JP3829779B2 - 火花点火式４サイクルエンジンの制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排気行程と吸気行程とが重なるような位相差をもって燃焼サイクルが行われる少なくとも一対の気筒と、先行気筒から排出される既燃ガスを後続気筒に導入する気筒間ガス通路とを備えた多気筒の火花点火式４サイクルエンジンの制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、多気筒の火花点火式４サイクルエンジンとして、排気行程と吸気行程とが重なるような燃焼サイクルが行われる少なくとも一対の気筒と、先行気筒から排出される既燃ガスを吸気行程にある後続気筒に導入する気筒間ガス通路とを備えた方式のエンジンが知られている。この構成のエンジンは、一般に、それぞれの気筒に燃料と空気とを供給して、各気筒を独立に燃焼状態にする独立燃焼と、先行気筒と後続気筒とを接続した状態で、先行気筒に理論空燃比よりも空燃比が大きいリーン空燃比で燃料と空気とを供給して、燃焼状態にするとともに、後続気筒に先行気筒の既燃ガスと燃料とを供給して燃焼状態にする気筒間燃焼とを選択することができるようになっているものである。
【０００３】
そして、この種のエンジンは、気筒間燃焼中に空気を含んだ高温の既燃ガスを後続気筒に供給することができることから、近年では、後続気筒において自己着火燃焼制御を行うことができるようにしたエンジンが種々開発されている。
【０００４】
例えば、特開２００１−３３６４３５号公報には、一回の吸・排気に対して２回の圧縮、膨張を行う６サイクルとし、先行燃焼と後続燃焼とを行い、低速、低負荷領域において自己着火燃焼させる火花点火式４サイクルエンジンの制御技術が開示されている。
【０００５】
また、特開２００２−４９１３号公報にも、低速、低負荷領域において自己着火燃焼させる火花点火式４サイクルエンジンの制御技術が開示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の公報に開示されたエンジンの制御技術は、いずれも低速、低負荷領域において自己着火燃焼させる制御技術であるが、自己着火燃焼を発生させるには、エンジンの温度を高くすることが要求されるために、この温度域までエンジンを暖機するのに時間がかかるという不具合があった。また、エンジンの温度を高くするために、暖機の段階で燃料を多く消費することは必ずしも燃費の観点から好ましいものではないという問題があった。
【０００７】
本発明は上記不具合に鑑みてなされたものであり、排気行程と吸気行程とが重なるような位相差をもって燃焼サイクルが行われる少なくとも一対の気筒と、先行気筒から排出される既燃ガスを後続気筒に導入する気筒間ガス通路とを備えた多気筒の火花点火式４サイクルエンジンにおいて、すみやかに、かつ効率良くエンジンを暖機することができる火花点火式４サイクルエンジンの制御装置を提供するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための本発明は、排気行程と吸気行程とが重なるような位相差をもって燃焼サイクルが行われる少なくとも一対の気筒と、排気行程にある先行気筒から排出される既燃ガスを吸気行程にある後続気筒に導入する気筒間ガス通路とを備えた多気筒の火花点火式４サイクルエンジンにおいて、上記気筒間ガス通路を遮断した状態で、それぞれの気筒に燃料と空気とを供給して、各気筒を独立に燃焼状態にする独立燃焼モード制御と、上記気筒間ガス通路を開放して先行気筒と後続気筒とを接続した状態で、先行気筒に理論空燃比よりも空燃比が大きいリーン空燃比で燃料と空気とを供給して、燃焼状態にするとともに、後続気筒に先行気筒の既燃ガスと燃料とを供給して燃焼状態にする気筒間燃焼モード制御とを選択し、上記気筒間燃焼モード制御中に後続気筒において自己着火燃焼制御を行うようになっている火花点火式４サイクルエンジンの制御装置であって、エンジンの暖機運転に際して、独立燃焼モード制御を行った後、気筒間燃焼モード制御を行い、独立燃焼モード制御から気筒間燃焼モード制御への移行直後の所定期間に先行気筒および後続気筒のうちの少なくとも一方を燃焼状態にし、かつその燃焼を強制点火により行わせるとともに先行気筒の排気温度および後続気筒の燃焼温度のうち少なくとも一方を高くすることにより後続気筒の加熱を加速するように、燃料噴射量を制御する加熱制御手段を備えたことを特徴とする火花点火式４サイクルエンジンの制御装置である（請求項１）。
【０００９】
本発明によれば、独立燃焼モード制御から気筒間燃焼モード制御への移行直後の所定期間に先行気筒および後続気筒のうちの少なくとも一方を燃焼状態にし、かつその燃焼を強制点火により行わせるとともに先行気筒の排気温度および後続気筒の燃焼温度のうち少なくとも一方を高くすることができるので、後続気筒の加熱を加速する結果、後続気筒の自己着火燃焼制御までに要するエンジンの暖機時間を短縮することができる。
【００１０】
また、加熱制御は、気筒間燃焼モード制御の中で行われるので、エンジンの暖機運転に際してポンピングロス低減により燃費改善効果が得られる。
【００１１】
本発明の好ましい態様は、上記加熱制御手段は、先行気筒、後続気筒のうちのいずれか一方でのみ燃焼させ、かつその燃焼の際の空燃比を略理論空燃比に設定して先行気筒の排気温度もしくは後続気筒の燃焼温度を高くすることにより後続気筒の加熱を加速するように先行気筒もしくは後続気筒の燃料噴射量を制御することを特徴とする請求項１に記載の火花点火式４サイクルエンジンの制御装置である（請求項２）。
【００１２】
この好ましい態様によると、先行気筒、後続気筒のうちのいずれか一方でのみ燃焼させ、かつその燃焼の際の空燃比を略理論空燃比に設定するので、エンジンの燃焼において過剰空気を加熱するための熱量が不要となる結果、先行気筒の排気温度もしくは後続気筒の燃焼温度をより高くすることができ、後続気筒の加熱を加速することができる。
【００１３】
また、後続気筒から排気通路に排出されるガスは理論空燃比に設定された燃焼に基づくものであるため、ＮＯｘの発生が少なく三元触媒だけで充分に排気ガスの浄化が達成される。
【００１４】
本発明の好ましい態様は、上記加熱制御手段は、先に先行気筒のみ燃焼させてその燃焼の際の空燃比を略理論空燃比に設定することにより先行気筒の排気温度を高くした後に、後続気筒を燃焼させてその燃焼の際の空燃比を略理論空燃比に設定して後続気筒の燃焼温度を高くすることにより後続気筒の加熱を加速するように燃料噴射量を制御することを特徴とする請求項２に記載の火花点火式４サイクルエンジンの制御装置である（請求項３）。
【００１５】
この好ましい態様によると、先に先行気筒を燃焼状態にしてその排気ガスを後続気筒に導入するので、先行気筒の排ガスの熱量を後続気筒の加熱に有効に利用することができる。また、後続気筒の加熱がある程度進んだ段階で後続気筒に切り替えて後続気筒の燃焼による高温の発生を利用することができるので効率良く後続気筒の加熱を加速することができる。
【００１６】
また、後続気筒から排気通路に排出されるガスは理論空燃比に設定された燃焼に基づくものであるため、ＮＯｘの発生が少なく三元触媒だけで充分に排気ガスの浄化が達成される。
【００１７】
本発明の好ましい態様は、上記加熱制御手段は、先行気筒および後続気筒の両方を燃焼させ、かつその燃焼の際に、後続気筒の燃料噴射量を先行気筒の燃料噴射量よりも大きく設定して運転した後に、後続気筒の燃料噴射量を減少させながら先行気筒の燃料噴射量を増加させるように燃料噴射量を制御することを特徴とする請求項１に記載の火花点火式４サイクルエンジンの制御装置である（請求項４）。
【００１８】
この好ましい態様によると、後続気筒の燃料噴射量を先行気筒の燃料噴射量よりも大きく設定して運転した後に、後続気筒の燃料噴射量を減少させながら先行気筒の燃料噴射量を増加させるので、後続気筒の燃焼による高温の発生を最初からより多く利用することになる結果、後続気筒を急速に加熱する場合に好適である。また、先行気筒および後続気筒の両方を最初から燃焼させるので、制御が容易であるとともに燃焼気筒の切り替えに伴う過渡的変動がない。
【００１９】
本発明の別の態様は、排気行程と吸気行程とが重なるような位相差をもって燃焼サイクルが行われる少なくとも一対の気筒と、排気行程にある先行気筒から排出される既燃ガスを吸気行程にある後続気筒に導入する気筒間ガス通路とを備えた多気筒の火花点火式４サイクルエンジンにおいて、上記気筒間ガス通路を遮断した状態で、それぞれの気筒に燃料と空気とを供給して、各気筒を独立に燃焼状態にする独立燃焼モード制御と、上記気筒間ガス通路を開放して先行気筒と後続気筒とを接続した状態で、先行気筒に理論空燃比よりも空燃比が大きいリーン空燃比で燃料と空気とを供給して、燃焼状態にするとともに、後続気筒に先行気筒の既燃ガスと燃料とを供給して燃焼状態にする気筒間燃焼モード制御とを選択し、上記気筒間燃焼モード制御中に後続気筒において自己着火燃焼制御を行うようになっている火花点火式４サイクルエンジンの制御装置であって、後続気筒の温度状態を検出もしくは推定して、自己着火可能な温度状態か否かを判定する自己着火判定手段と、この判定に基づき、自己着火可能な温度状態より低い温度状態のとき、気筒間燃焼モード制御を行い、少なくとも後続気筒が自己着火燃焼制御となるまで、先行気筒および後続気筒のうちの少なくとも一方を燃焼状態にし、かつその燃焼を強制点火により行わせるとともに先行気筒の排気温度および後続気筒の燃焼温度のうち少なくとも一方を高くすることにより後続気筒の加熱を加速するように、燃料噴射量を制御する加熱制御手段を備えたことを特徴とする火花点火式４サイクルエンジンの制御装置である（請求項５）。
【００２０】
この好ましい態様によると、先行気筒および後続気筒のうちの少なくとも一方を燃焼状態にし、かつその燃焼を強制点火により行わせるとともに先行気筒の排気温度および後続気筒の燃焼温度のうち少なくとも一方を高くすることができるので、後続気筒の加熱を加速する結果、後続気筒の自己着火燃焼制御までに要するエンジンの暖機時間を短縮することができる。
【００２１】
特に、自己着火可能な温度状態か否かを判定する自己着火判定手段の判定に基づいて、後続気筒の温度状態を検出もしくは推定して、加熱制御を行うので、気筒間燃焼モード制御中にすみやかに自己着火状態に移行することができる結果、後続気筒の自己着火燃焼制御までに要するエンジンの暖機時間を短縮することができる。
【００２２】
また、加熱制御は、気筒間燃焼モード制御の中で行われるので、エンジンの暖機運転に際してポンピングロス低減により燃費改善効果が得られる。
【００２３】
本発明の好ましい態様は、上記加熱制御手段は、先行気筒、後続気筒のうちのいずれか一方でのみ燃焼させ、かつその燃焼の際の空燃比を略理論空燃比に設定して先行気筒の排気温度もしくは後続気筒の燃焼温度を高くすることにより後続気筒の加熱を加速するように先行気筒もしくは後続気筒の燃料噴射量を制御することを特徴とする請求項５に記載の火花点火式４サイクルエンジンの制御装置である（請求項６）。
【００２４】
この好ましい態様によると、先行気筒、後続気筒のうちのいずれか一方でのみ燃焼させ、かつその燃焼の際の空燃比を略理論空燃比に設定するので、エンジンの燃焼において過剰空気を加熱するための熱量が不要となる結果、先行気筒の排気温度もしくは後続気筒の燃焼温度をより高くすることができ、後続気筒の加熱を加速することができる。
【００２５】
また、後続気筒から排気通路に排出されるガスは理論空燃比に設定された燃焼に基づくものであるため、ＮＯｘの発生が少なく三元触媒だけで充分に排気ガスの浄化が達成される。
【００２６】
本発明の好ましい態様は、上記加熱制御手段は、先に先行気筒のみ燃焼させてその燃焼の際の空燃比を略理論空燃比に設定することにより先行気筒の排気温度を高くした後に、後続気筒を燃焼させてその燃焼の際の空燃比を略理論空燃比に設定して後続気筒の燃焼温度を高くすることにより後続気筒の加熱を加速するように燃料噴射量を制御することを特徴とする請求項２に記載の火花点火式４サイクルエンジンの制御装置である（請求項７）。
【００２７】
この好ましい態様によると、先に先行気筒を燃焼状態にしてその排気ガスを後続気筒に導入するので、先行気筒の排ガスの熱量を後続気筒の加熱に有効に利用することができる。また、後続気筒の加熱がある程度進んだ段階で後続気筒に切り替えて後続気筒の燃焼による高温の発生を利用することができるので効率良く後続気筒の加熱を加速することができる。
【００２８】
また、後続気筒から排気通路に排出されるガスは理論空燃比に設定された燃焼に基づくものであるため、ＮＯｘの発生が少なく三元触媒だけで充分に排気ガスの浄化が達成される。
【００２９】
本発明の好ましい態様は、上記加熱制御手段は、先行気筒および後続気筒の両方を燃焼させ、かつその燃焼の際に、後続気筒の燃料噴射量を先行気筒の燃料噴射量よりも大きく設定して運転した後に、後続気筒の燃料噴射量を減少させながら先行気筒の燃料噴射量を増加させるように燃料噴射量を制御することを特徴とする請求項５に記載の火花点火式４サイクルエンジンの制御装置である（請求項８）。
【００３０】
この好ましい態様によると、後続気筒の燃料噴射量を先行気筒の燃料噴射量よりも大きく設定して運転した後に、後続気筒の燃料噴射量を減少させながら先行気筒の燃料噴射量を増加させるので、後続気筒の燃焼による高温の発生を最初からより多く利用することになる結果、後続気筒を急速に加熱する場合に好適である。また、先行気筒および後続気筒の両方を最初から燃焼させるので、制御が容易であるとともに燃焼気筒の切り替えに伴う過渡的変動がない。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しながら本発明の好ましい実施の一形態について詳述するが、まず、図１〜図４を参照して、本発明の実施形態に係る制御装置が適用される多気筒火花点火式４サイクルエンジン１について説明する。図１は、本発明の実施形態に係る制御装置４０（図４）が適用される多気筒火花点火式４サイクルエンジン１の全体の構成を示す概念図であり、図２は、本発明の実施形態に係る制御装置４０が適用される多気筒火花点火式４サイクルエンジン１の本体の構成を示す概略断面図である。また、図３は、多気筒火花点火式４サイクルエンジン１の各気筒の排気行程、吸気行程、燃料噴射時期および点火時期等を示すタイムチャートであり、図４は、本発明の実施形態に係る制御装置４０のブロック図である。
【００３２】
図１を参照して、本発明の実施形態に係る制御装置４０（図４）が適用される多気筒火花点火式４サイクルエンジン１は、排気行程と吸気行程とが重なるような位相差をもって燃焼サイクルが行われる２対の気筒、すなわち、気筒２Ａ、２Ｂおよび気筒２Ｃ、２Ｄと、排気行程にある先行気筒２Ａ、２Ｄから排出される既燃ガスを吸気行程にある後続気筒２Ｂ、２Ｃに導入する気筒間ガス通路２２とを備えている。
【００３３】
上記気筒２Ａ〜２Ｄは、図３に示すように気筒２Ａ、気筒２Ｃ、気筒２Ｄ、気筒２Ｂの順にクランク角で１８０°ずつの位相差をもっている（ＥＸは排気行程、ＩＮは吸気行程を表している。また、Ｆは燃料噴射、Ｓは強制点火を表し、図中の星マークは圧縮自己着火が行われることを表している）。また、気筒２Ａの排気行程ＥＸと気筒２Ｂの吸気行程ＩＮとが重なり、気筒２Ｄの排気行程ＥＸと気筒２Ｃの吸気行程ＩＮが重なるので、気筒２Ａと気筒２Ｂ、及び、気筒２Ｄと気筒２Ｃがそれぞれ一対をなし、気筒２Ａ及び気筒２Ｄが先行気筒２Ａ、２Ｄ、気筒２Ｂ及び気筒２Ｃが後続気筒２Ｂ、２Ｃとなる。
【００３４】
上記気筒間ガス通路２２は、気筒２Ａと気筒２Ｂとの間及び気筒２Ｃと気筒２Ｄとの間に設けられ、互いに隣接する気筒間を接続するガス通路であり、この気筒間ガス通路２２の上流端は、先行気筒２Ａ、２Ｄの排気ポート１２ｂに接続されるとともに、気筒間ガス通路２２の下流端は、後続気筒２Ｂ、２Ｃの吸気ポート１１ｂに接続されている。
【００３５】
図２を参照して、これら各気筒２Ａ〜２Ｄには、ピストン３が嵌挿されており、このピストン３の上方に燃焼室４が形成されている。
【００３６】
燃焼室４の頂部には点火プラグ７が装備され、この点火プラグ７の先端が燃焼室４内に臨んでいる。また、燃焼室４の側方部には、燃焼室4内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁９が設けられている。
【００３７】
点火プラグ７には、電子制御による点火時期のコントロールが可能な点火回路８が接続されている。
【００３８】
燃料噴射弁９は、図略のニードル弁及びソレノイドを内蔵し、後述のパルス信号が入力されることにより、そのパルス入力時期にパルス幅に対応する時間だけ駆動されて開弁し、その開弁時間に応じた量の燃料を噴射するように構成されている。この燃料噴射弁９には図外の燃料ポンプにより燃料供給通路等を介して燃料が供給され、かつ、圧縮行程での燃焼室内の圧力よりも高い燃料圧力を与え得るように燃料供給系統が構成される。
【００３９】
再び図１を参照して、燃焼室４には、さらに、吸気ポート１１、１１ａ、１１ｂ及び排気ポート１２、１２ａ、１２ｂが開口し、これらのポートに吸気通路１５、排気通路２０等が接続されるとともに、各ポートが吸気弁３１、３１ａ、３１ｂ及び排気弁３２、３２ａ、３２ｂにより開閉されるようになっている。
【００４０】
詳しく説明すると、先行気筒２Ａ、２Ｄには、それぞれ、新気を導入するための吸気ポート１１と、既燃ガス（排気ガス）を排気通路に送り出すための排気ポート１２ａと、既燃ガスを後続気筒２Ｂ、２Ｃに導出するための排気ポート１２ｂとが配設されている。また、後続気筒２Ｂ、２Ｃには、それぞれ、新気を導入するための吸気ポート１１ａと、先行気筒２Ａ、２Ｄからの既燃ガスを導入するための吸気ポート１１ｂと、既燃ガスを排気通路に送り出すための排気ポート３２とが配設されている。
【００４１】
そして、吸気ポート１１および吸気ポート１１ａには、吸気通路１５における気筒別の分岐吸気通路１６の下流端が接続されている。各分岐吸気通路１６の下流端近傍には、共通の軸を介して互いに連動する多連スロットル弁１７が設けられており、この多連スロットル弁１７は制御信号に応じてアクチュエータ１８により駆動され、吸入空気量を調節するようになっている。なお、吸気通路１５における集合部より上流の共通吸気通路には吸気流量を検出するエアフローセンサ１９が設けられている。
【００４２】
また、排気ポート１２ａおよび排気ポート１２には、排気通路２０における気筒別の分岐排気通路２１の上流端が接続され、分岐排気通路２１の下流の集合部には排気ガス中の酸素濃度を検出することにより空燃比を検出するＯ2センサ２３が設けられている。また、このＯ2センサ２３の下流の排気通路２１には排気浄化のために三元触媒２４が設けられている（三元触媒２４は、一般に、排気ガスの空燃比が理論空燃比、すなわち空気過剰率λがλ＝１付近にあるときにＨＣ、ＣＯ及びＮＯｘに対して高い浄化性能を示す）。
【００４３】
さらに、これら各吸・排気ポートには、それぞれのポートを開閉する吸・排気弁とこれらに対する動弁機構が設けられている。すなわち、吸気ポート１１、１１ａ、１１ｂにはそれぞれ吸気弁３１、３１ａ、３１ｂが設けられ、また、排気ポート１２、１２ａ、１２ｂにはそれぞれ排気弁３２、３２ａ、３２ｂが設けられている。そして、各気筒の吸気行程や排気行程が前述の所定の位相差をもって行われるように、これら吸・排気弁がそれぞれカムシャフト３３、３４（図２）を含む図略の動弁機構により駆動されることにより所定のタイミングで開閉するようになっている。
【００４４】
なお、これら吸・排気弁のうちで排気弁３２ａ、３２ｂ、吸気弁３１ａ、３１ｂに対しては、各弁を作動状態と停止状態とに切換える弁停止機構３５（図２）が設けられている。この弁停止機構３５は、公知であるので詳しくは説明を省略するが、例えば、カムシャフト３３、３４のカムと弁軸との間に介装されたタペットに作動油の給排が可能な油圧室が設けられ、この油圧室に作動油が供給されている状態ではカムの作動が弁に伝えられて弁が開閉作動され、油圧室から作動油が排出されたときにはカムの作動が弁に伝えられなくなることで弁が停止されるようになっている。
【００４５】
また、図４を参照して、排気弁３２ａの弁停止機構３５と吸気弁３１ａの弁停止機構３５とに対する作動油給排用の通路３６にはコントロール弁３７が、また排気弁３２ｂの弁停止機構３５と吸気弁３１ｂの弁停止機構３５とに対する作動油給排用の通路３８にはコントロール弁３９がそれぞれ設けられている。
【００４６】
次に、図４と図５〜図７を参照して、本発明の実施の形態に係る火花点火式４サイクルエンジン１の制御装置４０について説明する。図５は、本発明の実施形態に係る制御装置４０の制御区分を示すグラフである。また、図６は、本発明の実施形態に係る制御装置４０によるエンジン温度の変化を示すグラフであり、図７は、本発明の実施形態に係る制御装置４０による制御手順を示す工程図である。
【００４７】
図４を参照して、本発明の実施の形態に係る火花点火式４サイクルエンジン１の制御装置４０は、本実施形態では、一般のエンジン制御用マイクロコンピュータからなるＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）から構成され、運転状態判別手段４１と、弁停止機構制御手段４２と、吸入空気量制御手段４３と、燃焼状態制御手段４４と、加熱制御手段４７と、所定時間記憶手段４８を備えている。
【００４８】
そして、この制御装置４０には、エアフローセンサ１９からの信号と、Ｏ2センサ２３からの信号と、エンジン回転数を検出する回転数センサ４７からの信号と、アクセル開度（アクセルペダル踏込み量）を検出するアクセル開度センサ４８からの信号とが入力され、また、この制御装置４０からは、多連スロットル弁１７のアクチュエータ１８に対する制御信号と、通路３６に設けたコントロール弁３７に対する制御信号と、通路３８に設けたコントロール弁３９に対する制御信号と、各点火回路８に対する制御信号とが出力される。
【００４９】
上記運転状態判別手段４１は、火花点火式４サイクルエンジン１の運転状態（エンジン回転数及びエンジン負荷）が、図５に示す制御区分のどの領域にあるかを判別するためのものであり、回転数センサ４７からの信号とアクセル開度センサ４８からの信号とによりエンジンの運転状態（エンジン回転数及びエンジン負荷）を調べて、その運転状態が、低負荷低回転側の運転領域Ａあるいは高負荷側ないし高回転側の運転領域Ｂのいずれの領域にあるかを判別する。
【００５０】
そして、火花点火式４サイクルエンジン１の運転状態が運転領域Ａにあると判断されると、排気行程にある先行気筒２Ａ、２Ｄから排出される既燃ガスを吸気行程にある後続気筒２Ｂ、２Ｃに導入して燃焼させる気筒間燃焼モードＭ−２（図１２）が選択される。また、運転領域Ｂでは、各気筒をそれぞれ独立燃焼させる独立燃焼モードＭ−１（図１１）が選択されるようになっている。
【００５１】
上記弁停止機構制御手段４２は、各コントロール弁３７、３９を制御して、吸・排気流通状態を変更するためのものであり、通常運転において、運転領域Ａで気筒間燃焼モードＭ−２が選択された場合は、コントロール弁３７、３９を操作して、図１２に示すように、排気弁３２ａと吸気弁３１ａとを閉め、排気弁３２ｂと吸気弁３１ｂとを開けるように弁停止機構３５を制御することにより、気筒間ガス通路２２を介して先行気筒２Ａ、２Ｄの既燃ガスを後続気筒２Ｂ、２Ｃに導入させる２気筒接続状態とする。また運転領域Ｂで独立燃焼モードＭ−１が選択された場合は、コントロール弁３７、３９を操作して、図１１に示すように、排気弁３２ａと吸気弁３１ａとを開け、排気弁３２ｂと吸気弁３１ｂとを閉めるように弁停止機構３５を制御することにより、として各気筒にそれぞれ新気を導入させる各気筒独立状態とする。
【００５２】
上記吸入空気量制御手段４３は、アクチュエータ１８を制御することによりスロットル弁１７の開度を制御するためのものであり、運転状態に応じてマップ等から目標吸入空気量を求め、その目標吸入空気量に応じてスロットル弁１７の開度を制御する。
【００５３】
上記燃焼状態制御手段４４は、燃料噴射制御手段４５と点火制御手段４６とからなっており、燃料噴射制御手段４５により、各気筒２Ａ〜２Ｄに設けられた燃料噴射弁９からの燃料噴射量及び噴射タイミングをエンジンの運転状態に応じて制御するとともに、点火制御手段４６により運転状態に応じた点火時期の制御及び点火停止等の制御を行う。
【００５４】
例えば、運転状態が高負荷側ないし高回転側の運転領域Ｂにある場合には、独立燃焼モードＭ−１での制御として、各気筒２Ａ〜２Ｄの空燃比を理論空燃比もしくはそれ以下とするように燃料噴射量を制御し、例えばこの運転領域Ｂのうちの大部分の領域において理論空燃比とし、全開負荷及びその付近の運転領域で理論空燃比よりリッチとする。そして、この場合に、各気筒２Ａ〜２Ｄに対して吸気行程で燃料を噴射して混合気を均一化するように噴射タイミングを設定し、かつ、各気筒２Ａ〜２Ｄとも強制点火を行わせるようにする。
【００５５】
また、エンジン暖機運転が完了して運転状態が低負荷低回転側の運転領域Ａにおいて、自己着火燃焼制御Ｍ−３にある場合、先行気筒２Ａ、２Ｄに対しては、空燃比を理論空燃比よりも大きいリーン空燃比とするように燃料噴射量を制御するとともに、圧縮行程で燃料を噴射して混合気の成層化を行わせるように噴射タイミングを設定し、かつ、圧縮上死点付近で強制点火を行わせるように点火タイミングを設定する。一方、後続気筒２Ｂ、２Ｃに対しては、先行気筒２Ａ、２Ｄから導入されたリーン空燃比の既燃ガスに対して燃料を供給し、実質的に理論空燃比となるように燃料噴射量を制御するとともに、吸気行程で燃料を噴射するように噴射タイミングを設定し、かつ、圧縮自己着火を行わせるべく、強制点火を停止させる。
【００５６】
さらに、一対の気筒の両方に対する燃料噴射量の和が先行気筒２Ａ、２Ｄに導入される空気の量に対して理論空燃比となる量に調整されつつ、後続気筒２Ｂ、２Ｃでの圧縮自己着火が良好に行われるように、先行気筒２Ａ、２Ｄに対する燃料噴射量と後続気筒２Ｂ、２Ｃに対する燃料噴射量との割合が運転状態に応じて変更される。
【００５７】
このように、この制御装置４０は、エンジン暖機運転が完了した後は、運転状態判別手段４１と、弁停止機構制御手段４２と、吸入空気量制御手段４３と、燃焼状態制御手段４４とにより、気筒間ガス通路２２を遮断した状態で、それぞれの気筒に燃料と空気とを供給して、各気筒を独立に燃焼状態にする独立燃焼モード制御Ｍ−１と、上記気筒間ガス通路２２を開放して先行気筒２Ａ、２Ｄと後続気筒２Ｂ、２Ｃとを接続した状態で、先行気筒２Ａ、２Ｄに理論空燃比よりも空燃比が大きいリーン空燃比で燃料と空気とを供給して、燃焼状態にするとともに、後続気筒２Ｂ、２Ｃに先行気筒２Ａ、２Ｄの既燃ガスと燃料とを供給して燃焼状態にする気筒間燃焼モード制御Ｍ−２とを選択し、上記気筒間燃焼モード制御Ｍ−２中に後続気筒２Ｂ、２Ｃにおいて自己着火燃焼制御（状態Ｍ−３、図１３）を行うようになっている。
【００５８】
図６を参照して、上記加熱制御手段４７は、エンジン暖機運転が完了する前すなわち、自己着火燃焼制御Ｍ−３に至る前に、独立燃焼モード制御Ｍ−１から気筒間燃焼モード制御Ｍ−２への移行直後の所定期間Ｔｓに先行気筒２Ａ、２Ｄおよび後続気筒２Ｂ、２Ｃのうちの少なくとも一方を燃焼状態にし、かつその燃焼を強制点火により行わせるとともに先行気筒２Ａ、２Ｄの排気温度および後続気筒２Ｂ、２Ｃの燃焼温度のうち少なくとも一方を高くすることにより後続気筒２Ｂ、２Ｃの加熱を加速するように、燃料噴射量を制御するものである。
【００５９】
先行気筒２Ａ、２Ｄを燃焼状態にした状態については、加熱制御Ｈ−１−１（図１４）に示す。この状態では、先行気筒２Ａ、２Ｄの燃料噴射弁９において、燃料が噴射され火花点火運転が行われている。また、後続気筒２Ｂ、２Ｃを燃焼状態にした状態については、加熱制御Ｈ−１−２（図１５）に示す。この状態では、後続気筒２Ｂ、２Ｃの燃料噴射弁９において、燃料が噴射され火花点火運転が行われている。また、両方を燃焼状態にした状態については、加熱制御Ｈ−１−３（図１６）に示す。この状態では、先行気筒２Ａ、２Ｄの燃料噴射弁９と後続気筒２Ｂ、２Ｃの燃料噴射弁９とにおいて、燃料が噴射され火花点火運転が行われている。
【００６０】
図１４〜図１６を参照して、加熱制御Ｈ−１−１（図１４）もしくは加熱制御Ｈ−１−２（図１５）もしくは加熱制御Ｈ−１−３（図１６）においては、排気弁３２ａ（図１）及び吸気弁３１ａ（図１）が停止状態、排気弁３２ｂ及び吸気弁３１ｂが作動状態とされることにより、実質的な新気及びガスの流通経路は図１４〜図１６のようになり、先行気筒２Ａ、２Ｄから排出される既燃ガスがそのまま気筒間ガス通路２２を介して後続気筒２Ｂ、２Ｃに導入されるとともに、この後続気筒２Ｂ、２Ｃから排出されるガスのみが排気通路２０に導かれるような２気筒接続状態とされ、先行気筒２Ａ、２Ｄの吸気行程と後続気筒２Ｂ、２Ｃの排気行程が重なる期間に、先行気筒２Ａ、２Ｄから排出された既燃ガスがガス通路２２を通って後続気筒２Ｂ、２Ｃに導入される。
【００６１】
この場合、先行気筒２Ａ、２Ｄおよび後続気筒２Ｂ、２Ｃのうちの少なくとも一方を燃焼状態にし、かつその燃焼を強制点火により行わせるとともに先行気筒２Ａ、２Ｄの排気温度および後続気筒２Ｂ、２Ｃの燃焼温度のうち少なくとも一方を高くすることにより後続気筒２Ｂ、２Ｃの加熱を加速するように、燃料噴射量を制御するため、後続気筒２Ｂ、２Ｃでは吸気行程で燃焼室内の温度が高くなり、この状態からさらに圧縮行程で圧力、温度が上昇することにより、圧縮行程終期の上死点付近では混合気が自己着火し得る程度まで燃焼室内の温度が上昇する。しかも、上記既燃ガスは先行気筒２Ａ、２Ｄから排出されて後続気筒２Ｂ、２Ｃに導入されるまでの間に充分にミキシングされて均一に分布し、さらに吸気行程で噴射された燃料も圧縮行程終期までの間に燃焼室全体に均一に分散するため、理想的な自己着火条件を満たすような均一な混合気分布状態が得られる。そして、所定の時間Ｔｓ以内に自己着火燃焼制御が行われる条件にまで暖機されることになる。
【００６２】
上記所定時間記憶手段４８は、気筒間燃焼モード制御Ｍ−２中に自己着火燃焼制御Ｍ−３に移行するためのものであり、本実施形態では、制御装置４０であるＥＣＵに設けられた記憶領域の一部に所定時間Ｔｓが記憶され、この所定時間Ｔｓの値に基づき、加熱制御手段４７が加熱制御する継続時間を制御する。
【００６３】
次に図７を参照して、本発明の実施の形態に係る火花点火式４サイクルエンジン１の制御装置４０の作用について説明する。
図７は本発明の実施形態に係る制御装置４０による制御手順を示す工程図である。
【００６４】
図７を参照して、本発明の実施の形態に係る火花点火式４サイクルエンジン１の制御装置４０において、制御の手順は以下の通りである。
【００６５】
すなわち、ステップＳ１において、エンジン始動が行われ、次に、ステップＳ２において、運転状態判別手段４１により、運転状態の判別が行われる。
【００６６】
そして、ステップＳ３において、冷却水温が所定値以下かどうかの判定が行われ、ＹＥＳの場合はステップＳ４に進み、ＮＯの場合はステップＳ５に進む。
【００６７】
ここで、ステップＳ４においては、独立燃焼モード制御Ｍ−１が行われ、その後、再びステップＳ２に戻り、運転状態判別手段４１により、運転状態の判別が行われる。
【００６８】
また、ステップＳ５においては、運転領域Ａ内かどうかの判定が行われ、ＹＥＳの場合はステップＳ６に進み、前述の加熱制御Ｈ−１−１、もしくはＨ−１−２、もしくはＨ−１−３が行われて、ステップＳ７に進む。また、ＮＯの場合は高負荷側ないし高回転側の運転領域Ｂと判断されてステップＳ４に進み、独立燃焼モード制御Ｍ−１が行われる。
【００６９】
ここで、ステップＳ７においては、所定期間Ｔｓが経過したかどうかが判定され、ＹＥＳの場合はステップＳ８に進み、気筒間燃焼モード制御Ｍ−２の中の自己着火燃焼制御Ｍ−３が行われる。
【００７０】
ＮＯの場合は暖機運転が完了していないと判断されて、再びステップＳ２に戻り、運転状態判別手段４１により、運転状態の判別が行われる。
【００７１】
このように、加熱制御手段４７は、エンジン暖機運転が完了する前すなわち、自己着火燃焼制御Ｍ−３に至る前に、独立燃焼モード制御Ｍ−１から気筒間燃焼モード制御Ｍ−２への移行直後の所定期間Ｔｓに、先行気筒２Ａ、２Ｄおよび後続気筒２Ｂ、２Ｃのうちの少なくとも一方を燃焼状態にして（加熱制御Ｈ−１−１（図１４）もしくは加熱制御Ｈ−１−２（図１５）もしくは加熱制御Ｈ−１−３（図１６））、後続気筒２Ｂ、２Ｃの加熱を加速するように、燃料噴射量を制御するものである。
【００７２】
以上説明したように、本発明の実施の形態に係る火花点火式４サイクルエンジン１の制御装置４０によれば、独立燃焼モード制御Ｍ−１から気筒間燃焼モード制御Ｍ−２への移行直後の所定期間Ｔｓに先行気筒２Ａ、２Ｄの排気温度および後続気筒２Ｂ、２Ｃの燃焼温度のうち少なくとも一方を高くすることができるので、後続気筒２Ｂ、２Ｃの加熱を加速する結果、後続気筒２Ｂ、２Ｃの自己着火燃焼制御までに要するエンジンの暖機時間を短縮することができる。
【００７３】
また、加熱制御Ｈ−１−１〜Ｈ−１−３は、気筒間燃焼モード制御Ｍ−２の中で行われるので、エンジンの暖機運転に際して後続気筒２Ｂ、２Ｃのポンピングロス低減により燃費改善効果が得られる。
【００７４】
ここで、設計変更として（第１の設計変更）、上記加熱制御手段４７は、先行気筒２Ａ、２Ｄ、後続気筒２Ｂ、２Ｃのうちのいずれか一方でのみ燃焼させ（加熱制御Ｈ−２−１（図１７）もしくは加熱制御Ｈ−２−２（図１８））、かつその燃焼の際の空燃比を略理論空燃比に設定して先行気筒２Ａ、２Ｄの排気温度もしくは後続気筒２Ｂ、２Ｃの燃焼温度を高くすることにより後続気筒２Ｂ、２Ｃの加熱を加速するように先行気筒２Ａ、２Ｄもしくは後続気筒２Ｂ、２Ｃの燃料噴射量を制御することが可能である。
【００７５】
この場合は、先行気筒２Ａ、２Ｄ、後続気筒２Ｂ、２Ｃのうちのいずれか一方でのみ燃焼させ、かつその燃焼の際の空燃比を略理論空燃比に設定するので、エンジンの燃焼において過剰空気を加熱するための熱量が不要となる結果、先行気筒２Ａ、２Ｄの排気温度もしくは後続気筒２Ｂ、２Ｃの燃焼温度をより高くすることができ、後続気筒２Ｂ、２Ｃの加熱を加速することができる。
【００７６】
また、後続気筒２Ｂ、２Ｃから排気通路に排出されるガスは理論空燃比に設定された燃焼に基づくものであるため、ＮＯｘの発生が少なく三元触媒だけで充分に排気ガスの浄化が達成される。
【００７７】
あるいは、別の設計変更として（第２の設計変更）、上記加熱制御手段４７は、先に先行気筒２Ａ、２Ｄのみ燃焼させてその燃焼の際の空燃比を略理論空燃比に設定することにより先行気筒２Ａ、２Ｄの排気温度を高くした後に（加熱制御Ｈ−３−１（図１７））、後続気筒２Ｂ、２Ｃを燃焼させてその燃焼の際の空燃比を略理論空燃比に設定して後続気筒２Ｂ、２Ｃの燃焼温度を高くすることにより（加熱制御Ｈ−３−２（図１８））後続気筒２Ｂ、２Ｃの加熱を加速するように燃料噴射量を制御する態様に変更することも可能である。
【００７８】
この場合は、先に先行気筒２Ａ、２Ｄを燃焼状態にしてその排気ガスを後続気筒２Ｂ、２Ｃに導入するので、先行気筒２Ａ、２Ｄの排ガスの熱量を後続気筒２Ｂ、２Ｃの加熱に有効に利用することができる。また、後続気筒２Ｂ、２Ｃの加熱がある程度進んだ段階で後続気筒２Ｂ、２Ｃに切り替えて後続気筒２Ｂ、２Ｃの燃焼による高温の発生を利用することができるので効率良く後続気筒２Ｂ、２Ｃの加熱を加速することができる。
【００７９】
また、前述の第１の設計変更と同様に、後続気筒２Ｂ、２Ｃから排気通路に排出されるガスは理論空燃比に設定された燃焼に基づくものであるため、ＮＯｘの発生が少なく三元触媒だけで充分に排気ガスの浄化が達成される。
【００８０】
さらに、別の設計変更（第３の設計変更）として、上記加熱制御手段４７は、先行気筒２Ａ、２Ｄおよび後続気筒２Ｂ、２Ｃの両方を燃焼させ、かつその燃焼の際に、後続気筒２Ｂ、２Ｃの燃料噴射量を先行気筒２Ａ、２Ｄの燃料噴射量よりも大きく設定して運転した後に（加熱制御Ｈ−４−１（図１９））、後続気筒２Ｂ、２Ｃの燃料噴射量を減少させながら先行気筒２Ａ、２Ｄの燃料噴射量を増加させるように燃料噴射量を制御する（加熱制御Ｈ−４−２（図２０））ことも可能である。
【００８１】
この場合は、後続気筒２Ｂ、２Ｃの燃料噴射量を先行気筒２Ａ、２Ｄの燃料噴射量よりも大きく設定して運転した後に、後続気筒２Ｂ、２Ｃの燃料噴射量を減少させながら先行気筒２Ａ、２Ｄの燃料噴射量を増加させるので、後続気筒２Ｂ、２Ｃの燃焼による高温の発生を最初からより多く利用することになる結果、後続気筒２Ｂ、２Ｃを急速に加熱する場合に好適である。また、先行気筒２Ａ、２Ｄおよび後続気筒２Ｂ、２Ｃの両方を最初から燃焼させるので、制御が容易であるとともに燃焼気筒の切り替えに伴う過渡的変動がない。
【００８２】
次に図８〜図１０を参照して、本実施の形態の変形例を説明する。
【００８３】
図８を参照して、本発明の実施の形態に係る火花点火式４サイクルエンジン１の制御装置４０の変形例は、所定時間記憶手段４８の代わりに、自己着火判定手段４９を備えている。
【００８４】
また、図９を参照して、本実施の形態の変形例においては、前述のように、独立燃焼モード制御Ｍ−１から気筒間燃焼モード制御Ｍ−２への移行直後の所定期間Ｔｓに先行気筒２Ａ、２Ｄおよび後続気筒２Ｂ、２Ｃのうちの少なくとも一方を燃焼状態にする代わりに、自己着火判定手段４９の判定に基づいて、自己着火可能な温度状態より低い温度状態のとき、気筒間燃焼モード制御Ｍ−２を行い、少なくとも後続気筒２Ｂ、２Ｃが自己着火燃焼制御となるまで、先行気筒２Ａ、２Ｄおよび後続気筒２Ｂ、２Ｃのうちの少なくとも一方を燃焼状態にするものである（加熱制御Ｈ−５−１（図１４）もしくは加熱制御Ｈ−５−２（図１５）もしくは加熱制御Ｈ−５−３（図１６））。
【００８５】
上記自己着火判定手段４９は、気筒間燃焼モード制御Ｍ−２中にすみやかに自己着火燃焼制御Ｍ−３に移行して後続気筒２Ｂ、２Ｃの自己着火燃焼制御までに要するエンジンの暖機時間を短縮するために、後続気筒２Ｂ、２Ｃの温度状態を検出もしくは推定して、自己着火可能な温度状態か否かを判定するものである。
【００８６】
そして、図１０を参照して、本実施の形態の変形例においては、ステップＳ１において、所定期間Ｔｓが経過したかどうかが判定される代わりに後続気筒２Ｂ、２Ｃにおいて自己着火条件かどうかが判定される。その他の手順は図７と同じである。
【００８７】
このように、本実施形態の変形例によれば、自己着火可能な温度状態か否かを判定する自己着火判定手段４９の判定に基づいて、後続気筒２Ｂ、２Ｃの温度状態を検出もしくは推定して、加熱制御Ｈ−５−１（図１４）もしくは加熱制御Ｈ−５−２（図１５）もしくは加熱制御Ｈ−５−３（図１６）を行うので、気筒間燃焼モード制御Ｍ−２中にすみやかに自己着火燃焼制御Ｍ−３に移行することができる結果、後続気筒２Ｂ、２Ｃの自己着火燃焼制御までに要するエンジンの暖機時間を短縮することができる。
【００８８】
なお、本変形例においても、前述の第１の設計変更、第２の設計変更および第３の設計変更が採用可能であり、その効果も前述のそれぞれの設計変更に対応した同様の効果を奏する。
【００８９】
すなわち、設計変更として（第１の設計変更）、上記加熱制御手段４７は、先行気筒２Ａ、２Ｄ、後続気筒２Ｂ、２Ｃのうちのいずれか一方でのみ燃焼させ（加熱制御Ｈ−６−１（図１７）もしくは加熱制御Ｈ−６−２（図１８））、かつその燃焼の際の空燃比を略理論空燃比に設定して先行気筒２Ａ、２Ｄの排気温度もしくは後続気筒２Ｂ、２Ｃの燃焼温度を高くすることにより後続気筒２Ｂ、２Ｃの加熱を加速するように先行気筒２Ａ、２Ｄもしくは後続気筒２Ｂ、２Ｃの燃料噴射量を制御することが可能である。
【００９０】
この場合は、先行気筒２Ａ、２Ｄ、後続気筒２Ｂ、２Ｃのうちのいずれか一方でのみ燃焼させ、かつその燃焼の際の空燃比を略理論空燃比に設定するので、エンジンの燃焼において過剰空気を加熱するための熱量が不要となる結果、先行気筒２Ａ、２Ｄの排気温度もしくは後続気筒２Ｂ、２Ｃの燃焼温度をより高くすることができ、後続気筒２Ｂ、２Ｃの加熱を加速することができる。
【００９１】
また、後続気筒２Ｂ、２Ｃから排気通路に排出されるガスは理論空燃比に設定された燃焼に基づくものであるため、ＮＯｘの発生が少なく三元触媒だけで充分に排気ガスの浄化が達成される。
【００９２】
あるいは、別の設計変更として（第２の設計変更）、上記加熱制御手段４７は、先に先行気筒２Ａ、２Ｄのみ燃焼させてその燃焼の際の空燃比を略理論空燃比に設定することにより、先行気筒２Ａ、２Ｄの排気温度を高くした後に（加熱制御Ｈ−７−１（図１７））、後続気筒２Ｂ、２Ｃを燃焼させてその燃焼の際の空燃比を略理論空燃比に設定して後続気筒２Ｂ、２Ｃの燃焼温度を高くすることにより（加熱制御Ｈ−７−２（図１８））、後続気筒２Ｂ、２Ｃの加熱を加速するように燃料噴射量を制御する態様に変更することも可能である。
【００９３】
この場合は、先に先行気筒２Ａ、２Ｄを燃焼状態にしてその排気ガスを後続気筒２Ｂ、２Ｃに導入するので、先行気筒２Ａ、２Ｄの排ガスの熱量を後続気筒２Ｂ、２Ｃの加熱に有効に利用することができる。また、後続気筒２Ｂ、２Ｃの加熱がある程度進んだ段階で後続気筒２Ｂ、２Ｃに切り替えて後続気筒２Ｂ、２Ｃの燃焼による高温の発生を利用することができるので効率良く後続気筒２Ｂ、２Ｃの加熱を加速することができる。
【００９４】
また、前述の第１の設計変更と同様に、後続気筒２Ｂ、２Ｃから排気通路に排出されるガスは理論空燃比に設定された燃焼に基づくものであるため、ＮＯｘの発生が少なく三元触媒だけで充分に排気ガスの浄化が達成される。
【００９５】
さらに、別の設計変更（第３の設計変更）として、上記加熱制御手段４７は、先行気筒２Ａ、２Ｄおよび後続気筒２Ｂ、２Ｃの両方を燃焼させ、かつその燃焼の際に、後続気筒２Ｂ、２Ｃの燃料噴射量を先行気筒２Ａ、２Ｄの燃料噴射量よりも大きく設定して運転した後に（加熱制御Ｈ−８−１（図１９））、後続気筒２Ｂ、２Ｃの燃料噴射量を減少させながら先行気筒２Ａ、２Ｄの燃料噴射量を増加させるように燃料噴射量を制御する（加熱制御Ｈ−８−２（図２０））ことも可能である。
【００９６】
この場合は、後続気筒２Ｂ、２Ｃの燃料噴射量を先行気筒２Ａ、２Ｄの燃料噴射量よりも大きく設定して運転した後に、後続気筒２Ｂ、２Ｃの燃料噴射量を減少させながら先行気筒２Ａ、２Ｄの燃料噴射量を増加させるので、後続気筒２Ｂ、２Ｃの燃焼による高温の発生を最初からより多く利用することになる結果、後続気筒２Ｂ、２Ｃを急速に加熱する場合に好適である。また、先行気筒２Ａ、２Ｄおよび後続気筒２Ｂ、２Ｃの両方を最初から燃焼させるので、制御が容易であるとともに燃焼気筒の切り替えに伴う過渡的変動がない。
【００９７】
上述した実施の形態は本発明の好ましい具体例を例示したものに過ぎず、本発明は上述した実施の形態に限定されない。
【００９８】
例えば、多気筒火花点火式４サイクルエンジン１は、必ずしも図示のように、２対の気筒形状に限定されず、また、気筒２Ａ〜２Ｄ、ピストン３、燃焼室４、点火プラグ７、燃料噴射弁９、点火回路８、吸気ポート１１、１１ａ、１１ｂ及び排気ポート１２、１２ａ、１２ｂ、吸気通路１５、排気通路２０、吸気弁３１、３１ａ、３１ｂ、排気弁３２、３２ａ、３２ｂ、Ｏ2センサ２３、三元触媒２４、カムシャフト３３、３４、弁停止機構３５、通路３６、コントロール弁３７、通路３８及びコントロール弁３９は、必ずしも図示の形状に限定されない。排気行程と吸気行程とが重なるような位相差をもって燃焼サイクルが行われる少なくとも一対の気筒と、排気行程にある先行気筒２Ａ、２Ｄから排出される既燃ガスを吸気行程にある後続気筒２Ｂ、２Ｃに導入する気筒間ガス通路２２とを備えた多気筒の火花点火式４サイクルエンジン１であれば本発明の制御装置４０を適用可能である。
【００９９】
次に、制御装置４０は、本実施形態では、一般のエンジン制御用マイクロコンピュータからなるＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）を採用したが，必ずしも図示のようにＥＣＵに限定されない。また、エアフローセンサ１９と、Ｏ2センサ２３と、回転数センサ４７と、アクセル開度センサ４８とからの信号の入力、あるいは、各燃料噴射弁９と、アクチュエータ１８と、コントロール弁３９とに対する制御信号の出力は、必ずしも本発明を限定するものではなく、種々の設計変更が可能である。
【０１００】
また、エンジン暖機運転が完了した後の運転状態判別手段４１、弁停止機構制御手段４２、吸入空気量制御手段４３及び燃焼状態制御手段４４による制御も必ずしも本発明を限定するものではなく、種々の設計変更が可能である。
【０１０１】
その他、本発明の特許請求の範囲内で種々の設計変更が可能であることはいうまでもない。
【０１０２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、排気行程と吸気行程とが重なるような位相差をもって燃焼サイクルが行われる少なくとも一対の気筒と、先行気筒から排出される既燃ガスを後続気筒に導入する気筒間ガス通路とを備えた多気筒の火花点火式４サイクルエンジンにおいて、すみやかに、かつ効率良くエンジンを暖機することができるという顕著な効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施形態に係る制御装置が適用される多気筒火花点火式４サイクルエンジンの全体の構成を示す概念図である。
【図２】 本発明の実施形態に係る制御装置が適用される多気筒火花点火式４サイクルエンジンの本体の構成を示す概略断面図である。
【図３】 多気筒火花点火式４サイクルエンジンの各気筒の排気行程、吸気行程、燃料噴射時期および点火時期等を示すタイムチャートである。
【図４】 本発明の実施形態に係る制御装置のブロック図である。
【図５】 本発明の実施形態に係る制御装置の制御区分を示すグラフである。
【図６】 本発明の実施形態に係る制御装置によるエンジン温度の変化を示すグラフである。
【図７】 本発明の実施形態に係る制御装置による制御手順を示す工程図である。
【図８】 本発明の実施形態に係る制御装置の変形例のブロック図である。
【図９】 本発明の実施形態に係る制御装置の変形例によるエンジン温度の変化を示すグラフである。
【図１０】 本発明の実施形態に係る制御装置の変形例による制御手順を示す工程図である。
【図１１】 制御装置による独立燃焼モード制御を示す概念図である。
【図１２】 制御装置による気筒間燃焼モード制御を示す概念図である。
【図１３】 制御装置による自己着火燃焼制御を示す概念図である。
【図１４】 制御装置による加熱制御の一例を示す概念図である。
【図１５】 制御装置による加熱制御の一例を示す概念図である。
【図１６】 制御装置による加熱制御の一例を示す概念図である。
【図１７】 制御装置の設計変更１、２による加熱制御の一例を示す概念図である。
【図１８】 制御装置の設計変更１、２による加熱制御の一例を示す概念図である。
【図１９】 制御装置の設計変更３による加熱制御の一部を示す概念図である。
【図２０】 制御装置の設計変更３による加熱制御の一部を示す概念図である。
【符号の説明】
１ 火花点火式４サイクルエンジン
２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄ 気筒
２Ａ、２Ｄ 先行気筒
２Ｂ、２Ｃ 後続気筒
２２ 気筒間ガス通路
４０ 制御装置
４７ 加熱制御手段
４９ 自己着火判定手段
ＥＸ 排気行程
ＩＮ 吸気行程
Ｍ−１ 独立燃焼モード制御
Ｍ−２ 気筒間燃焼モード制御
Ｍ−３ 自己着火燃焼制御
Ｔｓ 所定期間
【発明の属する技術分野】
本発明は、排気行程と吸気行程とが重なるような位相差をもって燃焼サイクルが行われる少なくとも一対の気筒と、先行気筒から排出される既燃ガスを後続気筒に導入する気筒間ガス通路とを備えた多気筒の火花点火式４サイクルエンジンの制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、多気筒の火花点火式４サイクルエンジンとして、排気行程と吸気行程とが重なるような燃焼サイクルが行われる少なくとも一対の気筒と、先行気筒から排出される既燃ガスを吸気行程にある後続気筒に導入する気筒間ガス通路とを備えた方式のエンジンが知られている。この構成のエンジンは、一般に、それぞれの気筒に燃料と空気とを供給して、各気筒を独立に燃焼状態にする独立燃焼と、先行気筒と後続気筒とを接続した状態で、先行気筒に理論空燃比よりも空燃比が大きいリーン空燃比で燃料と空気とを供給して、燃焼状態にするとともに、後続気筒に先行気筒の既燃ガスと燃料とを供給して燃焼状態にする気筒間燃焼とを選択することができるようになっているものである。
【０００３】
そして、この種のエンジンは、気筒間燃焼中に空気を含んだ高温の既燃ガスを後続気筒に供給することができることから、近年では、後続気筒において自己着火燃焼制御を行うことができるようにしたエンジンが種々開発されている。
【０００４】
例えば、特開２００１−３３６４３５号公報には、一回の吸・排気に対して２回の圧縮、膨張を行う６サイクルとし、先行燃焼と後続燃焼とを行い、低速、低負荷領域において自己着火燃焼させる火花点火式４サイクルエンジンの制御技術が開示されている。
【０００５】
また、特開２００２−４９１３号公報にも、低速、低負荷領域において自己着火燃焼させる火花点火式４サイクルエンジンの制御技術が開示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の公報に開示されたエンジンの制御技術は、いずれも低速、低負荷領域において自己着火燃焼させる制御技術であるが、自己着火燃焼を発生させるには、エンジンの温度を高くすることが要求されるために、この温度域までエンジンを暖機するのに時間がかかるという不具合があった。また、エンジンの温度を高くするために、暖機の段階で燃料を多く消費することは必ずしも燃費の観点から好ましいものではないという問題があった。
【０００７】
本発明は上記不具合に鑑みてなされたものであり、排気行程と吸気行程とが重なるような位相差をもって燃焼サイクルが行われる少なくとも一対の気筒と、先行気筒から排出される既燃ガスを後続気筒に導入する気筒間ガス通路とを備えた多気筒の火花点火式４サイクルエンジンにおいて、すみやかに、かつ効率良くエンジンを暖機することができる火花点火式４サイクルエンジンの制御装置を提供するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための本発明は、排気行程と吸気行程とが重なるような位相差をもって燃焼サイクルが行われる少なくとも一対の気筒と、排気行程にある先行気筒から排出される既燃ガスを吸気行程にある後続気筒に導入する気筒間ガス通路とを備えた多気筒の火花点火式４サイクルエンジンにおいて、上記気筒間ガス通路を遮断した状態で、それぞれの気筒に燃料と空気とを供給して、各気筒を独立に燃焼状態にする独立燃焼モード制御と、上記気筒間ガス通路を開放して先行気筒と後続気筒とを接続した状態で、先行気筒に理論空燃比よりも空燃比が大きいリーン空燃比で燃料と空気とを供給して、燃焼状態にするとともに、後続気筒に先行気筒の既燃ガスと燃料とを供給して燃焼状態にする気筒間燃焼モード制御とを選択し、上記気筒間燃焼モード制御中に後続気筒において自己着火燃焼制御を行うようになっている火花点火式４サイクルエンジンの制御装置であって、エンジンの暖機運転に際して、独立燃焼モード制御を行った後、気筒間燃焼モード制御を行い、独立燃焼モード制御から気筒間燃焼モード制御への移行直後の所定期間に先行気筒および後続気筒のうちの少なくとも一方を燃焼状態にし、かつその燃焼を強制点火により行わせるとともに先行気筒の排気温度および後続気筒の燃焼温度のうち少なくとも一方を高くすることにより後続気筒の加熱を加速するように、燃料噴射量を制御する加熱制御手段を備えたことを特徴とする火花点火式４サイクルエンジンの制御装置である（請求項１）。
【０００９】
本発明によれば、独立燃焼モード制御から気筒間燃焼モード制御への移行直後の所定期間に先行気筒および後続気筒のうちの少なくとも一方を燃焼状態にし、かつその燃焼を強制点火により行わせるとともに先行気筒の排気温度および後続気筒の燃焼温度のうち少なくとも一方を高くすることができるので、後続気筒の加熱を加速する結果、後続気筒の自己着火燃焼制御までに要するエンジンの暖機時間を短縮することができる。
【００１０】
また、加熱制御は、気筒間燃焼モード制御の中で行われるので、エンジンの暖機運転に際してポンピングロス低減により燃費改善効果が得られる。
【００１１】
本発明の好ましい態様は、上記加熱制御手段は、先行気筒、後続気筒のうちのいずれか一方でのみ燃焼させ、かつその燃焼の際の空燃比を略理論空燃比に設定して先行気筒の排気温度もしくは後続気筒の燃焼温度を高くすることにより後続気筒の加熱を加速するように先行気筒もしくは後続気筒の燃料噴射量を制御することを特徴とする請求項１に記載の火花点火式４サイクルエンジンの制御装置である（請求項２）。
【００１２】
この好ましい態様によると、先行気筒、後続気筒のうちのいずれか一方でのみ燃焼させ、かつその燃焼の際の空燃比を略理論空燃比に設定するので、エンジンの燃焼において過剰空気を加熱するための熱量が不要となる結果、先行気筒の排気温度もしくは後続気筒の燃焼温度をより高くすることができ、後続気筒の加熱を加速することができる。
【００１３】
また、後続気筒から排気通路に排出されるガスは理論空燃比に設定された燃焼に基づくものであるため、ＮＯｘの発生が少なく三元触媒だけで充分に排気ガスの浄化が達成される。
【００１４】
本発明の好ましい態様は、上記加熱制御手段は、先に先行気筒のみ燃焼させてその燃焼の際の空燃比を略理論空燃比に設定することにより先行気筒の排気温度を高くした後に、後続気筒を燃焼させてその燃焼の際の空燃比を略理論空燃比に設定して後続気筒の燃焼温度を高くすることにより後続気筒の加熱を加速するように燃料噴射量を制御することを特徴とする請求項２に記載の火花点火式４サイクルエンジンの制御装置である（請求項３）。
【００１５】
この好ましい態様によると、先に先行気筒を燃焼状態にしてその排気ガスを後続気筒に導入するので、先行気筒の排ガスの熱量を後続気筒の加熱に有効に利用することができる。また、後続気筒の加熱がある程度進んだ段階で後続気筒に切り替えて後続気筒の燃焼による高温の発生を利用することができるので効率良く後続気筒の加熱を加速することができる。
【００１６】
また、後続気筒から排気通路に排出されるガスは理論空燃比に設定された燃焼に基づくものであるため、ＮＯｘの発生が少なく三元触媒だけで充分に排気ガスの浄化が達成される。
【００１７】
本発明の好ましい態様は、上記加熱制御手段は、先行気筒および後続気筒の両方を燃焼させ、かつその燃焼の際に、後続気筒の燃料噴射量を先行気筒の燃料噴射量よりも大きく設定して運転した後に、後続気筒の燃料噴射量を減少させながら先行気筒の燃料噴射量を増加させるように燃料噴射量を制御することを特徴とする請求項１に記載の火花点火式４サイクルエンジンの制御装置である（請求項４）。
【００１８】
この好ましい態様によると、後続気筒の燃料噴射量を先行気筒の燃料噴射量よりも大きく設定して運転した後に、後続気筒の燃料噴射量を減少させながら先行気筒の燃料噴射量を増加させるので、後続気筒の燃焼による高温の発生を最初からより多く利用することになる結果、後続気筒を急速に加熱する場合に好適である。また、先行気筒および後続気筒の両方を最初から燃焼させるので、制御が容易であるとともに燃焼気筒の切り替えに伴う過渡的変動がない。
【００１９】
本発明の別の態様は、排気行程と吸気行程とが重なるような位相差をもって燃焼サイクルが行われる少なくとも一対の気筒と、排気行程にある先行気筒から排出される既燃ガスを吸気行程にある後続気筒に導入する気筒間ガス通路とを備えた多気筒の火花点火式４サイクルエンジンにおいて、上記気筒間ガス通路を遮断した状態で、それぞれの気筒に燃料と空気とを供給して、各気筒を独立に燃焼状態にする独立燃焼モード制御と、上記気筒間ガス通路を開放して先行気筒と後続気筒とを接続した状態で、先行気筒に理論空燃比よりも空燃比が大きいリーン空燃比で燃料と空気とを供給して、燃焼状態にするとともに、後続気筒に先行気筒の既燃ガスと燃料とを供給して燃焼状態にする気筒間燃焼モード制御とを選択し、上記気筒間燃焼モード制御中に後続気筒において自己着火燃焼制御を行うようになっている火花点火式４サイクルエンジンの制御装置であって、後続気筒の温度状態を検出もしくは推定して、自己着火可能な温度状態か否かを判定する自己着火判定手段と、この判定に基づき、自己着火可能な温度状態より低い温度状態のとき、気筒間燃焼モード制御を行い、少なくとも後続気筒が自己着火燃焼制御となるまで、先行気筒および後続気筒のうちの少なくとも一方を燃焼状態にし、かつその燃焼を強制点火により行わせるとともに先行気筒の排気温度および後続気筒の燃焼温度のうち少なくとも一方を高くすることにより後続気筒の加熱を加速するように、燃料噴射量を制御する加熱制御手段を備えたことを特徴とする火花点火式４サイクルエンジンの制御装置である（請求項５）。
【００２０】
この好ましい態様によると、先行気筒および後続気筒のうちの少なくとも一方を燃焼状態にし、かつその燃焼を強制点火により行わせるとともに先行気筒の排気温度および後続気筒の燃焼温度のうち少なくとも一方を高くすることができるので、後続気筒の加熱を加速する結果、後続気筒の自己着火燃焼制御までに要するエンジンの暖機時間を短縮することができる。
【００２１】
特に、自己着火可能な温度状態か否かを判定する自己着火判定手段の判定に基づいて、後続気筒の温度状態を検出もしくは推定して、加熱制御を行うので、気筒間燃焼モード制御中にすみやかに自己着火状態に移行することができる結果、後続気筒の自己着火燃焼制御までに要するエンジンの暖機時間を短縮することができる。
【００２２】
また、加熱制御は、気筒間燃焼モード制御の中で行われるので、エンジンの暖機運転に際してポンピングロス低減により燃費改善効果が得られる。
【００２３】
本発明の好ましい態様は、上記加熱制御手段は、先行気筒、後続気筒のうちのいずれか一方でのみ燃焼させ、かつその燃焼の際の空燃比を略理論空燃比に設定して先行気筒の排気温度もしくは後続気筒の燃焼温度を高くすることにより後続気筒の加熱を加速するように先行気筒もしくは後続気筒の燃料噴射量を制御することを特徴とする請求項５に記載の火花点火式４サイクルエンジンの制御装置である（請求項６）。
【００２４】
この好ましい態様によると、先行気筒、後続気筒のうちのいずれか一方でのみ燃焼させ、かつその燃焼の際の空燃比を略理論空燃比に設定するので、エンジンの燃焼において過剰空気を加熱するための熱量が不要となる結果、先行気筒の排気温度もしくは後続気筒の燃焼温度をより高くすることができ、後続気筒の加熱を加速することができる。
【００２５】
また、後続気筒から排気通路に排出されるガスは理論空燃比に設定された燃焼に基づくものであるため、ＮＯｘの発生が少なく三元触媒だけで充分に排気ガスの浄化が達成される。
【００２６】
本発明の好ましい態様は、上記加熱制御手段は、先に先行気筒のみ燃焼させてその燃焼の際の空燃比を略理論空燃比に設定することにより先行気筒の排気温度を高くした後に、後続気筒を燃焼させてその燃焼の際の空燃比を略理論空燃比に設定して後続気筒の燃焼温度を高くすることにより後続気筒の加熱を加速するように燃料噴射量を制御することを特徴とする請求項２に記載の火花点火式４サイクルエンジンの制御装置である（請求項７）。
【００２７】
この好ましい態様によると、先に先行気筒を燃焼状態にしてその排気ガスを後続気筒に導入するので、先行気筒の排ガスの熱量を後続気筒の加熱に有効に利用することができる。また、後続気筒の加熱がある程度進んだ段階で後続気筒に切り替えて後続気筒の燃焼による高温の発生を利用することができるので効率良く後続気筒の加熱を加速することができる。
【００２８】
また、後続気筒から排気通路に排出されるガスは理論空燃比に設定された燃焼に基づくものであるため、ＮＯｘの発生が少なく三元触媒だけで充分に排気ガスの浄化が達成される。
【００２９】
本発明の好ましい態様は、上記加熱制御手段は、先行気筒および後続気筒の両方を燃焼させ、かつその燃焼の際に、後続気筒の燃料噴射量を先行気筒の燃料噴射量よりも大きく設定して運転した後に、後続気筒の燃料噴射量を減少させながら先行気筒の燃料噴射量を増加させるように燃料噴射量を制御することを特徴とする請求項５に記載の火花点火式４サイクルエンジンの制御装置である（請求項８）。
【００３０】
この好ましい態様によると、後続気筒の燃料噴射量を先行気筒の燃料噴射量よりも大きく設定して運転した後に、後続気筒の燃料噴射量を減少させながら先行気筒の燃料噴射量を増加させるので、後続気筒の燃焼による高温の発生を最初からより多く利用することになる結果、後続気筒を急速に加熱する場合に好適である。また、先行気筒および後続気筒の両方を最初から燃焼させるので、制御が容易であるとともに燃焼気筒の切り替えに伴う過渡的変動がない。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しながら本発明の好ましい実施の一形態について詳述するが、まず、図１〜図４を参照して、本発明の実施形態に係る制御装置が適用される多気筒火花点火式４サイクルエンジン１について説明する。図１は、本発明の実施形態に係る制御装置４０（図４）が適用される多気筒火花点火式４サイクルエンジン１の全体の構成を示す概念図であり、図２は、本発明の実施形態に係る制御装置４０が適用される多気筒火花点火式４サイクルエンジン１の本体の構成を示す概略断面図である。また、図３は、多気筒火花点火式４サイクルエンジン１の各気筒の排気行程、吸気行程、燃料噴射時期および点火時期等を示すタイムチャートであり、図４は、本発明の実施形態に係る制御装置４０のブロック図である。
【００３２】
図１を参照して、本発明の実施形態に係る制御装置４０（図４）が適用される多気筒火花点火式４サイクルエンジン１は、排気行程と吸気行程とが重なるような位相差をもって燃焼サイクルが行われる２対の気筒、すなわち、気筒２Ａ、２Ｂおよび気筒２Ｃ、２Ｄと、排気行程にある先行気筒２Ａ、２Ｄから排出される既燃ガスを吸気行程にある後続気筒２Ｂ、２Ｃに導入する気筒間ガス通路２２とを備えている。
【００３３】
上記気筒２Ａ〜２Ｄは、図３に示すように気筒２Ａ、気筒２Ｃ、気筒２Ｄ、気筒２Ｂの順にクランク角で１８０°ずつの位相差をもっている（ＥＸは排気行程、ＩＮは吸気行程を表している。また、Ｆは燃料噴射、Ｓは強制点火を表し、図中の星マークは圧縮自己着火が行われることを表している）。また、気筒２Ａの排気行程ＥＸと気筒２Ｂの吸気行程ＩＮとが重なり、気筒２Ｄの排気行程ＥＸと気筒２Ｃの吸気行程ＩＮが重なるので、気筒２Ａと気筒２Ｂ、及び、気筒２Ｄと気筒２Ｃがそれぞれ一対をなし、気筒２Ａ及び気筒２Ｄが先行気筒２Ａ、２Ｄ、気筒２Ｂ及び気筒２Ｃが後続気筒２Ｂ、２Ｃとなる。
【００３４】
上記気筒間ガス通路２２は、気筒２Ａと気筒２Ｂとの間及び気筒２Ｃと気筒２Ｄとの間に設けられ、互いに隣接する気筒間を接続するガス通路であり、この気筒間ガス通路２２の上流端は、先行気筒２Ａ、２Ｄの排気ポート１２ｂに接続されるとともに、気筒間ガス通路２２の下流端は、後続気筒２Ｂ、２Ｃの吸気ポート１１ｂに接続されている。
【００３５】
図２を参照して、これら各気筒２Ａ〜２Ｄには、ピストン３が嵌挿されており、このピストン３の上方に燃焼室４が形成されている。
【００３６】
燃焼室４の頂部には点火プラグ７が装備され、この点火プラグ７の先端が燃焼室４内に臨んでいる。また、燃焼室４の側方部には、燃焼室4内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁９が設けられている。
【００３７】
点火プラグ７には、電子制御による点火時期のコントロールが可能な点火回路８が接続されている。
【００３８】
燃料噴射弁９は、図略のニードル弁及びソレノイドを内蔵し、後述のパルス信号が入力されることにより、そのパルス入力時期にパルス幅に対応する時間だけ駆動されて開弁し、その開弁時間に応じた量の燃料を噴射するように構成されている。この燃料噴射弁９には図外の燃料ポンプにより燃料供給通路等を介して燃料が供給され、かつ、圧縮行程での燃焼室内の圧力よりも高い燃料圧力を与え得るように燃料供給系統が構成される。
【００３９】
再び図１を参照して、燃焼室４には、さらに、吸気ポート１１、１１ａ、１１ｂ及び排気ポート１２、１２ａ、１２ｂが開口し、これらのポートに吸気通路１５、排気通路２０等が接続されるとともに、各ポートが吸気弁３１、３１ａ、３１ｂ及び排気弁３２、３２ａ、３２ｂにより開閉されるようになっている。
【００４０】
詳しく説明すると、先行気筒２Ａ、２Ｄには、それぞれ、新気を導入するための吸気ポート１１と、既燃ガス（排気ガス）を排気通路に送り出すための排気ポート１２ａと、既燃ガスを後続気筒２Ｂ、２Ｃに導出するための排気ポート１２ｂとが配設されている。また、後続気筒２Ｂ、２Ｃには、それぞれ、新気を導入するための吸気ポート１１ａと、先行気筒２Ａ、２Ｄからの既燃ガスを導入するための吸気ポート１１ｂと、既燃ガスを排気通路に送り出すための排気ポート３２とが配設されている。
【００４１】
そして、吸気ポート１１および吸気ポート１１ａには、吸気通路１５における気筒別の分岐吸気通路１６の下流端が接続されている。各分岐吸気通路１６の下流端近傍には、共通の軸を介して互いに連動する多連スロットル弁１７が設けられており、この多連スロットル弁１７は制御信号に応じてアクチュエータ１８により駆動され、吸入空気量を調節するようになっている。なお、吸気通路１５における集合部より上流の共通吸気通路には吸気流量を検出するエアフローセンサ１９が設けられている。
【００４２】
また、排気ポート１２ａおよび排気ポート１２には、排気通路２０における気筒別の分岐排気通路２１の上流端が接続され、分岐排気通路２１の下流の集合部には排気ガス中の酸素濃度を検出することにより空燃比を検出するＯ2センサ２３が設けられている。また、このＯ2センサ２３の下流の排気通路２１には排気浄化のために三元触媒２４が設けられている（三元触媒２４は、一般に、排気ガスの空燃比が理論空燃比、すなわち空気過剰率λがλ＝１付近にあるときにＨＣ、ＣＯ及びＮＯｘに対して高い浄化性能を示す）。
【００４３】
さらに、これら各吸・排気ポートには、それぞれのポートを開閉する吸・排気弁とこれらに対する動弁機構が設けられている。すなわち、吸気ポート１１、１１ａ、１１ｂにはそれぞれ吸気弁３１、３１ａ、３１ｂが設けられ、また、排気ポート１２、１２ａ、１２ｂにはそれぞれ排気弁３２、３２ａ、３２ｂが設けられている。そして、各気筒の吸気行程や排気行程が前述の所定の位相差をもって行われるように、これら吸・排気弁がそれぞれカムシャフト３３、３４（図２）を含む図略の動弁機構により駆動されることにより所定のタイミングで開閉するようになっている。
【００４４】
なお、これら吸・排気弁のうちで排気弁３２ａ、３２ｂ、吸気弁３１ａ、３１ｂに対しては、各弁を作動状態と停止状態とに切換える弁停止機構３５（図２）が設けられている。この弁停止機構３５は、公知であるので詳しくは説明を省略するが、例えば、カムシャフト３３、３４のカムと弁軸との間に介装されたタペットに作動油の給排が可能な油圧室が設けられ、この油圧室に作動油が供給されている状態ではカムの作動が弁に伝えられて弁が開閉作動され、油圧室から作動油が排出されたときにはカムの作動が弁に伝えられなくなることで弁が停止されるようになっている。
【００４５】
また、図４を参照して、排気弁３２ａの弁停止機構３５と吸気弁３１ａの弁停止機構３５とに対する作動油給排用の通路３６にはコントロール弁３７が、また排気弁３２ｂの弁停止機構３５と吸気弁３１ｂの弁停止機構３５とに対する作動油給排用の通路３８にはコントロール弁３９がそれぞれ設けられている。
【００４６】
次に、図４と図５〜図７を参照して、本発明の実施の形態に係る火花点火式４サイクルエンジン１の制御装置４０について説明する。図５は、本発明の実施形態に係る制御装置４０の制御区分を示すグラフである。また、図６は、本発明の実施形態に係る制御装置４０によるエンジン温度の変化を示すグラフであり、図７は、本発明の実施形態に係る制御装置４０による制御手順を示す工程図である。
【００４７】
図４を参照して、本発明の実施の形態に係る火花点火式４サイクルエンジン１の制御装置４０は、本実施形態では、一般のエンジン制御用マイクロコンピュータからなるＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）から構成され、運転状態判別手段４１と、弁停止機構制御手段４２と、吸入空気量制御手段４３と、燃焼状態制御手段４４と、加熱制御手段４７と、所定時間記憶手段４８を備えている。
【００４８】
そして、この制御装置４０には、エアフローセンサ１９からの信号と、Ｏ2センサ２３からの信号と、エンジン回転数を検出する回転数センサ４７からの信号と、アクセル開度（アクセルペダル踏込み量）を検出するアクセル開度センサ４８からの信号とが入力され、また、この制御装置４０からは、多連スロットル弁１７のアクチュエータ１８に対する制御信号と、通路３６に設けたコントロール弁３７に対する制御信号と、通路３８に設けたコントロール弁３９に対する制御信号と、各点火回路８に対する制御信号とが出力される。
【００４９】
上記運転状態判別手段４１は、火花点火式４サイクルエンジン１の運転状態（エンジン回転数及びエンジン負荷）が、図５に示す制御区分のどの領域にあるかを判別するためのものであり、回転数センサ４７からの信号とアクセル開度センサ４８からの信号とによりエンジンの運転状態（エンジン回転数及びエンジン負荷）を調べて、その運転状態が、低負荷低回転側の運転領域Ａあるいは高負荷側ないし高回転側の運転領域Ｂのいずれの領域にあるかを判別する。
【００５０】
そして、火花点火式４サイクルエンジン１の運転状態が運転領域Ａにあると判断されると、排気行程にある先行気筒２Ａ、２Ｄから排出される既燃ガスを吸気行程にある後続気筒２Ｂ、２Ｃに導入して燃焼させる気筒間燃焼モードＭ−２（図１２）が選択される。また、運転領域Ｂでは、各気筒をそれぞれ独立燃焼させる独立燃焼モードＭ−１（図１１）が選択されるようになっている。
【００５１】
上記弁停止機構制御手段４２は、各コントロール弁３７、３９を制御して、吸・排気流通状態を変更するためのものであり、通常運転において、運転領域Ａで気筒間燃焼モードＭ−２が選択された場合は、コントロール弁３７、３９を操作して、図１２に示すように、排気弁３２ａと吸気弁３１ａとを閉め、排気弁３２ｂと吸気弁３１ｂとを開けるように弁停止機構３５を制御することにより、気筒間ガス通路２２を介して先行気筒２Ａ、２Ｄの既燃ガスを後続気筒２Ｂ、２Ｃに導入させる２気筒接続状態とする。また運転領域Ｂで独立燃焼モードＭ−１が選択された場合は、コントロール弁３７、３９を操作して、図１１に示すように、排気弁３２ａと吸気弁３１ａとを開け、排気弁３２ｂと吸気弁３１ｂとを閉めるように弁停止機構３５を制御することにより、として各気筒にそれぞれ新気を導入させる各気筒独立状態とする。
【００５２】
上記吸入空気量制御手段４３は、アクチュエータ１８を制御することによりスロットル弁１７の開度を制御するためのものであり、運転状態に応じてマップ等から目標吸入空気量を求め、その目標吸入空気量に応じてスロットル弁１７の開度を制御する。
【００５３】
上記燃焼状態制御手段４４は、燃料噴射制御手段４５と点火制御手段４６とからなっており、燃料噴射制御手段４５により、各気筒２Ａ〜２Ｄに設けられた燃料噴射弁９からの燃料噴射量及び噴射タイミングをエンジンの運転状態に応じて制御するとともに、点火制御手段４６により運転状態に応じた点火時期の制御及び点火停止等の制御を行う。
【００５４】
例えば、運転状態が高負荷側ないし高回転側の運転領域Ｂにある場合には、独立燃焼モードＭ−１での制御として、各気筒２Ａ〜２Ｄの空燃比を理論空燃比もしくはそれ以下とするように燃料噴射量を制御し、例えばこの運転領域Ｂのうちの大部分の領域において理論空燃比とし、全開負荷及びその付近の運転領域で理論空燃比よりリッチとする。そして、この場合に、各気筒２Ａ〜２Ｄに対して吸気行程で燃料を噴射して混合気を均一化するように噴射タイミングを設定し、かつ、各気筒２Ａ〜２Ｄとも強制点火を行わせるようにする。
【００５５】
また、エンジン暖機運転が完了して運転状態が低負荷低回転側の運転領域Ａにおいて、自己着火燃焼制御Ｍ−３にある場合、先行気筒２Ａ、２Ｄに対しては、空燃比を理論空燃比よりも大きいリーン空燃比とするように燃料噴射量を制御するとともに、圧縮行程で燃料を噴射して混合気の成層化を行わせるように噴射タイミングを設定し、かつ、圧縮上死点付近で強制点火を行わせるように点火タイミングを設定する。一方、後続気筒２Ｂ、２Ｃに対しては、先行気筒２Ａ、２Ｄから導入されたリーン空燃比の既燃ガスに対して燃料を供給し、実質的に理論空燃比となるように燃料噴射量を制御するとともに、吸気行程で燃料を噴射するように噴射タイミングを設定し、かつ、圧縮自己着火を行わせるべく、強制点火を停止させる。
【００５６】
さらに、一対の気筒の両方に対する燃料噴射量の和が先行気筒２Ａ、２Ｄに導入される空気の量に対して理論空燃比となる量に調整されつつ、後続気筒２Ｂ、２Ｃでの圧縮自己着火が良好に行われるように、先行気筒２Ａ、２Ｄに対する燃料噴射量と後続気筒２Ｂ、２Ｃに対する燃料噴射量との割合が運転状態に応じて変更される。
【００５７】
このように、この制御装置４０は、エンジン暖機運転が完了した後は、運転状態判別手段４１と、弁停止機構制御手段４２と、吸入空気量制御手段４３と、燃焼状態制御手段４４とにより、気筒間ガス通路２２を遮断した状態で、それぞれの気筒に燃料と空気とを供給して、各気筒を独立に燃焼状態にする独立燃焼モード制御Ｍ−１と、上記気筒間ガス通路２２を開放して先行気筒２Ａ、２Ｄと後続気筒２Ｂ、２Ｃとを接続した状態で、先行気筒２Ａ、２Ｄに理論空燃比よりも空燃比が大きいリーン空燃比で燃料と空気とを供給して、燃焼状態にするとともに、後続気筒２Ｂ、２Ｃに先行気筒２Ａ、２Ｄの既燃ガスと燃料とを供給して燃焼状態にする気筒間燃焼モード制御Ｍ−２とを選択し、上記気筒間燃焼モード制御Ｍ−２中に後続気筒２Ｂ、２Ｃにおいて自己着火燃焼制御（状態Ｍ−３、図１３）を行うようになっている。
【００５８】
図６を参照して、上記加熱制御手段４７は、エンジン暖機運転が完了する前すなわち、自己着火燃焼制御Ｍ−３に至る前に、独立燃焼モード制御Ｍ−１から気筒間燃焼モード制御Ｍ−２への移行直後の所定期間Ｔｓに先行気筒２Ａ、２Ｄおよび後続気筒２Ｂ、２Ｃのうちの少なくとも一方を燃焼状態にし、かつその燃焼を強制点火により行わせるとともに先行気筒２Ａ、２Ｄの排気温度および後続気筒２Ｂ、２Ｃの燃焼温度のうち少なくとも一方を高くすることにより後続気筒２Ｂ、２Ｃの加熱を加速するように、燃料噴射量を制御するものである。
【００５９】
先行気筒２Ａ、２Ｄを燃焼状態にした状態については、加熱制御Ｈ−１−１（図１４）に示す。この状態では、先行気筒２Ａ、２Ｄの燃料噴射弁９において、燃料が噴射され火花点火運転が行われている。また、後続気筒２Ｂ、２Ｃを燃焼状態にした状態については、加熱制御Ｈ−１−２（図１５）に示す。この状態では、後続気筒２Ｂ、２Ｃの燃料噴射弁９において、燃料が噴射され火花点火運転が行われている。また、両方を燃焼状態にした状態については、加熱制御Ｈ−１−３（図１６）に示す。この状態では、先行気筒２Ａ、２Ｄの燃料噴射弁９と後続気筒２Ｂ、２Ｃの燃料噴射弁９とにおいて、燃料が噴射され火花点火運転が行われている。
【００６０】
図１４〜図１６を参照して、加熱制御Ｈ−１−１（図１４）もしくは加熱制御Ｈ−１−２（図１５）もしくは加熱制御Ｈ−１−３（図１６）においては、排気弁３２ａ（図１）及び吸気弁３１ａ（図１）が停止状態、排気弁３２ｂ及び吸気弁３１ｂが作動状態とされることにより、実質的な新気及びガスの流通経路は図１４〜図１６のようになり、先行気筒２Ａ、２Ｄから排出される既燃ガスがそのまま気筒間ガス通路２２を介して後続気筒２Ｂ、２Ｃに導入されるとともに、この後続気筒２Ｂ、２Ｃから排出されるガスのみが排気通路２０に導かれるような２気筒接続状態とされ、先行気筒２Ａ、２Ｄの吸気行程と後続気筒２Ｂ、２Ｃの排気行程が重なる期間に、先行気筒２Ａ、２Ｄから排出された既燃ガスがガス通路２２を通って後続気筒２Ｂ、２Ｃに導入される。
【００６１】
この場合、先行気筒２Ａ、２Ｄおよび後続気筒２Ｂ、２Ｃのうちの少なくとも一方を燃焼状態にし、かつその燃焼を強制点火により行わせるとともに先行気筒２Ａ、２Ｄの排気温度および後続気筒２Ｂ、２Ｃの燃焼温度のうち少なくとも一方を高くすることにより後続気筒２Ｂ、２Ｃの加熱を加速するように、燃料噴射量を制御するため、後続気筒２Ｂ、２Ｃでは吸気行程で燃焼室内の温度が高くなり、この状態からさらに圧縮行程で圧力、温度が上昇することにより、圧縮行程終期の上死点付近では混合気が自己着火し得る程度まで燃焼室内の温度が上昇する。しかも、上記既燃ガスは先行気筒２Ａ、２Ｄから排出されて後続気筒２Ｂ、２Ｃに導入されるまでの間に充分にミキシングされて均一に分布し、さらに吸気行程で噴射された燃料も圧縮行程終期までの間に燃焼室全体に均一に分散するため、理想的な自己着火条件を満たすような均一な混合気分布状態が得られる。そして、所定の時間Ｔｓ以内に自己着火燃焼制御が行われる条件にまで暖機されることになる。
【００６２】
上記所定時間記憶手段４８は、気筒間燃焼モード制御Ｍ−２中に自己着火燃焼制御Ｍ−３に移行するためのものであり、本実施形態では、制御装置４０であるＥＣＵに設けられた記憶領域の一部に所定時間Ｔｓが記憶され、この所定時間Ｔｓの値に基づき、加熱制御手段４７が加熱制御する継続時間を制御する。
【００６３】
次に図７を参照して、本発明の実施の形態に係る火花点火式４サイクルエンジン１の制御装置４０の作用について説明する。
図７は本発明の実施形態に係る制御装置４０による制御手順を示す工程図である。
【００６４】
図７を参照して、本発明の実施の形態に係る火花点火式４サイクルエンジン１の制御装置４０において、制御の手順は以下の通りである。
【００６５】
すなわち、ステップＳ１において、エンジン始動が行われ、次に、ステップＳ２において、運転状態判別手段４１により、運転状態の判別が行われる。
【００６６】
そして、ステップＳ３において、冷却水温が所定値以下かどうかの判定が行われ、ＹＥＳの場合はステップＳ４に進み、ＮＯの場合はステップＳ５に進む。
【００６７】
ここで、ステップＳ４においては、独立燃焼モード制御Ｍ−１が行われ、その後、再びステップＳ２に戻り、運転状態判別手段４１により、運転状態の判別が行われる。
【００６８】
また、ステップＳ５においては、運転領域Ａ内かどうかの判定が行われ、ＹＥＳの場合はステップＳ６に進み、前述の加熱制御Ｈ−１−１、もしくはＨ−１−２、もしくはＨ−１−３が行われて、ステップＳ７に進む。また、ＮＯの場合は高負荷側ないし高回転側の運転領域Ｂと判断されてステップＳ４に進み、独立燃焼モード制御Ｍ−１が行われる。
【００６９】
ここで、ステップＳ７においては、所定期間Ｔｓが経過したかどうかが判定され、ＹＥＳの場合はステップＳ８に進み、気筒間燃焼モード制御Ｍ−２の中の自己着火燃焼制御Ｍ−３が行われる。
【００７０】
ＮＯの場合は暖機運転が完了していないと判断されて、再びステップＳ２に戻り、運転状態判別手段４１により、運転状態の判別が行われる。
【００７１】
このように、加熱制御手段４７は、エンジン暖機運転が完了する前すなわち、自己着火燃焼制御Ｍ−３に至る前に、独立燃焼モード制御Ｍ−１から気筒間燃焼モード制御Ｍ−２への移行直後の所定期間Ｔｓに、先行気筒２Ａ、２Ｄおよび後続気筒２Ｂ、２Ｃのうちの少なくとも一方を燃焼状態にして（加熱制御Ｈ−１−１（図１４）もしくは加熱制御Ｈ−１−２（図１５）もしくは加熱制御Ｈ−１−３（図１６））、後続気筒２Ｂ、２Ｃの加熱を加速するように、燃料噴射量を制御するものである。
【００７２】
以上説明したように、本発明の実施の形態に係る火花点火式４サイクルエンジン１の制御装置４０によれば、独立燃焼モード制御Ｍ−１から気筒間燃焼モード制御Ｍ−２への移行直後の所定期間Ｔｓに先行気筒２Ａ、２Ｄの排気温度および後続気筒２Ｂ、２Ｃの燃焼温度のうち少なくとも一方を高くすることができるので、後続気筒２Ｂ、２Ｃの加熱を加速する結果、後続気筒２Ｂ、２Ｃの自己着火燃焼制御までに要するエンジンの暖機時間を短縮することができる。
【００７３】
また、加熱制御Ｈ−１−１〜Ｈ−１−３は、気筒間燃焼モード制御Ｍ−２の中で行われるので、エンジンの暖機運転に際して後続気筒２Ｂ、２Ｃのポンピングロス低減により燃費改善効果が得られる。
【００７４】
ここで、設計変更として（第１の設計変更）、上記加熱制御手段４７は、先行気筒２Ａ、２Ｄ、後続気筒２Ｂ、２Ｃのうちのいずれか一方でのみ燃焼させ（加熱制御Ｈ−２−１（図１７）もしくは加熱制御Ｈ−２−２（図１８））、かつその燃焼の際の空燃比を略理論空燃比に設定して先行気筒２Ａ、２Ｄの排気温度もしくは後続気筒２Ｂ、２Ｃの燃焼温度を高くすることにより後続気筒２Ｂ、２Ｃの加熱を加速するように先行気筒２Ａ、２Ｄもしくは後続気筒２Ｂ、２Ｃの燃料噴射量を制御することが可能である。
【００７５】
この場合は、先行気筒２Ａ、２Ｄ、後続気筒２Ｂ、２Ｃのうちのいずれか一方でのみ燃焼させ、かつその燃焼の際の空燃比を略理論空燃比に設定するので、エンジンの燃焼において過剰空気を加熱するための熱量が不要となる結果、先行気筒２Ａ、２Ｄの排気温度もしくは後続気筒２Ｂ、２Ｃの燃焼温度をより高くすることができ、後続気筒２Ｂ、２Ｃの加熱を加速することができる。
【００７６】
また、後続気筒２Ｂ、２Ｃから排気通路に排出されるガスは理論空燃比に設定された燃焼に基づくものであるため、ＮＯｘの発生が少なく三元触媒だけで充分に排気ガスの浄化が達成される。
【００７７】
あるいは、別の設計変更として（第２の設計変更）、上記加熱制御手段４７は、先に先行気筒２Ａ、２Ｄのみ燃焼させてその燃焼の際の空燃比を略理論空燃比に設定することにより先行気筒２Ａ、２Ｄの排気温度を高くした後に（加熱制御Ｈ−３−１（図１７））、後続気筒２Ｂ、２Ｃを燃焼させてその燃焼の際の空燃比を略理論空燃比に設定して後続気筒２Ｂ、２Ｃの燃焼温度を高くすることにより（加熱制御Ｈ−３−２（図１８））後続気筒２Ｂ、２Ｃの加熱を加速するように燃料噴射量を制御する態様に変更することも可能である。
【００７８】
この場合は、先に先行気筒２Ａ、２Ｄを燃焼状態にしてその排気ガスを後続気筒２Ｂ、２Ｃに導入するので、先行気筒２Ａ、２Ｄの排ガスの熱量を後続気筒２Ｂ、２Ｃの加熱に有効に利用することができる。また、後続気筒２Ｂ、２Ｃの加熱がある程度進んだ段階で後続気筒２Ｂ、２Ｃに切り替えて後続気筒２Ｂ、２Ｃの燃焼による高温の発生を利用することができるので効率良く後続気筒２Ｂ、２Ｃの加熱を加速することができる。
【００７９】
また、前述の第１の設計変更と同様に、後続気筒２Ｂ、２Ｃから排気通路に排出されるガスは理論空燃比に設定された燃焼に基づくものであるため、ＮＯｘの発生が少なく三元触媒だけで充分に排気ガスの浄化が達成される。
【００８０】
さらに、別の設計変更（第３の設計変更）として、上記加熱制御手段４７は、先行気筒２Ａ、２Ｄおよび後続気筒２Ｂ、２Ｃの両方を燃焼させ、かつその燃焼の際に、後続気筒２Ｂ、２Ｃの燃料噴射量を先行気筒２Ａ、２Ｄの燃料噴射量よりも大きく設定して運転した後に（加熱制御Ｈ−４−１（図１９））、後続気筒２Ｂ、２Ｃの燃料噴射量を減少させながら先行気筒２Ａ、２Ｄの燃料噴射量を増加させるように燃料噴射量を制御する（加熱制御Ｈ−４−２（図２０））ことも可能である。
【００８１】
この場合は、後続気筒２Ｂ、２Ｃの燃料噴射量を先行気筒２Ａ、２Ｄの燃料噴射量よりも大きく設定して運転した後に、後続気筒２Ｂ、２Ｃの燃料噴射量を減少させながら先行気筒２Ａ、２Ｄの燃料噴射量を増加させるので、後続気筒２Ｂ、２Ｃの燃焼による高温の発生を最初からより多く利用することになる結果、後続気筒２Ｂ、２Ｃを急速に加熱する場合に好適である。また、先行気筒２Ａ、２Ｄおよび後続気筒２Ｂ、２Ｃの両方を最初から燃焼させるので、制御が容易であるとともに燃焼気筒の切り替えに伴う過渡的変動がない。
【００８２】
次に図８〜図１０を参照して、本実施の形態の変形例を説明する。
【００８３】
図８を参照して、本発明の実施の形態に係る火花点火式４サイクルエンジン１の制御装置４０の変形例は、所定時間記憶手段４８の代わりに、自己着火判定手段４９を備えている。
【００８４】
また、図９を参照して、本実施の形態の変形例においては、前述のように、独立燃焼モード制御Ｍ−１から気筒間燃焼モード制御Ｍ−２への移行直後の所定期間Ｔｓに先行気筒２Ａ、２Ｄおよび後続気筒２Ｂ、２Ｃのうちの少なくとも一方を燃焼状態にする代わりに、自己着火判定手段４９の判定に基づいて、自己着火可能な温度状態より低い温度状態のとき、気筒間燃焼モード制御Ｍ−２を行い、少なくとも後続気筒２Ｂ、２Ｃが自己着火燃焼制御となるまで、先行気筒２Ａ、２Ｄおよび後続気筒２Ｂ、２Ｃのうちの少なくとも一方を燃焼状態にするものである（加熱制御Ｈ−５−１（図１４）もしくは加熱制御Ｈ−５−２（図１５）もしくは加熱制御Ｈ−５−３（図１６））。
【００８５】
上記自己着火判定手段４９は、気筒間燃焼モード制御Ｍ−２中にすみやかに自己着火燃焼制御Ｍ−３に移行して後続気筒２Ｂ、２Ｃの自己着火燃焼制御までに要するエンジンの暖機時間を短縮するために、後続気筒２Ｂ、２Ｃの温度状態を検出もしくは推定して、自己着火可能な温度状態か否かを判定するものである。
【００８６】
そして、図１０を参照して、本実施の形態の変形例においては、ステップＳ１において、所定期間Ｔｓが経過したかどうかが判定される代わりに後続気筒２Ｂ、２Ｃにおいて自己着火条件かどうかが判定される。その他の手順は図７と同じである。
【００８７】
このように、本実施形態の変形例によれば、自己着火可能な温度状態か否かを判定する自己着火判定手段４９の判定に基づいて、後続気筒２Ｂ、２Ｃの温度状態を検出もしくは推定して、加熱制御Ｈ−５−１（図１４）もしくは加熱制御Ｈ−５−２（図１５）もしくは加熱制御Ｈ−５−３（図１６）を行うので、気筒間燃焼モード制御Ｍ−２中にすみやかに自己着火燃焼制御Ｍ−３に移行することができる結果、後続気筒２Ｂ、２Ｃの自己着火燃焼制御までに要するエンジンの暖機時間を短縮することができる。
【００８８】
なお、本変形例においても、前述の第１の設計変更、第２の設計変更および第３の設計変更が採用可能であり、その効果も前述のそれぞれの設計変更に対応した同様の効果を奏する。
【００８９】
すなわち、設計変更として（第１の設計変更）、上記加熱制御手段４７は、先行気筒２Ａ、２Ｄ、後続気筒２Ｂ、２Ｃのうちのいずれか一方でのみ燃焼させ（加熱制御Ｈ−６−１（図１７）もしくは加熱制御Ｈ−６−２（図１８））、かつその燃焼の際の空燃比を略理論空燃比に設定して先行気筒２Ａ、２Ｄの排気温度もしくは後続気筒２Ｂ、２Ｃの燃焼温度を高くすることにより後続気筒２Ｂ、２Ｃの加熱を加速するように先行気筒２Ａ、２Ｄもしくは後続気筒２Ｂ、２Ｃの燃料噴射量を制御することが可能である。
【００９０】
この場合は、先行気筒２Ａ、２Ｄ、後続気筒２Ｂ、２Ｃのうちのいずれか一方でのみ燃焼させ、かつその燃焼の際の空燃比を略理論空燃比に設定するので、エンジンの燃焼において過剰空気を加熱するための熱量が不要となる結果、先行気筒２Ａ、２Ｄの排気温度もしくは後続気筒２Ｂ、２Ｃの燃焼温度をより高くすることができ、後続気筒２Ｂ、２Ｃの加熱を加速することができる。
【００９１】
また、後続気筒２Ｂ、２Ｃから排気通路に排出されるガスは理論空燃比に設定された燃焼に基づくものであるため、ＮＯｘの発生が少なく三元触媒だけで充分に排気ガスの浄化が達成される。
【００９２】
あるいは、別の設計変更として（第２の設計変更）、上記加熱制御手段４７は、先に先行気筒２Ａ、２Ｄのみ燃焼させてその燃焼の際の空燃比を略理論空燃比に設定することにより、先行気筒２Ａ、２Ｄの排気温度を高くした後に（加熱制御Ｈ−７−１（図１７））、後続気筒２Ｂ、２Ｃを燃焼させてその燃焼の際の空燃比を略理論空燃比に設定して後続気筒２Ｂ、２Ｃの燃焼温度を高くすることにより（加熱制御Ｈ−７−２（図１８））、後続気筒２Ｂ、２Ｃの加熱を加速するように燃料噴射量を制御する態様に変更することも可能である。
【００９３】
この場合は、先に先行気筒２Ａ、２Ｄを燃焼状態にしてその排気ガスを後続気筒２Ｂ、２Ｃに導入するので、先行気筒２Ａ、２Ｄの排ガスの熱量を後続気筒２Ｂ、２Ｃの加熱に有効に利用することができる。また、後続気筒２Ｂ、２Ｃの加熱がある程度進んだ段階で後続気筒２Ｂ、２Ｃに切り替えて後続気筒２Ｂ、２Ｃの燃焼による高温の発生を利用することができるので効率良く後続気筒２Ｂ、２Ｃの加熱を加速することができる。
【００９４】
また、前述の第１の設計変更と同様に、後続気筒２Ｂ、２Ｃから排気通路に排出されるガスは理論空燃比に設定された燃焼に基づくものであるため、ＮＯｘの発生が少なく三元触媒だけで充分に排気ガスの浄化が達成される。
【００９５】
さらに、別の設計変更（第３の設計変更）として、上記加熱制御手段４７は、先行気筒２Ａ、２Ｄおよび後続気筒２Ｂ、２Ｃの両方を燃焼させ、かつその燃焼の際に、後続気筒２Ｂ、２Ｃの燃料噴射量を先行気筒２Ａ、２Ｄの燃料噴射量よりも大きく設定して運転した後に（加熱制御Ｈ−８−１（図１９））、後続気筒２Ｂ、２Ｃの燃料噴射量を減少させながら先行気筒２Ａ、２Ｄの燃料噴射量を増加させるように燃料噴射量を制御する（加熱制御Ｈ−８−２（図２０））ことも可能である。
【００９６】
この場合は、後続気筒２Ｂ、２Ｃの燃料噴射量を先行気筒２Ａ、２Ｄの燃料噴射量よりも大きく設定して運転した後に、後続気筒２Ｂ、２Ｃの燃料噴射量を減少させながら先行気筒２Ａ、２Ｄの燃料噴射量を増加させるので、後続気筒２Ｂ、２Ｃの燃焼による高温の発生を最初からより多く利用することになる結果、後続気筒２Ｂ、２Ｃを急速に加熱する場合に好適である。また、先行気筒２Ａ、２Ｄおよび後続気筒２Ｂ、２Ｃの両方を最初から燃焼させるので、制御が容易であるとともに燃焼気筒の切り替えに伴う過渡的変動がない。
【００９７】
上述した実施の形態は本発明の好ましい具体例を例示したものに過ぎず、本発明は上述した実施の形態に限定されない。
【００９８】
例えば、多気筒火花点火式４サイクルエンジン１は、必ずしも図示のように、２対の気筒形状に限定されず、また、気筒２Ａ〜２Ｄ、ピストン３、燃焼室４、点火プラグ７、燃料噴射弁９、点火回路８、吸気ポート１１、１１ａ、１１ｂ及び排気ポート１２、１２ａ、１２ｂ、吸気通路１５、排気通路２０、吸気弁３１、３１ａ、３１ｂ、排気弁３２、３２ａ、３２ｂ、Ｏ2センサ２３、三元触媒２４、カムシャフト３３、３４、弁停止機構３５、通路３６、コントロール弁３７、通路３８及びコントロール弁３９は、必ずしも図示の形状に限定されない。排気行程と吸気行程とが重なるような位相差をもって燃焼サイクルが行われる少なくとも一対の気筒と、排気行程にある先行気筒２Ａ、２Ｄから排出される既燃ガスを吸気行程にある後続気筒２Ｂ、２Ｃに導入する気筒間ガス通路２２とを備えた多気筒の火花点火式４サイクルエンジン１であれば本発明の制御装置４０を適用可能である。
【００９９】
次に、制御装置４０は、本実施形態では、一般のエンジン制御用マイクロコンピュータからなるＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）を採用したが，必ずしも図示のようにＥＣＵに限定されない。また、エアフローセンサ１９と、Ｏ2センサ２３と、回転数センサ４７と、アクセル開度センサ４８とからの信号の入力、あるいは、各燃料噴射弁９と、アクチュエータ１８と、コントロール弁３９とに対する制御信号の出力は、必ずしも本発明を限定するものではなく、種々の設計変更が可能である。
【０１００】
また、エンジン暖機運転が完了した後の運転状態判別手段４１、弁停止機構制御手段４２、吸入空気量制御手段４３及び燃焼状態制御手段４４による制御も必ずしも本発明を限定するものではなく、種々の設計変更が可能である。
【０１０１】
その他、本発明の特許請求の範囲内で種々の設計変更が可能であることはいうまでもない。
【０１０２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、排気行程と吸気行程とが重なるような位相差をもって燃焼サイクルが行われる少なくとも一対の気筒と、先行気筒から排出される既燃ガスを後続気筒に導入する気筒間ガス通路とを備えた多気筒の火花点火式４サイクルエンジンにおいて、すみやかに、かつ効率良くエンジンを暖機することができるという顕著な効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施形態に係る制御装置が適用される多気筒火花点火式４サイクルエンジンの全体の構成を示す概念図である。
【図２】 本発明の実施形態に係る制御装置が適用される多気筒火花点火式４サイクルエンジンの本体の構成を示す概略断面図である。
【図３】 多気筒火花点火式４サイクルエンジンの各気筒の排気行程、吸気行程、燃料噴射時期および点火時期等を示すタイムチャートである。
【図４】 本発明の実施形態に係る制御装置のブロック図である。
【図５】 本発明の実施形態に係る制御装置の制御区分を示すグラフである。
【図６】 本発明の実施形態に係る制御装置によるエンジン温度の変化を示すグラフである。
【図７】 本発明の実施形態に係る制御装置による制御手順を示す工程図である。
【図８】 本発明の実施形態に係る制御装置の変形例のブロック図である。
【図９】 本発明の実施形態に係る制御装置の変形例によるエンジン温度の変化を示すグラフである。
【図１０】 本発明の実施形態に係る制御装置の変形例による制御手順を示す工程図である。
【図１１】 制御装置による独立燃焼モード制御を示す概念図である。
【図１２】 制御装置による気筒間燃焼モード制御を示す概念図である。
【図１３】 制御装置による自己着火燃焼制御を示す概念図である。
【図１４】 制御装置による加熱制御の一例を示す概念図である。
【図１５】 制御装置による加熱制御の一例を示す概念図である。
【図１６】 制御装置による加熱制御の一例を示す概念図である。
【図１７】 制御装置の設計変更１、２による加熱制御の一例を示す概念図である。
【図１８】 制御装置の設計変更１、２による加熱制御の一例を示す概念図である。
【図１９】 制御装置の設計変更３による加熱制御の一部を示す概念図である。
【図２０】 制御装置の設計変更３による加熱制御の一部を示す概念図である。
【符号の説明】
１ 火花点火式４サイクルエンジン
２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄ 気筒
２Ａ、２Ｄ 先行気筒
２Ｂ、２Ｃ 後続気筒
２２ 気筒間ガス通路
４０ 制御装置
４７ 加熱制御手段
４９ 自己着火判定手段
ＥＸ 排気行程
ＩＮ 吸気行程
Ｍ−１ 独立燃焼モード制御
Ｍ−２ 気筒間燃焼モード制御
Ｍ−３ 自己着火燃焼制御
Ｔｓ 所定期間
Claims (8)
- 排気行程と吸気行程とが重なるような位相差をもって燃焼サイクルが行われる少なくとも一対の気筒と、排気行程にある先行気筒から排出される既燃ガスを吸気行程にある後続気筒に導入する気筒間ガス通路とを備えた多気筒の火花点火式４サイクルエンジンにおいて、
上記気筒間ガス通路を遮断した状態で、それぞれの気筒に燃料と空気とを供給して、各気筒を独立に燃焼状態にする独立燃焼モード制御と、
上記気筒間ガス通路を開放して先行気筒と後続気筒とを接続した状態で、先行気筒に理論空燃比よりも空燃比が大きいリーン空燃比で燃料と空気とを供給して、燃焼状態にするとともに、後続気筒に先行気筒の既燃ガスと燃料とを供給して燃焼状態にする気筒間燃焼モード制御とを選択し、
上記気筒間燃焼モード制御中に後続気筒において自己着火燃焼制御を行うようになっている火花点火式４サイクルエンジンの制御装置であって、
エンジンの暖機運転に際して、独立燃焼モード制御を行った後、気筒間燃焼モード制御を行い、独立燃焼モード制御から気筒間燃焼モード制御への移行直後の所定期間に先行気筒および後続気筒のうちの少なくとも一方を燃焼状態にし、かつその燃焼を強制点火により行わせるとともに先行気筒の排気温度および後続気筒の燃焼温度のうち少なくとも一方を高くすることにより後続気筒の加熱を加速するように、燃料噴射量を制御する加熱制御手段を備えたことを特徴とする火花点火式４サイクルエンジンの制御装置。 - 上記加熱制御手段は、先行気筒、後続気筒のうちのいずれか一方でのみ燃焼させ、かつその燃焼の際の空燃比を略理論空燃比に設定して先行気筒の排気温度もしくは後続気筒の燃焼温度を高くすることにより後続気筒の加熱を加速するように先行気筒もしくは後続気筒の燃料噴射量を制御することを特徴とする請求項１に記載の火花点火式４サイクルエンジンの制御装置。
- 上記加熱制御手段は、先に先行気筒のみ燃焼させてその燃焼の際の空燃比を略理論空燃比に設定することにより先行気筒の排気温度を高くした後に、後続気筒を燃焼させてその燃焼の際の空燃比を略理論空燃比に設定して後続気筒の燃焼温度を高くすることにより後続気筒の加熱を加速するように燃料噴射量を制御することを特徴とする請求項２に記載の火花点火式４サイクルエンジンの制御装置。
- 上記加熱制御手段は、先行気筒および後続気筒の両方を燃焼させ、かつその燃焼の際に、後続気筒の燃料噴射量を先行気筒の燃料噴射量よりも大きく設定して運転した後に、後続気筒の燃料噴射量を減少させながら先行気筒の燃料噴射量を増加させるように燃料噴射量を制御することを特徴とする請求項１に記載の火花点火式４サイクルエンジンの制御装置。
- 排気行程と吸気行程とが重なるような位相差をもって燃焼サイクルが行われる少なくとも一対の気筒と、排気行程にある先行気筒から排出される既燃ガスを吸気行程にある後続気筒に導入する気筒間ガス通路とを備えた多気筒の火花点火式４サイクルエンジンにおいて、
上記気筒間ガス通路を遮断した状態で、それぞれの気筒に燃料と空気とを供給して、各気筒を独立に燃焼状態にする独立燃焼モード制御と、
上記気筒間ガス通路を開放して先行気筒と後続気筒とを接続した状態で、先行気筒に理論空燃比よりも空燃比が大きいリーン空燃比で燃料と空気とを供給して、燃焼状態にするとともに、後続気筒に先行気筒の既燃ガスと燃料とを供給して燃焼状態にする気筒間燃焼モード制御とを選択し、
上記気筒間燃焼モード制御中に後続気筒において自己着火燃焼制御を行うようになっている火花点火式４サイクルエンジンの制御装置であって、
後続気筒の温度状態を検出もしくは推定して、自己着火可能な温度状態か否かを判定する自己着火判定手段と、
この判定に基づき、自己着火可能な温度状態より低い温度状態のとき、気筒間燃焼モード制御を行い、少なくとも後続気筒が自己着火燃焼制御となるまで、先行気筒および後続気筒のうちの少なくとも一方を燃焼状態にし、かつその燃焼を強制点火により行わせるとともに先行気筒の排気温度および後続気筒の燃焼温度のうち少なくとも一方を高くすることにより後続気筒の加熱を加速するように、燃料噴射量を制御する加熱制御手段を備えたことを特徴とする火花点火式４サイクルエンジンの制御装置。 - 上記加熱制御手段は、先行気筒、後続気筒のうちのいずれか一方でのみ燃焼させ、かつその燃焼の際の空燃比を略理論空燃比に設定して先行気筒の排気温度もしくは後続気筒の燃焼温度を高くすることにより後続気筒の加熱を加速するように先行気筒もしくは後続気筒の燃料噴射量を制御することを特徴とする請求項５に記載の火花点火式４サイクルエンジンの制御装置。
- 上記加熱制御手段は、先に先行気筒のみ燃焼させてその燃焼の際の空燃比を略理論空燃比に設定することにより先行気筒の排気温度を高くした後に、後続気筒を燃焼させてその燃焼の際の空燃比を略理論空燃比に設定して後続気筒の燃焼温度を高くすることにより後続気筒の加熱を加速するように燃料噴射量を制御することを特徴とする請求項５に記載の火花点火式４サイクルエンジンの制御装置。
- 上記加熱制御手段は、先行気筒および後続気筒の両方を燃焼させ、かつその燃焼の際に、後続気筒の燃料噴射量を先行気筒の燃料噴射量よりも大きく設定して運転した後に、後続気筒の燃料噴射量を減少させながら先行気筒の燃料噴射量を増加させるように燃料噴射量を制御することを特徴とする請求項５に記載の火花点火式４サイクルエンジンの制御装置。
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