JP2010185440A - 内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】この発明は、内燃機関に関し、ＨＣＣＩ燃焼による運転領域を高負荷領域に拡大できる内燃機関を提供することを目的とする。
【解決手段】吸気行程、第１圧縮行程、第１膨張行程、第２圧縮行程、第２膨張行程、及び排気行程の６行程を１サイクルとする内燃機関において、吸気行程から第１圧縮行程の圧縮上死点までの間に筒内に１回目の燃料を供給し、第１膨張行程までの間に圧縮自己着火させて第１ＨＣＣＩ燃焼を実施する。さらに、前記第１ＨＣＣＩ燃焼を行った後、第２圧縮行程の圧縮上死点までの間に筒内の既燃ガス中に２回目の燃料を供給し、第２膨張行程までの間に圧縮自己着火させて第２ＨＣＣＩ燃焼を実施する。ここで、１サイクル中に筒内へ供給される総燃料供給量に対する２回目の燃料供給割合は、１回目の燃料供給割合の半分より高く２倍より低く設定する。
【選択図】図２

Description

この発明は、内燃機関に係り、特に、車両に搭載されるのに好適な６ストローク１サイクルの内燃機関に関する。

従来、例えば特許文献１に開示されるように、吸気行程→圧縮行程→膨張行程→排気行程の４行程で１回のＨＣＣＩ（Homogeneous Charge Compression Ignition）燃焼を完了する４ストローク１サイクルの直噴式エンジンが知られている。ＨＣＣＩ燃焼は、ＳＩ（Spark Ignition）燃焼に比して高熱効率であり好適な運転が期待される。

特開２００６−２５００２９号公報 特開２００４−２９３３６８号公報 特開２００５−１６３２２号公報 特開２００７−１６２５２７号公報

上記従来の内燃機関において、高負荷運転を行う場合には、ＨＣＣＩ燃焼１回当たりの筒内燃料噴射量を増やす必要がある。ところが、筒内燃料噴射量が増えれば、急峻な燃焼に伴うノッキングが生じることとなる。そのため、高熱効率なＨＣＣＩ燃焼による運転を高負荷領域に拡大できないという課題がある。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、ＨＣＣＩ燃焼１回当たりの燃料量を低減しつつ、ＨＣＣＩ燃焼による運転領域を高負荷領域に拡大できる内燃機関を提供することを目的とする。

第１の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関であって、
筒内に燃料を供給する燃料供給手段と、
吸気行程、第１圧縮行程、第１膨張行程、第２圧縮行程、第２膨張行程、及び排気行程の６行程を１サイクルとするように、吸気バルブ及び排気バルブの開閉を制御する吸排気バルブ制御手段と、
前記吸気行程から前記第１圧縮行程の圧縮上死点までの間に筒内に１回目の燃料を供給し、前記第１膨張行程までの間に圧縮自己着火させる第１ＨＣＣＩ燃焼手段と、
前記第１ＨＣＣＩ燃焼を行った後、前記第２圧縮行程の圧縮上死点までの間に筒内の既燃ガス中に２回目の燃料を供給し、前記第２膨張行程までの間に圧縮自己着火させる第２ＨＣＣＩ燃焼手段と、を備え、
前記１サイクル中に筒内へ供給される総燃料供給量に対する前記２回目の燃料供給割合は、前記１回目の燃料供給割合の半分より高く２倍より低いことを特徴とする。

また、第２の発明は、第１の発明において、
圧縮比を変更可能な可変圧縮比機構と、
前記第２圧縮行程における圧縮比を、前記第１圧縮行程における圧縮比よりも低く変更する圧縮比変更手段と、を備えること特徴とする。

第１の発明によれば、６行程１サイクル中に２回のＨＣＣＩ燃焼を行うことができる。６行程１サイクルで２回のＨＣＣＩ燃焼を行うことにより、４行程１サイクルで１回のＨＣＣＩ燃焼を行う等回転数・等出力の内燃機関に比して、１燃焼当たりの燃料供給量を低減することができる。その結果、急峻な燃焼に伴うノッキングを防止することができる。このため、本発明によれば、１燃焼当たりの燃料供給量を増やす余地が生まれ、高熱効率なＨＣＣＩ燃焼による運転を高負荷領域に拡大することができる。

第２の発明によれば、第２圧縮行程における圧縮比を、前記第１圧縮行程における圧縮比よりも低くすることができる。筒内ガス温度は、第１ＨＣＣＩ燃焼において生じた燃焼熱により上昇する。そのため、第２圧縮行程における圧縮比を低くすることで、ピストン圧縮による温度上昇を抑制し、２回目の圧縮自己着火が早期着火となることを防止することができる。早期着火を防止することでノッキングを防止することができる。このため、本発明によれば、適切な燃焼時期により高熱効率なＨＣＣＩ燃焼を実現することができる。

実施の形態１のシステム構成を説明するための図である。 実施の形態１のシステムにおけるエンジン回転数ＮＥとエンジン負荷と運転領域との関係を定めた運転領域マップである。 実施の形態１のシステムにおける特徴的なＨＣＣＩ６ストローク運転を説明するためのタイムチャートである。 実施の形態２のシステムにおける特徴的なＨＣＣＩ６ストローク運転を説明するためのタイムチャートである。 実施の形態２のシステムにおける圧縮比とピストン圧縮による温度上昇とＨＣＣＩ５０％燃焼時期との関係を示す関係図である。 実施の形態３のシステム構成を説明するための図である。 実施の形態３のシステムにおける特徴的なＨＣＣＩ６ストローク運転を説明するためのタイムチャートである。 実施の形態３のシステムにおける燃料噴射割合と混合燃料自己着火温度とＨＣＣＩ５０％燃焼時期との関係を示す関係図である。 実施の形態４のシステム構成を説明するための図である。 実施の形態４のシステムにおいてＥＣＵ５０が実行する制御ルーチンのフローチャートである。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。

実施の形態１．
［実施の形態１のシステム構成］
図１は、本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための図である。本実施の形態１のシステムは、車両に搭載される内燃機関１０を備えている。内燃機関１０は複数の気筒を有しており、図１にはそのうちの一つの気筒の断面が示されている。各気筒に設けられたピストンは、クランク機構を介してクランクシャフトに接続されている。クランクシャフトの近傍には、クランク角度ＣＡを検出するクランク角センサ１１が設けられている。また、各気筒内には、燃焼室１２が形成されている。燃焼室１２内には、点火プラグ１４と筒内噴射用のインジェクタ１６とが配置されている。また、燃焼室１２には、吸気通路１８と排気通路２０とが接続されている。

吸気通路１８の上流には、エアフロメータ２２が配置されている。エアフロメータ２２の下流には、スロットルバルブ２４が配置されている。スロットルバルブ２４の下流には、サージタンク２６が設けられている。吸気通路１８の下流端には、吸気通路１８を燃焼室１２に対して開閉する電磁駆動式の吸気バルブ２８が設けられている。また、排気通路２０の上流端には、排気通路２０を燃焼室１２に対して開閉する電磁駆動式の排気バルブ３０が設けられている。

本実施の形態のシステムはＥＣＵ（Electronic Control Unit）５０を備えている。ＥＣＵ５０の入力側には、前述のクランク角センサ１１、エアフロメータ２２等が接続されている。ＥＣＵ５０の出力側には、前述の点火プラグ１４、インジェクタ１６、電磁駆動式の吸気バルブ２８及び排気バルブ３０等が接続されている。また、ＥＣＵ５０は、クランク角度ＣＡに基づきエンジン回転数ＮＥを算出する。

ＥＣＵ５０は、図２に示すようなエンジン回転数ＮＥとエンジン負荷と運転領域の関係を定めた運転領域マップを記憶している。ＥＣＵ５０は、運転領域マップに基づいて、噴射燃料を火花点火させるＳＩ（Spark Ignition）運転モードと、噴射燃料を予混合圧縮自己着火させるＨＣＣＩ（Homogeneous Charge Compression Ignition）運転モードとを択一的に選択する。ＥＣＵ５０は、選択された運転モードを実現するために点火プラグ１４、インジェクタ１６、電磁駆動式の吸気バルブ２８及び排気バルブ３０の制御内容を定めた運転制御ルーチンを記憶している。

ＳＩ運転モードは、１サイクルを吸気行程、圧縮行程、膨張行程、排気行程の４行程とする一般的な４ストローク１サイクルのＳＩ運転（以下、ＳＩ運転という。）を実施するモードである。ＳＩ運転モードが選択された場合には、ＥＣＵ５０は、吸気行程から圧縮行程までの間にインジェクタ１６に筒内へ燃料を噴射させる。その後、膨張行程までの間に点火プラグ１４に火花点火させて噴射燃料をＳＩ燃焼させる。このようにＳＩ運転を実現する。ＳＩ運転は、火花点火時期を制御することで燃焼時期を制御できるため、低負荷であっても失火がなく、高負荷であってもノッキングを生じさせない運転を実現することができる。そのため、本実施形態のシステムでは、図２のＡ領域（主に高負荷領域と低負荷領域）においてＳＩ運転を実施する。

［実施の形態１における特徴的構成］
次に、本実施形態のシステムの特徴的構成について図２〜図３を用いて説明する。本実施形態のシステムの特徴的構成は主にＨＣＣＩ運転を実施する構成にある。そこで、まず、本実施形態のシステムにおけるＨＣＣＩ運転との比較対象として、一般的な４ストローク１サイクルのＨＣＣＩ運転（以下、単にＨＣＣＩ４ストローク運転という。）について説明する。

ＨＣＣＩ４ストローク運転は、吸気行程、圧縮行程、膨張行程、排気行程の４行程を１サイクルとする運転である。１サイクル中に１回の筒内燃料噴射を行い、圧縮行程において噴射燃料を圧縮自己着火させることでＨＣＣＩ燃焼を実現する。ＨＣＣＩ燃焼は、ＳＩ燃焼に比して高熱効率であることが知られており、広い運転領域でＨＣＣＩ燃焼を行うことが望ましい。しかしながら、ＨＣＣＩ４ストローク運転を高負荷領域で行おうとすれば、１回の燃焼当たりの筒内燃料噴射量を増やす必要がある。ところが、筒内燃料噴射量を増やすことは、急峻な燃焼に伴うノッキングが生じさせる原因となる。そのため、ＨＣＣＩ４ストローク運転による運転領域は、図２のＢ領域（主に中負荷領域）に限定され、高負荷領域まで拡大できないという課題がある。

そこで、本実施形態のシステムでは、１回の燃焼当たりの燃料量を低減しつつ、ＨＣＣＩ燃焼による運転領域を高負荷領域に向けて拡大可能なＨＣＣＩ運転を実現することとした。

図３は、実施の形態１のシステムにおける特徴的なＨＣＣＩ運転を説明するためのタイムチャートである。本実施形態において、ＥＣＵ５０が上述した運転領域マップ（図２）に基づき選択するＨＣＣＩ運転モードは、図３（Ａ）に示す（ａ）吸気行程、（ｂ）第１圧縮行程、（ｃ）第１膨張行程、（ｄ）第２圧縮行程、（ｅ）第２膨張行程、（ｆ）排気行程の６行程を１サイクルとするＨＣＣＩ運転（以下、単にＨＣＣＩ６ストローク運転という。）を実施するモードである。

ＨＣＣＩ６ストローク運転において、ＥＣＵ５０は、図３（Ａ）に示すように、（ｂ）第１圧縮行程の下死点近傍でインジェクタ１６に１回目の燃料を噴射させる。その後、（ｃ）第１膨張行程までの間に噴射燃料を圧縮自己着火させる。これにより１回目のＨＣＣＩ燃焼を実現している。以下、吸気行程から１回目のＨＣＣＩ燃焼が完了するまでの行程を第１ＨＣＣＩ燃焼行程という。

さらに、ＥＣＵ５０は、第１ＨＣＣＩ燃焼行程後、（ｄ）第２圧縮行程の下死点近傍でインジェクタ１６に筒内の既燃ガス中へ２回目の燃料を噴射させる。その後、（ｅ）第２膨張行程までの間に噴射燃料を圧縮自己着火させる。これにより２回目のＨＣＣＩ燃焼を実現している。以下、第１ＨＣＣＩ燃焼行程後、２回目のＨＣＣＩ燃焼が完了するまでの行程を第２ＨＣＣＩ燃焼行程という。

また、ＥＣＵ５０は、図３（Ｂ）に示すように、ＥＣＵ５０は、（ａ）吸気行程で電磁駆動式の吸気バルブ２８を開閉させ、（ｆ）排気行程で電磁駆動式の排気バルブ３０を開閉させる吸排気バルブ制御ルーチンを実施する。即ち、本実施形態のＨＣＣＩ６ストローク運転では、（ａ）吸気行程から（ｆ）排気行程までの６ストローク１サイクルの間に、上述した２回のＨＣＣＩ燃焼を実現している。

ここで、上述した第１及び第２ＨＣＣＩ燃焼行程において噴射される燃料の総和である総燃料噴射量は（ａ）吸気行程で吸入された吸入空気量ＧＡに対して、例えば理論空燃比に制御されている。本実施形態では、第１ＨＣＣＩ燃焼行程における燃料噴射量と第２ＨＣＣＩ燃焼行程における燃料噴射量とを、上述の総燃料噴射量に対して１対１の割合で定めている。

上述した本実施形態のＨＣＣＩ６ストローク運転は、一般的なＨＣＣＩ４ストローク運転と等回転数・等出力の条件下で比較すると、１サイクル当たりの時間、ストローク数、総燃料噴射量は１．５倍となる。しかしながら、本実施形態のＨＣＣＩ６ストローク運転では、１サイクル当たり２回のＨＣＣＩ燃焼を実現するため燃焼回数は２倍となる。そのため、１回の燃焼当たりの燃料噴射量は０．７５倍となる。換言すれば、ＨＣＣＩ４ストローク運転で必要な燃料噴射量に対し、３／４の燃料噴射量で１回の燃焼を実現することができる。１回の燃焼当たりの燃料量を少なくすることで、急峻な燃焼に伴うノッキングを防止することができる。一方で、１回の燃焼当たりの燃料噴射量を増やす余地が生まれる。そのため、図２に示すＣ領域にまでＨＣＣＩ燃焼による運転領域を拡大することができる。このように、本実施形態のシステムによれば、高熱効率なＨＣＣＩ燃焼を高負荷領域に向けて拡大することができる。

ところで、上述した実施の形態１のシステムにおいては、ＨＣＣＩ６ストローク運転の第１ＨＣＣＩ燃焼行程における燃料噴射を、インジェクタ１６による筒内直接噴射としているが、この燃料噴射方法はこれに限定されるものではない。例えば、吸気ポートに別途インジェクタを設けて、吸気行程においてポート噴射して筒内に燃料を供給することとしても良い。なお、この点は以下の実施の形態でも同様である。

また、上述した実施の形態１のシステムにおいては、ＨＣＣＩ６ストローク運転の第１ＨＣＣＩ燃焼行程における燃料噴射量と第２ＨＣＣＩ燃焼行程における燃料噴射量とを、上述の総燃料噴射量に対し１対１の割合で定めることとしているが、この割合はこれに限定されるものではない。１サイクルで筒内に噴射されるべき総燃料噴射量に対し、第２ＨＣＣＩ燃焼行程における噴射割合は、第１ＨＣＣＩ燃焼行程における噴射割合の半分より高く２倍より低い割合でありさえすれば良い。

また、上述した実施の形態１のシステムにおいては、ＨＣＣＩ６ストローク運転の第１ＨＣＣＩ燃焼行程における燃料噴射時期を、第１圧縮行程の下死点近傍にすることとしているが、この燃料噴射時期はこれに限定されるものではなく、吸気行程から第１圧縮行程終了までの間であれば良い。また、第２ＨＣＣＩ燃焼行程における燃料噴射時期についても、第２圧縮行程の下死点近傍に限定されるものではなく、第１ＨＣＣＩ燃焼行程後から第２圧縮行程終了までの間であれば良い。

尚、上述した実施の形態１においては、インジェクタ１６が前記第１の発明における「燃料供給手段」に相当している。また、ここでは、ＥＣＵ５０が、吸排気バルブ制御ルーチンを実行することにより前記第１の発明における「吸排気バルブ制御手段」が、第１及び第２ＨＣＣＩ燃焼行程を実現する運転制御ルーチンを実行することにより、前記第１の発明における「第１ＨＣＣＩ燃焼手段」と「第２ＨＣＣＩ燃焼手段」が、それぞれ実現されている。

実施の形態２．
上述した実施の形態１では、ＨＣＣＩ６ストローク運転により、１サイクル中に２回のＨＣＣＩ燃焼を行うこととし、１回の燃焼当たりの燃料噴射量を低減している。１燃焼当たりの燃料噴射量を低減することで、急峻な燃焼に伴うノッキングを防止することができる。ところで、上述した第１ＨＣＣＩ燃焼行程で生じた燃焼熱により筒内ガス温度は上昇する。上述した第２ＨＣＣＩ燃焼行程では、この上昇した筒内ガス温度に、第２圧縮行程のピストン圧縮による温度上昇分が加わるため、圧縮自己着火が早期着火となり易い。早期着火はノッキングの原因となるため、第２ＨＣＣＩ燃焼時期を適切に制御することが望ましい。

そこで、本実施形態のシステムでは、第２ＨＣＣＩ燃焼行程における圧縮比を第１ＨＣＣＩ燃焼行程における圧縮比よりも低くすることとした。

［実施の形態２における特徴的構成］
実施の形態２の特徴的構成について図４〜図５を参照して説明する。本実施形態のシステムは図１に示す構成に加えて、圧縮比を変更する可変圧縮比機構（図示略）を備えている。尚、可変圧縮比機構の物理的構成は、例えば、特開２００４−２９３３６８号公報に開示されている公知の内容であるため、その詳細な説明は省略する。

図４は、実施の形態２のシステムにおける特徴的なＨＣＣＩ６ストローク運転を説明するためのタイムチャートである。図４（Ａ）及び図４（Ｂ）については、実施の形態１で説明した図３（Ａ）及び図３（Ｂ）と同様であるため説明は省略する。図４（Ｃ）は筒内の体積変化を示している。筒内体積は、ピストンの下死点位置で最大となりピストンの上死点位置で最小となる。本実施形態のＨＣＣＩ６ストローク運転においては、第２圧縮行程における圧縮上死点位置の筒内体積が、第１圧縮行程における圧縮上死点位置の筒内体積よりも大きくなっている。即ち、第２圧縮行程における圧縮比が低くなっている。ＥＣＵ５０は、第２圧縮行程における圧縮比を低くするために、第２圧縮行程の開始から第２膨張行程の終了までの間（図４（Ｄ））、可変圧縮比機構を制御して燃焼室１２の体積を増大させている。

以上説明したように、本実施形態のＨＣＣＩ６ストローク運転では、第２圧縮行程における圧縮比が、第１圧縮行程における圧縮比よりも低くなるように制御する。図５は、実施の形態２における、圧縮比とピストン圧縮による温度上昇とＨＣＣＩ５０％燃焼時期との関係を示す関係図である。図５の実線５２は、圧縮比とピストン圧縮による温度上昇との関係を示している。また、破線５４は、圧縮比とＨＣＣＩ５０％燃焼時期との関係を示している。実線５２に示すように、圧縮比が下がればピストン圧縮による温度上昇を低減することができる。その結果、筒内ガスの温度上昇が抑えられ、圧縮自己着火が早期着火となることを防止でき、破線５４に示すようにＨＣＣＩ燃焼時期を遅角させることができる。このため、本実施形態のシステムによれば、第２圧縮行程における圧縮比を下げることで、第２ＨＣＣＩ燃焼行程における圧縮自己着火が早期着火になることを防止することができる。早期着火を防止することでノッキングを防止することができ、高熱効率なＨＣＣＩ燃焼を高負荷領域に向けて拡大することができる。

尚、上述した実施の形態２においては、可変圧縮比機構が前記第２の発明における「可変圧縮比機構」に相当している。また、ＥＣＵ５０が、上述のように可変圧縮比機構を制御（図４（Ｃ）、図４（Ｄ））することで前記第２の発明における「圧縮比制御手段」が実現されている。

実施の形態３．
上述した実施の形態２では、ＨＣＣＩ６ストローク運転において、第２ＨＣＣＩ燃焼行程における圧縮比を第１ＨＣＣＩ燃焼行程における圧縮比よりも低くすることにより、圧縮自己着火が早期着火になることによるノッキングを防止している。これに対して、本実施形態では、圧縮比を変更するのではなく、着火温度の異なる２種類の燃料の混合割合を制御することにより、実施の形態２のシステムと同様の効果を実現する点に特徴を有している。

［実施の形態３における特徴的構成］
図６は、本発明の実施の形態３のシステム構成を説明するための図である。図６に示す構成では、図１に示すインジェクタ１６に代えて、燃焼室１２内に筒内噴射用の第１インジェクタ３２と第２インジェクタ３４とが設けられている。第１インジェクタ３２はガソリンを供給する燃料タンク（図示略）に接続されている。第２インジェクタ３４は軽油を供給する燃料タンク（図示略）に接続されている。他の構成は図１に示す構成と同様であるため説明を省略する。

図７は、実施の形態３のシステムにおける特徴的なＨＣＣＩ６ストローク運転を説明するためのタイムチャートである。図７（Ａ）及び図７（Ｂ）については、実施の形態１で説明した図３（Ａ）及び図３（Ｂ）と同様であるためその説明は省略する。図７（Ｃ）は第１インジェクタ３２に噴射させるガソリンと、第２インジェクタ３４に噴射させる軽油との噴射割合（以下、燃料噴射割合という。）を示している。

第１及び第２ＨＣＣＩ燃焼行程における燃料噴射量は、例えば、実施の形態１で述べたように、１サイクルでの吸入空気量ＧＡに応じて理論空燃比に制御された総燃料噴射量に対して１対１の割合とする。ＥＣＵ５０は、第１及び第２ＨＣＣＩ燃焼行程において、各燃料噴射量を満たすように、第１インジェクタ３２にガソリンを、第２インジェクタ３４に軽油を噴射させる。このとき、第２ＨＣＣＩ燃焼行程におけるガソリンの噴射割合は、第１ＨＣＣＩ燃焼行程における噴射割合よりも高く設定する。

以上説明したように、図６〜図７に示す本実施形態の構成によれば、第２ＨＣＣＩ燃焼行程におけるガソリンの噴射割合を、第１ＨＣＣＩ燃焼行程におけるガソリンの噴射割合よりも高くすることができる。図８は、実施の形態３における、燃料噴射割合と混合燃料自己着火温度とＨＣＣＩ５０％燃焼時期との関係を示す関係図である。図８の実線５６は、燃料噴射割合と混合燃料自己着火温度との関係を示している。また、破線５８は、燃料噴射割合とＨＣＣＩ５０％燃焼時期との関係を示している。ガソリンは軽油よりも着火温度が高いため、実線５６に示すように、ガソリンの噴射割合を高くすることで、混合燃料自己着火温度を高くすることができる。その結果、混合燃料の早期着火が抑えられるため、破線５４に示すように、ＨＣＣＩ燃焼時期を遅角させることができる。このため、本実施形態のシステムによれば、２回目の圧縮自己着火が早期着火になることを抑制しノッキングを防止することができる。そのため、高熱効率なＨＣＣＩ燃焼を高負荷領域に向けて拡大することができる。

ところで、上述した実施の形態３のシステムにおいては、ガソリンと軽油とを噴射して混合させた燃料を混合燃料としているが、混合燃料はこれに限定されるものではない。着火温度の異なる２種類以上の燃料を混合させた燃料でありさえすれば良い。なお、この点は以下の実施の形態でも同様である。

実施の形態４．
ＨＣＣＩでは、燃料と空気との予混合気が、圧縮行程を経て自己着火温度に達すると、その各点において着火・燃焼する。ところで、この着火時期・燃焼時期は、外気温、燃焼室温度、残留ガス温度等の影響を受ける。そのため、上述した実施の形態３のＨＣＣＩ６ストローク運転を行う場合に、エンジン回転数ＮＥとエンジン負荷とに基づく燃料噴射割合を定めた「回転数・負荷マップ」を用いてオープン制御をするだけでは、着火時期・燃焼時期にばらつきが生じることとなる。着火時期・燃焼時期のばらつきはノッキングや失火の原因となる。そのため、ＨＣＣＩ燃焼時期を適切に制御することが望ましい。

そこで、本実施形態のシステムでは、ＨＣＣＩ燃焼時期を適切に制御するために、上述した第１ＨＣＣＩ燃焼行程及び第２ＨＣＣＩ燃焼行程における燃料噴射割合をフィードバック制御により補正することとした。

［実施の形態４における特徴的構成］
図９は、本発明の実施の形態４のシステム構成を説明するための図である。図９に示す構成では、燃焼室１２内の圧力を検出する筒内圧センサ３８を設けている。図９に示す構成は、筒内圧センサ３８を除き図６に示す構成と同様であるため、共通する構成については共通する符号を付して説明を省略する。

次に、実施の形態４のシステムにおける制御内容について図１０を用いて説明する。図１０は、実施の形態４においてＥＣＵ５０が実行する制御ルーチンのフローチャートである。図１０に示すルーチンでは、まずステップ１００において、ＥＣＵ５０は、クランク角度ＣＡから算出したエンジン回転数ＮＥとエンジン負荷とに基づいて、要求される運転領域がＨＣＣＩ６ストローク運転領域であるか、ＳＩ４ストローク運転領域であるかを判断する。ここで、ＥＣＵ５０は、上述した図２に示すような運転領域マップを記憶している。ＳＩ４ストローク運転領域にあると判断される場合には、ステップ１１０において、ＳＩ４ストローク運転を実施し、その後本ルーチンを終了する。

一方、上述したステップ１００において、ＨＣＣＩ６ストローク運転領域であると判断される場合には、次に、ステップ１２０において、上述の図７に示すＨＣＣＩ６ストローク運転を実施する。

続いて、ＥＣＵ５０は、ステップ１３０において、前サイクルの第１ＨＣＣＩ燃焼行程及び第２ＨＣＣＩ燃焼行程におけるＨＣＣＩ５０％燃焼時期を算出する。具体的には、まず、クランク角ＣＡに同期する筒内圧センサ３８により、各サイクルにおけるＨＣＣＩ燃焼時の筒内圧が検出される。そして、ＥＣＵ５０は、検出された前サイクルの筒内圧から、第１ＨＣＣＩ燃焼行程において所定の燃焼割合となる燃焼時期「第１ＨＣＣＩ燃焼時期算出値」と、第２ＨＣＣＩ燃焼行程において所定の燃焼割合となる燃焼時期「第２ＨＣＣＩ燃焼時期算出値」とを算出する。なお、上記燃焼割合は例えば５０％である。

次に、ステップ１４０において、第１ＨＣＣＩ燃焼行程における燃料噴射割合についてフィードバック制御による補正をする。具体的には、ＥＣＵ５０は、エンジン回転数ＮＥやエンジン負荷等に応じた「第１ＨＣＣＩ燃料時期制御要求値」と「第２ＨＣＣＩ燃焼時期制御要求値」とを定めた制御要求マップを記憶している。ＥＣＵ５０は、「第１ＨＣＣＩ燃焼時期制御要求値」とステップ１３０において算出した「第１ＨＣＣＩ燃焼時期算出値」とから前サイクルにおける第１ＨＣＣＩ燃焼時期の誤差を算出する。また、ＥＣＵ５０は、上述した「回転数・負荷マップ」を用いたオープン制御により、現サイクルの第１ＨＣＣＩ燃焼行程における基準燃料噴射割合を定める。そして、この基準燃料噴射割合に対し、上述した誤差に応じた操作量をフィードバック補正する。このフィードバック補正後の燃料噴射割合を、新たな第１ＨＣＣＩ燃焼行程における燃料噴射割合とする。

さらに、ステップ１５０において、第２ＨＣＣＩ燃焼行程における燃料噴射割合についてフィードバック制御による補正をする。第２ＨＣＣＩ燃焼時期は、第１ＨＣＣＩ燃焼時期により変化する筒内ガス温度の影響を受ける。そのため、第２ＨＣＣＩ燃焼行程においては、現サイクルの「第１ＨＣＣＩ燃焼時期制御要求値」と、筒内圧から算出した現サイクルの「第１ＨＣＣＩ燃焼時期算出値」との誤差に応じた操作量を、現サイクルの第２ＨＣＣＩ燃焼行程における基準燃料噴射割合にフィードバック補正する。
加えて、ＥＣＵ５０は、ステップ１３０において算出した前サイクルの「第２ＨＣＣＩ燃焼時期算出値」と「第２ＨＣＣＩ燃焼時期制御要求値」とから前サイクルにおける第２ＨＣＣＩ燃焼時期の誤差を算出する。そして、上述のフィードバック補正された基準燃料噴射割合に、上述した誤差に応じた操作量をフィードバック補正する。このフィードバック補正後の燃料噴射割合を、新たな第２ＨＣＣＩ燃焼行程における燃料噴射割合とする。

以上説明したように、図１０に示すルーチンによれば、ＨＣＣＩ燃焼時期の誤差を燃料噴射割合にフィードバック補正したＨＣＣＩ６ストローク運転を行うことができる。このフィードバック補正より、ロバスト性を向上させて、高負荷時のノッキングや、低負荷時の失火による燃費性能の低下及び排ガス性能の低下を防ぐことができる。

ところで、上述した実施の形態４のシステムにおいては、フィードバック補正の対象を燃料噴射割合としているが、対象はこれに限定されるものではない。例えば、実施の形態２における圧縮比としても良い。

１０ 内燃機関
１１ クランク角センサ
１２ 燃焼室
１４ 点火プラグ
１６ インジェクタ
２２ エアフロメータ
２８ 吸気バルブ
３０ 排気バルブ
３２ 第１インジェクタ
３４ 第２インジェクタ
３８ 筒内圧センサ
５０ ＥＣＵ（Electronic Control Unit）

Claims (2)

1. 筒内に燃料を供給する燃料供給手段と、
   吸気行程、第１圧縮行程、第１膨張行程、第２圧縮行程、第２膨張行程、及び排気行程の６行程を１サイクルとするように、吸気バルブ及び排気バルブの開閉を制御する吸排気バルブ制御手段と、
   前記吸気行程から前記第１圧縮行程の圧縮上死点までの間に筒内に１回目の燃料を供給し、前記第１膨張行程までの間に圧縮自己着火させる第１ＨＣＣＩ燃焼手段と、
   前記第１ＨＣＣＩ燃焼を行った後、前記第２圧縮行程の圧縮上死点までの間に筒内の既燃ガス中に２回目の燃料を供給し、前記第２膨張行程までの間に圧縮自己着火させる第２ＨＣＣＩ燃焼手段と、を備え、
   前記１サイクル中に筒内へ供給される総燃料供給量に対する前記２回目の燃料供給割合は、前記１回目の燃料供給割合の半分より高く２倍より低いこと、
   を特徴とする内燃機関。
2. 圧縮比を変更可能な可変圧縮比機構と、
   前記第２圧縮行程における圧縮比を、前記第１圧縮行程における圧縮比よりも低く変更する圧縮比変更手段と、
   を備えること特徴とする請求項１記載の内燃機関。

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