(57)【要約】【課題】失火が発生した場合に、内燃機関で種々の弊害が発生することを回避する。【解決手段】失火が発生した場合には、失火した燃焼室から混合気が排出されることを抑制あるいは停止する。こうすれば、燃焼室内に残留した混合気を次のサイクルで燃焼させて動力を発生させてから排出することができるので、燃料消費効率の悪化や、大気汚染物質の排出量の増加、あるいは浄化触媒の劣化といった弊害の発生を回避することができる。失火した燃焼室から排出された混合気を他の燃焼室に還流させて燃焼させることとしても良い。【選択図】　図３
2004076607.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室内で空気と燃料との混合気を燃焼させることによって動力を出力する内燃機関であって、
前記燃焼室内で燃焼した前記混合気を該燃焼室内から排出させる混合気排出手段と、
前記燃焼室内で前記混合気の燃焼が正常に完了しない現象である失火の発生を検出する失火検出手段と、
前記失火の発生時に前記燃焼室内から前記混合気が排出されることを抑制する排出抑制手段と
を備える内燃機関。
【請求項２】
請求項１記載の内燃機関であって、
前記混合気排出手段は、前記燃焼室に設けられた排気弁を開弁することによって前記混合気を排出させる手段であり、
前記排出抑制手段は、前記排気弁の開弁量を抑制することによって前記混合気の排出を抑制する手段である内燃機関。
【請求項３】
請求項１記載の内燃機関であって、
前記混合気排出手段は、前記燃焼室に設けられた排気弁を開弁することによって前記混合気を排出させる手段であり、
前記排出抑制手段は、前記排気弁の開弁期間を抑制することによって前記混合気の排出を抑制する手段である内燃機関。
【請求項４】
請求項１記載の内燃機関であって、
前記燃焼室に前記空気を吸入するための吸気通路と、
前記燃焼室に設けられて前記吸気通路を開閉する吸気弁と
を備え、
前記混合気排出手段は、
前記燃焼した混合気を前記燃焼室から排出するための排気通路と、
前記燃焼室に設けられて前記排気通路を開閉する排気弁と
を備えるとともに、
前記排気弁を開弁することによって前記燃焼した混合気を前記排気通路に排出させる手段であり、
前記排出抑制手段は、前記内燃機関の膨張行程中あるいは排気行程中の少なくともいずれかで前記吸気弁を開弁し、前記混合気を前記吸気通路に逆流させることによって、該混合気が前記排気通路に排出されることを抑制する手段である内燃機関。
【請求項５】
請求項１記載の内燃機関であって、
前記混合気排出手段は、
前記燃焼した混合気を前記燃焼室から排出するための排気通路と、
前記燃焼室に設けられて前記排気通路を開閉する排気弁と
を備え、
前記排出抑制手段は、前記排気弁の下流側の前記排気通路内に設けられた開閉弁を閉弁方向に動かすことによって、前記混合気の排出を抑制する手段である内燃機関。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の内燃機関であって、
前記失火検出手段は、前記失火の発生に加えて該失火の程度を検出する手段であり、
前記排出抑制手段は、前記混合気の排出を、前記検出された失火の程度に応じて抑制する手段である内燃機関。
【請求項７】
請求項１記載の内燃機関であって、
前記排出抑制手段は、前記失火の発生時に、前記燃焼室内からの前記混合気の排出を停止する手段である内燃機関。
【請求項８】
前記失火の発生時に、前記燃焼室への燃料の供給を停止する燃料供給停止手段を備える請求項７記載の内燃機関。
【請求項９】
請求項７記載の内燃機関であって、
前記内燃機関が出力すべき要求トルクを検出する要求トルク検出手段と、
前記検出した要求トルクに対応する量の燃料と空気とを前記燃焼室に供給することによって該燃焼室に前記混合気を形成する混合気形成手段と
を備え、
前記混合気形成手段は、前記失火の発生時に前記要求トルクが増加した場合には、該要求トルクの増加量に対応する量の燃料と空気とを、前記燃焼室内に形成された前記混合気に追加して供給する手段である内燃機関。
【請求項１０】
請求項７記載の内燃機関であって、
前記内燃機関が出力すべき要求トルクを検出する要求トルク検出手段と、
前記燃焼室内の前記混合気に点火する混合気点火手段と、
前記失火の発生時に前記要求トルクが減少した場合に、前記混合気に点火する時期を遅角させる点火時期遅角手段と
を備える内燃機関。
【請求項１１】
燃焼室内で空気と燃料との混合気を燃焼させることによって動力を出力する内燃機関であって、
前記燃焼室内で前記混合気が燃焼することによって生じた燃焼ガスを、該燃焼室内から排出させる燃焼ガス排出手段と、
前記燃焼室内で前記混合気の燃焼が正常に完了しない現象である失火の発生を検出する失火検出手段と、
前記失火の発生が検出された場合に、前記燃焼ガスとして排出された前記混合気を前記燃焼室内に還流させる混合気還流手段と
を備える内燃機関。
【請求項１２】
請求項１１記載の内燃機関であって、
所定の順番で一巡するように互いが関係付けられた複数の前記燃焼室を備えるとともに、
前記失火検出手段は、前記複数の燃焼室の中から前記失火の発生した燃焼室を検出する手段であり、
前記混合気還流手段は、前記失火が検出された場合に、該失火の発生した燃焼室から前記燃焼ガスとして排出された前記混合気を、該燃焼室に関係付けられた所定の燃焼室に還流させる手段である内燃機関。
【請求項１３】
請求項１２記載の内燃機関であって、
前記複数の燃焼室は、前記所定の順番に従って位相が所定量ずつずれた状態で、それぞれに空気の吸入と前記混合気の燃焼と前記燃焼ガスの排出とが繰り返し行われ、且つ、１の燃焼室での該燃焼ガスの排出中に空気の吸入を行う他の燃焼室が、該１の燃焼室に対して関係付けられている燃焼室であり、
前記混合気還流手段は、前記失火が検出された場合に、前記燃焼ガスとして排出される混合気を、前記失火が検出された燃焼室に関係付けられた前記他の燃焼室に還流させる手段である内燃機関。
【請求項１４】
請求項１２または請求項１３記載の内燃機関であって、
前記燃焼室の各々は、
空気を吸入するための吸気通路と、
前記燃焼ガスを排出するための排気通路と、
前記排気通路から排出される前記燃焼ガスを、該燃焼室に関係付けられた他の燃焼室の前記吸気通路に還流させる還流通路と、
前記燃焼ガスの流れを前記排気通路と前記還流通路とに切り替える切替弁と
を備えており、
前記混合気還流手段は、前記失火が検出された場合に、該失火の発生した燃焼室の前記切替弁を切り替えることによって、該燃焼室から排出される混合気を還流させる手段である内燃機関。
【請求項１５】
３の倍数個の前記燃焼室を備えている請求項１４記載の内燃機関。
【請求項１６】
請求項１１または請求項１２記載の内燃機関であって、
前記混合気還流手段は、前記失火が検出された場合に、前記燃焼ガスとして排出された前記混合気の一部を前記燃焼室に還流させる手段である内燃機関。
【請求項１７】
請求項１６記載の内燃機関であって、
前記失火検出手段は、前記失火の発生に加えて該失火の程度を検出する手段であり、
前記混合気還流手段は、前記検出された失火の程度に応じて、前記混合気を還流させる手段である内燃機関。
【請求項１８】
請求項１１記載の内燃機関であって、
前記失火が検出された場合に前記燃焼室への燃料の供給を停止する燃料供給停止手段を備え、
前記混合気還流手段は、前記失火が検出された場合に、前記燃焼ガスとして排出された混合気の全量を前記燃焼室に還流させる手段である内燃機関。
【請求項１９】
請求項１ないし請求項１８のいずれかに記載の内燃機関であって、
前記失火検出手段は、前記燃焼室内の圧力を検出することによって、前記失火の発生を検出する手段である内燃機関。
【請求項２０】
請求項１ないし請求項１８のいずれかに記載の内燃機関であって、
前記失火検出手段は、前記内燃機関の回転速度を検出することによって、前記失火の発生を検出する手段である内燃機関。
【請求項２１】
燃焼室内で空気と燃料との混合気を燃焼させることによって動力を出力する内燃機関の制御方法であって、
前記燃焼室内で燃焼した前記混合気を、該燃焼室内から排出させる第１の工程と、
前記燃焼室内で前記混合気の燃焼が正常に完了しない現象である失火の発生を検出する第２の工程と、
前記失火の発生時に前記燃焼室内から前記混合気が排出されることを抑制する第３の工程と
を備える制御方法。
【請求項２２】
燃焼室内で空気と燃料との混合気を燃焼させることによって動力を出力する内燃機関の制御方法であって、
前記燃焼室内で前記混合気が燃焼することによって生じた燃焼ガスを、該燃焼室内から排出させる第１の工程と、
前記燃焼室内で前記混合気の燃焼が正常に完了しない現象である失火の発生を検出する第２の工程と、
前記失火の発生が検出された場合に、前記燃焼ガスとして排出された前記混合気を前記燃焼室内に還流させる第３の工程と
を備える制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、内燃機関で失火が発生した場合に、種々の弊害が発生することを回避するための技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関は、比較的小型でありながら大きな動力を発生させることができるという優れた特性を有することから、自動車や、船舶、航空機など種々の移動手段の動力源として、あるいは工場などの定置式の動力発生源として広く使用されている。これら内燃機関はいずれも、燃焼室内で燃料と空気との混合気を燃焼させ、このときに発生する圧力を、機械的仕事に変換して出力することを動作原理としている。
【０００３】
燃焼室内で混合気を燃焼させる方法としては、燃焼室内で火花を飛ばして混合気に点火することで燃焼させる方法や、燃焼室内で混合気を圧縮自着火させる方法、更には、燃焼室内で空気のみを圧縮しておき、この圧縮空気中に燃料を噴射して燃焼させる方法などがある。圧縮空気中に燃料の噴霧を噴射した場合も、気化した噴霧が周囲の空気と混合しながら燃焼しているので、結局は混合気を燃焼させていることになる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、内燃機関は種々の条件で運転されるから、稀ではあるが、燃焼室内で混合気が燃焼しなかったり、あるいは一部の混合気しか燃焼しないことがある。この様な現象は「失火」と飛ばれる。失火が発生すると、燃焼室内の混合気は、動力を発生させることなく排出されてしまうので、燃料消費効率の悪化を引き起こす。また、未燃の燃料を排出することになるので、大気汚染物質の排出量を増加させてしまう。更に、排気ガス中の大気汚染物質を浄化するために、排気通路に浄化触媒が設けられている場合には、未燃の混合気が浄化触媒上で一度に反応して、触媒性能の劣化を引き起こすことも懸念される。
【０００５】
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、内燃機関で失火が発生した場合でも、燃料消費効率の悪化や、大気汚染物質の排出量増加、あるいは浄化触媒の劣化の発生を回避可能な技術の提供を目的とする。
【０００６】
【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、本発明の第１の内燃機関は次の構成を採用した。すなわち、
燃焼室内で空気と燃料との混合気を燃焼させることによって動力を出力する内燃機関であって、
前記燃焼室内で燃焼した前記混合気を該燃焼室内から排出させる混合気排出手段と、
前記燃焼室内で前記混合気の燃焼が正常に完了しない現象である失火の発生を検出する失火検出手段と、
前記失火の発生時に前記燃焼室内から前記混合気が排出されることを抑制する排出抑制手段と
を備えることを要旨とする。
【０００７】
また、上記の内燃機関に対応する本発明の第１の制御方法は、
燃焼室内で空気と燃料との混合気を燃焼させることによって動力を出力する内燃機関の制御方法であって、
前記燃焼室内で燃焼した前記混合気を、該燃焼室内から排出させる第１の工程と、
前記燃焼室内で前記混合気の燃焼が正常に完了しない現象である失火の発生を検出する第２の工程と、
前記失火の発生時に前記燃焼室内から前記混合気が排出されることを抑制する第３の工程と
を備えることを要旨とする。
【０００８】
かかる本発明の第１の内燃機関およびこれに対応する制御方法においては、失火の発生が検出された場合には、燃焼室から混合気が排出されることを抑制する。こうすれば、排出されなかった混合気は燃焼室内で燃焼して動力を発生させた後に該燃焼室から排出される。すなわち、失火が発生した場合でも、混合気が動力を発生させることなく、そのまま全ての混合気が排出されてしまうことがなくなるので、燃料消費効率の悪化や、大気汚染物質の排出量の増加、あるいは浄化触媒の劣化を抑制することができる。
【０００９】
内燃機関の中には、混合気を圧縮自着火させる内燃機関や圧縮空気中に燃料を噴射する内燃機関などのように、失火時に混合気の排出を完全に抑制するとノッキングなどの弊害の発生が予想される内燃機関も存在する。これらの内燃機関では、失火が発生した場合での混合気の排出を完全に停止してしまうと、他の弊害の発生が懸念される。しかし、このような内燃機関においても、混合気の排出を抑制する程度に応じて、燃料消費効率の悪化や、大気汚染物質の排出量の増加、あるいは浄化触媒の劣化と言った弊害の発生を抑制することが可能である。
【００１０】
こうした第１の内燃機関においては、失火の発生時には、燃焼室に設けられた排気弁の開弁量を抑制することによって、該燃焼室から混合気が排出されることを抑制することとしても良い。例えば、排気弁としていわゆるポペット弁が用いられている場合には、該ポペット弁のリフト量を抑制することとしても良い。
【００１１】
あるいは、失火の発生時には、燃焼室に設けられた排気弁の開弁期間を抑制することによって、該燃焼室から混合気が排出されることを抑制することとしても良い。例えば、排気弁を閉弁する時期を早めることとしてもよい。
【００１２】
こうして開弁量あるいは開弁期間を抑制してやれば、失火の発生時に、燃焼室からの混合気の排出を簡便に抑制することが可能となる。
【００１３】
第１の内燃機関が、前記燃焼室に空気を吸入するための吸気通路と、該吸気通路を開閉する吸気弁と、該燃焼室で燃焼した混合気を排出するための排気通路と、該燃焼室に設けられて該排気通路を開閉する排気弁とを備えている場合には、失火の発生時に、次のようにして混合気の排出を抑制することとしても良い。すなわち、該内燃機関の膨張行程中あるいは排気行程中の少なくともいずれかで、該吸気弁を開弁して燃焼室内の混合気を該吸気通路内に逆流させることにより、該混合気が該排気通路から排出されることを抑制することとしても良い。
【００１４】
こうすれば、膨張行程あるいは排気行程の少なくともいずれかで吸気弁を開弁させるだけで、燃焼室からの混合気の排出を抑制することができる。換言すれば、他の行程中の吸気弁および排気弁の動作については、失火の発生の有無に関わらず同じ動作とすることができる。このため、混合気の排出を簡便に抑制することが可能となるので好適である。
【００１５】
あるいは第１の内燃機関が、燃焼室内で燃焼した混合気を排出するための排気通路と、該燃焼室に設けられて該排気通路を開閉する排気弁とを備えている場合には、次のようにして、失火発生時の混合気の排出を抑制することとしても良い。すなわち、該排気通路内の該排気弁の下流側に開閉弁を設けておき、失火の発生時には該開閉弁を閉弁方向に動かすことによって、混合気の排出を抑制することとしても良い。
【００１６】
こうすれば、排気弁の下流側の排気通路内に設けた開閉弁を動かすだけで、簡便に混合気の排出を抑制することができるので好ましい。
【００１７】
上述した各種の第１の内燃機関においては、失火の発生に加えて該失火の程度を検出することとして、失火の発生時には、前記混合気の排出を、該検出した失火の程度に応じて抑制することとしてもよい。
【００１８】
混合気を圧縮自着火させる内燃機関や圧縮空気中に燃料を噴射する内燃機関などのように、失火時に混合気の排出を完全に抑制するとノッキングなどの弊害の発生が予想される内燃機関においては、該混合気の排出を失火の程度に応じて抑制することで、より適切に抑制することが可能となるので好ましい。
【００１９】
あるいは、上述した第１の内燃機関においては、失火の発生時には、前記混合気の排出を停止して、前記燃焼室から該混合気が排出されないようにしてもよい。
【００２０】
失火の発止時に前記燃焼室から混合気が排出されないようにすれば、全ての混合気を燃焼室内で燃焼させて動力を発生させた後に排出することができる。このため、燃料消費効率の悪化や、大気汚染物質の排出量の増加、あるいは浄化触媒の劣化を効果的に抑制することが可能となるので好適である。
【００２１】
失火の発生時に混合気の排出を停止する場合には、燃焼室への燃料の供給も停止することとしても良い。
【００２２】
混合気の排出を停止した場合、失火の発生した燃焼室には混合気がそのまま残ることになる。従って、この様な場合に該燃焼室への燃料の供給を停止してやれば、不要な燃料の供給を避けることができるので好ましい。
【００２３】
上述の第１の内燃機関が、該内燃機関で出力すべき要求トルクを検出し、該検出した要求トルクに対応する量の燃料と空気とを前記燃焼室に供給して、該燃焼室に前記混合気を形成する内燃機関である場合には、次のようにしても良い。すなわち、前記失火の発生時に該要求トルクが増加した場合には、該要求トルクの増加量に対応する量の燃料と空気とを、該燃焼室内に形成された該混合気に追加して供給することとしても良い。
【００２４】
こうすれば、失火の発生時に要求トルクが増加した場合でも、該要求トルクの増加量に対応する燃料と空気とが追加された混合気を、燃焼室内で燃焼させることができるので、要求トルクの増加に速やかに対応することが可能となって好適である。
【００２５】
上述した第１の内燃機関が、燃焼室内の混合気に点火して燃焼させながらトルクを出力する内燃機関である場合には、次のようにしても良い。すなわち、内燃機関で出力すべき要求トルクを検出し、失火の発生時に該要求トルクが減少した場合には、該混合気に点火する時期を遅角させることとしても良い。
【００２６】
混合気に点火する時期を遅角させれば、該混合気の燃焼によって発生するトルクを減少させることができる。従って、こうすれば、失火の発生時に要求トルクが減少した場合でも、前記内燃機関が出力するトルクを減少させて、該要求トルクの減少に速やかに対応することが可能となるので好ましい。
【００２７】
本発明の第２の内燃機関は、前述した課題の少なくとも一部を解決するために次の構成を採用した。すなわち、
燃焼室内で空気と燃料との混合気を燃焼させることによって動力を出力する内燃機関であって、
前記燃焼室内で前記混合気が燃焼することによって生じた燃焼ガスを、該燃焼室内から排出させる燃焼ガス排出手段と、
前記燃焼室内で前記混合気の燃焼が正常に完了しない現象である失火の発生を検出する失火検出手段と、
前記失火の発生が検出された場合に、前記燃焼ガスとして排出された前記混合気を前記燃焼室内に還流させる混合気還流手段と
を備えることを要旨とする。
【００２８】
また、上記の内燃機関に対応する本発明の第２の制御方法は、
燃焼室内で空気と燃料との混合気を燃焼させることによって動力を出力する内燃機関の制御方法であって、
前記燃焼室内で前記混合気が燃焼することによって生じた燃焼ガスを、該燃焼室内から排出させる第１の工程と、
前記燃焼室内で前記混合気の燃焼が正常に完了しない現象である失火の発生を検出する第２の工程と、
前記失火の発生が検出された場合に、前記燃焼ガスとして排出された前記混合気を前記燃焼室内に還流させる第３の工程と
を備えることを要旨とする。
【００２９】
かかる本発明の第２の内燃機関およびこれに対応する第２の制御方法においては、失火が発生した場合には、燃焼ガスとして燃焼室から排出される混合気を燃焼室に還流させる。こうすれば、該混合気は燃焼室内で燃焼して動力を発生させた後に排出されることになる。従って、失火が発生した場合でも、混合気が動力を発生させることなく、そのまま全ての混合気が排出されてしまうことがないので、燃料消費効率の悪化や、大気汚染物質の排出量の増加、あるいは浄化触媒の劣化を抑制することができる。
【００３０】
こうした第２の内燃機関が複数の燃焼室を備えている場合は、次のようにしても良い。これら複数の燃焼室同士を、所定の順番で一巡するように互いを関係付けておく。そして、複数の燃焼室の中から失火の発生した燃焼室を検出し、該検出した燃焼室から燃焼ガスとして排出された混合気を、該燃焼室に関係付けられた所定の燃焼室に還流させることとしても良い。
【００３１】
第２の内燃機関が複数の燃焼室を備える場合には、このように、いずれの燃焼室についても所定の適切な燃焼室を関係付けておき、失火が発生した燃焼室から排出される混合気を、該燃焼室に関連付けられた燃焼室に還流させてやれば、混合気を適切に還流させることが可能となるので好適である。
【００３２】
更に、こうした第２の内燃機関に設けられた複数の燃焼室が、所定の順番に従って位相が所定量ずつずれた状態で、それぞれに空気の吸入と前記混合気の燃焼と前記燃焼ガスの排出とが繰り返し行われる燃焼室であり、そして、１の燃焼室が該燃焼ガスの排出中に空気の吸入を行う他の燃焼室が存在している場合には、次のようにしても良い。すなわち、失火が検出された場合に、前記燃焼ガスとして排出される混合気を、前記失火が検出された燃焼室に関係付けられた前記他の燃焼室に還流させることとしても良い。
【００３３】
こうすれば、失火が発生した燃焼室から排出される混合気を、該燃焼室に関連付けられた燃焼室に吸入させることができるので、混合気を確実に且つ容易に還流させて燃焼させることができる。また、予め関連付けられた他の燃焼室に混合気を還流させて燃焼させれば、失火の発生後、直ぐに混合気を燃焼させることができる。このため、内燃機関の運転条件の変化などの影響を受け難くなるといった利点も得られる。
【００３４】
上述した第２の内燃機関に設けられた複数の燃焼室の各々が、空気を吸入するための吸気通路と、前記燃焼ガスを排出するための排気通路とを備えている場合には、次のようにしても良い。先ず、各燃焼室に設けられた排気通路から排出される燃焼ガスを、該燃焼室に関係付けられた他の燃焼室の吸気通路に還流させる還流通路と、燃焼ガスの流れを前記排気通路と前記還流通路とに切り替える切替弁とを、各燃焼室毎に設けておく。そして、失火が検出された場合には、該失火の発生した燃焼室の前記切替弁を切り替えることによって、該燃焼室から排出される混合気を還流させることとしても良い。
【００３５】
こうして切替弁を用いて排気通路と還流通路とを切り替えてやれば、失火が発生した燃焼室から排出される混合気を、確実に還流させて燃焼させることが可能となる。
【００３６】
還流通路と切替弁を備えたこうした第２の内燃機関においては、燃焼室の個数を３の倍数個としても良い。
【００３７】
後述するように、経験上、燃焼室の個数が３の倍数個であれば、各燃焼室を接続する還流通路を比較的簡素な構成とすることができるので好ましい。
【００３８】
あるいはこうした第２の内燃機関においては、失火が検出された場合には、燃焼ガスとして排出された混合気の一部を還流させることとしても良い。
【００３９】
混合気を圧縮自着火させる内燃機関や圧縮空気中に燃料を噴射する内燃機関などのように、失火時に全ての混合気を還流させると、その燃焼室ではノッキングなどの弊害の発生が予想される内燃機関も存在する。この様な内燃機関では、燃焼ガスとして排出された混合気の一部を還流させることにより、ノッキングなどの弊害が発生することを回避しつつ、燃料消費効率の悪化や、大気汚染物質の排出量の増加、あるいは浄化触媒の劣化などを抑制することが可能となる。
【００４０】
こうした第２の内燃機関においては、失火の発生に加えて該失火の程度を検出することとして、失火発生時に混合気の一部を還流させるに際しては、失火の程度に応じて混合気を還流させることとしても良い。
【００４１】
燃焼ガスとして排出された混合気を還流させることで生じるノッキングなどの弊害の程度は、失火の程度によって異なると考えられる。従って、失火の程度に応じて混合気を還流させることとすれば、より適切に還流させることが可能となるので好ましい。
【００４２】
あるいは、こうした第２の内燃機関においては、失火の発生が検出された場合に、失火した燃焼室から排出される混合気の全量を還流させることとして、該混合気が還流される燃焼室への燃料の供給を停止することとしてもよい。
【００４３】
燃焼室から排出される混合気の全量が還流されれば、その燃焼室は混合気で満たされるので、新たに燃料を供給する必要はない。従って、こうすれば、不要な燃料の供給を避けることが可能となるので好適である。
【００４４】
上述した第１の内燃機関あるいは第２の内燃機関においては、燃焼室内の圧力を検出することによって、あるいは該内燃機関の回転速度を検出することによって、失火の発生を検出することとしても良い。
【００４５】
燃焼室内で混合気が正常に燃焼を完了した場合、燃焼室内の圧力は大きく上昇する。また、かかる圧力の上昇によって動力が発生するので、内燃機関の回転速度は上昇する。逆に、失火が発生した場合には、燃焼室内の圧力が上昇せず、また、内燃機関の回転速度が低下する。このことから、燃焼室内の圧力や、回転速度を検出すれば、失火を簡便に且つ適切に検出することが可能となるので好適である。
【００４６】
【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、次のような順序に従って、本発明の実施例を説明する。
Ａ．第１実施例：
Ａ−１．装置構成：
Ａ−２．エンジンの動作の概要：
Ａ−３．第１実施例のエンジン運転制御：
Ａ−４．失火の検出方法：
Ａ−５．第１実施例の変形例：
Ｂ．第２実施例：
Ｂ−１．圧縮自着火燃焼方式：
Ｂ−２．第２実施例のエンジン運転制御：
Ｂ−３．第２実施例の変形例：
Ｃ．第３実施例：
Ｄ．第４実施例：
【００４７】
Ａ．装置構成：
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、吸気・圧縮・膨張・排気の４つの行程を繰り返しながら燃焼室内で混合気を燃焼させることによって動力を出力する。図１では、エンジン１０の構造を示すために、燃焼室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の内部にピストン１４４が摺動可能に設けられている。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となる。
【００４８】
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。
【００４９】
シリンダヘッド１３０には、燃焼室に吸入空気を取り入れるための吸気通路１２と、燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴射弁１４と、燃焼室内の混合気に点火するための点火プラグ１３６と、燃焼室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、吸気バルブ１３２および排気バルブ１３４は、それぞれ電動アクチュエータ１５２，１５４によって駆動されている。これら電動アクチュエータ１５２，１５４は、円盤状の電歪素子を複数枚積み重ねた構造となっており、電圧を印加することによって任意のタイミングで吸気バルブ１３２、排気バルブ１３４を開閉することが可能となっている。
【００５０】
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１０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、燃焼室内に吸入される。また、吸気通路１２には、スロットル弁２２が設けられており、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、燃焼室内に吸入される空気量を制御することができる。
【００５１】
また、排気通路１６の下流には、浄化触媒２６が設けられており、排気ガスに含まれる大気汚染物質を浄化することが可能となっている。
【００５２】
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。またＥＣＵ３０は、クランク角センサ３２の出力に基づいて適切なタイミングで、電動アクチュエータ１５２，１５４、あるいは燃料噴射弁１４、点火プラグ１３６を駆動する。こうすることにより、ピストン１４４の動きに同期させながら、吸気バルブ１３２および排気バルブ１３４を開閉させ、燃料を噴射して燃焼室内に混合気を形成し、この混合気に点火してエンジン１０運転することができる。
【００５３】
またＥＣＵ３０は、シリンダブロック１４０に設けられた圧力センサ２３によって、燃焼室内の圧力を検出することができる。尚、圧力センサ２３は、シリンダブロック１４０ではなくシリンダヘッド１３０に設けることも可能である。
【００５４】
Ａ−２．エンジンの動作の概要：
前述したように、エンジン１０は吸気行程、圧縮行程、膨張行程、排気行程の４つの行程を繰り返し行うことによって動力を出力する。図２は、エンジン１０が、これら４つの行程を繰り返しながら動力を出力する様子を概念的に示した説明図である。図２では、左から順番に吸気行程、圧縮行程、膨張行程、排気行程の各行程が概念的に示されている。図中の最上段にはピストンの位置が示されている。図中に表示された「ＴＤＣ」は、ピストンが最も上昇した位置（上死点）にあることを示している。また「ＢＤＣ」は、ピストンが最も降下した位置（下死点）にあることを示している。図２の中段には、吸気バルブ１３２および排気バルブ１３４の開閉タイミング、燃料噴射弁１４および点火プラグ１３６の駆動タイミングが表示されている。また図中の最下段には、各行程でのエンジン１０の動作が概念的に表されている。
【００５５】
先ず初めに、図２の左端に示された吸気行程について説明する。図２の中段に示すように、吸気行程では吸気バルブを開いた状態で、ピストン１４４をＴＤＣから降下させる。こうすることにより、吸気バルブ１３２から空気を燃焼室内に吸入することができる。ピストン１４４がＢＤＣに達して降下を停止すると、それ以上は空気を吸入することができないので吸気バルブ１３２を閉じてやる。このように吸気行程は、吸気バルブ１３２を開いてピストン１４４を降下させることにより、燃焼室内に空気を吸入する行程である。またエンジン１０では、前述したように燃料噴射弁１４が燃焼室に設けられており、吸気行程中に燃料を燃焼室内に直接噴射する。図２の中段の燃料噴射弁の位置には、矩形にハッチングを付すことによって、燃料噴射弁１４が燃料を噴射する期間を表示している。
【００５６】
図２の下段の左端には、吸気行程中のエンジン１０の動作が概念的に示されている。図示されているように吸気行程では、吸気バルブ１３２を開いてピストン１４４を降下させることによって、燃焼室内に空気を吸入する。図中の黒い矢印は、吸気バルブ１３２を通って燃焼室内に空気が吸引される様子を概念的に示している。こうした空気の流入に合わせて燃料噴射弁１４から燃料を噴射する。図中では、噴射された燃料噴霧をハッチングを付して表している。噴射された燃料噴霧は、流入した空気の流れによって燃焼室内で攪拌され、燃焼室内にほぼ均一な密度で分散して混合気を形成する。
【００５７】
ピストン１４４がＢＤＣに達したら、吸気バルブ１３２を閉じて圧縮行程に移る。圧縮行程では、吸気行程中に燃焼室内に形成された混合気を、ピストン１４４を上昇させることによって圧縮する。図２の中段に示されているように、圧縮行程中では、吸気バルブ１３２および排気バルブ１３４はともに閉じられている。また、図２下段の左から２番目の図には、圧縮行程中のエンジン１０の動作が、概念的に示されている。下段の図中で燃焼室内に付された粗いハッチングは、混合気が形成されていることを表している。圧縮行程は、ピストンがＢＤＣの位置からＴＤＣの位置に上がり切るまで続く。
【００５８】
圧縮行程後半のピストンがほぼ上死点に達した付近で、点火プラグ１３６から火花を飛ばして混合気に点火してやる。図２の中段の点火プラグの位置に示した星印は、圧縮行程の終了直前に点火していることを表している。この様なタイミングで点火プラグ１３６から火花を飛ばしてやれば、火炎が燃焼室内に一気に燃え広がって、燃焼室内の混合気を速やかに燃焼させることができる。図２の下段中央の図には、圧縮行程後半の上死点付近で、燃焼室内の混合気が速やかに燃焼している様子が概念的に示されている。
【００５９】
混合気が燃焼すると燃焼室内の圧力は大幅に上昇してピストン１４４を押し下げようとする。点火に続く膨張行程では、ピストン１４４を降下させながらピストンが受ける圧力を機械的な仕事に変換して、動力として外部に出力する。図２下段の右から２番目の図には、燃焼室内の圧力によってピストン１４４が押し下げられて、外部に動力を発生している様子を概念的に示している。図中で燃焼室内に付された細かいハッチングは、燃焼室内は、混合気が燃焼して生成した燃焼ガスで満たされていることを概念的に表している。膨張行程はピストン１４４がＢＤＣに達するまで続く。
【００６０】
ピストン１４４が下死点に達すると、それ以上はピストン１４４を降下させて動力を取り出すことはできない。そこで、図２の中段に示すように、排気バルブ１３４を開いてピストン１４４を上昇させる。膨張行程に続く排気行程では、こうして排気バルブ１３４を開いてピストン１４４を上昇させる。こうすれば、燃焼ガスをピストンで押し出すようにして燃焼室から排出させることができる。図２下段の右側の図には、排気行程中に排気バルブ１３４から燃焼室内の燃焼ガスが排出されている様子を概念的に表している。ピストン１４４がＴＤＣに達したら、排気バルブ１３４を閉じて排気行程を終了する。
【００６１】
以上のようにして、吸気行程、圧縮行程、膨張行程、排気行程の４つの行程を一巡したら、再び吸気行程に戻って同じ動作を繰り返す。エンジン１０は、こうした動作を繰り返しながら、圧縮行程の後期のＴＤＣ付近のタイミングで点火して混合気を燃焼させることによって、動力を出力している。
【００６２】
ところが、エンジン１０は種々の条件で運転されるために、圧縮行程後期のＴＤＣ付近で火花を飛ばしたにも関わらず燃焼室内の混合気が燃焼しなかったり、あるいは、ごく僅かにしか燃焼しない場合が生じ得る。前述したように、このような現象は失火と呼ばれる。失火が発生すると、燃焼室内の混合気が動力に変換されることなく排出されてしまうので、燃料消費効率の低下を引き起こすなどの弊害が生じる。以下、これを図３を参照しながら説明する。
【００６３】
図３は、失火が発生したときに、混合気が燃焼することなく燃焼室から排出される様子を概念的に示した説明図であり、左から右に向かって、エンジン１０の吸気行程、圧縮行程、膨張行程、排気行程の４つの行程を示している。前述したように、圧縮行程でピストン１４４を上昇させて燃焼室内の混合気を圧縮した後、点火プラグ１３６から火花を飛ばすと、通常であれば混合気はたちまち燃焼を完了して、続く膨張行程ではピストン１４４を押し下げようとする。
【００６４】
ところが、図３下段の中央の図に概念的に示したように、点火プラグ１３６で火花を飛ばしても混合気に点火することができない場合がある。あるいは点火はしたものの、火炎が速やかに燃え広がらずに、火炎が途中で消えてしまう場合もある。すなわち、点火後火炎が速やかに燃え広がらなかった場合には、ピストン１４４の降下速度が加速度的に増加するため、断熱膨張の作用によって燃焼室内の混合気温度が急激に低下し火炎が消えてしまうことがある。こうした失火と呼ばれる現象は、点火プラグ１３６の周辺の燃料濃度が、点火時にたまたま低くなっていた場合や、点火プラグ１３６で火花を飛ばした時に、付近の流速がたまたま大きくなって火花を吹き飛ばしてしまった場合など種々の要因で生じ得る。エンジンは様々条件で使用されるから、運転中にこうした条件が成立して、失火が発生してしまうことが起こり得る。
【００６５】
失火が発生すると、続く膨張行程では、燃焼室内の混合気は燃焼しないまま、ピストン１４４が降下して燃焼室容積が増加するに連れて、混合気の体積が増加するとともに圧力が低下していく。混合気が全く燃焼しなかった場合は、この行程は、ピストン１４４を上昇させて混合気を圧縮する圧縮行程をちょうど逆方向に辿るような行程となる。図３の下段右から２番目の図には、ピストン１４４の降下とともに、燃焼室内の混合気が圧縮行程とちょうど逆の変化を辿りながら膨張している様子を概念的に示している。燃焼室の部分に付した粗いハッチングは、混合気が燃焼ガスに変換されることなく、そのまま膨張していることを概念的に表したものである。
【００６６】
ピストン１４４がＢＤＣに達したら、膨張行程を終了して排気行程が開始される。前述したように排気行程では、排気バルブ１３４を開いてピストン１４４を上昇させる。通常であれば、燃焼室内の混合気は燃焼ガスに変換されており、排気行程では燃焼ガスが排出されるが、失火が発生した場合は、燃焼室内の混合気は燃焼ガスに変換されておらず、従って、排気行程では混合気が排出されてしまう。図３の下段右端の図には、ピストン１４４の上昇にともなって、排気バルブ１３４から混合気が排出されている様子が概念的に示されている。
【００６７】
このように、失火が発生すると、燃焼室内の混合気は燃焼することなく排出されてしまう。すなわち、混合気が動力を発生させることなく捨てられてしまうことになるから、その分だけ燃料消費効率の低下を引き起こす。また、こうして排出された混合気は、排気通路１６に設けられた浄化触媒２６上で一度に反応して、浄化触媒２６を劣化させてしまう。こうした事態を回避すべく、本実施例のエンジン１０では、次のような制御を行っている。
【００６８】
Ａ−３．第１実施例のエンジン運転制御：
制御内容についての理解を容易とするために、初めに、失火が発生したときのエンジン１０の動作について大まかに説明しておく。図４は、失火が発生した場合のエンジン１０の動作の概要を示した説明図である。図４には、左から右に向かって、エンジンの前述した４つの行程が２サイクル分表示されている。初めの１サイクル目で失火が発生したものとしている。また、前述した図２および図３と同様に、図４でも図の最下段にはエンジン１０の動作を概念的に表示しているが、図示が煩雑となることを避けるために、図４では、２サイクル分の各行程の中の１部の行程のみについて表示している。すなわち、最下段にある左端の図は１サイクル目の吸気行程を示しており、左から２番目ないし４番目の図は、１サイクル目の膨張行程ないし２サイクル目の吸気行程までを示している。残りの３つの図は、２サイクル目の点火時および膨張行程、排気行程をそれぞれ表示している。
【００６９】
今、１サイクル目の圧縮行程後期に点火プラグ１３６から火花を飛ばしたにも関わらず、失火したものとする。すると続く膨張行程では、図３を用いて説明したように、燃焼室内の混合気は、燃焼することなく、ピストン１４４が降下して燃焼室容積が増加するに連れて混合気の体積が増加し、圧力が低下していく。図４最下段の左から２番目の図には、ピストン１４４の降下に従って、燃焼室内の混合気の体積が増加している様子を概念的に示している。
【００７０】
このように、失火が発生すると、膨張行程終了後の燃焼室内は混合気で満たされている。そこで、第１実施例では、続く排気行程における排気バルブ１３４の駆動を停止する。図４で、１サイクル目の排気行程中の排気バルブの駆動タイミングを示す部分に、ハッチングに代えて太い破線で矩形が表示されているのは、通常であれば排気バルブが駆動されるタイミングであるが失火が発生したために駆動が停止されていることを示したものである。こうして排気バルブ１３４の駆動が停止された結果、１サイクル目の排気行程では吸気バルブ１３２および排気バルブ１３４が閉じられたままピストン１４４が上昇する。結局、失火に続く排気行程では、ちょうど圧縮行程と同様に燃焼室内の混合気はピストン１４４によって圧縮されることになる。図４最下段の左から３番目の図には、ピストン１４４の上昇に伴って、燃焼室内で混合気が圧縮されている様子が概念的に示されている。
【００７１】
失火に続く排気行程では、排気バルブ１３４を閉じたままピストン１４４を上昇させているので、燃焼室内は混合気で満たされている。このため、続く吸気行程では、吸気バルブ１３２および燃料噴射弁１４の駆動を停止する。図４で、２サイクル目の吸気行程中の吸気バルブおよび燃料噴射弁の駆動タイミングを示す部分に、ハッチングに代えて太い破線で矩形が表示されているのは、通常であれば吸気バルブおよび燃料噴射弁が駆動されるタイミングであるが、失火が発生したために駆動が停止されていることを表したものである。失火が発生した後の吸気行程では、こうして吸気バルブ１３２も燃料噴射弁１４も駆動することなくピストン１４４を降下させる。その結果、ピストン１４４がＢＤＣに達した時点（すなわち２サイクル目の吸気行程終了時点）では、１サイクル目の吸気行程終了時とほぼ同様の状態に復帰する。
【００７２】
２サイクル目の吸気行程終了後では、このように１サイクル目の吸気行程終了時とほぼ同様の状態となっているので、続く圧縮行程で燃焼室内の混合気を圧縮し、圧縮行程後期の適切なタイミングで点火プラグ１３６から火花を飛ばしてやれば、燃焼室内の混合気を速やかに燃焼させることができる。１サイクル目の点火では失火が発生した場合であっても、１サイクル目の膨張行程から２サイクル目の吸気行程までの間に燃焼室内の混合気は十分に攪拌されており、更に燃焼室内の混合気の流動も減衰していることから、２サイクル目では点火プラグ１３６から火花を飛ばすことによって燃焼室内の混合気に確実に点火することが可能である。図４最下段の右端から３番目の図には、２サイクル目の点火によって燃焼室内の混合気が速やかに燃焼した様子を概念的に表現している。
【００７３】
点火に成功すると、燃焼室内の混合気は速やかに高圧の燃焼ガスに変換され、続く２サイクル目の膨張行程ではピストン１４４を押し下げて動力を発生させる。そして、ピストン１４４がＢＤＣに達したら、排気バルブ１３４を開いた後、ピストン１４４を上昇させて、燃焼室内の燃焼ガスを排出する。図４最下段の右端の図は、ピストン１４４を上昇させながら、排気バルブ１３４から燃焼室内の燃焼ガスを排出している様子を概念的に示している。こうして排気バルブ１３４から燃焼ガスを排出しながらピストン１４４がＴＤＣに達したら、吸気行程を開始し、その後は通常の運転と同様の動作を繰り返す。
【００７４】
こうすれば、失火が発生した場合でも混合気をそのまま排出することなく、続くサイクルで燃焼させて動力を取り出してから排出することができるので、燃料消費効率が悪化したり、浄化触媒２６が劣化したりすることを回避することができる。以下では、こうした動作を行うための制御について説明する。
【００７５】
図５は、ＥＣＵ３０が行うエンジン制御ルーチンの流れを示すフローチャートである。ＥＣＵ３０は、図５に示したルーチンに従って制御を行うことで、エンジン１０の動作を制御している。以下、フローチャートに従って説明する。
【００７６】
ＥＣＵ３０は、エンジン制御ルーチンを開始すると先ず初めに、失火が発生したか否かを判断する（ステップＳ１００）。エンジン１０の運転を開始した直後など、かかる判断を初めて行う場合には、失火は発生していないと判断して（ステップＳ１００：ｎｏ）、バルブ制御を開始する（ステップＳ１０２）。バルブ制御では、吸気バルブ１３２および排気バルブ１３４の開閉タイミングを設定し、設定したタイミングで電動アクチュエータ１５２、１５４を駆動する制御を行う。こうすることで、図２に示したように、ピストンの動きに同期した適切なタイミングで、吸気バルブ１３２および排気バルブ１３４を開閉することができる。
【００７７】
バルブ制御に続いて、ＥＣＵ３０は燃料噴射制御を行う（ステップＳ１０４）。かかる制御では、燃焼室内に噴射する燃料量および噴射タイミングを算出し、燃料噴射弁１４の駆動タイミングを設定する。燃料噴射量は、燃焼室内に吸入される空気量に対して燃料量が適切な割合となるように算出される。ここで燃焼室内に吸入される空気量の算出には、周知の種々の方式を適用することができる。例えば、吸気通路１２内に空気量センサを設けて空気量を直接検出することもできるし、あるいは、吸気通路１２内の圧力に基づいて算出することもできる。また、簡便には、吸気通路１２に設けられたスロットル弁２２の開度とエンジン回転速度との組合せ毎に、燃焼室内に吸入される空気量を予め計測してマップとして記憶しておき、このマップを参照することによって空気量を算出することも可能である。こうして算出した燃料量に基づいて、燃料噴射弁１４の駆動タイミングを設定する。燃料の噴射量が多い場合には駆動時間は長くなり、噴射量が少ない場合は駆動時間は短くなる。本実施例では、燃料噴射弁１４の駆動開始タイミングは固定されており、駆動時間が決まれば自動的に駆動終了タイミングを決定することができる。もちろん、エンジンの運転条件に合わせて、燃料噴射弁１４の駆動開始タイミングを変更することとしても良い。図５のステップＳ１０４では、こうして燃料噴射弁１４の駆動タイミングを設定する。こうすることにより、ピストン１４４の動きに同期して、設定したタイミングで燃料噴射弁１４から燃焼室内に燃料を噴射することができる。
【００７８】
次いで、ＥＣＵ３０は点火制御を行って、適切なタイミングで点火プラグ１３６から火花を飛ばしてやる（ステップＳ１０８）。通常の場合は、こうして火花を飛ばすことによって、燃焼室内の混合気を燃焼させることができる。
【００７９】
点火制御に続いて失火の検出を行う（ステップＳ１１０）。本実施例のエンジン１０では、図１に示したようにシリンダブロック１４０に設けられた圧力センサ２３の出力に基づいて検出する。失火の検出方法については後述する。
【００８０】
失火の検出を行ったら、エンジンの停止が指示されているか否かを確認する（ステップＳ１１２）。エンジンの運転者によってエンジン１０を停止する旨が指示されていた場合は、そのままエンジン制御ルーチンを終了する。エンジン１０の停止が指示されていない場合は、ステップＳ１００に戻って更に制御を続行する。
【００８１】
ステップＳ１００で失火が発生したと判断された場合は、続く排気行程で排気バルブ１３４から混合気が排出されることの無いように、排気バルブ１３４の駆動を停止するとともに、続く吸気行程においても吸気バルブ１３２の駆動を停止する制御を行う。図５のステップＳ１０６では、こうして排気バルブ１３４および吸気バルブ１３２の駆動を停止する処理を行う。
【００８２】
ステップＳ１０６において、失火の発生に続く排気行程および吸気行程でのバルブの駆動を停止するための処理を行ったら、燃料噴射弁１４から噴射する燃料量の算出や燃料噴射タイミングの設定を行うことなく、そのまま点火時期制御を行う（ステップＳ１０８）。図４を用いて説明したように、失火が発生した場合、続く排気行程および吸気行程でのバルブの駆動を停止して、次のサイクルで点火プラグ１３６から火花を飛ばすことによって、燃焼室内の混合気に確実に点火することができる。
【００８３】
このように、図５に示したエンジン制御ルーチンに従ってエンジン１０を制御してやれば、失火が発生した場合でも、次のサイクルで確実に燃焼させることができる。その結果、燃焼室内の混合気が動力を発生することなく排出されてしまうことが無くなるので、燃料消費効率が悪化することを回避することが可能となる。また、混合気が燃焼しないまま排気通路１６に排出されることも無くなるので、浄化触媒２６が劣化することもない。
【００８４】
Ａ−４．失火の検出方法：
ここで、エンジン１０が失火を検出する方法について簡単に説明しておく。前述したように、エンジン１０はシリンダブロック１４０に設けられた圧力センサ２３の出力に基づいて、失火の発生を検出する。図６は、圧力センサ２３で計測した燃焼室内の圧力が、クランク角度に応じて変化する様子を概念的に示している。前述したように、圧縮行程ではクランクシャフトが回転するに従ってピストン１４４が上昇して燃焼室内の混合気を圧縮するから、これに伴って燃焼室内の圧力も次第に上昇していく。そして、ピストンがほぼＴＤＣに達すると、点火プラグ１３６から火花を飛ばして燃焼室内の混合気に点火してやる。通常であれば、点火後、混合気は速やかに燃焼し、その結果、燃焼室内の圧力は、図６に実線で示すように急激に上昇する。ところが、失火が発生すると、図６に破線で示したように、燃焼室内の圧力は次第に低下していく。このことから、点火プラグ１３６で火花を飛ばす前の所定のタイミングと、火花を飛ばした後の所定のタイミングとで、それぞれ燃焼室内の圧力を検出し、これらを比較することによって失火の有無を検出することができる。すなわち、火花を飛ばした前後で燃焼室内の圧力が所定値以上に増加していない場合は、失火が発生したと判断することができる。
【００８５】
あるいは、エンジンの回転速度を計測することによって、失火の発生を検出することも可能である。図７を参照しながら、かかる原理について簡単に説明する。エンジンが定常状態で運転されている場合でも、エンジンの回転速度は、実際にはクランク角度とともに変動している。この様な変動が生じるのは、それぞれの燃焼室で位相を少しずつ異にしながら、吸気行程、圧縮行程、膨張行程、排気行程が繰り返し行われていることによる。図７は、４つの燃焼室を備えたいわゆる４気筒エンジンにおいて、エンジンの回転速度が変動する様子を示した説明図である。図の最上段にはクランク角度に対してエンジン回転速度が変動する様子が示されており、その直ぐ下には、１番気筒についての４つの行程と、各気筒についての燃焼室内の圧力とが示されている。先ず、１番気筒に着目すると、圧縮行程では燃焼室内の圧力に逆らってピストンを上昇させることになるので、エンジン回転速度は次第に低下していく。そして混合気を圧縮後、上死点付近で点火すると、今度は燃焼室内の圧力を受けてピストンが押し下げられるので、エンジン回転速度が上昇していく。このことから明らかなように、エンジンの回転速度は、１番気筒の圧縮行程中では次第に低下し、続く膨張行程では上昇するような変動を示す。
【００８６】
４つの燃焼室を備えた４気筒エンジンでは、１番気筒の膨張行程は３番気筒の圧縮行程に対応している。このことから、１番気筒の膨張行程に入ってしばらくの間はエンジン回転速度は上昇を続けるが、３番気筒の燃焼室内圧力が高くなると、やがてエンジン回転速度は次第に低下していく。そして、３番気筒の混合気が点火されて膨張行程に入ると再びエンジン回転速度は上昇する。３番気筒の膨張行程は４番気筒の圧縮行程に対応しており、４番気筒の膨張行程は２番気筒の圧縮行程に、２番気筒の膨張行程は１番気筒の圧縮行程に対応している。このように、各気筒で少しずつ位相を異ならせながら圧縮行程と膨張行程とが行われるために、エンジンの回転速度は図７に示すような変動を示すことになる。
【００８７】
ここで、ある気筒で失火が発生したとする。例えば１番気筒が失火した場合を考える。すると、続く膨張行程でピストンが大きな力で押し下げられることはない。そればかりか、１番気筒の膨張行程は３番気筒の圧縮行程に対応しており、３番気筒では燃焼室内の圧力に逆らってピストンを上昇させることになるから、１番気筒で失火が発生すると、その気筒の膨張行程ではエンジン回転速度が大きく低下することになる。このように、失火が発生するとエンジン回転速度が急激に大きく低下するので、回転速度の急激な低下が発生したタイミングが、何番気筒の膨張行程に対応するかを検出すれば、失火の発生した気筒を検出することが可能である。
【００８８】
尚、ここではエンジン回転速度の低下に基づいて失火の発生を検出するものとして説明したが、混合気が燃焼したときのエンジン回転速度の上昇を検出し、この上昇が検出されなかった場合に、失火が発生したと判断することも可能である。
【００８９】
Ａ−５．第１実施例の変形例：
上述した第１実施例には種々の変形例が存在している。以下では、これらの変形例について簡単に説明する。
【００９０】
（１）第１の変形例：
上述した第１実施例では、燃料噴射弁１４は燃焼室内に燃料噴霧を直接噴射するものとしたが、これに限らず、吸気バルブ１３２の上流側から燃料を噴射することとしても良い。
【００９１】
図８は、こうした第１の変形例としてのエンジン１０の構造を概念的に示した説明図である。第１の変形例のエンジン１０は、図１に示した第１実施例に対して、吸気通路１２内に燃料噴射弁１５が設けられている点が異なっている。
【００９２】
図９は、こうした第１の変形例のエンジン１０において、失火が発生したときの動作の概要を示した説明図である。図９では、前述した図４と同様に、左から右に向かって、エンジンの４つの行程が２サイクル分に亘って表されている。以下、図９を参照しながら、第１の変形例としてのエンジン１０の動作について簡単に説明する。
【００９３】
図９に示すように、吸気行程では吸気バルブ１３２を開いた状態でピストン１４４を降下させる。すると、図９下段の左端に示すように、吸気バルブ１３２から燃焼室内に混合気が流入する。続く圧縮行程では、吸気バルブ１３２を閉じた状態でピストン１４４を上昇させることにより、燃焼室内の混合気を圧縮する。第１の変形例では、吸気通路１２に設けた燃料噴射弁１５から圧縮行程中に燃料を噴射する。圧縮行程中は吸気バルブ１３２は閉じられているから、噴射された燃料は吸気通路１２内で蒸発し、空気と混合して混合気を形成する。吸気行程では、こうして予め吸気通路内に形成された混合気を燃焼室内に吸入する。
【００９４】
圧縮行程に続いて、ＴＤＣ付近の所定のタイミングで点火プラグ１３６から火花を飛ばしてやる。通常は、燃焼室内で火花を飛ばしてやれば混合気が速やかに燃焼するので、続く排気行程では排気バルブ１３４を開いて燃焼室内の燃焼ガスを排出するが、失火が発生した場合は、続く排気行程での排気バルブ１３４の駆動と、吸気行程での吸気バルブ１３２の駆動とを停止し、そして圧縮行程中の燃料噴射弁１５からの燃料噴射も行わない。図９中で、１サイクル目の排気行程中の排気バルブの駆動タイミングを示す部分と、２サイクル目の吸気行程中の吸気バルブの駆動タイミングを示す部分、および圧縮行程中の燃料噴射弁の駆動タイミングを示す部分に、太い破線で矩形が表示されているのは、失火が発生したために、排気バルブおよび吸気バルブ、燃料噴射弁の駆動が停止されていることを表したものである。こうして２サイクル目の圧縮行程後期の適切なタイミングで、再び点火プラグ１３６から火花を飛ばしてやれば、燃焼室内の混合気を燃焼させることができる。その結果、続く膨張行程ではピストン１４４が燃焼室内の圧力を受けて押し下げられて動力を発生するので、燃料消費効率の悪化を回避することができ、また、排気行程では燃焼ガスが排出されるので、浄化触媒２６が劣化することもない。
【００９５】
（２）第２の変形例：
上述した実施例では、失火が発生した場合、排気バルブ１３４および吸気バルブ１３２の駆動をいずれも停止するものとして説明したが、排気バルブ１３４のみ駆動を停止し、吸気バルブ１３２については駆動することも可能である。以下、こうした第２の変形例について、図１０を参照しながら説明する。
【００９６】
図１０は、第２の変形例のエンジン１０で失火が発生した場合に、エンジン１０が行う動作について概念的に示した説明図である。図示の煩雑化を避けるために、図１０では、失火が発生した１巡目のサイクルと、それに続く２巡目のサイクルの前半、すなわち圧縮行程までを表示している。
【００９７】
第２実施例においても失火が発生すると、続く排気行程では排気バルブ１３４の駆動を停止する。この結果、排気行程では吸気バルブ１３２も排気バルブ１３４もいずれも閉じたままピストン１４４を上昇させることになるので、燃焼室内では混合気が圧縮される。図１０の最下段の左から３番目の図には、こうして燃焼室内で混合気が圧縮される様子を概念的に表している。
【００９８】
前述した各種実施例とは異なり、第２の変形例では、続く吸気行程では通常のサイクルと同様に、吸気バルブ１３２を開いてやる。排気行程では燃焼室内の混合気が圧縮されているから、吸気行程で吸気バルブ１３２を開くと、圧縮されていた混合気が、吸気バルブ１３２を通って燃焼室内から吸気通路１２内に逆流する。次いで、ピストン１４４が降下し始めると、吸気通路１２内に逆流した混合気が、再び吸気バルブ１３２から燃焼室内に流入する。図１０下段の右から２番目の図には、失火が発生したサイクルの次の吸気行程で、吸気通路１２内から逆流した混合気が燃焼室内に吸入されている様子を概念的に示している。このように、失火に続くサイクルの吸気行程では、空気ではなく混合気が流入するから、燃料噴射弁１４からの燃料噴射は休止する。尚、混合気に混ざって空気も一部吸入した場合を考慮して、僅かに燃料を噴射することとしても良い。
【００９９】
こうして混合気を吸入したら、この混合気を続く圧縮行程で圧縮した後、ピストンがＴＤＣ付近にある適切なタイミングで火花を飛ばして点火してやる。図１０の下段の右端には、燃焼室内に火花を飛ばすことにより、混合気に点火した様子を概念的に表している。以降の動作は、前述した各種実施例と同様なので、説明は省略する。
【０１００】
このように、第２の変形例では、失火が発生した場合に、続く排気行程および吸気行程での排気バルブ１３４および燃料噴射弁１４の駆動のみ停止することで、失火したサイクルの混合気を次のサイクルで燃焼させることができる。こうした第２の変形例では、吸気バルブ１３２については、失火の発生有無に関わらず同じタイミングで駆動することができる。このことから、吸気バルブ１３２を、電動アクチュエータではなく、安価な通常のカム機構によって駆動するなど、駆動機構を簡素なものとすることが可能となる。
【０１０１】
（３）第３の変形例：
更には、排気バルブ１３４の下流側に第２の開閉バルブを設けてやれば、吸気バルブ１３２および排気バルブ１３４をいずれも通常のカム機構によって駆動することも可能である。以下では、こうした第３の変形例について説明する。
【０１０２】
図１１は、第３の変形例としてのエンジン１０の構造を概念的に示した説明図である。図１に示した第１実施例に対して、排気バルブ１３４の下流側にロータリーバルブ１５６が設けられている点と、吸気バルブ１３２および排気バルブ１３４がいずれも電動アクチュエータではなく、通常のカム機構によって駆動されている点とが大きく異なっている。
【０１０３】
ロータリーバルブ１５６は、円柱状あるいは球状のバルブ本体に、側面から通路を貫通させたような形状となっており、図１１に示す例では排気バルブ１３４の下流側のシリンダヘッド１３０内に組み込まれている。ロータリーバルブ１５６は、ＥＣＵ３０の制御の下で、図示しない電動アクチュエータによって回転可能となっており、ピストン１４４の動きに同期させてロータリーバルブ１５６を回転させることによって、排気通路１６を開閉することができる。例えば、バルブに設けた通路と排気通路１６とを一致させてやれば、排気通路１６を開状態とすることができる。また、ロータリーバルブ１５６を回転させて、バルブ側面の通路開口部を排気通路１６からずらしてやれば、排気通路１６を閉状態とすることができる。
【０１０４】
図１２は、第３の変形例のエンジン１０において失火が発生した場合に、エンジン１０が行う動作を示した説明図である。図示の煩雑化を避けるために、図１２も図１０と同様に、失火が発生した１サイクル目の吸気行程から排気行程までと、それに続く２巡目のサイクルの前半、すなわち吸気行程から圧縮行程までを表示している。また、図１２の下段には、第３の変形例としてのエンジン１０の動作を概念的に表している。
【０１０５】
図示されているように、１サイクル目の吸気行程では吸気バルブ１３２を開いてピストン１４４を降下させながら、燃料噴射弁１４から燃料を噴射することによって、燃焼室内に混合気を形成する。続く１サイクル目の圧縮行程では、この混合気を圧縮し、ピストン１４４がほぼ上死点（ＴＤＣ）に達した付近で点火プラグ１３６から火花を飛ばしてやる。通常であれば、点火プラグ１３６から火花を飛ばすことで混合気に点火することができるが、１サイクル目では失火が発生したものとする。失火が発生すると、続く膨張行程では燃焼室に混合気を満たしたまま、ピストン１４４が降下していく。図１２の下段の左から２番目の図には、こうしてピストン１４４が降下していく様子が示されている。
【０１０６】
このように、失火に続く膨張行程では燃焼室内に混合気を満たしたままピストン１４４が降下していくので、排気行程でこの混合気を排出してしまったのでは、前述したように燃料消費効率の悪化や浄化触媒２６の劣化を引き起こす。上述した各種実施例では、こうしたことを回避するために、失火したサイクルの排気行程では排気バルブ１３４の駆動を停止したが、第３の変形例においては、排気バルブ１３４は通常のサイクルと同様に駆動したまま、ロータリーバルブ１５６を閉状態としてやる。図１２の下段の左から３番目の図には、失火が発生したサイクルの排気行程でロータリーバルブ１５６が閉状態にされている様子を示している。第３の変形例では、このようにロータリーバルブ１５６を閉状態としているので、排気バルブ１３４を開いているにも関わらず、燃焼室内の混合気はロータリーバルブ１５６から下流に排出されることがない。
【０１０７】
続く２サイクル目の吸気行程、すなわち失火後の最初の吸気行程でも、通常のサイクルと同様に吸気バルブ１３２を開いてやる。図１２の下段の左から４番目の図には、２サイクル目の吸気行程で吸気バルブ１３２を開いた時の状態を表している。１サイクル目の排気行程では、ロータリーバルブ１５６を閉状態としたままピストン１４４を上昇させているので、燃焼室内で混合気は圧縮された状態となっている。このため、前述した第２の変形例と同様に、２サイクル目の吸気行程で吸気バルブ１３２を開いてやると、圧縮されていた混合気が吸気バルブ１３２から吸気通路１２内に逆流し、次いで、ピストン１４４の降下に伴って、再び吸気通路１２から吸気バルブ１３２を通って燃焼室内に流入する。また、第３の変形例においても、２サイクル目のサイクルの吸気行程では混合気が流入するから、燃料噴射弁１４からの燃料噴射は休止してやる。尚、第３の変形例では、僅かとは言え、排気バルブ１３４からロータリーバルブ１５６までの容積に相当する混合気は、排出されてしまうので、この分だけの燃料を噴射してやることも可能である。
【０１０８】
こうして混合気を吸入したら、以降は前述した各種実施例と同様の動作を行う。すなわち、圧縮行程で混合気を圧縮した後、点火プラグ１３６で火花を飛ばすことによって混合気に点火し、膨張行程で動力を取り出す。そして、排気行程で燃焼室内の燃焼ガスを排出した後、次のサイクルの吸気行程を開始する。
【０１０９】
このように第３の変形例では、失火が発生した場合に、排気バルブ１３４の下流側に設けたロータリーバルブ１５６を閉状態としてやる。こうすれば、吸気バルブ１３２および排気バルブ１３４については、失火の発生有無に関わらず、同じタイミングで駆動することができる。このため、いずれもバルブも、電動アクチュエータではなく、安価な通常のカム機構によって駆動するなど、駆動機構を簡素なものとすることが可能となる。
【０１１０】
Ｂ．第２実施例：
第１実施例として上述した各種の実施例では、エンジン１０は、燃焼室内で火花を飛ばすことによって混合気を点火するものとして説明した。しかし、エンジン１０は、こうした火花点火エンジンに限らず、他の方式のエンジンにも適用することができる。例えば、燃焼室内で混合気を圧縮自着火させる圧縮自着火エンジンに適用することも可能である。以下では、こうした第２実施例について説明する。
【０１１１】
Ｂ−１．圧縮自着火燃焼方式：
第２実施例のエンジン１０は、燃焼室内で混合気を圧縮自着火させて燃焼させる。そこで、初めに、かかる圧縮自着火燃焼方式について簡単に説明する。圧縮自着火燃焼を行う第２実施例のエンジン１０も、基本的な構造は、図１に示した第１実施例のエンジン１０とほぼ同様である。そこで、図１を流用しながら、第２実施例のエンジン１０の構造について説明する。
【０１１２】
第２実施例のエンジン１０の本体も、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に設けられた円筒形のシリンダ１４２内には、ピストン１４４が上下に摺動可能に設けられており、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、クランクシャフト１４８の回転とともにシリンダ１４２内を摺動する。シリンダヘッド１３０には、吸気バルブ１３２と、排気バルブ１３４と、点火プラグ１３６と、燃料噴射弁１４とが設けられており、吸気バルブ１３２および排気バルブ１３４はそれぞれ電動アクチュエータ１５２、１５４によって駆動される。また、シリンダヘッド１３０には、吸気通路１２および排気通路１６が接続されている。吸気通路１２の上流には、エアクリーナ２０と、スロットル弁２２とが設けられており、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制御される。排気通路１６の下流には、浄化触媒２６が設けられており、排気ガスに含まれる大気汚染物質を浄化することが可能となっている。
【０１１３】
第２実施例においても、ＥＣＵ３０は、電動アクチュエータ１５２，１５４や燃料噴射弁１４を、ピストン１４４の動きに同期して適切なタイミングで駆動することによってエンジン１０の動作を制御している。
【０１１４】
次に、いわゆる圧縮自着火燃焼方式について説明する。図１３は、燃焼室内で混合気が燃焼している様子を概念的に示した説明図である。図に示した円形は燃焼室を概念的に表したものである。燃焼室には点火プラグ１３６の先端が突出して設けられている。図１３（ａ）は、火花を飛ばして混合気を燃焼させる場合、すなわち火花点火燃焼方式を示し、図１３（ｂ）は圧縮自着火燃焼方式を示している。
【０１１５】
火花点火燃焼を行う場合は、燃焼室内に突出させた点火プラグ１３６から火花を飛ばして混合気に点火する。すると、火炎が周囲の混合気に燃え広がって、燃焼室全体の混合気を燃焼させる。図１３（ａ）は、点火プラグ１３６を中心として火炎が周囲の混合気に燃え広がっていく様子を示している。図１３（ａ）でハッチングを付した領域が火炎の存在する領域であり、火炎は白抜きの矢印で示した方向に燃え広がっていく。また、火炎が燃え広がった背後には、混合気の燃焼によって生じた燃焼ガスが残される。
【０１１６】
これに対して圧縮自着火燃焼を行う場合は、ピストン１４４を上昇させることにより、燃焼室内で混合気を圧縮して混合気温度を発火点以上に上昇させる。圧縮によって燃焼室内の混合気はほぼ一様に温度が上昇するから、圧縮自着火燃焼方式では燃焼室内の混合気をほぼ同時に自着火させることができる。図１３（ｂ）は、圧縮自着火燃焼によって、燃焼室内の混合気がほぼ同時に自着火している様子を概念的に表している。図１３（ａ）と図１３（ｂ）とを比較すれば明らかなように、燃焼室内の混合気がほぼ同時に自着火する圧縮自着火燃焼方式は、火炎の伝播によって混合気を燃焼させる火花点火燃焼方式よりも、速やかに燃焼を完了させることができる。このため、圧縮自着火燃焼方式では火花点火燃焼方式よりも希薄な混合気を燃焼させることができるので、その分だけ燃料消費効率を改善することができ、また大気汚染物質の排出量も少ないという優れた特性を有している。
【０１１７】
もっとも、こうした優れた特性を有する圧縮自着火燃焼方式も、混合気を圧縮自着火させる関係上、火花点火燃焼方式の場合よりもエンジンの圧縮比を高めに設定しておく必要があり、その分だけシリンダブロック１４０あるいはシリンダヘッド１３０を頑丈なものとしておく必要がある。
【０１１８】
また、圧縮自着火方式のエンジンでは、エンジンの負荷が高くなると圧縮の途中で混合気が勝手に自着火してしまい、強いノッキングが発生することがある。そこで、第２実施例のエンジン１０では、エンジンの負荷が比較的低い場合には圧縮自着火燃焼方式で混合気を燃焼させ、負荷が高くなると火花点火燃焼によって混合気を燃焼させる方式を採用している。より具体的には、ＥＣＵ３０のＲＡＭには、図１４に示すように、圧縮自着火運転を行う運転条件と火花点火運転を行う運転条件とが、エンジンの回転速度とエンジンの負荷との組合せに応じて設定されたマップが、予め記憶されている。そして、ＥＣＵ３０はこのマップを参照することにより、運転条件に応じて圧縮自着火燃焼方式と火花点火燃焼方式とを切り替えている。
【０１１９】
Ｂ−２．第２実施例のエンジン運転制御：
圧縮自着火運転では、燃焼室内で混合気を圧縮して混合気温度を発火点以上に上昇させることにより自着火させるから、吸入空気の温度が低く混合気温度が発火点に達しない場合には、混合気が自着火しないことが起こり得る。また、混合気が自着火する現象は、混合気中の水分濃度にも影響されることが知られており、従って、大気の湿度が高い場合には混合気が自着火しない場合が生じ得る。このように、圧縮自着火運転においても種々の要因により、混合気が自着火しなかったり、あるいは自着火はしたものの燃焼が緩慢すぎて、膨張行程中に燃焼が中断してしまって、いわゆる失火が発生することがある。こうした場合、燃焼室内の混合気をそのまま排出したのでは、燃料消費効率の悪化や浄化触媒２６の劣化を引き起こすので、混合気を燃焼させてから排出することが望ましい。かといって、圧縮自着火運転している場合は、上述した第１実施例と同様に、混合気をそのまま燃焼室内に閉じ込めておいて次のサイクルで圧縮自着火させることはできない。何故ならば、圧縮自着火運転では、自着火に至るまでの前駆的な反応が圧縮中にも進行しているために、失火後に燃焼室内に残った混合気は容易に自着火し得る状態になっていると考えられる。従って、失火したサイクルの混合気を燃焼室内に閉じ込めておき、次のサイクルでそのまま圧縮したのでは、圧縮の途中で自着火してノッキングが発生するおそれがあるからである。そこで、第２実施例のエンジン１０は、失火が発生した場合には次のような制御を行う。
【０１２０】
図１５は、第２実施例において、圧縮自着火運転中にＥＣＵ３０が行うエンジン制御ルーチンの流れを示すフローチャートである。前述したように、圧縮運転中は混合気を圧縮自着火させて燃焼させることから、図５に示した第１実施例とは異なり、図１５に示したエンジン制御ルーチンでは点火制御は行わない。また、失火の発生を検出した場合の制御内容も、第１実施例とは異なっている。以下、図１５のフローチャートに従って、第２実施例のエンジン制御ルーチンについて説明する。
【０１２１】
第２実施例のエンジン制御ルーチンにおいても、第１実施例と同様に、先ず初めに、失火の発生が検出されたか否かを判断する（ステップＳ２００）。通常であれば、失火は発生していないと判断されて（ステップＳ２００：ｎｏ）、バルブ制御（ステップＳ２０２）および燃料噴射制御（ステップＳ２０４）を行う。ここでバルブ制御では、前述した第１実施例と同様に、吸気バルブ１３２および排気バルブ１３４の開閉タイミングを設定し、設定したタイミングで電動アクチュエータ１５２、１５４を駆動する制御を行う。また燃料噴射制御では、これも前述した第１実施例と同様に、燃料噴射弁１４の駆動タイミングを設定し、設定したタイミングで燃料噴射弁１４を駆動する制御を行う。こうすることにより、ピストンの動きに同期した適切なタイミングで、吸気バルブ１３２および排気バルブ１３４を開閉し、更には燃料噴射弁１４を駆動して燃料を噴射することができる。
【０１２２】
ここで、図２を流用することにより、第２実施例のエンジン１０の動作を説明する。図２に示したように、吸気行程では、吸気バルブ１３２を開いた状態でピストン１４４を降下させることによって燃焼室内に空気を吸入する。また、空気の流入に合わせて燃料噴射弁１４から燃焼室内に燃料を噴射することで、燃焼室内に混合気を形成する。続く圧縮行程では、吸気バルブ１３２を閉じた後、ピストン１４４を上昇させることによって燃焼室内の混合気を断熱圧縮してやる。混合気を断熱圧縮してやれば混合気の温度が上昇するので、通常であれば、ピストン１４４がほぼＴＤＣに達した付近で混合気を自着火させることができる。
【０１２３】
こうして燃焼室内の混合気を自着火させたら、膨張行程では、燃焼室内の圧力を受けながらピストン１４４を降下させることによって動力を出力する。そして、ピストン１４４がＢＤＣまで下がり切ったら、排気バルブ１３４を開いてピストン１４４を上昇させることにより、燃焼室内の燃焼ガスを排出する。
【０１２４】
第２実施例のエンジン１０は、図１５のステップＳ２０２およびステップＳ２０４で設定したタイミングで吸気バルブ１３２、排気バルブ１３４、および燃料噴射弁１４を駆動することによって、図２を流用して説明したようにして混合気を燃焼室内で圧縮自着火させながら運転される。
【０１２５】
ＥＣＵ３０は、バルブ制御（ステップＳ２０２）、燃料噴射制御（ステップＳ２０４）を行ったら、失火の発生有無を検出する（ステップＳ２１０）。失火を検出する方法については、前述した第１実施例と同様の方法を適用することが可能であり、ここでは説明を省略する。
【０１２６】
失火の検出に続いて、エンジンの停止が指示されているか否かを確認し（ステップＳ２１２）、エンジンの停止が指示されていない場合は、ステップＳ２００に戻って更に制御を続行する。
【０１２７】
ステップＳ２００で失火が発生したと判断された場合は（ステップＳ２００：ｙｅｓ）、次のようなバルブ制御（ステップＳ２０６）および燃料噴射制御（ステップＳ２０８）を行う。
【０１２８】
図１６は、第２実施例のエンジン制御ルーチン中で、失火が発生したと判断された場合に行われるエンジンの動作を概念的に示した説明図である。図１６では、図示の煩雑化を避けるために、失火が発生した１巡目のサイクルと、続く２巡目のサイクルの吸気行程のみを表示している。図１６の左側から順番に説明していくと、先ず、１巡目のサイクルの吸気行程では、吸気バルブ１３２を開いてピストン１４４を降下させ、燃料噴射弁１４から燃料を噴射することによって燃焼室内に混合気を形成する。続く圧縮行程では、吸気バルブ１３２を閉じてピストン１４４を上昇させ、混合気を断熱圧縮する。こうすれば混合気温度が上昇するので、通常であれば、ピストン１４４がほぼＴＤＣに達した付近で混合気を自着火させることができる。しかし、エンジン１０の運転条件によっては、稀ではあるが失火が発生する場合もある。図１６に示した１巡目のサイクルは失火が発生した場合を表している。このように、失火が発生した場合は、続く膨張行程では、燃焼室内に混合気を満たしたままピストン１４４が降下していくことになる。
【０１２９】
第２実施例のエンジン制御ルーチンでは、失火が発生したサイクルの排気行程では、部分的に排気バルブ１３４を開いてやる。こうすれば、排気バルブ１３４を開いている間だけ、燃焼室内から混合気が排出されることになる。尚、図１６に示した例では、排気行程の前半だけ排気バルブ１３４を開くものとして表示しているが、もちろん、排気行程の後半だけ排気バルブ１３４を開くこととしても良い。あるいは、排気バルブ１３４が開いている期間はそのままで、バルブのリフト量を小さくすることとしてもよい。バルブのリフト量が小さいと単位時間あたりに排気バルブ１３４を通過する混合気の流量が制限されてしまうので、ピストン１４４を上昇させて混合気を押し出そうとしても、限られた排気行程中に全ての混合気を排出することができなくなる。従って、排気バルブ１３４のリフト量を小さくすることによっても、燃焼室内の混合気を部分的に排出することができる。
【０１３０】
こうして一部の混合気のみを排出したら、続く吸気行程では、排出した混合気を補う分だけの空気と燃料とを燃焼室内に供給してやる。すなわち、図１６に示すように、吸気行程の一部の期間だけ吸気バルブ１３２を開くことにより、排出した混合気に相当する分の空気を吸入してやる。また、空気の吸入に合わせて、燃料噴射弁１４を駆動することにより、排出した混合気に相当する分の燃料を供給してやる。
【０１３１】
尚、図１６では、吸気行程の後半で吸気バルブ１３２を開いているのは、燃焼室内に残っている混合気が吸気バルブ１３２を開くと同時に吸気通路１２側に逆流することを防ぐためである。吸気バルブ１３２を開くタイミングを、吸気行程の後半に設定しておけば、ピストン１４４が降下して燃焼室内の圧力がある程度下がってから吸気バルブ１３２を開くことになるので、吸気通路１２側に燃焼室内から混合気が逆流することを回避することができる。
【０１３２】
図１５に示したステップＳ２０６では、上述したように排気バルブ１３４および吸気バルブ１３２の駆動タイミング、あるいはリフト量を設定することにより、燃焼室内の混合気を部分的に排出するとともに、排出した混合気に相当する空気を吸入する制御を行う。また、図１５に示したステップＳ２０８では、吸気バルブ１３２の駆動タイミングに合わせて、燃料噴射弁１４の駆動タイミングを適切に設定することにより、排出した混合気に相当する燃料を噴射する制御を行う。
【０１３３】
このように第２実施例では、圧縮自着火運転中に失火の発生を検出した場合に、失火したサイクルの排気行程で燃焼室内の混合気の一部を排出し、続くサイクルの吸気行程では、排出した混合気に相当する空気と燃料とを燃焼室内に供給してやる。前述したように、圧縮自着火運転している場合は、失火後に燃焼室内に残った混合気は自着火し易くなっているので、燃焼室に混合気をそのまま閉じ込めておき、次のサイクルで圧縮自着火させると、ノッキングが発生するおそれがある。しかし、上述したように、燃焼室内に残った自着火し易い一部の混合気を排出し、その分を新たな空気と燃料とで置き換えてやれば、続くサイクルでノッキングを起こさせることなく圧縮自着火させることが可能となる。
【０１３４】
こうした第２実施例のエンジン制御ルーチンでは、燃焼室内の混合気の一部を排出してしまうが、それでも、全ての混合気を排出する場合に比べれば、燃料消費効率の悪化や浄化触媒２６の劣化を大きく抑制することが可能となる。
【０１３５】
尚、以上の説明では、失火が発生した場合には、排気バルブ１３４を部分的に開くことにより、燃焼室内の混合気を一部だけ排出するものとしたが、排気バルブ１３４の開き方を制限するのではなく、図１１および図１２を用いて説明したように、ロータリーバルブを閉じ方向に制御することで、混合気を一部だけ排出することも可能である。
【０１３６】
Ｂ−３．第２実施例の変形例：
上述した第２実施例においても、種々の変形例が存在する。以下では、こうした変形例について、簡単に説明する。
【０１３７】
（１）第１の変形例：
上述した第２実施例では、失火が発生した場合に、そのサイクルでの排気バルブ１３４の駆動期間を短くしたり、あるいはバルブリフト量を少なくするといったように、通常の駆動に対して何らかの制限を加える場合について説明した。しかし、通常のバルブの駆動はそのままに、失火したサイクルの膨張行程あるいは排気行程で、吸気バルブ１３２を開くこととしても良い。以下では、こうした第１の変形例について説明する。
【０１３８】
図１７は、第２実施例の第１の変形例において、失火が発生したと判断された場合に行われるエンジンの動作を概念的に示した説明図である。前述の図１６と同様に、図１７においても図示の煩雑化を避けるために、失火が発生した１巡目のサイクルと、続く２巡目のサイクルの吸気行程のみを表示している。詳しくは、図の左端は１巡目のサイクルの吸気行程を示し、左から２番目は圧縮行程を示す。また、ここでは、１巡目の圧縮行程が終了しても燃焼室内の混合気が自着火しなかった場合を想定している。
【０１３９】
１巡目のサイクルで失火が発生すると、第１の変形例のエンジン制御ルーチンでは、続く膨張行程において吸気バルブ１３２を開いてやる。失火したとは言え、燃焼室内の混合気はピストン１４４によって加圧されているから、吸気バルブ１３２を開いてやれば混合気が燃焼室内から吸気通路１２内に逆流する。図１７の左から３番目の図には、１巡目のサイクルの膨張行程中に吸気バルブ１３２を開くことにより、燃焼室内の混合気が吸気通路１２内に逆流している様子が概念的に表されている。膨張行程ではピストン１４４が降下するに従って、燃焼室内の圧力が低下していく。従って、吸気バルブ１３２を開くタイミングが早くなるほど、吸気通路１２内に逆流する混合気は多くなる。このことから、吸気バルブ１３２を開くタイミングおよび開いている期間を調整することで、吸気通路１２内に逆流する混合気量を制御することができる。このようにして、失火に続く膨張行程で吸気バルブ１３２を部分的に開弁することで、燃焼室内の混合気を所定量だけ吸気通路１２内に逆流させたら、吸気バルブ１３２を閉じてやる。
【０１４０】
１巡目のサイクルの膨張行程が終了したら、通常のサイクルと同様に、排気バルブ１３４を開いてピストン１４４を上昇させることにより、排気行程を開始する。ただし、燃焼室内の混合気の一部は先の膨張行程中に吸気通路１２内に逆流し、吸気通路内に閉じ込められているので、この排気行程では燃焼室内に残った混合気のみが排出されることになる。
【０１４１】
燃焼室内に残った混合気を排出しながらピストン１４４がＴＤＣに達したら、通常のサイクルと同様に、排気バルブ１３４を閉じ、吸気バルブ１３２を開いて、再びピストン１４４を降下させる。こうして２巡目のサイクルの吸気行程を開始すると、燃焼室から逆流して吸気通路１２内に閉じ込められていた混合気が吸入され、続いて空気が吸い込まれる。このことから、失火したサイクルに続く２巡目のサイクルの吸気行程では、混合気に続いて新たに吸入される空気量に相当する分の燃料を噴射してやればよい。図１７の右端には、２巡目のサイクルの吸気行程で、吸気通路１２に逆流した混合気を吸入した後、新たな空気を吸入し、これに相当する分の燃料を燃料噴射弁１４から噴射している様子を概念的に示している。
【０１４２】
以上に説明した第１の変形例では、失火が発生した場合には、続く膨張行程で追加的に吸気バルブ１３２を開くだけでよい。すなわち、排気行程で排気バルブ１３４を開閉するタイミング、および吸気行程で吸気バルブ１３２を開閉するタイミングは、失火の発生有無に関わらず、同じタイミングとすることができる。このため、失火が発生したときの制御を簡素なものとすることができる。
【０１４３】
尚、以上の説明では、失火が発生した場合に、続く膨張行程で吸気バルブ１３２を部分的に開弁するものとしたが、膨張行程ではなく排気行程で吸気バルブ１３２を開弁することとしても良い。
【０１４４】
あるいは、以上の説明では、失火が発生した場合に、続く膨張行程あるいは排気行程中で、部分的な期間だけ吸気バルブ１３２を開弁することによって、燃焼室内の混合気を所定量だけ吸気通路１２内に逆流させるものとした。しかし、この代わりに、吸気バルブ１３２のバルブリフトを調整することによって、混合気の逆流量を調整することも可能である。
【０１４５】
（２）第２の変形例：
第２実施例として説明した上述の各種実施例では、失火が発生した場合には、燃焼室内の混合気を所定量だけ排出するものとしたが、失火の程度を検出し、これに合わせて、燃焼室内から排出する混合気量を変更しても良い。失火の程度は次のようにして検出することができる。例えば、圧力センサ２３で検出した燃焼室内の圧力に基づいて失火を検出している場合は、圧力上昇の程度に基づいて失火の程度を検出することができる。あるいは、エンジン回転速度の変動に基づいて失火を検出している場合は、変動量に基づいて失火の程度を検出することができる。
【０１４６】
図１８は、失火の程度に合わせて、混合気の排出量を変更する様子を概念的に示した説明図である。図１８の横軸は失火の程度を表しており、右端は正常に燃焼している状態を、左端は混合気が全く燃焼しなかった場合（すなわち完全失火）を示している。完全失火と正常燃焼との間は、部分的に失火している状態に対応する。この様な状態は、例えば、混合気が自着火はしたものの燃焼が緩慢で膨張行程の途中で燃焼が止まってしまった場合などが対応する。また、図１８の縦軸は、混合気の排出割合を示している。例えば、完全失火した時は、燃焼室内の混合気を所定量だけ排出する。正常燃焼した時は、燃焼室内の燃焼ガスを全て排出する。これに対して、部分的に失火している時は、完全失火時と正常燃焼時との間に相当する量の混合気を排出してやる。
【０１４７】
こうすれば、失火の程度に応じて混合気の排出量を最適化することができるので、燃料消費効率の悪化や浄化触媒２６の劣化を、更に抑制することが可能となる。
【０１４８】
Ｃ．第３実施例：
上述した各種の実施例では、エンジン１０は定常状態で運転されているものとして説明した。しかし、エンジンは常に定常状態で運転されているわけではなく、エンジンに対する要求トルクが、失火が発生した直後に増加あるいは減少する場合も生じ得る。以下に説明する第３実施例では、この様に、失火発生直後にエンジンに対する要求トルクが変更された場合でも、要求トルクの変更に速やかに対応することが可能である。以下では、失火が発生した場合でも、要求トルクの変更に速やかに対応可能なエンジン制御ルーチンについて説明する。
【０１４９】
図１９は、第３実施例のエンジン制御ルーチンの流れを示すフローチャートである。かかる制御ルーチンは、ＥＣＵ３０によって実行される。以下、フローチャートに従って説明する。
【０１５０】
第３実施例のエンジン制御ルーチンを開始すると、ＥＣＵ３０は先ず初めに、失火が発生したか否かを判断する（ステップＳ３００）。そして、失火が発生していないと判断した場合は（ステップＳ３００：ｎｏ）、図５を用いて前述したものと同様の制御を行う。以下、概要のみ簡単に説明すると、バルブ制御（Ｓ３０２）および燃料噴射制御（ステップＳ３０４）を行って燃焼室内の混合気を形成した後、点火制御（ステップＳ３１６）を行って混合気に点火する。尚、ここでは、エンジン１０は火花点火運転されているものとして説明するが、もちろん第３実施例は圧縮自着火運転する場合にも適用可能である。こうして混合気に点火したら、続いて失火の検出を行う（ステップＳ３２０）。
【０１５１】
一方、ステップＳ３００において、失火が発生していると判断された場合は（ステップＳ３００：ｙｅｓ）、エンジン１０に対する要求トルクが増加しているか否かを判断する（ステップＳ３０６）。要求トルクの変動は、アクセル開度センサ３４で検出したアクセル開度θａｃに基づいて検出することができる。すなわち、アクセル開度θａｃが増加していれば要求トルクも増加していると判断することができ、アクセル開度θａｃが減少していれば要求トルクも減少していると判断することができる。そして、要求トルクが増加している場合は（ステップＳ３０６：ｙｅｓ）、後述するバルブ制御（ステップＳ３０８）および燃料噴射制御（ステップＳ３１０）を行う。逆に、ステップＳ３０６において、要求トルクが増加していないと判断された場合は（ステップＳ３０６：ｎｏ）、要求トルクが変化していないかあるいは減少しているかのいずれかと言うことになる。そこで、この様な場合は、続く排気行程での排気バルブ１３４の駆動と吸気行程における吸気バルブ１３２の駆動とを停止させるためのバルブ制御を行う（ステップＳ３１２）。かかるバルブ制御は、図５を用いて前述したステップＳ１０６の制御と同様であり、詳細な説明は省略する。
【０１５２】
こうして排気バルブ１３４および吸気バルブ１３２の駆動を停止した後、要求トルクが減少しているか否かを判断する（ステップＳ３１４）。要求トルクが減少していないと判断された場合は（ステップＳ３１４：ｎｏ）、要求トルクは変化していないことになる。従ってこの場合は、図５を用いて前述した制御と同様に、燃料噴射制御を行うことなくそのまま点火制御を行う（ステップＳ３１６）。こうすれば、失火が発生した次のサイクルで、混合気に点火して燃焼させることができる。
【０１５３】
一方、ステップＳ３１４において要求トルクが減少していると判断された場合は（ステップＳ３１４：ｙｅｓ）、次のサイクルでそのまま点火したのでは、要求トルクに対して大き過ぎるトルクが発生してしまう。そこで、この場合は、点火時期を遅角させる制御を行う（ステップＳ３１８）。点火時期を遅角させるほど、すなわち、最適な点火時期に対して火花を飛ばすタイミングを遅くするほど、トルクの発生量を減らすことができるので、要求トルクの減少量に応じて点火時期を遅角させる制御を行えば、要求トルクよりも過大なトルクが発生してしまうことを回避することができる。遅角量は、固定量とすることもできるが、エンジンの運転条件と要求トルクの減少量とに応じて、予め最適な遅角量を求めて記憶しておけば、点火のタイミングを適切に遅角させることができる。
【０１５４】
これに対して、要求トルクが増加している場合は、次のサイクルでそのまま混合気に点火したのでは、要求トルクよりも小さなトルクしか発生させることができない。そこで、この様な場合は要求トルクが増加した分だけ、燃焼室内に新たな空気と燃料とを供給してやる必要がある。このことから、ステップＳ３０６でｙｅｓと判断された場合は、次のような制御を行う。
【０１５５】
先ず、バルブ制御（ステップＳ３０８）では、排気バルブ１３４の駆動を停止するとともに、要求トルクの増加分に相当する空気量を算出して不足分の空気を吸入すべく、吸気行程中に吸気バルブ１３２を開弁する制御を行う。吸気バルブ１３２を開弁するタイミングは、ピストン１４４の降下に伴って燃焼室内の圧力が低下した適切なタイミングとすることができる。あるいは、簡便には、吸気行程のほぼ中間の固定タイミングで開弁することも可能である。例え、開弁時に燃焼室内の圧力が十分に下がっておらず、混合気が吸気通路１２に一旦逆流した場合でも、ピストン１４４が降下するに従って、逆流した混合気を再び燃焼室内に吸入することができる。また、開弁時に燃焼室内の圧力が下がり過ぎた場合でも、吸気行程のほぼ中間で吸気バルブ１３２を開弁してやれば、後半の期間で必要な空気を吸入することが可能である。もちろん、吸気行程中の全期間に亘って吸気バルブ１３２を開弁することとしても良い。
【０１５６】
続いて行う燃料噴射制御（ステップＳ３１０）では、要求トルクの増加分に相当する燃料量を算出して、燃料噴射弁１４の駆動タイミングを設定する制御を行う。失火発生の直後に要求トルクが増加された場合は、以上のようなバルブ制御（ステップＳ３０８）および燃料噴射制御（ステップＳ３１０）を行うことにより、失火が発生した直後のサイクルでも、要求されたトルクを出力することが可能となる。
【０１５７】
以上のような制御を行った後、燃焼室内の混合気に点火したら（ステップＳ３１６またはＳ３１８）、続いて失火の検出を行った後（ステップＳ３２０）、エンジンの停止が指示されているか否かを確認する（ステップＳ３２２）。エンジンの運転者によってエンジン１０を停止する旨が指示されていた場合は、そのままエンジン制御ルーチンを終了する。エンジン１０の停止が指示されていない場合は、ステップＳ３００に戻って更に制御を続行する。
【０１５８】
上述したように、第３実施例のエンジン制御ルーチンによれば、失火が発生した場合に、燃焼室内の混合気を排気通路１６に排出することなく、次のサイクルで燃焼させることができるので、燃料消費効率の悪化や浄化触媒２６の劣化を回避することができる。また、失火した直後に要求トルクが変更された場合でも、要求トルクの変更に合わせて適切なトルクを出力することが可能となる。
【０１５９】
Ｄ．第４実施例：
以上に説明した各種実施例では、失火が発生した場合には、燃焼室からの混合気の排出をできるだけ抑制あるいは完全に停止することによって、混合気を燃焼室内に残留させ、残留させた混合気を次のサイクルで燃焼させている。しかし、混合気を燃焼室から一旦排出した後、再び燃焼室内に還流させて燃焼させることとしても良い。特に、エンジンが複数の燃焼室を備えている場合には、失火した燃焼室から混合気を一旦排出し、この混合気を他の燃焼室に導いて燃焼させることも可能である。以下では、こうした第４実施例について説明する。
【０１６０】
説明の便宜から、先ず初めに、いわゆる３気筒エンジン、すなわち３つの燃焼室を備えたエンジンに適用した場合について説明する。図２０は、第４実施例のエンジン２００の構造を概念的に示した説明図である。エンジン２００は、１番気筒（＃１）、２番気筒（＃２）、および３番気筒（＃３）の３つの燃焼室を備えている。各燃焼室には、それぞれ吸気通路１２および排気通路１６が接続されている。また各燃焼室には、それぞれ図示しない吸気バルブおよび排気バルブが設けられていて、図示しないピストンの動きに同期させて、これらバルブを開閉することにより、燃焼室内に空気を吸入したり、燃焼室内から燃焼ガスを排出する。燃料は、各燃焼室に設けられた燃料噴射弁１４から噴射する。それぞれの燃料噴射弁１４には、高圧ポンプ１８から加圧された燃料が供給されており、ＥＣＵ３０から駆動信号を供給することによって、所望のタイミングで所望量の燃料を噴射することが可能となっている。また、混合気は、各燃焼室に設けられた図示しない点火プラグから火花を飛ばして点火する。
【０１６１】
図２０に示すように、各燃焼室には、排気側から所定の燃焼室の吸気側に接続された還流通路が設けられている。具体的には、還流通路２１１は１番気筒の排気側と３番気筒の吸気側とを接続している。また、還流通路２１２は２番気筒の排気側と１番気筒の吸気側とを接続し、還流通路２１３は３番気筒の排気側と２番気筒の吸気側とを接続している。これら還流通路２１１，２１２，２１３には、吸気通路１２に開口する手前側に切替弁２３１，２３２，２３３が、それぞれ設けられている。これら切替弁は、通常は全閉状態となっている。また、各燃焼室に接続された排気通路１６には、還流通路が分岐する位置の下流側に切替弁２２１，２２２，２２３が、それぞれ設けられている。これらの切替弁は、通常は全開状態となっている。また、全ての切替弁２２１，２２２，２２３，２３１，２３２，２３３は、図示しないアクチュエータにそれぞれに接続されており、ＥＣＵ３０の制御の下で任意のタイミングで開閉可能となっている。
【０１６２】
こうした構造を有するエンジン２００において失火が発生したときの動作について、図２２を参照しながら説明する。図２２は、エンジン２００の３つの気筒が、吸気行程、圧縮行程、膨張行程、排気行程の４つの行程を繰り返す様子を概念的に示している。図示するように、３つの気筒は少しずつ位相を異にしながら、各行程を繰り返している。
【０１６３】
一例として、１番気筒で失火が発生した場合について考える。１番気筒からは、続く排気行程で混合気が排出されてしまう。しかし、図２２に示すように、１番気筒の排気行程は３番気筒の吸気行程とほぼ重なっている。従って、１番気筒の排気通路１６に設けられた切替弁２２１を閉じるとともに、１番気筒の排気側から３番気筒の吸気側に接続された還流通路２１１内の切替弁２３３を開いてやれば、１番気筒の排気行程で排出された混合気を３番気筒の燃焼室内に吸入することができる。３番気筒では、こうして１番気筒から吸入した混合気を圧縮して点火することにより、動力を発生させる。
【０１６４】
また、２番気筒の排気行程は１番気筒の吸気行程と重なっている。従って、２番気筒で失火が発生した場合は、２番気筒の排気通路１６に設けられた切替弁２２２を閉じ、還流通路２１２内の切替弁２３１を開いてやれば、２番気筒の排気行程で排出される混合気を１番気筒の燃焼室内に吸入することができる。同様に、３番気筒の排気通路１６に設けられた切替弁２２３を閉じ、還流通路２１３内の切替弁２３２を開いてやれば、３番気筒の排気行程で排出される混合気を２番気筒の燃焼室に吸入することができる。
【０１６５】
以上に説明したように、１番気筒で失火した場合は、その気筒から排出される混合気を３番気筒の燃焼室で吸入し、２番気筒で失火した場合は、その気筒から排出される混合気を１番気筒の燃焼室で吸入し、３番気筒で失火した場合は、その気筒から排出される混合気を１番気筒の燃焼室で吸入して燃焼させる。
【０１６６】
こうすれば、失火の発生に合わせて吸気バルブ１３２、排気バルブ１３４の駆動タイミングを変更せずに済むので、エンジンの制御を簡素なものとすることができる。
【０１６７】
尚、図２０では、各燃焼室毎に、２つの切替弁が設けられているものとして説明したが、図２１に示すように、これら２つの切替弁を１つの切替弁にまとめることも可能である。すなわち、各燃焼室に接続された排気通路１６に、還流通路が分岐する位置の下流側に切替弁２４１，２４２，２４３を、それぞれ設けておく。これら切替弁は、排気通路１６を開状態とするとそれぞれの還流通路が閉状態となり、排気通路１６を閉状態とすると還流通路が開状態となるように構成されている。そして、通常は排気通路１６を開状態としておき、失火が発生した場合には、その燃焼室の切替弁を切り替えて、排気通路１６を閉状態に、従って還流通路を開状態とすることも可能である。
【０１６８】
以上では、３気筒エンジンの場合について説明したが、もちろん、より多数の燃焼室を備えたエンジンにも適用することができる。次に、図２３を参照しながら、４つの燃焼室を備えたいわゆる４気筒エンジンに適用した場合について説明する。
【０１６９】
図２３（ａ）は、４気筒エンジンの各燃焼室で、吸気行程、圧縮行程、膨張行程、排気行程の４つの行程が繰り返されている様子を概念的に示した説明図である。図示するように、４気筒エンジンにおいても、各気筒では位相を異にしながら、４つの行程が繰り返されている。
【０１７０】
例えば、１番気筒で失火が発生した場合について考える。４気筒エンジンでは、１番気筒の排気行程は２番気筒の吸気行程と重なっているので、１番気筒から排出された混合気を２番気筒で吸入し、燃焼させることができる。また、２番気筒の排気行程は４番気筒の吸気行程と重なっているので、２番気筒から排出された混合気を４番気筒で吸入して燃焼させることができる。以下、同様に、３番気筒から排出される混合気は１番気筒で、４番気筒から排出される混合気は３番気筒で、それぞれ吸入して燃焼させることができる。図２３（ｂ）には、１番気筒ないし４番気筒が、互いに混合気を吸入し合う関係をまとめて示している。
【０１７１】
最後に、第４実施例を６気筒エンジンに適用した場合について簡単に説明しておく。６気筒エンジンは、３気筒エンジンが２つつながったものと考えることができる。例えば、図２４には、いわゆるＶ型の６気筒エンジンの場合を示している。Ｖ型の６気筒エンジンは、図示されているように、奇数番目の気筒により構成された左バンクと、偶数番目の気筒により構成された右バンクとに分かれている。ここで、それぞれのバンクを構成する各気筒の位相は、ちょうど３気筒エンジンの各気筒と同じ位相の関係となっている。従って、図２４中に矢印で示したように、１番気筒から排出される混合気を５番気筒で吸入し、３番気筒から排出される混合気を１番気筒で吸入し、５番気筒から排出される混合気を３番気筒で吸入して、燃焼させることができる。右バンクについても同様に、２番気筒から排出される混合気を６番気筒で吸入し、４番気筒から排出される混合気を２番気筒で吸入し、６番気筒から排出される混合気を４番気筒で吸入して、燃焼させることができる。
【０１７２】
図２５は、いわゆる直列の６気筒エンジンの場合を示している。直列の６気筒エンジンでは、１番気筒から３番気筒の３つの気筒の位相は、ちょうど３気筒エンジンの各気筒の位相と同じ関係となっている。同様に、４番気筒から６番気筒の３つの気筒についても、ちょうど３気筒エンジンの各気筒の位相と同じ関係となっている。従って図２５中に矢印で示したように、１番気筒から排出される混合気を３番気筒で吸入し、２番気筒から排出される混合気を１番気筒で吸入し、３番気筒から排出される混合気を２番気筒で吸入し、４番気筒から排出される混合気を６番気筒で吸入し、５番気筒から排出される混合気を４番気筒で吸入し、６番気筒から排出される混合気を５番気筒で吸入して、燃焼させることが可能である。
【０１７３】
このように、第４実施例は、３の倍数の気筒数を備えたエンジンに適用した場合、各気筒の排気側と吸気側とを接続する還流通路が比較的簡素なものとなる。従って、エンジンの吸気系および排気系の設計が容易となるという利点が得られる。
【０１７４】
また、以上の説明では、エンジン２００は火花点火運転を行うものとしたが、もちろん、圧縮自着火運転する場合にも適用することができる。この場合は、排気通路１６内に設けた切替弁２２１，２２２，２２３あるいは切替弁２４１，２４２，２４３を半分だけ閉じてやることにより、排出された混合気の一部を他の気筒で吸入し、残りは排出してやればよい。また、失火程度を検出可能な場合は、排気通路１６内の切替弁２２１，２２２，２２３あるいは切替弁２４１，２４２，２４３の開度を失火程度に応じて適切な開度に設定することとしてもよい。
【０１７５】
以上、各種の実施例について説明してきたが、本発明は上記すべての実施例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で実施することができる。
【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である。
【図２】エンジンが４つの行程を繰り返しながら動力を出力する様子を概念的に示した説明図である。
【図３】失火の発生時に、混合気が燃焼することなく燃焼室から排出される様子を概念的に示した説明図である。
【図４】失火の発生時のエンジンの動作の概要を示した説明図である。
【図５】エンジン制御ルーチンの流れを示すフローチャートである。
【図６】燃焼室内の圧力がクランク角度に応じて変化する様子を概念的に示した説明図である。
【図７】エンジンの回転速度に基づいて失火の発生を検出する原理を示した説明図である。
【図８】第１の変形例のエンジンの構造を概念的に示した説明図である。
【図９】第１の変形例のエンジンにおける失火発生時の動作の概要を示した説明図である。
【図１０】第２の変形例のエンジンにおける失火発生時の動作の概要を示した説明図である。
【図１１】第３の変形例のエンジンの構造を概念的に示した説明図である。
【図１２】第３の変形例のエンジンにおける失火発生時の動作の概要を示した説明図である。
【図１３】燃焼室内で混合気が燃焼している様子を概念的に示した説明図である。
【図１４】圧縮自着火運転を行う運転条件と火花点火運転を行う運転条件とが設定されたマップを、概念的に示した説明図である。
【図１５】第２実施例において圧縮自着火運転中に行われるエンジン制御ルーチンの流れを示すフローチャートである。
【図１６】第２実施例において圧縮自着火運転中に失火が発生した時のエンジンの動作を概念的に示した説明図である。
【図１７】第１の変形例における失火発生時のエンジンの動作を概念的に示した説明図である。
【図１８】失火の程度に合わせて混合気の排出量を変更する様子を概念的に示した説明図である。
【図１９】第３実施例のエンジン制御ルーチンの流れを示すフローチャートである。
【図２０】第４実施例のエンジンの構造を概念的に示した説明図である。
【図２１】第４実施例の変形例のエンジンの構造を概念的に示した説明図である。
【図２２】３気筒エンジンの各気筒で吸気行程・圧縮行程・膨張行程・排気行程の４つの行程が繰り返し行われる様子を概念的に示した説明図である。
【図２３】第４実施例を４気筒エンジンに適用した場合を示す説明図である。
【図２４】第４実施例をＶ型の６気筒エンジンに適用した場合を示す説明図である。
【図２５】第４実施例を直列の６気筒エンジンに適用した場合を示す説明図である。
【符号の説明】
１０…エンジン
１２…吸気通路
１４…燃料噴射弁
１５…燃料噴射弁
１６…排気通路
１８…高圧ポンプ
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
２６…浄化触媒
３０…ＥＣＵ
３２…クランク角センサ
３４…アクセル開度センサ
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
１５２…電動アクチュエータ
１５４…電動アクチュエータ
１５６…ロータリーバルブ
２００…エンジン
２１１…還流通路
２１２…還流通路
２１３…還流通路
２２１…切替弁
２２２…切替弁
２２３…切替弁
２３１…切替弁
２３２…切替弁
２３３…切替弁
２４１…切替弁
２４２…切替弁
２４３…切替弁
【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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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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