JP2011058372A - エンジンの制御方法およびその制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】圧縮自己着火可能な運転領域を拡大する。
【解決手段】低負荷域では、排気行程途中から吸気行程途中にかけて吸気弁および排気弁が共に閉じている負のオーバラップ期間が形成されるように、排気弁の閉弁時期と吸気弁の開弁時期とが設定される。吸気行程中に気筒内に燃料噴射を行ってピストンの圧縮作用により燃焼室内の混合気が自己着火で燃焼される。エンジン負荷が低いほど、吸気弁の閉弁時期が、そのときのエンジン回転数において空気充填量が最大となるタイミングからずれるように遅角または進角される。この遅角または進角による吸気弁閉弁時期のずらし量は、エンジン負荷が低いほど増加される。
【選択図】 図７

Description

本発明は、エンジンの制御方法及びその制御装置に関するものである。

近年、火花点火による燃焼が実行されていたガソリンエンジン等のさらなる燃費改善や排気清浄化を図るために、気筒内の予混合気を圧縮して自己着火により燃焼させるという新しい燃焼形態が提案されており、一般には、予混合圧縮着火燃焼（以下、ＨＣＣＩ燃焼ともいう）という呼称で知られている。この新しい燃焼形態では、従来一般的な火花点火による燃焼（以下、ＳＩ燃焼ともいう）とは異なり、気筒内の多数の箇所で予混合気が一斉に自己着火して燃焼を始めることから、熱効率が極めて高くなる。

また、従来のＳＩ燃焼を実現できない超希薄な予混合気や多量のＥＧＲによって希釈した予混合気であっても、ピストンにより圧縮された気筒内の温度が所定以上に高くなれば自己着火するようになり、燃焼期間そのものは短いものの激しい燃焼にはならないことから、窒素酸化物の生成も格段に少なくなる。

但しエンジンが相対的に低負荷、低回転側の運転領域にあるときには、圧縮上死点（ＴＤＣ）近傍においても予混合気の温度が自己着火温度まで上昇しない可能性がある。これに対し特許文献１に記載のガソリンエンジンでは、気筒の排気行程から吸気行程にかけて吸気弁及び排気弁の双方を閉じる負のオーバーラップ期間を設け、多量の既燃ガスを残留させること（以下、内部ＥＧＲともいう）で気筒内の温度を高めて、自己着火性を確保することが開示されている。また、特許文献１には、多量の残留既燃ガスでは十分に気筒内の温度を高められない低負荷時においては、吸気行程での燃料噴射に加えて、圧縮行程終期に気筒内に少量の燃料噴射を行って点火プラグ回りに成層化混合気を形成して、点火プラグによって予混合気の自己着火性を誘発することも開示されている。

特許文献
特開２００８−１８４９７０号公報

しかしながら、前記特許文献１に記載のように、多量の残留既燃ガスによっても気筒内温度を自己着火可能な温度まで高められないときに、圧縮行程終期に燃料噴射を行うと共に点火プラグによって予混合気の自己着火を誘発するものにあっては、燃費改善の点では好ましくないものとなってしまう。

本発明は、以上のような事情を勘案してなされたもので、その目的は、多量の残留既燃ガスの有する温度をより有効に利用して気筒内の温度をより上昇させて、低負荷域でも点火プラグを利用することなく自己着火できるようにしたエンジンの制御方法及びその制御装置を提供することにある。

前記目的を達成するために、本発明に係るエンジンの制御装置にあっては、次のような解決手法を採択してある。すなわち、特許請求の範囲における請求項１に記載のように、
所定の運転領域で排気行程途中から吸気行程途中にかけて吸気弁および排気弁が共に閉じている負のオーバラップ期間を形成するバルブタイミングを有し、吸気行程中に気筒内に燃料噴射を行ってピストンの圧縮作用により燃焼室内の混合気を自己着火で燃焼させる圧縮自己着火運転を行うエンジンの制御方法であって、
前記所定の運転領域において、エンジン負荷が低いほど、吸気弁の閉弁時期を、そのときのエンジン回転数において空気充填量が最大となるタイミングからのずれ量を増加させる、
ようにしてある。

上記解決手法によれば、負のオーバラップ期間を設けることにより、残留する多量の既燃ガスによって気筒内の温度を高めることにより、圧縮行程の終盤以降における予混合気の自己着火が促進されることになる。エンジン負荷の低下に応じて、吸気弁の閉弁時期が空気充填量が最大となるタイミングからのずらし量が増加されることによって、気筒内に導入される過剰な新規の空気量が低減されて、つまり気筒内に残留する高温の既燃ガスの割合が高められて、気筒内の温度がより一層十分に上昇されて、自己着火を行うことが可能になる。なお、気筒内温度の上昇は、次の燃焼サイクルにおいて排気弁の閉弁時期を遅角させることが可能になるので、内部ＥＧＲ量を減少させることで着火に必要な温度を維持しつつポンプ損失を低減させることも可能となる。

上記解決手法を前提とした好ましい態様は、特許請求の範囲における請求項２〜請求項１０に記載のとおりである。すなわち、
前記所定の運転領域において、エンジン負荷が低いほど、排気弁閉弁時期を進角させて前記負のオーバラップ期間を拡大させる、ようにしてある（請求項２対応）。この場合、負のオーバラップ期間をさらに拡大して、気筒内温度をさらに上昇させて、自己着火性をさらに向上させることができる。

前記所定の運転領域において、エンジン負荷が低いほど、吸気弁閉弁時期を吸気下死点後となる範囲において遅角させる、ようにしてある（請求項３対応）。この場合、遅角によるずらし量の増加を得ることができる。

前記所定の運転領域のうちエンジン負荷が所定負荷以下のときは、排気弁閉弁時期の進角量の変化率を減少させる一方、吸気弁閉弁時期の遅角量の変化率を増加させる、ようにしてある（請求項４対応）。この場合、吸気弁閉弁時期の遅角量の変化率を増加させることによって過剰な新規の空気量をより低減して気筒内温度のさらなる上昇を図る一方、この分排気弁閉弁時期の進角量を抑制して、ポンピングロス低減の上で好ましいものとなる。

吸気弁閉弁時期の遅角量の変化率の増加に応じて、排気弁開弁時期の進角量と吸気弁開弁時期の遅角量の減少率とを設定する、ようにしてある（請求項５対応）。この場合、新規の空気量の低減度合つまり気筒内温度の上昇度合に応じて、排気弁開弁時期と吸気弁開弁時期とをポンピングロス低減を考慮した適切なタイミングとすることができる。

前記所定の運転領域において、エンジン負荷が低いほど、吸気弁の閉弁時期を吸気下死点前となる範囲において進角させる、ようにしてある（請求項６対応）。この場合、吸気弁の閉弁時期を進角方向へずらすことによって、気筒内温度を上昇させることができる。

前記所定の運転領域のうちエンジン負荷が所定負荷以下のときは、排気弁閉弁時期の進角量の変化率を減少させる一方、吸気弁閉弁時期の進角量の変化率を増加させる、ようにしてある（請求項７対応）。この場合、請求項４に対応した効果と同様の効果を得ることができる。

吸気弁閉弁時期の進角量の変化率の増加に応じて、排気弁開弁時期の進角量と吸気弁開弁時期の遅角量の減少率とを設定する、ようにしてある（請求項８対応）。この場合、請求項５に対応した効果と同様の効果を得ることができる。

前記所定の運転領域のうち所定負荷以下では、排気弁閉弁時期を固定する、ようにしてある（請求項９対応）。この場合、制御を極力簡単化する上で好ましいものとなる。

前記所定の運転領域において、排気行程中でかつ前記負のオーバラップ期間において少量の予備燃料を噴射し、
エンジン負荷が低いほど、前記予備燃料を増量すると共に、所定負荷以下では該予備燃料の増量の変化率を減少させる、
ようにしてある（請求項１０対応）。この場合、予備燃料によって活性化混合気を形成して、自己着火性をより高めることができる。また、過剰な新規の空気量を減少させることによる気筒内温度が十分に上昇される所定負荷以下のときは、予備燃料量の増加率を減少させて、予備燃料量を極力抑制する上でも好ましいものとなる。

前記目的を達成するため、本発明によるエンジンの制御装置にあっては、次のような解決手法を採択してある。すなわち、特許請求の範囲における請求項１１に記載のように、
所定の運転領域で排気行程途中から吸気行程途中にかけて吸気弁および排気弁が共に閉じている負のオーバラップ期間を形成するバルブタイミングを有し、吸気行程中に気筒内に燃料噴射を行ってピストンの圧縮作用により燃焼室内の混合気を自己着火で燃焼させる圧縮自己着火運転を行うエンジンの制御装置であって、
エンジン負荷を検出する負荷検出手段と、
吸気弁の閉弁時期を変更する吸気弁閉弁時期変更手段と、
前記所定の運転領域において、前記負荷検出手段で検出されるエンジン負荷が低いほど、前記吸気弁閉弁時期変更手段を制御して、吸気弁の閉弁時期をそのときのエンジン回転数において空気充填量が最大となるタイミングからのずれ量が増加するように制御する制御手段と、
を備えているようにしてある。上記解決手法によれば、請求項１に記載のエンジンの制御方法を実行するためのエンジンの制御装置が提供される。

本発明によれば、従来は自己着火による燃焼が不可能な低負荷域でも、残留既燃ガスの温度をより有効に利用して自己着火を実現することができ、燃費向上や排気ガス浄化の上で極めて好ましいものとなる。

本発明の実施形態に係るエンジン制御装置の全体構成を示す図である。 制御の概略を示すブロック図である。 燃焼状態を切換える制御マップの一例を示す説明図である。 ＨＣＣＩ燃焼のイメージ図である。 ２つのインジェクタによる燃料噴射の態様を示す説明図である。 吸排気弁のリフト特性の変化を示す説明図である。 エンジン負荷の変化に応じて吸・排気弁の開閉時期と燃料噴射量を変更する様子を示す図である。 本発明の制御例を示すフローチャートである。 本発明の制御例を示すフローチャートである。 本発明の第２の実施形態を示すもので、図６に対応した図。 本発明の第２の実施形態を示すもので、図７に対応した図。

図１は本発明に係るエンジン制御装置Ａの全体構成を示し、符号１は、車両に搭載された多気筒ガソリンエンジンである。このエンジン１の本体は、複数の気筒２，２，…（１つのみ図示する）が設けられたシリンダブロック３上にシリンダヘッド４が配置されてなり、各気筒２内にはピストン５が嵌挿されて、その頂面とシリンダヘッド４の底面との間に燃焼室６が形成されている。ピストン５はコネクティングロッドによってクランク軸７に連結されており、クランク軸７の一端側にはその回転角（クランク角）を検出するためのクランク角センサ８が配設されている。

前記シリンダヘッド４には、各気筒２毎に燃焼室６の天井部に開口するように吸気ポート９及び排気ポート１０が形成されている。吸気ポート９は燃焼室６の天井部から斜め上方に向かって延びて、シリンダヘッド４の一側面に開口しており、排気ポート１０は反対側の他側面に開口している。吸気ポート９及び排気ポート１０は、それぞれ吸気弁１１及び排気弁１２によって開閉されるようになっており、これら吸排気弁１１，１２は、シリンダヘッド４に配設された動弁機構１３のカム軸（図示せず）によりクランク軸７の回転に同期して駆動されるようになっている。

前記動弁機構１３には、吸気側及び排気側にそれぞれ、弁リフト量を連続的に変更可能な公知のリフト可変機構１４（以下、ＶＶＬと略称する）と、弁リフトのクランク回転に対する位相角を連続的に変更可能な公知の位相可変機構１５（以下、ＶＶＴと略称する）と、が組み込まれており、それらの作動によって吸排気弁１１，１２のリフト特性を変更し、気筒２への吸気の充填量や残留既燃ガス（内部ＥＧＲガス）の量を調整することができる。尚、ＶＶＬ１４については例えば特開２００６−３２９０２２号公報、２００６−３２９０２３号公報等に記載されたものを使用すればよい。

また、各気筒２の燃焼室６の天井部に電極を臨ませて点火プラグ１６が配設され、点火回路１７によって所定の点火タイミングにて通電されるようになっている。一方、燃焼室６の吸気側の周縁部に先端を臨ませて気筒２内に燃料直接、噴射する直噴インジェクタ１８が配設されている。また、この実施形態では、吸気ポート９に臨んで燃料を噴射するようにポートインジェクタ１９（別の燃料噴射弁）が配設されている。このポートインジェクタ１９は、エンジン１の最大トルクに対応して多量の燃料を噴射可能な大容量のものであり、気筒２の圧縮行程から膨張、排気及び吸気行程にかけて燃料を噴射することで、高回転域でも十分な噴射時間を確保することができる。そうして噴射された燃料噴霧は吸気と共に気筒２内に流入し、ピストン５の下降に伴い容積の拡大する気筒２内に広く分散して、概ね均一な予混合気を形成する。

尚、前記各気筒２毎のインジェクタ１８，１９には、図示しないが、それぞれ高圧及び低圧燃料供給ラインが接続されている。低圧の供給ラインには低圧燃料ポンプにより燃料タンクから吸い上げられた燃料が供給され、この低圧の供給ラインから分岐した高圧の供給ラインには、燃料を昇圧させて送り出す高圧燃料ポンプが介設されている。

図１においてエンジン１の右側に位置するシリンダヘッド４の一側には吸気系が配設され、各気筒２の吸気ポート９には吸気通路２０が連通している。この吸気通路２０は、エンジン１の各気筒２の燃焼室６に対して図外のエアクリーナにより濾過した空気を供給するためのものであり、サージタンク２１の上流の共通通路には電気式スロットル弁２２とが配設されている。サージタンク２１の下流で吸気通路２０は各気筒２毎に分岐して、それぞれ吸気ポート９に連通している。

一方、シリンダヘッド４の他側には排気系が配設され、各気筒２の排気ポート１０にはそれぞれ、各気筒２毎に分岐した排気通路２５（排気マニホルド）が接続されている。この排気マニホルドの集合部には排気中の酸素濃度を検出するセンサ２６が配設されている。また、排気マニホルドよりも下流側の排気通路２５には、排気中の有害成分を浄化するための触媒２７が配設されている。

上述の如く構成されたエンジン１の運転制御を行うために、パワートレインコントロールモジュール３０（以下、ＰＣＭという）が設けられている。これは、周知の如くＣＰＵ、メモリ、Ｉ／Ｏインターフェース回路等を備えており、図２にも示すように、クランク角センサ８、酸素濃度センサ２６等からの信号が入力されるとともに、吸気通路２０における空気の流量を計測するエアフローセンサ３１からの信号と、図示しないアクセルペダルの操作量（アクセル開度）を検出するアクセル開度センサ３２からの信号と、車両の走行速度を検出する車速センサ３３からの信号とが少なくとも入力される。

そして、ＰＣＭ３０は、前記各種センサからの信号等に基づいて、エンジン１の運転状態（例えば負荷状態及びエンジン回転速度）を判定し、これに応じてＶＶＬ１４、ＶＶＴ１５、点火回路１７、直噴インジェクタ１８、ポートインジェクタ１９、電気式スロットル弁２２等を制御する。すなわち、ＰＣＭ３０は、主にＶＶＬ１４の作動によって吸排気弁１１，１２のリフト量を調整し、気筒２への吸気（空気）の充填量を制御するとともに、主にＶＶＴ１５の作動によって吸排気弁１１，１２のオーバーラップ期間を調整し、内部ＥＧＲガス量を制御する。

それらＶＶＬ１４及びＶＶＴ１５の制御によって吸排気弁１１，１２のリフトカーブＬin，Ｌexは、図６に模式的に示すようにそれぞれ最小リフトから最大リフトまでの間で連続的に変化する。吸排気弁１１，１２のリフト量は、エンジン１の負荷（目標トルク）や回転速度が高いほど大きくなり、これに伴いオーバーラップ期間（正のオーバーラップ期間）が生じるようになる。一方、相対的に低負荷、低回転側では吸排気弁１１，１２の双方が閉じる負のオーバーラップ期間が生じ、内部ＥＧＲガス量がかなり多くなる。

そうして主にＶＶＬ１４の制御によって気筒２への吸気の充填量を広い範囲で変更することができるので、この実施形態のエンジン１ではスロットル弁２２の制御によらず出力を制御することができる。よって、吸気通路２０に設けられたスロットル弁２２は、主にフェールセーフのためのものであり、通常はエンジン１の部分負荷域においても全開とされて、ポンピングロスの低減が図られている。

また、ＰＣＭ３０は、２つのインジェクタ１８，１９のそれぞれを、後述の如き所定のタイミングで作動させることにより、気筒２内の空燃比や混合気の形成状態を切換えるとともに、前記のように主にＶＶＴ１５の作動によって気筒２内の内部ＥＧＲガス量を制御し、さらに点火プラグ１６の作動状態を切換えることで、エンジン１の燃焼状態を以下に述べるＨＣＣＩ燃焼とＳＩ燃焼とに切換えるようになっている。

図３は制御マップの一例を示すものであり、相対的に低負荷且つ低回転側の運転領域（Ｘ）および（Ｙ）においては、気筒２内に形成した予混合気に直接点火することなく、これをピストン５の上昇により圧縮して自己着火させるようにしている。このときには基本的に、気筒２の吸気行程においてポートインジェクタ１９により燃料を吸気ポート９内に噴射させ、吸気と混合させながら気筒２内へ供給して、概ね均一な予混合気を形成する。

また、気筒２の排気行程ないし吸気行程において排気弁１１が閉じてから吸気弁１２が開くまでの期間（吸排気弁１１，１２の双方が閉じる負のオーバーラップ期間）を設け、多量の内部ＥＧＲガスによって気筒２内の温度を高めることにより、予混合気の自己着火を促進する。負のオーバーラップ期間が相対的に長くなれば内部ＥＧＲガス量も増大し、自己着火のタイミングが進角される。

そのような予混合気の圧縮による自己着火については従来よりＨＣＣＩ（Homogenious Charge Compression Ignition）と呼ばれている。このＨＣＣＩによる燃焼は、図４に模式的に示すように、気筒２内の燃焼室６における多数の箇所で予混合気が略一斉に自己着火して燃焼を開始するものと考えられており、従来一般的な火炎伝播による燃焼（Spark Ignition：ＳＩ燃焼）に比べて燃焼期間が短くなって、熱効率が高くなる。

また、そうして予混合気が自己着火するＨＣＣＩ燃焼は、ＳＩ燃焼の実現が困難な超希薄な予混合気や多量の内部ＥＧＲガスによって希釈した予混合気であっても実現可能であり、前記のように燃焼期間は短くても燃焼温度は低いことから、窒素酸化物の生成は非常に少ない。言い換えると、あまり希薄でない予混合気や希釈度合いの低い予混合気では自己着火のタイミングが早くなり過ぎて、所謂ノッキングを起こしてしまう。

つまり、ＨＣＣＩ燃焼はかなり希薄な予混合気か、或いは多量のＥＧＲによって希釈した予混合気によって実現されるものであり、あまり高い出力は得られないので、前記の制御マップ（図３）に示すように、相対的に高負荷側乃至高回転側の運転領域(Ｚ)においては従来一般的なＳＩ燃焼が行われる（以下、運転領域（Ｘ）および（Ｙ）をＨＣＣＩ領域と呼び、運転領域(Ｚ)をＳＩ領域と呼ぶ）。

運転領域（Ｘ）および（Ｙ）では、前述のように、点火プラグ１６による着火を利用することなく、圧縮自己着火を行うようになっている。この自己着火を行うために、図７に示すように、特に吸気弁１１の閉弁時期ＩＶＣを、エンジン負荷が低くなるほど遅角させるようにしてある。すなわち、図７は、運転領域（Ｘ）および（Ｙ）についての吸気弁１１の開閉時期と排気弁１２の開閉時期との好ましい設定例が示される。

図７において、吸気弁１１の閉弁時期は、エンジン負荷が低くなるほど遅角される。この吸気弁１１の閉弁時期は、エンジン負荷が相対的に大きいときは吸気下死点よりも前とされるが、エンジン負荷が低くなるにつれて徐々に吸気下死点に近づくように遅角され、エンジン負荷が所定負荷αとなった時点でほぼ吸気下死点とされる。そして、所定負荷以下の領域では、吸気弁１１の閉弁時期は、その遅角量の変化率が、エンジン負荷が所定負荷αよりも大きいときの遅角量の変化率に比して増大される。

吸気弁１１の閉弁時期の遅角は、そのときのエンジン回転数（同一エンジン回転）において最大吸気充填量となるときの閉弁時期からずれたものとされる。そして、このずれ量が、エンジン負荷が低くなるほど低くされ、特に所定負荷α以下のときは、エンジン負荷の低下に応じたずれ量（遅角量）の変化率が増加されることになる。これにより、新規の吸気量が減少されて、残留既燃ガスによる筒内温度の上昇がより促進されて、自己着火性が向上されることになる。

運転領域（Ｘ）および（Ｙ）において、燃料（主燃料）は、ポートインジェクタ１９から噴射され、このポートインジェクタ１９からの燃料噴射は、図５において第２噴射として示される。この第２噴射は、吸気行程において実行されるが、実施形態では、負のオーバラップ期間の終期から吸気弁１１が開弁された後の期間に渡って行うようにしてある。

相対的にエンジン負荷が大きい運転領域（Ｙ）では、上記第２噴射のみが実行される。自己着火性が悪化する特に低負荷域となる運転領域（Ｘ）では、上記第２噴射に加えて、あらかじめ少量の第１噴射が実行される（図５参照）。この第１噴射は、排気行程中でかつ負のオーバラップ期間において実行される。すなわち、ポートインジェクタ１９から気筒内に少量の燃料を直接噴射させる（第１噴射を実行する）ことにより、着火性の高い活性化混合気が形成される。こうすることにより、予混合気中に活性化混合気が含まれることによって、その圧縮による自己着火が促進されることになる。この第１噴射の燃料は、エンジン負荷が低くなるほど増量されるが、所定負荷α以下では、第１噴射の燃料量の変化率を減少させるようにしてある。すなわち、吸気弁１１の閉弁時期が大きく遅角されて筒内温度の上昇が十分に確保されることから、第１噴射量を極力低減させて、燃費向上が図られることになる。

上述した吸気弁１１の閉弁時期の遅角に応じて、排気弁１２の閉弁時期を進角させるのが好ましい。すなわち、図７に示すように、排気弁１９の閉弁時期は、エンジン負荷が低くなるほど進角されるが、所定負荷α以下では、この進角量の変化率が減少される。排気弁１９の閉弁時期を進角させることにより、負のオーバラップ期間が増加されることとなって、その分残留既燃ガス量が増加して、自己着火がより促進されることになる。ただし、所定負荷α以下では、吸気弁１１の閉弁時期の遅角量の変化率が増加されて筒内温度の上昇が十分に促進されることから次サイクルでの自己着火性が向上しており、その分負のオーバラップ期間を短くし内部ＥＧＲ量を減らしても自己着火性が確保されているため、排気弁１２の閉弁時期の進角量の変化率は減少させて、ポンピングロスを低減するようにしてある。

なお、実施形態においては、運転領域（Ｘ）および（Ｙ）における吸気弁１１の開弁時期は、エンジン負荷の低下に応じて遅角されるが、遅角量の変化率は、所定負荷α以下では小さくされる。また、運転領域（Ｘ）および（Ｙ）における排気弁１２の開弁時期は、エンジン負荷の変化にかかわらず一定（ほぼ一定）としてある。

次に、エンジン制御の具体的な手順を図８のフローチャートに基づいて説明する。なお、以下の説明でＳ１はステップを示す。まず、スタート後のＳ１では、クランク角センサ８、エアフローセンサ３１、アクセル開度センサ３２、車速センサ３３等からの信号が入力される。Ｓ２では、現在の運転領域が、ＨＣＣＩ領域であるか否か、つまり圧縮自己着火を行う運転領域（Ｘ）あるいは（Ｙ）であるか否かが判別される。このＳ２の判別に際しては、エンジン１への要求トルク（負荷）とエンジン回転速度とから、図３に示すマップに照合することにより行われる。なお、エンジン回転速度はクランク角センサ８からの信号によりダイレクトに演算すればよく、要求トルクは例えば車速及びアクセル開度に基づいて、或いはエアフローセンサ３１からの信号とエンジン回転速度とに基づき内部ＥＧＲ量を加味して、演算すればよい。

上記Ｓ２の判別でＹＥＳのときは、Ｓ３において、吸・排気弁１１，１２のリフト量とバルブタイミング（位相）とが演算される。このＳ３においては、ＶＶＬ１４及びＶＶＴ１５の制御によって負のオーバーラップ期間が生じるように吸排気弁１１，１２の作動タイミングを演算する。すなわち、例えば、目標トルク及びエンジン回転速度に基づき、予め実験的に設定してあるマップを参照して、所要の内部ＥＧＲ量となるような吸排気弁１１，１２のオーバーラップ量を決定し、そうなるように主にＶＶＴ１５を制御する。その際、目標トルク及びエンジン回転速度に基づき、予め実験的に設定してあるマップを参照して、所要の吸気充填量となるような吸排気弁１１，１２のリフト量も決定し、そうなるように主にＶＶＬ１４を制御する。この吸気充填量は、気筒２への燃料供給量に対応して適切な空燃比となるように予め実験等により求めて、前記マップに設定したものである。

Ｓ３の後、Ｓ４において、インジェクタ１８，１９のそれぞれの燃料噴射量、即ち活性化混合気を形成するための直噴インジェクタ１８による第１噴射量と、予混合気を形成するためのポートインジェクタ１９による第２噴射量と、をそれぞれ予め実験的に設定してある噴射量マップから読み込んで、決定する。なお、第１噴射量は、運転領域（Ｙ）のときには０として決定される（第１噴射なし）。この噴射量マップも、目標トルク及びエンジン回転速度に対応して第１、第２及び第３の各噴射量の最適値を予め実験等により設定してある。

Ｓ４の後、Ｓ５において、現在の運転状態が、所定負荷α以下であるか否かが判別される。このＳ５の判別でＹＥＳのときは、Ｓ６において、エンジン負荷とエンジン回転数とから、そのときのエンジン回転数において吸気弁１１の閉弁時期ＩＶＣの基準値（吸気充填量が最大となるときの値）が演算される。次いで、Ｓ７において、エンジン負荷に応じて、上記基準値からのずらし量が演算されるが、このずらし量は、実施形態では遅角方向へのずらし量とされる。この後、Ｓ８において、Ｓ７で演算されたずらし量分だけ吸気弁１１の閉弁時期が遅角される（吸気充填量の低減となって、その分筒内温度の上昇となる）。

上記Ｓ８の後は、Ｓ９において、排気弁１２の閉弁時期ＥＶＣが、吸気弁１１の閉弁時期の前回のずらし量に応じて進角される。次いで、Ｓ１０において、第１噴射量が、吸気弁１１の閉弁時期の前回のずらし量に応じて減量される。

上記Ｓ１０の後、および前記Ｓ５の判別でＮＯのときは、それぞれＳ１１において、ＶＶＬ１４及びＶＶＴ１５の制御が実行される。このＳ１１の処理において、Ｓ５の判別でＹＥＳのときは、吸・排気弁のリフト量および位相が、Ｓ３で設定された基準値のままとされる。また、Ｓ６〜Ｓ１０を経たときは、Ｓ１１の処理によって、吸・排気弁１１，１２の閉弁時期が、基準値から所定のずらし量分だけずれたものとされる。

前記Ｓ１１の後は、図９のＳ２１〜Ｓ２４の処理によって、第１噴射と第２噴射の制御が実行される。まずＳ２１において第１噴射を実行するタイミングとなるのを待って、第１噴射のタイミングとなったことが確認されると、Ｓ２２において第１噴射が実行される。ただし、運転領域が図３の領域（Ｙ）であるときは、第１噴射が実行されないことになる（Ｓ４の処理によって、第１噴射量が０に設定されているため）。上記Ｓ２２の後は、Ｓ２３において第２噴射のタイミングとなるのを待って、第２噴射のタイミングとなったことが確認されると、Ｓ２４において第２噴射が実行される。

図８のＳ２の判別でＮＯのとき（図３の領域（Ｚ）のとき）は、Ｓ１２に移行して、点火プラグ１６による着火が行われる燃焼態様とされる（ガソリンエンジンとして従来一般的な燃焼制御が実行される）。この場合、圧縮自己着火のときよりも相対的にリッチな空燃比でもって燃焼が行われる。

図１０，図１１は、本発明の第２の実施形態を示すものである。図１０は図６に対応して、図１１は図７に対応している。この第２実施形態では、所定負荷α以下での吸気弁１１の閉弁時期のずらし方向を、前記実施形態の場合とは逆に、進角方向としてある。すなわち、吸気弁１１の閉弁時期は、エンジン負荷が大きい状態から低下していくのに応じて、徐々に遅角されて、所定負荷αとなった時点で吸気下死点から一旦急激に進角され、その後は、エンジン負荷の低下に応じて吸気弁１１の閉弁時期の進角量が増大される。進角量の増大の変化率は、所定負荷αよりも大きいときの遅角量の変化率よりも大きいものとされる。また、排気弁１２の閉弁時期は、前記実施形態と同様に、エンジン負荷の低下に応じて進角されると共に、所定負荷α以下となったときは、進角量の変化率が小さくされる（ただし、進角量の変化率は、前記実施形態の場合よりも大きいものとされる）。

以上実施形態について説明したが、本発明は実施形態のものに限定されることなく、特許請求の範囲に記載された範囲で種々の変更が可能である。例えば、第１噴射を全運転領域において行わないようにすることもできる。吸気弁の閉弁時期を調整することによって気筒内温度が上昇されるのに伴って、次の燃焼サイクルにおいて排気弁の閉弁時期を遅角させるようにして（負のオーバラップ期間の減少）、内部ＥＧＲ量を減少させることで着火に必要な温度を維持しつつポンプ損失を低減させるようにしてもよい。所定負荷α以下では、制御の簡単化等のために、排気弁１２の閉弁時期を固定するようにしてもよい。

図６、図７の実施形態において、吸気弁閉弁時期の遅角量の変化率の増加に応じて、排気弁開弁時期の進角量と吸気弁開弁時期の遅角量の減少率を設定するようにしてもよい。また、図１０，図１１の実施形態において、吸気弁閉弁時期の進角量の変化率の増加に応じて、排気弁開弁時期の進角量と吸気弁開弁時期の遅角量の減少率を設定するようにしてもよい。

吸排気弁１１，１２のリフト特性をＶＶＬ１４及びＶＶＴ１５の作動によって連続的に変更するようにしているが、これに限らず、リフト量及び位相角のいずれか一方は段階的に切換わるような構造としてもよい。また、吸排気弁１１，１２を個別に電磁アクチュエータによって開閉するような動弁機構を用いてもよいことは言うまでもない。燃料としては、ガソリンに限らず、メタノール、ガソリンとメタノールとの混合燃料、プロパン等、いわゆるに火花点火式エンジン（オットー式エンジン）において用いられている燃料ならば適宜のものを使用できる。スロットル弁２２の開度を制御することによって負荷制御（吸入空気量制御）を行うものであってもよい。フローチャートに示す各ステップあるいはステップ群は、その機能を示す名称に手段の名称を付して表現することができる。勿論、本発明の目的は、明記されたものに限らず、利点あるいは好ましいとして表現されたものを提供することをも暗黙的に含むものである。

本発明は、低負荷低回転側でＨＣＣＩ燃焼を行うようにした例えばガソリンエンジンにおいて、予混合気の圧縮による自己着火の安定性を高め、且つ着火タイミングを最適化して、ＨＣＣＩ燃焼の領域を拡大することができる。

Ａ：エンジン制御装置
１ ：エンジン
２：気筒
９：吸気ポート
１１：吸気弁
１２：排気弁
１６：点火プラグ
１８：噴インジェクタ（燃料噴射弁）
１９：ポートインジェクタ（別のインジェクタ）
３０：ＰＣＭ

Claims (11)

1. 所定の運転領域で排気行程途中から吸気行程途中にかけて吸気弁および排気弁が共に閉じている負のオーバラップ期間を形成するバルブタイミングを有し、吸気行程中に気筒内に燃料噴射を行ってピストンの圧縮作用により燃焼室内の混合気を自己着火で燃焼させる圧縮自己着火運転を行うエンジンの制御方法であって、
   前記所定の運転領域において、エンジン負荷が低いほど、吸気弁の閉弁時期を、そのときのエンジン回転数において空気充填量が最大となるタイミングからのずれ量を増加させる、
   ことを特徴とするエンジンの制御方法。
2. 請求項１において、
   前記所定の運転領域において、エンジン負荷が低いほど、排気弁閉弁時期を進角させて前記負のオーバラップ期間を拡大させる、ことを特徴とするエンジンの制御方法。
3. 請求項２において、
   前記所定の運転領域において、エンジン負荷が低いほど、吸気弁閉弁時期を吸気下死点後となる範囲において遅角させる、ことを特徴とするエンジンの制御方法。
4. 請求項３において、
   前記所定の運転領域のうちエンジン負荷が所定負荷以下のときは、排気弁閉弁時期の進角量の変化率を減少させる一方、吸気弁閉弁時期の遅角量の変化率を増加させる、ことを特徴とする制御状態の制御方法。
5. 請求項４において、
   吸気弁閉弁時期の遅角量の変化率の増加に応じて、排気弁開弁時期の進角量と吸気弁開弁時期の遅角量の減少率とを設定する、ことを特徴とするエンジンの制御方法。
6. 請求項１または請求項２において、
   前記所定の運転領域において、エンジン負荷が低いほど、吸気弁の閉弁時期を吸気下死点前となる範囲において進角させる、ことを特徴とするエンジンの制御方法。
7. 請求項６において、
   前記所定の運転領域のうちエンジン負荷が所定負荷以下のときは、排気弁閉弁時期の進角量の変化率を減少させる一方、吸気弁閉弁時期の進角量の変化率を増加させる、ことを特徴とするエンジンの制御方法。
8. 請求項７において、
   吸気弁閉弁時期の進角量の変化率の増加に応じて、排気弁開弁時期の進角量と吸気弁開弁時期の遅角量の減少率とを設定する、ことを特徴とするエンジンの制御方法。
9. 請求項１ないし請求項８のいずれか１項において、
   前記所定の運転領域のうち所定負荷以下では、排気弁閉弁時期を固定する、ことを特徴とするエンジンの制御方法。
10. 請求項４ないし請求項９のいずれか１項において、
    前記所定の運転領域において、排気行程中でかつ前記負のオーバラップ期間において少量の予備燃料を噴射し、
    エンジン負荷が低いほど、前記予備燃料を増量すると共に、所定負荷以下では該予備燃料の増量の変化率を減少させる、
    ことを特徴とするエンジンの制御方法。
11. 所定の運転領域で排気行程途中から吸気行程途中にかけて吸気弁および排気弁が共に閉じている負のオーバラップ期間を形成するバルブタイミングを有し、吸気行程中に気筒内に燃料噴射を行ってピストンの圧縮作用により燃焼室内の混合気を自己着火で燃焼させる圧縮自己着火運転を行うエンジンの制御装置であって、
    エンジン負荷を検出する負荷検出手段と、
    吸気弁の閉弁時期を変更する吸気弁閉弁時期変更手段と、
    前記所定の運転領域において、前記負荷検出手段で検出されるエンジン負荷が低いほど、前記吸気弁閉弁時期変更手段を制御して、吸気弁の閉弁時期をそのときのエンジン回転数において空気充填量が最大となるタイミングからのずれ量が増加するように制御する制御手段と、
    を備えていることを特徴とするエンジンの制御装置。

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