JP2010037947A - 内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】筒内のラジカル分布を所望の分布状態に制御し、例えば成層燃焼時においては、必要以上に多量のラジカルを生成することなく、混合気周辺にラジカルを分布させることを可能にする。
【解決手段】活性種を生成する活性種生成手段１８と、活性種生成手段１８の作動時期を可変に制御し得る制御手段１４と、を備える内燃機関において、活性種生成手段１８は、吸気通路開口部近傍の燃焼室４内であって、機関平面視において吸気弁７の中心よりも吸気側機関側面寄りに配置されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の燃焼制御装置に関し、特に圧縮自己着火モードを有する内燃機関の燃焼制御装置に関する。

圧縮自己着火モードを有する内燃機関において、ラジカルのように自己着火を促進させるための物質を供給するものが知られている。

例えば、特許文献１には、吸気通路に自己着火促進剤を供給する構成が開示されている。また、特許文献２には、燃焼形態を成層燃焼に切り替え可能な内燃機関において、成層燃焼時に燃焼室内にオゾンを供給する構成が開示されている。
特許３９７６４７５号

しかしながら、特許文献１に開示された構成では、吸気通路内に自己着火促進剤を供給するので、自己着火促進剤は吸気中に拡散しながら筒内に流入することとなり、筒内において自己着火促進剤を所望の分布に制御することができない。

一方、特許文献２は、燃焼安定性を確保するためのオゾン供給量を制御することは開示されているが、オゾンの筒内分布を制御するという技術的思想は開示されていない。成層燃焼であれば、成層混合気の周辺に少量のオゾンがあれば燃焼の活性化は可能であるが、オゾンの筒内分布を制御するという技術思想のない特許文献２の構成では、成層混合気周辺にオゾンを分布させることはできず、したがって必要以上に多量のオゾンを生成しなければならなくなる。

そこで、本発明では、筒内のラジカルを所望の分布に制御することを目的とする。

本発明の内燃機関は、活性種を生成する活性種生成手段と、活性種生成手段の作動時期を可変に制御し得る制御手段と、を備える内燃機関において、活性種生成手段は、吸気通路開口部近傍の燃焼室内であって、機関平面視において吸気弁中心よりも吸気側機関側面寄りに配置されている。

本発明によれば、活性種生成手段の作動時期を変化させることにより、生成したい活性種を所望の場所に分布させることができる。

以下本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は第１実施形態のシステム構成の概略図であり、図１（ａ）はエンジンのシリンダ周辺をエンジンのフロント側から見た断面図、図1（ｂ）は同じくエンジンの側方から見た断面図である。

１はシリンダヘッド、２はシリンダブロック、３はシリンダブロック２に設けたシリンダ内を摺動するピストン、４はシリンダヘッド１下面とシリンダブロック２とピストン３の冠面とで形成する燃焼室、５は吸気通路、６は排気通路、７は吸気弁、８は排気弁、９は点火栓、１０は燃料噴射弁、１１は吸気カムシャフト、１２はスロットルバルブ、１３は排気カムシャフト、１４は燃料噴射制御手段としてのコントロールユニット、１５はノッキング検出センサ、１６は点火コイル、１８はラジカルを生成する活性種生成装置、１８ａは後述する点火室５５の開口部、１９は高電圧高周波発生器である。

吸気通路５、排気通路６はそれぞれ燃焼室４に開口部を有し、吸気弁７は吸気通路５の開口部を開閉し、排気弁８は排気通路６の開口部を開閉する。吸気弁７及び排気弁８はそれぞれ吸気カムシャフト１１及び排気カムシャフト１３により駆動される。

なお、本実施形態は吸気弁７、排気弁８を各気筒にそれぞれ２つずつ備える、いわゆる吸排２弁式であり、吸気通路５及び排気通路６も気筒毎にそれぞれ２本ずつ備える。２本の吸気通路５は、シリンダヘッド１の一方の側面に一つの開口部を有する通路がシリンダヘッド１の内部で分岐したものである。また、２本の排気通路６はシリンダヘッド１内部で合流し、シリンダヘッド１の他方の側面に一つの開口部を有する。

点火栓９及び燃料噴射弁１０は、いずれも燃焼室４の天井面の中央近傍に臨むように設ける。コントロールユニット１４は燃料噴射弁１０の噴射時期、噴射量、噴射圧等の制御行い、また点火栓９の点火タイミングを演算し、これに応じて点火コイル１６への電力供給制御を行う。

活性種生成装置１８については後述する。

スロットルバルブ１２は、各吸気通路５を横断するシャフトに回転可能に取り付けられ、コントロールユニット１４からの信号に応じて図示しないアクチュエータモータ等により駆動される。

ノッキング検出センサ１５は、燃焼室４内の振動を検出するセンサであって、例えば圧電センサ等を用いる。検出信号はコントロールユニット１４に入力され、ここで振動の周波数に応じてノッキングの有無を判断する。

ピストン３の冠面には、キャビティ１７を設ける。キャビティ１７は外周が略円形であって、ピストン３の冠面の中心からオフセットした位置に配置する。

コントロールユニット１４には、ノッキング検出センサ１５の他に、図示しないクランク角センサ、アクセル開度センサ、エアフローメータ等の検出信号が入力される。

図２は、本実施形態で用いる可変圧縮比機構の一例を示す図である。この可変圧縮比機構は特開２００１−２２７３６７や特開２００２−６１５０１等に記載された機構であるため、機構の概略についてのみ説明する。

この機構において、ピストン３は、第１リンク２０および第２リンク２１を介してクランク軸２３に連結される。第１リンク２０と第２リンク２１とは連結ピン２６を介して連結されている。第２リンク２１は、中央をクランク軸２３のクランクピン２８に回転可能に締結され、クランク軸２３とともに回転する。また、第２リンク２１の第１リンク２０と反対側には、第３リンク２２が連結ピン２７を介して回転可能に締結され、第３リンク２２はコントロールシャフト２４に連結ピン２９を介して固定される。コントロールシャフト２４の中心軸と第３リンク２２の締結部は軸が偏心しており、コントロールシャフト２４が回転することにより、連結ピン２９が移動し、第２リンク２１の傾きが変わることにより第１リンク２０およびピストン３の上死点位置が変わる。コントロールシャフト２４は、モータ付アクチュエータ２５により回転させられる。

コントロールシャフト２４を回転させることにより、連結ピン２９がコントロールシャフト２４の中心軸に対して低くなる方向に移動すると、連結ピン２７の位置も下がり、第２リンク２１はクランクピン２８を中心として図中時計回り方向に傾く。これによって連結ピン２６の位置は上昇し、ピストン３の上死点位置も上昇して圧縮比が高まる。

逆に、連結ピン２９がコントロールシャフト２４の中心軸よりも高くなる方向に移動すると、連結ピン２７の位置も上がり、第２リンク２１はクランクピン２８を中心として図中反時計回り方向に傾く。これによって連結ピン２６の位置は低くなり、ピストン３の上死点位置も下降して圧縮比が低くなる。

次に、活性種生成装置１８について図３を参照して説明する。

図３（ａ）は、点火栓９と同様の従来手法におけるスパークプラグに交流電圧（電界）を印加した場合の放電模式図を示す。また、図３（ｂ）は、本実施形態の活性種生成装置１８に交流電圧（電界）を印加した場合の放電模式図を示す。

図３（ｂ）に示すように、活性種生成装置１８は、第１電極としての中心電極５１と、第２電極としての円環状電極５２と、絶縁部５３と、主体金具５４とを備える。

活性種生成装置１８は、絶縁部５３の軸方向中央に設けられた主体金具５４によってシリンダヘッド１に設置される。そして、絶縁部５３と円環状電極５２との間には、燃焼室４と連通する点火室５５が形成される。

中心電極５１は棒状の導電体からなり、点火室５５に突出するように形成される。中心電極５１は、誘電体からなる絶縁部５３によって覆われている。そして、この絶縁部５３を取り囲むように、かつ、中心電極５１に対向して、導電体からなる円環状電極５２が配置される。

このような構成の活性種生成装置１８を、燃焼室４内の吸気側（図１（ａ）中でシリンダ軸線に対して吸気弁７が配置されている側）であって、開放部としての開口部が燃焼室４の中心に対して吸気弁軸部より周辺側であって吸気通路開口部の近傍に位置するように、そして中心電極５１の中心軸線がシリンダ軸線に対して傾き、燃焼室４の下方に向くような角度で配置する。本実施形態では、図４に示すように、２つの吸気通路５の開口部に挟まれた位置に配置する。なお、図４は燃焼室４を機関下方から見た図である。

燃焼室４の中心から離れた吸気弁７周辺では、燃焼室壁温が相対的に低いので、上記のような位置に配置することで、活性種生成装置１８の温度上昇を抑制し、高い活性種生成効率を確保することができる。

また、中心電極５１の後端には、後端側端子５１ａが設置されている。この後端側端子５１ａには、エンジン運転状態に応じた交流電圧を印加する高電圧高周波発生器１９が接続される。

高電圧高周波発生器１９はコントロールユニット１４により制御される。コントロールユニット１４はＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ及びＩ／Ｏインタフェースを有する。このコントロールユニット１４には、エンジン回転速度、エンジン負荷など、エンジン運転状態を検出する各種センサの出力が入力する。そして、これら出力に基づいて高電圧高周波発生器１９の交流電圧の電圧値、印加時間、交流周波数、印加時期を制御して、活性種生成装置１８の非平衡プラズマ放電の放電エネルギーを調整する。

なお、本実施形態では吸気２弁式エンジンに適用する場合について説明しているが、これに限られるわけではない。例えば、吸気１弁式エンジンや吸気３弁式エンジンにも適用することができる。この場合も、活性種生成装置１８を設ける位置は、燃焼室４内の吸気側であって、燃焼室中心に対して吸気弁軸より周辺側であればよい。

次に、活性種生成装置１８における非平衡プラズマ放電について説明する。

活性種生成装置１８は、高電圧高周波発生器１９から交流電圧が印加されると、絶縁部５３と円環状電極５２との間で、ストリーマ５６と呼ばれる平衡プラズマ放電する以前の過渡的な非平衡プラズマ放電（いわゆる誘電体バリア放電）する。このストリーマ５６は、絶縁部５３の軸方向において複数発生するとともに、絶縁部５３を中心として放射状に形成される。このように、活性種生成装置１８は複数のストリーマ５６を形成することで点火室内の電子温度を高めて分子活性度を高くでき、広い体積を占める多点同時点火、つまり体積的な点火（以下「体積点火」という。）をすることができる。

本実施形態の活性種生成装置１８では、中心電極５１は誘電体からなる絶縁部５３によって覆われているので、放電エネルギーが大きくなっても非平衡プラズマ放電から平衡プラズマ放電に遷移することが抑制される。

この活性種生成装置１８において生じる非平衡プラズマ放電の放電エネルギーは、高電圧高周波発生器１９からの交流電圧の電圧値、印加時間、交流周波数によって制御される。例えば、活性種生成装置１８の放電エネルギーを増大する場合には、基準となる交流印加電圧の波形に対して、交流電圧の電圧値を増加する。また、基準となる交流印加電圧の波形に対して、印加時間を長くしたり、交流周波数を増大したりして、交流電圧の波数を増やすことによっても活性種生成装置１８の放電エネルギーを増大させることができる。

従来手法のスパークプラグに交流電圧を印加する場合には、図３（ａ）に示すように、印加電圧によって電極間に形成される電界Ｖ₀の絶対値が、絶縁破壊電界Ｖ_aになったときに、電極間で平衡プラズマ放電する。したがって、従来手法におけるスパークプラグでは、放電期間ｔの間に４回の平衡プラズマ放電が発生する。

これに対して、本実施形態の活性種生成装置１８では、中心電極５１を誘電体からなる絶縁部５３で覆っており、この絶縁部５３が一種のコンデンサとして作用するため、非平衡プラズマ放電した後に絶縁部５３の表面に電荷を蓄えておくことができる。そのため、図３（ｂ）に示すように、印加電圧による電界Ｖ₀と絶縁部５３の誘電体表面電荷による電界Ｖ_wの差の絶対値が、非平衡プラズマ放電開始電界Ｖ_dになったときに、絶縁部５３と円環状電極５２との間で非平衡プラズマ放電が形成される。したがって、活性種生成装置１８では点火室内の複数個所でストリーマが形成され、放電期間ｔの間に８回の非平衡プラズマ放電が発生する。これら複数のストリーマからなるストリーマ群が、絶縁部５３と円環状電極５２との間のギャップにおいて複数個所で形成され、体積的な放電となる。

ところで、バリア放電は、スパーク点火の熱プラズマとは異なり、低温プラズマに属する。熱プラズマは電子、イオン、分子の運動エネルギー交換が十分に行われ、それらの温度が熱平衡状態となる。したがって、ガス温度の上昇を伴い、投入したエネルギーの５０％程度が電極への熱損失で奪われてしまい、また、放電路が１経路となるため放電体積当たりのエネルギー消費が多い。

一方、バリア放電のような低温プラズマは、電子温度（エネルギー）のみが非常に高い熱的に非平衡な状態である。高エネルギー電子は燃料あるいは空気中の窒素、酸素分子と衝突して、分子解離を誘発し、高反応性のラジカル（化学活性種）を生成し、連鎖酸化反応の促進に寄与する。熱平衡状態の熱プラズマで形成される電子温度はこれより大幅に低いため、ラジカル生成量も小さい。

また、低温プラズマはガス温度を高めないため熱損失が少なく、さらにはストリーマと呼ばれる複数の放電路を形成するため、体積的な放電空間ができ、放電体積当たりのエネルギー消費が少ないというメリットがある。

この他にも、バリア放電は上述したように一方の電極が誘電体で覆われているためアーク遷移せず、基本的には放電開始電圧（電圧の下限値）から誘電体の耐電圧性を確保できる電圧（電圧の上限値）の範囲であれば、電圧によらず常に低温プラズマとなり、放電ロバスト性が高いという特徴がある。

このようなバリア放電を用いた活性種生成装置１８には、例えば、吸気行程中にバリア放電を行うことで自己着火燃焼時の着火を促進するラジカル（活性化学種）を筒内に生成し、自己着火燃焼時の着火性を向上させる、という使い方がある。

また、圧縮行程中にバリア放電を行うことで混合気を体積的に点火させ、伝播燃焼を開始させる、という通常の火花点火機関の点火栓と同様な使い方も可能である。

次に、本実施形態における活性種生成装置１８の作動制御について説明する。

図５は、燃焼モードと機関負荷及び回転数との関係を示す図である。本実施形態では、筒内に均質に導入された混合気をピストン３の圧縮圧力で自己着火燃焼させる均質自己着火燃焼モードと、点火栓９による火花点火の後にバリア放電を行う２点点火燃焼モードとを切り替えて運転する。

具体的には、低回転低負荷領域（図５中の機関負荷Ｔ１以下、回転数Ｎｅ１以下の領域）では均質自己着火燃焼モード、高回転高負荷領域（図５中の機関負荷Ｔ１以上、回転数Ｎｅ１以上の領域）では２点点火燃焼モードを実行する。なお、均質自己着火燃焼モードでは機関圧縮比は高圧縮比側に設定し、２点点火燃焼モードでは機関圧縮比は低圧縮比側に設定する。

まず、均質自己着火燃焼モードについて、図６、図７を参照して説明する。図６は、吸気行程前半から活性種生成装置１８を作動させた場合に、生成されたラジカルが筒内全体に拡散する様子を示した図である。図６（ａ）は吸気行程前半、図６（ｂ）は吸気行程後半から圧縮行程前半についての筒内の様子を示している。

図６（ａ）に示すように、吸気弁７の開弁開始直後は、筒内に流入する吸気は燃焼室４天井面に沿うようにして排気弁８側（図６では図示せず）へと流れる主流（順タンブル流動）と、その反対方向の流動（逆タンブル流動）とに分かれて燃焼室４内に広がる。活性種生成装置１８は、図示するように吸気通路５開口部の、逆タンブル流動の起点となる部分付近に点火室５５が開口するように配置されているので、逆タンブル流動が点火室５５の開口部前を通過することにより、点火室５５内に生成されたラジカルは燃焼室４内へと吸い出され、逆タンブル流動に乗って燃焼室４内に拡散する。

順タンブル流動と逆タンブル流動は衝突して乱れを形成する。そして、吸気行程後半から圧縮行程前半にかけては図６（ｂ）に示すように順タンブル流動が主流になるが、乱れにより拡散が進んだ活性種は筒内全体へと広がっていく。

図７は、均質自己着火燃焼モードにおける、吸気弁７の開閉時期、吸気流量、吸気流速及び活性種生成装置１８の作動時期（バリア放電時期・期間）についてのタイムチャートである。

吸気弁７の開弁開始直後ｔ１では、吸気弁７と吸気通路５との隙間が小さいため、吸気流量は少ないものの吸気流速は速い。一方、吸気弁７のリフト量が最大となるｔ２付近では、吸気流量は多くなるが吸気流速は比較的遅い。

そこで、吸気流速が最大となる、吸気弁と吸気通路の間の隙間が狭い時期を含むように活性種生成装置１８を作動させてバリア放電を行う。（図７では吸気流量が大きくなる、リフト量が大きい時期も含むように設定している）。

このように吸気行程中の、吸気弁と吸気通路の間の隙間が狭い時期を含むように活性種生成装置１８を作動させることにより、生成したラジカルは負圧によって点火室５５から吸い出されて筒内に導入され、筒内全域に分布することとなる。

また、負圧によってラジカルが吸い出され、かつ吸気流動で速やかに筒内全体へと拡散させられることで、点火室５５内のガス交換量が大きくなるので、ラジカル生成量を大きくすることができる。特に、上述した時期に活性種生成装置１８を作動させることにより、ラジカル生成量の増大を図れ、かつ筒内全域へ分布させることが可能となる。

次に２点点火燃焼モードについて説明する。

図８は、２点点火燃焼モード中の活性種生成装置１８の作動時期を示す図であり、図示するように圧縮行程中に点火栓９による火花点火を行った後、活性種生成装置１８を作動させてラジカルを生成する。

本実施形態では、上述したように燃焼室４の天井面の略中心に点火栓９を配置し、吸気側に活性種生成装置１８を配置する。このため、上記のようなタイミングで活性種生成装置１８を作動させると、ノッキングが発生しやすい燃焼室４吸気側の混合気が活性種生成装置１８により燃焼するので、ノッキングの発生を防止することができる。

図９は、燃焼室４を上面から見たときの２点点火燃焼モードにおける火炎伝播の様子を示す図であり、図９（ａ）は点火栓９による火花点火後の活性種生成装置１８を作動させる直前、図９（ｂ）は活性種生成装置１８を作動させた直後の様子を示している。

図９（ａ）に示すように、点火栓９により火花点火が行われると、火炎が燃焼室４中心から外周側に向けて広がる。吸気側は新気が導入されるため、燃焼後の高温の排気が通過する排気側に比べて温度が低くなる。この燃焼室４内の温度差により、火炎伝播速度は排気側へ向かう方が速くなる。点火栓９が一本のみの機関においては、火炎伝播が遅い吸気側の未燃混合気が、燃焼により上昇した筒内圧力により圧縮され、未燃混合気全体が自己着火することによりノッキングが発生する。

しかし、本実施形態では、点火栓９による火花点火の後、通常ノッキングが発生し易い火炎伝播後半で、ノッキングが発生する前に活性種生成装置１８を作動させて、吸気側の混合気を燃焼させる。これにより、図９（ｂ）に示すように、吸気側の未燃混合気が自己着火する前に伝播燃焼を開始するので、ノッキングの発生を防止することができる。

次に、均質自己着火燃焼モードと２点点火燃焼モードとを切り替える際の過渡制御について図１０を参照して説明する。なお、図１０中のｔ１〜ｔ３は図７のｔ１〜ｔ３に対応する。

自己着火燃焼モードから２点点火燃焼モードへ切り替える場合、機関圧縮比を高圧縮比側から低圧縮比側へと変化させる。その際、圧縮比が高圧縮比側と低圧縮比側との中間において、圧縮比が自己着火燃焼を行うには低いが２点点火でもノッキングの発生を抑えきれない程度に高い場合に、燃焼が不安定になるおそれがある。

このような過渡制御中には、図１０に示すように、図７に示した均質自己着火燃焼モードと同様の時期に活性種生成装置１８を作動させた後、吸気行程後半のピストン下死点（ｔ３）にも追加的に作動させる。

このように活性種生成装置１８を１サイクル中に２回作動させると、筒内のラジカル濃度がさらに高まるので、中間圧縮比でも自己着火燃焼が可能となる。このため、過渡制御中の燃焼安定性が向上する。

なお、過渡制御時に限らず、自己着火燃焼モードでの定常運転時であっても、例えば外気温度の低下等の外乱による燃焼安定性の悪化を検知、又は予測した場合には、上述した追加的な作動を行うようにしてもよい。

次に、機関負荷及び回転数以外の条件により２点点火燃焼モードを実行する場合、すなわち、図５によれば機関負荷及び回転数から均質自己着火燃焼モードとなるはずの運転領域であっても、２点点火燃焼モードを実行する場合について説明する。

図１１は、例えば、機関始動直後や暖機運転中等に、排気浄化触媒の早期活性化を目的として排気温度の高い燃焼を行う場合の、活性種生成装置１８の作動時期を示す図である。まず圧縮上死点ｔ４近傍で点火栓９による火花点火を行うことで燃焼を開始させ、膨張行程前半に燃焼室４内の混合気を燃焼させる。このようなタイミングで燃焼を開始させると、膨張行程後半で燃焼が不安定となりがちであるが、図１１に示すように膨張行程後半に活性種生成装置１８を作動させることで、膨張行程後半の燃焼安定性を改善することができる。

したがって、活性種生成装置１８を作動させない場合と比べて、点火栓９の点火時期をより遅角側に設定することが可能となり、排気温度をより高めることができる。

以上により本実施形態によれば、次のような効果を得ることができる。

（１）活性種生成装置１８を、点火室５５の開口部１８ａが燃焼室４の吸気通路５の開口部近傍かつ燃焼室中心に対して吸気弁軸部よりも周辺側に位置するよう配置するので、活性種生成装置１８を作動させる時期を変化させることで筒内にラジカル分布を制御することができる。

また、点火室５５の開口部１８ａの前を吸気が流れるため、点火室５５内に生成したラジカルが点火室５５から吸い出される。このため、ポンプ等の装置を用いることなく、簡便な構成でラジカルを燃焼室４内に導入することが可能となる。

（２）活性種生成装置１８が、中心電極５１の中心軸線がシリンダ軸線に対して傾き、かつシリンダ下方を向いて設置されているので、点火室５５からラジカルが吸い出され易い。

（３）吸気２弁式エンジンにおいて、点火室５５の開口部１８ａが２つの吸気通路開口部に挟まれた位置に開口するので、２本の吸気流動が近傍を通過することとなり、点火室５５からラジカルが吸い出され易くなる。また、活性種生成装置１８のレイアウトが容易になる。

（４）活性種生成装置１８は、非平衡プラズマ放電を生じさせることによりラジカルを生成するものなので、低い電力で効率よくラジカルを生成することができる。

（５）活性種生成装置１８は、中心電極５１が誘電体からなる絶縁部５３に覆われており、バリア放電を生じさせることによりラジカルを生成するので、低い電力で効率よくラジカルを生成することができる。

（６）自己着火燃焼モードを実行する運転領域の少なくとも一部の領域で活性種生成装置１８を作動させるので、筒内に着火を促進するラジカルを分布させることができ、安定した自己着火燃焼を実現できる。

（７）自己着火燃焼モード実行中は、吸気行程中に活性種生成装置１８を作動させるので、吸気流動とともにラジカルが筒内に導入され、筒内全域にわたってラジカルを分布させることができる。また、吸気流動により点火室５５内のガス交換量を多くなり、これによりラジカル生成量も多くなるので、安定した自己着火燃焼を実現できる。

（８）吸気弁開弁時期付近または閉弁時期付近で吸気弁作動量が小さく、筒内に流入する吸気の流速が相対的に高くなる時期を含むように活性種生成装置１８を作動させることにより、点火室５５内のガス交換量がより多くなり、ラジカル生成量を増大させることができる。

（９）吸気弁リフト量が大きく、筒内に流入する吸気流量が最大となる時期を含むように活性種生成装置１８を作動させることにより、筒内全域にラジカルを分布させることが容易になる。

（１０）燃焼室天井面の中央付近に火花点火用の点火栓９を備え、排気温度を上昇させる場合に、点火栓９により混合気を着火させて火炎伝播燃焼を行い、ピストン上死点以降に混合気の一部を着火に至らしめるように活性種生成装置１８を作動させることにより、燃焼室４内の吸気側の燃焼が促進される。これにより、点火時期を大幅に遅角することが可能になるので、排気温度上昇や排気浄化触媒の早期活性化が可能となる。

（１１）筒内に逆タンブル流動を生成することにより、点火室５５の開口部１８ａ付近の流速が高まり、ラジカル生成量増大効果をさらに高めることができる。

（１２）圧縮比可変機構を備え、自己着火燃焼モード実行時には、点火栓９により混合気を着火させて火炎伝播燃焼を行う場合に比べて機関圧縮比を高く設定するので、自己着火燃焼モードと火花点火燃焼モードの両立が容易になる。

（１３）機関圧縮比を変更する過渡時において、吸気行程後半のピストン下死点付近で追加的に活性種生成装置１８を作動させるので、燃焼が不安定になる懸念がある状況でも燃焼安定性を確保することができる。

（１４）燃焼安定性の低下を検知または予測した場合には、吸気行程後半のピストン下死点付近で追加的に活性種生成装置１８を作動させるので、燃焼安定性を確保することができる。

第２実施形態について説明する。

本実施形態では、図１の吸気カムシャフト１１に替えて、図１２に示す可変動弁装置Ｖを用いて吸気弁７のリフト量及び作動角（以下、リフト量等という）を連続的に可変制御し、吸入空気量の制御を行う。この可変動弁装置Ｖ以外の構成、及び燃焼モードの制御は第１実施形態と同様である。

なお、ここでいうリフト量とは最大リフト量のことをいう。また、リフト量の可変制御とは最大リフト量を可変制御することをいい、クランクシャフトの回転に同期して開閉する際のリフト量変化は除くものである。

吸気側可変動弁装置Ｖは、吸気弁７のリフト量及び作動角を変化させるリフト・作動角可変機構４３と、そのリフトの中心角の位相（クランクシャフトに対する位相）を進角もしくは遅角させる位相可変機構４２と、が組み合わされて構成されている。

なお、このリフト・作動角可変機構４３は、本出願人が先に提案し、位相可変機構４２とともに特開２００２−８９３０３号公報や特開２００２−８９３４１号公報等によって公知となっているので、その概要のみを説明する。

リフト・作動角可変機構４３は、シリンダヘッド上部の図示せぬカムブラケットに回転自在に支持された中空状の駆動軸３１と、この駆動軸３１に圧入等により固定された偏心カム３２と、駆動軸３１の上方位置に同じカムブラケットによって回転自在に支持されるとともに駆動軸３１と平行に配置された制御軸３７と、この制御軸３７の偏心カム部３８に揺動自在に支持された可変動弁用ロッカーアーム３４と、一方の端部付近が可変動弁用ロッカーアーム３４の一方の端部付近と連結ピン３９を介して連結されるリンク部材３５と、駆動軸３１と同軸状に配置されリンク部材３５の他方の端部付近と連結ピン４１で連結された揺動カム３６と、を備えている。また、駆動軸３１の回転角を検出する駆動軸角センサ４７と、制御軸３７の回転角を検出する制御軸角センサ４８とを備える。これらのセンサの検出値はコントロールユニット１４に読み込まれる。

駆動軸３１は、タイミングチェーンないしはタイミングベルトを介して機関のクランクシャフトによって駆動されるものである。

偏心カム３２は、円形外周面を有し、該外周面の中心が駆動軸３１の軸心から所定量だけオフセットしているとともに、この外周面に、リンクアーム３３の環状部３３ａが回転可能に嵌合している。

可変動弁用ロッカーアーム３４は、略中央部を上記偏心カム部３８が回転可能に貫通し、一端が連結ピン４０を介してリンクアーム３３と連結され、他端が連結ピン３９を介してリンク部材３５と連結されている。偏心カム部３８は、制御軸３７の軸心から偏心しており、従って、制御軸３７の角度位置に応じて可変動弁用ロッカーアーム３４の揺動中心は変化する。

揺動カム３６は、駆動軸３１の外周に嵌合して回転自在に支持されており、駆動軸３１の軸方向に対して直角方向へ延びた端部付近に、前述したようにリンク部材３５の下端部が連結ピン４１を介して連結している。この揺動カム３６の下面には、駆動軸３１と同心状の円弧をなす基円面と、該基円面から上記端部へと所定の曲線を描いて延びるカム面と、が連続して形成されており、これらの基円面ならびにカム面が、揺動カム３６の揺動位置に応じて吸気弁７上部に備えたバルブリフタ７ａに接触するようになっている。

すなわち、基円面はベースサークル区間として、リフト量がゼロとなる区間であり、揺動カム３６が揺動してカム面がバルブリフタ７ａに接触すると、吸気弁７は徐々にリフトしていくことになる。なお、ベースサークル区間とリフト区間との間には若干のランプ区間が設けられている。

制御軸３７は、一方の端部に設けられたリフト・作動角制御用モータ（以下、単に「モータ」という）４４によって所定角度範囲内で回転するように構成されている。このモータ４４への電力供給は、コントロールユニット１４からの制御信号に基づいて制御されている。

また、モータ４４は、作動角を変更する際に制御軸３７を目標角度に回転させるのみならず、運転中に制御軸３７の角度が目標角度からずれないように保持する機能も有する。この目標角度を保持するためにモータ４４に流す電流、つまり目標角度を保持するために必要なトルク（保持トルク）を発生させるのに必要な電流を保持電流とよぶ。

このリフト・作動角可変機構４３の作用を説明する。駆動軸３１が回転すると、偏心カム３２のカム作用によってリンクアーム３３が上下動し、これに伴って可変動弁用ロッカーアーム３４が制御軸３７を揺動軸として揺動する。この可変動弁用ロッカーアーム３４の揺動は、リンク部材３５を介して揺動カム３６へ伝達され、該揺動カム３６が揺動する。この揺動カム３６のカム作用によって、吸気弁７がリフトする。

ここで、モータ４４を介して制御軸３７の角度が変化すると、可変動弁用ロッカーアーム３４の揺動中心位置が変化し、ひいては揺動カム３６の初期揺動位置が変化する。

例えば、偏心カム部３８が上方に位置しているとすると、可変動弁用ロッカーアーム３４は全体として上方へ位置し、連結ピン４１が相対的に上方へ引き上げられた状態となる。つまり、揺動カム３６の初期揺動位置は、そのカム面３６ｂがバルブリフタ７ａから離れる方向に傾く。従って、駆動軸３１の回転に伴って揺動カム３６が揺動した際に、基円面が長い間バルブリフタ７ａに接触し続け、カム面がバルブリフタ７ａに接触する期間は短い。このためリフト量が全体として小さくなり、かつ、その開時期から閉時期までの角度範囲、すなわち作動角も縮小する。

逆に、偏心カム部３８が下方へ位置しているとすると、可変動弁用ロッカーアーム３４は全体として下方へ位置し、揺動カム３６の端部が相対的に下方へ押し下げられた状態となる。つまり、揺動カム３６の初期揺動位置は、そのカム面がバルブリフタ７ａに近付く方向に傾く。従って、駆動軸３１の回転に伴って揺動カム３６が揺動した際に、バルブリフタ７ａと接触する部位が基円面からカム面へと直ちに移行する。このためリフト量が全体として大きくなり、かつその作動角も拡大する。

上記の偏心カム部３８の初期位置は連続的に変化させ得るので、これに伴って、バルブリフト特性も連続的に変化する。つまり、リフト量ならびに作動角を、両者同時にかつ連続的に拡大，縮小させることができる。

位相可変機構４２は、駆動軸３１の前端部に設けられたスプロケット４５と、このスプロケット４５と駆動軸３１とを、所定の角度範囲内において相対的に回転させる位相制御用アクチュエータ４６と、から構成されている。

スプロケット４５は、図示せぬタイミングチェーンもしくはタイミングベルトを介して、クランクシャフトと同期して回転している。位相制御用アクチュエータ４６は、コントロールユニット１４からの制御信号に基づいて制御される。この位相制御用アクチュエータ４６の制御によって、スプロケット４５と駆動軸３１とが相対的に回転し、リフト中心角が遅進する。つまり、リフト特性の曲線自体は変わらずに、全体が進角もしくは遅角する。また、この変化も連続的に得ることができる。位相可変機構４２としては、油圧式、電磁式アクチュエータを利用したものなど、種々の構成が可能であるが、本実施形態では油圧式アクチュエータを用いることとする。

吸気側可変動弁装置Ｖにおいて、吸気弁７の作動角は、コントロールユニット１４により、作動角をエンジンの回転数及び負荷に割り付けた制御用マップに基づいて制御される。制御用マップは、例えば機関負荷が大きくなるほど吸気バルブ閉時期が遅角するように、つまり作動角が大きくなるように設定したマップを用いる。

図１３は、本実施形態での均質圧縮自己着火燃焼モード時における、吸気弁７の開閉時期、吸気流量、吸気流速及び活性種生成装置１８の作動時期（バリア放電時期・期間）について、図７と同様に示したタイムチャートである。図１３中の実線が本実施形態、破線が第１実施形態を表わしている。なお、吸気流速のチャートの縦軸は、図７とスケールが異なっている。

均質圧縮自己着火燃焼モードは、図５に示したように低回転・低負荷領域、すなわち必要となる吸入空気量が少ない運転領域で行うので、吸気弁７のリフト量は小さくなる。一方、吸気流量は第１実施形態とほぼ同じである。これは、吸気量を絞る手段が異なるだけで、同じ運転領域で必要となる吸入空気量は、ほぼ同じだからである。

したがって、吸入空気量がほぼ同等であれば、本実施形態の方がより吸気流速を高めることができるので、生成したラジカルを筒内に拡散させやすくなる。

以上により本実施形態では、第１実施形態と同様の効果に加え、さらに次のような効果を得ることができる。

（１）可変動弁装置Ｖを備え、活性種生成装置１８の作動時には、非作動時に比べて吸気弁７のリフト量を小さくして吸気流速を増加させるので、ラジカル生成量増大効果をさらに高めることができる。

第３実施形態について説明する。

図１４は、本実施形態のエンジンの構成を示す図である。図示するように、図１（ａ）に示した構成の吸気通路５内にガス流動制御弁６０を加えたものである。

ガス流動制御弁６０は吸気通路５の機関上方側に配置する。これにより、開弁時には図１（ａ）と同様の吸気流となるが、閉弁時には吸気は吸気通路５の機関下方側からのみ燃焼室４に流入することとなり、筒内には逆タンブル流動が形成される。

図１５は、本実施形態における燃焼モードと機関負荷及び回転数との関係を示す図である。図１５に示すように、成層自己着火燃焼モード、均質自己着火燃焼モード及び２点点火燃焼モードの３つの燃焼モードがある。

２点点火燃焼モードは図５に示した第１実施形態と同様の領域で行う。そして、図５では均質自己着火燃焼モードとなっていた領域のうち、低負荷側（Ｔ２以下）を成層自己着火燃焼モード、高負荷側（Ｔ２以上）を均質自己着火燃焼モードとする。なお、機関圧縮比は、成層自己着火燃焼モードでは高圧縮比、均質自己着火燃焼モードでは中間圧縮比、２点点火燃焼モードでは低圧縮比とする。

図１６（ａ）〜（ｃ）は、成層自己着火燃焼モード時の筒内の様子を時系列に示した図である。

図１６（ａ）に示すように、ガス流動制御弁６０を閉弁することにより、筒内に逆タンブル流動を形成する。このとき、活性種生成装置１８を作動させると、生成されたラジカルは逆タンブル流動に乗って、点火室５５から筒内に吸い出される。

このようにして生成されたガス流動は指向性が強いため、乱流になりにくく、筒内の乱れが少ない。これにより、逆タンブル流動は圧縮行程後半まで維持され、その流動に乗ったラジカルは図１６（ｂ）に示すように燃焼室４の中心部付近に存在することとなる。

そして、図１６（ｃ）に示すように圧縮行程が進んだ状態で燃料を噴射すると、ラジカルが分布した領域に混合気が形成されることとなり、自己着火燃焼しやすくなる。

すなわち、燃焼室４の中心付近にのみラジカルを分布させるため、均質自己着火燃焼モードと比較してラジカル生成量を少なくすることができる。

図１７は、成層自己着火燃焼モード中の活性種生成装置１８の作動時期を示す図である。なお、図１７中の破線は比較のために表示した均質自己着火燃焼モード時の作動時期である。

燃焼室４の中心付近にのみラジカルを分布させるため、逆タンブル流動が形成される吸気行程後半に活性種生成装置１８を作動させる。また、上述したようにラジカル生成量を少なくできるので、活性種生成装置１８の作動時間は短くなる。このため、放電による電気エネルギロスを低減して燃費性能を向上させることができる。

以上により本実施形態では、第１、第２実施形態と同様の効果に加えて、さらに次のような効果を得ることができる。

（１）燃焼室天井面の中央付近に火花点火用の点火栓９を備え、自己着火燃焼モードを実行する運転領域よりも高負荷側に、点火栓９により混合気を着火させて火炎伝播燃焼を行い、この火炎伝播燃焼中に混合気の一部を着火に至らしめるように活性種生成装置１８を作動させる２点点火燃焼モードを行う運転領域を有するので、吸気側の燃焼を促進することができ、ノッキング発生を防止することができる。

（２）筒内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁１０とガス流動制御弁６０とを備え、ガス流動制御弁６０により筒内に吸気流動を生成し、活性種生成装置１８を吸気行程中に作動させ、圧縮行程後半に燃料噴射弁１０により燃料を噴射することで、成層化された混合気の内部及びその周辺にラジカルが偏在する状態とし、この状態から混合気を圧縮することにより着火に至らしめる燃焼モードである成層自己着火燃焼モードを実行する運転領域を有するので、不必要に多量のラジカルを生成することなく安定した自己着火燃焼が可能となる。これにより、ラジカル生成のための電気負荷を低減することができ、燃費性能の低下を抑制することができる。

第４実施形態について説明する。

本実施形態は、成層自己着火燃焼モード、均質自己着火燃焼モード及び２点点火燃焼モードの３つの燃焼モードを行う点では第３実施形態と同様であるが、第２実施形態と同様の吸気側可変動弁装置Ｖを備える点と、次に説明する成層自己着火燃焼モード時に逆タンブル流動を生成するための構成が第３実施形態と異なる。

図１８は、成層自己着火燃焼モード時に逆タンブル流動を生成するための構成を示す図である。図１８（ａ）は燃焼室４を機関下方から見た図であり、図１８（ｂ）は低リフト時、図１８（ｃ）は高リフト時における吸気通路５の燃焼室４側開口部付近の様子を示す図である。

図１８（ｂ）、（ｃ）に示すように、本実施形態では吸気弁７にマスク７０を設ける。マスク７０は、吸気弁傘部７ｃの外縁部の一部を、吸気弁軸部７ｂの軸方向に沿って吸気通路５上流方向に隆起させたものである。マスク７０の高さは、成層自己着火燃焼モードのようにリフト量が小さい場合には、吸気弁７と吸気通路５の開口部との隙間を塞ぎ、これよりリフト量が大きくなる均質自己着火燃焼モード又は２点点火燃焼モードの場合には、マスク７０の上端と吸気通路５の開口部との隙間から吸気が流入するように設定する。このような高さに設定すると、低リフト時にはマスク７０の内部分からのみ筒内に吸気が流入するようになる。

マスク７０を設ける範囲は、吸気弁傘部７ｃ外縁の、少なくとも排気弁８側の半周程度に亘って設ければよい。これにより、低リフト時には逆タンブル流動のみが形成されるようになる。より好ましくは、例えば図１８（ａ）のように、隣り合う吸気弁傘部７ｃ外縁の最も接近する位置から、排気弁８側を含む約３／４周程度に設ける。これによれば、図１６（ｂ）、（ｃ）に示すように燃焼室４の中心付近に逆タンブル流動を生成することができる。

上述したようなマスク７０を設けることにより、成層自己着火燃焼モードではマスク７０により順タンブル流動の生成が禁止されるので、図１６（ａ）〜（ｃ）と同様に順タンブル流動のみが形成されて、第３実施形態と同様の効果が得られる。

第５実施形態について説明する。

本実施形態は、第２実施形態と同様の構成で、活性種生成装置１８の作動時期及びガス流動制御弁６０の開度の制御によってラジカルを偏在させるものである。

図１９（ａ）、（ｂ）は、生成されたラジカルが筒内に拡散する様子を示した図である。図２０は活性種生成装置１８の作動時期を示す図である。

図１９（ａ）に示すように、筒内には順タンブル流動と逆タンブル流動が生成される。

図２０に示すように、本実施形態では、吸気行程の後半から圧縮上死点付近にかけて活性種生成装置１８を作動させる。

この時期は、吸気弁７が閉弁に近づいてリフト量が小さくなるため、流入する吸気の流速が高くなる時期である。このため、吸気行程後半に活性種生成装置１８を作動させると、生成されたラジカルは逆タンブル流動に吸い出される。しかし、図１９（ｂ）に示すように逆タンブル流動と順タンブル流動とが衝突することにより、ラジカルの筒内全体への拡散が抑制され、結果としてラジカルは燃焼室４内の吸気側に偏在することとなる。

このようにラジカルを偏在させる制御は、例えば成層自己着火燃焼モード時や、均質自己着火燃焼モードを行う運転領域内の高負荷側で有効である。成層自己着火燃焼モードであれば、ラジカルは成層化した混合気の周辺にさえあればよいし、均質自己着火燃焼モードの高負荷側であれば、相対的に低温となるために排気側に比べて自己着火しにくい吸気側にラジカルが偏在することとなるためである。

以上により本実施形態では、次のような効果を得ることができる。

筒内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁１０を備え、活性種生成装置１８を吸気行程後半からピストン下死点にかけて作動させ、圧縮行程後半に燃料噴射弁１０により燃料を噴射することで、筒内のシリンダ軸線に対して吸気弁７側の領域にラジカルが偏在する状態とし、この状態から混合気を圧縮することにより着火に至らしめる燃焼モードである成層自己着火燃焼モードを実行する運転領域を有するので、必要十分な量のラジカルで安定した燃焼を実現することが可能となる。

なお、上記各実施形態では、バリア放電によりラジカルを生成する活性種生成装置１８を用いて説明したが、他の手段によりラジカルを生成する装置であっても、同様の効果を得ることができる。

例えば、図２１に示すように、誘電体に覆われない中心電極８１と、これを囲む円環状電極８２と、中心電極８１の一部を覆う絶縁ガイシ８３と主体電極８４とからなる装置を用いることもできる。極短パルスを発生可能な電源部を用いて、中心電極８１と円環状電極８２との間に極短パルスを印加し、アーク放電に遷移する前に電界を遮断することにより、非平衡プラズマを生成することができる。

また、可変圧縮比機構を持つエンジンを前提として説明したが、これに限られるわけではなく、可変圧縮比機構を持たない一般的なエンジンに適用した場合にも同様の効果が得られる。

なお、本発明は上記の実施の形態に限定されるわけではなく、特許請求の範囲に記載の技術的思想の範囲内で様々な変更を成し得ることは言うまでもない。

（ａ）、（ｂ）は第１実施形態のエンジンの概略構成図である。 可変圧縮比機構の一例を示す図である。 （ａ）は従来のスパークプラグの構造及び交流電圧（電界）を印加した場合の放電模式図、（ｂ）は本実施形態の活性種生成装置１８の構造及び交流電圧（電界）を印加した場合の放電模式図である。 活性種生成装置の配置場所を示す図である。 第１実施形態の燃焼モードと機関負荷及び回転数との関係を示す図である。 ラジカルが筒内全体に拡散する様子を示した図である。 均質自己着火燃焼モードにおける、吸気弁開閉時期、吸気流量、吸気流速及び活性種生成装置の作動時期についてのタイムチャートである。 ２点点火燃焼モード中の活性種生成装置１８の作動時期を示す図である。 ２点点火燃焼モードにおける火炎伝播の様子を示す図である。 均質自己着火燃焼モードと２点点火燃焼モードとの切り替える際の活性種生成装置の作動時期を示す図である。 排気温度の高い燃焼を行う場合の活性種生成装置の作動時期を示す図である。 可変動弁装置の一例を示す図である。 均質圧縮自己着火燃焼モード時における、吸気弁の開閉時期、吸気流量、吸気流速及び活性種生成装置の作動時期についてのタイムチャートである。 第３実施形態のエンジンの概略構成図である。 第３実施形態の燃焼モードと機関負荷及び回転数との関係を示す図である。 （ａ）〜（ｃ）は、成層自己着火燃焼モード時の筒内の様子を時系列に示した図である。 成層自己着火燃焼モード中の活性種生成装置の作動時期を示す図である。 （ａ）〜（ｃ）は、マスクについて説明するための図である。 （ａ）、（ｂ）は、吸気行程後半に活性種生成装置を作動させる場合の筒内の様子を示す図である。 第５実施形態の吸気弁開閉時期、吸気流量、吸気流速及び活性種生成装置の作動時期についてのタイムチャートである。 活性種生成装置の別の例を示す図である。

符号の説明

１ シリンダヘッド
２ シリンダブロック
３ ピストン
４ 燃焼室
５ 吸気通路
６ 排気通路
７ 吸気バルブ
８ 排気バルブ
９ 点火栓
１０ 燃料噴射弁
１１ 吸気カムシャフト
１２ スロットルバルブ
１３ 排気カムシャフト
１４ コントロールユニット
１５ ノッキング検出センサ
１６ 点火コイル
１７ キャビティ
１８ 活性種生成装置
１９ 高電圧高周波発生器
２０ 第１リンク
２１ 第２リンク
２２ 第３リンク
２３ クランク軸
２４ コントロールシャフト
２５ モータ付アクチュエータ
３１ 駆動軸
３２ 偏心カム
３３ リンクアーム
３４ 可変動弁用ロッカーアーム
３５ リンク部材
３６ 揺動カム
３７ 制御軸
３８ 偏心カム部
４２ 位相可変機構
４３ リフト・作動角可変機構
４４ モータ
４５ スプロケット
４６ 位相制御用アクチュエータ
４７ 駆動軸角センサ
４８ 制御軸角センサ
５１ 中心電極
５２ 円環状電極
５３ 絶縁部
５４ 主体金具
５５ 点火室
５６ ストリーマ
６０ ガス流動制御弁
７０ マスク

Claims (21)

1. 活性種を生成する活性種生成手段と、
   前記活性種生成手段の作動時期を可変に制御し得る制御手段と、
   を備える内燃機関において、
   前記活性種生成手段は、吸気通路開口部近傍の燃焼室内であって、機関平面視において吸気弁中心よりも吸気側機関側面寄りに配置されていることを特徴とする内燃機関。
2. 前記活性種生成手段は、
   第１電極と、
   前記第１電極を囲む第２電極と、
   前記第１電極と前記第２電極との間に形成される点火室と、
   を有し、
   前記点火室は開放部を介して燃焼室と連通していることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
3. 前記活性種生成手段は、前記中心電極の中心軸線が燃焼室下方側に傾いて設置されていることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関。
4. １気筒当たり２本の吸気弁を備える内燃機関において、
   前記開放部が２つの吸気通路開口部に挟まれた位置に開口することを特徴とする請求項２または３に記載の内燃機関。
5. 前記活性種生成手段は、前記第１電極と前記第２電極との間で非平衡プラズマ放電を生じさせることにより活性種を生成することを特徴とする請求項２から４のいずれか一つに記載の内燃機関。
6. 前記活性種生成手段は、前記第１電極または前記第２電極のいずれか一方が誘電体に覆われており、前記第１電極と前記第２電極との間でバリア放電を生じさせることにより活性種を生成することを特徴とする請求項２から５のいずれか一つに記載の内燃機関。
7. ピストンによる圧縮によって混合気を着火に至らしめる自己着火燃焼モードを実行する運転領域を有し、前記制御手段は自己着火燃焼モードを実行する運転領域の少なくとも一部の領域で前記活性種生成手段を作動させることを特徴とする請求項２から６のいずれか一つに記載の内燃機関。
8. 前記自己着火燃焼モード実行中は、前記制御手段は吸気行程中に前記活性種生成手段を作動させることを特徴とする請求項７に記載の内燃機関。
9. 前記制御手段は、吸気行程中の、吸気弁開弁時期付近または閉弁時期付近で吸気弁作動量が小さく、筒内に流入する吸気の流速が相対的に高くなる時期を含むように前記活性種生成手段を作動させることを特徴とする請求項８に記載の内燃機関。
10. 前記制御手段は、吸気行程中の、吸気弁リフト量が大きく、筒内に流入する吸気流量が最大となる時期を含むように前記活性種生成手段を作動させることを特徴とする請求項８または請求項９に記載の内燃機関。
11. 吸気弁のリフト量を可変に制御し得る可変動弁機構を備え、
    前記活性種生成手段の作動時には、非作動時に比べて吸気弁のリフト量を小さくして吸気流速を増加させることを特徴とする請求項１から１０のいずれか一つに記載の内燃機関。
12. 燃焼室天井面の中央付近に火花点火用の点火栓を備え、
    前記自己着火燃焼モードを実行する運転領域よりも高負荷側に、前記点火栓により混合気を着火させて火炎伝播燃焼を行い、この火炎伝播燃焼中に混合気の一部を着火に至らしめるように前記活性種生成手段を作動させる２点点火燃焼モードを行う運転領域を有することを特徴とする請求項１から１１のいずれか一つに記載の内燃機関。
13. 燃焼室天井面の中央付近に火花点火用の点火栓を備え、
    排気温度を上昇させる場合に、前記点火栓により混合気を着火させて火炎伝播燃焼を行い、ピストン上死点以降に混合気の一部を着火に至らしめるように前記活性種生成手段を作動させる遅角燃焼モードを実行することを特徴とする請求項１から１２のいずれか一つに記載の内燃機関。
14. 筒内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁と、
    筒内の吸気流動を制御し得る吸気流動制御手段と、
    を備え、
    前記吸気流動制御手段により筒内に吸気流動を生成し、前記活性種生成手段を吸気行程中に作動させ、圧縮行程後半に前記燃料噴射弁により燃料を噴射することで、成層化された混合気の内部及びその周辺に活性種が偏在する状態とし、この状態から混合気を圧縮することにより着火に至らしめる燃焼モードである成層自己着火燃焼モードを実行する運転領域を有することを特徴とする請求項１から１３のいずれか一つに記載の内燃機関。
15. 前記吸気流動制御手段により生成される筒内の吸気流動が逆タンブル流動であることを特徴とする請求項１４に記載の内燃機関。
16. 筒内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁を備え、
    前記制御手段は前記活性種生成手段を吸気行程後半からピストン下死点にかけて作動させ、圧縮行程後半に前記燃料噴射弁により燃料を噴射することで、筒内のシリンダ軸線に対して吸気弁側の領域に活性種が偏在する状態とし、この状態から混合気を圧縮することにより着火に至らしめる燃焼モードである成層自己着火燃焼モードを実行する運転領域を有することを特徴とする請求項１から１３のいずれか一つに記載の内燃機関。
17. 前記自己着火燃焼モードを実行する運転領域のうち、前記成層自己着火燃焼モードを実行する領域以外の領域では、筒内に均質に拡散した混合気をピストンによる圧縮によって混合気を着火に至らしめる均質自己着火燃焼モードを実行し、
    前記成層自己着火燃焼モード実行時には前記均質自己着火燃焼モード実行時と比較して、前記活性種生成手段の作動時間を短くすることを特徴とする請求項１４から１６のいずれか一つに記載の内燃機関。
18. 前記成層自己着火燃焼モード実行時に、機関負荷が低いほど前記活性種生成手段の作動開始時期を遅角させることを特徴とする請求項１４から１７のいずれか一つに記載の内燃機関。
19. 機関圧縮比を可変に制御し得る圧縮比可変機構を備え、
    前記自己着火燃焼モード実行時には、前記点火栓により混合気を着火させて火炎伝播燃焼を行う場合に比べて機関圧縮比を高く設定することを特徴とする請求項１から１８のいずれか一つに記載の内燃機関。
20. 前記可変圧縮比機構は機関負荷の変化に応じて機関圧縮比を可変に制御し、
    機関圧縮比を変更する過渡時において、前記制御手段は吸気行程前半から後半にかけての第１作動期間及び吸気行程後半のピストン下死点付近の第２作動期間に前記活性種生成手段を作動させることを特徴とする請求項１９に記載の内燃機関。
21. 前記自己着火燃焼モード中における燃焼安定性の低下を検出または予測する燃焼安定性検知手段を備え、
    燃焼安定性の低下を検知または予測した場合には、前記制御手段は吸気行程前半から後半にかけての第１作動期間の他に、吸気行程後半のピストン下死点付近の第２作動期間に前記活性種生成手段を追加的に作動させることを特徴とする請求項１９に記載の内燃機関。

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