JP2009097416A - 予混合圧縮自着火機関 - Google Patents

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Abstract

【課題】火花点火燃焼から圧縮自着火燃焼へ切り換わるときに適正な圧縮自着火燃焼へ移行することができる予混合圧縮自着火機関を提供する。
【解決手段】制御コンピュータＣは、アクセルセンサ４０によって検出されたアクセル踏み込み量の情報に基づいて、エンジン負荷Ｆを把握し、クランク角度検出器４１によって検出されたクランク角度情報に基づいて、エンジン回転数Ｎを算出する。運転状態（Ｆ，Ｎ）が切り換え準備燃焼領域Ｒにあるときには、制御コンピュータＣは、排気通路２２から供給通路２７を経由して吸気通路３３へ排気ガスを供給して燃焼室１１２内の温度を低下させるように、流量調整弁２８を制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、圧縮自着火燃焼と火花点火燃焼とに切り換え可能な予混合圧縮自着火機関に関する。
予混合圧縮自着火機関（例えば特許文献１，２参照）は、ＮＯｘの発生が少なく、煤が殆ど発生しないという優れた内燃機関であるが、エンジンの運転状態によっては圧縮自着火燃焼ができない場合がある。そのため、特許文献１，２に開示のように、予混合圧縮自着火機関では、必要に応じて圧縮自着火燃焼と火花点火燃焼とに切り換える燃焼制御が行われる。
圧縮自着火による燃焼の場合と、火花点火によって火炎伝播を生じさせる燃焼の場合とでは、燃焼室内の温度が異なり、火花点火燃焼の場合の燃焼室内温度は、圧縮自着火燃焼の場合の燃焼室内温度よりも高い。そのため、燃焼室の壁面の温度が高い状態になっている火花点火燃焼から圧縮自着火燃焼への切り換えが行われると、自着火が異常に早く行われたり、ノッキングが発生するといった不具合が生じるおそれがある。
特許文献１に開示のエンジン制御装置では、排気バルブを長めに開いたり、排気バルブを２度開きしたり、あるいは排気通路に排出された排気ガスを燃焼室に再吸入する等によって、燃焼室内の温度を低下させる対策が図られている。
特開２００４−２０４７４５号公報 特開２００７−１６２５２７号公報
しかし、特許文献１に開示のエンジン制御装置では、火花点火燃焼から圧縮自着火燃焼へ切り替わるときに燃焼室内の温度を低下させる制御が行われる。そのため、燃焼室の壁面の温度が急には下がらず、早すぎる自着火やノッキングを防止する効果は十分ではない。
本発明は、火花点火燃焼から圧縮自着火燃焼へ切り換わるときに適正な圧縮自着火燃焼へ移行することができる予混合圧縮自着火機関を提供することを目的とする。
本発明は、圧縮自着火燃焼と火花点火燃焼とに切り換え可能な予混合圧縮自着火機関を対象とし、請求項１の発明は、前記予混合圧縮自着火機関の排気経路に排出された排気ガスの一部を吸気経路へ供給し、前記吸気経路へ供給された前記排気ガスと新気とを混合する外部ＥＧＲ手段と、エンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段と、前記運転状態検出手段によって検出されたエンジンの運転状態と、前記運転状態に応じて燃焼領域を特定するための燃焼領域マップとに基づいて、圧縮自着火燃焼領域と火花点火燃焼領域とのいずれか一方を特定して燃焼制御を行なう制御手段とを備え、前記燃焼領域マップは、圧縮自着火燃焼領域と、火花点火燃焼領域と、圧縮自着火燃焼領域と火花点火燃焼領域との間の境界に接し、且つ前記火花点火燃焼領域内にある切り換え準備燃焼領域とを備え、前記制御手段は、前記切り換え準備燃焼領域が特定された状態では、燃焼室内の温度を低下させるように、内部ＥＧＲを減ずる実行制御又は外部ＥＧＲの実行制御を行なうことを特徴とする。
ここにおける「外部ＥＧＲの実行」とは、排気経路に排出された排気ガスの一部を吸気経路へ供給し、吸気経路へ供給された排気ガスと新気とを混合することである。又、「内部ＥＧＲの実行」とは、例えば排気行程途中で排気弁を閉じて既燃焼ガスの一部を燃焼室内に閉じ込め、閉じ込められた既燃焼ガスと、次の燃焼サイクルで新たに燃焼室に供給される新気とを混合することである。外部ＥＧＲの実行により、燃焼室内の温度を低下させることができるが、内部ＥＧＲの実行により燃焼室内の温度が上昇するため、「内部ＥＧＲを減ずる実行」により、燃焼室内の温度を低下させることができる。
火花点火燃焼の領域内にある切り換え準備燃焼領域が特定されている状態では、燃焼室内の温度を低下させるように、内部ＥＧＲを減ずる実行制御又は外部ＥＧＲの実行制御が行なわれる。そのため、火花点火燃焼から圧縮自着火燃焼へ切り換えられる際には、燃焼室内の温度が予め低下され、圧縮自着火燃焼が開始されたときには、燃焼室内の温度が低下している。その結果、火花点火燃焼から適正な圧縮自着火燃焼への切り換えが行われ、早すぎる自着火やノッキングが防止される。
好適な例では、前記燃焼領域マップは、前記境界に接し、且つ圧縮自着火燃焼領域内にある一時的ＥＧＲ実行燃焼領域を備え、前記制御手段は、火花点火燃焼から圧縮自着火燃焼へ移行した際に前記一時的ＥＧＲ実行燃焼領域が特定されたときには、燃焼室内の温度を低下させるように、内部ＥＧＲ又を減ずる実行制御は外部ＥＧＲの実行制御を一時的に行なう。
一時的ＥＧＲ実行燃焼領域では、切り換え準備燃焼領域にあるときに温度低下された燃焼室内の温度を更に低下させることが可能である。
本発明の予混合圧縮自着火機関は、火花点火燃焼から圧縮自着火燃焼へ切り換わるときに適正な圧縮自着火燃焼へ移行することができるという優れた効果を奏する。
以下、本発明を自動車のエンジンに具体化した第１の実施形態を図１〜図４に基づいて説明する。
図１（ａ）に示すように、シリンダブロック１１に形成された気筒１１１にはピストン１２が往復動可能に収容されている。気筒１１１内に燃焼室１１２を区画するピストン１２は、コネクティングロッド１３を介してクランク軸１４に連結されている。ピストン１２の往復運動は、コネクティングロッド１３を介してクランク軸１４の回転運動に変換される。気筒は、クランク軸１４の軸方向に複数直列に配設されているが、以下においては気筒１１１に関してのみ説明する。
シリンダブロック１１にはシリンダヘッド１５が連結されている。シリンダヘッド１５には吸気ポート１５１及び排気ポート１５２が形成されている。吸気ポート１５１は、シリンダヘッド１５に装着された吸気弁１６によって開閉される。排気ポート１５２は、シリンダヘッド１５に装着された排気弁１７によって開閉される。排気ポート１５２には排気経路としての排気通路２２が接続されている。
燃焼室１１２に臨むシリンダヘッド１５の内側にはスパークプラグ１８が装着されている。スパークプラグ１８は、燃焼室１１２内で火花を発生（点火）する。スパークプラグ１８の点火は、制御コンピュータＣによって制御される。
シリンダヘッド１５の上方には吸気カム軸１９及び排気カム軸２０が配設されている。吸気カム軸１９には吸気カム２１が設けられており、排気カム軸２０には排気カム２３が設けられている。吸気カム２１は、吸気カムレバー２５を駆動可能であり、排気カム２３は、排気カムレバー２６を駆動可能である。
吸気ポート１５１に接続された吸気経路としての吸気通路３３には噴射ノズル３４が接続されている。噴射ノズル３４は、燃料供給通路３５を介して（必要に応じて電磁式の流量制御弁３６を介して）図示しない燃料供給源に接続されている。噴射ノズル３４は、吸気通路３３内に燃料を噴射する。流量制御弁３６は、制御コンピュータＣの制御を受ける。
噴射ノズル３４の設置位置よりも上流の吸気通路３３にはスロットル弁３７が設けられている。スロットル弁３７は、電動モータ３７１によって開度変更される。電動モータ３７１は、制御コンピュータＣの制御を受ける。スロットル弁３７は、エアクリーナ３９を介して吸気通路３３に吸入される空気の吸気流量を規制する。噴射ノズル３４から噴射された燃料は、吸気通路３３に吸気された空気と混合される。空気と燃料との混合気は、ピストン１２が上死点から下死点に向かう行程の時に吸気ポート１５１が開いていると、燃焼室１１２へ吸入される。燃焼室１１２へ吸入された混合気は、ピストン１２が下死点から上死点に向かう行程の時に、排気ポート１５２が閉じていると、圧縮される。
スロットル弁３７の開度は、スロットル開度検出器３８によって検出される。スロットル開度検出器３８によって検出されたスロットル開度の情報は、制御コンピュータＣに送られる。
吸気通路３３と排気通路２２とは、供給通路２７を介して接続されており、供給通路２７の途中には電磁式の流量調整弁２８が介在されている。流量調整弁２８は、排気通路２２から吸気通路３３へ供給される排気ガスの供給流量を調整する。
制御コンピュータＣにはアクセルセンサ４０、クランク角度検出器４１、吸気温度検出器２９、水温検出器２４及び流量調整弁２８が信号接続されている。アクセルセンサ４０は、図示しないアクセルペダルの踏み込み量を検出する。アクセルセンサ４０によって検出された踏み込み量検出情報は、制御コンピュータＣに送られる。制御コンピュータＣは、アクセルセンサ４０によって検出された踏み込み量検出情報に基づいて、エンジン負荷を把握する。クランク角度検出器４１によって検出されたクランク角度情報は、制御コンピュータＣへ送られる。制御コンピュータＣは、クランク角度検出器４１によって検出されたクランク角度の情報に基づいて、エンジン回転数を算出する。アクセルセンサ４０、クランク角度検出器４１及び制御コンピュータＣは、エンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段を構成する。水温検出器２４は、エンジン冷却用の冷却水の温度を検出する。
制御コンピュータＣは、把握したエンジン負荷及び算出したエンジン回転数となるように、電動モータ３７１、流量制御弁３６、スパークプラグ１８を制御する。吸気温度検出器２９は、検出した吸気温度情報を制御コンピュータＣへ送り、水温検出器２４は、検出した水温情報を制御コンピュータＣへ送る。
制御コンピュータＣは、図１（ｂ）にグラフで示す（エンジン負荷Ｆ−エンジン回転数Ｎ）の燃焼領域マップＭ１を記憶している。制御コンピュータＣは、エンジン負荷Ｆ及びエンジン回転数Ｎの組〔以下、運転状態（Ｆ，Ｎ）という〕が燃焼領域マップＭ１における領域Ｓ，Ｒ，Ｑ，Ｈのうちのどの領域にあるかを判定する。運転状態（Ｆ，Ｎ）は、例えばクランク角度３６０°毎に１回入力設定される。領域（Ｓ，Ｒ）は、スパークプラグ１８を点火させることによって、燃焼室１１２内の混合気を燃焼させる火花点火燃焼領域であり、領域（Ｈ，Ｑ）は、圧縮自着火燃焼が可能な圧縮自着火燃焼領域である。以下においては、火花着火燃焼をＳＩ燃焼と記し、圧縮自着火燃焼をＨＣＣＩ燃焼と記す。
図２〜図４は、ＳＩ燃焼とＨＣＣＩ燃焼との切り換えを制御する切り換え制御プログラムを示すフローチャートであり、制御コンピュータＣは、図２〜図４のフローチャートで示す切り換え制御プログラム及び燃焼領域マップＭ１に基づいて切り換え制御を行なう。以下、図２〜図４に示すフローチャートに基づいて切り換え制御を説明する。
図２のフローチャートは、エンジン始動時から暖機完了直後までの間の切り換え制御プログラムを示す。制御コンピュータＣは、エンジン始動時からＳＩ燃焼制御を行なう（ステップＳ１）。制御コンピュータＣは、吸気温度検出器２９によって得られた吸気温度情報と、水温検出器２４によって得られた水温検出情報とに基づいて、暖機完了か否かを判断している（ステップＳ２）。暖機が完了していない場合（ステップＳ２においてＮＯ）、制御コンピュータＣは、ＳＩ燃焼制御を継続する。
暖機が完了した場合（ステップＳ２おいてＹＥＳ）、制御コンピュータＣは、運転状態（Ｆ，Ｎ）がＨＣＣＩ燃焼領域（Ｈ，Ｑ）内にあるか否かを判断する（ステップＳ３）。運転状態（Ｆ，Ｎ）がＨＣＣＩ燃焼領域（Ｈ，Ｑ）内にある場合（ステップＳ３においてＹＥＳ）、制御コンピュータＣは、外部ＥＧＲ導入を実行する（ステップＳ４）。外部ＥＧＲ導入とは、流量調整弁２８を開いて排気通路２２内の排気ガスを吸気通路３３へ送って燃焼室１１２に該排気ガスを導入することである。
制御コンピュータＣは、外部ＥＧＲ導入が基準サイクル数α（エンジン１回転を１サイクルとしている）だけ行われたか否かを判断している（ステップＳ５）。基準サイクル数αは、運転状態（Ｆ，Ｎ）が切り換え準備燃焼領域Ｒ内にある状態での実験によって計測された燃焼室１１２壁面の温度と、このときのエンジン回転数とを変数とするマップによって表される。該温度は、エンジン回転数とエンジン負荷とを変数とするマップによって表される。つまり、基準サイクル数αは、エンジン回転数とエンジン負荷とを変数とするマップによって規定されている。
外部ＥＧＲ導入が基準サイクル数αだけ行われた場合（ステップＳ５においてＹＥＳ）、制御コンピュータＣは、流量調整弁２８を閉じて外部ＥＧＲ導入を停止する（ステップＳ６）。そして、制御コンピュータＣは、ＳＩ燃焼制御からＨＣＣＩ燃焼制御へ切り換える（ステップＳ７）。
外部ＥＧＲ導入が基準サイクル数α行われていない場合（ステップＳ５においてＮＯ）、制御コンピュータＣは、運転状態（Ｆ，Ｎ）がＳＩ燃焼領域（Ｓ，Ｒ）内にあるか否かを判断する（ステップＳ８）。運転状態（Ｆ，Ｎ）がＳＩ燃焼領域（Ｓ，Ｒ）内にない場合（ステップＳ８においてＮＯ）、つまり、運転状態（Ｆ，Ｎ）がＨＣＣＩ燃焼領域（Ｈ，Ｑ）からＳＩ燃焼領域（Ｓ，Ｒ）へ移行していない場合、制御コンピュータＣは、ステップＳ４へ移行する。
運転状態（Ｆ，Ｎ）がＳＩ燃焼領域（Ｓ，Ｒ）内にある場合（ステップＳ８においてＹＥＳ）、つまり運転状態（Ｆ，Ｎ）がＨＣＣＩ燃焼領域（Ｈ，Ｑ）からＳＩ燃焼領域（Ｓ，Ｒ）へ移行した場合、制御コンピュータＣは、運転状態（Ｆ，Ｎ）が切り換え準備燃焼領域Ｒ内にあるか否かを判断する（ステップＳ９）。運転状態（Ｆ，Ｎ）が切り換え準備燃焼領域Ｒ内にある場合（ステップＳ９においてＹＥＳ）、制御コンピュータＣは、外部ＥＧＲ導入を継続する（ステップＳ１０）。そして、制御コンピュータＣは、ＳＩ燃焼制御を継続する（ステップＳ１１）。
運転状態（Ｆ，Ｎ）が切り換え準備燃焼領域Ｒ内にない場合（ステップＳ９においてＮＯ）、つまり、運転状態（Ｆ，Ｎ）が燃焼領域Ｓ内にある場合、制御コンピュータＣは、ＳＩ燃焼制御を継続する（ステップＳ１１）。
ステップＳ３においてＮＯの場合〔運転状態（Ｆ，Ｎ）がＨＣＣＩ燃焼領域（Ｈ，Ｑ）内にない場合〕、制御コンピュータＣは、運転状態（Ｆ，Ｎ）が燃焼領域Ｓ内にあるか否かを判断する（ステップＳ１２）。運転状態（Ｆ，Ｎ）が燃焼領域Ｓ内にある場合（ステップＳ１２においてＹＥＳ）、制御コンピュータＣは、ステップＳ１１へ移行する。
運転状態（Ｆ，Ｎ）が燃焼領域Ｓ内にない場合（ステップＳ１２においてＮＯ）、つまり運転状態（Ｆ，Ｎ）が切り換え準備燃焼領域Ｒ内にある場合、制御コンピュータＣは、外部ＥＧＲの導入を行なう（ステップＳ１３）。運転状態（Ｆ，Ｎ）が切り換え準備燃焼領域Ｒ内にある間、制御コンピュータＣは、外部ＥＧＲの導入を継続する。
図３，４のフローチャートは、暖機完了後の定常的なエンジン運転状態における切り換え制御プログラムを示す。
制御コンピュータＣは、ステップＳ２１において運転状態（Ｆ，Ｎ）がＳＩ燃焼領域（Ｓ，Ｒ）内にあるか否かを判断している。運転状態（Ｆ，Ｎ）がＳＩ燃焼領域（Ｓ，Ｒ）内にある場合（ステップＳ２１においてＹＥＳ）、制御コンピュータＣは、運転状態（Ｆ，Ｎ）が切り換え準備燃焼領域Ｒ内にあるか否かを判断する（ステップＳ２２）。運転状態（Ｆ，Ｎ）が切り換え準備燃焼領域Ｒ内にない場合（ステップＳ２２においてＮＯ）、制御コンピュータＣは、ＳＩ燃焼制御を行なう（ステップＳ２３）。
運転状態（Ｆ，Ｎ）が切り換え準備燃焼領域Ｒ内にある場合（ステップＳ２２においてＹＥＳ）、制御コンピュータＣは、外部ＥＧＲの導入を実行する（ステップＳ２４）。外部ＥＧＲの導入中、制御コンピュータＣは、運転状態（Ｆ，Ｎ）が切り換え準備燃焼領域Ｒにあるか否かを判断している（ステップＳ２５）。運転状態（Ｆ，Ｎ）が切り換え準備燃焼領域Ｒにある場合（ステップＳ２５においてＹＥＳ）、制御コンピュータＣは、外部ＥＧＲの導入を継続する。
運転状態（Ｆ，Ｎ）が切り換え準備燃焼領域Ｒにない場合（ステップＳ２５においてＮＯ）、制御コンピュータＣは、運転状態（Ｆ，Ｎ）がＨＣＣＩ燃焼領域（Ｈ，Ｑ）内にあるか否かを判断する（ステップＳ２６）。運転状態（Ｆ，Ｎ）がＨＣＣＩ燃焼領域（Ｈ，Ｑ）内にない場合（ステップＳ２６においてＮＯ）、つまり運転状態（Ｆ，Ｎ）が切り換え準備燃焼領域Ｒから燃焼領域Ｓへ移行した場合、制御コンピュータＣは、外部ＥＧＲの導入を停止する（ステップＳ２７）。ステップＳ２７の処理後、制御コンピュータＣは、ステップ２２へ移行する。
運転状態（Ｆ，Ｎ）がＨＣＣＩ燃焼領域（Ｈ，Ｑ）内にある場合（ステップＳ２６においてＹＥＳ）、つまり運転状態（Ｆ，Ｎ）が切り換え準備燃焼領域ＲからＨＣＣＩ燃焼領域（Ｈ，Ｑ）へ移行した場合、制御コンピュータＣは、ＳＩ燃焼制御からＨＣＣＩ燃焼制御へ切り換える（ステップＳ２８）。運転状態（Ｆ，Ｎ）が燃焼領域Ｑ内にある場合（ステップＳ２９においてＹＥＳ）、制御コンピュータＣは、外部ＥＧＲ導入を実行する（ステップＳ３０）。制御コンピュータＣは、外部ＥＧＲ導入が基準サイクル数β（エンジン１回転を１サイクルとしている）だけ行われたか否かを判断している（ステップＳ３１）。基準サイクル数βは、運転状態（Ｆ，Ｎ）が一時的ＥＧＲ実行燃焼領域Ｑ内にある状態での実験によって計測された燃焼室１１２壁面の温度と、このときのエンジン回転数とを変数とするマップによって表される。該温度は、エンジン回転数とエンジン負荷とを変数とするマップによって表される。つまり、基準サイクル数βは、エンジン回転数とエンジン負荷とを変数とするマップによって規定されている。
外部ＥＧＲ導入が基準サイクル数βだけ行われた場合（ステップＳ３１においてＹＥＳ）、制御コンピュータＣは、外部ＥＧＲ導入を停止する（ステップＳ３２）。このＥＧＲ導入は、運転状態（Ｆ，Ｎ）がＳＩ燃焼領域（Ｓ，Ｒ）から燃焼領域Ｑへ移行したときには、基準サイクル数βだけの外部ＥＧＲ導入が一時的に行われる。その後、制御コンピュータＣは、ステップＳ２１へ移行する。以下においては、燃焼領域Ｑを一時的ＥＧＲ実行燃焼領域Ｑと記す。
ステップＳ２９においてＮＯの場合〔運転状態（Ｆ，Ｎ）が一時的ＥＧＲ実行燃焼領域Ｑ内にない場合〕、制御コンピュータＣは、ステップＳ２１へ移行する。
ステップＳ２１においてＮＯの場合〔運転状態（Ｆ，Ｎ）がＳＩ燃焼領域内にない場合〕、制御コンピュータＣは、外部ＥＧＲ導入を実行する（ステップＳ２１１）。
次に、制御コンピュータＣは、外部ＥＧＲ導入が基準サイクル数γ（エンジン１回転を１サイクルとしている）だけ行われたか否かを判断している（ステップＳ２１２）。ここで、サイクル数γは、０以上の整数に設定されていればαでもβでもよい。
外部ＥＧＲ導入が基準サイクル数γだけ行われた場合（ステップＳ２１２においてＹＥＳ）、制御コンピュータＣは、流量調整弁２８を閉じて外部ＥＧＲ導入を停止する（ステップＳ２１３）。そして、制御コンピュータＣは、ＨＣＣＩ燃焼制御を行なう（ステップＳ３３）。制御コンピュータＣは、ステップＳ３３におけるＨＣＣＩ燃焼制御がＳＩ燃焼制御から切り換えられたものであるか否かを判断している（ステップＳ３４）。ステップＳ３３におけるＨＣＣＩ燃焼制御がＳＩ燃焼制御から切り換えられたものである場合、制御コンピュータＣは、ステップＳ２９へ移行する。ステップＳ３３におけるＨＣＣＩ燃焼制御がＳＩ燃焼制御から切り換えられたものでない場合、制御コンピュータＣは、ステップＳ２１へ移行する。
ステップＳ４，Ｓ１０，Ｓ１３，Ｓ２４，Ｓ３０における外部ＥＧＲの導入は、温度低下した排気ガスを燃焼室１１２へ導入して、燃焼室１１２の壁面温度を低下させる。
制御コンピュータＣは、運転状態検出手段によって検出されたエンジンの運転状態と、前記運転状態に応じて燃焼領域を特定するための燃焼領域マップＭ１とに基づいて、圧縮自着火燃焼領域と火花点火燃焼領域とのいずれか一方を特定して燃焼制御を行なう制御手段である。
供給通路２７及び流量調整弁２８は、排気通路２２に排出された排気ガスの一部を吸気通路３３へ供給し、吸気通路３３へ供給された前記排気ガスと新気とを混合する外部ＥＧＲ手段３０を構成する。
切り換え準備燃焼領域Ｒは、ＳＩ燃焼領域（Ｓ，Ｒ）とＨＣＣＩ燃焼領域（Ｈ，Ｑ）との境界Ｋに接し、且つＳＩ燃焼領域（Ｓ，Ｒ）内にある。制御コンピュータＣは、運転状態（Ｆ，Ｎ）が切り換え準備燃焼領域Ｒ内にあると特定された状態（切り換え準備燃焼領域が特定された状態）では、燃焼室１１２内の温度を低下させるように、外部ＥＧＲの実行制御を行なう。
一時的ＥＧＲ実行燃焼領域Ｑは、境界Ｋに接し、且つＨＣＣＩ燃焼領域（Ｈ，Ｑ）内にある。制御コンピュータＣは、運転状態（Ｆ，Ｎ）がＳＩ燃焼領域（Ｓ，Ｒ）からＨＣＣＩ燃焼領域（Ｈ，Ｑ）へ移行した際に、運転状態（Ｆ，Ｎ）が一時的ＥＧＲ実行燃焼領域Ｑへ移行したと特定されたとき（一時的ＥＧＲ実行燃焼領域Ｑが特定されたとき）には、燃焼室１１２内の温度を低下させるように、外部ＥＧＲの実行制御を一時的に行なう。
第１の実施形態では以下の効果が得られる。
（１）運転状態（Ｆ，Ｎ）が火花点火燃焼領域（Ｓ，Ｒ）内の切り換え準備燃焼領域Ｒにあると特定された状態では、外部ＥＧＲが燃焼室１１２へ導入される。排気通路２２から供給通路２７を経由して吸気通路３３へ供給された排気ガスは、排気通路２２、供給通路２７、吸気通路３３を通過する間に温度低下しており、温度低下した排気ガスが燃焼室１１２へ導入される。そのため、火花点火燃焼領域（Ｓ，Ｒ）から圧縮自着火燃焼領域（Ｈ，Ｑ）への切り換え（火花点火燃焼から圧縮自着火燃焼への切り換え）の際には、燃焼室１１２内の温度（燃焼室壁面の温度）が予め低下され、圧縮自着火燃焼が開始されたときには、燃焼室１１２内の温度（燃焼室壁面の温度）が低下している。その結果、火花点火燃焼から圧縮自着火燃焼へ切り換わるときに適正な圧縮自着火燃焼へ移行することができ、早すぎる自着火やノッキングが防止される。
（２）暖機が完了した直後に運転状態（Ｆ，Ｎ）が圧縮自着火燃焼領域（Ｈ，Ｑ）にあれば、火花点火燃焼から圧縮自着火燃焼へ切り換えられる。この切り換えの際にも、外部ＥＧＲの導入が行われるため、火花点火燃焼から圧縮自着火燃焼へ切り換わるときに適正な圧縮自着火燃焼へ移行することができ、早すぎる自着火やノッキングが防止される。
（３）同じ運転状態（Ｆ，Ｎ）であれば、ＨＣＣＩ燃焼の場合のスロットル開度は、ＳＩ燃焼の場合のスロットル開度よりも大きい。運転状態（Ｆ，Ｎ）が同じで空燃比が同じであれば、同じ空気量が必要であり、外部ＥＧＲ導入があればこの導入による空気量不足を補償するためにスロットル開度を大きくする必要がある。本実施形態では、ＳＩ燃焼からＨＣＣＩ燃焼に切り替わる前から外部ＥＧＲ導入が行われるため、制御コンピュータＣは、ＳＩ燃焼からＨＣＣＩ燃焼に切り替わる前からスロットル開度を大きくする制御を行なう。従って、ＳＩ燃焼からＨＣＣＩ燃焼に切り替わる前からスロットル開度がＨＣＣＩ燃焼で要求されるスロットル開度に近づき、トルク段差が低減される。
次に、図５〜図７の第２の実施形態を説明する。第１の実施形態と同じ構成部には同じ符合が用いてある。
図５（ａ）に示すように、吸気カム軸１９の端部側には公知の油圧式の吸気側可変バルブタイミング機構３１（以下、吸気側ＶＶＴ３１と記す）が設けられており、排気カム軸２０の端部側には公知の油圧式の排気側可変バルブタイミング機構３２（以下、排気側ＶＶＴ３２と記す）が設けられている。吸気側ＶＶＴ３１は、クランク軸１４の回転駆動力を吸気カム軸１９に伝達し、かつ油圧によって吸気カム軸１９の回転位相を変更可能な構成となっている。排気側ＶＶＴ３２は、クランク軸１４の回転駆動力を排気カム軸２０に伝達し、かつ油圧によって排気カム軸２０の回転位相を変更可能な構成となっている。
吸気側ＶＶＴ３１には油圧供給調整機構４２が油圧通路を介して接続されており、排気側ＶＶＴ３２には油圧供給調整機構４３が油圧通路を介して接続されている。油圧供給調整機構４２は、吸気カム軸１９の回転位相を調整している吸気側ＶＶＴ３１の調整状態を規定し、油圧供給調整機構４３は、排気カム軸２０の回転位相を調整している排気側ＶＶＴ３２の調整状態を規定する。油圧供給調整機構４２，４３は、制御コンピュータＣの制御を受ける。
火花点火燃焼の場合には、排気弁１７は、図５（ｃ）に曲線Ｅ１で示す開閉タイミングで駆動され、吸気弁１６は、曲線Ｄ１で示す開閉タイミングで駆動される。圧縮自着火燃焼の場合には、排気弁１７は、図５（ｄ）に曲線Ｅ２で示す開閉タイミングで駆動され、吸気弁１６は、曲線Ｄ２で示す開閉タイミングで駆動される。つまり、圧縮自着火燃焼の場合には、燃焼室１１２内の既燃焼ガスの一部が燃焼室１１２内に残留される。以下においては、「燃焼室１１２内の既燃焼ガスの一部を燃焼室１１２内に残留させる」ことを「内部ＥＧＲが実行される」と言うことにする。圧縮自着火燃焼の場合に内部ＥＧＲを行なうのは、燃焼室１１２に残留された既燃焼ガスの熱を利用して圧縮自着火燃焼を起こしやすいようにするためである。内部ＥＧＲの既燃焼ガスは、外部ＥＧＲの排気ガスに比べて高温である。
図５（ｃ），（ｄ）における横軸の方向における曲線Ｅ１，Ｅ２の位置は、排気側ＶＶＴ３２の調整状態を制御することによって規定されており、横軸の方向における曲線Ｄ１，Ｄ２の位置は、吸気側ＶＶＴ３１の調整状態を制御することによって規定されている。曲線Ｅ２を横軸上で左側へ移動させるほど、燃焼室１１２内に残留する既燃焼ガスの量が増える。図５（ｄ）における曲線Ｅ２を横軸上で右側へ移動させれば、燃焼室１１２内に残留する既燃焼ガスの量が減る。以下においては、曲線Ｅ２を横軸上で右側へ移動させて燃焼室１１２内に残留する既燃焼ガスの残留量を減らすことを「内部ＥＧＲ量を低減する」と言うことにする。
供給通路２７上にはＥＧＲクーラー４４が介在されている。ＥＧＲクーラー４４は、供給通路２７を通過する排気ガスを冷却する。
制御コンピュータＣは、図５（ｂ）にグラフで示す運転状態（Ｆ，Ｎ）の燃焼領域マップＭ２を記憶している。燃焼領域マップＭ２は、燃焼領域マップＭ１における一時的ＥＧＲ実行燃焼領域Ｑがない点のみ燃焼領域マップＭ１と異なる。領域（Ｓ，Ｒ）は、火花点火燃焼領域であり、領域Ｈは、圧縮自着火燃焼が可能な圧縮自着火燃焼領域である。
制御コンピュータＣは、図６，７のフローチャートで示す切り換え制御プログラム及び燃焼領域マップＭ２に基づいて切り換え制御を行なう。図６のフローチャートは、第１の実施形態における図２のフローチャートに相当し、図７のフローチャートは、第１の実施形態における図３，４のフローチャートに相当する。
以下、図６，７に示すフローチャートに基づいて切り換え制御を説明するが、第１の実施形態のフローチャートにおけるステップと同じステップについての説明は省略し、第１の実施形態のフローチャートと異なるステップについてのみ説明する。
燃焼領域マップＭ２では、燃焼領域マップＭ１における一時的ＥＧＲ実行燃焼領域Ｑがないため、図６のステップＳ３ｅでは、制御コンピュータＣは、運転状態（Ｆ，Ｎ）がＨＣＣＩ燃焼領域Ｈ内にあるか否かを判断する。
内部ＥＧＲが実行されている場合、制御コンピュータＣは、図６のステップＳ４ｅ，Ｓ１０ｅ，Ｓ１３ｅでは、外部ＥＧＲの導入又は内部ＥＧＲ量の低減を実行し、ステップＳ６ｅでは、外部ＥＧＲの導入又は内部ＥＧＲ量の低減の実行を停止する。
制御コンピュータＣは、図７のステップＳ２６ｅでは、運転状態（Ｆ，Ｎ）がＨＣＣＩ燃焼領域Ｈ内にあるか否かを判断する。又、内部ＥＧＲが実行されている場合、制御コンピュータＣは、図７のステップＳ２４ｅ，Ｓ２１１ｅでは、外部ＥＧＲの導入又は内部ＥＧＲ量の低減を実行し、ステップＳ２７ｅ，２１３ｅ，Ｓ２６１では、外部ＥＧＲの導入又は内部ＥＧＲ量の低減の実行を停止する。
ステップＳ４ｅ，Ｓ１０ｅ，Ｓ１３ｅ，Ｓ２４ｅ，Ｓ２１１ｅにおける外部ＥＧＲの導入は、温度低下した排気ガスを燃焼室１１２へ導入して、燃焼室１１２の壁面温度を低下させる。又、ステップＳ４ｅ，Ｓ１０ｅ，Ｓ１３ｅ，Ｓ２４ｅ，Ｓ２１１ｅにおける内部ＥＧＲ量の低減は、燃焼室１１２の壁面温度を低下させる。
第２の実施形態では、第１の実施形態における（１），（２）項と同様の効果が得られる上に、以下の効果が得られる。
（４）火花点火燃焼から圧縮自着火燃焼への切り換えの際には、内部ＥＧＲの残留量を減らすことによっても、燃焼室１１２内の温度を下げることができる。
（５）外部ＥＧＲの排気ガスがＥＧＲクーラー４４によって冷却されるため、外部ＥＧＲの少ない排気ガス量によって燃焼室１１２内の温度を低下させることができる。
本発明では以下のような実施形態も可能である。
○第１の実施形態において、図２のフローチャートのステップＳ３の代わりに、運転状態（Ｆ，Ｎ）が燃焼領域（Ｈ，Ｑ，Ｒ）内にあるか否かというステップとしてもよい。この場合、運転状態（Ｆ，Ｎ）が燃焼領域Ｒにある場合には、基準サイクル数αの外部ＥＧＲ導入を行なって外部ＥＧＲ導入を一旦停止した後、運転状態（Ｆ，Ｎ）がまだ燃焼領域Ｒにある場合には、外部ＥＧＲ導入を再開するようにしてもよい。
○第１の実施形態において、運転状態（Ｆ，Ｎ）が切り換え準備燃焼領域Ｒに移行してから基準サイクル数α経過しない間に切り換え準備燃焼領域Ｒから燃焼領域Ｓへ移行した場合には、基準サイクル数α分の外部ＥＧＲ導入を行なってから外部ＥＧＲ導入を停止するようにしてもよい。
○第１の実施形態において、供給通路２７上にＥＧＲクーラー４４を介在してもよい。
○内部ＥＧＲのみを行ない、運転状態（Ｆ，Ｎ）が切り換え準備燃焼領域Ｒにあるときは、内部ＥＧＲ量を減らすようにしてもよい。
○ＮＯｘを抑制するために外部ＥＧＲが実行されている燃焼領域マップＭ１，Ｍ２上の領域が切り換え準備燃焼領域Ｒに重なっている場合、この重なり領域では、ＮＯｘを抑制するための外部ＥＧＲ量をもたらす流量調整弁２８の開度よりも大きい開度にして、外部ＥＧＲ量を増やすように制御してもよい。
○エンジン運転中に燃焼室１１２の壁面温度を実測し、この実測結果を用いて基準サイクル数α，β，γをエンジン運転中に決定するようにしてもよい。
○運転状態（Ｆ，Ｎ）がＨＣＣＩ燃焼領域Ｈ内であっても、必要に応じて外部ＥＧＲ導入を行なったり、又は内部ＥＧＲ量を減らすようにしてもよい。
○運転状態（Ｆ，Ｎ）が、何らかの影響による変化（負荷の変動等）により、ＨＣＣＩ燃焼領域（Ｈ，Ｑ）から、ＳＩ燃焼領域（Ｓ，Ｒ）に切り替わった場合であっても、必要に応じて外部ＥＧＲ導入を行なったり、又は内部ＥＧＲ量を減らすようにしてもよい。
前記した実施形態から把握できる技術的思想について以下に記載する。
〔１〕切り換え準備燃焼領域が特定されている間は内部ＥＧＲ又は外部ＥＧＲが継続して実行される請求項１及び請求項２のいずれか１項に記載の予混合圧縮自着火機関。
〔２〕切り換え準備燃焼領域が特定された後であって基準サイクル数αが経過する前に、切り換え準備燃焼領域以外の領域が特定された場合には、内部ＥＧＲ又は外部ＥＧＲの実行が停止される請求項１及び請求項２のいずれか１項に記載の予混合圧縮自着火機関。
〔３〕外部ＥＧＲの排気ガスを排気通路から吸気通路へ供給する供給通路上にクーラーが介在されている請求項１、請求項２及び前記〔１〕，〔２〕項のいずれか１項に記載の予混合圧縮自着火機関。
第１の実施形態を示し、（ａ）は、予混合圧縮自着火機関の概略構成図。（ｂ）は、燃焼領域を表すマップ。 切り換え制御プログラムを示すフローチャート。 切り換え制御プログラムを示すフローチャート。 切り換え制御プログラムを示すフローチャート。 第２の実施形態を示し、（ａ）は、予混合圧縮自着火機関の概略構成図。（ｂ）は、燃焼領域を表すマップ。（ｃ）は、ＳＩ燃焼時における排気弁及び吸気弁の開閉タイミングを示すタイミングチャート。（ｄ）は、ＨＣＣＩ燃焼時における排気弁及び吸入弁の開閉タイミングを示すタイミングチャート。 切り換え制御プログラムを示すフローチャート。 切り換え制御プログラムを示すフローチャート。
符号の説明
２２…排気経路としての排気通路。２７…外部ＥＧＲ手段を構成する供給通路。２８…外部ＥＧＲ手段を構成する流量調整弁。３０…外部ＥＧＲ手段。３３…吸気経路としての吸気通路。４０…運転状態検出手段を構成するアクセルセンサ。４１…運転状態検出手段を構成するクランク角度検出器。Ｃ…運転状態検出手段を構成すると共に、制御手段としての制御コンピュータ。Ｍ１，Ｍ２…燃焼領域マップ。（Ｓ，Ｒ）…火花点火燃焼領域。（Ｈ，Ｑ）…圧縮自着火燃焼領域。Ｒ…切り換え準備燃焼領域。Ｑ…一時的ＥＧＲ実行燃焼領域。Ｋ…境界。（Ｆ，Ｎ）…運転状態。

Claims (2)

  1. 圧縮自着火燃焼と火花点火燃焼とに切り換え可能な予混合圧縮自着火機関において、
    前記予混合圧縮自着火機関の排気経路に排出された排気ガスの一部を吸気経路へ供給し、前記吸気経路へ供給された前記排気ガスと新気とを混合する外部ＥＧＲ手段と、
    エンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段と、
    前記運転状態検出手段によって検出されたエンジンの運転状態と、前記運転状態に応じて燃焼領域を特定するための燃焼領域マップとに基づいて、圧縮自着火燃焼領域と火花点火燃焼領域とのいずれか一方を特定して燃焼制御を行なう制御手段とを備え、
    前記燃焼領域マップは、圧縮自着火燃焼領域と、火花点火燃焼領域と、圧縮自着火燃焼領域と火花点火燃焼領域との間の境界に接し、且つ前記火花点火燃焼領域内にある切り換え準備燃焼領域とを備え、
    前記制御手段は、前記切り換え準備燃焼領域が特定された状態では、燃焼室内の温度を低下させるように、内部ＥＧＲを減ずる実行制御又は外部ＥＧＲの実行制御を行なう予混合圧縮自着火機関。
  2. 前記燃焼領域マップは、前記境界に接し、且つ圧縮自着火燃焼領域内にある一時的ＥＧＲ実行燃焼領域を備え、前記制御手段は、火花点火燃焼から圧縮自着火燃焼へ移行した際に前記一時的ＥＧＲ実行燃焼領域が特定されたときには、燃焼室内の温度を低下させるように、内部ＥＧＲ又を減ずる実行制御は外部ＥＧＲの実行制御を一時的に行なう請求項１に記載の予混合圧縮自着火機関。
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