(57)【要約】【課題】  高負荷時にノッキングを起こすことなく高出力トルクを得ると共に低負荷時の着火性を安定させ、広範囲の機関回転数及び負荷で安定した圧縮自己着火燃焼を行うことができる内燃機関を提供する。【解決手段】  ＥＣＵ１は、アクセル開度信号、クランク角センサ信号に基づいて負荷及び回転数による運転領域が火花点火領域か、自己着火燃焼領域かを判定する。火花点火燃焼制御部３は、通常のバルブタイミングで火花点火燃焼を行う。自己着火燃焼制御部４は、排気上死点付近で吸排気弁が共に閉じた密閉期間を有するバルブタイミングを設定する。自己着火燃焼の低負荷時には密閉期間中と圧縮行程中との両方に燃料噴射し、中低負荷時には圧縮行程中に、中負荷時には吸気行程中にそれぞれ燃料噴射する。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁を備え、排気上死点付近で．吸気弁及び排気弁がともに閉となる密閉期間を有する圧縮自己着火式内燃機関において、
前記密閉期間中と圧縮行程中との両方に前記燃料噴射弁から燃料噴射するとともに、前記密閉期間中の燃料噴射量を負荷の増加に従い減少させ、前記圧縮行程中の燃料噴射量を負荷の増加に従い増加させることを特徴とする圧縮自己着火式内燃機関。
【請求項２】
前記密閉期間中の燃料噴射は、排気弁閉時期から排気上死点までの間に行われることを特徴とする請求項１記載の圧縮自己着火式内燃機関。
【請求項３】
前記圧縮行程中の燃料噴射時期を負荷の増加に従い進角させることを特徴とする請求項１または請求項２記載の圧縮自己着火式内燃機関。
【請求項４】
前記密閉期間中の燃料噴射量を機関回転数の増加に従い増大させることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項記載の圧縮自己着火式内燃機関。
【請求項５】
前記密閉期間中の燃料噴射時期を機関回転数の増加に従い進角させることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項記載の圧縮自己着火式内燃機関。
【請求項６】
前記圧縮行程中の燃料噴射時期を機関回転数の増加に従い進角させることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項記載の圧縮自己着火式内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧縮された混合気の自己着火現象を利用する圧縮自己着火式内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガソリンエンジンの熱効率を改善するために、混合気をリーン化することでポンプ損失を低減すると共に作動ガスの比熱比を大きくして理論熱効率を向上する手法が知られている。しかしながら、従来の火花点火エンジンでは空燃比をリーンにすると燃焼期間が長期化して、燃焼安定度が悪化する。このため、空燃比のリーン化には限界がある。
【０００３】
このような燃焼安定度の悪化を避けながら空燃比をリーン化する技術として、圧縮自己着火燃焼が知られている。圧縮自己着火燃焼では、燃焼室内の複数の位置から燃焼反応が起こるため、空燃比がリーン化した場合においても火花点火に比べると燃焼期間が長期化せずに、よりリーンな空燃比でも安定した燃焼が可能となる。また空燃比がリーンのため燃焼温度が低下し、ＮＯｘも大幅に低減できる。
【０００４】
従来の圧縮自己着火式ガソリン機関としては、例えば特許文献１記載の第１従来技術が知られている。この例は、吸気ポートに燃料を噴射するエンジンにおいて、圧縮比を直噴ディーゼルエンジン並に高めることによって、圧縮上死点付近のシリンダ内温度及び圧力を高め、これら高温、高圧によりガソリン予混合気に自己着火する条件を成立させ、圧縮自着火燃焼を実現したものである。これによって火花点火ガソリン機関を上回る希薄燃焼限界と低燃費を得ている。
【０００５】
また、従来の燃料噴射を２回に分けた圧縮自己着火式機関としては、例えば特許文献２記載の第２従来技術が知られている。 
この従来例は、ディーゼルエンジンにおける高負荷時のノッキングを回避するため、燃料噴射を２回に分け、１回目の噴射を圧縮行程後半の所定の時期にノッキングに至らない程度の噴射量で噴射し、その後の２回目の噴射で燃焼を開始させるという技術である。
【特許文献１】特開平７−３３２１４１号公報
【特許文献２】特開平１１−７２０３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記第１従来技術にあっては、単に圧縮比を高めることによって、圧縮自着火する条件を実現したものとなっていた。 
このため、理論空燃比付近の混合気で火花点火を行う全負荷運転では、高圧縮比によりノッキングが発生しやすく、ノッキングを回避するためには、点火進角限界を遅角させる必要があり、通常の圧縮比の火花点火式ガソリン機関に比べ大幅にトルクが低下するという問題点があった。
【０００７】
また、上記第２従来技術では、ディーゼルエンジンにおける、早期噴射予混合圧縮自己着火の高負荷時のノッキングを回避するために考案されており、単に１回目の噴射でノッキングに至らない程度の濃さの混合気を作る構成となっていたため、セタン価の低いガソリンを燃料とする圧縮自己着火エンジンにおいては、課題である着火性をかえって悪化させるという逆効果を生じてしまうという問題点があった。
【０００８】
上記問題点に鑑み本発明の課題は、高負荷時にノッキングを起こすことなく高出力トルクを得ると共に低負荷時の着火性を安定させ、広範囲の機関回転数及び負荷で安定した圧縮自己着火燃焼を行うことができる内燃機関を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため請求項１記載の発明は、燃焼室内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁を備え、排気上死点付近で吸気弁及び排気弁がともに閉となる密閉期間を有する圧縮自己着火式内燃機関において、前記密閉期間中と圧縮行程中との両方に前記燃料噴射弁から燃料噴射するとともに、前記密閉期間中の燃料噴射量を負荷の増加に従い減少させ、前記圧縮行程中の燃料噴射量を負荷の増加に従い増加させることを要旨とする。
【００１０】
上記課題を解決するため請求項２記載の発明は、請求項１記載の圧縮自己着火式内燃機関において、前記密閉期間中の燃料噴射は、排気弁閉時期から排気上死点までの間に行われることを要旨とする。
【００１１】
上記課題を解決するため請求項３記載の発明は、請求項１または請求項２記載の圧縮自己着火式内燃機関において、前記圧縮行程中の燃料噴射時期を負荷の増加に従い進角させることを要旨とする。
【００１２】
上記課題を解決するため請求項４記載の発明は、請求項１ないし請求項３のいずれか１項記載の圧縮自己着火式内燃機関において、前記密閉期間中の燃料噴射量を機関回転数の増加に従い増大させることを要旨とする。
【００１３】
上記課題を解決するため請求項５記載の発明は、請求項１ないし請求項３のいずれか１項記載の圧縮自己着火式内燃機関において、前記密閉期間中の燃料噴射時期を機関回転数の増加に従い進角させることを要旨とする。
【００１４】
上記課題を解決するため請求項６記載の発明は、請求項１ないし請求項３のいずれか１項記載の圧縮自己着火式内燃機関において、前記圧縮行程中の燃料噴射時期を機関回転数の増加に従い進角させることを要旨とする。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１の発明によれば、燃焼室内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁を備え、排気上死点付近で吸気弁及び排気弁がともに閉となる密閉期間を有する圧縮自己着火式内燃機関において、この密閉期間中と圧縮行程中との両方に前記燃料噴射弁から燃料噴射するとともに、この密閉期間中の燃料噴射量を負荷の増加に従い減少させ、圧縮行程中の燃料噴射量を負荷の増加に従い増加させることとしたので、この密閉期間中の燃料噴射量を最小限におさえたまま、着火に必要な反応性の高い改質物質の量を確保することができるので、圧縮行程中の噴射により形成される濃い混合気塊と合わせて、燃料を安定的に着火させることができる。
【００１６】
請求項２の発明によれば、請求項１の発明の効果に加えて、密閉期間中の燃料噴射を、排気弁閉時期から排気上死点までの間に行われることとしたので、密閉期間中の高温高圧による１回目に噴射された燃料の改質度合いを高めるとともに、密閉期間中の燃料噴射量を最小限に抑制して発熱量を小さくおさえることができ、充填効率の低下を少なくできる。
【００１７】
請求項３の発明によれば、請求項１または請求項２の発明の効果に加えて、前記圧縮行程中の燃料噴射時期を負荷の増加に従い進角させることとしたので、圧縮行程中に噴射された燃料が負荷の増加に従って広く拡散することができ、局部的な空燃比の低下を防止し、負荷の増加に伴う粒子状物質（パティキュレート）の発生を抑制することができる。
【００１８】
請求項４の発明によれば、請求項１ないし請求項３の発明の効果に加えて、前記密閉期間中の燃料噴射量を機関回転数の増加に従い増大させることとしたので、機関回転数の増加に伴ってクランク角当たりの実時間が短縮されても燃料改質の化学反応に寄与する燃料量が増大し、着火に必要な燃料改質物質の量を確保することができる。
【００１９】
請求項５の発明によれば、請求項１ないし請求項３の発明の効果に加えて、前記密閉期間中の燃料噴射時期を機関回転数の増加に従い進角させることとしたので、機関回転数の増加に伴ってクランク角当たりの実時間が短縮されても燃料改質の化学反応時間が確保され、密閉期間中の燃料噴射量を最小限におさえたまま、機関回転数によらず安定した着火に必要な燃料改質物質の量を確保することができる。
【００２０】
請求項６の発明によれば、請求項１ないし請求項３の発明の効果に加えて、前記圧縮行程中の燃料噴射時期を機関回転数の増加に従い進角させることとしたので、機関回転数の増加に伴ってクランク角当たりの実時間が短縮されても圧縮行程に噴射された燃料から燃料改質の化学反応に寄与する量が増加するようになり、密閉期間中の燃料噴射量を最小限におさえたまま、機関回転数によらず安定した着火に必要な燃料改質物質の量を確保することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
次に、本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。 
図１は、本発明に係る圧縮自己着火式内燃機関の第１実施形態の構成を示すシステム構成図である。
【００２２】
図１において、本発明の圧縮自己着火式内燃機関は、電子制御ユニット（以下、ＥＣＵと略す）１と、エンジン本体１０と、燃焼室１１と、ピストン１２と、吸気ポート１３と、吸気弁１４と、吸気弁用可変動弁装置１５と、排気ポート１６と、排気弁１７と、排気弁用可変動弁装置１８と、燃焼室１１に面して設けられた燃料噴射弁１９と、火花点火燃焼時に火花点火を行うための点火プラグ２０と、クランク角センサ２１とを備えている。
【００２３】
ＥＣＵ１は、負荷及び機関回転速度に応じて火花点火燃焼を行うか圧縮自己着火燃焼を行うかの判定を行う運転領域判定部２と、高負荷または高回転時に火花点火燃焼を行う火花点火燃焼制御部３と、中低負荷かつ中低回転時に自己着火燃焼を行う自己着火燃焼制御部４とを備えている。
【００２４】
自己着火燃焼制御部４は、低負荷時または低回転時に密閉期間中の燃料噴射を制御する密閉期間中噴射制御部５と、中低負荷または中低回転時に圧縮行程中の燃料噴射を制御する圧縮行程中噴射制御部６と、中負荷または中回転時に吸気行程中の燃料噴射を制御する吸気行程中噴射制御部７とを備えている。
【００２５】
また、ＥＣＵ１は、図示しないアクセルペダルに設けられたアクセル開度センサが検出するアクセル開度信号、クランク角センサ２１が検出するクランク角センサ信号を入力する一方、吸気弁用可変動弁装置１５及び排気弁用可変動弁装置１８へバルブタイミング切換信号、燃料噴射弁１９へ燃料噴射制御信号、点火プラグ２０へ点火信号をそれぞれ出力する。
【００２６】
図２は、本実施の形態における吸気弁及び排気弁のバルブタイミングの例を示す図である。図２（ａ）のバルブタイミング例（１）に示すように、実線で示した通常の火花点火燃焼時のバルブタイミングと、破線で示した圧縮自己着火燃焼時のバルブタイミングとの２つのバルブタイミングを有している。
【００２７】
図２（ａ）の実線のバルブタイミングは、通常の４行程サイクルのガソリンエンジンのバルブタイミングと同様の火花点火燃焼用の吸気弁リフト及び排気弁リフトであり、排気ＴＤＣ付近で吸気弁１４及び排気弁１７が共に開くオーバーラップ期間がある。
【００２８】
図２（ａ）の破線のバルブタイミングは、圧縮自己着火燃焼用のバルブタイミングを示す吸気弁リフト及び排気弁リフトであり、排気ＴＤＣ付近で排気弁１７及び吸気弁１４がともに閉となる密閉期間（いわば、マイナスオーバラップ期間）を形成するとともに、運転領域が中低負荷、中低回転であることを考慮してリフト量を小さくしていることが特徴である。
【００２９】
図２（ｂ）は、バルブタイミング例（２）を示すもので、実線で示した通常の火花点火燃焼時のバルブタイミングと、破線で示した圧縮自己着火燃焼時のマイナスオーバーラップ期間を有するバルブタイミングとの２つのバルブタイミングを有している点では、図２（ｂ）と同様であるが、最大リフト量は、実線の火花点火燃焼時と等しく、カムプロフィールは変わらずにカムの位相を変えるだけで実現している。
【００３０】
ＥＣＵ１のバルブタイミング制御部５からの制御により、吸排気弁の開閉時期を火花点火用のバルブタイミングと、圧縮自己着火用のバルブタイミングとの間で切り換えるための吸気弁用可変動弁装置１５、排気弁用可変動弁装置１８としては、例えば特開平９−２０３３０７号公報等に示されているようにプロフィールの異なるカムを切り換えるカム切換機構や、電磁力により吸排気弁の開閉を制御する電磁駆動弁が利用可能である。
【００３１】
次に本実施形態の動作を説明する。 
図３は、本実施形態における部分負荷時のエンジンの作動を説明するエンジンの行程毎の模式断面図であり、（ａ）排気行程、（ｂ）排気ＴＤＣ付近の密閉期間（マイナスオーバラップ）、（ｃ）吸気行程、（ｄ）圧縮行程、（ｅ）圧縮ＴＤＣ付近、をそれぞれ示す。
【００３２】
部分負荷時には、吸気弁用可変動弁装置１５、排気弁用可変動弁装置１８を作動させることによって、排気上死点付近で密閉期間を形成する自己着火燃焼用のバルブタイミングを選択し排気ＴＤＣ付近で密閉期間を形成する。
【００３３】
排気行程前半では図３（ａ）に示すように、通常のエンジンと同じくシリンダの排気ガスは排気弁１７から排気ポート１６へ排出される。
【００３４】
排気行程後半では図３（ｂ）に示すように、通常のエンジンとは異なり、排気弁１７を閉じてシリンダ内に排気ガスを閉じこめ、再度圧縮を行い、高温、高圧の状態を形成する。
【００３５】
この高温ガス中に燃料噴射弁１９から１回目のガソリン噴射することによって燃焼の予反応が起こり、ガソリンの組成はアルデヒドを含むより反応性の高い組成に改質される。この改質の程度は高温ガス中にガソリンが保持される時間によって連続的に制御することが可能である。燃料の噴射時期を早めた場合には燃焼開始寸前まで高度に改質され、噴射時期を遅めた場合にはガソリンそのままに近い改質状態となる。
【００３６】
吸気行程前半では、吸排気弁を閉じた状態のまま改質された混合気を大気圧近くまで膨脹させ、吸気行程後半では、図３（ｃ）に示すように、吸気弁１４を開けて新気を吸気ポート１３から吸気する。
【００３７】
圧縮行程では、図３（ｄ）に示すように、高温の改質された混合気と新気が混合された状態で圧縮される。さらに、ここで２回目の燃料噴射を行う。ここで噴射された燃料は、シリンダ内のガスが高密度であるため、拡散が抑制され局所的に濃い混合気が形成される、いわゆる成層化が行われる。
【００３８】
この結果前記燃料改質の効果と燃料成層化との相乗作用により、公知例の場合の軽油ではなくガソリンを燃料として、さらに、公知例における圧縮比より低い圧縮比にて、図３（ｅ）に示すように圧縮自己着火を達成することができる。このため、火花点火を行う全負荷運転でもノッキング限界に起因するトルク低下が生じにくい。 
膨脹行程では図示しないが、自己着火燃焼したガスがピストンを押し下げて軸トルクを発生する。
【００３９】
図４は、本実施形態における全負荷時のエンジンの作動を説明するエンジンの行程毎の断面図であり、（ａ）排気行程、（ｂ）吸気行程、（ｃ）圧縮行程、（ｄ）圧縮ＴＤＣ付近、をそれぞれ示す。
【００４０】
全負荷運転時には、ＥＣＵ１が吸気弁用可変動弁装置１５、排気弁用可変動弁装置１８を作動させることによって、火花点火燃焼用のバルブタイミングを選択し、適切な点火時期に点火プラグ２０の火花により混合気に点火する。この時、４行程にわたって動作は通常の火花点火ガソリンエンジンと同じになる。
【００４１】
次に、部分負荷時の圧縮自着火燃焼に関して詳しく述べる。 
前述したような圧縮自己着火は、燃焼室内の温度、圧力、燃料濃度、燃料の改質程度により影響され、これらのいずれも大きいほど圧縮自己着火時期が早まる。一方、エンジンの熱効率の点からは圧縮自己着火の開始時期は圧縮ＴＤＣ付近であることが必要である。
【００４２】
図５は、密閉期間中の燃料の噴射時期と燃料改質の程度の関係を表す概念図である。ここに示したように、密閉期間中の噴射時期を早めるほど燃料が高温高圧に曝される時間が長くなり、燃料の改質度が大きくなる。
【００４３】
また図６は、密閉期間中の燃料の噴射量と充填効率の関係を示したものである。密閉期間中に燃料を噴射する量が多いほど密閉期間中の熱発生が多くなるため、これに続く吸気行程での吸気量が減少し充填効率が低下する。このため、充填効率の観点からは密閉期間中の燃料噴射量は少ないほど良く、少ない燃料量で大きな改質効果を得るためには、密閉期間中の燃料の噴射時期は排気弁閉時期から排気上死点までの範囲を使うことになる。
【００４４】
図７は、実施形態における負荷と密閉期間中の燃料噴射量および圧縮行程中の燃料噴射量の関係の一例を示したものである。ガソリンは軽油より着火性が低く、また全負荷性能の要求からガソリン機関の圧縮比はディーゼル機関の圧縮比より低くならざるを得ない。このような条件下でガソリンの着火を確保するためには、アルデヒドに代表される燃料改質生成物が、機関速度と圧縮比に応じて、ある一定量必要であることが経験上分かっている。
【００４５】
図７は、この一定量の改質生成物を確保するために、密閉期間中の燃料噴射量を負荷によらず一定量に保ち、負荷の増加に応じて圧縮行程中の燃料噴射量を増加させる例を示す。この例によれば、図１の密閉期間中噴射制御部５は密閉期間中の燃料噴射量を負荷によらず常に一定量とし、圧縮行程中噴射制御部６は圧縮行程中の燃料噴射量を負荷の増加に従い増加させる制御を行うことになり、自己着火燃焼制御部４全体としての制御構造が簡略化される。
【００４６】
図８は、実施形態における負荷と密閉期間中の燃料噴射量および圧縮行程中の燃料噴射量の関係を示した別の例である。負荷の増加に応じて圧縮行程中の燃料噴射量を増加させた場合、これによって混合気の着火性が高まるので、着火に必要な燃料改質生成物の量は減少する。これに合わせて密閉期間中の燃料噴射量を徐々に減らして行く例である。この例によれば、図１の密閉期間中噴射制御部５は密閉期間中の燃料噴射量を負荷の増加に従い減少させ、圧縮行程中噴射制御部６は圧縮行程中の燃料噴射量を負荷の増加に従い増加させる。これにより、密閉期間中噴射制御部５及び圧縮行程中噴射制御部６が共に負荷に応じた燃料噴射量制御を行う必要があるが、吸気充填効率が向上する。
【００４７】
図９は、実施形態における負荷に対する燃料噴射時期の設定の一例である。本実施形態の内燃機関は、負荷に応じて４つの運転領域を備えている。即ち、負荷Ｌが小さい領域から大きい領域へ向かって、密閉期間噴射及び圧縮行程噴射による燃料改質自己着火領域（Ｌ＜Ｌ１）、圧縮行程噴射のみのよる成層自己着火領域（Ｌ１＜Ｌ＜Ｌ２）、吸気行程噴射による均質自己着火領域（Ｌ２＜Ｌ＜Ｌ３）、吸気行程噴射と火花点火による均質火花点火領域（Ｌ３＜Ｌ）を備えている。尚、境界負荷Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３の付近においては、頻繁な制御の切替を防止するため、以前の燃焼領域を継続するように、燃焼領域の切替制御にある程度のヒステリシス特性を持たせている。
【００４８】
負荷がＬ１より小さい場合には、１回目の密閉期間中及び２回目の圧縮行程中の燃料噴射を実施し、ガソリンを改質して適正な熱発生時期を得ることができる。
【００４９】
ある程度エンジンの負荷が高くなり、密閉期間中の燃料改質に頼らなくても混合気を成層化することにより局所的に燃料濃度を高め、圧縮自己着火を起こすことができるようになる。このため、Ｌ１＜Ｌ＜Ｌ２の範囲の負荷Ｌでは、圧縮行程噴射のみの成層自己着火燃焼を行うことができる。
【００５０】
密閉期間中の燃料改質による圧縮自己着火と、混合気成層化による圧縮自己着火を比較すると、混合気成層化による圧縮自己着火の方が、壁面クエンチングによるＨＣの排出が少ないという利点が有るため、本実施形態では混合気成層化による圧縮自己着火を運転領域に含めてある。
【００５１】
また、成層自己着火域において、圧縮行程中噴射制御部６は、負荷の増加に従って圧縮行程中の噴射時期を早める制御を行っている。これは、負荷の増加に伴い圧縮行程中の燃料噴射量は増加するが、この時燃料噴射時期を固定しておくと燃焼時の局所空燃比が濃くなりすぎ、ＮＯｘやスモークが発生する。これを回避するためには燃料噴射量を増やすと同時に燃料噴射時期を進角し、圧縮圧力が低く、且つ上死点までの時間的余裕がある時期に燃料を噴射し、噴射した燃料の拡散を容易にして燃焼時の局所空燃比をほぼ一定に保つ必要があるためである。
【００５２】
さらに負荷が大きくなりＬ２を超えると、吸気行程中の燃料噴射を行って均質混合気による圧縮自己着火へ移る。 
更に負荷が大きい領域（Ｌ３＜Ｌ）では、吸排気バルブのタイミングを火花点火用のタイミングに変更するとともに、吸気行程噴射、火花点火を行っている。
【００５３】
図１０は、本発明の第２実施形態の燃料噴射時期特性を説明する図である。本実施形態の構成は、図１に示した第１実施形態と同様である。 
本実施形態は、密閉期間噴射による燃料改質自己着火域（Ｌ＜Ｌ１）において、圧縮行程中の燃料噴射時期を負荷の増加に従い進角させるものである。その他の噴射時期の制御は、図９と同様である。
【００５４】
密閉期間噴射による燃料改質自己着火域においても負荷の増加に伴い圧縮行程中の燃料噴射量は増加するが、この時燃料噴射時期を固定しておくと燃焼時の局所空燃比が濃くなりすぎ、ＮＯｘやスモークが発生する。これを回避するためには燃料噴射量を増やすと同時に燃料噴射時期を進角し、燃焼時の局所空燃比をほぼ一定に保つ必要がある。このため、本実施形態においては、密閉期間噴射による燃料改質自己着火域（Ｌ＜Ｌ１）において、圧縮行程中噴射制御部６からの圧縮行程中の燃料噴射時期を負荷の増加に従い進角させている。
【００５５】
次に、機関速度と燃料改質の関係について述べる。 
エンジンの回転速度を変化させても圧縮自己着火の化学変化の時間は一定であるため、相対的にクランク角に対する圧縮自己着火時期が変化する。すなわち機関速度が遅くなると圧縮自己着火時期が早まり、逆に、機関速度が早くなると圧縮自己着火時期が遅くなる。このため広い範囲の機関速度に対して適正な圧縮自己着火時期を得るためには、燃料の改質程度または改質生成物の量をコントロールする必要が生じる。機関速度の増加に従い前記密閉期間中の燃料噴射量を増大させ、燃料の改質生成物の量を増大させるのはこのための一つの方法である。
【００５６】
図１１は、本発明の第３実施形態の燃料噴射特性を説明する図である。本実施形態の構成は、図１に示した第１実施形態と同様である。本実施形態は、機関速度の増加に従い密閉期間中噴射制御部５による密閉期間中の燃料の噴射時期を機関速度の増加に従って進角し、燃料の改質程度を高めた例である。
【００５７】
図１１において、本実施形態の内燃機関は、機関速度に応じて４つの運転領域を備えている。即ち、機関速度Ｖが小さい領域から大きい領域へ向かって、密閉期間噴射及び圧縮行程噴射による燃料改質自己着火領域（Ｖ＜Ｖ１）、圧縮行程噴射のみのよる成層自己着火領域（Ｖ１＜Ｖ＜Ｖ２）、吸気行程噴射による均質自己着火領域（Ｖ２＜Ｖ＜Ｖ３）、吸気行程噴射と火花点火による均質火花点火領域（Ｖ３＜Ｖ）を備えている。尚、境界機関速度Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３の付近においては、頻繁な制御の切替を防止するため、以前の燃焼領域を継続するように、燃焼領域の切替制御にある程度のヒステリシス特性を持たせている。
【００５８】
機関速度がＶ１より小さい場合には、１回目の密閉期間中及び２回目の圧縮行程中の燃料噴射を実施し、ガソリンを改質して適正な熱発生時期を得ることができる。
【００５９】
ある程度エンジンの機関速度が高くなり、密閉期間中の燃料改質に頼らなくても混合気を成層化することにより局所的に燃料濃度を高め、圧縮自己着火を起こすことができるようになる。このため、Ｖ１＜Ｖ＜Ｖ２の範囲の機関速度Ｖでは、圧縮行程噴射のみの成層自己着火燃焼を行うことができる。
【００６０】
密閉期間中の燃料改質による圧縮自己着火と、混合気成層化による圧縮自己着火を比較すると、混合気成層化による圧縮自己着火の方が、壁面クエンチングによるＨＣの排出が少ないという利点が有るため、本実施形態では混合気成層化による圧縮自己着火を運転領域に含めてある。
【００６１】
また、成層自己着火域において、圧縮行程中噴射制御部６は、機関速度の増加に従って圧縮行程中の噴射時期を早める制御を行っている。これは、機関速度の増加に対して圧縮行程中の燃料噴射時期を固定しておくと、燃焼時の局所空燃比が濃くなりすぎ、ＮＯｘやスモークが発生する。これを回避するためには、燃料噴射時期を進角し、圧縮圧力が低く、且つ上死点までの時間的余裕がある時期に燃料を噴射し、噴射した燃料の拡散を容易にすることにより、燃焼時の局所空燃比をほぼ一定に保つことができる。
【００６２】
さらに機関速度が大きくなりＶ２を超えると、吸気行程中の燃料噴射を行って均質混合気による圧縮自己着火へ移る。 
更に機関速度が大きい領域（Ｖ３＜Ｖ）では、吸排気バルブのタイミングを火花点火用のタイミングに変更するとともに、吸気行程噴射、火花点火を行っている。
【００６３】
図１２は、本発明の第４実施形態の燃料噴射特性を説明する図である。本実施形態の構成は、図１に示した第１実施形態と同様である。本実施形態は、密閉期間噴射による燃料改質自己着火域における圧縮行程中の燃料噴射時期を機関速度の増加に従い進角させる実施形態である。
【００６４】
エンジンの回転速度を変化させても圧縮自己着火に要する化学変化の時間は一定であるため、燃料噴射時期を固定しておくと機関速度の増加に伴い着火時期が遅くなり、ついには失火が発生する。これを回避するためには機関速度の増加にともない圧縮行程中噴射制御部６による圧縮行程中の燃料噴射時期を進角することにより、着火時期を圧縮上死点付近の時期にほぼ一定に保つことができる。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】第１の実施形態の構成を示すシステム構成図である。
【図２】第１の実施形態におけるバルブタイミングを示す図である。
【図３】部分負荷時の各行程のエンジン内混合気の状態を説明する模式図である。
【図４】全負荷時の各行程のエンジン内混合気の状態を説明する模式図である。
【図５】密閉期間中の燃料噴射時期と燃料改質程度との関係を示すグラフである。
【図６】密閉期間中の燃料噴射量と充填効率との関係を示すグラフである。
【図７】第１の実施形態における負荷と各燃料噴射量との関係を示すグラフである。
【図８】第１の実施形態における負荷と各燃料噴射量との関係の他の例を示すグラフである。
【図９】第１の実施形態における負荷と各燃料噴射時期との関係を示すグラフである。
【図１０】第２の実施形態における負荷と各燃料噴射時期との関係を示すグラフである。
【図１１】第３の実施形態における機関速度と各燃料噴射時期との関係を示すグラフである。
【図１２】第４の実施形態における機関速度と各燃料噴射時期との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００６６】
１  ＥＣＵ
２  運転領域判定部
３  火花点火燃焼制御部
４  自己着火燃焼制御部
５  密閉期間中噴射制御部
６  圧縮行程中噴射制御部
７  吸気行程中噴射制御部
１０  エンジン本体
１１  燃焼室
１２  ピストン
１３  吸気ポート
１４  吸気弁
１５  吸気弁用可変動弁装置
１６  排気ポート
１７  排気弁
１８  排気弁用可変動弁装置
１９  燃料噴射弁
２０  点火プラグ
２１  クランク角センサ
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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