JP2005325748A - 予混合圧縮自着火内燃機関の制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】 予混合圧縮自着火燃焼内燃機関において、機関高回転および／または高負荷運転領域であっても、予混合を良好に行うことにより、より広い運転領域でより好適な予混合圧縮自着火燃焼を行うことが可能な技術を提供する。
【解決手段】 圧縮空気を気筒２内に直接噴射供給する圧縮空気噴射弁１３を設ける。そして、気筒２内の当量比が１以上となるように予混合気を形成した後、当量比が１以下となるように、圧縮空気噴射弁１３により圧縮空気を噴射させることによって、着火燃焼させる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、予混合圧縮自着火内燃機関の制御システムに関する。

従来、内燃機関において、吸気行程中および／または圧縮行程中に、気筒内に燃料を噴射することで、該燃料と吸気（空気）との予混合気を形成し、該予混合気を燃焼に供する予混合圧縮自着火内燃機関の開発が進められている。予混合圧縮自着火内燃機関では、燃料を早期に噴射することにより、燃料と吸気とを十分に混合させてから着火・燃焼させるため、ＮＯｘ（窒素酸化物）や煙の排出が抑制される運転が可能となるものである。

そして、低・中負荷時には、このような予混合圧縮自着火燃焼を行い、高負荷時には、通常燃焼（いわゆる拡散燃焼）を行う内燃機関が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開平１１−３２４７６４号公報 特開２００１−１５２８５３号公報 特開２０００−１７９３６９号公報 特開２０００−１７９３６８号公報 特開２００１−３５５４７１号公報

予混合圧縮自着火内燃機関では、機関高負荷時において、形成された予混合気が気筒内の温度上昇により圧縮上死点前に着火燃焼する、いわゆる過早着火が発生することが懸念されている。そのため、特許文献１に開示された発明では、高負荷時には予混合圧縮自着火燃焼から切り替えて通常燃焼を行っているが、予混合圧縮自着火燃焼は、より広い運転領域で行われることが望まれている。

本発明は、上記したような事情に鑑みてなされたものであり、予混合圧縮自着火燃焼内燃機関において、機関高回転および／または高負荷運転領域であっても、予混合を良好に行うことにより、より広い運転領域でより好適な予混合圧縮自着火燃焼を行うことが可能な技術を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は以下の手段を採用した。

予混合圧縮自着火内燃機関においては、圧縮上死点前に、燃料と吸気との予混合気を形成するため、機関運転状態が高回転・高負荷となる場合には、気筒内の温度が上昇してしまい、過早着火の発生を招くこととなってしまう。そして、圧縮上死点より早い時期に着火燃焼した場合、機関が圧縮行程中にあるため、気筒内の温度がさらに高くなって、ＮＯｘなどの排出量が大きくなってしまうおそれがある。

この対策として、吸気系に還流させるＥＧＲガスの量（以下、ＥＧＲ量という場合もある）を増量させることが考えられるが、ＥＧＲ量を増量させた場合には、当量比が１を超えてしまい、酸素不足となって失火してしまう可能性がある。

そこで、本発明にあっては、機関運転状態が高回転・高負荷となった場合には、ＮＯｘなどの排出を抑制可能な量（すなわち、着火せずに失火してしまうような量、当量比が１
以上となるような量）のＥＧＲガスを吸気系に還流させておき、その後、気筒内の当量比を低下させる（気筒内の当量比が１以下となる）ように、圧縮空気を気筒内に噴射して着火燃焼させるものである。

本発明は、具体的には、吸気行程中および／または圧縮行程中に、気筒内に燃料と吸気との予混合気が形成され、該予混合気が燃焼に供される予混合圧縮着火燃焼を行う予混合圧縮自着火内燃機関の制御システムにおいて、
内燃機関の排気系から吸気系に排気の一部を還流させるＥＧＲ通路と、
前記ＥＧＲ通路内を還流する排気の量を調整するとともに、内燃機関に吸入される空気の量を調整する調整手段と、
前記気筒内に燃料を供給する燃料供給手段と、
内燃機関の運転状態を検出する機関運転状態検出手段と、
前記機関運転状態検出手段により検出された機関運転状態に基づいて、前記調整手段と前記燃料供給手段とを制御して、吸気系に還流させる排気の量と内燃機関に吸入される空気の量と前記気筒内に供給される燃料の量とを調整することにより、圧縮行程中の前記気筒内の当量比を所定値以上にする筒内当量比制御手段と、
前記気筒内に圧縮空気を供給する圧縮空気供給手段と、
前記燃料供給手段により前記気筒内に燃料が供給された後であるとともに、前記筒内当量比制御手段により前記気筒内の当量比が前記所定値以上とされているときに、前記圧縮空気供給手段により前記気筒内に圧縮空気を供給する圧縮空気供給制御手段と、
を備えることを特徴とする。

上記の構成において、前記機関運転状態検出手段により検出された機関運転状態に基づいて、前記気筒内に供給する燃料供給量を算出する燃料供給量算出手段をさらに備え、
前記筒内当量比制御手段は、前記燃料供給量算出手段により算出された燃料供給量に基づいて、前記調整手段を制御して、吸気系に還流させる排気の量と内燃機関に吸入される空気の量とを調整することにより、圧縮行程中の前記気筒内の当量比を前記所定値以上にすることも好ましい。

ここで、調整手段としては、ＥＧＲ通路に設けられ開閉されることによりＥＧＲ通路内を還流する排気の量を変更する開閉弁（いわゆるＥＧＲ弁）を例示することができる。また、調整手段として、内燃機関に吸入される空気（吸入空気、新気）量を変更する吸気絞り弁や、排気圧に対して過給できる吸気量を可変とする可変容量過給機（可変ノズルベーン式）や、吸排気弁の開閉タイミングを変更して吸排気弁の開弁期間をオーバーラップさせることが可能な可変動弁機構などを例示することもできる。そして、これらは可能な限り組み合わせて採用し得る。

また、燃料供給手段としては、気筒内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁、および／または、吸気系（気筒近傍の吸気通路）において気筒に向けて燃料を噴射する燃料噴射弁を例示することができる。

また、所定値とは、気筒内で着火燃焼しない、失火してしまうような当量比の値であり、この値は１以上であることが好ましい。

なお、当量比とは、理論空燃比を混合気の空燃比で割った値である。

このように構成することにより、当量比が所定値以下となるように圧縮空気を噴射するタイミングによって燃焼開始時期を制御することができる。これにより、従来の予混合圧縮自着火内燃機関の運転領域よりも、より高回転・高負荷側の運転領域において、過早着火の発生を抑制することができる。

したがって、従来行われていた予混合圧縮自着火内燃機関の運転領域よりも、より高回転および／または高負荷運転領域であっても、予混合を良好に行うことができ、より広い運転領域でより好適な予混合圧縮自着火燃焼を行うことが可能となる。また、過早着火の発生を抑制することができることにより、気筒内の温度がさらに高くなることを抑制することができるので、ＮＯｘなどの排出量の増大を抑制することができる。

上記の構成において、前記機関運転状態検出手段により検出された機関運転状態から前記気筒内の当量比を算出する当量比算出手段と、
前記当量比算出手段により算出された当量比が、前記所定値より小さい判定値以上であるかどうかを判定する当量比判定手段と、
をさらに備え、
前記当量比算出手段により算出された当量比が前記判定値以上であると前記当量比判定手段により判定された場合に、前記筒内当量比制御手段は、圧縮行程中の前記気筒内の当量比が前記所定値以上になるように制御を行うとよい。

このように当量比算出手段を設け、機関運転状態から気筒内の当量比を算出させることにより、気筒内の状態を把握することができる。そして、筒内当量比制御手段は、この気筒内の状態に基づいて、気筒内の当量比を所定値以上とする制御を行うとよい。すなわち、燃料の割合が多く過早着火の発生など機関運転状態に悪影響を及ぼすおそれがある（悪影響を及ぼすことが予測される）当量比を判定値として、気筒内の当量比が当該判定値以上となった場合に、筒内当量比制御手段により気筒内の当量比を所定値以上とするとよい。

また、上記の構成において、前記燃料供給手段により前記気筒内に燃料が供給されてから、該燃料が該気筒内で着火するまでの着火遅れ期間を算出する着火遅れ期間算出手段をさらに備え、
前記圧縮空気供給制御手段は、前記着火遅れ期間算出手段により算出された着火遅れ期間が短い程、圧縮空気を供給するタイミングを遅らせるとよい。

ここで、着火遅れ期間算出手段としては、例えば、内燃機関の温度に基づいて着火遅れ期間を算出するものであるとよい。着火遅れ期間とは、内燃機関の温度に基づいて変動するものであり、内燃機関の温度が高い場合には着火遅れ期間は短くなり（供給された燃料は比較的短時間で着火する）、内燃機関の温度が低い場合には着火遅れ期間は長くなるものである（供給された燃料が着火するまでには比較的時間を要する）。

そして、着火遅れ期間が短いということは、圧縮空気が供給されてから着火するまでの期間が短いということであり、着火が好ましい時期（例えば、機関出力軸の回転角度が圧縮上死点後５〜１５°の範囲）で行われるためには、圧縮上死点近傍、すなわち、なるべく遅いタイミングで圧縮空気の供給が行われるとよい。また、着火遅れ期間が長いということは、圧縮空気が供給されてから着火するまでの期間が長いということであり、着火が好ましい時期で行われるためには、圧縮上死点より早いタイミングで圧縮空気の供給が行われるとよい。

このように構成することにより、着火のタイミングをより効果的に制御することが可能となる。これにより、過早着火の発生を抑制することができるので、過早着火の発生に起因する騒音の発生や最大筒内圧の上昇を抑制することが可能となる。

なお、上記各構成は、可能な限り組み合わせて採用し得る。

本発明によれば、予混合圧縮自着火燃焼内燃機関において、機関高回転および／または高負荷運転領域であっても、予混合を良好に行うことにより、より広い運転領域でより好適な予混合圧縮自着火燃焼を行うことが可能な技術を提供することが可能となる。

以下に図面を参照して、この発明を実施するための最良の形態を例示的に詳しく説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係る内燃機関としてディーゼルエンジンの概略構成を示す図である。

図１に示すように、内燃機関１は、吸入行程、圧縮行程、爆発行程（膨張行程）及び排気行程の４サイクルを繰り返して出力を得るディーゼルエンジンである。内燃機関１は、その内部に気筒（燃焼室）２を形成する。気筒２で発生する燃料の爆発力は、ピストン３及びコンロッド４を介してクランクシャフト（機関出力軸、図示略）の回転力に変換される。また、気筒２には、吸気通路５の最下流部をなす吸気ポート１１と、排気通路６の最上流部をなす排気ポート８とが設けられている。吸気ポート１１と気筒２との境界は吸気弁１２によって開閉される。また、排気ポート８と気筒２との境界は排気弁９によって開閉される。

また、内燃機関１は、燃料噴射弁１０を備えている。燃料噴射弁１０は、高圧ポンプ（図示略）等によって加圧された燃料を、適宜の量、適宜のタイミングで気筒２内に直接噴射供給する電磁駆動式開閉弁である。ここで、燃料噴射弁１０は本発明に係る燃料供給手段を構成している。

さらに、本実施の形態の内燃機関１においては、圧縮空気噴射弁１３を備えている。圧縮空気噴射弁１３は、高圧ポンプ（図示略）等によって加圧された圧縮空気を、適宜の量、適宜のタイミングで気筒２内に直接噴射供給する開閉弁である。ここで、圧縮空気噴射弁１３は本発明に係る圧縮空気供給手段を構成している。

また、排気通路６には、排気中に含まれるＮＯｘ（窒素酸化物）、ＨＣ（炭化水素）、ＣＯ（一酸化炭素）、微粒子（ＰＭ：Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｍａｔｔｅｒ）等を浄化する排気浄化装置７が設けられている。

また、内燃機関１には、吸気通路５と排気通路６とを連通する排気還流通路（以下、ＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）通路という）３０が形成されている。このＥＧＲ通路３０は、排気の一部を適宜吸気通路５に戻す（還流させる、流入させる）機能を有する。ＥＧＲ通路３０には、同通路３０内を流れるガス（以下、ＥＧＲガスという）の流れ方向（図１中において矢印で示す）に沿って上流から下流にかけ、ＥＧＲクーラ３１、ＥＧＲ弁３２が、順次配設されている。

ＥＧＲクーラ３１は、ＥＧＲ通路３０の周囲を取り巻くように設けられ、ＥＧＲガスを冷却する。ＥＧＲ弁３２は、無段階に開閉される電子制御弁（開閉弁）であり、ＥＧＲガスの流量を自在に調整することができる。また、ＥＧＲガスの流量の調整により、吸入空気量も調整することができる。ここで、ＥＧＲ弁３２は、本発明に係る調整手段を構成している。

内燃機関１は、運転者によるアクセルペダル（図示略）の踏込量に応じた信号を出力するアクセルポジションセンサ２１、吸気通路５を通じて気筒２に導入される空気（新気）
の流量（吸入空気量）に応じた信号を出力するエアフローメータ２２、クランクシャフトのエンジン回転数に応じた信号を出力するクランクポジションセンサ（図示略）、及び内燃機関１内を循環する冷却水の温度（冷却水温）に応じた信号を出力する水温センサ（図示略）等、各種センサを備える。これら各種センサの信号は、電子制御ユニット（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ：ＥＣＵ）２０に入力される。

ＥＣＵ２０は、中央処理装置（ＣＰＵ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）及びバックアップＲＡＭ等からなる論理演算回路を備え、各種センサの信号に基づいて、例えば、内燃機関１の運転状態を検出し、内燃機関１の各種構成要素を統括制御する。

また、ＥＣＵ２０は、一定時間毎に実行すべき基本ルーチンにおいて、各種センサの出力信号の入力、機関回転数の演算、負荷の演算、燃料噴射量の演算、吸入空気量の演算などを実行する。基本ルーチンにおいてＥＣＵ２０が入力した各種信号やＥＣＵ２０が演算して得られた各種制御値は、ＥＣＵ２０のＲＡＭに一時的に記憶される。更に、ＥＣＵ２０は、各種のセンサやスイッチからの信号の入力、一定時間の経過、或いはクランクポジションセンサからのパルス信号の入力などをトリガとした割り込み処理において、ＲＡＭから各種制御値を読み出し、それら制御値に従って定期的に圧縮空気噴射制御などを実行する。

ここで、ＥＣＵ２０や内燃機関１の運転状態に関する情報を提供する各種センサは、本発明に係る機関運転状態検出手段や筒内当量比制御手段や圧縮空気供給制御手段や燃料供給量算出手段や当量比算出手段や当量比判定手段や着火遅れ期間算出手段を構成している。

また、本実施の形態に係る内燃機関１は、ＥＣＵ２０からの指令によって吸気行程中または圧縮行程中に燃料噴射弁１０から気筒２へ向けて燃料を噴射することで、気筒２内において燃料と吸気との予混合気が形成され、該予混合気が燃焼に供される、いわゆる予混合圧縮自着火燃焼を行う内燃機関である。

次に、ＥＣＵ２０により実行される圧縮空気噴射制御について説明する。

内燃機関１の高出力化、すなわち、機関運転状態を高回転および／または高負荷側にする場合、気筒２内に燃料をいかに多く供給できるかがポイントとなるが、内燃機関１においては予混合圧縮自着火燃焼を行うため、気筒２内に供給する燃料を増量した場合には、筒内温度が高くなり、過早着火の発生を招くこととなってしまう。そして、圧縮行程中に着火した場合には、気筒２内の温度がさらに高くなって、ＮＯｘなどの排出量が大きくなってしまうことが懸念される。また、過早着火の発生により、圧縮上死点前、すなわち、圧縮行程中に着火燃焼が行われることとなるため騒音が大きくなることが懸念される。また、過早着火の発生により、圧縮行程中に着火燃焼が行われると、最大筒内圧が上昇してしまうことが懸念される。

これらの課題に対する改善策として、通常では、ＥＧＲを適用することが行われている。

図２は、ＥＧＲ率に対して、それぞれ、（ａ）燃料消費量，（ｂ）騒音・最大筒内圧，（ｃ）当量比，（ｄ）着火時期，（ｅ）ＮＯｘ排出量の関係を示す図である。ここで、ＥＧＲ率とは、内燃機関１に吸入される吸気に含まれるＥＧＲガスの割合、すなわち、ＥＧＲ量／（吸入空気（新気）量＋ＥＧＲ量）をいう。

図２からわかるように、ＥＧＲ率を大きくする、すなわち、ＥＧＲ量を増量することによって、騒音，最大筒内圧やＮＯｘ排出量を抑制する効果を得ることができる。

しかしながら、ＥＧＲ量を増量した場合には、図２（ｃ）に示すように、当量比が１以上、すなわち、混合気中の燃料の量が理論空燃比よりも過濃（リッチ空燃比）となる量となってしまうと、それ以上燃料を噴射しても、酸素不足となって着火しなくなってしまう（失火してしまう）ことが懸念される。

そこで、本実施の形態においては、燃料噴射弁１０により噴射される燃料と、ＥＧＲ弁３２により調整されるＥＧＲ量（および、吸入空気量）とを、気筒２内で、予混合圧縮自着火燃焼では着火しない（失火してしまう）ような状態、例えば、当量比が１以上となるような状態としておき、その後、圧縮空気噴射弁１３によって、当量比が１以下となるように圧縮空気を噴射させることによって着火燃焼を行わせるものである。

図３は、クランクシャフトの位置（クランク位置）に対して、それぞれ、（ａ）吸排気弁のバルブリフト量，（ｂ）筒内圧，（ｃ）燃料噴射弁１０及び圧縮空気噴射弁１３の作動時期の範囲を示す図である。なお、図３においては、圧縮上死点（ＴＤＣ）にあるクランクシャフトの回転角度（クランク角度（ＣＡ））を０°として説明する。

本実施の形態において、ＥＣＵ２０は、内燃機関１の運転状態、すなわち、機関回転数および／または負荷（燃料噴射量）に基づいて、燃料噴射弁１０や、圧縮空気噴射弁１３や、ＥＧＲ弁３２などを制御している。

ＥＣＵ２０は、まず、図３に示すように、クランク角度が−３６０〜−１５°の間に燃料噴射弁１０により機関運転状態に基づいた所望の量の燃料を噴射させる。この場合に、ＮＯｘの生成の抑制や過早着火の発生の抑制を図るため、ＥＧＲ弁３２を調整してＥＧＲガスを吸気通路５に還流させる。このときのＥＧＲ弁３２の開度は、気筒２内の当量比が１以上となる混合気が気筒２内に形成されるように調整する。

そして、ＥＣＵ２０は、燃料噴射弁１０により燃料を噴射させた後であって、かつ、クランク角度が−１８０〜０°の間に、当量比が１以下となるように、圧縮空気噴射弁１３により圧縮空気を噴射させる。圧縮空気が噴射されると、当量比が１以上だった混合気が、噴射された圧縮空気と混ぜ合わされ、当量比が１以下となることによって、空気と燃料との間で化学反応が起こって燃焼することとなる。すなわち、圧縮空気を噴射することによって当量比が１以下となるタイミングで、燃焼開始時期（着火時期）を制御することが可能となる。ここで、圧縮空気は、吸気弁１２、及び、排気弁９が閉じた状態で供給されるとよい。

これにより、予混合圧縮自着火燃焼が良好に行われる機関運転領域が高回転および／または高負荷側に拡がることとなり、すなわち、予混合圧縮自着火燃焼を行うことができる機関運転領域を高回転・高負荷側に拡大することが可能となる。したがって、予混合圧縮自着火燃焼を行う内燃機関において、より広い運転領域でＮＯｘや煙の排出の抑制が可能となる。

また、圧縮空気を噴射することによって当量比が１以下となるタイミングで、燃焼開始時期を制御することができるので、過早着火の発生を抑制することができる。ここで、目標とする燃焼開始時期は、圧縮上死点後のクランク角度５〜１５°に設定すると好ましい。圧縮上死点後に着火燃焼が行われることにより（圧縮行程中に着火燃焼が行われないので）、気筒内の温度がさらに高くなることを抑制することができ、ＮＯｘなどの排出量の増大を抑制することができ、また、騒音の増大や最大筒内圧の上昇を抑制することができ
る。

また、過濃な予混合気に圧縮空気を供給するので、着火時の燃料の均質度をより高くすることができ、より良好な燃焼状態にすることが可能となる。

また、吸気弁１２、及び、排気弁９を閉じた状態で圧縮空気を供給することができるので、閉空間となった燃焼室内で燃焼を行うことができ、これによって、より多くの燃料を燃焼させることが可能となる。これにより、機関出力の向上を実現することが可能となる。

次に、ＥＣＵ２０により実行される圧縮空気噴射制御について具体的に説明する。

図４は、ＥＣＵ２０を通じて所定時間毎に実行される圧縮空気噴射制御ルーチンを示すフローチャートである。

先ず、ＥＣＵ２０は、ステップＳ１０１において、アクセルポジションセンサ２１と、エアフローメータ２２とからそれぞれの検出値を取得する。続くステップＳ１０２において、ステップＳ１０１で取得したアクセルポジションセンサ２１の検出値、及び、エアフローメータ２２の検出値からそれぞれ、燃料噴射量、及び、吸入空気量を算出する。

続くステップＳ１０３において、ステップＳ１０２で算出された燃料噴射量、及び、吸入空気量から当量比φを算出する。

続くステップＳ１０４においては、ステップＳ１０３で算出された当量比φが０．７５（判定値）以上であるかどうかを判定している。これにより、圧縮空気噴射弁１３により圧縮空気を噴射させるかどうかを判定するものである。算出された当量比φが０．７５以上である場合にはステップＳ１０５に進み、算出された当量比φが０．７５より小さい場合には本ルーチンを一旦抜ける。

ステップＳ１０５では、ＥＧＲ弁３２の開度を調整する。ＥＧＲ弁３２の開度は、当量比φが１以上となるように調整する。ここで、図５は、ＥＧＲ弁３２の開度と、当量比φの上昇分との関係を示す図である。図５に示す関係は、予め実験等により求めてマップ化しておくとよい。このマップを用いることにより、ステップＳ１０３で算出された当量比φを１以上とするための、ＥＧＲ弁３２の開度の調整量を算出することができる。

続くステップＳ１０６では、圧縮空気噴射弁１３により圧縮空気を気筒２内に噴射させる。圧縮空気の噴射タイミングとしては、クランク角度が−１８０〜０°の間とし、着火のタイミングが所望の位置、例えばクランク角度が５〜１５°の位置となるように設定する。また、燃料が供給されてから該燃料が該気筒内で着火するまでの着火遅れ期間が短い程、圧縮空気の噴射タイミングを遅らせるとよい。着火遅れ期間は、例えば、内燃機関１の温度に基づいて変動するので、水温センサの検出値が高い程、圧縮空気の噴射タイミングを遅らせるようにするとよい。これには、水温センサの検出値と噴射タイミングとの関係を予め実験等により求めてマップ化しておくとよい。このようにして、着火のタイミングが所望の位置となるように設定する。

上述した圧縮空気噴射制御ルーチンにおいては、気筒２内の当量比が判定値以上の場合に、圧縮空気を噴射させるものであるが、このような判定値を設けることなく、予混合圧縮自着火燃焼が行われる機関運転領域全域において圧縮空気を噴射させるものであってもよい。この場合には、機関運転状態（例えば、アクセルポジションセンサ２１の検出値）に基づいて、当量比φが１以上となるように、燃料噴射弁１０やＥＧＲ弁３２を制御して
燃料噴射量やＥＧＲ量や吸入空気量を調整するとよい。

ここで、内燃機関１においては、予混合圧縮自着火燃焼と、通常燃焼とが切り替え可能に構成されるものであっても好ましい。以下に、内燃機関１が予混合圧縮自着火燃焼と通常燃焼とを切り替え可能に構成される場合について説明する。

図６は、機関回転数と負荷とに基づいて決定される燃焼方法を示す図である。図６において、Ａは予混合圧縮自着火燃焼が行われる機関運転領域、Ｂは通常燃焼が行われる機関運転領域を示している。

内燃機関１の運転状態が、図６に示す領域Ａにある場合、すなわち、低回転・低負荷側にある場合には、上述した予混合圧縮自着火燃焼が行われるものであり、領域Ａのうちハッチングを施した領域ａでは、ＥＣＵ２０により上述した圧縮空気噴射制御が実行される機関運転領域を示している。

そして、機関運転状態が図６に示す領域Ｂにある場合、すなわち、高回転・高負荷側にある場合には通常燃焼が行われるもので、特に領域Ｂの高回転側、及び、低回転・高負荷側（図６に示すハッチングを施した領域ｂ）においては、上述した圧縮空気噴射制御の場合のように、圧縮空気噴射弁１３を作動させて気筒２内に圧縮空気を噴射することとしている。

次に、予混合圧縮自着火燃焼と通常燃焼とが切り替え可能に構成される内燃機関において、ＥＣＵ２０により実行される圧縮空気噴射制御について説明する。

図７は、ＥＣＵ２０を通じて所定時間毎に実行される圧縮空気噴射制御ルーチンを示すフローチャートである。

先ず、ＥＣＵ２０は、ステップＳ２０１において、内燃機関１の燃焼方法を判定する。これには、例えば、燃料噴射弁１０による燃料噴射が、クランク角度が−３６０〜−１５°の間に行われているかどうかを判定する。燃料噴射弁１０による燃料噴射が、クランク角度−３６０〜−１５°の間に行われていると判定された場合には、予混合圧縮自着火燃焼が行われていると判定して、上述したステップＳ１０１〜ステップＳ１０６に移行する。燃料噴射弁１０による燃料噴射が、クランク角度−３６０〜−１５°の間には行われていないと判定された場合には、通常燃焼が行われていると判定してステップＳ２０２に進む。

ステップＳ２０２では、アクセルポジションセンサ２１と、エアフローメータ２２とからそれぞれの検出値を取得する。続くステップＳ２０３において、ステップＳ１０１で取得したアクセルポジションセンサ２１の検出値、及び、エアフローメータ２２の検出値からそれぞれ、燃料噴射量、及び、吸入空気量を算出する。

続くステップＳ２０４において、ステップＳ２０３で算出された燃料噴射量、及び、吸入空気量から当量比φを算出する。

続くステップＳ２０５においては、ステップＳ２０４で算出された当量比φが０．９５以上であるかどうかを判定している。これにより、圧縮空気噴射弁１３により圧縮空気を噴射させるかどうかを判定するものである。算出された当量比φが０．９５以上である場合にはステップＳ２０６に進み、算出された当量比φが０．９５より小さい場合には本ルーチンを一旦抜ける。

ステップＳ２０６では、圧縮空気噴射弁１３により圧縮空気を気筒２内に噴射させる。圧縮空気の噴射タイミングとしては、クランク角度が−１８０〜０°の間とする。圧縮空気噴射弁１３により気筒２内に噴射される圧縮空気の量は、気筒２内の限界圧を超えない程度の量であればよい。

以上のようにＥＣＵ２０により制御することにより、内燃機関１の燃焼方法が通常燃焼の場合には、機関運転状態が高回転および／または高負荷側となる領域において、特別なＥＧＲ制御を実行する必要がなくなる。

なお、ガソリンと軽油との２種類の燃料を用い、ガソリンを予め噴射しておき、軽油を噴射することにより着火させる内燃機関に本実施の形態を適用してもよい。

本発明の実施の形態に係る内燃機関の概略構成を示す図。 ＥＧＲ率に対して、それぞれ、（ａ）燃料消費量，（ｂ）騒音・最大筒内圧，（ｃ）当量比，（ｄ）着火時期，（ｅ）ＮＯｘ排出量の関係を示す図。 クランク位置に対して、それぞれ、（ａ）吸排気弁のバルブリフト量，（ｂ）筒内圧，（ｃ）燃料噴射弁１０及び圧縮空気噴射弁１３の作動時期の範囲を示す図。 本実施の形態に係る圧縮空気噴射制御ルーチンを示すフローチャート図。 ＥＧＲ弁の開度と当量比の上昇分との関係を示す図。 機関回転数と負荷とに基づいて決定される燃焼方法を示す図。 予混合圧縮自着火燃焼と通常燃焼とが切り替え可能に構成される内燃機関の圧縮空気噴射制御ルーチンを示すフローチャート図。

符号の説明

１ 内燃機関
２ 気筒
３ ピストン
４ コンロッド
５ 吸気通路
６ 排気通路
７ 排気浄化部
８ 排気ポート
９ 排気弁
１０ 燃料噴射弁
１１ 吸気ポート
１２ 吸気弁
１３ 圧縮空気噴射弁
２０ ＥＣＵ
２１ アクセルポジションセンサ
２２ エアフローメータ
３０ ＥＧＲ通路
３１ ＥＧＲクーラ
３２ ＥＧＲ弁

Claims (5)

1. 吸気行程中および／または圧縮行程中に、気筒内に燃料と吸気との予混合気が形成され、該予混合気が燃焼に供される予混合圧縮着火燃焼を行う予混合圧縮自着火内燃機関の制御システムにおいて、
   内燃機関の排気系から吸気系に排気の一部を還流させるＥＧＲ通路と、
   前記ＥＧＲ通路内を還流する排気の量を調整するとともに、内燃機関に吸入される空気の量を調整する調整手段と、
   前記気筒内に燃料を供給する燃料供給手段と、
   内燃機関の運転状態を検出する機関運転状態検出手段と、
   前記機関運転状態検出手段により検出された機関運転状態に基づいて、前記調整手段と前記燃料供給手段とを制御して、吸気系に還流させる排気の量と内燃機関に吸入される空気の量と前記気筒内に供給される燃料の量とを調整することにより、圧縮行程中の前記気筒内の当量比を所定値以上にする筒内当量比制御手段と、
   前記気筒内に圧縮空気を供給する圧縮空気供給手段と、
   前記燃料供給手段により前記気筒内に燃料が供給された後であるとともに、前記筒内当量比制御手段により前記気筒内の当量比が前記所定値以上とされているときに、前記圧縮空気供給手段により前記気筒内に圧縮空気を供給する圧縮空気供給制御手段と、
   を備えることを特徴とする予混合圧縮自着火内燃機関の制御システム。
2. 前記機関運転状態検出手段により検出された機関運転状態に基づいて、前記気筒内に供給する燃料供給量を算出する燃料供給量算出手段をさらに備え、
   前記筒内当量比制御手段は、前記燃料供給量算出手段により算出された燃料供給量に基づいて、前記調整手段を制御して、吸気系に還流させる排気の量と内燃機関に吸入される空気の量とを調整することにより、圧縮行程中の前記気筒内の当量比を前記所定値以上にすることを特徴とする請求項１に記載の予混合圧縮自着火内燃機関の制御システム。
3. 前記機関運転状態検出手段により検出された機関運転状態から前記気筒内の当量比を算出する当量比算出手段と、
   前記当量比算出手段により算出された当量比が、前記所定値より小さい判定値以上であるかどうかを判定する当量比判定手段と、
   をさらに備え、
   前記当量比算出手段により算出された当量比が前記判定値以上であると前記当量比判定手段により判定された場合に、前記筒内当量比制御手段は、圧縮行程中の前記気筒内の当量比が前記所定値以上になるように制御を行うことを特徴とする請求項１または２に記載の予混合圧縮自着火内燃機関の制御システム。
4. 前記燃料供給手段により前記気筒内に燃料が供給されてから、該燃料が該気筒内で着火するまでの着火遅れ期間を算出する着火遅れ期間算出手段をさらに備え、
   前記圧縮空気供給制御手段は、前記着火遅れ期間算出手段により算出された着火遅れ期間が短い程、圧縮空気を供給するタイミングを遅らせることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の予混合圧縮自着火内燃機関の制御システム。
5. 前記所定値が１であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の予混合圧縮自着火内燃機関の制御システム。

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