(57)【要約】【課題】運転モードの切換時の制御を適正に実行してリーン燃焼による燃費改善効果をもたせつつ、リーンＮＯｘ触媒を必要とせず三元触媒を用いるだけで、排気浄化性能を向上する。【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、上記流通経路を２気筒接続状態とする特殊運転モードに対応した空燃比制御と、各気筒を独立状態とする通常運転モードに対応した空燃比を実行する空燃比制御手段（４３，４４）とを設け、上記両運転モードの切換時に、吸気脈動手段の検出信号に応じて流通経路切換手段による上記流通経路の切換が行われたか否かを判別するとともに、この流通経路の切換判別時点を基準にして切換後の運転モードに対応した空燃比制御を切換制御手段５２において実行するように構成した。【選択図】　　　　図７
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【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るとともに、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、かつ上記通常運転モードでは各気筒の空燃比をそれぞれ略理論空燃比とした状態で燃焼を行わせるように空燃比を制御する空燃比制御手段と、吸気の脈動を検出する吸気脈動検出手段とを備え、上記運転モードの切換時に、吸気脈動手段の検出信号に応じて流通経路切換手段による上記流通経路の切換が行われたか否かを判別するとともに、この流通経路の切換判別時点を基準にして切換後の運転モードに対応した空燃比制御を実行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】
吸気の流量を検出する吸気量検出手段の検出信号に応じて吸気脈動の周期が急変したことが確認された時点で、流通経路の切換が行われたと判別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３】
運転モードの切換時に、吸気脈動の周期が短い側に変化したことが確認された場合に、２気筒接続状態から各気筒独立状態への切換が行われたと判別することを特徴とする請求項２記載の火花点火式エンジンの制御装置。
【請求項４】
各気筒に設けられた動弁系のリフト状態を変化させることにより、吸気および排気の流通経路を変化させ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５】
吸気行程と排気行程とが重なる複数組の先行気筒および後続気筒が設けられるとともに、複数組うちの一組の先行気筒および後続気筒間で最初に流通経路の切換が行われたことが確認された時点を基準に、全て組の先行気筒および後続気筒に対して切換後の運転モードに対応した空燃比制御を実行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６】
エンジンの運転状態が変化して流通経路切換手段に切換信号が出力され、かつ吸気脈動検出手段の検出信号に応じて吸気脈動に変化が生じたことが確認された時点で、流通経路の切換が行われたと判別することを特徴とする請求項１記載の直噴エンジンの制御装置。
【請求項７】
流通経路の切換信号が流通経路切換手段に出力されたことが確認された時点で、運転モード切換後の空燃比制御を実行するための準備を開始することを特徴とする請求項６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、これによっ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することになる。
【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触媒が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、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ことにより、リーン燃焼による燃費改善効果をもたせつつ、リーンＮＯｘ触媒を必要とせず三元触媒を用いるだけで、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、上記のような技術に基づき、さらに運転モードの切換時の制御を適正に実行する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るとともに、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、かつ上記通常運転モードでは各気筒の空燃比をそれぞれ略理論空燃比とした状態で燃焼を行わせるように空燃比を制御する空燃比制御手段と、吸気の脈動を検出する吸気脈動検出手段とを備え、上記運転モードの切換時に、吸気脈動手段の検出信号に応じて流通経路切換手段による上記流通経路の切換が行われたか否かを判別するとともに、この流通経路の切換判別時点を基準にして切換後の運転モードに対応した空燃比制御を実行するものである。
【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に、少なくともポンピングロス低減による燃費効果は得られる。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。さらに、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、多量の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、上記特殊運転モードと通常運転モードとの間で運転モードの切換が行われる場合に、上記吸気脈動検出手段の検出信号に応じて流通経路切換手段による流通経路の切換が完了したことが確認された後に、この運転モードに対応した空燃比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、吸気の流量を検出する吸気量検出手段の検出信号に応じて吸気脈動の周期が急変したことが確認された時点で、流通経路の切換が行われたと判別するものである。
【００１２】
上記構成によれば、吸気通路に設けられた既存の吸気量検出手段の検出信号に応じ、吸気および排気の流通経路が切り換えられることによる吸気脈動の周期変化を検出することにより、上記流通経路の切換が実際に行われたか否かが正確に判別されることになる。
【００１３】
請求項３に係る発明は、上記請求項２記載の火花点火式エンジンの制御装置において、運転モードの切換時に、吸気脈動の周期が短い側に変化したことが確認された場合に、２気筒接続状態から各気筒独立状態への切換が行われたと判別するものである。
【００１４】
上記構成によれば、吸気および排気の流通経路が２気筒接続状態から各気筒独立状態に切り換えられて各気筒にそれぞれ新気が導入される状態となると、単位時間当たりの吸気脈動の回数が増大して吸気脈動の周期が短くなるため、この吸気脈動の周期変化に基づき、上記流通経路切換手段により２気筒接続状態から各気筒独立状態への切換が行われたことが正確に判別されることになる。
【００１５】
請求項４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、各気筒に設けられた動弁系のリフト状態を変化させることにより、吸気および排気の流通経路を変化させるものである。
【００１６】
上記構成によれば、上記特殊運転モードと通常運転モードとの間で運転モードの切換が迅速に行われるとともに、上記流通経路切換手段により各気筒に設けられた動弁系のリフト状態を変化させて流通経路を切り換える動作が完了したことが、上記吸気脈動検出手段の検出信号に応じて確認された後に、上記切換後の運転モードに対応した空燃比制御が実行されることになる。
【００１７】
請求項５に係る発明は、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、吸気行程と排気行程とが重なる複数組の先行気筒および後続気筒が設けられるとともに、複数組うちの一組の先行気筒および後続気筒間で最初に流通経路の切換が行われたことが確認された時点を基準に、全て組の先行気筒および後続気筒に対して切換後の運転モードに対応した空燃比制御を実行するものである。
【００１８】
上記構成によれば、複数組の先行気筒および後続気筒間で流通経路の切換が所定の順序で行われる場合に、上記吸気脈動検出手段の検出信号に応じて最初の組の切換が行われたことが確認された時点で、全て組の先行気筒および後続気筒に対して切換後の運転モードに対応した空燃比制御が実行されることにより、この運転モードに対応した空燃比制御が迅速かつ適正に実行されることになる。
【００１９】
請求項６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、エンジンの運転状態が変化して流通経路切換手段に切換信号が出力され、かつ吸気脈動検出手段の検出信号に応じて吸気脈動に変化が生じたことが確認された時点で、流通経路の切換が行われたと判別するものである。
【００２０】
上記構成によれば、吸気脈動検出手段の検出誤差または検出信号のノイズ等に起因した誤判別が防止され、上記切換信号に基づく流通経路の切換が行われたことが正確に確認された後に、上記切換後の運転モードに対応した空燃比制御が実行されることになる。
【００２１】
請求項７に係る発明は、上記請求項６記載の火花点火式エンジンの制御装置において、上記流通経路の切換信号が流通経路切換手段に出力されたことが確認された後に、運転モード切換後の空燃比制御を実行するための準備を開始するものである。
【００２２】
上記構成によれば、エンジンの運転状態が変化して流通経路切換手段に切換信号が出力され、かつ吸気脈動検出手段の検出信号に応じて吸気脈動に変化が生じて流通経路の切換が行われたことが確認された後に、この切換後の運転モードに対応した空燃比制御が迅速に実行されることになる。
【００２３】
【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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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）の付近にあるときに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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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、これらを作動状態から閉止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、これらを閉止状態から作動状態に切り換える第２切換機構３５ｂが設けられている。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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ホルダー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。
【００４２】
また、後述する作動油給排用の通路３６ａ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に伝達されることが阻止されて、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。
【００４３】
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。
【００４４】
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ホルダー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３３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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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、後述する運転モードの切換時に、各気筒２Ａ〜２Ｄ内における空燃比の切換タイミングを制御する切換制御手段５２とを備えている。
【００４８】
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。
【００４９】
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独立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により開閉駆動されるコントロール弁３７，３９を備えた駆動機構と、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。
【００５０】
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に作動油を供給することにより、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。
【００５１】
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、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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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、上記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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
切換制御手段５２は、図８に示す低負荷低回転の運転領域Ａと、高負荷高回転の運転領域Ｂとの間でエンジンの運転領域が変化した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、上記エアフローセンサ１９からなる吸気量検出手段により検出された吸気流量の変化状態と、回転数センサ４５により検出されたエンジン回転数とに応じ、エンジンのクランク軸が一定回転する間に発生する吸気脈動の回数に対応した吸気脈動の周期を検出して上記流通経路の切換が行われた否かを判別する機能を有している。
【００５８】
すなわち、先行気筒２Ａ，２Ｄのみに新気が導入される２気筒接続状態では、エンジンのクランク軸が１回転する間に、２回の吸気脈動が発生するだけであるのに対し、各気筒２Ａ〜２Ｄにそれぞれ新気が導入される各気筒独立状態では、エンジンのクランク軸が１回転する間に、４回の吸気脈動が発生するので、この吸気脈動の発生回数に対応して吸気脈動の周期が約１／２に急変する。このため、上記切換制御手段５２において吸気脈動の周期変化を検出することにより、上記流通経路切換手段による吸気および排気の流通経路の切換が行われたか否かが判別されるように構成されている。そして、上記流通経路切換手段によって吸気および排気の流通経路が切換られることにより、上記２気筒接続状態と各気筒独立状態との間で吸気経路の切換が行われたことが上記切換制御手段５２において確認された時点を基準に、上記切換後の運転モードに対応した空燃比制御が実行されるようになっている。
【００５９】
具体的には、図１２に示すように、エンジンの運転状態が低負荷低回転の運転領域Ａから高負荷高回転の運転領域Ｂに移行したことが運転状態判別手段４１において判別された時点Ｔ１で、この運転状態判別手段４１から流通経路切換手段に切換信号が出力された後、先行気筒である１番気筒２Ａの吸・排気弁と、後続気筒である２番気筒２Ｂの吸・排気弁とが同時に閉止状態となる時点Ｔ２で、上記両気筒２Ａ，２Ｂの流通経路の切換が開始される。そして、この流通経路の切換が実行されて上記２番気筒２Ｂ内に新気が導入された時点Ｔ３で発生する吸気脈動が検出されることにより、吸気通路の切換が行われたと上記切換制御手段５２において判定され、この時点から各気筒２Ａ〜２Ｄ内の略理論空燃比に対応した値とする通常運転モードの空燃比制御状態に移行する。
【００６０】
なお、上記以外の先行気筒である４番気筒２Ｄおよび後続気筒である３番気筒２Ｃの流通経路が切り換えられるのは、両気筒２Ｄ，２Ｃの吸・排気弁が同時に閉止状態となる時点Ｔ４であり、上記切換制御手段５２において吸気通路の切換が行われたと判定される時点Ｔ３と略同時期である。そして、上記流通経路の切換後に、３番気筒２Ｃに対する新気の導入が開始された時点Ｔ５で、上記特殊運転モードから通常運転モードの切換制御が終了する。また、上記運転状態判別手段４１から流通経路切換手段への切換信号の出力時点Ｔ１から、スロットル弁１７の開度を徐々に増大させることにより、運転モード切換後の空燃比制御を実行するための準備を開始するように構成されている。
【００６１】
また、図１３に示すように、エンジンの運転状態が高負荷高回転の運転領域Ｂから低負荷低回転の運転領域Ａに移行したことが運転状態判別手段４１において判別された時点Ｔ１１で、この運転状態判別手段４１から流通経路切換手段に切換信号が出力された後、先行気筒である１番気筒２Ａの吸・排気弁と、後続気筒である２番気筒２Ｂの吸・排気弁とが同時に閉止状態となる時点Ｔ１２で、上記両気筒２Ａ，２Ｂの流通経路の切換が開始される。そして、この流通経路の切換が実行されて上記２番気筒２Ｂ内に対する新気の導入が停止された時点Ｔ１３における吸気脈動の消失が検出されることにより、吸気通路の切換が行われたと上記切換制御手段５２において判定され、この時点から各気筒２Ａ〜２Ｄ内の略理論空燃比に対応した値とする特殊運転モードの空燃比制御状態に移行する。
【００６２】
なお、上記以外の先行気筒である４番気筒２Ｄおよび後続気筒である３番気筒２Ｃの流通経路が切り換えられるのは、両気筒２Ｄ，２Ｃの吸・排気弁が同時に閉止状態となる時点Ｔ１４であり、上記切換制御手段５２において吸気通路の切換が行われたと判定される時点Ｔ１３と略同時期である。
【００６３】
以上のような当実施形態の制御装置によるエンジンの制御動作を、図１４に示すフローチャートに基づいて説明する。上記制御動作がスタートすると、まずエンジンの運転状態が変化することにより上記運転状態判別手段４１から流通経路切換手段の弁停止機構制御手段４２に切換信号が出力されたか否かを判定する（ステップＳ１）。このステップＳ１でＹＥＳと判定された時点で、上記運転モード切替後の空燃比制御を実行するための準備を開始するとともに（ステップＳ２）、上記流通経路の切換タイミングとなった時点、つまり先行気筒および後続気筒の吸・排気弁が同時に閉止状態となった時点で、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切換制御を実行する（ステップＳ３）。
【００６４】
次いで、上記エアフローセンサ１９の検出信号に応じて吸気脈動の周期が急変したか否かを上記切換制御手段５２により判定し（ステップＳ４）、ＹＥＳと判定された時点で、上記運転モード切換後の空燃比制御を実行する（ステップＳ５）。例えば、特殊運転モードから通常運転モードへの切換時には、各気筒２Ａ〜２Ｄ内の空燃比がそれぞれ略理論空燃比に対応した値となるように、吸入空気量および燃料噴射量を制御する。また、通常運転モードから特殊運転モードへの切換時には、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、吸入空気量および燃料噴射量を制御する。
【００６５】
上記のようにして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を開放状態とし、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ことになる。
【００６６】
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）。
【００６７】
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）。
【００６８】
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。
【００６９】
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。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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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１１，１１ａ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１２，１２ａ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。
【００７４】
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。
【００７５】
また、上記運転モードの切換時には、エアフローセンサ１９からなる吸気脈動手段の検出信号に応じて流通経路切換手段による上記流通経路の切換が行われたか否かを判別するとともに、この流通経路の切換判別時点を基準にして切換後の運転モードに対応した空燃比制御を実行するように構成したため、上記特殊運転モードと通常運転モードとの間で運転モードの切換が行われる場合に、上記検出信号に応じて流通経路切換手段による流通経路の切換が完了したことが確認された後に、上記切換後の運転モードに対応した空燃比制御が適正に実行されることになる。
【００７６】
したがって、特殊運転モードから通常運転モードの切換時に、何らかの原因で上記流通経路の切換操作が遅れて各気筒独立状態となっていないにも拘わらず、各気筒の空燃比をそれぞれ略理論空燃比とした状態で燃焼を行わせる通常運転モードの空燃比制御が実行されることによる弊害、例えば後続気筒２Ｂ，２Ｃ内に導入される新気量が不足することに起因して失火が発生する等の弊害を効果的に防止し、上記流通経路が各気筒独立状態となったことが確認された後に、通常運転モードの燃焼制御を適正に実行することができる。
【００７７】
また、通常運転モードから特殊運転モードの切換時に、上記流通経路の切換操作が遅れて２気筒接続状態となっていないにも拘わらず、先行気筒２Ａ，２Ｄの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るとともに、後続気筒２Ｂ，２Ｃの空燃比を略理論空燃比に設定して燃焼を行わせる特殊運転モードの空燃比制御が実行されることによる弊害、例えば先行気筒２Ａ，２Ｄおよび後続気筒２Ｂ，２Ｃ内の空燃比がリーン状態となることにより発生したＮＯｘが排気通路２０に導出される等の弊害を効果的に防止し、上記流通経路が２気筒接続状態となったことが確認された後に、特殊運転モードの燃焼制御を適正に実行することができる。
【００７８】
また、上記実施形態では、吸気の流量を検出するエアフローセンサ１９からなる吸気量検出手段の検出信号に応じて吸気脈動の周期が急変したことが確認された時点で、流通経路の切換が行われたと判別するように構成したため、吸気通路１５に設けられた既存の吸気量検出手段（エアフローセンサ１９）の検出信号に応じて上記流通経路の切換が実際に行われたか否かを正確に判別することができる。しかも、上記エアフローセンサ１９からなる吸気量検出手段、つまり吸気脈動検出手段は、音速で伝達される吸気脈動の変化状態を検出するものであるため、上記吸気脈動の周期を迅速に検出できるという利点がある。
【００７９】
そして、上記実施形態に示すように、運転モードの切換時に、吸気脈動の周期が短い側に変化したことが確認された場合に、２気筒接続状態から各気筒独立状態への切換が行われたと判別するようにした構成によれば、吸気および排気の流通経路が２気筒接続状態から各気筒独立状態に切り換えられて各気筒にそれぞれ新気が導入される状態となると、単位時間当たりの吸気脈動の回数が増大して吸気脈動の周期が短くなるため、この吸気脈動の周期変化に基づき、上記流通経路切換手段により２気筒接続状態から各気筒独立状態への切換が行われたことを正確に判別することができる。
【００８０】
また、上記のように弁停止機構制御手段４２により各気筒に設けられた吸・排気弁を駆動する動弁系のリフト状態を変化させることにより、吸気および排気の流通経路を変化させるようにした構成によれば、上記特殊運転モードと通常運転モードとの間で運転モードを切り換える際に、上記流通経路を迅速に切り換えることができるとともに、この切換が行われたことが上記吸気脈動検出手段の検出信号に応じて確認された後に、上記切換後の運転モードに対応した空燃比制御を適正に実行することができる。
【００８１】
さらに、上記実施形態では、吸気行程と排気行程とが重なる複数組の先行気筒および後続気筒が設けられたエンジンにおいて、上記複数組うちの一組の先行気筒および後続気筒間で最初に流通経路の切換が行われたことが確認された時点を基準に、全て組の先行気筒および後続気筒に対して切換後の運転モードに対応した空燃比制御を実行するように構成したため、複数組の先行気筒および後続気筒間で流通経路の切換が所定の順序で行われる場合に、上記吸気脈動検出手段の検出信号に応じて最初の組の切換が行われたことが確認された時点で、全て組の先行気筒および後続気筒に対して切換後の運転モードに対応した空燃比制御を実行することにより、この運転モードに対応した空燃比制御を迅速かつ適正に実行することができる。
【００８２】
また、上記実施形態に示すように、エンジンの運転状態が変化して流通経路切換手段に切換信号が出力され、かつ吸気脈動検出手段の検出信号に応じて吸気脈動に変化が生じたことが確認された時点で、流通経路の切換が行われたと判別するように構成した場合には、吸気脈動検出手段の検出誤差または検出信号のノイズ等に起因した誤判別を防止して、上記切換信号に基づいて流通経路の切換が行われたことを正確に判別することができるとともに、この判別結果に応じて上記空燃比制御を適正に実行することができる。
【００８３】
さらに、上記実施形態では、流通経路の切換信号が流通経路切換手段に出力されたことが確認された時点で、運転モード切換後の空燃比制御を実行するための準備、例えばスロットル弁１７の開度を変化させて吸気流量を調節する作業を開始するように構成したため、エンジンの運転状態が変化して流通経路切換手段に切換信号が出力され、かつ吸気脈動検出手段の検出信号に応じて吸気脈動に変化が生じて流通経路の切換が行われたことが確認された後に、この切換後の運転モードに対応した空燃比制御を迅速に実行できるという利点がある。
【００８４】
なお、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を用いて流通経路切換手段を構成しているが、図１５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１５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。
【００８５】
そして、低負荷側ないし低回転側の運転領域Ａでは、上記付勢部材の付勢力に抗して図外のソレノイドアクチュエータにより吸気側開閉弁４８ａ，４９ｂおよび排気側開閉弁４８ｂ，４９ｂを作動位置である閉止位置に駆動するとともに、上記ガス通路開閉弁４８ｃ，４９ｃを作動位置である開放位置に駆動する制御を実行することにより、各気筒独立状態となるように構成されている。
【００８６】
また、高負荷側ないし高回転側の運転領域Ｂおよびエンジンの始動時には、上記吸気側開閉弁４８ａ，４９ｂおよび排気側開閉弁４８ｂ，４９ｂが図外のばね材等からなる付勢部材により原点位置である開放位置に保持されるとともに、上記ガス通路開閉弁４８ｃ，４９ｃが原点位置である閉止位置に保持されることにより、各気筒独立状態となるように構成されている。
【００８７】
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１６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１５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１６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】
さらに、エンジンが停止状態となると、上記付勢部材の付勢力に応じて上記吸気側開閉弁４８ａ，４９ａ、排気側開閉弁４８ｂ，４９ｂおよびガス通路側開閉弁４８ｃ，４９ｃが自動的にそれぞれ原点位置に復帰して、上記吸気側開閉弁４８ａ，４９ａおよび排気側開閉弁４８ｂ，４９ｂが開放状態となるとともに、上記ガス通路側開閉弁４８ｃ，４９ｃが閉止状態となるため、簡単な構成で吸気および排気の流通経路を各気筒独立状態とし、エンジンの始動時には、上記駆動手段により各開閉弁を駆動して作動位置に変位させる駆動操作を必要とすることなく、各気筒２Ａ〜２Ｄにそれぞれ新気を導入してエンジンの始動性を容易に確保することができる。
【００９２】
また、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。
【００９３】
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。
【００９４】
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。
【００９５】
【発明の効果】
以上のように本発明は、ポンピングロスの低減等により燃費を大幅に改善するとともに、三元触媒だけで充分な排気浄化作用をもたせることができるとともに、三元触媒だけで充分な排気浄化作用が得られるようにするために、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火花点火式エンジンにおいて、上記運転モードの切換時に、吸気脈動手段の検出信号に応じて流通経路切換手段による上記流通経路の切換が行われたか否かを判別するとともに、この流通経路の切換判別時点を基準にして切換後の運転モードに対応した空燃比制御を実行するように構成したため、上記運転モードの切換時に、何らかの原因で上記流通経路の切換操作が遅れることに起因した種々の弊害の発生を防止し、上記流通経路が切り換えられたことが確認された後に、この切換後の運転モードに対応した燃焼制御を適正に実行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を示す説明図である。
【図１１】高負荷高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１２】特殊運転モードから通常運転モードへの切換タイミングを示すタイムチャートである。
【図１３】通常運転モードから特殊運転モードへの切換タイミングを示すタイムチャートである。
【図１４】運転モードの切換制御動作を示すフローチャートである。
【図１５】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１６】図１４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。
【符号の説明】
１　エンジン本体
２Ａ〜２Ｄ　気筒
９　燃料噴射弁
１５　吸気通路
２０　排気通路
２２　気筒間ガス通路
３５ａ，３５ｂ　第１，第２切換機構（流通経路切換手段）
４１　運転状態判別手段
４２　弁停止機構制御手段（流通経路切換手段）
４３　吸入空気量制御手段（空燃比制御手段）
４４　燃料噴射制御手段（空燃比制御手段）
５２　切換制御手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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