JP3885524B2 - 圧縮自己着火内燃機関 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧縮自己着火内燃機関に関し、詳細には、残留既燃ガス（排気行程において排気されずに筒内に残される燃焼ガス）量を調整して着火させる圧縮自己着火内燃機関に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、低負荷から中負荷に渡る所定の自己着火燃焼運転領域において、排気弁閉時期を排気上死点前に設定することにより、既燃ガスの一部を筒内に残して筒内温度を高め、着火を安定させる技術が知られている（特開平１０−２６６８７８号公報参照）。
【０００３】
ここで、吸気弁開時期が排気上死点後に設定されることで、同上死点付近において、バルブタイミングについて排気弁及び吸気弁のいずれもが閉弁する期間（負のオーバーラップ期間）が形成される。
そして、機関負荷の低下に従って負のオーバーラップ期間を延長して残留既燃ガス量を増すことにより、圧縮時における筒内温度を高め、着火性の維持を図ってきた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来は、負のオーバーラップ期間長さの機関負荷に対する変化は、直線的であった。
このため、着火性の低下する低負荷運転領域において、自己着火燃焼を行うのに充分な温度にまで筒内温度が高められないことがあった。機関負荷の低下に応じて負のオーバーラップ期間を延長すると、それに応じてシリンダを介して残留既燃ガスから失われる熱量が増大するからである。
【０００５】
一方、着火性の良好な高負荷運転領域では、負のオーバーラップ期間が不要に長くなることがあった。
そこで、本発明は、圧縮自己着火内燃機関において、残留既燃ガスからの熱損失を考慮して負のオーバーラップ期間を必要最短限度に制御することにより、高効率で安定した自己着火燃焼を実現することを目的とする。
【０００６】
また、本発明は、着火性の低下する運転領域において、自己着火燃焼を安定させることを目的とする。
また、本発明は、自己着火燃焼が不安定な場合に、着火性を迅速に回復させることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項１に記載の発明に係る圧縮自己着火内燃機関は、排気上死点付近において排気弁及び吸気弁のいずれをも閉じることにより既燃ガスが筒内に閉じ込められる負のオーバーラップ期間を有する圧縮自己着火内燃機関であって、少なくとも排気弁を制御して、機関負荷が低いほど、負のオーバーラップ期間の始期である排気弁閉時期を進角させて負のオーバーラップ期間を延長する制御手段を備える。ここで、負のオーバーラップ期間は、その変化率（一定の負荷変化量に対する負のオーバーラップ期間の変化幅）が機関負荷の低下に応じて大きく設定される。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、自己着火燃焼の燃焼安定度を検出する燃焼安定度検出手段を設け、検出された燃焼安定度に基づいて、圧縮上死点付近における筒内温度の低下に起因する燃焼安定度の悪化を検出したときに、制御手段が排気弁閉時期を進角させて負のオーバーラップ期間を延長し、筒内温度を上昇させることを特徴とする。
ここで、請求項３に記載の発明は、排気弁閉時期の燃焼安定度に応じた変化幅が、運転状態が低負荷側にあるほど大きく設定されることを特徴とする。
【０００９】
請求項４に記載の発明は、制御手段が、更に吸気弁を制御して、機関負荷の低下に応じて負のオーバーラップ期間の終期である吸気弁開時期を遅角させることを特徴とする。
請求項５に記載の発明に係る圧縮自己着火内燃機関は、排気上死点付近において排気弁及び吸気弁のいずれをも閉じることにより既燃ガスが筒内に閉じ込められる負のオーバーラップ期間を有する圧縮自己着火内燃機関であって、自己着火燃焼の燃焼安定度を検出する燃焼安定度検出手段と、検出された燃焼安定度に基づいて、圧縮上死点付近における筒内温度の低下に起因する燃焼安定度の悪化を検出したときに、少なくとも排気弁を制御して、負のオーバーラップ期間の始期である排気弁閉時期を進角させて負のオーバーラップ期間を延長する制御手段と、を備える。ここで、負のオーバーラップ期間は、その変化率が、運転状態が低負荷側にあるほど大きく設定される。
【００１０】
請求項６に記載の発明は、機関負荷が低負荷領域にある所定の判断点以下であるときに作動して着火を促す着火補助手段を設けたことを特徴とする。
【００１１】
ここで、請求項７に記載の発明は、着火補助手段が吸気弁閉時期を進角させることを特徴とする。
また、請求項８に記載の発明は、着火補助手段が点火プラグを含むことを特徴とする。
また、請求項９に記載の発明は、着火補助手段がオゾンを供給することを特徴とする。
【００１２】
請求項１０に記載の発明は、機関負荷が低負荷領域にある所定の切換点以下となった時に火花点火燃焼による運転に切り換える燃焼方式切換手段を設けたことを特徴とする。
【００１３】
請求項１１に記載の発明は、アイドル若しくは所定の低回転運転時に吸気弁閉時期を遅角させる吸気弁作動手段を設けたことを特徴とする。
請求項１２に記載の発明は、アイドル若しくは所定の低回転運転時に吸気通路開口面積を縮小する絞り手段を設けたことを特徴する。
請求項１３に記載の発明は、制御手段が、アイドル若しくは所定の低回転運転領域において、機関回転数が低いほど、排気弁閉時期を進角させて負のオーバーラップ期間を延長することを特徴とする。
【００１４】
請求項１４に記載の発明は、制御手段が、所定の高回転運転領域において、機関回転数が高いほど、排気弁閉時期を進角させて負のオーバーラップ期間を延長することを特徴とする。
請求項１５に記載の発明は、排気弁閉時期から排気上死点までの位相差と、該排気上死点から吸気弁開時期までの位相差とが等しく設定されることを特徴とする。
【００１５】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、負のオーバーラップ期間を、機関負荷の低下に応じて変化率の増大を伴って延長することにより、機関負荷に適した長さの負のオーバーラップ期間が設定される。そのため、必要充分な残留既燃ガスを確保することができ、着火性の悪い低負荷運転領域では、圧縮時における筒内温度を充分に高めて安定した自己着火燃焼を実現し、また、着火性の良い高負荷運転領域では、燃費の悪化が抑えられる。
【００１６】
請求項２に記載の発明によれば、燃焼安定度の悪化時において、残留既燃ガス量を増して筒内温度を高めることができるので、燃焼安定性を回復させることができる。
請求項３に記載の発明によれば、排気弁閉時期の燃焼安定度に応じた変化幅を低負荷側ほど大きく設定することにより、排気弁の制御応答性を高め、燃焼安定性を迅速に回復させることができる。
【００１７】
請求項４に記載の発明によれば、吸気弁開時期を機関負荷の低下に応じて遅角させることにより、吸入空気量を正確に制御することができる。
請求項５に記載の発明によれば、燃焼安定度が悪化したときに、排気弁閉時期を進角させて負のオーバーラップ期間を延長することにより、圧縮時における筒内温度を高め、燃焼安定性を回復させることができる。また、このときに排気弁閉時期の変化幅が機関負荷の低下に応じて大きく設定されるので、応答性よく回復させることができる。
【００１８】
請求項６に記載の発明によれば、着火補助手段を設けたことにより、負のオーバーラップ期間の制御によっては着火性が維持できないような領域であっても、着火を安定させることができる。
【００１９】
請求項７に記載の発明によれば、吸気弁閉時期を進角させることにより実質的な圧縮比を上げることができるので、装置を追加せずに簡易に着火を促すことができる。
【００２０】
請求項８に記載の発明によれば、点火プラグを作動させて容易に着火を促すことができる。
請求項９に記載の発明によれば、オゾンを供給することにより容易に着火を促すことができる。
請求項１０に記載の発明によれば、自己着火燃焼を維持することができない低負荷運転時において、火花点火燃焼方式に切り換えて機関運転を良好に維持することができる。
【００２２】
請求項１１に記載の発明によれば、アイドル若しくは所定の低負荷運転時において、吸気弁閉時期を遅角させることにより実質的な圧縮比を下げて回転変動を抑えることができる。
請求項１２に記載の発明によれば、アイドル若しくは所定の低負荷運転時において、吸気流路を絞ることにより吸入空気量を減少させて回転変動を抑えることができる。
【００２３】
請求項１３に記載の発明によれば、アイドル運転時等着火性の悪い運転状態において、排気弁閉時期を進角させて負のオーバーラップ期間を延長することにより着火を安定させることができる。特に、このような運転時に新気量を減少させて運転する場合には、そのような運転に伴う着火性の悪化を補うことができる。
請求項１４に記載の発明によれば、着火性の悪い高回転運転時において、排気弁閉時期を進角させて負のオーバーラップ期間を延長することにより着火を安定させることができる。
【００２４】
請求項１５に記載の発明によれば、排気弁閉時期から排気上死点までの位相差と、該排気上死点から吸気弁開時期までの位相差とを等しくすることにより、既燃ガスを筒内に閉じ込めたことによるエネルギー損失を、吸気弁開時期までに補うことができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下に、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
（１）第１実施形態
図１は、本発明の第１実施形態に係る圧縮自己着火内燃機関（エンジン）１ａの構成を示す概略断面図である。
【００２６】
ピストン２が上下動するシリンダブロック３上にシリンダヘッド４が固定されており、シリンダヘッド４は、ピストン上面との間に燃焼室５を形成する。燃焼室５には、一側において吸気通路６が開口し、他側において排気通路７が開口している。
吸気通路６には、ポート部に吸気弁８が設けられ、さらに、ポート部上流に吸入空気量測定装置９が取り付けられている。吸気弁８は、吸気弁作動カム１０により駆動される。
【００２７】
排気通路７には、ポート部に排気弁１１が設けられており、この排気弁は、排気弁作動カム１２により駆動される。
これらの吸気弁作動カム１０及び排気弁作動カム１２は、それぞれの作動中心及び作動期間が後述するように連続的又は多段的に可変である。次に述べる電子制御ユニット（ＥＣＵ）３１からの制御信号に基づいて、主に、通常燃焼時（火花点火燃焼運転時）と自己着火燃焼運転時との間で切り換えられる。
【００２８】
また、図示しないが、燃料噴射弁が吸気ポートに設置されるか又は燃焼室５に臨んで設置される。
本エンジン１ａにおいて設けられるセンサ類には、クランク角度センサ４１及びアクセル開度センサ４２が含まれる。クランク角度センサ４１が検出する単位クランク角度信号又は基準クランク角度信号に基づいて、機関回転数Ｎｅが算出される。また、アクセル開度センサ４２は、運転者のアクセル踏込量に応じた信号を発生し、これに基づいて要求負荷Ｌｒが検出される。これらの信号は、いずれもＥＣＵ３１に入力される。
【００２９】
図２は、本実施形態における吸気弁８及び排気弁１１の弁作動特性を示している。このように、各弁体は、クランク角度に対して、作動中心及び作動角度の双方が可変に制御される。
そして、通常燃焼時では、排気上死点ＴＤＣ及びその付近において、吸気弁８と排気弁１１との弁開期間が重なり合う（正の）オーバーラップ期間が形成される。
【００３０】
一方、自己着火燃焼運転時にあっては、排気弁閉時期は、排気行程後半（排気上死点ＴＤＣ前）に設定される。併せて、吸気弁開時期が排気弁閉時期後に設定されることにより、吸気弁８と排気弁１１とのいずれもが閉じる負のオーバーラップ期間が形成される。
この負のオーバーラップ期間において、筒内の既燃ガスは、排気されずにそのまま筒内に閉じ込められる。このため、圧縮上死点付近における筒内温度が高められるので、着火性の比較的悪いガソリン等低セタン価燃料を用いても、安定して自己着火燃焼を行わせることができる。
【００３１】
このような弁作動特性の可変装置は、公知の可変動弁装置を用いて容易に構成することができる。
例えば、特開昭５５−１３７３０５号公報には、吸気弁及び排気弁の作動角度及び弁リフト量を連続的又は多段的に可変とするものが開示されている。
また、特開平８−１７７４３４号公報には、クランク軸に対するカム軸の位相を進遅させることにより、吸気弁及び排気弁の作動中心を連続的又は多段的に可変とするものが開示されている。
【００３２】
これらの可変動弁装置を組み合わせて、容易に図２の弁作動特性を実現することができる。
図３は、本実施形態において採用される排気弁閉時期、吸気弁開時期及び吸気弁閉時期を、機関負荷に対して示したものである。排気弁閉時期から吸気弁開時期までの間隔が負のオーバーラップ期間に相当する。
【００３３】
エンジン１ａでは、着火性の悪い低負荷運転領域において安定した自己着火燃焼を実現するために、機関負荷の減少に応じて負のオーバーラップ期間が延長される。また、一定の負荷減少量に対するその変化幅（変化率）は、低負荷側ほど大きく設定される。
一方、機関負荷の増大とともに着火性が良くなるので、負のオーバーラップ期間は短く設定される。そして、高負荷運転領域においては、着火性が充分であるので、負のオーバーラップ期間は略ゼロとすることができる。
【００３４】
このように負のオーバーラップ期間の変化率を機関負荷に応じて変化させることにより、残留既燃ガスから失われる熱量を補償し、圧縮時における筒内温度を充分に高めることができる。また、負のオーバーラップ期間を自己着火燃焼の安定化のために必要な最短限度とすることができ、負のオーバーラップ期間の延長に伴う燃費の悪化を抑えることができる。
【００３５】
なお、本実施形態において、吸気弁閉時期は、低負荷運転時において多少進角されるものの、概して機関負荷の変動によらず一定である。これにより、圧縮比を適度に保ち、熱効率の高い自己着火燃焼の特性を充分に生かすことができる。
図４は、機関負荷及び負のオーバーラップ期間長さに対する圧縮上死点付近における筒内温度Ｔｔｄｃの等温線図である。
【００３６】
負のオーバーラップ期間を延長することにより、筒内の残留熱量が増大するため、筒内温度Ｔｔｄｃが上昇する。ここで、この延長に伴って残留既燃ガスからの熱損失が増大するため、その上昇度合いは、負のオーバーラップ期間が長くなるほど小さくなる。逆に、負のオーバーラップ期間が短い間は、その一定延長幅に対する前記上昇度合いは、比較的大きい。
【００３７】
また、筒内温度Ｔｔｄｃが機関負荷に応じて変化し、機関負荷が低いほど低下することは、言うまでもない。
ここで、自己着火燃焼が安定する筒内温度Ｔｔｄｃが略１０００［Ｋ］であることを考えると、図示の着火安定温度線が得られる。
着火安定温度線は、着火の安定化のために機関負荷に対して要求される負のオーバーラップ期間長さを与えるものである。従って、機関負荷に応じてこの等温度線に沿って負のオーバーラップ期間長さを制御することにより、安定した自己着火燃焼を行うことができる。なお、図３の設定は、図４の着火安定温度線に基づくものである。
【００３８】
また、機関負荷に関して、負のオーバーラップ期間を更に延長しても筒内温度Ｔｔｄｃをもはや上昇させることができなくなる点（判断点）が存在する。判断点以下の低負荷運転領域では、負のオーバーラップ期間の制御によっては着火の安定化を図ることができない。
そこで、このような低負荷時には、吸気弁閉時期を進角させ、実質的な圧縮比を上げることにより着火性の回復を図る。
【００３９】
図５は、負のオーバーラップ期間長さ及び吸気弁閉時期を、それぞれ機関回転数に対して示したものである。
負のオーバーラップ期間を延長することにより、筒内温度Ｔｔｄｃが高められて着火性が向上すること、及び、吸気弁閉時期を進角させることにより、実圧縮ストロークが拡大されて着火性が向上することは、前述の通りである。
【００４０】
まず、回転変動が問題となるアイドル等低回転運転時には、圧縮比を下げ、 圧縮圧力を下げるために、吸気弁閉時期を遅角させる。これに伴って着火性が悪化するので、負のオーバーラップ期間を低回転側ほど長く設定する。
このようにして、低回転時において、回転変動を抑えつつ自己着火燃焼を安定させることができる。
【００４１】
なお、吸気通路６に絞り手段としてのスロットル弁を設置し、このような低負荷時においてスロットル弁を閉じ、筒内に流入する新気量を減少させても、同様に回転変動を抑えることができる。
また、圧縮時間が短く、自己着火燃焼を安定させるのが困難な高回転運転時においても、着火性の向上のため、負のオーバーラップ期間を高回転側ほど長く設定する。
【００４２】
図６は、負のオーバーラップ期間長さを機関負荷及び機関回転数に応じて割り付けた制御用マップである。
このように、自己着火燃焼運転領域において、負のオーバーラップ期間は、機関負荷に対しては、図４に示す着火安定温度線に沿うように、その低下に応じて変化率の増大を伴って延長される。また、機関回転数に対しては、図５に示すように、低回転時及び高回転時において延長される。
【００４３】
ここで、低回転時では、着火性の維持のために設定可能な最大長さとし、高回転時では、機関負荷によらず、機関回転数に応じた最大長さとする。高回転時においては、機関負荷が増大したとしても、着火性がそれ程回復されないからである。
図７は、ＥＣＵ３１により実行される制御のフローチャートである。ここで、本発明に係る制御手段及び吸気弁作動手段が、ＥＣＵ３１においてソフトウェア的に備わる。
【００４４】
Ｓ（ステップ）１では、クランク角度センサ４１からの信号に基づいて機関回転数Ｎｅを算出するとともに、アクセル開度センサ４２からの信号に基づいて要求負荷Ｌｒを算出する。
Ｓ２では、算出した機関回転数Ｎｅ及び要求負荷Ｌｒに基づいて、図６の制御用マップを参照して負のオーバーラップ期間長さを算出する。
【００４５】
Ｓ３では、算出した負のオーバーラップ期間長さに基づいて排気弁閉時期及び吸気弁開時期を設定する。
ここで、排気弁閉時期から排気上死点までのクランク角度Ａと、排気上死点から吸気弁開時期までのクランク角度Ｂとが等しくなるように、各バルブタイミングが設定される（Ａ＝Ｂ＝負のオーバーラップ期間長さ／２）。これにより、負のオーバーラップ期間中前半において発生するポンピングロスが後半において補われるので、燃費の悪化を抑えることができる。
【００４６】
Ｓ４では、要求負荷Ｌｅ及び機関回転数Ｎｅに基づいて吸気弁閉時期を設定する。
（２）第２実施形態
図８は、本発明の第２実施形態に係る圧縮自己着火内燃機関（エンジン）１ｂの構成を示す概略断面図である。なお、エンジン１ａと同様の構成要素については、同じ符号を付して説明を省略する。
【００４７】
エンジン１ｂは、エンジン１ａに、着火補助及び火花点火燃焼のための点火プラグ１５が付加されたものに相当する。
前述の通り、機関負荷が判断点以下となると、負のオーバーラップ期間の延長だけでは着火性の回復を図ることができない。本実施形態では、そのような運転状態において、点火プラグ１５を作動させて火花放電を行うことにより、着火性の回復を図る。
【００４８】
図９は、本実施形態においてＥＣＵ３１により実行される制御のフローチャートである。ここで、本発明に係る制御手段、燃焼方式切換手段及び吸気弁作動手段が、ＥＣＵ３１においてソフトウェア的に備わる。
Ｓ１１で機関回転数Ｎｅ及び要求負荷Ｌｅを算出した後、続くＳ２では、要求負荷Ｌｒが所定の切換点以下であるか否かを判定する。
【００４９】
ここで、「切換点」とは、負のオーバーラップ期間の制御（及び着火補助）によってはもはや着火性の回復を図ることができない運転領域を判定するための値であり、切換点以下においては、自己着火燃焼を安定維持することは困難となる。
そこで、Ｓ１１で要求負荷Ｌｒが切換点以下であると判定された場合には、Ｓ１３へ進み、運転安定性を維持するため、火花点火燃焼方式による運転に切り換える。
【００５０】
一方、要求負荷Ｌｒが切換点より高いと判定された場合には、Ｓ１４へ進み、以下、Ｓ１６に至るまで、図７のフローチャートのＳ２〜４と同様の処理を実行する。
そして、Ｓ１７で要求負荷Ｌｒが判断点以下であると判定された場合にＳ１８に進み、点火プラグ１５を作動させて着火補助を行う。
【００５１】
一方、要求負荷Ｌｒが判断点より高ければ、着火補助をせずに自己着火燃焼を行う。
なお、ここでは、切換点と判断点とを異なる値（切換点＜判断点）に設定し、切換点は、燃焼方式そのものを切り換えるためのものとして、また、判断点は、自己着火燃焼方式によるが着火補助を作動させるためのものとして区別した。しかしながら、ここでいう判断点のようなものを特に設定せず、負のオーバーラップ期間の制御によっては着火性の向上が図れない場合に直ちに火花点火燃焼方式による運転に切り換える構成としてもよい。
【００５２】
図１０は、他の着火補助手段として、オゾン発生器１７を備えた例を示したものである。
ここで、ＥＣＵ３１は、図９と同様なフローチャートに従ってエンジン１ｃを制御し、要求負荷Ｌｒが判断点以下であると判定された場合に、着火時に先立ってオゾン発生器１７を作動させ、着火補助を行う。
（３）第３実施形態
図１１は、本発明の第３実施形態に係る圧縮自己着火内燃機関（エンジン）１ｄの構成を示す概略断面図である。なお、エンジン１ａと同様の構成要素については、同じ符号を付して説明を省略する。
【００５３】
エンジン１ｄは、エンジン１ａに、燃焼安定度を検出するための筒内圧力センサ４３が付加されたものに相当する。
本実施形態では、燃焼安定度に基づいて着火性を判定し、 着火性が悪化した場合には、負のオーバーラップ期間を延長することにより筒内温度Ｔｔｄｃを高め、着火性の回復を図る。
【００５４】
ここで、前述の通り、筒内温度Ｔｔｄｃの上昇に対する負のオーバーラップ期間延長の効果は、低負荷側ほど低くなる。そこで、着火性の悪化に応じた変化幅を、低負荷側ほど大きくする。
具体的には、負のオーバーラップ期間長さの燃焼安定度に応じたフィードバック制御系を構成し、同制御系において、同長さについての制御ステップ量Δｘを、機関負荷が低いほど大きく設定する。これにより、機関負荷によらず目標安定度への収束性を一定としたり、さらにはより速やかにできる。
【００５５】
図１２は、本実施形態においてＥＣＵ３１により実行される制御のフローチャートである。ここで、本発明に係る制御手段及び吸気弁作動手段が、ＥＣＵ３１においてソフトウェア的に備わる。
本フローチャートにおいて、Ｓ２１で機関回転数Ｎｅ及び要求負荷Ｌｒを算出した後、続くＳ２２では、筒内圧力センサ４３からの検出信号に基づいて燃焼安定度Ｓを検出する。
【００５６】
Ｓ２３では、燃焼安定度Ｓが所定の判定値以下となったことを条件として、燃焼安定度の悪化を検出する。燃焼安定度の悪化を検出した場合には、Ｓ２４に進む。それ以外の場合には、Ｓ２６に進む。
Ｓ２４では、要求負荷Ｌｒに基づいて、負のオーバーラップ期間の延長幅Δｘを算出する。この延長幅Δｘは、前述の通り、低負荷側であるほど大きな値に設定される。
【００５７】
Ｓ２５では、現在保持されている負のオーバーラップ期間長さに延長幅Δｘを加えて、負のオーバーラップ期間長さを更新する。
以下、Ｓ２６及び２７では、図７のフローチャートのＳ３及び４と同様の処理を実行する。
（４）第４実施形態
図１３は、本発明の第４実施形態に係る圧縮自己着火内燃機関（エンジン）１ｅの構成を示す概略断面図である。なお、エンジン１ａと同様の構成要素については、同じ符号を付して説明を省略する。
【００５８】
エンジン１ｅは、エンジン１ａに、着火補助のための点火プラグ１５と、燃焼安定度を検出するための筒内圧力センサ４３とが付加されたものに相当する。
第３実施形態の説明で述べたように、燃焼安定度が悪化した場合に負のオーバーラップ期間が延長されるようにフィードバック制御系を構成することにより、筒内温度Ｔｔｄｃを高めて、着火の安定化を図ることが可能である。
【００５９】
しかしながら、機関負荷が前述の判断点以下の領域においては、負のオーバーラップ期間の制御のみによっては充分な筒内温度上昇効果が得られないので、自己着火燃焼を安定させることができない。
本実施形態では、このような領域において、点火プラグ１５を作動させて着火補助を行う。
【００６０】
なお、着火補助動作としては、点火プラグを作動する以外にも、吸気弁閉時期を進角させたり、オゾンを供給してもよい。
図１４は、本実施形態においてＥＣＵ３１により実行される制御のフローチャートである。ここで、本発明に係る制御手段及び吸気弁作動手段が、ＥＣＵ３１においてソフトウェア的に備わる。
【００６１】
本フローチャートにおいて、Ｓ３１で機関回転数Ｎｅ及び要求負荷Ｌｒを算出し、Ｓ２２で燃焼安定度Ｓを検出した後、続くＳ３３では、燃焼安定度が悪化したか否かを判定する。
燃焼安定度が悪化したと判定した場合には、Ｓ３４へ進み、それ以外の場合には、Ｓ３９へ進む。
【００６２】
Ｓ３４では、要求負荷Ｌｒが判断点以下であるか否かを判定する。要求負荷Ｌｒが判断点以下であると判定された場合には、Ｓ３５へ進み、負のオーバーラップ期間を設定可能な最長限度に設定する。そして、Ｓ３６で点火プラグ１５を作動させ、Ｓ３９に進む。
一方、Ｓ３４で要求負荷Ｌｒが判断点より高いと判定された場合には、Ｓ３７へ進み、以下、Ｓ３７及び３８において、図１２のフローチャートのＳ２４及び２５と同様の処理を実行する。
【００６３】
Ｓ３９及びＳ４０では、図７のフローチャートのＳ３及び４と同様の処理を実行する。
なお、本実施形態では、Ｓ３４において要求負荷Ｌｒが判断点以下と判定された場合に、点火プラグ１５による着火補助が実行される。ここで、さらに、切換点に基づく判定を付加し、着火補助を行ったとしても自己着火燃焼の継続が困難な場合に、火花点火燃焼方式による運転に切り換える構成としてもよい。
【００６４】
また、このような燃焼方式の切換えは、要求負荷Ｌｒが判断点以下となった時に直ちに実行してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る圧縮自己着火内燃機関の構成を示す断面図
【図２】同上内燃機関において設定される弁作動特性図
【図３】機関負荷に対する排気弁閉時期、吸気弁開時期及び吸気弁閉時期の設定を示す図
【図４】負のオーバーラップ期間長さ及び機関負荷に対する圧縮上死点付近における筒内温度の変化傾向曲線図
【図５】機関回転数に対する負のオーバーラップ期間長さ及び吸気弁閉時期の設定を示す図
【図６】機関負荷及び機関回転数に基づく負のオーバーラップ期間長さの制御用マップ
【図７】本発明の第１実施形態に係る制御フローチャート
【図８】本発明の第２実施形態に係る圧縮自己着火内燃機関の構成を示す断面図
【図９】同上実施形態に係る制御フローチャート
【図１０】着火補助手段としてオゾン発生器を備える圧縮自己着火内燃機関の断面図
【図１１】本発明の第３実施形態に係る圧縮自己着火内燃機関の構成を示す断面図
【図１２】同上実施形態に係る制御フローチャート
【図１３】本発明の第４実施形態に係る圧縮自己着火内燃機関の構成を示す断面図
【図１４】同上実施形態に係る制御フローチャート
【符号の説明】
１…エンジン
２…ピストン
３…シリンダブロック
４…シリンダヘッド
５…燃焼室
６…吸気通路
７…排気通路
８…吸気弁
１０…吸気弁作動カム
１１…排気弁
１２…排気弁作動カム
１５…点火プラグ
１７…オゾン発生器
３１…電子制御ユニット
４１…クランク角度センサ
４２…アクセル開度センサ
４３…筒内圧力センサ
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧縮自己着火内燃機関に関し、詳細には、残留既燃ガス（排気行程において排気されずに筒内に残される燃焼ガス）量を調整して着火させる圧縮自己着火内燃機関に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、低負荷から中負荷に渡る所定の自己着火燃焼運転領域において、排気弁閉時期を排気上死点前に設定することにより、既燃ガスの一部を筒内に残して筒内温度を高め、着火を安定させる技術が知られている（特開平１０−２６６８７８号公報参照）。
【０００３】
ここで、吸気弁開時期が排気上死点後に設定されることで、同上死点付近において、バルブタイミングについて排気弁及び吸気弁のいずれもが閉弁する期間（負のオーバーラップ期間）が形成される。
そして、機関負荷の低下に従って負のオーバーラップ期間を延長して残留既燃ガス量を増すことにより、圧縮時における筒内温度を高め、着火性の維持を図ってきた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来は、負のオーバーラップ期間長さの機関負荷に対する変化は、直線的であった。
このため、着火性の低下する低負荷運転領域において、自己着火燃焼を行うのに充分な温度にまで筒内温度が高められないことがあった。機関負荷の低下に応じて負のオーバーラップ期間を延長すると、それに応じてシリンダを介して残留既燃ガスから失われる熱量が増大するからである。
【０００５】
一方、着火性の良好な高負荷運転領域では、負のオーバーラップ期間が不要に長くなることがあった。
そこで、本発明は、圧縮自己着火内燃機関において、残留既燃ガスからの熱損失を考慮して負のオーバーラップ期間を必要最短限度に制御することにより、高効率で安定した自己着火燃焼を実現することを目的とする。
【０００６】
また、本発明は、着火性の低下する運転領域において、自己着火燃焼を安定させることを目的とする。
また、本発明は、自己着火燃焼が不安定な場合に、着火性を迅速に回復させることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項１に記載の発明に係る圧縮自己着火内燃機関は、排気上死点付近において排気弁及び吸気弁のいずれをも閉じることにより既燃ガスが筒内に閉じ込められる負のオーバーラップ期間を有する圧縮自己着火内燃機関であって、少なくとも排気弁を制御して、機関負荷が低いほど、負のオーバーラップ期間の始期である排気弁閉時期を進角させて負のオーバーラップ期間を延長する制御手段を備える。ここで、負のオーバーラップ期間は、その変化率（一定の負荷変化量に対する負のオーバーラップ期間の変化幅）が機関負荷の低下に応じて大きく設定される。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、自己着火燃焼の燃焼安定度を検出する燃焼安定度検出手段を設け、検出された燃焼安定度に基づいて、圧縮上死点付近における筒内温度の低下に起因する燃焼安定度の悪化を検出したときに、制御手段が排気弁閉時期を進角させて負のオーバーラップ期間を延長し、筒内温度を上昇させることを特徴とする。
ここで、請求項３に記載の発明は、排気弁閉時期の燃焼安定度に応じた変化幅が、運転状態が低負荷側にあるほど大きく設定されることを特徴とする。
【０００９】
請求項４に記載の発明は、制御手段が、更に吸気弁を制御して、機関負荷の低下に応じて負のオーバーラップ期間の終期である吸気弁開時期を遅角させることを特徴とする。
請求項５に記載の発明に係る圧縮自己着火内燃機関は、排気上死点付近において排気弁及び吸気弁のいずれをも閉じることにより既燃ガスが筒内に閉じ込められる負のオーバーラップ期間を有する圧縮自己着火内燃機関であって、自己着火燃焼の燃焼安定度を検出する燃焼安定度検出手段と、検出された燃焼安定度に基づいて、圧縮上死点付近における筒内温度の低下に起因する燃焼安定度の悪化を検出したときに、少なくとも排気弁を制御して、負のオーバーラップ期間の始期である排気弁閉時期を進角させて負のオーバーラップ期間を延長する制御手段と、を備える。ここで、負のオーバーラップ期間は、その変化率が、運転状態が低負荷側にあるほど大きく設定される。
【００１０】
請求項６に記載の発明は、機関負荷が低負荷領域にある所定の判断点以下であるときに作動して着火を促す着火補助手段を設けたことを特徴とする。
【００１１】
ここで、請求項７に記載の発明は、着火補助手段が吸気弁閉時期を進角させることを特徴とする。
また、請求項８に記載の発明は、着火補助手段が点火プラグを含むことを特徴とする。
また、請求項９に記載の発明は、着火補助手段がオゾンを供給することを特徴とする。
【００１２】
請求項１０に記載の発明は、機関負荷が低負荷領域にある所定の切換点以下となった時に火花点火燃焼による運転に切り換える燃焼方式切換手段を設けたことを特徴とする。
【００１３】
請求項１１に記載の発明は、アイドル若しくは所定の低回転運転時に吸気弁閉時期を遅角させる吸気弁作動手段を設けたことを特徴とする。
請求項１２に記載の発明は、アイドル若しくは所定の低回転運転時に吸気通路開口面積を縮小する絞り手段を設けたことを特徴する。
請求項１３に記載の発明は、制御手段が、アイドル若しくは所定の低回転運転領域において、機関回転数が低いほど、排気弁閉時期を進角させて負のオーバーラップ期間を延長することを特徴とする。
【００１４】
請求項１４に記載の発明は、制御手段が、所定の高回転運転領域において、機関回転数が高いほど、排気弁閉時期を進角させて負のオーバーラップ期間を延長することを特徴とする。
請求項１５に記載の発明は、排気弁閉時期から排気上死点までの位相差と、該排気上死点から吸気弁開時期までの位相差とが等しく設定されることを特徴とする。
【００１５】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、負のオーバーラップ期間を、機関負荷の低下に応じて変化率の増大を伴って延長することにより、機関負荷に適した長さの負のオーバーラップ期間が設定される。そのため、必要充分な残留既燃ガスを確保することができ、着火性の悪い低負荷運転領域では、圧縮時における筒内温度を充分に高めて安定した自己着火燃焼を実現し、また、着火性の良い高負荷運転領域では、燃費の悪化が抑えられる。
【００１６】
請求項２に記載の発明によれば、燃焼安定度の悪化時において、残留既燃ガス量を増して筒内温度を高めることができるので、燃焼安定性を回復させることができる。
請求項３に記載の発明によれば、排気弁閉時期の燃焼安定度に応じた変化幅を低負荷側ほど大きく設定することにより、排気弁の制御応答性を高め、燃焼安定性を迅速に回復させることができる。
【００１７】
請求項４に記載の発明によれば、吸気弁開時期を機関負荷の低下に応じて遅角させることにより、吸入空気量を正確に制御することができる。
請求項５に記載の発明によれば、燃焼安定度が悪化したときに、排気弁閉時期を進角させて負のオーバーラップ期間を延長することにより、圧縮時における筒内温度を高め、燃焼安定性を回復させることができる。また、このときに排気弁閉時期の変化幅が機関負荷の低下に応じて大きく設定されるので、応答性よく回復させることができる。
【００１８】
請求項６に記載の発明によれば、着火補助手段を設けたことにより、負のオーバーラップ期間の制御によっては着火性が維持できないような領域であっても、着火を安定させることができる。
【００１９】
請求項７に記載の発明によれば、吸気弁閉時期を進角させることにより実質的な圧縮比を上げることができるので、装置を追加せずに簡易に着火を促すことができる。
【００２０】
請求項８に記載の発明によれば、点火プラグを作動させて容易に着火を促すことができる。
請求項９に記載の発明によれば、オゾンを供給することにより容易に着火を促すことができる。
請求項１０に記載の発明によれば、自己着火燃焼を維持することができない低負荷運転時において、火花点火燃焼方式に切り換えて機関運転を良好に維持することができる。
【００２２】
請求項１１に記載の発明によれば、アイドル若しくは所定の低負荷運転時において、吸気弁閉時期を遅角させることにより実質的な圧縮比を下げて回転変動を抑えることができる。
請求項１２に記載の発明によれば、アイドル若しくは所定の低負荷運転時において、吸気流路を絞ることにより吸入空気量を減少させて回転変動を抑えることができる。
【００２３】
請求項１３に記載の発明によれば、アイドル運転時等着火性の悪い運転状態において、排気弁閉時期を進角させて負のオーバーラップ期間を延長することにより着火を安定させることができる。特に、このような運転時に新気量を減少させて運転する場合には、そのような運転に伴う着火性の悪化を補うことができる。
請求項１４に記載の発明によれば、着火性の悪い高回転運転時において、排気弁閉時期を進角させて負のオーバーラップ期間を延長することにより着火を安定させることができる。
【００２４】
請求項１５に記載の発明によれば、排気弁閉時期から排気上死点までの位相差と、該排気上死点から吸気弁開時期までの位相差とを等しくすることにより、既燃ガスを筒内に閉じ込めたことによるエネルギー損失を、吸気弁開時期までに補うことができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下に、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
（１）第１実施形態
図１は、本発明の第１実施形態に係る圧縮自己着火内燃機関（エンジン）１ａの構成を示す概略断面図である。
【００２６】
ピストン２が上下動するシリンダブロック３上にシリンダヘッド４が固定されており、シリンダヘッド４は、ピストン上面との間に燃焼室５を形成する。燃焼室５には、一側において吸気通路６が開口し、他側において排気通路７が開口している。
吸気通路６には、ポート部に吸気弁８が設けられ、さらに、ポート部上流に吸入空気量測定装置９が取り付けられている。吸気弁８は、吸気弁作動カム１０により駆動される。
【００２７】
排気通路７には、ポート部に排気弁１１が設けられており、この排気弁は、排気弁作動カム１２により駆動される。
これらの吸気弁作動カム１０及び排気弁作動カム１２は、それぞれの作動中心及び作動期間が後述するように連続的又は多段的に可変である。次に述べる電子制御ユニット（ＥＣＵ）３１からの制御信号に基づいて、主に、通常燃焼時（火花点火燃焼運転時）と自己着火燃焼運転時との間で切り換えられる。
【００２８】
また、図示しないが、燃料噴射弁が吸気ポートに設置されるか又は燃焼室５に臨んで設置される。
本エンジン１ａにおいて設けられるセンサ類には、クランク角度センサ４１及びアクセル開度センサ４２が含まれる。クランク角度センサ４１が検出する単位クランク角度信号又は基準クランク角度信号に基づいて、機関回転数Ｎｅが算出される。また、アクセル開度センサ４２は、運転者のアクセル踏込量に応じた信号を発生し、これに基づいて要求負荷Ｌｒが検出される。これらの信号は、いずれもＥＣＵ３１に入力される。
【００２９】
図２は、本実施形態における吸気弁８及び排気弁１１の弁作動特性を示している。このように、各弁体は、クランク角度に対して、作動中心及び作動角度の双方が可変に制御される。
そして、通常燃焼時では、排気上死点ＴＤＣ及びその付近において、吸気弁８と排気弁１１との弁開期間が重なり合う（正の）オーバーラップ期間が形成される。
【００３０】
一方、自己着火燃焼運転時にあっては、排気弁閉時期は、排気行程後半（排気上死点ＴＤＣ前）に設定される。併せて、吸気弁開時期が排気弁閉時期後に設定されることにより、吸気弁８と排気弁１１とのいずれもが閉じる負のオーバーラップ期間が形成される。
この負のオーバーラップ期間において、筒内の既燃ガスは、排気されずにそのまま筒内に閉じ込められる。このため、圧縮上死点付近における筒内温度が高められるので、着火性の比較的悪いガソリン等低セタン価燃料を用いても、安定して自己着火燃焼を行わせることができる。
【００３１】
このような弁作動特性の可変装置は、公知の可変動弁装置を用いて容易に構成することができる。
例えば、特開昭５５−１３７３０５号公報には、吸気弁及び排気弁の作動角度及び弁リフト量を連続的又は多段的に可変とするものが開示されている。
また、特開平８−１７７４３４号公報には、クランク軸に対するカム軸の位相を進遅させることにより、吸気弁及び排気弁の作動中心を連続的又は多段的に可変とするものが開示されている。
【００３２】
これらの可変動弁装置を組み合わせて、容易に図２の弁作動特性を実現することができる。
図３は、本実施形態において採用される排気弁閉時期、吸気弁開時期及び吸気弁閉時期を、機関負荷に対して示したものである。排気弁閉時期から吸気弁開時期までの間隔が負のオーバーラップ期間に相当する。
【００３３】
エンジン１ａでは、着火性の悪い低負荷運転領域において安定した自己着火燃焼を実現するために、機関負荷の減少に応じて負のオーバーラップ期間が延長される。また、一定の負荷減少量に対するその変化幅（変化率）は、低負荷側ほど大きく設定される。
一方、機関負荷の増大とともに着火性が良くなるので、負のオーバーラップ期間は短く設定される。そして、高負荷運転領域においては、着火性が充分であるので、負のオーバーラップ期間は略ゼロとすることができる。
【００３４】
このように負のオーバーラップ期間の変化率を機関負荷に応じて変化させることにより、残留既燃ガスから失われる熱量を補償し、圧縮時における筒内温度を充分に高めることができる。また、負のオーバーラップ期間を自己着火燃焼の安定化のために必要な最短限度とすることができ、負のオーバーラップ期間の延長に伴う燃費の悪化を抑えることができる。
【００３５】
なお、本実施形態において、吸気弁閉時期は、低負荷運転時において多少進角されるものの、概して機関負荷の変動によらず一定である。これにより、圧縮比を適度に保ち、熱効率の高い自己着火燃焼の特性を充分に生かすことができる。
図４は、機関負荷及び負のオーバーラップ期間長さに対する圧縮上死点付近における筒内温度Ｔｔｄｃの等温線図である。
【００３６】
負のオーバーラップ期間を延長することにより、筒内の残留熱量が増大するため、筒内温度Ｔｔｄｃが上昇する。ここで、この延長に伴って残留既燃ガスからの熱損失が増大するため、その上昇度合いは、負のオーバーラップ期間が長くなるほど小さくなる。逆に、負のオーバーラップ期間が短い間は、その一定延長幅に対する前記上昇度合いは、比較的大きい。
【００３７】
また、筒内温度Ｔｔｄｃが機関負荷に応じて変化し、機関負荷が低いほど低下することは、言うまでもない。
ここで、自己着火燃焼が安定する筒内温度Ｔｔｄｃが略１０００［Ｋ］であることを考えると、図示の着火安定温度線が得られる。
着火安定温度線は、着火の安定化のために機関負荷に対して要求される負のオーバーラップ期間長さを与えるものである。従って、機関負荷に応じてこの等温度線に沿って負のオーバーラップ期間長さを制御することにより、安定した自己着火燃焼を行うことができる。なお、図３の設定は、図４の着火安定温度線に基づくものである。
【００３８】
また、機関負荷に関して、負のオーバーラップ期間を更に延長しても筒内温度Ｔｔｄｃをもはや上昇させることができなくなる点（判断点）が存在する。判断点以下の低負荷運転領域では、負のオーバーラップ期間の制御によっては着火の安定化を図ることができない。
そこで、このような低負荷時には、吸気弁閉時期を進角させ、実質的な圧縮比を上げることにより着火性の回復を図る。
【００３９】
図５は、負のオーバーラップ期間長さ及び吸気弁閉時期を、それぞれ機関回転数に対して示したものである。
負のオーバーラップ期間を延長することにより、筒内温度Ｔｔｄｃが高められて着火性が向上すること、及び、吸気弁閉時期を進角させることにより、実圧縮ストロークが拡大されて着火性が向上することは、前述の通りである。
【００４０】
まず、回転変動が問題となるアイドル等低回転運転時には、圧縮比を下げ、 圧縮圧力を下げるために、吸気弁閉時期を遅角させる。これに伴って着火性が悪化するので、負のオーバーラップ期間を低回転側ほど長く設定する。
このようにして、低回転時において、回転変動を抑えつつ自己着火燃焼を安定させることができる。
【００４１】
なお、吸気通路６に絞り手段としてのスロットル弁を設置し、このような低負荷時においてスロットル弁を閉じ、筒内に流入する新気量を減少させても、同様に回転変動を抑えることができる。
また、圧縮時間が短く、自己着火燃焼を安定させるのが困難な高回転運転時においても、着火性の向上のため、負のオーバーラップ期間を高回転側ほど長く設定する。
【００４２】
図６は、負のオーバーラップ期間長さを機関負荷及び機関回転数に応じて割り付けた制御用マップである。
このように、自己着火燃焼運転領域において、負のオーバーラップ期間は、機関負荷に対しては、図４に示す着火安定温度線に沿うように、その低下に応じて変化率の増大を伴って延長される。また、機関回転数に対しては、図５に示すように、低回転時及び高回転時において延長される。
【００４３】
ここで、低回転時では、着火性の維持のために設定可能な最大長さとし、高回転時では、機関負荷によらず、機関回転数に応じた最大長さとする。高回転時においては、機関負荷が増大したとしても、着火性がそれ程回復されないからである。
図７は、ＥＣＵ３１により実行される制御のフローチャートである。ここで、本発明に係る制御手段及び吸気弁作動手段が、ＥＣＵ３１においてソフトウェア的に備わる。
【００４４】
Ｓ（ステップ）１では、クランク角度センサ４１からの信号に基づいて機関回転数Ｎｅを算出するとともに、アクセル開度センサ４２からの信号に基づいて要求負荷Ｌｒを算出する。
Ｓ２では、算出した機関回転数Ｎｅ及び要求負荷Ｌｒに基づいて、図６の制御用マップを参照して負のオーバーラップ期間長さを算出する。
【００４５】
Ｓ３では、算出した負のオーバーラップ期間長さに基づいて排気弁閉時期及び吸気弁開時期を設定する。
ここで、排気弁閉時期から排気上死点までのクランク角度Ａと、排気上死点から吸気弁開時期までのクランク角度Ｂとが等しくなるように、各バルブタイミングが設定される（Ａ＝Ｂ＝負のオーバーラップ期間長さ／２）。これにより、負のオーバーラップ期間中前半において発生するポンピングロスが後半において補われるので、燃費の悪化を抑えることができる。
【００４６】
Ｓ４では、要求負荷Ｌｅ及び機関回転数Ｎｅに基づいて吸気弁閉時期を設定する。
（２）第２実施形態
図８は、本発明の第２実施形態に係る圧縮自己着火内燃機関（エンジン）１ｂの構成を示す概略断面図である。なお、エンジン１ａと同様の構成要素については、同じ符号を付して説明を省略する。
【００４７】
エンジン１ｂは、エンジン１ａに、着火補助及び火花点火燃焼のための点火プラグ１５が付加されたものに相当する。
前述の通り、機関負荷が判断点以下となると、負のオーバーラップ期間の延長だけでは着火性の回復を図ることができない。本実施形態では、そのような運転状態において、点火プラグ１５を作動させて火花放電を行うことにより、着火性の回復を図る。
【００４８】
図９は、本実施形態においてＥＣＵ３１により実行される制御のフローチャートである。ここで、本発明に係る制御手段、燃焼方式切換手段及び吸気弁作動手段が、ＥＣＵ３１においてソフトウェア的に備わる。
Ｓ１１で機関回転数Ｎｅ及び要求負荷Ｌｅを算出した後、続くＳ２では、要求負荷Ｌｒが所定の切換点以下であるか否かを判定する。
【００４９】
ここで、「切換点」とは、負のオーバーラップ期間の制御（及び着火補助）によってはもはや着火性の回復を図ることができない運転領域を判定するための値であり、切換点以下においては、自己着火燃焼を安定維持することは困難となる。
そこで、Ｓ１１で要求負荷Ｌｒが切換点以下であると判定された場合には、Ｓ１３へ進み、運転安定性を維持するため、火花点火燃焼方式による運転に切り換える。
【００５０】
一方、要求負荷Ｌｒが切換点より高いと判定された場合には、Ｓ１４へ進み、以下、Ｓ１６に至るまで、図７のフローチャートのＳ２〜４と同様の処理を実行する。
そして、Ｓ１７で要求負荷Ｌｒが判断点以下であると判定された場合にＳ１８に進み、点火プラグ１５を作動させて着火補助を行う。
【００５１】
一方、要求負荷Ｌｒが判断点より高ければ、着火補助をせずに自己着火燃焼を行う。
なお、ここでは、切換点と判断点とを異なる値（切換点＜判断点）に設定し、切換点は、燃焼方式そのものを切り換えるためのものとして、また、判断点は、自己着火燃焼方式によるが着火補助を作動させるためのものとして区別した。しかしながら、ここでいう判断点のようなものを特に設定せず、負のオーバーラップ期間の制御によっては着火性の向上が図れない場合に直ちに火花点火燃焼方式による運転に切り換える構成としてもよい。
【００５２】
図１０は、他の着火補助手段として、オゾン発生器１７を備えた例を示したものである。
ここで、ＥＣＵ３１は、図９と同様なフローチャートに従ってエンジン１ｃを制御し、要求負荷Ｌｒが判断点以下であると判定された場合に、着火時に先立ってオゾン発生器１７を作動させ、着火補助を行う。
（３）第３実施形態
図１１は、本発明の第３実施形態に係る圧縮自己着火内燃機関（エンジン）１ｄの構成を示す概略断面図である。なお、エンジン１ａと同様の構成要素については、同じ符号を付して説明を省略する。
【００５３】
エンジン１ｄは、エンジン１ａに、燃焼安定度を検出するための筒内圧力センサ４３が付加されたものに相当する。
本実施形態では、燃焼安定度に基づいて着火性を判定し、 着火性が悪化した場合には、負のオーバーラップ期間を延長することにより筒内温度Ｔｔｄｃを高め、着火性の回復を図る。
【００５４】
ここで、前述の通り、筒内温度Ｔｔｄｃの上昇に対する負のオーバーラップ期間延長の効果は、低負荷側ほど低くなる。そこで、着火性の悪化に応じた変化幅を、低負荷側ほど大きくする。
具体的には、負のオーバーラップ期間長さの燃焼安定度に応じたフィードバック制御系を構成し、同制御系において、同長さについての制御ステップ量Δｘを、機関負荷が低いほど大きく設定する。これにより、機関負荷によらず目標安定度への収束性を一定としたり、さらにはより速やかにできる。
【００５５】
図１２は、本実施形態においてＥＣＵ３１により実行される制御のフローチャートである。ここで、本発明に係る制御手段及び吸気弁作動手段が、ＥＣＵ３１においてソフトウェア的に備わる。
本フローチャートにおいて、Ｓ２１で機関回転数Ｎｅ及び要求負荷Ｌｒを算出した後、続くＳ２２では、筒内圧力センサ４３からの検出信号に基づいて燃焼安定度Ｓを検出する。
【００５６】
Ｓ２３では、燃焼安定度Ｓが所定の判定値以下となったことを条件として、燃焼安定度の悪化を検出する。燃焼安定度の悪化を検出した場合には、Ｓ２４に進む。それ以外の場合には、Ｓ２６に進む。
Ｓ２４では、要求負荷Ｌｒに基づいて、負のオーバーラップ期間の延長幅Δｘを算出する。この延長幅Δｘは、前述の通り、低負荷側であるほど大きな値に設定される。
【００５７】
Ｓ２５では、現在保持されている負のオーバーラップ期間長さに延長幅Δｘを加えて、負のオーバーラップ期間長さを更新する。
以下、Ｓ２６及び２７では、図７のフローチャートのＳ３及び４と同様の処理を実行する。
（４）第４実施形態
図１３は、本発明の第４実施形態に係る圧縮自己着火内燃機関（エンジン）１ｅの構成を示す概略断面図である。なお、エンジン１ａと同様の構成要素については、同じ符号を付して説明を省略する。
【００５８】
エンジン１ｅは、エンジン１ａに、着火補助のための点火プラグ１５と、燃焼安定度を検出するための筒内圧力センサ４３とが付加されたものに相当する。
第３実施形態の説明で述べたように、燃焼安定度が悪化した場合に負のオーバーラップ期間が延長されるようにフィードバック制御系を構成することにより、筒内温度Ｔｔｄｃを高めて、着火の安定化を図ることが可能である。
【００５９】
しかしながら、機関負荷が前述の判断点以下の領域においては、負のオーバーラップ期間の制御のみによっては充分な筒内温度上昇効果が得られないので、自己着火燃焼を安定させることができない。
本実施形態では、このような領域において、点火プラグ１５を作動させて着火補助を行う。
【００６０】
なお、着火補助動作としては、点火プラグを作動する以外にも、吸気弁閉時期を進角させたり、オゾンを供給してもよい。
図１４は、本実施形態においてＥＣＵ３１により実行される制御のフローチャートである。ここで、本発明に係る制御手段及び吸気弁作動手段が、ＥＣＵ３１においてソフトウェア的に備わる。
【００６１】
本フローチャートにおいて、Ｓ３１で機関回転数Ｎｅ及び要求負荷Ｌｒを算出し、Ｓ２２で燃焼安定度Ｓを検出した後、続くＳ３３では、燃焼安定度が悪化したか否かを判定する。
燃焼安定度が悪化したと判定した場合には、Ｓ３４へ進み、それ以外の場合には、Ｓ３９へ進む。
【００６２】
Ｓ３４では、要求負荷Ｌｒが判断点以下であるか否かを判定する。要求負荷Ｌｒが判断点以下であると判定された場合には、Ｓ３５へ進み、負のオーバーラップ期間を設定可能な最長限度に設定する。そして、Ｓ３６で点火プラグ１５を作動させ、Ｓ３９に進む。
一方、Ｓ３４で要求負荷Ｌｒが判断点より高いと判定された場合には、Ｓ３７へ進み、以下、Ｓ３７及び３８において、図１２のフローチャートのＳ２４及び２５と同様の処理を実行する。
【００６３】
Ｓ３９及びＳ４０では、図７のフローチャートのＳ３及び４と同様の処理を実行する。
なお、本実施形態では、Ｓ３４において要求負荷Ｌｒが判断点以下と判定された場合に、点火プラグ１５による着火補助が実行される。ここで、さらに、切換点に基づく判定を付加し、着火補助を行ったとしても自己着火燃焼の継続が困難な場合に、火花点火燃焼方式による運転に切り換える構成としてもよい。
【００６４】
また、このような燃焼方式の切換えは、要求負荷Ｌｒが判断点以下となった時に直ちに実行してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る圧縮自己着火内燃機関の構成を示す断面図
【図２】同上内燃機関において設定される弁作動特性図
【図３】機関負荷に対する排気弁閉時期、吸気弁開時期及び吸気弁閉時期の設定を示す図
【図４】負のオーバーラップ期間長さ及び機関負荷に対する圧縮上死点付近における筒内温度の変化傾向曲線図
【図５】機関回転数に対する負のオーバーラップ期間長さ及び吸気弁閉時期の設定を示す図
【図６】機関負荷及び機関回転数に基づく負のオーバーラップ期間長さの制御用マップ
【図７】本発明の第１実施形態に係る制御フローチャート
【図８】本発明の第２実施形態に係る圧縮自己着火内燃機関の構成を示す断面図
【図９】同上実施形態に係る制御フローチャート
【図１０】着火補助手段としてオゾン発生器を備える圧縮自己着火内燃機関の断面図
【図１１】本発明の第３実施形態に係る圧縮自己着火内燃機関の構成を示す断面図
【図１２】同上実施形態に係る制御フローチャート
【図１３】本発明の第４実施形態に係る圧縮自己着火内燃機関の構成を示す断面図
【図１４】同上実施形態に係る制御フローチャート
【符号の説明】
１…エンジン
２…ピストン
３…シリンダブロック
４…シリンダヘッド
５…燃焼室
６…吸気通路
７…排気通路
８…吸気弁
１０…吸気弁作動カム
１１…排気弁
１２…排気弁作動カム
１５…点火プラグ
１７…オゾン発生器
３１…電子制御ユニット
４１…クランク角度センサ
４２…アクセル開度センサ
４３…筒内圧力センサ
Claims (15)
- 排気上死点付近において排気弁及び吸気弁のいずれをも閉じることにより既燃ガスが筒内に閉じ込められる負のオーバーラップ期間を有する圧縮自己着火内燃機関であって、
少なくとも排気弁を制御して、機関負荷が低いほど、前記負のオーバーラップ期間の始期である排気弁閉時期を進角させて前記負のオーバーラップ期間を延長する制御手段を備え、
前記負のオーバーラップ期間は、その変化率が機関負荷の低下に応じて大きく設定されることを特徴とする圧縮自己着火内燃機関。 - 自己着火燃焼の燃焼安定度を検出する燃焼安定度検出手段を備え、
前記制御手段は、検出された燃焼安定度に基づいて、圧縮上死点付近における筒内温度の低下に起因する燃焼安定度の悪化を検出したときに、排気弁閉時期を進角させて前記負のオーバーラップ期間を延長し、筒内温度を上昇させることを特徴とする請求項１に記載の圧縮自己着火内燃機関。 - 前記制御手段は、排気弁閉時期の燃焼安定度に応じた変化幅を、運転状態が低負荷側にあるほど大きく設定することを特徴とする請求項２に記載の圧縮自己着火内燃機関。
- 前記制御手段が、更に吸気弁を制御して、機関負荷の低下に応じて前記負のオーバーラップ期間の終期である吸気弁開時期を遅角させることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の圧縮自己着火内燃機関。
- 排気上死点付近において排気弁及び吸気弁のいずれをも閉じることにより既燃ガスが筒内に閉じ込められる負のオーバーラップ期間を有する圧縮自己着火内燃機関であって、
自己着火燃焼の燃焼安定度を検出する燃焼安定度検出手段と、
検出された燃焼安定度に基づいて、圧縮上死点付近における筒内温度の低下に起因する燃焼安定度の悪化を検出したときに、少なくとも排気弁を制御して、前記負のオーバーラップ期間の始期である排気弁閉時期を進角させて前記負のオーバーラップ期間を延長する制御手段と、を備え、
前記負のオーバーラップ期間は、その変化率が、運転状態が低負荷側にあるほど大きく設定されることを特徴とする圧縮自己着火内燃機関。 - 機関負荷が低負荷領域にある所定の判断点以下であるときに作動して着火を促す着火補助手段を備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の圧縮自己着火内燃機関。
- 前記着火補助手段が吸気弁閉時期を進角させることを特徴とする請求項６に記載の圧縮自己着火内燃機関。
- 前記着火補助手段が点火プラグを含むことを特徴とする請求項６又は７に記載の圧縮自己着火内燃機関。
- 前記着火補助手段がオゾンを供給することを特徴とする請求項６〜８のいずれか１つに記載の圧縮自己着火内燃機関。
- 機関負荷が低負荷領域にある所定の切換点以下となった時に火花点火燃焼による運転に切り換える燃焼方式切換手段を備えることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１つに記載の圧縮自己着火内燃機関。
- アイドル若しくは所定の低回転運転時に吸気弁閉時期を遅角させる吸気弁作動手段を備えることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１つに記載の圧縮自己着火内燃機関。
- アイドル若しくは所定の低回転運転時に吸気通路開口面積を縮小する絞り手段を備えることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１つに記載の圧縮自己着火内燃機関。
- 前記制御手段は、アイドル若しくは所定の低回転運転領域において、機関回転数が低いほど、排気弁閉時期を進角させて前記負のオーバーラップ期間を延長することを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１つに記載の圧縮自己着火内燃機関。
- 前記制御手段は、所定の高回転運転領域において、機関回転数が高いほど、排気弁閉時期を進角させて前記負のオーバーラップ期間を延長することを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１つに記載の圧縮自己着火内燃機関。
- 排気弁閉時期から排気上死点までの位相差と、該排気上死点から吸気弁開時期までの位相差とが等しく設定されることを特徴とする請求項１〜１４のいずれか１つに記載の圧縮自己着火内燃機関。
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