JP4548183B2 - 火花点火式エンジンの制御装置 - Google Patents

Description

本発明は火花点火式エンジンの制御装置に関し、特に、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）を行わせる運転モードを有する火花点火式エンジンの制御装置に関する。

火花点火式のエンジンにおいて、圧縮自己着火タイミングを促進するために、吸気を加熱する吸気加熱手段を有するエンジンが知られている。例えば特許文献１に開示された技術では、火花点火で強制着火を実行する高負荷運転から圧縮自己着火運転を実行する低負荷運転へ移行する際には、混合気の温度を上げて空燃比をリーンに変化させる一方、低負荷運転から高負荷運転へ移行する際には、混合気の温度を下げて空燃比をリッチ側に変化させることにより、失火領域とノッキング領域との間でポンピングロスの低下とノッキング防止との両立とを図っている。
特開２００３−２６９２０１号公報

ところで低負荷側で圧縮自己着火運転を実行するためには、相当、筒内温度を高める必要がある。しかし、筒内温度が所定の温度（例えば２５０℃）を越えると、今度は最大熱発生率（（Ｊ/deg・m³）MAX）が圧縮上死点前で発生してしまうので、エンジンに逆トルクが作用するという問題があった。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、低負荷側の運転領域においても、燃費のよい圧縮自己着火運転を実行可能な火花点火式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、混合気を燃焼させる複数の気筒と、各気筒の筒内温度を高める筒内加熱手段と、エンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段と、運転状態検出手段の検出に基づいて、筒内加熱手段を制御することにより、所定の運転領域で圧縮自己着火運転を実行する制御手段とを備えた火花点火式ガソリンエンジンの制御装置において、気筒毎に燃料噴射を制御可能な燃料噴射手段と、噴射された燃料と空気の混合気に点火する点火手段とを設け、所定の部分負荷運転領域では、稼働気筒の筒内温度を高めて圧縮自己着火運転を実行するとともに、前記部分負荷運転領域のうち所定の低負荷側では、一部の気筒のみを稼働させる減筒運転を実行する一方、前記所定の低負荷を越える部分負荷運転領域では、稼働する気筒が増加するように前記制御手段が筒内加熱手段、燃料噴射手段および点火手段を制御し、前記所定の低負荷側と高負荷側の切換え点は、減筒の場合に稼働気筒によるノッキング発生頻度が高くなる所定の最大熱発生率に達する負荷に設定されていることを特徴とする火花点火式エンジンの制御装置である。この態様では、部分負荷運転領域では、いわゆる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。さらに圧縮自己着火運転が実行される運転領域において、所定の低負荷側では、減筒運転が実行されるので、稼働中の気筒一つ当たりの負荷が増幅されるため、比較的筒内温度が低温であっても、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、比較的低い筒内温度で圧縮自己着火を実現することが可能になるので、筒内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、運転状態が所定の負荷以上の高負荷側に移行した場合には、気筒の稼働率を上げるようにしているので、高負荷時のノッキングを防止することも可能になる。また、燃費のよい運転領域を多用することが可能になる。すなわち、本件発明者が鋭意研究の結果、稼働気筒のノッキング限界は、所定の筒内温度と空燃比によって、一定の最大熱発生率（（Ｊ/deg・m3）MAX）のところで発生することがわかった。そこで、稼働気筒によるノッキング発生頻度が高くなる所定の最大熱発生率に基づいて上記切換え点を設定することにより、圧縮自己着火運転の実行可能な運転領域を高負荷側に拡張し、燃費のよい運転領域を多用することが可能となるのである。

好ましい態様において、前記所定の低負荷側の運転領域は、温間のアイドル運転時である。この態様では、運転頻度が高いアイドル運転領域から圧縮自己着火による燃費の改善と排気性能の向上とを図ることが可能になる。

好ましい態様において、既燃ガスの一部を吸気通路に還流する外部ＥＧＲ装置を備え、前記圧縮自己着火運転を実行する運転領域では、少なくとも高負荷側で外部ＥＧＲを導入するとともに、前記所定の低負荷側の運転領域では、ＥＧＲガスの導入を停止するように制御手段が外部ＥＧＲ装置を制御するものである。この態様では、圧縮自己着火運転時において、高負荷側の運転領域では、外部ＥＧＲガスが導入されることにより、不活性ガスによる筒内温度の上昇を抑制し、ノッキングを回避することができるので、圧縮自己着火運転が可能な運転領域を高負荷側に拡大することが可能になるとともに、アイドル運転時等、低負荷側の運転領域では、ＥＧＲガスが停止されることにより、高い燃費を維持することが可能になる。また、この低負荷運転領域では、圧縮自己着火運転が実行されているので、ＥＧＲガスが導入されていなくても、高い排気性能を維持することが可能になる。

好ましい態様において、全気筒が稼働している圧縮自己着火運転時にＥＧＲガスが導入されるよう制御手段が外部ＥＧＲ装置を制御するものである。この態様では、圧縮自己着火運転時のノッキング限界をより高負荷時に拡大することが可能になる。

好ましい態様において、制御手段によって空燃比を調整する空燃比調整手段を設け、前記部分負荷運転領域よりも高負荷側では、強制着火運転を実行するとともに、圧縮自己着火運転時の空燃比を理論空燃比よりもリーンになるように制御手段が空燃比調整手段を制御するものである。この態様では、圧縮自己着火運転が実行される運転領域では、空燃比が理論空燃比よりもリーンに設定されるので、ノッキングの回避と燃費改善の両立を図ることが可能になる。

以上説明したように、本発明によれば、所定の低負荷側では、減筒運転が実行され、比較的筒内温度が低温であっても、燃焼安定性が向上するので、筒内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１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２は図１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１および図２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、複数の気筒２４が設けられている。

各気筒２４には、コンロッド２５を介してクランクシャフト２１に連結されたピストン２６と、ピストン２６が気筒２４内に形成する燃焼室２７とが設けられている。本実施形態において、各気筒２４の幾何学的圧縮比は１４に設定されている。

図３は気筒２４を拡大して示す平面略図である。

図３を参照して、シリンダヘッド２３の下面には、気筒２４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。

前記燃焼室２７の天井部には各々独立した２つの吸気ポート２８および排気ポート２９が概ね対称形に開口しており、各ポート２８、２９の開口端に吸気弁３０および排気弁３１が設けられている。

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。

図２も参照して、各気筒２４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を参照して、各気筒２４の吸気弁３０および排気弁３１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軸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。また、吸気弁３０に対する動弁機構には、吸気弁３０の開閉タイミングを変更可能とする可変バルブタイミング機構４０が設けられている。この可変バルブタイミング機構４０は、吸気弁開時期を吸気上死点付近とする第１のタイミングとこれよりも吸気弁開時期を進角させた第２のタイミングとにわたり、運転状態に応じてバルブタイミングを変更するものである。

次に、図１および図２を参照して、エンジン２０の吸気ポート２８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２４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２４には、２つ一組の吸気ポート２８が形成されており、前記分岐吸気管４３の下流端は、各気筒２４の吸気ポート２８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。他方、二股に分岐した分岐吸気管４３の一方の分岐部分には、図２に示すように周知のスワール生成用開閉弁４３ａが設けられている。このスワール生成用開閉弁４３ａはアクチュエータ４３ｂにより駆動されて開閉作動するもので、このスワール生成用開閉弁４３ａにより当該分岐吸気管４３の一方の分岐部分が閉じられたときは他方の分岐部分を通る吸気によって燃焼室２７内にスワールが生成され、スワール生成用開閉弁４３ａが開かれるにつれてスワールが弱められるようになっている。

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。このスロットルバルブ４７の上流側には、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、筒内加熱手段としてのヒータ５０が設けられている。従って、三方電磁弁４８を切換えることにより、外気の新気をそのまま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。

次に、図１に示すように、排気ポート２９には、各気筒２４に２つ一組で形成された二股状の分岐排気管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。

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４は図１の実施形態に係る筒内加熱手段としての筒内加熱システム７０の構成を示す構成図である。

同図を参照して、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２４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、筒内加熱システム７０の主要部を構成している。

図１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の下流には筒内温度を予測するための吸気温度センサＳＷ２（図２参照）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クランク角センサ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２参照）。さらに、排気通路５３には、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。

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、クランク角センサ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が入力要素として接続されている。これら各センサＳＷ１〜ＳＷ８は、何れも本実施形態における運転状態検出センサの具体例である。他方、コントロールユニット１００には、可変バルブタイミング機構４０、スワール生成用開閉弁４３ａのアクチュエータ４３ｂ、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、外部ＥＧＲシステム６０のアクチュエータ６４が制御要素として接続されている。

図１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５は、図１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５を参照して、図示の実施形態では、エンジン回転数Ｎが部分負荷運転領域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。

圧縮自己着火運転を実行する運転領域Ｄにおいて、所定の低負荷側の運転領域Ｄ_１では、一部の気筒２４のみが稼働する減筒運転が実施される。この低負荷側の運転領域Ｄ₁で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、筒内温度Ｔを上昇させるまでもなく、燃焼安定性を向上することが可能になる。図示の例では、直列４気筒エンジンを採用しているので、減筒運転時に稼働する気筒２４は、間に挟まれている第２、第３気筒が選択される。これにより、図示の実施形態では、比較的放熱しにくい高温側の気筒２４を有効利用して、圧縮自己着火運転を実行することが可能になる。

他方、所定負荷よりも高負荷側の運転領域Ｄ_２では、全気筒２４が稼働して圧縮自己着火運転が実行される。なお、運転領域Ｄをさらに高負荷側に広く取り、運転領域Ｄ_２をさらに細かく分割して、多段階で、減筒運転を行ってもよい。例えば、Ｖ６、Ｖ８型エンジンでは、第２、第３、第６気筒のみを稼働させる減筒運転を実行してもよい。同様に、Ｖ１２型エンジンでは、第６、第９、第１２気筒のみを稼働させる減筒運転を実行してもよい。

筒内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筒内温度Ｔと吸気量とを制御マップとして記憶しておき、エアーフローセンサ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筒内温度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。

次に、運転領域Ｄ₁の範囲を決定するための制御要因について説明する。

図６〜図８はコントロールユニット１００に設定される制御条件の基礎となったクランク角度と熱発生率dQ/dθとの関係を示すグラフである。これらのグラフは、本件発明者の研究結果によって得られたものであり、コントロールユニット１００のメモリ１０２には、これらのグラフに基づく制御マップが記憶されている。なお各図において、破線で示す曲線はスロットル全開のときに圧縮自己着火可能な最小の燃料噴射量に設定した場合の特性、実線で示す曲線は破線と同じ筒内温度Ｔでノッキング限界まで空燃比を下げた場合の特性を表わしている。また、実線で示す曲線の符号は、筒内温度Ｔが対応する破線で示す曲線の符号に添え字を付加したものである。

図６を参照して、圧縮自己着火によってエンジン２０を無負荷状態で運転する場合、筒内温度Ｔは、Ｔ１（＝２７０℃）に設定する必要がある。このＴ１では、最大熱発生率（dQ/dθ）MAXが圧縮上死点よりも前に発生するため、このまま空燃比を下げると、逆トルクが大きくなる。また、Ｔ１よりも２０℃低いＴ２（＝２５０℃）でも、依然、最大熱発生率（dQ/dθ）MAXは圧縮上死点よりも前に発生し、燃料噴射量を増やした場合、大きな逆トルクが発生する。次に、図７を参照して、負荷が高くなった場合、筒内温度Ｔは、Ｔ３（＝２２５℃）、Ｔ４（＝２０５℃）、Ｔ５（＝１９０℃）、Ｔ６（＝１７５℃）、Ｔ７（＝１６０℃）の各曲線で示すように、圧縮上死点以降に最大熱発生率(dQ/dθ)MAXが現れる。これらの特性から、本実施形態では、低負荷側の運転領域Ｄ₁においては、所定の減筒運転を実行してエンジン負荷を相対的に増加することにより、比較的低い筒内温度Ｔで圧縮自己着火運転が可能となるようにしている。

次に、図８を参照して、各筒内温度特性Ｔ１〜Ｔ７を重ね合わせた場合、概ね熱発生率dQ/dθが所定の値（約８０Ｊ/deg・m³）のところをピークとする山形のノッキング限界曲線を描くことになる。そこで本実施形態では、運転領域Ｄ_１と運転領域Ｄ_２の境界をこの所定の熱発生率dQ/dθ（約８０Ｊ/deg・m³）に基づいて、稼働気筒の筒内空燃比が理論空燃比よりもリーンであってスロットル全開時の運転状態において、設定されるべき空燃比がλ＝２以下となる範囲に設定している。なお図８において、図の左側の直線は、各筒内温度Ｔ１〜Ｔ７での燃焼開始タイミングを示しており、右側の直線は、燃焼変動率が５％未満の燃焼終了（ＭＦＢ＝９５％）限界を表わしている。

ところで図７および図８を参照して、負荷状態がさらに高まり、これに伴って筒内温度Ｔを下げ続けると、混合気の燃焼は温度低下に比例して燃焼開始時期そのものが遅くなり、最大熱発生率（dQ/dθ）MAXは徐々に圧縮下死点に近づくようになる。そのため、図８で示すように、所定の低温Ｔ８（＝１５０℃）では、圧縮自己着火可能な空燃比がＡ/Ｆ＝３０（λ＝２）となり、最大熱発生率（dQ/dθ）MAXもクランク角度で１５°を越えたところになってしまう。そこで、本実施形態では、外部ＥＧＲのない自然吸気エンジンの場合で、空燃比がλ２のところを境にして、図５の運転領域Ｄ_２の上限を決定し、運転領域Ｄ_２の上限を超える高負荷運転領域では、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。

図９は１５００ｒｐｍのときの正味熱効率（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、運転領域Ｄ_１において、外部ＥＧＲのない状態で仮に全気筒２４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Ｄ_１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。

さらに、同図に示すように、各運転領域Ｄ_１、Ｄ_２において、ＥＧＲガスを導入した場合、ＥＧＲガスの割合が多くなるほど、図示燃料消費率は、増加し、負荷が高くなるほど図示燃料消費率が低くなることがわかった。そこで、本実施形態では、高負荷側の運転領域Ｄ_２において、少なくとも高負荷側では、外部ＥＧＲを導入し、燃焼を緩慢にしてノッキングを防止するとともに排気性能を向上することによって、圧縮自己着火運転が可能な運転領域Ｄを高負荷側に拡大するようにしている。

以上説明したように本実施形態では、部分負荷運転領域Ｄでは、いわゆる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。さらに圧縮自己着火運転が実行される運転領域Ｄにおいて、所定の低負荷側の運転領域Ｄ₁では、一部の気筒２４のみが運転される減筒運転が実行されるので、稼働中の気筒２４一つ当たりの負荷が増幅されるため、比較的筒内温度Ｔが低温であっても、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Ｄ₁において、比較的低い筒内温度Ｔで圧縮自己着火を実現することが可能になるので、筒内温度Ｔ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Ｄ₁で維持することが可能になる。他方、運転状態が所定の負荷以上の高負荷側に移行した場合には、気筒２４の稼働率を上げるようにしているので、高負荷時のノッキングを防止することも可能になる。

また、本実施形態では、前記所定の低負荷側の運転領域Ｄ_１は、温間のアイドル運転時である。このため本実施形態では、運転頻度が高いアイドル運転領域から圧縮自己着火による燃費の改善と排気性能の向上とを図ることが可能になる。

また、本実施形態では、既燃ガスの一部を吸気通路４６に還流する外部ＥＧＲシステム６０を備え、前記圧縮自己着火運転を実行する運転領域では、少なくとも高負荷側で外部ＥＧＲを導入するとともに、前記所定の低負荷側の運転領域Ｄ_１では、ＥＧＲガスの導入を停止するようにコントロールユニット１００が外部ＥＧＲシステム６０を制御するものである。このため本実施形態では、圧縮自己着火運転時において、高負荷側の運転領域Ｄ_２では、外部ＥＧＲガスが導入されることにより、不活性ガスによる筒内温度Ｔの上昇を抑制し、ノッキングを回避することができるので、圧縮自己着火運転が可能な運転領域Ｄを高負荷側に拡大することが可能になるとともに、アイドル運転時等、低負荷側の運転領域Ｄ_１では、ＥＧＲガスが停止されることにより、高い燃費を維持することが可能になる。また、この低負荷側の運転領域Ｄ_１では、圧縮自己着火運転が実行されているので、ＥＧＲガスが導入されていなくても、高い排気性能を維持することが可能になる。

また、本実施形態では、全気筒２４が稼働している圧縮自己着火運転時にＥＧＲガスが導入されるようコントロールユニット１００が外部ＥＧＲシステム６０を制御するものである。このため本実施形態では、圧縮自己着火運転時のノッキング限界をより高負荷時に拡大することが可能になる。

また、本実施形態では、前記運転領域Ｄ₁と運転領域Ｄ₂の切換え点は、減筒の場合に稼働気筒によるノッキング発生頻度が高くなる所定の最大熱発生率（dQ/dθ）MAXに達する負荷に基づいて設定されている。このため本実施形態では、燃費のよい運転領域を多用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によって空燃比を調整する空燃比調整手段としてのスロットルバルブ４７を設け、前記部分負荷運転領域Ｄよりも高負荷側では、強制着火運転を実行するとともに、圧縮自己着火運転時の空燃比を理論空燃比よりもリーンになるようにコントロールユニット１００がスロットルバルブ４７を制御するものである。このため本実施形態では、圧縮自己着火運転が実行される運転領域Ｄでは、空燃比が理論空燃比よりもリーンに設定されるので、ノッキングの回避と燃費改善の両立を図ることが可能になる。

このように本実施形態によれば、所定の低負荷側では、減筒運転が実行され、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Ｄ₁において、比較的低い筒内温度Ｔで圧縮自己着火を実現することが可能になるので、筒内温度Ｔ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Ｄ₁で維持することが可能になるという顕著な効果を奏する。

上述した実施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形態に限定されない。例えば、外部ＥＧＲを導入する方法としては、上述した外部ＥＧＲシステム６０を作動させる方法の他、可変バルブタイミング機構４０の設定を変更し、吸気弁３０の開弁タイミングを排気弁３１の開弁タイミングと重複させるいわゆるネガティブオーバーラップを行う方法であってもよい。

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。

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１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。 図１の実施形態に係る筒内加熱システムの構成を示す構成図である。 図１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。 コントロールユニットに設定される制御条件の基礎となったクランク角度と熱発生率との関係を示すグラフである。 コントロールユニットに設定される制御条件の基礎となったクランク角度と熱発生率との関係を示すグラフである。 コントロールユニットに設定される制御条件の基礎となったクランク角度と熱発生率との関係を示すグラフである。 １５００ｒｐｍのときの正味熱効率（ＩＭＥＰ）と図示燃料消費率（ＩＳＦＣ）の関係を示すグラフである。

符号の説明

１０ 制御装置
２０ ４サイクルガソリンエンジン
２４ 気筒
３２ 燃料噴射弁
３４ 点火プラグ
４０ 可変バルブタイミング機構
５０ ヒータ
７０ 筒内加熱システム
７１ 加熱通路
７２ 冷却水熱交換器
７３ 排気熱交換器
１００ コントロールユニット
Ｄ 部分負荷運転領域
Ｄ₁ （低負荷側の）運転領域
Ｄ₂ （高負荷側の）運転領域
dQ/dθ 熱発生率
（dQ/dθ）MAX 熱発生率
Ｎ エンジン回転数
Ｎ１ 所定回転数
ＳＷ１ エアフローセンサ（運転状態検出手段の一例）
ＳＷ２ 吸気温度センサ（運転状態検出手段の一例）
ＳＷ３ クランク角センサ（運転状態検出手段の一例）
ＳＷ４ エンジン水温センサ（運転状態検出手段の一例）
ＳＷ５ 酸素濃度センサ（運転状態検出手段の一例）
ＳＷ６ アクセル開度センサ（運転状態検出手段の一例）
ＳＷ７、ＳＷ８ 温度センサ（運転状態検出手段の一例）
Ｔ 筒内温度

Claims (5)

1. 混合気を燃焼させる複数の気筒と、
   各気筒の筒内温度を高める筒内加熱手段と、
   エンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段と、
   運転状態検出手段の検出に基づいて、筒内加熱手段を制御することにより、所定の運転領域で圧縮自己着火運転を実行する制御手段と
   を備えた火花点火式ガソリンエンジンの制御装置において、
   気筒毎に燃料噴射を制御可能な燃料噴射手段と、
   噴射された燃料と空気の混合気に点火する点火手段と
   を設け、
   所定の部分負荷運転領域では、稼働気筒の筒内温度を高めて圧縮自己着火運転を実行するとともに、前記部分負荷運転領域のうち所定の低負荷側では、一部の気筒のみを稼働させる減筒運転を実行する一方、前記所定の低負荷を越える部分負荷運転領域では、稼働する気筒が増加するように前記制御手段が筒内加熱手段、燃料噴射手段および点火手段を制御し、
   前記所定の低負荷側と高負荷側の切換え点は、減筒の場合に稼働気筒によるノッキング発生頻度が高くなる所定の最大熱発生率に達する負荷に設定されていることを特徴とする火花点火式エンジンの制御装置。
2. 請求項１記載の火花点火式エンジンの制御装置において、
   前記所定の低負荷側の運転領域は、温間のアイドル運転時であることを特徴とする火花点火式エンジンの制御装置。
3. 請求項１または２記載の火花点火式エンジンの制御装置において、
   既燃ガスの一部を吸気通路に還流する外部ＥＧＲ装置を備え、
   前記圧縮自己着火運転を実行する運転領域では、少なくとも高負荷側で外部ＥＧＲを導入するとともに、前記所定の低負荷側の運転領域では、ＥＧＲガスの導入を停止するように制御手段が外部ＥＧＲ装置を制御するものであることを特徴とする火花点火式エンジンの制御装置。
4. 請求項３記載の火花点火式エンジンの制御装置において、
   全気筒が稼働している圧縮自己着火運転時にＥＧＲガスが導入されるよう制御手段が外部ＥＧＲ装置を制御するものであることを特徴とする火花点火式エンジンの制御装置。
5. 請求項１から４の何れか１項に記載の火花点火式エンジンの制御装置において、
   制御手段によって空燃比を調整する空燃比調整手段を設け、
   前記部分負荷運転領域よりも高負荷側では、強制着火運転を実行するとともに、圧縮自己着火運転時の空燃比を理論空燃比よりもリーンになるように制御手段が空燃比調整手段を制御するものであることを特徴とする火花点火式エンジンの制御装置。

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