(57)【要約】【課題】多気筒の火花点火式エンジンにおいて、エンジン始動時の燃焼性向上させるようにする。【解決手段】吸気および排気の流通経路を切り換える流通経路切換手段と、低負荷低回転の運転時等に、先行気筒２Ａ，２Ｄの筒内に燃料を噴射することにより空燃比を理論空燃比よりも所定量だけ大きいリーン状態として燃焼を行わせ、後続気筒２Ｂ，２Ｃに先行気筒２Ａ，２Ｄから導出されたリーン空燃比の既燃ガスと燃料とを供給することにより筒内の空燃比を略理論空燃比に対応した値に設定する特殊運転モードの燃焼制御を実行する空燃比制御手段４３，４４とを設けるとともに、エンジンの始動時には、上記流通経路切換手段により２気筒接続状態として、最初の燃焼制御時における先行気筒２Ａ，２Ｄの燃焼を間引いて後続気筒２Ｂ，２Ｃを燃焼させる。【選択図】　　　　図７
2004027963.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
各気筒の燃焼サイクルが所定の位相差をもつように設定されるとともに、各気筒をそれぞれ独立させて燃焼させる通常運転モードと、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て燃焼させる特殊運転モードとに、エンジンの運転状態に応じて運転モードを切り換えるように構成された多気筒の火花点火式直噴エンジンにおいて、上記特殊運転モードでは気筒間ガス通路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、上記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気および排気の流通経路を切り換える流通経路切換手段と、上記特殊運転モードでは先行気筒の筒内に燃料を噴射することにより空燃比を理論空燃比よりも所定量だけ大きいリーン状態として燃焼を行わせ、後続気筒に先行気筒から導出されたリーン空燃比の既燃ガスと燃料とを供給することにより筒内の空燃比を略理論空燃比に対応した値に設定して燃焼を行わせるように各気筒の空燃比を制御する空燃比制御手段と、エンジンの始動時には、上記流通経路切換手段により２気筒接続状態とし、最初の燃焼制御時における先行気筒の燃焼を間引いて後続気筒を燃焼させるとともに、次回の燃焼制御時から先行気筒および後続気筒の両方を燃焼させる始動時制御手段とを備えた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】
エンジン始動時における最初の燃焼制御時に、先行気筒への燃料噴射を実行しつつ、その点火を禁止することにより、先行気筒の燃焼を間引くようにしたことを特徴とする請求項１記載の火花点火式エンジンの制御装置。
【請求項３】
エンジン始動時における最初の燃焼制御時に先行気筒への燃料噴射をカットすることにより、先行気筒の燃焼を間引くとともに、後続気筒内の混合気濃度が略理論空燃比に対応した値となるように後続気筒への燃料噴射量を制御することを特徴とする請求項１記載の火花点火式エンジンの制御装置。
【請求項４】
各気筒の燃焼サイクルが所定の位相差をもつように設定されるとともに、各気筒をそれぞれ独立させて燃焼させる通常運転モードと、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て燃焼させる特殊運転モードとに、エンジンの運転状態に応じて運転モードを切り換えるように構成され、かつ排気通路に三元触媒が配設された多気筒の火花点火式エンジンにおいて、上記特殊運転モードでは気筒間ガス通路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、上記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気および排気の流通経路を切り換える流通経路切換手段と、上記特殊運転モードでは先行気筒の筒内に燃料を噴射することにより空燃比を理論空燃比よりも所定量だけ大きいリーン状態として燃焼を行わせ、後続気筒に先行気筒から導出されたリーン空燃比の既燃ガスと燃料とを供給することにより筒内の空燃比を略理論空燃比に対応した値に設定して燃焼を行わせるように各気筒の空燃比を制御する空燃比制御手段と、エンジンの始動時には、上記流通経路切換手段により２気筒接続状態とし、エンジン始動時の最初の燃焼制御時における先行気筒への燃料噴射を実行しつつ、その点火を禁止することにより先行気筒の燃焼を間引いて後続気筒を燃焼させるとともに、エンジン始動後における次回の燃焼制御時から先行気筒および後続気筒に噴射された燃料をそれぞれ燃焼させる始動時制御手段とを備えた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５】
燃焼室内に燃料を直接噴射して吸気行程と排気行程との間に１回の燃焼を行う通常運転モードと、吸気行程と排気行程との間に２回の燃焼を行わせるように行程数を増加する特殊運転モードとにエンジンの運転状態に応じて燃焼サイクルを切り換えるとともに、排気通路に排出される排気ガスの酸素濃度が略理論空燃比の燃焼状態に対応した値となるように上記吸気行程で筒内に導入される吸気量および上記２回の燃焼を行うための燃料噴射量を制御するように構成され、かつ排気通路に三元触媒が配設された火花点火式エンジンにおいて、エンジンの始動時に、上記特殊運転モードの制御状態とするとともに、エンジン始動時における最初の燃焼制御を実行する際に、第１回目に噴射された燃料の点火を禁止し、第２回目に噴射された燃料を点火する始動時制御を実行する始動時制御手段を備えたことを特徴とする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、例えば特開平１０−２７４０８５号公報に示されるように、燃焼室内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁を備え、低回転低負荷域等では上記燃料噴射弁から圧縮行程で燃料を噴射することにより成層燃焼を行わせて、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を吸着して酸素濃度低下雰囲気でＮＯｘの離脱、還元を行うリーンＮＯｘ触媒を設けている。そして、このようなリーンＮＯｘ触媒を用いる場合には、リーン運転中にリーンＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸着量が増大したときに、例えば上記公報に示されるように主燃焼以外に膨張行程中に追加燃料を噴射することで排気ガスの空燃比をリッチ化するとともにＣＯを生成し、これによってＮＯｘの離脱、還元を促進するようにしている。
【０００４】
【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、リーン運転中におけるＮＯｘ浄化性能の確保のために上記リーンＮＯｘ触媒を排気通路に設ける必要がある。そして、高負荷域等の理論空燃比で運転される領域における排気浄化のために三元触媒も必要であって、この三元触媒に加えて上記リーンＮＯｘ触媒が排気通路に設けられている。このリーンＮＯｘ触媒は、ＮＯｘ吸着量をある程度確保するために比較的大容量が必要となり、また三元触媒と比べて高価であるので、コスト的に不利である。
【０００５】
しかも、上記リーンＮＯｘ触媒の浄化性能を維持するためには、上述のようにＮＯｘの吸着量が増大するような所定の期間毎に、ＮＯｘの離脱、還元のため追加燃料の供給等による一時的な空燃比のリッチ化を頻繁に行う必要があり、これにより、リーン燃焼による燃費改善効果が目減りしてしまうことになる。
【０００６】
さらに、使用燃料が硫黄分を多く含む場合に、上記リーンＮＯｘ触媒は硫黄被毒を受け易く、この硫黄被毒の解消の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、これによって燃費改善効果の低減および耐久性の低下等を招くおそれがある。
【０００７】
そこで、本出願人は、リーン燃焼による燃費改善効果を持たせつつ、リーンＮＯｘ触媒を必要とせず、三元触媒を用いるだけ、排気浄化性能を向上させることができる火花点火式エンジンの制御装置に関する技術を出願している（特願２００２−０２４５４８号）。
【０００８】
本発明は、このような技術に基づき、さらにエンジン始動時の燃焼性向上等を目的とした火花点火式エンジンの制御装置を提供するものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、各気筒の燃焼サイクルが所定の位相差をもつように設定されるとともに、各気筒をそれぞれ独立させて燃焼させる通常運転モードと、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て燃焼させる特殊運転モードとに、エンジンの運転状態に応じて運転モードを切り換えるように構成された多気筒の火花点火式直噴エンジンにおいて、上記特殊運転モードでは気筒間ガス通路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、上記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気および排気の流通経路を切り換える流通経路切換手段と、上記特殊運転モードでは先行気筒の筒内に燃料を噴射することにより空燃比を理論空燃比よりも所定量だけ大きいリーン状態として燃焼を行わせ、後続気筒に先行気筒から導出されたリーン空燃比の既燃ガスと燃料とを供給することにより筒内の空燃比を略理論空燃比に対応した値に設定して燃焼を行わせるように各気筒の空燃比を制御する空燃比制御手段と、エンジンの始動時には、上記流通経路切換手段により２気筒接続状態とし、エンジン始動時における最初の燃焼制御時に先行気筒の燃焼を間引いて後続気筒を燃焼させるとともに、次回の燃焼制御時から先行気筒および後続気筒の両方を燃焼させる始動時制御手段とを備えたものである。
【００１０】
上記構成によれば、例えばエンジンの低負荷低回転域において、２気筒接続状態で特殊運転モードの燃焼制御が実行されることにより、上記先行気筒ではリーン空燃比での燃焼が行われて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て顕著な燃費改善効果が得られ、かつ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が供給されて略理論空燃比とされた状態で燃焼が行われるため、少なくともポンピングロス低減による燃費改善効果は得られる。また、先行気筒では、大幅なリーン空燃比で燃焼が行われることによりＮＯｘの発生量が比較的少なく抑えられ、後続気筒では、先行気筒から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、エミッションの向上に有利となる。また、先行気筒から排出された高温のガスは気筒間ガス通路を通る間に適度に放熱されて温度調整され、かつ、このガス中の過剰空気と既燃ガスが均一に分散するようにミキシングされた状態で後続気筒に導入されることにより、多量ＥＧＲに対しては理想的な状態となり、しかも比較的高温のガス中に燃料が噴射されて、燃料の気化が促進されるため、後続気筒において燃焼が良好に行われる。そして、エンジンの始動時には、吸気および排気の流通経路が２気筒接続状態とされるとともに、最初の燃焼制御時に先行気筒の燃焼が間引かれることにより、後続気筒に多量の既燃ガスが導入されることに起因した失火の発生が効果的に防止されつつ、次回の燃焼制御時から特殊運転モードの燃焼制御が実行されることになる。
【００１１】
請求項２に係る発明は、上記請求項１記載の火花点火式エンジンの制御装置において、エンジン始動時における最初の燃焼制御時に、先行気筒への燃料噴射を実行しつつ、その点火を禁止することにより、先行気筒の燃焼を間引くようにしたものである。
【００１２】
上記構成によれば、エンジンの始動時における最初の燃焼制御時に、先行気筒に噴射された燃料が吸気と充分に撹拌混合され、かつ未点火の状態で、後続気筒に供給されることにより確実に点火されることになる。
【００１３】
請求項３に係る発明は、上記請求項１記載の火花点火式エンジンの制御装置において、エンジン始動時における最初の燃焼制御時に先行気筒への燃料噴射をカットすることにより、先行気筒の燃焼を間引くとともに、後続気筒内の混合気濃度が略理論空燃比に対応した値となるように後続気筒への燃料噴射量を制御するものである。
【００１４】
上記構成によれば、エンジン始動時における最初の燃焼制御時に先行気筒への燃料噴射がカットされることにより、後続気筒に多量の既燃ガスが導入されることに起因した失火の発生が防止されるとともに、後続気筒において混合気濃度が略理論空燃比に対応した値に設定されることにより、後続気筒の燃焼性が効果的に確保されることになる。
【００１５】
請求項４に係る発明は、各気筒の燃焼サイクルが所定の位相差をもつように設定されるとともに、各気筒をそれぞれ独立させて燃焼させる通常運転モードと、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て燃焼させる特殊運転モードとに、エンジンの運転状態に応じて運転モードを切り換えるように構成され、かつ排気通路に三元触媒が配設された多気筒の火花点火式エンジンにおいて、上記特殊運転モードでは気筒間ガス通路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、上記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気および排気の流通経路を切り換える流通経路切換手段と、上記特殊運転モードでは先行気筒の筒内に燃料を噴射することにより空燃比を理論空燃比よりも所定量だけ大きいリーン状態として燃焼を行わせ、後続気筒に先行気筒から導出されたリーン空燃比の既燃ガスと燃料とを供給することにより筒内の空燃比を略理論空燃比に対応した値に設定して燃焼を行わせるように各気筒の空燃比を制御する空燃比制御手段と、エンジンの始動時には、上記流通経路切換手段により２気筒接続状態とし、エンジン始動時の最初の燃焼制御時における先行気筒への燃料噴射を実行しつつ、その点火を禁止することにより先行気筒の燃焼を間引いて後続気筒を燃焼させるとともに、次回の燃焼制御時から先行気筒および後続気筒に噴射された燃料をそれぞれ燃焼させる始動時制御手段とを備えたものである。
【００１６】
上記構成によれば、例えばエンジンの低負荷低回転域において、２気筒接続状態で特殊運転モードの燃焼制御が実行されることにより、上記先行気筒ではリーン空燃比での燃焼が行われて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て顕著な燃費改善効果が得られ、かつ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が供給されて略理論空燃比とされた状態で燃焼が行われるため、少なくともポンピングロス低減による燃費改善効果は得られる。また、先行気筒では、大幅なリーン空燃比で燃焼が行われることによりＮＯｘの発生量が比較的少なく抑えられ、後続気筒では、先行気筒から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、エミッションの向上に有利となる。また、先行気筒から排出された高温のガスは気筒間ガス通路を通る間に適度に放熱されて温度調整され、かつ、このガス中の過剰空気と既燃ガスが均一に分散するようにミキシングされた状態で後続気筒に導入されることにより、多量ＥＧＲに対しては理想的な状態となり、しかも上記後続気筒から排出される略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の導かれるため、三元触媒だけで充分に排気浄化性能が確保されることになる。そして、エンジンの始動時には、上記流通経路切換手段により２気筒接続状態で、最初の燃焼制御時に先行気筒の燃焼が間引かれることにより後続気筒の多量の既燃ガスが導入されることに起因した失火の発生が効果的に防止されつつ、次回の燃焼制御時から特殊運転モードの燃焼制御が実行されることになる。
【００１７】
請求項５に係る発明は、燃焼室内に燃料を直接噴射して吸気行程と排気行程との間に１回の燃焼を行う通常運転モードと、吸気行程と排気行程との間に２回の燃焼を行わせるように行程数を増加する特殊運転モードとにエンジンの運転状態に応じて燃焼サイクルを切り換えるとともに、排気通路に排出される排気ガスの酸素濃度が略理論空燃比の燃焼状態に対応した値となるように上記吸気行程で筒内に導入される吸気量および上記２回の燃焼を行うための燃料噴射量を制御するように構成され、かつ排気通路に三元触媒が配設された火花点火式エンジンにおいて、エンジンの始動時に、上記特殊運転モードの制御状態とするとともに、エンジン始動時における最初の燃焼制御を実行する際に、第１回目に噴射された燃料の点火を禁止し、第２回目に噴射された燃料を点火する始動時制御を実行する始動時制御手段を備えたものである。
【００１８】
上記構成によれば、エンジンの低負荷低回転域において、上記特殊運転モードの燃焼制御が実行されることにより、吸気行程と排気行程との間に２回の燃焼が行われて、ポンピングロスが低減されることによる燃費改善効果が得られるとともに、高負荷高回転の運転領域に移行した時点で、上記特殊運転モードの燃焼制御状態から通常運転モードの燃焼制御状態に移行することにより、エンジン出力が確保される。そして、エンジン始動時における最初の燃焼制御を実行する際には、第１回目に噴射された燃料の点火が禁止されることにより、多量の既燃ガスの存在下で２回目の燃焼が行われることに起因した失火の発生が効果的に防止されるとともに、第２回目に噴射された燃料が点火されることにより、エンジンの始動性が確保されることになる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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から分岐した分岐吸気通路１６および排気通路２０から分岐した分岐排気通路２１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。
【００２３】
そして、吸気、圧縮、膨張および排気の各行程からなる上記各気筒２Ａ〜２Ｄの燃焼サイクルが、所定の位相差をもつように設定されており、４気筒エンジンにおいて、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と呼ぶ場合には、図１０に示すように、１番気筒２Ａ、３番気筒２Ｃ、４番気筒２Ｄおよび２番気筒２Ｂの順にクランク角で１８０°ずつの位相差をもつように燃焼サイクルが設定されている。なお、図１０において、ＥＸは排気行程、ＩＮは吸気行程、Ｆは燃料噴射、Ｓは点火を表している。
【００２４】
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。図１０に示すように、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）が重なるように設定された当実施形態の４気筒エンジンでは、１番気筒２Ａと２番気筒２Ｂとが一対をなすとともに、４番気筒２Ｄと３番気筒２Ｃが一対をなし、１番気筒２Ａおよび４番気筒２Ｄが先行気筒、２番気筒２Ｂおよび３番気筒２Ｃが後続気筒となる。
【００２５】
先行気筒である１番気筒２Ａおよび４番気筒２Ｄには、それぞれ吸気通路１５を介して供給された新気を導入するための一対の吸気ポート１１，１１と、既燃ガス（排気ガス）を排気通路２０に排出するための第１排気ポート１２ａと、既燃ガスを後続気筒である２番気筒２Ｂおよび３番気筒２Ｃ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。
【００２６】
また、後続気筒である２番気筒２Ｂおよび３番気筒２Ｃには、それぞれ吸気通路１５を介して供給された新気を導入するための一対の第１吸気ポート１１ａ，１１ａと、先行気筒である１番気筒２Ａおよび４番気筒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に排出するための排気ポート１２とが配設されている。
【００２７】
図１に示す例では、先行気筒である１番，４番気筒２Ａ，２Ｄおよび後続気筒である２番，３番気筒２Ｂ，２Ｃには、その燃焼室４の左半部側に一対の吸気ポート１１および第１吸気ポート１１ａがそれぞれ並列的に設けられている。また、上記１番，４番気筒２Ａ，２Ｄの燃焼室４の右半部側には、第１排気ポート１２ａおよび第２排気ポート１２ｂが並列的に設けられるとともに、２番，３番気筒２Ｂ，２Ｃの燃焼室４の右半部側には、第２吸気ポート１１ｂおよび排気ポート１２が並列的に設けられている。
【００２８】
１番，４番気筒（先行気筒）２Ａ，２Ｄにおける吸気ポート１１および２番，３番気筒（後続気筒）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がアクチュエータ１８によって駆動されることにより、吸入空気量が調節されるようになっている。なお、上記吸気通路１５における集合部よりも上流に位置する共通吸気通路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。
【００２９】
１番，４番気筒（先行気筒）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（後続気筒）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との間には、それぞれ気筒間ガス通路２２が設けられている。そして、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。
【００３０】
排気通路２０における分岐排気通路２１の下流側に位置する集合部には、理論空燃比検出用の排気ガス濃度検出手段であるＯ２センサ２３が設けられ、さらにその下流側に位置する排気通路２０には、排気浄化用の三元触媒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。
【００３１】
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（リーン空燃比検出用の排気ガス濃度検出手段）が設けられている。
【００３２】
各気筒の吸・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とは、次のように構成されている。すなわち、１番，４番気筒２Ａ，２Ｄ（先行気筒）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２Ｂ，２Ｃ（後続気筒）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。
【００３３】
そして、各気筒２Ａ〜２Ｄ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、これらの吸・排気弁がカムシャフトを有する動弁機構によりそれぞれ所定のタイミングで開閉するように駆動される。上記動弁機構のカムシャフトには、各吸・排気弁をリフトさせて開閉駆動する第１カム３３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３４との両方がそれぞれ設けられている。
【００３４】
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、これらを閉止状態から作動状態に切り換える第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、これらを作動状態から閉止状態に切り換える第２切換機構３５ｂが設けられている。
【００３５】
上記第１切換機構３５ａには、図３〜図５に示すように、動弁機構の第１カム３３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３４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３３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。
【００３６】
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、上記ロックピン６７の先端部が嵌入される凹部を有する第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、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。
【００３７】
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非ロック位置に支持されることにより、上記ロックピン６７がセンタタペット６１のロック孔６５内に収容されてセンタタペット６１とサイドタペット６２との連結が切り離された状態となる。これによって上記第１カム３３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６２を介して第１排気弁３２ａおよび第１吸気弁３１ａ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ようになっている。
【００３８】
また、後述する作動油給排用の通路３６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て、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内に進入すると、上記付勢部材７３の付勢力に抗してロックピン６７が第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の凹部内に嵌入されることにより、センタタペット６１とサイドタペット６２とが連結される。これによって上記第１カム３３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、上記第１排気弁３２ａおよび第１吸気弁３１ａが開閉駆動されることになる。
【００３９】
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、基端部が第２ホルダー７０内に嵌入された状態で配設された第１ロックピン６７と、このロックピン６７の先端部側に配設された第２ロックピン７５と、この第２ロックピン７５を上記第１ロックピン６７側に付勢する圧縮コイルばね７６とを有し、上記第１ロックピン６７が第２ホルダー７０とセンタタペット６１のロック孔６５とに跨った状態で収容されるとともに、上記第２プランジャ７５が第１ホルダ６８と第１ブッシュ７１との間に跨って状態で収容されることにより、センタタペット６１とサイドタペット６２とが連結状態に保持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。
【００４０】
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が開閉駆動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３７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て、プランジャ６９により押された第１ロックピン６７がセンタタペット６１のロック孔６５内に収容されるとともに、上記第２ロックピン７５が、第１ホルダー６８内に収容されることにより、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れると、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ことになる。
【００４１】
図７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がそれぞれ設けられている。
【００４２】
図７は、エンジンの駆動、制御系統の構成を示している。この図において、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）４０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４５、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４６およびエンジンの冷却水温度を検出する水温センサ４７等からの信号も入力されている。また、上記ＥＣＵ４０から、各燃料噴射弁９、多連スロットル弁１７のアクチュエータ１８および上記第１，第２のコントロール弁３７，３９に、それぞれ制御信号が出力されるようになっている。
【００４３】
上記ＥＣＵ４０は、エンジンの運転状態を判別する運転状態判別手段４１と、第１，第２切換機構３５ａ，３５ｂを制御する弁停止機構制御手段４２と、エンジンの燃焼室４への吸入空気量を制御する吸入空気量制御手段４３と、燃料の噴射状態を制御する燃料噴射制御手段４４と、エンジン始動時に後述する始動時制御を実行する始動時制御手段５２とを備えている。
【００４４】
運転状態判別手段４１は、上記回転数センサ４５およびアクセル開度センサ４６等からの信号に基づき、エンジン回転数およびエンジン負荷等に対応したエンジンの運転状態を判別し、図８に示すような低負荷低回転側の運転領域Ａにある場合には、後述する２気筒接続状態で特殊運転モードの運転制御を実行し、高負荷側ないし高回転側の運転領域Ｂにある場合には、後述する各気筒独立状態で通常運転モードの燃焼制御を実行するように構成されている。
【００４５】
弁停止機構制御手段４２は、上記運転状態判別手段４１において判別されたエンジンの運転領域Ａ，Ｂに応じ、上記各コントロール弁３７，３９を開閉制御して第１，第２切換機構３５ａ，３５ｂを駆動制御することにより、吸気および排気の流通経路を後に詳述するように２気筒接続状態と各気筒接続状態とに切り換えるものであり、上記弁停止機構制御手段４２と、コントロール弁３７，３９を有する駆動機構と、第１，第２切換機構３５ａ，３５ｂ等とにより、吸気および排気の流通経路を２気筒接続状態と各気筒独立状態とに切り換える流通経路切換手段が構成されている。
【００４６】
すなわち、低負荷低回転の運転領域Ａでは、上記各コントロール弁３７，３９を閉止状態として、第１，第２切換機構３５ａ，３５ｂへの作動油の供給を停止することにより、第１排気弁３２ａおよび第１吸気弁３１ａに対する駆動力の伝達が遮断されてこれらが閉止状態に保持されるとともに、第２排気弁３２ｂおよび第２吸気弁３１ｂに対する駆動力の伝達が許容されてこれらが開閉駆動されることにより、吸気および排気の流通経路が図９に示す２気筒接続状態となる。
【００４７】
また、高負荷高回転の運転領域Ｂでは、上記各コントロール弁３７，３９を開放状態として、第１，第２切換機構３５ａ，３５ｂへの作動油の供給を行うことにより、上記第１排気弁３２ａおよび第１吸気弁３１ａに対する駆動力の伝達が許容されてこれらが開閉駆動されるとともに、第２排気弁３２ｂおよび第２吸気弁３１ｂに対する駆動力の伝達が遮断されてこれらが閉止状態に保持されることにより、吸気および排気の流通経路が図１１に示す各気筒独立状態となる。
【００４８】
上記吸入空気量制御手段４３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、運転状態に応じてマップ等から目標吸入空気量を求め、その目標吸入空気量に基づいてスロットル開度を制御する。この場合、低負荷低回転側の運転領域Ａでは、後述のように後続気筒（２番、３番気筒２Ｂ，２Ｃ）に対する分岐吸気通路１６からの吸気導入が遮断された状態で、先行気筒（１番、４番気筒２Ａ，２Ｄ）から導入されるガス中の過剰空気が燃焼に供せられるように、先行気筒と後続気筒との２気筒分に相当する燃料を燃焼させるのに必要な量の空気が上記先行気筒に供給されるように、スロットル開度を調節する特殊運転モードの制御が実行される。
【００４９】
上記燃料噴射制御手段４４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もので、特に運転状態が図８中の運転領域Ａにある特殊運転モードと、運転領域Ｂにある通常運転モードとに、燃料噴射の制御状態を変更するものであり、この燃料噴射制御手段４４と、上記吸入空気量制御手段４３とにより空燃比制御手段が構成されている。
【００５０】
すなわち、運転状態が低負荷低回転側の運転領域Ａにある特殊運転モードでは、先行気筒（１番、４番気筒２Ａ，２Ｄ）に対して、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が制御されるとともに、圧縮行程で燃料が噴射されて成層燃焼が行われるように噴射タイミングが設定される。一方、後続気筒（２番、３番気筒２Ｂ，２Ｃ）に対しては、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が供給されることにより、空燃比が理論空燃比となるように燃料噴射量が制御されるとともに、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が設定され、例えば着火性確保のため圧縮行程で燃料が噴射されるようになっている。
【００５１】
上記燃料噴射量の制御は、エアフローセンサ１９およびＯ２センサ２３等からの出力に基づくフィードバック制御により行われる。具体的には、先行気筒２Ａ，２Ｄで所定のリーン空燃比、後続気筒２Ｂ，２Ｃで理論空燃比となるように、エアフローセンサ１９により検出される吸入空気量に応じてそれぞれの気筒に対する基本噴射量が演算されるとともに、気筒間ガス通路２２に設けられたリニアＯ２センサ２５からの出力に基づいて先行気筒２Ａ，２Ｄに対する燃料噴射量がフィードバック補正され、さらに排気通路２０に設けられたＯ２センサ２３からの出力に基づいて後続気筒２Ｂ，２Ｃに対する燃料噴射量がフィードバック補正されるようになっている。
【００５２】
また、運転状態が高負荷側ないし高回転側の運転領域Ｂにある通常運転モードでは、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、例えばこの運転領域Ｂにおける大部分の領域で理論空燃比とし、全開負荷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することにより均一燃焼を行わせるように噴射タイミングを設定する。
【００５３】
上記始動時制御手段５２は、エンジンの始動時に、上記弁停止機構制御手段４２および各切換機構３５ａ，３５ｂ等からなる流通経路切換手段により吸気および排気の流通経路を２気筒接続状態に設定した状態で、後述するようにエンジン始動時における最初の燃焼制御時に先行気筒２Ａ，２Ｄの燃焼を間引いて後続気筒２Ｂ，２Ｃを燃焼させるとともに、次回の燃焼制御時から先行気筒２Ａ，２Ｄおよび後続気筒２Ｂ，２Ｃの両方を燃焼させる特殊運転モードの燃焼制御を実行するように構成されている。
【００５４】
以上のような当実施形態の装置の作用を、図９〜図１１を参照しつつ説明する。すなわち、低負荷低回転側の運転領域Ａにおける特殊運転モードでは、前述のように各コントロール弁３７，３９を閉止状態として、第１，第２切換機構３５ａ，３５ｂに対する作動油の供給を停止することにより、第１排気弁３２ａおよび第１吸気弁３１ａが閉止状態とされるとともに、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９に示すように、先行気筒（１番，４番気筒）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（２番，３番気筒）２Ｂ，２Ｃに導入されるとともに、この後続気筒２Ｂ，２Ｃから排出される既燃ガスのみが三元触媒２４を備えた排気通路２０に導かれる２気筒接続状態とされる。
【００５５】
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９中の矢印ａ）、先行気筒２Ａ，２ＤではリニアＯ２センサ２５により検出される空燃比が所定リーン空燃比となるように燃料噴射量がフィードバック制御されつつ圧縮行程で燃料が噴射され、かつ、所定点火時期に点火が行われて、リーン空燃比での成層燃焼が行われる（図１０参照）。
【００５６】
その後、先行気筒２Ａ，２Ｄの吸気行程と後続気筒２Ｂ，２Ｃの排気行程が重なる期間に、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（図９中の矢印ｂおよび図１０中の白抜き矢印）。そして、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（例えば圧縮行程）で燃料が噴射され、かつ、所定の点火時期に点火が行われて燃焼が行われる（図１０参照）。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９中の矢印ｃ）。
【００５７】
このように、先行気筒２Ａ，２Ｄでは、大幅にリーンな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顕著に燃費が改善される。また、後続気筒２Ｂ，２Ｃでは、空気過剰状態の既燃ガスに対し燃料が供給されて理論空燃比に制御されつつ燃焼が行われることにより、先行気筒２Ａ，２Ｄのようにリーン空燃比で成層燃焼が行われるものと比べると熱効率では多少劣るものの、ポンピングロス低減による燃費改善効果は充分に得られる。
【００５８】
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触媒を設ける必要がなく、三元触媒２４だけで充分に排気浄化性能が確保される。
【００５９】
そして、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空燃比のリッチ化を行う必要がなく、燃費改善の目減りが避けられる。さらに、リーンＮＯｘ触媒の硫黄被毒の問題が生じることもない。
【００６０】
また、先行気筒２Ａ，２Ｄでは理論空燃比の略２倍もしくはそれ以上の大幅なリーンな空燃比とされることでＮＯｘの発生量が比較的少なく抑えられとともに、後続気筒２Ｂ，２Ｃでは、先行気筒２Ａ，２Ｄから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。
【００６１】
上記後続気筒２Ｂ，２Ｃには先行気筒２Ａ，２Ｄからの既燃ガスが気筒間ガス通路２２を介して導入されるが、この気筒間ガス通路２２で通路長に応じた放熱作用が得られるため、この通路長を適正値に設定することにより、後続気筒２Ｂ，２Ｃに導入される既燃ガスの温度を調整することが可能である。そして、このように既燃ガスの温度を調整するとともに、後続気筒２Ｂ，２Ｃに対する燃料噴射タイミングを適宜調整することにより、多量の既燃ガスが導入される後続気筒２Ｂ，２Ｃにおいても、着火、燃焼性を良好に保つことができる。
【００６２】
なお、先行気筒２Ａ，２Ｄから後続気筒２Ｂ，２Ｃに導入されるガス中の過剰酸素の割合が少なくなると後続気筒２Ｂ，２Ｃでの燃焼安定性が損なわれるが、先行気筒２Ａ，２Ｄにおいて理論空燃比の略２倍もしくはそれ以上の大幅にリーンな空燃比とすれば、後続気筒２Ｂ，２Ｃでの燃焼安定性は確保される。
【００６３】
一方、エンジンが高負荷側ないし高回転側の運転領域Ｂにある場合には、前述のように上記各コントロール弁３７，３９を開放状態として、第１，第２切換機構３５ａ，３５ｂに対する作動油の供給を行うことにより、第１排気弁３２ａおよび第１吸気弁３１ａが作動状態とされるとともに、第２排気弁３２ｂおよび第２吸気弁３１ｂが閉止状態とされることにより、実質的な吸気および排気の流通経路が図１１に示すように、各気筒２Ａ〜２Ｄの吸気ポート３１，３１ａおよび排気ポート１２ａ，１２が独立し、分岐吸気通路１６を介して各気筒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１２，１１ａから排気通路２０に既燃ガスが排出される各気筒独立状態とされる。
【００６４】
上記のように各気筒２Ａ〜２Ｄの燃焼サイクルが所定の位相差をもつように設定されるとともに、各気筒２Ａ〜２Ｄをそれぞれ独立させて燃焼させる通常運転モードと、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，２Ｃに導入して燃焼させる特殊運転モードとに、エンジンの運転状態に応じて運転モードを切り換えるように構成された多気筒の火花点火式エンジンにおいて、エンジンの高負荷側ないし高回転側の運転領域Ｂでは、吸気および排気の流通経路を各気筒独立状態として各気筒２Ａ〜２Ｄにそれぞれ新気を導入させるとともに、各気筒２Ａ〜２Ｄ内の空燃比を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を制御することにより、エンジンの運転状態に対応した出力性能を確保することができる。
【００６５】
また、エンジンの始動時には、上記流通経路切換手段により、先行気筒２Ａ，２Ｄと後続気筒２Ｂ，２Ｃとを接続した２気筒接続状態とし、かつエンジン始動時における最初の燃焼制御時に先行気筒２Ａ，２Ｄの燃焼を間引いて後続気筒２Ｂ，２Ｃを燃焼させるとともに、次回の燃焼制御時から先行気筒２Ａ，２Ｄおよび後続気筒２Ｂ，２Ｃの両方を燃焼させる特殊運転モードの燃焼制御を、上記始動時制御手段５２において実行するようになっている。
【００６６】
すなわち、エンジンの始動時に、吸気および排気の流通経路を２気筒接続状態して、図１２に示すように、エンジンの始動時における最初の燃焼制御時に先行気筒２Ａ，２Ｄへの燃料噴射Ｆ１を実行しつつ、その点火Ｓ１を禁止することにより、その燃焼を間引くようにする。そして、上記先行気筒２Ａ，２Ｄに噴射された燃料を新気と充分に撹拌混合した状態で、後続気筒２Ｂ，２Ｃに供給するとともに、この後続気筒２Ｂ，２Ｃに燃料噴射Ｆ２を行うとともに、点火Ｓ２を行った後、次回の燃焼制御時から、から先行気筒２Ａ，２Ｄおよび後続気筒２Ｂ，２Ｃに対する噴射燃料Ｆ３，Ｆ４および点火Ｓ３，Ｓ４を行う特殊運転モードの燃焼状態とする。
【００６７】
このようにエンジンの始動時における最初の燃焼制御時に先行気筒２Ａ，２Ｄへの燃料噴射Ｆ１を実行しつつ、その点火Ｓ１を禁止することにより、後続気筒２Ｂ，２Ｃに多量の既燃ガスが導入されることに起因した失火の発生を効果的に防止することができるとともに、上記先行気筒２Ａ，２Ｄから後続気筒２Ｂ，２Ｃに供給された燃料（Ｆ１）および後続気筒２Ｂ，２Ｃ内に新た噴射された燃料（Ｆ２）の気化・霧化を促進するとともに、新気と適正に混合した状態で、点火Ｓ２を行うことにより、混合気を確実に燃焼させることができる。したがって、エンジンの始動時に、後続気筒２Ｂ，２Ｃに多量の既燃ガスが導入されることに起因した失火の発生を効果的に防止してエンジンの始動性を確保することができる。
【００６８】
そして、エンジンの始動時における次回の燃焼制御時から先行気筒２Ａ，２Ｄおよび後続気筒２Ｂ，２Ｃに対する噴射燃料Ｆ３，Ｆ４および点火Ｓ３，Ｓ４を行う特殊運転モードの燃焼状態とすることにより、各気筒２Ａ〜２Ｄを連続的に燃焼させてエンジンをスムーズに始動させることができる。しかも、エンジンの頻繁に運転モードを切り換える等の煩雑な制御を実行することなく、燃費の改善効果およびエミッションの向上効果が得られるという利点がある。
【００６９】
また、エンジンの始動時における最初の燃焼制御時に先行気筒２Ａ，２Ｄへの燃料噴射を実行しつつ、その点火を禁止することにより、先行気筒２Ａ，２Ｄの燃焼を間引くように構成された上記実施形態において、エンジン始動時における最初の燃焼制御時に先行気筒２Ａ，２Ｄへの燃料噴射Ｆ１を、図１３の破線で示すように、気筒識別後で膨張行程から排気行程の初期までの間に行うようにしてもよい。このように構成した場合には、エンジンの始動時の早い段階で燃料噴射が行われることに起因して燃料の噴射圧力が低くなるという事態の発生を効果的に防止することができるため、先行気筒２Ａ，２Ｄへの燃料噴射量を正確に制御できるという利点がある。
【００７０】
さらに、上記実施形態において、エンジン始動時における先行気筒２Ａ，２Ｄの燃料噴射Ｆ３の噴射量を、その次の後続気筒２Ｂ，２Ｃでの燃料噴射Ｆ４の燃料噴射Ｆ４の燃料噴射量に対して多く設定してもよく、さらにまたエンジン始動時における先行気筒２Ａ，２Ｄの燃料噴射Ｆ３の噴射量を、略理論空燃比に対応した値に設定してもよい。
【００７１】
上記のように構成した場合には、始動時における最初の後続気筒２Ｂ，２Ｃの燃料噴射Ｆ１，Ｆ２に伴う燃料トルクに続いて、先行気筒２Ｂ，２Ｄでの燃料噴射Ｆ３に伴う燃焼トルクを比較的高くすることにより、始動時の初期におけるエンジン回転数の上昇を効果的に促進することができる。また、先行気筒２Ａ，２Ｄの燃料噴射Ｆ３の燃料噴射量を略理論空燃比に対応した値に設定した場合には、その次の後続気筒２Ｂ，２Ｃでの燃料噴射Ｆ４がカットされるようになるものの、略理論空燃比で連続して４回の燃焼トルクが得られるため、一気に高いエンジン回転数まで上昇させることができる。
【００７２】
また、エンジンの始動時における最初の燃焼制御時に先行気筒２Ａ，２Ｄへの燃料噴射を実行しつつ、その点火を禁止することにより燃焼を間引くように構成した上記実施形態に代え、図１３に示すように、エンジン始動時における最初の燃焼制御時に先行気筒２Ａ，２Ｄへの燃料噴射Ｆ１をカットすることにより、先行気筒２Ａ，２Ｄの燃焼を間引くとともに、後続気筒２Ｂ，２Ｃ内の混合気濃度が略理論空燃比に対応した値となるように後続気筒２Ｂ，２Ｃへの燃料噴射Ｆ２を行う際の噴射量を制御するようにしてもよい。
【００７３】
上記の構成によっても、エンジンの始動時に、先行気筒２Ａ，２Ｄに供給された新気をそのまま後続気筒２Ｂ，２Ｃに導入させるとともに、この後続気筒２Ｂ，２Ｃに導入された新気に適正量の燃料を噴射して混合気を確実に燃焼させることにより、上記後続気筒２Ｂ，２Ｃに大量の既燃ガスが導入されることに起因した失火の発生を防止しつつ、各気筒２Ａ〜２Ｄを連続的に燃焼させてエンジンをスムーズに始動させることができる。
【００７４】
また、上記実施形態に示すように、各気筒２Ａ〜２Ｄの燃焼サイクルが所定の位相差をもつように設定されるとともに、各気筒２Ａ〜２Ｄをそれぞれ独立させて燃焼させる通常運転モードと、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，２Ｃに導入して燃焼させる特殊運転モードとに、エンジンの運転状態に応じて運転モードを切り換えるように構成され、かつ排気通路２０に三元触媒２４が配設された多気筒の火花点火式エンジンにおいて、上記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２Ａ，２Ｄの既燃ガスを後続気筒２Ｂ，２Ｃに導入させる２気筒接続状態とし、上記通常運転モードでは各気筒２Ａ〜２Ｄ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気および排気の流通経路を切り換える流通経路切換手段と、上記特殊運転モードでは先行気筒２Ａ，２Ｄの筒内に燃料を噴射することにより空燃比を理論空燃比よりも所定量だけ大きいリーン状態として燃焼を行わせ、後続気筒２Ｂ，２Ｃに先行気筒２Ａ，２Ｄから導出されたリーン空燃比の既燃ガスと燃料とを供給することにより筒内の空燃比を略理論空燃比に対応した値に設定して燃焼を行わせるように各気筒の空燃比を制御する空燃比制御手段と、エンジンの始動時には、上記流通経路切換手段により２気筒接続状態とし、エンジン始動時の最初の燃焼制御時における先行気筒２Ａ，２Ｄへの燃料噴射を実行しつつ、その点火を禁止することにより先行気筒２Ａ，２Ｄの燃焼を間引いて後続気筒を燃焼させるとともに、次回の燃焼制御時から先行気筒２Ａ，２Ｄおよび後続気筒２Ｂ，２Ｃに噴射された燃料をそれぞれ燃焼させる始動時制御手段５２とを設け場合には、エンジンの始動時に、後続気筒２Ｂ，２Ｃに大量の既燃ガスが導入されることに起因した失火の発生を防止しつつ、各気筒２Ａ〜２Ｄを連続的に燃焼させてエンジンをスムーズに始動させることができる。しかも、大容量かつ高価なリーンＮＯｘ触媒を排気通路２０に設けることなく、簡単な構成でエミッション性を確保しつつ、運転状態に対応したエンジン出力を充分に確保することができるとともに、燃費の改善効果が得られるという利点がある。
【００７５】
また、上記実施形態では、原点位置から作動位置に変位するロックピン６９等からなる作動部材と、この作動部材を原点位置に自動的に復帰させるように付勢する付勢部材７３等を有する第１，第２切換機構３５ａ，３５ｂを、各吸・排気弁の動弁機構に設けるとともに、上記作動油給排用の通路３６，３８に設けられた第１，第２コントロール弁３７，３９を開放して上記第１，第２切換機構３５ａ，３５ｂに作動油を供給することにより、付勢部材７３の付勢力に抗して作動部材を作動位置に変位させるよう構成された駆動機構を上記流通経路切換手段に設けたため、エンジンの始動時には、上記吸気および排気の流通経路を自動的に２気筒接続状態として、エンジンの始動時における先行気筒の燃焼を間引いて後続気筒を燃焼させる始動時制御を迅速かつ適正に実行することができる。
【００７６】
すなわち、エンジンが停止状態となると、上記駆動機構による第１，第２切換機構３５ａ，３５ｂへの作動油の供給が停止されて上記作動部材（ロックピン６９が）が付勢部材７３の付勢力に応じて原点位置に復帰する。したがって、エンジンの始動時には、第１排気弁３２ａおよび第１吸気弁３１ａが閉止状態に維持されるとともに、第２排気弁３２ｂおよび第２吸気弁３１ｂがカム３３により駆動されて開閉駆動される状態、つまり図９に示す２気筒接続状態となっているため、上記流通経路切換手段により吸気および排気の流通経路を切り換える操作を要することなく、エンジンの始動開始時点から上記始動時制御を実行することができる。
【００７７】
なお、上記ように各吸気弁および排気弁のステムエンド７４と、カム３３，３４との間に配設された第１，第２切換機構３５ａ，３５ｂに対する作動油の給排を制御することにより、吸気および排気の流通経路を切り換えるようにした上記実施形態に代え、図１４〜図１６に示すように、カム８１により駆動されて上記各吸気弁および排気弁を駆動するロッカーアーム８２に設けられた第１〜第３切換機構８３ａ〜８３ｃにより、吸気および排気の流通経路を２気筒接続状態と各気筒独立状態とに切り換えるように構成してもよい。なお、図１５は、先行気筒である１気筒２Ａに設けられたロッカーアーム８２および第１切換機構８３ａを示し、図１６は、後続気筒である２番気筒２Ｂに設けられたロッカーアーム８２および第２，第３切換機構８３ｂ，８３ｃを示している。
【００７８】
上記第１切換機構８３ａは、図１５に示すように、ロッカーアーム８２の揺動支点となる支持軸８４により揺動可能に支持されるとともに、上記ロッカーアーム８２の作動部の両側に配設された第１，第２アーム８５，８６を有し、この両アーム８５，８６および上記ロッカーアーム８２の作動部には、相対応したロック孔８７〜８９が形成されている。これらのロック孔８７〜８９内には、プランジャ９０と、このプランジャ９０を押動する第１ロックピン９１と、プランジャ９０により押動される第２ロックピン９２とがそれぞれスライド自在に支持されている。また、上記第２アーム８６のロック孔８９内には、上記第２ロックピン９２をプランジャ９０側に付勢する圧縮コイルばねからなる付勢部材９３が配設されている。
【００７９】
そして、通常時には、上記付勢部材９３の付勢力に応じてプランジャ９０および第１ロックピン９１が、ロック孔８７および８８内にそれぞれ収容されてロッカーアーム８２と第１アーム８５との連結が切り離されるとともに、上記第２ロックピン８２の先端部がロッカーアーム８２のロック孔８１内に嵌入されてロッカーアーム８２と第２アーム８６とが連結された状態となっている。これによって上記カム８１により駆動されるロッカーアーム８２の駆動力が上記第１排気弁３２ａに伝達されることなく、排気通路２０に連通する第１排気ポート１２ａに設けられた第１排気弁３２ａが閉止状態に保持されるとともに、上記ロッカーアーム８２の駆動力が第２排気弁３２ｂに伝達されることにより、気筒間ガス通路２２に連通する第２排気ポート１２ｂに設けられた第２排気弁３２ｂが開閉駆動されることになる。
【００８０】
また、上記第１ロック孔８８の底部と第１ロックピン９１の基端部との間に設けられた油圧室９５内に図外の作動油供給通路から作動油が供給されると、上記付勢部材９３の付勢力に抗して第１ロックピン９１が矢印に示す方向に押されて、その先端部がロッカーアーム７１のロック孔８７内に進入することにより、ロッカーアーム８２と第１アーム８５とが連結された状態となる。これによって上記カム８１により駆動されるロッカーアーム８２の駆動力が上記第１排気弁３２ａに伝達されて排気通路２０に連通する第１排気ポート１２ａに設けられた第１排気弁３２ａが開閉駆動される。これと同時に、上記第２ロックピン９２が第２アーム８６の第２ロック孔８９内に収容されることにより、ロッカーアーム８２と第２アーム８６との連結が切り離されるため、気筒間ガス通路２２に連通する第２排気ポート１２ｂに設けられた第２排気弁３２ｂが閉止状態に維持されることになる。
【００８１】
なお、吸気通路１５に連通する吸気ポート１１に設けられた一対の吸気弁３１側に位置するロッカーアーム８２の作動部には、その揺動支点となる支持軸８４により揺動可能に支持された一対のアーム８５，８６が、連結ピン９５により一体に連結されている。これによって上記カム８１により駆動されるロッカーアーム８２の駆動力が上記両吸気弁３１に伝達されることにより、両吸気弁３１が常に開閉駆動されるようになっている。
【００８２】
一方、後続気筒２Ｂ，２Ｃの第１吸気弁３１ａ側に設けられた第２切換機構８３ｂは、図１６に示すように、通常時に、第２ロックピン９２が第２アーム８６のロック孔８９内に収容されることにより、ロッカーアーム８２と第２アーム８５との連結が切り離されている。そして、第１ロック孔８８の底部と第１ロックピン９１の基端部との間に設けられた油圧室９５内に図外の作動油供給通路から作動油が供給されることにより、プランジャ９０の先端部が第２ロック孔８９内に進入してロッカーアーム８２と第２アーム８６とが連結されるように構成されている点を除いて、上記第１切換機構８３ａと同様に構成されている。
【００８３】
また、後続気筒２Ｂ，２Ｃの第２吸気弁３１ｂおよび排気弁３２側に設けられた第３切換機構８３ｃは、図１６に示すように、通常時に、プランジャ９０の基端部および先端部が第１，第２ロック孔８８，８９内にそれぞれ進入した状態で保持されることにより、ロッカーアーム８２と第１，第２アーム８５，８６とがそれぞれ連結されている。そして、第１ロック孔８８の底部と第１ロックピン９１の基端部との間に設けられた油圧室９５内に図外の作動油供給通路から作動油が供給されることにより、プランジャ９０の基端部が第２ロック孔８９内に収容されてロッカーアーム８２と第１アーム８５との連結が切り離されるとともに、ロッカーアーム８２と第２アーム８６とが常時連結されている点を除いて、上記第１切換機構８３ａと同様に構成されている。
【００８４】
上記第１〜第３切換機構８３ａ〜８３ｃを吸・排気弁の動弁機構に設けることにより、上記油圧室９５に対する作動油圧の供給が停止された通常時には、図９に示すように、先行気筒（１番，４番気筒）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（２番，３番気筒）２Ｂ，２Ｃに導入される２気筒接続状態となり、上記油圧室９５に作動油が供給された時点で、図１０に示すように、各気筒独立状態に切り換えられることになる。
【００８５】
また、上記実施形態では、動弁機構に設けられた第１，第２切換機構３５ａ，３５ｂまたは第１〜第３切換機構８３ａ〜８３ｃを用いて流通経路切換手段を構成しているが、図１７に示すように、通路中に設けた開閉弁を用いて流通経路切換手段を構成してもよい。すなわち、図１７において、後続気筒である２番気筒２Ｂおよび３番気筒２Ｃの各第１吸気ポート１１ａに通じる分岐吸気通路１６に吸気側開閉弁４８ａ，４９ａが設けられるとともに、先行気筒である１番気筒２Ａおよび４番気筒２Ｄの各第１排気ポート１２ａに通じる分岐排気通路２１に排気側開閉弁４８ｂ，４９ｂが設けられ、さらに、１番気筒２Ａと２番気筒２Ｂとの間および４番気筒２Ｄと３番気筒２Ｃとの間の各気筒間ガス通路２２にガス通路開閉弁４８ｃ，４９ｃが設けられている。これらの開閉弁４８ａ，４９ａ，４８ｂ，４９ｂ，４８ｃ，４９ｃは、それぞれが設けられた通路を開通する状態と遮断する状態とに切換可能とされ、図外のアクチュエータにより作動されるようになっている。
【００８６】
そして、図外の制御手段により、運転状態が低負荷低回転側の運転領域Ａにある場合と高負荷側ないし高回転側の運転領域Ｂにある場合とに応じ、上記各開閉弁が次のように制御される。
【００８７】
2004027963.tif 000003
運転領域ＡとＢとの間での運転状態の移行時において各開閉弁の状態を切り換える時の切換作動は、図１８中に示す切換可能期間内に行えばよい。つまり、一対の気筒の排気行程と吸気行程とが重なる期間中に各開閉弁の状態を切り換えると、後続気筒２Ｂ，２Ｃに先行気筒２Ａ，２Ｄからの既燃ガスと新気とが入り混じって導入される等の不具合が生じるので、１番気筒２Ａの排気行程と２番気筒２Ｂの吸気行程とが重なる期間を除いた期間内に開閉弁４８ａ，４８ｂ，４８ｃを切換作動させるとともに、４番気筒２Ｄの排気行程と３番気筒２Ｃの吸気行程とが重なる期間を除いた期間内に開閉弁４８ａ，４８ｂ，４８ｃを切換作動させるようにすればよい。
【００８８】
こうして、開閉弁４８ａ，４９ａ，４８ｂ，４９ｂ，４８ｃ，４９ｃとこれを制御する制御手段により流通経路切換手段が構成される。また、各気筒のポートに設けられた吸気弁３１、第１，第２排気弁３２ａ，３２ｂ、第１，第２吸気弁３１ａ，３１ｂおよび排気弁３２は、いずれも、図外の動弁機構により常に開閉作動されるようになっている。各燃料噴射弁９からの燃料噴射の制御等は上記実施形態と同様である。なお、図１７において、５０は吸気通路１５に設けられたスロットル弁である。
【００８９】
この実施形態によっても、運転領域Ａでは２気筒接続状態とされて、先行気筒２Ａ，２Ｄで超リーン燃焼が行われ、この先行気筒２Ａ，２Ｄから排出される既燃ガスが気筒間ガス通路２２を介して後続気筒２Ｂ，２Ｃに導入され、後続気筒２Ｂ，２Ｃで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された状態で燃焼が行われ、この後続気筒２Ｂ，２Ｃから排出されるガスのみが三元触媒２４を備えた排気通路２０に導かれる。一方、運転領域Ｂでは、各気筒２Ａ〜２Ｄの吸気ポートと排気ポートとが独立して、吸気通路１５から各気筒の吸気ポートに新気が導入されるとともに各気筒の排気ポートから排出される排気ガスが上記排気通路２０に導かれる。こうして、基本実施形態と同様の作用、効果が得られる。
【００９０】
また、当実施形態のような流通経路切換手段によれば、その構造が比較的簡単になるとともに、運転状態移行時における開閉弁の切換動作は図１８中に示すような切換可能期間内に行えばよく、切換タイミングに著しく高い精度が要求されることはないので、制御も容易である。
【００９１】
前述のように後続気筒２Ｂ，２Ｃで燃料を均一に分散させても着火性を確保し得る場合には、後続気筒２Ｂ，２Ｃに設ける燃料噴射弁は必ずしも気筒内に直接燃料を噴射する直噴タイプに限定されず、例えば気筒間ガス通路２２を構成する後続気筒２Ｂ，２Ｃの吸気通路に、後続気筒２Ｂ，２Ｃに燃料を供給する燃料噴射弁を設けてもよい。この場合、後続気筒２Ｂ，２Ｃにおいては理論空燃比としつつ上記燃料噴射弁から吸気行程で燃料を噴射することにより均一燃焼を行わせるようにする。
【００９２】
このようにすると、先行気筒２Ａ，２Ｄから後続気筒２Ｂ，２Ｃに導入されるガスが適度に放熱されるとともに過剰空気と既燃ガスがミキシングされた理想的な多量のＥＧＲガス中に、このガスが後続気筒２Ｂ，２Ｃへ導入される過程で燃料が供給され、燃料の気化、さらにはこのガスとのミキシングが向上し、後続気筒２Ｂ，２Ｃにおいて多量のＥＧＲが行われつつ燃焼性がさらに向上する。
【００９３】
また、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。
【００９４】
図１９および図２０は、複数の気筒２Ａ〜２Ｄを有し、各気筒２内に燃料を直接噴射して吸気行程と排気行程との間に１回の燃焼を行う通常運転モードと、吸気行程と排気行程との間に２回の燃焼を行わせるように行程数を増加する特殊運転モードとにエンジンの運転状態に応じて燃焼サイクルを切り換えるとともに、排気通路２０に排出される排気ガスの酸素濃度が略理論空燃比の燃焼状態に対応した値となるように上記吸気行程で各気筒２Ａ〜２Ｄ内に導入される吸気量および上記２回の燃焼を行うための燃料噴射量を制御するように構成され、かつ排気通路２０に三元触媒２４が配設された火花点火式エンジンの制御装置を示している。
【００９５】
上記各気筒２Ａ〜２Ｄに対してそれぞれ一対の吸気ポート１１，１１および排気ポート１２，１２が開口し、これらのポート１１，１１，１２，１２が吸気弁３１，３１および排気弁３２，３２により開閉されるようになっている。そして、各気筒２Ａ〜２Ｄが所定の位相差、つまり４気筒エンジンの場合には、クランク角で１８０°ずつの位相差をもって所定の順番で燃焼が行われるようになっている。
【００９６】
上記吸・排気弁３１，３２は、それぞれ動弁機構５３により駆動されるように構成されている。この動弁機構５３は、図２０に示すように、非磁性材料からなるハウジング５４と、このハウジング５４内に摺動自在に配設されるとともに、上記吸・排気弁３１，３２と一体に連結されたアーマチュア・コア５５と、ハウジング３４内の上下両端部に配設された一対の電磁石５６，５７および戻しばね５８，５９とを備えている。そして、上方の電磁石５６に通電してアーマチュア・コア５５を上方に吸引することにより、吸気弁３１および排気弁３２をそれぞれ所定のタイミングで開放状態とし、下方の電磁石５７に通電してアーマチュア・コア５５を下方に吸引することにより、吸気弁３１および排気弁３２をそれぞれ所定のタイミングで閉止状態とするようになっている。
【００９７】
上記動弁機構５３等を制御するマイクロコンピュータ等からなるエンジン制御用のＥＣＵ（コントロールユニット）４０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４５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４６等からの信号も入力されている。
【００９８】
上記ＥＣＵ４０は、エンジンの運転状態を判別する運転状態判別手段４１、上記吸気弁３１および排気弁３２の開閉タイミングを制御する弁開閉制御手段６０と、エンジンの燃焼室４への吸入空気量を制御する吸入空気量制御手段４３と、燃料の噴射状態を制御する燃料噴射制御手段４４と、後述する始動時制御を実行する始動時制御手段５２とを備えている。
【００９９】
上記弁開閉制御手段６０は、運転状態判別手段４１において判別されたエンジンの運転状態が低負荷ないし低回転側の運転領域Ａにある場合と、高負荷側ないし高回転側の運転領域Ｂにある場合とで、動弁機構５３に出力される制御信号の出力タイミングを変化させて吸気弁３１および排気弁３２の開閉タイミングを次のように制御するように構成されている。
【０１００】
高負荷側ないし高回転側の運転領域Ｂでは、図２１（ａ）に示すように、燃料噴射（破線Ｆ）を伴う吸気行程ＩＮと、後期に点火Ｓを伴う圧縮行程と、燃焼を伴う膨張行程と、排気行程ＥＸとからなる通常運転モード、つまり吸気行程ＩＮと排気行程ＥＸとの間に一回の燃焼を行う一般的な４サイクルの燃焼制御を実行するように上記吸気弁３１および排気弁３２の開閉タイミングが設定される。なお、図２１において、Ｔはピストン行程の上死点、Ｂは下死点である。
【０１０１】
低負荷側ないし低回転側の運転領域Ａでは、図２１（ｂ）に示すように、吸気行程ＩＮ（第１行程）と、後期に燃料噴射Ｆおよび点火Ｓを伴う第１圧縮行程（第２行程）と、燃焼を伴う第１膨張行程（第３行程）と、第２圧縮行程（第４行程）と、燃焼を伴わない第２膨張行程（第５行程）と、後期に燃料噴射Ｆおよび点火Ｓを伴う第３圧縮行程（第６行程）と、燃焼を伴う第３膨張行程（第７行程）と、排気行程ＥＸ（第８行程）とからなる特殊運転モード、つまり吸気行程ＩＮと排気行程ＥＸとの間に二回の燃焼を行う８サイクルの燃焼制御を実行するように上記吸気弁３１および排気弁３２の開閉タイミングが設定される。
【０１０２】
上記吸入空気量制御手段４３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とにより、吸入空気量を制御するように構成されている。
【０１０３】
すなわち、低負荷・低回転側の運転領域Ａにおいて実行される特殊運転モードでは、上記二回の燃焼後における排気行程ＥＸで排気通路２０に排出される排気ガスの既燃ガス濃度が、略理論空燃比の燃焼状態に対応した値となるようにスロットル開度が調節される。また、高負荷・高回転側の運転領域Ｂにおいて実行される通常運転モードでは、気筒２Ａ〜２Ｄ内の空燃比がλ≦１となるようにスロットル開度が調節される。
【０１０４】
上記燃料噴射制御手段４４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もので、特に運転状態が図８中の運転領域Ａにある場合と、運転領域Ｂにある場合とで燃料噴射の制御状態を変更するように構成されている。
【０１０５】
すなわち、低負荷・低回転側の運転領域Ａにおいて実行される特殊運転モードでは、図２１（ｂ）に示すように、第１膨張行程（第３行程）で行われる最初の燃焼が成層燃焼状態となるように、空燃比が理論空燃比よりも大きいリーン空燃比、好ましくは理論空燃比の略２倍もしくはそれ以上となるように第１圧縮行程（第２行程）の燃料噴射量を設定するとともに、燃料噴射Ｆのタイミングを設定する。また、上記最初の燃焼により生じたリーン空燃比の既燃ガス中に燃料を供給することにより、理論空燃比の条件下において第３膨張行程（第７行程）で２回目の燃焼が行われるように、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燃料噴射Ｆのタイミングが設定され、例えば着火性確保のため第３圧縮行程（第６行程）で燃料噴射Ｆが行われる。
【０１０６】
なお、上記燃料噴射量の制御は、エアフローセンサ１９およびＯ２センサ２３等からの出力に基づくフィードバック制御により行われる。
【０１０７】
一方、運転状態が高負荷側ないし高回転側の運転領域Ｂにある場合には、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、例えば上記運転領域Ｂの大部分の領域において理論空燃比とし、全開負荷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、この場合には、図２１（ａ）の破線で示すように、各気筒２Ａ〜２Ｄに対して吸気行程ＩＮ（第１行程）で燃料を噴射することにより均一燃焼を行わせるように燃料噴射Ｆのタイミングを設定する。
【０１０８】
また、上記始動時制御段５２は、図３に示す実施形態の始動時制御手段５２と同様に構成されたものであり、エンジンの始動時に、図２１（ｂ）に示す特殊運転モードの制御状態とするとともに、エンジン始動時おける最初の燃焼制御時において、第１回目に噴射された燃料の点火Ｓを禁止する等の制御を上記始動時制御手段５２において実行するように構成されている。
【０１０９】
上記のように運転状態が低負荷側ないし低回転側の運転領域Ａにある場合に、吸気行程と排気行程との間に二回の燃焼が行われる特殊運転モードとし、第１膨張行程で行われる最初の燃焼を、リーン空燃比での成層燃焼状態とすることにより、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、上記最初の燃焼により生成された空気過剰状態の既燃ガス中に燃料を供給して理論空燃比に制御しつつ、第３膨張行程において２回目の燃焼を行わせることにより、通常のエンジンのようにリーン空燃比で成層燃焼させるものと比べると熱効率では劣るものの、ポンピングロス低減による燃費効果は得られることになる。
【０１１０】
しかも、上記２回目の燃焼が行われた後に、排出行程で排気通路２０に排出される既燃ガスの濃度が理論空燃比に対応した値となるように構成することにより、従来のリーンバーンエンジンのようにリーンＮＯｘ触媒を設ける必要がなくなり、三元触媒２４だけで充分に排気浄化性能が確保される。このようにリーンＮＯｘ触媒を設ける必要がないことから、リーンＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵量の増大時におけるＮＯｘの放出、還元のための一時的な空燃比のリッチ化を行う必要がなく、燃費改善の目減りが避けられる。さらに、リーンＮＯｘ触媒の硫黄被毒の問題が生じることもない。
【０１１１】
上記のように特殊運転モードにおいて、吸気行程ＩＮと、第１圧縮行程と、燃焼を伴う第１膨張行程と、第２圧縮行程と、燃焼を伴わない第２膨張行程と、第３圧縮行程と、燃焼を伴う第３膨張行程と、排気行程ＥＸとからなる８サイクルの燃焼制御を実行することにより、吸気行程ＩＮと排気行程ＥＸとの間で２回の燃焼を行うように構成した実施形態に代え、図２１（ｃ）に示すように、吸気行程ＩＮと、第１圧縮行程と、燃焼を伴う第１膨張行程と、第２圧縮行程と、燃焼を伴う第３膨張行程と、排気行程ＥＸとからなる６サイクルの燃焼制御を実行することにより、吸気行程と排気行程との間で２回の燃焼を行うように構成しもよい。
【０１１２】
しかし、図２１（ａ）に示す４サイクルの燃焼状態と、図２１（ｃ）に示す６サイクルの燃焼状態とを比較すると、４サイクルの燃焼状態で吸気行程ＩＮとなる時期（第５行程）に、６サイクル燃焼状態では、燃焼を伴う第２膨張行程が実行される。このため、上記４サイクルの燃焼制御を実行する通常運転モードから、６サイクルの燃焼制御を実行する特殊運転モードに移行する際に、爆発時期がずれることに起因してエンジン回転が不安定になる等の問題が生じることになる。
【０１１３】
これに対して上記特殊運転モードにおいて図２１（ｂ）に示すように、吸気行程ＩＮと、第１圧縮行程と、燃焼を伴う第１膨張行程と、第２圧縮行程と、燃焼を伴わない第２膨張行程と、第３圧縮行程と、燃焼を伴う第３膨張行程と、排気行程ＥＸとからなる８サイクルの燃焼制御を実行するように構成した場合には、図２１（ａ）に示す通常運転モードにおける燃焼を伴う２番目の膨張行程（第７行程）と、特殊運転モードにおける燃焼を伴う第３膨張行程（第７行程）とが同時期となるため、運転モードの移行時に、爆発時期がずれることに起因してエンジンの回転が不安定になるという事態を生じることがなく、エンジンの運転状態に応じて４サイクルの燃焼制御状態から８サイクルの燃焼制御状態にスムーズに移行させることができるという利点がある。
【０１１４】
そして、上記のようにエンジンの始動時には、最初の燃焼制御時において、第１回目、つまり第２行程で噴射された燃料の点火Ｓを禁止することにより、多量の既燃ガスが存在下で２回目の燃焼が行われることに起因した失火の発生を効果的に防止できるとともに、第１回目に噴射された燃料をピストンの上下動に応じて燃焼室内の新気と充分に撹拌混合した状態で効果的に燃焼させることにより、エンジンの始動性を確保することができる。
【０１１５】
【発明の効果】
以上のように本発明は、各気筒の燃焼サイクルが所定の位相差をもつように設定されるとともに、各気筒をそれぞれ独立させて燃焼させる通常運転モードと、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て燃焼させる特殊運転モードとに、エンジンの運転状態に応じて運転モードを切り換えるように構成された多気筒の火花点火式直噴エンジンにおいて、上記特殊運転モードでは気筒間ガス通路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、上記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気および排気の流通経路を切り換える流通経路切換手段と、上記特殊運転モードでは先行気筒の筒内に燃料を噴射することにより空燃比を理論空燃比よりも所定量だけ大きいリーン状態として燃焼を行わせ、後続気筒に先行気筒から導出されたリーン空燃比の既燃ガスと燃料とを供給することにより筒内の空燃比を略理論空燃比に対応した値に設定して燃焼を行わせるように各気筒の空燃比を制御する空燃比制御手段と、エンジンの始動時には、上記流通経路切換手段により２気筒接続状態とし、エンジン始動時における最初の燃焼制御時に先行気筒の燃焼を間引いて後続気筒を燃焼させるとともに、次回の燃焼制御時から先行気筒および後続気筒の両方を燃焼させる始動時制御手段とを設けたため、エンジンの始動時に、後続気筒に大量の既燃ガスが導入されることに起因した失火の発生を防止しつつ、各気筒を連続的に燃焼させてエンジンをスムーズに始動させることができる。しかも、大容量かつ高価なリーンＮＯｘ触媒を排気通路に設けることなく、簡単な構成でエミッション性を確保しつつ、運転状態に対応したエンジン出力を充分に確保することができるとともに、燃費の改善効果が得られるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態による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】制御系統のブロック図である。
【図８】運転領域を示す説明図である。
【図９】低負荷低回転時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１０】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説明図である。
【図１１】高負荷高低回転側の運転領域にある時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１２】後続気筒の燃料噴射時期の別の例を示す図である。
【図１３】後続気筒の燃料噴射時期のさらに別の例を示す図である。
【図１４】動弁機構に設けられた切換機構の別の具体例を示す正面断面図である。
【図１５】第１切換機構の具体的構成を示す平面断面図である。
【図１６】第２，第３切換機構の具体的構成を示す平面断面図である。
【図１７】吸・排気ポートおよび気筒間ガス通路等の構成の別の実施形態を示す概略平面図である。
【図１８】図１７の実施形態による場合の運転状態移行時の開閉弁の切換可能期間を示す説明図である。
【図１９】本発明のさらにの別の実施形態を示す概略平面図である。
【図２０】図１９の実施形態における制御ユニットおよび動弁機構の具体的構成を示す説明図である。
【図２１】図１９の実施形態における燃焼サイクルの具体的構成を示す説明図である。
【符号の説明】
１　エンジン本体
２Ａ〜２Ｄ　気筒
９　燃料噴射弁
１１　吸気ポート
１１ａ　第１吸気ポート
１１ｂ　第２吸気ポート
１２　排気ポート
１２ａ　第１排気ポート
１２ｂ　第２排気ポート
１５　吸気通路
２０　排気通路
２２　気筒間ガス通路
２４　三元触媒
３１　吸気弁
３１ａ　第１吸気弁
３１ｂ　第２吸気弁
３２　排気弁
３２ａ　第１排気弁
３２ｂ　第２排気弁
３５ａ，３５ｂ　切換機構
４０　ＥＣＵ
４１　運転状態判別手段
４２　弁停止機構制御手段
４３　吸入空気量制御手段
４４　燃料噴射制御手段
５２　始動時制御手段
【図１】
2004027963.tif 000004
【図２】
2004027963.tif 000005
【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】
2004027963.tif 000010
【図８】
2004027963.tif 000011
【図９】
2004027963.tif 000012
【図１０】
2004027963.tif 000013
【図１１】
2004027963.tif 000014
【図１２】
2004027963.tif 000015
【図１３】
2004027963.tif 000016
【図１４】
2004027963.tif 000017
【図１５】
2004027963.tif 000018
【図１６】
2004027963.tif 000019
【図１７】
2004027963.tif 000020
【図１８】
2004027963.tif 000021
【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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