(57)【要約】【課題】リーンＮＯｘ触媒を不要とするために先行気筒のリーン排気を後続気筒で再度燃焼するようにしたエンジンにおいて、後続気筒における燃焼性を向上させることを課題とする。【解決手段】偶数個の気筒を備え、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の排気を吸気行程側の気筒である後続気筒に導入して再度燃焼させるエンジンであって、上記排気導入用のポート１７が後続気筒に備えられ、該排気導入ポート１７はヘリカルポート１７とする。これによって、後続気筒の燃焼室１２内にスワール流を形成することができ、排気導入通路において直線距離が十分に確保できない場合でも、後続気筒の燃焼室１２内に吸気流動を形成することができ、後続気筒での燃焼性が向上する。【選択図】    図３
2005016428.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
偶数個の気筒を備え、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の排気を吸気行程側の気筒である後続気筒に導入して再度燃焼させるエンジンであって、上記排気導入用のポートが後続気筒に備えられ、該排気導入ポートはヘリカルポートとされていることを特徴とするエンジン。
【請求項２】
後続気筒の新気を導入する吸気ポートは、タンブル流もしくはスワール流を生成可能な略ストレートなストレートポートであることを特徴とする請求項１に記載のエンジン。
【請求項３】
排気マニホールドのシリンダヘッドへの取付フランジには、先行気筒の第１の排気ポートと後続気筒の排気導入ポートとを連通する排気導入通路と、先行気筒の第２の排気ポートから大気に排気を排出する先行気筒側排気通路と、後続気筒の排気ポートから大気に排気を排出する後続気筒側排気通路とが設けられ、上記排気導入通路は断面積が略一定の形状とされていると共に、上記先行気筒側及び後続気筒側排気通路の断面はシリンダヘッドへの取付面側の開口が偏平形状とされ、下流側に向けて断面積を漸増しながら真円形状へと変化していることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のエンジン。
【請求項４】
先行気筒から大気への排気の排出を停止させる先行気筒用排気停止手段と、先行気筒から後続気筒への排気の導入を停止させる排気導入停止手段と、後続気筒への新気の導入を停止する後続気筒用新気導入停止手段とが備えられていると共に、上記排気導入停止手段のみを作動状態とする通常モードと、上記先行気筒用排気停止手段と後続気筒用新気導入停止手段とを作動状態とする再燃焼モードとに、運転状態に応じて切り替える切替手段が備えられていることを特徴とする請求項２または請求項３に記載のエンジン。
【請求項５】
再燃焼モードにおいて、先行気筒では空燃比が理論空燃比よりも大きいリーン空燃比で燃焼するように先行気筒への新気導入量及び燃料供給量の少なくとも一方を制御し、後続気筒では理論空燃比で燃焼するように後続気筒への排気導入量及び燃料供給量の少なくとも一方を制御する空燃比制御手段が備えられていることを特徴とする請求項４に記載のエンジン。
【請求項６】
先行気筒では火花強制着火を行い、後続気筒では圧縮自己着火を行うように着火を制御する着火制御手段が備えられていることを特徴とする請求項５に記載のエンジン。
【請求項７】
排気マニホールドの下流には三元触媒が配設されていると共に、該排気マニホールドが２重管構造とされていることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載のエンジン。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジン、特に先行気筒の排気を後続気筒に導入して再度燃焼させるように構成したエンジンの技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、自動車等の車両用エンジンにおいて、各気筒内に導入する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させることにより燃費改善を図る技術が知られている。このような希薄燃焼型エンジンにおいては、排気浄化用の触媒として三元触媒（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）を備えただけではリーン運転時にＮＯｘに対して十分な浄化性能が得られないため、酸素過剰雰囲気でＮＯｘを吸着し、酸素濃度低下雰囲気でＮＯｘの離脱・還元を行うリーンＮＯｘ触媒を設けることがある。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、排気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。
【０００３】
しかしながら、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なものが必要となり、また、三元触媒と比べて高価であるため、コスト的に不利となる。さらに、リーンＮＯｘ触媒の浄化性能を維持するためには、例えばリーン運転が続いてＮＯｘ吸着量が増大し飽和状態になったときには、上述のように、ＮＯｘの離脱・還元のために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るので、リーン燃焼による燃費改善効果が低減することになる。
【０００４】
そこで、リーン運転をしながらも、大気へのＮＯｘ放出量を減少させ、もってリーンＮＯｘ触媒を不要とする技術が要望されており、そのためには、例えば特許文献１に開示されている技術を応用することが考えられる。すなわち、多気筒エンジンにおいて、第１シリンダ（先行気筒）からの排気を第２シリンダ（後続気筒）に導入するための管路を設け、これらの２つのシリンダで混合気を２段燃焼するのである。つまり、先行気筒においてはリーン燃焼を行うが、該先行気筒から排出されたリーン燃焼の排気を後続気筒に導入して再燃焼させることにより、リーンの排気をそのまま大気に放出しないようにするのである。これにより、リーンＮＯｘ触媒が不要となる。その場合、特に、後続気筒では、例えば先行気筒から導入されたＯ２濃度に見合う量の燃料を供給する等して理論空燃比による燃焼を行い、この後続気筒の排気を大気側に開放することで、三元触媒だけで十分に排気の浄化が行われるようになる（本出願人による特願２００２−０２４５４８号明細書参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開昭６１−４６４２１号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、先行気筒で生成した排気を後続気筒で再燃焼するためには、先行気筒から後続気筒に排気を導入するための排気導入通路が必要となるが、該排気導入通路を備えたエンジンを既存のエンジンルームに収めるためには、該排気導入通路のコンパクト化（例えば、エンジン本体からの突出度合いが少ないこと等）が要求され、その結果、排気導入通路はできるだけ短縮化される傾向にある。さらに、先行気筒と後続気筒とが隣接するような場合は、排気導入通路は短いうえに、例えばＵ字状に曲折される。その結果、排気導入通路は、先行気筒から後続気筒に至る間に、直線距離が確保できず、後続気筒の燃焼室で十分な吸気流動が確保できなくなり、後続気筒における燃焼性が低下し、先行気筒で発生したリーン排気がそのまま排出されるというような事態が起こる。
【０００７】
そこで、本発明は、リーンＮＯｘ触媒を不要とするために先行気筒のリーン排気を後続気筒で再度燃焼するようにしたエンジンにおいて、後続気筒における燃焼性を向上させることを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明では次のように構成したことを特徴とする。
【０００９】
まず、請求項１に記載の発明は、偶数個の気筒を備え、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の排気を吸気行程側の気筒である後続気筒に導入して再度燃焼させるエンジンであって、上記排気導入用のポートが後続気筒に備えられ、該排気導入ポートはヘリカルポートとされていることを特徴とする。
【００１０】
この発明によると、排気導入ポートをヘリカルポートとしたことによって、後続気筒の燃焼室内にスワール流を形成することができ、排気導入通路において直線距離が十分に確保できない場合でも、後続気筒の燃焼室内に吸気流動を形成することができ、後続気筒での燃焼性が向上する。したがって、先行気筒から導入したリーンな排気を後続気筒で例えば理論空燃比燃焼（λ＝１燃焼）もしくはリッチ燃焼を行う場合に、後続気筒における燃焼性を向上することで、ＮＯｘを偏って多量に含むリーン排気がそのまま大気に放出されることが確実に回避され、リーンＮＯｘ触媒が不要となる。
【００１１】
次に、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、後続気筒の新気を導入する吸気ポートは、タンブル流もしくはスワール流を生成可能な略ストレートなストレートポートであることを特徴とする。
【００１２】
この発明によると、上記ストレートポートにおいては、燃焼室内に吸気流動を形成するために十分な直線距離を確保することができるので、燃焼室内にタンブル流もしくはスワール流を形成し、かつ吸気充填効率を確保することができる。
【００１３】
次に、請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の発明において、排気マニホールドのシリンダヘッドへの取付フランジには、先行気筒の第１の排気ポートと後続気筒の排気導入ポートとを連通する排気導入通路と、先行気筒の第２の排気ポートから大気に排気を排出する先行気筒側排気通路と、後続気筒の排気ポートから大気に排気を排出する後続気筒側排気通路とが設けられ、上記排気導入通路は断面積が略一定の形状とされていると共に、上記先行気筒側及び後続気筒側排気通路の断面はシリンダヘッドへの取付面側の開口が偏平形状とされ、下流側に向けて断面積を漸増しながら真円形状へと変化していることを特徴とする。
【００１４】
この発明によると、既存の排気マニホールドのフランジ部分の内部に排気導入通路を形成したから、該通路をエンジン本体より突出させて外部に新たに設ける必要がなくなり、コンパクト性が維持される。
【００１５】
また、排気導入通路の断面積を略一定の形状とすることによって、先行気筒から排出された排気が膨張することによる温度低下が回避され、後続気筒における着火性が維持されて、この点からも後続気筒の燃焼性が向上する。
【００１６】
一方、先行気筒側及び後続気筒側排気通路は、同様にフランジ内に形成される排気導入通路との干渉のため、該排気通路をフランジ内に形成するためのスペースが制限される。そこで、この発明によると先行気筒側及び後続気筒側排気通路のシリンダヘッドへの取付面側の開口を偏平に形成することによって、排気導入通路との干渉を回避すると共に、下流側の向けて断面積を漸増するように真円に形成することによって、排気効率を向上することができる。
【００１７】
次に、請求項４に記載の発明は、請求項２または請求項３に記載の発明において、先行気筒から大気への排気の排出を停止させる先行気筒用排気停止手段と、先行気筒から後続気筒への排気の導入を停止させる排気導入停止手段と、後続気筒への新気の導入を停止する後続気筒用新気導入停止手段とが備えられていると共に、上記排気導入停止手段のみを作動状態とする通常モードと、上記先行気筒用排気停止手段と後続気筒用新気導入停止手段とを作動状態とする再燃焼モードとに、運転状態に応じて切り替える切替手段が備えられていることを特徴とする。
【００１８】
この発明によると、通常モードでは後続気筒に新気を導入して燃焼を行い、再燃焼モードでは後続気筒に先行気筒からの排気を導入して燃焼を行う。そして、上記各停止手段を制御することによって、高負荷高回転側の運転領域では通常モード、低負荷低回転域では再燃焼モードとするような切り替えを容易に行うことができる。
【００１９】
次に、請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の発明において、再燃焼モードにおいて、先行気筒では空燃比が理論空燃比よりも大きいリーン空燃比で燃焼するように先行気筒への新気導入量及び燃料供給量の少なくとも一方を制御し、後続気筒では理論空燃比で燃焼するように後続気筒への排気導入量及び燃料供給量の少なくとも一方を制御する空燃比制御手段が備えられていることを特徴とする。
【００２０】
この発明によると、再燃焼モードにおいて、先行気筒では、該先行気筒への新気導入量及び燃料供給量の少なくとも一方を制御して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共にポンピングロスが低減されることにより燃費が改善され、また、後続気筒では、該後続気筒への排気導入量及び燃料供給量の少なくとも一方を制御して理論空燃比とされた状態で燃焼が行われて、後続気筒から排出される理論空燃比燃焼の排気のみが排出されるから、三元触媒だけで十分に効率よくＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘの排気浄化性能が得られる。
【００２１】
次に、請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の発明において、先行気筒では火花強制着火を行い、後続気筒では圧縮自己着火を行うように着火を制御する着火制御手段が備えられていることを特徴とする。
【００２２】
この発明によると、後続気筒で行われる圧縮自己着火は、燃焼室全体が一気に燃焼するため、効率良く燃焼が仕事に寄与する。また、ヘリカルポートによって形成されたスワール流は、圧縮行程終期にまで流動するので、圧縮による自然着火燃焼を行う場合の燃焼性の向上に有利である。
【００２３】
次に、請求項７に記載の発明は、請求項１から請求項６のいずれかに記載の発明において、排気マニホールドの下流には三元触媒が配設されていると共に、該排気マニホールドが２重管構造とされていることを特徴とする。
【００２４】
この発明によると、排気マニホールドを２重管構造とすることによって、排気は、温度を下げることなく下流に配設された三元触媒に導入することができるので排気の浄化性能が向上する。
【００２５】
【発明の実施の形態】
まず、本実施の形態に係るエンジン１の構成について説明する。図１は、本発明の実施の形態に係るエンジン１の概略構成を示す。このエンジン１は、火花点火式直噴エンジンであり、シリンダブロック３やシリンダヘッド４（図２参照）等で構成されるエンジン本体２には、４つの気筒（図１における上から順に、１番気筒Ａ，２番気筒Ｂ，３番気筒Ｃ，４番気筒Ｄ）が備えられている。なお、１番気筒Ａと４番気筒Ｄ、及び２番気筒Ｂと３番気筒Ｃとはそれぞれ類似の構成を有している。
【００２６】
図２に示すように、各気筒Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ（図例は、１番気筒Ａである）には、ピストン１１によって画成された燃焼室１２が形成されている。この燃焼室１２の上部中央には点火プラグ１３が設置されていると共に、側部から該燃焼室１２内を臨むように燃料噴射弁１４が備えられている。また、各気筒Ａ〜Ｄの燃焼室１２…１２に開口して吸気ポート１５…１５及び排気ポート１６…１６が設けられている（１，４番気筒Ａ，Ｄの排気ポートは、特許請求の範囲における第２の排気ポートに相当する）。さらに、２、３番気筒には排気導入ポート１７が、１、４番気筒には排気導出ポート１８（第１の排気ポート）がそれぞれ設けられる。これらのポート１５〜１８が図２のカムシャフト１９，２０によって駆動される吸気弁２１…２１および排気弁２２…２２、２、３番気筒Ｂ，Ｃの排気導入弁２３、１、４番気筒Ａ，Ｄの排気導出弁２４によりそれぞれ開閉されるようになっている。なお、点火プラグ１３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２５に接続されている。なお、図１で斜線で示された各弁は、後述する弁停止機構７０を有する弁を表す。
【００２７】
上記燃料噴射弁１４は、図略のニードル弁及びソレノイドを内蔵し、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１４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１２内の圧力よりも高い燃料圧力を与えうるように燃料供給系統が構成されている。
【００２８】
各気筒Ａ〜Ｄには、燃焼室１２…１２に開口する一対の吸気ポート１５…１５は、新気を導入する吸気管３０の下流側に配設された吸気マニホールド３１の下流端にそれぞれ接続されている。また、吸気マニホールド３１の各管内部には多連スロットル弁３２…３２が備えられ、この多連スロットル弁３２…３２を制御信号に応じてアクチュエータ３３により駆動することによって、新気導入量が調節される。なお、吸気管３０には吸気流量を検出し、この流量データを後述するＥＣＵ（コントロールユニット）に送るエアフローセンサ３４が設けられている。
【００２９】
また、排気ポート１６…１６は、排気マニホールド４０をシリンダヘッド４に取り付けるためのフランジ部４１に設けられた大気側排気通路４２…４２を介して排気マニホールド４０に連通する（１、４番気筒Ａ，Ｄについて上記通路４２は「先行気筒側排気通路」に、２、３番気筒Ｂ，Ｃについて上記通路４２は「後続気筒側排気通路」に相当する）。排気マニホールド４０は、下流側で１本の排気管４３に集合する。該排気管４３の下流には、排気中の酸素濃度を検出するＯ２センサ４４とさらに下流には三元触媒４５が配設されている。この三元触媒４５は、排気の空燃比が理論空燃比（空気過剰率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。一方、１、４番気筒Ａ，Ｄの排気導出ポート１８は、それぞれ上記フランジ部４１に設けられた排気導入通路４６，４６を介して２、３番気筒Ｂ，Ｃの排気導入ポート１７に連通する。この排気導入ポート１７の中間部には、リニアＯ２センサ４７，４７が設けられている。このリニアＯ２センサ４７，４７は、１、４番気筒Ａ，Ｄからの排気のリーン度合いを検出する。
【００３０】
次に、排気導入ポート１７の構造について図３を用いて説明すると、図３は、２番気筒Ｂの各ポート１５，１５，１６，１７を表すシリンダヘッド４の平断面図であり、排気導入ポート１７は、ヘリカルポート１７とされている。該ヘリカルポート１７は、該ポート１７が下流側に向かうに従って螺旋状に旋回するポートで、燃焼室１２内に横方向の渦流（スワール流）を形成する。これに対して、各吸気ポート１５，１５及び排気ポート１６の形状は、ほぼ直線状に燃焼室１２に至る略ストレート形状である。
【００３１】
排気マニホールド４０の構造について図４及び図５を用いて説明する。排気マニホールド４０は、フランジ部４１に形成された各大気側排気通路４２…４２にそれぞれ連通する４本の鋼管製の枝管４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄで構成される。そして、各枝管４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄは、湾曲してフランジ部４１中央下部に集合し、外周を内管５０に覆われる。さらに、該内管５０の周囲を所定距離を隔てて覆う外管５１が備えられて、２重管構造とされている。また、各枝管４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄから導入される排気ガスを二分して下流側に導く耐熱金属製の仕切り板５３が設けられている。一方、内管５０と外管５１との間の空間部にはステンレスワイヤメッシュ等から成るスペーサ５２が介設されている。排気マニホールド４０の下流端付近には、内管５０を排気管４３に接続するためのフランジ５４が設けられ、両者はボルト５５，５５で接続され、いわゆる４−２−１タイプの排気系を構成している。
【００３２】
図６は、フランジ部４１のシリンダヘッド４への取付け面を示す。フランジ部４１の内部には４本の大気側排気通路４２…４２と一対の排気導入通路４６，４６とが形成されている。フランジ部４１に形成された大気側排気通路４２…４２のシリンダヘッド４への取り付け面側の開口６０…６０は、上下に長い楕円形の偏平形状である。そして、図７に示すように、大気側排気通路４２…４２は、下流側に向かってそれぞれフランジ部４１内で断面形状を漸増するように変化させて、排気マニホールド４０側の開口６１…６１は真円形状となるようにフランジ部４１内部に形成される。なお、このフランジ部４１は、小型化、軽量化のために肉抜きを施す場合がある。一方、排気導入通路４６，４６は、１、４番気筒Ａ，Ｄに備えられた排気導出ポート１８の断面積を一定に保ちながらフランジ部４１内でＵ字状に折り返し、２、３番気筒Ｂ，Ｃに備えられた排気導入ポート１７に至る。そのため、フランジ部４１は、少なくとも排気導入通路４６，４６の断面積を確保できるだけの幅、厚みを有する。
【００３３】
次に、図８を用いて弁停止機構７０について説明すると、弁停止機構７０は、１、４番気筒Ａ，Ｄの排気弁２３と排気導出弁２４及び２、３番気筒Ｂ，Ｃの吸気弁２１…２１と排気導入弁２２（図１の斜線で表された弁）に対応するタペット７１…７１に形成されている。該タペット７１は、弁作動用のセンタタペット７２と弁停止用のサイドタペット７３とに分割された構造である。また、センタタペット７２とサイドタペット７３の結合、離脱を行う油圧式のロック機構７４を備えている。センタタペット７２と両サイドタペット体７５，７６には貫通孔８０，８１，８２が設けられており、該貫通孔にはブッシュ８３，８４，８５がそれぞれ挿入固定されている。そして、ブッシュ８３，８４，８５の内側には、油圧プランジャ８６、ロックピン８７、及びプランジャ８８がそれぞれ移動可能な状態で嵌合している。また、ブッシュ８４，８５には油圧プランジャ８６、ロックピン８７、及びプランジャ８８を所定の位置に戻すリターンスプリング８９，９０がそれぞれ備えられている。
【００３４】
油圧プランジャ８６は、油圧が作用すると、ロックピン８７側に移動して、ロックピン８７及びプランジャ８８をサイドタペット体７６側に押す。このとき、油圧プランジャ８６とロックピン８７の接触部分及びロックピン８７とプランジャ８８の接触部分ががセンタタペット７２とサイドタペット７３との分割部分と略面一になって、センタタペット７２がサイドタペット７３から離脱し、ロック解除状態となる。また、油圧が開放されると、リターンスプリング８９，９０がロックピン８７及びプランジャ８８をサイドタペット体７５側に押し返し、ロックピン８７がセンタタペット７２とサイドタペット体７５の分割部分、プランジャ８８がセンタタペット７２とサイドタペット体７６の分割部分にそれぞれ嵌り、それらが協働してセンタタペット７２とサイドタペット７３とを結合し、ロック状態となる。
【００３５】
このように、ロック機構７４は油圧によりロック状態とロック解除状態とに切換可能で、ロック状態においては、センタタペット７２とサイドタペット７３とが結合し、サイドタペット７３とカム９１により駆動されるセンタタペット７２とが協働して弁をリフトさせる。また、ロック解除状態においては、センタタペット７２がサイドタペット７３から離脱して図示しないロストモーションスプリングによりカム９１に押圧された状態で自由移動し、弁停止用真円カム９２がサイドタペット７３を介して、弁を作動停止とする。
【００３６】
続いて、本実施の形態に係るエンジン１の作用効果を説明する。
【００３７】
各気筒Ａ〜Ｄは、所定の位相差をもって吸気、圧縮、膨張、排気の各行程からなるサイクルを行う。このエンジン１の場合、図９に示すようにサイクルが１番気筒Ａ、３番気筒Ｃ、４番気筒Ｄ、２番気筒Ｂの順にクランク各で１８０°ずつの位相差が設けられている。各気筒Ａ〜Ｄは、圧縮行程において燃料噴射弁１４…１４によりそれぞれ燃料が噴射され、その後点火プラグ１３…１３により点火される。
【００３８】
排気行程と吸気行程と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（以下、先行気筒という）から吸気行程側の気筒（以下、後続気筒という）へ排気導入通路４６，４６を介して排気を導くことができる（図９の破線矢印参照）。ここでは、１番気筒Ａの排気行程と２番気筒Ｂの吸気行程とが重なり、また、４番気筒Ｄの排気行程と３番気筒Ｃの吸気行程とが重なるので、１番気筒Ａ及び４番気筒Ｄが先行気筒、２番気筒Ｂ及び３番気筒Ｃが後続気筒である。なお、後続気筒は、吸気行程のときに排気行程にあるポートから排気を導入されるポートを持つ気筒であればよい。
【００３９】
図１０は、エンジン１の制御系統のブロック図を示している。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１制御用のＥＣＵ１００には、エアフローセンサ３４、Ｏ２センサ４４、及びリニアＯ２センサ４７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１０１及びアクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセル開度センサ１０２等からの信号も入力される。また、このＥＣＵ１００から第１、第２コントロール弁１１１，１１２と、各燃料噴射弁１４…１４の点火回路２５と、多連スロットル弁３２…３２のアクチュエータ３３とに対して制御信号が出力されている。また、ＥＣＵ１００は、運転状態判別手段１２０、弁停止機構制御手段１２１、吸入空気量制御手段１２３、及び燃料噴射制御手段１２４を備えている。
【００４０】
運転状態判別手段１２０は、上記回転数センサ１０１及びアクセル開度センサ１０２等からの信号によりエンジン回転数やエンジン負荷のエンジン１の運転状態を調べ、図１１に示すように運転状態が低負荷低回転側の運転領域Ｘ、または高負荷側ないしは高回転側の運転領域Ｙにあるかを判別する。
【００４１】
弁停止機構制御手段１２１は、運転状態が低負荷低回転側の運転領域Ｘにある場合と高負荷または高回転側の運転領域Ｙにある場合とに応じ、上記各コントロール弁１１１，１１２を制御し、弁停止機構７０…７０への油圧の給排を制御する。
【００４２】
具体的には、運転領域Ｘでは、第１コントロール弁１１１をＯＦＦ、即ち排気導入弁２３及び排気導出弁２４に対応する弁停止機構７０…７０には制御油圧を供給せずに排気導入弁２３及び排気導出弁２４を作動状態にし、かつ、第２コントロール弁１１２をＯＮ、即ち１、４番気筒Ａ，Ｄに備えられた排気弁２３及び２、３番気筒Ｂ，Ｃ備えられた吸気弁２１に対応する弁停止機構７０…７０には油圧を供給して１、４番気筒Ａ，Ｄに備えられた排気弁２３及び２、３番気筒Ｂ，Ｃ備えられた吸気弁２１を停止状態にする（再燃焼モード）。
【００４３】
一方、運転領域Ｙでは、第１コントロール弁１１１をＯＮ、即ち排気導入弁２３及び排気導出弁２４に対応する弁停止機構７０…７０には制御油圧を供給せずに排気導入弁２３及び排気導出弁２４を作動状態にし、かつ、第２コントロール弁１１２をＯＮ、即ち１、４番気筒Ａ，Ｄに備えられた排気弁２３及び２、３番気筒Ｂ，Ｃに備えられた吸気弁２１に対応する弁停止機構７０…７０に油圧を供給し、１、４番気筒Ａ，Ｄに備えられた排気弁２３及び２、３番気筒Ｂ，Ｃに備えられた吸気弁２１を停止状態にする（通常モード）。
【００４４】
吸入空気量制御手段１２３は、アクチュエータ３３を制御することによりスロットル弁の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。この場合、低負荷低回転側の運転領域Ｘでは、後続気筒Ｂ，Ｃに対しては吸気マニホールド３１からの吸気導入が遮断されて先行気筒Ａ，Ｄから導入される排気中の過剰空気が燃料に供せられるので、先行、後続の２気筒分の燃焼に必要な空気が先行気筒に供給されるようにスロットル開度が調節される。
【００４５】
燃料噴射制御手段１２４は、各気筒Ａ〜Ｄに設けられた燃料噴射弁１４…１４からの燃料噴射量及び噴射タイミングをエンジン１の運転状態に応じて制御するもので、特に運転領域Ｘの場合と運転領域Ｙの場合とで燃料噴射の制御が異なる。
【００４６】
すなわち、図９に示すように、運転状態が運転領域Ｘ（再燃焼モード）にある場合、先行気筒Ａ，Ｄ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Ｂ，Ｃに対しては、先行気筒Ａ，Ｄ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、圧縮行程で燃料が噴射することでより好ましい燃焼性が得られる。
【００４７】
上記再燃焼モードにおける燃料噴射量の制御は、エアフローセンサ３４及びＯ２センサ４４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Ａ，Ｄで所定のリーン空燃比、後続気筒Ｂ，Ｃで理論空燃比と成るように、エアフローセンサ３４により検出される吸入空気量に応じてそれぞれの気筒Ａ〜Ｄに対する基本噴射量が演算されると共に、排気導入通路４６，４６に設けられたリニアＯ２センサ４７，４７からの出力に基づいて先行気筒Ａ，Ｄに対する燃流噴射量がフィードバック補正され、さらに排気管４３に設けられたＯ２センサ４４からの出力に基づいて後続気筒Ｂ，Ｃ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。
【００４８】
一方、図１２に示すように、運転状態が運転領域Ｙ（通常モード）にある場合、各気筒Ａ〜Ｄ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Ｙにうちの対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、各気筒に対して、例えば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ことによってより好ましい燃焼性が得られる。
【００４９】
上記のような制御を行うことによって、次のような作用が得られる。すなわち、運転領域Ｘでは、先行気筒Ａ，Ｄにおいては吸気マニホールド３１から新気が導入され、リニアＯ２センサ４７により検出される空燃比が所定の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を噴射し、また、所定点火時期に点火を行いリーン空燃比での成層燃焼が行われる。
【００５０】
また、先行気筒Ａ，Ｄから排出される既燃ガスがそのまま排気導入通路４６，４６を介して後続気筒Ｂ，Ｃに導入されると共に、この後続気筒Ｂ，Ｃから排出される既燃ガスのみが三元触媒４５を備えた排気管４３に導かれるような２気筒接続状態となる。
【００５１】
このように、先行気筒Ａ，Ｄ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共に、ポンピングロスが低減され、燃費を改善できる。
【００５２】
また、排気導入ポート１７をヘリカルポート１７としたことによって後続気筒Ｃ，Ｄの燃焼室１２，１２内にスワール流を形成することができ、排気導入通路４６において直線距離が十分に確保できない場合でも後続気筒Ｂ，Ｃの燃焼室１２，１２内に吸気流動を形成することができ、後続気筒Ｂ，Ｃでの燃焼性が向上する。したがって、先行気筒Ａ，Ｄから導入したＮＯｘを多量に含む排気を後続気筒Ｂ，Ｃで理論空燃比燃焼（λ＝１燃焼）もしくはリッチ燃焼を行う場合に、後続気筒Ｂ，Ｃにおける燃焼性を向上することで、ＮＯｘを偏って多量に含むリーン排気がそのまま大気に放出されることが確実に回避され、後続気筒Ｂ，Ｃからの排気を三元触媒４５のみで十分に浄化することができ、リーンＮＯｘ触媒が不要となり、コストの削減が図られる。
【００５３】
一方、後続気筒Ｂ，Ｃの吸気ポート１５…１５においては、燃焼室１２，１２内に吸気流動を形成するために十分な直線距離を確保することができるので、後続気筒Ｂ，Ｃの燃焼室１２，１２内にタンブル流もしくはスワール流を形成して吸気充填効率を確保することができる。
【００５４】
さらに、ヘリカルポート１７によって形成されたスワール流は、圧縮行程終期にまで残っており、さらに先行気筒Ａ，Ｄでの燃焼により後続気筒Ｂ，Ｃに導入する排気の温度が高いため、後続気筒Ｂ，Ｃにおいては点火プラグ１３，１３による着火を行わずに圧縮による自然着火を行うこともできる（図１３参照）。このとき、燃焼室１２，１２内で排気と燃料を十分に撹拌した状態で燃焼が行われて、例えば燃料は吸気行程で噴射することによってより好ましい燃焼性が得られる。
【００５５】
また、後続気筒Ｂ，Ｃに導入する排気の温度を下げないために、排気マニホールド４０のフランジ部４１に形成される排気導入通路４６，４６の断面積を一定に保つようにしている。このように、圧縮自己着火が行われると、燃焼室１２，１２内全体が一気に燃焼するため、効率良く燃焼が仕事に寄与する。
【００５６】
一方、排気マニホールド４０を鋼管製の枝管４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄとし、下流側を内管５０と外管５１との２重管構造とすることによって、排気の温度を下げることなく下流に配設された三元触媒４５に排気を導入することができ、排気の浄化性能を向上することができる。
【００５７】
また、排気マニホールド４０のフランジ部４１に形成された大気側排気通路４２…４２のシリンダヘッド４側の開口６０…６０を偏平に形成することによって、該フランジ部４１内で排気導入通路４６，４６との干渉を回避すると共に、特に図６に示すように楕円形状に形成することにより該大気側排気通路４２…４２の断面積を十分に確保することができ、その結果排気効率を向上することができる。また、大気側排気通路４２…４２を下流側に向かって断面積が漸増するように形成することによって、さらに排気効率を確保することができる。
【００５８】
なお、本実施の形態では通常モードと再燃焼モードの切換えをタペット１１に設けられた弁停止機構７０を用いて行うが、例えば吸・排気マニホールド３１，４０、排気導入通路４６、各ポート１５，１６，１７，１８等の通路に通路の導通・遮断を行うシャッターを設け、運転状態に応じてシャッターを開閉することによってモードの切換えを行うようにしてもよい。
【００５９】
【発明の効果】
以上のように、本発明によると、排気導入ポートをヘリカルポートとしたことによって、後続気筒の燃焼室内にスワール流を形成することができ、排気導入通路において直線距離が十分に確保できない場合でも、後続気筒の燃焼室内に吸気流動を形成することができ、後続気筒での燃焼性が向上する。したがって、先行気筒から導入したリーンな排気を後続気筒で例えば理論空燃比燃焼（λ＝１燃焼）もしくはリッチ燃焼を行う場合に、後続気筒における燃焼性を向上することで、ＮＯｘを偏って多量に含むリーン排気がそのまま大気に放出されることが確実に回避され、リーンＮＯｘ触媒が不要となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係るエンジンの概略平面図である。
【図２】１番気筒における燃焼室周辺を示す概略縦断面図である。
【図３】２番気筒に備えられた各ポートを示すシリンダヘッドの平断面図である。
【図４】排気マニホールドの正面図である。
【図５】図４のア−ア線による断面図である。
【図６】排気マニホールドのフランジ部の正面図である。
【図７】図６のイ−イ線による断面図である。
【図８】弁停止機構の要部断面図である。
【図９】再燃焼モードにおけるエンジンサイクル及び点火タイミングを示す図である。
【図１０】エンジンの制御系統を示すブロック図である。
【図１１】運転領域を示す図である。
【図１２】通常モードにおける点火タイミングを示す図である。
【図１３】圧縮自己着火燃焼を行うときの点火タイミングを示す図である。
【符号の説明】
１      エンジン
４      シリンダヘッド
１５    吸気ポート
１６    排気ポート（第２の排気ポート）
１７    排気導入ポート（ヘリカルポート）
１８    排気導出ポート（第１の排気ポート）
４０    排気マニホールド
４１    フランジ部
４２    大気側排気通路（先行気筒側排気通路、後続気筒側排気通路）
４５    三元触媒
４６    排気導入通路
６０    偏平開口
６１    真円開口
７０    弁停止機構（先行気筒用排気停止手段、排気導入停止手段、後続気筒用新気導入停止手段）
１００  ＥＣＵ（切替手段）
１２３  燃料噴射制御手段（空燃比制御手段、着火制御手段）
Ａ，Ｄ  １、４番気筒（先行気筒）
Ｂ，Ｃ  ２、３番気筒（後続気筒）
【図１】
2005016428.tif 000003
【図２】
2005016428.tif 000004
【図３】
2005016428.tif 000005
【図４】
2005016428.tif 000006
【図５】
2005016428.tif 000007
【図６】
2005016428.tif 000008
【図７】
2005016428.tif 000009
【図８】
2005016428.tif 000010
【図９】
2005016428.tif 000011
【図１０】
2005016428.tif 000012
【図１１】
2005016428.tif 000013
【図１２】
2005016428.tif 000014
【図１３】
2005016428.tif 000015