(57)【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と、点火プラグとを備え、燃焼室のほぼ全域に比較的希薄な混合気を形成する第１の燃料噴射と、前記点火プラグの周囲に比較的濃い混合気を形成する第２の燃料噴射とを行い、濃い混合気を前記点火プラグによる火花点火とそれに引き続く火炎伝播で燃焼させ、当該燃焼に伴う燃焼室内圧力と温度の上昇によって希薄な混合気を圧縮自己着火燃焼させる自己着火式エンジンの制御装置において、
エンジン回転速度の上昇に伴い、全噴射量に対する前記第２の燃料噴射の噴射量割合を増加させると共に、前記火花点火の時期を進角させることを特徴とする自己着火式エンジンの制御装置。
【請求項２】
燃焼室内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁と、点火プラグとを備え、燃焼室のほぼ全域に比較的希薄な混合気を形成する第１の燃料噴射と、前記点火プラグの周囲に比較的濃い混合気を形成する第２の燃料噴射とを行い、濃い混合気を前記点火プラグによる火花点火とそれに引き続く火炎伝播で燃焼させ、当該燃焼に伴う燃焼室内圧力と温度の上昇によって希薄な混合気を圧縮自己着火燃焼させる自己着火式エンジンの制御装置において、
エンジン回転速度の上昇に伴い、全噴射量に対する前記第２の燃料噴射の噴射量割合を増加させると共に、前記火花点火に引き続いて生じる火炎伝播燃焼の火炎伝播速度を増大させることを特徴とする自己着火式エンジンの制御装置。
【請求項３】
燃焼室内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁と、点火プラグとを備え、燃焼室のほぼ全域に比較的希薄な混合気を形成する第１の燃料噴射と、前記点火プラグの周囲に比較的濃い混合気を形成する第２の燃料噴射とを行い、濃い混合気を前記点火プラグによる火花点火とそれに引き続く火炎伝播で燃焼させ、当該燃焼に伴う燃焼室内圧力と温度の上昇によって希薄な混合気を圧縮自己着火燃焼させる自己着火式エンジンの制御装置において、
エンジン負荷の低下に伴い、全噴射量に対する前記第２の燃料噴射の噴射量割合を増加させると共に、前記火花点火の時期を進角させることを特徴とする自己着火式エンジンの制御装置。
【請求項４】
燃焼室内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁と、点火プラグとを備え、燃焼室のほぼ全域に比較的希薄な混合気を形成する第１の燃料噴射と、前記点火プラグの周囲に比較的濃い混合気を形成する第２の燃料噴射とを行い、濃い混合気を前記点火プラグによる火花点火とそれに引き続く火炎伝播で燃焼させ、当該燃焼に伴う燃焼室内圧力と温度の上昇によって希薄な混合気を圧縮自己着火燃焼させる自己着火式エンジンの制御装置において、
エンジン負荷の低下に伴い、全噴射量に対する前記第２の燃料噴射の噴射量割合を増加させると共に、前記火花点火に引き続いて生じる火炎伝播燃焼の火炎伝播速度を増大させることを特徴とする自己着火式エンジンの制御装置。
【請求項５】
エンジン回転速度の上昇に伴い、全噴射量に対する前記第２の燃料噴射の噴射量割合を増加させると共に、前記火花点火の時期を進角させることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の自己着火式エンジンの制御装置。
【請求項６】
エンジン回転速度の上昇に伴い、全噴射量に対する前記第２の燃料噴射の噴射量割合を増加させると共に、前記火花点火に引き続いて生じる火炎伝播燃焼の火炎伝播速度を増大させることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の自己着火式エンジンの制御装置。
【請求項７】
前記火花点火を行う時期における濃い混合気の空燃比を変化させることにより火炎伝播速度を変化させることを特徴とする請求項２または請求項４〜６のいずれか１つに記載の自己着火式エンジンの制御装置。
【請求項８】
燃焼室内のガス流動の強さを変化させることにより火炎伝播速度を変化させることを特徴とする請求項２または請求項４〜６のいずれか１つに記載の自己着火式エンジンの制御装置。
【請求項９】
前記点火プラグを１気筒につき複数個配置し、点火点数を変化させることにより火炎伝播速度を変化させることを特徴とする請求項２または請求項４〜６のいずれか１つに記載の自己着火式エンジンの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば自動車用ガソリンエンジンのような４サイクル型の自己着火式エンジンにおいて、圧縮自己着火燃焼のための２回の燃料噴射、及び点火により、所望の燃焼時期を得る自己着火式エンジンの制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
圧縮自己着火燃焼は、燃焼室の多点で燃焼が開始されるため燃焼速度が速く、通常の火花点火燃焼に比べてリーンな空燃比において安定燃焼が得られることから、燃料消費率の向上が可能である。また、リーンな空燃比により燃焼温度が低下することから、排気中のＮＯｘ排出量を大幅に低減できる。
【０００３】
しかしながら、従来の自己着火式エンジンでは、燃焼開始時期はピストンの圧縮による温度、圧力変化によって進行する燃料の予反応速度に支配されていた。このため、圧縮自己着火燃焼において、適切な着火時期が得られる運転条件は、ごく限られたエンジン回転速度、負荷範囲に限られ、それ以外の運転条件においてはノッキングあるいは不安定燃焼が発生し、またノッキングに至らない場合でも、急激な圧力上昇により過大な燃焼騒音が発生するという問題点があった。
【０００４】
このような問題点に対し、自己着火式エンジンの着火時期を任意に制御する方法として、特開平１０−１９６４２４号公報に示されるように、吸気通路内に噴射した燃料と吸入した空気とを混合し、シリンダ内に供給した混合気の一部に火花点火し、その燃焼により混合気全体の圧力、温度を上昇させ、残る混合気の圧縮自己着火を発生させる技術がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記特開平１０−１９６４２４号公報に示される自己着火式エンジンの方式によっても、圧縮自己着火燃焼運転領域は、吸気通路内で形成し、シリンダ内に供給した混合気が、上死点前では圧縮自己着火しない条件を満たすエンジン回転速度、負荷範囲に限られるという問題点があった。
【０００６】
すなわち、高回転時は、予反応時間が不足して圧縮自己着火燃焼が不安定となり、また、圧縮自己着火燃焼が行われる実時間が減少するので負荷も高くなって総発熱量が増大すると単位時間当たりの圧力上昇率が大きく増加し、ノッキングが発生しやすくなる。
一方、低負荷時は、混合気のリーン化に起因して圧縮自己着火燃焼が不安定となる。
【０００７】
本発明は、かかる問題点に鑑みたもので、エンジン運転状態に応じて燃焼時期を最適に制御して、ノッキング及び不安定燃焼を回避しつつ、圧縮自己着火燃焼運転領域を拡大することで、大幅な燃料消費率向上及びＮＯｘ排出量低減が可能な自己着火式エンジンの制御装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項１に係る発明は、
燃焼室内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁と、点火プラグとを備え、燃焼室のほぼ全域に比較的希薄な混合気を形成する第１の燃料噴射と、前記点火プラグの周囲に比較的濃い混合気を形成する第２の燃料噴射とを行い、濃い混合気を前記点火プラグによる火花点火とそれに引き続く火炎伝播で燃焼させ、当該燃焼に伴う燃焼室内圧力と温度の上昇によって希薄な混合気を圧縮自己着火燃焼させる自己着火式エンジンの制御装置において、
エンジン回転速度の上昇に伴い、全噴射量に対する前記第２の燃料噴射の噴射量割合を増加させると共に、前記火花点火の時期を進角させることを特徴とする。
【０００９】
請求項１に係る発明によると、
エンジン運転条件に応じて火花点火燃焼による発熱量と熱発生時期とを制御することにより、火花点火に引き続く圧縮自己着火燃焼を確実に行わせると共に、圧縮自己着火燃焼が行われるクランク角期間を適正にして、圧縮自己着火燃焼を安定させノッキングも回避することができ、これにより、圧縮自己着火燃焼運転領域が拡大され、燃費向上及びＮＯｘ排出量低減が可能となる。
【００１０】
特に、圧縮自己着火燃焼が不安定となる高回転時に全噴射量に対する前記第２の燃料噴射の噴射量割合を増加させることで、火花点火による発熱量を増加し、引き続く圧縮自己着火燃焼を確実に行わせることが可能となる。また、その際の火花点火燃焼期間の増加に対し、火花点火の時期を進角させることで、回転速度の上昇によらずほぼ一定の燃焼時期、すなわち、圧縮自己着火燃焼により急激な圧力上昇を引き起こすことなく、かつ、圧縮自己着火燃焼期間中にピストンが下降することによる不完全燃焼を生じない適切な燃焼時期において圧縮自己着火燃焼を行わせることができる。
【００１１】
その結果、ノッキング及び不安定な燃焼を防止しつつ、より、広い範囲の回転速度域において圧縮自己着火燃焼運転を行わせることができる。
また、請求項２に係る発明は、
上記同様の自己着火式エンジンの制御装置において、エンジン回転速度の上昇に伴い、全噴射量に対する前記第２の燃料噴射の噴射量割合を増加させると共に、前記火花点火に引き続いて生じる火炎伝播燃焼の火炎伝播速度を増大させることを特徴とする。
【００１２】
請求項２に係る発明によると、
前述の請求項１の効果に加え、火花点火による火炎伝播燃焼の燃焼速度を増大させることで、点火時期を進めることなく、適切な燃焼時期に圧縮自己着火燃焼を行わせることができる。このため、点火時期を進めた場合の火花点火燃焼部が高温に保たれる期間の増加におけるＮＯｘ生成量増加を防止し、該ＮＯｘ排出量低減効果より、ノッキング及び不安定燃焼を防止しつつ、より広い範囲の回転速度域において圧縮自己着火燃焼運転が可能となる。
【００１３】
また、請求項３に係る発明は、
上記同様の自己着火式エンジンの制御装置において、エンジン負荷の低下に伴い、全噴射量に対する前記第２の燃料噴射の噴射量割合を増加させると共に、前記火花点火の時期を進角させることを特徴とする。
請求項３に係る発明によると、
低負荷時は、混合気のリーン化に起因して圧縮自己着火燃焼が不安定となる傾向があるが、全噴射量に対する前記第２の燃料噴射の噴射量割合を増加させることで火花点火燃焼による発熱量を増加し、引き続く圧縮自己着火燃焼を確実に行わせることが可能となる。また、その際の火花点火燃焼期間の増加に対し、火花点火の時期を進角させることで、前述した高回転時と同様、圧縮自己着火燃焼により急激な圧力上昇を引き起こすことなく、かつ、不完全燃焼を生じない適切な燃焼時期において圧縮自己着火燃焼を行わせることができる。
【００１４】
また、請求項４に係る発明は、
上記同様の自己着火式エンジンの制御装置において、エンジン負荷の低下に伴い、全噴射量に対する前記第２の燃料噴射の噴射量割合を増加させると共に、前記火花点火に引き続いて生じる火炎伝播燃焼の火炎伝播速度を増大させることを特徴とする。
請求項４に係る発明によると、
前述の請求項３の効果に加え、火花点火による火炎伝播燃焼の燃焼速度を増大させることで、点火時期を進めることなく、適切な燃焼時期に圧縮自己着火燃焼を行わせることができる。このため、請求項２で説明したようにＮＯｘ排出量低減効果が高められることにより、ノッキング及び不安定燃焼を防止しつつ、圧縮自己着火燃焼運転が拡大する。
【００１５】
また、請求項７に係る発明は、
前記火花点火を行う時期における濃い混合気の空燃比を変化させることにより火炎伝播速度を変化させることを特徴とする。
請求項７に係る発明によると、
例えば、第２の燃料噴射の終了から点火までのクランク角間隔を短縮したり、噴射圧力を高めたりして、点火までの燃料噴霧の拡散期間を短縮させて火花点火に関わる混合気をリッチ化すれば、燃焼速度が増大する。
【００１６】
また、請求項８に係る発明は、燃焼室内のガス流動の強さを変化させることにより火炎伝播速度を変化させることを特徴とする。
請求項８に係る発明によると、点火時期において火花点火に関わる混合気の乱れを増大し、１段目の燃焼速度を増大させることができる。その結果、圧縮自己着火燃焼開始時期の制御が精度良く行われ、ノッキング及び安定性低下を防止しつつ、圧縮自己着火燃焼運転領域を拡大できる。
【００１７】
また、請求項９に係る発明は、
前記点火プラグを１気筒につき複数個配置し、点火点数を変化させることにより火炎伝播速度を変化させることを特徴とする。
請求項９に係る発明によると、複数の点火プラグにより点火を行うことで１段目の燃焼速度を増大させることができる。その結果、圧縮自己着火燃焼開始時期の制御が精度良く行われ、ノッキング及び安定性低下を防止しつつ、圧縮自己着火燃焼運転領域を拡大できる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下に本発明を自己着火式エンジンである４サイクル型の自動車用ガソリンエンジンに適用した実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明に係る自己着火式エンジンの第１実施形態の構成を示すシステム図である。
【００１９】
シリンダ１、シリンダヘッド２及びピストン３により画成される燃焼室４には、図示しないスロットル弁の制御を受けた空気が、吸気通路を構成する吸気マニフォルド５及び吸気ポート６より、吸気弁７の開時に吸入される。
シリンダヘッド２には、燃焼室４の上側の略中心部に位置させて、燃焼室４内に直接燃料を噴射するように燃料噴射弁８が取り付けられると共に、火花点火用の点火プラグ９が取り付けられている。
【００２０】
燃焼後の排気は、排気弁１０の開時に、排気通路を構成する排気ポート１１及び排気マニフォルド１２より排出される。また、筒内にＥＧＲガスを導入する手段として、排気マニフォルド１２より排気の一部を吸気マニフォルド５に還流するＥＧＲ通路１３が設けられ、このＥＧＲ通路１３にはＥＧＲ量（ＥＧＲ率）を調整可能なＥＧＲ制御弁１４が介装されている。
【００２１】
エンジン制御用の電子制御装置（エンジンコントロールユニット；以下ＥＣＵという）２０は、マイクロコンピュータを内蔵しており、これには、クランク角センサ（図示せず）からのクランク角信号（これによりエンジン回転速度Ｎを検出可能）、アクセル開度センサ（図示せず）からのアクセル開度信号（これによりエンジン負荷Ｔを検出可能）が入力され、更に、エアフローメータ（図示せず）からの吸入空気量信号、吸気温センサ（図示せず）からの吸気温度信号、排気温センサ（図示せず）からの排気温度信号等も入力されている。
【００２２】
ＥＣＵ２０は、これらの入力信号に基づいて、燃料噴射弁８、点火プラグ９、ＥＧＲ制御弁１４の作動を制御する。
特に、このエンジンでは、運転条件に応じた燃焼制御を行うため、ＥＣＵ２０は、運転条件に応じて火花点火燃焼と圧縮自己着火燃焼（火花点火圧縮自己着火燃焼）とのいずれの燃焼形態で運転を行うかを判断する燃焼形態判断部２１を備えると共に、その判定結果に従って燃焼パラメータを各燃焼形態にて最適となるように制御する燃料噴射量制御部２２、燃料噴射時期制御部２３、点火時期制御部２４、ＥＧＲ率制御部２５を備えている。但し、これらはマイクロコンピュータのプログラムとして実現される。
【００２３】
次に、本実施形態での燃焼制御について説明する。
前記構成のもと、本実施形態では、エンジン回転速度、負荷の運転条件に応じて、火花点火燃焼と圧縮自己着火燃焼とを切換可能となっており、図２に示すように、エンジン回転速度Ｎと負荷Ｔとによる特定の運転領域（低中回転・低中負荷領域）において圧縮自己着火燃焼を行い、それ以外の運転領域においては火花点火燃焼を行う。
【００２４】
圧縮自己着火燃焼においては、圧縮行程中の燃料噴射（第２の燃料噴射）と、該燃料噴射開始以前に終了する燃料噴射（第１の燃料噴射）とを含む１サイクル中に２回の燃料噴射を行い、２回目の燃料噴射（第２の燃料噴射）により生成される混合気に火花点火することで１段目の燃焼を行い、１段目の燃焼による燃焼室内の温度圧力上昇により周囲の混合気が圧縮自己着火することで２段目の燃焼を行う。
【００２５】
図３には圧縮自己着火燃焼時のクランク角度に対する筒内圧力の変化の例を示している。図中の１回目の筒内圧ピークが１段目の燃焼（火花点火燃焼）に対応し、２回目の筒内圧ピークが２段目の燃焼（圧縮自己着火燃焼）に対応する。
圧縮自己着火燃焼においては、図４に示すように、圧力上昇率とノッキング強度とには相関があり、圧力上昇率が大きくなるとノッキング強度が強くなることが明らかとなっている。尚、図中の圧力上昇率ｄＰ／ｄｔmaxは１サイクル中の最大圧力上昇率である。
【００２６】
また、図５に示すように、燃焼期間の増大に伴い、燃焼期間中にピストンが下降することにより燃焼が不完全となり、燃焼効率（投入した燃料の発熱量に対する、実際に燃焼した燃料の発熱量の比）が低下することが明らかとなっている。尚、図中の燃焼期間θ10−90は、燃焼室内に噴射された燃料の１０％が燃焼したクランク角度から同燃料の９０％が燃焼したクランク角度までの期間であり、燃焼期間を表す１パラメータである。
【００２７】
従って、燃焼効率を低下させないために一定クランク角以内で燃焼を完了させる場合に、燃焼が行われる実時間が減少し単位時間当たりの圧力上昇率が増加する高回転時、及び総発熱量が増加し単位時間当たりの圧力上昇率が増加する高負荷時ほど、ノッキングが起こり易く、圧縮自己着火運転領域の拡大を困難としている。
【００２８】
図６にはエンジン回転速度Ｎ及び負荷Ｔと燃焼時期θ50とに対する圧力上昇率ｄＰ／ｄｔmaxの関係を示している。θ50は燃焼室内に噴射された燃料の50％が燃焼したクランク角度であり、燃焼時期を表す１パラメータである。この図からわかるように、同じ回転速度あるいは同じ負荷であれば、燃焼時期を上死点から遅角するほど、圧力上昇率は低下する。これはピストンが下降する時に燃焼が行われるため、ピストン下降による圧力の低下によって燃焼時の圧力上昇率が抑えられるからである。
【００２９】
本実施形態においては、燃焼室内に噴射された燃料の５０％が燃焼したクランク角度で表す燃焼時期θ50を上死点後とし、図７に示すように、エンジン回転速度Ｎの上昇あるいは負荷Ｔによらずほぼ一定の燃焼時期となるよう、好ましくは低回転高負荷ほど遅らせるよう制御することで、ノッキングを防止する。その結果、圧縮自己着火燃焼運転領域の拡大が可能となる。
【００３０】
そのため、エンジンの運転条件に応じて、適切な燃焼時期（２段目の燃焼の開始時期）が得られるように、２回目の燃料噴射時期、１段目の燃焼を開始する点火時期、１回目の燃料噴射（第１の燃料噴射）と２回目の燃料噴射（第２の燃料噴射）との噴射量割合（全噴射量に対する２回目の噴射量割合）、ＥＧＲ率のうち、少なくとも１つを以下のように制御する。
【００３１】
図８にエンジン回転速度Ｎ及び負荷Ｔに対する２回目の燃料噴射量割合の特性を示す。この図のように全噴射量に対する２回目の燃料噴射量割合をエンジン回転速度上昇に伴い増加させることで、火花点火燃焼の発熱量を増加し、引き続く圧縮自己着火燃焼の回転速度上昇に伴う燃料の予反応時間の不足に起因する安定性低下を防止できる。また、全噴射量に対する２回目の燃料噴射量割合をエンジン負荷の低下に伴い増加させることで、火花点火燃焼の発熱量を増加し、引き続く圧縮自己着火燃焼の燃焼に関与する混合気のリーン化に起因する安定性低下を防止できる。
【００３２】
図９にエンジン回転速度Ｎ及び負荷Ｔに対する点火時期ＩＧＴの特性を示す。前述のように、全噴射量に対する２回目の燃料噴射量割合をエンジン回転速度Ｎ上昇及び負荷Ｔ低下に伴い増加させるよう制御される。この場合、その際の火花点火燃焼期間の増大に対応し、この図のように点火時期ＩＧＴを進ませることで、エンジン回転速度Ｎ及び負荷Ｔによらずほぼ一定の燃焼時期、すなわち、圧縮自己着火燃焼により急激な圧力上昇を引き起こすことなく、かつ圧縮自己着火燃焼期間中にピストンが下降することによる不完全燃焼を生じない適切な燃焼時期において圧縮自己着火燃焼を行わせることができる。その結果、ノッキング及び不安定燃焼を防止できる。
【００３３】
図１０にエンジン回転速度Ｎ及び負荷Ｔに対する２回目の燃料噴射時期ＩＴ２の特性を示す。２回目の燃料噴射時期ＩＴ２を、エンジン回転速度上昇及び負荷低下に伴い、すなわち点火時期ＩＧＴの進角に伴い、進ませることで、点火時期において火花点火燃焼に関わる混合気濃度を適正範囲に制御し、着火安定性の低下を防止することで、圧縮自己着火燃焼開始時期の制御が精度良く行われる。
【００３４】
ディーゼル燃料に比べてセタン価が低いガソリンのような燃料を用いて圧縮自己着火燃焼を行うためには、混合気の昇温による着火性向上が有効である。そこで、本実施形態では、ＥＧＲガスにより筒内温度を昇温させる。
図１１にエンジン回転速度Ｎ及び負荷Ｔに対するＥＧＲ率の特性を示す。この図のようにエンジン回転速度上昇に伴いＥＧＲ率を増加し、昇温によって混合気の着火性を向上させることで燃料の予反応時間の不足に起因する圧縮自己着火燃焼の安定度低下を防止できる。また、低負荷ほどＥＧＲ率を増加することで、混合気のリーン化に起因する圧縮自己着火燃焼の安定度低下を防止できると共に、負荷上昇に伴いＥＧＲ率を減少することで、ノッキングを防止できる。
【００３５】
尚、図１２にはＥＧＲ率と排気温度とに対するＥＧＲ制御弁開度の特性を示している。目標とするＥＧＲ率が大きくなるほど、ＥＧＲ制御弁開度を大きくすることは当然であるが、排気温度により筒内温度を間接的に検出し、排気温度が低くなるに従って、筒内温度上昇のためＥＧＲ制御弁開度を大側に補正し、逆に排気温度が高くなるに従って、ＥＧＲ制御弁開度を小側に補正している。尚、排気温度に代えて、吸気温度を用いるようにしてもよい。
【００３６】
以上に基づいて行われる本実施形態での燃焼制御の流れをフローチャートにより説明する。
図１３は燃焼制御ルーチンのフローチャートであり、所定時間毎又は所定クランク角毎に実行される。
Ｓ１０１では、エンジン回転速度Ｎ、負荷Ｔを検出する。
【００３７】
Ｓ１０２では、図２のマップに基づき、エンジン回転速度Ｎと負荷Ｔとから、火花点火燃焼運転領域であるか、圧縮自己着火燃焼運転領域であるか、燃焼形態を判断する。火花点火燃焼を行うと判断された場合は、Ｓ１０３に進み、通常の火花点火燃焼の制御を行う。
一方、圧縮自己着火燃焼を行うと判断された場合は、Ｓ１０４〜Ｓ１１０に示す圧縮自己着火燃焼の制御を行う。以下、この圧縮自己着火燃焼の制御について説明する。
【００３８】
Ｓ１０４では、図１１のマップに基づき、エンジン回転速度Ｎと負荷Ｔとから、ＥＧＲ率を算出する。ここで、ＥＧＲ率は、回転速度Ｎの増大に伴って大きく、また負荷Ｔの増大に伴って小さく設定される。
Ｓ１０５では、排気温度を検出する。
Ｓ１０６では、図１２のマップに基づき、ＥＧＲ率と排気温度とから、ＥＧＲ制御弁開度を算出し、制御する。ここで、ＥＧＲ制御弁開度は、ＥＧＲ率の増大に伴って大きく、排気温度の上昇に伴って小さく設定される。但し、ＥＧＲ率による燃焼時期制御を行わない場合は、これらＳ１０４〜Ｓ１０６は省略される。
【００３９】
Ｓ１０７では、図８のマップを用いて、１回目の燃料噴射量ｑ１、２回目の燃料噴射量ｑ２を算出する。詳しくは、先ず、図８のマップに基づき、エンジン回転速度Ｎと負荷Ｔとから、全噴射量ｑに対する２回目の噴射量割合Ｍを算出する。ここで、２回目の噴射量割合Ｍは、回転速度Ｎの増大及び負荷Ｔの低下に伴って大きく設定される。そして、１回目の燃料噴射量ｑ１＝全噴射量ｑ×（１−Ｍ）、２回目の燃料噴射量ｑ２＝全噴射量ｑ×Ｍとして、算出する。尚、全噴射量ｑは吸入空気量、エンジン回転速度、目標空燃比等から周知の方法で算出される。
【００４０】
Ｓ１０８では、１回目の燃料噴射時期ＩＴ１を算出する。ここで、１回目の燃料噴射時期ＩＴ１を算出する。ここで、１回目の燃料噴射時期ＩＴ１は、吸気行程中に噴射されてもよく、エンジン回転速度Ｎと負荷Ｔとからマップに基づき算出されてもよい。
Ｓ１０９では、図１０のマップに基づき、エンジン回転速度Ｎと負荷Ｔとから、２回目の燃料噴射時期ＩＴ２を算出する。ここで、２回目の燃料噴射時期ＩＴ２は、回転速度Ｎの増大及び負荷Ｔの低下に伴って進角側に設定される。ここで、図１０のマップを、２回目の噴射終了から点火までのクランク角間隔を、回転速度Ｎの増大および負荷Ｔの低下に伴って、すなわち全噴射量に対する２回目の燃料噴射量割合の増加に伴って、短縮するように設定してもよい。
【００４１】
Ｓ１１０では、図９のマップに基づき、エンジン回転速度Ｎと負荷Ｔとから、点火時期ＩＧＴを算出する。ここで、点火時期Ｔは、回転速度Ｎの増大及び負荷Ｔの低下に伴って進角側に設定される。
このように制御することで、エンジン回転速度及び負荷に応じた最適な時期に燃焼を行うことができる。ここで、Ｓ１０４〜Ｓ１１０の部分が圧縮自己着火燃焼時にエンジン回転速度及び負荷に応じて２段目の燃焼（圧縮自己着火燃焼）の開始時期を制御する手段に相当する。
【００４２】
次に、本発明の第２実施形態について説明する。
図１４は本発明に係る自己着火式エンジンの第２実施形態の構成を示すシステム図である。
第２の実施形態（図１４）の構成は第１の実施形態（図１）の構成に対して、吸気行程中に筒内に生成されるスワール速度を制御するスワール流生成手段を有している点が異なる。すなわち、図１における吸気マニホールド５に、吸気通路を開閉可能でありその開度を任意に調整可能なスワール制御弁１５が介装され、ＥＣＵ２０にガス流動制御部２６を備えている。
【００４３】
そして、このガス流動制御部２６により、エンジン回転速度Ｎ及び負荷Ｔに応じてスワール速度を制御することで、点火時期において火花点火燃焼に関わる混合気の乱れを制御し、１段目の燃焼速度の制御を行う。尚、筒内ガス流動制御手段としてスワール制御弁の代わりに、その他の筒内ガス流動制御手段例えばタンブル制御弁を用いてもよい。
【００４４】
また、第２実施形態では、第１実施形態と異なり、燃料噴射弁８が、燃焼室４の周辺部に直接燃料を噴射するように、シリンダヘッド２に取り付けられている。
尚、第１実施形態においても燃料噴射弁８を吸気側に設けるよう構成しても良く、逆に第２実施形態において、第１実施形態と同様に、燃料噴射弁８を燃焼室４の上側の略中心部に位置させても良い。
【００４５】
図１５にエンジン回転速度Ｎと負荷Ｔに対するスワール比（スワール速度とエンジン回転速度の比の特性を示す。この図のように、スワール比をエンジン回転速度上昇及び負荷低下に伴い、すなわち全噴射量に対する２回目の燃料噴射量割合の増加に伴い、増加させることで、１段目の燃焼（火花点火燃焼）速度を増大させることが可能である。１段目の燃焼速度を増大させることで、点火時期を進めることなく、適切な燃焼時期において圧縮自己着火燃焼を行わせることができる。このため、点火時期を進めた場合の火花点火燃焼部が高温に保たれる期間の増加によるＮＯｘ生成量増加を防止し、ＮＯｘ排出量を大幅に低減し、ノッキング及び不安定燃焼を防止しつつ、より広い範囲のエンジン回転速度において圧縮自己着火燃焼運転が可能となる。
【００４６】
以上に基づいて行われる本実施形態での燃焼制御の流れをフローチャートにより説明する。
図１７は燃焼制御ルーチンのフローチャートであり、所定時間毎又は所定クランク角毎に実行される。
Ｓ２０１〜Ｓ２０６は、第１実施形態のフロー（図１３）と同じであり、エンジン回転速度Ｎ、負荷Ｔを検出し、燃焼形態を判断し、火花点火燃焼を行うと判断された場合は、通常の火花点火燃焼の制御を行い、圧縮自己着火燃焼を行うと判断された場合は、通常に火花点火燃焼の制御を行い、圧縮自己着火燃焼を行うと判断された場合は、ＥＧＲ率を算出し、排気温度を検出し、ＥＧＲ制御弁開度を算出して制御する。
【００４７】
Ｓ２０７では、図１５のマップ及び図１６に特性を示すスワール制御弁開度とスワール比のマップに基づき、エンジン回転速度Ｎと負荷Ｔとから、スワール制御弁開度を算出する。ここで、スワール比は、回転速度Ｎの増大及び負荷Ｔの低下に伴って大きく設定される。
Ｓ２０８〜Ｓ２１１は、第１実施形態のフロー（図１３）のＳ１０７〜Ｓ１１０と同じであり、１回目の燃料噴射量ｑ１、２回目の燃料噴射量ｑ２、点火時期ＩＧＴを算出して、制御する。
【００４８】
このように制御することで、エンジン回転速度及び負荷に応じた最適な時期に燃焼を行うことができる。ここで、Ｓ２０４〜Ｓ２１１の部分が圧縮自己着火燃焼時にエンジン回転速度及び負荷に応じて２段目の燃焼（圧縮自己着火燃焼）の開始時期を制御する手段に相当する。
次に、本発明の第３実施形態について説明する。
【００４９】
図１８は、本発明に係る自己着火式エンジンの第３実施形態の構成を示すシステム図である。
第３実施形態（図１８）の構成は、第１の実施形態（図１）の構成に対して、火花点火用の点火プラグが複数設けられている点が異なる。すなわち、図１におけるシリンダヘッド２に、火花点火用の点火プラグ９が複数取り付けられ、ＥＣＵ２０に点火点数制御部２７を備えている。
【００５０】
そして、この点火点数制御部２７により、エンジン回転速度Ｎ及び負荷Ｔに応じて火花点火を行う点火点数を制御することで、１段目の燃焼制御を行う。
また、第３実施形態では、第１および第２実施形態と異なり、燃焼室４内に直接燃料を噴射するようにシリンダヘッド２に取り付けられた燃料噴射弁８に加え、吸気マニホールド５に、吸気マニホールド５及び吸気ポート６により構成される吸気通路に燃料を噴射する燃料噴射弁１６が取り付けられている。
【００５１】
そして、この吸気通路への燃料噴射弁１６により１回目の燃料噴射を行い、シリンダヘッド２に取り付けられた燃料噴射弁８により２回目の燃料噴射を行うよう制御する。
尚、第１あるいは第２実施形態においても吸気通路に燃料を噴射する燃料噴射弁１６を吸気マニホールドに設けるようにしてもよく、逆に第３実施形態において、第１あるいは第２実施形態と同様に燃焼室４内に直接燃料を噴射するようにシリンダヘッド２に取り付けられている燃料噴射弁８のみを設けるように構成してもよい。
【００５２】
図１９にエンジン回転速度Ｎと負荷Ｔに対する火花点火に用いる点火点数の特性を示す。
この図のように、エンジン高回転低負荷域において、すなわち全噴射量に対する２回目に燃料噴射量割合を増加させる運転領域において、多点点火を行うことで、１段目の燃焼（火花点火燃焼）速度を増大させることが可能である。１段目の燃焼速度を増大させることで、点火時期を進めることなく、適切な燃焼時期において圧縮自己着火燃焼を行わせることができる。その結果、ＮＯｘ排出量を大幅に低減し、ノッキング及び不安定燃焼を防止しつつ、より広い範囲のエンジン回転速度において圧縮自己着火燃焼運転が可能となる。
【００５３】
以上に基づいて行われる本実施形態での燃焼制御の流れをフローチャートにより説明する。
図２０は燃焼制御ルーチンのフローチャートであり、所定時間毎又はクランク角毎に実行される。
Ｓ３０１〜Ｓ３０９は、第１実施形態のフロー（図１３）のＳ１０１〜Ｓ１０９と同じである。
【００５４】
Ｓ３１０では、図１９のマップに基づき、エンジン回転速度Ｎと負荷Ｔとから、点火点数を算出する。ここで、点火点数は、エンジン高回転低負荷域において点火点数を増加させるよう設定される。
Ｓ３１１は、第１実施形態のフロー（図１３）のＳ１１０と同じであり、点火時期ＩＧＴを算出して、制御する。
【００５５】
このように、制御することで、エンジン回転速度及び負荷に応じた最適な時期に燃焼を行うことができる。ここで、Ｓ３０４〜Ｓ３１１の部分が圧縮自己着火燃焼時にエンジン回転速度及び負荷に応じて２段目の燃焼（圧縮自己着火燃焼）の開始時期を制御する手段に相当する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１実施形態を示すエンジンのシステム図
【図２】  圧縮自己着火燃焼を行う運転領域を示す図
【図３】  圧縮自己着火燃焼時の筒内圧力の変化を示す図
【図４】  圧力上昇率とノッキング強度との関係を示す図
【図５】  燃焼期間と燃焼効率との関係を示す図
【図６】  回転速度、負荷、燃焼時期と圧力上昇率との関係を示す図
【図７】  回転速度及び負荷に対する好ましい燃焼時期を示す図
【図８】  回転速度及び負荷に対する２回目の燃料噴射時期の特性図
【図９】  回転速度及び負荷に対する点火時期の特性図
【図１０】  回転速度及び負荷に対する２回目の燃料噴射時期の特性図
【図１１】  回転速度及び負荷に対するＥＧＲ率の特性図
【図１２】  ＥＧＲ率及び排気温度に対するＥＧＲ制御弁開度の特性図
【図１３】  第１実施形態での燃焼制御のフローチャート
【図１４】  本発明の第２実施形態を示すエンジンのシステム図
【図１５】  回転速度及び負荷に対するスワール比の特性図
【図１６】  スワール比に対するスワール制御弁開度の特性図
【図１７】  第２実施形態での燃焼制御のフローチャート
【図１８】  本発明の第３実施形態を示すエンジンのシステム図
【図１９】  回転速度及び負荷に対する点火点数の特性図
【図２０】  本発明の第３実施形態を示すエンジンのシステム図
【符号の説明】
１  シリンダ
２  シリンダヘッド
３  ピストン
４  燃焼室
５  吸気マニフォルド
６  吸気ポート
７  吸気弁
８  燃料噴射弁
９  点火プラグ
１０  排気弁
１１  排気ポート
１２  排気マニフォルド
１３  ＥＧＲ通路
１４  ＥＧＲ制御弁
１５  スワール制御弁
１６  吸気通路へ燃料噴射する燃料噴射弁
２０  ＥＣＵ
２１  燃焼形態判断部
２２  燃料噴射量制御部
２３  燃料噴射時期制御部
２４  点火時期制御部
２５  ＥＧＲ率制御部
２６  ガス流動制御部
２５  点火点数制御部
【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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【図２０】
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