JP2004076616A - 火花点火式エンジンの制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】リーン燃焼による燃費改善効果をもたせるとともに、その効果が得られる走行領域を拡大する。
【解決手段】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先行気筒２Ａ，２Ｄから排出される既燃ガスがそのまま吸気行程側の後続気筒２Ｂ，２Ｃに気筒間ガス通路２２を介して導入され、後続気筒２Ｂ，２Ｃから排出されるガスのみが排気通路２０に導かれるようにする。そして、先行気筒２Ａ，２Ｄでは理論空燃比よりも所定量大きいリーン空燃比で燃焼を行わせ、後続気筒２Ｂ，２Ｃでは、先行気筒２Ａ，２Ｄから導入された既燃ガスに燃料を供給して燃焼を行わせる。更に、後続気筒２Ｂ，２Ｃの混合気温度が比較的高い状態のとき、所定の気筒に対する燃料供給を、所定のタイミングで停止する。
【選択図】　　　　図１

Description

【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。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、例えば上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】
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上記リーン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、上記リーンＮＯｘ触媒の浄化性能を維持するためには、上述のように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、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、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、上記のように各気筒の燃焼状態等を制御する場合には、先行気筒での既燃ガスを後続気筒に導いているため、後続気筒の混合気温度が上昇し、ノッキング等の異常燃焼を招く虞があった。
【０００９】
本発明は以上のような従来の課題を考慮してなされたものであり、リーン燃焼した高温の既燃ガスを、更に圧縮して再燃焼させるようなエンジンにおいて、その再燃焼前の混合気温度が高くなり過ぎない走行領域を拡大し、リーン燃焼、更には圧縮着火による燃焼によって、高い燃費改善効果と排ガス浄化効果を得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の発明は、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いる多気筒の火花点火式エンジンにおいて、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がそのまま吸気行程側の気筒である後続気筒に気筒間ガス通路を介して導入されるとともに、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気筒接続状態とすることが可能なガス流通経路と、少なくとも低負荷低回転域で、上記ガス流通経路を上記２気筒接続状態としつつ燃焼を行わせる特殊運転モードに制御する制御手段とを備え、上記制御手段は、上記特殊運転モードにおいて、上記先行気筒では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るとともに、上記後続気筒では上記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各気筒に対する燃料供給を制御する燃料供給制御手段を含み、上記燃料供給制御手段は、上記後続気筒の混合気温度が比較的高い状態のとき、所定の気筒に対する燃料供給を、所定のタイミングで停止することを特徴とする。
【００１１】
この発明によれば、特殊運転モードにおいて、先行気筒では空気が過剰に存在するリーン空燃比で、強制点火による燃焼が行われ、このリーン燃焼によっ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、大幅な燃費善効果が得られる。また、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追加燃料が供給されて燃焼が行われる。先行気筒から気筒間ガス通路を介して導入されるガスは高温であるために、追加燃料の気化が促進され、後続気筒での良好な燃焼を得ることができる。また、先行気筒ではリーン空燃比で燃焼が行われることによりＮＯｘ発生量が比較的少なく抑えられ、後続気筒では、先行気筒から既燃ガスが導入されることで多量のＥＧＲ（排気再循環）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、排ガス浄化が促進される。後続気筒では、理論空燃比での燃焼がなされるので、排気通路には三元触媒を備えるだけで充分に排気浄化性能が確保される。
【００１２】
また、気筒間ガス通路である程度放熱され、冷却することもできるので、比較的高負荷、高回転側の領域で混合気温度が過度に上昇する傾向が抑制される。しかも、所定の気筒に対する燃料供給を、所定のタイミングで停止することにより、燃焼が間欠的に行われるため、混合気温度の上昇を更に抑制することができる。その結果、ノッキング等の異常燃焼を防止し易くなり、リーン燃焼、更には圧縮着火による燃焼によって、高い燃費改善効果と排ガス浄化効果が得られる走行領域を拡大することができる。
【００１３】
なお本発明は、必ずしも特殊運転モードと他の運転モードとの切換えを必須の要件とするものではなく、例えば全運転領域に亘り特殊運転モードとしたものも含む。
【００１４】
請求項２の発明は、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、上記燃料供給を停止する制御は、上記後続気筒に対しなされるものであることを特徴とする。
【００１５】
このようにすると、特に高温になり易い後続気筒での燃焼が行われないので、後続気筒の温度上昇を効果的に抑制することができる。なお、後続気筒での燃料供給を停止する際には、先行気筒での空燃比を理論空燃比としておけば、その既燃ガスは後続気筒を経由して排気通路に導かれるので、請求項１の発明と同様、排気通路には三元触媒を備えるだけで充分に排気浄化性能が確保される。
【００１６】
請求項３の発明は、請求項１記載の火花点火式エンジンの制御装置であって、上記２気筒接続状態における１対の先行気筒と後続気筒とからなる気筒対を２組以上有する４気筒以上のエンジンにおいて、上記燃料供給を停止する制御は、少なくとも１組の気筒対と、別の１組の気筒対とで、１回の吸排気行程単位で交互になされるものであることを特徴とする。
【００１７】
このようにすると、１組の気筒対（先行気筒と後続気筒）に着目すると燃焼が１回おきに行われるので、筒内温度、特に後続気筒の混合気温度の上昇を効果的に抑制することができる。また、１回おきに行われる燃焼は、この燃料供給を停止する制御を行わない場合の特殊運転モードと同等なので、燃費改善および排ガス浄化が効果的になされる。
【００１８】
請求項４の発明は、請求項１記載の火花点火式エンジンの制御装置であって、上記２気筒接続状態における１対の先行気筒と後続気筒とからなる気筒対を２組以上有する４気筒以上のエンジンにおいて、上記燃料供給を停止する制御は、少なくとも１組の気筒対と、別の１組の気筒対とで、複数回の吸排気行程単位で交互になされるものであることを特徴とする。
【００１９】
このようにすると、１組の気筒対（先行気筒と後続気筒）に着目すると燃焼が複数回おきに複数回行われるので、混合気温度、特に後続気筒の混合気温度の上昇を効果的に抑制することができる。また、複数回おきに複数回行われる燃焼は、この燃料供給を停止する制御を行わない場合の特殊運転モードと同等なので、燃費改善および排ガス浄化が効果的になされる。また、交互に燃料供給の停止を繰り返す場合に比べて、全体として燃料供給の有無の切換え回数が少ないので、それに伴うトルク変動の発生機会を削減することができる。
【００２０】
請求項５の発明は、請求項３または４記載の火花点火式エンジンの制御装置において、４気筒、８気筒または１２気筒の４サイクルエンジンに適用されることを特徴とする。
【００２１】
このようにすると、気筒数を増やすに従って燃料の停止および再開に伴うトルク変動を、エンジン全体として可及的に小さくなるようにバランスさせることが出来る。
【００２２】
請求項６の発明は、請求項１乃至５記載の火花点火式エンジンの制御装置において、上記後続気筒の燃焼前の筒内温度状態を推測する手段を設けるとともに、その推測による上記後続気筒の混合気温度が所定値よりも高いときに、上記燃料供給を停止する制御を行うことを特徴とする。
【００２３】
このようにすると、後続気筒の筒内温度が比較的低い時には常に燃料の供給を行って特殊運転モードによる燃費改善効果を充分得るとともに、後続気筒の筒内温度が比較的高い時には上記燃料の供給を停止する制御を行って後続気筒の筒内温度上昇を抑制するので、特殊運転モードでの走行領域を可及的に拡大することができる。
【００２４】
請求項７の発明は、請求項１乃至６記載の火花点火式エンジンの制御装置において、新気及びガスの流通経路を、上記２気筒接続状態と、吸気通路から各気筒の吸気ポートに新気を導入するとともに各気筒の排気ポートから排出される排気ガスを上記排気通路に導く各気筒独立状態とに切換える流通経路切換手段を備えるとともに、上記制御手段は、高負荷、高回転側の運転領域では、上記流通経路切換手段によって上記流通経路を各気筒独立状態として燃焼を行わせる通常運転モードに制御することを特徴とする。
【００２５】
このようにすると、比較的低負荷低回転領域で燃費及び排ガス浄化性能の向上が図られる一方、比較的高負荷高回転領域での出力性能が確保される。
【００２６】
請求項８の発明は、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、上記特殊運転モードにあるときに、排気通路に排出される既燃ガス濃度が、略理論空燃比の燃焼状態に対応した値となるような吸入空気量制御手段と燃料噴射制御手段とを備え、上記特殊運転モードにあって、筒内温度が比較的高い状態のとき、上記燃料噴射手段は、燃料噴射を所定のタイミングで停止することを特徴とする。
【００２７】
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。
【００２８】
そして、上記特殊運転モードにあって、筒内温度が比較的高い状態のとき、燃料噴射手段が、所定の気筒に対する燃料噴射を所定のタイミングで停止するので、各気筒の筒内温度の上昇を抑制し、ノッキング等の異常燃焼を防止し易くなり、リーン燃焼、更には圧縮着火による燃焼によって、高い燃費改善効果と排ガス浄化効果が得られる走行領域を拡大することができる。
【００２９】
請求項９の発明は、請求項８記載の火花点火式エンジンの制御装置において、上記特殊運転モードにあって、筒内温度が比較的低い状態のとき、吸気行程と、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、排気行程とからなる８サイクルの燃焼制御を実行し、上記特殊運転モードにあって、筒内温度が比較的高い状態のとき、上記燃料噴射手段は、上記８サイクルの燃焼を１単位として、複数単位の燃焼のうち、所定の単位の燃焼に対し燃料噴射を停止することを特徴とする。
【００３０】
このように、特殊運転モードを８サイクルの燃焼とすると、特殊運転モードから通常運転モードに移行する際、爆発時期がずれる等の問題を生じることなく移行することができる。その上で、所定の単位の燃焼に対し燃料噴射を停止することにより、各気筒の筒内温度の上昇を抑制し、ノッキング等の異常燃焼を防止し易くなり、リーン燃焼、更には圧縮着火による燃焼によって、高い燃費改善効果と排ガス浄化効果が得られる走行領域を拡大することができる。
【００３１】
請求項１０の発明は、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、上記特殊運転モードにおいて、筒内温度が比較的低いときは、吸気行程と、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、排気行程とからなる６サイクルの燃焼制御を実行し、筒内温度が比較的高いときは、吸気行程と、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、排気行程とからなる８サイクルの燃焼制御を実行することを特徴とする。
【００３２】
この発明によると、特殊運転モードにおいて、筒内温度が比較的高いときに８サイクルの燃焼制御を行う。これは、６サイクルの燃焼制御に比べ燃焼を伴わない膨張行程が追加された状態になるので、各気筒の筒内温度の上昇を抑制し、ノッキング等の異常燃焼を防止し易くなる。
【００３３】
【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。
【００３４】
図１は本発明の第１の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。
【００３５】
各気筒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。
【００３６】
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、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。
【００３７】
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。
【００３８】
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６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６において、ＥＸは排気行程、ＩＮは吸気行程であり、また、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着火（条件によっては強制点火）が行われることを表している。
【００３９】
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気筒エンジンでは、図６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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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に設けられている。
【００４３】
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および吸気温を測定する吸気温センサ２７が設けられている。
【００４４】
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。
【００４５】
上記気筒間ガス通路２２は、互いに隣接する気筒間を接続する比較的短い通路であり、ウォータージャケット２６に覆設されている。ウォータージャケット２６は、その内部に気筒間ガス通路２２を取り囲むような冷却水通路５２（図３参照）を備える。そして先行気筒から排出される既燃ガスがこの気筒間ガス通路２２を通る際、放熱を抑制する場合は冷却水を停止し、放熱を促進する場合は冷却水を循環させるようになっている。なお、冷却水通路５２には、冷却水を循環させるための冷却用ポンプ５０およびそれを駆動する冷却用ポンプ駆動モータ５１が設けられるとともに、冷却水の温度を測定するためのガス通路冷却水温センサ５７が設けられている（図３参照）。
【００４６】
また、気筒間ガス通路２２には、酸素濃度に応じて出力がリニアに変化するリニアＯ_２センサ２５が設けられており、その出力に応じ、所定のリーン空燃比とされる先行気筒２Ａ，２Ｄに対する燃料噴射量がフィードバック制御される。
【００４７】
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。Ｏ_２センサ２３は、理論空燃比付近で出力が急変するλＯ_２センサであり、このＯ_２センサ２３の出力に基いて後続気筒２Ｂ，２Ｃ（各気筒独立状態のときは気筒２Ａ，２Ｄを含む）に対する燃料噴射量がフィードバック制御される。さらにＯ_２センサ２３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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
上記第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）。
【００５２】
図３は駆動、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、Ｏ_２センサ２３、リニアＯ_２センサ２５および吸気温センサ２７からの信号が入力され、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４７、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４８および車速センサ５５等からの信号が入力され、更に各冷却水の温度を検知するためにエンジン冷却水温センサ５６やガス通路冷却水温センサ５７からの信号が入力されている。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、冷却用ポンプ駆動モータ５１とに対して制御信号が出力されている。
【００５３】
上記ＥＣＵ４０は、少なくとも低負荷低回転域で、ガス流通経路を２気筒接続状態（図１０参照）としつつ燃焼を行わせる特殊運転モードに制御する制御手段を構成するものであって、運転状態判別手段４１、弁停止機構制御手段４２、吸入空気量制御手段４３、燃焼制御手段４４、ガス通路冷却制御手段４９及び筒内温度状態推測手段５３を備えている。
【００５４】
運転状態判別手段４１は、上記回転数センサ４５及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）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と、高負荷側ないし高回転側の運転領域Ｂとのいずれの領域にあるかを判別する。
【００５５】
エンジンが温間状態（完全に暖機された状態）にあり、かつ特別な状態（例えば後述する後続気筒の筒内温度上昇など）にないとき、運転領域Ａでは特殊運転モードでの運転を行い、運転領域Ｂでは通常運転モードでの運転を行う。
【００５６】
弁停止機構制御手段４２は、特殊運転モードと通常運転モードとに応じ、上記各コントロール弁３７，３９を制御することにより、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
【００５７】
この弁停止機構制御手段４２とこれにより制御される各弁停止機構３５とにより、ガスの流通経路を後に詳述するように切換える流通経路切換手段が構成されている。
【００５８】
上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。この場合、特殊運転モードでは、後述のように後続気筒（２番、３番気筒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（１番、４番気筒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】
上記燃焼制御手段４４は、燃料供給制御手段としての燃料噴射制御手段４５と点火制御手段４６とからなっており、燃料噴射制御手段４５により、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とともに、点火制御手段４６により運転状態に応じた点火時期の制御及び点火停止等の制御を行う。そして、特に運転状態が特殊運転モードである場合と通常運転モードである場合とで燃焼の制御（燃料噴射の制御及び点火の制御）が変更される。
【００６０】
すなわち、特殊運転モードの場合、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混合気の成層化を行わせるように噴射タイミングを設定し、かつ、圧縮上死点付近で強制点火を行わせるように点火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対して燃料を供給し、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、吸気行程で燃料を噴射するように噴射タイミングを設定する。そして、後続気筒の筒内温度が圧縮着火に適した温度であるときには強制点火を停止させて圧縮着火による燃焼を行い、そうでないときには強制点火による燃焼を行う。なお、圧縮着火に適した温度とは、温度が低すぎて失火したり、高すぎて異常燃焼したりせず、圧縮着火によって正常な燃焼が行われる温度をいう（以下同様）。
【００６１】
また、後述するように、後続気筒の混合気温度が高い状態のときには、１組の気筒対（先行気筒と後続気筒）と、別の１組の気筒対とで、１回の吸排気行程単位で交互に燃料噴射を停止する。
【００６２】
一方、通常運転モードの場合には、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タイミングを設定し、かつ、各気筒２Ａ〜２Ｄとも強制点火を行わせるようにする。
【００６３】
ガス通路冷却制御手段４９は、特殊運転モード中、気筒間ガス通路２２内を流れる既燃ガス温度の制御を行う。ガス通路冷却制御手段４９は、筒内温度状態推測手段５３による後続気筒の混合気温度の推定値（詳細は後述する）に基き、その混合気温度が所定値以上であるとき、冷却用ポンプ駆動モータ５１を作動させる。その冷却用ポンプ駆動モータ５１に駆動される冷却用ポンプ５０によって冷却水が冷却水通路５２内を循環し、ウォータージャケット２６内の気筒間ガス通路２２を冷却する。このため、先行気筒２Ａ，２Ｄから気筒間ガス通路２２を経由して後続気筒２Ｂ，２Ｃに導かれる既燃ガスの温度が降下するので、後続気筒２Ｂ，２Ｃの筒内温度の上昇が抑制される。
【００６４】
筒内温度状態推測手段５３は、特殊運転モード中の後続気筒の筒内温度状態を推測し、燃焼直前の混合気温度を推定する。その推定値に基いて、燃料噴射制御手段４５では燃料供給を停止する制御（以下燃料カット制御という）を行い、ガス通路冷却制御手段４９では冷却用ポンプ駆動モータ５１のＯＮ／ＯＦＦを切換える。以下に、筒内温度状態推測手段５３について説明する。
【００６５】
図５は、筒内温度状態推測手段５３における推測手順の主要ブロック図である。図５は、縦３列の構成になっているが、左列のＰ１０〜Ｐ２６は、ＥＣＵ４０に入力される各種センサからの信号やＥＣＵ４０内部のパラメータにより、直接あるいは簡単な演算で得られる入力パラメータである。中央列の既燃ガス流量Ｐ３０は、演算過程で得られる中間パラメータである。右列の先行気筒既燃ガス温度Ｐ４０、気筒間ガス通路内の既燃ガス温度Ｐ５０は主要な演算結果であり、後続気筒の燃焼直前の混合気温度Ｐ６０は、最終的な演算結果である。このように筒内温度状態推測手段５３は、各入力パラメータから先行気筒既燃ガス温度Ｐ４０、気筒間ガス通路内の既燃ガス温度Ｐ５０を順に求めて行き、最終的に後続気筒の燃焼直前の混合気温度Ｐ６０を求めるようになっている。
【００６６】
先行気筒既燃ガス温度Ｐ４０を求める過程を先行気筒演算部、気筒間ガス通路内の既燃ガス温度Ｐ５０を求める過程を気筒間ガス通路演算部、そして後続気筒の燃焼直前の混合気温度Ｐ６０を求める過程を後続気筒演算部として、次にこれらについて説明する。
【００６７】
最初の先行気筒演算部では、先行気筒空燃比Ｐ１０、点火時期Ｐ１２、エンジン冷却水温Ｐ１４、吸気温度Ｐ１６、エンジン回転数Ｐ１８および空気充填量Ｐ２０によって先行気筒既燃ガス温度Ｐ４０が求められる。先行気筒空燃比Ｐ１０は、エアフローセンサ１９による吸入空気量と、燃料噴射制御手段４５による燃料噴射量から求められるパラメータであり、リニアＯ_２センサ２５でフィードバック制御される。点火時期Ｐ１２は、燃料噴射制御手段４５により決定されるパラメータである。エンジン冷却水温Ｐ１４、吸気温度Ｐ１６、エンジン回転数Ｐ１８および空気充填量Ｐ２０は、それぞれエンジン冷却水温センサ５６、吸気温センサ２７、回転数センサ４７およびエアフローセンサ１９により得られるパラメータである。
【００６８】
次の気筒間ガス通路演算部では、先行気筒演算部で得られた先行気筒既燃ガス温度Ｐ４０と、吸気温度Ｐ１６、車速Ｐ２２、ガス通路冷却水温Ｐ２４および既燃ガス流量Ｐ３０とから、気筒間ガス通路内の既燃ガス温度Ｐ５０が求められる。車速Ｐ２２およびガス通路冷却水温Ｐ２４は、車速センサ５５およびガス通路冷却水温センサ５７から得られるパラメータである。既燃ガス流量Ｐ３０は、エンジン回転数Ｐ１８と空気充填量Ｐ２０とにより算出される中間パラメータである。
【００６９】
最後の後続気筒演算部では、気筒間ガス通路内の既燃ガス温度Ｐ５０と、エンジン回転数Ｐ１８、空気充填量Ｐ２０、既燃ガス流量Ｐ３０および後続気筒空燃比Ｐ２６とから、後続気筒の燃焼直前の混合気温度Ｐ６０が求められる。後続気筒空燃比Ｐ２６は、先行気筒空燃比Ｐ１０と燃料噴射制御手段４５による燃料噴射量から求められるパラメータであり、実質的な理論空燃比となるよう、Ｏ_２センサ２３でフィードバック制御される。
【００７０】
本実施形態では、後続気筒の燃焼直前の混合気温度Ｐ６０が上昇し、ガス通路冷却制御手段４９を用いても後続気筒に異常燃焼が発生するような状態になったとき、燃料供給停止の制御を行う。
【００７１】
次に、燃料供給停止の制御について、図６および図９を参照して説明する。図６には、各気筒における燃料噴射１２１，１３１，１２２，１１３，１２３，１１４，１２４等が示されているが、燃料カット制御が適用されると、このうち幾つかの燃料噴射が停止される。具体的に、制御開始時点１００で制御信号が出された場合について説明する。制御開始時点１００で制御が開始すると、その直後に燃料噴射を行う先行気筒（図では４番気筒２Ｄ）の燃料噴射１１４が停止される。従って燃焼は行われず、吸入した空気はそのまま後続気筒（図では３番気筒２Ｃ）に導かれる。そして、その空気に対する燃料噴射１１３も停止される。従って燃焼は行われず、空気はそのまま排気通路２０へ排出される。そして、４番気筒２Ｄの燃料噴射１１４の、次の燃料噴射１２４は再開し、それに対応する３番気筒２Ｃの燃料噴射１２３も再開する。このように、先行気筒と後続気筒という１組の気筒対において燃料供給の有無が交互になされる。
【００７２】
一方、４番気筒２Ｄとは別の先行気筒（図では１番気筒２Ａ）では、燃料噴射１１４の直後の燃料噴射１２１を停止する。そして、それに対応する後続気筒（図では２番気筒２Ｂ）の燃料噴射１２２が停止される。そして１番気筒２Ａの次の燃料噴射１３１は再開され、以下先行気筒と後続気筒という１組の気筒対において燃料供給の有無が交互になされる。
【００７３】
図９（ａ）は、このような燃料供給有無のパターンを模式的に示す表である。この表で、縦方向には各気筒を表し、横方向には各サイクルの経過を表す。各欄に示された○印は燃料供給あり、×印は燃料供給なしを表す。また、１番気筒２Ａの欄と２番気筒２Ｂの欄、および３番気筒２Ｃの欄と４番気筒２Ｄの欄が共通化されているのは、後続気筒における燃料供給有無が、先行気筒における燃料供給有無に準じていることを表す（以下図９（ｂ）、（ｃ）および図１２も同じ）。この表によると、制御開始時点１００後、まず３番気筒２Ｃと４番気筒２Ｄでの燃料噴射１１３，１１４が停止されている。そして、その後のタイミングで１番気筒２Ａと２番気筒２Ｂでの燃料噴射１２１，１２２が停止されている。以降は、制御終了時点１０１まで、それぞれ交互に燃料噴射を停止する。
【００７４】
このようにすると、１組の気筒対（先行気筒と後続気筒）に着目すると燃焼が１回おきに行われるので、混合気温度、特に後続気筒の混合気温度の上昇を効果的に抑制することができる。また、１回おきに行われる燃焼は、この燃料供給の停止を行わない場合の特殊運転モードと同等なので、燃費改善および排ガス浄化が効果的になされる。
【００７５】
図９（ｂ）および図９（ｃ）は、上記燃料カット制御の変形例を示す表である。図９（ｂ）では、燃料カットが、２回毎に行われている。このようにしても、一定時間内での後続気筒の燃焼は、交互に停止した場合とほぼ等しいので、図９（ａ）の場合と同様の混合気温度上昇の抑制効果が得られる。また、図９（ａ）と比べて、全体として燃料供給の有無の切換え回数が少ないので、それに伴うトルク変動の発生機会を削減することができる。なお、燃料供給の停止を、３回以上毎に行うようにしても良い。
【００７６】
図９（ｃ）は、制御開始時点１００から制御終了時点１０１まで、後続気筒のみ連続的に燃料供給を停止するものである。すなわち、先行気筒における燃料噴射１１４，１２４，１２１，１３１等は実行し、後続気筒における燃料噴射１１３，１２３，１２２等は停止する。このようにすると、特に高温になり易い後続気筒での燃焼が行われないので、後続気筒の混合気温度の上昇を効果的に抑制することができる。なお、後続気筒での燃料供給を停止する際の先行気筒での空燃比は理論空燃比としている。従って、その既燃ガスは後続気筒を経由して排気通路に導かれるので、排気通路には三元触媒を備えるだけで充分に排気浄化性能が確保される。
【００７７】
以上のような第１実施形態の装置の作用を、図６〜図９を参照しつつ説明する。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７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。
【００７８】
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７中の矢印ａ）、先行気筒２Ａ，２ＤではリニアＯ_２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６参照）。
【００７９】
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６中の白抜き矢印及び図７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（例えば圧縮行程）で燃料が噴射され、圧縮着火による燃焼が行われる（図６参照）。但し、後続気筒の着火は、強制点火によるものとしても良い。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７中の矢印ｃ）。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
更に、筒内温度状態推測手段５３による後続気筒の混合気温度が所定値以上の場合には、ガス通路冷却制御手段４９によって冷却用ポンプ駆動モータ５１を作動させ、ウォータージャケット２６内の気筒間ガス通路２２を冷却する。そして、更に高温になった場合には、燃料噴射制御手段４５によって燃料カット制御を行う。燃料カットのパターンは、図９（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の何れかを用いるが、これらを適宜選択、あるいは組み合わせるようにしても良い。または、特許請求の範囲内で、別のパターンを設定しても良い。これらの制御により、後続気筒２Ｂ，２Ｃの筒内温度の上昇が抑制される。
【００８５】
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８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。
【００８６】
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。図１０は本発明の第２の実施形態によるエンジンの概略構成を示し、図１１はそのエンジンの各気筒の吸排気行程、燃料噴射時期および点火時期等を示す図である。以下の図において第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。図１０に示す８気筒エンジン本体２００は、いわゆるＶ型８気筒エンジンで、クランク軸中心２１０を挟んで、右バンク２１５に４気筒（１番気筒２０１、３番気筒２０３、５番気筒２０５、７番気筒２０７）、左バンク２１６に４気筒（２番気筒２０２、４番気筒２０４、６番気筒２０６、８番気筒２０８）が配されている。各バンク２１５、２１６は、それぞれ図１に示す４気筒エンジンと同様の構成を有している（図１０では詳細な構造は省略している）。但し、吸気通路１５、エアフローセンサ１９、排気通路２０、三元触媒２４などは８気筒共通の構造となっている。
【００８７】
８気筒エンジン本体２００の点火順序は、１番気筒２０１、２番気筒２０２、５番気筒２０５、６番気筒２０６、７番気筒２０７、８番気筒２０８、３番気筒２０３、４番気筒２０４の順である（以下＃１→＃２→＃５→＃６→＃７→＃８→＃３→＃４という風に記す）。点火間隔はクランクアングル（クランク軸の回転角）で９０度（以下９０°ＣＡという風に記す）である。これは、１８０°ＣＡ間隔の「＃１→＃５→＃７→＃３」の点火タイミングに、１８０°ＣＡ間隔の「＃２→＃６→＃８→＃４」の点火タイミングが９０度遅れて挿入されていると考えられる。すなわち、８気筒エンジン本体２００の吸排気行程や膨張行程は、第１の実施形態のエンジン本体１と同様の右バンク２１５と左バンク２１６を有し、左バンク２１６は右バンク２１５に９０°ＣＡ遅れた行程となっている。
【００８８】
図１１は、この関係を模式的に示す。図１１で縦に並ぶ８本の横軸は、それぞれ１番気筒２０１〜８番気筒２０８を示す。そして、上側の４本（１番気筒２０１、３番気筒２０３、５番気筒２０５、７番気筒２０７）からなる右バンク２１５の部分は、第１の実施形態の１番気筒２Ａ〜４番気筒２Ｄを示す図６と同様のものとなっている。同様に、図１１の下側の４本（２番気筒２０２、４番気筒２０４、６番気筒２０６、８番気筒２０８）からなる左バンク２１６の部分も図６と同様のものとなっている。そして、左バンク２１６のパターンは、右バンク２１５に対し９０°ＣＡ遅れている。
【００８９】
このような８気筒エンジンは、７２０°ＣＡ（クランク軸２回転）当たり８回の燃焼が行われるので、４回の燃焼が行われる４気筒エンジンに比べ、トルク変動が少ないという特徴がある。
【００９０】
図１２は、８気筒エンジン本体２００に対し、特殊運転モード中に燃料カット制御を行ったものである。制御開始時点３００後、最初に膨張行程が来るべき先行気筒である７番気筒２０７の燃料噴射３１７が停止され、それに伴い後続気筒の５番気筒２０５の燃料噴射３１５が停止される。その次に膨張行程が来るべき先行気筒である８番気筒２０８の燃料噴射３２８と、その後続気筒である６番気筒２０６の燃料噴射３２６は実行される。更にその次に膨張行程が来るべき先行気筒である１番気筒２０１の燃料噴射３３１と、その後続気筒である２番気筒２０２の燃料噴射３３３は実行される。以下同様に、制御終了時点３０１まで、１組の気筒対単位で燃料供給の有無を交互に繰り返す。
【００９１】
このようにすると、燃料の停止および再開に伴うトルク変動の間隔を、４気筒の場合に比べて小さくすることができるので、エンジン全体としてのトルクバランスを更に向上させることが出来る。なお、このような制御は更に４気筒追加した１２気筒のエンジンにも適用することができ、その場合は更にトルクバランスを向上させることができる。
【００９２】
また、燃料カットのパターンは、４気筒単位で第１の実施形態に準じるが、特許請求の範囲内で別途設定しても良い。
【００９３】
次に本発明の第３の実施形態について図を参照して説明する。なお、第１または第２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。
【００９４】
図１３および図１４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。
【００９５】
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。
【００９６】
前記吸・排気弁３１，３２は、それぞれ動弁機構５５３により駆動されるように構成されている。この動弁機構５５３は、図１４に示すように、非磁性材料からなるハウジング５５４と、このハウジング５５４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５５５と、ハウジング５５４内の上下両端部に配設された一対の電磁石５５６，５５７および戻しばね５５８，５５９とを備えている。そして、上方の電磁石５５６に通電してアーマチュア・コア５５５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５５７に通電してアーマチュア・コア５５５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。
【００９７】
前記動弁機構５５３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Ｏ_２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４７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４８等からの信号も入力されている。
【００９８】
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４５とを備えている。
【００９９】
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５５３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。
【０１００】
通常運転モードでは、図１５（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１５において、Ｔはピストン行程の上死点、Ｂは下死点である。
【０１０１】
特殊運転モードで、比較的筒内温度が低い時は、図１５（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。
【０１０２】
特殊運転モードで、比較的筒内温度が高い状態のときは、図１５（ｃ）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、第２圧縮行程（第４行程）と、燃焼を伴わない第２膨張行程（第５行程）と、後期に点火Ｓを伴う第３圧縮行程（第６行程）と、燃焼を伴う第３膨張行程（第７行程）と、排気行程ＥＸ（第８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８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。
【０１０３】
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。
【０１０４】
前記燃料噴射制御手段４５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４５と前記運転状態判別手段４１とにより空燃比制御手段が構成されている。
【０１０５】
すなわち、特殊運転モードで、比較的筒内温度が低い時は、図１５（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Ｏ_２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。
【０１０６】
また、特殊運転モードで、比較的筒内温度が高い時は、図１５（ｃ）に示すような８サイクルの燃焼制御がなされる。この制御は、上記６サイクルの制御に対し、燃焼を伴う第１膨張行程（第３行程）と第３膨張行程（第７行程）の間に、第２圧縮行程（第４行程）と、燃焼を伴わない第２膨張行程（第５行程）とが挿入されている。
【０１０７】
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。
【０１０８】
以上のような第３実施形態の装置によると、特殊運転モードで比較的筒内温度が低い時は、上記６サイクルでの燃焼制御が行われ、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。
【０１０９】
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。
【０１１０】
特殊運転モードで比較的筒内温度が高い状態のときは、上記８サイクルでの燃焼制御が行われ、６サイクルでの燃焼制御と同様に燃費向上効果が得られるとともに排気浄化性能が確保される。更に、特殊運転モードから通常運転モードに移行する際、爆発時期がずれる等の問題を生じることなく移行することができる。しかも６サイクルでの燃焼制御に比べ、回転数あたりの燃焼回数が少なくなるので、筒内温度の上昇を抑制することができる。
【０１１１】
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。
【０１１２】
なお、第３の実施形態では、特殊運転モードにおいて、筒内温度によって６サイクルの燃焼制御と８サイクルの燃焼制御とを切換えるようにしているが、特殊運転モードでは８サイクルの燃焼制御を行い、筒内温度が比較的高温のときは、所定の間隔で燃料の噴射を停止（間欠燃料カット）するようにしても良い。さらにそれらを組み合わせ、図１６に示すような制御としても良い。
【０１１３】
図１６では、通常運転モード４１１では４サイクルの制御を行い、特殊運転モードで比較的筒内温度が低いときには第１特殊運転モード４１２で６サイクルの燃焼制御を行うものを示す。そして、第１特殊運転モード４１２で、より筒内温度が上昇したときには第２特殊運転モード４１３に切換え、８サイクルの燃焼制御を行う。第２特殊運転モード４１３で、更に筒内温度が上昇したときには第３特殊運転モード４１４に切換え、８サイクルの燃焼制御で、間欠燃料カットの制御を行う。
【０１１４】
このようにすると、特殊運転モードにおいて、筒内温度に応じて第１〜第３特殊運転モードを選択することにより、筒内温度の上昇を効果的に抑制できるので、高い燃費改善効果と排ガス浄化効果を得られる走行領域を拡大することができる。
【０１１５】
【発明の効果】
以上のように本発明の制御装置は、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いる多気筒の火花点火式エンジンにおいて、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がそのまま吸気行程側の気筒である後続気筒に気筒間ガス通路を介して導入されるとともに、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気筒接続状態とすることが可能なガス流通経路と、少なくとも低負荷低回転域で、上記ガス流通経路を上記２気筒接続状態としつつ燃焼を行わせる特殊運転モードに制御する制御手段とを備え、上記制御手段は、上記特殊運転モードにおいて、上記先行気筒では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るとともに、上記後続気筒では上記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各気筒に対する燃料供給を制御する燃料供給制御手段を含み、上記燃料供給制御手段は、上記後続気筒の混合気温度が比較的高い状態のとき、所定の気筒に対する燃料供給を、所定のタイミングで停止することを特徴とするので、リーン燃焼した高温の既燃ガスを、更に圧縮して再燃焼させるようなエンジンにおいて、その再燃焼前の混合気温度が高くなり過ぎない走行領域を拡大し、リーン燃焼、更には圧縮着火による燃焼によって、高い燃費改善効果と排ガス浄化効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態による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および第２の実施形態の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】第１および第２の後続気筒の燃焼前の筒内温度状態を推測する手順を示す主要ブロック図である。
【図６】第１の実施形態の各気筒の吸排気行程、膨張行程を示す模式図である。
【図７】第１の実施形態における２気筒接続状態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】第１の実施形態における各気筒独立状態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９】第１の実施形態における燃料供給の停止制御のパターンを示す図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態による装置を備えたエンジン全体の概略平面図である。
【図１１】第２の実施形態の各気筒の吸排気行程、膨張行程を示す模式図である。
【図１２】第２の実施形態における燃料供給の停止制御のパターンを示す図である。
【図１３】本発明の第３の実施形態による装置を備えたエンジン全体の概略平面図である。
【図１４】第３の実施形態の制御系統のブロック図である。
【図１５】第３の実施形態の各気筒の吸排気行程、膨張行程を示す模式図である。
【図１６】第３の実施形態におけるモード変遷の説明図である。
【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，１１ｂ　吸気ポート
１２，１２ａ，１２ｂ　排気ポート
１５　吸気通路
２０　排気通路
２２　気筒間ガス通路
２５　リニアＯ_２センサ
３１，３１ａ，３１ｂ　吸気弁
３２，３２ａ，３２ｂ　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　燃焼制御手段
５３　筒内温度状態推測手段
２００　８気筒エンジン本体

Claims (10)

1. 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いる多気筒の火花点火式エンジンにおいて、
   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がそのまま吸気行程側の気筒である後続気筒に気筒間ガス通路を介して導入されるとともに、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気筒接続状態とすることが可能なガス流通経路と、
   少なくとも低負荷低回転域で、上記ガス流通経路を上記２気筒接続状態としつつ燃焼を行わせる特殊運転モードに制御する制御手段とを備え、
   上記制御手段は、上記特殊運転モードにおいて、上記先行気筒では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るとともに、上記後続気筒では上記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各気筒に対する燃料供給を制御する燃料供給制御手段を含み、
   上記燃料供給制御手段は、上記後続気筒の混合気温度が比較的高い状態のとき、所定の気筒に対する燃料供給を、所定のタイミングで停止する
   ことを特徴とする火花点火式エンジンの制御装置。
2. 上記燃料供給を停止する制御は、上記後続気筒に対しなされるものであ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。
3. 上記２気筒接続状態における１対の先行気筒と後続気筒とからなる気筒対を２組以上有する４気筒以上のエンジンにおいて、
   上記燃料供給を停止する制御は、少なくとも１組の気筒対と、別の１組の気筒対とで、１回の吸排気行程単位で交互になされるものであ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。
4. 上記２気筒接続状態における１対の先行気筒と後続気筒とからなる気筒対を２組以上有する４気筒以上のエンジンにおいて、
   上記燃料供給を停止する制御は、少なくとも１組の気筒対と、別の１組の気筒対とで、複数回の吸排気行程単位で交互になされるものであ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。
5. ４気筒、８気筒または１２気筒の４サイクルエンジンに適用されることを特徴とする請求項３または４記載の火花点火式エンジンの制御装置。
6. 上記後続気筒の燃焼前の筒内温度状態を推測する手段を設けるとともに、
   その推測による上記後続気筒の混合気温度が所定値よりも高いときに、上記燃料供給を停止する制御を行うことを特徴とする請求項１乃至５記載の火花点火式エンジンの制御装置。
7. 新気及びガスの流通経路を、上記２気筒接続状態と、吸気通路から各気筒の吸気ポートに新気を導入するとともに各気筒の排気ポートから排出される排気ガスを上記排気通路に導く各気筒独立状態とに切換える流通経路切換手段を備えるとともに、
   上記制御手段は、高負荷、高回転側の運転領域では、上記流通経路切換手段によって上記流通経路を各気筒独立状態として燃焼を行わせる通常運転モードに制御する
   ことを特徴とする請求項１乃至６記載の火花点火式エンジンの制御装置。
8. 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、
   上記特殊運転モードにあるときに、排気通路に排出される既燃ガス濃度が、略理論空燃比の燃焼状態に対応した値となるような吸入空気量制御手段と燃料噴射制御手段とを備え、
   上記特殊運転モードにあって、筒内温度が比較的高い状態のとき、上記燃料噴射手段は、燃料噴射を所定のタイミングで停止する
   ことを特徴とする火花点火式エンジンの制御装置。
9. 上記特殊運転モードにあって、筒内温度が比較的低い状態のとき、吸気行程と、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、排気行程とからなる８サイクルの燃焼制御を実行し、
   上記特殊運転モードにあって、筒内温度が比較的高い状態のとき、上記燃料噴射手段は、上記８サイクルの燃焼を１単位として、複数単位の燃焼のうち、所定の単位の燃焼に対し燃料噴射を停止する
   ことを特徴とする請求項８記載の火花点火式エンジンの制御装置。
10. 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、
    上記特殊運転モードにあって、筒内温度が比較的低い状態のとき、吸気行程と、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、排気行程とからなる６サイクルの燃焼制御を実行し、筒内温度が比較的高い状態のときは、吸気行程と、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、排気行程とからなる８サイクルの燃焼制御を実行する
    ことを特徴とする火花点火式エンジンの制御装置。

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