(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
往復動するピストンと該ピストンを収容する気筒とにより規定される燃焼室と、該燃焼室と吸気通路との間を開閉する吸気弁と、前記燃焼室と排気通路との間を開閉する排気弁とを有する内燃機関を制御する方法であって、
内燃機関の燃焼サイクルにおいて、前記吸気弁が開弁する前に前記排気弁が閉弁するように、吸気弁及び排気弁を駆動する工程と、
要求トルクが所定トルク以上のときに、前記燃焼サイクルにおいて、前記排気弁の閉弁から吸気弁の開弁までの期間であるネガティブオーバラップ期間内に予備燃料を噴射してこれを自己着火させるとともに、吸気行程の後半に第１主燃料を噴射してこれを圧縮上死点後に自己着火させる工程と、
要求トルクが前記所定トルクよりも小さいときに、前記燃焼サイクルにおいて、前記排気上死点の経過後でかつ吸気弁の開弁直前に第２主燃料を噴射してこれを圧縮上死点後に自己着火させる工程と
を有することを特徴とする内燃機関の制御方法。
【請求項２】
往復動するピストンと該ピストンを収容する気筒とにより規定される燃焼室と、該燃焼室と吸気通路との間を開閉する吸気弁と、前記燃焼室と排気通路との間を開閉する排気弁とを有する内燃機関を制御する方法であって、
内燃機関の燃焼サイクルにおいて、前記吸気弁が開弁する前に前記排気弁が閉弁するように、吸気弁及び排気弁を駆動する工程と、
要求トルクが所定トルク以上または機関速度が所定速度以上のとき、前記燃焼サイクルにおいて、前記排気弁の閉弁から吸気弁の開弁までの期間であるネガティブオーバラップ期間内に予備燃料を噴射してこれを自己着火させるとともに、吸気行程の後半に第１主燃料を噴射してこれを圧縮上死点後に自己着火させる工程と、
要求トルクが前記所定トルクよりも小さく、かつ、機関速度が前記所定速度よりも小さいときに、前記燃焼サイクルにおいて、前記排気上死点の経過後でかつ吸気弁の開弁直前に第２主燃料を噴射してこれを圧縮上死点後に自己着火させる工程と
を有することを特徴とする内燃機関の制御方法。
【請求項３】
前記第１主燃料と第２主燃料は、それぞれ、要求トルクの増加につれて増加し、要求トルクが所定トルクを超えて増加したときに、その直前における前記第２主燃料よりも前記第１主燃料が少なくなる、請求項１又は２に記載の内燃機関の制御方法。
【請求項４】
要求トルクが前記所定トルクを超えて増加したとき、前記ネガティブオーバラップ期間が大きくなる、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の内燃機関の制御方法。
【請求項５】
要求トルクが前記所定トルクよりも大きいとき、要求トルクの増加につれて、前記ネガティブオーバラップ期間が増大する、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の内燃機関の制御方法。
【請求項６】
要求トルクが前記所定トルクよりも大きいとき、要求トルクの増加につれて、前記吸気弁の開弁が遅角する、請求項５記載の内燃機関の制御方法。
【請求項７】
要求トルクが前記所定トルクよりも小さいとき、要求トルクの増加につれて、前記ネガティブオーバラップ期間が減少する、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の内燃機関の制御方法。
【請求項８】
往復動するピストンと該ピストンを収容する気筒とにより規定される燃焼室と、該燃焼室と吸気通路との間を開閉する吸気弁と、前記燃焼室と排気通路との間を開閉する排気弁とを有する内燃機関を制御する方法であって、
内燃機関の燃焼サイクルにおいて、前記吸気弁が開弁する前に前記排気弁が閉弁するように、吸気弁及び排気弁を駆動する工程と、
機関速度が所定速度以上のとき、前記燃焼サイクルにおいて、前記吸気弁と排気弁の双方が閉じているネガティブオーバラップ期間内に予備燃料を噴射してこれを自己着火させるとともに、吸気行程の後半に第１主燃料を噴射してこれを圧縮上死点後に自己着火させる工程と、
機関速度が前記所定速度よりも小さいときに、前記燃焼サイクルにおいて、前記排気上死点の経過後でかつ吸気弁の開弁直前に第２主燃料を噴射してこれを圧縮上死点後に自己着火させる工程と
を有することを特徴とする内燃機関の制御方法。
【請求項９】
前記予備燃料が燃焼サイクルにおける前記排気弁の閉弁後に自己着火する、請求項１乃至８のいずれか１項に記載の内燃機関の制御方法。
【請求項１０】
往復動するピストンと該ピストンを収容する気筒とにより規定される燃焼室と、該燃焼室と吸気通路との間を開閉する吸気弁と、前記燃焼室と排気通路との間を開閉する排気弁とを有する内燃機関において、
前記燃焼室に燃料供給可能な燃料噴射弁と、
前記吸気弁を駆動する吸気弁駆動機構と、
前記排気弁を駆動する排気弁駆動装置と、
制御器とを備え、該制御器は、
内燃機関の燃焼サイクルにおいて、前記吸気弁が開弁する前に排気弁が閉弁するように、前記吸気弁駆動機構及び排気弁駆動機構を制御する一方、
要求トルクが所定トルク以上のときに、前記燃焼サイクルにおいて、前記排気弁の閉弁から吸気弁の開弁までの期間であるネガティブオーバラップ期間内に予備燃料を噴射してこれを自己着火させるとともに、吸気行程の後半に第１主燃料を噴射してこれを圧縮上死点後に自己着火させ、要求トルクが前記所定トルクよりも小さいときに、前記燃焼サイクルにおいて、前記排気上死点の経過後でかつ吸気弁の開弁直前に第２主燃料を噴射してこれを圧縮上死点後に自己着火させるように、前記燃料噴射弁を制御する
ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項１１】
往復動するピストンと該ピストンを収容する気筒とにより規定される燃焼室と、該燃焼室と吸気通路との間を開閉する吸気弁と、前記燃焼室と排気通路との間を開閉する排気弁とを有する内燃機関において、
前記燃焼室に燃料供給可能な燃料噴射弁と、
前記吸気弁を駆動する吸気弁駆動機構と、
前記排気弁を駆動する排気弁駆動装置と、
制御器とを備え、該制御器は、
内燃機関の燃焼サイクルにおいて、前記吸気弁が開弁する前に排気弁が閉弁するように、前記吸気弁駆動機構及び排気弁駆動機構を制御する一方、
要求トルクが所定トルク以上または機関速度が所定速度以上のときに、前記燃焼サイクルにおいて、前記排気弁の閉弁から吸気弁の開弁までの期間であるネガティブオーバラップ期間内に予備燃料を噴射してこれを自己着火させるとともに、吸気行程の後半に第１主燃料を噴射してこれを圧縮上死点後に自己着火させ、要求トルクが前記所定トルクよりも小さく、かつ、機関速度が前記所定速度よりも小さいときに、前記燃焼サイクルにおいて、前記排気上死点の経過後でかつ吸気弁の開弁直前に第２主燃料を噴射してこれを圧縮上死点後に自己着火させるように、前記燃料噴射弁を制御する
ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項１２】
往復動するピストンと該ピストンを収容する気筒とにより規定される燃焼室と、該燃焼室と吸気通路との間を開閉する吸気弁と、前記燃焼室と排気通路との間を開閉する排気弁とを有する内燃機関において、
前記燃焼室に燃料供給可能な燃料噴射弁と、
前記吸気弁を駆動する吸気弁駆動機構と、
前記排気弁を駆動する排気弁駆動装置と、
制御器とを備え、該制御器は、
内燃機関の燃焼サイクルにおいて、前記吸気弁が開弁する前に排気弁が閉弁するように、前記吸気弁駆動機構及び排気弁駆動機構を制御する一方、
機関速度が所定速度以上のときに、前記燃焼サイクルにおいて、前記排気弁の閉弁から吸気弁の開弁までの期間であるネガティブオーバラップ期間内に予備燃料を噴射してこれを自己着火させるとともに、吸気行程の後半に第１主燃料を噴射してこれを圧縮上死点後に自己着火させ、機関速度が前記所定速度よりも小さいときに、前記燃焼サイクルにおいて、前記排気上死点の経過後でかつ吸気弁の開弁直前に第２主燃料を噴射してこれを圧縮上死点後に自己着火させるように、前記燃料噴射弁を制御する
ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は圧縮自己着火燃焼を行う内燃機関の制御方法および内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に予混合圧縮自己着火燃焼（ＨＣＣＩ：Homogeneous-Charge Compression-Ignition combustion。）運転（以下、「圧縮自己着火運転」ともいう）を実行するに当たり、特許文献１に示すように、所定の運転領域において、排気弁の閉弁タイミングと吸気弁の開弁タイミングとを変更することにより、排気上死点の前後に吸気弁と排気弁の双方が閉じるネガティブオーバラップ期間を生じさせ、既燃ガスを内部ＥＧＲとして燃焼室に残留させる技術が知られている。このような圧縮自己着火運転は、排気性能の向上や燃費の向上等を図る技術である。
【０００３】
特に特許文献１に開示された先行技術では、エンジンの要求負荷が所定の高速側または高負荷側の場合には、圧縮自己着火運転時に燃焼室に供給される酸素濃度を内部ＥＧＲ量の増加に応じて上昇させる構成を採用し、出力トルクを確保できるようにしている。
【特許文献１】特開２００６−２２６６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、圧縮自己着火運転によって、排気性能の向上や燃費の向上等を図るためには、圧縮自己着火運転が実行される部分負荷運転領域を可能な限り高負荷側に拡張することが望ましい。
【０００５】
しかしながら、比較的高負荷側で圧縮自己着火運転のためのネガティブオーバラップ期間を設けて、特許文献１に開示されているように燃焼室に供給される酸素濃度を内部ＥＧＲ量の増加に応じて上昇させた場合には、高温の内部ＥＧＲ量が増大するとともに燃料及び酸素量が増加することにより過早着火が生じやすくなるという問題があった。
【０００６】
本発明は前記不具合に鑑みてなされたものであり、過早着火を抑制しつつ、圧縮自己着火運転を可及的に拡張することのできる内燃機関の制御方法および同装置を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するため、本発明の内燃機関の制御方法は、往復動するピストンと該ピストンを収容する気筒とにより規定される燃焼室と、該燃焼室と吸気通路との間を開閉する吸気弁と、前記燃焼室と排気通路との間を開閉する排気弁とを有する内燃機関を制御する方法であって、内燃機関の燃焼サイクルにおいて、前記吸気弁が開弁する前に前記排気弁が閉弁するように、吸気弁及び排気弁を駆動する工程と、要求トルクが所定トルク以上のときに、前記燃焼サイクルにおいて、前記排気弁の閉弁から吸気弁の開弁までの期間であるネガティブオーバラップ期間内に予備燃料を噴射してこれを自己着火させるとともに、吸気行程の後半に第１主燃料を噴射してこれを圧縮上死点後に自己着火させる工程と、要求トルクが前記所定トルクよりも小さいときに、前記燃焼サイクルにおいて、前記排気上死点の経過後でかつ吸気弁の開弁直前に第２主燃料を噴射してこれを圧縮上死点後に自己着火させる工程とを有するものである。
【０００８】
この発明によると、吸気弁が開弁する前に排気弁が閉弁する工程により、吸気弁と排気弁の双方が閉じるネガティブオーバラップ期間が形成され、既燃ガスが内部ＥＧＲとして筒内に残留する。ここで、要求トルクが前記所定トルクよりも小さいときには、ネガティブオーバラップ期間に燃焼が生じることなしに、圧縮上死点後に自己着火による燃焼が行われる（以下、これを通常モードでの圧縮自己着火運転と呼ぶ）。他方、要求トルクが所定トルク以上になると、高温の内部ＥＧＲ量が増大するとともに燃料噴射量が増加することにより、通常モードのままでは過早着火が生じ易くなるが、このときには、ネガティブオーバラップ期間に予備燃料の燃焼が行われた上で、さらに第１主燃料が噴射されて圧縮上死点後に自己着火で燃焼する（以下、これを予備着火モードでの圧縮自己着火運転と呼ぶ）。この予備着火モードでは、ネガティブオーバラップ期間における予備燃料の燃焼と、圧縮上死点後の第１主燃料の燃焼との二回に分けて圧縮自己着火による燃焼が行われることにより、その２回の燃焼によって出力トルクは確保されつつ、１回ずつの燃焼は軽負荷での燃焼と同等となる。そして、筒内の昇温や圧力上昇が二段階に分散されるので、排気上死点経過後に噴射された燃料の噴霧が過早着火を来すおそれが大幅に低減し、燃焼安定性が飛躍的に向上する。
【０００９】
また、本発明の別の態様による内燃機関の制御方法は、往復動するピストンと該ピストンを収容する気筒とにより規定される燃焼室と、該燃焼室と吸気通路との間を開閉する吸気弁と、前記燃焼室と排気通路との間を開閉する排気弁とを有する内燃機関を制御する方法であって、内燃機関の燃焼サイクルにおいて、前記吸気弁が開弁する前に前記排気弁が閉弁するように、吸気弁及び排気弁を駆動する工程と、要求トルクが所定トルク以上または機関速度が所定速度以上のとき、前記燃焼サイクルにおいて、前記排気弁の閉弁から吸気弁の開弁までの期間であるネガティブオーバラップ期間内に予備燃料を噴射してこれを自己着火させるとともに、吸気行程の後半に第１主燃料を噴射してこれを圧縮上死点後に自己着火させる工程と、要求トルクが前記所定トルクよりも小さく、かつ、機関速度が前記所定速度よりも小さいときに、前記燃焼サイクルにおいて、前記排気上死点の経過後でかつ吸気弁の開弁直前に第２主燃料を噴射してこれを圧縮上死点後に自己着火させる工程とを有するものである。
【００１０】
この発明でも、吸気弁が開弁する前に排気弁が閉弁する工程により、吸気弁と排気弁の双方が閉じるネガティブオーバラップ期間が形成され、既燃ガスが内部ＥＧＲとして筒内に残留する。ここで、要求トルクが前記所定トルクよりも小さく、かつ、機関速度が前記所定速度よりも小さいときには、前記の通常モードでの圧縮自己着火運転が行われる。他方、要求トルクが所定トルク以上になると、高温の内部ＥＧＲ量が増大するとともに燃料噴射量が増加することにより過早着火が生じ易くなり、また、機関速度が所定速度以上になると、爆発間隔が短くなってその間の放熱量が少なくなることで筒内温度が上昇して過早着火が生じ易くなるが、このような過早着火が生じ易い所定トルク以上又は所定速度以上のときには、予備着火モードでの圧縮自己着火運転が行われる。これにより、二回に分けて圧縮自己着火による燃焼が行われ、筒内の昇温や圧力上昇が二段階に分散されるので、排気上死点経過後に噴射された燃料の噴霧が過早着火を来すおそれが大幅に低減し、燃焼安定性が飛躍的に向上する。
【００１１】
本発明の方法において、前記第１主燃料と第２主燃料は、それぞれ、要求トルクの増加につれて増加し、要求トルクが所定トルクを超えて増加したときに、その直前における前記第２主燃料よりも前記第１主燃料が少なくなることが好ましい。
【００１２】
このようにすると、第１，第２主燃料が要求トルクの増加につれて増加することにより、要求に見合うトルクが確保される。また、要求トルクが所定トルクを超えて増加したときに、前記通常モードから前記予備着火モードに切り替わり、ネガティブオーバラップ期間中の予備燃料の燃焼によりある程度のトルクが稼がれることにより、その分、第２主燃料が少なくなり、筒内での過早着火を確実に抑制することができる。
【００１３】
また、要求トルクが前記所定トルクを超えて増加したとき、前記ネガティブオーバラップ期間が大きくなることが好ましい。
【００１４】
このようにすると、要求トルクが所定トルクを超えて増加することで前記通常モードから前記予備着火モードに切り替わったとき、ネガティブオーバラップ期間が大きくなることにより、ネガティブオーバラップ期間中に予備燃料の圧縮自己着火による燃焼が確実に行われることとなる。
【００１５】
また、要求トルクが前記所定トルクよりも大きいとき、要求トルクの増加につれて、前記ネガティブオーバラップ期間が増大することが好ましい。
【００１６】
このようにすると、要求トルクの増加につれて内部ＥＧＲ量が増加し、予備燃料の圧縮自己着火を確実なものとすることができる。
【００１７】
この場合に、要求トルクが前記所定トルクよりも大きいとき、要求トルクの増加につれて、前記吸気弁の開弁が遅角することが好ましい。
【００１８】
このようにすると、要求トルクが高くなる高負荷側ほど、燃料噴射量が増加して圧縮自己着火時の筒内圧力が高くなることに対し、吸気弁の開弁が遅角するにより既燃ガスの充分な膨張期間が確保され、吸気系への吹き戻しが防止される。
【００１９】
また、要求トルクが前記所定トルクよりも小さいとき、要求トルクの増加につれて、前記ネガティブオーバラップ期間が減少することが好ましい。
【００２０】
このようにすると、要求トルクが所定トルクよりも小さくて前記通常モードの圧縮自己着火運転が行われるとき、要求トルクの増加につれ、ネガティブオーバラップ期間が短くなることで内部ＥＧＲ量が低減し、有効圧縮比は高くなることにより、比較的高負荷側までの過早着火が抑制されつつ圧縮自己着火が適正に行われることとなる。
【００２１】
また、本発明の別の態様による内燃機関の制御方法は、往復動するピストンと該ピストンを収容する気筒とにより規定される燃焼室と、該燃焼室と吸気通路との間を開閉する吸気弁と、前記燃焼室と排気通路との間を開閉する排気弁とを有する内燃機関を制御する方法であって、内燃機関の燃焼サイクルにおいて、前記吸気弁が開弁する前に前記排気弁が閉弁するように、吸気弁及び排気弁を駆動する工程と、機関速度が所定速度以上のとき、前記燃焼サイクルにおいて、前記吸気弁と排気弁の双方が閉じているネガティブオーバラップ期間内に予備燃料を噴射してこれを自己着火させるとともに、吸気行程の後半に第１主燃料を噴射してこれを圧縮上死点後に自己着火させる工程と、機関速度が前記所定速度よりも小さいときに、前記燃焼サイクルにおいて、前記排気上死点の経過後でかつ吸気弁の開弁直前に第２主燃料を噴射してこれを圧縮上死点後に自己着火させる工程とを有するものである。
【００２２】
この発明でも、吸気弁が開弁する前に排気弁が閉弁する工程により、吸気弁と排気弁の双方が閉じるネガティブオーバラップ期間が形成され、既燃ガスが内部ＥＧＲとして筒内に残留する。ここで、機関速度が前記所定速度よりも小さいときには、前記の通常モードでの圧縮自己着火運転が行われる。他方、機関速度が前記所定速度以上になると、爆発間隔が短くなってその間の放熱量が少なくなることで筒内温度が上昇して過早着火が生じ易くなるが、このときには、予備着火モードでの圧縮自己着火運転が行われる。これにより、二回に分けて圧縮自己着火による燃焼が行われ、筒内の昇温や圧力上昇が二段階に分散されるので、排気上死点経過後に噴射された燃料の噴霧が過早着火を来すおそれが大幅に低減し、燃焼安定性が飛躍的に向上する。
【００２３】
本発明の方法において、前記予備燃料が燃焼サイクルにおける前記排気弁の閉弁後に自己着火することが好ましい。
【００２４】
このようにすると、予備燃料が過度早く燃焼することなく、排気弁の閉弁後に自己着火して確実にネガティブオーバラップ期間中に燃焼し、予備燃料の燃焼安定性が確保される。
【００２５】
また、本発明の内燃機関の制御装置は、往復動するピストンと該ピストンを収容する気筒とにより規定される燃焼室と、該燃焼室と吸気通路との間を開閉する吸気弁と、前記燃焼室と排気通路との間を開閉する排気弁とを有する内燃機関において、前記燃焼室に燃料供給可能な燃料噴射弁と、前記吸気弁を駆動する吸気弁駆動機構と、前記排気弁を駆動する排気弁駆動装置と、制御器とを備え、該制御器は、内燃機関の燃焼サイクルにおいて、前記吸気弁が開弁する前に排気弁が閉弁するように、前記吸気弁駆動機構及び排気弁駆動機構を制御する一方、要求トルクが所定トルク以上のときに、前記燃焼サイクルにおいて、前記排気弁の閉弁から吸気弁の開弁までの期間であるネガティブオーバラップ期間内に予備燃料を噴射してこれを自己着火させるとともに、吸気行程の後半に第１主燃料を噴射してこれを圧縮上死点後に自己着火させ、要求トルクが前記所定トルクよりも小さいときに、前記燃焼サイクルにおいて、前記排気上死点の経過後でかつ吸気弁の開弁直前に第２主燃料を噴射してこれを圧縮上死点後に自己着火させるように、前記燃料噴射弁を制御するものである。
【００２６】
本発明の別の態様による内燃機関の制御装置は、往復動するピストンと該ピストンを収容する気筒とにより規定される燃焼室と、該燃焼室と吸気通路との間を開閉する吸気弁と、前記燃焼室と排気通路との間を開閉する排気弁とを有する内燃機関において、前記燃焼室に燃料供給可能な燃料噴射弁と、前記吸気弁を駆動する吸気弁駆動機構と、前記排気弁を駆動する排気弁駆動装置と、制御器とを備え、該制御器は、内燃機関の燃焼サイクルにおいて、前記吸気弁が開弁する前に排気弁が閉弁するように、前記吸気弁駆動機構及び排気弁駆動機構を制御する一方、要求トルクが所定トルク以上または機関速度が所定速度以上のときに、前記燃焼サイクルにおいて、前記排気弁の閉弁から吸気弁の開弁までの期間であるネガティブオーバラップ期間内に予備燃料を噴射してこれを自己着火させるとともに、吸気行程の後半に第１主燃料を噴射してこれを圧縮上死点後に自己着火させ、要求トルクが前記所定トルクよりも小さく、かつ、機関速度が前記所定速度よりも小さいときに、前記燃焼サイクルにおいて、前記排気上死点の経過後でかつ吸気弁の開弁直前に第２主燃料を噴射してこれを圧縮上死点後に自己着火させるように、前記燃料噴射弁を制御するものである。
【００２７】
本発明のさらに別の態様による内燃機関の制御装置は、往復動するピストンと該ピストンを収容する気筒とにより規定される燃焼室と、該燃焼室と吸気通路との間を開閉する吸気弁と、前記燃焼室と排気通路との間を開閉する排気弁とを有する内燃機関において、前記燃焼室に燃料供給可能な燃料噴射弁と、前記吸気弁を駆動する吸気弁駆動機構と、前記排気弁を駆動する排気弁駆動装置と、制御器とを備え、該制御器は、内燃機関の燃焼サイクルにおいて、前記吸気弁が開弁する前に排気弁が閉弁するように、前記吸気弁駆動機構及び排気弁駆動機構を制御する一方、機関速度が所定速度以上のときに、前記燃焼サイクルにおいて、前記排気弁の閉弁から吸気弁の開弁までの期間であるネガティブオーバラップ期間内に予備燃料を噴射してこれを自己着火させるとともに、吸気行程の後半に第１主燃料を噴射してこれを圧縮上死点後に自己着火させ、機関速度が前記所定速度よりも小さいときに、前記燃焼サイクルにおいて、前記排気上死点の経過後でかつ吸気弁の開弁直前に第２主燃料を噴射してこれを圧縮上死点後に自己着火させるように、前記燃料噴射弁を制御するものである。
【００２８】
このような本発明の内燃機関の制御装置によると、前述の内燃機関の制御方法を効果的に実行することができる。
【発明の効果】
【００２９】
以上説明したように、本発明は、圧縮自己着火が実行される運転領域において、要求トルクが所定トルク以上（あるいは機関速度が所定速度以上）のときには、第２主燃料の圧縮自己着火による燃焼に先立って、吸気弁が開弁する前のネガティブオーバラップ期間に予備燃料が燃焼するように制御するので、筒内の昇温や圧力上昇が二段階に分散されることにより、主燃料が過早着火を来すおそれが大幅に低減し、燃焼安定性が飛躍的に向上する。従って、本発明によれば、過早着火を抑制しつつ、圧縮自己着火運転を可及的に拡張することができるという顕著な効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい形態について説明する。
【００３１】
図１は、本発明の実施の一形態に係る火花点火式４サイクルガソリンエンジン１０の概略構成を示す構成図であり、図２は図１に係るエンジン１０の一つの気筒とそれに対して設けられた吸気弁４０および排気弁６０等の構造を示す断面略図である。また図３は図１に係るエンジン１０の動弁機構４１、６１等の構造を示す概略図である。
【００３２】
これらの図に示すエンジン（内燃機関）１０は、自動車に搭載され、その出力軸が、不図示の変速機等を含む動力伝達システムを介して、自動車の駆動輪に連結される。このエンジン１０は、クランクシャフト２１を回転自在に支持するシリンダブロック２２と、シリンダブロック２２の上部に配置されたシリンダヘッド２３とを一体的に有している。
【００３３】
シリンダブロック２２およびシリンダヘッド２３には、複数の気筒２４が設けられている。各気筒２４には、クランクシャフト２１に連結されて往復動するピストン２５が収容され、このピストン２５と気筒２４とで燃焼室２６が規定されている。なお、シリンダブロック２２には、クランクシャフト２１の回転角（クランク角）を検出するクランク角度センサＳＷ１と、エンジン１０の冷却水の温度Ｔｗを検出するエンジン水温センサＳＷ２とが設けられている。
【００３４】
シリンダヘッド２３には、燃焼室２６毎に燃料噴射弁２８が設けられている。燃料噴射弁２８は、各燃焼室２６の側部から当該燃焼室２６に直接燃料を噴射する直噴式のものである。また、シリンダヘッド２３には、そのプラグ先端が各燃焼室２６の頂部に臨む点火プラグ２９が装備されている。点火プラグ２９には、電子制御による点火タイミングのコントロールが可能な点火回路２９ａが接続されている。
【００３５】
エンジン１０は、当該気筒２４内に対して新気を供給する吸気システム３０と、気筒２４の燃焼室２６で燃焼した既燃ガスを排気する排気システム５０とを有している。
【００３６】
吸気システム３０は、新気を気筒２４内に供給するための吸気管３１と、この吸気管３１の下流側に連通するインテークマニホールド３２を備え、このインテークマニホールド３２はサージタンクから分岐してそれぞれ対応する気筒２４に接続される気筒別の吸気通路３３を備えている。図示の実施形態において、各気筒２４には、２つ一組の吸気ポート２４ａが形成されており（図１参照）、前記吸気通路３３の下流端は、各気筒２４の吸気ポート２４ａに対応して二股に形成されている。
【００３７】
吸気システム３０の吸気管３１には、エアフローセンサＳＷ３と、吸気温度Ｔａを検出する吸気温度センサＳＷ４とが設けられている。さらに吸気管３１には、吸気流量を調節するスロットル弁３５が設けられている。このスロットル弁３５は、アクチュエータ３６によって開閉駆動されるように構成されている。
【００３８】
各気筒２４に設けられた各吸気ポート２４ａには、燃焼室２６と吸気通路３３との間を開閉する吸気弁４０が設けられ、図示の実施形態では、吸気ポート２４ａに対応して気筒２４毎に２つずつの吸気弁４０が設けられている。
【００３９】
次に、排気システム５０は、各気筒２４に２つ一組で形成された排気ポート２４ｂに接続された二股状の排気通路５１を下流排出側で集合させたエキゾーストマニホールド５２と、このエキゾーストマニホールド５２の下流側集合部に接続されて、エキゾーストマニホールド５２から既燃ガスを排出する排気管５３とを有している。排気管５３には、三元触媒等を含む浄化装置５４が設けられている。この浄化装置５４の上流近傍には、排気ガスの酸素濃度を検出する酸素濃度センサＳＷ５が配置されている。
【００４０】
前記各排気ポート２４ｂには、燃焼室２６と排気通路５１との間を開閉する排気弁６０が設けられている。
【００４１】
図３を参照して、各吸気弁４０並びに各排気弁６０は、動弁機構４１、６１（吸気弁駆動機構４１及び排気弁駆動機構６１）によって駆動される構成になっている。各動弁機構４１、６１は、対応する吸気弁４０、排気弁６０のステム４０ａ、６０ａにそれぞれ固定されたＶＶＬ４２、６２と、各吸気弁４０並びに各排気弁６０の開閉タイミングを変更するＶＶＴ（Valuable Valve Timing Mechanism）４３、６３と、ＶＶＴ４３、６３を介しクランクシャフト２１の駆動力で駆動されるカムシャフト４４、６４と、カムシャフト４４、６４に一体化されて、所定の位相で吸気弁４０、排気弁６０を異なる位相で駆動する二組の吸気カム４５ａ、４５ｂ並びに排気カム６５ａ、６５ｂとを有している。
【００４２】
ＶＶＬ４２は、所定のタイミングで第２吸気カム４５ｂが吸気弁４０のステム４０ａを押し下げる機能をＯＮ／ＯＦＦするいわゆるロストモーションを実現するものである。また、ＶＶＬ６２は、所定のタイミングで第２排気カム６５ｂが排気弁６０のステム６０ａを押し下げる機能をＯＮ／ＯＦＦするものである。これらのＶＶＬ４２，６２は、図示の例では、タペット型のもので具体化されている。なお、ＶＶＬ４２、６２の機構そのものは公知であるので、ここでは説明を省略する。
【００４３】
各吸気カム４５ａ、４５ｂ並びに各排気カム６５ａ、６５ｂは、一方（図示の例では吸気カム４５ａ、排気カム６５ａ）が、いわゆる圧縮自己着火運転時において、１８０°未満の開弁角度ＣＡで、それぞれ吸気弁４０および排気弁６０を開閉するとともに、他方（図示の例では、吸気カム４５ｂ、排気カム６５ｂ）が、いわゆる火花点火運転時において、１８０°以上の開弁角度（図示の例では、吸気弁４０の開弁角度ＣＡが２００°〜２３０°、排気弁６０の開弁角度ＣＡが１８０°〜２００°）で、それぞれ吸気弁４０および排気弁６０を開閉するように構成されているものである。
【００４４】
吸気弁４０の各ＶＶＬ４２と排気弁６０の各ＶＶＬ６２には、それぞれ作動油回路４６、６６が接続されており、各作動油回路４６、６６は、電磁弁４７、６７によって制御されるようになっている。そして、後述するエンジン制御ユニット（本実施形態ではＰＣＭ：Powertrain Control Module）１００の制御によって、作動油回路４６、６６から作動油の供給が停止されると、吸気カム４５ｂ並びに各排気カム６５ｂがＶＶＬ４２、６２によってロストモーションを起こし、これらのカム４５ｂ、６５ｂからの駆動力が対応する吸気弁４０並びに排気弁６０のステム４０ａ、６０ａに伝達されなくなる結果、各吸気弁４０並びに排気弁６０は、専ら吸気カム４５ａ並びに各排気カム６５ａによって駆動されることとなり、吸気弁４０、排気弁６０は、１８０°未満の開弁角度ＣＡ（例えば、１００〜１５０°）で開閉動作を行うようになっている。他方、作動油回路４６、６６から作動油が供給されると、各吸気カム４５ｂ並びに各排気カム６５ｂがＶＶＬ４２、６２のロストモーションが停止され、これら吸気カム４５ｂ並びに各排気カム６５ｂの駆動力が対応する吸気弁４０並びに排気弁６０のステム４０ａ、６０ａに伝達される結果、各吸気弁４０並びに排気弁６０は、上述のように１８０°以上の開弁角度ＣＡで開閉されるようになっている。
【００４５】
作動油回路４６、６６に設けられた電磁弁４７、６７は、エンジン制御ユニット１００によって制御されるようになっている。
【００４６】
ＶＶＴ４３、６３は、例えばカムシャフト４４、６４と同軸上設けられた進角側油室と遅角側油室とに供給される油圧を制御することにより、クランクシャフト２１に対するカムシャフト４４，６４の回転位相を変化させる。これにより、各吸気カム４５ａ、４５ｂ並びに各排気カム６５ａ、６５ｂが対応する吸気弁４０並びに排気弁６０が駆動するタイミングを無段階的に変更するものであるが、その構成については、本件出願人が以前に提案している特開２００６−３３６４９４号公報、特開２００６−３４８７７４号公報等に開示されているので、詳細な説明については、これを省略する。
【００４７】
次に、エンジン制御ユニット（制御器）１００について説明する。
【００４８】
図１に示すように、エンジン制御ユニット１００は、ＣＰＵ１０１、メモリ１０２、インターフェース１０３並びにこれらのユニット１０１〜１０３を接続するバス１０４を有している。そして、インターフェース１０３を介し、図２に示すように、入力要素として、クランク角度センサＳＷ１、エンジン水温センサＳＷ２、エアフローセンサＳＷ３、吸気温度センサＳＷ４、酸素濃度センサＳＷ５、エンジン１０が搭載される自動車のアクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセル開度センサＳＷ６、車速センサＳＷ７等の各種検出手段が接続されている。他方、制御要素として、燃料噴射弁２８、点火プラグ２９による点火をコントロールする点火回路２９ａ、スロットル弁３５のアクチュエータ３６（図１参照）、動弁機構４１、６１のＶＶＴ４３、６３に設けられた電磁弁（図示せず）、各ＶＶＬ４２、６２を駆動する作動油回路４６、６６の電磁弁４７、６７等が接続されている。
【００４９】
図２を参照して、エンジン制御ユニット１００のメモリ１０２には、制御マップやデータ並びにプログラムが記憶されており、ＣＰＵ１０１がこれら制御マップやデータに基づいてプログラムを実行することによって、図２に示すように、エンジン回転速度Ｎｅやエンジン負荷等の運転状態を判定する運転状態判定部１１０と、運転状態判定部１１０に判定された運転状態に応じて、エンジン１０の筒内での燃焼を制御する燃焼制御部１２０とを論理的に構成している。
【００５０】
運転状態判定部１１０は、各入力要素からのセンサ信号に基づき、エンジン回転速度（機関速度）Ｎｅ、要求負荷（要求トルク）Ｒｔ、吸気温度Ｔａ、筒内温度Ｔｃ等、種々の運転状態を判定するモジュールである。なお本実施形態において、運転状態判定部１１０には、車両の運転状態も判定できるように、アクセル開度センサＳＷ６や車速センサＳＷ７等の検出信号が入力されるようになっている。また、運転状態判定部１１０は、各入力要素からの検出信号に基づき、エンジン１０の運転状態（エンジン回転速度及びエンジン負荷）が何れの運転領域にあるかを判別するようになっている。
【００５１】
図４は本実施形態に係る運転状態に応じた制御を行うための運転領域の設定例を示す特性図である。
【００５２】
図４を参照して、同図に示す運転特性では、エンジン回転速度Ｎｅが所定の比較的高い回転速度（図示の例では３５００ｒｐｍ）以下の運転領域において、圧縮自己着火運転を実行する部分負荷運転領域ＨＣＣＩが設定されているとともに、残余の領域では、火花点火による強制着火運転を実行する火花点火運転領域ＳＩが設定されている。なお、図示の例において、部分負荷運転領域のうち、比較的低回転速度（図示の例では１５００ｒｐｍ）では、燃焼安定性を確保するために負荷に応じて火花点火運転が実行されるように設定されている。
【００５３】
さらに、本実施形態においては、部分負荷運転領域ＨＣＣＩのうち、破線から低負荷、低速側（要求トルクが所定トルクよりも小さく、かつ、機関速度が所定速度よりも小さい領域）には通常圧縮自己着火領域Ｒｎが設定される。この通常圧縮自己着火領域Ｒｎでは、噴射した燃料を圧縮上死点経過直後でのみ燃焼させる通常モードが実行される。つまり、この通常モードでは、エンジンの燃焼サイクルにおいて、排気弁６０の閉弁から吸気弁４０の開弁までの期間であるネガティブオーバラップ期間に燃焼が生じることなしに、圧縮上死点後に自己着火による燃焼が生じるように、燃料噴射（第２主燃料の噴射）が行われる。
【００５４】
他方、この通常モードのままでは過早着火の懸念がある破線から高負荷または高速側（要求トルクが所定トルク以上または機関速度が所定速度以上の領域）には、予備着火領域Ｒｐが設定される。この予備着火領域Ｒｐでは、ネガティブオーバラップ期間中に排気上死点経過直後で予備的に圧縮自己着火させる予備着火モードが実行される。つまり、この予備着火モードでは、前記燃焼サイクルにおいて、ネガティブオーバラップ期間に自己着火による燃焼が生じるように予備燃料の噴射が行われるとともに、圧縮上死点後に自己着火による燃焼が生じるように、燃料噴射（第１主燃料の噴射）が行われる。
【００５５】
図２に戻って、燃焼制御部１２０は、動弁機構４１、６１を制御するためのＶＶＬ制御部１２１およびＶＶＴ制御部１２２と、燃料噴射弁２８による燃料噴射量や燃料噴射タイミングを制御する燃料噴射制御部１２３と、点火プラグ２９による点火タイミングを制御する点火制御部１２４とを有し、吸気弁４０や排気弁６０の開閉制御、燃料噴射弁２８による燃料噴射、点火プラグ２９による点火タイミング等を制御するモジュールである。詳しくは後述するように、燃焼制御部１２０には、点火プラグ２９で混合気を点火して混合気を燃焼する火花点火運転モードと、ネガティブオーバラップ期間を排気上死点の前後に設けて、燃料を圧縮自己着火させるＨＣＣＩモードとが設定されている。さらに、ＨＣＣＩモードとしては、予備着火領域Ｒｐで実行される予備着火モードと通常圧縮自己着火領域Ｒｎで実行される通常モードとが設定されている。
【００５６】
ＶＶＬ制御部１２１およびＶＶＴ制御部１２２は、それぞれ各ＶＶＬ４２、６２、ＶＶＴ４３、６３の駆動制御を司るものであり、部分負荷運転領域ＨＣＣＩでは、吸気弁４０が開弁する前に排気弁６０が閉弁する（ネガティブオーバラップが生じる）ようにＶＶＬ４２、６２及びＶＶＴ４３、６３を制御する。
【００５７】
具体的に説明すると、ＶＶＬ制御部１２１は、運転状態判定部１１０が判定した運転状態が部分負荷運転領域ＨＣＣＩであるときには、作動油回路４６、６６への作動油の供給を停止し、吸気カム４５ｂ並びに各排気カム６５ｂをロストモーションさせることによって、各吸気弁４０、排気弁６０の開弁角度ＣＡが１８０°未満となるように開弁制御し、それ以外の火花点火運転領域ＳＩでは、作動油回路４６、６６に作動油を供給して吸気カム４５ｂ並びに各排気カム６５ｂの駆動力を対応する吸気弁４０および排気弁６０に伝達させ、各吸気弁４０並びに排気弁６０を１８０°以上の開弁角度ＣＡで開閉制御するように構成されている。
【００５８】
ＶＶＴ制御部１２２は、吸気弁４０並びに排気弁６０の開閉タイミングを決定するものである。ＶＶＴ制御部１２２は、運転状態判定部１１０の判定に応じて、部分負荷運転領域ＨＣＣＩであるときには、ネガティブオーバラップ期間を生成するように排気弁６０の閉タイミングを進角し、吸気弁４０の開タイミングを遅角するとともに、火花点火運転領域ＳＩであるときには、吸気弁４０と排気弁６０の開弁機関がオーバラップするように、それぞれ吸気弁４０および排気弁６０の開閉タイミングを制御する。
【００５９】
燃料噴射制御部１２３は、燃料噴射タイミング、燃料噴射量、吸気流量（空燃比）を制御するものである。この燃料噴射制御部１２３は、火花点火運転時においては、周知の構成と同様に、吸気行程後半から圧縮行程前半にかけて燃料を噴射するとともに、圧縮自己着火運転時においては、後述するタイミングで燃料を噴射させるものである。
【００６０】
点火制御部１２４は、火花点火モードにおいては、混合気を圧縮上死点経過直後で燃焼させるように、点火プラグ２９の点火回路２９ａに制御信号を出力するとともに、ＨＣＣＩモードにおいては、点火プラグ２９を休止するように点火回路２９ａに制御信号を出力するものである。
【００６１】
次に、燃焼制御部１２０における各部の設定例について説明する。
【００６２】
図５は、燃焼制御部１２０に設定されている制御例を示すタイミングチャートであり、（Ａ）は通常モード、（Ｂ）は予備着火モードの例を示している。図５の例では、吸気弁及び排気弁の開弁期間は１１０°ＣＡに設定されている。
【００６３】
図５（Ａ）を参照して、エンジン１０が通常圧縮自己着火領域Ｒｎで運転されている場合、ＶＶＴ制御部１２２は、通常モードで吸気弁４０と排気弁６０の開閉タイミングを制御する。この通常モードでは、ＶＶＴ制御部１２２は、前記燃焼サイクルにおいて、排気弁６０の閉タイミングを例えば排気上死点前７０°（２９０°ＣＡ）に進角し、吸気弁４０の開タイミングを例えば排気上死点後７０°（７０°ＣＡ）に遅角する。これにより、排気上死点の前後にそれぞれＣＡEX（７０°ＣＡ）、ＣＡIN（７０°ＣＡ）のネガティブオーバラップ期間が形成され、既燃ガスが内部ＥＧＲとして燃焼室２６に封緘される。
【００６４】
エンジン１０が通常モードで制御される場合、燃料噴射制御部１２３は、通常は、排気上死点経過後の所定タイミング（例えば吸気行程中期。図示の例では、吸気弁４０の開弁直前）で主燃料（第２主燃料）Ｆ１を噴射し、圧縮上死点経過直後に圧縮自己着火するように燃料噴射量や吸気量を制御する。また、筒内にアルデヒド等の改質種を生成するために、必要に応じてネガティブオーバラップ期間ＣＡEX内に一部の燃料Ｆ２を噴射するように設定されている。ただし、ネガティブオーバラップ期間中に着火、燃焼が行われることはない。
【００６５】
図５（Ｂ）を参照して、エンジン１０が予備着火領域Ｒｐで運転されている場合、ＶＶＴ制御部１２２は、予備着火モードで吸気弁４０と排気弁６０の開閉タイミングを制御する。この予備着火モードでは、ＶＶＴ制御部１２２は、排気弁６０の閉タイミングを例えば排気上死点前９０°（２７０°ＣＡ）に進角し、吸気弁４０の開タイミングを例えば排気上死点後１２０°（１２０°ＣＡ）に遅角する。これにより、排気上死点の前後にそれぞれＣＡEX（９０°ＣＡ）、ＣＡIN（１２０°ＣＡ）のネガティブオーバラップ期間ＣＡEX、ＣＡINが形成される。ここで、通常モードと予備着火モードとでネガティブオーバラップ期間ＣＡEX、ＣＡINが異なるのは、次に説明する燃料噴射制御部１２３の制御により、通常モードでは、圧縮上死点の経過直後にのみ燃料を圧縮自己着火（図中の着火ＩＧ）させているのに対し、予備着火モードでは、圧縮上死点の経過直後のみならず、ネガティブオーバラップ期間ＣＡINにも圧縮自己着火（図中の着火ＩＧPRE）を実行するためである。
【００６６】
燃料噴射制御部１２３は、ネガティブオーバラップ期間ＣＡEX内に一部の燃料（予備燃料）Ｆ１１を噴射して、排気上死点の経過直後に予備的な着火ＩＧPREを生じさせ、その後、吸気行程の後半でエンジン１０を駆動するための主燃料（第１主燃料）Ｆ１２を噴射し、この主燃料Ｆ１２の混合気がＩＧで示すように圧縮上死点経過直後に自己着火するように設定されている。
【００６７】
ネガティブオーバラップ期間ＣＡINにおける圧縮自己着火ＩＧPREは、燃料噴射量を分割することにより、個々の燃料噴射後上死点までの間に過早着火が生じるのを防止しつつ、排気上死点経過後に噴射される主燃料Ｆ１２の着火安定性を高めるために実行されるものである。
【００６８】
本実施形態では、ネガティブオーバラップ期間ＣＡINに圧縮自己着火ＩＧPREを実行することにより、筒内温度Ｔｃや筒内圧力Ｐの上昇分を分配し、高速側や高負荷側、或いは温間時においても過早着火を抑制することができる。
【００６９】
図６は、燃焼制御部１２０の吸排気弁開閉タイミングの設定例を示すグラフであり、（Ａ）は排気弁６０の閉タイミング、（Ｂ）は吸気弁４０の開タイミングを示している。また、図７は、図６の設定例に基づく要求負荷とネガティブオーバラップ期間（内部ＥＧＲ量）との関係を示すグラフである。
【００７０】
図６（Ａ）（Ｂ）を参照して、ネガティブオーバラップ期間ＣＡEX、ＣＡINを設定するに当たり、通常モードでの閉弁制御では、要求負荷Ｒｔが増加するに従い、排気弁６０の閉タイミングを排気上死点側に遅角し、吸気弁４０の開タイミングを進角するように設定されており、これによって図７に示すように、高負荷側に行くに連れてネガティブオーバラップ期間ＣＡEX、ＣＡINを低減するようにしている。この通常モードでは、既燃ガスの吸気系への吹き戻りやポンピングロスの低減の観点から、ネガティブオーバラップ期間ＣＡEX、ＣＡINが対称になるように設定される。
【００７１】
他方、予備着火モードで制御では、排気弁６０の閉タイミングは、要求負荷Ｒｔに拘わらず、一定に設定され、吸気弁４０の開タイミングは、負荷が増加するほど、遅角するように設定されている。また、通常モードから予備着火モードに切り替わった時点での排気弁６０の閉タイミングは、通常モードでの高負荷側の閉タイミングよりも進角した状態になっている。これによって、図７に示すように、高負荷側に行くに連れてネガティブオーバラップ期間ＣＡEX、ＣＡINが漸増するようにしている。これは、ネガティブオーバラップ期間ＣＡEXでの有効圧縮比を確保し、ネガティブオーバラップ期間ＣＡINでの圧縮自己着火ＩＧPREを確実なものとするためである。また、吸気弁４０の開弁タイミングを要求負荷Ｒｔの増加に伴って遅角させているのは、高負荷側になるほど、燃料噴射量が増加し、それに伴って、圧縮自己着火ＩＧPRE時の筒内圧力Ｐが高くなるので、既燃ガスの充分な膨張期間を確保し、吸気系への吹き戻りを防止するためである。
【００７２】
図８は、要求負荷Ｒｔに対する燃料噴射量Ｑの設定例を示すグラフである。
【００７３】
図６（Ａ）および図８を参照して、本実施形態における通常モードでは、ネガティブオーバラップ期間ＣＡEXに所定量の燃料Ｆ２を噴射することにより、筒内に反応性の高い活性種を生成し、着火性の向上を図るようにしている。圧縮自己着火のための主燃料Ｆ１の噴射量Ｑ１は、要求負荷Ｒｔが増加するに連れて、曲線的に増加するのに対し、活性化のための燃料Ｆ２の噴射量Ｑ２は、低負荷のみで比較的少量に設定されている。
【００７４】
他方、図６（Ｂ）および図８を参照して、予備着火モードでは、ネガティブオーバラップ期間ＣＡINでの圧縮自己着火ＩＧPREに供される予備燃料Ｆ１１の噴射量Ｑ１１と圧縮上死点経過直後での圧縮自己着火ＩＧに供される主燃料Ｆ１２の噴射量Ｑ１２は、何れも要求負荷Ｒｔが大きくなるほど、多くなるように設定される。但し、ネガティブオーバラップ期間ＣＡINにおける圧縮自己着火ＩＧPREは、クランクシャフト２１を積極的に駆動するものではなく、過早着火防止のために燃料噴射量を分割するためのものであることから、その燃料噴射量は、同じ要求負荷Ｒｔにおける排気上死点経過後に噴射される主燃料Ｆ１２よりも少なくなっている。
【００７５】
さらに、予備着火モードにおけるネガティブオーバラップ期間ＣＡEXでの予備燃料Ｆ１１の噴射量Ｑ１１は、通常モードにおけるネガティブオーバラップ期間ＣＡEXでの噴射量Ｑ２よりも多くなっている。この結果、予備着火モードから通常モードに切り替わった場合には、噴射量Ｑ２は、噴射量Ｑ１１よりも低減することになる。これは、燃料Ｆ２が圧縮自己着火を要しない噴射量Ｑ２であるのに対し、予備燃料Ｆ１１がネガティブオーバラップ期間での積極的な圧縮自己着火を要するものだからである。
【００７６】
また、このように予備着火モードでは予備燃料Ｆ１１と主燃料Ｆ１２とに分割されることにより、予備着火モードでの主燃料（第１主燃料）Ｆ１２の噴射量Ｑ１２は、通常モードでの高負荷側での主燃料（第２主燃料）Ｆ１の噴射量Ｑ１よりも少なくなる。
【００７７】
次に、本実施形態の制御例について説明する。
【００７８】
図９および図１０は、本発明の実施の一形態に係る制御例を示すフローチャートである。
【００７９】
図９を参照して、この制御例では、エンジン制御ユニット１００は、クランク角度センサＳＷ１が検出したクランク角度とエンジン回転速度、並びにアクセル開度センサＳＷ６が検出したアクセル開度を読み込み、エンジン１０の運転状態を検出する（ステップＳ２０）。次いで、エンジン制御ユニット１００は、要求負荷Ｒｔを演算し（ステップＳ２１）、演算された要求負荷Ｒｔに基づいて現在の運転領域を判定する（ステップＳ２２）。次いで、判定された現在の運転領域が部分負荷運転領域ＨＣＣＩであるか否かを判別する（ステップＳ２３）。
【００８０】
運転領域が圧縮自己着火運転を実行する部分負荷運転領域ＨＣＣＩであった場合、さらに、演算された現在の運転領域が予備着火領域Ｒｐであるか否かが判定される（ステップＳ２４）。運転領域が予備着火領域Ｒｐである場合、エンジン制御ユニット１００は、予備着火モードでエンジン１０を運転する。
【００８１】
予備着火モードでエンジン１０が運転される場合、エンジン制御ユニット１００は、要求負荷／エンジン回転速度に応じた予備着火運転時のバルブタイミング、燃料噴射量、燃料噴射タイミングを燃焼制御部１２０に設定された制御マップから読み取り（ステップＳ２５）、読み取った値に基づいて、バルブリフト量、バルブタイミング、燃料噴射量となるように、動弁機構４１、６１、燃料噴射弁２８を制御する（ステップＳ２６）。
【００８２】
図５（Ｂ）を参照して、ステップＳ２５、Ｓ２６の制御が実行されると、各気筒２４では、排気弁６０が例えば排気上死点前９０°のところで閉じ、予備燃料Ｆ１１がその直後に噴射される。ここで燃料噴射された気筒２４に着目して説明すると、ネガティブオーバラップ期間ＣＡEXでの予備燃料Ｆ１１の噴射によって、筒内では、燃料噴霧が高温の内部ＥＧＲにさらされ、ホルムアルデヒドが生成される。このホルムアルデヒドは、燃焼室２６の温度が比較的低温（９００Ｋ以下）では、ノッキングの原因となるＯＨラジカルを吸収する。このため、過早着火等を来すことなく、ピストン２５は、排気行程から吸気行程に移行することになる。この過程で燃料噴霧が熱炎反応を来たし、圧縮自己着火ＩＧPREが生じる。このときの熱炎反応によって、今度はＯＨラジカルが急増し、部分酸化反応が進行することによって、筒内は、自己着火しやすい活性混合気が生成されることになると考えられる。
【００８３】
その後、ピストン２５が吸気行程から圧縮行程に移行する過程で吸気弁４０から開くことにより、筒内に新気が導入される。上述したように、吸気行程でのネガティブオーバラップ期間ＣＡINは、吸気行程でのネガティブオーバラップ期間ＣＡEXに対して充分大きく設定されている（ＣＡIN＞ＣＡEX）ので、圧縮自己着火ＩＧPREによって圧力が上昇した筒内のガスが、この吸気行程でのネガティブオーバラップ期間ＣＡINで充分に膨張した後、新気が筒内に導入されることになる。この結果、既燃ガスが吸気系に逆流することなく、新気が少ないポンピングロスで筒内に導入されることになる。そして、この吸気行程の後期で主燃料Ｆ１２が噴射され、その後、吸気弁４０が閉じることによって、新たに噴射された燃料噴霧も、高温の内部ＥＧＲにさらされ、活性化された雰囲気の中で多段発火現象を生じ、圧縮上死点経過直後に自己着火ＩＧを生じることになる。
【００８４】
その後、エンジン制御ユニット１００は、エンジン１０の停止を判定する（ステップＳ２７）。エンジン１０が停止している場合には、処理を終了し、エンジンが停止していない場合には、ステップＳ２０に戻って処理を繰り返す。
【００８５】
他方、ステップＳ２４において、現在の運転領域が予備着火領域Ｒｐ以外の通常圧縮自己着火領域Ｒｎであった場合、エンジン制御ユニット１００は、通常モードでエンジン１０を運転することになる。
【００８６】
通常モードでエンジン１０が運転される場合、エンジン制御ユニット１００は、要求負荷／エンジン回転速度に応じた予備着火運転時のバルブタイミング、燃料噴射量、燃料噴射タイミングを燃焼制御部１２０に設定された制御マップから読み取り（ステップＳ２８）、読み取った値に基づいて、バルブリフト量、バルブタイミング、燃料噴射量となるように、動弁機構４１、６１、燃料噴射弁２８を制御する（ステップＳ２６）。
【００８７】
このため、図５（Ａ）に示すように、各気筒２４では、排気弁６０が例えば排気上死点前７０°のところで閉じ、吸気行程前半で主燃料Ｆ１が噴射される。また、必要に応じてネガティブオーバラップ期間ＣＡEX内に活性化のための燃料Ｆ２が噴射される。その後、吸気弁４０が吸気行程中期から圧縮行程前半にかけて開閉することにより、高温の内部ＥＧＲにさらされた燃料噴霧が新気と混合して、圧縮上死点経過直後で圧縮自己着火ＩＧを生じることになる。
【００８８】
その後は、予備着火モードと同様に、ステップＳ２７以下の処理を実行する。
【００８９】
図９のステップＳ２３において、現在の運転領域が火花点火運転領域ＳＩである場合、エンジン制御ユニット１００は、火花点火運転を実行する。
【００９０】
図１０を参照して、火花点火運転において、エンジン制御ユニット１００は、要求負荷／エンジン回転速度に応じた火花点火運転時のバルブタイミング、燃料噴射量、燃料噴射タイミング、点火タイミングを燃焼制御部１２０に設定された制御マップから読み取り（ステップＳ３０）、読み取った値に基づくバルブリフト量、バルブタイミング、燃料噴射量、点火タイミングとなるように、動弁機構４１、６１、燃料噴射弁２８、点火プラグ２９を制御する（ステップＳ３１）。この処理の後、エンジン制御ユニット１００は、図９のステップＳ２７に戻って処理を繰り返す。
【００９１】
以上説明したように、本実施形態によれば、部分負荷運転領域ＨＣＣＩでは、排気弁６０の閉タイミングが排気上死点前に進角し、吸気弁４０の開タイミングが排気上死点後に遅角することにより、排気上死点の前後に吸気弁４０と排気弁６０の双方が閉じるネガティブオーバラップ期間ＣＡEX、ＣＡINが形成され、既燃ガスが内部ＥＧＲとして筒内に残留する。ここで、部分負荷運転領域ＨＣＣＩのうち、低速低負荷側（要求トルクが所定トルクよりも小さく、かつ、機関速度が所定速度よりも小さい運転領域）に設定される所定の通常圧縮自己着火領域Ｒｎでは、通常モードでの圧縮自己着火運転が実行される。この通常モードでは、燃焼制御部１２０が排気上死点経過後に主燃料Ｆ１を噴射させることにより、この燃料噴霧が圧縮上死点の経過直後に自己着火し、エンジン１０が運転される。
【００９２】
他方、部分負荷運転領域ＨＣＣＩのうち、要求トルクが所定トルク以上の高負荷側の領域では、高温の内部ＥＧＲ量が増大するとともに燃料噴射量が増加することにより、通常モードのままでは過早着火が生じ易くなり、また、エンジン回転速度が所定速度以上の高速側では、爆発間隔が短くなってその間の放熱量が少なくなることで筒内温度が上昇して、やはり通常モードのままでは過早着火が生じ易くなるが、このような比較的高速または高負荷側の予備着火領域Ｒｐでは、予備着火モードに基づいて燃料噴射が制御される。この予備着火モードでは、気筒のネガティブオーバラップ期間ＣＡINにおいて一部の燃料である予備燃料Ｆ１１が圧縮自己着火し、その後、排気弁６０が閉じられたままの状態で残余の燃料である主燃料Ｆ１２が再度噴射されて、圧縮上死点経過直後に圧縮自己着火することになる。この圧縮自己着火により、筒内の昇温や圧力上昇が二段階に分散されるので、排気上死点経過後に噴射された燃料の噴霧が過早着火を来すおそれが大幅に低減し、燃焼安定性が飛躍的に向上する。
【００９３】
また本実施形態では、燃焼制御部１２０は、通常モードにおいて、排気上死点経過後に噴射される主燃料Ｆ１に先立って、ネガティブオーバラップ期間ＣＡEX内に燃料Ｆ２を噴射するものであるとともに、この通常モードから予備着火モードに切り替わった場合において、ネガティブオーバラップ期間ＣＡINで圧縮自己着火させる予備燃料Ｆ１１の噴射量Ｑ１１を、通常モードにおけるネガティブオーバラップ期間ＣＡEX内の燃料噴射量Ｑ２に比べて増量し、主燃料Ｆ１２の噴射量を減少させるものである。このため本実施形態では、通常モードが選定される比較的低速低負荷の運転領域で、排気上死点経過後に噴射される燃料に先立って、ネガティブオーバラップ期間ＣＡEX内に燃料が噴射されることにより、筒内では、燃料噴霧が高温の内部ＥＧＲにさらされ、自己着火しやすい活性混合気が生成される。その後、排気上死点経過後に燃料が噴射されることによって、比較的圧縮自己着火が困難な運転状況でも、燃焼安定性を高めることができる。他方、この通常モードから予備着火モードに切り替わった場合では、ネガティブオーバラップ期間ＣＡIN内で圧縮自己着火させる予備燃料の噴射量Ｑ１１が、通常モードにおけるネガティブオーバラップ期間ＣＡEX内で噴射される燃料Ｆ２の噴射量Ｑ２に比べて増量されるので、ネガティブオーバラップ期間ＣＡINでの圧縮自己着火を確実なものにすることができるとともに、この圧縮自己着火によって、エンジン１０が加勢されるので、その分、排気上死点経過後の燃料噴射量Ｑ１２を低減し、筒内での過早着火を確実に抑制することができる。
【００９４】
また本実施形態では、燃焼制御部１２０は、通常モードにおいては、要求負荷Ｒｔが増加するにつれて排気弁６０の閉タイミングを遅角しつつ吸気弁４０の開タイミングを進角するものであるとともに、予備着火モードにおいては、要求負荷Ｒｔが増加するにつれて吸気弁４０の開タイミングを遅角しつつ排気弁６０の閉タイミングについてはこれを固定するものである。このため本実施形態では、通常モードでエンジン１０が制御されている場合には、要求負荷Ｒｔが高いほど、排気弁６０の閉タイミングが遅角し、吸気弁４０の開タイミングが進角するので、ネガティブオーバラップ期間ＣＡEX、ＣＡINは短くなる。この結果、内部ＥＧＲ量が低減し、有効圧縮比は高くなるので、比較的高負荷側まで圧縮自己着火が可能な運転領域を拡張することが可能になる。他方、予備着火モードでは、要求負荷Ｒｔが高いほど、吸気弁４０の開タイミングが遅角しつつ排気弁６０の閉タイミングは固定されるので、有効圧縮比を維持しつつ、内部ＥＧＲ量は増加する。この結果、ネガティブオーバラップ期間ＣＡINでの圧縮自己着火を確実なものとすることができるので、この段階での燃焼安定性を高めることができるとともに、排気上死点経過後に噴射される燃料Ｆ１２の噴射量Ｑ１２を低減して、この燃料噴霧の過早着火をも防止し、燃焼安定性を高めることができる。従って、予備着火運転モードが可能な予備着火領域Ｒｐを比較的広く高負荷側ないしは高回転側に拡張することが可能になる。加えて、負荷が増加するほど、吸気弁４０の開タイミングが遅角するので、ネガティブオーバラップ期間ＣＡINで圧縮自己着火が生じた混合気を充分に膨張させることができるので、既燃ガスの吸気系への吹き戻しを防止することができる。
【００９５】
上述した実施の形態は、本発明の好ましい具体例を例示したものに過ぎず、本発明は上述した実施形態に限定されない。本発明の特許請求の範囲内で種々の変更が可能である。
【００９６】
例えば、上述の実施形態では、圧縮自己着火運転を行う部分負荷運転領域ＨＣＣＩのうち、低速低負荷側の領域（要求トルクが所定トルクよりも小さく、かつ、機関速度が所定速度よりも小さい運転領域）にあるときに通常モードとし、高負荷側の領域（要求トルクが所定トルク以上の領域）及び高速側の領域（エンジン回転速度が所定速度以上の領域）にあるときに予備着火モードとしているが、部分負荷運転領域ＨＣＣＩを低負荷側（要求トルクが所定トルクよりも小）と高負荷側（要求トルクが所定トルク以上）とに分けて、低負荷側にあるときに通常モード、高負荷側にあるときに予備着火モードとしてもよい。あるいは、部分負荷運転領域ＨＣＣＩを低速側（エンジン回転速度が所定速度よりも小）と高速側（エンジン回転速度が所定速度以上）とに分けて、低速側にあるときに通常モード、高速側にあるときに予備着火モードとしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００９７】
【図１】本発明の一実施形態に係る火花点火式４サイクルガソリンエンジンの概略構成を示す構成図である。
【図２】図１に係るエンジンの一つの気筒とそれに対して設けられた吸気弁および排気弁等の構造を示す断面略図である。
【図３】図１に係るエンジンの動弁機構等の構造を示す概略図である。
【図４】本実施形態に係る運転状態に応じた制御を行うための運転領域の設定例を示す特性図である。
【図５】燃焼制御部に設定されている制御例を示すタイミングチャートであり、（Ａ）は通常モード、（Ｂ）は予備着火モードの例を示している。
【図６】燃焼制御部による吸排気弁の開閉タイミングの設定例を示すグラフであり、（Ａ）は排気弁の閉タイミング、（Ｂ）は吸気弁の開タイミングを示している。
【図７】図６の設定例に基づく要求負荷とネガティブオーバラップ期間（内部ＥＧＲ量）との関係を示すグラフである。
【図８】要求負荷に対する燃料噴射量の設定例の関係を示すグラフである。
【図９】本発明の実施の一形態に係る制御例を示すフローチャートである。
【図１０】本発明の実施の一形態に係る制御例を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００９８】
１０  ４サイクル火花点火式ガソリンエンジン
２４  気筒
２５  ピストン
２６  燃焼室
２８  燃料噴射弁
２９  点火プラグ
３０  吸気システム
４０  吸気弁
５０  排気システム
６０  排気弁
１００  エンジン制御ユニット
１１０  運転状態判定部
１２０  燃焼制御部
１２１  ＶＶＬ制御部
１２２  ＶＶＴ制御部
１２３  燃料噴射制御部
【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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