(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室および吸気ポートと排気ポートと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、を有する複数の気筒を備えた多気筒エンジンであって、
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た独立排気通路と、前記各独立排気通路よりも下流側に設けられて前記各独立排気通路を通過した排気が内側で集合する共通排気通路とを含む排気マニホールドと、
前記排気マニホールド内の排気の流通状態を、前記各独立排気通路内の排気が前記共通排気通路に流入するのに伴いエゼクタ効果によって他の独立排気通路内に負圧が生成されるように、前記各独立排気通路内の排気が、互いに近接しかつ流路面積が下流側ほど小さくなる通路をそれぞれ個別に通って前記共通排気通路に流入する第１状態と、前記各独立排気通路内の排気が前記第１状態よりも流路面積の大きい通路を通過して前記共通排気通路に流入する第２状態とに変更可能な通路状態変更手段と、
前記吸気弁と前記排気弁とを駆動可能なバルブ駆動手段と、
前記吸気弁と前記排気弁の動作、前記通路状態変更手段の動作、および前記バルブ駆動手段の動作を制御可能な制御手段とを備え、
前記バルブ駆動手段は、前記排気弁を排気行程での開弁動作のほかに吸気行程で再度開弁させる再開弁動作の実行、停止が可能であり、
前記制御手段は、
エンジンの負荷が予め設定された所定の基準負荷よりも高い第１運転領域において、前記バルブ駆動手段によって前記再開弁動作を停止させ、前記通路状態変更手段によって前記排気マニホールド内の排気の流通状態を前記第１状態にさせるとともに、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一方、
エンジンの負荷が前記基準負荷よりも低い第２運転領域において、前記バルブ駆動手段によって前記再開弁動作を実行させるとともに、前記通路状態変更手段によって前記排気マニホールド内の排気の流通状態を前記第２状態にさせることを特徴とする多気筒エンジン。
【請求項２】
請求項１に記載の多気筒エンジンにおいて、
少なくとも一部がガソリンからなる燃料を前記燃焼室に噴射するインジェクタを備え、
前記第２運転領域において、前記燃焼室内の混合気が自着火により燃焼する自着火燃焼モードが実行されることを特徴とする多気筒エンジン。
【請求項３】
請求項１または２に記載の多気筒エンジンにおいて、
前記排気マニホールドは、前記各独立排気通路の下流端と前記共通排気通路との間に介在して、前記各独立排気通路の下流端から排出された排気がそれぞれ独立して流入する複数のガス通路が内側に形成された絞り部を有し、
前記通路状態変更手段は、前記各ガス通路の流路面積を変更可能であり、当該流路面積を変更することで、前記各独立排気通路内の排気が前記共通排気通路に流入するまでに通過する通路の流路面積を変更して、前記排気マニホールド内の排気の流通状態を第１状態と第２状態とに変更することを特徴とする多気筒エンジン。
【請求項４】
請求項３に記載の多気筒エンジンにおいて、
前記各ガス通路は、前記各独立排気通路の下流端から前記共通排気通路まで延びて前記
各独立排気通路とそれぞれ個別に連通する第１通路と、当該各第１通路と前記共通排気通路とに連通する第２通路とを含み、
前記通路状態変更手段は、前記第１通路と第２通路との連通量を変更することで前記各ガス通路の流路面積を変更することを特徴とする多気筒エンジン。
【請求項５】
請求項３に記載の多気筒エンジンにおいて、
前記各ガス通路は、前記各独立排気通路の下流端から前記共通排気通路まで延びて前記各独立排気通路とそれぞれ個別に連通する第１通路と、当該各第１通路と前記共通排気通路とに連通する第２通路とを含み、
前記通路状態変更手段は、前記第２通路の流路面積を変更することで前記各ガス通路の流路面積を変更することを特徴とする多気筒エンジン。
【請求項６】
請求項１または２に記載の多気筒エンジンにおいて、
前記排気マニホールドは、前記各独立排気通路の下流端と前記共通排気通路との間に介在する絞り部と、前記各独立排気通路の途中に設けられて複数の前記独立排気通路どうしを連通する連通通路と、当該連通通路を介した前記独立排気通路どうしの連通状態を変更可能な連通状態変更手段とを備え、
前記絞り部の内側には、下流ほど流路面積が縮小する形状を有するとともに、前記各独立排気通路の下流端から排出された排気がそれぞれ独立して流入するように配置された複数のガス通路が形成されており、
前記通路状態変更手段は、前記連通状態変更手段によって前記独立排気通路どうしを互いに連通させず、前記各独立排気通路内の排気がそれぞれ個別に前記絞り部内のガス通路を通過する状態とすることで、前記排気マニホールド内の排気の流通状態を前記第１状態にし、前記連通状態変更手段によって独立排気通路どうしを連通させて、前記各独立排気通路内の排気が前記絞り部内の複数のガス通路を通過する状態とすることで、前記排気マニホールド内の排気の流通状態を前記第２状態にすることを特徴とする多気筒エンジン。
【請求項７】
請求項１または２に記載の多気筒エンジンにおいて、
前記排気マニホールドは、前記各独立排気通路の下流端と前記共通排気通路との間に介在する絞り部と、前記各独立排気通路と前記共通排気通路とを接続して前記絞り部をバイパスさせるバイパス通路と、当該バイパス通路を開閉可能なバイパス通路開閉手段とを備え、
前記絞り部の内側には、下流ほど流路面積が縮小する形状を有するとともに、前記各独立排気通路の下流端から排出された排気がそれぞれ独立して流入するように配置された複数のガス通路が形成されており、
前記通路状態変更手段は、前記バイパス通路開閉手段によって前記バイパス通路を閉鎖して、前記各独立排気通路内の排気がそれぞれ個別に前記絞り部内のガス通路を通過する状態とすることで、前記排気マニホールド内の排気の流通状態を前記第１状態にする一方、前記バイパス通路開閉手段によって前記バイパス通路を開放して、前記各独立排気通路内の排気が前記絞り部内のガス通路に加えて前記バイパス通路を通過する状態とすることで前記排気マニホールド内の排気の流通状態を前記第２状態にすることを特徴とする多気筒エンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の気筒を有する多気筒エンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ガソリンエンジンにおける低負荷領域での圧縮自己着火燃焼の実現のため、また、冷間始動時における触媒の早期昇温、早期活性化等のために、低負荷領域において気筒内に高温の排気を逆流（還流）させて気筒内に残留する高温の排気量を増大させ、これにより温度を高める技術（ＥＧＲ技術）の開発が行われている。
【０００３】
圧縮自己着火燃焼は、燃焼室に生成された混合気をピストンで圧縮し、高温・高圧の環境下で、火花点火によらず混合気を自着火させるというものである。この圧縮自己着火燃焼では、燃焼室の各所で同時多発的に自着火するため、火花点火による燃焼に比べて、高い熱効率が得られると言われている。しかしながら、圧縮自己着火燃焼を実現するためには、混合気を自着火可能な温度にまで高める必要がある。そこで、この混合気の温度上昇を実現するために、高温の排気を気筒内に戻すＥＧＲ技術が用いられる。
【０００４】
例えば、下記特許文献１に開示されたエンジンでは、排気弁が排気行程中に加えて吸気行程中にも開弁可能なように構成されており、気筒内の温度が低い低負荷領域において、排気弁を排気行程および吸気行程にも開弁させる排気二度開き制御を行うことで、高温の排気を気筒内に逆流させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−８５２４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前記のように、低速低負荷領域において、高温の排気を多量に気筒内に残留させて混合気の温度を高めることが望まれている。しかしながら、負荷の高い領域では、高温の排気が気筒内に多量に存在すると、混合気の温度が過剰に高くなり異常燃焼が生じる、あるいは、新気の導入量が少なくなりエンジントルクが低下するという問題がある。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑み、低速低負荷領域において多量の高温の排気を気筒内に残留させつつ、低速高負荷領域において、気筒内の高温排気の残留量を少なく抑えることのできる多気筒エンジンの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するために、本発明は、燃焼室および吸気ポートと排気ポートと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、を有する複数の気筒を備えた多気筒エンジンであって、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た独立排気通路と、前記各独立排気通路よりも下流側に設けられて前記各独立排気通路を通過した排気が内側で集合する共通排気通路とを含む排気マニホールドと、前記排気マニホールド内の排気の流通状態を、前記各独立排気通路内の排気が前記共通排気通路に流入するのに伴いエゼクタ効果によって他の独立排気通路内に負圧が生成されるように、前記各独立排気通路内の排気が、互いに近接しかつ流路面積が下流側ほど小さくなる通路をそれぞれ個別に通って前記共通排気通路に流入する第１状態と、前記各独立排気通路内の排気が前記第１状態よりも流路面積の大きい通路を通過して前記共通排気通路に流入する第２状態とに変更可能な通路状態変更手段と、前記吸気弁と前記排気弁とを駆動可能なバルブ駆動手段と、前記吸気弁と前記排気弁の動作、前記通路状態変更手段の動作、および前記バルブ駆動手段の動作を制御可能な制御手段とを備え、前記バルブ駆動手段は、前記排気弁を排気行程での開弁動作のほかに吸気行程で再度開弁させる再開弁動作の実行、停止が可能であり、前記制御手段は、エンジンの負荷が予め設定された所定の基準負荷よりも高い第１運転領域において、前記バルブ駆動手段によって前記再開弁動作を停止させ、前記通路状態変更手段によって前記排気マニホールド内の排気の流通状態を前記第１状態にさせるとともに、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一方、エンジンの負荷が前記基準負荷よりも低い第２運転領域において、前記バルブ駆動手段によって前記再開弁動作を実行させるとともに、前記通路状態変更手段によって前記排気マニホールド内の排気の流通状態を前記第２状態にさせることを特徴とする多気筒エンジンを提供する（請求項１）。
【０００９】
本発明によれば、低負荷側の第２運転領域において気筒内に高温の排気を多量に逆流させて気筒内に残留する高温の排気量すなわち残留ガス量を多く確保し、これにより気筒内の混合気の温度を高めつつ、高負荷側の第１運転領域において高い掃気性能を実現して気筒内の残留ガス量を少なく抑えて混合気の温度の過剰上昇を抑制し、これにより異常燃焼の抑制やエンジントルクの向上を実現することができる。
【００１０】
具体的には、本発明では、第１運転領域において、排気弁は排気行程のみに開弁され、排気マニホールド内の排気の流通状態は、第１状態、すなわち、各独立排気通路内の排気が共通排気通路に流入するのに伴いエゼクタ効果によって他の独立排気通路内に負圧が生成されるように、各独立排気通路内の排気が、互いに近接しかつ流路面積が下流側ほど小さくなる通路をそれぞれ個別に通って前記共通排気通路に流入する状態にされるとともに、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（吸気行程気筒）の前記オーバーラップ期間が他方の気筒（排気行程気筒）の排気弁が開弁している時期に重複するように、各気筒の吸気弁および排気弁が駆動される。そのため、エゼクタ効果によりオーバーラップ期間中の吸気行程気筒の排気ポート内に高い負圧を作用させて、吸気行程気筒の掃気を促進することができる。
【００１１】
一方、本発明では、第２運転領域において、気筒内に残留する高温排気量を確保するべく、排気弁が排気行程に加えて吸気行程でも開弁されて、排気行程で気筒からいったん排気ポートに排出された排気が吸気行程で気筒内に逆流するよう制御されている。ここで、所定の気筒の吸気行程と他の気筒の排気行程とは一致する。そのため、この第２運転領域において、前記第１運転領域のように排気行程気筒から排気が高速で共通排気通路に流入し、これにより高いエゼクタ効果が発揮されて吸気行程気筒に高い負圧が生成されると、この負圧によって吸気行程気筒内および吸気行程気筒の排気ポート内の排気が下流側に吸い出されてしまい、吸気行程気筒に逆流する排気の量を確保できなくなるおそれがある。これに対して、本発明では、第２運転領域において、排気マニホールド内の排気の流通状態が、第２状態、すなわち、各独立排気通路内の排気が前記第１状態よりも流路面積の大きい通路を通過して共通排気通路に流入する状態とされ、共通排気通路に流入するまでに排気の膨張すなわち排気の速度低下が促進される。その結果、この第２運転領域において、エゼクタ効果による気筒内および排気ポート内の排気の吸出しが抑制され、高温の排気の気筒への逆流量が確保される。
【００１２】
前記第２運転領域で実施される燃焼形態としては、例えば、自着火燃焼が挙げられる。すなわち、本発明の一実施形態として、少なくとも一部がガソリンからなる燃料を前記燃焼室に噴射するインジェクタを備え、前記第２運転領域において、前記燃焼室内の混合気が自着火により燃焼する自着火燃焼モードが実行されるものが挙げられる（請求項２）。
【００１３】
また、前記排気マニホールドおよび前記通路状態変更手段の具体的構成としては、前記排気マニホールドは、前記各独立排気通路の下流端と前記共通排気通路との間に介在して、前記各独立排気通路の下流端から排出された排気がそれぞれ独立して流入する複数のガス通路が内側に形成された絞り部を有し、前記通路状態変更手段は、前記各ガス通路の流路面積を変更可能であり、当該流路面積を変更することで、前記各独立排気通路内の排気が前記共通排気通路に流入するまでに通過する通路の流路面積を変更して、前記排気マニホールド内の排気の流通状態を第１状態と第２状態とに変更するものが挙げられる（請求項３）。
【００１４】
この構成において、前記各ガス通路は、前記各独立排気通路の下流端から前記共通排気通路まで延びて前記各独立排気通路とそれぞれ個別に連通する第１通路と、当該各第１通路と前記共通排気通路とに連通する第２通路とを含み、前記通路状態変更手段は、前記第１通路と第２通路との連通量を変更することで前記各ガス通路の流路面積を変更するのが好ましい（請求項４）。
【００１５】
この構成によれば、絞り部内に第１通路と第２通路とを形成し、これら第１通路と第２通路との連通量を変更するという簡単な構成で、各ガス通路の流路面積ひいては排気マニホールド内の排気の流通状態を変更することができる。
【００１６】
また、前記各ガス通路は、前記各独立排気通路の下流端から前記共通排気通路まで延びて前記各独立排気通路とそれぞれ個別に連通する第１通路と、当該各第１通路と前記共通排気通路とに連通す第２通路とを含み、前記通路状態変更手段は、前記第２通路の流路面積を変更することで前記各ガス通路の流路面積を変更するものを用いてもよい（請求項５）。
【００１７】
この構成によれば、絞り部内に第１通路と第２通路とを形成し、第２通路の流路面積を変更するという簡単な構成で、各ガス通路の流路面積ひいては排気マニホールド内の排気の流通状態を変更することができる。
【００１８】
また、前記排気マニホールドおよび前記通路状態変更手段の具体的構成としては、前記排気マニホールドは、前記各独立排気通路の下流端と前記共通排気通路との間に介在する絞り部と、前記各独立排気通路の途中に設けられて複数の前記独立排気通路どうしを連通する連通通路と、当該連通通路を介した前記独立排気通路どうしの連通状態を変更可能な連通状態変更手段とを備え、前記絞り部の内側には、下流ほど流路面積が縮小する形状を有するとともに、前記各独立排気通路の下流端から排出された排気がそれぞれ独立して流入するように配置された複数のガス通路が形成されており、前記通路状態変更手段は、前記連通状態変更手段によって前記独立排気通路どうしを互いに連通させず、前記各独立排気通路内の排気がそれぞれ個別に前記絞り部内のガス通路を通過する状態とすることで、前記排気マニホールド内の排気の流通状態を前記第１状態にし、前記連通状態変更手段によって独立排気通路どうしを連通させて、前記各独立排気通路内の排気が前記絞り部内の複数のガス通路を通過する状態とすることで、前記排気マニホールド内の排気の流通状態を前記第２状態にするものが挙げられる（請求項６）。
【００１９】
また、前記排気マニホールドおよび前記通路状態変更手段の具体的構成としては、前記排気マニホールドは、前記各独立排気通路の下流端と前記共通排気通路との間に介在する絞り部と、前記各独立排気通路と前記共通排気通路とを接続して前記絞り部をバイパスさせるバイパス通路と、当該バイパス通路を開閉可能なバイパス通路開閉手段とを備え、前記絞り部の内側には、下流ほど流路面積が縮小する形状を有するとともに、前記各独立排気通路の下流端から排出された排気がそれぞれ独立して流入するように配置された複数のガス通路が形成されており、前記通路状態変更手段は、前記バイパス通路開閉手段によって前記バイパス通路を閉鎖して、前記各独立排気通路内の排気がそれぞれ個別に前記絞り部内のガス通路を通過する状態とすることで、前記排気マニホールド内の排気の流通状態を前記第１状態にする一方、前記バイパス通路開閉手段によって前記バイパス通路を開放して、前記各独立排気通路内の排気が前記絞り部内のガス通路に加えて前記バイパス通路を通過する状態とすることで前記排気マニホールド内の排気の流通状態を前記第２状態にするものが挙げられる（請求項７）。
【発明の効果】
【００２０】
以上説明したように、本発明によれば、低速低負荷領域において多量の高温排気の気筒への逆流を実現しつつ、低速高負荷領域において掃気性能を高めて高温排気の気筒内の残留量を少なく抑えて、異常燃焼の回避やエンジントルクの向上を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施形態に係る多気筒エンジンの全体構成を示す図である。
【図２】図１に示すエンジンの排気系の構成を示す図である。
【図３】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４】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の制御系を説明するためのブロック図である。
【図５】図２のＶ−Ｖ線断面図である。
【図６】外管が流路面積最小位置にある状態における絞り部周辺の断面図である。
【図７】（ａ）図６をＶＩＩ−ＶＩＩ線で切断した切断面の図である。（ｂ）（ａ）の図のうち内管のみを示した図である。（ｃ）（ａ）の図のうち外管のみを示した図である。
【図８】（ａ）図６をＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線で切断した切断面の図である。（ｂ）（ａ）の図のうち内管のみを示した図である。（ｃ）（ａ）の図のうち外管のみを示した図である。
【図９】図６をＩＸ−ＩＸ線で切断した切断面の図である。
【図１０】外管が流路面積最大位置にある状態における絞り部周辺の断面図である。
【図１１】図１０をＸＩ−ＸＩ線で切断した切断面の図である。
【図１２】外管の一部を示す概略斜視図である。
【図１３】本発明の第１実施形態に係る多気筒エンジンで用いられる制御マップを示した図である。
【図１４】リーンＨＣＣＩ燃焼モードの制御内容を説明するためのタイムチャートである。
【図１５】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１６】急速ＳＩリタード燃焼モードの制御内容を説明するためのタイムチャートである。
【図１７】本発明の第１実施形態に係る多気筒エンジンで用いられる制御マップを示した図である。
【図１８】発明の第３実施形態に係る多気筒エンジンの絞り部を上流から見た図である。
【図１９】（ａ）発明の第３実施形態に係る多気筒エンジンの吸排気装置において、蓋が全閉位置にある状態の内管の概略斜視図である。（ｂ）発明の第３実施形態に係る多気筒エンジンの吸排気装置において、蓋が全開位置にある状態の内管の概略斜視図である。
【図２０】（ａ）図１９の（ａ）に対応する絞り部の断面図である。（ｂ）図１９の（ｂ）に対応する絞り部の断面図である。
【図２１】発明の第４実施形態に係る多気筒エンジンの排気マニホールドの概略図である。
【図２２】発明の第４実施形態に係る多気筒エンジンの排気マニホールドの概略図である。
【図２３】発明の第５実施形態に係る多気筒エンジンの排気マニホールド周辺の概略側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
（１）エンジンの全体構成
図１は、本発明の一実施形態にかかる多気筒エンジンの全体構成を示す図である。図２は、このエンジンの一部（主に排気マニホールド）を示す図である。図１に示されるエンジンは、走行駆動用の動力源として車両に搭載される往復ピストン型の多気筒エンジンである。このエンジンのエンジン本体１は、所定の方向並ぶ４つの気筒２（図２参照）を有するシリンダブロック３と、シリンダブロック３の上面に設けられたシリンダヘッド４と、各気筒２に往復摺動可能に挿入されたピストン５とを有している。具体的には、図２の右から順に第１気筒２ａ、第２気筒２ｂ、第３気筒２ｃ、第４気筒２ｄが形成されている。本実施形態では、前記エンジンはガソリンエンジンであり、エンジン本体１に供給される燃料は、ガソリンを主成分とする。なお、この燃料は、その中身が、全てガソリンであってもよいし、ガソリンにエタノール（エチルアルコール）等を含有させたものでもよい。
【００２３】
エンジン本体１は４サイクルエンジンであって、各気筒２ａ〜２ｄにおいて、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（図３参照）。本実施形態では、第１気筒２ａ→第３気筒２ｃ→第４気筒２ｄ→第２気筒２ｂ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。
【００２４】
ピストン５はコネクティングロッド８を介してクランク軸７と連結されており、ピストン５の往復運動に応じてクランク軸７が中心軸回りに回転する。ピストン５の冠面中央部には、凹状のキャビティ４０が設けられている。キャビティ４０は、後述するインジェクタ２１と対向する上向きの開口部を上端に有しており、この開口部の面積（開口面積）は、キャビティ４０の内部の最大断面積（キャビティ４０の各高さ位置における水平方向断面積の最大値）よりも小さく設定されている。すなわち、キャビティ４０は、その開口部から所定深さまでの範囲において、上方に至るほど内径が狭くなるように上窄まり状に形成されている。
【００２５】
ピストン５の上方には燃焼室６が形成されている。燃焼室６には吸気ポート９および排気ポート１０が開口し、各ポート９，１０を開閉する吸気弁１１および排気弁１２が、シリンダヘッド４にそれぞれ設けられている。なお、図例のエンジンはいわゆるダブルオーバーヘッドカムシャフト式（ＤＯＨＣ）エンジンであり、各気筒につき吸気ポート９および排気ポート１０が２つずつ設けられるとともに、吸気弁１１および排気弁１２も２つずつ設けられている。
【００２６】
ここで、当実施形態のエンジン本体１は、理論熱効率の向上や、後述する圧縮自己着火燃焼の安定化等を目的として、１４以上という比較的高い幾何学的圧縮比を有するように設定されている。なお、幾何学的圧縮比の上限値は、実用上の観点等から３０程度であると考えられるため、エンジン本体１の幾何学的圧縮比は、１４以上３０以下の範囲の適宜の値に設定される。
【００２７】
エンジンには、各種センサが取り付けられている。例えば、エンジン冷却水の温度を検出するための水温センサＳＷ１、クランク軸７の回転角度（クランク角）ひいてはエンジンの回転数を検出するためのクランク角センサＳＷ２、カムシャフトの角度を検出して気筒判別（各気筒が吸気、圧縮、膨張、排気のいずれの行程にあるかの判別）用の信号を出力するカム角センサＳＷ３、燃焼室に流入する新気の温度を検出するための外気温センサＳＷ４が、エンジン本体１に取り付けられている。
【００２８】
吸気弁１１および排気弁１２は、それぞれ、シリンダヘッド４に配設された一対のカムシャフト（図示省略）等を含む動弁機構１３，１４によりクランク軸７の回転に連動して開閉駆動される。
【００２９】
吸気弁１１用の動弁機構１３には、ＣＶＶＬ１５およびＶＶＴ（バルブ駆動手段）１６がそれぞれ組み込まれている。ＣＶＶＬ１５は、連続可変バルブリフト機構（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  Ｖａｒｉａｂｌｅ  Ｖａｌｖｅ  Ｌｉｆｔ  Ｍｅｃｈａｎｉｓｍ）と呼ばれるものであり、吸気弁１１のリフト量を連続的に（無段階で）変更するものである。また、吸気ＶＶＴ１６は、可変バルブタイミング機構（Ｖａｒｉａｂｌｅ  Ｖａｌｖｅ  Ｔｉｍｉｎｇ  Ｍｅｃｈａｎｉｓｍ）と呼ばれるものであり、吸気弁１１の開閉タイミング（位相角度）を可変的に設定するものである。これら吸気ＣＶＶＬ１５および吸気ＶＶＴ１６は、エンジンの全ての吸気弁１１のリフト量および開閉タイミングを変更できるように設けられており、吸気ＣＶＶＬ１５および吸気ＶＶＴ１６の両方が駆動されると、各気筒２において一対の吸気弁１１のリフト量および開閉タイミングが同時に変更されるようになっている。
【００３０】
前記のような構成の吸気ＣＶＶＬ１５は既に公知であり、その具体例として、吸気弁１１駆動用のカムをカムシャフトの回転と連動して往復揺動運動させるリンク機構と、リンク機構の配置（レバー比）を可変的に設定するコントロールアームと、コントロールアームを電気的に駆動することによって前記カムの揺動量（吸気弁１１を押し下げる量）を変更するステッピングモータとを備えたものを挙げることができる（例えば特開２００７−８５２４１号公報参照）。また、吸気ＶＶＴ１６についても、液圧式、電磁式、機械式など、種々のタイプのものが既に公知であり、その中から適宜のものを採用し得る。
【００３１】
排気弁１２用の動弁機構１４には、吸気行程中に排気弁１２を押し下げる機能を有効または無効にするＯＮ／ＯＦＦタイプの可変バルブリフト機構（Ｖａｒｉａｂｌｅ  Ｖａｌｖｅ  Ｌｉｆｔ  Ｍｅｃｈａｎｉｓｍ）であるＶＶＬ（バルブ駆動手段）１７が組み込まれている。排気ＶＶＬ１７は、排気弁１２を排気行程だけでなく吸気行程でも開弁可能にするとともに、吸気行程中の排気弁１２の開弁動作を実行するか停止するかを切り替える機能を有している。排気ＶＶＬ１７は、エンジンの全ての排気弁１２に対応して設けられており、かつ、各気筒２の一対の排気弁１２に対し、それぞれ個別に、吸気行程中の開弁動作を実行または停止できる。
【００３２】
このような構成の排気ＶＶＬ１７は既に公知であり、その具体例として、排気弁１２駆動用の通常のカム（排気行程中に排気弁１２を押し下げるカム）とは別に吸気行程中に排気弁１２を押し下げるサブカムと、このサブカムの駆動力が排気弁１２に伝達されるのを有効または無効にするいわゆるロストモーション機構とを備えたものを挙げることができる（例えば特開２００７−８５２４１号公報参照）。
【００３３】
排気ＶＶＬ１７の作用により排気弁１２が吸気行程中に開弁することで、排気行程で燃焼室６内からいったん排気ポート１０に排出された高温の排気が気筒２すなわち燃焼室６内に逆流し、燃焼室６の高温化が図られるとともに、燃焼室６に導入される空気（新気）の量が低減される。以下では、このような排気弁１２の再開弁（吸気行程中の開弁）による高温排気の逆流操作を、後述する外部ＥＧＲ装置３０による排気の還流操作（外部ＥＧＲ制御）と区別して、排気二度開き制御と称する。また、適宜、排気二度開き制御により逆流した排気を含む燃焼室６内に残留する高温排気を内部ＥＧＲガスと称し、外部ＥＧＲ制御により燃焼室６内に還流した排気（低温排気）を外部ＥＧＲガスと称する。
【００３４】
エンジン本体１のシリンダヘッド４には、点火プラグ２０およびインジェクタ２１が、各気筒２につき１組ずつ設けられている。
【００３５】
インジェクタ２１は、燃焼室６をその天井面（燃焼室６を覆うシリンダヘッド４の下面）から臨むように設けられている。各気筒２のインジェクタ２１にはそれぞれ燃料供給管２３が接続されており、各燃料供給管２３を通じて供給される燃料（ガソリンを主成分とする燃料）が前記インジェクタ２１の先端部から噴射される。
【００３６】
より具体的に、前記燃料供給管２３の上流側には、クランク軸７と連動連結されたプランジャー式のポンプ等からなる高圧燃料ポンプが接続されているとともに、この高圧燃料ポンプと前記燃料供給管２３との間には、全気筒に共通の蓄圧用のコモンレールが設けられている。そして、このコモンレール内で蓄圧された燃料が各気筒２のインジェクタ２１に供給されることにより、各インジェクタ２１から、３０ＭＰａ以上の高い圧力の燃料が噴射される。なお、燃料噴射圧力の上限値は、実用上の観点等から１２０ＭＰａ程度であると考えられるため、前記インジェクタ２１からの噴射圧力は、３０ＭＰａ以上１２０ＭＰａ以下の範囲の適宜の値に設定される。
【００３７】
また、前記インジェクタ２１は、いわゆる多噴口型のインジェクタであり、その先端部に１２個の噴口を有している。これらの噴口の設置部（インジェクタ２１の先端部）は、燃焼室６天井の中央部に位置しており、各噴口は、その開口方向がボア径方向外側の斜め下方を向くように穿孔されている。このため、燃料は、前記インジェクタ２１の各噴口から、ピストン５の冠面（上面）に近づくほどボア径方向外側に拡がるように放射状に噴射される。
【００３８】
点火プラグ２０は、各気筒２の燃焼室６を上方から臨むように前記インジェクタ２１と隣接して配置されている。この点火プラグ２０は、燃焼室６に露出する電極を先端部に有し、図外の点火回路からの給電に応じて前記電極から火花を放電する。
【００３９】
エンジン本体１の吸気ポート９および排気ポート１０には、吸気通路２８および排気マニホールド５０がそれぞれ接続されている。外部からの吸入空気（新気）は、吸気通路２８を通じて燃焼室６に供給されるとともに、燃焼室６で生成された排気（既燃ガス）は、排気マニホールド５０を通じて外部に排出される。排気マニホールド５０の詳細構造については後述する。
【００４０】
吸気通路２８は、単一の通路からなる共通通路部２８ｃと、共通通路部２８ｃの下流側端部に設けられたサージタンク２８ｂと、気筒２ごとに分岐して設けられて前記サージタンク２８ｂと各気筒２の吸気ポート９とを接続する分岐通路部２８ａとを有している。
【００４１】
吸気通路２８と排気マニホールド５０との間には、この排気マニホールド５０を通過する排気の一部を吸気通路２８に還流させる外部ＥＧＲ装置３０が設けられている。具体的に、外部ＥＧＲ装置３０は、吸気通路２８の各共通通路部２８ｃと触媒装置６０の後述するケーシング６２の上流端６１とを連通させるＥＧＲ通路３１と、ＥＧＲ通路３１の途中部に設けられ、その内部を通過する排気の流量を制御するＥＧＲバルブ３２と、ＥＧＲ通路３１を通過する排気の温度を冷却する水冷式のＥＧＲクーラ３３とを有している。
【００４２】
吸気通路２８の共通通路部２８ｃには、スロットルバルブ２５が開閉可能に設けられている。ただし、当実施形態では、ＣＶＶＬ１５により吸気弁１１のリフト量が調整され、また、排気ＶＶＬ１７により燃焼室６に残留・逆流する排気の量が調整され、さらには、外部ＥＧＲ装置３０により吸気通路２８に還流される排気の量が調整される。したがって、これらの操作に基づいて、スロットルバルブ２５を操作することなく、燃焼室６に導入される空気（新気）の量を調整することが可能である。このため、スロットルバルブ２５は、エンジンの停止時等を除いて、全開もしくはそれに近い値に維持される。
【００４３】
（２）排気マニホールドの構成
排気マニホールド５０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、可動部５１と、触媒装置６０とを備えている。ここで、排気マニホールド５０のうち可動部５１の後述する絞り部５３よりも下流の部分が、共通排気通路５０ａ（図２参照）を構成する。具体的には、この実施形態では、可動部５１のうちの集合部５８と、触媒装置６０とが、共通排気通路５０ａを構成する。
【００４４】
（２−１）独立排気通路５２の構成
図２に示すように、各独立排気通路５２は、シリンダヘッド４に形成された各気筒２の排気ポート１０に接続されている。具体的には、気筒２のうち第１気筒２ａの排気ポート１０と第４気筒２ｄの排気ポート１０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２ｂと第３気筒２ｃの排気ポート１０は、これら各気筒２ｂ，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２ｂと第３気筒２ｃの排気ポート１０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２ｂの排気ポート１０が接続され、他方に第３気筒２ｃの排気ポート１０が接続されている。
【００４５】
本実施形態では、第２気筒２ｂおよび第３気筒２ｃの排気ポート１０に対応する独立排気通路５２は、これら気筒２ｂ，２ｃ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２ａ，２ｄの排気ポート１０に対応する独立排気通路５２は、対応する各排気ポート１０と対向する位置から第２気筒２ｂおよび第３気筒２ｃ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。
【００４６】
図５は、図２のＶ−Ｖ線断面図である。この図５に示されるように、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、車両後方に向かって斜め下方に延びる軸線Ｌ（図２参照）上の点Ｏ１を中心とする円の円周上に互いに等間隔に配列されている。
【００４７】
（２−２）可動部５１の構成
図２等に示すように、可動部５１は、二重管構造であって、円筒状の収容管５１ａの内側に絞り部５３と集合部５８とが収容された構造を有している。絞り部５３と集合部５８とは、上流からこの順序で収容されている。収容管５１ａは、車両後方に向かって斜め下方に延びる軸線Ｌを中心軸として後ろ斜め下方に延びている。以下、この収容管５１ａの軸線Ｌを単に軸線Ｌと呼ぶ場合がある。
【００４８】
（２−２−１）絞り部５３の構成
図６は、絞り部５３の後述する外管５５が最も上流側の位置にある状態（以下、この位置を流路面積最小位置という）における可動部５１付近を拡大して示した断面図である。図７（ａ）は、図６のＶＩＩ−ＶＩＩ線断面図のうち絞り部５３のみを示した図である。図７（ｂ）は、図７（ａ）のうち絞り部５３の後述する内管５４のみを示した図である。図７（ｃ）は、図７（ｂ）のうち外管５５のみを示した図である。図８（ａ）は、図６のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線断面図のうち絞り部５３のみを示した図である。図８（ｂ）は、図８（ａ）のうち内管５４のみを示した図である。図８（ｃ）は、図８（ｂ）のうち外管５５のみを示した図である。図９は、図６のＩＸ−ＩＸ線断面図のうち絞り部５３のみを示した図である。
【００４９】
図１０は、図６に対応する図であって、外管５５が前記流路面積最小位置よりも下流側に設定された流路面積最大位置にスライドした状態における可動部５１付近を拡大して示した断面図である。図１１は、図９に対応する図であって、図１０のＩＸ−ＩＸ線断面図のうち絞り部５３のみを示した図である。
【００５０】
絞り部５３は、内管５４と外管５５とを有する。
【００５１】
内管５４は、上下流方向に延びる管状部材である。内管５４の内側には、上下流方向に延びる３つの第１通路５４ａが形成されている。内管５４の外形は、その上流側部分が収容管５１ａの軸線Ｌを中心軸とする円筒形をなし、その下流側部分が前記軸線Ｌを中心として下流に向かうに従って縮径する略円錐台形状をなすように構成されている。すなわち、内管５４の外周面５４ｇは、その上流側部分に設けられて軸線Ｌと平行に延びる円筒面５４ｇ＿１と、その下流側部分に設けられて下流に向かうに従って軸線Ｌ側に傾斜する内管側傾斜面５４ｇ＿２（内管側傾斜部）とからなる。内管５４の下流端の外周面５４ｇの径は、例えば、内管５４の上流端の外周面５４ｇの径の約半分に設定されている。
【００５２】
各第１通路５４ａは、軸線Ｌを中心軸とする円筒の円筒面上に互いに等間隔に並んでいる。各第１通路５４ａは、その内周面のうち軸線Ｌ側の部分がこの軸線Ｌに沿って延びる一方、その内周面のうち軸線Ｌから径方向に離間した側の部分が、内管５４の外周面５４ｇに沿って延びる形状を有している。この形状に伴い、各第１通路５４ａの流路面積は、下流側ほど小さくなっている。
【００５３】
具体的には、各第１通路５４ａの上流端５４ｂは、図７（ａ）、（ｂ）に示すように、それぞれ円形をなしている。一方、各第１通路５４ａの下流端５４ｃは、図８（ａ）、（ｂ）に示すように、１つの円を三分割した略扇形状をなしており、その面積は、前記円形の上流端５４ｂの面積よりも小さい面積に設定されている。そして、各第１通路５４ａは、その円形の上流端５４ｂから下流側に、所定量、同一流路面積で延びた後、この上流端５４ｂよりも流路面積の小さい下流端５４ｃに向かって徐々に縮径しつつ延びている。本実施形態では、第１通路５４ａの下流端５４ｃ全体で構成される円の径と、各第１通路５４ａの上流端５４ｂの円の径とはほぼ同じ寸法に設定されている。
【００５４】
内管５４は、各第１通路５４ａの円形の上流端５４ｂが、それぞれ前記各独立排気通路５２の下流端５２ａと一致するように配置されている。そのため、各独立排気通路５２の下流端５２ａから排出された排気は、対応する各第１通路５４ａ内に個別に（独立して）流入する。
【００５５】
内管５４の管壁のうち各第１通路５４ａに対応する部分には、これら第１通路５４ａと内管５４の外側とを連通する連通口５４ｄが形成されている。各連通口５４ｄは、内管５４の外周面５４ｇのうち内管側傾斜面５４ｇ＿２に開口しており、下流に向かって開口している。本実施形態では、各連通口５４ｄは、略円形である。
【００５６】
内管５４の管壁には、各第１通路５４ａ間に対応する部分に、それぞれ内管５４の外周面５４ｇから軸線Ｌに向かって延びるとともに、上下流方向に延びる溝５４ｅが形成されている。
【００５７】
外管５５は、上下流方向に延びる管状部材である。この外管５５の内側には１つの通路が形成されており、この通路内に内管５４が収容されている。外管５５の内周面５５ｇは、外管５５が図６に示す流路面積最小位置にある状態において、内管５４の外周面５４ｇに沿って延びている。すなわち、外管５５の内周面５５ｇは、その上流側部分に設けられて前記軸Ｌと平行に延びる円筒面５５ｇ＿１と、その下流側部分に設けられて下流に向かうに従って軸Ｌ側に傾斜する外管側傾斜面５５ｇ＿２（外管側傾斜部）とからなる。外管５５の外管側傾斜面５５ｇ＿２は、外管５５が流路面積最小位置にある状態において、内管５４の内管側傾斜面５４ｇ＿２に接触するように延び、この状態において、前記各連通口５４ｄを塞ぐように構成されている。
【００５８】
図１２に、外管５５の一部の斜視図を示す。この図１２および図７（ａ）等に示すように、外管５５には、内管５４の各溝５４ｅに対応して、その内周面５５ｇから軸線Ｌに向かって延びるとともに上下流方向に延びる区画壁５５ｅが形成されている。これら区画壁５５ｅは、各溝５４ｅ内に挿入されている。
【００５９】
外管５５は、内管５４に対して下流側に相対移動可能である。本実施形態では、内管５４は動かず、外管５５が軸線Ｌと平行に上下流方向にスライドする。なお、本実施形態では、外管５５は、前記集合部５８と一体に形成されており、集合部５８とともに上下流方向にスライドする。
【００６０】
具体的には、図２に示すように、外管５５の外周面には、スライドアクチュエータ（通路状態変更手段）５５ｆが取り付けられている。スライドアクチュエータ５５ｆは、後述するＥＣＵ１００の指令を受けて、外管５５を軸線Ｌと平行に、図６に示す流路面積最小位置と、この流路面積最小位置よりも下流側の位置である図１０に示す流路面積最大位置との間でスライドさせる。このとき、外管５５の各区画壁５５ｅは、内管５４の各溝５４ｅ内をスライドする。
【００６１】
図６に示す流路面積最小位置において、外管５５は、内管５４の上流端から下流端まで延びる。前述のように、この状態において、外管５５の内周面５５ｇは、内管５４の外周面５４ｇと接触して、連通口５４ｄを塞ぐ。連通口５４ｄが塞がれると、各独立排気通路５２から排出された排気は、絞り部５３のうち第１通路５４ａのみを通過して流下する。このように、外管５５が流路面積最小位置にある状態（第１状態）では、絞り部５３内に形成されて各独立排気通路５２から排出された排気が通過可能なガス通路は、第１通路５４ａのみで構成され、ガス通路の流路面積は最小面積となる。
【００６２】
一方、外管５５が前記流路面積最小位置から図１０に示す流路面積最大位置にスライド移動した状態（第２状態）では、外管５５の内周面５５ｇは内管５４の外周面５４ｇから下流側および径方向外側（軸線Ｌから離れる方向）に離間する。この離間に伴い、前記各連通口５４ｄは開口され、外管５５の内周面５５ｇと内管５４の外周面５４ｇとの間には第２通路５５ａが出現する。
【００６３】
図１１に示されるように、外管５５の各区画壁５５ｅが内管５４の各溝５４ｅ内に挿入されていることで、外管５５の内周面５５ｇと内管５４の外周面５４ｇとの間には、区画壁５５ｅによって、３つの第２通路５５ａが区画される。各第２通路５５ａは、各第１通路５４ａの径方向外側にそれぞれ位置して、各連通口５４ｄを介して第１通路５４ａと連通する。
【００６４】
このように外管５５が図１０に示す流路面積最大位置にスライドした状態において、絞り部５３内に形成されるガス通路は、第１通路５４ａと第２通路５５ａとによって構成される。そして、各独立排気通路５２から排出された排気は、第１通路５４ａに流入した後、その一部が連通口５４ｄを介して第２通路５５ａ内にも流入するようになる。このように、外管５５が流路面積最大位置にある状態では、各ガス通路の流路面積は最小面積よりも大きくなる。
【００６５】
第２通路５５ａの流路面積ひいては絞り部５３内のガス通路の流路面積は、外管５５の下流側へのスライド量が大きくなるほど大きくなる。具体的には、外管５５が下流側へスライドするほど、外管５５の内周面５５ｇと内管５４の外周面５４ｇとの離間量は大きくなり、それに応じて第２通路５５ａおよびガス通路の流路面積は大きくなる。
【００６６】
ここで、図１０に示す流路面積最大位置にある状態において、外筒５５は最も下流側に位置しており、第２通路５５ａおよびガス通路の流路面積は最大面積となる。この状態において、外管５５の上流端は、内管５４のうち円筒状を有する上流側部分の下流端に位置し、外管５５は、この位置から下流側に延びている。
【００６７】
本実施形態では、前記スライドアクチュエータ５５ｆは、外管５５の位置を、流路面積最小位置と、流路面積最大位置とのいずれかに切り替える。これにより、ガス通路の流路面積は、最小面積と最大面積とに切り替えられる。
【００６８】
（２―２−２）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。外管５５の位置に関わらず、各独立排気通路５２から排出されて絞り部５３の各ガス通路に流入した排気は、この集合部５８内に流入する。
【００６９】
なお、図１０に示すように、外管５５が流路面積最大位置にある状態では、外管５５は内管５４よりも下流側に延びており、第１通路５４ａを通過した排気は、外管５５の内側に流入して第２通路５５ａを通過した排気と合流した後、集合部５８内に流入する。
【００７０】
集合部５８は、図６等に示すように、上流側から順に、ノズル部５８ａ、混合部５８ｂ、ディフューザー部５８ｃを備えている。本実施形態では、前述のように、集合部５８は外管５５と一体にスライド可能に連結されており、ノズル部５８ａは、外管５５の下流端に一体に連結されてこの下流端から下流に延びている。
【００７１】
後述するように、本ガソリンエンジンでは、所定の運転領域（第１運転領域Ａ１）において、絞り部５３からノズル部５８ａ内に高速で排気を排出させてエゼクタ効果を発揮させるよう構成されている。そのため、ノズル部５８ａの形状は、絞り部５３から排出された排気が高い速度を維持したまま流下するように、下流側ほどその流路面積が小さくなる形状に設定されている。本実施形態では、ノズル部５８ａは、下流に向かうに従って縮径する略円錐台形状を有している。また、ノズル部５８ａの内周面は、絞り部５３から流出した排気がこの内周面に沿って円滑に流下するように、外管５５の下流側部分の内周面すなわち外管側傾斜面５５ｇ＿２に連続して、下流に向かうに従って軸線Ｌに近づく方向に傾斜している。このノズル部５８ａの軸線Ｌに対する傾斜角度は、前記外管５５の外管側傾斜面５５ｇ＿２の傾斜角度とほぼ同じに設定されている。
【００７２】
混合部５８ｂは、ノズル部５８ａの下流端から下流側に延びる円筒形状を有しており、ノズル部５８ａの下流端の開口と同じ流路面積を有している。ディフューザー部５８ｃは、この混合部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を有している。
【００７３】
このようにノズル部５８ａと混合部５８ｂとで構成される部分では、上流側の流路面積の方が下流側よりも大きい。そのため、排気はこのノズル部５８ａと混合部５８ｂとを高速で通過する。この通過時に、排気の圧力・温度は低下する。従って、ノズル部５８ａおよび混合部５８ｂにおいて、排気の外部への放熱量は少なく抑えられる。そして、混合部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。
【００７４】
また、前述のように、本実施形態では、集合部５８および絞り部５３は、中空の収容管５１ａ内に挿入されている。そのため、これら集合部５８および絞り部５３の通過時における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。
【００７５】
（２−３）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。この触媒装置６０は、触媒本体（触媒）６４とこの触媒本体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り、理論空燃比の雰囲気下で三元触媒機能を有する。この触媒本体６４は、例えば、三元触媒を含有する。
【００７６】
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、このケーシング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の下流端はこのケーシング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このケーシング６２の上流端６１に流入した後、触媒本体６４側へ進行する。
【００７７】
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。
【００７８】
（３）排気マニホールド５０の作用
外管５５が流路面積最小位置にある第１状態では、前述のように、絞り部５３内のガス通路は、下流ほど流路面積が小さくなる形状を有する第１通路５４ａのみで構成され、その流路面積は最小とされる。そのため、この第１状態では、各独立排気通路５２から各第１通路５４ａに流入した排気は、第１通路５４ａの通過途中でその速度が高められ、高速でノズル部５８ａ内に流入する。特に、本実施形態では、ノズル部５８ａも、下流ほど流路面積が小さくなる形状を有している。そのため、各独立排気通路５２から排出された排気は、ノズル部５８ａにおいてもその速度を高く維持したまま流下する。この第１状態では、このようにノズル部５８ａ内を所定の第１通路５４ａから排出された排気が高速で通過する結果、エゼクタ効果によって、隣接する他の第１通路５４ａ内およびこれと連通する独立排気通路５２および排気ポート１０内に比較的高い負圧量の負圧が生成される。
【００７９】
一方、外管５５が流路面積最大位置にある第２状態では、絞り部５３内のガス通路は、第１通路５４ａと第２通路５５ａとで構成されて、その流路面積が最小面積よりも大きくされる。そのため、この第２状態では、各独立排気通路５２から各第１通路５４ａに流入した排気は、ガス通路内で膨張し、その速度が低く抑えられた状態でノズル部５８ａ内に流入する。この結果、この第２状態では、絞り部５３内のガス通路での抵抗が抑えられ、また、前記エゼクタ効果による負圧量は少なく抑えられる。
【００８０】
このように、本実施形態では、外管５５の位置が変更されることによって、排気マニホールド５０内の排気の流通状態が、エゼクタ効果によって他の独立排気通路５２内に負圧が生成されるように、各独立排気通路５２内の排気が、互いに近接し、かつ、流路面積が下流側ほど小さくなる通路をそれぞれ個別に通って共通排気通路５０ａ（本実施形態では、共通排気通路のうちの集合部５８）に流入する第１状態と、各独立排気通路５２内の排気が第１状態よりも流路面積の大きい通路を通過して共通排気通路に流入する第２状態とに変更され、これにより、各状態におけるエゼクタ効果によって所定の独立排気通路５２内に生成される負圧量が変更される。
【００８１】
（４）制御系
図４は、エンジンの制御系を示すブロック図である。この図４に示されるＥＣＵ（制御手段）１００は、エンジンの各部を統括的に制御するための装置であり、周知のＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等から構成されている。
【００８２】
ＥＣＵ１００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。ＥＣＵ１００は、エンジンに設けられた水温センサＳＷ１、クランク角センサＳＷ２、カム角センサＳＷ３、および外気温センサＳＷ４等と電気的に接続されており、これら各センサＳＷ１〜ＳＷ４からの入力信号に基づいて、エンジンの冷却水温、クランク角、エンジン回転数、気筒判別情報、および新気の温度といった種々の情報を取得する。
【００８３】
また、ＥＣＵ１００には、車両に設けられた各種センサからの情報も入力される。例えば、車両には、運転者により踏み込み操作される図外のアクセルペダルの開度（アクセル開度）を検出するアクセル開度センサＳＷ５が設けられており、このアクセル開度センサＳＷ５により検出されたアクセル開度が、ＥＣＵ１００に入力される。
【００８４】
ＥＣＵ１００が有するより具体的な機能について説明する。ＥＣＵ１００は、その主な機能的要素として、判定手段１０１、インジェクタ制御手段１０２、吸気制御手段１０３、排気二度開き制御手段１０４、外部ＥＧＲ制御手段１０５、および、点火制御手段１０６、アクチュエータ制御手段１０７、を有している。
【００８５】
判定手段１０１は、クランク角センサＳＷ２の検出値から特定されるエンジン回転数と、アクセル開度センサＳＷ４の検出値から特定されるエンジン負荷（目標トルク）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。なお、以下では、エンジン回転数をＮｅ、エンジン負荷をＴとする。
【００８６】
図１３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、判定手段１０１は、この図１３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。
【００８７】
図１３の制御マップにおいて、負荷Ｔが基準負荷Ｔ１よりも低い領域（低負荷域）には、低速域（エンジン回転数が所定の回転数よりも低い領域）を含む全エンジン回転数域にわたって第２運転領域Ａ２が設定されている。第２運転領域Ａ２よりも負荷Ｔが高い中高負荷域には、第１運転領域Ａ１と、第３運転領域Ａ３とが設定されている。第３運転領域Ａ３は、中高負荷領域のうちエンジン回転数Ｎｅが基準回転数Ｎ１以上であり、かつ、負荷Ｔが全負荷付近の高速高負荷領域からなる。第１運転領域Ａ１は、中高負荷領域のうち第３運転領域Ａ３を除く領域からなり、低速高負荷領域Ａ１＿１と中負荷領域Ａ１＿２とを含む。
【００８８】
再び図４に戻って、インジェクタ制御手段１０２は、インジェクタ２１に内蔵された図外のニードル弁（インジェクタ２１の先端部の噴口を開閉する弁）を電磁的に開閉することにより、インジェクタ２１から燃焼室６に噴射される燃料の噴射量や噴射時期を制御する。
【００８９】
吸排気制御手段１０３は、吸気ＣＶＶＬ１５および吸気ＶＶＴ１６を駆動することにより、吸気弁１１のリフト量（開弁量）および開閉タイミングを変更するとともに、排気ＶＶＬ１７を駆動することにより排気弁１２の開閉タイミングを変更する制御を行う。
【００９０】
排気二度開き制御手段１０４は、排気ＶＶＬ１７を駆動して排気弁１２の吸気行程中の開弁を実行または停止することにより、燃焼室６内に高温の排気を逆流させる操作（排気二度開き制御）の実施／停止を切り替える。なお、当実施形態において、排気弁１２は１気筒あたり２つ設けられているので、吸気行程中に開弁する排気弁１２の数を０，１，２の間で切り替えることにより、燃焼室６に逆流する排気の量を段階的に変化させることが可能である。
【００９１】
外部ＥＧＲ制御手段１０５は、ＥＧＲ通路３１に設けられたＥＧＲバルブ３２の開度を調節することにより、排気通路２９から吸気通路２８に排気を還流する操作（外部ＥＧＲ制御）の実施／停止を切り替える。
【００９２】
点火制御手段１０６は、点火プラグ２０による火花点火のタイミング（点火時期）等を制御する。
【００９３】
（５）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ＥＣＵ１００の制御に基づき、図１３に示した各運転領域（Ａ１，Ａ２，Ａ３）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。ＥＣＵ１００は、クランク角センサＳＷ２およびアクセル開度センサ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１３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１３中の第１運転領域Ａ１と第２運転領域Ａ２と第３運転領域Ａ３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。
【００９４】
（５−１）第２運転領域Ａ２
低負荷領域からなる第２運転領域Ａ２では、点火プラグ２０による混合気の点火は停止されて、十分に混合された燃料と空気の混合気をピストン５の圧縮作用によって自着火させる、リーンＨＣＣＩ燃焼（Ｈｏｍｏｇｅｎｅｏｕｓ−Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ  Ｉｇｎｉｔｉｏｎ  Ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ、予混合圧縮自己着火燃焼）モードが実行される。
【００９５】
図１４は、リーンＨＣＣＩ燃焼モードが実行された際の、燃料噴射時期と吸排気弁１２，１２のリフト特性、およびそれに基づく燃焼により生じる熱発生率（Ｊ／ｄｅｇ）を示す図である。この図１４に示すように、このリーンＨＣＣＩ燃焼モードでは、圧縮上死点（圧縮行程と膨張行程の間のＴＤＣ）よりも十分に早いタイミングで燃料が噴射され、燃料と空気の混合が十分に混合された圧縮上死点付近においてこの混合気をピストン５の圧縮作用によって自着火させる。
【００９６】
具体的に、当実施形態において、このリーンＨＣＣＩ燃焼モードで運転されているときには、吸気行程中の所定時期にインジェクタ２１から燃焼室６に対し比較的少量の燃料が噴射（Ｐ）され、この１回の燃料噴射Ｐにより一括噴射された少量の燃料と、吸気通路２８から燃焼室６に導入される空気（新気）とに基づき形成される均質でかつリーンな混合気が、ピストン５の圧縮作用により高温、高圧化し、圧縮上死点付近で自着火する。すると、このような自着火に基づき、波形Ｑａに示すような熱発生を伴う燃焼が生じることになる。
【００９７】
リーンＨＣＣＩ燃焼モードでは、燃焼室６内に噴射される燃料重量Ｆに対する燃焼室６内の全ガスの重量Ｇの割合であるＧ／Ｆが、３０以上（例えば３５）となるように設定される。ただし、このように大幅にリーンでかつ均質な空燃比下では、燃焼室内の温度を意図的に上昇させないと、失火が起きるおそれがある。前述のように、本ガソリンエンジンでは、エンジン本体１の幾何学的圧縮比が１４以上と高い値に設定されており、ピストン５の圧縮作用により燃焼室６内の温度をある程度まで高めることができるが、本エンジンでは、燃焼室６内の温度が低い低負荷領域においてより安定した燃焼を実現するために、燃焼室６（気筒２）内に残留する高温の排気すなわち高温の内部ＥＧＲガス量を多く確保する制御が実施される。
【００９８】
具体的には、第２運転領域Ａ２では、排気二度開き制御が実施されて、排気ポート１０側に流出した高温の排気が燃焼室６内に逆流させられる。すなわち、排気ＶＶＬ１７が駆動されて、排気弁１２が、排気行程に開弁するとともに（図１４のリフトカーブＥＸ）、吸気行程でも開弁する（図１４のリフトカーブＥＸ’）。
【００９９】
このように、高温の排気が燃焼室６に逆流することで、燃焼室６内に残留する高温の排気すなわち高温の内部ＥＧＲガスが多く確保される。そして、これにより燃焼室６内の混合気の温度が高温化される結果、混合気の自着火が促進される。なお、内部ＥＧＲガス量は、低負荷側ほど多く、高負荷側ほど少なく設定される。そのための制御として、例えば、第２運転領域Ａ２における低負荷域（無負荷に近い領域）では、吸気行程中に開弁する排気弁１２の数が２つとされ、それよりも負荷が高くなると、開弁数が１つに減らされる。
【０１００】
また、第２運転領域Ａ２では、絞り部５３の外管５５の位置が流路面積最大位置とされて、排気マニホールド５０内の排気の流通状態が第２状態、すなわち、絞り部５３内の各ガス通路の流路面積が最大面積になる状態とされる。このような制御を実施するのは、次の理由に基づく。
【０１０１】
前述のように、第２運転領域Ａ２では、内部ＥＧＲガス量をより多く確保するために吸気行程中に排気弁１２が再開弁される。図３に示すように、所定の気筒（吸気行程気筒）２の吸気行程と、この吸気行程気筒２よりも排気行程が１つ後の気筒（排気行程気筒）２の排気行程とは一致する。従って、吸気行程気筒２において吸気弁１１に加えて排気弁１２が再開弁されている期間中、排気行程気筒２内の排気は、絞り部５３を通ってノズル部５８ａへと排出される。
【０１０２】
前述のように、絞り部５３の外管５５の位置が流路面積最小位置であって排気マニホールド５０内の排気の流通状態が第１状態にある場合は、所定の気筒２から排出された排気が第１通路５４ａを通過する際に、エゼクタ効果によって、他の気筒２の排気ポート１０内に高い負圧が生成する。そのため、排気弁１２の再開弁制御の実施時に、このように絞り部５３の外管５５の位置が流路面積最小位置とされて排気マニホールド５０の排気の流通状態が第１状態とされていると、排気弁１２が再開弁している気筒（吸気行程気筒）２の排気ポート１０に、排気行程気筒２の排気により生成された高い負圧が作用して、吸気行程気筒２の排気ポート１０内の排気が下流側に吸い出されてしまい、吸気行程気筒２内に逆流する排気の量すなわち内部ＥＧＲガス量を十分に確保できなくなる。これに対して、前述のように、絞り部５３の外管５５の位置を流路面積最大位置とし排気マニホールド５０を第２状態とすれば、エゼクタ効果による負圧量は少なく抑えられる。
【０１０３】
そこで、本エンジンでは、第２運転領域Ａ２では、内部ＥＧＲガス量を多く確保するために、エゼクタ効果により生じる負圧による気筒２および排気ポート１０内の排気の下流側への吸出しを抑制するべく、絞り部５３の外管５５の位置を流路面積最大位置として排気マニホールド５０内の排気の流通状態を第２状態とする。
【０１０４】
また、第２運転領域Ａ２では、低温の外部ＥＧＲガスの燃焼室６内への多量の還流により燃焼室６内の温度が低下するのを回避するべく、第１運転領域Ａ１との境界付近すなわち第２運転領域Ａ２のうちの高負荷側の領域を除き外部ＥＧＲ制御は停止される。具体的には、第２運転領域Ａ２のうちの高負荷側の領域では、ＥＧＲ通路３１に設けられたＥＧＲバルブ３２が開弁されて、排気通路２９から吸気通路２８への比較的低温の外部ＥＧＲガスの還流が行われ、第２運転領域Ａ２のその他の領域ではＥＧＲバルブ３２の開度は全閉とされて、外部ＥＧＲガスの還流は停止される。
【０１０５】
以上のようにして、第２運転領域Ａ２では、内部ＥＧＲガス量が多く確保され、Ｇ／Ｆが３０以上という大幅にリーンの混合気が確実に自着火可能な温度にまで高められる。そして、この混合気の自着火燃焼により、ＮＯｘの発生が抑制されつつ、燃焼温度ひいては冷却損失の低減に伴う高い熱効率（燃費）が実現される。
【０１０６】
（５−２）第１運転領域Ａ１および第３運転領域Ａ３
高負荷域に設定された第１運転領域Ａ１および第３運転領域Ａ３では、多量の燃料が噴射されて燃焼室６内の温度が高温となるため、圧縮自己着火燃焼を行わせようとすると、燃焼騒音が著しく増大する、また、ノッキングが生じるという問題がある。そこで、この第１運転領域Ａ１および第３運転領域Ａ３では、圧縮自己着火燃焼に代わり、混合気に点火して火炎伝播させる火花点火燃焼（ＳＩ燃焼）を実施する。
【０１０７】
ここで、ＳＩ燃焼においても、燃焼室６内の温度が過度に高い場合には、ノッキングが生じる。特に、本ガソリンエンジンでは圧縮比が非常に高い値に設定されている。そのため、燃焼室６内の温度は高くなりやすく、燃焼騒音およびノッキングの問題が顕著になる。
【０１０８】
そこで、本エンジンでは、第１運転領域Ａ１および第３運転領域Ａ３において、燃焼室６内の温度の高温化を抑制するべく、燃焼室６内に残留する高温の内部ＥＧＲガス量を少なく抑える制御が実施される。
【０１０９】
具体的には、第１運転領域Ａ１および第３運転領域Ａ３では、排気二度開き制御が停止されて、排気ポート１０側に流出した高温の排気の燃焼室６内への逆流が停止される。具体的には、排気弁１２が排気行程中のみに開弁するよう、排気ＶＶＬ１７が調整される。また、吸気弁１１、排気弁１２および排気マニホールド５０内の排気の流通状態が、以下に示す通り、第１運転領域Ａ１と第３運転領域Ａ３とにおいて、それぞれ、内部ＥＧＲガス量を少なく抑えることのできる適切な状態に調整される。
【０１１０】
（ｉ）第１運転領域Ａ１における吸気弁１１等の制御方法
第１運転領域Ａ１では、外管５５の位置が流路面積最小位置とされて、排気マニホールド５０内の排気の流通状態が第１状態に、すなわち、絞り部５３内の各ガス通路の流路面積が最小面積となる状態とされるとともに、図３に示すように、排気弁１２の開弁期間と吸気弁１１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１２が他の気筒２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２ａの吸気弁１１と排気弁１２とがオーバーラップしている期間中に第３気筒２ｃの排気弁１２が開弁し、第３気筒２ｃの吸気弁１１と排気弁１２とがオーバーラップしている期間中に第４気筒２ｄの排気弁１２が開弁し、第４気筒２ｄの吸気弁１１と排気弁１２とがオーバーラップしている期間中に第２気筒２ｂの排気弁１２が開弁し、第２気筒２ｂの吸気弁１１と排気弁１２とがオーバーラップしている期間中に第１気筒２ａの排気弁１２が開弁するよう調整される。なお、本エンジンにおいて、前記吸気弁１１および排気弁１２の開弁時期、閉弁時期とは、それぞれ、図１５に示すように、各弁１１，１２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であり、例えば０．４ｍｍリフトの時期をいう。このような制御を実施するのは、次の理由に基づく。
【０１１１】
前述のように、絞り部５３の外管５５の位置が流路面積最小位置であって排気マニホールド５０が第１状態にある場合、所定の気筒２から排出された排気が第１通路５４ａを通過する際に、エゼクタ効果によって、他の気筒２の排気ポート１０内に高い負圧が生成する。そのため、排気弁１２の開弁期間と吸気弁１１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１２が他の気筒２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ていれば、所定の気筒（排気行程気筒）１２の排気弁１２が開弁してこの排気行程気筒２から排気が高速で排出されるのに伴い、オーバーラップ期間中にある吸気行程中の気筒（吸気行程気筒）の排気ポート１０内に高い負圧を生成することができる。そして、この負圧によって吸気行程気筒２内の残留ガスを排気ポート１０側へ吸い出すことができる。特に、排気弁１２の開弁開始直後は気筒２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には、吸気行程気筒２内の残留ガスの多くを排気ポート１０側に吸い出すことができる。
【０１１２】
そこで、本エンジンでは、第１運転領域Ａ１において、内部ＥＧＲガス量を少なく抑えるためにエゼクタ効果により生じる負圧によって気筒２および排気ポート１０内の排気の排気ポート１０側への吸出しを促進するべく、前述のように、絞り部５３の外管５５の位置を流路面積最大位置として排気マニホールド５０内の排気の流通状態を第２状態とするとともに、排気弁１２と吸気弁１１とをオーバーラップさせ、かつ、排気弁１２を他の気筒２のオーバーラップ期間Ｔ＿Ｏ／Ｌ中に開弁させる。
【０１１３】
以上のようにして、本エンジンでは、第１運転領域Ａ１において、排気二度開き制御の停止およびエゼクタ効果により生じる負圧の利用によって内部ＥＧＲガス量が少なく抑えられて燃焼室６内の混合気の過度の高温化が回避される。そして、第１運転領域Ａ１において、異常燃焼および燃焼騒音の悪化が確実に回避され、適正な燃焼が実現される。
【０１１４】
ここで、第１運転領域Ａ１のうち低速高負荷領域Ａ１＿１では、高いエンジントルクを得るために新気量を多く確保する必要がある。そこで、低速高負荷領域Ａ１＿１では、外部ＥＧＲ制御は停止される。具体的には、ＥＧＲバルブ３２が閉弁されて低温の外部ＥＧＲガスの吸気通路２８内への流入が停止される。前述のように、第１運転領域Ａ１において、エゼクタ効果等により内部ＥＧＲガス量は少なく抑えられている。そのため、低速高負荷領域Ａ１＿１では、外部ＥＧＲガスを含まない吸気すなわち新気が多量に燃焼室６内に流入し、異常燃焼および燃焼騒音の悪化を回避しつつ、高いエンジントルクが実現される。なお、本実施形態では、前述のように異常燃焼（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り、この進角化によっても高いエンジントルクを得ることが可能となる。
【０１１５】
一方、第１運転領域Ａ１のうち中負荷領域Ａ１＿２では、要求される新気量は少ない。そのため、この中負荷領域Ａ１＿２では、吸気のポンピングロスの低減、および、冷却損失の低減により、高い熱効率すなわち良好な燃費性能を得るべく、また、ＮＯｘを低減するべく、外部ＥＧＲ制御が実施される。具体的には、ＥＧＲバルブ３２が開弁されて、ＥＧＲクーラ３３によって冷却された排気（外部ＥＧＲガス）が燃焼室６内へ還流される。なお、中負荷領域Ａ１＿２において、吸気弁１１の開弁期間と排気弁１２の開弁期間とのオーバーラップ量は、低速側の方が高速側よりも少なくなるように調整される。
【０１１６】
（ｉｉ）第３運転領域Ａ３における吸気弁１１等の制御方法
高速高負荷領域からなる第３運転領域Ａ３では、吸気弁１１の開弁期間と排気弁１２の開弁期間とのオーバーラップ量が、第１運転領域Ａ１よりも少なくなるように調整される。また、第３運転領域Ａ３では、外管５５の位置が流路面積最大位置とされて、絞り部５３内の各ガス通路の流路面積が最大面積とされ、排気マニホールド５０内の排気の流通状態が第２状態とされる。
【０１１７】
第３運転領域Ａ３では、エンジン回転数Ｎｅおよびエンジン負荷Ｔが高いことに伴い排気流量が大きい。そのため、第１運転領域Ａ１のように、吸気弁１１と排気弁１２とをオーバーラップさせ、外管５５の位置を流路面積最小位置として絞り部５３内の各ガス通路の流路面積を小さい面積としたのでは、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が大きくなり、内部ＥＧＲガス量を十分に少なく抑えることが困難となる。そこで、本ガソリンエンジンでは、第３運転領域Ａ３において、前記のような制御を実施する。
【０１１８】
このように制御されることで、第３運転領域Ａ３において、各独立排気通路５２から排出された排気は、流路面積が最大のガス通路を排気抵抗が小さく抑えられた状態で流下する。そのため、エンジンの背圧は小さく抑えられる。この背圧の低減に伴い掃気は促進され、内部ＥＧＲガス量が少なく抑えられる。また、排気のポンピングロスが小さく抑えられるとともに吸気効率が高められて、高いエンジントルクが実現される。
【０１１９】
なお、第３運転領域Ａ３では、第１運転領域Ａ１の低速高負荷領域Ａ１＿１と同様に、高いエンジントルクを得るためにより多量の新気を確保するべく、外部ＥＧＲ制御は停止される。
【０１２０】
（ｉｉｉ）第１運転領域Ａ１および第３運転領域Ａ３の燃焼モード
ここで、本実施形態では、ノッキング等の異常燃焼をより確実に回避するべく、第１運転領域Ａ１および第３運転領域Ａ３において、圧縮上死点よりもかなり前（例えば吸気行程中）に燃料を噴射して圧縮上死点付近で火花点火を行わせる通常のＳＩ燃焼ではなく、図１６に示すように、圧縮行程中にインジェクタ２１から燃料を噴射させ（Ｐ１，Ｐ２）、この燃料噴射Ｐ１，Ｐ２の後に点火プラグ２０に火花点火を行わせて、圧縮上死点を過ぎたタイミング（膨張行程の初期）から短時間で火炎伝播により混合気を燃焼させる急速リタードＳＩ燃焼モードを実行する。
【０１２１】
図１６は、前記急速リタードＳＩ燃焼モードが実行された際の、燃料噴射時期と吸排気弁１１，１２のリフト特性、およびそれに基づく燃焼により生じる熱発生率（Ｊ／ｄｅｇ）を示す図である。なお、当明細書において、ある行程の「後期」とか「初期」とかいう場合は、その行程を初期、中期、後期に３分割したときの後期あるいは初期を指すものとする。例えば、圧縮行程の後期であれば、圧縮上死点前（ＢＴＤＣ）６０〜０°ＣＡの範囲を指し、膨張行程の初期であれば、圧縮上死点後（ＡＴＤＣ）０〜６０°ＣＡの範囲を指すことになる。
【０１２２】
具体的には、図１６に示すように、急速リタードＳＩ燃焼モードでは、圧縮行程の後期に設定された２回の噴射時期（Ｐ１，Ｐ２）に分けてインジェクタ２１から、３０ＭＰａ以上の高圧で燃料が噴射される。各燃料噴射Ｐ１，Ｐ２のタイミングとしては、例えば、１回目の噴射Ｐ１の開始時期から、２回目の噴射Ｐ２の完了時期までの期間が、概ね圧縮上死点前（ＢＴＤＣ）２０°〜０°ＣＡ程度の期間内に収まるように設定される。
【０１２３】
このような噴射制御が実施されるこの急速リタードＳＩ燃焼モードでは、前記のように３０ＭＰａ以上（例えば４０ＭＰａ）という非常に高い噴射圧力で燃料が噴射されることで、噴射期間を短くすることができるとともに燃料噴霧を微粒化することができ、短時間で多量の燃料を十分に気化霧化させて比較的均質な（もしくは弱成層化した）混合気を形成することができる。また、噴射圧力が高いために、燃焼室６が最も高温・高圧化する圧縮上死点をある程度過ぎるまで大きな乱流エネルギーを維持することができる。特に、燃料が２回に分けて噴射されて２回目の燃料噴射の後に点火が行われており、１回目の燃料噴射Ｐ１によって燃料を霧化させつつ、２回目の燃料噴射により点火時点での乱流エネルギーを大きくすることができる。また、本実施形態では、多噴口型のインジェクタ２１が用いられて燃料が多数の噴口から噴射されていることによっても、乱流エネルギーを大きくすることができる。また、本実施形態では、ピストン５にキャビティ４０が形成されていることで圧縮行程後期の燃料噴射Ｐ１，Ｐ２により噴射された燃料の噴霧を、その乱流エネルギーにより、主にキャビティ４０内で迅速に拡散させることができ、これによっても燃焼期間を短縮することができる。
【０１２４】
従って、この急速リタードＳＩ燃焼モードでは、燃料が噴射されてから短時間、ひいては、燃料噴射に伴う乱流エネルギーの減衰が小さい期間内（乱流エネルギーが大きい期間内）に火花点火による燃焼を開始させることができ、この比較的大きな乱流エネルギーによって燃焼期間を短くすることができる。そして、この燃焼期間の短縮化に伴って、火花点火後、適正な火炎伝播によって混合気を燃焼し切ることができる。すなわち、ノッキング等の異常燃焼を回避しつつ、熱効率およびエンジントルクを高く維持することができる。また、急速リタードＳＩ燃焼モードでは、圧縮上死点を過ぎたタイミングで燃焼が開始されるため燃焼温度が過度に上昇せず、燃料の気化霧化が不十分なまま燃焼が開始されることもないため、ＮＯｘやスートの増大が回避され、エミッション性についても良好に維持される。
【０１２５】
なお、急速リタードＳＩ燃焼モードでは、前記燃料噴射Ｐ１，Ｐ２によるトータルの噴射量に対して燃焼室６全体の平均の空燃比が理論空燃比（空気過剰率λ＝１）となるように新気量が制御される。また、点火時期は、熱効率および出力トルク向上の観点から、ノッキングが起きない範囲での最進角時期（例えば、圧縮上死点後（ＡＴＤＣ）０°〜２０°ＣＡ程度）に設定されている。
【０１２６】
（６）作用効果
以上説明したように、本エンジンでは、低速高負荷領域Ａ１＿１において、排気マニホールド５０内の排気の流通状態を第１状態として絞り部５３内のガス通路の流路面積を最小面積とし、エゼクタ効果を効果的に発揮させ、これにより、高い掃気性能、ひいては異常燃焼や燃焼騒音の悪化の回避および高いエンジントルクを実現しつつ、低負荷領域Ａ２において、排気マニホールド５０内の排気の流通状態を第２状態として絞り部５３内のガス通路の流路面積を最大面積として、エゼクタ効果による掃気性能を抑制し、これにより、排気弁１２の再開弁中の排気の逆流量を確保して、適正な圧縮自己着火燃焼の実現ひいては高い熱効率を得ることができる。また、エゼクタ効果を適正に利用することで、中負荷領域Ａ１＿２における異常燃焼や燃焼騒音の悪化の回避、高速高負荷領域Ａ３における高いエンジントルクの実現を可能とする。
【０１２７】
特に、本実施形態では、絞り部５３を内側に第１通路５４ａが形成された内管５４とこの内管５４を収容する外管５５とで構成し、これら外管５５と内管５４との間に第２通路５５ａを区画するとともに、この第２通路５５ａの流路面積を変更するという簡単な構成で、絞り部５３内の各ガス通路の流路面積を変更しており、絞り部５３の構造ひいては装置全体の構造を簡素化することができる。また、外管５５を上下流方向にスライドさせるだけでよく、外管５５の駆動構造を簡素化することができる。
【０１２８】
（７）他の実施形態
（７−１）第２実施形態
第１実施形態では、排気二度開き制御を実施する低負荷の第２運転領域Ａ２においてＨＣＣＩ燃焼を実施する一方、排気二度開き制御を実施しない中高負荷の第１運転領域Ａ１および第３運転領域Ａ３においてＳＩ燃焼を実施する場合について示したが、各領域の燃焼形態はこれに限らない。
【０１２９】
例えば、図１７に示すように、全運転領域においてＨＣＣＩ燃焼を実施してもよい。ただし、前述のように、中高負荷領域（第１実施形態と同様の領域に設定された第１運転領域Ａ１と第３運転領域Ａ３とからなる領域）では、多量の燃料が噴射されるのに伴う燃焼室６内の高温化により燃焼騒音が増大する、あるいは、ノッキングが生じやすくなるという問題がある。そのため、全運転領域においてＨＣＣＩ燃焼を実施するこの第２実施形態においても、前記第１実施形態と同様に、これら第１運転領域Ａ１と第３運転領域Ａ３とでは、燃焼室６内の高温化を回避するべく、燃焼室６内の内部ＥＧＲガス量を少なく抑える制御を実施する。
【０１３０】
具体的には、第１運転領域Ａ１と第３運転領域Ａ３とにおいて、第１実施形態と同様に、排気二度開き制御を停止させて高温の内部ＥＧＲガス量の気筒２への逆流を停止する。また、排気流量の比較的少ない第１運転領域Ａ１では、エゼクタ効果による掃気性能を発揮させるように吸気弁１１等を調整する。すなわち、排気弁１２の開弁期間と吸気弁１１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１２が他の気筒２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、吸気弁１１および排気弁１２を制御するとともに、外管５５の位置を前記流路面積最小位置として絞り部５３内の各ガス通路の流路面積を最小面積とし、排気マニホールド５０内の排気の流通状態を第１状態に制御する。一方、排気流量が多く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が大きくなる第３運転領域Ａ３では、排圧を小さく抑えるように吸気弁１１等を調整する。すなわち、外管５５の位置を流路面積最大位置付近として絞り部５３内の各ガス通路の流路面積を最大面積付近とし、排気マニホールド５０内の排気の流通状態を第２状態に制御する。
【０１３１】
（７−２）第３実施形態
第１実施形態では、ガス通路の流路面積を変更するための構成として、第２通路５５ａの流路面積を変更するものを挙げたが、ガス通路の流路面積を変更する構成はこれに限らない。
【０１３２】
例えば、絞り部内に形成された第１通路と第２通路との連通量を変更することでガス通路の流路面積を変更するようにしてもよい。この連通量を変更することでガス通路の流路面積を変更する構成の一例を、図１８、図１９（ａ）（ｂ）、図２９（ａ）（ｂ）に示す。図１８は、第１実施形態の図７（ａ）に対応する図である。図１９（ａ）、（ｂ）は、外管１５５を省略した状態の絞り部１５３の斜視図であり、（ａ）が連通口１５４ｄを全閉とした状態、（ｂ）が連通口１５４ｄを全開とした状態である。図２０（ａ）、（ｂ）は、絞り部１５３の断面図であり、（ａ）が図１９（ａ）と対応する図、（ｂ）が図１９（ｂ）と対応する図である。
【０１３３】
図１８〜図２０に示す第３実施形態は、第１実施形態と同様に、内管１５４と外管１５５とを有する絞り部１５３を有している。内管１５４の外周面１５４ｇは、第１実施形態と同様に、その上流側部分に設けられて中心軸Ｌと平行に延びる円筒面１５４ｇ＿１と、その下流側部分に設けられて下流に向かうに従って絞り部１５３の中心軸Ｌ側に傾斜する内管側傾斜面１５４ｇ＿２とで構成されている。内管１５４の内側には、第１実施形態と同様に、下流側ほど流路面積が縮小する複数の第１通路１５４ａが形成されている。
【０１３４】
一方、第３実施形態に係る外管１５５は、内管１５４に対して相対移動不能に固定されている。外管１５５は、その内周面１５５ｇが、内管１５４の外周面１５４ｇから径方向外側に離間して、これら内周面１５５ｇと外周面１５４ｇとの間に第２通路１５５ａが区画された状態で固定されている。外管１５５の内周面１５５ｇは、内管１５４の外周面１５４ｇと平行に延びている。内管１５４の外周面１５４ｇのうち第１通路１５５ａ間に対応する位置には、径方向外側に向かって突出して外管１５５の内周面１５５ｇと当接する位置まで延びる区画壁１５４ｅが設けられており、外管１５５の内周面１５５ｇと内管１５４の外周面１５４ｇとの間には、第１通路１５５ａと対応する位置にそれぞれ第２通路１５５ａが形成されている。この第３実施形態では、３つの第１通路１５５ａに対応して３つの第２通路１５５ａが形成されている。内管１５４の管壁には、第１通路１５４ａと第２通路１５５ａとをそれぞれ連通する連通口１５４ｄが形成されている。各連通口１５４ｄは、内管１５４の外周面１５４ｇのうちの円筒面１５４ｇ＿１に開口している。
【０１３５】
また、この第３実施形態に係る絞り部１５３には、各連通口１５４ｄをそれぞれ開閉可能な蓋１５９と、これら蓋１５９を駆動可能な回動アクチュエータ（通路状態変更手段、図示省略）が設けられている。
【０１３６】
各蓋１５９は、内管１５４の外周面１５４ｇに沿って延びている。回動アクチュエータは、各蓋１５９を、内管１５４の外周面１５４ｇに沿って周方向に移動させる。すなわち、回動アクチュエータは、各蓋１５９を、絞り部１５３の中心軸Ｌを中心として回動させる。そして、この回動アクチュエータは、図１９（ａ）および図２０（ａ）に示す各連通口１５４ｄを全閉にする位置と、図１９（ｂ）および図２０（ｂ）に示す各連通口１５４ｄを全開にする位置との間で移動させる。この移動により連通口１５４ｄの開口量は変化し、この開口量の変化に伴って、第１通路１５４ａと第２通路１５５ａとの連通量は変化する。そして、絞り部１５３のうち排気が通過するガス通路の流路面積は変化する。ここで、第１通路１５４ａに流入した排気は、この連通量に応じた量だけ第２通路１５５ａ内に流入する。そのため、絞り部１５３のうち排気が通過するガス通路の流路面積は、この連通量と第１通路１５４ａの流路面積により規定される。すなわち、第１通路１５４ａの流路面積と前記連通口１５４ｄの開口面積との合計面積が、ガス通路の流路面積となる。
【０１３７】
このようにして、この第３実施形態では、第１通路１５４ａと第２通路１５５ａとの連通量が変更されることで、絞り部１５３内のガス通路の流路面積が変更される。そして、この変更により、排気マニホールド内の排気の流通状態が、第１状態と第２状態とに変更される。
【０１３８】
（７−３）第４実施形態
第１実施形態および第３実施形態では、絞り部内に形成されたガス通路の流路面積を変更することで、排気マニホールド内の排気の流通状態を、第１状態と、第２状態とに変更した場合について示したが、排気マニホールド内の排気の流通状態を変更する具体的構成はこれに限らない。
【０１３９】
例えば、図２１および図２２に示すような構成としてもよい。これらの図に示す第４実施形態に係るエンジンでは、第１実施形態と同様に、排気マニホールド４５０に、独立排気通路４５２と絞り部４５３とが設けられている。なお、これらの図は、排気マニホールド４５０のうち絞り部４５３よりも下流側の部分を省略した図である。一方、このエンジンでは、第１実施形態と異なり、気筒２毎に独立した独立排気通路４５２が設けられている。また、絞り部４５３内に形成されたガス通路の流路面積が変更不能とされている。また、独立排気通路４５２がその途中において互いに連通通路４５５により連通されている。また、この連通通路４５５に、この通路を開閉して連通通路４５５を介した独立排気通路４５２どうしの連通状態を変更可能なバルブ（連通状態変更手段、不図示）が設けられている。
【０１４０】
具体的には、絞り部４５３は、内側に下流側に向かって流路面積が縮小する複数のガス通路４５３ａが形成された筒状部材のみからなる。各ガス通路４５３ａは、各独立排気通路４５２に接続されており、各気筒２から排出された排気は各ガス通路４５３ａに個別に流入する。図２１および図２２に示す例では、４つの気筒２に対して、４つの独立排気通路４５２および４つのガス通路４５３ａが設けられている。そして、これら４つのガス通路４５３ａは、図２２に示すように、各ガス通路４５３ａが隣接するように円周上に配列されている。
【０１４１】
また、前記連通通路４５５は、排気行程が連続しない気筒２に対応した独立排気通路４５２どうしを連通しており、前記バルブが全開とされて連通通路４５５を介して独立排気通路５２どうしが連通された状態においても、各気筒２から排出された排気が干渉しないように構成されている。具体的には、第１気筒２ａと第４気筒２ｄに対応する独立排気通路４５２どうしが連通され、第２気筒２ｂと第３気筒２ｃに対応する独立排気通路４５２どうしが連通されている。
【０１４２】
この第４実施形態では、前記バルブが全閉とされることで、排気マニホールド４５０内の排気の流通状態は第１状態とされる。すなわち、前記バルブが全閉とされることで、各気筒２から排出された排気は、それぞれ１本の独立排気通路５２および下流ほど流路面積が小さく設定された１本のガス通路４５３ａのみを通過する状態とされる。そして、この状態とされることで、各独立排気通路４５２から排出された排気の速度はガス通路４５３ａの通過時に高められて、高いエゼクタ効果が発揮されることになる。
【０１４３】
一方、この第４実施形態では、前記バルブが全開とされることで、排気マニホールド４５０内の排気の流通状態は第２状態とされる。すなわち、前記バルブが全開とされることで、各気筒２から排出された排気は、対応する独立排気通路４５２に流入した後、連通通路４５５を介して他の独立排気通路４５２に分流し、前記排気は、２本の独立排気通路４５２に対応した２本のガス通路４５３ａを含み、第１状態よりも流路面積の大きい通路を通過してノズル部５８ａに流入することになる。そして、この状態とされることで、各独立排気通路４５２から排出された排気の速度は弱められ、エゼクタ効果が弱められることになる。
【０１４４】
このように、第４実施形態では、前記バルブが開閉されて、複数の独立排気通路４５２の連通状態が変更されることで、排気マニホールド４５０の状態が第１状態と第２状態とに変更される。
【０１４５】
（７−４）第５実施形態
また、排気マニホールド内の排気の流通状態を変更する構成として、図２３に示すものを用いてもよい。
【０１４６】
この図２３に示す第５実施形態に係るエンジンでは、第１実施形態と同様に、排気マニホールド５５０に、独立排気通路５２と絞り部５５３とノズル部５５８ａと混合部５５８ｂとディフューザー部５５８ｃとが設けられている。一方、このエンジンでは、第１実施形態と異なり、絞り部５５３内に形成された各ガス通路５５３ａの流路面積が変更不能とされている。また、独立排気通路５２の途中からそれぞれ絞り部５５３よりも下流側の部分である共通排気通路５５０ａに延びて各独立排気通路５２と共通排気通路５５０ａとを接続し、排気を絞り部５５３をバイパスさせるバイパス通路５５５が設けられている。また、各バイパス通路５５５に、これらバイパス通路５５５を開閉するバイパスバルブ（バイパス通路開閉手段）５５５ａが設けられている。ここで、第５実施形態では、各バイパス通路５５５は、共通排気通路５５０ａのうち触媒装置６０のケーシング６１の上流端に接続されている。
【０１４７】
具体的には、絞り部５５３は、内側に下流側に向かって流路面積が縮小する複数のガス通路５５３ａが形成された筒状部材のみからなる。各ガス通路５５３ａは、各独立排気通路５２に個別に接続されている。本実施形態では、第１実施形態と同様に、３つの独立排気通路５２が設けられており、これらに対応して絞り部内には３つのガス通路５５３ａが設けられている。これら３つのガス通路５５３ａは、第１実施形態の第１ガス通路と同様に円周上に配列されている。
【０１４８】
この第５実施形態では、バイパスバルブ５５５ａが全閉とされることで、排気マニホールド５５０内の排気の流通状態は第１状態とされる。すなわち、バイパスバルブ５５５ａが全閉とされることで、各気筒２から排出された排気は、バイパス通路５５５側に分流することなくすべて、下流ほど流路面積が小さく設定されたガス通路５５３ａに流入することになる。そして、この第５実施形態では、この状態とされることで、各独立排気通路５２から排出された排気の速度はガス通路５５３ａの通過時に高められて、高いエゼクタ効果が発揮されることになる。
【０１４９】
一方、この第５実施形態では、バイパスバルブ５５５ａが全開とされることで、排気マニホールド５５０内の排気の流通状態は第２状態とされる。具体的には、バイパスバルブ５５５ａが全開とされることで、各気筒２から排出された排気は、対応する独立排気通路５２に流入後、絞り部５５３内のガス通路５５３ａとバイパス通路５５５とに分かれて流入し、その後触媒装置６０のケーシング６１の上流端で合流する。そのため、各独立排気通路５２内の排気全体が共通排気通路５５０ａ、すなわち、ノズル部５５８ａとケーシング６１とに流入するまでに通過する通路の流路面積は絞り部５５３内のガス通路５５３ａの流路面積とバイパス通路５５５の流路面積との合計面積となり、この通過通路の流路面積は第１状態よりも大きい面積とされる。
【０１５０】
このようにして、第５実施形態では、バイパスバルブ５５５ａが開閉されて、バイパス通路５５５の閉鎖と開放とが切替えられることで、排気マニホールド５０内の排気の流通状態が第１状態と第２状態とに変更される。
【０１５１】
（７−５）その他の実施形態
また、前記実施形態では、第１運転領域Ａ１の全域においてＨＣＣＩ燃焼モードを実施する場合について示したが、エンジンの回転数が高い領域では、燃料の吸熱時間が少なくなるため適正な圧縮自己着火燃焼が困難になるおそれがある。そのため、このような場合には、第１運転領域Ａ１のうち低速域のみでＨＣＣＩ燃焼モードを実施し、高速域では他の燃焼モード（例えば、ＳＩ燃焼や、火花点火により混合気の自着火が促進されるよう構成された燃焼）が実施されてもよい。
【０１５２】
また、第２運転領域Ａ２において火花点火燃焼を行ってもよい。ここで、冷間始動時に、燃焼温度を高めて暖房性能を改善するとともに触媒を早期活性化させるためには、第２運転領域Ａ２において火花点火燃焼を行う場合であっても、この第２運転領域Ａ２において燃焼室６内の内部ＥＧＲガス量を多く確保する制御を実施するのが好ましい。そのため、第２運転領域Ａ２において火花点火燃焼を行う場合においても、第１実施形態と同様に、第２運転領域Ａ２では、排気二度開き制御を実行するとともに、排気マニホールド５０内の排気の流通状態を第２状態とする。これにより、第２運転領域Ａ２において燃焼室６内の内部ＥＧＲガス量を多く確保することができ、燃焼温度を高めることができる。
【０１５３】
また、前記実施形態では、図１４および図１６を用いて、各運転領域での燃料の噴射時期や点火時期について例示したが、これらはあくまで一例に過ぎず、燃料噴射時期や点火時期はエンジンの特性等によって適宜変更し得るものである。
【０１５４】
また、前記実施形態では、リーンＨＣＣＩ燃焼モードにおいて、Ｇ／Ｆを３０以上に制御する場合について例示したが、Ｇ／Ｆではなく理論空燃比λを制御し、この理論空燃比をλ＝２以上とする制御を実施してもよい。
【符号の説明】
【０１５５】
２  気筒
１０  排気ポート
１１  吸気弁
１２  排気弁
１６  ＶＶＴ（バルブ駆動手段）
１７  ＶＶＬ（バルブ駆動手段）
５０  排気マニホールド
５０ａ  共通排気通路
５２  独立排気通路
５３  絞り部
５５ｆ  スライドアクチュエータ（通路状態変更手段）
１００  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】
0005794045.tif 000007
【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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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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