(57)【要約】【課題】エンジンの運転状態に応じた燃焼制御をして燃費改善効果と排気浄化効果とを得る一方で、運転状態の変化に伴うトルクショックを緩和する。【解決手段】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切換可能に構成されるエンジンであって、通常運転モードから特殊運転モードへの切換えの際、所定の閾値よりも低負荷低回転となったときに前記特殊運転モードに切換えるものであるとともに、エンジンの減速度が所定値以下の緩減速時には前記閾値を更に低負荷側に設定するように構成する。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
各気筒にそれぞれ新気を導入する各気筒独立状態と、排気行程と吸気行程が重なる一対の気筒間において先行気筒の排気ガスを気筒間ガス通路を介して後続気筒に導入する２気筒接続状態とに吸気および排気の流通経路が切換え可能に構成され、かつ、この流通経路を前記各気筒独立状態として各気筒においてそれぞれ独立して燃焼を行わせる通常運転モードと、前記２気筒接続状態として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を行わせる特殊運転モードとに運転モードを切換え可能に構成される多気筒の火花点火式エンジンの制御装置であって、
エンジンの運転状態に応じて運転モードを前記通常運転モード又は特殊運転モードに切換えるモード切換手段と、
前記特殊運転モードにあるときに、先行気筒では理論空燃比よりも所定量だけ大きいリーン空燃比とした状態で燃焼を行わせ、かつ後続気筒では、先行気筒から導出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燃焼を行わせる一方、前記通常運転モードにあるときには、各気筒での空燃比を理論空燃比とした状態で燃焼を行わせるように各気筒での空燃比を制御する空燃比制御手段とを備え、
前記モード切換手段は、前記通常運転モード中のエンジンの運転状態が、所定の閾値よりも低負荷低回転となったときに前記特殊運転モードに切換えるものであるとともに、エンジンの減速度が所定値以下の緩減速時には前記閾値を更に低負荷側に設定する
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】
前記空燃比制御手段は、少なくともエンジンの運転状態が所定の低負荷領域にあるとき、燃料の供給を停止する燃料供給停止モードを有し、前記燃料供給停止モードで、エンジンの運転状態が前期所定の閾値よりも低負荷低回転であるとき、前記空燃比制御手段は燃料の供給を停止し、前記モード切換手段は前記流通経路を前記２気筒接続状態とする
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】
各気筒にそれぞれ新気を導入する各気筒独立状態と、排気行程と吸気行程が重なる一対の気筒間において先行気筒の排気ガスを気筒間ガス通路を介して後続気筒に導入する２気筒接続状態とに吸気および排気の流通経路が切換え可能に構成され、かつ、この流通経路を前記各気筒独立状態として各気筒においてそれぞれ独立して燃焼を行わせる通常運転モードと、前記２気筒接続状態として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を行わせる特殊運転モードとに運転モードを切換え可能に構成される多気筒の火花点火式エンジンの制御装置であって、
エンジンの運転状態に応じて運転モードを前記通常運転モード又は特殊運転モードに切換えるモード切換手段と、
前記特殊運転モードにあるときに、先行気筒では理論空燃比よりも所定量だけ大きいリーン空燃比とした状態で燃焼を行わせ、かつ後続気筒では、先行気筒から導出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燃焼を行わせる一方、前記通常運転モードにあるときには、各気筒での空燃比を理論空燃比とした状態で燃焼を行わせるように各気筒での空燃比を制御する空燃比制御手段とを備え、
この空燃比制御手段は、前記通常運転モードから特殊運転モードへの切換後、最初に燃焼行程を迎える先行気筒による生成トルクが、その先行気筒に対する後続気筒による生成トルクより大きくなるように、その先行気筒の空燃比を理論空燃比の２倍よりも小さくするとともに、その先行気筒に対する後続気筒の空燃比が理論空燃比となるような空燃比補正制御を行う
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４】
前記空燃比制御手段は、エンジンの減速度が所定値以下の緩減速時に前記空燃比補正制御を行うことを特徴とする請求項３記載の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回の燃焼行程を有する通常運転モードと、吸気行程と排気行程との間に２回の燃焼行程を有する特殊運転モードとに燃焼サイクルを切換え可能に構成される火花点火式エンジンの制御装置であって、
エンジンの運転状態に応じて運転モードを前記通常運転モード又は特殊運転モードに切換えるモード切換手段と、
前記特殊運転モードにあるときに、先の燃焼では理論空燃比よりも所定量だけ大きいリーン空燃比とした状態で燃焼を行わせ、かつ後の燃焼では、先の燃焼による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燃焼を行わせる一方、前記通常運転モードにあるときには、各気筒での空燃比を理論空燃比とした状態で燃焼を行わせるように各気筒での空燃比を制御する空燃比制御手段とを備え、
前記モード切換手段は、前記通常運転モード中のエンジンの運転状態が、所定の閾値よりも低負荷低回転となったときに前記特殊運転モードに切換えるものであるとともに、エンジンの減速度が所定値以下の緩減速時には前記閾値を更に低負荷側に設定する
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６】
前記空燃比制御手段は、少なくともエンジンの運転状態が所定の減速域にあるとき、燃料の供給を停止する燃料供給停止モードを有し、
前記燃料供給停止モードで、エンジンの運転状態が前期所定の閾値よりも低負荷低回転であるとき、前記空燃比制御手段は燃料の供給を停止し、前記モード切換手段は前記特殊運転モードと同等の給排気行程をなす
ことを特徴とする請求項５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及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前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及び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、前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、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は、例えば前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】
前記のような従来のリーン運転を行うエンジンでは、リーン運転中のＮＯｘ浄化性能の確保のために前記リーンＮＯｘ触媒を必要とする。そして、高負荷域等の理論空燃比で運転される領域での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前記リーンＮＯｘ触媒が設けられ、かつ、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ため、コスト的に不利である。
【０００５】
しかも、前記リーンＮＯｘ触媒の浄化性能を維持するためには、前述のようにＮＯｘ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】
そこで、本願出願人は、かかる課題に鑑み、吸気、圧縮、膨張、排気の各行程からなるサイクルを行う多気筒エンジンにおいて、低負荷低回転域では、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側の気筒で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側の気筒で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２気筒接続状態にあるときに、前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、高負荷高回転域では、通常通り、各気筒毎を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）。
【０００７】
これによると、低負荷低回転域において特殊運転モードとされることにより、先行気筒ではリーン空燃比での燃焼が行われ、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ることにより大幅な燃費改善効果が得られ、また、前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理論空燃比とされた状態で燃焼が行われて、ポンピングロス低減による燃費効果が得られる。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、リーンＮＯｘ触媒も不要となる。
【０００８】
ところで、前記のように各気筒の燃焼状態等を制御する場合には、高負荷回転域から低負荷回転域への移行時（通常運転モードから特殊運転モードへの切換え時）に吸気量の応答遅れが生じることが考えられ、そのため単純に特殊運転モードに切換えるだけでは、この応答遅れに起因してトルクショック（一時的にトルクが低下する状態）が生じ搭乗者に違和感を与えることが考えられる。すなわち、通常運転モードから特殊運転モードへ移行する際、後続気筒分の吸気量を含む大量の吸気を先行気筒に導入すべくスロットル弁の開度（スロットル開度）が大きくなるように制御される。しかし、その開度調整に応答遅れが生じて一時的に目標吸気量に満たない量の吸気が行われることとが考えられ、この吸気量に基づいて理論空燃比とした状態で燃焼が行われることにより、一時的にトルクが低下する状態が生じることが考えられる。
【０００９】
本発明は以上のような課題を考慮してなされたものであり、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することすることができ、しかもトルクショックにより搭乗者に違和感を与えることを防止することができる火花点火式エンジンの制御装置を提供するものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、各気筒にそれぞれ新気を導入する各気筒独立状態と、排気行程と吸気行程が重なる一対の気筒間において先行気筒の排気ガスを気筒間ガス通路を介して後続気筒に導入する２気筒接続状態とに吸気および排気の流通経路が切換え可能に構成され、かつ、この流通経路を前記各気筒独立状態として各気筒においてそれぞれ独立して燃焼を行わせる通常運転モードと、前記２気筒接続状態として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を行わせる特殊運転モードとに運転モードを切換え可能に構成される多気筒の火花点火式エンジンの制御装置であって、エンジンの運転状態に応じて運転モードを前記通常運転モード又は特殊運転モードに切換えるモード切換手段と、前記特殊運転モードにあるときに、先行気筒では理論空燃比よりも所定量だけ大きいリーン空燃比とした状態で燃焼を行わせ、かつ後続気筒では、先行気筒から導出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燃焼を行わせる一方、前記通常運転モードにあるときには、各気筒での空燃比を理論空燃比とした状態で燃焼を行わせるように各気筒での空燃比を制御する空燃比制御手段とを備え、前記モード切換手段は、前記通常運転モード中のエンジンの運転状態が、所定の閾値よりも低負荷低回転となったときに前記特殊運転モードに切換えるものであるとともに、エンジンの減速度が所定値以下の緩減速時には前記閾値を更に低負荷側に設定することを特徴とする。
【００１１】
この発明によれば、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、前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ることにより大幅な燃費改善効果が得られ、かつ前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理論空燃比とされた状態で燃焼が行われることにより、少なくともポンピングロス低減による燃費効果が得られる。また、後続気筒から排出される理論空燃比の既燃ガスのみが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。一方、高負荷・高回転の運転領域では、通常運転モードに設定されることにより出力性能が確保される。
【００１２】
また、特殊運転モードと通常運転モードとを切換えるために、所定の閾値が設けられており、たとえば通常運転モード中のエンジンの運転状態が、所定の閾値よりも低負荷低回転となったときにモード切換手段が通常運転モードから特殊運転モードに切換えられる。この際、前述のトルクショックが発生するが、このトルクショックは、緩減速（エンジンの減速度が小さい）時かつ比較的高負荷時に体感し易く、急減速（エンジンの減速度が大きい）時や、緩減速時であっても比較的低負荷時には体感し難いという特徴がある。
【００１３】
本発明によれば、緩減速時には通常運転モードから特殊運転モードに切換える閾値を更に低負荷側に設定するので、このモードの切換えは急減速時、または緩減速時であっても比較的低負荷時、すなわちトルクショックが体感し難い運転状態でなされる。このように、燃料供給を増加させてトルクを上昇させ、トルクショックを緩和するといった対策をとらなくても、事実上トルクショックを体感し難いようにできるので、燃料消費の増加を抑制しつつ、トルクショックにより搭乗者に違和感を与えることを効果的に防止することができる。
【００１４】
請求項２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、前記空燃比制御手段は、少なくともエンジンの運転状態が所定の減速域にあるとき、燃料の供給を停止する燃料供給停止モードを有し、前記燃料供給停止モードで、エンジンの運転状態が前記所定の閾値よりも低負荷低回転であるとき、前記空燃比制御手段は燃料の供給を停止し、前記モード切換手段は前記流通経路を前記２気筒接続状態とすることを特徴とする。
【００１５】
このようにすると、燃料供給停止モードで、エンジンの運転状態が所定の閾値よりも低負荷低回転であるとき、燃料の供給が停止されてはいるが、ガスの流通経路は特殊運転モードと同じ２気筒接続状態となる。従って、この状態からエンジン負荷が増加し、燃料供給停止モードが解除された場合、流通経路を切換えることなく、燃料供給を再開するだけで速やかに特殊運転モードに切換えることができる。
【００１６】
請求項３に係る発明は、各気筒にそれぞれ新気を導入する各気筒独立状態と、排気行程と吸気行程が重なる一対の気筒間において先行気筒の排気ガスを気筒間ガス通路を介して後続気筒に導入する２気筒接続状態とに吸気および排気の流通経路が切換え可能に構成され、かつ、この流通経路を前記各気筒独立状態として各気筒においてそれぞれ独立して燃焼を行わせる通常運転モードと、前記２気筒接続状態として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を行わせる特殊運転モードとに運転モードを切換え可能に構成される多気筒の火花点火式エンジンの制御装置であって、エンジンの運転状態に応じて運転モードを前記通常運転モード又は特殊運転モードに切換えるモード切換手段と、前記特殊運転モードにあるときに、先行気筒では理論空燃比よりも所定量だけ大きいリーン空燃比とした状態で燃焼を行わせ、かつ後続気筒では、先行気筒から導出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燃焼を行わせる一方、前記通常運転モードにあるときには、各気筒での空燃比を理論空燃比とした状態で燃焼を行わせるように各気筒での空燃比を制御する空燃比制御手段とを備え、この空燃比制御手段は、前記通常運転モードから特殊運転モードへの切換後、最初に燃焼行程を迎える先行気筒による生成トルクが、その先行気筒に対する後続気筒による生成トルクより大きくなるように、その先行気筒の空燃比を理論空燃比の２倍よりも小さくするとともに、その先行気筒に対する後続気筒の空燃比が理論空燃比となるような空燃比補正制御を行うことを特徴とする。
【００１７】
この発明によれば、請求項１の場合と同様に、低負荷低回転域において特殊運転モードの燃焼制御が実行されることにより燃費改善効果が得られ、また三元触媒だけで充分に排気浄化性能が確保される。一方、高負荷・高回転の運転領域では、通常運転モードに設定されることにより出力性能が確保される。
【００１８】
そして、通常運転モードから特殊運転モードへの移行時（切換時）には、空燃比補正制御によって、モード切換後、最初に燃焼行程を迎える先行気筒での生成トルクが後続気筒での生成トルクよりも大きくなるように空燃比の補正がなされる。これは、単に空燃比をリッチ化する場合と異なり、後続気筒からの排気が理論空燃比による燃焼に相当するようにしつつ、モード切換え直後の燃焼で発生するトルクを増大させている。即ち、発生トルクの配分を調節することにより、急激なトルク変動を抑制している。このように、全体としては燃料の消費量は増加しないので、燃料消費の増加を招くことなく、トルクショックを緩和することができる。また、後続気筒からの排気は理論空燃比のガスとなるので、排気浄化性能も確保される。
【００１９】
請求項４に係る発明は、請求項３記載の火花点火式エンジンの制御装置において、前記空燃比制御手段は、エンジンの減速度が所定値以下の緩減速時に前記空燃比補正制御を行うことを特徴とする。
【００２０】
このようにすれば、緩減速時のトルクショックを緩和することができるので、トルクショックを体感し易い緩減速時かつ比較的高負荷時に通常運転モードから特殊運転モードに切換えても、トルクショックによる違和感を搭乗者に与えることを効果的に防止することができる。
【００２１】
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回の燃焼行程を有する通常運転モードと、吸気行程と排気行程との間に２回の燃焼行程を有する特殊運転モードとに燃焼サイクルを切換え可能に構成される火花点火式エンジンの制御装置であって、エンジンの運転状態に応じて運転モードを前記通常運転モード又は特殊運転モードに切換えるモード切換手段と、前記特殊運転モードにあるときに、先の燃焼では理論空燃比よりも所定量だけ大きいリーン空燃比とした状態で燃焼を行わせ、かつ後の燃焼では、先の燃焼による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燃焼を行わせる一方、前記通常運転モードにあるときには、各気筒での空燃比を理論空燃比とした状態で燃焼を行わせるように各気筒での空燃比を制御する空燃比制御手段とを備え、前記モード切換手段は、前記通常運転モード中のエンジンの運転状態が、所定の閾値よりも低負荷低回転となったときに前記特殊運転モードに切換えるものであるとともに、エンジンの減速度が所定値以下の緩減速時には前記閾値を更に低負荷側に設定することを特徴とする。
【００２２】
この発明によれば、例えばエンジンの低負荷低回転域において、前記特殊運転モードの燃焼制御が実行されることにより、すなわち２回の燃焼に必要な空気が供給されてからリーン空燃比での先の燃焼と理論空燃比での後の燃焼と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、その結果、大幅な燃費改善効果が得られる。また、既燃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各気筒での燃焼行程における空燃比が制御されるため、三元触媒だけで充分に排気浄化性能が確保される。一方、高負荷・高回転の運転領域では、通常運転モードに設定されることにより出力性能が確保される。
【００２３】
そして、請求項１の場合と同様に、特殊運転モードと通常運転モードとを切換えるために、所定の閾値が設けられており、緩減速時には通常運転モードから特殊運転モードに切換える閾値を急減速よりも低負荷側に設定するので、このモードの切換えはトルクショックが体感し難い運転状態でなされる。このように、燃料消費の増加を抑制しつつ、トルクショックにより搭乗者に違和感を与えることを効果的に防止することができる。
【００２４】
請求項６に係る発明は、請求項５記載の火花点火式エンジンの制御装置において、前記空燃比制御手段は、少なくともエンジンの運転状態が所定の減速域にあるとき、燃料の供給を停止する燃料供給停止モードを有し、前記燃料供給停止モードで、エンジンの運転状態が前期所定の閾値よりも低負荷低回転であるとき、前記空燃比制御手段は燃料の供給を停止し、前記モード切換手段は前記特殊運転モードと同等の給排気行程をなすことを特徴とする。
【００２５】
このようにすると、燃料供給停止モードで、エンジンの運転状態が所定の閾値よりも低負荷低回転であるとき、燃料の供給が停止されてはいるが、給排気行程は特殊運転モードと同じ状態となる。従って、この状態からエンジン負荷が増加し、燃料供給停止モードが解除された場合、給排気行程の切換えを行うことなく、燃料供給を再開するだけで速やかに特殊運転モードに切換えることができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の第１の実施形態について説明する。
【００２７】
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。
【００２８】
各気筒気筒２Ａ〜２Ｄ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。
【００２９】
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、図略のニードル弁及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。
【００３０】
また、各気筒２Ａ〜２Ｄの燃焼室４に対して吸気ポート１１、１１ａ，１１ｂ及び排気ポート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及び排気弁３２、３２ａ，３２ｂにより開閉されるようになっている。
【００３１】
そして、各気筒２Ａ〜２Ｄ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燃焼サイクルを行うようになっており、４気筒エンジンの場合、気筒列方向一端側から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５に示すように前記サイクルが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燃焼サイクルが行われるようになっている。なお、図５において、ＥＸは排気行程、ＩＮは吸気行程、Ｆは燃料噴射、Ｓは点火をそれぞれ表している。
【００３２】
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。当実施形態では、図５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）が重なるので、１番気筒２Ａと２番気筒２Ｂ、及び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及び４番気筒２Ｄが先行気筒、２番気筒２Ｂ及び３番気筒２Ｃが後続気筒となる。
【００３３】
各気筒の吸・排気ポートとこれに接続される吸気通路、排気通路及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。
【００３４】
先行気筒である１番気筒２Ａ及び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）を排気通路に送り出すための第１排気ポート１２ａと、既燃ガスを後続気筒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及び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に送り出すための排気ポート３２とが配設されている。
【００３５】
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及び第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及び排気ポート１２が、燃焼室の右半部側に並列的に設けられている。
【００３６】
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。
【００３７】
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との間及び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、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。
【００３８】
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、さらにその下流の排気通路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及びＮＯｘに対して高い浄化性能を示す触媒である。また、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。
【００３９】
前記気筒間ガス通路２２には、排気ガス中の酸素濃度の変化（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。
【００４０】
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は、次のようになっている。すなわち、１番，４番気筒２Ａ，２Ｄにおける吸気ポート１１、第１排気ポート１２ａ及び第２排気ポート１２ｂにはそれぞれ吸気弁３１、第１排気弁３２ａ及び第２排気弁３２ｂが設けられ、また、２番，３番気筒２Ｂ，２Ｃにおける第１吸気ポート１１ａ、第２吸気ポート１１ｂ及び排気ポート１２にはそれぞれ第１吸気弁３１ａ、第２吸気弁３１ｂ及び排気弁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前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３３，３４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。
【００４１】
さらに、これらの吸・排気弁のうちで第１排気弁３２ａ、第２排気弁３２ｂ、第１吸気弁３１ａ及び第２吸気弁３１ｂに対しては、各弁を作動状態と停止状態とに切換える弁停止機構３５が設けられている。この弁停止機構３５は、従来から知られているため詳しい図示は省略するが、例えば、カムシャフト３３，３４のカムと弁軸との間に介装されたタペットに作動油の給排が可能な油圧室が設けられ、この油圧室に作動油が供給されている状態ではカムの作動が弁に伝えられて弁が開閉作動され、油圧室から作動油が排出されたときにはカムの作動が弁に伝えられなくなることで弁が停止されるようになっている。
【００４２】
前記第１排気弁３２ａの弁停止機構３５と第１吸気弁３１ａの弁停止機構３５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、また第２排気弁３２ｂの弁停止機構３５と第２吸気弁３１ｂの弁停止機構３５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（図３参照）。
【００４３】
図３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（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及びリニア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及びアクセル開度（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。また、このＥＣＵ４０から、各燃料噴射弁９と、多連スロットル弁１７のアクチュエータ１８と、前記第１，第２のコントロール弁３７，３９とに対して制御信号が出力されている。
【００４４】
前記ＥＣＵ４０は、その機能構成として運転状態判別手段４１、弁停止機構３５弁停止機構制御手段４２、吸入空気量制御手段４３、燃料噴射制御手段４４および経路判別手段５１等を備えている。
【００４５】
運転状態判別手段４１は、前記回転数センサ４５およびアクセル開度センサ４６等からの信号によりエンジンの運転状態（エンジン回転数及びエンジン負荷）の変化を調べ、運転状態が図４に示すような低負荷低回転側の運転領域Ａ（更に低負荷の運転領域Ａ’を含む）と高負荷側ないし高回転側の運転領域Ｂのいずれの領域にあるか、を判別したり、エンジン回転数の変化が、所定の減速度以下であるかどうかの判別をしたりする。更には、エンジン負荷がアクセル全閉に相当するような低負荷であるか、またはエンジン回転数が所定の回転数を超えた運転状態である（エンジン停止の虞のある極低回転領域を除く）運転領域Ｃにあるかの判別を行う。そして、その判別結果により、エンジンの運転モードとして特殊運転モード、通常運転モードあるいは燃料供給停止モードのいずれかが選択される（各モードの詳細は後述する）。
【００４６】
具体的には、エンジンの運転状態が図４の運転領域Ａ’（回転数がｒ１以下、エンジン負荷がＴ２以下）にあり、かつ後述の運転領域Ｃにない状態（たとえば運転状態Ｄ３）では特殊運転モードが選択される。運転領域Ｂ（回転数がｒ１を超え、エンジン負荷がＴ１を超える）にあり、かつ後述の運転領域Ｃにない状態（たとえば運転状態Ｄ１）では通常運転モードが選択される。運転領域Ａ（回転数がｒ１以下、エンジン負荷がＴ１以下）であり、運転領域Ａ’ではない領域（たとえば運転状態Ｄ２）では、原則として特殊運転モードが選択されるが、運転領域Ｂ（通常運転モード）から運転領域Ａに移行してきた場合且つエンジンの減速度が所定値よりも小さい場合には通常運転モードを継続する。但しそのような場合でも、運転領域Ａ’に移行すると特殊運転モードに切換える。
【００４７】
運転領域Ｃ（エンジン回転数がｒ３以上ｒ４未満で、エンジン負荷がＴ３以下の領域およびエンジン回転数がｒ４以上の領域）は、運転領域Ａか運転領域Ｂかのいずれかの領域と重複している。いずれの場合も、エンジンの運転状態が運転領域Ｃにあるときは、燃料供給停止モード（以下燃料カットモードという）が優先的に選択される。
【００４８】
弁停止機構制御手段４２は、選択された運転モードに応じて、前記各コントロール弁３７，３９を制御することにより、各弁停止機構３５を次のように制御する。
特殊運転モード：第１排気弁３２ａ及び第１吸気弁３１ａを停止状態
第２排気弁３２ｂ及び第２吸気弁３１ｂを作動状態
通常運転モード：第１排気弁３２ａ及び第１吸気弁３１ａを作動状態
第２排気弁３２ｂ及び第２吸気弁３１ｂを停止状態
燃料カットモード：運転領域Ａでは特殊運転モードと同様
運転領域Ｂでは通常運転モードと同様
【００４９】
つまり、通常運転モードでは、各気筒を独立状態としてそれぞれ気筒毎に燃焼を行わせ、特殊運転モードでは、先行気筒（１番、４番気筒２Ａ，２Ｄ）と後続気筒（２番、３番気筒２Ｂ，２Ｃ）とを気筒間ガス通路２２を介して接続した２気筒接続状態とし、かつ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を行わせるようになっている。また、燃料カットモードでは、運転領域Ａと重複する領域では特殊運転モードと同様に２気筒接続状態とし、運転領域Ｂと重複する領域では通常運転モードと同様に各気筒を独立状態とする（但し燃料カットモードでは燃料の供給を停止するので、いずれの場合も燃焼は行われない）。このように、運転状態判別手段４１及び弁停止機構制御手段４２等はモード切換手段として機能する。
【００５０】
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応じてスロットル開度を制御する。特に、特殊運転モードでは、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前記先行気筒（１番、４番気筒２Ａ，２Ｄ）に供給されるようにスロットル開度を調節する。
【００５１】
前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からの燃料噴射量及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、特殊運転モード、通常運転モード或いは燃料カットモードのいずれが選択されているかによって料噴射の制御状態を変更する。この燃料噴射制御手段４４と前記運転状態判別手段４１とにより本発明の空燃比制御手段が構成されている。
【００５２】
すなわち、特殊運転モードが選択されている場合、先行気筒（１番、４番気筒２Ａ，２Ｄ）に対しては、空燃比を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す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成層燃焼を行わせるように噴射タイミングを設定する。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を供給して理論空燃比とす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。
【００５３】
前記燃料噴射量の制御は、エアフローセンサ１９及び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、先行気筒で所定のリーン空燃比、後続気筒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。
【００５４】
また、通常運転モードが選択されている場合には、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、例えば運転領域の大部分の領域において理論空燃比とし、全開負荷及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。
【００５５】
燃料カットモードが選択されている場合には燃料を噴射せず、その供給を停止するので、燃焼は行われない。
【００５６】
前記経路判別手段５１は、エアフローセンサ１９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角度だけ回転する間に発生する吸気脈動の回数を検出するとともに、この検出回数に基づいて吸気および排気の流通経路が前記各気筒独立状態にあるか２気筒接続状態にあるかを判別するように構成されている。すなわち、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に対し、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ため、この吸気脈動の検出回数を予め設定された基準回数と比較する等により、吸気および排気の流通経路が各気筒独立状態にあるか２気筒接続状態にあるかが判別されるようになっている。
【００５７】
以上のような第１実施形態の装置の作用を、図５〜図９を参照しつつ説明する。
【００５８】
特殊運転モードでは、前述のように第１排気弁３２ａ及び第１吸気弁３１ａが停止状態、第２排気弁３２ｂ及び第２吸気弁３１ｂが作動状態とされることにより、実質的な新気及びガスの流通経路は図６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に導かれるような２気筒接続状態とされる。
【００５９】
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６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５参照）。
【００６０】
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ガス通路２２を通って後続気筒２Ｂ，２Ｃに導入される（図５中の白抜き矢印及び図６中の矢印ｂ）。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、所定点火時期に点火が行われて燃焼が行われる（図５参照）。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６中の矢印ｃ）。
【００６１】
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が充分に得られる。
【００６２】
しかも、後続気筒２Ｂ，２Ｃから排気通路２０に排出される既燃ガスは理論空燃比に対応した値となるため、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こととなる。そして、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。
【００６３】
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。
【００６４】
また、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で通路長に応じて放熱量が変化するため、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できる。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。
【００６５】
一方、通常運転モードでは、前述のように第１排気弁３２ａ及び第１吸気弁３１ａが作動状態、第２排気弁３２ｂ及び第２吸気弁３１ｂが停止状態とされることにより、実質的な新気及びガスの流通経路は図７に示すようになり、実質的に各気筒２Ａ〜２Ｄの吸気ポート３１，３１ａ及び排気ポート１２ａ，１２が独立し、吸気通路１５から各気筒２Ａ〜２Ｄの吸気ポート３１，３１ａに新気が導入されるとともに各気筒２Ａ〜２Ｄの排気ポート３１，３１ａから排気通路２０に既燃ガスが排出される。そしてこの場合は、理論空燃比もしくはそれよりリッチ（λ≦１）となるように吸入空気量及び燃料噴射量が制御されることにより、出力性能が確保される。
【００６６】
特殊運転モードと通常運転モードとの切換えは、前述のように運転領域Ａ（運転領域Ｃを除く）では原則として特殊運転モードが選択され、運転領域Ｂ（運転領域Ｃを除く）では通常運転モードが選択される。但し、通常運転モードから運転領域Ａに移行してきた場合且つエンジンの減速度が所定値よりも小さい場合には特殊運転モードに切換えず通常運転モードを継続する。そのような場合でも、運転領域Ａ’に移行すると特殊運転モードに切換える。具体的には図８に示すフローチャートによってモード選択がなされる。
【００６７】
図８に示すように、モード選択のフローがスタートすると、ステップＳ２で運転状態判別手段４１によってエンジンの運転領域が運転領域Ｃにあるか否かの判定がなされる。ステップＳ２でＹＥＳと判定されると、ステップＳ４へ移行し、燃料カットモードの制御に移行する（図９参照。詳細は後述する）。ステップＳ２でＮＯと判定されると、ステップＳ１０に移行し、更にエンジンの運転領域の判別がなされる。ステップＳ１０で運転領域Ａにあると判別されると、ステップＳ１２に移行し、更にエンジンが運転領域Ａ’にあるか否かが判定される。ステップＳ１２でＮＯと判定されると、エンジンの運転状態は、図４に示すように回転数がｒ１以下であり、エンジン負荷がＴ２を越え、Ｔ１以下である（たとえば運転状態Ｄ２）であることを意味する。その場合、更に図８のステップＳ１４に移行し、現状の運転モードの判定を行う。ステップＳ１４で通常運転モードであると判定されると、運転領域Ａでありながら通常運転モードであることを意味する。これは、図４の運転領域Ｂの運転状態（たとえば運転状態Ｄ１）から移行してきた場合で、且つ未だ特殊運転モードに切換わっていない状態を示す。その場合、更に図８のステップＳ１６に移行し、エンジンの減速度が所定値αを超えているか否かの判定を行う。ステップＳ１６でＹＥＳと判定されると、ステップＳ１８に移行し、特殊運転モードの制御を行い、リターンする。ステップＳ１６でＮＯと判定されると、エンジンの減速度が所定値α以下の緩減速状態であることを示す。このようなときは、たとえ運転領域Ａであっても特殊運転モードとはせず、ステップＳ２０に移行して通常運転モードの制御を継続し、リターンする。遡って、ステップＳ１２でＹＥＳと判定された場合、およびステップＳ１４で現状が特殊運転モードであると判定された場合には、ステップＳ１８に移行して特殊運転モードの制御を行い、リターンする。また、ステップＳ１０でエンジンの運転領域が、運転領域Ｂであると判別された場合にはステップＳ２０に移行して通常運転モードの制御を行い、リターンする。
【００６８】
ところで、図４に示すように、運転領域Ａ、Ａ’、ＢおよびＣは、エンジン回転数＝ｒ１、ｒ３またはｒ４の各直線、エンジン負荷＝Ｔ１、Ｔ２またはＴ３の各直線によって仕切られた領域である。すなわち、エンジン回転数ｒ１、ｒ３およびｒ４やエンジン負荷Ｔ１、Ｔ２およびＴ３は、運転モードを切換えるための閾値となっている。本実施形態において、通常運転モードから特殊運転モードに切換えるためのエンジン負荷に関する閾値は、緩減速時にはＴ２であり、緩減速時以外ではＴ２よりも高負荷のＴ１となっている（但し特殊運転モードから通常運転モードに切換えるためのエンジン負荷に関する閾値は、Ｔ１で一定である）。
【００６９】
通常運転モードから特殊運転モードに移行する際、トルクショックが発生する（図１１参照。詳細は後述する）が、このトルクショックは、緩減速（エンジンの減速度が小さい）時かつ比較的高負荷時に体感し易く、急減速（エンジンの減速度が大きい）時や、緩減速時であっても比較的低負荷時には体感し難いという特徴がある。従って、前記のように緩減速時に通常運転モードから特殊運転モードに切換える閾値を急減速時よりも低負荷側に設定すると、モードの切換えはトルクショックが体感し難い運転状態でなされる。従って、燃料供給を増加させてトルクを上昇させ、トルクショックを緩和するといった対策をとらなくても、事実上トルクショックを体感し難いようにでき、燃料消費の増加を抑制しつつ、トルクショックにより搭乗者に違和感を与えることを効果的に防止することができる。
【００７０】
図９は、燃料カットモードの制御のフローチャートである。スタート後、ステップＳ３０で運転状態判別手段４１により運転領域の判別が行われ、運転領域Ａであると判別されると、ステップＳ３２に移行して、流通経路を特殊運転モードと同様の２気筒接続状態とする。その後、ステップＳ３６に移行して燃料の供給を停止してリターンする。また、ステップＳ３０で運転領域Ｂであると判別されると、ステップＳ３４に移行して、流通経路を通常運転モードと同様の各気筒独立状態とする。その後、ステップＳ３６に移行して燃料の供給を停止してリターンする。
【００７１】
このようにすると、燃料カットモードであり、かつエンジンの運転領域が運転領域Ａと重複するような運転状態（たとえば図４の運転状態Ｄ４）では、燃料の供給が停止されてはいるが、流通経路は特殊運転モードと同じ２気筒接続状態となる。従って、この状態からエンジン負荷が増加し、燃料カットモードが解除された場合（たとえば運転状態Ｄ３となったとき）、弁停止機構制御手段４２による流通経路の切換えを行うことなく、燃料供給を再開するだけで速やかに特殊運転モードに切換えることができる。
【００７２】
また、本実施形態で、通常運転モードから特殊運転モードに移行する際に、燃料噴射制御手段４４による空燃比補正制御を追加しても良い。
空燃比補正制御は、通常運転モードから特殊運転モードへ移行する際、移行後（モード切換後）、最初に燃焼行程を迎える先行気筒による生成トルクが、その先行気筒に対する後続気筒による生成トルクより大きくなるように、その先行気筒の空燃比を理論空燃比の２倍よりも小さくするとともに、その先行気筒に対する後続気筒の空燃比が理論空燃比となるように各気筒２Ａ〜２Ｄに対する燃料噴射量を制御するものである。
【００７３】
具体的には、例えば、図１０に示すように４番気筒２Ｄの圧縮行程終了時点（図中▲１▼）でモード切換信号が出力されると、その後、一対の気筒の吸排気弁が共に閉弁状態となる時期に弁停止機構制御手段４２が切換えられる。同図に示す例によると、１番気筒２Ａと２番気筒２Ｂがそれぞれ最初に圧縮行程、膨張行程を迎える時点（図中▲２▼）で当該各気筒２Ａ，２Ｂに対応する第１排気弁３２ａ及び第１吸気弁３１ａが停止状態に切換えられ、また第２排気弁３２ｂ及び第２吸気弁３１ｂが作動状態に切換えられ、さらにその後、３番気筒２Ｃと４番気筒２Ｄがそれぞれ圧縮行程、膨張行程を迎える時点（図中▲３▼）で当該各気筒２Ｃ，２Ｄに対応する第１排気弁３２ａ及び第１吸気弁３１ａが停止状態に切換えられ、また第２排気弁３２ｂ及び第２吸気弁３１ｂが作動状態に切換えられる。そして、通常運転モードから特殊運転モードへの切換えの完了が経路判別手段５１により判別されると（図中▲３▼の時点）、その後、最初に燃焼行程を迎える気筒（当例では４番気筒２Ｄ）の空燃比が、λ＜２（λは空気過剰率。以下同じ）となるように燃料噴射量（図中Ｆ１で示す）が制御さる。さらにその先行気筒に対する後続気筒（当例では３番気筒２Ｃ）の該燃焼が理論空燃比で行われるように燃料噴射量（図中Ｆ２で示す）が制御される。この空燃比補正制御を行わない特殊運転モードでは、Ｆ１の空気過剰率はλ＝２となるように制御されるので、この空燃比補正制御により、Ｆ１の空燃比はリッチ側に補正される。そしてその分、Ｆ２の燃料噴射量が通常の特殊運転モードよりも削減されるので、結果的に４番気筒２ＤのＦ１の燃焼による生成トルクが、３番気筒２ＣのＦ２の燃焼による生成トルクよりも大きくなる。
【００７４】
このようにモード切換時の各気筒２Ａ〜２Ｄの空燃比が制御されることにより、モード切換えに伴うトルクショック（一時的にトルクが低くなる現象）が有効に緩和され、また、排気浄化性能も確保されることとなる。
【００７５】
すなわち、特殊運転モードでは、先行気筒と後続気筒との２気筒分の燃焼に必要な空気を前記先行気筒（１番、４番気筒２Ａ，２Ｄ）に供給すべくスロットル開度が制御されており、従って通常運転モードから移行時にはスロットル開度が開かれることとなるが、このときスロットル弁１７の作動の応答遅れおよび吸気流動の変化の遅れにより先行気筒の吸入空気量（吸気量という）の変化に図１１の最上段に示すような応答遅れが生じ得る。一方、特殊運転モードへの切換え後の空燃比（図１１の２段目に示す）は、先行気筒での空気過剰率λが、λ＝２となるように制御される。従って、何ら対処がなければ、前記のような応答遅れが生じた吸気量に対応した燃料供給量に制御されることとなり、モード切換え直後の先行気筒での燃料噴射量が図１１の３段目に示す破線のように急減する。それに伴い、全気筒平均トルクが図１１の最下段に示す破線のように急減する。（トルクショックが発生する）。これに対して、モード切換え直後、前記のように最初に燃焼行程を迎える先行気筒について空燃比をリッチ側に補正した状態（図１１の２段目の実線で示す）で燃焼が行われると、先行気筒での燃料噴射量の減少が図１１の３段目に示す実線のように抑制される。一方、先行気筒で燃料噴射量を増やしてリッチ側に補正した分、後続気筒では燃料噴射量を削減して、結果的に理論空燃比での燃焼になるようにしている（図１１の４段目の実線で示す）。このため、先行気筒での生成トルクが、後続気筒での生成トルクよりも大きくなり、全気筒平均トルクの減少が図１１の最下段に示す実線のように抑制される。その結果、トルクショックが効果的に緩和されることとなる。なお、後続気筒での空燃比が理論空燃比となるように燃焼噴射量が制御されることにより、排気浄化性能も三元触媒２４だけで良好に確保されることとなる。
【００７６】
なお、空燃比補正制御によって充分にトルクショックが緩和される場合には、運転領域Ａ’は、運転領域Ａと等しくしても良い。すなわち、エンジンの減速度にかかわらず、運転領域Ｃ以外の運転領域Ａでは常に特殊運転モードが選択されるようにしつつ、エンジンの緩減速時に運転領域Ｂから運転領域Ａに移行するときは空燃比補正制御を行うようにしても良い。
【００７７】
次に本発明の第２の実施形態について図を参照して説明する。なお、第１の実施形態と同じ構成要素については同一符号を付してその説明を省略する。
【００７８】
図１２および図１３は、複数の気筒２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回の燃焼を行う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前記吸気行程で各気筒２Ａ〜２Ｄ内に導入される吸入空気量および前記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。
【００７９】
前記各気筒２の燃焼室４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２が所定の位相差、つまりクランク角で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。
【００８０】
前記吸・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１３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、前記吸・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。
【００８１】
前記動弁機構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およびＯ２センサ２３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。
【００８２】
前記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、前記吸気弁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とを備えている。
【００８３】
前記弁開閉制御手段６０は、運転状態判別手段４１等とともにモード切換手段として機能し、通常運転モードが選択された場合と特殊運転モードが選択された場合とで、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。
【００８４】
通常運転モードでは、図１４（ａ）に示すように、燃料噴射を伴う吸気行程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との間に一回の均一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前記吸気弁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１４において、Ｔはピストン行程の上死点、Ｂは下死点である。
【００８５】
特殊運転モードでは、図１４（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、燃焼を伴い、かつ後期に燃料噴射Ｆを行う第１膨張行程（第３行程）と、後期に点火Ｓを伴う第２圧縮行程（第４行程）と、燃焼を伴う第２膨張行程（第５行程）と、排気行程ＥＸ（第６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６サイクルの燃焼制御を実行するように前記吸気弁３１および排気弁３２の開閉タイミングが設定される。
【００８６】
前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応じてスロットル開度を制御するように構成されている。特に、主として低負荷・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、前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、主として高負荷・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２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。
【００８７】
前記燃料噴射制御手段４４は、各気筒２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、特に特殊運転モードと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と前記運転状態判別手段４１とにより本発明の空燃比制御手段が構成されている。
【００８８】
すなわち、特殊運転モードでは、図１４（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、前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（第３行程）ことにより、理論空燃比の条件下において第２膨張行程（第５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、例えば第１膨張行程（第３行程）の後期に燃料噴射Ｆが行われる。なお、前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。
【００８９】
また、通常運転モードでは、各気筒２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、例えば運転領域の大部分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なるように燃料噴射量を制御する。
【００９０】
なお、エンジンの運転状態と運転モードの切換えに関しては、第１の実施形態と同様の制御がなされる。すなわち、エンジンの運転状態が図４の運転領域Ａ’かつ運転領域Ｃにない状態では特殊運転モードが選択される。運転領域Ｂかつ運転領域Ｃにない状態では通常運転モードが選択される。運転領域Ａであり、運転領域Ａ’ではない領域では、原則として特殊運転モードが選択されるが、運転領域Ｂから運転領域Ａに移行してきた場合且つエンジンの減速度が所定値よりも小さい場合には特殊運転モードに切換えず通常運転モードを継続する。但しそのような場合でも、運転領域Ａ’に移行すると特殊運転モードに切換える。運転領域Ｃは、運転領域Ａか運転領域Ｂかのいずれかの領域と重複している。いずれの場合も、エンジンの運転状態が運転領域Ｃにあるときは、燃料カットモードが優先的に選択される。
【００９１】
前記経路判別手段５１および始動時判別手段５２は、図３に示す実施形態の経路判別手段５１および始動時制御手段５２と同様に構成されたものであり、吸気通路１５に配設されて吸気の脈動を検出する吸気脈動検出手段（エアフローセンサ１９）から出力された検出信号に応じ、エンジンの始動時に、通常運転モードの制御状態にあるか、特殊運転モードの制御状態にあるかを前記経路判別手段５１において判別し、かつこの経路判別手段５１の判別結果に応じて特殊運転モードの制御状態にあることが確認された場合には、エンジン始動時に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を禁止する等の制御を前記始動時制御手段５２において実行するように構成されている。
【００９２】
以上のような第２実施形態の装置によると、特殊運転モードでは吸気行程と排気行程との間に二回の燃焼が行われ、第１膨張行程で行われる最初の燃焼がリーン空燃比での成層燃焼状態とされることにより、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、前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２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が得られることになる。
【００９３】
しかも、前記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ととなる。そして、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。
【００９４】
一方、通常運転モードでは、前述のように吸気行程ＩＮと排気行程ＥＸとの間に一回の均一燃焼を行う一般的な４サイクルの燃焼制御が実行され、かつ各気筒２Ａ〜２Ｄ内の空燃比がλ≦１となるように吸入空気量及び燃料噴射量が制御されることにより、出力性能が確保される。
【００９５】
エンジンの運転状態が運転領域Ｃにないとき、特殊運転モードと通常運転モードとの切換えは、第１の実施形態と同様に、運転領域Ａでは原則として特殊運転モードが選択され、運転領域Ｂでは通常運転モードが選択される。但し、運転領域Ｂ（通常運転モード）から運転領域Ａに移行してきた場合且つエンジンの減速度が所定値よりも小さい場合には特殊運転モードに切換えず通常運転モードを継続する。そのような場合でも、運転領域Ａ’に移行すると特殊運転モードに切換える。具体的には前述の図８に示すフローチャートによってモード選択がなされる。
【００９６】
また、第１の実施形態と同様、図４に示すエンジン回転数ｒ１、ｒ３およびｒ４やエンジン負荷Ｔ１、Ｔ２およびＴ３は、運転モードを切換えるための閾値となっている。本実施形態においても、通常運転モードから特殊運転モードに切換えるためのエンジン負荷に関する閾値は、緩減速時にはＴ２であり、緩減速時以外ではＴ２よりも高負荷のＴ１となっている。このように制御することにより、第１の実施形態と同様、トルクショックが体感し難い運転状態で通常運転モードから特殊運転モードに切換えることができる。従って、燃料消費の増加を抑制しつつ、トルクショックにより搭乗者に違和感を与えることを効果的に防止することができる。
【００９７】
燃料カットモードでの制御は、第１の実施形態と同様、運転領域Ａにあるとき（たとえば運転状態Ｄ４）は、燃料の供給が停止されてはいるが、給排気行程は特殊運転モードと同じ状態となる。従って、この状態からエンジン負荷が増加し、燃料供給停止モードが解除された場合（たとえば運転状態Ｄ３となったとき）、弁開閉制御手段６０による吸気弁３１や排気弁３２の開閉タイミングの切換えを行うことなく、燃料供給を再開するだけで速やかに特殊運転モードに切換えることができる。同様に運転領域Ｂにあるときは、燃料の供給を停止するとともに、給排気行程を通常運転モードと同じ状態とする。
【００９８】
なお、第２の実施形態では、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、燃焼を伴う第２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ＩＮと排気行程ＥＸとの間で２回の燃焼を行うように構成（図１４（ｂ）参照）しているが、その変形例として図１４（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、吸気行程と排気行程との間で２回の燃焼を行うように構成してもよい。
【００９９】
【発明の効果】
以上のように本発明の制御装置は、各気筒においてそれぞれ独立して燃焼を行わせる通常運転モードと、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て燃焼を行わせる特殊運転モードとに切換え可能に構成され、例えば低負荷低回転の運転領域では特殊運転モードに設定されることにより、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ることにより大幅な燃費改善効果が得られ、かつ前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理論空燃比とされた状態で燃焼が行われることにより、少なくともポンピングロス低減による燃費効果が得られる。また、後続気筒から排出される理論空燃比の既燃ガスのみが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。一方、高負荷・高回転の運転領域では、通常運転モードに設定されることにより出力性能が確保される。そして、通常運転モードから特殊運転モードへの移行に際し、エンジンの運転状態が、所定の閾値よりも低負荷低回転となったときに特殊運転モードに切換えるものであるとともに、エンジンの減速度が所定値以下の緩減速時にはその閾値を更に低負荷側に設定するようにしているので、燃料消費の増加を抑制しつつ、トルクショックにより搭乗者に違和感を与えることを効果的に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る制御装置を備えたエンジン全体の概略平面図（第１の実施形態）である。
【図２】エンジン本体等の概略断面図である。
【図３】制御系統のブロック図である。
【図４】運転領域を示す説明図である。
【図５】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６】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７】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８】特殊運転モード、通常運転モードおよび燃料カットモードの選択のためのフローチャートである。
【図９】燃料カットモードにおける制御のフローチャートである。
【図１０】通常運転モードから特殊運転モードへ移行される際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１１】通常運転モードから特殊運転モードへ移行される際の吸入空気量、空燃比、燃料噴射量および発生トルクの変化を示す図である。
【図１２】本発明に係る制御装置を備えたエンジン全体の概略平面図（第２の実施形態）である。
【図１３】第２の実施形態における動弁機構の構成と制御系統のブロック構成を示す図である。
【図１４】第２の実施形態における気筒の燃焼サイクル、燃料噴射時期および点火時期等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
３５　弁停止機構
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
５１　経路判別手段
【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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