JP6156226B2 - 圧縮着火式エンジンの制御装置 - Google Patents

Description

ここに開示する技術は、圧縮着火式エンジンの制御装置に関する。

圧縮着火式エンジンとは、気筒内の混合気を自己着火させる燃焼方式（圧縮着火燃焼）を用いたエンジンである。この場合、点火プラグにより着火した火炎が燃え広がることによって混合気を燃焼させる方式とは異なり、気筒内の各所で同時多発的に混合気が着火する。よって、燃焼期間が短くなるため、熱効率の向上による燃費の向上が期待される。

特許文献１には、圧縮着火式エンジンのための制御装置において、減速時などに燃料の噴射を中断する制御（いわゆる燃料カット制御）を実行することにより、燃費等を向上させることが記載されている。

特許第４１５９９１８号公報

ところで、前述のような燃料カット制御を実行可能な制御装置では、燃料カット制御を実行している最中に、エンジン回転数が所定の値まで減少したときには、エンスト等の不都合が生じることのないよう、燃料噴射を再開する（自然復帰する）。

ところが、燃料カット制御からの復帰時には、燃料カット制御の間に筒内温度が低下していて安定した圧縮着火燃焼を行うことが出来ないため、特許文献１に記載の制御装置では、燃料カット制御からの復帰直後は火花点火燃焼を行って、筒内温度が高まった後に、圧縮着火燃焼に切り替えるようにしている。

しかしながら、燃料カット制御からの復帰時に火花点火燃焼を行うことは、排気エミッションの性能の低下や、燃費の悪化等を招く。

ここに開示する技術は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、圧縮着火式エンジンの制御装置において、燃料カット制御からの自然復帰時に、火花点火燃焼を行うことなく、圧縮着火燃焼による復帰を安定させることにある。

ここに開示する技術は、圧縮着火式エンジンの制御装置に係る。この制御装置は、気筒を有するエンジン本体と、前記エンジン本体の運転状態に対応した量の燃料を、該運転状態に対応した噴射タイミングで前記気筒内に噴射する燃料噴射手段と、前記気筒内への吸入空気量を調節するスロットル弁と、前記気筒内の混合気を圧縮着火燃焼させることにより、前記エンジン本体を駆動させる制御手段と、前記気筒内でオゾンを生成するオゾン生成手段と、を備え、前記燃料噴射手段は、その先端の噴射口を介して、前記気筒内に少なくともガソリンを含む燃料を噴射するインジェクタと、該インジェクタの噴射態様を制御する燃料供給システムと、を有し、前記インジェクタは、前記噴射口の開度を変更可能に構成されている。

前記制御手段は、前記エンジン本体の減速時に所定の条件が成立したときには、前記燃料噴射手段の作動を強制的に中断させる燃料カット制御を実行すると共に、該燃料カット制御を実行している最中は、前記スロットル弁を介して前記吸入空気量を減少させることにより、該吸入空気量を前記エンジン本体の惰性運転に対応した最低限の量に設定する。

前記制御手段はさらに、前記燃料カット制御を実行している最中に、エンジン回転数が所定の値まで低下したことを検出したときには、前記燃料噴射手段による燃料噴射を再開させると共に、その再開時には、前記燃料噴射手段、及び、前記オゾン生成手段を制御することにより、前記気筒内の燃焼室中央部付近に混合気が偏在するように前記噴射口の開度が変更される主噴射を圧縮行程後半以降に実行しかつ、該主噴射に先立って、該主噴射よりも少量の燃料を噴射する前段噴射を実行すると共に、該前段噴射に同期して前記気筒内でオゾンを生成する。

この構成によると、制御手段は、エンジン本体が定常運転しているときには、そのエンジン本体の運転状態に対応した量の燃料を、所定の噴射タイミングで気筒内に噴射させる主噴射を実行して、圧縮着火により燃焼させる。

制御手段はまた、エンジン本体の減速時に所定の条件を満たしたと判定したときに燃料カット制御を実行する。燃料カット制御を実行している最中は、気筒内で燃焼が行われないため、エンジン本体は惰性で動作して、エンジン回転数は単調に減少していく。そうして、エンジン回転数が所定の値まで低下したときには、エンスト等の不都合を阻止すべく、燃料の噴射を再開する（自然復帰する）。つまり、エンジン回転数を少なくとも保持出来る程度の量の燃料を噴射する。

しかしながら、燃料カット制御を実行している最中に、気筒内が冷えてしまうため、燃料噴射の再開直後は、気筒内の圧縮着火燃焼が安定しない。そこで、制御手段は、燃料カット制御から自然復帰するときには、主噴射に先だって、主噴射よりも少量の燃料を噴射する前段噴射を行うと共に、該前段噴射と同期して気筒内でオゾンを生成する。ここで、前段噴射とオゾンの生成とを同期するとは、前段噴射を実行しているタイミングに合わせて、オゾンを生成することであり、オゾンの生成時期が、主噴射の時期よりも前段噴射の時期に近いことを意味する。例えば前段噴射を行う期間と、オゾンを生成する期間との少なくとも一部が重なるようにしてもよい。

前段噴射に同期してオゾンを生成することによって、前段噴射により噴射した燃料にオゾンが作用して、燃料を活性化する。また、燃料の低温酸化反応が誘発されて、気筒内の環境を、燃料の着火性が向上する環境にする。ここで、前段噴射の噴射量は、噴射した燃料が、早期に着火しない程度の少量にすることが好ましい。

気筒内で活性化した燃料と、着火性が向上した筒内環境によって、主噴射により、気筒内に噴射した燃料が安定して圧縮着火燃焼するようになる。こうして、筒内温度が低下する燃料カット制御からの自然復帰時に、圧縮着火燃焼の安定化が図られる。

前記制御手段はまた、前記前段噴射を吸気行程中に実行すると共に、前記主噴射を圧縮行程後半以降に実行する、としてもよい。

ここで前段噴射は、吸気行程前半におこなってもよい。「吸気行程前半」とは、吸気行程を前半と後半とに２分したときの前半を意味する。

また、「圧縮行程後半以降」とは、圧縮行程を前半と後半とに２分したときの後半と、膨張行程とを含む。

この構成によると、前段噴射を吸気行程中に実行することで、前段噴射により噴射された燃料が、オゾンによって活性化される時間を長くすることが可能になると共に、十分に低温酸化反応するようになるから、圧縮行程後半以降に実行する主噴射により噴射された燃料の圧縮着火を安定させる上で有利になる。

また、前記エンジン本体は、複数の気筒を有し、前記制御手段は、前記燃料噴射手段、及び、前記オゾン生成手段を制御することにより、前記燃料噴射を再開してから前記複数の気筒の各々において１回ずつ燃焼を実行した後に、前記前段噴射及び前記オゾンの生成を停止する、としてもよい。

この構成によると、燃料噴射を再開して、燃焼が行われれば、気筒内の温度が上昇する。その結果、前段噴射及びオゾンの生成を行わなくても、着火性を確保することができる。例えば、燃料噴射を再開してから、所定のサイクル数が経過した後に、又は気筒内の温度状態の推定や、気筒内に設けられた温度センサからの入力等に基づいて、気筒内の温度が十分に高まったと判定したときには、前段噴射、及びオゾンの生成を停止することで、オゾンの生成に必要なエネルギーの消費が抑えられて、燃費を改善させる上で有利になる。

以上説明したように、前記の圧縮着火式エンジンの制御装置は、燃料カット制御からの自然復帰時に、筒内温度が低下することに対応して、主噴射に先立って、前段噴射、及びこの前段噴射に同期してオゾンの生成を実行するようにしたから、圧縮着火燃焼の安定化を図ることができる。

圧縮着火式エンジンの構成を示す概略図である。 圧縮着火式エンジンの制御に係るブロック図である。 吸気行程での前段噴射、及び、この前段噴射に同期したオゾンの生成を示す説明図である。 圧縮上死点付近で噴射された燃料が、圧縮着火を開始する状態を示す説明図である。 エンジンの運転領域を説明する説明図である。 燃料カット制御からの自然復帰時における、燃料噴射及びオゾン生成を行うタイミングの一例と、噴射された燃料の燃焼に伴う熱発生率の例示である。

以下、圧縮着火式エンジンの制御装置の実施形態を図面に基づいて説明する。以下の実施形態の説明は、例示である。
（エンジンシステムの全体構成）
図１〜２は、実施形態に係るエンジンシステム１の構成を示している。このエンジンシステム１は、車両に搭載されるシステムであり、エンジン本体（以下では、単にエンジンと記載）１０と、エンジン１０に付随する様々なアクチュエータ、様々なセンサ、及び該センサからの信号に基づきアクチュエータを制御する、制御手段としてのＰＣＭ（Powertrain Control Module）１００を含む。

以下では、エンジン１０、エンジン１０に付随する様々なアクチュエータ及びセンサについて、それぞれの構成の主要部について説明するが、周知のものを採用している部分については、一部を除き図示及び説明しないものとする。

このエンジン１０は、自動車等の車両に搭載されるように構成されていて、少なくともガソリンを含む燃料が供給される圧縮着火式エンジンである。

図１に示すように、エンジン１０は、シリンダブロック１１と、その上に載置されて固定されるシリンダヘッド１２と、を備えている。シリンダブロック１１の内部には、複数の気筒（図１ではただ１つのみを示すが、実際は、複数の気筒が直列に並んでいる）１３が形成されていると共に、気筒１３の並びに沿って延びるように、クランクシャフト１４が回転自在に支持されている。このクランクシャフト１４は、コネクティングロッド１５を介してピストン１６に連結されている。

ピストン１６は、各気筒１３内に、それぞれ摺動可能に嵌挿されていて、このピストン１６の頂面１６ａと、気筒１３の壁面１３ａと、シリンダヘッド１２の下面１２ａとによって、燃焼室１７が区画されている。この実施形態では、ピストン１６は、吸気行程、圧縮行程、膨張行程及び排気行程からなる一連のサイクルの過程で、ピストン１６の頂面１６ａがシリンダヘッド１２の下面１２ａに最も接近する上死点（ＴＤＣ）と、ピストン１６の頂面１６ａがシリンダヘッド１２の下面１２ａから最も離れる下死点（ＢＤＣ）との間を往復移動する。図１は、ピストン１６が上死点から下死点に移動している状態を概略的に示している。

燃焼室１７の上側の内面（上面）としてのシリンダヘッドの下面１２ａは、例えば図２に示すように、図２の紙面上方に膨出したドーム状に形成されている。この形状に対応して、ピストン１６の頂面１６ａもドーム状に形成されている。このピストン１６の頂面１６ａの中央部には、円盤状の凹部が形成されている。

エンジン１０は、燃料供給手段としての燃料供給装置２０を備えていて、この燃料供給装置２０は、インジェクタ２１と、燃料供給システム２２と、を含む。インジェクタ２１は、シリンダヘッド１２の燃焼室１７毎に取り付けられていて、各燃焼室１７内に燃料を直接噴射する（直噴）。このインジェクタ２１は、その先端の噴射口がシリンダヘッド１２の下面１２ａの中央部から、燃焼室１７の内部に向けて臨むように配設されており、当該中央部から、燃焼室１７の内部に向かって放射状に広がるようにガソリンを噴射する。インジェクタ２１としては、外開弁式のインジェクタや、多噴口型のインジェクタを採用することが可能である。

この実施形態では、インジェクタ２１として、ピアゾ素子を用いて構成され、噴射口の高度な開度制御が可能なピアゾインジェクタ２１が用いられている。従って、この構成によると、エンジン１０の回転数が非常に大きい場合でも、単位時間当たりの噴射量や噴射タイミングなどを精度良く制御できるようになっている。

こうしたインジェクタ２１を作動させる燃料供給システム２２は、例えば、インジェクタ２１の開度を変更するための電気回路と、インジェクタ２１に燃料を供給する燃料供給系とを備えており、ＰＣＭ１００からの制御信号に従って、所定量の燃料を、所定のタイミングで燃焼室１７内に噴射するよう、燃料供給装置２０の作動を制御する。

ここで、エンジン１０の燃料は、本実施形態ではガソリンであるが、バイオエタノール等を含むガソリンであってもよく、少なくともガソリンを含む燃料（液体燃料）であれば、どのような燃料であってもよい。

ここで、シリンダヘッド１２の下面１２ａ側（燃焼室１７の上面側）にはさらに、オゾン生成手段としてのオゾン発生器３０が配設されている。このオゾン発生器３０は、例えばねじ止めなどの周知の構造によって、シリンダヘッド１２に取り付けられており、放電プラグ３１とオゾン発生システム３２とを備えている。

放電プラグ３１の先端部は、インジェクタ２１の噴射口の近傍から燃焼室１７に突出しており、碍子３１ａによって周囲が電気的に絶縁された棒状の電極３１ｂが設けられている。この構成によって、電極３１ｂは、シリンダヘッド１２やシリンダブロック１１などから電気的に絶縁された状態で、燃焼室１７内に突出している。シリンダブロック１１、シリンダヘッド１２及びピストン１６等は、接地（アース）処理が施されている。

オゾン発生システム３２は、高電圧に対応した電気回路を有しており、ＰＣＭ１００からの制御信号に従って、パルス状の高電圧を電極３１ｂに印加して、オゾンを発生させる。この電圧の大きさ、印加期間及びパルス幅等を適宜変更することによって、燃焼室１７内に生成するオゾンの濃度等を調整することができる。

シリンダヘッド１２にはまた、気筒１３毎に、インジェクタ２１に隣接して吸気ポート１８及び排気ポート１９が開口していて、それぞれが燃焼室１７に連通している。これら吸気ポート１８及び排気ポート１９には、燃焼室１７側から開口を閉塞することができるように、吸気弁４１及び排気弁４２がそれぞれに配設されている。吸気弁４１は吸気弁駆動機構により、排気弁４２は排気弁駆動機構により、それぞれ駆動され、それによって所定のタイミングで往復移動して、各ポート１８，１９を開閉し、燃焼室１７内のガス交換を行う。

吸気弁駆動機構及び排気弁駆動機構は、それぞれ吸気カムシャフト及び排気カムシャフトを有する。これらのカムシャフトは、周知の動力伝達機構を介して前記クランクシャフト１４に駆動連結されていて、クランクシャフト１４の回転に連動して回転する。吸気弁駆動機構及び排気弁駆動機構は、例えばスイングアームを備えたロッカーアーム式に構成されている。

この実施形態では、少なくとも吸気弁駆動機構は、吸気カムシャフトの位相、ひいては吸気弁４１の開閉時期を変更可能な、例えば電動式のバルブ位相可変機構（Variable Valve Timing：ＶＶＴ）４３を含んで構成されている。吸気弁駆動機構はさらに、ＶＶＴ４３に加えて、吸気弁４１の移動量（弁リフト量）を連続的に変更可能な、連続可変バルブリフト機構（Continuous Variable Valve Lift：ＣＶＶＬ）４４も含んで構成されている。ＶＶＴ４３及びＣＶＶＬ４４は、ＰＣＭ１００からの制御信号に従って、所定量のガスを所定のタイミングで燃焼室１７内に導入するよう、吸気弁４１の開閉量及び開閉タイミングを調整する。

各燃焼室１７の吸気ポート１８は、図１に示すように、吸気通路５０に連通している。一方で、各燃焼室１７の排気ポート１９は、排気通路６０に連通している。

吸気通路５０の上流側端部には、外部から吸入した空気を濾過するエアクリーナが配設されている一方で、吸気通路５０における下流端近傍には、サージタンク５１が配設されている。このサージタンク５１よりもさらに下流側の吸気通路５０は、燃焼室１７毎に分岐する独立通路とされ、これら各独立通路の下流端が各燃焼室１７の吸気ポート１８にそれぞれ接続されている。

吸気通路５０におけるエアクリーナとサージタンク５１との間には、各燃焼室１７への吸入空気量を調節するスロットル弁５２が配設されていて、ＰＣＭ１００からの制御信号に従って、所定量の新気を導入するように、スロットル弁５２の開閉量を調整する。

排気通路６０の上流側の部分は、燃焼室１７毎に分岐して排気ポート１９の外側端に接続された独立通路と該各独立通路が集合する集合部とを有するよう構成されている。この排気通路６０における集合部よりも下流側には、排気ガス中の有害成分を浄化する排気浄化装置が接続されていて、この排気浄化装置としては、例えば、筒状ケースと、そのケース内の流路に配置した、例えば三元触媒とを備えて構成されている。この排気浄化装置のさらに下流側には、例えばマフラーが接続されていて、浄化した排気ガスを外部に排出する。

吸気通路５０におけるサージタンク５１とスロットル弁５２との間の部分と、排気通路６０における排気浄化装置よりも上流側の部分とは、排気ガスの一部を吸気通路５０に還流するための、ＥＧＲ手段としてのクールドＥＧＲ７０を介して接続されている。このクールドＥＧＲ７０は、排気ガスをエンジン冷却水によって冷却するためのＥＧＲクーラ７２が配設されたＥＧＲ通路７１を含んで構成されていて、このＥＧＲ通路７１には、排気ガスの吸気通路５０への還流量を調整するためのＥＧＲ弁７３が配設されている。ＰＣＭ１００からの制御信号に従って、このＥＧＲ弁７３の開閉量を調整することによって、スロットル弁５２と協働して所定のＥＧＲ率（気筒１３内に吸入する全ガスに対する排気ガスの質量比）を実現するように構成されている。

エンジン１０は、その幾何学的圧縮比が高く設定されている。幾何学的圧縮比εは、例えば２０≦ε≦４０、好ましくは２５≦ε≦３５である。エンジン１０は、点火プラグによる点火を行わずに、インジェクタ２１より燃焼室１７内に噴射した燃料を、圧縮着火によって燃焼させる。

具体的には、この実施形態では、圧縮上死点の手前４０度から１８０度付近（ＢＴＤＣ４０〜１８０度付近）にて、吸気弁４１が吸気ポート１８を閉塞するようになっている。

そして、圧縮行程において、ピストン１６が図１の紙面上方に移動することによって、取り込んだガスを断熱的に圧縮する。吸気行程から圧縮行程の期間内で、インジェクタ２１が作動して、例えば図３に示すように、インジェクタ２１の先端部から、紙面下方に向けて放射状に広がるように燃料を噴射する。こうして、燃焼室１７内に、ガスと燃料とが混合した混合気を生成する。

具体的に、このエンジン１０は、燃料の噴射量が比較的少ないとき、例えばエンジン負荷が比較的低いときには、燃料を噴射するときに、燃焼室１７内部の中央部付近に混合気が偏在するよう、インジェク２１の開度を制御する。一例として、図４に示すように、ピストン１６が上死点付近に位置しているときには、インジェクタ２１から噴射した燃料がピストン１６の凹部とシリンダヘッドの下面１２ａとで区画される空間に収まるように噴射される。

このように偏在させることで、混合気層と、燃焼室１７を区画する内面１１ａ、１２ａ、１６ａと、の間に、実質的に空気からなる断熱層（空気断熱層）を介在させることができ、混合気が燃焼したときの火炎が、燃焼室１７の内面１１ａ、１２ａ、１６ａに接触することを抑制して、熱が内面１１ａ、１２ａ、１６ａを通じて外部に逃げるのを妨げることができるから、冷却損失を低減させて、燃費を向上させる上で有利になる。

生成した混合気は、気体の圧力等により定まる発火点に達し次第、自発火（圧縮着火）して、それによって燃焼する。具体的には、図４に示すように、圧縮上死点付近において発火点に達し、燃焼室１７内の各所において、同時多発的に自己着火する。着火した混合気は、燃焼の進行に伴って、所定の高さ及び幅を有するような熱量を発生する。このときの燃焼重心は、この実施形態では、膨張行程前期、具体的には、圧縮上死点を通過した後の５度付近（ＡＴＤＣ５度付近）になるように設定されている。そして、この熱量によって急激に膨張したガスがピストン１６を図４の紙面下方に押し動かすことによって、クランクシャフト１４が回転し、その回転によるトルクが駆動力としてエンジン１０から出力される。エンジン１０からの出力を、変速機を介して連結された駆動輪に伝達することによって、車両が推進する。

その後、排気弁４２が動作して排気ポート１９が開口し、気筒１３内のガスを当該ポート１９より排気ガスとして排出する。

このとき排出されるガスの一部は、ＥＧＲ弁７３の開度に応じて、ＥＧＲ通路７１を経由して、冷却された上でサージタンク５１に流入する。そして、外部から新たに導入された新気と混合して、吸気ポート１８から再び燃焼室１７内に導入され、混合気として再利用される。その一方で、排出される他のガスは、排気浄化装置を通過して、外部に排気される。

以下では、このように駆動するよう構成されたエンジン１０の作動を制御するＰＣＭ１００の構成の主要部について説明するが、周知のものを採用している部分については、一部を除き図示しないことにする。

ＰＣＭ１００は、周知のマイクロコンピュータをベースとするコントローラであって、プログラムを実行する中央演算処理装置（ＣＰＵ）と、例えばＲＡＭやＲＯＭにより構成されてプログラム及びデータを格納するメモリと、電気信号の入出力をする入出力（Ｉ／Ｏ）バスと、を備えている。

ＰＣＭ１００には、図２に示すように、少なくとも、車両の推進速度（車速）を検出する車速センサＳＷ１、アクセルペダルＰの踏み込み量（アクセル開度）を検出するアクセル開度センサＳＷ２、及びエンジン１０の出力回転（エンジン回転数）を検出するエンジン回転数センサＳＷ３が接続されていて、各センサの検出値をＰＣＭ１００に入力する。

ＰＣＭ１００にはまた、吸気通路５０内の上流側に設けられ、吸気通路５０を流れる新気の流量を検出するエアフローセンサＳＷ４等が接続されている。

ＰＣＭ１００は、前述した各センサ等からの入力に基づいて、エンジン１０や車両の状態を判断し、それに対応した燃料噴射、吸気及び放電等が行われるように、エンジン１０の制御パラメータを設定する。そしてＰＣＭ１００は、設定した各制御パラメータに基づいた制御信号を、燃料供給システム２２、オゾン発生システム３２、ＶＶＴ４３、ＣＶＶＬ４４、スロットル弁５２及びＥＧＲ弁７３等に出力して、エンジン１０を作動させる。

ＰＣＭ１００は、エンジン１０を作動させるとき、アクセルペダルＰの踏み込み量（アクセル開度）に応じて定まるエンジン負荷と、エンジン１０のエンジン回転数とに応じて、空燃比（Ａ／Ｆ）、吸入空気量、燃料噴射量、ＥＧＲ率、噴射タイミング（インジェクタ２１からの主噴射を開始するタイミング）、吸気弁４１の開閉タイミング、及び電極２１ｂへの印加を開始するタイミング等を設定し、その設定値に向けて種々のアクチュエータを作動させる。

なお、エンジン負荷は、図５に示すように、当該図面において実線で示す所定の負荷よりも高い運転領域Ｒ１と、それよりも低負荷側の運転領域Ｒ２とに区分される。

この実施形態では、高負荷側の運転領域Ｒ１において、空気過剰率λを１（つまり、Ａ／Ｆを約１４．７に設定する）に設定する。この運転領域Ｒ１は、比較的多量の燃料を燃焼させる領域であって、以下ではλ１領域とも記載する。λ１領域では、インジェクタ６が燃料噴射を開始する噴射開始タイミング（以下では、こうした噴射開始タイミングを噴射タイミングとも記載）が、圧縮行程終期から膨張行程初期に設定される。ここでいう、圧縮行程終期は、圧縮行程を、初期、中期、及び終期の３つに３等分したときの初期に相当する。λ１領域では、燃料噴射量が相対的に多くかつ、混合気の空燃比を理論空燃比に設定していることで、圧縮着火燃焼による気筒１３内の圧力上昇が急峻になって、燃焼騒音が増大してしまう可能性が有る。そのため、λ１領域では、燃料の噴射タイミングを比較的遅く設定することで、圧縮着火のタイミングを、圧縮上死点から離れた膨張行程内にして、それによって、圧縮着火燃焼を、気筒１３内の圧力が低下する膨張行程中に設定する。λ１領域での燃料噴射は、一括で行ってもよいし、エンジントルクを生成する主燃焼（１サイクル中で最も大きな熱量を発生させる燃焼）を生じさせるための主噴射と、その主噴射の前に行う前段噴射とに分けて行ってもよい。λ１領域では、エンジン１０の運転状態に応じて燃焼の噴射開始タイミング（この噴射開始タイミングは、主噴射の噴射開始タイミングに相当する）が設定される。

その一方で、低〜中負荷側の運転領域Ｒ２においては、燃焼室１７内の空気過剰率λを例えば、２．０以上（つまり、Ａ／Ｆが３０以上）に設定する。この運転領域Ｒ２は、以下では、リーン領域とも記載する。前述した空気断熱層の形成は、主に、このリーン領域で行われる。リーン領域では、インジェクタ６による燃焼噴射の開始タイミングが、例えば圧縮行程終期に設定される。これにより、燃焼室１７内部の中央部付近に混合気を偏在させることが可能になる。リーン領域では、燃料噴射量が相対的に少なくかつ、混合気の空燃比を理論空燃比よりもリーンに設定していることで、圧縮着火燃焼による気筒１３内の圧力上昇が抑制される。そのため、リーン領域では、燃料の噴射開始タイミングを相対的に早く設定する。リーン領域での燃料噴射は、一括で行ってもよいし、分割で行ってもよい。リーン領域でも、エンジン１０の運転状態に応じて燃料の噴射開始タイミングが設定される。

ＰＣＭ１００は、車両が減速している最中に所定の条件（燃料カット条件）が成立したとき、例えばアクセルペダルＰが踏みこまれておらず（アクセル開度がゼロ）且つ、エンジン回転数が所定の回転数以上である、と判断したときには、インジェクタ２１による燃焼室１７内への燃料噴射を中断する燃料カット制御を実行する。

燃料カット制御を実行している最中、エンジン１０は惰性によって動作を継続する。このとき、燃焼室１７内では燃焼が生じないため、気筒１３内の温度は次第に低下する。当該制御を実行すると、ＥＧＲ率は、ゼロに向けて減少していくが、吸気通路５０及びＥＧＲ通路７１に残存する排気ガス等により、実際のＥＧＲ率は、燃料カット制御を実行した後、やや遅れてゼロに達する。

そして、燃料カット制御を実行している最中に、アクセルペダルＰを踏みこんで再加速をするか、エンジン回転数が所定の回転数を下回るかをすると、ＰＣＭ１００は、燃料カット制御を終了して、燃料噴射を再開する。

特に、後者のような自然復帰の場合は、所定のエンジン１０の運転状態を実現するように、Ａ／Ｆ、吸入空気量、燃料噴射量、噴射時期（噴射タイミング、又は噴射開始タイミングとも記載）、ＥＧＲ率等を設定し、設定に基づいてエンジン１０を運転する。

しかしながら、燃料噴射を再開した直後の数サイクルについては、それまで燃焼が行われておらず、排気ガスが存在しないため、後述するように、実際のＥＧＲ率は、自然復帰制御を実行した後、やや遅れて所定の設定値に達する。
（燃料カット制御からの自然復帰に係るエンジンの燃料噴射制御）
ＰＣＭ１００は、燃料カット制御からの自然復帰時には、燃焼室１７内の混合気の着火性を向上させるべく、主噴射に先立って前段噴射を実行させると共に、この前段噴射に同期して、気筒１３内にオゾンを生成させる。

以下では、こうした制御について詳細に説明する。ここで説明する例は、図５にＡ１、Ａ２の矢印で示すように、λ１領域内で定常運転をしている状態から、アクセルペダルＰの踏み込みを解除して減速している最中に燃料カット制御を実行して、その後、エンジン回転数が所定の回転数を下回った時に、燃料噴射を再開するまでの、エンジン１０の振る舞いである。

初めに、エンジン１０が定常運転しているものとする。つまり、この状態では、アクセル開度は一定に保持されており、そのアクセル開度に応じて設定されたエンジン負荷に基づいて、運転領域Ｒ１（λ１領域）が選択される。そして、前記したように、ＰＣＭ１００によって、エンジン負荷と、エンジン回転数と、に応じて、その運転領域Ｒ１に対応するように、ＥＧＲ率、吸入空気量、燃料噴射量及び噴射タイミングが設定される。例えば、噴射タイミングについては、圧縮上死点前５度に選ばれている。

次に、車両を減速すべく、アクセルペダルＰの踏み込みが解除されて、アクセル開度が単調に減少したとする。この状態では、アクセル開度の減少に応じて燃料噴射量が減少すると共に、空気過剰率λを一定に保つべく、吸入空気量も減少する。

ＰＣＭ１００は、回転数センサＳＷ２及びアクセル開度センサＳＷ３からの入力に基づいて、アクセル開度が減少してゼロに達したとき、エンジン回転数が所定値以上にあると判定したときには、燃料カット条件を満たしたとして、燃料カット制御を実行する。ＰＣＭ１００は、インジェクタ２１から燃焼室１７内への燃焼噴射を中断するよう制御信号を出力する。

また、車両の減速に伴って、エンジン１０の運転領域は、図５の矢印Ａ１に示すように、運転領域Ｒ１から運転領域Ｒ２（リーン領域）に移行する。エンジン１のエンジン負荷及びエンジン回転数は、矢印Ａ１に沿って単調に減少する。

そして、燃料カット制御を実行している最中は、エンジン１０は、燃料の燃焼を伴わずに、最低限の吸入空気量の下で、惰性で運転する。この期間では、エンジン回転数は、図５の矢印Ａ２に沿って、単調に減少する。

ＰＣＭ１００は、回転数センサＳＷ２からの入力に基づいて、エンジン回転数が所定値まで減少したと判定したときには、自然復帰条件を満たしたとして、エンジン回転数を所定値以上に保持するよう燃料噴射を再開する（自然復帰を実行する）。

ＰＣＭ１００は、燃料の噴射を再開して、所定のエンジン１０の運転状態となるように、Ａ／Ｆ、ＥＧＲ率、吸入空気量、燃料噴射量及び噴射タイミングを設定して、その設定を実現するよう、ＥＧＲ弁７３、スロットル弁５２，燃料供給システム２２等に制御信号を出力する。この制御信号によって、吸入空気量及び燃料噴射量が増加を始め、燃料の燃焼が再開する。

ＰＣＭ１００は、こうした自然復帰を実行するとき、燃料を圧縮行程後半以降、例えば圧縮上死点前付近で噴射する主噴射に加えて、前段噴射を実行する。前段噴射は、吸入行程を、初期、中期、及び終期の３つに３等分したときの吸入行程初期から中期にかけての期間において、例えば、主噴射よりも少量で、早期に着火しない程度の量の燃料を噴射する。また、図３及び６に示すように、この前段噴射に同期して、燃焼室１７内でオゾンを生成するよう、オゾン発生システム３２に制御信号を出力する。

吸気行程中の前段噴射に同期して、気筒１３内にオゾンを生成することにより、その前段噴射により噴射した燃料にオゾンが作用して、燃料を活性化する。圧縮行程中に燃料の低温酸化反応が誘発され、圧縮上死点付近においては、気筒１３内の環境が、燃料の着火性が向上する環境になる。前段噴射による燃料がオゾンによって活性化する時間を長く確保するために、前段噴射は、吸気行程の前半に行うことが好ましい。

そうして、圧縮上死点付近で行われる主噴射によって供給される燃料の圧縮着火が促進される。つまり、自然復帰直後であって、気筒１３内の温度が低いときでも、圧縮着火燃焼の安定化が図られる。

また、主噴射において供給される燃料は、燃焼室１７の中央部付近に偏在する混合気を形成して、その周囲には、前段噴射によって供給される燃料を含むガス層が形成される。このガス層は、前段噴射が少量のためリーンであり、前述した空気断熱層と同様に、冷却損失の低減に寄与する。自然復帰を実行した直後は、気筒１３内の壁面温度が低いので、冷却損失の低減効果も高くなる。

自然復帰を実行している最中、エンジン１０の運転状態は、図５の矢印Ａ２に沿って、運転領域Ｒ２内を移動する。

ＰＣＭ１００は、自然復帰を実行するとき、エンジン１０の構成に応じて定められるサイクル数、例えば、各気筒１３につき１回ずつ燃焼を実行すると、各気筒１３の内部が十分に暖められて、前段噴射及びオゾンの供給を行わなくても、圧縮着火燃焼の安定性が確保可能であると判定して、オゾンの生成を伴う前段噴射を終了する。

以上より、ＰＣＭ１００は、燃料カット制御から自然復帰するときには、気筒１３内の温度の低下に対応すべく、燃料の主噴射に先だって、燃料供給装置２０及びオゾン発生器３０を作動させて、前段噴射と、この前段噴射に同期したオゾンの生成とを実行するようにした。前段噴射を実行するタイミングに合わせてオゾンを生成することによって、前段噴射により噴射した燃料の低温酸化反応が誘発されて、燃料の着火性が向上する。そうした中で主噴射を実行すると、気筒１３内が低温であっても、燃料が安定して圧縮着火燃焼するようになる。こうして、筒内温度が低下する燃料カット制御からの自然復帰時であっても、圧縮着火燃焼が安定する。

ＰＣＭ１００はまた、前段噴射、及び前段噴射に同期したオゾンの生成を吸気行程初期から中期にかけての期間に実行することで、前段噴射により噴射された燃料が十分に気化するようになって、その上、オゾンにより誘発される低温酸化反応を行う時間を比較的長くとることができるから、圧縮上死点前付近で行われる主噴射による圧縮着火を安定させる上で有利になる。

ＰＣＭ１００はまた、例えば、所定のサイクル数が経過した後には、気筒１３内の温度が十分に高まったと判定して、前段噴射、及び前段噴射に同期したオゾンの生成を停止するから、前段噴射に要する燃料や、電極３１ｂへの印加に要求される電力の消費が抑えられて、燃費を改善させる上で有利になる。
＜他の実施形態＞
自然復帰の際に、各気筒１３につき１回ずつ、オゾンの生成を伴う前段噴射を実行する前段噴射を実行する構成について説明したが、必ずしもこれに限定されるわけではない。エンジン１０の構成等に応じて前段噴射を２回以上実行してもよいし、気筒１３の内壁面の温度を測定するセンサを配設して、このセンサからの信号に基づいて、前段噴射を継続又は終了するように構成してもよい。また、種々のセンサからの入力に基づいて、自然復帰してからの内壁面の温度の推移を推定して、該推定に基づいて、オゾンの生成を伴う前段噴射を行う回数を決めるようにしてもよい。

吸気通路５０、及び排気通路６０の構成についても変更することができる。例えば、クールドＥＧＲ７０において、ＥＧＲクーラ７２をバイパスするためのバイパス通路を設けることができる。そうした場合、ＥＧＲガスの温度、ひいては混合気の着火性をより高度に制御できるようになる。

ここに開示する技術は、ターボ過給機付きエンジンに適用することも可能である。

吸気弁駆動機構にＣＶＶＬ４４を含む構成は、必須ではない。

以上の様に、圧縮着火式エンジンの制御装置において、燃料カット制御からの自然復帰時に、圧縮着火燃焼を安定させることができるものであり、産業上の利用可能性はある。

１０ エンジン本体
１３ 気筒
１００ ＰＣＭ（制御手段）
２０ 燃料供給装置（燃料供給手段）
３０ オゾン発生器（オゾン生成手段）

Claims (2)

1. 気筒を有するエンジン本体と、
   前記エンジン本体の運転状態に対応した量の燃料を、該運転状態に対応した噴射タイミングで前記気筒内に噴射する燃料噴射手段と、
   前記気筒内への吸入空気量を調節するスロットル弁と、
   前記気筒内の混合気を圧縮着火燃焼させることにより、前記エンジン本体を駆動させる制御手段と、
   前記気筒内でオゾンを生成するオゾン生成手段と、を備え、
   前記燃料噴射手段は、その先端の噴射口を介して、前記気筒内に少なくともガソリンを含む燃料を噴射するインジェクタと、該インジェクタの噴射態様を制御する燃料供給システムと、を有し、
   前記インジェクタは、前記噴射口の開度を変更可能に構成されており、
   前記制御手段は、前記エンジン本体の減速時に所定の条件が成立したときには、前記燃料噴射手段の作動を強制的に中断させる燃料カット制御を実行すると共に、該燃料カット制御を実行している最中は、前記スロットル弁を介して前記吸入空気量を減少させることにより、該吸入空気量を前記エンジン本体の惰性運転に対応した最低限の量に設定し、
   前記制御手段はさらに、前記燃料カット制御を実行している最中に、エンジン回転数が所定の値まで低下したことを検出したときには、前記燃料噴射手段による燃料噴射を再開させると共に、その再開時には、前記燃料噴射手段、及び、前記オゾン生成手段を制御することにより、前記気筒内の燃焼室中央部付近に混合気が偏在するように前記噴射口の開度が変更される主噴射を圧縮行程後半以降に実行しかつ、該主噴射に先立って、該主噴射よりも少量の燃料を噴射する前段噴射を実行すると共に、該前段噴射に同期して前記気筒内でオゾンを生成する圧縮着火式エンジンの制御装置。
2. 請求項１に記載の圧縮着火式エンジンの制御装置において、
   前記エンジン本体は、複数の気筒を有し、
   前記制御手段は、前記燃料噴射手段、及び、前記オゾン生成手段を制御することにより、前記燃料噴射を再開してから前記複数の気筒の各々において１回ずつ燃焼を実行した後に、前記前段噴射及び前記オゾンの生成を停止する圧縮着火式エンジンの制御装置。

Images