JP4281610B2 - 予混合圧縮自着火機関の運転方法及び予混合圧縮自着火機関 - Google Patents

Description

本発明は、予混合圧縮自着火機関の運転方法及び予混合圧縮自着火機関に係り、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の運転方法及び予混合圧縮自着火機関に関する。

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、圧縮自着火燃焼が可能な条件において、燃焼制御のパラメータである筒内圧力、筒内温度を最適に制御する内燃機関の燃焼制御装置が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。この燃焼制御装置では、安定した圧縮自着火燃焼を実現するため、要求トルクを発生する圧縮自着火燃焼可能な目標筒内圧力及び目標筒内温度を算出する手段と、算出された前記目標筒内圧力及び目標筒内温度を得るように燃焼パラメータを制御する手段とを備えている。燃焼パラメータ制御手段は、目標筒内圧力及び目標筒内温度を得るように筒内圧力及び筒内温度の少なくとも一方を変更する手段と、目標筒内圧力及び目標筒内温度に対する目標空燃比を算出して該目標空燃比に空燃比を制御する手段とを備えている。
特開２０００−６４８６３号公報（明細書の段落［００１０］，［００１９］，［００２２］、図６） 特開２０００−１９２８４６号公報（明細書の段落［００１３］〜［００１５］、図１，６）

要求負荷及び機関回転速度に対応する吸入空気量及び燃料噴射量で予混合圧縮自着火燃焼運転を行っている状態で、過渡状態や装置の劣化等の原因により空燃比が目標値からずれる場合がある。この空燃比のずれを放置すると、空燃比の値がノッキングや失火が発生する領域に入ってしまう場合がある。空燃比のずれは燃料噴射量やスロットルバルブの開度調整により修正することになる。しかし、通常オーバーシュート等を防止するために、燃料噴射量の変更は小刻みに複数回に分けて行われることも多く、この場合、空燃比を目標値に収束させるには時間がかかる。さらに、例えば、気体燃料をミキサーで吸気通路に供給するガスエンジン等、精度の良い燃料供給量の制御が難しい形式の内燃機関では、空燃比が目標値に収束するのに更に時間がかかるケースがある。予混合圧縮自着火機関のように安定した運転領域が狭い内燃機関では、前述のように時間がかかると、やはり、空燃比がノッキングや失火したりする領域にかかる原因となる。

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おり、低負荷域の低負荷方向側では排気弁の閉弁時期の進角度合いを増大して内部ＥＧＲ量を増大し、低負荷域の高負荷方向側では排気弁の閉弁時期の進角度合いを小さくして内部ＥＧＲ量を減少させることは開示されている。しかし、空燃比が目標値よりずれる場合に対しては配慮がなされていない。

また、特許文献２には、圧縮自着火燃焼は空燃比の影響を強く受け、ノッキング限界の空燃比に影響を与える因子として、筒内圧力に加えて筒内温度があることが開示されている。そして、目標筒内圧力及び目標筒内温度に対する目標空燃比を算出して空燃比を目標空燃比に制御するようにしている。しかし、やはり、空燃比が目標値からずれた場合については記載はない。

通常、内燃機関の排気通路には、燃焼状態を監視し、フィードバック制御を行う空燃比センサーが配置されていることも多い。空燃比センサーを備える内燃機関では、ずれた空燃比を再度目標値に収束させること自体は可能である。しかし、空燃比センサーが配置されていることのみでは、空燃比が目的値に収束するまで時間が長くなる問題を回避することはできない。

ノッキングセンサを設けて、ノッキングが検出された場合にそれを解消するように空燃比を変更してノッキング状態で運転が継続されるのを避ける構成も考えられる。しかし、ノッキングセンサは比較的高価であるだけでなく、予混合圧縮自着火燃焼の場合は、ノッキングセンサの検出の信頼度が低い。

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、要求負荷及び機関回転速度に対応する目標空燃比で予混合圧縮自着火燃焼運転を行う際に、過渡状態や装置の劣化等により空燃比が目標値からずれても、ノッキングや失火が生じるのを抑制することができる予混合圧縮自着火機関の運転方法を提供することにある。また、第２の目的は前記運転方法を実施することができる予混合圧縮自着火機関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内にてピストンで圧縮して自着火燃焼させる予混合圧縮自着火機関の運転方法であって、前記予混合圧縮自着火機関は、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、空燃比を把握する空燃比把握手段と、内部ＥＧＲ量を把握する内部ＥＧＲ量把握手段と、安定な予混合圧縮自着火燃焼が可能な空燃比と内部ＥＧＲ量との関係を示すマップ又は関係式が記憶された記憶装置と、前記空燃比把握手段及び内部ＥＧＲ量把握手段により把握した空燃比の値及び内部ＥＧＲ量と、前記マップ又は関係式とに基づいて、前記空燃比の目標運転条件に対応する値からのずれ量が、内部ＥＧＲ量より定まる安定な予混合圧縮自着火燃焼が可能な領域の上限を超えるように変化し、失火の発生する可能性のある変動であるか、あるいは、内部ＥＧＲ量より定まる安定な予混合圧縮自着火燃焼が可能な領域の下限を超えるように変化し、ノッキングの発生する可能性のある変動であるかを判断する判断手段と、前記判断手段の判断結果に基づき、前記空燃比のずれ量が前記領域の上限を超えるように変化している場合は内部ＥＧＲ量を少なくするように前記可変動弁機構を制御し、前記空燃比のずれ量が前記領域の下限を超えるように変化している場合は内部ＥＧＲ量を多くするように前記可変動弁機構を制御する制御手段と
を備えており、前記空燃比把握手段及び内部ＥＧＲ量把握手段により空燃比の値及び内部ＥＧＲ量を把握し、前記判断手段によりその把握した空燃比の値及び内部ＥＧＲ量と前記マップ又は関係式に基づいて、前記空燃比の目標運転条件に対応する値からのずれ量が、前記失火の発生する可能性のある変動であるか、あるいは、前記ノッキングの発生する可能性のある変動であるかを判断し、前記制御手段により、前記失火の発生する可能性のある変動である場合は内部ＥＧＲ量を少なくするように前記可変動弁機構を制御するとともに、前記ノッキングの発生する可能性のある変動である場合は内部ＥＧＲ量を多くするように前記可変動弁機構を制御する。

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で新たに燃焼室に供給される新気と混合することに限らない。例えば、排気行程において吸気弁を一時開いて既燃焼ガスの一部を吸気ポートに吐き出し、再度吸い込ませること、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も含む。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。「空燃比」とは、含有酸素ガスが空気の場合は空気と燃料との比を意味するが、含有酸素ガスが空気以外の場合（例えば、空気に酸素を混合して酸素の割合を高めたガスの場合）は、含有酸素ガスと燃料との比を意味する。

この発明では、予混合圧縮自着火機関の運転中、空燃比把握手段により空燃比が把握され、内部ＥＧＲ量把握手段により内部ＥＧＲ量が把握される。判断手段は、その空燃比及び内部ＥＧＲ量と、前記マップ又は関係式とに基づいて、前記空燃比の目標運転条件に対応する値からのずれ量が、失火の発生する可能性のある変動であるか、あるいは、ノッキングの発生する可能性のある変動であるかを判断する。そして、制御手段は、前記空燃比のずれ量が前記領域の上限あるいは下限を超えないように可変動弁機構を制御する。従って、ノッキングや失火の発生が抑制される。

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、前記予混合圧縮自着火機関は火花点火燃焼運転も可能に構成され、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。

第２の目的を達成するため、請求項３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内にてピストンで圧縮して自着火燃焼させ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、空燃比を把握する空燃比把握手段と、内部ＥＧＲ量を把握する内部ＥＧＲ量把握手段と、安定な予混合圧縮自着火燃焼が可能な空燃比と内部ＥＧＲ量との関係を示すマップ又は関係式が記憶された記憶装置と、前記空燃比把握手段及び内部ＥＧＲ量把握手段により把握した空燃比の値及び内部ＥＧＲ量と、前記マップ又は関係式とに基づいて、前記空燃比の目標運転条件に対応する値からのずれ量が、内部ＥＧＲ量より定まる安定な予混合圧縮自着火燃焼が可能な領域の上限を超えるように変化し、失火の発生する可能性のある変動であるか、あるいは、内部ＥＧＲ量より定まる安定な予混合圧縮自着火燃焼が可能な領域の下限を超えるように変化し、ノッキングの発生する可能性のある変動であるかを判断する判断手段と、前記判断手段の判断結果に基づき、前記空燃比のずれ量が前記領域の上限を超えるように変化している場合は内部ＥＧＲ量を少なくするように前記可変動弁機構を制御し、前記空燃比のずれ量が前記領域の下限を超えるように変化している場合は内部ＥＧＲ量を多くするように前記可変動弁機構を制御する制御手段とを備えている。

従って、この発明では、予混合圧縮自着火機関の運転中、空燃比把握手段により空燃比が把握され、内部ＥＧＲ量把握手段により内部ＥＧＲ量が把握される。判断手段は、その空燃比及び内部ＥＧＲ量と、前記マップ又は関係式とに基づいて、前記空燃比の目標運転条件に対応する値からのずれ量が、失火の発生する可能性のある変動であるか、あるいは、ノッキングの発生する可能性のある変動であるかを判断する。そして、制御手段は、前記空燃比のずれ量が前記領域の上限あるいは下限を超えないように可変動弁機構を制御する。従って、ノッキングや失火の発生が抑制される。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、前記制御手段は排気弁の閉弁時期を変更することで内部ＥＧＲ量を調整するように前記可変動弁機構を制御する。従って、この発明では、排気行程において排気ガス（既燃焼ガス）の一部を吸気ポートへ逆流させる方法や、吸気行程において排気ポートの排気ガスを燃焼室へ逆流させる方法による内部ＥＧＲに比較して、内部ＥＧＲ量の調整が容易になる。

請求項５に記載の発明は、請求項３又は請求項４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。従って、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要求負荷及び回転速度で機関を運転することができる。

本発明によれば、要求負荷及び機関回転速度に対応する目標空燃比で予混合圧縮自着火燃焼運転を行う際に、過渡状態や装置の劣化等により空燃比が目標値からずれても、ノッキングや失火が生じるのを抑制することができる。

以下、本発明を定置式の予混合圧縮自着火機関に具体化した一実施形態を図１〜図７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る。
図１に示すように、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によって気筒に燃焼室１６が形成されている。ピストン１５は燃焼室１６での吸気・圧縮後の爆発燃焼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。また、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。

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の途中にはミキサー２７が設けられ、ミキサー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。ミキサー２７は、電動モータ３１によって作動されるバルブ３２を備えており、バルブ３２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。管路２８の途中には燃料供給量を制御するレギュレータ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。吸気通路２５のミキサー２７より上流にはエアクリーナ３０が設けられている。吸気通路２５にはミキサー２７より上流側でエアクリーナ３０より下流に、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。

排気通路２６には空燃比センサー（Ａ／Ｆセンサー）３３が設けられている。空燃比センサー３３としては、例えば、排気ガス中の酸素濃度と未燃ガス濃度とから空燃比を検出するものが使用される。

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、レギュレータ２９、電動モータ３１及び点火プラグ４２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。空燃比センサー３３、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、レギュレータ２９、電動モータ３１及び点火プラグ４２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、レギュレータ２９、電動モータ３１及び点火プラグ４２を制御する。制御装置１２は、エアフローメータ３６の検出信号及び空燃比センサー３３の検出信号に基づいて空燃比を演算する。即ち、エアフローメータ３６、空燃比センサー３３及び制御装置１２は空燃比を把握する空燃比把握手段を構成する。

メモリ３９には、空燃比センサー３３、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、例えばミキサー２７への燃料供給量、バルブ３２の開度、点火時期等を決めるマップ、式等が含まれる。

メモリ３９には、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。前記マップには図２に示すように、予混合圧縮自着火燃焼（ＨＣＣＩ）可能な範囲が、負荷とクランクシャフト１８の回転速度との関係として、即ち負荷と機関の回転速度との関係として表されているマップＭ１がある。また、安定な予混合圧縮自着火燃焼が可能な空燃比と内部ＥＧＲ量との関係を示すマップとして、図３に示すように、ＨＣＣＩ可能な範囲を排気弁の弁閉時期（ＥＶＣ）と空燃比（Ａ／Ｆ）との関係で示すマップＭ２がある。また、図４に示すＨＣＣＩ可能な範囲での機関の回転速度及び負荷に対するＥＶＣのマップＭ３や、図５に示すＨＣＣＩ可能な範囲での機関の回転速度及び負荷に対する空燃比のマップＭ４がある。また、メモリ３９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（図示せず）も記憶されている。これらのマップは、予め試験によって求められる。

マップＭ２は、目標機関回転速度毎に設けられ、予混合圧縮自着火燃焼が可能な排気弁２２の弁閉時期（ＥＶＣ）と、空燃比との関係を示す領域Ａ１の境界が安全度を見込んで設定されている。図３のマップＭ２において、領域Ａ１の上側の境界線Ｌ１が、安定な予混合圧縮自着火燃焼が可能な領域を定める内部ＥＧＲ量の上限となり、領域Ａ１の下側の境界線Ｌ２が、安定な予混合圧縮自着火燃焼が可能な領域を定める内部ＥＧＲ量の下限となる。

制御装置１２は、前記マップＭ１に基づいて要求負荷及び回転速度に対応して予混合圧縮自着火燃焼運転が可能か否かを判断し、予混合圧縮自着火燃焼運転が可能な場合は予混合圧縮自着火燃焼運転で、不能な場合は火花点火燃焼運転で、要求負荷及び回転速度に対応するように制御を行う。制御装置１２は、マップＭ２に基づいて、現時点の空燃比の目標運転条件に対応する値からのずれ量が、ノッキングあるいは失火の発生を抑制するために内部ＥＧＲ量の調整が必要な大きさ否かを判断する。この実施形態では、制御装置１２は、空燃比がノッキングの発生する可能性がある変動をしているか否かと、空燃比が失火の発生する可能性がある変動をしているか否かとの判断を行う。「空燃比が失火の発生する可能性がある変動をしている」とは、現在の運転条件を継続すると、空燃比の値が図３に示すマップＭ２における領域Ａ１の上側の境界線Ｌ１を超えるような変化をしていることを意味する。「空燃比がノッキングの発生する可能性がある変動をしている」とは、現在の運転条件を継続すると、空燃比の値が図３に示すマップＭ２における領域Ａ１の下側の境界線Ｌ２を超えるような変化をしていることを意味する。

制御装置１２は、前記空燃比のずれが安定な予混合圧縮自着火燃焼が可能な領域Ａ１を定める内部ＥＧＲ量の上限を超えるように変化している場合は、マップＭ２に基づいて内部ＥＧＲ量を少なくするように可変動弁機構２３，２４を制御する。また、前記空燃比のずれが安定な予混合圧縮自着火燃焼が可能な領域を定める内部ＥＧＲ量の下限を超えるように変化している場合は、マップＭ２に基づいて内部ＥＧＲ量を多くするように可変動弁機構２３，２４を制御する。即ち、制御装置１２は、空燃比のずれが安定な予混合圧縮自着火燃焼が可能な領域を定める内部ＥＧＲ量の上限を超えるように変化している場合は内部ＥＧＲ量を少なくするように、空燃比のずれが前記内部ＥＧＲ量の下限を超えるように変化している場合は内部ＥＧＲ量を多くするように、可変動弁機構２３，２４を制御する制御手段を構成する。

図６（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。この実施形態では、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内部ＥＧＲが行われる。即ち、図６（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。制御装置１２は、排気弁２２の弁閉時期に基づいて内部ＥＧＲ量を演算する。制御装置１２は内部ＥＧＲ量を把握する内部ＥＧＲ量把握手段を構成する。

制御装置１２は、空燃比がノッキングの発生する値あるいは失火の発生する値になるのを抑制するため、マップＭ２に基づいて、排気弁２２の弁閉時期（ＥＶＣ）を制御する。制御装置１２は、空燃比が失火の発生する値に向かって変化している場合は内部ＥＧＲ量を少なくするようにＥＶＣを遅角制御し、空燃比がノッキングの発生する値に向かって変化している場合は内部ＥＧＲ量を多くするようにＥＶＣを進角制御する。

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。制御装置１２は、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で、予混合圧縮自着火燃焼運転が可能か否かを判断し、その判断結果に従って予混合圧縮自着火燃焼運転あるいは火花点火燃焼運転を行う。そして、予混合圧縮自着火燃焼運転の場合は、要求回転速度及び負荷に対応した適正な燃焼状態となる空燃比及び内部ＥＧＲ量となるように、レギュレータ２９、電動モータ３１及び可変動弁機構２４を制御する。また、火花点火燃焼運転の場合は、要求回転速度及び負荷に対応した適正な燃焼状態となる空燃比及び点火時期となるように、レギュレータ２９、電動モータ３１及び点火プラグ４２を制御する。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。また、制御装置１２は、暖機完了までは火花点火燃焼運転を行う。

予混合圧縮自着火機関１０の運転は図７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に記憶されている火花点火燃焼運転用のマップ（ＳＩ基本マップ）により、暖機運転の条件を満たす空燃比になるように、レギュレータ２９及び電動モータ３１に指令信号を出力する。また、制御装置１２は、暖機運転の条件を満たす火花点火燃焼を行うのに適した内部ＥＧＲ量及び点火時期となるように、可変動弁機構２３，２４及び点火プラグ４２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、空燃比及び内部ＥＧＲ量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のマップＭ１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であればステップＳ６に進み、予混合圧縮自着火燃焼運転可能でなければステップＳ５に進む。制御装置１２はステップＳ５で、ＳＩ基本マップに基づき現在の水温において、要求回転速度及び負荷に対応する火花点火燃焼運転に適した空燃比となるようにレギュレータ２９及び電動モータ３１に指令信号を出力し、適切な内部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た後、ステップＳ３に進む。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を満たすように火花点火燃焼で運転される。

制御装置１２はステップＳ６で、要求回転速度及び負荷に対応する排気弁２２の弁閉時期（ＥＶＣ）をＨＣＣＩ基本マップとしてのマップＭ３から演算し、要求回転速度及び負荷に対する空燃比をＨＣＣＩ基本マップとしてのマップＭ４から演算する。そして、制御装置１２は、その弁閉時期及び空燃比となるように、可変動弁機構２３，２４、レギュレータ２９及び電動モータ３１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を満たすように予混合圧縮自着火燃焼で運転される。

図４のマップＭ３に示すように、低負荷・高回転速度ほど弁閉時期が進角され、図５のマップＭ４に示すように、高負荷・高回転速度ほど空燃比はリッチに設定される。なぜならば、高回転速度ほど排気弁２２の開閉間隔が短くなるため、閉弁時期が同じだと、残留ガスが多くなりすぎて空気量が不足するため、弁閉時期を遅角させて、ＥＧＲ量を少なくする。また、内部ＥＧＲ温度を高めて高回転速度での着火を可能とするため、高回転速度ほど空燃比をリッチ化する。

制御装置１２はステップＳ６を実行した後、ステップＳ７に進む。制御装置１２はステップＳ７で、空燃比と内部ＥＧＲ量を把握するとともに、要求回転速度でのＥＶＣと空燃比とのマップＭ２に基づき、ノッキング（ノック）あるいは失火を抑制するために排気弁２２の閉弁時期を調整する必要があるか否かの判断を行う。詳述すると、制御装置１２は、把握した空燃比及び弁閉時期が安定した予混合圧縮自着火燃焼が可能な領域Ａ１のどこに位置するかを確認する。そして、前回の判断時と今回の判断時でその位置に変動があり、かつその変動がノッキングあるいは失火の発生する可能性がある変動か否かを判断する。即ち、制御装置１２は、ステップＳ７において、空燃比の値とマップＭ２とに基づいて前記空燃比の目標運転条件に対応する値からのずれ量がノッキングあるいは失火の発生を抑制するために内部ＥＧＲ量の調整が必要な大きさ否かを判断する判断手段を構成する。制御装置１２は、ステップＳ７で排気弁２２の弁閉時期の調整の必要が無いと判断したときはステップＳ３に進み、調整の必要があると判断したときはステップＳ８に進む。

制御装置１２は、ステップＳ８で排気弁２２の弁閉時期を調整する。詳述すると、空燃比の変動が失火の発生する可能性のある変動であれば、要求回転速度でのＥＶＣと空燃比とのマップＭ２に基づきＥＶＣを遅角するように可変動弁機構２４に指令信号を出力する。また、空燃比の変動がノッキングの可能性のある変動であれば、要求回転速度でのＥＶＣと空燃比とのマップＭ２に基づきＥＶＣを進角するように可変動弁機構２４に指令信号を出力する。このとき、マップＭ３及びマップＭ４に基づいて、現在の空燃比に対応する適切なＥＶＣを求め、そのＥＶＣとなるように可変動弁機構２４に指令信号を出力する。その結果、空燃比が失火の発生する可能性がある変動をしている場合は、内部ＥＧＲ量が現状より少なくなるよう制御され、空燃比がノッキングの発生する可能性がある変動をしている場合は、内部ＥＧＲ量が現状より多くなるよう制御される。そして、制御装置１２は、ステップＳ８を実行した後、ステップＳ３に進む。制御装置１２は、ステップＳ８において、空燃比のずれが安定な予混合圧縮自着火燃焼が可能な領域を定める内部ＥＧＲ量の上限を超えるように変化している場合は内部ＥＧＲ量を少なくするように、空燃比のずれが内部ＥＧＲ量の下限を超えるように変化している場合は内部ＥＧＲ量を多くするように、可変動弁機構を制御する制御手段を構成する。

従って、要求回転速度及び負荷が変わらず、予混合圧縮自着火燃焼が安定している状態では、制御装置１２は、ステップＳ３、ステップＳ４、ステップＳ６、ステップＳ７を繰り返し、要求回転速度及び負荷に対応する所定のＥＶＣ及び空燃比で予混合圧縮自着火燃焼運転が継続される。また、空燃比が目標値よりずれてノッキングや失火の発生する虞がある場合は、ステップＳ３、ステップＳ４、ステップＳ６、ステップＳ７、ステップＳ８が繰り返される。

定置式の予混合圧縮自着火機関１０では、自動車のエンジンの場合と異なり、要求回転速度及び負荷が頻繁に変更されることは少ない。しかし、要求回転速度及び負荷を大幅に変更する場合もある。その際、現在の運転状態の目標空燃比を変更後の目標空燃比に対応した運転条件に変更するが、そのとき空燃比が目標値からずれてノッキングや失火の発生する虞がある場合に、レギュレータ２９あるいはバルブ３２の開度を調整して空燃比を変更して対応しようとすると、空燃比が早期に目標値に収束せず、ノッキングや失火に至る場合がある。

なぜならば、燃料（天然ガス）及び空気は負圧に基づいて燃焼室１６に供給される構成のため、負圧の変動により燃料及び空気の供給量が変動する。また、燃料供給系にはミキサー２７及びレギュレータ２９が設けられているが、ミキサー２７による気体燃料供給量の精度の良い制御が難しい。また、レギュレータ２９の感度が悪かったり経時劣化等に起因して空燃比が早期に目標値に収束しない場合もある。特に、目標空燃比を大幅に変更する際の過渡状態においてはその傾向が大きい。しかし、ＥＶＣを変更して内部ＥＧＲ量の調整で対応する場合はそのようなことがなく、空燃比のずれによりノッキングや失火に至るのを抑制することができる。

ノッキング及び失火は圧縮された際の混合気の温度だけでなく、空燃比にも影響を受け、同じ空燃比であれば圧縮された際の混合気の温度が高い方がノッキングが発生し易く、失火が発生し難い。従って、ノッキング抑制のためには圧縮された際の混合気の温度を低くすることが効果があり、失火の抑制には圧縮された際の混合気の温度を高めることが効果がある。しかし、内部ＥＧＲガスは燃えないため、内部ＥＧＲ量をあまり多くすると酸素不足となって失火する。また、内部ＥＧＲガスの比熱は空気及び燃料の比熱に比較して大きく、条件によっては内部ＥＧＲ量が多くなると圧縮時の温度が上昇し難くなる。

なお、空燃比がずれた場合の、空燃比の補正は別途行われる。補正の方法としては、例えば、ずれの原因がレギュレータ２９等の空燃比の変更に関連する装置側の経時劣化の場合は、装置の経時劣化を考慮して燃料供給手段（レギュレータ２９）の制御用マップの補正や、経時劣化を考慮した補正項を追加する。

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、空燃比を把握する空燃比把握手段と、可変動弁機構２３，２４と、安定な予混合圧縮自着火燃焼が可能な空燃比とＥＶＣとの関係を示すマップＭ２が記憶されたメモリ３９とを備えている。そして、空燃比及び内部ＥＧＲ量を把握し、空燃比がノッキングあるいは失火の発生する値になるのを防止するため、前記マップＭ２に基づいて、内部ＥＧＲ量を調整するように可変動弁機構２３，２４を制御装置１２で制御する。従って、要求負荷及び機関回転速度に対応する目標空燃比で予混合圧縮自着火燃焼運転を行う際に、過渡状態や装置の劣化等により空燃比が目標値からずれても、ノッキングや失火が生じるのを抑制することができる。即ち、信頼性の低いノッキングセンサを使用せずに、安定して予混合圧縮自着火燃焼を行うことができる。

（２）予混合圧縮自着火機関１０は、燃焼室１６に点火プラグ４２が装備され、機関１０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。従って、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。また、火花点火燃焼運転ができない予混合圧縮自着火機関に比較して、高回転速度及び高負荷の要求に対応することができる。

（３）メモリ３９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。

（４）マップＭ２は、予混合圧縮自着火燃焼が可能なＥＶＣと、空燃比との関係を示す領域Ａ１の境界が安全度を見込んで設定されている。従って、空燃比が目標値からずれた場合に、運転条件が予混合圧縮自着火燃焼可能な範囲から逸脱し難い。

（５）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。

（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、予混合圧縮自着火燃焼と火花点火燃焼とを円滑に行う制御が容易になる。

（７）エアフローメータ３６の検出信号及び空燃比センサー３３の検出信号に基づいて制御装置１２が空燃比を演算することにより、空燃比の把握が行われる。従って、気体燃料供給の精度の良い制御が難しいミキサー２７を使用して気体燃料を供給する構成であっても、正しい空燃比を把握することができる。

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。
○ 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１６と排気ポート２１とに連通する排気導入用通路を設けるとともに、その通路を開閉する開閉弁を制御することにより、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。また、排気行程から吸気行程へ移行する際、ピストン１５が上死点に達する前の排気弁２２がまだ開放されている時点で吸気弁２０を開放して既燃焼ガスの一部を吸気ポート１９へ逆流させ、その逆流した既燃焼ガスを吸気行程において燃焼室１６へ新気とともに導入する方法を採用してもよい。内部ＥＧＲの種類（方法）によって使用するマップが若干変更される。例えば、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内に引き戻す方式の場合は、内部ＥＧＲ量は吸気行程での排気弁２２の開閉時期あるいは排気導入用通路に設けられた開閉弁の開閉時期で決まる。また、既燃焼ガスの一部を吸気ポート１９へ逆流させる方法の場合は、内部ＥＧＲ量は排気行程における吸気弁２０の開閉時期で決まる。従って、マップＭ２の縦軸をＥＶＣではなくＥＧＲ量とし、対応するＥＧＲ量となる排気弁２２の開閉時期や吸気弁２０の開閉時期を制御装置１２が演算する。

○ 安定な予混合圧縮自着火燃焼が可能な空燃比と内部ＥＧＲ量との関係を示す関係式と、空燃比把握手段により把握した空燃比の値とに基づいて前記空燃比が目標運転条件に対応する値からノッキングあるいは失火の発生する値に向かって変化しているか否かを判断するようにしてもよい。

○ 空燃比の変動に起因するノッキングあるいは失火を抑制するために内部ＥＧＲの量を変更（調整）する際、内部ＥＧＲの量を小刻みに補正し、複数回で変更を完了するようにしてもよい。

○ 予混合圧縮自着火機関１０は、必ずしも火花点火装置を備えず、予混合圧縮自着火燃焼のみを行う構成であってもよい。
○ 火花点火装置を備えない予混合圧縮自着火機関１０の場合、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、酸素含有ガス又は混合気を加熱する電気ヒータを備えていてもよい。この場合、排気ガスの温度や冷却水の温度が低い暖機運転時に、前記電気ヒータで酸素含有ガス又は混合気を加熱することにより、短時間で酸素含有ガス又は混合気を必要温度に加熱することができ、予混合圧縮自着火燃焼運転で暖機運転を安定して行うことができる。また、暖機後の予混合圧縮自着火燃焼運転時においても、短時間で酸素含有ガス又は混合気を加熱したい場合に有効である。

○ 火花点火装置（点火プラグ４２）を備えた予混合圧縮自着火機関１０において、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のみ運転を行う構成としてもよい。この場合、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空燃比及び内部ＥＧＲ量となる条件で予混合圧縮自着火機関１０の運転を行うのが好ましい。

○ 予混合圧縮自着火機関１０の運転状態を判断する際、図７のフローチャートのステップＳ３に代えて、要求回転速度及び負荷に対して機関オイル（エンジンオイル）の温度が対応する規定値より大きいか否かを判断したり、冷却水温及び機関オイルの温度がそれぞれ対応する規定値より大きいか否かを判断するようにしてもよい。

○ マップＭ１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（ＩＭＦＰ）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において、ＥＶＣと空燃比（Ａ／Ｆ）との関係で安定な予混合圧縮自着火燃焼範囲（領域Ａ１）を示す代わりに、内部ＥＧＲ量と空燃比との関係を直接表してもよい。

○ 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。

○ 液体燃料（例えば、液化ガス）を気化させて供給する場合、あるいは気体燃料の昇圧を行って供給する場合は、ミキサー２７に代えて燃料噴射ノズルを使用して、燃料噴射ノズルから燃料を吸気通路２５に供給する構成としてもよい。この場合、吸気通路２５には燃料噴射ノズルの配設位置より上流に酸素含有ガスの流量を制御する流量制御手段（例えば、スロットルバルブ）が設けられる。

○ ミキサー２７を使用せずに燃料噴射ノズルから燃料を噴射する構成において、空燃比を把握する方法として、空燃比センサー３３を使用せずに、燃料噴射ノズルへの燃料供給量を制御する電磁制御弁の開度と、エアフローメータ３６の検出信号とに基づいて制御装置１２が空燃比を演算す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。

○ 燃料と混合する酸素含有ガスは空気に限らず、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。

○ 吸気通路２５内に燃料を噴射して燃料と酸素含有ガス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。

○ 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。

○ マップＭ１に代えて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関係式を使用し、マップＭ２に代えて予混合圧縮自着火燃焼可能な範囲を内部ＥＧＲ量と空燃比との関係で示す関係式を使用してもよい。また、マップＭ３に代えて予混合圧縮自着火燃焼時の機関負荷と機関回転速度とＥＶＣとの関係を示す関係式を使用したり、マップＭ４に代えて予混合圧縮自着火燃焼時の機関負荷と機関回転速度とＡ／Ｆとの関係を示す関係式を使用してもよい。各関係式はそれぞれメモリ３９に記憶される。

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３〜請求項５のいずれか一項に記載の発明の予混合圧縮自着火機関は酸素含有ガス又は混合気を加熱する電気ヒータを備えている。

（２）請求項１〜請求項５及び技術的思想（１）のいずれか一項に記載の発明において、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。

一実施形態の予混合圧縮自着火機関の概略構成図。 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。 ＨＣＣＩ可能な範囲をＥＶＣ及び空燃比との関係で示すマップ。 ＨＣＣＩ可能な範囲での機関の回転速度及び負荷に対するＥＶＣのマップ。 ＨＣＣＩ可能な範囲での機関の回転速度及び負荷に対する空燃比のマップ。 （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。

符号の説明

Ａ１…領域、Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４…マップ、１０…予混合圧縮自着火機関、１２…空燃比把握手段、内部ＥＧＲ量把握手段、判断手段及び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…空燃比把握手段を構成する空燃比センサー、３６…同じくエアフローメータ、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 (5)

1. 燃料と酸素含有ガスとの混合気を燃焼室内にてピストンで圧縮して自着火燃焼させる予混合圧縮自着火機関の運転方法であって、
   前記予混合圧縮自着火機関は、
   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、
   空燃比を把握する空燃比把握手段と、
   内部ＥＧＲ量を把握する内部ＥＧＲ量把握手段と、
   安定な予混合圧縮自着火燃焼が可能な空燃比と内部ＥＧＲ量との関係を示すマップ又は関係式が記憶された記憶装置と、
   前記空燃比把握手段及び内部ＥＧＲ量把握手段により把握した空燃比の値及び内部ＥＧＲ量と、前記マップ又は関係式とに基づいて、前記空燃比の目標運転条件に対応する値からのずれ量が、内部ＥＧＲ量より定まる安定な予混合圧縮自着火燃焼が可能な領域の上限を超えるように変化し、失火の発生する可能性のある変動であるか、あるいは、内部ＥＧＲ量より定まる安定な予混合圧縮自着火燃焼が可能な領域の下限を超えるように変化し、ノッキングの発生する可能性のある変動であるかを判断する判断手段と、
   前記判断手段の判断結果に基づき、前記空燃比のずれ量が前記領域の上限を超えるように変化している場合は内部ＥＧＲ量を少なくするように前記可変動弁機構を制御し、前記空燃比のずれ量が前記領域の下限を超えるように変化している場合は内部ＥＧＲ量を多くするように前記可変動弁機構を制御する制御手段と
   を備えており、
   前記空燃比把握手段及び内部ＥＧＲ量把握手段により空燃比の値及び内部ＥＧＲ量を把握し、前記判断手段によりその把握した空燃比の値及び内部ＥＧＲ量と前記マップ又は関係式に基づいて、前記空燃比の目標運転条件に対応する値からのずれ量が、前記失火の発生する可能性のある変動であるか、あるいは、前記ノッキングの発生する可能性のある変動であるかを判断し、前記制御手段により、前記失火の発生する可能性のある変動である場合は内部ＥＧＲ量を少なくするように前記可変動弁機構を制御するとともに、前記ノッキングの発生する可能性のある変動である場合は内部ＥＧＲ量を多くするように前記可変動弁機構を制御する予混合圧縮自着火機関の運転方法。
2. 前記予混合圧縮自着火機関は火花点火燃焼運転も可能に構成され、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請求項１に記載の予混合圧縮自着火機関の運転方法。
3. 燃料と酸素含有ガスとの混合気を燃焼室内にてピストンで圧縮して自着火燃焼させ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、
   空燃比を把握する空燃比把握手段と、
   内部ＥＧＲ量を把握する内部ＥＧＲ量把握手段と、
   安定な予混合圧縮自着火燃焼が可能な空燃比と内部ＥＧＲ量との関係を示すマップ又は関係式が記憶された記憶装置と、
   前記空燃比把握手段及び内部ＥＧＲ量把握手段により把握した空燃比の値及び内部ＥＧＲ量と、前記マップ又は関係式とに基づいて、前記空燃比の目標運転条件に対応する値からのずれ量が、内部ＥＧＲ量より定まる安定な予混合圧縮自着火燃焼が可能な領域の上限を超えるように変化し、失火の発生する可能性のある変動であるか、あるいは、内部ＥＧＲ量より定まる安定な予混合圧縮自着火燃焼が可能な領域の下限を超えるように変化し、ノッキングの発生する可能性のある変動であるかを判断する判断手段と、
   前記判断手段の判断結果に基づき、前記空燃比のずれ量が前記領域の上限を超えるように変化している場合は内部ＥＧＲ量を少なくするように前記可変動弁機構を制御し、前記空燃比のずれ量が前記領域の下限を超えるように変化している場合は内部ＥＧＲ量を多くするように前記可変動弁機構を制御する制御手段と
   を備えた予混合圧縮自着火機関。
4. 前記制御手段は排気弁の閉弁時期を変更することで内部ＥＧＲ量を調整するように前記可変動弁機構を制御する請求項３に記載の予混合圧縮自着火機関。
5. 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３又は請求項４に記載の予混合圧縮自着火機関。

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