JP2004076614A

JP2004076614A - 火花点火式４サイクルエンジン

Info

Publication number: JP2004076614A
Application number: JP2002235138A
Authority: JP
Inventors: Toshiro Nishimoto; 西本　敏朗; Koji Asaumi; 浅海　皓二; Hiroshi Inatomi; 稲富　洋; Mitsuo Hitomi; 人見　光夫
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2002-08-12
Filing date: 2002-08-12
Publication date: 2004-03-11
Anticipated expiration: 2022-08-12
Also published as: JP3815403B2

Abstract

【課題】エンジンの部分負荷域で燃費及びエミッションの改善を図るような特殊運転モードとしつつ、この場合に先行気筒から排出されて後続気筒に導入されるガスの温度を適切に調整することができる
【解決手段】部分負荷域で特殊運転モードとし、この特殊運転モードでは、排気行程と吸気行程が重なる一対の気筒間で先行気筒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に導入されるようにしつつ、先行気筒ではリーン空燃比で燃焼を行わせ、後続気筒では先行気筒から導入された既燃ガスに燃料を供給して理論空燃比で燃焼を行わせる。また、上記気筒間ガス通路２２の周囲にエンジン冷却水を流通させるウォータジァケット８０を設けることにより、気筒間ガス通路２２を通るガスを冷却可能とする。
【選択図】　　　　図７

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、火花点火式４サイクルエンジンに関し、より詳しくは、多気筒の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ようにしたエンジン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、低速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、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。
【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、リーン運転中のＮＯｘ浄化性能の確保のために上記リーンＮＯｘ触媒が必要となってコスト的に不利である。また、上記リーンＮＯｘ触媒の浄化性能を維持するためには、ＮＯｘ吸着量増大時にＮＯｘの離脱、還元のため一時的な空燃比のリッチ化を行う必要があり、さらに、使用燃料が硫黄分を多く含む場合、上記リーンＮＯｘ触媒の硫黄被毒の解消のために触媒の加熱及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、これらによって燃費改善効果が低下する。
【０００５】
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って行われる多気筒４サイクルエンジンにおいて、エンジンの部分負荷域で、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、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、このような２気筒接続状態にあるときに、上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、高速域や高負荷域では、通常通り、各気筒において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）。
【０００６】
これによると、特殊運転モードとされているときに、先行気筒でのリーン燃焼および各気筒ポンピングロス低減等により大幅な燃費改善効果が得られ、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る。
【０００７】
ところで、このエンジンでは、特殊運転モードとされているときに、先行気筒から排出される既燃ガスの温度が著しく高くなった場合、その著しく温度の高いガスがそのまま後続気筒に導入されるとノッキングを生じるおそれがあるため、その対策が要求される。
【０００８】
本発明は、このような事情に鑑み、エンジンの部分負荷域で上記特殊運転モードとすることにより燃費及びエミッションの改善を図るようにしつつ、先行気筒から気筒間ガス通路を介して後続気筒に導入されるガスの温度を適切に調整することができる火花点火式エンジンを提供するものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、複数の気筒を備えて、各気筒の燃焼サイクルが所定の位相差をもって行われるように構成するとともに、エンジンの部分負荷域でエンジンの吸・排気及び燃焼状態についての制御モードを特殊運転モードとし、この特殊運転モードでは、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にある先行気筒から排出される既燃ガスがそのまま吸気行程にある後続気筒に導入され、この後続気筒から排出されるガスが排気通路に導かれるような２気筒接続状態としつつ、上記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を行わせ、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を供給して実質的に理論空燃比で燃焼を行わせるようにした火花点火式４サイクルエンジンであって、上記一対の気筒間に、先行気筒から排出される既燃ガスを後続気筒に導く気筒間ガス通路を形成するとともに、この気筒間ガス通路の周囲にエンジン冷却媒体を流通させる冷却媒体通路を設けたものである。
【００１０】
この構成によると、エンジンの部分負荷域で上記特殊運転モードとされた場合に、先行気筒でのリーン燃焼による熱効率向上および各気筒でのポンピングロス低減等により燃費改善効果が得られる。また、後続気筒から排気通路に排出されるガスは理論空燃比であるため、三元触媒だけで充分に排気ガスの浄化が達成される。
【００１１】
そして、このような特殊運転モードとされているときに、気筒間ガス通路の周囲に設けられた冷却媒体通路を流通する冷却媒体により、気筒間ガス通路を通る既燃ガスを冷却することが可能となり、後続気筒に導入される既燃ガスの温度が過度に高くなることが防止される。
【００１２】
本発明において、少なくとも上記特殊運転モードで、かつ、先行気筒から排出される既燃ガスの温度が所定値以上に高い高温燃焼状態にあるときに、上記冷却媒体通路に冷却媒体を流通させて上記既燃ガスを冷却するようになっていればよい。
【００１３】
このようにすると、先行気筒から排出される既燃ガスの温度が著しく高い場合に効果的に冷却が行われる。
【００１４】
また、上記冷却媒体はエンジン冷却水であり、エンジン冷却系統を循環する冷却水の一部が上記冷却媒体通路に導かれるようになっていることが好ましい。このようにすれば、エンジン冷却水を利用して上記既燃ガスの冷却を行うことができる。
【００１５】
また、エンジン出力軸により駆動される機械式ポンプからなるメインウォータポンプと、電動ポンプからなるサブウォータポンプとをエンジン冷却系統に設け、エンジンの低速域で上記サブウォータポンプを作動させ、このサブウォータポンプの作動により上記冷却媒体通路に冷却水を供給することが好ましい。
【００１６】
このようにすると、メインウォータポンプの吐出流量特性を低速域では要求流量に対して不足するように設定しておいても、その不足分がサブウォータポンプの作動により補われるため、メインウォータポンプの駆動抵抗を小さくすることができる。
【００１７】
なお、気筒間ガス通路の周囲にエンジン冷却媒体を流通させる冷却媒体通路を設ける構造としては、気筒間ガス通路の少なくとも一部分をエンジンのシリンダヘッドに形成するとともに、このシリンダヘッドにおける気筒間ガス通路の周囲に冷却媒体を流通させるように冷却媒体通路を形成すればよい。また、シリンダヘッドから排気マニフォールドにわたって気筒間ガス通路を形成し、排気マニフォールドにおける気筒間ガス通路の周囲に冷却媒体通路を形成することも効果的である。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
【００１９】
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１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はシリンダヘッド１ａ及びシリンダブロック１ｂで構成され、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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
そして、各気筒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１６に示すように上記サイクルが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行われるようになっている。なお、図１６は４サイクル４気筒エンジンにおいて後に詳述するように特殊運転モードとされたときの各気筒の行程、燃料噴射時期、点火時期等を示すものであり、この図において、ＥＸは排気行程、ＩＮは吸気行程、Ｆは燃料噴射、Ｓは強制点火を表し、図中の星マークは圧縮自己着火が行われることを表している。
【００２４】
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。当実施形態の４サイクル４気筒エンジンでは、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（図１６参照）、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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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Ｏ_２センサ２３が設けられている。さらにＯ_２センサ２３の下流の排気通路２１には排気浄化のために三元触媒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、上記Ｏ_２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λＯ_２センサにより構成されている。
【００３１】
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Ｏ_２センサ２５が設けられている。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。これら第１，第２切換機構３５ａ，３５ｂにより、吸・排気流通経路を後記２気筒接続状態と各気筒独立状態とに切り換える切換機構が構成されている。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
また、後述する作動油給排用の通路３６から上記第２プランジャ６９の基端部と第２ホルダ７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。
【００４０】
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。
【００４１】
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３８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。
【００４２】
次に、気筒間ガス通路の冷却を行うための冷却媒体の通路等の構造を、図７乃至図１１を参照しつつ説明する。
【００４３】
図７及び図８は排気マニフォールドにおける気筒間ガス通路形成部分及びその周囲のウォータジャケット形成部分の構造を示しており、これらの図に示す実施形態では、排気通路２０の上流側部分を構成する排気マニフォールドが、分岐排気通路２１の大部分及びその下流の集合部を含む排気マニフォールド主部２０ａと、分岐排気通路２１の一部分及び気筒間ガス通路２２を含む排気マニフォールド上流部２０ｂとで構成され、排気マニフォールド上流部２０ｂがシリンダヘッド１ａと排気マニフォールド主部２０ａとの間に介在する状態で、これら排気マニフォールド上流部２０ｂ及び排気マニフォールド主部２０ａが一括にシリンダヘッド１ａに連結されるようになっている。
【００４４】
上記排気マニフォールド上流部２０ｂには、１番，４番気筒２Ａ，２Ｄの第１排気ポート１２ａ及び２番，３番気筒２Ｂ，２Ｃの排気ポート１２に通じる４本の分岐排気通路２１の上流部が形成されるとともに、１番，４番気筒２Ａ，２Ｄの第２排気ポート１２ｂと２番，３番気筒２Ｂ，２Ｃの第２吸気ポート１１ｂとに通じる２本のＵ字状の気筒間ガス通路２２が形成され、さらに、気筒間ガス通路２２の周囲に、冷却媒体としてのエンジン冷却水を流通させるウォータジャケット（冷却媒体通路）８０が形成されている。
【００４５】
上記ウォータジャケット８０は、気筒間ガス通路２２の冷却を効率よく行い得るとともに、このウォータジャケット８０を含む排気マニフォールド上流部２０ｂを鋳造により容易に成形することが可能なように形成されている。具体的には、気筒間ガス通路２２の外側部に沿って屈曲した断面が縦長扁平の流路部８０ａと、排気マニフォールド上流部２０ｂの気筒列方向中間部において分岐排気通路２１の下方を通って、両側の流路部８０ａをつなぐ断面が横長扁平の流路部８０ｂとを有している。
【００４６】
排気マニフォールド上流部２０ｂの一端側には冷却水入口部８１が設けられ、他端側には冷却水出口部８２が設けられており、これら冷却水入口部８１及び冷却水出口部８２は流路部８０ａに連通している。そして、冷却水入口部８１が電動のサブウォータポンプ１００に接続されるようになっている。なお、８３は鋳造時に用いられる中子支えにより生じた穴を塞ぐプラグである。
【００４７】
図９及び図１０はシリンダヘッド１ａにおけるウォータジャケット形成部分の構造を示している。これらの図において、先行気筒２Ａ，２Ｄの第２排気ポート１２ｂ及び後続気筒２Ｂ，２Ｃの第２吸気ポート１１ｂは、一端が燃焼室に開口するとともに他端がシリンダヘッド外側面に達するようにシリンダヘッド１ａに形成され、排気マニフォールドの気筒間ガス通路２２に連なり、気筒間ガス通路２２の一部をなしているが、これらのポート１２ｂ，１１ｂの周囲にエンジン冷却水を流通させるようにウォータジャケット８５が形成されている。　すなわち、気筒配列部分の周囲にウォータジャケット８５が形成され、特に気筒間ガス通路２２の一部をなすポート１２ｂ，１１ｂの近辺でウォータジャケット８５の流路が広げられることにより、当該ポートの周囲に充分に冷却水を流通させることができるようになっている。
【００４８】
さらに、気筒間ガス通路２２に対する冷却効果を高めるため、気筒間ガス通路２２の一部をなすポート１２ｂ，１１ｂに近い排気マニフォールド側の一箇所に、ウォータジャケット８５に通じる冷却水入口部８６が形成され、冷却水入口部８６から流入する比較的冷たい冷却水が速やかにポートの周囲に導かれるようになっている。上記冷却水入口部８６は電動のサブウォータポンプ１００に接続されるようになっている。また、シリンダヘッドの気筒列方向の一端部には冷却水出口部８７が形成されている。
【００４９】
なお、図９に示す例では、ウォータジャケット８５の排気マニフォールド側において気筒列方向中間部の一箇所に冷却水入口部８６を設けているが、図１１に示すように、両方の気筒間ガス通路により近い２箇所に冷却水入口部８６´を設けてもよい。また、気筒間ガス通路２２の一部をなすポートの周囲においてウォータジャケット８５は、図１０に示すようにポート１２ｂ，１１ｂに沿ってシリンダヘッド１ａの側端近傍までの範囲に形成しておいてもよいが、さらに図１２のように、シリンダヘッド１ａの排気マニフォールド側の側面に開口するようにウォータジャケット８５´を形成し、排気マニフォールド上流部２０ｂのウォータジャケット８０に連通させるようにしてもよい。
【００５０】
図１３はエンジン冷却系全体の構成を概略的に示している。この図において、エンジン本体１とラジエータ９０との間には冷却水を循環させる冷却水通路９１が形成され、その冷却水通路９１にメインウォータポンプ９２が介設されるとともに、ラジエータ９０をバイパスするバイパス通路９３がサーモスタット９４を介して冷却水通路９１に接続され、さらに、ヒーター９５に冷却水を導く通路９６、サブタンク９７に通じる通路９８等が配設されている。上記メインウォータポンプ９２はエンジン出力軸により伝動機構を介して駆動される機械式ポンプである。
【００５１】
このような構造は従来と同様であるが、当実施形態ではこのような構造に加え、電動ポンプからなるサブウォータポンプ１００と、このサブウォータポンプ１００により送給される冷却水を排気マニフォールド上流部２０ｂのウォータジャケット８０やシリンダヘッド１ａのポート周囲のウォータジャケット８５に導く通路１０１とが設けられている。また、要求に応じてサブウォータポンプ１００から送給される冷却水の一部をメインウォータポンプ８２から送給される冷却水に上乗せしてエンジン本体１のシリンダ冷却用のウォータジャケットに送り込み得るように、サブウォータポンプ１００の下流から分岐した通路１０２がメインウォータポンプ９２の下流の冷却水通路９１に接続されるとともに、この通路１０２にコントロールバルブ１０３が介設されている。
【００５２】
図１４はエンジンの駆動、制御系統の構成を示している。この図の中に示すように、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が設けられている。
【００５３】
同図において、４０は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）であり、このＥＣＵ４０には、エアフローセンサ１９、Ｏ_２センサ２３およびリニアＯ_２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５１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５２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、上記第１，第２のコントロール弁３７，３９と、電動のサブウォータポンプ１００及びコントロールバルブ１０３に対して制御信号が出力されている。
【００５４】
上記ＥＣＵ４０は、運転状態判別手段４１、モード設定手段４２、切換機構制御手段４３、吸入空気量制御手段４４、燃料噴射制御手段４５及び冷却制御手段４６を備えている。
【００５５】
上記運転状態判別手段４１は、図１５に示すようにエンジンの運転領域が低速低負荷側の領域Ａ（部分負荷域）と高速側ないし高負荷側の領域Ｂとに分けられた制御用マップを有し、低速低負荷側の領域Ａを特殊運転モード領域、高速側ないし高負荷側の領域Ｂを通常運転モード領域とする。そして、上記回転数センサ５７及びアクセル開度センサ５８等からの信号により調べられるエンジンの運転状態（エンジン回転数及びエンジン負荷）が上記領域Ａ，Ｂのいずれにあるかを判別するようになっている。
【００５６】
上記モード設定手段４２は、運転状態判別手段４１による判別に基づき、上記特殊運転モード領域Ａでは、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を選択し、上記通常運転モード領域Ｂでは、各気筒をそれぞれ独立させ燃焼させる通常運転モードを選択するようになっている。
【００５７】
上記切換機構制御手段４３は、モード設定手段４２による運転モードの設定に応じ、特殊運転モードでは気筒間ガス通路２２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、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・排気流通経路を変更すべく第１，第２切換機構３５ａ，３５ｂを制御するもので、具体的には運転状態が領域Ａ，Ｂのいずれにあるかに応じ、上記各コントロール弁３７，３９を制御することにより、第１，第２切換機構３５ａ，３５ｂを次のように制御する。
【００５８】
領域Ａ：（特殊運転モード）
第１，第２切換機構３５ａ，３５ｂに対して油圧供給
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
領域Ｂ：（通常運転モード）
第１，第２切換機構３５ａ，３５ｂに対する油圧供給停止
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
上記吸入空気量制御手段４４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。この場合、特殊運転モードとされる運転領域Ａでは、後続気筒２Ｂ，２Ｃにおいては分岐吸気通路１６からの吸気導入が遮断された状態で先行気筒２Ａ，２Ｄから導入されるガス中の過剰空気と新たに供給される燃料との比が理論空燃比とされつつ燃焼が行われるので、先行、後続の２気筒分の要求トルクに応じた燃料の燃焼に必要な量の空気（２気筒分の燃料の量に対して理論空燃比となる量の空気）が先行気筒２Ａ，２Ｄに供給されるように、スロットル開度が調節される。
【００５９】
上記燃料噴射制御手段４５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。そして、特に上記モード設定手段４２により設定される運転モードに応じ、燃料噴射量及び噴射タイミングが変更される。
【００６０】
すなわち、特殊運転モードが設定された場合、先行気筒２Ａ，２Ｄに対しては、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を制御するとともに、圧縮行程で燃料を噴射して混合気の成層化を行わせるように噴射時期を設定する。そして、圧縮上死点付近で点火が行われることにより成層燃焼が行われるようにする。
【００６１】
一方、後続気筒２Ｂ，２Ｃに対しては、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対して燃料を供給し、後続気筒２Ｂ，２Ｃでの燃焼の際に実質的に理論空燃比とな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を設定する。例えば、先行気筒から導入される既燃ガスの温度が充分に高くて圧縮行程で自己着火し得るような温度状態となる場合は、吸気行程で燃料を噴射して混合気を均一化するように噴射時期を設定する。
【００６２】
また、通常運転モードが選択された場合には、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、例えば通常運転モード領域Ｂのうち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して混合気を均一化するように噴射時期を設定する。
【００６３】
上記冷却制御手段４６は、冷却系統に設けられているサブウォータポンプ１００及びコントロールバルブ１０３を運転状態に応じて制御する。
【００６４】
とくに、後に詳述するようにメインウォータポンプ９２のエンジン回転数に応じた吐出流量特性が、要求流量特性に対し、高速域で略合致して低速域で低くなるように予め設定されており、このような設定による場合にメインウォータポンプ９２の吐出流量が要求流量よりも低くなることがある低速域で、上記冷却制御手段４６によりサブウォータポンプ１００が駆動される。さらに、上記領域Ａで特殊運転モードによる制御が行われる場合であって、かつ、先行気筒２Ａ，２Ｄから気筒間ガス通路２２に排出される既燃ガスの温度が所定温度以上に高い高温燃焼状態（既燃ガスが冷却されずに後続気筒２Ａ，２Ｄに送られるとノッキングを生じるおそれがある程度の高温状態）となるような場合、例えば運転状態が上記領域Ａのうちで比較的高速、高負荷側にある場合に、上記サブウォータポンプ１００が駆動される。そして、排気マニフォールド上流部２０ｂのウォータジャケット８０やシリンダヘッド１ａのポート周囲のウォータジャケット８５に送られる冷却水により、後続気筒２Ａ，２Ｄでの圧縮自己着火は可能としつつノッキングは防止し得る程度の温度まで上記既燃ガスが冷却されるように、サブウォータポンプ１００の駆動量及びコントロールバルブ１０３の開度が制御される。
【００６５】
以上のような当実施形態の装置の作用を、図１６〜図１９を参照しつつ説明する。
【００６６】
低速低負荷側の領域Ａでは、特殊運転モードとされ、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１７に示すような２気筒接続状態とされ、先行気筒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から排出されるガスのみが排気通路２０に導かれる。
【００６７】
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１７中の矢印ａ）、先行気筒２Ａ，２Ｄでは空燃比が理論空燃比よりも大きいリーン空燃比となるように燃料噴射量が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、成層燃焼が行われる（図１６参照）。
【００６８】
それから、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１６中の白抜き矢印及び図１７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、Ｏ_２センサ２３の出力に基いて燃料噴射量が制御されつつ、適当なタイミングで燃料が噴射され、燃焼が行われる。例えば、先行気筒２Ａ，２Ｄから導入される既燃ガスの温度が充分に高い場合、後続気筒２Ｂ，２Ｃにおいて吸気行程で燃料が噴射され、この燃料が均一に分散した状態で圧縮行程上死点付近で自己着火が生じ、この自己着火による燃焼が行われる（図１６参照）。そして、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１７中の矢印ｃ）。
【００６９】
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、先行気筒から押出された既燃ガスが導入されるためポンピングロス低減効果が高められ、さらに、圧縮自己着火が行われる場合、略均一な混合気分布状態での同時圧縮自己着火により燃焼が急速に行われ、これによって熱効率が大幅に向上される。これらの作用で後続気筒でも大幅に燃費が改善される。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
一方、高負荷側ないし高回転側の領域Ｂでは、通常運転モードとされ、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１８に示すような各気筒独立状態とされ、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３２，３２ａ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。
【００７４】
このように、運転領域によって特殊運転モードと通常運転モードとが選択され、低速低負荷の領域Ａでの燃費、エミッションの改善及び高負荷側ないし高回転側の領域Ｂでの出力性能の確保が図られる。
【００７５】
ところで、排気マニフォールド上流部２０ｂにおける気筒間ガス通路２２の周囲にウォータジャケット８０が形成されるとともに、シリンダヘッド１ａには気筒間ガス通路２２の一部をなすポート１２ｂ，１１ｂの周囲に冷却水の流通させるウォータジャケット８５が形成され、少なくとも特殊運転モードで、かつ、先行気筒１Ａ，１Ｄから導出される既燃ガスの温度が所定値以上の高温状態のとき、サブウォータポンプ１００により送られる冷却水が上記ウォータジャケット８０，８５に流れることにより、気筒間ガス通路２２を通る既燃ガスが適度に冷却される。
【００７６】
従って、運転状態が特殊運転モード領域Ａのうちの高速、高負荷側にある場合等に、後続気筒２Ｂ，２Ｃに流入する既燃ガスが自己着火に適した温度に対して過度に高くなることが防止され、後続気筒２Ｂ，２Ｃでのノッキングの発生が防止される。そして、このように後続気筒２Ｂ，２Ｃに流入する既燃ガスの過度の温度上昇が抑制されることにより、特殊運転モード領域Ａを高速、高負荷側に拡大することが可能となり、広い運転領域にわたり特殊運転モードによる燃費改善を図ることができる。
【００７７】
また、サブウォータポンプ１００が低速域で駆動されて、メインウォータポンプ９２による冷却水送給作用を助けるので、メインウォータポンプ９２の駆動抵抗を軽減することが可能となる。この作用を、図１９を参照しつつ説明する。
【００７８】
メインウォータポンプ９２はエンジンにより駆動されるので、その吐出流量はエンジン回転数に応じて変化し、エンジン回転数が高くなるにつれて増大する（曲線Ｆ´，Ｆｎ）。一方、エンジンの冷却等のために要求される冷却水の流量もエンジン回転数が高くなるにつれて増大するが、その要求流量特性（曲線Ｆｄ）とメインウォータポンプ９２の吐出流量特性とをエンジン全域で一致させることは困難であり、一般にメインウォータポンプ９２の吐出流量特性の方が要求流量特性よりもエンジン回転数に応じた変化率が大きい。このため、従来のようにエンジン駆動の１つのウォータポンプだけを用いて低速域での要求を満足するように増側比等を設定すると、同図に二点鎖線Ｆ´で示すように、中速域から高速域にかけて吐出流量が要求流量を大幅に上回ってしまい、それに伴ってウォータポンプの駆動抵抗が大きくなり、駆動損失が増大する。
【００７９】
これに対し、当実施形態のようにメインウォータポンプ９２に加えてサブウォータポンプ１００を設ける場合は、メインウォータポンプ９２の吐出流量特性を、同図に実線Ｆｎで示すように、高速域で要求流量特性に合致し、低速域で要求流量より低くなるように設定しておくとともに、低速域での流量不足分をサブウォータポンプ１００の駆動により補うようにすればよい。つまり、サブウォータポンプ１００は、同図にハッチングを付して示すように、メインウォータポンプ９２の吐出流量特性（Ｆｎ）が要求流量特性（Ｆｄ）を下回る領域にある場合と、特殊運転モードとされる領域において先行気筒２Ａ，２Ｄから排出される既燃ガスの温度が過度に高くなる場合とに、駆動させるようにすればよい。
【００８０】
そして、上記のようにメインウォータポンプ９２の吐出流量特性（Ｆｎ）を設定することにより、中速域及び高速域でのウォータポンプ駆動損失が低減される。従って、燃費改善効果がより一層高められる。
【００８１】
なお、本発明の装置の具体的構成は上記実施形態に限定されず、種々変更可能である。他の実施形態を以下に説明する。
【００８２】
▲１▼特殊運転モードとされる場合に、図１６に示す例では、後続気筒の燃焼が圧縮自己着火により行われるようになっているが、エンジンの低温時等、後続気筒での圧縮自己着火が困難な温度状態にある場合には、後続気筒も先行気筒と同様に強制点火により燃焼を行わせるようにしてもよく、この場合、着火性確保のため、後続気筒に対する燃料噴射は圧縮行程で行うようにすることが好ましい。
【００８３】
▲２▼吸・排気流通経路を後記２気筒接続状態と各気筒独立状態とに切り換える切換機構（第１，第２切換機構３５ａ，３５ｂ）は図３〜図６に示すような構造に限定されず、例えばカムの回転をロッカーアームを介して吸・排気弁に伝えるような動弁機構においてそのロッカーアームに組み込むようにしてもよい。
【００８４】
▲３▼上記基本実施形態では先行気筒２Ａ，２Ｄ、後続気筒２Ｂ，２Ｃのいずれに対しても燃料噴射弁９は燃焼室に直接燃料を噴射する直噴タイプとしているが、後続気筒２Ｂ，２Ｃに対する燃料噴射弁は必ずしも直噴タイプに限定されず、例えば吸気ポートおよび気筒間ガス通路に燃料噴射弁を設け、通常運転モードでは吸気ポートの燃料噴射弁を駆動し、特殊運転モードでは気筒間ガス通路の燃料噴射弁を駆動するようにしてもよい。
【００８５】
▲４▼上記基本実施形態では排気マニフォールドを気筒間ガス通路２２を含む排気マニフォールド上流部２０ｂと排気マニフォールド主部２０ａとに分けて成形しているが、　これらを一体に成形してもよい。
【００８６】
▲５▼上記基本実施形態では気筒間ガス通路２２の大部分を排気マニフォールドに形成しているが、気筒間ガス通路の全体をシリンダヘッドに形成するとともに、シリンダヘッドにおける気筒間ガス通路の周囲にウォータジャケットを形成してもよい。
【００８７】
▲６▼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。
【００８８】
【発明の効果】
以上のように本発明の装置によると、エンジンの部分負荷域で特殊運転モードに制御し、この特殊運転モードでは、排気行程と吸気行程が重なる一対の気筒間で排気行程にある先行気筒から排出される既燃ガスが気筒間ガス通路を介して吸気行程にある後続気筒に導入される２気筒接続状態としつつ、先行気筒では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で燃焼を行わせるようにしているため、先行気筒でのリーン燃焼による熱効率向上および各気筒でのポンピングロス低減等により燃費を改善することができ、しかも、三元触媒だけで充分に排気ガスの浄化が達成することができる。
【００８９】
また、上記気筒間ガス通路の周囲にエンジン冷却媒体を流通させる冷却媒体通路を設けているため、特殊運転モードとされているときに先行気筒から排出される既燃ガスの温度が著しく高くなるような場合でも、既燃ガスが気筒間ガス通路を通る間に冷却され、後続気筒に導入されるガスの温度が過度に高くなることを防止することができる。従って、後続気筒でノッキング等の異常燃焼が生じることを防止することができる。
【００９０】
そして、後続気筒での異常燃焼を生じることなく有効に特殊運転モードとし得る運転領域を高速、高負荷側に広げることができるため、燃費改善効果をより一層高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態による制御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】排気マニフォールドにおける気筒間ガス通路形成部分及びその周囲のウォータジャケット形成部分の構造を示す平面断面図である。
【図８】排気マニフォールドにおける気筒間ガス通路形成部分及びその周囲のウォータジャケット形成部分の構造を示す正面図である。
【図９】シリンダヘッドにおけるウォータジャケット形成部分の構造を示す平面断面図である。
【図１０】シリンダヘッドにおけるウォータジャケット形成部分の拡大部分断面図である。
【図１１】シリンダヘッドにおけるウォータジャケットの別の例を示す平面断面図である。
【図１２】シリンダヘッドにおけるウォータジャケットのさらに別の例を示す拡大部分断面図である。
【図１３】冷却系統の通路構成説明図である。
【図１４】制御系統のブロック図である。
【図１５】運転状態に応じた制御を行うための運転領域設定の一例を示す説明図である。
【図１６】特殊運転モードにあるときの、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１７】特殊運転モードにあるとき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１８】通常運転モードにあるとき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１９】エンジン回転数とウォータポンプ吐出流量との関係を示す説明図である。
【符号の説明】
１　エンジン本体
１ａ　シリンダヘッド
２Ａ〜２Ｄ　気筒
９　燃料噴射弁
２２　気筒間ガス通路
４０　ＥＣＵ
４６　冷却制御手段
８０　ウォータジャケット
８５　ウォータジャケット
９２　メインウォータポンプ
１００　サブウォータポンプ

Claims

複数の気筒を備えて、各気筒の燃焼サイクルが所定の位相差をもって行われるように構成するとともに、
エンジンの部分負荷域でエンジンの吸・排気及び燃焼状態についての制御モードを特殊運転モードとし、この特殊運転モードでは、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にある先行気筒から排出される既燃ガスがそのまま吸気行程にある後続気筒に導入され、この後続気筒から排出されるガスが排気通路に導かれるような２気筒接続状態としつつ、上記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を行わせ、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を供給して実質的に理論空燃比で燃焼を行わせるようにした火花点火式４サイクルエンジンであって、
上記一対の気筒間に、先行気筒から排出される既燃ガスを後続気筒に導く気筒間ガス通路を形成するとともに、この気筒間ガス通路の周囲にエンジン冷却媒体を流通させる冷却媒体通路を設けたことを特徴とする火花点火式４サイクルエンジン。
少なくとも上記特殊運転モードで、かつ、先行気筒から排出される既燃ガスの温度が所定値以上に高い高温燃焼状態にあるときに、上記冷却媒体通路に冷却媒体を流通させて上記既燃ガスを冷却するようになっていることを特徴とする請求項１記載の火花点火式４サイクルエンジン。
上記冷却媒体はエンジン冷却水であり、エンジン冷却系統を循環する冷却水の一部が上記冷却媒体通路に導かれるようになっていることを特徴とする請求項１又は２記載の火花点火式４サイクルエンジン。
エンジン出力軸により駆動される機械式ポンプからなるメインウォータポンプと、電動ポンプからなるサブウォータポンプとをエンジン冷却系統に設け、エンジンの低速域で上記サブウォータポンプを作動させ、このサブウォータポンプの作動により上記冷却媒体通路に冷却水を供給するようにしたことを特徴とする請求項３記載の火花点火式４サイクルエンジン。
気筒間ガス通路の少なくとも一部分をエンジンのシリンダヘッドに形成するとともに、このシリンダヘッドにおける気筒間ガス通路の周囲に冷却媒体を流通させるように冷却媒体通路を形成したことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の火花点火式４サイクルエンジン。
シリンダヘッドから排気マニフォールドにわたって気筒間ガス通路を形成し、排気マニフォールドにおける気筒間ガス通路の周囲に冷却媒体通路を形成したことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の火花点火式４サイクルエンジン。