JP2004360624A - 火花点火式エンジンの制御装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】ノッキングの発生を抑制しつつ、さらに広い運転域で効果的に後続気筒での圧縮自己着火による燃焼を行わせる。
【解決手段】エンジンの部分負荷領域で、排気行程と吸気行程とが重なる一対の気筒間において排気行程側の先行気筒２Ａ，２Ｄから排出される既燃ガスがそのまま吸気行程側の後続気筒２Ｂ，２Ｃに気筒間ガス通路２２を介して導入されるように吸・排気の流通状態を制御する。そして、上記特殊運転モードとされる運転領域で、先行気筒２Ａ，２Ｄに対する燃料の噴射時期を圧縮行程の後半に設定し、この先行気筒２Ａ，２Ｄでは噴射燃料を成層化させた状態で成層リーン燃焼を行わせる。特殊運転モードとされる運転領域で、後続気筒２Ｂ，２Ｃに対する燃料の噴射終期を圧縮行程の後半に設定し、エンジンの負荷増大時には少なくとも後続気筒２Ｂ，２Ｃに対して燃料噴射量を増量する。
【選択図】 図５
【解決手段】エンジンの部分負荷領域で、排気行程と吸気行程とが重なる一対の気筒間において排気行程側の先行気筒２Ａ，２Ｄから排出される既燃ガスがそのまま吸気行程側の後続気筒２Ｂ，２Ｃに気筒間ガス通路２２を介して導入されるように吸・排気の流通状態を制御する。そして、上記特殊運転モードとされる運転領域で、先行気筒２Ａ，２Ｄに対する燃料の噴射時期を圧縮行程の後半に設定し、この先行気筒２Ａ，２Ｄでは噴射燃料を成層化させた状態で成層リーン燃焼を行わせる。特殊運転モードとされる運転領域で、後続気筒２Ｂ，２Ｃに対する燃料の噴射終期を圧縮行程の後半に設定し、エンジンの負荷増大時には少なくとも後続気筒２Ｂ，２Ｃに対して燃料噴射量を増量する。
【選択図】 図５
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、多気筒の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、燃焼室内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁を備え、エンジンが低回転低負荷領域の運転状態にある場合等、上記燃料噴射弁から燃料を圧縮行程で噴射して成層燃焼を行わせることにより、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（例えば、特許文献１参照）。
【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、特許文献１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、例えば特許文献１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】
【特許文献１】
特開平１０−２９８３６号公報
【０００５】
【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浄化性能を確保するために、上記リーンＮＯｘ触媒を排気通路に設ける必要があり、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の離脱、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る。さらに、使用燃料が硫黄分を多く含む場合には、上記リーンＮＯｘ触媒の硫黄被毒を解消するための触媒の加熱処理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。しかも、混合気の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は限界があった。
【０００６】
また、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いる。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ことにより、仕事に寄与しない遅い燃焼が避けられるため、燃費の改善に有利となる。
【０００７】
しかし、通常の火花点火式の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、圧縮上死点付近での燃焼室内の温度及び圧力が圧縮自己着火を生じさせる程度までには高められず、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るが、従来、高負荷域でのノッキング、つまり燃焼室内で火炎が伝播する前に混合気が自然着火することによる異常燃焼を避けつつ、燃費改善が要求される部分負荷域で圧縮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。
【０００８】
そこで、本出願人は、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と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気筒接続状態とし、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るとともに、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２００２−１８５２４２号）。
【０００９】
本発明は、このような技術に基づき、ノッキングの発生を抑制しつつ、さらに広い運転域で効果的に後続気筒での圧縮自己着火による燃焼を行わせることができるようにし、燃費及びエミッションの改善効果を高め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。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、各気筒の燃焼サイクルが所定の位相差をもって行われるようになっている多気筒の火花点火式エンジンにおいて、エンジンの部分負荷域でエンジンの吸・排気及び燃焼状態についての制御モードを特殊運転モードとし、この特殊運転モードでは、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、この後続気筒から排出されるガスが排気通路に導かれるような２気筒接続状態としつつ、上記先行気筒では空燃比が理論空燃比よりも大きいリーン空燃比で燃焼を行わせ、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であって、上記特殊運転モードとされる運転領域で、先行気筒では噴射燃料を成層化させた状態で成層リーン燃焼を行わせる一方、上記特殊運転モードとされる運転領域のうち高負荷側の運転領域で、後続気筒に対する燃料の噴射終期を圧縮行程の後半に設定し、エンジンの負荷増大時には少なくとも上記後続気筒に対して燃料噴射量を増量する燃焼状態制御手段を備えることを特徴とするものである。
【００１１】
この発明によれば、エンジンの部分負荷域で上記特殊運転モードとされて後続気筒で圧縮自己着火により燃焼が行われる場合に、上記先行気筒ではリーン燃焼による熱効率向上及びポンピングロス低減による燃費改善効果が得られ、後続気筒では圧縮自己着火による燃焼効率の向上及びポンピングロス低減による燃費改善効果が得られる。
【００１２】
ところで、後続気筒では先行気筒の既燃ガスが導入されることからＥＧＲ（排気再循環）効果を有し後続気筒でのノッキングを有効に防止することができるものの、過度のＥＧＲによって不活性ガスが多くなりすぎると燃焼を緩慢にし、特に高負荷側で燃料噴射に見合ったエンジンの出力を確保することが困難となる。この点、この発明によれば、特殊運転モードとされる運転領域において、先行気筒では、噴射燃料を成層化させた状態で成層リーン燃焼を行わせ、この成層リーン燃焼後の既燃ガスが後続気筒に導入されるので、例えば噴射燃料を均一に分散化して希薄混合気を燃焼させる均質リーン燃焼を先行気筒で行わせる場合に比べて空燃比を大きく設定することができ、超リーン燃焼が可能となり、均質リーン燃焼に比べて比較的多量の新気が後続気筒に導入され、この新気量に見合った燃料を噴射することによりエンジン出力を十分に確保することができ、特殊運転モードとされる運転領域を高負荷側に拡大させることができる。
【００１３】
一方、後続気筒に比較的多量の酸素濃度の高い既燃ガスを導入すれば、ＥＧＲ効果が低減し、高負荷側の運転領域における後続気筒でのノッキングの発生が懸念されるが、この発明では、燃焼状態制御手段により、後続気筒に対する燃料の噴射終期を圧縮行程の後半に設定されるので、圧縮行程の後半に噴射された燃料の活性化を抑制しつつ、この燃料の気化潜熱によって筒内温度及び気圧を低下させることができ、これにより後続気筒でのノッキングを効果的に抑制することができる。しかも、燃焼状態制御手段により、エンジンの負荷増大時には少なくとも上記後続気筒に対して燃料噴射量が増量されるので、比較的ノッキングが生じ易いエンジンの負荷増大時において後続気筒に噴射される燃料を増量して気化潜熱によりノッキングを効果的に抑制するとともに、エンジン出力を確保することができる。
【００１４】
請求項２に係る発明は、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、上記燃焼状態制御手段が、上記特殊運転モードとされる運転領域のうちの部分負荷領域でエンジンの負荷が増大している場合に、この負荷増大期間の初期期間を経過した後に先行気筒に対して燃料噴射量を増量するものである。
【００１５】
この発明によれば、後続気筒で比較的ノッキングが生じ易いエンジンの負荷増大期間の初期期間において先行気筒の燃料噴射量を増量せず、既燃ガス温度の上昇を抑えて後続気筒のノッキングを効果的に抑制する一方、負荷増大期間の初期を過ぎてから燃料を増量することによりエンジン出力を確保することができる。
【００１６】
請求項３に係る発明は、請求項１または請求項２記載の火花点火式エンジンの制御装置において、上記燃焼状態制御手段は、上記特殊運転モードとされる運転領域のうち高負荷側の運転領域で、後続気筒に対する総噴射量を前期と後期とに分割して噴射するように制御し、この分割噴射時における前期噴射時期を吸気行程に設定する一方、後期噴射時期を圧縮行程の後半に設定するものである。
【００１７】
この発明によれば、分割前期噴射により後続気筒に燃料を均一に分散化して圧縮自己着火を適正に実行させることができる一方、分割後期噴射により後続気筒の気筒内温度及び圧力の上昇を抑制してノッキングを効果的に抑制することができる。
【００１８】
請求項４に係る発明は、請求項３記載の火花点火式エンジンの制御装置において、上記燃焼状態制御手段は、エンジンの負荷が増大している場合に、この負荷増大期間の初期に上記分割噴射時の後期燃料噴射における増量分の燃料として予め定められた量の燃料を噴射するように制御するものである。
【００１９】
この発明によれば、エンジンの負荷増大に伴う必要トルクに拘わらず、予め定められた量の燃料を噴射して、エンジン出力のレスポンスを向上させつつ、増量分の燃料として予め定められた量の燃料が気化することにより、ノッキングの発生を効果的に防止することができる。
【００２０】
請求項５に係る発明は、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、上記燃焼状態制御手段は、上記特殊運転モードとされる運転領域でエンジンの負荷が増大することにより後続気筒においてノッキングが生じ易い運転状態にある場合には、この負荷増大期間の初期から上記先行気筒に対して燃料噴射量を増量するものである。
【００２１】
この発明によれば、燃料の気化潜熱によっても後続気筒においてノッキングを確実に防止することができないと想定される運転状態にある場合に、エンジンの負荷増大期間の初期から先行気筒に対する燃料噴射量を増量してＥＧＲ効果によって後続気筒でのノッキングを確実に防止することができる。
【００２２】
請求項６に係る発明は、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、エンジンの負荷が増大していることを検出する負荷増大検出手段をさらに備え、上記燃焼状態制御手段は、上記負荷増大検出手段による検出があった後の各気筒の最初の１サイクルについて、先行気筒と後続気筒とのうちエンジン負荷の増大に伴う増量分の燃料を早期に噴射することができる気筒を選択し、この気筒に増量分の燃料として予め定められた燃料噴射量を噴射するように制御するものである。
【００２３】
この発明によれば、先行気筒と後続気筒のうちエンジンの負荷検出後に早期に燃料を噴射することができる気筒を選択し、この気筒に対してエンジン負荷の増大に伴う増量分の燃料を噴射するように設定されるので、エンジン出力のレスポンスが向上する。
【００２４】
請求項７に係る発明は、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、上記燃焼状態制御手段は、エンジンの負荷増大時に、後続気筒に新気を導入させる新気導入通路を開閉する新気導入弁を開弁して後続気筒に既燃ガスと新気との両方を導入するように制御するものである。
【００２５】
この発明によれば、後続気筒エンジンの負荷増大に伴い後続気筒内に導入される既燃ガス中の酸素濃度が低下した場合に、上記新気導入弁が開弁されて後続気筒に新気が導入されることにより、後続気筒の新気不足が解消されて上記後続気筒の圧縮自己着火が適正に実行され、エンジン出力が確保されることになる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
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１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。
【００２７】
各気筒２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。
【００２８】
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、後述する燃料噴射制御手段から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。
【００２９】
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。
【００３０】
そして、吸気、圧縮、膨張及び排気の各行程からなる燃焼サイクルが各気筒２Ａ〜２Ｄ毎に所定の位相差をもって行われるようになっており、４気筒エンジンの場合、気筒列方向の一端側から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、上記燃焼サイクルが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は吸気行程であり、また、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自己着火が行われることを表している。
【００３１】
排気行程と吸気行程とが重なる一対の気筒間には、排気行程と吸気行程と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。当実施形態の４気筒エンジンでは、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及び２番気筒２Ｂと、４番気筒２Ｄ及び３番気筒２Ｃと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。
【００３２】
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。
【００３３】
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２０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。
【００３４】
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及び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。
【００３５】
１番，４番気筒２Ａ，２Ｄにおける吸気ポート１１及び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。
【００３６】
１番，４番気筒２Ａ，２Ｄにおける第１排気ポート１２ａ及び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。
【００３７】
上記気筒間ガス通路２２は、互いに隣接する気筒間を接続する比較的短い通路であり、先行気筒２Ａ，２Ｄから排出される既燃ガスがこの気筒間ガス通路２２を通る間の放熱量が比較的に少なく抑えられるようになっている。
【００３８】
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Ｏ２センサ２３が設けられている。さらにＯ２センサ２３の下流の排気通路２１には排気浄化のために三元触媒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。
【００３９】
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。
【００４０】
先行気筒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、後続気筒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２Ａ〜２Ｄ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。
【００４１】
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。
【００４２】
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が設けられ、また上記第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が設けられている（図３参照）。
【００４３】
図３は駆動、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及びＯ２センサ２３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４７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４８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。
【００４４】
上記ＥＣＵ４０は、運転状態判別手段４１、弁停止機構制御手段４２、吸入空気量制御手段４３及び燃焼状態制御手段４４を備えている。
【００４５】
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負荷低回転側の運転領域Ａ（部分負荷域である定常負荷域）と、高負荷側ないし高回転側の運転領域Ｂとに分けられた制御用マップを有し、上記回転数センサ４７及びアクセル開度センサ４８等からの信号に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）が上記運転領域Ａ，Ｂのいずれの領域にあるかを判別するものである。そして、この判別に基づき、低負荷低回転側の運転領域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が選択され、高負荷側ないし高回転側の運転領域Ｂでは、各気筒をそれぞれ独立させ燃焼させる通常運転モードが選択されるようになっている。
【００４６】
さらに運転状態判別手段４１は、上記特殊運転モードが選択される運転領域Ａにある場合に、この領域Ａのうちの高負荷側領域Ａ２、またはそれよりも低負荷側の領域Ａ１のいずれにあるかを判別するように構成されている。
【００４７】
弁停止機構制御手段４２は、特殊運転モードでは気筒間ガス通路２２を介して先行気筒の既燃ガスを後続気筒に導入させる２気筒接続状態とし、通常運転モードでは各気筒にそれぞれ新気を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運転領域Ａ、Ｂの何れにあるかに応じ、上記各コントロール弁３７，３９を制御することにより、原則として各弁停止機構３５を次のように制御する。
【００４８】
上記吸入空気量制御手段４３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運転領域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から導入される既燃ガス中の過剰空気と新たに供給される燃料との比が実質的に理論空燃比とされつつ、後続気筒２Ｂ，２Ｃの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（２気筒分の燃料の量に対して理論空燃比となる量の空気）が先行気筒２Ａ，２Ｄに供給されるように、スロットル開度が調節される。
【００４９】
上記燃焼状態制御手段４４は、燃料噴射制御手段４５と点火制御手段４６とからなっており、燃料噴射制御手段４５により、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するとともに、点火制御手段４６により運転状態に応じた点火時期の制御及び点火停止等の制御を行う。そして、特に運転状態が図４中の運転領域Ａにある場合と運転領域Ｂにある場合とで燃焼状態の制御（燃料噴射の制御及び点火の制御）が変更される。
【００５０】
すなわち、運転状態が運転領域Ａにある場合、特殊運転モードでの制御状態として、先行気筒（１番、４番気筒）２Ａ，２Ｄに対しては、空燃比を理論空燃比よりも大きいリーン空燃比とするように燃料噴射量を制御するとともに、圧縮行程の後半で燃料を噴射して混合気の成層化を行わせるように噴射タイミングを設定し、かつ、圧縮上死点付近で強制点火を行わせるように点火タイミングを設定する。そして、特にこの先行気筒２Ａ，２Ｄに対しては、超リーン空燃比とするように燃料噴射量を制御し、この先行気筒２Ａ，２Ｄでの既燃ガス中に比較的多量の酸素が残存するようになされている。
【００５１】
一方、後続気筒（２番、３番気筒）２Ｂ，２Ｃに対しては、先行気筒から導入された超リーン空燃比の既燃ガスに対して燃料を供給し、実質的に理論空燃比となるように総燃料噴射量を制御し、かつ、圧縮自己着火を行わせるべく、強制点火を停止させる。そして、運転領域Ａのうち高負荷側の運転領域Ａ２では、吸気行程と圧縮行程の後半で燃料を分割して噴射するように噴射タイミングを制御する。具体的には、図５及び図６に示すように、後続気筒２Ｂ，２Ｃに燃料を分割して噴射するとともに、この分割噴射時における燃料の前期噴射Ｆ１の時期を吸気行程に設定している一方、後期噴射Ｆ２の時期を圧縮行程の後半に設定している。そして、本実施形態では、分割噴射時における燃料の前期噴射量が後期噴射量よりも多くなるように設定され、前期噴射Ｆ１により噴射された燃料が後続気筒２Ｂ，２Ｃ内に分散して均一に分布して圧縮自己着火がなされ易い雰囲気を形成するものとなされている。
【００５２】
そして、上記運転領域Ａ２において、後続気筒２Ｂ，２Ｃでノッキングが発生するのを防止しつつ、圧縮自己着火が良好に行われるように、先行気筒２Ａ，２Ｄに対する燃料噴射量と、後続気筒２Ｂ，２Ｃに対する燃料噴射量との割合が運転状態に応じて制御される。
【００５３】
具体的には、アクセル開度センサ４８等からの出力に基づき、アクセルが踏み込まれたこと（加速指示）を検出した場合には、この検出後、各気筒２Ａ〜２Ｄの１サイクル目（最初）に噴射される燃料噴射量は次のように制御される。すなわち、低負荷低回転側の運転領域Ａ１のうち少なくとも高負荷側運転領域では、先行気筒２Ａ，２Ｄに対して噴射する燃料を増量することなく、アクセルが踏み込まれたことを検出する前の燃料噴射量が維持され、燃料の増量に伴って既燃ガスが高温化しないように制御して、後続気筒における気筒内温度の上昇に起因するノッキングを防止する。一方、運転領域Ａのうち高負荷高回転側の運転領域Ａ２では後続気筒２Ｂ，２Ｃにおいてノッキングが生じ易い運転状態であると判断し、エンジン負荷の増大に伴い先行気筒２Ａ，２Ｄに対しても燃料を増量して、後続気筒２Ｂ、２Ｃに不活性ガスである酸素濃度の低い既燃ガスが多量に導入されるように制御する。ここで、運転領域Ａにおける高速高回転側の運転領域Ａ２で、先行気筒２Ａ，２Ｄに対する燃料を増量した場合に、既燃ガスの高温化に起因する後続気筒でのノッキングの発生が懸念されるところであるが、上記のように酸素濃度の低い既燃ガスを多量に導入することにより後続気筒２Ｂ，２Ｃでの燃焼が緩慢となってノッキングを効果的に防止することができる。従って、先行気筒２Ａ，２Ｄでの燃料を増量する場合には、上記観点から適宜噴射量が決定される。
【００５４】
一方、負荷増大時の初期について、後続気筒２Ｂ，２Ｃに対してはアクセル開度と無関係に増量分の燃料として予め定められた燃料噴射量を加算するように制御して、エンジン出力のレスポンスを向上させるものとなされている。このエンジンの負荷増大時の初期に後続気筒２Ｂ，２Ｃに対して噴射される燃料の加算噴射量（増量分の燃料噴射量）及び分割噴射時の噴射割合は、ノッキングの発生を有効に防止し、エンジンの負荷増大時におけるエンジン出力のレスポンスを向上させるように、予め実験結果等に基づき決定されている。すなわち、エンジン負荷増大時の初期における後続気筒２Ｂ、２Ｃでの噴射量は、エンジン負荷の程度によらず見込み値として決定されている。特に、本実施形態では、エンジン負荷の増大に伴う燃料増量分の大部分を後期噴射Ｆ２において噴射するように設定され、後期噴射時の燃料の活性化を抑制しつつ、上記増量分の燃料を含む後期噴射時の燃料の気化潜熱により後続気筒２Ｂ，２Ｃ内の温度及び圧力を低下させてノッキングを有効に防止するものとなされている。
【００５５】
そして、アクセルが踏み込まれたことを検出した後、２サイクル目以降はアクセル開度センサ４８等からの検出に基づき、先行気筒２Ａ，２Ｄ及び後続気筒２Ｂ，２Ｃに対して、エンジンの負荷の増大に伴い必要な燃料噴射量が算出され、この算出値に基づいて増量された燃料が噴射される。
【００５６】
なお、運転領域Ａのうち中負荷中回転側の運転領域においてエンジン負荷の増大時に先行気筒２Ａ，２Ｄに噴射する燃料の増量を行わない期間は、１サイクル目に限らず、２サイクル目以降、負荷増大期間の初めから所定の期間にわたって設定してもよい。
【００５７】
また、エンジンの運転状態が高負荷側ないし高回転側の運転領域Ｂにある場合には、通常運転モードでの制御として、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、例えばこの運転領域Ｂにおける大部分の領域で理論空燃比とし、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タイミングを設定し、かつ、各気筒２Ａ〜２Ｄとも強制点火を行わせるようにする。
【００５８】
以上のような当実施形態の装置の作用を、図５〜図８を参照しつつ説明する。すなわち、上記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７に示すようになり、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から排出される排気ガスのみが排気通路２０に導かれるような２気筒接続状態とされる。
【００５９】
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るとともに（図７中の矢印ａ）、この先行気筒２Ａ，２Ｄの空燃比が理論空燃比よりも大きな値、例えば理論空燃比の略２倍ないしそれより大きい値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ることにより、超リーン空燃比での成層燃焼が行われる（図６参照）。
【００６０】
また、先行気筒２Ａ，２Ｄの吸気行程と後続気筒２Ｂ，２Ｃの排気行程が重なる期間に、先行気筒２Ａ，２Ｄから排出された既燃ガスが気筒間ガス通路２２を通って後続気筒２Ｂ，２Ｃ内に導入される（図５，６中の白抜き矢印及び図７中の矢印ｂ）。そして、先行気筒２Ａ，２Ｄから導入された超リーン空燃比の上記既燃ガスに吸気行程と圧縮行程の後半に燃料が供給されるとともに、後続気筒２Ｂ，２Ｃの空燃比が理論空燃比となるように総燃料噴射量が制御されつつ、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上記後続気筒２Ｂ，２Ｃにおいて行われる。
【００６１】
この場合に、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。しかも、上記既燃ガスは先行気筒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充分にミキシングされて均一に分布する。特に、上記のように吸気行程で燃焼が噴射された場合には、この燃料が圧縮行程終期までの間に燃焼室全体に均一に分散するため、理想的な同時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が得られ、同時圧縮自己着火による燃焼が急速に行われることにより、熱効率が大幅に向上する。
【００６２】
このように、先行気筒２Ａ，２Ｄでは、超リーンでの成層燃焼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、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、均一な混合気分布状態で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から押出された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が低減される。これらの作用により、燃費が大幅に改善される。
【００６３】
しかも、後続気筒２Ｂ，２Ｃから排気通路２０に排出される排気ガスは理論空燃比であるため、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。そして、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。
【００６４】
また、先行気筒２Ａ，２Ｄでは理論空燃比の略２倍もしくはそれよりも大きい超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る。一方、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ＥＧＲが行われているのと同等の状態となるとともに、同時圧縮自己着火による急速燃焼が行われると、可及的に酸素と窒素との反応が避けられることから、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。
【００６５】
しかも、後続気筒２Ｂ，２Ｃでの圧縮自己着火が先行気筒２Ａ，２Ｄから排出される既燃ガスの熱を利用して達成されるため、格別の加熱手段を用いたりエンジンの圧縮比を極端に高くしたりする必要がなく、容易に圧縮自己着火を達成することができる。
【００６６】
また、上記特殊運転モードの制御が実行される運転領域Ａにおいては、先行気筒２Ａ，２Ｄで燃料を成層化させた状態で成層燃焼が行われるので、噴射燃料を均一に分散して燃焼させる均質リーン燃焼に比べて少ない噴射燃料により燃焼を行わせることができる。従って、先行気筒２Ａ，２Ｄで超リーンでの成層燃焼が行われることにより、先行気筒２Ａ，２Ｄに供給された新気のうち燃焼により消費される新気が少なく済み、このため後続気筒２Ｂ，２ＣではＥＧＲが行われるものの、先行気筒２Ａ，２Ｄで均質リーン燃焼が行われる場合に比べて後続気筒２Ｂ，２Ｃに比較的多量の新気を含む既燃ガスが導入されることとなり、同気筒でこの新気を含む既燃ガスに対して燃料が供給されて燃焼されるので、先行気筒２Ａ，２Ｄで均質リーン燃焼を行う場合に比べてエンジンの出力を確保することができる。
【００６７】
すなわち、先行気筒２Ａ，２Ｄで行われる燃焼状態を成層リーン燃焼、特に成層超リーン燃焼に限定することにより、広い運転領域に亘って圧縮自己着火を有効に行わせることができる。
【００６８】
一方において、先行気筒２Ａ，２Ｄで成層リーン燃焼が行われれば、後続気筒２Ｂ，２Ｃで燃焼を比較的緩慢にする不活性ガスが減少してＥＧＲ効果が低減し、運転領域Ａ、特に運転領域Ａの中でも高負荷側の運転領域において後続気筒２Ｂ，２Ｃでのノッキングの発生が推測される。しかしながら、本実施形態による制御装置によれば、燃焼状態制御手段４４により後続気筒２Ｂ，２Ｃでの燃料の噴射時期を分割し、この分割噴射時における後期噴射時期を後続気筒２Ｂ，２Ｃの圧縮行程後半に設定しているので、この後期噴射による燃料の活性化を抑制しつつ、この気化潜熱により後続気筒での筒内温度及び筒内圧力を低減してノッキングの発生を効果的に防止している。
【００６９】
また、エンジン負荷増大時にこの増大に伴う燃料の増量分の大部分を分割噴射時における後期に噴射されるので、この増量分の燃料を有効に利用してエンジン負荷増大に伴う後続気筒でのノッキングを効果的に防止するものとなされている。
【００７０】
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８に示すようになり、各気筒２Ａ〜２Ｄの吸気ポート１１，１１ａ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１１，１１ａに新気が導入されるとともに各気筒２Ａ〜２Ｄの排気ポート１２，１２ａ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。
【００７１】
また、上記後続気筒２Ｂ，２Ｃの圧縮自己着火が行われる運転領域Ａで、エンジン温度等に基づいてノッキングの発生確率を判別し、このノッキングの発生確率が高い程、エンジン負荷増大に伴い先行気筒２Ａ，２Ｄで噴射される増量分の燃料の割合を高くしても良い。
【００７２】
また、上記実施形態では、後続気筒２Ｂ，２Ｃ圧縮自己着火が行われる運転領域Ａで、エンジンが高負荷側運転領域Ａ２にある場合に、ノッキングが発生し易い状態にあると判定するように構成したため、エンジン負荷に応じて後続気筒２Ｂ，２Ｃの燃焼室内温度が高くなる傾向があるか否かを容易かつ適正に判別することができる。したがって、上記エンジン負荷に基づいて後続気筒２Ｂ，２Ｃにノッキングが生じ易い運転状態にあるか否かを正確に判別し、この判別結果に応じて後続気筒２Ｂ，２Ｃに対する燃料の噴射時期を適正に制御することができる。
【００７３】
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、種々の変更が可能である。他の実施形態を以下に説明する。
【００７４】
▲１▼上記実施形態では、アクセル開度センサ４８等からのエンジン負荷増大検出手段によりエジン負荷が増大していることを検出した場合に、この検出後の最初の増量分を含めた燃料を後続気筒２Ｂ，２Ｃに対して噴射するものとなされているが、増量分を含めた燃料を最初に噴射する気筒は、後続気筒２Ｂ，２Ｃに限らず、先行気筒２Ａ，２Ｄであってもよい。或いは、増量分の燃料を早期噴射可能な気筒を選択してこの気筒に対して増量分の燃料を含めた燃料を負荷増大検出後に最初に噴射するものであってもよい。
【００７５】
この場合、各気筒のクランクシャフトに対し、その回転角を検出するクランク角センサが設けられ、このクランク角センサからの出力に基づいて、燃焼状態制御手段４４が先行気筒２Ａ，２Ｄと後続気筒２Ｂ，２Ｃの何れの気筒に対して早期に増量分の燃料を噴射可能か判断し、該燃焼状態制御手段４４によりその気筒に対して予め定められた増量分の燃料を加算して燃料が噴射される。このように早期噴射可能な気筒を選択して、この気筒に対して予め定められた増量分の燃料を含めた燃料が噴射されるので、エンジン出力の応答性に優れたものとすることができる。
【００７６】
なお、早期噴射可能な気筒として先行気筒２Ａ，２Ｄを選択した場合には、その増量分燃料の噴射時期は吸気行程であっても、圧縮行程であってもよい。
【００７７】
一方早期噴射可能な気筒として後続気筒２Ｂ，２Ｃを選択した場合には、その増量分燃料の噴射時期は吸気行程であっても圧縮行程であってもよく、分割噴射時期における前後期噴射時期に合わせて噴射するものであってもよい。
【００７８】
▲２▼上記実施形態では、燃焼状態制御手段４４が、後続気筒２Ｂ，２Ｃにおいて先行気筒２Ａ，２Ｄの既燃ガスに燃料を噴射するように制御するが、後続気筒２Ｂ，２Ｃにおいて新気を導入し、この新気を加えた既燃ガスに燃料を噴射するように制御してもよい。
【００７９】
すなわち、運転領域Ａ、特に高負荷側の運転領域Ａ２では、出力を確保するために、先行気筒２Ａ，２Ｄでもその運転状態に見合った適度な燃料を噴射することが求められるが、このように先行気筒２Ａ，２Ｄに対する燃料噴射量を増量した場合には、後続気筒２Ｂ，２Ｃに導入される既燃ガス中の酸素濃度が低下して後続気筒２Ｂ，２Ｃでの燃焼が不可能となることが懸念される。このため、燃焼状態制御手段４４は、上記運転領域Ａ、特に高負荷側の運転領域Ａ２で、後続気筒２Ｂ，２Ｃ内に新気を導入する第１吸気弁３１ａ（新気導入弁）を一時的に開弁することにより、上記先行気筒２Ａ，２Ｄから導入された既燃ガスに加えて新気を後続気筒２Ｂ，２Ｃに導入させるように制御する。
【００８０】
具体的には、図９に示すように、上記後続気筒２Ｂ，２Ｃの吸気上死点（ＩＴＤＣ）付近で、後続気筒２Ｂ，２Ｃの第２吸気弁３１ｂ（既燃ガス導入弁）を閉弁状態に維持しつつ、第１吸気弁３１ａ（新気導入弁）を開弁状態とすることにより、吸気通路１５及び分岐吸気通路１６を介して導入された新気を上記後続気筒２Ｂ，２Ｃ内に供給するように構成したため、後続気筒２Ｂ，２Ｃにおいて圧縮自己着火を実行するための新気量を確保することができる。そして、後続気筒２Ｂ，２Ｃの吸気行程途中で上記第１吸気弁３１ａを閉弁状態とするとともに、その前に後続気筒２Ｂ，２Ｃの第２吸気弁３１ｂを開弁状態とすることにより、先行気筒２Ａ，２Ｄから導出された既燃ガスを後続気筒２Ｂ，２Ｃ内に導入させることができる。
【００８１】
上記のように圧縮自己着火領域である運転領域Ａで、第１吸気弁３１ａ（新気導入弁）を後続気筒２Ｂ，２Ｃの吸気上死点付近（ＩＴＤＣ）で開弁状態とすることにより、先行気筒２Ａ，２Ｄから導出された既燃ガスが後続気筒２Ｂ，２Ｃ内に導入される前に、後続気筒２Ｂ，２Ｃ内に比較的温度の低い新気を効率よく導入させることができる。
【００８２】
また、後続気筒２Ｂ，２Ｃの運転領域Ａで開弁した上記新気導入弁（第１吸気弁３１ａ）を、後続気筒２Ｂ，２Ｃの吸気行程途中で閉弁状態とすることにより、後続気筒２Ｂ，２Ｃ内に新気を効率よく導入させた後に、この新気の導入を停止させることにより、先行気筒２Ａ，２Ｄから導出された既燃ガスを後続気筒２Ｂ，２Ｃ内にスムーズに導入させることができる。
【００８３】
なお、図９に破線で示すように、第２吸気弁３１ｂ（既燃ガス導入弁）を後続気筒２Ｂ，２Ｃの吸気上死点ＩＴＤＣ付近で開弁状態とすることもできるが、新気の導入量を確保し、該新気を効率よく導入するためには上記の実施形態のように構成するのが好ましい。
【００８４】
また、上記の実施形態では、既燃ガスの全てを後続気筒２Ｂ，２Ｃに導入するものとなされているが、先行気筒２Ａ，２Ｄの既燃ガスの一部を後続気筒２Ｂ，２Ｃに導入するものであってもよい。例えば、先行気筒２Ａ，２Ｄの一部を排気弁３２ａ及び分岐排気通路２１を介して排気通路２０に排気する一方、残存既燃ガスを後続気筒２Ｂ，２Ｃに導入するものであってもよい。また、その他の機構により構成されるものであってもよい。ただ、超リーン燃焼による既燃ガスの一部を排気通路２０に排気した場合には、ＮＯｘの処理について問題となるが、この問題についてはリーンＮＯｘ触媒を設けることにより解決することができる。この場合でも、リーン燃焼による既燃ガスの全てを排気する場合に比べて、小さいリーンＮＯｘ触媒で済み、またＮＯｘの離脱、還元のため追加燃料の供給等の回数も低減され、一定の燃費改善効果を得ることができる。
【００８５】
▲３▼また上記各実施形態では、特殊運転モードとされる運転領域Ａの全域で、後続気筒２Ｂ，２Ｃを圧縮自己着火により燃焼させるようにしているが、特殊運転モードとされる運転領域Ａのうちの一部、例えば燃焼室内の温度、圧力が圧縮自己着火可能な状態に達しにくい極低速低負荷の領域では、後続気筒２Ｂ，２Ｃに対して所定の点火時期に点火プラグ７による点火を行わせ、強制点火により燃焼させるようにしてもよい。あるいはまた、エンジン温度が低いときに、後続気筒２Ｂ，２Ｃを強制点火により燃焼させるようにしてもよい。
【００８６】
▲４▼また、上記基本実施形態では弁停止機構３５を用いて２気筒接続状態と各気筒独立状態とに吸・排気流通状態を切換可能としているが、吸・排気通路及び気筒間ガス通路に開閉弁を設けてこれらの通路の開閉により２気筒接続状態と各気筒独立状態とに切換え得るようにしておいてもよい。
【００８７】
【発明の効果】
以上のように本発明の制御装置によると、特殊運転モードとされた場合に、排気行程と吸気行程とが重なる一対の気筒間における先行気筒ではリーン空燃比で燃焼を行わせ、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ているため、先行気筒ではリーン燃焼による熱効率向上及びポンピングロス低減により、また後続気筒では圧縮自己着火による燃焼効率の向上及びポンピングロス低減により、燃費を改善することができる。
【００８８】
そして、リーン燃焼によって比較的新気を多量に含む既燃ガスを後続気筒に導入することにより後続気筒での出力、ひいてはエンジンの出力を確保することができ、これにより高負荷側にまで特殊運転モードとされる運転領域を拡大することができる。しかも、比較的新気を多量に含む既燃ガスを後続気筒に導入して後続気筒でのＥＧＲ効果が低減した場合であっても、後続気筒に対する燃料の噴射終期を圧縮行程の後半に設定されるので、圧縮行程の後半に噴射された燃料の活性化を抑制しつつ、この燃料の気化潜熱によって筒内温度及び気圧を低下させることができ、これにより後続気筒でのノッキングを効果的に抑制することができる。しかも、燃焼状態制御手段により、エンジンの負荷増大時には少なくとも上記後続気筒に対して燃料噴射量が増量されるので、比較的ノッキングが生じ易いエンジンの負荷増大時において後続気筒に噴射される燃料を増量してノッキングを効果的に抑制するとともに、エンジン出力を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態によ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】運転状態に応じた制御を行うための運転領域設定の一例を示す説明図である。
【図５】先行気筒及び後続気筒の燃焼サイクルを示す説明図である。
【図６】各気筒の排気行程、吸気行程、燃料噴射時期及び点火時期等を示す図である。
【図７】低負荷低回転時の実質的な新気及びガスの流通経路を示す説明図である。
【図８】高負荷、高低回転側の運転領域にある時の実質的な新気及びガスの流通経路を示す説明図である。
【図９】先行気筒及び後続気筒の燃焼サイクルの別の例を示す説明図である。
【符号の説明】
１ エンジン本体
２Ａ〜２Ｄ 気筒
９ 燃料噴射弁
４１ 運転状態判別手段
４４ 燃焼状態制御手段
４５ 燃料噴射制御手段
Ａ 運転領域（特殊運転モード）
Ｂ 運転領域（通常運転モード）
Ｆ１ 前期噴射
Ｆ２ 後期噴射
【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、多気筒の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、燃焼室内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁を備え、エンジンが低回転低負荷領域の運転状態にある場合等、上記燃料噴射弁から燃料を圧縮行程で噴射して成層燃焼を行わせることにより、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（例えば、特許文献１参照）。
【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、特許文献１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、例えば特許文献１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】
【特許文献１】
特開平１０−２９８３６号公報
【０００５】
【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浄化性能を確保するために、上記リーンＮＯｘ触媒を排気通路に設ける必要があり、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の離脱、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る。さらに、使用燃料が硫黄分を多く含む場合には、上記リーンＮＯｘ触媒の硫黄被毒を解消するための触媒の加熱処理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。しかも、混合気の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は限界があった。
【０００６】
また、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いる。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ことにより、仕事に寄与しない遅い燃焼が避けられるため、燃費の改善に有利となる。
【０００７】
しかし、通常の火花点火式の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、圧縮上死点付近での燃焼室内の温度及び圧力が圧縮自己着火を生じさせる程度までには高められず、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るが、従来、高負荷域でのノッキング、つまり燃焼室内で火炎が伝播する前に混合気が自然着火することによる異常燃焼を避けつつ、燃費改善が要求される部分負荷域で圧縮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。
【０００８】
そこで、本出願人は、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と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気筒接続状態とし、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るとともに、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２００２−１８５２４２号）。
【０００９】
本発明は、このような技術に基づき、ノッキングの発生を抑制しつつ、さらに広い運転域で効果的に後続気筒での圧縮自己着火による燃焼を行わせることができるようにし、燃費及びエミッションの改善効果を高め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。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、各気筒の燃焼サイクルが所定の位相差をもって行われるようになっている多気筒の火花点火式エンジンにおいて、エンジンの部分負荷域でエンジンの吸・排気及び燃焼状態についての制御モードを特殊運転モードとし、この特殊運転モードでは、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、この後続気筒から排出されるガスが排気通路に導かれるような２気筒接続状態としつつ、上記先行気筒では空燃比が理論空燃比よりも大きいリーン空燃比で燃焼を行わせ、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であって、上記特殊運転モードとされる運転領域で、先行気筒では噴射燃料を成層化させた状態で成層リーン燃焼を行わせる一方、上記特殊運転モードとされる運転領域のうち高負荷側の運転領域で、後続気筒に対する燃料の噴射終期を圧縮行程の後半に設定し、エンジンの負荷増大時には少なくとも上記後続気筒に対して燃料噴射量を増量する燃焼状態制御手段を備えることを特徴とするものである。
【００１１】
この発明によれば、エンジンの部分負荷域で上記特殊運転モードとされて後続気筒で圧縮自己着火により燃焼が行われる場合に、上記先行気筒ではリーン燃焼による熱効率向上及びポンピングロス低減による燃費改善効果が得られ、後続気筒では圧縮自己着火による燃焼効率の向上及びポンピングロス低減による燃費改善効果が得られる。
【００１２】
ところで、後続気筒では先行気筒の既燃ガスが導入されることからＥＧＲ（排気再循環）効果を有し後続気筒でのノッキングを有効に防止することができるものの、過度のＥＧＲによって不活性ガスが多くなりすぎると燃焼を緩慢にし、特に高負荷側で燃料噴射に見合ったエンジンの出力を確保することが困難となる。この点、この発明によれば、特殊運転モードとされる運転領域において、先行気筒では、噴射燃料を成層化させた状態で成層リーン燃焼を行わせ、この成層リーン燃焼後の既燃ガスが後続気筒に導入されるので、例えば噴射燃料を均一に分散化して希薄混合気を燃焼させる均質リーン燃焼を先行気筒で行わせる場合に比べて空燃比を大きく設定することができ、超リーン燃焼が可能となり、均質リーン燃焼に比べて比較的多量の新気が後続気筒に導入され、この新気量に見合った燃料を噴射することによりエンジン出力を十分に確保することができ、特殊運転モードとされる運転領域を高負荷側に拡大させることができる。
【００１３】
一方、後続気筒に比較的多量の酸素濃度の高い既燃ガスを導入すれば、ＥＧＲ効果が低減し、高負荷側の運転領域における後続気筒でのノッキングの発生が懸念されるが、この発明では、燃焼状態制御手段により、後続気筒に対する燃料の噴射終期を圧縮行程の後半に設定されるので、圧縮行程の後半に噴射された燃料の活性化を抑制しつつ、この燃料の気化潜熱によって筒内温度及び気圧を低下させることができ、これにより後続気筒でのノッキングを効果的に抑制することができる。しかも、燃焼状態制御手段により、エンジンの負荷増大時には少なくとも上記後続気筒に対して燃料噴射量が増量されるので、比較的ノッキングが生じ易いエンジンの負荷増大時において後続気筒に噴射される燃料を増量して気化潜熱によりノッキングを効果的に抑制するとともに、エンジン出力を確保することができる。
【００１４】
請求項２に係る発明は、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、上記燃焼状態制御手段が、上記特殊運転モードとされる運転領域のうちの部分負荷領域でエンジンの負荷が増大している場合に、この負荷増大期間の初期期間を経過した後に先行気筒に対して燃料噴射量を増量するものである。
【００１５】
この発明によれば、後続気筒で比較的ノッキングが生じ易いエンジンの負荷増大期間の初期期間において先行気筒の燃料噴射量を増量せず、既燃ガス温度の上昇を抑えて後続気筒のノッキングを効果的に抑制する一方、負荷増大期間の初期を過ぎてから燃料を増量することによりエンジン出力を確保することができる。
【００１６】
請求項３に係る発明は、請求項１または請求項２記載の火花点火式エンジンの制御装置において、上記燃焼状態制御手段は、上記特殊運転モードとされる運転領域のうち高負荷側の運転領域で、後続気筒に対する総噴射量を前期と後期とに分割して噴射するように制御し、この分割噴射時における前期噴射時期を吸気行程に設定する一方、後期噴射時期を圧縮行程の後半に設定するものである。
【００１７】
この発明によれば、分割前期噴射により後続気筒に燃料を均一に分散化して圧縮自己着火を適正に実行させることができる一方、分割後期噴射により後続気筒の気筒内温度及び圧力の上昇を抑制してノッキングを効果的に抑制することができる。
【００１８】
請求項４に係る発明は、請求項３記載の火花点火式エンジンの制御装置において、上記燃焼状態制御手段は、エンジンの負荷が増大している場合に、この負荷増大期間の初期に上記分割噴射時の後期燃料噴射における増量分の燃料として予め定められた量の燃料を噴射するように制御するものである。
【００１９】
この発明によれば、エンジンの負荷増大に伴う必要トルクに拘わらず、予め定められた量の燃料を噴射して、エンジン出力のレスポンスを向上させつつ、増量分の燃料として予め定められた量の燃料が気化することにより、ノッキングの発生を効果的に防止することができる。
【００２０】
請求項５に係る発明は、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、上記燃焼状態制御手段は、上記特殊運転モードとされる運転領域でエンジンの負荷が増大することにより後続気筒においてノッキングが生じ易い運転状態にある場合には、この負荷増大期間の初期から上記先行気筒に対して燃料噴射量を増量するものである。
【００２１】
この発明によれば、燃料の気化潜熱によっても後続気筒においてノッキングを確実に防止することができないと想定される運転状態にある場合に、エンジンの負荷増大期間の初期から先行気筒に対する燃料噴射量を増量してＥＧＲ効果によって後続気筒でのノッキングを確実に防止することができる。
【００２２】
請求項６に係る発明は、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、エンジンの負荷が増大していることを検出する負荷増大検出手段をさらに備え、上記燃焼状態制御手段は、上記負荷増大検出手段による検出があった後の各気筒の最初の１サイクルについて、先行気筒と後続気筒とのうちエンジン負荷の増大に伴う増量分の燃料を早期に噴射することができる気筒を選択し、この気筒に増量分の燃料として予め定められた燃料噴射量を噴射するように制御するものである。
【００２３】
この発明によれば、先行気筒と後続気筒のうちエンジンの負荷検出後に早期に燃料を噴射することができる気筒を選択し、この気筒に対してエンジン負荷の増大に伴う増量分の燃料を噴射するように設定されるので、エンジン出力のレスポンスが向上する。
【００２４】
請求項７に係る発明は、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、上記燃焼状態制御手段は、エンジンの負荷増大時に、後続気筒に新気を導入させる新気導入通路を開閉する新気導入弁を開弁して後続気筒に既燃ガスと新気との両方を導入するように制御するものである。
【００２５】
この発明によれば、後続気筒エンジンの負荷増大に伴い後続気筒内に導入される既燃ガス中の酸素濃度が低下した場合に、上記新気導入弁が開弁されて後続気筒に新気が導入されることにより、後続気筒の新気不足が解消されて上記後続気筒の圧縮自己着火が適正に実行され、エンジン出力が確保されることになる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
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１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。
【００２７】
各気筒２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。
【００２８】
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、後述する燃料噴射制御手段から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。
【００２９】
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。
【００３０】
そして、吸気、圧縮、膨張及び排気の各行程からなる燃焼サイクルが各気筒２Ａ〜２Ｄ毎に所定の位相差をもって行われるようになっており、４気筒エンジンの場合、気筒列方向の一端側から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、上記燃焼サイクルが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は吸気行程であり、また、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自己着火が行われることを表している。
【００３１】
排気行程と吸気行程とが重なる一対の気筒間には、排気行程と吸気行程と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。当実施形態の４気筒エンジンでは、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及び２番気筒２Ｂと、４番気筒２Ｄ及び３番気筒２Ｃと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。
【００３２】
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。
【００３３】
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２０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。
【００３４】
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及び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。
【００３５】
１番，４番気筒２Ａ，２Ｄにおける吸気ポート１１及び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。
【００３６】
１番，４番気筒２Ａ，２Ｄにおける第１排気ポート１２ａ及び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。
【００３７】
上記気筒間ガス通路２２は、互いに隣接する気筒間を接続する比較的短い通路であり、先行気筒２Ａ，２Ｄから排出される既燃ガスがこの気筒間ガス通路２２を通る間の放熱量が比較的に少なく抑えられるようになっている。
【００３８】
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Ｏ２センサ２３が設けられている。さらにＯ２センサ２３の下流の排気通路２１には排気浄化のために三元触媒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。
【００３９】
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。
【００４０】
先行気筒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、後続気筒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２Ａ〜２Ｄ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。
【００４１】
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。
【００４２】
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が設けられ、また上記第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が設けられている（図３参照）。
【００４３】
図３は駆動、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及びＯ２センサ２３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４７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４８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。
【００４４】
上記ＥＣＵ４０は、運転状態判別手段４１、弁停止機構制御手段４２、吸入空気量制御手段４３及び燃焼状態制御手段４４を備えている。
【００４５】
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負荷低回転側の運転領域Ａ（部分負荷域である定常負荷域）と、高負荷側ないし高回転側の運転領域Ｂとに分けられた制御用マップを有し、上記回転数センサ４７及びアクセル開度センサ４８等からの信号に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）が上記運転領域Ａ，Ｂのいずれの領域にあるかを判別するものである。そして、この判別に基づき、低負荷低回転側の運転領域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が選択され、高負荷側ないし高回転側の運転領域Ｂでは、各気筒をそれぞれ独立させ燃焼させる通常運転モードが選択されるようになっている。
【００４６】
さらに運転状態判別手段４１は、上記特殊運転モードが選択される運転領域Ａにある場合に、この領域Ａのうちの高負荷側領域Ａ２、またはそれよりも低負荷側の領域Ａ１のいずれにあるかを判別するように構成されている。
【００４７】
弁停止機構制御手段４２は、特殊運転モードでは気筒間ガス通路２２を介して先行気筒の既燃ガスを後続気筒に導入させる２気筒接続状態とし、通常運転モードでは各気筒にそれぞれ新気を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運転領域Ａ、Ｂの何れにあるかに応じ、上記各コントロール弁３７，３９を制御することにより、原則として各弁停止機構３５を次のように制御する。
【００４８】
【００４９】
上記燃焼状態制御手段４４は、燃料噴射制御手段４５と点火制御手段４６とからなっており、燃料噴射制御手段４５により、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するとともに、点火制御手段４６により運転状態に応じた点火時期の制御及び点火停止等の制御を行う。そして、特に運転状態が図４中の運転領域Ａにある場合と運転領域Ｂにある場合とで燃焼状態の制御（燃料噴射の制御及び点火の制御）が変更される。
【００５０】
すなわち、運転状態が運転領域Ａにある場合、特殊運転モードでの制御状態として、先行気筒（１番、４番気筒）２Ａ，２Ｄに対しては、空燃比を理論空燃比よりも大きいリーン空燃比とするように燃料噴射量を制御するとともに、圧縮行程の後半で燃料を噴射して混合気の成層化を行わせるように噴射タイミングを設定し、かつ、圧縮上死点付近で強制点火を行わせるように点火タイミングを設定する。そして、特にこの先行気筒２Ａ，２Ｄに対しては、超リーン空燃比とするように燃料噴射量を制御し、この先行気筒２Ａ，２Ｄでの既燃ガス中に比較的多量の酸素が残存するようになされている。
【００５１】
一方、後続気筒（２番、３番気筒）２Ｂ，２Ｃに対しては、先行気筒から導入された超リーン空燃比の既燃ガスに対して燃料を供給し、実質的に理論空燃比となるように総燃料噴射量を制御し、かつ、圧縮自己着火を行わせるべく、強制点火を停止させる。そして、運転領域Ａのうち高負荷側の運転領域Ａ２では、吸気行程と圧縮行程の後半で燃料を分割して噴射するように噴射タイミングを制御する。具体的には、図５及び図６に示すように、後続気筒２Ｂ，２Ｃに燃料を分割して噴射するとともに、この分割噴射時における燃料の前期噴射Ｆ１の時期を吸気行程に設定している一方、後期噴射Ｆ２の時期を圧縮行程の後半に設定している。そして、本実施形態では、分割噴射時における燃料の前期噴射量が後期噴射量よりも多くなるように設定され、前期噴射Ｆ１により噴射された燃料が後続気筒２Ｂ，２Ｃ内に分散して均一に分布して圧縮自己着火がなされ易い雰囲気を形成するものとなされている。
【００５２】
そして、上記運転領域Ａ２において、後続気筒２Ｂ，２Ｃでノッキングが発生するのを防止しつつ、圧縮自己着火が良好に行われるように、先行気筒２Ａ，２Ｄに対する燃料噴射量と、後続気筒２Ｂ，２Ｃに対する燃料噴射量との割合が運転状態に応じて制御される。
【００５３】
具体的には、アクセル開度センサ４８等からの出力に基づき、アクセルが踏み込まれたこと（加速指示）を検出した場合には、この検出後、各気筒２Ａ〜２Ｄの１サイクル目（最初）に噴射される燃料噴射量は次のように制御される。すなわち、低負荷低回転側の運転領域Ａ１のうち少なくとも高負荷側運転領域では、先行気筒２Ａ，２Ｄに対して噴射する燃料を増量することなく、アクセルが踏み込まれたことを検出する前の燃料噴射量が維持され、燃料の増量に伴って既燃ガスが高温化しないように制御して、後続気筒における気筒内温度の上昇に起因するノッキングを防止する。一方、運転領域Ａのうち高負荷高回転側の運転領域Ａ２では後続気筒２Ｂ，２Ｃにおいてノッキングが生じ易い運転状態であると判断し、エンジン負荷の増大に伴い先行気筒２Ａ，２Ｄに対しても燃料を増量して、後続気筒２Ｂ、２Ｃに不活性ガスである酸素濃度の低い既燃ガスが多量に導入されるように制御する。ここで、運転領域Ａにおける高速高回転側の運転領域Ａ２で、先行気筒２Ａ，２Ｄに対する燃料を増量した場合に、既燃ガスの高温化に起因する後続気筒でのノッキングの発生が懸念されるところであるが、上記のように酸素濃度の低い既燃ガスを多量に導入することにより後続気筒２Ｂ，２Ｃでの燃焼が緩慢となってノッキングを効果的に防止することができる。従って、先行気筒２Ａ，２Ｄでの燃料を増量する場合には、上記観点から適宜噴射量が決定される。
【００５４】
一方、負荷増大時の初期について、後続気筒２Ｂ，２Ｃに対してはアクセル開度と無関係に増量分の燃料として予め定められた燃料噴射量を加算するように制御して、エンジン出力のレスポンスを向上させるものとなされている。このエンジンの負荷増大時の初期に後続気筒２Ｂ，２Ｃに対して噴射される燃料の加算噴射量（増量分の燃料噴射量）及び分割噴射時の噴射割合は、ノッキングの発生を有効に防止し、エンジンの負荷増大時におけるエンジン出力のレスポンスを向上させるように、予め実験結果等に基づき決定されている。すなわち、エンジン負荷増大時の初期における後続気筒２Ｂ、２Ｃでの噴射量は、エンジン負荷の程度によらず見込み値として決定されている。特に、本実施形態では、エンジン負荷の増大に伴う燃料増量分の大部分を後期噴射Ｆ２において噴射するように設定され、後期噴射時の燃料の活性化を抑制しつつ、上記増量分の燃料を含む後期噴射時の燃料の気化潜熱により後続気筒２Ｂ，２Ｃ内の温度及び圧力を低下させてノッキングを有効に防止するものとなされている。
【００５５】
そして、アクセルが踏み込まれたことを検出した後、２サイクル目以降はアクセル開度センサ４８等からの検出に基づき、先行気筒２Ａ，２Ｄ及び後続気筒２Ｂ，２Ｃに対して、エンジンの負荷の増大に伴い必要な燃料噴射量が算出され、この算出値に基づいて増量された燃料が噴射される。
【００５６】
なお、運転領域Ａのうち中負荷中回転側の運転領域においてエンジン負荷の増大時に先行気筒２Ａ，２Ｄに噴射する燃料の増量を行わない期間は、１サイクル目に限らず、２サイクル目以降、負荷増大期間の初めから所定の期間にわたって設定してもよい。
【００５７】
また、エンジンの運転状態が高負荷側ないし高回転側の運転領域Ｂにある場合には、通常運転モードでの制御として、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、例えばこの運転領域Ｂにおける大部分の領域で理論空燃比とし、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タイミングを設定し、かつ、各気筒２Ａ〜２Ｄとも強制点火を行わせるようにする。
【００５８】
以上のような当実施形態の装置の作用を、図５〜図８を参照しつつ説明する。すなわち、上記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７に示すようになり、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から排出される排気ガスのみが排気通路２０に導かれるような２気筒接続状態とされる。
【００５９】
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るとともに（図７中の矢印ａ）、この先行気筒２Ａ，２Ｄの空燃比が理論空燃比よりも大きな値、例えば理論空燃比の略２倍ないしそれより大きい値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ることにより、超リーン空燃比での成層燃焼が行われる（図６参照）。
【００６０】
また、先行気筒２Ａ，２Ｄの吸気行程と後続気筒２Ｂ，２Ｃの排気行程が重なる期間に、先行気筒２Ａ，２Ｄから排出された既燃ガスが気筒間ガス通路２２を通って後続気筒２Ｂ，２Ｃ内に導入される（図５，６中の白抜き矢印及び図７中の矢印ｂ）。そして、先行気筒２Ａ，２Ｄから導入された超リーン空燃比の上記既燃ガスに吸気行程と圧縮行程の後半に燃料が供給されるとともに、後続気筒２Ｂ，２Ｃの空燃比が理論空燃比となるように総燃料噴射量が制御されつつ、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上記後続気筒２Ｂ，２Ｃにおいて行われる。
【００６１】
この場合に、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。しかも、上記既燃ガスは先行気筒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充分にミキシングされて均一に分布する。特に、上記のように吸気行程で燃焼が噴射された場合には、この燃料が圧縮行程終期までの間に燃焼室全体に均一に分散するため、理想的な同時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が得られ、同時圧縮自己着火による燃焼が急速に行われることにより、熱効率が大幅に向上する。
【００６２】
このように、先行気筒２Ａ，２Ｄでは、超リーンでの成層燃焼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、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、均一な混合気分布状態で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から押出された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が低減される。これらの作用により、燃費が大幅に改善される。
【００６３】
しかも、後続気筒２Ｂ，２Ｃから排気通路２０に排出される排気ガスは理論空燃比であるため、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。そして、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。
【００６４】
また、先行気筒２Ａ，２Ｄでは理論空燃比の略２倍もしくはそれよりも大きい超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る。一方、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ＥＧＲが行われているのと同等の状態となるとともに、同時圧縮自己着火による急速燃焼が行われると、可及的に酸素と窒素との反応が避けられることから、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。
【００６５】
しかも、後続気筒２Ｂ，２Ｃでの圧縮自己着火が先行気筒２Ａ，２Ｄから排出される既燃ガスの熱を利用して達成されるため、格別の加熱手段を用いたりエンジンの圧縮比を極端に高くしたりする必要がなく、容易に圧縮自己着火を達成することができる。
【００６６】
また、上記特殊運転モードの制御が実行される運転領域Ａにおいては、先行気筒２Ａ，２Ｄで燃料を成層化させた状態で成層燃焼が行われるので、噴射燃料を均一に分散して燃焼させる均質リーン燃焼に比べて少ない噴射燃料により燃焼を行わせることができる。従って、先行気筒２Ａ，２Ｄで超リーンでの成層燃焼が行われることにより、先行気筒２Ａ，２Ｄに供給された新気のうち燃焼により消費される新気が少なく済み、このため後続気筒２Ｂ，２ＣではＥＧＲが行われるものの、先行気筒２Ａ，２Ｄで均質リーン燃焼が行われる場合に比べて後続気筒２Ｂ，２Ｃに比較的多量の新気を含む既燃ガスが導入されることとなり、同気筒でこの新気を含む既燃ガスに対して燃料が供給されて燃焼されるので、先行気筒２Ａ，２Ｄで均質リーン燃焼を行う場合に比べてエンジンの出力を確保することができる。
【００６７】
すなわち、先行気筒２Ａ，２Ｄで行われる燃焼状態を成層リーン燃焼、特に成層超リーン燃焼に限定することにより、広い運転領域に亘って圧縮自己着火を有効に行わせることができる。
【００６８】
一方において、先行気筒２Ａ，２Ｄで成層リーン燃焼が行われれば、後続気筒２Ｂ，２Ｃで燃焼を比較的緩慢にする不活性ガスが減少してＥＧＲ効果が低減し、運転領域Ａ、特に運転領域Ａの中でも高負荷側の運転領域において後続気筒２Ｂ，２Ｃでのノッキングの発生が推測される。しかしながら、本実施形態による制御装置によれば、燃焼状態制御手段４４により後続気筒２Ｂ，２Ｃでの燃料の噴射時期を分割し、この分割噴射時における後期噴射時期を後続気筒２Ｂ，２Ｃの圧縮行程後半に設定しているので、この後期噴射による燃料の活性化を抑制しつつ、この気化潜熱により後続気筒での筒内温度及び筒内圧力を低減してノッキングの発生を効果的に防止している。
【００６９】
また、エンジン負荷増大時にこの増大に伴う燃料の増量分の大部分を分割噴射時における後期に噴射されるので、この増量分の燃料を有効に利用してエンジン負荷増大に伴う後続気筒でのノッキングを効果的に防止するものとなされている。
【００７０】
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８に示すようになり、各気筒２Ａ〜２Ｄの吸気ポート１１，１１ａ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１１，１１ａに新気が導入されるとともに各気筒２Ａ〜２Ｄの排気ポート１２，１２ａ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。
【００７１】
また、上記後続気筒２Ｂ，２Ｃの圧縮自己着火が行われる運転領域Ａで、エンジン温度等に基づいてノッキングの発生確率を判別し、このノッキングの発生確率が高い程、エンジン負荷増大に伴い先行気筒２Ａ，２Ｄで噴射される増量分の燃料の割合を高くしても良い。
【００７２】
また、上記実施形態では、後続気筒２Ｂ，２Ｃ圧縮自己着火が行われる運転領域Ａで、エンジンが高負荷側運転領域Ａ２にある場合に、ノッキングが発生し易い状態にあると判定するように構成したため、エンジン負荷に応じて後続気筒２Ｂ，２Ｃの燃焼室内温度が高くなる傾向があるか否かを容易かつ適正に判別することができる。したがって、上記エンジン負荷に基づいて後続気筒２Ｂ，２Ｃにノッキングが生じ易い運転状態にあるか否かを正確に判別し、この判別結果に応じて後続気筒２Ｂ，２Ｃに対する燃料の噴射時期を適正に制御することができる。
【００７３】
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、種々の変更が可能である。他の実施形態を以下に説明する。
【００７４】
▲１▼上記実施形態では、アクセル開度センサ４８等からのエンジン負荷増大検出手段によりエジン負荷が増大していることを検出した場合に、この検出後の最初の増量分を含めた燃料を後続気筒２Ｂ，２Ｃに対して噴射するものとなされているが、増量分を含めた燃料を最初に噴射する気筒は、後続気筒２Ｂ，２Ｃに限らず、先行気筒２Ａ，２Ｄであってもよい。或いは、増量分の燃料を早期噴射可能な気筒を選択してこの気筒に対して増量分の燃料を含めた燃料を負荷増大検出後に最初に噴射するものであってもよい。
【００７５】
この場合、各気筒のクランクシャフトに対し、その回転角を検出するクランク角センサが設けられ、このクランク角センサからの出力に基づいて、燃焼状態制御手段４４が先行気筒２Ａ，２Ｄと後続気筒２Ｂ，２Ｃの何れの気筒に対して早期に増量分の燃料を噴射可能か判断し、該燃焼状態制御手段４４によりその気筒に対して予め定められた増量分の燃料を加算して燃料が噴射される。このように早期噴射可能な気筒を選択して、この気筒に対して予め定められた増量分の燃料を含めた燃料が噴射されるので、エンジン出力の応答性に優れたものとすることができる。
【００７６】
なお、早期噴射可能な気筒として先行気筒２Ａ，２Ｄを選択した場合には、その増量分燃料の噴射時期は吸気行程であっても、圧縮行程であってもよい。
【００７７】
一方早期噴射可能な気筒として後続気筒２Ｂ，２Ｃを選択した場合には、その増量分燃料の噴射時期は吸気行程であっても圧縮行程であってもよく、分割噴射時期における前後期噴射時期に合わせて噴射するものであってもよい。
【００７８】
▲２▼上記実施形態では、燃焼状態制御手段４４が、後続気筒２Ｂ，２Ｃにおいて先行気筒２Ａ，２Ｄの既燃ガスに燃料を噴射するように制御するが、後続気筒２Ｂ，２Ｃにおいて新気を導入し、この新気を加えた既燃ガスに燃料を噴射するように制御してもよい。
【００７９】
すなわち、運転領域Ａ、特に高負荷側の運転領域Ａ２では、出力を確保するために、先行気筒２Ａ，２Ｄでもその運転状態に見合った適度な燃料を噴射することが求められるが、このように先行気筒２Ａ，２Ｄに対する燃料噴射量を増量した場合には、後続気筒２Ｂ，２Ｃに導入される既燃ガス中の酸素濃度が低下して後続気筒２Ｂ，２Ｃでの燃焼が不可能となることが懸念される。このため、燃焼状態制御手段４４は、上記運転領域Ａ、特に高負荷側の運転領域Ａ２で、後続気筒２Ｂ，２Ｃ内に新気を導入する第１吸気弁３１ａ（新気導入弁）を一時的に開弁することにより、上記先行気筒２Ａ，２Ｄから導入された既燃ガスに加えて新気を後続気筒２Ｂ，２Ｃに導入させるように制御する。
【００８０】
具体的には、図９に示すように、上記後続気筒２Ｂ，２Ｃの吸気上死点（ＩＴＤＣ）付近で、後続気筒２Ｂ，２Ｃの第２吸気弁３１ｂ（既燃ガス導入弁）を閉弁状態に維持しつつ、第１吸気弁３１ａ（新気導入弁）を開弁状態とすることにより、吸気通路１５及び分岐吸気通路１６を介して導入された新気を上記後続気筒２Ｂ，２Ｃ内に供給するように構成したため、後続気筒２Ｂ，２Ｃにおいて圧縮自己着火を実行するための新気量を確保することができる。そして、後続気筒２Ｂ，２Ｃの吸気行程途中で上記第１吸気弁３１ａを閉弁状態とするとともに、その前に後続気筒２Ｂ，２Ｃの第２吸気弁３１ｂを開弁状態とすることにより、先行気筒２Ａ，２Ｄから導出された既燃ガスを後続気筒２Ｂ，２Ｃ内に導入させることができる。
【００８１】
上記のように圧縮自己着火領域である運転領域Ａで、第１吸気弁３１ａ（新気導入弁）を後続気筒２Ｂ，２Ｃの吸気上死点付近（ＩＴＤＣ）で開弁状態とすることにより、先行気筒２Ａ，２Ｄから導出された既燃ガスが後続気筒２Ｂ，２Ｃ内に導入される前に、後続気筒２Ｂ，２Ｃ内に比較的温度の低い新気を効率よく導入させることができる。
【００８２】
また、後続気筒２Ｂ，２Ｃの運転領域Ａで開弁した上記新気導入弁（第１吸気弁３１ａ）を、後続気筒２Ｂ，２Ｃの吸気行程途中で閉弁状態とすることにより、後続気筒２Ｂ，２Ｃ内に新気を効率よく導入させた後に、この新気の導入を停止させることにより、先行気筒２Ａ，２Ｄから導出された既燃ガスを後続気筒２Ｂ，２Ｃ内にスムーズに導入させることができる。
【００８３】
なお、図９に破線で示すように、第２吸気弁３１ｂ（既燃ガス導入弁）を後続気筒２Ｂ，２Ｃの吸気上死点ＩＴＤＣ付近で開弁状態とすることもできるが、新気の導入量を確保し、該新気を効率よく導入するためには上記の実施形態のように構成するのが好ましい。
【００８４】
また、上記の実施形態では、既燃ガスの全てを後続気筒２Ｂ，２Ｃに導入するものとなされているが、先行気筒２Ａ，２Ｄの既燃ガスの一部を後続気筒２Ｂ，２Ｃに導入するものであってもよい。例えば、先行気筒２Ａ，２Ｄの一部を排気弁３２ａ及び分岐排気通路２１を介して排気通路２０に排気する一方、残存既燃ガスを後続気筒２Ｂ，２Ｃに導入するものであってもよい。また、その他の機構により構成されるものであってもよい。ただ、超リーン燃焼による既燃ガスの一部を排気通路２０に排気した場合には、ＮＯｘの処理について問題となるが、この問題についてはリーンＮＯｘ触媒を設けることにより解決することができる。この場合でも、リーン燃焼による既燃ガスの全てを排気する場合に比べて、小さいリーンＮＯｘ触媒で済み、またＮＯｘの離脱、還元のため追加燃料の供給等の回数も低減され、一定の燃費改善効果を得ることができる。
【００８５】
▲３▼また上記各実施形態では、特殊運転モードとされる運転領域Ａの全域で、後続気筒２Ｂ，２Ｃを圧縮自己着火により燃焼させるようにしているが、特殊運転モードとされる運転領域Ａのうちの一部、例えば燃焼室内の温度、圧力が圧縮自己着火可能な状態に達しにくい極低速低負荷の領域では、後続気筒２Ｂ，２Ｃに対して所定の点火時期に点火プラグ７による点火を行わせ、強制点火により燃焼させるようにしてもよい。あるいはまた、エンジン温度が低いときに、後続気筒２Ｂ，２Ｃを強制点火により燃焼させるようにしてもよい。
【００８６】
▲４▼また、上記基本実施形態では弁停止機構３５を用いて２気筒接続状態と各気筒独立状態とに吸・排気流通状態を切換可能としているが、吸・排気通路及び気筒間ガス通路に開閉弁を設けてこれらの通路の開閉により２気筒接続状態と各気筒独立状態とに切換え得るようにしておいてもよい。
【００８７】
【発明の効果】
以上のように本発明の制御装置によると、特殊運転モードとされた場合に、排気行程と吸気行程とが重なる一対の気筒間における先行気筒ではリーン空燃比で燃焼を行わせ、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ているため、先行気筒ではリーン燃焼による熱効率向上及びポンピングロス低減により、また後続気筒では圧縮自己着火による燃焼効率の向上及びポンピングロス低減により、燃費を改善することができる。
【００８８】
そして、リーン燃焼によって比較的新気を多量に含む既燃ガスを後続気筒に導入することにより後続気筒での出力、ひいてはエンジンの出力を確保することができ、これにより高負荷側にまで特殊運転モードとされる運転領域を拡大することができる。しかも、比較的新気を多量に含む既燃ガスを後続気筒に導入して後続気筒でのＥＧＲ効果が低減した場合であっても、後続気筒に対する燃料の噴射終期を圧縮行程の後半に設定されるので、圧縮行程の後半に噴射された燃料の活性化を抑制しつつ、この燃料の気化潜熱によって筒内温度及び気圧を低下させることができ、これにより後続気筒でのノッキングを効果的に抑制することができる。しかも、燃焼状態制御手段により、エンジンの負荷増大時には少なくとも上記後続気筒に対して燃料噴射量が増量されるので、比較的ノッキングが生じ易いエンジンの負荷増大時において後続気筒に噴射される燃料を増量してノッキングを効果的に抑制するとともに、エンジン出力を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態によ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】運転状態に応じた制御を行うための運転領域設定の一例を示す説明図である。
【図５】先行気筒及び後続気筒の燃焼サイクルを示す説明図である。
【図６】各気筒の排気行程、吸気行程、燃料噴射時期及び点火時期等を示す図である。
【図７】低負荷低回転時の実質的な新気及びガスの流通経路を示す説明図である。
【図８】高負荷、高低回転側の運転領域にある時の実質的な新気及びガスの流通経路を示す説明図である。
【図９】先行気筒及び後続気筒の燃焼サイクルの別の例を示す説明図である。
【符号の説明】
１ エンジン本体
２Ａ〜２Ｄ 気筒
９ 燃料噴射弁
４１ 運転状態判別手段
４４ 燃焼状態制御手段
４５ 燃料噴射制御手段
Ａ 運転領域（特殊運転モード）
Ｂ 運転領域（通常運転モード）
Ｆ１ 前期噴射
Ｆ２ 後期噴射
Claims (7)
- 各気筒の燃焼サイクルが所定の位相差をもって行われるようになっている多気筒の火花点火式エンジンにおいて、エンジンの部分負荷域でエンジンの吸・排気及び燃焼状態についての制御モードを特殊運転モードとし、この特殊運転モードでは、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、この後続気筒から排出されるガスが排気通路に導かれるような２気筒接続状態としつつ、上記先行気筒では空燃比が理論空燃比よりも大きいリーン空燃比で燃焼を行わせ、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であって、
上記特殊運転モードとされる運転領域で、先行気筒では噴射燃料を成層化させた状態で成層リーン燃焼を行わせる一方、上記特殊運転モードとされる運転領域のうち高負荷側の運転領域で、後続気筒に対する燃料の噴射終期を圧縮行程の後半に設定し、エンジンの負荷増大時には少なくとも上記後続気筒に対して燃料噴射量を増量する燃焼状態制御手段を備えることを特徴とする火花点火式エンジンの制御装置。 - 上記燃焼状態制御手段は、上記特殊運転モードとされる運転領域のうちの部分負荷領域でエンジンの負荷が増大している場合に、この負荷増大期間の初期期間を経過した後に先行気筒に対して燃料噴射量を増量することを特徴とする請求項１記載の火花点火式エンジンの制御装置。
- 上記燃焼状態制御手段は、上記特殊運転モードとされる運転領域のうち高負荷側の運転領域で、後続気筒に対する総噴射量を前期と後期とに分割して噴射するように制御し、この分割噴射時における前期噴射時期を吸気行程に設定する一方、後期噴射時期を圧縮行程の後半に設定することを特徴とする請求項１または請求項２記載の火花点火式エンジンの制御装置。
- 上記燃焼状態制御手段は、エンジンの負荷が増大している場合に、この負荷増大期間の初期に上記分割噴射時の後期燃料噴射における増量分の燃料として予め定められた量の燃料を噴射するように制御することを特徴とする請求項３記載の火花点火式エンジンの制御装置。
- 上記燃焼状態制御手段は、上記特殊運転モードとされる運転領域でエンジンの負荷が増大することにより後続気筒においてノッキングが生じ易い運転状態にある場合には、この負荷増大期間の初期から上記先行気筒に対して燃料噴射量を増量することを特徴とする請求項１記載の火花点火式エンジンの制御装置。
- エンジンの負荷が増大していることを検出する負荷増大検出手段をさらに備え、
上記燃焼状態制御手段は、上記負荷増大検出手段による検出があった後の各気筒の最初の１サイクルについて、先行気筒と後続気筒とのうちエンジン負荷の増大に伴う増量分の燃料を早期に噴射することができる気筒を選択し、この気筒に増量分の燃料として予め定められた燃料噴射量を噴射するように制御することを特徴とする火花点火式エンジンの制御装置。 - 上記燃焼状態制御手段は、エンジンの負荷増大時に、後続気筒に新気を導入させる新気導入通路を開閉する新気導入弁を開弁して後続気筒に既燃ガスと新気との両方を導入するように制御することを特徴とする請求項１記載の火花点火式エンジンの制御装置。
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