JP6111986B2 - 予混合圧縮着火式エンジンの制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、低燃費および低ＮＯｘを実現する予混合圧縮着火式エンジンに関し、アイドルストップ中の予混合圧縮着火式エンジンを再始動させる際の技術分野に属する。

従来、ピストンの圧縮によりつくり出される高温・高圧の環境下で混合気を自着火により燃焼させる予混合圧縮着火（ＨＣＣＩ：Homogeneous Charge Compression Ignition）燃焼を自動車用ガソリンエンジンに適用するため、自着火時期の制御、ＨＣＣＩ運転領域の拡大、ＨＣＣＩ運転と火花点火（ＳＩ：Spark Ignition）運転との円滑な切替えといった種々の技術開発が進められている（例えば特許文献１参照）。

ＨＣＣＩ燃焼は、燃料噴射量が少なく熱発生量が少ないエンジンの低負荷域では起き難い。そのため、上記のような予混合圧縮着火式エンジンを始動させる際、特にアイドルストップさせた予混合圧縮着火式エンジンを再始動させる際は、ＳＩ燃焼で再始動させることが通例である。

特許文献２には、アイドルストップ中のディーゼルエンジンを再始動させる技術として、停止時圧縮行程気筒（エンジン停止時に圧縮行程にある気筒のこと。以下これに準じて同じ）のピストン停止位置が適正停止位置よりも上死点側にある場合は、停止時吸気行程気筒に最初に燃料を噴射し、停止時圧縮行程気筒のピストン停止位置が適正停止位置にある場合は、停止時圧縮行程気筒に最初に燃料を噴射することが開示されている。

特開２００７−１５４８５９号公報 特開２００９−６２９６０号公報

ところで、自動車の運転中は、信号待ち、踏み切り、渋滞中等、高い頻度でアイドルストップが実行される。そのため、アイドルストップさせた予混合圧縮着火式エンジンをＨＣＣＩ燃焼で再始動させることができれば、燃費性能およびエミッション性能が大幅に向上する。

そこで、本発明は、アイドルストップ中の予混合圧縮着火式エンジンを再始動させる際、ＨＣＣＩ燃焼で安定して再始動させることができる予混合圧縮着火式エンジンの制御装置の提供を目的とする。

上記課題を解決するためのものとして、本発明は、複数の気筒と、各気筒に燃料を噴射する複数のインジェクタとを備えるとともに、所定の運転領域において各気筒で予混合圧縮着火燃焼が行われるように構成された予混合圧縮着火式エンジンの制御装置であって、エンジン温度が所定の基準温度以上であるという要件を含む所定の自動停止条件が成立したときにエンジンを自動停止させ、その後所定の再始動条件が成立したときにエンジンを再始動させる制御手段が備えられ、上記制御手段は、上記エンジンを再始動させる制御として、運転者の発進要求がない場合は、各気筒ともに２回目の圧縮上死点を迎えるときから予混合圧縮着火燃焼が開始するように、排気弁を排気行程だけでなく吸気行程でも開く２度開きを行いつつ、各気筒の最初の吸気行程中に、着火に至らない量の燃料を各気筒に噴射する１回目の燃料噴射を行い、かつ各気筒の２回目の吸気行程中に、着火に至る量の燃料を各気筒に噴射する２回目の燃料噴射を行い、運転者の発進要求がある場合は、各気筒ともに１回目の圧縮上死点を迎えるときから予混合圧縮着火燃焼が開始するように、各気筒の最初の圧縮行程の後半に各気筒に燃料を噴射し、かつそのときの燃料噴射量を上記運転者の発進要求がない場合の各気筒の１回目の燃料噴射量よりも多くすることを特徴とする予混合圧縮着火式エンジンの制御装置である（請求項１）。

本発明において、排気弁について「２度開き」とは、排気行程で開いた排気弁をいったん閉じて再び吸気行程で開く態様だけでなく、排気行程から吸気行程にかけて排気弁を一度も閉じることなく継続的に開き続ける態様も含むものである。

本発明によれば、運転者の発進要求がない場合（例えばバッテリ電圧が低下した等、車両のシステム上の都合でエンジンを稼動しなければならなくなったような場合）、つまりエンジンを迅速に再始動させる必要がない場合は、排気弁の２度開きを行いつつ、各気筒の最初の吸気行程中および２回目の吸気行程中にそれぞれ１回目および２回目の燃料噴射を行う。ただし、１回目の燃料噴射では、燃料が着火に至らない程度の少量の燃料が噴射されるので、それによって形成される混合気は比較的薄いものとなる。このため、各気筒に１回目に噴射された燃料は、各気筒の１回目の圧縮上死点を迎えるときには自着火せず、各気筒の１回目の排気行程で筒内から未燃のまま排気通路に排出される。排出された未燃混合気は圧縮を受けたことにより気化霧化が促進され、また幾分昇温している。そして、排気弁の２度開きにより、上記のように気化霧化が促進された未燃混合気の一部が次の吸気行程で筒内に戻され、そこに各気筒への２回目の燃料噴射が行われるので、混合気は１回目よりもリッチ化し、混合気全体の着火性が高められる。そのため、エンジンが暖機状態にあることと相まって、各気筒ともに２回目の圧縮上死点を迎えるときからＨＣＣＩ燃焼（予混合圧縮着火燃焼）が開始し、アイドルストップ中の予混合圧縮着火式エンジンをＨＣＣＩ燃焼で安定して再始動させることができる。しかも、混合気が均質リーンなのでエミッション性能が向上する。
また、各気筒の最初の吸気行程中に１回目の燃料噴射が行われるので、各気筒の２回目の圧縮上死点を迎えてＨＣＣＩ燃焼が開始するまでに、吸気→圧縮→膨張→排気→吸気→圧縮と相対的に長い時間が経過する。これにより、例えば各気筒の最初の圧縮行程中に１回目の燃料を噴射した場合と比べて、燃料と空気とが十分に混合され、より均質な混合気が形成されて、ＨＣＣＩ燃焼がより一層起こり易くなる。

一方、運転者の発進要求がある場合（例えばブレーキペダルの踏込量が減少したような場合）、つまりエンジンを迅速に再始動させる必要がある場合は、各気筒の最初の圧縮行程の後半に燃料を噴射し、かつ、そのときの燃料噴射量を上記運転者の発進要求がない場合の各気筒の１回目の燃料噴射量よりも多くする。これにより、初回の燃料噴射で形成された混合気は筒内で成層化し、局所リッチの状態となって、着火性が高められる。そのため、エンジンが暖機状態にあることと相まって、各気筒ともに１回目の圧縮上死点を迎えるときからＨＣＣＩ燃焼が開始し、アイドルストップ中の予混合圧縮着火式エンジンをＨＣＣＩ燃焼で安定して迅速に再始動させることができる。

以上のように、本発明によれば、アイドルストップさせた予混合圧縮着火式エンジンをＨＣＣＩ燃焼で安定して再始動させることができ、ＳＩ燃焼で再始動させる場合に比べて燃費性能等を大幅に向上させることができる。

本発明において、上記制御手段は、運転者の発進要求の有無に拘らず、各気筒の初回燃焼時の空燃比が理論空燃比よりもリーンとなるように各燃料噴射量を設定することが好ましい（請求項２）。

この構成によれば、各気筒の初回燃焼時の空燃比（運転者の発進要求がある場合は各気筒の初回の燃料噴射量に基く空燃比、運転者の発進要求がない場合は各気筒の初回の燃料噴射量と２回目の燃料噴射量との合算量に基く空燃比）が理論空燃比よりもリーンになるので、燃費性能およびエミッション性能がより一層向上する。

本発明において、上記制御手段は、運転者の発進要求がある場合は、各気筒の１回目の圧縮上死点を迎えるときに混合気の自着火を促進するための着火アシスト制御を実行することが好ましい（請求項３）。

この構成によれば、エンジンを迅速に再始動させる必要がある場合に、着火アシストにより確実にエンジンをＨＣＣＩ燃焼で迅速に再始動させることができる。

本発明において、各気筒に点火プラグが備えられ、上記着火アシスト制御は、上記点火プラグに火花点火を行わせることであることが好ましい（請求項４）。

この構成によれば、着火アシストとして混合気が点火されるので、混合気の着火が確実に促進される。

本発明において、各気筒にオゾンを供給するオゾン供給手段が備えられ、上記着火アシスト制御は、上記オゾン供給手段にオゾンを供給させることであることが好ましい（請求項５）。

この構成によれば、着火アシストとして混合気にオゾンが供給されるので、混合気の着火が確実に促進される。

本発明は、アイドルストップ中の予混合圧縮着火式エンジンを再始動させる際、ＨＣＣＩ燃焼で安定して再始動させることができる予混合圧縮着火式エンジンの制御装置を提供するので、低燃費および低ＮＯｘを実現する予混合圧縮着火式エンジンの技術の発展向上に寄与する。

本発明の実施形態にかかる予混合圧縮着火式エンジンの全体構成図である。 リフト量が変更可能な吸気弁のリフトカーブと、開弁動作が切替可能な排気弁のリフトカーブとを示す図である。 オゾン生成器の構成を示す斜視図である。 上記エンジンの制御系を示すブロック図である。 上記エンジンの運転領域を燃焼形態の相違によって複数の領域に分けたマップである。 運転者の発進要求がない場合に上記エンジンを再始動させる際のタイムチャートである。 運転者の発進要求がある場合に上記エンジンを再始動させる際のタイムチャートである。 上記エンジンを自動停止させる際のフローチャートである。 上記エンジンを再始動させる際のフローチャートの一部である。 上記エンジンを再始動させる際のフローチャートの他の一部である。 上記エンジンを再始動させる際のフローチャートの残部である。 運転者の発進要求がない場合に上記エンジンを再始動させる際の変形例のタイムチャートである。

（１）全体構成
図１は、本発明の実施形態にかかる予混合圧縮着火式エンジンの全体構成図である。このエンジンは、走行用の動力源として車両に搭載される４サイクルのガソリンエンジンである。具体的に、このエンジンは、紙面に直交する方向に列状に並ぶ４つの気筒２（図１にはそのうちの１つの気筒のみを示す）を有するエンジン本体１と、エンジン本体１に空気を導入するための吸気通路２０と、エンジン本体１で生成された排気ガスを排出するための排気通路３０と、排気通路３０を流通する排気ガスの一部を吸気通路２０に還流するためのＥＧＲ装置４０とを備えている。

エンジン本体１は、上記４つの気筒２が内部に形成されたシリンダブロック３と、シリンダブロック３の上部に設けられたシリンダヘッド４と、各気筒２に往復摺動可能に挿入されたピストン５とを有している。ピストン５の頂面には、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５ａが形成されている。

ピストン５の上方には燃焼室１０が形成されており、この燃焼室１０には、後述するインジェクタ１１からの噴射によって燃料が供給される。そして、噴射された燃料が燃焼室１０で燃焼し、その燃焼による膨張力で押し下げられたピストン５が上下方向に往復運動する。なお、本実施形態のエンジンはガソリンエンジンであるため、燃料としてはガソリンが用いられる。ただし、燃料の全てがガソリンである必要はなく、例えばアルコール等の副成分が燃料に含まれていてもよい（例えばＥ３等の混合燃料等）。

ピストン５は、エンジン本体１の出力軸であるクランク軸１５とコネクティングロッド１６を介して連結されており、上記ピストン５の往復運動に応じてクランク軸１５が中心軸回りに回転する。

各気筒２の幾何学的圧縮比、つまり、ピストン５が下死点にあるときの燃焼室１０の容積とピストン５が上死点にあるときの燃焼室１０の容積との比は、ガソリンエンジンとしてはかなり高めの値である１５以上２０以下に設定されている。これは、ガソリンを自着火により燃焼させるＨＣＣＩ燃焼を実現するために、燃焼室１０を大幅に高温・高圧化する必要があるからである。

シリンダヘッド４には、吸気通路２０から供給される空気（以下「吸気」ともいう）を各気筒２の燃焼室１０に導入するための吸気ポート６と、各気筒２の燃焼室１０で生成された排気ガスを排気通路３０に導出するための排気ポート７と、吸気ポート６の燃焼室１０側の開口を開閉する吸気弁８と、排気ポート７の燃焼室１０側の開口を開閉する排気弁９とが設けられている。

吸気弁８および排気弁９は、それぞれ、シリンダヘッド４に配設された一対のカムシャフト等を含む動弁機構１８，１９により、クランク軸１５の回転に連動して開閉駆動される。

吸気弁８用の動弁機構１８には、吸気弁８のリフト量を連続的に（無段階で）変更することが可能な可変機構１８ａが組み込まれている。このような可変機構１８ａは、連続可変バルブリフト機構（ＣＶＶＬ）等として既に公知であり、具体的な構成例として、吸気弁８駆動用のカムをカム軸の回転と連動して往復揺動運動させるリンク機構と、リンク機構の配置（レバー比）を可変的に設定するコントロールアームと、コントロールアームを電気的に駆動することによって上記カムの揺動量（吸気弁８を押し下げる量と期間）を変更するステッピングモータとを備えたものを挙げることができる。

このような可変機構１８ａにより、図２に実線Ｉｎと破線Ｉｎとで示すように、吸気弁８のリフト量が大リフト（実線）と小リフト（破線）との間で無段階に変更される。

排気弁９用の動弁機構１９には、吸気行程中に排気弁９を押し下げる機能を有効または無効にする切替機構１９ａが組み込まれている。すなわち、この切替機構１９ａは、排気弁９を排気行程だけでなく吸気行程でも開弁可能にするとともに、この吸気行程中の排気弁９の開弁動作（いわゆる排気弁９の２度開き）を実行するか停止するかを切り替える機能を有している。

このような切替機構１９ａは既に公知であり、具体的な構成例として、排気弁９駆動用の通常のカム（排気行程中に排気弁９を押し下げるカム）とは別に吸気行程中に排気弁９を押し下げるサブカムと、このサブカムの駆動力が排気弁９に伝達されるのを有効または無効にするいわゆるロストモーション機構とを備えたものを挙げることができる。

このような切替機構１９ａにより、図２に実線Ｅｘと破線Ｅｘとで示すように、排気弁９の開弁動作が、排気弁９が排気行程だけで開弁する通常動作（実線）と、排気弁９が排気行程だけでなく吸気行程でも開弁する２度開き動作（破線）とに切り替えられる。そのため、上記切替機構１９ａのサブカムによる排気弁９の押し下げが有効にされると、つまり２度開き動作が行われると、排気弁９が排気行程だけでなく吸気行程中にも開弁するので、高温の排気ガス（これを「ホットＥＧＲガス」という）が排気ポート７から燃焼室１０に逆流する、いわゆる内部ＥＧＲが実現される。その結果、燃焼室１０の高温化ひいては圧縮端温度（ピストン５が圧縮上死点に至ったときの気筒２内の温度のこと。以下同じ）の高温化が図られるとともに、燃焼室１０に導入される吸気の量が低減される。

シリンダヘッド４には、燃焼室１０に向けて燃料を噴射するインジェクタ１１と、インジェクタ１１から噴射された燃料と空気との混合気に対し火花放電による点火エネルギーを供給する点火プラグ１２とが、各気筒２につきそれぞれ１組ずつ設けられている。

インジェクタ１１は、ピストン５の頂面を臨むような姿勢でシリンダヘッド４に設けられている。各気筒２のインジェクタ１１にはそれぞれ燃料供給管１３が接続されており、各燃料供給管１３を通じて供給される燃料が、インジェクタ１１の先端部に設けられた複数の噴孔（図示省略）から噴射される。

燃料供給管１３の上流側に、クランク軸１５の回転により駆動されるプランジャー式の燃料ポンプであるサプライポンプ１４が設けられている。サプライポンプ１４と燃料供給管１３との間に、全気筒に共通の蓄圧用のコモンレール（図示省略）が設けられている。コモンレール内で蓄圧された燃料が各気筒２のインジェクタ１１に供給されることにより、各インジェクタ１１から最大で１２０ＭＰａ程度の高い圧力の燃料が噴射される。

インジェクタ１１から噴射される燃料の噴射圧力（燃圧）は、サプライポンプ１４から圧送された燃料の一部を燃料タンク側に戻す量（燃料の逃がし量）を増減させることにより調節可能である。すなわち、サプライポンプ１４には、燃料の逃がし量を調節するための燃圧制御弁１４ａ（図４参照）が内蔵されており、この燃圧制御弁１４ａを用いて燃圧を所定範囲内（例えば３０〜１２０ＭＰａの間）で調節することが可能である。

吸気通路２０は、単一の共通通路２１と、共通通路２１の上流端部に配設されたエアクリーナ２２と、共通通路２１の下流端部に接続された所定容積のサージタンク２４と、サージタンク２４から下流側に延びて各気筒２の吸気ポート６とそれぞれ連通する４つの独立通路２５（図１にはそのうちの１つの独立通路のみを示す）とを有している。共通通路２１のサージタンク２４寄りに、共通通路２１を流通する吸気の流量を調節するスロットル弁２９と、気筒２に導入する吸気ひいては燃焼室１０内の混合気にオゾン（Ｏ_３）を供給するオゾン生成器７６とが、上流側からこの順に配設されている。

オゾン生成器７６は、図３に示すように、共通通路２１の横断面上で、上下また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。オゾン生成器７６は、吸気に含まれる酸素（Ｏ_２）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、そこを通過する吸気中の酸素がオゾン化される。こうしてオゾンが供給された吸気は、サージタンク２４から独立通路２５を介して、各気筒２に導入される。オゾン生成器７６の電極に対する電圧の印加態様を変更し、あるいは電圧を印加する電極の数を変更することによって、オゾン生成器７６を通過した後の吸気中のオゾン濃度を調節することができる。後述するＥＣＵ６０（図４参照）は、こうしたオゾン生成器７６に対する制御を通じて、気筒２に導入する吸気中のオゾン濃度の調節を行う。吸気ないし混合気にオゾンを供給することにより、混合気の着火性およびＨＣＣＩ燃焼の安定性の向上を図ることができる。

排気通路３０は、各気筒２の排気ポート７とそれぞれ連通する４つの独立通路３１（図１にはそのうちの１つの独立通路のみを示す）と、各独立通路３１の下流端部が集合した集合部３２と、集合部３２から下流側に延びる単一の共通通路３３とを有している。共通通路３３の集合部３２寄りに、排気ガス中の有害成分を浄化する排気浄化装置として、第１触媒装置３４と第２触媒装置３５とが、上流側からこの順に配設されている。各触媒装置３４，３５は、それぞれ、筒状ケース内の流路に配置された三元触媒等を備えて構成されている。本実施形態では、上記触媒装置３４，３５は、温度が６００Ｋ以上であると、触媒活性状態であるとともに、オゾンを熱で分解させることができる。

ＥＧＲ装置４０は、排気通路３０と吸気通路２０とを互いに連通するＥＧＲ通路４１と、ＥＧＲ通路４１の途中部に配設されたＥＧＲクーラ４２およびＥＧＲ弁４３とを有している。

ＥＧＲ通路４１は、排気通路３０を流通する排気ガスの一部を吸気通路２０に還流するための通路であり、本実施形態では、排気通路３０の排気集合部３２と吸気通路２０の各独立通路２５とを相互に連通している。なお、図示しないが、ＥＧＲ通路４１の下流部（吸気通路２０側の端部）は、気筒２ごとに設けられた４つの独立通路２５に対応して４つに分岐しており、各独立通路２５と１対１で接続されている。

ＥＧＲクーラ４２は、ＥＧＲ通路４１を流通する排気ガスを冷却するための水冷式の熱交換器である。すなわち、ＥＧＲクーラ４２では、その内部に導入される冷却水との熱交換によって排気ガスが冷却される（これを「クールドＥＧＲガス」という）。ＥＧＲクーラ４２で用いられる冷却水は、エンジン本体１を冷却するための冷却水（エンジン冷却水）と同じものを用いてもよく、また、より高い冷却効果を得るために、エンジン冷却水とは別の冷却水を用いてもよい。

ＥＧＲ弁４３は、ＥＧＲ通路４１におけるＥＧＲクーラ４２よりも下流側に設けられた電動式のバルブであり、その開閉動作に応じて、ＥＧＲ通路４１を通じて吸気通路２０に還流される排気ガス、つまりクールドＥＧＲガスの量が調節される。

（２）制御系
次に、図４を参照して、エンジンの制御系について説明する。本実施形態のエンジンは、その各部がＥＣＵ（エンジン制御ユニット）６０によって統括的に制御される。ＥＣＵ６０は、周知のとおり、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を含むマイクロプロセッサからなるものであり、本発明にかかる「制御手段」に相当する。

ＥＣＵ６０は、エンジンおよびこれを搭載する車両に設けられた下記のセンサＳＮ１〜ＳＮ１２と電気的に接続されており、各センサから入力される信号に基づいて、各種情報を取得する。

・ エンジン本体１のクランク軸１５の回転速度（つまりエンジン回転速度）を検出するエンジン速度センサＳＮ１
・ エンジン冷却水の温度（つまりエンジン本体１の温度）を検出する水温センサＳＮ２
・ サージタンク２４を通過する吸気の温度を検出する吸気温センサＳＮ３
・ サージタンク２４を通過する吸気の流量を検出するエアフローセンサＳＮ４
・ 外気の温度を検出する外気温センサＳＮ５
・ 運転者により操作される図外のアクセルペダルの開度（踏込量）を検出するアクセル開度センサＳＮ６
・ 車室内空間の温度を検出する室温センサＳＮ７
・ バッテリの電圧を検出するバッテリ電圧センサＳＮ８
・ 運転者により操作される図外のブレーキペダルの開度（踏込量）を検出するブレーキペダル開度センサＳＮ９
・ 車両の走行速度を検出する車速センサＳＮ１０
・ 第１触媒装置３４または第２触媒装置３５の温度を検出する触媒温度センサＳＮ１１
・ 運転者により選択されるレンジを検出するレンジセンサＳＮ１２

また、ＥＣＵ６０は、車室内空間の空調を行うエアコン５２およびイグニッションスイッチ５３とも電気的に接続されており、エアコンからは空調の設定温度に関する情報を取得し、イグニッションスイッチ５３からはイグニッションスイッチ５３のオン・オフに関する情報を取得する。

そして、ＥＣＵ６０は、取得した各種情報に基づいて、種々の演算等を実行しつつ、エンジンの各部を制御する。すなわち、ＥＣＵ６０は、インジェクタ１１、点火プラグ１２、サプライポンプ１４の燃圧制御弁１４ａ、吸気弁８用の可変機構１８ａ、排気弁９用の切替機構１９ａ、スロットル弁２９、ＥＧＲ弁４３、エンジンを始動させる際にクランク軸１５を回転させる（クランキングする）スタータモータ５１、およびオゾン生成器７６と電気的に接続されており、上記演算の結果等に基づいて、これらの機器にそれぞれ駆動用の制御信号を出力する。

例えば、ＥＣＵ６０は、次に説明するように、予混合圧縮着火燃焼を行うＣＩモード（ＨＣＣＩ運転）と、火花点火燃焼を行うＳＩモード（ＳＩ運転）とを切り替えるモード切替制御を実行するようにプログラミングされている。

また、ＥＣＵ６０は、所定の自動停止条件が成立したときにエンジンを自動停止させ、その後所定の再始動条件が成立したときにエンジンを再始動させるアイドルストップ制御を実行するようにプログラミングされている。

（３）運転状態に応じたエンジン制御
次に、図５を参照して、運転状態に応じたエンジン制御の具体的内容について説明する。

図５は、エンジンの負荷および回転速度を縦軸および横軸として表したエンジンの運転領域を燃焼形態の相違によって複数の領域に分けたマップである。

本実施形態のエンジンは、燃費性能およびエミッション性能の向上を目的として、エンジン負荷が最低負荷域を含む低負荷側の領域では、点火プラグ１２による火花点火燃焼（ＳＩ燃焼）ではなく、予混合圧縮着火燃焼（ＨＣＣＩ燃焼）が行われる。しかし、エンジン負荷が高くなるに従い、ＨＣＣＩ燃焼では燃焼が急峻になりすぎて、異常燃焼や燃焼騒音等の問題が生じる。そのため、本実施形態のエンジンでは、エンジン負荷が最高負荷域を含む高負荷側の領域では、燃焼形態がＨＣＣＩ燃焼からＳＩ燃焼に切り替えられる。このように、本実施形態のエンジンは、エンジンの運転状態、特にエンジン負荷に応じて、予混合圧縮着火燃焼を行うＣＩモード（ＨＣＣＩ運転）と、火花点火燃焼を行うＳＩモード（ＳＩ運転）とが切り替えられるように構成されている。ただし、モード切替え（運転切替え）の境界線は、図５に例示されたものに限定されるものではない。

ＣＩモードが実行されるＣＩ領域は、エンジン負荷の高低に応じてさらに２つの領域に分けられる。具体的に、ＣＩ領域は、ＣＩ領域内の低中負荷側の領域（「ＣＩ低中負荷域」という）（１）と、ＣＩ領域内の高負荷側の領域（「ＣＩ高負荷域」という）（２）とに分けられる。なお、モード切替えの境界線は、ＣＩ高負荷域（２）に含まれる。

ＣＩ低中負荷域（１）では、混合気の着火性およびＨＣＣＩ燃焼の安定性を高めるために、相対的に温度の高いホットＥＧＲガスが気筒２に導入される。このホットＥＧＲガスの導入は、上述したように、排気弁９を２度開き動作させ（図２の破線Ｅｘ参照）、内部ＥＧＲを行うことで実現される。ホットＥＧＲガスの導入は、気筒２内の圧縮端温度を高め、ＣＩ低中負荷域（１）において、混合気の着火性およびＨＣＣＩ燃焼の安定性を高める上で有利となる。また、ＣＩ低中負荷域（１）では、吸気行程のいずれかの時期にインジェクタ１１から気筒２内に燃料が噴射される。これにより、均質な混合気が形成され、その均質混合気は圧縮上死点付近において自着火する。

一方、ＣＩ高負荷域（２）では、気筒２内の温度が高くなるので、過早着火等の異常燃焼を抑制するために、ホットＥＧＲガスの導入量が減少されるとともに、ＥＧＲクーラ４２で冷却されたクールドＥＧＲガスが気筒２に導入される。また、ＣＩ高負荷域（２）では、ＣＩ低中負荷域（１）と同じように吸気行程のいずれかの時期に燃料を噴射すると過早着火等の異常燃焼が生じ易いので、圧縮行程後期から膨張行程初期の間のいずれかの時期にインジェクタ１１から気筒２内に燃料が噴射される（これを「リタード噴射」という）。これにより、過早着火等の異常燃焼が抑制され、ＨＣＣＩ燃焼の安定化が図られる。また、ＣＩ領域全体の高負荷側への拡大が図られる。

なお、本発明において、行程の「初期」とは、行程開始のクランク角ＣＡを０°ＣＡ、行程終了のクランク角ＣＡを１８０°ＣＡとした場合に、クランク角ＣＡが０°〜６０°ＣＡの範囲にある時期をいい、「中期」とは、クランク角ＣＡが６０°〜１２０°ＣＡの範囲にある時期をいい、「後期」とは、クランク角ＣＡが１２０°〜１８０°ＣＡの範囲にある時期をいう。

このようなＣＩ領域に対し、ＳＩモードが実行されるＳＩ領域では、排気弁９を通常動作に切り替え（図２の実線Ｅｘ参照）、ホットＥＧＲガスの気筒２への導入を停止するとともに、クールドＥＧＲガスの気筒２への導入は継続する。その場合、スロットル弁２９を全開としつつ、ＥＧＲ弁４３の開度を調節することにより、気筒２に導入する新気の量とクールドＥＧＲガスの量との割合を調節する。これにより、ポンピングロスが減るとともに、大量のクールドＥＧＲガスを気筒２に導入することによる異常燃焼の回避、ＳＩ燃焼の燃焼温度を低く抑えることによるＲａｗＮＯｘの生成抑制、および冷却損失の低減が図られる。なお、全開負荷域つまり最高負荷域では、ＥＧＲ弁４３を閉弁することにより、クールドＥＧＲガスの気筒２への導入も停止する。

以上に加え、ＣＩ領域内のＣＩ低中負荷域（１）において、燃料噴射量が相対的に少なく、熱発生量が相対的に少ないＣＩ低負荷域、特にその低回転域（３）では、混合気の着火性およびＨＣＣＩ燃焼の安定性をより一層高めるために、オゾン生成器７６を作動させて、気筒２に導入する吸気にオゾンを供給するようにしてもよい。気筒２に導入する吸気ひいては燃焼室１０内の混合気にオゾンを供給することにより、混合気の着火性およびＨＣＣＩ燃焼の安定性の向上を図ることができる。このようなオゾンの供給は、外気温が低いときに特に有利に働く。その理由は、外気温が低いときは、新気の温度が低くなり、圧縮開始時の混合気の温度が低くなり、その結果、圧縮端温度が低下して、混合気が自着火し難くなるからである。

なお、オゾンを供給する領域を、上記ＣＩ低負荷・低回転域（３）に限らず、状況に応じて、回転速度に拘らずＣＩ低中負荷域（１）のＣＩ低負荷域全域としてもよく、あるいはＣＩ低中負荷域（１）全域としてもよく、さらにはＣＩ高負荷域（２）を含めたＣＩ領域全域としてもよい。

上述したように、オゾン濃度は、ＥＣＵ６０がオゾン生成器７６の電極に対する電圧の印加態様を変更したり、電圧を印加する電極の数を変更することによって調節される。その場合、オゾン濃度は、エンジン負荷が低下するに従い連続的または段階的に高まるように調節されてもよい。こうすることで、着火性および燃焼安定性を確保する上で必要最低限のオゾン濃度に調節することが可能となり、オゾンの生成に必要な電力消費を最低限に抑えることができて、燃費の面で有利となる。また、オゾン濃度は、エンジン負荷に拘らず一定濃度に調節されてもよい。さらに、その場合、最大のオゾン濃度は、例えば５〜３０ｐｐｍ程度に制限されてもよい。

オゾンは５００〜６００Ｋの温度下では数秒で分解する。そのため、燃焼室１０内の混合気に供給されたオゾンは、ＨＣＣＩ燃焼で発生する気筒２内の熱で容易に分解する。

（４）アイドルストップ制御
次に、図６〜図１１を参照して、アイドルストップ制御の具体的内容について説明する。

本実施形態においては、アイドルストップ中の予混合圧縮着火式エンジンを再始動させる際、ＨＣＣＩ燃焼で安定して再始動させることができるように対策されている。これにより、ＳＩ燃焼で再始動させる場合に比べて、燃費性能およびエミッション性能が大幅に向上する。ただし、本実施形態にかかるアイドルストップ制御は、水温センサＳＮ２で検出されるエンジン冷却水の温度（エンジン本体１の温度）が所定の基準温度（例えば５０℃）以上であること、つまりエンジンが暖機状態であることを前提に行われる。

（４−１）概要
［発進要求がない場合］
図６は、運転者の発進要求がない場合に上記エンジンを再始動させる際のタイムチャートである。

例えば、バッテリ電圧センサＳＮ８で検出されるバッテリ電圧が低下したので、エンジンでオルタネータを駆動して発電する必要が生じたときや、エンジンの自動停止とともにエアコン５２のコンプレッサが停止した結果、エアコン５２の空調設定温度と室温センサＳＮ７で検出される車室内空間の温度との差が大きくなったので、エンジンで上記コンプレッサを駆動してエアコン５２を作動させる必要が生じたとき等、車両のシステム上の都合でエンジンを稼動しなければならなくなったような場合に、運転者が発進要求をしていなくても、アイドルストップ中のエンジンが再始動される。これを便宜上「システム始動」という。

この場合は、エンジンを迅速に再始動させる必要がないので、各気筒２ともに２回目の圧縮上死点を迎えるときからＨＣＣＩ燃焼が開始するように、インジェクタ１１、吸気弁８用の可変機構１８ａ、排気弁９用の切替機構１９ａ、およびスタータモータ５１が制御される。

図６において、「Ｅｘ」は、図２の破線Ｅｘと同様、２度開き動作に切り替えられたときの排気弁９のリフトカーブを示し、「Ｉｎ」は、図２の破線Ｉｎと同様、小リフトに変更されたときの吸気弁８のリフトカーブを示す。また、「Ｆ」は、燃料噴射を示し、その位置が燃料噴射時期を表し、その幅が燃料噴射量の大小を表現している。

図示したように、排気弁９は、膨張行程後期から開き始め、排気行程中期にリフト量が最大となり、排気上死点でリフト量が所定の小リフト量まで小さくなり、その小リフト量が維持された後、吸気行程後期に閉弁する。吸気弁８は、吸気行程中期から開き始め、圧縮行程初期に閉弁する。排気弁９および吸気弁８は、吸気行程中期から後期にかけて、双方が開いたオーバーラップ状態となる。排気行程で気筒２内から排気ポート７を介して排気通路３０に排出されたガスは、排気弁９の２度開き動作により、その一部が吸気行程で逆流して気筒２内に戻される。

図６は、停止時圧縮行程気筒、停止時吸気行程気筒、停止時排気行程気筒、および停止時膨張行程気筒の各ピストン５の停止位置が各行程の略中期にあることを示している。エンジン全体として最初の燃料噴射は、符号（ｉ）で示すように、停止時吸気行程気筒に対して行われる。その後、スタータモータ５１によるクランキングに伴い、各気筒２とも、初回の燃料噴射および２回目の燃料噴射が吸気行程で行われる。各気筒２の初回の燃料噴射量および２回目の燃料噴射量は相対的に少なく、それぞれ、空燃比で１００相当である（λ≒６．８）。

各気筒２において、初回に噴射された燃料は、吸気行程中に排気ポート７および吸気ポート６を介して気筒２内に導入される空気と混じり合い、均質な混合気が形成される。しかし、Ａ／Ｆ＝１００相当と燃料が薄いこと（リーン）に加え、前回の燃焼がなく、上述のように排気弁９が２度開き動作しても、ホットＥＧＲガスがないから圧縮端温度が不足し、上記混合気は各気筒２の１回目の圧縮上死点を迎えるときには自着火しない。そのため、上記混合気は各気筒２の１回目の排気行程で未燃のまま気筒２内から排気通路３０に排出される。

排出された未燃混合気は各気筒２の１回目の圧縮行程で圧縮を受けているから気化霧化が促進された状態にある。また幾分昇温もしている。そして、上述のように排気弁９が２度開き動作することにより、気化霧化が促進された上記未燃混合気の一部が次の吸気行程で気筒２内に戻される。そして、そこに各気筒２の２回目の燃料噴射が行われるので、混合気は全体として１回目よりもリッチ化し（ただし依然として理論空燃比よりもリーンである）、混合気全体の着火性が高められる。そのため、エンジンが暖機状態であることと相まって、符号（ｉｉ）で示すように、各気筒２ともに２回目の圧縮上死点を迎えるときからＨＣＣＩ燃焼が開始し（各気筒２の初回燃焼）、アイドルストップ中の予混合圧縮着火式エンジンをＨＣＣＩ燃焼で安定して再始動させることができる。

ここで、排気弁９の２度開き動作により気筒２内に戻される未燃混合気は全量が戻ってくるわけではなく一部のみが戻ってくる。よって、初回の燃料噴射量を増やすと、燃料の未燃損失が多くなる。一方、初回の燃料噴射量を減らすと、気化霧化が促進された混合気がリーンになりすぎ、２回目の燃料噴射が行われた後でも混合気全体の着火性がそれほど高められない。これらのことを総合して、本実施形態では、各気筒２の初回の燃料噴射量および２回目の燃料噴射量をそれぞれＡ／Ｆ＝１００相当に設定している。

なお、各気筒２とも、３回目以降の燃料噴射が継続して吸気行程で行われる。また、各気筒２の３回目以降の燃料噴射量も継続して空燃比で１００相当に設定される。ただし、前回の燃焼が起きているので、排気弁９の２度開き動作により、ホットＥＧＲガスが気筒２に導入される。そのため、圧縮端温度が高められ、各気筒２の３回目以降の燃料噴射で形成された均質混合気は各気筒２の次の３回目以降の圧縮上死点を迎えるときに安定して自着火し、ＨＣＣＩ燃焼が安定して起きる。

その後、エンジン速度センサＳＮ１で検出されるエンジン回転速度が所定のモータ停止判定回転速度（例えば４００ｒｐｍ）に到達すれば、スタータモータ５１の駆動が停止され、さらに所定の完爆判定回転速度（例えば５００ｒｐｍ）に到達すれば、始動完了と判定されて、上述したＣＩ低負荷・低回転域（３）の運転に移行する。すなわち、ホットＥＧＲガス導入のための排気２度開きと、均質混合気形成のための吸気行程噴射と（状況に応じて着火性および燃焼安定性向上のためのオゾン供給がさらに加わる）によるＨＣＣＩ燃焼が行われる。その場合の燃料噴射量は、作動ガス燃料比（Ｇ／Ｆ）で１００相当に設定される。なお、作動ガス燃料比（Ｇ／Ｆ）とは、燃焼室１０内に供給される燃料の重量に対する、燃焼室１０内の既燃ガスを含むガスの全重量の割合である。

以上のことから明らかなように、エンジンを再始動させる際の制御からＣＩ低負荷・低回転域（３）の運転に移行するとき、排気弁９は２度開き動作のままでよく、排気弁９の開弁動作を切り替える必要がないので、エンジン制御が易化するという利点がある。

［発進要求がある場合］
図７は、運転者の発進要求がある場合に上記エンジンを再始動させる際のタイムチャートである。

例えば、ブレーキペダル開度センサＳＮ９で検出されるブレーキペダルの開度（踏込量）が減少したような場合に、運転者が発進要求をしていると判定されて、アイドルストップ中のエンジンが再始動される。これを便宜上「迅速始動」という。

この場合は、エンジンを迅速に再始動させる必要があるので、各気筒２ともに１回目の圧縮上死点を迎えるときからＨＣＣＩ燃焼が開始するように、インジェクタ１１、吸気弁８用の可変機構１８ａ、排気弁９用の切替機構１９ａ、およびスタータモータ５１が制御される。

図７において、「Ｅｘ」、「Ｉｎ」、「Ｆ」は、それぞれ図６と同様である。ただし、各気筒２とも、初回の燃料噴射量は、運転者の発進要求がない場合の各気筒２の初回の燃料噴射量および２回目の燃料噴射量（Ａ／Ｆ＝１００相当）よりも増量され（Ａ／Ｆ＝５０相当）、２回目の燃料噴射量は、減量される（Ａ／Ｆ＝１５０相当）。

また、「ＳＡ」は、スパークアシストを示す。つまり、点火プラグ１２の火花放電により混合気を点火する。図示したように、スパークアシストは、各気筒２の１回目の圧縮上死点を迎える時期に行われる。これにより、混合気の着火が促進され、確実にＨＣＣＩ燃焼が起きる。

図７は、停止時圧縮行程気筒、停止時吸気行程気筒、停止時排気行程気筒、および停止時膨張行程気筒の各ピストン５の停止位置が各行程の略中期にあることを示している。エンジン全体として最初の燃料噴射は、符号（ｖ）で示すように、停止時圧縮行程気筒に対して行われる。その後、スタータモータ５１によるクランキングに伴い、各気筒２とも、初回の燃料噴射が圧縮行程後半で行われる。各気筒２の初回の燃料噴射量は相対的に多く、上述したように、空燃比で５０相当である（λ≒３．４）。

なお、本発明において、行程の「後半」とは、行程開始のクランク角ＣＡを０°ＣＡ、行程終了のクランク角ＣＡを１８０°ＣＡとした場合に、クランク角ＣＡが９０°〜１８０°ＣＡの範囲にある時期をいい、「前半」とは、クランク角ＣＡが０°〜９０°ＣＡの範囲にある時期をいう。

各気筒２において、初回に噴射された燃料は、ピストン５が圧縮上死点に近づきつつある圧縮行程後半の気筒２内で成層化し、混合気は燃焼室１０内で局所リッチの状態となる。しかも、初回に噴射された燃料は、Ａ／Ｆ＝５０相当と運転者の発進要求がない場合に比べて燃料が増量（リッチ化）されているから（ただし依然として理論空燃比よりもリーンである）、混合気は局所リッチの度合いが強くなり、着火性が高められる。そのため、エンジンが暖機状態にあることと相まって、符号（ｖｉ）で示すように、各気筒２ともに１回目の圧縮上死点を迎えるときからＨＣＣＩ燃焼が開始し（各気筒２の初回燃焼）、アイドルストップ中の予混合圧縮着火式エンジンをＨＣＣＩ燃焼で安定して迅速に再始動させることができる。

その場合に、各気筒２の１回目の圧縮上死点を迎える時期、つまり各気筒２の初回燃焼が起きる時期に、点火プラグ１２によるスパークアシスト（ＳＡ）が行われるから、混合気の着火が促進され、確実にＨＣＣＩ燃焼が開始する。

各気筒２とも、２回目以降の燃料噴射は吸気行程で行われる。また、各気筒２の２回目の燃料噴射量は、空燃比で１５０相当に大幅に減量される。それは次のような理由による。各気筒２の初回燃焼で生成されたホットＥＧＲガスは、排気弁９の２度開き動作により、その一部が次の吸気行程で気筒２に導入される（つまり内部ＥＧＲが実現される）。そのため、圧縮端温度が高められ、このことはＨＣＣＩ燃焼にとって有利に働く。しかも、各気筒２とも、初回の燃料噴射量がＡ／Ｆ＝５０相当に増量されているから、ホットＥＧＲガスとともに気筒２内に戻ってくる未燃燃料の量も比較的多い。そのため、各気筒２の２回目の燃料噴射量を大幅に減量しても、混合気はそれほどリーンにならない。以上により、各気筒２の２回目の燃料噴射で形成された均質混合気は各気筒２の次の２回目の圧縮上死点を迎えるときに安定して自着火し、ＨＣＣＩ燃焼が安定して起きる。これらのことを総合して、本実施形態では、各気筒２の初回の燃料噴射量をＡ／Ｆ＝５０相当に設定し、２回目の燃料噴射量をＡ／Ｆ＝１５０相当に設定している。

なお、各気筒２の３回目以降の燃料噴射については、運転者の発進要求がない場合と略同様なので、ここではその説明は省略する。

（４−２）制御動作
上記予混合圧縮着火式エンジンをＨＣＣＩ燃焼で再始動させることができるように対策されたアイドルストップ制御をＥＣＵ６０の制御動作の観点からフローチャートに基いて説明する。

［自動停止制御］
図８に示すように、アイドルストップ制御においてエンジンを自動停止させる際は、ＥＣＵ６０は、ステップＳ１０１で、各種データを読み込んだ後、ステップＳ１０２で、エンジン停止条件（自動停止条件）の成立・不成立を判定し、成立している場合は、ステップＳ１０３に進み、成立していない場合は、ステップＳ１０１に戻る。

上記エンジン停止条件としては、例えば、水温センサＳＮ２で検出されるエンジン冷却水の温度（エンジン本体１の温度）が所定の基準温度（例えば５０℃）以上であること（つまりエンジンが暖機状態であること）、車速が略ゼロであること、ブレーキペダルの開度（踏込量）が大きいこと、Ｄレンジ（前進走行レンジ）が選択されていること、イグニッションスイッチ５３がオンであること等が挙げられ、ＥＣＵ６０は、これらの全てが満足されているときにエンジン停止条件が成立していると判定する。

ＥＣＵ６０は、ステップＳ１０３で、インジェクタ１１からの燃料噴射を停止する（エンジン停止のための燃料カットを開始する）とともに、掃気のためにスロットル弁２９を全開とする。

ＥＣＵ６０は、ステップＳ１０４で、エンジン回転速度がエンジン停止直前の所定回転速度Ｎｅ０以下であるか否かを判定し、Ｎｅ０以下である場合は、ステップＳ１０５に進み、Ｎｅ０以下でない場合は、ステップＳ１０４に戻る。

ＥＣＵ６０は、ステップＳ１０５で、スロットル弁２９を全閉とする。

ＥＣＵ６０は、ステップＳ１０６で、エンジンが完全停止したか否かを判定し、完全停止した場合は、ステップＳ１０７に進み、完全停止していない場合は、ステップＳ１０６に戻る。

ＥＣＵ６０は、ステップＳ１０７で、ピストン５の停止位置を記憶し、このアイドルストップ制御の自動停止制御を終了する。

ここで、ピストン５の停止位置とは、エンジンが停止したときにピストン５が属する行程のことであり、例えば、エンジンが停止したときにピストン５が吸気行程または圧縮行程に属する場合は、そのピストン５が挿入されている気筒２のことを「停止時吸気行程気筒」または「停止時圧縮行程気筒」という（図６および図７参照）。このピストン５の停止位置は、図９〜図１１に示すエンジンの再始動制御で用いられる。

［再始動制御］
図９〜図１１に示すように、アイドルストップ制御においてエンジンを再始動させる際は（なお、この再始動制御では、排気弁９が当初から２度開き動作に切り替えられている）、ＥＣＵ６０は、ステップＳ１で、各種データを読み込んだ後、ステップＳ２で、再始動条件の成立・不成立を判定し、成立している場合は、ステップＳ３に進み、成立していない場合は、ステップＳ１に戻る。

上記再始動条件としては、例えば、ブレーキペダルの開度（踏込量）が減少したこと、バッテリ電圧が所定電圧未満に低下したこと、エアコン５２の空調設定温度と車室内空間の温度との差が所定値以上に大きくなったこと等が挙げられ、ＥＣＵ６０は、これらのうちの１つでも満足されているときに再始動条件が成立していると判定する。

ＥＣＵ６０は、ステップＳ３で、運転者の発進要求の有無を判定し、発進要求がある場合、すなわち、ブレーキペダルの開度（踏込量）が減少したことでステップＳ３に進んできた場合は、ステップＳ１５に進み（迅速始動）、発進要求がない場合、すなわち、ブレーキペダルの開度（踏込量）が減少したこと以外の理由でステップＳ３に進んできた場合は、ステップＳ４に進む（システム始動）。

まずシステム始動を説明する。

ＥＣＵ６０は、ステップＳ４で、スタータモータ５１の駆動を開始し、ステップＳ５で、停止時吸気行程気筒から各気筒２とも吸気行程で所定量（Ａ／Ｆ＝１００相当）の燃料を噴射する。これにより、このステップＳ５が２回行われたときに、図６を参照して説明したように、各気筒２ともに２回目の圧縮上死点を迎えるときからＨＣＣＩ燃焼が開始する。

ＥＣＵ６０は、ステップＳ６で、フラグＦがＦ１にセットされているか否かを判定し、セットされている場合は、ステップＳ１１に進み、セットされていない場合は、ステップＳ７に進む。

なお、上記フラグＦは、スタータモータ５１の駆動を停止した場合にＦ１にセットされ（ステップＳ１０，Ｓ２１参照）、このアイドルストップ制御の再始動制御の終了時に０にリセットされる（ステップＳ１３参照）フラグである。

ＥＣＵ６０は、ステップＳ７で、エンジン回転速度が所定のモータ停止判定回転速度Ｎｅ１（例えば４００ｒｐｍ）以上であるか否かを判定し、Ｎｅ１以上である場合は、ステップＳ８に進み、Ｎｅ１以上でない場合は、ステップＳ５に戻る。

ＥＣＵ６０は、ステップＳ８で、スタータモータ５１が駆動中か否かを判定し、駆動中である場合は、ステップＳ９に進み、駆動中でない場合は、ステップＳ１１に進む。

ＥＣＵ６０は、ステップＳ９で、スタータモータ５１の駆動を停止し、ステップＳ１０で、フラグＦをＦ１にセットし、ステップＳ１１で、エンジン回転速度が所定の完爆判定回転速度Ｎｅ２（例えば５００ｒｐｍ）以上であるか否かを判定し、Ｎｅ２以上である場合は、ステップＳ１２に進み、Ｎｅ２以上でない場合は、ステップＳ５に戻る。

ＥＣＵ６０は、ステップＳ１２で、エンジンの始動が完了したと判定し、ステップＳ１３で、フラグＦを０にリセットする。

そして、ＥＣＵ６０は、ステップＳ１４で、各気筒２とも吸気行程で所定量（Ｇ／Ｆ＝１００相当）の燃料を噴射するＣＩ低負荷・低回転域（３）の運転に移行し、このアイドルストップ制御の再始動制御を終了する。

次に迅速始動を説明する。

ＥＣＵ６０は、ステップＳ１５で、スタータモータ５１の駆動を開始し、ステップＳ１６で、停止時圧縮行程気筒から各気筒２とも初回燃焼サイクルに限り圧縮行程後半で所定量（初回燃焼サイクルのＡ／Ｆ＝５０相当）の燃料を噴射する。これにより、図７を参照して説明したように、各気筒２ともに１回目の圧縮上死点を迎えるときからＨＣＣＩ燃焼が開始する。

なお、各気筒２の１回目の圧縮上死点を迎える時期に、混合気の着火を促進し、確実にＨＣＣＩ燃焼が起きるように、スパークアシストを行ってもよい。

ＥＣＵ６０は、ステップＳ１７で、フラグＦがＦ１にセットされているか否かを判定し、セットされている場合は、ステップＳ２２に進み、セットされていない場合は、ステップＳ１８に進む。

ＥＣＵ６０は、ステップＳ１８で、エンジン回転速度が所定のモータ停止判定回転速度Ｎｅ１（例えば４００ｒｐｍ）以上であるか否かを判定し、Ｎｅ１以上である場合は、ステップＳ１９に進み、Ｎｅ１以上でない場合は、ステップＳ２３に進む。

ＥＣＵ６０は、ステップＳ１９で、スタータモータ５１が駆動中か否かを判定し、駆動中である場合は、ステップＳ２０に進み、駆動中でない場合は、ステップＳ２２に進む。

ＥＣＵ６０は、ステップＳ２０で、スタータモータ５１の駆動を停止し、ステップＳ２１で、フラグＦをＦ１にセットし、ステップＳ２２で、エンジン回転速度が所定の完爆判定回転速度Ｎｅ２（例えば５００ｒｐｍ）以上であるか否かを判定し、Ｎｅ２以上である場合は、ステップＳ１２に進み、Ｎｅ２以上でない場合は、ステップＳ２３に進む。

ＥＣＵ６０は、ステップＳ１２で、エンジンの始動が完了したと判定し、ステップＳ１３で、フラグＦを０にリセットする。

そして、ＥＣＵ６０は、ステップＳ１４で、各気筒２とも吸気行程で所定量（Ｇ／Ｆ＝１００相当）の燃料を噴射するＣＩ低負荷・低回転域（３）の運転に移行し、このアイドルストップ制御の再始動制御を終了する。

一方、ＥＣＵ６０は、ステップＳ２３で、全気筒２とも初回燃焼サイクルを経過したか否かを判定し、経過した場合は、ステップＳ２４に進み、経過していない場合は、ステップＳ１６に戻る。

ＥＣＵ６０は、ステップＳ２４で、各気筒２とも２回目燃焼サイクルにおいて吸気行程で所定量（２回目燃焼サイクルのＡ／Ｆ＝１５０相当）の燃料を噴射する。これにより、図７を参照して説明したように、各気筒２ともに２回目の燃料噴射量を大幅に減量しても２回目の圧縮上死点を迎えるときにＨＣＣＩ燃焼が安定して起きる。

ＥＣＵ６０は、ステップＳ２５で、エンジン回転速度が所定の完爆判定回転速度Ｎｅ２（例えば５００ｒｐｍ）以上であるか否かを判定し、Ｎｅ２以上である場合は、ステップＳ１２に進み、Ｎｅ２以上でない場合は、ステップＳ２６に進む。

ＥＣＵ６０は、ステップＳ２６で、全気筒２とも２回目燃焼サイクルを経過したか否かを判定し、経過した場合は、ステップＳ１３に進み、経過していない場合は、ステップＳ２４に戻る。

ＥＣＵ６０は、ステップＳ１３で、フラグＦを０にリセットする。

そして、ＥＣＵ６０は、ステップＳ１４で、各気筒２とも吸気行程で所定量（Ｇ／Ｆ＝１００相当）の燃料を噴射するＣＩ低負荷・低回転域（３）の運転に移行し、このアイドルストップ制御の再始動制御を終了する。

以上のことから明らかなように、ＥＣＵ６０は、システム始動では、エンジン回転速度が実際にモータ停止判定回転速度Ｎｅ１および完爆判定回転速度Ｎｅ２に到達したことをもって（ステップＳ７，Ｓ１１でＹＥＳ）、ＣＩ低負荷・低回転域（３）の運転に移行する（ステップＳ１４）のに対し、迅速始動では、エンジン回転速度がモータ停止判定回転速度Ｎｅ１および完爆判定回転速度Ｎｅ２に到達しなくても（ステップＳ１８，Ｓ２２，Ｓ２５でＮＯ）、全気筒２とも初回燃焼サイクルおよび２回目燃焼サイクルを経過していれば（ステップＳ２３，Ｓ２６でＹＥＳ）、ＣＩ低負荷・低回転域（３）の運転に移行する（ステップＳ１４）。この点においても、運転者の発進要求がなく、エンジンを迅速に再始動させる必要がないシステム始動と、運転者の発進要求があり、エンジンを迅速に再始動させる必要がある迅速始動との違いが表れている。

（５）作用等
以上のように、本実施形態にかかる予混合圧縮着火式エンジンの制御装置は、ＣＩ領域（図５参照）で予混合圧縮着火燃焼が行われるように構成された予混合圧縮着火式エンジンの制御装置であって、水温センサＳＮ２で検出されるエンジン冷却水の温度（エンジン本体１の温度）が５０℃以上であるという要件を含む所定の自動停止条件が成立したとき（ステップＳ１０２でＹＥＳ）にエンジンを自動停止させ、その後所定の再始動条件が成立したとき（ステップＳ２でＹＥＳ）にエンジンを再始動させるＥＣＵ６０が備えられている。

上記ＥＣＵ６０は、上記エンジンを再始動させる際、運転者の発進要求がある迅速始動の場合は（ステップＳ３でＹＥＳ）、各気筒２ともに１回目の圧縮上死点を迎えるときからＨＣＣＩ燃焼が開始するように（図７の符号（ｖｉ））、各気筒２の初回の燃料噴射時期を圧縮行程後半とし（図７の符号（ｖ））、かつ、各気筒２の初回の燃料噴射量を相対的に多く（Ａ／Ｆ＝５０相当）する（ステップＳ１６）。

一方、上記ＥＣＵ６０は、上記エンジンを再始動させる際、運転者の発進要求がないシステム始動の場合は（ステップＳ３でＮＯ）、各気筒２ともに２回目の圧縮上死点を迎えるときからＨＣＣＩ燃焼が開始するように（図６の符号（ｉｉ））、排気弁９を排気行程だけでなく吸気行程でも開く２度開きを行いつつ、各気筒２の初回および２回目の燃料噴射時期を吸気行程とし（図６の符号（ｉ））、かつ、各気筒２の初回および２回目の燃料噴射量をそれぞれ迅速始動の場合の各気筒２の初回の燃料噴射量よりも少なく（Ａ／Ｆ＝１００相当）する（ステップＳ５）。

この構成によれば、アイドルストップ中の予混合圧縮着火式エンジンを再始動させる際、エンジン本体１の温度が５０℃以上であるので、エンジンは暖機状態にあり、このことはエンジン始動およびＨＣＣＩ燃焼の双方に有利に働く。そのため、エンジンが暖機状態にあることと相まって、運転者の発進要求がある迅速始動時は、各気筒２ともに１回目の圧縮上死点を迎えるときからＨＣＣＩ燃焼が開始し、アイドルストップ中の予混合圧縮着火式エンジンをＨＣＣＩ燃焼で安定して迅速に再始動させることができ、一方、運転者の発進要求がないシステム始動時は、各気筒２ともに２回目の圧縮上死点を迎えるときからＨＣＣＩ燃焼が開始し、アイドルストップ中の予混合圧縮着火式エンジンをＨＣＣＩ燃焼で安定して再始動させることができる。このように、アイドルストップさせた予混合圧縮着火式エンジンをＨＣＣＩ燃焼で再始動させることができるので、ＳＩ燃焼で再始動させる場合に比べて、燃費性能およびエミッション性能が大幅に向上する。

また、システム始動時は、各気筒２の初回の燃料噴射時期を吸気行程とするから、各気筒２の初回に噴射された燃料が各気筒２の２回目の圧縮上死点を迎えるときにＨＣＣＩ燃焼するまでに、吸気→圧縮→膨張→排気→吸気→圧縮と相対的に長い時間が経過する。そのため、燃料と空気とが十分に混合され、より均質な混合気が形成されて、ＨＣＣＩ燃焼がより一層起こり易くなる。

本実施形態においては、上記ＥＣＵ６０は、迅速始動かシステム始動かに拘らず、各気筒２の初回燃焼時の空燃比が理論空燃比よりもリーンとなるように各燃料噴射量を設定する（ステップＳ５，Ｓ１６）。具体的に、各気筒２の初回燃焼時とは、迅速始動の場合は、各気筒２ともに１回目の圧縮上死点を迎えるときであり、システム始動の場合は、各気筒２ともに２回目の圧縮上死点を迎えるときであるから、図６および図７から明らかなように、各気筒２の初回燃焼時の空燃比とは、迅速始動の場合は、各気筒２の初回の燃料噴射量（Ａ／Ｆ＝５０相当）に基く空燃比であり、システム始動の場合は、各気筒２の初回の燃料噴射量（Ａ／Ｆ＝１００相当）と２回目の燃料噴射量（Ａ／Ｆ＝１００相当）との合算量に基く空燃比である。そして、それらが理論空燃比よりもリーンになるので、この構成によれば、燃費性能およびエミッション性能がより一層向上する。

本実施形態においては、上記ＥＣＵ６０は、迅速始動時は、各気筒２の１回目の圧縮上死点を迎えるときに、点火プラグ１２の火花放電で混合気を点火することにより（スパークアシスト）、混合気の自着火を促進するための着火アシスト制御を実行する。

この構成によれば、エンジンを迅速に再始動させる必要がある場合に、着火アシストにより確実にエンジンをＨＣＣＩ燃焼で迅速に再始動させることができる。しかも、着火アシストとして混合気が点火されるので、混合気の着火が確実に促進される。

なお、上記実施形態では、ＥＣＵ６０は、システム始動時は、各気筒２の初回の燃料噴射時期を吸気行程としたが（図６の符号（ｉ））、これに代えて、吸気行程から圧縮行程の間のいずれかの時期、例えば圧縮行程としてもよい（図１２の符号（ｉｉｉ））。これによっても、初回の燃料噴射で形成された混合気は圧縮を受けて気化霧化が促進され、また幾分昇温もするので、２回目の圧縮上死点を迎えるときからＨＣＣＩ燃焼が開始する（図１２の符号（ｉｖ））。

もっとも、全気筒２で初回の燃料噴射時期を圧縮行程とする必要はない。エンジン全体として最初の燃料噴射を行う気筒だけ、初回の燃料噴射時期を圧縮行程とすることも考えられる。つまり、着火性の確保等の面で特に問題なければ、エンジン全体として最初の燃料噴射を停止時圧縮行程気筒に対して行い、他の気筒２に対しては、初回の燃料噴射を吸気行程で行うようにしてもよい。これによっても、エンジン全体として初回燃焼が１行程早くなるという利点が得られる。

また、上記実施形態では、ＥＣＵ６０は、迅速始動時は、スパークアシストにより、混合気の着火を促進したが（図７の「ＳＡ」）、これに代えて、またはこれとともに、図示しないが、各気筒２にオゾンを供給するオゾン生成器（本発明にかかる「オゾン供給手段」に相当する）を備えて、気筒２毎に直接オゾンを供給可能に構成し、各オゾン生成器を作動させて、混合気にオゾンを供給することにより、混合気の着火を促進するようにしてもよい。

この構成によっても、エンジンを迅速に再始動させる必要がある場合に、着火アシストにより確実にエンジンをＨＣＣＩ燃焼で迅速に再始動させることができる。しかも、着火アシストとして混合気にオゾンが供給されるので、混合気の着火が確実に促進される。

また、上記実施形態で記述された種々の数値は一例であり、それらに限定されないことはいうまでもない。

１ エンジン本体
２ 気筒
６ 吸気ポート
７ 排気ポート
８ 吸気弁
９ 排気弁
１１ インジェクタ
１２ 点火プラグ
１８ａ 可変機構
１９ａ 切替機構
２０ 吸気通路
３０ 排気通路
５１ スタータモータ
６０ ＥＣＵ（制御手段）

Claims (5)

1. 複数の気筒と、各気筒に燃料を噴射する複数のインジェクタとを備えるとともに、所定の運転領域において各気筒で予混合圧縮着火燃焼が行われるように構成された予混合圧縮着火式エンジンの制御装置であって、
   エンジン温度が所定の基準温度以上であるという要件を含む所定の自動停止条件が成立したときにエンジンを自動停止させ、その後所定の再始動条件が成立したときにエンジンを再始動させる制御手段が備えられ、
   上記制御手段は、上記エンジンを再始動させる制御として、
   運転者の発進要求がない場合は、各気筒ともに２回目の圧縮上死点を迎えるときから予混合圧縮着火燃焼が開始するように、排気弁を排気行程だけでなく吸気行程でも開く２度開きを行いつつ、各気筒の最初の吸気行程中に、着火に至らない量の燃料を各気筒に噴射する１回目の燃料噴射を行い、かつ各気筒の２回目の吸気行程中に、着火に至る量の燃料を各気筒に噴射する２回目の燃料噴射を行い、
   運転者の発進要求がある場合は、各気筒ともに１回目の圧縮上死点を迎えるときから予混合圧縮着火燃焼が開始するように、各気筒の最初の圧縮行程の後半に各気筒に燃料を噴射し、かつそのときの燃料噴射量を上記運転者の発進要求がない場合の各気筒の１回目の燃料噴射量よりも多くすることを特徴とする予混合圧縮着火式エンジンの制御装置。
2. 請求項１に記載の予混合圧縮着火式エンジンの制御装置において、
   上記制御手段は、運転者の発進要求の有無に拘らず、各気筒の初回燃焼時の空燃比が理論空燃比よりもリーンとなるように各燃料噴射量を設定することを特徴とする予混合圧縮着火式エンジンの制御装置。
3. 請求項１または２に記載の予混合圧縮着火式エンジンの制御装置において、
   上記制御手段は、運転者の発進要求がある場合は、各気筒の１回目の圧縮上死点を迎えるときに混合気の自着火を促進するための着火アシスト制御を実行することを特徴とする予混合圧縮着火式エンジンの制御装置。
4. 請求項３に記載の予混合圧縮着火式エンジンの制御装置において、
   各気筒に点火プラグが備えられ、
   上記着火アシスト制御は、上記点火プラグに火花点火を行わせることであることを特徴とする予混合圧縮着火式エンジンの制御装置。
5. 請求項３に記載の予混合圧縮着火式エンジンの制御装置において、
   各気筒にオゾンを供給するオゾン供給手段が備えられ、
   上記着火アシスト制御は、上記オゾン供給手段にオゾンを供給させることであることを特徴とする予混合圧縮着火式エンジンの制御装置。
   

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