JP2015086755A - 圧縮着火式エンジンの制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】低負荷側の予め設定された領域において圧縮着火燃焼を行う圧縮着火式エンジンにおいて、燃料カットからの復帰時に、圧縮着火燃焼による復帰を可能にする。【解決手段】圧縮着火式エンジンの制御装置は、エンジン本体（エンジン１）の運転状態が圧縮着火領域にあるときには、気筒内１８の混合気を圧縮着火燃焼させることにより、エンジン本体を運転するように構成された制御器（ＰＣＭ１０）を備える。制御器は、エンジン本体の所定の燃料カット条件が成立したときには、燃料噴射弁（インジェクタ６７）による燃料噴射を中止すると共に、所定の復帰条件が成立したときには、燃料噴射を再開しかつ、気筒内の混合気を圧縮着火燃焼させる。制御器はまた、予測した圧縮端温度が所定温度よりも低い低温時には、少なくとも燃料噴射の再開時に気筒内にオゾンを導入すると共に、予測温度が所定温度以上のときには、オゾン量を、低温時よりも低減する。【選択図】図９

Description

ここに開示する技術は、圧縮着火式エンジンの制御装置に関する。

例えば特許文献１には、エンジンの運転状態が所定の切替負荷以下の運転領域にあるときには、気筒内の混合気を圧縮着火燃焼させる一方で、当該切替負荷よりも負荷の高い運転領域にあるときには、気筒内の混合気に点火プラグによって強制点火を行って燃焼させるよう構成されたエンジンが記載されている。このエンジンはまた、圧縮着火燃焼を行うときには、吸気行程中に排気弁を再度、開弁することによって、排気側に排出した排気ガスの一部を気筒内に導入する、いわゆる排気二度開きを行う。この排気二度開きによる内部ＥＧＲガスの導入は、圧縮端温度を高めて、圧縮着火の着火性及び燃焼安定性を高める。

また、特許文献２には、特許文献１と同様に、負荷の低い領域で圧縮着火燃焼を行うと共に、負荷の高い領域で火花点火燃焼を行うエンジンが記載されている。このエンジンはまた、減速時に燃料カットを行うように構成されており、その燃料カットからの復帰時には、圧縮着火燃焼を行う運転領域であっても、火花点火燃料を所定時間だけ実行し、その後、圧縮着火燃焼を行うようにしている。つまり、燃料カット中に気筒内の温度状態が低下してしまい、燃料カットからの復帰時に圧縮着火燃焼を安定して行い得ないことから、所定時間だけ火花点火燃焼を行うことで、燃焼安定性の確保と共に、気筒内温度を上昇させるようにしている。

特開２０１２−１７２６６５号公報 特許第４１５９９１８号公報

特許文献２に記載されているように、燃料カットからの復帰時に火花点火燃焼を行うことは、燃焼安定性の観点からは有効であるものの、排気エミッション性能の低下や、燃費の悪化を招く。

ここに開示する技術は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、少なくとも低負荷側の予め設定された領域において圧縮着火燃焼を行う圧縮着火式エンジンにおいて、燃料カットからの復帰時に、圧縮着火燃焼による復帰を可能にすることにある。

ここに開示する技術は、圧縮着火式エンジンの制御装置に係り、この圧縮着火式エンジン制御装置は、気筒を有するエンジン本体と、前記気筒内に供給する燃料を噴射するよう構成された燃料噴射弁と、前記気筒内にオゾンを導入するよう構成されたオゾン導入器と、前記エンジン本体の運転状態が、低負荷側において予め設定された圧縮着火領域にあるときには、前記気筒内の混合気を圧縮着火燃焼させることにより、前記エンジン本体を運転するように構成された制御器と、を備える。

そして、前記制御器は、前記エンジン本体の減速時に所定の燃料カット条件が成立したときには、前記燃料噴射弁による燃料噴射を中止すると共に、前記エンジン本体の運転状態が前記圧縮着火領域にあるときに所定の復帰条件が成立したときには、前記燃料噴射弁による燃料噴射を再開しかつ、前記気筒内の混合気を圧縮着火燃焼させ、前記制御器はまた、前記気筒内の圧縮端温度を予測しかつ、その予測温度が所定温度よりも低い低温時には、少なくとも前記燃料噴射の再開時に前記気筒内にオゾンを導入すると共に、前記予測温度が所定温度以上のときには、前記気筒内に導入するオゾン量を、前記低温時よりも低減する。

この構成によると、エンジン本体は、低負荷側において予め設定された圧縮着火領域にあるときには、気筒内の混合気を圧縮着火燃焼させることにより運転される。このことにより、排気エミッション性能の向上と熱効率の向上とが両立する。

エンジン本体の減速時に所定の燃料カット条件が成立したときには、燃料噴射弁による燃料噴射を中止する。減速時の燃料カットは、燃費の向上に有効である。そして、エンジン本体の運転状態が圧縮着火領域にあるときに所定の復帰条件が成立したときには、燃料噴射弁による燃料噴射を再開すると共に、気筒内の混合気を圧縮着火させる。こうして、燃料カットからの復帰時に圧縮着火燃焼を行うことによって、排気エミッション性能の低下や燃費の悪化が回避される。

ところが、燃料カット中には、気筒内の温度状態が次第に低下することになるため、燃料カットからの復帰時に圧縮着火の着火性及び燃焼安定性が低下する虞がある。この点につき、前記の構成では、気筒内の圧縮端温度を予測しかつ、当該予測温度が所定温度よりも低い低温時には、少なくとも燃料噴射の再開時に気筒内にオゾンを導入する。気筒内にオゾンを導入することによって、圧縮端温度が低くても、圧縮着火の着火性及び圧縮着火燃焼の燃焼安定性が確保される。ここで、「所定温度」は、圧縮着火の着火性及び圧縮着火燃焼の燃焼安定性を確保し得る温度に基づいて、適宜設定すればよい。

一方、予測温度が所定温度以上のときには、低温時よりも気筒内に導入するオゾン量を低減する。圧縮端温度が高いときには、圧縮着火の着火性及び安定性の確保に有利であり、必要なオゾン量は少なくなる。また、気筒内に過剰なオゾンを導入してしまうと、圧縮着火燃焼に伴う圧力上昇（ｄＰ／ｄｔ）が急峻になったり、圧縮着火燃焼の重心位置が過進角したりする虞がある。そこで、予測温度が所定温度以上のときには気筒内に導入するオゾン量を相対的に少なくする。このことによって、前述した問題が未然に回避される。また、不要なオゾンを発生させないことで、オゾン導入器の消費電力の低減にも有利になる。

ここで、前記制御器は、前記予測温度が所定温度以上のときには、前記気筒内へのオゾンの導入を禁止する、としてもよい。

前記圧縮着火式エンジンの制御装置は、前記気筒に接続する吸気経路上に配設されたスロットル弁と、前記エンジン本体の排気弁又は吸気弁を、前記吸気弁又は前記排気弁の開弁期間内において開弁することによって、前記気筒内に排気ガスの一部を還流させるよう構成された内部ＥＧＲシステムと、をさらに備え、前記制御器は、燃料カット中は、前記スロットル弁を全閉にしかつ、前記内部ＥＧＲシステムを作動させ、前記制御器はまた、所定の復帰条件が成立したときには、前記燃料噴射弁による燃料噴射の再開と共に、前記スロットル弁を開く、としてもよい。

燃料カット中に、スロットル弁を全閉にすることによって、気筒内に比較的温度の低い新気が導入することが抑制される。また、内部ＥＧＲシステムを作動させることによって、気筒内に導入される新気量が、内部ＥＧＲガスの分だけ少なくなる。つまり、排気弁を、吸気弁の開弁期間中に開弁させたときには、排気行程中に、排気側に吐き出された気筒内のガスの一部は、吸気行程中に排気弁が開弁することに伴い、気筒内に再び導入される。また、吸気弁を、排気弁の開弁期間中に開弁させたときには、排気行程中に、吸気側に気筒内のガスの一部が吐き出され、そのガスの一部は、吸気行程中に気筒内に再び導入される。

スロットル弁を全閉にすることと内部ＥＧＲシステムを作動させることとが組み合わさって、燃料カット中に、比較的温度の低い新気が、吸気側から排気側へと気筒内を通過してしまうことが抑制される。このことは、燃料カット中に、気筒内の温度が低下してしまうことを抑制する。

その結果、復帰条件が成立して燃料噴射弁による燃料噴射を再開するときに、気筒内の温度は可能な限り高く維持されている。従って、気筒内に導入するオゾン量を、可及的に少なくする、又は、無くすことが可能になる。つまり、燃料カット後の復帰時に、オゾン導入器の消費電力をできるだけ少なくしつつ、圧縮着火燃焼を安定的に行うことが実現する。

前記オゾン導入器は、吸気経路上に配設されかつ、当該吸気経路上の空気にオゾンを添加するよう構成されている、としてもよい。

生成したオゾンは所定温度以上になることで消滅することから、例えば燃料カット中に気筒内に導入されたオゾンは、モータリングによって気筒内のガスが圧縮されることに伴う温度上昇により、消滅してしまう虞がある。

吸気経路上にオゾン導入器を配設し、当該吸気経路上の空気にオゾンを添加する前記の構成では、吸気経路上のオゾンは、燃料カット中に消滅しない。その結果、燃料カットからの復帰時には、当該吸気経路上のオゾンを気筒内に導入することが可能になり、圧縮着火燃焼の安定性の向上を効率的に行い得る。

前記制御器は、燃料カット中に、前記予測温度が所定温度よりも低くなったときに、前記オゾン導入器による前記吸気経路上の空気へのオゾンの添加を開始する、としてもよい。

前述したように、吸気経路上のオゾンは、燃料カット中に消滅しないため、燃料噴射を再開する時点よりも前から、オゾンの添加を開始することによって、吸気経路内のオゾン濃度は、燃料カット中に、次第に高まることになる。これは、燃料カットからの復帰時に、気筒内に十分な量のオゾンを導入することを可能にする。その一方で、燃料噴射の再開時の圧縮端温度が比較的高いときには、前述の通り、気筒内にオゾンを導入する必要がない。そこで、燃料カット中に、予測温度が所定温度よりも低くなったときに、オゾン導入器による前記吸気経路上の空気へのオゾンの添加を開始する。このことによって、燃料カットからの復帰時には、オゾンを過不足なく気筒内に導入することが可能になり、圧縮着火燃焼の安定化が図られる。

前記圧縮着火式エンジンの制御装置は、前記エンジン本体の吸気弁の閉弁時期を変更可能に構成された吸気動弁機構をさらに備え、前記制御器は、燃料カット中は、前記吸気動弁機構により、前記吸気弁の閉弁時期を吸気下死点以降の遅閉じに設定すると共に、燃料復帰時には、前記吸気弁の閉弁時期を前記遅閉じから進角させる、としてもよい。

前述したように、燃料カット中に気筒内に導入されたオゾンは、気筒内のガスが圧縮されることに伴う温度上昇により消滅する虞がある。そのため、燃料カット中は、吸気弁の閉弁時期を吸気下死点以降の遅閉じに設定する。これにより、燃料カット中は、有効圧縮比が低下することになるため、モータリングによる気筒内の温度上昇が抑制されて、気筒内に導入されたオゾンの消滅が抑制される。これは、燃料カットからの復帰時における、圧縮着火燃焼の安定性向上に有利になる。

また、その復帰時には、吸気弁の閉弁時期を遅閉じから進角させる。これにより、有効圧縮比が高まって、圧縮端温度及び圧縮端圧力がそれぞれ高まる。このことは、燃料カットからの復帰時、及び、その復帰後における、圧縮着火燃焼の安定性向上に有利になる。尚、燃料カットからの復帰時に、内部ＥＧＲシステムは作動していることが好ましく、こうすることで、高温の既燃ガスを気筒内に導入することができ、気筒内の温度状態を高めて、圧縮着火燃焼の安定性が向上する。

前記制御器は、吸気温度、前記エンジン本体の水温、及び、燃料カットの継続時間の少なくとも１に基づいて、前記圧縮端温度を予測する、としてもよい。

これらのパラメータに基づいて、燃料噴射を再開するときの圧縮端温度を、精度良く予測することが可能になる。これらのパラメータに加え、エンジン回転数や気圧をさらに考慮して、圧縮端温度を予測してもよい。

以上説明したように、前記の圧縮着火式エンジンの制御装置は、燃料カットからの復帰時には圧縮着火燃焼させることを前提に、燃料噴射を再開するときの圧縮端温度の予測に基づいて、予測温度が所定温度よりも低い低温時には、少なくとも前記燃料噴射の再開時に気筒内にオゾンを導入すると共に、予測温度が所定温度以上のときには、気筒内に導入するオゾン量を、低温時よりも低減する。このことにより、燃料カットからの復帰時に、気筒内にオゾンを過不足なく導入して、圧縮着火燃焼を安定して行うことが可能になる。

圧縮着火式エンジンの構成を示す概略図である。 圧縮着火式エンジンの制御に係るブロック図である。 燃焼室を拡大して示す断面図である。 オゾン発生器の構成を例示する概念図である。 大リフトと小リフトとに切り替え可能に構成された吸気弁のリフトカーブの例示と、通常の開弁動作と、吸気行程時に再開弁する特殊動作とに切り替え可能に構成された排気弁のリフトカーブとの例示である。 エンジンの運転制御マップを例示する図である。 （ａ）は、ＣＩモードにおいて吸気行程噴射を行う場合の燃料噴射時期の一例と、それに伴うＣＩ燃焼の熱発生率の例示、（ｂ）は、ＣＩモードにおいて高圧リタード噴射を行う場合の燃料噴射時期の一例と、それに伴うＣＩ燃焼の熱発生率の例示である。 エンジンの負荷の高低に対するＥＧＲ率の関係を例示する図である。 燃料カットに関してＰＣＭが実行する制御のフローチャートである。 燃料カット及び燃料カットからの復帰に係る制御を説明するタイムチャートである。

以下、圧縮着火式エンジンの制御装置の実施形態を図面に基づいて説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、例示である。図１，２は、エンジン（エンジン本体）１の概略構成を示す。このエンジン１は、車両に搭載されると共に、少なくともガソリンを含有する燃料が供給される火花点火式ガソリンエンジンである。エンジン１は、複数の気筒１８が設けられたシリンダブロック１１（尚、図１では、１つの気筒のみを図示するが、例えば４つの気筒が直列に設けられる）と、このシリンダブロック１１上に配設されたシリンダヘッド１２と、シリンダブロック１１の下側に配設され、潤滑油が貯留されたオイルパン１３とを有している。各気筒１８内には、コンロッド１４２を介してクランクシャフト１５と連結されているピストン１４が往復動可能に嵌挿されている。ピストン１４の頂面には、図３に拡大して示すように、ディーゼルエンジンでのリエントラント型のようなキャビティ１４１が形成されている。キャビティ１４１は、ピストン１４が圧縮上死点付近に位置するときには、後述するインジェクタ６７に相対する。シリンダヘッド１２と、気筒１８と、キャビティ１４１を有するピストン１４とは、燃焼室１９を区画する。尚、燃焼室１９の形状は、図示する形状に限定されるものではない。例えばキャビティ１４１の形状、ピストン１４の頂面形状、及び、燃焼室１９の天井部の形状等は、適宜変更することが可能である。

このエンジン１は、理論熱効率の向上や、後述する圧縮着火燃焼の安定化等を目的として、１５以上の比較的高い幾何学的圧縮比に設定されている。尚、幾何学的圧縮比は１５以上２０以下程度の範囲で、適宜設定すればよい。

シリンダヘッド１２には、気筒１８毎に、吸気ポート１６及び排気ポート１７が形成されていると共に、これら吸気ポート１６及び排気ポート１７には、燃焼室１９側の開口を開閉する吸気弁２１及び排気弁２２がそれぞれ配設されている。

吸気弁２１及び排気弁２２をそれぞれ駆動する動弁系の内、排気側には、排気弁２２の作動モードを通常モードと特殊モードとに切り替える、例えば油圧作動式の可変機構（図２参照。以下、ＶＶＬ（Variable ValveLift）と称する）７１と、クランクシャフト１５に対する排気カムシャフトの回転位相を変更することが可能な位相可変機構（以下、ＶＶＴ（Variable ValveTiming）と称する）７５と、が設けられている。ＶＶＬ７１は、その構成の詳細な図示は省略するが、カム山を一つ有する第１カムとカム山を２つ有する第２カムとの、カムプロファイルの異なる２種類のカム、及び、その第１及び第２カムのいずれか一方のカムの作動状態を選択的に排気弁２２に伝達するロストモーション機構を含んで構成されている。第１カムの作動状態を排気弁２２に伝達しているときには、図５に実線で例示するように、排気弁２２は、排気行程中において一度だけ開弁される通常モードで作動するのに対し、第２カムの作動状態を排気弁２２に伝達しているときには、図５に破線で例示するように、排気弁２２が、排気行程中において開弁すると共に、吸気行程中においても開弁するような、いわゆる排気の二度開きを行う特殊モードで作動する。ＶＶＬ７１の通常モードと特殊モードとは、エンジンの運転状態に応じて切り替えられる。具体的に、特殊モードは、内部ＥＧＲに係る制御の際に利用される。以下の説明においては、ＶＶＬ７１を通常モードで作動させ、排気二度開きを行わないことを、「ＶＶＬ７１をオフにする」といい、ＶＶＬ７１を特殊モードで作動させ、排気二度開きを行うことを、「ＶＶＬ７１をオンにする」という場合がある。尚、こうした通常モードと特殊モードとの切り替えを可能にする上で、排気弁２２を電磁アクチュエータによって駆動する電磁駆動式の動弁系を採用してもよい。

尚、内部ＥＧＲの実行は、排気二度開きのみによって実現されるのではない。例えば吸気弁２１を二回開く、吸気の二度開きによって内部ＥＧＲ制御を行うことも可能であるし、排気行程乃至吸気行程において吸気弁２１及び排気弁２２の双方を閉じるネガティブオーバーラップ期間を設けて既燃ガスを気筒１８内に残留させる内部ＥＧＲ制御を行うことも可能である。但し、後述の通り、圧縮端温度を高くする上では、排気二度開きが最も好ましい。

ＶＶＴ７５は、液圧式、電磁式又は機械式の公知の構造を適宜採用すればよく、その詳細な構造についての図示は省略する。排気弁２２は、ＶＶＴ７５によって、その開弁時期及び閉弁時期を、所定の範囲内で連続的に変更可能である。

ＶＶＬ７１及びＶＶＴ７５を備えた排気側の動弁系と同様に、吸気側には、図２に示すように、ＶＶＬ７４とＶＶＴ７２とが設けられている。吸気側のＶＶＬ７４は、排気側のＶＶＬ７１とは異なる。吸気側のＶＶＬ７４は、吸気弁２１のリフト量を相対的に大きくする大リフトカムと、吸気弁２１のリフト量を相対的に小さくする小リフトカムとの、カムプロファイルの異なる２種類のカム、及び、大リフトカム及び小リフトカムのいずれか一方のカムの作動状態を選択的に吸気弁２１に伝達するロストモーション機構を含んで構成されている。ＶＶＬ７４が大リフトカムの作動状態を吸気弁２１に伝達しているときには、図５に実線で示すように、吸気弁２１は、相対的に大きいリフト量で開弁すると共に、その開弁期間も長くなる。これに対し、ＶＶＬ７４が小リフトカムの作動状態を吸気弁２１に伝達しているときには、吸気弁２１は、図５に破線で示すように、相対的に小さいリフト量で開弁すると共に、その開弁期間も短くなる。大リフトカムと小リフトカムとは、例えばその開弁時期を同じにして切り替わるように設定されている。

吸気側のＶＶＴ７２は、排気側のＶＶＴ７５と同様に、液圧式、電磁式又は機械式の公知の構造を適宜採用すればよく、その詳細な構造についての図示は省略する。吸気弁２１もまた、ＶＶＴ７２によって、その開弁時期及び閉弁時期を、所定の範囲内で連続的に変更可能である。

シリンダヘッド１２にはまた、気筒１８毎に、気筒１８内に燃料を直接噴射する（直噴）インジェクタ６７が取り付けられている。インジェクタ６７は、図３に拡大して示すように、その噴口が燃焼室１９の天井面の中央部分から、その燃焼室１９内に臨むように配設されている。インジェクタ６７は、エンジン１の運転状態に応じて設定された噴射タイミングでかつ、エンジン１の運転状態に応じた量の燃料を、燃焼室１９内に直接噴射する。この例において、インジェクタ６７は、詳細な図示は省略するが、複数の噴口を有する多噴口型のインジェクタである。これによって、インジェクタ６７は、燃料噴霧が、燃焼室１９の中心位置から放射状に広がるように、燃料を噴射する。図３に矢印で示すように、ピストン１４が圧縮上死点付近に位置するタイミングで、燃焼室１９の中央部分から放射状に広がるように噴射された燃料噴霧は、ピストン頂面に形成されたキャビティ１４１の壁面に沿って流動する。キャビティ１４１は、ピストン１４が圧縮上死点付近に位置するタイミングで噴射された燃料噴霧を、その内部に収めるように形成されている、と言い換えることが可能である。この多噴口型のインジェクタ６７とキャビティ１４１との組み合わせは、燃料の噴射後、混合気形成期間を短くすると共に、燃焼期間を短くする上で有利な構成である。尚、インジェクタ６７は、多噴口型のインジェクタに限定されず、外開弁タイプのインジェクタを採用してもよい。

図外の燃料タンクとインジェクタ６７との間は、燃料供給経路によって互いに連結されている。この燃料供給経路上には、燃料ポンプ６３とコモンレール６４とを含みかつ、インジェクタ６７に、比較的高い燃料圧力で燃料を供給することが可能な燃料供給システム６２が介設されている。燃料ポンプ６３は、燃料タンクからコモンレール６４に燃料を圧送し、コモンレール６４は圧送された燃料を、比較的高い燃料圧力で蓄えることが可能である。インジェクタ６７が開弁することによって、コモンレール６４に蓄えられている燃料がインジェクタ６７の噴口から噴射される。ここで、燃料ポンプ６３は、図示は省略するが、プランジャー式のポンプであり、エンジン１によって駆動される。このエンジン駆動のポンプを含む構成の燃料供給システム６２は、３０ＭＰａ以上の高い燃料圧力の燃料を、インジェクタ６７に供給することを可能にする。燃料圧力は、最高で１２０ＭＰａ程度に設定してもよい。インジェクタ６７に供給される燃料の圧力は、後述するように、エンジン１の運転状態に応じて変更される。尚、燃料供給システム６２は、この構成に限定されるものではない。

シリンダヘッド１２にはまた、図３に示すように、燃焼室１９内の混合気に強制点火する点火プラグ２５が取り付けられている。点火プラグ２５は、この例では、エンジン１の排気側から斜め下向きに延びるように、シリンダヘッド１２内を貫通して配置されている。図３に示すように、点火プラグ２５の先端は、圧縮上死点に位置するピストン１４のキャビティ１４１内に臨んで配置される。

エンジン１の一側面には、図１に示すように、各気筒１８の吸気ポート１６に連通するように吸気通路３０が接続されている。一方、エンジン１の他側面には、各気筒１８の燃焼室１９からの既燃ガス（排気ガス）を排出する排気通路４０が接続されている。

吸気通路３０の上流端部には、吸入空気を濾過するエアクリーナ３１が配設されている。また、吸気通路３０における下流端近傍には、サージタンク３３が配設されている。このサージタンク３３よりも下流側の吸気通路３０は、気筒１８毎に分岐する独立通路とされ、これら各独立通路の下流端が各気筒１８の吸気ポート１６にそれぞれ接続されている。

吸気通路３０におけるエアクリーナ３１とサージタンク３３との間には、空気を冷却又は加熱する、水冷式のインタークーラ／ウォーマ３４と、各気筒１８への吸入空気量を調節するスロットル弁３６とが配設されている。吸気通路３０にはまた、インタークーラ／ウォーマ３４をバイパスするインタークーラバイパス通路３５が接続されており、このインタークーラバイパス通路３５には、当該通路３５を通過する空気流量を調整するためのインタークーラバイパス弁３５１が配設されている。インタークーラバイパス弁３５１の開度調整を通じて、インタークーラバイパス通路３５の通過流量とインタークーラ／ウォーマ３４の通過流量との割合を調整することにより、気筒１８に導入する新気の温度を調整することが可能である。尚、インタークーラ／ウォーマ３４及びそれに付随する部材は、省略することも可能である。

排気通路４０の上流側の部分は、気筒１８毎に分岐して排気ポート１７の外側端に接続された独立通路と該各独立通路が集合する集合部とを有する排気マニホールドによって構成されている。この排気通路４０における排気マニホールドよりも下流側には、排気ガス中の有害成分を浄化する排気浄化装置として、直キャタリスト４１とアンダーフットキャタリスト４２とがそれぞれ接続されている。直キャタリスト４１及びアンダーフットキャタリスト４２はそれぞれ、筒状ケースと、そのケース内の流路に配置した、例えば三元触媒とを備えて構成されている。

吸気通路３０におけるサージタンク３３とスロットル弁３６との間の部分と、排気通路４０における直キャタリスト４１よりも上流側の部分とは、排気ガスの一部を吸気通路３０に還流するためのＥＧＲ通路５０を介して接続されている。このＥＧＲ通路５０は、排気ガスをエンジン冷却水によって冷却するためのＥＧＲクーラ５２が配設された主通路５１と、ＥＧＲクーラ５２をバイパスするためのＥＧＲクーラバイパス通路５３と、を含んで構成されている。主通路５１には、排気ガスの吸気通路３０への還流量を調整するためのＥＧＲ弁５１１が配設され、ＥＧＲクーラバイパス通路５３には、ＥＧＲクーラバイパス通路５３を流通する排気ガスの流量を調整するためのＥＧＲクーラバイパス弁５３１が配設されている。

また、吸気通路３０におけるスロットル弁３６とサージタンク３３との間には、気筒１８に導入する新気にオゾンを添加するオゾン発生器（Ｏ_３発生器）７６が介設している。オゾン発生器７６は、例えば図４に示すように、吸気管３０１の横断面上で、上下又は左右方向に所定間隔を設けて並列された複数の電極を備えて構成されている。オゾン発生器７６は、吸気に含まれる酸素を原料ガスとして、無声放電によりオゾンを生成する。つまり、電極に対して、図外の電源から高周波交流高電圧を印加することにより、放電間隙において無声放電が発生し、そこを通過する空気（つまり、吸気）がオゾン化される。こうしてオゾンが添加された吸気は、サージタンク３３から吸気マニホールドを介して、各気筒１８内に導入される。オゾン発生器７６の電極に対する電圧の印加態様を変更する、及び／又は、電圧を印加する電極の数を変更することによって、オゾン発生器７６を通過した後の、吸気中のオゾン濃度を調整することが可能である。後述するように、ＰＣＭ１０は、こうしたオゾン発生器７６に対する制御を通じて、気筒１８内に導入する吸気中のオゾン濃度の調整を行う。

エンジン１は、パワートレイン・コントロール・モジュール（以下、ＰＣＭという）１０によって制御される。ＰＣＭ１０は、ＣＰＵ、メモリ、カウンタタイマ群、インターフェース及びこれらのユニットを接続するパスを有するマイクロプロセッサで構成されている。このＰＣＭ１０が制御器を構成する。

ＰＣＭ１０には、図１，２に示すように、各種のセンサＳＷ１〜ＳＷ１６の検出信号が入力される。この各種のセンサには、次のセンサが含まれる。すなわち、エアクリーナ３１の下流側で、新気の流量を検出するエアフローセンサＳＷ１及び新気の温度を検出する吸気温度センサＳＷ２、インタークーラ／ウォーマ３４の下流側に配置されかつ、インタークーラ／ウォーマ３４を通過した後の新気の温度を検出する、第２吸気温度センサＳＷ３、ＥＧＲ通路５０における吸気通路３０との接続部近傍に配置されかつ、外部ＥＧＲガスの温度を検出するＥＧＲガス温センサＳＷ４、吸気ポート１６に取り付けられかつ、気筒１８内に流入する直前の吸気の温度を検出する吸気ポート温度センサＳＷ５、シリンダヘッド１２に取り付けられかつ、気筒１８内の圧力を検出する筒内圧センサＳＷ６、排気通路４０におけるＥＧＲ通路５０の接続部近傍に配置されかつ、それぞれ排気温度及び排気圧力を検出する排気温センサＳＷ７及び排気圧センサＳＷ８、直キャタリスト４１の上流側に配置されかつ、排気中の酸素濃度を検出するリニアＯ_２センサＳＷ９、直キャタリスト４１とアンダーフットキャタリスト４２との間に配置されかつ、排気中の酸素濃度を検出するラムダＯ_２センサＳＷ１０、エンジン冷却水の温度を検出する水温センサＳＷ１１、クランクシャフト１５の回転角を検出するクランク角センサＳＷ１２、車両のアクセルペダル（図示省略）の操作量に対応したアクセル開度を検出するアクセル開度センサＳＷ１３、吸気側及び排気側のカム角センサＳＷ１４，ＳＷ１５、及び、燃料供給システム６２のコモンレール６４に取り付けられかつ、インジェクタ６７に供給する燃料圧力を検出する燃圧センサＳＷ１６である。

ＰＣＭ１０は、これらの検出信号に基づいて種々の演算を行うことによってエンジン１や車両の状態を判定し、これに応じてインジェクタ６７、点火プラグ２５、吸気弁側のＶＶＴ７２及びＶＶＬ７４、排気弁側のＶＶＴ７５及びＶＶＬ７１、燃料供給システム６２、並びに、各種の弁（スロットル弁３６、インタークーラバイパス弁３５１、ＥＧＲ弁５１１、ＥＧＲクーラバイパス弁５３１）のアクチュエータ、及びオゾン発生器７６へ制御信号を出力する。こうしてＰＣＭ１０は、エンジン１を運転する。

図６は、エンジン１の運転制御マップの一例を示している。このエンジン１は、燃費の向上や排気エミッション性能の向上を目的として、エンジン負荷が相対的に低い低負荷域では、点火プラグ２５による点火を行わずに、圧縮自己着火によって燃焼を行う圧縮着火燃焼を行う。図６の例では、実線で示す燃焼切替負荷よりも低い領域が、圧縮着火燃焼を行う圧縮着火領域に対応する。しかしながら、エンジン１の負荷が高くなるに従って、圧縮着火燃焼では、燃焼が急峻になりすぎてしまい、例えば燃焼騒音等の問題を引き起こすことになる。そのため、このエンジン１では、エンジン負荷が相対的に高い高負荷域では、圧縮着火燃焼を止めて、点火プラグ２５を利用した強制点火燃焼（ここでは火花点火燃焼）に切り替える。図６の例では、実線で示す燃焼切替負荷以上の領域が、火花点火燃焼を行う火花点火領域に対応する。このように、このエンジン１は、エンジン１の運転状態、特にエンジン１の負荷に応じて、圧縮着火燃焼を行うＣＩ（Compression Ignition）モードと、火花点火燃焼を行うＳＩ（Spark Ignition）モードとを切り替えるように構成されている。但し、モード切り替えの境界線は、図例に限定されるものではない。

ＣＩモードはさらに、エンジン負荷の高低に応じて２つの領域に分けられている。具体的に、ＣＩモード内における低中負荷に相当する領域（１）では、圧縮着火燃焼の着火性及び安定性を高めるために、相対的に温度の高いホットＥＧＲガスを気筒１８内に導入する。これは、詳しくは後述するが、排気側のＶＶＬ７１をオンにして、排気弁２２を吸気行程中に開弁する排気の二度開きを行うことによる。ホットＥＧＲガスの導入は、気筒１８内の圧縮端温度を高め、領域（１）において、圧縮着火の着火性及び燃焼安定性を高める上で有利になる。領域（１）ではまた、図７（ａ）に示すように、少なくとも吸気行程から圧縮行程中期までの期間内において、インジェクタ６７が気筒１８内に燃料を噴射することにより、均質な混合気を形成する。均質混合気は、図７（ａ）に示すように、圧縮上死点付近において圧縮自己着火する。

ＣＩモードとＳＩモードとの切り替え境界線（つまり、切替負荷）を含む、ＣＩモード内において高負荷の領域（２）では、気筒１８内の温度環境が高くなる。そのため、過早着火を抑制するためにホットＥＧＲガス量を低下させる一方で、ＥＧＲクーラ５２を通過することによって冷却されたクールドＥＧＲガスを気筒１８内に導入する。

このエンジン１はまた、切替負荷を可能な限り高く設定することにより、ＣＩモードの領域を可能な限り高負荷側に拡大しており、負荷の高い領域（２）において、吸気行程から圧縮行程中期までの期間内で気筒１８内に燃料を噴射してしまうと、過早着火等の異常燃焼が生じる虞がある。一方、温度の低いクールドＥＧＲガスを大量に導入して気筒内の圧縮端温度を低下させようとすると、今度は、圧縮着火の着火性が悪化してしまう。つまり、領域（２）は、気筒１８内の温度制御だけでは、圧縮着火燃焼を安定して行い得ない。そこで、この領域（２）では、気筒１８内の温度制御に加えて、燃料噴射形態を工夫することによって過早着火等の異常燃焼を回避しつつ、圧縮着火燃焼の安定化を図る。具体的に、この燃料噴射形態は、従来と比較して大幅に高圧化した燃料圧力でもって、図７（ｂ）に示すように、少なくとも圧縮行程後期から膨張行程初期までの期間（以下、この期間をリタード期間と呼ぶ）内で、気筒１８内に燃料噴射を実行する。この特徴的な燃料噴射形態を、以下においては「高圧リタード噴射」又は単に「リタード噴射」と呼ぶ。このような高圧リタード噴射により、領域（２）での異常燃焼を回避しつつ、圧縮着火燃焼の安定化が図られる。この高圧リタード噴射の詳細については、後述する。

このようなＣＩモードに対し、ＳＩモードは、図６においては明示していないが、排気側のＶＶＬ７１をオフにして、ホットＥＧＲガスの導入を中止する一方で、クールドＥＧＲガスの導入は継続する。ＳＩモードではまた、詳細は後述するが、スロットル弁３６を全開にする一方で、ＥＧＲ弁５１１の開度調整により、気筒１８内に導入する新気量及び外部ＥＧＲガス量を調整する。こうして気筒１８内に導入するガス割合を調整することは、ポンプ損失の低減と共に、大量のクールドＥＧＲガスを気筒１８内に導入することによる異常燃焼の回避、火花点火燃焼の燃焼温度を低く抑えることによるＲａｗ ＮＯｘの生成抑制及び冷却損失の低減が図られる。尚、全開負荷域では、ＥＧＲ弁５１１を閉弁することにより、外部ＥＧＲをゼロにする。

このエンジン１の幾何学的圧縮比は、前述の通り、１５以上（例えば１８）に設定されている。高い圧縮比は、圧縮端温度及び圧縮端圧力を高くするため、ＣＩモードの、特に低負荷の領域（例えば領域（１））では、圧縮着火燃焼の安定化に有利になる。一方で、この高圧縮比エンジン１は、高負荷域であるＳＩモードにおいては、過早着火やノッキングといった異常燃焼が生じやすくなるという問題がある。

そこでこのエンジン１では、ＳＩモードにおいては、前述した高圧リタード噴射を行うことにより、異常燃焼を回避するようにしている。より詳細には、３０ＭＰａ以上の高い燃料圧力でもって、圧縮行程後期から膨張行程初期にかけてリタード期間内で、気筒１８内に燃料噴射を実行する高圧リタード噴射を行い、その後、圧縮上死点付近において点火を行う。尚、ＳＩモードにおいては、リタード期間内での高圧リタード噴射に加えて、噴射する燃料の一部を、吸気弁２１が開弁している吸気行程期間内で気筒１８内に噴射するようにしてもよい（つまり、分割噴射を行うとしてもよい）。

ここで、ＳＩモードにおける高圧リタード噴射について簡単に説明すると、例えば本願出願人が先に出願をした前記特許文献１（特開２０１２−１７２６６５号公報）に、詳細に記載しているように、高圧リタード噴射は、燃料の噴射開始から燃焼の終了までの反応可能時間の短縮を図り、そのことによって異常燃焼を回避することを目的とする。すなわち、反応可能時間は、インジェクタ６７が燃料を噴射する期間（（１）噴射期間）と、噴射終了後、点火プラグ２５の周りに可燃混合気が形成されるまでの期間（（２）混合気形成期間）と、点火によって開始された燃焼が終了するまでの期間（（３）燃焼期間）と、を足し合わせた時間、つまり、（１）＋（２）＋（３）である。高圧リタード噴射は、高い圧力で、気筒１８内に燃料を噴射することにより、噴射期間及び混合気形成期間をそれぞれ短縮する。噴射期間及び混合気形成期間の短縮は、燃料の噴射タイミング、より正確には噴射開始タイミングを、比較的遅いタイミングにすることを可能にするから、高圧リタード噴射では、圧縮行程後期から膨張行程初期にかけてのリタード期間内に燃料噴射を行う。

高い燃料圧力で気筒１８内に燃料を噴射することに伴い、その気筒内の乱れが強くなり、気筒１８内の乱れエネルギが高まる。このことと、燃料噴射のタイミングを比較的遅いタイミングに設定することとにより、高い乱れエネルギを維持したまま、火花点火を行って燃焼を開始することが可能になる。これは、燃焼期間を短くする。

こうして高圧リタード噴射は、噴射期間、混合気形成期間、及び、燃焼期間をそれぞれ短縮し、その結果、未燃混合気の反応可能時間を、従来の吸気行程中での燃料噴射の場合と比較して大幅に短くすることを可能にする。反応可能時間が短くなる結果として、燃焼終了時における未燃混合気の反応の進行を抑制し、異常燃焼を回避することが可能になる。

ここで、燃料圧力は、例えば３０ＭＰａ以上に設定することによって、燃焼期間を効果的に短縮化することが可能である。また、３０ＭＰａ以上の燃料圧力は、噴射期間及び混合気形成期間も、それぞれ有効に短縮化することが可能である。尚、燃料圧力は、少なくともガソリンを含有する、使用燃料の性状に応じて適宜設定するのが好ましい。その上限値は、一例として、１２０ＭＰａとしてもよい。

高圧リタード噴射は、気筒１８内への燃料噴射の形態を工夫することによってＳＩモードにおける異常燃焼の発生を回避する。これとは異なり、異常燃焼の回避を目的として点火タイミングを遅角することが、従来から知られている。点火タイミングの遅角化は熱効率及びトルクの低下を招くのに対し、高圧リタード噴射を行う場合は、燃料噴射の形態の工夫によって異常燃焼を回避する分、点火タイミングを進角させることが可能であるから、熱効率及びトルクが向上する。つまり、高圧リタード噴射は、異常燃焼を回避するだけでなく、その回避可能な分だけ、点火タイミングを進角することを可能にして、燃費の向上に有利になる。

以上説明したように、ＳＩモードでの高圧リタード噴射は、噴射期間、混合気形成期間及び燃焼期間をそれぞれ短縮することが可能であるが、ＣＩモードの領域（２）で行う高圧リタード噴射は、噴射期間及び混合気形成期間をそれぞれ短縮することが可能である。つまり、気筒１８内に高い燃料圧力で燃料を噴射することにより気筒１８内の乱れが強くなることで、微粒化した燃料のミキシング性が高まり、圧縮上死点付近の遅いタイミングで燃料を噴射しても、比較的均質な混合気を速やかに形成することが可能になるのである。ＣＩモードにおける高圧リタード噴射は、未燃混合気の反応開始時期のコントロールを可能にする。

ＣＩモードでの高圧リタード噴射は、比較的負荷の高い領域において、圧縮上死点付近の遅いタイミングで燃料を噴射することにより、そもそも気筒１８内に燃料が噴射されていない圧縮行程期間中の過早着火を防止しつつ、前述の通り、概ね均質な混合気が速やかに形成されるため、圧縮上死点以降において、確実に圧縮着火させることが可能になる。そうして、モータリングにより気筒１８内の圧力が次第に低下する膨張行程期間において、圧縮着火燃焼が行われることで、燃焼が緩慢になり、圧縮着火燃焼に伴う気筒１８内の圧力上昇（ｄＰ／ｄｔ）が急峻になってしまうことが回避される。これは、ＮＶＨの制約を解消するから、ＣＩモードの領域を高負荷側に拡大させる。

図８は、エンジン１の負荷の高低に対するＥＧＲ率の変化（つまり、気筒１８内のガス組成の変化）を示している。以下、ＥＧＲ率の変化について、高負荷側から低負荷側に向かって順に説明する。

（最大負荷Ｔ_ｍａｘから切替負荷Ｔ_３まで）
切替負荷Ｔ_３よりも負荷の高い領域はＳＩモードに相当する。このＳＩ領域では、前述したように、クールドＥＧＲガスのみを気筒１８内に導入する。すなわち、スロットル弁３６の開度は全開に維持されると共に、ＥＧＲ弁５１１は、全開負荷では閉弁している一方で、エンジン負荷の低下に従い次第に開く。こうして、ＳＩモードにおいては、混合気の空燃比を理論空燃比（λ≒１）に設定する条件下でＥＧＲ率を最大に設定している。これは、ポンプ損失の低減に有利である。また、混合気の空燃比を理論空燃比に設定することは、三元触媒の利用を可能にする。エンジン負荷の低下に従い燃料噴射量が低下するため、ＥＧＲ率は連続的に高くなる。このことは、エンジン負荷が連続的に変化するようなときには、気筒１８内のガス組成を連続的に変化させることになるから、制御性の向上に有利である。エンジン負荷が低いほどＥＧＲ率を高くすることで、ＳＩモードにおける低負荷側においては、ＥＧＲ率は、火花点火燃焼時のＥＧＲ限界近くに設定されることになる。

（切替負荷Ｔ_３から特定負荷Ｔ_１まで）
切替負荷Ｔ_３は、前述したようにＣＩモードとＳＩモードとの切り替えに係り、切替負荷Ｔ_３以下の低負荷側においてはＣＩモードとなる。ＣＩモードとＳＩモードとの切替負荷Ｔ_３を挟んだ低負荷側と高負荷側とのそれぞれにおいて、混合気の空燃比は理論空燃比（λ≒１）に設定している。このため、ＥＧＲ率は、ＣＩモードからＳＩモードにかけて連続的に高まることになる。このことは、燃焼形態の切り替えが行われるＣＩモードとＳＩモードとの間の移行に際しては、火花点火の実行、非実行を切り替えること以外に大きな変化はなく、ＣＩモードからＳＩモードへの切り替え、又は、その逆の切り替えをそれぞれスムースにし、トルクショック等の発生を抑制することが可能になる。

また、切替負荷Ｔ_３に対し低負荷側に隣接する領域では、切替負荷Ｔ_３に対し高負荷側に隣接する領域から継続するように、比較的大量のＥＧＲガス（クールドＥＧＲガス）を気筒１８内に導入しながら、前述した３０ＭＰａ以上の高い燃料圧力でかつ、圧縮上死点付近において燃料を噴射する高圧リタード噴射を行って圧縮着火燃焼を行うことになる。このことは、圧縮着火燃焼を行う領域としては、エンジン１の負荷が比較的高い領域において、圧縮着火燃焼を緩慢にしてｄＰ／ｄｔの制約を解消しつつ、圧縮着火燃焼を安定して行うことを可能にする。

ＣＩモードにおいては、排気側のＶＶＬ７１をオンにして、内部ＥＧＲガス（つまりホットＥＧＲガス）を気筒１８内に導入する。従って、切替負荷Ｔ_３を境にして、排気側のＶＶＬ７１のオン・オフが切り替わる。ホットＥＧＲガス及びクールドＥＧＲガスを足し合わせたＥＧＲ率は、エンジン１の負荷が低下するに従い連続的に高くなる。また、クールドＥＧＲガスとホットＥＧＲガスとの割合は、エンジン１の負荷が低下するに従い、クールドＥＧＲガス割合は次第に小さくかつ、ホットＥＧＲガス割合は次第に大きくなる。クールドＥＧＲガスの導入量は、ＥＧＲ弁５１１の開度を制御することによって調整される。一方、ホットＥＧＲガスの導入量は、吸気行程期間内で開弁する排気弁２２の開弁期間に対する、吸気弁２１の開弁期間の重なり具合を調整することによって行われる。具体的には、吸気側のＶＶＴ７２及び排気側のＶＶＴ７５によって、吸気弁２１の開弁時期及び排気弁２２の閉弁時期を調整することと、吸気側のＶＶＬ７４により、吸気弁２１のリフト量を大リフトと小リフトとで切り替えることとを組み合わせることで、ホットＥＧＲガスの導入量は調整される。

そうして、切替負荷Ｔ_３と特定負荷Ｔ_１との間の所定負荷Ｔ_２において、クールドＥＧＲガスの導入は中止され、所定負荷Ｔ_２よりもエンジン１の負荷が低いときには、ホットＥＧＲガスのみが気筒１８内に導入される。こうして、エンジン１の負荷が低くなるに従い、ホットＥＧＲガスの導入量を増やすことは、圧縮開始前の気筒内のガス温度を高め、それに伴い圧縮端温度を高くする。このことは、エンジン１の負荷が低い領域において圧縮着火の着火性を高めると共に、圧縮着火燃焼の安定性を高める上で有利である。

エンジン１の負荷が低下するに従い連続的に高くなるＥＧＲ率は、特定負荷Ｔ_１において、最高ＥＧＲ率ｒ_ｍａｘに設定される。

（特定負荷Ｔ_１から最低負荷まで）
特定負荷Ｔ_１までは、前述の通り、エンジン１の負荷が低下するに従い、ＥＧＲ率を連続的に高く設定しているが、特定負荷Ｔ_１よりもエンジン１の負荷が低いときには、エンジン１の負荷の高低に拘わらず、ＥＧＲ率を最高ＥＧＲ率ｒ_ｍａｘで一定にする。

ここで、ＥＧＲ率を、最高ＥＧＲ率ｒ_ｍａｘを超えないように設定することは、ＥＧＲ率を高くして気筒１８内に大量の排気ガスを導入してしまうと、気筒１８内のガスの比熱比が低くなることで、圧縮開始前のガス温度が高くても、圧縮端温度が逆に低くなってしまうためである。

つまり、排気ガスは、三原子分子であるＣＯ_２やＨ_２Ｏを多く含んでおり、窒素（Ｎ_２）や酸素（Ｏ_２）を含む空気と比較して、比熱比が高い。そのため、ＥＧＲ率を高くして気筒１８内に導入する排気ガスが増えたときには、気筒１８内のガスの比熱比は低下する。

排気ガスの温度は、新気と比較して高いため、ＥＧＲ率が高くなるほど、圧縮開始前のガスの温度は高くなる。しかしながら、ＥＧＲ率が高くなるほど、ガスの比熱比が低下することから、圧縮をしてもガスの温度がそれほど高まらず、結果として、圧縮端温度は、所定のＥＧＲ率ｒ_ｍａｘで最高となり、ＥＧＲ率をそれより高めても、圧縮端温度は低くなる。

そこで、このエンジン１においては、圧縮端温度が最も高くなるＥＧＲ率を最高ＥＧＲ率ｒ_ｍａｘに設定している。そして、エンジン１の負荷が特定負荷Ｔ_１よりも低いときには、ＥＧＲ率を最高ＥＧＲ率ｒ_ｍａｘに設定し、そのことにより、圧縮端温度が低下してしまうことを回避している。この最高ＥＧＲ率ｒ_ｍａｘは、５０〜９０％に設定してもよい。最高ＥＧＲ率ｒ_ｍａｘは、高い圧縮端温度を確保することができる限度において、できるだけ高く設定すればよく、好ましくは、７０〜９０％である。このエンジン１は、高い圧縮端温度が得られるように、幾何学的圧縮比を１５以上の高い圧縮比に設定している。また、できるだけ温度の高い排気ガスを気筒１８内に導入するために、排気二度開きを採用している。つまり、排気二度開きは、気筒１８内に導入する排気ガスを排気ポートに一旦排出するため、ネガティブオーバーラップ期間を設ける構成とは異なり、排気行程中に排気ガスを圧縮して冷却損失を増大させることなく、しかも、相対的に温度の低い吸気ポートに排気ガスを排出する吸気二度開きとは異なり、排気ガスの温度低下を抑制することができるから、圧縮開始前のガス温度を最も高くすることが可能である。できる限り高い圧縮端温度を確保するように構成しているエンジン１においては、最高ＥＧＲ率ｒ_ｍａｘは、例えば８０％程度に設定してもよい。最高ＥＧＲ率ｒ_ｍａｘを、できるだけ高く設定することは、エンジン１の未燃損失の低減に有利になる。つまり、エンジン１の負荷が低いときには未燃損失が高くなり易いため、エンジン１の負荷が特定負荷Ｔ_１よりも低いときにＥＧＲ率をできるだけ高く設定することは、未燃損失の低減による燃費の向上に極めて有効である。

こうしてこのエンジン１においては、エンジン１の負荷が特定負荷Ｔ_１よりも低いときにも、高い圧縮端温度を確保することにより、圧縮着火燃焼の着火性及び燃焼安定性を確保するようにしている。

（燃料カットに係る制御）
このエンジン１はまた、減速中に所定の燃料カット条件が成立したときには、インジェクタ６７による燃料噴射を中止する燃料カット制御を行う。そうして、燃料カット中からの復帰時には、エンジン１の運転状態は、圧縮着火燃焼を行う低負荷側の領域にあることが通常であるが、このエンジン１は、その燃料カットからの復帰時に、エンジン１の運転状態がＣＩモードの領域にあるときには、圧縮着火燃焼を行う。このことにより、燃料カットからの復帰時に火花点火燃焼を行う場合に問題となる、排気エミッション性能の低下や燃費の低下を回避する。燃料カットからの復帰時に圧縮着火燃焼の安定性を確保するために、このエンジン１では、必要に応じて、気筒１８内にオゾンを導入する。次に、図９のフローを参照しながら、ＰＣＭ１０が実行する燃料カットに係る制御について説明する。

図９におけるフローにおいてスタート後のステップＳ１では、エンジン回転数及びアクセル開度等の読み込みを行い、続くステップＳ２で、アクセル開度が０でかつ、エンジン回転数が所定値を超えているか否かを判定する。ステップＳ２の判定は、燃料カット条件の判定に係り、判定がＮＯのときには、燃料カット条件が成立しないとしてステップＳ１に戻る一方、判定がＹＥＳのときには、燃料カット条件が成立したとしてステップＳ３に移行する。

ステップＳ３では、インジェクタ６７からの燃料噴射を中止する燃料カットを実行し、続くステップＳ４で、排気弁２２のＶＶＬ７１をオンにして排気二度開きを行うと共に、ＶＶＴ７５により、排気弁２２の位相を最も遅角側に設定する。こうして、燃料カット中に、排気二度開きを行うことによって、燃料カット前に気筒１８内に存在していた高温の既燃ガスを、できるだけ気筒１８内に留めると共に、吸気側から排気側に気筒１８内を新気が通過することを抑制する。これは、気筒１８内の温度の低下を抑制する。

ステップＳ５では、吸気弁２１のＶＶＬ７７４により、大リフトカムに切り替えると共に、ＶＶＴ７２により、吸気弁２１の位相を最も遅角側に設定する。これにより、吸気弁２１の閉弁時期は、吸気下死点以降の遅閉じに設定されるため、燃料カット中に、気筒１８内に導入される新気量を抑制して、吸気側から排気側に気筒１８内を新気が通過することを抑制すると共に、有効圧縮比が低下し、燃料カット中のモータリングによる圧縮端温度が低下する。これは、後述の通り、気筒１８内に導入したオゾンが消滅してしまうことを抑制する。

ステップＳ６では、スロットル弁３６を全閉にする。これによって、気筒１８内に導入される新気量をできるだけ低減する。その結果、吸気側から排気側に気筒１８内を新気が通過することが抑制されて、気筒１８内の温度低下が抑制される。

尚、ステップＳ４、Ｓ５及びＳ６は、同時に又は順に実行されるが、順に実行される場合、これらのステップの順番は、適宜入れ替えてもよい。

そうしてステップＳ７では、気筒１８内の圧縮端温度を予測し、その予測温度が所定値よりも低くなったか否かを判定する。圧縮端温度は、吸気温度、外気圧、エンジン１の水温、燃料カットの継続時間、及びエンジン１の回転数に基づいて予測すればよい。吸気温度は圧縮開始前の温度及び圧縮端温度に影響し、外気圧は圧縮端温度に影響し、エンジン水温、燃料カットの継続時間及びエンジン回転数はそれぞれ気筒内の温度状態、ひいては圧縮端温度に影響する。尚、これらのパラメータの少なくとも一つに基づいて、圧縮端温度を予測してもよい。また、ステップＳ７における所定値は、圧縮着火燃焼を実行可能な程度の圧縮端温度として、適宜設定すればよい。圧縮端温度の予測温度が所定値以上であれば、ステップＳ７を繰り返し、予測温度が所定値よりも低くなれば、ステップＳ８に移行する。

ステップＳ８では、オゾン発生器７６を作動させ、吸気通路３０内の空気に対するオゾンの添加を開始する。前述したように、燃料カット中は、スロットル弁３６を全閉にしていると共に、吸気弁２１を大リフトでかつ、遅閉じに設定していることで、気筒１８内に新気が導入することは抑制されているため、吸気通路３０内におけるオゾン濃度が次第に高くなる。

ステップＳ９では、復帰条件が成立したか否かを判定する。つまり、アクセルがオンになるか、又は、エンジン回転数が所定回転数以下になるかを判定する。復帰条件が成立していないときにはステップＳ９を繰り返す。つまり、燃料カットが継続され、吸気通路３０内におけるオゾンの供給も継続される。一方、ステップＳ９において、アクセルがオンになるか、又は、エンジン回転数が所定回転数以下になって、燃料供給の復帰条件が成立したときには、ステップＳ１０に移行し、ＶＶＬ７４により、吸気弁２１のカムを大リフトカムから小リフトカムへと切り替える。尚、排気弁２２は、二度開きのままである。そして、続くステップＳ１１においてスロットル弁３６を開ける。これにより、気筒１８内には、十分な量の新気が導入されるものの、この新気には、オゾンが添加されており、新気と共にオゾンが気筒１８内に導入される。つまり、比較的大量のオゾンを気筒１８内に導入することが可能になる。

ステップＳ１２において、インジェクタ６７の燃料噴射を再開する。前述したように、燃料カット中には、気筒１８内の温度低下を抑制していると共に、燃料カットからの復帰時には、気筒１８内にオゾンが導入されるため、圧縮着火の着火性が高まり、圧縮着火燃焼を安定して実行することが可能になる。

そうして、ステップＳ１３では、エンジン１の全ての気筒１８において燃焼、つまり圧縮着火燃焼が１回行われたか否かを判定し、全気筒の燃焼が完了すれば、それ以降においては、排気の二度開きにより、大量の内部ＥＧＲガスを気筒１８内に導入することにより、圧縮着火燃焼の安定性を確保することが可能であるため、ステップＳ１４に移行して、オゾン発生器７６を停止し、オゾンの供給を停止する。こうして、オゾン供給を速やかに停止することにより、電力消費を抑制して燃費の向上に有利になる。

尚、ステップＳ７において、気筒１８内の温度が所定値よりも低くなる前に、ステップＳ９の復帰条件が成立したときには、オゾンの供給を行うことなく、燃料噴射の再開をすることになる。気筒１８内が比較的高い温度状態に維持されているため、気筒１８内にオゾンを導入しなくても、圧縮着火燃焼を安定して行うことが可能である。

図１０は、図９のフローに従って行われる燃料カットに係る制御を説明するタイムチャートである。具体的に、図１０は、燃料カットから復帰に係る、燃料噴射及び火花点火の変更、筒内圧力の変化、吸排気弁の開弁状態の変更、スロットル弁の開度変更、並びに、気筒内のガス状態の変化の一例を示している。図１０においては、紙面左から右の方向にクランク角が進行している（つまり、時間が進行している）。

先ず、図１０に示す１サイクル目は、燃料カット前の状態であり、エンジン１は、ここでは、ＳＩモードで運転している。従って、インジェクタ６７はリタード期間に燃料を噴射すると共に、点火プラグ２５は圧縮上死点付近において点火を行う。ＳＩモードであるため、排気のＶＶＬ７１はオフであり、排気弁２２は、排気行程中にのみ開弁する。また、吸気弁２１は、大リフトカムであってその位相は所定に設定されている。スロットル弁３６は全開である。

２サイクル目は、燃料カットの開始後のサイクルに相当する。前述したように、排気のＶＶＬ７１はオンとなり、排気弁２２は、排気行程中及び吸気行程中に開弁する。排気弁２２の位相は最遅角となる。また、吸気弁２１は、大リフトカムでその位相は最遅角に設定される。さらに、スロットル弁３６は全閉にされる。これにより、気筒１８内に導入される新気をできるだけ少なくし、残留ガスをできるだけ多くする。また、有効圧縮比を低くしているため、気筒１８内の圧縮端圧力も低下する。

３サイクル目は、燃料カット中のサイクルに相当し、オゾン発生器７６によるオゾン添加を開始している。これにより、気筒１８内に導入される新気にはオゾンも含まれる。燃料カット中であるため、排気弁２２及び吸気弁２１並びにスロットル弁はそれぞれ、２サイクル目と同じである。従って、有効圧縮比は比較的低くなるから、気筒１８内にオゾンが導入しても、そのオゾンが、高い圧縮端温度によって消滅してしまうことが抑制される。

４サイクル目は、燃料カットから復帰するサイクルに相当する。復帰時には、吸気弁２１は小リフトカムに切り替えられると共に、スロットル弁３６が開けられる（ここでは、全開に設定される）。排気弁２２は二度開きのままであり、吸気弁２１の閉弁時期は進角することになるから、気筒１８内には、残留ガスと、オゾンが添加された新気とがそれぞれ導入される。また、インジェクタ６７は、吸気行程から圧縮行程初期の期間内に燃料を噴射し、均質混合気は、気筒１８内の比較的高い温度環境と、オゾンとによって、圧縮上死点付近において着火し、安定して燃焼することになる。こうして、燃料カットからの復帰を、圧縮着火燃焼で行うことが可能になる。その結果、排気エミッション性能及び燃費の向上が図られる。

尚、前記の構成では、燃料カット中に、予測した圧縮端温度が所定値よりも低くならないときには、オゾン発生器７６を作動させずにオゾンの供給も行わないものの、予測した圧縮端温度が所定値よりも低くならないときであっても、オゾンの供給を開始してもよい。但し、圧縮端温度が比較的高いときに、気筒内にオゾンを過剰に導入することは、圧縮着火燃焼に伴う圧力上昇（ｄＰ／ｄｔ）を急峻にしたり、圧縮着火燃焼の重心位置を過進角させたりする虞がある。そのため、オゾンの供給量は相対的に少なくすることが好ましい。例えば、予測した圧縮端温度が所定値よりも低くならないときには、オゾン発生器７６が発生するオゾンの濃度を相対的に低くしてもよい。こうすることで、燃料カットからの復帰時に、気筒１８内に導入するオゾン量が少なくなるため、圧力上昇が急峻になったり、燃焼重心位置が過進角したりすることを回避することが可能なり、また、オゾン発生器７６の消費電力の低減も可能になる。

尚、ここに開示する技術は、前述したエンジン構成への適用に限定されるものではない。例えば、吸気行程期間内における燃料噴射は、気筒１８内に設けたインジェクタ６７ではなく、別途、吸気ポート１６に設けたポートインジェクタを通じて、吸気ポート１６内に燃料を噴射してもよい。

また、エンジン１の動弁系に関し、吸気弁２１のＶＶＬ７４に代えて、リフト量を連続的に変更可能なＣＶＶＬ（Continuously Variable Valve Lift）を備えるようにしてもよい。またその場合には、排気側のＶＶＴ７５を省略してもよい。

また、エンジン１は、直列４気筒エンジンに限らず、直列３気筒、直列２気筒、直列６気筒エンジン等に適用してもよい。また、Ｖ型６気筒、Ｖ型８気筒、水平対向４気筒等の各種のエンジンに適用可能である。

さらに、前記の説明では、所定の運転領域において混合気の空燃比を理論空燃比（λ≒１）に設定しているが、混合気の空燃比をリーンに設定してもよい。但し、空燃比を理論空燃比に設定することは、三元触媒の利用が可能になるという利点がある。

図６に示す運転制御マップは例示であり、これ以外にも様々なマップを設けることが可能である。

また、高圧リタード噴射は、必要に応じて分割噴射にしてもよく、同様に、吸気行程噴射もまた、必要に応じて分割噴射にしてもよい。これらの分割噴射では、吸気行程と圧縮行程とのそれぞれにおいて燃料を噴射してもよい。

１ エンジン（エンジン本体）
１０ ＰＣＭ（制御器）
１８ 気筒
２１ 吸気弁
２２ 排気弁
３０ 吸気通路（吸気経路）
３６ スロットル弁
６７ インジェクタ（燃料噴射弁）
７１ ＶＶＬ(内部ＥＧＲシステム)
７２ ＶＶＴ(吸気動弁機構)
７４ ＶＶＬ(吸気動弁機構)
７６ オゾン発生器（オゾン導入器）

Claims (7)

1. 気筒を有するエンジン本体と、
   前記気筒内に供給する燃料を噴射するよう構成された燃料噴射弁と、
   前記気筒内にオゾンを導入するよう構成されたオゾン導入器と、
   前記エンジン本体の運転状態が、低負荷側において予め設定された圧縮着火領域にあるときには、前記気筒内の混合気を圧縮着火燃焼させることにより、前記エンジン本体を運転するように構成された制御器と、を備え、
   前記制御器は、前記エンジン本体の減速時に所定の燃料カット条件が成立したときには、前記燃料噴射弁による燃料噴射を中止すると共に、前記エンジン本体の運転状態が前記圧縮着火領域にあるときに所定の復帰条件が成立したときには、前記燃料噴射弁による燃料噴射を再開しかつ、前記気筒内の混合気を圧縮着火燃焼させ、
   前記制御器はまた、前記気筒内の圧縮端温度を予測しかつ、その予測温度が所定温度よりも低い低温時には、少なくとも前記燃料噴射の再開時に前記気筒内にオゾンを導入すると共に、前記予測温度が所定温度以上のときには、前記気筒内に導入するオゾン量を、前記低温時よりも低減する圧縮着火式エンジンの制御装置。
2. 請求項１に記載の圧縮着火式エンジンの制御装置において、
   前記制御器は、前記予測温度が所定温度以上のときには、前記気筒内へのオゾンの導入を禁止する圧縮着火式エンジンの制御装置。
3. 請求項１又は２に記載の圧縮着火式エンジンの制御装置において、
   前記気筒に接続する吸気経路上に配設されたスロットル弁と、
   前記エンジン本体の排気弁又は吸気弁を、前記吸気弁又は前記排気弁の開弁期間内において開弁することによって、前記気筒内に排気ガスの一部を還流させるよう構成された内部ＥＧＲシステムと、をさらに備え、
   前記制御器は、燃料カット中は、前記スロットル弁を全閉にしかつ、前記内部ＥＧＲシステムを作動させ、
   前記制御器はまた、所定の復帰条件が成立したときには、前記燃料噴射弁による燃料噴射の再開と共に、前記スロットル弁を開く圧縮着火式エンジンの制御装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の圧縮着火式エンジンの制御装置において、
   前記オゾン導入器は、吸気経路上に配設されかつ、当該吸気経路上の空気にオゾンを添加するよう構成されている圧縮着火式エンジンの制御装置。
5. 請求項４に記載の圧縮着火式エンジンの制御装置において、
   前記制御器は、燃料カット中に、前記予測温度が所定温度よりも低くなったときに、前記オゾン導入器による前記吸気経路上の空気へのオゾンの添加を開始する圧縮着火式エンジンの制御装置。
6. 請求項４又は５に記載の圧縮着火式エンジンの制御装置において、
   前記エンジン本体の吸気弁の閉弁時期を変更可能に構成された吸気動弁機構をさらに備え、
   前記制御器は、燃料カット中は、前記吸気動弁機構により、前記吸気弁の閉弁時期を吸気下死点以降の遅閉じに設定すると共に、燃料復帰時には、前記吸気弁の閉弁時期を前記遅閉じから進角させる圧縮着火式エンジンの制御装置。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の圧縮着火式エンジンの制御装置において、
   前記制御器は、吸気温度、前記エンジン本体の水温、及び、燃料カットの継続時間の少なくとも１に基づいて、前記圧縮端温度を予測する圧縮着火式エンジンの制御装置。

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