JP4265382B2 - 予混合圧縮着火内燃機関 - Google Patents

Description

本発明は、予混合燃焼を行う予混合圧縮着火内燃機関に関する。

圧縮着火内燃機関において、排出されるＮＯｘの抑制と白煙の発生の抑制を目的として、予混合燃焼が行われる。この予混合燃焼は、一般に燃料を気筒内に圧縮行程上死点より早い時期に噴射することで、燃焼室内により均一な予混合気を形成させる。この均一な予混合気が燃焼すると、火炎温度が低く抑えられるためＮＯｘの生成が抑制される。さらに、この予混合気は燃料と空気が均一に混合しているため、十分な量の酸素の存在下で燃料が燃焼することになり、従って、酸素不足下での燃焼に起因する白煙の発生も抑制される。

ところが、予混合燃焼を行う圧縮着火内燃機関において、機関負荷や機関回転速度が上昇すると、気筒内に均一な予混合気を形成することが困難となり、予混合気が所定の着火時期より早い時期に着火するいわゆる過早着火が生じる可能性が高くなる。そして、過早着火が生じると、燃焼騒音が大きくなる等の問題が生じる。

そこで、予混合燃焼を行う圧縮着火内燃機関において、該内燃機関の運転状態に応じて予混合燃焼の実行を切り替える技術が公開されている。例えば、圧縮着火内燃機関の運転状態が高負荷運転状態である場合には、予混合燃焼を行う代わりに圧縮上死点近傍において燃料噴射を行って該燃料を燃焼させるいわゆる拡散燃焼（以下、「通常燃焼」ともいう）を行い、圧縮着火内燃機関の運転状態が低負荷運転状態である場合には、予混合燃焼を行う（例えば、特許文献１を参照。）。これにより、圧縮着火内燃機関の機関負荷や機関回転速度の上昇に伴う予混合燃焼における過早着火の発生を抑制し得る。
特開２００３−８３１１９号公報 特開２０００−６４８６３号公報 特開２００２−３２７６３８号公報

圧縮着火内燃機関において、ＮＯｘの抑制と白煙の抑制を目的として予混合燃焼を行う場合、該内燃機関の運転状態が高負荷運転状態となって機関負荷および機関回転速度が上昇するに従い、過早着火が生じる可能性が高くなる。そこで、該内燃機関の運転状態に基づいて、予混合燃焼を行うか通常燃焼を行うかを決定する。

しかし、圧縮着火内燃機関において予混合燃焼を行う場合と通常燃焼を行う場合とにおいて、いわゆるＥＧＲガス（既燃焼ガスを含む）の気筒内への供給量が大きく異なる。即ち、予混合燃焼においては、白煙や過早着火等の抑制のために通常燃焼時と比べて多量のＥＧＲガスを必要とする。従って、内燃機関の運転状態に応じて予混合燃焼と通常燃焼とを切り替える場合においても、切り替えた後の内燃機関における燃焼状態に応じた適量のＥＧＲガスを、可及的に早急に気筒内に供給する必要があり、例えば適切なＥＧＲガスの供給がなされないと、過早着火や失火が生じて燃焼状態が不安定となったりエミッションが悪化したりする虞がある。

本発明では、上記した問題に鑑み、予混合燃焼を行う圧縮着火内燃機関において該内燃機関の運転状態に応じて予混合燃焼と通常燃焼とを切り替える場合、切替後の燃焼状態に応じた適量のＥＧＲガスを可及的に早急に気筒内に供給することを目的とする。

本発明は、上記した課題を解決するために、予混合燃焼を行う圧縮着火内燃機関においては、予混合燃焼と通常燃焼とを切り替えるときは、内燃機関の吸排気弁の開閉特性を制御して、燃焼ガスを気筒内に残留させ、若しくは一時的に気筒外に排出するものの前記排気再循環用の通路を介さずに再び気筒内に供給する手段によって行われる気筒内へのＥＧＲガスの供給に着目した。これは、当該供給手段においては、内燃機関の吸排気弁の開閉特性を制御するため、気筒内への応答性の高いＥＧＲガスの供給が可能となるからである。

そこで、本発明は、圧縮行程上死点近傍の時期より早い時期に行われる燃料噴射によって予混合気を形成して予混合燃焼を行う圧縮着火内燃機関において、前記圧縮着火内燃機関において行われる燃焼状態を、前記圧縮着火内燃機関の運転状態に基づいて、前記予混合気を形成することで行われる予混合燃焼と該予混合気を形成せずに圧縮行程上死点近傍の時期に燃料を噴射することで行われる通常燃焼とに選択的に切り替える燃焼切替手段と、前記圧縮着火内燃機関の排気通路と吸気通路とを連結し該排気通路を流れる排気の一部を該吸気通路へ再循環させる排気再循環通路と、前記排気再循環通路を流れる排気の流量を調整することで、該再循環排気を外部ＥＧＲガスとして該圧縮着火内燃機関の気筒内へ供給する外部ＥＧＲガス供給手段と、前記圧縮着火内燃機関の吸排気弁の開閉特性を制御することで、該圧縮着火内燃機関で生じた燃焼ガスの一部を内部ＥＧＲガスとして前記気筒内へ供給する内部ＥＧＲガス供給手段と、前記燃焼切替手段による燃焼状態の切替時の近傍の所定期間において、前記外部ＥＧＲガス供給手段によって前記気筒内へ供給される外部ＥＧＲガス量を該切替後の燃焼状態に応じた所定ＥＧＲガス量とすべく該外部ＥＧＲガス供給手段による外部ＥＧＲガスの供給を行うとともに、該外部ＥＧＲガス供給手段により供給される外部ＥＧＲガス量が該所定期間において該気筒内に供給されるべきＥＧＲガス量に不足するとき該不足量を内部ＥＧＲガス供給手段による前記内部ＥＧＲガスの供給により補うＥＧＲガス供給量制御手段と、を備える。

上述の予混合燃焼を行う圧縮着火内燃機関（以下、「予混合圧縮着火内燃機関」という）において、気筒内へのＥＧＲガスの供給は、外部ＥＧＲ供給手段と内部ＥＧＲ供給手段によって行われる。ここで、外部ＥＧＲ供給手段によってＥＧＲガスが気筒内へ供給される場合は、予混合圧縮着火内燃機関の本体とは物理的に独立した排気再循環通路を介してＥＧＲガスの供給が行われるため、排出された排気が再び気筒内に供給されるまでに比較的長い経路を経る。従って、排気再循環通路を流れる排気流量の調整が気筒内へのＥＧＲガス供給量の変化として反映されるまでには、一定の時間遅れが存在することになり、応答性の高いＥＧＲガスの供給は困難である。

一方で、内部ＥＧＲガス供給手段によってＥＧＲガスが気筒内へ供給される場合は、吸排気弁の開閉特性が制御されることで、燃焼ガスをＥＧＲガスとして気筒内に残留させ、若しくは一時的に燃焼ガスを気筒外に排出するものの前記排気再循環用の通路を介さずに再びＥＧＲガスとして気筒内に吸引して、ＥＧＲガスの供給が行われる。従って、前述した排気再循環通路のように比較的長い経路を経ずにＥＧＲガスが気筒内へ供給されるため、外部ＥＧＲガス供給手段に比べて応答性の高いＥＧＲガスの供給が可能となる。

しかし、内部ＥＧＲガス供給手段によって気筒内へ供給される内部ＥＧＲガスは燃焼直後の燃焼ガスであるため、内部ＥＧＲガスの温度は、外部ＥＧＲガス供給手段によって気筒内へ供給される外部ＥＧＲガスの温度よりも高い。特に、排気再循環通路に外部ＥＧＲガスを冷却する装置が備えられる場合と比較すると、特にその温度差は顕著なものとなる。従って、内部ＥＧＲガスの温度は比較的高温であるため、内部ＥＧＲガスの気筒内への供給量が増大すると気筒内温度が上昇し、過早着火やＮＯｘ発生量の増加が懸念される。
そこで、内部ＥＧＲガス供給手段による内部ＥＧＲガスの供給量は、内燃機関において所定の目的のために必要とされる量に抑制することが好ましく、更には、外部ＥＧＲガス供給手段による外部ＥＧＲガスの供給においては困難とされる応答性の高いＥＧＲガスの供給が必要とされるときに、内部ＥＧＲガス供給手段による内部ＥＧＲガスの供給を行うのが好ましい。

そこで、予混合圧縮着火内燃機関において通常燃焼から予混合燃焼へ切り替えられる場合、若しくは、予混合燃焼から通常燃焼へ切り替えられる場合、即ち、気筒内へのＥＧＲガスの供給量を高い応答性をもって切替後の燃焼状態に応じた量へ移行させることが要求される場合、ＥＧＲガス供給量制御手段によって、所定期間において、内部ＥＧＲガス供給手段によるＥＧＲガスの供給を行う。ここで、所定期間とは、気筒内へのＥＧＲガスの供給量を燃焼状態の切替に応じた量へ直ちに切り替えるための調整期間であって、外部ＥＧＲガス量と内部ＥＧＲガス量の比率を調整することで気筒内へ供給されるＥＧＲガス量を、該所定期間での燃焼状態に応じた量に制御するための期間である。

先述の通り、外部ＥＧＲガスの温度は内部ＥＧＲガスの温度より低いため気筒内へ供給されるＥＧＲガスとしては好適であるが、外部ＥＧＲガス供給手段による外部ＥＧＲガスの供給は比較的応答性が低いため、直ちには外部ＥＧＲガスの供給量を所定ＥＧＲガス量へ変更することは困難である。ここで、所定ＥＧＲガス量とは、切替後の燃焼状態に応じた外部ＥＧＲガス量であって、該切替後において気筒内へ供給されるＥＧＲガス量の全てであってもよく、また該切替後において気筒内へ供給されるＥＧＲガス量の一部を内部ＥＧＲガスによって賄う場合における残りのＥＧＲガス量であってもよい。

そこで、所定期間において、外部ＥＧＲガス供給手段によって時間遅れを伴いながら外部ＥＧＲガスの供給量を所定ＥＧＲガス量へ近づけるとともに、該所定期間において本来気筒内へ供給されるべきＥＧＲガス量に外部ＥＧＲガス量が満たないときは、その満たない不足分を内部ＥＧＲガスによって補う。このとき、内部ＥＧＲガスは高い応答性をもって気筒内へ供給することが可能であるため、内部ＥＧＲガスによる気筒内へのＥＧＲガスの供給量の調整は時間遅れを生じることなく実行し得る。これにより、所定期間においては、気筒内へ供給されるＥＧＲガスの総量は本来該所定期間において気筒内へ供給されるべきＥＧＲガス量が維持されながら、外部ＥＧＲガス量は遅れ時間を伴いながら所定ＥＧＲガス量へと移行する。

以上より、燃焼状態の切替において、外部ＥＧＲガスと内部ＥＧＲガスの量を調整することで、高い応答性をもって可及的に早急に、気筒内へのＥＧＲガスの供給量を切替後の燃焼状態に応じたＥＧＲガス量に移行することが可能となる。

ここで、予混合圧縮着火内燃機関において燃焼状態を切り替えるときは、燃焼状態の切替と同時に、気筒内へのＥＧＲガスの供給量を、切替前の燃焼状態に応じたＥＧＲガス量から切替後の燃焼状態に応じた所定ＥＧＲガス量に直ちに移行する必要がある。そこで、切替に応じた気筒へのＥＧＲガス供給量の差分を、応答性の高い内部ＥＧＲガス供給手段によって補うのが好ましい。以下に、通常燃焼から予混合燃焼への切替が行われる場合と予混合燃焼から通常燃焼への切替が行われる場合における、気筒へのＥＧＲガスの供給について示す。

先ず、通常燃焼から予混合燃焼への切替が行われる場合においては、上述の予混合圧縮着火内燃機関において、前記所定期間は、前記燃焼切替手段によって燃焼状態が前記通常燃焼から前記予混合燃焼に切り替えられた後の期間であって、前記燃焼切替手段によって前記圧縮着火内燃機関の燃焼状態が前記通常燃焼から前記予混合燃焼に切り替えられるとき、前記ＥＧＲガス供給量制御手段は、該所定期間において前記外部ＥＧＲガス供給手段
によって前記気筒内へ供給する外部ＥＧＲガス量を予混合燃焼に応じた所定ＥＧＲガス量とすべく該外部ＥＧＲガス供給手段による外部ＥＧＲガスの供給量を増量するとともに、該所定ＥＧＲガス量と該外部ＥＧＲガス供給手段により供給される外部ＥＧＲガス量との差分量を前記内部ＥＧＲガス供給手段による内部ＥＧＲガスの供給により補ってもよい。

通常燃焼から予混合燃焼への切替が行われるときは、気筒内へのＥＧＲガスの供給量を増量する必要がある。このとき、通常燃焼から予混合燃焼への切替が行われるとともに、外部ＥＧＲガス供給手段による外部ＥＧＲガスの供給量を所定ＥＧＲガス量へと時間遅れを伴って増量する。ここで、外部ＥＧＲガスは時間遅れを伴って増加するため、本来気筒内へ供給すべきＥＧＲガスの増量分は、外部ＥＧＲガスによっては完全には賄われず、不足分が生じる。そこで、その不足分については、内部ＥＧＲガス供給手段によって内部ＥＧＲガスを供給することで補う。

即ち、通常燃焼から予混合燃焼への切替が行われた直後においては、外部ＥＧＲガスは直ちには増量されないため、所定ＥＧＲガス量と切替直前のＥＧＲガス量との差分を内部ＥＧＲガスによって補うことで、結果的に気筒内へ供給されるＥＧＲガス量を切替後の予混合燃焼に応じた量へ直ちに移行させる。そして、外部ＥＧＲガス量が増量するに従い内部ＥＧＲガス量を減量し、最終的に外部ＥＧＲガス量が所定ＥＧＲガス量となるときに、ＥＧＲガス供給量制御手段による気筒内へのＥＧＲガスの供給量制御を終了する。これによって、通常燃焼から予混合燃焼への切替にともなって、気筒内へのＥＧＲガス供給量を通常燃焼に応じたＥＧＲガス供給量から予混合燃焼に応じたＥＧＲガス供給量へと直ちに移行することが可能となる。

次に、予混合燃焼から通常燃焼への切替が行われる場合においては、上述の予混合圧縮着火内燃機関において、前記燃焼切替手段によって燃焼状態の前記予混合燃焼から前記通常燃焼への切替が行われることを推定する燃焼切替推定手段を、更に備え、前記所定期間は、前記燃焼切替推定手段によって燃焼状態の切替が行われることが推定されてから前記燃焼切替手段による燃焼状態の切替が行われるまでの期間であって、前記ＥＧＲガス供給量制御手段は、前記所定期間において前記外部ＥＧＲガス供給手段によって前記気筒内へ供給する外部ＥＧＲガス量を予混合燃焼から通常燃焼への切替後の該通常燃焼に応じた所定ＥＧＲガス量とすべく該外部ＥＧＲガス供給手段による外部ＥＧＲガスの供給量を減量するとともに、予混合燃焼に応じたＥＧＲガス量と該外部ＥＧＲガス供給手段により供給される外部ＥＧＲガス量との差分量を前記内部ＥＧＲガス供給手段による内部ＥＧＲガスの供給により補ってもよい。

予混合燃焼から通常合燃焼への切替が行われるときは、気筒内へのＥＧＲガスの供給量を減量する必要がある。外部ＥＧＲガス供給手段によって外部ＥＧＲガスの供給量を所定ＥＧＲガス量へ減量する場合、時間遅れを伴うため、予混合燃焼から通常合燃焼への切替が行われるよりも早い時点において、外部ＥＧＲガス供給手段による外部ＥＧＲガスの供給量の減量を開始し、燃焼状態の切替が行われる時点においては、既に外部ＥＧＲガス量を所定ＥＧＲガス量とする。これにより、燃焼状態の切替に伴って直ちに、切替後の通常燃焼に応じた量のＥＧＲガスを、気筒内へ供給することが可能となる。

即ち、予混合燃焼から通常合燃焼への切替が行われる場合においては、その燃焼状態の切替が行われることを燃焼切替推定手段によって推定し、燃焼状態が通常燃焼へ切り替えられると推定されると、先述したように外部ＥＧＲガスの減量が行われる。このとき、実際には燃焼状態は切替前の予混合燃焼でありながら、外部ＥＧＲガス量は減量されていることになるため、気筒内へ供給するＥＧＲガス量に不足分が生じる。そこで、その不足分については、内部ＥＧＲガス供給手段によって内部ＥＧＲガスを供給することで補う。これにより、外部ＥＧＲガス供給量は所定ＥＧＲガス量に向かって減量されながらも、結果
的に気筒内へ供給されるＥＧＲガス量は予混合燃焼に応じた量に維持される。そして、外部ＥＧＲガス量が減量するに従い内部ＥＧＲガス量を増量し、最終的に外部ＥＧＲガス量が所定ＥＧＲガス量となり予混合燃焼から通常燃焼への切替が行われるときに、ＥＧＲガス供給量制御手段による気筒内へのＥＧＲガスの供給量制御を終了する。これによって、予混合燃焼から通常燃焼への切替にともなって、気筒内へのＥＧＲガス供給量を予混合燃焼に応じたＥＧＲガス供給量から通常燃焼に応じたＥＧＲガス供給量へと直ちに移行することが可能となる。

予混合燃焼を行う圧縮着火内燃機関において該内燃機関の運転状態に応じて予混合燃焼と通常燃焼とを切り替える場合、切替後の燃焼状態に応じた適量のＥＧＲガスを可及的に早急に気筒内に供給することが可能となる。

ここで、本発明に係る予混合燃焼を行う予混合圧縮着火内燃機関の実施の形態について図面に基づいて説明する。

図１は、本発明が適用される予混合圧縮着火内燃機関（以下、単に「内燃機関」という）１およびその制御系統の概略構成を表すブロック図である。また、図２は、気筒２近傍の概略構成を表すブロック図である。

内燃機関１は、４つの気筒２を有する圧縮着火式の内燃機関である。また、気筒２の燃焼室に直接燃料を噴射する燃料噴射弁３を備えている。燃料噴射弁３は、燃料を所定圧に蓄圧する蓄圧室４と接続されている。内燃機関１には吸気枝管７が接続されており、吸気枝管７の各枝管は、シリンダヘッド３０に設けられた吸気ポートを介して燃焼室に接続される。同様に、内燃機関１には排気枝管１２が接続され、排気枝管１２の各枝管はシリンダヘッド３０に設けられた排気ポートを介して、燃焼室に接続される。ここで、シリンダヘッド３０には吸気弁５および排気弁６が設けられている。ここで、吸気弁５および排気弁６はいわゆる電磁駆動弁であって、吸気弁５は吸気側電源１７によって、排気弁６は排気側電源１８によって、それぞれに印加される電圧信号に基づいて各弁の開弁時期や閉弁時期等の開閉特性が制御される。

また、吸気枝管７は吸気管８に接続されている。更に、吸気管８における吸気枝管７の直上流に位置する部位には、吸気管８内を流れる吸気の流量を調節する吸気絞り弁１０が、更に吸気絞り弁１０の上流側には、吸気管８を流れる吸気量を検出するエアフローメータ９が設けられている。この吸気絞り弁１０には、ステップモータ等で構成されて該吸気絞り弁１０を開閉駆動する吸気絞り用アクチュエータ１１が取り付けられている。一方、内燃機関１には、ＥＧＲ装置２１が設けられている。ＥＧＲ装置２１は排気枝管１２を流れる排気の一部を吸気枝管７へ再循環させる。ＥＧＲ装置２１は、排気枝管１２（上流側）から吸気枝管７（下流側）へ延出しているＥＧＲ通路２２と、ＥＧＲ通路２２上に上流側から順に設けられた排気冷却用のＥＧＲクーラ２３と、ＥＧＲ弁２４と、から構成される。

ここで、エアフローメータ９と吸気絞り弁１０との間に位置する吸気管８には、排気のエネルギーを駆動源として作動する過給機１６のコンプレッサ側が設けられ、排気枝管１２には過給機１６のタービン側が設けられている。過給機１６は、いわゆる可変容量型過給機であって、過給機１６のノズルベーンの開度を調整することで、最終的に到達する吸気枝管７内の過給圧を調整することが可能となる。更に、過給機１６より下流の吸気管８には、過給機１６によって加圧されて高温となった吸気を冷却するためのインタークーラ
１５が設けられている。また、過給機１６のタービン側は、排気管１３と接続され、この排気管１３は、下流にてマフラーに接続されている。そして、排気管１３の途中には、内燃機関１からの排気を浄化する排気浄化触媒１４が設けられている。

また、内燃機関１には、該内燃機関１を制御するための電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」という）２０が併設されている。このＥＣＵ２０は、ＣＰＵの他、後述する各種のプログラム及びマップを記憶するＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えており、内燃機関１の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関１の運転状態等を制御するユニットである。

ここで、燃料噴射弁３は、電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」という）２０からの制御信号によって開閉動作を行う。即ち、ＥＣＵ２０からの指令によって、燃料噴射弁３における燃料の噴射時期および噴射量が、内燃機関１の機関負荷や機関回転速度に応じて、弁毎に制御され、以て内燃機関１において予混合燃焼や、通常燃焼が行われる。また、ＥＣＵ２０は吸気側電源１７および排気側電源１８とも電気的に接続され、これらの電源を介して吸気弁５および排気弁６に印加される指令電圧が制御され、以て吸気弁５および排気弁６の開弁時期や閉弁時期が制御される。更に、ＥＧＲ弁２４やアクチュエータ１１も、ＥＣＵ２０からの指令に従って制御される。

更に、アクセル開度センサ２６がＥＣＵ２０と電気的に接続されており、ＥＣＵ２０はアクセル開度に応じた信号を受け取り、それより内燃機関１に要求される機関負荷等を算出する。また、クランクポジションセンサ２５がＥＣＵ２０と電気的に接続されており、ＥＣＵ２０は内燃機関１の出力軸の回転角に応じた信号を受け取り、内燃機関１の機関回転速度等を算出する。更に、排気枝管７には吸気中の酸素濃度を検出する酸素濃度センサ２７や排気枝管１２には排気枝管１２内の排気圧を検出する排気圧センサ２８が設けられており、酸素濃度センサ２７および排気圧センサ２８もＥＣＵ２０と電気的に接続され、ＥＣＵ２０は検出された酸素濃度や排気圧に応じた信号を受け取る。

ここで、上述した内燃機関１において行われる予混合燃焼について、図３に基づいて説明する。図３は、内燃機関１のクランクアングルに対する気筒内温度の推移、および吸気弁５および排気弁６の開弁タイミング、燃料噴射弁３による燃料噴射タイミングを表すグラフである。該グラフの横軸は内燃機関１のクランクアングルであり、図中Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４で表される期間は、それぞれ内燃機関１の燃焼サイクルにおける排気行程、吸気行程、圧縮行程、膨張行程である。また、吸気弁５の開弁状態は黒色帯の期間Ｉ１によって表され、排気弁６の開弁状態は白色帯の期間Ｅ１によって表され、気筒内温度の推移は図中線Ｌ１で表され、燃料噴射タイミングは図中矩形状となっているＩＮＪ１およびＩＮＪ２で表される。

従って、排気弁６は膨張行程Ｓ４の後期から排気行程Ｓ１の中期に至る期間Ｅ１において開弁され、吸気弁５は吸気行程Ｓ２の中期から圧縮行程の初期に至る期間Ｉ１において開弁される。また、燃料噴射弁３からの燃料噴射については、期間Ｅ１の経過後であって排気行程上死点までの期間ＩＮＪ１において、第一の燃料噴射が行われる。更に、期間Ｉ１の経過後であって、圧縮行程上死点までの期間ＩＮＪ２において第二の燃料噴射が行われる。

ここで、期間Ｅ１における排気弁６の開弁状態と期間Ｉ１における吸気弁５の開弁状態との間に、吸気弁５および排気弁６の両弁が共に閉弁状態となっている期間Ｐ１が存在する。そこで、期間Ｐ１においては、期間Ｅ１において排気弁６が開弁することで排気枝管１２へ流出した燃焼ガス以外の燃焼ガスが、気筒２内に残留することになる。ここで、この残留燃焼ガスを、内部ＥＧＲガスという。

そして、内部ＥＧＲガスが気筒２内に確保された状態で、燃料噴射弁３から期間ＩＮＪ１において予混合燃料が噴射される。このとき、内燃機関１においては排気行程を迎えているが、吸気弁５および排気弁６は閉弁状態にあるため、内部ＥＧＲガスは圧縮されて、気筒内温度は上昇する。

このとき、残留燃焼ガスとその含有酸素によって、期間ＩＮＪ１で噴射された予混合燃料が低温酸化反応に供される。そのため、低温酸化反応によって酸化熱が発生し、排気行程上死点近傍において気筒内温度が一時的に急峻に上昇する。それと同時に、低温酸化反応により予混合燃料が改質されてホルムアルデヒド等の中間生成物が生成される。その結果、予混合燃料の酸化反応が緩慢となり、以て予混合燃料の過早着火が抑制される。

その後、期間Ｉ１において吸気弁５が開弁されて、内燃機関１の機関出力に応じた量の吸気量が気筒２内へ導入される。このとき、ＥＧＲ装置２１によって吸気枝管７に再循環された排気も気筒２内へと導入される。この導入された排気を外部ＥＧＲガスという。尚、過給機１６によって、吸気管８および吸気枝管７内の圧力は過給圧に高められているため、期間Ｉ１における内部ＥＧＲガスおよび予混合燃料の吸気枝管７への吹き返しは抑制される。そして、気筒２内に期間ＩＮＪ２において燃料が噴射され、圧縮行程上死点を迎えることで、気筒２内の燃料が燃焼する。このとき、圧縮行程においても気筒２内の予混合気等が圧縮されることで、気筒２内の温度が上昇し、再び気筒２内の燃料は低温酸化反応を迎える。その後、更に気筒２内の温度は上昇し、気筒２内の燃料は高温酸化反応を迎えて予混合燃料が着火、燃焼し、内燃機関１の機関出力が発揮される。このときにおいても、低温酸化反応により予混合燃料が改質されてホルムアルデヒド等の中間生成物が生成されるため、予混合燃料の酸化反応が緩慢となり、予混合燃料の過早着火が抑制される。

上述のように吸気弁５および排気弁６の開閉特性が制御され、燃料噴射弁３からの燃料噴射が制御される内燃機関１においては、予混合燃料を改質することで過早着火の発生を抑制するが、過早着火をより確実に抑制するためには予混合燃焼に応じた適量のＥＧＲガスを気筒２内へ供給する必要がある。このとき外部ＥＧＲガスは、ＥＧＲ装置２１を経て吸気枝管７へ流れ込むため、ＥＧＲクーラー２３によって冷却されており、排気の密度が高くなり、気筒２内への供給効率がよい。更に、冷却されていることで、気筒２内の温度上昇を抑制する。従って、過早着火やＮＯｘの抑制の観点から、気筒２内へ供給されるＥＧＲガスとしては外部ＥＧＲガスの方が好ましい。一方で、予混合燃料の改質の観点から、必要量の内部ＥＧＲガスが期間Ｐ１において気筒２内に確保される必要がある。従って、内燃機関１において予混合燃焼を行う場合、内部ＥＧＲガスの気筒２内への供給量は予混合燃料の改質に必要な量を確保する量であって、過早着火の抑制を図るためには外部ＥＧＲガスを気筒２内へ供給するのが好ましい。

また、内燃機関１の機関負荷や機関回転速度が上昇すると、均一な予混合気の形成が困難となるため、過早着火が生じやすくなり予混合燃焼の実行が困難となる。そこで内燃機関の運転状態に応じて、予混合燃焼と通常燃焼とを切り替えて実行する。ここで、通常燃焼においては、予混合燃焼時と同程度の量のＥＧＲガスが気筒２内へ供給されるとＥＧＲガス量が過多となるためスモークの発生や失火の虞がある一方で、予混合燃焼においては過早着火の抑制のために比較的多量のＥＧＲガスを要する。従って、予混合燃焼と通常燃焼とが切り替えられるとき、気筒２内へ供給するＥＧＲガス量をそれぞれの燃焼状態に応じた量に移行する必要がある。

しかし、外部ＥＧＲガスはＥＧＲ通路２２を経由して気筒２内へ供給されるため、燃焼の切替に際して外部ＥＧＲガス量を増減させるべくＥＧＲ弁２４の開度を調整しても時間遅れをもって目標となるＥＧＲガス量に到達する。従って、外部ＥＧＲガス量を目標とする量へ直ちに移行することは困難である。そこで、予混合燃焼と通常燃焼とが切り替えら
れるとき、気筒２内へ供給するＥＧＲガス量をそれぞれの燃焼状態に応じた量に直ちに移行する制御（以下、「燃焼切替時ＥＧＲガス供給制御」という）を行う必要がある。先ず、通常燃焼から予混合燃焼に切り替わる場合における燃焼切替時ＥＧＲガス供給制御について、図４に基づいて説明する。尚、燃焼切替時ＥＧＲガス供給制御は、一定のサイクルで繰り返し実行されるルーチンである。また、図５に、図４に示す燃焼切替時ＥＧＲガス供給制御が行われるときの、ＥＧＲ弁２４の開度の推移（図中線Ｌ２で表される）、気筒２内へ供給するＥＧＲガス量である目標ＥＧＲガス量Ｇｐの推移（図中線Ｌ３で表される）、外部ＥＧＲガス量Ｇｏの推移（図中線Ｌ４で表される）、内部ＥＧＲガス量Ｇｉの推移（図中線Ｌ５で表される）を示す。

Ｓ１０１では、通常燃焼を行っている内燃機関１において、通常燃焼から予混合燃焼への切替が要求されている否か、即ち内燃機関１の運転状態が実際に予混合燃焼を行う運転状態となっているか否かが判断される。ここで、図６に、内燃機関１の運転状態と内燃機関１における燃焼状態との関係を示す。尚、図６に示すグラフの横軸は内燃機関１の機関回転速度で、縦軸は内燃機関１の機関負荷を表す。内燃機関１の運転状態が、図中Ｒ１の領域で表される低負荷運転状態であれば予混合燃焼が行われ、図中Ｒ２の領域で表される高負荷運転状態であれば通常燃焼が行われる。従って、Ｓ１０１では、内燃機関１の運転状態が高負荷運転状態から低負荷運転状態に移行したことで、通常燃焼から予混合燃焼への切替が要求されていると判断される。通常燃焼から予混合燃焼への切替が要求されていると判断されると、Ｓ１０２へ進む。一方で、通常燃焼から予混合燃焼への切替が要求されていないと判断されると、再びＳ１０１の処理が行われる。

Ｓ１０２では、予混合燃焼を行うべく燃料噴射弁３からの燃料の噴射時期等が変更される。具体的には、排気行程上死点近傍において排気弁６の開弁時期と吸気弁５の開弁時期とを一部重複させるとともに圧縮行程上死点近傍において燃料噴射を行う通常燃焼から、図３に示す期間ＩＮＪ１およびＩＮＪ２における燃料噴射を行う予混合燃焼へ切り替える。Ｓ１０２の処理が終了すると、Ｓ１０３へ進む。尚、通常燃焼から予混合燃焼への切替が行われる時期は、図５において時期Ｔ１で表される。

Ｓ１０３では、切替後の予混合燃焼において気筒２内に供給すべきＥＧＲガス量Ｇｐを算出する。先述したとおり、予混合燃焼においては予混合燃料の過早着火を抑制するために、通常燃焼と比べて多くのＥＧＲガス量が必要とされる。従って、燃料噴射弁３からの燃料噴射量等に基づいて予混合燃料の過早着火の抑制のために気筒２内に供給すべき量である目標ＥＧＲガス量Ｇｐを算出する。時期Ｔ１においては通常燃焼から予混合燃焼に切り替えられているため、図５中線Ｌ３で表されるように時期Ｔ１において、目標ＥＧＲガス量Ｇｐはステップ状に上昇する。尚、目標ＥＧＲガス量Ｇｐは、期間Ｐ１において気筒内に残留する内部ＥＧＲガスと期間Ｉ１において吸気枝管７から気筒２内に供給される外部ＥＧＲガスの総量である。そこで、目標ＥＧＲガス量Ｇｐから期間Ｐ１において気筒内に残留する内部ＥＧＲガス量を差し引いた量と、切替前の通常燃焼において気筒２内に供給されていたＥＧＲガス量との差分に応じた量（以下、「目標外部ＥＧＲガス量」という）を、期間Ｉ１において吸気枝管７から気筒２内に供給される外部ＥＧＲガスで賄う必要がある。Ｓ１０３の処理が終了すると、Ｓ１０４へ進む。

Ｓ１０４では、ＥＧＲ弁２４の開度を目標外部ＥＧＲガス量の外部ＥＧＲガスが気筒２内に供給される開度である所定開度とするために、ＥＧＲ弁２４の開度が開弁方向に移行される。そこで、図５中線Ｌ２で表されるように、時期Ｔ１において、ＥＧＲ弁２４の開度が増加する。Ｓ１０４の処理が終了すると、Ｓ１０５へ進む。

Ｓ１０５では、外部ＥＧＲガスが増量されていく状態において、気筒２内に供給される外部ＥＧＲガス量Ｇｏを算出する。吸気に対して外部ＥＧＲガスの占める量が増加すると
吸気中の酸素濃度が低下する。そこで、酸素濃度センサ２７等からの信号に基づいて、外部ＥＧＲガス量Ｇｏを算出する。ここで、先述したように、ＥＧＲ弁２４の開度を所定開度まで開弁した場合でも、外部ＥＧＲガス量は目標外部ＥＧＲガス量に直ちに到達はせずに、図５中線Ｌ４で表されるように、ＥＧＲ弁２４の開弁開始から時間Ｐ２の時間遅れを伴って、目標外部ＥＧＲガス量へ到達する。即ち、ＥＧＲ弁２４の開弁開始から時間Ｐ２が経過するまでの期間（以下、「外部ＥＧＲガス増加期間」という）においては、外部ＥＧＲガスを増量するものの目標外部ＥＧＲガス量にまでは至っていない。Ｓ１０５の処理が終了すると、Ｓ１０６へ進む。

Ｓ１０６では、外部ＥＧＲガス増加期間において外部ＥＧＲガス量が目標外部ＥＧＲガス量に不足する分量を内部ＥＧＲガスによって補うべく、外部ＥＧＲガス増加期間における内部ＥＧＲガス量Ｇｉが算出される。本実施例においては、内部ＥＧＲガス量Ｇｉは、外部ＥＧＲガス増加期間において目標外部ＥＧＲガス量から外部ＥＧＲガス量Ｇｏを差し引いた量となる。従って、通常燃焼から予混合燃焼へ切り替わる時間Ｔ１においては、外部ＥＧＲガス量は切り替わる直前と比べてほとんど変動しないため、図５中線Ｌ５で示すように内部ＥＧＲガス量Ｇｉを急峻に増加させる。そして、時間の経過とともに外部ＥＧＲガス量Ｇｏが増加するに従い、内部ＥＧＲガス量Ｇｉを減量する。Ｓ１０６の処理が終了すると、Ｓ１０７へ進む。

Ｓ１０７では、Ｓ１０６において算出された内部ＥＧＲガス量Ｇｉおよび予混合燃料の改質に要する内部ＥＧＲガス量を気筒２内に供給するために、期間Ｅ１における排気弁６の閉弁時期と期間Ｉ１における吸気弁５の開弁時期を決定する。そして、その決定された時期に排気弁６を閉弁し且つ吸気弁５を開弁することで気筒２内に内部ＥＧＲガスを供給する。ここで、期間Ｅ１における排気弁６の閉弁時期と期間Ｉ１における吸気弁５の開弁時期を決定について、換言すると期間Ｐ１の決定について、図７に基づいて説明する。図７中の線Ｌ６は、内燃機関１のクランクアングルに対する気筒２内の体積の推移である。

期間Ｅ１において排気弁６が閉弁されるときの気筒２内の圧力と排気枝管１２内の圧力を同一とみなし、排気圧センサ２８から検出される排気圧とＳ１０６で算出した内部ＥＧＲガス量Ｇｉから、内部ＥＧＲガス量Ｇｉに対応した内部ＥＧＲガスの体積Ｖｉ−ｅｇｒを算出する。そして、図７中線Ｌ６より、気筒２内の体積がＶｉ−ｅｇｒとなる排気行程におけるクランクアングルをＣＡ１、吸気行程におけるクランクアングルをＣＡ２とする。よって排気弁６をクランクアングルＣＡ１において閉弁することで、気筒２内に必要な内部ＥＧＲガスを供給することが可能となる。一方で、気筒２内においては排気行程上死点近傍において先述した低温酸化反応が生じているため、気筒内体積が同体積であるクランクアングルＣＡ１の時点と比べて、クランクアングルＣＡ２においては気筒２内の圧力が上昇している。従って、吸気弁５をクランクアングルＣＡ２において開弁すると、気筒２内に確保されている内部ＥＧＲガスが気筒２外へ放出される虞がある。そこで、気筒２内の圧力がクランクアングルＣＡ１において排気弁６を閉弁したときの圧力と同程度の圧力となる時期まで、クランクアングルＣＡ２から吸気弁５の開弁時期をΔＣＡ遅角する補正を行う。ΔＣＡの値は、時期ＩＮＪ１において噴射された燃料噴射量等に基づいて決定される。以上より、吸気弁５はクランクアングルＣＡ２＋ΔＣＡにおいて開弁されることになる。Ｓ１０７の処理が終了すると、Ｓ１０８へ進む。

Ｓ１０８では、外部ＥＧＲガス量Ｇｏが収束したか、即ち外部ＥＧＲガス量Ｇｏが目標外部ＥＧＲガス量に到達したか否かが判断される。例えば、酸素濃度センサ２７によって検出される酸素濃度の推移が収束したことをもって、外部ＥＧＲガス量Ｇｏが目標外部ＥＧＲガス量に到達したと判断し得る。外部ＥＧＲガス量Ｇｏが収束したと判断されると本制御を終了し、外部ＥＧＲガス量Ｇｏが収束したと判断されないとＳ１０５以降の処理が再び行われる。

本制御によると、内燃機関１において通常燃焼から予混合燃焼への切替が行われる場合、気筒２内への内部ＥＧＲガスの供給量を調整することで、図５中線Ｌ３に示すように燃焼状態の切替時において気筒２内へのＥＧＲガスの供給量を可及的に早急に予混合燃焼に応じた供給量に移行することが可能となる。

尚、本実施例においては、予混合燃焼は期間ＩＮＪ１およびＩＮＪ２において燃料を噴射することで実現するが、燃料噴射時期はこれらの期間だけには限られず、圧縮行程上死点近傍より早い時期であればよい。ただし、燃料噴射弁３から噴射された燃料が気筒２の内壁面に付着するのを回避するために、吸気行程後期から圧縮行程初期に係る期間を除く期間において燃料噴射を行うのが好ましい。

また、本実施例においては、内部ＥＧＲガスを気筒２内に供給するために、排気行程上死点近傍において吸気弁５および排気弁６が共に閉弁状態となる期間Ｐ１を設けたが、それに代わり、排気行程において排気を排気枝管１２へ排出した後に吸気行程初期において再び排気弁６を開弁して排出した排気を再び気筒２内に吸引したり、排気行程において吸気弁を開弁することで吸気枝管７に排気の一部を排出しその後の吸気行程において排出した吸気を吸気と共に吸引したりすることで、内部ＥＧＲガスを気筒２内に供給してもよい。

次に、図１に示す内燃機関１において、予混合燃焼から通常燃焼に切り替わる場合における燃焼切替時ＥＧＲガス供給制御について、図８に基づいて説明する。尚、燃焼切替時ＥＧＲガス供給制御は、一定のサイクルで繰り返し実行されるルーチンである。また、図９に、図８に示す燃焼切替時ＥＧＲガス供給制御が行われるときの、ＥＧＲ弁２４の開度の推移（図中線Ｌ７で表される）、気筒２内へ供給するＥＧＲガス量である目標ＥＧＲガス量Ｇｐの推移（図中線Ｌ８で表される）、外部ＥＧＲガス量Ｇｏの推移（図中線Ｌ９で表される）、内部ＥＧＲガス量Ｇｉの推移（図中線Ｌ１０で表される）を示す。

Ｓ２０１では、内燃機関１の運転状態に基づいて、予混合燃焼から通常燃焼への切替が行われる可能性が推定されるか否かが判断される。即ち、内燃機関の運転状態が、図１０に示す領域Ｒ１から領域Ｒ２へ移行することが推定されるか否かが判断される。ここで、該推定について、図１０に基づいて説明する。図１０は、内燃機関１の運転状態と内燃機関１における燃焼状態との関係を示す。図中の領域Ｒ１およびＲ２は、図６に示す領域と同一である。

現時点において、内燃機関１の機関回転速度と機関負荷が図１０中の矢印の方向に沿って推移しているものとする。このとき、予混合燃焼から通常燃焼への切替が行われる可能性の推定は、内燃機関１の運転状態の推移と、内燃機関１の運転状態とを比較することで行われる。即ち、内燃機関１の運転状態が急速に領域Ｒ１から領域Ｒ２に推移する状態においては、領域Ｒ１と領域Ｒ２との境界から比較的離れた状態において早期の内に予混合燃焼から通常燃焼への切替が行われる可能性があると推定する。これは、予混合燃焼から通常燃焼への切替が行われるまでに後述するＳ２０２からＳ２０７までの処理が完了されることが好ましく、そのための処理時間を確保するためである。一方で、内燃機関１の運転状態が緩やかに領域Ｒ１から領域Ｒ２に推移する状態においては、領域Ｒ１と領域Ｒ２との境界から比較的近い状態において予混合燃焼から通常燃焼への切替が行われる可能性があると推定する。

ここで、内燃機関１の機関負荷の単位時間あたりの増加率（以下、「機関負荷増加率」という）がＡ１とＡ２である場合（Ａ１＞Ａ２）について例示する。機関負荷増加率がＡ
１である場合、内燃機関の機関回転速度と機関負荷の増加率の推移を示す図１０中の矢印が図１０中の一点鎖線で表される基準線Ｌ１１と交わったか若しくは基準線Ｌ１１を超えたことをもって、予混合燃焼から通常燃焼への切替が行われる可能性があると推定する。一方で、機関負荷増加率がＡ２である場合、内燃機関の機関回転速度と機関負荷の増加率の推移を示す図１０中の矢印が図１０中の点線で表される基準線Ｌ１２と交わったか若しくは基準線Ｌ１２を超えたことをもって、予混合燃焼から通常燃焼への切替が行われる可能性があると推定する。これにより、後述するＳ２０２からＳ２０７までの処理時間を確保することが可能となる。Ｓ２０１において、予混合燃焼から通常燃焼への切替が行われる可能性が推定される場合はＳ２０２へ進み、予混合燃焼から通常燃焼への切替が行われる可能性が推定されない場合はＳ２０１の処理が再び行われる。

Ｓ２０２では、切替後の通常燃焼において気筒２内に供給すべき目標ＥＧＲガス量Ｇｐを算出する。先述したとおり、通常燃焼においては過早着火が生じる虞がないため、予混合燃焼と比べて必要とされるＥＧＲガス量は少なく、その点を踏まえて気筒２内に供給する必要量である目標ＥＧＲガス量Ｇｐを算出する。尚、通常燃焼においては図３に示す吸気弁５および排気弁６の開閉制御は行われず、排気行程上死点近傍において排気弁６の開弁時期と吸気弁５の開弁時期とを一部重複させるとともに、燃料噴射は圧縮行程上死点近傍において行う。その結果、図３に示す吸排気弁の両弁が閉弁状態にある期間Ｐ１は解消され、気筒２内への内部ＥＧＲガスの供給量は少なくなる。そこで、本実施例においては、通常燃焼時においては、気筒２内へのＥＧＲガスの供給はＥＧＲ装置２１を経て供給される外部ＥＧＲガスによって賄われるものとする。Ｓ２０２の処理が終了すると、Ｓ２０３へ進む。尚、この時点においては、まだ燃焼状態は通常燃焼へ切り替えられておらず、目標ＥＧＲガス量Ｇｐを算出するのみである。

Ｓ２０３では、ＥＧＲ弁２４の開度を目標ＥＧＲガス量Ｇｐの外部ＥＧＲガスが気筒２内に供給される開度である所定開度とするために、ＥＧＲ弁２４の開度を閉弁方向に移行する。そこで、図９中線Ｌ７で表されるように、時期Ｔ２において、ＥＧＲ弁２４の開度が減少する。Ｓ２０３の処理が終了すると、Ｓ２０４へ進む。

Ｓ２０４では、外部ＥＧＲガスが減少されていく状態において、酸素濃度センサ２７等からの信号に基づいて、気筒２内に供給される外部ＥＧＲガス量Ｇｏを算出する。ここで、先述したように、ＥＧＲ弁２４の開度を所定開度まで閉弁した場合でも、外部ＥＧＲガス量は目標ＥＧＲガス量Ｇｐに直ちに到達はせずに、図９中線Ｌ９で表されるように、ＥＧＲ弁２４の閉弁開始から時間Ｐ３の時間遅れを伴って、目標ＥＧＲガス量Ｇｐへ到達する。即ち、ＥＧＲ弁２４の閉弁開始から時間Ｐ３が経過するまでの期間（以下、「外部ＥＧＲガス減少期間」という）においては、外部ＥＧＲガスは時間と共に減少するものの目標ＥＧＲガス量Ｇｐにまでは至っていない。Ｓ２０４の処理が終了すると、Ｓ２０５へ進む。

ここで、燃焼状態の切替は後述するＳ２０９において行われるため、現時点においてはいまだ予混合燃焼が行われており、従って気筒２内へ供給されるべきＥＧＲガス量はＳ２０２で算出した目標ＥＧＲガス量Ｇｐではなく、予混合燃焼に応じた量である。しかし、外部ＥＧＲガス減少期間においては、ＥＧＲ弁２４の開度は既に切替後に予定される通常燃焼に応じた開度へ移行しているため、ＥＧＲ装置２１を経て気筒２内に供給される量は線Ｌ９に示すように減少する。従って、気筒２内へのＥＧＲガス供給量が不足するため、Ｓ２０５では、外部ＥＧＲガス減少期間において気筒２内へのＥＧＲガス供給量の不足分を内部ＥＧＲガスによって補うべく、外部ＥＧＲガス減少期間における内部ＥＧＲガス量Ｇｉが算出される。本実施例においては、内部ＥＧＲガス量Ｇｉは、外部ＥＧＲガス減少期間において予混合燃焼に応じたＥＧＲガス量から外部ＥＧＲガス量Ｇｏを差し引いた量となり、その推移は図９中線Ｌ１０で表される。従って、ＥＧＲ弁２４の開度が所定開度
へ閉弁される時間Ｔ２においては、外部ＥＧＲガス量はＥＧＲ弁２４の開度が閉弁される直前と比べてほとんど変動しないため、図９中線Ｌ１０で示すように内部ＥＧＲガス量Ｇｉはほとんど変動せず、時間の経過と共に増加する。Ｓ２０５の処理が終了すると、Ｓ２０６へ進む。

Ｓ２０６では、図９中線Ｌ１０で示される内部ＥＧＲガス量Ｇｉを気筒２内に供給するために、予混合燃焼における期間Ｅ１における排気弁６の閉弁時期と期間Ｉ１における吸気弁５の開弁時期を決定する。そして、その決定された時期に排気弁６を閉弁し且つ吸気弁５を開弁することで気筒２内に内部ＥＧＲガスを供給する。ここで、期間Ｅ１における排気弁６の閉弁時期と期間Ｉ１における吸気弁５の開弁時期を決定については、先述したＳ１０７と同様である。Ｓ２０６の処理が終了すると、Ｓ２０７へ進む。

Ｓ２０７では、外部ＥＧＲガス量Ｇｏが収束したか、即ち外部ＥＧＲガス量Ｇｏが目標ＥＧＲガス量Ｇｐに到達したか否かが判断される。例えば、酸素濃度センサ２７によって検出される酸素濃度の推移が収束したことをもって、外部ＥＧＲガス量Ｇｏが目標ＥＧＲガス量Ｇｐに到達したと判断し得る。外部ＥＧＲガス量Ｇｏが収束したと判断されるとＳ２０８へ進み、外部ＥＧＲガス量Ｇｏが収束したと判断されないとＳ２０４以降の処理が再び行われる。

Ｓ２０８では、予混合燃焼を行っている内燃機関１において、予混合燃焼から通常燃焼への切替が要求されている否か、即ち内燃機関１の運転状態が実際に通常燃焼を行う運転状態となっているか否かが判断される。従って、内燃機関１の運転状態が低負荷運転状態（図１０中領域Ｒ１で表される運転状態）から高負荷運転状態（図１０中領域Ｒ２で表される運転状態）に移行したことで、予混合燃焼から通常燃焼への切替が要求されていると判断される。通常燃焼から予混合燃焼への切替が要求されていると判断されると、Ｓ２０９へ進む。一方で、通常燃焼から予混合燃焼への切替が要求されていないと判断されると、再びＳ２０８の処理が行われる。

Ｓ２０９では、先述したように通常燃焼を行うべく燃料噴射弁３からの燃料の噴射時期や吸排気弁の開閉時期等が変更される。燃焼状態の切替が行われる時期が、図９において時期Ｔ３で表される。そして、時期Ｔ３において、燃焼状態が予混合燃焼から通常燃焼へと切り替えられることにより、気筒２内に供給するＥＧＲガス量を予混合燃焼に応じた供給量から、Ｓ２０２で算出した目標ＥＧＲガス量Ｇｐとするために、図９中線Ｌ１０で表されるように内部ＥＧＲガスの供給を中止する。これによって、図９中線Ｌ８で表されるように、結果的に気筒２内へのＥＧＲガスの供給量が直ちに予混合燃焼に応じた量から通常燃焼に応じた量へと移行される。Ｓ２０９の処理が行われた後、本制御を終了する。

本制御によると、内燃機関１において予混合燃焼から通常燃焼への切替が行われる場合、燃焼状態の切替が行われる前に気筒２内への内部ＥＧＲガスの供給量を調整することで、図９中線Ｌ８に示すように燃焼状態の切替時において気筒２内へのＥＧＲガスの供給量を可及的に早急に通常燃焼に応じた供給量に移行することが可能となる。

本発明の実施の形態に係る予混合燃焼を行う圧縮着火内燃機関の概略構成を表すブロック図である。 本発明の実施の形態に係る予混合圧縮着火内燃機関において、気筒近傍の概略構成を表すブロック図である。 本発明の実施の形態に係る予混合圧縮着火内燃機関において、クランクアングルに対する気筒内温度の推移、および吸排気弁の開弁タイミング、燃料噴射タイミングを表す図である。 本発明の実施の形態に係る予混合圧縮着火内燃機関において、通常燃焼から予混合燃焼への燃焼切替が行われる際の気筒内へのＥＧＲガスの供給制御に関するフローチャートである。 本発明の実施の形態に係る予混合圧縮着火内燃機関において、図４に示す燃焼切替時ＥＧＲガス供給制御が行われるときの、ＥＧＲ弁の開度の推移、気筒内へ供給するＥＧＲガス量の推移外部ＥＧＲガス量の推移、内部ＥＧＲガス量の推移を表す図である。 本発明の実施の形態に係る予混合圧縮着火内燃機関において、内燃機関の運転状態と内燃機関における燃焼状態との関係を表す図である。 本発明の実施の形態に係る予混合圧縮着火内燃機関において、内燃機関のクランクアングルに対する気筒内の体積の推移を表すグラフである。 本発明の実施の形態に係る予混合圧縮着火内燃機関において、予混合燃焼から通常燃焼への燃焼切替が行われる際の気筒内へのＥＧＲガスの供給制御に関するフローチャートである。 本発明の実施の形態に係る予混合圧縮着火内燃機関において、図８に示す燃焼切替時ＥＧＲガス供給制御が行われるときの、ＥＧＲ弁の開度の推移、気筒内へ供給するＥＧＲガス量の推移外部ＥＧＲガス量の推移、内部ＥＧＲガス量の推移を表す図である。 本発明の実施の形態に係る予混合圧縮着火内燃機関において、内燃機関の運転状態と内燃機関における燃焼状態との関係を表す図である。

符号の説明

１・・・・内燃機関
２・・・・気筒
３・・・・燃料噴射弁
５・・・・吸気弁
６・・・・排気弁
７・・・・吸気枝管
８・・・・吸気管
１２・・・・排気枝管
１３・・・・排気管
１６・・・・過給機
１７・・・・吸気側電源
１８・・・・排気側電源
２０・・・・ＥＣＵ
２５・・・・クランクポジションセンサ
２６・・・・アクセル開度センサ
２７・・・・酸素濃度センサ
２８・・・・排気圧センサ

Claims (3)

1. 圧縮行程上死点近傍の時期より早い時期に行われる燃料噴射によって予混合気を形成して予混合燃焼を行う圧縮着火内燃機関において、
   前記圧縮着火内燃機関において行われる燃焼状態を、前記圧縮着火内燃機関の運転状態に基づいて、前記予混合気を形成することで行われる予混合燃焼と該予混合気を形成せずに圧縮行程上死点近傍の時期に燃料を噴射することで行われる通常燃焼とに選択的に切り替える燃焼切替手段と、
   前記圧縮着火内燃機関の排気通路と吸気通路とを連結し該排気通路を流れる排気の一部を該吸気通路へ再循環させる排気再循環通路と、
   前記排気再循環通路を流れる排気の流量を調整することで、該再循環排気を外部ＥＧＲガスとして該圧縮着火内燃機関の気筒内へ供給する外部ＥＧＲガス供給手段と、
   前記圧縮着火内燃機関の吸排気弁の開閉特性を制御することで、該圧縮着火内燃機関で生じた燃焼ガスの一部を内部ＥＧＲガスとして前記気筒内へ供給する内部ＥＧＲガス供給手段と、
   前記燃焼切替手段による燃焼状態の切替時の近傍の所定期間において、前記外部ＥＧＲガス供給手段によって前記気筒内へ供給される外部ＥＧＲガス量を該切替後の燃焼状態に応じた所定ＥＧＲガス量とすべく該外部ＥＧＲガス供給手段による外部ＥＧＲガスの供給を行うとともに、該外部ＥＧＲガス供給手段により供給される外部ＥＧＲガス量が該所定期間において該気筒内に供給されるべきＥＧＲガス量に不足するとき該不足量を内部ＥＧＲガス供給手段による前記内部ＥＧＲガスの供給により補うＥＧＲガス供給量制御手段と、
   を備えることを特徴とする予混合圧縮着火内燃機関。
2. 前記所定期間は、前記燃焼切替手段によって燃焼状態が前記通常燃焼から前記予混合燃焼に切り替えられた後の期間であって、
   前記燃焼切替手段によって前記圧縮着火内燃機関の燃焼状態が前記通常燃焼から前記予混合燃焼に切り替えられるとき、前記ＥＧＲガス供給量制御手段は、該所定期間において前記外部ＥＧＲガス供給手段によって前記気筒内へ供給する外部ＥＧＲガス量を予混合燃焼に応じた所定ＥＧＲガス量とすべく該外部ＥＧＲガス供給手段による外部ＥＧＲガスの供給量を増量するとともに、該所定ＥＧＲガス量と該外部ＥＧＲガス供給手段により供給される外部ＥＧＲガス量との差分量を前記内部ＥＧＲガス供給手段による内部ＥＧＲガスの供給により補う
   ことを特徴とする請求項１に記載の予混合圧縮着火内燃機関。
3. 前記燃焼切替手段によって燃焼状態の前記予混合燃焼から前記通常燃焼への切替が行われることを推定する燃焼切替推定手段を、更に備え、
   前記所定期間は、前記燃焼切替推定手段によって燃焼状態の切替が行われることが推定されてから前記燃焼切替手段による燃焼状態の切替が行われるまでの期間であって、
   前記ＥＧＲガス供給量制御手段は、前記所定期間において前記外部ＥＧＲガス供給手段によって前記気筒内へ供給する外部ＥＧＲガス量を予混合燃焼から通常燃焼への切替後の該通常燃焼に応じた所定ＥＧＲガス量とすべく該外部ＥＧＲガス供給手段による外部ＥＧＲガスの供給量を減量するとともに、予混合燃焼に応じたＥＧＲガス量と該外部ＥＧＲガス供給手段により供給される外部ＥＧＲガス量との差分量を前記内部ＥＧＲガス供給手段による内部ＥＧＲガスの供給により補う
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の予混合圧縮着火内燃機関。

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