(57)【要約】【課題】気筒間に出力差が生じないようにして、トルク変動を発生させることなく、早期に触媒を暖機状態にすることのできる内燃機関の触媒暖機装置を提供すること。【解決手段】対向する吸気口２０ａ、２０ｂと排気口３０ａ、３０ｂとが開口する燃焼室１５と、排気口に接続される排気マニホールド３１と、燃焼空間内に向けて燃料を噴射するインジェクタ２１ａ、２１ｂと、排気マニホールドに連結される触媒装置３４と、を備えるエンジンの触媒暖機装置であって、排気マニホールドは、排気口毎に独立した並列管３１ａ１、３１ａ２のまま延長されて触媒装置の上流側近傍の集合管３１ｂで集合させ、排気口から流入する排気ガスに含まれる、吸気口から吸入する吸入空気の新気分とインジェクタの噴射する噴射燃料の未燃焼分との比率に、並列管３１ａ１、３１ａ２間で差を付ける構成を有する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼空間を挟んで対向する吸気口と排気口とを１組として、前記吸気口と前記排気口との複数組が開口する燃焼室と、前記排気口に接続されて前記燃焼室内から排気される排気ガスの排気経路を規制する排気マニホールドと、前記燃焼空間内に向けて燃料を噴射する複数個のインジェクタと、前記排気マニホールドに連結されて前記燃焼室内から排気される排気ガスを浄化する触媒と、を備える内燃機関の触媒暖機装置であって、
前記排気マニホールドは、前記排気口毎に独立した前記排気経路のまま延長されて前記触媒の上流側近傍で集合され、
前記排気口から前記排気マニホールド内に流入する排気ガスに含まれる、前記吸気口から吸入する吸入空気の新気分と前記インジェクタの噴射する噴射燃料の未燃焼分との比率に、当該排気マニホールド内の排気経路間で差を付ける構成を有することを特徴とする内燃機関の触媒暖機装置。
【請求項２】
前記吸入空気の吸入または前記噴射燃料の噴射の内の少なくとも一方を調整して当該吸入空気と当該噴射燃料とを混合させた混合気の空燃比を制御する混合制御部を備えて、
前記吸気口と前記インジェクタの１組毎に対応して、前記混合気の前記吸気口の対向位置に向かう流動方向に前記排気口が開口し、
前記混合制御部は、前記吸気口と前記インジェクタの１組毎に、前記吸入空気と前記噴射燃料との前記混合気の空燃比を制御して、前記排気ガスに含まれる前記吸入空気の新気分と前記噴射燃料の未燃焼分の比率に、前記排気マニホールド内の排気経路間で差を付けることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の触媒暖機装置。
【請求項３】
前記混合制御部は、前記排気マニホールドを経由して前記触媒の上流側近傍で合流する際に、前記排気ガスの空燃比が理論空燃比になるように、前記吸気口と前記インジェクタの１組毎に、前記吸入空気と前記噴射燃料との前記混合気の空燃比を制御することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の触媒暖機装置。
【請求項４】
前記燃焼室は、前記燃焼空間を挟む対向位置に開口する前記吸気口と前記排気口との間において前記混合気がタンブル流を形成して対流するように形成されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の内燃機関の触媒暖機装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の触媒暖機装置に関し、詳しくは、内燃機関の排気ガスを浄化する触媒を早期に活性化させる内燃機関の触媒暖機装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関は、吸入空気と噴射燃料との混合気を燃焼させた排気ガスを清浄にした上で外気中に排気する装置として触媒コンバータを取り付けることが一般的に採用されており、その触媒コンバータは、搭載する触媒を所望温度以上に昇温させることで高効率に浄化処理可能な状態、言い換えると、触媒を活性化させて有効に機能させることができる。
【０００３】
このことから、特許文献１に記載の内燃機関の触媒暖機装置では、内燃機関が備える一部の気筒への燃料噴射を停止する減筒運転を行うことにより稼働中の気筒からの排気ガス中の未燃焼成分と停止中の気筒を通過する吸入空気とを排気マニホールドの集合箇所で合流させて燃焼させる、所謂、後燃えを発生させている。この触媒暖機装置では、気筒内だけでなく触媒の上流側での後燃えを発生させた排気ガスを触媒コンバータ内に導入し触媒を昇温させることができ、単に気筒内での燃焼後の排気ガスを導入するよりも触媒を所望温度以上に昇温させて活性化させる暖機処理を早期に完了することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−１８２６０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、この特許文献１に記載のような内燃機関の触媒暖機装置にあっては、一部の気筒を停止することから、稼働中の気筒と停止中の気筒との間に出力差が生じてトルク変動が発生しないように制御することは難しく、例えば、車両に搭載される場合には、走行性能や走行品質に悪影響を及ぼす可能性がある。
【０００６】
そこで、本発明は、気筒間に出力差が生じないようにして、トルク変動を発生させることなく、早期に触媒を暖機状態にすることのできる内燃機関の触媒暖機装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１の態様は、燃焼空間を挟んで対向する吸気口と排気口とを１組として、前記吸気口と前記排気口との複数組が開口する燃焼室と、前記排気口に接続されて前記燃焼室内から排気される排気ガスの排気経路を規制する排気マニホールドと、前記燃焼空間内に向けて燃料を噴射する複数個のインジェクタと、前記排気マニホールドに連結されて前記燃焼室内から排気される排気ガスを浄化する触媒と、を備える内燃機関の触媒暖機装置であって、前記排気マニホールドは、前記排気口毎に独立した前記排気経路のまま延長されて前記触媒の上流側近傍で集合され、前記排気口から前記排気マニホールド内に流入する排気ガスに含まれる、前記吸気口から吸入する吸入空気の新気分と前記インジェクタの噴射する噴射燃料の未燃焼分との比率に、当該排気マニホールド内の排気経路間で差を付ける構成を有することを特徴とするものである。
【０００８】
本発明の第２の態様としては、前記吸入空気の吸入または前記噴射燃料の噴射の内の少なくとも一方を調整して当該吸入空気と当該噴射燃料とを混合させた混合気の空燃比を制御する混合制御部を備えて、前記吸気口と前記インジェクタの１組毎に対応して、前記混合気の前記吸気口の対向位置に向かう流動方向に前記排気口が開口し、前記混合制御部は、前記吸気口と前記インジェクタの１組毎に、前記吸入空気と前記噴射燃料との前記混合気の空燃比を制御して、前記排気ガスに含まれる前記吸入空気の新気分と前記噴射燃料の未燃焼分の比率に、前記排気マニホールド内の排気経路間で差を付けるように構成するのが好ましい。
【０００９】
本発明の第３の態様としては、前記混合制御部は、前記排気マニホールドを経由して前記触媒の上流側近傍で合流する際に、前記排気ガスの空燃比が理論空燃比になるように、前記吸気口と前記インジェクタの１組毎に、前記吸入空気と前記噴射燃料との前記混合気の空燃比を制御するように構成するのが好ましい。
【００１０】
本発明の第４の態様としては、前記燃焼室は、前記燃焼空間を挟む対向位置に開口する前記吸気口と前記排気口との間において前記混合気がタンブル流を形成して対流するように形成されているのが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
このように、上記の第１の態様によれば、一つの燃焼室に複数個の吸気口、排気口およびインジェクタを配置して、排気口から流入する排気ガスに含まれる吸入空気の新気分と噴射燃料の未燃焼分との比率に、独立した排気経路のまま延長されている排気マニホールドの間で差が付けられる。例えば、一方の排気マニホールドには未燃焼分の多いリッチ側に調整された排気ガスが流入されて、他方の排気マニホールドには未燃焼分の少ないリーン側に調整された排気ガスが流入されて、排気口毎の排気経路の集合する触媒の上流側近傍で合流される。このため、排気マニホールドに流入した吸入空気と噴射燃料の新気分と未燃焼分とを触媒の上流側近傍で合流させて燃焼させることができる。
【００１２】
したがって、一つの気筒だけを、あるいは複数の気筒のいずれも、停止させることなく、言い換えると、気筒間に出力差を生じさせてトルク変動を起こさせることなく、排気マニホールドの触媒近傍で排気ガスを後燃え（再燃焼）させて触媒に導入させることができ、上流側近傍での燃焼熱や高温の排気ガスで触媒を積極的に昇温させて暖機状態に早期に移行させることができる。この結果、効率よく触媒を機能させて清浄な排気ガスを排気させる状態にし、内燃機関を早期に高出力稼働な状態にすることができる。例えば、車両に搭載される場合でも、触媒の暖機処理で走行性能や走行品質が低下してしまうことを回避しつつ、その車載する内燃機関の触媒を早期に暖機状態にして排気ガスの清浄化処理を実行することができる。
【００１３】
上記の第２の態様によれば、吸気口とインジェクタの１組毎の混合気の流動方向に開口する排気口毎に、吸入空気の吸入または噴射燃料の噴射の一方あるいは双方を制御して空燃比を所望に調整した吸入空気と噴射燃料の混合気を流入させることができる。例えば、一方の排気マニホールドには吸入空気に対して相対的に噴射燃料を増量して（相対的に吸入空気を減量してもよい）リッチ側に調整された排気ガスを流入させ、また、他方の排気マニホールドには吸入空気に対して相対的に噴射燃料を減量して（相対的に吸入空気を増量してもよい）未燃焼部の少ないリーン側に調整された排気ガスを流入させるだけで混合気の空燃比を調整することができる。このため、含まれる吸入空気の新気分と噴射燃料の未燃焼分の比率を排気マニホールド毎に容易に調整して排気経路間で差を付けた排気ガスを触媒上流側近傍の集合箇所で合流させて燃焼させることができる。
【００１４】
したがって、吸入空気の吸入または噴射燃料の噴射の量などを調整するだけで、排気ガスに含まれる新気分と未燃焼分とを所望の空燃比に容易に調整して触媒を昇温させることができる。この結果、触媒を早期かつ簡易に暖機状態にさせることができる。
【００１５】
上記の第３の態様によれば、排気マニホールドを経由して触媒上流側近傍で合流する排気ガスに含まれる吸入空気の新気分と噴射燃料の未燃焼成分とは空燃比が理論空燃比に調整される。
【００１６】
したがって、触媒上流側近傍の集合箇所で合流する排気ガスを容易かつ高効率に燃焼させて、触媒を早期かつ簡易に暖機状態にさせることができる。また、触媒に流入させる排気ガスを効率よく燃焼させることができ、触媒の清浄化に伴う負荷を低減して清浄化性能が低下することを抑制することができる。
【００１７】
上記の第４の態様によれば、吸気口とインジェクタの１組毎の混合気にタンブル流を発生させ対流させた状態で燃焼させて対向位置に開口する排気口毎に排気ガスを流入させることができる。
【００１８】
したがって、吸気口とインジェクタの１組毎の混合気内での混合を促進させつつ、その混合気同士での混合は積極的に進めることなく、吸入空気の新気分と噴射燃料の未燃焼分の比率が調整された混合気を含む排気ガスを効率よく排気口毎に流入させることができ、排気経路間で差を付けた排気ガスを触媒上流側近傍の集合箇所で合流させて燃焼させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る触媒暖機装置を搭載した車両の一例を示す図であり、その概略構成を示す関連構成図である。
【図２】図２は、燃焼室周りの構成を示す配置構成図である。
【図３】図３は、燃焼室に開口する排気口からの排気マニホールドを説明する図であり、（ａ）は排気マニホールドの構成を示す概念図、（ｂ）は排気マニホールドにおける通常燃焼と後燃焼での排気ガスの温度を示すグラフである。
【図４】図４は、混合気における空燃比と燃焼速度との関係を示すグラフである。
【図５】図５は、触媒暖機装置による燃料噴射の制御処理を説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。
図１に示すように、本発明の実施形態に係る触媒暖機装置を搭載した車両１は、内燃機関型のエンジン２と、燃料供給機構３と、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）５とを含んで構成されている。
【００２１】
エンジン２は、シリンダブロック１０とシリンダヘッド１１とを備えている。シリンダブロック１０には、円筒状の気筒１２が形成されている。気筒１２には、ピストン１３が往復に移動できるように収納されている。シリンダブロック１０、シリンダヘッド１１およびピストン１３によって、各気筒１２の燃焼室１５が形成されている。
エンジン２は、ピストン１３が気筒１２内を２往復する間に吸気行程、圧縮行程、膨張行程および排気行程からなる一連の４行程を行うとともに、圧縮行程および膨張行程の間に点火を行う４サイクルのエンジンによって構成されている。
エンジン２は、本実施形態では直列４気筒のエンジン（図３を参照）によって構成されているものとするが、直列６気筒エンジン、Ｖ型６気筒エンジン、Ｖ型１２気筒エンジンまたは水平対向６気筒エンジン等の種々の型式のエンジンに本実施形態を適用してもよいことは言うまでもない。なお、図１に示すエンジン２は、直列に配置された４つの気筒のうちの１つの気筒１２が図示されている。
【００２２】
各気筒１２に収納されたピストン１３は、コネクティングロッド１４を介してクランクシャフト１６に連結されている。コネクティングロッド１４は、ピストン１３の往復運動をクランクシャフト１６の回転運動に変換するようになっている。
【００２３】
したがって、エンジン２は、気筒１２内の燃焼室１５で燃料と空気との混合気を燃焼させることによりピストン１３を往復に移動させ、コネクティングロッド１４を介してクランクシャフト１６を回転させることにより、車両１の不図示の車輪を転動させる駆動力を発生するようになっている。
【００２４】
なお、エンジン２に用いられる燃料は、ガソリンとするが、ガソリンに代えて、軽油等の炭化水素系の燃料またはエタノール等のアルコールとガソリンとを混合したアルコール燃料であってもよい。
【００２５】
シリンダヘッド１１には、図２に示すように、１つの気筒１２に対して、２つの吸気ポート２０ａ、２０ｂと、２つの排気ポート３０ａ、３０ｂとが形成されている。シリンダヘッド１１の吸気ポート２０ａ、２０ｂ部分には、２つのインジェクタ２１ａ、２１ｂがそれぞれ装着されている。
【００２６】
各インジェクタ２１ａ、２１ｂは、ＥＣＵ５によって制御されるソレノイドコイルおよびニードルバルブを有している。各気筒１２のインジェクタ２１ａ、２１ｂは、デリバリーパイプ２２に接続されている。
デリバリーパイプ２２には、ガソリンが燃料供給機構３によって加圧されて供給されるようになっている。このため、各インジェクタ２１ａ、２１ｂには、所定の圧力でガソリンが供給される。
各インジェクタ２１ａ、２１ｂは、ＥＣＵ５によってソレノイドコイルに通電されると、ニードルバルブを開いて、燃焼室１５に燃料を噴射するようになっている。ここで、インジェクタ２１ａ、２１ｂの燃料噴射量を合わせた総噴射量の変化は、各インジェクタ２１ａ、２１ｂのソレノイドコイルの通電時間が同じであれば、この通電時間に対して、それぞれ予め定められた最小噴射量と最大噴射量との範囲で線形となる。
すなわち、目標噴射量が最小噴射量と最大噴射量との範囲内であれば、ＥＣＵ５は、各インジェクタ２１ａ、２１ｂの作動時間を調整することによりインジェクタ２１ａ、２１ｂの総噴射量を目標噴射量に調整することができる。
【００２７】
エンジン２の吸気ポート２０ａ、２０ｂには、空気とガソリンの混合気を燃焼室１５に導入するための吸気マニホールド２３が設けられている。吸気マニホールド２３内は、外気を吸入するための吸気通路に連通している。すなわち、吸気マニホールド２３は、吸気通路と各気筒１２の吸気ポート２０ａ、２０ｂとを連通している。
吸気マニホールド２３には、吸気の脈動および干渉を抑える所定容積のサージタンク２５と、エンジン２の吸入空気量を調整するためのスロットルバルブ２６と、吸入空気量を検出するエアフローセンサ２７とが設けられている。
【００２８】
エンジン２の排気ポート３０ａ、３０ｂには、燃焼室１５のなかで混合気の燃焼によって発生した排気ガスを車外に排出するための排気マニホールド３１が設けられている。排気マニホールド３１は、後述する触媒装置３４に接続されて排気通路として機能する排気管３９（図３を参照）に連通している。すなわち、排気マニホールド３１は、排気通路と各気筒１２の排気ポート３０ａ、３０ｂとを連通している。
排気マニホールド３１には、排気ガス中の酸素濃度から空燃比を検出する空燃比センサ３３と、排気ガスを浄化する触媒装置３４と、浄化後の排気ガス中の酸素濃度を検出する排気センサ３５と、触媒装置３４の温度を検出する触媒温度センサ３６と、が設けられている。触媒装置３４は、一般に、排気ガスに含まれる未燃炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）および窒素酸化物（ＮＯｘ）といった有害物質を効率的に除去することができる三元触媒を備えている。この三元触媒は、好ましくはＮＯｘ含有率の高い排気ガスからでも、ＮＯｘを効率的に除去する機能を有するものが用いられる。
【００２９】
また、エンジン２には、吸気マニホールド２３から燃焼室１５に対する混合気の導入をそれぞれ制御するための吸気バルブ４０ａ、４０ｂと、燃焼室１５から排気マニホールド３１に対する排気ガスの排出を制御するための排気バルブ４１ａ、４１ｂと、燃焼室１５内の混合気に点火する点火プラグ４２と、各気筒１２の点火プラグ４２に選択的に点火させるイグナイタ４３とが設けられている。
【００３０】
点火プラグ４２は、プラチナやイリジウム合金製の電極を有する公知の点火プラグによって構成されている。点火プラグ４２は、ＥＣＵ５に制御されたイグナイタ４３によって電極が通電されることにより放電し、燃焼室１５内の混合気に点火するようになっている。
【００３１】
エンジン２には、シリンダヘッド１１の上部に、吸気カムシャフト４５および排気カムシャフト４６が回転可能に設けられている。
吸気カムシャフト４５には、吸気バルブ４０ａ、４０ｂの上端に当接する吸気カム４７が設けられている。このため、吸気カムシャフト４５が回転すると、吸気カム４７が吸気バルブ４０ａ、４０ｂを開閉駆動し、吸気ポート２０ａ、２０ｂと燃焼室１５との間が開閉される。
排気カムシャフト４６には、排気バルブ４１ａ、４１ｂの上端に当接する排気カム４８が設けられている。このため、排気カムシャフト４６が回転すると、排気カム４８が排気バルブ４１ａ、４１ｂを開閉駆動し、燃焼室１５と排気ポート３０ａ、３０ｂとの間が開閉される。
【００３２】
吸気カムシャフト４５と排気カムシャフト４６は、クランクシャフト１６と共に不図示のタイミングベルトを巻き掛けられて連動するようになっている。すなわち、クランクシャフト１６の回転は、タイミングベルトによって吸気カムシャフト４５および排気カムシャフト４６に伝達される。
したがって、吸気カムシャフト４５および排気カムシャフト４６によって駆動される吸気バルブ４０ａ、４０ｂと、排気バルブ４１ａ、４１ｂとは、クランクシャフト１６に同期して吸気ポート２０ａ、２０ｂと、排気ポート３０ａ、３０ｂとをそれぞれ開閉するようになっている。
【００３３】
燃料供給機構３は、燃料タンク５１と、燃料供給管５２とを含んで構成されており、燃料タンク５１は、車両１の車体の下部側に配置され、エンジン１に供給されるガソリンを貯留する。燃料供給管５２は、デリバリーパイプ２２に連通して燃料タンク５１内から汲み上げるガソリンの燃料供給通路を形成している。なお、その燃料タンク５１内で発生する蒸発燃料は、エンジン２の吸気時に吸気通路、より詳細には、サージタンク２５内に吸入させて、吸気マニホールド２３を介して空気との混合気として燃焼室１５に導入し燃焼させることができるようになっている。
【００３４】
ＥＣＵ５は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と、ＲＡＭ（Random Access Memory）と、ＲＯＭ（Read Only Memory）と、フラッシュメモリと、入力ポートと、出力ポートとを備えたコンピュータユニットによって構成されている。ＥＣＵ５のＲＯＭには、各種制御定数や各種マップ等とともに、当該コンピュータユニットをＥＣＵ５として機能させるためのプログラムが記憶されている。
すなわち、ＥＣＵ５において、ＣＰＵがＲＯＭからＲＡＭにプログラムを読み込んで、読み込んだプログラムを実行することにより、当該コンピュータユニットは、ＥＣＵ５として機能する。
【００３５】
本実施形態において、ＥＣＵ５の入力ポートには、エアフローセンサ２７および空燃比センサ３３を含む各種センサ類が接続されている。一方、ＥＣＵ５の出力ポートには、インジェクタ２１ａ、２１ｂおよび点火プラグ４２等の各種制御対象類が接続されている。
ＥＣＵ５は、各種センサ類から得られる情報に基づいて、公知の空燃比制御を実行するようになっている。例えば、ＥＣＵ５は、空燃比センサ３３によって検出される空燃比が目標空燃比となるようにインジェクタ２１ａ、２１ｂの燃料噴射量を調整するフィードバック制御を実行するようになっている。すなわち、ＥＣＵ５は、２つのインジェクタ２１ａ、２１ｂの燃料噴射量を合わせた総噴射量が目標噴射量となるように調整する混合制御部５０を構成する。
前述したように、目標噴射量が最小噴射量と最大噴射量との範囲内であれば、ＥＣＵ５は、各インジェクタ２１ａ、２１ｂの作動時間を調整することによりインジェクタ２１ａ、２１ｂの総噴射量を目標噴射量に調整することができる。
【００３６】
そして、ＥＣＵ５は、触媒装置３４内の触媒が効果的に機能する活性化温度に早期に達するように暖機する暖機制御処理を実行するようになっており、触媒装置３４の温度が予め設定されている活性化判定温度を超えていない場合に、その触媒装置３４に高温の排気ガスを供給して昇温を促進する暖機制御処理を実行する触媒活性化処理プログラムがＲＯＭ内に格納準備されている。
【００３７】
具体的には、エンジン２は、図２および図３（ａ）に示すように、シリンダヘッド１１の気筒１２毎に、２つの吸気ポート２０ａ、２０ｂと２つの排気ポート３０ａ、３０ｂとがそれぞれ燃焼室１５の燃焼空間Ｓを挟む対向位置に開口するように形成されており、１組の給排気のポート同士が対向するように配置されている。その排気ポート３０ａ、３０ｂに連通する排気マニホールド３１は、排気ポート３０ａ、３０ｂ毎に分岐させた独立の排気経路のまま延長させている並列管３１ａ１、３１ａ２に集合管３１ｂを連結させて、排気ポート３０ａ、３０ｂ毎の排気ガスが触媒装置３４の上流側で集合するように排気経路を規制する形状に形成されている。
【００３８】
また、ＥＣＵ５は、例えば、エンジン２の始動時などに触媒温度センサ３６の検出温度が上記活性化判定温度を超えていないことを条件に触媒活性化処理プログラムを実行して、気筒１２毎の一対のインジェクタ２１ａ、２１ｂによる燃料噴射量に差を付けることによる暖機制御処理を開始するようになっており、その触媒温度センサ３６の検出温度が上記活性化判定温度よりも高めに予め設定されている停止判定温度を超えていることを条件に触媒活性化処理プログラムによる暖機制御処理を停止するようになっている。
【００３９】
ここで、触媒温度センサ３６は、触媒装置３４の稼働時の温度を検出して、活性化温度を超えたか否かや、過熱限界温度を超えたか否か等を確認することで、触媒の有効活用や損傷未然防止のために設置されており、この暖機制御処理を実行するか否かを判断する触媒温度の検出にも流用するようになっている。本実施形態では、触媒温度センサ３６による検出温度を利用して触媒装置３４の活性化処理を実行するがこれに限るものではなく、例えば、エンジン２の始動からの経過時間や休止時間や駆動回転数などに応じて触媒装置３４の温度を推定し活性化処理の要否を判断するようにしてもよい。
【００４０】
詳細には、エンジン２は、燃焼室１５において、吸気ポート２０ａ、２０ｂからの吸入空気が燃焼空間Ｓを挟む対向位置の排気ポート３０ａ、３０ｂにそのままスムーズに排気される位置関係に開口するようにそれぞれ形成されている。また、吸気ポート２０ａ、２０ｂやインジェクタ２１ａ、２１ｂの取付角度や燃焼室１５の形状としては、ピストン１３の往復方向に対して横方向に周回する混合気のスワール流が燃焼空間Ｓ内で発生することを極力抑えるように形成されており、さらに、吸気ポート２０ａ、２０ｂからの混合気を燃焼させた排気ガスを対向位置の排気ポート３０ａ、３０ｂに導くように、ピストン１３の往復方向に対して縦方向に周回する混合気のタンブル流を積極的に発生させる燃焼空間Ｓを形成するように作製されている。
【００４１】
また、排気マニホールド３１は、排気ポート３０ａ、３０ｂと触媒装置３４との間の中間位置よりも触媒装置３４側まで並列管３１ａ１、３１ａ２を分岐（独立）形態のまま延長させた後に集合管３１ｂ内で集合する排気経路を形成するように作製されている。この排気マニホールド３１は、排気ポート３０ａ、３０ｂ（並列管３１ａ１、３１ａ２）毎の排気ガスを集合管３１ｂ内で集合させることにより、触媒装置３４の直前の上流側近傍の集合箇所に到達するまでに最高温度までその排気ガスの温度を上昇させて触媒装置３４に導く排気経路となるように形成されている。すなわち、排気マニホールド３１は、後述するように集合後の排気ガスが触媒装置３４の上流側直前までに燃焼反応を完了して最高温度に昇温させた状態でその触媒装置３４内の触媒に供給するように独立形態の長さと集合後の長さとを調整されている。
【００４２】
さらに、ＥＣＵ５は、暖機制御処理を実行する際に、気筒１２毎の一対のインジェクタ２１ａ、２１ｂによる燃料噴射量に差を付けることにより、燃焼室１５内での燃焼後に排気ポート３０ａ、３０ｂに導かれる排気ガス毎のガス中に含まれる未燃焼の吸入空気新気分と燃料の混合気における空燃比に差を付けるようになっている。このＥＣＵ５は、図４に示すように、排気マニホールド３１の集合管３１ｂ内での混合気が理論空燃比１４．７になるように片側停止を含めてインジェクタ２１ａ、２１ｂによる燃料噴射量を調整するようになっている。すなわち、ＥＣＵ５が混合制御部５０を構成している。
【００４３】
このＥＣＵ５は、混合制御部５０として、図５のフローチャートに示すように、エンジン２を始動させるイグニッションＯＮと共に触媒温度センサ３６の検出温度から触媒装置３４の暖機制御処理が必要と判断したときに（ステップＳ１）、例えば、気筒１２毎の一対のインジェクタ２１ａ、２１ｂの一方のみで燃料噴射を行う片側噴射制御を実行する（ステップＳ２）。
【００４４】
このとき、吸気ポート２０ａ、２０ｂの一方からは燃料の混合のない吸入空気（新気）のみ導入されるとともに他方からは空燃比の高い過剰リッチ傾向に調整した混合気を導入して燃焼室１５内での燃焼を行わせる。このため、吸気ポート２０ａ、２０ｂに対応する排気ポート３０ａ、３０ｂには燃焼後の空燃比の勾配の傾向のままの混合気を含む排気ガスがそれぞれ導入されることになり、排気マニホールド３１の並列管３１ａ１、３１ａ２の一方からはリーン傾向の混合気を含む排気ガスが集合管３１ｂ内に排気されるとともに、他方からはリッチ傾向の混合気を含む排気ガスが集合管３１ｂ内に排気されて集合する。この結果、排気マニホールド３１の集合管３１ｂでは、理論空燃比の混合気を含む排気ガスに調整されて迅速な燃焼反応を起こさせることができ、効率よく最高温度に昇温させた排気ガスを触媒装置３４に導入して加熱させることができる。これにより、触媒装置３４を効果的に昇温させることができ、活性化判定温度以上に効果的に昇温させて早期に活性化させることができる。
【００４５】
この後には、ＥＣＵ５（混合制御部５０）は、触媒温度センサ３６の検出温度が活性化判定温度よりも高めの停止判定温度を超えたことを確認したときに（ステップＳ３）、触媒装置３４の暖機制御処理を停止して、気筒１２毎の一対のインジェクタ２１ａ、２１ｂの双方から燃料噴射を行う通常噴射制御の実行を開始して（ステップＳ４）、通常稼働に復帰する。
【００４６】
これにより、排気マニホールド３１内の排気ガスは、図３（ｂ）に実線で示すように、並列管３１ａ１、３１ａ２では燃焼反応を抑制した状態のまま流動された後に、集合管３１ｂ内で集合させて残留する混合気を迅速に後燃焼させて昇温させることができ、その後に触媒装置３４内に導入することができる。このため、気筒１２からの排気ガスは、図３（ｂ）に破線で示すように、排気ポート３０ａ、３０ｂ内に導かれた直後に燃焼反応を起こして徐々に排気マニホールド３１内で降温させてしまうことなく、最高温度程度に昇温させた燃焼後の排気ガスをできるだけ高温のまま触媒装置３４に導入することができ、その触媒装置３４を早急に暖機させて活性化させることができる。このとき、気筒１２からの排気ガスは、触媒装置３４内に未燃焼のまま導入されて燃焼が妨げられてしまうことなく、また、燃焼により触媒装置３４を損傷してしまうことも回避することができる。
【００４７】
したがって、いずれかの気筒１２への燃料供給を停止させて出力差を生じさせてトルク変動を起こさせることなく、触媒装置３４を早期に暖機状態にして活性化させることができ、効率よく触媒を機能させて清浄な排気ガスを排気させる状態にすることができる。この結果、エンジン２を早期に高出力稼働な状態に暖機することができ、走行性能や走行品質を安定化させつつ排気ガスの清浄化処理を実行することができる。
【００４８】
ここで、本実施形態では、ＥＣＵ５（混合制御部５０）が、気筒１２毎の一対のインジェクタ２１ａ、２１ｂの一方のみに燃料噴射させる片側噴射制御により触媒装置３４の活性化処理をする場合を一例として説明するが、これに限るものではなく、例えば、一方のインジェクタを完全に停止するのではなく、空燃比に差を付けるだけでもよいことは言うまでもない。また、本実施形態では、インジェクタ２１ａ、２１ｂ毎の燃料の噴射量を調整する場合を一例に説明するが、例えば、吸気ポート２０ａ、２０ｂ毎に吸入空気の吸入量を調整可能にして空燃比に差を付けるようにしてもよいことは言うまでもない。
【００４９】
本発明の実施形態を開示したが、当業者によっては本発明の範囲を逸脱することなく変更が加えられうることは明白である。すべてのこのような修正および等価物が次の請求項に含まれることが意図されている。
【符号の説明】
【００５０】
１     車両
２     エンジン
５     ＥＣＵ
１０   シリンダブロック
１１   シリンダヘッド
１２   気筒
１３   ピストン
１５   燃焼室
２０ａ、２０ｂ       吸気ポート
２１ａ、２１ｂ       インジェクタ
２３   吸気マニホールド
３０ａ、３０ｂ       排気ポート
３１   排気マニホールド
３１ａ１、３１ａ２   並列管
３１ｂ 集合管
３３   空燃比センサ
３４   触媒装置
３５   排気センサ
３６   触媒温度センサ
４０ａ、４０ｂ       吸気バルブ
４１ａ、４１ｂ       排気バルブ
４２   点火プラグ
５０   混合制御部
５１   燃料タンク
Ｓ     燃焼空間
【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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