JP4175243B2 - 予混合圧縮着火内燃機関 - Google Patents

Description

本発明は、予混合燃焼を行う予混合圧縮着火内燃機関に関する。

圧縮着火内燃機関において、排出されるＮＯｘの抑制と白煙の発生の抑制を目的として、予混合燃焼が行われる。この予混合燃焼は、一般に燃料を気筒内に圧縮行程上死点より早い時期に噴射することで、燃焼室内により均一な予混合気を形成させる。この均一な予混合気が燃焼すると、火炎温度が低く抑えられるためＮＯｘの生成が抑制される。さらに、この予混合気は燃料と空気が均一に混合しているため、十分な量の酸素の存在下で燃料が燃焼することになり、従って、酸素不足下での燃焼に起因する白煙の発生も抑制される。

ところが、予混合燃焼を行う圧縮着火内燃機関において、機関負荷や機関回転速度が上昇すると、気筒内に均一な予混合気を形成することが困難となり、予混合気が所定の着火時期より早い時期に着火するいわゆる過早着火が生じる可能性が高くなる。そして、過早着火が生じると、燃焼騒音が大きくなる等の問題が生じる。

そこで、予混合燃焼を行う圧縮着火内燃機関において、排気行程から吸気行程にかけて排気弁と吸気弁とが共に閉弁状態にある吸排気弁閉弁期間を設け、該吸排気弁閉弁期間において燃料を噴射する。そして、吸排気弁閉弁期間においては吸排気弁が閉弁状態にあるため、該吸排気弁閉弁期間に噴射された燃料は、気筒内に確保された燃焼ガスとともに圧縮されることで改質されて、ホルムアルデヒド等の中間生成物を生成し、以て予混合気の着火性を調整し予混合気の過早着火を回避する技術が公開されている（例えば、特許文献１を参照。）。
特開２００１−２８０１６５号公報 実開２０００−２７４２４９号公報 特開平１０−１９６４７１号公報 特開２００１−１５２８５４号公報 特開２００１−３５５４７１号公報

圧縮着火内燃機関において、ＮＯｘの抑制と白煙の発生の抑制を目的として予混合燃焼を行う場合、内燃機関の運転状態が高負荷運転状態となって機関負荷および機関回転速度が上昇するに従い、過早着火が生じる可能性が高くなる。そこで、排気行程から吸気行程にかけて排気弁と吸気弁とが共に閉弁状態にある吸排気弁閉弁期間において予混合気を形成する燃料を気筒内に噴射することで、燃料を改質してホルムアルデヒド等の中間生成物を生成し、予混合気の着火性を低下せしめて過早着火の発生を抑制するが、該燃料の改質には十分な酸素が必要とされる。

しかし、内燃機関の運転状態が高負荷運転状態となるほど、排気中に含まれる酸素量は低下する。従って、吸排気弁閉弁期間において気筒内に噴射された燃料を改質してホルムアルデヒド等の中間生成物を生成する酸素量を十分に確保することが困難となる虞がある。

本発明では、上記した問題に鑑み、予混合燃焼を行う圧縮着火内燃機関において、予混合気を形成する燃料の改質に十分な量の酸素を確保して燃料を改質することで、予混合気
の過早着火の発生を抑制することを目的とする。

本発明は、上記した課題を解決するために、予混合燃焼を行う圧縮着火内燃機関において、燃料の燃焼後の膨張行程および排気行程における燃焼ガスとの排出と吸気の導入に着目した。これは、燃料の燃焼後の膨張行程および排気行程において吸排気弁の開閉を制御して、生成された燃焼ガスの一部を気筒外へ排出すると共に吸気を気筒内へ導入することで、圧縮着火内燃機関の運転状態が高負荷運転状態のときに予混合気を形成する燃料の改質に必要な燃焼ガスと酸素を気筒内に確保することが可能となることに依る。

そこで、本発明は、圧縮行程上死点近傍の時期より早い時期に行われる燃料噴射によって予混合気を形成して予混合燃焼を行う圧縮着火内燃機関において、前記圧縮着火内燃機関の気筒内に燃料を噴射する燃料噴射弁と、前記圧縮着火内燃機関における吸排気弁の開閉特性を制御する吸排気弁開閉制御手段と、前記圧縮着火内燃機関において過給を行う過給機と、前記圧縮着火内燃機関の運転状態を検出する機関運転状態検出手段と、前記気筒での膨張行程および排気行程で、前記機関運転状態検出手段によって検出される該圧縮着火内燃機関の運転状態に基づいて、前記吸排気弁開閉制御手段によって前記排気弁および前記吸気弁が重複して開弁状態である重複期間を設けることで該気筒内に吸気を導入するとともに燃焼ガスの一部を前記排気通路へ放出した後該吸気弁および該排気弁を閉弁することで、予混合気を形成する燃料の改質に必要な所定量の燃焼ガスおよび予混合気を形成する燃料の改質に必要な酸素を確保し得る所定量の吸気を該気筒内に確保する掃気手段と、前記掃気手段によって前記気筒内に燃焼ガスが確保された後から該気筒での排気行程上死点に至るまでの期間において、前記燃料噴射弁により該気筒内に所定量の燃料を噴射する予混合燃料噴射手段と、圧縮行程において、前記燃料噴射弁より更に燃料を噴射する二次燃料噴射手段と、を備える。

上述の予混合燃焼を行う圧縮着火内燃機関（以下、「予混合圧縮着火内燃機関」という）において、吸気弁および排気弁の開閉弁時期等の開閉特性が吸排気弁開閉制御手段によって制御される。従って、吸排気弁開閉制御手段によって気筒内に生成された燃焼ガスの気筒外への排出や気筒内への吸気の導入が制御される。

そして、気筒での膨張行程および排気行程において、掃気手段によって吸気弁および排気弁を重複して開弁する重複期間を設けることで、気筒内に生成されている燃焼ガスを気筒外へ排出するとともに気筒内へ吸気を導入する。このとき、過給機によって吸気通路内の圧力が上昇されているため、吸気弁および排気弁の両弁が開弁状態となっていても、燃焼ガスの吸気通路への吹き返しが抑制される。従って両弁が開弁状態になることで、吸気の導入と共に燃焼ガスの予混合圧縮着火内燃機関の排気通路への排出がより円滑に行われ、結果として気筒内が掃気された状態となる。従って、該掃気が円滑に行われるべく、排気弁の開弁時期は吸気弁の開弁時期以前であるのが好ましい。

ここで、予混合気を形成する燃料の改質に必要な所定量の燃焼ガスと、同様に該予混合気を形成する燃料の改質に必要な酸素を確保し得る所定量の吸気とが気筒内に確保されるように、予混合圧縮着火内燃機関の運転状態に基づいて掃気手段によって吸気弁および排気弁の閉弁時期が制御される。そこで、所定燃焼ガス量の燃焼ガスと所定吸気量の吸気が気筒内に確保されるのを前提として、排気弁と吸気弁とが重複して開弁状態にある重複期間は、より円滑な掃気を行うために可及的に長い方が好ましい。

そして、所定燃焼ガス量の燃焼ガスと所定吸気量の吸気が気筒内に確保された後、予混合燃料噴射手段によって気筒内に燃料が噴射される。該燃料が気筒内において予混合気を形成する。そして燃料噴射後排気行程上死点を迎えると、気筒内に燃焼ガスと吸気と予混合気を形成する燃料が混在した状態で圧縮されるため、気筒内の温度が上昇し、低温酸化反応が生じる。そして、低温酸化反応によって燃料の一部もしくは全部が改質されてホル
ムアルデヒド等の中間生成物が生成されることで、予混合気の着火性が低下し、予混合気の過早着火を抑制し得る。特に、内燃機関の運転状態が高負荷運転状態であるときも、掃気手段により十分な量の燃焼ガスと吸気量を気筒内に確保することで、低温酸化反応によって中間生成物を生じさせて予混合気の着火性を低下せしめて、過早着火を抑制することが可能となる。

尚、燃料噴射後排気行程上死点を迎えたときに気筒内の温度が過度に上昇すると、低温酸化反応ではなく高温酸化反応が生じ、予混合気が過早着火する虞がある。従って、掃気手段によって気筒内に確保する燃焼ガス量および吸気量、予混合燃料噴射手段によって噴射される燃料量は、気筒内において低温酸化反応のみが生じ得る量とする。

そして、更に燃焼サイクルが進み、圧縮行程において再び気筒内の予混合気等が圧縮されて気筒内の温度が上昇するとともに二次燃料噴射手段によって気筒内に燃料が噴射されることで、燃料が燃焼し内燃機関の機関出力が発揮される。このときも、気筒内において先ず低温酸化反応が生じて中間生成物が生成され、更に気筒内温度が上昇することで高温酸化反応が生じて燃料分子が酸化され、最終的に二酸化炭素等が生成される。従って、低温酸化反応によって中間生成物を生じさせて予混合気の着火性を低下せしめて、過早着火を抑制することが可能となる。
また、予混合圧縮着火内燃機関において、ＮＯｘの抑制と白煙の発生の抑制を目的とする予混合燃焼の利点を考えると、該内燃機関が発揮すべき機関出力を予混合燃料噴射手段によって噴射される燃料によって可及的に賄うことが好ましい。しかし、該内燃機関の機関負荷が増加するに従い気筒内に噴射すべき燃料量が増加するため、予混合気の過早着火を回避するために、予混合燃料噴射手段によって噴射される燃料を制限する必要がある場合がある。本発明では、予混合燃料噴射手段によって排気行程上死点に至るまでに気筒内に噴射されなかった量の燃料は、二次燃料噴射手段によって高温酸化反応が生じる圧縮行程上死点近傍に至るまでの間に気筒内へ噴射される。これにより、予混合気の形成によるＮＯｘの抑制と白煙の発生の抑制を図ると共に、圧縮着火内燃機関に要求された機関出力を発揮することが可能となる。

ここで、上述の予混合圧縮着火内燃機関において、前記予混合燃料噴射手段によって前記気筒内に燃料を噴射した後から該気筒での吸気行程下死点に至るまでの期間において、前記吸排気弁開閉制御手段によって吸気弁を開弁させて二次吸気を該気筒内に導入する二次吸気導入手段を、更に備えてもよい。

二次吸気導入手段によって更に気筒内に吸気を導入することが可能となる。その結果、排気行程上死点においては気筒内の温度を低温酸化反応に適した温度とするべく燃焼ガス量および吸気量が制御される一方で、二次吸気導入手段によって気筒内の吸気量を増量することで、圧縮行程上死点において気筒内温度を低温酸化反応より高い圧縮端温度が必要となる高温酸化反応が生じ得る温度とすることが、より容易に可能となる。即ち、内燃機関の運転状態が高負荷運転状態であるときでも、予混合気形成の燃料の改質に必要な酸素量を掃気手段によって確保することが可能であると共に、該予混合気を圧縮行程上死点において確実に燃焼させ、機関出力として発揮させることが可能となる。

尚、二次吸気導入手段によって気筒内に吸気を更に導入するとき、気筒内に形成されている予混合気が吸気側に吹き返すのを抑制するのが好ましい。そこで、前記二次吸気導入手段は、前記吸排気弁開閉制御手段によって吸気弁を開弁する時期を前記気筒での吸気行程後期としてもよい。吸気行程後期においては、気筒におけるピストンの位置は下死点に近い位置であるため、気筒内の圧力が低下する。その結果、吸気行程後期において吸気弁を開弁することで、予混合気が吸気側へ吹き返すのが抑制し得る。また、過給機により吸気通路の圧力が高められているため、予混合気の吸気通路への吹き返しはより確実に抑制し得る。

ここで、予混合圧縮着火内燃機関の運転状態が低負荷運転状態であるときは、燃焼ガス中に比較的多くの酸素が含まれているため、前記掃気手段に依らずに予混合気を形成する燃料の改質を比較的容易に行える。そこで、上述の予混合圧縮着火内燃機関において、前記機関運転状態検出手段によって検出される前記圧縮着火内燃機関の運転状態に基づいて前記気筒での排気行程において前記吸排気弁開閉制御手段によって前記排気弁を閉弁し且つ該気筒での吸気行程において前記吸排気弁開閉制御手段によって前記吸気弁を開弁することで、排気行程から吸気行程にかけて該吸気弁と該排気弁の両弁が閉弁状態にある吸排気弁閉弁期間を制御する吸排気弁閉弁期間制御手段と、前記吸排気弁閉弁期間であって且
つ前記気筒での排気行程上死点に至るまでの期間において、前記燃料噴射弁により該気筒内に所定量の燃料を噴射する吸排気弁閉弁時予混合燃料噴射手段と、を更に備え、前記機関運転状態検出手段によって検出される前記圧縮着火内燃機関の運転状態が低負荷運転状態であるとき、前記掃気手段による前記気筒での燃焼ガスの確保および吸気の導入と前記予混合燃料噴射手段による燃料噴射の実行に代えて、前記吸排気弁閉弁期間制御手段による吸排気弁閉弁期間の制御および前記吸排気弁閉弁時予混合燃料噴射手段による燃料噴射を実行してもよい。

吸排気弁閉弁期間制御手段によって、排気行程上死点を挟んで吸排気弁閉弁期間が存在することになる。ここで排気上死点を迎えた時点においては、気筒内には排気されなかった燃焼ガスが残留するとともに、新たな吸気はまだ導入されていない。従って、気筒内の温度は比較的高く維持されている。この吸排気弁閉弁期間は、気筒内に予混合気を形成する燃料の改質に必要な量の燃焼ガスを残留させるべく、圧縮着火内燃機関の運転状態に基づいて制御される。ここで、予混合圧縮着火内燃機関の運転状態が低負荷運転状態であるときは、燃焼ガスには比較的多くの酸素が含まれているため、吸排気弁閉弁時予混合燃料噴射手段によって気筒内に噴射された燃料は排気行程において次第に圧縮されて気筒内の温度は上昇し、そして上死点を迎えることで該燃料の改質が良好に行われ得る。

そこで、予混合圧縮着火内燃機関の運転状態が低負荷運転状態であるときは、上述の掃気手段および予混合燃料噴射手段による予混合気を形成する燃料の改質は行わずに、吸排気弁閉弁期間制御手段および吸排気弁閉弁時予混合燃料噴射手段による該燃料の改質を行うことで、燃焼ガスによる熱エネルギーをより効率的に利用した燃料の改質を行うことが可能となる。

ここで、前記予混合燃料噴射手段によって噴射される燃料を一次燃料とし、前記二次燃料噴射手段によって噴射される燃料を二次燃料とするとき、前記機関運転状態検出手段によって検出される前記圧縮着火内燃機関の運転状態に基づいて、前記一次燃料と前記二次燃料との総量および該一次燃料と該二次燃料との噴射量割合を決定してもよい。

即ち、圧縮着火内燃機関の運転状態に基づいて、機関出力の発揮に要する総燃料量を算出するとともに、予混合気の過早着火が回避されるべき一次燃料と二次燃料との割合を決定する。例えば、圧縮着火内燃機関の運転状態より、予混合気の過早着火が生じる虞があると判断される場合には、一次燃料を減量するとともに二次燃料を増量する。

尚、上述までの圧縮着火内燃機関においては、前記予混合燃料噴射手段による燃料噴射は、排気行程上死点近傍の所定期間において行われるようにしてもよい。ここで、所定期間とは、排気行程上死点近傍であって、燃料噴射弁から噴射された燃料が気筒の内壁面に付着する虞が低い期間である。従って、該機関は、好ましくは、排気行程中期、後期から排気行程上死点に至るまでの期間である。これにより、予混合気を形成する燃料が気筒の内壁面に付着し潤滑油が除去されるのを回避することが可能となる。

予混合燃焼を行う圧縮着火内燃機関において、予混合気を形成する燃料の改質に十分な量の酸素を確保して燃料を改質することで、予混合気の過早着火の発生を抑制することが可能となる。

ここで、本発明に係る予混合燃焼を行う予混合圧縮着火内燃機関の実施の形態について図面に基づいて説明する。

図１は、本発明が適用される予混合圧縮着火内燃機関（以下、単に「内燃機関」という）１およびその制御系統の概略構成を表すブロック図である。また、図２は、気筒２近傍の概略構成を表すブロック図である。

内燃機関１は、４つの気筒２を有する圧縮着火式の内燃機関である。また、気筒２の燃焼室に直接燃料を噴射する燃料噴射弁３を備えている。燃料噴射弁３は、燃料を所定圧に蓄圧する蓄圧室４と接続されている。内燃機関１には吸気枝管７が接続されており、吸気枝管７の各枝管は、シリンダヘッド３０に設けられた吸気ポートを介して燃焼室に接続される。同様に、内燃機関１には排気枝管１２が接続され、排気枝管１２の各枝管はシリンダヘッド３０に設けられた排気ポートを介して、燃焼室に接続される。ここで、シリンダヘッド３０には吸気弁５および排気弁６が設けられている。ここで、吸気弁５および排気弁６はいわゆる電磁駆動弁であって、吸気弁５は吸気側電源１７によって、排気弁６は排気側電源１８によって、それぞれ印加される電圧信号に基づいて各弁の開弁時期や閉弁時期等の開閉特性が制御される。

また、吸気枝管７は吸気管８に接続されている。更に、吸気管８における吸気枝管７の直上流に位置する部位には、吸気管８内を流れる吸気の流量を調節する吸気絞り弁１０が、更に吸気絞り弁１０の上流側には、吸気管８を流れる吸気量を検出するエアフローメータ９が設けられている。この吸気絞り弁１０には、ステップモータ等で構成されて該吸気絞り弁１０を開閉駆動する吸気絞り用アクチュエータ１１が取り付けられている。一方、内燃機関１には、ＥＧＲ装置２１が設けられている。ＥＧＲ装置２１は排気枝管１２を流れる排気の一部を吸気枝管７へ再循環させる。ＥＧＲ装置２１は、排気枝管１２（上流側）から吸気枝管７（下流側）へ延出しているＥＧＲ通路２２と、ＥＧＲ通路２２上に上流側から順に設けられた排気冷却用のＥＧＲクーラ２３と、ＥＧＲ弁２４と、から構成される。

ここで、エアフローメータ９と吸気絞り弁１０との間に位置する吸気管８には、排気のエネルギーを駆動源として作動する過給機１６のコンプレッサ側が設けられ、排気枝管１２には過給機１６のタービン側が設けられている。過給機１６は、いわゆる可変容量型過給機であって、過給機１６のノズルベーンの開度を調整することで、最終的に到達する吸気枝管７内の過給圧を調整することが可能となる。更に、過給機１６より下流の吸気管８には、過給機１６によって加圧されて高温となった吸気を冷却するためのインタークーラ１５が設けられている。また、過給機１６のタービン側は、排気管１３と接続され、この
排気管１３は、下流にてマフラーに接続されている。そして、排気管１３の途中には、内燃機関１からの排気を浄化する排気浄化触媒１４が設けられている。

また、内燃機関１には、該内燃機関１を制御するための電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」という）２０が併設されている。このＥＣＵ２０は、ＣＰＵの他、後述する各種のプログラム及びマップを記憶するＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えており、内燃機関１の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関１の運転状態等を制御するユニットである。

ここで、燃料噴射弁３は、電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」という）２０からの制御信号によって開閉動作を行う。即ち、ＥＣＵ２０からの指令によって、燃料噴射弁３における燃料の噴射時期および噴射量が、内燃機関１の機関負荷や機関回転速度に応じて、弁毎に制御され、以て内燃機関１において予混合燃焼や、拡散燃焼が行われる。また、ＥＣＵ２０は吸気側電源１７および排気側電源１８とも電気的に接続され、これらの電源を介して吸気弁５および排気弁６に印加される指令電圧が制御され、以て吸気弁５および排気弁６の開弁時期や閉弁時期が制御される。更に、ＥＧＲ弁２４やアクチュエータ１１も、ＥＣＵ２０からの指令に従って制御される。

更に、アクセル開度センサ２６がＥＣＵ２０と電気的に接続されており、ＥＣＵ２０はアクセル開度に応じた信号を受け取り、それより内燃機関１に要求される機関負荷等を算出する。また、クランクポジションセンサ２５がＥＣＵ２０と電気的に接続されており、ＥＣＵ２０は内燃機関１の出力軸の回転角に応じた信号を受け取り、内燃機関１の機関回転速度等を算出する。

上述した内燃機関１において予混合燃焼を行う際に、予混合気を形成する燃料の改質を行うことで、該予混合気の着火性を低下させて該予混合気の過早着火を抑制する。ここで、予混合気を形成する燃料の改質について、図３に基づいて説明する。

図３は、内燃機関１において予混合燃焼を行う際の、気筒２内の温度（以下、「気筒内温度」という）および気筒内における熱発生率の推移を表すグラフである。該グラフの横軸は内燃機関１のクランクシャフトの回転角（以下、「クランクアングル」という）を表し、縦軸は、それぞれ気筒内温度および気筒２内における熱発生率を表す。ここで、熱発生率は、燃料の酸化によって単位時間あたりに発生する熱量である。また、図中実線Ｌ１は気筒２内において燃料の酸化（燃焼）が行われたときの気筒内温度推移を表し、点線Ｌ２は気筒２内において燃料の酸化（燃焼）が行われなかった場合の気筒内温度推移を表し、実線Ｌ３は気筒２内において燃料の酸化（燃焼）が行われたときの気筒２内における熱発生率の推移を表す。

図中期間Ｔ１で表される期間よりも早い時期において、燃料噴射弁３から気筒２内へ予混合気を形成する燃料（以下、「予混合燃料」という）を噴射する。その後、気筒２内の予混合気が圧縮されることで気筒内温度が徐々に上昇する。ここで、図中期間Ｔ１を迎え、気筒２内において低温酸化反応が生じる。低温酸化反応においては、燃焼ガス中の好反応性のラジカル等により燃料分子中の水素が引き抜かれるとともに酸素分子が付加される。その後、燃料分子中の炭素結合が切断されて、ホルムアルデヒド等の中間生成物が生成される。ここで、燃料分子から中間生成物が生成される反応は可逆反応であり、中間生成物の生成量が増加すると、中間生成物から燃料分子へ戻る反応が促進される。そのため、低温酸化反応の熱発生率が徐々に減少する。この期間が、グラフ中期間Ｔ２で表される期間である。

更に、気筒内の温度が上昇すると、気筒２内において高温酸化反応が生じる。高温酸化反応においては、低温酸化反応のように中間生成物を生成する過程を経ずに、燃料分子が
酸化されて一酸化炭素が生成され、更に一酸化炭素から二酸化炭素が生成される。この期間が、グラフ中期間Ｔ３で表される期間であり、内燃機関１において機関出力が発生する期間である。

ここで、気筒内温度についてまとめると、気筒内温度は気筒２内の予混合気の圧縮とともに上昇していくが、先ず低温酸化反応が生じることで、気筒内温度の上昇は一時的に急峻になる。この時点が、線Ｌ１上の点Ｐ１で表される。その後、低温酸化反応の収束とともに、気筒内温度の上昇は緩和するが、次に高温酸化反応が生じることで、気筒内温度の上昇は再び急峻になる。この時点が、線Ｌ１上の点Ｐ２で表される。その後、気筒２内の燃料が燃焼することで、気筒内温度は最高温度を迎える。尚、低温酸化反応は気筒内温度が概ね８００Ｋから９００Ｋで発生し、高温酸化反応は気筒内温度が概ね１１００Ｋ以上で発生するが、その温度は燃料性状等によって変動する。

そして、低温酸化反応における燃料とホルムアルデヒド等の中間生成物とが可逆反応であることより、中間生成物を効率的に生成させることで、低温酸化反応を緩慢に進行させることが可能になる。その結果、燃料分子が高温酸化反応によって酸化されるまでの時間が長期化することになり、以て予混合燃料の着火性を低下することが可能となる。これによって、予混合燃料の過早着火を抑制することが可能となるが、低温酸化反応において中間生成物を効率的に生成させるためには、低温酸化反応において燃料分子に付加される酸素を十分に確保する必要がある。しかし、内燃機関１の機関負荷が高くなるに従い、燃焼ガス中の酸素量が低下するため、低温酸化反応に供する酸素を十分量確保することが困難となる。

そこで、図４に示す吸気弁５および排気弁６の開閉弁時期および燃料噴射弁３による燃料噴射を制御することで、内燃機関１の機関負荷が比較的高い場合にであっても、低温酸化反応に供する酸素を十分量確保する。以下に、図４に基づいて、吸気弁５および排気弁６の開閉弁時期および燃料噴射弁３による燃料噴射の制御について説明する。

図４は、内燃機関１のクランクアングルに対する気筒内温度と気筒２内の残留燃焼ガスや吸気の総量（以下、「気筒内ガス量」という）の推移、および吸気弁５および排気弁６の開弁タイミング、燃料噴射弁３による燃料噴射タイミングを表すグラフである。該グラフの横軸は内燃機関のクランクアングルであり、図中Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４で表される期間は、それぞれ内燃機関１の燃焼サイクルにおける排気行程、吸気行程、圧縮行程、膨張行程である。また、吸気弁５の開弁状態は黒色帯の期間Ｉ１およびＩ２によって表され、排気弁６の開弁状態は白色帯の期間Ｅ１によって表され、気筒内温度の推移は図中線Ｌ４で表され、燃料噴射タイミングは図中矩形状となっているＩＮＪ１およびＩＮＪ２で表され、気筒内ガス量の推移は図中線Ｌ５で表される。

従って、吸気弁５は膨張行程Ｓ４の後期から排気行程Ｓ１の中期に至る期間Ｉ１において開弁され、排気弁６は期間Ｉ１と同一の期間Ｅ１において開弁される。更に、吸気弁５は、吸気行程Ｓ２の後期から吸気行程下死点近傍に至る期間Ｉ２において開弁される。また、燃料噴射弁３からの燃料噴射については、期間Ｉ１、Ｅ１の経過後であって、排気行程上死点に至るまでの期間ＩＮＪ１において、第一の燃料噴射が行われる。更に、期間Ｉ２の経過後であって、圧縮行程上死点に至るまでの期間ＩＮＪ２において第二の燃料噴射が行われる。尚、期間ＩＮＪ１は排気行程中期から後期にかけての期間であるため、期間ＩＮＪ１における噴射燃料の気筒２の内壁面への付着が抑制される。

このような吸気弁５および排気弁６の開弁および燃料噴射が行われる内燃機関１における予混合燃焼について説明する。ここで、期間Ｉ１およびＥ１における吸気弁５と排気弁６の開弁により、気筒２内で燃料が燃焼されることで生じた燃焼ガスは、排気枝管１２へ
流出し、一方で、吸気枝管７の吸気が気筒２内へ導入される。ここで、期間Ｉ１において気筒２内に導入された吸気を一次吸気という。尚、過給機１６によって、吸気管８および吸気枝管７内の圧力は過給圧に高められているため、燃焼ガスの吸気枝管７への吹き返しは抑制される。

これによって気筒２内が掃気された状態となる。その後、吸気弁５および排気弁６が閉じられることで、気筒内ガス量は、図４中Ｇ１で表される気筒２内に残留した燃焼ガス量と、図４中Ｇ２で表される一次吸気量によって構成される。そして、残留燃焼ガスと吸気が気筒２内に確保された状態で、燃料噴射弁３から期間ＩＮＪ１において予混合燃料が噴射される。このとき、内燃機関１においては排気行程を迎えているが、吸気弁５および排気弁６は閉弁状態にあるため、該残留燃焼ガスと該一次吸気は圧縮されて、気筒内温度は上昇する。

このとき、気筒２内において、残留燃焼ガスと第一吸気中の酸素によって、予混合燃料が低温酸化反応に供される。そのため、低温酸化反応によって酸化熱が発生し、排気行程上死点近傍において気筒内温度が一時的に急峻に上昇する。それと同時に、低温酸化反応により予混合燃料が改質されてホルムアルデヒド等の中間生成物が生成される。その結果、予混合燃料の酸化反応が緩慢となり、以て予混合燃料の過早着火を抑制し得る。

更に、その後、吸気弁５が期間Ｉ２において開弁されることで、気筒２内には図４中Ｇ３で表される量の新気が流入し、気筒内ガス量はＧ１、Ｇ２およびＧ３の総和となる。このとき、吸気行程Ｓ２の後期の気筒２内の圧力が比較的低いときに吸気弁５を開弁するため、気筒２内の予混合気の吸気枝管７への吹き返しが抑制される。そして、気筒２内に期間ＩＮＪ２において燃料が噴射され、圧縮行程上死点を迎えることで、気筒２内の燃料が燃焼する。このとき、圧縮行程においても気筒内の残留燃焼ガス等が圧縮されることで、気筒２内の温度が上昇し、再び気筒２内の燃料は低温酸化反応を迎える。また、期間Ｉ２においてＧ３で表される吸気が気筒２内に導入されているため、更に気筒２内の温度は上昇し、気筒２内の燃料は高温酸化反応を迎えて、内燃機関１の機関出力が発揮される。このときにおいても、低温酸化反応により予混合燃料が改質されてホルムアルデヒド等の中間生成物が生成される。その結果、予混合燃料の酸化反応が緩慢となり、以て予混合燃料の過早着火を抑制し得る。

上述のように吸気弁５および排気弁６の開弁時期が制御され、燃料噴射弁３からの燃料噴射が制御される内燃機関１においては、期間Ｉ１において気筒２内に一次吸気が導入されることで期間ＩＮＪ１において気筒２内に噴射された燃料を低温酸化反応に供するための酸素量をより確実に確保することが可能となる。従って、低温酸化反応による中間生成物を効率的に生成することが可能となり、排気行程上死点近傍における予混合気の過早着火をより確実に抑制し得る。また、期間Ｉ２において気筒２内に二次吸気が導入されることで期間ＩＮＪ２において気筒２内に噴射された燃料を低温酸化反応に供するための酸素量をより確実に確保することが可能となる。従って、低温酸化反応による中間生成物を効率的に生成することが可能となり、圧縮行程上死点前の圧縮行程中期又は後期における予混合気の過早着火をより確実に抑制し得る。換言すると、内燃機関１の運転状態が比較的高負荷運転状態であっても、即ち予混合燃料が比較的増量されても、該予混合燃料の過早着火を抑制した予混合燃焼が可能となる。また、期間Ｉ２において二次吸気を気筒２内に導入することで、圧縮行程における気筒２内の温度を燃料の高温酸化反応が生じる温度にまで、より確実に上昇させることが可能となる。

ここで、内燃機関１において気筒２内に噴射された燃料の過早着火をより確実に回避するために、燃料の改質に応じた適正量の燃焼ガスや吸気が確保されるべく、または適正量の燃料、特に予混合燃料が噴射されるべく、吸気弁５および排気弁６の開弁時期および燃
料噴射弁３による燃料噴射を制御する必要がある。そこで、図５に基づいて吸気弁５および排気弁６の開弁時期の制御を、図６に基づいて燃料噴射弁３による燃料噴射の制御を説明する。

図５に示す（ａ）から（ｄ）までの４図は、吸気弁５および排気弁６の開弁又は閉弁時期を制御するための制御マップであってＥＣＵ２０のＲＯＭに格納されている制御マップを、図式化したものである。各図において、横軸は内燃機関１の機関回転速度を、縦軸は期間ＩＮＪ１およびＩＮＪ２において噴射される総燃料噴射量を表す。尚、該総燃料噴射量は、アクセル開度センサ２６の開度等から算出する。ここで、各制御マップにおいては、機関回転速度と総燃料噴射量とをパラメータとして必要な制御数値が取得されるが、該制御数値を等高線状に表すとともに、その制御数値の変動傾向を各図の点線の矢印によって表している。

ここで、図５（ａ）は、期間Ｉ１およびＥ１における吸気弁５および排気弁６の開弁時期が制御数値として取得される制御マップを図式化したものである。尚、吸気弁５および排気弁６の開弁時期の取得を本制御マップによって行うため、各弁の開弁時期は同時期となり、気筒２における掃気をより円滑に行うことが可能となる。本制御マップにおいては、機関回転速度および総燃料噴射量が増加するに従い、吸気弁５および排気弁６の開弁時期は、進角側に移行する。また、図５（ｂ）は、期間Ｉ１およびＥ１における吸気弁５および排気弁６の閉弁時期が制御数値として取得される制御マップを図式化したものである。尚、吸気弁５および排気弁６の閉弁時期の取得を本制御マップによって行うため、各弁の閉弁時期は同時期となる。本制御マップにおいては、機関回転速度および総燃料噴射量が増加するに従い、吸気弁５および排気弁６の閉弁時期は、遅角側に移行する。即ち、内燃機関１の機関回転速度および総燃料噴射量が増加するに従い、吸気弁５および排気弁６のクランクアングルにおける開弁期間である期間Ｉ１およびＥ１は長くなり、期間ＩＮＪ１において噴射された燃料を改質するために適正な量の一次吸気を導入するとともに、燃焼ガスを残留させることが可能となる。

また、図５（ｃ）は、期間Ｉ２における吸気弁５の開弁時期が制御数値として取得される制御マップを図式化したものである。本制御マップにおいては、機関回転速度および総燃料噴射量が増加するに従い、吸気弁５の開弁時期は、進角側に移行する。また、図５（ｄ）は、期間Ｉ２における吸気弁５の閉弁時期が制御数値として取得される制御マップを図式化したものである。本制御マップにおいては、機関回転速度および総燃料噴射量が増加するに従い、吸気弁５閉弁時期は、遅角側に移行する。即ち、内燃機関１の機関回転速度および総燃料噴射量が増加するに従い、吸気弁５のクランクアングルにおける開弁期間である期間Ｉ２は長くなり、期間ＩＮＪ２において噴射された燃料を改質するために適正な量の吸気を導入することが可能となる。

次に、図６に示す（ａ）から（ｃ）までの３図は、燃料噴射弁３による燃料噴射を制御するための制御マップであってＥＣＵ２０のＲＯＭに格納されている制御マップを、図式化したものである。各図において、横軸は内燃機関１の機関回転速度を、縦軸は期間ＩＮＪ１およびＩＮＪ２において噴射される総燃料噴射量を表す。尚、該総燃料噴射量は、アクセル開度センサ２６の開度等から算出する。ここで、各制御マップにおいては、機関回転速度と総燃料噴射量とをパラメータとして必要な制御数値が取得され、各制御マップの表現は図５における表現と同様である。

図６（ａ）は、期間ＩＮＪ１における燃料噴射弁３からの燃料噴射量が制御数値として取得される制御マップを図式化したものである。本制御マップにおいては、機関回転速度が増加するに従い且つ総燃料噴射量が減少するに従い、期間ＩＮＪ１における燃料噴射量は増量される。即ち、期間ＩＮＪ１経過後の排気行程における気筒２内の圧縮において、
予混合気の過早着火を抑制すべく、期間ＩＮＪにおける燃料噴射量が制御される。また、期間ＩＮＪ２における燃料噴射量は、総燃料噴射量から期間ＩＮＪ１における燃料噴射量を差し引いた量である。尚、予混合燃焼によって効果的にＮＯｘの抑制および白煙の抑制を実現すべく、期間ＩＮＪ１における燃料噴射量を、予混合気の過早着火が生じない範囲において、可及的に増量するのが好ましい。

また、図６（ｂ）は、期間ＩＮＪ１における燃料噴射弁３からの燃料噴射開始時期が制御数値として取得される制御マップを図式化したものである。本制御マップにおいては、機関回転速度および総燃料噴射量が増加するに従い、燃料噴射開始時期は、進角側に移行する。また、図６（ｃ）は、期間ＩＮＪ２における燃料噴射弁３からの燃料噴射開始時期が制御数値として取得される制御マップを図式化したものである。本制御マップにおいては、機関回転速度および総燃料噴射量が増加するに従い、燃料噴射開始時期は、進角側に移行する。即ち、燃料噴射に要する実質的な時間が増加するに従い、燃料噴射開始時期を進角側に移行することで、所定の時期までに、例えば燃料噴射を排気行程上死点もしくは圧縮行程上死点までに完了させることが可能となる。

尚、上述した内燃機関１においては、気筒２内の掃気を効率的に行うために期間Ｉ１および期間Ｅ１が重複している。ここで、吸気弁５を期間Ｉ１において開弁するときに、気筒２内の燃焼ガスが吸気枝管７へ吹き返すのをより確実に抑制するために、排気弁６の開弁時期より吸気弁５の開弁時期を遅らせてもよい。このようにすることで、燃焼ガスを排気枝管１２に流出して気筒２内の圧力を低下させて、以て燃焼ガスの吸気枝管７への吹き返しが抑制される。更には、気筒２内の圧力が高いほど、換言すると内燃機関１の機関負荷が多く総燃料噴射量が多いほど、吸気弁５の開弁時期の遅らせる量を増加させるのが好ましい。

また、上述した内燃機関１においては、期間Ｉ２おいて第二吸気を気筒２内に導入しているが、期間Ｉ１において期間ＩＮＪ１および期間ＩＮＪ２において噴射される総燃料を酸化するために十分な吸気を気筒２内に導入することが可能であれば、期間Ｉ２おける第二吸気の気筒２内への導入は行わなくてもよい。

図１に示す内燃機関１において予混合燃焼を行うとき、図４に示す吸気弁５および排気弁６の開弁制御や燃料噴射弁３の制御を行うことで、内燃機関１の運転状態が比較的高負荷運転状態であっても、予混合気の過早着火を回避することが可能であるのは先述の通りである。ここで、内燃機関１の運転状態が比較的低負荷運転状態である場合、高負荷運転状態である場合と比べて予混合気の過早着火は生じにくくなる一方で、図４に示すように吸気弁５および排気弁６を同時に開弁状態として吸気を気筒２内に導入すると、気筒２内の温度が低下するため、予混合燃料の改質を行うための熱エネルギーを無駄に放出する。そこで、内燃機関の運転状態が低負荷運転状態であるときには、図７に示す吸気弁５および排気弁６の開弁制御や燃料噴射弁３の制御を行うことで、予混合燃料の改質を効率的に行うことが可能となる。以下に、図７に基づいて、吸気弁５および排気弁６の開弁制御や燃料噴射弁３の制御について説明する。

図７は、内燃機関１のクランクアングルに対する気筒内温度と気筒内ガス量の推移、および吸気弁５および排気弁６の開弁タイミング、燃料噴射弁３による燃料噴射タイミングを表すグラフである。該グラフの表現については、図４に示すグラフと同様である。該グラフにおいて、吸気弁５の開弁状態は黒色帯の期間Ｉ３によって表され、排気弁６の開弁状態は白色帯の期間Ｅ２によって表され、気筒内温度の推移は図中線Ｌ６で表され、燃料噴射タイミングは図中矩形状となっているＩＮＪ３およびＩＮＪ４で表され、気筒内ガス量の推移は図中線Ｌ７で表される。

従って、排気弁６は膨張行程Ｓ４の後期から排気行程Ｓ１の中期に至る期間Ｅ２において開弁され、吸気弁５は吸気行程Ｓ２の中期から圧縮行程の初期に至る期間Ｉ３において開弁される。また、燃料噴射弁３からの燃料噴射については、期間Ｅ２の経過後であって排気行程上死点に至るまでの期間ＩＮＪ３において、第一の燃料噴射が行われる。更に、期間Ｉ３の経過後であって、圧縮行程上死点に至るまでの期間ＩＮＪ４において第二の燃料噴射が行われる。

このような吸気弁５および排気弁６の開弁および燃料噴射が行われる内燃機関１における予混合燃焼について説明する。ここで、期間Ｅ２における排気弁６の開弁状態と期間Ｉ３における吸気弁５の開弁状態との間に、吸気弁５および排気弁６の両弁が共に閉弁状態となっている期間Ｔ４が存在する。従って、期間４における気筒内ガス量は、期間Ｅ２において排気弁６が開弁することで排気枝管１２へ流出した燃焼ガス以外の残留燃焼ガス量Ｇ４である。

そして、残留燃焼ガスが気筒２内に確保された状態で、燃料噴射弁３から期間ＩＮＪ３において予混合燃料が噴射される。このとき、内燃機関１においては排気行程を迎えているが、吸気弁５および排気弁６は閉弁状態にあるため、該残留燃焼ガスは圧縮されて、気筒内温度は上昇する。

このとき、内燃機関１は低負荷運転状態にあるため、気筒２内に確保された燃焼ガスには比較的多量の酸素が含まれている。従って、残留燃焼ガスとその含有酸素によって、予混合燃料が低温酸化反応に供される。そのため、低温酸化反応によって酸化熱が発生し、排気行程上死点近傍において気筒内温度が一時的に急峻に上昇する。それと同時に、低温酸化反応により予混合燃料が改質されてホルムアルデヒド等の中間生成物が生成される。その結果、予混合燃料の酸化反応が緩慢となり、以て予混合燃料の過早着火を抑制し得る。

その後、期間Ｉ３において吸気弁５が開弁されて、内燃機関１の機関出力に応じた量の吸気量が気筒２内へ導入される。これにより、気筒内ガス量が、図７に示すように更にＧ５に相当する分、増量する。尚、過給機１６によって、吸気管８および吸気枝管７内の圧力は過給圧に高められているため、燃焼ガスおよび予混合気の吸気枝管７への吹き返しは抑制される。そして、気筒２内に期間ＩＮＪ４において燃料が噴射され、圧縮行程上死点を迎えることで、気筒２内の燃料が燃焼する。このとき、圧縮行程においても気筒内の残留燃焼ガス等が圧縮されることで、気筒２内の温度が上昇し、再び気筒２内の燃料は低温酸化反応を迎える。その後、更に気筒２内の温度は上昇し、気筒２内の燃料は高温酸化反応を迎えて、内燃機関１の機関出力が発揮される。このときにおいても、低温酸化反応により予混合燃料が改質されてホルムアルデヒド等の中間生成物が生成される。その結果、予混合燃料の酸化反応が緩慢となり、以て予混合燃料の過早着火を抑制し得る。

上述のように吸気弁５および排気弁６の開弁時期が制御され、燃料噴射弁３からの燃料噴射が制御される内燃機関１においては、内燃機関が低負荷運転状態にあり燃焼ガスに比較的多くの酸素が含有されているため、期間Ｔ４において気筒２内に吸気を導入することなく予混合燃料の改質が、比較的効率的に行われ得る。更に、吸気を導入しないことで燃焼ガスの熱エネルギーを低温酸化反応に効率的に利用することが可能となる。その結果、低温酸化反応による中間生成物を効率的に生成することが可能となり、排気行程上死点近傍における予混合気の過早着火をより確実に抑制し得る。また、期間Ｉ３において気筒２内に吸気が導入されることで期間ＩＮＪ４において気筒２内に噴射された燃料を低温酸化反応に供するための酸素量をより確実に確保することが可能となる。従って、低温酸化反応による中間生成物を効率的に生成することが可能となり、圧縮行程上死点前の圧縮行程
中期又は後期における予混合気の過早着火をより確実に抑制し得る。以上より、内燃機関１の運転状態が低負荷運転状態であっても、該予混合燃料の過早着火を抑制した予混合燃焼が可能となる。

ここで、内燃機関１において気筒２内に噴射された燃料の過早着火をより確実に回避するために、燃料の改質に応じた適正量の燃焼ガスや吸気が確保されるべく、または適正量の燃料、特に予混合燃料が噴射されるべく、吸気弁５および排気弁６の開弁時期および燃料噴射弁３による燃料噴射を制御する必要がある。そこで、図８に基づいて吸気弁５および排気弁６の開閉弁時期の制御を、図９に基づいて燃料噴射弁３による燃料噴射の制御を説明する。

図８に示す（ａ）および（ｂ）の２図は、排気弁６の閉弁時期又は吸気弁５の開弁時期を制御するための制御マップであってＥＣＵ２０のＲＯＭに格納されている制御マップを、図式化したものである。各図において、横軸は内燃機関１の機関回転速度を、縦軸は期間ＩＮＪ３およびＩＮＪ４において噴射される総燃料噴射量を表す。尚、該総燃料噴射量は、アクセル開度センサ２６の開度等から算出する。ここで、各制御マップにおいては、機関回転速度と総燃料噴射量とをパラメータとして必要な制御数値が取得され、各制御マップの表現は図５における表現と同様である。

ここで、図８（ａ）は、期間Ｅ２における排気弁６の閉弁時期が制御数値として取得される制御マップを図式化したものである。本制御マップにおいては、機関回転速度および総燃料噴射量が増加するに従い、排気弁６の閉弁時期は、遅角側に移行する。また、図８（ｂ）は、期間Ｉ３における吸気弁５の開弁時期が制御数値として取得される制御マップを図式化したものである。本制御マップにおいては、機関回転速度および総燃料噴射量が増加するに従い、吸気弁５の開弁時期は、進角側に移行する。即ち、内燃機関１の機関回転速度および総燃料噴射量が増加するに従い、生成された燃焼ガスの排出と内燃機関１の機関出力に応じた量の吸気を気筒２内に確保すべく、吸気弁５および排気弁６が共に閉弁状態にある期間Ｔ４が短くなる。

次に、図９に示す（ａ）から（ｃ）までの３図は、燃料噴射弁３による燃料噴射を制御するための制御マップであってＥＣＵ２０のＲＯＭに格納されている制御マップを、図式化したものである。各図において、横軸は内燃機関１の機関回転速度を、縦軸は期間ＩＮＪ３およびＩＮＪ４において噴射される総燃料噴射量を表す。尚、該総燃料噴射量は、アクセル開度センサ２６の開度等から算出する。ここで、各制御マップにおいては、機関回転速度と総燃料噴射量とをパラメータとして必要な制御数値が取得され、各制御マップの表現は図５における表現と同様である。

図９（ａ）は、期間ＩＮＪ３における燃料噴射弁３からの燃料噴射量が制御数値として取得される制御マップを図式化したものである。本制御マップにおいては、機関回転速度が減少するに従い且つ総燃料噴射量が増量するに従い、期間ＩＮＪ３における燃料噴射量は増量される。即ち、内燃機関１が低負荷運転状態にあるときであって内燃機関１の機関負荷が増加し総燃料噴射量が増量するときは、期間ＩＮＪ３における燃料噴射量を増量することで、予混合燃焼によるＮＯｘの抑制および白煙の抑制をより効果的に実現し得る。ただし、機関回転速度が上昇すると、気筒内において均一な予混合気を形成する実質的な時間が短くなるため、期間ＩＮＪ３における燃料噴射量を減少する。また、期間ＩＮＪ４における燃料噴射量は、総燃料噴射量から期間ＩＮＪ３における燃料噴射量を差し引いた量である。

また、図９（ｂ）は、期間ＩＮＪ３における燃料噴射弁３からの燃料噴射開始時期が制御数値として取得される制御マップを図式化したものである。本制御マップにおいては、
機関回転速度および総燃料噴射量が増加するに従い、燃料噴射開始時期は、進角側に移行する。また、図９（ｃ）は、期間ＩＮＪ４における燃料噴射弁３からの燃料噴射開始時期が制御数値として取得される制御マップを図式化したものである。本制御マップにおいては、機関回転速度および総燃料噴射量が増加するに従い、燃料噴射開始時期は、進角側に移行する。即ち、燃料噴射に要する実質的な時間が増加するに従い、燃料噴射開始時期を進角側に移行することで、所定の時期までに、例えば燃料噴射を排気行程上死点もしくは圧縮行程上死点までに完了させることが可能となる。

尚、上述した内燃機関１において、吸気弁５を期間Ｉ３で開弁するときに、気筒２内の燃焼ガスや予混合気が吸気枝管７へ吹き返すのをより確実に抑制するために、吸気弁５の開弁時期を遅らせてもよい。特に、排気行程上死点近傍においては、予混合気の低温酸化反応により気筒２内の圧力が上昇している。そこで、気筒２内の圧力が高いほど、換言すると期間ＩＮＪ３における燃料噴射量が多いほど、吸気弁５の開弁時期を遅らせることで、気筒２内の圧力を低減させて気筒２内の燃焼ガスや予混合気の吸気枝管７への吹き返しをより確実に抑制することが可能となる。

本発明の実施の形態に係る予混合燃焼を行う圧縮着火内燃機関の概略構成を表すブロック図である。 本発明の実施の形態に係る予混合圧縮着火内燃機関において、気筒近傍の概略構成を表すブロック図である。 本発明の実施の形態に係る予混合圧縮着火内燃機関において、予混合燃焼を行う際の、気筒内温度および気筒内における熱発生率の推移を表すグラフである。 本発明の実施の形態に係る予混合圧縮着火内燃機関において、クランクアングルに対する気筒内温度と気筒内ガス量の推移、および吸排気弁の開弁タイミング、燃料噴射タイミングを表す第一のグラフである。 本発明の実施の形態に係る予混合圧縮着火内燃機関において、吸気弁および排気弁の開閉弁時期の制御における制御マップを図式化した第一の図である。 本発明の実施の形態に係る予混合圧縮着火内燃機関において、燃料噴射弁の燃料噴射制御における制御マップを図式化した第一の図である。 本発明の実施の形態に係る予混合圧縮着火内燃機関において、クランクアングルに対する気筒内温度と気筒内ガス量の推移、および吸排気弁の開弁タイミング、燃料噴射タイミングを表す第二のグラフである。 本発明の実施の形態に係る予混合圧縮着火内燃機関において、吸気弁および排気弁の開閉弁時期の制御における制御マップを図式化した第二の図である。 本発明の実施の形態に係る予混合圧縮着火内燃機関において、燃料噴射弁の燃料噴射制御における制御マップを図式化した第二の図である。

符号の説明

１・・・・内燃機関
２・・・・気筒
３・・・・燃料噴射弁
５・・・・吸気弁
６・・・・排気弁
７・・・・吸気枝管
８・・・・吸気管
１２・・・・排気枝管
１３・・・・排気管
１６・・・・過給機
１７・・・・吸気側電源
１８・・・・排気側電源
２０・・・・ＥＣＵ
２５・・・・クランクポジションセンサ
２６・・・・アクセル開度センサ

Claims (6)

1. 圧縮行程上死点近傍の時期より早い時期に行われる燃料噴射によって予混合気を形成して予混合燃焼を行う圧縮着火内燃機関において、
   前記圧縮着火内燃機関の気筒内に燃料を噴射する燃料噴射弁と、
   前記圧縮着火内燃機関における吸排気弁の開閉特性を制御する吸排気弁開閉制御手段と、
   前記圧縮着火内燃機関において過給を行う過給機と、
   前記圧縮着火内燃機関の運転状態を検出する機関運転状態検出手段と、
   前記気筒での膨張行程および排気行程で、前記機関運転状態検出手段によって検出される該圧縮着火内燃機関の運転状態に基づいて、前記吸排気弁開閉制御手段によって前記排気弁および前記吸気弁が重複して開弁状態である重複期間を設けることで該気筒内に吸気を導入するとともに燃焼ガスの一部を前記排気通路へ放出した後該吸気弁および該排気弁を閉弁することで、予混合気を形成する燃料の改質に必要な所定量の燃焼ガスおよび予混合気を形成する燃料の改質に必要な酸素を確保し得る所定量の吸気を該気筒内に確保する掃気手段と、
   前記掃気手段によって前記気筒内に燃焼ガスが確保された後から該気筒での排気行程上死点に至るまでの期間において、前記燃料噴射弁により該気筒内に所定量の燃料を噴射する予混合燃料噴射手段と、
   圧縮行程において、前記燃料噴射弁より更に燃料を噴射する二次燃料噴射手段と、
   を備えることを特徴とする予混合圧縮着火内燃機関。
2. 前記予混合燃料噴射手段によって前記気筒内に燃料を噴射した後から該気筒での吸気行程下死点に至るまでの期間において、前記吸排気弁開閉制御手段によって吸気弁を開弁させて二次吸気を該気筒内に導入する二次吸気導入手段を、更に備えることを特徴とする請求項１に記載の予混合圧縮着火内燃機関。
3. 前記二次吸気導入手段は、前記吸排気弁開閉制御手段によって吸気弁を開弁する時期を前記気筒での吸気行程後期とすることを特徴とする請求項２に記載の予混合圧縮着火内燃機関。
4. 前記機関運転状態検出手段によって検出される前記圧縮着火内燃機関の運転状態に基づ
   いて前記気筒での排気行程において前記吸排気弁開閉制御手段によって前記排気弁を閉弁し且つ該気筒での吸気行程において前記吸排気弁開閉制御手段によって前記吸気弁を開弁することで、排気行程から吸気行程にかけて該吸気弁と該排気弁の両弁が閉弁状態にある吸排気弁閉弁期間を制御する吸排気弁閉弁期間制御手段と、
   前記吸排気弁閉弁期間であって且つ前記気筒での排気行程上死点に至るまでの期間において、前記燃料噴射弁により該気筒内に所定量の燃料を噴射する吸排気弁閉弁時予混合燃料噴射手段と、を更に備え、
   前記機関運転状態検出手段によって検出される前記圧縮着火内燃機関の運転状態が低負荷運転状態であるとき、前記掃気手段による前記気筒での燃焼ガスの確保および吸気の導入と前記予混合燃料噴射手段による燃料噴射の実行に代えて、前記吸排気弁閉弁期間制御手段による吸排気弁閉弁期間の制御および前記吸排気弁閉弁時予混合燃料噴射手段による燃料噴射を実行することを特徴とする請求項１に記載の予混合圧縮着火内燃機関。
5. 前記予混合燃料噴射手段によって噴射される燃料を一次燃料とし、前記二次燃料噴射手段によって噴射される燃料を二次燃料とするとき、
   前記機関運転状態検出手段によって検出される前記圧縮着火内燃機関の運転状態に基づいて、前記一次燃料と前記二次燃料との総量および該一次燃料と該二次燃料との噴射量割合を決定することを特徴とする請求項１に記載の予混合圧縮着火内燃機関。
6. 前記予混合燃料噴射手段による燃料噴射は、排気行程上死点近傍の所定期間において行われることを特徴とする請求項１から請求項５の何れかに記載の予混合圧縮着火内燃機関。

Images