(57)【要約】【課題】触媒の浄化効率を維持しながら熱効率を高めることができる内燃機関を提供する。【解決手段】内燃機関２は、第１気筒４と、第２気筒６と、空燃比検出部７と、第１制御部８と、ノック調整手段１０と、を備える。空燃比検出部７は、第１気筒４および第２気筒６から排出される排気の空燃比を検出する。第１制御部８は、第２気筒６の燃焼室内に第１気筒４の空燃比よりもリッチとなるリッチ領域を形成するように、第１気筒４の燃料噴射弁５２および第２気筒６の燃料噴射弁５２を制御する。ノック調整手段１０は、第２気筒６のノッキングの発生を調整する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１気筒と、
第２気筒と、
前記第１気筒および前記第２気筒から排出される排気の空燃比を検出する空燃比検出部と、
前記第２気筒の燃焼室内に前記第１気筒の燃焼室内の空燃比よりもリッチとなるリッチ領域を形成するように、前記第１気筒の燃料噴射弁および前記第２気筒の燃料噴射弁を制御する第１制御部と、
前記第２気筒のノッキングを調整するノック調整手段と、
を備える内燃機関。
【請求項２】
前記ノック調整手段は、前記第２気筒の圧縮比を前記第１気筒の圧縮比よりも高く設定する、請求項１に記載の内燃機関。
【請求項３】
前記第１気筒および前記第２気筒の混合気に点火する点火装置をさらに備え、
前記ノック調整手段は、前記第２気筒の前記点火装置の点火時期を前記第１気筒の点火時期よりも進角させる、請求項１または２に記載の内燃機関。
【請求項４】
前記第１制御部は、
前記第１気筒と前記第２気筒とから排出される排気の空燃比を理論空燃比となるように制御する、請求項１から３のいずれか１項に記載の内燃機関。
【請求項５】
前記第１制御部は、
前記第２気筒の空燃比を理論空燃比よりもリッチとし、前記第１気筒の空燃比を理論空燃比よりもリーンとなるように制御する請求項１から４のいずれか１項に記載の内燃機関。
【請求項６】
前記点火装置は点火プラグを有し、
前記第２気筒の前記リッチ領域は、前記点火プラグの周囲であり、
前記第１制御部は、前記第２気筒の全体の空燃比が理論空燃比となるように、前記第２気筒の燃料噴射弁を制御する、請求項３から５のいずれか１項に記載の内燃機関。
【請求項７】
前記第１気筒に連通する第１吸気通路と、
前記第１吸気通路を通過する空気量を調整する第１スロットルバルブと、
前記第１気筒に連通し、前記第１気筒の排気が通過する第１排気通路と、
前記第２気筒に連通する第２吸気通路と、
前記第２吸気通路を通過する空気量を調整する第２スロットルバルブと、
前記第２気筒に連通し、前記第２気筒の排気が通過する第２排気通路と、
前記第２排気通路から前記第１吸気通路へ前記第２気筒の排気を循環させる排気循環通路と、
前記第２排気通路に設けられ、前記排気循環通路へ流れる排気の量を調整する排気スロットルバルブと、
前記第１吸気通路に循環する排気の量が、前記第１吸気通路を通過する空気量に対し所定割合となるように、前記第１スロットルバルブと前記第２スロットルバルブと前記排気スロットルバルブを調整する第２制御部と、をさらに備える、請求項１から６のいずれか１項に記載の内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関、特に、並べて配置される第１気筒と第２気筒を備える内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、熱効率を高めて燃費を向上させるために、圧縮比が異なる２種類の複数の気筒を備えた内燃機関が開示されている（例えば特許文献１参照）。特許文献１では、内燃機関の回転数と負荷との組み合わせに応じて低負荷領域と中負荷領域と高負荷領域とで、低圧縮比の第１気筒と高圧縮比の第２気筒と両方の気筒とを使い分けて内燃機関を運転している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−６８２３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１では、内燃機関の回転数と３つの負荷領域に応じて、第１気筒と第２気筒を使い分けている。このため、例えば、高圧縮比の第２気筒が休止中に内燃機関の排気の空燃比がリーンとなる。この結果、内燃機関に取り付けられた触媒の浄化効率が低下する。
【０００５】
本発明の課題は、ノッキングの発生を抑制しながら出力（トルク）の向上を図った上で、触媒の浄化効率を維持することができる内燃機関を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る内燃機関は、第１気筒と、第２気筒と、第１気筒および第２気筒から排出される排気の空燃比を検出する空燃比検出部と、第２気筒の燃焼室内に第１気筒の燃焼室内の空燃比よりもリッチとなるリッチ領域を形成するように、第１気筒の燃料噴射弁および第２気筒の燃料噴射弁を制御する第１制御部と、第２気筒のノッキングを調整するノック調整手段と、を備える。
【０００７】
この内燃機関では、第１制御部の制御によって第２気筒の空燃比が第１気筒の空燃比よりもリッチとなる。すなわち、第２気筒の混合気の燃料濃度は、第１気筒の混合気の燃料濃度よりも濃くなる。これにより、第２気筒内の混合気は、燃料の気化潜熱が第１気筒よりも大きくなることによって第１気筒よりも冷却される。
【０００８】
これにより、第２気筒は、第１気筒よりもノッキングの発生が抑制される。ノッキングが抑制された分だけ第２気筒で発生する出力（トルク）を大きくしたとしても、ノッキングは発生しづらくなるので、ノック調整手段は、第２気筒の出力（トルク）が増大するようにノッキングを調整する。
【０００９】
また、ノック調整手段は、第２気筒の圧縮比を前記第１気筒の圧縮比よりも高く設定するようにしてもよい。これにより、第２気筒の圧縮比を第１気筒の圧縮比よりも高く設定することで第２気筒の出力（トルク）を増大させることができる。
【００１０】
また、内燃機関は、第１気筒および第２気筒の混合気に点火する点火装置をさらに備えてもよい。ノック調整手段は、第２気筒の点火時期を第１気筒の点火時期より早めることで出力（トルク）の増大を図ってもよい。
【００１１】
また、第１制御部は、第１気筒と第２気筒とから排出される排気の空燃比を理論空燃比となるように制御してもよい。これにより、触媒の浄化効率を維持することができる。
【００１２】
また、第１制御部は、第２気筒の空燃比を理論空燃比よりもリッチとし、第１気筒の空燃比を理論空燃比よりもリーンとなるように制御してもよい。これにより、第２気筒の膨張行程での作動流体の比熱比を第１気筒よりも向上させることができる。
【００１３】
また、点火装置は、点火プラグを有してもよい。第２気筒のリッチ領域は、点火プラグの周囲に限定してもよい。第１制御部は、第２気筒の全体の空燃比が理論空燃比となるように、第２気筒の燃料噴射弁を制御してもよい。
【００１４】
この構成によれば、第１制御部は、第２気筒の点火プラグの周囲の空燃比を第１気筒よりもリッチとすることができる。また、第１制御部は、第２気筒の点火プラグより離れた場所の空燃比を第１気筒よりもリーンとすることができる。すなわち、第１制御部は、第２気筒内の混合気が層状になるように、第２気筒の燃料噴射弁を制御することができる。これにより、第２気筒の燃焼後期における燃焼ガスが第１気筒よりもリーンとなる。その結果、第２気筒は、第１気筒よりもノッキングの発生がさらに抑制される。
【００１５】
内燃機関は、第１吸気通路と、第１スロットルバルブと、第１排気通路と、第２吸気通路と、第２スロットルバルブと、第２排気通路と、排気循環通路と、排気スロットルバルブと、第２制御部と、をさらに備えてもよい。第１吸気通路は、第１気筒に連通する。第１スロットルバルブは、第１吸気通路を通過する空気量を調整する。第１排気通路は、第１気筒に連通し、第１気筒の排気が通過する。第２吸気通路は、第２気筒に連通する。第２スロットルバルブは、第２吸気通路を通過する空気量を調整する。第２排気通路は、第２気筒に連通し、第２気筒の排気が通過する。排気循環通路は、第２排気通路から第１吸気通路へ第２気筒の排気を循環させる。排気スロットルバルブは、第２排気通路に設けられる。排気スロットルバルブは、排気循環通路へ流れる排気の量を調整する。第２制御部は、第１吸気通路に循環する排気の量が、第１吸気通路を通過する空気量に対し所定割合となるように、第１スロットルバルブと第２のスロットルバルブと排気スロットルバルブを調整してもよい。
【００１６】
この内燃機関では、第２排気通路から第１吸気通路へ、第２気筒の排気を循環させることができる。すなわち、第１気筒よりもリッチとなる第２気筒の排気に含まれる未燃ガスを第１気筒で再度燃焼させることができる。これにより、第２気筒で生じた未燃分の燃料や不完全燃焼ガス（水素や一酸化炭素など）を減らすことができる。この結果、内燃機関の燃費が向上する。また、この内燃機関では、第２排気通路は、第１吸気通路と連通している。これにより、第２気筒の排気圧力は、第１気筒よりも低くなる。この結果、第２排気通路から第２気筒へ逆戻りする排気が少なく、ノッキングの発生が抑制される。すなわち、第２気筒は、第１気筒よりもノック調整手段によって燃焼の等容度を高く設定させやすい。このため、第２気筒の出力を向上させる（トルクを増大させる）ことができる。また、この内燃機関では、第２制御部が、第１吸気通路に循環する排気の量が、第１吸気通路を通過する空気量に対し所定割合となるように、第２スロットルバルブと第１スロットルバルブと排気スロットルバルブを調整するようにしている。所定割合は、例えば、第１気筒が失火しない割合としてもよい。これにより、第１気筒の失火を防止するとともに、膨張行程での作動流体の比熱比を向上させた第２気筒の排気を、第１気筒に還流させることでエンジン全体としての熱効率が向上する。この結果、内燃機関の燃費が向上する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、内燃機関のノッキングの発生を抑制しながら出力（トルク）の向上を図った上で、触媒の浄化効率を維持できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１実施形態の内燃機関の断面図。
【図２】第１実施形態の内燃機関の制御系の構成を示すブロック図。
【図３】第１実施形態の内燃機関の概略構成を示す平面図。
【図４】第１実施形態の第１制御部の制御動作を示すフローチャート。
【図５】第２実施形態の内燃機関の断面およびその制御系の構成を示す図。
【図６】第２実施形態の制御手段の制御動作を示すフローチャート。
【図７】第３実施形態の内燃機関の概略構成を示す平面図。
【図８】第３実施形態の制御系の構成を示すブロック図。
【図９】第３実施形態の制御動作を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
＜第１実施形態＞
以下、本発明の第１実施形態による内燃機関２について、図面を参照しながら説明する。
【００２０】
図１に示すように、第１実施形態の内燃機関２は、第１気筒４と、第２気筒６と、空燃比検出部７と、第１制御部８（図２参照）と、ノック調整手段１０（図２参照）と、を備える。また、内燃機関２は、点火装置４０をさらに備える。点火装置４０は、点火プラグ４１を有する。点火装置４０は、第１気筒４および第２気筒６の混合気に点火プラグ４１を介して点火する。第１制御部８は、内燃機関２を電気的に制御するＥＣＵ（Engine  Control  Unit）９においてソフトウェアによって実現される機能構成である。
【００２１】
第１気筒４は、第１ピストン１８と、第１コンロッド２０と、を有する。また、第１気筒４は、シリンダブロック１２と、シリンダヘッド１４と、によって構成される。
【００２２】
シリンダブロック１２には、少なくとも一つの第１気筒４と第２気筒６が並べて配置される。第１実施形態では、内燃機関２は、例えば、直列４気筒型の内燃機関である。図３に示すように、直列４気筒型エンジンの場合、シリンダブロック１２には、気筒＃１から気筒＃４が直列に並んで配置される。
【００２３】
図１に示すように、第１気筒４には、第１ピストン１８が、第１気筒４の内側を摺動可能に収容される。第１ピストン１８は、第１コンロッド２０を介してクランクシャフト１６に接続される。第１ピストン１８は、圧縮上死点まで上昇した状態で、シリンダヘッド１４と、第１ピストン１８の頂面とによって囲まれた空間に、第１燃焼室２２を構成する。図３に示すように、第１実施形態では、第１気筒４は、気筒＃１から気筒＃３である。
【００２４】
図１に示すように、第２気筒６は、第２ピストン２４と、第２コンロッド２６と、を有する。また、第２気筒６は、シリンダブロック１２と、シリンダヘッド１４と、によって構成される。
【００２５】
第２気筒６には、第２ピストン２４が、第２気筒６の内側を摺動可能に収容される。第２ピストン２４は、第２コンロッド２６を介してクランクシャフト１６に接続される。第２ピストン２４は、圧縮上死点まで上昇した状態で、シリンダヘッド１４と、第２ピストン２４の頂面とによって囲まれた空間に、第２燃焼室２８を構成する。第１実施形態では、第２気筒６は、気筒＃４である。
【００２６】
図１に示すように、シリンダブロック１２には、クランクシャフト１６が回転可能に保持される。シリンダブロック１２の合わせ面３０には、オイルパン３２が液体ガスケット（図示せず）を介して設けられる。シリンダブロック１２の気筒＃１から気筒＃４の周囲には、ウォータージャケット３７が設けられ、気筒＃１から気筒＃４を冷却する。シリンダブロック１２の側面には、クランク角センサ４２が設けられ、クランクシャフト１６の回転を検知することで、内燃機関２の回転数を検知する。図２に示すように、クランク角センサ４２は、ＥＣＵ９と電気的に接続される。
【００２７】
図１に示すように、シリンダブロック１２の合わせ面３０と反対側の合わせ面３６には、シリンダヘッド１４が、シリンダーヘッドガスケット（図示せず）を介して設けられる。シリンダヘッド１４の気筒＃１から気筒＃４に対応する位置には、ペントルーフ型の凹部３９が設けられる。ペントルーフ型の凹部３９の頂点には、点火装置４０が設けられる。
【００２８】
点火装置４０は、点火プラグ４１と、点火コイル４５と、を有する。点火装置４０は、第１気筒４および第２気筒６の各気筒に設けられ、第１気筒４および第２気筒６の混合気に点火プラグ４１を介して点火する装置である。点火プラグ４１は、先端部が第１燃焼室２２および第２燃焼室２８に突き出して設けられる。点火プラグ４１は、点火コイル４５によって高電圧がかけられると火花を発生させて第１気筒４および第２気筒６の混合気に点火する。図２に示すように、点火装置４０は、ＥＣＵ９と電気的に接続される。
【００２９】
図１に示すように、点火装置４０を挟んで両側には、吸気ポート４４と、排気ポート４６と、が設けられる。吸気ポート４４には、吸気バルブ４８が設けられ、気筒＃１から気筒＃４の吸気のタイミングで開閉するように駆動される。同様に、排気ポート４６には、排気バルブ５０が設けられ、気筒＃１から気筒＃４の排気のタイミングで開閉するように駆動される。図示はしないが、第１実施形態では、吸気ポート４４、排気ポート４６、吸気バルブ４８、および排気バルブ５０は、気筒＃１から気筒＃４のそれぞれに対して２つずつ設けられる。すなわち、第１実施形態では、内燃機関２は、４バルブ型である。
【００３０】
吸気バルブ４８と排気バルブ５０は、バルブ駆動装置５１によって駆動される。第１実施形態では、バルブ駆動装置５１は、クランクシャフト１６と同期して回転する一対のカムシャフト５３を有する。
【００３１】
吸気ポート４４の下部には、気筒＃１から気筒＃４の気筒内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁５２が設けられる。燃料噴射弁５２は、第１気筒４および第２気筒６の各気筒に設けられ、第１気筒４および第２気筒６の気筒内へ燃料を噴射する。燃料噴射弁５２は、図２に示すように、ＥＣＵ９に電気的に接続される。
【００３２】
また、吸気ポート４４は、吸気マニホールド６４と接続され、吸気通路６６を構成する。吸気通路６６にはスロットルバルブ６８（図１の１点鎖線）が接続され、吸気通路６６を通過する空気量を調整する。スロットルバルブ６８には、吸気ダクト７０が接続される。吸気ダクト７０には、エアクリーナ７２が接続され、エアクリーナ７２を介して、大気中の空気が気筒＃１から気筒＃４の気筒内へ供給される。スロットルバルブ６８には、スロットル開度を検知するスロットル開度センサ７４が設けられる。図２に示すように、スロットルバルブ６８およびスロットル開度センサ７４は、ＥＣＵ９と電気的に接続される。吸気ダクト７０には、エアフローセンサ７５が設けられる。エアフローセンサ７５は、吸気ダクト７０内を通過する空気量を計測する。エアフローセンサ７５は、図２に示すように、ＥＣＵ９と電気的に接続される。
【００３３】
排気ポート４６は、排気マニホールド７６と接続され、排気通路７７を構成する。排気通路７７には、内燃機関２から排出される排気を浄化する三元触媒７８が接続される。三元触媒７８の上流側の排気通路７７には、空燃比検出部７が設けられる。
【００３４】
空燃比検出部７は、第１気筒４および第２気筒６から排出される排気の空燃比（排気空燃比）を検出する。第１実施形態では、空燃比検出部７は、排気の空燃比を検出しリニアに出力する空燃比センサである。なお、空燃比検出部７は、排気の酸素濃度を検出し排気の空燃比が理論空燃比よりもリッチであるかリーンであるかを出力するＯ２センサであってもよい。図２に示すように、空燃比検出部７は、ＥＣＵ９と電気的に接続される。
【００３５】
ＥＣＵ９は、第１制御部８と、運転状態検出部８４と、を有する。ＥＣＵ９は、いずれも図示しないが、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と、メモリと、入出力バッファ等とを含むマイクロコンピュータによって構成される。ＥＣＵ９は、各センサおよび機器からの信号、ならびにメモリに格納されたマップおよびプログラムに基づいて、内燃機関２の所望の運転状態となるように、各種機器を制御する。なお、各種制御については、ソフトウェアによる処理に限られず、専用のハードウェア（電子回路）により処理することも可能である。
【００３６】
第１制御部８は、第２気筒６の空燃比が第１気筒４よりもリッチとなるリッチ領域を形成するように、第１気筒４の燃料噴射弁５２および第２気筒６の燃料噴射弁５２を制御する。また、第１制御部８は、空燃比検出部７によって検出される排気の空燃比が所定値となるように、第１気筒４の燃料噴射弁５２および第２気筒６の燃料噴射弁５２を制御する。第１実施形態では、所定値は、例えば、理論空燃比である。よって、第１制御部８は、第２気筒６がリッチとなった分、第１気筒４をリーンにして、トータルで理論空燃比になるようにする。また、運転状態検出部８４は、クランク角センサ４２によって検出される内燃機関２の回転数と、スロットル開度センサ７４によって検出されるスロットル開度と、エアフローセンサ７５によって検出される空気量とによって運転状態を検出する。
【００３７】
第１制御部８は、内燃機関２に要求される出力（トルク）と、運転状態検出部８４で検出した内燃機関２の回転数と、から、第２気筒６に吸入する空気量を算出する。第１制御部８は、算出した空気量に対し、例えば、第２気筒６の空燃比が理論空燃比よりもリッチとなる目標空燃比を設定する。第１制御部８は、目標空燃比に基づいて第２気筒６の燃料噴射弁５２で噴射する燃料噴射量を決定する。第１制御部８は、燃料噴射量を決定したのち、燃料噴射弁５２に対して燃料噴射量と噴射時期を指示する。燃料噴射弁５２は、第１制御部８から指示された燃料噴射量と噴射時期に基づいて、第２気筒６に燃料を噴射する。第１実施形態の燃料噴射時期は、後述する成層ストイキ運転を行う場合を除いて、第２気筒６の吸気行程である。
【００３８】
また、第１制御部８は、第２気筒６の燃焼室内の一部の空燃比をリッチとしてもよい。この場合は、第１制御部８は、第２気筒６の点火プラグ４１の周囲４３の空燃比をリッチとする。すなわち、第１制御部８は、算出した空気量に対し、例えば、第２気筒６の目標空燃比が理論空燃比となるように、設定する。第１制御部８は、設定した目標空燃比に基づいて第２気筒６の燃料噴射弁５２で噴射する燃料噴射量を決定する。第１制御部８は、燃料噴射量を決定したのち、燃料噴射弁５２に対し燃料噴射量と噴射時期を指示する。この場合、第１制御部８は、燃料噴射時期を第２気筒６の圧縮行程に決定する。このように、燃料を第２気筒６の圧縮行程で噴射することで、第２気筒６の点火プラグ４１の周囲４３の空燃比をリッチとする一方で、点火プラグ４１の周囲４３以外の部分がリーンとなる層状燃焼が可能である。また、第２気筒６全部の空燃比としては、理論空燃比（ストイキ）となる燃焼が可能なため、第１気筒４をリーンに設定する必要がなくなる。このような燃焼形態を成層ストイキ燃焼といい、内燃機関２を成層ストイキ燃焼により運転することを、成層ストイキ運転という。
【００３９】
なお、空燃比が理論空燃比とする混合気よりも、空燃比が理論空燃比よりもリッチとする混合気の方が、混合気が燃焼したのちの既燃ガスの比熱比が向上する。同様に、空燃比が理論空燃比よりもリーンとする混合気の方が、既燃ガスの比熱比が向上する。その結果、内燃機関の膨張行程における作動流体の比熱比が向上する。すなわち、内燃機関２は、第２気筒６の燃焼室内に理論空燃比よりもリッチとなる領域を形成し、第１気筒４を理論空燃比よりもリーンとすれば、比熱比が向上する。これにより、内燃機関２の膨張行程における作動流体の比熱比が向上する。
【００４０】
ノック調整手段１０は、ノッキングの発生を調整する。第１実施形態では、クランクシャフト１６に設けられる可変圧縮比機構１７をノック調整手段１０によって制御することで、第２気筒６の圧縮比を第１気筒４の圧縮比よりも高くなるように設定する。すなわち、ノック調整手段１０によって、第２気筒６のクランクシャフト１６のストローク長を、第１気筒４よりも長くなるように制御し、第２ピストン２４の帳面の位置を可変させて、第２気筒６の圧縮比を第１気筒４よりも高くなるように設定する。可変圧縮比機構１７は、第２ピストン２４の頂面の位置を可変させる機構であれば、第２ピストン２４や第２コンロッド２６に設けてもよい。可変圧縮比機構１７は、第２ピストン２４の頂面の位置を可変させる機構であれば、この他のいかなる機構であってもよい。このように、第１実施形態では、機械的な構造によって、第２気筒６の圧縮比を第１気筒４の圧縮比よりも高く調整するように構成される。この結果、第２気筒６の理論熱効率を第１気筒４よりも高く設定することができる。
【００４１】
なお、圧縮比が高いほど発生出力（トルク）は増大するが、ノッキングが発生しやすくなる。しかし、第２気筒６は、第１気筒４よりも空燃比がリッチである。これにより、第２気筒６は、第１気筒４よりも気化潜熱が大きくなって混合気が冷却されている。その結果、ノッキングの発生が抑制される。また、第２気筒６を成層ストイキ燃焼とした場合には、ノッキング発生の起点となるエンドガス領域がリーンとなるためノッキングの発生が抑制される。このため、ノック調整手段１０は、第２気筒６は、第１気筒４よりも圧縮比を高く設定することができる。このように、ノック調整手段１０は、第２気筒６の圧縮比を設定することで、第２気筒６の出力（トルク）が増大するようにノッキングの発生を調整する。
【００４２】
次に、第１実施形態における第１制御部８が行う制御を、図４のフローチャートを用いて説明する。
【００４３】
ステップＳ１では、第１制御部８は、内燃機関２に要求される出力（トルク）と、運転状態検出部８４によって検出される内燃機関２の回転数と、から、内燃機関２に吸入する目標吸入空気量T_airを算出する。ここで、目標吸入空気量T_airは、吸気通路６６を通過する空気量に相当する。第１制御部８は、目標吸入空気量T_airを算出したのち、ステップＳ２へ処理を進める。
【００４４】
ステップＳ２では、第１制御部８は、第２気筒６の目標空燃比AF_T2を設定する。第１制御部８は、運転状態検出部８４で検出した内燃機関２の運転状態をもとに、例えば、第２気筒６の目標空燃比AF_T2を、理論空燃比AF_Lよりもリッチとなるように、設定する。第２気筒６の目標空燃比AF_T2の設定は、ＥＣＵ９のメモリに運転状態に応じて記憶された目標空燃比AF_T2のマップを参照してもよい。第１制御部８は、第２気筒６の目標空燃比AF_T2を設定すると、ステップＳ３へ処理を進める。
【００４５】
ステップＳ３では、第１制御部８は、第１気筒４の目標空燃比AF_T1を設定する。第１制御部８は、第１気筒４の全ての気筒で第２気筒６のリッチ化を内燃機関全体として理論空燃比にもっていくように、第１気筒４の各気筒の目標空燃比AF_T1をリーン側に設定する。
【００４６】
第１制御部８は、第１気筒４の目標空燃比AF_T1を設定したのち、ステップＳ４へ処理を進める。
【００４７】
ステップＳ４では，第１制御部８は、目標吸入空気量T_airと、目標空燃比AF_T2と、から、第２気筒６の目標燃料噴射量F_T2と噴射時期Ｆt_T2とを算出する。同様に、第１制御部８は、目標吸入空気量T_airと、目標空燃比AF_T1と、から、第１気筒４の目標燃料噴射量F_T1と噴射時期Ｆt_T1を算出する。第１制御部８は、目標燃料噴射量F_T1と目標燃料噴射量F_T2とを算出したのち、第１気筒４と第２気筒６の各気筒の燃料噴射弁５２に、目標燃料噴射量と、燃料噴射弁５２の開閉タイミングと、を示すパルス信号に変換して送信する。燃料噴射弁５２は、指定されたパルス信号に応じて燃料を噴射する。第１制御部８は、パルス信号を送信したのち、ステップＳ５へ処理を進める。
【００４８】
ステップＳ５では、第１制御部８は、空燃比検出部７から排気空燃比値AF_eを取得する。排気空燃比値AF_eは、排気中のガス成分から空燃比を示す値である。第１制御部８は、排気空燃比値AF_eを取得したのち、ステップＳ６へ処理を進める。
【００４９】
ステップＳ６では、第１制御部８は、排気空燃比値AF_eが所定値AF_Dに対して所定範囲内にあるか否かを判断する。第１気筒４および第２気筒６を気筒ごとに排気空燃比を検出できるのであれば、第１気筒４の場合は目標空燃比AF_T1、第２気筒６の場合は目標空燃比AF_T2に対し所定範囲内にあるか否かを判断し、内燃機関全体の排気空燃比として検出する場合には理論空燃比に対して所定範囲内にあるか否かを判断することで、実際に燃焼した燃料が目標燃料噴射量F_T1およびF_T2に対し、どの程度ずれているかを判断する。第１制御部８は、所定値AF_Dに対して所定範囲内にあるか否かを判断し、所定範囲内でない場合はステップＳ７へ処理を進める。一方、第１制御部８は、排気空燃比値AF_eが所定値AF_Dに対して所定範囲内にある場合は、ステップＳ１へ処理を戻す。なお、成層ストイキ燃焼とした場合には、第１気筒４と第２気筒６は全て理論空燃比に対して所定範囲内にあるか否かが判断される。
【００５０】
ステップＳ７では、第１制御部８は、排気空燃比値AF_eと所定値AF_Dとのずれに応じて、第１気筒４の目標燃料噴射量F_T1と、第２気筒６の目標燃料噴射量F_T2とを補正する。例えば、排気空燃比値AF_eが所定値AF_Dよりもリッチである場合、第１制御部８は、第１気筒４の目標燃料噴射量F_T1の燃料噴射量を、減量する。例えば、排気空燃比値AF_eが所定値AF_Dよりもリーンである場合、第２気筒６の目標燃料噴射量F_T2の燃料噴射量を、増加する。このように、第１気筒４の目標燃料噴射量F_T1および第２気筒６の目標燃料噴射量F_T2を増減することによって、第２気筒６の空燃比を、よりリッチに設定することができる。その結果、第２気筒６の膨張行程における作動流体の比熱比を、より高く設定できる。第１制御部８は、第１気筒４の目標燃料噴射量F_T1と、第２気筒６の目標燃料噴射量F_T2を補正したのち、ステップＳ１へ処理を戻す。
【００５１】
＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態による内燃機関２０２について、図面を参照しながら説明する。なお、以降の説明では、第１実施形態と同じ構成には、第１実施形態と同じ符号を付し、その説明を省略する。
【００５２】
第２実施形態による内燃機関２０２は、第１気筒４と、第２気筒２０６と、第１制御部８と、ノック調整手段２１０と、点火装置４０と、を備える。点火装置４０は、点火プラグ４１を有する。点火装置４０は、第１気筒４および第２気筒２０６の混合気に点火プラグ４１を介して点火する。第１制御部８およびノック調整手段２１０は、ＥＣＵ２０９において、ソフトウェアによって実現される機能構成である。第１制御部８は、第２気筒２０６の燃焼室内に第１気筒４の空燃比よりもリッチとなるリッチ領域を形成するように、第１気筒４の燃料噴射弁５２および第２気筒２０６の燃料噴射弁５２を制御する。また、第１制御部８は、空燃比検出部７によって検出される排気の空燃比が所定値となるように、第１気筒４の燃料噴射弁５２および第２気筒２０６の燃料噴射弁５２を制御する。したがって、第２実施形態では、第２気筒２０６の第２ピストン２２４は、例えば、第１実施形態の第１ピストン１８と同じ形状である。その他の内燃機関の機械的な構造は、第１実施形態と同じであるので説明を省略する。
【００５３】
ノック調整手段２１０は、点火装置４０を制御することによって、第２気筒２０６の点火装置４０の点火時期を進角させる。点火装置４０が、最適な点火時期によって点火した場合、燃焼の等容度は他の点火時期よりも大きくなる。これにより、第２気筒２０６は、運転状態検出部８４で検出した運転状態において、最大出力（最大トルク）が得られる。ここで、点火時期を進角するとは、この最適な点火時期を設定する、または、最適な点火時期に近づけることをいう。
【００５４】
しかし、点火装置４０が、最適な点火時期で点火をするためには、ノッキングの発生を抑制しなければならない。第２実施形態では、第１実施形態と同様に、第１制御部８は、第２気筒２０６の燃焼室内に第１気筒４よりもリッチとなるリッチ領域を形成するように、第２気筒２０６の燃料噴射弁５２を制御する。これにより、第２気筒２０６は、第１気筒４よりも気化潜熱が大きくなることによって第１気筒４よりも冷却される。この結果、ノッキングの発生が抑制される。このため、ノック調整手段２１０は、第２気筒２０６の点火時期を進角させて、最適な点火時期を近づけることができる。これにより、第２気筒２０６の燃焼の等容度を高く設定することがでる。また、第２気筒２０６の出力（トルク）を、高くすることができる。
【００５５】
次に、第２実施形態におけるノック調整手段２１０が行う制御を、図６のフローチャートを用いて説明する。
【００５６】
ステップＳ２０１では、ノック調整手段２１０は、第２気筒２０６の目標空燃比AF_T2を取得する。ノック調整手段２１０は、目標空燃比AF_T2を所得したのち、ステップＳ２０２へ処理を進める。
【００５７】
ステップＳ２０２では、ノック調整手段２１０は、第２気筒２０６の目標空燃比AF_T2が第１気筒４の目標空燃比AF_T１よりもリッチか否かを判断する。第２実施形態では、目標空燃比AF_T2が、目標空燃比AF_T１よりもリッチである場合は、ステップＳ２０３へ処理を進める。一方、目標空燃比AF_T2が、目標空燃比AF_T１と同一であるか、またはリーンである場合はステップＳ２０４へ処理を進める。
【００５８】
ステップＳ２０４では、ノック調整手段２１０は、第２気筒２０６が成層ストイキ運転か否かを判断する。第２気筒２０６が成層ストイキ運転の場合は、ステップＳ２０３へ処理を進める。ノック調整手段２１０は、成層ストイキ運転ではない場合は、ステップＳ２０１へ処理を戻す。
【００５９】
ステップＳ２０３では、ノック調整手段２１０は、リッチ運転点火時期マップＲを参照する。リッチ運転点火時期マップＲは、第２気筒２０６の燃焼室内に第１気筒４よりもリッチとなるリッチ領域を形成する運転条件（リッチ運転条件）で参照するマップである。リッチ運転点火時期マップＲは、リッチ運転条件ではないときに参照する通常の点火時期マップＬよりも、点火時期を進角させたマップである。すなわち、点火時期マップＲは、点火時期マップＬよりも最適な点火時期となる領域が多いマップである。なお、第１気筒４の点火時期については、ノック調整手段２１０が点火時期マップＬを参照して設定する。ノック調整手段２１０は、点火時期マップＲを参照したのち、ステップＳ２０５へ処理を進める。
【００６０】
ステップＳ２０５では、ノック調整手段２１０は、点火時期マップＲの点火時期にしたがって、点火装置４０の点火時期を進角させる。ノック調整手段２１０は、点火時期を進角させると、ステップＳ２０１へ処理を戻す。
【００６１】
＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態による内燃機関３０２について、図を参照して説明する。
【００６２】
なお、第３実施形態では、第２実施形態と異なる点だけを説明する。また、第１実施形態および第２実施形態と同様な構成には、第１実施形態および第２実施形態と同じ符号を付し、その説明を省略する。
【００６３】
図７に示すように、第３実施形態における内燃機関３０２は、第１気筒４と、第２気筒２０６と、第１制御部８（図８参照）と、ノック調整手段２１０（図８参照）と、第２制御部３８３（図８参照）と、を備える。また、内燃機関３０２は、第１吸気通路３６６と、第１スロットルバルブ３６８と、第１排気通路３７７と、第２吸気通路３６９と、第２スロットルバルブ３７５と、第２排気通路３７９と、排気スロットルバルブ３８０と、排気循環通路３８９と、をさらに備える。
【００６４】
第１吸気通路３６６は、第１吸気マニホールド３６４と、第１気筒４の吸気ポート４４（図５参照）と、を有する。第１吸気マニホールド３６４は、第１気筒４の吸気ポート４４に接続される。吸気ポート４４は、第１気筒４と連通する。また、第１吸気マニホールド３６４には、第１スロットルバルブ３６８が接続される。第１スロットルバルブ３６８は、第１吸気通路３６６を通過する空気量を調整する。第１スロットルバルブ３６８には、スロットル開度を検知する第１スロットル開度センサ３７４が設けられる。図８に示すように、第１スロットルバルブ３６８および第１スロットル開度センサ３７４は、ＥＣＵ３０９と電気的に接続される。第１スロットルバルブ３６８は、吸気ダクト３７０と接続される。
【００６５】
第１排気通路３７７は、排気マニホールド３７６と、第１気筒４の排気ポート４６（図５参照）と、を有する。排気マニホールド３７６は、第１気筒４の排気ポート４６に接続される。排気ポート４６は、第１気筒４と連通する。
【００６６】
第２吸気通路３６９は、第２吸気マニホールド３７１と、第２気筒２０６の吸気ポート４４と、を有する。第２吸気マニホールド３７１は、第２気筒２０６の吸気ポート４４に接続される。吸気ポート４４は、第２気筒２０６と連通する。また、第２吸気マニホールド３７１には、第２スロットルバルブ３７５が接続される。第２スロットルバルブ３７５は、第２吸気通路３６９を通過する空気量を調整する。第２スロットルバルブ３７５には、スロットル開度を検知する第２スロットル開度センサ３７８が設けられる。図８に示すように、第２スロットルバルブ３７５および第２スロットル開度センサ３７８は、ＥＣＵ３０９と電気的に接続される。第２スロットルバルブ３７５は、吸気ダクト３７０と接続される。
【００６７】
第２排気通路３７９は、排気マニホールド３７６と、第２気筒２０６の排気ポート４６と、を有する。排気マニホールド３７６は、第２気筒２０６の排気ポート４６と接続される。排気ポート４６は、第２気筒２０６と連通する。
【００６８】
排気循環通路３８９は、一端が第１吸気通路３６６と接続される。排気循環通路３８９の他端は、接続部３８１で第２排気通路３７９に接続される。排気循環通路３８９は、第１吸気通路３６６と、第２排気通路３７９に連通し、第２気筒２０６の排気を第１吸気通路３６６に循環させる。
【００６９】
第２排気通路３７９の接続部３８１の下流かつ排気集合部３８５の上流には、排気スロットルバルブ３８０が設けられる。排気スロットルバルブ３８０は、開閉することで排気循環通路３８９へ流れる排気の量を調整する。排気スロットルバルブ３８０には、スロットル開度を検知する排気スロットル開度センサ３８６が設けられる。図８に示すように、排気スロットルバルブ３８０および排気スロットル開度センサ３８６は、ＥＣＵ３０９と電気的に接続される。
【００７０】
図８に示すように、ＥＣＵ３０９は、第１制御部８と、運転状態検出部８４と、ノック調整手段２１０と、第２制御部３８３と、を有する。第１制御部８、運転状態検出部８４、ノック調整手段２１０、および第２制御部３８３は、ＥＣＵ３０９においてソフトウェアによって実現される機能構成である。
【００７１】
第２制御部３８３は、第１吸気通路３６６に循環する排気の量が、第１吸気通路３６６を通過する空気量に対し所定割合となるように、第１スロットルバルブ３６８と第２スロットルバルブ３７５および排気スロットルバルブ３８０を調整する。ここで、所定割合は、例えば、第１気筒４が失火しない割合としてもよい。第１気筒４が失火しない割合とは、発明者らの知見によれば、第１吸気通路３６６を通過する空気量の６５％以内である。これにより、第１気筒４の失火を防止するとともに、内燃機関３０２の熱効率を向上させることができる。
【００７２】
ノック調整手段２１０は、第２実施形態と同じく、第２気筒２０６の点火時期を進角させる手段である。ノック調整手段２１０は、ＥＣＵ３０９に含まれる。
【００７３】
次に、第３実施形態における第２制御部３８３が行う制御を、図９のフローチャートを用いて説明する。
【００７４】
ステップＳ３０１では、第２制御部３８３は、第１制御部８で算出した目標吸入空気量T_airを取得する。ここで、目標吸入空気量T_airは、第１吸気通路３６６または第２吸気通路３６９を通過する空気量に相当する。第２制御部３８３は、目標吸入空気量T_airを取得したのち、ステップＳ３０２へ処理を進める。
【００７５】
ステップＳ３０２では、第２制御部３８３は、目標排気循環量EGR_Tを算出する。目標排気循環量EGR_Tは、第２気筒２０６の排気のうち第１吸気通路３６６に循環する排気の量に相当する。ここで、第２制御部３８３は、目標排気循環量EGR_Tが目標吸入空気量T_airに対して所定割合E_dとなるように、目標排気循環量EGR_Tを算出する。すなわち、所定割合E_dは、目標吸入空気量T_airに対する目標排気循環量EGR_Tの割合を示す値である。所定割合E_dは、第１気筒４が失火しない割合となるように予め設定される。第２制御部３８３は、目標排気循環量EGR_Tを内燃機関３０２の運転状態に応じて目標排気循環量EGR_Tまたは所定割合E_dを示したマップＥを参照してもよい。第２制御部３８３は、目標排気循環量EGR_Tを算出したのち、ステップＳ３０３へ処理を進める。
【００７６】
ステップＳ３０３では、第２制御部３８３は、目標吸入空気量T_airの情報から、第１スロットルバルブ３６８の目標開度T1_tを設定する。第２制御部３８３は、第１スロットルバルブ３６８へ目標開度T1_tを送信したのち、ステップＳ３０４へ処理を進める。
【００７７】
ステップＳ３０４では、第２制御部３８３は、目標吸入空気量T_airと、目標排気循環量EGR_Tの情報とから、第２スロットルバルブ３７５の目標開度T2_tを設定する。第２制御部３８３は、第２スロットルバルブ３７５へ目標開度T2_tを送信したのち、ステップＳ３０５へ処理を進める。
【００７８】
ステップＳ３０５では、第２制御部３８３は、目標排気循環量EGR_Tの情報から、排気スロットルバルブ３８０の目標開度ET_tを設定する。目標開度ET_tは、目標排気循環量EGR_Tが多くなるほど小さくなる。すなわち、排気スロットルバルブ３８０が閉じられると、排気循環通路３８９を通じて排気が第１吸気通路３６６へ循環する。また、第２制御部３８３によって排気スロットルバルブ３８０が完全に閉じられた場合、第１制御部８は、第１排気通路３７７の排気の空燃比AF_eが所定値AF_Dとなるように、第１気筒４の目標空燃比AF_T1および第２気筒２０６の目標空燃比AF_T2を制御する。すなわち、排気スロットルバルブ３８０が完全に閉じられた場合、第２気筒２０６のすべての排気が、第１気筒４へ循環する。これにより、第２気筒２０６の排気に含まれる未燃ガスを、第１気筒４で再度燃焼させることができる。第２制御部３８３は、目標開度ET_tを排気スロットルバルブ３８０に送信したのち、ステップＳ３０１へ処理を戻す。
【００７９】
なお、第１気筒４は、第２気筒２０６の排気が循環するために、第２気筒２０６よりも空気量が不足する。このため、第１スロットルバルブ３６８の目標開度T1_tは、不足する空気量を補うために、第２スロットルバルブ３７５の目標開度T2_tよりも大きくなる。これにより、第２気筒２０６は、第１気筒４よりもポンプ損失が大きくなる。その結果、第１気筒４と第２気筒２０６との間に出力（トルク）差が生じる。一方、第１制御部８により、第２気筒２０６の空燃比を第１気筒４よりもリッチとし、ノック調整手段２１０により第２気筒２０６の点火時期を進角することによって、この出力（トルク）差を補うことができる。また第１実施形態による内燃機関のように第２気筒２０６の圧縮比を第１気筒４の圧縮比よりも高く設定することで、さらにこの出力（トルク）差を補うことができる。
【００８０】
第１気筒４を理論空燃比よりもリッチに、第２気筒２０６をリーンとして、排気集合部下流の空燃比検出部７で検出した全体の空燃比が理論空燃比となるように設定すれば、第２気筒２０６で生じた未燃分の燃料や不完全燃焼ガス（水素や一酸化炭素など）を第１気筒４で再燃焼させることができるため、熱効率が向上する。以上説明したように、本発明によれば、内燃機関の触媒の浄化効率を維持しながら熱効率を高めることができる。
【００８１】
＜他の実施形態＞
以上、本発明の３つの実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。特に、本明細書に書かれた複数の実施形態および変形例は必要に応じて任意に組合せ可能である。
【００８２】
（ａ）上記第１実施形態では、ノック調整手段１０は、可変圧縮比機構１７を設けて第２気筒６の圧縮比を第１気筒４よりも高く設定したが、可変圧縮比機構１７を設けずに、圧縮上死点時において第１気筒４の第１ピストン１８の頂面の位置よりも第２気筒６の第２ピストン２４の頂面の位置を高く設定してもよい。これにより、第２気筒６の圧縮比は、第１気筒４よりも高くなる。
【００８３】
（ｂ）上記第１実施形態では、火花点火式内燃機関を用いて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、点火装置４０を用いずに燃焼させる予混合圧縮自着火式内燃機関に、本発明を用いてもよい。また、第３実施形態と第１実施形態のノック調整手段１０を組み合わせる場合についても、予混合圧縮自着火式内燃機関に、本発明を用いてもよい。
【００８４】
（ｃ）上記第１実施形態から第３実施形態では、直列型内燃機関を例に説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、水平対向型内燃機関や、Ｖ型内燃機関に、本発明を用いてもよい。
【００８５】
（ｄ）上記第１実施形態から第３実施形態では、第２気筒２０６は１つであったが、第２気筒２０６は、複数設けられてもよい。この場合、第３実施形態では、第２気筒２０６の排気に含まれる未燃ガスを第１気筒４で再度燃焼させるため、第２気筒２０６の数は、第１気筒４の数よりも少なくすることが好ましい。
【００８６】
（ｅ）上記第１実施形態と第２実施形態において、排気通路７７と吸気通路６６を連通させる排気循環通路を設けてもよい。この場合、第２気筒６、２０６の排気に含まれる未燃分の燃料や不完全燃焼ガス（水素や一酸化炭素など）を第１気筒４で再度燃焼させるため、熱効率をさらに向上することができる。
【符号の説明】
【００８７】
２，２０２，３０２        ：内燃機関
４                    ：第１気筒
６，２０６            ：第２気筒
７                    ：空燃比検出部
８                    ：第１制御部
１０，２１０          ：ノック調整手段
４０                  ：点火装置
４１                  ：点火プラグ
４３                  ：点火プラグの周囲
５２                  ：燃料噴射弁
６６                  ：吸気通路
６８                  ：スロットルバルブ
７７                  ：排気通路
３６６                ：第１吸気通路
３６８                ：第１スロットルバルブ
３６９                ：第２吸気通路
３７５                ：第２スロットルバルブ
３７７                ：第１排気通路
３７９                ：第２排気通路
３８０                ：排気スロットルバルブ
３８３                ：第２制御部
３８９                ：排気循環通路
AF_e              ：排気の空燃比（排気空燃比）
AF_D              ：所定値
E_d                ：所定割合
【図１】
2019105175.tif 000003
【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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