JP4858398B2 - 予混合圧縮着火機関 - Google Patents

Description

本発明は、火花点火燃焼と予混合圧縮着火燃焼とを切り換えて運転を行ない、予混合圧
縮着火燃焼運転時に負のオーバーラップ期間を有する予混合圧縮着火機関に関する。

近年、内燃機関の分野では、良好な燃費及び熱効率・低エミッションが得られる予混合圧縮着火機関が注目されており、様々な研究がなされている。予混合圧縮着火機関は、吸気通路からは空気のみ取り込み、吸気工程時に燃料を直接燃焼室内に噴射して燃焼室内で燃料と空気とを混合する構成をとるものもあるが、大方の予混合圧縮着火機関は、吸気通路上にて燃料と空気とを混合し、生成した混合気を燃焼室に供給する構成をとる。そして、燃焼室内に閉じ込められた混合気は、圧縮行程時、ピストン上昇による高温高圧化に伴い自着火する。このような予混合圧縮着火機関においては、実用化に向けた課題の一つとして、予混合圧縮着火燃焼（ＨＣＣＩ、Homogeneous Charge Compression Ignition）を安定して制御できる運転領域がまだ狭い、ということが知られている。そのため、この問題を回避する目的で、まず、常用される運転領域が比較的狭い定置型エンジン、例えばＧＨＰ（ガスヒートポンプ）用ガスエンジン等にて、予混合圧縮着火機関を実用化しようとする動きがある。また、実際の運転において多用される低中回転及び低中負荷領域付近では予混合圧縮着火燃焼を、高回転領域、並びに、極低負荷及び高負荷領域では火花点火燃焼（ＳＩ、Spark Ignition）を行うように適宜運転を切り換えるものも提案されている。火花点火燃焼と予混合圧縮着火燃焼とを切り換えて運転を行なう予混合圧縮着火機関は、例えば、下記の特許文献１、２に開示されているような制御方法により制御される。

従来、予混合圧縮着火燃焼から火花点火燃焼への切換の際に、まず、スロットルを閉じ、その後、排気弁のリフトを大きくする制御を行う圧縮着火エンジンの制御装置に関する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。この制御装置は、予混合圧縮着火燃焼から火花点火燃焼への切換の際に、まず、空燃比をストイキに戻すためにスロットルを閉じ、その後、内部ＥＧＲを減らすために排気弁のリフトを大きくする制御を行っている。

また、予混合圧縮着火燃焼から火花点火燃焼への切換の際に、一旦、成層火花点火燃焼を経由して切り換えるという、筒内直噴インジェクタを備えた内燃機関に関する技術も開示されている（例えば、特許文献２参照）。この内燃機関は、予混合圧縮着火燃焼から火花点火燃焼への切換の際に、成層火花点火燃焼運転状態で燃料噴射量を徐々に増加させ、混合気の空燃比が所定値まで低下したら、燃料の噴射時期を進角させると共にスロットルを絞りストイキ状態の通常火花点火燃焼に切り換える制御を行っている。

特開２００３−１０６１８４号公報 特開２００４−１５０３８３号公報

一方、予混合圧縮着火燃焼運転時に負のオーバーラップ期間を有する予混合圧縮着火機関では、予混合圧縮着火燃焼運転時にスロットルの吸入負圧側の圧力を高くしてポンピングロスを小さくするため、スロットルは全開で使用し、吸気通路から燃焼室内へ供給される吸入空気量の調整は、排気弁の閉弁時期を制御することで内部ＥＧＲ量を調整することにより行う制御方法がある。この場合、予混合圧縮着火燃焼から火花点火燃焼への切換時における空気量変化が追随できずに、トルク段差が発生する場合がある。例えば、上記特許文献１に記載された制御方法においては、予混合圧縮着火燃焼から火花点火燃焼への切換の際に、まず、スロットルを閉じる制御を行っており、この制御は吸気不足でトルク低下や失火によるトルク段差を引き起こす要因になり得る。

また、上記特許文献２に記載された制御方法においても、スロットルを開けていったあと成層火花点火燃焼からストイキ状態の通常火花点火燃焼へ切り換える際に、スロットルを絞る制御を行っており、この制御はトルク段差を引き起こす要因になり得る。尚、特許文献２に記載された制御方法においては、一旦、成層火花点火燃焼を経由させているため、筒内直噴インジェクタを備えない内燃機関ではその制御を実現することが困難である。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、予混合圧縮着火燃焼から異なる燃焼方式である火花点火燃焼へ切り換える際に発生するトルク段差を抑制することが可能な予混合圧縮着火機関を提供することである。

課題を解決するための手段及び効果

上記目的を達成するために、本発明の予混合圧縮着火機関は、火花点火燃焼と予混合圧縮着火燃焼とを切り換えて運転を行ない、予混合圧縮着火燃焼運転時に負のオーバーラップ期間を有する予混合圧縮着火機関において、可変バルブ機構を介して制御される吸気弁および排気弁と、予混合圧縮着火燃焼から火花点火燃焼への切換時において、内部ＥＧＲが存在する状態を維持するように前記吸気弁の切り換えに先行して前記排気弁を切り換えた後、前記排気弁の閉弁時期を遅角させて前記内部ＥＧＲを減少させていく制御を行う制御手段と、を備えている。

この構成によると、予混合圧縮着火燃焼から火花点火燃焼への切換時において、まず、制御手段は、排気弁を切り換える。この排気弁の切り換えは、本発明においては、排気弁のリフト量の切り換えのことである。切り換え直後において内部ＥＧＲを維持するように行われるため、切り換え前（内部ＥＧＲが存在する）と、切り換え直後とにおける吸気通路から燃焼室内へ供給される吸入空気量の急激な変化を抑えることができる。そして、排気弁を切り換えた後、排気弁の閉弁時期を遅角させて内部ＥＧＲを減少させていく制御を行うことで、吸入空気量を徐々に変化させつつ火花点火燃焼へ移行していくことができる。そのため、これら一連の制御により、予混合圧縮着火燃焼から異なる燃焼方式である火花点火燃焼へ移行する際の急激な吸入空気量の変化を抑えることができ、その結果、トルク段差を抑制することができる。また、予混合圧縮着火燃焼から火花点火燃焼への切換時における過早着火や過大な燃焼騒音も防止できる。

尚、負のオーバーラップ期間とは、排気上死点付近において、排気弁及び吸気弁の両方が閉じている期間であって、排気弁が排気上死点に至る前に閉じているものである。

また好適には、本発明において、燃焼室へ供給される吸気量を調整するスロットルを備え、前記制御手段は、前記排気弁を切り換えた後、前記スロットルの開度を小さくしながら前記排気弁の閉弁時期を遅角させて前記内部ＥＧＲを減少させていくことである。

この構成によると、排気弁を切り換えた後、スロットルの開度を小さくしていく（吸入空気量の減少）制御と、排気弁の閉弁時期を遅角させて内部ＥＧＲを減少させていく（吸入空気量の観点からは、吸入空気量の増加となる）制御とを並行して行うことで、吸入空気量をより徐々に変化させつつ予混合圧縮着火燃焼から火花点火燃焼へ移行していくことができる。

さらに好適には、本発明において、前記可変バルブ機構は、前記排気弁を動作させる排気用カムを具備し、前記排気弁の切り換えは、前記排気用カムを切り換える制御であることである。この構成によると、カム機構を用いることで電磁駆動方式などの複雑な可変バルブ機構を採用せずに可変バルブ機構を構成することができる。

さらに好適には、本発明において、前記制御手段は、前記内部ＥＧＲを減少させていった後、前記スロットルの開度が火花点火燃焼所要の開度まで小さくなる時点、および予混合圧縮着火燃焼が困難になる手前のうちのいずれか早い時点で、前記吸気弁を切り換えることである。この構成によると、予混合圧縮着火燃焼から火花点火燃焼への切り換えを確実に行えることができ、筒内直噴インジェクタを備えない内燃機関であっても、予混合圧縮着火燃焼から火花点火燃焼への切り換えが確実となる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照しつつ説明する。

（全体構成）
まず、図１に基づき、本発明の一実施形態に係る予混合圧縮着火機関１の全体構成について説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る予混合圧縮着火機関１の全体図である。

図１に示すように、本実施形態に係る予混合圧縮着火機関１は、燃焼室１０、燃焼室１０へ連通する吸気通路１１ｐ、吸気弁１１ｖ、排気弁１２ｖ、排気通路１２ｐ、を有しており、運転条件（負荷及び機関回転数）に応じて、火花点火燃焼と圧縮着火燃焼とを適宜切り換えて運転を行うものである。このように、運転条件に応じて圧縮着火燃焼と火花点火燃焼とを切り換えることで、圧縮着火燃焼による低燃費と火花点火燃焼による高出力とを両立させることができる。

また、予混合圧縮着火機関１は、吸気通路１１ｐの途中に混合部４を有しており、混合部４へは、燃料供給路２ｐを通って燃料が供給される。そして、混合部４において空気と燃料とが混合される。尚、燃料としては、ガス燃料（都市ガス、ＬＰＧ等）を使用してもよく、ガス燃料以外のガソリン等を使用してもよい。また、混合部４としては、具体的には、ミキサ（ガス燃料の場合）、キャブレタ等が用いられる。

また、予混合圧縮着火機関１は、吸気通路１１ｐの途中であって混合部４と燃焼室１０との間にスロットル３、燃料供給路２ｐ中に燃料弁２ｖ（燃料供給装置）を有して構成されている。さらに、予混合圧縮着火機関１はＥＣＵ（Electronic Control Unit、制御手段）５を有しており、ＥＣＵ５には、燃料弁２ｖ、スロットル３、吸気弁１１ｖ、点火プラグ（点火手段）６０ｃ、および排気弁１２ｖが、それぞれ制御用ケーブル５ａ〜５ｅを介して電気的に接続されている。そして、ＥＣＵ５は、燃料弁２ｖ、スロットル３、吸気弁１１ｖ、点火プラグ６０ｃ、および排気弁１２ｖの動作を制御するように構成されている。点火プラグ６０ｃは、火花点火燃焼時に用いられると共に、予混合圧縮着火燃焼から火花点火燃焼への移行期間においても燃焼安定化を図るため適宜用いられる。

（燃料弁）
燃料弁２ｖは、燃料供給路２ｐの途中に設けられ、ＥＣＵ５が燃料弁２ｖを制御することで、燃料弁２ｖの開度が調整され、それにより、吸気通路１１ｐへ供給される燃料の供給量が調整される。

（スロットル）
スロットル３は、図１に示すように、軸３ｃ、弁部３ｖ、軸３ｃを駆動するステップモータ（図示せず）を有して構成され、弁部３ｖは、軸３ｃを中心として回動可能となっている。そして、ＥＣＵ５がステップモータを制御することで、弁部３ｖの開度が調整され、それにより、吸気通路１１ｐを通って燃焼室１０へ供給される吸気量が調整される。

（吸気弁１１ｖおよび排気弁１２ｖ）
吸気弁１１ｖおよび排気弁１２ｖは、それぞれ可変バルブ機構の一構成要素である吸気用カム１１ｃおよび排気用カム１２ｃを介してＥＣＵ５により制御される。可変バルブ機構とは、バルブ（弁）のバルブリフト量およびバルブ開閉タイミングを、運転条件に応じて変更可能とした機構のことをいう。本実施形態の可変バルブ機構は、バルブリフト量を変化させる機構と、バルブ開閉タイミングを変化させる機構と、が別個に設けられている。図１には、吸気用カム１１ｃおよび排気用カム１２ｃを簡略化して示しているが、より詳細には、吸気用カム１１ｃおよび排気用カム１２ｃは、バルブリフト量を小さくする低リフトカム（圧縮着火燃焼用）とバルブリフト量を大きくする高リフトカム（火花点火燃焼用）とをそれぞれ有して構成され、これらが運転条件によって切り換えられることにより、バルブリフト量が個別に変化し得るようになっている（例えば、特開平５−１０６４１１、特開平１０−１８８２６に記載されているような技術が用いられる）。また、吸気用カム１１ｃ及び排気用カム１２ｃは、おのおの図示されない吸気用カムシャフト又は排気用カムシャフト上に配置され、クランクシャフトの駆動力が各カムシャフトに伝達されることで回転する。図示されない各カムシャフトの端部には、クランクシャフトの駆動力を各カムシャフトに伝達するカムギヤが設けられると共に、カムギヤとカムシャフト間の位相は、公知の機構により変更可能となっており、ＥＣＵの制御に従い差動する。尚、本実施形態においては、上記のような吸気用カム１１ｃおよび排気用カム１２ｃを用いているが、例えば電磁駆動方式などの自由にバルブ特性（バルブリフト量及びバルブ開閉タイミング）を変化させる可変バルブ機構を用いてもよい。

（負のオーバーラップ）
また、予混合圧縮着火機関１は、予混合圧縮着火燃焼運転時に負のオーバーラップ期間を有するよう制御され、内部ＥＧＲを利用して予混合圧縮着火燃焼を行う。ここで、負のオーバーラップ期間とは、排気上死点付近において、排気弁１２ｖ及び吸気弁１１ｖの両方が閉じている期間であって、排気弁１２ｖが排気上死点に至る前に閉じているものである。これにより、既燃焼ガス（内部ＥＧＲガス）の一部を燃焼室１０内に残留させ、次回燃焼に持ち越すことができる。負のオーバーラップ期間を設け、内部ＥＧＲを利用することで、高温の内部ＥＧＲガスが、新たに燃焼室１０内に供給された混合気と混合され、筒内温度を上昇させるため、予混合圧縮着火燃焼時の着火性が向上する。このため、負のオーバーラップ期間の長さを制御することで、着火時期をある程度制御することが可能となる。

（予混合圧縮着火機関１の動作）
次に、予混合圧縮着火機関１の動作について説明する。図２は、予混合圧縮着火機関におけるＨＣＣＩ、ＳＩの運転領域の例を示す図である。図３は、図１に示す予混合圧縮着火機関１の予混合圧縮着火燃焼から火花点火燃焼への切換時における、スロットル開度、排気弁リフト量、吸気弁リフト量、内部ＥＧＲガス量、およびトルク変動を示すチャート図である。また、図４および図５は、図１に示す予混合圧縮着火機関１の予混合圧縮着火燃焼から火花点火燃焼への切換時における、吸排気弁（１１ｖ、１２ｖ）の切換パターンを示す図である。

まず、図２に示すように、本発明のような予混合圧縮着火機関においては、エンジン負荷、エンジン回転数によって予混合圧縮着火燃焼と火花点火燃焼とが切り換えられる。したがって、「予混合圧縮着火燃焼（ＨＣＣＩ）から火花点火燃焼（ＳＩ）への切換」といっても、図２の矢印のように、その切換のパターンは多様である。すなわち、以下に詳述する図３に示すチャート図や、図４および図５に示す吸排気弁の切換パターン図は、このような多様な燃焼方式切換パターンの中からの、本実施形態における一例であり、スロットル開度、吸排気弁のバルブ開閉タイミングなど図３〜図５に示すものには限られない。また、本実施形態に係る予混合圧縮着火機関１のＥＣＵ５は、図３のようなチャートを切換時の制御パターンとして有しているが、図３以外にも、図２に矢印で示すＨＣＣＩからＳＩへの多様な切換パターンに対応する、多様な制御パターンを有している。

以下、図３〜図５に基づき、本実施形態に係る予混合圧縮着火機関１の動作について説明する。まず、図３の横軸は、燃焼サイクル数を示し、縦軸は、スロットル開度、排気弁リフト量、吸気弁リフト量、内部ＥＧＲガス量、およびトルクの値（大小関係）を示している。ここで、スロットル開度、排気弁リフト量、および吸気弁リフト量は、ＥＣＵ５による制御状態を表わしており、内部ＥＧＲガス量、およびトルクは、その制御によって得られる結果を表わしている。

また、図４および図５の横軸は、クランク角度を示し、縦軸は、吸排気弁（１１ｖ、１２ｖ）のバルブリフト量を示している。図４（ａ）は、予混合圧縮着火燃焼での定常運転時における吸排気弁（１１ｖ、１２ｖ）のバルブリフト量及びバルブ開閉タイミングを示し、図５（ｂ）は、火花点火燃焼での定常運転時における吸排気弁（１１ｖ、１２ｖ）のバルブリフト量及びバルブ開閉タイミングを示す。予混合圧縮着火燃焼から火花点火燃焼への切換時において、図４（ａ）、図４（ｂ）、図５（ａ）、図５（ｂ）の順で、吸排気弁（１１ｖ、１２ｖ）のバルブリフト量及びバルブ開閉タイミングが切り換わっていく。

図３および図４（ａ）に示すように、本実施例においては、負のオーバーラップ期間を有する予混合圧縮着火燃焼での定常運転時に、スロットル３の開度を全開にしている。そのため、吸気通路１１ｐから燃焼室１０内へ供給される吸入空気量の調整は、排気弁１２ｖの閉弁時期（バルブ開閉タイミング）を制御することで内部ＥＧＲ量を調整することにより行われる。尚、本実施形態における燃焼室１０内へ供給される吸入空気とは、吸気通路１１ｐの混合部４において燃料と空気とを混合して生成した混合気のことをいう。ここで、吸気通路内部１１ｐには、スロットル３を境として差圧が生じている。具体的には、スロットル３よりも燃焼室１０側では負圧となり（吸入負圧）、燃焼室１０とは反対側ではほぼ大気圧となっている。したがって、上記吸入負圧を高くしてポンピングロスを小さくする観点から、負のオーバーラップ期間を有する予混合圧縮着火燃焼では、図３に示す本実施形態のように、スロットル３の開度を全開にして使用することが好ましいが、必ずしもスロットル３の開度を全開にして使用する必要はない。

そして、予混合圧縮着火燃焼での定常運転時には、吸気弁１１ｖ、および排気弁１２ｖは、いずれも圧縮着火燃焼用のバルブリフト量を小さくする低リフトカムにより動作させられているため、図４（ａ）に実線で示すように、バルブリフト量は小さくなっている。尚、点線は、吸排気弁（１１ｖ、１２ｖ）が、火花点火燃焼用のバルブリフト量を大きくする高リフトカムにより動作させられている場合のバルブリフト量を示している。

次に、予混合圧縮着火燃焼から火花点火燃焼への切換を行う際には、ＥＣＵ５（制御手段）は、まず、吸気弁１１ｖの切り換えに先行して内部ＥＧＲが存在する状態を維持するように排気弁１２ｖを切り換える。図４（ｂ）は、排気弁１２ｖを切り換えた直後における吸排気弁（１１ｖ、１２ｖ）のバルブリフト量及びバルブ開閉タイミングを示している。ここで、排気弁１２ｖの切換は、可変バルブ機構により、内部ＥＧＲが存在する状態を維持しつつ、排気用カム１２ｃを、バルブリフト量を小さくする低リフトカム（圧縮着火燃焼用）から、バルブリフト量を大きくする高リフトカム（火花点火燃焼用）へ切り換える制御であり、これにより、図４（ｂ）に示したように排気弁１２ｖのバルブリフト量が増加すると共に、バルブ開閉タイミングが変化する（バルブ作用角が大きくなる）。尚、上記排気用カム１２ｃの切り換えに際して、ＥＣＵ５は、内部ＥＧＲが存在する状態を維持すると共に、且つ点火プラグ６０ｃによる火花点火を行わない圧縮着火燃焼を継続できるように、排気弁１２ｖの閉弁時期が、排気上死点（ＴＤＣ）に至る前の適切な時期となるよう、排気用カム１２ｃの切り換え制御を行う。したがって、排気用カム１２ｃの切り換え直後は、火花点火を行わない圧縮着火燃焼を継続する。尚、排気弁１２ｖの切り換えにより、内部ＥＧＲが減少して予混合圧縮着火機関１の着火性が低下する場合は、点火プラグ６０ｃによる火花点火を補助的に行ってもよい。

吸気弁１１ｖの切り換えに先行して内部ＥＧＲが存在する状態を維持するように排気弁１２ｖを切り換える制御により、図３に示すように、燃焼室１０内の内部ＥＧＲガス量は、切り換え前に比して減少する。このときスロットル開度は、全開の状態であるので、吸気通路１１ｐから燃焼室１０へ供給される吸入空気量は、燃焼室１０内の内部ＥＧＲガス量が減少した分、増加する。そのため、予混合圧縮着火機関１が発生させるトルクが上昇することになるが、比較例として示す点線のトルクカーブに比して、その変動は、極めて低く抑えられている。ここで、点線のトルクカーブは、予混合圧縮着火燃焼から火花点火燃焼への切換時において、吸排気弁（１１ｖ、１２ｖ）を同時に切り換えて内部ＥＧＲを無くす制御を行った場合の結果を示すものである。この制御によると、予混合圧縮着火燃焼から火花点火燃焼への切換直後における、燃焼室１０へ供給される吸入空気量の変動が、内部ＥＧＲが存在する状態を維持しつつ、吸気弁１１ｖの切り換えに先行してまず排気弁１２ｖを切り換える制御に比して、大きくなるからである。すなわち、予混合圧縮着火燃焼から火花点火燃焼への切換時において、吸気弁１１ｖの切り換えに先行して、内部ＥＧＲが存在する状態を維持しつつ排気弁を切り換えることにより、例えば、予混合圧縮着火燃焼から火花点火燃焼への切換時において、まずスロットル開度を絞ったり、或いは、吸排気弁（１１ｖ、１２ｖ）を同時に切り換えて内部ＥＧＲを無くしたりする制御に比して、切り換え前と、切り換え直後とにおける吸気通路１１ｐから燃焼室１０内へ供給される吸入空気量の急激な変動を抑えることができる、その結果、トルク段差を抑制することができる。また、予混合圧縮着火燃焼から火花点火燃焼への切換時における過早着火や過大な燃焼騒音も防止できる。

次に、吸気弁１１ｖの切り換えに先行して排気弁１２ｖを切り換えた後、ＥＣＵ５は、スロットル３の開度を小さくしながら（図３参照）、排気弁１２ｖの閉弁時期を遅角させて内部ＥＧＲを減少させていく制御を行う。図５（ａ）は、排気弁１２ｖの閉弁時期を遅角させる状態を示している。排気弁１２ｖの閉弁時期を遅角させるとは、図５（ａ）に示すように、排気弁１２ｖの閉弁時期を、排気上死点（ＴＤＣ）に近づけていくことである。排気弁１２ｖの閉弁時期を遅角させることにより、燃焼室１０内の内部ＥＧＲガス量は徐々に減少していく。ここで、前記したように、燃焼室１０へ供給される吸入空気量は、燃焼室１０内の内部ＥＧＲガス量が減少した分、増加するため、内部ＥＧＲガス量の減少は、吸入空気量の増加を意味する。一方、ＥＣＵ５によるスロットル３の開度を小さくしていく制御は、燃焼室１０へ供給される吸入空気量の減少を意味する。したがって、スロットル３の開度を小さくしながら排気弁１２ｖの閉弁時期を遅角させて内部ＥＧＲを減少させていくことにより、燃焼室１０へ供給される吸入空気量の変動を抑えつつ予混合圧縮着火燃焼から火花点火燃焼へ移行していくことができ、その結果、図３に示したように、トルク段差を抑制することができる。

尚、燃焼室１０内の内部ＥＧＲを徐々に減少させていくことだけでも、吸入空気量の急激な変動を抑えることができるので、トルク段差を抑制する効果はある。したがって、内部ＥＧＲが存在する状態を維持するように吸気弁１１ｖの切り換えに先行して排気弁１２ｖを切り換えた後、排気弁１２ｖの閉弁時期を遅角させて燃焼室１０内の内部ＥＧＲを減少させていく制御を行うことにより、吸気通路１１ｐから燃焼室１０へ供給される吸入空気量の急激な変化を抑えることができる。その結果、トルク段差を抑制することが可能となり、予混合圧縮着火燃焼から火花点火燃焼への切換時における過早着火や過大な燃焼騒音も防止できる。

尚、燃焼室１０内の内部ＥＧＲを減少させていくにつれ、予混合圧縮着火機関１の筒内温度が十分に上昇せず、着火性が低下していく場合があるので、燃焼安定化を図るため、スロットル３の開度を小さくしながら排気弁１２ｖの閉弁時期を遅角させて内部ＥＧＲを減少させていくと同時に、点火プラグ６０ｃによる火花点火を補助的に行ってもよい。尚、ＥＣＵ５は、吸排気用カム（１１ｃ、１２ｃ）の切換とは関係なく、火花点火制御できるようにされている。

そして、ＥＣＵ５は、内部ＥＧＲを減少させていった後、スロットル３の開度が火花点火燃焼所要の開度まで小さくなる時点、および予混合圧縮着火燃焼が困難になる手前のうちのいずれか早い時点で、吸気弁１１ｖを切り換える制御を行う。これにより、予混合圧縮着火燃焼から火花点火燃焼への切り換えを確実に行えることができ、本実施形態の予混合圧縮着火機関１のように、筒内直噴インジェクタを備えない内燃機関であっても、予混合圧縮着火燃焼から火花点火燃焼への切り換えが確実となる。

ここで、吸気弁１１ｖの切換は、可変バルブ機構により、吸気用カム１１ｃを、バルブリフト量を小さくする低リフトカム（圧縮着火燃焼用）から、バルブリフト量を大きくする高リフトカム（火花点火燃焼用）へ切り換える制御である。これにより、吸気弁１１ｖの切り換わりを図５（ａ）から図５（ｂ）への変化で示すように、吸気弁１１ｖのバルブリフト量が増加すると共に、バルブ開閉タイミングが変化する（バルブ作用角が大きくなる）。尚、吸気弁１１ｖの開弁時期は、ピストン２０がＴＤＣに達する少し手前となるよう制御される。燃焼室１０へ供給される吸入空気は、短時間ではあるが、吸気弁１１ｖが開いてから遅れて吸入され始めるからである。また、予混合圧縮着火燃焼が困難になる状態とは、予混合圧縮着火燃焼から火花点火燃焼への切換時において、燃焼室１０内の内部ＥＧＲを減少させていくことにより着火性が低下し、圧縮着火が困難になる状態をいう。

本実施例においては、図３に示すように、スロットル３の開度が火花点火燃焼所要の開度まで小さくなった時点で、ＥＣＵ５は、吸気弁１１ｖを切り換えている。そして、点火プラグ６０ｃによる火花点火を定常的に行う。吸気弁１１ｖを切り換えることにより、燃焼室１０へ供給される吸入空気量が増加側に変動するが、スロットル３の開度は、既に絞られているため、吸入空気量の大きな変動はなく、トルクの変動は小さくて済む。尚、スロットル３の開度が火花点火燃焼所要の開度まで小さくなるよりも先に、予混合圧縮着火燃焼が困難になるような運転の場合には、予混合圧縮着火燃焼が困難になる手前で、吸気弁１１ｖを切り換える制御を行う。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々に変更して実施することが可能なものである。

本発明の一実施形態に係る予混合圧縮着火機関の全体図である。 予混合圧縮着火機関におけるＨＣＣＩ、ＳＩの運転領域の例を示す図である。 図１に示す予混合圧縮着火機関の予混合圧縮着火燃焼から火花点火燃焼への切換時における、スロットル開度、排気弁リフト量、吸気弁リフト量、内部ＥＧＲガス量、およびトルク変動を示すチャート図である。 図１に示す予混合圧縮着火機関の予混合圧縮着火燃焼から火花点火燃焼への切換時における、吸排気弁の切換パターンを示す図である。 図１に示す予混合圧縮着火機関の予混合圧縮着火燃焼から火花点火燃焼への切換時における、吸排気弁の切換パターンを示す図である。

符号の説明

１：予混合圧縮着火機関
３：スロットル
１１ｃ：吸気用カム
１２ｃ：排気用カム
１１ｖ：吸気弁
１２ｖ：排気弁
５：ＥＣＵ（制御手段）

Claims (4)

1. 火花点火燃焼と予混合圧縮着火燃焼とを切り換えて運転を行ない、予混合圧縮着火燃焼運転時に負のオーバーラップ期間を有する予混合圧縮着火機関において、
   バルブリフト量を変化させる機構と、バルブ開閉タイミングを変化させる機構と、が別個に設けられた可変バルブ機構と、
   前記可変バルブ機構を介して制御される吸気弁および排気弁と、
   予混合圧縮着火燃焼から火花点火燃焼への切換時に、前記吸気弁の切り換えに先行して、予混合圧縮着火燃焼が可能な内部ＥＧＲを維持するように前記排気弁のバルブリフト量を切り換えた後、前記排気弁の閉弁時期を遅角させて前記内部ＥＧＲを減少させていく制御を行う制御手段と、を備えていることを特徴とする、予混合圧縮着火機関。
2. 燃焼室へ供給される吸気量を調整するスロットルを備え、
   前記制御手段は、前記排気弁を切り換えた後、全開にされている前記スロットルの開度を徐々に小さくしながら前記排気弁の閉弁時期を遅角させて前記内部ＥＧＲを減少させていくことを特徴とする、請求項１に記載の予混合圧縮着火機関。
3. 前記可変バルブ機構は、前記排気弁を動作させる排気用カムを具備し、
   前記排気弁の切り換えは、前記排気用カムを切り換える制御であることを特徴とする、請求項２に記載の予混合圧縮着火機関。
4. 前記制御手段は、前記内部ＥＧＲを減少させていった後、前記スロットルの開度が火花点火燃焼所要の開度まで小さくなる時点、および予混合圧縮着火燃焼が困難になる手前のうちのいずれか早い時点で、前記吸気弁を切り換えることを特徴とする、請求項２又は請求項３に記載の予混合圧縮着火機関。

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