JP2007132217A - 圧縮自着火エンジンの燃焼制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】筒内ガス温度を圧縮自着火可能な温度まで昇温させることができると共に、圧縮自着火可能な運転領域の拡大を実現する。
【解決手段】吸気通路８に配設したターボ過給機１１のコンプレッサ１１ａと、コンプレッサ１１ａの下流に配設したインタークーラ１４と、インタークーラ１４をバイパスする給気バイパス通路１８と、インタークーラ１４と給気バイバス通路１８に対する吸入空気の配分量を設定する第１、第２温度調整弁１７，１９とを有し、エンジン回転数Ｎｅとエンジン負荷Ｌｏとが共に高い領域では、第１温度調整弁１７を閉じ、第２温度調整弁１９を開いて給気バイパス通路１８を通過する吸入空気量を増加させることで、燃焼室３へ供給する吸入空気の温度を高く設定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、吸入空気の温度を圧縮自着火可能な温度に調整して燃焼室へ供給する圧縮自着火エンジンの燃焼制御装置に関する。

従来、４サイクルエンジンの熱効率を向上させる手段として、混合ガスをリーン化させることで作動ガスの比熱比を大きくして理論熱効率を向上させることが知られている。又、混合ガスをリーン化することにより、同じトルクで運転する場合でも、より多くの空気をエンジンに吸入させるので、ポンピング損失を低減させることができる。

しかし、混合ガスのリーン化は燃焼期間の長期化や燃焼の不安定化を伴うため熱効率の向上には限界がある。そこで、筒内噴射によって、混合ガスを成層化した状態のまま点火プラグの周囲に集め着火性を確保する成層燃焼により、この限界を拡げるようにしているが、成層燃焼では、点火プラグ周りにリッチ混合ガスを集中させるので、燃焼温度が高くなり、ＮＯｘが増大し易いという問題がある。

一方、ディーゼルエンジンは、圧縮自着火により燃焼させるため熱効率が高く、空燃比の大幅なリーン化は可能であるが、高負荷時の空気利用率が悪いため、出力が低く、煤の排出を生じることがあり、排気ガス対策上問題となる。

そこで、このような問題を解決する手段として、ガソリン混合ガスを点火プラグを用いず、断熱圧縮により多点着火させる圧縮自着火式エンジンが提案されている。ガソリン混合ガスを圧縮自着火燃焼させるためには、高温の残留ガス熱を利用して新気を活性化させる必要があり、その１つの方法として、排気弁の閉弁時期を早め、吸気弁の開弁時期を遅らせることで、排気上死点前後で両弁が閉弁する負のオーバラップ期間を形成し、排気行程後半から吸気行程前半にかけて残留ガスを燃焼室内に閉じ込めるようにした技術が知られている。

例えば特許文献１（特開２００２−３３２８８７号公報）には、圧縮自着火運転では、スロットル弁を全開とし、排気上死点前後で、排気弁と吸気弁との双方を共に閉弁する負のバルブオーバラップ期間を形成し、燃焼室内に閉じ込めた残留ガスと、機械式過給機によって加圧された状態で燃焼室へ供給される吸気とを、圧縮行程時の断熱圧縮により予圧昇温させて、圧縮自着火を促進させる技術が開示されている。

又、特許文献２（特開平１１−２１０５３９号公報）には、予め設定した圧縮自着火可能な目標温度に筒内のガス温度が収束するように、ＥＧＲ制御弁の開度や吸気弁の開弁時期等を設定し、点火プラグによる点火タイミングにて圧縮自着火時期を制御する技術が開示されている。
特開２００２−３３２８８７号公報 特開平１１−２１０５３９号公報

しかし、特許文献１に開示されている技術では、圧縮自着火を促進させるために、スロットル弁を全開とし、且つ負のバルブオーバラップ期間を形成するようにしているので、運転領域が低負荷側に限定されてしまう問題がある。

又、特許文献２に開示されている技術では、圧縮自着火可能な目標温度を筒内圧にのみ基づいて設定しているが、圧縮自着火可能な時間はエンジン回転数の増加に伴い短くなるため、燃焼タイミングにずれが生じやすくなる。

本発明は、上記事情に鑑み、負のオーバラップ期間を形成することなく、筒内ガス温度を圧縮自着火可能な温度まで上昇させることができると共に、圧縮自着火可能な運転領域の拡大を実現することのできる圧縮自着火エンジンの燃焼制御装置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、吸気通路に配設され吸入空気を冷却する吸気冷却器と、該吸気冷却器をバイパスして上記吸気通路に連通する給気バイパス通路と、上記吸気冷却器と上記給気バイバス通路に対する上記吸入空気の配分量を設定する温度調整弁とを有し、該温度調整弁の開閉動作により燃焼室へ供給する上記吸入空気の温度を調整する圧縮自着火エンジンの燃焼制御装置において、上記両温度調整弁の開度を少なくともエンジン回転数に基づき、該エンジン回転数が高い領域では、該エンジン回転数が低い領域に比し上記給気バイパス通路を通過する上記吸入空気量を増加させる方向へ設定して上記燃焼室へ供給する上記吸入空気の温度を高く設定することを特徴とする。

本発明によれば、負のオーバラップ期間を形成することなく、筒内ガス温度を圧縮自着火可能な温度まで上昇させることができると共に、圧縮自着火可能な運転領域を拡大させることができる。

以下、図面に基づいて本発明の一形態を説明する。図１〜図１２に本発明の第１形態を示す。図１はエンジンの全体構成図である。

同図の符号１はターボ過給機付エンジンのエンジン本体、２はピストン、３は燃焼室、４は吸気ポート、５は排気ポート、６は吸気弁、７は排気弁であり、吸気ポート４に吸気通路８が連通され、一方、排気ポート５に排気通路９が連通されている。尚、図示しないが燃焼室３の頂面に筒内噴射用インジェクタの噴孔と点火プラグの発火部とが臨まされている。

又、吸気通路８の中途に、スロットル弁１０が介装され、更にその上流側に、吸気冷却器としてのインタークーラ１４が介装されている。尚、図示しないが吸気通路８の最上流に設けた吸気取り入れ口にエアクリーナが介装されている。

一方、排気通路９の中途に、ターボ過給機１１のタービン１１ｂが介装されており、このタービン１１ｂがコンプレッサ１１ａにタービン軸１１ｃを介して連設されている。又、図示しないが排気通路９の下流端側にマフラが介装されている。

更に、排気通路９のタービン１１ｂ上流側と下流側とが排気バイパス通路１２を介してバイパス接続されており、この排気バイパス通路１２に、ターボ過給機１１のタービン１１ｂ内の排気背圧（排気ガスの圧力）を調整するウエイストゲート弁１３が介装されている。

又、吸気通路８のコンプレッサ１１ａ下流側に、コンプレッサ１１ａから吐出される吸入空気を冷却するインタークーラ１４が介装されており、このコンプレッサ１１ａ上流側が、インタークーラ１４とスロットル弁１０との間にエアバイパス通路１５を介してバイパス接続されている。このエアバイパス通路１５に圧力調整弁１６が介装されている。この圧力調整弁１６は、スロットル弁１０が全閉となる減速時、或いはノック発生時等において開弁動作することで、コンプレッサ１１ａにより加圧された吸入空気を、エアバイパス通路１５を経てコンプレッサ１１ａの上流側へリークさせ過給圧の上昇を防止する。

更に、吸気通路８のコンプレッサ１１ａとインタークーラ１４との間に、第１温度調整弁１７が介装されている。又、この吸気通路８の第１温度調整弁１７とコンプレッサ１１ａとの間と、インタークーラ１４とスロットル弁１０との間が、給気バイパス通路１８を介して接続されている。この給気バイパス通路１８に第２温度調整弁１９が介装されている。この両温度調整弁１７，１９は、それを開閉動作させることで、燃焼室３に供給される吸入空気の温度を調整する。

又、吸気弁６と排気弁７とに可変動弁機構２０，２１が連設されている。この各可変動弁機構２０，２１は、バルブタイミングの異なる２種類のカム山を切り換える２段式カム機構や、周知の電磁動弁等を用いた連続可変動弁機構等で構成されており、後述する電子制御ユニット（ＥＣＵ）３０からの制御信号に基づき、運転領域に応じてバルブタイミングが切換え動作される。

このＥＣＵ３０は、マイクロコンピュータを主体に構成されており、その入力側に、エンジン回転数Ｎｅ[rpm]を検出するエンジン回転数センサ２３、エアクリーナから取り入れられる吸入空気量（吸入空気流量）Ｑを検出する吸入空気量センサ２４、エンジン本体１に伝達される機械的振動から、異常燃焼の代表であるノック発生の有無を検出するノックセンサ２５等、エンジンの運転条件を検出するセンサ、スイッチ類が接続されている。

又、ＥＣＵ３０の出力側に、上述した各弁１３，１６，１７，１９、及び可変動弁機構２０，２１に設けられている各アクチュエータ（図示せず）が接続されている。

ＥＣＵ３０では、エンジン負荷Ｌｏとエンジン回転数Ｎｅとに基づき、図７に示す運転領域判定マップを参照して、運転領域を判定する。

運転領域は、低中負荷で且つ低中回転領域の圧縮自着火（ＨＣＣＩ:Homogeneous Charge Compression Ignition：予混合圧縮着火とも云う）領域（Ｉ）と、高負荷領域或いは高回転領域（この場合、高負荷領域及び高回転領域も含む、以下同じ）の火花点火（ＳＩ:Spark Ignition）領域（II）とに区分されており、ＨＣＣＩ領域（Ｉ）では、空燃比の超リーンな圧縮自着火燃焼を行い、ＳＩ領域（II）では、通常の火花点火によるリーン燃焼を行なう。

圧縮自着火燃焼は、ＮＯｘ生成温度以下で燃焼させることができるため、ＮＯｘがほとんど発生せず、しかも、空気過剰率が高いので、排気ガス中のＣＯとＨＣとを触媒の酸化反応により浄化させることができる。

そして、運転領域がＨＣＣＩ領域（Ｉ）、すなわち、燃焼形態が圧縮自着火燃焼に設定されたときの吸気弁６と排気弁７とのバルブタイミングは、ＨＣＣＩバルブタイミングに設定される。図６（ａ）、図１２（ａ）に示すように、ＨＣＣＩバルブタイミングは、排気上死点（ＴＤＣ）前後で、排気弁７と吸気弁６とが共に開弁するバルブオーバラップ期間が比較的広いクランク角度に設定され、又、吸気弁６の閉弁時期ＩＶＣが吸気下死点（ＢＤＣ）に設定され、更に、排気弁７の開弁時期ＥＶＯが燃焼工程後半に設定される。同時に第１温度調整弁１７が閉弁され、又、第２温度調整弁１９が開弁される。更にウエイストゲート弁１３と圧力調整弁１６との開度がエンジン負荷Ｌｏに応じて制御される。

すると、排気行程においては、吸気弁６の開弁時期ＩＶＯが排気上死点（ＴＤＣ）前の比較的早い時期に設定されるため、燃焼ガスの一部が吸気通路８側へ流れ込み、吸気行程において吸気通路８側へ流れ込んだ燃焼ガスが燃焼室３へ戻されて残留ガスとなる。又、排気弁７の閉弁時期ＥＶＣが吸気行程後に設定されるため、排気行程において排気通路９側へ流れ込んだ燃焼ガスの一部も、吸気行程において燃焼室３側へ戻されて残留ガスとなる。

更に、吸気行程では、ターボ過給機１１のタービン１１ｂにて加圧された吸入空気が、インタークーラ１４で冷却されることなく、このインタークーラ１４をバイパスする給気バイパス通路１８を経て燃焼室３へ供給される。その結果、燃焼室３には、ターボ過給機１１のコンプレッサ１１ａにより過給、昇温された吸入空気と高温の残留ガスとが供給され、圧縮行程において、筒内ガス温度が断熱圧縮により圧縮自着火可能な温度にまで昇温される。その際、吸気弁６の閉弁時期ＩＶＣが吸気下死点（ＢＤＣ）に設定されているので、燃焼室３内に吸入される空気の温度が最も高くなると共に高い充填効率を得ることができ、その分、運転効率が向上する。

一方、運転領域がＳＩ領域（II）、すなわち、燃焼形態が通常の火花点火燃焼に設定されたときの吸気弁６と排気弁７とのバルブタイミングは、ＳＩバルブタイミングに設定される。図６（ｂ）に示すように、ＳＩバルブタイミングは、排気弁７と吸気弁６とが共に開弁するバルブオーバラップ期間を排気上死点（ＴＤＣ）後のクランク角度に設定されると共に、排気弁７の開弁時期ＥＶＯが、ＨＣＣＩ領域（Ｉ）に比し遅れたクランク角度に設定される。更に、吸気弁６の閉弁時期ＩＶＣが吸気下死点（ＢＤＣ）を通過した圧縮行程中のクランク角に設定される。同時に第１温度調整弁１７が開弁され、第２温度調整弁１９が閉弁される。更にウエイストゲート弁１３と圧力調整弁１６との開度がエンジン負荷Ｌｏに応じて制御される。

すると、ターボ過給機１１のタービン１１ｂにて加圧された吸入空気は、インタークーラ１４を通過する際に冷却された後、燃焼室３へ供給されるため、高負荷領域或いは高回転領域での充填効率が高くなり、通常の火花点火による燃焼が可能となる。又、その際、圧力調整弁１６の開度により燃焼室３へ供給される過給圧が調整され、しかも、吸気弁６の閉弁時期ＩＶＣを圧縮行程側に設定することで、実圧縮比が低下されるので、ノック等の異常燃焼が抑制され、高負荷領域或いは高回転領域において良好な運転性能を得ることができる。更に、排気弁７の開弁時期ＥＶＯが遅らされているため、高膨張比化による仕事量が増加し、相対的に火花点火によるリーン燃焼が可能となり、ＳＩ領域（II）での運転効率を向上させることができる。

ＥＣＵ３０は、燃料噴射制御機能、点火時期制御機能等、通常の燃焼制御機能に加え、上述したバルブタイミング設定機能、各通路１２，１５，１８とインタークーラ１４上流とを各々開閉する弁１３，１６，１９，１７の開閉動作させる通路開閉制御機能を備えている。バルブタイミング設定機能、及び通路開閉制御機能は、具体的には、図２に示す燃焼制御ルーチンに従って実行される。

このルーチンでは、先ず、ステップＳ１で、エンジン回転数センサ２３と吸入空気量センサ２４とで各々検出したエンジン回転数Ｎｅと吸入空気量Ｑとを読込み、続くステップＳ２で、このエンジン回転数Ｎｅと吸入空気量Ｑとに基づきマッブ参照或いは演算によりエンジン負荷Ｌｏを設定する。尚、エンジン負荷Ｌｏを演算により算出する場合は、例えばＬｏ＝Ｑ／Ｎｅから求める。

次いで、ステップＳ３で、エンジン負荷Ｌｏとエンジン回転数Ｎｅとに基づき、図７に示す運転領域マップを参照して、現在の運転領域を検出する。図７に示すように、運転領域は、低中負荷で且つ低中回転領域のＨＣＣＩ領域（Ｉ）と、高負荷領域或いは高回転領域のＳＩ領域（II）とに区分されており、ＨＣＣＩ領域（Ｉ）では、空燃比の超リーンな圧縮自着火（ＨＣＣＩ）燃焼を実行し、ＳＩ領域（II）では、通常の火花点火（ＳＩ）によるリーン燃焼を実行する。

その後、ステップＳ４で、運転領域がＨＣＣＩ領域（Ｉ）かＳＩ領域（II）かを判定し、ＳＩ領域（II）のときはステップＳ５へ分岐し、ＳＩ燃焼制御を実行して、ステップＳ１へ戻る。又、ＨＣＣＩ領域（Ｉ）のときはステップＳ６へ進み、ノックセンサ２５の出力信号からノック発生の有無を調べる。そして、ノックが発生していないときは、ステップＳ７へ進み、ＨＣＣＩ燃焼制御を実行してステップＳ１へ戻る。又、ノック発生と判定したときはステップＳ８へ進み、ノック回避制御を実行してステップＳ１へ戻る。

ステップＳ５で実行されるＳＩ燃焼制御は、図３に示すＳＩ燃焼制御サブルーチンに従って処理される。このサブルーチンでは、先ず、ステップＳ１１で、バルブタイミングをＳＩバルブタイミングに設定する。図６（ｂ）に示すように、ＳＩバルブタイミングは、排気弁７と吸気弁６とが共に開弁するバルブオーバラップ期間を排気上死点（ＴＤＣ）後に設定し、更に、排気弁７の開弁時期ＥＶＯを、後述するＨＣＣＩ領域（Ｉ）に比し遅れた角度に設定する。更に、吸気弁６の閉弁時期ＩＶＣを吸気下死点（ＢＤＣ）を通過した圧縮行程中のクランク角に設定する。

次いで、ステップＳ１２へ進み、エンジン回転数Ｎｅとエンジン負荷Ｌｏとに基づき、図８に示すウエイストゲート弁開度マップを補間計算付で参照して、ウエイストゲート弁１３の開度を設定する。図８に示すように、運転領域が破線で囲まれた領域の外側のＳＩ領域（Ｉ）にあるときは、エンジン負荷Ｌｏとエンジン回転数Ｎｅとが、ＨＣＣＩ領域（Ｉ）との境界から次第に高くなるに従い、ウエイストゲート弁１３の弁開度が開方向へ設定され、全負荷（ＷＯＴ）で全開（１００％）に設定される。

従って、ＳＩ領域（Ｉ）におけるウエイストゲート弁１３の開度は、エンジン負荷Ｌｏとエンジン回転数Ｎｅとが増加するに従い次第に大きくなり、排気バイパス通路１２を通過する排気流量が増加するため、相対的にターボ過給機１１のタービン１１ｂに流れる排気流量が減少し、コンプレッサ１１ａによる過給圧が次第に低下する。

次いで、ステップＳ１３へ進み、インタークーラ１４の上流に配設されている第１温度調整弁１７を全開とし、続くステップＳ１４で、インタークーラ１４をバイパスする給気バイパス通路１８に介装されている第２温度調整弁１９を全閉とし、更に、ステップＳ１５へ進み、コンプレッサ１１ａ及びインタークーラ１４をバイパスするエアバイパス通路１５に介装されている圧力調整弁１６を全閉として、ルーチンを抜ける。

その結果、図示しないエアクリーナから吸気通路に吸い込まれた吸入空気の殆どは、ターボ過給機１１のタービン１１ｂを通り、加圧された後、インタークーラ１４にて冷却され、その後、燃焼室３へ供給される。従って、高負荷領域或いは高回転領域での充填効率が高くなり、良好な火花点火による燃焼を実行することができる。その際、上述したようにＳＩバルブタイミングでは、吸気弁６の閉弁時期ＩＶＣが圧縮行程側に設定されているので、実圧縮比が低下され、ノック等の異常燃焼が抑制される。更に、排気弁７の開弁時期ＥＶＯが、ＨＣＣＩバルブタイミングに比し遅れたクランク角度に設定されているため、高膨張比化による仕事量が増加し、相対的に火花点火によるリーン燃焼が可能となり、ＳＩ領域（II）での運転効率が向上する。

又、図２のステップＳ７で実行されるＨＣＣＩ燃焼制御は、図４に示すＨＣＣＩ燃焼制御サブルーチンに従って処理される。このサブルーチンでは、先ず、ステップＳ２１で、バルブタイミングをＨＣＣＩバルブタイミングに設定する。図６（ａ）、図１２（ａ）に示すように、ＨＣＣＩバルブタイミングは、排気弁７と吸気弁６とが共に開弁するバルブオーバラップ期間を、排気上死点（ＴＤＣ）前後で比較的広いクランク角度に設定する。更に、吸気弁６の閉弁時期ＩＶＣを吸気下死点（ＢＤＣ）に設定する。又、排気弁７の開弁時期ＥＶＯを燃焼工程後半に設定する。尚、図１２（ｂ）は運転領域がＨＣＣＩ領域にあるときの筒内圧を示すもので、筒内噴射用インジェクタからの燃料噴射開始時期は吸気行程後半に設定される。

次いで、ステップＳ２２へ進み、エンジン負荷Ｌｏとエンジン回転数Ｎｅとに基づき、図８に示すウエイストゲート弁開度マップを補間計算付で参照して、ウエイストゲート弁１３の開度を設定する。図８に示すように、運転領域が破線で囲まれたＨＣＣＩ領域（Ｉ）にあるときは、エンジン負荷Ｌｏとエンジン回転数Ｎｅとが共に高い、ＳＩ領域（II）との境界にある状態でほぼ全閉に設定され、ここからエンジン負荷Ｌｏとエンジン回転数Ｎｅとが共に低下するに従い、ウエイストゲート弁１３が次第に開き、アイドル運転（軽負荷）で全開（１００％）に設定される。

このように、ウエイストゲート弁１３は、エンジン負荷Ｌｏとエンジン回転数Ｎｅとが共に低下するに従い次第に大きくなるので、排気バイパス通路１２を通過する排気流量が増加し、相対的にターボ過給機１１に設けたタービン１１ｂ内の排気背圧が減少し、コンプレッサ１１ａによる過給圧が次第に低下する。又、ウエイストゲート弁１３の開度変化による排気抵抗の変化に伴い、排気ガスの圧力を変化させて、燃焼室３内の温度を変化させ、適切な燃焼タイミングを得ることができる。

次いで、ステップＳ２３へ進み、エンジン回転数Ｎｅとエンジン負荷Ｌｏとに基づき、図９、図１０に示す第１温度調整弁開度マップ、第２温度調整弁開度マップを各々参照して、第１温度調整弁１７と第２温度調整弁１９との弁開度を各々設定する。

図９に示すように、第１温度調整弁１７の開度は、エンジン回転数Ｎｅが高い状態から、エンジン回転数Ｎｅが低下し且つエンジン負荷Ｌｏが高くなるに従い、開く方向に設定され、エンジン負荷ＬｏがＳＩ領域（II）との境界付近にあるとき全開（１００％）に設定される。

一方、図１０に示すように、第２温度調整弁１９の開度は、エンジン負荷ＬｏがＳＩ領域（II）との境界付近にある状態から、エンジン回転数Ｎｅが上昇し且つエンジン負荷Ｌｏが低下するに従い、開く方向に設定され、エンジン回転数ＮｅがＳＩ領域（II）との境界付近のとき全開（１００％）に設定される。

このように、両温度調整弁１７，１９の開度は、エンジン負荷Ｌｏとエンジン回転数Ｎｅとをパラメータとして、その総和がほぼ一定となるように設定されている。すなわち、図１１に示すように、両温度調整弁１７，１９の開度の総和の開度比率を１００［％］とした場合、同図（ａ）に示すように、第１温度調整弁１７の開度が小さくなると、相対的に第２温度調整弁１９の開度が大きくなる。一方、同図（ｂ）に示すように、第１温度調整弁１７の開度が大きくなると、相対的に第２温度調整弁１９の開度が小さくなる。そして、両温度調整弁１７，１９の一方が全開のとき他方が全閉となる。その結果、両温度調整弁１７，１９の開度制御により、インタークーラ１４と給気バイパス通路１８とを通過する吸入空気の配分量が設定される。

従って、ＨＣＣＩ領域（Ｉ）では、エンジン負荷Ｌｏが高い場合は、第１温度調整弁１７が全開、第２温度調整弁１９が全閉となるので、吸入空気の殆どはインタークーラ１４によって冷却された後、燃焼室３に供給される。一方、エンジン負荷Ｌｏが低下し、且つエンジン回転数Ｎｅが上昇すると、第１温度調整弁１７が次第に閉じ、第２温度調整弁１９が次第に開く。

本形態では、燃焼室３へ供給される吸入空気の温度を、エンジン回転数Ｎｅとエンジン負荷Ｌｏとに基づいて調整するようにしたので、燃料タイミングに遅れが生じなくなるばかりでなく、筒内温度を圧縮自着火可能な目標温度に対し、より早く収束させることができ、適切な圧縮自着火燃焼を行わせることができる。

その後、ステップＳ２４へ進むと、エンジン回転数Ｎｅとエンジン負荷Ｌｏとに基づき圧力調整弁１６の開度を設定し、ルーチンを抜ける。圧力調整弁１６の開度は、上述したウエイストゲート弁１３の開度にほぼ同期して動作される。すなわち、圧力調整弁１６は、エンジン負荷Ｌｏとエンジン回転数Ｎｅとが共に高い、ＳＩ領域（II）との境界付近で全閉に設定され、ここからエンジン負荷Ｌｏとエンジン回転数Ｎｅとが共に低下するに従い次第に開かれる。その結果、コンプレッサ１１ａへ供給される吸入空気は、エンジン負荷Ｌｏとエンジン回転数Ｎｅとが共に高い、ＳＩ領域（II）との境界付近で最大となり、ここからエンジン負荷Ｌｏとエンジン回転数Ｎｅとが共に低下するに従い、エアバイパス通路１５側へ分流される量が増加する。尚、この圧力調整弁１６は、全運転領域を通して、スロットル弁１０が全閉となる減速時、或いはノック発生時等において開弁動作される。圧力調整弁１６を開弁させることで、コンプレッサ１１ａにより加圧された吸入空気が、エアバイパス通路１５を経てコンプレッサ１１ａ上流側へリークされるため、過給圧の上昇が防止される。

このように、運転領域がＨＣＣＩ領域（Ｉ）にあるときは、ターボ過給機１１によって発生する過給圧が、ウエイストゲート弁１３と圧力調整弁１６との協調動作により適正に設定され、燃焼室３へ供給される吸入空気量が調整される。

又、その際、エンジン回転数Ｎｅとエンジン負荷Ｌｏとに基づいて、第１、第２温度調整弁１７，１９の開度の総和がほぼ一定となるように設定される。例えばエンジン負荷Ｌｏが大きいときは、第１温度調整弁１７の開度が大きく、第２温度調整弁１９の開度が小さく設定されるので、コンプレッサ１１ａにより加圧、昇温された吸入空気の多くがインタークーラ１４で冷却されてスロットル弁１０の上流へ至り、ここで、給気バイパス通路１８側から供給される吸入空気とミキシングされる。又、エンジン負荷Ｌｏが低下し、エンジン回転数Ｎｅが上昇すると、第１温度調整弁１７が次第に閉じ、第２温度調整弁１９が次第に開く。その結果、給気バイパス通路１８側へ導かれる吸入空気量が増加し、スロットル弁１０の上流で、この吸入空気量とインタークーラ１４によって冷却された吸入空気とがミキシングされる。従って、燃焼室３へは、自着火可能な温度に調整された吸入空気が供給される。

又、バルブタイミングが、ＨＣＣＩバルブタイミングに設定されると、排気行程において、吸気弁６の開弁時期ＩＶＯが排気上死点（ＴＤＣ）前の比較的早い時期に設定されるため、燃焼ガスの一部が吸気通路８側へ流れ込む。この吸気通路８へ流れ込んだ燃焼ガスは、吸気行程において燃焼室３へ戻されて残留ガスとなる。

本形態によるＨＣＣＩ領域（Ｉ）では、バルブオーバラップを増加させることで残留ガスを増加させることができる。更に、燃焼室３に供給される吸入空気の温度が、第１、第２温度調整弁１７，１９によりインタークーラ１４にて冷却される吸入空気と、給気バイパス通路１８を経てインタークーラ１４にて冷却されることなく供給される吸入空気とをミキシングして圧縮自着火可能な温度に調整することができる。加えて、燃焼室３へ供給する吸入空気量をウエイストゲート弁１３と圧力調整弁１６との協調動作により適正に設定することができる。その結果、最適な圧縮自着火燃焼を得ることができるばかりでなく、ＨＣＣＩ領域（Ｉ）の拡大を実現することができる。

又、図２のステップＳ８で実行されるノック回避制御は、図５に示すノック回避制御サブルーチンに従って処理される。このサブルーチンでは、先ず、ステップＳ３１で、第１温度調整弁１７の開度を、前回の開度から設定開度ａだけ加算した値で設定し、これに同期して、ステップＳ３２において、第２温度調整弁１９の開度を、前回の開度から設定開度ａだけ減算した値で設定する。従って、第１温度調整弁１７が次第に開弁し、第２温度調整弁１９が次第に閉弁する。その結果、インタークーラ１４により冷却される吸入空気量が増加し、燃焼室３に供給される吸入空気の温度が低下される。

このように、ノックが発生した場合、先ず、第１、第２温度調整弁１７，１９の開度を調整して燃焼室３へ供給する吸入空気の温度を下げるようにしたので、早期にノックを回避することができる。

そして、ステップＳ３３へ進み、第１温度調整弁１７が全開に達したか否かを調べ、全開に達していなければルーチンを抜ける。又、全開に達したときは、ステップＳ３４へ進み、第２温度調整弁１９が全閉に達したか否かを調べる。全閉に達していなければルーチンを抜ける。又、全閉に達したときは、ステップＳ３５へ進む。

このように、第１温度調整弁１７が全開となり、或いは、第２温度調整弁１９が全閉となるまで、第１温度調整弁１７を開弁し、且つ第２温度調整弁１９を閉弁して、吸入空気の温度を低下させることで、ノックを収拾する。

そして、第１温度調整弁１７が全開し、且つ第２温度調整弁１９が全閉した後もノックが回避されない場合は、ステップＳ３５へ進み、ウエイストゲート弁１３を設定開度ｂで、演算周期毎に開弁させる。次いで、ステップＳ３６で、ウエイストゲート弁１３が全開に達したか否かを調べ、全開に達していなければルーチンを抜ける。全開に達したときは、ステップＳ３７へ進む。

従って、ウエイストゲート弁１３は、ノックが収拾するまで開弁動作され、全開に達してもノックが収拾されないときは、ステップＳ３７へ進む。

ステップＳ３７では、圧力調整弁１６を設定開度ｃで、演算周期毎に開弁させ、ルーチンを抜ける。

尚、圧力調整弁１６を開弁させて、吸入空気のエアバイパス通路１５を通過する割合を増加させてもノックが収拾されない場合は、バルブタイミングをＳＩバルブタイミングとし、火花点火による燃焼に切換えると共に、点火時期を遅角させてノック発生を回避する。

又、図１３〜図２１に本発明の第２形態を示す。尚、第１形態と同一の構成部分については同一の符号を付して説明を省略する。上述した第１形態では、吸入空気量Ｑを検出する吸入空気量センサ２４を用いたＬジェトロニック方式を採用するエンジンに、本発明を適用した場合について説明したが、本形態は、スロットル弁１０下流の吸気管圧力（過給圧）Ｐ[Pa]を検出する吸気管圧力センサ２６を用いたＤジェトロニック方式を採用するエンジンに、本発明を適用した場合について説明する。又、本形態ではコンプレッサ１１ａとインタークーラ１４とをバイパスするエアバイパス通路１５（図１参照）が省略されている。

ＥＣＵ３０は、エンジン回転数センサ２３で検出したエンジン回転数Ｎｅと、吸気管圧力センサ２６で検出した吸気管圧力Ｐとに基づき運転領域を判定し、運転領域毎に燃焼制御を行う。具体的には、図１４に示す燃焼制御ルーチンに従って実行される。

先ず、ステップＳ４１で、エンジン回転数センサ２３で検出したエンジン回転数Ｎｅと吸気管圧力センサ２６で検出した吸気管圧力Ｐとを読込む。次いで、ステップＳ４２へ進み、エンジン回転数Ｎｅと吸気管圧力Ｐとに基づき、図１８に示す運転領域マップを参照して、現在の運転領域を検出する。図１８に示すように、運転領域は、吸気管圧力Ｐが低中圧で、且つエンジン回転数Ｎｅが低中回転のＨＣＣＩ領域（Ｉ）と、吸気管圧力Ｐが高い高圧領域或いは高回転領域のＳＩ領域（II）とに区分されており、ＨＣＣＩ領域（Ｉ）では、空燃比の超リーンな圧縮自着火（ＨＣＣＩ）燃焼を実行し、ＳＩ領域（II）では、通常の火花点火（ＳＩ）によるリーン燃焼を実行する。

その後、ステップＳ４３で、運転領域がＨＣＣＩ領域（Ｉ）かＳＩ領域（II）かを判定し、ＳＩ領域（II）のときはステップＳ４４へ分岐し、ＳＩ燃焼制御を実行して、ステップＳ４１へ戻る。又、ＨＣＣＩ領域（Ｉ）のときはステップＳ４５へ進み、ノックセンサ２５の出力信号からノック発生の有無を調べる。そして、ノックが発生していないときは、ステップＳ４６へ進み、ＨＣＣＩ燃焼制御を実行してステップＳ１へ戻る。又、ノック発生と判定したときはステップＳ４７へ進み、ノック回避制御を実行してステップＳ１へ戻る。

ステップＳ４４で実行されるＳＩ燃焼制御は、図１５に示すＳＩ燃焼制御サブルーチンに従って処理される。このサブルーチンでは、先ず、ステップＳ５１で、バルブタイミングをＳＩバルブタイミングに設定する。尚、このバルブタイミングの設定は、図３のステップＳ１１と同様の処理で行われるため説明を省略する。

次いで、ステップＳ５２へ進み、エンジン回転数Ｎｅと吸気管圧力Ｐとに基づき、図１９に示すウエイストゲート弁開度マップを補間計算付で参照して、ウエイストゲート弁１３の開度を設定する。

図１９に示すように、運転領域が破線で囲まれた領域の外側のＳＩ領域（Ｉ）にあるときは、吸気管圧力Ｐとエンジン回転数Ｎｅとが、ＨＣＣＩ領域（Ｉ）との境界から次第に高くなるに従い、ウエイストゲート弁１３の弁開度が開方向へ設定され、全負荷（ＷＯＴ）で全開（１００％）に設定される。

従って、ＳＩ領域（Ｉ）におけるウエイストゲート弁１３の開度は、吸気管圧力Ｐとエンジン回転数Ｎｅとが増加するに従い次第に大きくなり、排気バイパス通路１２を通過する排気流量が増加するため、相対的にターボ過給機１１のタービン１１ｂに流れる排気流量が減少し、コンプレッサ１１ａによる過給圧が次第に低下する。

次いで、ステップＳ５３，Ｓ５４へ進み、ルーチンを抜ける。ステップＳ５３，Ｓ５４は、図３のステップＳ１３，Ｓ１４と同様の処理が行われる。すなわち、ステップＳ５３では、インタークーラ１４の上流に配設されている第１温度調整弁１７を全開とし、ステップＳ５４では、インタークーラ１４をバイパスする給気バイパス通路１８に介装されている第２温度調整弁１９を全閉とする。

その結果、ターボ過給機１１のタービン１１ｂから吐出された吸入空気の殆どは、インタークーラ１４にて冷却されて、燃焼室３へ供給される。尚、このときの作用効果は、図３のステップＳ１３，Ｓ１４と同様であるため、説明を省略する。

又、図１４のステップＳ４６で実行されるＨＣＣＩ燃焼制御は、図１６に示すＨＣＣＩ燃焼制御サブルーチンに従って処理される。このサブルーチンでは、先ず、ステップＳ６１で、バルブタイミングをＨＣＣＩバルブタイミングに設定する。尚、このバルブタイミングの設定は、図１６のステップＳ２１と同様の処理で行われるため説明を省略する。

次いで、ステップＳ６２へ進み、吸気管圧力Ｐとエンジン回転数Ｎｅとに基づき、図１９に示すウエイストゲート弁開度マップを補間計算付で参照して、ウエイストゲート弁１３の開度を設定する。

図１９に示すように、運転領域が破線で囲まれたＨＣＣＩ領域（Ｉ）にあるときは、吸気管圧力Ｐとエンジン回転数Ｎｅとが共に高い、ＳＩ領域（II）との境界にある状態でほぼ全閉に設定され、ここから吸気管圧力Ｐとエンジン回転数Ｎｅとが共に低下するに従い、ウエイストゲート弁１３が次第に開き、アイドル運転（軽負荷）で全開（１００％）に設定される。

このように、ウエイストゲート弁１３は、吸気管圧力Ｐとエンジン回転数Ｎｅとが共に低下するに従い次第に大きくなるので、排気バイパス通路１２を通過する排気流量が増加し、相対的にターボ過給機１１に設けたタービン１１ｂ内の排気背圧が減少するので、コンプレッサ１１ａによる過給圧が次第に低下する。

次いで、ステップＳ６３へ進み、エンジン回転数Ｎｅと吸気管圧力Ｐとに基づき、図２０、図２１に示す第１温度調整弁開度マップ、第２温度調整弁開度マップを各々参照して、第１温度調整弁１７と第２温度調整弁１９との弁開度を各々設定した後、ルーチンを抜ける。

図２０に示すように、第１温度調整弁１７の開度は、エンジン回転数Ｎｅが高い状態から、エンジン回転数Ｎｅが低下し且つ吸気管圧力Ｐが高くなるに従い、開く方向に設定され、吸気管圧力ＰがＳＩ領域（II）との境界付近にあるとき全開（１００％）に設定される。

一方、図２１に示すように、第２温度調整弁１９の開度は、吸気管圧力ＰがＳＩ領域（II）との境界付近にある状態から、エンジン回転数Ｎｅが上昇し且つ吸気管圧力Ｐが低下するに従い、開く方向に設定され、エンジン回転数ＮｅがＳＩ領域（II）との境界付近のとき全開（１００％）に設定される。両温度調整弁１７，１９の開度は、吸気管圧力Ｐとエンジン回転数Ｎｅとをパラメータとしてほぼ、その総和がほぼ一定となるように動作する。従って、ＨＣＣＩ領域（Ｉ）では、吸気管圧力Ｐが高い場合は、第１温度調整弁１７が全開、第２温度調整弁１９が全閉となるので、吸入空気の殆どはインタークーラ１４によって冷却された後、燃焼室３に供給される。一方、吸気管圧力Ｐが低下し、且つエンジン回転数Ｎｅが上昇すると、第１温度調整弁１７が次第に閉じ、第２温度調整弁１９が次第に開く。

このように、本形態では、運転領域がＨＣＣＩ領域（Ｉ）にあるときは、ターボ過給機１１によって発生する過給圧が、ウエイストゲート弁１３の開度により適正に設定され、燃焼室３へ供給される吸入空気量が調整される。又、その際、吸気管圧力Ｐとエンジン回転数Ｎｅとに基づいて、第１、第２温度調整弁１７，１９の開度は、その総和ががほぼ一定となるように設定される。例えば吸気管圧力Ｐが大きいときは、第１温度調整弁１７の開度が大きく、第２温度調整弁１９の開度が小さく設定されるので、コンプレッサ１１ａにより加圧、昇温された吸入空気の多くがインタークーラ１４で冷却されてスロットル弁１０の上流へ至り、ここで、給気バイパス通路１８側から供給される吸入空気とミキシングされる。又、吸気管圧力Ｐが低下し、エンジン回転数Ｎｅが上昇すると、第１温度調整弁１７が次第に閉じ、第２温度調整弁１９が次第に開く。その結果、給気バイパス通路１８側へ導かれる吸入空気量が増加し、スロットル弁１０の上流で、この吸入空気量とインタークーラ１４によって冷却された吸入空気とがミキシングされる。従って、燃焼室３へは、自着火可能な温度に調整された吸入空気が供給される。

本形態によるＨＣＣＩ領域（Ｉ）では、バルブオーバラップが増加されるので、残留ガスを増加させることができる。更に、燃焼室３に供給される吸入空気の温度が、第１、第２温度調整弁１７，１９によりインタークーラ１４にて冷却される吸入空気と、給気バイパス通路１８を経てインタークーラ１４にて冷却されることなく供給される吸入空気とをミキシングして圧縮自着火可能な温度に調整することができる。その結果、最適な圧縮自着火燃焼を得ることができるばかりでなく、ＨＣＣＩ領域（Ｉ）の拡大を実現することができる。

又、図１４のステップＳ４７で実行されるノック回避制御は、図１７に示すノック回避制御サブルーチンに従って処理される。このサブルーチンは、第１形態の図５に示すサブルーチンと殆ど同じであるが、本形態のエンジンはエアバイパス通路１５が省略されているため、ステップＳ３６，Ｓ３７の処理が省略されている。

すなわち、図１７に示すサブルーチンでは、先ず、ステップＳ７１で、第１温度調整弁１７の開度を、前回の開度から設定開度ａだけ加算した値で設定し、これに同期して、ステップＳ７２において、第２温度調整弁１９の開度を、前回の開度から設定開度ａだけ減算した値で設定する。従って、第１温度調整弁１７が次第に開弁し、第２温度調整弁１９が次第に閉弁する。その結果、インタークーラ１４により冷却される吸入空気量が増加するため、燃焼室３に供給される吸入空気の温度が低下される。

その後、ステップＳ７３へ進み、第１温度調整弁１７が全開に達したか否かを調べ、全開に達していなければルーチンを抜ける。全開に達したときは、ステップＳ７４へ進み、第２温度調整弁１９が全閉に達したか否かを調べる。全閉に達していなければルーチンを抜ける。又、全閉に達したときは、ステップＳ７５へ進む。

このように、第１温度調整弁１７が全開となり、或いは、第２温度調整弁１９が全閉となるまで、第１温度調整弁１７を開弁し、且つ第２温度調整弁１９を閉弁して、吸入空気の温度を低下させることで、ノックを収拾する。

そして、第１温度調整弁１７が全開し、且つ第２温度調整弁１９が全閉した後もノックが回避されない場合は、ステップＳ７５へ進み、ウエイストゲート弁１３を設定開度ｂで、演算周期毎に開弁させた後、ルーチンを抜ける。

尚、ウエイストゲート弁１３を全開として、過給動作を停止させてもノックが収拾されない場合は、バルブタイミングをＳＩバルブタイミングとし、火花点火による燃焼に切換えると共に、点火時期を遅角させてノック発生を回避する。

又、本発明は、上述した各形態に限るものではなく、例えば第１温度調整弁１７と第２温度調整弁１９とを廃止し、それに代えて、吸気通路８と給気バイパス通路１８との分岐部に、１つの温度調整弁を配設するようにしても良い。この場合、温度調整弁は運転条件に応じ、エンジン回転数が高いときは、吸気通路８側を閉弁して、給気バイパス通路１８を開弁し、逆にエンジン回転数が低いときは吸気通路８側を開弁して、給気バイパス通路１８を閉弁する切換え弁として機能させる。

第１形態によるエンジンの全体構成図 同、燃焼制御ルーチンを示すフローチャート 同、ＳＩ燃焼制御サブルーチンを示すフローチャート 同、ＨＣＣＩ燃焼制御サブルーチンを示すフローチャート 同、ノック回避制御サブルーチンを示すフローチャート 同、運転領域が圧縮自着火領域にあるときのバルブタイミングを示す説明図、（ｂ）運転領域が火花点火領域にあるときのバルブタイミングを示す説明図 同、運転領域判定マップの説明図 同、ウエイストゲート弁開度マップの説明図 同、第１温度調整弁開度マップの説明図 同、第２温度調整弁開度マップの説明図 同、（ａ）はエンジン回転数が高く且つエンジン負荷が低いときの第１温度調整弁開度と第２温度制御弁開度との説明図、（ｂ）はエンジン回転数が低く且つエンジン負荷が高いときの第１温度調整弁開度と第２温度制御弁開度との説明図 同、運転領域が圧縮自着火領域にあるときのバルブタイミングと筒内圧との関係を示す説明図 第２形態によるエンジンの全体構成図 同、燃焼制御ルーチンを示すフローチャート 同、ＳＩ燃焼制御サブルーチンを示すフローチャート 同、ＨＣＣＩ燃焼制御サブルーチンを示すフローチャート 同、ノック回避制御サブルーチンを示すフローチャート 同、運転領域判定マップの説明図 同、ウエイストゲート弁開度マップの説明図 同、第１温度調整弁開度マップの説明図 同、第２温度調整弁開度マップの説明図

符号の説明

１…エンジン本体、３…燃焼室、６…吸気弁、７…排気弁、８…吸気通路、９…排気通路、１０…スロットル弁、１１…ターボ過給機、１１ａ…コンプレッサ、１１ｂ…タービン、１２…排気バイパス通路、１３…ウエイストゲート弁、１４…インタークーラ、１５…エアバイパス通路、１６…圧力調整弁、１７…第１温度調整弁、１８…給気バイパス通路、１９…第２温度調整弁、２３…エンジン回転数センサ、２４…吸入空気量センサ、２５…ノックセンサ、２６…吸気管圧力センサ、Ｌｏ…エンジン負荷、Ｎｅ…エンジン回転数、Ｐ…吸気管圧力、Ｑ…吸入空気量

Claims (6)

1. 吸気通路に配設され吸入空気を冷却する吸気冷却器と、該吸気冷却器をバイパスして上記吸気通路に連通する給気バイパス通路と、上記吸気冷却器と上記給気バイバス通路に対する上記吸入空気の配分量を設定する温度調整弁とを有し、該温度調整弁の開閉動作により燃焼室へ供給する上記吸入空気の温度を調整する圧縮自着火エンジンの燃焼制御装置において、
   上記両温度調整弁の開度を少なくともエンジン回転数に基づき、該エンジン回転数が高い領域では、該エンジン回転数が低い領域に比し上記給気バイパス通路を通過する上記吸入空気量を増加させる方向へ設定して上記燃焼室へ供給する上記吸入空気の温度を高く設定する
   ことを特徴とする圧縮自着火エンジンの燃焼制御装置。
2. 上記温度調整弁の開度を、エンジン負荷に基づき、上記エンジン負荷が低いときは、上記エンジン負荷が高い場合に比し、上記給気バイパス通路を通過する上記吸入空気量を増加させる方向へ設定して上記燃焼室へ供給する該吸入空気の温度を高くする
   ことを特徴とする請求項１に記載の圧縮自着火エンジンの燃焼制御装置。
3. 上記温度調整弁の開度を、スロットル弁下流の吸気管圧力に基づき、上記吸気管圧力が低いときは、上記吸気管圧力が高い場合に比し、上記給気バイパス通路を通過する上記吸入空気量を増加させる方向へ設定して上記燃焼室へ供給する該吸入空気の温度を高くする
   ことを特徴とする請求項１に記載の圧縮自着火エンジンの燃焼制御装置。
4. 上記温度調整弁の開度を、エンジンに異常燃焼が発生したときは上記給気バイパス通路を通過する上記吸入空気量を減少させると共に上記吸気冷却器を通過する該吸入空気量を増加させる方向へ設定する
   ことを特徴とする請求項１に記載の圧縮自着火エンジンの燃焼制御装置。
5. 上記エンジンの排気ガスを駆動源として上記吸入空気を過給するターボ過給機を有し、上記エンジンの排気通路に設けた上記ターボ過給機のタービンをバイパスして上記排気通路に連通する排気バイパス通路に該排気バイパス通路を開閉するウエイストゲート弁を設け、該ウエイストゲート弁の開度を上記エンジン回転数が低下するに従い上記排気バイパス通路を通過する排気流量を増加させる方向に設定する
   ことを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の圧縮自着火エンジンの燃焼制御装置。
6. 上記吸入空気を過給する過給機を有し、該過給機と上記吸気冷却器とをバイパスして上記吸気通路に連通するエアバイパス通路を設け、該エアバイパス通路に圧力調整弁を設け、該圧力調整弁の開度を、上記エンジン回転数が低下するに従い該エアバイパス通路を通過して上記過給機の上流側へ戻る上記吸入空気量を増加させる方向に設定する
   ことを特徴とする請求１に記載の圧縮自着火エンジンの燃焼制御装置。

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