(57)【要約】【課題】後続気筒におけるノッキングの発生を抑制しつつ、圧縮自己着火を適正に行わせる。【解決手段】特殊運転モードでは、先行気筒２Ａ，２Ｄから排出される既燃ガスが、気筒間ガス通路２２を介して吸気行程にある後続気筒２Ｂ，２Ｃに導入される２気筒接続状態としつつ、この後続気筒２Ｂ，２Ｃでは先行気筒２Ａ，２Ｄから導入された既燃ガスに燃料を供給して燃焼を行わせるようにした火花点火式エンジンの制御装置において、後続気筒２Ｂ，２Ｃの圧縮自己着火を促進する着火アシスト手段４６を備え、上記特殊運転モードの燃焼が行われる部分負荷領域の低速低負荷領域では、先行気筒２Ａ，２Ｄの空燃比を理論空燃比の２倍以上に設定するとともに、上記着火アシスト手段４６により後続気筒２Ｂ，２Ｃの圧縮自己着火を促進する。【選択図】        図１４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の気筒を備えて、各気筒の燃焼サイクルが所定の位相差をもって行われるように構成するとともに、エンジンの部分負荷領域でエンジンの吸・排気および燃焼状態についての制御モードを特殊運転モードとし、この特殊運転モードでは、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から排出される既燃ガスが、気筒間ガス通路を介して吸気行程にある後続気筒に導入され、この後続気筒から排出されるガスが排気通路に導かれるような２気筒接続状態としつつ、上記先行気筒では空燃比が理論空燃比よりも大きいリーン空燃比で燃焼を行わせ、上記後続気筒では先行気筒から導入されたリーン空燃比の既燃ガスに燃料を供給して燃焼を行わせるようにした火花点火式エンジンの制御装置であって、後続気筒の圧縮自己着火を促進する着火アシスト手段を備え、上記特殊運転モードの燃焼が行われる部分負荷領域における低速低負荷領域では、先行気筒の空燃比を理論空燃比の２倍以上に設定するとともに、上記着火アシスト手段により後続気筒の圧縮自己着火を促進することを特徴とする火花点火式エンジンの制御装置。
【請求項２】
着火アシスト手段は、圧縮上死点前の上死点近傍で後続気筒内の混合気を点火する火花点火制御手段からなることを特徴とする請求項１に記載の火花点火式エンジンの制御装置。
【請求項３】
特殊運転モードでは後続気筒の空燃比を略理論空燃比として燃焼を行わせることを特徴とする請求項１または２に記載の火花点火式エンジンの制御装置。
【請求項４】
燃料のオクタン価を判別するオクタン価判別手段を備え、このオクタン価判別手段により判別された燃料のオクタン価が高いほど、着火アシスト手段により後続気筒の圧縮自己着火を促進する着火アシスト領域を、上記部分負荷領域の高速高負荷側に広げることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の火花点火式エンジンの制御装置。
【請求項５】
着火アシスト手段により後続気筒の圧縮自己着火を促進する着火アシスト領域では、先行気筒で成層燃焼を行わせることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の火花点火式エンジンの制御装置。
【請求項６】
エンジンの温間時には、アイドル運転時から先行気筒の空燃比を理論空燃比の２倍以上としつつ、着火アシスト手段により後続気筒の圧縮自己着火を促進することを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の火花点火式エンジンの制御装置。
【請求項７】
後続気筒のノッキングを抑制するノッキング抑制手段を備え、エンジンの部分負荷領域における中速中負荷領域以上の高速高負荷側の領域では、ノッキング抑制手段により後続気筒のノッキングを抑制するとともに、着火アシスト手段により後続気筒の圧縮自己着火を促進することを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の火花点火式エンジンの制御装置。
【請求項８】
ノッキング抑制手段は、気筒間ガス通路を介して先行気筒から後続気筒に導入される既燃ガスを冷却する冷却制御手段からなることを特徴とする請求項７に記載の火花点火式エンジンの制御装置。
【請求項９】
ノッキング抑制手段は、後続気筒の有効圧縮比を低減する有効圧縮比低減手段からなることを特徴とする請求項７に記載の火花点火式エンジンの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、火花点火式エンジンの制御装置に関し、より詳しくは、多気筒のエンジンにおいて燃費改善およびエミッション向上のために各気筒の燃焼状態を制御するようにした火花点火式エンジンの制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、火花点火式エンジンにおいて、各気筒内の混合気の空燃比を理論空燃比よりも大きいリーン空燃比とした状態で燃焼を行わせることにより燃費改善を図る技術が知られており、例えば特許文献１に示されるように、燃焼室内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁を備え、低速低負荷領域等では上記燃料噴射弁から圧縮行程で燃料を噴射して成層燃焼を行わせることにより、燃費効率のよい超リーン燃焼を実現するようにしたものが知られている。
【０００３】
このようなエンジンにおいては、排気ガス浄化用の触媒として通常の三元触媒（ＨＣ，ＣＯおよびＮＯｘに対して理論空燃比付近で浄化性能の高い触媒）だけではリーン運転時にＮＯｘに対して充分な浄化性能が得られないため、上記公報にも示されるように、酸素過剰雰囲気でＮＯｘを吸着するとともに、酸素濃度の低下雰囲気でＮＯｘの離脱、還元を行うリーンＮＯｘ触媒を設けている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１０−２７４０８５号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような従来のリーン運転を行うエンジンでは、リーン運転中にＮＯｘ浄化性能を確保するために上記リーンＮＯｘ触媒が必要となってコスト的に不利である。また、上記リーンＮＯｘ触媒の浄化性能を維持するためには、ＮＯｘ吸着量の増大時に、ＮＯｘの離脱、還元を行うために空燃比を一時的にリッチ化する必要がある。さらに、使用燃料が硫黄分を多く含む場合には、上記リーンＮＯｘ触媒の硫黄被毒を解消するために触媒の加熱および還元材供給等のリジェネレーション処理が必要となり、これらによって燃費改善効果が低下するという問題があった。
【０００６】
また、燃費改善のための別の手法として、圧縮自己着火が研究されており、この圧縮自己着火は、ディーゼルエンジンと同様に圧縮行程終期に燃焼室内を高温・高圧にして混合気を自己着火させるようにするものであり、空燃比が超リーンの状態や多量のＥＧＲが導入されている状態でも、このような圧縮自己着火が行われれば燃焼室全体が一気に燃焼するため、仕事に寄与しない遅い燃焼が避けられて燃費改善に有利となる。
【０００７】
しかし、通常の火花点火式ガソリンエンジンでは、燃焼のために強制点火が必要であって、圧縮上死点付近での燃焼室内の温度、圧縮自己着火を生じさせる程度まで圧力を高めることが困難であり、圧縮自己着火を行わせるために燃焼室内の温度または圧力を大幅に高め得るようにする格別の工夫が必要であるという問題があった。
【０００８】
そこで、本出願人は、各気筒の燃焼サイクルが所定の位相差をもって行われる多気筒４サイクルエンジンにおいて、エンジンの部分負荷領域で、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から排出される既燃ガスをそのまま吸気行程にある後続気筒に導入し、この後続気筒から排出されるガスを、三元触媒を備えた排気通路に導くようにするとともに、このような２気筒接続状態にあるときに、上記先行気筒において理論空燃比よりも所定量大きいリーン空燃比とした状態で燃焼を行わせ、後続気筒では先行気筒から導入されたリーン空燃比の既燃ガスに燃料を供給して理論空燃比とした状態で圧縮自己着火による燃焼を行わせるように燃焼状態等を制御（特殊運転モードという）する一方、高速領域や高負荷領域では、通常通り、各気筒において理論空燃比で燃焼を行わせるように燃焼状態等を制御（通常運転モードという）することを考えた（特願２００２−０２４５４８号）。
【０００９】
上記のように構成した場合には、特殊運転モードとされているときに、先行気筒でのリーン燃焼、各気筒におけるポンピングロスの低減等および後続気筒での圧縮自己着火の実現により大幅な燃費改善効果が得られ、しかも後続気筒から排出される理論空燃比の既燃ガスのみが三元触媒を備えた排気通路に導かれるため、三元触媒だけで充分に排気浄化性能が確保される。
【００１０】
ところで、上記の構成を有するエンジンでは、特殊運転モードとされているときに、先行気筒から排出される既燃ガスの温度が高くなった場合に、高温のガスがそのまま後続気筒に導入されると、この後続気筒でノッキング、つまり燃焼室内で火炎が伝播する前に混合気が自然着火することによる異常燃焼を生じ易く、マイナストルクが発生することによりエンジン出力が低下する傾向がある。また、後続気筒で上記ノッキングの発生を防止するために先行気筒から排出される既燃ガスの温度を低下させる等の対策を講じた場合、または先行気筒から排出される既燃ガスの温度がかなり低いエンジンの低速低負荷領域では、後続気筒内の温度が低くなることに起因して圧縮自己着火を行わせることが困難であるという問題がある。
【００１１】
本発明は、このような事情に鑑み、エンジンの部分負荷領域で上記特殊運転モードとすることにより燃費およびエミッションの改善を図るとともに、後続気筒におけるノッキングの発生を抑制しつつ、圧縮自己着火を適正に行わせることができる火花点火式エンジンを提供するものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、複数の気筒を備えて、各気筒の燃焼サイクルが所定の位相差をもって行われるように構成するとともに、エンジンの部分負荷領域でエンジンの吸・排気および燃焼状態についての制御モードを特殊運転モードとし、この特殊運転モードでは、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から排出される既燃ガスが、気筒間ガス通路を介して吸気行程にある後続気筒に導入され、この後続気筒から排出されるガスが排気通路に導かれるような２気筒接続状態としつつ、上記先行気筒では空燃比が理論空燃比よりも大きいリーン空燃比で燃焼を行わせ、上記後続気筒では先行気筒から導入されたリーン空燃比の既燃ガスに燃料を供給して燃焼を行わせるようにした火花点火式エンジンの制御装置であって、後続気筒の圧縮自己着火を促進する着火アシスト手段を備え、上記特殊運転モードの燃焼が行われる部分負荷領域における低速低負荷領域では、先行気筒の空燃比を理論空燃比の２倍以上に設定するとともに、上記着火アシスト手段により後続気筒の圧縮自己着火を促進するものである。
【００１３】
この構成によると、エンジンの部分負荷領域で上記特殊運転モードとされた場合に、先行気筒でのリーン燃焼による熱効率向上および各気筒でのポンピングロス低減等により燃費改善効果が得られる。そして、上記特殊運転モードの燃焼が行われる部分負荷領域における低速低負荷領域では、先行気筒の空燃比が理論空燃比の２倍以上に設定されることにより、後続気筒に導入される既燃ガス温度が過度に高くなることが防止されて後続気筒におけるノッキングの発生が効果的に防止されるとともに、着火アシスト手段により後続気筒の圧縮自己着火を促進する制御が適正に実行されることになる。
【００１４】
請求項２に係る発明は、上記請求項１に記載の火花点火式エンジンの制御装置において、圧縮上死点前の上死点近傍で後続気筒内の混合気を点火する火花点火制御手段により着火アシスト手段が構成されたものである。
【００１５】
上記構成によれば、特殊運転モードの燃焼が行われる部分負荷領域における低速低負荷領域で、後続気筒の圧縮上死点前の上死点近傍でその混合気が点火されて気筒内圧力が瞬時に高められることにより、後続気筒の圧縮自己着火が適正に実行されることになる。
【００１６】
請求項３に係る発明は、上記請求項１または２に記載の火花点火式エンジンの制御装置において、特殊運転モードでは後続気筒の空燃比を略理論空燃比として燃焼を行わせるものである。
【００１７】
上記構成によれば、特殊運転モードの燃焼が行われる部分負荷領域では、理論空燃比で燃焼した既燃排気ガスのみが後続気筒から排気通路に排出されるため、三元触媒だけで充分に排気ガスの浄化が達成されることになる。
【００１８】
請求項４に係る発明は、上記請求項１〜３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、燃料のオクタン価を判別するオクタン価判別手段を備え、このオクタン価判別手段により判別された燃料のオクタン価が高いほど、着火アシスト手段により後続気筒の圧縮自己着火を促進する着火アシスト領域を、上記部分負荷領域の高速高負荷側に広げるものである。
【００１９】
上記構成によれば、オクタン価判別手段により燃料のオクタン価が高いと判別された場合には、後続気筒で圧縮自己着火させるように促進する着火アシスト手段による着火アシスト領域が部分負荷領域の高速高負荷側に広げられ、この部分負荷領域における高速高負荷側の領域でも、先行気筒の空燃比を理論空燃比の２倍以上に設定するとともに、着火アシスト手段により後続気筒の圧縮自己着火を促進する制御が適正に実行されることになる。
【００２０】
請求項５に係る発明は、上記請求項１〜４の何れかに記載の火花点火式エンジンの制御装置において、着火アシスト手段により後続気筒の圧縮自己着火を促進する着火アシスト領域では、先行気筒で成層燃焼を行わせるものである。
【００２１】
上記構成によれば、着火アシスト手段により後続気筒の圧縮自己着火を促進する制御が行われる部分負荷領域の低速低負荷領域では、先行気筒の空燃比を例えば理論空燃比の３倍以上の超リーン空燃比とした状態で成層燃焼させることが可能となり、顕著な燃費の改善効果が得られるとともに、上記着火アシスト手段により後続気筒の圧縮自己着火を促進する制御が適正に実行されることになる。
【００２２】
請求項６に係る発明は、上記請求項１〜５の何れかに記載の火花点火式エンジンの制御装置において、エンジンの温間時には、アイドル運転時から先行気筒の空燃比を理論空燃比の２倍以上としつつ、着火アシスト手段により後続気筒の圧縮自己着火を促進するものである。
【００２３】
上記構成によれば、エンジンの温間時には、アイドル運転時から上記特殊運転モードの制御が実行されて先行気筒でのリーン燃焼による熱効率向上および各気筒でのポンピングロス低減等により燃費改善効果が得られる。そして、上記アイドル運転時から先行気筒の空燃比が理論空燃比の２倍以上に設定されることにより、後続気筒に導入される既燃ガス温度が過度に高くなることが防止されて後続気筒におけるノッキングの発生が効果的に防止されるとともに、着火アシスト手段により後続気筒の圧縮自己着火を促進する制御が適正に実行されることになる。
【００２４】
請求項７に係る発明は、上記請求項１〜６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、後続気筒のノッキングを抑制するノッキング抑制手段を備え、エンジンの部分負荷領域における中速中負荷領域以上の高速高負荷側の領域では、ノッキング抑制手段により後続気筒のノッキングを抑制するとともに、着火アシスト手段により後続気筒の圧縮自己着火を促進するものである。
【００２５】
上記構成によれば、後続気筒におけるノッキングの発生を抑制しつつ、着火アシスト手段により後続気筒の圧縮自己着火を促進して圧縮自己着火させる領域が、エンジンの高速高負荷側の領域に広げられることにより、燃費の改善効果等が、より顕著に得られることになる。
【００２６】
請求項８に係る発明は、上記請求項７に記載の火花点火式エンジンの制御装置において、気筒間ガス通路を介して先行気筒から後続気筒に導入される既燃ガスを冷却する冷却制御手段によりノッキング抑制手段が構成されたものである。
【００２７】
上記構成によれば、エンジンの部分負荷領域における高速高負荷側の領域で上記特殊運転モードとされた場合に、気筒間ガス通路を通る既燃ガスが冷却されることにより、後続気筒に導入される既燃ガスの温度が過度に高くなることが防止されるため、後続気筒におけるノッキングの発生が効果的に抑制されるとともに、着火アシスト手段により後続気筒の圧縮自己着火を促進する制御が適正に実行されることになる。
【００２８】
請求項９に係る発明は、上記請求項７に記載の火花点火式エンジンの制御装置において、後続気筒の有効圧縮比を低減する有効圧縮比低減手段によりノッキング抑制手段が構成されたものである。
【００２９】
上記構成によれば、エンジンの部分負荷領域における高速高負荷側の領域で上記特殊運転モードとされた場合に、後続気筒の有効圧縮比が低減されることにより、後続気筒におけるノッキングの発生が効果的に防止されるとともに、着火アシスト手段により後続気筒の圧縮自己着火を促進する制御が適正に実行されることになる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明の一実施形態によるエンジンの概略構成を示し、図２はエンジン本体１の一つの気筒とそれに対して設けられた吸・排気弁等の構造を概略的に示している。これらの図において、エンジン本体１は、シリンダヘッド１ａおよびシリンダブロック１ｂで構成された複数の気筒を有し、図示の実施形態では４つの気筒２Ａ〜２Ｄを有している。各気筒２Ａ〜２Ｄにはピストン３が嵌挿され、ピストン３の上方に燃焼室４が形成されている。
【００３１】
各気筒２の燃焼室４の頂部には点火プラグ７が装備され、そのプラグ先端が燃焼室４内に臨んでいる。この点火プラグ７には、電子制御による点火時期のコントロールが可能な点火回路８が接続されている。
【００３２】
燃焼室４の側方部には、燃焼室４内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁９が設けられている。この燃料噴射弁９は、図略のニードル弁およびソレノイドを内蔵し、後述の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９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４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。
【００３３】
また、各気筒２Ａ〜２Ｄの燃焼室４に対して吸気ポート１１、１１ａ，１１ｂおよび排気ポート１２、１２ａ，１２ｂが開口し、これらのポートに吸気通路１５、排気通路２０等が接続されるとともに、各ポートが吸気弁３１、３１ａ，３１ｂおよび排気弁３２、３２ａ，３２ｂにより開閉されるようになっている。
【００３４】
そして、各気筒が所定の位相差をもって吸気、圧縮、膨張、排気の各行程からなるサイクルを行うように構成され、４気筒エンジンの場合において、気筒列方向の一端側から１番気筒２Ａ、２番気筒２Ｂ、３番気筒２Ｃ、４番気筒２Ｄと呼ぶと、図１６に示すように、上記サイクルが１番気筒２Ａ、３番気筒２Ｃ、４番気筒２Ｄ、２番気筒２Ｂの順にクランク角で１８０°ずつの位相差をもって行われるようになっている。なお、図１６は４サイクル４気筒エンジンにおいて後に詳述するように特殊運転モードとされたときの各気筒の行程、燃料噴射時期、点火時期等を示すものであり、この図において、ＥＸは排気行程、ＩＮは吸気行程、Ｆは燃料噴射、Ｓは火花点火を表し、図中の星マークは圧縮自己着火が行われることを表している。
【００３５】
排気行程と吸気行程が重なる一対の気筒間には、排気行程と吸気行程が重なるときの排気行程側の気筒（当明細書ではこれを先行気筒と呼ぶ）から、吸気行程側の気筒（当明細書ではこれを後続気筒と呼ぶ）へ既燃ガスをそのまま導くことができるように、気筒間ガス通路２２が設けられている。当実施形態の４サイクル４気筒エンジンでは、１番気筒２Ａの排気行程（ＥＸ）と２番気筒２Ｂの吸気行程（ＩＮ）とが重なり、また４番気筒２Ｄの排気行程（ＥＸ）と３番気筒２Ｃの吸気行程（ＩＮ）が重なるので（図１６参照）、１番気筒２Ａと２番気筒２Ｂ、および、４番気筒２Ｄと３番気筒２Ｃがそれぞれ一対をなし、１番気筒２Ａおよび４番気筒２Ｄが先行気筒となるとともに、２番気筒２Ｂおよび３番気筒２Ｃが後続気筒となる。
【００３６】
各気筒の吸・排気ポートとこれに接続される吸気通路、排気通路および気筒間ガス通路は、具体的には次のように構成されている。先行気筒である１番気筒２Ａおよび４番気筒２Ｄには、それぞれ新気を導入するための吸気ポート１１と、既燃ガス（排気ガス）を排気通路２０に送り出すための第１排気ポート１２ａと、既燃ガスを気筒間ガス通路２０に導出するための第２排気ポート１２ｂとが配設されている。また、後続気筒である２番気筒２Ｂおよび３番気筒２Ｃには、それぞれ新気を導入するための第１吸気ポート１１ａと、先行気筒２Ａ，２Ｄからの既燃ガスを導入するための第２吸気ポート１１ｂと、既燃ガスを排気通路２０に送り出すための排気ポート１２とが配設されている。
【００３７】
図１に示す例では、１番，４番気筒２Ａ，２Ｄにおける吸気ポート１１および２番，３番気筒２Ｂ，２Ｃにおける第１吸気ポート１１ａが、１気筒当り２個ずつ、燃焼室の左半部側に並列的に設けられる一方、１番，４番気筒２Ａ，２Ｄにおける第１排気ポート１２ａおよび第２排気ポート１２ｂならびに２番，３番気筒２Ｂ，２Ｃにおける第２吸気ポート１１ｂおよび排気ポート１２が、燃焼室の右半部側に並列的に設けられている。
【００３８】
１番，４番気筒２Ａ，２Ｄにおける吸気ポート１１および２番，３番気筒２Ｂ，２Ｃにおける第１吸気ポート１１ａには、吸気通路１５における気筒別の分岐吸気通路１６の下流端が接続されている。各分岐吸気通路１６の下流端近傍には、共通の軸を介して互いに連動する多連スロットル弁１７が設けられており、この多連スロットル弁１７は制御信号に応じてアクチュエータ１８により駆動され、吸入空気量を調節するようになっている。なお、吸気通路１５における集合部より上流の共通吸気通路１５ａには、吸気流量を検出するエアフローセンサ１９が設けられている。
【００３９】
１番，４番気筒２Ａ，２Ｄにおける第１排気ポート１２ａおよび２番，３番気筒２Ｂ，２Ｃにおける排気ポート１２には、排気通路２０における気筒別の分岐排気通路２１の上流端が接続されている。また、１番気筒２Ａと２番気筒２Ｂとの間および３番気筒２Ｃと４番気筒２Ｄとの間に、それぞれ気筒間ガス通路２２が設けられ、先行気筒である１番，４番気筒２Ａ，２Ｄの第２排気ポート１２ｂに気筒間ガス通路２２の上流端が接続されるとともに、後続気筒である２番，３番気筒２Ｂ，２Ｃの第２吸気ポート１１ｂに気筒間ガス通路２２の下流端が接続されている。
【００４０】
排気通路２０における分岐排気通路２１の下流の集合部には排気ガス中の酸素濃度を検出することにより空燃比を検出するＯ２センサ２３が設けられている。
さらにＯ２センサ２３の下流の排気通路２０には、排気浄化のために三元触媒２４が設けられている。この三元触媒２４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がλ＝１）付近にあるときにＨＣ，ＣＯおよびＮＯｘに対して高い浄化性能を示す触媒である。また、上記Ｏ２センサ２３は、排気ガス中の酸素濃度を検出することにより空燃比を検出するもので、特に理論空燃比付近で出力が急変するλＯ２センサにより構成されている。
【００４１】
上記気筒間ガス通路２２には、排気ガス中における酸素濃度の変化（空燃比の変化）に対して出力がリニアに変化するリニアＯ２センサ２５が設けられている。各気筒２Ａ〜２Ｄの吸・排気ポートを開閉する吸・排気弁とこれらに対する動弁機構は、次のようになっている。
【００４２】
１番，４番気筒（先行気筒）２Ａ，２Ｄにおける吸気ポート１１、第１排気ポート１２ａおよび第２排気ポート１２ｂには、それぞれ吸気弁３１、第１排気弁３２ａおよび第２排気弁３２ｂが設けられ、また、２番，３番気筒（後続気筒）２Ｂ，２Ｃにおける第１吸気ポート１１ａ、第２吸気ポート１１ｂおよび排気ポート１２には、それぞれ第１吸気弁３１ａ、第２吸気弁３１ｂおよび排気弁３２が設けられている。そして、各気筒の吸気行程や排気行程が上述のような所定の位相差をもって行われるように、これら吸・排気弁がそれぞれカムシャフト３４ａ，３４ｂ等からなる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。
【００４３】
上記動弁機構のカムシャフト３４ａ，３４ｂには、各吸・排気弁をリフトさせて開閉駆動する第１カム３３ａと、各吸・排気弁をリフトさせることなく閉止状態に保持する一対の第２カム３３ｂとが設けられている。
【００４４】
さらに、上記各吸・排気弁のうち先行気筒２Ａ，２Ｄに設けられた第１排気弁３２ａおよび後続気筒２Ｂ，２Ｃに設けられた第１吸気弁３１ａに対しては、これらを作動状態と閉止状態とに切り換える第１切換機構３５ａが設けられるとともに、先行気筒２Ａ，２Ｄに設けられた第２排気弁３２ｂおよび後続気筒２Ｂ，２Ｃに設けられた第２吸気弁３１ｂに対しては、これらを作動状態と閉止状態とに切り換える第２切換機構３５ｂが設けられている。これら第１，第２切換機構３５ａ，３５ｂにより、吸・排気流通経路を後記２気筒接続状態と各気筒独立状態とに切り換える切換機構が構成されている。
【００４５】
上記第１切換機構３５ａには、例えば図３〜図５に示すように、動弁機構の第１カム３３ａに対応した位置に設置されるセンタタペット６１と、第２カム３３ｂに対応した位置に設置される一対の突部６３を備えたサイドタペット６２とが設けられ、このサイドタペット６２の底部と、上記センタタペット６１の底面との間には、センタタペット６１の上面を第１カム３３ａに圧接させる方向に付勢する一対の圧縮コイルばね６４が配設されている。
【００４６】
また、センタタペット６１およびサイドタペット６２の両突部６３には、相対応したロック孔６５，６６がそれぞれ形成され、センタタペット６１が図３に示す上昇位置にある場合に、上記両ロック孔６５，６６が連通状態となるように構成されている。また、上記センタタペット６１のロック孔６５内には、フランジ部６７ａを有するロックピン６７がその軸方向に摺動可能に配設されている。上記サイドタペット６２の両突部６３の一方に設けられたロック孔６６には、第１プランジャ７５と、この第１プランジャ７５を上記ロックピン６７側に付勢する圧縮コイルばねからなる付勢部材７６が収容される凹部を備えた第１ホルダ６８が配設されるとともに、上記両突部６３の他方に設けられたロック孔６６には、第２プランジャ６９を保持する第２ホルダ７０が配設されている。
【００４７】
上記センタタペット６１のロック孔６５内には、ロックピン６７の両端部を支持する第１，第２ブッシュ７１，７２と、ロックピン６７を基端部側（プランジャ６９側）に付勢する圧縮コイルばねからなる付勢部材７３とが配設されている。そして、通常時には、図３，図４に示すように、上記付勢部材７３および付勢部材７６の付勢力に応じてロックピン６７のフランジ部６７ａが第２ブッシュ７２の先端部に当接した原点位置に支持されることにより、上記ロックピン６７がセッタータペット６２のロック孔６５と第２ホルダ７０と離間に跨った状態で収容されるとともに、第１プランジャ７５が上記第１ホルダ６８と第１ブッシュ７１との間に跨った状態で収容されて、上記センタタペット６１とサイドタペット６２とが連結状態に保持される。これによって上記第１カム３３ａにより駆動されるセンタタペット６１の駆動力が、上記サイドタペット６１を介して第１排気弁３２ａおよび第２吸気弁３１ａのステムエンド７４に伝達されて、上記第１排気弁３２ａおよび第１吸気弁３１ａが開閉駆動されるようになっている。
【００４８】
また、後述する作動油給排用の通路３６から上記第２プランジャ６９の基端部と第２ホルダ７０の底部との間に作動油が供給されると、上記付勢部材７３の付勢力に抗してロックピン６７が、矢印に示すように、第１プランジャ７５側に押されてセンタタペット６１のロック孔６５内に収容された作動位置に変位するとともに、上記付勢部材７６の付勢力に抗して第１プランジャ７５が、矢印に示すように、第２ホルダ６８側に押されてその内部に収容された作動位置に変位することにより、センタタペット６１とサイドタペット６２との連結が切り離される。これによって上記第１カム３３ａの駆動力が、上記サイドタペット６２を介して第１排気弁３２ａおよび第１吸気弁３１ａ弁のステムエンド７４に伝達されることが阻止され、上記第１排気弁３２ａおよび第１吸気弁３１ａが閉止状態に保持されることになる。
【００４９】
一方、上記第２排気弁３２ｂおよび第２吸気弁３１ｂの動弁機構に設けられた第２切換機構３５ｂは、図６に示すように、通常時にロックピン６７がセンタタペット６１のロック孔６６内に収容されるとともに、プランジャ６９が第２ホルダ７０内に収容された原点位置に保持されることにより、センタタペット６１とサイドタペット６２との連結状態が切り離されている点を除いて上記第１切換機構３５ａと同様に構成されている。
【００５０】
そして、通常時には、上記第２切換機構３５ｂへの作動油の供給が停止されることにより、上記第２排気弁３２ｂおよび第２吸気弁３１ｂが閉止状態に保持されるようなっている。また、後述する作動油給排用の通路３８から上記プランジャ６９の基端部と第２ホルダ７０の底部との間に作動油が供給され、プランジャ６９の先端部がセンタタペット６１のロック孔６５内に侵入するとともに、上記プランジャ６９により押されたロックピン６７が上記付勢部材７３の付勢力に抗して第１ホルダ６８側に押され、矢印に示すように、ロックピン６７の先端部が第１ホルダ６８内に進入した作動位置に変位することにより、センタタペット６１とサイドタペット６２とが連結される。これによって上記第１カム３３ａの駆動力がサイドタペット６２を介して上記第２排気弁３２ｂおよび第２吸気弁３１ｂのステムエンド７４に伝達されることにより、上記第２排気弁３２ｂおよび第２吸気弁３１ｂが開閉駆動されることになる。
【００５１】
次に、気筒間ガス通路２２の冷却を行うための冷却媒体が流通する通路等の構造を、図７〜図１１を参照しつつ説明する。図７および図８は排気マニフォールドにおける気筒間ガス通路形成部分およびその周囲のウォータジャケット形成部分の構造を示しており、これらの図に示す実施形態では、排気通路２０の上流側部分を構成する排気マニフォールドが、分岐排気通路２１の大部分およびその下流の集合部を含む排気マニフォールド主部２０ａと、分岐排気通路２１の一部分および気筒間ガス通路２２を含む排気マニフォールド上流部２０ｂとで構成され、排気マニフォールド上流部２０ｂがシリンダヘッド１ａと排気マニフォールド主部２０ａとの間に介在する状態で、これら排気マニフォールド上流部２０ｂおよび排気マニフォールド主部２０ａが一括にシリンダヘッド１ａに連結されるようになっている。
【００５２】
上記排気マニフォールド上流部２０ｂには、先行気筒２Ａ，２Ｄの第１排気ポート１２ａおよび後続気筒２Ｂ，２Ｃの排気ポート１２に通じる４本の分岐排気通路２１の上流部が形成されるとともに、先行気筒２Ａ，２Ｄの第２排気ポート１２ｂと、後続気筒２Ｂ，２Ｃの第２吸気ポート１１ｂとに通じる２本のＵ字状の気筒間ガス通路２２が形成され、さらに、気筒間ガス通路２２の周囲に、冷却媒体としてのエンジン冷却水を流通させるウォータジャケット（冷却媒体通路）８０が形成されている。
【００５３】
上記ウォータジャケット８０は、気筒間ガス通路２２の冷却を効率よく行い得るとともに、このウォータジャケット８０を含む排気マニフォールド上流部２０ｂを鋳造により容易に成形することが可能なように形成されている。具体的には、気筒間ガス通路２２の外側部に沿って屈曲した断面が縦長扁平の流路部８０ａと、排気マニフォールド上流部２０ｂの気筒列方向中間部において分岐排気通路２１の下方を通って、両側の流路部８０ａを連結する断面が横長扁平の流路部８０ｂとを有している。
【００５４】
排気マニフォールド上流部２０ｂの一端側には冷却水入口部８１が設けられ、他端側には冷却水出口部８２が設けられており、これら冷却水入口部８１および冷却水出口部８２は流路部８０ａに連通している。そして、冷却水入口部８１が電動のサブウォータポンプ１００に接続されるようになっている。なお、８３は鋳造時に用いられる中子支えにより生じた穴を塞ぐプラグである。
【００５５】
図９および図１０はシリンダヘッド１ａにおけるウォータジャケット形成部分の構造を示している。これらの図において、先行気筒２Ａ，２Ｄの第２排気ポート１２ｂおよび後続気筒２Ｂ，２Ｃの第２吸気ポート１１ｂは、一端が燃焼室４に開口するとともに他端がシリンダヘッド外側面に達するようにシリンダヘッド１ａに形成され、排気マニフォールドの気筒間ガス通路２２に連なり、気筒間ガス通路２２の一部をなしているが、これらのポート１２ｂ，１１ｂの周囲にエンジン冷却水を流通させるようにウォータジャケット８５が形成されている。すなわち、気筒配列部分の周囲にウォータジャケット８５が形成され、特に気筒間ガス通路２２の一部をなすポート１２ｂ，１１ｂの近辺でウォータジャケット８５の流路が広げられることにより、当該ポートの周囲に充分に冷却水を流通させることができるようになっている。
【００５６】
さらに、気筒間ガス通路２２に対する冷却効果を高めるため、気筒間ガス通路２２の一部をなすポート１２ｂ，１１ｂに近い排気マニフォールド側の一箇所に、ウォータジャケット８５に通じる冷却水入口部８６が形成され、冷却水入口部８６から流入する比較的冷たい冷却水が速やかにポートの周囲に導かれるようになっている。上記冷却水入口部８６は電動のサブウォータポンプ１００に接続されるようになっている。また、シリンダヘッド１ａの気筒列方向の一端部には冷却水出口部８７が形成されている。
【００５７】
なお、図９に示す例では、ウォータジャケット８５の排気マニフォールド側において気筒列方向中間部の一箇所に冷却水入口部８６を設けているが、図１１に示すように、両方の気筒間ガス通路により近い２箇所に冷却水入口部８６´を設けてもよい。また、気筒間ガス通路２２の一部をなすポートの周囲においてウォータジャケット８５は、図１０に示すようにポート１２ｂ，１１ｂに沿ってシリンダヘッド１ａの側端近傍までの範囲に形成しておいてもよいが、さらに図１２のように、シリンダヘッド１ａの排気マニフォールド側の側面に開口するようにウォータジャケット８５´を形成し、排気マニフォールド上流部２０ｂのウォータジャケット８０に連通させるようにしてもよい。
【００５８】
図１３はエンジン冷却系全体の構成を概略的に示している。この図において、エンジン本体１とラジエータ９０との間には冷却水を循環させる冷却水通路９１が形成され、その冷却水通路９１にメインウォータポンプ９２が介設されるとともに、ラジエータ９０をバイパスするバイパス通路９３がサーモスタット９４を介して冷却水通路９１に接続され、さらに、ヒーター９５に冷却水を導く通路９６、サブタンク９７に通じる通路９８等が配設されている。上記メインウォータポンプ９２はエンジン出力軸により伝動機構を介して駆動される機械式ポンプである。
【００５９】
このような構造は従来と同様であるが、当実施形態ではこのような構造に加え、電動ポンプからなるサブウォータポンプ１００と、このサブウォータポンプ１００により送給される冷却水を排気マニフォールド上流部２０ｂのウォータジャケット８０やシリンダヘッド１ａのポート周囲のウォータジャケット８５に導く通路１０１とが設けられている。また、要求に応じてサブウォータポンプ１００から送給される冷却水の一部をメインウォータポンプ８２から送給される冷却水に上乗せしてエンジン本体１のシリンダ冷却用のウォータジャケットに送り込み得るように、サブウォータポンプ１００の下流から分岐した通路１０２がメインウォータポンプ９２の下流の冷却水通路９１に接続されるとともに、この通路１０２にコントロールバルブ１０３が介設されている。
【００６０】
図１４は、エンジンの駆動、制御系統の構成を示している。この図の中に示すように、上記第１排気弁３２ａ用の第１切換機構３５ａと、第１吸気弁３１ａ用の第１切換機構３５ａとに対する作動油給排用の通路３６には、第１コントロール弁３７が設けられ、また上記第２排気弁３２ｂ用の第２切換機構３５ｂと、第２吸気弁３１ｂ用の第２切換機構３５ｂとに対する作動油給排用の通路３８には、第２コントロール弁３９が設けられている。
【００６１】
同図において、４０はマイクロコンピュータ等からなるエンジン制御用のＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）であり、このＥＣＵ４０には、エアフローセンサ１９、Ｏ２センサ２３およびリニアＯ２センサ２５からの信号が入力され、さらに運転状態を判別するためにエンジン回転数を検出する回転数センサ５１およびアクセル開度（アクセルペダル踏込み量）を検出するアクセル開度センサ５２等からの信号も入力されている。また、このＥＣＵ４０から、各点火プラグ８および燃料噴射弁９と、多連スロットル弁１７のアクチュエータ１８と、上記第１，第２のコントロール弁３７，３９と、電動のサブウォータポンプ１００およびコントロールバルブ１０３に対して制御信号が出力されている。
【００６２】
上記ＥＣＵ４０は、運転状態判別手段４１、モード設定手段４２、切換機構制御手段４３、吸入空気量制御手段４４、燃料噴射制御手段４５、着火アシスト手段４６および冷却制御手段４７を備えている。
【００６３】
上記運転状態判別手段４１は、図１５に示すようにエンジンの運転領域が低速低負荷側の領域Ａ（部分負荷領域）と、高速側ないし高負荷側の領域（全負荷領域）Ｂとに区画された制御用マップを有し、低速低負荷側の部分負荷領域Ａを特殊運転モード領域、高速側ないし高負荷側の全負荷領域Ｂを通常運転モード領域として設定し、上記回転数センサ５１およびアクセル開度センサ５２等からの信号により調べられるエンジンの運転状態（エンジン回転数およびエンジン負荷）が、上記領域Ａ，Ｂのいずれにあるかを判別するようになっている。
【００６４】
さらに、上記特殊運転モード領域となる部分負荷領域Ａは、その中でもエンジンの回転速度および負荷が最も低い低速低負荷領域Ａ１と、この低速低負荷領域Ａ１よりもエンジン回転数および負荷が高い中速中負荷領域Ａ２と、この中速中負荷領域Ａ２よりもエンジン回転数および負荷がさらに高い高速高負荷領域Ａ３とに区画されている。
【００６５】
上記モード設定手段４２は、運転状態判別手段４１による判別に基づき、上記特殊運転モード領域となる部分負荷領域Ａでは、排気行程にある先行気筒２Ａ，２Ｄから排出される既燃ガスをそのまま吸気行程にある後続気筒２Ｂ，２Ｄに導入して燃焼させる特殊運転モードを選択し、上記通常運転モード領域となる全負荷領域Ｂでは、各気筒をそれぞれ独立させ燃焼させる通常運転モードを選択するようになっている。
【００６６】
上記切換機構制御手段４３は、モード設定手段４２による運転モードの設定に応じ、特殊運転モードでは気筒間ガス通路２２を介して先行気筒の既燃ガスを後続気筒に導入させる２気筒接続状態とし、通常運転モードでは各気筒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・排気流通経路を変更すべく第１，第２切換機構３５ａ，３５ｂを制御するもので、具体的には運転状態が領域Ａ，Ｂのいずれにあるかに応じ、上記各コントロール弁３７，３９を制御することにより第１，第２切換機構３５ａ，３５ｂおよび上記吸・排気弁３１ａ〜３２ｂを次のように制御する。
【００６７】
領域Ａ：（特殊運転モード）
第１，第２切換機構３５ａ，３５ｂに対して油圧供給
第１排気弁３２ａおよび第１吸気弁３１ａを停止状態
第２排気弁３２ｂおよび第２吸気弁３１ｂを作動状態
領域Ｂ：（通常運転モード）
第１，第２切換機構３５ａ，３５ｂに対して油圧供給停止
第１排気弁３２ａおよび第１吸気弁３１ａを作動状態
第２排気弁３２ｂおよび第２吸気弁３１ｂを停止状態
上記吸入空気量制御手段４４は、アクチュエータ１８を制御することによりスロットル弁１７の開度（スロットル開度）を制御するものであり、予め設定されたマップ等から運転状態に対応した目標吸入空気量を求め、その目標吸入空気量に応じてスロットル開度を制御する。この場合、特殊運転モードとされる運転領域Ａでは、後続気筒２Ｂ，２Ｃにおいて分岐吸気通路１６からの吸気導入が遮断された状態で先行気筒２Ａ，２Ｄから導入されるガス中の過剰空気と新たに供給される燃料との比が理論空燃比とされつつ燃焼が行われるので、先行・後続の２気筒分の要求トルクに応じた燃料の燃焼に必要な量の空気（２気筒分の燃料の量に対して理論空燃比となる量の空気）が先行気筒２Ａ，２Ｄに供給されるように、スロットル開度が調節される。
【００６８】
上記燃料噴射制御手段４５は、各気筒２Ａ〜２Ｄに設けられた燃料噴射弁９からの燃料噴射量および噴射タイミングをエンジンの運転状態に応じて制御する。
そして、特に上記モード設定手段４２により設定される運転モードに応じ、燃料噴射量および噴射タイミングが変更される。
【００６９】
すなわち、特殊運転モードが設定された場合、先行気筒２Ａ，２Ｄに対しては、空燃比が理論空燃比よりも大幅にリーンな空燃比、例えば理論空燃比の略２倍もしくはそれ以上となるように燃料噴射量を制御するとともに、圧縮行程で燃料を噴射して混合気の成層化を行わせるように噴射時期を設定する。そして、圧縮上死点付近で点火が行われることにより成層燃焼が行われるようにする。
【００７０】
一方、後続気筒２Ｂ，２Ｃに対しては、上記先行気筒２Ａ，２Ｄから導入されたリーン空燃比の既燃ガスに対して燃料を供給し、後続気筒２Ｂ，２Ｃでの燃焼の際に実質的に理論空燃比となるように燃料噴射量を制御するとともに、既燃ガスが多い状況下で着火、燃焼が可能なように噴射タイミングを設定する。例えば、先行気筒２Ａ，２Ｄから導入される既燃ガスの温度が充分に高く、後続気筒２Ｂ，２Ｃが圧縮行程で自己着火し得るような温度状態となる場合は、後続気筒２Ｂ，２Ｃの吸気行程で燃料を噴射することにより混合気を均一化するように噴射時期を設定する。
【００７１】
また、通常運転モードが選択された場合には、各気筒２Ａ〜２Ｄの空燃比を理論空燃比もしくはそれ以下とするように燃料噴射量を制御し、例えば通常運転モード領域の制御が実行される全負荷領域Ｂのうち大部分の領域において理論空燃比とし、最大負荷領域およびその付近の運転領域で理論空燃比よりリッチとする。そして、この場合に、各気筒２Ａ〜２Ｄに対して吸気行程で燃料を噴射して混合気を均一化するように噴射時期を設定する。
【００７２】
上記着火アシスト手段４６は、エンジンの運転領域が上記部分負荷領域Ａの低速低負荷領域Ａ１にあることが上記運転状態判別手段４１において判別された場合に、後続気筒２Ｂ，２Ｃ内の混合気を、その圧縮上死点前における上死点の近傍で点火することにより、上記後続気筒２Ｂ，２Ｃで圧縮自己着火が行われるように促進する火花点火制御手段により構成されている。すなわち、後続気筒２Ｂ，２Ｃのピストン位置が圧縮上死点に近づいた時点で、点火プラグ７に点火指令信号を出力して混合気に点火することにより、点火プラグ７周りの圧力を急激に上昇させて混合気の圧縮自己着火を誘発するようになっている。
【００７３】
また、エンジンの運転領域が上記部分負荷領域Ａの高速高負荷領域Ａ３にあることが上記運転状態判別手段４１において判別された場合においても、後続気筒２Ｂ，２Ｃ内の混合気を、その圧縮上死点前における上死点の近傍で点火することにより、上記後続気筒２Ｂ，２Ｃで圧縮自己着火が行われるように促進する制御が上記着火アシスト手段４６において実行されるようになっている。この着火アシスト手段４６により上記高速高負荷領域Ａ３で後続気筒２Ｂ，２Ｃの圧縮自己着火を促進する制御を実行する際には、先行気筒２Ａ，２Ｄから後続気筒２Ｂ，２Ｃに導入される既燃ガスを冷却することにより、後続気筒２Ｂ，２Ｃのノッキングを抑制する制御が上記冷却制御手段４７において実行されるように構成されている。
【００７４】
冷却制御手段４７は、上記特殊運転モードによる制御が行われる部分負荷領域Ａの高速高負荷領域Ａ３において、後続気筒２Ｂ，２Ｃのノッキングを抑制するノッキング抑制手段としての機能を有するものである。具体的には、冷却系統に設けられているサブウォータポンプ１００を駆動し、排気マニフォールド上流部２０ｂのウォータジャケット８０やシリンダヘッド１ａのポート周囲のウォータジャケット８５に冷却水を送ることにより、上記着火アシスト手段４６により後続気筒２Ｂ，２Ｃの圧縮自己着火を促進する機能を損なうことなく、後続気筒２Ｂ，２Ｃのノッキングの発生を防止し得る程度の温度まで上記既燃ガスを冷却する制御が上記冷却制御手段４７において実行されるようになっている。
【００７５】
以上のような当実施形態の装置の作用を、図１６〜図１９を参照しつつ説明する。エンジンの上記部分領域Ａでは、特殊運転モードとされ、前述のように第１排気弁３２ａおよび第１吸気弁３１ａが停止状態、第２排気弁３２ｂおよび第２吸気弁３１ｂが作動状態とされることにより、実質的な新気およびガスの流通経路は図１７に示すような２気筒接続状態とされ、先行気筒２Ａ，２Ｄから排出される既燃ガスがそのまま気筒間ガス通路２２を介して後続気筒２Ｂ，２Ｃに導入されるとともに、この後続気筒２Ｂ，２Ｃから排出されるガスのみが排気通路２０に導かれる。
【００７６】
この状態において、先行気筒２Ａ，２Ｄにそれぞれ吸気行程で吸気通路１５から新気が導入され（図１７中の矢印ａ）、先行気筒２Ａ，２Ｄでは空燃比が理論空燃比よりも大きいリーン空燃比となるように燃料噴射量が制御されつつ、図１６に示すように、圧縮行程で燃料噴射Ｆが行われ、かつ、所定時期に点火Ｓが行われることにより、先行気筒２Ａ，２Ｄが成層燃焼となる。
【００７７】
そして、先行気筒２Ａ，２Ｄの吸気行程と後続気筒２Ｂ，２Ｃの排気行程とが重なる期間に、先行気筒２Ａ，２Ｄから排出された既燃ガスが気筒間ガス通路２２を通って後続気筒２Ｂ，２Ｃに導入されるとともに（図１６中の白抜き矢印および図１７中の矢印ｂ）、後続気筒２Ｂ，２Ｃでは、先行気筒２Ａ，２Ｄから導入されたリーン空燃比の既燃ガスに燃料が供給されて理論空燃比となるように、Ｏ２センサ２３の出力に基づいて燃料噴射量が制御されつつ、適当なタイミングで燃料噴射Ｆ行われて燃焼が行われる。例えば、先行気筒２Ａ，２Ｄから導入される既燃ガスの温度が充分に高い場合、後続気筒２Ｂ，２Ｃにおいて吸気行程で燃料が噴射され、この燃料が均一に分散した状態で、圧縮行程の上死点付近において自己着火が生じ、この圧縮自己着火による燃焼が行われる（図１６参照）。
そして、後続気筒２Ｂ，２Ｃでの燃焼後の既燃ガスは、三元触媒２４を備えた排気通路２０に排出される（図１７中の矢印ｃ）。
【００７８】
このように、先行気筒２Ａ，２Ｄではリーン空燃比での成層燃焼が行われることにより、熱効率が高められるとともにポンピングロスが低減され、これらの相乗効果で大幅に燃費が改善される。また、後続気筒２Ｂ，２Ｃでは、先行気筒２Ａ，２Ｄから押出された既燃ガスが導入されるためポンピングロス低減効果が高められ、さらに、上記圧縮自己着火が行われる場合、略均一な混合気分布状態での同時多点自己着火により燃焼が急速に進行し、これによって熱効率が大幅に向上される。これらの作用で後続気筒２Ｂ，２Ｃにおいても大幅な燃費の改善効果が得られる。しかも、後続気筒２Ｂ，２Ｃから排気通路２０に排出されるガスは理論空燃比であるため、従来のリーンバーンエンジンのようにリーンＮＯｘ触媒を排気通路２０に設ける必要がなく、三元触媒２４を設けるだけで充分に排気浄化性能が確保されることになる。
【００７９】
また、先行気筒２Ａ，２Ｄでは、その空燃比が理論空燃比の略２倍もしくはそれ以上のリーン空燃比とされることでＮＯｘ発生量が比較的少なく抑えられ、後続気筒２Ｂ，２Ｃでは、先行気筒２Ａ，２Ｄからの既燃ガスが導入されることで多量のＥＧＲが行われているのと同等の状態となることからＮＯｘの発生が充分に抑制される。このような点からもエミッションの向上に有利となる。
【００８０】
一方、高負荷側ないし高回転側の全負荷領域Ｂでは、通常運転モードとされ、前述のように第１排気弁３２ａおよび第１吸気弁３１ａが作動状態、第２排気弁３２ｂおよび第２吸気弁３１ｂが停止状態とされることにより、実質的な新気およびガスの流通経路は図１８に示すような各気筒独立状態とされ、実質的に各気筒２Ａ〜２Ｄの吸気ポート１１，１１ａおよび排気ポート１２ａ，１２が独立し、吸気通路１５から各気筒２Ａ〜２Ｄの吸気ポート１１，１１ａに新気が導入されるとともに、各気筒２Ａ〜２Ｄの排気ポート１２，１２ａから排気通路２０に既燃ガスが排出される。そして、この場合には各気筒の空燃比が理論空燃比もしくはそれよりリッチとなるように吸入空気量および燃料噴射量が制御されることにより、エンジンの出力性能が確保される。
【００８１】
このように、エンジンの運転領域によって上記特殊運転モードと通常運転モードとが選択され、低速低負荷側の部分負荷領域Ａにおける燃費およびエミッションの改善効果が得られるとともに、高負荷側ないし高回転側の全負荷領域Ｂにおける出力性能の確保が図られることになる。
【００８２】
そして、上記特殊運転モードの燃焼が行われる部分負荷領域Ａにおける低速低負荷領域Ａ１では、先行気筒２Ａ，２Ｄの空燃比を理論空燃比の２倍以上に設定するとともに、着火アシスト手段４６により後続気筒２Ｂ，２Ｃの混合気をその圧縮上死点前に点火して後続気筒２Ｂ，２Ｃの圧縮自己着火を促進するように構成したため、後続気筒２Ｂ，２Ｃにおけるノッキングの発生を効果的に防止しつつ、後続気筒２Ｂ，２Ｃを適正に圧縮自己着火させることができる。
【００８３】
すなわち、燃料の総噴射量が少ない上記低速低負荷領域Ａ１において、先行気筒２Ａ，２Ｄでのリーン燃焼による燃費改善効果が得られるように先行気筒２Ａ，２Ｄの空燃比を理論空燃比の２倍以上に設定した場合には、後続気筒２Ｂ，２Ｃに導入される既燃ガス温度が過度に高くなることを防止して後続気筒２Ｂ，２Ｃにおけるノッキングの発生を効果的に防止することができる。この反面、後続気筒２Ｂ，２Ｃに導入される既燃ガスの温度が低下するため、何らの手段も講じない場合には、圧縮自己着火を行わせることが困難な傾向があるが、上記のように着火アシスト手段４６により後続気筒２Ｂ，２Ｃ内の混合気を圧縮上死点前の上死点近傍で点火して点火プラグ７周りの圧力を急上昇させることにより、これに引き続く適正時期に圧縮自己着火させることができる。
【００８４】
上記のように特殊運転モードの燃焼が行われる部分負荷領域Ａにおける低速低負荷領域Ａ１で着火アシストを実行することにより後続気筒２Ｂ，２Ｃの圧縮自己着火を促進し、後続気筒２Ｂ，２Ｃの燃焼室全体で混合気を急速に燃焼させた場合には、図１９の実線ａに示すように、気筒内の圧力を急上昇させることができる。これに対して上記特殊運転モードの燃焼を行うことなく、低温の新気もしくは排気通路２０から少量の排気ガスをＥＧＲガスとして吸気通路１５に還流させた状態で火花点火により混合気を強制着火するようにした通常のエンジンでは図１９の破線ｂに示すように、混合気が緩やかな燃焼が行われて仕事に寄与しないエネルギー成分が多くなることが避けられない。したがって、特殊運転モードの燃焼が行われる部分負荷領域Ａにおける低速低負荷領域Ａ１で着火アシストを実行して後続気筒２Ｂ，２Ｃを圧縮自己着火させることにより、効果的に燃費を改善することができるとともに、上記後続気筒２Ｂ，２Ｃ内における酸素と窒素との反応を可及的に回避してＮＯｘの発生を充分に抑制することができる。
【００８５】
特に、上記実施形態に示すように、特殊運転モードの燃焼が行われる部分負荷領域Ａにおける低速低負荷領域Ａ１で、火花点火制御手段からなる着火アシスト手段５６により圧縮上死点前の上死点近傍で後続気筒２Ｂ，２Ｃ内の混合気を点火して圧縮自己着火を促進するように構成した場合には、簡単な構成で後続気筒２Ｂ，２Ｃを適正時期に確実に圧縮自己着火させて効果的に燃費を改善することができるとともに、ＮＯｘの発生を充分に抑制できるという利点がある。
【００８６】
また、上記実施形態では、特殊運転モードにおいて後続気筒２Ｂ，２Ｃの空燃比を略理論空燃比とし、この理論空燃比で燃焼した排気ガスのみを後続気筒２Ｂ，２Ｃから排気通路２０に排出させるように構成したため、リーンＮＯｘ触媒を排気通路２０に設けることなく、三元触媒２４だけで充分に排気ガスの浄化性能を確保することができる。しかも、上記リーンＮＯｘ触媒を設ける必要がないことから、リーンＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵量増大時におけるＮＯｘの放出、還元のための一時的なリッチ化を行う必要がなく、燃費改善効果の目減りを防止できるとともに、リーンＮＯｘ触媒が硫黄被毒するという問題が生じるのを防止できるという利点がある。
【００８７】
さらに、上記実施形態に示すように、着火アシスト手段４６により後続気筒２Ｂ，２Ｃの圧縮自己着火を促進する着火アシスト領域（部分負荷領域Ａの低速低負荷領域Ａ１）で、先行気筒２Ａ，２Ｄを成層燃焼させるように構成した場合には、この先行気筒２Ａ，２Ｄの空燃比を例えば理論空燃比の３倍以上の超リーン空燃比として燃焼を行わせることにより、顕著な燃費の改善効果を得ることができる。しかも、上記領域Ａ１で先行気筒２Ａ，２Ｄの空燃比が超リーン空燃比に設定されて後続気筒２Ｂ，２Ｃに導入される既燃ガスの温度が大きく低下した場合においても、後続気筒２Ｂ，２Ｃの圧縮自己着火を促進して適正時期に圧縮自己着火させる制御が上記着火アシスト手段４６において実行されることにより、効果的に燃費を改善できるとともに、ＮＯｘの発生を充分に抑制できるという利点がある。
【００８８】
なお、エンジンの温間時には、アイドル運転時から先行気筒２Ａ，２Ｄの空燃比を理論空燃比の２倍以上としつつ、着火アシスト手段４６により後続気筒の圧縮自己着火を促進するように構成してもよい。このようにエンジンの温間状態でアイドル運転時から上記特殊運転モードの制御を実行して先行気筒２Ａ，Ｄでのリーン燃焼による熱効率向上および各気筒でのポンピングロス低減等により燃費改善効果が得られるようにしつつ、後続気筒２Ｂ，２Ｃに導入される既燃ガス温度を過度に高くなるのを防止して後続気筒２Ｂ，２Ｃにおけるノッキングの発生を効果的に防止するとともに、着火アシスト手段４６により後続気筒２Ｂ，２Ｃの圧縮自己着火を促進する制御を適正に実行することができる。
【００８９】
また、上記実施形態に示すように、エンジンの部分負荷領域Ａにおける中速中負荷領域Ａ２以上の高速高負荷側の領域Ａ３において、冷却制御手段４７からなるノッキング抑制手段により後続気筒２Ｂ，２Ｃのノッキングを抑制するとともに、着火アシスト手段４６により後続気筒２Ｂ，２Ｃの圧縮自己着火を促進するように構成した場合には、後続気筒２Ｂ，２Ｃにおけるノッキングの発生を抑制しつつ、後続気筒２Ｂ，２Ｃを圧縮自己着火させる領域を、エンジンの部分負荷領域Ａにおける高速高負荷側Ａ３の領域まで広げることができるため、さらに効果的に燃費を改善することができる。
【００９０】
すなわち、エンジンの部分負荷領域Ａにおける中速中負荷領域Ａ２では、先行気筒２Ａ，２Ｄから導出された適温の既燃ガスが後続気筒２Ｂ，２Ｃに導入されるため、上記着火アシスト手段４６による圧縮自己着火の促進を行うことなく、圧縮上死点ＴＤＣの直後に混合気を適正に圧縮自己着火させて筒内圧力を急上昇させることができる。これに対して上記部分負荷領域Ａの高速高負荷領域Ａ３では、後続気筒２Ｂ，２Ｃに導入される既燃ガスの温度が高すぎることに起因して、図１９の一点鎖線ｃに示すように、後続気筒２Ｂ，２Ｃ内の混合気が圧縮上死点前等に自然着火することによりノッキングが生じ易い傾向がある。
【００９１】
このため、例えば上記実施形態に示すように、エンジンが部分負荷領域Ａの高速高負荷領域Ａ３にある場合には、上記気筒間ガス通路２２の周囲に形成されたウォータジャケット８０およびシリンダヘッド１ａに形成されたウォータジャケット８５に、サブウォータポンプ１００から冷却水を供給し、気筒間ガス通路２０を介して先行気筒２Ａ，２Ｄから後続気筒２Ｂ，２Ｃに導入される既燃ガスを適度に冷却する制御を上記冷却水制御手段４７において実行することにより、後続気筒２Ｂ，２Ｃに導入される既燃ガスの温度が過度に高くなることに起因したノッキングの発生を効果的に防止しつつ、着火アシスト手段４６において後続気筒２Ｂ，２Ｃの圧縮自己着火を促進する制御を実行することにより、図１９の実線ａで示すように、後続気筒２Ｂ，２Ｃ内の混合気を圧縮上死点ＴＤＣの近傍における適正時期に圧縮自己着火させることができる。
【００９２】
なお、エンジンが部分負荷領域Ａにおける高速高負荷領域Ａ３にある場合に、気筒間ガス通路２０を介して後続気筒２Ｂ，２Ｃに導入される既燃ガスを適度に冷却することにより、後続気筒２Ｂ，２Ｃのノッキングを抑制するように構成された上記実施形態に替え、後続気筒２Ｂ，２Ｃの有効圧縮比を低減する有効圧縮比低減手段によりノッキング抑制手段を構成してもよい。
【００９３】
具体的には、例えばカムシャフト３４ａ，３４ｂに設けられた複数個のカムを選択的に切り換えることにより、上記気筒間ガス通路２２を介して後続気筒２Ｂ，２Ｃに既燃ガスを導入させる第２吸気弁３１ｂの閉弁時期Ｔを、低速低負荷領域Ａ１を含む通常の領域では、図２０の実線で示すように、下死点Ｂ直後の時点Ｔ１に設定するとともに、高速高負荷領域Ａ３では、図２０の破線で示すように、上記通常の領域に比べて遅い時期Ｔ２設定するように変化させる。これにより、上記高速高負荷領域Ａ３では、下死点Ｂを過ぎてピストンが上昇するのに応じて後続気筒２Ｂ，２Ｃ内の混合気が気筒間ガス通路２２側に導出される結果、後続気筒２Ｂ，２Ｃの有効圧縮比が低減されてノッキングの発生が効果的に防止されることになる。なお、上記第２吸気弁３１ｂ等を開閉駆動するソレノイドアクチュエータを備えた電磁動弁機構を設け、この電磁動弁機構の作動状態を上記ノッキング抑制手段において制御することにより、上記第２吸気弁３１ｂの閉弁時期Ｔを変化させるように構成してもよい。
【００９４】
また、エンジンの運転領域が上記部分負荷領域Ａの高速高負荷領域Ａ３にある場合に、後続気筒２Ｂ，２Ｃに対する燃料の噴射を、吸気行程と圧縮行程とに分割して行うとともに、エンジン回転数および負荷が増大するのに対応して上記圧縮行程における後期噴射量の割合を増大させるように構成してもよい（図２０参照）。このように構成した場合には、後続気筒２Ｂ，２Ｃの圧縮行程の後期に噴射された燃料が気化するのに応じて筒内温度が低下するとともに、後続気筒２Ｂ，２Ｃ内で生成された混合気の活性化が抑制されるため、ノッキングの発生が効果的に防止されることになる。したがって、上記特殊運転モードの燃焼制御が実行される部分負荷領域Ａを、その高速高負荷側に拡大することができるという利点がある。
【００９５】
さらに、上記火花点火式エンジンの制御装置において、例えば燃焼室４内のイオン電流値をイオン電流センサ、筒内指圧を検出する指圧センサまたはノッキングの発生時の振動を検出する圧電素子からなるノックセンサ等により検出された最大圧力位置、ノッキングの激しさまたは失火の有無等に基づき、現在使用している燃料のオクタン価を判別するオクタン価判別手段をＥＣＵに設け、このオクタン価判別手段により判別された燃料のオクタン価が高いほど、上記着火アシスト手段４６により後続気筒２Ｂ，２Ｃの圧縮自己着火を促進する着火アシスト領域Ａ１を、上記部分負荷領域Ａの高速高負荷側に広げるようにしてもよい。
【００９６】
上記構成によれば、オクタン価判別手段により燃料のオクタン価が高いと判別された場合には、後続気筒２Ｂ，２Ｃで圧縮自己着火させるように促進する着火アシスト手段４６による着火アシスト領域Ａ１が部分負荷領域Ａの高速高負荷側に広げられ、この領域で上記着火アシスト手段４６により後続気筒２Ｂ，２Ｃの圧縮自己着火を促進させる制御が実行されることになる。このため、圧縮自己着火が生じにくいとともに、ノッキングが生じにくい燃料（オクタン価が高い燃料）を使用する際には、後続気筒２Ｂ，２Ｃのノッキングを防止しつつ、圧縮自己着火させる制御を広範囲に亘って実行することにより、エンジンの燃費を改善する効果およびＮＯｘの発生を抑制する効果が顕著に得られるという利点がある。
【００９７】
なお、上記実施形態では先行気筒２Ａ，２Ｄ、後続気筒２Ｂ，２Ｃのいずれに対しても燃料噴射弁９は燃焼室に直接燃料を噴射する直噴タイプとしているが、後続気筒２Ｂ，２Ｃに対する燃料噴射弁は必ずしも直噴タイプに限定されず、例えば吸気ポートおよび気筒間ガス通路に燃料噴射弁を設け、通常運転モードでは吸気ポートの燃料噴射弁を駆動し、特殊運転モードでは気筒間ガス通路の燃料噴射弁を駆動するようにしてもよい。
【００９８】
また、上記実施形態では排気マニフォールドを気筒間ガス通路２２を含む排気マニフォールド上流部２０ｂと排気マニフォールド主部２０ａとに分けて成形しているが、これらを一体に成形してもよい。さらに、上記実施形態では気筒間ガス通路２２の大部分を排気マニフォールドに形成しているが、気筒間ガス通路の全体をシリンダヘッドに形成するとともに、シリンダヘッドにおける気筒間ガス通路の周囲にウォータジャケットを形成してもよい。
【００９９】
本発明の装置は、４気筒以外の多気筒エンジンにも適用可能である。そして、例えば６気筒等では１つの気筒の排気行程と別の気筒の吸気行程が完全に重なり合うことはないが、このような場合は、一方の気筒の排気行程が他方の気筒の吸気行程より先行するとともに、両行程が部分的に重なり合う２つの気筒を先行、後続の一対の気筒とすればよい。
【０１００】
【発明の効果】
以上説明したようには、本発明は、特殊運転モードにおいて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から排出される既燃ガスが、気筒間ガス通路を介して吸気行程にある後続気筒に導入され、この後続気筒から排出されるガスが排気通路に導かれるような２気筒接続状態としつつ、上記先行気筒では空燃比が理論空燃比よりも大きいリーン空燃比で燃焼を行わせ、上記後続気筒では先行気筒から導入されたリーン空燃比の既燃ガスに燃料を供給して燃焼を行わせるようにした火花点火式エンジンの制御装置において、後続気筒の圧縮自己着火を促進する着火アシスト手段を設け、上記特殊運転モードの燃焼が行われる部分負荷領域における低速低負荷領域では、先行気筒の空燃比を理論空燃比の２倍以上に設定するとともに、上記着火アシスト手段により後続気筒の圧縮自己着火を促進するように構成したため、特殊運転モードの燃焼が行われる部分負荷領域における低速低負荷領域で後続気筒の圧縮自己着火を促進し、後続気筒の燃焼室全体で混合気を急速に燃焼させて気筒内の圧力を急上昇させることにより、効果的に燃費を改善することができるとともに、上記後続気筒内における酸素と窒素との反応を可及的に回避してＮＯｘの発生を充分に抑制することができるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る火花点火式エンジンの制御装置を備えたエンジン全体の概略平面図である。
【図２】エンジン本体等の概略断面図である。
【図３】第１切換機構の具体的構成を示す正面断面図である。
【図４】第１切換機構の具体的構成を示す平面断面図である。
【図５】センタタペットおよびサイドタペットの具体的構成を示す斜視図である。
【図６】第２切換機構の具体的構成を示す正面断面図である。
【図７】排気マニフォールドにおける気筒間ガス通路形成部分およびその周囲のウォータジャケット形成部分の構造を示す平面断面図である。
【図８】排気マニフォールドにおける気筒間ガス通路形成部分およびその周囲のウォータジャケット形成部分の構造を示す正面図である。
【図９】シリンダヘッドにおけるウォータジャケット形成部分の構造を示す平面断面図である。
【図１０】シリンダヘッドにおけるウォータジャケット形成部分の拡大部分断面図である。
【図１１】シリンダヘッドにおけるウォータジャケットの別の例を示す平面断面図である。
【図１２】シリンダヘッドにおけるウォータジャケットのさらに別の例を示す拡大部分断面図である。
【図１３】冷却系統の通路構成説明図である。
【図１４】制御系統のブロック図である。
【図１５】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説明図である。
【図１６】特殊運転モードにあるときの、各気筒の排気行程、吸気行程、燃料噴射時期および点火時期等を示す図である。
【図１７】特殊運転モードにあるときの実質的な新気およびガスの流通経路を示す説明図である。
【図１８】通常運転モードにあるときの実質的な新気およびガスの流通経路を示す説明図である。
【図１９】エンジンのクランク角と筒内圧力との関係を示す説明図である。
【図２０】後続気筒に対する既燃ガスの導入期間を変化させる場合の説明図である。
【符号の説明】
１  エンジン本体
２Ａ〜２Ｄ  気筒
９  燃料噴射弁
２２  気筒間ガス通路
４０  ＥＣＵ
４６  着火アシスト手段
４７  冷却制御手段（ノッキング抑制手段）
【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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