JP2005320948A - 予混合圧縮自着火機関及びその運転方法 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成で予混合圧縮自着火燃焼による運転範囲を広くする。
【解決手段】暖機完了後、制御装置は、予混合圧縮自着火燃焼運転用のマップに基づいて、要求負荷及び回転速度が予混合圧縮自着火燃焼可能な領域にあるか否かを判断する。要求負荷及び回転速度が予混合圧縮自着火燃焼可能な領域にある場合に、前記マップに基づいて要求負荷及び回転速度に対応する内部ＥＧＲの量と、吸気の加熱状態とになるように可変動弁機構及び加熱手段を制御する。
【選択図】 図４

Description

本発明は、予混合圧縮自着火機関及びその運転方法に係り、詳しくは自家発電設備等に使用される定置式エンジンとして好適な予混合圧縮自着火機関及びその運転方法に関する。

従来の内燃機関は大きく分けると、ＳＩ（Spark Ignition）エンジンと、ディーゼルエンジンの２つである。しかし、ＳＩエンジンはリーン化で熱効率向上が可能だが、火炎伝播可能な当量比に限界があるため、スロットルによる空気量の調整が必要で熱効率はディーゼルエンジンより劣る。また、ディーゼルエンジンは熱効率は良いが十分な混合がなされないため、局所高温燃焼によりＮＯｘが発生し易く、局所リッチで煤が発生し易い。

これらのエンジンと比較して、予混合圧縮自着火機関は予混合するため、局所の高温やリッチが発生する可能性が小さく、低ＮＯｘで煤の発生はほとんど無い。また、化学変化による着火のため、当量比に対する依存度がＳＩエンジンよりも少ないため、大幅なリーン化が可能でありディーゼルエンジン並の熱効率を得ることができる。これらの長所を備えた予混合圧縮自着火機関が注目されている。予混合圧縮自着火燃焼は、熱が十分すぎると急激な燃焼となり、逆に、熱が足りないと失火してしまうため、現行のエンジンと比較して失火やノック・過早着火等が発生し易くなり、運転可能範囲が狭くなり易いという問題がある。

予混合圧縮自着火燃焼の利点を生かし、低ＮＯｘ排出を図るとともに、排気ガスとともに排出されるＨＣ（炭化水素）の量を減少させることができる４サイクル内燃機関が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。特許文献１の内燃機関は、吸気弁と排気弁のバルブタイミングを機関の高負荷時と低負荷時とで切替可能な可変動弁機構を備え、高負荷時は前記排気弁がピストン上死点近辺にて閉弁されるバルブタイミングに設定され、低負荷時は負荷が小さいほど前記排気弁の閉弁時期がピストン上死点前の排気行程中に進角されるバルブタイミングに設定される。また、高負荷時は燃焼室に設けた点火装置によりピストンの圧縮上死点付近にて混合気を点火・燃焼させる一方、低負荷時は前記点火装置による点火を行わずに混合気を圧縮自着火燃焼させるようにしている。即ち、予混合圧縮自着火燃焼時は、可変動弁機構により排気弁の閉弁時期を調整して内部ＥＧＲを行う。

また、予混合圧縮自着火機関として、排気ガスの一部を吸気側に環流して予混合気に注入して予混合気を加熱することにより、自着火し易いようにしたものが提案されている（例えば、特許文献２参照。）。また、特許文献２には、燃料ガス、吸入空気又はこれらの混合気を加熱する熱交換器を設けて、予混合気を加熱して機関が自着火し易いようにすることも提案されている。熱交換器の熱源には温水加熱装置の温水あるいは機関の排気ガスが挙げられている。

また、予混合圧縮自着火機関として、燃焼室に供給される給気（吸気）を過給する過給機と、前記過給機で過給されて加熱された給気をクーリングタワーで空冷された冷却水を使用して冷却する冷却手段と、前記過給機の過給状態を検出する過給状態検出手段とを備えたものも提案されている（例えば、特許文献３参照。）。過給機は予混合圧縮自着火機関の排気ガスで駆動される。この予混合圧縮自着火機関は、燃料の供給量を設定して予混合気の当量比を設定する当量比設定手段と、燃焼室に供給される給気の温度を設定する給気温度設定手段とを備えている。そして、予め記憶している過給状態における前記当量比と前記給気の温度との出力に関する関係に基づいて、前記両設定手段を働かせて前記当量比及び給気の温度を調整し、出力を設定する出力設定手段を備えている。
特開２０００−６４８６３号公報（明細書の段落［００１０］，［００１９］、図６） 特開２０００−２４０５１３号公報（明細書の段落［０００７］〜［００２１］、図１，４） 特開２００１−２２１０７５号公報（明細書の段落［００１１］，［００１２］、図１）

特許文献１の内燃機関は、内部ＥＧＲを利用して予混合気の温度を高めて、自着火し易いようにしている。しかし、機関のアイドル運転域では内部ＥＧＲを用いただけでは予混合気を加熱する熱エネルギーが不足するため、不安定な予混合圧縮自着火燃焼となる。

一方、特許文献２に開示されている排気ガスの一部を吸気側に環流して予混合気に注入して予混合気を加熱する方法、即ち外部ＥＧＲを用いて予混合気の温度を高める方法では、加熱効果が低い。なぜならば、予混合圧縮自着火燃焼は効率が良いため、排気温度が低いことが知られており、排気ガス環流（外部ＥＧＲ）を用いると確かに若干の吸気温度向上とはなるが、逆に混合気の比熱の増加によって着火に影響する圧縮端（上死点）での温度は低下してしまうこともある。

排気ガスあるいは温水を熱源とする熱交換器で予混合気を加熱する方法では、排気ガス温度が低く熱交換器を通す経路長を考えると十分な温度を得ることは難しいと思われる。また、温水はバーナーで加熱することが例示されているが、バーナーの燃料消費を考えると、予混合圧縮自着火で高い燃焼効率が確保されても、装置全体としてのエネルギー効率を高めるのが難しい。また、吸気の加熱だけで混合気を安定した予混合圧縮自着火燃焼が行われる温度まで加熱するには、吸気温度を１２０℃以上に高める必要があり、温水を使用する場合には加圧して沸騰しないようにする等の対策が必要となる。

また、特許文献３に開示されている予混合圧縮自着火機関のように過給機を使用して給気（吸気）を過給することにより加熱する手段を備える場合は、機関が高速で回転している場合は必要な量の加熱が可能であるが、低速回転の状態では過給機による加熱ができない。過給機の駆動手段にモータ等の別の駆動源を使用すれば、機関の低速回転時にも過給は可能となるが、エネルギーが無駄になる。また、過給機を使用する場合は給気（吸気）の温度調整手段が複雑になる（例えば、冷却手段が必要）という問題もある。

本発明は、前記従来の問題に鑑みてなされたものであって、その第１の目的は、簡単な構成で予混合圧縮自着火燃焼による運転範囲を広くすることができる予混合圧縮自着火燃焼機関を提供することにあり、第２の目的はその運転方法を提供することにある。

第１の目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、燃料と酸素含有ガスとの混合気を燃焼室においてピストンで圧縮して自着火燃焼させ、前記ピストンの往復運動を出力軸の回転運動とする予混合圧縮自着火機関である。そして、内部ＥＧＲを行うように吸気弁と排気弁とを開閉させる可変動弁機構と、燃焼室に供給される前の吸気又は混合気を加熱する加熱手段と、負荷及び前記出力軸の回転速度に対応して、予混合圧縮自着火燃焼が可能な前記内部ＥＧＲの量と、前記加熱手段による吸気又は混合気の加熱状態との関係を示す予混合圧縮自着火燃焼運転用のマップが記憶された記憶装置とを備えている。また、前記マップに基づいて要求負荷及び回転速度に対応する内部ＥＧＲの量と、吸気又は混合気の加熱状態とになるように前記可変動弁機構及び加熱手段を制御する制御手段を備えている。ここで、「内部ＥＧＲ」とは、排気行程途中で排気弁を閉じて、既燃焼ガスの一部を燃焼室内に閉じ込めて次のサイクルの新気（新たに燃焼室に供給される混合気）と混合すること、あるいは、排気ガスを吸気に吐き出し、再度吸い込ませる、あるいは吸気行程の途中において排気ガスの一部を排気ポートから燃焼室内に引き戻して新気と混合することを意味する。後者の方法には吸気行程の途中において排気弁を開く方法と、開閉弁を備えるとともに燃焼室と排気ポートとに連通する排気導入用通路を設けてその開閉弁を開く方法等がある。

この発明では、ガス状又は霧状の燃料と、酸素含有ガスとの混合気を燃焼室においてピストンで圧縮して自着火燃焼を行う。そして、燃焼後の排気ガスの一部が燃焼室に戻される、あるいは留められる内部ＥＧＲにより、次のサイクルで圧縮自着火燃焼を行う混合気の温度が高められて、自着火し易くなる。また、要求負荷及び出力軸の回転速度（機関の回転速度）によっては、内部ＥＧＲに加えて、加熱手段による吸気又は混合気の加熱も行われる。そして、前記予混合圧縮自着火燃焼運転用のマップに基づいて、要求負荷及び回転速度に対応する内部ＥＧＲの量と、吸気又は混合気の加熱状態とになるように、制御手段により可変動弁機構及び加熱手段が制御される。従って、簡単な構成で予混合圧縮自着火燃焼による運転範囲を広くすることができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記排気弁は、内部ＥＧＲ率が３０〜８０％の範囲となるようにその開閉時期が制御される。この発明では、内部ＥＧＲによる混合気の加熱が有効に行われ、予混合圧縮自着火燃焼が安定して行われる。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の発明において、前記加熱手段は、内部ＥＧＲによる加熱のみでは安定した予混合圧縮自着火燃焼が不能な低負荷状態において作動される。従って、この発明では、予混合圧縮自着火燃焼による運転範囲を低負荷側へ拡大することができる。

請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記加熱手段は、内部ＥＧＲによる加熱のみでは安定した予混合圧縮自着火燃焼が不能な高負荷状態において作動される。従って、この発明では、予混合圧縮自着火燃焼による運転範囲を高負荷側へ拡大することができる。

請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の発明において、前記加熱手段は、内部ＥＧＲ率が３０％未満の範囲となるように前記排気弁の開閉時期が制御されるときに作動される。従って、この発明では、予混合圧縮自着火燃焼による運転範囲を高負荷側へ拡大した場合でも、燃料の燃焼に必要な吸気の供給を確保することができる。

請求項６に記載の発明は、請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の発明において、前記加熱手段は、排気ガス又は機関冷却水と吸気との間で熱交換を行う熱交換器である。この発明では、機関の運転により発生する熱が有効に利用され、他の加熱手段を設ける場合に比較して、エネルギー消費が少なくなる。

請求項７に記載の発明は、請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載の発明において、前記燃焼室には点火装置が装備され、前記記憶装置には予混合圧縮自着火燃焼運転用のマップの他に、火花点火燃焼運転用のマップを備え、予混合圧縮自着火燃焼運転では要求負荷及び回転速度に対応できない場合は、火花点火燃焼運転が行われる。

この発明では、予混合圧縮自着火燃焼では安定した運転を行うのが困難な負荷及び回転速度領域においても、火花点火燃焼により安定して機関を運転することができる。
第２の目的を達成するため、請求項８に記載の発明は、請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載の予混合圧縮自着火機関の運転方法であり、予混合圧縮自着火燃焼運転用のマップに基づいて、要求負荷及び回転速度が予混合圧縮自着火燃焼可能な領域にあるか否かを判断する。そして、要求負荷及び回転速度が予混合圧縮自着火燃焼可能な領域にある場合に、前記マップに基づいて要求負荷及び回転速度に対応する内部ＥＧＲの量と、吸気又は混合気の加熱状態とになるように可変動弁機構及び加熱手段を制御する。この発明では、要求負荷及び回転速度が予混合圧縮自着火燃焼可能な領域にある場合にのみ、その条件に対応する内部ＥＧＲの量と、吸気又は混合気の加熱状態とになるように可変動弁機構及び加熱手段が制御されて機関の運転が行われるため、機関を安定した状態で運転することができる。

請求項９に記載の発明は、請求項７に記載の予混合圧縮自着火機関の運転方法であって、機関の暖機完了までは、火花点火燃焼運転を行い、その後、要求負荷及び回転速度が予混合圧縮自着火燃焼可能な領域にある場合に予混合圧縮自着火燃焼運転を行う。この発明では、運転環境が比較的低温な場合においても始動時から機関を安定した状態で運転することができる。

本発明によれば、簡単な構成で予混合圧縮自着火燃焼による運転範囲を広くすることができる。

（第１の実施形態）
以下、本発明を具体化した第１の実施形態を図１〜図５に従って説明する。図１は予混合圧縮自着火機関の概略構成図であり、図２（ａ）は予混合圧縮自着火燃焼可能な範囲を機関の回転速度及び負荷との関係で示すマップ、図２（ｂ）は該マップの二点鎖線で囲んだ部分の詳細図、図３は吸気弁及び排気弁の開閉時期を示す図である。図４は予混合圧縮自着火機関の運転制御を説明するフローチャート、図５（ａ），（ｂ）は内部ＥＧＲの過程を示す模式図である。

予混合圧縮自着火機関１０（以下、単に機関と称す場合もある。）は、機関本体１１と、予混合圧縮自着火機関１０を電子制御する制御装置１２とを備えている。
機関本体１１は、複数のシリンダ１３ａ（図１では１個のみ図示）が形成されたシリンダブロック１３と、シリンダヘッド１４とを備えている。各シリンダ１３ａ内にはピストン１５が往復動可能に設けられている。ピストン１５と、シリンダ１３ａ及びシリンダヘッド１４によって各気筒毎に燃焼室１６が形成されている。ピストン１５は燃焼室１６での吸気・圧縮行程後の爆発から得られる推進力によってシリンダ１３ａ内を往復運動し、ピストン１５の往復運動がコンロッド１７を介して出力軸としてのクランクシャフト１８の回転運動に変換されて出力が得られる。機関本体１１は４サイクル内燃機関である。

シリンダヘッド１４には吸気ポート１９を開閉する吸気弁２０と、排気ポート２１を開閉する排気弁２２とが設けられている。吸気弁２０及び排気弁２２は、それぞれ可変動弁機構２３，２４により、開弁時期及び閉弁時期を変更可能かつ、独立して開閉駆動可能になっている。可変動弁機構２３，２４は、例えば、電磁駆動装置又は油圧アクチュエータで構成されている。

シリンダヘッド１４には吸気ポート１９に繋がる吸気通路２５と、排気ポート２１に繋がる排気通路２６とがそれぞれ接続されている。吸気通路２５の途中には燃料噴射ノズル２７が設けられ、燃料噴射ノズル２７は管路２８を介して図示しない燃料タンクに接続されている。管路２８の途中には燃料供給量を制御する電磁制御弁２９が設けられている。この実施形態では燃料として天然ガスが使用されている。また、吸気通路２５の燃料噴射ノズル２７より上流にはエアクリーナ３０及びスロットルバルブ３１が設けられている。スロットルバルブ３１はスロットルモータ（電動モータ）３２によって作動される電動式であり、スロットルバルブ３１を開度調整することにより、燃焼室１６内に導入される吸入空気の流量が調整される。

吸気通路２５の途中には吸気を加熱する加熱手段３３が設けられている。この実施形態では、加熱手段３３は、排気ガスと吸気との間で熱交換を行う熱交換器で構成されている。排気通路２６は途中で２経路に分岐され、一方の分岐路２６ａは加熱手段３３に接続され、排気ガスが吸気と熱交換を行った後、大気に放出されるようになっている。他方の分岐路２６ｂを通過する排気ガスは直接大気に放出されるようになっている。排気通路２６の分岐部には電磁式の三方弁３４が設けられ、加熱手段３３に接続された分岐路２６ａへの排気ガスの流量が０〜１００％の範囲で調整可能になっている。即ち、三方弁３４により排気通路２６から排気される排気ガスは、分岐路２６ａ及び加熱手段３３を経ずに全て分岐路２６ｂから排気される状態から、全ての排気ガスが分岐路２６ａを通過して排気される状態の間の任意の量の排気ガスが分岐路２６ａを通過可能に調整される。三方弁３４として、例えばスプール弁を使用できる。

吸気通路２５には加熱手段３３より下流側で燃料噴射ノズル２７より上流側に、吸気通路２５内の温度を検出する温度センサ３５と、吸気流量を検出するエアフローメータ３６とが設けられている。

予混合圧縮自着火機関１０の運転を制御する制御装置１２は、出力設定手段３７により設定された負荷及び回転速度の要求を満たした状態で機関１０が運転されるように、可変動弁機構２３，２４、電磁制御弁２９、スロットルモータ３２、三方弁３４を制御する。

制御装置１２はマイクロコンピュータ（以下「マイコン」と称す）３８を内蔵する。マイコン３８は記憶装置としてのメモリ（ＲＯＭおよびＲＡＭ）３９を備える。温度センサ３５、エアフローメータ３６、機関本体１１における水温を検出する水温センサ４０、機関本体１１の回転速度、即ちクランクシャフト１８の回転速度を検出する回転速度センサ４１は、制御装置１２の入力側（入力インタフェイス）にそれぞれ電気的に接続されている。可変動弁機構２３，２４、電磁制御弁２９、スロットルモータ３２及び三方弁３４は、制御装置１２の出力側（出力インタフェイス）にそれぞれ電気的に接続されている。

制御装置１２は、各センサ類から出力される検出信号に基づいて予混合圧縮自着火機関１０の運転状態を判断し、所定の運転状態となるように可変動弁機構２３，２４、電磁制御弁２９、スロットルモータ３２及び三方弁３４を制御する。

メモリ３９には、温度センサ３５、エアフローメータ３６、水温センサ４０及び回転速度センサ４１の検出信号から把握される運転状態に基づいて、予混合圧縮自着火機関１０の制御のために指令すべき各種指令値（制御値）の決定に用いられるマップ、式等が記憶されている。前記マップ式等には、例えば燃料噴射量、スロットル開度などを決めるマップ、式等が含まれる。

メモリ３９には、クランクシャフト１８の回転速度及び負荷に対応して、予混合圧縮自着火燃焼が可能な内部ＥＧＲの量と、加熱手段３３による吸気の加熱状態との関係を示す予混合圧縮自着火燃焼運転用のマップが記憶されている。図２（ａ）に示すように、予混合圧縮自着火燃焼運転用のマップＭは、予混合圧縮自着火燃焼可能な範囲が、負荷と回転速度との関係として表されている。図２（ａ）に示すように、予混合圧縮自着火燃焼可能な範囲は、内部ＥＧＲによる混合気の加熱のみで燃焼が安定して行われる第１の領域Ａ１と、内部ＥＧＲによる混合気の加熱と加熱手段３３による吸気の加熱の両方を必要とする第２の領域Ａ２とからなる。内部ＥＧＲによる混合気の加熱と加熱手段３３による吸気の加熱の両方を行うことにより、内部ＥＧＲのみによる加熱の場合に比較して、低負荷及び低回転速度における予混合圧縮自着火燃焼可能な範囲と、高回転速度における予混合圧縮自着火燃焼可能な範囲とが拡がる。

制御装置１２は、前記マップＭに基づいて要求負荷及び回転速度に対応する内部ＥＧＲの量と、吸気の加熱状態とになるように可変動弁機構２３，２４及び加熱手段３３を制御する。即ち、制御装置１２は、予混合圧縮自着火燃焼運転用のマップＭに基づいて要求負荷及び回転速度に対応する内部ＥＧＲの量と、吸気の加熱状態とになるように可変動弁機構２３，２４及び加熱手段３３を制御する制御手段を構成する。ガソリンエンジンやディーゼルエンジンでも内部ＥＧＲを行うものもあるが、その場合、内部ＥＧＲ率は数％〜十数％程度である。本発明では、内部ＥＧＲ率がそれより大きくなるように行われ、この実施の形態では内部ＥＧＲ率が３０〜８０％となるように内部ＥＧＲが行われる。

次に前記のように構成された装置の作用を説明する。
制御装置１２は、水温センサ４０及び回転速度センサ４１等の検出信号から機関本体１１の運転状態を把握する。そして、出力設定手段３７で設定された要求回転速度及び負荷を満たす状態又はそれに近い状態で予混合圧縮自着火燃焼運転を行うように、目標回転速度及び負荷を演算する。そして、その目標回転速度及び負荷に対応した適正な燃焼状態となるように、空燃比、内部ＥＧＲ量、吸気の加熱状態となるように、電磁制御弁２９、スロットルモータ３２、可変動弁機構２３，２４及び三方弁３４を制御する。

予混合圧縮自着火機関１０の運転は図４のフローチャートに従って行われる。先ずステップＳ１で、暖機運転が行われる。制御装置１２はメモリ３９に記憶されている暖機運転の条件を満たす空燃比になるように、電磁制御弁２９及びスロットルモータ３２に指令信号を出力する。また、暖機運転の条件を満たす内部ＥＧＲ量となるように可変動弁機構２３，２４に指令信号を出力し、暖機運転の条件を満たす吸気の加熱状態となるように三方弁３４に指令信号を出力する。

次に制御装置１２はステップＳ２で、水温センサ４０の検出信号に基づき、暖機が完了したか否かを判断する。即ち、水温センサ４０の検出温度が暖機が完了した状態の温度以上か否かを判断し、暖機が完了していればステップＳ３に進み、暖機が完了していなければステップＳ１に戻る。暖機が完了した状態の温度は、予め試験により求められてメモリ３９に記憶されている。

制御装置１２はステップＳ３で、要求回転速度及び負荷に対して冷却水温が規定値より大きいか否かを判断する。そして、冷却水温が規定値より大きければステップＳ４に進み、冷却水温が規定値以下であればステップＳ５に進む。前記規定値は、要求回転速度及び負荷に対応して予混合圧縮自着火燃焼（ＨＣＣＩ）運転を安定して行うことが、内部ＥＧＲ及び加熱手段３３による加熱条件を調整することで対処できる状態の機関本体１１の温度を予め試験で確認して設定されたものであり、メモリ３９に記憶されている。

制御装置１２はステップＳ４で、要求回転速度及び負荷に対する予混合圧縮自着火燃焼運転可能領域を図２（ａ）のマップＭから判断し、要求回転速度及び負荷に対する予混合圧縮自着火燃焼運転可能領域があればステップＳ６に進み、予混合圧縮自着火燃焼運転可能領域がなければステップＳ５に進む。制御装置１２はステップＳ５で、現在の水温において、要求回転速度及び負荷に近い予混合圧縮自着火燃焼可能な運転条件、即ち要求回転速度及び負荷に近い回転速度及び負荷に対応する内部ＥＧＲ量となるように可変動弁機構２３，２４に指令信号を出力し、また、吸気の加熱状態となるように三方弁３４に指令信号を出力する。

制御装置１２はステップＳ６で、加熱手段３３による吸気の加熱が必要か否かを判断し、必要であればステップＳ７に進み、必要でなければステップＳ８に進む。制御装置１２はステップＳ７で、要求回転速度及び負荷に対する所定の加熱状態となる量の排気ガスが加熱手段３３に供給されるように三方弁３４に指令信号を出力した後、ステップＳ９に進む。また、制御装置１２はステップＳ８では、加熱手段３３による吸気の加熱が行われないように、即ち加熱手段３３に排気ガスが供給されないように三方弁３４に指令信号を出力した後、ステップＳ９に進む。

そして、制御装置１２はステップＳ９で要求回転速度及び負荷、即ち目標回転速度及び負荷に対する排気弁２２の閉弁時期（ＥＶＣ）となるように可変動弁機構２４に指令信号を出力し、目標回転速度及び負荷に対する空燃比（Ａ／Ｆ）となるように、電磁制御弁２９及びスロットルモータ３２に指令信号を出力する。その結果、予混合圧縮自着火機関１０は要求回転速度及び負荷で安定して運転が行われる。

前記マップＭは、詳述すると、回転速度及び負荷に対応する内部ＥＧＲ量又は内部ＥＧＲ量及び加熱状態との関係を示す帯状の領域が部分的に重なるように構成されている。そして、図２（ｂ）に示すように、第１の領域Ａ１と第２の領域Ａ２との境界部分においても、同様に帯状の部分が重なるように構成されている。従って、運転条件を加熱手段３３を使用しない第１の領域Ａ１から加熱手段３３を使用する第２の領域Ａ２へと変更する際、第１の領域Ａ１の境界部と対応する状態において加熱手段３３による加熱を開始するように制御するのが、所望の温度に加熱を円滑に行うために好ましい。

この発明では予混合圧縮自着火燃焼を行う際に、内部ＥＧＲを行いその熱で混合気を加熱することにより、自着火し易くなる。そして、低負荷運転時等、内部ＥＧＲの熱による加熱だけでは不十分な場合、加熱手段３３を機能させることにより、安定した予混合圧縮自着火燃焼が行うことが可能な運転領域が低負荷側及び高回転速度側へ拡がる。即ち、内部ＥＧＲのみを行う場合は、図２に示す第１の領域Ａ１が、対応する機関回転速度及び負荷において安定した予混合圧縮自着火燃焼を行うことができる範囲となるが、加熱手段３３を併用することで第２の領域Ａ２まで安定した予混合圧縮自着火燃焼を行うことができる範囲が拡がる。

加熱手段３３で吸気を加熱しない構成でも、外気温がほぼ２５℃の場合、吸気が機関本体１１の入口に達した状態では４０℃程度になる。吸気の入口における温度が８０〜９０℃となるように加熱手段３３で加熱するのが好ましい。

図３（ａ），（ｂ）は可変動弁機構２３，２４のバルブタイミングの一例を示す図である。図３（ａ），（ｂ）に示すように、吸気弁２０は、ピストン１５が上死点（ＴＤＣ）を過ぎて下死点（ＢＤＣ）へ向かう途中で開弁され、ピストン１５が下死点（ＢＤＣ）を過ぎて上死点（ＴＤＣ）へ向かう途中で閉弁される。また、排気弁２２は、ピストン１５が下死点（ＢＤＣ）に近づいた時点で開弁され、ピストン１５が下死点（ＢＤＣ）を過ぎて上死点（ＴＤＣ）へ向かう途中で閉弁される。即ち、排気行程から吸気行程に移行する際のＴＤＣ付近におけるバルブ開放状態のオーバーラップは存在せず、負のオーバーラップとなる。

この実施形態では、図５（ａ）に示すように、排気行程途中で排気弁２２を閉じて、既燃焼ガスの一部を燃焼室１６内に閉じ込めることで内部ＥＧＲが行われる。図５（ａ）の状態からピストン１５が上昇することにより既燃焼ガスが圧縮されて加熱される。そして、ピストン１５が上死点を過ぎて下死点へ向かう途中で図５（ｂ）に示すように、吸気弁２０が開かれて、次のサイクルの新気（新たに燃焼室１６に供給される混合気）が加熱された既燃焼ガスと混合される。排気弁２２は内部ＥＧＲ率が３０〜８０％の範囲となるようにその閉弁時期（ＥＶＣ）が調整され、それに対応する閉弁時期は、例えば、上死点前におけるクランク角が６８〜９２度となる。

この実施形態では以下の効果を有する。
（１）予混合圧縮自着火機関１０は、予混合圧縮自着火燃焼が可能な内部ＥＧＲの量と、加熱手段３３による吸気の加熱状態との関係を示す予混合圧縮自着火燃焼運転用のマップＭが記憶されたメモリ３９を備えている。そして、制御装置１２は、マップＭに基づいて要求負荷及び回転速度に対応する内部ＥＧＲの量と、吸気の加熱状態とになるように可変動弁機構２３，２４及び加熱手段３３を制御する。従って、簡単な構成で予混合圧縮自着火燃焼による運転範囲を広くすることができる。また、基本的に内部ＥＧＲの熱を利用して混合気を加熱するため、加熱手段３３で必要とされる熱量が少なくてよく、予混合圧縮自着火燃焼の廃熱利用でも十分な制御性（広い範囲の要求回転速度及び負荷への対応）を確保できる。

（２）排気弁２２は、内部ＥＧＲ率が３０〜８０％の範囲となるようにその開閉時期が制御される。従って、内部ＥＧＲによる混合気の加熱が有効に行われ、予混合圧縮自着火燃焼が安定して行われる。

（３）加熱手段３３は、排気ガスと吸気との間で熱交換を行う熱交換器である。従って、予混合圧縮自着火機関１０の運転により発生する熱が有効に利用され、アイドル状態でも外部から熱エネルギーを供給せずに効率の良い予混合圧縮自着火燃焼が可能となり、他の加熱手段を設ける場合に比較して、エネルギー消費が少なくなる。また、高負荷に対応する運転のために内部ＥＧＲ量を減らした場合にも、不足分の熱エネルギーが廃熱により供給され、リーンで安定した高効率な予混合圧縮自着火燃焼が可能となり、外部からの熱エネルギーを供給せずに運転範囲を拡大できる。

（４）内部ＥＧＲは、排気行程途中で排気弁２２を閉じて、既燃焼ガスの一部を燃焼室１６内に閉じ込めることで行われる。従って、吸気行程の途中で排気弁２２を一時的に開閉して排気ポート２１内の排気ガスを排気弁から燃焼室１６内に引き戻して新気と混合する場合に比較して、排気弁２２の開閉時期の制御が簡単になる。

（５）予混合圧縮自着火燃焼運転用のマップＭに基づいて、要求負荷及び回転速度が予混合圧縮自着火燃焼可能な領域にあるか否かを判断する。そして、要求負荷及び回転速度が予混合圧縮自着火燃焼可能な領域にある場合に、前記マップＭに基づいて要求負荷及び回転速度に対応する内部ＥＧＲの量と、吸気又は混合気の加熱状態とになるように可変動弁機構及び加熱手段を制御する。従って、予混合圧縮自着火運転を安定した状態で行うことができる。

（６）可変動弁機構２３，２４は電磁駆動装置又は油圧アクチュエータで構成されている。従って、排気弁２２の閉弁時期を自由に変更することができるため、内部ＥＧＲ率の制御が容易になる。また、吸気弁２０の開弁時期を調整することで混合気を燃焼室１６内に供給する際に混合気と内部ＥＧＲガスとの混合状態を調整することが容易になる。

（７）要求負荷及び回転速度が予混合圧縮自着火燃焼可能な領域にない場合、予混合圧縮自着火燃焼可能な領域において、要求負荷及び回転速度に近い負荷及び回転速度に対応する内部ＥＧＲの量と、吸気の加熱状態となる条件で予混合圧縮自着火機関１０の運転が行われる。従って、要求負荷及び回転速度が予混合圧縮自着火燃焼可能な範囲にない場合も、要求負荷及び回転速度に近い運転状態を確保することができる。

（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態を図６及び図７に従って説明する。この実施形態の予混合圧縮自着火機関１０は予混合圧縮自着火燃焼と火花点火燃焼（ＳＩ燃焼）の両方の燃焼が可能に構成されている点が前記第１の実施形態と大きく異なり、点火装置を備えている点が前記実施形態と異なっており、他の基本的な構成は同じである。前記実施形態と同一部分に関しては同一符号を付して詳しい説明を省略し、異なる部分について説明する。図６は予混合圧縮自着火機関１０の概略構成図、図７は予混合圧縮自着火機関１０の運転制御を説明するフローチャートである。

図６に示すように、シリンダヘッド１４には、点火装置としての点火プラグ４２がその点火部を燃焼室１６に露出させた状態で設けられている。メモリ３９には予混合圧縮自着火燃焼運転用のマップＭの他に、火花点火燃焼運転用のマップ（図示せず）も記憶されている。制御装置１２は、予混合圧縮自着火機関１０の運転に際して、予混合圧縮自着火燃焼運転を優先的に行うように運転を行うが、要求負荷及び機関回転速度がマップＭにおいて予混合圧縮自着火燃焼が可能な範囲にない場合は、火花点火燃焼運転を行う。制御装置１２は、図７に示すフローチャートに従って予混合圧縮自着火機関１０の運転を制御する。

図７のフローチャートは、第１の実施形態のフローチャートにおいて、ステップＳ５に代えてステップＳ１０が行われる点が異なり、その他の構成は同じである。なお、ステップＳ１では暖機運転を行う点は第１の実施形態と同じであるが、運転は火花点火燃焼運転で行われる。即ち、制御装置１２は、予混合圧縮自着火機関１０の暖機完了までは、火花点火燃焼運転を行う。そして、その後、要求負荷及び回転速度が予混合圧縮自着火燃焼可能な領域にある場合に予混合圧縮自着火燃焼運転を行い、要求負荷及び回転速度が予混合圧縮自着火燃焼可能な領域にない場合にはステップＳ１０を実行する。制御装置１２はステップＳ１０で、火花点火燃焼運転用のマップに基づいて目標回転速度及び負荷に対応する空燃比及び火花点火時期となるように、電磁制御弁２９及びスロットルモータ３２を制御する。

この実施形態においては、前記第１の実施形態の（１）〜（６）と同様な効果が得られる他に、次の効果が得られる。
（８）燃焼室１６には点火プラグ４２が装備され、火花点火燃焼運転も可能に構成されている。従って、前記第１の実施形態に比較してより高回転速度及び高負荷の要求に対応することができる。

（９）メモリ３９には予混合圧縮自着火燃焼運転用のマップＭの他に、火花点火燃焼運転用のマップを備えている。従って、予混合圧縮自着火燃焼運転では要求負荷及び回転速度に対応できない場合、要求負荷及び回転速度に対応する火花点火燃焼運転に容易に切り替えることができる。

（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態を説明する。この実施形態の予混合圧縮自着火機関１０は、内部ＥＧＲのみでは予混合圧縮自着火燃焼が不能な高負荷側においても予混合圧縮自着火燃焼が可能に構成されている点が前記第１及び第２の実施形態と大きく異なっている。予混合圧縮自着火機関１０のハード部分の構成、即ち装置部分の構成は前記第２の実施形態と同じで図６に示されたものと同じであり、メモリ３９に記憶されているプログラムの一部が前記第２の実施形態と異なっている。前記第１及び第２の実施形態と同一部分に関しては同一符号を付して詳しい説明を省略し、異なる部分について説明する。図８（ａ）は予混合圧縮自着火燃焼可能な範囲を機関の回転速度及び負荷との関係で示すマップ、図８（ｂ），（ｃ），（ｄ）は図８（ａ）の二点鎖線で囲んだ部分の詳細図である。

メモリ３９には、予混合圧縮自着火燃焼が可能な内部ＥＧＲの量と、加熱手段３３による吸気の加熱状態との関係を示す予混合圧縮自着火燃焼運転用のマップとして、図８（ａ）に示すマップＭ２が記憶されている。予混合圧縮自着火燃焼運転用のマップＭ２は、予混合圧縮自着火燃焼可能な範囲が、負荷と回転速度との関係として表されている。

図８（ａ）に示すように、予混合圧縮自着火燃焼可能な範囲は、内部ＥＧＲによる混合気の加熱のみで燃焼が安定して行われる第１の領域Ａ１と、内部ＥＧＲによる混合気の加熱と加熱手段３３による吸気の加熱の両方を必要とする第２の領域Ａ２及び第３の領域Ａ３とからなる。即ち、マップＭ２は、図２（ａ）のマップＭに第３の領域Ａ３を追加した構成となっている。

第２の領域Ａ２は、内部ＥＧＲによる混合気の加熱のみでは燃焼が安定しない低負荷側と、内部ＥＧＲによる混合気の加熱のみでは燃焼が安定しない高回転速度側をカバーする。第３の領域Ａ３は、内部ＥＧＲによる混合気の加熱のみでは燃焼が安定しない高負荷側と、内部ＥＧＲによる混合気の加熱のみでは燃焼が安定しない高負荷、高回転速度側をカバーする。マップＭ２は、第１の領域Ａ１と第３の領域Ａ３との境界部分（図８（ｃ））や第２の領域Ａ２と第３の領域Ａ３との境界部分（図８（ｄ））においても、第１の領域Ａ１と第２の領域Ａ２との境界部分と同様に、回転速度及び負荷に対応する内部ＥＧＲ量又は内部ＥＧＲ量及び加熱状態の関係を示す帯状の領域が部分的に重なるように構成されている。

第２の領域Ａ２及び第３の領域Ａ３とも内部ＥＧＲによる混合気の加熱と、加熱手段３３による吸気の加熱の両方を必要とする点は同じである。しかし、第２の領域Ａ２においては主として内部ＥＧＲにより加熱が行われ、第３の領域Ａ３においては主として加熱手段３３により加熱が行われる点が異なっている。なぜならば、低負荷側では要求負荷に対応する燃料供給量が少ないため、吸気を少なくして内部ＥＧＲガスの量を多くしても差し支えない。しかし、高負荷側では要求負荷に対応する燃料供給量が多くなるため、内部ＥＧＲ率を高めて内部ＥＧＲガスの量を多くすると、吸気量即ち酸素の供給量が不足して燃焼が不安定になったり失火が発生するからである。この実施形態では第１の領域Ａ１と第２の領域Ａ２との境における内部ＥＧＲ率は８０％で、第１の領域Ａ１と第３の領域Ａ３との境における内部ＥＧＲ率は３０％である。

第３の領域Ａ３では内部ＥＧＲ率は３０％以下に設定され、排気弁２２は内部ＥＧＲ率が３０％以下の範囲となるようにその閉弁時期（ＥＶＣ）が調整され、それに対応する閉弁時期は、例えば、上死点前におけるクランク角が６８度以下となる。第３の領域Ａ３においては、運転条件によっては内部ＥＧＲ量がほぼ零に近く、加熱の大部分が加熱手段３３による場合に吸気の温度が１２０℃となる。従って、第３の領域Ａ３では加熱後の吸気の温度は８０〜１２０℃となる。

制御装置１２は、予混合圧縮自着火機関１０の運転に際して、予混合圧縮自着火燃焼運転を優先的に行うように運転を行うが、要求負荷及び機関回転速度がマップＭ２において予混合圧縮自着火燃焼が可能な範囲にない場合は、火花点火燃焼運転を行う。制御装置１２は、図７に示すフローチャートに従って予混合圧縮自着火機関１０の運転を制御する。フローチャート自体は図７に示すものと同じであるが、ステップＳ６及びステップＳ７の内容が少し異なっている。

制御装置１２は、ステップＳ６で、加熱手段３３による吸気の加熱が必要か否かを判断するが、この判断は要求回転速度及び負荷がマップＭ２のどの領域にあるかに基づいて行い、このとき要求回転速度及び負荷が第２の領域Ａ２又は第３の領域Ａ３にあるときステップＳ７に進む。そして、ステップＳ７で、制御装置１２は、第２の領域Ａ２又は第３の領域Ａ３における位置に対する加熱状態となる量の排気ガスを加熱手段３３に供給する三方弁３４の開度をマップに基づいて演算し、三方弁３４に指令信号を出力する。即ち、要求負荷が内部ＥＧＲのみでは安定な予混合圧縮自着火燃焼が不能な高負荷の場合は、マップＭ２の第３の領域Ａ３により内部ＥＧＲ量及び三方弁３４の開度を調整し、要求負荷が内部ＥＧＲのみでは安定な予混合圧縮自着火燃焼が不能な低負荷の場合は、マップＭ２の第２の領域Ａ２により内部ＥＧＲ量及び三方弁３４の開度を調整する。

なお、運転条件を加熱手段３３を使用しない第１の領域Ａ１から加熱手段３３を使用する第３の領域Ａ３へと変更する際、第１の領域Ａ１の境界部と対応する状態において加熱手段３３による加熱を開始するように制御するのが、所望の温度に加熱を円滑に行うために好ましい。また、第２の領域Ａ２から第３の領域Ａ３へと変更する際は、第２の領域Ａ２の境界部と対応する状態において加熱手段３３による加熱量を多くするように変更し、第３の領域Ａ３から第２の領域Ａ２へと変更する際は、第３の領域Ａ３の境界部と対応する状態において加熱手段３３による加熱量を少なくするように変更するのが好ましい。

この実施形態においては、第１の実施形態の（１）〜（６）、第２の実施形態の（８），（９）と同様な効果が得られる他に、次の効果が得られる。
（１０）内部ＥＧＲ率を３０％以下にして、内部ＥＧＲガス量を少なくすることにより吸気の供給量を高負荷に対応した必要量に増やすことができ、内部ＥＧＲガス量の減少に伴う熱量の不足を加熱手段３３による加熱量を多くして吸気の温度を高めることにより補う。従って、前記第１及び第２の実施形態の予混合圧縮自着火燃焼では対応できなかった高負荷側における予混合圧縮自着火燃焼が可能な範囲を拡大することができる。

（１１）高負荷で運転する場合、排気ガスの温度が低負荷で運転する場合に比較して高く、その廃熱を加熱手段３３で利用するため、内部ＥＧＲを減らすことにより不足する熱エネルギーを補充でき、リーンで安定した高効率の予混合圧縮自着火燃焼が可能となる。

実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば次のように構成してもよい。
○ 予混合圧縮自着火機関１０の使用環境によっては、安定した予混合圧縮自着火燃焼が可能な範囲を低負荷側ではなく、高負荷側へのみ拡大することが必要な場合もある。そのような場合は、第３の実施形態の構成において、予混合圧縮自着火燃焼が可能な内部ＥＧＲの量と、加熱手段３３による吸気の加熱状態との関係を示す予混合圧縮自着火燃焼運転用のマップとして、図８（ａ）のマップＭ２に代えて、図９に示すマップＭ３を使用することにより対応できる。マップＭ３は、予混合圧縮自着火燃焼可能な範囲は、内部ＥＧＲによる混合気の加熱のみで燃焼が安定して行われる第１の領域Ａ１と、内部ＥＧＲによる混合気の加熱と加熱手段３３による吸気の加熱の両方を必要とする第３の領域Ａ３とからなる。

○ 第３の実施形態及び前記実施形態のように、内部ＥＧＲのみでは予混合圧縮自着火燃焼が不可能な高負荷側においても予混合圧縮自着火燃焼を可能とする構成を、点火装置（点火プラグ４２）を備えず予混合圧縮自着火燃焼のみを行う構成の予混合圧縮自着火機関１０に適用してもよい。

○ マップＭ２及びマップＭ３の第３の領域Ａ３においては、内部ＥＧＲ率を０％、即ち内部ＥＧＲを行わずに、加熱手段３３による吸気の加熱のみでも運転条件によっては、混合気の温度を安定な予混合圧縮自着火燃焼可能な温度にすることができる。

○ 内部ＥＧＲは、吸気行程の途中において排気弁２２を開いて排気ガスの一部を排気ポート２１から燃焼室１６内に引き戻して新気と混合する方式としてもよい。また、開閉弁を備えるとともに燃焼室と排気ポートとに連通する排気導入用通路を設けてその開閉弁を制御して吸気行程の途中において、排気ガスの一部を排気ポート２１から燃焼室１６内に引き戻して新気と混合する方式としてもよい。

○ 加熱手段３３は排気ガスを熱源として熱交換を行う熱交換器に限らず、機関本体１１の冷却水を熱源として熱交換を行う熱交換器としてもよい。しかし、排気ガスの方が冷却水に比較して温度が高いため、排気ガスを熱源とした熱交換器の方が加熱効率が高い。また、排気ガスを熱源として熱交換を行う熱交換器と、機関本体１１の冷却水を熱源として熱交換を行う熱交換器との両方を設けてもよい。

○ 加熱手段３３は吸気を加熱する代わりに吸気と燃料とが混合された混合気を加熱する構成としてもよい。また、吸気及び混合気の両方を加熱する構成としてもよい。
○ 加熱手段３３として、排気ガス又は機関本体１１の冷却水を熱源として熱交換を行う熱交換器に代えて又は該熱交換器に加えて、吸気又は混合気を加熱する電気ヒータを備え、少なくとも暖機運転時には前記電気ヒータにより吸気又は混合気を加熱する構成とする。暖機運転時は排気ガスの温度や冷却水の温度が低いため、それらを熱源とした熱交換器では吸気又は混合気を十分加熱するのが困難であるが、電気ヒータであれば短時間で必要温度に加熱することができ、暖機運転を安定して行うことができる。また、暖機後の運転時においても、短時間で吸気又は混合気を加熱したい場合に有効である。

○ 予混合圧縮自着火燃焼が可能な内部ＥＧＲの量と、加熱手段３３による吸気の加熱状態とが負荷及び回転速度に対応して示される予混合圧縮自着火燃焼運転用のマップＭにおいて、負荷を直接表す代わりに、負荷に相当する他の値、例えば、図示平均有効圧力（ＩＭＥＰ）を採用したり、要求負荷を設定する設定手段の操作量を採用してもよい。

○ マップＭ２及びマップＭ３においても負荷を直接表す代わりに、負荷に相当する他の値、例えば、図示平均有効圧力（ＩＭＥＰ）を採用したり、要求負荷を設定する設定手段の操作量を採用してもよい。

○ 予混合圧縮自着火機関１０の燃料は天然ガスに限らず、ガソリン、プロパンガス、メタノール、ジメチルエーテル、水素の他、ディーゼルエンジンで使用される燃料等任意の燃料を使用してもよい。

○ 第２の実施形態のように点火プラグ４２を備えた構成とし、暖機運転のときのみ火花点火燃焼で運転を行い、暖機完了後は予混合圧縮自着火燃焼で運転を行う構成としてもよい。

○ 暖機運転時のみ、燃料を圧縮自着火し易い燃料とし、暖機完了後に通常運転時の燃料に切り替える構成としてもよい。
○ 予混合圧縮自着火機関１０は４サイクル機関に限らず２サイクル機関であってもよい。

○ 混合気とは燃料が気体である必要はなく、霧状の液体であってもよい。
○ 吸気通路２５内に燃料を噴射して燃料と吸気とを混合した混合気を燃焼室１６へ吸入する構成に限らず、燃料を吸気行程中に燃焼室１６に噴射する構成としてもよい。また、燃料はキャブレターやミキサー等で混合してもよい。

○ 予混合圧縮自着火機関１０はシリンダ（気筒）を複数備えた構成に限らず、単気筒であってもよい。
○ 可変動弁機構２３，２４としては、カムシャフトを使用してカムにより又はロッカアームを介して吸気弁あるいは排気弁を開閉作動させる公知のバルブタイミング可変機構を使用してもよい。

○ 分岐路２６ａ側へ流れる排気ガスの量を調整する構成として、分岐部に三方弁３４を設ける構成に代えて、各分岐路２６ａ，２６ｂにそれぞれ流量調整弁を設けて、制御装置１２が該流量調整弁を制御する構成としてもよい。

○ 予混合圧縮自着火機関１０は定置式のものに限らず、自動車のエンジンに適用してもよい。その場合は、予混合圧縮自着火燃焼運転と火花点火燃焼運転とに切替え可能な構成とする必要がある。

○ 吸気は空気に限らず、燃料を燃焼させるのに必要な酸素を含む酸素含有ガスであればよい。例えば、空気に酸素を混合して酸素濃度を高めたガスを使用してもよい。
以下の技術的思想（発明）は前記実施形態から把握できる。

（１）請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載の発明において、前記加熱手段は、排気ガス又は機関冷却水と吸気又は混合気との間で熱交換を行う熱交換器に加えて、吸気又は混合気を加熱する電気ヒータを備え、少なくとも暖機運転時には前記電気ヒータにより吸気又は混合気を加熱する。

第１の実施形態の予混合圧縮自着火機関の概略構成図。 （ａ）はＨＣＣＩ可能な範囲を機関の回転速度及び負荷との関係で示すマップ、（ｂ）は部分詳細図。 （ａ），（ｂ）は吸気弁及び排気弁の開閉時期を示す図。 予混合圧縮自着火機関の運転制御を説明するフローチャート。 （ａ），（ｂ）は内部ＥＧＲの過程を示す模式図。 第２の実施形態の予混合圧縮自着火機関の概略構成図。 予混合圧縮自着火機関の運転制御を説明するフローチャート。 （ａ）は第３の実施形態のＨＣＣＩ可能な範囲を機関の回転速度及び負荷との関係で示すマップ、（ｂ），（ｃ），（ｄ）は部分詳細図。 別の実施形態のＨＣＣＩ可能な範囲を機関の回転速度及び負荷との関係で示すマップ。

符号の説明

Ｍ，Ｍ２，Ｍ３…マップ、１０…予混合圧縮自着火機関、１２…制御手段を構成する制御装置、１５…ピストン、１６…燃焼室、１８…出力軸としてのクランクシャフト、２０…吸気弁、２２…排気弁、２３，２４…可変動弁機構、３３…加熱手段、３９…記憶装置としてのメモリ、４２…点火装置としての点火プラグ。

Claims (9)

1. 燃料と酸素含有ガスとの混合気を燃焼室においてピストンで圧縮して自着火燃焼させ、前記ピストンの往復運動を出力軸の回転運動とする予混合圧縮自着火機関であって、
   内部ＥＧＲを行うように吸気弁と排気弁とを開閉させる可変動弁機構と、
   燃焼室に供給される前の吸気又は混合気を加熱する加熱手段と、
   負荷及び前記出力軸の回転速度に対応して、予混合圧縮自着火燃焼が可能な前記内部ＥＧＲの量と、前記加熱手段による吸気又は混合気の加熱状態との関係を示す予混合圧縮自着火燃焼運転用のマップが記憶された記憶装置と、
   前記マップに基づいて要求負荷及び回転速度に対応する内部ＥＧＲの量と、吸気又は混合気の加熱状態になるように前記可変動弁機構及び加熱手段を制御する制御手段と
   を備えた予混合圧縮自着火機関。
2. 前記排気弁は、内部ＥＧＲ率が３０〜８０％の範囲となるようにその開閉時期が制御される請求項１に記載の予混合圧縮自着火機関。
3. 前記加熱手段は、内部ＥＧＲによる加熱のみでは安定した予混合圧縮自着火燃焼が不能な低負荷状態において作動される請求項１又は請求項２に記載の予混合圧縮自着火機関。
4. 前記加熱手段は、内部ＥＧＲによる加熱のみでは安定した予混合圧縮自着火燃焼が不能な高負荷状態において作動される請求項１に記載の予混合圧縮自着火機関。
5. 前記加熱手段は、内部ＥＧＲ率が３０％未満の範囲となるように前記排気弁の開閉時期が制御されるときに作動される請求項４に記載の予混合圧縮自着火機関。
6. 前記加熱手段は、排気ガス又は機関冷却水と、吸気又は混合気との間で熱交換を行う熱交換器である請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の予混合圧縮自着火機関。
7. 前記燃焼室には点火装置が装備され、前記記憶装置には予混合圧縮自着火燃焼運転用のマップの他に、火花点火燃焼運転用のマップを備え、予混合圧縮自着火燃焼運転では要求負荷及び回転速度に対応できない場合は、火花点火燃焼運転が行われる請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載の予混合圧縮自着火機関。
8. 請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載の予混合圧縮自着火機関の運転方法であって、予混合圧縮自着火燃焼運転用のマップに基づいて、要求負荷及び回転速度が予混合圧縮自着火燃焼可能な領域にあるか否かを判断し、要求負荷及び回転速度が予混合圧縮自着火燃焼可能な領域にある場合に、前記マップに基づいて要求負荷及び回転速度に対応する内部ＥＧＲの量と、吸気又は混合気の加熱状態とになるように可変動弁機構及び加熱手段を制御する予混合圧縮自着火機関の運転方法。
9. 請求項７に記載の予混合圧縮自着火機関の運転方法であって、機関の暖機完了までは、火花点火燃焼運転を行い、その後、要求負荷及び回転速度が予混合圧縮自着火燃焼可能な領域にある場合に予混合圧縮自着火燃焼運転を行う予混合圧縮自着火機関の運転方法。

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