JP4838666B2 - 予混合圧縮自着火式エンジンの運転方法 - Google Patents

Description

本発明は予混合圧縮自着火式（ＨＣＣＩ：Ｈｏｍｏｇｅｎｅｏｕｓ Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｍｐｒｅｓｓｅｄ Ｉｇｎｉｔｉｏｎ）エンジンの運転方法に関する。

この種のエンジンとして、例えば、特許文献１には、空気と燃料とを予め混合した混合気をシリンダ内の燃焼室に供給し、該混合気を圧縮することによって自着火させる予混合圧縮式自着火式エンジンが開示されている。

この予混合圧縮式自着火式エンジンは、火花点火式のエンジンと比較して、高い圧縮比で運転可能なため熱効率が高いという利点がある。また、燃焼温度を低くすることができるので、ＮＯｘの生成を抑制することも可能である。しかし、混合気を自然に着火するものであるため、着火時期の制御が非常に困難である。また、圧縮自着火は、トルク（負荷）と吸気温度との関係で非常に限られた狭い運転範囲でしか適切に行うことができない。

複数の気筒を有する予混合圧縮自着火式エンジンの場合、各気筒はその配置等によって受熱性、放熱性が異なるため、圧縮端における気筒内温度に差が生じる。一般に、圧縮端における気筒内温度が高いと自着火時期は早くなり、気筒内温度が低いと自着火時期が遅くなるので、各気筒の自着火時期にバラツキを生じやすい。気筒間の着火時期のバラツキは、サイクル効率及び熱効率を低下させるとともに、排気ガスに含まれる未燃炭化水素、一酸化炭素、ＮＯｘ等の大気汚染物質の排出量を増大させる原因になる。
特開２００５−６９０９７号公報

本発明は、上記の実情に鑑み、圧縮自着火し難い運転条件であっても、火花点火により圧縮自着火を誘発することによって安定した着火を実現し、圧縮自着火運転が可能な運転範囲を拡大することを目的とする。また、気筒内の圧縮自着火時期を適切に調整することによって、サイクル効率及び熱効率の向上や大気汚染物質の排出抑制を可能にすることを目的とする。

本発明は、複数の気筒と気筒毎に配置される火花点火装置とを備えており、燃料と空気とを予め混合した混合気を各気筒内の燃焼室で圧縮自着火させると共に前記火花点火装置により火花点火させる予混合圧縮自着火式エンジンの運転方法であって、前記混合気の圧縮自着火を誘発することが可能な火花点火時期の進角限界と遅角限界とをそれぞれ設定する限界時期設定工程と、各気筒において、実際の圧縮自着火時期が、各気筒における圧縮自着火時期が揃うように設定された目標圧縮自着火時期に一致するように、進角限界と遅角限界との間で火花点火時期を調整する火花点火時期調整工程と、全ての気筒の吸気温度を調整することによって、実際の圧縮自着火時期を目標圧縮自着火に一致させる火花点火時期を変更する、全吸気温度調整工程と、火花点火時期が進角限界となる気筒に対する燃料供給量を、他の気筒に相対して増大させ、遅角限界となる気筒に対する燃料供給量を、他の気筒に相対して減少させることによって、実際の圧縮自着火時期を目標圧縮自着火に一致させる火花点火時期を変更する、燃料供給量調整工程と、火花点火時期が進角限界となる気筒の有効圧縮比を、他の気筒に相対して増大させ、遅角限界となる気筒における有効圧縮比を、他の気筒に相対して減少させることによって、実際の圧縮自着火時期を目標圧縮自着火に一致させる火花点火時期を変更する、有効圧縮比調整工程と、火花点火時期が進角限界となる気筒における吸気温度を、他の気筒に相対して高め、遅角限界となる気筒における吸気温度を、他の気筒に相対して低くすることによって、実際の圧縮自着火時期を目標圧縮自着火に一致させる火花点火時期を変更する、各吸気温度調整工程と、を備えており、全吸気温度調整工程、燃料供給量調整工程、有効圧縮比調整工程、及び各吸気温度調整工程は、いずれも、実際の圧縮自着火時期を目標圧縮自着火に一致させる火花点火時期が進角限界と遅角限界との間から外れている場合に実行される工程であり、全ての気筒において、実際の圧縮自着火時期を目標圧縮自着火に一致させる火花点火時期が、進角限界と遅角限界との間に入るまで、第１段階として全吸気温度調整工程、第２段階として燃料供給量調整工程、有効圧縮比調整工程、及び各吸気温度調整工程の少なくとも１つが、順に実行される、予混合圧縮自着火式エンジンの運転方法を提供する。

好ましくは、前記運転方法は、最も火花点火時期の遅い気筒においてノッキングを防止できる正常な運転を行うように、吸気温度を調整する、適正運転調整工程を備えており、適正運転調整工程は、全吸気温度調整工程、燃料供給量調整工程、有効圧縮比調整工程、及び各吸気温度調整工程を実行しても、実際の圧縮自着火時期を目標圧縮自着火に一致させる火花点火時期が、進角限界と遅角限界との間に入らない場合に実行される。

好ましくは、前記エンジンが排気ガスを気筒内に環流するＥＧＲ手段を備えており、全吸気温度調整工程及び／又は各吸気温度調整工程は、火花点火時期が進角限界となる気筒に対するＥＧＲ量を、他の気筒に相対して増大し、遅角限界となる気筒に対するＥＧＲ量を、他の気筒に相対して減少又は無しにすることによって実行される。

〔予混合圧縮自着火式エンジンの概要〕
図１は、本発明の実施形態に係る予混合圧縮自着火式エンジン１１の概略断面図、図２は、同概略平面図である。本実施形態の予混合圧縮自着火式エンジン１１は、４気筒（No.1〜No.4）の４サイクルエンジンであり、シリンダブロック１２、シリンダヘッド１５、及びクランクケース１８によって構成されたエンジン本体１１Ａを備えている。シリンダブロック１２内には、複数（４つ）のシリンダ１３が設けられ、各シリンダ１３内には、ピストン１４が摺動自在に嵌合されている。シリンダヘッド１５には、吸気ポート１６及び排気ポート１７が設けられ、吸気ポート１６及び排気ポート１７は、それぞれ吸気弁１９及び排気弁２０によって開閉される。吸気弁１９及び排気弁２０は、動弁装置２１，２２によって駆動される。

吸気ポート１６には吸気管２４が接続され、排気ポート１７には排気マニホールド２５を有する排気管２６が接続されている。吸気管２４は、図２に示すように、主吸気管２７と、該主吸気管２７に接続された吸気サージタンク２８と、該吸気サージタンク２８から各シリンダ１３に接続された複数の分岐吸気管２９とを有している。

図１に示すように、主吸気管２７には、スロットルバルブ３１と、ミキサ３３と、加熱装置（調温装置）３５とが設けられている。主吸気管２７に導入された空気は、スロットルバルブ３１によって流量が調節され、燃料制御弁（Ａ／Ｆバルブ）３２を通じて供給された燃料とミキサ３３で混合される。燃料制御弁３２では、燃料と空気との比率、すなわち空気過剰率が設定される。

空気と燃料との混合気は、加熱装置３５によって加熱されて吸気サージタンク２８に流入し、各分岐吸気管２９から吸気ポート１６を経て各シリンダ１３内の燃焼室に吸気される（吸気行程）。吸気行程で燃焼室内に供給された混合気は、圧縮行程で圧縮され、ピストン１４が上死点付近にきたときに自着火し、これによりピストンが押し下げられる（膨張行程）。燃焼ガスは、排気行程で排気ポート１７から排気管２６を介して排出される。

加熱装置３５は、図２に示すように、２経路に分岐した主吸気管２７の一方の経路３８に設けられた熱交換器４０を備えている。熱交換器４０は、エンジン冷却水を熱交換媒体とするものであり、シリンダブロック１２及びシリンダヘッド１５（図１）を循環した冷却水が流路４１を介して熱交換器４０に供給されると共に、流路４２を介して冷却器（図示略）に戻されるようになっている。主吸気管２７の双方の経路３８，３９には、それぞれ調量弁４３，４４が設けられている。

主吸気管２７の他方の経路３９には熱交換器４０は設けられておらず、この経路３９を通る混合気は加熱されることなくそのまま吸気サージタンク２８に導入される。調量弁４３，４４は、主吸気管２７の各経路３８，３９への混合気の流入量を調整（停止を含む）するものであり、例えば、一方の調量弁４３のみを開いて経路３８のみに混合気を通すことで、急速に混合気を加熱することができ、他方の調量弁４４のみを開いて経路３９のみに混合気を通すことで、混合気を加熱しないようにする（相対的に冷却する）ことができる。また、双方の調量弁４３，４４を開くことによって、加熱された混合気と加熱されていない混合気とを混合して、細かな温度制御を行うことができるようになっている。

なお、加熱装置３５の熱交換媒体としては、エンジンオイルや排気ガスを利用することができる。また、加熱装置３５として、電熱ヒータを用いることもできる。さらに、上記のように主吸気管２７を分岐せずに１経路として、加熱装置３５を設けることもできる。

図１に示すように、エンジン１１は、コントローラ４５を備えており、該コントローラ４５によって、スロットルバルブ３１、燃料制御弁３２、加熱装置３５等が制御されるようになっている。また、エンジン１１には、冷却水温度センサ４７や吸気温度センサ４８、気筒内圧力センサ４９、機関回転数センサ５０、トルクセンサ５１、空気過剰率センサ５２等が設けられており、各種センサの検出信号は、前記コントローラ４５に入力されるようになっている。

エンジン１１のシリンダヘッド１５には点火プラグ３７が設けられている。点火プラグ３７は、図２に示すように、ハイテンションコード５４を介してイグニッションコイル５５に接続されており、点火プラグ３７、ハイテンションコード５４及びイグニッションコイル５５によって火花点火装置５３が構成されている。火花点火装置５３のイグニッションコイル５５への通電は、コントローラ４５によって動作制御される。

〔予混合圧縮自着火式エンジンの運転方法〕
本来、予混合圧縮自着火式エンジン１１は、火花点火を行うことなく混合気を圧縮自着火させて運転を行うものである。しかし、本発明の予混合圧縮自着火エンジン１１では、主として圧縮自着火を誘発するために、補助的に火花点火装置５３を用いるようになっている。

すなわち、本実施形態の予混合圧縮自着火式エンジン１１は、火花点火を行うことによって圧縮自着火を誘発し、圧縮自着火が困難な運転条件でも圧縮自着火運転を可能にしている。また、火花点火時期を調整することによって、圧縮自着火時期を調整し、最適なエンジン性能を得たり、排気ガスに含まれる大気汚染物質の排出を抑制したりすることを可能にしている。

なお、火花点火装置５３は、圧縮自着火を誘発するために用いられるだけでなく、エンジン１１の始動時に火花点火運転（ＳＩ運転）を行うためにも用いられるようになっている。

（運転方法１）
図３は、ある運転条件における各気筒の気筒内圧力（左縦軸及び下側の線図）と熱発生率（右縦軸及び上側の線図）の変化を示したグラフである。この図では、１〜３番気筒（No.1〜No.3）において、クランク角がＴＤＣを過ぎたところで気筒内圧力及び熱発生率が大きく上昇し、ピークに達している。これに対して４番気筒（No.4）では、クランク角がＴＤＣのところで気筒内圧力がピークとなり、その後の熱発生率の上昇も僅かとなっている。したがって、４番気筒（No.4）では、実質的に圧縮自着火がなされていない（失火が生じている）ものと考えられる。また、１〜３番気筒では、圧縮自着火がなされているものと考えられるが、その時期にはバラツキがある。このように気筒間で着火時期にバラツキを生じるのは、気筒の配置に起因する受熱特性、放熱特性の違い等によって、各気筒の圧縮端温度が異なるからである。

本実施形態では、運転方法１として、圧縮自着火がなされていない気筒（No.4）について、火花点火装置５３（図２）によって火花点火を行うようになっている。火花点火を行うと、その火花や点火後の伝播火炎によって圧縮状態にある混合気の自着火が開始される。すなわち、火花点火によって圧縮自着火が誘発される。これにより、圧縮自着火が困難な気筒でも確実に圧縮自着火させることができ、全ての気筒において圧縮自着火運転が可能になる。したがって、機関出力を増大させることができる。

なお、本実施形態では、補助的に火花点火を用いて圧縮自着火を誘発する運転を、火炎伝播燃焼による誘発圧縮自着火運転（ＨＣＣＩ運転）と称する。

図４は、圧縮自着火が起きていない気筒（図３における４番気筒（No.4））について、火花点火を行わない場合と時期を変えて火花点火を行った場合との、気筒内圧力及び熱発生率の変化を示したグラフである。（ａ）は、火花点火を行わない場合、（ｂ）〜（ｄ）は、いずれも火花点火を行い、且つ、（ｂ）〜（ｄ）の順で徐々に火花点火時期を進角させた場合を示している。また、図５は、火花点火時期と、圧縮自着火時期との関係を示すグラフである。

図４及び図５に示すように、火花点火の時期が進角側から遅角側へ遅くなっていくと、それに伴って圧縮自着火時期も進角側から遅角側へ遅くなっていることが分かる。

さらに、図５からは、火花点火時期が、ある時期ｔ１よりも進角側になると、それ以上進角させても圧縮自着火時期は進角しなくなっていることが分かる。逆に、火花点火時期がある時期ｔ２よりも遅角側になると、それ以上遅角させても、圧縮自着火時期がほとんど遅角しなくなっていることが分かる。これは、既に、自然に圧縮自着火が始まっているからと考えられる。

したがって、本発明では、このような特性に着目し、上記ｔ１を火花点火の進角側の限界時期（進角限界）に設定するとともにｔ２を遅角側の限界時期（遅角限界）に設定し、両限界時期ｔ１，ｔ２の間に火花点火を行うように火花点火装置を動作制御するようになっている。これにより、火花点火を行うことによって圧縮自着火を確実に誘発することが可能となる。

なお、本実施形態では、燃焼質量割合が５０％となる時期を圧縮自着火時期として扱っている。燃焼質量割合は、気筒内圧力を筒内圧センサ４９（図１）で検出し、その検出値を元に解析により求められる。

図２に示すように、吸気管２４には、吸気温度センサ４８が設けられ、排気管２６には空気過剰率センサ５２が設けられている。

図６は、空気過剰率の変化に対する火花点火時期の進角限界の変化を示したグラフである。このグラフから、空気過剰率が変動すれば火花点火時期の進角限界も変化することが分かる。また、図７は、吸気温度の変化に対する火花点火時期の進角限界の変化を示したグラフである。このグラフから、吸気温度が変動すれば火花点火時期の進角限界も変化することが分かる。

また、図８は、空気過剰率及び吸気温度の変化に対する火花点火時期の進角限界の変化を示したグラフである。このグラフから、空気過剰率及び吸気温度が変動すれば火花点火時期の進角限界も変化することが分かる。

したがって、本実施形態では、図２に示す空気過剰率センサ５２及び／又は吸気温度センサ４８によって、空気過剰率及び／又は吸気温度を常時検出し、その検出値に基づいて火花点火時期の進角限界を適宜変更するようになっている。これにより、実際の運転に則して適切に進角側の限界時期を設定し、火花点火によって確実に圧縮自着火を誘発することができる。

なお、図２では、全ての気筒（No.1〜No.4）に対応するように１つ吸気温度センサ４８と１つの空気過剰率センサ５２とを設けているが、それぞれの気筒に対応するように複数の吸気温度センサ４８を設けたり、それぞれの気筒に対応するように複数の空気過剰率センサ５２を設けたりすることもできる。このようにすると、気筒ごとに火花点火時期の進角限界を適切に変更することができる。

（運転方法１の単気筒エンジンへの適用）
上記に説明した運転方法１は、複数気筒の予混合圧縮自着火式エンジン１１において、全ての気筒（No.1〜No.4）で圧縮自着火を行うために所定の気筒（No.4）に対して火花点火を行うものであった。しかし、運転方法１は、単気筒の予混合圧縮自着火式エンジンにも当然に適用することができる。

すなわち、単気筒の予混合圧縮自着火式エンジンにおいて、圧縮自着火し難い運転条件となったときに火花点火を行い、それによって圧縮自着火を誘発し、確実に圧縮自着火を行うようにすることができる。これにより、当該エンジン１１が完全に運転不能な状態に陥ることを防止することができる。

（運転方法２）
上記運転方法１を用いれば、圧縮自着火が困難な気筒についても圧縮自着火させることができ、複数気筒のエンジン１１では、全ての気筒で確実に圧縮自着火を行うことができる。次に説明する運転方法２は、全ての気筒で圧縮自着火時期を揃えるようにしたものである。

図９（Ａ）は、ある運転条件における各気筒の圧縮自着火時期を示すグラフであり、横軸は気筒番号、縦軸は着火時期（圧縮自着火の時期）を示している。このグラフでは、１番気筒（No.1）と４番気筒（No.4）の圧縮自着火時期が遅く、２番気筒（No.2）と３番気筒（No.3）の圧縮自着火時期が早くなっている。

このようなエンジン１１の場合、運転方法２では、図９（Ｂ）に示すように、圧縮自着火時期が遅い１番、４番気筒（No.1，No.4）において、補助的に火花点火を行う。これによって、図９（Ｃ）に示すように、１番、４番気筒（No.1，No.4）の圧縮自着火時期を進角させ、２番、３番気筒（No.2，No.3）の圧縮自着火時期に揃えることができる。また、このように各気筒の圧縮自着火時期を揃えると、サイクル効率が上がり、それによって熱効率も向上することが可能になる。また、着火の安定性が向上するので、出力変動が低減する。

（運転方法３）
上記運転方法２では、圧縮自着火時期が遅い気筒に対して単に火花点火を行うことで全ての気筒の圧縮自着火時期を揃えようとするものであったが、運転方法３は、各気筒の圧縮自着火時期を調整して揃えるようにしたものである。

図５に示すように、進角限界ｔ１と遅角限界ｔ２との間で火花点火時期を変化させると、それに伴って圧縮自着火時期も変化することが分かる。運転方法３では、図９（Ａ）に示す運転条件において、図９（Ｂ）の如く第１，第４気筒（No.1，No.4）の火花点火時期を矢印ａのように調整し、これらの圧縮自着火時期を、第２，第３気筒（No.2，No.3）の圧縮自着火時期に確実に揃えるようにしたものとなっている。

（運転方法４）
図１０（Ａ）は、ある運転条件における各気筒（No.1〜No.4）の圧縮自着火時期を示すグラフであり、横軸は気筒番号、縦軸は着火時期（圧縮自着火の時期）を示している。このグラフでは、２番（No.2）−３番（No.3）−１番（No.1）−４番気筒（No.4）の順で圧縮自着火時期が遅くなっている。

このような運転条件に対し、運転方法４では、図１０（Ｂ）に示すように、４番（No.4）−１番（No.1）−３番（No.3）−２番気筒（No.2）の順に火花点火時期が遅くなるように各気筒の火花点火時期を調整（矢印ｂ１〜ｂ４）している。その結果、図１０（Ｃ）に示すように、各気筒の圧縮自着火位置をより確実に揃えることができるようになっている。

（運転方法３、４における火花点火時期の調整方法）
火花点火時期の調整は、次のいずれかの方法で、図２に示した火花点火装置５３のイグニッションコイル５５への通電をコントローラ４５で制御することにより行うことができる。

＜１＞マップを用いた制御
例えば、熱効率や、排気ガスに含まれる大気汚染物質（窒素酸化物（ＮＯｘ）、未燃炭化水素（ＴＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）等）の排出量等のバランスを取ることが可能な、適切な圧縮自着火時期を実現できる火花点火時期を、吸気温度や空気過剰率等の運転条件との関係でマッピングした火花点火時期マップを作成し、該火花点火時期マップをコントローラ４５のメモリー（図示略）に記憶しておく。そして、当該運転状況を検出するとともに、火花点火時期マップを参照してその検出値に対応する火花点火時期を選定し、該火花点火時期に火花点火が行われるように、火花点火装置５３を制御する。

＜２＞フィードバック制御
例えば、熱効率や、排気ガスに含まれる大気汚染物質の排出量等のバランスを取ることが可能な、目標圧縮自着火時期を予め設定しておき、検出した実際の圧縮自着火時期と目標圧縮自着火時期とを比較するとともに、該比較に基づいて、実際の圧縮自着火時期が目標圧縮自着火時期となるように、火花点火装置５３を制御して火花点火時期を調整する。

例えば、大気汚染物質であるＮＯｘは着火時期が早いと増大する傾向にあり、ＴＨＣやＣＯは、着火時期が遅いと増大する傾向にあるので、これらの排出量をバランス良く低減させることができる時期を目標圧縮自着火時期として設定することができる。

以下、＜２＞のフィードバック制御による火花点火時期の調整に関して詳細に説明する。
図１１のグラフは、ある気筒についての火花点火時期と吸気温度との関係で圧縮自着火時期の変化を示している。このグラフでは、目標圧縮自着火時期（例えば、クランク角がＴＤＣ＋６°の時期）をＺで示してある。このグラフに基づけば、例えば、吸気温度がＴａであるとき、火花点火時期をｔａにすれば、実際の圧縮自着火時期を目標圧縮自着火時期に調整できることが分かる。

ここで、上記運転方法１で述べた通り、火花点火時期には圧縮自着火時期を調整することが可能な進角限界ｔ１と遅角限界ｔ２とがある。しかし、両限界時期ｔ１，ｔ２の間で火花点火を行ったとしても、実際の圧縮自着火時期を目標自着火時期に調整することができない場合がある。例えば、吸気温度がＴ１よりも低いと、進角限界ｔ１付近で火花点火を行ったとしても、実際の圧縮自着火時期は目標圧縮自着火時期よりも遅角することになる。逆に、吸気温度がＴ２よりも高いと、遅角限界ｔ２付近で火花点火を行ったとしても、実際の圧縮自着火時期は目標圧縮自着火時期よりも進角することになる。

そこで、本発明では、吸気温度がＴ１よりも低い場合、及び、吸気温度がＴ２よりも高い場合に、図２に示す加熱装置（調温装置）３５によって、Ｔ１とＴ２の間に吸気温度を調整するようになっている。そのうえで火花点火を行うことによって、確実に実際の圧縮自着火時期を目標圧縮自着火時期に調整できるようにしている。

また、火花点火により実際の圧縮自着火時期を目標圧縮自着火時期に調整することが可能な吸気温度の範囲Ｔ１〜Ｔ２は、気筒毎に異なる。例えば、図１２に示すように、圧縮自着火し易い気筒では、当該吸気温度の範囲Ｔ１〜Ｔ２が低温側に偏り、図１３に示すように、圧縮自着火し難い気筒では、当該吸気温度の範囲Ｔ１〜Ｔ２が高温側に偏る。そこで、本発明では、全ての気筒において実際の圧縮自着火時期を目標圧縮自着火時期に調整することが可能な吸気温度の範囲に、実際の吸気温度が収まるように、加熱装置３５を制御するようにしている。

例えば、図１０に示した運転条件のエンジンでは、２番（No.2）−３番（No.3）−１番（No.1）−４番気筒（No.4）の順で圧縮自着火し難くなっているが、この場合、図１４に示すように、目標圧縮自着火時期Ｚを示す曲線は、２番（No.2）−３番（No.3）−１番（No.1）−４番気筒（No.4）の順で吸気温度の低温側から高温側へずれていく。そのため、進角限界ｔ１と遅角限界ｔ２の間で、目標圧縮自着火時期を示す曲線Ｚの全てが重なる吸気温度範囲Ｔ１ａ〜Ｔ２ａを設定し、この範囲Ｔ１ａ〜Ｔ２ａ内に実際の吸気温度が収まるように調整を行う。このようにすれば、全ての気筒において、実際の圧縮自着火時期を目標圧縮自着火時期に調整することが可能になる。

吸気温度の調整は、基本的には、所定の吸気温度範囲Ｔ１ａ〜Ｔ２ａ内で行えば、全ての気筒において圧縮自着火時期を揃えることが可能である。しかしながら、吸気温度との関係で、目標圧縮自着火時期を達成することが可能なより最適な火花点火時期を予め設定しておき、その火花点火時期に火花点火が行われるように、特定の温度に吸気温度を調整してもよい。

例えば、図１５に示すように、進角限界ｔ１と遅角限界ｔ２との間に最適点火時期ｔ３を設定した場合、当該最適点火時期ｔ３に火花点火が行われるように、吸気温度をＴｃに調整する。

さらに、多気筒エンジンの場合は、最も火花点火時期が遅い気筒が、最適な火花点火時期で火花点火されるように吸気温度を調整することができる。例えば、図１６に示すように、４気筒の中で２番気筒（No.2）の火花点火時期が最も遅くなる場合、枠Ａ１で囲った条件のように、２番気筒（No.2）の火花点火時期が、最適火花点火時期ｔ３となるように、吸気温度をＴｃに調整することができる。

また、最も火花点火時期が遅い気筒（No.2）の最適火花点火時期ｔ３を設定する１つの方法として、当該最適火花点火時期ｔ３を遅角限界ｔ２に設定することができる。例えば、図１６において、一番右端の枠Ａ２で囲った条件のように、２番気筒（No.2）の火花点火時期が遅角限界ｔ２となるように吸気温度をＴｄに調整することができる。

この場合、２番気筒（No.2）は、圧縮自着火が自然に発生し得る状態にあるため、実質的に火花点火を行わなくてもよくなり、火花点火による圧縮自着火の補助を最小限にすることが可能となる。また、２番気筒（No.2）の火花点火時期を遅角限界ｔ２にすると、その他の気筒（No.3，No.1，No.4）の火花点火時期も、進角限界ｔ１から遅角側（矢印ｃ方向）へ離れる。図５に示したように、火花点火時期が進角限界ｔ１から進角側に早まると、全く圧縮自着火時期を制御することができなくなる。したがって、全ての気筒において火花点火時期が進角限界ｔ１から遅角側へ離れることで、圧縮自着火時期が制御不能になる可能性を極めて低くすることができる。

（運転方法３，４の単気筒エンジンへの適用）
上記運転方法３，４では、全ての気筒における圧縮自着火時期を揃えるために、該圧縮自着火時期を調整するものであったが、圧縮自着火時期を調整するという点においては、単気筒の予混合圧縮自着火式エンジンにも適用可能である。すなわち、例えば、高い熱効率を得ることができ、又は、排気ガスに含まれる大気汚染物質の排出量を抑制することが可能な適切な圧縮自着火時期に、実際の圧縮自着火時期を調整することができる。

（運転方法５）
上述の運転方法１〜４は、火花点火を補助的に用いることによって圧縮自着火を誘発し、また、火花点火時期の進角限界ｔ１と遅角限界ｔ２とを設定して、その範囲内で火花点火を行うものであった。さらに、両限界時期ｔ１，ｔ２の間の火花点火によって、実際の圧縮自着火時期を目標圧縮自着火時期に調整できるようにするため、吸気温度を調整するものであった。

しかしながら、これらの手段を施したとしても、図２８に示すように、火花点火時期が最も遅い気筒においてその火花点火時期が遅角限界ｔ２となり、且つ、火花点火時期が最も早い気筒においてその火花点火時期が進角限界ｔ１となるような場合、すなわち、図１４において、吸気温度の調整範囲Ｔ１ａ〜Ｔ２ａが無い場合がある。本発明の運転方法５は、そのような場合に、以下のような追加の手段を施すものである。

（運転方法５−１）
図１７は、吸気温度を一定にした状態での空気過剰率と圧縮自着火時期との関係を示すグラフである。このグラフから、空気過剰率が小さくなるほど圧縮自着火時期が進角し、空気過剰率が大きくなるほど圧縮自着火時期が遅角することが分かる。このような性質を利用し、運転方法５−１では、図１８に示すように、混合気に更に燃料を加えることができる燃料調整弁５７を各気筒（No.1〜No.4）の分岐吸気管２９に設けたものとなっている。各燃料調整弁５７は、コントローラ４５によって制御される。符号５８は、各燃料調整弁５７に燃料を送るための燃料供給管である。なお、図１８には、燃料供給系の一部のみを図示しており、その他の構成は図２と同じであるので省略している。

そして、上述の吸気温度調整を行っても、火花点火時期が進角限界ｔ１となる気筒があった場合には、適宜その気筒に対して燃料調整弁５７から燃料を追加供給し、圧縮自着火しやすい状態にする。これによって、火花点火時期を進角限界ｔ１よりも遅角側に移行させることができる。

或いは、全ての気筒において常に燃料調整弁５７から燃料を追加供給するようにしておき、火花点火時期が進角限界ｔ１となる気筒があった場合には、適宜その気筒の燃料追加量を他の気筒よりも多くする。これによって、上記と同様に、火花点火時期を進角限界ｔ１よりも遅角側に移行させることができる。逆に、火花点火時期が遅角限界ｔ２となる気筒に対しては、燃料供給量を相対的に減少することによって圧縮自着火し難い状態にし、火花点火時期を遅角限界ｔ２よりも進角させることができる。

これによって、各気筒において、進角限界ｔ１と遅角限界ｔ２の範囲内（進角限界ｔ１よりも遅く遅角限界ｔ２よりも早い時期）に火花点火を行うができ、目標圧縮自着火時期を達成することができる。

なお、火花点火時期が常に進角限界ｔ１となるような気筒が予め判っている場合には、その気筒に対してのみ燃料調整弁５７を設けることもできる。

また、図２に示す燃料制御弁３２やミキサ３３を省略し、全ての燃料を図１８の燃料調整弁５７から供給することもできる。

（運転方法５−２）
運転方法５−２は、各気筒の有効圧縮比を変更する手段を備えたものである。図１に示すように、ピストンの上面には凹状の燃焼室６０が形成されており、この燃焼室６０が大きいほど有効圧縮比は小さくなり、燃焼室６０が小さいほど有効圧縮比が大きくなる。また、有効圧縮比が小さいほど圧縮自着火し難くなり、有効圧縮比が大きいほど圧縮自着火し易くなる。

しがたって、上述の吸気温度調整を行っても、火花点火時期が進角限界ｔ１となるような気筒がある場合には、予めその気筒の燃焼室６０を他の気筒に相対して小さく形成しておき、圧縮自着火しやすい状態にし、火花点火時期が進角限界ｔ１よりも遅角するようにしておく。また、火花点火時期が遅角限界ｔ２となるような気筒がある場合には、予めその気筒の燃焼室６０を他の気筒に相対して大きく形成しておき、圧縮自着火し難い状態にし、火花点火時期が遅角限界ｔ２よりも進角するようにしておく。

これによって、各気筒において、進角限界ｔ１と遅角限界ｔ２との間（進角限界ｔ１よりも遅く遅角限界ｔ２よりも早い時期）に火花点火を行うことにより、目標圧縮自着火時期を達成することができる。

上記において、燃焼室６０に代えて又は加えて、シリンダヘッド１５の下面に凹部（図示略）を設け、その大きさによって有効圧縮比を変えることもできる。また、有効圧縮比は、図１に示すように、シリンダヘッド１５からの点火プラグ３７の突出量ｐを変えることによって、変えることもできる。この場合、点火プラグ３７の突出量ｐを大きくすると有効圧縮比が大きくなり、点火プラグ３７の突出量ｐを小さくすると有効圧縮比が小さくなる。したがって、燃焼室６０の大きさを変えた場合と同様に、予め点火プラグ３７の突出量ｐを変えておくことによって、各気筒において、進角限界ｔ１と遅角限界ｔ２との間で火花点火を行うことにより、目標圧縮自着火時期を達成することができる。

以上のような燃焼室６０の容積や点火プラグ３７の突出量ｐは構造上のものであり、常に変化する運転条件に対応して有効圧縮比を可変設定することはできない。そこで、以下のように、有効圧縮比を可変設定できる手段を施すこともできる。

一例として、図１に示すように、吸気弁１９の動弁装置２１として可変動弁装置を用い、該可変動弁装置２１をコントローラ４５で制御することにより、吸気弁１９を早閉じ又は遅閉じし、有効圧縮比を可変設定可能に構成する。なお、吸気弁１９の早閉じとは、吸気行程において、ピストン１４が下死点に到達する前に吸気弁１９を閉じることであり、早閉じしない気筒に比べて有効圧縮比を小さくすることができる。さらに、早閉じ量を大きくする（閉じ時期をより進角する）ほど有効圧縮比を小さくすることができる。また、吸気弁１９の遅閉じとは、吸気行程においてピストン１４が下死点に到達した後に吸気弁１９を閉じることであり、遅閉じしない気筒に比べて有効圧縮比を小さくすることができる。さらに、遅閉じ量を大きくする（閉じ時期をより遅角する）ほど有効圧縮比を小さくすることができる。

したがって、運転条件により火花点火時期が遅角限界ｔ２となるような気筒がある場合には、適宜その気筒の吸気弁１９を早閉じ又は遅閉じし、他の気筒に相対して有効圧縮比を小さくし、圧縮自着火し難い状態にする。これにより、火花点火時期を遅角限界ｔ２よりも進角することができる。

或いは、全ての気筒において定常的に吸気弁１９を早閉じ又は遅閉じするようにしておき、運転条件により火花点火時期が進角限界ｔ１となる気筒があった場合には、適宜その気筒の吸気弁１９の早閉じ量又は遅閉じ量を小さく（又はゼロに）する。これにより、有効圧縮比を大きくし、火花点火時期を進角限界ｔ１よりも遅角側に移行させることができる。逆に、火花点火時期が遅角限界ｔ２となる気筒があった場合には、適宜その気筒の吸気弁１９の早閉じ量又は遅閉じ量を大きくする。これにより、有効圧縮比を小さくし、火花点火時期を遅角限界ｔ２よりも進角側に移行させることができる。

なお、吸気弁１９の早閉じや遅閉じによる有効圧縮比の設定は、上述のように可変とすることもできるし、一定とすることもできる。すなわち、火花点火時期が進角限界ｔ１となる気筒が判っている場合には、予めその気筒の吸気弁１９の早閉じ量又は遅閉じ量を他の気筒に相対して小さく（又はゼロに）設定しておき、圧縮自着火しやすい状態にし、火花点火時期が進角限界ｔ１よりも遅角するようにしておく。また、火花点火時期が遅角側の限界時期ｔ２となる気筒が判っている場合には、予めその気筒の吸気弁１９の早閉じ量又は遅閉じ量を他の気筒に相対して大きく設定しておき、圧縮自着火し難い状態にし、火花点火時期が遅角限界ｔ２よりも進角するようにしておくことができる。

（運転方法５−３）
運転方法５−３は、火花点火時期が進角限界ｔ１と遅角限界ｔ２との間で行われるように、各気筒の吸気温度をさらに調整できるようにしたものである。図１９に示すように、各気筒に接続される分岐吸気管２９に、コントローラ４５によって制御される加熱ヒータ６１を設け、該分岐吸気管２９を流れる混合気の温度を個別に調整可能に構成する。そして、運転条件により火花点火時期が進角限界ｔ１となるような気筒がある場合には、適宜その気筒の加熱ヒータ６１を作動し、その吸気温度を他の気筒に相対して高める。これによって、圧縮自着火しやすい状態にし、火花点火時期を進角限界ｔ１よりも遅角側に移行することができる。

或いは、全ての気筒において常に加熱ヒータ６１を作動させておき、運転条件により火花点火時期が進角限界ｔ１となるような気筒があった場合には、適宜その気筒の加熱量を他の気筒に相対して大きくする。これにより、火花点火時期を進角限界ｔ１よりも遅角側に移行させることができる。逆に、火花点火時期が遅角限界ｔ２となるような気筒があった場合には、適宜その気筒の加熱量を他の気筒に相対して小さくする。これにより、火花点火時期を遅角限界ｔ２よりも進角側に移行させることができる。

加熱ヒータ６１としては、電気式発熱体を使用したり、排気ガス、エンジンオイル又はエンジン冷却水を熱交換媒体とした熱交換器を使用することができる。また、加熱ヒータ６１に変えて、冷却装置を設けることもできる。例えば、吸気温度を低下したい分岐吸気管２９に放熱フィンを設けたり、分岐吸気管２９を冷却水で冷却したりすることができる。

（運転方法５−４）
運転方法５−４は、運転方法５−３と同様に、火花点火時期が進角限界ｔ１と遅角限界ｔ２の間で行われるように各気筒の吸気温度をさらに調整するようにしたものであるが、その吸気温度の調整に、内部ＥＧＲ手段を用いたものである。

内部ＥＧＲ手段は、排気弁２０（図１）の早閉じ或いは再啓開によって、又は、吸気弁１９（図１）のプレリフトによって達成されるものとなっている。

排気弁２０の早閉じとは、排気行程において、ピストン１４が上死点に到達する前に排気弁２０を閉じることである。この排気弁２０の早閉じによって、シリンダ１３内に排気ガスを残留させ、残留した排気ガスを、その後の吸気行程で流入した混合気と混合させることによって、混合気温度（吸気温度）を上昇することができる。また、排気弁２０の早閉じ量が大きいほど（閉じ時期が進角するほど）内部ＥＧＲ量が大きくなり、吸気温度を上昇することができる。

この場合、図１に示すように、排気弁２０の動弁装置２２を可変動弁装置によって構成し、該可変動弁装置２２をコントローラ４５で制御することにより、早閉じの有無及び早閉じ量を調整する。そして、運転条件により、火花点火時期が進角限界ｔ１となるような気筒がある場合には、適宜その気筒の排気弁２０の早閉じし、又は、早閉じ量を大きくすることによって、混合気温度を他の気筒に相対して高め、圧縮自着火しやすい状態にする。これにより、火花点火時期を進角限界ｔ１よりも遅角側に移行させることができる。

また、運転条件により、火花点火時期が遅角限界ｔ２となる気筒がある場合には、適宜その気筒の排気弁２０を早閉じしないか、早閉じ量を小さくすることによって、混合気温度を他の気筒に相対して低くし、圧縮自着火し難い状態にする。これにより、火花点火時期を遅角限界ｔ２よりも進角側に移行させることができる。

排気弁２０の再啓開とは、吸気行程中に一時的に排気弁２０を開くことである。この排気弁２０の再啓開によって、排気管２６内に残った排気ガスがシリンダ１３内に流入し、吸気管２４から流入した混合気と混合され、混合気温度が上昇する。また、排気弁２０の再啓開量（再啓開のリフト量又は継続時間）が大きいほど内部ＥＧＲ量が大きくなり、混合気温度を上昇することができる。

したがって、運転条件により、火花点火時期が進角限界ｔ１となってしまう気筒がある場合には、適宜その気筒の排気弁２０を再啓開し又は再啓開量を大きくし、混合気温度を他の気筒に相対して高め、圧縮自着火しやすい状態にする。これにより、火花点火時期を進角限界ｔ１よりも遅角側に移動させることができる。

また、運転条件により、火花点火時期が遅角限界ｔ２となってしまう気筒がある場合には、適宜その気筒の排気弁２０を再啓開しないか、再啓開量を小さくすることによって、混合気温度を他の気筒に相対して低くし、圧縮自着火し難い状態にする。これにより、火花点火時期を遅角限界ｔ２よりも進角側に移行させることができる。

吸気弁１９のプレリフトとは、排気行程中に一時的に吸気弁１９を開くことである。この吸気弁１９のプレリフトによって、シリンダ１３内の排気ガスが吸気管２４に流入し、その後の吸気行程で混合気に混合された状態で再度シリンダ１３内に流入する。これにより、混合気温度を高めることができる。また、吸気弁１９のプレリフト量（プレリフトのリフト量又は継続時間）が大きいほど内部ＥＧＲ量が大きくなり、混合気温度を高めることができる。

したがって、運転条件により、火花点火時期が進角限界ｔ１となるような気筒がある場合には、適宜その気筒の吸気弁１９をプレリフトし又はプレリフト量を大きくしてＥＧＲ量を増大し、混合気温度を他の気筒に相対して高め、圧縮自着火しやすい状態にする。これにより、火花点火時期を進角限界ｔ１よりも遅角側に移動させることができる。

また、運転条件により、火花点火時期が遅角限界ｔ２となるような気筒がある場合には、適宜その気筒の吸気弁１９をプレリフトしないか、プレリフト量を小さくすることによってＥＧＲ量をゼロにし又は減少し、吸気温度を他の気筒に相対して低くし、圧縮自着火し難い状態にする。これにより、火花点火時期を遅角限界ｔ２よりも進角側に移行させることができる。

なお、排気弁２０の早閉じ或いは再啓開、又は、吸気弁１９のプレリフトによる内部ＥＧＲ量は、上記のように可変とすることもできるし、一定とすることもできる。すなわち、火花点火時期が進角側の限界時期ｔ１になる気筒が判っている場合には、予めその気筒の排気弁２０の早閉じ量又は再啓開量や吸気弁１９のプレリフト量を大きく設定しておき、圧縮自着火しやすい状態にし、火花点火時期が進角限界ｔ１よりも遅角するようにしておく。また、火花点火時期が遅角限界ｔ２となる気筒が判っている場合には、予めその気筒の排気弁２０の早閉じ量又は再啓開量や吸気弁１９のプレリフト量を予めゼロか又は小さく設定しておき、圧縮自着火し難い状態にし、火花点火時期が遅角限界ｔ２よりも進角するようにしておくことができる。

（運転方法５−５）
運転方法５−５は、運転方法５−４と同様に、火花点火時期が進角限界ｔ１と遅角限界ｔ２との間で行われるように各気筒の吸気温度をさらに調整するようにしたものであり、その吸気温度の調整に、外部ＥＧＲ手段を用いたものである。

図２０に示すように、外部ＥＧＲ手段６３は、排気管２６と各分岐吸気管２９とを接続するＥＧＲ通路６４と、ＥＧＲ通路６４に設けられたＥＧＲバルブ６５とを有している。この外部ＥＧＲ手段６３では、排気管２６から排出された排気ガスがＥＧＲ通路６４を通って吸気管２９に環流し、混合気と混合され、混合気温度が高められる。また、外部ＥＧＲ量は、コントローラ４５によって制御されるＥＧＲバルブ６５によって調整することができ、外部ＥＧＲ量が大きいほど混合気温度を高めることができる。

したがって、運転条件により、火花点火時期が進角限界ｔ１となってしまう気筒がある場合には、適宜その気筒のＥＧＲバルブ６５を調整して外部ＥＧＲ量を増大し、混合気温度を他の気筒に相対して高め、圧縮自着火しやすい状態にする。これにより、火花点火時期を進角限界ｔ１よりも遅角側に移行させることができる。

また、運転条件により、火花点火時期が遅角限界ｔ２となってしまう気筒がある場合には、適宜その気筒のＥＧＲバルブ６５を調整して外部ＥＧＲ量をゼロ又は減少し、吸気温度を他の気筒に相対して低下し、圧縮自着火し難い状態にする。これにより、火花点火時期を遅角限界ｔ２よりも進角側に移行させることができる。

なお、外部ＥＧＲ量は、ＥＧＲバルブ６５によって可変とすることもできるし、一定とすることもできる。すなわち、火花点火時期が進角限界ｔ１になる気筒が判っている場合には、予めその気筒のＥＧＲバルブ６５を調整して外部ＥＧＲ量を大きく設定しておき、圧縮自着火しやすい状態にし、火花点火時期が進角限界ｔ１よりも遅角するようにしておく。また、火花点火時期が遅角限界ｔ２になる気筒が判っている場合には、予めその気筒のＥＧＲバルブを閉じるか、ＥＧＲバルブを調整して外部ＥＧＲ量を小さく設定しておき、圧縮自着火し難い状態にし、火花点火時期が遅角限界ｔ２よりも進角するようにしておくことができる。

（運転方法５−６）
運転方法５−６は、気筒そのものの温度を調整することによって、進角限界ｔ１と遅角限界ｔ２との間の火花点火で、目標圧縮自着火時期Ｚが達成されるようにしたものである。具体的には、火花点火時期が遅角限界ｔ２となってしまうような気筒（圧縮自着火し易い気筒）がある場合に、その気筒の周辺部分への冷却水量を他の気筒に相対して多くし、冷却を促進することによって、火花点火時期が遅角限界ｔ２よりも進角側に移行するようにしたものである。

図２１に示すように、冷却水量を多くしたい気筒、例えば、２番気筒（No.2）及び３番気筒（No.3）を構成するシリンダライナー１３Ａの肉厚寸法ｄ２，ｄ３が、１番気筒（No.1）及び４番気筒（No.4）を構成するシリンダライナー１３Ａの肉厚寸法ｄ１，ｄ４よりも薄く設定されている。これにより、ウォータージャケット６７における２番気筒（No.2）及び３番気筒（No.3）の周辺部分の幅ｗ２，ｗ３が、１番気筒（No.1）及び４番気筒（No.4）の周辺部の幅ｗ１，ｗ４よりも広くなっている。

これにより、２番気筒（No.2）及び３番気筒（No.3）の周辺部分への冷却水量が、１番気筒（No.1）及び４番気筒（No.4）の周辺部分への冷却水量よりも多くなるので、２番気筒（No.2）及び３番気筒（No.3）の冷却能力を１番気筒（No.1）及び４番気筒（No.4）よりも高めることができる。

なお、上記では、シリンダライナー１３Ａの厚さを変えることによって冷却能力を調整しているが、例えば、冷却能力を高めたい気筒に対する冷却面積（ウォータージャケット６７の範囲）を大きくすることもできる。

（運転方法５−７）
運転方法５−７は、気筒の構成部材の材質を変えることによって、進角限界ｔ１と遅角限界ｔ２との間の火花点火で、目標圧縮自着火時期Ｚが達成されるようにしたものである。具体的には、火花点火時期が遅角限界ｔ２となるような気筒（圧縮自着火し易い気筒）がある場合に、その気筒の構成部材の材質を熱伝導率の高い（放熱性の高い）ものにする。逆に、火花点火時期が進角限界ｔ１となるような気筒（圧縮自着火し難い気筒）がある場合には、その気筒の構成部材の材質を、熱伝導率の低い（放熱性の低い）ものにする。

これによって、進角限界ｔ１と遅角限界ｔ２との間の火花点火によって、実際の圧縮自着火時期を目標圧縮自着火時期に設定することが可能になる。

気筒の構成部材としては、図１に示すように、ピストン１４の全体や頂面等の一部、または、シリンダ１３（シリンダライナー１３Ａ）の全部又は一部とすることができる。また、気筒の放熱性を変える方法としては、材質自体を変えるに限らず、例えば、構成部材の内部に断熱層を構成する空洞を形成するなど、気筒の構造を変えることによって放熱性を変えることもできる。

（運転方法６）
上記の運転方法１〜５の手段を講じても、進角限界ｔ１と遅角限界ｔ２との間の火花点火によって、実際の圧縮自着火時期を目標圧縮自着火時期に調整することができない場合もありうる。本実施形態の運転方法６では、そのような場合に、さらに追加の手段を講じる。

すなわち、運転方法６は、少なくとも、火花点火時期の一番遅い気筒が適正（正常）に運転できるように、吸気温度を設定するものである。ここでいう適正な運転とは、最大の気筒内圧力やノッキング強度が許容値以下であることを意味する。

火花点火時期の一番遅い気筒というのは、一番圧縮自着火し易い気筒であり、言い換えると、一番ノッキングし易い気筒である。したがって、この気筒でノッキングすることなく適正に圧縮自着火することができれば、他の気筒でも、失火が生じることがあってもノッキングを生じることはない。したがって、ノッキングの発生で、エンジン１１そのものが機械的に損傷を受けることを防止することができる。

（本実施形態の効果の検証）
図２２〜図２４は、（ａ）火花点火を行わない場合、（ｂ）運転方法１で圧縮自着火していない特定の気筒に対してのみ補助的に火花点火を行った場合、（ｃ）運転方法４で圧縮自着火時期を揃えるべく全ての気筒において補助的に火花点火を行った場合における、気筒間の各種燃焼パラメータのバラツキを比較して示すグラフである。具体的に、図２２は、各気筒間の気筒内最高圧力のバラツキ（最大値と最小値との差）を示し、図２３は、各気筒間の圧縮自着火時期のバラツキを示し、図２４は、各気筒間のノッキング強度（ノッキングのし易さ）のバラツキを示している。

（ａ）の場合、いずれの燃焼パラメータにおいても、各気筒間でバラツキが極めて大きくなっていることが分かる。これは、圧縮自着火できていない（失火が生じている）気筒が存在したり、圧縮自着火時期が全く制御されていないためと考えられる。これに対して、（ｂ）の場合、全ての気筒で圧縮自着火がなされているため、（ａ）に比べて各燃焼パラメータのバラツキは小さくなっている。更に、（ｃ）の場合は、全ての気筒において圧縮自着火時期が揃えられているため、各燃焼パラメータのバラツキが小さく抑制されている。

図２５は、上記と同様の各条件において、熱効率を比較して示したグラフである。（ａ）の場合は熱効率が非常に低くなっているが、（ｂ）、（ｃ）の場合は、上記の如く各燃焼パラメータのバラツキが抑制された結果、熱効率が高められている。特に、（ｃ）の場合は、（ａ）の場合と比べて極めて熱効率が高くなっていることが分かる。

図２６は、上記と同様の各条件（ａ）（ｂ）（ｃ）において、未燃炭化水素（ＴＨＣ）の排出量を比較したグラフであり、図２７は、同じく各条件（ａ）（ｂ）（ｃ）において、一酸化炭素（ＣＯ）の排出量を比較したグラフである。これらの大気汚染物質の排出量についても、（ａ）の場合は非常に多くなっているが、（ｂ）（ｃ）の場合は、各燃焼パラメータのバラツキが抑制された結果、抑制することができている。特に、（ｃ）の場合は、（ａ）の場合と比べて極めて大気汚染物質の排出量が抑制されていることが分かる。

本発明は、上記実施形態に限定されることなく適宜設計変更可能である。例えば、上記実施形態では４気筒の予混合圧縮自着火式エンジンを例示したが、気筒数は何ら限定されるものではない。

第１の発明は、燃料と空気とを予め混合した混合気を気筒内の燃焼室で圧縮自着火させて燃焼する、予混合圧縮自着火式エンジンの運転方法であって、前記予混合圧縮自着火式エンジンが前記混合気に火花点火を行う火花点火装置を備えており、前記混合気の圧縮自着火を誘発することが可能な火花点火の進角限界と遅角限界とをそれぞれ設定しておき、進角限界と遅角限界との間に、運転条件に応じて補助的に前記混合気に火花点火を行うことを特徴とする。

第２の発明は、第１の発明において、前記エンジンが複数の気筒を備えており、各気筒における圧縮自着火の時期を揃えるように、所定の気筒で火花点火を行うことを特徴とする。

第３の発明は、第１の発明において、前記混合気の圧縮自着火の時期を調整するように、前記火花点火を行う時期を調整することを特徴とする。

第４の発明は、第１の発明において、前記エンジンが複数の気筒を備えており、各気筒における圧縮自着火の時期を揃えるように、気筒毎に火花点火を行う時期を調整することを特徴とする。

第５の発明は、第１又は２の発明において、目標となる圧縮自着火時期を設定し、該目標圧縮自着火時期と実際の圧縮自着火時期とを比較するとともに、該比較に基づいて、実際の圧縮自着火時期が目標圧縮自着火時期となるように火花点火を行うことを特徴とする。

第６の発明は、第３又は４の発明において、目標となる圧縮自着火時期を設定し、該目標圧縮自着火時期と実際の圧縮自着火時期とを比較するとともに、該比較に基づいて、実際の圧縮自着火時期が目標圧縮自着火時期となるように火花点火を行う時期を調整することを特徴とする。

第７の発明は、第３の発明において、目標となる圧縮自着火時期を設定し、該目標圧縮自着火時期と実際の圧縮自着火時期とを比較し、該比較に基づいて、実際の圧縮自着火時期が目標自着火時期となるように、進角限界と遅角限界との間で火花点火を行う時期を調整するとともに、実際の圧縮自着火時期を目標圧縮自着火時期に調整することが可能な範囲内に、混合気の吸気温度を調整することを特徴とする。

第８の発明は、第４の発明において、気筒毎に、目標となる圧縮自着火時期を設定し、該目標圧縮自着火時期と実際の圧縮自着火時期とを比較し、該比較に基づいて実際の圧縮自着火時期が目標圧縮自着火時期となるように進角限界と遅角限界との間で火花点火を行う時期を調整するとともに、全ての気筒で実際の圧縮自着火時期を目標圧縮自着火時期に調整することが可能な範囲内に、混合気の吸気温度を調整することを特徴とする。

第９の発明は、第３の発明において、目標となる圧縮自着火時期を設定し、該目標圧縮自着火時期を達成する火花点火時期のなかで最適な火花点火時期を設定し、前記目標圧縮自着火時期と実際の圧縮自着火時期とを比較し、該比較に基づいて、実際の圧縮自着火時期が目標自着火時期となるように火花点火を行う時期を調整し、さらに、火花点火の時期が前記最適火花点火時期となるように、吸気温度を調整することを特徴とする。

第１０の発明は、第４の発明において、気筒毎に、目標となる圧縮自着火時期を設定するとともに、該目標圧縮自着火時期を達成する火花点火時期のなかで最適な火花点火時期を設定し、該目標圧縮自着火時期と実際の圧縮自着火時期とを比較し、該比較に基づいて実際の圧縮自着火時期が目標自着火時期となるように火花点火を行う時期を調整し、さらに、最も火花点火時期の遅い気筒が最適火花点火時期で火花点火されるように、吸気温度を調整することを特徴とする。

第１１の発明は、第８の発明において、火花点火時期が進角限界となる気筒に対する燃料供給量を、他の気筒に相対して増大し、遅角限界となる気筒に対する燃料供給量を、他の気筒に相対して減少することを特徴とする。

第１２の発明は、第８の発明において、火花点火時期が進角限界となる気筒の有効圧縮比を、他の気筒に相対して増大し、遅角限界となる気筒における有効圧縮比を、他の気筒に相対して減少することを特徴とする。

第１３の発明は、第８の発明において、排気ガスを気筒内に環流するＥＧＲ手段を備え、火花点火時期が進角限界となる気筒に対するＥＧＲ量を、他の気筒に相対して増大し、遅角限界となる気筒に対するＥＧＲ量を、他の気筒に相対して減少又は無しにすることを特徴とする。

第１４の発明は、第８の発明において、火花点火時期が進角限界となる気筒における吸気温度を、他の気筒に相対して高め、遅角限界となる気筒における吸気温度を、他の気筒に相対して低くすることを特徴とする。

第１５の発明は、第８の発明において、火花点火時期が進角限界となる気筒の温度を、他の気筒に相対して高くし、遅角限界となる気筒の温度を、他の気筒に相対して低くすることを特徴とする。

第１６の発明は、第８の発明において、火花点火時期が進角限界となる気筒の構成部材を、他の気筒に相対して熱伝導率の低い材質により形成し、遅角限界となる気筒の構成部材を、他の気筒に相対して熱伝導率の高い材質により形成することを特徴とする。

第１７の発明は、第４の発明において、気筒毎に目標となる圧縮自着火時期を設定し、該目標圧縮自着火時期と実際の圧縮自着火時期とを比較し、該比較に基づいて実際の圧縮自着火時期が目標自着火時期となるように火花点火を行う時期を調整し、さらに、最も火花点火時期の遅い気筒において正常運転を行うように、吸気温度を調整することを特徴とする。

第１８の発明は、第１の発明において、前記混合気の空気過剰率を検出し、該空気過剰率に応じて前記進角限界を変更することを特徴とする。

第１９の発明は、第１の発明において、前記エンジンが複数の気筒を備えており、気筒毎の混合気の空気過剰率を検出し、各気筒における前記進角限界を各空気過剰率に応じてそれぞれ変更することを特徴とする。

第２０の発明は、第１、１８、又は１９の発明において、前記混合気の吸気温度を検出し、該吸気温度に応じて前記進角限界を変更することを特徴とする。

第２１の発明は、第１、１８、又は１９の発明において、前記エンジンが複数の気筒を備えており、気筒毎に混合気の吸気温度を検出し、各気筒における前記進角限界を各吸気温度に応じてそれぞれ変更することを特徴とする。

第１の発明によれば、例えば、気筒内温度が低く圧縮自着火が困難な条件では、補助的に火花点火を行うことによって、圧縮自着火を誘発し、確実に圧縮自着火させ、失火を防止することができる。したがって、従来、圧縮自着火運転ができなかった運転範囲にも拡大して圧縮自着火運転を行うことができ、エンジン出力を増大させることができる。さらに、圧縮自着火を誘発することができる火花点火の進角限界と遅角限界を設定し、双方の限界時期の間で火花点火を行っているので、より確実に圧縮自着火させることができる。

第２の発明によれば、複数気筒のエンジンにおいて、気筒内温度が低い等の理由により圧縮自着火時期が遅い所定の気筒に対して補助的に火花点火を行うことにより、当該気筒の圧縮自着火を誘発し、圧縮自着火時期が早い他の気筒との間の圧縮自着火時期のバラツキを防止することができる。これにより、サイクル効率及び熱効率の向上を図ることができる。

第３の発明によれば、火花点火時期を調整することによって、例えば、高い熱効率を得ることができ又は排気ガスに含まれる大気汚染物質の排出を抑制することができる適切な着火時期に、圧縮自着火させることができる。

第４の発明によれば、複数気筒のエンジンにおいて、それぞれの気筒で火花点火を行う時期を調整することによって、各気筒間の圧縮自着火時期のバラツキを防止することができる。したがって、サイクル効率及び熱効率の向上を図ることができる。また、各気筒の火花点火時期を調整することによって、例えば、より高い熱効率を得ることができ又は排気ガスに含まれる大気汚染物質の排出を抑制することができる適切な着火時期に揃えて、圧縮自着火させることができる。

第５の発明によれば、火花点火を行うか又は行わないことによって、実際の圧縮自着火時期が目標圧縮自着火時期となるように圧縮自着火時期を調整することができる。したがって、例えば、目標圧縮自着火時期を、高い熱効率を得ることができ又は大気汚染物質の排出を抑制することができる着火時期に設定した場合、エンジン性能の向上又は大気汚染物質の排出抑制を図ることができる。

第６の発明によれば、火花点火時期を調整することによって、実際の圧縮自着火時期が目標圧縮自着火時期となるように圧縮自着火時期を調整することができる。したがって、例えば、目標圧縮自着火時期を、高い熱効率を得ることができ又は大気汚染物質の排出を抑制することができる着火時期に設定した場合、エンジン性能の向上又は大気汚染物質の排出抑制を図ることができる。

第７の発明によれば、上記第６と同様の効果を奏する。また、吸気温度条件によっては、進角限界と遅角限界との間で火花点火を行っても実際の圧縮自着火時期を目標圧縮自着火時期に調整することができない場合もあり、かかる場合には、吸気温度を適切に調整することによって、限られた時期に行われる火花点火によって確実に実際の圧縮自着火時期を目標圧縮自着火時期に調整することができる。

第８の発明によれば、上記第６と同様の効果を奏する。また、吸気温度条件によっては、各気筒において、進角限界と遅角限界の間で火花点火を行っても実際の圧縮自着火時期を目標圧縮自着火時期に調整することができない場合もあり、かかる場合には、吸気温度を適切に調整することによって、複数気筒のエンジンにおいて、全ての気筒で実際の圧縮自着火時期を目標圧縮自着火時期に調整することができる。

第９の発明によれば、上記第６と同様の効果を奏する。また、吸気温度を調整することによって、例えば、エンジン性能を向上することができ又は大気汚染物質の排出を抑制することができる特に最適な時期に火花点火を行うことができる。

第１０の発明によれば、上記第６と同様の効果を奏する。また、吸気温度を調整することによって、例えば、エンジン性能を向上することができ又は大気汚染物質の排出を抑制することができる特に最適な時期に火花点火を行うことができる。

以下、第１１から第１６の発明は、上記第８の構成を採用したとしても、圧縮自着火時期（火花点火時期）を適切に調整できない場合に、各種の手段を追加的に施すことによって圧縮自着火時期の調整を可能にするものである。

第１１の発明によれば、火花点火時期が進角限界となるような気筒（圧縮自着火し難い気筒）に対しては、燃料供給量を相対的に増大することによって圧縮自着火をし易い状態にし、火花点火時期を遅角させることができる。逆に、火花点火時期が遅角限界となるような気筒（圧縮自着火が容易な気筒）に対しては、燃料供給量を相対的に減少することによって圧縮自着火し難い状態にし、火花点火時期を進角させることができる。

第１２の発明によれば、火花点火時期が進角限界となるような気筒に対しては、有効圧縮比を相対的に増大することによって圧縮自着火をし易い状態にし、火花点火時期を遅角させることができる。逆に、火花点火時期が遅角限界となるような気筒に対しては、有効圧縮比を相対的に減少することによって圧縮自着火し難い状態にし、火花点火時期を進角させることができる。

第１３の発明によれば、火花点火時期が進角限界となるような気筒に対しては、ＥＧＲ量を相対的に増大することによって混合気温度を高め、圧縮自着火をし易い状態にし、火花点火時期を遅角させることができる。逆に、火花点火時期が遅角限界となるような気筒に対しては、ＥＧＲ量を相対的に減少する（又は無しにする）ことによって混合気温度を下げ、圧縮自着火し難い状態にし、火花点火時期を進角させることができる。

第１４の発明によれば、火花点火時期が進角限界となるような気筒に対しては、吸気温度を相対的に高めることによって圧縮自着火をし易い状態にし、火花点火時期を遅角させることができる。逆に、火花点火時期が遅角限界となるような気筒（圧縮自着火が容易な気筒）に対しては、吸気温度を相対的に低くすることによって圧縮自着火し難い状態にし、火花点火時期を進角させることができる。

第１５の発明によれば、火花点火時期が進角限界となるような気筒に対しては、気筒温度を相対的に高めることによって圧縮自着火をし易い状態にし、火花点火時期を遅角させることができる。逆に、火花点火時期が遅角限界となるような気筒に対しては、気筒温度を相対的に低くすることによって圧縮自着火し難い状態にし、火花点火時期を進角させることができる。

第１６の発明によれば、火花点火時期が進角限界となるような気筒に対しては、気筒の構成部材の放熱性を相対的に低くすることによって圧縮自着火をし易い状態にし、火花点火時期を進角限界よりも遅角させることができる。逆に、火花点火時期が遅角限界となるような気筒に対しては、気筒の構成部材の放熱性を相対的に高めることによって圧縮自着火し難い状態にし、火花点火時期を進角させることができる。

第１７の発明は、例えば、上記第１１〜１６の手段を施したとしても、圧縮自着火時期（火花点火時期）を適切に調整できない場合に、さらなる手段を施すものである。第１７の発明によれば、最も火花点火時期の遅い気筒において正常に運転が行われるようになるので、それ以外の気筒も含めて、失火を生じることがあってもノッキングを生じることはなくなる。したがって、ノッキングに起因するエンジンの損傷を確実に防止することができる。

第１８の発明によれば、混合気の空気過剰率に応じて進角限界を適切に設定することができる。

第１９の発明によれば、各気筒において、混合気の空気過剰率に応じて進角限界を適切に設定することができる。

第２０の発明によれば、混合気の吸気温度に応じて進角限界を適切に設定することができる。

第２１の発明によれば、各気筒において、混合気の吸気温度に応じて進角限界を適切に設定することができる。

本発明の実施形態に係る予混合圧縮自着火式エンジン１１の概略断面図である。 予混合圧縮自着火エンジンの概略平面図である。 ある運転条件における各気筒の気筒内圧力と熱発生率との変化を示したグラフである。 圧縮自着火が起きていない気筒について、火花点火を行わない場合と時期を変えて火花点火を行う場合との気筒内圧力と熱発生率との変化を示したグラフである。 火花点火時期と、圧縮自着火時期との関係を示すグラフである。 空気過剰率の変化に対する火花点火時期の進角限界の変化を示したグラフである。 吸気温度の変化に対する火花点火時期の進角限界の変化を示したグラフである。 空気過剰率及び吸気温度の変化に対する火花点火時期の進角限界の変化を示したグラフである。 （Ａ）は、火花点火を行わない場合の各気筒の圧縮自着火時期を示すグラフ、（Ｂ）は、火花点火時期を示すグラフ、（Ｃ）は、火花点火を行った場合の圧縮自着火時期を示すグラフである。 （Ａ）は、火花点火を行わない場合の各気筒の圧縮自着火時期を示すグラフ、（Ｂ）は、火花点火時期を示すグラフ、（Ｃ）は、火花点火を行った場合の圧縮自着火時期を示すグラフである。 火花点火時期と吸気温度との関係で圧縮自着火時期の変化を示すグラフである。 火花点火時期と吸気温度との関係で圧縮自着火時期の変化を示すグラフである。 火花点火時期と吸気温度との関係で圧縮自着火時期の変化を示すグラフである。 全ての気筒の火花点火時期と吸気温度との関係で圧縮自着火時期の変化を示すグラフである。 最適火花点火時期を設定した場合の、火花点火時期と吸気温度との関係で圧縮自着火時期の変化を示すグラフである。 最適火花点火時期を設定した場合の、火花点火時期と吸気温度との関係で圧縮自着火時期の変化を示すグラフである。 吸気温度を一定にした状態での空気過剰率と圧縮自着火時期との関係を示すグラフである。 分岐吸気管に燃料調整弁を設けた予混合圧縮自着火エンジンの概略平面図である。 分岐吸気管に加熱ヒータを設けた予混合圧縮自着火エンジンの概略平面図である。 外部ＥＧＲ装置を備えた予混合圧縮自着火エンジンの概略断面図である。 特にウォータージャケットを詳しく示す予混合圧縮自着火エンジンの概略平面断面図である。 図２２は、（ａ）火花点火を行わない場合、（ｂ）運転方法１で圧縮自着火していない特定の気筒に対してのみ補助的に火花点火を行った場合、（ｃ）運転方法４で圧縮自着火時期を揃えるべく全ての気筒において補助的に火花点火を行った場合における、各気筒間の気筒内最高圧力のバラツキ（最大値と最小値との差）を示すグラフである。 図２２と同様の各条件（ａ）（ｂ）（ｃ）において、各気筒間の圧縮自着火時期のバラツキを示すグラフである。 図２２と同様の各条件（ａ）（ｂ）（ｃ）において、各気筒間のノッキング強度のバラツキを示すグラフである。 図２２と同様の各条件（ａ）（ｂ）（ｃ）において、熱効率を比較して示すグラフである。 図２２と同様の各条件（ａ）（ｂ）（ｃ）において、未燃炭化水素（ＴＨＣ）の排出量を比較して示すグラフである。 図２２と同様の各条件（ａ）（ｂ）（ｃ）において、一酸化炭素（ＣＯ）の排出量を比較して示すグラフである。 火花点火時期と吸気温度との関係で圧縮自着火時期の変化を示すグラフである。

１１ 予混合圧縮自着火エンジン
１３ シリンダ
１４ ピストン
３５ 調温装置
４５ コントローラ
５７ 燃料調整弁
６１ 加熱ヒータ
６３ 外部ＥＧＲ手段

Claims (3)

1. 複数の気筒と気筒毎に配置される火花点火装置とを備えており、燃料と空気とを予め混合した混合気を各気筒内の燃焼室で圧縮自着火させると共に前記火花点火装置により火花点火させる予混合圧縮自着火式エンジンの運転方法であって、
   前記混合気の圧縮自着火を誘発することが可能な火花点火時期の進角限界と遅角限界とをそれぞれ設定する限界時期設定工程と、
   各気筒において、実際の圧縮自着火時期が、各気筒における圧縮自着火時期が揃うように設定された目標圧縮自着火時期に一致するように、進角限界と遅角限界との間で火花点火時期を調整する火花点火時期調整工程と、
   全ての気筒の吸気温度を調整することによって、実際の圧縮自着火時期を目標圧縮自着火に一致させる火花点火時期を変更する、全吸気温度調整工程と、
   火花点火時期が進角限界となる気筒に対する燃料供給量を、他の気筒に相対して増大させ、遅角限界となる気筒に対する燃料供給量を、他の気筒に相対して減少させることによって、実際の圧縮自着火時期を目標圧縮自着火に一致させる火花点火時期を変更する、燃料供給量調整工程と、
   火花点火時期が進角限界となる気筒の有効圧縮比を、他の気筒に相対して増大させ、遅角限界となる気筒における有効圧縮比を、他の気筒に相対して減少させることによって、実際の圧縮自着火時期を目標圧縮自着火に一致させる火花点火時期を変更する、有効圧縮比調整工程と、
   火花点火時期が進角限界となる気筒における吸気温度を、他の気筒に相対して高め、遅角限界となる気筒における吸気温度を、他の気筒に相対して低くすることによって、実際の圧縮自着火時期を目標圧縮自着火に一致させる火花点火時期を変更する、各吸気温度調整工程と、を備えており、
   全吸気温度調整工程、燃料供給量調整工程、有効圧縮比調整工程、及び各吸気温度調整工程は、いずれも、実際の圧縮自着火時期を目標圧縮自着火に一致させる火花点火時期が進角限界と遅角限界との間から外れている場合に実行される工程であり、
   全ての気筒において、実際の圧縮自着火時期を目標圧縮自着火に一致させる火花点火時期が、進角限界と遅角限界との間に入るまで、第１段階として全吸気温度調整工程、第２段階として燃料供給量調整工程、有効圧縮比調整工程、及び各吸気温度調整工程の少なくとも１つが、順に実行される、
   ことを特徴とする、予混合圧縮自着火式エンジンの運転方法。
2. 最も火花点火時期の遅い気筒において正常な運転を行うように、吸気温度を調整する、適正運転調整工程を備えており、
   適正運転調整工程は、全吸気温度調整工程、燃料供給量調整工程、有効圧縮比調整工程、及び各吸気温度調整工程を実行しても、実際の圧縮自着火時期を目標圧縮自着火に一致させる火花点火時期が、進角限界と遅角限界との間に入らない場合に実行される、
   請求項１に記載の予混合圧縮自着火式エンジンの運転方法。
3. 前記エンジンが排気ガスを気筒内に環流するＥＧＲ手段を備えており、
   全吸気温度調整工程及び／又は各吸気温度調整工程は、火花点火時期が進角限界となる気筒に対するＥＧＲ量を、他の気筒に相対して増大し、遅角限界となる気筒に対するＥＧＲ量を、他の気筒に相対して減少又は無しにすることによって実行される、
   請求項１又は請求項２に記載の予混合圧縮自着火式エンジンの運転方法。

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