以下、本発明を実施するための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、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。
図1に示すエンジン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(具体的には、ガソリン、又は、ガソリン及びアルコールの混合燃料(E25等))が供給される火花点火式4サイクルエンジンである。このエンジン1は、吸気弁のバルブ特性を後述のVVT及びCVVLによって変化させることにより、スロットル弁を用いずに吸入空気量を制御するスロットルレス運転が行なわれる。
エンジン1は、複数の気筒18(一つのみ図示)が設けられたシリンダブロック11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。この例のエンジン1においては、図示を省略するが、4つの気筒18が一列に配置されている。各気筒18内には、コンロッド142を介してクランクシャフト15と連結されているピストン14が往復動可能に嵌挿されている。ピストン14の頂面には、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80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の頂面形状、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。
このエンジン1は、理論熱効率の向上や、後述する圧縮着火燃焼の安定化等を目的として、14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14以上20以下程度の範囲で、適宜設定すればよい。
シリンダヘッド12には、気筒18毎に、吸気ポート16及び排気ポート17が形成されていると共に、これら吸気ポート16及び排気ポート17には、燃焼室側の開口を開閉する吸気弁21及び排気弁22がそれぞれ配設されている。
吸気弁21及び排気弁22をそれぞれ駆動する動弁系の内、排気側には、排気弁22の作動モードを通常モードと特殊モードとに切り替える、例えば油圧作動式の可変機構(図2参照。以下、VVL(Variable Valve Lift)と称する)71が設けられている。VVL71は、その構成の詳細な図示は省略するが、カム山を一つ有する第1カムとカム山を2つ有する第2カムとの、カムプロファイルの異なる2種類のカム、及び、その第1及び第2カムのいずれか一方のカムの作動状態を選択的に排気弁に伝達するロストモーション機構を含んで構成されている。第1カムの作動状態を排気弁22に伝達しているときには、排気弁22は、排気行程中において一度だけ開弁される通常モードで作動するのに対し、第2カムの作動状態を排気弁22に伝達しているときには、排気弁22が、排気行程中において開弁すると共に、吸気行程中においても開弁するような、いわゆる排気の二度開きを行なう特殊モードで作動する。VVL71の通常モードと特殊モードとは、エンジンの運転状態に応じて切り替えられる。具体的に、特殊モードは、内部EGRに係る制御の際に利用される。尚、こうした通常モードと特殊モードとの切り替えを可能にする上で、排気弁22を電磁アクチュエータによって駆動する電磁駆動式の動弁系を採用してもよい。
排気側の動弁系にはまた、クランクシャフト15に対する排気カムシャフトの回転位相を変更することが可能な位相可変機構(以下、VVT(Variable Valve Timing)と称する)74が設けられている。VVT74は、液圧式、電磁式又は機械式の公知の構造を適宜採用すればよく、その詳細な構造についての図示は省略する。
VVL71及びVVT74を備えた排気側の動弁系に対し、吸気側には、図2に示すように、VVT72と、吸気弁21のリフト量を連続的に変更することが可能なリフト量可変機構(以下、CVVL(Continuously Variable Valve Lift)と称する)73とが設けられている。CVVL73は、公知の種々の構造を適宜採用することが可能であり、その詳細な構造についての図示は省略する。VVT72及びCVVL73によって、吸気弁21はその開弁タイミング及び閉弁タイミング、並びに、リフト量をそれぞれ変更することが可能である。
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80が取り付けられている。インジェクタ80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80は、エンジン1の運転状態に応じ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80は、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80は、燃料噴霧が放射状に広がるように、燃料を噴射する。インジェクタ80の構成の詳細は、後述する。
図外の燃料タンクとインジェクタ80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、高圧燃料ポンプ90とフューエルレール64とを含みかつ、インジェクタ80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。高圧燃料ポンプ90は、燃料タンクからフューエルレール64に燃料を圧送し、フューエルレール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80が開弁することによって、フューエルレール64に蓄えられている燃料がインジェクタ80の噴口から噴射される。高圧燃料ポンプ90は、詳細は後述するが、プランジャ式のポンプであり、エンジン1によって駆動される。燃料供給システム62は、40MPa以上の高い燃料圧力の燃料を、インジェクタ80に供給可能に構成されている。インジェクタ80に供給される燃料の圧力は、後述するように、エンジン1の運転状態に応じて変更される。尚、燃料供給システム62は、この構成に限定されるものではない。
シリンダヘッド12にはまた、燃焼室内の混合気に点火する点火プラグ25、26が取り付けられている(図2参照。尚、図1では、点火プラグの図示を省略している)。このエンジン1は、点火プラグとして、第1点火プラグ25及び第2点火プラグ26の2つの点火プラグを備えている。2つの点火プラグ25、26は、各気筒18について2つずつ設けられた吸気弁21と排気弁22との間の位置のそれぞれにおいて、互いに相対するように配置され、それぞれ気筒18の中心軸に向かって斜め下向きに延びるように、シリンダヘッド12内を貫通して取り付けられている。こうして、各点火プラグ25、26の先端は、燃焼室の中央部分に配置されたインジェクタ80の先端近傍で、燃焼室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、吸気負圧を調整するための負圧調整弁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。
排気通路40の上流側の部分は、気筒18毎に分岐して排気ポート17の外側端に接続された独立通路と該各独立通路が集合する集合部とを有する排気マニホールドによって構成されている。この排気通路40における排気マニホールドよりも下流側には、排気ガス中の有害成分を浄化する排気浄化装置として、直キャタリスト41とアンダーフットキャタリスト42とがそれぞれ接続されている。直キャタリスト41及びアンダーフットキャタリスト42はそれぞれ、筒状ケースと、そのケース内の流路に配置した、例えば三元触媒とを備えて構成されている。
吸気通路30におけるサージタンク33と負圧調整弁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のクランク室19と吸気通路30のサージタンク33とは、クランク室のブローバイガスを吸気通路30に還流するブローバイガス通路45によって接続されている。このブローバイガス通路45にはブローバイガス流量を調整するための流量調整弁46及びオイルセパレータ47が設けられている。上記動弁系が配設された動弁室を覆うシリンダヘッドカバーにはオイルセパレータが設けられており、動弁室と吸気通路30の負圧調整弁36よりも上流側とは、該上流側から動弁室に新規を導入するための新規導入通路48によってオイルセパレータを介して接続されている。
このように構成されたエンジン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が制御手段を構成する。
PCM10には、図2に示すように、各種のセンサSW1〜SW17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O2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O2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、燃料供給システム62のフューエルレール64に取り付けられかつ、インジェクタ80に供給する燃料圧力を検出する燃圧センサSW16、並びにサージタンク33内の吸気圧を検出する吸気圧センサSW17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な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80、第1及び第2点火プラグ25、26、吸気弁側のVVT72及びCVVL73、排気弁側のVVL71及びVVT74、燃料供給システム62、並びに、各種の弁(負圧調整弁36、流量調整弁46、インタークーラバイパス弁351、EGR弁511、及び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。
(燃焼モード切替制御,EGR制御)
図3は、エンジン1の運転領域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、26による点火を行なわずに、圧縮自己着火によって燃焼を行なう圧縮着火燃焼を行なう。しかしながら、エンジン1の負荷が高くなるに従って、圧縮着火燃焼では、燃焼が急峻になりすぎてしまい、例えば燃焼騒音等の問題を引き起こすことになる。そのため、このエンジン1では、エンジン負荷が相対的に高い高負荷域では、圧縮着火燃焼を止めて、点火プラグ25、26を利用した火花点火燃焼に切り替える。
このように、エンジン1は、その運転状態、特にエンジン1の負荷に応じて、圧縮着火燃焼を行なうCI(Compression Ignition)モードと、火花点火燃焼を行なうSI(Spark Ignition)モードとを切り替えるように構成されている。但し、モード切り替えの境界線は、図例に限定されるものではない。また、エンジン水温又は外気温が高すぎるときはCI燃焼によって異常燃焼(過早着火やノッキング)を生ずる可能性がある。また、エンジン水温又は外気温が低すぎるとき、或いは車両の高度(標高)が高いときは良好なCI燃焼を生じない可能性がある。そこで、エンジン水温又は外気温が所定範囲外であるとき、或いは車両の高度(標高)が高いときは、エンジン1は全運転領域においてSIモードで運転される。
CIモードでは基本的に、例えば吸気行程乃至圧縮行程中の、比較的早いタイミングで、インジェクタ80が気筒18内に燃料を噴射することにより、比較的均質なリーン混合気(空気過剰率λ≧1、例えばλ≧2.5)を形成すると共に、その混合気を圧縮上死点付近において圧縮自己着火させる。尚、燃料噴射量は、エンジン1の負荷に応じて設定される。
また、CIモードでは、VVL71の制御によって、排気弁22を吸気行程中に開弁する排気の二度開きを行ない、そのことによって内部EGRガスを気筒18内に導入する。内部EGRガスの導入は圧縮端温度を高め、圧縮着火燃焼を安定化させる。
エンジン負荷の上昇に伴い気筒18内の温度が自然と高まることから、過早着火を回避する観点から、図4に示すように、内部EGR量は低下させる。例えばCVVL73の制御によって、吸気弁21のリフト量を調整することにより、内部EGR量を調整してもよい。また、負圧調整弁36の開度調整によって、内部EGR量を調整してもよい。
エンジン負荷がさらに高まり、例えば図3に示す運転領域において、CIモードとSIモードとの切り替え境界線付近においては、筒内温度が高くなりすぎて、圧縮着火をコントロールすることが困難になる場合がある。そこで、CIモードの運転領域において負荷の高い領域では、図4に示すように、気筒18内に導入される内部EGRの割合を少なくし、その代わりにEGR弁511の開度を大きくして、EGRクーラ52によって冷却された外部EGRガスを、気筒18内に多く導入するようにしてもよい。このことにより、筒内温度を低く抑えることが可能になり、圧縮着火のコントロールが可能になる。
これに対し、SIモードでは基本的に、詳しくは後述するが、吸気行程から膨張行程初期までの間で、インジェクタ80が気筒18内に燃料を噴射することにより、均質乃至成層化した混合気を形成すると共に、圧縮上死点付近において点火を実行することによってその混合気に着火する。SIモードではまた、理論空燃比(λ=1)でエンジン1を運転する。これは、三元触媒の利用を可能にするから、エミッション性能の向上に有利になる。
SIモードでは、EGR弁511の開度調整により、気筒18内に導入する新気量と外部EGRガス量とを調整することで、充填量を調整する。これは、ポンプ損失の低減と共に、冷却損失の低減にも有効である。また、冷却した外部EGRガスを導入することによって、異常燃焼の回避に寄与すると共に、Raw NOxの生成を抑制するという利点もある。尚、全負荷域では、EGR弁511を閉弁することにより、図4に示すように、外部EGRを中止する。
このエンジン1の幾何学的圧縮比は、前述の通り、14以上(例えば18)に設定されている。高い圧縮比は、圧縮端温度及び圧縮端圧力を高くするため、CIモードでは、圧縮着火燃焼の安定化に有利になる。一方で、この高圧縮比エンジン1は、高負荷域においてはSIモードに切り替えるため、過早着火やノッキングといった異常燃焼が生じやすくなってしまうという不都合がある。
そこでこのエンジン1では、先ず、エンジンの運転状態が、最大負荷を含む高負荷の低速域(図3の(1)参照。尚、ここでいう「低速域」は、エンジン1の運転領域を低、中、高速の3つに区分したときの低速域に相当する。)にあるときには、燃料の噴射形態を従来とは大きく異ならせたリタードSI燃焼を実行することによって、異常燃焼を回避するようにしている。
具体的には、この燃料の噴射形態は、従来と比較して大幅に高圧化した燃料圧力でもって、圧縮行程後期から膨張行程初期にかけての大幅に遅角した期間(以下、この期間をリタード期間と呼ぶ)内で、インジェクタ80によって、気筒18内に燃料噴射を実行するものである(図5(a)参照)。この特徴的な燃料噴射形態を、以下においては「高圧リタード噴射」と呼ぶ。高圧リタード噴射は、燃料の噴射期間、混合気形成期間及び燃焼期間をそれぞれ短くし、燃料の噴射開始から燃焼の終了までの未燃混合気の反応時間を短くする。その結果、エンジンの負荷が高くかつ低速の、異常燃焼が生じやすい領域において、異常燃焼を回避することが可能になる。燃料圧力は40MPa以上に設定すればよい。燃料圧力は、ガソリンを含有する、使用燃料の性状に応じて適宜設定すればよく、その上限は120MPa程度としてもよい。
高圧リタード噴射は、燃料の噴射形態の工夫によって異常燃焼を回避するため、点火タイミングを進角させることができる。点火タイミングは、図5(a)に示すように、圧縮上死点近傍に設定され、点火は、第1点火プラグ25又は第2点火プラグ26のいずれか一方を駆動させることにより行なう。点火タイミングの進角化は、熱効率の向上及びトルクの向上に有利になる。尚、図5(a)に示す噴射タイミングや点火タイミングは例示であり、これに限定されない。
尚、圧縮着火をコントロールすることが困難になり易い、CIモードの運転領域における負荷が高い領域においては、前述の通り、内部EGRの導入割合を減らすことに加えて、高負荷側のSIモードの運転領域(図3の(1)参照)のように、高圧リタード噴射を行なってもよい。こうすることで、CIモードにおける燃焼圧力の急峻な立ち上がりが抑制されるため、エンジンの騒音増大を抑制することが可能になる。
一方、エンジンの運転状態が高負荷の高速域(図3の(2)参照。尚、ここでいう「高速域」は、エンジン1の運転領域を低、中、高速の3つに区分したときの中速及び高速域に相当する。)にあるときには、図5(b)に示すように、燃料の噴射を、リタード期間ではなく、吸気弁21が開弁している吸気行程期間内に行なう。以下においては、この燃料噴射形態を「吸気行程噴射」と呼ぶ。吸気行程噴射では、高い燃料圧力が不要になるから、高圧リタード噴射時よりも燃料圧力を低下させる(例えば40MPa未満)。それにより、高圧燃料ポンプ90の駆動に起因するエンジン1の機械抵抗損失の低減が図られ、燃費の向上に有利になる。
高圧リタード噴射は、燃料噴射をリタード期間内に行なうことによって未燃混合気の反応可能時間を短縮させるものの、この反応可能時間の短縮は、エンジン1の回転数が比較的低い低速域においては、クランク角変化に対する実時間が長いため、有効であるのに対し、エンジン1の回転数が比較的高い高速域においては、クランク角変化に対する実時間が短いため、それほど有効でない。逆に、リタード噴射では、燃料噴射時期を圧縮上死点付近に設定するため、圧縮行程においては、燃料を含まない、言い換えると比熱比の高い空気が圧縮されることになる。その結果、高速域においては、圧縮上死点における気筒18内の温度(つまり、圧縮端温度)が高くなり、この高い圧縮端温度がノッキングを招くようになる。そのため、高速時にリタード噴射行なうときには、点火タイミングを遅角化して、ノッキングを回避しなければならなくなる。
そこで、このエンジン1では、高負荷の高速域である(2)の領域においては、リタード噴射ではなく、吸気行程噴射を行なう。
吸気行程噴射では、圧縮行程中の筒内ガス(つまり、燃料を含む混合気)の比熱比を下げ、それによって圧縮端温度を低く抑えることが可能である。こうして圧縮端温度が低くなることで、ノッキングを抑制することが可能になるから、点火タイミングを進角させることが可能になる。そこで、(2)の領域においては、高圧リタード噴射と同様に、圧縮上死点付近において点火を行なう。但し、(2)の領域においては、燃焼期間を短縮させる観点から、その点火は、第1及び第2点火プラグ25、26を共に駆動させる二点点火とする。第1及び第2点火プラグ25、26は同時に点火を行なえばよい。第1及び第2点火プラグ25、26を時間差をおいて駆動してもよい。
従って、このエンジン1では、図3に示す(1)の領域、すなわち高負荷の低回転域では、高圧リタード噴射とすることで異常燃焼を回避しつつ熱効率を向上させる。
さらに、このエンジンでは、高負荷の高回転域(図3に示す(2)の領域)では、吸気行程噴射とすることで、異常燃焼を回避しつつ熱効率を向上させる。また、高負荷の高回転域では、二点点火を行なうことによって、燃焼室内の複数の火種のそれぞれから火炎が広がるため、火炎の広がりが早くて燃焼期間が短くなる。二点点火は、点火タイミングは圧縮上死点以降になったとしても、燃焼重心位置はできるだけ進角側に位置するようになり、熱効率及びトルクの向上、ひいては燃費の向上に有利になる。尚、点火プラグの数は、2個に限定されるものではない。点火プラグは、3個以上でもよいし、また1個にしてもよい。高圧リタード噴射時に、多点点火を行なってもよい。高圧リタード噴射は、必要に応じて分割噴射にしてもよく、同様に、吸気行程噴射もまた、必要に応じて分割噴射にしてもよい。その結果、少なくとも1回の噴射が吸気行程において行なわれると共に、圧縮行程においても、燃料噴射が行なわれる場合もあり得る。
(ブローバイガス還流制御)
PCM10は、エンジンの運転状態判定手段、ブローバイガスの発生量演算手段、ブローバイガス還流のための吸気負圧判定手段、ブローバイガス還流のための吸気負圧制御手段、ブローバイガス還流のための内部EGR量制御手段、並びにブローバイガスの還流量制御手段として機能する。
運転状態判定手段は、エンジン水温、外気温及び車両高度に基いてCI燃焼可能か否か、すなわち、エンジンは回転数及び負荷に応じて燃焼モードをCIとSIで切り替える基本燃焼方式実行の運転状態であるか、或いは全運転領域でSI燃焼を実行する運転状態であるかを判定する。さらに、運転状態判定手段は、エンジンの要求トルクに基いて、エンジンがCI燃焼での運転状態にあるか、或いはリタードSI燃焼の運転状態にあるかを判定する。要求トルクは、主にエンジン回転数及びアクセル開度に基づいて決定する。
ブローバイガスの発生量演算手段は、エンジンの運転状態に基いて、予めエンジンの運転状態(エンジン回転数と軸出力)に対応して設定されたブローバイガス発生量の特性に関するマップを参照して、ブローバイガス発生量を演算する。図6は燃焼モードをCIとSIで切り替える基本燃焼方式実行時のブローバイガス発生量特性マップを示し、図7は全運転領域SI燃焼実行時のブローバイガス発生量特性マップを示す。図6に示す特性マップにおいて、軸出力が小さい低負荷のCI燃焼でのブローバイガス発生量が多いのは、圧縮着火によって燃焼ピークが急激に立ち上がり、筒内圧力が高くなること、そして、低負荷であることも影響して、ガスが吹き抜けやすいためである。
吸気負圧判定手段は、吸気圧センサSW17の検出信号に基いてブローバイガスの還流するために必要な吸気負圧が発生しているか否かを判定する。
ブローバイガス還流のための吸気負圧制御手段は、エンジンがCI燃焼の運転状態にあり、且つブローバイガス還流のために必要な所定の吸気負圧が得られていないときに、その必要な所定の吸気負圧が得られるように、負圧調整弁36の開度を全開から必要量狭める。
また、吸気負圧制御手段は、エンジンがリタードSI燃焼又は全運転領域SI燃焼の運転状態にあり、且つブローバイガス還流のために必要な所定の吸気負圧が得られていないときに、外部EGR量を減少するように、EGR弁511を制御する。すなわち、所定の吸気負圧が得られるように、上記特性マップを参照して得られるブローバイガスの発生量に応じて外部EGR量を減少させる。図4に示すように、高負荷側のSI燃焼運転においては外部EGRが実行されるが、負圧調整弁36の開度を狭めると、必要な新気量をエンジンに導入することが難しくなるので、外部EGR量を減少させて必要な所定の吸気負圧を得るものである。
ブローバイガス還流のための内部EGR量制御手段は、エンジンがCI燃焼の運転状態にあり、且つブローバイガス還流のために必要な所定の吸気負圧が得られていないときに、上記特性マップから演算されるブローバイガス発生量に応じて内部EGR量を減少させるべく、吸気弁と排気弁の開弁のオーバーラップ量が少なくなるように吸気弁及び/又は排気弁の動弁系を制御する。つまり、内部EGR量に変化がなければ、ブローバイガスが還流すると、それだけ新気量が減ってしまうので、内部EGR量を減らしながら、ブローバイガスを還流させるものである。
ブローバイガスの還流量制御手段は、上記特性マップから演算されるブローバイガス発生量、流量調整弁46の上流側と下流側の差圧、及び該流量調整弁46の流量特性(当該差圧及び弁開度に応じて変化する流量特性)データに基いて、上記ブローバイガス発生量に適合するブローバイガス還流量となるように流量調整弁46の開度を制御する。流量調整弁46の上流側と下流側の差圧は、上流側(クランク室19)の圧力は大気圧とみなして、吸気圧センサSW17の検出信号に基いて検出される。
(ブローバイガス還流制御の流れ)
図8にブローバイガス還流制御の流れを示す。スタート後のステップS1において、エンジン水温、外気温及び車両高度に基いてCI燃焼可能か否かが判定される。CI燃焼可能であるとき(燃焼モードをCIとSIで切り替える基本燃焼方式実行)はステップS2に進み、エンジンの要求トルクに基いてエンジン運転状態がCI燃焼領域にあるか、或いはSI燃焼領域にあるかが判定される。CI燃焼領域であるときはステップS3に進み、基本燃焼方式実行時のブローバイガス発生量特性マップ(図6)を参照して、エンジン運転状態に応じたブローバイガス発生量が演算される。
続くステップS4において、吸気圧センサSW17の検出信号に基いてブローバイガスの還流に必要な所定の吸気負圧が発生しているか否かが判定される。必要な吸気負圧が発生しているときはステップS5に進み、流量調整弁46がブローバイガス発生量に応じた開度に制御されてブローバイガスの還流が行なわれる。
ステップS4で所定の吸気負圧が発生していないと判定されたときはステップS6及びS7に進む。ステップS6では、所定の吸気負圧になるように負圧調整弁36の開度が狭められる。ステップS7では、ブローバイガス発生量に応じて内部EGR量を減少させるべく、オーバーラップ量が縮小するように動弁系が制御される。そうして、ステップS5の流量調整弁46の制御(ブローバイガス発生量に応じた開度制御)に進む。
ステップS1でCI燃焼可能でないと判定されたとき(全域SI燃焼方式実行)はステップS8に進み、全域SI燃焼方式実行時のブローバイガス発生量特性マップ(図7)を参照して、エンジン運転状態に応じたブローバイガス発生量が演算される。ステップS2でSI燃焼領域であると判定されたときはステップS8に進み、基本燃焼方式実行時のブローバイガス発生量特性マップ(図6)を参照して、エンジン運転状態に応じたブローバイガス発生量が演算される。
ステップS8に続くステップS9では、吸気圧センサSW17の検出信号に基いてブローバイガスの還流に必要な所定の吸気負圧が発生しているか否かが判定される。必要な吸気負圧が発生しているときはステップS5に進み、流量調整弁46の制御(ブローバイガス発生量に応じた開度制御)が実行される。ステップS9で所定の吸気負圧が発生していないときはステップS10に進み、必要な所定の吸気負圧を発生させるべく、ブローバイガス発生量に応じて外部EGR量を減少するようにEGR弁511が制御される。
このようなブローバイガスの還流制御によれば、ブローバイガスの還流のために負圧調整弁36の制御等によって必要な所定の吸気負圧を生成するから、流量調整弁46によるブローバイガスの発生量に応じた還流制御が容易になる。また、ブローバイガス還流のために負圧調整弁36の開度が狭められて新気量が減少しても、ブローバイガスが新気の代わりになるから、エンジン燃焼に支障がない。また、SI燃焼時には、ブローバイガス還流のための必要負圧を得るべく外部EGR量を減少させるが、ブローバイガスは外部EGRのガスよりも温度が低いのが通常であるから、外部EGRがブローバイガスに置き換わっても、外部EGRと同じく筒内温度を低く抑えて異常燃焼を回避する効果が得られる。
なお、ブローバイガスの還流制御において、流量調整弁46の開度を所定開度に制御し、ブローバイガスの発生量に応じて負圧調整弁36の開度を調節することによって、ブローバイガスの還流量を制御するようにしてもよい。