JP4107180B2 - 火花点火式エンジンの制御装置 - Google Patents
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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およ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制御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、低速低負荷領域等では、上記燃料噴射弁から圧縮行程で燃料を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および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の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、上記リーン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には、例えば下記特許文献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】
また、燃費改善のための別の手法として、例えば下記特許文献２に示されるように、燃焼室内に多量の既燃ガスを残留させることにより、圧縮行程の終期にディーゼルエンジンと同様に燃焼室内を高温・高圧にして混合気を自己着火（圧縮自己着火）させることが行われており、このような圧縮自己着火が行われると、燃焼室内全体で一気に燃焼が発生するため、仕事に寄与しない遅い燃焼となることが避けられて燃費改善に有利となるとともに、燃焼室内の温度が局部的に高くなるのを防止してＮＯｘの発生を抑制することが可能である。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１０−２９８３６号公報
【特許文献２】
特開平１０−２６６８７８号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記特許文献１に示される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吸着量の増大時にＮＯｘを離脱させて還元するため、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、触媒の加熱処理および還元材の供給等からなる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ことが避けられない。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。
【０００７】
一方、上記引用文献２に示されるように、通常の火花点火式ガソリンエンジンにおいて、燃費の改善効果およびＮＯｘの抑制効果を得るために圧縮自己着火を行わせるように構成した場合には、その圧縮上死点付近での燃焼室内の温度または圧力を大幅に高めて圧縮自己着火の環境が得られるようにする格別の工夫が必要であるという問題がある。しかも、通常の火花点火式ガソリンエンジンにおいて上記の工夫を凝らしても確実に圧縮自己着火を行わせることは困難である等の問題があった。
【０００８】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、火花点火式エンジンの排気浄化性能を確保しつつ、より効果的に燃費を改善することができる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】
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つように設定された多気筒の火花点火式エンジンにおいて、排気行程と吸気行程とが重なる一対の気筒間で排気行程にある先行気筒から排出された既燃ガスを吸気行程にある後続気筒に導入させる気筒間ガス通路と、先行気筒の既燃ガスの導出方向を排気通路側と上記気筒間ガス通路側とに切り換える切換弁と、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と、エンジンの部分負荷運転領域では、上記新気導入弁を閉弁するとともに、先行気筒から排出された既燃ガスの全てを気筒間ガス通路側に導出させるように上記切換弁を制御することにより２気筒接続状態とし、先行気筒の空燃比を理論空燃比よりも大きいリーン空燃比として燃焼を行わせ、この先行気筒から後続気筒に導入されたリーン空燃比の既燃ガスに燃料を供給して後続気筒の燃焼を行わせ、かつ上記部分負荷運転領域内における高負荷側領域では、上記新気導入弁を開弁して後続気筒内に上記既燃ガスと新気との両方を導入させるとともに、燃料を供給して後続気筒の燃焼を行わせる特殊運転モードの制御を実行する運転モード制御手段と、上記特殊運転モードの制御が実行される部分負荷運転領域内の高負荷側領域で、後続気筒の圧縮自己着火をアシストする着火アシスト手段とを備えたものである。
【００１０】
この発明によると、エンジンの部分負荷運転領域で上記２気筒接続状態として特殊運転モードの制御が実行されることにより、上記先行気筒ではリーン燃焼による熱効率向上およびポンピングロス低減による燃費改善効果が得られ、後続気筒では先行気筒から導入された既燃ガスに燃料が供給されて理論空燃比とされた状態で燃料が行わせることにより、少なくともポンピングロス低減による燃費改善効果が得られるとともに、上記既燃ガスが多量に導入されることによるＥＧＲ効果によってＮＯｘの発生が効果的に抑制されることになる。そして、上記部分負荷運転領域よりも高負荷側領域では、上記新気導入弁が開弁状態となって後続気筒に新気が導入されるとともに、着火アシスト手段により後続気筒の圧縮自己着火が促進されることにより、新気不足による失火等を生じることがなく、かつ後続気筒の圧縮自己着火が適正に行われることになる。
【００１１】
また、請求項２に係る発明は、上記請求項１記載の火花点火式エンジンの制御装置において、特殊運転モードの制御が実行される部分負荷運転領域の高負荷領域では、先行気筒の空燃比を略理論空燃比として燃焼を行わせるものである。
【００１２】
上記構成によれば、特殊運転モードの制御が実行される部分負荷運転領域の高負荷側領域で、先行気筒を略理論空燃比の燃焼状態とする空燃比制御が実行されることにより、エンジン出力が充分に確保されるとともに、理論空燃比で燃焼した排気ガスが先行気筒から排気通路に導出されるため、リーンＮＯｘ触媒を必要とすることなく、三元触媒または酸化触媒により充分な排気浄化性能が得られ、燃費の改善効果とエミッション性の改善効果との両立を図ることが可能となる。
【００１３】
また、請求項３に係る発明は、上記請求項１または２に記載の火花点火式エンジンの制御装置において、圧縮上死点前の上死点近傍で後続気筒内の混合気を点火することにより圧縮自己着火をアシストする着火アシスト手段と、後続気筒のノッキングを検出するノッキング検出手段とを備え、特殊運転モードの制御が実行される部分負荷運転領域の高負荷側領域で、上記ノッキング検出手段により後続気筒のノッキングが検出された場合には、上記着火アシスト手段による混合気の点火時期を通常時に比べてリタードさせるものである。
【００１４】
上記構成によれば、特殊運転モードの制御が実行される部分負荷運転領域の高負荷側領域で、先行気筒から後続気筒に高温の既燃ガスが導入されることにより、後続気筒の温度が上昇してノッキングが発生した場合には、着火アシスト手段による混合気の点火時期が通常時に比べてリタードされることより、上記後続気筒におけるノッキングの発生が抑制されることになる。
【００１５】
また、請求項４に係る発明は、上記請求項１〜３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、特殊運転モードの制御が実行される部分負荷運転領域の高負荷領域で、過給機により加圧された吸気を各気筒に供給するものである。
【００１６】
上記構成によれば、特殊運転モードの制御が実行される部分負荷運転領域の高負荷側領域で、過給機によって加圧された吸気が先行気筒および後続気筒の両方に供給されることにより、多量の新気を必要とする先行気筒に必要量の新気が導入されるとともに、先行気筒から導出された既燃ガスが後続気筒に導入されることによる後続気筒の新気不足が上記過給機の過給作用によって補われるため、上記特殊運転モードの制御を実行可能な領域がエンジンの高負荷側に広げられることになる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１および図２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。
【００１８】
各気筒２Ａ，２Ｄに設けられた燃焼室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。
【００１９】
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、図略のニードル弁およびソレノイドを内蔵し、後述の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、図外の燃料ポンプおよび燃料供給通路等を備えるとともに、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燃料供給系統を介して、上記燃料噴射弁９に燃料が供給されるように構成されている。
【００２０】
そして、吸気、圧縮、膨張および排気の各行程からなる燃焼サイクルがそれぞれの気筒２Ａ〜２Ｄ毎に所定の位相差をもって行われるように構成され、４気筒エンジンの場合に、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および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および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。
【００２１】
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および２番気筒２Ｂと、４番気筒２Ｄおよび３番気筒２Ｃとがそれぞれ一対をなし、１番気筒２Ａおよび４番気筒２Ｄが先行気筒となり、かつ２番気筒２Ｂおよび３番気筒２Ｃが後続気筒となるように設定されている。
【００２２】
各気筒の吸・排気ポートとこれに接続される吸気通路、排気通路およ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。先行気筒である１番気筒２Ａおよび４番気筒２Ｄには、それぞれ、新気を導入させるための一対の吸気ポート１１，１１と、既燃ガス（排気ガス）を排気通路２０または上記気筒間ガス通路２２に導出するための一対の排気ポート１２，１２とが配設されている。
【００２３】
また、後続気筒である２番気筒２Ｂおよび３番気筒２Ｃには、それぞれ新気を導入させるための一対の第１吸気ポート１３，１３と、先行気筒２Ａ，２Ｄからの既燃ガスを導入させるための第２吸気ポート１４と、既燃ガスを排気通路２０に導出するための排気ポート１５とが配設されている。
【００２４】
図１に示す例では、先行気筒（１番，４番気筒）２Ａ，２Ｄの燃焼室の左半部に、一対の吸気ポート１１，１１が並列的に配設されるとともに、上記燃焼室の右半部に、一対の排気ポート１２，１２が並列的に配設されている。また、後続気筒（２番，３番気筒）２Ｂ，２Ｃの燃焼室の左半部には、一対の第１吸気ポート１３，１３が並列的に配設されるとともに、上記燃焼室の右半部には、第２吸気ポート１４と排気ポート１５とが並列的に設けられている。
【００２５】
先行気筒２Ａ，２Ｄに設けられた一対の吸気ポート１１，１１および後続気筒２Ｂ，２Ｃに設けられた一対の第１吸気ポート１３，１３には、吸気通路１５における気筒別の分岐吸気通路１６の下流端がそれぞれ接続されている。上記吸気通路１５における集合部よりの上流の共通吸気通路には、バタフライ弁からなるスロットル弁１７が設けられ、このスロットル弁１７がアクチュエータ１７ａにより開閉駆動されることにより、エンジン全体の吸入空気量が調節されるようになっている。
【００２６】
また、上記後続気筒２Ｂ，２Ｃの第１吸気ポート１３，１３にそれぞれ接続された分岐吸気通路１６からなる新気導入通路には、共通の軸を介して互いに連動する一対のバタフライ弁からなる新気導入弁１８が設けられ、この新気導入弁１８がアクチュエータ１８ａにより上記共通の軸を支点に回転駆動されることにより、新気導入通路が開閉されて上記後続気筒２Ｂ，２Ｃに対する吸入空気量が調節されるとともに、上記新気導入弁１９を閉弁状態とすることにより、上記後続気筒２Ｂ，２Ｃに対する新気の導入が停止されるように構成されている。なお、吸気通路１５における集合部よりも上流の供給吸気通路には、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。
【００２７】
上記先行気筒２Ａ，２Ｄに設けられた一対の排気ポート１２，１２および後続気筒２Ｂ，２Ｃに設けられた単一の排気ポート１５には、排気通路２０における気筒別の分岐排気通路２１の上流端がそれぞれ接続されている。また、先行気筒２Ａ，２Ｄの排気ポート１２，１２に接続された上記分岐排気通路２１に上記気筒間ガス通路２２の上流端が接続されるとともに、後続気筒２Ｂ，２Ｃの第２吸気ポート１４に上記気筒間ガス通路２２の下流端が接続されている。この気筒間ガス通路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から排出されるガスが、この気筒間ガス通路２２を通る間における放熱量が比較的小さく抑えられるようになっている。
【００２８】
また、上記先行気筒２Ａ，２Ｄの排気ポート１２，１２に連通する分岐排気通路２１と、上記気筒間ガス通路２２との接続部には、先行気筒２Ａ，２Ｄから排出された既燃ガスの導出方向を排気通路２０の下流部（集合部）側と、気筒間ガス通路２２側とに切り換えるバタフライ弁からなる切換弁２５が設けられている。この切換弁２５は、排気通路２０側の連通部を閉止することにより、上記既燃ガスの全てを気筒間ガス通路２２側に導出させる２気筒接続位置と、上記気筒間ガス通路２２側の連通部を閉止することにより、上記既燃ガスの全てを排気通路２０側に導出させる各気筒独立位置と、上記気筒間ガス通路２２および排気通路２０の両方に上記既燃ガスを導出させる中立位置とに、アクチュエータ２５ａによって回転駆動されるように構成されている。また、上記中立位置にある切換弁２５の開度を変化させることにより、気筒間ガス通路２２側に導出される既燃ガス量と、排気通路２０の集合部側に導出される既燃ガス量との分配率が調節されるようになっている。
【００２９】
上記排気通路２０における分岐排気通路２１の下流に位置する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、このＯ2センサ２３の設置部の下流側における排気通路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＝１）付近にあるときにＨＣ，ＣＯおよびＮＯｘに対して高い浄化性能を示す触媒である。
【００３０】
上記エンジンには、図３に示すように、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が設けられている。このＥＣＵ４０には、エアフローセンサ１９および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およびアクセル開度（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、上記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１７ａと、新気導入弁１８のアクチュエータ１８ａと、切換弁２５のアクチュエータ２５ａとに対して制御信号が出力されるようになっている。
【００３１】
上記ＥＣＵ４０には、エンジンの運転状態を判別する運転状態判別手段４１と、各気筒２Ａ〜２Ｄに対する新気の導入経路および既燃ガスの導出経路を切り換えてエンジンの運転モードを制御するガス経路切換手段４２からなる運転モード制御手段と、各気筒２Ａ〜２Ｄに対する吸気の流入量を制御する吸入空気量制御手段４３と、燃料噴射弁９から噴射される燃料の噴射量および噴射タイミングを制御する燃料噴射制御手段４４と、点火プラグ７による混合気の点火タイミングを制御する点火制御手段４５とが設けられている。
【００３２】
上記運転状態判別手段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運転領域Ａ（部分負荷運転領域）と、高速側ないし高負荷側の運転領域（全負荷運転領域）Ｂとに区画された制御用マップを有し、低速低負荷側の部分負荷運転領域Ａを特殊運転モード領域として設定するとともに、高速側ないし高負荷側の全負荷運転領域Ｂを通常運転モード領域として設定し、上記回転数センサ４７およ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（エンジン回転数およびエンジン負荷）が、上記運転領域Ａ，Ｂのいずれにあるかを判別するようになっている。さらに、上記特殊運転モード領域となる部分負荷運転領域Ａは、その中でもエンジン負荷が最も低い低負荷側領域Ａ１と、この低速低負荷領域Ａ１よりもエンジン負荷が高い中負荷側領域Ａ２と、この中負荷側領域Ａ２よりもエンジン負荷がさらに高い高負荷側領域Ａ３とに区画されている。
【００３３】
そして、上記運転状態判別手段４１による判別結果に基づき、エンジンの部分負荷運転領域Ａでは、排気行程にある先行気筒２Ａ，２Ｄから排出される既燃ガスを吸気行程にある後続気筒２Ｂ，２Ｃに導入して燃焼させる特殊運転モードが選択され、エンジンの全負荷運転領域Ｂでは、各気筒２Ａ〜２Ｄをそれぞれ独立させて燃焼させる通常運転モードが選択されるように構成されている。また、上記部分負荷運転領域Ａの高負荷側領域Ａ３では、先行気筒２Ａ，２Ｄから排出される既燃ガスの一部を後続気筒２Ｂ，２Ｃに導入させ、残りの既燃ガスを排気通路２０に導入させる中間運転モードが選択されるようになっている。
【００３４】
ガス経路切換手段４２は、上記運転状態判別手段４１の判別結果に応じ、新気導入弁１８および切換弁２５を開閉制御することにより、先行気筒２Ａ，２Ｄから排出された既燃ガスの流通経路および後続気筒２Ｂ，２Ｃに導入される新気および既燃ガスの導入状態を次のように制御するように構成されている。
【００３５】
すなわち、上記運転状態判別手段４１によりエンジンの運転領域が部分負荷運転領域Ａの低負荷側領域Ａ１または中負荷側領域Ａ２にあることが確認された場合には、上記新気導入弁１８を閉弁状態とすることにより、後続気筒２Ｂ，２Ｃに対する新気の導入を停止するとともに、上記切換弁２５を２気筒接続位置に設置することにより、上記既燃ガスの全てを後続気筒２Ｂ，２Ｃに導出させる特殊運転モードの制御を実行する。
【００３６】
また、上記運転状態判別手段４１によりエンジンの運転領域が全負荷運転領域Ｂにあることが確認された場合には、上記新気導入弁１８を開弁状態とすることにより、後続気筒２Ｂ，２Ｃに運転状態に対応した量の新気を導入させるとともに、上記切換弁２５を２気筒接続位置に設置することにより、上記既燃ガスの全てを排気通路２０に導出させる通常運転モードの制御を実行する。
【００３７】
さらに、上記運転状態判別手段４１によりエンジンの運転領域が部分負荷運転領域Ａの高負荷側領域Ａ３にあることが確認された場合には、上記新気導入弁１８を開弁状態とするとともに、上記切換弁２５を中立位置に設置することにより、後続気筒２Ｂ，２Ｃに上記既燃ガスと新気の両方を導入させる中間的な特殊運転モード（以下、このモードを中間運転モードという）の制御を実行する。また、上記中間運転モードの制御時には、エンジン負荷が高いほど排気通路２０側に導出される既燃ガス量を増大させるとともに、気筒間ガス通路２２側に導出される既燃ガス量を減少させように、上記切換弁２５の開度を変化させる制御が実行されるようになっている。
【００３８】
上記吸入空気量制御手段４３は、アクチュエータ１７ａ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、制御マップ等に基づいてエンジンの運転状態に対応した目標吸入空気量を求め、こ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、上記特殊運転モードとされるエンジンの部分負荷運転領域Ａでは、後続気筒２Ｂ，２Ｃに対する分岐吸気通路１６からの吸気導入が原則として遮断された状態で、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略理論空燃比とされつつ、後続気筒２Ｂ，２Ｃの燃焼が行われるように、スロットル弁１７の開度が調節されるようになっている。
【００３９】
具体的には、上記部分負荷運転領域Ａの低負荷・中負荷側領域Ａ１，Ａ２において、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（１番、４番気筒２Ａ，２Ｄ）に供給されるように上記スロットル弁１７の開度が制御される。また、上記中間運転モードの制御が実行される部分負荷運転領域Ａの高負荷側領域Ａ３では、上記新気導入弁１８を開放するとともに、エンジン負荷が高いほど上記新気導入弁１８の開度を大きくすることにより、後続気筒２Ｂ，２Ｃに導入される新気量を増大させる制御が実行されるようになっている。
【００４０】
上記燃料噴射制御手段４４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ように構成されている。また、上記点火制御手段４５は、運転状態に応じた点火時期の制御および点火停止等の制御を行うように構成されている。そして、特に運転状態が図３中の部分負荷運転領域Ａにある場合と、全負荷運転領域Ｂにある場合とで上記燃料噴射制御手段４４による燃料噴射の制御状態と、上記点火制御手段４５による点火時期の制御状態とが変更されるようになっている。
【００４１】
すなわち、運転状態が低速低負荷側の部分負荷運転領域Ａにある場合には、特殊運転モードの制御を実行すべく、先行気筒２Ａ，２Ｄの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調節するとともに、先行気筒２Ａ，２Ｄの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タイミングを設定し、かつ、圧縮上死点付近で先行気筒２Ａ，２Ｄの混合気を強制点火させるように点火タイミングを設定する制御を、上記燃料噴射制御手段４４および点火制御手段４５において実行する。
【００４２】
一方、後続気筒２Ｂ，２Ｃに対しては、先行気筒２Ａ，２Ｄ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、実質的に理論空燃比となるように燃料噴射量を調節するとともに、吸気行程で後続気筒２Ｂ，２Ｃに燃料を噴射するように噴射タイミングを設定し、かつ、圧縮自己着火を行わせるべく、上記高負荷側領域Ａ３を除いて後続気筒２Ｂ，２Ｃの混合気に対する強制点火を停止させる制御を、上記燃料噴射制御手段４４および点火制御手段４５において実行する。
【００４３】
さらに、上記特殊運転モードの制御が実行される部分負荷運転領域Ａにおいて、先行気筒２Ａ，２Ｄおよび後続気筒２Ｂ，２Ｃからなる一対の気筒に対する燃料噴射量の和が先行気筒２Ａ，２Ｄに導入される新気量に対して理論空燃比となる量に調整されるとともに、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。
【００４４】
具体的には、上記部分負荷運転領域Ａの低負荷側領域Ａ１では、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を略同一、ないしは後続気筒２Ｂ，２Ｃ側の燃料噴射量を少し多くすることにより、先行気筒２Ａ，２Ｄでの燃焼の際の空燃比が理論空燃比の２倍程度（Ａ／Ｆ≒３０、空気過剰率λで表せばλ＝２程度）、ないしは理論空燃比の２倍より大（空気過剰率λがλ＞２）となるようにする。この結果、エンジン負荷が低いために燃料の総噴射量が相対的に少ない値に設定され、これに起因して後続気筒２Ｂ，２Ｃの失火が発生し易い傾向にある上記低負荷側領域Ａ１で、後続気筒２Ｂ，２Ｃに対する燃料噴射量が過度に少ない値に設定されることが防止され、上記失火の発生が防止されることになる。
【００４５】
そして、上記特殊運転モードの制御が実行される部分負荷運転領域Ａにおいて、エンジン負荷の増大に伴い先行気筒２Ａ，２Ｄの空燃比をリーン空燃比から理論空燃比に向かって変化させることにより、上記部分負荷運転領域Ａの中負荷側領域Ａ２では、先行気筒２Ａ，２Ｄに対する燃料噴射量を後続気筒２Ｂ，２Ｃに対する燃料噴射量よりも多くすることにより、先行気筒２Ａ，２Ｄにおける燃焼時の空燃比が理論空燃比の２倍より小（空気過剰率λが１＜λ＜２）となるようにし、例えばＡ／Ｆ≒２５となるように制御することにより、上記部分負荷運転領域Ａの低負荷側領域Ａ１に比べて先行気筒２Ａ，２Ｄの空燃比を相対的にリッチとする。この結果、エンジン負荷が高いために燃料の総噴射量が相対的に多い値に設定されることにより、後続気筒２Ｂ，２Ｃの温度が過度に高くなるとともに、これに対応して後続気筒２Ｂ，２Ｃでノッキングが発生し易い傾向にある上記部分負荷運転領域Ａの中負荷側領域Ａ２で、後続気筒２Ｂ，２Ｃに多量の既燃ガスが導入され、そのＥＧＲ効果によって上記ノッキングの発生が防止されることになる。
【００４６】
また、上記中間運転モードの制御が実行される後続気筒２Ｂ，２Ｃに既燃ガスおよび新気の両方が導入される部分負荷運転領域Ａの高負荷側領域Ａ３では、先行気筒２Ａ，２Ｄおよび後続気筒２Ｂ，２Ｃがそれぞれ略理論空燃比の燃焼状態となるように燃料噴射量を制御する。そして、上記部分負荷運転領域Ａの高負荷側領域Ａ３では、上記点火制御手段４５からなる着火アシスト手段により、後続気筒２Ｂ，２Ｃの圧縮上死点前の上死点近傍、例えば上死点前の１５°ＣＡ（クランクアングル）の時点で、後続気筒２Ｂ，２Ｃの混合気に強制点火することにより、後続気筒２Ｂ，２Ｃの圧縮自己着火をアシストする着火アシスト制御を実行するようになっている。
【００４７】
一方、エンジンの運転状態が高負荷側ないし高回転側の全負荷運転領域Ｂにある場合には、各気筒２Ａ〜２Ｄに対してそれぞれ個別に新気を導入させる通常運転モードの制御状態として、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、例えば上記全負荷運転領域Ｂにおける大部分の領域で理論空燃比とし、エンジンの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２Ａ〜２Ｄの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で強制点火を行わせるように制御する。
【００４８】
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。上記部分負荷運転領域Ａの低負荷側領域Ａ１および中負荷側領域Ａ２では、上記ガス経路切換手段４２等からなる運転モード制御手段により、特殊運転モードの制御が実行され、後続気筒２Ｂ，２Ｃに新気を導入させる新気導入弁１８を閉弁状態とするとともに、先行気筒２Ａ，２Ｄから排出された既燃ガスの導出方向を切り換える切換弁２５を２気筒接続位置に設置する。これにより実質的な新気およびガスの流通経路は、図６に示すように、先行気筒（１番，４番気筒）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（２番，３番気筒）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、排気通路２０に導出されるような２気筒接続状態となる。
【００４９】
この状態では、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倍ないしそれより小さい値となるように燃料噴射量が制御されつつ、図５に示すように、圧縮行程で燃料噴射Ｆが実行され、かつ、所定時期に点火Ｓが行われることにより、リーン空燃比の成層燃焼が行われる。
【００５０】
また、先行気筒２Ａ，２Ｄの吸気行程と後続気筒２Ｂ，２Ｃの排気行程とが重なる期間に、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に導入される（図５中の白抜き矢印および図６中の矢印ｂ）。そして、後続気筒２Ｂ，２Ｃでは、先行気筒２Ａ，２Ｄ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理論空燃比としつつ、吸気行程で燃料を噴射した後に、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を行わせる制御が、上記吸入空気量制御手段４３および燃料噴射制御手段４４からなる空燃比制御手段により実行される。
【００５１】
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し、さらに吸気行程で後続気筒２Ｂ，２Ｃに噴射された燃料も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る。そして、上記後続気筒２Ｂ，２Ｃの燃焼室内全体で同時圧縮自己着火により急速な燃焼が行われ、これにより熱効率が大幅に向上することになる。
【００５２】
上記部分負荷運転領域Ａの高負荷側領域Ａ３では、後続気筒２Ｂ，２Ｃに連通する新気導入通路（分岐吸気通路１６）に設けられた上記新気導入弁１８が開弁されるとともに、上記切換弁２５を中立位置に設置されることにより、図７の矢印ｂ１，ｄに示すように、後続気筒２Ｂ，２Ｃ内に上記既燃ガスと新気との両方が導入されるとともに、燃料が供給されて後続気筒２Ｂ，２Ｃの燃焼を行わせる中間的な特殊運転モード（中間運転モード）の制御が実行される。この中間運転モードの制御時には、点火制御手段４５からなる着火アシスト手段により、後続気筒２Ｂ，２Ｃの圧縮上死点前の上死点近傍、例えば上死点前の１５°ＣＡ（クランクアングル）の時点で、後続気筒２Ｂ，２Ｃの混合気に強制点火して圧縮自己着火をアシストする制御が行われる。
【００５３】
上記のようにエンジンの部分負荷運転領域Ａで２気筒接続状態とした特殊運転モードの制御が実行されることにより、先行気筒２Ａ，２Ｄでは、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。
【００５４】
また、先行気筒２Ａ，２Ｄでは理論空燃比の略２倍もしくはそれに近い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多量のＥＧＲが行われているのと同様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性の改善に有利となる。
【００５５】
また、上記部分負荷運転領域Ａで、後続気筒２Ｂ，２Ｃから排出される排気ガス中の酸素濃度が、理論空燃比の燃焼状態に対応した値となるように後続気筒２Ｂ，２Ｃの空燃比を制御することにより、先行気筒２Ａ，２Ｄでリーンな空燃比で燃焼が行われつつ、理論空燃比で燃焼した後続気筒２Ｂ，２Ｃの既燃ガスのみが排気通路２０に導出されることになる（図６中に矢印ｃ参照）。したがって、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とともに、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。
【００５６】
さらに、上記部分負荷運転領域Ａの高負荷側領域Ａ３では、後続気筒２Ｂ，２Ｃに連通する新気導入通路（分岐吸気通路１６）に設けられた上記新気導入弁１８を開弁して、図７の矢印ｂ１，ｄに示すように、後続気筒２Ｂ，２Ｃ内に上記既燃ガスと新気との両方を導入させるとともに、燃料を供給して後続気筒２Ｂ，２Ｃの燃焼を行わせる中間的な特殊運転モード（中間運転モード）の制御が実行されるため、上記先行気筒２Ａ，２Ｄから排出された既燃ガスを後続気筒２Ｂ，２Ｃ内に導入させることによる燃費の改善効果を維持しつつ、後続気筒２Ａ，２Ｃの燃焼を適正に実行することができる。
【００５７】
すなわち、上記高負荷側領域Ａ３において、先行気筒２Ａ，２Ｄから排出された既燃ガスを後続気筒２Ｂ，２Ｃ内に導入させるように構成したため（図７の矢印ｂ１参照）、後続気筒２Ｂ，２Ｃのポンピングロスを低減することができるとともに、後続気筒２Ｂ，２Ｃにおけるノッキングを効果的に抑制することができる。なお、上記実施形態に示すように、部分負荷運転領域Ａの高負荷側領域Ａ３で先行気筒２Ａ，２Ｄの空燃比を略理論空燃比に設定した場合には、先行気筒２Ａ，２Ｄから排出される既燃ガス中に存在する酸素量は著しく少なくなるが、これに対応させて上記新気導入弁１８を開弁することにより後続気筒２Ｂ内に新気を導入させるようにしたため（図８の矢印ｄ参照）、後続気筒２Ｂ，２Ｃの新気不足を解消して、後続気筒２Ｂ，２Ｃを理論空燃比の燃焼状態に維持することができる。
【００５８】
そして、上記中間運転モードの制御が実行される部分負荷運転領域Ａの高負荷側領域Ａ３では、上記新気導入弁１８が開弁されて後続気筒２Ｂ，２Ｃ内に新気が導入されることにより、後続気筒２Ｂ，２Ｃの温度が低下するため、ノッキングの発生が効果的に抑制される反面、圧縮自己着火させることが困難な状態となる傾向があるが、上記のように点火制御手段４５からなる着火アシスト手段により圧縮自己着火をアシストする着火アシスト制御を実行するように構成したため、後続気筒２Ｂ，２Ｃを適正時期に圧縮自己着火させることができる。すなわち、上記点火制御手段４５により後続気筒２Ｂ，２Ｃ内の混合気を、圧縮上死点前の上死点近傍で点火して後続気筒２Ｂ，２Ｃの点火プラグ７周りの圧力を急上昇させることにより、これに引き続く適正時期に後続気筒２Ｂ，２Ｃを圧縮自己着火させることができる。
【００５９】
上記のように特殊運転モードの燃焼が行われる部分負荷運転領域Ａの高負荷側領域Ａ３で、上記着火アシスト制御を実行することにより後続気筒２Ｂ，２Ｃの圧縮自己着火を促進し、後続気筒２Ｂ，２Ｃの燃焼室全体で混合気を急速に燃焼させた場合には、図９の実線ａに示すように、気筒内の圧力を急上昇させることができる。これに対して上記特殊運転モードの燃焼を行うことなく、低温の新気もしくは排気通路２０から少量の排気ガスをＥＧＲガスとして吸気通路１５に還流させた状態で火花点火により混合気を強制着火するようにした通常のエンジンでは図９の破線ｂに示すように、混合気が緩やかな燃焼が行われて仕事に寄与しないエネルギー成分が多くなることが避けられない。
【００６０】
したがって、上記特殊運転モードの燃焼が行われる部分負荷運転領域Ａの高負荷側領域Ａ３で、後続気筒２Ｂ，２Ｃ内に新気を導入してノッキングの発生を抑制しつつ、上記点火制御手段４５からなる着火アシスト制御手段により着火アシストを行って後続気筒２Ｂ，２Ｃを適正に圧縮自己着火させることにより、効果的に燃費を改善することができるとともに、上記後続気筒２Ｂ，２Ｃ内における酸素と窒素との反応を可及的に回避してＮＯｘの発生を充分に抑制することができる。
【００６１】
一方、上記高負荷側領域Ａ３よりも高負荷側ないし高回転側の全負荷運転領域Ｂでは、上記新気導入弁１８を開弁するとともに、図８に示すように、先行気筒２Ａ，２Ｄから排出された既燃ガスの全てを排気通路２０側に導出させるように切換弁２５を制御することにより、各気筒２Ａ〜２Ｄを独立して燃焼させる通常運転モードの制御を実行するように構成したため、吸気通路１５から各気筒２Ａ〜２Ｄにそれぞれ新気が導入されるとともに（図８の矢印ａ参照）、各気筒２Ａ〜２Ｄから排気通路２０に既燃ガスが排出される（図８の矢印ｃ参照）。そして、この場合は、各気筒２Ａ〜２Ｄが理論空燃比もしくはそれよりもリッチな燃焼状態となるように、吸入空気量および燃料噴射量を制御することにより、エンジンの出力性能を充分に確保することができる。
【００６２】
また、上記実施形態に示すように、特殊運転モードの燃焼が行われる部分負荷運転領域Ａの高負荷側領域Ａ３において、先行気筒２Ａ，２Ｄの略理論空燃比の燃焼状態とする空燃比制御を実行するように構成した場合には、先行気筒２Ａ，２Ｄに対する燃料噴射量を相対的に増大させることにより、エンジン出力を充分に確保することができる。しかも、上記後続気筒２Ｂ，２Ｃには、新気とともに先行気筒２Ａ，２Ｄから排出された既燃ガスが導入されるため、そのＥＧＲ効果によってノッキングの発生を効果的に防止できるという利点がある。
【００６３】
特に、上記実施形態では、先行気筒２Ａ，２Ｄから排出された既燃ガスを排気通路２０側と気筒間ガス通路２２側との両方に分配する運転領域、つまり上記高負荷側領域Ａ３で、エンジン負荷の増大に伴って切換弁２５の開度を変化させることにより、排気通路２０側に導出される既燃ガス量を徐々に増大させるように構成したため、上記高負荷側領域Ａ３からエンジンの高速高負荷の全負荷運転領域Ｂへの移行時に、上記切換弁２５を中立位置から、図８に示す各気筒独立位置に迅速かつスムーズに移行させることができる。
【００６４】
上記実施形態では、気筒間ガス通路２２と、先行気筒２Ａ，２Ｄに接続された排気通路２０の分岐排気通路２１との接続部に設けられたバタフライ弁からなる回動式弁により上記切換弁２５を構成したため、エンジン負荷が増大するのに応じ、アクチュエータ２５ｂにより上記切換弁２５を回動操作するだけで、排気通路２０側に導出される既燃ガス量を徐々に増大させる制御を容易かつ適正に実行することができる。なお、上記バタフライ弁に代え、ロータリ弁等からなる従来周知の開閉弁により上記切換弁２５を構成してもよい。
【００６５】
上記特殊運転モードの制御が実行される部分負荷運転領域Ａの高負荷側領域Ａ３において、後続気筒２Ｂ，２Ｃ内に上記新気および既燃ガスを効率よく導入させるためには、後続気筒２Ｂ，２Ｃの第２吸気ポート１４に設けられた既燃ガス導入側の吸気弁を開放する前の所定タイミング、例えば吸気上死点付近で、後続気筒２Ｂ，２Ｃの第１吸気ポート１３，１３に設けられた新気導入側の吸気弁を開弁して後続気筒２Ｂ，２Ｃ内に新気を導入させるとともに、その後に上記新気導入側の吸気弁を閉弁して先行気筒２Ａ，２Ｄから導出され既燃ガスを後続気筒２Ｂ，２Ｃ内に導入させるように構成することが望ましい。
【００６６】
また、気筒内指圧を検出する指圧センサまたはノッキング発生時の振動を検出する圧電素子等の出力信号に応じ、エンジンのノッキングを検出するノッキング検出手段を上記運転状態判別手段４１に設け、後続気筒２Ｂ，２Ｃの特殊運転モードの制御が実行される部分負荷運転領域で、上記ノッキング検出手段により後続気筒２Ｂ，２Ｃのノッキングが検出された場合には、上記点火制御手段４５からなる着火アシスト手段による混合気の点火時期を通常時に比べてリタードさせ、例えば通常時に圧縮上死点前の１５°ＣＡに設定された点火時期を、圧縮上死点前の５°〜１０°ＣＡ程度に設定するように構成してもよい。
【００６７】
上記構成によれば、特殊運転モードの制御が実行される部分負荷運転領域Ａの高負荷側領域Ａ３で、先行気筒２Ａ，２Ｄから後続気筒２Ｂ，２Ｃに高温の既燃ガスが導入されることに起因して、後続気筒２Ｂ，２Ｃ内の温度が上昇する等よりノッキングが発生する運転状態にあることが確認された場合には、着火アシスト手段による着火アシスト時期を通常時に比べてリタードさせる制御が実行されることより、燃焼室内で火炎が伝播する前に混合気が瞬時に自然着火する異常な燃焼、つまりノッキングの発生を効果的に抑制し、騒音等を生じさせることなく適正な圧縮自己着火を起こさせることができるという利点がある。
【００６８】
すなわち、部分負荷運転領域Ａの高負荷側領域Ａ３において、先行気筒２Ａ，２Ｄから導出される既燃ガス温度が極めて高いことに起因してノッキングが生じ易い状態にある場合に、例えば上記圧縮上死点前の１５°ＣＡの時期に上記着火アシスト手段による着火アシスト行うと、気筒内の圧力が急上昇して図３の仮想線ｃに示すように、圧縮上死点前に混合気が爆発的に燃焼する異常燃焼であるノッキングが生じ易く、マイナストルクが発生することによりエンジン出力が低下する傾向がある。このため、着火アシスト手段による着火アシスト時期を通常時に比べてリタードさせる制御を実行することにより、ノッキングの発生を防止して後続気筒２Ｂ，２Ｃを適正時期に圧縮自己着火させることができる。
【００６９】
なお、上記特殊運転モードの制御が実行される部分負荷運転領域Ａの低負荷側領域Ａ１では、先行気筒２Ａ，２Ｄから導出される既燃ガスの温度が低いことに起因して後続気筒２Ｂ，２Ｃで圧縮自己着火させることが困難な傾向があるため、上記部分負荷運転領域Ａの低負荷側領域Ａ１においても上記点火制御手段４５からなる着火アシスト手段により後続気筒２Ｂ，２Ｃ内の混合気を圧縮上死点前の上死点近傍で点火することにより、後続気筒２Ｂ，２Ｃの圧縮自己着火を促進するように構成してもよい。
【００７０】
また、図１０に示すように、排気通路２０に設けられたタービン６１と、このタービン６１により駆動されるブロア６２とを備えたターボチャージャ等からなる過給機６３を設け、上記特殊運転モードの制御が実行される部分負荷運転領域Ａの高負荷側領域Ａ３で、上記過給機６３により加圧された吸気を先行気筒２Ａ，２Ｄおよび後続気筒２Ｂ，２Ｃの両方に供給するように構成してもよい。
【００７１】
上記のように構成した場合には、多量の新気を必要とする先行気筒２Ａに必要量の新気を導入させることができるとともに、先行気筒２Ａ，２Ｄから導出された既燃ガスが後続気筒に導入されることに起因した後続気筒２Ｂ，２Ｃの新気不足を上記過給機の過給作用によって補うことができる。したがって、上記特殊運転モードの制御が適正に行われる領域をエンジンの高負荷側に広げ、広範囲に亘って特殊運転モードの制御を実行することにより、より効果的に燃費を改善できるとともに、ＮＯｘの発生を抑制してエミッション性を効果的に改善できるという利点がある。
【００７２】
さらに、本発明の装置は４気筒以外の多気筒エンジンにも適用可能である。そして、例えば６気筒等では１つの気筒の排気行程と別の気筒の吸気行程が完全に重なり合うことはないが、このような場合は、一方の気筒の排気行程が他方の気筒の吸気行程より先行するとともに、両行程が部分的に重なり合う２つの気筒を先行、後続の一対の気筒とすればよい。
【００７３】
【発明の効果】
以上のように本発明に係るエンジンの制御装置によれば、エンジンの部分負荷運転領域で上記２気筒接続状態として特殊運転モードの制御が実行されることにより、上記先行気筒ではリーン燃焼による熱効率向上およびポンピングロス低減による燃費改善効果が得られ、後続気筒では先行気筒から導入された既燃ガスに燃料が供給されて理論空燃比とされた状態で燃料が行われるため、少なくともポンピングロス低減による燃費改善効果が得られるとともに、上記既燃ガスが多量に導入されることによるＥＧＲ効果によってＮＯｘの発生を効果的に抑制することができる。そして、上記特殊運転モードの制御が実行される部分負荷運転領域の高負荷側領域では、上記新気導入弁が開弁状態となって後続気筒に新気が導入されるとともに、着火アシスト手段により後続気筒の圧縮自己着火が促進されることにより、新気不足による失火等を生じることがなく、かつ後続気筒の圧縮自己着火を適正に実行して火花点火式エンジンの排気浄化性能を確保しつつ、より効果的に燃費を改善できるという利点がある。
【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構成図である。
【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の一例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】部分負荷運転領域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】部分負荷運転領域の高負荷側領域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】全負荷運転領域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９】エンジンの筒内圧力とクランク角との関係を示すグラフである。
【図１０】本発明の別の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。
【符号の説明】
１ エンジン本体
２Ａ〜２Ｄ 気筒
１５ 吸気通路
２０ 排気通路
２２ 気筒間ガス通路
１６ 分岐吸気通路（新気導入通路）
１８ 新気導入弁
２５ 切換弁
４２ ガス経路切換手段（運転モード制御手段）
４５ 点火制御手段（着火アシスト手段）
６３ 過給機
【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およ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制御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、低速低負荷領域等では、上記燃料噴射弁から圧縮行程で燃料を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および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の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、上記リーン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には、例えば下記特許文献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】
また、燃費改善のための別の手法として、例えば下記特許文献２に示されるように、燃焼室内に多量の既燃ガスを残留させることにより、圧縮行程の終期にディーゼルエンジンと同様に燃焼室内を高温・高圧にして混合気を自己着火（圧縮自己着火）させることが行われており、このような圧縮自己着火が行われると、燃焼室内全体で一気に燃焼が発生するため、仕事に寄与しない遅い燃焼となることが避けられて燃費改善に有利となるとともに、燃焼室内の温度が局部的に高くなるのを防止してＮＯｘの発生を抑制することが可能である。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１０−２９８３６号公報
【特許文献２】
特開平１０−２６６８７８号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記特許文献１に示される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吸着量の増大時にＮＯｘを離脱させて還元するため、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、触媒の加熱処理および還元材の供給等からなる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ことが避けられない。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。
【０００７】
一方、上記引用文献２に示されるように、通常の火花点火式ガソリンエンジンにおいて、燃費の改善効果およびＮＯｘの抑制効果を得るために圧縮自己着火を行わせるように構成した場合には、その圧縮上死点付近での燃焼室内の温度または圧力を大幅に高めて圧縮自己着火の環境が得られるようにする格別の工夫が必要であるという問題がある。しかも、通常の火花点火式ガソリンエンジンにおいて上記の工夫を凝らしても確実に圧縮自己着火を行わせることは困難である等の問題があった。
【０００８】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、火花点火式エンジンの排気浄化性能を確保しつつ、より効果的に燃費を改善することができる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】
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つように設定された多気筒の火花点火式エンジンにおいて、排気行程と吸気行程とが重なる一対の気筒間で排気行程にある先行気筒から排出された既燃ガスを吸気行程にある後続気筒に導入させる気筒間ガス通路と、先行気筒の既燃ガスの導出方向を排気通路側と上記気筒間ガス通路側とに切り換える切換弁と、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と、エンジンの部分負荷運転領域では、上記新気導入弁を閉弁するとともに、先行気筒から排出された既燃ガスの全てを気筒間ガス通路側に導出させるように上記切換弁を制御することにより２気筒接続状態とし、先行気筒の空燃比を理論空燃比よりも大きいリーン空燃比として燃焼を行わせ、この先行気筒から後続気筒に導入されたリーン空燃比の既燃ガスに燃料を供給して後続気筒の燃焼を行わせ、かつ上記部分負荷運転領域内における高負荷側領域では、上記新気導入弁を開弁して後続気筒内に上記既燃ガスと新気との両方を導入させるとともに、燃料を供給して後続気筒の燃焼を行わせる特殊運転モードの制御を実行する運転モード制御手段と、上記特殊運転モードの制御が実行される部分負荷運転領域内の高負荷側領域で、後続気筒の圧縮自己着火をアシストする着火アシスト手段とを備えたものである。
【００１０】
この発明によると、エンジンの部分負荷運転領域で上記２気筒接続状態として特殊運転モードの制御が実行されることにより、上記先行気筒ではリーン燃焼による熱効率向上およびポンピングロス低減による燃費改善効果が得られ、後続気筒では先行気筒から導入された既燃ガスに燃料が供給されて理論空燃比とされた状態で燃料が行わせることにより、少なくともポンピングロス低減による燃費改善効果が得られるとともに、上記既燃ガスが多量に導入されることによるＥＧＲ効果によってＮＯｘの発生が効果的に抑制されることになる。そして、上記部分負荷運転領域よりも高負荷側領域では、上記新気導入弁が開弁状態となって後続気筒に新気が導入されるとともに、着火アシスト手段により後続気筒の圧縮自己着火が促進されることにより、新気不足による失火等を生じることがなく、かつ後続気筒の圧縮自己着火が適正に行われることになる。
【００１１】
また、請求項２に係る発明は、上記請求項１記載の火花点火式エンジンの制御装置において、特殊運転モードの制御が実行される部分負荷運転領域の高負荷領域では、先行気筒の空燃比を略理論空燃比として燃焼を行わせるものである。
【００１２】
上記構成によれば、特殊運転モードの制御が実行される部分負荷運転領域の高負荷側領域で、先行気筒を略理論空燃比の燃焼状態とする空燃比制御が実行されることにより、エンジン出力が充分に確保されるとともに、理論空燃比で燃焼した排気ガスが先行気筒から排気通路に導出されるため、リーンＮＯｘ触媒を必要とすることなく、三元触媒または酸化触媒により充分な排気浄化性能が得られ、燃費の改善効果とエミッション性の改善効果との両立を図ることが可能となる。
【００１３】
また、請求項３に係る発明は、上記請求項１または２に記載の火花点火式エンジンの制御装置において、圧縮上死点前の上死点近傍で後続気筒内の混合気を点火することにより圧縮自己着火をアシストする着火アシスト手段と、後続気筒のノッキングを検出するノッキング検出手段とを備え、特殊運転モードの制御が実行される部分負荷運転領域の高負荷側領域で、上記ノッキング検出手段により後続気筒のノッキングが検出された場合には、上記着火アシスト手段による混合気の点火時期を通常時に比べてリタードさせるものである。
【００１４】
上記構成によれば、特殊運転モードの制御が実行される部分負荷運転領域の高負荷側領域で、先行気筒から後続気筒に高温の既燃ガスが導入されることにより、後続気筒の温度が上昇してノッキングが発生した場合には、着火アシスト手段による混合気の点火時期が通常時に比べてリタードされることより、上記後続気筒におけるノッキングの発生が抑制されることになる。
【００１５】
また、請求項４に係る発明は、上記請求項１〜３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、特殊運転モードの制御が実行される部分負荷運転領域の高負荷領域で、過給機により加圧された吸気を各気筒に供給するものである。
【００１６】
上記構成によれば、特殊運転モードの制御が実行される部分負荷運転領域の高負荷側領域で、過給機によって加圧された吸気が先行気筒および後続気筒の両方に供給されることにより、多量の新気を必要とする先行気筒に必要量の新気が導入されるとともに、先行気筒から導出された既燃ガスが後続気筒に導入されることによる後続気筒の新気不足が上記過給機の過給作用によって補われるため、上記特殊運転モードの制御を実行可能な領域がエンジンの高負荷側に広げられることになる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１および図２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。
【００１８】
各気筒２Ａ，２Ｄに設けられた燃焼室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。
【００１９】
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、図略のニードル弁およびソレノイドを内蔵し、後述の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、図外の燃料ポンプおよび燃料供給通路等を備えるとともに、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燃料供給系統を介して、上記燃料噴射弁９に燃料が供給されるように構成されている。
【００２０】
そして、吸気、圧縮、膨張および排気の各行程からなる燃焼サイクルがそれぞれの気筒２Ａ〜２Ｄ毎に所定の位相差をもって行われるように構成され、４気筒エンジンの場合に、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および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および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。
【００２１】
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および２番気筒２Ｂと、４番気筒２Ｄおよび３番気筒２Ｃとがそれぞれ一対をなし、１番気筒２Ａおよび４番気筒２Ｄが先行気筒となり、かつ２番気筒２Ｂおよび３番気筒２Ｃが後続気筒となるように設定されている。
【００２２】
各気筒の吸・排気ポートとこれに接続される吸気通路、排気通路およ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。先行気筒である１番気筒２Ａおよび４番気筒２Ｄには、それぞれ、新気を導入させるための一対の吸気ポート１１，１１と、既燃ガス（排気ガス）を排気通路２０または上記気筒間ガス通路２２に導出するための一対の排気ポート１２，１２とが配設されている。
【００２３】
また、後続気筒である２番気筒２Ｂおよび３番気筒２Ｃには、それぞれ新気を導入させるための一対の第１吸気ポート１３，１３と、先行気筒２Ａ，２Ｄからの既燃ガスを導入させるための第２吸気ポート１４と、既燃ガスを排気通路２０に導出するための排気ポート１５とが配設されている。
【００２４】
図１に示す例では、先行気筒（１番，４番気筒）２Ａ，２Ｄの燃焼室の左半部に、一対の吸気ポート１１，１１が並列的に配設されるとともに、上記燃焼室の右半部に、一対の排気ポート１２，１２が並列的に配設されている。また、後続気筒（２番，３番気筒）２Ｂ，２Ｃの燃焼室の左半部には、一対の第１吸気ポート１３，１３が並列的に配設されるとともに、上記燃焼室の右半部には、第２吸気ポート１４と排気ポート１５とが並列的に設けられている。
【００２５】
先行気筒２Ａ，２Ｄに設けられた一対の吸気ポート１１，１１および後続気筒２Ｂ，２Ｃに設けられた一対の第１吸気ポート１３，１３には、吸気通路１５における気筒別の分岐吸気通路１６の下流端がそれぞれ接続されている。上記吸気通路１５における集合部よりの上流の共通吸気通路には、バタフライ弁からなるスロットル弁１７が設けられ、このスロットル弁１７がアクチュエータ１７ａにより開閉駆動されることにより、エンジン全体の吸入空気量が調節されるようになっている。
【００２６】
また、上記後続気筒２Ｂ，２Ｃの第１吸気ポート１３，１３にそれぞれ接続された分岐吸気通路１６からなる新気導入通路には、共通の軸を介して互いに連動する一対のバタフライ弁からなる新気導入弁１８が設けられ、この新気導入弁１８がアクチュエータ１８ａにより上記共通の軸を支点に回転駆動されることにより、新気導入通路が開閉されて上記後続気筒２Ｂ，２Ｃに対する吸入空気量が調節されるとともに、上記新気導入弁１９を閉弁状態とすることにより、上記後続気筒２Ｂ，２Ｃに対する新気の導入が停止されるように構成されている。なお、吸気通路１５における集合部よりも上流の供給吸気通路には、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。
【００２７】
上記先行気筒２Ａ，２Ｄに設けられた一対の排気ポート１２，１２および後続気筒２Ｂ，２Ｃに設けられた単一の排気ポート１５には、排気通路２０における気筒別の分岐排気通路２１の上流端がそれぞれ接続されている。また、先行気筒２Ａ，２Ｄの排気ポート１２，１２に接続された上記分岐排気通路２１に上記気筒間ガス通路２２の上流端が接続されるとともに、後続気筒２Ｂ，２Ｃの第２吸気ポート１４に上記気筒間ガス通路２２の下流端が接続されている。この気筒間ガス通路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から排出されるガスが、この気筒間ガス通路２２を通る間における放熱量が比較的小さく抑えられるようになっている。
【００２８】
また、上記先行気筒２Ａ，２Ｄの排気ポート１２，１２に連通する分岐排気通路２１と、上記気筒間ガス通路２２との接続部には、先行気筒２Ａ，２Ｄから排出された既燃ガスの導出方向を排気通路２０の下流部（集合部）側と、気筒間ガス通路２２側とに切り換えるバタフライ弁からなる切換弁２５が設けられている。この切換弁２５は、排気通路２０側の連通部を閉止することにより、上記既燃ガスの全てを気筒間ガス通路２２側に導出させる２気筒接続位置と、上記気筒間ガス通路２２側の連通部を閉止することにより、上記既燃ガスの全てを排気通路２０側に導出させる各気筒独立位置と、上記気筒間ガス通路２２および排気通路２０の両方に上記既燃ガスを導出させる中立位置とに、アクチュエータ２５ａによって回転駆動されるように構成されている。また、上記中立位置にある切換弁２５の開度を変化させることにより、気筒間ガス通路２２側に導出される既燃ガス量と、排気通路２０の集合部側に導出される既燃ガス量との分配率が調節されるようになっている。
【００２９】
上記排気通路２０における分岐排気通路２１の下流に位置する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、このＯ2センサ２３の設置部の下流側における排気通路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＝１）付近にあるときにＨＣ，ＣＯおよびＮＯｘに対して高い浄化性能を示す触媒である。
【００３０】
上記エンジンには、図３に示すように、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が設けられている。このＥＣＵ４０には、エアフローセンサ１９および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およびアクセル開度（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、上記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１７ａと、新気導入弁１８のアクチュエータ１８ａと、切換弁２５のアクチュエータ２５ａとに対して制御信号が出力されるようになっている。
【００３１】
上記ＥＣＵ４０には、エンジンの運転状態を判別する運転状態判別手段４１と、各気筒２Ａ〜２Ｄに対する新気の導入経路および既燃ガスの導出経路を切り換えてエンジンの運転モードを制御するガス経路切換手段４２からなる運転モード制御手段と、各気筒２Ａ〜２Ｄに対する吸気の流入量を制御する吸入空気量制御手段４３と、燃料噴射弁９から噴射される燃料の噴射量および噴射タイミングを制御する燃料噴射制御手段４４と、点火プラグ７による混合気の点火タイミングを制御する点火制御手段４５とが設けられている。
【００３２】
上記運転状態判別手段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運転領域Ａ（部分負荷運転領域）と、高速側ないし高負荷側の運転領域（全負荷運転領域）Ｂとに区画された制御用マップを有し、低速低負荷側の部分負荷運転領域Ａを特殊運転モード領域として設定するとともに、高速側ないし高負荷側の全負荷運転領域Ｂを通常運転モード領域として設定し、上記回転数センサ４７およ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（エンジン回転数およびエンジン負荷）が、上記運転領域Ａ，Ｂのいずれにあるかを判別するようになっている。さらに、上記特殊運転モード領域となる部分負荷運転領域Ａは、その中でもエンジン負荷が最も低い低負荷側領域Ａ１と、この低速低負荷領域Ａ１よりもエンジン負荷が高い中負荷側領域Ａ２と、この中負荷側領域Ａ２よりもエンジン負荷がさらに高い高負荷側領域Ａ３とに区画されている。
【００３３】
そして、上記運転状態判別手段４１による判別結果に基づき、エンジンの部分負荷運転領域Ａでは、排気行程にある先行気筒２Ａ，２Ｄから排出される既燃ガスを吸気行程にある後続気筒２Ｂ，２Ｃに導入して燃焼させる特殊運転モードが選択され、エンジンの全負荷運転領域Ｂでは、各気筒２Ａ〜２Ｄをそれぞれ独立させて燃焼させる通常運転モードが選択されるように構成されている。また、上記部分負荷運転領域Ａの高負荷側領域Ａ３では、先行気筒２Ａ，２Ｄから排出される既燃ガスの一部を後続気筒２Ｂ，２Ｃに導入させ、残りの既燃ガスを排気通路２０に導入させる中間運転モードが選択されるようになっている。
【００３４】
ガス経路切換手段４２は、上記運転状態判別手段４１の判別結果に応じ、新気導入弁１８および切換弁２５を開閉制御することにより、先行気筒２Ａ，２Ｄから排出された既燃ガスの流通経路および後続気筒２Ｂ，２Ｃに導入される新気および既燃ガスの導入状態を次のように制御するように構成されている。
【００３５】
すなわち、上記運転状態判別手段４１によりエンジンの運転領域が部分負荷運転領域Ａの低負荷側領域Ａ１または中負荷側領域Ａ２にあることが確認された場合には、上記新気導入弁１８を閉弁状態とすることにより、後続気筒２Ｂ，２Ｃに対する新気の導入を停止するとともに、上記切換弁２５を２気筒接続位置に設置することにより、上記既燃ガスの全てを後続気筒２Ｂ，２Ｃに導出させる特殊運転モードの制御を実行する。
【００３６】
また、上記運転状態判別手段４１によりエンジンの運転領域が全負荷運転領域Ｂにあることが確認された場合には、上記新気導入弁１８を開弁状態とすることにより、後続気筒２Ｂ，２Ｃに運転状態に対応した量の新気を導入させるとともに、上記切換弁２５を２気筒接続位置に設置することにより、上記既燃ガスの全てを排気通路２０に導出させる通常運転モードの制御を実行する。
【００３７】
さらに、上記運転状態判別手段４１によりエンジンの運転領域が部分負荷運転領域Ａの高負荷側領域Ａ３にあることが確認された場合には、上記新気導入弁１８を開弁状態とするとともに、上記切換弁２５を中立位置に設置することにより、後続気筒２Ｂ，２Ｃに上記既燃ガスと新気の両方を導入させる中間的な特殊運転モード（以下、このモードを中間運転モードという）の制御を実行する。また、上記中間運転モードの制御時には、エンジン負荷が高いほど排気通路２０側に導出される既燃ガス量を増大させるとともに、気筒間ガス通路２２側に導出される既燃ガス量を減少させように、上記切換弁２５の開度を変化させる制御が実行されるようになっている。
【００３８】
上記吸入空気量制御手段４３は、アクチュエータ１７ａ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、制御マップ等に基づいてエンジンの運転状態に対応した目標吸入空気量を求め、こ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、上記特殊運転モードとされるエンジンの部分負荷運転領域Ａでは、後続気筒２Ｂ，２Ｃに対する分岐吸気通路１６からの吸気導入が原則として遮断された状態で、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略理論空燃比とされつつ、後続気筒２Ｂ，２Ｃの燃焼が行われるように、スロットル弁１７の開度が調節されるようになっている。
【００３９】
具体的には、上記部分負荷運転領域Ａの低負荷・中負荷側領域Ａ１，Ａ２において、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（１番、４番気筒２Ａ，２Ｄ）に供給されるように上記スロットル弁１７の開度が制御される。また、上記中間運転モードの制御が実行される部分負荷運転領域Ａの高負荷側領域Ａ３では、上記新気導入弁１８を開放するとともに、エンジン負荷が高いほど上記新気導入弁１８の開度を大きくすることにより、後続気筒２Ｂ，２Ｃに導入される新気量を増大させる制御が実行されるようになっている。
【００４０】
上記燃料噴射制御手段４４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ように構成されている。また、上記点火制御手段４５は、運転状態に応じた点火時期の制御および点火停止等の制御を行うように構成されている。そして、特に運転状態が図３中の部分負荷運転領域Ａにある場合と、全負荷運転領域Ｂにある場合とで上記燃料噴射制御手段４４による燃料噴射の制御状態と、上記点火制御手段４５による点火時期の制御状態とが変更されるようになっている。
【００４１】
すなわち、運転状態が低速低負荷側の部分負荷運転領域Ａにある場合には、特殊運転モードの制御を実行すべく、先行気筒２Ａ，２Ｄの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調節するとともに、先行気筒２Ａ，２Ｄの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タイミングを設定し、かつ、圧縮上死点付近で先行気筒２Ａ，２Ｄの混合気を強制点火させるように点火タイミングを設定する制御を、上記燃料噴射制御手段４４および点火制御手段４５において実行する。
【００４２】
一方、後続気筒２Ｂ，２Ｃに対しては、先行気筒２Ａ，２Ｄ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、実質的に理論空燃比となるように燃料噴射量を調節するとともに、吸気行程で後続気筒２Ｂ，２Ｃに燃料を噴射するように噴射タイミングを設定し、かつ、圧縮自己着火を行わせるべく、上記高負荷側領域Ａ３を除いて後続気筒２Ｂ，２Ｃの混合気に対する強制点火を停止させる制御を、上記燃料噴射制御手段４４および点火制御手段４５において実行する。
【００４３】
さらに、上記特殊運転モードの制御が実行される部分負荷運転領域Ａにおいて、先行気筒２Ａ，２Ｄおよび後続気筒２Ｂ，２Ｃからなる一対の気筒に対する燃料噴射量の和が先行気筒２Ａ，２Ｄに導入される新気量に対して理論空燃比となる量に調整されるとともに、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。
【００４４】
具体的には、上記部分負荷運転領域Ａの低負荷側領域Ａ１では、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を略同一、ないしは後続気筒２Ｂ，２Ｃ側の燃料噴射量を少し多くすることにより、先行気筒２Ａ，２Ｄでの燃焼の際の空燃比が理論空燃比の２倍程度（Ａ／Ｆ≒３０、空気過剰率λで表せばλ＝２程度）、ないしは理論空燃比の２倍より大（空気過剰率λがλ＞２）となるようにする。この結果、エンジン負荷が低いために燃料の総噴射量が相対的に少ない値に設定され、これに起因して後続気筒２Ｂ，２Ｃの失火が発生し易い傾向にある上記低負荷側領域Ａ１で、後続気筒２Ｂ，２Ｃに対する燃料噴射量が過度に少ない値に設定されることが防止され、上記失火の発生が防止されることになる。
【００４５】
そして、上記特殊運転モードの制御が実行される部分負荷運転領域Ａにおいて、エンジン負荷の増大に伴い先行気筒２Ａ，２Ｄの空燃比をリーン空燃比から理論空燃比に向かって変化させることにより、上記部分負荷運転領域Ａの中負荷側領域Ａ２では、先行気筒２Ａ，２Ｄに対する燃料噴射量を後続気筒２Ｂ，２Ｃに対する燃料噴射量よりも多くすることにより、先行気筒２Ａ，２Ｄにおける燃焼時の空燃比が理論空燃比の２倍より小（空気過剰率λが１＜λ＜２）となるようにし、例えばＡ／Ｆ≒２５となるように制御することにより、上記部分負荷運転領域Ａの低負荷側領域Ａ１に比べて先行気筒２Ａ，２Ｄの空燃比を相対的にリッチとする。この結果、エンジン負荷が高いために燃料の総噴射量が相対的に多い値に設定されることにより、後続気筒２Ｂ，２Ｃの温度が過度に高くなるとともに、これに対応して後続気筒２Ｂ，２Ｃでノッキングが発生し易い傾向にある上記部分負荷運転領域Ａの中負荷側領域Ａ２で、後続気筒２Ｂ，２Ｃに多量の既燃ガスが導入され、そのＥＧＲ効果によって上記ノッキングの発生が防止されることになる。
【００４６】
また、上記中間運転モードの制御が実行される後続気筒２Ｂ，２Ｃに既燃ガスおよび新気の両方が導入される部分負荷運転領域Ａの高負荷側領域Ａ３では、先行気筒２Ａ，２Ｄおよび後続気筒２Ｂ，２Ｃがそれぞれ略理論空燃比の燃焼状態となるように燃料噴射量を制御する。そして、上記部分負荷運転領域Ａの高負荷側領域Ａ３では、上記点火制御手段４５からなる着火アシスト手段により、後続気筒２Ｂ，２Ｃの圧縮上死点前の上死点近傍、例えば上死点前の１５°ＣＡ（クランクアングル）の時点で、後続気筒２Ｂ，２Ｃの混合気に強制点火することにより、後続気筒２Ｂ，２Ｃの圧縮自己着火をアシストする着火アシスト制御を実行するようになっている。
【００４７】
一方、エンジンの運転状態が高負荷側ないし高回転側の全負荷運転領域Ｂにある場合には、各気筒２Ａ〜２Ｄに対してそれぞれ個別に新気を導入させる通常運転モードの制御状態として、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、例えば上記全負荷運転領域Ｂにおける大部分の領域で理論空燃比とし、エンジンの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２Ａ〜２Ｄの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で強制点火を行わせるように制御する。
【００４８】
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。上記部分負荷運転領域Ａの低負荷側領域Ａ１および中負荷側領域Ａ２では、上記ガス経路切換手段４２等からなる運転モード制御手段により、特殊運転モードの制御が実行され、後続気筒２Ｂ，２Ｃに新気を導入させる新気導入弁１８を閉弁状態とするとともに、先行気筒２Ａ，２Ｄから排出された既燃ガスの導出方向を切り換える切換弁２５を２気筒接続位置に設置する。これにより実質的な新気およびガスの流通経路は、図６に示すように、先行気筒（１番，４番気筒）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（２番，３番気筒）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、排気通路２０に導出されるような２気筒接続状態となる。
【００４９】
この状態では、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倍ないしそれより小さい値となるように燃料噴射量が制御されつつ、図５に示すように、圧縮行程で燃料噴射Ｆが実行され、かつ、所定時期に点火Ｓが行われることにより、リーン空燃比の成層燃焼が行われる。
【００５０】
また、先行気筒２Ａ，２Ｄの吸気行程と後続気筒２Ｂ，２Ｃの排気行程とが重なる期間に、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に導入される（図５中の白抜き矢印および図６中の矢印ｂ）。そして、後続気筒２Ｂ，２Ｃでは、先行気筒２Ａ，２Ｄ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理論空燃比としつつ、吸気行程で燃料を噴射した後に、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を行わせる制御が、上記吸入空気量制御手段４３および燃料噴射制御手段４４からなる空燃比制御手段により実行される。
【００５１】
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し、さらに吸気行程で後続気筒２Ｂ，２Ｃに噴射された燃料も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る。そして、上記後続気筒２Ｂ，２Ｃの燃焼室内全体で同時圧縮自己着火により急速な燃焼が行われ、これにより熱効率が大幅に向上することになる。
【００５２】
上記部分負荷運転領域Ａの高負荷側領域Ａ３では、後続気筒２Ｂ，２Ｃに連通する新気導入通路（分岐吸気通路１６）に設けられた上記新気導入弁１８が開弁されるとともに、上記切換弁２５を中立位置に設置されることにより、図７の矢印ｂ１，ｄに示すように、後続気筒２Ｂ，２Ｃ内に上記既燃ガスと新気との両方が導入されるとともに、燃料が供給されて後続気筒２Ｂ，２Ｃの燃焼を行わせる中間的な特殊運転モード（中間運転モード）の制御が実行される。この中間運転モードの制御時には、点火制御手段４５からなる着火アシスト手段により、後続気筒２Ｂ，２Ｃの圧縮上死点前の上死点近傍、例えば上死点前の１５°ＣＡ（クランクアングル）の時点で、後続気筒２Ｂ，２Ｃの混合気に強制点火して圧縮自己着火をアシストする制御が行われる。
【００５３】
上記のようにエンジンの部分負荷運転領域Ａで２気筒接続状態とした特殊運転モードの制御が実行されることにより、先行気筒２Ａ，２Ｄでは、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。
【００５４】
また、先行気筒２Ａ，２Ｄでは理論空燃比の略２倍もしくはそれに近い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多量のＥＧＲが行われているのと同様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性の改善に有利となる。
【００５５】
また、上記部分負荷運転領域Ａで、後続気筒２Ｂ，２Ｃから排出される排気ガス中の酸素濃度が、理論空燃比の燃焼状態に対応した値となるように後続気筒２Ｂ，２Ｃの空燃比を制御することにより、先行気筒２Ａ，２Ｄでリーンな空燃比で燃焼が行われつつ、理論空燃比で燃焼した後続気筒２Ｂ，２Ｃの既燃ガスのみが排気通路２０に導出されることになる（図６中に矢印ｃ参照）。したがって、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とともに、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。
【００５６】
さらに、上記部分負荷運転領域Ａの高負荷側領域Ａ３では、後続気筒２Ｂ，２Ｃに連通する新気導入通路（分岐吸気通路１６）に設けられた上記新気導入弁１８を開弁して、図７の矢印ｂ１，ｄに示すように、後続気筒２Ｂ，２Ｃ内に上記既燃ガスと新気との両方を導入させるとともに、燃料を供給して後続気筒２Ｂ，２Ｃの燃焼を行わせる中間的な特殊運転モード（中間運転モード）の制御が実行されるため、上記先行気筒２Ａ，２Ｄから排出された既燃ガスを後続気筒２Ｂ，２Ｃ内に導入させることによる燃費の改善効果を維持しつつ、後続気筒２Ａ，２Ｃの燃焼を適正に実行することができる。
【００５７】
すなわち、上記高負荷側領域Ａ３において、先行気筒２Ａ，２Ｄから排出された既燃ガスを後続気筒２Ｂ，２Ｃ内に導入させるように構成したため（図７の矢印ｂ１参照）、後続気筒２Ｂ，２Ｃのポンピングロスを低減することができるとともに、後続気筒２Ｂ，２Ｃにおけるノッキングを効果的に抑制することができる。なお、上記実施形態に示すように、部分負荷運転領域Ａの高負荷側領域Ａ３で先行気筒２Ａ，２Ｄの空燃比を略理論空燃比に設定した場合には、先行気筒２Ａ，２Ｄから排出される既燃ガス中に存在する酸素量は著しく少なくなるが、これに対応させて上記新気導入弁１８を開弁することにより後続気筒２Ｂ内に新気を導入させるようにしたため（図８の矢印ｄ参照）、後続気筒２Ｂ，２Ｃの新気不足を解消して、後続気筒２Ｂ，２Ｃを理論空燃比の燃焼状態に維持することができる。
【００５８】
そして、上記中間運転モードの制御が実行される部分負荷運転領域Ａの高負荷側領域Ａ３では、上記新気導入弁１８が開弁されて後続気筒２Ｂ，２Ｃ内に新気が導入されることにより、後続気筒２Ｂ，２Ｃの温度が低下するため、ノッキングの発生が効果的に抑制される反面、圧縮自己着火させることが困難な状態となる傾向があるが、上記のように点火制御手段４５からなる着火アシスト手段により圧縮自己着火をアシストする着火アシスト制御を実行するように構成したため、後続気筒２Ｂ，２Ｃを適正時期に圧縮自己着火させることができる。すなわち、上記点火制御手段４５により後続気筒２Ｂ，２Ｃ内の混合気を、圧縮上死点前の上死点近傍で点火して後続気筒２Ｂ，２Ｃの点火プラグ７周りの圧力を急上昇させることにより、これに引き続く適正時期に後続気筒２Ｂ，２Ｃを圧縮自己着火させることができる。
【００５９】
上記のように特殊運転モードの燃焼が行われる部分負荷運転領域Ａの高負荷側領域Ａ３で、上記着火アシスト制御を実行することにより後続気筒２Ｂ，２Ｃの圧縮自己着火を促進し、後続気筒２Ｂ，２Ｃの燃焼室全体で混合気を急速に燃焼させた場合には、図９の実線ａに示すように、気筒内の圧力を急上昇させることができる。これに対して上記特殊運転モードの燃焼を行うことなく、低温の新気もしくは排気通路２０から少量の排気ガスをＥＧＲガスとして吸気通路１５に還流させた状態で火花点火により混合気を強制着火するようにした通常のエンジンでは図９の破線ｂに示すように、混合気が緩やかな燃焼が行われて仕事に寄与しないエネルギー成分が多くなることが避けられない。
【００６０】
したがって、上記特殊運転モードの燃焼が行われる部分負荷運転領域Ａの高負荷側領域Ａ３で、後続気筒２Ｂ，２Ｃ内に新気を導入してノッキングの発生を抑制しつつ、上記点火制御手段４５からなる着火アシスト制御手段により着火アシストを行って後続気筒２Ｂ，２Ｃを適正に圧縮自己着火させることにより、効果的に燃費を改善することができるとともに、上記後続気筒２Ｂ，２Ｃ内における酸素と窒素との反応を可及的に回避してＮＯｘの発生を充分に抑制することができる。
【００６１】
一方、上記高負荷側領域Ａ３よりも高負荷側ないし高回転側の全負荷運転領域Ｂでは、上記新気導入弁１８を開弁するとともに、図８に示すように、先行気筒２Ａ，２Ｄから排出された既燃ガスの全てを排気通路２０側に導出させるように切換弁２５を制御することにより、各気筒２Ａ〜２Ｄを独立して燃焼させる通常運転モードの制御を実行するように構成したため、吸気通路１５から各気筒２Ａ〜２Ｄにそれぞれ新気が導入されるとともに（図８の矢印ａ参照）、各気筒２Ａ〜２Ｄから排気通路２０に既燃ガスが排出される（図８の矢印ｃ参照）。そして、この場合は、各気筒２Ａ〜２Ｄが理論空燃比もしくはそれよりもリッチな燃焼状態となるように、吸入空気量および燃料噴射量を制御することにより、エンジンの出力性能を充分に確保することができる。
【００６２】
また、上記実施形態に示すように、特殊運転モードの燃焼が行われる部分負荷運転領域Ａの高負荷側領域Ａ３において、先行気筒２Ａ，２Ｄの略理論空燃比の燃焼状態とする空燃比制御を実行するように構成した場合には、先行気筒２Ａ，２Ｄに対する燃料噴射量を相対的に増大させることにより、エンジン出力を充分に確保することができる。しかも、上記後続気筒２Ｂ，２Ｃには、新気とともに先行気筒２Ａ，２Ｄから排出された既燃ガスが導入されるため、そのＥＧＲ効果によってノッキングの発生を効果的に防止できるという利点がある。
【００６３】
特に、上記実施形態では、先行気筒２Ａ，２Ｄから排出された既燃ガスを排気通路２０側と気筒間ガス通路２２側との両方に分配する運転領域、つまり上記高負荷側領域Ａ３で、エンジン負荷の増大に伴って切換弁２５の開度を変化させることにより、排気通路２０側に導出される既燃ガス量を徐々に増大させるように構成したため、上記高負荷側領域Ａ３からエンジンの高速高負荷の全負荷運転領域Ｂへの移行時に、上記切換弁２５を中立位置から、図８に示す各気筒独立位置に迅速かつスムーズに移行させることができる。
【００６４】
上記実施形態では、気筒間ガス通路２２と、先行気筒２Ａ，２Ｄに接続された排気通路２０の分岐排気通路２１との接続部に設けられたバタフライ弁からなる回動式弁により上記切換弁２５を構成したため、エンジン負荷が増大するのに応じ、アクチュエータ２５ｂにより上記切換弁２５を回動操作するだけで、排気通路２０側に導出される既燃ガス量を徐々に増大させる制御を容易かつ適正に実行することができる。なお、上記バタフライ弁に代え、ロータリ弁等からなる従来周知の開閉弁により上記切換弁２５を構成してもよい。
【００６５】
上記特殊運転モードの制御が実行される部分負荷運転領域Ａの高負荷側領域Ａ３において、後続気筒２Ｂ，２Ｃ内に上記新気および既燃ガスを効率よく導入させるためには、後続気筒２Ｂ，２Ｃの第２吸気ポート１４に設けられた既燃ガス導入側の吸気弁を開放する前の所定タイミング、例えば吸気上死点付近で、後続気筒２Ｂ，２Ｃの第１吸気ポート１３，１３に設けられた新気導入側の吸気弁を開弁して後続気筒２Ｂ，２Ｃ内に新気を導入させるとともに、その後に上記新気導入側の吸気弁を閉弁して先行気筒２Ａ，２Ｄから導出され既燃ガスを後続気筒２Ｂ，２Ｃ内に導入させるように構成することが望ましい。
【００６６】
また、気筒内指圧を検出する指圧センサまたはノッキング発生時の振動を検出する圧電素子等の出力信号に応じ、エンジンのノッキングを検出するノッキング検出手段を上記運転状態判別手段４１に設け、後続気筒２Ｂ，２Ｃの特殊運転モードの制御が実行される部分負荷運転領域で、上記ノッキング検出手段により後続気筒２Ｂ，２Ｃのノッキングが検出された場合には、上記点火制御手段４５からなる着火アシスト手段による混合気の点火時期を通常時に比べてリタードさせ、例えば通常時に圧縮上死点前の１５°ＣＡに設定された点火時期を、圧縮上死点前の５°〜１０°ＣＡ程度に設定するように構成してもよい。
【００６７】
上記構成によれば、特殊運転モードの制御が実行される部分負荷運転領域Ａの高負荷側領域Ａ３で、先行気筒２Ａ，２Ｄから後続気筒２Ｂ，２Ｃに高温の既燃ガスが導入されることに起因して、後続気筒２Ｂ，２Ｃ内の温度が上昇する等よりノッキングが発生する運転状態にあることが確認された場合には、着火アシスト手段による着火アシスト時期を通常時に比べてリタードさせる制御が実行されることより、燃焼室内で火炎が伝播する前に混合気が瞬時に自然着火する異常な燃焼、つまりノッキングの発生を効果的に抑制し、騒音等を生じさせることなく適正な圧縮自己着火を起こさせることができるという利点がある。
【００６８】
すなわち、部分負荷運転領域Ａの高負荷側領域Ａ３において、先行気筒２Ａ，２Ｄから導出される既燃ガス温度が極めて高いことに起因してノッキングが生じ易い状態にある場合に、例えば上記圧縮上死点前の１５°ＣＡの時期に上記着火アシスト手段による着火アシスト行うと、気筒内の圧力が急上昇して図３の仮想線ｃに示すように、圧縮上死点前に混合気が爆発的に燃焼する異常燃焼であるノッキングが生じ易く、マイナストルクが発生することによりエンジン出力が低下する傾向がある。このため、着火アシスト手段による着火アシスト時期を通常時に比べてリタードさせる制御を実行することにより、ノッキングの発生を防止して後続気筒２Ｂ，２Ｃを適正時期に圧縮自己着火させることができる。
【００６９】
なお、上記特殊運転モードの制御が実行される部分負荷運転領域Ａの低負荷側領域Ａ１では、先行気筒２Ａ，２Ｄから導出される既燃ガスの温度が低いことに起因して後続気筒２Ｂ，２Ｃで圧縮自己着火させることが困難な傾向があるため、上記部分負荷運転領域Ａの低負荷側領域Ａ１においても上記点火制御手段４５からなる着火アシスト手段により後続気筒２Ｂ，２Ｃ内の混合気を圧縮上死点前の上死点近傍で点火することにより、後続気筒２Ｂ，２Ｃの圧縮自己着火を促進するように構成してもよい。
【００７０】
また、図１０に示すように、排気通路２０に設けられたタービン６１と、このタービン６１により駆動されるブロア６２とを備えたターボチャージャ等からなる過給機６３を設け、上記特殊運転モードの制御が実行される部分負荷運転領域Ａの高負荷側領域Ａ３で、上記過給機６３により加圧された吸気を先行気筒２Ａ，２Ｄおよび後続気筒２Ｂ，２Ｃの両方に供給するように構成してもよい。
【００７１】
上記のように構成した場合には、多量の新気を必要とする先行気筒２Ａに必要量の新気を導入させることができるとともに、先行気筒２Ａ，２Ｄから導出された既燃ガスが後続気筒に導入されることに起因した後続気筒２Ｂ，２Ｃの新気不足を上記過給機の過給作用によって補うことができる。したがって、上記特殊運転モードの制御が適正に行われる領域をエンジンの高負荷側に広げ、広範囲に亘って特殊運転モードの制御を実行することにより、より効果的に燃費を改善できるとともに、ＮＯｘの発生を抑制してエミッション性を効果的に改善できるという利点がある。
【００７２】
さらに、本発明の装置は４気筒以外の多気筒エンジンにも適用可能である。そして、例えば６気筒等では１つの気筒の排気行程と別の気筒の吸気行程が完全に重なり合うことはないが、このような場合は、一方の気筒の排気行程が他方の気筒の吸気行程より先行するとともに、両行程が部分的に重なり合う２つの気筒を先行、後続の一対の気筒とすればよい。
【００７３】
【発明の効果】
以上のように本発明に係るエンジンの制御装置によれば、エンジンの部分負荷運転領域で上記２気筒接続状態として特殊運転モードの制御が実行されることにより、上記先行気筒ではリーン燃焼による熱効率向上およびポンピングロス低減による燃費改善効果が得られ、後続気筒では先行気筒から導入された既燃ガスに燃料が供給されて理論空燃比とされた状態で燃料が行われるため、少なくともポンピングロス低減による燃費改善効果が得られるとともに、上記既燃ガスが多量に導入されることによるＥＧＲ効果によってＮＯｘの発生を効果的に抑制することができる。そして、上記特殊運転モードの制御が実行される部分負荷運転領域の高負荷側領域では、上記新気導入弁が開弁状態となって後続気筒に新気が導入されるとともに、着火アシスト手段により後続気筒の圧縮自己着火が促進されることにより、新気不足による失火等を生じることがなく、かつ後続気筒の圧縮自己着火を適正に実行して火花点火式エンジンの排気浄化性能を確保しつつ、より効果的に燃費を改善できるという利点がある。
【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構成図である。
【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の一例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】部分負荷運転領域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】部分負荷運転領域の高負荷側領域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】全負荷運転領域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９】エンジンの筒内圧力とクランク角との関係を示すグラフである。
【図１０】本発明の別の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。
【符号の説明】
１ エンジン本体
２Ａ〜２Ｄ 気筒
１５ 吸気通路
２０ 排気通路
２２ 気筒間ガス通路
１６ 分岐吸気通路（新気導入通路）
１８ 新気導入弁
２５ 切換弁
４２ ガス経路切換手段（運転モード制御手段）
４５ 点火制御手段（着火アシスト手段）
６３ 過給機
Claims (4)
- 各気筒の燃焼サイクルが所定の位相差をもつように設定された多気筒の火花点火式エンジンにおいて、
排気行程と吸気行程とが重なる一対の気筒間で排気行程にある先行気筒から排出された既燃ガスを吸気行程にある後続気筒に導入させる気筒間ガス通路と、
先行気筒の既燃ガスの導出方向を排気通路側と上記気筒間ガス通路側とに切り換える切換弁と、
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と、
エンジンの部分負荷運転領域では、上記新気導入弁を閉弁するとともに、先行気筒から排出された既燃ガスの全てを気筒間ガス通路側に導出させるように上記切換弁を制御することにより２気筒接続状態とし、先行気筒の空燃比を理論空燃比よりも大きいリーン空燃比として燃焼を行わせ、この先行気筒から後続気筒に導入されたリーン空燃比の既燃ガスに燃料を供給して後続気筒の燃焼を行わせ、かつ上記部分負荷運転領域内における高負荷側領域で、上記新気導入弁を開弁して後続気筒内に上記既燃ガスと新気との両方を導入させるとともに、燃料を供給して後続気筒の燃焼を行わせる特殊運転モードの制御を実行する運転モード制御手段と、
上記特殊運転モードの制御が実行される部分負荷運転領域内の高負荷側領域で、後続気筒の圧縮自己着火をアシストする着火アシスト手段とを備えたことを特徴とする火花点火式エンジンの制御装置。 - 特殊運転モードの制御が実行される部分負荷運転領域の高負荷領域では、先行気筒の空燃比を略理論空燃比として燃焼を行わせることを特徴とする請求項１に記載の火花点火式エンジンの制御装置。
- 圧縮上死点前の上死点近傍で後続気筒内の混合気を点火することにより圧縮自己着火をアシストする着火アシスト手段と、後続気筒のノッキングを検出するノッキング検出手段とを備え、特殊運転モードの制御が実行される部分負荷運転領域の高負荷側領域で、上記ノッキング検出手段により後続気筒のノッキングが検出された場合には、上記着火アシスト手段による混合気の点火時期をリタードさせることを特徴とする請求項１または２に記載の火花点火式エンジンの制御装置。
- 特殊運転モードの制御が実行される部分負荷運転領域の高負荷領域で、過給機により加圧された吸気を各気筒に供給することを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の火花点火式エンジンの制御装置。
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