特許 7647425 エンジンシステム

(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】2025-03-10

(45)【発行日】2025-03-18

(54)【発明の名称】エンジンシステム

(51)【国際特許分類】

   F02B 19/12 20060101AFI20250311BHJP

   F02M 26/00 20160101ALI20250311BHJP

   F02B 5/02 20060101ALI20250311BHJP

   F02D 21/08 20060101ALI20250311BHJP

   F02P 5/15 20060101ALI20250311BHJP

   F02P 15/02 20060101ALI20250311BHJP

   F02B 1/08 20060101ALI20250311BHJP

   F02D 43/00 20060101ALI20250311BHJP

【ＦＩ】

F02B19/12 D

F02B19/12 A

F02M26/00 301

F02B5/02

F02D21/08 301G

F02P5/15 G

F02P15/02

F02B1/08

F02D43/00 301N

F02D43/00 301B

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2021125487

(22)【出願日】2021-07-30

(65)【公開番号】P2023020229

(43)【公開日】2023-02-09

【審査請求日】2024-05-21

(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】100115381

【弁理士】

【氏名又は名称】小谷 昌崇

(74)【代理人】

【識別番号】100133916

【弁理士】

【氏名又は名称】佐藤 興

(72)【発明者】

【氏名】大野 諒平

(72)【発明者】

【氏名】原田 雄司

(72)【発明者】

【氏名】内田 健司

【審査官】藤村 泰智

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１９－１８３８０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－０９４５５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－０７０５５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０２１／０２２２６４３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２００８－３０９０６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－０４９２５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第１１０６０４４３（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】独国特許出願公開第１０２０２０１１０９６０（ＤＥ，Ａ１）

【文献】独国特許出願公開第１０２０２０１３０８３６（ＤＥ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０２Ｂ １９／１２

Ｆ０２Ｍ ２６／００

Ｆ０２Ｂ ５／００ ～ ５／０２

Ｆ０２Ｄ ２１／０８

Ｆ０２Ｐ ５／１４５ ～ ５／１５５

Ｆ０２Ｐ １５／０２

Ｆ０２Ｂ １／０８

Ｆ０２Ｄ ４３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

気筒を形成するシリンダブロックおよびシリンダヘッドと、
前記気筒に往復動可能に収容されたピストンと、
前記シリンダブロック、前記シリンダヘッド、及び前記ピストンにより画成された主燃焼室と、
前記主燃焼室と隔壁により隔てられるとともに、当該隔壁に形成された連通孔を通じて前記主燃焼室と連通する副室と、
前記主燃焼室に燃料を噴射する燃料噴射装置と、
前記主燃焼室内の混合気に点火する主点火装置と、
前記副室内の混合気に点火する副点火装置と、
前記気筒から排出された排気ガスの一部を前記気筒に導入される吸気が流通する吸気通路に還流させるＥＧＲ装置と、
前記燃料噴射装置、前記主点火装置、前記副点火装置、及び前記ＥＧＲ装置に電気的に接続されて当該各装置に制御用の電気信号を出力する制御装置とを備え、
前記ＥＧＲ装置によって前記排気ガスの一部をＥＧＲガスとして前記吸気通路に還流させる特定領域でエンジンが運転されている場合に、前記制御装置は、
前記副点火装置の点火時期である副点火時期が、前記主点火装置の点火時期である主点火時期よりも遅角側となるように前記主点火装置及び前記副点火装置を制御するとともに、
エンジン回転数が同一で、且つ、前記主燃焼室および前記副室に存在する全ガス中に占める前記ＥＧＲガスの割合であるＥＧＲ率が異なる前記特定領域内の２つの条件のうち前記ＥＧＲ率が小さい方を低ＥＧＲ条件、大きい方を高ＥＧＲ条件としたとき、前記主点火時期に対する前記副点火時期の遅角量である点火位相差が前記低ＥＧＲ条件よりも前記高ＥＧＲ条件で大きくなるように、前記主点火装置及び前記副点火装置を制御する、ことを特徴とするエンジンシステム。

【請求項2】

請求項１に記載のエンジンシステムにおいて、
前記制御装置は、前記特定領域での運転時、前記ＥＧＲ率が高くなるほど前記点火位相差が大きくなるように、前記主点火装置及び前記副点火装置を制御する、ことを特徴とするエンジンシステム。

【請求項3】

請求項１または２に記載のエンジンシステムにおいて、
前記制御装置は、前記特定領域での運転時、前記副点火時期を膨張行程中に設定する、ことを特徴とするエンジンシステム。

【請求項4】

請求項１～３のいずれか１項に記載のエンジンシステムにおいて、
前記制御装置は、前記特定領域での運転時、前記主点火時期を圧縮行程中に設定する、ことを特徴とするエンジンシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、主燃焼室と副室とを備えたエンジンシステムに関する。

【背景技術】

【0002】

従来より、車両等に搭載されるエンジンにおいて、その燃費性能や排ガス性能を高めるために主燃焼室とこれと連通する副室とを設けることが検討されている。具体的に、主燃焼室とこれと連通する副室とを設けて、副室で生成された火炎を主燃焼室に噴出させれば、主燃焼室での燃焼速度を高めて燃費性能の向上が図れるとともに、未燃混合気の残留を抑制して排ガス性能の向上を図ることができる。

【0003】

例えば、特許文献１には、シリンダブロック、シリンダヘッドおよびピストンにより区画された主燃焼室（特許文献１における主室）と、これと連通する副室と、吸気ポートに設けられて吸気ポートを介して主燃焼室に燃料を供給する主燃料噴射弁と、主燃焼室内の混合気に点火を行う主室点火プラグと、副室に燃料を直接噴射する副燃料噴射弁と、副室内の混合気に点火を行う副室点火プラグとを備えたエンジンが開示されている。このエンジンでは、主燃焼室に形成された混合気であって主燃料噴射弁から噴射された燃料と空気の混合気が主室点火プラグによって先ず点火され、その後、副室に形成された混合気であって副燃料噴射弁から噴射された燃料と空気の混合気が副室点火プラグによって点火されるようになっている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２００７－２５５３７０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１のエンジンでは、主燃焼室と副室とにそれぞれ個別に燃料が噴射されるように構成されており、１つの気筒に対して２つの燃料噴射弁が必要となる。そのため、構造が複雑化するとともにコスト面で不利になる。これに対して、主燃焼室と副室とを有するエンジンにおいて、主燃焼室にのみ燃料噴射弁を設けることが考えられる。しかしながら、主燃焼室にのみ燃料噴射弁を設ける構成では、燃料噴射弁から噴射された燃料が副室に十分に導入されず、副室内で混合気が適切に燃焼しないおそれがある。つまり、主燃焼室と副室とを設けることで得られる燃費性能および排ガス性能の向上効果が充分に得られないおそれがある。

【0006】

本発明は、前記のような事情に鑑みてなされたものであり、主燃焼室と副室とを備えるエンジンシステムにおいて燃費性能および排ガス性能を確実に高めることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

前記課題を解決するためのものとして、本発明は、気筒を形成するシリンダブロックおよびシリンダヘッドと、前記気筒に往復動可能に収容されたピストンと、前記シリンダブロック、前記シリンダヘッド、及び前記ピストンにより画成された主燃焼室と、前記主燃焼室と隔壁により隔てられるとともに、当該隔壁に形成された連通孔を通じて前記主燃焼室と連通する副室と、前記主燃焼室に燃料を噴射する燃料噴射装置と、前記主燃焼室内の混合気に点火する主点火装置と、前記副室内の混合気に点火する副点火装置と、前記気筒から排出された排気ガスの一部を前記気筒に導入される吸気が流通する吸気通路に還流させるＥＧＲ装置と、前記燃料噴射装置、前記主点火装置、前記副点火装置、及び前記ＥＧＲ装置に電気的に接続されて当該各装置に制御用の電気信号を出力する制御装置とを備え、前記ＥＧＲ装置によって前記排気ガスの一部をＥＧＲガスとして前記吸気通路に還流させる特定領域でエンジンが運転されている場合に、前記制御装置は、前記副点火装置の点火時期である副点火時期が、前記主点火装置の点火時期である主点火時期よりも遅角側となるように前記主点火装置及び前記副点火装置を制御するとともに、エンジン回転数が同一で、且つ、前記主燃焼室および前記副室に存在する全ガス中に占める前記ＥＧＲガスの割合であるＥＧＲ率が異なる前記特定領域内の２つの条件のうち前記ＥＧＲ率が小さい方を低ＥＧＲ条件、大きい方を高ＥＧＲ条件としたとき、前記主点火時期に対する前記副点火時期の遅角量である点火位相差が前記低ＥＧＲ条件よりも前記高ＥＧＲ条件で大きくなるように、前記主点火装置及び前記副点火装置を制御する、ことを特徴とする。

【0008】

吸気通路ひいては気筒内にＥＧＲガスが還流されると、主燃焼室内のガスに占める混合気（燃料と空気の混合気）の割合は小さくなる。そのため、ＥＧＲガスの吸気通路への還流が実施される場合は、副室内に混合気が入りにくくなり副室内での適切な燃焼が実現されにくくなる。これに対して、本発明では、ＥＧＲガスの吸気通路への還流が実施される特定領域において、副点火時期が主点火時期よりも遅角側の時期とされる。副点火時期を主点火時期よりも遅角側の時期とすれば、主点火装置による点火によって主燃焼室で混合気を燃焼させて、これにより生じた主燃焼室の圧力上昇を利用して副室に混合気を押し込むことができる。従って、本発明によれば、ＥＧＲガスを気筒に導入しつつ主燃焼室に加えて副室内での適切な燃焼を実現でき、燃費性能および排気性能を確実に高めることができる。

【0009】

しかも、本発明では、同一エンジン回転数においてＥＧＲ率が大きいとき（高ＥＧＲ条件のとき）の方が小さいとき（低ＥＧＲ条件のとき）よりも主点火時期に対する副点火時期の遅角量である点火位相差が大きくされる。つまり、ＥＧＲ率が大きいときの方が小さいときよりも、主燃焼室の圧力上昇に伴う混合気（燃料）の副室への導入が開始してから副点火装置による点火が行われるまでの期間が長くされる。そのため、ＥＧＲ率が大きいことで副室に混合気が入りにくい場合に、副室内に導入される混合気の量を確保して主燃焼室および副室内での適切な燃焼を確実に実現できる。また、ＥＧＲ率が小さいことで比較的副室に混合気が入りやすい場合に、主燃焼室内での燃焼開始後の比較的早い時期に副室での燃焼を開始させることができ、燃焼期間を短くして燃費性能をより確実に高めることができる。

【0010】

前記構成において、好ましくは、前記制御装置は、前記特定領域での運転時、前記ＥＧＲ率が高くなるほど前記点火位相差が大きくなるように、前記主点火装置及び前記副点火装置を制御する（請求項２）。

【0011】

このようにすれば、点火位相差をＥＧＲ率に応じた適切な値として、副室内での適切な燃焼を実現しつつ燃費性能をより一層確実に高めることができる。

【0012】

ここで、膨張行程では主燃焼室内の圧力が時間とともに低下していくことから、膨張行程で副点火装置による点火が行われる場合は特に主燃焼室から副室への混合気の流入は難しくなる。これに対して、本発明では、上記のように、主燃焼室での燃焼に伴う主燃焼室の圧力上昇を利用して副室に混合気を押し込むことができる。従って、前記制御装置が、前記特定領域での運転時、前記副点火時期を膨張行程中に設定する構成においても、副室内の混合気の量を確保できる（請求項３）。

【0013】

前記構成において、好ましくは、前記特定領域でエンジンが運転されている場合に、前記制御装置は、前記主点火時期を、圧縮行程中の時期に設定する（請求項４）。

【0014】

この構成によれば、ピストンの圧縮作用による主燃焼室内の圧力上昇と燃焼に伴う主燃焼室内の圧力上昇とを利用して副室により確実に混合気を導入できる。従って、副室での混合気の適切な燃焼をより一層確実に実現できる。

【発明の効果】

【0015】

以上説明したように、本発明のエンジンシステムによれば、燃費性能および排ガス性能を確実に高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本発明の実施形態に係るエンジンシステムの概略構成図である。

【図2】エンジン本体の概略断面図である。

【図3】副点火ユニットの先端部を側方から見た部分断面図である。

【図4】副点火ユニットの先端部の平面図である。

【図5】エンジンの制御ブロックを示した図である。

【図6】エンジンの運転領域を示したマップである。

【図7】第２領域におけるインジェクタと点火プラグの制御手順を示したフローチャートである。

【図8】第２領域でのインジェクタの駆動パルス、主点火時期および副点火時期の一例を示した図である。

【図9】第２領域でのインジェクタの駆動パルス、主点火時期および副点火時期の他の例を示した図である。

【図10】第２領域におけるエンジン回転数と各パラメータとの関係を示した図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

（エンジンの全体構成）
図１は、本発明のエンジンシステムの好ましい実施形態を示す概略構成図である。エンジンシステム１は、エンジン本体２と、エンジン本体２に導入される空気（吸気）が内側を流通する吸気通路４と、エンジン本体２から導出された排気ガスが内側を流通する排気通路６と、ＥＧＲ装置５０とを備える。エンジンシステム１は、車両にその走行用の動力源等として搭載される。エンジン本体２は、主としてガソリンを燃料とする４ストロークのガソリンエンジンであり、ガソリンを含む燃料がエンジン本体２に供給される。

【0018】

図２は、エンジン本体２の概略断面図である。本実施形態では、エンジン本体２は、複数の気筒２２を有する多気筒エンジンである。例えば、エンジン本体２は、一列に並ぶ（図１の紙面と直交する方向に並ぶ）４つの気筒２２を有する。エンジン本体２は、複数の気筒２２が内部に形成されたシリンダブロック５２と、各気筒２２の上端開口を塞ぐ底面５４ａを有してシリンダブロック５２の上面に取り付けられるシリンダヘッド５４と、各気筒２２にそれぞれ往復摺動可能に収容された複数のピストン２４とを備える。なお、本実施形態では、シリンダブロック５２からシリンダヘッド５４に向かう側を上、その逆を下として扱うが、これは説明の便宜のためであって、エンジンの据付姿勢を限定する趣旨ではない。

【0019】

各気筒２２のピストン２４の上方には、主燃焼室２６がそれぞれ区画されている。主燃焼室２６は、シリンダブロック５２に形成された気筒２２の内周面２２ａと、シリンダヘッド５４の底面（下面）５４ａと、ピストン２４の冠面２４ａとによって画成されている。主燃焼室２６には後述するインジェクタ２８からの噴射によって燃料が供給される。ピストン２４は、この燃料と空気の混合気の燃焼による膨張力を受けて上下方向に往復動する。

【0020】

シリンダブロック５２の下部（ピストン２４の下方）には、エンジン本体２の出力軸であるクランク軸２０が設けられている。クランク軸２０は、各気筒２２のピストン２４とコネクティングロッド２１を介して連結されており、ピストン２４の往復運動に応じて中心軸回りに回転する。

【0021】

シリンダヘッド５４には、吸気通路４から供給される空気を主燃焼室２６に導入するための吸気ポート８と、主燃焼室２６で生成された排気ガスを排気通路６に導出するための排気ポート１２とが、それぞれ気筒２２ごとに形成されている。シリンダヘッド５４には、吸気ポート８の主燃焼室２６側の開口を開閉する吸気弁１０と、排気ポート１２の主燃焼室２６側の開口を開閉する排気弁１４とが、それぞれ気筒２２ごとに設けられている。本実施形態では、１つの気筒２２につき２つの吸気弁１０および２つの排気弁１４が設けられている。

【0022】

吸気弁１０および排気弁１４は、それぞれ、シリンダヘッド５４に配設された動弁機構１６、１８により、クランク軸２０の回転に連動して開閉駆動される。吸気弁１０用の動弁機構１６には、吸気弁１０のバルブリフト量および開閉タイミングを電動で可変に制御する可変バルブリフト機構（吸気Ｓ－ＶＴ）１６ａが設けられている。同様に、排気弁１４用の動弁機構１８にも、排気弁１４のバルブリフト量および開閉タイミングを電動で可変に制御する可変バルブリフト機構（排気Ｓ－ＶＴ）１８ａが設けられている。

【0023】

シリンダヘッド５４には、インジェクタ２８、主点火プラグ３２および副点火ユニット３０が各気筒２２につきそれぞれ１組ずつ設けられている。インジェクタ２８は請求項の「燃料噴射装置」に相当し、主点火プラグ３２は請求項の「主点火装置」に相当する。

【0024】

インジェクタ２８は、主燃焼室２６に燃料を噴射する噴射弁である。インジェクタ２８の先端部２８ｘには、燃料を噴射する噴射口が形成されている。インジェクタ２８は、その先端部２８ｘが主燃焼室２６を上方から臨むようにシリンダヘッド５４に取り付けられている。本実施形態では、インジェクタ２８は、その先端部２８ｘが主燃焼室２６の天井面の中央（詳細には、気筒２２の軸線上）に位置するように配設されている。

【0025】

主点火プラグ３２は、主燃焼室２６内の混合気に火花放電による点火を行うものである。主点火プラグ３２の先端には、火花を放電するための電極部３２ｘが設けられている。この電極部３２ｘは、中心電極３２ａと側方電極（アース）３２ｂとを含む。主点火プラグ３２は、その電極部３２ｘが燃焼室５を上方から臨むようにシリンダヘッド５４に取り付けられている。本実施形態では、主点火プラグ３２は、その電極部３２ｘが主燃焼室２６の天井面のうちインジェクタ２８の先端部２８ｘよりも吸気ポート８側に位置するように配設されている。

【0026】

副点火ユニット３０は、主燃焼室２６に火炎を噴出するための装置である。副点火ユニット３０の詳細については後述する。

【0027】

吸気通路４は、各気筒２２の吸気ポート８と連通するようにシリンダヘッド５４の一側面に接続されている。吸気通路４には、その上流側から順に、吸気中の異物を除去するエアクリーナ３４と、吸気の流量を調整する開閉可能なスロットル弁３６と、サージタンク３８とが設けられている。

【0028】

吸気通路４の下流端は複数の通路に分岐している。各分岐通路はそれぞれ１つの吸気ポート８に接続されている。各気筒２２について、２つの吸気ポート８の一方につながる分岐通路には、これを開閉するスワールバルブ５６（図５参照）が設けられている。

【0029】

排気通路６は、各気筒２２の排気ポート１２と連通するようにシリンダヘッド５４の一側面（吸気通路４と反対側の面）に接続されている。排気通路６には、三元触媒等の触媒４１が内蔵された触媒装置４０が設けられている。

【0030】

ＥＧＲ装置５０は、排気ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気通路４に還流させて、吸気通路４を介してこれと連通する主燃焼室２６に導入する（還流させる）ための装置である。ＥＧＲ装置５０は、排気通路６と吸気通路４とを連通するＥＧＲ通路４２と、ＥＧＲ通路４２にそれぞれ設けられたＥＧＲ弁４６とＥＧＲクーラ４４とを有する。ＥＧＲ通路４２の上流端は、触媒装置４０の下流端であって触媒４１よりも下流側の排気通路６に接続され、ＥＧＲ通路４２の下流端は、サージタンク３８に接続されている。ＥＧＲ弁４６は、ＥＧＲ通路４２を開閉してＥＧＲガスの流量を調整するバルブである。ＥＧＲクーラ４４は、ＥＧＲガスを冷却する熱交換器である。ＥＧＲクーラ４４は、ＥＧＲ弁４６よりも下流側に配設されている。

【0031】

（副点火ユニット３０）
図３は、副点火ユニット３０の先端部３０ｘを側方から見た部分断面図である。図４は、副点火ユニット３０の先端部３０ｘの平面図（先端側から見た）である。

【0032】

副点火ユニット３０は、火花放電によって混合気に点火を行う副点火プラグ６２を有する。副点火プラグ６２の先端には、火花を放電するための電極部６２ｘが設けられている。電極部６２ｘは、中心電極６２ａと側方電極（アース）６２ｂとを含む。副点火ユニット３０は、その先端部３０ｘに設けられて副点火プラグ６２の電極部６２ｘを覆うカバー部材６４を備える。カバー部材６４の内側には、所定の空間である副室６０が区画されている。換言すると、副点火プラグ６２はその電極部６２ｘが副室６０を臨むように配設されており、副室６０内の混合気に点火を行う。カバー部材６４は、副点火ユニット３０の先端側に向かって膨出する中空の半球状を呈している。上記の副点火プラグ６２は請求項の「副点火装置」に相当し、上記のカバー部材６４は請求項の「隔壁」に相当する。

【0033】

図２に示すように、副点火ユニット３０は、その先端部３０ｘが主燃焼室２６を上方から臨むようにシリンダヘッド５４に取り付けられている。本実施形態では、副点火ユニット３０は、主燃焼室２６の天井面のうちインジェクタ２８よりも排気ポート１２側の位置に取り付けられている。本実施形態では、この取付状態において、カバー部材６４のほぼ全体が主燃焼室２６内に位置している。

【0034】

カバー部材６４には、その表裏を貫通して主燃焼室２６と副室６０とを連通する複数の連通孔６６が形成されている。カバー部材６４の内側空間つまり副室６０は、これら連通孔６６を介して主燃焼室２６と連通している。このように、本実施形態では、エンジン本体２に上記のように構成された副点火ユニット３０が取り付けられることで、カバー部材６４によって主燃焼室２６と隔てられ、且つ、連通孔６６を通じて主燃焼室２６と連通する副室６０がエンジン本体２に形成されている。

【0035】

本実施形態では、カバー部材６４に３つの連通孔６６が形成されている。図４に示すように、３つの連通孔６６はカバー部材６４の頂点Ａを通るカバー部材６４の軸線回りに１２０度間隔で形成されている。また、図３に示すように、各連通孔６６は、側面視で、頂点Ａから４５度の位置に形成されている。また、カバー部材６４の半径および厚みはそれぞれ５ｍｍ、１ｍｍとされて、各連通孔６６の直径は１．２ｍｍとされている。

【0036】

副点火ユニット３０は、主燃焼室２６に火炎を噴出する。具体的に、インジェクタ２８から主燃焼室２６内に燃料が噴射されて主燃焼室２６内で空気と燃料の混合気が形成されると、この混合気の一部は連通孔６６を介して副室６０内に導入される。副室６０内に十分量の混合気が存在する状態で副点火プラグ６２によって火花放電が行われると、副室６０内にて混合気は燃焼を開始し、副点火プラグ６２の電極部６２ｘ付近から周囲へと火炎が伝播していく。そして、この火炎は連通孔６６を介して主燃焼室２６に噴出／放出され、主燃焼室２６内の混合気に伝搬する。

【0037】

ここで、上記のように、主点火プラグ３２による点火が行われると、主点火プラグ３２の電極部３２ｘ付近からも周囲へと火炎が伝搬していく。これより、主点火プラグ３２と副点火プラグ６２の双方により点火が行われて主燃焼室２６および副室６０内で適切に混合気が燃焼すれば、主燃焼室２６内の混合気には複数の位置から火炎が伝搬されることになり、主燃焼室２６内での混合気の燃焼速度が高められて燃費性能が高められるとともにノッキングの発生および未燃混合気の残留が抑制されることになる。

【0038】

（制御系統）
図５は、エンジンの制御系統を示すブロック図である。本図に示されるＥＣＵ１００は、エンジンを統括的に制御する装置であり、各種演算処理を行うプロセッサ（ＣＰＵ）と、ＲＯＭおよびＲＡＭ等のメモリーと、各種の入出力バスとを含むマイクロコンピュータにより構成されている。ＥＣＵ１００は、請求項の「制御装置」に相当する。

【0039】

ＥＣＵ１００には、各種センサによる検出情報が入力される。例えば、ＥＣＵ１００には、エンジンシステム１に設けられたエアフローセンサＳＮ１、吸気温センサＳＮ２、吸気圧センサＳＮ３、水温センサＳＮ４およびクランク角センサＳＮ５や、車両に設けられたアクセル開度センサＳＮ６の検出値が入力される。エアフローセンサＳＮ１は、吸気通路４を通過してエンジン本体２に導入される吸気の流量を検出する。吸気温センサＳＮ２および吸気圧センサＳＮ３は、エンジン本体２に導入される吸気の温度および圧力をそれぞれ検出する。水温センサＳＮ４は、エンジン本体２を冷却するエンジン冷却水の温度を検出する。クランク角センサＳＮ５は、クランク軸２０の回転角度であるクランク角およびエンジン回転数を検出する。アクセル開度センサＳＮ６は、車両に備わるアクセルペダル（不図示）の開度であるアクセル開度を検出する。

【0040】

ＥＣＵ１００は、各種センサからの入力信号に基づいて種々の判定や演算等を行う。ＥＣＵ１００は、インジェクタ２８、主点火プラグ３２、副点火プラグ６２、ＥＧＲ装置５０（詳細には、ＥＧＲ弁４６）等と電気的に接続されており、演算結果等に基づいて、これら装置に制御用の電気信号を出力する。

【0041】

図６は、横軸をエンジン回転数、縦軸をエンジン負荷としたエンジンの運転領域を示すマップである。図６に示すように、エンジンの運転領域は、インジェクタ２８および点火プラグ３２、６２の制御内容に応じて、３つの領域Ａ１～Ａ３（第１領域Ａ１、第２領域Ａ２、第３領域Ａ３）に大別される。

【0042】

第１領域Ａ１は、エンジン回転数が所定の第１回転数Ｎ１以下且つエンジン負荷が所定の第１負荷Ｔｑ１以下の低速低負荷領域である。第２領域Ａ２は、エンジン回転数が所定の第２回転数Ｎ２以下且つエンジン負荷が第１負荷Ｔｑ１よりも高く且つ所定の第２負荷Ｔｑ２以下の低速中負荷領域である。第３領域Ａ３は、その他の領域である。第２領域Ａ２は請求項の「特定領域」に相当する。

【0043】

第１領域Ａ１では、ＨＣＣＩ燃焼（予混合圧縮着火燃焼、ＨＣＣＩ：Ｈｏｍｏｇｅｎｅｏｕｓ Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ Ｃｈａｒｇｅ Ｉｇｎｉｔｉｏｎ）が実現されるように、インジェクタ２８および点火プラグ３２、６２が制御される。具体的に、第１領域Ａ１では、吸気行程中にインジェクタ２８から燃料が噴射される。また、点火プラグ３２、６２の駆動（これら点火プラグ３２、６２による点火）が停止される。

【0044】

上記のようにインジェクタ２８は主燃焼室２６を臨んでおり、インジェクタ２８から噴射された燃料は主燃焼室２６の全体に拡散可能となっている。これより、第１領域Ａ１では、吸気行程中にインジェクタ２８から燃料が噴射されることで、圧縮上死点に到達するまでの間に主燃焼室２６内で燃料と空気とが十分に混合される。そして、第１領域Ａ１では、この十分に混合された混合気（予混合気）がピストン２４の圧縮により高温・高圧化されることで圧縮上死点付近において自着火する。

【0045】

ＨＣＣＩ燃焼では、混合気の空燃比（主燃焼室２６内の燃料重量に対する主燃焼室２６内の空気重量の割合）を、火炎伝播が不可能なレベルにまでリーンに（高く）して燃費性能を高めることができる。これより、第１領域Ａ１では、主燃焼室２６内の混合気の空燃比が理論空燃比（１４．７）よりもリーンに（高く）なるように、スロットル弁３６の開度が調整される。

【0046】

第１領域Ａ１を除く他の領域（第２領域Ａ２および第３領域Ａ３）では、主点火プラグ３２と副点火プラグ６２とが駆動されて火炎伝播燃焼が実現される。つまり、これらの領域Ａ２、Ａ３では、点火プラグ３２、６２の電極部３２ｘ、６２ｘからの火花放電によって電極部３２ｘ、６２ｘ回りに火炎核が生成され、火炎核から周囲へと火炎が伝搬していくことで主燃焼室２６および副室６０の混合気が燃焼するＳＩ燃焼（ＳＩ：Ｓｐａｒｋ Ｉｇｎｉｔｉｏｎ）が実現される。また、これらの領域Ａ２、Ａ３では、主燃焼室２６内の混合気の空燃比が理論空燃比近傍になるように、スロットル弁３６の開度が調整される。

【0047】

ここで、エンジン負荷が特に低い領域では、ＥＧＲガスを吸気通路４および主燃焼室２６に還流させるＥＧＲを実施すると燃焼が不安定になりやすい。また、エンジン負荷あるいはエンジン回転数が特に高い領域では、ＥＧＲを実施すると十分量の空気が主燃焼室２６に導入されないおそれがある。これより、第３領域Ａ３では、ＥＧＲが停止される。つまり、第３領域Ａ３では、ＥＧＲ弁４６が全閉とされる。一方、低速中負荷領域の第２領域Ａ２では、ＥＧＲの実施によってポンピングロスおよび冷却損失の低減に伴う燃費性能の向上が見込めることから、ＥＧＲを実施する。つまり、第２領域Ａ２ではＥＧＲ弁４６が開弁されてＥＧＲガスが吸気通路４および主燃焼室２６に還流される。

【0048】

（第２領域Ａ２での制御内容）
次に、本発明の特徴である第２領域Ａ２での制御内容について説明する。図７は、ＥＣＵ１００により実施される第２領域Ａ２での、ＥＧＲ弁４６、インジェクタ２８、主点火プラグ３２および副点火プラグ６２の制御手順の全体の流れを示したフローチャートである。

【0049】

ＥＣＵ１００は、まず、各種情報を読み込む（ステップＳ１）。ＥＣＵ１００は、クランク角センサＳＮ５により検出されたエンジン回転数、アクセル開度センサＳＮ６により検出されたアクセル開度等を読みこむ。

【0050】

次に、ＥＣＵ１００は、エンジンに要求されているトルクである要求トルクつまりエンジン負荷を算出する（ステップＳ２）。ＥＣＵ１００は、ステップＳ１で読み込んだエンジン回転数およびアクセル開度に基づいて要求トルク（エンジン負荷）を算出する。

【0051】

次に、ＥＣＵ１００は、エンジンの運転ポイントが第２領域Ａ２であるか否かを判定する（ステップＳ３）。具体的に、ＥＣＵ１００は、ステップＳ１で読み込んだエンジン回転数およびステップＳ２で算出した要求トルク（エンジン負荷）に基づいて、現在のエンジンの運転ポイントが第２領域Ａ２内のポイントであるか否かを判定する。

【0052】

ステップＳ３の判定がＮＯであってエンジンの運転ポイントが第２領域Ａ２内のポイントではない場合、ＥＣＵ１００は処理を終了する（第１領域Ａ１あるいは第３領域Ａ３の制御を実施する）。一方、ステップＳ３の判定がＹＥＳであってエンジンの運転ポイントが第２領域Ａ２内のポイントである場合、ＥＣＵ１００はステップＳ４に進む。

【0053】

ステップＳ４にて、ＥＣＵ１００は、エンジン回転数とエンジン負荷とに基づいて、ＥＧＲ率の目標値を設定する。ＥＧＲ率は、主燃焼室２６および副室６０に存在する全ガス中に占めるＥＧＲガスの割合である。詳細には、ＥＧＲ率は、主燃焼室２６および副室６０に存在するガスの合計重量に対する主燃焼室２６および副室６０に存在するＥＧＲガスの合計重量の割合である。

【0054】

次に、ＥＣＵ１００は、ステップＳ４で設定した目標ＥＧＲ率が実現されるＥＧＲ弁４６の開度を算出する（ステップＳ５）。例えば、ＥＣＵ１００は、ステップＳ４で設定した目標ＥＧＲ率、エンジン回転数、エアフローセンサＳＮ１により検出された吸気の量等に基づいて、目標ＥＧＲ率が実現されるＥＧＲ弁４６の開度を算出する。

【0055】

また、ＥＣＵ１００は、インジェクタ２８による燃料噴射が開始される時期である燃料噴射時期、主点火プラグ３２の点火時期である主点火時期（主点火プラグ３２が点火つまり火花放電を行うクランク角での時期）および副点火プラグ６２の点火時期である副点火時期（副点火プラグ６２が点火つまり火花放電を行うクランク角での時期）を設定する（ステップＳ６）。

【0056】

次に、ステップＳ７にて、ＥＣＵ１００は、ＥＧＲ弁４６の開度をステップＳ５にて算出した開度にする。詳細には、ＥＣＵ１００は、ＥＧＲ弁４６を開閉駆動する駆動装置に指令を出してＥＧＲ弁４６の開度をステップＳ４にて設定した開度にする。また、ＥＣＵ１００は、ステップＳ６にて設定した燃料噴射時期に燃料の噴射が開始されるようにインジェクタ２８を駆動する。また、ＥＣＵ１００は、ステップＳ４にて設定した主点火時期に主点火プラグ３２による点火が行われるように主点火プラグ３２を駆動する。また、ＥＣＵ１００は、ステップＳ４にて設定した副点火時期に副点火プラグ６２による点火が行われるように副点火プラグ６２を駆動する。

【0057】

上記のステップＳ６で設定される燃料噴射時期と主点火時期と副点火時期、および、ステップＳ４で設定される目標ＥＧＲ率の詳細について次に説明する。

【0058】

図８および図９は、第２領域Ａ２に含まれる運転ポイントＰ１、Ｐ２における、インジェクタ２８の駆動パルスと、主点火時期ｔｍと、副点火時期ｔｓとをそれぞれ示した図である。図６に示すように、運転ポイントＰ２は、運転ポイントＰ１と同じエンジン回転数Ｎ１０で、且つ、運転ポイントＰ１よりもエンジン負荷が高いポイントである。

【0059】

図８および図９に示すように、第２領域Ａ２では、燃料噴射時期ｔｉｎｊが吸気行程中の時期とされて、吸気行程中にインジェクタ２８から主燃焼室２６内への燃料噴射が開始される。

【0060】

第２領域Ａ２では、ＥＧＲが実施されることから、目標ＥＧＲ率は０よりも大きい値に設定される。ここで、エンジン負荷が高くなると主燃焼室２６に導入すべき空気量が増大する。そのため、エンジン負荷が高いときに多量のＥＧＲガスを吸気通路４および主燃焼室２６に還流させると、主燃焼室２６に十分な量の空気量を導入できないおそれがある。これより、第２領域Ａ２では、エンジン回転数が同一で且つエンジン負荷が異なる２つの運転ポイント（例えば、運転ポイントＰ１、Ｐ２）において、エンジン負荷が低い運転ポイント（Ｐ１）の目標ＥＧＲ率の方が、エンジン負荷が高い運転ポイント（Ｐ２）の目標ＥＧＲ率よりも高い値に設定される。

【0061】

上記のように、ＥＧＲ弁４６の開度調整により目標ＥＧＲ率は実現される。これより、第２領域Ａ２では、エンジン回転数が同一で且つエンジン負荷が異なる２つの運転ポイント（例えば、運転ポイントＰ１、Ｐ２）において、エンジン負荷が低い運転ポイント（Ｐ１）のＥＧＲ率の方が、エンジン負荷が高い運転ポイント（Ｐ２）のＥＧＲ率よりも大きくなる。

【0062】

図８および図９に示すように、第２領域Ａ２では、主点火時期ｔｍが副点火時期ｔｓよりも進角側の時期に設定されて、まず主点火プラグ３２による点火が行われ、その後、副点火プラグ６２による点火が行われる。本実施形態では、主点火時期ｔｍは圧縮行程中の時期に設定され、副点火時期ｔｓは膨張行程中の時期に設定される。

【0063】

上記の点火順序は第２領域Ａ２全体で実現されるが、副点火時期ｔｓの主点火時期ｔｍに対する遅角量つまり主点火時期ｔｍから副点火時期ｔｓまでのクランク角での期間である点火位相差ｄｔは運転ポイントによって変更される。図８および図９に示すように、第２領域Ａ２では、エンジン回転数が同一で且つエンジン負荷が異なる２つの運転ポイント（例えば、運転ポイントＰ１、Ｐ２）において、エンジン負荷が低い運転ポイント（Ｐ１）の点火位相差ｄｔの方が、エンジン負荷が高い運転ポイント（Ｐ２）の点火位相差ｄｔよりも大きくされる。上記のように、エンジン負荷が低いときの方がＥＧＲ率は高くなる。これより、エンジン回転数が同一で且つエンジン負荷が異なる２つの運転ポイント（例えば、運転ポイントＰ１、Ｐ２）において、点火位相差ｄｔは、ＥＧＲ率が高い運転ポイント（Ｐ１）の方がＥＧＲ率が低い運転ポイント（Ｐ２）よりも大きくされる。

【0064】

本実施形態では、エンジン回転数が同一で且つエンジン負荷が異なる２つの運転ポイント（例えば、運転ポイントＰ１、Ｐ２）において、エンジン負荷が低くＥＧＲ率が高い運転ポイント（Ｐ１）の主点火時期ｔｍの方が、エンジン負荷が高くＥＧＲ率が低い運転ポイント（Ｐ２）の主点火時期ｔｍよりも進角側の時期となるように、主点火時期ｔｍは設定される。また、エンジン負荷が低くＥＧＲ率が高い運転ポイント（Ｐ１）の副点火時期ｔｓの方が、エンジン負荷が高くＥＧＲ率が低い運転ポイント（Ｐ２）の主点火時期ｔｍよりも遅角側の時期となるように、副点火時期ｔｓは設定される。そして、これら時期の設定により、エンジン負荷が低くＥＧＲ率が高い運転ポイント（Ｐ１）の点火位相差ｄｔがエンジン負荷が高くＥＧＲ率が低い運転ポイント（Ｐ２）の点火位相差ｄｔよりも大きくされる。なお、エンジン回転数が同一で且つエンジン負荷が異なる２つの運転ポイント（例えば、運転ポイントＰ１、Ｐ２）において、エンジン負荷が低くＥＧＲ率が高い運転ポイント（Ｐ１）は請求項における「高ＥＧＲ条件」に相当し、エンジン負荷が高くＥＧＲ率が低い運転ポイント（Ｐ２）は請求項における「低ＥＧＲ条件」に相当する。

【0065】

図１０は、第２領域Ａ２におけるエンジン負荷と各パラメータとの関係を示した図である。図１０の一番上のグラフは、エンジン負荷と目標ＥＧＲ率ひいてはＥＧＲ率（実際のＥＧＲ率）の関係を示したグラフである。図１０の上から二番目のグラフは、エンジン負荷と点火位相差ｄｔの関係を示したグラフである。図１０の上から三番目のグラフは、エンジン負荷と主点火時期ｔｍおよび副点火時期ｔｓの関係を示したグラフである。なお、これらのグラフには、エンジン回転数一定でのエンジン負荷と各パラメータとの関係が示されている。

【0066】

図１０に示すように、第２領域Ａ２では、目標ＥＧＲ率はエンジン負荷が低くなるほど高い値に設定され、これによりＥＧＲ率（実際のＥＧＲ率）はエンジン負荷が低くンあるほど高い値に制御される。本実施形態では、目標ＥＧＲ率およびＥＧＲ率はエンジン負荷の減少にほぼ比例して増大される。

【0067】

また、第２領域Ａ２では、エンジン負荷が低くなるほど、つまり、ＥＧＲ率が高くなるほど、主点火時期ｔｍは進角側の時期に設定されるとともに副点火時期ｔｓは遅角側の時期に設定される。そして、エンジン負荷が低くなるほど、つまり、ＥＧＲ率が高くなるほど、点火位相差ｄｔは大きい値に制御される。本実施形態では、エンジン負荷の減少つまりＥＧＲ率の増大にほぼ比例して、主点火時期ｔｍは進角され、且つ、副点火時期ｔｓは遅角される。また、これによってエンジン負荷の減少つまりＥＧＲ率の増大にほぼ比例して点火位相差ｄｔは増大される。また、本実施形態では、エンジン負荷の変化量つまりＥＧＲ率の変化量に対する主点火時期ｔｍの進角量の方が副点火時期ｔｓの遅角量よりも大きくなるように、これら点火時期ｔｍ、ｔｓが設定される。

【0068】

なお、本実施形態では、上記のように設定された目標ＥＧＲ率および各時期（燃料噴射時期ｔｉｎｊ、主点火時期、副点火時期ｔｓ）が予めＥＣＵ１００にエンジン回転数とエンジン負荷とについてマップで記憶されている。ＥＣＵ１００は、上記のステップＳ４、Ｓ６において、ＥＣＵ１００は、記憶しているマップから現在のエンジン負荷とエンジン回転数とに対応する値を抽出する。

【0069】

（作用等）
以上のように、上記実施形態では、ＥＧＲが実施される第２領域Ａ２において、主点火時期ｔｍが副点火時期ｔｓよりも進角側の時期に設定されて、主点火プラグ３２により主燃焼室２６の混合気に点火が行われてから副点火プラグ６２により副室６０の混合気に点火が行われる。そのため、主燃焼室２６と副室６０との双方において混合気を適切に燃焼させることができる。

【0070】

具体的に、第２領域Ａ２では、ＥＧＲが実施されることで主燃焼室２６内には空気に加えてＥＧＲガスが導入される。そのため、第２領域Ａ２では、ピストン２４の圧縮作用のみで主燃焼室２６から副室６０に十分量の混合気を押し込むのが難しくなる。特に、上記実施形態では、第２領域Ａ２において副点火時期ｔｓが膨張行程中の時期、つまり、主燃焼室２６の圧力が低下していく途中の時期に設定されるため、ピストン２４の圧縮作用のみでは主燃焼室２６から副室６０に十分量の混合気を導入できないおそれがある。そして、副室６０内に十分量の混合気が導入されていないと、副点火プラグ６２が点火（火花放電）を行っても、失火等が生じて副室６０内での混合気の適切な燃焼が実現されない。

【0071】

これに対して、点火順序を上記の順序として、副点火プラグ６２の点火よりも前に主点火プラグ３２による点火を行えば、主燃焼室２６での混合気の燃焼に伴う圧力上昇によって副室６０への混合気の流入を促進でき、副室６０内に十分量の混合気を押し込むことができる。特に、上記実施形態では、主点火時期ｔｍが圧縮行程中の時期とされる。そのため、ピストン２４の圧縮作用による主燃焼室２６内の圧力上昇と、燃焼に伴う主燃焼室２６内の圧力上昇とを利用して、副室６０により確実に十分量の混合気を導入できる。

【0072】

従って、上記実施形態によれば、主燃焼室２６に加えて副室６０で混合気を適切に燃焼させることができ、燃費性能および排ガス性能を確実に高めることができる。

【0073】

しかも、第２領域Ａ２に含まれるエンジン回転数が同一で且つエンジン負荷が異なる２つの運転ポイント（例えば、運転ポイントＰ１、Ｐ２）において、エンジン負荷が低くＥＧＲ率が高い運転ポイント（Ｐ１）の点火位相差ｄｔの方が、エンジン負荷が高くＥＧＲ率が低い運転ポイント（Ｐ２）の点火位相差ｄｔよりも大きくされる。つまり、主点火プラグ３２による点火が行われて主燃焼室２６の圧力が上昇するのに伴って混合気（燃料）の副室６０への導入が開始してから、副点火プラグ６２による点火が行われるまでの期間が、ＥＧＲ率が高いときの方が低いときよりも長くされる。

【0074】

そのため、ＥＧＲ率が高いことで副室６０に混合気が特に入りにくい場合であっても、副点火プラグ６２の点火前に副室６０内に十分量の混合気を確実に導入でき、副室６０内での混合気の適切な燃焼をより確実に実現できる。また、ＥＧＲ率が小さいことで副室６０に比較的混合気が入りやすい場合には、主燃焼室２６内での燃焼開始後の比較的早い時期に副室６０での燃焼を開始させることができ、燃焼期間を短くして燃費性能をより一層確実に高めることができる。

【0075】

特に、上記実施形態では、第２領域Ａ２において、エンジン負荷が低くなってＥＧＲ率が高くなるほど点火位相差ｄｔが大きくされる。そのため、点火位相差ｄｔをＥＧＲ率に応じた適切な値として、副室６０での適切な燃焼を確実に実現できるとともに燃焼期間の短縮によって燃費性能をより一層確実に高めることができる。

【0076】

（変形例）
副点火ユニット３０のカバー部材６４の具体的形状および寸法は、上記に限られない。また、カバー部材６４に設けられる連通孔６６の数および寸法は上記に限られない。また、副点火ユニット３０の取付位置は上記に限られない。例えば、副点火ユニット３０は、インジェクタ２８の先端部２８ｘに対して排気ポート１２側に設けられてもよい。

【0077】

上記実施形態では、第２領域Ａ２において、ＥＧＲ率が高くなるほど点火位相差ｄｔが大きくされる場合を説明したが、ＥＧＲ率と点火位相差ｄｔの関係は、第２領域Ａ２に含まれるエンジン回転数が同一で且つＥＧＲ率が異なる２つの運転ポイントにおいて、ＥＧＲ率が高い運転ポイントの点火位相差ｄｔの方が、ＥＧＲ率が低い運転ポイントの点火位相差ｄｔよりも大きいという関係であればよく、上記実施形態の関係に限られない。例えば、第２領域Ａ２をＥＧＲ率が高い側と低い側とに分けて、ＥＧＲ率が高い側の点火位相差ｄｔをＥＧＲ率が低い側の点火位相差ｄｔよりも大きくする一方で、ＥＧＲ率が高い側とＥＧＲ率が低い側とのそれぞれにおいてはＥＧＲ率に関わらず点火位相差ｄｔを一定としてもよい。

【0078】

また、第１領域Ａ１および第２領域Ａ２の制御内容は上記に限られない。

【0079】

また、エンジン本体２の気筒数等の詳細構造は上記に限られない。

【符号の説明】

【0080】

１ エンジンシステム
２ エンジン本体
４ 吸気通路
２４ ピストン
２８ インジェクタ（燃料噴射装置）
２６ 主燃焼室
３０ 副点火ユニット
３２ 主点火プラグ（主点火装置）
４６ ＥＧＲ弁
５０ ＥＧＲ装置
５２ シリンダブロック
５４ シリンダヘッド
６０ 副燃焼室
６２ 副点火プラグ（副点火装置）
６４ カバー部材（隔壁）
６６ 連通孔
１００ ＥＣＵ（制御装置）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】