(57)【要約】【課題】  先行気筒でリーン燃焼させた既燃ガスを後続気筒に導入して圧縮自己着火を行う運転を可及的に広い負荷領域で維持することにより、燃費性能と排気ガス性能とを向上させること。【解決手段】  先行気筒でリーン燃焼を行い、その既燃ガスを後続気筒に導入して後続気筒で圧縮自己着火を行う特殊運転モードを制御する際に、上限温度Ｔ１以上に後続気筒吸気温度が上昇している場合には、ＥＧＲ率Ｒを上昇し、または、先行気筒の空燃比を初期セット値に対応する空燃比よりもリッチ側に補正する。後続気筒吸気温度Ｔが下限温度Ｔ２以下の場合には、ＥＧＲ率Ｒを下げるか、または、先行気筒の空燃比をリーン側に補正する。【選択図】      図７
2006070859.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
各気筒の吸気、圧縮、膨張、排気の燃焼サイクルが所定の位相差をもって行われるようになっている多気筒のエンジン本体と、
排気通路に排出された排気ガスを、ＥＧＲ通路を介して吸気通路に還流させるコールドＥＧＲ装置と、
エンジン本体およびコールドＥＧＲ装置の運転状態を制御する運転状態制御装置と
を備え、前記運転状態制御装置は、
各気筒が前記燃焼サイクルに伴って吸気通路から吸入したガスを燃焼させた後既燃ガスを排気通路に排出する通常運転モードと、排気行程と吸気行程が重なる一対の気筒間において排気行程にある先行気筒でリーン燃焼させた既燃ガスを吸気行程にある後続気筒にそのまま導入して、当該後続気筒では圧縮自己着火を行わせる特殊運転モードとを切り換え制御する運転モード切換手段と、
前記後続気筒に既燃ガスが導入されるときの後続気筒吸気温度を検出する後続気筒吸気温度検出手段と、
後続気筒に導入されるガスのうちでコールドＥＧＲ装置により還流されたＥＧＲガスの割合と先行気筒での燃焼により生じたＥＧＲ相当のガスの割合とを合わせたＥＧＲ率を求める手段と、
ＥＧＲ率と後続気筒に既燃ガスが導入されるときの後続気筒吸気温度との関係に基づいて、後続気筒において圧縮自己着火運転が確保される後続気筒吸気温度の適正範囲を記憶する記憶手段と
を備え、ＥＧＲ率と前記後続気筒吸気温度検出手段が検出した後続気筒吸気温度とに基づき、特殊運転モードにおいて前記後続気筒吸気温度が当該記憶手段に記憶された上限温度よりも低く下限温度よりも高い適正範囲内に入るように、コールドＥＧＲ装置と先行気筒の空燃比との少なくとも一方を制御するものであることを特徴とする火花点火式ガソリンエンジン。
【請求項２】
請求項１記載の火花点火式ガソリンエンジンにおいて、
前記運転状態制御装置は、後続気筒が圧縮自己着火で運転されるモードにおいて、当該後続気筒での着火をアシストするために後続気筒に設けた点火プラグをスパークさせる着火アシスト制御手段を備えており、
前記記憶手段に記憶された適正範囲は、該着火アシスト制御手段の動作による着火アシスト制御領域を含んでいる
ことを特徴とする火花点火式ガソリンエンジン。
【請求項３】
請求項２記載の火花点火式ガソリンエンジンにおいて、
前記着火アシスト制御手段は、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ものであることを特徴とする火花点火式ガソリンエンジン。
【請求項４】
請求項１から３の何れか１記載の火花点火式ガソリンエンジンにおいて、
前記運転状態制御装置は、後続気筒吸気温度が上限温度以上の場合にはＥＧＲ率を増加するＥＧＲ率制御手段を有していることを特徴とする火花点火式ガソリンエンジン。
【請求項５】
請求項４記載の火花点火式ガソリンエンジンにおいて、
前記運転状態制御装置は、コールドＥＧＲ装置によってＥＧＲ率が増加不能な場合には、先行気筒の空燃比を初期セット値に対応する空燃比よりもリッチ側に補正する空燃比制御手段を有していることを特徴とする火花点火式ガソリンエンジン。
【請求項６】
請求項５記載の火花点火式ガソリンエンジンにおいて、
前記運転状態制御装置は、燃料噴射を制御する燃料噴射制御手段を有し、前記燃料噴射制御手段は、先行気筒の空燃比を初期セット値に対応する空燃比よりもリッチ側に補正した後、後続気筒の燃料噴射を当該後続気筒の圧縮行程で行うものであることを特徴とする火花点火式ガソリンエンジン。
【請求項７】
請求項５記載の火花点火式ガソリンエンジンにおいて、
前記運転モード切換手段は、先行気筒の空燃比を初期セット値に対応する空燃比よりもリッチ側に補正する際に、後続気筒の新気導入弁を開くものであることを特徴とする火花点火式ガソリンエンジン。
【請求項８】
請求項１から７の何れか１記載の火花点火式ガソリンエンジンにおいて、
前記運転状態制御装置は、後続気筒吸気温度が下限温度以下の場合にはＥＧＲ率を低減するＥＧＲ率制御手段を有していることを特徴とする火花点火式ガソリンエンジン。
【請求項９】
請求項８記載の火花点火式ガソリンエンジンにおいて、
前記運転状態制御装置は、コールドＥＧＲ装置によってＥＧＲ率が低減不能な場合には、先行気筒の空燃比を初期セット値に対応する空燃比よりもリーン側に補正する空燃比制御手段を有していることを特徴とする火花点火式ガソリンエンジン。
【請求項１０】
請求項２から９の何れか１記載の火花点火式ガソリンエンジンにおいて、
前記運転状態制御装置は、前記着火アシスト領域の前記適正範囲内に入るように、前記コールドＥＧＲ装置と先行気筒の空燃比の少なくとも一方を制御することを特徴とする火花点火式ガソリンエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は火花点火式ガソリンエンジンに関し、特に、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でリーン燃焼させた既燃ガスを吸気行程にある後続気筒にそのまま導入して、当該後続気筒では予混合圧縮自己着火燃焼（ＨＣＣＩ：Ｈｏｍｏｇｅｎｅｏｕｓ−Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ−Ｉｇｎｉｔｉｏｎ  ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ。この明細書で「圧縮自己着火」という）を行わせる特殊運転モードを運転モードとして有する火花点火式ガソリンエンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
火花点火式ガソリンエンジンの燃費性能や排ガス性能の向上を図る技術として、特許文献１に示すように、一回の吸気と排気に対して２回の圧縮、膨張を行う６サイクルとし、先行燃焼と後続燃焼とを行い、低速、低負荷領域において圧縮自己着火させる構成や、特許文献２に記載されているように、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（吸気弁／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を行わせる構成が知られている。
【０００３】
しかし、特許文献１の構成では、低速、低負荷領域において圧縮自己着火させる制御技術であるが、６サイクル運転に切り換える構成であるため、トルク変動が生じやすいことと、同一気筒内で圧縮自己着火させる構成なので、燃焼のコントロールが困難になるという問題があった。他方、特許文献２の構成では、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。
【０００４】
これに対して、本件出願人は、特許文献３に開示されているように、リーン燃焼と圧縮自己着火とを併用して大幅な燃費改善効果をもたせるべく、エンジンの部分負荷領域で、排気行程と吸気行程とが重なる一対の気筒間において排気行程にある先行気筒から排出される既燃ガスがそのまま吸気行程にある後続気筒に気筒間ガス通路を介して導入される２気筒接続状態とし、先行気筒では空燃比を理論空燃比よりも大きいリーン空燃比にして、強制点火により燃焼を行わせるとともに、後続気筒では先行気筒から導入されたリーン空燃比の既燃ガスに燃料を供給して圧縮自己着火により燃焼を行わせるようにした火花点火式ガソリンエンジンの制御装置に関する技術を出願している。
【特許文献１】特開２００１−３３６４３５号公報
【特許文献２】特開２００１−１５２９１９号公報
【特許文献３】特開２００３−２２７３７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献３の構成を採用した場合には、先行気筒のリーン燃焼による燃費向上の他、このリーン燃焼による高温の内部ＥＧＲガスを後続気筒に導入することによって圧縮自己着火が可能となり、広い運転領域において、ディーゼルエンジンに近い燃焼効率を実現でき、しかも、排気ガス性能も飛躍的に向上する。
【０００６】
しかし、特許文献３に記載された形式（先行気筒で成層燃焼を行い、後続気筒で圧縮自己着火を行う）のエンジンによって、燃費性能や排気ガス性能を向上するためには、後続気筒において、失火やノッキングを防止するための制御が必要となる。
【０００７】
本発明は、このような技術に基づき、先行気筒でリーン燃焼させた既燃ガスを後続気筒に導入して圧縮自己着火を行う運転を可及的に広い負荷領域で維持することにより、燃費性能と排気ガス性能とを向上させることのできる火花点火式ガソリンエンジンを提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本件発明者は、鋭意研究の結果、リーン燃焼と圧縮自己着火とを併用するに当たり、圧縮自己着火時に失火やノッキングを防止する観点から、前記後続気筒に供給されるＥＧＲ（排気再循環）の割合と後続気筒吸気温度との間に一定の相関関係があることを見出し、本件発明を完成させた。
【０００９】
すなわち本発明は、各気筒の吸気、圧縮、膨張、排気の燃焼サイクルが所定の位相差をもって行われるようになっている多気筒のエンジン本体と、排気通路に排出された排気ガスを、ＥＧＲ通路を介して吸気通路に還流させるコールドＥＧＲ装置と、エンジン本体およびコールドＥＧＲ装置の運転状態を制御する運転状態制御装置とを備え、前記運転状態制御装置は、各気筒が前記燃焼サイクルに伴って吸気通路から吸入したガスを燃焼させた後既燃ガスを排気通路に排出する通常運転モードと、排気行程と吸気行程が重なる一対の気筒間において排気行程にある先行気筒でリーン燃焼させた既燃ガスを吸気行程にある後続気筒にそのまま導入して、当該後続気筒では圧縮自己着火を行わせる特殊運転モードとを切り換え制御する運転モード切換手段と、前記後続気筒に既燃ガスが導入されるときの後続気筒吸気温度を検出する後続気筒吸気温度検出手段と、後続気筒に導入されるガスのうちでコールドＥＧＲ装置により還流されたＥＧＲガスの割合と先行気筒での燃焼により生じたＥＧＲ相当のガスの割合とを合わせたＥＧＲ率を求める手段と、ＥＧＲ率と後続気筒に既燃ガスが導入されるときの後続気筒吸気温度との関係に基づいて、後続気筒において圧縮自己着火運転が確保される後続気筒吸気温度の適正範囲を記憶する記憶手段とを備え、ＥＧＲ率と前記後続気筒吸気温度検出手段が検出した後続気筒吸気温度とに基づき、特殊運転モードにおいて前記後続気筒吸気温度が当該記憶手段に記憶された上限温度よりも低く下限温度よりも高い適正範囲内に入るように、コールドＥＧＲ装置と先行気筒の空燃比との少なくとも一方を制御するものであることを特徴とする火花点火式ガソリンエンジンである。
【００１０】
この態様では、エンジンの部分負荷領域で前記特殊運転モードとされた場合に、先行気筒でのリーン燃焼による熱効率向上及び各気筒でのポンピングロス低減等により燃費改善効果が得られる。また、後続気筒では先行気筒から導入された既燃ガスに燃料が供給されて燃焼が行われるので、高温の既燃ガスにより供給燃料の気化が促進されるとともに、後続気筒で圧縮自己着火により燃焼が行われので、燃焼室全体に亘り一気に燃焼して仕事に寄与しない遅い燃焼が避けられ、高い燃費改善効果が得られる。また、後続気筒では先行気筒からの既燃ガスが導入されることにより多量のＥＧＲが行われているのと同等の状態となることから排気ガス性能性の改善効果が得られる。
【００１１】
しかもエンジン本体を特殊運転モードで運転するに当たり、ＥＧＲ率と後続気筒に既燃ガスが導入されるときの後続気筒吸気温度との関係に基づいて、コールドＥＧＲ装置と先行気筒の空燃比との少なくとも一方を制御することにより、後続気筒吸気温度毎に好適なＥＧＲ率を維持し、ノッキングと失火の双方を回避することが可能になる。これは、本件発明者が見出した後続気筒吸気温度とＥＧＲ率との関係に関する知見に基づくものであり、詳しくは後述するように、後続気筒において、後続気筒吸気温度が同じであれば、ＥＧＲ率があるレベルを超えて低くなるとノッキングが生じやすくなり、ＥＧＲ率があるレベルを超えて高くなると失火が生じやすくなる。また、後続気筒吸気温度が低くなると、失火、ノッキングが生じやすくなるＥＧＲ率は、それぞれ低くなる傾向を有する。そこで、本態様では、後続気筒に導入される吸気の温度とそれに対するＥＧＲ率とにおいて、適正な特殊運転モードでの運転が可能な領域を実験でマッピングして記憶しておき、標準的なＥＧＲ率を初期セット値としてこのＥＧＲ率に好適な後続気筒吸気温度を求め、温度検出手段が検出した後続気筒吸気温度に基づいて、計測手段が計測したＥＧＲ率が適正な値になるように、コールドＥＧＲ装置と空燃比との少なくとも一方を制御することとしている。これにより、例えば、既設の温度センサを用いることによって、失火やノッキングを可及的に防止することが可能になる。
【００１２】
なお前記「ＥＧＲ率」は、例えば次の式（１）によって定義されるものである。
【００１３】
【数１】
2006070859.tif 000003
【００１４】
但し、
ｍDISC：先行気筒で燃焼される空気の質量
ｍHCCI：後続気筒で燃焼に供される空気の質量
ｍEGR-cold：コールドＥＧＲ装置が先行気筒に供給するＥＧＲガスの質量
前記火花点火式ガソリンエンジンにおいて、前記運転状態制御装置は、後続気筒が圧縮自己着火で運転されるモードにおいて、当該後続気筒での着火をアシストするために後続気筒に設けた点火プラグをスパークさせる着火アシスト制御手段を備えており、前記記憶手段に記憶された適正範囲は、該着火アシスト制御手段の動作による着火アシスト制御領域を含んでいることが好ましい。
【００１５】
この態様では、後続気筒での圧縮自己着火が行われにくい運転領域においても、着火アシスト制御手段により後続気筒の圧縮自己着火を促進する制御が適正に実行され、後続気筒で適正に圧縮自己着火させて顕著な燃費改善効果が得られるとともに、排気ガス性能性の改善効果が得られる。
【００１６】
前記態様において、前記着火アシスト制御手段は、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ものであることが好ましい。
【００１７】
この態様によれば、後続気筒の圧縮上死点前の上死点近傍で混合気を点火して気筒内圧力を瞬時に高める制御が実行されることにより、後続気筒で適正時期に確実に圧縮自己着火させることができる。
【００１８】
前記態様において、前記運転状態制御装置は、後続気筒吸気温度が上限温度以上の場合にはＥＧＲ率を増加するＥＧＲ率制御手段を有していることが好ましい。
【００１９】
この態様では、一般に高負荷側となる後続気筒吸気温度の高温側においては、ノッキング領域がＥＧＲ率の低い側に分布するので、それ以上にＥＧＲ率を向上させて、ノッキングを回避するようにしている。この結果、高負荷側においても、特殊運転モードでの運転を維持し、燃費効率と排ガス性能とを向上することが可能になる。
【００２０】
前記態様において、前記運転状態制御装置は、コールドＥＧＲ装置によってＥＧＲ率が増加不能な場合には、先行気筒の空燃比を初期セット値に対応する空燃比よりもリッチ側に補正する空燃比制御手段を有していることが好ましい。
【００２１】
この態様では、先行気筒の空燃比を初期セット値に対応する空燃比よりもリッチ側に補正することによって、先行気筒で消費される新気の量が増加するので、後続気筒吸気温度は上昇するものの式（１）で定義されたＥＧＲ率も上昇する結果、ノッキング領域での運転を回避することができる。このため、高負荷側でＥＧＲ率を上げることが困難な場合でも、特殊運転モードでの運転を維持することが可能になる。
【００２２】
別の態様において、前記運転状態制御装置は、燃料噴射を制御する燃料噴射制御手段を有し、前記燃料噴射制御手段は、先行気筒の空燃比を初期セット値に対応する空燃比よりもリッチ側に補正した後、後続気筒の燃料噴射を当該後続気筒の圧縮行程で行うものであることが好ましい。
【００２３】
この態様では、コールドＥＧＲ装置によってＥＧＲ率が増加不能な場合に、先行気筒の空燃比を初期セット値に対応する空燃比よりもリッチ側に補正した後、さらに、後続気筒での燃料噴射が当該後続気筒の圧縮行程で行われるので、燃料が高温のガスにされされる時間が短くなって、着火しにくくなる。この結果、ノッキングの発生を効果的に回避することが可能になる。
【００２４】
前記態様において、前記運転状態制御装置は、先行気筒の空燃比を初期セット値に対応する空燃比よりもリッチ側に補正する際に、後続気筒の新気導入弁を開くものであることが好ましい。
【００２５】
この態様では、コールドＥＧＲ装置によってＥＧＲ率が増加不能な場合に、先行気筒の空燃比を初期セット値に対応する空燃比よりもリッチ側に補正する際、さらに、後続気筒に新気が導入されるので、導入された新気の気化潜熱によって後続気筒の後続気筒吸気温度が低下し、ノッキング領域での運転を回避することができる。この結果、ノッキングの発生を効果的に回避することが可能になる。
【００２６】
前記態様において、前記運転状態制御装置は、後続気筒吸気温度が下限温度以下の場合にはＥＧＲ率を低減するＥＧＲ率制御手段を有していることが好ましい。
【００２７】
この態様では、一般に低負荷側となる後続気筒吸気温度の低温側においては、失火領域がＥＧＲ率の高い側に分布するので、それ以下にＥＧＲ率を低減させて、失火を回避するようにしている。この結果、低負荷側においても、特殊運転モードでの運転を維持し、燃費効率と排ガス性能とを向上することが可能になる。
【００２８】
前記態様において、前記運転状態制御装置は、コールドＥＧＲ装置によってＥＧＲ率が低減不能な場合には、先行気筒の空燃比を初期セット値に対応する空燃比よりもリーン側に補正する空燃比制御手段を有していることが好ましい。
【００２９】
この態様では、先行気筒の空燃比を初期セット値に対応する空燃比よりもリーン側に補正することによって、後続気筒吸気温度は下降するものの式（１）で定義されたＥＧＲ率も減少する結果、失火領域での運転を回避することができる。この結果、低負荷側でＥＧＲ率を下げることが困難な場合でも、特殊運転モードでの運転を維持することが可能になる。
【００３０】
本発明の好ましい態様において、前記運転状態制御装置は、前記着火アシスト領域の前記適正範囲内に入るように、前記コールドＥＧＲ装置と先行気筒の空燃比の少なくとも一方を制御するものである。
【００３１】
この態様では、ノッキングしにくく、着火アシスト時期（点火プラグのスパーク時期）を変化させることで、圧縮自己着火の時期が制御できるＥＧＲ率（着火アシスト領域のＥＧＲ率）としておくことで、適正な燃焼トルクが得られる圧縮自己着火が可能になる。
【発明の効果】
【００３２】
以上説明したように、本発明によれば、後続気筒への後続気筒吸気温度とＥＧＲ率との相関関係に基づいてＥＧＲまたは空燃比を制御することにより、先行気筒でリーン燃焼させた既燃ガスを後続気筒に導入する特殊運転モードでの運転を可及的に広い負荷領域で維持することにより、燃費性能と排気ガス性能とを向上させることが可能なるという顕著な効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下、本発明の好ましい実施形態について説明する。
【００３４】
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１０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。
【００３５】
これらの図において、当実施形態のエンジンは、火花点火式の４気筒４サイクルエンジンであり、エンジン本体１０とエンジン本体１０の制御を行うＥＣＵ１００とを有している。
【００３６】
エンジン本体１０は、シリンダブロック１１Ａと、シリンダブロック１１Ａの上部に一体化されるシリンダヘッド１１Ｂとを有している。シリンダブロック１１Ａには、クランク軸１２が配置されている。クランク軸１２の周囲には、周方向に位相差を有する一対のクランク角センサ１３Ａ、１３Ｂが配置されており、それぞれの検出信号がＥＣＵ１００に入力されるようになっている。後述するように、ＥＣＵ１００は、一方のクランク角センサ１３Ａの検出信号からエンジンの速度を検出し、両クランク角センサ１３Ａ、１３Ｂの検出信号からクランク軸１２の回転方向を特定することができるようになっている。
【００３７】
シリンダブロック１１Ａには、クランク軸１２の長手方向に並ぶ４つの気筒１４Ａ〜１４Ｄが形成されている。
【００３８】
各気筒１４Ａ〜１４Ｄには、前記クランク軸１２に連結された４つのピストン１５が嵌挿されている。当実施形態において、気筒列方向の一端側から１番気筒１４Ａ、２番気筒１４Ｂ、３番気筒１４Ｃ、４番気筒１４Ｄと呼ぶと、このピストン１５が各気筒１４Ａ〜１４Ｄ内にて昇降する行程は、表１に示すように、当該気筒１４Ａ〜１４Ｄの燃焼サイクルが、１番気筒１４Ａ、３番気筒１４Ｃ、４番気筒１４Ｄ、２番気筒１４Ｂの順になるように、クランク角で１８０°ずつの位相差が設定されている。
【００３９】
【表１】
2006070859.tif 000004
【００４０】
各ピストン１５の上方には、燃焼室１６が形成されている。
【００４１】
各気筒１４Ａ〜１４Ｄの燃焼室１６の頂部には、シリンダヘッド１１Ｂに固定される点火プラグ１７が装備され、そのプラグ先端が燃焼室１６内に臨んでいる。この点火プラグ１７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１８が接続されている。
【００４２】
燃焼室１６の側方部には、当該燃焼室１６内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁１９が設けられている。この燃料噴射弁１９は、図略のニードル弁及びソレノイドを内蔵し、後述する燃料噴射制御手段からパルス信号が入力されることにより、そのパルス入力時期にパルス幅に対応する時間だけ駆動されて開弁し、その開弁時間に応じた量の燃料を噴射するように構成されている。なお、この燃料噴射弁１９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１６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。
【００４３】
各気筒１４Ａ〜１４Ｄに新気を導入するために、エンジン本体１０には、吸気通路２２が設けられている。この吸気通路２２には、スロットル弁２３が設けられている。また、このスロットル弁２３よりも上流側には、供給される空気の温度を検出する温度センサ２４と、流量を計測するエアフローセンサ２５とが設けられている。また吸気通路２２のスロットル弁２３よりも下流側には、インテークマニホールド２２ａが接続されており、その独立管２２ｂが各気筒１４Ａ〜１４Ｄの吸気ポート４０Ａ、４０Ｂに接続されている。
【００４４】
他方、各気筒１４Ａ〜１４Ｄから既燃ガスを排出するために、エンジン本体１０には、分岐排気通路２６を介して排気通路２７に接続されている。この排気通路２７の上流端部分には、排気ガス中の酸素濃度を検出するＯ2センサ２８が設けられている。さらに排気通路２７のＯ2センサ２８よりも下流側には、排気浄化のために三元触媒２９が設けられている。この三元触媒２９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及びＮＯｘに対して高い浄化性能を示す触媒である。
【００４５】
さらにエンジン本体１０には、図１に示すように、冷却されたＥＧＲガスを吸気通路２２に還流するために、排気通路２７と吸気通路２２を接続するコールドＥＧＲ装置３０が設けられ、このコールドＥＧＲ装置３０のコールドＥＧＲ通路３０ａ中に、ＥＧＲガスを冷却する冷却手段としてのＥＧＲクーラー３１が設けられるとともに、ＥＧＲガス量をコントロールするためのコールドＥＧＲ弁３２が設けられている。
【００４６】
次に、各気筒１４Ａ〜１４Ｄと、吸気通路２２、排気通路２７の配管構造について説明する。
【００４７】
上述したように、当実施形態の４気筒エンジンでは、各気筒１４Ａ〜１４Ｄの燃焼行程は、表１で示した順序で行われる。この際、排気行程と吸気行程とが重なる一対の気筒間において、排気行程側の気筒（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によって、先行気筒では、リーン燃焼を行い、後続気筒では、圧縮自己着火を行う特殊運転モードでの運転が可能になる。そこで、そのような特殊運転モードでの運転を可能にするために、各気筒１４Ａ〜１４Ｄは、次のような配管構造が構成されている。
【００４８】
まず、当実施形態における前記シリンダヘッド１１Ｂには、各気筒１４Ａ〜１４Ｄの燃焼室１６毎に２つ一組のポート４０Ａ、４０Ｂ、４１Ａ、４１Ｂが二組ずつ形成されている。
【００４９】
一方の組のポート４０Ａ、４０Ｂは、吸気通路２２と連通している吸気ポートである。他方の組のポート４１Ａ、４１Ｂのうち、一方（ポート４１Ａ）は、分岐排気通路２６を介して排気通路２７に接続している排気ポートである。また、他方（ポート４１Ｂ）は、クランク軸１２の長手方向において隣接する気筒同士（図示の例では、第１気筒１４Ａと第２気筒１４Ｂ、第３気筒１４Ｃと第４気筒１４Ｄ）を連通する気筒間ガス通路４２によって連通可能に接続されているホットＥＧＲポートである。
【００５０】
吸気ポート４０Ａ、４０Ｂ、排気ポート４１Ａ、ホットＥＧＲポート４１Ｂには、シリンダヘッド１１Ｂに取り付けられた開閉弁４３〜４５が設けられている。各開閉弁４３〜４５は、カムシャフト４６、４７等を含む周知の動弁機構により、所定のタイミングで開閉するように駆動される。これにより、一方の開閉弁４３は、吸気弁として機能し、他方の開閉弁４４、４５のうち、排気ポート４１Ａに配置されたもの（開閉弁４４）は、排気弁として、ホットＥＧＲポート４１Ｂに配置されたもの（開閉弁４５）は、ホットＥＧＲ弁として、それぞれ機能する。
【００５１】
さらに、これらの開閉弁４３〜４５のうち、第２、第３気筒１４Ｂ、１４Ｃの吸気ポート４０Ａ、４０Ｂに配置されたものと、第１、第４気筒１４Ａ、１４Ｄの排気ポート４１Ａに配置されたもの、さらに各ホットＥＧＲポート４１Ｂに配置されたものに対しては、各弁４３〜４５を作動状態と停止状態とに切り換える弁停止機構４８、４９が設けられている。この弁停止機構４８、４９の構造自体は、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４６、４７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を設け、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し、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するように構成することで、具体化される。
【００５２】
弁停止機構４８、４９は、後述するように、ＥＣＵ１００によって、選択的に対応する開閉弁４３〜４５を開閉するように構成されている。この結果、ＥＣＵ１００は、エンジン本体１０を複数の運転モード（特殊運転モード、通常運転モード）で運転することが可能になっている。また、エンジン本体１０には、エンジン冷却水の水温を検出する水温センサ５０が設けられている。
【００５３】
ＥＣＵ（コントロールユニット）１００には、クランク角センサ１３Ａ、１３Ｂ、温度センサ２４、エアフローセンサ２５、Ｏ2センサ２８、および水温センサ５０、並びに運転状態を判別するためアクセル開度（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５１が接続されており、それぞれの検出信号が入力されるようになっている。また、このＥＣＵ１００には、各燃料噴射弁１９、弁停止機構４８、４９に設けられた図略のアクチュエータが接続されており、入力された信号に基づいて、これらの機構を駆動制御可能に構成されている。
【００５４】
前記ＥＣＵ１００は、制御に必要なプログラムやデータを記憶する記憶手段１１０と、記憶手段１１０に記憶されるプログラムによって機能的に構成される運転モード切換手段１２０、後続気筒吸気温度推定手段１３０、ＥＧＲ率制御手段１４０、空燃比制御手段１５０、着火アシスト制御手段１６０、燃料噴射制御手段１７０、点火制御手段１８０とを備えた運転状態制御装置を構成している。
【００５５】
記憶手段１１０には、特殊運転モードと通常運転モードが記憶されている。
【００５６】
通常運転モードでは、各気筒１４Ａ〜１４Ｄを１番、３番、４番、２番の順に燃焼させて、各気筒１４Ａ〜１４Ｄの既燃ガスをそのまま排気通路２７に排出する運転モードである。この運転モードが選択された場合、運転状態制御装置としてのＥＣＵ１００は、後述するように、開閉弁４３〜４５を制御する。
【００５７】
他方、特殊運転モードでは、基本的に先行気筒（１番気筒１４Ａ、４番気筒１４Ｄ）で燃焼された既燃ガスが後続気筒（２番気筒１４Ｂ、３番気筒１４Ｃ）に導入されるように吸排気経路が構成されるとともに、先行気筒では、リーン燃焼が行われ、後続気筒では、圧縮自己着火が行われる。
【００５８】
図３、図４は、特殊運転モードでの運転状態におけるバルブの動作を示す一例であり、図３は、低中負荷時の特殊運転モード、図４は特殊運転モード領域の中の高負荷側にあるときをそれぞれ示している。なお、図３及び図４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。またＳＡは圧縮自己着火における着火アシストを仮想的に示している。
【００５９】
これらの図を参照して、当実施形態の４気筒エンジンでは、１番気筒１４Ａの排気行程（ＥＸ）と２番気筒１４Ｂの吸気行程（ＩＮ）とが重なり、また４番気筒１４Ｄの排気行程（ＥＸ）と３番気筒１４Ｃの吸気行程（ＩＮ）が重なるので、１番気筒１４Ａ及び２番気筒１４Ｂと、４番気筒１４Ｄ及び３番気筒１４Ｃとがそれぞれ一対をなし、１番気筒１４Ａ及び４番気筒１４Ｄが先行気筒、２番気筒１４Ｂ及び３番気筒１４Ｃが後続気筒となる。
【００６０】
次に、エンジンの運転状態を制御するために、記憶手段１１０には、運転領域毎に区分けされたエンジン負荷／回転数制御マップが記憶されている。
【００６１】
図５は、運転領域毎に区分けされたの一例を示すグラフである。
【００６２】
同図を参照して、当実施形態では、エンジンの運転領域が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とに分けられている。さらに、運転領域Ａにおいては、エンジンの負荷状況に応じて、低負荷側運転領域Ａ１、中負荷運転領域Ａ２、高負荷側運転領域Ａ３が区分けされている。
【００６３】
次に、記憶手段１１０には、後続気筒吸気温度ＴとＥＧＲ率Ｒとの関係に基づいて、特殊運転モードでの運転領域を区分ける制御マップを記憶している。
【００６４】
図６は、ＥＧＲ率Ｒの定義を説明するための模式図であり、図７は、制御マップの一例を示すグラフである。
【００６５】
まず図６を参照して、当実施形態におけるＥＧＲ率Ｒは、式（１）の通り定義される。
【００６６】
【数２】
2006070859.tif 000005
【００６７】
但し、
ｍDISC：先行気筒で燃焼される空気の質量（ＥＧＲ相当のガス：以下「先行燃焼空気質量」という）
ｍHCCI：後続気筒で燃焼に供される空気の質量（以下「後続燃焼空気質量」という）
ｍEGR-cold：コールドＥＧＲ装置が先行気筒に供給するＥＧＲガスの質量（以下「コールドＥＧＲガス質量」という）
式（１）並びに図６において、当明細書におけるＥＧＲ率Ｒは、コールドＥＧＲ装置３０によるコールドＥＧＲガス質量ｍEGR-coldと、先行気筒１４Ａ、１４Ｄでの燃焼により生じたＥＧＲ相当のガス質量（先行燃焼空気質量ｍDISC）の両方が新気に対して占める割合である。
【００６８】
このＥＧＲ率Ｒと、後続気筒吸気温度Ｔとの間には、運転領域に一定の相関関係がある。すなわち、図７に示すように、失火が生じやすい運転領域Ｚ１は、後続気筒吸気温度Ｔが３００℃以上の高温（高負荷）状態では、ＥＧＲ率Ｒが約１８０％以上に分布するが、後続気筒吸気温度Ｔが下がるにつれて、ＥＧＲ率Ｒの低い領域に分布し、後続気筒吸気温度Ｔが１５０℃では、ＥＧＲ率Ｒが約６５％以上に低下する。他方、ノッキングが生じやすい運転領域Ｚ２においても、後続気筒吸気温度Ｔが３００℃以上の高温（高負荷）状態では、ＥＧＲ率Ｒが約１２０％程度までの範囲に分布するが、後続気筒吸気温度Ｔが下がるにつれて、ＥＧＲ率Ｒの低い領域に分布し、後続気筒吸気温度Ｔが約１８０℃位のときにＥＧＲ率Ｒが０のところで終息する。
【００６９】
圧縮自己着火が良好な領域Ｚ３は、これら両領域Ｚ１、Ｚ２の間に存在する。さらに、圧縮自己着火においても、着火アシストが必要な領域Ｚ４が存在し、その領域では、着火アシストを行う必要がある。そこで、当実施形態では、実験等によって制御マップを作成し、後続気筒吸気温度Ｔに応じてＥＧＲ率Ｒを制御することにより、失火とノッキングの双方を回避するようにしている。
【００７０】
次に、運転モード切換手段１２０は、記憶手段１１０に記憶されている図５の制御用マップに基づき、前記クランク角センサ１３Ａ、１３Ｂ及びアクセル開度センサ５１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）が前記運転領域Ａ，Ｂの何れの領域にあるかを判別するとともに、低負荷低回転側の運転領域Ａでは、排気行程にある先行気筒から排出される既燃ガスをそのまま吸気行程にある後続気筒に導入して燃焼させる特殊運転モードを選択し、高負荷側ないし高回転側の運転領域Ｂでは、各気筒をそれぞれ独立させ燃焼させる通常運転モードを選択するようになっている。
【００７１】
また、運転モード切換手段１２０は、運転状態が特殊運転モード領域Ａにある場合に、この領域Ａのうちの低負荷側運転領域Ａ１、中負荷運転領域Ａ２、高負荷側運転領域Ａ３の何れにあるかを判別するようになっており、後述するように、低中負荷側運転領域Ａ１、Ａ２では、低中負荷特殊運転モードを選択し（図３参照）、高負荷運転領域Ａ３では、高負荷特殊運転モード（図４参照）を選択するようになっている。
【００７２】
運転モード切換手段１２０が特殊運転モードを選択すると、ＥＣＵ１００は、気筒間ガス通路４２を介して先行気筒の既燃ガスを後続気筒に導入させる２気筒接続状態とし、通常運転モードでは各気筒にそれぞれ新気を導入させる各気筒独立状態とするように吸排気流通状態を変更すべく弁停止機構４８、４９を制御するもので、具体的には制御モードが特殊運転モード（運転領域Ａ）、通常運転モード（運転領域Ｂ）の何れにあるかに応じ、前記弁停止機構４８、４９を制御することにより、各開閉弁４０Ａ、４０Ｂ、４１Ａ、４１Ｂを表２のように開閉する。
【００７３】
【表２】
2006070859.tif 000006
【００７４】
後続気筒吸気温度推定手段１３０は、当実施形態において、後続気筒への後続気筒吸気温度を検出する温度検出手段を構成するものであり、温度センサ２４や水温センサ５０の検出値による外気温やエンジン水温、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）等に基づいて間接的に後続気筒吸気温度Ｔを検出するものである。この後続気筒吸気温度推定手段１３０により、先行気筒１４Ａ、１４Ｄから後続気筒１４Ｂ、１４Ｃに導入される既燃ガスの温度が推定される。
【００７５】
ＥＧＲ率制御手段１４０は、図７で示したデータに基づいて領域Ｚ３、Ｚ４の範囲内に設定された制御マップに基づいて、ＥＧＲ率Ｒを決定するためのものであり、記憶手段１１０に記憶された制御マップ（図７）に基づき、後続気筒吸気温度推定手段１３０が推定した後続気筒吸気温度Ｔに対応するＥＧＲ率Ｒになるように、スロットル弁２３の開度（スロットル開度）とコールドＥＧＲ装置３０のコールドスロットル弁３２とを制御するものである。
【００７６】
空燃比制御手段１５０は、エンジンの負荷が増大するのに応じて前記先行気筒１４Ａ、１４Ｄおよび後続気筒１４Ｂ、１４Ｃの２気筒に噴射される燃料の総噴射量を負荷に応じて増大させるように調整しつつ、この特殊運転モードにおいて先行／後続の関係を有する一対の気筒の両方に対する燃料噴射量の和が先行気筒１４Ａ、１４Ｄに導入される新気空気の質量に対して理論空燃比となる量を算出するとともに、各気筒１４Ａ〜１４Ｄに分配される燃料の噴射量を算出して先行／後続の各気筒１４Ａ〜１４Ｄにおける空燃比を制御する。すなわち、空燃比制御手段１５０は、コールドＥＧＲの質量ｍEGR-coldと、前記先行気筒１４Ａ、１４Ｄに噴射する燃料とを算出することにより、この先行気筒１４Ａ、１４Ｄで消費される新気質量を算出し、先行気筒１４Ａ、１４Ｄから後続気筒１４Ｂ、１４Ｃに導入される既燃ガス中に含まれる新気質量（後続燃焼空気質量ｍHCCI）を算出する。この空燃比制御手段１５０により、各気筒１４Ａ〜１４Ｄに導入される吸気質量ｍが決定される。この吸気質量ｍは、図６に示すように、特殊運転モードとされる運転領域Ａでは、コールドＥＧＲで導入された既燃ガスの質量（コールドＥＧＲガス質量ｍEGR-cold）と、先行気筒１４Ａ、１４Ｄでの燃焼される新気質量（先行燃焼空気質量ｍDISC）と後続気筒１４Ｂ、１４Ｃに供給されるガスのうち、燃焼される新気質量（後続燃焼空気質量ｍHCCI）との和である。また、この吸気質量ｍは、当実施形態では、先行気筒１４Ａ、１４Ｄおよび後続気筒１４Ｂ、１４Ｃの２気筒に噴射される燃料の総噴射量に対して理論空燃比となるように設定され、要求出力に応じた燃料の燃焼に必要な量であって、エンジンの負荷増大に伴って増大されるようになっている。
【００７７】
着火アシスト制御手段１６０は、特殊運転モード領域Ａで、圧縮自己着火を促進するため、後述する制御フローに基づいて、圧縮上死点前に点火を行わせるように点火回路１８を駆動する。
【００７８】
また、燃料噴射制御手段１７０は、ＥＣＵ１００に判定された運転状態に応じて燃料噴射弁１９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１７０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、前記特殊運転モード領域Ａでの先行気筒１４Ａ、１４Ｄの空燃比が、理論空燃比よりもリーンな空燃比（空気過剰率λ＞１）に制御されるようになっている。
【００７９】
点火制御手段１８０は、着火アシスト制御手段１６０、燃料噴射制御手段１７０と協働し、点火回路１８を制御して、運転状態に応じて先行気筒１４Ａ、１４Ｄ、或いは後続気筒１４Ｂ、１４Ｃにおける点火プラグ１７の点火時期や点火停止時期等の制御を行う。
【００８０】
次に、図８〜図１２を参照しながら、上述した実施形態における制御フローについて説明する。
【００８１】
図８は、図１の実施形態に係る運転状態制御のメインフローを示すフローチャートである。
【００８２】
同図を参照して、エンジンの運転が開始されると、ＥＣＵ１００の運転モード切換手段１２０は、運転モードの選択を行う（ステップＳ１）。このステップＳ１では、記憶手段１１０からエンジン負荷／回転数制御マップを読み出すとともに、クランク角センサ１３Ａ、１３Ｂ及びアクセル開度センサ５１等から出力された検出信号に基づいて、エンジンの運転状態を判別する。仮に運転状態が特殊運転モードを選択することのできない高負荷状態にあると判断される場合には、通常運転モードに運転モードを切り換え（ステップＳ２）、可能であると判断される場合には、特殊運転モード（ステップＳ３以下）に切り換える。
【００８３】
特殊運転モードにおいては、まず、表２で示したように、各弁停止機構４８、４９を制御して、吸気通路２２からの吸気については、先行気筒１４Ａ、１４Ｄのみに供給されるようにするとともに、先行気筒１４Ａ、１４Ｄの排気ポート４１Ａを閉じてＥＧＲポート４１Ｂを開くことにより、先行気筒１４Ａ、１４Ｄで燃焼された既燃ガスが後続気筒１４Ｂ、１４Ｃに導入され、後続気筒１４Ｂ、１４Ｃで燃焼されたガスが分岐排気通路２６から排気通路２７に排出されるように吸排気経路が構成される（ステップＳ３）。
【００８４】
次いで、図７で説明した制御マップに基づき、初期セット値を読み込み、当該初期セット値に対応するＥＧＲ率Ｒが得られるように、先行気筒１４Ａ、１４Ｄの空気過剰率λDISCや、スロットル弁２３、コールドＥＧＲ弁３２の開弁量が設定される（ステップＳ４）。
【００８５】
さらに、特殊運転モードでは、前記図５の運転領域に応じて、図３、図４の燃料噴射制御が行われる。
【００８６】
運転領域が低負荷領域Ａ１の場合、ＥＣＵ１００は、先行気筒１４Ａ、１４Ｄに対しては、空燃比が理論空燃比よりも大きい超リーン空燃比、好ましくは理論空燃比の略３倍（Ａ／Ｆ≒４５）以上になるように燃料噴射量を制御する。この場合、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が設定されるとともに、圧縮上死点近傍で点火時期が設定される。また、後続気筒１４Ｂ、１４Ｃに対しては、先行気筒１４Ａ、１４Ｄ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１４Ｂ、１４Ｃでの燃焼の際に実質的に理論空燃比となるように燃料噴射量を制御する。そして、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とともに、圧縮自己着火を行わせる。
【００８７】
運転領域が中負荷領域Ａ２の場合、先行気筒１４Ａ、１４Ｄに対しては、低負荷側運転領域Ａ１にある場合の空燃比よりも小さい（リッチ側の）リーン空燃比であって、好ましくは理論空燃比の略２倍（Ａ／Ｆ≒３０）以上になるように燃料噴射量を制御する。
【００８８】
運転領域が低中負荷領域Ａ１、Ａ２の場合、燃料の噴射タイミングや着火タイミングとしては、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し、かつ、圧縮上死点近傍で点火時期を設定する（図３参照）。
【００８９】
他方、運転領域が高負荷領域Ａ３の場合、先行気筒１４Ａ、１４Ｄに対しては、中負荷運転領域Ａ２にある場合の空燃比よりも小さい（リッチ側の）リーン空燃比であって、好ましくは理論空燃比の略２倍（Ａ／Ｆ≒３０）よりも小さく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して混合気を均一に分散させて均質化を行わせるように噴射時期を設定し、かつ、圧縮上死点付近で強制点火を行わせるように点火時期を設定する（図４参照）。また、先行気筒１４Ａ、１４Ｄに対する燃料噴射量について、前記制御に加えて、負荷の増大に伴い後続気筒１４Ｂ、１４Ｃに導入される後続燃焼空気質量ｍHCCIを減少させるように先行気筒１４Ａ、１４Ｄでの燃料噴射量が調整される。言い換えれば、先行気筒１４Ａ、１４Ｄでの燃焼の割合を多くして先行燃焼空気質量ｍDISCの増大率を大きくすることにより、後続燃焼空気質量ｍHCCIの割合を負荷に応じて減少させるように先行気筒１４Ａ、１４Ｄに対する燃料噴射量を制御する。このように制御することにより、先行気筒１４Ａ、１４Ｄに吸入される空気質量ｍとこの先行気筒１４Ａ、１４Ｄで燃焼により消費される先行燃焼空気質量ｍDISCの差が縮小することとなる。
【００９０】
次いで、ＥＣＵ１００は、後続気筒吸気温度Ｔを推測する（ステップＳ５）。この後続気筒吸気温度Ｔが、仮に図７のマップで設定されている上限温度Ｔ１以上の場合、制御は、上限温度対応処理に移行する（ステップＳ６、Ｓ１０）。
【００９１】
他方、後続気筒吸気温度Ｔが前記マップに設定されている下限温度Ｔ２以下の場合、制御は、下限温度対応処理に移行する（ステップＳ７、Ｓ２０）。ここで、上限温度Ｔ１とは、ＥＧＲ率Ｒが初期セット値にあるときに後続気筒でノッキング対策が必要な温度をいい、下限温度Ｔ２とは、ＥＧＲ率Ｒが初期セット値にあるときに後続気筒で失火対策が必要な温度をいう。これらは、図７に基づく制御マップを実験等によって作成する際、当該実験によって決定される。
【００９２】
後続気筒吸気温度Ｔが前記上限温度Ｔ１よりも低く下限温度Ｔ２よりも高い場合には、着火アシスト制御が必要であるか否かが判別され（ステップＳ８）、必要と判別された場合には、着火アシスト制御のサブルーチンが実行される一方（ステップＳ９）、不要と判別された場合にはステップＳ１に戻って運転状態がモニタされ、上述したフローを繰り返す。
【００９３】
次に着火アシスト制御について、図９を参照しながら説明する。
【００９４】
図９は着火アシスト制御のサブルーチンを示すフローチャートである。
【００９５】
同図を参照して、着火アシスト制御においては、クランク角センサ１３Ａ、１３Ｂから対象となる後続気筒１４Ｂ（または１４Ｃ）の位相を検出する一方（ステップＳ９１）、これと並行して後続気筒に噴射される燃料が演算される（ステップＳ９２）。上述したように、当実施形態においては、後続気筒吸気温度Ｔに基づいて、ＥＧＲ率Ｒが決定され、このＥＧＲ率Ｒと、エアフローセンサ２５で検出された吸気質量ｍとに基づいて、先行気筒の空燃比が決定されるので、その空燃比で燃焼された既燃ガスに含まれる後続燃焼空気質量に基づき、空気過剰率λHCCIが１となるように、燃料噴射量が決定される。
【００９６】
次いで、ＥＣＵ１００の燃料噴射制御手段１７０は、対象となる後続気筒１４Ｂ（または１４Ｃ）が吸気行程にあるか否かを判別し（ステップＳ９３）、後続気筒１４Ｂ（または後続気筒１４Ｃ）が吸気行程にある場合は、燃料噴射弁１９を駆動し、演算された量の燃料を噴射する（ステップＳ９４）。
【００９７】
次いで、ＥＣＵ１００の着火アシスト制御手段１６０は、対象となる後続気筒１４Ｂ（または１４Ｃ）が圧縮上死点にピストン１５が到達するのを待機し（ステップＳ９５）、圧縮上死点に到達した直後に点火プラグ１７がスパークするように点火回路１８を駆動する（ステップＳ９６）。これにより、圧縮自己着火が困難な領域Ｚ４においては、図３、図４の仮想線ＳＡで示すように、着火アシストによって確実に圧縮自己着火が実現し、失火を防止することが可能になる。
【００９８】
次に、図１０を参照して、上限温度対応処理Ｓ１０が採用された場合のフローについて説明する。図１０は、上限温度対応処理Ｓ１０のサブルーチンを示すフローチャートである。
【００９９】
この状態において、上限温度対応処理Ｓ１０では、まず、可及的にＥＧＲ率Ｒを高めてノッキングを回避する方策が取られる。まず、ＥＣＵ１００のＥＧＲ率制御手段１４０は、制御マップ（図７）に基づき、当該後続気筒吸気温度Ｔにおいて、適正範囲内に収まるＥＧＲ率Ｒを演算する（ステップＳ１１）。
【０１００】
次いで、演算されたＥＧＲ率Ｒを得るために、コールドＥＧＲ装置３０によるコールドＥＧＲガス質量ｍEGR-coldの増量が可能であるか否かが判別される（ステップＳ１２）。仮にコールドＥＧＲガス質量ｍEGR-coldの増量が可能であると判断された場合、すなわち、コールドＥＧＲ装置３０のコールドＥＧＲ弁３２を開く余地があり、かつ、先行気筒１４Ａ、１４Ｄのブースト圧がコールドＥＧＲガス質量ｍEGR-coldを導入可能な値である場合には、コールドＥＧＲ弁３２の開量を増加して、コールドＥＧＲガス質量ｍEGR-coldを増量し、図７の丸数字１で示す制御を実行する（ステップＳ１３）。この結果、式（１）から明らかなように、全体のＥＧＲ率Ｒが増加し、エンジンの運転状態をノッキング領域Ｚ２から遠ざけることが可能になる。
【０１０１】
他方、ステップＳ１２において、コールドＥＧＲガス質量ｍEGR-coldの増量が不可能であると判断された場合、ＥＣＵ１００は、燃料噴射制御手段１７０によって燃料噴射量を演算し（ステップＳ１４）、先行気筒１４Ａ、１４Ｄの空燃比をリッチ側に補正し、図７の丸数字２で示す制御を実行する（ステップＳ１５）。この結果、後続気筒吸気温度Ｔの上昇を伴うものの全体のＥＧＲ率Ｒが増加する結果、エンジンのノッキング領域Ｚ２での運転を回避することができる。
【０１０２】
さらに、当実施形態では、後続気筒１４Ｂ、１４Ｃでのノッキングの発生を効果的に回避するための着火アシスト促進処理を行い（ステップＳ１６）、元の特殊運転モードのメインルーチンに戻る。
【０１０３】
次に後続気筒での着火アシスト促進処理Ｓ１６のサブルーチンについて説明する。
【０１０４】
図１１は着火アシスト促進処理Ｓ１６のサブルーチンを示すフローチャートである。
【０１０５】
同図を参照して、後続気筒１４Ｂ、１４Ｃの後続気筒吸気温度Ｔが上限温度Ｔ１を越えている場合、特殊運転モードを維持するために、着火を抑制するための処理がこのサブルーチンで行われる。具体的には、ＥＣＵ１００がクランク角センサ１３Ａ、１３Ｂから後続気筒１４Ｂ、１４Ｃの行程を検出する（ステップＳ１６１）とともに、後続気筒での燃料噴射量を演算する（ステップＳ１６２）。次いで、後続気筒１４Ｂ、１４Ｃが圧縮行程後半（例えばＢＤＣから５０°〜８５°ＣＡ）に到達するのを待機し（ステップＳ１６３）、圧縮行程後半に到達したときに燃料を噴射するようにＥＣＵ１００の燃料噴射制御手段１７０が作動する（ステップＳ１６４）。このタイミングで燃料を噴射することにより、噴射された燃料が高温のガスにされされる時間が短くなって、着火しにくくなる。この結果、後続気筒１４Ｂ、１４Ｃでの着火アシストによる圧縮自己着火が確実になる。
【０１０６】
このように、ノッキングしにくく、着火アシスト時期（点火プラグのスパーク時期）を変化させることで、圧縮自己着火の時期が制御できるＥＧＲ率（着火アシスト領域Ｚ４のＥＧＲ率）Ｒとしておくことで、適正な燃焼トルクが得られる圧縮自己着火が可能になる。
【０１０７】
次に、後続気筒吸気温度Ｔが下限温度Ｔ２以下の場合における下限温度対応処理Ｓ２０のフローについて説明する。
【０１０８】
図１２は下限温度対応処理Ｓ２０のサブルーチンを示すフローチャートである。
【０１０９】
同図を参照して、下限温度対応処理Ｓ２０が採用されると、可及的にＥＧＲ率Ｒを低減して失火を回避するために、ＥＣＵ１００のＥＧＲ率制御手段１４０は、制御マップ（図７）に基づき、当該後続気筒吸気温度Ｔにおいて、適正範囲内に収まるＥＧＲ率Ｒを演算する（ステップＳ２１）。
【０１１０】
次いで、演算されたＥＧＲ率Ｒを得るために、コールドＥＧＲ装置３０によるコールドＥＧＲガス質量ｍEGR-coldの減量が可能であるか否かが判別される（ステップＳ２２）。仮にコールドＥＧＲガス質量ｍEGR-coldの減量が可能であると判断された場合、すなわち、コールドＥＧＲ装置３０のコールドＥＧＲ弁３２を閉じる余地がある場合には、コールドＥＧＲ弁３２の開量を低減して、ＥＧＲガスを減量することにより、図７の丸数字３で示す制御を実行する（ステップＳ２３）。この結果、式（１）から明らかなように、全体のＥＧＲ率Ｒが低減し、エンジンの運転状態を失火領域Ｚ１から遠ざけることが可能になる。
【０１１１】
他方、ステップＳ２２において、コールドＥＧＲガス質量ｍEGR-coldの減量が不可能であると判断された場合、ＥＣＵ１００は、燃料噴射制御手段１７０によって燃料噴射量を演算し（ステップＳ２４）、先行気筒１４Ａ、１４Ｄの空燃比をさらにリーン側に補正し、図７の丸数字４で示す制御を実行する（ステップＳ２５）。この結果、後続気筒吸気温度Ｔが低下するものの全体のＥＧＲ率Ｒも下がる結果、エンジンの運転状態を失火領域から遠ざけることが可能になる。
【０１１２】
以上説明したように、後続気筒１４Ｂ、１４Ｃに導入される吸気の温度（後続気筒吸気温度）Ｔとそれに対するＥＧＲ率Ｒとにおいて、図７で説明したように、適正な特殊運転モードでの運転が可能な領域を実験でマッピングして記憶しておき、標準的な後続気筒吸気温度Ｔを初期セット値としてこの後続気筒吸気温度Ｔに好適なＥＧＲ率Ｒを求め、温度検出手段が検出した後続気筒吸気温度Ｔに基づいて、計測手段が計測したＥＧＲ率Ｒが適正な値になるように、コールドＥＧＲ装置３０と空燃比との少なくとも一方を制御することとしている。これにより、当実施形態では、後続気筒吸気温度Ｔ毎に好適なＥＧＲ率Ｒを維持し、ノッキングと失火の双方を回避することが可能になる。
【０１１３】
また、エンジンの部分負荷領域で前記特殊運転モードとされた場合に、先行気筒１４Ａ、１４Ｄでのリーン燃焼による熱効率向上及び各気筒１４Ａ〜１４Ｄでのポンピングロス低減等により燃費改善効果が得られる。また、後続気筒１４Ｂ、１４Ｃでは先行気筒１４Ａ、１４Ｄから導入された既燃ガスに燃料が供給されて燃焼が行われるので、高温の既燃ガスにより供給燃料の気化が促進されるとともに、後続気筒１４Ｂ、１４Ｃで圧縮自己着火により燃焼が行われので、燃焼室全体に亘り一気に燃焼して仕事に寄与しない遅い燃焼が避けられ、高い燃費改善効果が得られる。また、後続気筒１４Ｂ、１４Ｃでは先行気筒１４Ａ、１４Ｄからの既燃ガスが導入されることにより多量のＥＧＲが行われているのと同等の状態となることから排気ガス性能性の改善効果が得られる。
【０１１４】
さらに当実施形態では、後続気筒１４Ｂ、１４Ｃが圧縮自己着火で運転されるモードにおいて、当該後続気筒１４Ｂ、１４Ｃでの着火をアシストするために後続気筒１４Ｂ、１４Ｃに設けた点火プラグをスパークさせる着火アシスト制御手段１６０を設け、前記制御マップの適正範囲は、着火アシスト領域Ｚ４を含んでおり、着火アシスト制御手段１６０は、ＥＧＲ率Ｒが着火アシスト領域Ｚ４に制御される場合には、後続気筒１４Ｂ、１４Ｃにおいて点火プラグをスパークするように構成されている。従って、後続気筒１４Ｂ、１４Ｃでの圧縮自己着火が行われにくいと想定される運転領域（着火アシスト領域Ｚ４）にある場合でも、前記着火アシスト制御手段１６０により後続気筒１４Ｂ、１４Ｃの圧縮自己着火を促進する制御が適正に実行され、後続気筒１４Ｂ、１４Ｃで適正に圧縮自己着火させて顕著な燃費改善効果が得られるとともに、排気ガス性能性の改善効果が得られる。
【０１１５】
さらに当実施形態において、着火アシスト制御手段１６０は、圧縮上死点前の上死点近傍で後続気筒１４Ｂ、１４Ｃ内の混合気を点火するように点火制御手段１８０を制御するようにしているので、後続気筒１４Ｂ、１４Ｃの圧縮上死点前の上死点近傍で混合気を点火して気筒内圧力を瞬時に高める制御が実行されることにより、後続気筒１４Ｂ、１４Ｃで適正時期に確実に圧縮自己着火させることができる。
【０１１６】
また当実施形態におけるＥＧＲ率制御手段１４０は、後続気筒吸気温度Ｔが上昇するに連れてＥＧＲ率Ｒを増加するように設定されているので、一般に高負荷側となる後続気筒吸気温度Ｔの高温側においては、ノッキング領域がＥＧＲ率Ｒの低い側に分布するので、それ以上にＥＧＲ率Ｒを向上させて、ノッキングを回避するようにしている。この結果、高負荷側においても、特殊運転モードでの運転を維持し、燃費効率と排ガス性能とを向上することが可能になる。
【０１１７】
さらに当実施形態における空燃比制御手段１５０は、コールドＥＧＲ装置３０によってＥＧＲ率Ｒが増加不能な場合には、先行気筒１４Ａ、１４Ｄの空燃比をリッチ側に補正するので、後続気筒吸気温度Ｔは上昇するものの式（１）で定義されたＥＧＲ率Ｒも上昇する結果、ノッキング領域Ｚ２での運転を回避することができる。この結果、高負荷側でＥＧＲ率Ｒを上げることが困難な場合でも、特殊運転モードでの運転を維持することが可能になる。
【０１１８】
さらに当実施形態において、ＥＣＵ１００は、先行気筒１４Ａ、１４Ｄの空燃比をリッチ側に補正した後、後続気筒１４Ｂ、１４Ｃの燃料噴射を当該後続気筒１４Ｂ、１４Ｃの圧縮行程で行うものであるので、コールドＥＧＲ装置３０によってＥＧＲ率Ｒが増加不能な場合に、先行気筒１４Ａ、１４Ｄの空燃比をリッチ側に補正した後、さらに、後続気筒１４Ｂ、１４Ｃでの燃料噴射が当該後続気筒１４Ｂ、１４Ｃの圧縮行程で行われる。この結果、燃料が高温のガスにされされる時間が短くなって、着火しにくくなり、ノッキングの発生を効果的に回避することが可能になるので、ノッキングの発生を効果的に回避することが可能になる。
【０１１９】
さらに当実施形態において、ＥＧＲ率制御手段１４０は、後続気筒吸気温度Ｔが低下するに連れてＥＧＲ率Ｒを低減するように制御するので、ＥＧＲ率Ｒを低減させて、失火を回避するようにしている。この結果、低負荷側においても、特殊運転モードでの運転を維持し、燃費効率と排ガス性能とを向上することが可能になる。
【０１２０】
さらに当実施形態において、空燃比制御手段１５０は、コールドＥＧＲ装置３０によってＥＧＲ率Ｒが低減不能な場合には、先行気筒１４Ａ、１４Ｄの空燃比を初期セット値に対応する空燃比よりもリーン側に補正するので、後続気筒吸気温度Ｔは低下するものの式（１）で定義されたＥＧＲ率Ｒも低減し、失火領域Ｚ１での運転を回避することができる。従って、低負荷側でＥＧＲ率Ｒを下げることが困難な場合でも、特殊運転モードでの運転を維持することが可能になる。
【０１２１】
このように、当実施形態によれば、後続気筒１４Ｂ、１４Ｃへの後続気筒吸気温度ＴとＥＧＲ率Ｒとの相関関係に基づいてＥＧＲまたは空燃比を制御することにより、先行気筒１４Ａ、１４Ｄでリーン燃焼させた既燃ガスを後続気筒１４Ｂ、１４Ｃに導入する特殊運転モードでの運転を可及的に広い負荷領域で維持することにより、燃費性能と排気ガス性能とを向上させることが可能なるという顕著な効果を奏する。
【０１２２】
上述した実施形態は、本発明の好ましい具体例に過ぎず、本発明は上述した実施形態に限定されない。
【０１２３】
例えば、図１０で説明した上限温度対応処理において、着火アシスト促進処理の方法としては、図１３の制御フローを採用することも可能である。
【０１２４】
図１３は、本発明の別の実施形態における着火アシスト促進処理のサブルーチンを示すフローチャートである。
【０１２５】
同図を参照して、この態様では、上限温度対応処理において後続気筒吸気温度Ｔを下げるために、後続気筒の行程を検出するとともに（ステップＳ１６１）、開弁量の演算を行い（ステップＳ１６２）、吸気行程になるのを待機して（ステップＳ１６３）、吸気行程時に後続気筒１４Ｂ、１４Ｃの吸気ポート４０Ａ、４０Ｂを選択的に開いて新気を導入するようにしている（ステップＳ１６４）。このステップＳ１６４は、弁停止機構４８、４９のうち、運転モード切換手段１２０によって、吸排気流通状態を表３のように変更し、所定時間経過するのを待って閉弁することにより実現される（ステップＳ１６５、Ｓ１６６）。
【０１２６】
【表３】
2006070859.tif 000007
【０１２７】
このように、先行気筒１４Ａ、１４Ｄの空燃比をリッチ側に補正する際に、後続気筒１４Ｂ、１４Ｃの新気導入弁（開閉弁４０Ａ、４０Ｂ）を開く構成では、コールドＥＧＲ装置３０によってＥＧＲ率Ｒが増加不能な場合に、先行気筒１４Ａ、１４Ｄの空燃比をリッチ側に補正する際、さらに、後続気筒１４Ｂ、１４Ｃに新気が導入されるので、導入された低温の新気によって後続気筒１４Ｂ、１４Ｃの後続気筒吸気温度Ｔが低下し、失火領域Ｚ１での運転を回避することができる。この結果、失火の発生を効果的に回避することが可能になる。
【０１２８】
その他、本発明においては、下記のような変更が可能である。
【０１２９】
なお、本発明の装置の具体的構成は前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。
【０１３０】
（１）前記実施形態では、空燃比制御手段１５０により後続気筒１４Ｂ、１４Ｃから排気通路２７に排出される排気ガスが理論空燃比となるように制御されているが、このような制御に限定するものではなく、前記排気ガスの空燃比がリーン空燃比となるものであってもよい。この場合でも、後続気筒１４Ｂ、１４Ｃでの燃焼が圧縮自己着火により行われているので、排気ガス性能を改善することができ、しかもＮＯｘ触媒を設けるにしても比較的コンパクトなものを採用することができ、経済的にも有利となる。
【０１３１】
（２）前記実施形態では、先行気筒１４Ａ、１４Ｄでは強制点火による燃焼が行われるように構成しているが、先行気筒１４Ａ、１４Ｄにおいても圧縮自己着火による燃焼と強制点火による燃焼をエンジンの温度状態等に応じて切り換えて行わせるものであってもよい。
【０１３２】
（３）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。
【図面の簡単な説明】
【０１３３】
【図１】本発明の一実施形態によるエンジンの概略構成を示す図である。
【図２】エンジン本体の１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図である。
【図３】特殊運転モードでの運転状態におけるバルブの動作を示す一例である。
【図４】特殊運転モードでの運転状態におけるバルブの動作を示す一例である。
【図５】運転領域毎に区分けされたの一例を示すグラフである。
【図６】ＥＧＲ率の定義を説明するための模式図である。
【図７】制御マップの一例を示すグラフである。
【図８】図１の実施形態に係る運転状態制御のメインフローを示すフローチャートである。
【図９】着火アシスト制御のサブルーチンを示すフローチャートである。
【図１０】上限温度対応処理のサブルーチンを示すフローチャートである。
【図１１】着火アシスト促進処理のサブルーチンを示すフローチャートである。
【図１２】下限温度対応処理のサブルーチンを示すフローチャートである。
【図１３】本発明の別の実施形態における着火アシスト促進処理のサブルーチンを示すフローチャートである。
【符号の説明】
【０１３４】
１０  エンジン本体
１５  ピストン
２２  吸気通路
２３  スロットル弁
２４  温度センサ
２７  排気通路
１００      ＥＣＵ（運転状態制御装置の一例）
１１０      記憶手段
１２０      運転モード切換手段
１３０      後続気筒吸気温度推定手段（後続気筒吸気温度検出手段の一例）
１４０      ＥＧＲ率制御手段
１５０      空燃比制御手段
１６０      着火アシスト制御手段
１７０      燃料噴射制御手段
１８０      点火制御手段
Ａ３  高負荷運転領域
Ａ２  中負荷運転領域
Ａ１  低負荷側運転領域
ｍ    吸気質量
ｍDISC      先行燃焼空気質量
ｍEGR-cold  コールドＥＧＲガス質量
ｍHCCI      後続燃焼空気質量
Ｔ    後続気筒吸気温度
Ｔ１  上限温度
Ｔ２  下限温度
Ｚ１  失火領域
Ｚ２  ノッキング領域
Ｚ３  圧縮自己着火領域
Ｚ４  着火アシスト領域
λ    空気過剰率
λDISC      特殊運転モードにおける先行気筒の空気過剰率
λHCCI      特殊運転モードにおける後続気筒の空気過剰率
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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