JP2018009489A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】排気中のＰＭの個数を減少させて排気エミッションの悪化を抑制する。
【解決手段】内燃機関１００の制御装置２００は、機関本体１の温度が第１閾値未満のときには、吸気行程中に燃焼室１１に燃料を供給して均質予混合気を形成し、当該均質予混合気を火炎伝播燃焼させ、機関本体１の温度が第１閾値以上であって、当該第１閾値よりも大きい第２閾値未満のときには、吸気行程中に燃焼室１１に燃料を供給して均質予混合気を形成し、当該均質予混合気を圧縮自着火燃焼させ、機関本体１の温度が第２閾値以上のときには、圧縮行程中に燃焼室１１に燃料を直接供給して成層予混合気を形成し、当該成層予混合気を圧縮自着火燃焼させるように構成される。
【選択図】図１

Description

本発明は内燃機関の制御装置に関する。
特許文献１には、従来の内燃機関の制御装置として、所定の運転領域において圧縮行程後期に燃焼室内に燃料を噴射して予混合気を圧縮自着火燃焼させると共に、機関本体の温度が所定温度未満のときには圧縮自着火燃焼を安定して行うことができないおそれがあるため、このときには全ての運転領域で吸気行程中に燃料を噴射して予混合気を火炎伝播燃焼させるように構成されたものが開示されている。
特開２０１４−５１９２７号公報
しかしながら、機関本体の温度が圧縮自着火燃焼を安定して行うことができる温度以上であっても、機関本体の温度によっては燃焼室の内壁面等に付着した液滴燃料を十分に蒸発させることができない場合がある。したがって前述した従来の内燃機関の制御装置では、機関本体の温度が燃焼室の内壁面等に付着した液滴燃料を十分に蒸発させることができない温度のときに、圧縮行程後期に燃焼室内に燃料が噴射されることがあった。
筒内圧力が相対的に高くなる圧縮行程後期に燃焼室内に燃料を噴射する場合には、噴射圧を高めて噴霧貫徹力を高める必要があるため、燃料が燃焼室の内壁面等に液滴燃料として付着しやすい。燃焼室の内壁面等に液滴燃料が付着したままの状態で燃焼が行われると、この液滴燃料を生成源として粒子状物質（以下「ＰＭ（Particulate Matter）という。）が発生するため、排気中のＰＭの個数（ＰＮ（Particle Number））が増加して排気エミッションが悪化する。
したがって前述した従来の内燃機関の制御装置では、予混合気を圧縮自着火燃焼させる運転領域において、排気中のＰＭの個数が増加して排気エミッションが悪化するおそれがあった。
本発明はこのような問題点に着目してなされたものであり、予混合気を圧縮自着火燃焼させることが可能な運転領域において、排気中のＰＭの個数を減少させて排気エミッションの悪化を抑制することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明のある態様によれば、機関本体と、少なくとも機関本体の燃焼室に燃料を直接供給することができるように構成された燃料供給装置と、燃焼室内に臨むように配置された点火プラグと、機関本体の温度を検出するための温度検出器と、を備える内燃機関を制御するための内燃機関の制御装置が、燃焼室内で予混合気を圧縮自着火燃焼させることが可能な運転領域において、機関本体の温度に基づいて、燃料供給装置を制御すると共に必要に応じて点火プラグを制御して予混合気を燃焼させる燃焼制御部を備える。燃焼制御部は、機関本体の温度が第１閾値未満のときには、吸気行程中に前記燃焼室に燃料を供給して均質予混合気を形成し、当該均質予混合気を火炎伝播燃焼させ、機関本体の温度が第１閾値以上であって、当該第１閾値よりも大きい第２閾値未満のときには、吸気行程中に燃焼室に燃料を供給して均質予混合気を形成し、当該均質予混合気を圧縮自着火燃焼させ、機関本体の温度が第２閾値以上のときには、圧縮行程中に燃焼室に燃料を直接供給して成層予混合気を形成し、当該成層予混合気を圧縮自着火燃焼させるように構成される。
本発明のこの態様によれば、予混合気を圧縮自着火燃焼させることが可能な運転領域において、排気中のＰＭの個数を減少させて排気エミッションの悪化を抑制することができる。
図１は、本発明の第１実施形態による内燃機関及び内燃機関を制御する電子制御ユニットの概略構成図である。 図２は、本発明の第１実施形態による内燃機関の機関本体の断面図である。 図３は、機関本体の運転領域を示す図である。 図４Ａは、ＨＣＣＩモード及びＰＰＣモード中における吸気弁及び排気弁の開弁動作の一例を示した図である。 図４Ｂは、ＨＣＣＩモード及びＰＰＣモード中における吸気弁及び排気弁の開弁動作の一例を示した図である。 図５は、本発明の第１実施形態による運転モードの切替制御について説明するフローチャートである。 図６は、第１閾値算出処理の内容について説明するフローチャートである。 図７は、吸気温と目標ＥＧＲ率とに基づいて初期筒内温度ＴＩＶＣを算出するためのマップである。 図８は、断熱圧縮端温度ＴＴＤＣに基づいて、第１閾値ＴＷ１を算出するためのテーブルである。 図９は、本発明の第１実施形態による運転モードの切替制御の動作について説明するタイムチャートである。 図１０は、本発明の第２実施形態による内燃機関の機関本体の断面図である。 図１１は、本発明の第２実施形態による運転モードの切替制御の動作について説明するタイムチャートである。
以下、図面を参照して本発明の各実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明では、同様な構成要素には同一の参照番号を付す。
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態による内燃機関１００及び内燃機関１００を制御する電子制御ユニット２００の概略構成図である。図２は、本実施形態による内燃機関１００の機関本体１の断面図である。
図１に示すように、内燃機関１００は、複数の気筒１０を備える機関本体１と、燃料供給装置２と、吸気装置３と、排気装置４と、吸気動弁装置５と、排気動弁装置６と、を備える。
機関本体１は、各気筒１０に形成される燃焼室１１内（図２参照）で燃料を燃焼させて、例えば車両などを駆動するための動力を発生させる。機関本体１には、気筒毎に１つの点火プラグ１６が、各気筒１０の燃焼室１１に臨むように設けられる。また機関本体１には、気筒毎に一対の吸気弁５０と一対の排気弁６０とが設けられる。
燃料供給装置２は、電子制御式の筒内燃料噴射弁２０と、デリバリパイプ２１と、サプライポンプ２２と、燃料タンク２３と、圧送パイプ２４と、を備える。
筒内燃料噴射弁２０は、燃焼圧力を受けて各気筒１０の内部を往復動するピストン１２の冠面に形成されたキャビティ１３に向かって燃料を噴射して成層予混合気を形成することができるように、機関本体１に設けられる。本実施形態では、筒内燃料噴射弁２０は、点火プラグ１６に隣接して配置されており、各気筒１０の燃焼室１１に臨むように各気筒１０に１つ設けられている。筒内燃料噴射弁２０の開弁時間（噴射量）及び開弁時期（噴射時期）は電子制御ユニット２００からの制御信号によって変更され、筒内燃料噴射弁２０が開弁されると筒内燃料噴射弁２０から燃焼室１１内に直接燃料が噴射される。
デリバリパイプ２１は、圧送パイプ２４を介して燃料タンク２３に接続される。圧送パイプ２４の途中には、燃料タンク２３に貯蔵された燃料を加圧してデリバリパイプ２１に供給するためのサプライポンプ２２が設けられる。デリバリパイプ２１は、サプライポンプ２２から圧送されてきた高圧燃料を一時的に貯蔵する。筒内燃料噴射弁２０が開弁されると、デリバリパイプ２１に貯蔵された高圧燃料が筒内燃料噴射弁２０から燃焼室１１内に直接噴射される。デリバリパイプ２１には、デリバリパイプ２１内の燃料圧力、すなわち筒内燃料噴射弁２０から気筒内に噴射される燃料の圧力（噴射圧）を検出するための燃圧センサ２１１が設けられる。
サプライポンプ２２は、吐出量を変更することができるように構成されており、サプライポンプ２２の吐出量は、電子制御ユニット２００からの制御信号によって変更される。サプライポンプ２２の吐出量を制御することで、デリバリパイプ２１内の燃料圧力、すなわち筒内燃料噴射弁２０の噴射圧が制御される。
吸気装置３は、燃焼室１１内に吸気を導くための装置であって、燃焼室１１内に吸入される吸気の状態（吸気圧、吸気温、ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）ガス量）を変更することができるように構成されている。吸気装置３は、吸気通路３０と、吸気マニホールド３１と、ＥＧＲ通路３２と、を備える。
吸気通路３０は、一端がエアクリーナ３４に接続され、他端が吸気マニホールド３１の吸気コレクタ３１ａに接続される。吸気通路３０には、上流から順にエアフローメータ２１２、排気ターボチャージャ７のコンプレッサ７１、インタークーラ３５及びスロットル弁３６が設けられる。
エアフローメータ２１２は、吸気通路３０内を流れて最終的に気筒１０内に吸入される空気の流量を検出する。
コンプレッサ７１は、コンプレッサハウジング７１ａと、コンプレッサハウジング７１ａ内に配置されたコンプレッサホイール７１ｂと、を備える。コンプレッサホイール７１ｂは、同軸上に取り付けられた排気ターボチャージャ７のタービンホイール７２ｂによって回転駆動され、コンプレッサハウジング７１ａ内に流入してきた吸気を圧縮して吐出する。排気ターボチャージャ７のタービン７２には、タービンホイール７２ｂの回転速度を制御するための可変ノズル７２ｃが設けられており、可変ノズル７２ｃによってタービンホイール７２ｂの回転速度が制御されることで、コンプレッサハウジング７１ａ内から吐出される吸気の圧力（過給圧）が制御される。
インタークーラ３５は、コンプレッサ７１によって圧縮されて高温になった吸気を、例えば走行風や冷却水などによって冷却するための熱交換器である。
スロットル弁３６は、吸気通路３０の通路断面積を変化させることで、吸気マニホールド３１に導入する吸気量を調整する。スロットル弁３６は、スロットルアクチュエータ３６ａによって開閉駆動され、スロットルセンサ２１３によってその開度（スロットル開度）が検出される。
吸気マニホールド３１は、機関本体１に形成された吸気ポート１４（図２参照）に接続されており、吸気通路３０から流入してきた吸気を、吸気ポート１４を介して各気筒１０に均等に分配する。吸気マニホールド３１の吸気コレクタ３１ａには、筒内に吸入される吸気の圧力（吸気圧）を検出するための吸気圧センサ２１４と、筒内に吸入される吸気の温度（吸気温）を検出するための吸気温センサ２１５と、が設けられる。
ＥＧＲ通路３２は、排気マニホールド４１と吸気マニホールド３１の吸気コレクタ３１ａを連通し、各気筒１０から排出された排気の一部を圧力差によって吸気コレクタ３１ａに戻すための通路である。以下、ＥＧＲ通路３２に流入した排気のことを「ＥＧＲガス」という。ＥＧＲガスを吸気コレクタ３１ａ、ひいては各気筒１０に還流させることで、燃焼温度を低減させて窒素酸化物（ＮＯｘ）の排出を抑えることができる。ＥＧＲ通路３２には、上流から順にＥＧＲクーラ３７と、ＥＧＲ弁３８と、が設けられる。
ＥＧＲクーラ３７は、ＥＧＲガスを、例えば走行風や冷却水などによって冷却するための熱交換器である。
ＥＧＲ弁３８は、連続的又は段階的に開度を調整することができる電磁弁であり、その開度は機関運転状態に応じて電子制御ユニット２００によって制御される。ＥＧＲ弁３８の開度を制御することで、吸気コレクタ３１ａに還流させるＥＧＲガスの流量が調節される。
排気装置４は、筒内から排気を排出するための装置であって、排気マニホールド４１と、排気通路４２と、を備える。
排気マニホールド４１は、機関本体１に形成された排気ポート１５（図２参照）に接続されており、各気筒１０から排出された排気を纏めて排気通路４２に導入する。
排気通路４２には、上流から順に排気ターボチャージャ７のタービン７２と、排気後処理装置４３と、が設けられる。
タービン７２は、タービンハウジング７２ａと、タービンハウジング７２ａ内に配置されたタービンホイール７２ｂと、を備える。タービンホイール７２ｂは、タービンハウジング７２ａ内に流入してきた排気のエネルギによって回転駆動され、同軸上に取り付けられたコンプレッサホイール７１ｂを駆動する。
タービンホイール７２ｂの外側には、前述した可変ノズル７２ｃが設けられている。可変ノズル７２ｃは絞り弁として機能し、可変ノズル７２ｃのノズル開度（弁開度）は電子制御ユニット２００によって制御される。可変ノズル７２ｃのノズル開度を変化させることでタービンホイール７２ｂを駆動する排気の流速をタービンハウジング７２ａ内で変化させることができる。すなわち、可変ノズル７２ｃのノズル開度を変化させることで、タービンホイール７２ｂの回転速度を変化させて過給圧を変化させることができる。具体的には、可変ノズル７２ｃのノズル開度を小さくする（可変ノズル７２ｃを絞る）と、排気の流速が上がってタービンホイール７２ｂの回転速度が増大し、過給圧が増大する。
排気後処理装置４３は、排気を浄化した上で外気に排出するための装置であって、有害物質を浄化する各種の排気浄化触媒や有害物質を捕集するフィルタなどを備える。
吸気動弁装置５は、各気筒１０の吸気弁５０を開閉駆動するための装置であって、機関本体１に設けられる。本実施形態による吸気動弁装置５は、吸気弁５０の開閉時期を任意の時期に制御できるように、例えば電磁アクチュエータによって吸気弁５０を開閉駆動するように構成される。しかしながら、これに限らず、吸気カムシャフトによって吸気弁５０を開閉駆動するように構成し、当該吸気カムシャフトの一端部に油圧制御によってクランクシャフトに対する吸気カムシャフトの相対位相角を変更する可変動弁機構を設けることによって、吸気弁５０の開閉時期を任意の時期に制御できるようにしてもよい。
排気動弁装置６は、各気筒１０の排気弁６０を開閉駆動するための装置であって、機関本体１に設けられる。本実施形態による排気動弁装置６は、各気筒１０の排気弁６０を排気行程中に開弁させると共に、必要に応じて吸気行程中にも開弁させることができるように構成される。本実施形態ではこのような排気動弁装置６として、電子制御ユニット２００によって制御される電磁アクチュエータを採用し、各気筒１０の排気弁６０を電磁アクチュエータによって開閉駆動することで、排気弁６０の開閉時期やリフト量を任意の時期及びリフト量に制御している。なお、排気動弁装置６としては、電磁アクチュエータに限らず、例えば油圧等によってカムプロフィールを変更することで排気弁６０の開閉時期やリフト量を変更する動弁装置を採用することもできる。
電子制御ユニット２００は、デジタルコンピュータから構成され、双方性バス２０１によって互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）２０２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）２０３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）２０４、入力ポート２０５及び出力ポート２０６を備える。
入力ポート２０５には、前述した燃圧センサ２１１などの出力信号が、対応する各ＡＤ変換器２０７を介して入力される。また入力ポート２０５には、機関負荷を検出するための信号として、アクセルペダル２２１の踏み込み量（以下「アクセル踏込量」という。）に比例した出力電圧を発生する負荷センサ２１７の出力電圧が、対応するＡＤ変換器２０７を介して入力される。また入力ポート２０５には、機関回転速度などを算出するための信号として、機関本体１のクランクシャフトが例えば１５°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ２１８の出力信号が入力される。さらに入力ポート２０５には、機関本体１の温度を検出するための信号として、機関本体１を冷却する冷却水の温度（以下「冷却水温」という。）を検出する水温センサ２１９の出力信号が、対応するＡＤ変換器２０７を介して入力される。なお、機関本体１の温度を検出するための信号としては、水温センサ２１９の出力信号に限らず、例えば機関本体１の摩擦摺動部を潤滑する潤滑油の温度を検出する油温センサを備える場合には、当該油温センサの出力信号を用いても良い。このように入力ポート２０５には、内燃機関１００を制御するために必要な各種センサの出力信号が入力される。
出力ポート２０６は、対応する駆動回路２０８を介して、筒内燃料噴射弁２０などの各制御部品に接続される。
電子制御ユニット２００は、入力ポート２０５に入力された各種センサの出力信号に基づいて、各制御部品を制御するための制御信号を出力ポート２０６から出力して内燃機関１００を制御する。以下、電子制御ユニット２００が実施する内燃機関１００の制御について説明する。
電子制御ユニット２００は、機関運転状態が図３において実線で囲まれた自着火領域ＲＲにあるときには、機関本体１の温度（本実施形態では冷却水温ＴＷ）に応じて、機関本体１の運転モードを火花点火運転モード（以下「ＳＩ（Spark Ignition）モード」という。）、予混合均質圧縮自着火運転モード（以下「ＨＣＣＩ（Homogeneous Charge Compression Ignition）モード」という。）、又は予混合成層圧縮自着火運転モード（以下「ＰＰＣ（Partially Premixed Combustion）モード」という。）のいずれかに切り替える。また電子制御ユニット２００は、機関運転状態が自着火領域ＲＲ外にあるときには、機関本体１の温度にかかわらず、機関本体１の運転モードをＳＩ運転モードに切り替える。そして電子制御ユニット２００は、各運転モードに応じた燃焼制御、すなわち燃料供給装置２を制御すると共に必要に応じて点火プラグ１６を制御して予混合気を燃焼させる制御を実施する。
具体的には電子制御ユニット２００は、運転モードがＳＩモードのときには、基本的に吸気行程中（例えば３００［ｄｅｇ．ＢＴＤＣ］〜２００［ｄｅｇ．ＢＴＤＣ］）に燃料噴射を行って燃焼室１１内に理論空燃比又は理論空燃比近傍の均質予混合気を形成する。そして電子制御ユニット２００は、その均質予混合気を点火プラグ１６によって最適点火時期（最適点火時期がノック限界点火時期よりも進角側にある場合はノック限界時期）に点火することで火炎伝播燃焼させて機関本体１の運転を行う。
また電子制御ユニット２００は、運転モードがＨＣＣＩモードのときには、基本的に吸気行程中（例えば３００［ｄｅｇ．ＢＴＤＣ］〜２００［ｄｅｇ．ＢＴＤＣ］）に燃料噴射を行って燃焼室１１内に理論空燃比よりもリーンな空燃比（例えば３０〜４０程度）の均質予混合気を形成し、その均質予混合気を圧縮自着火燃焼させて機関本体１の運転を行う。
また電子制御ユニット２００は、運転モードがＰＰＣモードのときには、基本的に圧縮行程後期（例えば９０［ｄｅｇ．ＢＴＤＣ］〜０［ｄｅｇ．ＢＴＤＣ］）に燃料噴射を行って、燃焼室１１内の中央部に可燃層を有し、燃焼室１１の内壁面の周りに空気層を有する理論空燃比よりもリーンな空燃比（例えば３０〜４０程度）の成層予混合気を形成し、その成層予混合気を圧縮自着火燃焼させて機関本体１の運転を行う。以下の説明では、均質予混合気及び成層予混合気を特に区別する必要がないときは、それらを総称して単に予混合気という。
なお本実施形態では、運転モードがＰＰＣモードのときには、圧縮行程後期にピストン冠面に形成されたキャビティ１３に向けて燃料を噴射して、キャビティ１３を利用して燃料を燃焼室１１内の中央部に案内するいわゆるウォールガイド方式によって成層予混合気を形成している。しかしながら、成層予混合気を形成する方法はウォールガイド方式に限らず、例えばスプレーガイド方式等の他の方式によって成層予混合気を形成しても良い。
運転モードがＨＣＣＩモード及びＰＰＣモードのときに実施される予混合気の圧縮自着火燃焼は、運転モードがＳＩモードのときに実施される予混合気の火炎伝播燃焼と比べて空燃比をリーンにしても実施でき、また圧縮比を高くしても実施できる。そのため、予混合気の圧縮自着火燃焼を実施することで、燃費を向上させることができると共に、熱効率を向上させることができる。また、予混合気の圧縮自着火燃焼は、火炎伝播燃焼と比べて燃焼温度が低くなるため、ＮＯｘの発生を抑制することができる。さらに燃料の周りには十分な酸素が存在するため、未燃ＨＣの発生も抑制することができる。
また、運転モードがＰＰＣモードのときに実施される成層予混合気の圧縮自着火燃焼は、運転モードがＨＣＣＩモードのときに実施される均質予混合気の圧縮自着火燃焼と比べて、熱効率を向上させることができる。この理由は以下の通りである。
すなわちＨＣＣＩモードでは、燃焼室１１の全体に燃料を拡散させた均質予混合気を圧縮自着火燃焼させるため、膨張行程中において、燃焼ガスの熱が燃焼室１１の内壁面を介して奪われやすい。一方でＰＰＣモードでは、燃焼室１１の内壁面の周りに空気層を有する成層予混合気を圧縮自着火燃焼させるため、膨張行程中において、燃焼ガスと燃焼室１１の内壁面との接触が空気層によって妨げられる。そのためＰＰＣモードのときは、ＨＣＣＩモードのときよりも燃焼ガスの熱が燃焼室１１の内壁面を介して奪われ難くなるため、ＨＣＣＩモードのときよりも冷却損失を少なくすることができる。よって、運転モードがＰＰＣモードのときに実施される成層予混合気の圧縮自着火燃焼は、運転モードがＨＣＣＩモードのときに実施される均質予混合気の圧縮自着火燃焼と比べて、熱効率が向上するのである。
このように、機関本体１を各運転モードで運転させた場合の熱効率を比較すると、機関本体１をＰＰＣモードで運転させた場合が最も良くなり、ＳＩモードで運転させた場合が最も悪くなる。そのため、各運転モードで仮に同じ出力トルクを出そうすると、その際に必要な燃料量は、機関本体１をＰＰＣモードで運転させた場合が最も少なくなり、ＳＩモードで運転させた場合が最も多くなる。すなわち、機関本体１をＰＰＣモードで運転させた場合が、最も燃費が良くなる。
なお、予混合気を燃焼室１１内で圧縮自着火燃焼させるには、予混合気を自着火させることが可能な温度まで筒内温度を上昇させる必要があり、ＳＩモード中のように予混合気を燃焼室１１内で全て火炎伝播燃焼させるときよりも筒内温度を高温にする必要がある。そのため本実施形態では、例えば図４Ａ及び図４Ｂに示すように、ＨＣＣＩモード及びＰＰＣモード中は、排気弁６０が排気行程の他に吸気行程でも開弁するように排気動弁装置６を制御している。このように、排気弁６０を吸気行程中に再度開弁する排気弁２度開き動作を実施することで、排気行程中に自気筒から排出された高温の排気を直後の吸気行程中に自気筒に吸い戻すことができる。これにより筒内温度を上昇させて、各気筒１０の筒内温度を圧縮自着火燃焼可能な温度に維持している。
図４Ａに示すように、吸気弁５０のリフト量が小さいときに排気弁６０を開弁すれば、
多量の排気を自気筒に吸い戻すことができるので、筒内温度を大きく上昇させることができる。一方で図４Ｂに示すように、吸気弁５０のリフト量がある程度大きくなった後に排気弁６０を開弁すれば、筒内にある程度空気（新気）が吸入された後に排気が吸い戻されることになるので、自気筒に吸い戻す排気の量を抑えて筒内温度の上昇幅を抑えることができる。このように、排気弁２度開き動作を実施するタイミングに応じて、筒内温度の上昇幅を制御することができる。本実施形態では、筒内ガス量中に占めるＥＧＲガス量及び自気筒に吸い戻された排気の量の割合をＥＧＲ率と称する。
なお、ＨＣＣＩモード及びＰＰＣモード中に予混合気を燃焼室１１内で圧縮自着火燃焼させるにあたって、必要に応じて点火プラグ１６による予混合気の着火アシストを行って燃料の一部を火炎伝播燃焼させ、そのときに生じる熱を用いて筒内温度を強制的に上昇させることで、残りの燃料を圧縮自着火燃焼させることもできる。このような着火アシストを実施して予混合気を圧縮自着火燃焼させることで、筒内温度が比較的低い状態であっても予混合気を圧縮自着火燃焼させることが可能になると共に、予混合気の着火時期を任意の時期に制御することが容易となる。
ここで本実施形態では、前述した通り、機関運転状態が自着火領域ＲＲにあるときは、機関本体１の温度（本実施形態では冷却水温ＴＷ）に応じて、機関本体１の運転モードをＳＩモード、ＨＣＣＩモード、又はＰＰＣモードのいずれかに切り替えるようにしている。
前述した通り、予混合気を圧縮自着火燃焼させることで、火花点火燃焼させる場合と比べて、燃費を向上させることができると共に、熱効率を向上させることができる。また、ＮＯｘ及び未燃ＨＣの発生を抑制することができる。そのため、機関運転状態が自着火領域ＲＲにある場合には、できるだけ予混合気を圧縮自着火燃焼させて機関本体１の運転を行うことが望ましい。
しかしながら、機関本体１の温度が低いときは、機関本体１の温度が高いときと比べて、燃焼室１１の内壁面から機関本体内部への熱流束が増大する。すなわち機関本体１の温度が低いときは、機関本体１の温度が高いときと比べて、圧縮行程中における壁面熱損失が増大するため、予混合気を圧縮自着火燃焼させることが可能な温度まで筒内温度を上昇させることができないおそれがある。したがって、機関本体１の温度が低いときに予混合気を圧縮自着火燃焼させて機関本体１の運転を行うと、燃焼が不安定になるおそれがある。
そこで本実施形態では、機関本体１の温度と相関関係にある冷却水温ＴＷが第１閾値ＴＷ１［℃］未満のときは、機関運転状態が自着火領域ＲＲ内であっても、運転モードをＳＩモードに切り替えて、予混合気を火炎伝播燃焼させて機関本体１の運転を行うようにしている。これにより、機関本体１の温度が低いときにおける燃焼の安定性を図ることができる。
また前述した通り、予混合気を圧縮自着火燃焼させる場合には、成層予混合気を形成して圧縮自着火燃焼させたほうが、均質予混合気を形成して圧縮自着火燃焼させるよりも熱効率を向上させることができる。したがって単純に考えれば、機関運転状態が自着火領域ＲＲにある場合において、冷却水温ＴＷが第１閾値ＴＷ１以上となった後は、運転モードをＰＰＣモードに切り替えて、成層予混合気を圧縮自着火燃焼させて機関本体１の運転を行ったほうが良いとも考えられる。
しかしながら、ＰＰＣモードでは、筒内圧力が相対的に高くなる圧縮行程後期に燃料を噴射しているので、噴射圧を高めて噴霧貫徹力を高める必要がある。そのため、筒内燃料噴射弁２０から噴射された燃料が、燃焼室１１の内壁面に液滴燃料として付着しやすい。特に本実施形態のように、ピストン冠面に形成されたキャビティ１３を利用して成層予混合気を形成している場合は、ピストン冠面に少なからず液滴燃料が付着することになる。
燃焼室１１の内壁面やピストン冠面に付着した液滴燃料は、冷却水温ＴＷが第２閾値ＴＷ２［℃］以上、すなわち機関本体１の温度がある一定温度以上であれば蒸発するが、冷却水温ＴＷが第２閾値ＴＷ２未満であれば蒸発せずに燃焼室１１の内壁面やピストン冠面に付着したままとなる。燃焼室１１の内壁面やピストン冠面に液滴燃料が付着したままの状態で燃焼室１１内において燃焼が行われると、この液滴燃料を生成源としてＰＭが発生する。したがって、液滴燃料が増加するほど、排気中のＰＭの個数であるＰＮが増加し、排気エミッションが悪化する。そして第２閾値ＴＷ２は、内燃機関１００の諸元にもよるが、基本的に第１閾値ＴＷ１より高くなる。
そこで本実施形態では、冷却水温ＴＷが第１閾値ＴＷ１以上となって機関本体１の温度がある程度高くなった後は、冷却水温ＴＷが第２閾値ＴＷ２になるまでの間、運転モードをＨＣＣＩモードに切り替え、冷却水温ＴＷが第２閾値ＴＷ２以上となった後に、運転モードをＰＰＣモードに切り替えることとした。
ＨＣＣＩモードでは、吸気行程中に燃料噴射が行われるため、ＰＰＣモード時よりも噴射圧を低くすることができる。また、キャビティ１３を利用することもない。そのため、ＰＰＣモード時よりも、筒内燃料噴射弁２０から噴射された燃料のうち、燃焼室１１の内壁面等に液滴燃料として付着する燃料の割合を少なくすることができる。したがって、本実施形態のように冷却水温ＴＷが第１閾値ＴＷ１から第２閾値ＴＷ２までの間は運転モードをＨＣＣＩモードとすることで、運転モードをＰＰＣモードとする場合と比べて排気中のＰＮを少なくすることができ、排気エミッションの悪化を抑制することができる。
以下、電子制御ユニット２００が実施するこの本実施形態による運転モードの切替制御について説明する。
図５は、本実施形態による運転モードの切替制御について説明するフローチャートである。電子制御ユニット２００は、本ルーチンを機関運転中に所定の演算周期で繰り返し実行する。
ステップＳ１において、電子制御ユニット２００は、負荷センサ２１７によって検出された機関負荷と、クランク角センサ２１８の出力信号に基づいて算出された機関回転速度と、を読み込み、機関運転状態を検出する。
ステップＳ２において、電子制御ユニット２００は、機関運転状態が自着火領域ＲＲ内にあるか否かを判定する。電子制御ユニット２００は、機関運転状態が自着火領域ＲＲ内であればステップＳ３の処理に進む。一方で電子制御ユニット２００は、機関運転状態が自着火領域ＲＲ外であればステップＳ７の処理に進む。
ステップＳ３において、電子制御ユニット２００は、水温センサ２１９によって検出された冷却水温ＴＷを読み込む。
ステップＳ４において、電子制御ユニット２００は、冷却水温ＴＷが第２閾値ＴＷ２未満か否かを判定する。第２閾値ＴＷ２は、燃焼室１１の内壁面やピストン冠面に付着した液滴燃料が蒸発するか否かの閾値である。したがって第２閾値ＴＷ２は、基本的に内燃機関１００の諸元に応じた固定値（例えば５０［℃］〜７０［℃］程度の値）にすることができる。電子制御ユニット２００は、冷却水温ＴＷが第２閾値ＴＷ２未満であればステップＳ５の処理に進む。一方で電子制御ユニット２００は、冷却水温ＴＷが第２閾値ＴＷ２以上であればステップＳ９の処理に進む。
ステップＳ５において、電子制御ユニット２００は、第１閾値ＴＷ１を算出するための第１閾値算出処理を実施する。本実施形態では、予混合気が筒内で断熱圧縮されたと仮定した場合の圧縮上死点における筒内温度の推定値（以下「断熱圧縮端温度」という。）ＴＴＤＣを算出し、この断熱圧縮端温度ＴＴＤＣに基づいて第１閾値ＴＷ１を算出する。
予混合気を圧縮自着火燃焼させることができるか否かは、基本的に予混合気を圧縮自着火燃焼させることが可能な温度まで筒内温度を上昇させることができるか否かで決まる。圧縮行程中における実際の筒内温度は、仮に冷却水温ＴＷが同じであったとしても、断熱圧縮端温度ＴＴＤＣが高いときほど高くなる。すなわち、断熱圧縮端温度ＴＴＤＣが高くなるほど、冷却水温ＴＷが低くても予混合気を圧縮自着火燃焼させることが可能な温度まで筒内温度を上昇させることができる。そこで本実施形態では、断熱圧縮端温度ＴＴＤＣごとに予混合気を圧縮自着火燃焼させることができる冷却水温ＴＷの最低値（すなわち第１閾値ＴＷ１）を予め実験等によって求めておき、断熱圧縮端温度ＴＴＤＣに基づいて、第１閾値ＴＷ１を算出するようにしている。以下、第１閾値算出処理の詳細な内容について、図６のフローチャートを参照して説明する。
図６は、第１閾値算出処理の内容について説明するフローチャートである。
ステップＳ５１において、電子制御ユニット２００は、吸気温センサ２１５に基づいて検出された吸気温を読み込む。
ステップＳ５２において、電子制御ユニット２００は、機関運転状態に基づいて、運転モードがＨＣＣＩモードのときの目標吸気弁閉時期（以下「目標ＩＶＣ」という。）、及び目標ＥＧＲ率を読み込む。
ステップＳ５３において、電子制御ユニット２００は、目標ＩＶＣにおける筒内温度の推定値（以下「初期筒内温度」という。）ＴＩＶＣを算出する。初期筒内温度ＴＩＶＣは、吸気温と目標ＥＧＲ率（ＨＣＣＩモードでは、基本的に自気筒に吸い戻される排気の量）とに相関がある。具体的には初期筒内温度ＴＩＶＣは、吸気温が高くなるほど、また目標ＥＧＲ率が高くなるほど、高くなる傾向にある。そこで本実施形態では、吸気温及び目標ＥＧＲ率と、初期筒内温度ＴＩＶＣとを関連付けた図７のマップを予め実験等によって作成しておき、当該マップを参照することによって、吸気温と目標ＥＧＲ率とに基づいて初期筒内温度ＴＩＶＣを算出している。
ステップＳ５４において、電子制御ユニット２００は、断熱圧縮端温度ＴＴＤＣを算出する。本実施形態では電子制御ユニット２００は、初期筒内温度ＴＩＶＣに基づいて、予混合気が断熱圧縮されたと仮定した場合の筒内温度Ｔの推定式である下記の（１）式から断熱圧縮端温度ＴＴＤＣを算出する。
ＴＴＤＣ＝ＴＩＶＣ×（ＶＩＶＣ／ＶＴＤＣ）ｋ−１ …（１）
（１）式において、ＶＩＶＣは、目標ＩＶＣにおける燃焼室容積である。ＶＴＤＣは、圧縮上死点における燃焼室容積である。ｋは比熱比（ポリトロープ指数）である。燃焼室容積ＶＴＤＣ及び比熱比ｋは、内燃機関１００の諸元によって定まる固定値である。一方、燃焼室容積ＶＩＶＣは、目標ＩＶＣによって変動する可変値であるが、目標ＩＶＣが定まれば機械的に定まる値である。そこで本実施形態では、断熱圧縮端温度ＴＴＤＣを算出するにあたって、目標ＩＶＣと燃焼室容積ＶＩＶＣとを関連付けたテーブルを予め実験等によって作成しておき、当該テーブルを参照することによって、目標ＩＶＣに基づいて燃焼室容積ＶＩＶＣを算出している。
ステップＳ５５において、電子制御ユニット２００は、図８のテーブルを参照し、断熱圧縮端温度ＴＴＤＣに基づいて、第１閾値ＴＷ１を算出する。図８のテーブルに示すように、断熱圧縮端温度ＴＴＤＣが高くなるほど、第１閾値ＴＷ１は低くなる。
ここで推定式（１）から分かるように、断熱圧縮端温度ＴＴＤＣは、初期筒内温度Ｔｉｖｃが高くなるほど、また実圧縮比（＝ＶＩＶＣ／ＶＴＤＣ）が高くなるほど、高くなる傾向にある。そして初期筒内温度ＴＩＶＣは、前述したように吸気温が高くなるほど、また目標ＥＧＲ率が高くなるほど、高くなる傾向にある。したがって第１閾値ＴＷ１は、吸気温が高くなるほど、低くなる傾向にある。また第１閾値ＴＷ１は、目標ＥＧＲ率が高くなるほど、低くなる傾向にある。さらに第１閾値ＴＷ１は、実圧縮比が高くなるほど、低くなる傾向にある。なお本実施形態では第１閾値ＴＷ１は、概ね２０［℃］〜４０［℃］程度の値となる。
図５に戻り、ステップＳ６において、電子制御ユニット２００は、冷却水温ＴＷが第１閾値ＴＷ１未満か否かを判定する。電子制御ユニット２００は、冷却水温ＴＷが第１閾値ＴＷ１未満であればステップＳ７の処理に進む。一方で電子制御ユニット２００は、冷却水温Ｔが第１閾値Ｔ１以上であればステップＳ８の処理に進む。
ステップＳ７において、電子制御ユニット２００は、運転モードをＳＩモードに設定し、前述したように均質予混合気を火炎伝播燃焼させて機関本体１の運転を行う。
ステップＳ８において、電子制御ユニット２００は、運転モードをＨＣＣＩモードに設定し、前述したように均質予混合気を圧縮自着火燃焼させて機関本体１の運転を行う。
ステップＳ９において、電子制御ユニット２００は、運転モードをＰＣＣモードに設定し、前述したように成層予混合気を圧縮自着火燃焼させて機関本体１の運転を行う。
図９は、機関運転状態が自着火領域ＲＲ内にあり、また一定である場合の本実施形態による運転モードの切替制御の動作の一例を示すタイムチャートである。
本実施形態では、機関運転中は例えばサーモスタット等によって冷却水温ＴＷが第２閾値ＴＷ２よりも高い所定水温となるように制御される。そのため、図９に示すように、機関運転中は冷却水温ＴＷが徐々に増加していくが、時刻ｔ１までは冷却水温ＴＷが第１閾値ＴＷ１未満なので、機関運転状態が自着火領域ＲＲ内にあるものの、運転モードはＳＩモードに設定される。
時刻ｔ１で、冷却水温ＴＷが第１閾値ＴＷ１以上になると、運転モードがＨＣＣＩモードに切り替えられ、冷却水温ＴＷが第２閾値ＴＷ２となる時刻ｔ２までは、運転モードがＨＣＣＩモードに維持される。
そして時刻ｔ２で、冷却水温ＴＷが第２閾値ＴＷ２以上になると、運転モードがＰＰＣモードに切り替えられる。時刻ｔ２以降は、機関運転中であれば冷却水温ＴＷが第２閾値ＴＷ２を下回ることは基本的にないので、機関運転状態が自着火領域ＲＲ外となるまで運転モードがＰＰＣモードに維持される。
以上説明した本実施形態によれば、機関本体１と、少なくとも機関本体１の燃焼室１１に燃料を直接供給することができるように構成された燃料供給装置２と、燃焼室１１内に臨むように配置された点火プラグ１６と、機関本体１の温度を検出するための水温センサ２１９（温度検出器）と、を備える内燃機関１００を制御するための電子制御ユニット２００（制御装置）が、燃焼室１１内で予混合気を圧縮自着火燃焼させることが可能な運転領域（自着火領域ＲＲ）において、機関本体１の温度に基づいて、燃料供給装置２を制御すると共に必要に応じて点火プラグ１６を制御して予混合気を燃焼させる燃焼制御部を備える。
そして燃焼制御部は、機関本体１の温度が第１閾値未満ＴＷ１のときには、吸気行程中に燃焼室１１に燃料を供給して均質予混合気を形成し、当該均質予混合気を火炎伝播燃焼させ、機関本体１の温度が第１閾値ＴＷ１以上であって、当該第１閾値ＴＷ１よりも大きい第２閾値ＴＷ２未満のときには、吸気行程中に燃焼室１１に燃料を供給して均質予混合気を形成し、当該均質予混合気を圧縮自着火燃焼させ、機関本体１の温度が第２閾値ＴＷ２以上のときには、圧縮行程中に燃焼室１１に燃料を直接供給して成層予混合気を形成し、当該成層予混合気を圧縮自着火燃焼させるように構成されている。
これにより本実施形態によれば、機関本体１の温度としての冷却水温ＴＷが第１閾値ＴＷ１以上となった後は、冷却水温ＴＷが燃焼室１１の内壁面等に付着した液滴燃料が蒸発する第２閾値ＴＷ２となるまで、吸気行程中に燃焼室１１に燃料を供給することによって均質予混合気を形成し、その均質予混合気を圧縮自着火燃焼させるＨＣＣＩモードで機関本体１の運転が行われる。
そのため、冷却水温ＴＷが第１閾値ＴＷ１以上になった後、第２閾値ＴＷ２になるまでの期間に機関本体１をＰＰＣモードで運転させた場合と比較して、燃焼室１１の内壁面等に付着する液滴燃料の割合を減らすことができるので、排気中のＰＮを減少させることができ、結果として排気エミッションの悪化を抑制することができる。
また、冷却水温ＴＷが第１閾値ＴＷ１以上になった後、第２閾値ＴＷ２になるまでの期間に機関本体１をＳＩモードで運転させる場合と比較して、燃費を向上させることができると共に、ＮＯｘ及び未燃ＨＣの発生を抑制できるので排気エミッションの悪化を抑制することができる。
また本実施形態による燃焼制御部は、予混合気が燃焼室１１内で断熱圧縮されたと仮定した場合の圧縮上死点における筒内温度の推定値である断熱圧縮端温度ＴＴＤＣに基づいて、第１閾値ＴＷ１を算出する第１閾値算出部を備える。そして第１閾値算出部は、断熱圧縮端温度ＴＴＤＣが高いときほど、第１閾値ＴＷ１を小さくするように構成されている。
ここで、例えば第１閾値ＴＷ１を固定値とした場合には、吸気温やＥＧＲ率が低い場合の運転状況を考慮して、第１閾値ＴＷ１を相対的に高い値に設定しなければならない。これに対して本実施形態によれば、吸気温やＥＧＲ率、実圧縮比によって変化する第１閾値ＴＷ１を、精度良く算出することができ、結果として第１閾値ＴＷ１を下げることができる。したがって、冷却水温ＴＷが第２閾値ＴＷ２未満のときに、ＨＣＣＩモードで運転できる温度域を拡大することができるので、燃費を一層向上させることができると共に、ＮＯｘや未燃ＨＣの排出量を抑制して排気エミッションの悪化を一層抑制することができる。
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態は、機関運転状態が自着火領域ＲＲ内にあって冷却水温ＴＷが第２閾値ＴＷ２未満のときに、筒内燃料噴射弁２０と後述するポート燃料噴射弁２５とから燃料を噴射する点で、第１実施形態と相違する。以下、この相違点を中心に説明する。
図１０は、本実施形態による内燃機関１００の機関本体１の断面図である。
図１０に示すように、本実施形態による内燃機関１００の燃料供給装置２は、吸気ポート１４に燃料を噴射して間接的に燃焼室１１内に燃料を供給するための電子制御式のポート燃料噴射弁２５をさらに備える。ポート燃料噴射弁２５の開弁時間（噴射量）及び開弁時期（噴射時期）は電子制御ユニット２００からの制御信号によって変更され、ポート燃料噴射弁２５が開弁されるとポート燃料噴射弁２５から吸気ポート１４内に燃料が噴射される。
前述した第１実施形態では、機関運転状態が自着火領域ＲＲ内にある場合において、冷却水温ＴＷが第１閾値ＴＷ１未満のときには、均質予混合気を火炎伝播燃焼させ、冷却水温ＴＷが第１閾値ＴＷ１以上であって第２閾値ＴＷ２未満のときには、均質予混合気を圧縮自着火燃焼させていた。
ここで前述したように、冷却水温ＴＷが第２閾値ＴＷ２未満のときは、燃焼室１１の内壁面やピストン冠面に付着した液滴燃料は、その多くが蒸発せずに液滴燃料の状態で付着したままとなる。
このとき、燃焼室１１内に均質予混合気を形成するにあたって、機関負荷に応じて定まる目標燃料噴射量の全部を吸気行程中に筒内燃料噴射弁２０から噴射して直接的に燃焼室１１内に供給した場合と比較して、目標燃料噴射量の一部又は全部を吸気行程中にポート燃料噴射弁２５から噴射して間接的に供給した場合の方が、燃焼室１１の内壁面等に液滴燃料として付着する燃料の割合は低下する。したがって、目標燃料噴射量の一部又は全部をポート燃料噴射弁２５から噴射して、燃焼室１１内に間接的に供給する燃料の割合を増やした方が、排気中のＰＮを減少させることができる。
そこで本実施形態では、排気中のＰＮが最も少なくなる筒内燃料噴射弁２０とポート燃料噴射弁２５との噴き分け比率（以下「最適吹き分け比率」）を機関負荷ごとに予め実験等によって求めておくこととした。
図１１は、機関運転状態が自着火領域ＲＲ内にあり、また一定である場合の本実施形態による運転モードの切替制御の動作の一例を示すタイムチャートである。
図１１（Ｃ）に実線で示すように、機関運転状態が自着火領域ＲＲ内にある場合において、冷却水温ＴＷが第２閾値ＴＷ２未満のときには、機関負荷に応じた目標燃料噴射量が、最適吹き分け比率で筒内燃料噴射弁２０とポート燃料噴射弁２５とから吸気行程中に噴射される。
これにより、排気中のＰＮを一層低減させることができる。また、ＨＣＣＩモード中においては、目標燃料噴射量の一部又は全部をポート燃料噴射弁２５から噴射して間接的に燃焼室１１内に供給することで、燃料が燃焼室１１内に供給される前に燃料を気化させることができる。したがって、目標燃料噴射量の全部を筒内燃料噴射弁２０から噴射して直接的に燃焼室１１内に供給した場合と比べて、燃焼室１１内で気化する燃料の割合が少なくなるので、気化潜熱による筒内温度の低下を抑制することができる。
そのためＨＣＣＩモード中においては、目標燃料噴射量の一部又は全部をポート燃料噴射弁２５から噴射して間接的に燃焼室１１内に供給することで、目標燃料噴射量の全部を筒内燃料噴射弁２０から噴射して直接的に燃焼室１１内に供給する場合よりも第１閾値ＴＷ１を下げることができる。したがって、冷却水温ＴＷが第２閾値ＴＷ２未満のときに、ＨＣＣＩモードで運転できる温度域を拡大することができるので、燃費を一層向上させることができると共に、ＮＯｘや未燃ＨＣの排出量を抑制して排気エミッションの悪化を一層抑制することができる。
なお、機関運転状態が自着火領域ＲＲ内にある場合において、冷却水温ＴＷが第２閾値ＴＷ２以上となったときは、機関本体１の運転モードをＨＣＣＩモードからＰＰＣモードに切り替えて、目標燃料噴射量の全部を筒内燃料噴射弁２０から噴射する必要がある。そのため、ＨＣＣＩモードからＰＰＣモードへの切り替えをスムーズに行うために、例えば図１１に破線で示す本実施形態の変形例１のように、ＨＣＣＩモード中においては、冷却水温が第２閾値ＴＷ２になったときに筒内燃料噴射弁２０の噴射比率が１００％となるように、冷却水温ＴＷが冷却水温ＴＷ１よりも高くなるほど、筒内燃料噴射弁２０の噴射比率を最適吹き分け比率から徐々に高くしていっても良い。
また図１１に一点鎖線で示す本実施形態の変形例２のように、冷却水温ＴＷが第１閾値ＴＷ１から第２閾値ＴＷ２までの間の所定の第３閾値ＴＷ３になるまでは、最適吹き分け比率で目標燃料噴射量を筒内燃料噴射弁２０とポート燃料噴射弁２５とから噴射し、冷却水温ＴＷが第３閾値ＴＷ３以上となってから、冷却水温が第２閾値ＴＷ２になったときに筒内燃料噴射弁２０の噴射比率が１００％となるように、冷却水温ＴＷが高くなるほど、筒内燃料噴射弁２０の噴射比率を最適吹き分け比率から徐々に高くしていっても良い。
以上説明した本実施形態によれば、燃料供給装置２が燃焼室１１に燃料を間接的に供給することができるようにさらに構成されており、第１実施形態と同様に構成された電子制御ユニット２００（制御装置）の燃焼制御部が、機関本体１の温度が第２閾値ＴＷ２未満のときには、少なくとも一部の燃料を吸気行程中に燃焼室１１に間接的に供給しつつ、残りの燃料を吸気行程中に燃焼室１１に直接供給して均質予混合気を形成するようにさらに構成されている。
このように、少なくとも一部の燃料を燃焼室１１に間接的に供給することで、燃焼室１１の内壁面等に液滴燃料として付着する燃料の割合を少なくすることができるので、排気中のＰＮを一層低減させることができる。
また、燃料が燃焼室１１内に供給される前に燃料を気化させることができるので、気化潜熱による筒内温度の低下を抑制することができる。そのため、第１閾値ＴＷ１を下げることができる。したがって、冷却水温ＴＷが第２閾値ＴＷ２未満のときに、ＨＣＣＩモードで運転できる温度域を拡大することができるので、燃費を一層向上させることができると共に、ＮＯｘや未燃ＨＣの排出量を抑制して排気エミッションの悪化を一層抑制することができる。
また本実施形態の変形例のように、機関本体１の温度が第１閾値ＴＷ１以上であって第２閾値ＴＷ２未満の場合において、機関本体１の温度が高いときには低いときに比べて、燃焼室１１に直接供給される燃料の割合を高くするように、燃焼制御部を構成しても良い。
これにより、ＨＣＣＩモードからＰＰＣモードへの切り替えをスムーズに行うことができる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。
１ 機関本体
２ 燃料供給装置
１１ 燃焼室
１６ 点火プラグ
１００ 内燃機関
２００ 電子制御ユニット（制御装置）
２１９ 水温センサ（温度検出器）

Claims (4)

  1. 機関本体と、
    少なくとも前記機関本体の燃焼室に燃料を直接供給することができるように構成された燃料供給装置と、
    前記燃焼室内に臨むように配置された点火プラグと、
    前記機関本体の温度を検出するための温度検出器と、
    を備える内燃機関を制御するための内燃機関の制御装置であって、
    前記燃焼室内で予混合気を圧縮自着火燃焼させることが可能な運転領域において、前記機関本体の温度に基づいて、前記燃料供給装置を制御すると共に必要に応じて前記点火プラグを制御して予混合気を燃焼させる燃焼制御部を備え、
    前記燃焼制御部は、
    前記機関本体の温度が第１閾値未満のときには、吸気行程中に前記燃焼室に燃料を供給して均質予混合気を形成し、当該均質予混合気を火炎伝播燃焼させ、
    前記機関本体の温度が前記第１閾値以上であって、当該第１閾値よりも大きい第２閾値未満のときには、吸気行程中に前記燃焼室に燃料を供給して均質予混合気を形成し、当該均質予混合気を圧縮自着火燃焼させ、
    前記機関本体の温度が前記第２閾値以上のときには、圧縮行程中に前記燃焼室に燃料を直接供給して成層予混合気を形成し、当該成層予混合気を圧縮自着火燃焼させるように構成される、
    内燃機関の制御装置。
  2. 前記燃料供給装置は、前記燃焼室に燃料を間接的に供給することができるようにさらに構成されており、
    前記燃焼制御部は、
    前記機関本体の温度が前記第２閾値未満のときには、少なくとも一部の燃料を吸気行程中に前記燃焼室に間接的に供給しつつ、残りの燃料を吸気行程中に前記燃焼室に直接供給して均質予混合気を形成するようにさらに構成される、
    請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
  3. 前記燃焼制御部は、
    前記機関本体の温度が前記第１閾値以上であって前記第２閾値未満の場合において、前記機関本体の温度が高いときには低いときに比べて、前記燃焼室に直接供給される燃料の割合を高くするようにさらに構成される、
    請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
  4. 前記燃焼制御部は、
    予混合気が前記燃焼室内で断熱圧縮されたと仮定した場合の圧縮上死点における筒内温度の推定値に基づいて、前記第１閾値を算出する第１閾値算出部を備え、
    前記第１閾値算出部は、
    前記筒内温度の推定値が高いときほど、前記第１閾値を小さくするように構成される、
    請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。
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