(57)【要約】  【課題】  自着火燃焼による燃費向上効果を確保しながら、排出ガス浄化率向上、出力トルク増大、燃焼モード切換時のトルク変動抑制を実現できるようにする。  【解決手段】  エンジン運転状態に応じて通常点火燃焼モードと特定気筒自着火燃焼モードとを切り換え、特定気筒自着火燃焼モードでは、特定気筒で空燃比をリーンにして自着火燃焼を実施すると共に、残りの気筒で空燃比をリッチにして通常点火燃焼を実施することで、排気管集合部２４で排出ガスの空燃比がストイキになるように制御する。これにより、特定気筒の自着火燃焼による燃費向上効果を確保しながら、排出ガスの空燃比を触媒２５の浄化ウインドに制御して排出ガス浄化率を向上させる。更に、残りの気筒で高出力を実現できる通常点火燃焼を実施することで、出力トルクを増大させると共に、通常点火燃焼モードとのトルク差を小さくして燃焼モード切換時のトルク変動を抑制する。    【選択図】  図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒内の混合気を圧縮により自着火させて燃焼させる自着火燃焼と、筒内の混合気を点火手段で点火して火炎伝播燃焼させる通常点火燃焼とを切り換えて運転する内燃機関の制御装置において、
特定の気筒で空燃比をストイキよりもリーンにして前記自着火燃焼を実施すると共に残りの気筒で空燃比をストイキよりもリッチにして前記通常点火燃焼を実施する特定気筒自着火燃焼モードで運転することで、排気管集合部における排出ガスの空燃比がほぼストイキになるように制御する特定気筒自着火燃焼制御手段を備えていることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記特定気筒自着火燃焼制御手段は、前記特定気筒自着火燃焼モードで運転しているときに所定期間毎に前記自着火燃焼を実施する気筒を変更することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記特定気筒自着火燃焼制御手段は、前記特定気筒自着火燃焼モードで運転しているときに内燃機関の運転状態に応じて前記自着火燃焼を実施する気筒数を増減させることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
全気筒で前記通常点火燃焼を実施する通常点火燃焼モードで運転するように制御する通常点火燃焼制御手段と、
内燃機関の運転状態に応じて前記特定気筒自着火燃焼モードと前記通常点火燃焼モードとを切り換える燃焼モード切換手段とを備えてい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内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記燃焼モード切換手段は、内燃機関の運転状態が所定の低負荷領域のときに前記通常点火燃焼モードに切り換えることを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
筒内の混合気を圧縮により自着火させて燃焼させる自着火燃焼と、筒内の混合気を点火手段で点火して火炎伝播燃焼させる通常点火燃焼とを切り換えて運転する内燃機関の制御装置において、
全気筒で前記自着火燃焼を実施する自着火燃焼モードで運転するように制御する自着火燃焼制御手段と、
全気筒で前記通常点火燃焼を実施する通常点火燃焼モードで運転するように制御する通常点火燃焼制御手段と、
内燃機関の運転状態に応じて前記自着火燃焼モードと前記通常点火燃焼モードとを切り換える燃焼モード切換手段とを備え、
前記燃焼モード切換手段は、内燃機関の運転状態が所定の低負荷領域のときに前記通常点火燃焼モードに切り換えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項７】
前記燃焼モード切換手段は、内燃機関の運転状態が所定の高負荷領域のときに前記通常点火燃焼モードに切り換えることを特徴とする請求項４乃至６のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
【請求項８】
前記燃焼モード切換手段は、内燃機関の運転状態が所定の高回転領域のときに前記通常点火燃焼モードに切り換えることを特徴とする請求項４乃至７のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
【請求項９】
前記燃焼モード切換手段は、内燃機関の運転状態が所定の中負荷領域のときに前記特定気筒自着火燃焼モードに切り換えることを特徴とする請求項４又は５に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１０】
前記燃焼モード切換手段は、内燃機関の運転状態が所定の中負荷領域のときに前記自着火燃焼モードに切り換えることを特徴とする請求項６に記載の内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、筒内の混合気を圧縮により自着火させて燃焼させる自着火燃焼と、筒内の混合気を点火手段で点火して火炎伝播燃焼させる通常点火燃焼とを切り換えて運転する内燃機関の制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
車両に搭載されるガソリンエンジンにおいては、空燃比をストイキよりもリーンにして自着火燃焼を実施することで燃費向上とＮＯｘ排出量低減を実現できることが知られている。そこで、エンジン運転状態に応じて、燃費向上とＮＯｘ排出量低減を実現できる自着火燃焼モードと、高出力を実現できる通常点火燃焼モードとを切り換えることが提案されている。例えば、特許文献１（特開２００２−２５６８７２号公報）では、低中負荷・低中回転領域では自着火燃焼モードで運転し、低中負荷・低中回転領域以外の領域では通常点火燃焼モードで運転することが提案されている。また、特許文献２（特開２００３−１２９８４８号公報）では、低速・低負荷領域では自着火燃焼モードで運転し、高速・高負荷領域では通常点火燃焼モードで運転することが提案されている。
【特許文献１】特開２００２−２５６８７２号公報（第２頁等）
【特許文献２】特開２００３−１２９８４８号公報（第２頁等）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、空燃比をリーンにして自着火燃焼を実施する自着火燃焼モードでは、排出ガスの空燃比がリーンになって三元触媒等の触媒の浄化ウインド（ストイキ付近）から外れてしまうため、触媒の排出ガス浄化率が低下するという問題がある。また、自着火燃焼モードは、通常点火燃焼モードに比べて燃焼が短期間で終了するため、有効なトルクが発生する時間が短く、出力トルクが不足しやすいという問題がある。更に、自着火燃焼モードは、通常点火燃焼モードに比べて出力トルクが小さいため、燃焼モードを切り換える際のトルク変動が大きくなるという問題もある。
【０００４】
本発明は、これらの事情を考慮してなされたものであり、従って本発明の目的は、自着火燃焼による燃費向上効果及びＮＯｘ排出量低減効果を確保しながら、排出ガス浄化率向上と出力トルク増大を実現できると共に、燃焼モード切換時のトルク変動を抑制することができる内燃機関の制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１に記載の内燃機関の制御装置は、筒内の混合気を圧縮により自着火させて燃焼させる自着火燃焼と、筒内の混合気を点火手段で点火して火炎伝播燃焼させる通常点火燃焼とを切り換えて運転するシステムにおいて、特定気筒自着火燃焼モード制御手段によって、特定の気筒で空燃比をストイキよりもリーンにして自着火燃焼を実施すると共に残りの気筒で空燃比をストイキよりもリッチにして通常点火燃焼を実施する特定気筒自着火燃焼モードで運転することで、排気管集合部における排出ガスの空燃比がほぼストイキになるように制御するようにしたものである。
【０００６】
この特定気筒自着火燃焼モードでは、特定の気筒で空燃比をリーンにして自着火燃焼を実施するため、特定の気筒で自着火燃焼による燃費向上効果とＮＯｘ排出量低減効果を確保することができる。しかも、残りの気筒で空燃比をリッチにして通常点火燃焼を実施することで排気管集合部における排出ガスの空燃比がほぼストイキになるように制御するため、三元触媒等の触媒に流入する排出ガスの空燃比を触媒の浄化ウインド（ストイキ付近）に制御することが可能となり、排出ガス浄化率を向上させることができる。また、特定気筒自着火燃焼モードでは、特定の気筒で自着火燃焼を実施しながら残りの気筒で高出力を実現できる通常点火燃焼を実施するため、全気筒で自着火燃焼を実施する場合に比べて出力トルクを増大させることができる。更に、この出力トルク増大効果により、特定気筒自着火燃焼モードと通常点火燃焼モード（全気筒で通常点火燃焼を実施するモード）との間の出力トルク差を小さくすることができ、燃焼モードを切り換える際のトルク変動を抑制することができる。
【０００７】
この場合、請求項２のように、特定気筒自着火燃焼モードで運転しているときに所定期間毎に自着火燃焼を実施する気筒を変更するようにしても良い。このようにすれば、同一の気筒で高温・高圧状態となる自着火燃焼が長期に継続して実施されることを防止でき、自着火燃焼によるダメージを緩和することができると共に、各気筒の温度ばらつきを小さくすることができる。
【０００８】
更に、請求項３のように、特定気筒自着火燃焼モードで運転しているときに内燃機関の運転状態に応じて自着火燃焼を実施する気筒数を増減させるようにしても良い。このようにすれば、内燃機関の運転状態に応じて特定気筒自着火燃焼モード運転時の燃費特性や出力トルク特性等を変化させることができる。
【０００９】
また、請求項４のように、内燃機関の運転状態に応じて、特定気筒自着火燃焼モードと、全気筒で通常点火燃焼を実施する通常点火燃焼モードとを切り換えるようにしても良い。具体的には、請求項５のように、内燃機関の運転状態が所定の低負荷領域のときに通常点火燃焼モードに切り換えるようにすると良い。内燃機関の運転状態が低負荷領域のときには、モータリングの圧縮により得られる熱エネルギが少なくなって自着火燃焼が困難になり、失火しやすくなるため、請求項５のように、内燃機関の運転状態が低負荷領域のときに、通常点火燃焼モードに切り換えれば、全気筒を通常点火燃焼で安定燃焼させることができる。
【００１０】
また、請求項６のように、内燃機関の運転状態に応じて、全気筒で自着火燃焼を実施する自着火燃焼モードと、全気筒で通常点火燃焼を実施する通常点火燃焼モードとを切り換えるシステムにおいて、内燃機関の運転状態が所定の低負荷領域のときに通常点火燃焼モードに切り換えるようにしても良い。この場合も、請求項５と同じ効果を得ることができる。
【００１１】
また、請求項７のように、内燃機関の運転状態が所定の高負荷領域のときに通常点火燃焼モードに切り換えるようにしても良い。内燃機関の運転状態が高負荷領域のときには、自着火燃焼によってプレイグニッション（過早点火）が発生しやすくなって、内燃機関がダメージを受けるおそれがあると共に、自着火燃焼では実現困難な高出力が要求されるため、請求項７のように、内燃機関の運転状態が高負荷領域のときに、通常点火燃焼モードに切り換えれば、プレイグニッションを防止して内燃機関がダメージを受けることを未然に防止すると共に、通常点火燃焼により高出力を実現するものである。
【００１２】
更に、請求項８のように、内燃機関の運転状態が所定の高回転領域のときに通常点火燃焼モードに切り換えるようにしても良い。内燃機関の運転状態が高回転領域のときには、自着火燃焼の着火遅れ期間に対して燃焼サイクルが短くなって、自着火燃焼が困難になり失火しやすくなるため、請求項８のように、内燃機関の運転状態が高回転領域のときに、通常点火燃焼モードに切り換えれば、全気筒を通常点火燃焼で安定燃焼させることができる。
【００１３】
また、請求項９、１０のように、内燃機関の運転状態が所定の中負荷領域のときに特定気筒自着火燃焼モードや自着火燃焼モードに切り換えるようにすると良い。内燃機関の運転状態が中負荷領域のときには、自着火燃焼を安定して実施することができるため、請求項９、１０のように、内燃機関の運転状態が中負荷領域のときに、特定気筒自着火燃焼モードや自着火燃焼モードに切り換えれば、自着火燃焼により燃費向上やＮＯｘ排出量低減を確実に実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。
まず、図１に基づいてエンジン制御システム全体の概略構成を説明する。内燃機関である例えば直列４気筒のエンジン１１は、第１気筒＃１〜第４気筒＃４の４つの気筒を有し、このエンジン１１の吸気管１２の最上流部には、エアクリーナ１３が設けられ、このエアクリーナ１３の下流側に、吸入空気量を検出するエアフローメータ１４が設けられている。このエアフローメータ１４の下流側には、ＤＣモータ等によって開度調節されるスロットルバルブ１５と、スロットル開度を検出するスロットル開度センサ１６とが設けられている。
【００１５】
更に、スロットルバルブ１５の下流側には、サージタンク１７が設けられ、このサージタンク１７には、吸気管圧力を検出する吸気管圧力センサ１８が設けられている。また、サージタンク１７には、エンジン１１の各気筒に空気を導入する吸気マニホールド１９が設けられ、各気筒の吸気マニホールド１９の吸気ポート近傍に、それぞれ燃料を噴射する燃料噴射弁２０が取り付けられている。また、エンジン１１のシリンダヘッドには、各気筒毎に点火プラグ２１が取り付けられ、各点火プラグ２１には、点火装置２２で発生した高電圧が印加される。
【００１６】
一方、エンジン１１の各気筒の排気マニホールド２３が集合する排気管集合部２４には、排出ガス中のＣＯ，ＨＣ，ＮＯｘ等を浄化する三元触媒等の触媒２５が設けられ、この触媒２５の上流側に、排出ガスの空燃比又はリッチ／リーン等を検出する排出ガスセンサ２６（空燃比センサ、酸素センサ等）が設けられている。
【００１７】
また、エンジン１１のシリンダブロックには、冷却水温を検出する冷却水温センサ２７や、エンジン１１のクランク軸が所定クランク角回転する毎にパルス信号を出力するクランク角センサ２８が取り付けられている。このクランク角センサ２８の出力信号に基づいてクランク角やエンジン回転速度が検出される。
【００１８】
これら各種センサの出力は、エンジン制御回路（以下「ＥＣＵ」と表記する）２９に入力される。このＥＣＵ２９は、マイクロコンピュータを主体として構成され、内蔵されたＲＯＭ（記憶媒体）に記憶された各種のエンジン制御プログラムを実行することで、エンジン運転状態に応じて燃料噴射弁２０の燃料噴射量や点火プラグ２１の点火時期を制御する。
【００１９】
エンジン１１は、筒内の混合気に点火プラグ２１の火花放電で点火して混合気を火炎伝播燃焼させる通常点火燃焼と、筒内の混合気を圧縮行程で高温・高圧状態にすることで自着火させて燃焼させる自着火燃焼とを実施可能であり、ＥＣＵ２９は、後述する図２乃至図４の各プログラムを実行することで、エンジン運転状態に応じて通常点火燃焼モードと特定気筒自着火燃焼モードとを切り換える（図５参照）。
【００２０】
通常点火燃焼モードでは、全気筒（第１気筒＃１〜第４気筒＃４）で空燃比Ａ／Ｆをほぼストイキ（Ａ／Ｆ＝１４．７）にして通常点火燃焼を実施する。一方、特定気筒自着火燃焼モードでは、図６に示すように、特定気筒（例えば４気筒のうちの２気筒）で空燃比Ａ／Ｆをストイキよりもリーンにして自着火燃焼を実施すると共に残りの気筒で空燃比Ａ／Ｆをストイキよりもリッチにして通常点火燃焼を実施することで、全気筒の排出ガスが集合する排気管集合部２４で排出ガスの平均的な空燃比Ａ／Ｆがほぼストイキになるように制御する。
以下、ＥＣＵ２９が実行する図２乃至図４に示す各プログラムの処理内容を説明する。
【００２１】
［燃焼モード切換］
図２に示す燃焼モード切換プログラムは、例えばイグニッションスイッチ（図示せず）のオン後に所定周期で実行される。本プログラムが起動されると、まず、ステップ１０１〜ステップ１０３で、特定気筒自着火燃焼モード条件が成立しているか否かを判定する。ここで、特定気筒自着火燃焼モード条件は、例えば、次の(1) 〜(3) の条件を全て満たすことである。
【００２２】
(1) エンジン温度が所定値以上（つまり暖機後）であること（ステップ１０１）
(2) エンジン負荷（例えば吸気管圧力）が所定領域内であること（ステップ１０２）
(3) エンジン回転速度が所定領域内であること（ステップ１０３）
上記(2) と(3) の条件は、図５に示す燃焼モード判定マップを用いて判定される。
【００２３】
一般に、低負荷領域のときには、モータリングの圧縮により得られる熱エネルギが少なくなって、自着火燃焼が困難になり失火しやすくなるため、通常点火燃焼モードに切り換えることが好ましい。また、高負荷領域のときには、自着火燃焼によってプレイグニッション（過早点火）が発生しやすくなって、エンジン１１がダメージを受けるおそれがあると共に、自着火燃焼では実現困難な高出力が要求されるため、通常点火燃焼モードに切り換えることが好ましい。更に、高回転領域のときには、自着火燃焼の着火遅れ期間に対して燃焼サイクルが短くなって、自着火燃焼が困難になり失火しやすくなるため、通常点火燃焼モードに切り換えることが好ましい。一方、中負荷領域のときには、自着火燃焼を安定して実施することができるため、特定気筒自着火燃焼モードに切り換えることが好ましい。
【００２４】
これらの事情を考慮して、図５に示す燃焼モード判定マップは、中負荷且つ低中回転領域（但しアイドル回転及びその近傍の領域は除く）では、特定気筒自着火燃焼モードが選択され、一方、低負荷領域と高負荷領域、高回転領域とアイドル回転及びその近傍の領域では、通常点火燃焼モードが選択されるように設定されている。
【００２５】
上記(1) 〜(3) の条件を全て満たせば、特定気筒自着火燃焼モード条件が成立するが、上記(1) 〜(3) の条件のうち１つでも満たさない条件があれば、特定気筒自着火燃焼モード条件が不成立となる。
【００２６】
その結果、特定気筒自着火燃焼モード条件が成立していると判定された場合には、ステップ１０４に進み、後述する図３の特定気筒自着火燃焼制御プログラムを実行して、特定気筒で空燃比Ａ／Ｆをリーンにして自着火燃焼を実施すると共に残りの気筒で空燃比Ａ／Ｆをリッチにして通常点火燃焼を実施することで、排気管集合部２４における排出ガスの平均的な空燃比Ａ／Ｆがほぼストイキになるように制御する。
【００２７】
一方、上記ステップ１０１〜１０３で、特定気筒自着火燃焼モード条件が不成立と判定された場合には、ステップ１０５に進み、図示しない通常点火燃焼制御プログラムを実行して、全気筒で空燃比をほぼストイキにして通常点火燃焼を実施する。このステップ１０５の処理が特許請求の範囲でいう通常点火燃焼制御手段としての役割果たす。
【００２８】
［特定気筒自着火燃焼制御］
図２のステップ１０４で実行される図３の特定気筒自着火燃焼制御プログラムは、特許請求の範囲でいう特定気筒自着火制御手段としての役割を果たす。本プログラムが起動されると、まず、ステップ２０１で、図６に示すように、特定気筒（例えば４気筒のうちの２気筒）の空燃比をストイキよりもリーン（例えばＡ／Ｆ＝２２〜２５）にするように燃料供給量を設定し、残りの気筒の空燃比をストイキよりもリッチにするように燃料供給量を設定して、全気筒の排出ガスが集合する排気管集合部２４で排出ガスの平均的な空燃比Ａ／Ｆがほぼストイキになるように制御する。
【００２９】
この場合、図７に示すように、特定気筒（リーンにする気筒）と残りの気筒（リッチにする気筒）は、燃焼順に交互になるように設定する。また、図８に示すように、通常点火燃焼モードから特定気筒自着火燃焼モードに切り換える際には、特定気筒は、空燃比Ａ／Ｆをストイキから徐々にリーンに変化させ、残りの気筒は、空燃比Ａ／Ｆをストイキから徐々にリッチに変化させるように制御する。一方、特定気筒自着火燃焼モードから通常点火燃焼モードに切り換える際には、特定気筒は、空燃比Ａ／Ｆをリーンから徐々にストイキに変化させ、残りの気筒は、空燃比Ａ／Ｆをリッチから徐々にストイキに変化させるように制御する。
【００３０】
この後、ステップ２０２に進み、後述する図４の点火制御プログラムを実行して、特定気筒で自着火燃焼を実施する。尚、残りの気筒では通常点火燃焼を実施する。
この後、ステップ２０３に進み、今回の特定気筒での自着火燃焼の継続時間をカウントする自着火燃焼継続カウンタをカウントアップした後、ステップ２０４に進み、自着火燃焼継続カウンタのカウント値が所定値Ｔ以上であるか否かによって、今回の特定気筒での自着火燃焼の継続期間が所定期間Ｔ以上になったか否かを判定する。尚、所定期間Ｔは、時間で設定しても良いが、クランク角や燃焼サイクル数等で設定しても良い。
【００３１】
その結果、今回の特定気筒での自着火燃焼の継続期間が所定期間Ｔに達していないと判定されれば、今回の特定気筒で自着火燃焼を実施したまま、本プログラムを終了する。
【００３２】
その後、上記ステップ２０４で、今回の特定気筒での自着火燃焼の継続期間が所定期間Ｔ以上になったと判定され時点で、ステップ２０５に進み、特定気筒（つまり自着火燃焼を実施する気筒）を変更する。例えば、図７に示すように、それまで特定気筒が第１気筒＃１と第４気筒＃４の場合には、特定気筒を第３気筒＃３と第２気筒＃２に変更する。これにより、所定期間Ｔ毎に特定気筒（つまり自着火燃焼を実施する気筒）を変更する。
【００３３】
［点火制御］
図３のステップ２０２で実行される図４の点火制御プログラムは、特定気筒の点火制御を行って特定気筒の自着火燃焼を制御するものであり、特定気筒で混合気を自着火させる際に、点火プラグ２１を複数回点火する多重点火を実行して、自着火を活性化させるための補助エネルギを複数回付与することで、自着火可能な運転領域を拡大すると共に、自着火燃焼を安定化させるようにしている。
【００３４】
本プログラムが起動されると、まず、ステップ３０１で、空燃比Ａ／Ｆとエンジン運転状態（例えばエンジン負荷、エンジン回転速度、冷却水温等のうちの少なくとも１つ）とに応じた着火遅れ期間τi (i=1〜3)をマップ又は数式等により算出する。ここで、τ1 は自着火条件成立直後の冷炎が発現する前の期間、τ2 は冷炎が発現する期間、τ3 は青炎が発現する期間である。
【００３５】
着火遅れ期間τi のマップは、予め、理論式、設計データ、実験データ等に基づいて設定され、ＥＣＵ２９のＲＯＭに記憶されている。尚、着火遅れ期間τi の算出に用いる理論式として、下記の「アレニウスの式」を用いると良い。
τi ＝ａi ×Ｐbi×ｅｘｐ（ｃi ／Ｔ）
ここで、Ｐは圧力、Ｔは温度、ａi，ｂi，ｃi は空燃比Ａ／Ｆ等に応じた係数である。
【００３６】
着火遅れ期間τi の算出後、ステップ３０２に進み、着火遅れ期間τ（＝τ1 ＋τ2 ＋τ3 ）に基づいて冷炎発現に必要な点火時期とエネルギ量Ｅ1 を算出した後、ステップ３０３に進み、冷炎発現用の１回目の点火時期を決定する。この冷炎発現用の１回目の点火時期は、従来のプレ点火時期（例えばＢＴＤＣ５０℃Ａ付近）よりも遅角した点火時期（例えばＢＴＤＣ３０℃Ａ付近）に設定される。
【００３７】
この冷炎発現用の１回目の点火時期（１回目の補助エネルギの付与時期）によって自着火条件の成立時期、つまり、着火遅れ期間τの開始時期が変化するため、冷炎発現用の１回目の点火時期を調整することで、着火遅れ期間τの開始時期を調整して、着火遅れ期間τの終了時期、つまり、自着火の開始時期を調整することができる。
【００３８】
この後、ステップ３０４に進み、冷炎発現に必要なエネルギ量Ｅ1 が１回の点火で付与可能な最大補助エネルギ量Ｅmax 以上であるか否かを判定する。この最大補助エネルギ量Ｅmax は、点火装置２２（イグニッションコイル等）や点火プラグ２１の性能によって決まる値である。
【００３９】
その結果、冷炎発現に必要なエネルギ量Ｅ1 が最大補助エネルギ量Ｅmax 以上であると判定された場合には、冷炎発現に必要な残りのエネルギ量（Ｅ1 −Ｅmax ）を２回目以降の点火で付与する必要があると判断して、ステップ３０５に進み、冷炎発現用の２回目以降の点火回数と点火時期と各点火で付与する補助エネルギ量を算出して決定する。
【００４０】
一方、上記ステップ３０４で、冷炎発現に必要なエネルギ量Ｅ1 が最大補助エネルギ量Ｅmax よりも小さいと判定された場合には、冷炎発現に必要なエネルギ量Ｅ1 を１回目の点火で付与することができると判断して、ステップ３０５の処理を飛ばしてステップ３０６に進む。
【００４１】
このステップ３０６では、着火遅れ期間（τ2 ＋τ3 ）に基づいて青炎発現に必要な点火時期とエネルギ量Ｅ2 を算出した後、ステップ３０７に進み、青炎発現用の１回目の点火時期を決定する。この青炎発現用の１回目の点火時期は、着火遅れ期間τの吸熱反応に相当する時期又はその直前に設定される。
【００４２】
この後、ステップ３０８に進み、青炎発現に必要なエネルギ量Ｅ2 が１回の点火で付与可能な最大補助エネルギ量Ｅmax 以上であるか否かを判定する。
その結果、青炎発現に必要なエネルギ量Ｅ2 が最大補助エネルギ量Ｅmax 以上であると判定された場合には、青炎発現に必要な残りのエネルギ量（Ｅ2 −Ｅmax ）を２回目以降の点火で付与する必要があると判断して、ステップ３０９に進み、青炎発現用の２回目以降の点火回数と点火時期と各点火で付与する補助エネルギ量を算出して決定する。この青炎発現用の２回目以降の点火時期は、着火遅れ期間τの吸熱反応に相当する時期又はその直前に設定される。
【００４３】
着火遅れ期間τのばらつきが大きいと、自着火の開始時期の制御精度が低下するが、この青炎発現用の１回目及び２回目以降の点火時期（補助エネルギの付与時期）を着火遅れ期間τの吸熱反応に相当する時期又はその直前に制御することで、吸熱反応を促進して吸熱反応のばらつきを抑制することができて、着火遅れ期間τのばらつきを抑制することができ、自着火の開始時期の制御精度を向上させることができる。
【００４４】
一方、上記ステップ３０８で、青炎発現に必要なエネルギ量Ｅ2 が最大補助エネルギ量Ｅmax よりも小さいと判定された場合には、青炎発現に必要なエネルギ量Ｅ2 を１回目の点火で付与することができると判断して、ステップ３０９の処理を飛ばして本プログラムを終了する。
【００４５】
以上説明した本実施例によれば、エンジン運転状態に応じて通常点火燃焼モードと特定気筒自着火燃焼モードとを切り換え、特定気筒自着火燃焼モードでは、図６に示すように、特定気筒（例えば４気筒のうちの２気筒）で空燃比Ａ／Ｆをリーンにして自着火燃焼を実施すると共に残りの気筒で空燃比Ａ／Ｆをリッチにして通常点火燃焼を実施することで、全気筒の排出ガスが集合する排気管集合部２４で排出ガスの平均的な空燃比Ａ／Ｆがほぼストイキになるように制御する。
【００４６】
この特定気筒自着火燃焼モードでは、特定気筒で空燃比Ａ／Ｆをリーンにして自着火燃焼を実施するため、特定気筒では自着火燃焼による燃費向上効果とＮＯｘ排出量低減効果を確保することができる。しかも、残りの気筒で空燃比Ａ／Ｆをリッチにして通常点火燃焼を実施することで排気管集合部２４で排出ガスの空燃比Ａ／Ｆがほぼストイキになるように制御するため、三元触媒等の触媒２５に流入する排出ガスの空燃比Ａ／Ｆを触媒２５の浄化ウインド（ストイキ付近）に制御することが可能となり、排出ガス浄化率を向上させることができる。また、特定気筒自着火燃焼モードでは、特定気筒で自着火燃焼を実施しながら残りの気筒で高出力を実現できる通常点火燃焼を実施するため、全気筒で自着火燃焼を実施する場合に比べて出力トルクを増大させることができる。更に、この出力トルク増大効果により、特定気筒自着火燃焼モードと通常点火燃焼モードとの間の出力トルク差を小さくすることができ、特定気筒自着火燃焼モードと通常点火燃焼モードとの間で燃焼モードを切り換える際のトルク変動を抑制することができる。
【００４７】
また、本実施例では、特定気筒自着火燃焼モードで運転しているときに所定期間Ｔ毎に特定気筒、つまり、自着火燃焼を実施する気筒を変更するようにしたので、同一の気筒で高温・高圧状態となる自着火燃焼が長期に継続して実施されることを防止でき、自着火燃焼によるダメージを緩和することができると共に、各気筒の温度ばらつきを小さくすることができる。
【００４８】
しかしながら、特定気筒自着火燃焼モードで運転しているときに自着火燃焼を実施する気筒を同一の気筒に固定して、制御を簡略化するようにしても良い。
また、特定気筒自着火燃焼モードで運転しているときにエンジン運転状態に応じて自着火燃焼を実施する気筒数を増減させるようにしても良い。このようにすれば、エンジン運転状態に応じて特定気筒自着火燃焼モード運転時の燃費特性や出力トルク特性等を変化させることができる。
【００４９】
また、本実施例では、低負荷領域のときには、モータリングの圧縮により得られる熱エネルギが少なくなって自着火燃焼が困難になり失火しやすくなることを考慮して、通常点火燃焼モードに切り換えるようにしたので、低負荷領域のときに、全気筒を通常点火燃焼で安定して運転することができる。
【００５０】
更に、本実施例では、高負荷領域のときには、自着火燃焼によりプレイグニッション（過早点火）が発生しやすくなってエンジン１１がダメージを受けるおそれがあると共に、自着火燃焼では実現困難な高出力が要求されることを考慮して、通常点火燃焼モードに切り換えるようにしたので、高負荷領域のときに、プレイグニッションを防止してエンジン１１がダメージを受けることを未然に防止できると共に、通常点火燃焼により高出力を実現することができる。
【００５１】
また、本実施例では、高回転領域のときには、自着火燃焼の着火遅れ期間に対して燃焼サイクルが短くなって自着火燃焼が困難になり失火しやすくなることを考慮して、通常点火燃焼モードに切り換えるようにしたので、高回転領域のときに、全気筒を通常点火燃焼で安定して運転することができる。
【００５２】
また、本実施例では、中負荷領域のときには、自着火燃焼を安定して実施することができることを考慮して、特定気筒自着火燃焼モードに切り換えるようにしたので、中負荷領域のときに、自着火燃焼により燃費向上やＮＯｘ排出量低減を確実に実現することができる。
【００５３】
尚、全気筒で自着火燃焼を実施する自着火燃焼モードと、全気筒で通常点火燃焼を実施する通常点火燃焼モードとを切り換えるシステムにおいて、低負荷領域と高負荷領域及び高回転領域のときに通常点火燃焼モードに切り換え、中負荷領域のときに自着火燃焼モードに切り換えるようにしても良い。
【００５４】
また、上記実施例では、混合気を自着火させる際に、多重点火を行うようにしたが、混合気を自着火させる際に、１回だけ点火するか又は点火を行わないようにしても良い。
その他、本発明は、４気筒エンジンに限定されず、３気筒以下又は５気筒以上の多気筒エンジンに適用しても良く、また、直列エンジンに限定されず、Ｖ型エンジンや水平対向エンジン等、様々な型式のエンジンに適用することができ、更には、吸気ポート噴射式のエンジンに限定されず、筒内噴射式のエンジンにも適用できる等、種々変更して実施できる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の一実施例におけるエンジン制御システム全体の概略構成図である。
【図２】燃焼モード切換プログラムの処理の流れを示すフローチャートである。
【図３】特定気筒自着火燃焼制御プログラムの処理の流れを示すフローチャートである。
【図４】点火制御プログラムの処理の流れを示すフローチャートである。
【図５】燃焼モード判定マップの一例を概念的に示す図である。
【図６】特定気筒自着火燃焼モードを説明するためのエンジン及び排気系の平面図である。
【図７】特定気筒自着火燃焼モードの空燃比制御を説明するためのタイムチャートである。
【図８】燃焼モード切換時の空燃比制御を説明するためのタイムチャートである。
【符号の説明】
【００５６】
１１…エンジン（内燃機関）、１２…吸気管、１５…スロットルバルブ、２０…燃料噴射弁、２１…点火プラグ、２４…排気管集合部、２５…触媒、２９…ＥＣＵ（特定気筒自着火燃焼制御手段，通常点火燃焼制御手段，燃焼モード切換手段，自着火燃焼制御手段）
【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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