(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
火花点火燃焼と予混合圧縮着火燃焼とを切り替え可能な予混合圧縮着火機関において、
一端が燃焼室に連通する、第１分岐吸気通路及び第２分岐吸気通路と、
前記第１分岐吸気通路及び前記第２分岐吸気通路のそれぞれの他端と連通する１つの共通吸気通路と、
前記共通吸気通路に設けられ、空気と燃料とを混合して混合気を生成する燃料供給装置と、
前記共通吸気通路と前記第１分岐吸気通路または前記第２分岐吸気通路のうちの少なくとも一方とを連通させるように作動する切替手段と、
前記第１分岐吸気通路に設けられ、前記第１分岐吸気通路を流通する混合気の流量を制御する流量調整手段と、
火花点火燃焼と予混合圧縮着火燃焼との切り替え時に、前記切替手段を作動させる制御装置と
を備えることを特徴とする予混合圧縮着火機関。
【請求項２】
燃焼室に連通する第１分岐吸気通路及び第２分岐吸気通路と、前記第１分岐吸気通路または前記第２分岐吸気通路のうちの少なくとも一方に混合気が流通するように作動する切替弁と、前記第１分岐吸気通路に設けられたスロットルバルブとを備え、火花点火燃焼と予混合圧縮着火燃焼とを切り替え可能な予混合圧縮着火機関の吸気制御方法において、
火花点火燃焼から予混合圧縮着火燃焼への切り替え時には、前記切替弁は前記第２分岐吸気通路のみに前記混合気を流通させるように作動し、
予混合圧縮着火燃焼から火花点火燃焼への切り替え時には、前記スロットルバルブの開度を火花点火燃焼時における混合気量に見合った開度に調整し、前記スロットルバルブの開度の調整動作が終了した後に、前記切替弁は前記第１分岐吸気通路のみに前記混合気を流通させるように作動する
ことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、予混合圧縮着火機関及び予混合圧縮着火機関の吸気制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、高効率かつ低ＮＯｘ排出の予混合圧縮自着火（ＨＣＣＩ）機関が注目されている。予混合圧縮自着火（ＨＣＣＩ）燃焼は、火花点火（ＳＩ）燃焼と比較し、希薄な混合気での運転が可能であるため、熱効率の向上と、最高燃焼温度の抑制に有利である。一方で、着火時期の制御が難しく、内部ＥＧＲを利用した着火時期制御等提案されているが、安定した燃焼が行なえる運転領域は、未だ、限られている。そこで、運転領域に応じ、ＨＣＣＩ燃焼とＳＩ燃焼を切替え、運転する機関が提案されている。この様な機関の一例が、特許文献１に記載されている。ＨＣＣＩ燃焼とＳＩ燃焼では、燃焼室内にて必要とする混合気の量、ＥＧＲガス量、等諸条件が異なる。例えば、ＳＩ燃焼よりＨＣＣＩ燃焼への切換えを行なう場合、混合気及びＥＧＲガスよりなる燃焼室内ガス（以降、筒内ガスと呼称）について、筒内ガス量を増加させる必要がある。一方で、ＨＣＣＩ燃焼を安定して行なえる運転領域は、中回転中負荷から低回転低負荷側にある。よって、燃焼の切換えを行なうタイミングでは、吸気通路中のスロットルバルブは閉まり側にあり、スロットル弁下流より燃焼室手前の吸気ポートまでは、負圧となっている。このため、燃焼の切換時、スロットル弁の全開制御を行なっても、燃焼室に十分な混合気が供給されず、トルクが落ち込む形で、トルク段差が発生する。
この問題を解決するために、特許文献１では、過給機を備えた予混合圧縮着火機関において、ＳＩ燃焼からＨＣＣＩ燃焼への切り替え時に、過給機により燃焼室内の圧力及び温度を上昇させ、ＨＣＣＩ燃焼を行うための条件が整った後にＨＣＣＩ燃焼に切り替えることを提案している。
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１７６６８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１における予混合圧縮着火機関では過給機が必須要件となっているため、過給機のない予混合圧縮着火機関には適用できず、ＳＩ燃焼とＨＣＣＩ燃焼との切り替え時において生じる吸入混合気量の過不足については解決できないといった問題点があった。
【０００５】
この発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、過給機の有無に関係なく、火花点火燃焼と予混合圧縮着火燃焼との切り替え時において生じる吸入混合気量の過不足を解消できる予混合圧縮着火機関及びその吸気制御方法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】
【０００６】
火花点火燃焼と予混合圧縮着火燃焼とを切り替え可能な予混合圧縮着火機関において、一端が燃焼室に連通する、第１分岐吸気通路及び第２分岐吸気通路と、第１分岐吸気通路及び第２分岐吸気通路のそれぞれの他端と連通する１つの共通吸気通路と、共通吸気通路に設けられ、空気と燃料とを混合して混合気を生成する燃料供給装置と、共通吸気通路と第１分岐吸気通路または第２分岐吸気通路のうちの少なくとも一方とを連通させるように作動する切替手段と、第１分岐吸気通路に設けられ、第１分岐吸気通路を流通する混合気の流量を制御する流量調整手段と、火花点火燃焼と予混合圧縮着火燃焼との切り替え時に、切替手段を作動させる制御装置とを備えることを特徴とする。火花点火燃焼から予混合圧縮着火燃焼への切り替え時に、混合気が第２分岐吸気通路のみを流通するように切替手段を作動させることにより、混合気の流量を調整しないで燃焼室に混合気が供給されるので、燃焼室へ吸入される混合気量の不足が防止される。また、予混合圧縮着火燃焼から火花点火燃焼への切り替え時に、流量調整手段によって予め適切な混合気量に調整できる状態になっている第１分岐吸気通路のみに混合気が流通するように切替手段を作動させることにより、流量を調整した混合気が燃焼室に供給されるので、燃焼室へ吸入される混合気量の過量が防止される。
【０００７】
燃焼室に連通する第１分岐吸気通路及び第２分岐吸気通路と、第１分岐吸気通路または第２分岐吸気通路のうちの少なくとも一方に混合気が流通するように作動する切替弁と、第１分岐吸気通路に設けられたスロットルバルブとを備え、火花点火燃焼と予混合圧縮着火燃焼とを切り替え可能な予混合圧縮着火機関の吸気制御方法において、火花点火燃焼から予混合圧縮着火燃焼への切り替え時には、切替弁は第２分岐吸気通路のみに混合気を流通させるように作動し、予混合圧縮着火燃焼から火花点火燃焼への切り替え時には、スロットルバルブの開度を火花点火燃焼時における混合気量に見合った開度に調整し、スロットルバルブの開度の調整動作が終了した後に、切替弁は第１分岐吸気通路のみに混合気を流通させるように作動することを特徴とする。火花点火燃焼から予混合圧縮着火燃焼への切り替え時には、第２分岐吸気通路のみに混合気を流通させることにより、混合気の流量を調整しないで燃焼室に混合気が供給されるので、燃焼室へ吸入される混合気量の不足が防止される。また、予混合圧縮着火燃焼から火花点火燃焼への切り替え時には、スロットルバルブの開度を予め適切な開度に調整してある第１分岐吸気通路のみに混合気を流通させることにより、流量を調整した混合気が燃焼室に供給されるので、燃焼室へ吸入される混合気量の過量が防止される。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、一端が燃焼室に連通する、第１分岐吸気通路及び第２分岐吸気通路と、第１分岐吸気通路及び第２分岐吸気通路のそれぞれの他端と連通する１つの共通吸気通路と、空気と燃料とを混合して混合気を生成する燃料供給装置と、共通吸気通路と第１分岐吸気通路または第２分岐吸気通路のうちの少なくとも一方とを連通させるように作動する切替手段と、第１分岐吸気通路を流通する混合気の流量を制御する流量調整手段と、切替手段を作動させる制御装置とを備えることにより、火花点火燃焼から予混合圧縮着火燃焼への切り替え時には、第２分岐吸気通路のみに混合気を流通させることにより、混合気の流量を調整しないで燃焼室に混合気が供給されるので、燃焼室へ吸入される混合気量の不足を防止できる。また、予混合圧縮着火燃焼から火花点火燃焼への切り替え時には、流量調整手段によって予め適切な混合気量に調整できる状態になっている第１分岐吸気通路のみに混合気を流通させることにより、流量を調整した混合気が燃焼室に供給されるので、燃焼室へ吸入される混合気量の過量を防止できる。したがって、過給機の有無に関係なく、火花点火燃焼と予混合圧縮着火燃焼との切り替え時において生じる吸入混合気量の過不足を解消することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
この実施の形態に係る予混合圧縮着火機関として、ガスヒートポンプ（以下、ＧＨＰと称す）用ガスエンジンを例に説明する。図１に示されるように、この実施の形態に係るＧＨＰ用ガスエンジンは、シリンダ１と、シリンダ１の内部で上下に移動可能なピストン２と、シリンダ１の内部においてピストン２の上方にシリンダ１及びピストン２及びシリンダヘッド１ａにより区画形成される燃焼室３と、シリンダヘッド１ａ内に形成され燃焼室３に接続される２つの吸気ポート４，１４及び１つの排気ポート５と、吸気ポート４，１４及び排気ポート５のそれぞれと燃焼室３とを連通または遮断する吸気弁６，２５及び排気弁７と、シリンダヘッド１ａの上部から燃焼室３内へ貫通するように配置された点火プラグ２１とを備えている。吸気弁６，２５及び排気弁７を駆動する図示しない各カムシャフトには、各カムによる吸気弁２５及び排気弁７の作動期間とリフト量の両方を制御可能な公知の可変バルブ制御機構８，９が設けられている。燃焼室３に連通するように吸気通路１０が設けられ、吸気通路１０には、一端に吸気ポート４を有する第１分岐吸気通路１６と、一端に吸気ポート１４を有する第２分岐吸気通路１７と、第１分岐吸気通路１６及び第２分岐吸気通路１７のそれぞれの他端と連通する１つの共通吸気通路１９とを備えている。共通吸気通路１９には、共通吸気通路１９を流通する空気と燃料通路１５を流通する燃料の天然ガスとを混合して混合気を生成するための燃料供給装置であるミキサ１１が設けられている。なお、ミキサ１１に連通する燃料通路１５には燃料流量制御弁２２が設けられており、気体燃料である都市ガスの流量を制御し、スロットルバルブ１２と共に、混合気の空燃比を制御する。また、吸気通路１０には、共通吸気通路１９と、第１分岐吸気通路１６または第２分岐吸気通路１７のうちの少なくとも一方とを連通させるための切替手段である切替弁１８が設けられている。第１分岐吸気通路１６は、第１分岐吸気通路１６を流通する混合気の流量を調整するための流量調整手段であるスロットルバルブ１２と、スロットルバルブ１２の下流に設けられたサージタンク１３を含むインテークマニホールドが配置されている。第２分岐吸気通路１７は、サージタンク２３を含むインテークマニホールドを備えている。さらに、この実施の形態に係るＧＨＰ用ガスエンジンは、制御装置であるＥＣＵ２０を備え、可変バルブ制御機構８，９と、スロットルバルブ１２と、切替弁１８と、点火プラグ２１とがＥＣＵ２０に電気的に接続されている。
【００１０】
次に、この実施の形態に係る予混合圧縮着火機関の動作について説明する。
この実施の形態に係るＧＨＰ用ガスエンジンが始動すると、図１に示されるように、共通吸気通路１９を流通する空気と燃料通路１５を流通する天然ガスとがミキサ１１において混合されて混合気となる。ＧＨＰ用ガスエンジンの始動時には、切替弁１８は、共通吸気通路１９と第１分岐吸気通路１６とを連通するようになっており、混合気はスロットルバルブ１２で流量を調整された後、第１分岐吸気通路１６を流通してサージタンク１３を含むインテークマニホールドに流入し、吸気弁６が開いたときに、吸気ポート４を介して燃焼室３に吸入される。すなわち、第１分岐吸気通路１６のみを流通して燃焼室３内に吸入される。燃焼室３内に吸入された混合気は、ピストン２によって圧縮され、適当なタイミングで点火プラグ２１により着火されて燃焼する。燃焼後の排気ガスは、排気弁７が開いたときに、排気ポート５へ排出される。
【００１１】
通常、ＧＨＰ用ガスエンジンの始動時は、このような火花点火（ＳＩ）燃焼を行う。本実施形態の予混合圧縮着火（ＨＣＣＩ）燃焼では、着火時期制御を、後述する内部ＥＧＲも利用し、燃焼室３内のガス温を制御することにより行なう。このため、暖機が完了し、エンジン温度が安定するまでは、着火制御がエンジン温度の影響を大きく受けるため、ＨＣＣＩ燃焼が実質的に困難な運転条件下にある。また、図２に示されるようなＳＩ燃焼領域と予混合圧縮着火（ＨＣＣＩ）燃焼との関係を表すマップがＥＣＵ２０に組み込まれている。ＧＨＰ用ガスエンジンの始動時は通常、ＨＣＣＩ燃焼領域の条件とはなっていない、つまり、エンジン回転数やエンジントルクで表される運転状態がＨＣＣＩ燃焼に適していないため、ＥＣＵ２０はＳＩ燃焼領域にあると判定して、切替弁１８によって混合気が第１分岐吸気通路１６のみを流通するようにすると共に、適当なタイミングで点火プラグ２１を作動させる。その後、ＥＣＵ２０がガスエンジン回転数や目標トルク等の信号を受信し、ＨＣＣＩ燃焼領域にあると判定した場合には、ＥＣＵ２０はＨＣＣＩ燃焼運転に切り替える。なお、図２に示す本実施形態のマップでは、制御の都合上、ＨＣＣＩ燃焼領域とＳＩ燃焼領域の間に、遷移領域を設定している。遷移領域は、ＨＣＣＩ燃焼が可能な領域（ＨＣＣＩ燃焼可能領域）の内側にて、ＨＣＣＩ燃焼領域の外縁を囲むように設定される。遷移領域を設定する理由は後述する。また、ＨＣＣＩ燃焼が可能な領域は、ＨＣＣＩ燃焼を行なっても、過早着火やノッキングなどの不具合を生じず、適切な燃焼及び制御が可能な運転領域が設定される。このため、燃料の種類、可変バルブ制御機構の特性等、ＧＨＰ用ガスエンジンの前提となる条件毎に異なったものとなる。図２に示したものは、あくまで、本実施形態における一例である。
【００１２】
次に、この実施の形態に係る予混合圧縮着火機関において、ＳＩ燃焼からＨＣＣＩ燃焼へ切り替える手順を、図３のフローチャートに基づいて説明する。
ＧＨＰ用ガスエンジンがＳＩ燃焼を行っている場合、定期的に、ＧＨＰ用ガスエンジンの運転領域と運転条件とに基づき、ＨＣＣＩ燃焼が可能かどうか判定を行い、ＨＣＣＩ燃焼が可能の場合には、ＨＣＣＩ燃焼への切替えを行なう。この処理が開始されると、まず、ＧＨＰ用ガスエンジンの暖機が終了し、ＨＣＣＩ燃焼が可能な状態となっているかどうか判定を行う（ステップＳ１）。具体的には、図示しない検出手段により、ＧＨＰ用ガスエンジンの水温及び油温を検出し、水温または油温のどちらかが、予め設定された閾値を下回る場合には、ＨＣＣＩ燃焼に不適として、この処理を終了させる。一方、ＧＨＰ用ガスエンジンの水温及び油温の両方が閾値を上回る場合には、ＨＣＣＩ燃焼が可能な状態として、運転領域の判定を行なう。具体的には、ＥＣＵ２０は、運転状態が図２に示されるマップに基づいてＨＣＣＩ燃焼領域か否かを判定する（ステップＳ２）。ＨＣＣＩ燃焼領域でないと判定された場合には、この処理を終了させる。一方、ＨＣＣＩ燃焼領域であると判定された場合には、ＥＣＵ２０は切替弁１８を作動させて、共通吸気通路１９と第２分岐吸気通路１７とを連通することにより、混合気が第２分岐吸気通路１７のみを流通するようにする（ステップＳ３）。これと同時に、ＥＣＵ２０は、可変バルブ制御機構８，９を制御して、吸気弁６の開閉を停止すると共に、吸気弁２５を開閉する制御に切り替え、排気弁７の閉時期を上死点よりも早くすると共に吸気弁２５の開時期を上死点よりも遅くすることにより、いわゆる負のオーバーラップの制御を行う（ステップＳ４）。すなわち、排気弁７を排気工程の途中で閉じることにより排気ガスの一部を燃焼室３に残留させる（内部ＥＧＲ）。また、ＥＣＵ２０は、燃料流量制御弁２２の開度を低下するように制御して、混合気の空燃比をリーン側に変更する（ステップＳ５）。これは、ＨＣＣＩ燃焼はＳＩ燃焼と比較して熱効率が良いので、トルク段差が生じないようにするためである。以上で、切り替えの手順を終了する。尚、ＳＩ燃焼からＨＣＣＩ燃焼への切り替えにおいて、第１分岐吸気通路１６には混合気が流通しなくなるので、スロットルバルブ１２の開度を調整する必要がなくなる。切替弁１８の作動動作、スロットルバルブ１２の開閉動作、及び内部ＥＧＲの実施または停止の時間経過を、図４に示した。
【００１３】
内部ＥＧＲにより、燃焼室３内に吸入された混合気が、燃焼室３内に残留する高温の排気ガスと混合されるため、燃焼室３内のガス温が上昇する。このため、圧縮上死点付近での燃焼室３内の温度も高くなるので、圧縮自己着火が安定的に起こるようになる。
また、従来は、ＨＣＣＩ燃焼への切替え直後は、燃焼室３へ吸入される混合気が不足するおそれがあった。内部ＥＧＲのために負のオーバーラップを行なうことで、吸気行程において混合気を燃焼室に吸入可能な期間は変化し、実質的に可変バルブ制御機構で、燃焼室内に入る混合気量も制御することになる。ただし、ＨＣＣＩ燃焼では、ＳＩ燃焼と比較し筒内ガス量を増やす必要があるため、スロットルバルブ１２を全開とすることで、混合気が過度に不足することを補うこととしている。しかし、ＨＣＣＩ燃焼領域が低回転低負荷から中回転中負荷の領域にあり、燃焼の切替え前に、スロットルバルブ１２の開度が低いため、スロットルバルブ１２の下流側は大気圧以下（負圧）になっている。さらに、ＳＩ燃焼からＨＣＣＩ燃焼への切り替え時に混合気を第１分岐吸気通路１６に流通させたままでは、アクチュエータの特性に起因し、スロットルバルブ１２の開閉動作が遅いことにより、一時的に吸気ポート４内の大気圧以下（負圧）の状態が十分に解消されず、燃焼室３へ吸入される混合気量が不足するおそれがある。しかしながら、切替弁１８によって混合気が第２分岐吸気通路１７のみを流通することにより、スロットルバルブ１２によって流量を調整されない混合気が吸気ポート１４内を流通するので、吸気ポート１４内の負圧は速やかに解消され、燃焼室３へ吸入される混合気量の不足が防止される。これにより、トルクの低下が防止される。
【００１４】
このような手順でＳＩ燃焼からＨＣＣＩ燃焼に切り替わった後、運転条件がＨＣＣＩ燃焼領域にある場合にはＨＣＣＩ燃焼を継続する。ＨＣＣＩ燃焼領域内にて、運転状態が変動した場合は、可変バルブ制御機構８，９を制御し内部ＥＧＲ量を変更するか、あるいは燃料流量制御弁を開度を調整することにより、ＨＣＣＩ燃焼を安定的に継続することができる。運転条件がＨＣＣＩ燃焼領域でなくなった場合には、ＥＣＵ２０は、圧縮上死点またはその前後の適当なタイミングで点火プラグ２１を作動させるＳＩ燃焼に切り替える。より具体的には、運転状態が、ＨＣＣＩ燃焼可能領域内にて、遷移領域の内側より、遷移領域に移行した時点でＳＩ燃焼への切り替えを行なう。これは、運転状態がＨＣＣＩ燃焼可能領域の外側に移行した後に切り替えを行なうこととすると、制御が手遅れとなり、エンスト等不具合を生じるおそれがある。この様な不具合を回避するために、ＨＣＣＩ燃焼可能領域の内側にて、ＨＣＣＩ燃焼領域の外側に遷移領域を設定する。よって、遷移領域は、ＧＨＰ用ガスエンジンの運転状態がＨＣＣＩ燃焼領域からＳＩ燃焼領域へ移行する際に、遷移領域にあることが検出されずに移行することのないように、その幅が設定される。
【００１５】
次に、この実施の形態に係る予混合圧縮着火機関において、ＨＣＣＩ燃焼からＳＩ燃焼へ切り替える手順を、図５のフローチャートに基づいて説明する。
ＧＨＰ用ガスエンジンがＨＣＣＩ燃焼を行っている場合、ＥＣＵ２０は、定期的に、運転領域と運転条件とに基づきＳＩ燃焼に移行すべきかどうか判定を行い、運転状態が遷移領域に移行し、ＳＩ燃焼に移行する可能性が高い場合には、ＳＩ燃焼への切替えを行なう。この処理が開始されると、運転条件が図２に示されるマップに基づいて遷移領域か否かを判定する（ステップＳ１１）。遷移領域でないと判定された場合には、ＨＣＣＩ燃焼を継続することとし、この処理を終了させる。一方、遷移領域にあると判定された場合には、ＥＣＵ２０は、スロットルバルブ１２の開度を、ＳＩ燃焼時における混合気量に見合った開度に調整する。すなわち、スロットルバルブ１２によって、予め混合気が適切な流量に調整される状態にする。（ステップＳ１２）。また、燃料流量制御弁２２の開度を増加するように制御し、空燃比をＳＩ燃焼に適するようにリッチ側に変更する（ステップＳ１３）。スロットルバルブ１２の開度の調整動作及び空燃比の変更が終了したら、ＥＣＵ２０は切替弁１８を作動させて、共通吸気通路１９と第１分岐吸気通路１６とを連通することにより、混合気が第１分岐吸気通路１６のみを流通するようにする（ステップＳ１４）。ＥＣＵ２０は、切替弁１８の作動と同時に、可変バルブ制御機構８，９を制御して、吸気弁２５の開閉を停止すると共に、吸気弁６を開閉する制御へ切り替えることにより、負のオーバーラップを解除する。すなわち、内部ＥＧＲを停止する（ステップＳ１５）。以上で、切り替えの手順を終了する。その後、ＳＩ燃焼中に、ＧＨＰ用ガスエンジンの出力が上昇すると必要な混合気量が増加するが、この場合には、必要に応じて、ＥＣＵ２０は切替弁１８を作動させて、共通吸気通路１９と第１分岐吸気通路１６及び第２分岐吸気通路１７の両方とを連通することにより、混合気が第１分岐吸気通路１６及び第２分岐吸気通路１７の両方を流通するようにする。切替弁１８の作動動作、スロットルバルブ１２の開閉動作、及び内部ＥＧＲの実施または停止の時間経過を、図６に示した。
【００１６】
混合気が第２分岐吸気通路１７を流通する状態のままＳＩ燃焼へ切り替わると、内部ＥＧＲの停止により、吸気ポート１４内と燃焼室３内との差圧が大きくなるため、一時的にＳＩ燃焼に必要な混合気量以上の混合気が燃焼室３内へ吸入されてしまい、増加側でトルク段差が生じるおそれがある。しかしながら、スロットルバルブ１２の開度を、ＳＩ燃焼時における混合気量に見合った開度に調整した後に切替弁１８を作動することにより、スロットルバルブ１２によって予め混合気が適切な流量に調整される状態にした後に、内部ＥＧＲを停止して、混合気が第１分岐吸気通路１６に流通するようになるので、燃焼室３内へ吸入される混合気量の一時的な過量が防止され、異常燃焼、すなわちトルクの上昇が防止される。
【００１７】
このように、一端が燃焼室３に連通する、第１分岐吸気通路１６及び第２分岐吸気通路１７と、第１分岐吸気通路１６及び第２分岐吸気通路１７それぞれの他端と連通する１つの共通吸気通路１９と、空気と燃料とを混合して混合気を生成するミキサ１１と、共通吸気通路１９と第１分岐吸気通路１６または第２分岐吸気通路１７のうちの少なくとも一方とを連通するように切り替えるための切替弁１８と、第１分岐吸気通路１６を流通する混合気の流量を調整するためのスロットルバルブ１２と、切替弁１８を作動させるＥＣＵ２０とを設け、火花点火燃焼から予混合圧縮着火燃焼への切り替え時には、ＥＣＵ２０が切替弁１８を作動させて混合気が第２分岐吸気通路１７のみを流通するようにすることにより、混合気の流量を調整しないで燃焼室３に混合気が供給されるので、燃焼室３へ吸入される混合気量の不足を防止することができる。また、予混合圧縮着火燃焼から火花点火燃焼への切り替え時には、ＥＣＵ２０がスロットルバルブ１２の開度をＳＩ燃焼時における混合気量に見合った開度に調整した後に、ＥＣＵ２０が切替弁１８を作動させて混合気が第１分岐吸気通路１６のみを流通するようにすることにより、流量を調整した混合気が燃焼室３に供給されるので、燃焼室３へ吸入される混合気量の過量を防止することができる。したがって、火花点火燃焼と予混合圧縮着火燃焼との切り替え時において生じる吸入混合気量の過不足を解消することができる。
【００１８】
この実施の形態では、ＳＩ燃焼時又はＨＣＣＩ燃焼時に、可変バルブ制御機構８により、吸気弁６，２５の片側のみ駆動する構造を採用しているが、これは、必ずしも必須ではない。本発明では、第１分岐吸気通路１６と第２分岐吸気通路１７とを切替える構造のため、吸気弁６，２５が常に両方とも駆動される構造においても、本発明を実施することは可能である。ただし、混合気が供給されない側の吸気弁を停止させた場合は、フリクション低減等の観点で有利である。なお、ＨＣＣＩ燃焼時にはスロットルバルブ１２を用いずに、内部ＥＧＲ量の変更により運転を制御するため、吸気弁２５の開閉時期を変更する機能は、可変バルブ制御機構８に必要である。
また、この実施の形態では、燃料に都市ガスを使用したがこれに限定するものではない。天然ガス等、ガス燃料であればどのような燃料を用いてもよい。
また、この実施の形態では、予混合圧縮着火機関としてＧＨＰ用ガスエンジンを例にして説明したが、これに限定するものではない。軽油を燃料とするディーゼルエンジン、又は、ガソリンエンジンであってもよい。また、１つの気筒を有するエンジンであることに限定するものでもなく、直列４気筒エンジンやＶ型８気筒エンジン等、あらゆる形態のエンジンであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】この発明の実施の形態に係る予混合圧縮着火機関の構成を表す図である。
【図２】予混合圧縮着火燃焼領域と火花点火燃焼領域との関係を表すマップである。
【図３】この実施の形態に係る予混合圧縮着火機関において、火花点火燃焼から予混合圧縮着火燃焼へ切り替える手順を説明するフローチャートである。
【図４】この実施の形態に係る予混合圧縮着火機関において、火花点火燃焼から予混合圧縮着火燃焼への切り替え時における、切替弁の切り替え動作、スロットルバルブの開閉動作、及び内部ＥＧＲの実施または停止の時間経過を示す図である。
【図５】この実施の形態に係る予混合圧縮着火機関において、予混合圧縮着燃焼から火火花点火燃焼へ切り替える手順を説明するフローチャートである。
【図６】この実施の形態に係る予混合圧縮着火機関において、予混合圧縮着火燃焼から火花点火燃焼への切り替え時における、切替弁の切り替え動作、スロットルバルブの開閉動作、及び内部ＥＧＲの実施または停止の時間経過を示す図である。
【符号の説明】
【００２０】
３  燃焼室、１１  ミキサ（燃料供給装置）、１２  スロットルバルブ（流量調整手段）、１６  第１分岐吸気通路、１７  第２分岐吸気通路、１８  切替弁（切替手段）、１９  共通吸気通路、２０  ＥＣＵ（制御装置）。
【図１】
0004561685.tif 000002
【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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