(57)【要約】【課題】予混合圧縮着火式エンジンにおいて、サイクル変動の変化を現すことができる適切な燃焼時期の制御指標を確立し、燃焼時期制御によるサイクル変動の抑制を確実且つ十分に実現することができる技術を提供する。【解決手段】１サイクル毎に燃焼室へ供給される燃料の発熱量の合計である総投入発熱量Ｑｉを導出すると共に、燃焼室での実際の熱発生量である筒内熱発生量Ｑを監視し、総投入発熱量Ｑｉに対する筒内熱発生量Ｑの割合である投入基準燃焼割合が所定の設定燃焼割合ａに達した時期を燃焼室における予混合気の燃焼時期Ｔｉとして検出する燃焼時期検出処理を実行し、検出される燃焼時期Ｔｉが所定の目標燃焼時期範囲内に維持されるように予混合気の燃焼位相に影響を与える所定の運転条件を調整する燃焼時期制御を実行する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室において新気と燃料との予混合気を圧縮して自己着火させ燃焼させる予混合圧縮着火燃焼を行い、
燃焼室における予混合気の燃焼時期を検出する燃焼時期検出処理を実行する燃焼時期検出手段と、
前記燃焼時期検出手段で検出される燃焼時期が所定の目標燃焼時期範囲内に維持されるように予混合気の燃焼位相に影響を与える所定の運転条件を調整する燃焼時期制御を実行する運転制御手段とを備えた予混合圧縮着火式エンジンであって、
前記燃焼時期検出手段が、燃焼時期検出処理において、１サイクル毎に燃焼室へ供給される燃料の発熱量の合計である総投入発熱量を導出すると共に、燃焼室での実際の熱発生量である筒内熱発生量を監視し、前記総投入発熱量に対して前記筒内熱発生量の割合である投入基準燃焼割合が所定の設定燃焼割合に達した時期を燃焼時期として検出する予混合圧縮着火式エンジン。
【請求項２】
燃焼室への燃料供給量を計測する燃料供給量計測手段を備え、
前記燃焼時期検出手段が、燃焼時期検出処理において、前記燃料供給量計測手段で計測された燃料供給量の１サイクル毎の合計である総燃料供給量から前記総投入発熱量を導出する請求項１に記載の予混合圧縮着火式エンジン。
【請求項３】
燃焼室の圧力である筒内圧を計測する筒内圧計測手段を備え、
前記燃焼時期検出手段が、燃焼時期検出処理において、前記筒内圧計測手段で計測された筒内圧と燃焼室の容積とから求められる熱発生速度を燃焼過程において積分した積分量を前記筒内熱発生量として監視する請求項１又は２に記載の予混合圧縮着火式エンジン。
【請求項４】
前記運転制御手段が、燃焼時期制御において、前記運転条件として、燃焼室へ吸気される新気の温度、燃焼室へ吸気される新気の圧力、燃焼室の実圧縮比、予混合気の当量比、排ガス再循環率、燃焼室に設けられた補助点火プラグの火花発生時期の少なくとも一つを調整する請求項１〜３の何れか１項に記載の予混合圧縮着火式エンジン。
【請求項５】
燃焼室において新気と燃料との予混合気を圧縮して自己着火させ燃焼させる予混合圧縮着火燃焼を行う予混合圧縮着火式エンジンにおいて、
燃焼室における予混合気の燃焼時期を検出する燃焼時期検出処理と、
前記燃焼時期検出処理で検出される燃焼時期が所定の目標燃焼時期範囲内に維持されるように予混合気の燃焼位相に影響を与える所定の運転条件を調整する燃焼時期制御とを実行する予混合圧縮着火式エンジンの運転制御方法であって、
前記燃焼時期検出処理において、１サイクル毎に燃焼室へ供給される燃料の発熱量の合計である総投入発熱量を導出すると共に、燃焼室での実際の熱発生量である筒内熱発生量を監視し、前記総投入発熱量に対して前記筒内熱発生量の割合である投入基準燃焼割合が所定の設定燃焼割合に達した時期を燃焼時期として検出する予混合圧縮着火式エンジンの運転制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃焼室において新気と燃料との予混合気を圧縮して自己着火させ燃焼させる予混合圧縮着火燃焼を行い、
燃焼室における予混合気の燃焼時期を検出する燃焼時期検出処理を実行する燃焼時期検出手段と、
燃焼時期検出手段で検出される燃焼時期が所定の目標燃焼時期範囲内に維持されるように予混合気の燃焼位相に影響を与える所定の運転条件を調整する燃焼時期制御を実行する運転制御手段とを備えた予混合圧縮着火式エンジン及びその運転制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
低公害且つ高効率を実現し得るエンジンとして、空気と燃料とを予め混合した予混合気を燃焼室に投入し、その予混合気をピストンの断熱圧縮により自己着火させて燃焼させる所謂予混合圧縮着火（ＨＣＣＩ：Ｈｏｍｏｇｅｎｅｏｕｓ  Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ  Ｉｇｎｉｔｉｏｎ）燃焼を行う予混合圧縮着火式エンジンが知られている（例えば、特許文献１及び２を参照。）。
かかる予混合圧縮着火式エンジンは、圧縮比を増加させて効率の向上が可能であると共に、燃料を希薄状態で燃焼させ低ＮＯｘ化が可能となり、特に、高圧噴射が困難でディーゼルエンジン用燃料としては不向きな天然ガス系都市ガス等の気体燃料を用いても、容易に予混合気を圧縮着火させて燃焼させることができるというメリットを有する。
【０００３】
予混合圧縮着火式エンジンでは、安定した運転を維持し更には効率を向上させるために、燃焼室において予混合気を上死点近傍の適切な時期に自己着火させることが重要である。しかしながら、予混合圧縮着火式エンジンの自己着火の時期は、火花点火時期を能動的に決定できる火花点火式エンジンとは異なり、予混合気の温度、圧力、濃度、成分等のわずかな外乱により変動する。
そのため、上記特許文献１及び２等に記載された従来の予混合圧縮着火式エンジンでは、上死点近傍での適切な自己着火を維持してノッキングや失火等によるサイクル変動の抑制を図るために、燃焼室における予混合気の燃焼時期を逐次検出する燃焼時期検出処理を実行しながら、内部ＥＧＲ量を変化させて燃焼室における予混合気の温度を調整したり、又は、燃焼室に火花を発生させて自己着火を誘発させるなどのように、予混合気の実際の燃焼位相に影響を与える所定の運転条件を調整する形態で、逐次検出される燃焼時期を所定の目標燃焼時期範囲内に制御する燃焼時期制御が実行される。
そして、これら従来の予混合圧縮着火式エンジンの燃焼時期検出処理では、燃焼室における予混合気の燃焼時期を検出するにあたり、燃焼室での実際の熱発生量である筒内熱発生量を監視し、かかる筒内熱発生量を燃焼過程全体で累積した総筒内熱発生量を基準とし、当該筒内熱発生量の進行度合いを用いて予混合気の燃焼時期の検出している。
具体的には、クランク角から求めることができる燃焼室の容積と筒内圧センサで計測された筒内圧とから、燃焼室における熱発生速度（熱発生率）を逐次求め、その熱発生速度をその時期までの燃焼過程において積分したものを筒内熱発生量として逐次求める。そして、筒内熱発生量を燃焼過程全体で累積して総筒内熱発生量を求めると共に、その総筒内熱発生量に対して、その時期までの筒内熱発生量の割合である筒内基準燃焼割合を逐次求め、その筒内基準燃焼割合が５０％等の所定の設定割合に達した時期である筒内基準燃焼時期を、燃焼室における予混合気の燃焼時期として検出している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−１３３８１４号公報
【特許文献２】特開２００８−０５７４０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
予混合圧縮着火式エンジンにおいて、予混合気の当量比（空燃比）を一定にして吸気温度を変化させて燃焼位相を変動させたときの実験データを図３〜図５に示す。尚、予混合圧縮着火式エンジンでは、一般的に、吸気温度が上昇すると燃焼位相が早期化し、吸気温度が低下すると燃焼位相が遅延化する。
【０００６】
図３に、筒内基準燃焼割合が５０％に達した筒内基準燃焼時期（以下「筒内基準燃焼割合５０％時期」という。）と、図示有効圧力の変動係数（以下「サイクル変動係数」という。）との関係を示す。この実験結果から判るように、筒内基準燃焼割合５０％時期が１０（ｄｅｇ．ＡＴＤＣ）以降に遅延すると、サイクル変動係数が急激に大きくなる。このような状態に陥ると、燃焼時期制御において筒内基準燃焼割合５０％時期を目標燃焼時期範囲内へ制御することが困難となる。
図４に、各筒内基準燃焼割合５０％時期におけるクランク角に対する燃焼室の熱発生速度の履歴を示す。また、図５に、筒内基準燃焼割合５０％時期と総筒内熱発生量の関係を示す。これら実験結果から判るように、筒内基準燃焼割合５０％時期が１０（ｄｅｇ．ＡＴＤＣ）以降に遅延すると、総筒内熱発生量が急激に小さくなる。言い換えれば、１サイクルで燃焼室へ供給される燃料の発熱量の合計である総投入発熱量に対する総筒内熱発生量の割合である燃焼効率が急激に低下する。一方で、総筒内熱発生量の減少に対する筒内基準燃焼割合５０％時期の遅延幅は漸次小さくなる。
つまり、予混合圧縮着火式エンジンでは、燃焼位相が大きく遅延する状態では、実際は燃焼効率が低下し、サイクル変動が増加する。しかし、このサイクル変動の増加が、総筒内熱発生量を基準にした筒内基準燃焼割合５０％時期の変化として正確に現れないことになる、或いは、サイクル変動の変化が判別し難いものとなる。よって、この筒内熱発生量を燃焼過程全体で累積した総筒内熱発生量を基準とした燃焼時期である筒内基準燃焼割合５０％時期は、予混合圧縮着火燃焼における燃焼時期の制御指標としては不適切であると言える。
そこで、予混合圧縮着火式エンジンでは、サイクル変動の変化を現すことができる燃焼時期の適切な制御指標を確立することが望まれる。
【０００７】
本発明は、かかる点に着目してなされたものであり、その目的は、予混合圧縮着火式エンジンにおいて、サイクル変動の変化を現すことができる適切な燃焼時期の制御指標を確立し、燃焼時期制御によるサイクル変動の抑制を確実且つ十分に実現することができる技術を提供する点にある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この目的を達成するための本発明に係る予混合圧縮着火式エンジンは、
燃焼室において新気と燃料との予混合気を圧縮して自己着火させ燃焼させる予混合圧縮着火燃焼を行い、
燃焼室における予混合気の燃焼時期を検出する燃焼時期検出処理を実行する燃焼時期検出手段と、
前記燃焼時期検出手段で検出される燃焼時期が所定の目標燃焼時期範囲内に維持されるように予混合気の燃焼位相に影響を与える所定の運転条件を調整する燃焼時期制御を実行する運転制御手段とを備えた予混合圧縮着火式エンジンであって、
その特徴構成は、
前記燃焼時期検出手段が、燃焼時期検出処理において、１サイクル毎に燃焼室へ供給される燃料の発熱量の合計である総投入発熱量を導出すると共に、燃焼室での実際の熱発生量である筒内熱発生量を監視し、前記総投入発熱量に対して前記筒内熱発生量の割合である投入基準燃焼割合が所定の設定燃焼割合に達した時期を燃焼時期として検出する点にある。
【０００９】
本特徴構成によれば、燃焼時期検出処理において燃焼室における予混合気の燃焼時期を検出するにあたり、従来のように筒内熱発生量を燃焼過程全体で累積した総筒内熱発生量を基準として求めた筒内基準燃焼割合を用いるのではなく、１サイクルで燃焼室へ供給される燃料の発熱量の合計である総投入発熱量を基準として求めた投入基準燃焼割合を用いる。
即ち、図２を参照して、逐次求められた燃焼室での実際の熱発生量である筒内熱発生量Ｑを逐次監視し、従来では、燃焼室での実際の熱発生量として逐次監視される筒内熱発生量Ｑが、筒内熱発生量を燃焼過程全体で累積した総筒内熱発生量Ｑｓに対して所定の設定割合ａに達した時期である筒内基準燃焼時期Ｔｓが、予混合気の燃焼時期として検出される。
それに対して、本特徴構成の燃焼時期検出処理では、燃焼室での実際の熱発生量として逐次監視される筒内熱発生量Ｑが、１サイクル毎に燃焼室へ供給される燃料の発熱量の合計である総投入発熱量Ｑｉに対して所定の設定割合ａに達した時期である投入基準燃焼時期Ｔｉが、予混合気の燃焼時期として検出されることになる。
【００１０】
図３に、予混合気の当量比を一定にして吸気温度を変化させて燃焼時期を変動させたときの実験データであって、筒内基準燃焼時期Ｔｓの一例としての筒内基準燃焼割合が５０％に達した時期である筒内基準燃焼割合５０％時期と、投入基準燃焼時期Ｔｉの一例としての投入基準燃焼割合が５０％に達した時期である投入基準燃焼割合５０％時期との夫々におけるサイクル変動係数との関係を示す。
この実験データから判るように、投入基準燃焼時期Ｔｉについては、筒内基準燃焼時期Ｔｓと比較して、燃焼位相が遅延化した際のサイクル変動係数の上昇が緩やかになる。よって、投入基準燃焼時期Ｔｉについては、サイクル変動係数の変動に対する制御範囲が比較的広く確保されることになり、サイクル変動係数の変化が投入基準燃焼時期Ｔｉの変化として正確に現れることになり、結果、サイクル変動係数の変化を判別し易くなる。
従って、本発明により、予混合圧縮着火式エンジンにおいて、サイクル変動の変化を現すことができる適切な燃焼時期の制御指標として投入燃焼時期を用いることで、燃焼時期制御によるサイクル変動の抑制を確実且つ十分に実現することができる。
【００１１】
本発明に係る予混合圧縮着火式エンジンの更なる特徴構成は、
燃焼室への燃料供給量を計測する燃料供給量計測手段を備え、
前記燃焼時期検出手段が、燃焼時期検出処理において、前記燃料供給量計測手段で計測された燃料供給量の１サイクル毎の合計である総燃料供給量から前記総投入発熱量を導出する点にある。
【００１２】
本特徴構成によれば、燃焼時期検出処理において、投入基準燃焼時期の検出に利用する総投入発熱量を取得するにあたり、燃料供給量計測手段で計測される燃焼室への燃料供給量を吸気行程全体で累積するなどして、当該燃料供給量の１サイクル毎の合計である総燃料供給量を取得すれば、その総燃料供給量に燃料の単位発熱量を乗算する形態で、上記総投入発熱量を取得することができる。
【００１３】
本発明に係る予混合圧縮着火式エンジンの更なる特徴構成は、
燃焼室の圧力である筒内圧を計測する筒内圧計測手段を備え、
前記燃焼時期検出手段が、燃焼時期検出処理において、前記筒内圧計測手段で計測された筒内圧と燃焼室の容積とから求められる熱発生速度を燃焼過程において積分した積分量を前記筒内熱発生量として監視する点にある。
【００１４】
本特徴構成によれば、燃焼時期検出処理において、投入基準燃焼時期の検出に利用する筒内熱発生量を取得するにあたり、圧縮行程及び膨張行程における燃焼室の容積変化に対する筒内圧計測手段で計測された筒内圧変化を分析することにより燃焼室における熱発生速度を求め、その熱発生速度をその時期までの燃焼過程において積分する形態で、上記筒内熱発生量を逐次取得することができる。
【００１５】
本発明に係る予混合圧縮着火式エンジンの更なる特徴構成は、
前記運転制御手段が、燃焼時期制御において、前記運転条件として、燃焼室へ吸気される新気の温度、燃焼室へ吸気される新気の圧力、燃焼室の実圧縮比、予混合気の当量比、排ガス再循環率、燃焼室に設けられた補助点火プラグの火花発生時期の少なくとも一つを調整する点にある。
【００１６】
本特徴構成によれば、燃焼室における予混合気の実際の燃焼位相に影響を与え、サイクル変動の抑制を図るための燃焼時期制御で調整される動作条件としては、燃焼室へ吸気される新気の温度（以下「吸気温度」と呼ぶ）、燃焼室へ吸気される新気の圧力（以下「吸気圧力」と呼ぶ）、燃焼室の実圧縮比、予混合気の当量比、燃焼室に設けられた補助点火プラグの火花発生時期の少なくとも一つを利用することができる。
例えば、吸気圧力を調整して、又は、吸気弁の閉時期を調整して実圧縮比を調整すれば、燃焼室における自己着火前の予混合気の圧力が変化して、その予混合気が自己着火する時期が変化するので、結果、予混合気の燃焼時期を調整することができる。
また、吸気温度を調整すれば、燃焼室における自己着火前の予混合気の温度が変化するので、結果、予混合気の燃焼時期を調整することができる。
また、新気に対する燃料の混合割合を調整して、予混合気の当量比を調整すれば、燃焼室における予混合気の自己着火の時期や燃焼速度が変化するので、結果、予混合気の燃焼時期を調整することができる。
また、排ガス再循環（ＥＧＲ）を採用すると共に、吸気量に対する排ガスの再循環量の比率として求められる排ガス再循環率（ＥＧＲ率）を調整すれば、予混合気における酸素濃度及び不活性ガス濃度が変化して、予混合気の自己着火の時期や燃焼速度が変化するので、結果、予混合気の燃焼時期を調整することができる。
また、燃焼室に火花を発生可能な補助点火プラグを設けると共に、その補助点火プラグの火花発生時期を調整すれば、燃焼室において予混合気の自己着火がその火花により誘発される時期が変化するので、結果、予混合気の燃焼時期を調整することができる。
【００１７】
また、この目的を達成するための本発明に係る予混合圧縮着火式エンジンの運転制御方法は、
燃焼室において新気と燃料との予混合気を圧縮して自己着火させ燃焼させる予混合圧縮着火燃焼を行う予混合圧縮着火式エンジンにおいて、
燃焼室における予混合気の燃焼時期を検出する燃焼時期検出処理と、
前記燃焼時期検出処理で検出される燃焼時期が所定の目標燃焼時期範囲内に維持されるように予混合気の燃焼位相に影響を与える所定の運転条件を調整する燃焼時期制御とを実行する予混合圧縮着火式エンジンの運転制御方法であって、
その特徴構成は、
前記燃焼時期検出処理において、１サイクル毎に燃焼室へ供給される燃料の発熱量の合計である総投入発熱量を導出すると共に、燃焼室での実際の熱発生量である筒内熱発生量を監視し、前記総投入発熱量に対して前記筒内熱発生量の割合である投入基準燃焼割合が所定の設定燃焼割合に達した時期を燃焼時期として検出する点にある。
【００１８】
本特徴構成によれば、本発明に係る予混合圧縮着火式エンジンが実行するものと同じ燃焼時期検出処理及び燃焼時期制御が実行されるので、本発明に係る予混合圧縮着火式エンジンと同様に、予混合圧縮着火式エンジンにおいて、サイクル変動の変化を現すことができる適切な燃焼時期の制御指標として投入燃焼時期を用いることで、燃焼時期制御によるサイクル変動の抑制を確実且つ十分に実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本実施形態における予混合圧縮着火式エンジンの概略構成図
【図２】筒内基準燃焼時期と投入基準燃焼時期との定義を説明する図
【図３】筒内基準燃焼時期と投入基準燃焼時期との夫々に対するサイクル変動係数の関係を示すグラフ図
【図４】筒内基準燃焼時期におけるクランク角に対する熱発生速度の履歴を示すグラフ図
【図５】筒内基準時期と総筒内熱発生量の関係を示すグラフ図
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明の実施形態について図面に基づいて説明する。
図１に示す予混合圧縮着火式エンジン（以下、単に「エンジン」と略称する。）１は、シリンダ２と、シリンダ２の上部に連結されたシリンダヘッド３とを有し、シリンダ２内には、連結棒５を介しクランク軸６に連結されたピストン４が往復移動自在に収容されている。そして、ピストン４の頂面と、シリンダ２の内面と、シリンダヘッド３の下面とによって燃焼室１０が形成されている。そして、燃焼室１０には、吸気路２１及び排気路３１が開口され、燃焼室１０の吸気路２１側には吸気弁２０が、燃焼室１０の排気路３１側には排気弁３０が設けられている。
【００２１】
エンジン１の吸気路２１には、吸気路２１を流通する空気Ａに、天然ガスである燃料Ｆを、燃料供給弁２４による供給量調整を伴って混合して、予混合気Ｍを形成するミキサ２３が設けられている。また、吸気路２１におけるミキサ２３の下流側には、開度調整により燃焼室１０への予混合気Ｍの吸気量を調整可能なスロットルバルブ２２が設けられている。また、吸気路２１におけるスロットルバルブ２２の下流側には、燃焼室１０へ吸気される予混合気Ｍを比較的高温（例えば８０℃）のエンジン冷却水ＣＷとの熱交換により加熱する熱交換器２５が設けられている。そして、この熱交換器２５を通過した予混合気Ｍが燃焼室１０に吸気される。
【００２２】
そして、吸気弁２０を開動作させた状態でピストン４が上死点から下降することにより、吸気路２１から燃焼室１０に予混合気Ｍを吸気する吸気行程が行われ、次に、吸気弁２０を閉動作させた状態でピストン４が上昇することにより、燃焼室１０の予混合気Ｍを圧縮する圧縮行程が行われる。
この圧縮行程の後期では、予混合気Ｍが断熱圧縮により昇温して、燃料Ｆの酸化反応が進み、温度が連鎖分岐反応の発生する燃料Ｆの着火温度まで上昇すると、自己着火が発生し予混合気Ｍが燃焼する、所謂ＨＣＣＩ燃焼が行われる。
そして、圧縮行程に続く膨張行程では、予混合気Ｍの燃焼に伴う燃焼室１０の容積増加によりピストン４が降下し、それに続く排気行程では、排気弁３０を開動作させた状態でピストン４が上昇することにより、燃焼室１０の排ガスＥが排気路３１に排出される。
このようにして、エンジン１は、吸気行程、圧縮行程、膨張行程、排気行程の順に各行程を行う一連の動作を繰り返し行うように構成されている。
【００２３】
また、吸気路２１に設けられた熱交換器２５へのエンジン冷却水の供給量を調整可能な冷却水供給量調整弁２６が設けられている。この冷却水供給量調整弁２６は、熱交換器２５への冷却水の供給量を調整して熱交換器２５の予混合気Ｍに対する加熱能力を調整することで、燃焼室１０に新気として吸気される予混合気Ｍの温度である吸気温度を調整する吸気温度調整手段として機能する。
更に、この冷却水供給量調整弁２６により、燃焼室１０へ吸気される予混合気Ｍの温度を調整することで、燃焼室１０における圧縮時の予混合気Ｍの温度が変化するので、結果、予混合気Ｍの燃焼時期を調整することができる。
即ち、冷却水供給量調整弁２６により調整される予混合気Ｍの温度は、燃焼室１０における予混合気Ｍの燃焼位相に影響を与える運転条件であると言え、この冷却水供給量調整弁２６は、その運転条件を変化させて、燃焼室１０における予混合気Ｍの燃焼時期を調整可能な燃焼時期調整手段であると言える。
【００２４】
エンジン１には、各種センサとして、燃焼室１０の圧力である筒内圧を計測する筒内圧センサ８（筒内圧計測手段の一例）、クランク軸６の角度であるクランク角を計測するクランク角センサ７、燃料供給弁２４を通流する燃料Ｆの流量を燃焼室１０への燃料供給量として計測する燃料供給量センサ９（燃料供給量計測手段の一例）等が設けられている。
【００２５】
エンジン１の各種制御は、ＥＣＵ（エンジン・コントロール・ユニット）５０によって行われ、かかるＥＣＵ５０は、所定のコンピュータープログラムを実行することにより、燃焼室１０における予混合気Ｍの燃焼時期を検出する燃焼時期検出処理を実行する燃焼時期検出手段５１、予混合気の燃焼位相に影響を与える所定の運転条件である吸気温度を調整して燃焼時期検出手段５１で検出される燃焼時期を所定の目標燃焼時期範囲内に維持する燃焼時期制御等を実行する運転制御手段５２等として機能する。
【００２６】
尚、運転制御手段５２は、上記燃焼時期制御と同時に、酸素センサ（図示省略）で検出された排ガスＥの酸素濃度に基づいて燃料供給弁２４の開度を制御することによって、ミキサ２３で生成される予混合気Ｍの当量比（空燃比）をＨＣＣＩ燃焼に適した燃料リーンな所望の目標当量比に維持する空燃比制御や、クランク角センサ７の検出結果から求められるクランク軸６の回転速度が所望の回転速度に維持されるようにスロットルバルブ２２の開度を制御する回転速度維持制御などの各種制御を実行するように構成されている。
【００２７】
燃焼時期検出手段５１が実行する燃焼時期検出処理では、図２も参照して、クランク角センサ７で検出されるクランク角θを参照しながら、筒内圧センサ８で検出された筒内圧の変化状態を分析することで、燃焼室１０での実際の熱発生量である筒内熱発生量Ｑを逐次導出し監視する。
詳しくは、下記［数１］の数式に示すように、クランク角θにより燃焼室１０の容積Ｖを求め、圧縮行程及び膨張行程における容積変化（ｄＶ／ｄθ）と筒内圧変化（ｄＰ／ｄθ）とから、燃焼室１０における熱発生速度（ｄＱ／ｄθ）を求める。
そして、その熱発生速度（ｄＱ／ｄθ）を、その時期のクランク角θまでの燃焼過程において積分する形態で、上記筒内熱発生量Ｑを逐次取得する。
【００２８】
【数１】
2015071984.tif 000003
【００２９】
同時に、燃焼時期検出手段５１は、クランク角センサ７で検出されるクランク角θを参照しながら、燃料供給量センサ９で計測される燃焼室１０への燃料供給量を１サイクル毎に積算して、燃料供給量の１サイクル毎の合計である総燃料供給量を算出し、その総燃料供給量に燃料Ｆの単位発熱量を乗算する形態で、１サイクル毎に燃焼室１０へ供給される燃料Ｆの発熱量の合計である総投入発熱量Ｑｉを導出することができる。
そして、燃焼時期検出手段５１は、総投入発熱量に対するその時期までの筒内熱発生量の割合である投入基準燃焼割合が、５０％等の所定の設定燃焼割合ａに達した時期を、投入基準燃焼時期Ｔｉとして検出する。
【００３０】
次に、運転制御手段５２が実行する燃焼時期制御では、冷却水供給量調整弁２６により、予混合気Ｍの燃焼位相に影響を与える運転条件である吸気温度を調整して、燃焼時期検出手段５１で検出される投入基準燃焼時期Ｔｉを、上死点近傍の所定の目標燃焼時期範囲内（例えば８ｄｅｇ．ＡＴＤＣ〜１２ｄｅｇ．ＡＴＤＣの範囲内）に制御する。
具体的には、目標燃焼時期範囲に対して投入基準燃焼時期Ｔｉが遅い場合には、冷却水供給量調整弁２６の開度を拡大させて、吸気温度を上昇させ、予混合気Ｍの燃焼位相を早期化させる。逆に、目標燃焼時期範囲に対して投入基準燃焼時期Ｔｉが早い場合には、冷却水供給量調整弁２６の開度を縮小させて、吸気温度を低下させ、予混合気Ｍの燃焼位相を遅延化させる。このことにより、投入基準燃焼時期Ｔｉは目標燃焼時期範囲内に維持されることになり、ノッキングや失火等が回避されてサイクル変動の抑制が図られることになる。
【００３１】
〔その他の実施形態〕
最後に、本発明のその他の実施形態について説明する。尚、以下に説明する各実施形態の構成は、それぞれ単独で適用されるものに限られず、矛盾が生じない限り、他の実施形態の構成と組み合わせて適用することも可能である。
【００３２】
（１）上記実施形態では、吸気路２１に設けられた熱交換器２５へのエンジン冷却水の供給量を調整可能な冷却水供給量調整弁２６の開度を調整することにより、燃焼室１０に吸気される予混合気Ｍの温度である吸気温度を調整したが、例えば、吸気路２１に設けた電気ヒータの加熱出力を調整することで、吸気温度を調整しても構わない。
【００３３】
（２）上記実施形態では、予混合気Ｍの燃焼位相に影響を与える所定の運転条件として吸気温度を用いたが、過給機の回転数調整により変更可能な燃焼室１０へ吸気される予混合気Ｍの圧力や、吸気弁の閉時期の調整により変更可能な燃焼室１０の実圧縮比や、燃料供給弁２４の開度調整により変更可能な予混合気の当量比や、排ガス再循環率（ＥＧＲ率）等についても、これらを変更することで予混合気Ｍの燃焼時期を調整できることから、予混合気Ｍの燃焼位相に影響を与える所定の運転条件として利用することができる。
また、燃焼室１０に火花を発生可能な補助点火プラグを設けて、その補助点火プラグの火花発生時期を調整すれば、燃焼室１０において予混合気の自己着火がその火花により誘発される時期が変化し、結果、予混合気Ｍの燃焼時期を調整できることから、この補助点火プラグの火花発生時期についても、予混合気Ｍの燃焼位相に影響を与える所定の運転条件として利用することができる。
【００３４】
（３）上記実施形態では、燃焼室１０への燃料供給量を直接計測する燃料供給量センサ９を設けたが、燃料供給弁２４の開度、スロットルバルブ２２の開度、エンジン回転数及び負荷等の情報から、燃焼室１０への燃料供給量を間接的に求めるように構成しても構わない。
【００３５】
（４）上記実施形態では、燃焼室１０における筒内熱発生量を求めるための熱発生速度を、筒内圧センサ８で計測された筒内圧と燃焼室１０の容積とを用いて求めたが、筒内圧センサ８の代わりに燃焼室１０の温度を計測する温度センサを設け、その温度センサで計測された筒内温度と燃焼室１０の容積とを用いて熱発生速度を求めても構わない。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明は、燃焼室において新気と燃料との予混合気を圧縮して自己着火させ燃焼させる予混合圧縮着火燃焼を行い、
燃焼室における予混合気の燃焼時期を検出する燃焼時期検出処理を実行する燃焼時期検出手段と、
燃焼時期検出手段で検出される燃焼時期が所定の目標燃焼時期範囲内に維持されるように予混合気の燃焼位相に影響を与える所定の運転条件を調整する燃焼時期制御を実行する運転制御手段とを備えた予混合圧縮着火式エンジン及び運転制御方法として好適に利用可能である。
【符号の説明】
【００３７】
１        ：エンジン
７        ：クランク角センサ
８        ：筒内圧センサ（筒内圧計測手段）
９        ：燃料供給量センサ（燃料供給量計測手段）
１０      ：燃焼室
２４      ：燃料供給弁
２６      ：冷却水供給量調整弁（吸気温度調整手段）
５０      ：ＥＣＵ
５１      ：燃焼時期検出手段
５２      ：運転制御手段
Ａ        ：空気
ＣＷ      ：エンジン冷却水
Ｆ        ：燃料
Ｍ        ：予混合気
【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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