(57)【要約】【課題】可変サイクルエンジンにおいてスムーズに４サイクル運転と２サイクル運転とを切り換える。【解決手段】本発明のエンジンは、点火部によって燃焼室内の燃料に点火を行いつつ４サイクル運転を行う第１の運転モードと、２サイクル運転を行う第２の運転モードと、を有する。第１の運転モードは、比較的実圧縮比が高い第１の通常モードと、第２の運転モードを終了した後、第１の通常モードを開始する前に実行され、比較的実圧縮比が低い第１の移行モードと、を有する。２サイクル運転から４サイクル運転に移行するときに、比較的実圧縮比が低い第１の移行モードによる運転を行うことにより、ノッキングを起こすことなくスムーズに４サイクル運転に移行することができる。【選択図】　図１
2004132304.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室内の燃料に点火を行うことができる点火部を備え、４サイクル運転と２サイクル運転とを行うことができる可変サイクルエンジンであって、
前記点火部によって前記燃焼室内の前記燃料に点火を行いつつ４サイクル運転を行う第１の運転モードと、
２サイクル運転を行う第２の運転モードと、を有し、
前記第１の運転モードは、
比較的実圧縮比が高い第１の通常モードと、
前記第２の運転モードを終了した後、前記第１の通常モードを開始する前に実行され、比較的実圧縮比が低い第１の移行モードと、を有する可変サイクルエンジン。
【請求項２】
請求項１記載の可変サイクルエンジンであって、
前記第１の移行モードは、前記第１の通常モードに比べて排気弁を閉じるタイミングが遅いモードを有する、可変サイクルエンジン。
【請求項３】
請求項１記載の可変サイクルエンジンであって、
前記第１の移行モードは、前記第１の通常モードに比べて吸気弁を閉じるタイミングが遅いモードを有する、可変サイクルエンジン。
【請求項４】
請求項１記載の可変サイクルエンジンであって、
前記第１の移行モードは、前記第１の通常モードに比べて前記点火部による前記燃料への点火のタイミングが遅いモードを有する、可変サイクルエンジン。
【請求項５】
請求項１記載の可変サイクルエンジンであって、
前記燃焼室に供給する燃料の量を増減できる燃料調節部と、
前記燃焼室に供給する酸素の量を増減できる酸素ガス調節部と、を備え、
前記第１の移行モードは、前記第１の通常モードに比べて前記燃焼室に供給する燃料の量が多く、かつ前記第１の通常モードに比べて前記燃焼室に供給する酸素の量が多いモードを有する、可変サイクルエンジン。
【請求項６】
請求項１記載の可変サイクルエンジンであって、
前記燃焼室に供給するガスの温度を変更できる吸気温調節部を備え、
前記第１の移行モードは、前記第１の通常モードに比べて前記燃焼室に供給するガスの温度が低いモードを有する、可変サイクルエンジン。
【請求項７】
請求項１記載の可変サイクルエンジンであって、
前記第２の運転モードは、
前記第１の運転モードを終了した後に実行され、前記点火部による前記燃料への点火を行う第２の移行モードと、
前記第２の移行モードの後に実行される第２の通常モードと、
を有する可変サイクルエンジン。
【請求項８】
請求項７記載の可変サイクルエンジンであって、
前記第２の移行モードは、前記第１の通常モードにおける前記点火部による前記燃料への点火に比べてより早いタイミングで前記点火部による前記燃料への点火を行うモードである、可変サイクルエンジン。
【請求項９】
請求項８記載の可変サイクルエンジンであって、
前記第２の通常モードは、前記第２の移行モードにおける前記点火部による前記燃料への点火に比べてより遅いタイミングで前記点火部による前記燃料への点火を行うモードである、可変サイクルエンジン。
【請求項１０】
請求項７から９のいずれかに記載の可変サイクルエンジンであって、
前記第２の通常モードは、前記点火部による前記燃料への点火を行わないモードである、可変サイクルエンジン。
【請求項１１】
請求項７記載の可変サイクルエンジンであって、
複数のシリンダを備えており、
前記第１の移行モードは、いずれかのシリンダにおいて最初に前記第２の運転モードが終了した後に、いずれかのシリンダにおいて最初に前記第１の通常モードに移行する前に、前記各シリンダにおいて少なくとも１回実行され、
前記第２の移行モードは、いずれかのシリンダにおいて最初に前記第１の運転モードが終了した後に、いずれかのシリンダにおいて最初に前記第２の通常モードに移行する前に、前記各シリンダにおいて少なくとも３回実行される、可変サイクルエンジン。
【請求項１２】
燃焼室内の燃料に点火を行うことができる点火部を備え、４サイクル運転と２サイクル運転とを行うことができる可変サイクルエンジンであって、
前記点火部によって前記燃焼室内の前記燃料に点火を行いつつ４サイクル運転を行う第１の運転モードと、
２サイクル運転を行う第２の運転モードと、を有し、
前記第２の運転モードは、
前記第１の運転モードを終了した後に実行され、前記点火部による前記燃料への点火を行う第２の移行モードと、
前記第２の移行モードの後に実行される第２の通常モードと、
を有する可変サイクルエンジン。
【請求項１３】
請求項１２記載の可変サイクルエンジンであって、
前記第２の移行モードは、前記第１の運転モードにおける前記点火部による前記燃料への点火に比べてより早いタイミングで前記点火部による前記燃料への点火を行うモードである、可変サイクルエンジン。
【請求項１４】
請求項１３記載の可変サイクルエンジンであって、
前記第２の通常モードは、前記第２の移行モードにおける前記点火部による前記燃料への点火に比べてより遅いタイミングで前記点火部による前記燃料への点火を行うモードである、可変サイクルエンジン。
【請求項１５】
請求項１２から１４のいずれかに記載の可変サイクルエンジンであって、
前記第２の通常モードは、前記点火部による前記燃料への点火を行わないモードである、可変サイクルエンジン。
【請求項１６】
請求項１２記載の可変サイクルエンジンであって、
前記第２の移行モードは、ピストンが下降する膨張行程において前記排気弁を開き、前記膨張行程においてその後吸気弁を開く、掃気行程を有する、可変サイクルエンジン。
【請求項１７】
請求項１２記載の可変サイクルエンジンであって、
複数のシリンダを備えており、
前記第２の移行モードは、いずれかのシリンダにおいて最初に前記第１の運転モードが終了した後に、いずれかのシリンダにおいて最初に前記第２の通常モードに移行する前に、前記各シリンダにおいて少なくとも３回実行される、可変サイクルエンジン。
【請求項１８】
点火部によって燃焼室内の燃料に点火を行いつつ４サイクル運転を行う第１の運転モードと、２サイクル運転を行う第２の運転モードと、を有する可変サイクルエンジンにおいて、運転モードを切り換える方法であって、
前記第２の運転モードから前記第１の運転モードへ移行する際には、
（ａ）前記第２の運転モードを終了した後に実行され、比較的実圧縮比が低い第１の移行モードによる運転を実行する工程と、
（ｂ）前記第１の移行モードの後に実行され、比較的実圧縮比が高い第１の通常モードによる運転を実行する工程と、を有する運転モード切り換え方法。
【請求項１９】
点火部によって燃焼室内の燃料に点火を行いつつ４サイクル運転を行う第１の運転モードと、２サイクル運転を行う第２の運転モードと、を有する可変サイクルエンジンにおいて、運転モードを切り換える方法であって、
前記第１の運転モードから前記第２の運転モードへ移行する際には、
（ａ）前記第１の運転モードを終了した後に実行され、前記点火部による前記燃料への点火を行う第２の移行モードによる運転を実行する工程と、
（ｂ）前記第２の移行モードの後に実行される第２の通常モードによる運転を実行する工程と、を備える運転モード切り換え方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、４サイクル運転と２サイクル運転とを行うことができる可変サイクルエンジンに関し、さらに詳しくは、可変サイクルエンジンにおいてスムーズに４サイクル運転と２サイクル運転とを切り換える技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、４サイクル運転において火花点火を行って燃料を燃やす４サイクル火花点火運転と、２サイクル運転において圧縮自着火によって燃料を燃やす２サイクル自着火運転と、の両方を行う内燃機関が存在する（例えば、特許文献１参照）。なお、関連文献として、特許文献２〜５がある。
【特許文献１】
特開平１１−２８０５０４号公報
【特許文献２】
特開平１１−３３６６４７号公報
【特許文献３】
特開２０００−１９２８２８号公報
【特許文献４】
特開２０００−１５２９１９号公報
【特許文献５】
特開平１０−１０３０９２号公報
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、４サイクル火花点火運転と、２サイクル自着火運転とを十分にスムーズに切り換えることができない場合があった。
【０００４】
この発明は従来技術における上述した課題を解決するためになされたものであり、可変サイクルエンジンにおいてスムーズに４サイクル運転と２サイクル運転とを切り換える技術を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
上述の課題の少なくとも一部を解決するため、本発明では、燃焼室内の燃料に点火を行うことができる点火部を備え、４サイクル運転と２サイクル運転とを行うことができる可変サイクルエンジンにおいて、所定の処理を行う。このエンジンは、点火部によって燃焼室内の燃料に点火を行いつつ４サイクル運転を行う第１の運転モードと、２サイクル運転を行う第２の運転モードと、を有する。
【０００６】
そして、第１の運転モードは、比較的実圧縮比が高い第１の通常モードと、第２の運転モードを終了した後、第１の通常モードを開始する前に実行され、比較的実圧縮比が低い第１の移行モードと、を有する。このような態様とすれば、４サイクル運転に移行した直後にノッキングが発生する可能性を低減でき、２サイクル運転から４サイクル運転にスムーズに移行することができる。
【０００７】
なお、第１の移行モードは、第１の通常モードに比べて排気弁を閉じるタイミングが遅いモードを有することが好ましい。上記のような態様とすれば、燃焼室内に残留している既燃ガスを十分排出できるので、４サイクル運転に移行した直後にノッキングが発生する可能性をさらに低減できる。
【０００８】
また、第１の移行モードは、第１の通常モードに比べて吸気弁を閉じるタイミングが遅いモードを有することが好ましい。このようなモードにおいては、実圧縮比を下げることができる。
【０００９】
なお、第１の移行モードは、第１の通常モードに比べて点火部による燃料への点火のタイミングが遅いモードを有することが好ましい。このような態様とすれば、４サイクル運転に移行した直後にノッキングが発生する可能性をさらに低減できる。
【００１０】
また、エンジンは、燃焼室に供給する燃料の量を増減できる燃料調節部と、燃焼室に供給する酸素の量を増減できる酸素ガス調節部と、を備えることが好ましい。そして、第１の移行モードは、第１の通常モードに比べて燃焼室に供給する燃料の量が多く、かつ第１の通常モードに比べて燃焼室に供給する酸素の量が多いモードを有することが好ましい。このような態様とすれば、運転モード切り換えに伴うパワーの変動を低減することができる。
【００１１】
なお、エンジンは、燃焼室に供給するガスの温度を変更できる吸気温調節部を備えることが好ましい。そして、第１の移行モードは、第１の通常モードに比べて燃焼室に供給するガスの温度が低いモードを有することが好ましい。このようなモードにおいては、さらにノッキングを低減することができる。
【００１２】
また、第２の運転モードは、第１の運転モードを終了した後に実行され、点火部による燃料への点火を行う第２の移行モードと、第２の移行モードの後に実行される第２の通常モードと、を有することが好ましい。このような態様とすれば、４サイクル運転から２サイクル運転に移行した直後においても、安定した燃焼を行うことができる。
【００１３】
そして、第２の移行モードは、第１の通常モードにおける点火部による燃料への点火に比べてより早いタイミングで点火部による燃料への点火を行うモードであることが好ましい。このような態様とすれば、４サイクル運転から２サイクル運転に移行した直後において、より安定した燃焼を行うことができる。
【００１４】
さらに、第２の通常モードは、第２の移行モードにおける点火部による燃料への点火に比べてより遅いタイミングで点火部による燃料への点火を行うモードであることが好ましい。このような態様とすれば、２サイクル運転において、安定した燃焼を行うことができる。
【００１５】
また、第２の通常モードは、点火部による燃料への点火を行わないモードとすることもできる。
【００１６】
また、エンジンが複数のシリンダを備えている場合には、以下のようにすることが好ましい。第１の移行モードは、いずれかのシリンダにおいて最初に第２の運転モードが終了した後に、いずれかのシリンダにおいて最初に第１の通常モードに移行する前に、各シリンダにおいて少なくとも１回実行されることが好ましい。このような態様とすれば、第２の運転モードから第１の運転モードに移行する場合に、全シリンダの燃焼が安定した後に、第１の通常モードに移行することができる。
【００１７】
また、第２の移行モードは、いずれかのシリンダにおいて最初に第１の運転モードが終了した後に、いずれかのシリンダにおいて最初に第２の通常モードに移行する前に、各シリンダにおいて少なくとも３回実行されることが好ましい。このような態様とすれば、第１の運転モードから第２の運転モードに移行する場合に、全シリンダの燃焼が安定するようになった後に、第２の通常モードに移行することができる。
【００１８】
なお、第２の移行モードは、ピストンが下降する膨張行程において排気弁を開き、膨張行程においてその後吸気弁を開く、掃気行程を有することが好ましい。
【００１９】
なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能であり、例えば、可変サイクルエンジン、そのエンジンを用いた車両または移動体、運転モード切り換え方法、運転モード切り換え装置、その装置または方法の機能を実現するためのコンピュータプログラム、そのコンピュータプログラムを記録した記録媒体、そのコンピュータプログラムを含み搬送波内に具現化されたデータ信号、等の態様で実現することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明の作用・効果をより明確に説明するために、次の順序に従って、本発明の実施例について説明する。
Ａ．第１実施例：
Ａ−１．装置構成：
Ａ−２．運転領域による４サイクル運転と２サイクル運転の切り換え：
Ａ−３．４サイクル運転と２サイクル運転のバルブ開閉タイミング：
Ａ−４．４サイクル運転と２サイクル運転の切り換え時の運転：
Ａ−５．各シリンダごとのモード切り換え：
Ｂ．第２実施例：
Ｃ．第３実施例：
Ｄ．第４実施例：
Ｅ．変形例：
【００２１】
Ａ．第１実施例：
Ａ−１．装置構成：
図１は、第１実施例のエンジン１０の構造を概念的に示した説明図である。第１実施例のエンジン１０は、４サイクル運転と、２サイクル運転とを選択的に実行することができる。「４サイクル運転」（正確には「４ストローク／１サイクル運転」）とは、吸気、圧縮、膨張、排気の４つのピストン行程で１サイクルが構成される運転である。「２サイクル運転」（正確には「２ストローク／１サイクル運転」）とは、掃気・圧縮行程と、膨張行程の２つのピストン行程で１サイクルが構成される運転である。
【００２２】
図１では、エンジン１０の構造を示すために、燃焼室１５０のほぼ中央で断面を取って表示している。図示されているようにエンジン１０の本体は、シリンダブロック１４０の上部にシリンダヘッド１３０が組み付けられて構成されている。シリンダブロック１４０の内部には、円筒形のシリンダ１４２が設けられており、このシリンダ１４２の内部をピストン１４４が上下に摺動する。シリンダ１４２とピストン１４４とシリンダヘッド１３０の下面とで囲まれた空間が燃焼室１５０となる。
【００２３】
ピストン１４４は、コネクティングロッド１４６を介してクランクシャフト１４８に接続されており、ピストン１４４はクランクシャフト１４８の回転にともなってシリンダ１４２内を上下に摺動する。
【００２４】
シリンダヘッド１３０には、燃焼室１５０に吸入空気を取り入れるための吸気通路１２と、燃焼室１５０内の混合気に点火するための点火プラグ１３６と、燃焼室１５０内で発生した燃焼ガスを排出するための排気通路１６などが接続されている。また、シリンダヘッド１３０には、吸気バルブ１３２と排気バルブ１３４とが設けられている。吸気バルブ１３２および排気バルブ１３４は、それぞれに電動アクチュエータ１６２，１６４によって任意のタイミングで駆動され、ピストン１４４の動きに同期して吸気通路１２および排気通路１６を開閉する。
【００２５】
吸気通路１２の上流側にはエアクリーナ２０が設けられており、エアクリーナ２０には空気中の異物を除去するためのフィルタが内蔵されている。エンジンに吸入される空気は、エアクリーナ２０を通過する際にフィルタで異物を除去された後、燃焼室１５０内に吸入される。また、エアクリーナ２０の下流にはエアフローメータ３６が設けられており、吸気通路１２内を流れる空気の量を後述するエンジン制御用ユニット３０に伝えている。
【００２６】
また、吸気通路１２には過給器５０が設けられている。過給器５０は、排気通路１６に設けられたタービン５２と、吸気通路１２内に設けられたコンプレッサ５４と、タービン５２とコンプレッサ５４とを連結するシャフト５６などから構成されている。燃焼室１５０から勢いよく排出された排気ガスが、排気通路１６を通過する際にタービン５２を回転させると、シャフト５６を介してコンプレッサ５４が駆動され、吸気通路１２の吸入空気が加圧される。
【００２７】
さらに、吸気通路１２には、インタークーラ６２が設けられている。インタークーラ６２はラジエータ６６と接続されており、ポンプ６８が、ラジエータ６６とインタークーラ６２との間で冷却水を循環させている。インタークーラ６２は、コンプレッサ５４によって加圧されて温度が上昇した吸入空気を冷却する機能を有している。また、吸気通路１２には、インタークーラ６２と並行してインタークーラ６２をバイパスするバイパス通路６２ｂが設けられている。そして、バイパス通路６２ｂの吸気通路１２からの分岐点には、バイパス流量調整弁６４が設けられている。バイパス流量調整弁６４は、インタークーラ６２を通る空気の量と、バイパス通路６２ｂを通る空気の量を調整する。バイパス流量調整弁６４が各通路を通る空気の流量を調整することによって、燃焼室１５０内に送られる空気の温度が調節される。
【００２８】
さらに、インタークーラ６２の下流の吸気通路１２には、スロットル弁２２が設けられている。電動アクチュエータ２４を駆動してスロットル弁２２を適切な開度に制御することで、燃焼室１５０内に吸入される空気量を制御することができる。
【００２９】
第１実施例のエンジン１０は、シリンダヘッド１３０に設けられた燃料噴射弁１５を備えている。燃料噴射弁１５は、燃焼室１５０内にガソリンを噴射することができる。この燃料噴射弁１５は、噴射するガソリンの量を増減することができる。ガソリンは図示しないガソリンタンクに蓄えられており、図示しない燃料ポンプで汲み上げられて燃料噴射弁１５に供給されている。
【００３０】
排気通路１６には、前述のように、過給器５０が設けられている。排気通路内を通る排気が過給器５０のタービン５２を回転させて、シャフト５６を介してコンプレッサ５４を駆動する。その結果、吸気通路１２の吸入空気が加圧される。また、過給器５０には、過給圧調整弁５８が設けられている。この過給圧調整弁５８によって、排気によるタービン５２の回転力が調節され、その結果、吸気通路１２内の空気の過給圧が調節される。
【００３１】
排気通路１６の下流には、排気ガスに含まれる大気汚染物質を浄化するための触媒２６が設けられている。触媒２６により、排気ガス中に含まれる汚染物質を浄化することが可能である。
【００３２】
エンジン１０の動作は、エンジン制御用ユニット（以下、ＥＣＵ）３０によって制御されている。ＥＣＵ３０は、ＣＰＵや、ＲＡＭ、ＲＯＭ、Ａ／Ｄ変換素子、Ｄ／Ａ変換素子などをバスで相互に接続して構成された周知のマイクロコンピュータである。ＥＣＵ３０は、エンジン回転速度Ｎｅ　やアクセル開度θａｃを検出し、これらに基づいてスロットル弁２２を適切な開度に制御する。エンジン回転速度Ｎｅ　は、クランクシャフト１４８の先端に設けたクランク角センサ３２によって検出することができる。アクセル開度θａｃは、アクセルペダルに内蔵されたアクセル開度センサ３４によって検出することができる。ＥＣＵ３０は、燃料噴射弁１５、点火プラグ１３６、バイパス流量調整弁６４および過給圧調整弁５８などを適切に駆動する制御も司っている。
【００３３】
またＥＣＵ３０は、シリンダブロック１４０に設けられたノックセンサ２５の出力に基づいて、ノックの発生を検出することができる。ノックセンサ２５は、燃焼室１５０内でノックが発生したときにシリンダ１４２内に発生する気柱振動を、共振現象を利用して検出することによりノックの発生を検出する。あるいは、ノックセンサ２５に代えて、燃焼室１５０内の圧力を検出する圧力センサ２３を、シリンダブロック１４０あるいはシリンダヘッド１３０に設けることとしても良い。ノックセンサ２５に代えて圧力センサ２３が設けられている場合は、ＥＣＵ３０は、圧力センサ２３で検出した燃焼室１５０内の圧力を読み込んで、燃焼室１５０内圧力の上昇速度を算出することによって、ノックの発生を検出することができる。
【００３４】
また、ＥＣＵ３０は、エンジン回転速度Ｎｅ　やアクセル開度θａｃを検出し、これらに基づいて４サイクル運転と２サイクル運転とを切り換える制御も行う。４サイクル運転では、ピストンが２往復する間に１回の割合で、混合気の吸入と燃焼と排気とを行うのに対し、２サイクル運転では、ピストンが１往復するたびに、吸入と燃焼と排気とを行う。ピストン１４４の動きに同期させて、吸気バルブ１３２、排気バルブ１３４を開閉させるタイミングを変更し、また、燃料噴射弁１５、点火プラグ１３６などを駆動するタイミングを切り換えてやれば、４サイクル運転と２サイクル運転とを切り換えることができる。
【００３５】
具体的には、ＥＣＵ３０は、エンジン回転速度Ｎｅ　やアクセル開度θａｃに基づいて、吸気バルブ１３２、排気バルブ１３４の開閉タイミングを設定する。そして、それら吸気バルブ１３２および排気バルブ１３４の開閉タイミングは、電磁駆動弁駆動回路４０に伝えられる。電磁駆動弁駆動回路４０は、それらの値にしたがって、電動アクチュエータ１６２，１６４を適切なタイミングで駆動する。
【００３６】
Ａ−２．運転領域による４サイクル運転と２サイクル運転の切り換え：
図２は、エンジンの運転条件によって４サイクル運転領域と２サイクル運転領域とが設定されているマップを示す説明図である。図２の横軸は、クランクシャフト１４８の単位時間当たりの回転数Ｎｅを表す。そして、図２の縦軸は、ＥＣＵ３０がアクセル開度などに基づいて設定する、エンジン１０に対する要求負荷（要求トルク）Ｌを表す。図中の領域Ｉと領域ＩＩＩが、４サイクル運転であって火花点火を行う運転（４サイクル火花点火モード）を行う領域である。そして、領域ＩＩが２サイクル運転であって自着火による運転（２サイクル自着火モード）を行う領域である。図示するように、低負荷低回転のとき（領域Ｉ）および高負荷高回転のとき（領域ＩＩＩ）に、４サイクル火花点火モードで運転を行い、中負荷中回転のとき（領域ＩＩ）に、２サイクル自着火モードで運転を行う。ＥＣＵ３０は、図２のマップをＲＯＭに記憶しており、そのマップにしたがって運転モードを決定する。なお、後述するように、モードの移行に際しては特殊な処理が行われる。
【００３７】
なお、「２サイクル自着火モード」の名称は、このモードにおいて常に自着火燃焼が起こっていることを示すものではない。すなわち、後述するように、２サイクル自着火モードにおいても火花点火燃焼を起こさせる場合がある。なお、図２における領域ＩＩＩの４サイクル火花点火モードが特許請求の範囲にいう「第１の運転モード」に相当し、領域ＩＩの２サイクル自着火モードが特許請求の範囲にいう「第２の運転モード」に相当する。
【００３８】
自着火燃焼では燃焼室内で短時間にいっきに燃焼が起こる。このため、一般的な火花点火燃焼のような、初期に燃焼した領域が長時間にわたって高温に維持されることによる影響が少ない。さらに、自着火燃焼は、火花点火燃焼が困難な希薄な混合機においても短時間で燃料が燃焼するという特徴を有するため、火花点火燃焼に比べてＮＯｘ発生量が著しく低くなる条件が存在する。よって、できるだけ広い運転領域で、このような自着火燃焼を利用する自着火モードによる運転を行うことが好ましい。
【００３９】
しかし、要求負荷Ｌが小さい領域では、燃焼室内に吸入される空気量および燃料量が少ないので、燃焼室内の混合気の圧縮開始時の圧力が低くなる。このため、ピストンで圧縮しても混合気が自着火し難い傾向がある。そこで、要求負荷Ｌが小さい領域では、４サイクル火花点火モードで運転を行う。
【００４０】
また、自着火燃焼では燃焼室内で短時間にいっきに燃焼が起こる。このため、自着火燃焼では、要求負荷Ｌが大きい領域および回転数が高い領域では、火花点火燃焼の場合に比べて騒音が大きくなる。よって、要求負荷Ｌが大きい領域および回転数が高い領域では、４サイクル火花点火モードで運転を行う。
【００４１】
Ａ−３．４サイクル運転と２サイクル運転のバルブ開閉タイミング：
図３は、低負荷低回転時の４サイクル火花点火モードにおいて、ピストン１４４の動きに同期させて吸気バルブ１３２および排気バルブ１３４を開閉させるタイミングを示した説明図である。図３において、「ＴＤＣ」はピストンが上死点となるタイミングを示し、「ＢＤＣ」はピストンが下死点となるタイミングを示している。そして、吸気バルブ１３２を開くタイミングを「ＩＶＯ」で表し、吸気バルブ１３２を閉じるタイミングを「ＩＶＣ」で表す。また、排気バルブ１３４を開くタイミングを「ＥＶＯ」で表し、排気バルブ１３４を閉じるタイミングを「ＥＶＣ」で表す。なお、図中には、点火プラグ１３６から火花を飛ばしてガソリンの混合気に点火するタイミング「ＥＧ」を併せて表示している。
【００４２】
図３においては、各バルブの開閉タイミングおよび火花点火のタイミングは、ピストン１４４が上死点と下死点の間を往復する間のクランクシャフト１４８の回転角度に対応させて、たとえば、上死点前５°、下死点前３５°のように表す。図３において、「ＢＴＤＣ」は「上死点前」を表し、「ＡＴＤＣ」は「上死点後」を表す。そして、「ＢＢＤＣ」は「下死点前」を表し、「ＡＢＤＣ」は「下死点後」を表す。
【００４３】
図３に示すように、低負荷低回転時の４サイクル火花点火モードにおいては、ピストン１４４が上死点前５°のときに吸気バルブ１３２を開く。このとき、排気バルブ１３４は開いている。そして、ピストン１４４が上死点ＴＤＣを越えて上死点後５°の位置にきたときに排気バルブ１３４を閉じる。その後、ピストン１４４が下降して下死点ＢＤＣを越え、上昇に転じて、下死点後６０°の位置にきたときに、吸気バルブ１３２を閉じる。吸気バルブ１３２が開いており、ピストン１４４が下降している間に、吸気通路１２から吸気が行われ（吸気行程）、所定のタイミングで燃料噴射弁１５から燃料噴射が行われる。その後、ピストン１４４がさらに上昇して燃焼室１５０内の燃料ガスを圧縮し（圧縮行程）、上死点前２０°の位置にきたときに、点火プラグ１３６で火花を飛ばして燃焼室１５０内の燃料に点火する。下死点後６０°の位置で吸気バルブ１３２を閉じた後は、吸気バルブ１３２と排気バルブ１３４は、ともに閉じている。
【００４４】
火花点火により燃焼室１５０内の燃料が燃えてピストン１４４を押し下げ（爆発行程）、ピストン１４４が下死点前３５°の位置にきたときに、排気バルブ１３４を開く。そして、ピストン１４４が下降から上昇に転じ、ピストン１４４が上死点前５°のときに吸気バルブ１３２を開く。その後、ピストン１４４が上死点ＴＤＣを越えて上死点後５°の位置にきたときに排気バルブ１３４を閉じる。排気バルブ１３４が開いており、ピストン１４４が上昇している間に、排気通路１６から既燃ガスの排出が行われる（排気行程）。
【００４５】
以下、同様に運転サイクルが繰り返される。なお、図３において、吸気バルブ１３２が開いている区間を、両端に矢印を付した円弧ＩＶで示す。そして、排気バルブ１３４が開いている区間を、両端に矢印を付した円弧ＥＶで示す。
【００４６】
図４は、高負荷高回転時の４サイクル火花点火モードにおいて、ピストン１４４の動きに同期させて吸気バルブ１３２および排気バルブ１３４を開閉させるタイミングを示した説明図である。図中の各表記は図３と同様である。高負荷高回転時の４サイクル火花点火モードにおいては、吸気バルブ１３２は、ピストンが下死点後６０°ではなく下死点後９８°の位置にあるときに閉じられる。他の点は、図３に示した低負荷低回転時の４サイクル火花点火モードにおける各バルブの開閉タイミングと同様である。
【００４７】
図５は、中負荷中回転時の２サイクル自着火モードにおいて、ピストン１４４の動きに同期させて吸気バルブ１３２および排気バルブ１３４を開閉させるタイミングを示した説明図である。図中の各表記は図３と同様である。図５に示すように、中負荷中回転時の２サイクル自着火モードにおいては、ピストン１４４が下降して下死点前６５°の位置にきたときに排気バルブ１３４を開く。このとき、吸気バルブ１３２は閉じている。そして、ピストン１４４がさらに下降して下死点前４０°の位置にきたときに吸気バルブ１３２を開く。その後、ピストン１４４が下降から上昇に転じて下死点後３５°の位置にきたとき、排気バルブ１３４を閉じる。ピストン１４４が下死点前４０°から下死点後３５°にある間、吸気通路１２から吸気が行われ、排気通路１６から既燃ガスの排出が行われる。すなわち、掃気が行われる（掃気行程）。
【００４８】
その後、ピストン１４４が下死点後５０°の位置にきたときに、吸気バルブ１３２を閉じる。吸気バルブ１３２を閉じた後、所定のタイミングで燃料噴射弁１５から燃料噴射が行われる。そして、ピストン１４４が上昇して燃焼室１５０内の空気および燃料を圧縮すると（圧縮行程）、上死点ＴＤＣ近辺で燃料が自着火を起こし、ピストン１４４を押し下げる（爆発行程）。以下、同様に運転サイクルが繰り返される。なお、２サイクル自着火モードにおいては、前のサイクルの高温の既燃ガスが完全には燃焼室１５０外に排出されず、燃焼室１５０内に残る。このため燃焼室１５０内は高温であり、次のサイクルで吸気通路１２から吸気された燃料ガスは、燃焼室１５０内において自着火を起こしやすい。
【００４９】
Ａ−４．４サイクル運転と２サイクル運転の切り換え時の運転：
図６は、中負荷中回転時の２サイクル自着火モードから高負荷高回転時の４サイクル火花点火モードに移行した直後の、吸気バルブ１３２および排気バルブ１３４の開閉タイミングを示した説明図である。なお、中負荷中回転時の２サイクル自着火モードから高負荷高回転時の４サイクル火花点火モードへの移行を、図２において、矢印Ｔ１で示す。
【００５０】
中負荷中回転時の２サイクル自着火モードから高負荷高回転時の４サイクル火花点火モードに移行した直後には、図６に示すように、吸気バルブ１３２を閉じるタイミングを、下死点後９８°ではなく、下死点後１０６°とする。他の点は、図４に示した高負荷高回転時の４サイクル火花点火モードにおける各バルブの開閉タイミングと同様である。参考のため、図４に示したサイクルでの運転において吸気バルブ１３２を閉じるタイミング（下死点後９８°）を、図６において破線で示す。高負荷高回転時の４サイクル火花点火モードに移行した直後の図６のような運転モードを、「４サイクル移行モード」と呼ぶ。これに対して、図４に示した高負荷高回転時の通常の４サイクル火花点火モードを「４サイクル通常モード」と呼ぶ。４サイクル移行モードが、特許請求の範囲にいう「第１の移行モード」に相当し、４サイクル通常モードが、特許請求の範囲にいう「第１の通常モード」に相当する。
【００５１】
図７は、エンジンの運転が、２サイクル自着火モードから４サイクル移行モードに移行し、その後、４サイクル通常モードに移行する様子を示すタイムチャートである。図の下部の横線は、クランクシャフト１４８の回転角を示している。２サイクル自着火モードにおいては、クランクシャフト１４８が１回転する間に１サイクルの運転が行われるので、０〜３６０の角度が示されている。そして、４サイクル火花点火モードにおいては、クランクシャフト１４８が２回転する間に１サイクルの運転が行われるので、０〜７２０の角度が示されている。なお、ピストンが上死点にあるタイミングを（ＴＤＣ）で示している。
【００５２】
図７の上部には、モードを示している。ここでは、（ＩＩ）は、２サイクル自着火モードを示し、（ＩＩＩ）は、４サイクル火花点火モードのうちの４サイクル通常モードを示している。そして、（ＩＩＩａ）は、４サイクル火花点火モードのうちの４サイクル移行モードを示している。そして、図７の中段においては、ＩＶの欄に示した両端に矢印を有する線分が、吸気バルブ１３２が開いている区間を示し、ＥＶの欄に示した両端に矢印を有する線分が、排気バルブ１３４が開いている区間を示す。「ＢＢＤＣ６５°」、「ＡＢＤＣ３５°」などの各バルブを開閉するタイミングの位相の表記は、図３と同様である。
【００５３】
図７に示すように、本実施例では、２サイクル自着火モードから４サイクル火花点火モードに移行する際には、２サイクル自着火モード（ＩＩ）の掃気・圧縮行程（位相が３６０°に至るまでの行程）後、まず４サイクル移行モードに移行する（ＩＩＩａ）。そして、４サイクル移行モードで排気行程（ＢＢＤＣ３５°〜ＡＴＤＣ５°）および吸気行程（ＢＴＤＣ５°〜ＡＢＤＣ１０６°）を１回ずつ行った後、すなわち、１サイクルの運転を行った後、４サイクル通常モードに移行する（ＩＩＩ）。
【００５４】
図５に示す２サイクル自着火モードの運転では、各サイクルにおいて、直前のサイクルで生成された高温の既燃ガスが残留している。また、２サイクル自着火モードの運転では、クランクシャフト１４８が１回転する（ピストン１４４が１往復する）たびに燃焼が１回起こるため、シリンダブロック１４０やシリンダヘッド１３０が高温になっている。このため、２サイクル自着火モードから４サイクル火花点火モードに移行した直後は、ノッキングが起こりやすい。ノッキングが起こると、排気中のＮＯｘも増大する。
【００５５】
しかし、本実施例では、図６に示すように、２サイクル自着火モードから４サイクル火花点火モードに移行した直後は、吸気バルブ１３２を閉じるタイミングを遅らせている。その結果、４サイクル火花点火モードに移行した直後は、その後の運転に比べて実圧縮比が低い。よって、４サイクル火花点火モードに移行した直後であっても、ノッキングが発生しにくい。その結果、ＮＯｘの発生量も低減できる。なお、「実圧縮比」とは、吸気バルブおよび排気バルブがすべて閉じたときの燃焼室の容積を、ピストンが圧縮上死点にあるときの燃焼室の容積で割った値である。
【００５６】
図８は、高負荷高回転時の４サイクル火花点火モードから中負荷中回転時の２サイクル自着火モードに移行した直後の、吸気バルブ１３２および排気バルブ１３４の開閉タイミングを示した説明図である。高負荷高回転時の４サイクル火花点火モードから中負荷中回転時の２サイクル自着火モードへの移行を、図２において、矢印Ｔ２で示す。
【００５７】
図８に示すように、高負荷高回転時の４サイクル火花点火モードから中負荷中回転時の２サイクル自着火モードに移行した直後には、上死点前３０°のタイミングで点火プラグ１３６による火花点火を行う。図８の運転の他の点は、図５に示した２サイクル自着火モードにおける運転と同様である。参考のため、図４に示したサイクルでの運転において火花点火を行うタイミング（上死点前２０°）を、図８において破線で示す。２サイクル自着火モードに移行した直後の図８のような運転モードを、「２サイクル移行モード」と呼ぶ。これに対して、図５に示した通常の２サイクル火花点火モードを「２サイクル通常モード」と呼ぶ。
【００５８】
図９は、エンジンの運転が、４サイクル火花点火モードから２サイクル移行モードに移行し、その後、２サイクル通常モードに移行する様子を示すタイムチャートである。図の上段において、（ＩＩ）は、２サイクル自着火モードのうちの２サイクル通常モードを示しており、（ＩＩａ）は、２サイクル自着火モードのうちの２サイクル移行モードを示している。その他の表記は図７と同様である。
【００５９】
図９に示すように、本実施例では、４サイクル火花点火モードから２サイクル自着火モードに移行する際には、４サイクル通常モード（ＩＩＩ）の圧縮行程および爆発行程（ＡＢＤＣ９８°で吸気バルブ１３２を閉じた後、クランクシャフト１４８の位相７２０°まで）の後、まず２サイクル移行モードに移行する（ＩＩａ）。そして、２サイクル移行モードで排気（ＢＢＤＣ６５°〜ＡＢＤＣ３５°）および吸気（ＢＢＤＣ４０°〜ＡＢＤＣ５０°）を３回ずつ行った後、すなわち、３サイクルの運転を行った後、２サイクル通常モードに移行する（ＩＩ）。
【００６０】
図４に示す４サイクル火花点火モードの運転においては、クランクシャフト１４８が２回転する（ピストン１４４が２往復する）たびに燃焼が１回起こるため、２サイクル自着火モードの運転に比べてシリンダブロック１４０やシリンダヘッド１３０の温度が低い。このため、高負荷高回転時の４サイクル火花点火モードから中負荷中回転時の２サイクル自着火モードに移行した直後は、自着火のタイミングが変動しやすく、失火も起こりやすい。さらに、２サイクル自着火モードでは、直前のサイクルの高温の既燃ガスを利用して自着火を行うため、一度失火が起こると、既燃ガスが発生せず、その後も続けて自着火に失敗することになる。
【００６１】
しかし、本実施例では、図８に示すように、４サイクル火花点火モードから２サイクル自着火モードに移行した直後は、点火プラグ１３６による火花点火を行っている。その結果、２サイクル運転に移行した直後にも安定して燃焼を行うことができる。その結果、４サイクル運転から２サイクル運転に移行した直後のトルクの変動を低減することができる。
【００６２】
また、本実施例の２サイクル移行モードでは、図８に示すように、４サイクル火花点火モードに比べて早いタイミングで火花点火を行っている。このため、火花点火による燃焼で生じた既燃ガスが燃焼室１５０中の未燃ガスを断熱圧縮し、未燃ガス中の自着火を起こさせやすい。このため、４サイクル火花点火モードと同様のタイミングで火花点火を行う場合に比べて、火花点火を行っているときでもＮＯｘの発生を低減できる可能性が高い。
【００６３】
Ａ−５．各シリンダごとのモード切替：
図１０は、４サイクルモードと２サイクルモードを切り換える際の手順を示すフローチャートである。これまでは、一つのシリンダについて運転モードの切換を説明した。しかし、ここでは、多気筒エンジンの各シリンダのモード切替について説明する。ここでは、エンジンは３気筒であるものとする。
【００６４】
まず、ステップＳ１１０で、現在の運転モードが４サイクル火花点火モードであるか否かを判定する。判定結果がＹｅｓである場合は、ステップＳ１２０で、直前のサイクルが２サイクル自着火モードであったか否かを判定する。なお、４サイクル運転においては、吸気、圧縮、膨張、排気の４つの行程で１サイクルを構成する。４サイクル運転においては、１サイクルでピストンは上下に２往復する。一方、２サイクル運転においては、掃気・圧縮と、膨張の２つの行程で１サイクルを構成する。２サイクル運転においては、１サイクルでピストンは上下に１往復する。
【００６５】
ステップＳ１２０の判定結果がＹｅｓである場合、すなわち、直前のサイクルが２サイクル自着火モードによるサイクルであり、現在のサイクルが４サイクル火花点火モードによるサイクルである場合は、ステップＳ１３０において、カウンタＣｓをＣｓ０とする。ここで、Ｃｓ０は、エンジンの気筒数と等しい数であり、本実施例においては３である。その後、ステップＳ１４０において、次の１サイクルを図６に示した４サイクル移行モードにしたがって開始する。
【００６６】
ステップＳ１２０において、判定結果がＮｏである場合、すなわち、現在のサイクルが４サイクル火花点火モードであり、直前のサイクルも４サイクル火花点火モードによる運転である場合は、ステップＳ１５０に進む。ステップＳ１５０では、カウンタＣｓが０であるか否かを判定する。カウンタＣｓが０でない場合は、ステップＳ１６０においてＣｓを一つ減らす。その後、ステップＳ１４０において、次の１サイクルを図６に示した４サイクル移行モードにしたがって開始し、処理を終了する。
【００６７】
図１０のフローチャートが繰り返し実行され、その間、ステップＳ１５０の判定結果がＮｏである場合は、運転が行われるにしたがって、ステップＳ１６０でカウンタＣｓが一つずつ減らされることになる。その間、エンジンの運転は４サイクル移行モードに従って行われる（ステップＳ１４０参照）。その後、Ｃｓが０となった場合には、ステップＳ１５０における判定結果がＹｅｓとなる。そのときには、ステップＳ１７０で、図４に示した４サイクル通常モードの運転を行う。４サイクル移行モードから４サイクル通常モードに移行する際には、吸気バルブ１３２を閉じるタイミングは、下死点後１０６°から下死点後９８°に変更される（図６および図４参照）。
【００６８】
カウンタＣｓは、ステップＳ１３０において３に設定される。このため、２サイクル自着火モードを終了したのち、ステップＳ１７０で４サイクル通常モードによる運転を行うまでに、ステップＳ１４０における４サイクル移行モードによるサイクルはエンジン全体で３回行われる。各シリンダのサイクルは同じ周期で行われている、そして、各シリンダにおいては、１周期内の時間だけ位相をずらして順に運転サイクルが行われている。よって、２サイクル自着火モードから４サイクル火花点火モードに移行する際には、３気筒エンジンの各シリンダについて１回ずつ４サイクル移行モードによるサイクルが行われた後、４サイクル火花点火モードに移行する。
【００６９】
一方、ステップＳ１１０での判定結果がＮｏである場合、すなわち、現在のサイクルが２サイクル自着火モードによるサイクルである場合は、ステップＳ２２０で、直前のサイクルが４サイクル火花点火モードであったか否かを判定する。ステップＳ２２０の判定結果がＹｅｓである場合、すなわち、直前のサイクルが４サイクル火花点火モードによるサイクルであり、現在のサイクルが２サイクル自着火モードによるサイクルである場合は、ステップＳ２３０において、カウンタＣｅをＣｅ０とする。ここで、Ｃｅ０は、エンジンの気筒数の３倍の数であり、本実施例においては９である。
【００７０】
その後、ステップＳ２４０において、次の１サイクルを図８に示した２サイクル移行モードにしたがって開始する。ステップＳ２３０においては、４サイクル火花点火モードによる運転が行われていたので、ステップＳ２３０からステップＳ２４０に移行して、２サイクル移行モードによる運転が行われる際には、掃気行程が設けられる（図４および図８参照）。「掃気行程」とは、吸気通路１２から燃焼室内に吸気が行われ、排気通路１６から既燃ガスの排出が行われる行程である。
【００７１】
ステップＳ２２０において、判定結果がＮｏである場合、すなわち、現在のサイクルが２サイクル自着火モードであり、直前のサイクルも２サイクル自着火モードによる運転である場合は、ステップＳ２５０に進む。ステップＳ２５０では、カウンタＣｅが０であるか否かを判定する。カウンタＣｅが０でない場合は、ステップＳ２６０においてＣｅを一つ減らす。その後、ステップＳ２４０において、次の１サイクルを図８に示した２サイクル移行モードにしたがって開始する。
【００７２】
図１０のフローチャートが繰り返し実行され、その間、ステップＳ２５０の判定結果がＮｏである場合は、運転が行われるにしたがって、ステップＳ２６０でカウンタＣｅが一つずつ減らされることになる。その間、エンジンの運転は２サイクル移行モードに従って行われる（ステップＳ２４０参照）。その後、Ｃｅが０となった場合には、ステップＳ２５０における判定結果がＹｅｓとなる。そのときには、ステップＳ２７０で、図５に示した２サイクル通常モードの運転を行う。２サイクル移行モードから２サイクル通常モードに移行する際には、上死点前３０°で行われていた点火プラグ１３６による火花点火は休止される（図８および図５参照）。
【００７３】
カウンタＣｅは、ステップＳ２３０において９に設定される。このため、４サイクル火花点火モードを終了したのち、ステップＳ２７０で２サイクル通常モードによる運転を行うまでに、ステップＳ２４０における２サイクル移行モードによるサイクルはエンジン全体で９回行われる。すなわち、４サイクル火花点火モード運転から２サイクル自着火モード運転に移行する際には、３気筒エンジンの各シリンダについて３回ずつ２サイクル移行モード運転が行われた後、２サイクル自着モード運転に移行する。なお、図１０において、破線で囲って示した４サイクル通常モードおよび２サイクル通常モードが、それぞれ図２において領域ＩＩＩに示される４サイクル火花点火モードであり、領域ＩＩに示される２サイクル自着火モードである。
【００７４】
図１１は、３気筒エンジンの運転が、２サイクル自着火モードから４サイクル移行モードに移行し、その後、４サイクル通常モードに移行する様子を示すタイムチャートである。図１１においては、左上の矢印Ｆ１で示すタイミングが、２サイクル自着火モードから４サイクル火花点火モードに移行する要求があった時刻を表す。また、ＩＶ１〜ＩＶ３の各欄に示した両端に矢印を有する線分が、１番目から３番目の各シリンダにおいて、吸気バルブ１３２が開いている区間を示す。そして、ＥＶ１〜ＥＶ３の各欄に示した両端に矢印を有する線分が、１番目から３番目の各シリンダにおいて、排気バルブ１３４が開いている区間を示す。その他の表記は図７と同様である。
【００７５】
本実施例では、２サイクル自着火モードから４サイクル火花点火モードに移行する際には、各気筒について１回、４サイクル移行モードによるサイクル（ＩＩＩａ）を行う。よって、図１１に示すように、あるシリンダにおいて２サイクル通常モードによるサイクルが行われているときに（ＩＩ）、別のシリンダで、４サイクル通常モードによるサイクル（ＩＩＩ）が行われることはない。すなわち、あるシリンダで４サイクル通常モードによるサイクル（ＩＩＩ）が開始されるときには、他のシリンダは、４サイクル移行モードによるサイクル（ＩＩＩａ）が行われているか、すでに４サイクル通常モードによるサイクル（ＩＩＩ）が行われているか、のいずれかである。このため、安定して２サイクル自着火モードから４サイクル火花点火モードに移行することができる。
【００７６】
図１２は、３気筒エンジンの運転が、４サイクル火花点火モードから２サイクル移行モードに移行し、その後、２サイクル通常モードに移行する様子を示すタイムチャートである。図の各表記は、図１１および図９と同様である。図１２においては、左上の矢印Ｆ２で示すタイミングが、４サイクル火花点火モードから２サイクル自着火モードに移行する要求があった時刻を表す。本実施例では、４サイクル火花点火モードから２サイクル自着火モードに移行する際には、各気筒について３回、２サイクル移行モードによるサイクル（ＩＩａ）を行う。このため、あるシリンダで２サイクル通常モードによるサイクル（ＩＩ）が開始されるときには、他のシリンダは、２サイクル移行モードによるサイクル（ＩＩａ）が行われているか、すでに２サイクル通常モードによるサイクル（ＩＩ）が行われているか、のいずれかである。よって、４サイクル通常モードによるサイクル（ＩＩＩ）と２サイクル通常モード（ＩＩ）によるサイクルとが併存することがない。その結果、安定して４サイクル火花点火モードから２サイクル自着火モードに移行することができる。
【００７７】
また、火花点火モードによる運転においては、点火プラグ１３６などの点火手段によって燃料ガスに火をつけるため、モード移行後、比較的早期に安定した燃焼を行うことができる。これに対して、自着火モードによる運転においては、燃焼ガスを特定の温度および圧力にして、自着火させるため、燃焼室１５０内のガスの温度、圧力および成分構成、ならびにシリンダやシリンダヘッド、ピストンの温度などが、特定の状態にならなければ安定した運転を行うことが難しい。よって、自着火モードへの移行は、火花点火モードへの移行に比べて、早期に安定しにくい。
【００７８】
本実施例では、４サイクル火花点火モードへの移行の際には、各シリンダについて１回、４サイクル移行モードによる運転を行うのに対して、２サイクル自着火モードへの移行の際には、各シリンダについて３回、２サイクル移行モードによる運転を行う。このため、自着火モードへの移行の際にも、安定して移行を行うことができる。
【００７９】
なお、本実施例では、２サイクル自着火モードから４サイクル移行モードに移行する場合（図１１参照）、４サイクル火花点火モードから２サイクル移行モードに移行する場合（図１２参照）のいずれについても、１番のシリンダからモードの移行を行う場合を例に挙げて説明した。しかし、モードの移行は１番のシリンダから行わなければならないわけではなく、他の任意のシリンダから行うこともできる。ただし、各シリンダのモードの移行は、モードの移行要求（モードの切替要求）があった時点（図１１においてＦ１、図１２においてＦ２）から最も早くそのサイクルの燃焼が終了するシリンダから、順次行うことが好ましい。
【００８０】
Ｂ．第２実施例：
図１３は、第２実施例における４サイクル移行モードの、吸気バルブ１３２および排気バルブ１３４の開閉タイミングを示した説明図である。図１３の例では、排気バルブ１３４を閉じるタイミングが、上死点後５°（図６参照）ではなくて上死点後１０°である。参考のため、図６に示した第１実施例の４サイクル移行モードにおける排気バルブ１３４を閉じるタイミング（上死点後５°）を、図１３において破線で示す。
【００８１】
第２実施例の４サイクル移行モードの他の点は、第１実施例の４サイクル移行モードと同様である。したがって、４サイクル移行モードから４サイクル通常モードに移行する際には、図１３において矢印で示したように、吸気バルブ１３２を閉じるタイミングを下死点後１０６°から下死点後９８°とし、排気バルブ１３４を閉じるタイミングを上死点後１０°から上死点後５°とする。
【００８２】
２サイクル自着火モードにおいては、前サイクルの高温の既燃ガスを燃焼室１５０内に残して燃焼室１５０内を高温にすることで、燃料ガスの自着火を促進している。したがって、４サイクル火花点火モードに移行した直後のサイクルでは、燃焼室１５０内に高温の既燃ガスが残留している。このため、ノッキングが発生する可能性がある。
【００８３】
しかし、本実施例では、図６に示すように、２サイクル自着火モードから４サイクル火花点火モードに移行した後は、排気上死点後において排気バルブ１３４を閉じている。このため、既燃ガスを効率的に排出することができる。また、４サイクル火花点火モードに移行した直後は、４サイクル通常モードに比べて排気バルブ１３４を閉じるタイミングを遅らせている。このため、燃焼室１５０に残留している高温の既燃ガスをより効率的に排出することができる。よって、４サイクル火花点火モードに移行した直後においてノッキングが発生する可能性を、より低減することができる。
【００８４】
Ｃ．第３実施例：
図１４は、第３実施例における４サイクル移行モードの火花点火のタイミングを示した説明図である。図１４の例では、点火プラグ１３６によって燃焼室１５０内の燃料ガスに点火するタイミングが、上死点前２０°ではなく（図６参照）、上死点前１５°である。参考のため、図１４に示した第１実施例および第２実施例の４サイクル移行モードにおける火花点火のタイミング（上死点前２０°）を、図１４において破線で示す。
【００８５】
第３実施例の４サイクル移行モードの他の点は、第２実施例の４サイクル移行モードと同様である。したがって、４サイクル移行モードから４サイクル通常モードに移行する際には、図１４において矢印で示したように、吸気バルブ１３２を閉じるタイミングを下死点後１０６°から下死点後９８°とし、排気バルブ１３４を閉じるタイミングを上死点後１０°から上死点後５°とする。さらに、火花点火のタイミングを、上死点前１５°から上死点前２０°に早める。
【００８６】
火花点火を行う場合には、火花点火によって燃焼したガスが周囲の未燃ガスを断熱圧縮する。その結果、未燃ガスが自着火してノッキングを起こすことがある。これは、特に、火花点火による既燃ガスが周囲の未燃ガスを圧縮するときに、シリンダが上昇しており、燃焼室１５０の容積自体が小さくなっていく場合に顕著である。
【００８７】
本実施例においては、４サイクル火花点火モードに移行した直後は２サイクル自着火モード下において高温になっていたシリンダの温度が、まだ下がっていない。よって、４サイクル火花点火モードに移行した直後は、この点からもノッキングを生じる可能性が高い。
【００８８】
しかし、第３実施例においては、４サイクル火花点火モードに移行した直後は、点火タイミングを遅らせている。このため、火花点火後、燃焼室１５０の容積が小さくなる割合は点火タイミングが早い場合に比べて少ない。そして、火花点火による燃焼が伝播し既燃ガスが周囲の未燃ガスを圧縮しているとき、ピストン１４４は下降に転じて燃焼室１５０の容積は増大することになる。よって、既燃ガスが周囲の未燃ガスを断熱圧縮する程度を軽減することができる。このため、本実施例においては、４サイクル火花点火モードに移行した直後のノッキングを低減することができる。
【００８９】
なお、第３実施例においては、４サイクル移行モードにおいては、４サイクル通常モードに比べて、吸気バルブ１３２および排気バルブ１３４を閉じるタイミングを遅くし、火花点火のタイミングを遅くしている。しかし、これらはそれぞれ単独に行ってもよいし、２以上組み合わせて行ってもよい。たとえば、４サイクル移行モードにおいて、４サイクル通常モードに比べて、火花点火のタイミングのみを遅くしてもよいし、吸気バルブ１３２を閉じるタイミングと、火花点火のタイミングを遅くしてもよい。
【００９０】
Ｄ．第４実施例：
図１５は、第４実施例における４サイクル移行モードと４サイクル通常モードとを対比して示す表である。第４実施例では、４サイクル移行モードは、第３実施例の４サイクル移行モードをもとに、さらに以下の変更を行う。すなわち、１サイクル中に燃料噴射弁１５から燃焼室１５０に噴射する燃料の量を、４サイクル通常モードよりも多くする。また、過給圧調整弁５８を制御して、吸気通路１２の吸気の圧力を４サイクル通常モードよりも高くする。さらに、バイパス流量調整弁６４を調整して、吸気通路１２の吸気のうち、インタークーラ６２を通る空気の量を、４サイクル通常モードよりも多くする。なお、その際、吸気通路１２の吸気の温度を４サイクル通常モードよりも低くすることが好ましい。
【００９１】
なお、４サイクル移行モードにおいて、４サイクル通常モードに比べて、吸気バルブ１３２および排気バルブ１３４を閉じるタイミングを遅くし、火花点火のタイミングを遅くしている点は、第３実施例の場合と同様である。
【００９２】
なお、４サイクル通常モードに移行する際には、吸気バルブ１３２および排気バルブ１３４の開閉タイミングならびに点火タイミングを変更するのと同様に、上記の各パラメータについても、４サイクル通常モード用の設定に変更する。すなわち、燃料の噴射量を低くし、過給圧を下げ、単位時間当たりにインタークーラ６２を通過する吸気の量を減らして吸気の冷却量を少なくする。
【００９３】
４サイクル運転においては、シリンダが２回上下しクランクシャフト１４８が２回転する間に、１度爆発が起こる。これに対して、２サイクル運転においては、シリンダが１回上下しクランクシャフト１４８が１回転する間に、１度爆発が起こる。よって、燃焼室に供給する１回分の爆発のための燃料および酸素の供給量、ならびにエンジンの回転数が同じである場合は、４サイクル運転は、２サイクル運転よりもパワーが低くなる。したがって、２サイクル自着火モードから４サイクル火花点火モードにモード切換を行うと、パワーが急激に低下するおそれがある。
【００９４】
しかし、第４実施例においては、４サイクル移行モードにおいて、１サイクル中に燃料噴射弁１５から燃焼室１５０に噴射する燃料の量を多くし、吸気通路１２の吸気の圧力をより高くしている。このため、燃焼室に供給される燃料および酸素の量を４サイクル通常モードよりも多くし、１回の爆発において燃焼される燃料の量を増大させることができる。よって、運転モード切り換えに伴うパワーの変動を低減することができる。
【００９５】
また、吸気通路１２の過給圧を高めると、吸気の温度が高くなる。そして、燃焼室内のガスの温度が高いと、ノッキングが発生しやすい。しかし、本実施例においては、４サイクル移行モードにおいて、吸気通路１２の吸気のうち、インタークーラ６２を通る空気の量を、多くしている。このため、吸気はより冷却されることになり、過給による燃焼ガスの温度上昇も低減される。その結果、ノッキングが生じる可能性を低くすることができる。なお、４サイクル移行モードにおいて燃焼室に供給する吸気の温度を４サイクル通常モードに比べて低くすることとすれば、よりノッキングが生じる可能性を低くすることができ、好ましい。
【００９６】
なお、ここでは、燃焼室に供給する燃料の量および燃焼室に供給する酸素の量を増大させ、さらに燃焼室内のガスの温度を低下または温度上昇を低減させる操作を同時に行った。しかし、これらの操作は単独で行ってもよく、二つ以上を組み合わせて行ってもよい。また、燃焼室に供給する燃料の量と、燃焼室に供給する酸素の量とは、何れか一方を十分に供給することとして、他方を増減させることによって、１回の爆発における燃料の燃焼量を調節することとしてもよい。
【００９７】
Ｅ．変形例：
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
【００９８】
（１）第１の変形例：
図１６は、中負荷中回転時の２サイクル自着火モードにおいて、吸気バルブ１３２および排気バルブ１３４を開閉させるタイミングならびに点火タイミングを示した説明図である。上記実施例では、２サイクル通常モードにおいては、点火プラグ１３６による燃料への点火を行っていなかった（図５参照）。しかし、図１６に示すように、２サイクル通常モードにおいても点火プラグ１３６による点火を行うこととしてもよい。図１６の運転においては、各バルブの開閉タイミングは図５の運転と同様である。しかし、図１６の運転においては、上死点前１８度において点火プラグ１３６による点火を行う。図１６において、２サイクル移行モードの点火タイミング（上死点前３０度）を破線で示す。図１６から分かるように、２サイクル通常モードにおける点火タイミングは、２サイクル移行モードにおける点火タイミングよりも遅い。
【００９９】
この変形例においては、２サイクル運転を行うモードにおいても、４サイクル火花点火モードから引き続いて点火プラグ１３６による点火を行う。その結果、２サイクル通常モードによる運転を行う際には、燃焼室１５０内において、局所的に火花点火による燃料の燃焼が生じ、燃焼室１５０内の他の多くの部分において、自着火による燃焼が起こる。なお、２サイクル通常モードにおいて点火プラグ１３６で火花を発生させても、火花点火による燃料の燃焼が生じない場合もある。そのような場合にも、燃焼室１５０内において安定して自着火による燃焼が起こる。
【０１００】
上記のような態様のほか、２サイクル通常モードによる運転を行う際に、点火プラグ１３６によって火花を発生させるものの、燃焼室１５０内において定常的にほとんど火花点火による燃料の燃焼が生じず、ほぼ自着火のみで燃焼が起こる態様とすることもできる。また、点火プラグ１３６による点火によって一部の燃料を燃焼させ、その燃焼の火炎伝播を積極的に利用すると同時に、他の一部の混合気を自着火で燃焼させる態様とすることもできる。
【０１０１】
（２）第２の変形例：
上記実施例では、図８に示すように、２サイクル移行モードにおいては、４サイクル通常モードよりも早いタイミングで火花点火を行っていた。図８においては、４サイクル通常モードにおいて火花点火を行うタイミング（上死点前２０°）が、比較のために、破線で示されている。しかし、２サイクル移行モードにおいて、４サイクル通常モードにおける点火タイミングと同じタイミング、またはより遅いタイミング（たとえば上死点前１５〜１８°）で火花点火を行う態様とすることもできる。
【０１０２】
図２を参照して説明する。図２のマップにおいて比較的下方の領域に相当する、比較的軽負荷の運転において、４サイクル火花点火モード（Ｉ）から２サイクル自着火モード（ＩＩ）に移行する場合には、燃料が着火しにくい。このため、２サイクル移行モードにおいて、４サイクル通常モードよりも早いタイミングで火花点火を行うことが好ましい。
【０１０３】
一方、図２のマップにおいて比較的上方の領域に相当する、比較的高負荷の運転において、４サイクル火花点火モード（ＩＩＩ）から２サイクル自着火モード（ＩＩ）に移行する場合には、ノックが発生しやすい。このため、２サイクル移行モードにおいて、４サイクル通常モードと同じタイミングか、それよりも遅いタイミングで火花点火を行うことが好ましい。なお、そのような場合にも、通常は、２サイクル移行モードにおいて、４サイクル通常モードよりも早いタイミングで火花点火を行うこととし、ノックセンサ２５や圧力センサ２３（図１参照）等によりノックの発生を検知した場合に、火花点火のタイミングを、４サイクル通常モードと同じタイミングか、それよりも遅いタイミングとする態様としてもよい。
【０１０４】
（３）第３の変形例：
上記実施例では、２サイクル自着火モードから４サイクル火花点火モードに移行する際には、４サイクル通常モードに移行する前に、各シリンダについて１サイクルずつ４サイクル移行モードによる行程を実施していた。また、４サイクル火花点火モードから２サイクル自着火モードに移行する際には、２サイクル通常モードに移行する前に、各シリンダについて３サイクルずつ２サイクル移行モードによる行程を実施していた（図１０参照）。しかし、移行モードによるサイクルはこれらの回数に限られるものではなく、２サイクル、３サイクル、５サイクルなど他の回数としてもよい。ただし、４サイクル火花点火モードに移行する際に４サイクル移行モードを実施するサイクル数よりも、２サイクル自着火モードに移行する際に２サイクル移行モードを実施するサイクル数を多くすることが好ましい。
【０１０５】
また、シリンダブロック１４０またはシリンダヘッド１３０に温度センサ２７を設け（図１参照）、モード移行後、温度が所定の範囲内になるまでは移行モードによるサイクルを行うこととしてもよい。すなわち、２サイクル自着火モードから４サイクル火花点火モードに移行した直後おいては、シリンダブロック１４０やシリンダヘッド１３０が比較的高温であるためノッキングを起こしやすい。そこで、シリンダブロック１４０またはシリンダヘッド１３０が比較的低い所定の範囲内の温度になるまで、４サイクル移行モードによるサイクルを行うことが好ましい。
【０１０６】
また、４サイクル火花点火モードから２サイクル自着火モードに移行した直後おいては、シリンダブロック１４０やシリンダヘッド１３０が比較的低温であるため自着火が不安定であり、失火を起こすこともある。そこで、シリンダブロック１４０またはシリンダヘッド１３０が比較的高い所定の範囲内の温度になるまで、２サイクル移行モードによるサイクルを行うことが好ましい。
【０１０７】
さらに、４サイクル通常モードに移行した後に、ノックセンサ２５または圧力センサ２３など、ノッキングを検出できるセンサの計測データに基づいて、ノッキングが発生していると判定された場合には、再び４サイクル移行モードによるサイクルを行うことが好ましい。
【０１０８】
（４）第４の変形例：
上記各実施例では、図２に示すように、回転数と要求負荷で定められる領域に応じて、４サイクル火花点火モードによる運転と２サイクル自着火モードによる運転とを行うこととしていた。しかし、これらのほかに、４サイクル自着火モードや２サイクル火花点火モードによる運転を実施する領域を設けることとしてもよい。たとえば、高回転中負荷領域においては、４サイクル自着火モードを実施することが好ましい。
【０１０９】
（５）第５の変形例：
上記各実施例においては、エンジン１０は、吸気通路１２内の空気を冷やすインタークーラ６２を備えていた。しかし、エンジン１０には、そのような装置に代えて、燃料と空気の混合気を冷やす手段を備えてもよい。すなわち、エンジン１０は、燃焼室に供給するガスの温度を変更できる他の吸気温調節部を備えるものとすることができる。なお、燃焼室に供給するガスの温度を調節しない場合には、そのような吸気温調節部（たとえばインタークーラ６２）を備えない態様とすることもできる。
【０１１０】
また、上記各実施例においては、エンジン１０は、吸気通路１２内の吸入空気の圧力を調整することにより、燃焼室への酸素供給量を調節できる過給器５０を備えていた。しかし、エンジン１０は、過給器５０に代えて吸気通路１２内または燃焼室１５０内に酸素を供給できる手段を備えることもできる。すなわち、エンジン１０は、燃焼室に供給する酸素の量を増減できる酸素ガス調節部を備える態様とすることができる。ただし、燃焼室に供給する酸素の量を調整しない場合には、そのような酸素ガス調節部を備えない態様としてもよい。
【０１１１】
上記各実施例および変形例では、各バルブの開閉タイミング、火花点火のタイミングは、数値を挙げて説明した。しかし、それらは一例に過ぎず、各バルブの開閉タイミング、火花点火のタイミングは、シリンダの内径、ピストンのストローク量、バルブの径など、エンジンの設計値に応じた所定のタイミングとすることができる。
【０１１２】
また、上記実施例では、吸気バルブ１３２と排気バルブ１３４は、それぞれ電動アクチュエータ１６２，１６４によって駆動されることとした。しかし、吸気バルブ１３２と排気バルブ１３４は油圧によって駆動するものなど、他の手段で駆動してもよい。すなわち、このエンジンは、吸気バルブの開閉のタイミングを変えることができる吸気バルブ駆動部と、排気バルブの開閉のタイミングを変えることができる排気バルブ駆動部を備えるものであればよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施例のエンジンの構造を概念的に示した説明図。
【図２】エンジンの運転条件によって４サイクル運転領域と２サイクル運転領域とが設定されているマップを示す説明図。
【図３】低負荷低回転時の４サイクル火花点火モードにおいて、ピストンの動きに同期させて吸気バルブおよび排気バルブを開閉させるタイミングを示した説明図。
【図４】高負荷高回転時の４サイクル火花点火モードにおいて、ピストンの動きに同期させて吸気バルブおよび排気バルブを開閉させるタイミングを示した説明図。
【図５】中負荷中回転時の２サイクル自着火モードにおいて、ピストンの動きに同期させて吸気バルブおよび排気バルブを開閉させるタイミングを示した説明図。
【図６】中負荷中回転時の２サイクル自着火モードから高負荷高回転時の４サイクル火花点火モードに移行した直後の、吸気バルブおよび排気バルブの開閉タイミングを示した説明図。
【図７】エンジンの運転が、２サイクル自着火モードから４サイクル移行モードに移行し、その後、４サイクル通常モードに移行する様子を示すタイムチャート。
【図８】高負荷高回転時の４サイクル火花点火モードから中負荷中回転時の２サイクル自着火モードに移行した直後の、吸気バルブおよび排気バルブの開閉タイミングを示した説明図。
【図９】エンジンの運転が、４サイクル火花点火モードから２サイクル移行モードに移行し、その後、２サイクル通常モードに移行する様子を示すタイムチャート。
【図１０】４サイクルモードと２サイクルモードを切り換える際の手順を示すフローチャート。
【図１１】３気筒エンジンの運転が、２サイクル自着火モードから４サイクル移行モードに移行し、その後、４サイクル通常モードに移行する様子を示すタイムチャート。
【図１２】３気筒エンジンの運転が、４サイクル火花点火モードから２サイクル移行モードに移行し、その後、２サイクル通常モードに移行する様子を示すタイムチャート。
【図１３】第２実施例における４サイクル移行モードの、吸気バルブおよび排気バルブの開閉タイミングを示した説明図。
【図１４】第３実施例における４サイクル移行モードの火花点火のタイミングを示した説明図。
【図１５】第４実施例における４サイクル移行モードと４サイクル通常モードとを対比して示す表。
【図１６】中負荷中回転時の２サイクル自着火モードにおいて、吸気バルブおよび排気バルブを開閉させるタイミングならびに点火タイミングを示した説明図。
【符号の説明】
１０…エンジン
１２…吸気通路
１５…燃料噴射弁
１６…排気通路
２０…エアクリーナ
２２…スロットル弁
２３…圧力センサ
２４…電動アクチュエータ
２５…ノックセンサ
２６…触媒
２７…温度センサ
３０…エンジン制御用ユニット（ＥＣＵ）
３２…クランク角センサ
３４…アクセル開度センサ
３６…エアフローメータ
４０…電磁駆動弁駆動回路
５０…過給器
５２…タービン
５４…コンプレッサ
５６…シャフト
５８…過給圧調整弁
６２…インタークーラ
６２ｂ…バイパス通路
６４…バイパス流量調整弁
６６…ラジエータ
６８…ポンプ
１３０…シリンダヘッド
１３２…吸気バルブ
１３４…排気バルブ
１３６…点火プラグ
１４０…シリンダブロック
１４２…シリンダ
１４４…ピストン
１４６…コネクティングロッド
１４８…クランクシャフト
１５０…燃焼室
１６２，１６４…電動アクチュエータ
ＢＤＣ…下死点
Ｃｅ…カウンタ
Ｃｓ…カウンタ
ＥＧ…火花点火のタイミング
ＥＶ，ＥＶ１〜ＥＶ３…排気バルブが開いている区間
Ｆ１…２サイクル自着火モードから４サイクル火花点火モードに移行する要求があった時刻
Ｆ２…４サイクル火花点火モードから２サイクル自着火モードに移行する要求があった時刻
Ｉ…４サイクル火花点火モードで運転を行う領域
ＩＩ…２サイクル自着火モード（２サイクル通常モード）で運転を行う領域
ＩＩａ…２サイクル移行モードで運転を行う領域
ＩＩＩ…４サイクル火花点火モード（４サイクル通常モード）で運転を行う領域
ＩＩＩａ…４サイクル移行モードで運転を行う領域
ＩＶ，ＩＶ１〜ＩＶ３…吸気バルブが開いている区間
Ｌ…要求負荷（要求トルク）
Ｎｅ…エンジン回転速度
Ｔ１…２サイクル自着火モードから４サイクル火花点火モードへの移行を表す矢印
Ｔ２…４サイクル火花点火モードから２サイクル自着火モードへの移行を表す矢印
ＴＤＣ…上死点
θａｃ…アクセル開度
【図１】
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【図２】
2004132304.tif 000004
【図３】
2004132304.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2004132304.tif 000009
【図８】
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【図９】
2004132304.tif 000011
【図１０】
2004132304.tif 000012
【図１１】
2004132304.tif 000013
【図１２】
2004132304.tif 000014
【図１３】
2004132304.tif 000015
【図１４】
2004132304.tif 000016
【図１５】
2004132304.tif 000017
【図１６】
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