(57)【要約】【課題】２サイクル運転が可能な頭上弁式エンジンにおいて、自着火燃焼が可能な運転条件の範囲を従来よりも広げることのできる技術を提供する。【解決手段】筒内圧センサ３６で検出された内圧の変化から、各燃焼室の燃焼状態を示す燃焼状態指標を演算し、また、全燃焼室に関する燃焼状態指標の平均値である平均燃焼状態指標を演算する（Ｓ１）。そして、各燃焼室の燃焼状態指標が平均燃焼状態指標の近傍にある所定の許容範囲内にあるか否かを調べる（Ｓ２，Ｓ３）。ある燃焼室の燃焼状態指標が許容範囲から外れているときには、その燃焼室の燃焼制御パラメータを調整することによって、全燃焼室の燃焼状態を互いに近づける（Ｓ４〜Ｓ５，Ｓ７〜Ｓ８）。【選択図】  図７
2004190539.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２サイクル自着火運転が可能な多気筒エンジンであって、
シリンダとピストンとで構成される複数の燃焼室と、
各燃焼室に燃料を供給するための燃料噴射弁と、
各燃焼室のヘッド部に設けられた給気弁および排気弁と、
各燃焼室の燃焼状態に関連付けられた燃焼状態情報を検出するためのセンサと、
前記センサで検出された前記燃焼状態情報の変化から、各燃焼室の燃焼状態を示す特定の燃焼状態指標を演算するとともに、全燃焼室に関する前記燃焼状態指標の平均値である平均燃焼状態指標を演算する演算部と、
各燃焼室の前記燃焼状態指標が前記平均燃焼状態指標の近傍にある所定の許容範囲内にあるか否かを調べ、ある燃焼室の前記燃焼状態指標が前記許容範囲から外れているときには当該燃焼室の燃焼制御パラメータを調整することによって、全燃焼室の燃焼状態を互いに近づける燃焼制御パラメータ調整部と、
を備えるエンジン。
【請求項２】
請求項１記載のエンジンであって、
前記燃焼状態指標は、着火時期と、最大熱発生率と、最大圧力上昇率と、のいずれか１つを含み、
前記燃焼制御パラメータは、燃料噴射量と、給気弁の開閉時期と、排気弁の開閉時期と、のいずれか１つを含む、エンジン。
【請求項３】
請求項２記載のエンジンであって、
前記燃焼制御パラメータ調整部は、ある燃焼室の前記燃焼状態指標によって、当該燃焼室の燃焼状態が全燃焼室の平均的な燃焼状態よりも不活発であることが示されている場合には、当該燃焼室の燃焼を促進するように前記燃焼制御パラメータの調整を実行し、一方、当該燃焼室の燃焼状態が全燃焼室の平均的な燃焼状態よりも活発であることが示されている場合には、当該燃焼室の燃焼を抑制するように前記燃焼制御パラメータの調整を実行する、エンジン。
【請求項４】
請求項３記載のエンジンであって、さらに、
各燃焼室に設けられた点火プラグを備え、
前記燃焼制御パラメータ調整部は、
（ｉ）ある燃焼室の着火時期が、全燃焼室の前記着火時期の平均値の近傍の許容範囲よりも遅い場合と、
（ｉｉ）ある燃焼室の最大熱発生率が、全燃焼室の前記最大熱発生率の平均値の近傍の許容範囲よりも小さい場合と、
（ｉｉｉ）ある燃焼室の最大圧力上昇率が、全燃焼室の前記最大圧力上昇率の平均値の近傍の許容範囲よりも小さい場合と、
のうちのいずれかが成立した場合には、当該燃焼室に関して、
（ａ）燃料噴射量の増大と、
（ｂ）前記給気弁の開時期の遅角および／または前記排気弁の閉時期の進角による掃気期間の減少と、
（ｃ）前記点火プラグの点火による燃焼の促進と、
のうちの少なくとも１つを実行することによって、当該燃焼室の燃焼を促進する、エンジン。
【請求項５】
請求項３記載のエンジンであって、さらに、
各燃焼室に設けられた点火プラグを備え、
前記燃焼制御パラメータ調整部は、
（ｉ）ある燃焼室の着火時期が、全燃焼室の前記着火時期の平均値の近傍の許容範囲よりも早い場合と、
（ｉｉ）ある燃焼室の最大熱発生率が、全燃焼室の前記最大熱発生率の平均値の近傍の許容範囲よりも大きな場合と、
（ｉｉｉ）ある燃焼室の最大圧力上昇率が、全燃焼室の前記最大圧力上昇率の平均値の近傍の許容範囲よりも大きな場合と、
のうちのいずれかが成立した場合には、当該燃焼室に関して、
（ａ）燃料噴射量の減少と、
（ｂ）前記給気弁の開時期の進角および／または前記排気弁の閉時期の遅角による掃気期間の増大と、
（ｃ）前記給気弁の閉時期の遅角による実圧縮比の低下と、
のうちの少なくとも１つを実行することによって、当該燃焼室の燃焼を抑制する、エンジン。
【請求項６】
請求項記２ないし５のいずれかに記載のエンジンであって、前記許容範囲は、前記着火時期の平均値±２°ＣＡと、前記最大熱発生率の平均値±１０％と、前記最大圧力上昇率の平均値±１０％と、のいずれかに設定される、エンジン。
【請求項７】
請求項記１ないし６のいずれかに記載のエンジンであって、前記燃焼制御パラメータ調整部は、ある燃焼室の前記燃焼状態指標と、全燃焼室の前記平均燃焼状態指標とのずれ量が大きいほど前記燃焼制御パラメータの調整量を大きく設定する、エンジン。
【請求項８】
請求項記１ないし７のいずれかに記載のエンジンであって、前記演算部は、全燃焼室の前記平均燃焼状態指標を、所定数の複数のサイクルの平均値として算出する、エンジン。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、２サイクル運転が可能な頭上弁式多気筒エンジンに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガソリンエンジンは、４サイクル運転を行うのが普通であるが、過給器を用いて２サイクル運転が可能なガソリンエンジンも提案されている（例えば特許文献１）。
【０００３】
【特許文献１】特開平７−９１２６７号公報
【特許文献２】特開２００２−２４２７３０号公報
【特許文献３】特開２００１−１５２９０８号公報
【特許文献４】特開２００２−１８８４４５号公報
【０００４】
特許文献１に記載されたエンジンは、給気弁と排気弁がいずれもシリンダヘッドに設けられている頭上弁式エンジンである。２サイクル運転が可能な頭上弁式エンジンでは、いわゆる掃気作用により、新気によって排気が燃焼室から排出される。
【０００５】
近年では、頭上弁式の２サイクルエンジンにおいて、混合気を自着火させる燃焼方式（「予混合自着火燃焼方式」とも呼ばれている）を採用することが検討されている。この自着火燃焼方式は、例えば、ガソリンを給気と予混合しておき、圧縮によって自着火させるものである。このような自着火燃焼を利用すると、燃費が向上し、また、大気汚染物質（特にＮＯｘ  ）の排出量も大幅に低減できるという利点がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、多気筒の２サイクルエンジンでは、各気筒の給気管や排気管の圧力脈動の影響によって、掃気の効果が気筒毎に多少異なる傾向がある。例えば、ある気筒では燃焼室内に残留する排ガス（「内部ＥＧＲ」と呼ばれる）が多すぎるために、新気が少なくなってリッチな混合気となり、一方、他の気筒では、残留排ガスが少なすぎるために、新気が多くなってリーンな混合気となる場合がある。エンジンの要求負荷（トルク）が小さい場合には、燃料噴射量は少ないので、混合気がよりリーンな気筒では、トルク低下や失火が起こる可能性がある。一方、エンジンの要求負荷が大きな場合には、混合気がよりリッチな気筒で、ノッキングが生じたり、燃焼騒音が大きくなったりする可能性がある。このように、各気筒（各燃焼室）の燃焼状態が異なると、自着火燃焼が可能な運転条件の範囲が実質的に狭められてしまうという問題があった。
【０００７】
本発明は、上述した従来の課題を解決するためになされたものであり、２サイクル運転が可能な頭上弁式エンジンにおいて、自着火燃焼が可能な運転条件の範囲を従来よりも広げることのできる技術を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
上記目的の少なくとも一部を達成するために、本発明のエンジンは、２サイクル自着火運転が可能な多気筒エンジンであって、
シリンダとピストンとで構成される複数の燃焼室と、
各燃焼室に燃料を供給するための燃料噴射弁と、
各燃焼室のヘッド部に設けられた給気弁および排気弁と、
各燃焼室の燃焼状態に関連付けられた燃焼状態情報を検出するためのセンサと、
前記センサで検出された前記燃焼状態情報の変化から、各燃焼室の燃焼状態を示す特定の燃焼状態指標を演算するとともに、全燃焼室に関する前記燃焼状態指標の平均値である平均燃焼状態指標を演算する演算部と、
各燃焼室の前記燃焼状態指標が前記平均燃焼状態指標の近傍にある所定の許容範囲内にあるか否かを調べ、ある燃焼室の前記燃焼状態指標が前記許容範囲から外れているときには当該燃焼室の燃焼制御パラメータを調整することによって、全燃焼室の燃焼状態を互いに近づける燃焼制御パラメータ調整部と、
を備える。
【０００９】
このエンジンでは、全燃焼室が互いに似通った燃焼状態で運転されるので、少数の燃焼室において自着火が不適切となることを防止できる。この結果、エンジン全体で自着火運転が可能な範囲を従来よりも広げることが可能である。
【００１０】
前記燃焼状態指標は、着火時期と、最大熱発生率と、最大圧力上昇率と、のいずれか１つを含み、
前記燃焼制御パラメータは、燃料噴射量と、給気弁の開閉時期と、排気弁の開閉時期と、のいずれか１つを含むようにしてもよい。
【００１１】
この構成によれば、各燃焼室の燃焼状態を定量的に把握することができ、また、燃焼状態指標が平均値から外れている燃焼室の燃焼状態を、他の燃焼室の燃焼状態に近づけることができる。
【００１２】
前記燃焼制御パラメータ調整部は、ある燃焼室の前記燃焼状態指標によって、当該燃焼室の燃焼状態が全燃焼室の平均的な燃焼状態よりも不活発であることが示されている場合には、当該燃焼室の燃焼を促進するように前記燃焼制御パラメータの調整を実行し、一方、当該燃焼室の燃焼状態が全燃焼室の平均的な燃焼状態よりも活発であることが示されている場合には、当該燃焼室の燃焼を抑制するように前記燃焼制御パラメータの調整を実行するようにしても良い。
【００１３】
この構成によれば、燃焼状態指標が平均値から外れている燃焼室の燃焼状態を、他の燃焼室の燃焼状態に確実に近づけることができる。
【００１４】
上記エンジンは、さらに、
各燃焼室に設けられた点火プラグを備え、
前記燃焼制御パラメータ調整部は、
（ｉ）ある燃焼室の着火時期が、全燃焼室の前記着火時期の平均値の近傍の許容範囲よりも遅い場合と、
（ｉｉ）ある燃焼室の最大熱発生率が、全燃焼室の前記最大熱発生率の平均値の近傍の許容範囲よりも小さい場合と、
（ｉｉｉ）ある燃焼室の最大圧力上昇率が、全燃焼室の前記最大圧力上昇率の平均値の近傍の許容範囲よりも小さい場合と、
のうちのいずれかが成立した場合には、当該燃焼室に関して、
（ａ）燃料噴射量の増大と、
（ｂ）前記給気弁の開時期の遅角および／または前記排気弁の閉時期の進角による掃気期間の減少と、
（ｃ）前記点火プラグの点火による燃焼の促進と、
のうちの少なくとも１つを実行することによって、当該燃焼室の燃焼を促進するようにしてもよい。
【００１５】
この構成によれば、ある燃焼室の燃焼状態が全燃焼室の平均的な状態に対して不活発過ぎるときに、これをより活発化させ、他の燃焼室の燃焼状態に近づけることが可能である。
【００１６】
また、上記エンジンは、さらに、
各燃焼室に設けられた点火プラグを備え、
前記燃焼制御パラメータ調整部は、
（ｉ）ある燃焼室の着火時期が、全燃焼室の前記着火時期の平均値の近傍の許容範囲よりも早い場合と、
（ｉｉ）ある燃焼室の最大熱発生率が、全燃焼室の前記最大熱発生率の平均値の近傍の許容範囲よりも大きな場合と、
（ｉｉｉ）ある燃焼室の最大圧力上昇率が、全燃焼室の前記最大圧力上昇率の平均値の近傍の許容範囲よりも大きな場合と、
のうちのいずれかが成立した場合には、当該燃焼室に関して、
（ａ）燃料噴射量の減少と、
（ｂ）前記給気弁の開時期の進角および／または前記排気弁の閉時期の遅角による掃気期間の増大と、
（ｃ）前記給気弁の閉時期の遅角による実圧縮比の低下と、
のうちの少なくとも１つを実行することによって、当該燃焼室の燃焼を抑制するようにしてもよい。
【００１７】
この構成によれば、各燃焼室の燃焼状態が全燃焼室の平均的な状態に対して活発過ぎるときに、これを抑制して他の燃焼室の燃焼状態に近づけることが可能である。
【００１８】
なお、前記許容範囲は、前記着火時期の平均値±２°ＣＡと、前記最大熱発生率の平均値±１０％と、前記最大圧力上昇率の平均値±１０％と、のいずれかに設定されるようにしてもよい。
【００１９】
この構成によれば、燃焼パラメータの調整が過度に頻繁にならず、また、全燃焼室の燃焼状態を適切な範囲に収めることができる。
【００２０】
前記燃焼制御パラメータ調整部は、ある燃焼室の前記燃焼状態指標と、全燃焼室の前記平均燃焼状態指標とのずれ量が大きいほど前記燃焼制御パラメータの調整量を大きく設定するようにしてもよい。
【００２１】
この構成によれば、より速やかに全燃焼室の燃焼状態をほぼ均一にすることができる。
【００２２】
また、前記演算部は、全燃焼室の前記平均燃焼状態指標を、所定数の複数のサイクルの平均値として算出するようにしてもよい。
【００２３】
この構成によれば、エンジンの運転状態が急変したときにも、素早く制御パラメータを再調整することができる。
【００２４】
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、エンジンや、エンジンの制御方法または装置、それらの方法または装置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等の態様で実現することができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
Ａ．第１実施例：
次に、本発明の実施の形態を実施例に基づいて説明する。図１は、本発明の第１実施例としてのガソリンエンジン１００の構成を概念的に示した説明図である。図１には、ガソリンエンジン１００の燃焼室の中心で断面を取ったときの燃焼室の構造が表示されている。
【００２６】
このガソリンエンジン１００の燃焼室は、シリンダブロック１４０内に設けられた中空円筒形のシリンダ１４２と、シリンダ１４２内を上下に摺動するピストン１４４と、シリンダブロック１４０の上部に設けられたシリンダヘッド１３０によって形成されている。なお、シリンダブロック１４０とシリンダヘッド１３０の両方で構成される筒状体を、広義の「シリンダ」と呼ぶ。各燃焼室には、燃焼室の内圧（「筒内圧」とも呼ばれる）を測定するための筒内圧センサ３６（「燃焼圧センサ」とも呼ぶ）が設けられている。
【００２７】
シリンダヘッド１３０には、吸入空気が流入する給気ポートの開口部を開閉する給気弁１３２と、排気ガスが流出する排気ポートの開口部を開閉する排気弁１３４と、点火プラグ１３６と、燃焼室内に燃料噴霧を噴射する燃料噴射弁１４とが設けられている。給気弁１３２および排気弁１３４は、それぞれ電動アクチュエータ１６２，１６４で駆動されている。電動アクチュエータ１６２，１６４は、任意のタイミングでそれぞれの給気弁１３２および排気弁１３４を開閉することが可能である。なお、電動アクチュエータの代わりに、油圧アクチュエータやカム機構によって給気弁１３２および排気弁１３４を駆動しても良い。
【００２８】
給気ポートには吸入空気を導く給気通路１２が接続され、排気ポートには排気ガスが通過する排気通路１６が接続されている。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と、過給器５０のタービン５２とが設けられている。排気通路１６内を通過する排気ガスはタービン５２を回転させた後、大気に放出される。また、給気通路１２には、過給器５０のコンプレッサ５４が設けられている。コンプレッサ５４は、シャフト５６を介してタービン５２に接続されており、排気ガスによってタービン５２が回転するとコンプレッサ５４も回転する。その結果、コンプレッサ５４はエアクリーナ２０から吸い込んだ空気を加圧した後、給気ポートに向かって圧送する。
【００２９】
コンプレッサ５４で加圧すると空気温度が上昇するので、吸入空気を冷却するために、コンプレッサ５４の下流側にはインタークーラ６２が設けられている。また、給気通路１２内にはサージタンク６０や、スロットル弁２２も設けられている。サージタンク６０は、燃焼室が空気を吸い込んだときに生じる圧力波を緩和させる作用を有しており、またスロットル弁２２は電動アクチュエータ２４によって適切な開度に設定されて、吸入空気量を調整する機能を有している。
【００３０】
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、クランクシャフト１４８には、クランク角度を検出するクランク角センサ３２が取り付けられている。
【００３１】
このガソリンエンジン１００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、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の開度の制御や、点火プラグ１３６の点火タイミング制御、燃料噴射弁１４の制御を実行する。エンジン回転速度Ｎｅ  はクランク角センサ３２によって検出され、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によって検出される。
【００３２】
ＥＣＵ３０は、筒内圧センサ３６で測定された各燃焼室の内圧の変化から、各燃焼室の燃焼状態を示す燃焼状態指標を演算して、その燃焼状態を評価する機能を有している。この機能については後述する。
【００３３】
図２は、第１実施例のエンジン１００の運転モードを示すマップである。このマップに示されているように、第１実施例のエンジン１００は、２サイクル運転と４サイクル運転とを切り換えて実行することが可能である。図２の横軸はエンジンの回転数、縦軸は負荷（トルク）である。エンジンの回転数が小さいときには２サイクル運転が実行され、回転数が大きいときには４サイクル運転が実行される。２サイクル運転領域は、低負荷および高負荷時の火花点火領域と、中負荷時の自着火領域に区分されている。自着火領域は、火花点火を行わずに自着火によって燃焼を起こさせる運転領域である。火花点火領域では、空気過剰率がほぼ１に近い状態（いわゆる「ストイキ」）でエンジンが運転される。一方、自着火領域では、空気過剰率が大きく（例えば空気過剰率が２以上の）リーンな状態でエンジンが運転される。なお、４サイクル運転時でも自着火燃焼を行うことが可能である。
【００３４】
このように２サイクル運転と４サイクル運転を使い分けるのは、以下のような理由による。一般に、２サイクル運転はクランクシャフトの１回転に１度ずつ爆発が起こるので、１回の燃料噴射量が同じ条件では、４サイクル運転の約２倍のトルクが得られる。従って、同じトルクを出力する場合には、２サイクル運転の方が４サイクル運転よりも１回の燃料噴射量が少なくて済み、よりリーンな条件（空気過剰率がより大きな条件）で運転が可能である。ガソリンエンジンにおいてよりリーンな条件で運転を行うことによって、燃費が向上し、また、排気ガス中の汚染物質濃度を低下させることが可能である。さらに、自着火運転を行えば、燃費の向上と排気ガス中の汚染物質濃度を大幅に低下させるという効果がさらに高まることが知られている。但し、２サイクル運転ではいわゆる掃気（給気によって排気を押し出す動作）が行われるが、高回転では掃気を十分に行えない場合がある。そこで、高回転の運転条件では、４サイクル運転の方が適している。
【００３５】
図３は、２サイクル運転の自着火燃焼の様子を示す説明図である。図３（ａ）〜（ｃ）には、２サイクル運転の膨張・排気・前期掃気行程（下降行程）が示されており、図３（ｄ）〜（ｆ）には後期掃気・吸気・圧縮行程（上昇行程）が示されている。図４は、２サイクル運転時の給気弁（ＩＮ弁）と排気弁（ＥＸ弁）の開閉期間を模式的に示している。
【００３６】
図３（ａ）は、燃焼室内の混合気が自着火によって燃焼を開始した状態を示している。混合気が燃焼すると、燃焼室内には高圧の燃焼ガスが発生してピストン１４４を押し下げる。ピストン１４４がある程度まで降下すると、適切なタイミングで排気弁１３４が開かれる（図３（ｂ））。図４の例では、排気弁１３４は、ピストンの下死点（ＢＤＣ）前、約７０°のタイミングで開かれている。
【００３７】
排気弁から燃焼ガスがある程度流出したタイミングで給気弁１３２が開くと、これに伴って給気ポートから空気が流入する（図３（ｃ））。給気通路１２内の空気は過給器５０によって所定圧力に加圧されているので、給気弁１３２から流入する新気によって、燃焼室内の燃焼ガスを掃気することができる。図４の例では、給気弁１３２は、ピストンの下死点（ＢＤＣ）前、約６０°のタイミングで開いている。
【００３８】
掃気期間であってピストン１４４が下死点近傍にあるときに、燃料噴射弁１４が燃焼室内に燃料噴霧を噴射する（図３（ｄ），図４）。下死点の後、まもなく排気弁１３４が閉じられるので、下死点近傍で燃料噴霧を噴射すれば、噴射した燃料噴霧が排気弁１３４から排出されることがなく、また、燃料と新気とを十分に混合させることができる。
【００３９】
燃料を噴射後、所定のタイミングで排気弁１３４を閉じた後は、図３（ｅ）に示すように、給気弁１３２から加圧された空気が燃焼室内に流入する。図４の例では、排気弁１３４を閉じるタイミングは、ピストンの下死点後、約５０°に設定されている。掃気期間に噴射された燃料噴霧は、吸入空気の流れによって燃焼室内に分散され、吸入空気と混合する。
【００４０】
給気弁１３２が閉じた以降は、ピストン１４４の上昇とともに燃焼室内の混合気が圧縮される。給気弁１３２が開いている間は、ピストンが上昇しても燃焼室内の混合気を圧縮することはできない。従って、２サイクル運転においては、給気弁１３２を閉じるタイミングによって混合気の実質的な圧縮比が決定される。図４の例では、給気弁１３２を閉じるタイミングは、ピストンの下死点後、約６０°に設定されている。
【００４１】
給気弁１３２を閉じた後、ピストン１４４を上昇していくと、図３（ｆ）に示すように、燃焼室内で混合気が圧縮され、ピストン１４４の上死点付近で自着火する。その結果、燃焼室内の形成された混合気を速やかに燃焼させることができる。
【００４２】
このように、２サイクル自着火運転では、空気過剰率の大きいリーンな混合気を圧縮自着火させるので、燃料消費量を低減でき、また、大気汚染物質の排出量も大幅に低減することができる。なお、高負荷時には燃料噴射量が増えて空気過剰率が小さくなるので、圧縮時にノッキングが発生しやすくなる傾向にある。そこで、高負荷時には、圧縮比を若干低く設定するとともに、点火プラグで点火することによって混合気を燃焼させることが好ましい。一方、極く低負荷時には、燃料噴射量が少ないので、自着火が不安定になる場合がある。そこで、極く低負荷時にも、点火プラグで点火することによって混合気を燃焼させるようにしてもよい。
【００４３】
図５は、第１実施例における燃焼状態制御に関連する構成を示す説明図である。ＥＣＵ３０は、燃焼状態指標演算部４２と、燃焼制御パラメータ調整部４４と、燃焼パラメータマップ４６とを有している。燃焼状態指標演算部４２（以下、単に「演算部」と呼ぶ）と燃焼制御パラメータ調整部４４（以下、単に「調整部」と呼ぶ）の機能は、ＥＣＵ３０内のメモリに格納されたコンピュータプログラムによって実現される。また、燃焼パラメータマップ４６は、ＥＣＵ３０内の不揮発性メモリに予め格納されている。
【００４４】
演算部４２は、筒内圧センサ３６とクランク角センサ３２の出力から、各燃焼室の燃焼状態を示す燃焼状態指標を演算する。燃焼状態指標としては、種々のものが利用可能である。例えば、筒内圧Ｐとクランク角θとの関係から、図６に示す圧力上昇率ｄＰ／ｄθと、熱発生率ｄＱ／ｄθと、熱発生量Ｑとを算出することができ、これらのいずれかに関連した特定の値を燃焼状態指標として利用することが可能である。より具体的には、ｉ番目の燃焼室に関して、最大圧力上昇率ｄＰｉと、最大熱発生率ｄＱｉと、着火時期Ｓｉとのいずれかを、その燃焼室の燃焼状態指標として利用できる。ここで、着火時期Ｓｉは、熱発生量Ｑが最終的な発生量の２％に達した時点として定義されている。但し、着火時期Ｓｉは、燃焼室内で実際に着火が起こった時期を定量的に示す指標であれば良く、他の定義を使用してもよい。
【００４５】
演算部４２は、各燃焼室に関して燃焼状態指標を演算するとともに、全燃焼室に関する燃焼状態指標の平均値（「平均燃焼状態指標」と呼ぶ）も算出する。調整部４４は、演算部４２から与えられた燃焼状態指標とその平均値とに基づいて、各燃焼室の燃焼制御パラメータを調整する。燃焼制御パラメータとしては、給気弁１３２の開閉時期や、排気弁１３４の開閉時期、燃料噴射弁１４からの燃料噴射量、点火プラグ１３６の点火の有無、等が利用可能である。
【００４６】
図７は、第１実施例における燃焼状態制御の手順を示すフローチャートである。この手順は、ｉ番目の燃焼室の制御手順であり、各燃焼室の制御がそれぞれこの手順で実行される。なお、以下で使用するパラメータ（例えばＳｉ）の下付文字「ｉ」は、そのパラメータがｉ番目の燃焼室に関するパラメータ値であることを意味している。
【００４７】
ステップＳ１では、演算部４２が、ｉ番目の燃焼室の着火時期Ｓｉ（図６）と、全燃焼室の着火時期の平均値Ｓａｌｌ  （以下、「平均着火時期」と呼ぶ）とを演算する。なお、全燃焼室の平均着火時期Ｓａｌｌ  は、所定数の複数サイクル分（例えば５サイクル分）を平均した値を使用することが好ましい。こうすれば、回転数や負荷（トルク）が急変化した場合に、平均着火時期Ｓａｌｌ  とｉ番目の燃焼室の着火時期Ｓｉとの差が大きくなるので、その急変化に応じて各燃焼室の燃焼状態を素早く再調整することができる。
【００４８】
ステップＳ２〜Ｓ８は、調整部４４によって実行される処理である。ステップＳ２，Ｓ３では、ｉ番目の燃焼室の着火時期Ｓｉが、平均着火時期Ｓａｌｌ  に許容差２°を考慮した許容範囲（Ｓａｌｌ  ±２°）内にあるか否かが判定される。ここで、「２°」は、２度のクランク角を意味しており、また、その正負はいわゆるＢＴＤＣ（上死点ＴＤＣの進角側がプラスとなる）で定義されている。従って、図７の下部に示されているように、「＋２°」は、クランク角で２°だけ進角側にあることを意味し、また、「−２°」はクランク角で２°だけ遅角側にあることを意味している。なお、「±２°」は、より正確には「±２°ＣＡ」と表記される。図７の下部に示されている領域Ｒ２は許容範囲（Ｓａｌｌ  ±２°）を示しており、その外側の領域Ｒ１，Ｒ３は、いずれもこの許容範囲外である。
【００４９】
ｉ番目の燃焼室の着火時期Ｓｉが第１の領域Ｒ１にあるとき（すなわち、着火時期が早すぎる場合）には、ステップＳ４が実行される。ステップＳ４では、着火時期Ｓｉと、許容範囲の境界値との差分（Ｓａｌｌ  ＋２°−Ｓｉ）が補正指標Ｘｉとして算出され、この補正指標Ｘｉに基づい、補正量Ｙｉが燃焼パラメータマップ４６（図５）から決定される。第１実施例では、補正量Ｙｉとして燃料噴射量が利用されている。前述したように、第１の領域Ｒ１は、着火時期Ｓｉが他の燃焼室よりも早すぎる領域である。従って、この領域Ｒ１では、調整部４４は、ｉ番目の燃焼室の燃料噴射量Ｙｉを減らすことによって、他の燃焼室の着火時期に近づける（ステップＳ５）。なお、上述した差分（Ｓａｌｌ  ＋２°−Ｓｉ）が大きいほど燃料噴射量Ｙｉの調整量が大きくなるようにマップ４６が設定されていることが好ましい。
【００５０】
一方、ｉ番目の燃焼室の着火時期Ｓｉが許容範囲Ｒ２にあるときには、ステップＳ６において、通常の運転マップに従った制御が実行される。
【００５１】
ｉ番目の燃焼室の着火時期Ｓｉが第３の領域Ｒ３にあるとき（すなわち、着火時期が遅すぎる場合）には、ステップＳ７が実行される。ステップＳ７では、着火時期Ｓｉと、許容範囲の境界値との差分（Ｓｉ−Ｓａｌｌ  −２°）が補正指標Ｘｉとして算出され、この補正指標Ｘに基づいて補正量Ｙｉがマップ４６から決定される。前述したように、第３の領域Ｒ３は、着火時期Ｓｉが他の燃焼室よりも遅すぎる領域である。従って、この領域Ｒ３では、調整部４４は、ｉ番目の燃焼室の燃料噴射量Ｙｉを増やすことによって、他の燃焼室の着火時期に近づける（ステップＳ８）。この場合にも、上述した差分（Ｓｉ−Ｓａｌｌ  −２°）が大きいほど燃料噴射量Ｙｉの調整量が大きくなるようにマップ４６が設定されていることが好ましい。
【００５２】
以上のように、第１実施例では、各燃焼室の着火時期Ｓｉと、全燃焼室の平均着火時期Ｓａｌｌ  とを演算し、ｉ番目の燃焼室の着火時期Ｓｉが平均着火時期Ｓａｌｌ  の近傍にある許容範囲Ｒ２から外れているときには、その燃料噴射量を調整することによって、ｉ番目の燃焼室の着火時期Ｓｉを他の燃焼室の着火時期に近づけている。着火時期Ｓｉは、各燃焼室の燃焼状態を示す代表的な指標の１つである。従って、各燃焼室の着火時期Ｓｉを許容範囲Ｒ２内に収めるように制御すれば、全燃焼室の燃焼状態を互いに近い状態に保つことが可能である。
【００５３】
従来技術で説明したように、各燃焼室の燃焼状態が異なると、ある少数の燃焼室において自着火運転が不適切になる可能性がある。これに対して、第１実施例では、着火時期Ｓｉを全燃焼室の平均着火時期Ｓａｌｌ  近傍の許容範囲に収めるように各燃焼室を制御するので、全燃焼室の燃焼状態を互いに近接させることができ、この結果、エンジン１００全体として自着火燃焼が可能な運転範囲を広げることができるという効果がある。
【００５４】
Ｂ．第２実施例：
図８は、第２実施例における燃焼状態制御の手順を示すフローチャートである。第２実施例は、エンジンの構成は第１実施例と同一であり、制御手順が第１実施例と異なるだけである。
【００５５】
ステップＳ１１では、演算部４２が、ｉ番目の燃焼室の最大圧力上昇率ｄＰｉ（図６）と、全燃焼室の最大圧力上昇率ｄＰｉの平均値ｄＰａｌｌ  （以下、「平均最大圧力上昇率」と呼ぶ）とを演算する。なお、全燃焼室の平均最大圧力上昇率ｄＰａｌｌ  も、所定数の複数サイクル分（例えば５サイクル分）を平均した値を使用することが好ましい。
【００５６】
ステップＳ１２〜Ｓ１７は、調整部４４によって実行される処理である。ステップＳ１２，Ｓ１３では、ｉ番目の燃焼室の最大圧力上昇率ｄＰｉが、平均最大圧力上昇率ｄＰａｌｌ  に許容率１０％を考慮した許容範囲（ｄＰａｌｌ  ±１０％）内にあるか否かが判定される。
【００５７】
ｉ番目の燃焼室の最大圧力上昇率ｄＰｉが平均最大圧力上昇率ｄＰａｌｌ  の１．１倍以上のときには、ステップＳ１４が実行される。ステップＳ４では、最大圧力上昇率ｄＰｉと、許容値（ｄＰａｌｌ  ×１．１）との差分（ｄＰａｌｌ  ×１．１−ｄＰｉ）が補正指標Ｘｉとして算出され、この補正指標Ｘｉに基づいて、補正量Ｙｉがマップ４６（図５）から決定される。第２実施例では、補正量Ｙｉとして給気弁１３２（図５）の閉弁時期ＩＮＣ（図４）が利用されている。具体的には、給気弁１３２の閉弁時期ＩＮＣを遅らせると実圧縮率が低下するので自着火が抑制され、一方、閉弁時期ＩＮＣを進めると実圧縮率が増大するので、自着火が促進される。ｉ番目の燃焼室の最大圧力上昇率ｄＰｉが平均最大圧力上昇率ｄＰａｌｌ  の１．１倍以上になるのは、この燃焼室の燃焼状態が他の燃焼室よりも活発なときである。従って、調整部４４は、給気弁１３２の閉弁時期ＩＮＣを遅らせることによって、実圧縮率を低下させ、その燃焼を抑制して他の燃焼室の燃焼状態に近づける（ステップＳ１５）。
【００５８】
一方、ｉ番目の燃焼室の最大圧力上昇率ｄＰｉが、平均最大圧力上昇率ｄＰａｌｌ  の近傍の許容範囲（ｄＰａｌｌ  ±１０％）内にあるときには、ステップＳ１６において、通常の運転マップに従った制御が実行される。
【００５９】
ｉ番目の燃焼室の最大圧力上昇率ｄＰｉが、平均最大圧力上昇率ｄＰａｌｌ  の０．９倍未満のときには、ステップＳ１７が実行される。ステップＳ１７では、点火プラグ１３６を点火させて、確実に着火するようにしている。この理由は、最大圧力上昇率ｄＰｉが他の燃焼室に比べて過度に低いときには、その燃焼室で失火が起こる可能性があるからである。そこで、このような場合には、点火プラグ１３６で点火を補助することによって、ｉ番目の燃焼室で失火が生じるのを防止することができる。
【００６０】
以上のように、第２実施例では、各燃焼室の最大圧力上昇率ｄＰｉと、全燃焼室の平均最大圧力上昇率ｄＰａｌｌ  とを演算し、ｉ番目の燃焼室の最大圧力上昇率ｄＰｉが平均最大圧力上昇率ｄＰａｌｌ  近傍の許容範囲から外れているときには、給気弁の閉時期（すなわち実圧縮率）の調整や、点火プラグによる補助点火の有無を利用して、ｉ番目の燃焼室の最大圧力上昇率ｄＰｉを他の燃焼室の値に近づけている。この結果、全燃焼室の燃焼状態を互いに近い状態に保つことが可能であり、また、燃焼状態の悪い燃焼室で失火が生じるのを防止することができる。
【００６１】
Ｃ．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。
【００６２】
Ｃ１．変形例１：
上記実施例では、各燃焼室内の燃焼状態を示す指標として、着火時期Ｓｉと、最大圧力上昇率ｄＰｉとを使用したが、燃焼状態指標としては、これ以外の種々の指標を利用することが可能であり、例えば、最大熱発生率ｄＱｉ（図６）などを利用してもよい。各燃焼状態指標の許容範囲は、それぞれに適した範囲に予め設定される。例えば、着火時期Ｓｉに関する許容範囲は全燃焼室の平均値Ｓａｌｌ  ±２°ＣＡに設定することができる。また、最大圧力上昇率ｄＰｉや最大熱発生率ｄＱｉに関する許容範囲は全燃焼室の平均値の±１０％に設定することができる。許容範囲をこのように設定すれば、燃焼パラメータの調整が過度に頻繁にならず、また、全燃焼室の燃焼状態を適切な範囲に収めることができる。
【００６３】
なお、このような種々の燃焼状態に関連した情報（燃焼状態情報）を測定するためのセンサとしては、筒内圧センサ以外の他の種類のセンサを用いてもよい。
【００６４】
また、燃焼状態を促進または抑制するための燃焼制御パラメータの調整としては、（１）燃料噴射量の増減や、（２）給気弁の開弁時期の調整（これによる実圧縮率の調整）、（３）点火プラグによる点火補助の有無、以外の他の調整手段を利用することが可能である。例えば、給気弁の開時期の遅角および／または排気弁の閉時期の進角による掃気期間の減少や、給気弁の開時期の進角および／または排気弁の閉時期の遅角による掃気期間を増大などを利用することができる。一般には、ある燃焼室の燃焼状態が全燃焼室の平均的な燃焼状態よりも不活発な場合には、その燃焼室の燃焼を促進するように燃焼制御パラメータを調整し、一方、全燃焼室の平均的な燃焼状態よりも活発な場合には、その燃焼室の燃焼を抑制するように燃焼制御パラメータを調整することが好ましい。このとき、ある燃焼室の燃焼状態指標と、全燃焼室の平均燃焼状態指標とのずれ量が大きいほど、燃焼制御パラメータの調整量を大きく設定することが好ましい。
【００６５】
Ｃ２．変形例２：
上記実施例では、２サイクル運転と４サイクル運転とを切り換えることが可能なエンジンについて説明したが、本発明は、２サイクル運転のみを行うエンジンにも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例としてのガソリンエンジン１００の構成を概念的に示した説明図。
【図２】第１実施例のエンジン１００の運転モードを示すマップ。
【図３】２サイクル運転の様子を示す説明図。
【図４】２サイクル運転時の給気弁と排気弁を開閉期間を模式的に示す説明図。
【図５】第１実施例における燃焼状態制御に関連する構成を示す説明図。
【図６】筒内圧センサ３６の出力から演算される圧力上昇率ｄＰ／ｄθと、熱発生率ｄＱ／ｄθと、熱発生量Ｑとを示すグラフ。
【図７】第１実施例における燃焼状態制御の手順を示すフローチャート。
【図８】第２実施例における燃焼状態制御の手順を示すフローチャート。
【符号の説明】
１２…給気通路
１４…燃料噴射弁
１６…排気通路
２０…エアクリーナ
２２…スロットル弁
２４…電動アクチュエータ
２６…触媒
３０…ＥＣＵ
３２…クランク角センサ
３４…アクセル開度センサ
３６…筒内圧センサ
４２…燃焼状態指標演算部
４４…燃焼制御パラメータ調整部
４６…燃焼パラメータマップ
５０…過給器
５２…タービン
５４…コンプレッサ
５６…シャフト
６０…サージタンク
６２…インタークーラ
１００…ガソリンエンジン
１３０…シリンダヘッド
１３２…給気弁
１３４…排気弁
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
１６２，１６４…電動アクチュエータ
【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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