JP5904144B2 - 圧縮自己着火式エンジン - Google Patents

Description

本発明は、ガソリンを含有する燃料を自着火により燃焼させるＣＩ燃焼が少なくとも一部の運転領域で実行可能な圧縮自己着火式エンジンに関する。

従来、ガソリンエンジンの分野では、点火プラグの火花点火によって混合気を強制的に燃焼させる火花点火燃焼を採用することが一般的であったが、近年、このような火花点火燃焼に代えて、いわゆる圧縮自己着火燃焼をガソリンエンジンに適用する研究が進められている。圧縮自己着火燃焼とは、ピストンの圧縮によりつくり出される高温・高圧の環境下で混合気を自着火により燃焼させることである。圧縮自己着火燃焼は、混合気が同時多発的に自着火する燃焼であり、火炎伝播により徐々に燃焼が拡がる火花点火燃焼に比べて燃焼期間が短く、より高い熱効率が得られるといわれている。なお、以下では、火花点火燃焼（Spark Ignition Combustion）のことを「ＳＩ燃焼」と略称し、圧縮自己着火燃焼（Compression Self-Ignition Combustion）のことを「ＣＩ燃焼」と略称する。

上記ＣＩ燃焼は、燃料噴射量が少なく熱発生量が少ないエンジンの低負荷域では起き難い。そこで、このような低負荷域でも確実にＣＩ燃焼を起こさせるために、エンジン本体に導入される吸気を強制的に加熱する吸気加熱手段を設けることが提案されている。例えば、吸気加熱手段を備えた圧縮自己着火式エンジンとして、下記の特許文献１および特許文献２が知られている。

特許文献１には、排気ガスとの熱交換によって吸気を加熱する熱交換器を排気通路に設けたエンジンが開示されている。このエンジンの吸気通路と排気通路との間には、吸気通路から分岐して熱交換器を通った後に再び吸気通路へと戻されるバイパス通路が設けられている。バイパス通路の下流端部と吸気通路との接続部には、切換バルブが設けられており、この切換バルブの開度によって吸気の分岐流れが制御されるようになっている。具体的に、この特許文献１のエンジンでは、その部分負荷運転時に、バイパス通路への分岐流れを許容するように切換バルブが制御される。これにより、バイパス通路を通じて熱交換器に吸気が導入され、この熱交換器で加熱された吸気がエンジン本体に導入されることにより、ＣＩ燃焼が促進される。一方、この状態でエンジン負荷が増大するとノッキングの発生が懸念される。そこで、ノッキングが発生したと判定された場合には、バイパス通路への分岐流れを遮断するように切換バルブが制御され、吸気の加熱が停止される。さらに、エンジンの全負荷域では、吸気の加熱が停止される上に、燃焼形式がＣＩ燃焼からＳＩ燃焼に切り換えられる。

特許文献２には、吸気通路をバイパスするバイパス通路に吸気加熱手段としてのヒータを設けたエンジンが開示されている。バイパス通路の下流端部（吸気通路との接続部）には三方電磁弁が設けられており、この三方電磁弁の切換え制御により、ヒータを通じて加熱された高温の吸気がエンジン本体に導入される状態から、ヒータを通過しない未加熱の吸気がエンジン本体に導入される状態へと（またはその逆へと）切り換えられるようになっている。

特開平１１−６２５８９号公報 特開２００６−２８３６１８号公報

上記特許文献１，２によれば、加熱手段により加熱された高温の吸気をエンジン本体に導入するか、未加熱の吸気をエンジン本体に導入するかを、エンジンの運転状態等に応じて切り換えることができるので、適正なＣＩ燃焼が実行可能な領域を拡大できるという利点がある。

しかしながら、加熱手段による加熱温度は、常に一定に維持されるとは限らない。特に、特許文献１のように、エンジンの排気ガスとの熱交換により吸気を加熱する熱交換器を加熱手段として設けた場合には、エンジンの暖機の進み具合や運転状態等に応じて排気ガスの温度が変動するので、これに伴って吸気の加熱温度も変動する。また、加熱手段を通過しない未加熱の吸気をエンジン本体に供給する場合でも、その未加熱の吸気の温度は外気温によって直接的に変動する。

上記特許文献１，２では、いずれも、吸気通路から分岐したバイパス通路に加熱手段が設けられるとともに、バイパス通路の下流端部（吸気通路との接続部）に例えば三方電磁弁のような切換えバルブが設けられるため、基本的には、吸気を加熱手段により加熱するか否か（バイパス通路への分岐流れの有無）を切り換えることしかできない。このため、エンジン本体に導入される吸気の温度は、加熱手段の熱源（例えば排気ガス）の温度や外気温によって変動せざるを得ない。このことは、適正なＣＩ燃焼を安定して実現することを難しくし、失火や異常燃焼を発生させる原因となる。

本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、ＣＩ燃焼の実行領域において吸気の温度を高い精度で制御することが可能な圧縮自己着火式エンジンを提供することを目的とする。

上記課題を解決するためのものとして、本発明は、ガソリンを含有する燃料により駆動されるエンジン本体と、エンジン本体に導入される吸気が流通する吸気通路とを備えるとともに、上記燃料を自着火により燃焼させるＣＩ燃焼が少なくとも一部の運転領域で実行可能な圧縮自己着火式エンジンであって、上記吸気通路は、吸気を加熱する加熱手段が設けられた高温通路と、高温通路と並列に延び、かつ吸気を冷却する冷却手段が設けられた低温通路と、高温通路および低温通路が集合した集合部と、集合部と上記エンジン本体とを接続する下流側通路とを有し、上記高温通路および低温通路には、それぞれ吸気の流量を調節するバタフライ式のスロットル弁が設けられ、上記高温通路および低温通路用の各スロットル弁の開度は、少なくとも上記ＣＩ燃焼が実行される運転領域において、上記集合部での吸気の温度が予め定められた所定の温度範囲に収まるように、上記加熱手段および冷却手段の温度条件に基づいて制御され、上記高温通路用のスロットル弁のボア径が、上記低温通路用のスロットル弁のボア径よりも小さく設定された、ことを特徴とするものである（請求項１）。

本発明では、加熱手段と冷却手段とが別々の通路（高温通路および低温通路）に設けられ、しかも、各通路に流量調節用のスロットル弁が設けられている。このため、加熱手段および冷却手段の温度条件が状況に応じて（例えば暖機の進行度合いや外気温等に応じて）種々変化した場合でも、高温通路および低温通路からの吸気の混合割合を自在に調節することにより、混合後の吸気の温度、つまり、集合部で合流後にエンジン本体に導入される吸気の温度を、高い精度で上記所定の温度範囲に収めることができる。しかも、上記各スロットル弁により高温通路および低温通路の各流量を個別に制御できるので、上記混合後の吸気の温度を優れた応答性で調節することができる。これにより、ＣＩ燃焼が実行される運転領域において、適正なタイミングで燃料が自着火する環境を確実につくり出すことができ、ＣＩ燃焼の安定性を高めることができる。
また、高温通路および低温通路用の各スロットル弁として、ともにバタフライ式のスロットル弁が用いられるとともに、高温通路用のスロットル弁のボア径が低温通路用のスロットル弁のボア径よりも小さく設定されているため、高温通路用のスロットル弁を全閉にしたときに生じる漏れ量を少なくできる。これにより、吸気の温度上昇がかえって燃焼安定性を阻害することになる運転領域、例えばエンジンの最高負荷近傍の運転領域において、ノッキング等の異常燃焼が起きるのを効果的に防止することができる。

好ましくは、本発明の圧縮自己着火式エンジンは、上記加熱手段の加熱源の温度を検出する加熱温度検出手段と、上記冷却手段の冷却源の温度を検出する冷却温度検出手段とをさらに備え、上記高温通路および低温通路用の各スロットル弁の開度は、上記加熱温度検出手段および冷却温度検出手段による各検出値に基づいて制御される（請求項２）。

この構成によれば、加熱手段通過後の吸気の温度を左右する加熱源の温度と、冷却手段通過後の吸気の温度を左右する冷却源の温度とに基づいて、高温通路および低温通路の各流量を上記スロットル弁により適正に調節することができ、上述した温度制御の精度をより高めることができる。

本発明において、好ましくは、上記加熱手段を流通する吸気の流通抵抗と、上記冷却手段を流通する吸気の流通抵抗との誤差が、同一流量下で±２０％以内である（請求項３）。

この構成によれば、上記各スロットル弁の開度を変化させたときに、これに対応して変化する高温通路および低温通路の各流量の応答遅れに有意な差が生じないので、エンジン本体に導入される吸気の温度を簡単かつ確実に上記所定の温度範囲に収めることができる。

本発明において、好ましくは、上記高温通路用のスロットル弁は、高温通路における上記加熱手段よりも下流側に設けられる（請求項４）。

この構成によれば、高温通路用のスロットル弁を仮に加熱手段よりも上流側に設けた場合と比較して、スロットル弁の下流側に存在する高温の吸気の容量を小さくすることができるので、当該スロットル弁を全閉にしたときには、その後ごく短時間で高温の吸気がエンジン本体の各気筒で消費されることになる。これにより、高温の吸気が不適切なタイミングでエンジン本体に導入されることが回避されるので、過渡的な状況で起こり得る異常燃焼の発生を効果的に防止することができる。

以上説明したように、本発明の圧縮自己着火式エンジンによれば、ＣＩ燃焼の実行領域において吸気の温度を高い精度で制御できるので、ＣＩ燃焼の安定性を高めることができる。

本発明の一実施形態にかかる圧縮自己着火式エンジンの全体構成を示す図である。 上記エンジンに備わる高温通路および低温通路の構成を模式化して示す説明図である。 上記エンジンの制御系を示すブロック図である。 上記エンジンの運転領域を燃焼形態の相違によって複数の領域に分けたマップである。 上記エンジンの運転中に行われる制御の手順を示すフローチャートである。 上記エンジンの負荷が変化した場合の各種状態量の推移を示す図である。

（１）エンジンの全体構成
図１は、本発明の一実施形態にかかる圧縮自己着火式エンジンの全体構成を示す図である。本図に示されるエンジンは、走行用の動力源として車両に搭載される４サイクルのガソリンエンジンである。具体的に、このエンジンは、紙面に直交する方向に列状に並ぶ複数の気筒２（図１にはそのうちの１つの気筒のみを示す）を有するエンジン本体１と、エンジン本体１に空気を導入するための吸気通路２０と、エンジン本体１で生成された排気ガスを排出するための排気通路３０と、排気通路３０を流通する排気ガスの一部を吸気通路２０に還流するためのＥＧＲ装置４０と、排気ガスのエネルギーにより駆動されるターボ過給機５０とを備えている。

エンジン本体１は、上記複数の気筒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の上部に設けられたシリンダヘッド４と、各気筒２に往復摺動可能に挿入されたピストン５とを有している。

ピストン５の上方には燃焼室１０が形成されており、この燃焼室１０には、後述するインジェクタ１１からの噴射によって燃料が供給される。そして、噴射された燃料が燃焼室１０で燃焼し、その燃焼による膨張力で押し下げられたピストン５が上下方向に往復運動する。なお、当実施形態のエンジンはガソリンエンジンであるため、燃料としてはガソリンが用いられる。ただし、燃料の全てがガソリンである必要はなく、例えばアルコール等の副成分が燃料に含まれていてもよい。

ピストン５は、エンジン本体１の出力軸であるクランク軸１５とコネクティングロッド１６を介して連結されており、上記ピストン５の往復運動に応じてクランク軸１５が中心軸回りに回転するようになっている。

各気筒２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１０の容積とピストン５が上死点にあるときの燃焼室１０の容積との比は、ガソリンエンジンとしてはかなり高めの値である１７以上２３以下に設定されている。これは、ガソリンを自着火により燃焼させるＣＩ燃焼を実現するために、燃焼室１０を大幅に高温・高圧化する必要があるからである。

シリンダヘッド４には、吸気通路２０から供給される空気（以下、吸気ともいう）を各気筒２の燃焼室１０に導入するための吸気ポート６と、各気筒２の燃焼室１０で生成された排気ガスを排気通路３０に導出するための排気ポート７と、吸気ポート６の燃焼室１０側の開口を開閉する吸気弁８と、排気ポート７の燃焼室１０側の開口を開閉する排気弁９とが設けられている。

吸気弁８および排気弁９は、それぞれ、シリンダヘッド４に配設された一対のカム軸等を含む動弁機構１８，１９により、クランク軸１５の回転に連動して開閉駆動される。

吸気弁８用の動弁機構１８には、吸気弁８のリフト量を連続的に（無段階で）変更することが可能な可変機構１８ａが組み込まれている。このような構成の可変機構１８ａは、連続可変バルブリフト機構（ＣＶＶＬ）などとして既に公知であり、具体的な構成例として、吸気弁８駆動用のカムをカム軸の回転と連動して往復揺動運動させるリンク機構と、リンク機構の配置（レバー比）を可変的に設定するコントロールアームと、コントロールアームを電気的に駆動することによって上記カムの揺動量（吸気弁８を押し下げる量と期間）を変更するステッピングモータとを備えたものを挙げることができる。

排気弁９用の動弁機構１９には、吸気行程中に排気弁９を押し下げる機能を有効または無効にする切替機構１９ａが組み込まれている。すなわち、この切替機構１９ａは、排気弁９を排気行程だけでなく吸気行程でも開弁可能にするとともに、この吸気行程中の排気弁９の開弁動作（いわゆる排気弁９の２度開き）を実行するか停止するかを切り替える機能を有している。

このような構成の切替機構１９ａは既に公知であり、その具体例として、排気弁９駆動用の通常のカム（排気行程中に排気弁９を押し下げるカム）とは別に吸気行程中に排気弁９を押し下げるサブカムと、このサブカムの駆動力が排気弁９に伝達されるのを有効または無効にするいわゆるロストモーション機構とを備えたものを挙げることができる。

上記切替機構１９ａのサブカムによる排気弁９の押し下げが有効にされると、排気弁９が排気行程だけでなく吸気行程中にも開弁させられるので、高温の排気ガスが排気ポート７から燃焼室１０に逆流する、いわゆる内部ＥＧＲが実現され、燃焼室１０の高温化が図られるとともに、燃焼室１０に導入される吸気の量が低減される。

シリンダヘッド４には、燃焼室１０に向けて燃料（ガソリン）を噴射するインジェクタ１１と、インジェクタ１１から噴射された燃料と空気との混合気に対し火花放電による点火エネルギーを供給する点火プラグ１２とが、各気筒２につきそれぞれ１組ずつ設けられている。

インジェクタ１１は、ピストン５の上面を臨むような姿勢でシリンダヘッド４に設けられている。各気筒２のインジェクタ１１にはそれぞれ燃料供給管１３が接続されており、各燃料供給管１３を通じて供給される燃料（ガソリン）が、インジェクタ１１の先端部に設けられた複数の噴孔（図示省略）から噴射されるようになっている。

より具体的に、燃料供給管１３の上流側には、エンジン本体１により駆動されるプランジャー式のポンプ等からなるサプライポンプ１４が設けられているとともに、このサプライポンプ１４と燃料供給管１３との間には、全気筒に共通の蓄圧用のコモンレール（図示省略）が設けられている。そして、このコモンレール内で蓄圧された燃料が各気筒２のインジェクタ１１に供給されることにより、各インジェクタ１１からは、最大で１２０ＭＰａ程度の高い圧力の燃料が噴射可能となされている。

インジェクタ１１から噴射される燃料の噴射圧力（以下、単に燃圧ともいう）は、サプライポンプ１４から圧送された燃料の一部を燃料タンク側に戻す量（燃料の逃がし量）を増減させることにより調節可能である。すなわち、サプライポンプ１４には、燃料の逃がし量を調節するための燃圧制御弁１４ａ（図３参照）が内蔵されており、この燃圧制御弁１４ａを用いて燃圧を所定範囲内（例えば２０〜１２０ＭＰａの間）で調節することが可能とされている。

吸気通路２０は、１本の共通通路２１と、共通通路２１の下流端部（吸気の流れ方向下流側の端部）から２股状に分岐した高温通路２２および低温通路２３と、両通路２２，２３の各下流端部に接続された所定容積のサージタンク２４と、サージタンク２４から下流側に延びて各気筒２の吸気ポート６とそれぞれ連通する複数本の独立通路２５（図１にはそのうちの１本のみを示す）とを有している。なお、サージタンク２４は本発明にかかる「集合部」に相当し、独立通路２５は本発明にかかる「下流側通路」に相当する。

高温通路２２には、吸気を加熱するインターウォーマ２６が設けられている。インターウォーマ２６は、エンジン本体１を冷却する冷却水との熱交換によって吸気を加熱する熱交換器であり、本発明にかかる「加熱手段」に相当するものである。詳しい図示を省略するが、インターウォーマ２６の内部には、吸気が流通可能な多数のチューブが配設されており、そのチューブの周囲領域にエンジンの冷却水が導入されるようになっている。高温通路２２に流れ込んだ吸気は、インターウォーマ２６内を上記多数のチューブに分かれて流通し、その過程で、エンジンの冷却水との熱交換によって加熱される。その結果、インターウォーマ２６を通過した後の吸気の温度は、エンジンの冷却水の温度（暖機が完了した温間時で約７５〜９０℃）とほぼ同一の温度まで上昇させられる。

低温通路２３には、吸気を冷却するインタークーラ２７が設けられている。インタークーラ２７は、車両のエンジンルームに導入される走行風との熱交換によって吸気を冷却する空冷式の熱交換であり、本発明にかかる「冷却手段」に相当するものである。詳しい図示を省略するが、インタークーラ２７の内部には、吸気が流通可能な多数のチューブが配設されており、そのチューブの周囲領域に走行風が導入されるようになっている。低温通路２３に流れ込んだ吸気は、インタークーラ２７内を上記多数のチューブに分かれて流通し、その過程で、走行風との熱交換によって冷却される。これにより、吸気通路２０の共通通路２１を流れる過程で昇温した吸気、特にターボ過給機５０で圧縮されることにより昇温した吸気が、インタークーラ２７を経て再び外気と同程度の温度まで冷却される。

インターウォーマ２６およびインタークーラ２７の構造、より詳しくは、これらに内蔵された上記熱交換用のチューブの内径や長さ等は、インターウォーマ２６およびインタークーラ２７の流通抵抗の誤差が同一流量下で±２０％以内になるように設定されている。ここで、流通抵抗とは、圧力損失を力で表した値である。このため、流通抵抗の誤差が±２０％以内とは、圧力損失の誤差が±２０％以内であることを意味する。

このことを図２を用いてより詳しく説明する。圧力損失の誤差が±２０％以内とは、インターウォーマ２６およびインタークーラ２７に同一流量の吸気が流れているという前提で、インターウォーマ２６上流側の点Ｙ１での圧力から下流側の点Ｙ２での圧力を差し引いた圧力損失をΔＰ１、インタークーラ２７上流側の点Ｚ１での圧力から下流側の点Ｚ２での圧力を差し引いた圧力損失をΔＰ２としたとき、｜ΔＰ１−ΔＰ２｜／ΔＰ１×１００≦２０、という関係を満たすことをいう。

当実施形態では、インターウォーマ２６およびインタークーラ２７に内蔵された上記熱交換用のチューブの内径や長さ等が調節されることにより、上述した関係が成立するように設定されている。なお、熱交換効率を向上させるためにチューブの内部に多数のフィンが設けられることがあり、このような場合には、フィンの形状や数等についても考慮される。

再び図１に戻ってエンジンの説明を続ける。高温通路２２におけるインターウォーマ２６よりも下流側（インターウォーマ２６とサージタンク２４との間）には、高温通路２２を流通する吸気の流量を調節するスロットル弁２８が設けられている。同様に、低温通路２３におけるインタークーラ２７よりも下流側（インタークーラ２７とサージタンク２４との間）には、低温通路２３を流通する吸気の流量を調節するスロットル弁２９が設けられている。

詳細な図示を省略するが、高温通路２２および低温通路２３用の各スロットル弁２８，２９は、ともに、円筒状のバルブボディと、バルブボディの内部に回転可能に設けられたディスク状の弁体と、弁体を回転させる駆動源としての電気モータとを備えた電動式のバタフライ弁である。高温通路２２および低温通路２３を流通する各吸気の流量は、電気モータにより回転駆動される弁体の回転角度（開度）に基づき調節される。また、弁体の駆動源が電気モータであるため、例えば機械式のスロットル弁（車両に備わるアクセルペダルとワイヤー等で連係されたもの）を用いた場合と異なり、アクセルペダルの開度とは関係なく自由にスロットル弁２８，２９の開度を変更することが可能である。

このように、当実施形態では、スロットル弁２８，２９として同様の構造のバタフライ弁が用いられている。ただし、各弁のボア径、つまりディスク状の弁体が着座する部分におけるバルブボディの内径を比較すると、当実施形態では、高温通路２２用のスロットル弁２８のボア径の方が、低温通路２３用のスロットル弁２９のボア径よりも小さく設定されている。

排気通路３０は、各気筒２の排気ポート７と連通する複数本の独立通路３１（図１にはそのうちの１本のみを示す）と、独立通路３１の各下流端部（排気ガスの流れ方向下流側の端部）が集合した排気集合部３２と、排気集合部３２から下流側に延びる１本の共通通路３３とを有している。

ＥＧＲ装置４０は、排気通路３０と吸気通路２０とを互いに連通するＥＧＲ通路４１と、ＥＧＲ通路４１の途中部に設けられたＥＧＲクーラ４２および低温ＥＧＲ弁４３と、ＥＧＲ通路４１から分岐するように設けられたバイパス通路４５と、バイパス通路４５に設けられた高温ＥＧＲ弁４６とを有している。

ＥＧＲ通路４１は、排気通路３０を流通する排気ガスの一部を吸気通路２０に還流するための通路であり、当実施形態では、排気通路３０の排気集合部３２と吸気通路２０の独立通路２５とを互いに連通している。なお、図示しないが、ＥＧＲ通路４１の下流部（吸気通路２０側の端部）は、気筒２ごとに設けられた独立通路２５の数に対応して複数本に分岐しており、各独立通路２５と１対１で接続されている。

ＥＧＲクーラ４２は、ＥＧＲ通路４１を流通する排気ガスを冷却するための水冷式の熱交換器である。すなわち、ＥＧＲクーラ４２では、その内部に導入される冷却水との熱交換によって排気ガスが冷却される。ＥＧＲクーラ４２で用いられる冷却水は、エンジン本体１を冷却するための冷却水（エンジン冷却水）と同じものを用いてもよいが、当実施形態では、より高い冷却効果を得るために、エンジン冷却水とは別の冷却水が用いられる。このため、当実施形態の車両のエンジンルームには、エンジン冷却水を外気との熱交換によって冷却するためのメインラジエータとは別に、ＥＧＲクーラ４２用の冷却水を冷却するためのサブラジエータが設けられる（いずれも図示省略）。

低温ＥＧＲ弁４３は、ＥＧＲ通路４１におけるＥＧＲクーラ４２よりも下流側に設けられた電動式のバルブであり、その開閉動作に応じて、ＥＧＲ通路４１を通じて吸気通路２０に還流される排気ガスの量が調節されるようになっている。

バイパス通路４５は、ＥＧＲクーラ４２およびＥＧＲ弁４３の双方をバイパスするように設けられており、ＥＧＲ通路４１におけるＥＧＲクーラ４２の上流側部位とＥＧＲ弁４３の下流側部位とを互いに連通している。

高温ＥＧＲ弁４６は、バイパス通路４５に設けられた電動式のバルブであり、その開閉動作に応じて、ＥＧＲ通路４１からバイパス通路４５へ分岐する排気ガスの量が調節されるようになっている。

以上のようなＥＧＲ装置４０において、低温ＥＧＲ弁４３および高温ＥＧＲ弁４６の双方が閉じられると、ＥＧＲ通路４１またはバイパス通路４５を流通する排気ガスの流れが遮断されて、吸気通路２０へと還流される排気ガスの量は実質的にゼロになる。一方、低温ＥＧＲ弁４３が開かれて高温ＥＧＲ弁４６が閉じられたときには、排気ガスはＥＧＲ通路４１のみを通って吸気通路２０へと還流される。このため、吸気通路２０に還流される排気ガスは、その全てが、ＥＧＲクーラ４２によって冷却された低温の排気ガスとなる。この状態からさらに高温ＥＧＲ弁４６が開かれたとき、つまり低温ＥＧＲ弁４３および高温ＥＧＲ弁４６の双方が開かれたときには、排気ガスはＥＧＲ通路４１およびバイパス通路４５に分かれた後に吸気通路２０へと還流される。このため、吸気通路２０に還流される排気ガスは、ＥＧＲクーラ４２によって冷却された低温の排気ガスと、ＥＧＲクーラ４２によって冷却されない高温の排気ガスとが混合したものになる。

ターボ過給機５０は、排気通路３０の共通通路３３に設けられたタービン５１と、吸気通路２０の共通通路２１に設けられたコンプレッサ５２と、これらタービン５１およびコンプレッサ５２を互いに連結する連結軸５３とを有している。エンジンの運転中、エンジン本体１の各気筒２から排気通路３０に排気ガスが排出されると、その排気ガスがターボ過給機５０のタービン５１を通過することにより、タービン５１が排気ガスのエネルギーを受けて高速で回転する。また、タービン５１と連結軸５３を介して連結されたコンプレッサ５２がタービン５１と同じ回転速度で回転させられることにより、吸気通路２０を通過する吸気が加圧されて、エンジン本体１の各気筒２へと圧送される。

（２）制御系
次に、図３を用いて、エンジンの制御系について説明する。当実施形態のエンジンは、その各部がＥＣＵ（エンジン制御ユニット）６０によって統括的に制御される。ＥＣＵ６０は、周知のとおり、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を含むマイクロプロセッサからなるものである。

ＥＣＵ６０には、エンジンおよびこれを搭載する車両に設けられた複数のセンサから種々の情報が入力される。

具体的に、エンジンには、図１および図３に示すように、エンジン本体１のクランク軸１５の回転速度を検出するエンジン速度センサＳＮ１と、エンジン本体１の冷却水の温度を検出する水温センサＳＮ２と、サージタンク２４を通過する吸気の温度を検出する吸気温センサＳＮ３と、サージタンク２４を通過する吸気の流量を検出するエアフローセンサＳＮ４とが設けられている。また、車両には、外気温を検出する外気温センサＳＮ５と、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ＳＮ６とが設けられている。ＥＣＵ６０は、これらのセンサＳＮ１〜ＳＮ６と電気的に接続されており、それぞれのセンサから入力される信号に基づいて、上述した各種情報（エンジンの回転速度、冷却水の温度、吸気の温度‥‥など）を取得する。なお、水温センサＳＮ２は、インターウォーマ２６の加熱源となるエンジン冷却水の温度を検出するものであるため、本発明にかかる「加熱温度検出手段」に相当する。また、外気温センサＳＮ５は、インタークーラ２７の冷却源となる外気の温度を検出するものであるため、本発明にかかる「冷却温度検出手段」に相当する。

また、ＥＣＵ６０は、上記各センサＳＮ１〜ＳＮ６からの入力信号に基づいて種々の演算等を実行しつつ、エンジンの各部を制御する。すなわち、ＥＣＵ６０は、インジェクタ１１、点火プラグ１２、燃圧制御弁１４ａ、吸気弁８用の可変機構１８ａ、排気弁９用の切替機構１９ａ、高温通路２２用のスロットル弁２８、低温通路２３用のスロットル弁２９、低温ＥＧＲ弁４３、および高温ＥＧＲ弁４６と電気的に接続されており、上記演算の結果等に基づいて、これらの機器にそれぞれ駆動用の制御信号を出力する。

（３）運転状態に応じた制御
次に、図４および図５を用いて、運転状態に応じたエンジン制御の具体的内容について説明する。

図４は、エンジンの負荷および回転速度を縦軸および横軸として表したエンジンの運転領域を燃焼形態の相違によって複数の領域に分けたマップである。このマップは、エンジンの高負荷域および高速域に設定されたＳＩ領域Ｂと、ＳＩ領域Ｂを除く部分負荷の領域に設定されたＣＩ領域Ａとを含んでいる。さらに、ＣＩ領域Ａは、第１ＣＩ領域Ａ１と、第１領域Ａ１よりも負荷の高い第２ＣＩ領域Ａ２とに分けられる。

次に、図５のフローチャートを用いて、上述したエンジンの各領域Ａ１，Ａ２，Ｂにおいてエンジンがどのように制御されるかについて説明する。ただし、ここでは、図４のマップの各運転領域Ａ１，Ａ２，Ｂで実行される燃焼制御の大まかな内容と、高温通路２２および低温通路２３用の各スロットル弁２８，２９の開度制御について主に説明するに留め、これ以外の詳細な制御の内容については、後述する「（４）負荷方向の制御の具体例」の中で説明することとする。

図５のフローチャートに示す処理がスタートすると、ＥＣＵ６０は、各種センサ値を読み込む処理を実行する（ステップＳ１）。すなわち、ＥＣＵ６０は、エンジン速度センサＳＮ１、水温センサＳＮ２、吸気温センサＳＮ３、エアフローセンサＳＮ４、外気温センサＳＮ５、およびアクセル開度センサＳＮ６からそれぞれの検出信号を読み込み、これらの信号に基づいて、エンジンの回転速度、冷却水の温度、サージタンク２４内の吸気温度および吸気流量、外気温、およびアクセル開度といった各種情報を取得する。

次いで、ＥＣＵ６０は、上記ステップＳ１で水温センサＳＮ２から取得した情報に基づいて、エンジンの冷却水の温度が所定値（例えば６０℃）以上であるか否かを判定する処理を実行する（ステップＳ２）。

上記ステップＳ２でＹＥＳと判定されて冷却水温が所定値以上であることが確認された場合、ＥＣＵ６０は、図４に示したマップに従った基本燃焼制御を実行するために、当該マップに対応するデータ（運転領域ごとの各種制御目標値など）を読み出す処理を実行する（ステップＳ３）。

次いで、ＥＣＵ６０は、上記ステップＳ１で取得した情報に基づいて、図４のマップにおけるＣＩ領域Ａでエンジンが運転されているか否かを判定する処理を実行する（ステップＳ４）。すなわち、ＥＣＵ６０は、エンジン速度センサＳＮ１、エアフローセンサＳＮ４、およびアクセル開度センサＳＮ６等から得られる情報に基づいて、エンジンの負荷および回転速度を特定するとともに、両者の値から求まるエンジンの運転ポイントが、図４に示したＣＩ領域Ａに含まれるか否かを判定する。

上記ステップＳ４でＹＥＳと判定されてＣＩ領域Ａで運転されていることが確認された場合、ＥＣＵ６０は、さらに、ＣＩ領域Ａの中でも低負荷側の第１ＣＩ領域Ａ１でエンジンが運転されているか否かを判定する処理を実行する（ステップＳ５）。

上記ステップＳ５でＹＥＳと判定されて第１ＣＩ領域Ａ１で運転されていることが確認された場合、ＥＣＵ６０は、ＨＣＣＩモードによる燃焼制御を実行する（ステップＳ６）。ＨＣＣＩモードとは、燃料と空気とを予め混合して得た混合気（予混合気）を圧縮により自着火させる燃焼制御のことである。

具体的に、ＨＣＣＩモードでは、圧縮上死点よりも充分に早い段階で（例えば吸気行程中に）、インジェクタ１１から燃焼室１０に燃料が噴射される。噴射された燃料は、ピストン５が圧縮上死点に達するまでの間に空気と充分に混合され、それによって比較的均質な混合気が形成される。この混合気は、燃焼室１０が充分に高温・高圧化する圧縮上死点の近傍で自着火し、燃焼する。

ところで、ＨＣＣＩモードが選択される第１ＣＩ領域Ａ１では、比較的エンジンの負荷が低いため、本来であれば、混合気が自着火し得る温度まで燃焼室１０を昇温させることが難しい。そこで、ＨＣＣＩモードの実行に伴い、ＥＣＵ６０は、インターウォーマ２６により加熱された吸気とインタークーラ２７により冷却された吸気とが適切な割合で混合されるようにスロットル弁２８，２９を制御する処理を実行し（ステップＳ７）、混合後の吸気の温度、つまりサージタンク２４内の吸気の温度を予め定められた所定の温度範囲（例えば５０±５℃）まで上昇させる。これにより、当該所定の温度範囲まで昇温された暖かい吸気が独立通路２５を通じてエンジン本体１の各気筒２へと導入されるので、各気筒２での混合気の自着火が促進されて、安定したＣＩ燃焼が実現される。なお、図５のフローチャートでは、高温通路２２用のスロットル弁２８を「ＨＴＶ」、低温通路２３用のスロットル弁２９を「ＣＴＶ」と表記している。

具体的に、ステップＳ７では、上記ステップＳ１で取得した外気温とエンジン冷却水の温度とに基づいて、高温通路２２および低温通路２３用の各スロットル弁２８，２９の開度が制御され、インターウォーマ２６通過後の高温の吸気（エンジン冷却水とほぼ同一温度の吸気）とインタークーラ２７通過後の低温の吸気（外気とほぼ同一温度の吸気）との混合割合が調節される。これにより、混合後の吸気の温度が上記所定の温度範囲に収められる。

例えば、エンジン冷却水の温度が高いほど、エンジン冷却水を利用した上記インターウォーマ２６により加熱される吸気の温度は高くなる。このため、混合後の吸気の温度を上記所定の温度範囲に収めるために必要な高温通路２２側の吸気の流量は、仮に低温通路２３側の吸気の温度が同一であるとすると、エンジン冷却水の温度が高いほど少なくなる。一方、外気温が高いほど、走行風を利用した上記インタークーラ２７により冷却される吸気の温度は高くなる。このため、混合後の吸気の温度を上記所定の温度範囲に収めるために必要な低温通路２３側の吸気の流量は、仮に高温通路２２側の吸気の温度が同一であるとすると、外気温が高いほど多くなる。

このような事情を考慮して、ＥＣＵ６０には、高温通路２２および低温通路２３用の各スロットル弁２８，２９の開度をエンジン冷却水の温度と外気温とに基づき決定するためのマップデータが記憶されている。上記ステップＳ７において、ＥＣＵ６０は、水温センサＳＮ２から取得したエンジン冷却水の温度と、外気温センサＳＮ５から取得した外気温と、上記のマップデータとに基づいて、設定すべき各スロットル弁２８，２９の開度（目標開度）を決定し、その目標開度に合わせて各スロットル弁２８，２９を制御する。さらに、ＥＣＵ６０は、サージタンク２４内で検出された実際の吸気の温度（吸気温センサＳＮ３の検出値）をフィードバックしつつ各スロットル弁２８，２９の開度を補正する。これにより、サージタンク２４で混合後の吸気の温度は、高い精度で上記所定の温度範囲に収められることになる。

次に、上記ステップＳ５でＮＯと判定された場合、つまり、エンジンが第２ＣＩ領域Ａ２で運転されている場合の制御動作について説明する。この場合、ＥＣＵ６０は、リタードＣＩモードによる燃焼制御を実行する（ステップＳ８）。リタードＣＩモードとは、噴射すべき燃料の少なくとも一部を圧縮上死点の近傍で噴射し、その燃料を短時間で自着火に至らせる燃焼制御のことである。

具体的に、リタードＣＩモードでは、サプライポンプ１４の燃圧制御弁１４ａが駆動されてインジェクタ１１からの燃料噴射圧力（燃圧）が高められた上で、圧縮上死点の近傍という遅めのタイミングでインジェクタ１１から燃料が噴射される。このようなタイミング（燃焼室１０が充分に昇温されるタイミング）で高圧噴射された燃料は、燃焼室１０内で直ちに気化した後、圧縮上死点を過ぎた適宜のタイミングで自着火に至り、燃焼する。このように、第１ＣＩ領域Ａ１よりも負荷の高い第２ＣＩ領域Ａ２において、燃料噴射のタイミングを遅くするリタードＣＩモードが選択されるのは、仮に第１ＣＩ領域Ａ１と同様のタイミングで燃料を噴射したとすると、混合気が自着火するタイミングが早くなり過ぎて、異常燃焼や過大な燃焼騒音が生じるおそれがあるためである。なお、リタードＣＩモードでは、噴射すべき燃料の全てを圧縮上死点の近傍で噴射する必要はなく、一部の燃料は吸気行程等で噴射してもよい。

上記リタードＣＩモードにおいても、先のＨＣＣＩモードのときと同様の態様で、高温通路２２および低温通路２３用の各スロットル弁２８，２９の開度が制御される（ステップＳ７）。すなわち、インターウォーマ２６通過後の高温の吸気とインタークーラ２７通過後の低温の吸気との混合割合が上記各スロットル弁２８，２９の開度制御によって調節されることにより、混合後の吸気の温度、つまりサージタンク２４内の吸気の温度が所定の温度範囲（例えば５０±５℃）に収められる。

次に、上記ステップＳ４でＮＯと判定された場合、つまり、エンジンがＳＩ領域Ｂで運転されている場合の制御動作について説明する。この場合、ＥＣＵ６０は、リタードＳＩモードによる燃焼制御を実行する（ステップＳ９）。リタードＳＩモードとは、噴射すべき燃料の少なくとも一部を圧縮上死点の近傍で噴射し、その後間もなく行われる火花点火により強制燃焼させる制御のことである。

具体的に、リタードＳＩモードでは、サプライポンプ１４の燃圧制御弁１４ａが駆動されてインジェクタ１１からの燃料噴射圧力（燃圧）が高められた上で、圧縮上死点の近傍という遅めのタイミングでインジェクタ１１から燃料が噴射される。さらに、その後間もないタイミングで点火プラグ１２が駆動されて、火花点火による着火エネルギーが供給される。インジェクタ１１からの燃料は、圧縮上死点の近傍というかなり遅めのタイミング（燃焼室１０が充分に昇温されるタイミング）で高圧噴射されることにより、燃焼室１０内で直ちに気化し、この気化した燃料は、その後の火花点火をきっかけに、圧縮上死点を過ぎた適宜のタイミングで燃焼を開始する。このときの燃焼形態は、上述したＨＣＣＩモードまたはリタードＣＩモードのときと異なり、火炎伝播により徐々に燃え広がる燃焼（ＳＩ燃焼）となるが、燃料が高圧噴射されて間もない高い乱流エネルギー下での燃焼となることから、その燃焼期間は充分に短くなり、熱効率の高い比較的急速なＳＩ燃焼が実現される。また、燃料の噴射タイミングが充分に遅いため、高負荷のときに起き易いノッキングやプリイグニッション等の異常燃焼も回避される。なお、リタードＳＩモードでは、噴射すべき燃料の全てを圧縮上死点の近傍で噴射する必要はなく、一部の燃料は吸気行程等で噴射してもよい。

上記のように、リタードＳＩモードでの燃焼形態は、火花点火により混合気を強制燃焼させるＳＩ燃焼であるため、燃焼室１０の温度を故意に上昇させる必要はなくなる。そこで、リタードＳＩモードの実行に伴い、ＥＣＵ６０は、高温通路２２用のスロットル弁２８を全閉にする処理を実行する（ステップＳ１０）。これにより、高温通路２２が遮断されるので、インターウォーマ２６で加熱された高温の吸気はサージタンク２４まで流入せず、その結果、エンジン本体１に導入される吸気は全てインタークーラ２７で冷却された低温の（外気とほぼ同一温度の）吸気となる。

次に、上記ステップＳ２でＮＯと判定された場合、つまり、エンジン冷却水の温度が上記所定値（例えば６０℃）未満であった場合の制御動作について説明する。この場合、ＥＣＵ６０は、図４のマップによらない制御として、エンジンの全ての運転領域でＳＩ燃焼を行う全域ＳＩ制御を実行する（ステップＳ１１）。すなわち、エンジン冷却水の温度が低いときは、インターウォーマ２６を用いて吸気を充分に加熱することができず、また、燃焼室１０の壁面の温度も低いので、混合気を自着火させることが難しい。そこで、このような場合には、火花点火による強制燃焼、つまりＳＩ燃焼をエンジンの全ての運転領域で実行する。

（４）負荷方向の制御の具体例
次に、図４のマップに基づく基本燃焼制御（図５のステップＳ３〜Ｓ１０）の実行時に、エンジンの各種状態量がどのように変化するかを、図６に基づいてより具体的に説明する。ここでは、図４のマップにおいてエンジンの運転ポイントが矢印Ｘのように変化した場合、つまり、第１ＣＩ領域Ａ１、第２ＣＩ領域Ａ２、ＳＩ領域Ｂの順に移動するように運転ポイントが負荷方向に変化した場合の各種状態量の推移を示している。図６において、Ｌｍｉｎはエンジンの最低負荷、Ｌｍａｘはエンジンの最高負荷であり、両者の間に存在する負荷Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ５，Ｌ６，Ｌ７は、何らかの制御の変更点となる負荷である。なお、第１ＣＩ領域Ａ１（ＨＣＣＩモード）に対応する負荷域はＬｍｉｎからＬ５までであり、第２ＣＩ領域Ａ２（リタードＣＩモード）に対応する負荷域はＬ５からＬ６までであり、ＳＩ領域Ｂ（リタードＳＩモード）に対応する負荷域はＬ６からＬｍａｘまでである。

図６の（ａ）は、各気筒２の燃焼室１０に導入される充填ガスの内訳、つまり、それぞれの負荷において燃焼室１０に充填可能な最大充填量を１００％としたときの充填ガスの成分比率を表している。本図において、「内部ＥＧＲ」とは、排気弁９の２度開き（切替機構１９ａをＯＮして排気弁９を排気行程だけでなく吸気行程でも開弁させること）により排気ポート７から排気ガスを逆流させる操作により燃焼室１０に残留させられた高温の排気ガスのことである。また、「Ｈｏｔ−ＥＧＲ」とは、ＥＧＲ装置４０のバイパス通路４５を通って燃焼室１０に還流された高温の排気ガスのことであり、「Ｃｏｌｄ−ＥＧＲ」とは、ＥＧＲ装置４０のＥＧＲ通路４１を通って（つまりＥＧＲクーラ４２により冷却された後に）燃焼室１０に還流された低温の排気ガスのことである。さらに、「Ｈｏｔ−Ａｉｒ」とは、吸気通路２０の高温通路２２を通じて燃焼室１０に導入された高温の吸気（新気）のことであり、「Ｃｏｌｄ−Ａｉｒ」とは、吸気通路２０の低温通路２３を通じて燃焼室１０に導入された低温の吸気（新気）のことである。

上記図６の（ａ）以外のグラフについては、それぞれ次のような状態量を表している。すなわち、（ｂ）は吸気弁８の開時期（ＩＶＯ）および閉時期（ＩＶＣ）、（ｃ）は排気弁９の開時期（ＥＶＯ）および閉時期（ＥＶＣ）、（ｄ）は高温通路２２用のスロットル弁２８（ＨＴＶ）の開度、（ｅ）は低温通路２３用のスロットル弁２９（ＣＴＶ）の開度、（ｆ）は低温ＥＧＲ弁４３の開度、（ｇ）は高温ＥＧＲ弁４６の開度、（ｈ）はインジェクタ１１からの燃料の噴射時期、（ｉ）はインジェクタ１１からの燃料の噴射圧力（燃圧）、（ｊ）は燃焼室１０内の空燃比を、それぞれ表している。なお、（ｊ）の空燃比のうち、Ａ／Ｆとは、燃焼室１０に導入された吸気（新気）の質量を燃料の質量で割った値であり、Ｇ／Ｆとは、燃焼室１０に導入された全ガス質量を燃料の質量で割った値（ガス空燃比）である。

図６（ｂ）に示すように、吸気弁８については、エンジン負荷がＬｍｉｎからＬ１までの間、可変機構１８ａによって吸気弁８のリフト量が所定の小リフトに設定され、それに伴い吸気弁８の開弁期間（ＩＶＯ〜ＩＶＣの期間）が短く設定される。一方、エンジン負荷がＬ１からＬ３までの間、吸気弁８のリフト量（開弁期間）は徐々に増大され、Ｌ３よりも高負荷側では最大値で一定とされる。

図６（ｃ）に示すように、排気弁９については、エンジン負荷がＬｍｉｎからＬ４までの間、切替機構１９ａがＯＮされることにより、排気弁９が排気行程だけでなく吸気行程でも開かれる（２度開き）。一方、エンジン負荷がＬ４からＬｍａｘまでの間は、切替機構１９ａがＯＦＦされ、排気弁９の２度開きが停止される。

図６（ｄ）に示すように、高温通路２２用のスロットル弁２８の開度は、負荷ＬｍｉｎからＬ６までの間、所定の中間開度（図５のステップＳ７で決定される開度）に設定される。負荷Ｌ６を超えると、スロットル弁２８の開度は全閉（０％）まで低減され、負荷Ｌｍａｘまで全閉に維持される。

図６（ｅ）に示すように、低温通路２３用のスロットル弁２９の開度は、負荷ＬｍｉｎからＬ６までの間、所定の中間開度（図５のステップＳ７で決定される開度）に設定される。負荷Ｌ６を超えると、スロットル弁２９の開度は全開（１００％）まで増大され、負荷Ｌｍａｘまで全開に維持される。

図６（ｆ）に示すように、低温ＥＧＲ弁４３の開度は、負荷ＬｍｉｎからＬ１までの間、全閉（０％）に設定される。負荷Ｌ１を超えると、徐々に開度が増大されて、負荷Ｌ２で全開（１００％）とされる。負荷Ｌ２からＬ５までの間、開度は全開（１００％）に維持されるが、負荷Ｌ５を超えると、再び開度が低減されて、負荷Ｌｍａｘで全閉（０％）に戻される。

図６（ｇ）に示すように、高温ＥＧＲ弁４６の開度は、負荷ＬｍｉｎからＬ４までの間、全閉（０％）に設定される。負荷Ｌ４を超えると、開度は一気に全開（１００％）まで増大されるが、それ以降は徐々に低減されて、負荷Ｌ７で全閉（０％）とされる。さらに、負荷Ｌ７からＬｍａｘまでは、一律に全閉（０％）とされる。

図６（ｈ）に示すように、インジェクタ１１からの燃料の噴射時期は、負荷ＬｍｉｎからＬ５までの間、吸気行程中の所定時期（ＢＤＣとＴＤＣの間）に設定される。負荷Ｌ５を超えると、噴射時期は圧縮上死点（圧縮ＴＤＣ）の近傍まで遅らされ、負荷Ｌｍａｘまで同様の時期に維持される。ただし、負荷Ｌ５よりも高負荷側での噴射時期は、より詳しくは、負荷Ｌｍａｘに近づくほど僅かずつ遅らされる。

図６（ｉ）に示すように、燃料の噴射圧力（燃圧）は、負荷ＬｍｉｎからＬ５までの間、２０ＭＰａ程度に設定される。負荷Ｌ５を超えると、燃圧は１００ＭＰａ以上にまで増大され、負荷Ｌｍａｘまで同様の値に維持される。

以上のような負荷に応じた各種状態量の変化に基づき、燃焼室１０内のガスの内訳は、次のように変化する。

エンジン負荷がＬｍｉｎからＬ１までの間にあるとき、燃焼室１０を占めるガスの種類は、高温通路２２から導入される高温の吸気（Ｈｏｔ−Ａｉｒ）と、低温通路２３から導入される低温の吸気（Ｃｏｌｄ−Ａｉｒ）と、排気弁９の２度開きにより導入される高温の排気ガス（内部ＥＧＲ）との３種類とされる（図６（ａ））。中でも、内部ＥＧＲによる排気ガスが多くされ、燃焼室１０の大半は高温の排気ガスで占められる。

エンジン負荷がＬ１からＬ４までの間にあるとき、燃焼室１０を占めるガスの種類は、高温通路２２から導入される高温の吸気（Ｈｏｔ−Ａｉｒ）と、低温通路２３から導入される低温の吸気（Ｃｏｌｄ−Ａｉｒ）と、ＥＧＲクーラ４２で冷却された後に導入される低温の排気ガス（Ｃｏｌｄ−ＥＧＲ）と、排気弁９の２度開きにより導入される高温の排気ガス（内部ＥＧＲ）との４種類とされる（図６（ａ））。吸気の量、つまり、高温の吸気と低温の吸気とが混合したトータルの新気の量は、負荷が上昇するにつれて徐々に増やされる。一方で、内部ＥＧＲによる排気ガスの量は、負荷が上昇するにつれて徐々に減らされる。

エンジン負荷がＬ４からＬ６までの間にあるとき、燃焼室１０を占めるガスの種類は、高温通路２２から導入される高温の吸気（Ｈｏｔ−Ａｉｒ）と、低温通路２３から導入される低温の吸気（Ｃｏｌｄ−Ａｉｒ）と、ＥＧＲクーラ４２で冷却された後に導入される低温の排気ガス（Ｃｏｌｄ−ＥＧＲ）と、ＥＧＲクーラ４２で冷却されないまま導入される高温の排気ガス（Ｈｏｔ−ＥＧＲ）との４種類とされる。負荷がＬ４からＬ６まで上昇するにつれて、高温の排気ガス（Ｈｏｔ−ＥＧＲ）の量は徐々に減らされ、これに代わって吸気の量が増やされる。

エンジン負荷がＬ６からＬｍａｘまでの間にあるとき、燃焼室１０を占めるガスの種類は、基本的に、低温通路２３から導入される低温の吸気（Ｃｏｌｄ−Ａｉｒ）と、ＥＧＲクーラ４２で冷却された後に導入される低温の排気ガス（Ｃｏｌｄ−ＥＧＲ）との２種類とされる。ただし、負荷Ｌ６に近い低負荷側の一部では、ＥＧＲクーラ４２で冷却されない高温の排気ガス（Ｈｏｔ−ＥＧＲ）がわずかに燃焼室１０に導入される。ＥＧＲクーラ４２で冷却された後に導入される低温の排気ガス（Ｃｏｌｄ−ＥＧＲ）は、負荷がＬ６からＬｍａｘまで上昇するにつれて徐々に減らされ、これに代わって吸気（ここでは全て低温の吸気）の量が徐々に増やされる。

そして、以上のように負荷ごとにつくり分けられる燃焼室１０の環境を前提に、既に図５のフローチャートでも説明したように、当実施形態では、第１ＣＩ領域Ａ１（負荷Ｌｍｉｎ〜Ｌ５）でＨＣＣＩモードによる燃焼制御が実行され、第２ＣＩ領域Ａ２（負荷Ｌ５〜Ｌ６）でリタードＣＩモードによる燃焼制御が実行され、ＳＩ領域Ｂ（負荷Ｌ６〜Ｌｍａｘ）でリタードＳＩモードによる燃焼制御が実行される。

すなわち、第１ＣＩ領域Ａ１では、高温通路２２用のスロットル弁２８と低温通路２３用のスロットル弁２９とがともに開かれることにより（図６（ｄ）（ｅ））、吸気の一部が高温通路２２を通って加熱された上で燃焼室１０に導入される。また、排気弁９の２度開きが実行されるか（図６（ｃ））、または高温ＥＧＲ弁４３が開かれることにより（図６（ｇ））、排気ポート７から逆流した高温の排気ガスか、またはＥＧＲクーラ４２を介さずに還流された高温の排気ガスが燃焼室１０に導入される。これにより、燃焼室１０の温度上昇が図られる。インジェクタ１１からは吸気行程中に燃料が噴射され（図６（ｈ））、そのときの燃圧は２０ＭＰａ程度に設定される（図６（ｉ））。噴射された燃料に基づく空燃比Ａ／Ｆは、Ｌｍｉｎ〜Ｌ２の負荷域では理論空燃比（＝１４．７）より大きいリーンな値に設定され、Ｌ２以上の負荷域では理論空燃比に設定される（図６（ｊ））。これらの制御の結果、第１ＣＩ領域Ａ１では、充分に混合された予混合気が圧縮上死点の近傍で自着火し、燃焼する（ＨＣＣＩモード）。

第２ＣＩ領域Ａ２では、上記第１ＣＩ領域Ａ１内の高負荷域（負荷Ｌ４〜Ｌ５）と同様、高温通路２２用のスロットル弁２８と低温通路２３用のスロットル弁２９とがともに開かれ（図６（ｄ）（ｅ））、かつ高温ＥＧＲ弁４３が開かれることにより（図６（ｇ））、燃焼室１０の高温化が図られる。また、インジェクタ１１からの燃料の噴射タイミングは圧縮上死点の近傍まで遅らされ（図６（ｈ））、そのときの燃圧は１００ＭＰａ以上にまで増大される（図６（ｉ））。噴射された燃料に基づく空燃比Ａ／Ｆは、理論空燃比（＝１４．７）に設定される（図６（ｊ））。これらの制御の結果、第２ＣＩ領域Ａ２では、噴射されて間もない燃料が圧縮上死点を過ぎたタイミングで自着火し、燃焼する（リタードＣＩモード）。

ＳＩ領域Ｂでは、高温通路２２用のスロットル弁２８の開度が全閉（０％）に設定され、低温通路２３用のスロットル弁２９のみが開かれる（図６（ｄ）（ｅ））。これにより、インターウォーマ２６により加熱された高温の吸気は燃焼室１０に導入されなくなり、燃焼室１０の温度低下が図られる。また、インジェクタ１１からの噴射タイミングは圧縮上死点以降とされ（図６（ｈ））、燃圧は１００ＭＰａ以上とされる（図６（ｉ））。さらに、図６では図示しないが、燃料が噴射された後の間もないタイミングで点火プラグ１２による火花点火が行われる。噴射された燃料に基づく空燃比Ａ／Ｆは、理論空燃比（＝１４．７）に設定される（図６（ｊ））。これらの制御の結果、ＳＩ領域Ｂでは、噴射されて間もない燃料が圧縮上死点を過ぎたタイミングで火花点火により強制燃焼させられる（リタードＳＩモード）。

（５）作用等
以上説明したとおり、当実施形態の圧縮自己着火式エンジンでは、燃料としてガソリンを含有する燃料が用いられ、エンジンの高負荷域かつ高速域を除いた一部の運転領域、つまりＣＩ領域Ａ（第１ＣＩ領域Ａ１および第２ＣＩ領域Ａ２）で、上記燃料を自着火により燃焼させるＣＩ燃焼が実行される。このエンジンの吸気通路２０は、吸気を加熱するインターウォーマ２６（加熱手段）が設けられた高温通路２２と、高温通路２２と並列に延び、かつ吸気を冷却するインタークーラ２７（冷却手段）が設けられた低温通路２３と、高温通路２２および低温通路２３が集合したサージタンク２４（集合部）と、サージタンク２４とエンジン本体１とを接続する独立通路２５（下流側通路）とを有する。高温通路２２および低温通路２３には、吸気の流量を調節するスロットル弁２８，２９が設けられている。これら各スロットル弁２８，２９の開度は、上記ＣＩ領域Ａにおいて、サージタンク２４での吸気の温度が予め定められた所定の温度範囲（例えば５０±５℃）に収まるように制御される。このような構成によれば、ＣＩ燃焼が実行される運転領域（つまりＣＩ領域Ａ）において、吸気の温度を高い精度で制御できるという利点がある。

すなわち、上記実施形態では、吸気を加熱するインターウォーマ２６と吸気を冷却するインタークーラ２７とが別々の通路（高温通路２２および低温通路２３）に設けられ、しかも、各通路２２，２３に流量調節用のスロットル弁２８，２９が設けられている。このため、インターウォーマ２６およびインタークーラ２７の温度条件が状況に応じて（例えば暖機の進行度合いや外気温等に応じて）種々変化した場合でも、高温通路２２および低温通路２３からの吸気の混合割合を自在に調節することにより、混合後の吸気の温度、つまり、サージタンク２４で合流後にエンジン本体１に導入される吸気の温度を、高い精度で上記所定の温度範囲に収めることができる。しかも、上記各スロットル弁２８，２９により高温通路２２および低温通路２３の各流量を個別に制御できるので、上記混合後の吸気の温度を優れた応答性で調節することができる。これにより、ＣＩ燃焼が実行される運転領域（ＣＩ領域Ａ）において、適正なタイミングで燃料が自着火する環境を確実につくり出すことができ、ＣＩ燃焼の安定性を高めることができる。

より具体的に、上記実施形態のエンジンには、インターウォーマ２６の加熱源であるエンジン冷却水の温度を検出する水温センサＳＮ２（加熱温度検出手段）と、インタークーラ２７の冷却源である外気の温度を検出する外気温センサＳＮ５（冷却温度検出手段）とが設けられている。そして、高温通路２２および低温通路２３用の各スロットル弁２８，２９の開度は、上記各センサＳＮ２，ＳＮ５の検出値に基づいて制御される。このような構成によれば、インターウォーマ２６通過後の吸気の温度を左右する加熱源の温度と、インタークーラ２７通過後の吸気の温度を左右する冷却源の温度とに基づいて、高温通路２２および低温通路２３の各流量を上記スロットル弁２８，２９により適正に調節することができ、上述した温度制御の精度をより高めることができる。

また、上記実施形態では、インターウォーマ２６を流通する吸気の流通抵抗と、インタークーラ２７を流通する吸気の流通抵抗との誤差が、同一流量下で±２０％以内に設定されている。このような構成によれば、上記スロットル弁２８，２９の開度を変化させたときに、これに対応して変化する高温通路２２および低温通路２３の各流量の応答遅れに有意な差が生じないので、エンジン本体１に導入される吸気の温度を簡単かつ確実に上記所定の温度範囲に収めることができる。

例えば、インターウォーマ２６の流通抵抗とインタークーラ２７の流通抵抗とが大きく異なるような場合には、高温通路２２用のスロットル弁２８の開度制御に対する流量変化の応答遅れと、低温通路２３用のスロットル弁２９の開度制御に対する流量変化の応答遅れとの相違が無視できない値になるので、その応答遅れの相違を考慮して上記各スロットル弁２８，２９の開度を制御する必要があり、制御が複雑化する。これに対し、上記実施形態のように、流通抵抗の差が小さく設定されている場合には、上記両スロットル弁２８，２９を基本的に同じタイミングで制御すればよいので、制御が簡単であり、また、温度制御の精度も高めることができる。

また、上記実施形態では、高温通路２２および低温通路２３用の各スロットル弁２８，２９が、ともにバタフライ式のスロットル弁からなり、高温通路２２用のスロットル弁２８のボア径が、低温通路２３用のスロットル弁２９のボア径よりも小さく設定されている。このように、高温通路２２用のスロットル弁２８のボア径を小さく設定した場合には、当該スロットル弁２８を全閉にしたときに生じる漏れ量を少なくできるので、吸気の温度上昇がかえって燃焼安定性を阻害することになる運転領域、例えばエンジンの最高負荷Ｌｍａｘ近傍の運転領域において、ノッキング等の異常燃焼が起きるのを効果的に防止することができる。

バタフライ式のスロットル弁は、流量の制御性の面では優れているものの、全閉相当の開度まで閉じても多少の漏れが生じることが避けられないという性質がある。このため、仮に高温通路２２用のスロットル弁２８のボア径が大きければ、当該スロットル弁２８が全閉に設定されるＳＩ領域Ｂにおいて、スロットル弁２８の下流側に比較的多くの高温の吸気が漏れ出すことになり、燃焼室１０が無用に高温化することになる。これに対し、上記実施形態では、高温通路２２用のスロットル弁２８のボア径が低温通路２３用のスロットル弁２９のボア径よりも小さいので、気密性が向上し、スロットル弁２８を全閉にしたときの漏れ量を少なくすることができる。これにより、ＳＩ領域Ｂにおける特に高負荷側（最高負荷Ｌｍａｘの近傍）において、全閉にしたスロットル弁２８の下流側に高温の吸気が多く漏れ出ることが避けられるので、ノッキング等の異常燃焼の発生を効果的に防止することができる。

また、上記実施形態では、高温通路２２用のスロットル弁２８は、高温通路２２におけるインターウォーマ２６よりも下流側に設けられている。このような構成によれば、高温通路２２用のスロットル弁２８を仮にインターウォーマ２６よりも上流側に設けた場合と比較して、スロットル弁２８の下流側に存在する高温の吸気の容量を小さくすることができるので、当該スロットル弁２８を全閉にしたときには、その後ごく短時間で高温の吸気がエンジン本体１の各気筒２で消費されることになる。これにより、高温の吸気が不適切なタイミングでエンジン本体１に導入されることが回避されるので、過渡的な状況で起こり得る異常燃焼の発生を効果的に防止することができる。

なお、上記実施形態では、インターウォーマ２６の加熱源であるエンジン冷却水の温度を検出する水温センサＳＮ２の検出値と、インタークーラ２７の冷却源である外気の温度を検出する外気温センサＳＮ５の検出値とに基づいて、高温通路２２および低温通路２３用の各スロットル弁２８，２９の開度を制御したが、インターウォーマ２６およびインタークーラ２７の温度条件に基づいて（言い換えれば、インターウォーマ２６およびインタークーラ２７通過後の各吸気の温度を代表する状態量に基づいて）スロットル弁２８，２９を制御すればよく、その具体的手法は他にも種々考えられる。例えば、インターウォーマ２６より下流側の高温通路２２と、インタークーラ２７より下流側の低温通路２３とに、それぞれ温度センサを設け、各温度センサにより検出される加熱または冷却後の吸気の温度に基づいて、上記各スロットル弁２８，２９の開度を制御してもよい。

また、上記実施形態では、インターウォーマ２６の加熱源としてエンジンの冷却水を用いるとともに、インタークーラ２７の冷却源として外気（走行風）を用いたが、これら加熱源および冷却源は、吸気を加熱または冷却できるものであればよく、種々の代替が可能である。例えば、インターウォーマ２６として電熱式のヒータを用いてもよく、インタークーラ２７として水冷式の熱交換器を用いてもよい。

また、上記実施形態では、ＣＩ燃焼が行われるＣＩ領域Ａ（第１ＣＩ領域Ａ１および第２ＣＩ領域Ａ２）での運転時に、高温通路２２からの吸気と低温通路２３からの吸気とを混合させることにより（つまりスロットル弁２８，２９の双方を開弁させることにより）、混合後の吸気の温度を一律に同じ温度範囲（例えば５０±５℃）まで高めるようにしたが、目標とする温度範囲（所定の温度範囲）は、エンジンの負荷または回転速度に応じて異なる値であってもよい。

また、上記実施形態では、ＳＩ燃焼が行われるＳＩ領域Ｂでの運転時に、高温通路２２用のスロットル弁２８を一律に全閉にすることにより、加熱された高温の吸気がエンジン本体１に導入されるのを禁止するようにしたが、例えばＳＩ領域Ｂでの低負荷側では、比較的多くの排気ガスがＥＧＲ装置４０を通じて燃焼室１０に導入されるので（図６（ａ）参照）、燃焼が不安定化するおそれがある。そこで、ＳＩ領域Ｂでは、その低負荷側の一部（例えば負荷Ｌ６からＬ７までの間）に限って、高温通路２２用のスロットル弁２８を開弁させるようにしてもよい。

また、上記実施形態では、エンジン本体１の各気筒２に１つずつ点火プラグ１２を設けたが、各気筒２に複数個（例えば２つ）の点火プラグを設けてもよい。これにより、ＳＩ領域Ｂで実行されるＳＩ燃焼の燃焼速度が速められるので、熱効率がより向上することが期待できる。

１ エンジン本体
２０ 吸気通路
２２ 高温通路
２３ 低温通路
２４ サージタンク（集合部）
２５ 独立通路（下流側通路）
２６ インターウォーマ（加熱手段）
２７ インタークーラ（冷却手段）
２８ （高温通路用の）スロットル弁
２９ （低温通路用の）スロットル弁
ＳＮ２ 水温センサ（加熱温度検出手段）
ＳＮ５ 外気温センサ（冷却温度検出手段）

Claims (4)

1. ガソリンを含有する燃料により駆動されるエンジン本体と、エンジン本体に導入される吸気が流通する吸気通路とを備えるとともに、上記燃料を自着火により燃焼させるＣＩ燃焼が少なくとも一部の運転領域で実行可能な圧縮自己着火式エンジンであって、
   上記吸気通路は、吸気を加熱する加熱手段が設けられた高温通路と、高温通路と並列に延び、かつ吸気を冷却する冷却手段が設けられた低温通路と、高温通路および低温通路が集合した集合部と、集合部と上記エンジン本体とを接続する下流側通路とを有し、
   上記高温通路および低温通路には、それぞれ吸気の流量を調節するバタフライ式のスロットル弁が設けられ、
   上記高温通路および低温通路用の各スロットル弁の開度は、少なくとも上記ＣＩ燃焼が実行される運転領域において、上記集合部での吸気の温度が予め定められた所定の温度範囲に収まるように、上記加熱手段および冷却手段の温度条件に基づいて制御され、
   上記高温通路用のスロットル弁のボア径が、上記低温通路用のスロットル弁のボア径よりも小さく設定された、ことを特徴とする圧縮自己着火式エンジン。
2. 請求項１記載の圧縮自己着火式エンジンにおいて、
   上記加熱手段の加熱源の温度を検出する加熱温度検出手段と、
   上記冷却手段の冷却源の温度を検出する冷却温度検出手段とをさらに備え、
   上記高温通路および低温通路用の各スロットル弁の開度は、上記加熱温度検出手段および冷却温度検出手段による各検出値に基づいて制御される、ことを特徴とする圧縮自己着火式エンジン。
3. 請求項１または２記載の圧縮自己着火式エンジンにおいて、
   上記加熱手段を流通する吸気の流通抵抗と、上記冷却手段を流通する吸気の流通抵抗との誤差が、同一流量下で±２０％以内である、ことを特徴とする圧縮自己着火式エンジン。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の圧縮自己着火式エンジンにおいて、
   上記高温通路用のスロットル弁は、高温通路における上記加熱手段よりも下流側に設けられた、ことを特徴とする圧縮自己着火式エンジン。
   

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