JP4876557B2 - 火花点火式ガソリンエンジンの制御装置 - Google Patents

Description

本発明は火花点火式ガソリンエンジンの制御装置に関する。

一般に予混合圧縮自己着火燃焼（ＨＣＣＩ：Ｈｏｍｏｇｅｎｅｏｕｓ−Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ−Ｉｇｎｉｔｉｏｎ ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ。この明細書で「圧縮自己着火」という）を実行するに当たり、特許文献１に示すように、排気行程と吸気行程が重なる一対の気筒間において排気行程にある先行気筒でリーン燃焼させた既燃ガスを吸気行程にある後続気筒にそのまま導入したり、特許文献２に示すように、所定の運転領域において、排気弁の閉弁タイミングと吸気弁の開弁タイミングとを変更することにより、既燃ガスを燃焼室に残留させる技術（いわゆるネガティブオーバラップ）が知られている。特に、特許文献１には、圧縮自己着火を促進するために、少なくとも所定の低負荷側で圧縮上死点前に火花点火を実行する着火アシストが開示されている。

ところで、圧縮自己着火は、非特許文献１、２に示されているように、自発火（Ａｕｔｏｉｇｎｉｔｉｏｎ）という現象を意図的に発生させて、ＮＯｘの低減、およびポンピングロスの低減等を図る技術である。この自発火は、非特許文献１または２に記載されているように、スロー反応、多段反応、一段反応を段階的に有している。

スロー反応は、低圧力、低温（２００℃以下）の領域で生じ、通常のエンジンでは生じない。多段反応は、スロー反応が生じるよりも高温領域（約３００℃〜約４００℃の温度領域）において、比較的僅かな温度上昇で燃焼し、ホルムアルデヒドを生成する「冷炎」と、冷炎の後に比較的短時間発生し、急速に温度上昇してＣＯを生成する「青炎」と、青炎の後に発生し、急速に高温に変化する「熱炎」とを段階的に生じる燃焼反応である。一段反応は、多段反応よりも高温領域で生じる現象であり、着火後、直ちに熱炎を生じる現象である。

図１はイソオクタンの着火限界を示すダイアグラムである。

図１を参照して、同図のＬＲで示す領域（約３００℃〜約４００℃の温度領域）では、多段反応を起こして、冷炎が生じることにより、混合気が自発火する。他方、図１のＨＲで示すように、それ以外の高温／高圧領域では、一段反応を起こすことが知られている。

他方、自発火が生じる時間は、非特許文献１または２に記載されているように、アレニウスの式（Arrhenius function）により、

（但し、τ_D は着火遅れ、ｔは終端ガス（end-gas）が圧縮されるまでの経過時間、ｔｉは、自発火時間。）
によって求めることが可能であり、式（１）中の着火遅れτ_Dは、
τ_d =｛Ａ×ｅｘｐ（Ｂ／Ｔ）｝／Ｐ^C （２）
（但し、Ａ、Ｂ、Ｃは、混合気に依存するパラメータ、Ｔは温度、Ｐは圧力。）
を時間関数にすることによって求められる。
特開２００５−１０５９７４号公報 特開平１０−２６６８７８号公報 John B. Heywood著、 "Internal Combustion Engine Fundamentals" Ｐ．４６４−Ｐ．４６８ 長尾不二夫著、「内燃機関講義」第３次改著、株式会社養賢堂発行２００２年３月、Ｐ．１７６−Ｐ．１８０

ところで、上述した着火アシストは、多段反応が生じている比較的不安定な運転状態においては、熱炎反応を刺激するタイミングに実行することが好ましいことが本件発明者の鋭意研究により、明らかになってきた。

他方、式（１）から明らかなように、自発火は、着火遅れτ_Dに依存する関数である。この着火遅れτ_Dは、式（２）から明らかなように、筒内の温度Ｔや圧力Ｐに依存しており、運転状態によって刻々と変化する。従って、着火アシストもまた、筒内の温度Ｔや圧力Ｐの変化に応じてリタードさせることが必要となる。

ところが、固定タイミングで着火アシストを実行した場合、外気温が下がる等の原因により、着火遅れが生じると、失火が発生することになる。この失火により、当該気筒の筒内温度、筒内圧力は、さらに急速に低下することとなり、着火遅れτ_Dも大きくなる。このような着火遅れτ_Dの変化が、多段反応領域で生じると、熱炎反応を促進可能なタイミングよりも早い段階で火花点火が実行されてしまうこととなり、失火が繰り返される。他方、失火が繰り返されることにより、燃焼室内での燃料の偏在は、失火の度に顕著になる。その後、着火遅れτ_Dがさらに大きくなることにより、着火アシストが冷炎反応を促進するタイミングに実行されることとなり、燃焼室内における燃料の偏在と相俟って、ヘビーノッキングが生じることがわかってきた。特に、圧縮自己着火を特許文献２のようにいわゆるネガティブオーバラップで実現する場合、失火が繰り返されることでネガティブオーバラップによって筒内の空燃比がリッチになるので、着火時のノッキングがさらに著しくなることもわかってきた。

しかるに従来は、専ら、運転状態における負荷要求とエンジン速度との関係のみで着火アシストを実行していたので、適切な着火アシストのタイミングを制御することができなかった。

本発明は上記不具合に鑑みてなされたものであり、適切なタイミングで着火アシストを実行し、ヘビーノッキングを回避し、不安定な燃焼状態にある運転領域においても、確実に圧縮自己着火運転を実現することのできる火花点火式ガソリンエンジンの制御装置を提供することを課題としている。

上記課題を解決するために本発明は、複数の気筒を有する火花点火式ガソリンエンジンの制御装置であって、運転状態を判定する運転状態判定手段と、判定された運転状態に基づいて、少なくともエンジンの部分負荷運転領域で圧縮自己着火運転を実行するＨＣＣＩ実行手段と、少なくとも前記エンジンの部分負荷運転領域で圧縮自己着火運転を実行する際に着火アシストを実行する着火アシスト手段とを備え、前記運転状態判定手段は、失火を検出する失火検出手段を有し、前記着火アシスト手段は、前記失火検出手段により、圧縮自己着火運転を実行している気筒において失火が検出されなかった場合には、当該気筒に対し、圧縮行程の上死点前の圧縮行程後半に設定された基準アシストタイミングで火花点火を実行する一方、前記気筒で失火が検出された場合には、当該気筒に対し、前記基準アシストタイミングよりもリタードしたタイミングで火花点火を実行するものであることを特徴とする火花点火式ガソリンエンジンの制御装置である。この態様では、エンジンの部分負荷運転領域において圧縮自己着火運転を実行する際に、着火アシスト手段が所定の基準アシストタイミングで火花点火を実行することにより、自発火を促進し、確実に圧縮自己着火運転を実現することが可能になる。一方、圧縮自己着火運転を実行している気筒で失火が生じた場合には、火花点火のタイミングをリタードさせることにより、失火によって生じる筒内温度低下や圧力低下を見越して着火アシストのタイミングを設定することができるので、失火の繰り返しやそれによって誘発されるヘビーノッキングを防止することが可能になる。

好ましい態様において、前記ＨＣＣＩ実行手段は、部分負荷運転領域のうち所定の低負荷側の運転領域では、特定の気筒のみが圧縮自己着火運転する減筒運転を実行する一方、部分負荷運転領域のうち前記所定の低負荷を越える高負荷側の運転領域では、稼働気筒数を増やして圧縮自己着火運転を実行するものであり、前記着火アシスト手段は、減筒運転時に休止していた気筒が圧縮自己着火運転で稼働する際には、前記基準アシストタイミングよりもリタードしたタイミングで火花点火を実行するものである。この態様では、部分負荷運転領域のうち、所定の低負荷側の運転領域では、特定の気筒のみにおいて圧縮自己着火運転が実行されることにより、燃費や排気性能の向上を図ることができる。しかも、この圧縮自己着火運転は、特定の気筒のみが稼働する減筒運転であるので、稼働中の気筒一つ当たりの負荷が増幅されるため、比較的吸気温度が低温であっても、筒内温度が速やかに高くなり、燃焼安定性が向上する。この結果、圧縮自己着火運転が最も不安定になりやすいエンジン低負荷運転領域において、比較的低い吸気温度で圧縮自己着火を実現することが可能になり、吸気温度を高めることによる過早着火を回避し、燃費の向上を低負荷運転領域で維持することが可能になる。他方、運転状態が部分負荷運転領域のうち前記所定の低負荷を越える高負荷側の運転領域に移行した場合には、稼働率を上げるようにしているので、減筒運転時に稼働していた気筒でのノッキングを防止することが可能になるとともに、減筒運転時に休止していた気筒が圧縮自己着火運転を実行する際には、当該気筒の筒内温度、筒内圧力に応じて着火アシストのタイミングをリタードさせることができるので、気筒の稼働率を増加させた時の比較的不安定な運転状態においても、失火を確実に防止することが可能になる。

好ましい態様において、前記着火アシスト手段は、冷炎反応を含む多段反応が生じる運転領域においては、前記基準アシストタイミングとして、圧縮行程の上死点前の圧縮行程後半に冷炎反応を促進させる第１の火花点火を実行し、この第１の火花点火の所定時間後に熱炎反応を促進させる第２の火花点火を実行するものであり、前記所定の運転条件下では、第２の火花点火を、当該所定の運転条件に応じて前記基準アシストタイミングよりもリタードするものである。この態様では、多段反応が生じる不安定な運転領域において、冷炎反応、熱炎反応のそれぞれに対応した着火アシストを実行することができるとともに、所定の運転条件下では、熱炎反応の着火遅れに対応して着火アシストタイミングを制御することができるので、確実な圧縮自己着火を実現することが可能になる。

以上説明したように、本発明は、圧縮自己着火運転を実行している気筒で失火が生じた場合に、着火遅れを考慮したタイミングで着火アシストを実現することが可能になるので、専ら要求負荷とエンジン回転数のみで決定されていた運転状態では充分に防止することのできなかった失火やその繰り返しによるヘビーノッキングを確実に防止して燃焼安定性を高め、もって、不安定な燃焼状態にある運転領域においても、確実に圧縮自己着火運転を実現することが可能になるという顕著な効果を奏する。

以下、添付図面を参照しながら本発明の好ましい実施の形態について説明する。

図２は、本発明の実施の一形態に係る制御装置１０の概略構成を示す構成図であり、図３は図２に係る４サイクルガソリンエンジン２０の一つの気筒の構造を示す断面略図である。

図２および図３を参照して、図示の制御装置１０は、４サイクルガソリンエンジン２０と、このエンジン２０を制御するためのコントロールユニット１００とを備えている。

エンジン２０は、クランクシャフト２１を回転自在に支持するシリンダブロック２２と、シリンダブロック２２の上部に配置されたシリンダヘッド２３とを一体的に有しており、これらシリンダブロック２２およびシリンダヘッド２３には、クランクシャフト２１の長手方向に並ぶ４つの気筒２４Ａ〜２４Ｄが形成されている。

各気筒２４Ａ〜２４Ｄには、コンロッド２５を介して前記クランクシャフト２１に連結された４つのピストン２６が嵌挿されている。本実施形態において、気筒列方向の一端側から第１気筒２４Ａ、第２気筒２４Ｂ、第３気筒２４Ｃ、第４気筒２４Ｄと呼ぶと、このピストン２６が各気筒２４Ａ〜２４Ｄ内にて昇降する行程は、表１に示すように、当該気筒２４Ａ〜２４Ｄの燃焼サイクルが、第１気筒２４Ａ、第３気筒２４Ｃ、第４気筒２４Ｄ、第２気筒２４Ｂの順になるように、クランク角で１８０°ずつの位相差が設定されている。

各気筒２４Ａ〜２４Ｄ内には、燃焼室２７が形成されている。この際、排気行程と吸気行程とが重なる２つ一組の気筒（第１気筒２４Ａと第２気筒２４Ｂ、第３気筒２４Ｃと第４気筒２４Ｄ）間において、本実施形態では、排気行程側の気筒（本実施形態ではこれを先行気筒と呼ぶ）２４Ａ、２４Ｄから吸気行程側の気筒（本実施形態ではこれを後続気筒と呼ぶ）２４Ｂ、２４Ｃへ既燃ガスをそのまま導くような配管構造が構成されている。そして、先行気筒２４Ａ、２４Ｄの幾何学的圧縮比は、１４から１６の範囲に設定される一方、後続気筒２４Ｂ、２４Ｃの幾何学的圧縮比は、１１から１２の間に設定される。

図４は気筒２４Ａ〜２４Ｄを拡大して示す平面略図である。

図３および図４を参照して、シリンダヘッド２３の下面には、気筒２４Ａ〜２４Ｄ毎に燃焼室２７の天井部が構成され、この天井部は中央部分からシリンダヘッド２３の下端まで延びる２つの傾斜面を有するいわゆるペントルーフ型となっている。

上述したように、先行気筒２４Ａ、２４Ｄから後続気筒２４Ｂ、２４Ｃへ既燃ガスをそのまま導くような配管構造を構成するに当たり、先行気筒２４Ａ、２４Ｄには、２つ一組の吸気ポート２８が形成されているとともに、後続気筒２４Ｂ、２４Ｃには、吸気系統からの吸気を導入する一対の吸気ポート２８ａと、先行気筒２４Ａ、２４Ｄからの既燃ガスを導入する吸気ポート２８ｂがそれぞれ形成されている。他方、先行気筒２４Ａ、２４Ｄには、既燃ガスをそのまま排気系統に排出するための排気ポート２９ａと、後続気筒２４Ｂ、２４Ｃへ既燃ガスを導くための排気ポート２９ｂがそれぞれ一つずつ形成されているとともに、後続気筒２４Ｂ、２４Ｃには、既燃ガスをそのまま排気系統に排出するための排気ポート２９のみが一つずつ形成されている。また、先行気筒２４Ａ、２４Ｄの排気ポート２９ｂは、気筒間ガス通路５４によって、対応する後続気筒（図示の例では、第１気筒２４Ａについては第２気筒２４Ｂ、第４気筒２４Ｄについては第３気筒２４Ｃ）の吸気ポート２８ｂと連通可能に接続されている。

さらに、各吸気ポート２８、２８ａ、２８ｂと、各排気ポート２９、２９ａ、２９ｂには、それぞれ吸気弁３０、３０ａ、３０ｂと、排気弁３１、３１ａ、３１ｂが設けられている。各吸気弁３０、３０ａ、３０ｂと、各排気弁３１、３１ａ、３１ｂは、カムシャフト３７、３８等を含む周知の動弁機構により、所定のタイミングで開閉するように駆動される。

各気筒２４Ａ〜２４Ｄの吸気弁３０、３０ａ、３０ｂと、排気弁３１、３１ａ、３１ｂには、それぞれ公知のタペットユニット３６が設けられている。タペットユニット３６は、シリンダヘッド２３に設けられた動弁機構のカムシャフト３７、３８のカム３７ａ、３８ａによって、周期的に駆動されるものである。

さらに、これらの各弁３０ａ〜３０ｂ、３１ａ〜３１ｂのうち、先行気筒２４Ａ、２４Ｄの排気弁３１ａ、３１ｂと、後続気筒２４Ｂ、２４Ｃの吸気弁３０ａ、３０ｂのタペットユニット３６には、各弁３０〜３０ｂ、３１〜３１ｂを作動状態と停止状態とに切り換える弁停止機構が設けられている。この弁停止機構の構造自体は、いわゆるロストモーション機構として従来から知られているため詳しい図示は省略する。

図５は、弁停止機能を有するタペットユニット３６を制御するための回路構成を示す平面略図である。

図５を参照して、コントロールユニット１００には、先行気筒２４Ａ、２４Ｄの排気弁３１ａと、後続気筒２４Ｂ、２４Ｃの吸気弁３０ａのタペットユニット３６に作動油を供給する作動油回路１１０のコントロール弁１１１が出力要素として接続されているとともに、先行気筒２４Ａ、２４Ｄの排気弁３１ｂと後続気筒２４Ｂ、２４Ｃの吸気弁３０ｂのタペットユニット３６に作動油を供給する作動油回路１１２のコントロール弁１１３が出力要素として接続されている。そして、各弁３０ａ、３０ｂ、３１ａ、３１ｂは、コントロールユニット１００によって、選択的に開閉されるよう構成されている。この結果、コントロールユニット１００は、エンジン２０を圧縮自己着火運転（減筒運転、全筒運転）や、強制着火運転等の複数の運転モードを実行することが可能になっている。

次に、図３を参照して、燃焼室２７の側部には、コントロールユニット１００からの燃料噴射パルスを受けて、このパルス幅に対応する燃料を燃焼室２７に噴射する燃料噴射弁３２が設けられている。この燃料噴射弁３２は、図略のニードル弁及びソレノイドを内蔵し、コントロールユニット１００から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。なお、この燃料噴射弁３２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２７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ている。

図４を参照して、各気筒２４Ａ〜２４Ｄには、シリンダヘッド２３に固定され、燃焼室２７内にスパークを発する３個の点火プラグ３４が配設されている。各点火プラグ３４は、ピストン２６の稜線部分と平行なシリンダ直径沿いに並んでおり、中央のものがシリンダボア中心Ｚ上に配置され、両側のものが燃焼室２７の側縁に配置されている。各点火プラグ３４には、電子制御による点火タイミングのコントロールが可能な点火回路３５が接続されており、この点火回路３５がコントロールユニット１００に制御されることにより、点火プラグ３４は、選択的に点火制御されるようになっている。

次に、図２および図３を参照して、エンジン２０の吸気ポート２８、２８ａには、インテークマニホールド４２の分岐吸気管４３が接続している。分岐吸気管４３は、気筒２４Ａ〜２４Ｄ毎に設けられており、それぞれがインテークマニホールド４２に等長の吸気経路を形成した状態で接続されている。図示の実施形態において、各気筒２４Ａ〜２４Ｄの吸気ポート２８、２８ａは、それぞれクランクシャフト方向に沿って配設されており、前記分岐吸気管４３の下流端は、各気筒２４Ａ〜２４Ｄの吸気ポート２８、２８ａに対応して二股に形成されている。分岐吸気管４３の上流側合流部分には、開閉弁４４が設けられている。開閉弁４４は、三方電磁弁で具体化されたものであり、アクチュエータ４５によって、個別に分岐吸気管４３の集合部分を所望量だけ開閉できるように構成されている。

インテークマニホールド４２の上流側には、新気をインテークマニホールド４２内部に導入するための吸気通路４６が接続されている。この吸気通路４６には、スロットルバルブ４７が設けられている。

排気ポート２９、２９ａには、分岐排気管５１が接続されている。各分岐排気管５１の下流端は、エキゾーストマニホールド５２に接続されている。このエキゾーストマニホールド５２には、既燃ガスを排出する排気通路５３が接続されている。この排気通路５３には、排気浄化のために三元触媒５５が設けられている。この三元触媒５５は、一般に知られているように、排気ガスの空燃比が理論空燃比（つまり空気過剰率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触媒である。

次に、インテークマニホールド４２、エキゾーストマニホールド５２の間には、排気された既燃ガスをインテークマニホールド４２に還流させる外部ＥＧＲシステム６０が設けられている。外部ＥＧＲシステム６０は、インテークマニホールド４２とエキゾーストマニホールド５２との間に形成された還流通路６１に接続され、ＥＧＲクーラ６２と、ＥＧＲ弁６３と、ＥＧＲ弁６３を駆動するアクチュエータ６４とを備えた公知のバルブシステムである。

図６は図２の実施形態に係る吸気加熱手段としての吸気加熱システム７０の構成を示す構成図である。

図６を参照して、吸気通路４６には、スロットルバルブ４７の上流側に三方電磁弁４８が設けられており、この三方電磁弁４８に接続されたバイパス通路４９には、ヒータ５０が設けられている。この三方電磁弁４８は、開閉弁４４と同様に、コントロールユニット１００の制御により、開弁割合を変更可能に構成されている。従って、三方電磁弁４８を切り換えることにより、所望の割合で外気をインテークマニホールド４２に導入したり、ヒータ５０で加温された空気をインテークマニホールド４２に導入したりすることができるようになっている。

さらに吸気通路４６には、加熱通路７１が分岐接続されている。この加熱通路７１の途中には、冷却水熱交換器７２と、排気熱交換器７３が接続されている。

加熱通路７１は、各熱交換器７２、７３を経て吸熱した熱を吸気側に還流するためのものである。加熱通路７１の下流側には、気筒２４Ａ〜２４Ｄ毎に分岐した分岐管７１ａが設けられ、各分岐管７１ａは、対応する開閉弁４４の吸気側のポートに接続されている。

冷却水熱交換器７２は、エンジン２０の水冷システム７４に接続されて、エンジン２０からラジエータ（図示せず）に還流する冷却水が吸収した熱を、加熱通路７１を通る吸気に吸収させるためのものである。

排気熱交換器７３は、エンジン２０の排気通路５３に接続されて、既燃ガスの熱を、加熱通路７１を通る吸気に吸収させるためのものである。排気熱交換器７３は、加熱通路７１において、冷却水熱交換器７２の下流側に配置されている。

本実施形態において、上述したヒータ５０と、これら熱交換器７２、７３が、吸気加熱システム７０の主要部を構成している。

図２を参照して、エンジン２０の運転状態を検出するために、吸気通路４６には、エアフローセンサＳＷ１が設けられ、開閉弁４４の下流には吸気温度Ｔを予測するための吸気温度センサＳＷ２（図３参照）が設けられている。また、シリンダブロック２２には、クランクシャフト２１の回転数を検出する回転数センサＳＷ３および冷却水の温度を検出するエンジン水温センサＳＷ４が設けられている（図３参照）。さらに、排気通路５３には、上述した三元触媒５５の上流側に設けられて空燃比を制御するための酸素濃度センサＳＷ５が設けられている。さらにヒータ５０および排気熱交換器７３には、それぞれ温度センサＳＷ７、ＳＷ８が設けられており、ヒータ５０で加熱されたバイパス通路４９内の吸気の温度と、加熱通路７１内の吸気の温度とを検出することができるようになっている。さらに、エンジン２０には、筒内圧力を検出するための圧力センサＳＷ１０が設けられている（図３参照）。本実施形態においては、クランク角度ＣＡと筒内圧力から、失火が生じているか否かを判定する失火検出手段が、回転数センサＳＷ３および圧力センサＳＷ１０によって具体化されている。

エンジン２０には、制御手段としてのコントロールユニット１００が設けられている。このコントロールユニット１００には、エアフローセンサＳＷ１、吸気温度センサＳＷ２、回転数センサＳＷ３、エンジン水温センサＳＷ４、酸素濃度センサＳＷ５、エンジン負荷を検出するためのアクセル開度センサＳＷ６、並びに温度センサＳＷ７、ＳＷ８、圧力センサＳＷ１０が入力要素として接続されている。これら各センサＳＷ１〜ＳＷ１０は、何れも本実施形態における運転状態検出手段の具体例である。他方、コントロールユニット１００には、点火プラグ３４の点火回路３５、開閉弁４４のアクチュエータ４５、スロットルバルブ４７のアクチュエータ、吸気通路４６の三方電磁弁４８、ヒータ５０が制御要素として接続されている。

図２を参照して、コントロールユニット１００は、ＣＰＵ１０１、メモリ１０２、インターフェース１０３並びにこれらのユニット１０１〜１０３を接続するバス１０４を有するものであり、メモリ１０２に記憶されるプログラム並びにデータによって、運転状態を判定する運転状態判定手段を機能的に構成している。

図７は、図２の実施形態に係る運転状態に応じた制御を行うための運転領域設定の一例を示す特性図である。

図７を参照して、図示の実施形態では、エンジン回転数Ｎが所定回転数Ｎ１以下の部分負荷運転領域Ｄにおいて、圧縮自己着火運転を実行し、残余の領域では、火花点火による強制着火運転を実行するように設定されている。さらに、圧縮自己着火運転を実行する部分負荷運転領域Ｄにおいて、所定の低負荷側の運転領域Ｄ₁では、減筒運転を実行する一方、前記所定の低負荷を越える高負荷側の運転領域Ｄ₂では、全筒運転を実行するようになっている。

コントロールユニット１００は、メモリ１０２に記憶されている図７の制御用マップに基づき、前記回転数センサＳＷ３及びアクセル開度センサＳＷ６等からの信号により調べられるエンジンの運転状態（エンジン回転数及びエンジン負荷）が何れの運転領域にあるかを判別するようになっている。

圧縮自己着火運転を実行する場合、コントロールユニット１００は、気筒間ガス通路５４を介して先行気筒２４Ａ、２４Ｄの既燃ガスを後続気筒２４Ｂ、２４Ｃに導入させる２気筒接続状態とする。

この状態で、減筒運転を実行する際、コントロールユニット１００は、吸気加熱システム７０を作動しつつ、後続気筒２４Ｂ、２４Ｃの吸気弁３０ａを閉じて後続気筒２４Ｂ、２４Ｃへの吸気を遮断し、なおかつ燃料供給や火花点火を休止して、専ら先行気筒２４Ａ、２４Ｄのみを稼働する。この減筒運転を実行することにより、アイドル運転時等、燃焼安定性の悪い低負荷側において、稼働中の一気筒当たりの負荷を相対的に増加することができ、吸気温度Ｔを上昇させるまでもなく、圧縮自己着火運転による燃焼安定性を向上することが可能になる。

また、コントロールユニット１００は、部分負荷運転領域Ｄで、先行気筒２４Ａ、２４Ｄの減筒運転を実行する際、圧縮自己着火を促進するため、少なくとも所定の低負荷側で圧縮上死点前に先行気筒２４Ａ、２４Ｄの着火アシストを実行するように点火回路３５を駆動する。

他方、前記所定負荷よりも高負荷側の運転領域Ｄ₂では、全気筒２４Ａ〜２４Ｄが稼働する全筒運転が実行される。この全筒運転では、先行気筒２４Ａ、２４Ｄと後続気筒２４Ｂ、２４Ｃとを連通する。全筒運転では、先行気筒２４Ａ、２４Ｄでの既燃ガスが気筒間ガス通路５４を経由して後続気筒２４Ｂ、２４Ｃに導入され、さらに後続気筒２４Ｂ、２４Ｃにおいても圧縮自己着火運転が実行されることになる。また、全筒運転時においても、コントロールユニット１００は、前記吸気加熱システム７０を作動させ、エンジン負荷に応じて吸気温度を調整する。

吸気温度の調整方法としては、予めメモリ１０２にエンジン運転状態に基づく目標吸気温度Ｔと吸気量とを制御マップとして記憶しておき、エアフローセンサＳＷ１、吸気温度センサＳＷ２、アクセル開度センサＳＷ６、温度センサＳＷ７、ＳＷ８の検出値から筒内への吸気温度Ｔと目標吸気量になるように、制御マップから値を読取って、スロットルバルブ４７、開閉弁４４、三方電磁弁４８の開量を調整することにより実現される。

他方、強制着火運転を実行する際は、各気筒２４Ａ〜２４Ｄにそれぞれ新気を導入させる各気筒独立状態とするように吸排気流通状態を変更すべくコントロールユニット１００が作動油回路１１０、１１２のコントロール弁１１１、１１３を駆動して、タペットユニット３６を制御する。

また、コントロールユニット１００は、判定した運転状態に応じて燃料噴射弁３２からの噴射量及び噴射タイミングを制御する。

図８は各気筒２４Ａ〜２４Ｄに対する燃料噴射量とエンジン負荷との関係を示すグラフである。

図８を参照して、コントロールユニット１００のメモリ１０２には、図８に基づく制御マップが記憶されている。この制御マップにおいて、減筒運転が実行される低負荷側の運転領域Ｄ₁では、負荷の増大に伴って先行気筒２４Ａ、２４Ｄへの燃料噴射量を増加するように設定されている。他方、高負荷側の運転領域Ｄ₂では、後続気筒２４Ｂ、２４Ｃでの圧縮自己着火運転の開始時に当該後続気筒２４Ｂ、２４Ｃへ所定量の燃料を供給するとともに、先行気筒２４Ａ、２４Ｄへの燃料供給量を前記所定量だけ減量するように設定されている。

さらに、後続気筒２４Ｂ、２４Ｃが運転を開始した後は、先行気筒２４Ａ、２４Ｄへの燃料噴射量は、減量後の一定量に維持され、後続気筒２４Ｂ、２４Ｃへの燃料噴射量のみがエンジン負荷の増加に伴って増量するように設定されている。

図９は１５００ｒｐｍのときの図示平均有効圧力（ＩＭＥＰ）と図示燃料消費率（ＩＳＦＣ）の関係を示すグラフである。

図９を参照して、低負荷側の運転領域Ｄ₁において、外部ＥＧＲのない状態で仮に全気筒２４Ａ〜２４Ｄを稼働させて運転した場合、図示燃料消費率は、２００近くになってしまう。これに対して、運転領域Ｄ₁において、減筒運転を実行した場合、一気筒当たりの負荷の増加によって、図示燃料消費率は、大幅に低減する。

以上の構成によれば、運転状態が低負荷側の運転領域Ｄ₁であると判定された場合、コントロールユニット１００は、後続気筒２４Ｂ、２４Ｃに係る吸気弁３０ａを閉じて、先行気筒２４Ａ、２４Ｄのみを稼働し、燃料噴射を行う。これにより、先行気筒２４Ａ、２４Ｄにおいて、圧縮自己着火運転が実行され、既燃ガスが後続気筒２４Ｂ、２４Ｃに導入される。この際、先行気筒２４Ａ、２４Ｄへの燃料噴射量は、エンジン負荷の増大に伴って増加される。さらに、この減筒運転時において、少なくとも低負荷側では、先行気筒２４Ａ、２４Ｄでの着火をアシストするための点火が実行される。これにより、先行気筒２４Ａ、２４Ｄでの圧縮自己着火運転が確実に実行され、燃焼安定性が向上する。

次に、エンジン負荷が増大し、運転状態が高負荷側の運転領域Ｄ₂であると判定された場合、コントロールユニット１００は、全気筒２４Ａ〜２４Ｄに燃料噴射を行い、全気筒を稼働させて、圧縮自己着火運転を実行する。この際、先行気筒２４Ａ、２４Ｄへの燃料噴射量が減量されるとともに、後続気筒２４Ｂ、２４Ｃへの燃料噴射量を先行気筒２４Ａ、２４Ｄでの減量分に設定して運転を開始する。これとともに、後続気筒２４Ｂ、２４Ｃが運転を開始した後は、先行気筒２４Ａ、２４Ｄへの燃料噴射量は、一定量に維持され、後続気筒２４Ｂ、２４Ｃへの燃料噴射量のみがエンジン負荷の増加に伴って増量される。

次に、本実施形態における着火アシスト制御の詳細について説明する。

図１０は、本件発明者が実施した失火とノッキングとの関係を示すグラフであり、より詳細には、エンジン回転速度Ｎ＝１５００ｒｐｍで、いわゆるネガティブオーバラップを実施し、着火アシストタイミングとして４通りのタイミングＴＳ１〜ＴＳ４を試験した結果を示している。ネガティブオーバラップの条件としては、排気弁を早閉じ（ＥＸクローズ＝上死点前９０°ＣＡ）にし、吸気弁を遅開き（ＩＮオープン＝上死点後８０°ＣＡ）にしている。また図１０において、横軸は同一気筒のサイクル数、縦軸は、最大圧力（ＭＰａ）である。

従来、着火アシストは、ＴＳ３のタイミングで固定されていた。この場合、一度、失火が生じると、２、３回の失火を繰り返した後、ヘビーノッキングが発生することが確認された。また、ＴＳ２、ＴＳ４の場合でも、それぞれ数回失火を繰り返した後、ヘビーノッキングが生じている。

他方、失火が生じた後、ＴＳ１のように、火花点火のタイミングを圧縮上死点に近づけるようにリタードすると、自発火が適切に生じ、その後は幾分不安定なものの、ノッキングの生じない燃焼特性が得られることがわかった。

これらの現象について、詳細な理由はまだ明確につかめていないが、本件発明者は以下の理由によるものと推測している。

図１１は、多段反応を示すグラフであり、（Ａ）は多段反応領域の場合、（Ｂ）は一段反応領域の場合である。

図１１（Ａ）を参照して、多段反応が生じる場合における熱炎反応ＨＴＲが生じるまでの着火遅れτ_D は、物理的着火遅れτ_ph（燃料の微粒化、加熱、蒸発など反応を伴わない期間）をも考慮すると、
τ_D ＝τ_ph＋τ_d1＋τ_d2 （３）
であり、各着火遅れτ_ph、τ_d1、τ_d2は、課題欄で説明した式（２）で演算されるものであるから、何れも筒内圧力と筒内温度に依存している。

ところで、失火の原因は、筒内温度や筒内圧力が低下していることにあり、例えば、上述したような減筒運転時に休止していた気筒を稼働させる場合や、稼働中であっても、急に冷たい外気を吸入した場合等に生じやすい現象である。このため、失火が生じている時点で、筒内温度は下がっていると考えられることから、式（２）より、着火遅れτ_Dの値が大きくなっている。この結果、本来ならば、図１１（Ａ）で示す熱炎反応ＨＴＲを活性化するのに好適なタイミングが圧縮上死点にリタードしてしまい、失火が繰り返されると考えられる。

この失火の繰り返しにより、筒内温度や筒内圧力は、ますます低下するとともに、ネガティブオーバラップによって、筒内の空燃比がリッチ化する。加えて、筒内温度の低下によって燃料の偏在化が進行する。この状態で、さらに、着火遅れτ_Dの値が大きくなると、熱炎反応を刺激するために設定された火花点火のタイミングが、冷炎反応を刺激するタイミングと合致し、この時点で急激な燃焼が生じてヘビーノッキングが生じることとなる、と考えられる。

以上の考察から、本実施形態においては、ＨＣＣＩ運転領域において、失火が生じた場合に、失火の繰り返しを回避し、安定燃焼運転に速やかに復帰するための制御プログラムをコントロールユニット１００にインストールしている（図１２〜図１４参照）。

次に、失火が生じなかった場合の着火アシストタイミングについて考察する。

多段反応領域においては、酸化反応が開始されてから、所定時間（着火遅れτ_d1）経過後に青炎を伴う冷炎反応ＬＴＲが発生する。一般に冷炎反応と青炎反応とは、通常、識別が困難であることから、図示の例では、両者を併せて冷炎反応ＬＴＲとしている。この冷炎反応ＬＴＲが生じている期間（着火遅れτ_d2）では、化学エネルギの５％〜１０％が遊離されるが、その燃焼生成物として多量のホルムアルデヒドが生成され、これが中間生成物としてさらに分枝連鎖反応（chain-branching reactions）に大きな役割を果たすことになる。このホルムアルデヒドの分枝連鎖反応は、爆発性を有しており、いわゆる分枝連鎖爆発（chain-branching explosion）を引き起こして、青炎を生成する。この時点（冷炎反応ＬＴＲが生じる領域と熱炎反応ＨＴＲが生じる領域の境界）では、青炎によって、元の炭化水素は全てＣＯに酸化する。この青炎の発生時において、温度が充分高く、活性中心の濃度が充分に高ければ、熱炎ＨＴＲを発生し、炭化水素の酸化反応は最終段階に移行する。そこで、本実施形態では、このような多段反応を効果的に促進するために、圧縮行程の上死点前の圧縮行程後半に冷炎反応ＬＴＲを促進させる第１の火花点火Ｆ１を実行し、この第１の火花点火Ｆ１の所定時間後に熱炎反応ＨＴＲを促進させる第２の火花点火Ｆ２を実行するように設定されている。

第１の火花点火Ｆ１の点火タイミングＣＡ１としては、圧縮上死点前２０ｍｓｅｃから１５ｍｓｅｃが、いわゆる「基準アシストタイミング」として好ましい。また、第２の火花点火Ｆ２の点火タイミングＣＡ２としては、圧縮上死点前７ｍｓｅｃから５ｍｓｅｃの範囲が、いわゆる「基準アシストタイミング」として好ましい。これは本件発明者が鋭意研究の結果、図示平均有効圧力の変動率（この明細書で「ＣＯＶ（Coefficient Of Variability）」という）を低減するために好適な範囲として見出されたものである。

他方、図１１（Ｂ）を参照して、運転領域が一段反応領域である場合、所定の着火遅れτ_d が経過した後、速やかに熱炎反応が発生し、冷炎はもはや存在しなくなる。そのような場合に図１１（Ａ）のような着火アシストを複数回実行すると、却って燃焼特性が悪くなり、燃費や排気性能の低下が懸念されることとなる。そこで、本実施形態では、低負荷側では、図１１（Ｂ）の破線で示す通常の着火アシストＦを実行し、高負荷側では、図１１（Ｂ）の実線で示すように、第２の火花点火Ｆ２のみをバックアップ点火として実行することとしている。さらに、本実施形態においては、このバックアップ運転領域が高負荷側にあるときには、図示の通り、第２の火花点火Ｆ２の点火タイミングＣＡ２を圧縮上死点付近（圧縮上死点後を含む）に設定している。これにより、熱炎反応ＨＴＲを促進し、熱発生率を圧縮上死点以降に高めて急速燃焼を実現し、燃費の向上を促進することが可能になる。

コントロールユニット１００は、メモリ１０２に記憶されている図７に対応する制御用マップに基づき、前記回転数センサＳＷ３及びアクセル開度センサＳＷ６等からの信号により調べられるエンジンの運転状態（エンジン回転数及びエンジン負荷）が何れの運転領域にあるかを判別するようになっている。そして、図１１（Ａ）（Ｂ）に対応する制御マップに基づき、着火アシスト運転領域では、図１１（Ａ）に示すタイミングで、バックアップ点火運転領域では、図１１（Ｂ）に示すタイミングで、それぞれ点火回路３５を駆動するように構成されている。

他方、強制着火運転を実行する際は、各気筒２４Ａ〜２４Ｄにそれぞれ新気を導入させる各気筒独立状態とするように吸排気流通状態を変更すべくコントロールユニット１００が上述した各作動油回路のコントロール弁を駆動して、タペットユニット３６を制御するように構成されている。

また、コントロールユニット１００は、判定した運転状態に応じて燃料噴射弁３２からの噴射量及び噴射タイミングを制御する。

図１２〜図１４は、本実施形態に係る制御プログラムのフローチャートである。

まず、図１２を参照して、コントロールユニット１００は、上述した各入力要素からの信号に基づき、運転状態を判定し、現在の運転状態がＨＣＣＩ運転領域Ｄであるか否かを判定する（ステップＳ１００）。仮にＨＣＣＩ運転領域Ｄでない場合には、各気筒２４Ａ〜２４Ｄにそれぞれ新気を導入させる各気筒独立状態とするように吸排気流通状態を変更し、通常の強制着火運転モードに切り換え（ステップＳ１０１）、その後はステップＳ１００に移行する。

他方、ステップＳ１００において、ＨＣＣＩ運転領域Ｄであると判定された場合には、先行気筒２４Ａ、２４Ｄと後続気筒２４Ｂ、２４Ｃとを連通し、ＨＣＣＩ運転モードに移行する（ステップＳ１０２）。そして、上述した運転条件に基づいて、低負荷側では減筒運転が実行され、高負荷側では、全筒運転が実行される。

次いで、コントロールユニット１００は、回転数センサＳＷ３および圧力センサＳＷ１０の検出値に基づいて、圧縮上死点経過後に稼働中の気筒２４Ａ〜２４Ｄに失火が生じているか否かを判定し（ステップＳ１０３）、失火が生じている場合には、いわゆる「所定の運転条件」が成立したものとして、ステップＳ１０４以下のフローを実行する。なお、減筒運転から全筒運転に移行した際、減筒運転時に休止していた後続気筒２４Ｂ、２４Ｃを稼働させる際においても、本実施形態では、このステップＳ１０３において、ステップＳ１０４以下のフローを実行することとしている。

ステップＳ１０３において、失火検出がＹＥＳである場合、すなわち、「所定の運転条件」が成立していると判定された場合には、まず、当該気筒において、ＨＣＣＩ運転が実行可能かどうか、運転状態が判定される（ステップＳ１０４）。この判定により、コントロールユニット１００は、運転状態の検証を実施することになる。

ステップＳ１０５において、仮にＨＣＣＩ運転が実行不能と判定された場合には、コントロールユニット１００は、速やかに運転モードをＳＩ運転に切り換える。他方、ＨＣＣＩ運転が可能であると判定された場合には、さらに運転領域が多段反応領域であるか否かが判定される（ステップＳ１０６）。図１１（Ａ）（Ｂ）にて説明したように、仮に運転領域が多段反応領域である場合には、多段反応を効果的に促進するために、圧縮行程の上死点前の圧縮行程後半に冷炎反応ＬＴＲを促進させる第１の火花点火Ｆ１を実行し、この第１の火花点火Ｆ１の所定時間後に熱炎反応ＨＴＲを促進させる第２の火花点火Ｆ２を実行するように設定されている。そこで、多段反応領域での運転時に失火が生じた場合には、まず、τ_d1、τ_d2 を演算し（ステップＳ１０７）、予め実験等で決定された遅れ時間と着火アシストタイミングを決定する制御マップＭ１１から第２の火花点火Ｆ２のタイミングを読み取って、リタード量を設定し（ステップＳ１０８）、設定されたタイミングに基づいて、第１、第２の火花点火Ｆ１、Ｆ２が実行される（ステップＳ１０９）。

図１５は失火が生じた場合の着火アシストのタイミングを示すタイミングチャートであり、（Ａ）は多段反応領域における制御、（Ｂ）は一段反応領域における制御をそれぞれ示している。

図１５（Ａ）を参照して、多段反応が生じている場合、本実施形態においては、第１の火花点火Ｆ１が、圧縮上死点前２０ｍｓｅｃから１５ｍｓｅｃの着火タイミングで、第２の火花点火Ｆ２が、圧縮上死点前７ｍｓｅｃから５ｍｓｅｃの着火タイミングで実行される。ここで、仮に失火が生じた場合には、上述したフローにより、第２の火花点火Ｆ２が着火遅れτ_D に応じてリタードされるので、図示の通り、失火の繰り返しを可及的に防止することが可能になっている。また、リタード量を着火遅れτ_D に応じて決定することにより、実質的に筒内温度や筒内圧力に応じて熱炎反応を好適なタイミングで刺激することが可能になり、この点からも失火を確実に防止することが可能になる。

図１２に戻って、ステップＳ１０６において、運転領域が一段反応領域である場合、図１５（Ｂ）に示すように、低負荷側では、通常の着火アシストＦが実行されている。このような運転領域で失火が生じた場合には、まず、τ_d が演算され（ステップＳ１１０）、予め実験等で決定された遅れ時間と着火アシストタイミングを決定する制御マップＭ１２から火花点火Ｆのタイミングを読み取って、リタード量を設定し（ステップＳ１１１）、設定されたタイミングに基づいて、火花点火Ｆが実行される（ステップＳ１１２）。

図１５（Ｂ）を参照して、一段反応が生じる低負荷側の運転領域では、火花点火Ｆが実行される。ここで、仮に失火が生じた場合には、上述したフローにより、火花点火Ｆが着火遅れτ_d に応じて設定されるので、図示の通り、失火の繰り返しを可及的に防止することが可能になっている。また、設定量を着火遅れτ_d に応じて決定することにより、実質的に筒内温度や筒内圧力に応じて熱炎反応を好適なタイミングで刺激することが可能になり、この点からも失火を確実に防止することが可能になる。

ステップＳ１０９またはステップＳ１１２の後、コントロールユニット１００は、再度、ステップＳ１０３に復帰し、失火の繰り返しを未然に防止することとしている。

次に、図１３を参照して、前記ステップＳ１０３において、失火が生じていない場合、コントロールユニット１００は、後続気筒２４Ｂ、２４Ｃの筒内圧力を推定し、筒内温度を検出することによって、運転状態が多段反応領域であるか否かを判定する（ステップＳ１２１）。この判定により、運転状態が多段反応領域であると判定された場合には、コントロールユニット１００は、現在のエンジン回転数Ｎとトルクτとを算出し（ステップＳ１２２）、算出されたエンジン回転数Ｎとトルクτとをそれぞれ目標エンジン回転数Ｎｔ、目標トルクτｔとして、メモリ１０２に記憶する（ステップＳ１２３）。

次いで、コントロールユニット１００は、図示平均有効圧力を演算し、その変化をモニタすることにより、ＣＯＶを算出し（ステップＳ１２４）、基準値（本実施形態では、５％）以下であるか否かを判定する（ステップＳ１２５）。ここで、演算されたＣＯＶが仮に５％を越える場合には、図１１（Ａ）のタイミングチャートに基づく制御マップＭ１から、第１の火花点火Ｆ１と第２の火花点火Ｆ２の点火時期を設定し（ステップＳ１２６）、設定された点火時期でそれぞれ火花点火Ｆ１、Ｆ２を実行する（ステップＳ１２７）。

これにより、第１の火花点火Ｆ１が実行されることで、図１１（Ａ）に示す冷炎反応ＬＴＲが促進され、さらに、第２の火花点火Ｆ２が実行されることで、熱炎反応ＨＴＲが促進され、確実に圧縮自己着火を実現することが可能になる。また、この圧縮自己着火においては、ＣＯＶが大幅に低減され、燃焼安定性の高い圧縮自己着火運転を実現可能になる。

コントロールユニット１００は、各火花点火Ｆ１、Ｆ２後に再度、ＣＯＶを演算し、ＣＯＶが５％以下に低減したか否かを判定する（ステップＳ１２８）。仮にＣＯＶが安定しない場合、すなわち、５％を越えている場合には、ステップＳ１００に戻して、運転状態を判定させ、場合によってはＳＩ運転に切り換える。なお、別の実施形態としては、このステップ１１０でＣＯＶが５％を越えていると判定された場合に、ステップＳ１２６に戻って、再度、第１、第２の火花点火Ｆ１、Ｆ２による着火アシストが実行されるようにしてもよい。

ステップＳ１２８において、ＣＯＶが５％以下に低減したと判定される場合には、再度、エンジン回転数Ｎ、トルクτを算出する（ステップＳ１２９）。この算出は、着火アシストによって、エンジン２０の回転数Ｎやトルクτが、ステップＳ１０５で設定した目標エンジン回転数Ｎｔ、目標トルクτｔに対して変化しているか否かを検証するためのステップである。ステップＳ１２９の算出が終了すると、コントロールユニット１００は、各値Ｎ、τをそれぞれステップＳ１０５で設定した目標エンジン回転数Ｎｔ、目標トルクτｔと比較し（ステップＳ１３０、Ｓ１３１）、何れかの演算値Ｎまたはτが変動している場合には、所定の制御マップＭ２に基づいて燃料噴射量を設定し（ステップＳ１３２）、設定された燃料噴射量に基づいて燃料噴射量を変更する（ステップＳ１３３）。その後、制御はステップＳ１００に戻る。

次に、ステップＳ１２３において、ＨＣＣＩ運転領域Ｄではあるが、多段反応領域ではない場合のフローについて説明する。

ＨＣＣＩ運転領域Ｄの主として高負荷側、或いは温間側では、一段反応が生じるため、この領域では、バックアップ点火が必要な運転状態であるか否かが判定される（ステップＳ１４１）。仮にバックアップ点火が不要であると判定された場合には、図１２のステップＳ１００に復帰する。他方、バックアップ点火が必要であると判定された場合には、図１１（Ｂ）のタイミングチャートに基づく制御マップＭ３に基づき、バックアップ点火のタイミングを設定し（ステップＳ１４２）、設定されたタイミングでバックアップ点火を実行する（ステップＳ１４３）。図１１（Ｂ）に示すように、このバックアップ点火は、第２の火花点火Ｆ２を圧縮上死点の近傍で実行することにより実現されるものである。このバックアップ点火により、着火不良の場合の補償が確実となる。

以上説明したように本実施形態では、エンジン２０の部分負荷運転領域Ｄにおいて圧縮自己着火運転を実行する際に、コントロールユニット１００が所定の基準アシストタイミングで火花点火を実行することにより、自発火を促進し、確実に圧縮自己着火運転を実現することが可能になるとともに、少なくとも筒内温度と筒内圧力とによって決定される所定の運転条件下（失火時や、減筒運転で休止していた気筒を稼働させる場合等）では、着火遅れτ_D 、τ_d を考慮したタイミングで着火アシストを実現することが可能になる。

また、本実施形態では、部分負荷運転領域Ｄのうち所定の低負荷側の運転領域Ｄ₁では、先行気筒２４Ａ、２４Ｄのみが圧縮自己着火運転する減筒運転を実行する一方、部分負荷運転領域Ｄのうち所定の低負荷を越える高負荷側の運転領域Ｄ₂では、後続気筒２４Ｂ、２４Ｃをも稼働し、全気筒２４Ａ〜２４Ｄで圧縮自己着火運転を実行するものであり、コントロールユニット１００は、減筒運転時に休止していた後続気筒２４Ｂ、２４Ｃが圧縮自己着火運転で稼働する際には、ステップＳ１０３により、基準アシストタイミングよりもリタードしたタイミングで火花点火を実行するものである（図１５（Ａ）参照）。このため本実施形態では、部分負荷運転領域Ｄのうち、所定の低負荷側の運転領域Ｄ₁では、先行気筒２４Ａ、２４Ｄのみにおいて圧縮自己着火運転が実行されることにより、燃費や排気性能の向上を図ることができる。しかも、この圧縮自己着火運転は、先行気筒２４Ａ、２４Ｄのみが稼働する減筒運転であるので、稼働中の気筒一つ当たりの負荷が増幅されるため、比較的吸気温度が低温であっても、筒内温度が速やかに高くなり、燃焼安定性が向上する。この結果、圧縮自己着火運転が最も不安定になりやすい低負荷運転領域において、比較的低い吸気温度で圧縮自己着火を実現することが可能になり、吸気温度を高めることによる過早着火を回避し、燃費の向上を低負荷運転領域で維持することが可能になる。

他方、運転状態が部分負荷運転領域Ｄのうち所定の低負荷を越える高負荷側の運転領域Ｄ₂に移行した場合には、稼働率を上げるようにしているので、減筒運転時に稼働していた先行気筒２４Ａ、２４Ｄでのノッキングを防止することが可能になるとともに、減筒運転時に休止していた後続気筒２４Ｂ、２４Ｃが圧縮自己着火運転を実行する際には、当該後続気筒２４Ｂ、２４Ｃの筒内温度、筒内圧力に応じて着火アシストのタイミングをリタードさせることができるので、気筒２４Ａ〜２４Ｄの稼働率を増加させた時の比較的不安定な運転状態においても、失火を確実に防止することが可能になる。

また、本実施形態では、コントロールユニット１００が失火を検出する失火検出手段としての機能を有し、コントロールユニット１００は、失火を検出した際、当該失火した気筒を所定の運転条件下にあるものとして火花点火をリタードさせるものである。このため本実施形態では、失火によって生じる筒内温度低下や圧力低下を見越して着火アシストのタイミングをリタードさせることができるので、失火の繰り返しやそれによって誘発されるヘビーノッキングを防止することが可能になる。

また、本実施形態では、多段反応が生じる運転領域においては、基準アシストタイミングとして、圧縮行程の上死点前の圧縮行程後半に冷炎反応ＬＴＲを促進させる第１の火花点火Ｆ１を実行し、この第１の火花点火Ｆ１の所定時間後に熱炎反応ＨＴＲを促進させる第２の火花点火Ｆ２を実行するものであり、所定の運転条件下では、第２の火花点火Ｆ２を、当該所定の運転条件に応じて基準アシストタイミングよりもリタードするものである。このため本実施形態では、多段反応が生じる不安定な運転領域において、冷炎反応ＬＴＲ、熱炎反応ＨＴＲのそれぞれに対応した着火アシストを実行することができるとともに、所定の運転条件下では、熱炎反応ＨＴＲの着火遅れτ_D 、τ_d に対応して着火アシストタイミングを制御することができるので、確実な圧縮自己着火を実現することが可能になる。

上述した実施の形態は、本発明の好ましい具体例に過ぎず、本発明は上述した実施の形態に限定されない。

例えば、一段反応が生じている運転領域で失火が生じた場合においては、図１２のステップＳ１１０からステップＳ１１２の制御に代えて、図１６のような制御を採用してもよい。

図１６は本発明の別の実施の形態に係るフローチャートである。なお、図１６において、図１２のステップＳ１００〜ステップＳ１０５は、全く同様であるので、省略している。また、図１７は、図１６のフローに基づいて失火が生じた場合の着火アシストのタイミングを示すタイミングチャートであり、（Ａ）は多段反応領域における制御、（Ｂ）は一段反応領域における制御をそれぞれ示している。

図１６を参照して、一段反応が生じている運転領域で失火が生じた場合（ステップＳ１０６でＮＯの場合）、同図の実施形態では、着火遅れτ_d を演算し（ステップＳ２１０）、その後、演算された着火遅れτ_dに基づき、基準アシストタイミングに実行される火花点火Ｆの他に、この火花点火Ｆよりもアドバンスしたタイミングで点火される予備火花点火Ｆａが設定され（ステップＳ２１１）、図１７（Ｂ）に示すように、この予備火花点火Ｆａが実行された後、基準アシストタイミングに実行される火花点火Ｆが実行されるように構成されている（ステップＳ２１２）。

予備火花点火Ｆａは、冷炎反応を刺激するためのものであり、ステップＳ２１１で設定される際、予め実験等で決定された遅れ時間と着火アシストタイミングを決定する制御マップＭ２２から火花点火Ｆのタイミングを読み取って、アドバンス量が設定される。

本態様においても、所定の運転条件下において、基準アシストタイミングで実行される火花点火Ｆの前に、当該基準アシストタイミングよりも所定量アドバンスした予備火花点火Ｆａが実行されるので、失火等が生じやすい不安定な運転領域でも、予備火花点火による冷炎反応ＬＴＲが促進され、確実な圧縮自己着火を実現することが可能になる。

なお、本発明は、特許文献２に開示されているようなネガティブオーバラップで圧縮自己着火を実現する形式のものについても、同様に適用することが可能である。また、ネガティブオーバラップで圧縮自己着火を実現する形式のものにおいて、多気筒エンジンである場合に減筒運転を実施し、稼働率を変更するようにした場合であっても、同様に本発明を適用することが可能である。

その他、本発明の特許請求の範囲内で種々の変更が可能であることはいうまでもない。

イソオクタンの着火限界を示すダイアグラムである。 本発明の実施の一形態に係る制御装置の概略構成を示す構成図である。 図２に係る４サイクルガソリンエンジンの一つの気筒の構造を示す断面略図である。 気筒を拡大して示す平面略図である。 弁停止機能を有するタペットユニットを制御するための回路構成を示す平面略図である。 図２の実施形態に係る吸気加熱手段としての吸気加熱システムの構成を示す構成図である。 図２の実施形態に係る運転状態に応じた制御を行うための運転領域設定の一例を示す特性図である。 １５００ｒｐｍのときの図示平均有効圧力（ＩＭＥＰ）と図示燃料消費率（ＩＳＦＣ）の関係を示すグラフである。 １５００ｒｐｍのときの図示平均有効圧力（ＩＭＥＰ）と図示燃料消費率（ＩＳＦＣ）の関係を示すグラフである。 本件発明者が実施した失火とノッキングとの関係を示すグラフである。 多段反応を示すグラフであり、（Ａ）は多段反応領域の場合、（Ｂ）は一段反応領域の場合である。 本実施形態に係る制御プログラムのフローチャートである。 本実施形態に係る制御プログラムのフローチャートである。 本実施形態に係る制御プログラムのフローチャートである。 失火が生じた場合の着火アシストのタイミングを示すタイミングチャートであり、（Ａ）は多段反応領域における制御、（Ｂ）は一段反応領域における制御をそれぞれ示している。 本発明の別の実施の形態に係るフローチャートである。 図１６のフローに基づいて失火が生じた場合の着火アシストのタイミングを示すタイミングチャートであり、（Ａ）は多段反応領域における制御、（Ｂ）は一段反応領域における制御をそれぞれ示している。

符号の説明

１０ 制御装置
２０ ４サイクルガソリンエンジン
２４Ａ、２４Ｂ 先行気筒
２４Ｃ、２４Ｄ 後続気筒
２７ 燃焼室
３２ 燃料噴射弁
３４ 点火プラグ（着火アシスト手段の一要素例）
３５ 点火回路（着火アシスト手段の一要素例）
１００ コントロールユニット（運転状態判定手段、ＨＣＣＩ実行手段、着火アシスト手段、失火検出手段の一例）
ＣＡ１ 点火タイミング
ＣＡ２ 点火タイミング
Ｄ ＨＣＣＩ運転領域（部分負荷運転領域）
Ｄ₁ 部分負荷運転領域（減筒運転領域）
Ｄ₂ 部分負荷運転領域（全筒運転領域）
Ｆ 着火アシスト
Ｆ１ 第１の火花点火
Ｆ２ 第２の火花点火
Ｎ エンジン回転数
Ｎｔ 目標エンジン回転数
ＳＷ１ エアフローセンサ（運転状態判定手段の一要素例）
ＳＷ２ 吸気温度センサ（運転状態判定手段の一要素例）
ＳＷ３ 回転数センサ（運転状態判定手段の一要素例）
ＳＷ４ エンジン水温センサ（運転状態判定手段の一要素例）
ＳＷ５ 酸素濃度センサ（運転状態判定手段の一要素例）
ＳＷ６ アクセル開度センサ（運転状態判定手段の一要素例）
ＳＷ１０ 圧力センサ（運転状態判定手段の一要素例）

Claims (3)

1. 複数の気筒を有する火花点火式ガソリンエンジンの制御装置であって、
   運転状態を判定する運転状態判定手段と、
   判定された運転状態に基づいて、少なくともエンジンの部分負荷運転領域で圧縮自己着火運転を実行するＨＣＣＩ実行手段と、
   少なくとも前記エンジンの部分負荷運転領域で圧縮自己着火運転を実行する際に着火アシストを実行する着火アシスト手段とを備え、
   前記運転状態判定手段は、失火を検出する失火検出手段を有し、
   前記着火アシスト手段は、前記失火検出手段により、圧縮自己着火運転を実行している気筒において失火が検出されなかった場合には、当該気筒に対し、圧縮行程の上死点前の圧縮行程後半に設定された基準アシストタイミングで火花点火を実行する一方、前記気筒で失火が検出された場合には、当該気筒に対し、前記基準アシストタイミングよりもリタードしたタイミングで火花点火を実行するものである
   ことを特徴とする火花点火式ガソリンエンジンの制御装置。
2. 請求項１記載の火花点火式ガソリンエンジンの制御装置において、
   前記ＨＣＣＩ実行手段は、部分負荷運転領域のうち所定の低負荷側の運転領域では、特定の気筒のみが圧縮自己着火運転する減筒運転を実行する一方、部分負荷運転領域のうち前記所定の低負荷を越える高負荷側の運転領域では、稼働気筒数を増やして圧縮自己着火運転を実行するものであり、
   前記着火アシスト手段は、減筒運転時に休止していた気筒が圧縮自己着火運転で稼働する際には、前記基準アシストタイミングよりもリタードしたタイミングで火花点火を実行するものであることを特徴とする火花点火式ガソリンエンジンの制御装置。
3. 請求項１または２記載の火花点火式ガソリンエンジンの制御装置において、
   前記着火アシスト手段は、冷炎反応を含む多段反応が生じる運転領域においては、前記基準アシストタイミングとして、圧縮行程の上死点前の圧縮行程後半に冷炎反応を促進させる第１の火花点火を実行し、この第１の火花点火の所定時間後に熱炎反応を促進させる第２の火花点火を実行するものであり、前記所定の運転条件下では、第２の火花点火を、当該所定の運転条件に応じて前記基準アシストタイミングよりもリタードするものである
   ことを特徴とする火花点火式ガソリンエンジンの制御装置。
   

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