(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気ポートおよび排気ポートがそれぞれ形成されるとともに前記吸気ポートを開閉可能な吸気弁と前記排気ポートを開閉可能な排気弁とが設けられた複数の気筒を有する多気筒エンジンの吸排気装置であって、
１つの気筒あるいは排気順序が互いに連続しない複数の気筒の排気ポートにそれぞれ接続されて内側を排気が通過する独立排気通路と、
前記各独立排気通路よりも下流側に設けられて、当該各独立排気通路を通過した排気が内側で集合する集合部と、
前記各独立排気通路と前記集合部との間に介在して、内側を前記各独立排気通路から排出された排気が通過する絞り部と、
前記各独立排気通路から排出された排気が前記絞り部内を互いに独立して通過するように、前記各独立排気通路と個別に連通する複数のガス通過空間に前記絞り部内の空間を区画する独立流通状態と、前記各独立排気通路に対応する前記複数のガス通過空間どうしが互いに連通する連通状態とに、前記絞り部の状態を切替え可能な切替手段と、
前記各気筒の吸気弁および排気弁を駆動可能なバルブ駆動手段と、
前記切替手段および前記バルブ駆動手段を制御可能な制御手段とを備え、
前記各ガス通過空間は、前記独立流通状態において、各気筒の排気ポートから前記独立排気通路および前記ガス通過空間を通って前記集合部に排気が排出されるのに伴い隣接する他のガス通過空間およびこのガス通過空間と連通する独立排気通路に接続された排気ポート内にエゼクタ効果によって負圧が生成されるように、その下流側の流路面積がその上流側の流路面積よりも小さくなる形状を有するとともに、排気順序が連続する気筒に接続された前記独立排気通路に対応するガス通過空間が互いに隣り合うように配置されており、
前記各独立排気通路および各ガス通過空間は、略円周上に配列されており、
前記絞り部内には、当該絞り部内の空間を区画可能な隔壁が設けられており、
前記隔壁は、前記各ガス通過空間が並ぶ円周の中心を通って上下流方向に延びる中心軸から、径方向外側に延びており、
前記切替手段は、前記絞り部内において前記複数のガス通過空間が区画形成される位置に前記隔壁を配置することで前記絞り部内の空間を前記独立流通状態とし、前記隔壁を前記中心軸を中心として回動させることで当該隔壁を前記独立流通状態における位置からずらして前記絞り部内の空間を前記連通状態とし、
前記制御手段は、エンジンの回転数が予め設定された基準回転数よりも低くエンジンの負荷が予め設定された所定の負荷よりも高い低速高負荷領域からなる第１運転領域において、前記各気筒の吸気弁の開弁期間と排気弁の開弁期間とが所定のオーバーラップ期間重複し、かつ、排気順序が連続する気筒間において一方の気筒の前記オーバーラップ期間が他方の気筒の排気弁が開弁している時期に重複するように、前記バルブ駆動手段により前記各気筒の吸気弁および排気弁を駆動させるとともに、前記切替手段により前記絞り部の状態を前記独立流通状態にさせる一方、前記第１運転領域を除く運転領域のうちエンジンの回転数が前記基準回転数よりも高くエンジンの負荷が予め設定された所定の負荷よりも高い高速高負荷領域を少なくとも含む第２運転領域において、前記切替手段により前記絞り部の状態を前記連通状態にさせることを特徴とする多気筒エンジンの吸排気装置。
【請求項２】
請求項１に記載の多気筒エンジンの吸排気装置において、
前記第２運転領域は、エンジンの回転数が前記基準回転数よりも高い高速領域と、エンジンの回転数が前記基準回転数よりも低い領域のうち前記低速高負荷領域を除く低速低負荷領域とを含むことを特徴とする多気筒エンジンの吸排気装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の多気筒エンジンの吸排気装置において、
前記独立排気通路および当該独立排気通路に対応する前記ガス通過空間は３つ以上設けられており、
前記絞り部は、前記連通状態において、すべての前記ガス通過空間が互いに連通する形状を有していることを特徴とする多気筒エンジンの吸排気装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の多気筒エンジンの吸排気装置において、
前記第２運転領域は、エンジンの回転数が前記基準回転数よりも高い高速領域と、エンジンの回転数が前記基準回転数よりも低い領域のうち前記低速高負荷領域を除く低速低負荷領域とを含み、
前記制御手段は、前記低速高負荷領域よりもエンジンの回転数が高いほど、あるいは、前記低速高負荷領域よりもエンジンの負荷が低いほど、前記切替手段により、前記隔壁の回動量を増大させることを特徴とする多気筒エンジンの吸排気装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の多気筒エンジンの吸排気装置において、
前記各気筒から排出された排気を浄化可能な触媒装置を有し、
前記触媒装置は、前記集合部の下流端に直接接続されていることを特徴とする多気筒エンジンの吸排気装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、吸気ポートおよび排気ポートがそれぞれ形成されるとともに前記吸気ポートを開閉可能な吸気弁と前記排気ポートを開閉可能な排気弁とが設けられた複数の気筒を有する多気筒エンジンの吸排気装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、自動車等のエンジンにおいて、エンジントルクを高めることを目的とした吸排気装置の開発が行なわれている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、ターボ過給機を有する装置であって、各気筒の排気ポートに接続されて互いに独立する複数の独立通路と、ターボ過給機の上流に設けられてこれら独立通路が集合する集合部と、この集合部に設けられて各独立通路の流路面積を変更可能なバルブとを備えたものが開示されている。この装置では、前記バルブによって前記独立排気通路の流路面積を縮小することで、排気行程にある気筒の排気を所定の独立通路から前記集合部に比較的高速で流入させ、この高速の排気の周囲に生成された負圧を前記集合部において他の独立通路に作用させるいわゆるエゼクタ効果によってこの他の独立通路内の排気を下流側に吸い出すことで、ターボ過給機に供給されるガス量を増大させてエンジントルクを向上させるよう構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−９７３３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
自動車等のエンジンにおいて、エンジントルク等の向上要求は依然として高く、簡単な構成でより一層エンジントルクを高めることが求められている。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑み、簡単な構成で吸気効率を高めて、これによりエンジントルクを高めることのできる多気筒エンジンの吸排気装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するために、本発明は、吸気ポートおよび排気ポートがそれぞれ形成されるとともに前記吸気ポートを開閉可能な吸気弁と前記排気ポートを開閉可能な排気弁とが設けられた複数の気筒を有する多気筒エンジンの吸排気装置であって、１つの気筒あるいは排気順序が互いに連続しない複数の気筒の排気ポートにそれぞれ接続されて内側を排気が通過する独立排気通路と、前記各独立排気通路よりも下流側に設けられて、当該各独立排気通路を通過した排気が内側で集合する集合部と、前記各独立排気通路と前記集合部との間に介在して、内側を前記各独立排気通路から排出された排気が通過する絞り部と、前記各独立排気通路から排出された排気が前記絞り部内を互いに独立して通過するように、前記各独立排気通路と個別に連通する複数のガス通過空間に前記絞り部内の空間を区画する独立流通状態と、前記各独立排気通路に対応する前記複数のガス通過空間どうしが互いに連通する連通状態とに、前記絞り部の状態を切替え可能な切替手段と、前記各気筒の吸気弁および排気弁を駆動可能なバルブ駆動手段と、前記切替手段および前記バルブ駆動手段を制御可能な制御手段とを備え、前記各ガス通過空間は、前記独立流通状態において、各気筒の排気ポートから前記独立排気通路および前記ガス通過空間を通って前記集合部に排気が排出されるのに伴い隣接する他のガス通過空間およびこのガス通過空間と連通する独立排気通路に接続された排気ポート内にエゼクタ効果によって負圧が生成されるように、その下流側の流路面積がその上流側の流路面積よりも小さくなる形状を有するとともに、排気順序が連続する気筒に接続された前記独立排気通路に対応するガス通過空間が互いに隣り合うように配置されており、前記各独立排気通路および各ガス通過空間は、略円周上に配列されており、前記絞り部内には、当該絞り部内の空間を区画可能な隔壁が設けられており、前記隔壁は、前記各ガス通過空間が並ぶ円周の中心を通って上下流方向に延びる中心軸から、径方向外側に延びており、前記切替手段は、前記絞り部内において前記複数のガス通過空間が区画形成される位置に前記隔壁を配置することで前記絞り部内の空間を前記独立流通状態とし、前記隔壁を前記中心軸を中心として回動させることで当該隔壁を前記独立流通状態における位置からずらして前記絞り部内の空間を前記連通状態とし、前記制御手段は、エンジンの回転数が予め設定された基準回転数よりも低くエンジンの負荷が予め設定された所定の負荷よりも高い低速高負荷領域からなる第１運転領域において、前記各気筒の吸気弁の開弁期間と排気弁の開弁期間とが所定のオーバーラップ期間重複し、かつ、排気順序が連続する気筒間において一方の気筒の前記オーバーラップ期間が他方の気筒の排気弁が開弁している時期に重複するように、前記バルブ駆動手段により前記各気筒の吸気弁および排気弁を駆動させるとともに、前記切替手段により前記絞り部の状態を前記独立流通状態にさせる一方、前記第１運転領域を除く運転領域のうちエンジンの回転数が前記基準回転数よりも高くエンジンの負荷が予め設定された所定の負荷よりも高い高速高負荷領域を少なくとも含む第２運転領域において、前記切替手段により前記絞り部の状態を前記連通状態にさせることを特徴とする多気筒エンジンの吸排気装置を提供する（請求項１）。
【０００８】
本発明によれば、低速高負荷領域を含む第１運転領域においてエゼクタ効果を効果的に利用して気筒内の掃気を促進することができるとともに、高速高負荷領域を含む第２運転領域において排気抵抗を小さく抑えることができ、より広い運転領域において吸気効率を高めてエンジントルクを高めることができる。
【０００９】
具体的には、この構成では、第１運転領域において、所定の気筒のオーバーラップ期間と他の気筒の排気弁が開弁している時期とが重複するように構成されているとともに、各独立排気通路が個別に絞り部内の各ガス通過空間に連通されるように構成されている。そして、第１運転領域にある状態において、排気行程にある所定の気筒から各ガス通過空間に排気が排出されるのに伴い隣接する他のガス通過空間およびこのガス通過空間につながる排気ポート（前記オーバーラップ期間中の排気ポート）内にエゼクタ効果によって負圧が生成されるように、各ガス通過空間の流路面積が、下流側の方が上流側よりも小さくなるように設定されている。そのため、第１運転領域において、エゼクタ効果による負圧をオーバーラップ期間にある気筒の排気ポートに作用させて、気筒内の残留ガスをより多く排気ポート側に吸い出すことができ、掃気性能を高めることができる。そして、掃気性能の向上に伴い、吸気効率の増大、および、残留ガスの低減に伴うノッキングの抑制を実現して、高いエンジントルクを得ることができる。
【００１０】
ここで、各ガス通過空間は、高いエゼクタ効果が発揮されるよう上流側よりも下流側の方が流路面積が小さくなる形状すなわち絞り形状を有している。そのため、エンジン回転数および負荷が高くなり排気流量が増大すると、排気抵抗が増大して、かえって掃気性能が悪化するおそれがある。これに対して、この構成では、高速高負荷領域を含む第２運転領域において、ガス通過空間が互いに連通されて、独立排気通路から排出された排気が絞り部内においてより流路面積の大きい空間を通過するように切替えられる。そのため、この第２運転領域において増大する排気抵抗を小さく抑えて、排気のポンピングロスを小さく、吸気効率を高くすることができ、この第２運転領域でも高いエンジントルク、また、高い熱効率すなわち燃費性能を得ることができる。
しかも、隔壁の位置を変更するという簡単な構成で、絞り部内の空間の状態を容易に切り替えることができるとともに、独立流通状態および連通状態のいずれにおいても、隔壁が上下流方向すなわち排気の流れ方向に沿って延びていることで、これらいずれの状態においても隔壁が排気の流れを阻害するのを回避することができる。
【００１１】
本発明において、前記第２運転領域は、エンジンの回転数が前記基準回転数よりも高い高速領域と、エンジンの回転数が前記基準回転数よりも低い領域のうち前記低速高負荷領域を除く低速低負荷領域とを含むのが好ましい（請求項２）。
【００１２】
このようにすれば、低速低負荷領域において過剰な掃気を抑制して気筒内の残留ガス量を確保し、これにより、吸気のポンピングロスおよび冷却損失を小さく抑えることができ、高い熱効率ひいては高い燃費性能を得ることができる。具体的には、低速低負荷領域では、吸気圧が低く筒内ガス量が少ないため、エゼクタ効果により高い掃気が行われると、気筒内の残留ガス量が少なくなることに伴って生じる吸気のポンピングロスの増大および燃焼温度の増大による冷却損失の増大の影響が大きくなり、熱効率が悪化するおそれがある。これに対して、本構成のように低速低負荷領域においてガス通過空間を連通して排気の通過する流路面積を大きくすれば、排気の速度を低く抑えて、周囲に生成する負圧を小さくく抑えることができ、これにより、過剰なエゼクタ効果ひいては過剰な掃気を抑制して気筒内の残留ガス量を確保することができる。
【００１３】
また、この構成によれば、高速領域全体において、排気抵抗を小さく抑えて高い熱効率を得ることができる。
【００１４】
本発明において前記独立排気通路および当該独立排気通路に対応する前記ガス通過空間は３つ以上設けられており、前記絞り部は、前記連通状態において、すべての前記ガス通過空間が互いに連通する形状を有しているのが好ましい（請求項３）。
【００１５】
このようにすれば、第２運転領域において、絞り部内のうち各独立排気通路から排出された排気が通過する領域の流路面積をより大きくすることができる。そして、これにより、排気抵抗を抑えること、また、エゼクタ効果による過剰な掃気を抑えることができる。
【００２０】
前記構成において、前記第２運転領域は、エンジンの回転数が前記基準回転数よりも高い高速領域と、エンジンの回転数が前記基準回転数よりも低い領域のうち前記低速高負荷領域を除く低速低負荷領域とを含み、前記制御手段は、前記低速高負荷領域よりもエンジンの回転数が高いほど、あるいは、前記低速高負荷領域よりもエンジンの負荷が低いほど、前記切替手段により、前記隔壁の回動量を増大させるのが好ましい（請求項４）。
【００２１】
この構成では、前記連通状態において、独立排気通路から排出された排気のうち隔壁によって他のガス通過空間側に向かうように分けられる排気の量がエンジン回転数が高く、エンジンの負荷が低くなるほど増大される。そのため、エンジン回転数の増大に伴い増大する排気流量に応じて、排気抵抗を適正に抑えることができる。
【００２２】
このようにすれば、低速低負荷領域において過剰な掃気を抑制して気筒内の残留ガス量を確保し、これにより、吸気のポンピングロスおよび冷却損失を小さく抑えることができ、高い熱効率ひいては高い燃費性能を得ることができるとともに、高速領域全体において、排気抵抗を小さく抑えて高い熱効率を得ることができる。さらに、この構成では、独立排気通路から排出された排気のうち隔壁によって他のガス通過空間側に向かうように分けられる排気の量が、前記低速高負荷領域よりもエンジンの回転数が高いほど、あるいは、前記低速高負荷領域よりもエンジンの負荷が低いほど、増大される。そのため、エンジン回転数の増大に伴い増大する排気流量に応じて、排気抵抗を適正に抑えることができるとともに、エンジンの負荷が低くなるに伴い熱効率向上の面から増大する残留ガス量の必要量に応じて、過剰な掃気を適正に抑えることができ、運転領域全体において、エンジントルクおよび燃費性能をより高めることができる。
【００２３】
ここで、前記のように、本発明では、絞り部内の空間の状態を変更することで、独立排気通路から排出された排気が通過する空間の流路面積を変更している。そのため、例えば、この流路面積を変更するために、絞り部と別に流路面積の大きい通路を設ける場合に比べて、エンジン本体から延びる排気系の構造を簡素化し、この排気系の長さを短くすることができる。そのため、本発明において、前記各気筒から排出された排気を浄化可能な触媒装置とを有し、前記触媒装置が、前記集合部の下流端に直接接続されていれば、エンジン本体から触媒装置まで距離を短くして、触媒装置に流入する排気の温度を高温化できる（請求項５）。すなわち、この構成によれば、触媒装置に流入する排気の温度を高めて、触媒装置の掃気活性化あるいは活性維持を促進することができる。
【発明の効果】
【００２４】
以上説明したように、本発明によれば、より広い運転領域において吸気効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施形態に係る多気筒エンジンの吸排気装置の概略構成図である。
【図２】図１の概略側面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る多気筒エンジンの吸排気装置の制御系を説明するためのブロック図である。
【図４】本発明の実施形態に係る多気筒エンジンの吸排気装置における吸気弁および排気弁の開弁時期および閉弁時期を説明するための図である。
【図５】図１のＶ−Ｖ線断面図である。
【図６】独立流通状態における絞り部と集合部付近を拡大して示した断面図である。
【図７】図６をＶＩＩ−ＶＩＩ線で切断した切断面の図である。
【図８】図６をＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線で切断した切断面の図である。
【図９】図６における絞り部の内側の様子を示した図である。
【図１０】連通状態における絞り部と集合部付近を拡大して示した断面図である。
【図１１】図１０をＸＩ−ＸＩ線で切断した切断面の図である。
【図１２】図１０をＸＩＩ−ＸＩＩ線で切断した切断面の図である。
【図１３】図１０における絞り部の内側の様子を示した図である。
【図１４】図７から隔壁を除いた図であって、絞り部本体の上流端を上流側から見た図である。
【図１５】図８から隔壁を除いた図であって、絞り部本体の下流端を下流側から見た図である。
【図１６】本発明の実施形態に係る多気筒エンジンの吸排気装置で用いられる制御マップを示した図である。
【図１７】吸気弁および排気弁のバルブタイミングを説明するための図である。
【図１８】本発明の他の実施形態に係る多気筒エンジンの吸排気装置で用いられる制御マップを示した図である。
【図１９】発明の他の実施形態に係る多気筒エンジンの吸排気装置における図７と対応する図である。
【図２０】発明の他の実施形態に係る多気筒エンジンの吸排気装置における図８と対応する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
（１）装置の全体構成
図１は、本発明の第１実施形態に係る多気筒エンジンの吸排気装置１００の概略構成図である。図２は、図１の概略側面図である。この装置１００は、シリンダヘッド９およびシリンダブロック１０（図２参照）を有するエンジン本体１と、ＥＣＵ（制御手段、図３参照）９０と、エンジン本体１に接続される排気マニホールド５０と、排気マニホールド５０に接続される触媒装置６０とを備えている。
【００２７】
シリンダヘッド９およびシリンダブロック１０の内部にはピストンがそれぞれ嵌挿された複数の気筒１２が形成されている。本実施形態では、エンジン本体１は、直列４気筒のエンジンであって、シリンダヘッド９およびシリンダブロック１０の内部には４つの気筒１２が直列に並んだ状態で形成されている。具体的には、図１の右から順に第１気筒１２ａ，第２気筒１２ｂ，第３気筒１２ｃ，第４気筒１２ｄが形成されている。前記シリンダヘッド９には、ピストンの上方に区画された燃焼室内に臨むようにそれぞれ点火プラグ１５が設置されている。
【００２８】
エンジン本体１は４サイクルエンジンであって、図４に示すように、各気筒１２ａ〜１２ｄにおいて、１８０℃Ａずつずれたタイミングで前記点火プラグ１５による点火が行われて、吸気行程、圧縮行程、膨張行程、排気行程がそれぞれ１８０℃Ａずつずれるように構成されている。本実施形態では、第１気筒１２ａ→第３気筒１２ｃ→第４気筒１２ｄ→第２気筒１２ｂの順に点火が行われてこの順に排気行程等が実施される。
【００２９】
シリンダヘッド９には、それぞれ燃焼室に向かって開口する２つの吸気ポート１７および２つの排気ポート１８が設けられている。吸気ポート１７は、各気筒１２内に吸気を導入するためのものである。排気ポート１８は、各気筒１２内から排気を排出するためのものである。各吸気ポート１７には、これら吸気ポート１７を開閉して吸気ポート１７と気筒１２内部とを連通あるいは遮断するための吸気弁１９が設けられている。各排気ポート１８には、これら排気ポート１８を開閉してこれら排気ポート１８と気筒１２内部とを連通あるいは遮断するための排気弁２０が設けられている。前記吸気弁１９は吸気弁駆動機構（バルブ駆動手段）３０により駆動されることで、所定のタイミングで吸気ポート１７を開閉する。また、前記排気弁２０は、排気弁駆動機構（バルブ駆動手段）４０により駆動されて、所定のタイミングで排気ポート１８を開閉する。
【００３０】
吸気弁駆動機構３０は、吸気弁１９に連結された吸気カムシャフト３１と吸気ＶＶＴ３２とを有している。吸気カムシャフト３１は、周知のチェーン／スプロケット機構等の動力伝達機構を介してクランクシャフトに連結されており、クランクシャフトの回転に伴い回転して、吸気弁１９を開閉駆動する。
【００３１】
吸気ＶＶＴ３２は、吸気弁１９のバルブタイミングを変更するためのものである。この吸気ＶＶＴ３２は、吸気カムシャフト３１と同軸に配置されてクランクシャフトにより直接駆動される所定の被駆動軸と吸気カムシャフト３１との間の位相差を変更して、これによりクランクシャフトと前記吸気カムシャフト３１との間の位相差を変更することで、吸気弁１９のバルブタイミングを変更する。吸気ＶＶＴ３２の具体的構成としては、例えば、前記被駆動軸と前記吸気カムシャフト３１との間に周方向に並ぶ複数の液室を有し、これら液室間に圧力差を設けることで前記位相差を変更する液圧式機構や、前記被駆動軸と前記吸気カムシャフト３１との間に設けられた電磁石を有し、前記電磁石に電力を付与することで前記位相差を変更する電磁式機構等が挙げられる。この吸気ＶＶＴ３２は、ＥＣＵ９０で算出された吸気弁１９の目標バルブタイミングに基づいて前記位相差を変更する。
【００３２】
前記排気弁駆動機構４０は、前記吸気弁駆動機構３０と同様の構造を有している。すなわち、排気弁駆動機構４０は、排気弁２０およびクランクシャフトに連結された排気カムシャフト４１と、この排気カムシャフト４１とクランクシャフトとの位相差を変更することで排気弁２０のバルブタイミングを変更する排気ＶＶＴ４２とを有している。排気ＶＶＴ４２は、ＥＣＵ９０で算出された排気弁２０の目標バルブタイミングに基づいて、前記位相差を変更する。そして、排気カムシャフト４１は、この位相差の下でクランクシャフトの回転に伴って回転して排気弁２０を前記目標バルブタイミングで開閉駆動する。
【００３３】
なお、本実施形態では、吸気ＶＶＴ３２および排気ＶＶＴ４２は、吸気弁１９および排気弁２０の開弁期間及びリフト量つまりバルブ・プロファイルをそれぞれ一定に保ったまま、吸気弁１９および排気弁２０の開弁時期と閉弁時期とをそれぞれ変更する。
【００３４】
（２）排気系の構成
排気マニホールド５０と触媒装置６０とを含む排気系の詳細について次に説明する。排気マニホールド５０は、上流側から順に、３つの独立排気通路５２と、絞り部５３と、略円筒状の集合部５８とを備えている。
【００３５】
（２−１）独立排気通路５２の構成
図１に示すように、各独立排気通路５２は、シリンダヘッド９に形成された各気筒１２の排気ポート１８に接続されている。具体的には、気筒１２のうち第１気筒１２ａの排気ポート１８と第４気筒１２ｄの排気ポート１８とは、それぞれ個別に独立排気通路５２，５２に接続されている。一方、排気行程が隣り合わず排気順序が連続しない第２気筒１２ｂと第３気筒１２ｃの排気ポート１８は、これら各気筒１２ｂ，２ｃから同時に排気が排出されることがないため、構造を簡素化する観点から、二股状に形成された１つの独立排気通路５２に接続されている。詳細には、この第２気筒１２ｂと第３気筒１２ｃの排気ポート１８に接続されている独立排気通路５２は、その上流側において２つの通路に分離しており、その一方に第２気筒１２ｂの排気ポート１８が接続され、他方に第３気筒１２ｃの排気ポート１８が接続されている。
【００３６】
本実施形態では、第２気筒１２ｂおよび第３気筒１２ｃの排気ポート１８に対応する独立排気通路５２は、これら気筒１２ｂ，１２ｃの中間位置すなわちエンジン本体１の略中央部分と対向して直線的に延びており、他の気筒１２ａ，１２ｄの排気ポート１８に対応する独立排気通路５２は、対応する各排気ポート１８と対向する位置から前記第２気筒１２ｂおよび第３気筒１２ｃに対応する独立排気通路５２に向かって湾曲して延びている。また、図２に示すように、各独立排気通路５２は、シリンダヘッド９から水平方向に延びた後、車両前後方向の後ろ斜め下方に向かって延びている。
【００３７】
図５は、図１のＶ−Ｖ線断面図である。この図５に示されるように、前記独立排気通路５２の下流端５２ａの断面形状、すなわち、この下流端５２ａの開口形状は円形であり、これら円形の下流端５２ａは、後ろ斜め下方に延びる軸線Ｌ上の点Ｏ１を中心とする円周面上に互いに等間隔に配列されている。
【００３８】
（２−２）絞り部５３の構成
図２等に示すように、絞り部５３は、独立排気通路５２の下流端部に沿って後ろ斜め下方に延びている。
【００３９】
図６は、後述する独立流通状態における絞り部５３と集合部５８付近を拡大して示した断面図である。図７は、図６をＶＩＩ−ＶＩＩ線で切断した切断面の図であり、独立流通状態における絞り部５３の上流端を上流側から見た図である。図８は、図６をＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線で切断した切断面の図であり、独立流通状態における絞り部５３の下流端を下流側から見た図である。図９は、図６に示す独立流通状態における絞り部５３の内側の一部を示した斜視図である。
【００４０】
図１０は、図６と対応する図であり、後述する連通状態における絞り部５３と集合部５８付近を拡大して示した断面図である。図１１は、図１０をＸＩ−ＸＩ線で切断した切断面の図であり、連通状態における絞り部５３の上流端を上流側から見た図である。図１２は、図１０をＸＩＩ−ＸＩＩ線で切断した切断面の図であり、連通状態における絞り部５３の下流端を下流側から見た図である。図１３は、図１０に示す連通状態における絞り部５３の内側の一部を示した斜視図である。
【００４１】
なお、図７、図８、図１１、図１２では、絞り部本体５４と隔壁５５とこれらで区画されて排気が通過可能な空間の位置がより明確になるように、この排気が通過可能な空間を黒く塗りつぶして示している。
【００４２】
絞り部５３は、本体５４と、複数の隔壁５６とを備えている。絞り部５３の本体５４は、軸Ｌを中心軸とする筒状部材であり、その内側には、各独立排気通路５２から排出された排気が通過する空間が形成されている。各隔壁５６は、絞り部本体５４の内側を複数の空間に区画可能な部材である。
【００４３】
図１４は、図７から隔壁５６を除いた図であって、絞り部本体５４の上流端を上流側から見た図である。図１５は、図８から隔壁５６を除いた図であって、絞り部本体５４の下流端を下流側から見た図である。
【００４４】
図１４等に示されるように、絞り部本体５４の上流端の開口５４ａは、中心軸Ｌ上の点Ｏ２を中心とする円周上に互いに等間隔に配列された３つの第１仮想円２０１（図１４に鎖線で示す）と、これら第１仮想円２０１の間の部分とで構成されている。第１仮想円２０１の間の部分は、点Ｏ２を中心とした３つの第１仮想円２０１の各中心付近を通る第２仮想円２０２の一部をなしており、絞り部本体５４の上流端の開口５４ａは、第２仮想円２０２の円周上の互いに等間隔に並ぶ３つの円弧から径方向外側に膨出する３つ葉形状を有している。第１仮想円２０１どうしは互いに重複しておらず、第２仮想円２０２の径は、第１仮想円２０１の径よりもわずかに大きい寸法となっている。
【００４５】
一方、図１５等に示されるように、絞り部本体５４の下流端の開口５４ｂは、軸線Ｌ上の点Ｏ３を中心とする円形を有しており、これに対応して絞り部本体５４の下流端の開口縁は円形リング状を有している。絞り部本体５４の下流端の開口５４ｂの径は、第２仮想円２０２の径と同じに設定されており、上下流方向から見て、絞り部本体５４の下流端の開口５４ｂと第２仮想円２０２とは一致する。
【００４６】
このように、絞り部本体５４の下流端の開口５４ｂは、絞り部本体５４の上流端の開口５４ａよりも小さく、絞り部本体５４の内側空間は、下流に向かうほど流路面積が縮小している。
【００４７】
具体的には、絞り部本体５４の上流端の開口縁のうち第２仮想円２０２の円周の一部をなす３つの円弧部分からは、下流側に向かってそれぞれ中心軸Ｌと平行な面（以下、この部分をストレート面という）５５ａが延びている。前述のように、第２仮想円２０２と絞り部本体５４の下流端の開口５４ｂとは同一の円形であり、各ストレート面５５ａは、第２仮想円２０２の円周と絞り部本体５４の下流端の開口縁との間で延びる仮想円筒の円筒面の一部を構成する。
【００４８】
一方、絞り部本体５４の上流端の開口縁のうち第１仮想円２０１の円周の一部をなす３つの円弧部分からは、それぞれ下流側に向かうに従って中心軸Ｌに近づく方向に傾斜する面（以下、この部分を縮径面という）５５ｂが延びている。
【００４９】
絞り部本体５４の内周面は、これらストレート面５５ａと縮径面５５ｂとで構成されており、絞り部本体５４の各断面すなわち流路面積は、下流に向かうほど縮小している。
【００５０】
各第１仮想円２０１は、各独立排気通路５２の円形の下流端５２ａの開口と同一形状に設定されている。そして、絞り部本体５４は、各第１仮想円２０１と各独立排気通路５２の下流端５２ａの開口とが一致する位置で、各独立排気通路５２の下流端５２ａに連結されている。
【００５１】
隔壁５６は、断面形状一定のまま上下流方向に延びる板状部材である。隔壁５６の断面は、絞り部本体５４の上流端の開口５４ａから３つの第１仮想円２０１を除いた部分と同じ形状を有している。隔壁５６は、図７〜図９に示すように、その上流端がこの絞り部本体５４の上流端の開口５４ａのうち３つの第１仮想円２０１を除いた部分に配置されることで、絞り部本体５４内の空間を、これら３つの第１仮想円２０１から下流側に延びる３つのガス通過空間５７に区画する。
【００５２】
具体的には、隔壁５６は、互いに一体に形成された上下流方向に延びる３つの仕切り壁５６ａからなる。各仕切り壁５６ａは、それぞれ中心軸Ｌから各ストレート面５５ａに向かって放射状に延びている。各仕切り壁５６ａの径方向の長さは第２仮想円２０２の半径と一致しており、各仕切り壁５６ａの径方向先端部分（以下、単に先端部分という）５６ａ＿１は、第２仮想円２０２の円周と絞り部本体５４の下流端の開口縁との間で延びる仮想円筒の円筒面の一部を構成する。そのため、各仕切り壁５６ａが図６〜図９に示す位置（以下、区画位置という）に配置された状態で、各仕切り壁５６ａの先端部分５６ａ＿１は、ストレート面５５ａとその上下流方向全体にわたって面接触する。
【００５３】
仕切り壁５６ａの外周面のうち先端部分５６ａ＿１間に延びる部分５６ａ＿２は、第１仮想円２０１の円周から中心軸Ｌと平行に下流側に延びる仮想円筒面の一部を構成する形状を有している。従って、各仕切り壁５６ａが区画位置に配置されて各仕切り壁５６ａの先端部分５６ａ＿１とストレート面５５ａとが面接触した状態で、絞り部本体５４の上流端の開口５４ａは、図７に示すように、仕切り壁５６ａにより第１仮想円２０１からなる３つの領域に区画され、絞り部本体５４の下流端の開口５４ｂは、図８に示すように、仕切り壁５６ａにより円の略１／３をなす３つの扇形領域に区画される。そして、絞り部本体５４内の空間は、上流端の第１仮想円２０１領域から下流端の扇形領域に向かって、流路面積が縮小する３つのガス通過空間５７に区画される。すなわち、絞り部本体５４内には、縮径面５５ｂと仕切り壁５６ａの外周面５６ａ＿２とを内周面として互いに連通しない３つの通路が形成される。以下、仕切り壁５６ａが区画位置にあり、絞り部本体５４内に互いに連通しない３つの通路が形成されている状態を独立流通状態という。
【００５４】
前述のように、各第１仮想円２０１と各独立排気通路５２の下流端５２ａの開口とは一致している。そのため、独立流通状態において、各独立排気通路５２から排出された排気は、個別に３つのガス通過空間５７に流入する。具体的には、第２気筒１２ｂあるいは第３気筒１２ｃから排出された排気と、第１気筒１２ａから排出された排気と、第４気筒１２ｄから排出された排気とが、それぞれ対応するガス通過空間５７に個別に流入する。また、前述のように、各ガス通過空間５７は、その流路面積が下流側に向かうに従って縮小する形状を有している。従って、独立流通状態において、各独立排気通路５２から排出された排気は各ガス通過空間５７を通過することで速度が増大され、高速で集合部５８内に流入する。
【００５５】
隔壁５６には、中心軸Ｌに沿って延びる回動軸５６ｂ（図１および図９参照）が連結されている。この回動軸５６ｂは、隔壁５６の上流端から上流側に延びており、その先端は、絞り部５３および独立排気通路５２の外側に露出している。回動軸５６ｂの先端には、この回動軸５６ｂおよび隔壁５６すなわち各仕切り壁５６ａを回動させる回動アクチュエータ５６ｃ（図１および図３参照）が取り付けられている。回動アクチュエータ５６ｃは、後述するＥＣＵ９０の指令を受けて、回動軸５６ｂおよび各仕切り壁５６ａを中心軸Ｌ周りに回動させる。各仕切り壁５６ａが区画位置（独立流通状態に対応する図６〜図９の位置）から回動されると、絞り部本体５４内の区画状態は変化し、各仕切り壁５６ａにより区画されていた各ガス通過空間５７は互いに連通する。以下、この各ガス通過空間５７どうしが連通している状態を、連通状態という。
【００５６】
具体的には、前述のように、各仕切り壁５６ａの先端部分５６ａ＿１は、第２仮想円２０２の円周と絞り部本体５４の下流端の開口縁との間で延びる仮想円筒の円筒面の一部を構成している。そのため、各仕切り壁５６ａの先端部分５６ａ＿１は、回動アクチュエータ５６ｃにより駆動されることで、この仮想円筒の円筒面に沿って移動する。従って、各仕切り壁５６ａの先端部分５６ａ＿１がストレート面５５ａと面接触する前記区画位置からずれた場合、絞り部本体５４の下流端において、各仕切り壁５６ａの先端部分５６ａ＿１と絞り部本体５４の内周面（絞り部本体５４の下流端の開口縁）との接触は維持される。一方、この場合において、絞り部本体５４の下流端よりも上流側の部分では、図１１に示すように、各仕切り壁５６ａの先端部分５６ａ＿１は、絞り部本体５４の内周面（縮径面５５ｂ）から離間し、先端部分５６ａ＿１と絞り部本体５４の内周面５５ｂとの接触は解除される。３つのガス通過空間５７は、この先端部分５６ａ＿１と絞り部本体５４の内周面５５ｂとが接触することにより互いに連通しない空間に区画されており、この接触が解除されるのに伴い３つのガス通過空間５７は互いに連通する。
【００５７】
本実施形態では、回動アクチュエータ５６ｃは、回動軸５６ｂおよび隔壁５６すなわち各仕切り壁５６ａを６０度回動可能であって、各仕切り壁５６ａを区画位置と、図１１に示すように、各仕切り壁５６ａが中心軸Ｌから各ガス通過空間５７の中心に向かって延びて３つのガス通過空間５７が互いに連通する位置（以下、この位置を連通位置という）との間で回動させる。
【００５８】
このように、各仕切り壁５６ａが区画位置から連通位置に回動されて各ガス通過空間５７が連通し、絞り部５３内の状態が連通状態とされると、各独立排気通路５２から排出された排気は、対応するガス通過空間（独立排気通路５２の下流端と一致する上流端を有するガス通過空間）５７に流入した後、このガス通過空間に加えて他のガス通過空間５７内にも流入していく。そのため、絞り部本体５４の内側空間のうち各独立排気通路５２から排出された排気が通過する空間の容積、流路面積は、独立流通状態よりも増大する。これに伴い、排気は、独立流通状態よりも抵抗の小さい状態で絞り部５３を通過する。
【００５９】
特に、本実施形態では、各仕切り壁５６ａが連通位置にある状態において、各仕切り壁５６ａは中心軸Ｌから各ガス通過空間５７の中心軸に向かって延びており、各仕切り壁５６ａと各ガス通過空間５７の内周面（縮径面５５ｂ）との距離が十分に確保されている。そのため、各独立排気通路５２から排出された排気は、他の独立排気通路５２と対応するガス通過空間５７側により多く流入することができ、排気は、確実に抵抗の小さい状態で絞り部５３を通過する。
【００６０】
ここで、各仕切り壁５６ａは、区画位置および連通位置のいずれの位置にある場合でも、上下流方向すなわち排気の流れ方向に延びている。そのため、仕切り壁５６ａが排気の流れを阻害することはなく、排気は抵抗の小さい状態で絞り部本体５４を通過する。また、各仕切り壁５６ａは後ろ斜め下方に延びる中心軸Ｌに沿って延びている。そのため、排気に含まれる水分が仕切り壁５６ａに付着した場合であっても、水分は下流側に流下し、水分による仕切り壁５６ａの腐食は抑制される。
【００６１】
以上のように、本実施形態では、前記隔壁５６と、回動軸５６ｂと、回動アクチュエータ５６ｃとが、各独立排気通路５２から排出された排気が絞り部５３内を互いに独立して通過するように、各独立排気通路５２と個別に連通する複数のガス通過空間５７に絞り部５３内の空間を区画する独立流通状態と、各独立排気通路５２に対応する複数のガス通過空間５７どうしが互いに連通する連通状態とに、絞り部５３の状態を切替え可能な切替手段として機能する。
【００６２】
（２−３）集合部５８の構成
集合部５８は、各独立排気通路５２から排出されて絞り部５３を通過した排気が合流する部分である。集合部５８は、図１、図６、図１０に示すように、上流側から順に、ノズル部５８ａ、ストレート部５８ｂ、ディフューザー部５８ｃを備えている。
【００６３】
前述のように、独立流通状態において、各独立排気通路５２から排出された排気は、前記ガス通過空間５７を個別に、かつ、高速で通過して、集合部５８内に流入する。そのため、独立流通状態において、排気が高速で排出されたガス通過空間５７に隣接する他のガス通過空間５７内には、エゼクタ効果によって負圧が生成する。
【００６４】
ノズル部５８ａは、エゼクタ効果がより効果的に得られ、所定の独立排気通路５２およびガス通過空間５７から排出された排気によって他のガス通過空間５７ひいてはこのガス通過空間５７と連通する他の独立排気通路５２が接続された排気ポート１８内に高い負圧が生成されるような形状を有している。
【００６５】
具体的には、ノズル部５８ａは、各ガス通過空間５７から排出された排気が高い速度を維持したまま下流側に流れるよう、下流側ほどその流路面積が小さくなる形状を有している。本実施形態では、ノズル部５８ａの下流端の流路面積は、各独立排気通路５２の下流端５２ａの流路面積の合計よりも小さく設定されている。
【００６６】
ここで、１つのガス通過空間５７の下流端の流路面積であって絞り部本体５４の下流端の開口面積の約１／３の面積と同じ面積を有する真円の直径をａ（図６参照）とし、ノズル部５８ａの下流端の流路面積と同じ面積を有する真円の直径をＤ（図６参照）とした場合、ａ／Ｄがａ／Ｄ≧０．５の範囲に設定されていればノズル部５８ａを排気が十分に高い速度で通過して高いエゼクタ効果が得られることが分かっている。そこで、本実施形態では、ノズル部５８ａの下流端の流路面積を、ａ／Ｄ≧０．５を満足するように構成している。
【００６７】
また、本実施形態では、ノズル部５８ａや下流側のストレート部５８ｂにおいて圧力の不均一が生じ、これにより下流側への排気の吸出し力が低下するのを抑制するべく、ノズル部５８ａの上流側部分５８ａ＿１の内側面を独立排気通路５２の下流端に対して、ガスの流れ方向と直交する方向に膨出させている。具体的には、ノズル部５８ａの上流側部分５８ａ＿１は、絞り部本体５４の下流端の内径よりも大きな内径を有する円筒で構成されており、ノズル部５８ａの下流側部分５８ａ＿２は、下流に向かうに従って流路面積が縮小する形状で構成されている。
【００６８】
ストレート部５８ｂは、ノズル部５８ａの下流端から下流側に延びる円筒であり、ノズル部５８ａの下流端の流路面積と同じ流路面積一定で上下流方向に延びている。ディフューザー部５８ｃは、このストレート部５８ｂの下流端から下流に向かうに従って流路面積が拡大する略円錐台形状の筒状部材である。
【００６９】
このようにノズル部５８ａからストレート部５８ｂまでの部分は、上流側の流路面積の方が下流側よりも大きく設定されている。そのため、絞り部本体５４から排出された排気はノズル部５８ａとストレート部５８ｂとを高速で通過する。このとき、排気の圧力・温度は低下するため、ノズル部５８ａおよびストレート部５８ｂにおいて、排気の外部への放熱量は小さく抑えられる。そして、ストレート部５８ｂを通過した排気は、下流に向かうに従って流路面積が拡大するディフューザー部５８ｃに流入することで、その圧力・温度が回復され、高い温度を維持したまま下流側に排出される。
【００７０】
本実施形態では、ノズル部５８ａとストレート部５８ｂとディフューザー部５８ｃとは、中空の外側管５８ｄ内に挿入されており、ノズル部５８ａからディフューザー部５８ｃまでの部分は二重管構造となっている。そのため、これらノズル部５８ａ等からなる集合部５８の通過時に、排気の外部への放熱はより一層抑制され、集合部５８からは高い温度の排気が下流側に排出される。
【００７１】
（２−４）触媒装置６０の構成
図１に示すように、触媒装置６０は、エンジン本体１から排出された排気を浄化するための装置である。触媒装置６０は、触媒本体（触媒）６４と触媒本体６４を収容するケーシング６２とを備えている。ケーシング６２は排気の流れ方向と平行に延びる略円筒状を有している。触媒本体６４は、排気中の有害成分を浄化するためのものである。触媒本体６４は、例えば、理論空燃比の雰囲気下で三元触媒機能を有し、三元触媒を含有する。
【００７２】
触媒本体６４は、ケーシング６２の上下流方向の中央部分に収容されており、ケーシング６２の上流端６１には所定の空間が形成されている。集合部５８の下流端、詳細には、ディフューザー部５８ｃの下流端はケーシング６２の上流端６１に接続されており、ディフューザー部５８ｃから排出された排気はケーシング６２の上流端６１に流入した後、触媒本体６４側へ進行する。
【００７３】
前述のように、集合部５８からは、高い温度の排気が下流側に排出される。そのため、このように集合部５８に直接触媒装置６０が接続されていることで、触媒装置６０内には高温の排気が流入し、これにより、触媒本体６４は早期活性化される、また、触媒本体６４の活性状態が確実に維持される。
【００７４】
（３）制御系
図３は、エンジンの制御系を示すブロック図である。この図３に示されるＥＣＵ９０は、エンジンの各部を統括的に制御するための装置（制御手段）であり、周知のＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等から構成されている。
【００７５】
ＥＣＵ９０には、エンジンに設けられた各種センサから種々の情報が入力される。ＥＣＵ９０は、エンジンに設けられたクランク角センサＳＷ２、吸気量センサＳＷ４と電気的に接続されており、これら各センサＳＷ２、ＳＷ４からの入力信号に基づいて、エンジン回転数Ｎｅ、吸気量ひいてはエンジン負荷Ｔといった種々の情報を取得する。
【００７６】
ＥＣＵ９０は、その主な機能的要素として、判定手段９１、吸排気制御手段９２、回動アクチュエータ制御手段９４を有している。
【００７７】
判定手段９１は、エンジン回転数Ｎｅとエンジン負荷Ｔとに基づいて、エンジンをどのような態様で制御すべきかを都度判定するものである。図１６は、エンジン回転数Ｎｅおよび負荷Ｔに基づき決定される制御の種類を区分けして示す設定図（制御マップ）である。エンジンの運転中、前記判定手段９１は、この図１６の制御マップに従うようにエンジンの制御内容を決定する。
【００７８】
図１６の制御マップにおいて、エンジンの回転数Ｎｅが基準回転数Ｎ１以下の低速領域のうちエンジン負荷Ｔが基準負荷Ｔ１以上の低速高負荷領域には第１運転領域Ａ１が設定されており、それ以外の領域には、第２運転領域Ａ２が設定されている。第２運転領域Ａ２は、エンジン回転数Ｎｅが基準回転数Ｎ１以上の高速領域Ａ２＿１と、エンジンの回転数Ｎｅが基準回転数Ｎ１未満の低速領域のうちエンジン負荷Ｔが基準負荷Ｔ１以下の低速低負荷領域Ａ２＿２とからなる。本実施形態では、基準負荷Ｔ１は、エンジン回転数Ｎｅが高くなるほど高くなるように設定されている。また、基準回転数Ｎ１は、例えば、２５００ｒｐｍ付近に設定されている。
【００７９】
判定手段９１は、エンジンの運転中において、エンジンの運転点（負荷Ｔおよび回転数Ｎｅの各値から特定される制御マップ上でのポイント）が第１運転領域Ａ１であるか第２運転領域Ａ２であるかを常に判断する。
【００８０】
再び図３に戻って、吸排気制御手段９２は、吸気ＶＶＴ３２および排気ＶＶＴ４２を駆動することにより、吸気弁１９および排気弁２０の開閉タイミングを変更する。
【００８１】
回動アクチュエータ制御手段９４は、回動アクチュエータ５６ｃを駆動することにより、回動軸５６ｂおよび隔壁５６ひいては各仕切り壁５６ａを回動させて、各仕切り壁５６ａの位置を区画位置と連通位置とで切替え、絞り部本体５４の状態を独立流通状態と連通状態とで切替える。
【００８２】
ＥＣＵ９０は、その他、点火プラグ１５等を運転状態に応じて適正に制御する。
【００８３】
（４）各運転領域での制御内容
次に、以上のような機能を有するＥＣＵ９０の制御に基づき、図１６に示した各運転領域（Ａ１，Ａ２）で、それぞれどのような制御が実施されるのかを説明する。ＥＣＵ９０は、クランク角センサＳＷ２および吸気量センサＳＷ４の各検出値に基づいて、エンジンの運転点（負荷Ｔおよび回転数Ｎｅ）が図１６の制御マップにおけるどの運転領域に該当するかを逐次判定する。そして、判定された運転領域が、図１６中の第１運転領域Ａ１と第２運転領域Ａ２のいずれであるかに応じて、それぞれ以下のような制御を実行する。
【００８４】
（ｉ）第１運転領域Ａ１
第１運転領域Ａ１では、図４に示すように、排気弁２０の開弁期間と吸気弁１９の開弁期間とが、吸気上死点（ＴＤＣ）を挟んでオーバーラップし、かつ、排気弁２０が他の気筒１２のオーバーラップ期間Ｔ＿Ｏ／Ｌ中に開弁を開始するように調整される。詳細には、第１気筒１２ａの吸気弁１９と排気弁２０とがオーバーラップしている期間中に第３気筒１２ｃの排気弁２０が開弁し、第３気筒１２ｃの吸気弁１９と排気弁２０とがオーバーラップしている期間中に第４気筒１２ｄの排気弁２０が開弁し、第４気筒１２ｄの吸気弁１９と排気弁２０とがオーバーラップしている期間中に第２気筒１２ｂの排気弁２０が開弁し、第２気筒１２ｂの吸気弁１９と排気弁２０とがオーバーラップしている期間中に第１気筒１２ａの排気弁２０が開弁するよう調整される。
【００８５】
また、第１運転領域Ａ１では、各仕切り壁５６ａの位置が区画位置とされて、絞り部５３内の状態が独立流通状態とされる。すなわち、各独立排気通路５２から排出された排気が、各独立排気通路５２に対応する各ガス通過空間５７であって、下流側ほど流路面積が小さく設定された空間５７、をそれぞれ個別に通過して集合部５８に流入するように制御される。
【００８６】
このように制御されることで、第１運転領域Ａ１では、所定の気筒（排気行程気筒）１２の排気弁２０が開弁して排気行程気筒１２から所定のガス通過空間５７を通って集合部５８に排気が高速で排出されると、排気順序が排気行程気筒１２の１つ前に設定された他の気筒（吸気行程気筒）に対応するガス通過空間およびこの気筒１２に接続される排気ポート１８内にエゼクタ効果により負圧が生成される。そして、排気行程気筒１２の排気弁２０開弁時に吸気行程気筒がオーバーラップ期間中にあることから、前記負圧によって、吸気行程気筒１２内の残留ガスの多くが排気ポート１８側に吸い出され、吸気行程気筒１２内の掃気が促進される。特に、排気弁２０の開弁開始直後は気筒１２から非常に高速で排気（いわゆるブローダウンガス）が排出されるため、このブローダウンガスが排出された直後は、吸気行程気筒１２内の残留ガスの多くが排気ポート１８側に吸い出される。掃気が促進されると、吸気効率が増大する。従って、この第１運転領域Ａ１では、高いエンジントルクが実現される。また、気筒１２内の残留ガス量が少なくなりノッキングが抑制されるのに伴って点火時期の進角化が可能となることによっても、高いエンジントルクが実現される。
【００８７】
なお、本装置において、吸気弁１９および排気弁２０の開弁時期、閉弁時期とは、それぞれ、図１７に示すように、各弁１９，２０のリフトカーブにおいてリフトが急峻に立ち上がるあるいは立ち下がる時期（ランプ部の終わり、または、開始の時期）であり、例えば０．４ｍｍリフトの時期をいう。
【００８８】
（ｉｉ）第２運転領域Ａ２の高速領域Ａ２＿１
第２運転領域Ａ２のうちエンジンの回転数Ｎｅが高い高速領域Ａ２＿１では、排気流量が大きい。そのため、高速領域Ａ２＿１において、第１運転領域Ａ１と同様に、各独立排気通路５２から排出された排気を、下流に向かうに従って流路面積が縮小するガス通過空間５７内に排出したのでは、エゼクタ効果による掃気性能向上効果よりも背圧が高くなることによる掃気性能の悪化の方が大きくなる。そこで、この高速領域Ａ２＿１では、次のような制御を実施する。
【００８９】
高速領域Ａ２＿１では、排気弁２０の開弁期間と吸気弁１９の開弁期間とが、オーバーラップしないように調整される。また、第２運転領域Ａ２では、各仕切り壁５６ａの位置が連通位置とされて、絞り部５３内の状態が連通状態とされる。すなわち、３つのガス通過空間５７が互いに連通して、各独立排気通路５２から排出された排気が、各独立排気通路５２にそれぞれ対応するガス通過空間５７に流入した後、このガス通過空間５７に加えて他の独立排気通路５２と対応するガス通過空間にも流入するように制御される。
【００９０】
このように制御されることで、第２運転領域Ａ２のうちの高速領域Ａ２＿１では、各独立排気通路５２から排出された排気は、絞り部５３において、３つのガス通過空間５７により構成された第１運転領域Ａ１よりも流路面積の大きい空間を通過する。そのため、絞り部５３において生じる排気抵抗は小さく抑えられる。このように、排気抵抗が小さく抑えられることで、高速領域Ａ２＿１では、排気のポンピングロスは小さく抑えられ、また、吸気効率は高くされ、これにより高いエンジントルク、高い熱効率が実現される。
【００９１】
（ｉｉｉ）第２運転領域Ａ２の低速低負荷領域Ａ２＿２
第２運転領域Ａ２のうちエンジンの回転数Ｎｅが低くエンジン負荷Ｔが低い低速低負荷領域Ａ２＿２では、吸気圧が低く筒内ガス量が少ない。そのため、エゼクタ効果により高い掃気が行われて、これに伴い、気筒１２内の残留ガス量が少なくなると、吸気のポンピングロスが増大する、また、燃焼温度が増大して冷却損失が増大するという、熱効率に対して好ましくない作用が生じる。また、そもそも、低速低負荷領域Ａ２＿２では、要求新気量が少なく、エゼクタ効果に伴う高い吸気効率を得る必要が小さい。
【００９２】
そこで、低速低負荷領域Ａ２＿２では、高速領域Ａ２＿１と同様に、エゼクタ効果が発揮されないよう、各仕切り壁５６ａの位置が連通位置とされて、絞り部５３内の状態が連通状態とされる。
【００９３】
ただし、低速低負荷領域Ａ２＿２では、前述のように残留ガスが多い方が望ましい。そのため、低速低負荷領域Ａ２＿２では、高速領域Ａ２＿１と異なり、残留ガスがより多く得られるように、排気弁２０の開弁期間と吸気弁１９の開弁期間とは、オーバーラップするように制御される。
【００９４】
このように制御されることで、第２運転領域Ａ２のうちの低速低負荷領域Ａ２＿２では、各独立排気通路５２から排出された排気は、絞り部５３において、流路面積のより大きい空間を通過し、これにより、エゼクタ効果ひいては掃気が抑制される。掃気が抑制されると気筒１２内にはより多くの残留ガスが残存する。そのため、低速低負荷領域Ａ２＿２では、吸気のポンピングロスおよび冷却損失が低減し、高い熱効率すなわち高い燃費性能が実現される。
【００９５】
（５）作用効果
以上のように、本装置では、絞り部５３内の状態を独立流通状態と連通状態とに切替えるという簡単な構成で、第１運転領域Ａ１において、エゼクタ効果を利用して高いエンジントルクを得つつ、第２運転領域Ａ２のうちの高速領域Ａ２＿１において排気抵抗を抑制して高いエンジントルクおよび燃費性能を得ることができるともに、第２運転領域Ａ２のうちの低速低負荷領域Ａ２＿２において掃気を抑制して残留ガスを確保し、高い燃費性能を得ることができる。
【００９６】
特に、本実施形態では、絞り部５３内の状態が連通状態とされた場合に３つのガス通過空間５７が全て連通しており、排気が通過する絞り部５３内の空間の容積、流路面積をより大きく確保されている。そのため、第２運転領域Ａ２の高速領域Ａ２＿１において、排気抵抗をより確実に小さく抑えることができるとともに、第２運転領域Ａ２の低速低負荷領域Ａ２＿２において、掃気をより確実に抑制して残留ガスをより多く確保することができる。
【００９７】
また、本実施形態では、隔壁５６を回動させて、絞り部５３の内側空間の区画状態を変更ることで、絞り部５３内の状態を独立流通状態と連通状態とに切替えており、この切替えが簡単な構成で実現されている。
【００９８】
また、このように絞り部５３の内側空間の区画状態を変更して各独立排気通路５２から排出された排気が通過する空間の流路面積を変更するという構成をとっており、独立排気通路５２と集合部５８との間に、エゼクタ効果を得るべく流路面積が下流側ほど小さくなるように構成された通路と、高速領域での排気抵抗および低速低負荷領域での過剰な掃気を抑えるべくこのエゼクタ用の通路をバイパスする通路とを個別に設ける場合に比べて、独立排気通路５２から集合部５８までの距離を短くすることができ、集合部５８に直接連結された触媒装置６０に流入する排気の温度を高く維持することができる。そのため、触媒本体６４の掃気活性化あるいは触媒本体６４の活性維持を促進することができる。
【００９９】
（６）他の実施形態
前記第１実施形態では、各仕切り壁５６ａを区画位置と、この区画位置から６０度ずれて各仕切り壁５６ａが中心軸Ｌから第１仮想円２０１の中心に向かって延びるようになる連通位置とのいずれか一方に切替える場合について示したが、各仕切り壁５６ａすなわち隔壁５６の位置を運転条件に応じてより細かく変更させてもよい。例えば、図１８の矢印に示すように、低速高負荷領域（第１運転領域）Ａ１よりもエンジン回転数Ｎｅが増大する、また、エンジン負荷Ｔが低下するほど、区画位置からのずれ量すなわち隔壁５６の回動量を増大させるようにしてもよい。具体的には、第２運転領域Ａ２のうち、基準負荷Ｔ１とほぼ平行な第２基準負荷Ｔ２よりもエンジン回転数が低く、エンジ負荷が高い領域Ａ２＿２ｂにおいて、各仕切り壁５６ａを区画位置から３０度ずらすようにしてもよい。また、領域Ａ２＿２ｂにおいて、各仕切り壁５６ａを、図１８の矢印に示すようにエンジン回転数が高くなるほど、また、エンジン負荷が高くなるほど、区画位置からの連続的にずらしてもよい。例えば、隔壁５６の回動量を、０〜６０度の間で連続的に変化させてもよい。
【０１００】
ここで、隔壁５６の回動量が小さく、隔壁５６の区画位置からのずれ量が小さい場合は、各独立排気通路５２から排出された排気の多くが対応するガス通過空間５７に他の独立排気通路５２に対応するガス通過空間５７側に向かう量が小さく抑えられる。そして、より多くの排気が、対応する１つのガス通過空間５７すなわちエゼクタ効果が得られるよう構成された空間を通過する。そのため、この場合には、排気抵抗を適度に抑えつつ、比較的高いエゼクタ効果すなわち掃気性能を得ることができる。
【０１０１】
これより、前記のように、低速高負荷領域Ａ１からエンジン回転数Ｎｅが増加するに従って、隔壁５６の回動量を増大させれば、エゼクタ効果を得つつエンジン回転数Ｎｅの増大に伴う排気流量の増加に合わせて適正に排気抵抗を抑制することができ、掃気性能をより高めることができる。また、低速高負荷領域Ａ１よりもエンジン負荷Ｔが低下して、要求新気量が小さくなり必要とされる残留ガス量が増大するのに従って、隔壁５６の回動量を増大させてエゼクタ効果を低減させれば、エンジン負荷に応じて残留ガス量を適正に調整して高い燃費性能を得ることができる。
【０１０２】
また、絞り部５３の詳細構造は前記に限らない。例えば、図１９に示すように、絞り部２５３の絞り部本体２５４上流端の開口２５４ａが円形であり、絞り部本体２５４内の空間が、この上流端の開口２５４ａよりも面積の小さい下流端の円形の開口２５４ｂに向かって流路面積が徐々に縮小する略円錐台形状であってもよい。そして、絞り部本体２５４の中心軸から径方向外側に延びる複数の仕切り壁２５６ａを有する隔壁２５６が、絞り部本体２５４内の空間を、上下流方向全体にわたって扇形の断面を有するガス通過空間２５７に区画するようにしてもよい。
【０１０３】
この実施形態において、隔壁２５６ひいては各仕切り壁２５６ａは、第１実施形態と同様に絞り部本体２５４の中心軸を中心として回動される。そして、各仕切り壁２５６ａは、図１９に示すように絞り部本体２５４内の空間を各独立排気通路５２とそれぞれ個別に連通する３つのガス通過空間２５７に区画して、絞り部２５３内の状態を各独立排気通路５２から排出された排気が独立して対応するガス通過空間２５７に流入する独立流通状態とする区画位置と、図２０に示すようにこの区画位置からずれて、絞り部２５３内の状態を複数のガス通過空間が互いに連通する連通状態とさせる連通位置との間で移動する。ここで、図１９は、図７と対応する図である。図２０は、図８と対応する図である。
【０１０４】
この実施形態では、各仕切り壁２５６ａの先端部分２５６ａ＿１は、回動位置によらず常に絞り部本体２５４の内周面２５４ｄと接触している。そのため、各仕切り壁２５６ａが図２０に示す連通位置に回動された状態において、隣接する２つのガス通過空間２５７が連通し、各独立排気通路５２から排出された排気は、２つのガス通過空間２５７に流入する。
【０１０５】
このようにして、連通状態において、３つのガス通過空間２５７のうち２つのガス通過空間２５７のみが連通するように構成してもよい。ただし、３つのガス通過空間２５７の全てが連通すれば、連通状態において、絞り部２５３内の排気が通過する空間の容積、流路面積をより大きくすることができ、排気抵抗をより少なく抑えることができる。
【符号の説明】
【０１０６】
１２  気筒
１８  排気ポート
１９  吸気弁
２０  排気弁
５２  独立排気通路
５３  絞り部
５４  隔壁（切替手段）
５６ｃ  回動アクチュエータ（切替手段）
６０  触媒装置
９０  ＥＣＵ（制御手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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