JP2004076606A - 火花点火式エンジンの制御装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】リーン燃焼による燃費改善効果をもたせるとともに、一部の気筒では圧縮着火を効果的に行わせ、燃費改善効果を高める。
【解決手段】気筒独立状態で燃焼させる通常運転モードと、先行気筒２Ａ，２Ｄから排出される既燃ガスを後続気筒２Ｂ，２Ｃに導入して燃焼させる特殊運転モードとに切換可能に構成される。また、通常運転モードにあるときには燃料噴射弁により燃料を供給して各気筒での空燃比を理論空燃比とした状態で燃焼を行わせる一方、特殊運転モードにあるときには、先行気筒では、燃料噴射弁により燃料を供給して理論空燃比よりもリーン空燃比とした状態で強制点火により燃焼を行わせ、後続気筒については、先行気筒での燃焼終了後、該気筒内の既燃ガスに対して燃料噴射弁により後続気筒分の燃料を供給した状態で、該既燃ガスを後続気筒に導入して圧縮着火により燃焼させるように各気筒の燃焼を制御する燃焼制御手段を備えている。
【選択図】 図１
【解決手段】気筒独立状態で燃焼させる通常運転モードと、先行気筒２Ａ，２Ｄから排出される既燃ガスを後続気筒２Ｂ，２Ｃに導入して燃焼させる特殊運転モードとに切換可能に構成される。また、通常運転モードにあるときには燃料噴射弁により燃料を供給して各気筒での空燃比を理論空燃比とした状態で燃焼を行わせる一方、特殊運転モードにあるときには、先行気筒では、燃料噴射弁により燃料を供給して理論空燃比よりもリーン空燃比とした状態で強制点火により燃焼を行わせ、後続気筒については、先行気筒での燃焼終了後、該気筒内の既燃ガスに対して燃料噴射弁により後続気筒分の燃料を供給した状態で、該既燃ガスを後続気筒に導入して圧縮着火により燃焼させるように各気筒の燃焼を制御する燃焼制御手段を備えている。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、火花点火式エンジンの制御装置に関し、より詳しくは、多気筒エンジンにおいて燃費改善及びエミッション向上のために各気筒の燃焼状態を制御する装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、火花点火式エンジンにおいて、各気筒内の混合気の空燃比を理論空燃比よりも大きいリーン空燃比とした状態で燃焼を行わせることにより燃費改善を図る技術が知られており、例えば特開平１０−２７４０８５号公報に示されるように、燃焼室内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁を備え、低回転低負荷域等では上記燃料噴射弁から圧縮行程で燃料を噴射することにより成層燃焼を行わせ、これによって超リーン燃焼を実現するようにしたものが知られている。
【０００３】
このようなエンジンにおいては、排気ガス浄化用の触媒として通常の三元触媒（ＨＣ，ＣＯ及びＮＯｘに対して理論空燃比付近で浄化性能の高い触媒）だけではリーン運転時にＮＯｘに対して充分な浄化性能が得られないため、上記公報にも示されるように、酸素過剰雰囲気でＮＯｘを吸着して酸素濃度低下雰囲気でＮＯｘの離脱、還元を行うリーンＮＯｘ触媒を設けている。そして、このようなリーンＮＯｘ触媒を用いる場合、リーン運転中にリーンＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸着量が増大したときは、例えば上記公報に示されるように主燃焼以外に膨張行程中に追加燃料を噴射することで排気ガスの空燃比をリッチ化するとともにＣＯを生成し、これによってＮＯｘの離脱、還元を促進するようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような従来のリーン運転を行うエンジンでは、リーン運転中のＮＯｘ浄化性能の確保のために上記ＮＯｘ触媒が必要となってコスト的に不利である。また、上記リーンＮＯｘ触媒の浄化性能を維持するためには、上述のようにＮＯｘ吸着量増大時にＮＯｘ離脱、還元のため追加燃料の供給等による一時的な空燃比のリッチ化を行う必要があり、さらに、使用燃料が硫黄分を多く含む場合、上記リーンＮＯｘ触媒の硫黄被毒の解消のために触媒の加熱及び還元材供給等のリジェネレーション処理が必要となり、これらによって燃費改善効果が低下する。
【０００５】
しかも、空燃比がある程度以上にリーンになると、燃焼速度が遅くなりすぎてその終期に近い燃焼が仕事に寄与しなくなるため、成層燃焼でのリーン化による燃費改善に限界があった。
【０００６】
なお、燃費改善のための別の手法として、圧縮自己着火が研究されており、この圧縮自己着火は、ディーゼルエンジンと同様に圧縮行程終期に燃焼室内を高温、高圧にして燃料を自己着火させるようにするものであり、空燃比が超リーンの状態や多量のＥＧＲが導入されている状態でもこのような圧縮自己着火が行われれば燃焼室全体が一気に燃焼するため、仕事に寄与しない遅い燃焼が避けられ、燃費改善に有利となる。しかし、通常の火花点火式エンジン（ガソリンエンジン）では、燃焼のために強制点火が必要であって、圧縮自己着火を行わせるためには燃焼室内の温度または圧力を大幅に高めるための格別の工夫が必要となり、高負荷域でのノッキングを避けつつ、燃費改善が要求される部分負荷域で圧着自己着火を生じさせる程度まで燃焼室内の温度または圧力を高めることが困難であった。
【０００７】
そこで、本願出願人は、リーン燃焼と圧縮自己着火とを併用して大幅な燃費改善効果をもたせるべく、エンジンの部分負荷域で、排気行程と吸気行程が重なる一対の気筒間において排気行程にある先行気筒から排出される既燃ガスがそのまま吸気行程にある後続気筒に気筒間ガス通路を介して導入される２気筒接続状態とするとともに、先行気筒では空燃比を理論空燃比よりも大きいリーン空燃比にして、強制点火により燃焼を行わせ、後続気筒では先行気筒から導入されたリーン空燃比の既燃ガスに燃料を供給して圧縮自己着火により燃焼を行わせるようにした火花点火式エンジンの制御装置に関する技術を出願している（特願２００２−２９８３６号）。
【０００８】
本発明は、このような技術に基づき、エンジンの部分負荷域で上記２気筒接続状態として、先行気筒でリーン燃焼を行わせるとともに、後続気筒では圧縮自己着火による燃焼を行わせ、特に、この場合の自己着火性を高め、効果的に燃費及びエミッションの改善を図ることができる火花点火式エンジンの制御装置を提供するものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、各気筒にそれぞれ新気を導入する各気筒独立状態と、排気行程と吸気行程が重なる一対の気筒間において先行気筒の既燃ガスを気筒間ガス通路を介して後続気筒に導入する２気筒接続状態とに吸気および排気の流通経路が切り換え可能に構成され、かつ、この流通経路を前記各気筒独立状態として各気筒においてそれぞれ独立して燃焼を行わせる通常運転モードと、前記２気筒接続状態として先行気筒から排出される既燃ガスをそのまま吸気行程にある後続気筒に導入して燃焼を行わせる特殊運転モードとに運転モードを切り換え可能に構成される多気筒の火花点火式エンジンの制御装置であって、前記通常運転モードにあるときに各気筒に対し独立して燃料を供給する第１燃料噴射手段と、前記特殊運転モードにあるときであって前記先行気筒での燃焼終了後、後続気筒への導入前に前記既燃ガスに対して後続気筒分の燃料を供給可能とする第２燃料噴射手段と、前記通常運転モードにあるときには、前記第１燃料噴射手段により燃料を供給して各気筒での空燃比を理論空燃比とした状態で燃焼を行わせる一方、特殊運転モードにあるときには、先行気筒では前記第１燃料噴射手段により燃料を供給して理論空燃比よりも所定量だけ大きいリーン空燃比とした状態で強制点火により燃焼を行わせ、後続気筒では前記第２燃料噴射手段により前記既燃ガスに燃料を供給して理論空燃比とした状態のガスを導入して圧縮自己着火により燃焼を行わせるように各気筒の燃焼を制御する燃焼制御手段とを備えているものである。
【００１０】
この構成によると、例えば低負荷低回転域において、前記特殊運転モードの燃焼制御が実行されることにより、先行気筒ではリーン空燃比での燃焼が行われて、熱効率が高められるとともにポンピングロス（ポンプ損失）が低減されることにより大幅な燃費改善効果が得られる。また、後続気筒では、先行気筒の既燃ガスに燃料が供給されて圧縮着火が行われることにより、急速な燃焼が行われて効率良く燃焼が仕事に寄与し、その結果、この効率の良い燃焼とポンピングロス低減とで燃費が大幅に改善される。その上、後続気筒については、先行気筒での燃焼終了後、後続気筒への導入前に既燃ガスに対して後続気筒分の燃料が供給されることにより高温の既燃ガスに混合気が充分にミキシングされた状態で後続気筒に導入され、その結果、後続気筒における自己着火性能が向上する。
【００１１】
また、後続気筒から排出される理論空燃比の既燃ガスのみが排気通路に導かれるため、三元触媒だけで充分に排気浄化性能が確保される。
【００１２】
この発明の具体的な構成として、例えば先頭気筒についは燃焼室内に直接燃料を噴射するように前記第１燃料噴射手段を設け、前記特殊運転モードにあるときに、前記既燃ガスに対する後続気筒用の燃料供給を先行気筒の排気行程中に当該気筒の前記第１燃料噴射手段により行わせるように前記燃焼制御手段を構成することにより、前記第２燃料噴射手段として前記先行気筒の第１燃料噴射手段を兼用した構成とするのが好ましい。
【００１３】
この構成によると、既燃ガスに対して早期に燃料が供給されるので、既燃ガスと混合気とがより効果的にミキシングされた状態で後続気筒に導入されることなり、後続気筒での自己着火性能が効果的に高められる。また、このように後続気筒分の燃料を先行気筒の排気行程中に該先行気筒の第１燃料噴射手段により供給する構成によると、例えば各気筒毎に筒内噴射用のインジェクタ（燃料噴射手段）を備える直噴型エンジンでは、その基本構造をそのまま利用することが可能となり、本願発明を合理的に適用することができる。
【００１４】
なお、この構成では、少なくとも先行気筒について第１燃料噴射手段が筒内噴射可能に設けられていればよいため、前記後続気筒については、吸気通路内に燃料を噴射するように第１燃料噴射手段が設けられていてもよい。
【００１５】
また、この発明の別の具体的な構成として、例えば、前記気筒間ガス通路の途中部分に前記第２燃料噴射手段が設けられ、先行気筒からの排出後、後続気筒への導入前に前記既燃ガスに対して後続気筒分の燃料が供給されるように構成されているものであってもよい。
【００１６】
この構成によると、特殊運転モードにおける後続気筒分の燃料は、気筒間ガス通路を通じて流動する既燃ガスに対して供給されることとなる。
【００１７】
また、この発明において、前記燃焼制御手段は、前記特殊運転モードにあるときには、前記先行気筒から後続気筒へ既燃ガスを導入した後、当該後続気筒の第１燃料噴射手段により後続気筒分の燃料を前記既燃ガスに対し供給して圧縮着火により燃焼を行わせる第１噴射モードと、前記先行気筒での燃焼終了後、後続気筒への導入前に前記既燃ガスに対して後続気筒分の燃料を前記第２燃料噴射手段により供給して圧縮着火により燃焼を行わせる第２噴射モードとに燃料の噴射モードを切り換え可能に構成され、運転状態に関する情報から後続気筒の自己着火性能の度合いを判定し、その判定結果に基づいて前記噴射モードを切り換えるように構成されているのが好ましい。
【００１８】
この構成によると、燃料の噴射モードが運転状態に応じて切り換えられることにより、特殊運転モードにおける後続気筒の自己着火性能が高められる。具体的には、後続気筒の自己着火性能の度合いが低い運転状態にあるときに燃料の噴射モードを第２噴射モードとすれば、既燃ガスと混合気とのミキシング効果により後続気筒での自己着火性能が高められ、後続気筒での燃焼安定性が高められる。例えば、暖機運転後、気筒内温度が特定温度以下であって気筒内温度が低いとき、あるいは極低負荷の領域内にあって燃料噴射量が少ないときには、自己着火性が低いと考えられる。従って、このような場合に自己着火性の度合いが低い運転状態にあると判定して、燃料の噴射モードを第２噴射モードとするように構成するのが好ましい。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態について説明する。
【００２０】
図１は本発明の一実施形態によるエンジンの概略構成を示し、図２はエンジン本体の一つの気筒とそれに対して設けられた吸・排気弁等の構造を概略的に示している。これらの図において、エンジン本体１は複数の気筒を有し、図示の実施形態では４つの気筒２Ａ〜２Ｄを有している。各気筒２Ａ〜２Ｄにはピストン３が嵌挿され、ピストン３の上方に燃焼室４が形成されている。
【００２１】
各気筒２Ａ〜２Ｄの燃焼室４の頂部には点火プラグ７が装備され、そのプラグ先端が燃焼室４内に臨んでいる。この点火プラグ７には、電子制御による点火時期のコントロールが可能な点火回路８が接続されている。
【００２２】
燃焼室４の側方部には、燃焼室４内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁９（第１燃料噴射手段）が設けられている。この燃料噴射弁９は、図略のニードル弁及びソレノイドを内蔵し、後述のパルス信号が入力されることにより、そのパルス入力時期にパルス幅に対応する時間だけ駆動されて開弁し、その開弁時間に応じた量の燃料を噴射するように構成されている。なお、この燃料噴射弁９には、図外の燃料ポンプにより燃料供給通路等を介して燃料が供給され、かつ、圧縮行程での燃焼室内の圧力よりも高い燃料圧力を与え得るように燃料供給系統が構成されている。
【００２３】
また、各気筒２Ａ〜２Ｄの燃焼室４に対して吸気ポート１１、１１ａ，１１ｂ及び排気ポート１２、１２ａ，１２ｂが開口し、これらのポートに吸気通路１５、排気通路２０等が接続されるとともに、各ポートが吸気弁３１、３１ａ，３１ｂ及び排気弁３２、３２ａ，３２ｂにより開閉されるようになっている。
【００２４】
そして、各気筒２Ａ〜２Ｄが所定の位相差をもって吸気、圧縮、膨張、排気の各行程からなる燃焼サイクルを行うようになっており、４気筒エンジンの場合、気筒列方向一端側から１番気筒２Ａ、２番気筒２Ｂ、３番気筒２Ｃ、４番気筒２Ｄと呼ぶと、図５に示すように上記サイクルが１番気筒２Ａ、３番気筒２Ｃ、４番気筒２Ｄ、２番気筒２Ｂの順にクランク角で１８０°ずつの位相差をもって燃焼サイクルが行われるようになっている。なお、図５において、ＥＸは排気行程、ＩＮは吸気行程、Ｆは燃料噴射、Ｓは強制点火を表し、図中の星マークは圧縮着火が行われることを表している。また、同図の燃料噴射Ｆについては、先行気筒用の燃料はＦ１、後続気筒用の燃料はＦ２で示している。
【００２５】
排気行程と吸気行程が重なる一対の気筒間には、排気行程と吸気行程が重なるときの排気行程側の気筒（当明細書ではこれを先行気筒と呼ぶ）から吸気行程側の気筒（当明細書ではこれを後続気筒と呼ぶ）へ既燃ガスをそのまま導くことができるように、気筒間ガス通路２２が設けられている。当実施形態では、図５に示すように１番気筒２Ａの排気行程（ＥＸ）と２番気筒２Ｂの吸気行程（ＩＮ）とが重なり、また４番気筒２Ｄの排気行程（ＥＸ）と３番気筒２Ｃの吸気行程（ＩＮ）が重なるので、１番気筒２Ａと２番気筒２Ｂ、及び４番気筒２Ｄと３番気筒２Ｃがそれぞれ一対をなし、１番気筒２Ａ及び４番気筒２Ｄが先行気筒、２番気筒２Ｂ及び３番気筒２Ｃが後続気筒となる。
【００２６】
各気筒の吸・排気ポートとこれに接続される吸気通路、排気通路及び気筒間ガス通路は、具体的には次のように構成されている。
【００２７】
先行気筒である１番気筒２Ａ及び４番気筒２Ｄには、それぞれ、新気を導入するための吸気ポート１１と、既燃ガス（排気ガス）を排気通路に送り出すための第１排気ポート１２ａと、既燃ガスを後続気筒に導出するための第２排気ポート１２ｂとが配設されている。また、後続気筒である２番気筒２Ｂ及び３番気筒２Ｃには、それぞれ、新気を導入するための第１吸気ポート１１ａと、先行気筒からの既燃ガスを導入するための第２吸気ポート１１ｂと、既燃ガスを排気通路に送り出すための排気ポート１２とが配設されている。
【００２８】
図１に示す例では、１番，４番気筒２Ａ，２Ｄにおける吸気ポート１１および２番，３番気筒２Ｂ，２Ｃにおける第１吸気ポート１１ａが、１気筒当り２個ずつ、燃焼室の左半部側に並列的に設けられる一方、１番，４番気筒２Ａ，２Ｄにおける第１排気ポート１２ａ及び第２排気ポート１２ｂならびに２番，３番気筒２Ｂ，２Ｃにおける第２吸気ポート１１ｂ及び排気ポート１２が、燃焼室の右半部側に並列的に設けられている。
【００２９】
１番，４番気筒２Ａ，２Ｄにおける吸気ポート１１および２番，３番気筒２Ｂ，２Ｃにおける第１吸気ポート１１ａには、吸気通路１５における気筒別の分岐吸気通路１６の下流端が接続されている。各分岐吸気通路１６の下流端近傍には、共通の軸を介して互いに連動する多連スロットル弁１７が設けられており、この多連スロットル弁１７は制御信号に応じてアクチュエータ１８により駆動され、吸入空気量を調節するようになっている。なお、吸気通路１５における集合部より上流の共通吸気通路には吸気流量を検出するエアフローセンサ１９が設けられている。
【００３０】
１番，４番気筒２Ａ，２Ｄにおける第１排気ポート１２ａおよび２番，３番気筒２Ｂ，２Ｃにおける排気ポート１２には、排気通路２０における気筒別の分岐排気通路２１の上流端が接続されている。また、１番気筒２Ａと２番気筒２Ｂとの間及び３番気筒２Ｃと４番気筒２Ｄとの間には、それぞれ気筒間ガス通路２２が設けられ、先行気筒である１番，４番気筒２Ａ，２Ｄの第２排気ポート１２ｂに気筒間ガス通路２２の上流端が接続されるとともに、後続気筒である２番，３番気筒２Ｂ，２Ｃの第２吸気ポート１１ｂに気筒間ガス通路２２の下流端が接続されている。
【００３１】
排気通路２０における分岐排気通路２１の下流の集合部には理論空燃比検出用の排気ガス濃度検出手段であるＯ２センサ２３が設けられ、さらにその下流の排気通路２０には、排気浄化用の三元触媒２４が設けられている。この三元触媒２４は、一般に知られているように、排気ガスの空燃比が理論空燃比（つまり空気過剰率λがλ＝１）付近にあるときにＨＣ，ＣＯ及びＮＯｘに対して高い浄化性能を示す触媒である。また、Ｏ２センサ２３は、排気ガス中の酸素濃度を検出することにより空燃比を検出するもので、特に理論空燃比付近で出力が急変するλＯ２センサにより構成されている。
【００３２】
上記気筒間ガス通路２２には、排気ガス中の酸素濃度の変化（空燃比の変化）に対して出力がリニアに変化するリニアＯ２センサ２５が設けられている。
【００３３】
各気筒の吸・排気ポートを開閉する吸・排気弁とこれらに対する動弁機構は、次のようになっている。すなわち、１番，４番気筒２Ａ，２Ｄにおける吸気ポート１１、第１排気ポート１２ａ及び第２排気ポート１２ｂにはそれぞれ吸気弁３１、第１排気弁３２ａ及び第２排気弁３２ｂが設けられ、また、２番，３番気筒２Ｂ，２Ｃにおける第１吸気ポート１１ａ、第２吸気ポート１１ｂ及び排気ポート１２にはそれぞれ第１吸気弁３１ａ、第２吸気弁３１ｂ及び排気弁３２が設けられている。そして、各気筒の吸気行程や排気行程が上述のような所定の位相差をもって行われるように、これら吸・排気弁がそれぞれカムシャフト３３，３４等からなる動弁機構により所定のタイミングで開閉するように駆動される。
【００３４】
さらに、これらの吸・排気弁のうちで第１排気弁３２ａ、第２排気弁３２ｂ、第１吸気弁３１ａ及び第２吸気弁３１ｂに対しては、各弁を作動状態と停止状態とに切り換える弁停止機構３５が設けられている。この弁停止機構３５は、従来から知られているため詳しい図示は省略するが、例えば、カムシャフト３３，３４のカムと弁軸との間に介装されたタペットに作動油の給排が可能な油圧室が設けられ、この油圧室に作動油が供給されている状態ではカムの作動が弁に伝えられて弁が開閉作動され、油圧室から作動油が排出されたときにはカムの作動が弁に伝えられなくなることで弁が停止されるようになっている。
【００３５】
上記第１排気弁３２ａの弁停止機構３５と第１吸気弁３１ａの弁停止機構３５とに対する作動油給排用の通路３６には第１コントロール弁３７が、また第２排気弁３２ｂの弁停止機構３５と第２吸気弁３１ｂの弁停止機構３５とに対する作動油給排用の通路３８には第２コントロール弁３９がそれぞれ設けられている（図３参照）。
【００３６】
図３はエンジンの駆動、制御系統の構成を示している。この図において、マイクロコンピュータ等からなるエンジン制御用のＥＣＵ（コントロールユニット）４０には、エアフローセンサ１９、Ｏ２センサ２３及びリニアＯ２センサ２５からの信号が入力されるとともに、エンジンの冷却水温度を検出する水温センサ５１からの信号が入力され、さらに運転状態を判別するためにエンジン回転数を検出する回転数センサ５２及びアクセル開度（アクセルペダル踏込み量）を検出するアクセル開度センサ５３等からの信号も入力されている。また、このＥＣＵ４０から、各燃料噴射弁９と、多連スロットル弁１７のアクチュエータ１８と、上記第１，第２のコントロール弁３７，３９とに対して制御信号が出力されている。
【００３７】
上記ＥＣＵ４０は、その機能構成として運転状態判別手段４１、温度状態判別手段４２、モード設定手段４３、弁停止機構制御手段４４、吸入空気量制御手段４５、燃料制御手段４６および点火制御手段４７等を備えている。
【００３８】
運転状態判別手段４１は、図４に示すようにエンジンの運転領域が低速低負荷側の領域Ａと高速側ないし高負荷側の領域Ｂとに分けられた制御用マップを有し、低速低負荷側の領域Ａを特殊運転モード領域、高速側ないし高負荷側の領域Ｂを通常運転モード領域とする。そして、上記回転数センサ５２及びアクセル開度センサ５３等からの信号より調べられるエンジンの運転状態（エンジン回転数及びエンジン負荷）が上記領域Ａ，Ｂのいずれにあるかを判別する。
【００３９】
温度状態判別手段４２は、水温センサ５１からの信号によってエンジンの温度状態を判別するものであり、水温（エンジン温度）が所定値以下の低温時か所定温度より高い高温時かを判別するようになっている。
【００４０】
モード設定手段４３は、運転状態判別手段４１による判別に基づき、前記特殊運転モード領域Ａでは、排気行程にある先行気筒から排出される既燃ガスをそのまま吸気行程にある後続気筒に導入して燃焼させる特殊運転モードを選択し、前記通常運転モード領域領域Ｂでは、各気筒をそれぞれ独立させて燃焼させる通常運転モードを選択する。
【００４１】
弁停止機構制御手段４４は、モード設定手段４３によるモードの設定に応じ、特殊運転モードでは気筒間ガス通路２２を介して先行気筒（１番、４番気筒）２Ａ，２Ｄの既燃ガスを後続気筒（２番、３番気筒）２Ｂ，２Ｃに導入させる各気筒独立状態とするように吸・排気流通状態を変更すべく弁停止機構３５を制御するもので、具体的には、運転状態が領域Ａ，Ｂのいずれかにあるかに応じ、上記コントロール弁３７，３９を制御することにより、各弁停止機構３５を次のように制御する。
領域Ａ：（特殊運転モード）
第１排気弁３２ａ及び第１吸気弁３１ａを停止状態
第２排気弁３２ｂ及び第２吸気弁３１ｂを作動状態
領域Ｂ：（通常運転モード）
第１排気弁３２ａ及び第１吸気弁３１ａを作動状態
第２排気弁３２ｂ及び第２吸気弁３１ｂを停止状態
【００４２】
吸入空気量制御手段４５は、アクチュエータ１８を制御することによりスロットル弁１７の開度（スロットル開度）を制御するものであり、運転状態に応じてマップ等から目標吸入空気量を求め、その目標吸入空気量に応じてスロットル開度を制御する。この場合、特殊運転モードとされる領域Ａでは、後続気筒２Ｂ，２Ｃに対する分岐吸気通路１６からの吸気導入が遮断された状態で、先行気筒２Ａ，２Ｄから導入されるガス中の過剰空気と新たに供給される燃料との比がリーン空燃比とされつつ燃焼が行われるので、先行、後続の２気筒分の要求トルクに応じた燃料の燃焼に必要な量の空気が先行気筒２Ａ，２Ｄに供給されるようにスロットル開度を調節する。
【００４３】
燃料制御手段４６は、各気筒２Ａ〜２Ｄに設けられた燃料噴射弁９からの燃料噴射量及び噴射タイミングをエンジンの運転状態に応じて制御し、また、点火制御手段４７は、運転状態に応じた点火時期の制御を行う。そして、モード設定手段４３により設定されるモードに応じて、燃焼状態の制御（燃料の制御および点火の制御）が変更される。
【００４４】
すなわち、特殊運転モードが設定された場合には、先行気筒２Ａ，２Ｄに対しては、空燃比が理論空燃比よりも大きいリーン空燃比、好ましくは理論空燃比の略２倍もしくはそれ以上とするように燃料噴射量を制御するとともに、圧縮行程で燃料を噴射して成層燃焼を行わせるように噴射時期を設定し、かつ、圧縮上死点付近で強制点火を行わせるように点火時期を設定する。一方、後続気筒２Ｂ，２Ｃに対しては、リーン空燃比の既燃ガスに燃料を供給して理論空燃比とするように燃料噴射量を制御するとともに、この燃料を先行気筒２Ａ，２Ｄで供給するように、すなわち、後続気筒分の燃料を先行気筒２Ａ，２Ｄの燃料噴射弁９によって先行気筒２Ａ，２Ｄの排気行程中に直接燃焼室４内に噴射するように燃料噴射量、噴射時期および該燃料噴射を行わせる燃料噴射弁９を設定し、さらに後続気筒２Ｂ，２Ｃにおいて圧縮着火を行わせるべく、強制点火を停止させる。
【００４５】
また、通常運転モードが選択された場合には、各気筒２Ａ〜２Ｄの空燃比を理論空燃比もしくはそれ以下とするように燃料噴射量を制御し、例えば、この領域Ｂのうちの大部分の領域において理論空燃比とし、全開負荷及びその付近の運転領域で理論空燃比よりリッチとする。そして、この場合に、各気筒２Ａ〜２Ｄに対して吸気行程で燃料を噴射して混合気を均一化するように噴射時期を設定し、かつ、各気筒２Ａ〜２Ｄとも強制点火を行わせるようにする。
【００４６】
このように、当実施形態では、各気筒２Ａ〜２Ｄの燃料噴射弁９のうち後述する先行気筒２Ａ，２Ｄの燃料噴射弁９が本発明の第２燃料噴射手段として機能するように構成されており、また、燃料制御手段４６および点火制御手段４７等により本発明の燃焼制御手段が構成されている。
【００４７】
次に、以上のような実施形態の装置の作用を、図５〜図７を参照しつつ説明する。
【００４８】
低負荷低回転側の運転領域Ａでは、特殊運転モードとされ前述のように第１排気弁３２ａ及び第１吸気弁３１ａが停止状態、第２排気弁３２ｂ及び第２吸気弁３１ｂが作動状態とされることにより、実質的な新気及びガスの流通経路は図６に示すように、先行気筒２Ａ，２Ｄから排出される既燃ガスがそのまま気筒間ガス通路２２を介して後続気筒２Ｂ，２Ｃに導入されるとともに、この後続気筒２Ｂ，２Ｃから排出される既燃ガスのみが三元触媒２４を備えた排気通路２０に導かれるような２気筒接続状態とされる。
【００４９】
この状態において、先行気筒２Ａ，２Ｄにそれぞれ吸気行程で吸気通路１５から新気が導入され（図６中の矢印ａ）、先行気筒２Ａ，２Ｄでは空燃比が理論空燃比よりも大きいリーン空燃比となるように燃料噴射量が制御されつつ圧縮行程で燃料が噴射され、かつ、所定点火時期に点火が行われて、リーン空燃比での成層燃焼が行われる（図５参照）。
【００５０】
その後、先行気筒２Ａ，２Ｄの排気行程と後続気筒２Ｂ，２Ｃの吸気行程が重なる期間に、後続気筒用の燃料が先行気筒２Ａ，２Ｄの燃焼室４内に直接噴射されるともに、リーン空燃比の既燃ガスが理論空燃比となるように燃料噴射量が制御され（図５中のＦ２）、この燃料を含んだ既燃ガスが先行気筒２Ａ，２Ｄから排出されつつ気筒間ガス通路２２を通って後続気筒２Ｂ，２Ｃに導入される（図５中の白抜き矢印及び図６中の矢印ｂ）。そして、後続気筒２Ｂ，２Ｃにおいて、圧縮行程の上死点付近で燃焼室内の圧力、温度の上昇により圧縮自己着火が行われる。この場合、先行気筒２Ａ，２Ｄから排出された高温の既燃ガスが短い気筒間ガス通路２２を通って後続気筒２Ｂ，２Ｃに直ちに導入されるため、後続気筒後続気筒２Ｂ，２Ｃでは吸気行程で燃焼室内の温度が高くなり、この状態からさらに圧縮行程で圧力、温度が上昇することにより、圧縮行程終期の上死点付近では充分に混合気が自己着火し得る程度まで燃焼室内の温度が上昇する。
【００５１】
そして、後続気筒２Ｂ，２Ｃでの燃焼後の既燃ガスは、三元触媒２４を備えた排気通路２０に排出されることとなる（図７中の矢印ｃ）。
【００５２】
このように、先行気筒２Ａ，２Ｄではリーン空燃比での成層燃焼が行われることにより熱効率が高められるとともに、成層燃焼を行わない通常のエンジンと比べて吸気負圧が小さくなることでポンピングロスが低減され、これらの相乗効果で大幅に燃費が改善される。一方、後続気筒２Ｂ，２Ｃでは、空燃比が略理論空燃比とされつつ、圧縮自己着火が行われることにより熱効率が高められるとともに、先行気筒２Ａ，２Ｄから押し出された既燃ガスが送り込まれるため先行気筒２Ａ，２Ｄよりもさらにポンピングロス低減され、こらの作用により燃費改善効果が充分に得られる。
【００５３】
しかも、後続気筒分の燃料を先行気筒２Ａ，２Ｄ内で噴射するため、既燃ガスが先行気筒２Ａ，２Ｄから排出されて後続気筒２Ｂ，２Ｃに導入されるまでの間に混合気と高温の既燃ガスが充分にミキシングされて均一に分布するため、理想的な圧縮自己着火条件を満たすような均一な混合気分布状態および混合気温度が得られる。従って、後続気筒２Ｂ，２Ｃにおける自己着火性能が高められ、良好に燃焼が行われることとなる。
【００５４】
また、後続気筒２Ｂ，２Ｃから排気通路２０に排出される既燃ガスは理論空燃比に対応した値となるため、従来のリーンバーンエンジンのようにリーンＮＯｘ触媒を設ける必要がなく、三元触媒２４だけで充分に排気浄化性能が確保されることとなる。そして、このようにリーンＮＯｘ触媒を設ける必要がないことから、リーンＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵量増大時におけるＮＯｘの放出、還元のための一時的な空燃比のリッチ化を行う必要がなく、燃費改善の目減りが避けられる。さらに、リーンＮＯｘ触媒の硫黄被毒の問題が生じることもない。
【００５５】
また、先行気筒２Ａ，２Ｄでは理論空燃比の略２倍もしくはそれ以上のリーン空燃比とされることでＮＯｘ発生量が比較的少なく抑えられ、後続気筒２Ｂ，２Ｃでは、先行気筒２Ａ，２Ｄから既燃ガスが導入されることで多量のＥＧＲが行われているのと同等の状態となることからＮＯｘの発生が充分に抑制される。このような点からもエミッションの向上に有利となる。
【００５６】
一方、高負荷側ないし高回転側の運転領域Ｂでは、通常運転モードとされ前述のように第１排気弁３２ａ及び第１吸気弁３１ａが作動状態、第２排気弁３２ｂ及び第２吸気弁３１ｂが停止状態とされることにより、実質的な新気及びガスの流通経路は図７に示すようになり、実質的に各気筒２Ａ〜２Ｄの吸気ポート３１，３１ａ及び排気ポート１２ａ，１２が独立し、吸気通路１５から各気筒２Ａ〜２Ｄの吸気ポート３１，３１ａに新気が導入されるとともに各気筒２Ａ〜２Ｄの排気ポート３１，３１ａから排気通路２０に既燃ガスが排出される。そしてこの場合は、理論空燃比もしくはそれよりリッチ（λ≦１）となるように吸入空気量及び燃料噴射量が制御されることにより、出力性能が確保される。
【００５７】
なお、本発明の装置の具体的構成は、上記実施形態に限定されず、種々変更可能であり、その例を以下に説明する。
【００５８】
▲１▼ 上記実施形態では、特殊運転モード時に、後続気筒分の燃料を先行気筒２Ａ，２Ｄ内で、その気筒の燃料噴射弁９により噴射させるようにしているが、例えば、図８に示すように、気筒間ガス通路２２の途中部分に専用の燃料噴射弁９ａ（第２燃料噴射手段）を設け、先行気筒２Ａ，２Ｄからの排出後、後続気筒２Ｂ，２Ｃへの導入前の既燃ガスに対して後続気筒分の燃料を供給するように構成してもよい。要は、後続気筒２Ｂ，２Ｃへの導入前に先行気筒２Ａ，２Ｄの既燃ガスに対して後続気筒分の燃焼を供給することによって、混合気と高温の既燃ガスとのミキシング効果を得ることができ、その結果、自己着火性能が高められるため、係るタイミングで後続気筒分の燃料を既燃ガスに対して供給できる構成であれば、後続気筒分の燃料の噴射タイミングは問わない。
【００５９】
但し、直噴型エンジンについては、上記実施形態のように、先行気筒２Ａ，２Ｄの燃料噴射弁９を用いて該気筒の排気行程中に燃料を噴射させることが可能であり（つまり、本願発明の第１燃料噴射手段を第２燃料噴射手段として兼用することが可能であり）、この場合には、図８のように後続気筒用の燃料を供給する専用の燃料噴射弁を設ける必要がなく、従って、直噴型エンジンの基本構造をそのまま利用した合理的な構成を達成することができるという利点がある。
【００６０】
なお、図８のように、後続気筒分の燃料を供給する専用の燃料噴射弁９ａを設ける構成では、例えば、各気筒内に燃料噴射弁９を設ける代わりに、同図の破線に示すように分岐吸気通路１６に燃料噴射弁９ｂを設け、通常運転モードにあるときの各気筒２Ａ〜２Ｄへの燃料噴射、あるいは特殊運転モードの先行気筒２Ａ，２Ｄへの燃料噴射をポート噴射とするようにしてもよい。
【００６１】
また、先行気筒内で既燃ガスに対して後続気筒分の燃料を供給する場合には、少なくとも先行気筒について筒内噴射可能な燃料噴射弁を設けておけばよいため、例えば後続気筒については吸気通路に燃料噴射弁を設けて燃料噴射をポート噴射とするように構成してもよい。
【００６２】
▲２▼ 上記実施形態では、図４に示すようにエンジンの運転領域のうち低速低負荷側の領域Ａを特殊運転モード領域とし、この特殊運転モードでは、一律に後続気筒分の燃料を先行気筒２Ａ，２Ｄ内で供給するように構成しているが、後続気筒２Ｂ，２Ｃでの自己着火性能の度合いを判定し、自己着火性能の度合いが高い運転状態の場合には、図９に示す如く、先行気筒２Ａ，２Ｄの既燃ガスを後続気筒２Ｂ，２Ｃに導入した後、後続気筒２Ｂ，２Ｃの吸気行程において燃料を供給して圧縮着火を行わせ（第１噴射モードという）、自己着火性能の度合いが低い運転状態の場合に、上記実施形態の如く後続気筒分の燃料を先行気筒２Ａ，２Ｄ内で供給する（第２噴射モードという）ようにしてもよい。例えば、温度状態判別手段４２によるエンジンの温度が特定温度以下の運転状態では、後続気筒２Ｂ，２Ｃの燃焼室内温度が低いため自己着火性能が低いと考えられる。そのため、このような場合には第２噴射モードを行い、後続気筒２Ｂ，２Ｃでの自己着火性能を高めて、燃料が良好に行われるようにするのが好ましい。
【００６３】
なお、自己着火性能の度合いの判定は、例えば燃料制御手段４６において運転状態に関する情報に基づいて行うようにすればよく、上記のようにエンジン温度に基づく判定以外に、エンジン回転数やエンジン負荷等に基づく判定であってもよい。例えば、運転領域Ａのうち特に極低負荷の領域では燃料噴射量が少なくなり、自己着火性能が低下すると考えられるため、このような場合にも第２噴射モードを行うようにすれば、後続気筒２Ｂ，２Ｃでの圧縮自己着火による燃焼を良好に行わせることができる。
【００６４】
▲３▼ 上記実施形態では、図４に示すようにエンジンの運転領域のうち低速低負荷側の領域Ａを特殊運転モード領域とし、この特殊運転モードでは、一律に後続気筒において圧縮自己着火による燃焼を行わせているが、部分運転領域において強制点火による燃焼を行わせるようにしてもよい。
【００６５】
【発明の効果】
以上のように本発明の制御装置は、各気筒においてそれぞれ独立して燃焼を行わせる通常運転モードと、排気行程と吸気行程が重なる一対の気筒間において排気行程にある先行気筒から排出される既燃ガスをそのまま吸気行程にある後続気筒に導入して燃焼を行わせる特殊運転モードとに切り換え可能に構成され、例えば低負荷低回転の運転領域では特殊運転モードに設定されることにより、先行気筒ではリーン空燃比での燃焼が行われて、熱効率が高められるとともにポンピングロスが低減されることにより大幅な燃費改善効果が得られる。また、先行気筒の既燃ガスに燃料が供給されて圧縮着火が行われることにより、急速な燃焼が行われて効率良く燃焼が仕事に寄与することとなる。従って、この効率の良い燃焼とポンピングロス低減とで燃費が大幅に改善される。その上、後続気筒については、先行気筒での燃焼終了後、後続気筒への導入前に既燃ガスに対して後続気筒分の燃料が供給されることにより燃料と高温の既燃ガスとが充分にミキシングされた状態のガスが後続気筒に導入されることとなる。従って、後続気筒における自己着火性能が高められ、後続気筒での燃焼が良好に行われることとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る制御装置を備えたエンジン全体の概略平面図である。
【図２】エンジン本体等の概略断面図である。
【図３】制御系統のブロック図である。
【図４】運転領域を示す説明図である。
【図５】各気筒の排気行程、吸気行程、燃料噴射時期および点火時期等を示す図である。
【図６】低負荷低回転時の実質的な新気およびガスの流通経路を示す説明図である。
【図７】高負荷、高低回転側の運転領域にある時の実質的な新気およびガスの流通経路を示す説明図である。
【図８】本発明に係る制御装置を備えたエンジンの変形例を示す概略平面図である。
【図９】各気筒の排気行程、吸気行程、燃料噴射時期および点火時期等を示す図である。
【符号の説明】
１ エンジン本体
２Ａ〜２Ｄ 気筒
９ 燃料噴射弁
１１ 吸気ポート
１１ａ 第１吸気ポート
１１ｂ 第２吸気ポート
１２ 排気ポート
１２ａ 第１排気ポート
１２ｂ 第２排気ポート
１５ 吸気通路
２０ 排気通路
２２ 気筒間ガス通路
２４ 三元触媒
３１ 吸気弁
３１ａ 第１吸気弁
３１ｂ 第２吸気弁
３２ 排気弁
３２ａ 第１排気弁
３２ｂ 第２排気弁
３５ 弁停止機構
４０ ＥＣＵ
４１ 運転状態判別手段
４２ 温度状態判別手段
４３ モード設定手段
４４ 弁停止機構制御手段
４５ 吸入空気量制御手段
４６ 燃料制御手段
４７ 点火制御手段
【発明の属する技術分野】
本発明は、火花点火式エンジンの制御装置に関し、より詳しくは、多気筒エンジンにおいて燃費改善及びエミッション向上のために各気筒の燃焼状態を制御する装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、火花点火式エンジンにおいて、各気筒内の混合気の空燃比を理論空燃比よりも大きいリーン空燃比とした状態で燃焼を行わせることにより燃費改善を図る技術が知られており、例えば特開平１０−２７４０８５号公報に示されるように、燃焼室内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁を備え、低回転低負荷域等では上記燃料噴射弁から圧縮行程で燃料を噴射することにより成層燃焼を行わせ、これによって超リーン燃焼を実現するようにしたものが知られている。
【０００３】
このようなエンジンにおいては、排気ガス浄化用の触媒として通常の三元触媒（ＨＣ，ＣＯ及びＮＯｘに対して理論空燃比付近で浄化性能の高い触媒）だけではリーン運転時にＮＯｘに対して充分な浄化性能が得られないため、上記公報にも示されるように、酸素過剰雰囲気でＮＯｘを吸着して酸素濃度低下雰囲気でＮＯｘの離脱、還元を行うリーンＮＯｘ触媒を設けている。そして、このようなリーンＮＯｘ触媒を用いる場合、リーン運転中にリーンＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸着量が増大したときは、例えば上記公報に示されるように主燃焼以外に膨張行程中に追加燃料を噴射することで排気ガスの空燃比をリッチ化するとともにＣＯを生成し、これによってＮＯｘの離脱、還元を促進するようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような従来のリーン運転を行うエンジンでは、リーン運転中のＮＯｘ浄化性能の確保のために上記ＮＯｘ触媒が必要となってコスト的に不利である。また、上記リーンＮＯｘ触媒の浄化性能を維持するためには、上述のようにＮＯｘ吸着量増大時にＮＯｘ離脱、還元のため追加燃料の供給等による一時的な空燃比のリッチ化を行う必要があり、さらに、使用燃料が硫黄分を多く含む場合、上記リーンＮＯｘ触媒の硫黄被毒の解消のために触媒の加熱及び還元材供給等のリジェネレーション処理が必要となり、これらによって燃費改善効果が低下する。
【０００５】
しかも、空燃比がある程度以上にリーンになると、燃焼速度が遅くなりすぎてその終期に近い燃焼が仕事に寄与しなくなるため、成層燃焼でのリーン化による燃費改善に限界があった。
【０００６】
なお、燃費改善のための別の手法として、圧縮自己着火が研究されており、この圧縮自己着火は、ディーゼルエンジンと同様に圧縮行程終期に燃焼室内を高温、高圧にして燃料を自己着火させるようにするものであり、空燃比が超リーンの状態や多量のＥＧＲが導入されている状態でもこのような圧縮自己着火が行われれば燃焼室全体が一気に燃焼するため、仕事に寄与しない遅い燃焼が避けられ、燃費改善に有利となる。しかし、通常の火花点火式エンジン（ガソリンエンジン）では、燃焼のために強制点火が必要であって、圧縮自己着火を行わせるためには燃焼室内の温度または圧力を大幅に高めるための格別の工夫が必要となり、高負荷域でのノッキングを避けつつ、燃費改善が要求される部分負荷域で圧着自己着火を生じさせる程度まで燃焼室内の温度または圧力を高めることが困難であった。
【０００７】
そこで、本願出願人は、リーン燃焼と圧縮自己着火とを併用して大幅な燃費改善効果をもたせるべく、エンジンの部分負荷域で、排気行程と吸気行程が重なる一対の気筒間において排気行程にある先行気筒から排出される既燃ガスがそのまま吸気行程にある後続気筒に気筒間ガス通路を介して導入される２気筒接続状態とするとともに、先行気筒では空燃比を理論空燃比よりも大きいリーン空燃比にして、強制点火により燃焼を行わせ、後続気筒では先行気筒から導入されたリーン空燃比の既燃ガスに燃料を供給して圧縮自己着火により燃焼を行わせるようにした火花点火式エンジンの制御装置に関する技術を出願している（特願２００２−２９８３６号）。
【０００８】
本発明は、このような技術に基づき、エンジンの部分負荷域で上記２気筒接続状態として、先行気筒でリーン燃焼を行わせるとともに、後続気筒では圧縮自己着火による燃焼を行わせ、特に、この場合の自己着火性を高め、効果的に燃費及びエミッションの改善を図ることができる火花点火式エンジンの制御装置を提供するものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、各気筒にそれぞれ新気を導入する各気筒独立状態と、排気行程と吸気行程が重なる一対の気筒間において先行気筒の既燃ガスを気筒間ガス通路を介して後続気筒に導入する２気筒接続状態とに吸気および排気の流通経路が切り換え可能に構成され、かつ、この流通経路を前記各気筒独立状態として各気筒においてそれぞれ独立して燃焼を行わせる通常運転モードと、前記２気筒接続状態として先行気筒から排出される既燃ガスをそのまま吸気行程にある後続気筒に導入して燃焼を行わせる特殊運転モードとに運転モードを切り換え可能に構成される多気筒の火花点火式エンジンの制御装置であって、前記通常運転モードにあるときに各気筒に対し独立して燃料を供給する第１燃料噴射手段と、前記特殊運転モードにあるときであって前記先行気筒での燃焼終了後、後続気筒への導入前に前記既燃ガスに対して後続気筒分の燃料を供給可能とする第２燃料噴射手段と、前記通常運転モードにあるときには、前記第１燃料噴射手段により燃料を供給して各気筒での空燃比を理論空燃比とした状態で燃焼を行わせる一方、特殊運転モードにあるときには、先行気筒では前記第１燃料噴射手段により燃料を供給して理論空燃比よりも所定量だけ大きいリーン空燃比とした状態で強制点火により燃焼を行わせ、後続気筒では前記第２燃料噴射手段により前記既燃ガスに燃料を供給して理論空燃比とした状態のガスを導入して圧縮自己着火により燃焼を行わせるように各気筒の燃焼を制御する燃焼制御手段とを備えているものである。
【００１０】
この構成によると、例えば低負荷低回転域において、前記特殊運転モードの燃焼制御が実行されることにより、先行気筒ではリーン空燃比での燃焼が行われて、熱効率が高められるとともにポンピングロス（ポンプ損失）が低減されることにより大幅な燃費改善効果が得られる。また、後続気筒では、先行気筒の既燃ガスに燃料が供給されて圧縮着火が行われることにより、急速な燃焼が行われて効率良く燃焼が仕事に寄与し、その結果、この効率の良い燃焼とポンピングロス低減とで燃費が大幅に改善される。その上、後続気筒については、先行気筒での燃焼終了後、後続気筒への導入前に既燃ガスに対して後続気筒分の燃料が供給されることにより高温の既燃ガスに混合気が充分にミキシングされた状態で後続気筒に導入され、その結果、後続気筒における自己着火性能が向上する。
【００１１】
また、後続気筒から排出される理論空燃比の既燃ガスのみが排気通路に導かれるため、三元触媒だけで充分に排気浄化性能が確保される。
【００１２】
この発明の具体的な構成として、例えば先頭気筒についは燃焼室内に直接燃料を噴射するように前記第１燃料噴射手段を設け、前記特殊運転モードにあるときに、前記既燃ガスに対する後続気筒用の燃料供給を先行気筒の排気行程中に当該気筒の前記第１燃料噴射手段により行わせるように前記燃焼制御手段を構成することにより、前記第２燃料噴射手段として前記先行気筒の第１燃料噴射手段を兼用した構成とするのが好ましい。
【００１３】
この構成によると、既燃ガスに対して早期に燃料が供給されるので、既燃ガスと混合気とがより効果的にミキシングされた状態で後続気筒に導入されることなり、後続気筒での自己着火性能が効果的に高められる。また、このように後続気筒分の燃料を先行気筒の排気行程中に該先行気筒の第１燃料噴射手段により供給する構成によると、例えば各気筒毎に筒内噴射用のインジェクタ（燃料噴射手段）を備える直噴型エンジンでは、その基本構造をそのまま利用することが可能となり、本願発明を合理的に適用することができる。
【００１４】
なお、この構成では、少なくとも先行気筒について第１燃料噴射手段が筒内噴射可能に設けられていればよいため、前記後続気筒については、吸気通路内に燃料を噴射するように第１燃料噴射手段が設けられていてもよい。
【００１５】
また、この発明の別の具体的な構成として、例えば、前記気筒間ガス通路の途中部分に前記第２燃料噴射手段が設けられ、先行気筒からの排出後、後続気筒への導入前に前記既燃ガスに対して後続気筒分の燃料が供給されるように構成されているものであってもよい。
【００１６】
この構成によると、特殊運転モードにおける後続気筒分の燃料は、気筒間ガス通路を通じて流動する既燃ガスに対して供給されることとなる。
【００１７】
また、この発明において、前記燃焼制御手段は、前記特殊運転モードにあるときには、前記先行気筒から後続気筒へ既燃ガスを導入した後、当該後続気筒の第１燃料噴射手段により後続気筒分の燃料を前記既燃ガスに対し供給して圧縮着火により燃焼を行わせる第１噴射モードと、前記先行気筒での燃焼終了後、後続気筒への導入前に前記既燃ガスに対して後続気筒分の燃料を前記第２燃料噴射手段により供給して圧縮着火により燃焼を行わせる第２噴射モードとに燃料の噴射モードを切り換え可能に構成され、運転状態に関する情報から後続気筒の自己着火性能の度合いを判定し、その判定結果に基づいて前記噴射モードを切り換えるように構成されているのが好ましい。
【００１８】
この構成によると、燃料の噴射モードが運転状態に応じて切り換えられることにより、特殊運転モードにおける後続気筒の自己着火性能が高められる。具体的には、後続気筒の自己着火性能の度合いが低い運転状態にあるときに燃料の噴射モードを第２噴射モードとすれば、既燃ガスと混合気とのミキシング効果により後続気筒での自己着火性能が高められ、後続気筒での燃焼安定性が高められる。例えば、暖機運転後、気筒内温度が特定温度以下であって気筒内温度が低いとき、あるいは極低負荷の領域内にあって燃料噴射量が少ないときには、自己着火性が低いと考えられる。従って、このような場合に自己着火性の度合いが低い運転状態にあると判定して、燃料の噴射モードを第２噴射モードとするように構成するのが好ましい。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態について説明する。
【００２０】
図１は本発明の一実施形態によるエンジンの概略構成を示し、図２はエンジン本体の一つの気筒とそれに対して設けられた吸・排気弁等の構造を概略的に示している。これらの図において、エンジン本体１は複数の気筒を有し、図示の実施形態では４つの気筒２Ａ〜２Ｄを有している。各気筒２Ａ〜２Ｄにはピストン３が嵌挿され、ピストン３の上方に燃焼室４が形成されている。
【００２１】
各気筒２Ａ〜２Ｄの燃焼室４の頂部には点火プラグ７が装備され、そのプラグ先端が燃焼室４内に臨んでいる。この点火プラグ７には、電子制御による点火時期のコントロールが可能な点火回路８が接続されている。
【００２２】
燃焼室４の側方部には、燃焼室４内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁９（第１燃料噴射手段）が設けられている。この燃料噴射弁９は、図略のニードル弁及びソレノイドを内蔵し、後述のパルス信号が入力されることにより、そのパルス入力時期にパルス幅に対応する時間だけ駆動されて開弁し、その開弁時間に応じた量の燃料を噴射するように構成されている。なお、この燃料噴射弁９には、図外の燃料ポンプにより燃料供給通路等を介して燃料が供給され、かつ、圧縮行程での燃焼室内の圧力よりも高い燃料圧力を与え得るように燃料供給系統が構成されている。
【００２３】
また、各気筒２Ａ〜２Ｄの燃焼室４に対して吸気ポート１１、１１ａ，１１ｂ及び排気ポート１２、１２ａ，１２ｂが開口し、これらのポートに吸気通路１５、排気通路２０等が接続されるとともに、各ポートが吸気弁３１、３１ａ，３１ｂ及び排気弁３２、３２ａ，３２ｂにより開閉されるようになっている。
【００２４】
そして、各気筒２Ａ〜２Ｄが所定の位相差をもって吸気、圧縮、膨張、排気の各行程からなる燃焼サイクルを行うようになっており、４気筒エンジンの場合、気筒列方向一端側から１番気筒２Ａ、２番気筒２Ｂ、３番気筒２Ｃ、４番気筒２Ｄと呼ぶと、図５に示すように上記サイクルが１番気筒２Ａ、３番気筒２Ｃ、４番気筒２Ｄ、２番気筒２Ｂの順にクランク角で１８０°ずつの位相差をもって燃焼サイクルが行われるようになっている。なお、図５において、ＥＸは排気行程、ＩＮは吸気行程、Ｆは燃料噴射、Ｓは強制点火を表し、図中の星マークは圧縮着火が行われることを表している。また、同図の燃料噴射Ｆについては、先行気筒用の燃料はＦ１、後続気筒用の燃料はＦ２で示している。
【００２５】
排気行程と吸気行程が重なる一対の気筒間には、排気行程と吸気行程が重なるときの排気行程側の気筒（当明細書ではこれを先行気筒と呼ぶ）から吸気行程側の気筒（当明細書ではこれを後続気筒と呼ぶ）へ既燃ガスをそのまま導くことができるように、気筒間ガス通路２２が設けられている。当実施形態では、図５に示すように１番気筒２Ａの排気行程（ＥＸ）と２番気筒２Ｂの吸気行程（ＩＮ）とが重なり、また４番気筒２Ｄの排気行程（ＥＸ）と３番気筒２Ｃの吸気行程（ＩＮ）が重なるので、１番気筒２Ａと２番気筒２Ｂ、及び４番気筒２Ｄと３番気筒２Ｃがそれぞれ一対をなし、１番気筒２Ａ及び４番気筒２Ｄが先行気筒、２番気筒２Ｂ及び３番気筒２Ｃが後続気筒となる。
【００２６】
各気筒の吸・排気ポートとこれに接続される吸気通路、排気通路及び気筒間ガス通路は、具体的には次のように構成されている。
【００２７】
先行気筒である１番気筒２Ａ及び４番気筒２Ｄには、それぞれ、新気を導入するための吸気ポート１１と、既燃ガス（排気ガス）を排気通路に送り出すための第１排気ポート１２ａと、既燃ガスを後続気筒に導出するための第２排気ポート１２ｂとが配設されている。また、後続気筒である２番気筒２Ｂ及び３番気筒２Ｃには、それぞれ、新気を導入するための第１吸気ポート１１ａと、先行気筒からの既燃ガスを導入するための第２吸気ポート１１ｂと、既燃ガスを排気通路に送り出すための排気ポート１２とが配設されている。
【００２８】
図１に示す例では、１番，４番気筒２Ａ，２Ｄにおける吸気ポート１１および２番，３番気筒２Ｂ，２Ｃにおける第１吸気ポート１１ａが、１気筒当り２個ずつ、燃焼室の左半部側に並列的に設けられる一方、１番，４番気筒２Ａ，２Ｄにおける第１排気ポート１２ａ及び第２排気ポート１２ｂならびに２番，３番気筒２Ｂ，２Ｃにおける第２吸気ポート１１ｂ及び排気ポート１２が、燃焼室の右半部側に並列的に設けられている。
【００２９】
１番，４番気筒２Ａ，２Ｄにおける吸気ポート１１および２番，３番気筒２Ｂ，２Ｃにおける第１吸気ポート１１ａには、吸気通路１５における気筒別の分岐吸気通路１６の下流端が接続されている。各分岐吸気通路１６の下流端近傍には、共通の軸を介して互いに連動する多連スロットル弁１７が設けられており、この多連スロットル弁１７は制御信号に応じてアクチュエータ１８により駆動され、吸入空気量を調節するようになっている。なお、吸気通路１５における集合部より上流の共通吸気通路には吸気流量を検出するエアフローセンサ１９が設けられている。
【００３０】
１番，４番気筒２Ａ，２Ｄにおける第１排気ポート１２ａおよび２番，３番気筒２Ｂ，２Ｃにおける排気ポート１２には、排気通路２０における気筒別の分岐排気通路２１の上流端が接続されている。また、１番気筒２Ａと２番気筒２Ｂとの間及び３番気筒２Ｃと４番気筒２Ｄとの間には、それぞれ気筒間ガス通路２２が設けられ、先行気筒である１番，４番気筒２Ａ，２Ｄの第２排気ポート１２ｂに気筒間ガス通路２２の上流端が接続されるとともに、後続気筒である２番，３番気筒２Ｂ，２Ｃの第２吸気ポート１１ｂに気筒間ガス通路２２の下流端が接続されている。
【００３１】
排気通路２０における分岐排気通路２１の下流の集合部には理論空燃比検出用の排気ガス濃度検出手段であるＯ２センサ２３が設けられ、さらにその下流の排気通路２０には、排気浄化用の三元触媒２４が設けられている。この三元触媒２４は、一般に知られているように、排気ガスの空燃比が理論空燃比（つまり空気過剰率λがλ＝１）付近にあるときにＨＣ，ＣＯ及びＮＯｘに対して高い浄化性能を示す触媒である。また、Ｏ２センサ２３は、排気ガス中の酸素濃度を検出することにより空燃比を検出するもので、特に理論空燃比付近で出力が急変するλＯ２センサにより構成されている。
【００３２】
上記気筒間ガス通路２２には、排気ガス中の酸素濃度の変化（空燃比の変化）に対して出力がリニアに変化するリニアＯ２センサ２５が設けられている。
【００３３】
各気筒の吸・排気ポートを開閉する吸・排気弁とこれらに対する動弁機構は、次のようになっている。すなわち、１番，４番気筒２Ａ，２Ｄにおける吸気ポート１１、第１排気ポート１２ａ及び第２排気ポート１２ｂにはそれぞれ吸気弁３１、第１排気弁３２ａ及び第２排気弁３２ｂが設けられ、また、２番，３番気筒２Ｂ，２Ｃにおける第１吸気ポート１１ａ、第２吸気ポート１１ｂ及び排気ポート１２にはそれぞれ第１吸気弁３１ａ、第２吸気弁３１ｂ及び排気弁３２が設けられている。そして、各気筒の吸気行程や排気行程が上述のような所定の位相差をもって行われるように、これら吸・排気弁がそれぞれカムシャフト３３，３４等からなる動弁機構により所定のタイミングで開閉するように駆動される。
【００３４】
さらに、これらの吸・排気弁のうちで第１排気弁３２ａ、第２排気弁３２ｂ、第１吸気弁３１ａ及び第２吸気弁３１ｂに対しては、各弁を作動状態と停止状態とに切り換える弁停止機構３５が設けられている。この弁停止機構３５は、従来から知られているため詳しい図示は省略するが、例えば、カムシャフト３３，３４のカムと弁軸との間に介装されたタペットに作動油の給排が可能な油圧室が設けられ、この油圧室に作動油が供給されている状態ではカムの作動が弁に伝えられて弁が開閉作動され、油圧室から作動油が排出されたときにはカムの作動が弁に伝えられなくなることで弁が停止されるようになっている。
【００３５】
上記第１排気弁３２ａの弁停止機構３５と第１吸気弁３１ａの弁停止機構３５とに対する作動油給排用の通路３６には第１コントロール弁３７が、また第２排気弁３２ｂの弁停止機構３５と第２吸気弁３１ｂの弁停止機構３５とに対する作動油給排用の通路３８には第２コントロール弁３９がそれぞれ設けられている（図３参照）。
【００３６】
図３はエンジンの駆動、制御系統の構成を示している。この図において、マイクロコンピュータ等からなるエンジン制御用のＥＣＵ（コントロールユニット）４０には、エアフローセンサ１９、Ｏ２センサ２３及びリニアＯ２センサ２５からの信号が入力されるとともに、エンジンの冷却水温度を検出する水温センサ５１からの信号が入力され、さらに運転状態を判別するためにエンジン回転数を検出する回転数センサ５２及びアクセル開度（アクセルペダル踏込み量）を検出するアクセル開度センサ５３等からの信号も入力されている。また、このＥＣＵ４０から、各燃料噴射弁９と、多連スロットル弁１７のアクチュエータ１８と、上記第１，第２のコントロール弁３７，３９とに対して制御信号が出力されている。
【００３７】
上記ＥＣＵ４０は、その機能構成として運転状態判別手段４１、温度状態判別手段４２、モード設定手段４３、弁停止機構制御手段４４、吸入空気量制御手段４５、燃料制御手段４６および点火制御手段４７等を備えている。
【００３８】
運転状態判別手段４１は、図４に示すようにエンジンの運転領域が低速低負荷側の領域Ａと高速側ないし高負荷側の領域Ｂとに分けられた制御用マップを有し、低速低負荷側の領域Ａを特殊運転モード領域、高速側ないし高負荷側の領域Ｂを通常運転モード領域とする。そして、上記回転数センサ５２及びアクセル開度センサ５３等からの信号より調べられるエンジンの運転状態（エンジン回転数及びエンジン負荷）が上記領域Ａ，Ｂのいずれにあるかを判別する。
【００３９】
温度状態判別手段４２は、水温センサ５１からの信号によってエンジンの温度状態を判別するものであり、水温（エンジン温度）が所定値以下の低温時か所定温度より高い高温時かを判別するようになっている。
【００４０】
モード設定手段４３は、運転状態判別手段４１による判別に基づき、前記特殊運転モード領域Ａでは、排気行程にある先行気筒から排出される既燃ガスをそのまま吸気行程にある後続気筒に導入して燃焼させる特殊運転モードを選択し、前記通常運転モード領域領域Ｂでは、各気筒をそれぞれ独立させて燃焼させる通常運転モードを選択する。
【００４１】
弁停止機構制御手段４４は、モード設定手段４３によるモードの設定に応じ、特殊運転モードでは気筒間ガス通路２２を介して先行気筒（１番、４番気筒）２Ａ，２Ｄの既燃ガスを後続気筒（２番、３番気筒）２Ｂ，２Ｃに導入させる各気筒独立状態とするように吸・排気流通状態を変更すべく弁停止機構３５を制御するもので、具体的には、運転状態が領域Ａ，Ｂのいずれかにあるかに応じ、上記コントロール弁３７，３９を制御することにより、各弁停止機構３５を次のように制御する。
領域Ａ：（特殊運転モード）
第１排気弁３２ａ及び第１吸気弁３１ａを停止状態
第２排気弁３２ｂ及び第２吸気弁３１ｂを作動状態
領域Ｂ：（通常運転モード）
第１排気弁３２ａ及び第１吸気弁３１ａを作動状態
第２排気弁３２ｂ及び第２吸気弁３１ｂを停止状態
【００４２】
吸入空気量制御手段４５は、アクチュエータ１８を制御することによりスロットル弁１７の開度（スロットル開度）を制御するものであり、運転状態に応じてマップ等から目標吸入空気量を求め、その目標吸入空気量に応じてスロットル開度を制御する。この場合、特殊運転モードとされる領域Ａでは、後続気筒２Ｂ，２Ｃに対する分岐吸気通路１６からの吸気導入が遮断された状態で、先行気筒２Ａ，２Ｄから導入されるガス中の過剰空気と新たに供給される燃料との比がリーン空燃比とされつつ燃焼が行われるので、先行、後続の２気筒分の要求トルクに応じた燃料の燃焼に必要な量の空気が先行気筒２Ａ，２Ｄに供給されるようにスロットル開度を調節する。
【００４３】
燃料制御手段４６は、各気筒２Ａ〜２Ｄに設けられた燃料噴射弁９からの燃料噴射量及び噴射タイミングをエンジンの運転状態に応じて制御し、また、点火制御手段４７は、運転状態に応じた点火時期の制御を行う。そして、モード設定手段４３により設定されるモードに応じて、燃焼状態の制御（燃料の制御および点火の制御）が変更される。
【００４４】
すなわち、特殊運転モードが設定された場合には、先行気筒２Ａ，２Ｄに対しては、空燃比が理論空燃比よりも大きいリーン空燃比、好ましくは理論空燃比の略２倍もしくはそれ以上とするように燃料噴射量を制御するとともに、圧縮行程で燃料を噴射して成層燃焼を行わせるように噴射時期を設定し、かつ、圧縮上死点付近で強制点火を行わせるように点火時期を設定する。一方、後続気筒２Ｂ，２Ｃに対しては、リーン空燃比の既燃ガスに燃料を供給して理論空燃比とするように燃料噴射量を制御するとともに、この燃料を先行気筒２Ａ，２Ｄで供給するように、すなわち、後続気筒分の燃料を先行気筒２Ａ，２Ｄの燃料噴射弁９によって先行気筒２Ａ，２Ｄの排気行程中に直接燃焼室４内に噴射するように燃料噴射量、噴射時期および該燃料噴射を行わせる燃料噴射弁９を設定し、さらに後続気筒２Ｂ，２Ｃにおいて圧縮着火を行わせるべく、強制点火を停止させる。
【００４５】
また、通常運転モードが選択された場合には、各気筒２Ａ〜２Ｄの空燃比を理論空燃比もしくはそれ以下とするように燃料噴射量を制御し、例えば、この領域Ｂのうちの大部分の領域において理論空燃比とし、全開負荷及びその付近の運転領域で理論空燃比よりリッチとする。そして、この場合に、各気筒２Ａ〜２Ｄに対して吸気行程で燃料を噴射して混合気を均一化するように噴射時期を設定し、かつ、各気筒２Ａ〜２Ｄとも強制点火を行わせるようにする。
【００４６】
このように、当実施形態では、各気筒２Ａ〜２Ｄの燃料噴射弁９のうち後述する先行気筒２Ａ，２Ｄの燃料噴射弁９が本発明の第２燃料噴射手段として機能するように構成されており、また、燃料制御手段４６および点火制御手段４７等により本発明の燃焼制御手段が構成されている。
【００４７】
次に、以上のような実施形態の装置の作用を、図５〜図７を参照しつつ説明する。
【００４８】
低負荷低回転側の運転領域Ａでは、特殊運転モードとされ前述のように第１排気弁３２ａ及び第１吸気弁３１ａが停止状態、第２排気弁３２ｂ及び第２吸気弁３１ｂが作動状態とされることにより、実質的な新気及びガスの流通経路は図６に示すように、先行気筒２Ａ，２Ｄから排出される既燃ガスがそのまま気筒間ガス通路２２を介して後続気筒２Ｂ，２Ｃに導入されるとともに、この後続気筒２Ｂ，２Ｃから排出される既燃ガスのみが三元触媒２４を備えた排気通路２０に導かれるような２気筒接続状態とされる。
【００４９】
この状態において、先行気筒２Ａ，２Ｄにそれぞれ吸気行程で吸気通路１５から新気が導入され（図６中の矢印ａ）、先行気筒２Ａ，２Ｄでは空燃比が理論空燃比よりも大きいリーン空燃比となるように燃料噴射量が制御されつつ圧縮行程で燃料が噴射され、かつ、所定点火時期に点火が行われて、リーン空燃比での成層燃焼が行われる（図５参照）。
【００５０】
その後、先行気筒２Ａ，２Ｄの排気行程と後続気筒２Ｂ，２Ｃの吸気行程が重なる期間に、後続気筒用の燃料が先行気筒２Ａ，２Ｄの燃焼室４内に直接噴射されるともに、リーン空燃比の既燃ガスが理論空燃比となるように燃料噴射量が制御され（図５中のＦ２）、この燃料を含んだ既燃ガスが先行気筒２Ａ，２Ｄから排出されつつ気筒間ガス通路２２を通って後続気筒２Ｂ，２Ｃに導入される（図５中の白抜き矢印及び図６中の矢印ｂ）。そして、後続気筒２Ｂ，２Ｃにおいて、圧縮行程の上死点付近で燃焼室内の圧力、温度の上昇により圧縮自己着火が行われる。この場合、先行気筒２Ａ，２Ｄから排出された高温の既燃ガスが短い気筒間ガス通路２２を通って後続気筒２Ｂ，２Ｃに直ちに導入されるため、後続気筒後続気筒２Ｂ，２Ｃでは吸気行程で燃焼室内の温度が高くなり、この状態からさらに圧縮行程で圧力、温度が上昇することにより、圧縮行程終期の上死点付近では充分に混合気が自己着火し得る程度まで燃焼室内の温度が上昇する。
【００５１】
そして、後続気筒２Ｂ，２Ｃでの燃焼後の既燃ガスは、三元触媒２４を備えた排気通路２０に排出されることとなる（図７中の矢印ｃ）。
【００５２】
このように、先行気筒２Ａ，２Ｄではリーン空燃比での成層燃焼が行われることにより熱効率が高められるとともに、成層燃焼を行わない通常のエンジンと比べて吸気負圧が小さくなることでポンピングロスが低減され、これらの相乗効果で大幅に燃費が改善される。一方、後続気筒２Ｂ，２Ｃでは、空燃比が略理論空燃比とされつつ、圧縮自己着火が行われることにより熱効率が高められるとともに、先行気筒２Ａ，２Ｄから押し出された既燃ガスが送り込まれるため先行気筒２Ａ，２Ｄよりもさらにポンピングロス低減され、こらの作用により燃費改善効果が充分に得られる。
【００５３】
しかも、後続気筒分の燃料を先行気筒２Ａ，２Ｄ内で噴射するため、既燃ガスが先行気筒２Ａ，２Ｄから排出されて後続気筒２Ｂ，２Ｃに導入されるまでの間に混合気と高温の既燃ガスが充分にミキシングされて均一に分布するため、理想的な圧縮自己着火条件を満たすような均一な混合気分布状態および混合気温度が得られる。従って、後続気筒２Ｂ，２Ｃにおける自己着火性能が高められ、良好に燃焼が行われることとなる。
【００５４】
また、後続気筒２Ｂ，２Ｃから排気通路２０に排出される既燃ガスは理論空燃比に対応した値となるため、従来のリーンバーンエンジンのようにリーンＮＯｘ触媒を設ける必要がなく、三元触媒２４だけで充分に排気浄化性能が確保されることとなる。そして、このようにリーンＮＯｘ触媒を設ける必要がないことから、リーンＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵量増大時におけるＮＯｘの放出、還元のための一時的な空燃比のリッチ化を行う必要がなく、燃費改善の目減りが避けられる。さらに、リーンＮＯｘ触媒の硫黄被毒の問題が生じることもない。
【００５５】
また、先行気筒２Ａ，２Ｄでは理論空燃比の略２倍もしくはそれ以上のリーン空燃比とされることでＮＯｘ発生量が比較的少なく抑えられ、後続気筒２Ｂ，２Ｃでは、先行気筒２Ａ，２Ｄから既燃ガスが導入されることで多量のＥＧＲが行われているのと同等の状態となることからＮＯｘの発生が充分に抑制される。このような点からもエミッションの向上に有利となる。
【００５６】
一方、高負荷側ないし高回転側の運転領域Ｂでは、通常運転モードとされ前述のように第１排気弁３２ａ及び第１吸気弁３１ａが作動状態、第２排気弁３２ｂ及び第２吸気弁３１ｂが停止状態とされることにより、実質的な新気及びガスの流通経路は図７に示すようになり、実質的に各気筒２Ａ〜２Ｄの吸気ポート３１，３１ａ及び排気ポート１２ａ，１２が独立し、吸気通路１５から各気筒２Ａ〜２Ｄの吸気ポート３１，３１ａに新気が導入されるとともに各気筒２Ａ〜２Ｄの排気ポート３１，３１ａから排気通路２０に既燃ガスが排出される。そしてこの場合は、理論空燃比もしくはそれよりリッチ（λ≦１）となるように吸入空気量及び燃料噴射量が制御されることにより、出力性能が確保される。
【００５７】
なお、本発明の装置の具体的構成は、上記実施形態に限定されず、種々変更可能であり、その例を以下に説明する。
【００５８】
▲１▼ 上記実施形態では、特殊運転モード時に、後続気筒分の燃料を先行気筒２Ａ，２Ｄ内で、その気筒の燃料噴射弁９により噴射させるようにしているが、例えば、図８に示すように、気筒間ガス通路２２の途中部分に専用の燃料噴射弁９ａ（第２燃料噴射手段）を設け、先行気筒２Ａ，２Ｄからの排出後、後続気筒２Ｂ，２Ｃへの導入前の既燃ガスに対して後続気筒分の燃料を供給するように構成してもよい。要は、後続気筒２Ｂ，２Ｃへの導入前に先行気筒２Ａ，２Ｄの既燃ガスに対して後続気筒分の燃焼を供給することによって、混合気と高温の既燃ガスとのミキシング効果を得ることができ、その結果、自己着火性能が高められるため、係るタイミングで後続気筒分の燃料を既燃ガスに対して供給できる構成であれば、後続気筒分の燃料の噴射タイミングは問わない。
【００５９】
但し、直噴型エンジンについては、上記実施形態のように、先行気筒２Ａ，２Ｄの燃料噴射弁９を用いて該気筒の排気行程中に燃料を噴射させることが可能であり（つまり、本願発明の第１燃料噴射手段を第２燃料噴射手段として兼用することが可能であり）、この場合には、図８のように後続気筒用の燃料を供給する専用の燃料噴射弁を設ける必要がなく、従って、直噴型エンジンの基本構造をそのまま利用した合理的な構成を達成することができるという利点がある。
【００６０】
なお、図８のように、後続気筒分の燃料を供給する専用の燃料噴射弁９ａを設ける構成では、例えば、各気筒内に燃料噴射弁９を設ける代わりに、同図の破線に示すように分岐吸気通路１６に燃料噴射弁９ｂを設け、通常運転モードにあるときの各気筒２Ａ〜２Ｄへの燃料噴射、あるいは特殊運転モードの先行気筒２Ａ，２Ｄへの燃料噴射をポート噴射とするようにしてもよい。
【００６１】
また、先行気筒内で既燃ガスに対して後続気筒分の燃料を供給する場合には、少なくとも先行気筒について筒内噴射可能な燃料噴射弁を設けておけばよいため、例えば後続気筒については吸気通路に燃料噴射弁を設けて燃料噴射をポート噴射とするように構成してもよい。
【００６２】
▲２▼ 上記実施形態では、図４に示すようにエンジンの運転領域のうち低速低負荷側の領域Ａを特殊運転モード領域とし、この特殊運転モードでは、一律に後続気筒分の燃料を先行気筒２Ａ，２Ｄ内で供給するように構成しているが、後続気筒２Ｂ，２Ｃでの自己着火性能の度合いを判定し、自己着火性能の度合いが高い運転状態の場合には、図９に示す如く、先行気筒２Ａ，２Ｄの既燃ガスを後続気筒２Ｂ，２Ｃに導入した後、後続気筒２Ｂ，２Ｃの吸気行程において燃料を供給して圧縮着火を行わせ（第１噴射モードという）、自己着火性能の度合いが低い運転状態の場合に、上記実施形態の如く後続気筒分の燃料を先行気筒２Ａ，２Ｄ内で供給する（第２噴射モードという）ようにしてもよい。例えば、温度状態判別手段４２によるエンジンの温度が特定温度以下の運転状態では、後続気筒２Ｂ，２Ｃの燃焼室内温度が低いため自己着火性能が低いと考えられる。そのため、このような場合には第２噴射モードを行い、後続気筒２Ｂ，２Ｃでの自己着火性能を高めて、燃料が良好に行われるようにするのが好ましい。
【００６３】
なお、自己着火性能の度合いの判定は、例えば燃料制御手段４６において運転状態に関する情報に基づいて行うようにすればよく、上記のようにエンジン温度に基づく判定以外に、エンジン回転数やエンジン負荷等に基づく判定であってもよい。例えば、運転領域Ａのうち特に極低負荷の領域では燃料噴射量が少なくなり、自己着火性能が低下すると考えられるため、このような場合にも第２噴射モードを行うようにすれば、後続気筒２Ｂ，２Ｃでの圧縮自己着火による燃焼を良好に行わせることができる。
【００６４】
▲３▼ 上記実施形態では、図４に示すようにエンジンの運転領域のうち低速低負荷側の領域Ａを特殊運転モード領域とし、この特殊運転モードでは、一律に後続気筒において圧縮自己着火による燃焼を行わせているが、部分運転領域において強制点火による燃焼を行わせるようにしてもよい。
【００６５】
【発明の効果】
以上のように本発明の制御装置は、各気筒においてそれぞれ独立して燃焼を行わせる通常運転モードと、排気行程と吸気行程が重なる一対の気筒間において排気行程にある先行気筒から排出される既燃ガスをそのまま吸気行程にある後続気筒に導入して燃焼を行わせる特殊運転モードとに切り換え可能に構成され、例えば低負荷低回転の運転領域では特殊運転モードに設定されることにより、先行気筒ではリーン空燃比での燃焼が行われて、熱効率が高められるとともにポンピングロスが低減されることにより大幅な燃費改善効果が得られる。また、先行気筒の既燃ガスに燃料が供給されて圧縮着火が行われることにより、急速な燃焼が行われて効率良く燃焼が仕事に寄与することとなる。従って、この効率の良い燃焼とポンピングロス低減とで燃費が大幅に改善される。その上、後続気筒については、先行気筒での燃焼終了後、後続気筒への導入前に既燃ガスに対して後続気筒分の燃料が供給されることにより燃料と高温の既燃ガスとが充分にミキシングされた状態のガスが後続気筒に導入されることとなる。従って、後続気筒における自己着火性能が高められ、後続気筒での燃焼が良好に行われることとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る制御装置を備えたエンジン全体の概略平面図である。
【図２】エンジン本体等の概略断面図である。
【図３】制御系統のブロック図である。
【図４】運転領域を示す説明図である。
【図５】各気筒の排気行程、吸気行程、燃料噴射時期および点火時期等を示す図である。
【図６】低負荷低回転時の実質的な新気およびガスの流通経路を示す説明図である。
【図７】高負荷、高低回転側の運転領域にある時の実質的な新気およびガスの流通経路を示す説明図である。
【図８】本発明に係る制御装置を備えたエンジンの変形例を示す概略平面図である。
【図９】各気筒の排気行程、吸気行程、燃料噴射時期および点火時期等を示す図である。
【符号の説明】
１ エンジン本体
２Ａ〜２Ｄ 気筒
９ 燃料噴射弁
１１ 吸気ポート
１１ａ 第１吸気ポート
１１ｂ 第２吸気ポート
１２ 排気ポート
１２ａ 第１排気ポート
１２ｂ 第２排気ポート
１５ 吸気通路
２０ 排気通路
２２ 気筒間ガス通路
２４ 三元触媒
３１ 吸気弁
３１ａ 第１吸気弁
３１ｂ 第２吸気弁
３２ 排気弁
３２ａ 第１排気弁
３２ｂ 第２排気弁
３５ 弁停止機構
４０ ＥＣＵ
４１ 運転状態判別手段
４２ 温度状態判別手段
４３ モード設定手段
４４ 弁停止機構制御手段
４５ 吸入空気量制御手段
４６ 燃料制御手段
４７ 点火制御手段
Claims (8)
- 各気筒にそれぞれ新気を導入する各気筒独立状態と、排気行程と吸気行程が重なる一対の気筒間において先行気筒の既燃ガスを気筒間ガス通路を介して後続気筒に導入する２気筒接続状態とに吸気および排気の流通経路が切り換え可能に構成され、かつ、この流通経路を前記各気筒独立状態として各気筒においてそれぞれ独立して燃焼を行わせる通常運転モードと、前記２気筒接続状態として先行気筒から排出される既燃ガスをそのまま吸気行程にある後続気筒に導入して燃焼を行わせる特殊運転モードとに運転モードを切り換え可能に構成される多気筒の火花点火式エンジンの制御装置であって、
前記通常運転モードにあるときに各気筒に対し独立して燃料を供給する第１燃料噴射手段と、前記特殊運転モードにあるときであって前記先行気筒での燃焼終了後、後続気筒への導入前に前記既燃ガスに対して後続気筒分の燃料を供給可能とする第２燃料噴射手段と、前記通常運転モードにあるときには、前記第１燃料噴射手段により燃料を供給して各気筒での空燃比を理論空燃比とした状態で燃焼を行わせる一方、特殊運転モードにあるときには、先行気筒では前記第１燃料噴射手段により燃料を供給して理論空燃比よりも所定量だけ大きいリーン空燃比とした状態で強制点火により燃焼を行わせ、後続気筒では前記第２燃料噴射手段により前記既燃ガスに燃料を供給して理論空燃比とした状態のガスを導入して圧縮自己着火により燃焼を行わせるように各気筒の燃焼を制御する燃焼制御手段とを備えていることを特徴とする火花点火式エンジンの制御装置。 - 請求項１記載の火花点火式エンジンの制御装置において、
前記先頭気筒については燃焼室内に直接燃料を噴射するように前記第１燃料噴射手段が設けられ、前記特殊運転モードにあるときに、前記既燃ガスに対する後続気筒用の燃料供給を先行気筒の排気行程中に当該気筒の前記第１燃料噴射手段により行わせるように前記燃焼制御手段が構成されることにより、前記第２燃料噴射手段として前記先行気筒の第１燃料噴射手段が兼用されていることを特徴とする火花点火式エンジンの制御装置。 - 請求項２記載の火花点火式エンジンの制御装置において、
前記後続気筒については吸気通路内に燃料を噴射するように前記第１燃料噴射手段が設けられていることを特徴とする火花点火式エンジンの制御装置。 - 請求項１記載の火花点火式エンジンの制御装置において、
前記気筒間ガス通路の途中部分に前記第２燃料噴射手段が設けられ、先行気筒からの排出後、後続気筒への導入前に前記既燃ガスに対して後続気筒分の燃料が供給されることを特徴とする火花点火式エンジンの制御装置。 - 請求項１乃至４の何れかに記載の火花点火式エンジンの制御装置において、
前記燃焼制御手段は、前記特殊運転モードにあるときには、前記先行気筒から後続気筒へ既燃ガスを導入した後、当該後続気筒の第１燃料噴射手段により後続気筒分の燃料を前記既燃ガスに対し供給して圧縮着火により燃焼を行わせる第１噴射モードと、前記先行気筒での燃焼終了後、後続気筒への導入前に前記既燃ガスに対して後続気筒分の燃料を前記第２燃料噴射手段により供給して圧縮自己着火により燃焼を行わせる第２噴射モードとに燃料の噴射モードを切り換え可能に構成され、運転状態に関する情報から後続気筒の自己着火性能の度合いを判定し、その判定結果に基づいて前記噴射モードを切り換えるように構成されていることを特徴とする火花点火式エンジンの制御装置。 - 請求項５記載の火花点火式エンジンの制御装置において、
前記燃焼制御手段は、後続気筒の自己着火性能の度合いが低い運転状態にあるときに前記噴射モードを第２噴射モードとするように構成されていることを特徴とする火花点火式エンジンの制御装置。 - 請求項６記載の火花点火式エンジンの制御装置において、
前記燃焼制御手段は、暖機運転後であって気筒内温度が特定温度以下となるときに自己着火性能の度合いが低い運転状態にあると判定するように構成されていることを特徴とする火花点火式エンジンの制御装置。 - 請求項６記載の火花点火式エンジンの制御装置において、
前記燃焼制御手段は、極低負荷の領域内にあるときに自己着火性能の度合いが低い運転状態にあると判定するように構成されていることを特徴とする火花点火式エンジンの制御装置。
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