(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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いる多気筒の火花点火式エンジンにおいて、
少なくとも低負荷低回転域で、排気行程と吸気行程が重なる一対の気筒間において排気行程側の気筒で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側の気筒で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気筒接続状態にガス流通経路を構成するとともに、
上記２気筒接続状態にあるときに、上記先行気筒では理論空燃比よりも所定量大きいリーン空燃比とした状態で強制点火により燃焼を行わせ、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するとともに圧縮着火により燃焼を行わせるように各気筒の燃焼を制御する燃焼制御手段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。
【請求項２】
上記２気筒接続状態にあるときの先行気筒の空燃比を理論空燃比の略２倍もしくはそれ以上とした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。
【請求項３】
上記２気筒接続状態にあるときの後続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たことを特徴とする請求項１または２記載の火花点火式エンジンの制御装置。
【請求項４】
上記２気筒接続状態にあるときの後続気筒の空燃比を理論空燃比以下とし、この後続気筒に連なる排気通路に三元触媒または酸化触媒を設けたことを特徴とする請求項１または２記載の火花点火式エンジンの制御装置。
【請求項５】
上記先行気筒に対して筒内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁を設け、上記２気筒接続状態にあるときに、先行気筒においてはリーン空燃比としつつ上記燃料噴射弁から圧縮行程で燃料を噴射することにより成層燃焼を行わせるようにしたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の火花点火式エンジンの制御装置。
【請求項６】
上記２気筒接続状態にあるときに、後続気筒においては吸気行程で燃料を噴射することにより均一燃焼を行わせるようにしたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の火花点火式エンジンの制御装置。
【請求項７】
高負荷、高回転側の運転領域では各気筒の吸気ポートと排気ポートとを独立させて、吸気通路から各気筒の吸気ポートに新気を導入するとともに各気筒の排気ポートから排出される排気ガスを上記排気通路に導くように新気及びガスの流通経路を切換える流通経路切換手段を備えるとともに、
燃焼制御手段は上記高負荷、高回転側の運転領域で各気筒の空燃比を理論空燃比もしくはそれ以下とするとともに各気筒とも強制着火による燃焼を行わせるようになっていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の火花点火式エンジンの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、火花点火式エンジンの制御装置に関し、より詳しくは、多気筒エンジンにおいて燃費改善及びエミッション向上のために各気筒の燃焼状態を制御する装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、火花点火式エンジンにおいて、各気筒内の混合気の空燃比を理論空燃比よりも大きいリーン空燃比とした状態で燃焼を行わせることにより燃費改善を図る技術が知られており、例えば特開平１０−２７４０８５号公報に示されるように、燃焼室内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁を備え、低回転低負荷域等では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。すなわち、この成層燃焼は、燃焼室全体としては理論空燃比よりも大幅なリーン状態となるように吸入空気量及び燃料噴射量を制御しつつ、圧縮行程で燃料を噴射することにより点火時期に点火プラグ周りに混合気を偏在させ、この状態で点火プラグによる強制点火で燃焼を行わせるようにしたものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように成層燃焼により超リーン燃焼を行うと、熱効率が向上されるとともに、吸入空気量が多くなって吸気負圧が低減され、これらによって大幅に燃費が改善される。また、このような超リーンの成層燃焼状態では過剰に存在する空気の一部がＥＧＲに置き換わっても充分に燃焼し得るため、比較的多量のＥＧＲが可能であって、これによりＮＯｘ低減等に有利となる。そして、このように多量のＥＧＲを導入した場合でも、ポンピングロス低減効果は変わりなく得られ、かつ、非成層で吸入空気量及びＥＧＲ量を制限する通常の燃焼と比べれば熱効率も高められて、燃費改善効果が得られる。
【０００４】
ところで、成層燃焼を行うとある程度までは空燃比がリーンになるにつれて燃費改善効果が高められるが、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ことにより、却って燃費が悪化する傾向が生じる。このように、成層燃焼でのリーン化による燃費改善にも限界があった。
【０００５】
一方、燃費改善のための別の手法として、圧縮着火が研究されている。この圧縮着火は、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着火が行われれば燃焼室全体が一気に燃焼するため、仕事に寄与しない遅い燃焼が避けられ、燃費改善に有利となる。
【０００６】
しかし、通常の火花点火式エンジン（ガソリンエンジン）では燃焼のために強制点火が必要であって、圧縮上死点付近での燃焼室内の温度、圧力が圧縮着火を生じさせる程度までには高められず、圧縮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、従来の火花点火式エンジンでは、高負荷域でのノッキングを避けつつ、燃費改善が要求される低負荷域で圧縮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り、このような手法は実用化されるに至っていない。
【０００７】
本発明は以上のような従来の課題を考慮してなされたものであり、リーン燃焼による燃費改善効果をもたせるとともに、一部の気筒では圧縮着火を効果的に行わせ、燃費改善効果を高める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、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いる多気筒の火花点火式エンジンにおいて、少なくとも低負荷低回転域で、排気行程と吸気行程が重なる一対の気筒間において排気行程側の気筒で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側の気筒で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気筒接続状態にガス流通経路を構成するとともに、上記２気筒接続状態にあるときに、上記先行気筒では理論空燃比よりも所定量大きいリーン空燃比とした状態で強制点火により燃焼を行わせ、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するとともに圧縮着火により燃焼を行わせるように各気筒の燃焼を制御する燃焼制御手段を備えたものである。
【０００９】
この構成によると、少なくとも低負荷低回転域において、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、強制点火による燃焼が行われ、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圧縮着火可能な程度にまで燃焼室内の温度が上昇し、圧縮着火が行われる。そして、後続気筒には先行気筒から既燃ガスが導入されることで多量のＥＧＲが導入されたのと同様の状態となるが、このような状態でも圧縮着火により急速に燃焼が行われるため、効率よく燃焼が仕事に寄与することとなり、これとポンピングロス低減とで燃費が大幅に改善される。
【００１０】
請求項２に係る発明は、請求項１記載の装置において、上記２気筒接続状態にあるときの先行気筒の空燃比を理論空燃比の略２倍もしくはそれ以上としたものである。
【００１１】
このようにすると、先行気筒でのリーン燃焼による燃費改善効果が充分に得られるとともに、先行気筒から過剰空気を多く含む既燃ガスが後続気筒に送られて後続気筒での燃焼に有利となる。
【００１２】
請求項３に係る発明は、請求項１または２記載の装置において、上記２気筒接続状態にあるときの後続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たものである。
【００１３】
このようにすると、後続気筒では、リーン空燃比とされつつ圧縮着火で急速に燃焼が行われることにより、燃費改善効果が高められる。
【００１４】
請求項４に係る発明は、請求項１または２記載の装置において、上記２気筒接続状態にあるときの後続気筒の空燃比を理論空燃比以下とし、この後続気筒に連なる排気通路に三元触媒または酸化触媒を設けたものである。
【００１５】
このようにすると、三元触媒または酸化触媒により排気浄化性能が確保されて、リーンＮＯｘ触媒が不要となる。つまり、従来のリーンバーンエンジンでは、リーン空燃比の排気ガス中のＮＯｘを浄化するため、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触媒を設けているが、リーンＮＯｘ触媒が高価であるとともに三元触媒（ストイキオ領域で必要）と併用する必要があるためコスト的に不利になり、また、リーン運転中にリーンＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵量が増加するとＮＯｘの離脱、還元のために一時的に空燃比をリッチ化する必要があることにより燃費改善効果が目減りし、さらに、硫黄分を多く含む燃料が用いられた場合にリーンＮＯｘ触媒は硫黄被毒を受け易いといった問題がある。これに対し、請求項４に係る発明によると、先行気筒ではリーン空燃比で燃焼が行われるものの、排気通路には後続気筒から排出される理論空燃比以下のガスのみが導かれるので、リーンＮＯｘ触媒が不要となり、コスト的に有利になるとともに、一時的な空燃比のリッチ化による燃費改善効果の目減りや硫黄被毒の問題がなくなる。
【００１６】
請求項５に係る発明は、請求項１乃至４のいずれかに記載の装置において、上記先行気筒に対して筒内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁を設け、上記２気筒接続状態にあるときに、先行気筒においてはリーン空燃比としつつ上記燃料噴射弁から圧縮行程で燃料を噴射することにより成層燃焼を行わせるようにしたものである。
【００１７】
このようにすると、先行気筒においては成層燃焼により超リーン空燃比での燃焼が可能となり、燃費改善効果が高められる。
【００１８】
請求項６に係る発明は、請求項１乃至５のいずれかに記載の装置において、上記２気筒接続状態にあるときに、後続気筒においては吸気行程で燃料を噴射することにより均一燃焼を行わせるようにしたものである。
【００１９】
このようにすると、後続気筒においてはリーン空燃比の既燃ガスと燃料とが均一に混合され、圧縮着火とそれによる燃焼が良好に行われる。
【００２０】
請求項７に係る発明は、請求項１乃至６のいずれかに記載の装置において、高負荷、高回転側の運転領域では各気筒の吸気ポートと排気ポートとを独立させて、吸気通路から各気筒の吸気ポートに新気を導入するとともに各気筒の排気ポートから排出される排気ガスを上記排気通路に導くように新気及びガスの流通経路を切換える流通経路切換手段を備えるとともに、燃焼制御手段は上記高負荷、高回転側の運転領域で各気筒の空燃比を理論空燃比もしくはそれ以下とするとともに各気筒とも強制着火による燃焼を行わせるようになっているものである。
【００２１】
このようにすると、高負荷、高回転側の運転領域では、後続気筒の熱負荷が過度に高くなることが避けられるとともに、出力性能が確保される。
【００２２】
【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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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、後述のパルス信号が入力されることにより、そのパルス入力時期にパルス幅に対応する時間だけ駆動されて開弁し、その開弁時間に応じた量の燃料を噴射するように構成されている。なお、この燃料噴射弁９には、図外の燃料ポンプにより燃料供給通路等を介して燃料が供給され、かつ、圧縮行程での燃焼室内の圧力よりも高い燃料圧力を与え得るように燃料供給系統が構成されている。
【００２６】
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。
【００２７】
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２Ａ、２番気筒２Ｂ、３番気筒２Ｃ、４番気筒２Ｄと呼ぶと、図５に示すように上記サイクルが１番気筒２Ａ、３番気筒２Ｃ、４番気筒２Ｄ、２番気筒２Ｂの順にクランク角で１８０°ずつの位相差をもって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着火が行われることを表している。
【００２８】
排気行程と吸気行程が重なる一対の気筒間には、排気行程と吸気行程が重なるときの排気行程側の気筒（当明細書ではこれを先行気筒と呼ぶ）から吸気行程側の気筒（当明細書ではこれを後続気筒と呼ぶ）へ既燃ガスをそのまま導くことができるように、気筒間ガス通路２２が設けられている。当実施形態の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と２番気筒２Ｂ、及び、４番気筒２Ｄと３番気筒２Ｃがそれぞれ一対をなし、１番気筒２Ａ及び４番気筒２Ｄが先行気筒、２番気筒２Ｂ及び３番気筒２Ｃが後続気筒となる。
【００２９】
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。
【００３０】
先行気筒である１番気筒２Ａ及び４番気筒２Ｄには、それぞれ、新気を導入するための吸気ポート１１と、既燃ガス（排気ガス）を排気通路に送り出すための第１排気ポート１２ａと、既燃ガスを後続気筒に導出するための第２排気ポート１２ｂとが配設されている。また、後続気筒である２番気筒２Ｂ及び３番気筒２Ｃには、それぞれ、新気を導入するための第１吸気ポート１１ａと、先行気筒からの既燃ガスを導入するための第２吸気ポート１１ｂと、既燃ガスを排気通路に送り出すための排気ポート３２とが配設されている。
【００３１】
図１に示す例では、１番，４番気筒２Ａ，２Ｄにおける吸気ポート１１および２番，３番気筒２Ｂ，２Ｃにおける第１吸気ポート１１ａが、１気筒当り２個ずつ、燃焼室の左半部側に並列的に設けられる一方、１番，４番気筒２Ａ，２Ｄにおける第１排気ポート１２ａ及び第２排気ポート１２ｂならびに２番，３番気筒２Ｂ，２Ｃにおける第２吸気ポート１１ｂ及び排気ポート１２が、燃焼室の右半部側に並列的に設けられている。
【００３２】
１番，４番気筒２Ａ，２Ｄにおける吸気ポート１１および２番，３番気筒２Ｂ，２Ｃにおける第１吸気ポート１１ａには、吸気通路１５における気筒別の分岐吸気通路１６の下流端が接続されている。各分岐吸気通路１６の下流端近傍には、共通の軸を介して互いに連動する多連スロットル弁１７が設けられており、この多連スロットル弁１７は制御信号に応じてアクチュエータ１８により駆動され、吸入空気量を調節するようになっている。なお、吸気通路１５における集合部より上流の共通吸気通路には吸気流量を検出するエアフローセンサ１９が設けられている。
【００３３】
１番，４番気筒２Ａ，２Ｄにおける第１排気ポート１２ａおよび２番，３番気筒２Ｂ，２Ｃにおける排気ポート１２には、排気通路２０における気筒別の分岐排気通路２１の上流端が接続されている。また、１番気筒２Ａと２番気筒２Ｂとの間及び３番気筒２Ｃと４番気筒２Ｄとの間に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。
【００３４】
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、先行気筒から排出されるガスがこの通路２２を通る間の放熱は比較的小さく抑えられるようになっている。
【００３５】
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には排気浄化用の触媒が設けられ、当実施形態ではリーンＮＯｘ触媒２４Ａと三元触媒２４Ｂとが設けられている。上記リーンＮＯｘ触媒２４Ａは、リーン空燃比でもＮＯｘ浄化性能を有するもので、例えば酸素過剰雰囲気でＮＯｘを吸着して酸素濃度低下雰囲気でＮＯｘの離脱、還元を行う吸蔵型リーンＮＯｘ触媒からなっている。また、上記三元触媒２４Ｂ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。
【００３６】
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。
【００３７】
１番，４番気筒２Ａ，２Ｄにおける吸気ポート１１、第１排気ポート１２ａ及び第２排気ポート１２ｂにはそれぞれ吸気弁３１、第１排気弁３２ａ及び第２排気弁３２ｂが設けられ、また、２番，３番気筒２Ｂ，２Ｃにおける第１吸気ポート１１ａ、第２吸気ポート１１ｂ及び排気ポート１２にはそれぞれ第１吸気弁３１ａ、第２吸気弁３１ｂ及び排気弁３２が設けられている。そして、各気筒の吸気行程や排気行程が上述のような所定の位相差をもって行われるように、これら吸・排気弁がそれぞれカムシャフト３３，３４等からなる動弁機構により所定のタイミングで開閉するように駆動される。
【００３８】
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。
【００３９】
上記第１排気弁３２ａの弁停止機構３５と第１吸気弁３１ａの弁停止機構３５とに対する作動油給排用の通路３６には第１コントロール弁３７が、また第２排気弁３２ｂの弁停止機構３５と第２吸気弁３１ｂの弁停止機構３５とに対する作動油給排用の通路３８には第２コントロール弁３９がそれぞれ設けられている（図３参照）。
【００４０】
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３９とに対して制御信号が出力されている。
【００４１】
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及び燃焼制御手段４４を備えている。
【００４２】
運転状態判別手段４１は、上記回転数センサ４５及びアクセル開度センサ４６等からの信号によりエンジンの運転状態（エンジン回転数及びエンジン負荷）を調べ、運転状態が図４に示すような低負荷低回転側の運転領域Ａと、高負荷側ないし高回転側の運転領域Ｂとのいずれの領域にあるかを判別する。
【００４３】
弁停止機構制御手段４２は、運転状態が低負荷低回転側の運転領域Ａにある場合と高負荷側ないし高回転側の運転領域Ｂにある場合とに応じ、上記各コントロール弁３７，３９を制御することにより、各弁停止機構３５を次のように制御する。
【００４４】
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この弁停止機構制御手段４２とこれにより制御される各弁停止機構３５とにより、ガスの流通経路を後に詳述するように切換える流通経路切換手段が構成されている。
【００４５】
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、低負荷低回転側の運転領域Ａでは、後述のように後続気筒（２番、３番気筒２Ｂ，２Ｃ）においては分岐吸気通路１６からの吸気導入が遮断された状態で先行気筒から導入されるガス中の過剰空気と新たに供給される燃料との比がリーン空燃比とされつつ燃焼が行われるので、先行、後続の２気筒分の要求トルクに応じた燃料の燃焼に必要な量の空気（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）よりもさらに所定量だけ多い空気が先行気筒（１番、４番気筒２Ａ，２Ｄ）に供給されるように、スロットル開度が調節される。
【００４６】
上記燃焼制御手段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の制御（燃料噴射の制御及び点火の制御）が変更される。
【００４７】
すなわち、運転状態が低負荷低回転側の運転領域Ａにある場合、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、好ましくは理論空燃比の略２倍もしくはそれ以上とするように燃料噴射量を制御するとともに、圧縮行程で燃料を噴射して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。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リーン空燃比の既燃ガスに対して燃料を供給し、燃料供給後も理論空燃比よりはリーンの空燃比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し、かつ、圧縮着火を行わせるべく、強制点火を停止させる。
【００４８】
また、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、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のうちの大部分の領域において理論空燃比とし、全開負荷及びその付近の運転領域で理論空燃比よりリッチとする。そして、この場合に、各気筒２Ａ〜２Ｄに対して吸気行程で燃料を噴射して混合気を均一化するように噴射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。
【００４９】
以上のような当実施形態の装置の作用を、図５〜図７を参照しつつ説明する。
【００５０】
低負荷低回転側の運転領域Ａでは前述のように第１排気弁３２ａ及び第１吸気弁３１ａが停止状態、第２排気弁３２ｂ及び第２吸気弁３１ｂが作動状態とされることにより、実質的な新気及びガスの流通経路は図６に示すようになり、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。
【００５１】
この状態において、先行気筒２Ａ，２Ｄにそれぞれ吸気行程で吸気通路１５から新気が導入され（図６中の矢印ａ）、先行気筒２Ａ，２ＤではリニアＯ2センサ２５により検出される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、所定点火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５参照）。
【００５２】
その後、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ガス通路２２を通って後続気筒２Ｂ，２Ｃに導入される（図５中の白抜き矢印及び図６中の矢印ｂ）。そして、後続気筒２Ｂ，２Ｃ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が供給されて、理論空燃比よりは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た後、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着火が行われる。
【００５３】
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充分に混合気が自己着火し得る程度まで燃焼室内の温度が上昇する。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。
【００５４】
こうして後続気筒２Ｂ，２Ｃでは、多量のＥＧＲガス相当の既燃ガス成分を含み、かつ、空燃比がリーンであるという条件下でも、同時圧縮着火により燃焼が急速に行われ、これにより熱効率が大幅に向上されることとなる。
【００５５】
つまり、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、空燃比がリーンとされつつ均一な混合気分布状態で圧縮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こととなる。
【００５６】
しかも、後続気筒２Ｂ，２Ｃでの圧縮着火が先行気筒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、かつ、広い運転領域にわたって圧縮着火を有効に行わせることができる。
【００５７】
なお、後続気筒２Ｂ，２Ｃでの燃焼後にガスは排気通路２０に排出され、排気通路２０に設けられたリーンＮＯｘ触媒２４Ａ等で排気ガスの浄化が行われる。
【００５８】
また、先行気筒２Ａ，２Ｄでは理論空燃比の略２倍もしくはそれ以上のリーン空燃比とされることでＮＯｘ発生量が比較的少なく抑えられ、後続気筒２Ｂ，２Ｃでは、先行気筒２Ａ，２Ｄから既燃ガスが導入されることで多量のＥＧＲが行われているのと同等の状態となることからＮＯｘの発生が充分に抑制される。このような点からもエミッションの向上に有利となる。
【００５９】
一方、高負荷側ないし高回転側の運転領域Ｂでは前述のように第１排気弁３２ａ及び第１吸気弁３１ａが作動状態、第２排気弁３２ｂ及び第２吸気弁３１ｂが停止状態とされることにより、実質的な新気及びガスの流通経路は図７に示すようになり、実質的に各気筒２Ａ〜２Ｄの吸気ポート３１，３１ａ及び排気ポート１２ａ，１２が独立し、吸気通路１５から各気筒２Ａ〜２Ｄの吸気ポート３１，３１ａに新気が導入されるとともに各気筒２Ａ〜２Ｄの排気ポート３１，３１ａから排気通路２０に既燃ガスが排出される。そしてこの場合は、理論空燃比もしくはそれよりリッチ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。
【００６０】
なお、本発明の装置の具体的構成は上記実施形態に限定されず、種々変更可能である。他の実施形態を以下に説明する。
【００６１】
▲１▼上記の基本実施形態では、低回転低負荷の運転領域Ａで、後続気筒２Ｂ，２Ｃの空燃比が理論空燃比よりリーンとなるように燃料噴射量を制御しているが、後続気筒２Ｂ，２Ｃにおいて空燃比が理論空燃比もしくはそれ以下となるように燃料噴射量を制御してもよい。この場合、図８に示すように、排気通路２０には三元触媒２４Ｂのみを設け、あるいは酸化触媒を設けておくようにすればよい。また、望ましくは、排気通路２０の集合部に設けるＯ2センサ２３を理論空燃比付近で出力が急変するλＯ2センサとし、このＯ2センサ２３の出力に基いて後続気筒２Ｂ，２Ｃに対する燃料噴射量をフィードバック制御する。さらに、気筒間ガス通路２２に、酸素濃度に応じて出力がリニアに変化するリニアＯ2センサ２５を設け、その出力に応じ、所定のリーン空燃比とされる先行気筒２Ａ，２Ｄに対する燃料噴射量もフィードバック制御するようにしてもよい。
【００６２】
その他の構造は基本実施形態と同様である。
【００６３】
この実施形態によると、後続気筒２Ｂ，２Ｃからの理論空燃比のガスのみが排気通路２０に排出されるため、リーンＮＯｘ触媒を設ける必要がなく、三元触媒２４Ｂ（または酸化触媒）だけで充分に排気浄化性能が確保される。
【００６４】
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の離脱、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。
【００６５】
▲２▼上記の基本実施形態では各気筒に対して燃料噴射弁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、後続気筒に対しては低負荷低回転の運転領域Ａでも吸気行程で燃料を噴射すればよいので、後続気筒に設ける燃料噴射弁はその吸気ポートに通じる吸気通路に燃料を噴射するものでもよい。
【００６６】
▲３▼基本実施形態では弁停止機構を用いて流通経路切換手段を構成しているが、図９のように流通経路切換手段を構成してもよい。
【００６７】
すなわち、この図において、エンジン本体の各気筒２Ａ〜２Ｄにはそれぞれ吸気ポート５１及び排気ポート５２が開口し、これらのポートに設けられた吸気弁５３及び排気弁５４は図外の動弁機構により常に開閉作動されるようになっている。上記各気筒２Ａ〜２Ｄの吸気ポート５１に分岐吸気通路１６Ａ〜１６Ｄが接続され、各気筒２Ａ〜２Ｄの排気ポート５２に分岐排気通路２１Ａ〜２１Ｄが接続されるとともに、先行気筒（１番，４番気筒）２Ａ，２Ｄに対する分岐排気通路２１Ａ，２１Ｄの集合部と後続気筒（２番，３番気筒）２Ｂ，２Ｃに対する分岐排気通路２１Ｂ，２１Ｃの集合部との間に気筒間ガス通路５５が接続され、この気筒間ガス通路５５に第１開閉弁５７が設けられている。
【００６８】
また、先行気筒２Ａ，２Ｄに対する分岐吸気通路１６Ａ，１６Ｄの集合部が吸気通路上流部に常に連通するとともに、後続気筒２Ｂ，２Ｃに対する分岐吸気通路１６Ｂ，１６Ｃの集合部と吸気通路上流部との間の連通部にはこの連通部を開閉する第２開閉弁５７が設けられている。一方、後続気筒２Ｂ，２Ｃに対する分岐排気通路２１Ｂ，２１Ｃの集合部が排気通路下流部に常に連通するとともに、先行気筒２Ａ，２Ｄに対する分岐排気通路２１Ａ，２１Ｄの集合部と排気通路下流部との間の連通部にはこの連通部を開閉する第３開閉弁５８が設けられている。
【００６９】
そして、図外の制御手段により、運転状態が低負荷低回転側の運転領域Ａにある場合と高負荷側ないし高回転側の運転領域Ｂにある場合とに応じ、上記各開閉弁５６，５７，５８が次のように制御される。
【００７０】
0003711941.tif 000003
こうして開閉弁５６，５７，５８とこれを制御する制御手段により流通経路切換手段が構成される。
【００７１】
なお、スロットル弁５９は吸気通路の集合部より上流側に設けられている。
【００７２】
この実施形態によっても、運転領域Ａ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先行気筒２Ａ，２Ｄから排出される既燃ガスがそのまま後続気筒２Ｂ，２Ｃに気筒間ガス通路５５を介して導入されるとともに、この後続気筒２Ｂ，２Ｃから排出されるガスが排気通路２０に導かれるような２気筒接続状態とされ、一方、運転領域Ｂでは、各気筒２Ａ〜２Ｄの吸気ポート５１と排気ポート５２とが独立し、吸気通路から各気筒の吸気ポート５１に新気が導入されるとともに各気筒の排気ポート５２から排出される排気ガスが上記排気通路２０に導かれることとなる。各燃料噴射弁９からの燃料噴射の制御及び点火制御等は基本実施形態と同様である。
【００７３】
▲４▼上記各実施形態に示すような構造に加えて過給機を設け、例えば図１０に示すようなターボ過給機６０を設けてもよい。同図において、ターボ過給機６０は、排気通路２０に設けられたタービン６１と、吸気通路１５に設けられたコンプレッサ６２とを有し、排気通路２０を流れる排気ガスのエネルギーでタービン６１が回転し、それに連動したコンプレッサ６２の回転により、吸気を過給するようになっている。６３はコンプレッサ６２の下流の吸気通路１５に設けられたインタークーラである。
【００７４】
このようにすれば、比較的高負荷側まで、上記２気筒接続状態として燃費改善を図るようにすることができる。
【００７５】
▲５▼上記各実施形態では、流通経路切換手段により運転状態が低負荷低回転側の運転領域Ａにある場合と高負荷側ないし高回転側の運転領域Ｂにある場合とに応じて新気及びガスの流通経路を切換えるようにしているが、全運転領域にわたって新気及びガスの流通経路を上記２気筒接続状態としてもよい。
【００７６】
▲６▼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。
【００７７】
▲７▼上記各実施形態に示すような構造に加え、先行気筒に対してのみＥＧＲを行うようにしてもよい。このようにすれば、先行気筒でのＮＯｘの発生が抑えられ、後続気筒では先行気筒から導入される既燃ガスがＥＧＲと同様にＮＯｘの発生を押えるので、有効にＮＯｘを減少させることができる。
【００７８】
【発明の効果】
以上のように本発明の制御装置は、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の先行気筒から排出される既燃ガスがそのまま気筒間ガス通路を介して吸気行程の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にするとともに、先行気筒ではリーン空燃比とした状態で強制点火により燃焼を行わせ、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するとともに圧縮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およ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、一方、後続気筒では圧縮着火により急速に燃焼が行われることで効率よく燃焼が仕事に寄与し、これとポンピングロス低減とで燃費を大幅に改善することができる。
【００７９】
特に、先行気筒から後続気筒に導入される高温の既燃ガスの熱を利用し、格別の加熱手段や高圧縮比化等を必要とせずに容易に圧縮着火を実現することができる。しかも、後続気筒に導入される上記既燃ガスと燃料が均一に分布して同時圧縮着火を良好に行わせることができ、これにより燃焼を急速に行わせて熱効率を高めることができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態による装置を備えたエンジン全体の概略平面図である。
【図２】エンジン本体等の概略断面図である。
【図３】制御系統のブロック図である。
【図４】運転領域を示す説明図である。
【図５】各気筒の排気行程、吸気行程、燃料噴射時期および点火時期等を示す図である。
【図６】低負荷低回転時の実質的な新気およびガスの流通経路を示す説明図である。
【図７】高負荷、高低回転側の運転領域にある時の実質的な新気およびガスの流通経路を示す説明図である。
【図８】本発明の装置の別の実施形態を示す図である。
【図９】流通経路切換手段等の別の実施形態を示す概略平面図である。
【図１０】ターボ過給機を設けた実施形態を示す概略平面図である。
【符号の説明】
１  エンジン本体
２Ａ〜２Ｄ  気筒
９  燃料噴射弁
１１  吸気ポート
１１ａ  第１吸気ポート
１１ｂ  第２吸気ポート
１２  排気ポート
１２ａ  第１排気ポート
１２ｂ  第２排気ポート
１５  吸気通路
２０  排気通路
２２  気筒間ガス通路
３１  吸気弁
３１ａ  第１吸気弁
３１ｂ  第２吸気弁
３２  排気弁
３２ａ  第１排気弁
３２ｂ  第２排気弁
３５  弁停止機構
４０  ＥＣＵ
４１  運転状態判別手段
４２  弁停止機構制御手段
４３  吸入空気量制御手段
４４  燃焼制御手段
【図１】
0003711941.tif 000004
【図２】
0003711941.tif 000005
【図３】
0003711941.tif 000006
【図４】
0003711941.tif 000007
【図５】
0003711941.tif 000008
【図６】
0003711941.tif 000009
【図７】
0003711941.tif 000010
【図８】
0003711941.tif 000011
【図９】
0003711941.tif 000012
【図１０】
0003711941.tif 000013