特許 5881478 エンジン及びその制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5881478

(24)【登録日】2016年2月12日

(45)【発行日】2016年3月9日

(54)【発明の名称】エンジン及びその制御方法

(51)【国際特許分類】

   F02P 3/045 20060101AFI20160225BHJP

   F02P 9/00 20060101ALI20160225BHJP

   F02D 45/00 20060101ALI20160225BHJP

【ＦＩ】

   F02P3/045 303G

   F02P9/00 302A

   F02P3/045 303F

   F02D45/00 312B

【請求項の数】3

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2012-49544(P2012-49544)

(22)【出願日】2012年3月6日

(65)【公開番号】特開2013-185466(P2013-185466A)

(43)【公開日】2013年9月19日

【審査請求日】2014年12月12日

(73)【特許権者】

【識別番号】000000284

【氏名又は名称】大阪瓦斯株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107308

【弁理士】

【氏名又は名称】北村 修一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100120352

【弁理士】

【氏名又は名称】三宅 一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100128901

【弁理士】

【氏名又は名称】東 邦彦

(72)【発明者】

【氏名】小林 和伸

(72)【発明者】

【氏名】佐古 孝弘

【審査官】 木村 麻乃

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００１−０２０８４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−０８２３０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−２９１４３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−２７１６７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−０８８８９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−０５７４０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−２８５１６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−０３２４６７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０２Ｐ ３／０４５

Ｆ０２Ｄ ４５／００

Ｆ０２Ｐ ９／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

混合気を圧縮して燃焼させる燃焼室と、
前記燃焼室に火花を発生可能な点火プラグとを備えると共に、
前記燃焼室において理論空燃比よりもリーンな混合気を圧縮着火させて燃焼させるＨＣＣＩ燃焼モードで運転可能に構成され、
前記ＨＣＣＩ燃焼モードにおいて、当該圧縮着火前に前記点火プラグを作動させる圧縮着火アシストを実行する制御手段を備えたエンジンであって、
前記点火プラグの放電エネルギを調整可能な放電エネルギ調整手段と、
前記燃焼室における燃焼状態を判定する燃焼状態判定手段とを備えると共に、
前記制御手段が、前記燃焼状態判定手段の判定結果に基づき前記放電エネルギ調整手段を制御して、前記燃焼室における安定燃焼を維持可能な範囲内で前記放電エネルギを低下させる放電エネルギ低下制御を実行し、
前記燃焼室において理論空燃比の混合気を前記点火プラグにより火花点火して燃焼させるＳＩ燃焼モードで運転可能に構成され、
前記制御手段が、運転状態に基づいて前記ＨＣＣＩ燃焼モードと前記ＳＩ燃焼モードとの間で燃焼モードを切り替える燃焼モード切替制御を実行し、
前記制御手段が、始動運転時及び当該始動運転後の暖機運転時において前記ＳＩ燃焼モードに設定し、前記暖機運転後の負荷投入運転時において前記ＳＩ燃焼モードから前記ＨＣＣＩ燃焼モードに移行し、前記負荷投入運転後の定格運転時において前記ＨＣＣＩ燃焼モードに設定する形態で、前記燃焼モード切替制御を実行すると共に、前記始動運転時には前記放電エネルギ低下制御を停止するエンジン。

【請求項2】

前記制御手段が、前記放電エネルギ低下制御において、前記点火プラグの放電時間を短縮する形態で前記放電エネルギを低下させる請求項１に記載のエンジン。

【請求項3】

混合気を圧縮して燃焼させる燃焼室と、
前記燃焼室に火花を発生可能な点火プラグとを備えたエンジンにおいて、
前記燃焼室において理論空燃比よりもリーンな混合気を圧縮着火させるＨＣＣＩ燃焼モードにおいて、当該圧縮着火前に前記点火プラグを作動させる圧縮着火アシストを実行するエンジンの制御方法であって、
前記点火プラグの放電エネルギを調整可能な放電エネルギ調整手段を設け、
前記放電エネルギ調整手段を制御して、前記燃焼室における混合気の燃焼が維持可能な範囲内で前記放電エネルギを低下させる放電エネルギ低下制御を実行可能とし、
前記燃焼室において理論空燃比の混合気を前記点火プラグにより火花点火して燃焼させるＳＩ燃焼モードで運転可能とし、
運転状態に基づいて前記ＨＣＣＩ燃焼モードと前記ＳＩ燃焼モードとの間で燃焼モードの切り替えを実行可能とし、
始動運転時及び当該始動運転後の暖機運転時において前記ＳＩ燃焼モードを実行し、前記暖機運転後の負荷投入運転時において前記ＳＩ燃焼モードから前記ＨＣＣＩ燃焼モードに移行し、前記負荷投入運転後の定格運転時において前記ＨＣＣＩ燃焼モードを実行し、前記始動運転時には前記放電エネルギ低下制御を停止するエンジンの制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、混合気を圧縮して燃焼させる燃焼室と、
前記燃焼室に火花を発生可能な点火プラグとを備えると共に、
前記燃焼室において理論空燃比よりもリーンな混合気を圧縮着火させて燃焼させるＨＣＣＩ燃焼モードで運転可能に構成され、
前記ＨＣＣＩ燃焼モードにおいて、当該圧縮着火前に前記点火プラグを作動させる圧縮着火アシストを実行する制御手段を備えたエンジン及びその制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

低公害且つ高効率を実現し得るエンジンとして、空気と燃料とを予め混合した理論空燃比よりもリーン（燃料希薄）な混合気を燃焼室に導入し、その混合気をピストンの断熱圧縮により自己着火させて燃焼させる所謂予混合圧縮着火（ＨＣＣＩ；Ｈｏｍｏｇｅｎｅｏｕｓ Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ Ｉｇｎｉｔｉｏｎ）燃焼モードで運転を行うものが知られている。
かかるＨＣＣＩ燃焼モードは、圧縮比を増加させて効率の向上が可能であると共に、燃料を希薄状態で燃焼させ低ＮＯｘ化が可能となり、特に、高圧噴射が困難でディーゼルエンジン用燃料としては不向きな天然ガス系都市ガス等の気体燃料を用いても、容易に混合気を圧縮着火させて燃焼させることができるというメリットを有する。

【0003】

かかるＨＣＣＩ燃焼モードでは、安定した運転を維持し更には効率を向上させるために、燃焼室において混合気を適切なタイミングで自己着火させることが重要である。例えば、自己着火タイミングが早すぎるとノッキング等が発生し、逆に、自己着火タイミングが遅すぎると熱効率低下や失火等が発生するという問題がある。
そこで、ＨＣＣＩ燃焼モードで運転を行うエンジンとして、ＨＣＣＩ燃焼モードにおいて圧縮着火前に点火プラグを作動させる圧縮着火アシストを実行することによって、自己着火を適切なタイミングで確実に発生させるように構成したものが知られている（例えば、特許文献１を参照。）。

【0004】

一方、燃焼室において理論空燃比の混合気を点火プラグにより火花点火して燃焼させる火花点火（ＳＩ：Ｓｐａｒｋ Ｉｇｎｉｔｉｏｎ）燃焼モードで運転を行う火花点火エンジンとして、点火プラグの放電エネルギを効果的に制御して、燃焼安定性と点火プラグの耐久性との向上を実現するようにした点火制御装置を備えたものが知られている（例えば、特許文献２を参照。）。
この火花点火エンジンでは、空燃比をストイキ（理論空燃比）とリーンとで切り替えて運転可能に構成されており、リーン運転時においては燃焼安定性を重視し、ストイキ運転時には点火プラグの耐久性を重視するべく、リーン運転時における点火プラグの放電エネルギ（放電時間）をストイキ運転時と比較して大きく設定している。

【0005】

また、従来のエンジンとして、上記ＳＩ燃焼モードと上記ＨＣＣＩ燃焼モードとの間で燃焼モードを運転状態に基づいて切り替える燃焼モード切替制御を実行するものが知られている（例えば、特許文献３を参照。）。このエンジンでは、暖気が十分でない始動運転時においてＳＩ燃料モードで運転を行い、暖機が十分に進行しエンジン負荷を定格負荷に設定した定格運転時においてＨＣＣＩ燃焼モードで運転を行うように構成されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２００８−５７４０７号公報

【特許文献2】特開２００７−２８５１６２号公報

【特許文献3】特開２００７−３２４６７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

ＨＣＣＩ燃焼モードにおいて圧縮着火アシストを実行するエンジンにおいて、上記特許文献２に記載の点火制御装置を採用した場合、点火プラグの耐久性が低下するという問題がある。というのは、ＨＣＣＩ燃焼モードでは混合気の空燃比が理論空燃比よりも極めてリーン側に設定されることから、その際の圧縮着火アシストで作動する点火プラグの放電エネルギは、混合気の空燃比を理論空燃比に設定して点火プラグを作動させる通常のＳＩ燃焼モードでの運転と比較して、非常に大きなものに調整されることになる。従って、圧縮着火アシストを継続するほど、点火プラグの耐久性が損なわれる場合がある。
また、従来、ＨＣＣＩ燃焼モードにおいて圧縮着火アシストを実行する場合には、通常、圧縮着火アシストにおける点火プラグの放電エネルギは、ＳＩ燃焼モードで運転を行うときと同程度に設定されており、その最適化は行われていなかった。

【0008】

本発明は、かかる点に着目してなされたものであり、その目的は、ＨＣＣＩ燃焼モードにおいて圧縮着火前に点火プラグを作動させる圧縮着火アシストを実行するエンジンにおいて、当該圧縮着火アシストにおける点火プラグの放電エネルギを最適化して、燃焼安定性と点火プラグの耐久性との向上を実現することができる技術を提供する点にある。

【課題を解決するための手段】

【0009】

この目的を達成するための本発明に係るエンジンは、
混合気を圧縮して燃焼させる燃焼室と、
前記燃焼室に火花を発生可能な点火プラグとを備えると共に、
前記燃焼室において理論空燃比よりもリーンな混合気を圧縮着火させて燃焼させるＨＣＣＩ燃焼モードで運転可能に構成され、
前記ＨＣＣＩ燃焼モードにおいて、当該圧縮着火前に前記点火プラグを作動させる圧縮着火アシストを実行する制御手段を備えたエンジンであって、
その第１特徴構成は、
前記点火プラグの放電エネルギを調整可能な放電エネルギ調整手段と、
前記燃焼室における燃焼状態を判定する燃焼状態判定手段とを備えると共に、
前記制御手段が、前記燃焼状態判定手段の判定結果に基づき前記放電エネルギ調整手段を制御して、前記燃焼室における安定燃焼を維持可能な範囲内で前記放電エネルギを低下させる放電エネルギ低下制御を実行し、
前記燃焼室において理論空燃比の混合気を前記点火プラグにより火花点火して燃焼させるＳＩ燃焼モードで運転可能に構成され、
前記制御手段が、運転状態に基づいて前記ＨＣＣＩ燃焼モードと前記ＳＩ燃焼モードとの間で燃焼モードを切り替える燃焼モード切替制御を実行し、
前記制御手段が、始動運転時及び当該始動運転後の暖機運転時において前記ＳＩ燃焼モードに設定し、前記暖機運転後の負荷投入運転時において前記ＳＩ燃焼モードから前記ＨＣＣＩ燃焼モードに移行し、前記負荷投入運転後の定格運転時において前記ＨＣＣＩ燃焼モードに設定する形態で、前記燃焼モード切替制御を実行すると共に、前記始動運転時には前記放電エネルギ低下制御を停止する点にある。

【0010】

また、この目的を達成するための本発明に係るエンジンの制御方法は、
混合気を圧縮して燃焼させる燃焼室と、
前記燃焼室に火花を発生可能な点火プラグとを備えたエンジンにおいて、
前記燃焼室において理論空燃比よりもリーンな混合気を圧縮着火させるＨＣＣＩ燃焼モードにおいて、当該圧縮着火前に前記点火プラグを作動させる圧縮着火アシストを実行するエンジンの制御方法であって、
その第１特徴構成は、
前記点火プラグの放電エネルギを調整可能な放電エネルギ調整手段を設け、
前記放電エネルギ調整手段を制御して、前記燃焼室における混合気の燃焼が維持可能な範囲内で前記放電エネルギを低下させる放電エネルギ低下制御を実行可能とし、
前記燃焼室において理論空燃比の混合気を前記点火プラグにより火花点火して燃焼させるＳＩ燃焼モードで運転可能とし、
運転状態に基づいて前記ＨＣＣＩ燃焼モードと前記ＳＩ燃焼モードとの間で燃焼モードの切り替えを実行可能とし、
始動運転時及び当該始動運転後の暖機運転時において前記ＳＩ燃焼モードを実行し、前記暖機運転後の負荷投入運転時において前記ＳＩ燃焼モードから前記ＨＣＣＩ燃焼モードに移行し、前記負荷投入運転後の定格運転時において前記ＨＣＣＩ燃焼モードを実行し、前記始動運転時には前記放電エネルギ低下制御を停止する点にある。

【0011】

本願発明者は、ＨＣＣＩ燃焼モードにおける圧縮着火アシスト実行時における点火プラグの最適な放電エネルギについて鋭意研究した結果、当該圧縮着火アシスト実行時において、点火プラグの放電エネルギを大幅に低下させたとしても、混合気の圧縮着火を十分に
誘発でき燃焼室における混合気の燃焼が維持されることを発見し、本願発明を完成するに至った。
即ち、ＨＣＣＩ燃焼モードでは、燃焼室において混合気は火炎伝播を起こさないリーンな状態で存在しており、その燃焼は火炎伝播によらない圧縮着火によるものである。そのため、その圧縮着火を誘発させるために実行する圧縮着火アシストでは、点火プラグは放電ギャップにある混合気のみを点火させればよい。よって、圧縮着火アシスト実行時の点火プラグでは、その限られた混合気の点火のための火炎核を形成するに足りる最低限の放電エネルギ（最小に放出される高電圧の容量エネルギに相当する。）のみが必要となり、その火炎核から周囲の混合気への火炎伝播を発生させるために必要な放電エネルギ（容量エネルギに続いて放出される誘導エネルギに相当する。）は殆ど不要となる。
そこで、本第１特徴構成のごとく、ＨＣＣＩ燃焼モードにおいて圧縮着火アシストを実行するエンジンにおいて、上記放電エネルギ低下制御を実行することで、圧縮着火アシスト実行時における点火プラグの放電エネルギは、点火プラグの容量エネルギが最低限確保されて燃焼室における安定燃焼が維持される程度まで低下することになり、ＳＩ燃焼時に設定される通常の放電エネルギよりも小さくなる。従って、圧縮着火アシスト実行時において、点火プラグの容量エネルギにより混合気の圧縮着火を良好にアシストしつつ、点火プラグの放電エネルギを極めて小さくして当該点火プラグの消耗を抑制することができるので、結果、燃焼安定性を維持しつつ点火プラグの耐久性を向上することができる。
ＳＩ燃焼モードにおいても上述した放電エネルギ低下制御を実行することで、点火プラグの放電エネルギを最適化することができる。また、ＳＩ燃焼モードにおいて安定燃焼を維持するために必要な点火プラグの放電エネルギとしては、放電ギャップに火炎核を形成するための適度な容量エネルギと、当該火炎核を成長させ火炎伝播を発生させるための適度な誘導エネルギとの両方が必要となる。よって、このＳＩ燃焼モード時の点火プラグの放電エネルギは、上述したＨＣＣＩ燃焼モードにおける圧縮着火アシスト実行時よりも大きいものとなる。
即ち、ＳＩ燃焼モードからＨＣＣＩ燃焼モードへの移行時において上記放電エネルギ低下制御を実行することで、点火プラグの放電エネルギが低下することになり、点火プラグの耐久性の向上が図られることになる。
また、上記燃焼モード切替制御を、上記始動運転時から上記負荷投入運転を経て上記定格運転時までの運転状態の遷移に合わせて、ＳＩ燃焼モードからＨＣＣＩ燃焼モードへ燃焼モードを遷移させるように構成することができる。
即ち、始動運転時においては、燃焼室における確実な混合気の燃焼を実現し且つ暖機を促進するために、燃焼室において理論空燃比の混合気を火花点火するＳＩ燃焼モードとされる。この始動運転時においては、暖機が十分でないため、混合気の火花点火及びそれに続く火炎伝播を確実なものとするために、上記放電エネルギ低下制御を停止して、点火プラグの放電エネルギを十分に大きなものとすることが望ましい。
また、始動運転後の負荷投入運転時においては、暖機の進行に合わせて吸気温度が上昇するために燃焼室における混合気の圧縮着火が可能な状態となるため混合気の空燃比をリーン側に調整してＨＣＣＩ燃焼モードへ移行することができ、その状態を定格運転時において維持することができる。

【0012】

本発明に係るエンジンの第２特徴構成は、上記第１特徴構成に加えて、
前記制御手段が、前記放電エネルギ低下制御において、前記点火プラグの放電時間を短縮する形態で前記放電エネルギを低下させる点にある。

【0013】

上記第２特徴構成によれば、上記放電エネルギ低下制御において点火プラグの放電時間を短縮する形態で放電エネルギを低下させることで、圧縮着火アシスト実行時において殆ど不要となる点火プラグの誘導エネルギを極めて小さいものにして、点火プラグの容量エネルギを混合気の圧縮着火をアシストし得る程度に確保することができる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】本実施形態に係るエンジンの概略構成図

【図2】本実施形態に係るエンジンの起動時における各種状態の経時的変化を示すグラフ図

【発明を実施するための形態】

【0019】

本発明の実施の形態について、図面に基づいて説明する。
図１に示すエンジンシステムは、レシプロ式のエンジン５０と、そのエンジン５０のクランク軸（駆動軸）６により連結駆動されて発電を行い商用電力系統８０に連系可能に構成された電動発電機６０とを備えた発電システムとして構成されている。

【0020】

先ず、エンジン５０の詳細構成について説明する。
エンジン５０は、混合気Ｍを圧縮して燃焼させる燃焼室２を備え、当該燃焼室２において理論空燃比よりもリーン（燃料希薄）な混合気Ｍを圧縮着火させて燃焼させるＨＣＣＩ燃焼モードで運転可能に構成された予混合圧縮着火エンジンとして構成されている。

【0021】

燃焼室２は、シリンダ５の内面とピストン３の頂面とで規定されており、ピストン３は連結棒４に揺動自在に連結され、ピストン３の往復動が連結棒４によって１つのクランク軸６の回転運動として得られる。
燃焼室２に吸気弁７を介して接続された吸気路１２と、燃焼室２に排気弁８を介して接続された排気路１３とが設けられている。
吸気路１２を流通する空気Ａ（新気）は、ミキサ１８において天然ガス系都市ガスの燃料Ｇが供給されて混合気Ｍとなり、その混合気Ｍが燃焼室２に吸気される。

【0022】

そして、上記ＨＣＣＩ燃焼モードでは、ミキサ１８において理論空燃比よりもリーン（例えば空気過剰率２．０程度）な空燃比の混合気Ｍが形成され、そのリーンな混合気Ｍが燃焼室２に吸気される。そして、燃焼室２において、そのリーンな混合気Ｍが、ピストン３の上昇により圧縮されて発火点まで昇温することで、自己着火し燃焼する。

【0023】

エンジン５０には、コンピュータからなるエンジン・コントロール・ユニット（以下、ＥＣＵと呼ぶ）３０（制御手段の一例）が設けられており、ＥＣＵ３０は、後述する放電エネルギ低下制御や燃焼モード切替制御等の各種制御を行うように構成されている。

【0024】

吸気路１２には加熱部１５が設けられ、この加熱部１５は、例えば、シリンダ５等を冷却して高温となった冷却水や燃焼室２から排出された高温の排ガス等を熱源として、吸気路１２を流通する混合気Ｍを加熱可能に構成されている。

【0025】

更に、この加熱部１５は、吸気路１２を流通する混合気Ｍに対する加熱部１５による加熱量を調整可能に構成されている。そして、ＥＣＵ３０は、吸気路１２の吸気弁７近傍に設けられた温度センサ２４の検出結果に基づいて、加熱部１５による加熱量を制御して、吸気路１２から燃焼室２に吸気される混合気Ｍの温度（以下「吸気温度」と呼ぶ。）が所定の目標温度となるように制御することができる。

【0026】

また、ミキサ１８に供給される燃料Ｇは、燃料調整弁１９により流量調整可能に構成されている。そして、ＥＣＵ３０は、例えば排気路１３に設けられ排ガスの酸素濃度を検出可能な酸素センサの検出結果に基づいて、吸気路１２の抵抗を制御して、ミキサ１８の特性と合わせて燃焼室２に吸気される混合気Ｍの空燃比を所定の目標空燃比となるように制御することができる。
また、クランク軸６には、クランク軸６の回転位相を検知するための回転角度センサ７９が設けられ、その回転角度センサ７９の検知結果がＥＣＵ３０に入力され、そのＥＣＵ３０は、その入力された検知結果から上記クランク軸６のクランク角度や回転速度を検出することができる。
更に、ＥＣＵ３０は、このように検出されるクランク軸６の回転速度を目標回転速度に維持するように、スロットルバルブ１６の開度を制御する。

【0027】

エンジン５０には、燃焼室２に火花を発生可能な点火プラグ２６が設けられている。そして、ＥＣＵ３０は、上記ＨＣＣＩ燃焼モードにおいて、当該圧縮着火前に点火プラグ２６を作動させる圧縮着火アシストを実行するように構成されている。
この圧縮着火アシストが実行されると、燃焼室２では、点火プラグ２６の放電ギャップ２６ａにある少量の混合気Ｍが点火され燃焼するのであるが、その混合気Ｍの空燃比がリーンな状態であるため、その点火に続いて火炎伝播が発生することはなく、その点火に誘発される形態で、燃焼室２全体における他の混合気Ｍの自己着火が発生することになる。

【0028】

更に、エンジン５０は、上記ＨＣＣＩ燃焼モードに代えて、燃焼室２において理論空燃比（例えば空気過剰率１．２程度）の混合気Ｍを点火プラグ２６により火花点火して燃焼させるＳＩ燃焼モードで運転可能に構成されている。
上記ＳＩ燃焼モードでは、ミキサ１８において理論空燃比（例えば空気過剰率が１．０程度）の混合気Ｍが形成され、その理論空燃比の混合気Ｍが燃焼室２に吸気される。そして、燃焼室２において、その理論空燃比の混合気Ｍが、ピストン３の上昇により圧縮された後に点火プラグ２６により火花点火され、火炎伝播により燃焼室２全体において燃焼することになる。

【0029】

ＥＣＵ３０は、運転状態に基づいて上記ＨＣＣＩ燃焼モードと上記ＳＩ燃焼モードとの間で燃焼モードを切り替える燃焼モード切替制御を実行する。
エンジン５０の燃焼モードを上記ＳＩ燃焼モードとするにあたり、吸気路１２の吸気弁７近傍に設けられたスロットルバルブ１６の開度は上記ＨＣＣＩ燃焼モードとするときよりも小さく設定されて、燃焼室２の圧縮前の圧力が低下する。更に、燃料調整弁１９の開度が上記ＨＣＣＩ燃焼モードとするときよりも大きく設定されて、ミキサ１８において生成される混合気Ｍの空燃比が火炎伝播可能な理論空燃比に設定される。そして、その混合気Ｍが、燃焼室２に吸気しピストン３により圧縮され点火プラグ２６により火花点火されて燃焼する形態で、上記ＳＩ燃焼が継続される。

【0030】

一方、エンジン５０の燃焼モードを上記ＨＣＣＩ燃焼モードとするにあたり、吸気路１２の吸気弁７近傍に設けられたスロットルバルブ１６の開度が上記ＳＩ燃焼モードとするときよりも大きく設定されて、燃焼室２の圧縮前の圧力が上昇する。更に、燃料調整弁１９の開度が上記ＳＩ燃焼モードとするときよりも小さく設定されて、ミキサ１８において生成される混合気Ｍの空燃比が火炎伝播が起こらないリーンな状態に低下される。そして、その混合気Ｍが、燃焼室２に吸気されピストン３により圧縮されて自己着火し燃焼する形態で、上記ＨＣＣＩ燃焼が継続される。
そして、このようなＨＣＣＩ燃焼を行って燃料Ｇを自己着火させて燃焼させるために、圧縮比が２１程度と非常に高く設定されることで高効率化が実現されており、更に、予混合気の空燃比が火炎伝播が起こらないリーンな状態に設定されていることで、低ＮＯｘが実現されている。

【0031】

燃焼状態判定手段２７が設けられており、この燃焼状態判定手段２７は、燃焼室２の圧力を検出する圧力センサ２７ａの検出結果から燃焼室２における図示平均有効圧を求め、その変動率である燃焼変動率（ＣＯＶ）から燃焼状態を判定するように構成されている。
具体的に、燃焼状態判定手段２７は、燃焼変動率（ＣＯＶ）が許容閾値を超えた場合には燃焼が不安定であると判定し、燃焼変動率（ＣＯＶ）が許容閾値以下であるときには安定燃焼が維持されていると判定する。

【0032】

更に、点火プラグ２６の放電ギャップ２６ａに放電を行わせるための点火回路２５が設けられており、この点火回路２５は、点火プラグ２６の放電エネルギを調整可能な放電エネルギ調整手段として機能する。
尚、点火回路２５は、イグニッションコイルで発生した高圧電流をトランジスターで断続させて放電ギャップ２６ａに断続的な放電を発生させる公知のフルトランジスタ式の点火回路が採用されており、そのトランジスターの断続を制御して放電ギャップ２６ａでの放電時間を調整する形態で、上記点火プラグ２６の放電エネルギを調整するように構成されている。

【0033】

更に、ＥＣＵ３０は、上述した圧縮着火アシストを実行するにあたり、燃焼状態判定手段２７の判定結果に基づき点火回路２５を制御して、燃焼室２における安定燃焼を維持可能な範囲内で点火プラグ２６の放電時間を短縮する形態で放電エネルギを低下させる放電エネルギ低下制御を実行するように構成されている。
ＨＣＣＩ燃焼モードでの圧縮着火アシスト実行時において、上記のような放電エネルギ低下制御が実行されると、点火プラグ２６の放電時間が、ＳＩ燃焼時に設定される通常の放電時間よりも短くなり、詳しくは、混合気Ｍの圧縮着火を誘発するために必要な点火プラグ２６の容量エネルギが最低限確保されて燃焼室２における安定燃焼が維持される程度まで、短縮されることになって、点火プラグ２６の耐久性が向上される。
一方、ＳＩ燃焼モードにおいて、上記のような放電エネルギ低下制御が実行されると、点火プラグ２６の放電エネルギが最適化されるのであるが、このＳＩ燃焼モードでは、点火プラグ２６の放電エネルギとして、放電ギャップ２６ａに火炎核を形成するための適度な容量エネルギと当該火炎核を成長させ火炎伝播を発生させるための適度な誘導エネルギとの両方が必要となるため、点火プラグ２６の放電時間は、上記ＨＣＣＩ燃焼モードよりも若干長くなる。

【0034】

具体的に、ＥＣＵ３０は、放電エネルギ低下制御において、燃焼状態判定手段２７により燃焼変動率を所定間隔で求め、その燃焼変動率が所定の許容上限値（例えば３％）以下である場合には、安定燃焼が維持されているとして、点火プラグ２６の点火エネルギを所定幅（例えば１ｍＪ）ずつ低下させ形態で放電時間を段階的に短縮する。即ち、この放電時間の短縮が、燃焼室２における安定燃焼を維持可能な範囲内での点火プラグ２６の放電エネルギの低下に相当することになる。
一方、所定間隔で求められた燃焼変動率が、所定の異常値（例えば５％）以上である場合には、燃焼状態が不安定となり早い段階での改善が必要であるとして、点火プラグ２６の点火エネルギを比較的大きめの所定幅（例えば５ｍＪ）ずつ上昇させる形態で放電時間を段階的に拡大する。更に、所定間隔で求められた燃焼変動率が、上記異常値よりも小さいが上記許容上限値よりも大きい場合には、燃焼状態が未だ不安定な状態であるとして、点火プラグ２６の点火エネルギを比較的小さめの所定幅（例えば１ｍＪ）ずつ上昇させる形態で放電時間を段階的に拡大することで、結果、燃焼変動率の上記許容上限値以下への低下を図る。

【0035】

エンジン５０は、起動時おいてＳＩ燃焼モードからＨＣＣＩ燃焼モードへの移行を行うのであるが、その詳細について図２に基づいて以下に説明する。
ＥＣＵ３０は、エンジン５０の暖機が十分でない始動運転時等においては燃焼モードをＳＩ燃焼モードに設定し、エンジン５０の暖機が十分に進行してから燃焼モードをＨＣＣＩ燃焼モードに移行する形態で、起動を行う。
詳しくは、ＥＣＵ３０は、電動発電機６０の駆動電力を供給することで電動発電機６０を誘導電動機として機能させて、エンジン５０のクランク軸６を回転させる所謂モータリングを行った状態で、燃焼モードをＳＩ燃焼モードとしてエンジン５０を始動させる始動運転を行う。
尚、この始動運転時においては、混合気Ｍの火花点火及びそれに続く火炎伝播を確実なものとするために、ＥＣＵ３０は、放電エネルギ低下制御を停止しているので、放電時間は比較的長い時間ａに設定されている。

【0036】

次に、エンジン５０が始動した後には、燃焼モードをＳＩ燃焼モードに維持して、エンジン５０の暖機を進行させる暖機運転を行う。この暖機運転の開始にあわせて、ＥＣＵ３０は、点火エネルギ低下制御を開始する。すると、暖気の進行に従って燃焼状態が安定することから、点火プラグ２６の放電時間が徐々に短縮されて、放電エネルギが低下することになる。

【0037】

上記暖機運転を行って、例えばエンジン冷却水温度が上昇して所定の温度に到達したとき、又は、シリンダ５の温度が上昇して所定の温度に到達したときに、暖機が完了したと判断し、次の負荷投入運転を行う。
かかる負荷投入運転では、遮断器７８を投入状態（接続状態）として、商用電力系統８０に対して解列状態であった電動発電機６０の同期投入が行われて、エンジン負荷が上昇する。
同時に、次のＨＣＣＩ燃焼モードへの移行のために、例えば混合気Ｍの空気過剰率を１．２から２．０に増加させる形態で混合気Ｍの空燃比をリーン側に調整しながら、加熱部１５を作動させて吸気温度を上昇させる。
すると、燃焼室２において混合気Ｍの圧縮着火が徐々に開始される形態で、燃焼モードがＳＩ燃焼モードからＨＣＣＩ燃焼モードに移行されることになる。
この際、点火プラグ２６の作動は継続されていることから、上述した圧縮着火アシストが行われていることになる。

【0038】

負荷投入運転が完了してエンジン負荷が定格負荷に設定された状態においては、燃焼モードはＨＣＣＩ燃焼モードに設定されており、燃焼状態は比較的安定したものとなる。この際に、放電エネルギ低下制御が実行されると、点火プラグ２６の放電エネルギとしては、混合気Ｍの圧縮着火をアシストするための火炎核を形成する適度な容量エネルギは必要となるが、当該火炎核を成長させ火炎伝播を発生させるための誘導エネルギは不要となる。よって、この定格運転時におけるＨＣＣＩ燃焼モードでは、点火プラグ２６の放電時間は、ＳＩ燃焼モードよりも短縮され、点火プラグ２６の放電エネルギが一層低下されることになるので、点火プラグ２６の耐久性が一層向上されることになる。

【0039】

〔その他の実施形態〕
最後に、本発明のその他の実施形態について説明する。尚、以下に説明する各実施形態の構成は、それぞれ単独で適用されるものに限られず、矛盾が生じない限り、他の実施形態の構成と組み合わせて適用することも可能である。
（１）上記実施の形態では、放電エネルギ低下制御において、点火プラグ２６の放電時間を短縮する形態で放電エネルギを低下させたが、放電電流を低下させるなど別の方法で放電エネルギを低下させることもできる。

【0040】

（２）上記実施の形態では、本発明に係るエンジン５０を、ＥＣＵ３０により運転状態に基づいてＨＣＣＩ燃焼モードとＳＩ燃焼モードとの間で燃焼モードを切り替える燃焼モード切替制御を実行するものとして構成したが、別に、ＳＩ燃焼モードで運転可能に構成せずに、ＨＣＣＩ燃焼モードのみで運転し、圧縮着火アシストを行うように構成したエンジンにおいても、放電エネルギ低下制御を実行して燃焼安定性と点火プラグ２６の耐久性との向上を図るように構成することもできる。

【0041】

（３）上記実施の形態では、負荷投入運転時に燃焼モードをＳＩ燃焼モードからＨＣＣＩ燃焼モードに移行するように構成したが、例えば、負荷投入運転時において運転状態を安定化させるため当該負荷投入運転時には混合気Ｍの空燃比を理論空燃比に維持して燃焼モードをＳＩ燃焼モードとし、負荷投入運転が完了して定格運転に移行してから、燃焼モードをＨＣＣＩ燃焼モードに移行するように構成しても構わない。

【0042】

（４）上記実施の形態では、燃焼状態判定手段２７を、燃焼変動率（ＣＯＶ）が許容閾値を超えた場合に燃焼が不安定であると判定するように構成したが、燃焼質量割合５０％位置（５０％の燃料Ｇの燃焼が完了した時期）、熱発生時期の最大値、熱発生率の重心値などの別の指標が許容範囲から乖離した場合に燃焼が不安定であると判定するように構成しても構わない。

【産業上の利用可能性】

【0043】

本発明は、混合気を圧縮して燃焼させる燃焼室と、
前記燃焼室に火花を発生可能な点火プラグとを備えると共に、
前記燃焼室において理論空燃比よりもリーンな混合気を圧縮着火させて燃焼させるＨＣＣＩ燃焼モードで運転可能に構成され、
前記ＨＣＣＩ燃焼モードにおいて、当該圧縮着火前に前記点火プラグを作動させる圧縮着火アシストを実行する制御手段を備えたエンジン及びその制御方法として好適に利用可能である。

【符号の説明】

【0044】

２ ：燃焼室
２５ ：点火回路（放電エネルギ調整手段）
２６ ：点火プラグ
２７ ：燃焼状態判定手段
５０ ：エンジン
Ａ ：空気
Ｇ ：燃料
Ｍ ：混合気

【図1】

【図2】