JP2008184970A - ガソリンエンジンの制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＨＣＣＩ燃焼の際に吸排気の負のオーバーラップ期間を設けて気筒内２の温度を高めることにより、予混合気の圧縮自己着火を促進するようにしたガソリンエンジン１において、自己着火の安定性を高め且つ着火タイミングを最適になるように制御する。
【解決手段】負のオーバーラップ期間中に直噴インジェクタ１８により燃料を噴射させて、着火性の高い活性化混合気を形成する。吸気行程でポートインジェクタ１９により燃料を噴射させて吸気と共に気筒２内に供給し、略均一な予混合気を形成する。圧縮行程で直噴インジェクタ１８により少量の燃料を噴射させて、点火プラグ１６周りに成層化混合気を形成し、これに点火して燃焼させることにより、予混合気の自己着火を誘発する。
【選択図】 図７

Description

本発明は、気筒内の予混合気を圧縮して自己着火により燃焼させるようにしたガソリンエンジンに関し、特に、自己着火の起き難い低負荷、低回転側の運転領域において、気筒の排気行程ないし吸気行程で吸排気弁の双方を閉じる負のオーバーラップ期間を設けて、気筒内の温度を高めるようにしたものに係る。

近年、ガソリンエンジンのさらなる燃費改善や排気清浄化を図るために、気筒内の予混合気を圧縮して自己着火により燃焼させるという新しい燃焼形態が提案されており、一般には、予混合圧縮着火燃焼（以下、ＨＣＣＩ燃焼ともいう）という呼称で知られている。この新しい燃焼形態では、従来一般的な火花点火による燃焼（以下、ＳＩ燃焼ともいう）とは異なり、気筒内の多数の箇所で予混合気が一斉に自己着火して燃焼を始めることから、熱効率が極めて高くなる。

また、従来のＳＩ燃焼を実現できない超希薄な予混合気や多量のＥＧＲによって希釈した予混合気であっても、ピストンにより圧縮された気筒内の温度が所定以上に高くなれば自己着火するようになり、燃焼期間そのものは短いものの激しい燃焼にはならないことから、窒素酸化物の生成も格段に少なくなる。

但しエンジンが相対的に低負荷、低回転側の運転領域にあるときには、圧縮上死点（ＴＤＣ）近傍においても予混合気の温度が自己着火温度まで上昇しない可能性があり、これに対し特許文献１に記載のガソリンエンジンでは、気筒の排気行程から吸気行程にかけて吸気弁及び排気弁の双方を閉じる負のオーバーラップ期間を設け、多量の既燃ガスを残留させること（以下、内部ＥＧＲともいう）で、気筒内の温度を高めるようにしている。

また、前記従来例のエンジンでは、負のオーバーラップ期間中に燃料の一部を噴射することによって、自己着火し易い活性化混合気を形成するようにしている。すなわち、高温の既燃ガス中に噴射された燃料は直ちに気化するとともに、分子の鎖が切れてラジカルを生成したり、アルデヒド程度まで部分酸化反応したりして自己着火し易い混合気となり、これが圧縮行程終盤以降における予混合気全体の自己着火を促進するものである。
特開２００１−８２２２９号公報

しかしながら、前記従来例のように多量の内部ＥＧＲガスによって気筒内温度を高め、さらに活性化混合気を形成するようにしていても、エンジンの温度状態が低い低負荷低回転の運転領域では予混合気を安定して自己着火させることができない場合がある。

また、予混合気が自己着火するとしても、そのタイミングが早過ぎれば所謂ノッキングとなってしまい、一方、自己着火のタイミングが遅くなると、熱効率が低下するとともに未燃状態で排出される燃料（炭化水素等）の量が多くなって、燃費やエミッションが悪化することになる。

本発明は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、所謂負のオーバーラップ期間を設けて気筒内の温度を高めることにより、予混合気の圧縮による自己着火を促進するようにしたガソリンエンジンにおいて、その自己着火の安定性を高め、且つ着火タイミングを最適化できるようにすることにある。

前記の目的を達成するために本発明に係るエンジンの制御装置では、気筒内に圧縮行程で燃料を供給して点火プラグ周りに成層化混合気を形成し、これに点火して燃焼させることにより、予混合気の自己着火を誘発するようにした。

具体的に請求項１の発明では、気筒の排気行程ないし吸気行程において吸気弁及び排気弁の双方を閉じる負のオーバーラップ期間を設け、残留する既燃ガスによって該気筒内の温度を高めることにより、圧縮行程の終盤以降における予混合気の自己着火を促進するようにしたガソリンエンジンの制御装置を対象とする。

そして、気筒内に少なくとも吸気行程で燃料を供給して、略均一な予混合気を形成する予混合気形成手段と、該気筒内に圧縮行程で燃料を供給して、点火プラグ周りに偏在する成層化混合気を形成する成層化混合気形成手段と、該点火プラグにより所定のタイミングで成層化混合気に点火する点火制御手段と、を備える構成とする。

前記の構成により、エンジンをＨＣＣＩ燃焼状態で運転するときには、気筒の排気行程ないし吸気行程において所定期間（負のオーバーラップ期間）、吸気弁及び排気弁の双方が閉じられて、気筒内に多量の既燃ガス（内部ＥＧＲガス）が残留するようになる。この内部ＥＧＲガスは吸気行程にて気筒内に吸入される吸気と混合されるとともに、予混合気形成手段によって供給される燃料とも混合されて、その気化霧化を促進する。すなわち、燃料は吸気及び内部ＥＧＲガスと混合されるとともに、ピストンの下降に伴い容積の拡大する気筒内に分散して、概ね均一な予混合気を形成する。

続いて気筒の圧縮行程におけるピストンの上昇に伴い予混合気が圧縮されて、その温度及び圧力が上昇する。そして、成層化混合気形成手段により燃料が供給されて、点火プラグ周りに成層化混合気が形成され、ＴＤＣ近傍の所定のタイミングにて点火制御手段により点火されると、成層化混合気の燃焼によって気筒内の予混合気の温度及び圧力がさらに上昇して、自己着火が誘発される。

つまり、点火プラグ周りに形成した成層化混合気への点火を契機として、気筒内の予混合気を確実に自己着火させることができるので、その着火タイミングを最適化して燃費やエミッションの改善効果を十分に得ることができる。また、従来よりも低負荷、低回転側までＨＣＣＩ燃焼の領域を拡大することもできる。

そうして点火プラグ周りに成層化混合気を形成するためには、気筒内に燃料を直接、噴射するように燃料噴射弁を設けて、これにより気筒の圧縮行程で燃料を噴射させるようにすればよい（請求項２）。

また、成層化混合気への点火のタイミングは、予混合気の自己着火が気筒の圧縮上死点近傍の所定の時期に発生するように、予め実験等によって調べて設定すればよく（請求項３）、具体的には自己着火による熱発生のピークがＴＤＣの少し遅角側（例えばクランク角で２〜８°くらい）となるようにするのが好ましい。

ところで、前記のように成層化した混合気に点火して燃焼させると、これに伴い窒素酸化物の生成量が増大することになるので、気筒の温度が元々高くてＨＣＣＩ燃焼が安定して行えるエンジン運転領域では、前記成層化混合気の形成やそれへの点火は行わない方がよい。よって好ましいのは、成層化混合気形成手段を、エンジンの低負荷低回転領域のみにおいて成層化混合気の形成を行うものとし、点火制御手段も低負荷低回転領域のみにおいて成層化混合気への点火を行うものとすることである（請求項４）。

より好ましいのは、前記成層化混合気形成手段によって気筒内に圧縮行程で供給する燃料の量を、エンジンの負荷状態によらず、火花点火が可能な成層化混合気を形成するための必要最小量（略一定量）とすることである（請求項５）。

また、前記の構成において好ましいのは、従来例（特許文献１）に記載のエンジンと同様に、負のオーバーラップ期間において燃料噴射弁により気筒内に燃料を直接、噴射させて、着火性の高い活性化混合気を形成する活性化混合気形成手段を備えることであり（請求項６）、こうすれば、予混合気中に活性化混合気が含まれることによって、その圧縮による自己着火が促進される。

前記のように気筒内に燃料を直接、噴射する燃料噴射弁を設けた場合は、この燃料噴射弁により気筒の吸気行程から圧縮行程にかけて燃料を噴射させることで、気筒内に予混合気を形成することもできるが、好ましいのは、別の燃料噴射弁を吸気通路に燃料を噴射するように設けて、この別の燃料噴射弁により燃料を噴射させるようにすることである（請求項７）。

こうして吸気通路に燃料を噴射するのであれば、吸気弁が開く前に燃料を噴射することもできるので、気筒内に直接噴射するのに比べて燃焼の気化霧化の時間を確保し易い。また、前記したように成層化混合気を形成するための燃料は少量の方が好ましい一方で、予混合気形成のための燃料噴射量は、エンジンへ要求される出力に対応して多くしなくてはならないから、両者を同じ燃料噴射弁により行おうとすると無理があり、この点からも、燃料噴射弁は流量特性の異なるものを複数、設ける方がよいのである。

以上、説明したように本発明に係るガソリンエンジンの制御装置によると、吸排気弁の作動に所謂負のオーバーラップ期間を設けて、気筒内の温度を高めることにより、予混合気の圧縮自己着火を促進するようにしたガソリンエンジンにおいて、予混合気の形成のための燃料供給とは別に、気筒内に圧縮行程で少量の燃料を供給し、点火プラグ周りに成層化させた混合気に点火して燃焼させることにより、予混合気全体の自己着火を確実に発生させることができる。

よって、予混合気の自己着火のタイミングを最適化して、ＨＣＣＩ燃焼による燃費やエミッションの改善効果を十分に得ることができるとともに、ＨＣＣＩ燃焼を行うエンジン運転領域を従来よりも低負荷、低回転側に拡大することができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。

（全体構成）
図１は本発明に係るエンジン制御装置Ａの全体構成を示し、符号１は、車両に搭載された多気筒ガソリンエンジンである。このエンジン１の本体は、複数の気筒２，２，…（１つのみ図示する）が設けられたシリンダブロック３上にシリンダヘッド４が配置されてなり、各気筒２内にはピストン５が嵌挿されて、その頂面とシリンダヘッド４の底面との間に燃焼室６が形成されている。ピストン５はコネクティングロッドによってクランク軸７に連結されており、クランク軸７の一端側にはその回転角（クランク角）を検出するためのクランク角センサ８が配設されている。

前記シリンダヘッド４には、各気筒２毎に燃焼室６の天井部に開口するように吸気ポート９及び排気ポート１０が形成されている。吸気ポート９は燃焼室６の天井部から斜め上方に向かって延びて、シリンダヘッド４の一側面に開口しており、排気ポート１０は反対側の他側面に開口している。吸気ポート９及び排気ポート１０は、それぞれ吸気弁１１及び排気弁１２によって開閉されるようになっており、これら吸排気弁１１，１２は、シリンダヘッド４に配設された動弁機構１３のカム軸（図示せず）によりクランク軸７の回転に同期して駆動されるようになっている。

前記動弁機構１３には、吸気側及び排気側にそれぞれ、弁リフト量を連続的に変更可能な公知のリフト可変機構１４（以下、ＶＶＬと略称する）と、弁リフトのクランク回転に対する位相角を連続的に変更可能な公知の位相可変機構１５（以下、ＶＶＴと略称する）と、が組み込まれており、それらの作動によって吸排気弁１１，１２のリフト特性を変更し、気筒２への吸気の充填量や残留既燃ガス（内部ＥＧＲガス）の量を調整することができる。尚、ＶＶＬ１４については例えば特開２００６−３２９０２２号公報、２００６−３２９０２３号公報等に記載されたものを使用すればよい。

また、各気筒２の燃焼室６の天井部に電極を臨ませて点火プラグ１６が配設され、点火回路１７によって所定の点火タイミングにて通電されるようになっている。一方、燃焼室６の吸気側の周縁部に先端を臨ませて気筒２内に燃料直接、噴射する直噴インジェクタ１８が配設されている。この直噴インジェクタ１８は、比較的少量の燃料を噴射するときに高い精度で流量制御が可能な小容量のものであり、これにより気筒２の圧縮行程の中盤以降に少量の燃料を噴射すると、点火プラグ１６の電極近傍に偏在する混合気塊（成層化混合気）が形成される。

また、この実施形態では、吸気ポート９に臨んで燃料を噴射するようにポートインジェクタ１９（別の燃料噴射弁）が配設されている。このポートインジェクタ１９は、エンジン１の最大トルクに対応して多量の燃料を噴射可能な大容量のものであり、気筒２の圧縮行程から膨張、排気及び吸気行程にかけて燃料を噴射することで、高回転域でも十分な噴射時間を確保することができる。そうして噴射された燃料噴霧は吸気と共に気筒２内に流入し、ピストン５の下降に伴い容積の拡大する気筒２内に広く分散して、概ね均一な予混合気を形成する。

尚、前記各気筒２毎のインジェクタ１８，１９には、図示しないが、それぞれ高圧及び低圧燃料供給ラインが接続されている。低圧の供給ラインには低圧燃料ポンプにより燃料タンクから吸い上げられた燃料が供給され、この低圧の供給ラインから分岐した高圧の供給ラインには、燃料を昇圧させて送り出す高圧燃料ポンプが介設されている。

図においてエンジン１の右側に位置するシリンダヘッド４の一側には吸気系が配設され、各気筒２の吸気ポート９には吸気通路２０が連通している。この吸気通路２０は、エンジン１の各気筒２の燃焼室６に対して図外のエアクリーナにより濾過した空気を供給するためのものであり、サージタンク２１の上流の共通通路には電気式スロットル弁２２とが配設されている。サージタンク２１の下流で吸気通路２０は各気筒２毎に分岐して、それぞれ吸気ポート９に連通している。

一方、シリンダヘッド４の他側には排気系が配設され、各気筒２の排気ポート１０にはそれぞれ、各気筒２毎に分岐した排気通路２５（排気マニホルド）が接続されている。この排気マニホルドの集合部には排気中の酸素濃度を検出するセンサ２６が配設されている。また、排気マニホルドよりも下流側の排気通路２５には、排気中の有害成分を浄化するための触媒２７が配設されている。

上述の如く構成されたエンジン１の運転制御を行うために、パワートレインコントロールモジュール３０（以下、ＰＣＭという）が設けられている。これは、周知の如くＣＰＵ、メモリ、Ｉ／Ｏインターフェース回路等を備えており、図２にも示すように、クランク角センサ８、酸素濃度センサ２６等からの信号を入力するとともに、吸気通路２０における空気の流量を計測するエアフローセンサ３１からの信号と、図示しないアクセルペダルの操作量（アクセル開度）を検出するアクセル開度センサ３２からの信号と、車両の走行速度を検出する車速センサ３３からの信号と、を少なくとも入力する。

そして、ＰＣＭ３０は、前記各種センサからの信号等に基づいて、エンジン１の運転状態（例えば負荷状態及びエンジン回転速度）を判定し、これに応じてＶＶＬ１４、ＶＶＴ１５、点火回路１７、直噴インジェクタ１８、ポートインジェクタ１９、電気式スロットル弁２２等を制御する。すなわち、ＰＣＭ３０は、主にＶＶＬ１４の作動によって吸排気弁１１，１２のリフト量を調整し、気筒２への吸気（空気）の充填量を制御するとともに、主にＶＶＴ１５の作動によって吸排気弁１１，１２のオーバーラップ期間を調整し、内部ＥＧＲガス量を制御する。

それらＶＶＬ１４及びＶＶＴ１５の制御によって吸排気弁１１，１２のリフトカーブＬin，Ｌexは、図３に模式的に示すようにそれぞれ最小リフトから最大リフトまでの間で連続的に変化する。吸排気弁１１，１２のリフト量は、エンジン１の負荷（目標トルク）や回転速度が高いほど大きくなり、これに伴いオーバーラップ期間（正のオーバーラップ期間）が生じるようになる。一方、相対的に低負荷、低回転側では吸排気弁１１，１２の双方が閉じる負のオーバーラップ期間が生じ、内部ＥＧＲガス量がかなり多くなる。

そうして主にＶＶＬ１４の制御によって気筒２への吸気の充填量を広い範囲で変更することができるので、この実施形態のエンジン１ではスロットル弁２２の制御によらず出力を制御することができる。よって、吸気通路２０に設けられたスロットル弁２２は、主にフェールセーフのためのものであり、通常はエンジン１の部分負荷域においても全開とされて、ポンピングロスの低減が図られている。

また、ＰＣＭ３０は、２つのインジェクタ１８，１９のそれぞれを、後述の如き所定のタイミングで作動させることにより、気筒２内の空燃比や混合気の形成状態を切換えるとともに、前記のように主にＶＶＴ１５の作動によって気筒２内の内部ＥＧＲガス量を制御し、さらに点火プラグ１６の作動状態を切換えることで、エンジン１の燃焼状態を以下に述べるＨＣＣＩ燃焼とＳＩ燃焼とに切換えるようになっている。

（エンジン制御の概要）
具体的には図４に制御マップの一例を示すように、相対的に低負荷且つ低回転側の運転領域（Ｉ）においては、気筒２内に形成した予混合気に直接は点火することなく、これをピストン５の上昇により圧縮して自己着火させるようにしている。このときには基本的に、気筒２の吸気行程においてポートインジェクタ１９により燃料を吸気ポート９内に噴射させ、吸気と混合させながら気筒２内へ供給して、概ね均一な予混合気を形成する。

また、気筒２の排気行程ないし吸気行程において排気弁１１が閉じてから吸気弁１２が開くまでの期間（吸排気弁１１，１２の双方が閉じる負のオーバーラップ期間）を設け、多量の内部ＥＧＲガスによって気筒２内の温度を高めることにより、予混合気の自己着火を促進する。負のオーバーラップ期間が相対的に長くなれば内部ＥＧＲガス量も増大し、自己着火のタイミングが進角する。

そのような予混合気の圧縮による自己着火については従来よりＨＣＣＩ（Homogenious Charge Compression Ignition）と呼ばれている。このＨＣＣＩによる燃焼は、図５に模式的に示すように、気筒２内の燃焼室６における多数の箇所で予混合気が略一斉に自己着火して燃焼を開始するものと考えられており、従来一般的な火炎伝播による燃焼（Spark Ignition：ＳＩ燃焼）に比べて燃焼期間が短くなって、熱効率が高くなる。

また、そうして予混合気が自己着火するＨＣＣＩ燃焼は、ＳＩ燃焼の実現が困難な超希薄な予混合気や多量の内部ＥＧＲガスによって希釈した予混合気であっても実現可能であり、前記のように燃焼期間は短くても燃焼温度は低いことから、窒素酸化物の生成は非常に少ない。言い換えると、あまり希薄でない予混合気や希釈度合いの低い予混合気では自己着火のタイミングが早くなり過ぎて、所謂ノッキングを起こしてしまう。

つまり、ＨＣＣＩ燃焼はかなり希薄な予混合気か、或いは多量のＥＧＲによって希釈した予混合気によって実現されるものであり、あまり高い出力は得られないので、前記の制御マップ（図４）に示すように、相対的に高負荷側乃至高回転側の運転領域(II)においては従来一般的なＳＩ燃焼が行われる（以下、運転領域（Ｉ）をＨＣＣＩ領域（Ｉ）と呼び、運転領域(II)をＳＩ領域(II)と呼ぶ）。

ところで、前記したＨＣＣＩ燃焼による熱効率が最も高くなるのは、図６(a)に模式的に示すように、予混合気が気筒２のＴＤＣ直後に自己着火して、それによる熱発生のピークがＴＤＣよりも少し遅角側（例えばクランク角で２〜８°くらい）になるときである。このときにはＨＣＣＩ燃焼による気筒２内の温度上昇とピストン５の下降に伴う気筒２内容積の増大とが相殺し合うことから、比較的燃料噴射量の多いときであっても燃焼が過度に激しくはならない、というメリットもある。

しかしながら、常にそうした適切なタイミングで予混合気を一斉に自己着火させることは非常に難しく、例えばエンジン１の負荷や回転速度が相対的に低くなって、その分、気筒２の圧縮温度や圧縮圧力が低くなると、該気筒２内の予混合気の自己着火のタイミングのばらつきが大きくなって、同図(b)に示すように熱発生のピークが低くなるとともに、それが遅角側に移動することになる。こうなると、熱効率が低下するとともに未燃状態で排出される燃料（炭化水素等）の量が多くなってしまう。

このような不具合に対し、この実施形態では、エンジン１がＨＣＣＩ領域（Ｉ）における低負荷ないし中負荷で且つ低回転ないし中回転の領域（図４に斜めハッチングを入れて示す領域）にあるときには、図７に模式的に示すように、気筒２の圧縮行程終盤に直噴インジェクタ１８により少量の燃料を噴射させて（第３噴射）、点火プラグ１６の電極付近に偏在する混合気塊（成層化混合気）を形成し、これに圧縮上死点（ＴＤＣ）直後の所定タイミングで点火して、燃焼させるようにしている。

こうして点火プラグ１６周りの成層化混合気に点火して燃焼させることで、気筒２内の温度及び圧力がさらに上昇し、予混合気全体の自己着火を誘発することになるから、予混合気の自己着火するタイミングを正確に且つ安定して制御することができる。

さらに、ＨＣＣＩ領域（Ｉ）において特に気筒２の温度が低い低負荷低回転の領域（図４にクロスハッチングを入れて示す領域）では、吸排気弁１１，１２の負のオーバーラップ期間中にも直噴インジェクタ１８による燃料噴射（第１噴射）を行う。これは従来例（特許文献１）のエンジンと同様であるが、高温の内部ＥＧＲガスに曝された燃料噴霧においてはラジカルが生成されたり、部分酸化反応が進んだりして、自己着火し易い活性化混合気が形成されると考えられる。

尚、図４のマップに示すように、ＨＣＣＩ領域（Ｉ）内において成層化混合気への点火を行う領域と、それを行わない高負荷側の領域とは、エンジン１の低回転側ほど高負荷側になるように傾斜する境界線ｂによって区画されており、気筒２の元々の温度状態に応じて、必要なときにのみ成層化混合気への点火を行うようになっている。

（具体的な制御手順）
次に、エンジン制御の具体的な手順を図８のフローチャートに基づいて説明すると、まず、スタート後のステップＳ１では、クランク角センサ８、エアフローセンサ３１、アクセル開度センサ３２、車速センサ３３等からの信号を入力し、ステップＳ２ではエンジン１への要求トルク（負荷）とエンジン回転速度とを求める。すなわち、エンジン回転速度はクランク角センサ８からの信号によりダイレクトに演算すればよく、要求トルクは例えば車速及びアクセル開度に基づいて、或いはエアフローセンサ３１からの信号とエンジン回転速度とに基づき内部ＥＧＲ量を加味して、演算すればよい。

そうして求めた要求トルクとエンジン回転速度とに基づいて、ステップＳ３では、図４の制御マップを参照してエンジン１がＨＣＣＩ領域（Ｉ）にあるかどうか判定する。この判定がＮＯであればＳＩ領域(II)にあるので、詳しい説明は省略するが、通常のＳＩ燃焼のための制御を実行する。つまり、ポートインジェクタ１により気筒２の圧縮行程から吸気行程にかけて吸気ポート９へ燃料を噴射し、気筒２内に略理論空燃比の均一混合気を形成して点火プラグ１６により点火する。

一方、ステップＳ３の判定がＹＥＳでＨＣＣＩ領域（Ｉ）にあれば、ステップＳ４に進み、ＶＶＬ１４及びＶＶＴ１５の制御によって負のオーバーラップ期間が生じるように吸排気弁１１，１２の作動タイミングを制御する。すなわち、例えば、目標トルク及びエンジン回転速度に基づき、予め実験的に設定してあるマップを参照して、所要の内部ＥＧＲ量となるような吸排気弁１１，１２のオーバーラップ量を決定し、そうなるように主にＶＶＴ１５を制御する。

その際、目標トルク及びエンジン回転速度に基づき、予め実験的に設定してあるマップを参照して、所要の吸気充填量となるような吸排気弁１１，１２のリフト量も決定し、そうなるように主にＶＶＬ１４を制御する。この吸気充填量は、気筒２への燃料供給量に対応して適切な空燃比となるように予め実験等により求めて、前記マップに設定したものである。

続いてステップＳ５では、インジェクタ１８，１９の各々による都合３回のそれぞれの燃料噴射量、即ち活性化混合気を形成するための直噴インジェクタ１８による第１噴射量と、予混合気を形成するためのポートインジェクタ１９による第２噴射量と、成層化混合気を形成するための直噴インジェクタ１８による第３噴射量と、をそれぞれ予め実験的に設定してある噴射量マップから読み込んで、決定する。

この噴射量マップも、目標トルク及びエンジン回転速度に対応して第１、第２及び第３の各噴射量の最適値を予め実験等により設定したものであり、例えば図４のマップ上に示す等回転速度線ａ−ａに沿って、要求トルク（エンジン負荷）の変化に対する第１、第２及び第３のそれぞれの噴射量の変化を見ると、図９に示すようになる。

図示の如く第１の噴射は低負荷域のみで行われ、第３の噴射は低負荷ないし中負荷域で行われる。第３噴射の量は一定であり、火花点火が可能な成層化混合気を形成するための必要最小量とされている。図の例では第１噴射の量も略一定とされているが、これには限らない。また、第２噴射はＨＣＣＩ領域（Ｉ）の全域で行われ、その量は要求トルクの増大に応じて一様に増大する。

そうしてステップＳ５にて決定した噴射量（制御目標値）に基づいて、ステップＳ６では第１噴射を行うか否か判定し、噴射量が０であれば（判定はＮＯ）後述のステップＳ９に進む一方、噴射量が０でなければ（判定はＹＥＳ）ステップＳ７に進んで、第１噴射のタイミングになったかどうか判定する。この判定がＮＯの間は待機し、判定がＹＥＳになればステップＳ８に進んで直噴インジェクタ１８を作動させる。尚、第１噴射のタイミングは、直噴インジェクタ１８の開弁期間が吸排気弁１１，１２の負のオーバーラップ期間内に含まれるように設定されている。

続いてステップＳ９では、ポートインジェクタ１９による燃料噴射（第２噴射）のタイミングになったかどうか判定し、ＮＯの間は待機して、ＹＥＳになればステップＳ１０に進んでポートインジェクタ１９を作動させる。尚、第２噴射のタイミングは、一例として気筒２の吸気行程の中期から吸気弁１１が開かれるまでに設定すればよく、こうすれば、吸気弁１１の傘部と吸気ポート９との隙間を通過する高速の吸気流によって燃料噴霧を気筒２内に勢い良く運送することができる。

続いてステップＳ１１では、前記ステップＳ６と同様にして第３噴射を行うか否か判定し、噴射量が０であれば（判定はＮＯ）リターンする一方、噴射量が０でなければ（判定はＹＥＳ）ステップＳ１２に進んで、第３噴射のタイミング（気筒２の圧縮行程終盤）になったかどうか判定する。この判定がＮＯの間は待機し、判定がＹＥＳになればステップＳ１３に進んで直噴インジェクタ１８を作動させる。

そして、ステップＳ１４，Ｓ１５では、前記直噴インジェクタ１８による第３の噴射によって気筒２内に噴射された燃料が点火プラグ１６周りに形成した成層化混合気に点火する。すなわち、まずステップＳ１４ではＴＤＣ近傍（ＴＤＣ直後が望ましい）の点火タイミングになったかどうか判定し、ＮＯの間は待機して、ＹＥＳになればステップＳ１５に進んで点火回路１７を作動させ、しかる後にリターンする。

前記図８のフローのステップＳ５〜Ｓ８により、エンジン１がＨＣＣＩ領域（Ｉ）における相対的に低負荷且つ低回転の領域にあるとき、吸排気弁１１，１２の負のオーバーラップ期間において直噴インジェクタ１８により気筒２内に燃料を直接、噴射させ、着火性の高い活性化混合気を形成する活性化混合気形成手段３０ａが構成されている。

また、ステップＳ５，Ｓ９，１０によって、ポートインジェクタ１９により燃料を噴射させて気筒２内に少なくとも吸気行程で燃料を供給し、略均一な予混合気を形成する予混合気形成手段３０ｂが構成されている。

また、ステップＳ５，Ｓ１１〜Ｓ１３によって、エンジン１がＨＣＣＩ領域（Ｉ）における相対的に低負荷ないし中負荷で且つ低回転ないし中回転の領域にあるとき、直噴インジェクタ１８により気筒２内に圧縮行程で少量の燃料を噴射させ、点火プラグ１６周りに偏在する成層化混合気を形成する成層化混合気形成手段３０ｃが構成されている。

さらに、ステップＳ１４，Ｓ１５により、エンジン１がＨＣＣＩ領域（Ｉ）における前記低ないし中負荷且つ低ないし中回転の領域にあるときに、点火プラグ１６により所定のタイミングで成層化混合気に点火する点火制御手段３０ｄが構成されている。

前記図８のフローの制御は、ＰＣＭ３０のメモリに電子的に格納されている制御プログラムの実行によって実現するものであり、その意味でＰＣＭ３０は、前記活性化混合気形成手段３０ａ、予混合気形成手段３０ｂ、成層化混合気形成手段３０ｃ及び点火制御手段３０ｄをそれぞれソフトウエア・プログラムの形態で備えている。

したがって、この実施形態に係るエンジン制御装置Ａによると、吸排気弁１１，１２の所謂負のオーバーラップ期間を設けて、気筒２内の温度を高めることにより、予混合気の圧縮自己着火を促進するようにしたガソリンエンジン１において、予混合気の形成のための燃料供給とは別に、前記負のオーバーラップ期間において気筒２内のＥＧＲガス中に燃料を噴射し、着火性の高い活性化混合気を形成するとともに、該気筒２内に圧縮行程でも少量の燃料を噴射し、点火プラグ１６周りに成層化させた混合気塊に点火して燃焼させることで、予混合気全体の自己着火を確実に発生させることができる。

よって、従来までは安定したＨＣＣＩ燃焼を実現できなかった低負荷、低回転側の領域までＨＣＣＩ領域（Ｉ）を拡大することができるとともに、予混合気の自己着火のタイミングを最適化して、ＨＣＣＩ燃焼による燃費やエミッションの改善効果を十分に得ることができる。

しかも、前記のように成層化混合気を形成するための燃料噴射（第３燃料噴射）の量は、エンジン１の目標トルクの大きさ（負荷状態）によらず、火花点火が可能な成層化混合気を形成するための必要最小量としているので、火花点火燃焼に伴う窒素酸化物の生成は極力、抑えることができる。

さらに、成層化混合気の形成及び点火燃焼は、それが必要なときにのみ行うようにしており、ＨＣＣＩ燃焼が安定して行える領域（ＨＣＣＩ領域（Ｉ）における高負荷ないし高回転側の領域）では行わないことで、火花点火燃焼に伴う窒素酸化物の生成を回避することができる。

また、この実施形態では、気筒２内に予混合気を形成するための燃料噴射は、ポートインジェクタ１９により行うようにしており、これを直噴インジェクタ１８よりも大容量のものとすることで、ＳＩ燃焼の際にエンジン１の最大トルクに対応して要求される多量の噴射量を確保しやすい。一方、直噴インジェクタ１８は容量の小さなものとすることができ、少量の燃料噴射において制御精度を確保する上で有利になる。

（他の実施形態）
本発明の構成は、前記した実施形態のものに限定されることなく、それ以外の種々の構成を包含する。すなわち、前記の実施形態では、図９に示すように、成層化混合気を形成するための第３噴射の量を略一定としているが、これに限らず、エンジン１の運転状態に応じて変更するようにしてもよい。また、第３噴射をＨＣＣＩ領域（Ｉ）の全域に亘って行うようにしてもよい。

同様に、活性化混合気を形成するための第１噴射を、もう少し高負荷側まで行うようにしてもよいが、これはノッキングの抑制とのトレードオフとなる。また、燃料性状によっては第１噴射が不要になる場合もあり、反対にＨＣＣＩ領域（Ｉ）の全域に亘って必要になることも考えられる。

また、前記の実施形態では、予混合気を形成するための第２噴射を気筒２の吸気行程で行うようにしているが、これはポートインジェクタ１９によるものであるから、排気行程或いはそれ以前の膨張行程や圧縮行程で行うようにすることもできる。

或いはエンジン１にポートインジェクタ１９を設けずに、直噴インジェクタ１８のみにより第１、第２及び第３の噴射を行うようにすることも可能である。

さらに、前記の実施形態では、吸排気弁１１，１２のリフト特性をＶＶＬ１４及びＶＶＴ１５の作動によって連続的に変更するようにしているが、これに限らず、リフト量及び位相角のいずれか一方は段階的に切換わるような構造としてもよい。また、吸排気弁１１，１２を個別に電磁アクチュエータによって開閉するような動弁機構を用いてもよいことは言うまでもない。

以上、説明したように本発明は、低負荷低回転側でＨＣＣＩ燃焼を行うようにしたガソリンエンジンにおいて、予混合気の圧縮による自己着火の安定性を高め、且つ着火タイミングを最適化して、ＨＣＣＩ燃焼の領域を拡大することができるので、有用である。

本発明の実施形態に係るエンジン制御装置の全体構成を示す図である。 制御の概略を示すブロック図である。 吸排気弁のリフト特性の変化を示す説明図である。 燃焼状態を切換える制御マップの一例を示す説明図である。 ＨＣＣＩ燃焼のイメージ図である。 ＨＣＣＩ燃焼における熱発生の状態を示す説明図である。 ２つのインジェクタによる燃料噴射の態様を示す説明図である。 燃焼状態を切換える制御の手順を示すフローチャート図である。 要求トルクの変化に対する第１、第２及び第３のそれぞれの噴射量の変化を等回転速度線に沿って示した説明図である。

符号の説明

Ａ エンジン制御装置
１ ガソリンエンジン
２ 気筒
９ 吸気ポート
１１ 吸気弁
１２ 排気弁
１６ 点火プラグ
１８ 直噴インジェクタ（燃料噴射弁）
１９ ポートインジェクタ（別のインジェクタ）
３０ ＰＣＭ
３０ａ 活性化混合気形成手段
３０ｂ 予混合気形成手段
３０ｃ 成層化混合気形成手段
３０ｄ 点火制御手段

Claims (7)

1. 気筒の排気行程ないし吸気行程において吸気弁及び排気弁の双方を閉じる負のオーバーラップ期間を設け、残留する既燃ガスによって該気筒内の温度を高めることにより、圧縮行程の終盤以降における予混合気の自己着火を促進するようにしたガソリンエンジンの制御装置であって、
   前記気筒内に少なくとも吸気行程で燃料を供給して、略均一な予混合気を形成する予混合気形成手段と、
   前記気筒内に圧縮行程で燃料を供給して、点火プラグ周りに偏在する成層化混合気を形成する成層化混合気形成手段と、
   前記点火プラグにより所定のタイミングで成層化混合気に点火する点火制御手段と、
   を備えることを特徴とするガソリンエンジンの制御装置。
2. 請求項１の制御装置において、
   気筒内に燃料を直接、噴射するように燃料噴射弁が設けられ、
   成層化混合気形成手段は、前記燃料噴射弁により気筒内に圧縮行程で燃料を噴射させるものであることを特徴とするガソリンエンジンの制御装置。
3. 請求項１又は２のいずれかの制御装置において、
   点火制御手段は、予混合気の自己着火が気筒の圧縮上死点近傍の所定の時期に発生するように、成層化混合気への点火タイミングを制御するものであることを特徴とするガソリンエンジンの制御装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１つの制御装置において、
   成層化混合気形成手段は、エンジンの低負荷低回転領域において成層化混合気の形成を行うものであり、
   点火制御手段は、前記低負荷低回転領域において前記成層化混合気への点火を行うものであることを特徴とするガソリンエンジンの制御装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１つの制御装置において、
   成層化混合気形成手段は、エンジンの負荷状態によらず気筒内に略一定量の燃料を供給するものであることを特徴とするガソリンエンジンの制御装置。
6. 請求項２〜５のいずれか１つの制御装置において、
   負のオーバーラップ期間において燃料噴射弁により気筒内に燃料を直接、噴射させて、着火性の高い活性化混合気を形成する活性化混合気形成手段を備えることを特徴とするガソリンエンジンの制御装置。
7. 請求項６の制御装置において、
   吸気通路に燃料を噴射するように別の燃料噴射弁が設けられ、
   予混合気形成手段は、前記別の燃料噴射弁により燃料を噴射させるものであることを特徴とするガソリンエンジンの制御装置。

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