(57)【要約】【課題】内燃機関の冷間始動時において、排気浄化率の向上と気筒間の燃焼変動の抑制とを図ることにより排気エミッションの悪化を抑制する。【解決手段】直列４気筒内燃機関は、第１，第２排気バルブの両方を稼動する両弁稼動動作と第１排気バルブを停止して第２排気バルブを稼動する片弁停止動作とを、択一的に実行する動弁機構を備え、内燃機関の冷間始動時に片弁停止動作を実行する。第１，第４気筒に連通する第２排気ポートは、それぞれの第１排気ポートよりも軌道の曲率が大きく形成される。第１，第２気筒には、第４気筒から第１気筒へと向かう方向に沿って第１，第２排気ポートがこの順にそれぞれ連通し、第３，第４気筒には、第１気筒から第４気筒へと向かう方向に沿って第１，第２排気ポートがこの順にそれぞれ連通している。【選択図】図１２
2017125486.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１気筒、第２気筒、第３気筒及び第４気筒の順に、４つの気筒が直列に配置された内燃機関の制御装置において、
前記内燃機関のシリンダヘッドに形成され、前記４つの気筒のそれぞれに個別に連通した第１排気ポート及び第２排気ポートと、
前記第１排気ポートに配置された第１排気バルブと、
前記第２排気ポートに配置された第２排気バルブと、
前記第１排気バルブ及び前記第２排気バルブの両方を稼動する両弁稼動動作と、前記第１排気バルブを閉弁状態で停止して前記第２排気バルブを稼動する片弁停止動作とを、択一的に実行する動弁機構と、
前記シリンダヘッドの内部を気筒配列方向に延在し、前記４つの気筒の前記第１排気ポート及び前記第２排気ポートの周囲に冷却水を流通させるための冷却水路と、
前記動弁機構を制御する制御装置と、を備え、
前記第１気筒及び前記第２気筒には、前記第４気筒から前記第１気筒へと向かう方向に沿って前記第１排気ポート及び前記第２排気ポートがこの順にそれぞれ連通し、
前記第３気筒及び前記第４気筒には、前記第１気筒から前記第４気筒へと向かう方向に沿って前記第１排気ポート及び前記第２排気ポートがこの順にそれぞれ連通し、
前記第１気筒及び前記第４気筒に連通する前記第２排気ポートのそれぞれは、前記第１
気筒及び前記第４気筒に連通する前記第１排気ポートのそれぞれよりも軌道の曲率が大きく形成され、
前記制御装置は、前記内燃機関の水温が所定温度よりも低く、且つ、前記内燃機関の機関回転速度が所定回転速度よりも大きい場合には、前記動弁機構を制御することによって前記片弁停止動作を実行するように構成されていることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば特許文献１には、エンジンブロックの各気筒に連通する第１，第２排気ポートと、第１，第２排気ポートをそれぞれ開閉する第１，第２排気バルブとを備えた内燃機関が開示されている。始動直後のような低温時であって排気通路の下流に設けた触媒コンバータが活性化していないときは、排気ポートを早期に昇温させて排気ガス中のＨＣの酸化反応を促進することが必要となる。特許文献１の内燃機関では、第１，第２排気バルブのうち、第１排気バルブを休止させて第２排気バルブだけを稼動させることが行なわれる。この際、特許文献１の内燃機関では、休止しない２個の第２排気バルブに連なる２個の第２排気ポートを気筒配列方向に隣接させることが行なわれる。これにより、第２排気ポートの昇温が促進されるので、排気ガスに含まれるＨＣを効果的に酸化反応させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−１６２６０５号公報
【特許文献２】特開平０７−０９１２３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
各気筒に第１排気ポートと第２排気ポートが個別に連通する内燃機関では、排気ポートの軌道の曲率が第１排気ポートと第２排気ポートとで異なる場合がある。排気ポートを通過する排気の乱流エネルギーは排気ポートの軌道の曲率によって変化する。このため、乱流エネルギーの大小を考慮していない上記特許文献１の内燃機関では、排気ポートを昇温させる点において改善の余地が残されている。
【０００５】
また、各気筒の排気ポートの周囲一帯を冷却するための冷却水路がシリンダヘッド内に形成された内燃機関が知られている。このような内燃機関に上記特許文献１の技術を適用すると、第２排気ポートの周囲の冷却水の昇温が部分的に促進されるため、冷却水路内での水温分布が不均一になってしまう。この場合、気筒毎に冷却度合に差が生じて気筒間の燃焼変動が生じるおそれがある。
【０００６】
本発明は、上述のような課題に鑑みてなされたもので、内燃機関の冷間始動時において、排気浄化率の向上と気筒間の燃焼変動の抑制とを図ることにより排気エミッションの悪化を抑制することが可能な内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記の目的を達成するため、第１気筒、第２気筒、第３気筒及び第４気筒の順に、４つの気筒が直列に配置された内燃機関の制御装置において、
前記内燃機関のシリンダヘッドに形成され、前記４つの気筒のそれぞれに個別に連通した第１排気ポート及び第２排気ポートと、
前記第１排気ポートに配置された第１排気バルブと、
前記第２排気ポートに配置された第２排気バルブと、
前記第１排気バルブ及び前記第２排気バルブの両方を稼動する両弁稼動動作と、前記第１排気バルブを閉弁状態で停止して前記第２排気バルブを稼動する片弁停止動作とを、択一的に実行する動弁機構と、
前記シリンダヘッドの内部を気筒配列方向に延在し、前記４つの気筒の前記第１排気ポート及び前記第２排気ポートの周囲に冷却水を流通させるための冷却水路と、
前記動弁機構を制御する制御装置と、を備え、
前記第１気筒及び前記第２気筒には、前記第４気筒から前記第１気筒へと向かう方向に沿って前記第１排気ポート及び前記第２排気ポートがこの順にそれぞれ連通し、
前記第３気筒及び前記第４気筒には、前記第１気筒から前記第４気筒へと向かう方向に沿って前記第１排気ポート及び前記第２排気ポートがこの順にそれぞれ連通し、
前記第１気筒及び前記第４気筒に連通する前記第２排気ポートのそれぞれは、前記第１
気筒及び前記第４気筒に連通する前記第１排気ポートのそれぞれよりも軌道の曲率が大きく形成され、
前記制御装置は、前記内燃機関の水温が所定温度よりも低く、且つ、前記内燃機関の機関回転速度が所定回転速度よりも大きい場合には、前記動弁機構を制御することによって前記片弁停止動作を実行するように構成されていることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、内燃機関の水温が所定温度よりも低く、且つ、内燃機関の機関回転速度が所定回転速度よりも大きい場合には、片弁停止動作によって排気が第２排気ポートに集中して流れるように構成される。この際、第１気筒及び第４気筒は、軌道の曲率が大きい排気ポートに排気が集中して流れるため、排気の乱流エネルギーを効果的に高めて排気浄化率を向上させることができる。また、第２気筒及び第３気筒は、それぞれに隣接する第１気筒及び第４気筒において停止される第１排気ポートに隣接する側に第２排気ポートが配置されるので、冷却水路内の温度分布の不均一を抑制することができる。これにより、内燃機関の冷間始動時において、排気浄化率の向上と気筒間の燃焼変動の抑制とを図ることができるので、排気エミッションの悪化を抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態１のシステムの構成を示す図である。
【図２】各気筒に連通する排気ポートの配置の比較例を示す図である。
【図３】吸気ポートに噴射された燃料の挙動を模式的に示す図である。
【図４】燃料の蒸留特性を示す図である。
【図５】空燃比に対する触媒の浄化率を示す図である。
【図６】各気筒に連通する排気ポートの配置の例を示す図である。
【図７】乱流エネルギーが増加することによる効果を説明するための図である。
【図８】排気ポート内の乱流エネルギーの大きさを模式的に示した図である。
【図９】排気ポート内の乱流エネルギーの大きさを模式的に示した図である。
【図１０】点火時期に対する排気ガス温度特性を図９中のＣパターンとＤパターンとで比較した図である。
【図１１】点火時期に対するＨＣ排出特性を図９中のＣパターンとＤパターンとで比較した図である。
【図１２】実施の形態１のシステムにおける排気ポートの配置の選定例を示す図である。
【図１３】実施の形態１のシステムにおける排気ポートの配置の他の選定例を示す図である。
【図１４】実施の形態１のシステムが実行するルーチンのフローチャートである。
【図１５】図１４に示すルーチンの実行時の各種状態量の変化を示すタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
実施の形態１．
以下、本発明の実施の形態１について図を参照して説明する。
【００１１】
［実施の形態１のシステム構成］
図１は、本発明の実施の形態１のシステムの構成を示す図である。この図に示すように、実施の形態１のシステムは、内燃機関１０を備えている。内燃機関１０は、第１気筒、第２気筒、第３気筒及び第４気筒の順に、４つの気筒が直列に配置された４ストロークのガソリンエンジンとして構成されている。内燃機関は、各気筒の燃焼室内（筒内）に吸入空気を吸込む吸気通路と、各気筒から排気ガスが排出される排気通路とを備えている。排気通路の途中には排気ガスを浄化するための触媒が配置されている。
【００１２】
内燃機関１０の本体はシリンダヘッド１２とシリンダブロック１４とで構成されている。シリンダヘッド１２には、吸入空気を各気筒の筒内へ個別に流入させる第１，第２吸気ポートと、各気筒の筒内の排気ガスを個別に排出する第１，第２排気ポートが連通している。各気筒の第１，第２排気ポートは、シリンダヘッド１２の内部でそれぞれ１つに集合し、この集合した排気ポートがシリンダヘッド１２の側面に開口している。つまり、第１，第２排気ポートは、各気筒の気筒端から集合部まで延びる分岐ポートとして構成されている。なお、以下の説明及び図面では、第１，第２排気ポートをそれぞれＥｘ１，Ｅｘ２と記すことがある。また、内燃機関１０の各気筒には、筒内の混合気に点火する点火プラグと、第１，第２吸気ポートを個別に開閉する第１，第２吸気バルブと、第１，第２排気ポートを個別に開閉する第１，第２排気バルブが設けられている。また、内燃機関には、第１排気バルブ及び第２排気バルブの両方を稼動する両弁稼動動作と、第１排気バルブを閉弁状態で停止して第２排気バルブのみを稼動する片弁停止動作とを、択一的に実行するための公知の動弁機構１６を備えている。
【００１３】
また、実施の形態１のシステムは、内燃機関１０の本体内に冷却水を流通させるための冷却水循環システム２０を備えている。冷却水循環システム２０は、シリンダブロック１４の内部に形成された冷却水路２２と、シリンダヘッド１２の内部に形成された冷却水路２４とを含む。冷却水路２４は、排気ポート近傍から吸気ポート近傍にかけて、４つの気筒の上方を一帯に覆うように設けられている。なお、冷却水路２４は、シリンダヘッド１２の内部を気筒配列方向に延在して各気筒の第１排気ポート及び第２排気ポートの周囲に冷却水を流通させるように構成されていれば、その流路形状に限定はない。冷却水路２２と冷却水路２４とは、シリンダヘッド１２とシリンダブロック１４との合わせ面に形成された開口を介して接続されている。シリンダブロック１４には冷却水路２２に連通する冷却水入口が形成され、シリンダヘッド１２に冷却水路２４に連通する冷却水出口が形成されている。シリンダブロック１４の冷却水入口は冷却水導入管２６によってラジエータ２８の冷却水出口に接続され、シリンダヘッド１２の冷却水出口は冷却水排出管３０によってラジエータ２８の冷却水入口に接続されている。冷却水導入管２６と冷却水排出管３０とは、ラジエータ２８をバイパスするバイパス管３２によって接続されている。バイパス管３２が冷却水導入管２６に合流する合流部には、サーモスタット３４が設けられている。冷却水導入管２６には、冷却水を循環させるためのポンプであって駆動Ｄｕｔｙを可変させることによって流量を調整可能な電動のウォーターポンプ（以下、電動Ｗ／Ｐ）３６が設けられている。
【００１４】
電動Ｗ／Ｐ３６が駆動されると、冷却水入口から冷却水路２２，２４へと冷却水が導入されて冷却水出口から排出される。この際、サーモスタット３４は、冷却水温が所定の温度（例えば８０℃）に達していないときに閉弁され、冷却水温が所定の温度に達したときに開弁される。サーモスタット３４の閉弁されると、図中に実線で示すように、冷却水出口から排出された冷却水が、冷却水排出管３０、バイパス管３２、サーモスタット３４、冷却水導入管２６、電動Ｗ／Ｐ３６を順に流通して冷却水入口へと導入される冷却水流路が形成される。一方、サーモスタット３４の開弁されると、図中に実線及び点線で示すように、冷却水出口から排出された冷却水が、冷却水排出管３０、ラジエータ２８、冷却水導入管２６、サーモスタット３４、電動Ｗ／Ｐ３６を順に流通して冷却水入口へと導入される冷却水流路が形成される。
【００１５】
また、実施の形態１のシステムは、制御装置としてのＥＣＵ４０(Electronic Control Unit)を備えている。ＥＣＵ４０は、少なくとも入出力インタフェースとメモリとＣＰＵとを備えている。入出力インタフェースは、内燃機関に取り付けられた各種センサからセンサ信号を取り込むとともに、内燃機関が備えるアクチュエータに対して操作信号を出力するために設けられる。ＥＣＵが信号を取り込むセンサには、内燃機関１０内を通過した冷却水の水温を検出する水温センサ４２や、吸入空気量を検出するエアフローメータが含まれる。ＥＣＵ４０が操作信号を出すアクチュエータには、上述した動弁機構や電動Ｗ／Ｐ３６が含まれる。メモリには、内燃機関を制御するための各種の制御プログラム、マップ等が記憶されている。ＣＰＵは、制御プログラム等をメモリから読み出して実行し、取り込んだセンサ信号に基づいて操作信号を生成する。
【００１６】
［実施の形態１の動作］
次に、実施の形態１のシステムの動作について説明する。
【００１７】
１．排気バルブの動弁機構の動作概要
ＥＣＵ４０は、動弁機構１６を制御して、排気バルブの両弁稼動動作と片弁停止動作をを択一的に実行する。両弁稼動動作は、内燃機関の触媒が暖機された後の通常運転時に行なわれる動作である。両弁稼動動作では、第１，第２排気バルブの両弁が稼動される。両弁稼動動作では、排気バルブ開弁時の筒内既燃ガスの質量に対する排気ポートへ排出された既燃ガスの質量の割合（以下、「掃気効率」と称する）を高く維持することができるので、燃焼サイクル間のトルク変動の増大が抑制される。
【００１８】
しかしながら、上述した排気バルブの両弁稼動動作は、内燃機関の冷間始動時において排気浄化率が低下するという課題がある。すなわち、両弁稼動動作では、第１，第２排気バルブの両弁が開弁されるため、排気ガスが第１，第２排気ポートの両方に分散される。このため、内燃機関の冷間始動時においては、排気ポート内のガス温の上昇に時間を要すこととなり、その間の排気浄化率が低下してしまう。
【００１９】
上記両弁稼動動作の課題の解決に対して有効な制御として、排気バルブの片弁停止動作が知られている。排気バルブの片弁停止動作は、触媒が活性していない低温始動時に、排気バルブの片弁（第１排気バルブ）を閉弁状態で停止する制御である。片弁停止制御が実行されると、内燃機関から排気される燃焼ガスと排気ポートとの接触面積が減るため、放熱量が低減されて排気ポート内のガス温が上昇する。このため、片弁停止動作によれば、排気ポート内のガス温の上昇によって、未燃ＨＣの酸化反応速度を増加させることができるので、触媒が活性していない低温始動時の排気浄化率を向上させることができる。
【００２０】
２．排気バルブの片弁停止動作の課題
２−１．冷却水温の不均一性の観点からの課題
実施の形態１のシステムでは、早期暖機による燃費の向上やＰＭの低減の観点から、内燃機関１０の冷間始動時に、内燃機関１０内に流入する冷却水の流量を所定の低流量に制御する水止め制御が行われる。より詳しくは、水止め制御では、冷却水温が所定温度よりも低い場合に、電動Ｗ／Ｐ３６の駆動Ｄｕｔｙを制御して冷却水の流量を所定の低流量に制御する。なお、所定の低流量は、内燃機関１０の早期暖機の効果を奏する流量であればよく、流量をゼロとする完全な水止めでもよい。水止め制御によれば、内燃機関１０の冷間時の燃焼改善やフリクション低減によって燃費を向上することができ、また、燃料の気化促進によってＰＭの排出を低減することができる。
【００２１】
しかしながら、水止め制御が片弁停止動作時に実行されると、冷却水路２４内の冷却水が滞留している或いは流れが小さい期間に片弁停止動作が行われることとなる。片弁停止動作時は、排気ガスが第２排気ポートに集中して流れるため、各気筒に連通する第１排気ポートと第２排気ポートの配置によっては冷却水路２４内に不均一な水温分布が生じてしまうおそれがある。図２は、各気筒に連通する排気ポートの配置の比較例を示す図である。この図に示す比較例では、＃１気筒及び＃３気筒には、＃１気筒から＃４気筒へと向かう気筒配列方向に沿って、第１排気ポート及び第２排気ポートがそれぞれこの順に連通している。また、＃２気筒及び＃４気筒には、＃４気筒から＃１気筒へと向かう気筒配列方向に沿って、第１排気ポート及び第２排気ポートがこの順に配置されている。このような排気ポートの配置によれば、＃１気筒及び＃２気筒の第２排気ポート同士、及び＃３気筒及び＃４気筒の第２排気ポート同士がそれぞれ隣り合い、＃２気筒及び＃３気筒の第１排気ポート同士が隣り合う。第２排気ポート同士が隣り合う領域では排気熱の放熱が集中するため、冷却水温が時々刻々と高くなる。これに対して、第１排気ポート同士が隣り合う領域は排気熱が放熱されないため、冷却水温はさほど高くならない。このように、同種の排気ポートが気筒配列方向に隣り合うような排気ポートの配置では、冷却水路２４内の冷却水温分布の偏りが大きなものとなってしまう。
【００２２】
冷却水路２４内の冷却水温が不均一となると、冷却水が水温の不均一性を維持したまま吸気側へと流れるおそれがある。この場合、吸気ポートの壁温や吸気バルブの温度も不均一になってしまう。図３は、吸気ポートに噴射された燃料の挙動を模式的に示す図である。この図に示すように、燃料噴射弁から噴射された燃料の一部は、吸気ポートの壁面や吸気バルブに衝突する。この際、衝突した燃料の一部は蒸発するが、蒸発せずに壁面に付着する燃料も存在する。このような付着燃料は、燃焼空燃比に影響を及ぼすため、各気筒の付着燃料量に差がないことが望ましい。しかしながら、上述したように、冷却水路２４内の冷却水温に不均一性が生じると、各気筒の吸気ポートや燃焼室壁面の冷却度合に大きな差が生じてしまう。この場合、燃料蒸発量や付着燃料量が過渡的に変化し、各気筒の燃焼空燃比に差が生じてしまう。このことは、例えば、筒内に燃料を直接噴射する構成であっても同様である。
【００２３】
また、使用する燃料によっては、上記課題がさらに顕著となる場合もある。図４は、燃料の蒸留特性を示す図である。この図に示すように、種々の炭化水素で構成されるガソリンは、温度によって蒸発割合が徐々に変化する。これに対して、高濃度アルコールのように、単一燃料特性に近い燃料では、沸点近傍の温度で蒸発割合が急激に変化する。このため、単一燃料特性に近い燃料では、冷却水の温度差によって、各気筒の燃料蒸発量や付着燃料量に大きな差が生じてしまうことも考えられる。
【００２４】
触媒は活性温度に達することによりＨＣ、ＣＯ及びＮＯｘを浄化する機能を発揮する。図５は、空燃比に対する触媒の浄化率を示す図である。この図に示すように、ＨＣ、ＣＯ及びＮＯｘの浄化率は空燃比に応じて変化する。また、この図に示すように、これらの排気成分が何れも高い浄化率で浄化される空燃比は、理論空燃比である空燃比１４．６の近傍の浄化ウインドウに限られる。このため、上述したように各気筒の空燃比が過渡的に変化してしまうと、燃焼空燃比が浄化ウインドウから外れてしまい、排気エミッションが悪化してしまう。
【００２５】
上記課題の対策としては、例えば以下のような排気ポートの配置が考えられる。図６は、各気筒に連通する排気ポートの配置の例を示す図である。この図に示す例では、４つの気筒の全てにおいて、＃４気筒から＃１気筒へと向かう気筒配列方向に沿って、第１排気ポート及び第２排気ポートがそれぞれこの順に連通している。このような排気ポートの配置によれば、同種の排気ポートが隣合うことはない。このため、排気熱の放熱が特定の領域に集中することが防止されるので、冷却水路２４内の冷却水温の不均一が縮小される。
【００２６】
２−２．乱流エネルギーの観点からの課題
片弁停止動作が実行されると、排気ポート内の乱流エネルギーが増加する。図７は、乱流エネルギーが増加することによる効果を説明するための図である。図７に示すように、乱流混合によって反応物（未燃ＨＣや酸素）に乱れが付与されると、衝突頻度因子が増加する。次式（１）に示すように衝突頻度因子が増加すると反応速度が増大する。このため、排気ポート内の乱流エネルギーが増大すると、未燃ＨＣやその中間生成物と酸素との衝突頻度因子が増加するので、未燃ＨＣ等の酸化反応速度を増加させて排気ポートでの後燃えを促進することができる。このように、片弁停止動作によれば、排気ポート内のガス温の上昇及び乱流エネルギーが増加によって、未燃ＨＣの酸化反応速度を増加させることができるので、触媒が活性していない低温始動時の排気浄化率を向上させることができる。
【数１】
2017125486.tif 000003
但し、ｖ；反応速度，［  ］；濃度，ｋ；反応速度定数，Ａ；衝突頻度因子，Ｅａ；活性化エネルギー，Ｔ；ガス温度
【００２７】
ここで、排気ポート内の乱流エネルギーは、排気ポートの軌道の曲率の影響を受ける。図８は、排気ポート内の乱流エネルギーの大きさを模式的に示した図である。この図に示すように、第１排気ポートと第２排気ポートが対称な形状を有していれば、各排気ポートの軌道の曲率が同じであるため、第２排気ポートが図中のＡパターン及びＢパターンの何れの配置であっても、片弁停止動作時の乱流エネルギーに大差は生じない。このため、第１排気ポートと第２排気ポートが対称な形状を有していれば、排気ポートの配置を上述した図６に示す排気ポートの配置にすることにより、冷間始動時の片弁停止動作時の排気エミッションの悪化を抑制することができる。
【００２８】
しかしながら、内燃機関１０によっては、第１排気ポートと第２排気ポートの軌道の曲率が異なる場合がある。図９は、排気ポート内の乱流エネルギーの大きさを模式的に示した図である。この図に示す例では、第１排気ポートと第２排気ポートが途中で合流している排気ポートにおいて、合流後の排気ポートの軌道中心が、気筒中心から気筒配列方向の一方にずれている非対称な形状を示している。このような排気ポート形状では、一方の排気ポートの軌道の曲率が他方の排気ポートの軌道の曲率よりも大きくなる。このため、軌道の曲率が小さい排気ポートが第２排気ポートである場合（図中のＣパターン）と、軌道の曲率が大きい排気ポートが第２排気ポートである場合（図中のＤパターン）とにおいて、片弁停止動作時の乱流エネルギーを比較すると、軌道の曲率が大きい排気ポートに排気を流通させるＤパターンの配置の方が、より大きな乱流エネルギーを発生させる。
【００２９】
図１０は、点火時期に対する排気ガス温度特性を図９中のＣパターンとＤパターンとで比較した図である。また、図１１は、点火時期に対するＨＣ排出特性を図９中のＣパターンとＤパターンとで比較した図である。図１０に示すように、軌道の曲率が大きい排気ポートに排気ガスを流通させたＤパターンの方がより大きな乱流エネルギーを生成することができるため、排気ガス温度を効果的に高めることができる。このため、図１１に示すように、Ｄパターンの排気ポート配置の方が、より多くのＨＣを浄化可能であることが分かる。
【００３０】
３．実施の形態１のシステムの特徴
上述したように、内燃機関の冷間始動時における片弁停止動作では、冷却水路２４内の冷却水温が不均一となることを抑制しつつ、より大きな乱流エネルギーを生成することが求められる。そこで、実施の形態１のシステムでは、以下に示す排気ポートの配置を採用している。
【００３１】
図１２は、実施の形態１のシステムにおける排気ポートの配置の選定例を示す図である。なお、この図に示す排気ポートは、＃１気筒及び＃４気筒の排気ポートが非対称な排気ポートであり、＃２気筒及び＃３気筒の排気ポートが対称な排気ポートである場合を示している。このような排気ポートの形状は、例えば、各気筒の排気ポートが＃２気筒と＃３気筒の間付近（つまりシリンダヘッド１２の気筒配列方向中央付近）で集合している場合などに採用される形状である。この図に示す例では、＃１気筒及び＃２気筒には、＃４気筒から＃１気筒へと向かう気筒配列方向に沿って、第１排気ポート及び第２排気ポートがそれぞれこの順に連通している。また、＃３気筒及び＃４気筒には、＃１気筒から＃４気筒へと向かう気筒配列方向に沿って、第１排気ポート及び第２排気ポートがこの順に配置されている。このような排気ポートの配置によれば、＃１気筒及び＃４気筒に連通する排気ポートのうち、軌道の曲率が大きい方の排気ポートが第２排気ポートに選定されているので、より大きな乱流エネルギーを生成することができる。また、このような排気ポートの配置によれば、＃１気筒と＃２気筒、及び＃３気筒と＃４気筒は、同種の排気ポートが隣合うことがないので、同種の排気ポートが隣り合う領域を最小限の１箇所（＃２気筒と＃３気筒の間の領域）に留めることができる。これにより、内燃機関１０の冷間始動時において、排気浄化率の向上と気筒間の燃焼変動の抑制とを図ることができるので、排気エミッションの悪化を抑制することが可能となる。また、図１２に示す排気ポートの配置によれば、同種の排気ポートが隣り合う領域をシリンダヘッド１２の気筒配列方向中央の領域に設けることができるため、その後の冷却水の循環時に温度勾配を効率よく分散させることができる。
【００３２】
図１３は、実施の形態１のシステムにおける排気ポートの配置の他の選定例を示す図である。この図中の（Ａ）の排気ポートの配置は、＃３気筒に連通する第１排気ポート及び第２排気ポートの配置が逆である点を除き、図１２に示す排気ポート配置と同じである。また、また、この図中の（Ｂ）の排気ポートの配置は、＃２気筒に連通する第１排気ポート及び第２排気ポートの配置が逆である点を除き、図１２に示す排気ポート配置と同じである。図１３に示す排気ポート配置においても、同種の排気ポートが隣り合う領域を最小限の１箇所に留めることができるので、内燃機関１０の冷間始動時において、排気浄化率の向上と気筒間の燃焼変動の抑制とを図ることができる。
【００３３】
４．実施の形態１のシステムの具体的処理
図１４は、実施の形態１のシステムが実行するルーチンのフローチャートである。また、図１５は、図１４に示すルーチンの実行時の各種状態量の変化を示すタイムチャートである。なお、図１４に示すルーチンは、ＥＣＵ４０によって内燃機関の始動時に実行される。
【００３４】
図１４に示すルーチンでは、先ず、始動時水温ethwstが所定値１（所定温度）よりも小さいか否かが判定される（ステップＳ１０）。所定値１は、内燃機関の備える触媒の暖機要求があるか否かを、始動時の水温によって判定するための水温の判定値であり、ＥＣＵ４０に予め記憶された温度（例えば、４０℃）が読み込まれる。ステップＳ１０の判定の結果、始動時水温ethwst＜所定値１の判定の成立が認められない場合には、触媒が既に活性状態にあると判断されて、本ルーチンは終了される。この場合、ＥＣＵ４０は他の制御ルーチンを起動して排気バルブの両弁稼動動作を実行する。一方、上記ステップＳ１０において、始動時水温ethwst＜所定値１の判定の成立が認められた場合には、触媒が未だ活性状態にないと判断されて、次のステップに移行する。
【００３５】
次のステップでは、エンジン回転速度eneが所定値２よりも大きいか否かが判定される（ステップＳ１２）。所定値２は、動弁機構の油圧が確保できたか否かを、内燃機関が始動後に完爆したか否かによって判定するためのエンジン回転速度の閾値であって、ＥＣＵに予め記憶された値（例えば、７００ｒｐｍ）が読み込まれる。その結果、現在のエンジン回転速度ene＞所定値２の成立が認められない場合には、本ステップが繰り返し実行される。そして、現在のエンジン回転速度ene＞所定値２の成立が認められた場合には、動弁機構の油圧が確保されたと判断されて、次のステップに移行して、始動後判定フラグがＯＮとされる（ステップＳ１４）。
【００３６】
図１４に示すルーチンでは、次に、片弁停止動作が実行される（ステップＳ１６）。ここでは、具体的には、図１５のタイムチャートに示すように、各気筒の第１排気バルブの作用角が０とされて排気バルブの稼動が停止される。
【００３７】
次に、積算空気量egasumが所定値３よりも大きいか否かが判定される（ステップＳ１８）。所定値３は、触媒に十分な熱エネルギーが供給されて触媒暖機が完了したか否かを判定するための積算空気量の閾値であって、始動時水温による１次元マップとしてＥＣＵに記憶されている。ここでは、エアフローメータの出力信号に基づいて、内燃機関の始動時からの空気量の積算値である積算空気量egasumが算出される。そして、上記ステップＳ１０において検出された始動時水温に対応する積算空気量（例えば、２００ｇ，ethwt２５℃の場合）が所定値３として読み込まれ、算出された積算空気量egasumと比較される。その結果、積算空気量egasum＞所定値３の成立が認められない場合には、未だ触媒暖機が完了していないと判断されて、ステップＳ１６の処理に戻る。一方、上記ステップＳ１８において、積算空気量egasum＞所定値３の成立が認められた場合には、触媒暖機が完了したと判断されて、本ルーチンは終了される。本ルーチンが終了されると、ＥＣＵは他の制御ルーチンを起動して排気バルブのベース制御を実行する。
【００３８】
このように、実施の形態１のシステムによれば、触媒暖機要求がある内燃機関の始動時において、排気バルブの片弁停止動作が実行される。実施の形態１の内燃機関１０では、同種の排気ポートが隣り合う配置を最小限に留めるとともに、非対称な排気ポートを有する気筒では軌道の曲率がより大きい排気ポートが第２排気ポートに選定されている。これにより、内燃機関１０の冷間始動時において、排気浄化率の向上と気筒間の燃焼変動の抑制とを図ることができるので、排気エミッションの悪化を抑制することが可能となる。
【符号の説明】
【００３９】
１０  内燃機関
１２  シリンダヘッド
１４  シリンダブロック
１６  動弁機構
２０  冷却水循環システム
２２，２４  冷却水路
２６  冷却水導入管
２８  ラジエータ
３０  冷却水排出管
３２  バイパス管
３４  サーモスタット
３６  ウォーターポンプ（電動Ｗ／Ｐ）
４０  ＥＣＵ
４２  水温センサ
【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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