利用して温水を循環し、冷媒と熱交換器１０５で熱交換を行うサイクルを例示している。

図２は４ストローク圧縮自着火式内燃機関に本発明を適用した実施形態を示す。エンジン１は、シリンダブロック２と、シリンダヘッド３と、ピストン４と、燃焼室５と、吸気弁７と、吸気ポート８と、排気弁９と、排気ポート１０と、を備える。

前記吸気ポート８は、対応する吸気枝管１１を介してサージタンク１２に連結され、サージタンク１２は吸気ダクト１３に接続される。吸気ダクト１３は、吸気管１７を介して、電動モータ１４によって駆動される遠心式コンプレッサ１５の出口部に連結される。また、吸気ダクト１３の中途部には、燃料供給のためのガスレギュレータ１６の燃料供給口２１が接続される。加えて、吸気ダクト１３の内部にスロットルバルブ１８が配置される。前記遠心式コンプレッサ１５の入口部には、空気吸込管１９を介してエアクリーナ２０が接続される。

空気吸込管１９と吸気管１７とを相互に連通するようにバイパス経路２７が設けられる。また、このバイパス経路２７を開閉するためのバイパス制御弁２８が備えられる。

排気ポート１０は排気マニホールド２２を介して排気管２３に接続される。排気管２３は、排気ガス還流のためのＥＧＲ通路２４を介して、前記空気吸込管１９の中途部に接続される。即ち、前記ＥＧＲ通路２４の吸気側通路への開口部が、前記遠心式コンプレッサ１５よりも上流側に位置している。

ＥＧＲ通路２４にはＥＧＲ制御弁２５が配置される。また、ＥＧＲ通路２４内には、当該ＥＧＲ通路２４内を流れるＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲクーラ２６が設置される。

図３に示すように、内燃機関１の図示しない吸気側カム軸及び排気側カム軸には、吸気弁７及び排気弁９の開閉タイミング（開弁時期及び閉弁時期）を独立して変更可能な可変バルブタイミング機構３１・３２が設けられている。この可変バルブタイミング機構３１・３２は、図示しないクランク軸に対する各カム軸の回転位相を調整しつつ吸気弁７及び排気弁９の開閉を行うことが可能であり、これにより、吸気弁７と排気弁９とがともに閉じている期間を任意に設定可能になっている。なお、可変バルブタイミング機構３１・３２は、それぞれ吸気側油圧制御弁３３及び排気側油圧制御弁３４で油圧が制御されることにより開閉タイミングの調整を行うようになっており、例えば特開２００１−３５５４６２号公報に記載されているもの等、種々のものを用いることができる。

次に、内燃機関１に備えられる内燃機関用制御装置４０について説明する。図３において、内燃機関用制御装置４０は、吸気弁７及び排気弁９の開閉タイミングを変更可能な可変バルブタイミング機構３１・３２と、前記の各油圧制御弁３３・３４と、内燃機関１の諸制御を行うエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）３５とを備えている。

ＥＣＵ３５は、可変バルブタイミング機構３１・３２を制御する吸排気弁開閉タイミング制御部（吸排気弁開閉タイミング制御手段）４２や、ＥＧＲバルブ制御部５１や、過給制御部５２を備えている。そして、ＥＣＵ３５には、クランク軸に取り付けられて所定のクランク角毎にクランク角信号を出力するクランク角センサ３６、吸気側カム軸及び排気側カム軸にそれぞれ取り付けられて所定のカム角毎にカム角信号を出力する吸気側カム角センサ３７及び排気側カム角センサ３８、前記の室内機１０２の設定運転条件を負荷信号として出力する（又は、前記コンプレッサ１０３の運転状況を検知して負荷信号として出力する）負荷センサ３９等の各センサが接続され、各センサからの信号を受信可能になっている。また、ＥＣＵ３５は、各油圧制御弁３３・３４と接続され、後述のように、これらを制御することができるようになっている。

なおＥＣＵ３５は、図示しないハードウェア構成として、ＣＰＵやＲＯＭやＲＡＭ等を内蔵している。ＲＯＭは読出専用の記憶装置であって、内燃機関１の動作を制御するために用いられる各種プログラムが格納されている。ＲＡＭは読出・書込両用の記憶装置であって、プログラムの実行に伴う演算結果等を一時的に格納することができる。ＣＰＵは、受信した各種信号やＲＯＭに格納された各種プログラムに基づいて各種演算及び処理を行い、各油圧制御弁３３・３４の制御を行う。即ち、これらのハードウェア及びソフトウェアが組み合わされることによって、吸排気弁開閉タイミング制御部４２やＥＧＲバルブ制御部５１や過給制御部５２がＥＣＵ３５内に構築されている。

吸排気弁開閉タイミング制御部４２は、負荷センサ３９からの負荷信号に応じて吸気弁７及び排気弁９がともに閉じている期間を設定するとともに、吸気弁７及び排気弁９の各開閉タイミングを設定する。本実施形態では吸排気弁開閉タイミング制御部４２は、排気弁９の閉弁時期をピストン４の吸入上死点よりも進角側に設定するとともに、吸気弁７の開弁時期を、同程度、ピストン４の吸入上死点よりも遅角側に設定する。このように、排気行程から吸気行程にかけて吸気弁７と排気弁９とがともに閉じている期間が存在するように、吸気弁７及び排気弁９の目標開閉タイミングの設定を行う。そして、クランク角センサ３６、各カム角センサ３７・３８、各油圧制御弁３３・３４からの各フィードバック信号をもとに実際の吸気弁７及び排気弁９の開閉タイミングを求めて、各油圧制御弁３３・３４の指令を調節し、吸気弁７及び排気弁９の開閉タイミングが目標の開閉タイミングに追従するように、各可変バルブタイミング機構３１・３２のフィードバック制御を行う。

ＥＧＲバルブ制御部５１は前記ＥＧＲ制御弁２５に接続されており、その開度を変更できるように構成している。一方、過給制御部５２は前記電動モータ１４に電気的に接続されており、その回転数を変更することで、過給圧を制御することができる。また、過給制御部５２はバイパス制御弁２８に接続されており、その開閉を制御できるように構成している。

以上の構成としたＥＣＵ３５の制御について説明する。
即ち、ＥＣＵ３５は所定時間毎に、クランク角センサ３６や負荷センサ３９からの信号を基に、現在のエンジン回転数と、要求されている負荷を計算して取得する。そして、取得されたエンジン回転数と負荷を、前記ＲＯＭに記憶されている制御マップと照合して、（ａ）内部ＥＧＲガスの供給のみを行うか、（ｂ）内部ＥＧＲガスの供給のみならず過給を行うか、（ｃ）更に加えて外部ＥＧＲガスの供給を行うかを決定する。

この制御マップは例えば図４のようなマップであり、（ａ）低回転かつ低負荷時には内部ＥＧＲのみ、（ｂ）中負荷時には内部ＥＧＲ＋過給、（ｃ）高負荷時には内部ＥＧＲ＋過給＋外部ＥＧＲ、となるように設定されている。なお、ＲＯＭにマップを記憶させて照合させる構成に限らず、予め記憶された判定式にエンジン回転数と負荷を当てはめて、上記（ａ）（ｂ）（ｃ）のいずれを行うかを決定しても差し支えない。

（ａ）内部ＥＧＲガスの供給のみを行う旨決定した場合は、要求される負荷に応じてバルブタイミングを制御しながら、ＥＧＲ量を調整する。なお、この（ａ）の運転領域では過給を行わないため、前記電動モータ１４は停止制御されるとともに、バイパス制御弁２８が開かれてバイパス経路２７が開放される。従って、新気はこのバイパス経路２７を通過して燃焼室５へ供給される。また、この（ａ）の運転領域では前記ＥＧＲ制御弁２５の開度はゼロとなるよう制御されるので、排気ガス（外部ＥＧＲガス）の吸気側へのＥＧＲ通路２４を通じた供給は行われない。

図５は、本内燃機関の圧縮自着火運転における吸気弁７及び排気弁９の開閉タイミングについて模式的に示したものである。ここで図５に示すように、排気行程から吸気行程にかけて、排気弁９の閉弁時期（ＥＶＣ）は吸入上死点よりも進角側に制御される。また、吸気弁７の開弁時期（ＩＶＯ）は吸入上死点よりも遅角側となるように制御される。言い換えれば、吸気弁７と排気弁９とがともに閉じている期間（負のオーバーラップ期間）Ｔが生じるように制御されている。

この制御の効果を説明する。膨張行程が終了して排気行程が開始すると、燃焼後の排気ガス（既燃ガス）は、ピストン４の上昇によって、その一部は排気ポート１０を介して排出される。しかし、ピストン４の吸入上死点より進角側で排気弁９が閉じられるため（ＥＶＣ）、排気弁９の閉弁後には、既燃ガスは燃焼室５内にトラップされる。この既燃ガスが残留ガス（内部ＥＧＲガス）となる。

そして、ピストン４の吸入上死点より遅角側で吸気弁７が開かれ（ＩＶＯ）、吸気ポート８から供給された空気と燃料との予混合気は、燃焼室５内の前記残留ガスと混合される。この結果、燃焼後の高温の内部ＥＧＲガスによって混合気が加熱され、着火性が向上されることになる。

前記（ａ）の運転領域では、バルブタイミングの制御は例えば以下のように行うことができる。即ち、負荷が低くなるに従って、排気弁９の閉弁時期を進角させ且つ吸気弁７の開弁時期を遅角させる。逆に負荷が高くなったときは、排気弁９の閉弁時期は遅角させ且つ吸気弁７の開弁時期は進角させる。

こうすることによって、低負荷時には高温の内部ＥＧＲ量が増大するため、よりリーン（希薄）な混合気に対しても十分な圧縮着火燃焼が安定的に得られる。即ち、低負荷運転時において燃費を向上できるとともに、ＮＯｘ排出量を低減することができる。また一方で、負荷が高くなるにしたがい高温の内部ＥＧＲ量を少なくして、ノッキングの発生を抑制することが可能になる。

そして、（ｂ）中負荷時であって、内部ＥＧＲガスの供給に加えて過給を行う旨をＥＣＵ３５が決定した場合は、前記電動モータ１４を回転駆動させて過給を行うとともに、バイパス制御弁２８を閉じてバイパス経路２７を遮断させる。なお、この（ｂ）の運転領域では外部ＥＧＲガスの供給を行わないため、前記ＥＧＲ制御弁２５の開度はゼロとなるよう制御される。

この（ｂ）の運転領域では、内部ＥＧＲガスの導入分だけシリンダへの空気供給量が制限されるのを、前記電動モータ１４の駆動による過給で補うように構成する。即ち、遠心式コンプレッサ１５を駆動させ、過給により吸気圧を上昇させることによって、吸気ポート８から燃焼室５内に供給される空気量及び燃料量を増大させて着火性を増大させるのである。

この運転領域ではＥＧＲガスは、排気ガスを吸入するのではなく、排気弁の閉弁時期をピストン上死点より進角させることでシリンダ内に残留させて確保するので、内部ＥＧＲガスの量を安定的に確保することができ、この内部ＥＧＲガスと過給が組み合わされることによって、着火性が確実に向上されている。

この（ｂ）の運転領域では、要求負荷が高くなるに従って、前記電動モータ１４の回転速度を増大させるように、即ち過給圧を増大させるように制御する。吸気弁７・排気弁９の開閉タイミングは、適宜の量の内部ＥＧＲガスをトラップできるタイミングとなるように固定しても良いが、吸気弁７・排気弁９の開閉タイミングの変更制御を過給圧の変更制御と併せて行う構成であっても良い。

また、（ｃ）高負荷時であって、内部ＥＧＲガスおよび過給に加えて外部ＥＧＲの供給を行う旨をＥＣＵ３５が決定した場合は、当該ＥＣＵ３５は前記ＥＧＲ制御弁２５を開くように制御する。

この（ｃ）の運転領域では、内部ＥＧＲガスおよび過給により着火性が良好になり過ぎた分を、温度の比較的低い外部ＥＧＲガスの導入により緩慢化させて、過早着火や燃焼不安定などの異常燃焼を回避するように制御する。このように、内部ＥＧＲガスと過給の組み合わせに更に外部ＥＧＲガスの供給を付加することで、過早着火等の異常を良好に防止し、運転範囲を高負荷側に拡大することができている。

以上に説明したように、本実施形態においては、前記排気弁９が、その排気行程における閉弁時期がピストン上死点より進角して設定されている（図５）。従って、燃焼室内に既燃ガスをトラップして内部ＥＧＲガスを確実に確保でき、前記過給機による過給と合わせて着火性を向上させることができる。更には、遠心式コンプレッサ１５は電動モータ１４により駆動され、この電動モータ１４の回転数を変更することで過給圧を変更できるように構成されているから、負荷に応じて過給圧を変更制御し、内燃機関１の運転範囲を高負荷側に拡大することができる。

また、本実施形態では、ＥＧＲ通路２４が、排気マニホールド２２や排気管２３の排気ガスを遠心式コンプレッサ１５よりも上流側（即ち低圧側）に戻すように構成されているので、多くの外部ＥＧＲガスを吸気側へ還流させることができる。
また、本実施形態の内燃機関１はガス燃料を燃焼室５に供給するいわゆるガスエンジンであるので、排気ガスに含まれるＳＯＦ分が少ないから、前記遠心式コンプレッサ１５より上流側に排気ガスを戻したとしても当該遠心式コンプレッサ１５のインペラ等にＳＯＦ分が付着して悪影響を与えない構成とすることができる。

更に、前記ＥＧＲ制御弁２５は、前記ＥＣＵ３５（ＥＧＲバルブ制御部５１）によって、低負荷運転時には閉弁し、高負荷運転時には開弁するように制御される。従って、予混合圧縮自着火内燃機関の運転範囲を中〜高負荷側に広げたとしても、高負荷運転時にはＥＧＲ制御弁２５が開いて多くの外部ＥＧＲガスを燃焼室５へ還流させ得る。従って、燃焼室５内での燃焼速度を抑制して過早着火や異常燃焼を回避し、円滑な運転が実現される。

更には本実施形態では、前記ＥＧＲ通路２４にはＥＧＲクーラ２６が設置されている。従って、ＥＧＲクーラ２６によって冷却された後の外部ＥＧＲガスを吸気側に還流させることで、燃焼室５内の燃焼速度の抑制効果をより良好に発揮でき、内燃機関１の運転範囲をより高負荷側に拡大できる。

加えて本実施形態では、前記排気弁９には可変バルブタイミング機構３２が設けられている。従って、排気弁９の閉弁タイミングを変動させることで、燃焼室５にトラップされる前記内部ＥＧＲガスの量を変更でき、混合気の着火性の制御がより容易となる。

以上に本発明の実施形態を説明したが、上記実施形態は、例えば以下のように変形して実施することができる。

（１）上記実施形態では過給機として、電動モータ１４で駆動される遠心式コンプレッサ１５を備える構成となっている。しかしながらこれに代えて、遠心式コンプレッサ１５のインペラ軸をエンジンのクランク軸と連結するスーパーチャージャーに構成しても良いし、排気ガスで回転するタービンにインペラ軸を連結するターボチャージャーに構成しても良い。ターボチャージャーに構成する場合は例えば可変ベーン式とし、スーパーチャージャーに構成する場合は例えばクラッチを介することで、負荷に応じて過給圧を変更制御することができる。

（２）上記実施形態の吸気弁７及び排気弁９のバルブタイミングについては、図５に示すように排気行程から吸気行程にかけて排気弁９の閉弁時期（ＥＶＣ）が吸入上死点よりも進角側に制御され、また、それと同程度、吸気弁７の開弁時期（ＩＶＯ）が吸入上死点よりも遅角側となるように制御される。しかしながら、排気弁９の閉弁時期の進角分に対し吸気弁７の開弁時期の遅角分を少なくしても差し支えない。
また図６に示すように、排気弁９の閉弁時期の進角分に対し吸気弁７の開弁時期の遅角分をほぼゼロとして、吸入上死点付近で吸気弁７を開弁させるように構成することもできる。
この場合、ピストン４が上死点に至った状態、即ち、トラップ後の残留ガスが圧縮されて高温高圧となった状態で吸気弁７が開弁されるから、吸気弁７が開くと高温の残留ガスが吸気ポート８側に噴出・逆流して吸気側の混合気と混合し、吸気の加熱が行われることになる。その後、ピストン４は上死点を越えて吸入行程に至り、残留ガス（内部ＥＧＲガス）は吸気側の混合気を伴って燃焼室５内に再び導入される。この場合でも吸気は内部ＥＧＲガスによって加熱され、着火性を向上し得る。

（３）本実施形態では、外部ＥＧＲガスはＥＧＲ通路２４を経由して遠心式コンプレッサ１５より上流側に戻される構成となっている。しかしながら、複数気筒型のエンジンにおいては、吸気行程にある気筒へ、排気行程にある他の気筒の排気ガスを外部ＥＧＲガスとして還流させる構成とすることもでき、この場合は、排気行程にある気筒の高圧な排気ガスを利用することで、過給機としての遠心式コンプレッサ１５の下流側（吸気圧がブーストされ高圧となっている側）にも、外部ＥＧＲガスを適切に供給できる。この構成では、過給機としての遠心式コンプレッサ１５を外部ＥＧＲガスが通過しない構成とできるから、排気ガスにＳＯＦ分が多く含まれる例えばディーゼルエンジンにＥＧＲ装置を適用しても、過給機（具体的には、遠心式コンプレッサ１５のインペラ）にＳＯＦ分が付着して悪影響を与えない構成とすることができる。

（４）本発明は、燃焼室に点火プラグを備えて予混合圧縮自着火と火花点火が併用できる内燃機関であっても適用することができる。例えば、図４で示した着火制御のマップにおいて、圧縮自着火の領域よりも高負荷側・高回転側に火花点火燃焼を行わせる領域を設定し、エンジン回転数と要求負荷を基に火花点火燃焼すべきと判断した場合は前記点火プラグに点火信号を送って火花点火燃焼を行う構成が考えられる。この場合でも、本発明のＥＧＲ装置あるいは着火時期制御方法を用いることで、圧縮自着火燃焼を行う領域を高負荷側に拡大でき、広い運転範囲で高熱効率と低ＮＯｘを実現できる。

（５）本実施形態の内燃機関１は都市ガス（天然ガス）を燃料として用いているが、例えばプロパンガス等の他の気体を燃料とする場合にも、本発明のＥＧＲ装置あるいは着火時期制御方法の適用は妨げられない。また、本実施形態では、内部ＥＧＲ＋過給圧可変型過給機＋外部ＥＧＲにて予混合圧縮自着火が可能な運転領域を広げているが、外部ＥＧＲは必ずしも必須ではなく、内部ＥＧＲ＋過給圧可変型過給機のみでも、実施可能である。この場合、外部ＥＧＲがある場合と比べ運転領域は狭くなるが、ＳＯＦ分等の問題を考えなくて良いため、ガス燃料に制限されることなく、ガソリン等の液体燃料を使用することも可能となる。

（６）内燃機関１はヒートポンプサイクルに用いられるものに限らず、自動車用エンジン等種々の用途のエンジンに用いられるものであっても、本発明のＥＧＲ装置を適用することができる。

予混合圧縮自着火燃焼式の内燃機関を備えるガスヒートポンプの系統図の一例を示す図。 内燃機関の全体的な構成を示す模式図。 内燃機関の制御構成を示すブロック図。 着火制御のためのマップを示す図。 内燃機関における吸気弁及び排気弁の開閉タイミングを模式的に示した説明図。 吸気弁及び排気弁の開閉タイミングの変形例を示す説明図。

符号の説明

１ エンジン（予混合圧縮自着火内燃機関）
５ 燃焼室
７ 吸気弁
９ 排気弁
１９・１７・１３・１１ 吸気通路
２２・２３ 排気通路
１５ 遠心式コンプレッサ（過給機）
２４ ＥＧＲ通路
２５ ＥＧＲ制御弁
２６ ＥＧＲクーラ
ＥＶＣ 排気弁の閉弁時期

Claims (6)

1. 燃焼室に連通する吸気通路及び排気通路と、
   前記燃焼室と前記吸気通路の間を開閉する吸気弁と、
   前記燃焼室と前記排気通路の間を開閉し、その排気行程における閉弁時期がピストン上死点より進角して設定される排気弁と、
   前記吸気通路に設置される過給圧可変型の過給機と、
   を有する、予混合圧縮自着火内燃機関のＥＧＲ装置。
2. 請求項１に記載の予混合圧縮自着火内燃機関のＥＧＲ装置であって、
   前記燃焼室に供給される燃料はガス燃料であり、
   また、前記排気通路の排気ガスを前記吸気通路の前記過給機より上流側へ戻すＥＧＲ通路を有することを特徴とする、
   予混合圧縮自着火内燃機関のＥＧＲ装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載の予混合圧縮自着火内燃機関のＥＧＲ装置であって、前記排気弁には可変バルブタイミング機構が設けられていることを特徴とする予混合圧縮自着火内燃機関のＥＧＲ装置。
4. 請求項２に記載の予混合圧縮自着火内燃機関のＥＧＲ装置であって、前記ＥＧＲ通路にはＥＧＲクーラが設置されていることを特徴とする予混合圧縮自着火内燃機関のＥＧＲ装置。
5. 燃焼室に連通する吸気通路及び排気通路と、
   前記燃焼室と前記吸気通路の間を開閉する吸気弁と、
   前記燃焼室と前記排気通路の間を開閉する排気弁と、
   前記吸気通路に設置される過給圧可変型の過給機と、
   を有する予混合圧縮自着火内燃機関において、
   前記排気弁を、その排気行程における閉弁時期がピストン上死点より進角するように設定し、
   要求負荷に応じて前記過給機の過給圧を変更することで燃焼室内の予混合気の着火時期の制御を行うことを特徴とする、
   予混合圧縮自着火内燃機関の着火時期制御方法。
6. 請求項５に記載の予混合圧縮自着火内燃機関の着火時期制御方法であって、
   前記排気通路の排気ガスを前記吸気通路の前記過給機より上流側へ戻すＥＧＲ通路と、
   前記排気ガスの還流量を調整するために前記ＥＧＲ通路に配置されるＥＧＲ制御弁と、
   を有し、
   該ＥＧＲ制御弁を、低負荷運転時には閉弁し、高負荷運転時には開弁するように制御することを特徴とする、
   予混合圧縮自着火内燃機関の着火時期制御方法。
   

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