(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両の要求負荷が所定の閾値よりも小さい場合に、１８０°のクランク角を空けて連続で燃焼する第１の気筒及び第２の気筒のうち、後に燃焼する前記第１の気筒でリーン燃焼を実行する第１の燃料噴射制御部と、
前記第１の気筒の排気行程において、前記第１の気筒の排気弁を閉じた状態で維持するとともに吸気弁を開き、リーン燃焼ガスを吸気側に吹き戻す吹き戻し運転を実行する吸排気弁制御部と、
前記第１の気筒の燃料噴射量に基づき、先に燃焼する前記第２の気筒に導入された吸気に対してストイキオ燃焼となるように、前記第２の気筒の燃料噴射制御を実行する第２の燃料噴射制御部と、
を備える、エンジンの制御装置。
【請求項２】
前記車両の要求負荷が前記閾値よりも小さい領域では、前記エンジンの吸入空気量を調節するスロットル弁を一定の開度で保持しつつ、前記リーン燃焼ガスの体積を変えることによって前記エンジンの負荷を調節する、請求項１に記載のエンジンの制御装置。
【請求項３】
前記車両の要求負荷が前記閾値よりも小さい領域では、前記スロットル弁を全開で保持する、請求項２に記載のエンジンの制御装置。
【請求項４】
前記車両の要求負荷が前記閾値よりも大きい領域では、前記吹き戻し運転を実行せずに、前記スロットル弁の絞りを調整することによって前記エンジンの負荷を調節する、請求項２又は３に記載のエンジンの制御装置。
【請求項５】
前記車両の要求負荷が前記閾値よりも小さい領域では、前記第１の燃料噴射制御部は、前記第１の気筒の燃料噴射量を調整することにより、前記第１の気筒及び前記第２の気筒に対して導入される新気の合計量を調節する、請求項１〜４のいずれか１項に記載のエンジンの制御装置。
【請求項６】
前記車両の要求負荷が前記閾値よりも小さい領域では、前記第１の燃料噴射制御部は、前記第１の気筒での燃焼状態に基づいて、前記第１の気筒の燃料噴射量を補正する、請求項１〜５のいずれか１項に記載のエンジンの制御装置。
【請求項７】
前記車両の要求負荷が前記閾値よりも小さい領域では、前記第１の燃料噴射制御部は、前記吸気側の温度状態に基づいて、前記第１の気筒の燃料噴射量を補正する、請求項１〜６のいずれか１項に記載のエンジンの制御装置。
【請求項８】
前記車両の要求負荷が前記閾値よりも小さい領域では、前記第１の燃料噴射制御部は、前記車両の要求負荷が小さいほど、前記第１の気筒の燃料噴射量を増大する、請求項１〜７のいずれか１項に記載のエンジンの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の気筒を備えたエンジンの制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ガソリンエンジンに代表される火花点火式エンジンにおいて、低負荷領域での熱効率を改善する方法として、リーン燃焼（希薄燃焼）制御や排気再循環（ＥＧＲ：Ｅｘｈａｕｓｔ  Ｇａｓ  Ｒｅｃｉｒｃｕｒａｔｉｏｎ）制御、気筒休止制御等が知られている。リーン燃焼制御においては、作動ガスの比熱比を向上させることにより熱効率を高めることができ、また、単位作動ガス当たりの発熱量が高くなる理論空燃比（ストイキオメトリ）に対して空燃比（Ａ／Ｆ）を増大させることにより、燃焼圧力が低下し、燃焼温度が低下するために、冷却損失を低減することができる。ＥＧＲ制御によれば、リーン燃焼制御には劣るが、リーン燃焼制御と同様に、作動ガスの比熱比を向上させるとともに、吸気中の酸素濃度を低下させ、単位作動ガス当たりの発熱量を抑えることで、燃焼温度が低下するために、冷却損失を低減することができる。
【０００３】
また、気筒停止制御においては、一部の気筒での燃焼が停止されることでガス交換損失が低減でき、また、１気筒当たりで扱う熱量が増えるために冷却損失として失われるエネルギ比率が下がり、エンジンの熱効率が高い領域での燃焼が可能になる。一方、気筒停止制御では、作動ガスの比熱比を向上させる要素がない。
【０００４】
ただし、リーン燃焼制御、ＥＧＲ制御、及び気筒休止制御は、同時に採用すると、エミッションが悪化したり、燃焼限界を超えて燃焼特性が悪化したりするおそれがあるために、費用対効果が低くなりやすい。特に、リーン燃焼制御では、ＮＯＸエミッション対策が必要になる。
【０００５】
これに対して、特許文献１には、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側の気筒である先行気筒から排出される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排気ガスが排気通路に導かれるような２気筒接続状態となるガス流通経路を備えた火花点火式エンジンが開示されている。かかる特許文献１には、先行気筒でリーン空燃比で成層燃焼を行わせ、この先行気筒から後続気筒にリーン空燃比の燃焼ガスを導入させて新たに供給された燃料とともに後続気筒で理論空燃比で燃焼を行わせることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−２２７３８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載の火花点火式エンジンは、先行気筒のリーン空燃比の燃焼ガスの全量を後続気筒に導入し、後続気筒では当該燃焼ガスのみを吸気して、ストイキオ燃焼を行う。すなわち、特許文献１に記載の火花点火式エンジンは、当該先行気筒及び後続気筒を全体的に見ると、燃焼は２回に分かれているものの、全体的には１気筒分の吸気をストイキオ燃焼させることによる熱エネルギを利用している。したがって、エンジンの負荷調整は、４気筒エンジンの場合を考えると、まず２気筒停止相当に吸入空気量を絞り、さらに負荷の低下に合わせてスロットル弁により吸入空気量を絞ることになる。このため、通常の気筒停止エンジンと同様に、気筒停止状態からさらに吸入空気量を絞ることになるために、先行気筒においてポンピングロスが発生する。
【０００８】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、エンジンの低負荷領域において、吸気スロットルを絞ることなく吸気量を調節することができ、ポンピングロスを低減可能であり、かつ、熱効率を向上可能な、エンジン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】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、車両の要求負荷が所定の閾値よりも小さい場合に、１８０°のクランク角を空けて連続で燃焼する第１の気筒及び第２の気筒のうち、後に燃焼する第１の気筒でリーン燃焼を実行する第１の燃料噴射制御部と、第１の気筒の排気行程において、第１の気筒の排気弁を閉じた状態で維持するとともに吸気弁を開き、リーン燃焼ガスを吸気側に吹き戻す吹き戻し運転を実行する吸排気弁制御部と、第１の気筒の燃料噴射量に基づき、先に燃焼する第２の気筒に導入された吸気に対してストイキオ燃焼となるように、第２の気筒の燃料噴射制御を実行する第２の燃料噴射制御部と、を備える、エンジンの制御装置が提供される。
【００１０】
車両の要求負荷が閾値よりも小さい領域では、エンジンの吸入空気量を調節するスロットル弁を一定の開度で保持しつつ、リーン燃焼ガスの体積を変えることによってエンジンの負荷を調節してもよい。
【００１１】
車両の要求負荷が閾値よりも小さい領域では、スロットル弁を全開で保持してもよい。
【００１２】
車両の要求負荷が閾値よりも大きい領域では、吹き戻し運転を実行せずに、スロットル弁の絞りを調整することによってエンジンの負荷を調節してもよい。
【００１３】
車両の要求負荷が閾値よりも小さい領域では、第１の燃料噴射制御部は、第１の気筒の燃料噴射量を調整することにより、第１の気筒及び第２の気筒に対して導入される新気の合計量を調節してもよい。
【００１４】
車両の要求負荷が閾値よりも小さい領域では、第１の燃料噴射制御部は、第１の気筒での燃焼状態に基づいて、第１の気筒の燃料噴射量を補正してもよい。
【００１５】
車両の要求負荷が閾値よりも小さい領域では、第１の燃料噴射制御部は、吸気側の温度状態に基づいて、第１の気筒の燃料噴射量を補正してもよい。
【００１６】
車両の要求負荷が閾値よりも小さい領域では、第１の燃料噴射制御部は、車両の要求負荷が小さいほど、第１の気筒の燃料噴射量を増大してもよい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、エンジンの低負荷領域において、吸気スロットルを絞ることなく吸気量を調節することができ、ポンピングロスを低減し、かつ、熱効率を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施の形態にかかるエンジンの概略構成を示す模式図である。
【図２】同実施形態にかかるエンジンの制御装置の構成例を示すブロック図である。
【図３】同実施形態にかかるエンジンの運転領域を示す説明図である。
【図４】従来の気筒休止エンジンの運転領域を示す説明図である。
【図５】スロットル全開状態での４気筒運転を示す説明図である。
【図６】スロットル全開状態での４気筒運転時の先燃焼気筒及び後燃焼気筒の状態を示す説明図である。
【図７】スロットル絞り状態での４気筒運転を示す説明図である。
【図８】スロットル絞り状態での４気筒運転時の先燃焼気筒及び後燃焼気筒の状態を示す説明図である。
【図９】スロットル全開状態での２気筒運転を示す説明図である。
【図１０】スロットル全開状態での２気筒運転時の先燃焼気筒及び後燃焼気筒の状態を示す説明図である。
【図１１】スロットル絞り状態での２気筒運転を示す説明図である。
【図１２】スロットル絞り状態での２気筒運転時の先燃焼気筒及び後燃焼気筒の状態を示す説明図である。
【図１３】同実施形態にかかるエンジンの運転領域を詳細に示す説明図である。
【図１４】スロットル全開状態での吹き戻し運転を示す説明図である。
【図１５】スロットル全開状態での吹き戻し運転時の先燃焼気筒及び後燃焼気筒の状態を示す説明図である。
【図１６】同実施形態にかかるエンジンの制御装置による制御のフローチャートである。
【図１７】吹き戻し運転時の吸排気弁の制御のフローチャートである。
【図１８】吹き戻し運転時の燃料噴射制御のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００２０】
＜１．エンジンの構成＞
（１−１．全体構成）
まず、本実施形態にかかるエンジンの制御装置が適用される火花点火式エンジンの全体構成の一例について説明する。図１は、火花点火式エンジンの一態様であるガソリンエンジン１００の構成例を概略的に示す模式図である。図１は、水平対向型のエンジン１００の構成を示す説明図であって、例えば気筒♯１，♯２が車両の前方側に位置する。
【００２１】
かかるエンジン１００は、シリンダブロック１０１ａと、シリンダヘッド１０１ｂＲ，１０１ｂＬとを備える。シリンダブロック１０１ａには、複数の気筒♯１，♯２，♯３，♯４が設けられる。図１の例では、４つの気筒♯１，♯２，♯３，♯４がシリンダブロック１０１ａに設けられている。それぞれの気筒♯１，♯２，♯３，♯４には、ピストン１０４と、コネクティングロッド１０６と、点火プラグ１０８と、吸気弁１１０ａと、排気弁１１０ｂとが備えられる。ピストン１０４は、コネクティングロッド１０６を介してクランクシャフト１１５に接続されている。４つの気筒♯１，♯２，♯３，♯４のうち、２つの気筒♯１，♯３が右バンクの気筒であり、残りの２つの気筒♯２，♯４が左バンクの気筒である。
【００２２】
シリンダヘッド１０１ｂＲ，１０１ｂＬは、右バンク及び左バンクそれぞれにおいて、気筒♯１，♯３，♯２，♯４の軸方向の両端部のうち、クランクシャフト１１５側とは反対側の端部を閉じるように設けられる。各気筒♯１，♯２，♯３，♯４にはそれぞれピストン１０４が進退移動可能に保持されている。シリンダヘッド１０１ｂＲ，１０１ｂＬ、気筒♯１，♯２，♯３，♯４及びピストン１０４によって燃焼室Ｃが画成される。ピストン１０４は、燃焼室Ｃ内での燃料の燃焼によって直線往復運動を行う。当該直線往復運動は、コネクティングロッド１０６を介してクランクシャフト１１５に回転運動として伝達される。
【００２３】
シリンダヘッド１０１ｂＲ，１０１ｂＬには、各気筒♯１，♯２，♯３，♯４ごとに、吸気弁１１０ａ及び排気弁１１０ｂが備えられる。吸気弁１１０ａは、吸気通路と燃焼室Ｃとの間の吸気ポートを開閉する。吸気弁１１０ａの開弁によって、吸気ポートを介して各燃焼室Ｃに吸気が導入される。排気弁１１０ｂは、図示しない排気通路と燃焼室Ｃとの間の排気ポートを開閉する。排気弁１１０ｂの開弁によって、排気ポートを介して燃焼ガスが各燃焼室Ｃから排出される。吸気弁１１０ａ及び排気弁１１０ｂは、それぞれ制御装置３００により駆動制御される電磁アクチュエータ３０によって開閉動作が行われる。例えば、吸気弁１１０ａ及び排気弁１１０ｂは、図示しない復帰用バネにより、閉弁方向に付勢されており、電磁アクチュエータ３０への通電時に、発生する磁力によって開弁される。
【００２４】
各気筒♯１，♯２，♯３，♯４に備えられる吸気弁１１０ａ及び排気弁１１０ｂの数は適宜設定することができる。本実施形態では、気筒♯１，♯２，♯３，♯４ごとに、吸気弁１１０ａ及び排気弁１１０ｂが２つずつ備えられており、それぞれの吸気弁１１０ａ及び排気弁１１０ｂが吸気ポートあるいは排気ポートを開閉する。図１中、各気筒♯１，♯２，♯３，♯４には、吸気弁１１０ａ又は排気弁１１０ｂの組が示されている。電磁アクチュエータ３０は、個々の吸気弁１１０ａ及び排気弁１１０ｂに対して設けられてもよい。あるいは、それぞれの気筒の２つの吸気弁１１０ａ又は排気弁１１０ｂごとに、１つの電磁アクチュエータ３０が設けられてもよい。なお、電磁アクチュエータ３０の代わりに、電歪式のアクチュエータが用いられてもよい。
【００２５】
各気筒♯１，♯２，♯３，♯４には、燃焼室Ｃに臨むように図示しない燃料噴射弁が備えられる。燃料噴射弁は、例えばシリンダブロック１０１ａの壁面に固定される。かかる燃料噴射弁は、図示しない制御装置によって駆動制御され、主として吸気行程及び圧縮行程において燃焼室Ｃ内に燃料を噴射する。これにより、燃焼室Ｃ内に吸気と燃料との混合気が形成される。なお、燃料噴射弁は、燃焼室Ｃ内に燃料を直接噴射する形式のものに限られない。燃料噴射弁が吸気通路に備えられ、あらかじめ形成された混合気が吸気ポートから燃焼室Ｃに導入されてもよい。
【００２６】
シリンダヘッド１０１ｂＲ，１０１ｂＬには、各気筒♯１，♯２，♯３，♯４の燃焼室Ｃに臨むように、点火プラグ１０８が設けられている。点火プラグ１０８は、制御装置によって駆動制御され、各燃焼室Ｃ内に形成された混合気に点火する。これにより、燃焼室Ｃ内の混合気が燃焼してピストン１０４が押し下げられ、クランクシャフト１１５が回転する。なお、本明細書において、ピストン１０４の上昇とは、ピストン１０４が燃焼室Ｃ側に移動することをいい、ピストン１０４の下降とは、ピストン１０４がクランクシャフト１１５側に移動することをいう。
【００２７】
クランクシャフト１１５は、クランクピン１１６、クランクジャーナル１１８及びこれらと連結されるクランクアーム１２０を備える。クランクピン１１６はコネクティングロッド１０６と連結される。ピストン１０４の直線往復運動によってクランクアーム１２０が回転し、クランクアーム１２０の回転によってクランクジャーナル１１８が回転する。クランクシャフト１１５は、図示しない駆動伝達装置に連結され、エンジン１００の出力トルクが駆動伝達装置に伝達される。エンジン１００は、クランクシャフト１１５の回転位相（クランク角）を検出する図示しないクランク角センサを備える。クランク角センサのセンサ信号は、制御装置に送信される。
【００２８】
エンジン１００の吸気通路は、吸気管２０２と、コレクタ部２０４と、分岐管２０６Ｒ，２０６Ｌとを備える。吸気管２０２から導入される新気は、コレクタ部２０４を介して分岐管２０６Ｒ，２０６Ｌに分配される。分岐管２０６Ｒに分配された新気は、気筒♯１，♯３に導入され、分岐管２０６Ｌに分配された新気は、気筒♯２，♯４に導入される。吸気管２０２には、スロットル弁２１０が備えられる。スロットル弁２１０は、制御装置によって駆動され、吸気管２０２の流路面積を調節する。これにより、新たに導入する新気の流量が制御される。
【００２９】
（１−２．先燃焼気筒及び後燃焼気筒）
次に、本実施形態にかかるエンジン１００の各気筒♯１，♯２，♯３，♯４の燃焼順と、先燃焼気筒及び後燃焼気筒からなる気筒の組について説明する。本実施形態にかかるエンジン１００は、気筒♯１、気筒♯４、気筒♯２、気筒♯３の順に燃焼を生じる。各気筒♯１，♯２，♯３，♯４では、クランクシャフト１１５が７２０°回転する間に、ピストン１０４が２往復し、吸気行程、圧縮行程、膨張行程及び排気行程が行われる。４気筒のエンジン１００の場合、クランクシャフト１１５が１８０°回転するごとに上記の燃焼順で燃焼を生じる。
【００３０】
ここで、本実施形態にかかるエンジン１００では、１８０°のクランク角を空けて連続で燃焼する２つの気筒を気筒の組として捉え、当該気筒の組のうち後に燃焼する後燃焼気筒でリーン燃焼させるとともに、酸素量の多い膨張したリーン燃焼ガスを吸気側に吹き戻し、先に燃焼する先燃焼気筒に吸気させる吹き戻し運転が実行される。後燃焼気筒が本発明の第１の気筒に相当し、先燃焼気筒が本発明の第２の気筒に相当する。
【００３１】
例えば、右バンクの２つの気筒♯１，♯３は、１８０°のクランク角を空けて、気筒♯３、気筒♯１の順に燃焼を生じ、左バンクの２つの気筒♯２，♯４は、１８０°のクランク角を空けて、気筒♯４、気筒♯２の順に燃焼を生じる。気筒♯１，♯３を気筒の組とした場合、後に燃焼する気筒♯１が、後燃焼気筒であり、先に燃焼する気筒♯３が、先燃焼気筒である。同様に、気筒♯２，♯４を気筒の組とした場合、後に燃焼する気筒♯２が、後燃焼気筒であり、先に燃焼する気筒♯４が、先燃焼気筒である。
【００３２】
なお、気筒♯１，♯４及び気筒♯２，♯３も気筒の組として捉え得るが、共通の分岐管２０６Ｒ，２０６Ｌによって吸気が導入される２つの気筒を気筒の組として吹き戻し運転を実施することにより、より効率的にリーン燃焼ガスを後燃焼気筒から先燃焼気筒へと導入させることができる。
【００３３】
（１−３．吸気弁及び排気弁の開閉機構）
ここで、エンジン１００に対する要求負荷が比較的高い場合、各気筒♯１，♯２，♯３，♯４では、吸気行程で吸気弁１１０ａが開弁して燃焼室Ｃに吸気が導入され、圧縮行程で燃焼室Ｃ内の吸気を圧縮しつつ吸気量に応じた燃料噴射が行われる。また、膨張行程で混合気に点火されて燃焼ガスが膨張し、排気行程で排気弁１１０ｂが開弁して燃焼ガスが排出される。つまり、吸気弁１１０ａは、主として吸気行程で開弁され、排気弁１１０ｂは主として排気行程で開弁される。
【００３４】
一方、本実施形態にかかるエンジン１００は、エンジン１００に対する要求負荷が比較的低い場合、吹き戻し運転を行う。吹き戻し運転中、後燃焼気筒に相当する気筒♯１，♯２では、排気弁１１０ｂが閉じられた状態で保持される。また、当該気筒♯１，♯２では、吸気弁１１０ａは吸気行程で開弁されるだけでなく、排気行程においても追加的に開弁（以下、単に「追加リフト」とも言う。）される。つまり、吹き戻し運転中、気筒♯１，♯２では、吸気行程で吸気弁１１０ａが開弁して燃焼室Ｃに吸気が導入され、圧縮行程で燃焼室Ｃ内の吸気を圧縮しつつ少量の燃料噴射が行われる。また、膨張行程でリーン状態の混合気に点火され燃焼ガス（リーン燃焼ガス）が膨張し、排気行程で吸気弁１１０ａが開弁して、膨張したリーン燃焼ガスが吸気側に吹き戻される。
【００３５】
なお、本実施形態にかかるエンジン１００では、すべての吸気弁１１０ａ及び排気弁１１０ｂが電磁アクチュエータ３０によって開閉制御されるものであるため、適宜のタイミングで吸気弁１１０ａ及び排気弁１１０ｂを開弁することができる。ただし、リーン燃焼ガスを吹き戻させる気筒♯１，♯２以外の気筒♯３，♯４の吸気弁１１０ａ及び排気弁１１０ｂについては、エンジン１００の回転によって回転するカム機構を用いて開閉動作されてもよい。
【００３６】
また、気筒♯１，♯２の排気弁１１０ｂについても、エンジン１００の回転によって回転するカム機構を用いて開閉動作されるように構成されてもよい。気筒♯１，♯２の排気弁１１０ｂは、吹き戻し運転中に閉じた状態で保持されればよく、公知のカム機構及びロッカーアーム等を用いた気筒停止機構により構成することができる。
【００３７】
さらに、気筒♯１，♯２の吸気弁１１０ａについても、エンジン１００の回転によって回転するカム機構を用いて開閉動作されるように構成されてもよい。この場合、吹き戻し運転中に、気筒♯１，♯２の吸気弁１１０ａを追加リフト可能にするには、例えば、通常運転時と吹き戻し運転時とで、カムが切り替えられるようになっていればよい。吹き戻し運転中には、通常の吸気行程でのリフトと併せて追加リフトが可能なカムプロファイルを有するカムを用いることによって、吸気弁１１０ａの追加リフトが可能になる。
【００３８】
＜２．エンジンの制御装置＞
次に、本実施形態にかかるエンジン１００の制御装置について説明する。図２は、制御装置３００の構成のうち、気筒の組を構成する後燃焼気筒♯１及び先燃焼気筒♯３に関連する燃料噴射制御、吸排気制御及びスロットル制御に関連する部分を機能的なブロックで示したブロック図である。制御装置３００は、主としてマイクロコンピュータを備えて構成され、負荷演算部３１０と、吸排気弁制御部３２０と、第１の燃料噴射制御部３３０と、第２の燃料噴射制御部３４０と、スロットル制御部３５０とを備える。具体的に、これらの各部は、マイクロコンピュータによるプログラムの実行により実現される機能である。
【００３９】
かかる制御装置３００は、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）やＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）等の図示しない記憶素子を備えていてもよい。また、制御装置３００は、アクセルペダルの操作量Ａｃｃやエンジン回転数Ｎｅ、クランク角ＣＡ、シリンダブロックの温度、分岐管２０６Ｌ，２０６Ｒ又はコレクタ部２０４の温度等の情報を検出するための各種センサのセンサ信号を読み込み可能になっている。
【００４０】
（２−１．負荷演算部）
負荷演算部３１０は、エンジン１００の要求負荷Ｔｑを算出する。例えば、負荷演算部３１０は、アクセルペダルの操作量Ａｃｃ及びエンジン回転数Ｎｅに基づいて、エンジン１００の要求負荷Ｔｑを算出する。具体的には、アクセルペダルの操作量Ａｃｃ及びエンジン回転数Ｎｅと要求負荷Ｔｑとの関係を示すトルクマップが、記憶素子にあらかじめ格納されており、負荷演算部３１０は、かかるトルクマップを参照して、エンジン１００の要求負荷Ｔｑを求めることができる。
【００４１】
本実施形態にかかるエンジン１００の制御装置３００は、要求負荷Ｔｑが比較的高い場合には、全気筒運転（４気筒運転）を行い、スロットル弁２１０の開度を調節し吸気量を制御するとともに、これに伴って燃焼噴射量を調節してエンジン１００の出力負荷を制御する。一方、要求負荷Ｔｑが低い場合、エンジン１００の制御装置３００は、吹き戻し運転に切り替え、スロットル弁２１０を全開で保持しつつ、後燃焼気筒♯１から吸気側へ、酸素量の多い膨張したリーン燃焼ガスを吹き戻して先燃焼気筒♯３に導入させる。そして、エンジン１００の制御装置３００は、先燃焼気筒♯３において、導入されたリーン燃焼ガスを含む吸気中の酸素量に応じて燃料噴射を行う。
【００４２】
このため、負荷演算部３１０は、エンジン１００の要求負荷Ｔｑを算出するとともに、当該要求負荷Ｔｑが所定の閾値Ｔｑ０以上か否かを判別する。閾値Ｔｑ０は、４気筒運転状態でスロットル絞りを行う場合、及び、吹き戻し運転により吸気量を制御する場合のエンジン１００の効率を比較し、吹き戻し運転による効率が全気筒運転による効率を上回る負荷の値に設定することができる。かかる閾値Ｔｑ０は、あらかじめエンジン１００の種類ごとにシミュレーションを行う等により求めることができる。
【００４３】
ここで、エンジン１００の要求負荷Ｔｑが低い場合に実行される吹き戻し運転について説明する。図３は、本実施形態にかかるエンジン１００の運転領域を示している。エンジン１００の要求負荷Ｔｑが閾値Ｔｑ０以上の領域では、スロットル絞りによるエンジン１００の負荷調整が行われる。この運転領域では、全気筒運転（４気筒運転）が行われ、エンジン１００の要求負荷Ｔｑに応じてスロットル弁２１０の開度が制御され、新気の吸気量が調節される。また、新気の吸気量に応じて、燃料噴射量が設定される。
【００４４】
一方、エンジン１００の要求負荷Ｔｑが閾値Ｔｑ０より小さい領域では、吹き戻し運転が行われる。この運転領域では、スロットル弁２１０は全開で保持され、後燃焼気筒♯１でリーン燃焼が行われ、排気行程において、酸素量の多い膨張したリーン燃焼ガスが吸気側に戻される。後燃焼気筒♯１が排気行程にあるときに吸気行程にある先燃焼気筒♯３には、吸気側に戻されたリーン燃焼ガスを含む吸気が導入され、導入された吸気中の酸素量に対してストイキオ状態となるように燃料噴射量が設定される。
【００４５】
このとき、後燃焼気筒♯１におけるリーン燃焼時の燃料噴射量が多いほど膨張行程終了時のリーン燃焼ガスの圧力が高くなり、リーン燃焼ガスの膨張率が大きくなるため、吸気側に吹き戻されるリーン燃焼ガスの体積が増加する。これにより、吸気管２０２から新たに流入する新気の量が抑制される。すなわち、吹き戻し運転時には、スロットル弁２１０の開度を調節するのではなく、後燃焼気筒♯１から吸気側に吹き戻されるリーン燃焼ガスの体積を変えることによって、先燃焼気筒♯３及び後燃焼気筒♯１全体としての新気の吸入量が制御される。
【００４６】
また、先燃焼気筒♯３では、導入されたリーン燃焼ガスを含む吸気中の酸素量に対してストイキオ状態となる燃料が供給され、エンジン１００の出力負荷が制御される。後燃焼気筒♯１におけるリーン燃焼時の燃料噴射量が多いほど、吹き戻されるリーン燃焼ガスの膨張率が大きく、大気圧換算した先燃焼気筒♯３に導入される吸気の体積はより少なくなる。したがって、リーン燃焼させる後燃焼気筒♯１の燃料噴射量が多いほど、ストイキオ燃焼させる先燃焼気筒♯３の燃料噴射量は少なくなる。エンジン１００の定常状態では、先燃焼気筒♯３の燃料噴射量と後燃焼気筒♯１の燃料噴射量との合計量は、先燃焼気筒♯３及び後燃焼気筒♯１全体としての新気の吸入量に対してストイキオとなる燃料噴射量に相当する。
【００４７】
このように、吹き戻し運転時においては、後燃焼気筒♯１でリーン燃焼させる際の燃料噴射量によって、吸気側に吹き戻されるリーン燃焼ガスの体積が変えられ、先燃焼気筒♯３及び後燃焼気筒♯１全体としての新気の吸入量が調節される。これにより、スロットル弁２１０の開度を一定としたままでエンジン１００の出力負荷が調節される。この間、スロットル弁２１０は全開で保持されることから、ポンピングロスが生じることがなく、燃費を向上させることができる。
【００４８】
（２−２．吸排気弁制御部）
吸排気弁制御部３２０は、後燃焼気筒♯１及び先燃焼気筒♯３の吸気弁１１０ａ及び排気弁１１０ｂの開閉動作を制御する。エンジン１００の要求負荷Ｔｑが閾値Ｔｑ０以上の領域において、吸排気弁制御部３２０は、後燃焼気筒♯１及び先燃焼気筒♯３ともに、吸気弁１１０ａをそれぞれ主として吸気行程において開弁し、排気弁１１０ｂをそれぞれ主として排気行程において開弁する。
【００４９】
また、エンジン１００の要求負荷Ｔｑが閾値Ｔｑ０より小さい領域において、吸排気弁制御部３２０は、先燃焼気筒♯３の吸気弁１１０ａを主として吸気行程において開弁し、排気弁１１０ｂを主として排気行程において開弁する。さらに、エンジン１００の要求負荷Ｔｑが閾値Ｔｑ０より小さい領域において、吸排気弁制御部３２０は、後燃焼気筒♯１の排気弁１１０ｂを閉じたままで保持しつつ、吸気弁１１０ａを吸気行程において開弁するとともに排気行程においても追加リフトする。
【００５０】
後燃焼気筒♯１で吸気弁１１０ａを追加リフトさせる際のリフト量は、吸気行程における吸気弁１１０ａのリフト量よりも小さくてもよい。吸気弁１１０ａの追加リフトは、リーン燃焼ガスを吸気側に吹き戻すにあたり、後燃焼気筒♯１内の圧力が上昇しない程度に最低限の流路面積が確保されればよい。
【００５１】
本実施形態にかかるエンジン１００の制御装置３００において、吸排気弁制御部３２０は、電磁アクチュエータ３０を駆動することによって、適宜のタイミングで吸気弁１１０ａ及び排気弁１１０ｂを開閉動作させる。ただし、吸排気弁制御部３２０は、吸気弁１１０ａ及び排気弁１１０ｂを開閉動作させるカム機構を制御することによって、所定のタイミングで吸気弁１１０ａ及び排気弁１１０ｂを開閉動作させてもよい。
【００５２】
（２−３．第１の燃料噴射制御部）
第１の燃料噴射制御部３３０は、後燃焼気筒♯１の燃料噴射制御を行う。エンジン１００の要求負荷Ｔｑが所定の閾値Ｔｑ０以上の場合、第１の燃料噴射制御部３３０は、エンジン１００の要求負荷Ｔｑに応じた燃料噴射量を設定し、後燃焼気筒♯１への燃料噴射制御を実行する。例えば、第１の燃料噴射制御部３３０は、全気筒運転時用の燃料噴射マップを参照して、エンジン１００の要求負荷Ｔｑに基づいて燃料噴射量を設定することができる。このときの空燃比は、後燃焼気筒♯１への吸気中の酸素量に対して、例えばストイキオ近傍、あるいは、リッチ状態となるように設定される。
【００５３】
また、エンジン１００の要求負荷Ｔｑが所定の閾値Ｔｑ０よりも小さい場合、第１の燃料噴射制御部３３０は、後燃焼気筒♯１でリーン燃焼を生じさせるために、燃料噴射量を少量に設定する。このとき後燃焼気筒♯１では、成層燃焼が行われる。噴射される燃料は、リーン燃焼ガスの圧力を所定程度に上昇させてリーン燃焼ガスを膨張させるために供給される。膨張させるリーン燃焼ガスの体積は、気筒２つ分の容積以上にはならないため、後燃焼気筒♯１では超リーン燃焼が生じる。
【００５４】
具体的に、第１の燃料噴射制御部３３０は、エンジン１００の要求負荷Ｔｑに応じて燃料噴射量を設定したリーン燃焼噴射マップを参照して、燃料噴射量を求めることができる。リーン燃焼噴射マップは、例えば、以下のように作成され、記憶素子に格納される。まず、エンジン１００を定常状態とした場合における、燃料噴射量と膨張後のリーン燃焼ガスの体積との関係をあらかじめ実機を用いたシミュレーション等によって求める。膨張後のリーン燃焼ガスの体積は、すなわち、新気の吸入量とトレードオフの関係にあるため、燃料噴射量と新気の吸入量との関係が求められる。新気の吸入量は、エンジン１００の要求負荷Ｔｑに応じて変化することから、これらの情報を用いて、エンジン１００の要求負荷Ｔｑと燃料噴射量との関係を示したリーン燃焼噴射マップが得られる。
【００５５】
このとき、第１の燃料噴射制御部３３０は、リーン燃焼噴射マップを参照して得られるリーン燃焼噴射基準値を、後燃焼気筒♯１での燃料燃焼後の体積変換効率、及び、吸気側の温度状態に基づき補正し、燃料噴射量を求めてもよい。エンジン１００の運転状態は、様々に変化し得るものであり、後燃焼気筒♯１での燃料燃焼後の体積変換効率、及び、吸気側の温度状態は一定とは限らず、燃料噴射量が一定であっても吹き戻されるリーン燃焼ガスの体積は異なってくる。後燃焼気筒♯１の燃料燃焼後の体積変換効率は、後燃焼気筒♯１におけるリーン燃焼によるリーン燃焼ガスの膨張率に影響し得る要素であり、例えば、筒内温度、筒内圧、点火タイミング又は燃料噴射タイミング等をパラメータとすることができる。また、吸気側の温度状態は、吸気側に吹き戻されたリーン燃焼ガスの体積変化に影響し得る要素であり、例えば、分岐管２０６Ｒやコレクタ部２０４内の温度をパラメータとすることができる。これらのパラメータの値は、センサ等により実際の値を検出してもよいし、それぞれの要素に関連する情報に基づき推定してもよい。
【００５６】
また、それぞれの要素に応じて、リーン燃焼噴射基準値を補正する際には、例えば、それぞれのパラメータの値に応じて補正係数や加減算量を設定した補正マップをあらかじめ記憶素子に格納しておき、第１の燃料噴射制御部３３０は、かかる補正マップを参照して、リーン燃焼噴射基準値を補正してもよい。これにより、現在の後燃焼気筒♯１の燃焼状態や、吸気側の温度状態を考慮して、新気の吸入量がエンジン１００の要求負荷Ｔｑに見合う量となるように、吸気側に吹き戻されるリーン燃焼ガスの体積が調整される。
【００５７】
後燃焼気筒♯１におけるリーン燃焼により生じたリーン燃焼ガスは、排気行程における吸気弁１１０ａの追加リフトにより吸気側に吹き戻される。吹き戻されたリーン燃焼ガスの一部は、同期間に吸気行程となっている先燃焼気筒♯３に導入され、残りのリーン燃焼ガスは、次の後燃焼気筒♯１の吸気行程において、新気とともに後燃焼気筒♯１に吸気される。先燃焼気筒♯３の吸気に、リーン燃焼ガスと併せて新気が含まれる場合もあるが、その場合には、吸気側に残存するリーン燃焼ガスの体積が増加するため、次の後燃焼気筒♯１の吸気行程で吸入される新気の量が減少する。したがって、後燃焼気筒♯１から吸気側に戻されるリーン燃焼ガスの体積が一定であれば、先燃焼気筒♯３及び後燃焼気筒♯１全体での新気の吸入量は一定となる。具体的には、気筒２つ分の容積から、吹き戻されるリーン燃焼ガスの体積を引いた差分が新気の吸入量となる。
【００５８】
（２−４．第２の燃料噴射制御部）
第２の燃料噴射制御部３４０は、先燃焼気筒♯３の燃料噴射制御を行う。エンジン１００の要求負荷Ｔｑが所定の閾値Ｔｑ０以上の場合、第２の燃料噴射制御部３４０は、第１の燃料噴射制御部３３０と同様に、エンジン１００の要求負荷Ｔｑに応じた燃料噴射量を設定し、先燃焼気筒♯３への燃料噴射制御を実行する。このときの空燃比は、先燃焼気筒♯３への吸気中の酸素量に対して、例えばストイキオ近傍、あるいは、リッチ状態になるように設定される。
【００５９】
また、エンジン１００の要求負荷Ｔｑが所定の閾値Ｔｑ０よりも小さい場合、吹き戻し運転により、先燃焼気筒♯３には、後燃焼気筒♯１から吹き戻されたリーン燃焼ガスを含む吸気が導入される。第２の燃料噴射制御部３４０は、導入された吸気中の酸素量に対してストイキオ状態となるように先燃焼気筒♯３への燃料噴射量を設定する。例えば、第２の燃料噴射制御部３４０は、吸気側に吹き戻されたリーン燃焼ガスのみが先燃焼気筒♯３に導入される場合の吸気中の酸素量に対してストイキオ状態となる燃料噴射量を設定する。
【００６０】
具体的に、後燃焼気筒♯１の燃料噴射量に応じて、吸気側に吹き戻されるリーン燃焼ガスの体積をあらかじめ求めることができるため、先燃焼気筒♯３にリーン燃焼ガスのみが導入される場合には、吹き戻されたリーン燃焼ガスのうち、先燃焼気筒♯３に吸気されたリーン燃焼ガスの割合を求めることができる。そのため、後燃焼気筒♯１で噴射された燃料のうち、先燃焼気筒♯３に導入されたリーン燃焼ガスに対して噴射された燃料の量を求めることができる。簡易的には、第２の燃料噴射制御部３４０は、後燃焼気筒♯１の燃料噴射量に対応する、先燃焼気筒♯３及び後燃焼気筒♯１全体の新気の吸気量に対して、ストイキオ状態となる燃料噴射量から、後燃焼気筒♯１の燃料噴射量を引いた差分を、先燃焼気筒♯３の燃料噴射量として設定する。
【００６１】
エンジン１００の要求負荷Ｔｑが変化し、全気筒燃焼停止（４気筒燃料カット）運転領域から吹き戻し運転領域に移行した過渡期の後燃焼気筒♯１がリーン燃焼を開始する初期状態においては、前サイクルで後燃焼気筒♯１を燃焼させていないためにリーン燃焼ガスが含まれない。このため、後燃焼気筒♯１で発生するリーン燃焼ガスは、定常状態に比べてリーンとなり、先燃焼気筒♯３に導入される吸気中の酸素濃度は高く、上記の例に基づいて先燃焼気筒♯３の燃料噴射量を設定した場合に、吸気中の酸素量に対してストイキオ状態となる燃料量よりも少なくなり得る。ただし、この場合であっても、燃焼サイクルが複数回繰り返されることによって、先燃焼気筒♯３の吸気が、後燃焼気筒♯１へ噴射した燃料とほぼ等量の燃料が燃焼したリーン燃焼ガスによって占められる状態へと収束する。
【００６２】
なお、エンジン１００が定常状態になったときの先燃焼気筒♯３に導入されるリーン燃焼ガスを生成するために使用した新気の体積を大気圧下での体積に換算すると、エンジン１００の要求負荷Ｔｑに応じた新気の吸入量に相当する。したがって、先燃焼気筒♯３及び後燃焼気筒♯１全体として、エンジン１００の要求負荷Ｔｑに応じた新気がストイキオ燃焼される運転状態になる。
【００６３】
（２−５．スロットル制御部）
スロットル制御部３５０は、スロットル弁２１０を駆動し、スロットル弁２１０の開度を制御する。エンジン１００の要求負荷Ｔｑが所定の閾値Ｔｑ０以上の場合、スロットル制御部３５０は、エンジン１００の要求負荷Ｔｑに応じてスロットル弁２１０の開度を調節する。具体的に、スロットル制御部３５０は、エンジン１００の要求負荷Ｔｑに応じて設定される燃料噴射量に基づき、ストイキオ近傍、あるいは、リッチ状態となるようにスロットル弁２１０の開度を調節し、新気を導入させる。
【００６４】
一方、エンジン１００の要求負荷Ｔｑが所定の閾値Ｔｑ０より小さい場合、スロットル制御部３５０は、スロットル弁２１０の開度を一定の開度で保持する。このときのスロットル弁２１０は、ポンピングロスが生じない程度に開かれていればよいが、ポンピングロスを生じさせないで吹き戻し運転を行う領域を出来る限り広くできることから、スロットル弁２１０が全開にされるとよい。
【００６５】
＜３．エンジンの制御方法＞
次に、本実施形態にかかるエンジン１００の制御装置３００により実行されるエンジン１００の制御方法について具体的に説明する。以下、従来の気筒停止制御と、本実施形態にかかるエンジン１００の制御との違いについて説明した後に、本実施形態にかかるエンジン１００の制御方法のフローチャートについて説明する。
【００６６】
（３−１．従来の気筒停止制御）
図４は、従来の気筒停止制御を実行可能な気筒停止エンジンの運転領域を示す説明図である。従来の気筒停止エンジンでは、例えば、本実施形態にかかるエンジン１００と同様に、エンジンの要求負荷が比較的高い領域では、スロットル絞りによるエンジンの負荷調整が行われる。この運転領域では、全気筒（４気筒）運転が行われ、エンジンの要求負荷に応じて燃料噴射量が設定される。また、この運転領域では、要求負荷及び燃料噴射量に応じてスロットル弁の開度が設定される。
【００６７】
また、従来の気筒停止エンジンでは、エンジンの要求負荷が比較的低い領域においても、気筒停止運転（２気筒運転）を実行しつつ、スロットル絞りによるエンジンの負荷調整が行われる。この運転領域では、例えば４つの気筒♯１，♯２，♯３，♯４のうちの２つの気筒♯１，♯２の吸気弁及び排気弁が閉じた状態で保持され、他の２つの気筒♯３，♯４のみで燃焼を生じさせ、エンジンの出力負荷を発生させる。このとき、エンジンの要求負荷が小さくなるほど各気筒♯３，♯４への燃料噴射量は小さくされ、これに従ってスロットル弁の開度も小さくされる。
【００６８】
図５〜図１２は、従来の気筒停止エンジンの運転状態を説明するための図であって、１８０°のクランク角を空けて連続で燃焼し、そのうちの一方が停止対象の気筒となる２つの気筒の運転状態を示している。この場合、先燃焼気筒♯３及び後燃焼気筒♯１の各行程は、以下のようになる。
先燃焼気筒→膨張行程、後燃焼気筒→圧縮行程
先燃焼気筒→排気行程、後燃焼気筒→膨張行程
先燃焼気筒→吸気行程、後燃焼気筒→排気行程
先燃焼気筒→圧縮行程、後燃焼気筒→吸気行程
【００６９】
図５、図７、図９、図１１が、２つの気筒の吸気及び排気の流れを示す模式図であり、図６、図８、図１０、図１２が、２つの気筒の吸気弁及び排気弁を開閉させるカムの動作、及び、燃焼波形を示す図である。図６、図８、図１０、図１２において、カム動作の上昇は、吸気弁又は排気弁がリフトすることを表し、燃焼波形は、筒内圧の変化を示している。なお、以下に説明するエンジンは、総排気量が２０００ｃｃの４気筒エンジンであって、大気圧下での１気筒当たりの排気量は５００ｃｃとなっている。
【００７０】
図５及び図６は、図４中にＡで示す運転領域において、４気筒運転でスロットル弁２１０が全開にされている場合を示している。この場合、先燃焼気筒♯３及び後燃焼気筒♯１それぞれ、吸気行程で吸気弁が開かれて大気圧下で５００ｃｃ相当の新気が吸気され、排気行程で排気弁が開かれて同じく大気圧下で５００ｃｃ相当の新気を燃焼させて生成される燃焼ガスが排出される。このとき、例えばストイキオ燃焼とされ、エンジンの出力負荷が大きくなる。
【００７１】
図７及び図８は、図４中にＢで示す運転領域において、４気筒運転でスロットル弁２１０の開度を調整し、エンジンの出力負荷を約２分の１とした場合を示している。この場合、先燃焼気筒♯３及び後燃焼気筒♯１それぞれ、吸気行程で吸気弁が開かれて大気圧下で２５０ｃｃ相当の新気が吸気され、排気行程で排気弁が開かれて同じく大気圧下で２５０ｃｃ相当の新気を燃焼させて生成される燃焼ガスが排出される。すなわち、エンジン全体の新気の吸気量は、運転領域Ａの場合の２分の１となる。このとき、例えば、運転領域Ａと同等の空燃比及び燃焼時期で運転できたとしても、ポンピングロスが発生し、また、冷却損失として失われるエネルギ比率が増えているため、エンジンの出力負荷は運転領域Ａの２分の１よりも小さくなる。
【００７２】
図９及び図１０は、図４中にＢで示す運転領域において、２気筒が停止され、２気筒運転でスロットル弁２１０が全開にされている場合を示している。この場合、後燃焼気筒♯１の吸気弁及び排気弁は閉じたままで保持され、後燃焼気筒♯１への吸気及び排気の出入りはない。また、先燃焼気筒♯３では、吸気行程で吸気弁が開かれて大気圧下で５００ｃｃ相当の新気が吸気され、排気行程で排気弁が開かれて同じく大気圧下で５００ｃｃ相当の新気を燃焼させてできる燃焼ガスが排出される。すなわち、エンジン全体の新気の吸気量は、運転領域Ａの場合の２分の１となる。このとき、例えば、運転領域Ａと同等の空燃比及び燃焼時期で運転できた場合、ポンピングロス、及び、冷却損失として失われるエネルギ比率ともに低く抑えることができる。したがって、エンジンの出力負荷は運転領域Ａの２分の１に近づき、４気筒運転の場合よりも損失が小さくなる。
【００７３】
図１１及び図１２は、図４中にＣで示す運転領域において、２気筒運転でスロットル弁２１０の開度を調整し、エンジンの出力負荷を約４分の１とした場合を示している。この場合、後燃焼気筒♯１への吸気及び排気の出入りはなく、先燃焼気筒♯３では、吸気行程で吸気弁が開かれて大気圧下で２５０ｃｃ相当の新気が吸気され、排気行程で排気弁が開かれて同じく大気圧下で２５０ｃｃ相当の新気を燃焼させて生成される燃焼ガスが排出される。すなわち、エンジン全体の新気の吸気量は、運転領域Ａの場合の４分の１となる。このとき、例えば、２気筒運転状態の運転領域Ｂと同等の空燃比及び燃焼時期で運転できたとしても、ポンピングロスが発生し、また、冷却損失として失われるエネルギ比率が増えているため、エンジンの出力負荷は運転領域Ｂの２分の１よりもさらに小さくなる。
【００７４】
かかる運転領域Ｃを２気筒運転にしている場合、エンジンの出力負荷が小さい状態でスロットル弁２１０の開度が小さくされており、吸気負圧が大きくなって、ポンピングロスが発生する。したがって、エンジンの仕事の効率が低下し、燃費が低下する。
【００７５】
（３−２．吹き戻し制御）
これに対して、図３に示したように、本実施形態にかかるエンジン１００の制御装置３００では、運転領域Ｂよりも要求負荷Ｔｑが小さい領域において、スロットル弁２１０の開度は一定に保持され、後燃焼気筒♯１から吸気側に吹き戻されたリーン燃焼ガスが先燃焼気筒♯３に導入される。この場合、後燃焼気筒♯１の燃料噴射量が多いほど、吹き戻されるリーン燃焼ガスの体積が増加する。先燃焼気筒♯３及び後燃焼気筒♯１の容積の合計値は不変であるため、吹き戻されるリーン燃焼ガスの体積が増加するほど、先燃焼気筒♯３及び後燃焼気筒♯１全体としての新気の吸気量が減少する。これにより、エンジン１００の出力負荷が小さくなる。
【００７６】
４気筒運転から吹き戻し運転に切り替えられる運転領域Ｂでは、後燃焼気筒♯１への燃料噴射量はゼロであり、エンジン１００全体としてみれば、２気筒運転でスロットル弁２１０を全開にしている場合と同じ状態となる。したがって、本実施形態にかかるエンジン１００の制御においても、運転領域Ｂでは、図９及び図１０に示したエンジンの状態と同じ状態になる。ただし、後燃焼気筒♯１の排気弁１１０ｂが閉じられた状態で保持される一方、後燃焼気筒♯１の吸気弁１１０ａは、吸気行程で開かれるとともに、排気行程においても追加リフトされる。後燃焼気筒♯１への燃料噴射量がゼロの場合、後燃焼気筒♯１の吸気弁１１０ａが閉じられたまま維持されてもよい。ただし、開閉されたとしても吹き戻されるガスの体積は変わらないことと、エンジン１００の要求負荷Ｔｑがさらに低下したときの応答性を考慮した場合、燃料噴射量がゼロの場合であっても吸気弁１１０ａを開閉させてもよい。
【００７７】
図１３は、吹き戻し運転時の先燃焼気筒♯３及び後燃焼気筒♯１の吸気の状態を示す説明図である。エンジン１００の要求負荷Ｔｑが所定の閾値Ｔｑ０以上の領域では、先燃焼気筒♯３及び後燃焼気筒♯１ともに、エンジン１００の要求負荷Ｔｑに応じてスロットル弁２１０の開度を調節しながらの燃料噴射制御が実行される。この領域では、先燃焼気筒♯３及び後燃焼気筒♯１ともに、主として吸気行程において吸気弁１１０ａが開かれ、排気行程において排気弁１１０ｂが開かれる。また、エンジン１００の要求負荷Ｔｑが所定の閾値Ｔｑ０より小さくなると、吹き戻し運転が開始され、後燃焼気筒♯１の排気弁１１０ｂの開弁動作は停止され、吸気弁１１０ａが排気行程において追加リフトされる。
【００７８】
吹き戻し運転中、後燃焼気筒♯１では、エンジン１００の要求負荷Ｔｑが小さいほど燃料噴射量が増加する。そのため、エンジン１００の要求負荷Ｔｑが小さいほど、吸気側に吹き戻されるリーン燃焼ガスの体積が大きくなって、後燃焼気筒♯１に導入される吸気のうちのすでに燃焼されたガスの量が多くなる一方、新気の量が少なくなる。また、吸気のうちのすでに燃焼されたガスの量が多いほど、吸気の温度が高くなって、エンジン１００の要求負荷Ｔｑが低い領域においても燃焼特性を向上させることができる。
【００７９】
この間、先燃焼気筒♯３では、導入される吸気中の酸素量に対してストイキオ状態となるように燃料噴射量が設定される。すなわち、後燃焼気筒♯１の燃焼噴射量が多いほど、先燃焼気筒♯３に導入されるリーン燃焼ガスのうちのすでに燃焼されたガスの量が多く、吸気中の酸素量は少なくなる。また、導入されるリーン燃焼ガスのうちのすでに燃焼されたガスの量が多いほど、吸気の温度が高くなって、エンジン１００の要求負荷Ｔｑが低い領域においても燃焼特性を向上させることができる。
【００８０】
吹き戻し運転中、スロットル弁２１０の開度の調整によるエンジン１００の出力負荷の調節は行われないため、吸気負圧によるポンピングロスが生じることがない。したがって、エンジン１００の仕事効率を低下させることがなく、燃費の低下を抑制することができる。
【００８１】
図１４及び図１５は、図３中にＣ´で示す運転領域において、吹き戻し運転で新気の吸入量を４分の１とした場合を示している。大気圧下で５００ｃｃの吸気が後燃焼気筒♯１に導入され、リーン燃焼させられて、排気行程において吸気側に吹き戻される。新気の吸入量を４分の１とする運転領域Ｃ´では大気圧下で２５０ｃｃの新気を吸入するために、吹き戻されるべきリーン燃焼ガスの体積は、大気圧下で７５０ｃｃであり、そのうちの５００ｃｃのリーン燃焼ガスが、先燃焼気筒♯３に導入される。この５００ｃｃのリーン燃焼ガスは、大気圧下で２５０ｃｃ相当の新気をリーン燃焼させたリーン燃焼ガスに相当する。
【００８２】
先燃焼気筒♯３では、大気圧下で２５０ｃｃ相当の新気をリーン燃焼させたリーン燃焼ガスがストイキオ燃焼させられ、排気行程で燃焼後のガスが排出される。先燃焼気筒♯３に導入されずに吸気側に残留した、大気圧下で２５０ｃｃのリーン燃焼ガスは、後燃焼気筒♯１の吸気行程において、大気圧下で２５０ｃｃの新気とともに後燃焼気筒♯１に導入される。運転領域Ｃ´では、原理的に、後燃焼気筒♯１の直前の燃焼サイクルで供給された燃料噴射量の３分の２と、直前の燃焼サイクルで再吸引したリーン燃焼ガスに含まれる、後燃焼気筒♯１の燃焼履歴から決まる、燃焼した燃料量の３分の２とが、先燃焼気筒♯３に導入されたリーン燃焼ガスのうちのすでに燃焼されたガスの燃焼に用いられた燃料の量に相当する。したがって、先燃焼気筒♯３では、大気圧下で２５０ｃｃの新気をストイキオ燃焼させることができる燃料噴射量から、先燃焼気筒♯３に導入されたリーン燃焼ガスのうちのすでに燃焼されたガスの燃焼に用いられた燃料の量を引いた差分に相当する量の燃料が噴射される。
【００８３】
（３−３．フローチャート）
次に、本実施形態にかかるエンジン１００の制御装置３００によるエンジン１００の制御方法について説明する。図１６は、エンジン１００の制御方法の一例を示すフローチャートである。かかる制御方法は、エンジン１００の運転中に常時実行されてもよいし、適宜の条件が成立している期間に実行されてもよい。
【００８４】
まず、ステップＳ１０において、制御装置３００の負荷演算部３１０は、エンジン１００の要求負荷Ｔｑを算出する。例えば、制御装置３００は、トルクマップを参照して、アクセルペダルの操作量Ａｃｃ及びエンジン回転数Ｎｅに基づきエンジン１００の要求負荷Ｔｑを求める。
【００８５】
次いで、ステップＳ１２において、負荷演算部３１０は、算出した要求負荷Ｔｑが、あらかじめ設定された所定の閾値Ｔｑ０以上か否かを判定する。要求負荷Ｔｑが閾値Ｔｑ０以上の場合（Ｓ１２：Ｎｏ）、ステップＳ２４に進み、制御装置３００は全気筒運転を開始（維持）する。この場合、ステップＳ２６において、第１の燃料噴射制御部３３０及び第２の燃料噴射制御部３４０は、燃料噴射マップを参照し、エンジン１００の要求負荷Ｔｑに基づいて燃料噴射量を設定する。次いで、ステップＳ２８において、制御装置３００のスロットル制御部３５０は、エンジン１００の要求負荷Ｔｑに応じてスロットル弁２１０の目標開度を設定する。
【００８６】
次いで、ステップＳ３０において、制御装置３００の第１の燃料噴射制御部３３０、第２の燃料噴射制御部３４０、スロットル制御部３５０、吸排気弁制御部３２０は、それぞれ燃料噴射弁、スロットル弁２１０、吸気弁１１０ａ及び排気弁１１０ｂの制御を実行する。これにより、エンジン１００の全ての気筒♯１，♯２，♯３，♯４により、要求負荷Ｔｑに見合う負荷を出力する。
【００８７】
一方、ステップＳ１２において、要求負荷Ｔｑが閾値Ｔｑ０未満の場合（Ｓ１２：Ｙｅｓ）、ステップＳ１４に進み、制御装置３００は吹き戻し運転を開始（維持）する。この場合、ステップＳ１６において、スロットル制御部３５０は、スロットル弁２１０を、ポンピングロスを生じさせない任意の開度、例えば、全開で保持させる。次いで、ステップＳ１８において、制御装置３００の第１の燃料噴射制御部３３０は、エンジン１００の要求負荷Ｔｑに基づき、リーン燃焼させる後燃焼気筒♯１の燃料噴射量を設定する。さらに、ステップＳ２０において、制御装置３００の第２の燃料噴射制御部３４０は、導入されるリーン燃焼ガス中の酸素量に対してストイキオ燃焼となるように先燃焼気筒♯３の燃料噴射量を設定する。そして、ステップＳ２２において、制御装置３００の第１の燃料噴射制御部３３０、第２の燃料噴射制御部３４０及び吸排気弁制御部３２０は、エンジン１００の要求負荷Ｔｑに応じて、それぞれ燃料噴射弁、吸気弁１１０ａ及び排気弁１１０ｂの制御を実行する。
【００８８】
図１７は、吹き戻し運転時の吸排気弁制御を示すフローチャートである。吹き戻し運転時には、ステップＳ３２において、吸排気弁制御部３２０は、後燃焼気筒♯１の排気弁１１０ｂを閉じた状態に保持させ、ステップＳ３４において、後燃焼気筒♯１の吸気弁１１０ａにおける、吸気行程の開弁動作と併せて、排気行程の追加リフトを開始させる。なお、図１７のフローチャートに示していないが、吹き戻し運転時において、先燃焼気筒♯３の吸気弁１１０ａ及び排気弁１１０ｂの開閉動作は、全気筒運転時の開閉動作と同様とすることができる。
【００８９】
図１８は、吹き戻し運転時の燃料噴射制御の一例を示すフローチャートである。吹き戻し運転時には、まず、ステップＳ５２において、第１の燃料噴射制御部３３０は、マップ情報等を参照して、エンジン１００の要求負荷Ｔｑに基づき、後燃焼気筒♯１に噴射するリーン燃焼噴射基準値を求める。リーン燃焼噴射基準値は、エンジン１００を定常状態と仮定した場合に、エンジン１００の要求負荷Ｔｑに応じた新気の吸入量とし得る燃料噴射量である。
【００９０】
次いで、ステップＳ５４において、第１の燃料噴射制御部３３０は、後気筒燃焼♯１の燃料燃焼後の体積変換効率に関連するパラメータを取得する。かかるパラメータは、例えば、筒内温度、筒内圧、点火タイミング又は燃料噴射タイミング等であってもよい。次いで、ステップＳ５６において、第１の燃料噴射制御部３３０は、吸気側の温度状態に関連するパラメータを取得する。かかるパラメータは、例えば、分岐管２０６Ｒやコレクタ部２０４内の温度であってもよい。次いで、ステップＳ５８において、第１の燃料噴射制御部３３０は、後気筒燃焼♯１の燃料燃焼後の体積変換効率や吸気側の温度状態に基づいて、リーン燃料噴射基準値を補正し、後燃焼気筒♯１の燃料噴射量を決定する。これにより、後燃焼気筒♯１の燃焼状態や吸気側の温度状態のバラつきによる、吸気側に吹き戻されるリーン燃焼ガスの体積のずれを小さくすることができる。
【００９１】
次いで、ステップＳ６０において、第２の燃料噴射制御部３４０は、後燃焼気筒♯１の燃料噴射量に基づき、先燃焼気筒♯３の燃料噴射量を決定する。例えば、第２の燃料噴射制御部３４０は、後燃焼気筒♯１の燃料噴射量、及び、膨張後のリーン燃焼ガスの体積推定の履歴に基づいて、先燃焼気筒♯３に導入されたリーン燃焼ガスを生成するために用いられた新気の大気圧換算の体積を求め新規相当量を求める。さらに、第２の燃料噴射制御部３４０は、この新気相当量をストイキオ燃焼させるための燃料噴射量を求める。そして、第２の燃料噴射制御部３４０は、求められた燃料噴射量から、後燃焼気筒♯１の燃料噴射量履歴から算出される先燃焼気筒♯３への持ち越し分を引いた差分を先燃焼気筒♯３の燃料噴射量としてもよい。
【００９２】
あるいは、第２の燃料噴射制御部３４０は、エンジン１００の要求負荷Ｔｑに対応する新気に対してストイキオ状態となる燃料噴射量から、後燃焼気筒♯１の燃料噴射量を引いた値を、先燃焼気筒♯３の燃料噴射量としてもよい。具体的に、エンジン１００が定常状態にある場合、先燃焼気筒♯３でストイキオ燃焼させるための燃料噴射量は、エンジン１００の要求負荷Ｔｑに応じた新気の吸入量に対してストイキオ状態となる燃料噴射量から後燃焼気筒♯１の燃料噴射量を引いた差分に等しくなる。したがって、吹き戻し運転時における先燃焼気筒♯３の燃料噴射量を、エンジン１００が定常状態にあることを前提として設定してもよい。
【００９３】
このように先燃焼気筒♯３の燃料噴射量を設定する場合、エンジン１００の運転状態が変動した後の過渡期においては、必ずしも先燃焼気筒♯３に導入される吸気の酸素量に対してストイキオ状態とならない場合もあり得るが、燃焼サイクルを複数回繰り返すことにより、先燃焼気筒♯３に導入される吸気の酸素量に対してストイキオ状態となる燃料噴射量に収束する。したがって、かかる燃料噴射量の設定方法は、演算負荷を小さくするために有利となる。
【００９４】
後燃焼気筒♯１及び先燃焼気筒♯３の燃料噴射量が設定された後、ステップＳ６２において、第１の燃料噴射制御部３３０及び第２の燃料噴射制御部３４０は、設定された燃料噴射量に基づいて、後燃焼気筒♯１及び先燃焼気筒♯３の燃料噴射制御を実行する。
【００９５】
ステップＳ２２で、燃料噴射弁、吸気弁１１０ａ及び排気弁１１０ｂの制御を実行した後、又は、ステップＳ３０で、燃料噴射弁、スロットル弁２１０、吸気弁１１０ａ、及び、排気弁１１０ｂの制御を実行した後、再び、ステップＳ１０に戻り、これまで説明した手順に沿って、エンジン１００の制御を繰り返す。これにより、エンジン１００の要求負荷Ｔｑが所定の閾値Ｔｑ０よりも低い場合に、スロットル弁２１０を全開で保持したままで新気の吸入量の調節が可能になり、ポンピングロスが低減され、燃費を向上させることができる。
【００９６】
以上説明したように、本実施形態にかかるエンジン１００の制御装置３００によれば、エンジン１００の要求負荷Ｔｑが低い場合には、後燃焼気筒♯１の排気弁１１０ｂが閉じたまま保持されるとともに、吸気弁１１０ａが吸気行程及び排気行程で開かれる。かかる後燃焼気筒♯１はリーン燃焼させられ、膨張したリーン燃焼ガスが吸気側に吹き戻される。したがって、先燃焼気筒♯３及び後燃焼気筒♯１全体としての新気の吸入量は、吹き戻されるリーン燃焼ガスの体積の変化要因である後燃焼気筒♯１における燃料噴射量によって制御することができる。換言すれば、本実施形態にかかるエンジン１００の制御装置３００によれば、通常は排気行程で捨てられる燃焼ガスの圧力を利用して、スロットル弁２１０を絞ることなく新気の吸入量を制御することができる。
【００９７】
先燃焼気筒♯３では、膨張したリーン燃焼ガスが導入され、当該リーン燃焼ガス中の酸素量に対してストイキオ状態となるように燃料噴射が行われる。これにより、先燃焼気筒♯３及び後燃焼気筒♯１全体として、エンジン１００の要求負荷Ｔｑに応じた新気の吸入量に見合う燃料噴射が行われ、所望の出力負荷を発生させることができる。このように、本実施形態にかかるエンジン１００の制御装置３００は、スロットル弁２１０を絞ることなく新気の吸入量を調節して、エンジン１００の出力負荷を制御することができる。したがって、ポンピングロスが低減され、エンジン１００の仕事の効率が向上し、燃費を向上させることができる。
【００９８】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例又は応用例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００９９】
例えば、上記実施の形態においては、４気筒水平対向型の内燃機関１００を例に採って説明したが、内燃機関の構成は上記の例に限られない。例えば、４気筒Ｖ型又は列型の内燃機関であっても同実施の形態を適用し得る。また、気筒数は４つに限られず、１８０°のクランク角を空けて連続で燃焼する第１の気筒及び第２の気筒を備えた内燃機関であれば、本発明を適用することができる。
【０１００】
また、本実施形態においては、リーン燃焼時の空燃比は、通常のガソリン燃料の均一混合気と火花点火では燃焼させることが困難な超リーン領域である。そのため、火花点火式のガソリンエンジンを対象とする上記の実施の形態では、後燃焼気筒♯１で行われるリーン燃焼は、成層燃焼によるものとしていたが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、ＣＮＧ（天然ガス）や水素等の気体燃料の予混合ガス、又は、燃料気化器を用いて生成される予混合ガスを後燃焼気筒♯１内に直接供給する火花点火式の内燃機関や、軽油等の圧縮着火可能な燃料を利用する圧縮着火式の内燃機関にも本発明を適用することができる。
【符号の説明】
【０１０１】
１００    エンジン（ガソリンエンジン）
２０２    吸気管
２０４    コレクタ部
２０６Ｒ，２０６Ｌ    分岐管
２１０    スロットル弁
３００    制御装置
３１０    負荷演算部
３２０    吸排気弁制御部
３３０    第１の燃料噴射制御部
３４０    第２の燃料噴射制御部
３５０    スロットル制御部
Ｔｑ    要求負荷
【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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