(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室内に配置されてガソリンからなる燃料を噴射する燃料噴射弁と、燃焼室内に配置されて燃料噴射弁からの噴射燃料を点火する点火栓と、燃料噴射弁からの燃料噴射作用および点火栓による点火作用を制御する電子制御ユニットとを具備しており、燃料噴射弁から燃焼室内に噴射された主燃料を自着火させるようにした内燃機関の制御装置において、該主燃料の噴射後、該主燃料の自着火が生じる前の圧縮行程中に、該燃料噴射弁から、第１補助燃料と第２補助燃料とが順次噴射され、該電子制御ユニットにより、該第１補助燃料の噴射時期、点火栓の点火時期および該第２補助燃料の噴射時期を制御することにより、点火栓による点火作用により第１補助燃料を火炎伝播燃焼させ、該第２補助燃料を該火炎伝播燃焼領域内に噴射させて、主燃料の自着火が生じる前に、該第２補助燃料を拡散燃焼させ、該主燃料の燃料噴射と、該第１補助燃料の燃料噴射と、該第２補助燃料の燃料噴射とが順次行われるときに、機関の発生トルクが高くなるにつれて、該第２補助燃料の噴射量が増大され、該第２補助燃料の噴射時期、該第１補助燃料の噴射時期および点火時期が進角される内燃機関の制御装置。
【請求項２】
機関の運転領域内において、自着火燃焼を行わせる自着火燃焼領域が予め設定されており、該自着火燃焼領域内において機関の発生トルクが予め定められた境界を越えたときには該主燃料の燃料噴射と、該第１補助燃料の燃料噴射と、該第２補助燃料の燃料噴射とが順次行われ、該自着火燃焼領域内において機関の発生トルクが予め定められた境界よりも低いときには該主燃料の燃料噴射のみ、又は該主燃料の燃料噴射と該第１補助燃料の燃料噴射のみが行われる請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
該第２補助燃料の噴射量が増大されて予め定められた限界量に達した後、機関の発生トルクが更に増大したときには、該第１補助燃料の噴射量が増大されると共に該第１補助燃料の噴射時期が進角される請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
該電子制御ユニットにより、該主燃料が自着火しにくい運転状態であるか否かが判別され、該主燃料が自着火しにくい運転状態であると判別されたときには、該第２補助燃料の噴射量が増大される請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
該電子制御ユニットにより、主燃料の自着火時期が予測され、予測された主燃料の自着火時期が目標自着火時期に対して予め定められたクランク角以上遅れたときに、該主燃料が自着火しにくい運転状態であると判別される請求項４に記載の内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関では圧縮比を高くすれば高くするほど熱効率が向上し、混合気の空燃比を薄くすれば薄くするほど燃費が向上する。この場合、点火栓により一部の混合気を着火させて着火火炎の火炎伝播により残りの混合気を燃焼させる従来の火花点火燃焼内燃機関では、圧縮比を高くするとノッキングが発生するために圧縮比を高くすることができず、また、混合気の空燃比を薄くすると着火火炎が伝播しなくなるために混合気の空燃比を薄くすることもできない。これに対し、自着火燃焼は、圧縮比を高くしても可能であり、また混合気の空燃比を薄くしても可能であるので、自着火燃焼を行うと、熱効率を向上させることができると共に、燃費を向上させることができる。
【０００３】
また、この自着火燃焼においては、燃焼室内に分散された燃料が燃焼室内において同時に多点において燃焼せしめられる。このように、分散された燃料が同時に多点において燃焼せしめられると全体に亘って燃焼温度が低くなるためにＮＯＸの発生が抑制され、更に燃料の周りには十分な酸素が存在するために未燃ＨＣの発生も抑制される。このように自着火燃焼は多くの利点を有するために従来より注目されており、自着火燃焼を行うようにした数多くの内燃機関が公知である（例えば特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−１５３５６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このように、自着火燃焼は多くの利点を有するが、上述したように、自着火燃焼においては、燃焼室内に分散された燃料が燃焼室内において同時に多点において燃焼せしめられため、燃焼室内に供給される燃料量が多くなると、燃焼圧が急激に増大し、その結果、燃焼騒音が発生するという問題を生ずる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記問題を解決するために、本発明によれば、燃焼室内に配置されてガソリンからなる燃料を噴射する燃料噴射弁と、燃焼室内に配置されて燃料噴射弁からの噴射燃料を点火する点火栓と、燃料噴射弁からの燃料噴射作用および点火栓による点火作用を制御する電子制御ユニットとを具備しており、燃料噴射弁から燃焼室内に噴射された主燃料を自着火させるようにした内燃機関の制御装置において、主燃料の噴射後、主燃料の自着火が生じる前の圧縮行程中に、燃料噴射弁から、第１補助燃料と第２補助燃料とが順次噴射され、電子制御ユニットにより、第１補助燃料の噴射時期、点火栓の点火時期および第２補助燃料の噴射時期を制御することにより、点火栓による点火作用により第１補助燃料を火炎伝播燃焼させ、第２補助燃料を火炎伝播燃焼領域内に噴射させて、主燃料の自着火が生じる前に、第２補助燃料を拡散燃焼させ、主燃料の燃料噴射と、第１補助燃料の燃料噴射と、第２補助燃料の燃料噴射とが順次行われるときに、機関の発生トルクが高くなるにつれて、第２補助燃料の噴射量が増大され、第２補助燃料の噴射時期、第１補助燃料の噴射時期および点火時期が進角される内燃機関の制御装置が提供される。
【発明の効果】
【０００７】
自着火すべき主燃料の量を抑制し、燃焼室内において燃焼すべき燃料の一部を、主燃料が自着火する前に拡散燃焼させることによって、急激な燃焼圧の上昇が阻止される。それにより、自着火燃焼時の燃焼騒音を低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１はガソリンを燃料とする内燃機関の全体図である。
【図２】図２は機関本体の断面図である。
【図３】図３は、図２に示される燃焼室の上壁面の底面図である。
【図４】図４は、シリンダヘッドの長手方向端部の平面図である。
【図５】図５Ａおよび図５Ｂは、夫々図４におけるＡ−Ａ断面およびＢ−Ｂ断面を示す図である。
【図６】図６は、排気弁用可変バルブタイミング機構の断面図である。
【図７】図７Ａおよび７Ｂは、排気弁リフトおよび吸気弁リフトの変化を示す図である。
【図８】図８は自着火領域ＲＲを示す図である。
【図９】図９Ａおよび９Ｂは、自着火燃焼が行われたときの熱発生率と燃焼騒音を説明するための図である。
【図１０】図１０は、本発明による噴射制御と、この噴射制御により自着火燃焼が行われたときの熱発生率とを示す図である。
【図１１】図１１は本発明による自着火燃焼を説明するための図である。
【図１２】図１２は、本発明による自着火燃焼が行われたときの噴射時期を説明するための図である。
【図１３】図１３は、第２補助燃料ＡＩ２の噴射量ＱＡ２のマップを示す図である。
【図１４】、図１４Ａ，１４Ｂおよび１４Ｃは、圧縮始めの燃焼室内の吸気温度の一例を示す図である。
【図１５】、図１５Ａおよび１５Ｂは、夫々主燃料ＭＩの噴射時期の代表的な例と、主燃料ＭＩの噴射時期Ｗのマップとを示す図である。
【図１６】、図１６Ａ、１６Ｂおよび１６Ｃは、夫々第１補助燃料噴射ＡＩ１の噴射時期Ｗ１のマップ、第２補助燃料噴射ＡＩ２の噴射時期Ｗ２のマップおよび点火時期ＩＧのマップを示す図である。
【図１７】、図１７Ａ，１７Ｂおよび１７Ｃは、自着火が生じにくい運転状態における燃料噴射制御を説明するための図である。
【図１８】図１８は、機関の運転制御を行うためのフローチャートである。
【図１９】図１９は、機関の運転制御を行うためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図１にガソリンを燃料とする内燃機関の全体図を示す。図１を参照すると、１は機関本体、２は各気筒の燃焼室、３は各燃焼室２内に夫々ガソリンからなる燃料を噴射するための電子制御式燃料噴射弁、４はサージタンク、５は吸気枝管、６は排気マニホルドを夫々示す。サージタンク４は吸気ダクト７を介して排気ターボチャージャ８のコンプレッサ８ａの出口に連結され、コンプレッサ８ａの入口は吸入空気量検出器９を介してエアクリーナ１０に連結される。吸気ダクト７内にはアクチュエータ１１ａにより駆動されるスロットル弁１１が配置され、吸気ダクト７周りには吸気ダクト７内を流れる吸入空気を冷却するためのインタクーラ１２が配置される。図１に示されるように、このインタクーラ１２は、インタクーラ用ラジエータ１３と、ラジエータ１３において冷却された冷却水をインタクーラ１２に循環させるための電動式冷却水ポンプ１４とを具備している。
【００１０】
一方、排気マニホルド６は排気ターボチャージャ８の排気タービン８ｂの入口に連結され、排気タービン８ｂの出口は排気管１５を介して排気浄化用触媒コンバータ１６に連結される。排気マニホルド５とサージタンク４とは排気ガス再循環（以下、ＥＧＲと称す）通路１７を介して互いに連結され、ＥＧＲ通路１７内には電子制御式ＥＧＲ制御弁１８が配置される。ＥＧＲ通路１７の周りにはＥＧＲ通路１７内を流れるＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲクーラ１９が配置される。図１に示される実施例では機関冷却水がＥＧＲクーラ１９内に導かれ、機関冷却水によってＥＧＲガスが冷却される。また、各燃料噴射弁３は燃料供給管２０を介して燃料分配管２１に連結され、この燃料分配管２１は高圧燃料ポンプ２２および低圧燃料ポンプ２３を介して燃料タンク２４に連結される。なお、図１に示される内燃機関は、１４以上の高い圧縮比を有する。
【００１１】
吸入空気は、吸入空気量検出器９、コンプレッサ８ａ、インタクーラ１２および吸気ダクト７を介してサージタンク４内に供給され、サージタンク４内に供給された吸入空気は吸気枝管５を介して各燃焼室２内に供給される。また、サージタンク４内にはＥＧＲ通路１７内を介してＥＧＲガスが供給され、このＥＧＲガスも吸入空気と共に吸気枝管５を介して各燃焼室２内に供給される。一方、燃料タンク２４内に貯蔵されている燃料、即ちガソリンは低圧燃料ポンプ２３および高圧燃料ポンプ２２によって燃料分配管２１内に供給され、燃料分配管２１内に供給された燃料は各燃料供給管２０を介して燃料噴射弁３から各燃焼室２に噴射される。各燃焼室２から排出された排気ガスは、排気マニホルド６、排気タービン８ｂ、排気管１５および排気浄化用触媒コンバータ１６を介して外気中に排出される。
【００１２】
電子制御ユニット３０はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス３１によって互いに接続されたROM（リードオンリメモリ）３２、RAM（ランダムアクセスメモリ）３３、CPU（マイクロプロセッサ）３４、入力ポート３５および出力ポート３６を具備する。サージタンク４内には吸入空気温を検出するための温度センサ２５と吸気圧を検出するための圧力センサ２６とが配置されており、これら温度センサ２５、圧力センサ２６および吸入空気量検出器８の出力信号は夫々対応するAD変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。また、アクセルペダル４０にはアクセルペダル４０の踏込み量に比例した出力電圧を発生する負荷センサ４１が接続され、負荷センサ４１の出力電圧は対応するAD変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。更に入力ポート３５にはクランクシャフトが例えば３０°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ４２が接続される。一方、出力ポート３６は対応する駆動回路３８を介して燃料噴射弁３、スロットル弁駆動用アクチュエータ１１ａ、冷却水ポンプ１４、ＥＧＲ制御弁１８、高圧燃料ポンプ２２および低圧燃料ポンプ２３に接続される。
【００１３】
図２は図１に示される機関本体１の断面図を示しており、図３は図２に示される燃焼室２の上壁面の底面図を示している。なお、図２および図３において、５１はシリンダブロック、５２はシリンダブロック５１上に取り付けされたシリンダヘッド、５３はシリンダブロック５１内で往復動するピストン、５４は一対の吸気弁、５５は吸気ポート、５６は一対の排気弁、５７は排気ポートを夫々示す。図３に示されるように燃料噴射弁３は燃焼室２の上壁面２ａの中央に配置されており、燃料噴射弁３からは、Ｆで示されるように、ピストン５３の頂面上に形成されたキャビティ５８内の周辺部に向けて燃料が噴射される。また、燃焼室２の上壁面２ａ上には燃料噴射弁３に隣接して点火栓５９が配置されている。
【００１４】
一方、図２に示されるように、各吸気弁５４に対してバルブリフタ６０と、ローラ６１を備えたロッカーアーム６２と、吸気弁用カムシャフト６３が設けられている。バルブリフタ６０はシリンダヘッド５２内において摺動可能に支持されていると共に吸気弁５４の上端部上に着座しており、バルブリフタ６０内にはバルブリフタ６０を上方に向けて付勢する圧縮ばね６４が配置されている。ロッカーアーム６２の一端は固定支持体６５により支持されており、ロッカーアーム６２の他端はバルブリフタ６０の上壁面上に着座している。カムシャフト６３が回転してカムシャフト６３上に形成されたカム６３ａによりローラ６１が下方に押し下げられると、ロッカーアーム６２は固定支持体６５を中心として反時計回りに回動し、それによって吸気弁５４が開弁せしめられる。
【００１５】
同様に、各排気弁５６に対してバルブリフタ６６と、ローラ６７を備えたロッカーアーム６８ａと、排気弁用カムシャフト６９が設けられている。バルブリフタ６６はシリンダヘッド５２内において摺動可能に支持されていると共に排気弁５６の上端部上に着座しており、バルブリフタ６６内にはバルブリフタ６６を上方に向けて付勢する圧縮ばね７０が配置されている。ロッカーアーム６８ａの一端は支持位置調節装置７１ａの可動ロッド７２の先端部により支持されており、ロッカーアーム６８ａの他端はバルブリフタ６６の上壁面上に着座している。支持位置調節装置７１ａの可動ロッド７２が図２に示される突出位置に保持されているときには、カムシャフト６９が回転してカムシャフト６９上に形成されたカム６９ａによりローラ６７が下方に押し下げられると、ロッカーアーム６８ａは可動ロッド７２の先端部を中心として時計回りに回動し、それによって排気弁５６が開弁せしめられる。
【００１６】
図４はシリンダヘッド５２の長手方向端部の平面図を示しており、図５Ａは図４におけるＡ−Ａ断面を示しており、図５Ｂは図４におけるＢ−Ｂ断面を示している。図４に示されるように、吸気弁用カムシャフト６３の端部は、吸気弁５４の開弁時期を変化させることのできる可変バルブタイミング機構８０に連結されており、排気弁用カムシャフト６９の端部は、排気弁５６の開弁時期を変化させることのできる可変バルブタイミング機構８１に連結されている。一方、図４に示されるように、各吸気弁５４のバルブリフタ６０に対しては夫々一つのロッカーアーム６２と一つのカム６３ａとが設けられているのに対して、各排気弁５６のバルブリフタ６６に対しては夫々一対のロッカーアーム６８ａ、６８ｂと、一対のカム６９ａ、６９ｂと、一対の支持位置調節装置７１ａ、７１ｂとが設けられている。
【００１７】
支持位置調節装置７１ａおよび支持位置調節装置７１ｂは同じ構造を有しており、次にこれら支持位置調節装置７１ａ、７１ｂの構造について図５Ａおよび図５Ｂを参照しつつ説明する。図５Ａおよび図５Ｂに示されるように、支持位置調節装置７１ａ、７１ｂは、支持位置調節装置７１ａ、７１ｂ内において可動ロッド７２に連結されかつ可動ロッド７２の軸線方向に移動可能なピストン７３と、ピストン７３を下方に向けて付勢する圧縮ばね７４と、ピストン７３により画定された油圧室７５とを具備しており、油圧室７５内にはシリンダヘッド５２内に形成された油圧通路７６を介して作動油が供給される。
【００１８】
図５Ａは支持位置調節装置７１ａの油圧室７５内に作動油が供給されたときを示しており、図５Ｂは支持位置調節装置７１ｂの油圧室７５から作動油が排出されたときを示している。図５Ａに示されるように、支持位置調節装置７１ａの油圧室７５内に作動油が供給されると、ピストン７３が上昇して可動ロッド７２が突出位置に保持される。このとき、カムシャフト６９が回転するとカムシャフト６９上に形成されたカム６９ａによりローラ６７が下方に押し下げられ、それにより排気弁５６が開弁せしめられる。一方、図５Ｂに示されるように、支持位置調節装置７１ｂの油圧室７５内の作動油が排出されると、ピストン７３が下降して可動ロッド７２が後退位置に保持される。このとき、カムシャフト６９が回転してもカムシャフト６９上に形成されたカム６９ｂはローラ６７と係合することがなく、従ってこのときにはカム６９ｂによる排気弁５６の開弁動作は行われない。
【００１９】
図５Ａに示されるように、カムシャフト６９上に形成されたカム６９ａは一つのカム山しか有さず、これに対し図５Ｂに示されるように、カムシャフト６９上に形成されたカム６９ｂはカム山Ｃ１と、カム山Ｃ１に比べて小さいカム山Ｃ２からなる二つのカム山を有している。図５Ａに示されるカム６９ａのカム山は、排気行程中に排気弁５６を開弁させるように形成されており、図５Ｂに示されるカム６９ｂの大きい方のカム山Ｃ１も、排気行程中に排気弁５６を開弁させるように形成されている。これに対し、図５Ｂに示されるカム６９ｂの小さい方のカム山Ｃ２は、吸気行程中に排気弁５６を開弁させるように形成されている。従って、図５Ａに示されるように、支持位置調節装置７１ａの油圧室７５内に作動油が供給され、図５Ｂに示されるように、支持位置調節装置７１ｂの油圧室７５内の作動油が排出されると、排気弁５６は排気行程中に開弁せしめられ、これに対し、支持位置調節装置７１ａの油圧室７５内の作動油が排出され、支持位置調節装置７１ｂの油圧室７５内に作動油が供給されると、排気弁５６は排気行程中に開弁した後、吸気行程中に再度開弁する。
【００２０】
このように、支持位置調節装置７１ａ、７１ｂへの作動油の供給および支持位置調節装置７１ａ、７１ｂからの作動油の排出を制御することによって、排気弁５６の開弁作用を排気行程中の一度開きか、或いは排気行程中と吸気行程中において夫々開弁させる二度開きのいずれかに切換えることができる。なお、このように排気弁５６の開弁作用を排気行程中の一度開きか、或いは排気行程中と吸気行程中において夫々開弁させる二度開きのいずれかに切換えるための図４、図５Ａおよび図５Ｂに示される動弁機構は代表的な一例を示しているだけであって、図４、図５Ａおよび図５Ｂに示される動弁機構に代えて、排気弁５６の開弁作用を排気行程中の一度開きか、或いは排気行程中と吸気行程中において夫々開弁させる二度開きのいずれかに切換えることのできる他の種々の動弁機構を用いることができる。
【００２１】
図６は、排気弁５６の開弁時期を変化させることのできる図４に示される可変バルブタイミング機構８１の断面図を示している。なお、吸気弁５４の開弁時期を変化させることのできる図４に示される可変バルブタイミング機構８０も可変バルブタイミング機構８１と同様な構造を有している。図６を参照すると、この可変バルブタイミング機構８１は、機関のクランク軸によりタイミングベルトを介して矢印方向に回転せしめられるタイミングプーリ８２と、タイミングプーリ８２と一緒に回転する円筒状ハウジング８３と、排気弁用カムシャフト６９と一緒に回転しかつ円筒状ハウジング８３に対して相対回転可能な回転軸８４と、円筒状ハウジング８３の内周面から回転軸８４の外周面まで延びる複数個の仕切壁８５と、各仕切壁８５の間で回転軸８４の外周面から円筒状ハウジング８３の内周面まで延びるベーン８６とを具備しており、各ベーン８６の両側には夫々進角用油圧室８７と遅角用油圧室８８とが形成されている。
【００２２】
作動油供給ポンプ８９から各油圧室８７，８８への作動油の供給制御および各油圧室８７，８８からの作動油の排出制御は作動油供給排出制御弁９０によって行われる。排気弁用カムシャフト６９のカムの位相を進角すべきときは、作動油供給排出制御弁９０によって作動油が進角用油圧室８７に供給されると共に遅角用油圧室８８内の作動油が排出される。このとき回転軸８４は円筒状ハウジング８３に対して矢印方向に相対回転せしめられる。これに対し、排気弁用カムシャフト６９のカムの位相を遅角すべきときは、作動油供給排出制御弁９０によって、作動油が遅角用油圧室８８に供給されると共に進角用油圧室８７内の作動油が排出される。このとき回転軸８４は円筒状ハウジング７２に対して矢印と反対方向に相対回転せしめられる。回転軸８４が円筒状ハウジング８３に対して相対回転せしめられているときに各油圧室８７，８８への作動油の供給作用および各油圧室８７，８８からの作動油の排出作用が停止されると回転軸８４の相対回転動作は停止せしめられ、回転軸８４はそのときの相対回転位置に保持される。従って可変バルブタイミング機構８１によって排気弁用カムシャフト６９のカムの位相を所望の量だけ進角させることができ、遅角させることができることになる。
【００２３】
図７Ａおよび７Ｂの実線は、図５Ｂに示される二つのカム山Ｃ１、Ｃ２を有するカム６９ｂによって排気弁５６の開弁作用が行われているときの排気弁リフトの変化を示している。前述したように、カム山Ｃ１に比べてカム山Ｃ２は小さく、従って図７Ａおよび７Ｂに示されるように、カム山Ｃ２による排気弁リフト量および排気弁５６の開弁期間は、カム山Ｃ１による排気弁リフト量および排気弁５６の開弁期間に比べて夫々小さくなる。図７Ａおよび７Ｂの破線は、吸気弁リフトの変化を示している。さて、図７Ａは、可変バルブタイミング機構８１によって排気弁用カムシャフト６９のカムの位相が最も進角されているときを示しており、このとき排気弁５６は排気行程中、開弁され続けた後、吸気上死点ＴＤＣ付近で一旦閉弁され、次いでただちに開弁して吸気弁５３の開弁している吸気行程の前半に亘って開弁され続ける。一方、図７Ｂは、可変バルブタイミング機構８１によって排気弁用カムシャフト６９のカムの位相が最も遅角されているときを示している。このとき、カム山Ｃ１、Ｃ２による排気弁５６の開弁時期は共に遅角される。
【００２４】
図７Ａに示されるように、排気弁用カムシャフト６９のカムの位相が最も進角されたときには、吸気弁リフト量が小さいときにカム山Ｃ２による排気弁５６の開弁作用が行われるので、このときには多量の排気ガスが排気ポート５７内から燃焼室２内に引き戻され、従ってこのときには、燃焼室２内の吸入空気温が増大すると共に燃焼室２内の吸入空気中の残留ガス量が増大する。一方、図７Ｂに示されるように、排気弁用カムシャフト６９のカムの位相が最も遅角されると、燃焼室２に多量の吸入空気が流入した後にカム山Ｃ２による排気弁５６の開弁作用が行われる。従って、このときには排気ポート５７内から燃焼室２内に引き戻される排気ガス量は少なくなり、従ってこのときには、燃焼室２内の吸入空気温の増大作用は弱まり、燃焼室２内の吸入空気中の残留ガス量の増大作用も弱まる。このように、可変バルブタイミング機構８１により排気弁用カムシャフト６９のカムの位相を変えることによって、燃焼室２内の吸入空気温の増大作用および燃焼室２内の吸入空気中の残留ガス量の増大作用を制御できることになる。なお、図６に示される可変バルブタイミング機構８１は一例を示すものであって、他の種々の形式の可変バルブタイミング機構を用いることができる。
【００２５】
さて、前述したように、自着火燃焼においては、燃焼室２内に分散された燃料が燃焼室２内において同時に多点において燃焼せしめられる。この自着火燃焼を用いて機関を運転する場合、十分な機関出力トルクを得るためには、圧縮上死点後において機関の発生トルクが最大となる最適自着火時期に自着火を生じさせる必要がある。この場合、如何なる機関の運転状態でも、圧縮上死点後において機関の発生トルクが最大となる最適自着火時期に自着火を生じさせることができるわけではなく、圧縮上死点後において機関の発生トルクが最大となる最適自着火時期に自着火を生じさせることのできる機関の運転状態は限られている。この圧縮上死点後において機関の発生トルクが最大となる最適自着火時期に自着火を生じさせることのできる機関の運転状態が、図８に実線ＲＲで囲まれた自着火領域として示されている。なお、図８において、縦軸は機関の発生トルクＴｒを示しており、横軸は機関回転数Ｎを示している。
【００２６】
即ち、燃焼室２内において混合気が自着火するまでには反応時間が必要であり、機関回転数が高くなると、混合気が自着火するのに必要な反応時間を確保できなくなる。従って、図８において、機関回転数が自着火領域ＲＲよりも高くなると失火を生じ、自着火運転を行えなくなる。一方、機関負荷が高くなって機関の発生トルクが自着火領域ＲＲを越えると，過早着火が生じ、ノッキングが発生するために良好な自着火運転を行えなくなる。従って、図８の自着火領域ＲＲで示されるように、自着火運転を行うことができるのは、機関回転数が比較的低く、機関の発生トルクが比較的低いときである。本発明による実施例では、自着火領域ＲＲ以外の機関運転領域では、点火栓５９を用いて一部の混合気を着火し、着火火炎の火炎伝播によって残りの混合気を燃焼させる火花点火燃焼が行われる。
【００２７】
ところで、概略的に言うと、燃焼室２内の混合気の温度が９００Ｋを超えないと自着火燃焼は生じない。従って、図８の自着火領域ＲＲ内において、圧縮始めの混合気の圧力および温度の低い機関低負荷運転時においては、燃焼室２内の混合気の温度が９００Ｋを超えるように、インタクーラ１２による吸入空気の冷却作用が抑制され、図７Ａ，７Ｂに示されるように排気弁５６を二度開きすることによって混合気の温度が上昇せしめられる。例えば、自着火領域ＲＲ内の機関低負荷運転時においては、インタクーラ１２への冷却水の循環を停止することによって燃焼室２内への吸入空気の温度が高められ、図７Ａに示されるように排気弁５６を二度開きすることにより多量の排気ガスを燃焼室２内に引き戻すことによって混合気の温度が上昇せしめられる。これに対し、図８の自着火領域ＲＲ内において、機関負荷の高い領域では、ターボチャージャ８によって吸入空気圧および吸入空気温が高くなり過ぎるので、このときにはインタクーラ１２による吸入空気の冷却作用が強められ、排気弁５６を図５Ａに示されるように排気行程中に一度開きさせることによって混合気の温度上昇が抑制される。このように、本発明による実施例では、機関の運転状態に応じて、吸入空気温を制御し、燃焼室２内に引き戻される排気ガス量を制御することによって、自着火燃焼が行われる。
【００２８】
さて、上述したように、自着火領域ＲＲ内では、機関の発生トルクが最大となる最適自着火時期に自着火を生じさせることができる。この場合、自着火領域ＲＲ内において、燃焼室２内への燃料噴射量が少なく、機関の発生トルクが低いときには熱発生率が低い。このときには、熱発生率が急激に増大することがなく、従って燃焼圧が急激に増大することがないので、大きな燃焼騒音が発生することはない。これに対し、自着火領域ＲＲ内において、燃焼室２内への燃料噴射量が多くなり、機関の発生トルクが高くなると、熱発生率が高くなる。このときには、図９Ａに示されるように、熱発生率が急激に増大するために燃焼圧が急激に増大し、その結果、大きな燃焼騒音が発生することになる。
【００２９】
図９Ｂは、自着火領域ＲＲ内において自着火燃焼が行われているときの燃焼室２内への燃料噴射量Ｑと燃焼騒音との関係を示している。図９Ｂに示されるように、自着火領域ＲＲ内において自着火燃焼が行われているときには、燃焼室２内への燃料噴射量が多くなるにつれて、燃焼騒音が大きくなる。一方、図９Ｂにおいて、燃焼騒音Ｄ０は、許容しうる燃焼騒音の限界を示している。従って、燃焼騒音がこの許容限界燃焼騒音Ｄ０を越えないようにする必要がある。また、図９Ｂにおける噴射量Ｑ０は、燃焼騒音が許容限界燃焼騒音Ｄ０となるときの燃焼室２内への燃料噴射量Ｑを示している。従って、燃焼騒音がこの許容限界燃焼騒音Ｄ０を越えないようにするには、燃料噴射量Ｑが噴射量Ｑ０を越えないようにする必要がある。図８の鎖線Ｘは、燃焼騒音が許容限界燃焼騒音Ｄ０となる境界を示しており、この境界Ｘよりも機関の発生トルクが高い自着火領域ＲＲ内において大きな燃焼騒音が発生する。
【００３０】
そこで本発明による実施例では、燃料噴射量Ｑが噴射量Ｑ０を越えたときには、自着火燃焼させるための主燃料ＭＩの噴射量を噴射量Ｑ０に抑え、図１０に示されるように、主燃料ＭＩに加え、燃料噴射弁３から、第１補助燃料ＡＩ１と第２補助燃料ＡＩ２とを順次噴射させ、このとき、点火栓５９による点火作用により第１補助燃料ＡＩ１を火炎伝播燃焼させ、次いで第２補助燃料ＡＩ２を火炎伝播燃焼領域内に噴射させて、主燃料ＭＩの自着火が生じる前に、第２補助燃料ＡＩ２を拡散燃焼させ、それにより大きな燃焼騒音が発生するのを阻止するようにしている。次に、このことについて図１１を参照しつつ説明する。
【００３１】
図１１は、燃焼室２内における第１補助燃料ＡＩ１の火炎伝播燃焼と、第２補助燃料ＡＩ２の拡散燃焼と、主燃料ＭＩの自着火燃焼とを図解的に示している。図１１の（Ａ）は、第１補助燃料ＡＩ１が噴射される直前の様子を示している。このときには、主燃料ＭＩの噴射は既に完了しており、図には示されていないが、燃焼室２内には噴射された燃料の混合気が広がっている。なお、図１１の（Ａ）において、Ｓは燃焼室２内に発生せしめられているスワール流を示している。一方、図１１の（Ｂ）は、燃料噴射弁３から、第１補助燃料ＡＩ１が噴射されたときを示している。このとき、燃料噴射弁３からは燃焼室２内に向けて放射状に燃料が噴射され、図１１の（Ｂ）に示されるように、この燃料噴霧Ｆの飛行領域内に点火栓５９が配置されている。
【００３２】
第１補助燃料ＡＩ１が噴射されると、図１０に示されるように、点火栓５９による点火作用が行われ、それによって、第１補助燃料ＡＩ１の一部が、図１１の（Ｃ）に示されるように、火炎伝播燃焼せしめられる。なお、図１１の（Ｃ）において、Ｗは第１補助燃料ＡＩ１により生成された混合気を示しており、Ｘは火炎伝播燃焼の行われている火炎伝播燃焼領域を示している。図１１の（Ｃ）から分かるように、第１補助燃料ＡＩ１が噴射されると、第１補助燃料ＡＩ１により生成された混合気の一部が火炎伝播により燃焼せしめられる。
【００３３】
次いで、図１１の（Ｄ）に示されるように、燃料噴射弁３から火炎伝播燃焼領域Ｘ内に第２補助燃料ＡＩ２が噴射される。燃料が火炎伝播燃焼領域Ｘ内に噴射されると、噴射燃料は空気と混合しつつ拡散しながら火炎によって着火され、燃焼せしめられる。このように噴射された燃料が、火炎伝播燃焼領域Ｘ内において火炎によって着火され、燃焼せしめられるときの燃焼は、拡散燃焼と称される。図１１の（Ｅ）において、Ｙはこの拡散燃焼が行われている領域を示している。第２補助燃料ＡＩ２の拡散燃焼が行われると、その後、図１１の（Ｆ）においてＺで示されるように、複数個所で同時に混合気が自着火され、主燃料ＭＩの自着火燃焼が行われる。
【００３４】
さて、前述したように、燃料噴射量Ｑが噴射量Ｑ０を越えたときに、全燃料を自着火させると燃焼騒音が大きくなる。この場合、噴射量Ｑ０のみを自着火燃焼させ、残りの燃料（Ｑ―Ｑ０）を安定して穏やかに燃焼させることができれば、燃焼騒音を低く抑えることができる。ところで、火炎伝播燃焼は、点火のばらつきによって火炎の発生がばらつき、燃料噴霧のばらつきによって、火炎の伝播の仕方がばらつくために混合気の燃焼割合が変化し、安定した燃焼は得られない。これに対し、拡散燃焼は、燃料を火炎内に噴射することによって行われており、このように、燃料を火炎内に噴射すると噴射燃料は火炎によって確実に着火されるので、拡散燃焼は火炎伝播燃焼に比べかなり安定している。またこの拡散燃焼は、噴射された燃料が順次燃焼することによって行われるので、燃焼は穏やかとなる。従って、噴射量Ｑ０のみを自着火燃焼させ、残りの燃料（Ｑ―Ｑ０）の多く部分を拡散燃焼させると、燃焼騒音を低く抑えることができることになる。
【００３５】
そこで、本発明では、一部の燃料を拡散燃焼させるようにしている。図１０には、点火栓５９による点火作用により第１補助燃料ＡＩ１を火炎伝播燃焼させ、第２補助燃料ＡＩ２を火炎伝播燃焼領域内に噴射させて、主燃料ＭＩの自着火が生じる前に、第２補助燃料ＡＩ２を拡散燃焼させたときの熱発生率が示されている。なお、図１０は、図９Ａに示される場合の燃料噴射量と同じ量の燃料を、主燃料ＭＩと第１補助燃料ＡＩ１と第２補助燃料ＡＩ２との三つ分けて噴射した場合を示している。図９Ａと図１０を比較すると、図１０に示されるように、主燃料ＭＩに加え、第１補助燃料ＡＩ１および第２補助燃料ＡＩ２を噴射した場合には、図９Ａに示されるように燃料噴射を一回しか行わない場合に比べて、熱発生率のピークが小さくなると共に熱発生率の変化が緩やかになる。その結果、燃焼圧の急激な上昇が抑制されるために燃焼騒音の発生が抑制されることになる。
【００３６】
なお、図１０において、主燃料ＭＩの自着火燃焼は、第２補助燃料ＡＩ２による拡散燃焼がトリガーとなって開始される。この場合、トリガーとなる拡散燃焼は、上述したように安定しており、従って、拡散燃焼を行うことにより、主燃料ＭＩの自着火燃焼を安定して生じさせることができる。また、拡散燃焼が行われると、煤が発生する。しかしながら、拡散燃焼に引き続いて主燃料ＭＩの自着火燃焼が行われ、この自着火燃焼は十分な酸素の存在のもとで行われるので、拡散燃焼が行われたときに発生した煤は、自着火燃焼が行われている間に再酸化される。従って、拡散燃焼を行っても、煤が発生するのを、抑制することができることになる。
【００３７】
そこで、本発明では、燃焼室２内に配置されてガソリンからなる燃料を噴射する燃料噴射弁３と、燃焼室２内に配置されて燃料噴射弁３からの噴射燃料を点火する点火栓５９と、燃料噴射弁３からの燃料噴射作用および点火栓５９による点火作用を制御する電子制御ユニット３０とを具備しており、燃料噴射弁３から燃焼室２内に噴射された主燃料ＭＩを自着火させるようにした内燃機関の制御装置において、主燃料ＭＩの噴射後、主燃料ＭＩの自着火が生じる前の圧縮行程中に、燃料噴射弁３から、第１補助燃料ＡＩ１と第２補助燃料ＡＩ２とが順次噴射され、電子制御ユニット３０により、第１補助燃料ＡＩ１の噴射時期、点火栓５９の点火時期および第２補助燃料ＡＩ２の噴射時期を制御することにより、点火栓５９による点火作用により第１補助燃料ＡＩ１を火炎伝播燃焼させ、第２補助燃料ＡＩ２を火炎伝播燃焼領域内に噴射させて、主燃料ＭＩの自着火が生じる前に、第２補助燃料ＡＩ２を拡散燃焼させている。
【００３８】
次に、図１２を参照しつつ、機関負荷に応じて定まる、即ち、機関の発生トルクに応じて定まる最適な主燃料ＭＩの噴射時期および噴射量、第１補助燃料ＡＩ１の噴射時期および噴射量、第２補助燃料ＡＩ２の噴射時期および噴射量、および点火栓５９の点火時期について説明する。図１２において、横軸はクランク角を示しており、機関負荷が高くなるにつれて、即ち、機関の発生トルクが高くなるにつれて、（Ａ）に示される噴射時期および噴射量から（Ｆ）に示される噴射時期および噴射量に変化する。なお、図１２は、機関回転数が或る一定回転数のときの噴射時期および噴射量の変化を示している。
【００３９】
図１２の（Ａ）および（Ｂ）は、図８において機関の発生トルクＴｒが境界Ｘよりも低いとき、即ち、図９Ｂにおいて燃料噴射量Ｑが噴射量Ｑ０よりも少ないときを示している。この場合には、主燃料ＭＩのみが噴射され、機関負荷が高くなるにつれて、即ち、機関の発生トルクが高くなるにつれて、主燃料ＭＩの噴射時間、即ち噴射量は増大し、主燃料ＭＩの噴射時期は進角される。なお、図１２の（Ａ）および（Ｂ）に示される場合に、第１補助燃料ＡＩ１を噴射して点火栓５９により点火し、それにより生じた火炎伝播燃焼を火種として、主燃料ＭＩの自着火燃焼を開始させるようにすることもできる。
【００４０】
一方、図１２の（Ｃ）から（Ｆ）は、図８において機関の発生トルクＴｒが境界Ｘよりも高いとき、即ち、図９Ｂにおいて燃料噴射量Ｑが噴射量Ｑ０よりも多いときを示している。このときには、主燃料ＭＩの噴射後に、第１補助燃料ＡＩ１および第２補助燃料ＡＩ２が噴射される。この場合、図１２の（Ｃ）から（Ｆ）に示されるように、機関負荷が高くなっても、即ち、機関の発生トルクが高くなっても、主燃料ＭＩの噴射時間、即ち噴射量は一定値に保持され、主燃料ＭＩの噴射時期も一定値に保持される。
【００４１】
一方、図１２の（Ｃ）から（Ｅ）に示されるように、第２補助燃料ＡＩ２の噴射時間、即ち、噴射量は、機関負荷が高くなるにつれて、即ち、機関の発生トルクが高くなるにつれて次第に増大される。この場合、図１２の（Ｃ）から（Ｅ）に示されるように、第２補助燃料ＡＩ２の噴射完了時期は、機関負荷が高くなっても、即ち、機関の発生トルクが高くなっても、圧縮上死点ＴＤＣに対し一定クランク角前の一定値に保持され、第２補助燃料ＡＩ２の噴射開始時期、即ち噴射時期は、機関負荷が高くなるにつれて、即ち、機関の発生トルクが高くなるにつれて進角される。なお、主燃料ＭＩの自着火燃焼の開始時期は、第２補助燃料ＡＩ２の噴射完了時期の影響を大きく受ける。従って、主燃料ＭＩの自着火燃焼の開始時期が一定となるように、第２補助燃料ＡＩ２の噴射完了時期は一定値に保持される。
【００４２】
一方、図１２の（Ｃ）から（Ｅ）に示されるように、第１補助燃料ＡＩ１の噴射量は、機関負荷が高くなっても、即ち、機関の発生トルクが高くなっても、一定値に保持される。従って、燃料噴射量Ｑが増大したときには、第２補助燃料ＡＩ２の噴射量が増大される、即ち、拡散燃焼を行う燃料量が増大されることになる。この拡散燃焼は、前述したように安定しており、従って、このように、機関負荷が高くなったとき、即ち、機関の発生トルクが高くなったときに、拡散燃焼を行う燃料量を増大させることによって、機関負荷が高くなっても、即ち、機関の発生トルクが高くなっても、安定した燃焼を確保することができる。
【００４３】
一方、点火栓５９の点火作用は、第１補助燃料ＡＩ１の噴射中或いは噴射完了直後に行われ、点火栓５９の点火作用による第１補助燃料ＡＩ１の火炎伝播燃焼領域は時間が経過するにつれて次第に拡大する。一方、安定した良好な拡散燃焼を確保するには、火炎伝播燃焼領域が或る一定以上の大きさになったときに第２補助燃料ＡＩ２の噴射作用を開始することが必要となる。この場合、火炎伝播燃焼領域が或る一定以上の大きさになるには一定時間必要である。従って、本発明による実施例では、第２補助燃料ＡＩ２の噴射開始時期よりも一定時間前に第１補助燃料ＡＩ１を噴射するようにしている。
【００４４】
ところで、図１２は、前述したように、機関回転数が或る一定回転数であるときの噴射時期および噴射量を示している。従って、図１２に示される例においては、第２補助燃料ＡＩ２の噴射開始時期よりも一定クランク角前に第１補助燃料ＡＩ１の噴射作用が行われる。即ち、本発明による実施例では、図１２の（Ｃ）から（Ｅ）に示されるように、第１補助燃料ＡＩ１の噴射時期は、機関負荷が高くなるにつれて、即ち、機関の発生トルクが高くなるにつれて進角され、点火栓５９の点火時期も、機関負荷が高くなるにつれて、即ち、機関の発生トルクが高くなるにつれて進角される。
【００４５】
一方、第２補助燃料ＡＩ２の噴射量が増大すると、拡散燃焼時における煤の発生量が増大し、煤の発生量が或る限度を越えると多量の煤が再酸化されずに燃焼室２から排出されることになる。従って、第２補助燃料ＡＩ２の噴射量には、煤の発生量から定まる限界量が存在することになる。図１２の（Ｅ）は、第２補助燃料ＡＩ２の噴射量がこの限界量に達したときを示しており、この限界量を越えて第２補助燃料ＡＩ２の噴射量を増大させることは好ましくない。そこで、本発明による実施例では、機関負荷が更に増大したときには、即ち、機関の発生トルクが更に増大したときには図１２の（Ｆ）に示されるように、第２補助燃料ＡＩ２の噴射量を増大することなくこの限界量に維持し、第１補助燃料ＡＩ１の噴射量を増大させるようにしている。
【００４６】
なお、図１２の（Ｆ）に示されるように、第２補助燃料ＡＩ２の噴射量を増大することなく、第１補助燃料ＡＩ１の噴射量が増大されたときには、図１２の（Ｅ）の場合と比べて、第１補助燃料ＡＩ１の噴射完了時期および点火栓５９の点火時期は変化せず、第１補助燃料ＡＩ１の噴射開始時期、即ち噴射時期が進角される。このように第１補助燃料ＡＩ１の噴射開始時期が進角されると、前半に噴射された第１補助燃料ＡＩ１は、燃焼室２内の周辺に広がり、後半に噴射された第１補助燃料ＡＩ１によって火炎伝播燃焼領域が生成される。従って、このときには、第２補助燃料の噴射が開始されたときの火炎伝播燃焼領域の大きさは図１２の（Ｅ）における場合とほぼ同じとなり、従って、煤の発生が抑制された良好な拡散燃焼が行われる。一方、前半に噴射された第１補助燃料ＡＩ１は、主燃料ＭＩが自着火燃焼したときに燃焼せしめられる。なお、第２補助燃料ＡＩ２の噴射量は、機関の発生トルクＴｒおよび機関回転数Ｎの関数として図１３に示されるようなマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。
【００４７】
以上の説明を纏めると、本発明による実施例では、機関の運転領域内において、自着火燃焼を行わせる自着火燃焼領域ＲＲが予め設定されており、自着火燃焼領域ＲＲ内において機関の発生トルクＴｒが予め定められた境界Ｘを越えたときには主燃料ＭＩの燃料噴射と、第１補助燃料ＡＩ１の燃料噴射と、第２補助燃料ＡＩ２の燃料噴射とが順次行われ、自着火燃焼領域ＲＲ内において機関の発生トルクＴｒが予め定められた境界Ｘよりも低いときには主燃料ＭＩの燃料噴射のみ、又は主燃料ＭＩの燃料噴射と第１補助燃料ＡＩ１の燃料噴射のみが行われる。
【００４８】
また、図１２の（Ｃ）から（Ｅ）に示されるように、本発明による実施例では、主燃料ＭＩの燃料噴射と、第１補助燃料ＡＩ１の燃料噴射と、第２補助燃料ＡＩ２の燃料噴射とが順次行われるときに、機関の発生トルクＴｒが高くなるにつれて、第２補助燃料ＡＩ２の噴射量が増大され、第２補助燃料ＡＩ２の噴射時期、第１補助燃料ＡＩ１の噴射時期および点火時期が進角される。更に、第２補助燃料ＡＩ２の噴射量が増大されて予め定められた限界量に達した後、機関の発生トルクＴｒが更に増大したときには、図１２の（Ｆ）に示されるように、第１補助燃料ＡＩ１の噴射量が増大されると共に第１補助燃料ＡＩ１の噴射時期が進角される。
【００４９】
さて、前述したように、概略的に言うと、燃焼室２内の混合気の温度が９００Ｋを超えないと自着火燃焼は生じない。従って、図８の自着火領域ＲＲ内において、圧縮始めの混合気の圧力および温度の低い機関低負荷運転時においては、燃焼室２内の混合気の温度が９００Ｋを超えるように、圧縮始めの燃焼室２内の吸気温度を高める必要がある。図１４Ａは、自着火領域ＲＲ内において自着火燃焼を生じさせるのに必要な、圧縮始めの燃焼室２内の吸気温度の一例を示している。図１４Ａに示されるように、圧縮始めの燃焼室２内の吸気温度は、機関の発生トルクＴｒが低いほど高くされ、機関回転数Ｎが高くなるにつれて高くされる。
【００５０】
この場合、前述したように、圧縮始めの燃焼室２内の吸気温度は、冷却水ポンプ１４によるインタクーラ１２への冷却水の循環量を変化させることによって制御することができ、更に、圧縮始めの燃焼室２内の吸気温度は、図７Ａに示されるように排気弁５６を二度開きさせると共に、可変バルブタイミング機構８１の作動油供給排出制御弁９０による作動油供給排出制御により排気弁５６の開弁時期を変化させることによって制御することができる。本発明による実施例では、圧縮始めの燃焼室２内の最適な吸気温度を得るのに必要な冷却水ポンプ１４の駆動電力ＥＩが、機関の発生トルクＴｒおよび機関回転数Ｎの関数として図１４Ｂに示されるようなマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されており、圧縮始めの燃焼室２内の最適な吸気温度を得るのに必要な作動油供給排出制御弁９０の駆動電力Ｉθが、機関の発生トルクＴｒおよび機関回転数Ｎの関数として図１４Ｃに示されるようなマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。
【００５１】
一方、図１５Ａは、主燃料ＭＩの噴射時期の代表的な例を示している。なお、図１５Ａにおいて、自着火領域ＲＲ内に示される実線は等噴射時期（圧縮上死点後ＡＴＤＣのクランク角で表示）を示している。即ち、主燃料ＭＩの噴射量が増大するほど主燃料ＭＩの噴射期間が長くなるので、主燃料ＭＩの噴射量が増大するほど主燃料ＭＩの噴射時期は進角される。一方、自着火反応は時間を要するため、機関回転数Ｎが高くなるほど主燃料ＭＩの噴射時期は進角される。従って、図１５Ａに示されるように、境界Ｘよりも発生トルクＴｒの低い自着火領域ＲＲ内では、主燃料ＭＩの噴射量が増大するほど、即ち、機関の発生トルクＴｒが高くなるほど、主燃料ＭＩの噴射時期は進角され、機関回転数Ｎが高くなるほど主燃料ＭＩの噴射時期は進角される。本発明による実施例では、境界Ｘよりも発生トルクＴｒの低い自着火領域ＲＲ内における主燃料ＭＩの噴射時期Ｗが、機関の発生トルクＴｒおよび機関回転数Ｎの関数として図１５Ｂに示されるようなマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。
【００５２】
一方、本発明による実施例では、境界Ｘよりも発生トルクＴｒの高い自着火領域ＲＲ内では、要求噴射量が増大したときに、主燃料ＭＩの噴射量を一定量に保持した状態で、第２補助燃料ＡＩ２の噴射量が増大される。このように、境界Ｘよりも発生トルクＴｒの高い自着火領域ＲＲ内では、要求噴射量が増大しても主燃料ＭＩの噴射量は一定量に保持されるので、主燃料ＭＩの噴射時期は、図１５Ａに示されるように、機関の発生トルクＴｒが高くなっても進角されることがなく、主燃料ＭＩの噴射時期は、機関回転数Ｎが高くなるほど進角される。なお、主燃料ＭＩは吸気行程中に行うこともできる。
【００５３】
また、本発明による実施例では、第１補助燃料ＡＩ１の最適な噴射時期Ｗ１が、機関の発生トルクＴｒおよび機関回転数Ｎの関数として図１６Ａに示されるようなマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されており、第２補助燃料ＡＩ２の最適な噴射時期Ｗ２が、機関の発生トルクＴｒおよび機関回転数Ｎの関数として図１６Ｂに示されるようなマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。更に、点火栓５９による最適な点火時期が、機関の発生トルクＴｒおよび機関回転数Ｎの関数として図１６Ｃに示されるようなマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。
【００５４】
ところで、本発明による実施例では、前述したように、圧縮始めの燃焼室２内の吸気温度であって自着火燃焼を生じさせるのに必要な吸気温度を得るための冷却水ポンプ１４の駆動電力ＥＩおよび作動油供給排出制御弁９０の駆動電力Ｉθが予め記憶されており、従って、冷却水ポンプ１４の駆動電力ＥＩおよび作動油供給排出制御弁９０の駆動電力Ｉθを夫々予め記憶されている駆動電力に制御すれば、圧縮始めの燃焼室２内の吸気温度を、自着火燃焼を生じさせるのに必要な吸気温度にすることができる。しかしながら、このように駆動電力を制御していても、例えば周囲環境の急激な変化により吸気温度が、自着火燃焼を生じさせるのに必要な温度よりも低下し、主燃料ＭＩが自着火しにくい運転状態となることがある。
【００５５】
このように主燃料ＭＩが自着火しにくい運転状態になった場合には、第２補助燃料ＡＩ２による拡散燃焼を強めると、混合気の温度が上昇し、その結果、主燃料ＭＩが容易に自着火をするようになる。そこで、本発明による実施例では、主燃料ＭＩが自着火しにくい運転状態となったときには、図１７Ａに示されるように、第２補助燃料ＡＩ２の噴射開始時期をΔΘＡだけ進角させ、それにより第２補助燃料ＡＩ２の噴射量を増大させて強力な拡散燃焼を生じさせるようにしている。なお、このとき、燃料噴射量Ｑの総量が変化しないように、図１７Ａにおいて破線で示される如く、主燃料ＭＩの噴射量が減少せしめられる。
【００５６】
ところで、本発明による実施例では、主燃料ＭＩが自着火しにくい運転状態であるか否かは、主燃料ＭＩの自着火燃焼が行われるときの着火遅れ時間から判断するようにしている。この場合、本発明による実施例では、下記に示されるLivengood-Wuの積分式を用いて、主燃料ＭＩの自着火燃焼が行われるときの着火遅れ時間を予測するようにしている。
【数１】
0006332320.tif 000002
【００５７】
上記（１）およぼ（２）が、Livengood-Wuの積分式と称され、このLivengood-Wuの積分式は実験値とよく一致する。なお、上式（１）において、τは自着火するまでの着火遅れ時間、Ａは頻度因子、Ｐは圧力（ｎは正）、Ｅは活性化エネルギ、Ｒは一般ガス定数、Ｔは温度を示す。上式（１）の左辺は、圧力Ｐ，温度Ｔにおける着火遅れ時間の逆数（１/τ）を表している。
【００５８】
即ち、温度Ｔが高くなると反応速度（右辺のアレニウスの式）が速くなるために着火遅れ時間τが短くなり、圧力Ｐが高くなると燃料密度が高くなるために着火遅れ時間τが短くなる。従って上式（１）のような関係となる。一方、着火遅れ時間がτである状態がｄｔ時間継続したとすると、このｄｔ時間のうちに、自着火するまでの時間τのうちのｄｔ／τパーセントだけ経過したことになる。従って、着火遅れ時間がτ１である状態がｄｔ時間継続し、着火遅れ時間がτ２である状態がｄｔ時間継続し、以後同様に、着火遅れ時間がτｎである状態がｄｔ時間継続した場合、ｄｔ／τ１、ｄｔ／τ２、・・・ｄｔｎ／τ・・・の和が１００パーセント、即ち１になると自着火を生ずることになる。従って、上式（２）に示されるように、圧力Ｐ，温度Ｔにおける着火遅れ時間の逆数（１/τ）を時間積分したときに、積分値が１となる時間 te が着火遅れ時間τとなる。
【００５９】
上式（３）は、圧力Ｐ，温度Ｔ以外の実際に影響を与える他の因子も考慮した場合の着火遅れ時間の逆数（１/τ）を表す式として、よく用いられている式を示している。なお、上式（３）において、φは当量比、ＯＮはオクタン価、ＲＥＳは残留ガス割合（％）、Ａ’、α、β、γ、δは同定定数（Ａ’、α、β、δ＞０、γ＜０）を示しており、その他の記号については上式（１）と同様である。なお、以下、上式（３）の時間積分値を、上式（４）に示すようにΣ（１/τ）で表す。上式（３）から、圧力Ｐが高くなるほど着火遅れ時間τが短くなり、温度Ｔが高くなるほど着火遅れ時間τが短くなり、当量比φが大きいほど着火遅れ時間τが短くなり、残留ガス割合ＲＥＳが高くなるほど着火遅れ時間τが短くなり、オクタン価ＯＮが低くなるほど着火遅れ時間τが短くなることがわかる。
【００６０】
図１７Ｂは、算出されたΣ（１/τ）の変化の一例を示している。なお、図１７Ｂにおいて、横軸はクランク角を示しており、ＴＧＩは最適な自着火時期、即ち目標自着火時期を示している。さて、上述したようにΣ（１/τ）が１になったときに自着火燃焼が生じ、図１７Ｂには、自着火時期が目標自着火時期ＴＧＩに対して、αだけ遅角している場合を示している。本発明による実施例では、自着火時期が目標自着火時期ＴＧＩに対して遅角した場合には、自着火時期が目標自着火時期ＴＧＩとなるように第２補助燃料ＡＩ２の噴射量が増大される。この場合、本発明による実施例では、第２補助燃料ＡＩ２の噴射量に対する補正係数Ｋを用いて第２補助燃料ＡＩ２の噴射量が制御されており、本発明による実施例では、図１７Ｃに示されるように、この遅角量αが増大するほど、第２補助燃料ＡＩ２の噴射量に対する補正係数Ｋの値が増大される。図１７Ｃに示される関係は予め記憶されている。
【００６１】
Livengood-Wuの積分式を用いた着火遅れ時間の算出は、電子制御ユニット３０により行われる。従って、本発明による実施例では、電子制御ユニット３０により、主燃料ＭＩが自着火しにくい運転状態であるか否かが判別され、主燃料ＭＩが自着火しにくい運転状態であると判別されたときには、第２補助燃料ＡＩ２の噴射量が増大される。なお、本発明による実施例では、具体的に言うと、電子制御ユニット３０により、主燃料ＭＩの自着火時期が予測され、予測された主燃料ＭＩの自着火時期が目標自着火時期ＴＧＩに対して予め定められたクランク角以上遅れたときに、主燃料ＭＩが自着火しにくい運転状態であると判別される。
【００６２】
図１８および図１９に機関の運転制御ルーチンを示す。このルーチンは一定時間毎の割込みによって実行される。
図１８を参照すると、まず初めにステップ１００において、負荷センサ４１の出力信号に基づき算出された機関の要求トルクが読み込まれる。次いで、ステップ１０１では、要求トルクに基づき燃料噴射弁３からの燃料噴射量Ｑが算出される。燃料噴射量Ｑは要求トルクが高くなるにつれて増大する。次いで、ステップ１０２では、機関の運転状態が、図８および図１５Ａに示される自着火領域ＲＲ内にあるか否かが判別される。機関の運転状態が、図８および図１５Ａに示される自着火領域ＲＲ内にないと判別されたときには、ステップ１０３に進み、点火栓５９により混合気を着火させる火花点火燃焼が行われる。
【００６３】
即ち、ステップ１０３では、スロットル弁１１の開度、冷却水ポンプ１４によるインタクーラ１２への冷却水の循環量、および可変バルブタイミング機構８１による排気弁５６の開弁時期が、点火栓５９による火花点火燃焼に適した値に制御される。次いで、ステップ１０４では、ステップ１０１において算出された燃料噴射量Ｑでもって、燃料噴射弁３から燃料の噴射制御が行われる。次いで、ステップ１０５では、点火栓５９による混合気の点火制御が行われる。
【００６４】
一方、ステップ１０２において、機関の運転状態が、図８および図１５Ａに示される自着火領域ＲＲ内にあると判別されたときには、ステップ１０６に進み、自着火燃焼が行われる。即ち、ステップ１０６では、空燃比が機関の運転状態に応じた予め定められたリーン空燃比となるように、スロットル弁１１の開度が制御される。次いで、ステップ１０７では、機関の発生トルクＴｒが、図８および図１５Ａに示される境界Ｘよりも高いか否かが判別される。機関の発生トルクＴｒが、図８および図１５Ａに示される境界Ｘよりも低いと判別されたときにはステップ１０８に進み、主燃料ＭＩの噴射のみが行われる。
【００６５】
即ち、圧縮始めの燃焼室２内の吸気温度が、図１４Ａに示される吸気温度となるように、ステップ１０８では、図１４Ｂに示されるマップから算出された駆動電力ＥＩでもって冷却水ポンプ１４が駆動され、ステップ１０９では、図１４Ｃに示されるマップから算出された駆動電力Ｉθでもって作動油供給排出制御弁９０が駆動される。次いで、ステップ１１０では、主燃料ＭＩの噴射時期Ｗが図１５Ｂに示されるマップから算出される。次いで、ステップ１1１では、ステップ１０１において算出された燃料噴射量Ｑとステップ１１０において算出された噴射時期Ｗでもって、燃料噴射弁３からの主燃料ＭＩの噴射制御が行われる。
【００６６】
一方、ステップ１０７において、機関の発生トルクＴｒが、図８および図１５Ａに示される境界Ｘよりも高いと判別されたときにはステップ１１２に進み、主燃料ＭＩ、第１補助燃料ＡＩ１および第２補助燃料ＡＩ２の噴射が行われる。即ち、ステップ１１２では、圧縮始めの燃焼室２内の吸気温度が、図１４Ａに示される吸気温度となるように、図１４Ｂに示されるマップから算出された駆動電力ＥＩでもって冷却水ポンプ１４が駆動され、ステップ１１３では、図１４Ｃに示されるマップから算出された駆動電力Ｉθでもって作動油供給排出制御弁９０が駆動される。
【００６７】
次いで、ステップ１１４では、温度センサ２５により検出された吸気温および圧力センサ２６により検出された吸気圧が読み込まれる。次いで、ステップ１１５では、検出されたこれら吸気温および吸気圧に基づき、Livengood-Wuの積分式を用いて、主燃料ＭＩの自着火燃焼が行われるときの着火遅れ時間が予測され、目標自着火時期ＴＧＩに対する自着火時期の遅角量αが算出される。次いで、図１９に示されるステップ１１６では、主燃料ＭＩが自着火しにくい運転状態であるか否かが判別される。この場合、主燃料ＭＩが自着火しにくい運転状態であるか否かは、主燃料ＭＩの自着火燃焼が行われるときの着火遅れ時間から判断される。具体的に言うと、本発明による実施例では、前述したように、予測された主燃料ＭＩの自着火時期が目標自着火時期ＴＧＩに対して予め定められたクランク角以上遅れたとき、即ち、遅角量αが予め定められた一定量を越えたときに、自着火しにくい運転状態であると判別される。
【００６８】
ステップ１１６において、主燃料ＭＩが自着火しにくい運転状態ではないと判別されたときには、ステップ１１７に進んで、主燃料ＭＩの噴射量が算出される。図１９に示される例では、このとき、主燃料ＭＩの噴射量は、図９Ｂに示される噴射量Ｑ０ とされる。次いで、ステップ１１８では、主燃料ＭＩの噴射時期Ｗが図１５Ｂに示されるマップから算出される。次いで、ステップ１１９では、第２補助燃料ＡＩ２の噴射量ＱＡ２が図１３に示されるマップから算出される。次いで、ステップ１２０では、第２補助燃料ＡＩ２の噴射時期Ｗ２が図１６Ｂに示されるマップから算出される。
【００６９】
次いで、ステップ１２１では、ステップ１０１において算出された燃料噴射量Ｑから第２補助燃料ＡＩ２の噴射量ＱＡ２を減算することによって、第１補助燃料ＡＩ１の噴射量ＱＡ１（＝Ｑ−ＱＡ２）が算出される。次いで、ステップ１２２では、第１補助燃料ＡＩ１の噴射時期Ｗ１が図１６Ａに示されるマップから算出される。次いで、ステップ１２３では、主燃料ＭＩ、第１補助燃料ＡＩ１および第２補助燃料ＡＩ２の噴射制御が行われる。次いで、ステップ１２４では、点火栓５９の点火時期が図１６Ｃに示されるマップから算出される。次いで、ステップ１２５では、点火栓５９による点火制御が行われる。
【００７０】
一方、ステップ１１６において、主燃料ＭＩが自着火しにくい運転状態であると判別されたときには、ステップ１２０に進み、ステップ１１５において算出された遅角量αに基づいて図１７Ｃに示す関係から補正係数Ｋの値が算出される。次いで、ステップ１２７では、第２補助燃料ＡＩ２の噴射量ＱＡ２が図１３に示されるマップから算出される。次いで、ステップ１２８では、ステップ１２７において算出された第２補助燃料ＡＩ２の噴射量ＱＡ２に補正係数Ｋを乗算することによって、第２補助燃料ＡＩ２の最終的な噴射量ＱＡ２が算出される。次いで、ステップ１２９では、この第２補助燃料ＡＩ２の最終的な噴射量ＱＡ２に基づいて、図１７Ａに示される進角量ΔΘＡが算出される。
【００７１】
次いで、ステップ１３０では、第２補助燃料ＡＩ２の噴射時期Ｗ２が図１６Ｂに示されるマップから算出される。次いで、ステップ１３１では、ステップ１３０において算出された第２補助燃料ＡＩ２の噴射時期Ｗ２に、ステップ１２９において算出された進角量ΔΘＡを加算することによって、第２補助燃料ＡＩ２の最終的な噴射時期Ｗ２が算出される。次いで、ステップ１３２では、噴射量Ｑ０から第２補助燃料ＡＩ２の噴射量ＱＡ２の増大分（図１３に示されるマップから算出された第２補助燃料ＡＩ２の噴射量ＱＡ２・（Ｋ−１））を減算することによって、主燃料ＭＩの噴射量ＭＩが算出される。次いで、ステップ１３３では、主燃料ＭＩの噴射時期Ｗが図１５Ｂに示されるマップから算出される。次いで、ステップ１２１に進む。
【符号の説明】
【００７２】
２    燃焼室
３    燃料噴射弁
４    サージタンク
６    排気マニホルド
８    排気ターボチャージャ
１２    インタクーラ
３０    電子制御ユニット
５３    吸気弁
５６    排気弁
５９    点火栓
８０，８１    可変バルブタイミング機構
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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