(57)【要約】【課題】ＥＧＲガスと新気の混合を不十分にする運転と両者の混合を十分にする運転の両方を行うことができるエンジンを提供する。【解決手段】  エンジンは、燃焼室５と、燃焼室５に連通する吸気通路７及び排気通路８と、吸気通路７の燃焼室側開口を開閉する吸気弁１０と、吸気通路７の途中であって吸気弁１０の上流に設けられた吸気制御弁１５と、吸気通路７における吸気制御弁７と吸気弁１０の間の所定位置と、排気通路８の所定位置とを連通する排気ガス還流通路１７とを備える。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダヘッドと、シリンダブロックに形成されたシリンダと、前記シリンダ内に収装されたピストンとの間に形成された燃焼室と、
前記燃焼室に連通する吸気通路及び排気通路と、
前記吸気通路の燃焼室側開口を開閉する吸気弁と、
前記吸気通路の途中であって前記吸気弁の上流に設けられた吸気制御弁と、
前記吸気通路における前記吸気制御弁と前記吸気弁の間の所定位置と、前記排気通路の所定位置とを連通する排気ガス還流通路と、
を備えたことを特徴とするエンジン。
【請求項２】
前記エンジンは圧縮自己着火エンジンであり、
圧縮自己着火運転時は、吸気行程途中まで前記吸気制御弁を閉じておいて前記排気ガス還流通路から前記シリンダ内に排気ガスを導入し、吸気行程途中かつ前記吸気弁が閉じるまでの間に前記吸気制御弁を開くことで前記吸気通路内に吸気脈動を起こして慣性過給を行なうことを特徴とする請求項１に記載のエンジン。
【請求項３】
火花点火運転時は、前記吸気制御弁を開いたままとし、排気ガスと新気を同時に前記シリンダ内に導入することを特徴とする請求項２に記載のエンジン。
【請求項４】
開度を任意に調節可能なＥＧＲ制御弁を前記排気ガス還流通路の途中に備えたことを特徴とする請求項２または３に記載のエンジン。
【請求項５】
圧縮自己着火運転時、エンジンの運転点が低負荷側かつ高回転側に変更されたときは、前記ＥＧＲ制御弁の開度を増大させることを特徴とする請求項４に記載のエンジン。
【請求項６】
圧縮自己着火運転時、エンジンの運転点が低負荷側かつ高回転側に変更されたときは、前記吸気制御弁の開時期を遅らせることを特徴とする請求項４または５に記載のエンジン。
【請求項７】
圧縮自己着火運転時、エンジン回転速度同一では、エンジン負荷が大きいほど前記ＥＧＲ制御弁の開度を小さくすることを特徴とする請求項４から６のいずれか一つに記載のエンジン。
【請求項８】
圧縮自己着火運転時、エンジン負荷同一では、エンジン回転速度が高いほど前記吸気制御弁の開時期を遅くすることを特徴とする請求項４から７のいずれか一つに記載のエンジン。
【請求項９】
前記排気ガス還流通路の途中に少なくとも開位置と閉位置とを切換え可能なＥＧＲ制御弁を備え、
圧縮自己着火運転時、前記吸気制御弁が開かれる前に前記ＥＧＲ制御弁を所定期間開くことで前記シリンダ内に排気ガスを導入することを特徴とする請求項２または３に記載のエンジン。
【請求項１０】
圧縮自己着火運転時、エンジンの運転点が低負荷側かつ高回転側に変更されたときは、前記ＥＧＲ制御弁の開期間を長くすることを特徴とする請求項９に記載のエンジン。
【請求項１１】
圧縮自己着火運転時、エンジンの運転点が低負荷側かつ高回転側に変更されたときは、前記吸気制御弁の開時期を遅らせることを特徴とする請求項９または１０に記載のエンジン。
【請求項１２】
圧縮自己着火運転時、エンジン回転速度同一では、エンジン負荷が大きいほど前記ＥＧＲ制御弁の開期間を短くすることを特徴とする請求項９から１１のいずれか一つに記載のエンジン。
【請求項１３】
圧縮自己着火運転時、エンジン負荷同一では、エンジン回転速度が高いほど前記吸気制御弁の開時期を遅くすることを特徴とする請求項９から１２のいずれか一つに記載のエンジン。
【請求項１４】
前記ＥＧＲ制御弁の閉弁時期を前記吸気制御弁の開時期の直前に設定することを特徴とすることを特徴とする請求項９から１３のいずれか一つに記載のエンジン。
【請求項１５】
前記吸気通路は二股に分かれて前記燃焼室に連通しており、前記二股に分かれた吸気通路の一方にはスワール制御弁が設けられており、
圧縮自己着火運転時、前記スワール制御弁を閉じることで前記シリンダ内にスワール流を発生させ新気と還流された排気ガスの成層化を行なうことを特徴とする請求項２から１４のいずれか一つに記載のエンジン。
【請求項１６】
前記スワール弁は、エンジンの運転点が圧縮自己着火を行なう領域の中でも低負荷側かつ高回転側に設定される所定の運転領域にあるときにのみ閉じられることを特徴とする請求項１５に記載のエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気ガス還流装置を備えたエンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃焼室内を高温、高圧とし、燃焼室内の燃料を自己着火させて燃焼させる圧縮自己着火エンジンが提案されている。かかる圧縮自己着火エンジンでは、通常の火花点火エンジンに比べ希薄な空燃比での燃焼が可能となるため、スロットル弁による吸気絞りが不要になり、熱効率が向上して燃費が向上する。また、燃焼室内全体で同時かつ多点的に着火が起こるので、燃焼室内の燃焼温度が局所的に高まることがなく、ＮＯｘ排出量も抑制できるという利点がある。
【０００３】
このような圧縮自己着火運転を実現する方法の一つとして、排気ガス還流（ＥＧＲ）を行い、燃焼室内の温度を高めることで混合気の着火性を高める方法が提案されている。ただし、この方法では、新気と還流された排気ガス（ＥＧＲガス）の混合度合いに注意する必要があり、両者が完全に混合すると、混合気の着火条件（圧力、温度）が整ったときに一斉に燃焼が始まり、急激な圧力上昇によって燃焼騒音が増大する可能性があった。
【０００４】
そこで、特開平１１−１８２２４６号（特許文献１）では、吸気側が２バルブ式のエンジンにおいて、一方の吸気ポートにのみＥＧＲ通路を接続し、圧縮自己着火運転時には、一方の吸気ポートからＥＧＲガスを導入し、他方の吸気ポートから新気をシリンダ内に導入することにより、ＥＧＲガスと新気とをシリンダ内で層状化し、ＥＧＲガスと新気とが完全に混合しないようにしている。
【特許文献１】特開平１１−１８２２４６号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来技術では、圧縮自己着火運転時にＥＧＲガスと新気とが完全に混合するのを抑制して燃焼速度を抑え、燃焼騒音を抑制するのには効果があるものの、圧縮自己着火運転から火花点火運転に切り換えられたときにＥＧＲガスと新気とを十分に混合することができず、燃焼が不安定になるという問題があった。通常、圧縮自己着火エンジンでは、圧縮自己着火に適さない高負荷、高回転領域では圧縮自己着火運転から火花点火運転に切り換えるが、この火花点火運転ではＥＧＲガスと新気は十分に混合され燃焼室内に均一な混合気が形成されているのが好ましい。
【０００６】
本発明は、かかる技術的課題を鑑みてなされたもので、ＥＧＲガスと新気の混合を不十分にする運転と両者の混合を十分にする運転の両方を行うことができるエンジンを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係るエンジンは、吸気通路の途中であって吸気弁の上流に設けられた吸気制御弁と、吸気制御弁と吸気弁の間の所定位置と、排気通路の所定位置とを連通する排気ガス還流通路とを備える。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、吸気制御弁の開閉時期を制御することで排気ガスと新気の混合度合いを調整することが可能である。すなわち、吸気行程途中まで吸気制御弁を閉じておいて排気ガス還流通路からシリンダ内に排気ガスを導入し、吸気行程途中かつ吸気弁が閉じるまでの間に吸気制御弁を開くようにすれば、吸気制御弁が開かれるまでは排気ガスのみがシリンダ内に導入され、吸気制御弁が開かれてからは吸気脈動によって新気のみがシリンダ内に導入されるので、排気ガスと新気の導入時期を明確に分け、両者の混合を不十分にすることができる。また、吸気制御弁を開いたままとし、排気ガスと新気を同時にシリンダ内に導入するようにすれば、両者を十分に混合することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。
【００１０】
図１は、本発明に係る圧縮自己着火エンジンの概略構成を示している。本エンジンでは、低中負荷側かつ低中回転側に設定される圧縮自己着火運転領域では火花点火によらない圧縮自己着火運転を行い、高負荷側、高回転側に設定される火花点火運転領域では点火プラグを用いた火花点火運転を行なう。
【００１１】
図１を参照しながら構成について説明すると、シリンダヘッド１と、シリンダブロック２に形成されたシリンダ３と、シリンダ３に摺動可能に収装されているピストン４の間には燃焼室５が画成されている。燃焼室５には吸気通路（吸気ポート及びその上流に接続する吸気マニホールド）７、排気通路（排気ポート及びその下流に接続する排気マニホールド）８とが接続している。吸気通路７と燃焼室５の連通位置、排気通路８と燃焼室５の連通位置には、吸気通路７の燃焼室側開口を開閉する吸気弁１０、排気通路８の燃焼室側開口を開閉する排気弁１１がそれぞれ設けられており、吸気弁１０、排気弁１１はそれぞれ吸気カム１２、排気カム１３によって駆動される。
【００１２】
吸気通路７の途中であって吸気弁１０の上流には吸気制御弁１５が設けられている。吸気制御弁１５はここではフラップ式の開閉弁であるが、他の形式の弁を採用しても構わない。
【００１３】
吸気制御弁１５が設けられている位置の下流であって吸気弁１０の上流には、排気ガス還流（ＥＧＲ）通路１７が開口している。ＥＧＲ通路１７は排気通路８の所定位置と、吸気通路７の吸気制御弁１５と吸気弁１０の間の所定位置との間を接続する通路である。ＥＧＲ通路１７の途中には開度を任意の開度に調節可能なＥＧＲ制御弁１８が設けられており、還流させる排気の量（ＥＧＲ量）を調整するのに用いられる。
【００１４】
また、燃焼室５の上部中央には、燃料噴射弁２１が取り付けられており、燃料噴射弁２１の近傍には、点火プラグ２２が先端のギャップを燃焼室５内に突出させるように取り付けられている。これら燃料噴射弁２１、点火プラグ２２は、エンジンコントローラ３０からの信号に基づき駆動される。
【００１５】
エンジンコントローラ３０には、エンジンの運転状態を示す信号として、エンジンの回転速度及びクランク角を検出するクランク角センサ３３、アクセルペダルの操作量を検出するアクセル操作量センサ３４等からの信号が入力され、エンジンコントローラ３０は、エンジンの運転状態に基づき、目標となるエンジントルクを演算し、目標エンジントルクが実現されるよう、燃料噴射弁１３からの燃料噴射量、噴射時期、点火プラグ１５による点火時期、図示しないスロットル弁の開度を制御する。また、圧縮自己着火運転時には混合気の着火性向上を目的として、火花点火運転時にはＮＯｘの排出量低減を目的としてＥＧＲ制御弁１８の開度を調整し、排気ガスの一部を吸気通路７へと戻す排気ガス還流（ＥＧＲ）を行なう。また、慣性過給が要求される運転条件では、吸気制御弁１５を所定のタイミングで開閉し、吸気通路７内に発達した負圧を利用してパルス的に吸気を行なうことで過給を行なう（慣性過給）。
【００１６】
エンジンコントローラ３０は、エンジン回転速度とエンジン負荷（ここではエンジントルク）によって決まるエンジンの運転点に基づき、図２に示す運転モード切換えマップを参照してエンジンの運転モードを変更し、低中負荷側かつ低中回転側の圧縮自己着火運転領域では圧縮自己着火運転、高負荷側あるいは高回転側の火花点火運転領域では火花点火運転を行なう。また、運転点が火花点火運転領域よりもさらに高負荷側に設定される慣性過給運転領域では吸気脈動を利用した慣性過給運転を行なう。
【００１７】
圧縮自己着火運転では、ＥＧＲ制御弁１８の開度をエンジンの運転点に応じて設定される所定開度に設定するとともに、吸気行程途中までは吸気制御弁１５を閉じておき、シリンダ３内に発生する負圧を利用してシリンダ３内にＥＧＲガスを導入する。そして、シリンダ３内に負圧が発生しているうちに吸気制御弁１５を開いてこの負圧を解放し、吸気通路７に吸気の脈動を発生させて慣性過給を行なう。吸気制御弁１５が開かれ慣性過給が開始されると、過給により吸気通路７内の圧力が大気圧よりも高くなることから、ＥＧＲ通路１７から吸気通路７へのＥＧＲガスの流れはなくなり、新気のみがシリンダ３内へと導入される。したがって、吸気制御弁１５が開かれるまではＥＧＲガスのみがシリンダ３内へと導入され、その後、吸気制御弁１５が開かれてからは新気のみがシリンダ３内へと導入されることになり、ＥＧＲガスと新気の導入時期を明確に分離することができる。燃料は新気の導入に併せて燃料噴射弁２１から噴射される。
【００１８】
このとき、吸気制御弁１５を開くタイミングを早めた方がＥＧＲガスと新気の混合時間が長くなり、両者の混合度合いは高められる。また、吸気制御弁１５は吸気弁１０が閉じる前に閉じられ、これによって吸気制御弁１５と吸気弁１０の間に正圧を保持する。吸気制御弁１５と吸気弁１０の間に保持された正圧は、排気行程において排気弁１１が閉じる前に吸気弁１０を開いて燃焼室５内の残留ガスを掃気するのに利用される。
【００１９】
図３は吸気行程途中で開かれる吸気制御弁１５の開期間、ＥＧＲ制御弁１８の開度を一定にし、吸気制御弁１５の開時期を変化（開期間をスライド）させたときの吸気通路内圧力、シリンダ３に導入されるＥＧＲ量の変化を示したものであり、図中ａ、ｂ、ｃの順に吸気制御弁１５の開時期は遅くなる。これに示されるように、吸気制御弁１５の開時期を早めた方が、吸気通路７内に負圧が十分に発達しないうちに負圧が解放されることとなり、慣性慣性過給効果が弱まる。また、ＥＧＲ通路１７から吸気通路７へのＥＧＲガスの導入時間が短くなることから、シリンダ３内に導入されるＥＧＲ量の量は減少する。
【００２０】
一方、火花点火運転では、吸気制御弁１５を全開とし、吸気行程においては吸気通路７内の負圧を利用して新気とＥＧＲガスが同時にシリンダ３内に導入されるようにする。そして、吸気行程において燃料噴射弁２１から燃料を噴射し、新気と燃料噴霧を十分に混合した上で点火プラグ２２による火花点火により着火させる。ＥＧＲ制御弁１８の開度は、エンジンの運転状態に応じて設定され、エンジンの安定性を悪化させない限度でＥＧＲガスを導入し、燃焼温度を下げてＮＯｘの排出レベルを低減する。
【００２１】
また、慣性過給運転では、ＥＧＲ制御弁１８を閉じ、吸気制御弁１５を利用した慣性過給を行なう。具体的には、吸気行程途中まで吸気制御弁１５を閉じておき、吸気通路７内に大きな負圧を発生させる。そして、この発生した負圧を吸気弁１０が閉じる前に吸気制御弁１５を所定期間だけ開くことで解放し、吸気通路７内に吸気の脈動を発生させ、これによってシリンダ３内に大量の新気をパルス的に導入する。燃料は新気の導入に併せて噴射し、新気と十分に混合した上で点火プラグ２２による火花点火により着火させる。
【００２２】
図４はエンジンコントローラ３０が行なう運転モード切換え制御の内容を示したフローチャートであり、エンジンコントローラ３０において所定時間ごと、例えば、１０ｍｓｅｃごとに繰り返し実行される。
【００２３】
これを参照しながら運転モードの切り替え制御についてさらに説明すると、まず、ステップＳ１ではエンジンの回転速度、トルクを読み込む。エンジン回転速度としてはクランク角センサ３３で検出された値を用い、エンジントルクとしてはエンジンコントローラ３０の内部で演算される目標エンジントルクを用いる。なお、ここではエンジンの負荷を表す値としてエンジントルクを用いているが、アクセル操作量、燃料噴射量等を代わりに用いても構わない。
【００２４】
ステップＳ２では、図２に示した運転モード切換えマップを参照し、エンジンの運転点に応じて圧縮自己着火運転、火花点火運転、慣性過給運転を切り換える。エンジンの運転点が圧縮時自己着火運転領域にあるときはステップＳ３に進み、火花点火運転領域にあるときはステップＳ５に進み、慣性過給運転領域にあるときはステップＳ７に進む。
【００２５】
エンジンの運転点が圧縮自己着火運転領域にあるとして進んだステップＳ３では、ＥＧＲ制御弁１８の開度、吸気制御弁１５の開時期を設定する。圧縮自己着火運転を行なう場合、同一エンジン負荷では、エンジンの回転速度が高くなるほど着火性が悪化するので、ＥＧＲガスの導入量を増やして温度上昇を図り、また新気の導入を遅らせて新気とＥＧＲガスの混合を不均一とし、混合気の着火性を向上させる必要がある。また、同一エンジン回転速度では、エンジンの負荷が高くなるほど必要とされる空気量が増大するため慣性過給効果を高めて過給量を増やす必要があり、逆に、エンジンの負荷が低くなるほど過給量を減らして空燃比が大きくなりすぎることによる着火性の悪化を防止する必要がある。
【００２６】
説明のため、図５に示すように圧縮自己着火運転領域に丸１〜４で示す運転点を設定し、これを用いて圧縮自己着火運転時の制御についてさらに説明すると、運転点が丸４から丸２、あるいは丸３から丸１に変化するときは、エンジントルクは略一定であるがエンジン回転速度が増大する。このとき、ＥＧＲ制御弁１８の開度、吸気制御弁１５の開弁時期は、図６、図７に示すように設定される。図中の１〜４の丸印はそれぞれ図５中に示した４つの運転点に対応する。つまり、エンジントルクは略一定のままエンジン回転速度が増大する場合は、ＥＧＲ制御弁開度１８の開度は略そのままで吸気制御弁１５の開弁時期のみを遅らせるようにし、ＥＧＲガスの導入時間を稼いでＥＧＲガス量を増やすようにする。また、吸気制御弁１５の開弁時期を遅らせることによってＥＧＲガスと新気との混合に供される時間も短くなり、燃焼室内のＥＧＲガスと新気の混合が進まず高温のＥＧＲガスが集まって存在するように、これによっても着火性を向上させる。
【００２７】
また、運転点が丸３から丸４、あるいは丸１から丸２に変化するときは、エンジン回転速度は略一定であるがエンジン負荷が増大する。このとき、ＥＧＲ制御弁１８の開度、吸気制御弁１５の開弁時期は、図６、図７に示すように、吸気制御弁１５の開時期は略そのままにＥＧＲ制御弁１８の開度のみを減少させることでシリンダ３内に導入されるＥＧＲガスの量を減少させる。ＥＧＲガスの導入に起因するシリンダ３内の負圧の低下分が小さくなり、吸気制御弁１５が開かれるまで吸気通路７内に大きな負圧を保つことができるので、吸気制御弁１５が開かれたときの吸気脈動が大きくなり、過給量を増大させて噴射される燃料の増大に対応する。
【００２８】
また、運転点が低負荷側かつ高回転側に移動するほど着火性が悪化するので（例えば、運転点が図５の丸４から丸１に変更された場合）、運転点が低負荷側かつ高回転側に移動するほど、ＥＧＲ制御弁１８の開度を増大させるとともに、吸気制御弁１５の開時期を遅らせる。これによって、シリンダ３内に導入されるＥＧＲガス量を増大させて燃焼室５内の温度を高くするとともに、新気とＥＧＲガスの混合時間を短くして燃焼室５内の混合気を不均一とし、これによって混合気の着火性を高めて圧縮自己着火運転を維持する。なお、ＥＧＲ制御弁１８の開度の増大、吸気制御弁１５の開時期の遅延のいずれかを行なえば着火性を向上させることができるので、いずれか一方のみを行うようにしても良い。
【００２９】
以上のようにしてＥＧＲ制御弁１８の開度、吸気制御弁１５の開時期を設定したらステップＳ４に進み、燃料噴射時期と燃料噴射量を設定する。燃料噴射時期は吸気制御弁１５が開かれてシリンダ３内に新気が導入するのに合わせて燃料が噴射されるように設定され、燃料噴射量はエンジンの負荷、ここでは目標エンジントルクに応じて設定される。
【００３０】
一方、火花点火運転を行なうとして進んだステップＳ５では、吸気制御弁１５を全開とし、ＥＧＲ制御弁１８の開度をエンジンの運転状態に応じて所定の開度に設定し、エンジンの燃焼安定性を悪化させない範囲でＥＧＲガスをシリンダ３内に導入し、ＮＯｘの排出レベルを低減する。これにより、吸気行程においては、吸気通路７の上流から新気が導入されるとともにＥＧＲ通路１７からＥＧＲガスが導入され、新気とＥＧＲガスは混合されながらシリンダ３内に導入される。この結果、新気とＥＧＲガスの混合が十分に進み、燃焼室５内の混合気が不均一になることによる燃焼安定性の悪化が防止される。
【００３１】
ステップＳ６では、燃料噴射時期を吸気行程に設定し、燃料噴射量をエンジン負荷、ここでは目標エンジントルクに応じて設定する。燃料噴射時期を吸気行程に設定することで、新気、ＥＧＲガスと燃料噴霧との混合時間を十分に確保する。
【００３２】
また、慣性過給運転を行なうとして進んだステップＳ７では、ＥＧＲ制御弁１８を閉じ、吸気制御弁１５の開時期を吸気行程の途中に設定する。吸気行程が始まってもしばらくは吸気制御弁１５を閉じておくことで吸気通路７内に負圧を発生させ、吸気行程途中で吸気制御弁１５を開いて吸気通路７内に吸気の脈動を発生させ、これによってシリンダ３内に大量の空気を導入する慣性過給を行なう。
【００３３】
また、ステップＳ８では、燃料の時期を吸気制御弁１５が開かれてシリンダ３内に新気が導入される時期に設定し、新気と燃料噴霧の混合時間を確保して燃料と新気とが十分に混合されるようにする。燃料噴射量をエンジンの負荷、ここでは目標エンジントルクに応じて設定するようにする。
【００３４】
このように、本発明に係る圧縮自己着火エンジンでは、吸気通路７の途中であって吸気弁１０の上流に設けられた吸気制御弁１５と、吸気制御弁１５と吸気弁１０の間の所定位置と排気通路８の所定位置とを連通する排気ガス還流通路（ＥＧＲ通路）１７とを備える。そして、圧縮自己着火運転では、吸気行程途中まで吸気制御弁１５を閉じておいてＥＧＲ通路１７からシリンダ３内に排気ガス（ＥＧＲガス）を導入し、吸気行程途中かつ吸気弁１０が閉じるまでの間に吸気制御弁１５を開いて吸気通路７内に吸気脈動を起こし、これによって慣性過給を行なうようにする。また、火花点火運転では、吸気制御弁１５を開いたままとし、排気ガスと新気を同時にシリンダ３内に導入する。
【００３５】
これにより、吸気制御弁１５が開かれるまではＥＧＲガスのみがシリンダ３内に導入され、吸気制御弁１５が開かれてからは新気のみがシリンダ３内に導入される。両者の導入時期を明確に分けることができるので、両者が完全に混合するのを防止し、両者が完全に混合してしまうことによる急激な燃焼、これによる燃焼騒音を防止することができる。その一方で、火花点火運転を行なう場合には、ＥＧＲガスと新気とが同時にシリンダ内に導入され、両者が十分に混合された上で燃焼が行なわれるので、火花点火運転時における燃焼安定性を確保することもできる。また、このような切り換えはサイクル毎に行なうことができるので、運転条件が急激に変化した場合であっても運転性を損なうことがない。
【００３６】
また、圧縮自己着火運転時と火花点火運転時とでは必要とされるＥＧＲ量が異なり、また、同じ圧縮自己着火運転用域内での運転であってもエンジンの運転点に応じて必要とされるＥＧＲ量が異なる。そこで、開度を任意に調節可能なＥＧＲ制御弁１８をＥＧＲ通路１７の途中に設け、このＥＧＲ制御弁１８の開度を調節することによってシリンダ内に導入されるＥＧＲ量を調節するようにすれば、かかる要求ＥＧＲ量の変化に柔軟に対応することができる。
【００３７】
また、圧縮自己着火運転時、エンジンの運転点が低負荷側かつ高回転側に変更されたときは着火性が悪化するが、本発明によれば、ＥＧＲ制御弁１８の開度を増大させ、吸気制御弁１５の開時期を遅らせるので、シリンダ３内に導入されるＥＧＲガス量を増大させて燃焼室５内の温度を高くするとともに、新気とＥＧＲガスの混合時間を短くして燃焼室５内の混合気を不均一とし、これによって混合気の着火性が高められる。これにより、エンジンの運転点が低負荷側かつ高回転側に変更されたときであっても圧縮自己着火運転を維持することができる。
【００３８】
また、エンジン負荷同一では、エンジン回転速度が高いほど吸気制御弁１５の開時期を遅く設定するようにする。エンジン回転速度が高いほど混合気の着火性が悪化するが、吸気制御弁１５の開時期を遅く設定することにより、ＥＧＲガスの導入時間が長くなってＥＧＲ量を増大させて燃焼室５内の温度を高めることができ、これに加え、ＥＧＲガスと新気の混合時間が短くなるので燃焼室５内の混合気を不均一とし、着火性を向上させることができる。
【００３９】
また、エンジン回転速度同一では、エンジン負荷が大きいほど供給される燃料量も増大するので、ＥＧＲ制御弁１８の開度を小さくしてＥＧＲ量を減らすともに吸気通路７内に発達する負圧を増大させ、吸気制御弁１５を開いたときに発生する吸気脈動を大きくし、過給量を増大させるようにする。これにより、燃料量と空気量をバランスさせ、空燃比が濃くなりすぎる、あるいは薄くなりすぎることによって燃焼が不安定になるのを防止することができる。
【００４０】
続いて第２の実施形態について説明する。
【００４１】
第２の実施形態の構成は第１の実施形態と略同じであるが、ＥＧＲ制御弁１８が開度を任意に調節可能な弁ではなく、開位置と閉位置のみを切り換えることができる切換え弁になっている点が相違する。また、この構成上の相違により、第１の実施形態のようにＥＧＲ制御弁１８の開度を調節することでＥＧＲ量を調節することができないので、第２の実施形態ではＥＧＲ制御弁の開期間（開いている時間）を調節することでＥＧＲ量を調節する。
【００４２】
図８はエンジンコントローラ３０が行なう運転モード切換え制御の内容を示したフローチャートであり、エンジンコントローラ３０において所定時間ごと、例えば、１０ｍｓｅｃごとに繰り返し実行される。
【００４３】
図４に示した第１の実施形態のものと異なる点のみを説明すると、エンジンの運転点が圧縮自己着火運転領域にあるとして進んだステップＳ３では、ＥＧＲ制御弁１８の開時期に代えてＥＧＲ制御弁１８の開期間を設定する。
【００４４】
ここで、同一エンジン負荷では、エンジンの回転速度が高くなるほど着火性が悪化するので、ＥＧＲガスの導入量を増やして温度上昇を図り、新気の導入時期を遅らせて新気とＥＧＲガスの混合を不均一にして、着火性を改善する必要があり、また、同一エンジン回転速度では、エンジンの負荷が高くなるほど必要とされる空気量が増大するため慣性過給効果を高めて過給量を増やす必要がある点、また、エンジンの運転点が低負荷側かつ高回転側に移動するほと着火性が悪化するので、ＥＧＲ量を増大させ、ＥＧＲガスと新気の混合を不均一の度合いを高める必要がある点は、第１の実施形態の場合と同じである。このため、この第２の実施形態においても、エンジンの運転点が同じ圧縮着火運転領域内にあってもエンジンの負荷、回転速度に応じてＥＧＲ制御弁１８の開期間、吸気制御弁１５の開時期を変更し、運転条件に応じて最適なＥＧＲ量、過給量、混合度合いが得られるようにする。
【００４５】
各運転点において必要とされるＥＧＲ量、過給量は第１の実施形態の場合と同じであり、図５に示したように圧縮自己着火運転領域内に丸１〜丸４で示す４つの運転点を設定した場合、必要とされるＥＧＲ量、過給量の特性は図９、図１０に示すようになり、ＥＧＲ制御弁１８の開期間、吸気制御弁１５の開時期はこれを実現できるように設定される。ＥＧＲ制御弁１８の開期間を長くした方がシリンダ３内に導入されるＥＧＲ量が減少し、また、これによってシリンダ３内、吸気通路７内の負圧が減少することから、その後に吸気制御弁１５を開いたときに発生する吸気脈動が小さくなって過給量も少なくなる。そのため、第１の実施形態においてＥＧＲ制御弁１８の開度を増大あるいは減少させることが、第２の実施形態においてＥＧＲ制御弁１８の開期間を長くすること短くすることに対応する。
【００４６】
したがって、第２の実施形態では、エンジン回転速度同一では、エンジン負荷が大きいほどＥＧＲ制御弁１８の開期間を短くしてＥＧＲガスの導入量を減らすとともに過給量を増大させ、これによって燃料の増量に対応し（丸３から丸４、丸１から丸２）、エンジン負荷同一では、エンジン回転速度が高いほど吸気制御弁１５の開時期を遅くして（丸４から丸２、丸３から丸１）、新気とＥＧＲガスの混合時間を短くし、両者の混合を不均一として混合気の着火性を高める。
【００４７】
また、運転点が低負荷側かつ高回転側に移動するほど着火性が悪化するので（例えば図５の丸４から丸１）、運転点が低負荷側かつ高回転側に移動するほどＥＧＲ制御弁１８の開期間を長くし、かつ吸気制御弁１５の開弁時期を遅らせ、シリンダ３内に導入されるＥＧＲガス量を増大させて燃焼室内の温度を高めるとともに新気とＥＧＲガスの混合時間を短くして燃焼室５内の混合気を不均一とし、これによって混合気の着火性を高めるようにする。なお、ＥＧＲ制御弁１８の開期間の増大、吸気制御弁１５の開時期の遅延のいずれかを行なえば着火性を向上させることができるので、いずれか一方のみを行うようにしても良い。
【００４８】
また、このようにＥＧＲ制御弁１８の開期間を設定したら、図１１に示すように吸気制御弁１５の開時期とＥＧＲ制御弁１８の閉時期を略一致させ、吸気制御弁１５が開かれる直前にＥＧＲ制御弁１８が閉じられるようにＥＧＲ制御弁１８の開時期、閉時期を設定する。これにより、ＥＧＲガスがシリンダ３内に導入される時期をできるだけ遅らせ、ＥＧＲガスがシリンダ３内で拡散するのを抑制することができ、比較的高負荷側でもＥＧＲガスとシリンダ３内に導入される新気とが完全に混合されることがなくなり、両者が完全に混合してしまうことによって生じる急激な燃焼を回避することができる。
【００４９】
その他、この第２の実施形態では火花点火運転を行なうときのＥＧＲ制御弁１８の制御が異なる。つまり、図８においてエンジンの運転点が火花点火運転領域にあるとして進んだステップＳ５では、シリンダ３内に導入されるＥＧＲ量の調節をＥＧＲ制御弁１８の開度ではなく、開期間を調節することによって行なう。必要とされるＥＧＲ量が増大するときはＥＧＲ制御弁１８の開期間を長くすれば良い。
【００５０】
このように、ＥＧＲ制御弁１８として開位置と閉位置とを切換え可能な弁を備える場合であっても、開度を調節する変わりにその開期間を調整することによって第１の実施形態とほぼ同様の制御が可能である。また、ＥＧＲ制御弁１８の閉時期を吸気制御弁１５の開時期の直前に設定すれば、ＥＧＲガスがシリンダ３内に拡散するのを抑制し、ＥＧＲガスと新気の混合が進むことによって生じる急激な燃焼を回避することができる。
【００５１】
なお、第１の実施形態と同じように開度を任意の開度に調整可能なＥＧＲ制御弁１８を備えた構成であっても、この実施形態のように開期間を調節することによってＥＧＲ量を調整することが可能である。したがって、第１の実施形態と同じ構成においてＥＧＲ制御弁１８の開期間を調節することでＥＧＲ量を調節する、あるいは、ＥＧＲ制御弁１８の開度と開期間の両方を調整してＥＧＲ量を調整するようにしても良い。
【００５２】
続いて第３の実施形態について説明する。
【００５３】
第３の実施形態の構成は、第１の実施形態のものと略同じであるが、図１２に示すように、エンジンが、１シリンダにつき２つの吸気弁１０ａ、１０ｂを２つ有しており、吸気通路７がこれに対応して二股に分岐している２バルブ式のエンジンである。また、分岐する吸気通路をそれぞれ吸気通路７ａ、７ｂとすると、一方の吸気通路７ａにはシリンダ３内にスワールを発生させるのに用いられるスワール制御弁１９が設けられている。スワール制御弁１９は吸気弁１０ａの上流側であって、吸気通路７に接続するＥＧＲ通路１７の吸気通路側開口１７ａや吸気制御弁１５よりも下流側に設けられ、エンジンコントローラ３０によって開閉制御される。
【００５４】
この構成においては、スワール制御弁１９を閉じれば、シリンダ３内を旋回するスワール流が発生し、シリンダ３内に順に導入されるＥＧＲガスと新気がシリンダ３内で成層化され、両者の混合がより不均一となる。また、スワール制御弁１９を閉じれば、吸気通路７ａ、７ｂの両方からシリンダ３内にＥＧＲガス、新気が導入されるので、シリンダ３内に縦のタンブル流が発生し、スワール流を発生させた場合よりも両者の混合が進む。圧縮自己着火運転時、スワール制御弁１９は要求されるＥＧＲガスと新気の混合度合いに応じて開閉制御され、一方、火花点火運転時や慣性過給運転時は、スワール制御弁１９は常に開かれたままとされ、吸気制御弁７ａ、７ｂの両方から新気、ＥＧＲガスを導入して、両者の混合を促進する。
【００５５】
図１３はエンジンコントローラ３０が行なう運転モード切換え制御の内容を示したフローチャートであり、エンジンコントローラ３０において所定時間ごと、例えば、１０ｍｓｅｃごとに繰り返し実行される。
【００５６】
図４に示した第１の実施形態のものと異なる点のみを説明すると、エンジンの運転点が圧縮自己着火運転領域にあるとして進んだステップＳ１０では、エンジンの運転点に応じてスワール制御弁１９を閉じるか開くかを設定する。エンジンの運転点が、ＥＧＲガスと新気の混合が不十分であることが要求される領域、例えば、圧縮自己着火運転領域の中でも特に着火性が悪化する低負荷側かつ高負荷側の所定の領域（図５の丸１の近傍の領域）にあるときは、スワール制御弁１９を閉じることでＥＧＲガスと新気の成層化を行い、両者が混合するのを抑制して高温のＥＧＲガスが集中して存在するようにし、混合気の着火性を高める。それ以外の領域では、スワール制御弁１９を開いて吸気通路７ａ、７ｂの両方からＥＧＲガス、新気を導入することで、両者の混合の不均一の度合いを緩和し、高温のＥＧＲガスが局所的に集中して存在することによる急激な燃焼を抑える。
【００５７】
このように、第３の実施形態では、スワール制御弁１９を利用してＥＧＲガスと新気の成層化を実現し、エンジンの運転点が着火性の悪化する所定の運転領域（圧縮自己着火運転領域内の低負荷側かつ高回転側領域）にあるときに、ＥＧＲガスと新気の混合をさらに抑え、着火性を向上させることができる。
【００５８】
なお、この第３の実施形態は第１の実施形態を吸気側が２バルブ式のエンジンとし、これにスワール制御弁１９を追加した構成として説明したが、第２の実施形態の構成を同様の２バルブ式のエンジンとし、これにスワール制御弁１９を追加し、上記制御と同様の制御を行なってもよい。また、ここでは、圧縮自己着火運転領域の中でも低負荷側かつ高回転側の所定の領域においてのみスワール制御弁１９を閉じているが、着火性が低い場合はスワール制御弁１９を閉じる領域を高負荷側あるいは低回転側に拡大しても良い。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明は、ＥＧＲガスを利用して燃焼室内の温度を高め、圧縮自己着火運転を行なうエンジンに広く適用でき、圧縮自己着火運転、火花点火運転ともに安定した燃焼を行なわせるのに有用である。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明に係る圧縮自己着火エンジンの概略構成図である。
【図２】エンジンの運転モード切換えマップである。
【図３】吸気制御弁開期間の設定時期と吸気通路内圧力、ＥＧＲ量の関係を説明するための図である。
【図４】エンジンコントローラが行なう運転モード切換え制御の内容を示したフローチャートである。
【図５】圧縮自己着火運転領域内における運転点を説明するための図である。
【図６】吸気制御弁開時期、ＥＧＲ制御弁開度に対するＥＧＲ量の関係を示したマップである。
【図７】吸気制御弁開時期、ＥＧＲ制御弁開度に対する過給量の関係を示したマップである。
【図８】エンジンコントローラが行なう運転モード切換え制御の内容を示したフローチャートである（第２の実施形態）。
【図９】吸気制御弁開時期、ＥＧＲ制御弁開期間に対するＥＧＲ量の関係を示したマップである。
【図１０】吸気制御弁開時期、ＥＧＲ制御弁開期間に対する過給量の関係を示したマップである。
【図１１】ＥＧＲ制御弁の開期間からＥＧＲ制御弁の開閉時期を設定する方法を説明するための図である。
【図１２】第３の実施形態におけるエンジン吸気側の概略構成図である。
【図１３】エンジンコントローラが行なう運転モード切換え制御の内容を示したフローチャートである（第３の実施形態）。
【符号の説明】
【００６１】
１    シリンダヘッド
２    シリンダブロック
３    シリンダ
４    ピストン
５    燃焼室
７    吸気通路
８    排気通路
１０  吸気弁
１５  吸気制御弁
１７  排気ガス還流通路
１８  ＥＧＲ制御弁
１９  スワール制御弁
２１  燃料噴射弁
２２  点火プラグ
３０  エンジンコントローラ
３３  クランク角センサ
３４  アクセル操作量センサ
【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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【図１３】
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