JP2016023589A - 圧縮着火式エンジンの制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジンの負荷に応じて内部ＥＧＲ率を変更する圧縮着火式エンジンにおいて、エンジンの運転状態が高負荷側へと移行する過渡時において、圧縮着火燃焼の着火性の低下、及び、安定性の低下を回避する。【解決手段】圧縮着火式エンジンの制御装置は、膨張行程から排気行程の期間において吸気弁２１を先行開弁すると共に、少なくとも吸気行程において吸気弁を開弁することにより、吸気ポート１６を介して、燃焼ガスを新気と共に気筒内に導入するよう構成された内部ＥＧＲ制御手段（可変駆動機構７２）を備える。内部ＥＧＲ制御手段は、内部ＥＧＲ率が高から低へと変更されるようにエンジン本体（エンジン１）の運転状態が高負荷側へと移行する過渡時に、先行開弁Ｌ１３のリフト量を、移行前の先行開弁Ｌ１１のリフト量よりも低くかつ、先行開弁の開弁時期を排気弁（破線参照）の開弁時期よりも進角する。【選択図】図７

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、低負荷側に設定された圧縮着火燃焼領域において、気筒内の混合気を圧縮着火燃焼させるエンジンが記載されている。このエンジンは、圧縮着火燃焼領域において、排気弁を吸気行程中に再度開弁することにより気筒内に燃焼ガス（既燃ガス）を再導入する内部ＥＧＲ制御を行う。特許文献１にはまた、気筒内の全ガス量に対する燃焼ガス量の割合である内部ＥＧＲ率を、圧縮着火燃焼領域における低負荷側では相対的に高くする一方、高負荷側では相対的に低くすることが記載されている。これにより、エンジンの負荷の高低に拘わらず気筒内の温度状態をほぼ一定にして、低負荷側では主に、圧縮着火燃焼の着火性及び安定性を高める一方、高負荷側では主に、圧縮着火燃焼を緩慢にして燃焼騒音の増大を回避する。

また、特許文献２には、膨張行程から排気行程の間に、一時的に吸気弁を開弁することによって、気筒内の燃焼ガスの一部を吸気ポート側に排出すると共に、吸気行程中に吸気弁を開弁することによって、新気と共に燃焼ガスを気筒内に再導入することが記載されている。特許文献２にはまた、吸気弁の開弁時期を排気下死点としつつ、要求ＥＧＲ率が高いほど、吸気弁のリフト量を大きくすることにより、膨張仕事を損なうことなく必要なＥＧＲ量を確保することが記載されている。

特開２０１４−４７６４４号公報 特開２０１３−１３３７２５号公報

特許文献１にも記載されているように、気筒内の混合気を、圧縮着火（Compression Ignition：ＣＩ）、又は、制御自着火（Controlled Auto Ignition：ＣＡＩ）により燃焼させるエンジンにおいては、エンジンの負荷が低いときに内部ＥＧＲ率が高くかつ、負荷が低いときには内部ＥＧＲ率が低くなるように、エンジンの負荷に応じて、内部ＥＧＲ率を変更することが行われる。エンジンの負荷が高いときには燃料噴射量が相対的に多くて、気筒内の温度状態が相対的に高くなり、排気ガスの温度も相対的に高くなる。そのため、内部ＥＧＲ率を低く設定し、気筒内に導入する排気ガスの量を減らすことによって、気筒内の温度状態が高くなりすぎることを回避する。

このように、エンジンの負荷に応じて内部ＥＧＲ率が変更されるため、運転者がアクセルペダルを踏み込んで、エンジンの負荷が低から高へと変化するときには、内部ＥＧＲ率を高から低へと変化させなければならない。

ここで、エンジンの負荷が低から高へと変化する過渡時においては、気筒内の温度状態が未だ高くなっておらず、また、排気ガスの温度も未だ高くなっていない。そのため、気筒内に導入する排気ガスの量を減らしてしまうと、気筒内の温度状態が大幅に低くなってしまい、圧縮着火燃焼の着火性の低下、及び、安定性の低下を招くことになる。

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、エンジンの負荷に応じて内部ＥＧＲ率を変更する圧縮着火式エンジンにおいて、エンジンの運転状態が高負荷側へと移行する過渡時において、圧縮着火燃焼の着火性の低下、及び、安定性の低下を回避することにある。

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、この装置は、気筒内に燃料を供給する燃料供給機構を有しかつ、予め設定された圧縮着火燃焼領域において、前記気筒内の混合気を圧縮着火燃焼させるよう構成されたエンジン本体と、前記気筒内にガスを吸入する吸気ポートを開閉するよう構成された吸気弁と、膨張行程から排気行程の期間において前記吸気弁を開弁する先行開弁を行うと共に、少なくとも吸気行程において前記吸気弁を開弁することにより、前記吸気ポートを介して、燃焼ガスを新気と共に前記気筒内に導入するよう構成された内部ＥＧＲ制御手段と、を備える。

そして、前記内部ＥＧＲ制御手段は、前記圧縮着火燃焼領域において、前記エンジン本体の負荷が低いときには、前記気筒内の全ガス量に対する前記燃焼ガスの量の割合である内部ＥＧＲ率が高くかつ、負荷が高いときには前記内部ＥＧＲ率が低くなるように、前記エンジン本体の負荷に応じて前記先行開弁の少なくともリフト量を変更し、前記内部ＥＧＲ制御手段はまた、前記内部ＥＧＲ率が高から低へと変更されるように前記エンジン本体の運転状態が高負荷側へと移行する過渡時に、前記先行開弁のリフト量を、移行前のリフト量よりも低くかつ、前記先行開弁の開弁時期を排気弁の開弁時期よりも進角する。

ここで、内部ＥＧＲ率は、「前記気筒内の全ガス量に対する前記燃焼ガスの量の割合である」が、ここでいう燃焼ガスは、気筒内に実質的に残留する燃焼ガス（既燃ガス）であり、吸気ポートを介して気筒内に再導入される燃焼ガスの他に、気筒内に残留する燃焼ガスを含む。

この構成によると、内部ＥＧＲ制御手段は、圧縮着火燃焼領域において、エンジン本体の負荷が低いときには、内部ＥＧＲ率が高くなるようにする。具体的には、膨張行程から排気行程の期間において開弁する吸気弁の先行開弁のリフト量を大きくする。こうすることで、吸気ポート側への気筒内の燃焼ガスの排出量が増え、その結果、気筒内に再導入される燃焼ガスの量が増える。エンジン本体の負荷が低いときに内部ＥＧＲ率を高くすることで、気筒内の温度状態を高めて、圧縮着火燃焼の着火性及び安定性が高まる。

逆に、エンジン本体の負荷が高いときには、内部ＥＧＲ率が低くなるようにする。具体的には、吸気弁の先行開弁のリフト量を小さくする。こうすることで、気筒内に再導入される燃焼ガスの量が減り、内部ＥＧＲ率が低くなる。その結果、エンジン本体の負荷が高いときに、気筒内の温度状態が高くなりすぎることが回避され、圧縮着火燃焼の圧力宇上昇が急峻になって燃焼騒音が増大してしまうこと等が回避される。

そうして、エンジン本体の運転状態が高負荷側へと移行するときには、内部ＥＧＲ率を高から低へと変更することになるが、その過渡時には、吸気弁の先行開弁のリフト量を、移行前のリフト量よりも低くする。これにより、気筒内に再導入される燃焼ガスの量が減る。また、先行開弁として、吸気弁を排気弁の開弁よりも先に開弁する。こうすることで、先行開弁は、膨張行程から排気行程の前半で開弁するから、吸気弁の開弁に伴い吸気ポート側に排出される燃焼ガスの温度が高くなる。その結果、気筒内に再導入される燃焼ガスの量が少なくても、高温であるため、気筒内の温度状態は高くなる。こうして、エンジン本体の運転状態が高負荷側へと移行する過渡時に、気筒内の温度状態が低くなってしまうことが防止される。

また、過渡時には、気筒内に再導入する燃焼ガスの量を減らすことに伴い、気筒内に導入される新気量は増え得る（言い換えると、内部ＥＧＲ率を低くすることが可能になる）。エンジン本体の負荷が高まるに従い燃料量が増えるが、燃料量に増大に対応する新気量を確保することが可能になる。

こうして、エンジン本体の運転状態が高負荷側へと移行する過渡時に、気筒内の温度状態が低くなってしまうことが防止されると共に、気筒内に導入される新気量が増大することにより、圧縮着火燃焼の着火性及び安定性が高まる。

前記内部ＥＧＲ制御手段は、前記エンジン本体の運転状態が、前記高負荷側へ移行した後に、前記先行開弁の開弁時期を、前記過渡時における開弁時期よりも遅角する、としてもよい。

高負荷側への移行が完了すれば（つまり、過渡状態が終了して定常状態へと移行すれば）、先行開弁の開弁時期を、過渡時の開弁時期よりも遅角する。このことで、気筒内に導入される燃焼ガスの温度は、過渡時よりも低くなる。その結果、エンジン本体の負荷が高いときに、気筒内の温度状態が高くなりすぎることを回避して、燃焼騒音の増大を防止することが可能になる。

前記内部ＥＧＲ制御手段は、前記エンジン本体の負荷が高いときには、負荷が低いときよりも、前記先行開弁の開弁時期を遅角する、としてもよい。

従って、エンジン本体の負荷が高負荷側へと移行するときに、先行開弁の開弁時期は、その過渡時には、低負荷時の開弁時期に対して一旦、進角し、移行後は遅角される。高負荷側への移行後の、先行開弁の開弁時期は、移行前の低負荷時の開弁時期よりも遅角することになる。

前記内部ＥＧＲ制御手段は、前記過渡時に、前記先行開弁の開弁時期を膨張行程にする、としてもよい。

先行開弁の開弁時期を膨張行程にすることで、より高温の燃焼ガスを吸気ポート側に排出し、それを気筒内に再導入することが可能になる。これにより、過渡時において気筒内の温度状態を高めて、圧縮着火燃焼の着火性及び安定性の向上に有利になる。

前記エンジン本体は、前記過渡時に、前記気筒内の混合気の空気過剰率がλ≧１となる範囲において、前記気筒内に供給する燃料量を増量する、としてもよい。

可能な範囲で燃料量を増量することにより、燃焼温度が高くなって、気筒内の温度状態が高まる。また、内部ＥＧＲ制御手段によって気筒内に導入される燃焼ガスの温度も高まる。その結果、エンジン本体の運転状態が高負荷側へと移行するときに、その高負荷側への移行が速やかに完了する。

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によると、エンジン本体の運転状態が高負荷側へと移行する過渡時に、吸気弁の先行開弁のリフト量を、移行前のリフト量よりも低くすると共に、先行開弁の開弁時期を排気弁の開弁時期よりも進角することで、内部ＥＧＲ率を低くしつつも、気筒内に再導入する燃焼ガスの温度を高めて、気筒内の温度状態を高くすることが可能になるから、過渡時における圧縮着火燃焼の着火性及び安定性が高まる。

エンジンの構成を示す概略図である。 エンジンの制御に係るブロック図である。 吸気弁の駆動機構の構成を概略的に示す断面図である。 吸気弁のリフトカーブを例示する図である。 エンジンの運転制御マップを例示する図である。 （ａ）エンジンの負荷の高低に対するＥＧＲ率の関係、（ｂ）エンジンの負荷の高低に対する燃焼ガス温度の関係を例示する図である。 （ａ）従来構成において、エンジンの運転状態が高負荷側へと移行するときの、吸気弁及び排気弁の開弁状態の遷移を例示する図、（ｂ）本構成において、エンジンの運転状態が高負荷側へと移行するときの、吸気弁及び排気弁の開弁状態の遷移を例示する図である。 ＣＡＩ領域における低負荷域から中負荷域へと移行する際の、従来構成における、（ａ）内部ＥＧＲ温度の変化、（ｂ）圧縮端温度の変化、（ｃ）内部ＥＧＲ率の変化、（ｄ）燃料量の変化、（ｅ）空燃比の変化、及び、（ｆ）排気弁の開弁期間の変化を例示する各タイムチャートと、本構成における、（ｇ）内部ＥＧＲ温度の変化、（ｈ）圧縮端温度の変化、（ｉ）内部ＥＧＲ率の変化、（ｊ）燃料量の変化、（ｋ）空燃比の変化、及び、（ｌ）吸気弁の先行開弁の開弁期間の変化を例示する各タイムチャートである。 ＣＡＩ領域における低負荷域から高負荷域へと移行する際の、従来構成における、（ａ）内部ＥＧＲ温度の変化、（ｂ）圧縮端温度の変化、（ｃ）内部ＥＧＲ率の変化、（ｄ）燃料量の変化、（ｅ）空燃比の変化、（ｆ）外部ＥＧＲ率の変化、及び、（ｇ）排気弁の開弁期間の変化、を例示する各タイムチャートと、本構成における、（ｈ）内部ＥＧＲ温度の変化、（ｉ）圧縮端温度の変化、（ｊ）内部ＥＧＲ率の変化、（ｋ）燃料量の変化、（ｌ）空燃比の変化、（ｍ）外部ＥＧＲ率の変化、及び、（ｎ）吸気弁の先行開弁の開弁期間の変化を示す各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。

（エンジンの全体構成）
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の上面には、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、燃焼室を区画する。尚、燃焼室の形状は、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の上面形状、及び、燃焼室の天井部の形状等は、適宜変更することが可能である。

このガソリンエンジン１は、理論熱効率の向上や、後述する圧縮自着火による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、適宜設定すればよく、例えば１８としてもよい。

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、吸気側には、クランクシャフト１５に対する吸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）７１と、吸気弁２１の開弁態様を変更可能な油圧式の可変駆動機構７２が設けられている。ＶＶＴ７１は、液圧式、又は、電動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。可変駆動機構７２の詳細は、後述する。吸気弁２１の駆動機構は、ＶＶＴ７１と可変駆動機構７２とを含んで構成される。

これに対し、排気側には、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ＶＶＴ７４が設けられている。排気側のＶＶＴ７４も、液圧式、又は、電動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の駆動機構は、ＶＶＴ７４を含んで構成される。

図３は、吸気弁２１の可変駆動機構７２の構成を示している。可変駆動機構７２は、カムシャフト７２１と、カムシャフト７２１に設けられたカム７２２と、カム７２２が摺動するタペット７２３と、タペット７２３に結合されたポンプ部７２４と、ポンプ部７２４に連通する油圧排出路７２５とを備えている。

吸気弁２１を駆動するためのカム７２２は、この構成例では、２つのカムローブ７２２１、７２２２を有している。カム７２２は、一回転をする間に、言い換えると吸気、圧縮、膨張及び排気の一燃焼サイクルの間に、２つのカムローブ７２２１、７２２２によってタペット７２３を２回押し下げる。

ポンプ部７２４は、作動油が充填されるシリンダ７２４１と、シリンダ７２４１内に内挿されかつ、シリンダ７２４１内を往復動可能なプランジャー７２４２とを備えている。プランジャー７２４２はまた、タペット７２３に結合されていると共に、プランジャー７２４２及びタペット７２３は、ばね７２６によって、カム７２２側に付勢されている。タペット７２３がカムローブ７２２１、７２２２によって押し下げられると、プランジャー７２４２がシリンダ７２４１内を下降し、作動油の圧力が高まる。作動油の圧力は、カム７２２のプロフィールに対応するように、クランク角の進行に従い上昇した後、下降をする。前述したように、カム７２２は、２つのカムローブ７２２１、７２２２を有しているため、作動油の圧力は、一燃焼サイクルの間に２回上昇する。

油圧排出路７２５は、ポンプ部７２４のシリンダ７２４１に連通しており、油圧排出路７２５の途中には、ソレノイドバルブ７２５１が介設している。ソレノイドバルブ７２５１は、後述するＰＣＭ１０によって制御される流量調整弁であり、その開度が全閉から全開の間で任意に設定可能である。ソレノイドバルブ７２５１を全開にしたときには、前述の通りプランジャー７２４２が下降をしても油圧排出路７２５を通じて作動油が排出されることから、作動油の圧力が実質的に高まらない。これに対し、ソレノイドバルブ７２５１を全閉にしたときには、油圧排出路７２５を通じた作動油の排出がないため、作動油の圧力が高まるようになる。さらに、詳細は後述するが、カム７２２の駆動に合わせてソレノイドバルブ７２５１の開度の調整を行うことによって、作動油の圧力の調整が可能になる。

ポンプ部７２４のシリンダ７２４１はまた、チャンバ７２７に連通しており、このチャンバ７２７には、吸気弁２１のステム上端に連結されたピストン７２８が配設されている。ピストン７２８は、チャンバ７２７を往復動可能に配設されており、ポンプ部７２４によって昇圧された作動油が供給されたときにチャンバ７２７内を下降し、ばね７２９によって閉弁方向に付勢されている吸気弁２１を押し下げて、この吸気弁２１を開弁する。

図４は、吸気弁２１が取り得るリフトカーブの一例を示している。図４における実線Ｌ１、Ｌ２は、ソレノイドバルブ７２５１が常時全閉のときの、吸気弁２１のリフトカーブに相当する。ソレノイドバルブ７２５１が全閉であれば、２つのカムローブ７２２１、７２２２によって昇圧された作動油が、そのままチャンバ７２７に供給されるため、吸気弁２１は、クランク角の進行に伴い、２回開弁することになる。

吸気弁２１が、一燃焼サイクルの間に２回開弁することは、このエンジン１では内部ＥＧＲに係る制御の際に利用される。このエンジン１において「内部ＥＧＲ」とは、気筒１８内から吸気ポート１６側に排出された燃焼ガスを、気筒１８内に再導入することを意味する。つまり、吸気弁２１は、膨張行程から排気行程の期間において開弁する（つまり、先行開弁Ｌ１）と共に、少なくとも吸気行程においても開弁する（つまり、主開弁Ｌ２）。先行開弁時に、気筒１８内の燃焼ガスの一部が吸気ポート１６側に排出されると共に、主開弁時に、その燃焼ガスと新気とが気筒１８内に導入される。燃焼ガスは、同じ気筒１８に導入される場合、及び、異なる気筒１８に導入される場合がある。

また、２つのカムローブ７２２１、７２２２の内、カムローブ７２２１がタペット７２３を押し下げている間（言い換えると、カムローブ７２２１が作動している間）に、ソレノイドバルブ７２５１を全開にすれば、昇圧された作動油がチャンバ７２７に供給されないため、吸気弁２１は開弁しない。その後、カムローブ７２２２がタペット７２３を押し下げている間（言い換えると、カムローブ７２２１が作動している間）に、ソレノイドバルブ７２５１を全閉にすれば、前述したように、吸気弁２１は開弁する（つまり、主開弁Ｌ２）。こうして、カムローブ７２２１を実質的に機能させず、カムローブ７２２２のみを機能させるようにすれば、一燃焼サイクルの間に、吸気弁２１を１回だけ開弁することが可能になる。これは、内部ＥＧＲ制御を行わない通常のエンジン運転時に利用される。従って、吸気弁２１の可変駆動機構７２は、内部ＥＧＲ制御の実行・非実行の切り替えを行うことが可能である。

また、先行開弁の際のソレノイドバルブ７２５１の開閉を制御することによって、先行開弁のリフト量及び開弁時期が変更され、気筒１８内に導入される内部ＥＧＲ量を調整することが可能になる。具体的に、カムローブ７２２１の作動が開始した当初に、ソレノイドバルブ７２５１を全開にすれば、吸気弁２１を閉弁状態に維持することができる一方で、カムローブ７２２１の作動中（より正確には、カムローブ７２２１のノーズに至るまで）にソレノイドバルブ７２５１を閉じることで、作動油の昇圧が開始してピストン７２８を押すようになるから、吸気弁２１が開弁する。こうして、吸気弁２１の開弁時期を遅くすることができると共に、リフト量を小さくすることが可能になる（図４のＬ１１参照）。ソレノイドバルブ７２５１の開から閉への切り替えタイミングをさらに遅くすることで、吸気弁２１の開弁時期をさらに遅くすることができると共に、リフト量をさらに小さくすることも可能になる（図４のＬ１２参照）。

さらに、カムローブ７２２１の作動が開始した当初は、ソレノイドバルブ７２５１を全閉にすれば、前述したように、吸気弁２１は作動油の圧力上昇に従って開弁する一方で、カムローブ７２２１の作動中にソレノイドバルブ７２５１を開くことによって、作動油の圧力が低下するから、吸気弁２１は、ばね７２９の付勢力によって閉弁するようになる。こうして、吸気弁２１の閉弁時期を進めることが可能になって、吸気弁２１のリフト量及び作動角がそれぞれ小さくなる（図４のＬ１３参照）。ソレノイドバルブ７２５１の閉から開への切り替えタイミングに応じて、吸気弁２１の閉弁時期及びリフト量がそれぞれ変更される。例えば図４のＬ１２とＬ１３とを比較すれば、吸気弁２１のリフト量が実質的に同じである一方で、その開弁時期を変更していることと等価である。これは、主開弁Ｌ２の位相を変更せずに、先行開弁の位相のみを変更することを可能にする。

また、ソレノイドバルブ７２５１のバルブ開度を全閉から全開にするまでの開度変化率を高くすれば、吸気弁２１の閉弁動作を素早くすることが可能になり、逆に、ソレノイドバルブ７２５１の開度変化率を低くすれば、吸気弁２１をゆっくりと閉弁させることも可能になる。可変駆動機構７２は、吸気弁２１の閉弁時期を調整することも可能である。

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、その噴口が燃焼室の天井面の中央部分から、その燃焼室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、燃焼室の中心位置から放射状に広がるように、燃料を噴射する。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、ピストン上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、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、燃焼室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。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。尚、このエンジン１は、ＮＯｘ浄化触媒を備えていない。

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。

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、吸気側のＶＶＴ７１及び可変駆動機構７２、排気側のＶＶＴ７３、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）のアクチュエータへ制御信号を出力する。ＰＣＭ１０は、予め設定されたモデルと、前述した各種の検出信号等とに基づいて、燃焼室内の温度や圧力を含む燃焼状態を推定し、その燃焼状態に基づいて各制御信号を出力することにより、エンジン１を運転する。

（エンジンの運転制御）
図５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、制御自着火（Controlled Auto Ignition：ＣＡＩ）によって燃焼を行う。図５の例では、実線で示す燃焼切替負荷よりも低い領域が、ＣＡＩ燃焼を行う自着火領域（ＣＡＩ）に対応する。

エンジン１の負荷が高くなるに従って、ＣＡＩ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、ＣＡＩ燃焼を止めて、点火プラグ２５を利用した強制点火（ここでは火花点火Spark Ignition：ＳＩ）による燃焼に切り替える。図５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（ＳＩ）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、ＣＡＩモードと、ＳＩ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。

図６（ａ）は、エンジン回転数が低回転側の所定回転数で一定のときの、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。図６（ｂ）は、エンジン１の負荷の高低に対する燃焼ガス温度の変化を示している。以下、気筒１８内のガス組成の変化について、低負荷側から高負荷側に向かって順に説明する。

（最低負荷から特定負荷Ｔ_１まで）
特定負荷Ｔ_１までの低負荷領域は、ＣＡＩモードの低負荷域に相当し、ＣＡＩ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、内部ＥＧＲガスを気筒１８内に導入することによる。ホットＥＧＲガスの導入は、気筒１８内の圧縮端温度（つまり、ピストン１４が圧縮上死点に至ったときの気筒１８内の温度）を高め、低負荷域におけるＣＡＩ燃焼の着火性及び安定性を高める。

ＣＡＩモードにおいては、スロットル弁３６の開度を全開に維持した状態で、内部ＥＧＲガス量の調整を行い、それと共に新気量も調整する。これは、ポンプ損失の低減に有利である。また、特定負荷Ｔ_１までの低負荷領域では、ＥＧＲ率を、最高ＥＧＲ率ｒ_ｍａｘに設定する。後述するように、特定負荷Ｔ_１以上の負荷領域では、エンジン１の負荷が高くなるに従い、ＥＧＲ率が低くなるように設定するが、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。ＥＧＲ率を、最高ＥＧＲ率ｒ_ｍａｘに制限することは、ＥＧＲ率を、それ以上に高くして気筒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、圧縮開始時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、比熱比が低い。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、圧縮開始時の気筒１８内の温度は高くなる。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してもよく、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。こうして、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。

この特定負荷Ｔ_１よりも低い領域では、図４に、例えばＬ１１で示すように、相対的に大きなリフト量の先行開弁を行う。このことで、気筒１８内に導入する内部ＥＧＲガス量が最大となるようにする。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、高い圧縮端温度を確保することにより、ＣＡＩ燃焼の着火性及び燃焼安定性を確保する。

尚、この特定負荷Ｔ_１よりも低い領域では、少なくとも吸気行程から圧縮行程前半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。このことにより、気筒１８内に均質な混合気を形成する。

（特定負荷Ｔ_１から所定負荷Ｔ_２まで）
特定負荷Ｔ_１から所定負荷Ｔ_２までの領域は、ＣＡＩモードの中負荷域に相当する。この領域では、混合気の空気過剰率λを１よりも大きくする。従って、図６において一点鎖線で示すλ≒１のラインよりも気筒１８内に導入される新気量は増えかつ、気筒１８内に導入される排気ガス量（ここでは、内部ＥＧＲガス量）はλ≒１のラインよりも減る。混合気の空気過剰率λは、２．４以上のリーンにすることが好ましい。混合気をリーンにすることは、熱効率を高めて燃費の向上に有利になると共に、空気過剰率λを２．４以上にすることで、ＲａｗＮＯｘの生成が抑制される。これは、ＮＯｘ浄化触媒を備えていない本エンジン１において、排気エミッション性能を確保することを可能にする。尚、所定負荷Ｔ_２と、後述する切替負荷Ｔ_３との間には、混合気の空気過剰率λを徐変する区間を設けている。

特定負荷Ｔ_１を超える領域において、エンジン１の負荷が高まるに従い燃料噴射量は増大するため、空気過剰率λを、前述のように２．４以上に維持する上で、必要な新気量は次第に多くなり、それに伴い、ホットＥＧＲガス量は次第に少なくなる。エンジン１の負荷が低いときには、ホットＥＧＲガスの導入量を増やすことによって圧縮開始時の気筒１８内の温度を高め、それに伴い圧縮端温度を高くし、圧縮自着火の着火性を高めると共に、圧縮自着火燃焼の安定性を高める上で有利である。一方、エンジン１の負荷が高くなれば、燃料噴射量が増えることに伴い、図６（ｂ）に示すように、燃焼ガス温度が高くなり、気筒１８内の温度状態と共に排気ガス温度が高まる。そのため、ホットＥＧＲガスの導入量を少なくしても、圧縮自着火の着火性及び安定性は確保可能である。

このＣＡＩ領域における、エンジン１の負荷に対応したホットＥＧＲガスの導入量の調整は、吸気弁２１の先行開弁のリフト量を調整することによって行われる。すなわち、エンジン１の負荷が上昇するに従い、ＥＧＲ率を高から低へ変更するときには、先行開弁のリフト量を小さくする。逆に、エンジン１の負荷が低下するに従い、ＥＧＲ率を低から高へ変更するときには、吸気弁２１の先行開弁のリフト量を大きくする。これは、前述したように、可変駆動機構７２のソレノイドバルブ７２５１の開閉を調整することにより行う。つまり、エンジン１の負荷が上昇するに従い、ＥＧＲ率を高から低へ変更するときには、ソレノイドバルブ７２５１の開から閉への切り替えタイミングを、カムローブ７２２１の作動開始に対して遅くすることにより先行開弁のリフト量を小さくする。逆に、エンジン１の負荷が低下するに従い、ＥＧＲ率を低から高へ変更するときには、ソレノイドバルブ７２５１の開から閉への切り替えタイミングをカムローブ７２２１の作動開始に近づけることにより先行開弁のリフト量を大きくする。

（所定負荷Ｔ_２から切替負荷Ｔ_３まで）
ＣＡＩモードにおいて所定負荷Ｔ_２以上の負荷領域は、ＣＡＩモードの高負荷域に相当する。ＣＡＩモード内の高負荷域では、混合気の空燃比を理論空燃比（λ≒１）に設定する。これにより、三元触媒の利用が可能になり、排気エミッション性能を確保することが可能になる。燃焼ガス温度は、図６（ｂ）に示すように、リーン燃焼時よりも高くなる。

この高負荷側の領域では、気筒１８内の温度状態がさらに高くなる。そのため、混合気の空燃比を理論空燃比（λ≒１）に維持しつつ、気筒１８内にホットＥＧＲガスを導入したのでは、気筒１８内の温度状態が高くなりすぎて、過早着火等の異常燃焼が生じたり、ＣＡＩ燃焼時に気筒１８内の圧力上昇（ｄＰ／ｄθ）が急峻になって燃焼騒音の問題が生じたりする虞がある。そこで、所定負荷Ｔ_２から切替負荷Ｔ_３までの領域では、ホットＥＧＲガスと共に、クールドＥＧＲガスを気筒１８内に導入する。クールドＥＧＲガスは、基本的には、ＥＧＲクーラ５２を通過することによって冷却された外部ＥＧＲガスである。尚、ＥＧＲクーラ５２をバイパスした外部ＥＧＲガスを、クールドＥＧＲガスに含んでもよい。

また、ＣＡＩモードの高負荷側の領域においても、エンジン１の負荷に対応したホットＥＧＲガスの導入量の調整は、吸気弁２１の先行開弁のリフト量を調整することによって行われる。前述したように、可変駆動機構７２のソレノイドバルブ７２５１の開閉制御によって、先行開弁のリフト量を調整する。先行開弁は、図４に例えばＬ１２で示すように、相対的に小さいリフト量でかつ、相対的に短い開弁期間で開弁する。高負荷側の領域における先行開弁の開弁時期は、低負荷側の領域における先行開弁の開弁時期よりも遅角している。

こうして、ＣＡＩモードの高負荷側の領域では、ホットＥＧＲガス量が少なくかつ、温度が低下することと、クールドＥＧＲガスを気筒１８内に導入することとが組み合わさって、気筒１８内の温度状態が高くなりすぎることが回避され、異常燃焼や燃焼騒音の回避に有利になる。尚、ＣＡＩモードにおいては、後述するＳＩモードとは異なり、燃焼安定性に関連するＥＧＲ率の制限が無い。そのため、混合気の空気過剰率λを実質的に１に設定しつつ、ＥＧＲ率を可能な限り高くすることが可能である。ＥＧＲ率を高くすることはまた、ＣＡＩモードの高負荷側の領域において、異常燃焼や燃焼騒音の回避に有利になる。

切替負荷Ｔ_３は、ＣＡＩモードとＳＩモードとの切り替えに係り、切替負荷Ｔ_３以上の高負荷側においてはＳＩモードとなる。ＣＡＩモードにおいては、吸気弁２１の先行開弁を行うことで内部ＥＧＲガス（つまりホットＥＧＲガス）を気筒１８内に導入する一方で、ＳＩモードでは、吸気弁２１の先行開弁を行わないことで内部ＥＧＲガスの導入を中止する。従って、切替負荷Ｔ_３を境にして、吸気弁２１の先行開弁の実行・非実行が、切り替わる。これもまた、ソレノイドバルブ７２５１の開閉を制御することによって行われる。

（切替負荷Ｔ_３から最大負荷Ｔ_ｍａｘ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、ホットＥＧＲガスを実質的にゼロにし、クールドＥＧＲガスのみを気筒１８内に導入する。尚、ホットＥＧＲガスを実質的にゼロにするとは、内部ＥＧＲ制御を行わない意味である。構造上、気筒１８内には燃焼ガスの一部が残留するため、ＳＩモードにおいてもホットＥＧＲガスは、気筒１８内に残留し得る。

ＳＩモードでは、基本的には、スロットル弁３６の開度を全開に維持しかつ、ＥＧＲ弁５１１の開度を、エンジン負荷に応じて変更する。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。ＥＧＲ弁５１１は、具体的には、エンジン負荷の上昇に従い次第に閉じ、全開負荷では閉弁する。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。

ＳＩ燃焼においては、気筒１８内に導入する排気ガスの量が多すぎると燃焼安定性が低下してしまう。そのため、ＳＩ燃焼において設定可能な最高のＥＧＲ率（つまり、ＥＧＲ限界）が存在する。前述の通り、混合気の空燃比を理論空燃比（λ≒１）に設定するため、エンジン負荷の高低に応じてＥＧＲ率は連続的に変化し、ＳＩモードにおいてエンジン負荷が低いときには、燃料量が少なくかつ、新気量が少なくなることで、ＥＧＲ率は高くなり得るものの、切替負荷Ｔ_３から所定負荷Ｔ_４までは、ＥＧＲ率はＥＧＲ限界に制限する。従って、切替負荷Ｔ_３から所定負荷Ｔ_４までの間は、ＥＧＲ率はＥＧＲ限界で一定になる、こうして、ＥＧＲ率がＥＧＲ限界によって制限されると、混合気の空燃比を理論空燃比（λ≒１）に設定する上で、気筒１８内に導入する新気量を減らさなければならない。ここでは、吸気弁２１の閉弁時期を吸気下死点以降に遅らせることによって、気筒１８内に導入する新気量を減らしている。尚、吸気弁２１の閉弁時期の制御の代わりに、例えばスロットル弁３６の開度制御を行っても、気筒１８内に導入する新気を減らすことが可能である。但し、吸気弁２１の閉弁時期を制御することは、ポンプ損失の低減に有利である。

（エンジン負荷の変化に伴う内部ＥＧＲガス量の調整）
前述の通り、ＣＡＩモードにおいては、エンジン負荷の高低に従って内部ＥＧＲガス量を変更する。具体的に、エンジン負荷が低いときには、気筒１８内に導入する内部ＥＧＲガス量が多く（つまり、内部ＥＧＲ率が高く）、エンジン負荷が高いときには、気筒１８内に導入する内部ＥＧＲガス量が少ない（つまり、内部ＥＧＲ率が低い）。ここで、運転者がアクセルペダルを踏み込んで加速をするときを考える。加速時には、エンジン１の運転状態は高負荷側へと移行するため、吸気弁２１の先行開弁のリフト量を変更することにより、内部ＥＧＲ率を高から低へと変更する。しかしながら、気筒１８内の温度状態や、排気ガス温度は遅れて高まるため、エンジン１の運転状態の移行過渡時には、相対的に低温でかつ、少量の内部ＥＧＲガスが、気筒１８内に導入される結果、気筒１８内の温度状態が大幅に低くなり、圧縮着火燃焼の着火性の低下、及び、安定性の低下を招き得る。そこで、このエンジン１では、エンジン１の運転状態が高負荷側と移行する過渡時に、圧縮着火燃焼の着火性の低下、及び、安定性の低下を回避するための過渡制御を実行する。

図７は、内部ＥＧＲ率が高から低へと変更するように、エンジン１の運転状態が高負荷側へと移行する過渡時における、吸気弁２１のリフトカーブ（実線参照）及び排気弁２２のリフトカーブ（破線参照）を示している。図７（ａ）は従来構成であり、図７（ｂ）は本構成である。本構成は、前述したように、吸気弁２１の先行開弁によって内部ＥＧＲ制御を行う。従来構成は、本構成とは異なり、排気弁２２を吸気行程においても開弁することによって内部ＥＧＲ制御を行う（いわゆる、排気弁２２の二度開き）。つまり、吸気行程中に排気弁２２を開弁することにより、排気行程中に排気ポート１７側に排出した排気ガスの一部を、気筒１８内に再導入する。図７（ａ）の例では、排気行程中に開弁した排気弁２２を、吸気行程中まで開弁したままにしている。こうした排気弁２２の二度開きを行う従来構成において、内部ＥＧＲガス量を増やして内部ＥＧＲ率を高めようとすれば、図７（ａ）の左に示すように、排気弁２２の開弁期間の位相を遅角させ、それによって、吸気行程中に開弁する排気弁２２の開口時間面積（つまり、排気弁２２のリフト量を時間で積分した値）を大きくする。逆に、内部ＥＧＲガス量を減らして内部ＥＧＲ率を低くしようとすれば、図７（ａ）の右に示すように、排気弁２２の開弁期間の位相を進角させ、それによって、吸気行程中に開弁する排気弁２２の開口時間面積を小さくする。このように、排気弁２２の二度開きを行う従来構成においては、吸気行程中の排気弁２２の開口時間面積の大小によって内部ＥＧＲ率、ひいては気筒内の温度状態の調整が行われることから、エンジン１の運転状態が高負荷側へと移行する過渡時には、図７（ａ）に矢印で示すように、排気弁２２の開弁期間の位相を、遅角側から進角側へと次第に変更させることになる。この構成では、前述したように、移行過渡時に、気筒１８内の温度が低下しすぎることを回避するために、内部ＥＧＲガスを少しずつ減量しなければならず、エンジン１の運転状態の移行が遅くなる。

これに対し本構成は、エンジン１の運転状態が高負荷側へと移行する過渡時に、気筒１８内に導入する燃焼ガスの温度と、燃焼ガスの量とを独立して調整することを特徴とする。これは、エンジン１の負荷の高低に応じて内部ＥＧＲ率を変更することは、気筒１８内の温度状態を、エンジン１の負荷の高低に拘わらず、ほぼ一定にすることを鑑みたものである。

具体的には、エンジン１の運転状態が低負荷域にあって、内部ＥＧＲ率が高く設定されるときには、図７（ｂ）の左に示すように、吸気弁２１の先行開弁のリフト量を大きくし、それに伴い先行開弁の開弁期間を長くする（Ｌ１１参照）。図４を参照して説明したように、先行開弁のリフト量及び開弁期間は、可変駆動機構７２のソレノイドバルブの開閉タイミングを調整することにより行われる。

本構成では、エンジン１の運転状態が高負荷側へと移行する過渡時に、先行開弁のリフト量を大から小へと次第に小さくするのではなく、先行開弁のリフト量を大幅に小さくしつつ、その開弁時期を、排気弁２２の開弁時期よりも早くする。これにより、図７（ｂ）の中央に示すように、吸気弁２１の先行開弁は、過渡時には、膨張行程中に行われる。膨張行程中に先行開弁を行うことにより、気筒１８内の高温の燃焼ガスを吸気ポート１６側に排出することが可能になる。その結果、先行開弁のリフト量を小さくして、気筒１８内に導入される内部ＥＧＲの量を少なくしても、気筒１８内の温度状態、特に圧縮端温度を高めることが可能になる。こうして高い圧縮端温度を確保することが可能になるから、エンジン１の運転状態が高負荷側へと移行する過渡時に、気筒１８内の温度状態の低下によってＣＡＩ燃焼の着火性が低下したり、安定性が低下したりする事態を回避することが可能になる。

本構成ではまた、エンジン１の運転状態が高負荷域へと移行した後には、図７（ｂ）の右に示すように、吸気弁２１の先行開弁の開弁時期を、過渡時よりも遅角させる。先行開弁の開弁時期は、低負荷時の開弁時期よりも遅角する。これにより、気筒１８内に導入される燃焼ガスの温度が、過渡時と比べて低下する。また、吸気弁２１の先行開弁のリフト量を低負荷時よりも小さくし、それに伴い先行開弁の開弁期間を低負荷時よりも短くする（Ｌ１２参照）。リフト量及び開弁期間は、高負荷域の運転状態に応じて設定されるリフト量及び開弁期間であり、内部ＥＧＲ率が低く設定される。こうして、高負荷域においては、気筒１８内の温度状態が高くなりすぎることを防止する。これにより、燃焼騒音の増大が回避されると共に、過早着火等の異常燃焼が回避される。

尚、図７（ｂ）の制御例では、吸気弁２１の主開弁Ｌ２１は、エンジン１の運転状態の移行中に、そのリフト量も開弁期間の位相も変化していない。また、排気弁２２も、エンジン１の運転状態の移行中に、そのリフト量及び開弁期間の位相は変化していない。

次に、図８、９に示すタイムチャートを参照しながら、エンジン１の運転状態が高負荷側へと移行するときの各種パラメータの変化について説明する。先ず、図８に示すタイムチャートにおいて、エンジン１の負荷は、図６に示すＴ_１未満の当初負荷（１）から、Ｔ_１〜Ｔ_２の間の目標負荷（２）まで上昇する。つまり、エンジン１の負荷は、ＣＡＩモードにおける低負荷域から中負荷域へと移行する。目標負荷（２）では、内部ＥＧＲガスのみが気筒１８内に導入され、外部ＥＧＲガスは導入されない。

図８の左側の各図は、図７（ａ）に示す排気弁２２の二度開きを行う従来構成におけるパラメータの変化を例示している。図８（ａ）は内部ＥＧＲ温度の変化、（ｂ）はＴＤＣ温度の変化、（ｃ）は内部ＥＧＲ率の変化、（ｄ）は混合気のＡ／Ｆの変化、及び（ｅ）は排気弁２２の開弁期間の位相変化をそれぞれ示している。

従来構成では、前述したように、内部ＥＧＲ率を高から低へと変更する際に、排気弁２２の開弁期間の位相を進角させる。ここで、図８（ｃ）に破線で示すように、エンジン１の運転状態の移行に際し、内部ＥＧＲガスを大きく減らすと、それまでの燃焼ガス温度、ひいては排気ガス温度が低いことから（尚、従来構成では、排気行程中に排気ポート１７側に排出した排気ガスが気筒１８内に導入されるため、排気ガス温度と、図８（ａ）に示す内部ＥＧＲガス温度とはほぼ同じになる）、図８（ｂ）に破線で示すように気筒１８内の温度状態が低下して、ＣＡＩ燃焼の着火性や安定性が低下してしまう。

そこで、従来構成では、燃焼ガス温度を可能な範囲で高め、ガス温度の上昇に合わせて内部ＥＧＲ率を下げるようにする。具体的には、図８（ｄ）に示すように、エンジン１の負荷の上昇に合わせて、燃料量を徐々に増やす。内部ＥＧＲガスを急激に減らすことができず、十分な新気量が確保できないことから、燃料量を徐々に増やすことになる。燃料量の増大により、混合気の空燃比はリッチ側へと変更され（図８（ｅ）参照）、燃焼ガス温度が上昇する。それに伴い、図８（ａ）に示すように、気筒１８内に導入される内部ＥＧＲガスの温度が徐々に高まる。そうして、内部ＥＧＲガスの温度上昇に合わせて、排気弁２２の開弁期間の位相を、徐々に進角する（図８（ｆ）参照）。これにより、内部ＥＧＲ率が徐々に低下するようになる（図８（ｃ）参照）。こうすることで、図８（ｂ）に示すように、過渡時において圧縮端温度をほぼ一定に維持することが可能になる。

このように、排気弁２２の二度開きを行う従来構成では、エンジン１の運転状態が高負荷側へと移行するときに、燃料量の増大、排気温度の上昇、排気弁２２の開弁期間の進角、内部ＥＧＲ率の低下を順に行うようにする。そうして、目標負荷に対応する内部ＥＧＲ率及び燃料流量になれば、過渡制御が終了する。従来構成では、過渡制御時に、燃料量の増大や、排気弁２２の開弁期間の進角を、徐々に変更させなければならないため、高負荷側への移行が完了するまでに長い時間がかかってしまうという不都合がある（図８の白抜きの矢印参照）。

これに対し、図８の右側の各図は、図７（ｂ）に示す吸気弁２１の先行開弁を行う本構成におけるパラメータの変化を例示している。図８（ｇ）は内部ＥＧＲ温度の変化、（ｈ）はＴＤＣ温度の変化、（ｉ）は内部ＥＧＲ率の変化、（ｊ）は混合気のＡ／Ｆの変化、及び（ｋ）は排気弁２２の開弁期間の位相変化をそれぞれ示している。

本構成では、前述の通り、移行過渡時に、吸気弁２１の先行開弁の位相を大きく進角し、膨張行程で先行開弁を行う（図８（ｌ）参照）。また、先行開弁のリフト量を十分に小さくする（つまり、開弁期間を短くする）。これにより、内部ＥＧＲ率を、目標負荷での内部ＥＧＲ率と実質的に同じにする（図８（ｉ）参照）。これにより、気筒１８内に十分な新気量を確保することができるから、燃料量を大きく増大しても、混合気の空気過剰率λを１以上にすることが可能である。図例では、図８（ｊ）に示すように、燃料量は、移行開始後、目標負荷に対応する燃料量まで増大している。

こうして燃料量を増大することにより、燃焼ガスの温度が高まる。尚、燃料量は、λ≧１の範囲で増量することが可能である。前述したように、先行開弁を膨張行程で行うことにより、高温の燃焼ガスを吸気ポート１６側に排出することが可能になる。その結果、図８（ａ）に示すように、気筒１８内に導入する内部ＥＧＲガスの温度を、大幅に高めることが可能になる。図例では、内部ＥＧＲガスの温度を、過渡時には一時的に、中負荷域への移行後の内部ＥＧＲ温度よりも高めている。内部ＥＧＲ温度を高めることにより、内部ＥＧＲ率が低くても、圧縮端温度が低下してしまうことが抑制される（図８（ｈ）参照）。

本構成ではまた、燃料量の増大により、気筒１８内の温度状態が速やかに高まると共に、排気ガス温度も速やかに高まる。本構成では、その過渡制御中に、圧縮端温度が高くなりすぎないように、先行開弁の開弁期間の位相を遅らせる（図８（ｌ）参照）。こうして、気筒内に導入する内部ＥＧＲガスの温度を調整する（図８（ａ）参照）。その結果、圧縮端温度を、過渡制御の最中に、ほぼ一定に維持することが可能になる。本構成では、図８に白抜きの矢印で示すように、過渡制御を速やかに終了して、エンジン１の運転状態を中負荷域に速やかに移行させることができる。中負荷域への移行完了後、先行開弁の開弁時期は、過渡制御中よりもさらに遅角される。その結果、先行開弁の開弁時期は、低負荷域での開弁時期よりも遅角するようになる（図８（ｌ）のＩＶＯ参照）。こうして、中負荷域において、気筒１８内の温度状態が高くなりすぎることが回避される。

次に、図９は、エンジン１の負荷が、図６に示すＴ_１未満の当初負荷（１）から、Ｔ_２〜Ｔ_３の間の目標負荷（３）まで上昇するときの各種パラメータの変化を例示している。目標負荷（３）は、ＣＡＩモードにおける高負荷域に相当し、目標負荷（３）では、内部ＥＧＲガスと外部ＥＧＲガスとの両方が気筒１８内に導入される点が、図８の制御例とは相違する。図９の左側の各図は、排気弁２２の二度開きを行う従来構成（図７（ａ）参照）に係り、（ａ）内部ＥＧＲ温度の変化、（ｂ）ＴＤＣ温度の変化、（ｃ）内部ＥＧＲ率の変化、（ｄ）混合気のＡ／Ｆの変化、（ｅ）外部ＥＧＲ率、及び（ｆ）排気弁２２の開弁期間の位相変化をそれぞれ示している。また、図９の右側の各図は、吸気弁２１の先行開弁を行う本構成（図７（ｂ）参照）に係り、（ｈ）内部ＥＧＲ温度の変化、（ｉ）ＴＤＣ温度の変化、（ｊ）内部ＥＧＲ率の変化、（ｋ）燃料流量の変化、（ｌ）混合気のＡ／Ｆの変化、（ｍ）外部ＥＧＲ率、及び（ｎ）吸気弁２１の先行開弁の開弁期間の位相変化をそれぞれ示している。

先ず、図９の右側の各図に示す従来構成での過渡制御について説明する。従来構成では、図８に示す場合と同様に、燃料量を徐々に増やして排気ガスの温度を高め、排気ガス温度の上昇に応じて、排気弁２２の開弁期間の位相を次第に進角し内部ＥＧＲ率を次第に低下させる。そうして、圧縮端温度を一定に維持する。また、外部ＥＧＲ率も次第に高まるように、ＥＧＲ弁５１１の開度を調整する。当初負荷と目標負荷との差が大きいこと、及び、外部ＥＧＲシステムの応答性が低いことに起因して、図８に示す制御例よりも、過渡制御に要する時間が長くなる。

これに対し、図９の左側の各図に示す本構成では、従来構成とは異なり、燃料量を大幅に増やすことが可能である。但し、図９の例では、目標負荷において外部ＥＧＲガスを気筒１８内に導入することを考慮して、燃料量の増量を、図８の例よりも少なくする（図９（ｋ）参照）。外部ＥＧＲシステムの応答性が低く、外部ＥＧＲガスは、内部ＥＧＲガスよりも遅れて気筒１８内に導入されることから、過渡制御中に燃料量を増やしすぎると、過渡制御時又は移行完了後に。外部ＥＧＲガスの温度が高くなりすぎるためである。その一方で、本構成では、前述の通り、先行開弁によって、内部ＥＧＲガスの導入量から独立して、内部ＥＧＲガスの温度を調整することが可能である。

図９の制御例では、高負荷域への移行後に設定される内部ＥＧＲガス温度を超えない限度で、過渡時における内部ＥＧＲガス温度を高めるようにしている。そうして内部ＥＧＲガスの温度を適切に高めつつ、吸気弁２１の先行開弁の開弁期間が長くなるように設定している（図９（ｎ）参照）。これにより、過渡制御時における外部ＥＧＲシステムの遅れを補いながら、過渡時における圧縮端温度の低下を抑制することが可能になる。

ＥＧＲ弁５１１は、過渡制御の開始当初から徐々に開弁する。それにより、図９（ｋ）に示すように、外部ＥＧＲ率は徐々に高まる。

過渡制御中に、外部ＥＧＲガスの導入が開始されれば、燃料量をさらに増やして、燃焼ガス温度をさらに高める一方で、内部ＥＧＲガス温度の上昇を制限するように（図９（ａ）参照）先行開弁の開弁時期を遅角すると共に、内部ＥＧＲ率が低下するように（図９（ｊ）参照）吸気弁２１の先行開弁のリフト量を低減する（図９（ｎ））。内部ＥＧＲガス温度は、移行後に設定される内部ＥＧＲガスの温度を超えないように調整される。こうして、気筒１８内に、内部ＥＧＲガス、外部ＥＧＲガス及び新気を所定量だけ導入して、圧縮端温度を所定温度に維持する。

燃料量が目標負荷での燃料量まで増加し、内部ＥＧＲ率及び外部ＥＧＲ率がそれぞれ、目標負荷でのＥＧＲ率に到達すれば、過渡制御が完了する。過渡制御中に、内部ＥＧＲガスの温度を高めすぎないことで、内部ＥＧＲガス及び外部ＥＧＲガスの両方が気筒１８内に導入される高負荷側への移行後に、圧縮端温度が高くなり過ぎることを回避することができる。これは、高負荷側への移行後に、燃焼騒音が増大してしまう事態を未然に回避する。吸気弁２１の先行開弁の開弁時期は、過渡制御時よりも遅角する。これは、低負荷時の開弁時期よりも遅角していて、排気行程に相当する。

こうして、図９に示す制御例でも、本構成は、吸気弁２１の先行開弁を利用して、内部ＥＧＲガスの温度を独立して調整することにより、従来構成と比較して、過渡制御が短くなり、高負荷域の移行が速やかに完了する。

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。

吸気弁２１の駆動機構は、ＶＶＴ７１と可変駆動機構７２とを含む構成に限定されない。例えば、吸気弁２１の駆動機構は、ＶＶＴ７１と可変駆動機構７２とに加えて、２種類のカムを切り換え可能な切換機構をさらに含むようにしてもよい。カム切換機構は、例えばカム山を１つ有するカムと、カム山を２つ有するカムとを切り換えるようにしてもよい。カム山を１つ有するカムは、内部ＥＧＲ制御を行わないときに使用し、カム山を２つ有するカムは、内部ＥＧＲ制御を行うときに使用すればよい。

また、吸気弁２１の駆動機構は、可変駆動機構７２に代えて、前記のカム切換機構を含んで構成してもよい。つまり、吸気弁２１の駆動機構は、ＶＶＴと、カム切換機構を含んで構成してもよい。この構成でも、図４に示す各リフトカーブを実現可能である。

さらに、吸気弁２１の駆動機構は、吸気弁のリフト量を連続的に変更可能な、機械式のリフト可変機構（Continuously Variable Valve Lift：CVVL）と、ＶＶＴとを含んで構成してもよい。この構成でも、図４に示す各リフトカーブを実現可能である。

図５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、排気通路には三元触媒のみを備えたが、ＮＯｘ浄化触媒を備えて、空気過剰率λが２．４よりも小さく１．０よりも大きい、Ａ/ＦがＬｅａｎの運転を可能にしてもよい。

さらに、ここに開示する技術は、ディーゼルエンジンに適用することも可能である。

１ エンジン（エンジン本体）
１６ 吸気ポート
１８ 気筒
２１ 吸気弁
２２ 排気弁
６２ 燃料供給システム
６７ インジェクタ
７２ 可変駆動機構（内部ＥＧＲ制御手段）
Ｌ１１、Ｌ１２、Ｌ１３ 先行開弁

Claims (5)

1. 気筒内に燃料を供給する燃料供給機構を有しかつ、予め設定された圧縮着火燃焼領域において、前記気筒内の混合気を圧縮着火燃焼させるよう構成されたエンジン本体と、
   前記気筒内にガスを吸入する吸気ポートを開閉するよう構成された吸気弁と、
   膨張行程から排気行程の期間において前記吸気弁を開弁する先行開弁を行うと共に、少なくとも吸気行程において前記吸気弁を開弁することにより、前記吸気ポートを介して、燃焼ガスを新気と共に前記気筒内に導入するよう構成された内部ＥＧＲ制御手段と、を備え、
   前記内部ＥＧＲ制御手段は、前記圧縮着火燃焼領域において、前記エンジン本体の負荷が低いときには、前記気筒内の全ガス量に対する前記燃焼ガスの量の割合である内部ＥＧＲ率が高くかつ、負荷が高いときには前記内部ＥＧＲ率が低くなるように、前記エンジン本体の負荷に応じて前記先行開弁の少なくともリフト量を変更し、
   前記内部ＥＧＲ制御手段はまた、前記内部ＥＧＲ率が高から低へと変更されるように前記エンジン本体の運転状態が高負荷側へと移行する過渡時に、前記先行開弁のリフト量を、移行前のリフト量よりも低くかつ、前記先行開弁の開弁時期を排気弁の開弁時期よりも進角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、
   前記内部ＥＧＲ制御手段は、前記エンジン本体の運転状態が、前記高負荷側へ移行した後に、前記先行開弁の開弁時期を、前記過渡時における開弁時期よりも遅角する圧縮着火式エンジンの制御装置。
3. 請求項２に記載の圧縮着火式エンジンの制御装置において、
   前記内部ＥＧＲ制御手段は、前記エンジン本体の負荷が高いときには、負荷が低いときよりも、前記先行開弁の開弁時期を遅角する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、
   前記内部ＥＧＲ制御手段は、前記過渡時に、前記先行開弁の開弁時期を膨張行程にする圧縮着火式エンジンの制御装置。
5. 請求項１〜４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、
   前記エンジン本体は、前記過渡時に、前記気筒内の混合気の空気過剰率がλ≧１となる範囲において、前記気筒内に供給する燃料量を増量する圧縮着火式エンジンの制御装置。

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