JP2018172980A - 予混合圧縮着火式エンジン - Google Patents

Abstract

【課題】冷却損失をより効果的に低減することのできる予混合圧縮着火式エンジンを提供する。
【解決手段】燃料と空気の混合気を自着火により燃焼させる予混合圧縮着火燃焼が可能なエンジンにおいて、燃料室の天井面に取り付けられてピストンの冠面に向かって燃料を噴射する燃料噴射手段を設け、エンジン負荷が所定値以下で且つ予混合圧縮着火燃焼が実施される特定領域Ａ１＿Ｈにおいて、燃焼室の中央部分の方が外周部分よりも燃焼開始直前の燃料濃度が高くなるように圧縮行程後半に燃焼室内に燃料噴射を行う。そして、この特定領域Ａ１＿Ｈにおいて、排気上死点後に吸気弁と排気弁とがともに開弁するように、且つ、エンジン回転数が高い方が排気弁の閉弁時期ＥＶＣが遅角側の時期となるように、吸気弁駆動手段と排気弁駆動手段とを制御する。
【選択図】図１１

Description

本発明は、燃料と空気の混合気を自着火により燃焼させる予混合圧縮着火燃焼が可能なエンジンに関する。

従来より、ガソリンエンジン等において、予め混合された燃料と空気の混合気を燃焼室内で自着火させるいわゆる予混合圧縮着火燃焼を実施することが検討されている。予混合圧縮着火燃焼では、圧縮比を高めることができるため、および、燃焼温度を低く抑えることができ冷却損失を低減できるため、熱効率つまり燃費性能を高めることができる。

しかしながら、予混合圧縮着火燃焼においても、燃焼時には燃焼室の壁面を介して高温の燃焼ガスから外部に熱エネルギーが放出されることで比較的大きな冷却損失が生じる。そのため、燃費性能をさらに高めるべく、この冷却損失を低減することが望ましい。

前記接触に伴う冷却損失を低減する技術としては、例えば、特許文献１に、燃焼室内に導入する吸気にオゾンを添加して混合気の燃焼速度を速くして、火炎が燃焼室の壁面に到達する前に燃焼を終了させるようにしたエンジンが開示されている。このエンジンによれば、火炎から燃焼室の壁面を介して熱エネルギーが外部に放出されるのを抑制できる。

特開２０１３−１９４７１２号公報

特許文献１のエンジンでは、オゾンを吸気に添加するために吸気管内等にオゾン発生装置を設ける必要があり、構造が複雑になるとともにコスト面で不利になる。そのため、簡単な構成で、冷却損失を小さく抑えることが求められる。また、特許文献１のエンジンにおいても、燃焼開始前に燃焼室内のガスが燃焼室の壁面に沿うように流れている場合には、燃焼室の壁面近傍に混合気が生成されることで燃焼ガスと燃焼室の壁面との接触を十分に抑制することができない。

本発明は、前記のような事情に鑑みてなされたものであり、冷却損失をより効果的に低減することのできる予混合圧縮着火式エンジンを提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明は、ピストンが往復動可能に嵌装されて内側に燃焼室が形成された気筒と、前記燃焼室の天井面にそれぞれ開口する吸気ポートおよび排気ポートと、前記吸気ポートおよび排気ポートをそれぞれ開閉する吸気弁および排気弁とを備え、燃料と空気の混合気を自着火により燃焼させる予混合圧縮着火燃焼が可能なエンジンであって、前記燃料室の天井面に取り付けられて前記ピストンの冠面に向かって燃料を噴射する燃料噴射手段と、前記排気弁を開閉させる排気弁駆動手段と、前記吸気弁を開閉させる吸気弁駆動手段と、前記燃料噴射手段、前記排気弁駆動手段および吸気弁駆動手段を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、エンジン負荷が所定値以下で且つ予混合圧縮着火燃焼が実施される特定領域では、前記燃焼室の中央部分の方が外周部分よりも燃焼開始直前の燃料濃度が高くなるように前記燃料噴射手段によって圧縮行程後半に前記燃焼室内に燃料を噴射させるとともに、排気上死点後において前記吸気弁と前記排気弁とがともに開弁するように、且つ、エンジン回転数が高い方が前記排気弁の閉弁時期が遅角側の時期となるように、前記排気弁駆動手段および前記吸気弁駆動手段を制御することを特徴とする予混合圧縮着火式エンジンを提供する（請求項１）。

本発明によれば、特定領域において、燃焼室内の中央部分の燃料濃度の方が外周部分の燃料濃度よりも高くなるように圧縮行程後半に燃焼室内に燃料が噴射されるため、燃焼室の壁面近傍で生じる燃焼ガスの量を少なく抑えることができる。従って、予混合圧縮着火燃焼を実施しながら燃焼ガスと燃焼室の壁面との接触を抑制して冷却損失を低減することができる。

しかも、本発明では、特定領域において、排気上死点後に吸気弁と排気弁とがともに開弁するように、且つ、エンジン回転数が高い方が排気弁の閉弁時期が遅角側の時期となるように制御される。そのため、混合気および燃焼ガスが燃焼室の壁面に沿って移動するのを抑制でき、冷却損失をより一層低減できる。

具体的には、排気上死点後の吸気行程の初期において吸気弁が開弁している状態でピストンが下降すると、吸気ポートから気筒内に吸気が勢いよく流入し、気筒内にタンブル流が生じる。ここで、このタンブル流の勢いが強いと圧縮上死点付近において混合気およびこの混合気の燃焼により生成された燃焼ガスは燃焼室の壁面に沿って移動することになり、燃焼ガスと燃焼室の壁面とが接触しやすくなる。

これに対して、本発明では、前記のように特定領域において排気上死点よりも遅角側で排気弁が開弁する。そのため、ピストンの下降に伴って排気ポートから気筒内に排気を逆流させて、この排気を、吸気ポートから気筒に流入してタンブル流を形成する吸気に衝突させることができ、タンブル流の勢いを弱くすることができる。

特に、エンジン回転数が高くピストンの移動速度が大きいほどタンブル流の勢いが強くなるのに対して、本発明では、エンジン回転数が高い方が排気弁の閉弁時期が遅角側の時期になるように制御されて、より長い期間にわたって排気を吸気に衝突させることができる。従って、特定領域の全域においてタンブル流の勢いを弱くして燃焼ガスと燃焼室の壁面との接触を抑制することができ、冷却損失を効果的に低減できる。

本発明において、前記制御手段は、前記特定領域において、前記吸気弁の閉弁時期が、吸気下死点よりも遅角側の範囲においてエンジン回転数が高いときの方が低いときよりも進角されるように、前記吸気弁駆動手段を制御するのが好ましい（請求項２）。

このようにすれば、冷却損失をより一層小さく抑えることができる。

具体的には、吸気弁の閉弁時期が吸気下死点よりも遅角側であることで、吸気弁が閉弁してから圧縮上死点までの時間、つまり、吸気が圧縮される時間であって圧縮されて高温となった吸気と気筒の壁面とが接触する時間を短くできる。従って、高温となった吸気から気筒の壁面を介して外部に放出される熱エネルギーを小さく抑えることができる。

ただし、吸気弁の閉弁時期を吸気下死点よりも遅角側にした場合は、吸気下死点後のピストンが上昇している時に気筒内のガスが吸気弁を通って吸気ポート側に勢いよく流れることで、タンブル流の勢いが増大するおそれがある。特に前記のようにエンジン回転数が高いとこの勢いが増大しやすい。

これに対して、この構成では、特定領域においてエンジン回転数が高い方が吸気弁の閉弁時期が進角側の時期となるように制御されて、吸気下死点により近く吸気ポートに向かう吸気の勢いがより小さく抑えられるタイミングで吸気弁が閉弁される。そのため、吸気弁の閉弁時期を吸気下死点よりも遅角側にすることに伴うタンブル流の勢いの増大を抑制して冷却損失の低減効果を確実に得ることができる。

前記構成において、前記制御手段は、前記特定領域において、エンジン回転数が高い方が前記吸気弁の開弁開始時期が進角側の時期となるように、前記吸気弁駆動手段を制御するのが好ましい（請求項３）。

このようにすれば、特定領域のうちエンジン回転数が高い領域において、吸気弁と排気弁とがともに開弁する期間であるオーバーラップ期間を長くして気筒内に残留する高温の排気（いわゆる内部ＥＧＲガス）の量を多くすることができる。従って、エンジン回転数が高く気筒内が高圧が維持される時間が短くなって混合気の自着火が困難になりやすい領域において、混合気の温度を高くしてこれの自着火を促進することができる。

前記構成において、前記特定領域よりもエンジン回転数が低い側に予混合燃焼が実施される低速側領域が設定され、前記制御手段は、前記低速側領域では、排気上死点後において前記吸気弁の開弁期間と前記排気弁の開弁期間とが重複しないように、前記吸気弁駆動手段および前記排気弁駆動手段を制御するのが好ましい（請求項４）。

このようにすれば、エンジン回転数が低く気筒内高圧に維持される時間が長いことで混合気が自着火しやすい領域において、高温の内部ＥＧＲガスが気筒内に過度に残留してしまい、これにより混合気が過早着火するのを（所望の時期よりも早いタイミングで自着火してしまうことを）防止できる。

前記構成において、前記制御手段は、前記特定領域において、エンジン負荷が高い方が前記排気弁の閉弁時期が進角側の時期となるように前記排気弁駆動手段を制御するのが好ましい（請求項５）。

このようにすれば、特定領域のうちエンジン負荷が高い運転条件において、圧縮上死点後に吸気弁と排気弁とがともに開弁する期間を短くして内部ＥＧＲガスの量を少なく抑えることができる。従って、エンジン負荷に応じた量の吸気を筒内に流入させることができる。

以上説明したように、本発明の予混合圧縮着火式エンジンによれば、簡単な構成で冷却損失を効果的に低減できる。

本発明の一実施形態にかかるエンジンシステムの構成を示した図である。 エンジン本体の概略断面図である。 燃焼室の天井面の概略平面図である。 燃料噴射装置の概略断面図である。 エンジンの制御系統を示すブロック図である。 エンジンの運転領域を示す図である。 低負荷領域での噴射パターンと混合気層の形状との関係を示した図であり、（ａ）は第１噴射モードでの図、（ｂ）は切替噴射モードでの図、（ｃ）は第２噴射モードでの図である。 エンジンの運転領域を示す図である。 低負荷高速領域でのバルブリフトを示した図である。 吸気弁および排気弁の開弁開始時期および閉弁時期を説明するためのバルブリフトを示した図である。 低負荷領域での吸排気弁のバルブタイミングとエンジン回転数との関係示したグラフである。 低負荷高速領域での本実施形態に係る燃焼室８内の吸気の流れを模式的に示した図であり、（ａ）は吸気行程での図、（ｂ）は圧縮行程での図である。 燃焼室に形成される混合気を模式的に示した図である。 比較例に係る燃焼室８内の吸気の流れを模式的に示した図であり、（ａ）は吸気行程での図、（ｂ）は圧縮行程での図である。 吸気弁の閉弁時期を遅角側としたときの気筒内の吸気の流れを模式的に示した図であり、（ａ）は吸気下死点前の図、（ｂ）は吸気下死点後且つ吸気弁の閉弁直前の図、（ｃ）は吸気弁の閉弁後の図、（ｄ）圧縮上死点付近の図である。 本実施形態における気筒内の吸気の流れを模式的に示した図であり、（ａ）は吸気下死点前の図、（ｂ）は吸気下死点後且つ吸気弁の閉弁直前の図、（ｃ）は吸気弁の閉弁後の図、（ｄ）圧縮上死点付近の図である。 低負荷領域での吸排気弁のバルブタイミングとエンジン回転数との関係の他の例を示したグラフである。

（１）エンジンシステムの全体構成
図１は、本発明の実施形態にかかる予混合圧縮着火式エンジンを含むエンジンシステムの構成を示した図である。本実施形態のエンジンシステムは、４ストロークのエンジン本体１と、エンジン本体１に燃焼用の空気を導入するための吸気通路３０と、エンジン本体１で生成された排ガスを排出するための排気通路４０と、排ガスの一部を吸気に還流するＥＧＲ装置５０とを備える。エンジン本体１は、例えば、４つの気筒２を有する４気筒エンジンであり、ガソリンを含む燃料によって駆動される。このエンジンシステムは車両に搭載され、エンジン本体１は車両の駆動源として利用される。

吸気通路３０には、上流側から順に、エアクリーナ３１、スロットルバルブ３２、サージタンク３３が設けられており、これらを通過した後の空気がエンジン本体１に導入される。

スロットルバルブ３２は、吸気通路３０を開閉するものである。ただし、本実施形態では、エンジンの運転中、スロットルバルブ３２は基本的に全開もしくはこれに近い開度に維持されており、エンジンの停止時等の限られた運転条件のときにのみ閉弁されて吸気通路３０を遮断する。

排気通路４０には、三元触媒等を含み排ガスを浄化するための触媒装置４１が設けられている。

ＥＧＲ装置５０は、ＥＧＲ通路５１と、これを開閉するＥＧＲバルブ５２と、ＥＧＲクーラ５３とを有する。ＥＧＲ通路５１は、排気通路４０のうち触媒装置４１の上流側の部分と吸気通路３０のうちスロットルバルブの下流側の部分（図１の例では、サージタンク３３）とを接続しており、排気通路４０を流通する排ガスの一部は、ＥＧＲ通路５１を通って吸気通路３０に還流する。吸気通路３０に還流する排ガスすなわちＥＧＲガスの量は、ＥＧＲバルブ５２の開弁量によって調整される。ＥＧＲクーラ５３は、ＥＧＲガスを冷却するためのものであり、ＥＧＲガスはＥＧＲクーラ５３にて冷却された後、吸気通路３０に還流される。

（２）エンジン本体の構成
エンジン本体１の構成について次に説明する。

図２は、エンジン本体１の一部を拡大して示した断面図である。以下では、図２に示す上下方向を単に上下方向といい、図２の上、下を単に上、下として説明する。

図２に示すように、エンジン本体１は、気筒２が内部に形成されたシリンダブロック３と、シリンダブロック３の上面に設けられたシリンダヘッド４と、気筒２に往復動可能に嵌装されたピストン５とを有している。以下では、気筒２の径方向を単に径方向という。また、気筒２の径方向についての外周側、内周側を単に外周側、内周側という。

ピストン５の上方には燃焼室８が形成されている。具体的には、燃焼室８は、気筒２の壁面（内側面）と、ピストン５の冠面６（以下、単に、ピストン冠面６という）と、シリンダヘッド４の下面８ａとで区画されている。燃焼室８の天井面（シリンダヘッド４の下面）８ａは外周側から中央に向かって上方に傾斜するいわゆるペントルーフ状を呈しており、この天井面８ａは、後述する吸気弁１３が設けられる吸気側と、後述する排気弁１４が設けられる排気側との２つの傾斜面からなる三角屋根状をなしている。

ピストン冠面６には、その中心部を含む領域を下方に凹ませたキャビティ７が形成されている。詳細には、ピストン冠面６には、その中央部分を囲むように上方に***する部分が設けられており、この***部分の径方向内側にキャビティ７が区画されている。キャビティ７は、その中心と燃焼室８の天井面８ａの頂部Ｐ１とがほぼ対向するように形成されている。キャビティ７は、ピストン５が上死点まで上昇したときの燃焼室８の大部分を占める容積を有するように形成されている。本実施形態では、エンジン本体１の幾何学的圧縮比、つまり、ピストン５が下死点にあるときの燃焼室８の容積とピストン５が上死点にあるときの燃焼室８の容積との比は、１６以上３５以下、より好ましくは１８以上３０以下（例えば２５程度）に設定されている。

ピストン冠面６のうち前記***部分よりも径方向外側の部分すなわちキャビティ７の外周縁７ａから径方向外側の部分６ａは、全体として径方向外側に向かって下方に傾斜しており、ピストン５が上死点まで上昇したときに燃焼室８の天井面８ａにほぼ沿って延びる。

シリンダヘッド４には、吸気通路３０から供給される空気を燃焼室８内に導入するための吸気ポート１１と、燃焼室８内で生成された燃焼ガスを排気通路４０に導出するための排気ポート１２とが設けられている。各ポート１１，１２は、それぞれ燃焼室８の天井面８ａに開口している。シリンダヘッド４には、燃焼室８の天井面８ａに形成された吸気ポート１１の開口部分を開閉する吸気弁１３と、燃焼室８の天井面８ａに形成された排気ポート１２の開口部分を開閉する排気弁１４とが設けられている。

本実施形態では、１つの気筒２に対して吸気ポート１１と排気ポート１２とがそれぞれ２つずつ設けられており、図３（燃焼室８の天井面８ａの概略平面図）に示すように、燃焼室８の天井面８ａには吸気ポート１１と排気ポート１２とがそれぞれ２つずつ開口している。そして、１つの気筒２に対して、吸気弁１３と排気弁１４とがそれぞれ２つずつ設けられている。図３に示すように、吸気弁１３と排気弁１４（吸気ポート１１の開口部分と排気ポート１２の開口部分）とは、燃焼室８の天井面８ａの頂部Ｐ１を通る直線を挟んで互いに反対側（図３の右側と左側）となる部分に設けられている。

図２に示すように、吸気ポート１１は、燃焼室８内にタンブル流を発生可能ないわゆるタンブルポートであって、燃焼室８の天井面８ａから上方且つ径方向外側に向かって緩やかに湾曲している。詳細には、吸気ポート１１は、その中心線が、燃焼室８の天井面８ａに対して略直角（８５°〜９５°程度）となる姿勢で形成されている。

吸気弁１３は、吸気弁開閉機構（吸気弁駆動手段）１５によって開閉される。吸気弁開閉機構１５には、吸気弁１３の開閉時期を変更可能な吸気開閉時期変更機構１５ａが設けられている。

排気弁１４は、排気弁開閉機構（排気弁駆動手段）１６によって開閉される。吸気弁開閉機構１５には、吸気弁１３の開閉時期を変更可能な排気開閉時期変更機構１６ａが設けられている。

シリンダヘッド４には、燃焼室８内に燃料を噴射する燃料噴射装置（燃料噴射手段）２１が取り付けられている。燃料噴射装置２１は、図外の燃料ポンプにより圧送された燃料を燃焼室８内に噴射する。本実施形態では外開き弁式の燃料噴射装置２１が用いられている。

図４は、燃料噴射装置２１の概略断面図である。図４に示すように、燃料噴射装置２１は、先端（燃焼室８側の端部）にノズル口２１ｂが形成された燃料管２１ｃと、燃料管２１ｃの内側に配設されてノズル口２１ｂを開閉する外開き弁２１ａとを有する。

燃料噴射装置２１は、ノズル口２１ｂが燃焼室８の天井面８ａの頂部Ｐ１に位置してキャビティ７の中央部分を臨むように配置されている。また、燃料噴射装置２１は、ノズル口２１ｂおよび燃料管２１ｃの中心軸が、燃焼室８の天井面８ａの頂部Ｐ１を通り気筒２の中心軸と平行に延びるように配置されている。

外開き弁２１ａは、印加された電圧に応じて変形するピエゾ素子２１ｄに接続されている。外開き弁２１ａは、ピエゾ素子２１ｄに電圧が印加されていない状態でノズル口２１ｂと当接してノズル口２１ｂを閉弁し、ピエゾ素子２１ｄが電圧の印加に伴って変形することで、ノズル口２１ｂから先端側に突き出してノズル口２１ｂを開弁する。

ノズル口２１ｂおよび外開き弁２１ａのうちノズル口２１ｂと当接する部分は、先端側ほど径が大きくなるテーパ状を有しており、ノズル口２１ｂからは、ノズル口２１ｂの中心軸すなわち気筒２のほぼ中心軸を中心として、燃料が放射状（コーン状、詳しくはホローコーン状）に噴射される。例えば、このコーンのテーパ角は９０°〜１００°（ホローコーンにおける内側の中空部のテーパ角は７０°程度）となっている。

外開き弁２１ａの開弁期間およびリフト量（リフト量は、外開き弁２１ａの閉弁位置からの突出量でありノズル口２１ｂの開口量である）は、ピエゾ素子２１ｄへの電圧の印加期間および電圧の大きさに応じて変化する。そして、外開き弁２１ａのリフト量に応じて、ノズル口２１ｂから噴射される燃料噴霧のペネトレーション、単位時間あたりに噴射される燃料量および燃料噴霧の粒径は変化する。具体的には、リフト量が大きくノズル口２１ｂの開口量が大きくなると、燃料噴霧のペネトレーションは大きくなり、単位時間あたりの噴射燃料量が大きくなるとともに燃料噴霧の粒径が大きくなる。

前記構成に伴い、燃料噴射装置２１は、１〜２ｍｓｅｃの間に２０回程度の多段噴射を行うことができる。また、燃料噴射装置２１は、燃料噴射の間隔と、リフト量とをそれぞれ変更することによって、径方向（ノズル口２１ｂの中心軸と直交する方向）に対する燃料噴霧の広がりと、軸方向（ノズル口２１ｂの中心軸に沿う方向）に対する燃料噴霧の広がりとを独立して制御することが可能となっている。

例えば、燃料の噴射間隔が短くされると、ホローコーンの内側に負圧領域が継続して形成されて軸方向により長い負圧領域が形成されることで、燃料噴霧の軸方向の広がりは促進される。従って、燃料の噴射間隔が短い方が、この負圧領域に引き寄せられて燃料噴霧が軸方向に広がりやすくなる。一方、燃料噴射装置２１のリフト量が大きくされると、燃料噴霧の粒径が大きくなって燃料噴霧の運動量が大きくなることで燃料噴霧が負圧領域に引き寄せられにくくなり、燃料噴霧の径方向の広がりが促進される。従って、リフト量が大きい場合には、燃料噴霧は径方向の外方へ広がりやすくなる。

シリンダヘッド４には、さらに、燃焼室８内に形成された燃料と空気の混合気を点火するための点火プラグ２２が取り付けられている。点火プラグ２２は、その先端が、燃料噴射装置２１の側方であって吸気弁１３と排気弁１４との間に位置するように配置されている。本実施形態では、燃料としてガソリンを用いた場合に一般的に採用される火花点火燃焼（混合気を火花点火により強制着火させる燃焼）ではなく、燃料と空気との混合気をピストン５による圧縮に伴い自着火させるＨＣＣＩ燃焼（予混合圧縮着火燃焼）がエンジンの全ての運転領域において実行されるようになっている。このため、本実施形態のエンジンでは基本的に点火プラグは不要であるが、例えばエンジンが冷間始動された直後のような自着火が困難な状況下においてＨＣＣＩ燃焼に代えて火花点火燃焼を実行したり、あるいは暖機後であってもＨＣＣＩ燃焼の促進のためにいわゆるスパークアシストを実行することがあり、そのような目的のために点火プラグ２２が設けられている。

（３）制御系統
（３−１）システム構成
図５は、エンジンの制御系統を示すブロック図である。本図に示すように、本実施形態のエンジンシステムは、ＰＣＭ（パワートレイン・コントロール・モジュール、制御手段）１００によって統括的に制御される。ＰＣＭ１００は、周知のとおり、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等から構成されるマイクロプロセッサである。

ＰＣＭ１００は、エンジンの運転状態を検出するための各種センサと電気的に接続されている。例えば、シリンダブロック３には、クランク軸の回転角度および回転速度すなわちエンジン回転数を検出するクランク角センサＳＮ１が設けられている。また、吸気通路３０には、エアクリーナ３１を通過して各気筒２に吸入される空気量（新気量）を検出するエアフローセンサＳＮ２が設けられている。また、車両には、運転者により操作される図外のアクセルペダルの開度（アクセル開度）を検出するアクセル開度センサＳＮ３が設けられている。

ＰＣＭ１００は、各種センサからの入力信号に基づいて種々の判定や演算等を実行しつつエンジンの各部を制御する。例えば、ＰＣＭ１００は、スロットルバルブ３２、吸気開閉時期変更機構１５ａ、排気開閉時期変更機構１６ａ、燃料噴射装置２１、ＥＧＲバルブ５２、点火プラグ２２等と電気的に接続されており、演算結果等に基づいてこれらの機器にそれぞれ駆動用の制御信号を出力する。

ＰＣＭ１００は、アクセル開度とエンジン回転数等から求められるエンジン負荷の要求値に応じて燃料の噴射量を算出して、これに対応する燃料を燃料噴射装置２１に噴射させる。また、ＰＣＭ１００は、運転領域に応じて噴射モード等を変更する。

図６は、横軸がエンジン回転数、縦軸がエンジン負荷のマップであり、本実施形態では、運転領域としてエンジン負荷が予め設定された基準負荷（所定値）Ｔｑ未満の低負荷領域Ａ１と、エンジン負荷が基準負荷Ｔｑ以上の高負荷領域Ａ２とに大別されている。

また、噴射モードに関して、低負荷領域Ａ１が、エンジン負荷に応じて第１領域Ａ１＿ａと、第２領域Ａ１＿ｃと、切替領域Ａ１＿ｂとに分けられている。

（３−２）低負荷領域
（ｉ）基本制御
低負荷領域Ａ１で実施される基本的な制御について説明する。

低負荷領域Ａ１では、混合気の発熱量が小さく燃焼温度が比較的低いため、燃焼により生成されるＮＯｘ（いわゆるＲａｗ ＮＯｘ）が少なく抑えられる。そのため、この領域Ａ１では、三元触媒４１によりＮＯｘを浄化させる必要がなく、空燃比を三元触媒によるＮＯｘ浄化が可能な理論空燃比にする必要がない。そこで、低負荷領域Ａ１では、燃費性能を高めるべく混合気の空燃比がリーンすなわち空気過剰率λ＞１とされる。

また、低負荷領域Ａ１では、ＥＧＲガスが燃焼室８内に還流される。すなわち、低負荷領域Ａ１では、ＥＧＲバルブ５２が開弁されて、排気通路４０内の排ガスの一部がＥＧＲガスとして吸気通路３０に還流される。

また、低負荷領域Ａ１では、圧縮行程後半（圧縮上死点前９０°ＣＡ〜圧縮上死点まで）に、燃料噴射装置２１からすべての燃料（１燃焼サイクルで噴射される燃料の全量）が噴射される。例えば、圧縮上死点前３０°ＣＡ付近で全燃料が燃焼室８内に噴射される。

このように圧縮行程後半にすべての燃料が噴射されることで、低負荷領域Ａ１では、圧縮上死点付近の混合気の燃焼開始直前において、燃焼室８の中央部分に燃料濃度の高い混合気Ｑが形成されて燃焼室８の壁面近傍の燃料濃度が低く抑えられる。つまり、低負荷領域Ａ１ではエンジン負荷が低く燃料噴射量が少ないことで燃料噴霧のペネトレーションは抑えられる。そして、この燃料噴霧のペネトレーションが低い状態で、圧縮行程後半という圧縮上死点付近までの時間が短く抑えられたタイミングで燃料噴射が行われることで、燃料噴霧が燃焼室８の壁面まで飛翔するのが抑制される。

本実施形態では、燃焼開始直前において燃焼室８の壁面近傍に形成されるガス層の燃料濃度をより小さくするべく、エンジン負荷に応じて噴射モードが切り替えられる。

具体的には、低負荷領域Ａ１のうちエンジン負荷が低い第１領域Ａ１＿ａと、これよりもエンジン負荷の高い第２領域Ａ１＿ｃと、第１領域Ａ１＿ａと第２領域Ａ１＿ｃとの切替領域Ａ１＿ｂとにおいて、噴射モードがそれぞれ図７（ａ）〜（ｃ）に示される第１噴射モード、第２噴射モード、切替領域噴射モードとされる。

図７（ａ）は、第１領域Ａ１＿ａで実施される第１噴射モードである。第１噴射モードでは、燃料噴射装置２１のリフト量が小さく且つ噴射間隔が短い噴射が複数回連続して行われる。なお、噴射回数は図の例に限らず適宜変更可能である。

前記のように、噴射間隔が短いと燃料噴霧は軸方向に長くなる。そして、リフト量が小さいと燃料噴霧の径方向の外方への広がりは抑制される。従って、第１噴射モードでは、燃料噴霧および燃料と空気との混合気は、径方向に対して軸方向の長さが相対的に長い縦長形状となる。ここで、第１領域Ａ１＿ａは、エンジン負荷が特に低いことで燃料噴射量が小さい。そのため、混合気層が縦長形状とされつつその軸方向の長さは短く抑えられる。従って、混合気と燃焼室８の壁面との離間距離が確保されて、燃焼室８の壁面近傍の燃料濃度が小さく抑えられる。

図７（ｃ）は、第２領域Ａ１＿ｃで実施される第２噴射モードである。第２噴射モードでは、燃料噴射装置２１のリフト量が第１噴射モードのリフト量よりも大きく且つ噴射間隔が第１噴射モードよりも長い噴射が複数回連続して行われる。なお、噴射回数は図の例に限らず適宜変更可能である。

前記のように、噴射間隔が長いと燃料噴霧は軸方向に短くなる。そして、リフト量が大きいと燃料噴霧は径方向の外方へ広がる。従って、第２噴射モードでは、燃料噴霧および混合気は、軸方向に対して径方向の長さが相対的に長い横長形状となる。ここで、圧縮上死点付近における燃焼室８の寸法は軸方向よりも径方向の方が長く、径方向については空間に余裕がある。そのため、横長形状であっても混合気と燃焼室７の壁面との離間距離が確保されて、燃焼室８の壁面近傍の燃料濃度が小さく抑えられる。

図７（ｂ）は、切替領域Ａ１＿ｂで実施される切替領域噴射モードである。切替領域噴射モードは、第１噴射モードと第２噴射モードとを組み合わせたモードである。例えば、図７（ｂ）に示すように、第２噴射モードの噴射を行った後（リフト量が大きく且つ噴射間隔が長い噴射を複数回連続させた後）、第１噴射モードの噴射を行う（リフト量が小さく且つ噴射間隔が短い噴射を複数回連続させる）。なお、これに代えて、第１噴射モードの噴射を行った後、第２噴射モードの噴射を行ってもよい。また、噴射回数は図の例に限らず適宜変更可能である。

切替領域噴射モードでは、第１噴射モードと第２噴射モードとの組み合わせにより、混合気層の特に径方向の外方への広がりが調整される。その結果、混合気層は、第１噴射モード時の混合気層よりも長く且つ、第２噴射モードの混合気層よりも短い形状となる。これにより、第１領域Ａ１＿ａと第２領域Ａ１＿ｃとの境界領域である切替領域Ａ１＿ｂでは、混合気の軸方向および径方向の広がりが適切に調整されて、燃焼室８の壁面近傍の燃料濃度が小さく抑えられる。

なお、切替領域噴射モードは省略可能である。また、本実施形態では、前記のように、低負荷領域Ａ１では、空気過剰率λが１より大きくされて燃焼に寄与しない余剰の空気が存在するため、前記のように燃焼室８の壁面近傍の燃料濃度が小さくされても、燃焼室８の中央部分には燃焼に必要な空気が確保されて、この部分の空燃比は適正な範囲におさめられる。

（ｉｉ）吸排気弁の制御
次に、低負荷領域Ａ１での吸気弁１３および排気弁１４の制御内容について説明する。本実施形態では、図８に示すように、低負荷領域Ａ１が、吸気弁１３と排気弁１４の制御に関して、エンジン回転数が基準回転数Ｎ１０以上の低負荷高速領域（特定領域）Ａ１＿Ｈと、残りの低負荷低速領域（低速側領域）Ａ１＿Ｌとに分けられている。

（低負荷高速領域Ａ１＿Ｈ）
低負荷高速領域Ａ１＿Ｈでは、図９に示すように、排気上死点（ＴＤＣ）後において所定の期間ｔ１１、吸気弁１３と排気弁１４とがともに開弁して、排気上死点後において吸気弁１３と排気弁１４とがオーバーラップするように（吸気弁１３の開弁期間と排気弁１４の開弁期間とが重複するように）、吸排気弁１３，１４が制御される。つまり、排気弁１４の閉弁時期ＥＶＣが排気上死点後とされ、吸気弁１３の開弁開始時期ＩＶＯが排気弁１４の閉弁時期ＥＶＣよりも進角側の時期とされる。

なお、吸気弁１３および排気弁１４の開弁開始時期とは、図１０に示すように、吸排気弁１３，１４のバルブリフトが最大となった後にランプ部Ｒを除いて最も小さくなるときの時期（クランク角での時期）であって燃焼室８内へのこれら弁１３、１４を介したガスの流入が実質的に開始する時期をいう。また、吸気弁１３および排気弁１４の閉弁時期とは、弁１３、１４のバルブリフトがランプ部Ｒを超えたときの時期（クランク角での時期）であってこれら弁１３、１４を介した気筒２から外部のガスの流出が実質的に停止する時期をいう。例えば、ランプ部Ｒでのバルブリフトの最大量は０．３ｍｍ程度であり、開弁開始時期はバルブリフトが０．３ｍｍ以上に増大した時期、閉弁時期はバルブリフトが０．３ｍｍ以下に低下した時期をいう。

図１１は、低負荷領域Ａ１の所定のエンジン負荷における、吸排気弁のバルブタイミング（排気弁１４の閉弁時期ＥＶＣ、吸気弁１３の開弁開始時期ＩＶＯおよび吸気弁１３の閉弁時期ＩＶＣ）と、エンジン回転数との関係を示したグラフである。

図１１に示すように、低負荷高速領域Ａ１＿Ｈでは、エンジン回転数が高くなるほど排気弁１４の閉弁時期ＥＶＣが遅角される。これに伴い、低負荷高速領域Ａ１＿Ｈでは、オーバーラップ期間ｔ１０のうち吸気上死後の期間ｔ１１が、エンジン回転数が高くなるほど長く（クランク角度において）される。

また、図１１に示すように、低負荷高速領域Ａ１＿Ｈでは、エンジン回転数が高くなるほど吸気弁１３の開弁開始時期ＩＶＯが進角される。これに伴い、低負荷高速領域Ａ１＿Ｈでは、吸排気弁１３、１４がともに開弁している期間全体つまりオーバーラップ期間ｔ１０そのものもエンジン回転数が高くなるほど長く（クランク角度において）される。

また、図１１に示すように、低負荷高速領域Ａ１＿Ｈでは、吸気弁１３の閉弁時期ＩＶＣが吸気下死点ＢＤＣよりも遅角側の時期とされる。詳細には、吸気弁１３の閉弁時期ＩＶＣは、燃焼室８から吸気ポート１１に吸気が吹き返す時期、例えば、吸気下死点後３０°ＣＡよりも遅角側の時期とされる。また、低負荷高速領域Ａ１＿Ｈにおいて、吸気弁１３の閉弁時期ＩＶＣは、エンジン回転数が高くなるほど遅角される。

（低負荷低速領域Ａ１＿Ｌ）
一方、低負荷低速領域Ａ１＿Ｌでは、吸排気弁１３、１４がオーバーラップしないように制御される。例えば、図１１に示すように、吸気弁１３の開弁開始時期ＩＶＯが排気上死点ＴＤＣよりも遅角側の時期とされ、排気弁１３の閉弁時期ＥＶＣが吸気弁１３の開弁開始時期ＩＶＯよりも進角側の時期とされる。

低負荷低速領域Ａ１＿Ｌでこのような制御を行うのは、混合気の過早着火、つまり、混合気が所望の時期よりも早期に自着火してしまうのを防止するためである。

具体的に、吸排気弁１３、１４をオーバーラップさせると、燃焼室８から排気ポート１２あるいは吸気ポート１１に排出された排気が再び燃焼室８に流入することで燃焼室８内に残留する高温の排気（いわゆる内部ＥＧＲガス）の量が増大し、燃焼室８内のガスの温度が高められる。しかしながら、エンジン回転数が低いと、混合気が圧縮される時間（クランク角ではなく時間）つまり高圧化で燃料と空気とが接触して反応する時間が長くなることで混合気はクランク角度において早期に燃焼しやすくなるため、エンジン回転数が低い領域において燃焼室８内の温度を過度に高めてしまうと混合気が過早着火するおそれがある。従って、本実施形態では、低負荷低速領域Ａ１＿Ｌにおいて、内部ＥＧＲガスによって燃焼室８内の温度が過度に昇温されないように吸排気弁１３、１４がオーバーラップしないように制御する。

ここで、エンジン負荷が低く燃焼室８に供給される燃料の量が少ないと過早着火は生じ難い。そこで、本実施形態では、図６に示すように、低負荷低速領域Ａ１＿Ｌをエンジン負荷が小さいほどその領域が小さくなるように設定し、低負荷低速領域Ａ１＿Ｌを区画する基準回転数Ｎ１０は、エンジン負荷が小さくなるほど小さい値に設定している。

（３−３）高負荷領域
高負荷領域Ａ２での制御について簡単に説明する。

本実施形態でも、高負荷領域Ａ２では予混合圧縮自着火燃焼が実施される。ただし、高負荷領域Ａ２では、三元触媒によるＮＯｘ浄化が可能となるように、燃焼室８内の平均空燃比が理論空燃比とされて燃焼室８内に局所的にリッチ（空燃比が理論空燃比よりも小さい）混合気が形成されるような燃料噴射およびこの混合気を自着火させる成層燃焼が実施される。また、高負荷領域Ａ２では、ＥＧＲバルブ５２が閉弁側に設定されてＥＧＲガスの還流が縮小あるいは停止される。

（４）作用等
以上のように、本実施形態では、低負荷領域Ａ１において、圧縮行程後半（圧縮上死点前９０°ＣＡ〜圧縮上死点まで）に燃料噴射装置２１からすべての燃料を噴射していること、特に前記説明した各噴射モードを実施していることで、燃焼室８の壁面近傍の燃料濃度を小さくすることができる。そのため、燃焼室８の壁面近傍で形成される高温の燃焼ガスの量を小さくして、この壁面を通じて燃焼ガスから外部に放出されるエネルギーつまり冷却損失を低減できる。

しかも、本実施形態では、低負荷領域Ａ１のうちエンジン回転数が高い側に設定された低負荷高速領域Ａ１＿Ｈにおいて吸排気弁１３、１４を前記のように制御していることで、燃焼室８の壁面近傍に、燃料をほぼ含まないガス層（以下、適宜、非燃焼ガス層という）を形成することができ、冷却損失を効果的に低減できる。

これについて図１２（ａ）、（ｂ）、図１３、図１４（ａ）、（ｂ）を用いて説明する。図１２（ａ）、（ｂ）は、本実施形態における低負荷高速領域Ａ１＿Ｈでの燃焼室８内の吸気の流れを模式的に示した図であり、図１２（ａ）は吸気行程での図、図１２（ｂ）は圧縮行程での図である。図１３は、本実施形態における低負荷高速領域Ａ１＿Ｈでの圧縮上死点付近の燃焼室８内の混合気の様子を模式的に示した図である。図１４（ａ）、（ｂ）は、図１２（ａ）、（ｂ）に対応する図であって比較例に係る図であり、吸気弁１３と排気弁１４とをオーバーラップさせることなく開閉させたときの図である。

まず、比較例について説明する。図１４（ａ）に示すように、吸気弁１３が開弁を開始するとピストン５の下降に伴って吸気ポート１１から燃焼室８内に勢いよく吸気が流れ込む。具体的には、吸気ポート１１から燃焼室８のうち排気側（図１２の左側）寄りの部分に向かって吸気が流れ込む。そして、図１４（ｂ）に示すように、吸気下死点を超えてピストン５が上昇すると吸気は上向きに押し上げられる。これらに伴い、吸気弁１３の開弁後、燃焼室８内にはタンブル流が発生する。つまり、吸気ポート１１からピストン５の冠面６に向かって排気側寄りの部分を通過しながら下降した後ピストン５の冠面６付近から吸気側寄りの部分を通って上昇する流れであって、燃焼室８の壁面に近い位置を通って図１４（ａ）、図１４（ｂ）の紙面と直交する軸回りに旋回する流れが燃焼室８内に形成される。

図１４（ｄ）に示すように、タンブル流は吸気弁１３が閉弁した後も残り、吸気圧縮上死点付近において、燃焼室８内には燃焼室８の壁面付近をこれに沿って流れる流れが形成される。特に、燃焼室８の上部では天井面８ａに沿って吸気側から排気側に向かう強い流れが形成される。

この状態では、圧縮上死点前において前記各噴射モードを実施しても混合気は燃焼室８の壁面近傍をこれに沿って流れてしまう。従って、本来ならば（燃焼室８内で吸気の流れがほとんどない状態では）図１３の実線で示すように混合気Ｑが形成されるところ、燃焼室８の壁面（特に天井面８ａ）付近に破線で示す混合気Ｑ´が形成されてしまう。この結果、比較例では、圧縮上死点付近において燃焼室８の壁面近傍に非燃焼ガス層を適切に形成することができず、冷却損失を十分に低減することができない。

これに対して、本実施形態では、前記のように排気上死点後において所定の期間ｔ１１、吸排気弁１３、１４がともに開弁している。そのため、図１２（ａ）に示すように、本実施形態でも、排気上死点後のピストン５の下降に伴って燃焼室８内には吸気ポート１１からガスが勢いよく流れ込むが、このときに排気ポート１２からも吸気側（図１２（ａ）の右側）に向かってガス（主に排気）が流れ込む。そのため、吸気ポート１１から流入した吸気に排気ポート１１から流入したガスが衝突することになり、排気側部分を通って下方に向かう吸気の流れつまりタンブル流を形成する流れが弱められることになる。

従って、本実施形態では、図１２（ｄ）に示すように、圧縮上死点付近において、燃焼室８の壁面に沿う流れを弱くすることができる。そして、これにより、混合気Ｑを主として燃焼室８の壁面から離間した部分に形成することができ、高温の燃焼ガスと燃焼室８の壁面との間に非燃焼ガス層を確実に形成して、燃焼室８の壁面を介して燃焼ガスから外部に放出されるエネルギーつまり冷却損失を効果的に低減できる。

ここで、燃焼室８に流入する吸気の勢いひいてはタンブル流の勢いは、エンジン回転数が高くピストン５の上昇および下降スピードが速いほど強くなりやすい。

これに対して、本実施形態では、排気弁１４の閉弁時期ＥＶＣをエンジン回転数が高いほど遅角側として、排気上死点後における吸排気弁１３，１４のオーバーラップ期間ｔ１１をエンジン回転数が高いほど長くしている。

そのため、排気ポート１２から燃焼室８に流入する排気を、気筒内に流入する吸気の勢いが増大するのに合わせてより長い期間（クランク角度において）この吸気に衝突させることができ、効果的にタンブル流の勢いを弱めることができる。従って、低負荷高速領域Ａ１＿Ｈ全域で冷却損失を確実に低減できる。

なお、本実施形態では、低負荷低速領域Ａ１＿Ｌにおいて吸排気弁１３，１４がオーバーラップしないように制御しているが、前記のようにエンジン回転数が低いときはタンブル流の勢いが弱くなる。従って、低負荷低速領域Ａ１＿Ｌにおいてこのような制御を行っても冷却損失の増大は抑制される。そして、低負荷低速領域Ａ１＿Ｌでは、前記のように、吸排気弁１３、１４をオーバーラップさせないことで過早着火の発生を回避するという効果を得ることができる。

さらに、本実施形態では、低負荷高速領域Ａ１＿Ｈおよび低負荷低速領域Ａ１＿Ｌを含む低負荷領域Ａ１において吸気弁１３の閉弁時期ＩＶＣを吸気下死点よりも遅角側にしている。そのため、冷却損失をさらに低減することができる。

具体的に、吸気弁１３の閉弁時期ＩＶＣを遅角側の時期とすれば、吸気弁１３が閉弁してから圧縮上死点までの時間であって吸気が圧縮される時間ひいては圧縮によって高温となった吸気と燃焼室８の壁面との接触時間を短く抑えることができる。従って、高温の吸気から燃焼室８の壁面を介して外部に放出されるエネルギーを小さく抑えることができる。

ただし、このように吸気弁１３の閉弁時期ＩＶＣを吸気下死点よりも遅角側とすると、エンジン回転数が高いときに圧縮上死点付近において吸気が燃焼室８の天井面８ａ近傍をこれに沿って移動しやすくなる。これに対して、本実施形態では、低負荷領域Ａ１において、エンジン回転数が高いほど吸気弁１３の閉弁時期ＩＶＣを吸気下死点よりも遅角側の範囲で進角させているため、燃焼室８の天井面８ａ近傍においてこれに沿う吸気の流れを弱くして、天井面８ａを介した燃焼ガスから外部へのエネルギーの放出を抑制することができる。

これについて図１５（ａ）〜（ｄ）および図１６（ａ）〜（ｄ）を用いて説明する。図１５（ａ）〜（ｄ）は、エンジン回転数が高いときの吸気弁１３の閉弁時期ＩＶＣを吸気下死点よりも比較的大きく遅角側の時期としたときの燃焼室８内の吸気の流れを模式的に示した図である。図１６（ａ）〜（ｄ）は吸気弁１３の閉弁時期ＩＶＣを吸気下死点よりも遅角側の範囲で図１５に係る時期より進角させたときの燃焼室８内の吸気の流れを模式的に示した図である。

まず、図１５（ａ）に示すように、また、前記のように、吸気下死点前であって吸気弁１３が開いている状態でピストン５が下降すると吸気ポート１１から燃焼室８内に向かって吸気が流入する。その後、吸気下死点を超えてピストン５が上昇を開始すると、図１１（ｂ）に示すように、ピストン５に押し上げられることで燃焼室８内の吸気の上向きの流れは強くなる。このとき、吸気弁１３が開弁していると、燃焼室８内の吸気は吸気ポート１１に戻ろうとし、燃焼室８内の吸気は吸気弁１３に向かって流れる。この吸気の勢いは、ピストン５の上昇スピードが速いほどすなわちエンジン回転数が高いほど強くなる。

このように吸気弁１３に向かって吸気が流れている状態で吸気弁１３が閉弁すると、図１５（ｃ）に示すように、吸気は吸気弁１３に衝突する。従って、図１５（ｄ）に示すように、圧縮上死点付近において、吸気が燃焼室８の天井面８ａ近傍をこれに沿って流れるようになる。

これに対して、吸気弁１３の閉弁時期ＥＶＣを進角させて、ピストン５が上昇を開始してから比較的早いタイミングで吸気弁１３を閉弁すれば、図１６（ｂ）および図１６（ｃ）に示すように、吸気弁１３に向かう吸気の勢いは弱くなり、吸気はゆるやかに燃焼室８の天井面８ａの中央付近に向かって移動するようになる。そのため、図１６（ｄ）に示すように、圧縮上死点付近において、吸気が燃焼室８の天井面８ａ近傍をこれに沿って流れるのを抑制することができる。

従って、前記のように、燃焼室８の天井面８ａに沿う流れの勢いが強くなりやすいエンジン回転数が高い側ほど吸気弁１３の閉弁時期ＥＶＣを進角させれば（吸気下死点よりも遅角側となる範囲で）、燃焼室８の天井面８ａ近傍をこれに沿って流れる吸気の勢いをより一層弱くすることができる。

また、本実施形態によれば、次の効果も得ることができる。

前記説明したようにエンジン回転数が低いと混合気の反応時間が長くなって混合気は早期に燃焼しやすくなる。言い換えると、エンジン回転数が高いと、反応時間が短くなることに伴って混合気は燃焼しにくくなる。これに対して、本実施形態では、エンジン回転数が高い側に設定された低負荷低速領域Ａ１＿Ｌにおいて、吸排気弁１３、１４をオーバーラップさせ、且つ、オーバーラップ期間ｔ１０をエンジン回転数が高くなるほど長くしている。そのため、低負荷低速領域Ａ１＿Ｌにおいて混合気を確実に自着火させることができる。

また、本実施形態では、低負荷低速領域Ａ１＿Ｌにおいて、エンジン回転数が高いほど吸気弁１３の閉弁時期ＩＶＣを進角させている（吸気下死点よりも遅角側となる範囲で）ことで、エンジン回転数が高いほど有効圧縮比を高くすることができる。従って、低負荷低速領域Ａ１＿Ｌにおいて混合気をより一層確実に自着火させることができる。

（５）変形例
前記実施形態では、低負荷領域Ａ１を低負荷高速領域Ａ１＿Ｈと低負荷低速領域Ａ１＿Ｌとに分けて吸排気弁１３，１４の制御を異ならせた場合について説明したが。この区分けを行わず、低負荷領域Ａ１全体で、低負荷高速領域Ａ１＿Ｈで実施する前記の吸排気弁１３，１４に係る制御を行ってもよい。

また、前記実施形態では、低負荷高速領域Ａ１＿Ｈにおいて、図１１に示したようにエンジン回転数が高くなるほど排気弁１４の閉弁時期ＥＶＣを遅角側の時期とし、エンジン回転数が高くなるほど吸気弁１３の開弁開始時期ＩＶＯを進角側の時期とした場合について説明したが、排気弁１４の閉弁時期ＥＶＣおよび吸気弁１３の開弁開始時期ＩＶＯは、それぞれエンジン回転数が高い方が遅角側および進角側の時期となるように制御されればよい。例えば、排気弁１４の閉弁時期ＥＶＣおよび吸気弁１３の開弁開始時期ＩＶＯは、図１７に示すように、低負荷高速領域Ａ１＿Ｈで所定のエンジン回転数を超えるまではエンジン回転数に応じて変化し、この回転数を超えるとほぼ一定に維持されるように制御されてもよい。

また、前記実施形態では、ガソリンと空気との混合気を圧縮して自着火させるＨＣＣＩ燃焼が全ての運転領域で実行されるガソリンエンジンに本発明を適用した例について説明したが、本発明が適用可能なエンジンはこのようなエンジンに限られない。例えば、低負荷領域Ａ１を含む一部の運転領域でＨＣＣＩ燃焼が実行されかつ残りの運転領域で火花点火燃焼が実行されるガソリンエンジンや、ガソリン以外の副成分（アルコール等）が含有された燃料をＨＣＣＩ燃焼させるエンジンにも本発明を適用可能である。

１ エンジン本体
２ 気筒
５ ピストン
６ ピストン冠面
８ 燃焼室
１３ 吸気弁
１４ 排気弁
１５ 吸気弁開閉機構（吸気弁駆動手段）
１６ 排気弁開閉機構（排気弁駆動手段）
２１ 燃料噴射装置（燃料噴射手段）
１００ ＰＣＭ（制御手段）

Claims (5)

1. ピストンが往復動可能に嵌装されて内側に燃焼室が形成された気筒と、前記燃焼室の天井面にそれぞれ開口する吸気ポートおよび排気ポートと、前記吸気ポートおよび排気ポートをそれぞれ開閉する吸気弁および排気弁とを備え、燃料と空気の混合気を自着火により燃焼させる予混合圧縮着火燃焼が可能なエンジンであって、
   前記燃料室の天井面に取り付けられて前記ピストンの冠面に向かって燃料を噴射する燃料噴射手段と、
   前記排気弁を開閉させる排気弁駆動手段と、
   前記吸気弁を開閉させる吸気弁駆動手段と、
   前記燃料噴射手段、前記排気弁駆動手段および吸気弁駆動手段を制御する制御手段とを備え、
   前記制御手段は、エンジン負荷が所定値以下で且つ予混合圧縮着火燃焼が実施される特定領域では、前記燃焼室の中央部分の方が外周部分よりも燃焼開始直前の燃料濃度が高くなるように前記燃料噴射手段によって圧縮行程後半に前記燃焼室内に燃料を噴射させるとともに、排気上死点後において前記吸気弁と前記排気弁とがともに開弁するように、且つ、エンジン回転数が高い方が前記排気弁の閉弁時期が遅角側の時期となるように、前記排気弁駆動手段および前記吸気弁駆動手段を制御することを特徴とする予混合圧縮着火式エンジン。
2. 請求項１に記載の予混合圧縮着火式エンジンにおいて、
   前記制御手段は、前記特定領域において、前記吸気弁の閉弁時期が、吸気下死点よりも遅角側の範囲においてエンジン回転数が高いときの方が低いときよりも進角されるように、前記吸気弁駆動手段を制御することを特徴とする、予混合圧縮着火式エンジン。
3. 請求項１または２に記載の予混合圧縮着火式エンジンにおいて、
   前記制御手段は、前記特定領域において、エンジン回転数が高い方が前記吸気弁の開弁開始時期が進角側の時期となるように、前記吸気弁駆動手段を制御することを特徴とする、予混合圧縮着火式エンジン。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の予混合圧縮着火式エンジンにおいて、
   前記特定領域よりもエンジン回転数が低い側に予混合燃焼が実施される低速側領域が設定され、
   前記制御手段は、前記低速側領域では、排気上死点後において前記吸気弁の開弁期間と前記排気弁の開弁期間とが重複しないように、前記吸気弁駆動手段および前記排気弁駆動手段を制御することを特徴とする、予混合圧縮着火式エンジン。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載の予混合圧縮着火式エンジンにおいて、
   前記制御手段は、前記特定領域において、エンジン負荷が高い方が前記排気弁の閉弁時期が進角側となるように前記排気弁駆動手段を制御することを特徴とする、予混合圧縮着火式エンジン。

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