特許 7354805 エンジンの制御装置

(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】

(24)【登録日】2023-09-25

(45)【発行日】2023-10-03

(54)【発明の名称】エンジンの制御装置

(51)【国際特許分類】

   F02D 41/34 20060101AFI20230926BHJP

   F02B 23/10 20060101ALI20230926BHJP

   F02D 45/00 20060101ALI20230926BHJP

【ＦＩ】

F02D41/34

F02B23/10 320

F02D45/00 369

F02B23/10 310B

F02B23/10 310E

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2019218161

(22)【出願日】2019-12-02

(65)【公開番号】P2021088940

(43)【公開日】2021-06-10

【審査請求日】2022-05-17

(73)【特許権者】

【識別番号】000003137

【氏名又は名称】マツダ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001427

【氏名又は名称】弁理士法人前田特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】森本 博貴

(72)【発明者】

【氏名】松尾 佳朋

(72)【発明者】

【氏名】計 恵

(72)【発明者】

【氏名】宮本 亨

【審査官】家喜 健太

(56)【参考文献】

【文献】特開２００８－３０３８７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－１２１５９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－３２９１５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－０５２６２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１８０２７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－０４０２６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－０４０２６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－１２１６４１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０２Ｄ １３／００ － ４５／００

Ｆ０２Ｂ ２３／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

燃焼室の中に所定の燃料を噴射するインジェクタと、前記燃料によって前記燃焼室の中に形成される混合気に点火する点火プラグとを具備し、前記点火プラグの点火により、混合気の一部を火炎伝播を伴う燃焼によって燃焼させた後、残りの未燃混合気を自己着火によって燃焼させるエンジンの制御装置であって、
前記燃料のオクタン価の検出が可能なオクタン価検出手段と、
前記オクタン価検出手段によって検出される検出値を入力するとともに、前記点火プラグ及び前記インジェクタの各々を制御する制御部と、
を備え、
前記燃料噴射は、
吸気行程内で前記燃料を噴射する吸気行程噴射又は圧縮行程内で前記燃料を噴射する圧縮行程噴射からなる前段噴射と、
前記圧縮行程噴射からなる後段噴射と、の２回からなり、
前記前段噴射として、検出されたオクタン価の値が所定値以上と判定された高オクタン価時には、前記吸気行程噴射が実行され、検出されたオクタン価の値が前記所定値よりも低いと判定された低オクタン価時には、前記吸気行程噴射の噴射時期が遅角されて、吸気行程内で前記燃料を噴射することなく前記圧縮行程噴射が実行されるように、前記制御部が前記インジェクタを制御するエンジンの制御装置。

【請求項2】

請求項１に記載のエンジンの制御装置において、
前記制御部による前記インジェクタの制御が、前記エンジンの運転領域のうち、所定回転数以下の低回転領域で行われるエンジンの制御装置。

【請求項3】

請求項１又は請求項２に記載のエンジンの制御装置において、
前記高オクタン価時には前記吸気行程噴射が少なくとも１回行われるエンジンの制御装置。

【請求項4】

請求項１に記載のエンジンの制御装置において、
前記高オクタン価時及び前記低オクタン価時の双方において、噴射する燃料量の比率は前記前段噴射の方が前記後段噴射よりも多くなるように、前記制御部が前記インジェクタを制御するエンジンの制御装置。

【請求項5】

請求項１に記載のエンジンの制御装置において、
前記高オクタン価時よりも前記低オクタン価時の方が、最後の燃料噴射の時期が遅角されているエンジンの制御装置。

【請求項6】

請求項１～５のいずれか１つに記載のエンジンの制御装置において、
前記低オクタン価時には、前記燃料の噴射圧を前記高オクタン価時よりも増大させるエンジンの制御装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

ここに開示する技術は、車両に搭載されるエンジンの制御装置に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、部分圧縮着火燃焼、具体的にはＳＰＣＣＩ燃焼（詳細は後述）を行うエンジンが開示されている。そのエンジンでは、１つの燃焼サイクルで要求されるガソリンの総量を、圧縮行程で複数回に分けて噴射することで、比較的高負荷の領域でＳＰＣＣＩ燃焼が行えるようにしている（特許文献１の図６のチャート（ｄ）参照）。

【0003】

特許文献２には、レギュラーガソリンを使用できるようにした、ハイオク仕様のエンジンが開示されている。このエンジンでは、ハイオクガソリンとレギュラーガソリンとで、適切な点火時期が異なることを利用して、ノックセンサを用いて、使用された燃料がハイオクガソリンかレギュラーガソリンかを判定する。

【0004】

そして、使用された燃料がレギュラーガソリンであり、負荷の増加時であった場合には、吸気行程での一括噴射を、吸気行程及び圧縮行程の各々での２回の分割噴射に切り替える。そうすることで、点火プラグ周りは、空燃比がリッチになって燃料の気化潜熱が増加し、温度上昇が抑制される。それにより、レギュラーガソリンを使用しても、プレイグニッションの発生を抑制できるようにしている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２０１９－１０８８１３号公報

【文献】特開２００４－５２６２４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

市販されている燃料には、レギュラーガソリン及びハイオクガソリンのように、オクタン価（ノッキングの起き難さの指標）の異なる燃料がある。レギュラーガソリンは、オクタン価が低いので（例えば約９１ｒｏｎ）、ノッキングが起き易い。そのため、レギュラーガソリンは、ハイオクガソリンよりも性能を出し難いが、安価で燃費に優れる利点がある。一方、ハイオクガソリンは、高価であるが、オクタン価が高いので（例えば約１００ｒｏｎ）、ノッキングが起き難い。そのため、エンジンの性能を十分に引き出すことができ、良好な走行を実現できる利点がある。

【0007】

通常、給油するガソリンは、エンジンに合わせて予め指定されている。しかし、オクタン価の異なるガソリンを支障無く給油できれば、走りの良さと燃費の良さとを、好みに合わせて選択することも可能になる。

【0008】

そこで、開示する技術の主たる目的は、オクタン価の異なる燃料が給油できて、良好な運転が実現できるエンジンの制御装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0009】

開示する技術は、燃焼室の中に所定の燃料を噴射するインジェクタと、前記燃料によって前記燃焼室の中に形成される混合気に点火する点火プラグとを具備し、前記点火プラグの点火により、混合気の一部を火炎伝播を伴う燃焼によって燃焼させた後、残りの未燃混合気を自己着火によって燃焼させるエンジンの制御装置に関する。

【0010】

前記エンジンの制御装置は、前記燃料のオクタン価の検出が可能なオクタン価検出手段と、前記オクタン価検出手段によって検出される検出値を入力するとともに、前記点火プラグ及び前記インジェクタの各々を制御する制御部と、を備える。そして、検出されたオクタン価の値が所定値以上と判定された高オクタン価時には、吸気行程内で前記燃料を噴射する吸気行程噴射が実行され、検出されたオクタン価の値が前記所定値よりも低いと判定された低オクタン価時には、前記吸気行程噴射の噴射時期が遅角されて、圧縮行程内で前記燃料を噴射する圧縮行程噴射が実行されるように、前記制御部が前記インジェクタを制御する。

【0011】

すなわち、開示する技術では、上述した部分圧縮着火燃焼、特にＳＰＣＣＩ燃焼を行うエンジンの制御装置を前提としている。そして、このエンジンの制御装置には、燃料のオクタン価を検出してその検出値を制御部に出力するオクタン価検出手段が備えられている。制御部は、その検出値と所定値とを比較し、燃料のオクタン価が高いか低いかを判定する。そして、その判定結果に基づいて、低オクタン価時には、高オクタン価時に行われる吸気行程噴射の噴射時期が遅角されて、圧縮行程噴射が実行されるように、制御部がインジェクタを制御する。

【0012】

ハイオクガソリンのようなオクタン価の高い燃料では、吸気行程で燃料を噴射することにより、点火時期までの期間を利用して燃料を十分にミキシングできる。従って、ＳＰＣＣＩ燃焼に適した成層化した混合気を点火時期に形成することができ、安定したＳＰＣＣＩ燃焼を実現できる。

【0013】

しかし、そのような燃焼制御の下で、燃料がレギュラーガソリンのようなオクタン価の低い燃料に変わると、早期に自己着火し易くなるので、安定したＳＰＣＣＩ燃焼が実現できなくなってしまう。それに対し、制御部は、オクタン価の高低を判定し、燃料のオクタン価が低い時には、吸気行程での燃料噴射を圧縮行程での燃料噴射に切り換える。

【0014】

圧縮行程であれば、点火時期までの期間は短い。それにより、燃料のミキシング時間が短縮されて、噴射された燃料は燃焼室の周辺部分に留まり易くなる。その結果、燃焼室の周辺部分が中央部分よりもリッチな、いわゆる逆成層化した混合気が形成されるので、自己着火を抑制できる。オクタン価の異なる燃料でも、安定したＳＰＣＣＩ燃焼が実現できる。従って、このエンジンの制御装置によれば、オクタン価の異なる燃料が給油できて、良好な運転が実現できるようになる。

【0015】

前記エンジンの制御装置はまた、前記制御部による前記インジェクタの制御が、前記エンジンの運転領域のうち、所定回転数以下の低回転領域で行われる、としてもよい。

【0016】

エンジンの回転数が低い方が、同じ時期に燃料を噴射しても点火時期までの期間が長くなる。従って、上述したインジェクタの制御は、高回転よりも低回転の運転領域の方が効果的であり、有効な領域を予め特定して行うことで、制御の効率化が図れる。

【0017】

前記エンジンの制御装置はまた、吸気行程及び圧縮行程の期間内で燃料噴射が複数回行われ、前記高オクタン価時には前記吸気行程噴射が少なくとも１回行われ、前記低オクタン価時には前記圧縮行程噴射のみが行われる、としてもよい。

【0018】

吸気行程噴射を含む分割噴射を行うことで、燃料のミキシングを促進できる。個々の噴射時期を調整することで、混合気を成層化して、点火時期に、高オクタン価の燃料でのＳＰＣＣＩ燃焼に適した混合気を形成できる。分割噴射を圧縮行程噴射のみとすることで、燃料のミキシングを抑制できる。個々の噴射時期を調整することで、混合気を逆成層化して、点火時期に、低オクタン価の燃料でのＳＰＣＣＩ燃焼に適した混合気を形成できる。

【0019】

前記エンジンの制御装置はまた、前記燃料噴射が、前段噴射及び後段噴射の２回からなり、前記高オクタン価時には、前記前段噴射が前記吸気行程噴射とされるとともに前記後段噴射が前記圧縮行程噴射とされ、前記低オクタン価時には、前記前段噴射及び前記後段噴射の双方が前記圧縮行程噴射とされる、としてもよい。

【0020】

前段噴射を吸気行程噴射とし、後段噴射を圧縮行程噴射とすれば、後段噴射を点火時期の直前に行うことで点火プラグの周囲に火種となるリッチな混合気を形成できる。それにより、点火時期に混合気の成層化をより促進できる。前段噴射及び後段噴射の双方を圧縮行程噴射とすれば、燃料のミキシングを抑制でき、混合気を逆成層化できる。

【0021】

前記エンジンの制御装置はまた、前記高オクタン価時よりも前記低オクタン価時の方が、最後の燃料噴射の時期が遅角されている、としてもよい。

【0022】

そうすれば、最後の燃料噴射で噴射された燃料が点火されるまでの時間は更に短縮される。従って、圧縮行程中での早期の異常燃焼の発生をよりいっそう抑制できる。

【0023】

前記エンジンの制御装置はまた、前記低オクタン価時には、前記燃料の噴射圧を前記高オクタン価時よりも増大させる、としてもよい。

【0024】

圧縮行程噴射では、ミキシング時間がほとんど確保できないので、燃料が多いと、燃料の気化が不十分になってスモークが発生し易い。燃料の噴射圧を増大すれば、燃料の気化を促進できるので、スモークの発生を抑制できる。冷却効果も高まる。逆成層化も促進できる。従って、よりいっそう適切なＳＰＣＣＩ燃焼が実現できる。

【発明の効果】

【0025】

開示する技術を適用したエンジンの制御装置によれば、オクタン価の異なる燃料が給油できて、良好な運転が実現できるようになる。

【図面の簡単な説明】

【0026】

【図1】図１は、制御装置を備えたエンジンを例示する構成図である。

【図2】図２は、燃焼室を例示する図であり、上図は、燃焼室の平面図、下図はII－II線断面図である。

【図3】図３は、燃焼室及び吸気通路を例示する平面図である。

【図4】図４は、エンジンの制御装置を例示するブロック図である。

【図5】図５は、エンジンの制御マップを例示する図であり、上図は温間時の制御マップ、中図は半暖機時の制御マップ、及び、下図は冷間時の制御マップである。

【図6】低オクタン価マップ及び高オクタン価マップを例示するブロック図である。

【図7】ハイオクガソリンが用いられた時の燃料噴射の時期、点火時期、及び燃焼波形を例示する図である。

【図8】レギュラーガソリンが用いられた時の燃料噴射の時期、点火時期、及び燃焼波形を例示する図である。

【図9】オクタン価の異なる燃料での燃焼制御例を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0027】

以下、開示する技術を適用したエンジン１、及びその制御装置について、図面を参照しながら説明する。ここで説明するエンジン１、制御装置は例示である。

【0028】

図１は、エンジン１を例示する図である。図２は、エンジン１の燃焼室を例示する図である。図３は、燃焼室１７及び吸気通路４０を例示する図である。尚、図１における吸気側は紙面左側であり、排気側は紙面右側である。図２及び図３における吸気側は紙面右側であり、排気側は紙面左側である。図４は、エンジン１の制御装置を例示するブロック図である。図５は、エンジン１の制御マップを例示する図である。

【0029】

エンジン１は、燃料及び空気を含む混合気の燃焼が行われる燃焼室１７を有している。燃焼室１７は、吸気行程、圧縮行程、膨張行程及び排気行程を繰り返す。エンジン１は、４ストロークエンジンである。エンジン１は、四輪の自動車に搭載されている。エンジン１が運転することによって自動車は走行する。

【0030】

＜燃料＞
エンジン１の燃料の主体は、ガソリンである。エンジン１の燃料は、ガソリンのみであってもよいし、例えばバイオエタノール等の付加的な燃料及び／又は添加剤等を含むものであってもよい。

【0031】

また、ガソリンには、オクタン価（例えば、リサーチ法オクタン価、いわゆるｒｏｎ）の異なる様々なタイプがあるが、エンジン１の燃料は、オクタン価の異なるガソリンであってもよい。エンジン１の燃料はまた、オクタン価の異なるガソリンが混合した状態であってもよい。

【0032】

すなわち、このエンジン１では、従来のように、予め指定された燃料のみを給油する必要はない。レギュラーガソリン又はハイオクガソリンのように、オクタン価が異なるガソリンであっても、ノッキング等の異常燃焼を抑制しながら、エンジン１を安定して運転することができる。

【0033】

従って、好みに応じて燃料を給油できる。例えば、高オクタン価の燃料をエンジン１に給油すれば、ノッキングが発生し難いので、エンジン１の性能を十分に引き出した状態で運転できる。それにより、自動車を、スポーツ走行等、走りを優先した仕様に調整できる。

【0034】

また、低オクタン価の燃料をエンジン１に給油すれば、安価で燃費に優れた走行が行える。ただし、低オクタン価の燃料はノッキングし易いので、高オクタン価の燃料と同じ条件で制御を行うと、異常燃焼が発生して適切に運転できない場合がある。

【0035】

しかも、このエンジン１は、後述するように、ＳＩ燃焼とＣＩ燃焼とを組み合わせたＳＰＣＣＩ燃焼を行う。ＳＰＣＣＩ燃焼では、高度な燃焼制御が要求される。そのため、オクタン価の異なる燃料が用いられると、燃焼が不安定になり易い。

【0036】

それに対し、このエンジン１では、オクタン価の異なる燃料であっても、ノッキング等の異常燃焼を抑制しながら、エンジン１を安定して運転できるように、燃焼制御が工夫されている（詳細は後述）。尚、説明では、便宜上、オクタン価の低い燃料の例としてレギュラーガソリンを、オクタン価の高い燃料の例としてハイオクガソリンを、それぞれ用いる場合がある。

【0037】

＜エンジン１＞
エンジン１は、シリンダブロック１２と、シリンダヘッド１３とを備えている。シリンダヘッド１３は、シリンダブロック１２の上に載置される。シリンダブロック１２に、複数のシリンダ１１が形成されている。エンジン１は、多気筒エンジンである。図１及び図２では、一つのシリンダ１１のみを示す。

【0038】

（燃焼室１７）
各シリンダ１１には、ピストン３が内挿されている。ピストン３は、コネクティングロッド１４を介してクランクシャフト１５に連結されている。ピストン３は、シリンダ１１の内部を往復動する。ピストン３、シリンダ１１及びシリンダヘッド１３は、燃焼室１７を形成する。尚、「燃焼室」は、ピストン３の位置に関わらず、ピストン３、シリンダ１１及びシリンダヘッド１３によって形成される空間を意味する。

【0039】

シリンダヘッド１３の下面は、燃焼室１７の上部を構成する。燃焼室１７の上部は、図２の下図に示すように、二つの傾斜面によって構成されている。燃焼室１７は、いわゆるペントルーフ型である。

【0040】

ピストン３の上面は、燃焼室１７の下部を構成する。ピストン３の上面には、キャビティ３１が形成されている。キャビティ３１は、ピストン３の上面から凹んでいる。キャビティ３１は、この構成例では、浅皿形状を有している。キャビティ３１の中心は、シリンダ１１の中心軸Ｘ１よりも排気側にずれている。

【0041】

エンジン１の幾何学的圧縮比は、オクタン価の異なる主な燃料に対応できるように、１４以上１８以下（好ましくは１５±１）に設定されている。後述するようにエンジン１は、一部の運転領域において、ＳＩ（Spark Ignition）燃焼とＣＩ（Compression Ignition）燃焼とを組み合わせたＳＰＣＣＩ燃焼を行う。ＳＰＣＣＩ燃焼は、ＳＩ燃焼による発熱及び／又は圧力上昇によって、ＣＩ燃焼をコントロールする。エンジン１は、圧縮着火式エンジンである。

【0042】

シリンダヘッド１３には、シリンダ１１毎に、吸気ポート１８が形成されている。吸気ポート１８は、図３に示すように、第１吸気ポート１８１及び第２吸気ポート１８２を有している。吸気ポート１８は、燃焼室１７に連通している。吸気ポート１８は、詳細な図示は省略するが、いわゆるタンブルポートである。つまり、吸気ポート１８は、燃焼室１７の中にタンブル流が発生するような形状を有している。

【0043】

吸気ポート１８には、吸気弁２１が配設されている。吸気弁２１は、動弁機構により、所定のタイミングで吸気ポート１８を開閉する。その動弁機構は、バルブタイミング及び／又はバルブリフトを可変にする可変動弁機構としてもよい。

【0044】

図４に示すように、動弁機構は、吸気電動Ｓ－ＶＴ（Sequential-Valve Timing）２３を有している。吸気電動Ｓ－ＶＴ２３は、吸気カムシャフトの回転位相を所定の角度範囲内で連続的に変更する。吸気弁２１の開弁角は変化しない。吸気弁２１の開弁角は、例えば２４０°ＣＡである。尚、動弁機構は、電動Ｓ－ＶＴに代えて、油圧式のＳ－ＶＴを有してもよい。

【0045】

シリンダヘッド１３には、シリンダ１１毎に、排気ポート１９が形成されている。排気ポート１９も、図３に示すように、第１排気ポート１９１及び第２排気ポート１９２を有している。排気ポート１９は、燃焼室１７に連通している。

【0046】

排気ポート１９には、排気弁２２が配設されている。排気弁２２は、動弁機構により、所定のタイミングで排気ポート１９を開閉する。その動弁機構は、バルブタイミング及び／又はバルブリフトを可変にする可変動弁機構としてもよい。

【0047】

図４に示すように、動弁機構は、排気電動Ｓ－ＶＴ２４を有している。排気電動Ｓ－ＶＴ２４は、排気カムシャフトの回転位相を所定の角度範囲内で連続的に変更する。排気弁２２の開弁角は変化しない。排気弁２２の開弁角は、例えば２４０°ＣＡである。尚、動弁機構は、電動Ｓ－ＶＴに代えて、油圧式のＳ－ＶＴを有してもよい。

【0048】

吸気電動Ｓ－ＶＴ２３及び排気電動Ｓ－ＶＴ２４は、吸気弁２１と排気弁２２との両方が開弁するオーバーラップ期間の長さを調節する。オーバーラップ期間の長さを調節することによって、内部ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）ガス、つまり温度の高い排気ガスを燃焼室１７の中に導入できる。吸気電動Ｓ－ＶＴ２３及び排気電動Ｓ－ＶＴ２４は、内部ＥＧＲシステムを構成する。

【0049】

（インジェクタ６）
シリンダヘッド１３には、シリンダ１１毎に、インジェクタ６が取り付けられている。インジェクタ６は、燃焼室１７の中に燃料を直接噴射する。インジェクタ６は、燃焼室１７の上部の中心部に配設されている。より詳細に、インジェクタ６はペントルーフの谷部に配設されている。

【0050】

図２に示すように、インジェクタ６の噴射軸心Ｘ２は、シリンダ１１の中心軸Ｘ１よりも排気側に位置している。インジェクタ６の噴射軸心Ｘ２は、中心軸Ｘ１に平行である。インジェクタ６の噴射軸心Ｘ２とキャビティ３１の中心とは一致している。インジェクタ６は、キャビティ３１に対向している。尚、インジェクタ６の噴射軸心Ｘ２は、シリンダ１１の中心軸Ｘ１と一致してもよい。その構成の場合において、インジェクタ６の噴射軸心Ｘ２と、キャビティ３１の中心とは一致してもよい。

【0051】

インジェクタ６は、複数の噴孔を有する多噴孔型である。インジェクタ６は、図２に二点鎖線で示すように、燃焼室１７の天井部の中央部から放射状にかつ、斜め下向きに、燃料を噴射する。インジェクタ６は、この構成例においては、１０個の噴孔を有している。１０個の噴孔は、周方向に等角度間隔に配置されている。

【0052】

インジェクタ６には、燃料供給システム６１が接続されている。燃料供給システム６１は、燃料を貯留する燃料タンク６３と、燃料供給路６２とを備えている。燃料供給路６２は、燃料タンク６３とインジェクタ６とを互いにつないでいる。燃料供給路６２には、燃料ポンプ６５とコモンレール６４とが介設している。

【0053】

燃料ポンプ６５は、コモンレール６４に燃料を送る。燃料ポンプ６５は、この構成例においては、クランクシャフト１５によって駆動されるプランジャー式のポンプである。コモンレール６４は、燃料ポンプ６５から送られた燃料を蓄える。コモンレール６４の中は高圧である。インジェクタ６は、コモンレール６４につながっている。

【0054】

インジェクタ６が開弁すると、コモンレール６４の中の高圧の燃料が、インジェクタ６の噴孔から燃焼室１７の中に噴射される。この構成例の燃料供給システム６１は、３０ＭＰａ以上の高い圧力の燃料を、インジェクタ６に供給できる。燃料供給システム６１の最高圧力は、例えば２００ＭＰａとしてもよい。燃料供給システム６１は、燃料の圧力を、エンジン１の運転状態に応じて変えてもよい。尚、燃料供給システム６１の構成は、前記の構成に限定されない。

【0055】

（点火プラグ２５）
シリンダヘッド１３には、シリンダ１１毎に、点火プラグ２５が取り付けられている。点火プラグ２５は、燃焼室１７の中の混合気に強制的に点火をする。点火プラグ２５は、図２に示すように、シリンダ１１の中心軸Ｘ１よりも吸気側に配設されている。点火プラグ２５は、２つの吸気ポート１８の間に位置している。点火プラグ２５の電極は、燃焼室１７の中に臨んでいる。尚、点火プラグ２５は、シリンダ１１の中心軸Ｘ１よりも排気側に配置してもよい。また、点火プラグ２５は、シリンダ１１の中心軸Ｘ１上に配置してもよい。

【0056】

（吸気通路４０）
エンジン１の一側面には吸気通路４０が接続されている。吸気通路４０は、各シリンダ１１の吸気ポート１８に連通している。燃焼室１７に導入する吸気のガスは、吸気通路４０の中を流れる。吸気通路４０の上流端部には、エアクリーナー４１が配設されている。吸気通路４０の下流端の近くには、サージタンク４２が配設されている。サージタンク４２よりも下流の吸気通路４０は、シリンダ１１毎に分岐している。

【0057】

吸気通路４０におけるエアクリーナー４１とサージタンク４２との間には、スロットル弁４３が配設されている。スロットル弁４３は、弁の開度が変わることによって、燃焼室１７の中への新気の導入量を調節する。

【0058】

吸気通路４０にはまた、スロットル弁４３の下流に、過給機４４が配設されている。過給機４４は、燃焼室１７に導入する吸気のガスの圧力を高める。この構成例において、過給機４４は、エンジン１によって駆動される。過給機４４は、ルーツ式、リショルム式、ベーン式、又は遠心式である。

【0059】

過給機４４とエンジン１との間には、電磁クラッチ４５が介設している。電磁クラッチ４５は、エンジン１から過給機４４へ駆動力を伝達する状態と、駆動力の伝達を遮断する状態とを切り替える。後述するＥＣＵ１０が電磁クラッチ４５に制御信号を出力することによって、過給機４４はオン又はオフになる。

【0060】

吸気通路４０における過給機４４の下流には、インタークーラー４６が配設されている。インタークーラー４６は、過給機４４が圧縮した吸気のガスを冷却する。インタークーラー４６は、水冷式又は油冷式である。

【0061】

吸気通路４０には、バイパス通路４７が接続されている。バイパス通路４７は、吸気通路４０における過給機４４の上流部とインタークーラー４６の下流部とを互いに接続する。バイパス通路４７は、過給機４４及びインタークーラー４６をバイパスする。バイパス通路４７には、エアバイパス弁４８が配設されている。エアバイパス弁４８は、バイパス通路４７を流れるガスの流量を調節する。

【0062】

ＥＣＵ１０は、過給機４４がオフの場合に、エアバイパス弁４８を全開にする。吸気通路４０を流れる吸気のガスは、過給機４４及びインタークーラー４６をバイパスして、エンジン１の燃焼室１７に至る。エンジン１は、非過給、つまり自然吸気の状態で運転する。

【0063】

過給機４４がオンの場合、エンジン１は過給状態で運転する。ＥＣＵ１０は、過給機４４がオンの場合に、エアバイパス弁４８の開度を調節する。過給機４４及びインタークーラー４６を通過した吸気のガスの一部は、バイパス通路４７を通って過給機４４の上流に戻る。ＥＣＵ１０がエアバイパス弁４８の開度を調節すると、燃焼室１７に導入する吸気のガスの圧力が変わる。尚、「過給」とは、サージタンク４２内の圧力が、動的に大気圧を超える状態をいい、「非過給」とは、サージタンク４２内の圧力が、動的に大気圧以下になる状態をいう、と定義してもよい。

【0064】

（スワールコントロール弁５６）
図３に示すように、エンジン１は、燃焼室１７内にスワール流を発生させるスワールコントロール弁５６を有している。吸気通路４０は、第１吸気ポート１８１につながるプライマリ通路４０１と、第２吸気ポート１８２につながるセカンダリ通路４０２とを有している。スワールコントロール弁５６は、セカンダリ通路４０２に配設されている。

【0065】

スワールコントロール弁５６は、セカンダリ通路４０２の断面を絞ることができる開度調節弁である。スワールコントロール弁５６の開度が小さいと、第１吸気ポート１８１から燃焼室１７に流入する吸気の流量が多くかつ、第２吸気ポート１８２から燃焼室１７に流入する吸気の流量が少ないから、燃焼室１７内のスワール流が強くなる。スワールコントロール弁５６の開度が大きいと、第１吸気ポート１８１及び第２吸気ポート１８２のそれぞれから燃焼室１７に流入する吸気の流量が、略均等になるから、燃焼室１７内のスワール流が弱くなる。スワールコントロール弁５６を全開にすると、スワール流は発生しない。尚、スワール流は、白抜きの矢印で示すように、図３における反時計回り方向に周回する。

【0066】

前述したように、エンジン１の吸気ポート１８はタンブルポートであるため、スワールコントロール弁５６を閉じると、燃焼室１７の中には、タンブル成分とスワール成分とを含んだ斜めスワール流が発生する。斜めスワール流は、シリンダ１１の中心軸Ｘ１に対して傾いたスワール流である。斜めスワール流の傾斜角度は、中心軸Ｘ１に直交する面に対して４５°程度が一般的である。斜めスワール流の傾斜角度は、３０°～６０°の範囲で設定してもよい。

【0067】

（排気通路５０）
エンジン１の他側面には、排気通路５０が接続されている。排気通路５０は、各シリンダ１１の排気ポート１９に連通している。燃焼室１７から排出された排気ガスは、排気通路５０の中を流れる。排気通路５０の上流部分は、詳細な図示は省略するが、シリンダ１１毎に分岐している。

【0068】

排気通路５０には、複数の触媒コンバーターを有する排気ガス浄化システムが配設されている。これらの触媒コンバーターは、図示は省略するが、エンジンルーム内に配設されている。上流の触媒コンバーターは、三元触媒５１１と、ＧＰＦ（Gasoline Particulate Filter）５１２とを有している。下流の触媒コンバーターは、三元触媒５１３を有している。尚、排気ガス浄化システムは、図例の構成に限定されない。例えば、ＧＰＦは省略してもよい。また、触媒コンバーターは、三元触媒を有するものに限定されない。さらに、三元触媒及びＧＰＦの並び順は、適宜変更してもよい。

【0069】

吸気通路４０と排気通路５０との間には、ＥＧＲ通路５２が接続されている。ＥＧＲ通路５２は、排気ガスの一部を吸気通路４０に還流させる通路である。ＥＧＲ通路５２の上流端は、排気通路５０における二つの触媒コンバーターの間に接続されている。ＥＧＲ通路５２の下流端は、吸気通路４０における過給機４４の上流部に接続されている。

【0070】

ＥＧＲ通路５２には、水冷式のＥＧＲクーラー５３が配設されている。ＥＧＲクーラー５３は、排気ガスを冷却する。ＥＧＲ通路５２にはまた、ＥＧＲ弁５４が配設されている。ＥＧＲ弁５４は、ＥＧＲ通路５２を流れる排気ガスの流量を調節する。ＥＧＲ弁５４は、外部ＥＧＲガス、つまり温度の低い排気ガスの還流量を調節する。ＥＧＲクーラー５３及びＥＧＲ弁５４は、外部ＥＧＲシステムを構成する。

【0071】

（オクタン価検出手段）
エンジン１は、オクタン価検出手段を備える。オクタン価検出手段は、燃料のオクタン価を検出し、その検出値をＥＣＵ１０に出力する。オクタン価検出手段は、燃料のオクタン価が検出できればよく、その構成は仕様に応じて選択できる。

【0072】

例えば、燃料のオクタン価が検出できる所定のセンサを、燃料供給システム６１に設置して、オクタン価検出手段を構成してもよい。この場合、燃料のオクタン価を静的な状態（燃焼前の燃料の状態）で、直接的に検出できる。

【0073】

また、上述した特許文献２のように、ノックセンサ等を用いて、オクタン価検出手段を構成してもよい。この場合、燃料のオクタン価を動的な状態（燃料が燃焼されている状態）で、間接的に検出できる。前者よりも後者の方が、燃料のオクタン価を、適時かつ燃焼毎に判定できるので、制御の応答性に優れる。

【0074】

エンジン１の場合、ＳＰＣＣＩ燃焼を行うため、後述するように、各燃焼室１７の内圧を高精度に計測できる筒内圧センサＳＷ５が設置されている。従って、エンジン１では、これを用いてオクタン価を検出するのが好ましい。

【0075】

すなわち、オクタン価は、燃焼熱の違いから判定することが可能である。オクタン価が高い燃料ほど着火し難いので、オクタン価の差に応じて燃焼熱に差が生じる。そのため、例えば、ＳＩ燃焼が開始してＣＩ燃焼が開始するまでの間の所定の期間で発生する熱量を比較することで、燃焼に用いられた燃料のオクタン価が推定できる。

【0076】

筒内圧センサＳＷ５であれば、そのような熱量を精度高く検出できるので、動的な状態のオクタン価を精度高く判定できる。しかも、既存の装置を利用するので、新たに高価なセンサを設置する必要も無い。そこで、このエンジン１では、筒内圧センサＳＷ５がオクタン価検出手段を構成するものとする。

【0077】

＜エンジンの制御装置＞
エンジン１の制御装置は、ＥＣＵ（Engine Control Unit）１０を備える。ＥＣＵ１０は、制御部の一例である。

【0078】

図４に示すように、ＥＣＵ１０は、マイクロコンピュータ１０１と、メモリ１０２と、Ｉ／Ｆ回路１０３と、を備えている。マイクロコンピュータ１０１は、プログラムを実行する。メモリ１０２は、プログラム及びデータを格納する。メモリ１０２は、例えばＲＡＭ（Random Access Memory）やＲＯＭ（Read Only Memory）である。Ｉ／Ｆ回路１０３は、電気信号の入出力を行う。

【0079】

ＥＣＵ１０には、図１及び図４に示すように、各種のセンサＳＷ１－ＳＷ１１が接続されている。これらセンサＳＷ１－ＳＷ１１は、ＥＣＵ１０に信号を出力する。

【0080】

エアフローセンサＳＷ１は、吸気通路４０におけるエアクリーナー４１の下流に配置されていて、吸気通路４０を流れる新気の流量を計測する。第１吸気温度センサＳＷ２は、吸気通路４０におけるエアクリーナー４１の下流に配置されていて、吸気通路４０を流れる新気の温度を計測する。第２吸気温度センサＳＷ３は、サージタンク４２に取り付けられていて、燃焼室１７に導入される吸気のガスの温度を計測する。

【0081】

吸気圧センサＳＷ４は、サージタンク４２に取り付けられていて、燃焼室１７に導入される吸気のガスの圧力を計測する。筒内圧センサＳＷ５は、シリンダ１１毎に、シリンダヘッド１３に取り付けられていて、各燃焼室１７内の圧力を計測する。水温センサＳＷ６は、エンジン１に取り付けられていて、冷却水の温度を計測する。クランク角センサＳＷ７は、エンジン１に取り付けられていて、クランクシャフト１５の回転角を計測する。

【0082】

アクセル開度センサＳＷ８は、アクセルペダル機構に取り付けられていて、アクセルペダルの操作量に対応したアクセル開度を計測する。吸気カム角センサＳＷ９は、エンジン１に取り付けられていて、吸気カムシャフトの回転角を計測する。排気カム角センサＳＷ１０は、エンジン１に取り付けられていて、排気カムシャフトの回転角を計測する。燃圧センサＳＷ１１は、燃料供給システム６１のコモンレール６４に取り付けられていて、インジェクタ６に供給する燃料の圧力を計測する。

【0083】

ＥＣＵ１０は、これらのセンサＳＷ１－ＳＷ１１の信号に基づいて、エンジン１の運転状態を判断する。ＥＣＵ１０はまた、予め定められている制御ロジックに従って、各デバイスの制御量を演算する。制御ロジックは、メモリ１０２に記憶されている。

【0084】

ＥＣＵ１０は、制御量に係る電気信号を、インジェクタ６、点火プラグ２５、吸気電動Ｓ－ＶＴ２３、排気電動Ｓ－ＶＴ２４、燃料供給システム６１、スロットル弁４３、ＥＧＲ弁５４、過給機４４の電磁クラッチ４５、エアバイパス弁４８、及び、スワールコントロール弁５６に出力する。

【0085】

＜ＳＰＣＣＩ燃焼のコンセプト＞
エンジン１は、燃費の向上及び排出エミッション性能の向上を主目的として、所定の運転状態にある場合に、圧縮自己着火による燃焼を行う。圧縮開始前の燃焼室１７の中の温度がばらつくと、自己着火のタイミングが大きく変化する。そこで、エンジン１は、ＳＩ燃焼とＣＩ燃焼とを組み合わせたＳＰＣＣＩ燃焼を行う。

【0086】

ＳＰＣＣＩ燃焼は、次のような燃焼形態である。つまり、点火プラグ２５が、燃焼室１７の中の混合気に強制的に点火をすることによって、混合気が火炎伝播によりＳＩ燃焼を開始する。ＳＩ燃焼の開始後、（１）ＳＩ燃焼の発熱により燃焼室１７の中の温度が高くなりかつ、（２）火炎伝播により燃焼室１７の中の圧力が上昇することによって、未燃混合気が自己着火によるＣＩ燃焼をする。

【0087】

ＳＩ燃焼の燃焼量を調節することによって、圧縮開始前の燃焼室１７の中の温度のばらつきを吸収できる。ＥＣＵ１０が点火タイミングを調節することによって、ＳＩ燃焼の燃焼量が調節される。ＥＣＵ１０が点火タイミングを調節すれば、混合気は目標のタイミングで自己着火する。ＳＰＣＣＩ燃焼は、ＳＩ燃焼の燃焼量がＣＩ燃焼の開始タイミングをコントロールしている。

【0088】

＜エンジン１の運転領域＞
図５は、エンジン１の制御マップ５０１、５０２、５０３を例示している。制御マップ５０１、５０２、５０３は、ＥＣＵ１０のメモリ１０２に記憶されている。ＥＣＵ１０は、制御マップ５０１、５０２、５０３に基づいて、エンジン１を運転する。

【0089】

制御マップは、第１制御マップ５０１、第２制御マップ５０２、及び、第３制御マップ５０３の三種類の制御マップを含んでいる。ＥＣＵ１０は、燃焼室１７の壁温（又はエンジン水温）及び吸気の温度それぞれの高低に応じて、第１制御マップ５０１、第２制御マップ５０２、及び、第３制御マップ５０３の中から選択した制御マップを、エンジン１の制御に用いる。

【0090】

（第１制御マップ５０１）
ＥＣＵ１０は、燃焼室１７の壁温が第１壁温（例えば８０℃）以上でかつ、吸気の温度が第１吸気温（例えば５０℃）以上の場合、第１制御マップ５０１を選択する。第１制御マップ５０１は、エンジン１の温間時のマップである。

【0091】

燃焼室１７の壁温が第１壁温未満、第２壁温（例えば３０℃）以上でかつ、吸気温が第１吸気温未満、第２吸気温（例えば２５℃）以上の場合、ＥＣＵ１０は、第２制御マップ５０２を選択する。第２制御マップ５０２は、エンジン１の半暖機時のマップである。燃焼室１７の壁温が第２壁温未満、又は、吸気温が第２吸気温未満の場合、ＥＣＵ１０は、第３制御マップ５０３を選択する。第３制御マップ５０３は、エンジン１の冷間時のマップである。

【0092】

尚、ＥＣＵ１０は、燃焼室１７の壁温に代えて、例えば水温センサＳＷ６が計測するエンジン１の冷却水の温度に基づいて制御マップ５０１、５０２、５０３を選択してもよい。また、ＥＣＵ１０は、各種の計測信号に基づいて、燃焼室１７の壁温を推定できる。吸気温は、第２吸気温度センサＳＷ３によって計測される。また、ＥＣＵ１０は、吸気温を、各種の計測信号に基づいて推定してもよい。

【0093】

各マップ５０１、５０２、５０３は、エンジン１の負荷及びエンジン１の回転数によって規定されている。第１制御マップ５０１は、領域Ａ１、領域Ａ２、領域Ａ３、領域Ａ４、及び、領域Ａ５の五つの領域に分かれる。領域Ａ１は、Ｎａよりも回転数が低い領域である。エンジン１のアイドル運転は、領域Ａ１に含まれる。領域Ａ２は、Ｎｂよりも回転数が高い領域である。領域Ａ３は、回転数がＮａからＮｂまでの領域のうち、負荷がＬａよりも低い領域である。領域Ａ４は、回転数がＮａからＮｂまでの領域のうち、負荷がＬａ以上の領域である。

【0094】

尚、Ｌａは、エンジン１の最高負荷の１／２負荷としてもよい。領域Ａ５は、領域Ａ３内において、低負荷側の特定の領域である。領域Ａ５は、エンジン１の全運転領域において、低回転低負荷の特定領域に相当する。尚、ここでいう「低回転」は、エンジン１の全運転領域を低回転側と高回転側とに二等分した場合の、低回転側に対応する。「低負荷」は、エンジン１の全運転領域を低負荷側と高負荷側とに二等分した場合の、低負荷側に対応する。

【0095】

エンジン１の負荷及び回転数によって定まる運転状態が、領域Ａ１内にある場合、ＥＣＵ１０は、ＳＩ燃焼を行うようにエンジン１を制御する。尚、混合気の空燃比は、理論空燃比又はほぼ理論空燃比である。混合気の空燃比は、三元触媒５１１、５１３の浄化ウインドウに含まれればよい。尚、空燃比は、燃焼室１７の全体における平均の空燃比である。エンジン１の運転状態が、領域Ａ２内にある場合も、ＥＣＵ１０は、ＳＩ燃焼を行うようにエンジン１を制御する。尚、混合気の空燃比は、理論空燃比又はほぼ理論空燃比である。

【0096】

エンジン１の運転状態が、領域Ａ３内にある場合、ＥＣＵ１０は、ＳＰＣＣＩ燃焼を行うようにエンジン１を制御する。尚、混合気の空燃比は、理論空燃比又はほぼ理論空燃比である。また、エンジン１の運転状態が領域Ａ３内にある場合、過給機４４はオフである。エンジン１の運転状態が、領域Ａ４内にある場合、ＥＣＵ１０は、ＳＰＣＣＩ燃焼を行うようにエンジン１を制御する。尚、混合気の空燃比は、理論空燃比又はほぼ理論空燃比である。また、エンジン１の運転状態が領域Ａ４内にある場合、過給機４４はオンである。

【0097】

エンジン１の運転状態が、領域Ａ５内にある場合、ＥＣＵ１０は、ＳＰＣＣＩ燃焼を行うようにエンジン１を制御する。尚、混合気の空燃比は、理論空燃比よりもリーンである。燃焼室１７の全体における平均の空燃比は、具体的には、３０以上４０以下である。エンジン１の運転状態が領域Ａ５内にある場合、過給機４４はオフである。

【0098】

また、エンジン１の運転状態が領域Ａ５内にある場合、ＥＣＵ１０はまた、吸気弁２１及び排気弁２２が共に開弁するオーバーラップ期間を設ける。内部ＥＧＲガスが燃焼室１７の中に導入される。これにより、燃焼室１７の中の温度が高くなる。エンジン１の負荷が低い領域Ａ５において、燃焼室１７の中の温度が高いことによりＳＰＣＣＩ燃焼のＣＩ燃焼が安定化する。

【0099】

エンジン１の運転状態が、領域Ａ１内にある場合、ＥＣＵ１０は、スワールコントロール弁５６を、ほぼ全閉した状態（実質的に閉じた状態、略全閉）に制御する。０％が全閉を示し、１００％が全開を示すスワールコントロール弁５６の「開度」で言えば、略全閉は、例えば、０％より大きく２０％より小さい程度である。エンジン１の運転状態が、領域Ａ２内にある場合、ＥＣＵ１０は、スワールコントロール弁５６を、ほぼ全開した状態（実質的に全開した状態、略全開）に制御する。略全開を「開度」で言えば、例えば、１００％より小さく８０％より大きい程度である。

【0100】

そして、エンジン１の運転状態が、領域Ａ３、領域Ａ４、及びＡ５内にある場合、ＥＣＵ１０は、スワールコントロール弁５６を、エンジン１の運転状態に応じて、略全閉から略全開の範囲で開度を調整する。それにより、燃焼室１７の中に形成される斜めスワール流の強さが大小に変化する。それに伴って、燃焼室１７の中に形成される混合気の分布が変化する。ＥＣＵ１０は、その変化を制御することで、ＳＰＣＣＩ燃焼を安定化させる。

【0101】

（第２制御マップ５０２）
第２制御マップ５０２は、領域Ｂ１、領域Ｂ２、領域Ｂ３、及び、領域Ｂ４の四つの領域に分かれる。領域Ｂ１は、Ｎａよりも回転数が低い領域であり、第１制御マップ５０１の領域Ａ１に対応する。領域Ｂ２は、Ｎｂよりも回転数が高い領域であり、第１制御マップ５０１の領域Ａ２に対応する。領域Ａ３は、回転数がＮａからＮｂまでの領域のうち、負荷がＬａよりも低い領域であり、第１制御マップ５０１の領域Ａ３に対応する。領域Ｂ４は、回転数がＮａからＮｂまでの領域のうち、負荷がＬａ以上の領域であり、第１制御マップ５０１の領域Ａ４に対応する。第２制御マップ５０２は、第１制御マップ５０１の領域Ａ５に対応する領域を有していない。温度が低いとリーンな混合気のＳＰＣＣＩ燃焼が不安定になるためである。

【0102】

エンジン１の運転状態が、領域Ｂ１内にある場合、ＥＣＵ１０は、ＳＩ燃焼を行うようにエンジン１を制御する。尚、混合気の空燃比は、理論空燃比又はほぼ理論空燃比である。エンジン１の運転状態が、領域Ｂ２内にある場合も、ＥＣＵ１０は、ＳＩ燃焼を行うようにエンジン１を制御する。尚、混合気の空燃比は、理論空燃比又はほぼ理論空燃比である。エンジン１の運転状態が、領域Ｂ３内にある場合、ＥＣＵ１０は、ＳＰＣＣＩ燃焼を行うようにエンジン１を制御する。尚、混合気の空燃比は、理論空燃比又はほぼ理論空燃比である。また、エンジン１の運転状態が領域Ｂ３内にある場合、過給機４４はオフである。エンジン１の運転状態が、領域Ｂ４内にある場合、ＥＣＵ１０は、ＳＰＣＣＩ燃焼を行うようにエンジン１を制御する。尚、混合気の空燃比は、理論空燃比又はほぼ理論空燃比である。また、エンジン１の運転状態が領域Ｂ４内にある場合、過給機４４はオンである。

【0103】

（第３制御マップ５０３）
第３制御マップ５０３は、領域Ｃ１のみを有している。領域Ｃ１は、エンジン１の全運転領域に広がる。エンジン１の運転状態が、領域Ｃ１内にある場合、ＥＣＵ１０は、ＳＩ燃焼を行うように、エンジン１を制御する。尚、混合気の空燃比は、理論空燃比又はほぼ理論空燃比である。

【0104】

＜オクタン価が異なる燃料への対応＞
ＥＣＵ１０は、燃焼室１７に導入される燃料のオクタン価に応じて、エンジン１の制御内容を変更する。

【0105】

具体的には、図６に示すように、エンジン１の制御装置は、燃料のオクタン価が所定オクタン価未満であるときの燃焼制御マップ（低オクタン価マップ６０１）と、燃料のオクタン価が所定オクタン価以上であるときの燃焼制御マップ（高オクタン価マップ６０２）とを有している。

【0106】

所定オクタン価は、エンジン１に給油可能な、オクタン価の異なる燃料の各々が区別可能なオクタン価（ｒｏｎ）である。ここでは、レギュラーガソリンとハイオクガソリンとが区別できるような値であり、例えば「９６」に設定されている。

【0107】

レギュラーガソリンとハイオクガソリンとでは、燃焼に適した条件は一致しない。すなわち、同じ燃焼条件でも、レギュラーガソリンとハイオクガソリンの双方を適切に燃焼できる場合がある。その一方で、レギュラーガソリンに適した燃焼条件ではハイオクガソリンを適切に燃焼できない場合や、ハイオクガソリンに適した燃焼条件ではレギュラーガソリンを適切に燃焼できない場合がある。

【0108】

特に、このエンジン１では、上述したように、ＳＰＣＣＩ燃焼を行う。ＳＰＣＣＩ燃焼では、高度な燃焼制御が要求されるため、オクタン価の異なる燃料が用いられると、燃焼が不安定になり易い。そこで、このエンジン１では、レギュラーガソリン及びハイオクガソリンのいずれを用いた場合でも、適切にＳＰＣＣＩ燃焼が行えるように、低オクタン価マップ６０１及び高オクタン価マップ６０２のいずれか一方に切り換える。

【0109】

低オクタン価マップ６０１には、主に、オクタン価が低い燃料（ここでは主にレギュラーガソリン）に適した条件が設定されている。高オクタン価マップ６０２には、主に、オクタン価が高い燃料（ここでは主にハイオクガソリン）に適した条件が設定されている。

【0110】

低オクタン価マップ６０１及び高オクタン価マップ６０２の各々には、燃焼に関連する主な制御条件について、エンジン１の全運転領域における回転速度の高低、及びエンジン１の全運転領域における負荷の高低に対応した値が設定されている。低オクタン価マップ６０１及び高オクタン価マップ６０２は、いずれもメモリ１０２内に格納されている。

【0111】

具体的には、低オクタン価マップ６０１は、燃料の噴射時期の設定に用いられる第１噴射タイミングマップ６０１ａ、スワールコントロール弁５６の開度の設定に用いられる第１ＳＣＶ（Swirl Control Valve）マップ６０１ｂ、吸気量の制御に用いられる第１吸気Ｓ－ＶＴマップ６０１ｃ、外部ＥＧＲシステムの制御に用いられる第１外部ＥＧＲマップ６０１ｄ、及び、内部ＥＧＲシステムの制御に用いられる第１内部ＥＧＲマップ６０１ｅを含む。

【0112】

同様に、高オクタン価マップ６０２は、第２噴射タイミングマップ６０２ａ、第２ＳＣＶマップ６０２ｂ、第２吸気Ｓ－ＶＴマップ６０２ｃ、第２外部ＥＧＲマップ６０２ｄ、及び、第２内部ＥＧＲマップ６０２ｅを含む。

【0113】

ＥＣＵ１０は、例えば、燃料のオクタン価が所定オクタン価未満から所定オクタン価以上になったときには、低オクタン価マップ６０１を、高オクタン価マップ６０２に切り換える。切り換えが必要な複数の条件を一括して切り換えるので、制御の簡素化が図れ、効率的である。

【0114】

＜オクタン価の異なる燃料で安定したＳＰＣＣＩ燃焼を実現するための工夫＞
上述したように、エンジン１では、低オクタン価マップ６０１及び高オクタン価マップ６０２のいずれか一方に切り換えて、レギュラーガソリン及びハイオクガソリンのいずれを用いた場合でも、適切に燃焼が行えるようにしている。

【0115】

しかし、レギュラーガソリンを用いて燃焼を行うと、特に発熱量が高くなる高負荷の運転領域では、ノッキング、プリイグニッション等の異常燃焼が発生し易い。更に、燃焼期間が相対的に長くなる低回転の運転領域では、低温酸化反応が促進されるので、プリイグニッションが発生し易くなる。

【0116】

レギュラーガソリンを用いた場合には、これらを回避する必要があるため、ハイオクガソリンと同様に安定した燃焼を実現することが困難になる。しかも、このエンジン１では、高度な制御を要するＳＰＣＣＩ燃焼を行う。

【0117】

すなわち、このエンジン１は、第１制御マップ５０１の領域Ａ３、領域Ａ４、及び領域Ａ５の各領域、並びに、第２制御マップ５０２の領域Ｂ３及び領域Ｂ４の各領域で、ＳＰＣＣＩ燃焼を行う。ＥＣＵは、安定したＳＰＣＣＩ燃焼を実現するため、これら領域のうち、少なくとも所定の高負荷かつ低回転の領域（高負荷低回転領域）では分割噴射を行う。

【0118】

尚、ここでいう高負荷低回転領域は、所定負荷Ｌ１以上の高負荷かつ所定回転数Ｎ１以下の領域（例えば、図５に示すポイントＰ１が位置する領域）である。所定負荷Ｌ１は、エンジン１の最高負荷の１／３の負荷としてもよいし、Ｌａと同じ１／２の負荷としてもよい。所定回転数Ｎ１は、エンジン１の最高回転数の１／３の回転数としてもよいし、１／２の回転数としてもよい。

【0119】

この高負荷低回転領域では、ＥＣＵ１０は、１つの燃焼サイクルで要求されるガソリンの総量を、吸気行程及び圧縮行程の期間内で、複数回に分けて噴射する。より具体的には、前段噴射と後端噴射の２回の燃料噴射を行う。尚、このような分割噴射は高負荷低回転領域以外で行ってもよい。

【0120】

オクタン価の高い燃料、例えばハイオクガソリンを用いる場合、ＥＣＵ１０は、吸気行程で前段噴射を行い、圧縮行程で後段噴射を行う。図７に、ポイントＰ１において、ハイオクガソリンでＳＰＣＣＩ燃焼を行う時における、これら燃料噴射の時期７０１，７０２、点火時期７０３、及び燃焼波形７０４を例示する。

【0121】

前段噴射７０１は、吸気行程内の略中間の期間に行われる。その噴射開始時期、噴射終了時期ともに吸気行程内に位置している。後段噴射７０２は、圧縮行程内の後半の期間に行われる。その噴射開始時期、噴射終了時期ともに圧縮行程内に位置している。噴射する燃料量の比率は、前段噴射７０１の方が後段噴射７０２よりも多い。その比率は、例えば略９：１である。

【0122】

このとき、ＥＣＵ１０は、噴射された燃料が斜めスワール流によって拡散したり集合したりすることを利用して、点火時期７０３に、燃焼室１７の中に、所定状態の混合気が分布するように、前段噴射７０１の噴射時期及び／又は噴射量を制御する。ＥＣＵ１０はまた、点火時期７０３に、点火プラグ２５の周囲に火種となるリッチな混合気が形成されるように、後段噴射７０２の噴射時期及び／又は噴射量を制御する。後段噴射７０２の噴射量は、火種を目的とするため少量に設定されている。燃料のほとんどが前段噴射７０１で噴射される。

【0123】

すなわち、ＥＣＵ１０は、燃焼室１７の周辺部分に比較的リーンで均質な混合気が分布し、燃焼室１７の中央部分に比較的リッチな混合気が分布する、いわゆる成層化した混合気が形成されるように、吸気行程での前段噴射７０１と圧縮行程での後段噴射７０２とを行う。

【0124】

点火時期７０３は、概ね圧縮上死点ＴＤＣの近傍である。点火時期７０３は、エンジン１の運転状態に応じて、燃焼ごとに調整される。ノッキング等の異常燃焼が発生し易くなれば、点火時期７０３は遅角（リタード）される。それにより、ＳＩ燃焼にＣＩ燃焼が連続して発生するＳＰＣＣＩ燃焼が、最適なタイミングで行われる。

【0125】

ところが、ハイオクガソリンに代えて、オクタン価の低い燃料、例えばレギュラーガソリンを用いる場合には、ハイオクガソリンと同じ条件で燃料噴射を行うと、ＳＰＣＣＩ燃焼が適切に行えない。

【0126】

すなわち、吸気行程での前段噴射７０１から点火時期７０３までには、比較的十分な時間がある。特に、高負荷低回転領域では尚更である。そのため、前段噴射７０１で噴射された燃料は、燃焼室１７の中で十分にミキシングされて均質化が促進されるので、自己着火し易くなる。その結果、点火時期７０３を限界までリタードしても、混合気が早期に自己着火してしまい、最適なタイミングでＳＰＣＣＩ燃焼が行えない。

【0127】

そこで、ＥＣＵ１０は、そのような状況の下でレギュラーガソリンを用いる場合には、ハイオクガソリンを用いる場合から、燃料の噴射時期を変更する。具体的には、図８に示すように、吸気行程で行われる燃料噴射の噴射時期を、圧縮行程に遅角させる。

【0128】

より具体的には、前段噴射７０１（吸気行程噴射）の噴射時期を遅角させ、圧縮行程内で燃料が噴射されるように、ＥＣＵ１０がインジェクタ６を制御する。それにより、レギュラーガソリンを用いた場合には、前段噴射８０１及び後段噴射８０２の双方が圧縮行程で噴射され、圧縮行程噴射のみとなる。

【0129】

前段噴射８０１は、圧縮行程内の前半から中間にわたる期間に行われる。その噴射開始時期、噴射終了時期ともに圧縮行程内に位置している。後段噴射８０２は、圧縮行程内の後半の期間に行われる。その噴射開始時期、噴射終了時期ともに圧縮行程内に位置している。

【0130】

その結果、燃料噴射から点火時期７０３までの時間が短縮されるので、燃料がミキシングされ難くなる。すなわち、噴射されて燃焼室１７の周辺部分に至った燃料は、移動する時間がほとんど無いので、燃焼室１７の周辺部分に偏在する。それにより、ハイオクガソリンの場合と異なり、燃焼室１７の周辺部分に、燃焼室１７の中央部分よりもリッチな混合気が分布する、いわゆる逆成層化した混合気が形成される。

【0131】

燃焼室１７の中に斜めスワール流が形成されていると、その影響によって燃焼室１７の周辺部分よりも中央部分の方が高温になり易い。そのため、燃焼室１７の周辺部分よりも燃焼室１７の中央部分で自己着火し易い傾向がある。

【0132】

それに対し、レギュラーガソリンの場合には、逆成層化した混合気が形成されるので、自己着火を抑制できる。点火までの時間短縮によって低温酸化反応も進み難くなるので、プリイグニッション等、異常燃焼の発生が抑制できる。従って、レギュラーガソリンの場合であっても、適切なＳＰＣＣＩ燃焼が実現できる。

【0133】

前段噴射７０１の噴射時期の遅角と共に、後段噴射７０２（最後の燃料噴射）の噴射時期も遅角される。それにより、後段噴射８０２で噴射された燃料が点火されるまでの時間は更に短縮されるので、圧縮行程中での早期の異常燃焼の発生をよりいっそう抑制できる。

【0134】

これら燃料の噴射時期の変更と共に、ＥＣＵ１０は、前段噴射及び後段噴射の各々の燃料の噴射割合も変更する。噴射する燃料量の比率が、前段噴射の方が後段噴射よりも多い点は同じであるが、ハイオクガソリンの場合の前段噴射７０１及び後段噴射７０２に比べて、前段噴射８０１での噴射量は少なく、後段噴射８０２での噴射量は多く変更される。その比率は、例えば略６：４である。

【0135】

後段噴射の噴射量を増やすことで、気化潜熱による冷却効果も得られるので、よりいっそう異常燃焼を抑制できる。尚、レギュラーガソリンの場合も、噴射する燃料の総量は、ハイオクガソリンの場合と同じである（前段噴射７０１及び後段噴射７０２の総量＝前段噴射８０１及び後段噴射８０２の総量）。

【0136】

更に、レギュラーガソリンを用いる場合には、ハイオクガソリンを用いる場合から、燃料の噴射圧を増大させるのが好ましい。このエンジン１では、燃料の噴射時期の変更と共に、燃料の噴射圧を増大させる制御も行う。例えば、１．５倍から２．５倍程度、増大するのが好ましい。

【0137】

圧縮行程噴射では、ミキシング時間がほとんど確保できないので、燃料が多いと、燃料の気化が不十分になってスモークが発生し易い。燃料の噴射圧を増大すれば、燃料の気化を促進できるので、スモークの発生を抑制できる。冷却効果も高まる。逆成層化も促進できる。従って、よりいっそう適切なＳＰＣＣＩ燃焼が実現できるようになり、良好な運転が実現できる。

【0138】

＜オクタン価の異なる燃料での燃焼制御例＞
図９に、オクタン価の異なる燃料をエンジン１に給油した時に、ＥＣＵ１０が行う燃焼制御の一例を示す。エンジン１に給油する燃料は、レギュラーガソリンであってもハイオクガソリンであってもよい。レギュラーガソリンにハイオクガソリンを継ぎ足すなどして、これら燃料が混合されていてもよい。

【0139】

ＥＣＵ１０は、エンジン１の運転状態を判定して、それに応じた燃焼制御を行うために、各種のセンサＳＷ１－ＳＷ１１から信号を読み込む（ステップＳ１）。ＥＣＵ１０はまた、燃料のオクタン価を検出し、その判定を行う（ステップＳ２）。例えば、このエンジン１には、筒内圧センサＳＷ５が設置されているので、その計測信号に基づいて、現に燃焼されている燃料のオクタン価の値（検出値）が推定できる。混合された状態の燃料のオクタン価も検出できる。

【0140】

ＥＣＵ１０のメモリ１０２には、予め、オクタン価の判定基準となる所定値（所定オクタン価、９６ｒｏｎ）が格納されている。ＥＣＵ１０は、その所定値と検出値（検出されたオクタン価の値）とを比較する。そうすることにより、検出値が所定値よりも低いか否かを判定する（ステップＳ３）。

【0141】

その結果、検出値が所定値よりも低いと判定した時（低オクタン価時）には（ステップＳ３でＹｅｓ）、低オクタン価マップ６０１を選択する（ステップＳ４）。すなわち、燃焼に用いられている燃料のオクタン価が低いので、それに対応した条件により燃焼制御を行ってエンジン１を運転する（ステップＳ５）。

【0142】

具体的には、燃料の噴射タイミングの設定には、第１噴射タイミングマップ６０１ａが用いられ、スワールコントロール弁５６の開度の設定には、第１ＳＣＶマップ６０１ｂが用いられる。吸気量の制御には、第１吸気Ｓ－ＶＴマップ６０１ｃが用いられ、外部ＥＧＲシステムの制御には、第１外部ＥＧＲマップ６０１ｄが用いられ、内部ＥＧＲシステムの制御には、第１内部ＥＧＲマップ６０１ｅが用いられる。

【0143】

第１噴射タイミングマップ６０１ａには、上述したような、レギュラーガソリンに対応した、前段噴射８０１及び後段噴射８０２からなる燃料の噴射時期及び噴射量が設定されている。従って、ＥＣＵ１０は、第１噴射タイミングマップ６０１ａに基づいて、前段噴射及び後段噴射の双方が圧縮行程で行われるように、インジェクタ６を制御する。

【0144】

それにより、上述した高負荷低回転領域のように、異常燃焼が発生し易いために本来であればＳＰＣＣＩ燃焼が適切に行えない領域でも、レギュラーガソリンを用いて、適切なＳＰＣＣＩ燃焼を安定して実現できる。

【0145】

その際、本実施形態でのＥＣＵ１０は、燃料の噴射圧も増大させる。従って、適切なＳＰＣＣＩ燃焼を、よりいっそう安定して実現できる。

【0146】

一方、検出値が所定値以上と判定した時（高オクタン価時）には（ステップＳ３でＮｏ）、高オクタン価マップ６０２を選択する（ステップＳ６）。すなわち、燃焼に用いられている燃料のオクタン価が高いので、それに対応した条件により燃焼制御を行ってエンジン１を運転する（ステップＳ７）。

【0147】

具体的には、燃料の噴射タイミングの設定には、第２噴射タイミングマップ６０２ａが用いられ、スワールコントロール弁５６の開度の設定には、第２ＳＣＶマップ６０２ｂが用いられる。吸気量の制御には、第２吸気Ｓ－ＶＴマップ６０２ｃが用いられ、外部ＥＧＲシステムの制御には、第２外部ＥＧＲマップ６０２ｄが用いられ、内部ＥＧＲシステムの制御には、第２内部ＥＧＲマップ６０２ｅが用いられる。

【0148】

第２噴射タイミングマップ６０２ａには、上述したような、ハイオクガソリンに対応した、前段噴射７０１及び後段噴射７０２からなる燃料の噴射時期及び噴射量が設定されている。従って、ＥＣＵ１０は、第２噴射タイミングマップ６０２ａに基づいて、前段噴射は吸気行程で行われ、後段噴射は圧縮行程で行われるように、インジェクタ６を制御する。

【0149】

上述した高負荷低回転領域のような異常燃焼が発生し易い領域でも、その他の領域と区別することなく、適切なＳＰＣＣＩ燃焼を安定して実現できる。制御条件を大幅に変更する必要がないので、円滑なエンジン１の運転を維持できる。

【0150】

なお、開示する技術は、上述した実施形態に限定されず、それ以外の種々の構成をも包含する。例えば、所定の燃料は、レギュラーガソリン及びハイオクガソリンに限らない。オクタン価の異なる燃料であれば適用できる。分割噴射も２回の噴射に限らない。３回以上であってもよい。

【0151】

圧縮行程噴射は、そのほとんどが圧縮行程で噴射するものであればよく、噴射の開始時期が多少吸気行程に入り込んでいてもよい。この点、吸気行程噴射も同様である。噴射の終了時期が多少圧縮行程に入り込んでいてもよい。

【0152】

オクタン価の検出は、上述した方法に限定されない。例えば、燃料供給システムに設置したセンサでオクタン価を検出する時などでは、検出値の逆数で判定してもよい。この場合、検出値が低い時にオクタン価が高いと判定し、検出値が高い時にオクタン価が低いと判定することになる。

【符号の説明】

【0153】

１ エンジン
１０ ＥＣＵ（制御部）
１１ シリンダ
１７ 燃焼室
２５ 点火プラグ
５６ スワールコントロール弁
６ インジェクタ
ＳＷ５ 筒内圧センサ（オクタン価検出手段）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】