(57)【要約】【課題】圧縮自己着火エンジンにおいて、圧縮自己着火時における燃焼騒音を抑制することができ、圧縮自己着火領域を高負荷側へ十分に拡げることを可能する手段を提供する。【解決手段】エンジンは、低回転・低負荷領域では、圧縮自己着火を行うＨＣＣＩモードで動作し、高回転領域又は高負荷領域では、火花点火を行うＳＩモードで動作する。ＨＣＣＩモードでは、排気圧縮上死点付近に、吸気弁１１と排気弁１２とがともに閉じられるＮＶＯ期間が設けられ、ＮＶＯ期間中に圧縮自己着火を促進するためのＮＶＯ噴射が行われる。ＨＣＣＩモードにおいて、筒内圧力最大上昇率が閾値を超えたときには、この後の気筒サイクルでは、ＮＶＯ噴射の燃料噴射量及び／又は燃料噴射時期を変更することにより圧縮時における筒内温度を低下させて、メイン燃料の自己着火を抑制する。そして、圧縮上死点より後に、ポスト燃料を、メイン燃料とともに自己着火するように噴射する。【選択図】図１
2010236497.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室内の燃料を圧縮自己着火させることによりトルクを生成することが可能な内燃機関を制御する方法であって、
第１気筒サイクルにおいて圧縮上死点より前に噴射されたメイン燃料の自己着火による燃焼により発生する筒内圧力の最大上昇率が所定の基準上昇率を上回ったか否かを判定する第１工程と、
上記第１工程で上記筒内圧力の最大上昇率が上記基準上昇率を上回ったと判定したときには、上記第１気筒サイクルより後の気筒サイクルにおいて、メイン燃料をそれ自体では圧縮行程中に自己着火しないように噴射し、圧縮上死点より後にポスト燃料を、上記メイン燃料とともに自己着火するように噴射する第２工程とを有することを特徴とする内燃機関を制御する方法。
【請求項２】
上記第２工程が、圧縮行程中に上記メイン燃料が自己着火しないように筒内温度を低下させる筒内温度低下過程を有することを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関を制御する方法。
【請求項３】
排気弁が閉弁した後において吸気弁が開弁するまでの間に、パイロット燃料を、吸気弁が開弁する前に自己着火するように噴射することを特徴とする、請求項２に記載の内燃機関を制御する方法。
【請求項４】
上記筒内温度低下過程において上記パイロット燃料を減量することを特徴とする、請求項３に記載の内燃機関を制御する方法。
【請求項５】
上記筒内温度低下過程において上記パイロット燃料の噴射時期を遅角させることを特徴とする、請求項３又は４に記載の方法。
【請求項６】
上記燃焼室に流入する空気の温度が高いときほど、ポスト燃料の噴射時期を遅角させることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１つに記載の内燃機関を制御する方法。
【請求項７】
上記燃焼室に流入する空気の温度が高いときほど、ポスト燃料の噴射量を減量することを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１つに記載の内燃機関の制御方法。
【請求項８】
燃焼室内の燃料を圧縮自己着火させることによりトルクを生成することが可能な内燃機関の制御装置であって、
第１気筒サイクルにおいて圧縮上死点より前に噴射されたメイン燃料の自己着火による燃焼により発生する筒内圧力の最大上昇率が所定の基準上昇率を上回ったか否かを判定する筒内状態判定手段と、
上記筒内状態判定手段により上記筒内圧力の最大上昇率が上記基準上昇率を上回ったと判定されたときには、上記第１気筒サイクルより後の気筒サイクルにおいて、メイン燃料がそれ自体では圧縮行程中に自己着火しないように噴射させ、圧縮上死点より後にポスト燃料を、上記メイン燃料とともに自己着火するように噴射させる噴射制御手段とを有することを特徴とする内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃焼室内において燃料と空気とを予混合することにより生成された混合気をピストンで圧縮して昇温させることにより自己着火させることが可能な内燃機関を制御する方法と装置とに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
所定の運転領域、例えば低負荷・低回転領域では、燃焼室内で予め燃料と空気とをほぼ均一に混合させ、この混合気をピストンで圧縮することにより燃料の着火温度以上に昇温させて自己着火（以下「圧縮自己着火」という。）させるようにした予混合圧縮自己着火式の内燃機関（以下「圧縮自己着火エンジン」という。）は従来知られている（例えば、特許文献１、２参照）。かかる圧縮自己着火エンジンでは、一般に、排気上死点付近に、排気弁と吸気弁とがともに閉弁される期間（以下「ＮＶＯ（Negative valve overlap）期間」という。）を設け、燃焼室内に高温の内部ＥＧＲを残留させることにより、圧縮自己着火時における混合気の温度を高めるようにしている。
【０００３】
かかる圧縮自己着火エンジンでは、混合気を圧縮自己着火させるときには、点火プラグにより混合気に点火する場合に比べて、混合気の燃焼温度を低くすることができるので、燃焼室内でのＮＯｘ（窒素酸化物）の発生量を大幅に低減することができる。このため、ＮＯｘ等を処理するための排気ガス浄化装置を簡素化ないしは小型化することができるといった利点がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−０９５５３９号公報
【特許文献２】特開２００１−３５５４４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、圧縮自己着火エンジンにおいて混合気が圧縮自己着火するときには、燃焼室全体にわたってほぼ均一な混合気がほぼ瞬時に爆発的に燃焼するので、筒内圧力が急激に上昇する。このため、例えばエンジン負荷が高く筒内圧力の上昇率がとくに高いときには、燃焼騒音ないしは振動が大きくなるとともに、ノッキングが発生しやすくなるので、圧縮自己着火領域を高負荷領側へ十分に拡げることが困難であるといった問題がある。なお、特許文献１に開示された圧縮自己着火エンジンでは、燃焼騒音が大きい高負荷時は、吸気行程での燃料噴射時期を遅角させ、噴霧と燃焼室壁面との干渉を最小化して、燃料の蒸発潜熱により筒内を冷却するようにしている。
【０００６】
本発明は、上記従来の問題を解決するためになされたものであって、圧縮自己着火エンジンにおいて、エンジン負荷が高いときでも圧縮自己着火時における燃焼騒音ないしは振動を抑制することができ、さらにはノッキングの発生を防止することができ、圧縮自己着火領域を高負荷側へ十分に拡げることを可能する手段を提供することを解決すべき課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するためになされた本発明に係る、燃焼室内の燃料を圧縮自己着火させることによりトルクを生成することが可能な内燃機関（エンジン）の制御方法は、第１の気筒サイクル（４行程）において圧縮上死点より前に噴射されたメイン燃料の自己着火による燃焼により発生する筒内圧力の最大上昇率が所定の基準上昇率を上回ったか否かを判定する第１工程と、この第１工程で筒内圧力の最大上昇率が基準上昇率（閾値）を上回ったと判定したときには、第１の気筒サイクルより後の気筒サイクルにおいて、メイン燃料をそれ自体では圧縮行程中に自己着火しないように噴射し（以下、この噴射を「メイン噴射」という。）、圧縮上死点より後にポスト燃料を、メイン燃料とともに自己着火するように噴射する（以下、この噴射を「ポスト噴射」という。）第２工程とを有している。
【０００８】
本発明に係る内燃機関の制御方法においては、第２工程は、圧縮行程中にメイン燃料が自己着火しないように筒内温度を低下させる筒内温度低下過程を有しているのが好ましく、さらに排気上死点付近において排気弁が閉弁してから吸気弁が開弁するまでの期間（すなわちＮＶＯ期間）内の所定の時点で、パイロット燃料を吸気弁が開弁する前に自己着火するように噴射する（以下、この噴射を「パイロット噴射」又は「ＮＶＯ噴射」という。）のが好ましい。この場合、筒内温度低下過程において、パイロット燃料の噴射量を減量し、あるいはパイロット燃料の噴射時期を遅角させるのが好ましい。また、本発明に係る内燃機関の制御方法においては、燃焼室に流入する空気の温度が高いときほど、ポスト燃料の噴射時期を遅角させ、あるいはポスト燃料の噴射量を減量するのが好ましい。
【０００９】
本発明に係る、燃焼室内の燃料を圧縮自己着火させることによりトルクを生成することが可能な内燃機関の制御装置は、筒内状態判定手段と噴射制御手段とを備えている。ここで、筒内状態判定手段は、第１気筒サイクルにおいて圧縮上死点より前に噴射されたメイン燃料の自己着火による燃焼により発生する筒内圧力の最大上昇率が所定の基準上昇率を上回ったか否かを判定する。また、噴射制御手段は、筒内状態判定手段により筒内圧力の最大上昇率が基準上昇率を上回ったと判定されたときには、第１気筒サイクルより後の気筒サイクルにおいて、メイン燃料をそれ自体では圧縮行程中に自己着火しないように噴射（メイン噴射）させ、圧縮上死点より後にポスト燃料を、メイン燃料とともに自己着火するように噴射（ポスト噴射）させる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る内燃機関の制御方法又は制御装置によれば、第１の気筒サイクルにおいて筒内圧力の最大上昇率が基準上昇率を上回ったときには、この後の気筒サイクルでは、筒内温度を低下させる筒内温度低下過程（筒内温度低下手段）を設けるなどして、メイン燃料がそれ自体では圧縮行程中に自己着火しないように噴射される。そして、圧縮上死点より後に、ポスト燃料が、メイン燃料とともに自己着火するように噴射される。このとき、ポスト噴射がトリガとなって、メイン燃料とポスト燃料とがともにほぼ同時に自己着火する。このように、圧縮上死点より後の膨張行程で混合気が自己着火するので、第１の気筒サイクルより後の気筒サイクルでは、筒内圧力の最大上昇率が小さくなり、燃焼騒音ないしは振動が抑制され、またノッキングの発生が防止される。よって、環境条件の変化に関わらず、確実に圧縮自己着火を実現することができ、圧縮自己着火領域を高負荷側へ十分に拡げることができる。
【００１１】
本発明に係る内燃機関の制御方法又は制御装置において、ＮＶＯ期間内にパイロット噴射又はＮＶＯ噴射を行うようにしている場合は、パイロット噴射又はＮＶＯ噴射における燃料噴射量を減量することにより、あるいはパイロット噴射又はＮＶＯ噴射の噴射時期を遅角させることにより、圧縮行程における混合気の温度上昇を抑制することができる。このため、メイン噴射により噴射された燃料が圧縮上死点の前ないしはポスト噴射の前に自己着火するのを確実に抑止することができる。
【００１２】
また、一般に、燃焼室に流入する空気の温度が高いときには自己着火時期が早くなりやすい。そこで、本発明に係る内燃機関の制御方法又は制御装置において、燃焼室に流入する空気の温度が高いときほど、ポスト燃料の噴射時期を遅角させるようにすれば、噴射時期が遅角するほどトルク発生への寄与率が低下するので、ポスト燃料の噴射時期を適切に制御することができ、内燃機関の運転効率を全体として向上させることができる。なお燃焼室に流入する空気の温度が高いときほどポスト燃料の噴射量を減量するようにした場合も、同様にポスト燃料の噴射時期を適切に制御することができ、内燃機関の運転効率を全体として向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係る制御装置を備えたエンジンの全体構成を示す模式図である。
【図２】本発明に係るエンジン制御を行うための制御マップの一例を示す図である。
【図３】図１に示すエンジンにおける、クランク角に対する、燃料噴射時期及び筒内圧力の変化特性を示す図である。
【図４】本発明に係るエンジン制御を行う場合の、エンジン負荷に対する、吸気弁及び排気弁の開閉タイミング並びに燃料噴射弁の噴射態様の変化特性を示す図である。
【図５】本発明に係るエンジン制御のメインルーチンの制御手法を示すフローチャートである。
【図６】図５に示すエンジン制御（メインルーチン）における燃焼遅角サブルーチンの制御手法を示すフローチャートである。
【図７】燃焼遅角サブルーチンを実行する場合における、燃料噴射弁の燃料噴射時期、燃料圧及び燃料噴射量の経時変化を示す図である。
【図８】（ａ）は吸気温及び要求負荷に対する燃料噴射時期の変化特性を示す図（制御マップ）であり、（ｂ）は吸気温及び要求負荷に対する燃料噴射量の変化特性を示す図（制御マップ）である。
【図９】吸気温に対する、燃料噴射時期及び燃料噴射量の変化特性を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、添付の図面を参照しつつ、本発明の実施形態を具体的に説明する。
図１に示すように、ガソリン等を燃料とする多気筒エンジン（内燃機関）には、紙面に直交する方向に直列配置された複数の気筒２（例えば、４気筒、６気筒・・・）を有するシリンダブロック３と、該シリンダブロック３の上側に配置されたシリンダヘッド４とを備えたエンジン本体部１が設けられている。エンジン本体部１の各気筒２にはピストン５が嵌挿され、ピストン５の上面とシリンダヘッド４の下面との間に所定容積の燃焼室６が形成されている。ピストン５は、コネクティングロッドを介して、クランク軸７と連結されている。クランク軸７は、ピストン５の往復運動に伴ってその中心軸回りに回転する。
【００１５】
シリンダヘッド４内には、それぞれ燃焼室６の天井部に開口する吸気ポート９と排気ポート１０とが、気筒２毎に形成されている。吸気ポート９は、燃焼室６の天井部から斜め上方に延びてシリンダヘッド４の吸気側（図１では右側）の側壁に開口し、排気ポート１０は排気側（図１では左側）の側壁に開口している。吸気ポート９及び排気ポート１０の側壁の各開口部には、それぞれ、吸気通路２０及び排気通路２５が接続されている。
【００１６】
シリンダヘッド４には、気筒２毎に、吸気弁１１及び排気弁１２が設けられている。そして、吸気ポート９及び排気ポート１０は、それぞれ、吸気弁１１及び排気弁１２によって開閉される。吸気弁１１及び排気弁１２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（図示せず）等を含む動弁機構１３により、クランク軸７の回転に同期して開閉駆動される。
【００１７】
吸気弁１１及び排気弁１２の各動弁機構１３には、それぞれ、可変バルブリフト機構（以下「ＶＶＬ（Variable Valve  Lift）」という。）１４と、可変バルブタイミング機構（以下「ＶＶＴ（Variable Valve Timing）」という。）１５とが組み込まれている。ＶＶＬ１４は、カムシャフト（図示せず）に取り付けられたカムの揺動軌跡をＰＣＭ３０からの指令に基づいて変更することにより、吸気弁１１及び排気弁１２のリフト量（開弁量）をエンジンの運転状態に応じて変更する。
【００１８】
ＶＶＴ１５は、クランク軸７に対するカムシャフト（図示せず）の回転位相をＰＣＭ３０からの指令に基づいて変更することにより、吸気弁１１及び排気弁１２の開閉タイミング（位相角度）をエンジンの運転状態に応じて変更する。そして、ＶＶＬ１４及びＶＶＴ１５の作動に応じて、吸気弁１１及び排気弁１２のリフト特性が変更され、その結果、各気筒２への吸入空気量や残留既燃ガス（内部ＥＧＲ）の量が調整される。なお、ＶＶＬ１４及びＶＶＴ１５は、一般に用いられているものであって当業者には公知であるので、その詳しい説明は省略する。
【００１９】
シリンダヘッド４には、各気筒２の燃焼室６に臨むように点火プラグ１６が設けられている。点火プラグ１６は、その上方に設けられた点火回路１７からの給電に応じて、所定のタイミングで放電（火花点火）を行う。さらに、シリンダヘッド４には、吸気側（図１では右側）の側方から燃焼室６に臨むように燃料噴射弁１８が設けられている。燃料噴射弁１８へは、高圧燃料ポンプ１９から燃料通路を介して、燃料が供給される。なお、高圧燃料ポンプ１９は、例えばスピール弁によって駆動され、燃料噴射弁１８への燃料の供給圧すなわち燃圧を低圧から高圧までの広い範囲で自在に変化させることができる。そして、燃料噴射弁１８は、所定の噴射タイミング（吸気行程等）で燃焼室６に対して燃料を直接噴射し、燃焼室６内に所定の空燃比の混合気を生成する。
【００２０】
エンジンの吸気側（図１では）には吸気通路２０が配設されている。空気の流れ方向（矢印方向）にみて、吸気通路２０の下流端は、シリンダヘッド４の吸気側の側壁に接続され、吸気ポート９と連通している。そして、エアクリーナ（図示せず）によりダスト等の異物が除去された空気が、順に吸気通路２０と吸気ポート９とを通って、各気筒２の燃焼室６に供給される。
【００２１】
吸気通路２０の途中部にはサージタンク２１が介設されている。吸気通路２０は、空気の流れ方向にみてサージタンク２１より上流側では、全気筒に共通な単一の通路（以下「共通吸気通路部」という。）となっている。この共通吸気通路部には、例えばバイワイヤー化した電子制御式のスロットル弁２２が配設されている。他方、サージタンク２１より下流側では、吸気通路２０は気筒２毎に分岐した通路（以下「分岐吸気通路部」という。）となっている。ここで、スロットル弁２２により流量が調整された空気は、分岐吸気通路部を通って、各気筒２の燃焼室６に導入される。
【００２２】
空気の流れ方向にみて、スロットル弁２２の上流側の吸気通路２０（共通吸気通路部）には、吸入空気を加圧するための過給機２３が設けられている。この過給機２３は、バッテリ（図示せず）等から供給される電力で作動する電動モータ２４により回転駆動され、モータ回転数を制御することにより過給圧を変更することができる。
【００２３】
エンジンの排気側（図１では左側）には排気通路２５が配設されている。排気ガスの流れ方向（矢印方向）にみて、排気通路２５の上流端は、シリンダヘッド４の排気側の側壁に接続され、排気ポート１０と連通している。そして、各気筒２の燃焼室６で混合気が燃焼すると、燃焼によって生成された既燃ガス（排気ガス）が排気通路２５を通って外部に排出される。排気通路２５の途中部には、排気ガス中の有害成分を浄化する三元触媒を用いた触媒コンバータ２７が設けられている。このエンジンでは、ＮＯｘ生成量が少ないので、ＮＯｘの処理効率を高めるための特別な装置、例えばＮＯｘトラップ触媒等は設けられていない。
【００２４】
エンジンには、その動作を統括的に制御する制御装置として、ＣＰＵ、各種メモリ等で構成されるコンピュータを備えた制御装置（以下「ＰＣＭ（Power Train Control Module）」という。）３０が設けられている。ＰＣＭ３０は、本明細書の課題を解決するための手段の欄に記載された「筒内状態判定手段」及び「燃料噴射制御手段」を含むエンジンの総合的な制御装置であって、エンジンの各部に設けられたセンサ類３１〜３７と電気的に接続されている。
【００２５】
具体的には、ＰＣＭ３０は、クランク軸７の回転角（クランク角）を検出するクランク角センサ３１、吸気通路２０内を流れる空気の量を検出するエアフローセンサ３２、スロットル弁２２を開閉操作するアクセルペダル（図示せず）の操作量すなわちアクセル開度を検出するアクセル開度センサ３３、各気筒２の燃焼室６内の圧力すなわち筒内圧力を検出する筒内圧センサ３４、及び、該エンジンを搭載している車両の速度を検出する車速センサ３５と電気的に接続されている。ここで、筒内圧３４センサは、詳しくは図示していないが、点火プラグ１６と一体形成されたものであり、点火プラグ１６内に内蔵されている。なお、筒内圧センサ３４を燃料噴射弁１８と一体形成してもよい。
【００２６】
さらに、ＰＣＭ３０は、サージタンク２１内の空気の温度すなわち各気筒２の燃焼室６に供給される空気の温度（以下「吸気温」という。）を検出する吸気温センサ３６、及び、高圧燃料ポンプ１９から燃料噴射弁１８に供給される燃料の圧力すなわち燃圧（燃料圧）ないしは燃料噴射圧力を検出する燃圧センサ３７と電気的に接続されている。つまり、上記各種センサ３１〜３７によって検出された各制御情報が、それぞれ電気信号としてＰＣＭ３０に入力される。
【００２７】
ＰＣＭ３０は、上記各種センサ３１〜３７の検出値に基づいて、エンジンの運転状態に応じて、ＶＶＬ１４、ＶＶＴ１５、点火回路１７、燃料噴射弁１８、高圧燃料ポンプ１９、スロットル弁２２、過給機２３等の各部の動作を統括的に制御し、エンジンの種々の制御を行う。しかしながら、このエンジンにおける一般的なエンジン制御、例えば空燃比制御、点火時期制御等の制御手法は当業者にはよく知られており、また一般的なエンジン制御は本願発明の要旨とするところでもないので、以下では、主として本願発明の要旨に関連する圧縮自己着火に関連する制御の制御手法を説明する。
【００２８】
ＰＣＭ３０は、点火プラグ１６を用いることなく吸気行程中に予め生成された混合気（予混合気）を圧縮上死点付近で圧縮自己着火させる均一充填圧縮自己着火（以下「ＨＣＣＩ（Homogeneous Charge Compression Ignition）」という。）モードと、点火プラグ１６を用いて火花点火により混合気を強制的に着火させる火花点火（以下「ＳＩ（Spark Ignition）」という）モードとの間で燃焼モードを自在に切り替えることができる。
【００２９】
以下、ＰＣＭ３０の機能をより詳しく説明する。ＰＣＭ３０は、ハードウェアとしてみれば実質的に一体形成されたコンピュータである。なお、ＰＣＭ３０を構成する個々の部品ないしは装置は、必要に応じて取り付けたり取り外したりすることができるのはもちろんである。しかしながら、ＰＣＭ３０は、機能的にみれば、運転状態判定部、吸排気制御部、過給機制御部、燃料噴射制御部、記憶部等に分類することができる。
【００３０】
ＰＣＭ３０において、運転状態判定部は、各種センサ３１〜３７からの入力値に基づいて、エンジン負荷（又は要求トルク）、エンジン回転数等を算出するとともに、エンジン負荷及びエンジン回転数に基づいて、エンジンの運転状態が図２あるいは図８（ａ）、（ｂ）に示す制御マップ中のどの運転領域に該当するかを判定する。吸排気制御部は、ＶＶＬ１４及びＶＶＴ１５を制御して吸気弁１１及び排気弁１２のリフト特性を運転状態に応じて変更することにより、エンジンの吸排気に関する動作を制御する。過給機制御部は、電動モータ２４の駆動を制御することにより、過給機２３の駆動／非駆動や、過給機２３を駆動する場合における過給圧をエンジンの運転状態に応じて制御する。
【００３１】
燃料噴射制御部は、各種センサ３１〜３７からの入力値に基づいて、エンジンの運転状態に応じて、燃料噴射弁１８の燃料噴射量、燃圧（燃料噴射圧力）、噴射パルス幅及び燃料噴射時期、並びに、高圧燃料ポンプ１９の駆動状態及び吐出圧等を制御する。記憶部は、エンジンの制御に必要な各種データやプログラム等を記憶する。なお、記憶部は、例えば図２及び図８（ａ）、（ｂ）に示すような、エンジンの運転状態に応じた各種制御を行うための制御マップを記憶している。
【００３２】
図２は、本発明に係るエンジン制御を行うための制御マップの一例を示している。図２に示すように、この制御マップには、基本的には、ＳＩ領域（火花点火領域）とＨＣＣＩ領域（均一充填圧縮自己着火）とからなる２つの運転領域が設定されている。そして、エンジンの運転状態がＳＩ領域及びＨＣＣＩ領域のいずれに入っているかに応じて、エンジンの燃焼モードが選択される。具体的には、高回転領域又は高負荷領域に設定されたＳＩ領域ではＳＩモードが選択され、低回転・低負荷領域に設定されたＨＣＣＩ領域ではＨＣＣＩモードが選択される。
【００３３】
さらに、ＨＣＣＩ領域は、過給機２３を作動させるか否かに応じて、エンジンが自然吸気（ＮＡ）で運転されるＨＣＣＩ領域Ａ１（以下「ＮＡ領域Ａ１」という。）とエンジンが過給されるＨＣＣＩ領域Ａ２（以下「過給領域Ａ２」という。）とに分けられる。すなわち、両領域Ａ１、Ａ２のうち、低負荷側に設定されたＮＡ領域Ａ１では、過給機２３の駆動が停止されて自然に吸気が行われる。他方、ＮＡ領域Ａ１よりも高負荷側に設定された過給領域Ａ２では、過給機２３が駆動されて吸気通路２０内の空気が加圧され、過給が行われる。
【００３４】
エンジンの運転状態がＳＩ領域に入っているとき、すなわちＳＩモードでの運転時には、各気筒サイクルにおいて、排気弁１２の開弁期間と吸気弁１１の開弁期間とが、排気上死点（排気行程と吸気行程の間の上死点）付近で両弁１２、１１の開弁期間が若干オーバーラップするように設定される。そして、排気上死点後において、吸気弁１１が開弁された後に燃料噴射弁１８によって１回だけ普通の燃料噴射が行われる。この後、圧縮上死点（圧縮行程と膨張行程の間の上死点）付近で点火プラグ１６により混合気が点火され、混合気ないしは燃料が火炎伝播により燃焼する。
【００３５】
これに対して、エンジンの運転状態がＨＣＣＩ領域に入っているとき、すなわちＨＣＣＩモードでの運転時には、排気弁１２の開弁期間と吸気弁１１の開弁期間とが、排気上死点付近で両弁１２、１１がともに閉弁されるＮＶＯ期間が存在するように設定される。そして、排気上死点前においてＮＶＯ期間中に、噴射した燃料が自己着火するように燃料噴射弁１８によりＮＶＯ噴射（パイロット噴射）が行われ、少量の燃料が噴射される。なお、ＮＶＯ噴射は、圧縮行程における混合気の温度を高めるために行われる。
【００３６】
この後、排気上死点後においてＮＶＯ期間が終了して吸気弁１１が開弁された後に、燃料噴射弁１８によりメイン噴射が行われる。このメイン噴射は、基本的には、メイン噴射によって噴射された燃料（メイン燃料）によって燃焼室６内に形成される混合気が圧縮上死点付近においてそれ自体で（すなわち、他の点火手段又は着火手段を介することなく）自己着火するように行われる。その結果、混合気ないしは燃料は、火炎伝播を生じさせることなく急速に燃焼する。この場合、燃焼温度が火花点火の場合に比べて低いので、ＮＯｘ発生量が大幅に低減される。
【００３７】
しかしながら、ある気筒サイクル（第１の気筒サイクル）において、クランク角θに対する筒内圧力Ｐの最大上昇率（以下「ｄＰ／ｄθｍａｘ」という。）が、予め設定された閾値（以下「ｄＰ／ｄθ閾値」という）を超えているときは、この後の気筒サイクルでは、メイン燃料がそれ自体では圧縮行程中に自己着火しないように筒内温度を低下させてメイン噴射が行われる。ここで、筒内温度の低下は、ＮＶＯ噴射における燃料噴射量を減量し、あるいは燃料噴射時期を遅角することにより行われる。そして、圧縮上死点より後にポスト噴射を行い、ポスト燃料を、メイン燃料とともに同時に自己着火するように噴射する。なお、このようなポスト噴射は、ｄＰ／ｄθｍａｘがｄＰ／ｄθ閾値以下となるまで継続される。
【００３８】
図３に、以前の気筒サイクルでｄＰ／ｄθｍａｘがｄＰ／ｄθ閾値を超え、ポスト噴射が行われ場合における、ＮＶＯ噴射の噴射時期Ｈ１、メイン噴射の噴射時期Ｈ２及びポスト噴射の噴射時期Ｈ３と、クランク角に対する筒内圧力の変化特性とを示す。図３に示すように、ポスト噴射が行われる場合は、ポスト燃料がトリガとなって、メイン燃料の着火を惹起する。つまり、ＨＣＣＩモードでのエンジンの運転時において、ｄＰ／ｄθｍａｘがｄＰ／ｄθ閾値を超えたときには、ポスト噴射によってメイン燃料の着火時期を制御するようにしている。なお、吸気温が高いときほど、ポスト噴射の噴射時期が遅角させられ、あるいはポスト噴射における燃料噴射量が減量される。
【００３９】
以下、図４を参照しつつ、エンジンがＨＣＣＩモードで動作する場合、すなわち燃料が火花点によらず自己着火により燃焼する場合における、吸気弁１１及び排気弁１２の作動態様と燃料噴射弁１８の作動態様とを具体的に説明する。図４は、ＨＣＣＩモードにおける、エンジン負荷に対する吸気弁１１及び排気弁１２の開閉時期の変化特性と、エンジン負荷に対する燃料噴射弁１８の燃料噴射時期（噴射タイミング）及び燃料噴射量の変化特性とを示している。具体的には、図４は、エンジンの運転状態が、図２に示す制御マップにおいてラインＬで示すように、エンジン回転数（エンジン回転速度）が一定の状態でエンジン負荷が変化したときに、吸気弁１１及び排気弁１２の開閉タイミング並びに燃料噴射弁１８の燃料噴射時期及び燃料噴射量がどのように変化するかを示している。
【００４０】
図４において、「ＩＶＣ」は吸気弁１１の閉弁時期であり、「ＩＶＯ」は吸気弁１１の開弁時期であり、「ＥＶＣ」は排気弁１２の閉弁時期であり、「ＥＶＯ」は排気弁１２の開弁時期である。また、図４では、エンジンの膨張行程、排気行程、吸気行程、圧縮行程が縦方向に順に記載されている。また、「ＴＤＣ」及び「ＢＤＣ」は、それぞれ「上死点」及び「下死点」を表している。なお、Ｌ１はＮＡ領域Ａ１と過給領域Ａ２の境界の負荷を示し、Ｌ３はＨＣＣＩ領域とＳＩ領域の境界の負荷を示している。また、Ｌ２はｄＰ／ｄθ閾値に対応する負荷を示している。
【００４１】
まず、エンジン負荷に対する吸気弁１１及び排気弁１２の開閉時期の変化特性を説明する。エンジンの運転状態がＨＣＣＩ領域に入っているときには、排気弁１２の閉弁時期（ＥＶＣ）は排気上死点よりも進角し、かつ吸気弁１１の開弁時期（ＩＶＯ）が排気上死点よりも遅角するように、ＶＶＬ１４及びＶＶＴ１５が制御される。これにより、排気行程から吸気行程にかけて、吸気弁１１及び排気弁１２が両方とも閉弁されるＮＶＯ期間が設けられる。そして、このＮＶＯ期間中に、燃料噴射弁１８によりＮＶＯ噴射が行われ、少量の燃料が噴射される。
【００４２】
したがって、排気行程を過ぎた後でも、所定量の排気ガスが内部ＥＧＲガスとして気筒２内に残留する。また、気筒２内では、主として吸気行程中に、燃料噴射弁１８によりメイン噴射が行われる。この燃料は圧縮行程後期までの間に十分な時間をかけて混合され、ほぼ均一な混合気が生成される。このように生成された混合気は、ピストン５の圧縮により発生する熱と、内部ＥＧＲガスが有する熱と、ＮＶＯ噴射により噴射された燃料の燃焼熱とによって、燃料ないしは混合気の着火温度ないしは燃焼温度以上に昇温され、自己着火により燃焼する（ｄＰ／ｄθｍａｘがｄＰ／ｄθ閾値以下の場合）。
【００４３】
さらに、ＨＣＣＩ領域では、吸気弁１１の閉弁時期（ＩＶＣ）は、圧縮下死点（吸気行程と圧縮行程の間の下死点）よりも比較的大きく遅角側にずらされ、予混合気の実質的な圧縮開始が相対的に遅めに設定される。このため、気筒２の有効圧縮比が小さくなり、圧縮による発生熱量が低減される。その結果、予混合気の温度が過度に上昇して異常燃焼が発生するのが防止される。
【００４４】
他方、エンジン負荷が大きくなりその運転状態がＳＩ領域に移行したときには、吸気弁１１の開弁時期（ＩＶＯ）及び排気弁１２の閉弁時期（ＥＶＣ）が、それぞれ排気上死点に近づけられる。したがって、ＳＩ領域では、ＮＶＯ期間は設けられず、内部ＥＧＲによる排気ガスの還流は行われなくなる。なお、図４に示す例では、排気上死点の前後で吸気弁１１及び排気弁１２がともに開弁される若干の開弁オーバーラップ期間が設けられている。そして、内部ＥＧＲが行われないＳＩ領域では、混合気が自己着火しないので、混合気の燃焼は、点火プラグ１６を用いた火花点火により行われる。すなわち、ＳＩ領域では、圧縮上死点付近で、点火プラグ１６により火花を発生させる。かくして、火花発生部（点火源）からの火炎伝播により、混合気は強制的に燃焼させられる。
【００４５】
また、ＳＩ領域では、吸気弁１１の閉弁時期（ＩＶＣ）が圧縮下死点に近いタイミングに戻され、有効圧縮比がピストン５の全ストロークに応じた圧縮比（幾何学的圧縮比）に近づけられる。このため、混合気が十分な圧縮比で圧縮されてから点火され、この点火に伴って比較的大きな燃焼エネルギーが発生する。なお、排気弁１２の開弁時期（ＥＶＯ）は、ＨＣＣＩ領域及びＳＩ領域の全運転領域にわたって、ほぼ一定に維持される。具体的には、膨張下死点（膨張行程と排気行程の間の下死点）よりわずかに進角したタイミングでほぼ一定に維持される。
【００４６】
このように、高回転側又は高負荷側に設定されたＳＩ領域で混合気を火花点火により強制的に燃焼させるのは、ＨＣＣＩ領域で行われる自己着火による燃焼では、十分に高い出力を得ることができないからである。自己着火による燃焼は、比較的多量のＥＧＲにより希釈されたかなりリーンな予混合気により行われるので、出力の上昇には限界がある。このため、高回転側又は高負荷側の領域では、ＨＣＣＩモードによる燃焼を行わず、火花点火により強制的に混合気を燃焼させるＳＩモードを選択するようにしている。なお、ＳＩモードでの混合気の生成は、吸気行程から圧縮行程までの期間に、エンジン負荷に応じて適宜のタイミングで燃料噴射弁１８から燃料を噴射することにより行われるが、ＳＩ領域のような高負荷域では主として吸気行程中に燃料噴射が行われる。
【００４７】
次に、エンジン負荷に対する燃料噴射弁１８の燃料噴射時期及び燃料噴射量の変化特性を説明する。図４から明らかなとおり、ＨＣＣＩ領域では、ＮＶＯ噴射の噴射時期は、排気行程において排気上死点よりもやや進角するように設定されている。具体的には、ＮＶＯ噴射の燃料噴射時期は、ＮＡ領域Ａ１では、エンジン負荷の上昇に伴って直線的に徐々に遅角するように設定されている。他方、過給領域Ａ２では、ＮＶＯ噴射の噴射時期は、基本的にはエンジン負荷の変化にかかわりなく一定（ＮＡ領域Ａ１における最も遅角した状態と同一）に設定されている。ただし、ｄＰ／ｄθｍａｘがｄＰ／ｄθ閾値を超えたときには、ＮＶＯ噴射の燃料噴射時期は、エンジン負荷の上昇に伴って緩やかに直線的に遅角するように設定され、ＮＶＯ噴射の発熱量が低減されるようになっている。
【００４８】
また、ＮＶＯ噴射の燃料噴射量は、ＮＡ領域Ａ１では、エンジン負荷の上昇に伴って緩やかに直線的に減少ように設定されている。他方、過給領域Ａ２では、ＮＶＯ噴射の噴射量は、基本的にはエンジン負荷の変化にかかわりなく一定（ＮＡ領域Ａ１における最小値と同一）に設定されている。ただし、ｄＰ／ｄθｍａｘがｄＰ／ｄθ閾値を超えたときには、ＮＶＯ噴射の噴射量は、エンジン負荷の上昇に伴って緩やかに直線的に減少するように設定され、ＮＶＯ噴射の発熱量が低減されるようになっている。なお、ＳＩ領域ではＮＶＯ噴射は停止されるので、ＮＶＯ噴射の噴射時期及び燃料噴射量は設定されない。
【００４９】
メイン噴射の噴射時期は、ＨＣＣＩ領域では、吸気行程において吸気弁１１が開弁された後でメイン噴射が行われるように設定されている。具体的には、メイン噴射の噴射時期は、ＮＡ領域Ａ１では、エンジン負荷の上昇に伴って緩やかに直線的に遅角するように設定されている。他方、過給領域Ａ２では、メイン噴射の噴射時期は、エンジン負荷の変化にかかわりなく一定（ＮＡ領域Ａ１における最も遅角した状態と同一）に設定されている。他方、ＳＩ領域では、メイン噴射の噴射時期は、ＨＣＣＩ領域の場合に比べて、大幅に進角され排気上死点に近づけられる。なお、ＳＩ領域では、メイン噴射の噴射時期はエンジン負荷の上昇に伴って、徐々に進角させられる。
【００５０】
メイン噴射の燃料噴射量は、ＨＣＣＩ領域では、エンジン負荷の上昇に伴って直線的に増加するように設定されている。他方、ＳＩ領域では、メイン噴射の噴射量は、ＨＣＣＩ領域における噴射量に対してステップ状に増やされ、かつエンジン負荷の上昇に伴って直線的に増加するように設定されている。
【００５１】
以下、図５（メインルーチン）及び図６（燃焼遅角サブルーチン）に示すフローチャートに従って、ＰＣＭ３０によって実行される、本発明の要旨に係るＨＣＣＩモードにおけるエンジン制御の具体的な制御手法を説明する。図５に示すように、このエンジン制御のメインルーチンが開始されると（スタート）、まずステップＳ１で、クランク角（エンジン回転数）、アクセル開度、吸入空気量、筒内圧力、吸気温、車速、燃圧等の各種制御情報を読み込む。続いて、ステップＳ２及びステップＳ３で、図２に示す制御マップを用いて、エンジン負荷とエンジン回転数とに基づいて、エンジンの運転状態がＨＣＣＩ領域中のＮＡ領域Ａ１に入っているか、それとも過給領域Ａ２に入っているかを判定する。そして、エンジンの運転状態がＮＡ領域Ａ１に入っていると判定した場合、すなわちエンジンの運転状態が過給モードに移行していない場合は（ＮＯ）、以下の全ステップＳ４〜Ｓ９をスキップして、ステップＳ１に復帰する（リターン）。
【００５２】
ステップＳ２及びステップＳ３で、エンジンの運転状態が過給領域Ａ２に入っていると判定した場合、すなわちエンジンの運転状態が過給モードに移行していると判定した場合は（ＹＥＳ）、順にステップＳ４〜Ｓ９を実行する。具体的には、まずステップＳ４で、吸気弁１１及び排気弁１２の開閉時期（バルブタイミング）を設定するための制御マップ（図示せず）を用いて吸気弁１１及び排気弁１２の目標開閉時期を設定した上で、ＶＶＬ１４及びＶＶＴ１５を駆動して吸気弁１１及び排気弁１２の開閉時期を上記目標開閉時期と一致するように変更する。さらに、過給圧を設定するための制御マップ（図示せず）を用いて目標過給圧を設定した上で、過給機２３ないしは電動モータ２４を駆動して過給圧を上記目標過給圧と一致するように変更する。
【００５３】
次に、ステップＳ５で、ｄＰ／ｄθｍａｘ（クランク角θに対する筒内圧力Ｐの最大上昇率）を算出する。続いて、ステップＳ６で、ｄＰ／ｄθｍａｘがｄＰ／ｄθ閾値を超えているか否かを判定する。ここで、ｄＰ／ｄθｍａｘがｄＰ／ｄθ閾値以下であると判定した場合は（ＮＯ）、以下の全ステップＳ７〜Ｓ９をスキップして、ステップＳ１に復帰する（リターン）。
【００５４】
ステップＳ６で、ｄＰ／ｄθｍａｘがｄＰ／ｄθ閾値を超えていると判定した場合は（ＹＥＳ）、ステップＳ７で燃焼遅角サブルーチンを実行し、メイン燃料がそれ自体では圧縮自己着火を起こさないように、ＮＶＯ噴射における燃料噴射弁１８の燃料噴射量あるいは燃料噴射時期を変更する。
【００５５】
以下、図６に示すフローチャートを参照しつつ、燃焼遅角サブルーチンの制御手順を説明する。図６に示すように、燃焼遅角サブルーチンが起動されると（スタート）、ステップＳ１１で燃焼遅角制御が開始される。この燃焼遅角制御では、基本的にはＮＶＯ噴射における燃料噴射量を減量することにより、あるいは燃料噴射時期を遅角させることにより、圧縮行程における筒内温度を低下させ、メイン燃料がそれ自体では圧縮自己着火を起こすのを抑止するようにしている。すなわち、圧縮行程における筒内温度（最高温度）を、メイン燃料がそれ自体で自己着火しない温度に留めておく。なお、メイン燃料は、圧縮上死点の後におけるポスト噴射で噴射させる燃料がトリガとなって着火する。
【００５６】
次に、ステップＳ１２でＮＶＯ噴射の噴射パルス幅が最小値であるか否かを判定する。ここで、ＮＶＯ噴射の噴射パルス幅が最小値でないと判定した場合は（ＮＯ）、ステップＳ１３で燃料噴射弁１８の噴射パルス幅を縮小し、ＮＶＯ噴射における燃料噴射量を低減する。すなわち、ＮＶＯ噴射の噴射パルス幅が最小値でないときには、応答が早い噴射パルス幅の縮小により燃料噴射量を低減する。なお、噴射パルス幅は、予め設定された量だけ縮小され、あるいは最小値まで縮小される。このようにＮＶＯ噴射の燃料噴射量が減量されるので、筒内温度が低下し、メイン燃料がそれ自体で圧縮自己着火するのが抑止される。なお、燃料噴射量が減少する分、燃費性が向上する。この後エンジン制御のメインルーチンに復帰する（リターン）。
【００５７】
ステップＳ１２でＮＶＯ噴射の噴射パルス幅が最小値であると判定した場合は（ＹＥＳ）、噴射パルス幅の変更により燃料噴射量を低減することができないので、ステップＳ１４〜Ｓ１６を実行し、燃圧（燃料圧）すなわち燃料噴射弁１８の燃料噴射圧力を低減することにより、あるいは燃料噴射時期を遅角させることにより、圧縮行程における筒内温度を低下させ、メイン燃料がそれ自体で圧縮自己着火を起こすのを抑止する。
【００５８】
ステップＳ１４では、燃圧が最小値であるか否かを判定する。ここで、燃圧が最小値でないと判定した場合は（ＮＯ）、ステップＳ１５で、例えば図７に示すような態様で燃圧を低減するとともに、ＮＶＯ噴射における燃料噴射弁１８の燃料噴射時期を遅角させる。図７に示す例では、燃圧の低減及び燃料噴射時期の遅角が時刻ｔ１で開始され、時刻ｔ２で終了している。
【００５９】
図７から明らかなとおり、この燃焼遅角サブルーチンでは、まず燃料噴射時期（グラフＧ１）が時刻ｔ１でステップ状に遅角させられる。他方、燃圧（グラフＧ２）は、時刻ｔ１から時刻ｔ２まで直線的に低減される。そして、燃料噴射時期は、一旦ステップ状に遅角させられた後、燃圧の変化に合わせて直線的に進角させられる。その結果、燃料噴射量（グラフＧ３）は、時刻ｔ１から時刻ｔ２まで直線的に減少する。一般に燃圧の変更は、例えば噴射パル幅の変更に比べて応答が遅いので、この燃焼遅角サブルーチンでは、まず、即座に対応することが可能な燃料噴射時期の変更により対応し、この後で燃圧を制御して燃料噴射量を低減するようにしている。なお、図７に示す燃料噴射態様の変更形態は単なる例示である。したがって、燃圧を低減するとともに燃料噴射時期を遅角させるものであれば、どのような形態であってもよい。この後エンジン制御のメインルーチンに復帰する（リターン）
【００６０】
他方、ステップＳ１４で燃圧が最小値であると判定した場合は（ＹＥＳ）、燃圧の低減あるいは噴射パルス幅の縮小によりＮＶＯ噴射の燃料噴射量を減量することができないので、ステップＳ１６で燃料噴射弁１８の燃料噴射時期を遅角させることにより、圧縮行程における筒内温度を低下させ、メイン燃料がそれ自体で圧縮自己着火を起こすのを抑止する。なお、燃料噴射時期の遅角は、例えば図７中のグラフＧ１で示すような態様で行われる。この後エンジン制御のメインルーチンに復帰する（リターン）。
【００６１】
燃焼遅角サブルーチンが終了した後、メインルーチンのステップＳ８で、例えば図８（ａ）、（ｂ）に示す制御マップを用いて、エンジン回転数とエンジン負荷と吸気温とに基づいて、ポスト噴射の燃料噴射時期と燃料噴射量とを設定する（読み込む）。図８（ａ）、（ｂ）から明らかなとおり、このエンジン制御では、吸気温が高いときほど、また要求負荷が大きいときほど、ポスト噴射の噴射時期が遅角させられるとともに、ポスト噴射の燃料噴射量が減量される。
【００６２】
このエンジンは過給機２３を備えているので、過給機２３を通過した後の吸気通路２０内の空気の温度すなわち吸気温はかなり上昇することがある。他方、燃料の燃焼時期は吸気温によって変化する。このため、ポスト噴射の燃料噴射時期及び燃料噴射量を吸気温にかかわらず一律に設定した場合、エンジンの運転状態によってはノッキングが発生するおそれがある。そこで、例えば図８（ａ）、（ｂ）に示すような制御マップを用いて、吸気温と要求負荷に見合った適切な燃料噴射時期及び燃料噴射量を設定し、運転モードの切り替え直後にノッキングが発生するのを防止するようにしている。ここで、ポスト噴射における燃料噴射時期及び燃料噴射量の吸気温に対する変化特性は、それぞれ、例えば図９中のグラフＧ４、Ｇ５のように設定される。
【００６３】
次に、ステップＳ９で、ステップＳ８で設定された燃料噴射時期及び燃料噴射量に従ってポスト噴射（ＴＤＣ後噴射）が行われ、この後ステップＳ１に復帰する（リターン）。このとき、ポスト噴射で噴射された燃料がトリガとなって、メイン燃料の自己着火を惹起する。したがって、ポスト噴射の燃料噴射時期によってメイン燃料の着火時期が制御されることになる。
【００６４】
要するに、このエンジン制御によれば、ある気筒サイクルにおいて筒内圧力のｄＰ／ｄθｍａｘがｄＰ／ｄθ閾値を超えたときには、この後の気筒サイクルでは、ＮＶＯ噴射の燃料噴射量（噴射パルス幅又は燃圧）及び／又は燃料噴射時期を変更することにより圧縮行程における筒内温度を低下させて、圧縮上死点より前にはメイン燃料ないしは混合気の圧縮自己着火は起こらないようにしている。そして、圧縮上死点より後に、ポスト燃料を、メイン燃料とともに自己着火するように噴射する。
【００６５】
かくして、ポスト噴射がトリガとなって、メイン燃料とポスト燃料とがともにほぼ同時に自己着火する。このように、圧縮上死点より後の膨張行程で混合気が自己着火するので、上記気筒サイクルより後の気筒サイクルでは、ｄＰ／ｄθｍａｘ（筒内圧力の最大上昇率）の上昇が抑止され、又はｄＰ／ｄθｍａｘが低下し、燃焼騒音ないしは振動が抑制され、またノッキングの発生が防止される。よって、環境条件の変化に関わらず、確実に圧縮自己着火を実現することができ、ＨＣＣＩ領域（過給領域Ａ２）を高負荷側へ十分に拡げることができる。さらに、燃焼室６に流入する空気の温度すなわち吸気温が高いときほど、ポスト燃料の噴射時期を遅角させるとともに燃料噴射量を減量するので、ポスト燃料の噴射時期を適切に制御することができ、エンジンの運転効率を全体として向上させることができる。
【符号の説明】
【００６６】
１  エンジン本体部、２  気筒、３  シリンダブロック、４  シリンダヘッド、５  ピストン、６  燃焼室、７  クランク軸、９  吸気ポート、１０  排気ポート、１１  吸気弁、１２  排気弁、１３  動弁機構、１４  ＶＶＬ、１５  ＶＶＴ、１６  点火プラグ、１７  点火回路、１８  燃料噴射弁、１９  高圧燃料ポンプ、２０  吸気通路、２１  サージタンク、２２  スロットル弁、２３  過給機、２４  電動モータ、２５  排気通路、２７  触媒コンバータ、３０  ＰＣＭ、３１  クランク角センサ、３２  エアフローセンサ、３３  アクセル開度センサ、３４  筒内圧センサ、３５  車速センサ、３６  吸気温センサ、３７  燃圧センサ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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