JP2005016408A - 火花点火式エンジンの制御装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】火花点火式エンジンにおいて部分負荷領域で圧縮自己着火燃焼を行わせ、特に燃料のオクタン価が変わった場合でも、圧縮自己着火燃焼を良好に行わせるようにする。
【解決手段】供給された燃料のオクタン価を判別するオクタン価判別手段３２と、圧縮自己着火が行われる運転領域の一部もしくは全部の領域で、圧縮上死点前に燃焼室内の混合気を点火することにより圧縮自己着火を促進する着火アシスト手段３５と、着火アシスト手段３５による圧縮自己着火促進のための点火が行われる運転領域で、上記オクタン価に応じて点火時期を設定する着火アシスト用点火時期設定手段３６とを備える。着火アシスト用点火時期設定手段３６は、上記オクタン価が高いほど点火時期を進角させるようになっている。
【選択図】 図４
【解決手段】供給された燃料のオクタン価を判別するオクタン価判別手段３２と、圧縮自己着火が行われる運転領域の一部もしくは全部の領域で、圧縮上死点前に燃焼室内の混合気を点火することにより圧縮自己着火を促進する着火アシスト手段３５と、着火アシスト手段３５による圧縮自己着火促進のための点火が行われる運転領域で、上記オクタン価に応じて点火時期を設定する着火アシスト用点火時期設定手段３６とを備える。着火アシスト用点火時期設定手段３６は、上記オクタン価が高いほど点火時期を進角させるようになっている。
【選択図】 図４
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、温間時における部分負荷領域で燃焼室内の混合気を圧縮自己着火により燃焼させる火花点火式エンジンに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近来、火花点火式エンジン（ガソリンエンジン）において、燃費改善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、高圧にして混合気を自己着火させるものである。この圧縮自己着火によると、燃焼室全体が一気に燃焼するため、燃焼効率が高められて燃費が大幅に改善され、かつ、ＮＯｘの発生が抑制され、エミッションの改善にも有利となる。
【０００３】
このような圧縮自己着火を効果的に行わせる手法としては、例えば特許文献１に示されるように、内部ＥＧＲ等により筒内温度を高めるようにしてものがある。すなわち、この特許文献１に記載されたエンジンでは、所定の部分負荷領域で、排気弁が閉じた後に吸気弁が開くようにしてその間にマイナスオーバラップ（吸・排気弁がともに閉じた状態となる期間）を設定することにより、内部ＥＧＲの量を多くし、この内部ＥＧＲにより筒内温度を高めて圧縮自己着火が行われるようにしている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−１５２９１９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装置によると、比較的低速・低負荷の領域で、内部ＥＧＲによる筒内温度上昇作用で効果的に圧縮自己着火が行われるが、極低負荷域では内部ＥＧＲによっても良好に圧縮自己着火が行われる程度まで筒内温度が達しない場合がある。また、比較的高速・高負荷側では燃焼室温度が上昇し過ぎてノッキングが生じ易くなる懸念があり、このような場合に、筒内温度を引き下げるようにすることが考えられるが、単に筒内温度を引き下げるだけでは自己着火性が低くなる。
【０００６】
供給された燃料のオクタン価によっても自己着火性が変化し、具体的にはオクタン価が高いほど自己着火性が低くなる。
【０００７】
本発明はこのような事情に鑑み、圧縮自己着火が行われる運転領域内で運転状態が変わった場合や燃料のオクタン価が変わった場合でも、圧縮自己着火燃焼を良好に行わせ、燃費及びエミッションの改善の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。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、温間時における部分負荷領域で燃焼室内の混合気を圧縮自己着火により燃焼させる火花点火式エンジンにおいて、供給された燃料のオクタン価を判別するオクタン価判別手段と、圧縮自己着火が行われる運転領域の一部もしくは全部の領域で、圧縮上死点前に燃焼室内の混合気を点火することにより圧縮自己着火を促進する着火アシスト手段と、上記着火アシスト手段による圧縮自己着火促進のための点火が行われる運転領域で、上記オクタン価に応じて点火時期を設定する着火アシスト用点火時期設定手段とを備え、上記着火アシスト用点火時期設定手段は、上記オクタン価が高いほど点火時期を進角させるようになっているものである。
【０００９】
この構成によると、部分負荷領域で圧縮自己着火が行われることにより、同時多点着火で燃焼室全体が一気に燃焼するため、燃焼効率が高められて大幅に燃費が改善されるとともに、エミッションも改善される。また、圧縮上死点前に燃焼室内の混合気を点火することにより圧縮自己着火を促進する着火アシストが行われることにより、確実に圧縮自己着火が達成される。
【００１０】
そして、特に着火アシストのための点火の時期が燃料のオクタン価に応じて調整され、オクタン価が高いほど点火時期が進角されることにより、供給される燃料のオクタン価が変わった場合でも圧縮自己着火燃焼が良好に行われる。
【００１１】
本発明の制御装置において、圧縮自己着火が行われる運転領域のうち圧縮時の筒内温度が過度に上昇しやすい特定運転領域で、圧縮時の筒内温度を低下させる筒内温度規制手段が設けられるとともに、少なくとも上記特定運転領域で上記着火アシスト手段による圧縮自己着火促進のための点火が行われるようになっていることが好ましい。
【００１２】
このようにすると、上記筒内温度規制手段により、圧縮時の筒内温度が過度に上昇することが避けられてノッキングが防止され、その反面、自己着火性は低下する傾向が生じるが、その傾向が上記着火アシストにより補われて、圧縮自己着火が良好に行われる。
【００１３】
また、上記着火アシスト用点火時期設定手段は、燃料のオクタン価別にエンジン負荷に応じた点火時期のマップを有していることが好ましい。
【００１４】
このようにすると、供給される燃料のオクタン価が変わった場合やエンジン負荷が変化した場合にも、圧縮自己着火燃焼が良好に行われる。
【００１５】
なお、上記オクタン価判別手段は、燃焼パターンの検出に基づいてオクタン価を判別するようになっていればよい。
【００１６】
燃焼パターンを検出する手段としては、例えば、燃焼室内での燃焼に応じて生じるイオン電流を検出するイオン電流センサ、または、燃焼室内の圧力を検出する指圧センサ、あるいは、ノッキングによるエンジン振動を検出するノックセンサが設けられる。
【００１７】
また、請求項８に係る発明は、複数の気筒を備えて、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構成するとともに、エンジンの部分負荷領域でエンジンの吸・排気およ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、気筒間ガス通路を介して吸気行程にある後続気筒に導入され、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、上記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る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、供給された燃料のオクタン価を判別するオクタン価判別手段と、上記後続気筒において圧縮自己着火が行われる運転領域の一部もしくは全部の領域で、後続気筒の圧縮上死点前に当該気筒の燃焼室内の混合気を点火することにより圧縮自己着火を促進する着火アシスト手段と、上記着火アシスト手段により後続気筒に対して圧縮自己着火促進のための点火が行われる運転領域で、上記オクタン価に応じて後続気筒の点火時期を設定する着火アシスト用点火時期設定手段とを備え、上記着火アシスト用点火時期設定手段は、上記オクタン価が高いほど後続気筒の点火時期を進角させるようになっているものである。
【００１８】
この構成によると、エンジンの部分負荷領域において、上記先行気筒では空気が過剰に存在するリーン空燃比で燃焼が行われ、このリーン燃焼によっ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、大幅な燃費善効果が得られる。また、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が供給されて燃焼が行われ、この場合に、先行気筒から導入されるガスには過剰空気が含まれるために燃料の燃焼が可能であり、かつ、先行気筒から気筒間ガス通路を介して導入されるガスは高温であるために圧縮行程終期に燃焼室内の温度が上昇し、圧縮自己着火が行われる。
【００１９】
そして、このように後続気筒で圧縮自己着火が行われる場合に、圧縮上死点前に燃焼室内の混合気を点火することにより圧縮自己着火を促進する着火アシストが行われることにより、確実に圧縮自己着火が達成される。
【００２０】
そして、特に着火アシストのための点火の時期が燃料のオクタン価に応じて調整され、オクタン価が高いほど点火時期が進角されることにより、供給される燃料のオクタン価が変わった場合でも圧縮自己着火燃焼が良好に行われる。
【００２１】
【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を説明する。
【００２２】
図１及び図２は本発明が適用されるエンジンの一実施形態を概略的に示すものである。これらの図において、エンジン本体１は複数の気筒２を有し、各気筒２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。
【００２３】
各気筒２の燃焼室４の頂部には点火プラグ５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５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６が接続されている。
【００２４】
各気筒２の燃焼室４に対して吸気ポート７及び排気ポート８が開口し、これらのポート７，８に吸気通路９、排気通路１０等が接続されている。上記吸気ポート７には、燃料を噴射供給する燃料噴射弁１１が設けられている。この燃料噴射弁１１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。また、吸気通路９には、吸入空気量を調節するスロットル弁１２が設けられている。
【００２５】
上記吸気ポート７及び排気ポート８は吸気弁及び排気弁により開閉されるようになっている。図示の例では、１気筒当り２個ずつの吸気弁１３ａ，１３ｂ及び排気弁１４ａ，１４ｂが設けられている。
【００２６】
そして、所定の部分負荷領域で内部ＥＧＲにより筒内温度を上昇させて圧縮自己着火を行わせることができるようにするため、吸・排気弁の少なくとも一方のバルブ作動状態が変更可能となっている。当実施形態では、１気筒当り２個の排気弁１４ａ，１４ｂのうちの一方の排気弁１４ａに対してバルブリフト可変機構１５が設けられるとともに、排気弁１４ａ，１４ｂに対して位相式のバルブタイミング可変機構２０が設けられている。
【００２７】
バルブリフト可変機構１５は、２種類のカム１６ａ，１６ｂにより排気弁１４ａを排気行程に加えて吸気行程でも開くようにする圧縮自己着火燃焼用のバルブ作動状態と、吸気行程での作動を停止させて排気行程でのみ排気弁１４ａを作動させる通常燃焼用のバルブ作動状態とに切換可能となっている。
【００２８】
バルブリフト可変機構１５の具体的構造は図３に示すようになっており、この構造を、図５のバルブ作動説明図も参照しつつ説明する。
【００２９】
図３に示すバルブリフト可変機構１５は、カムシャフト１６上に配設された第１カム１６１及び第２カム１６２を有し、第１カム１６１は排気行程で排気弁１４ａを開き、第２カム１６２は吸気行程で排気弁１４ａを開くように、これら２種類のカム１６１，１６２のカムノーズがカムシャフト回転角で略９０°（クランク角で略１８０°）だけずれた配置となっている。図５中のＥｘは上記第１カム１６１による排気弁１４ａの開弁特性、ＥｘＩは上記第２カム１６２による排気弁１４ａの開弁特性、Ｉｎは吸気弁１３ａ，１３ｂの開弁特性であり、この図に示すように、上記第１カム１６１による開弁特性Ｅｘでは排気弁１４ａが略排気行程期間中開かれ、上記第１カム１６１による開弁特性ＥｘＩでは排気弁１４ａの開弁期間が吸気弁（Ｉｎ）の開弁期間より短くて、吸気行程内の一部の期間だけ開かれるようになっている。
【００３０】
これらのカム１６１，１６２には、ロッカーシャフト１７に基端部が揺動可能に支承された第１ロッカーアーム１７１及び第２ロッカーアーム１７２の各中間部が当接し、第１ロッカーアーム１７１の先端に排気弁１４ａが連結されるとともに、切換機構によって第１ロッカーアーム１７１に対して第２ロッカーアーム１７２を連結、分離可能とされている。
【００３１】
上記切換機構は、図示しないが、各ロッカーアーム１７１，１７２に設けられたプランジャ穴に亘って移動可能なプランジャを備え、このプランジャが油圧で作動されて変位することにより、プランジャを介して各ロッカーアーム１７１，１７２が一体に揺動するように連結される連結状態と、各ロッカーアーム１７１，１７２が独立して揺動する分離状態とに切換可能とされている。そして、上記連結状態では、第１カム１６１の回転に伴う第１ロッカーアーム１７１の揺動及び第２カム１６２の回転に伴う第２ロッカーアーム１７２の揺動がともに排気弁１４ａに伝えられて排気行程での開作動（Ｅｘ）及び吸気行程での開作動（ＥｘＩ）行われ、一方、分離状態では、上記第２カム１６２の回転に伴う第２ロッカーアーム１７２の揺動が排気弁１４ａに伝えられなくなることにより、排気行程での開作動（Ｅｘ）のみが行われるようになっている。なお、バルブリフト可変機構１５が設けられていない排気弁１４ｂは、常に排気行程での開作動のみが行われる。
【００３２】
上記切換機構に対して、油圧の給排を制御する制御弁１８（図２参照）が設けられている。
【００３３】
また、図１及び図２に示すバルブタイミング可変機構２０は、クランクシャフトに対するカムシャフトの位相を変えることにより排気弁１４ａ，１４ｂの開閉タイミングを変更するようになっている。なお、図示の実施形態では、吸気弁１３ａ，１３ｂに対してもバルブタイミング可変機構２１が設けられている。
【００３４】
さらにエンジンには、図１に示すように、外部ＥＧＲによる冷却されたＥＧＲガスを燃焼室４に導くために、排気通路１０と吸気通路９とを接続するＥＧＲ通路２２が設けられ、このＥＧＲ通路２２に、ＥＧＲガスを冷却する冷却手段としてのＥＧＲクーラー２３が介設されるとともに、ＥＧＲガス量をコントロールするためのＥＧＲバルブ２４が設けられている。
【００３５】
図２に示すように、点火回路６、燃料噴射弁１１、バルブリフト可変機構１５の制御弁１８、バルブタイミング可変機構２０，２１及びＥＧＲバルブ２４は、ＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）３０により制御される。このＥＣＵ３０には、スロットル弁１２の開度を検出するスロットル開度センサ２５、エンジン回転数を検出する回転数センサ２６、エンジン冷却水の水温を検出する水温センサ２７、イオン電流センサ２８等の各種センサからの信号が入力されるようになっている。上記イオン電流センサ２８は、点火プラグ５に組み付けられ、燃焼室４内での燃焼に応じて生じるイオン電流を検出するものである。
【００３６】
上記ＥＣＵ３０は、図４に示すように、運転状態判別手段３１と、オクタン価判別手段３２と、バルブ作動制御手段３３と、筒内温度規制手段３４と、着火アシスト手段３５と、着火アシスト用点火時期設定手段３６と、燃料噴射制御手段３７とを機能的に含んでいる。
【００３７】
上記運転状態判別手段３１は、水温センサ２７からの信号に基づいて水温が所定温度以上の温間時か否かを判別するとともに、温間時である場合に、上記スロットル開度センサ２５からの信号等によって求められるエンジン負荷と回転数センサ２６からの信号によって求められるエンジン回転数とでエンジンの運転状態を調べ、図７に示す運転領域のマップの中のいずれの領域にあるかを判別する。ここで、図７に示すマップを説明すると、低・中負荷かつ低・中速にわたる部分負荷領域が圧縮自己着火燃焼領域Ａとされ、これより高負荷側及び高速側の領域Ｂが通常燃焼領域とされている。また、圧縮自己着火燃焼領域Ａのうちの低速・低負荷側の領域は内部ＥＧＲによる熱い既燃性ガスを燃焼室４内に多く残存させるホットＥＧＲ領域Ａ１とされ、圧縮自己着火燃焼領域Ａのうちの高速側及び高負荷側の領域は、筒内温度規制のために内部ＥＧＲに加えて冷却された外部ＥＧＲガスの導入を行うコールドＥＧＲ領域Ａ２とされている。
【００３８】
上記オクタン価判別手段３２は、イオン電流センサ２８の出力によって調べられる燃焼パターンに基づき、オクタン価の判別を行なう。
【００３９】
すなわち、燃焼が開始されてからの燃焼の進行につれてイオン電流が増大するので、低オクタン価の燃料（例えばレギュラーガソリン）が用いられた場合と高オクタン価の燃料（例えばハイオクガソリン）が用いられた場合とについて同一条件下で圧縮自己着火燃焼を行わせると、低オクタン価の燃料の場合は図９に実線で示すように比較的急激にイオン電流が増加するのに対し、高オクタン価の燃料の場合は自己着火性が低いため図９に二点鎖線で示すように比較的緩慢にイオン電流が増加する。従って、燃焼開始直後のイオン電流の増加割合を調べることにより、オクタン価を判別することができる。
【００４０】
なお、オクタン価判別のために燃焼パターンを検出する手段としては、上記イオン電流センサ２８の代りに、指圧センサを用いて最大燃焼圧となるクランク角を検出するようにしてもよく、あるいは、ノックセンサを用いてノッキングの大きさを検出するようにしてもよい。
【００４１】
上記バルブ作動制御手段３３は、運転状態判別手段３１により判別される運転状態に応じ、上記制御弁１８を制御することによってバルブリフト可変機構１５を制御するとともに、バルブタイミング可変機構２０を制御し、これらの制御によってホットＥＧＲ量（内部ＥＧＲ量）を制御する。
【００４２】
具体的には、運転状態が圧縮自己着火燃焼領域Ａにある場合、図５に示した圧縮自己着火用のバルブ作動状態とするようにバルブリフト可変機構１５を制御する。これにより、吸気行程中に排気弁１４ａが開かれるため排気ポート８から排気が逆流して燃焼室４内に流入し、多量のホットＥＧＲが得られる。この場合、吸気行程中の排気弁１４ａの開閉動作（図５中の特性ＥｘＩ）が遅れ側にずれるほど、新気が先に燃焼室内に多く流入するのでホットＥＧＲの比率が減少する。そこで、圧縮自己着火燃焼領域Ａの低負荷側では図５中に実線で示すような比較的早いバルブタイミングとし、圧縮自己着火燃焼領域Ａの高負荷側となるにつれ、図５中に二点鎖線で示すように排気弁のバルブタイミング（特性Ｅｘ及びＥｘＩ）を遅くすることによりホットＥＧＲの比率を減少させるように、バルブタイミング可変機構２０を制御する。
【００４３】
なお、このように排気弁のバルブタイミングを制御する代りに、図６に示すように、排気弁のバルブタイミングを固定とする一方、吸気弁に対するバルブタイミング可変機構２１を用いて吸気弁のバルブタイミングを変化させることによりホットＥＧＲの比率を変化させることもできる。この場合、圧縮自己着火燃焼領域Ａの低負荷側では吸気弁（特性Ｉｎ）を図６中に実線で示すように比較的遅いバルブタイミング（ポンピングロス低減にも有利な遅閉じ）とし、圧縮自己着火燃焼領域Ａの高負荷側となるにつれ、図６中に二点鎖線で示すように吸気弁のバルブタイミング（特性Ｉｎ）を早くすることによりホットＥＧＲの比率を減少させるようにすればよい。
【００４４】
また、筒内温度規制手段３４は、筒内温度が過度に上昇することを避けるため、運転状態判別手段３１により判別される運転状態に応じ、上記ＥＧＲバルブ２４を制御することによってコールドＥＧＲ量（外部ＥＧＲ量）を制御する。具体的には、圧縮自己着火燃焼領域ＡのうちのホットＥＧＲ領域Ａ１ではＥＧＲバルブ２４を閉じ、コールドＥＧＲ領域Ａ２では、ＥＧＲバルブ２４を開くとともに、その開度を負荷の増大に伴って大きくするようにしている。
【００４５】
従って、圧縮自己着火燃焼領域Ａ内での負荷の変化に応じたホットＥＧＲ及びコールドＥＧＲのＥＧＲ率の変化は図８に示すようになる。すなわち、圧縮自己着火燃焼領域Ａ内の低負荷側の領域（図７中のホットＥＧＲ領域Ａ１に相当）ではホットＥＧＲのみが与えられ、かつ、そのＥＧＲ率が負荷の増大に伴って減少し、また、圧縮自己着火燃焼領域Ａ内の高負荷側の領域（図７中のコールドＥＧＲ領域Ａ２に相当）ではホットＥＧＲに加えてコールドＥＧＲが与えられ、かつ、負荷の増大に伴ってホットＥＧＲのＥＧＲ率が減少するとともにコールドＥＧＲのＥＧＲ率が増加する。
【００４６】
図４に戻って、ＥＣＵ３０における着火アシスト手段３５は、圧縮着火燃焼領域Ａで、圧縮自己着火を促進するため、圧縮上死点前に点火（図５中に符号Ｓを付して示す）を行わせるように点火回路６を制御する。
【００４７】
着火アシスト用点火時期設定手段３６は、上記着火アシスト手段３５によって圧縮自己着火促進のための点火の制御が行なわれるとき、運転状態及びオクタン価に応じて点火時期を制御する。具体的には、図１０に示すように、燃料のオクタン価別にエンジン負荷と点火時期との関係を示すマップを有している。このマップでは、エンジン負荷が高くなるにつれて点火時期が進角され、かつ、オクタン価が高くなるほど点火時期が進角されるように設定されている。そして、オクタン価判別手段３２により判別されたオクタン価と運転状態判別手段３１により判別されたエンジン負荷とに応じ、上記マップから点火時期が求められる。
【００４８】
また、燃料噴射制御手段３７は、運転状態に応じて燃料噴射弁１１からの噴射量及び噴射タイミングを制御する。そして、燃料噴射制御手段３６による燃料噴射量の制御と、図外のスロットル弁駆動モータ等の制御による吸入空気量の制御とによって空燃比が制御され、上記圧縮自己着火燃焼領域Ａでは理論空燃比よりもリーンな空燃比（空気過剰率λがλ＞１）に制御されるようになっている。
【００４９】
また、燃料噴射時期は吸気行程内に設定されるが、特に圧縮自己着火燃焼領域Ａでは、図５のように吸気行程中の一部の期間に排気弁１４ａが開くという状況下において、確実に吸気が燃焼室に流入するタイミングで燃料が噴射されるようにし、例えば吸気行程中の排気弁開弁期間（ＥｘＩ）より後まで燃料が噴射されるようにする。あるいは、吸気行程中の排気弁開弁期間（ＥｘＩ）の前に燃料を噴射するようにしてもよく、また、吸気行程中の排気弁開弁期間（ＥｘＩ）の前と後に分割して燃料を噴射するようにしもよい。
【００５０】
以上のような当実施形態の装置によると、所定の部分負荷領域である圧縮自己着火燃焼領域Ａでは、図５に示すように排気弁１４ａが吸気行程でも開くように制御されることにより多量のホットＥＧＲが得られ、このホットＥＧＲで燃焼室４内の温度が高められることにより圧縮自己着火が行われる。
【００５１】
このように圧縮自己着火が行われると、空燃比がリーンの状態や多量のＥＧＲが導入される状態でも、同時多点着火により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、大幅に燃費が改善される。さらに、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、エミッションの改善にも有利となる。
【００５２】
また、圧縮自己着火燃焼領域Ａのうちの高速側ないし高負荷側の領域であるコールドＥＧＲ領域Ａ２では、ホットＥＧＲに加えてコールドＥＧＲが燃焼室に導入され、かつ、負荷が高くなるにつれてホットＥＧＲの比率が減少し、コールドＥＧＲの比率が増加するため、高速・高負荷側ではホットＥＧＲにより燃焼室温度が過度に上昇してノッキングを生じるといった事態を招かないように、コールドＥＧＲにより筒内温度の上昇が規制される。
【００５３】
また、このようにホットＥＧＲに加えてコールドＥＧＲを導入すると、ノッキングを効果的に防止できる反面、燃焼室温度の上昇が抑えられることで圧縮自己着火が起こり難くなる場合が生じるが、着火アシスト手段３５の制御により、圧縮自己着火が促進される。
【００５４】
すなわち、圧縮上死点の直前に点火が行われることで点火プラグ５周りの圧力が急上昇する。そして、コールドＥＧＲの混入により過度の温度上昇は避けられながらもホットＥＧＲによって燃焼室内の温度はかなり高くなっているので、この温度と、圧縮上死点直前の点火による圧力の急上昇とにより、圧縮自己着火が良好に行われることとなる。
【００５５】
そして、このようにホットＥＧＲのみではノッキングが生じ易くなるような比較的高速・高負荷の領域でも、コールドＥＧＲの混入による過度の温度上昇の抑制と着火アシストとにより、ノッキングを防止しつつ有効に自己圧縮着火を行わせることができるため、圧縮自己着火燃焼領域を高速・高負荷側に拡大することができ、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。
【００５６】
また、圧縮自己着火燃焼領域Ａのうちの低速・低負荷側の領域であるホットＥＧＲ領域Ａ１では、本来的に燃焼室温度が低いので、ホットＥＧＲのみとされるとともに、低負荷側ほどＥＧＲ率が大きくされることにより、自己着火性が高められる。そして、当実施形態ではこの領域Ａ１でも着火アシストが行われることにより、ホットＥＧＲだけでは充分に温度が上昇し難い極低速・低負荷の領域等でも、圧縮自己着火が良好に行われることとなる。
【００５７】
ところで、上記のように圧縮自己着火燃焼領域Ａにおいて自己着火性を高めるための着火アシストとして圧縮上死点前に点火が行なわれる場合に、その点火時期がオクタン価に応じて変更されることにより、供給される燃料のオクタン価が変わった場合でも圧縮自己着火燃焼が良好に行われる。
【００５８】
この作用を、図１１を参照しつつ説明する。オクタン価の低い燃料が使用された場合、図１１に実線ａで示すように、着火アシストのための点火に応じて急速に圧縮自己着火燃焼が行なわれるため、点火時期を比較的遅い時期Ｓ１（圧縮上死点ＴＤＣに近い時期）に設定しておくことで圧縮上死点ＴＤＣ直後に燃焼圧がピークに達して効率の高い圧縮自己着火燃焼が行われる。これに対し、オクタン価の高い燃料が使用された場合、オクタン価の低い燃料と比べると自己着火性が低いため、オクタン価の低い燃料の場合と同じタイミングＳ１で点火を行うと燃焼圧の上昇が遅れる傾向（図１１の二点鎖線ｂ´）が生じるが、オクタン価が高くなるほど点火時期Ｓ２を進角させることにより上記傾向が是正されて、図１１の破線ｂで示すように好適に燃焼圧が上昇し、効率の高い圧縮自己着火燃焼が行われる。
【００５９】
なお、着火アシストのための点火の時期はエンジン負荷によっても調整される。すなわち、エンジン負荷が高くなるほど燃料噴射量が増加して燃焼に要する時間が増加することから、それに見合うように点火時期が進角されることにより、圧縮自己着火燃焼が効果的に行なわれることとなる。
【００６０】
また、全開負荷やそれに近い高負荷側ないし高速側の領域である通常燃焼領域Ｂでは、排気弁１４ａが排気行程のみで開かれる状態にバルブリフト可変機構１５が切り換えられて、ホットＥＧＲの導入が停止され、かつ、ＥＧＲバルブ２４も閉じられた状態で、強制点火による通常燃焼が行われる。
【００６１】
次に、上記実施形態の変形例を説明する。
【００６２】
▲１▼上記実施形態の構成に加え、１気筒当り２個の吸気弁１３ａ，１３ｂのうちの一方の吸気弁１３ａに対し弁停止機構を設けて、低負荷時にこの吸気弁１３ａの作動を停止させ（もしくはそのリフト量を極小とし）、吸気スワールを生じさせるようにしてもよい。この場合、作動停止（もしくは極小リフト）とされる吸気弁１３ａと、低負荷時に吸気行程でも開かれる排気弁１４ａとが向かい合うように配置しておけば、吸気スワール及び内部ＥＧＲの流動がスムーズに行われる。
【００６３】
▲２▼上記実施形態では、一方の排気弁１４ａに対してバルブリフト可変機構１５を設けているが、その代りに、一方の吸気弁１３ａに対してバルブリフト可変機構を設け、圧縮自己着火燃焼領域で図１２に示すように吸気弁が吸気行程での開弁（Ｉｎ）に加えて排気行程内でも開弁（ＩｎＥ）するようにしておいてもよい。このようにすれば、排気行程中に排気の一部が吸気ポートに吹き返され、これが次の吸気行程で燃焼室に流入してホットＥＧＲ（内部ＥＧＲ）となる。
【００６４】
▲３▼内部ＥＧＲを生じさせる手法としては、上記の例のほかに、排気弁が閉じた後に吸気弁が開くようにしてその間にマイナスオーバラップ（吸・排気弁がともに閉じた状態となる期間）を設定するようにしてもよい。
【００６５】
▲４▼上記実施形態では吸気ポート７に燃料噴射弁１１が設けられているが、燃焼室に直接燃料を噴射するように燃料噴射弁を設けてもよく、このようにすれば噴射時期の設定自由度が高くなる。
【００６６】
▲５▼上記実施形態では、圧縮自己着火燃焼領域Ａで常に着火アシストを行っているが、少なくとも圧縮自己着火燃焼領域Ａ内のコールドＥＧＲ領域Ａ２でコールドＥＧＲが導入されているときに着火アシストを行うようにすればよい。例えば、コールドＥＧＲ領域Ａ２とホットＥＧＲ領域Ａ１内の極低負荷の領域で着火アシストを行い、ホットＥＧＲによって良好に圧縮自己着火燃焼が行われる運転領域では着火アシストを停止するようにしてもよい。
【００６７】
次に本発明の別の実施形態を、図１３乃至図１９によって説明する。
【００６８】
図１３及び図１４は当実施形態におけるエンジンの概略構造を示し、これらの図において、エンジン本体５１は複数（例えば４つ）の気筒５２Ａ〜５２Ｄを有し、各気筒５２Ａ〜５２Ｄにおいてピストン５３の上方に燃焼室５４が形成され、この燃焼室５４に点火プラグ５５が設けられ、この点火プラグ５５に点火回路５６が接続されているといった構成は第１の実施形態と同様である。
【００６９】
上記燃焼室５４の側方部には、燃焼室５４内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁５８が設けられている。この燃料噴射弁５８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。
【００７０】
また、各気筒５２Ａ〜５２Ｄの燃焼室５４に対して吸気ポート６１、６１ａ，６１ｂ及び排気ポート６２、６２ａ，６２ｂが開口し、これらのポートに吸気通路６５、排気通路７０等が接続されるとともに、各ポートが吸気弁６３、６３ａ，６３ｂ及び排気弁６４、６４ａ，６４ｂにより開閉されるようになっている。
【００７１】
そして、各気筒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５２Ａ、２番気筒５２Ｂ、３番気筒５２Ｃ、４番気筒５２Ｄと呼ぶと、図１７に示すように上記サイクルが１番気筒５２Ａ、３番気筒５２Ｃ、４番気筒５２Ｄ、２番気筒５２Ｂ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１７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。
【００７２】
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７２が設けられている。当実施形態の４気筒エンジンでは、図１７に示すように１番気筒５２Ａの排気行程（ＥＸ）と２番気筒５２Ｂの吸気行程（ＩＮ）とが重なり、また４番気筒５２Ｄの排気行程（ＥＸ）と３番気筒５２Ｃの吸気行程（ＩＮ）が重なるので、１番気筒５２Ａと２番気筒５２Ｂ、及び、４番気筒５２Ｄと３番気筒５２Ｃがそれぞれ一対をなし、１番気筒５２Ａ及び４番気筒５２Ｄが先行気筒、２番気筒５２Ｂ及び３番気筒５２Ｃが後続気筒となる。
【００７３】
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。
【００７４】
先行気筒である１番気筒５２Ａ及び４番気筒５２Ｄには、それぞれ、新気を導入するための吸気ポート６３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６４ａ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６４ｂとが配設されている。また、後続気筒である２番気筒５２Ｂ及び３番気筒５２Ｃには、それぞれ、新気を導入するための第１吸気ポート６３ａ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６３ｂと、既燃ガスを排気通路に送り出すための排気ポート６４とが配設されている。
【００７５】
図１３に示す例では、１番，４番気筒５２Ａ，５２Ｄにおける吸気ポート６３および２番，３番気筒５２Ｂ，５２Ｃにおける第１吸気ポート６３ａ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５２Ａ，５２Ｄにおける第１排気ポート６４ａ及び第２排気ポート６４ｂならびに２番，３番気筒５２Ｂ，５２Ｃにおける第２吸気ポート６３ｂ及び排気ポート６４が、燃焼室の右半部側に並列的に設けられている。
【００７６】
１番，４番気筒５２Ａ，６２Ｄにおける吸気ポート６３および２番，３番気筒５２Ｂ，６２Ｃにおける第１吸気ポート６３ａには、吸気通路６５における気筒別の分岐吸気通路６６の下流端が接続されている。各分岐吸気通路６６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６７が設けられており、この多連スロットル弁６７は制御信号に応じてアクチュエータ６８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６５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６９が設けられている。
【００７７】
１番，４番気筒５２Ａ，６２Ｄにおける第１排気ポート６４ａおよび２番，３番気筒５２Ｂ，６２Ｃにおける排気ポート６４には、排気通路７０における気筒別の分岐排気通路７１の上流端が接続されている。また、１番気筒５２Ａと２番気筒５２Ｂとの間及び３番気筒５２Ｃと４番気筒５２Ｄとの間にそれぞれ気筒間ガス通路７２が設けられ、先行気筒である１番，４番気筒５２Ａ，２Ｄの第２排気ポート６４ｂに気筒間ガス通路７２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５２Ｂ，５２Ｃの第２吸気ポート６４ｂに気筒間ガス通路７２の下流端が接続されている。
【００７８】
排気通路７０における分岐排気通路７１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７３が設けられている。さらにＯ２センサ７３の下流の排気通路７１には排気浄化用の触媒７４が設けられている。
【００７９】
また、気筒間ガス通路７２の周囲に、この通路７２を通るガスを冷却するためのウォータジャケット１００が設けられ、このウォータジャケット１００が電動ウォータポンプ１０１に接続されている。
【００８０】
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。
【００８１】
１番，４番気筒５２Ａ，５２Ｄにおける吸気ポート６１、第１排気ポート６２ａ及び第２排気ポート６２ｂにはそれぞれ吸気弁３１、第１排気弁６４ａ及び第２排気弁６４ｂが設けられ、また、２番，３番気筒５２Ｂ，５２Ｃにおける第１吸気ポート６１ａ、第２吸気ポート６２ｂ及び排気ポート６２にはそれぞれ第１吸気弁６３ａ、第２吸気弁６３ｂ及び排気弁６４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７５ａ，７５ｂ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。
【００８２】
さらに、これらの吸・排気弁のうちで第１排気弁６４ａ、第２排気弁６４ｂ、第１吸気弁６３ａ及び第２吸気弁６３ｂに対しては、各弁を作動状態と停止状態とに切換える切換機構７６が設けられている。この切換機構７６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７５ａ，７５ｂ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。
【００８３】
上記第１排気弁６４ａ及び第１吸気弁６３ａの各切換機構７６とに対する作動油給排用の通路には第１コントロール弁７７が、また第２排気弁６４ｂ及び第２吸気弁６３ｂの切換機構７６とに対する作動油給排用の通路には第２コントロール弁７８がそれぞれ設けられている（図１５参照）。
【００８４】
図１５は駆動、制御系統の構成を示している。この図において、エンジン制御用のＥＣＵ（コントロールユニット）８０には、エアフローセンサ６９及びＯ２センサ７３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９１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９２等からの信号が入力され、また、オクタン価判別のためのイオン電流センサ９３（又は指圧センサあるいはノックセンサ）からの信号も入力されている。
【００８５】
また、このＥＣＵ８０から、各燃料噴射弁５８と、多連スロットル弁６７のアクチュエータ６８と、上記第１，第２のコントロール弁７７，７８とに対して制御信号が出力されている。
【００８６】
上記ＥＣＵ８０は、運転状態判別手段８１、切換機構制御手段８２、吸入空気量制御手段８３、燃料噴射制御手段８４、冷却制御手段８５、オクタン価判別手段８６、着火アシスト手段８７及び着火アシスト用点火時期制御手段８８を備えている。
【００８７】
運転状態判別手段８１は、図１６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Ｃ（部分負荷領域）と、高速側ないし高負荷側の領域Ｄとに区画された制御用マップを有し、低速低負荷側の領域Ｃを特殊運転モード領域、高速側ないし高負荷側の領域Ｄを通常運転モード領域として設定し、上記回転数センサ９１及びアクセル開度センサ９２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）が上記領域Ｃ，Ｄのいずれにあるかを判別するようになっている。
【００８８】
さらに、上記特殊運転モード領域Ｃは、その中でもエンジンの回転速度および負荷が最も低い低速低負荷領域Ｃ１と、この低速低負荷領域Ｃ１よりもエンジン回転数および負荷が高い中速中負荷領域Ｃ２と、この中速中負荷領域Ｃ２よりもエンジン回転数および負荷がさらに高い高速高負荷領域Ｃ３とに区画されている。
【００８９】
切換機構制御手段８２は、運転状態が低速低負荷側の特殊運転モード領域Ｃにある場合と高速側ないし高負荷側の通常運転モード領域Ｂにある場合とに応じ、上記各コントロール弁７７，７８を制御することにより、各切換機構７６を次のように制御する。
【００９０】
領域Ｃ：（特殊運転モード）
第１排気弁６４ａ及び第１吸気弁６３ａを停止状態
第２排気弁６４ｂ及び第２吸気弁６３ｂを作動状態
領域Ｄ：（通常運転モード）
第１排気弁６４ａ及び第１吸気弁６３ａを作動状態
第２排気弁６４ｂ及び第２吸気弁６３ｂを停止状態
上記吸入空気量制御手段８３は、アクチュエータ６８を制御することによりスロットル弁６７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、特殊運転モード領域Ｃでは、後続気筒５２Ｂ，５２Ｃにおいては分岐吸気通路６６からの吸気導入が遮断された状態で先行気筒５２Ａ，５２Ｂから導入されるガス中の過剰空気を利用して新たに供給される燃料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が先行気筒５２Ａ，５２Ｂに供給されるように、スロットル開度が調節される。
【００９１】
上記燃料噴射制御手段８４は、各気筒５２Ａ〜５２Ｄに設けられた燃料噴射弁５８からの燃料噴射量およ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。そして、特に運転モードに応じ、燃料噴射量および噴射タイミングが変更される。
【００９２】
すなわち、特殊運転モード領域Ｃにある場合、特殊運転モードの制御として、先行気筒５２Ａ，５２Ｄに対しては、空燃比が理論空燃比よりも大幅にリーンな空燃比、例えば理論空燃比の略２倍もしくはそれ以上とな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混合気の成層化を行わせるように噴射時期を設定する。そして、圧縮上死点付近で点火が行われることにより成層燃焼が行われるようにする。一方、後続気筒５２Ｂ，５２Ｃに対しては、先行気筒５２Ａ，５２Ｄから導入されたリーン空燃比の既燃ガスに対して燃料を供給し、後続気筒５２Ｂ，５２Ｃでの燃焼の際に実質的に理論空燃比もしくはこれよりリーンとなるように燃料噴射量を制御するとともに、吸気行程で燃料を噴射するように噴射タイミングを設定することにより混合気を均一化し、圧縮自己着火燃焼が効果的に行われるようにする。
【００９３】
また、通常運転モード領域Ｄにある場合には、通常運転モードの制御として、各気筒５２Ａ〜５２Ｄ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、例えば通常運転モード領域Ｄのうち大部分の領域において理論空燃比とし、最大負荷領域およ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５２Ａ〜５２Ｄ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する。
【００９４】
冷却制御手段８７は、特殊運転モード領域Ｃの高速高負荷領域Ｃ３において、後続気筒５２Ｂ，５２Ｃのノッキングを抑制するため、先行気筒５２Ａ，５２Ｄから後続気筒５２Ｂ，５２Ｃへ送られる既燃ガスによる後続気筒５２Ｂ，５２Ｃの筒内温度の上昇を抑制する筒内温度規制手段としての機能を有するものである。具体的には、特殊運転モード領域Ｃの高速高負荷領域Ｃ３で、電動ウォータポンプ１０１を駆動して、気筒間ガス通路７２の周囲に設けられたウォータジャケット１００に冷却水を送ることにより、後続気筒５２Ａ，５２Ｄのノッキングの発生を防止し得る程度の温度まで上記既燃ガスを冷却する制御が上記冷却制御手段８７において実行されるようになっている。
【００９５】
上記オクタン価判別手段８６は、第１の実施形態におけるオクタン価判別手段３２と同様に、イオン電流センサ９３（又は指圧センサあるいはノックセンサ）の出力によって調べられる燃焼パターンに基づき、オクタン価の判別を行なう。
【００９６】
上記着火アシスト手段８７は、エンジンの運転状態が特殊運転モード領域Ｃの中の低速低負荷領域Ｃ１にある場合や、特殊運転モード領域Ｃの中の高速高負荷領域Ｃ３にあって、冷却制御手段８５が作動している状態にある場合に、後続気筒５２Ｂ，５２Ｃ内の混合気を、その圧縮上死点前における圧縮上死点の近傍で点火することにより、上記後続気筒５２Ｂ，５２Ｃでの圧縮自己着火を促進するように構成されている。すなわち、後続気筒５２Ｂ，５２Ｃのピストン位置が圧縮上死点に近づいた時点で、点火回路５６に点火指令信号を出力して混合気に点火することにより、点火プラグ５５周りの圧力を急激に上昇させて混合気の圧縮自己着火を誘発するようになっている。
【００９７】
上記着火アシスト用点火時期設定手段８８は、第１の実施形態における着火アシスト用点火時期設定手段３６と同様に、上記着火アシスト手段８７によって圧縮自己着火促進のための点火の制御が行なわれるとき、運転状態及びオクタン価に応じ、図１０に示すようなマップから点火時期を求めるようになっている。
【００９８】
以上のような当実施形態の装置の作用を、図１７〜図１９を参照しつつ説明する。
【００９９】
低負荷低回転側の運転領域である特殊運転モード領域Ｃでは、前述のように第１排気弁６４ａ及び第１吸気弁６３ａが停止状態、第２排気弁６４ｂ及び第２吸気弁６３ｂ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１８に示すような２気筒接続状態とされ、先行気筒５２Ａ，５２Ｄから排出される既燃ガスがそのまま気筒間ガス通路７２を介して後続気筒５２Ｂ，５２Ｃに導入されるとともに、この後続気筒５２Ｂ，５２Ｃから排出されるガスのみが排気通路７０に導かれるような２気筒接続状態とされる。
【０１００】
この状態において、先行気筒５２Ａ，５２Ｄにそれぞれ吸気行程で吸気通路６５から新気が導入され（図１８中の矢印ａ）、先行気筒５２Ａ，５２Ｄでは空燃比が理論空燃比の略２倍ないしそれ以上の超リーン空燃比となるように燃料噴射量がフィードバック制御されつつ圧縮行程で燃料が噴射され、かつ、所定時期に点火が行われて、超リーン空燃比での成層燃焼が行われる（図１７参照）。
【０１０１】
その後、先行気筒５２Ａ，５２Ｄの吸気行程と後続気筒５２Ｂ，５２Ｃの排気行程が重なる期間に、先行気筒５２Ａ，５２Ｄから排出された既燃ガスがガス通路７２を通って後続気筒５２Ｂ，５２Ｃに導入されるとともに（図１７中の白抜き矢印及び図１８中の矢印ｂ）、後続気筒５２Ｂ，５２Ｃでは、先行気筒５２Ａ，５２Ｄから導入されたリーン空燃比の既燃ガスに燃料が供給されて、理論空燃比もしくはそれよりリーンとなるように燃料噴射量が制御されつつ、吸気行程で燃料が噴射される。そして、先行気筒５２Ａ，５２Ｄから送られた高温の既燃ガスにより後続気筒５２Ｂ，５２Ｃの筒内温度が高められた上で、圧縮行程の上死点付近で燃焼室内の圧力、温度が上昇することにより圧縮自己着火が行われる。
【０１０２】
このように、先行気筒５２Ａ，５２Ｄ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ポンピングロスが低減され、一方、後続気筒５２Ｂ，５２Ｃでは、空燃比がリーン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５２Ａ，５２Ｄと同様にポンピングロス低減効果が得られる。これらの作用により、燃費が大幅に改善される。
【０１０３】
また、先行気筒５２Ａ，５２Ｄ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５２Ｂ，５２Ｃでは、先行気筒５２Ａ，５２Ｄ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とともに圧縮自己着火が行われることによりＮＯｘの発生が充分に抑制される。従って、エミッションの向上に有利となる。
【０１０４】
一方、高速側ないし高負荷側の運転領域Ｂでは前述のように第１排気弁６４ａ及び第１吸気弁６３ａが作動状態、第２排気弁６４ｂ及び第２吸気弁６３ｂ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１９に示すようになり、実質的に各気筒５２Ａ〜５２Ｄの吸気ポート６１，６１ａ及び排気ポート６２ａ，６２が独立し、吸気通路６５から各気筒５２Ａ〜５２Ｄの吸気ポート６１，６１ａに新気が導入されるとともに各気筒５２Ａ〜５２Ｄの排気ポート６２，６２ａから排気通路７０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。
【０１０５】
このように、エンジンの運転領域によって上記特殊運転モードと通常運転モードとが選択され、低速低負荷側の運転領域Ｃにおける燃費およびエミッションの改善効果が得られるとともに、高負荷側ないし高回転側の運転領域Ｄにおける出力性能の確保が図られることになる。
【０１０６】
ところで、上記特殊運転モードの燃焼が行われる運転領域Ｃにおける低速低負荷領域Ｃ１では、先行気筒５２Ａ，５２Ｄから後続気筒５２Ｂ，５２Ｃへ送られる既燃ガスの温度が充分に上昇せずに圧縮自己着火が行われ難くなる傾向があるが、この領域Ｃ１では着火アシスト手段８７により後続気筒５２Ｂ，５２Ｃの混合気をその圧縮上死点前に点火して後続気筒５２Ｂ，５２Ｃの圧縮自己着火を促進するようにしているため、後続気筒５２Ｂ，５２Ｃを適正に圧縮自己着火させることができる。
【０１０７】
また、上記特殊運転モードの燃焼が行われる運転領域Ｃのうちの高速高負荷領域Ｃ３では、後続気筒５２Ｂ，５２Ｃに導入される既燃ガスの温度が高すぎて、ノッキングが生じ易い傾向があるが、この場合に、ウォータジャケット１００に電動ウォータポンプ１０１から冷却水を供給し、気筒間ガス通路７２を介して先行気筒５２Ａ，５２Ｄから後続気筒５２Ｂ，５２Ｃに導入される既燃ガスを適度に冷却する制御を上記冷却制御手段８５において実行することにより、後続気筒５２Ｂ，５２Ｃに導入される既燃ガスの温度が過度に高くなること起因したノッキングの発生を効果的に防止しつつ、着火アシスト手段８７において後続気筒５２Ｂ，５２Ｃの圧縮自己着火を促進する制御を実行することにより、後続気筒５２Ｂ，５２Ｃ内の混合気を圧縮上死点ＴＤＣの近傍における適正時期に圧縮自己着火させることができる。
【０１０８】
さらに、上述のように殊運転モードの燃焼が行われる運転領域Ｃのうちの低速低負荷領域Ｃ１や高速高負荷領域Ｃ３において、圧縮自己着火促進のための着火アシストとして圧縮上死点前に点火が行なわれる場合に、その点火時期がオクタン価及びエンジン負荷に応じて変更されることにより、供給される燃料のオクタン価が変わった場合やエンジン負荷が変化した場合でも圧縮自己着火燃焼が良好に行われることは、前述の第１の実施形態と同様である。
【０１０９】
なお、上記実施形態では先行気筒５２Ａ，５２Ｄ、後続気筒５２Ｂ，５２Ｃのいずれに対しても燃料噴射弁５８は燃焼室に直接燃料を噴射する直噴タイプとしているが、後続気筒５２Ｂ，５２Ｃに対する燃料噴射弁は必ずしも直噴タイプに限定されず、例えば吸気ポートおよび気筒間ガス通路に燃料噴射弁を設け、通常運転モードでは吸気ポートの燃料噴射弁を駆動し、特殊運転モードでは気筒間ガス通路の燃料噴射弁を駆動するようにしてもよい。
【０１１０】
また、特殊運転モード領域Ｃの高速高負荷領域Ｃ３において、後続気筒５２Ｂ，５２Ｃの筒内温度が過度に上昇することを防止する筒内温度規制手段として、上記実施形態では先行気筒５２Ａ，５２Ｄから後続気筒５２Ｂ，５２Ｃへ送られる既燃ガス既燃ガスを冷却する手段を設けているが、これの代わりに、後続気筒５２Ｂ，５２Ｃの第２吸気弁６３ｂの閉時期を制御することで有効圧縮比を低下させる等の手段も採用し得る。
【０１１１】
【発明の効果】
以上のように本発明の火花点火式エンジンの制御装置によると、部分負荷領域で圧縮自己着火が行われ、その圧縮自己着火が行われる運転領域の一部もしくは全部の領域で、圧縮上死点前に燃焼室内の混合気を点火することにより圧縮自己着火を促進する着火アシストが行われるようにしているため、確実に圧縮自己着火を達成することができる。特に、着火アシストのための点火の時期が燃料のオクタン価に応じて調整され、オクタン価が高いほど点火時期が進角されるようになっているため、供給される燃料のオクタン価に拘わらず、圧縮自己着火燃焼を良好に行わせ、圧縮自己着火による燃費及びエミッションの改善の効果を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態による制御装置を備えたエンジンの概略平面図である。
【図２】上記エンジンの概略断面図である。
【図３】バルブリフト可変機構を示す斜視図である。
【図４】エンジンの制御装置の構成を示す機能ブロック図である。
【図５】バルブ作動の一例を示す説明図である。
【図６】バルブ作動の別の例を示す説明図である。
【図７】運転領域のマップを示す説明図である。
【図８】エンジン負荷とホットＥＧＲ及びコールドＥＧＲのＥＧＲ率との関係を示す説明図である。
【図９】イオン電流センサにより燃焼パターンを検出する場合の、燃焼に応じたイオン電流の変化を示す図である。
【図１０】燃料のオクタン価別にエンジン負荷と着火アシストのための点火時期との関係を設定したマップである。
【図１１】圧縮自己着火による筒内圧力の変化を示す図である。
【図１２】バルブ作動についての別の例を示す説明図である。
【図１３】本発明の第２の実施形態による制御装置を備えたエンジンの概略平面図である。
【図１４】上記エンジンの概略断面図である。
【図１５】制御系統のブロック図である。
【図１６】運転領域のマップを示す説明図である。
【図１７】各気筒の行程、燃料噴射時期及び点火時期等を示す図である。
【図１８】低速低負荷の運転領域にあるとき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１９】高速ないし高負荷の運転領域にあるとき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。
【符号の説明】
１ エンジン本体
２ 気筒
４ 燃焼室
５ 点火プラグ
６ 点火回路
１１ 燃料噴射弁
２８ イオン電流センサ
３０ ＥＣＵ
３１ 運転状態判別手段
３２ オクタン価判別手段
３３ バルブ作動制御手段
３４ 筒内温度規制手段
３５ 着火アシスト手段
３６ 着火アシスト用点火時期設定手段
【発明の属する技術分野】
本発明は、温間時における部分負荷領域で燃焼室内の混合気を圧縮自己着火により燃焼させる火花点火式エンジンに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近来、火花点火式エンジン（ガソリンエンジン）において、燃費改善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、高圧にして混合気を自己着火させるものである。この圧縮自己着火によると、燃焼室全体が一気に燃焼するため、燃焼効率が高められて燃費が大幅に改善され、かつ、ＮＯｘの発生が抑制され、エミッションの改善にも有利となる。
【０００３】
このような圧縮自己着火を効果的に行わせる手法としては、例えば特許文献１に示されるように、内部ＥＧＲ等により筒内温度を高めるようにしてものがある。すなわち、この特許文献１に記載されたエンジンでは、所定の部分負荷領域で、排気弁が閉じた後に吸気弁が開くようにしてその間にマイナスオーバラップ（吸・排気弁がともに閉じた状態となる期間）を設定することにより、内部ＥＧＲの量を多くし、この内部ＥＧＲにより筒内温度を高めて圧縮自己着火が行われるようにしている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−１５２９１９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装置によると、比較的低速・低負荷の領域で、内部ＥＧＲによる筒内温度上昇作用で効果的に圧縮自己着火が行われるが、極低負荷域では内部ＥＧＲによっても良好に圧縮自己着火が行われる程度まで筒内温度が達しない場合がある。また、比較的高速・高負荷側では燃焼室温度が上昇し過ぎてノッキングが生じ易くなる懸念があり、このような場合に、筒内温度を引き下げるようにすることが考えられるが、単に筒内温度を引き下げるだけでは自己着火性が低くなる。
【０００６】
供給された燃料のオクタン価によっても自己着火性が変化し、具体的にはオクタン価が高いほど自己着火性が低くなる。
【０００７】
本発明はこのような事情に鑑み、圧縮自己着火が行われる運転領域内で運転状態が変わった場合や燃料のオクタン価が変わった場合でも、圧縮自己着火燃焼を良好に行わせ、燃費及びエミッションの改善の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。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、温間時における部分負荷領域で燃焼室内の混合気を圧縮自己着火により燃焼させる火花点火式エンジンにおいて、供給された燃料のオクタン価を判別するオクタン価判別手段と、圧縮自己着火が行われる運転領域の一部もしくは全部の領域で、圧縮上死点前に燃焼室内の混合気を点火することにより圧縮自己着火を促進する着火アシスト手段と、上記着火アシスト手段による圧縮自己着火促進のための点火が行われる運転領域で、上記オクタン価に応じて点火時期を設定する着火アシスト用点火時期設定手段とを備え、上記着火アシスト用点火時期設定手段は、上記オクタン価が高いほど点火時期を進角させるようになっているものである。
【０００９】
この構成によると、部分負荷領域で圧縮自己着火が行われることにより、同時多点着火で燃焼室全体が一気に燃焼するため、燃焼効率が高められて大幅に燃費が改善されるとともに、エミッションも改善される。また、圧縮上死点前に燃焼室内の混合気を点火することにより圧縮自己着火を促進する着火アシストが行われることにより、確実に圧縮自己着火が達成される。
【００１０】
そして、特に着火アシストのための点火の時期が燃料のオクタン価に応じて調整され、オクタン価が高いほど点火時期が進角されることにより、供給される燃料のオクタン価が変わった場合でも圧縮自己着火燃焼が良好に行われる。
【００１１】
本発明の制御装置において、圧縮自己着火が行われる運転領域のうち圧縮時の筒内温度が過度に上昇しやすい特定運転領域で、圧縮時の筒内温度を低下させる筒内温度規制手段が設けられるとともに、少なくとも上記特定運転領域で上記着火アシスト手段による圧縮自己着火促進のための点火が行われるようになっていることが好ましい。
【００１２】
このようにすると、上記筒内温度規制手段により、圧縮時の筒内温度が過度に上昇することが避けられてノッキングが防止され、その反面、自己着火性は低下する傾向が生じるが、その傾向が上記着火アシストにより補われて、圧縮自己着火が良好に行われる。
【００１３】
また、上記着火アシスト用点火時期設定手段は、燃料のオクタン価別にエンジン負荷に応じた点火時期のマップを有していることが好ましい。
【００１４】
このようにすると、供給される燃料のオクタン価が変わった場合やエンジン負荷が変化した場合にも、圧縮自己着火燃焼が良好に行われる。
【００１５】
なお、上記オクタン価判別手段は、燃焼パターンの検出に基づいてオクタン価を判別するようになっていればよい。
【００１６】
燃焼パターンを検出する手段としては、例えば、燃焼室内での燃焼に応じて生じるイオン電流を検出するイオン電流センサ、または、燃焼室内の圧力を検出する指圧センサ、あるいは、ノッキングによるエンジン振動を検出するノックセンサが設けられる。
【００１７】
また、請求項８に係る発明は、複数の気筒を備えて、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構成するとともに、エンジンの部分負荷領域でエンジンの吸・排気およ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、気筒間ガス通路を介して吸気行程にある後続気筒に導入され、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、上記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る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、供給された燃料のオクタン価を判別するオクタン価判別手段と、上記後続気筒において圧縮自己着火が行われる運転領域の一部もしくは全部の領域で、後続気筒の圧縮上死点前に当該気筒の燃焼室内の混合気を点火することにより圧縮自己着火を促進する着火アシスト手段と、上記着火アシスト手段により後続気筒に対して圧縮自己着火促進のための点火が行われる運転領域で、上記オクタン価に応じて後続気筒の点火時期を設定する着火アシスト用点火時期設定手段とを備え、上記着火アシスト用点火時期設定手段は、上記オクタン価が高いほど後続気筒の点火時期を進角させるようになっているものである。
【００１８】
この構成によると、エンジンの部分負荷領域において、上記先行気筒では空気が過剰に存在するリーン空燃比で燃焼が行われ、このリーン燃焼によっ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、大幅な燃費善効果が得られる。また、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が供給されて燃焼が行われ、この場合に、先行気筒から導入されるガスには過剰空気が含まれるために燃料の燃焼が可能であり、かつ、先行気筒から気筒間ガス通路を介して導入されるガスは高温であるために圧縮行程終期に燃焼室内の温度が上昇し、圧縮自己着火が行われる。
【００１９】
そして、このように後続気筒で圧縮自己着火が行われる場合に、圧縮上死点前に燃焼室内の混合気を点火することにより圧縮自己着火を促進する着火アシストが行われることにより、確実に圧縮自己着火が達成される。
【００２０】
そして、特に着火アシストのための点火の時期が燃料のオクタン価に応じて調整され、オクタン価が高いほど点火時期が進角されることにより、供給される燃料のオクタン価が変わった場合でも圧縮自己着火燃焼が良好に行われる。
【００２１】
【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を説明する。
【００２２】
図１及び図２は本発明が適用されるエンジンの一実施形態を概略的に示すものである。これらの図において、エンジン本体１は複数の気筒２を有し、各気筒２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。
【００２３】
各気筒２の燃焼室４の頂部には点火プラグ５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５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６が接続されている。
【００２４】
各気筒２の燃焼室４に対して吸気ポート７及び排気ポート８が開口し、これらのポート７，８に吸気通路９、排気通路１０等が接続されている。上記吸気ポート７には、燃料を噴射供給する燃料噴射弁１１が設けられている。この燃料噴射弁１１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。また、吸気通路９には、吸入空気量を調節するスロットル弁１２が設けられている。
【００２５】
上記吸気ポート７及び排気ポート８は吸気弁及び排気弁により開閉されるようになっている。図示の例では、１気筒当り２個ずつの吸気弁１３ａ，１３ｂ及び排気弁１４ａ，１４ｂが設けられている。
【００２６】
そして、所定の部分負荷領域で内部ＥＧＲにより筒内温度を上昇させて圧縮自己着火を行わせることができるようにするため、吸・排気弁の少なくとも一方のバルブ作動状態が変更可能となっている。当実施形態では、１気筒当り２個の排気弁１４ａ，１４ｂのうちの一方の排気弁１４ａに対してバルブリフト可変機構１５が設けられるとともに、排気弁１４ａ，１４ｂに対して位相式のバルブタイミング可変機構２０が設けられている。
【００２７】
バルブリフト可変機構１５は、２種類のカム１６ａ，１６ｂにより排気弁１４ａを排気行程に加えて吸気行程でも開くようにする圧縮自己着火燃焼用のバルブ作動状態と、吸気行程での作動を停止させて排気行程でのみ排気弁１４ａを作動させる通常燃焼用のバルブ作動状態とに切換可能となっている。
【００２８】
バルブリフト可変機構１５の具体的構造は図３に示すようになっており、この構造を、図５のバルブ作動説明図も参照しつつ説明する。
【００２９】
図３に示すバルブリフト可変機構１５は、カムシャフト１６上に配設された第１カム１６１及び第２カム１６２を有し、第１カム１６１は排気行程で排気弁１４ａを開き、第２カム１６２は吸気行程で排気弁１４ａを開くように、これら２種類のカム１６１，１６２のカムノーズがカムシャフト回転角で略９０°（クランク角で略１８０°）だけずれた配置となっている。図５中のＥｘは上記第１カム１６１による排気弁１４ａの開弁特性、ＥｘＩは上記第２カム１６２による排気弁１４ａの開弁特性、Ｉｎは吸気弁１３ａ，１３ｂの開弁特性であり、この図に示すように、上記第１カム１６１による開弁特性Ｅｘでは排気弁１４ａが略排気行程期間中開かれ、上記第１カム１６１による開弁特性ＥｘＩでは排気弁１４ａの開弁期間が吸気弁（Ｉｎ）の開弁期間より短くて、吸気行程内の一部の期間だけ開かれるようになっている。
【００３０】
これらのカム１６１，１６２には、ロッカーシャフト１７に基端部が揺動可能に支承された第１ロッカーアーム１７１及び第２ロッカーアーム１７２の各中間部が当接し、第１ロッカーアーム１７１の先端に排気弁１４ａが連結されるとともに、切換機構によって第１ロッカーアーム１７１に対して第２ロッカーアーム１７２を連結、分離可能とされている。
【００３１】
上記切換機構は、図示しないが、各ロッカーアーム１７１，１７２に設けられたプランジャ穴に亘って移動可能なプランジャを備え、このプランジャが油圧で作動されて変位することにより、プランジャを介して各ロッカーアーム１７１，１７２が一体に揺動するように連結される連結状態と、各ロッカーアーム１７１，１７２が独立して揺動する分離状態とに切換可能とされている。そして、上記連結状態では、第１カム１６１の回転に伴う第１ロッカーアーム１７１の揺動及び第２カム１６２の回転に伴う第２ロッカーアーム１７２の揺動がともに排気弁１４ａに伝えられて排気行程での開作動（Ｅｘ）及び吸気行程での開作動（ＥｘＩ）行われ、一方、分離状態では、上記第２カム１６２の回転に伴う第２ロッカーアーム１７２の揺動が排気弁１４ａに伝えられなくなることにより、排気行程での開作動（Ｅｘ）のみが行われるようになっている。なお、バルブリフト可変機構１５が設けられていない排気弁１４ｂは、常に排気行程での開作動のみが行われる。
【００３２】
上記切換機構に対して、油圧の給排を制御する制御弁１８（図２参照）が設けられている。
【００３３】
また、図１及び図２に示すバルブタイミング可変機構２０は、クランクシャフトに対するカムシャフトの位相を変えることにより排気弁１４ａ，１４ｂの開閉タイミングを変更するようになっている。なお、図示の実施形態では、吸気弁１３ａ，１３ｂに対してもバルブタイミング可変機構２１が設けられている。
【００３４】
さらにエンジンには、図１に示すように、外部ＥＧＲによる冷却されたＥＧＲガスを燃焼室４に導くために、排気通路１０と吸気通路９とを接続するＥＧＲ通路２２が設けられ、このＥＧＲ通路２２に、ＥＧＲガスを冷却する冷却手段としてのＥＧＲクーラー２３が介設されるとともに、ＥＧＲガス量をコントロールするためのＥＧＲバルブ２４が設けられている。
【００３５】
図２に示すように、点火回路６、燃料噴射弁１１、バルブリフト可変機構１５の制御弁１８、バルブタイミング可変機構２０，２１及びＥＧＲバルブ２４は、ＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）３０により制御される。このＥＣＵ３０には、スロットル弁１２の開度を検出するスロットル開度センサ２５、エンジン回転数を検出する回転数センサ２６、エンジン冷却水の水温を検出する水温センサ２７、イオン電流センサ２８等の各種センサからの信号が入力されるようになっている。上記イオン電流センサ２８は、点火プラグ５に組み付けられ、燃焼室４内での燃焼に応じて生じるイオン電流を検出するものである。
【００３６】
上記ＥＣＵ３０は、図４に示すように、運転状態判別手段３１と、オクタン価判別手段３２と、バルブ作動制御手段３３と、筒内温度規制手段３４と、着火アシスト手段３５と、着火アシスト用点火時期設定手段３６と、燃料噴射制御手段３７とを機能的に含んでいる。
【００３７】
上記運転状態判別手段３１は、水温センサ２７からの信号に基づいて水温が所定温度以上の温間時か否かを判別するとともに、温間時である場合に、上記スロットル開度センサ２５からの信号等によって求められるエンジン負荷と回転数センサ２６からの信号によって求められるエンジン回転数とでエンジンの運転状態を調べ、図７に示す運転領域のマップの中のいずれの領域にあるかを判別する。ここで、図７に示すマップを説明すると、低・中負荷かつ低・中速にわたる部分負荷領域が圧縮自己着火燃焼領域Ａとされ、これより高負荷側及び高速側の領域Ｂが通常燃焼領域とされている。また、圧縮自己着火燃焼領域Ａのうちの低速・低負荷側の領域は内部ＥＧＲによる熱い既燃性ガスを燃焼室４内に多く残存させるホットＥＧＲ領域Ａ１とされ、圧縮自己着火燃焼領域Ａのうちの高速側及び高負荷側の領域は、筒内温度規制のために内部ＥＧＲに加えて冷却された外部ＥＧＲガスの導入を行うコールドＥＧＲ領域Ａ２とされている。
【００３８】
上記オクタン価判別手段３２は、イオン電流センサ２８の出力によって調べられる燃焼パターンに基づき、オクタン価の判別を行なう。
【００３９】
すなわち、燃焼が開始されてからの燃焼の進行につれてイオン電流が増大するので、低オクタン価の燃料（例えばレギュラーガソリン）が用いられた場合と高オクタン価の燃料（例えばハイオクガソリン）が用いられた場合とについて同一条件下で圧縮自己着火燃焼を行わせると、低オクタン価の燃料の場合は図９に実線で示すように比較的急激にイオン電流が増加するのに対し、高オクタン価の燃料の場合は自己着火性が低いため図９に二点鎖線で示すように比較的緩慢にイオン電流が増加する。従って、燃焼開始直後のイオン電流の増加割合を調べることにより、オクタン価を判別することができる。
【００４０】
なお、オクタン価判別のために燃焼パターンを検出する手段としては、上記イオン電流センサ２８の代りに、指圧センサを用いて最大燃焼圧となるクランク角を検出するようにしてもよく、あるいは、ノックセンサを用いてノッキングの大きさを検出するようにしてもよい。
【００４１】
上記バルブ作動制御手段３３は、運転状態判別手段３１により判別される運転状態に応じ、上記制御弁１８を制御することによってバルブリフト可変機構１５を制御するとともに、バルブタイミング可変機構２０を制御し、これらの制御によってホットＥＧＲ量（内部ＥＧＲ量）を制御する。
【００４２】
具体的には、運転状態が圧縮自己着火燃焼領域Ａにある場合、図５に示した圧縮自己着火用のバルブ作動状態とするようにバルブリフト可変機構１５を制御する。これにより、吸気行程中に排気弁１４ａが開かれるため排気ポート８から排気が逆流して燃焼室４内に流入し、多量のホットＥＧＲが得られる。この場合、吸気行程中の排気弁１４ａの開閉動作（図５中の特性ＥｘＩ）が遅れ側にずれるほど、新気が先に燃焼室内に多く流入するのでホットＥＧＲの比率が減少する。そこで、圧縮自己着火燃焼領域Ａの低負荷側では図５中に実線で示すような比較的早いバルブタイミングとし、圧縮自己着火燃焼領域Ａの高負荷側となるにつれ、図５中に二点鎖線で示すように排気弁のバルブタイミング（特性Ｅｘ及びＥｘＩ）を遅くすることによりホットＥＧＲの比率を減少させるように、バルブタイミング可変機構２０を制御する。
【００４３】
なお、このように排気弁のバルブタイミングを制御する代りに、図６に示すように、排気弁のバルブタイミングを固定とする一方、吸気弁に対するバルブタイミング可変機構２１を用いて吸気弁のバルブタイミングを変化させることによりホットＥＧＲの比率を変化させることもできる。この場合、圧縮自己着火燃焼領域Ａの低負荷側では吸気弁（特性Ｉｎ）を図６中に実線で示すように比較的遅いバルブタイミング（ポンピングロス低減にも有利な遅閉じ）とし、圧縮自己着火燃焼領域Ａの高負荷側となるにつれ、図６中に二点鎖線で示すように吸気弁のバルブタイミング（特性Ｉｎ）を早くすることによりホットＥＧＲの比率を減少させるようにすればよい。
【００４４】
また、筒内温度規制手段３４は、筒内温度が過度に上昇することを避けるため、運転状態判別手段３１により判別される運転状態に応じ、上記ＥＧＲバルブ２４を制御することによってコールドＥＧＲ量（外部ＥＧＲ量）を制御する。具体的には、圧縮自己着火燃焼領域ＡのうちのホットＥＧＲ領域Ａ１ではＥＧＲバルブ２４を閉じ、コールドＥＧＲ領域Ａ２では、ＥＧＲバルブ２４を開くとともに、その開度を負荷の増大に伴って大きくするようにしている。
【００４５】
従って、圧縮自己着火燃焼領域Ａ内での負荷の変化に応じたホットＥＧＲ及びコールドＥＧＲのＥＧＲ率の変化は図８に示すようになる。すなわち、圧縮自己着火燃焼領域Ａ内の低負荷側の領域（図７中のホットＥＧＲ領域Ａ１に相当）ではホットＥＧＲのみが与えられ、かつ、そのＥＧＲ率が負荷の増大に伴って減少し、また、圧縮自己着火燃焼領域Ａ内の高負荷側の領域（図７中のコールドＥＧＲ領域Ａ２に相当）ではホットＥＧＲに加えてコールドＥＧＲが与えられ、かつ、負荷の増大に伴ってホットＥＧＲのＥＧＲ率が減少するとともにコールドＥＧＲのＥＧＲ率が増加する。
【００４６】
図４に戻って、ＥＣＵ３０における着火アシスト手段３５は、圧縮着火燃焼領域Ａで、圧縮自己着火を促進するため、圧縮上死点前に点火（図５中に符号Ｓを付して示す）を行わせるように点火回路６を制御する。
【００４７】
着火アシスト用点火時期設定手段３６は、上記着火アシスト手段３５によって圧縮自己着火促進のための点火の制御が行なわれるとき、運転状態及びオクタン価に応じて点火時期を制御する。具体的には、図１０に示すように、燃料のオクタン価別にエンジン負荷と点火時期との関係を示すマップを有している。このマップでは、エンジン負荷が高くなるにつれて点火時期が進角され、かつ、オクタン価が高くなるほど点火時期が進角されるように設定されている。そして、オクタン価判別手段３２により判別されたオクタン価と運転状態判別手段３１により判別されたエンジン負荷とに応じ、上記マップから点火時期が求められる。
【００４８】
また、燃料噴射制御手段３７は、運転状態に応じて燃料噴射弁１１からの噴射量及び噴射タイミングを制御する。そして、燃料噴射制御手段３６による燃料噴射量の制御と、図外のスロットル弁駆動モータ等の制御による吸入空気量の制御とによって空燃比が制御され、上記圧縮自己着火燃焼領域Ａでは理論空燃比よりもリーンな空燃比（空気過剰率λがλ＞１）に制御されるようになっている。
【００４９】
また、燃料噴射時期は吸気行程内に設定されるが、特に圧縮自己着火燃焼領域Ａでは、図５のように吸気行程中の一部の期間に排気弁１４ａが開くという状況下において、確実に吸気が燃焼室に流入するタイミングで燃料が噴射されるようにし、例えば吸気行程中の排気弁開弁期間（ＥｘＩ）より後まで燃料が噴射されるようにする。あるいは、吸気行程中の排気弁開弁期間（ＥｘＩ）の前に燃料を噴射するようにしてもよく、また、吸気行程中の排気弁開弁期間（ＥｘＩ）の前と後に分割して燃料を噴射するようにしもよい。
【００５０】
以上のような当実施形態の装置によると、所定の部分負荷領域である圧縮自己着火燃焼領域Ａでは、図５に示すように排気弁１４ａが吸気行程でも開くように制御されることにより多量のホットＥＧＲが得られ、このホットＥＧＲで燃焼室４内の温度が高められることにより圧縮自己着火が行われる。
【００５１】
このように圧縮自己着火が行われると、空燃比がリーンの状態や多量のＥＧＲが導入される状態でも、同時多点着火により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、大幅に燃費が改善される。さらに、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、エミッションの改善にも有利となる。
【００５２】
また、圧縮自己着火燃焼領域Ａのうちの高速側ないし高負荷側の領域であるコールドＥＧＲ領域Ａ２では、ホットＥＧＲに加えてコールドＥＧＲが燃焼室に導入され、かつ、負荷が高くなるにつれてホットＥＧＲの比率が減少し、コールドＥＧＲの比率が増加するため、高速・高負荷側ではホットＥＧＲにより燃焼室温度が過度に上昇してノッキングを生じるといった事態を招かないように、コールドＥＧＲにより筒内温度の上昇が規制される。
【００５３】
また、このようにホットＥＧＲに加えてコールドＥＧＲを導入すると、ノッキングを効果的に防止できる反面、燃焼室温度の上昇が抑えられることで圧縮自己着火が起こり難くなる場合が生じるが、着火アシスト手段３５の制御により、圧縮自己着火が促進される。
【００５４】
すなわち、圧縮上死点の直前に点火が行われることで点火プラグ５周りの圧力が急上昇する。そして、コールドＥＧＲの混入により過度の温度上昇は避けられながらもホットＥＧＲによって燃焼室内の温度はかなり高くなっているので、この温度と、圧縮上死点直前の点火による圧力の急上昇とにより、圧縮自己着火が良好に行われることとなる。
【００５５】
そして、このようにホットＥＧＲのみではノッキングが生じ易くなるような比較的高速・高負荷の領域でも、コールドＥＧＲの混入による過度の温度上昇の抑制と着火アシストとにより、ノッキングを防止しつつ有効に自己圧縮着火を行わせることができるため、圧縮自己着火燃焼領域を高速・高負荷側に拡大することができ、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。
【００５６】
また、圧縮自己着火燃焼領域Ａのうちの低速・低負荷側の領域であるホットＥＧＲ領域Ａ１では、本来的に燃焼室温度が低いので、ホットＥＧＲのみとされるとともに、低負荷側ほどＥＧＲ率が大きくされることにより、自己着火性が高められる。そして、当実施形態ではこの領域Ａ１でも着火アシストが行われることにより、ホットＥＧＲだけでは充分に温度が上昇し難い極低速・低負荷の領域等でも、圧縮自己着火が良好に行われることとなる。
【００５７】
ところで、上記のように圧縮自己着火燃焼領域Ａにおいて自己着火性を高めるための着火アシストとして圧縮上死点前に点火が行なわれる場合に、その点火時期がオクタン価に応じて変更されることにより、供給される燃料のオクタン価が変わった場合でも圧縮自己着火燃焼が良好に行われる。
【００５８】
この作用を、図１１を参照しつつ説明する。オクタン価の低い燃料が使用された場合、図１１に実線ａで示すように、着火アシストのための点火に応じて急速に圧縮自己着火燃焼が行なわれるため、点火時期を比較的遅い時期Ｓ１（圧縮上死点ＴＤＣに近い時期）に設定しておくことで圧縮上死点ＴＤＣ直後に燃焼圧がピークに達して効率の高い圧縮自己着火燃焼が行われる。これに対し、オクタン価の高い燃料が使用された場合、オクタン価の低い燃料と比べると自己着火性が低いため、オクタン価の低い燃料の場合と同じタイミングＳ１で点火を行うと燃焼圧の上昇が遅れる傾向（図１１の二点鎖線ｂ´）が生じるが、オクタン価が高くなるほど点火時期Ｓ２を進角させることにより上記傾向が是正されて、図１１の破線ｂで示すように好適に燃焼圧が上昇し、効率の高い圧縮自己着火燃焼が行われる。
【００５９】
なお、着火アシストのための点火の時期はエンジン負荷によっても調整される。すなわち、エンジン負荷が高くなるほど燃料噴射量が増加して燃焼に要する時間が増加することから、それに見合うように点火時期が進角されることにより、圧縮自己着火燃焼が効果的に行なわれることとなる。
【００６０】
また、全開負荷やそれに近い高負荷側ないし高速側の領域である通常燃焼領域Ｂでは、排気弁１４ａが排気行程のみで開かれる状態にバルブリフト可変機構１５が切り換えられて、ホットＥＧＲの導入が停止され、かつ、ＥＧＲバルブ２４も閉じられた状態で、強制点火による通常燃焼が行われる。
【００６１】
次に、上記実施形態の変形例を説明する。
【００６２】
▲１▼上記実施形態の構成に加え、１気筒当り２個の吸気弁１３ａ，１３ｂのうちの一方の吸気弁１３ａに対し弁停止機構を設けて、低負荷時にこの吸気弁１３ａの作動を停止させ（もしくはそのリフト量を極小とし）、吸気スワールを生じさせるようにしてもよい。この場合、作動停止（もしくは極小リフト）とされる吸気弁１３ａと、低負荷時に吸気行程でも開かれる排気弁１４ａとが向かい合うように配置しておけば、吸気スワール及び内部ＥＧＲの流動がスムーズに行われる。
【００６３】
▲２▼上記実施形態では、一方の排気弁１４ａに対してバルブリフト可変機構１５を設けているが、その代りに、一方の吸気弁１３ａに対してバルブリフト可変機構を設け、圧縮自己着火燃焼領域で図１２に示すように吸気弁が吸気行程での開弁（Ｉｎ）に加えて排気行程内でも開弁（ＩｎＥ）するようにしておいてもよい。このようにすれば、排気行程中に排気の一部が吸気ポートに吹き返され、これが次の吸気行程で燃焼室に流入してホットＥＧＲ（内部ＥＧＲ）となる。
【００６４】
▲３▼内部ＥＧＲを生じさせる手法としては、上記の例のほかに、排気弁が閉じた後に吸気弁が開くようにしてその間にマイナスオーバラップ（吸・排気弁がともに閉じた状態となる期間）を設定するようにしてもよい。
【００６５】
▲４▼上記実施形態では吸気ポート７に燃料噴射弁１１が設けられているが、燃焼室に直接燃料を噴射するように燃料噴射弁を設けてもよく、このようにすれば噴射時期の設定自由度が高くなる。
【００６６】
▲５▼上記実施形態では、圧縮自己着火燃焼領域Ａで常に着火アシストを行っているが、少なくとも圧縮自己着火燃焼領域Ａ内のコールドＥＧＲ領域Ａ２でコールドＥＧＲが導入されているときに着火アシストを行うようにすればよい。例えば、コールドＥＧＲ領域Ａ２とホットＥＧＲ領域Ａ１内の極低負荷の領域で着火アシストを行い、ホットＥＧＲによって良好に圧縮自己着火燃焼が行われる運転領域では着火アシストを停止するようにしてもよい。
【００６７】
次に本発明の別の実施形態を、図１３乃至図１９によって説明する。
【００６８】
図１３及び図１４は当実施形態におけるエンジンの概略構造を示し、これらの図において、エンジン本体５１は複数（例えば４つ）の気筒５２Ａ〜５２Ｄを有し、各気筒５２Ａ〜５２Ｄにおいてピストン５３の上方に燃焼室５４が形成され、この燃焼室５４に点火プラグ５５が設けられ、この点火プラグ５５に点火回路５６が接続されているといった構成は第１の実施形態と同様である。
【００６９】
上記燃焼室５４の側方部には、燃焼室５４内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁５８が設けられている。この燃料噴射弁５８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。
【００７０】
また、各気筒５２Ａ〜５２Ｄの燃焼室５４に対して吸気ポート６１、６１ａ，６１ｂ及び排気ポート６２、６２ａ，６２ｂが開口し、これらのポートに吸気通路６５、排気通路７０等が接続されるとともに、各ポートが吸気弁６３、６３ａ，６３ｂ及び排気弁６４、６４ａ，６４ｂにより開閉されるようになっている。
【００７１】
そして、各気筒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５２Ａ、２番気筒５２Ｂ、３番気筒５２Ｃ、４番気筒５２Ｄと呼ぶと、図１７に示すように上記サイクルが１番気筒５２Ａ、３番気筒５２Ｃ、４番気筒５２Ｄ、２番気筒５２Ｂ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１７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。
【００７２】
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７２が設けられている。当実施形態の４気筒エンジンでは、図１７に示すように１番気筒５２Ａの排気行程（ＥＸ）と２番気筒５２Ｂの吸気行程（ＩＮ）とが重なり、また４番気筒５２Ｄの排気行程（ＥＸ）と３番気筒５２Ｃの吸気行程（ＩＮ）が重なるので、１番気筒５２Ａと２番気筒５２Ｂ、及び、４番気筒５２Ｄと３番気筒５２Ｃがそれぞれ一対をなし、１番気筒５２Ａ及び４番気筒５２Ｄが先行気筒、２番気筒５２Ｂ及び３番気筒５２Ｃが後続気筒となる。
【００７３】
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。
【００７４】
先行気筒である１番気筒５２Ａ及び４番気筒５２Ｄには、それぞれ、新気を導入するための吸気ポート６３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６４ａ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６４ｂとが配設されている。また、後続気筒である２番気筒５２Ｂ及び３番気筒５２Ｃには、それぞれ、新気を導入するための第１吸気ポート６３ａ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６３ｂと、既燃ガスを排気通路に送り出すための排気ポート６４とが配設されている。
【００７５】
図１３に示す例では、１番，４番気筒５２Ａ，５２Ｄにおける吸気ポート６３および２番，３番気筒５２Ｂ，５２Ｃにおける第１吸気ポート６３ａ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５２Ａ，５２Ｄにおける第１排気ポート６４ａ及び第２排気ポート６４ｂならびに２番，３番気筒５２Ｂ，５２Ｃにおける第２吸気ポート６３ｂ及び排気ポート６４が、燃焼室の右半部側に並列的に設けられている。
【００７６】
１番，４番気筒５２Ａ，６２Ｄにおける吸気ポート６３および２番，３番気筒５２Ｂ，６２Ｃにおける第１吸気ポート６３ａには、吸気通路６５における気筒別の分岐吸気通路６６の下流端が接続されている。各分岐吸気通路６６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６７が設けられており、この多連スロットル弁６７は制御信号に応じてアクチュエータ６８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６５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６９が設けられている。
【００７７】
１番，４番気筒５２Ａ，６２Ｄにおける第１排気ポート６４ａおよび２番，３番気筒５２Ｂ，６２Ｃにおける排気ポート６４には、排気通路７０における気筒別の分岐排気通路７１の上流端が接続されている。また、１番気筒５２Ａと２番気筒５２Ｂとの間及び３番気筒５２Ｃと４番気筒５２Ｄとの間にそれぞれ気筒間ガス通路７２が設けられ、先行気筒である１番，４番気筒５２Ａ，２Ｄの第２排気ポート６４ｂに気筒間ガス通路７２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５２Ｂ，５２Ｃの第２吸気ポート６４ｂに気筒間ガス通路７２の下流端が接続されている。
【００７８】
排気通路７０における分岐排気通路７１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７３が設けられている。さらにＯ２センサ７３の下流の排気通路７１には排気浄化用の触媒７４が設けられている。
【００７９】
また、気筒間ガス通路７２の周囲に、この通路７２を通るガスを冷却するためのウォータジャケット１００が設けられ、このウォータジャケット１００が電動ウォータポンプ１０１に接続されている。
【００８０】
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。
【００８１】
１番，４番気筒５２Ａ，５２Ｄにおける吸気ポート６１、第１排気ポート６２ａ及び第２排気ポート６２ｂにはそれぞれ吸気弁３１、第１排気弁６４ａ及び第２排気弁６４ｂが設けられ、また、２番，３番気筒５２Ｂ，５２Ｃにおける第１吸気ポート６１ａ、第２吸気ポート６２ｂ及び排気ポート６２にはそれぞれ第１吸気弁６３ａ、第２吸気弁６３ｂ及び排気弁６４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７５ａ，７５ｂ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。
【００８２】
さらに、これらの吸・排気弁のうちで第１排気弁６４ａ、第２排気弁６４ｂ、第１吸気弁６３ａ及び第２吸気弁６３ｂに対しては、各弁を作動状態と停止状態とに切換える切換機構７６が設けられている。この切換機構７６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７５ａ，７５ｂ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。
【００８３】
上記第１排気弁６４ａ及び第１吸気弁６３ａの各切換機構７６とに対する作動油給排用の通路には第１コントロール弁７７が、また第２排気弁６４ｂ及び第２吸気弁６３ｂの切換機構７６とに対する作動油給排用の通路には第２コントロール弁７８がそれぞれ設けられている（図１５参照）。
【００８４】
図１５は駆動、制御系統の構成を示している。この図において、エンジン制御用のＥＣＵ（コントロールユニット）８０には、エアフローセンサ６９及びＯ２センサ７３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９１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９２等からの信号が入力され、また、オクタン価判別のためのイオン電流センサ９３（又は指圧センサあるいはノックセンサ）からの信号も入力されている。
【００８５】
また、このＥＣＵ８０から、各燃料噴射弁５８と、多連スロットル弁６７のアクチュエータ６８と、上記第１，第２のコントロール弁７７，７８とに対して制御信号が出力されている。
【００８６】
上記ＥＣＵ８０は、運転状態判別手段８１、切換機構制御手段８２、吸入空気量制御手段８３、燃料噴射制御手段８４、冷却制御手段８５、オクタン価判別手段８６、着火アシスト手段８７及び着火アシスト用点火時期制御手段８８を備えている。
【００８７】
運転状態判別手段８１は、図１６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Ｃ（部分負荷領域）と、高速側ないし高負荷側の領域Ｄとに区画された制御用マップを有し、低速低負荷側の領域Ｃを特殊運転モード領域、高速側ないし高負荷側の領域Ｄを通常運転モード領域として設定し、上記回転数センサ９１及びアクセル開度センサ９２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）が上記領域Ｃ，Ｄのいずれにあるかを判別するようになっている。
【００８８】
さらに、上記特殊運転モード領域Ｃは、その中でもエンジンの回転速度および負荷が最も低い低速低負荷領域Ｃ１と、この低速低負荷領域Ｃ１よりもエンジン回転数および負荷が高い中速中負荷領域Ｃ２と、この中速中負荷領域Ｃ２よりもエンジン回転数および負荷がさらに高い高速高負荷領域Ｃ３とに区画されている。
【００８９】
切換機構制御手段８２は、運転状態が低速低負荷側の特殊運転モード領域Ｃにある場合と高速側ないし高負荷側の通常運転モード領域Ｂにある場合とに応じ、上記各コントロール弁７７，７８を制御することにより、各切換機構７６を次のように制御する。
【００９０】
領域Ｃ：（特殊運転モード）
第１排気弁６４ａ及び第１吸気弁６３ａを停止状態
第２排気弁６４ｂ及び第２吸気弁６３ｂを作動状態
領域Ｄ：（通常運転モード）
第１排気弁６４ａ及び第１吸気弁６３ａを作動状態
第２排気弁６４ｂ及び第２吸気弁６３ｂを停止状態
上記吸入空気量制御手段８３は、アクチュエータ６８を制御することによりスロットル弁６７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、特殊運転モード領域Ｃでは、後続気筒５２Ｂ，５２Ｃにおいては分岐吸気通路６６からの吸気導入が遮断された状態で先行気筒５２Ａ，５２Ｂから導入されるガス中の過剰空気を利用して新たに供給される燃料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が先行気筒５２Ａ，５２Ｂに供給されるように、スロットル開度が調節される。
【００９１】
上記燃料噴射制御手段８４は、各気筒５２Ａ〜５２Ｄに設けられた燃料噴射弁５８からの燃料噴射量およ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。そして、特に運転モードに応じ、燃料噴射量および噴射タイミングが変更される。
【００９２】
すなわち、特殊運転モード領域Ｃにある場合、特殊運転モードの制御として、先行気筒５２Ａ，５２Ｄに対しては、空燃比が理論空燃比よりも大幅にリーンな空燃比、例えば理論空燃比の略２倍もしくはそれ以上とな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混合気の成層化を行わせるように噴射時期を設定する。そして、圧縮上死点付近で点火が行われることにより成層燃焼が行われるようにする。一方、後続気筒５２Ｂ，５２Ｃに対しては、先行気筒５２Ａ，５２Ｄから導入されたリーン空燃比の既燃ガスに対して燃料を供給し、後続気筒５２Ｂ，５２Ｃでの燃焼の際に実質的に理論空燃比もしくはこれよりリーンとなるように燃料噴射量を制御するとともに、吸気行程で燃料を噴射するように噴射タイミングを設定することにより混合気を均一化し、圧縮自己着火燃焼が効果的に行われるようにする。
【００９３】
また、通常運転モード領域Ｄにある場合には、通常運転モードの制御として、各気筒５２Ａ〜５２Ｄ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、例えば通常運転モード領域Ｄのうち大部分の領域において理論空燃比とし、最大負荷領域およ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５２Ａ〜５２Ｄ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する。
【００９４】
冷却制御手段８７は、特殊運転モード領域Ｃの高速高負荷領域Ｃ３において、後続気筒５２Ｂ，５２Ｃのノッキングを抑制するため、先行気筒５２Ａ，５２Ｄから後続気筒５２Ｂ，５２Ｃへ送られる既燃ガスによる後続気筒５２Ｂ，５２Ｃの筒内温度の上昇を抑制する筒内温度規制手段としての機能を有するものである。具体的には、特殊運転モード領域Ｃの高速高負荷領域Ｃ３で、電動ウォータポンプ１０１を駆動して、気筒間ガス通路７２の周囲に設けられたウォータジャケット１００に冷却水を送ることにより、後続気筒５２Ａ，５２Ｄのノッキングの発生を防止し得る程度の温度まで上記既燃ガスを冷却する制御が上記冷却制御手段８７において実行されるようになっている。
【００９５】
上記オクタン価判別手段８６は、第１の実施形態におけるオクタン価判別手段３２と同様に、イオン電流センサ９３（又は指圧センサあるいはノックセンサ）の出力によって調べられる燃焼パターンに基づき、オクタン価の判別を行なう。
【００９６】
上記着火アシスト手段８７は、エンジンの運転状態が特殊運転モード領域Ｃの中の低速低負荷領域Ｃ１にある場合や、特殊運転モード領域Ｃの中の高速高負荷領域Ｃ３にあって、冷却制御手段８５が作動している状態にある場合に、後続気筒５２Ｂ，５２Ｃ内の混合気を、その圧縮上死点前における圧縮上死点の近傍で点火することにより、上記後続気筒５２Ｂ，５２Ｃでの圧縮自己着火を促進するように構成されている。すなわち、後続気筒５２Ｂ，５２Ｃのピストン位置が圧縮上死点に近づいた時点で、点火回路５６に点火指令信号を出力して混合気に点火することにより、点火プラグ５５周りの圧力を急激に上昇させて混合気の圧縮自己着火を誘発するようになっている。
【００９７】
上記着火アシスト用点火時期設定手段８８は、第１の実施形態における着火アシスト用点火時期設定手段３６と同様に、上記着火アシスト手段８７によって圧縮自己着火促進のための点火の制御が行なわれるとき、運転状態及びオクタン価に応じ、図１０に示すようなマップから点火時期を求めるようになっている。
【００９８】
以上のような当実施形態の装置の作用を、図１７〜図１９を参照しつつ説明する。
【００９９】
低負荷低回転側の運転領域である特殊運転モード領域Ｃでは、前述のように第１排気弁６４ａ及び第１吸気弁６３ａが停止状態、第２排気弁６４ｂ及び第２吸気弁６３ｂ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１８に示すような２気筒接続状態とされ、先行気筒５２Ａ，５２Ｄから排出される既燃ガスがそのまま気筒間ガス通路７２を介して後続気筒５２Ｂ，５２Ｃに導入されるとともに、この後続気筒５２Ｂ，５２Ｃから排出されるガスのみが排気通路７０に導かれるような２気筒接続状態とされる。
【０１００】
この状態において、先行気筒５２Ａ，５２Ｄにそれぞれ吸気行程で吸気通路６５から新気が導入され（図１８中の矢印ａ）、先行気筒５２Ａ，５２Ｄでは空燃比が理論空燃比の略２倍ないしそれ以上の超リーン空燃比となるように燃料噴射量がフィードバック制御されつつ圧縮行程で燃料が噴射され、かつ、所定時期に点火が行われて、超リーン空燃比での成層燃焼が行われる（図１７参照）。
【０１０１】
その後、先行気筒５２Ａ，５２Ｄの吸気行程と後続気筒５２Ｂ，５２Ｃの排気行程が重なる期間に、先行気筒５２Ａ，５２Ｄから排出された既燃ガスがガス通路７２を通って後続気筒５２Ｂ，５２Ｃに導入されるとともに（図１７中の白抜き矢印及び図１８中の矢印ｂ）、後続気筒５２Ｂ，５２Ｃでは、先行気筒５２Ａ，５２Ｄから導入されたリーン空燃比の既燃ガスに燃料が供給されて、理論空燃比もしくはそれよりリーンとなるように燃料噴射量が制御されつつ、吸気行程で燃料が噴射される。そして、先行気筒５２Ａ，５２Ｄから送られた高温の既燃ガスにより後続気筒５２Ｂ，５２Ｃの筒内温度が高められた上で、圧縮行程の上死点付近で燃焼室内の圧力、温度が上昇することにより圧縮自己着火が行われる。
【０１０２】
このように、先行気筒５２Ａ，５２Ｄ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ポンピングロスが低減され、一方、後続気筒５２Ｂ，５２Ｃでは、空燃比がリーン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５２Ａ，５２Ｄと同様にポンピングロス低減効果が得られる。これらの作用により、燃費が大幅に改善される。
【０１０３】
また、先行気筒５２Ａ，５２Ｄ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５２Ｂ，５２Ｃでは、先行気筒５２Ａ，５２Ｄ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とともに圧縮自己着火が行われることによりＮＯｘの発生が充分に抑制される。従って、エミッションの向上に有利となる。
【０１０４】
一方、高速側ないし高負荷側の運転領域Ｂでは前述のように第１排気弁６４ａ及び第１吸気弁６３ａが作動状態、第２排気弁６４ｂ及び第２吸気弁６３ｂ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１９に示すようになり、実質的に各気筒５２Ａ〜５２Ｄの吸気ポート６１，６１ａ及び排気ポート６２ａ，６２が独立し、吸気通路６５から各気筒５２Ａ〜５２Ｄの吸気ポート６１，６１ａに新気が導入されるとともに各気筒５２Ａ〜５２Ｄの排気ポート６２，６２ａから排気通路７０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。
【０１０５】
このように、エンジンの運転領域によって上記特殊運転モードと通常運転モードとが選択され、低速低負荷側の運転領域Ｃにおける燃費およびエミッションの改善効果が得られるとともに、高負荷側ないし高回転側の運転領域Ｄにおける出力性能の確保が図られることになる。
【０１０６】
ところで、上記特殊運転モードの燃焼が行われる運転領域Ｃにおける低速低負荷領域Ｃ１では、先行気筒５２Ａ，５２Ｄから後続気筒５２Ｂ，５２Ｃへ送られる既燃ガスの温度が充分に上昇せずに圧縮自己着火が行われ難くなる傾向があるが、この領域Ｃ１では着火アシスト手段８７により後続気筒５２Ｂ，５２Ｃの混合気をその圧縮上死点前に点火して後続気筒５２Ｂ，５２Ｃの圧縮自己着火を促進するようにしているため、後続気筒５２Ｂ，５２Ｃを適正に圧縮自己着火させることができる。
【０１０７】
また、上記特殊運転モードの燃焼が行われる運転領域Ｃのうちの高速高負荷領域Ｃ３では、後続気筒５２Ｂ，５２Ｃに導入される既燃ガスの温度が高すぎて、ノッキングが生じ易い傾向があるが、この場合に、ウォータジャケット１００に電動ウォータポンプ１０１から冷却水を供給し、気筒間ガス通路７２を介して先行気筒５２Ａ，５２Ｄから後続気筒５２Ｂ，５２Ｃに導入される既燃ガスを適度に冷却する制御を上記冷却制御手段８５において実行することにより、後続気筒５２Ｂ，５２Ｃに導入される既燃ガスの温度が過度に高くなること起因したノッキングの発生を効果的に防止しつつ、着火アシスト手段８７において後続気筒５２Ｂ，５２Ｃの圧縮自己着火を促進する制御を実行することにより、後続気筒５２Ｂ，５２Ｃ内の混合気を圧縮上死点ＴＤＣの近傍における適正時期に圧縮自己着火させることができる。
【０１０８】
さらに、上述のように殊運転モードの燃焼が行われる運転領域Ｃのうちの低速低負荷領域Ｃ１や高速高負荷領域Ｃ３において、圧縮自己着火促進のための着火アシストとして圧縮上死点前に点火が行なわれる場合に、その点火時期がオクタン価及びエンジン負荷に応じて変更されることにより、供給される燃料のオクタン価が変わった場合やエンジン負荷が変化した場合でも圧縮自己着火燃焼が良好に行われることは、前述の第１の実施形態と同様である。
【０１０９】
なお、上記実施形態では先行気筒５２Ａ，５２Ｄ、後続気筒５２Ｂ，５２Ｃのいずれに対しても燃料噴射弁５８は燃焼室に直接燃料を噴射する直噴タイプとしているが、後続気筒５２Ｂ，５２Ｃに対する燃料噴射弁は必ずしも直噴タイプに限定されず、例えば吸気ポートおよび気筒間ガス通路に燃料噴射弁を設け、通常運転モードでは吸気ポートの燃料噴射弁を駆動し、特殊運転モードでは気筒間ガス通路の燃料噴射弁を駆動するようにしてもよい。
【０１１０】
また、特殊運転モード領域Ｃの高速高負荷領域Ｃ３において、後続気筒５２Ｂ，５２Ｃの筒内温度が過度に上昇することを防止する筒内温度規制手段として、上記実施形態では先行気筒５２Ａ，５２Ｄから後続気筒５２Ｂ，５２Ｃへ送られる既燃ガス既燃ガスを冷却する手段を設けているが、これの代わりに、後続気筒５２Ｂ，５２Ｃの第２吸気弁６３ｂの閉時期を制御することで有効圧縮比を低下させる等の手段も採用し得る。
【０１１１】
【発明の効果】
以上のように本発明の火花点火式エンジンの制御装置によると、部分負荷領域で圧縮自己着火が行われ、その圧縮自己着火が行われる運転領域の一部もしくは全部の領域で、圧縮上死点前に燃焼室内の混合気を点火することにより圧縮自己着火を促進する着火アシストが行われるようにしているため、確実に圧縮自己着火を達成することができる。特に、着火アシストのための点火の時期が燃料のオクタン価に応じて調整され、オクタン価が高いほど点火時期が進角されるようになっているため、供給される燃料のオクタン価に拘わらず、圧縮自己着火燃焼を良好に行わせ、圧縮自己着火による燃費及びエミッションの改善の効果を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態による制御装置を備えたエンジンの概略平面図である。
【図２】上記エンジンの概略断面図である。
【図３】バルブリフト可変機構を示す斜視図である。
【図４】エンジンの制御装置の構成を示す機能ブロック図である。
【図５】バルブ作動の一例を示す説明図である。
【図６】バルブ作動の別の例を示す説明図である。
【図７】運転領域のマップを示す説明図である。
【図８】エンジン負荷とホットＥＧＲ及びコールドＥＧＲのＥＧＲ率との関係を示す説明図である。
【図９】イオン電流センサにより燃焼パターンを検出する場合の、燃焼に応じたイオン電流の変化を示す図である。
【図１０】燃料のオクタン価別にエンジン負荷と着火アシストのための点火時期との関係を設定したマップである。
【図１１】圧縮自己着火による筒内圧力の変化を示す図である。
【図１２】バルブ作動についての別の例を示す説明図である。
【図１３】本発明の第２の実施形態による制御装置を備えたエンジンの概略平面図である。
【図１４】上記エンジンの概略断面図である。
【図１５】制御系統のブロック図である。
【図１６】運転領域のマップを示す説明図である。
【図１７】各気筒の行程、燃料噴射時期及び点火時期等を示す図である。
【図１８】低速低負荷の運転領域にあるとき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１９】高速ないし高負荷の運転領域にあるとき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。
【符号の説明】
１ エンジン本体
２ 気筒
４ 燃焼室
５ 点火プラグ
６ 点火回路
１１ 燃料噴射弁
２８ イオン電流センサ
３０ ＥＣＵ
３１ 運転状態判別手段
３２ オクタン価判別手段
３３ バルブ作動制御手段
３４ 筒内温度規制手段
３５ 着火アシスト手段
３６ 着火アシスト用点火時期設定手段
Claims (8)
- 温間時における部分負荷領域で燃焼室内の混合気を圧縮自己着火により燃焼させる火花点火式エンジンにおいて、
供給された燃料のオクタン価を判別するオクタン価判別手段と、
圧縮自己着火が行われる運転領域の一部もしくは全部の領域で、圧縮上死点前に燃焼室内の混合気を点火することにより圧縮自己着火を促進する着火アシスト手段と、
上記着火アシスト手段による圧縮自己着火促進のための点火が行われる運転領域で、上記オクタン価に応じて点火時期を設定する着火アシスト用点火時期設定手段とを備え、
上記着火アシスト用点火時期設定手段は、上記オクタン価が高いほど点火時期を進角させるようになっ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。 - 圧縮自己着火が行われる運転領域のうち圧縮時の筒内温度が過度に上昇しやすい特定運転領域で、圧縮時の筒内温度を低下させる筒内温度規制手段が設けられるとともに、少なくとも上記特定運転領域で上記着火アシスト手段による圧縮自己着火促進のための点火が行われるようになってい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。
- 上記着火アシスト用点火時期設定手段は、燃料のオクタン価別にエンジン負荷に応じた点火時期のマップを有していることを特徴とする請求項１又は２記載の火花点火式エンジンの制御装置。
- 上記オクタン価判別手段は、燃焼パターンの検出に基づいてオクタン価を判別することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の火花点火式エンジンの制御装置。
- 燃焼パターンを検出する手段として、燃焼室内での燃焼に応じて生じるイオン電流を検出するイオン電流センサが設けられていることを特徴とする請求項４記載の火花点火式エンジンの制御装置。
- 燃焼パターンを検出する手段として、燃焼室内の圧力を検出する指圧センサが設けられていることを特徴とする請求項４記載の火花点火式エンジンの制御装置。
- 燃焼パターンを検出する手段として、ノッキングによるエンジン振動を検出するノックセンサが設けられていることを特徴とする請求項４記載の火花点火式エンジンの制御装置。
- 複数の気筒を備えて、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構成するとともに、エンジンの部分負荷領域でエンジンの吸・排気およ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、気筒間ガス通路を介して吸気行程にある後続気筒に導入され、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、上記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る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、
供給された燃料のオクタン価を判別するオクタン価判別手段と、
上記後続気筒において圧縮自己着火が行われる運転領域の一部もしくは全部の領域で、後続気筒の圧縮上死点前に当該気筒の燃焼室内の混合気を点火することにより圧縮自己着火を促進する着火アシスト手段と、
上記着火アシスト手段により後続気筒に対して圧縮自己着火促進のための点火が行われる運転領域で、上記オクタン価に応じて後続気筒の点火時期を設定する着火アシスト用点火時期設定手段とを備え、
上記着火アシスト用点火時期設定手段は、上記オクタン価が高いほど後続気筒の点火時期を進角させるようになっ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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