JP2005016362A - 火花点火式エンジンの制御装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】排気浄化性能を確保しつつ、簡単な構成でより効果的に燃費の改善効果を高める。
【解決手段】先行気筒２Ａ，２Ｄから排出される既燃ガスを後続気筒２Ｂ，２Ｃに導入させて燃焼させる特殊運転モードの制御が実行される運転領域の少なくとも一部で後続気筒２Ｂ，２Ｃの空燃比をリーンとするように空燃比を制御する空燃比制御手段（燃料噴射制御手段４５）と、排気通路に設けられたＮＯｘ浄化触媒と、後続気筒２Ｂ，２Ｃの空燃比を一時的にリッチ化することにより上記ＮＯｘ浄化触媒に吸着されたＮＯｘを放出させて浄化するＮＯｘパージ手段４７とを設けた。
【選択図】 図４
【解決手段】先行気筒２Ａ，２Ｄから排出される既燃ガスを後続気筒２Ｂ，２Ｃに導入させて燃焼させる特殊運転モードの制御が実行される運転領域の少なくとも一部で後続気筒２Ｂ，２Ｃの空燃比をリーンとするように空燃比を制御する空燃比制御手段（燃料噴射制御手段４５）と、排気通路に設けられたＮＯｘ浄化触媒と、後続気筒２Ｂ，２Ｃの空燃比を一時的にリッチ化することにより上記ＮＯｘ浄化触媒に吸着されたＮＯｘを放出させて浄化するＮＯｘパージ手段４７とを設けた。
【選択図】 図４
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のエンジンにおいて燃費改善および排気浄化性能向上のために各気筒の燃焼状態を制御する制御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、燃焼室内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁を備え、低回転低負荷の運転領域にある場合等に、上記燃料噴射弁から圧縮行程で燃料を噴射して成層燃焼を行わせることにより、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（例えば、特許文献１参照）。
【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および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、下記特許文献１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、例えば特許文献１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燃焼室内に噴射して排気ガスの空燃比をリッチ化するとともにＣＯ等を生成し、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】
【特許文献１】
特開平１０−２９８３６号公報
【０００５】
【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、リーン運転中に各気筒から排出される多量のＮＯｘに対する浄化性能を確保するために、大形で高価なリーンＮＯｘ触媒を排気通路に設ける必要があり、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、上述のようにＮＯｘ吸着量の増大時に、ＮＯｘをリーンＮＯｘ触媒から離脱させて効果的に還元するため、追加燃料の供給等による一時的な空燃比のリッチ化を頻繁に行う必要がある。
さらに、使用燃料が硫黄分を多く含む場合には、上記リーンＮＯｘ触媒の硫黄被毒を解消するため、触媒の加熱処理および還元材供給等のリジェネレーション処理を所定期間に亘って行わなければならず、これらによって燃費改善効果が低下する。しかも、混合気の空燃比がある程度以上にリーンになると、燃焼速度が遅くなりすぎて、その終期に近い燃焼が仕事に寄与しなくなるため、成層燃焼でのリーン化による燃費改善には限界があった。
【０００６】
なお、燃費改善のための別の手法として、圧縮自己着火が研究されており、この圧縮自己着火は、ディーゼルエンジンと同様に圧縮行程終期に燃焼室内を高温・高圧にして燃料を自己着火させるようにするものであり、空燃比が顕著なリーン状態や多量のＥＧＲが導入されている状態でも、このような圧縮自己着火が行われれば燃焼室全体が一気に燃焼するため、仕事に寄与しない遅い燃焼が避けられて燃費改善に有利となる。
【０００７】
しかし、通常の火花点火式ガソリンエンジンでは、燃焼のために強制点火が必要であって、圧縮上死点付近での燃焼室内の温度、圧力が圧縮自己着火を生じさせる程度までには高められず、圧縮自己着火を行わせるには燃焼室内の温度または圧力を大幅に高めるための格別の工夫が必要となるが、従来、高負荷領域におけるノッキング、つまり燃焼室内で火炎が伝播する前に混合気が自然着火することによる異常燃焼を避けつつ、燃費改善が要求される部分負荷運転領域で圧縮自己着火を生じさせる程度まで燃焼室内の温度または圧力を高めることが困難であった。
【０００８】
そこで、本出願人は、エンジンの低高低回転領域で、排気行程と吸気行程と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の既燃ガスをそのまま吸気行程にある後続気筒に導入させる２気筒接続状態とし、先行気筒の空燃比を理論空燃比よりもリーンに設定して燃焼させるとともに、後続気筒では、先行気筒から排出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圧縮自己着火による燃焼を行わせることにより、高価な排気浄化装置を必要とすることなく排気浄化性能を維持しつつ、燃費の改善効果が得られるようにした火花点火式エンジンの制御装置に関する技術を出願している（特願２００２−０２４５４８号）。
【０００９】
本発明は、このような技術に基づき、排気浄化性能を確保しつつ、簡単な構成でさらに効果的に燃費をさらに改善す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に係る発明は、各気筒内に燃料を供給する燃料噴射弁が吸気導入経路に設けられるとともに、各気筒の燃焼サイクルが所定の位相差をもつように設定された多気筒の火花点火式エンジンの制御装置であって、エンジンの部分負荷運転領域で、排気行程と吸気行程と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気筒間ガス通路を介して導入され、この後続気筒から排出される既燃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、先行気筒の空燃比を理論空燃比よりも大きいリーンに設定して燃焼を行わせ、この先行気筒から後続気筒に導入されたリーン空燃比の既燃ガスに燃料を供給して後続気筒の燃焼を行わせる特殊運転モードの制御を実行する運転モード制御手段と、上記特殊運転モードの制御が実行される運転領域の少なくとも一部で後続気筒の空燃比を理論空燃比よりもリーンとするように空燃比を制御する空燃比制御手段と、排気通路に設けられたＮＯｘ浄化触媒と、後続気筒の空燃比を理論空燃比よりも一時的にリッチ化することにより上記ＮＯｘ浄化触媒に吸着されたＮＯｘを放出させて浄化するＮＯｘパージ手段とを備えたものである。
【００１１】
この発明によると、上記特殊運転モードとして燃焼が行われる場合に、上記先行気筒ではリーン燃焼による熱効率向上およびポンピングロス低減による燃費改善効果が得られ、かつ後続気筒ではポンピングロス低減による燃費改善効果が得られるとともに、特殊運転モードの燃焼が行われる特定運転領域の少なくとも一部では後続気筒の空燃比がリーンに設定されることにより、顕著な燃費の改善効果が得られることになる。そして、先行気筒では、リーン燃焼が行われることによりＮＯｘの発生が抑制され、かつ後続気筒では先行気筒からの既燃ガスが大量に導入されてＮＯｘの発生が抑制されるため、小形のＮＯｘ浄化触媒により上記ＮＯｘが吸着されて浄化されるとともに、先行気筒の空燃比をリーンとしつつ、後続気筒の空燃比を一時的にリッチ化させる制御がＮＯｘパージ手段において実行されることにより、上記ＮＯｘ浄化触媒に吸着されたＮＯｘが放出されて効果的に浄化されることになる。
【００１２】
また、請求項２に係る発明は、上記請求項１記載の火花点火式エンジンの制御装置において、特殊運転モードの制御が実行される運転領域で、先行気筒および後続気筒の両方を圧縮自己着火させる領域を設けたものである。
【００１３】
上記構成によれば、先行気筒および後続気筒の両方を圧縮自己着火させる運転領域では、さらに効果的にＮＯｘの発生が抑制されるとともに、顕著な燃費の改善効果が得られることになる。
【００１４】
また、請求項３に係る発明は、上記請求項２に記載の火花点火式エンジンの制御装置において、先行気筒の有効圧縮比を増大させることにより先行気筒を圧縮自己着火させるものである。
【００１５】
上記構成によれば、特殊運転モードの制御が実行される運転領域で、先行気筒の有効圧縮比を増大させて筒内圧力を上昇させる制御が実行されることにより、先行気筒の圧縮自己着火が簡単かつ適正に行われることになる。
【００１６】
また、請求項４に係る発明は、上記請求項１〜３の何れか１項に記載の火花点火式エンジンの制御装置において、圧縮上死点前の上死点近傍で先行気筒内の混合気を点火して先行気筒の圧縮自己着火を促進する着火アシスト手段を備えたものである。
【００１７】
上記構成によれば、先行気筒および後続気筒の両方を圧縮自己着火させる運転領域では、先行気筒内の混合気を点火して先行気筒の内部圧力を瞬時に高めることにより、適正時期に先行気筒を確実に圧縮自己着火させることが可能となる。
【００１８】
また、請求項５に係る発明は、上記請求項１〜４の何れか１項に記載の火花点火式エンジンの制御装置において、ＮＯｘ浄化触媒に吸着されたＮＯｘを放出させて浄化する際には、後続気筒から導出される排気ガス中のＮＯｘに対する未燃炭化水素の濃度比がＮＯｘの浄化に適した値となるように、先行気筒から後続気筒に導出される既燃ガス濃度に基づいてＮＯｘパージ手段により後続気筒の空燃比を制御するものである。
【００１９】
上記構成によれば、先行気筒から後続気筒に既燃ガスを導入させた状態で、排気通路に導出された排気ガス中のＮＯｘに対する未燃炭化水素の濃度比が適正値となるように制御されることにより、ＮＯｘ浄化触媒に吸着されたＮＯｘが効率よく浄化されることになる。
【００２０】
また、請求項６に係る発明は、上記請求項１〜５の何れか１項に記載の火花点火式エンジンの制御装置において、特殊運転モードの制御が実行される運転領域の少なくとも低負荷側領域では、先行気筒の空気過剰率を３以上のリーンに設定して成層燃焼させるものである。
【００２１】
上記構成によれば、特殊運転モードの制御が実行される運転領域の少なくとも低負荷側領域で、先行気筒の空気過剰率が３以上となる顕著なリーン状態に制御されて成層燃焼が行われることにより、先行気筒におけるＮＯｘの発生がさらに効果的に抑制されるとともに、顕著な燃費の改善効果が得られることになる。
【００２２】
また、請求項７に係る発明は、上記請求項１〜６の何れか１項に記載の火花点火式エンジンの制御装置において、特殊運転モードの制御が実行される運転領域の少なくとも高負荷側領域では、後続気筒の空燃比を略理論空燃比とするものである。
【００２３】
上記構成によれば、特殊運転モードの制御が実行される運転領域の少なくとも高負荷側領域で、後続気筒の空燃比が略理論空燃比に設定されることにより、運転状態に対応したエンジン出力が得られるとともに、後続気筒内で発生するＮＯｘが三元触媒により効果的に浄化されることになる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
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。
【００２５】
各気筒２Ａ〜２Ｄに設けられた燃焼室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。
【００２６】
また、各気筒２Ａ〜２Ｄの燃焼室４に対して吸気ポート１１、１１ａ，１１ｂおよび排気ポート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および排気弁３２、３２ａ，３２ｂにより開閉されるようになっている。
【００２７】
そして、吸気、圧縮、膨張および排気の各行程からなる燃焼サイクルが各気筒２Ａ〜２Ｄ毎に所定の位相差をもって行われるように構成され、４気筒エンジンの場合に、気筒列方向の一端側から１番気筒２Ａ、２番気筒２Ｂ、３番気筒２Ｃおよび４番気筒２Ｄと呼ぶと、図３に示すように、上記燃焼サイクルが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３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、星マークは圧縮自己着火が行われることを表している。
【００２８】
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と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３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）とが重なるので、１番気筒２Ａおよび２番気筒２Ｂと、４番気筒２Ｄおよび３番気筒２Ｃとがそれぞれ一対をなし、１番気筒２Ａおよび４番気筒２Ｄが先行気筒となるとともに、２番気筒２Ｂおよび３番気筒２Ｃが後続気筒となる。
【００２９】
各気筒２Ａ〜２Ｄの吸・排気ポートと、これらに接続される吸気通路１５、排気通路２０および気筒間ガス通路２２は、具体的には次のように構成されている。すなわち、先行気筒である１番気筒２Ａおよび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２０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および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２Ａ，２Ｄ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２０に送り出すための排気ポート１２とが配設されている。
【００３０】
図１に示す例では、１番，４番気筒（先行気筒）２Ａ，２Ｄにおける吸気ポート１１および２番，３番気筒（後続気筒）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（先行気筒）における第１排気ポート１２ａおよび第２排気ポート１２ｂならびに２番，３番気筒（後続気筒）２Ｂ，２Ｃにおける第２吸気ポート１１ｂおよび排気ポート１２が、燃焼室の右半部側に並列的に設けられている。
【００３１】
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により駆動されることにより、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も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が設けられている。
【００３２】
また、上記吸気ポート１１および第１吸気ポート１１ａからなる吸気導入経路には、各ポートの合流部に燃料を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、図略のニードル弁およびソレノイドを内蔵し、後述の燃料噴射制御手段から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、図外の燃料ポンプおよび燃料供給通路等を介して、所定の圧力で燃料が供給されるように構成されている。
【００３３】
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との間および３番気筒２Ｃと４番気筒２Ｄとの間には、それぞれ気筒間ガス通路２２が設けられている。そして、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、上記気筒間ガス通路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、上記気筒間ガス通路２２の下流端が接続されている。
【００３４】
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、先行気筒２Ａ，２Ｄから排出されるガスがこの通路２２を通る間における放熱量が比較的小さく抑えられるようになっている。また、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）に対応して出力がリニアに変化するリニアＯ２センサ２５が設けられている。
【００３５】
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Ｏ２センサ２３が設けられている。さらに、このＯ２センサ２３の設置部の下流側における排気通路２０には、排気浄化用の三元触媒２４が設けられるとともに、その下流側には排ガス中のＮＯｘを浄化するＮＯｘ浄化触媒２６が設けられている。
【００３６】
上記三元触媒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＝１）付近にあるときにＨＣ，ＣＯおよびＮＯｘに対して高い浄化性能を示す触媒である。この三元触媒２４をＮＯｘ浄化触媒２６の下流側に配設することも可能であるが、図１に示すように、三元触媒２４をＮＯｘ浄化触媒２６の上流側に配設した場合には、エンジンの始動後に三元触媒２４を早期に活性化させて排気ガスを効果的に浄化することが可能であるため、三元触媒２４を上流側に配設することが好ましい。
【００３７】
また、上記ＮＯｘ浄化触媒２６は、空燃比が理論空燃比よりも大きいリーン状態で排気ガス中のＮＯｘを吸着し、かつリッチ状態で吸着したＮＯｘを放出して還元浄化するものであり、例えば担体の壁面にアルミナやセリアがサポート材として担持された触媒層を有し、このサポート材に白金Ｐｔ、ロジウムＲｈまたはパラジウムＰｄ等の貴金属と、カリウムＫ等のアルカリ金属やバリウムＢａ等のアルカリ土類金属とが担持された１コートタイプのものが用いられる。なお、上記リーンＮＯｘ触媒２６として、担体の壁面に白金Ｐｔと、バリウムＢａ等のアルカリ土類金属とが担持されたアルミナや、セリアを有する内側触媒と、白金Ｐｔ等の貴金属が担持されたゼオライトを有する外側触媒とからなる２コートタイプのものを用いてもよい。
【００３８】
各気筒２Ａ〜２Ｄ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。
【００３９】
１番，４番気筒（先行気筒）２Ａ，２Ｄにおける吸気ポート１１、第１排気ポート１２ａおよび第２排気ポート１２ｂにはそれぞれ吸気弁３１、第１排気弁３２ａおよび第２排気弁３２ｂが設けられ、また、２番，３番気筒（後続気筒）２Ｂ，２Ｃにおける第１吸気ポート１１ａ、第２吸気ポート１１ｂおよび排気ポート１２にはそれぞれ第１吸気弁３１ａ、第２吸気弁３１ｂおよび排気弁３２が設けられている。そして、上記各気筒２Ａ〜２Ｄ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３４等を備えた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。
【００４０】
上記吸・排気弁のうちで、後続気筒２Ｂ，２Ｃに設けられた第１吸気弁３１ａおよび先行気筒２Ａ，２Ｄに設けられた第１排気弁３２ａの動弁機構には、各弁を作動状態と停止状態とに切り換える第１切換機構３５ａが設けられている。また、上記吸・排気弁のうちで、後続気筒２Ｂ，２Ｃに設けられた第２吸気弁３１ｂおよび先行気筒２Ａ，２Ｄに設けられた第２排気弁３２ｂ動弁機構には、各弁を停止状態と作動状態とに切り換える第２切換機構３５ｂが設けられている。さらに、先行気筒２Ａ，２Ｄに設けられた吸気弁３１には、その開弁期間をエンジンの運転状態に応じて変化させる第３切換機構３５ｃが設けられている。
【００４１】
上記第１，第２切換機構３５ａ，３５ｂは、図４に示すように、第１吸気弁３１ａ、第２吸気弁３１ｂ、第１排気弁３２ａおよび第２排気弁３２ｂの上方に配設されたカムシャフト３４と、このカムシャフト３４と上記各弁との間に配設されたロッカシャフト５５と、このロッカシャフト５５に支持された第１〜第３ロッカアーム５６〜５８とを有している。また、上記カムシャフト３４には、円形の外周面を有する弁停止用の第１カム５２と、弁駆動用の突部（カムノーズ）を有する第２，第３カム５３，５４とが一体に形成されている。この第２，第３カム５３，５４は、同一形状を有し、上記第１カム５２を挟むようにその左右に配設されている。
【００４２】
上記第１ロッカアーム５６は、第１カム５２に対応した位置に配設されるとともに、その先端部には上記各弁弁３１ａ〜３２ｂの弁軸上端に当接する当接部６０が設けられている。一方、上記第２，第３ロッカアーム５７，５８は、第１ロッカアーム５６を挟むようにその両側方に配設されるとともに、第１ロッカアーム５６とは切り離された状態で、図外の付勢手段により、それぞれ上記第２，第３カム５３，５４に圧接されるように付勢されている。
【００４３】
また、第２，第３ロッカアーム５７，５８は、上記第１ロッカアーム５６と連結可能に構成されている。具体的には、上記第２，第３ロッカアーム５７，５８に設けられたプランジャー（図示せず）が、後述する第１，第２作動油給排通路３６，３８から供給された作動油により駆動され、その先端部が上記第１ロッカアーム５６に形成された連結孔（図示せず）内に挿入される等により、上記第１ロッカアーム５６と第２，第３ロッカアーム５７，５８とが一体に連結された状態で揺動変位するようになっている。
【００４４】
すなわち、上記第１，第２作動油給排通路３６，３８に設けられた第１，第２コントロール弁３７，３９により上記第１，第２作動油給排通路３６，３８からの作動油の給排を制御して第１ロッカアーム５６と第２，第３ロッカアーム５７，５８とを一体に連結することにより、上記第２，第３カム５３，５４により駆動される第１，第２ロッカアーム５７，５８の駆動力が第１ロッカアーム５６に伝達されて上記各弁３１ａ〜３２ｂが開閉駆動されることになる。一方、第１ロッカアーム５６と第２，第３ロッカアーム５７，５８との連結状態が解除されると、第２，第３ロッカアーム５７，５８から第１ロッカアーム５６への駆動力の伝達が遮断され、カムシャフト３４が回転しても第１ロッカアーム５６が揺動変位することなく、上記各弁３１ａ〜３２ａが閉弁状態に維持されるようになっている。
【００４５】
また、先行気筒２Ａ，２Ｄに設けられた上記吸気弁３１用の第３切換機構３５ｃは、第２カム５３のカムノーズと、第３カム５４のカムノーズとが異なる形状に形成された点を除き、上記第１，第２切換機構３５ａ，３５ｂとほぼ同様に構成されている。そして、第３作動油給排通路４８に設けられた第３コントロール弁４９により第３作動油給排通路４８からの作動油の給排を制御して上記第１ロッカアーム５６を第２ロッカアーム５７に連結した状態と、上記第１ロッカアーム５７が第３ロッカアーム５８に連結された状態とに選択的に切り換えることにより、上記カムシャフト３４に設けられた第２，第３カム５３，５４により駆動される吸気弁３１の閉弁期間を変化させるようになっている。
【００４６】
図５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およびＯ２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６１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６２等からの信号も入力されている。また、上記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とに対して制御信号が出力されるようになっている。
【００４７】
また、上記ＥＣＵ４０には、エンジンの運転状態を判別する運転状態判別手段４１と、運転状態の判定結果に応じた運転モードを設定するモード設定手段４２と、上記第１〜第３切換機構３５ａ〜３５ｃに設けられたカムの作動状態を切り換える切換機構制御手段４３と、各気筒２Ａ〜２Ｄに対する吸気の流入量を制御する吸入空気量制御手段４４と、燃料噴射弁９の作動状態を制御する燃料噴射制御手段４５と、点火プラグ７の作動状態を制御する点火制御手段４６と、上記ＮＯｘ浄化触媒２６に吸着されたＮＯｘを放出させて浄化するＮＯｘパージ手段４７とが設けられている。
【００４８】
運転状態判別手段４１は、図６に示すようにエンジンの運転領域が低負荷低回転側の運転領域（部分負荷運転領域）Ａと、高負荷側ないし高回転側の運転領域（全負荷運転領域）Ｂとに分けられた制御用マップを有し、上記回転数センサ６１およびアクセル開度センサ６２等からの信号により調べられるエンジンの運転状態（エンジン回転数およびエンジン負荷）が上記運転領域Ａ，Ｂのいずれの領域にあるかを判別するように構成されている。
【００４９】
また、上記特殊運転モードとなる部分負荷運転領域Ａは、その中でもエンジン回転数および負荷が低い低負荷側領域Ａ１と、この低負荷側領域Ａ１よりもエンジン負荷が高い中負荷側領域Ａ２と、この中負荷側領域Ａ２よりもさらにエンジン負荷が高い高負荷側領域Ａ３とに区画されている。
【００５０】
そして、上記運転モード判定手段４１の判別結果に基づき、低負荷低回転側の部分負荷運転領域Ａでは、排気行程にある先行気筒２Ａ，２Ｄ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２Ｂ，２Ｃに導入して燃焼させる特殊運転モードが選択され、高負荷側ないし高回転側の運転領域Ｂでは、各気筒２Ａ〜２Ｄをそれぞれ独立させて燃焼させる通常運転モードが、モード設定手段４２において選択されるようになっている。
【００５１】
切換機構制御手段４３は、上記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・排気流通状態を変更すべく第１，第２切換機構３５ａ，３５ｂを制御するもので、具体的にはエンジンが上記運転領域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を制御して第１，第２切換機構３５ａ，３５ｂを作動させることにより、吸・排気弁を原則として次のように制御する。
【００５２】
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ってスロットル弁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、上記特殊運転モードとされる運転領域（部分負荷運転領域）Ａでは、先行気筒２Ａ，２Ｄの空燃比をリーン空燃比とするのに必要な量の空気が先行気筒２Ａ，２Ｄに供給されるとともに、後続気筒２Ｂ，２Ｃにおいて、分岐吸気通路１６から導入される新気と、先行気筒２Ａ，２Ｄから導入されるガス中の過剰空気と、燃料噴射弁９から新たに供給される燃料との比が運転状態に対応した空燃比となるようにスロットル開度が調節される。
【００５３】
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ように構成されている。また、上記点火制御手段４６は、運転状態に応じた点火時期の制御および点火停止等の制御を行うように構成されている。そして、特に運転状態が図６中の部分負荷運転領域Ａにある場合と全運転領域Ｂにある場合とで燃焼状態の制御、つまり燃料噴射の制御および点火の制御状態が変更されるようになっている。
【００５４】
すなわち、特殊運転モードの制御が実行される上記部分負荷運転領域Ａ内において、その低負荷側領域Ａ１にある場合には、先行気筒２Ａ，２Ｄ内の空気過剰率λを３以上の大幅なリーン状態、例えば空燃比Ａ／Ｆを５０〜６０の範囲内とする制御が上記吸入空気量制御手段４４および燃料噴射制御手段４５からなる空燃比制御手段により実行されるとともに、図３に示すように、圧縮行程で燃料噴射弁９から先行気筒Ａ，２Ｄ内に対して燃料噴射Ｆを行う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Ｓを行って成層燃焼させる制御が、上記燃料噴射制御手段４５および点火制御手段４６からなる燃焼制御手段により実行されるように構成されている。
【００５５】
上記部分負荷運転領域Ａの中負荷側領域Ａ２では、先行気筒２Ａ，２Ｄ内の空気過剰率λを２〜３程度、例えば空燃比Ａ／Ｆを３５〜４０の範囲内とする制御が上記空燃比制御手段、つまり吸入空気量制御手段４４および燃料噴射制御手段４５のうち主として燃料噴射制御手段４５により実行される。また、上記部分負荷運転領域Ａの少なくとも少なくとも中負荷側領域Ａ２では、図７に示すように、吸気行程で燃料噴射弁９から先行気筒２Ａ，２Ｄ内に燃料噴射Ｆを行うように噴射タイミングを設定し、かつ点火プラグ７に点火指令信号を出力して圧縮上死点前の上死点付近で混合気にアシスト点火Ｓを行うことにより、点火プラグ７周りの圧力を上昇させて先行気筒２Ａ，２Ｄの圧縮自己着火を促進する着火アシスト制御が上記点火制御手段４６からなる着火アシスト手段において実行されるようになっている。
【００５６】
また、上記着火アシスト手段により先行気筒２Ａ，２Ｄの圧縮自己着火を促進する部分負荷運転領域Ａの中負荷側領域Ａ２では、図７に示すように、上記吸気弁３１の閉弁時期ｔ１を、下死点Ｂの近傍に設定して通常の閉弁時期ｔ２に比べて進角させることにより、先行気筒２Ａ，２Ｄの有効圧縮比を増大させて先行気筒２Ａ，２Ｄを圧縮自己着火し易い状態とする制御が上記切換機構制御手段４３からなる有効圧縮比制御手段において実行されるように構成されている。
【００５７】
さらに、上記部分負荷運転領域Ａの高負荷側領域Ａ３では、先行気筒２Ａ，２Ｄ内の空気過剰率λを１〜３程度、例えば空燃比Ａ／Ｆを２０〜４０の範囲内とする制御が上記燃料噴射制御手段４５等からなる空燃比制御手段により実行されるとともに、必要に応じて上記着火アシスト手段により先行気筒２Ａ，２Ｄの圧縮自己着火を促進する制御が実行され、かつ上記有効圧縮比制御手段により先行気筒２Ａ，２Ｄの有効圧縮比を増大させる制御が実行されるようになっている。
【００５８】
上記後続気筒２Ｂ，２Ｃに対しては、先行気筒２Ａ，２Ｄから導入された既燃ガス中の酸素濃度を考慮しつつ、分岐吸気通路１６から導入される新気に対して燃料を供給することにより、後続気筒２Ｂ，２Ｃの空燃比Ａ／Ｆが、上記部分負荷運転領域Ａの低・中負荷側領域Ａ１，Ａ２では理論空燃比よりもややリーンとなるように燃料噴射量を設定し、かつ上記部分負荷運転領域Ａの高負荷側領域Ａでは実質的に理論空燃比となるように燃料噴射量を制御し、後続気筒２Ｂ，２Ｃに対する燃料の噴射タイミングを吸気行程の前期またはそれ以前に設定するとともに、圧縮自己着火を行わせるために、後続気筒２Ｂ，２Ｃの強制点火を停止させる制御が上記燃焼状態制御手段により実行されるようになっている。
【００５９】
また、上記ノックスパージ手段４７は、後続気筒２Ａ，２Ｃに対する燃料噴射量を増大させて後続気筒２Ｂ，２Ｃの空燃比を一時的にリッチ化することにより、上記ＮＯｘ浄化触媒２６に吸着されたＮＯｘ量が一定値以上となった時点、または定期的上記ＮＯｘを放出させる浄化するＮＯｘパージ制御を実行するように構成されている。
【００６０】
一方、エンジンの運転状態が高負荷側ないし高回転側の全負荷運転領域Ｂにある場合には、通常運転モードの制御として、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、例えばこの運転領域Ｂにおける大部分の領域で理論空燃比とし、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、原則として各気筒２Ａ〜２Ｄとも強制点火を行わせるように制御する。
【００６１】
上記構成において低負荷低回転側の部分運転領域Ａでは、上記特殊運転モードの制御が実行され、前述のように第１排気弁３２ａおよび第１吸気弁３１ａが停止状態とされ、かつ第２排気弁３２ｂおよび第２吸気弁３１ｂが作動状態とされることにより、実質的な新気およびガスの流通経路は図８に示すようになり、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から排出されるガスのみが排気通路２０に導かれるような２気筒接続状態とされる。
【００６２】
上記部分負荷運転領域Ａ１の低負荷側領域Ａ１では、図３中の矢印ａに示すように、先行気筒２Ａ，２Ｄの吸気行程で吸気通路１５から新気が導入されることにより、先行気筒２Ａ，２Ｄの空燃比Ａ／Ｆが、例えば５０〜６０程度の顕著なリーン状態となるように燃料噴射量が制御されつつ、吸気行程の前期またはそれ以前に燃料噴射Ｆが行われ、かつ、所定時期に強制点火Ｓが行われてリーン空燃比の燃焼が行われる。
【００６３】
また、上記部分負荷運転領域Ａ１の中負荷側領域Ａ２では、先行気筒２Ａ，２Ｄの空燃比Ａ／Ｆが、例えば３５〜４０程度のリーンとなるように燃料噴射量が制御されるとともに、図７に示すように、上記吸気行程の前期またはそれ以前に燃料噴射Ｆが行われる。そして、上記先行気筒２Ａ，２Ｄに設けられた吸気弁３２ｂの閉弁時期ｔ１を、図７の破線で示す通常時の閉弁時期ｔ２に比べて進角させることにより、先行気筒２Ａ，２Ｄの有効圧縮比を上昇させて圧縮自己着火が生じ易い状態とする制御が、上記切換機構制御手段４３からなる有効圧縮比制御手段において実行されるとともに、圧縮上死点前の上死点近傍でアシスト点火Ｓを行って先行気筒２Ａ，２Ｄの圧縮自己着火を促進する制御が、上記点火制御手段４６からなる着火アシスト制御手段において実行される。
【００６４】
さらに、上記部分負荷運転領域Ａ１の高負荷側領域Ａ３では、先行気筒２Ａ，２Ｄの空燃比Ａ／Ｆが、例えば２０〜４０程度のリーンとなるように燃料噴射量が制御されるとともに、必要に応じて上記有効圧縮比制御手段により有効圧縮比を上昇させる制御および上記着火アシスト制御手段による圧縮自己着火を促進する制御が実行される。
【００６５】
そして、先行気筒２Ａ，２Ｄの吸気行程と後続気筒２Ｂ，２Ｃの排気行程とが重なる期間に、先行気筒２Ａ，２Ｄから排出された既燃ガスが気筒間ガス通路２２を通って後続気筒２Ｂ，２Ｃに導入されるとともに（図３中の白抜き矢印および図８中の矢印ｂ）、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ることにより、後続気筒２Ｂ，２Ｃの空燃比が、運転領域に対応した値、つまり低・中負荷側領域Ａ１，Ａ２では理論空燃比よりもリーンとなり、かつ高負荷側領域Ａ３では理論空燃比に対応した値となるように、Ｏ２センサ２３の出力に基づいて燃料噴射量が制御されつつ、適当なタイミングで後続気筒２Ｂ，２Ｃに燃料が噴射されて燃焼が行われる。
【００６６】
この場合、先行気筒２Ａ，２Ｄから排出された高温の既燃ガスが気筒間ガス通路２２を通って後続気筒２Ｂ，２Ｃに導入されるため、後続気筒２Ｂ，２Ｃでは吸気行程で燃焼室内の温度が高くなり、この状態からさらに圧縮行程で圧力、温度が上昇することにより、圧縮行程終期の上死点付近では混合気が自己着火し得る程度まで燃焼室内の温度が上昇する。しかも、上記既燃ガスは先行気筒２Ａ，２Ｄから排出されて後続気筒２Ｂ，２Ｃに導入されるまでの間に充分にミキシングされて均一に分布し、さらに吸気行程で燃料噴射弁９から吸気ポート１１ａに噴射された燃料も圧縮行程終期までの間に燃焼室全体に均一に分散するため、理想的な同時圧縮自己着火条件を満たすような均一な混合気の分布状態が得られることになる。
【００６７】
一方、高負荷側ないし高回転側の全負荷運転領域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および第１吸気弁３１ａが作動状態、第２排気弁３２ｂおよび第２吸気弁３１ｂが停止状態とされることにより、実質的な新気およびガスの流通経路は図９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および排気ポート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、この場合には各気筒の空燃比が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および燃料噴射量が制御されることにより、エンジンの出力性能が確保されることになる。
【００６８】
上記のように先行気筒２Ａ，２Ｄでは、リーン空燃比での燃焼により熱効率が高められるとともに、通常のエンジンと比べて吸気負圧が小さくなることでポンピングロスが低減されるとともに、ＮＯｘの発生が効果的に抑制される。また、後続気筒２Ｂ，２Ｃでは先行気筒２Ａ，２Ｄから押出された既燃ガスが送り込まれるため、先行気筒２Ａ，２Ｄよりも、さらにポンピングロスが低減され、かつ上記既燃ガスによるＥＧＲ効果に応じてＮＯｘの発生が抑制されるため、燃費が大幅に改善されるとともに、排気浄化性能が顕著に改善されるという利点がある。特に、特殊運転モードの制御が実行される部分負荷運転領域Ａの少なくとも一部の領域、つまり中負荷側領域Ａ２では、後続気筒２Ｂ，２Ｃの空燃比を理論空燃比よりもリーンに設定したため、より顕著な燃比の改善効果が得られることになる。
【００６９】
そして、上記先行気筒２Ａ，２Ｄの空燃比を理論空燃比よりも大幅にリーンに設定して燃焼させるとともに、先行気筒２Ａ，２Ｄから導出された既燃ガスを後続気筒２Ｂ，２Ｃに導入させて多量のＥＧＲガスを供給するのと同様の状態で燃焼を行わせるように構成したため、先行気筒２Ａ，２Ｄおよび後続気筒２Ｂ，２Ｃで発生するＮＯｘ量を顕著に低減することができる。したがって、上記中負荷側領域Ａ２で後続気筒２Ｂ，２Ｃの空燃比を理論空燃比よりもリーンに設定して燃焼を行わせるように構成したにも拘わらず、排気通路２０に小形のＮＯｘ浄化触媒２６を設置するだけで、大気中にＮＯｘ量が放出されるのを効果的に抑制することができる。
【００７０】
しかも、先行気筒２Ａ，２Ｄの空燃比をリーンとしつつ、後続気筒２Ｂ，２Ｃの空燃比を一時的にリッチ化させる制御を上記ＮＯｘパージ手段４７において実行するだけで、上記ＮＯｘ浄化触媒２６に吸着されたＮＯｘを放出させ、排気ガス中の未燃炭化水素ＣＯ等からなる還元剤により上記ＮＯｘを効率よく還元して浄化することができるため、全気筒の空燃比を理論空燃比よりもリッチに設定することによりＮＯｘの放出および浄化を行うように構成された従来装置に比べ、上記ＮＯｘのパージ制御が実行されることによる燃費の悪化を最小限に留めることができる。例えば大形のＮＯｘ浄化触媒では、吸着したＮＯｘを放出させて浄化するのに２０秒程度のＮＯｘパージ時間を要していたが、上記ＮＯｘ浄化触媒２６を小型化した場合には、上記ＮＯｘパージ時間を１０秒程度に短縮することができるため、ＮＯｘパージを行うことによる燃費の悪化を効果的に抑制することができる。
【００７１】
また、上記実施形態では、特殊運転モードの制御が実行される部分負荷運転領域Ａの少なくとも中負荷側領域Ａ２では、先行気筒２Ａ，２Ｄの有効圧縮比を上昇させる制御を上記切換機構制御手段４２からなる有効圧縮比制御手段において実行することにより、先行気筒２Ａ，２Ｄおよび後続気筒２Ｂ，２Ｃの両方を圧縮自己着火させるように構成したため、各気筒内における燃焼を急速に行わせて熱効率を向上させることにより燃費を大幅に向上させることができるとともに、各気筒内における酸素と窒素との反応を可急的に回避してＮＯｘの発生を充分に抑制することができる。
【００７２】
なお、切換機構制御手段４３により先行気筒２Ａ，２Ｄの吸気弁３２を早閉じして有効圧縮比を増大させることにより先行気筒２Ａ，２Ｄを圧縮自己着火させるように構成された上記実施形態に替え、上記部分負荷運転領域Ａの中負荷側領域Ａ２等において、切換機構制御手段４３により先行気筒２Ａ，２Ｄの第２排気弁３２ｂを早閉じして先行気筒２Ｂ，２Ｄの内部ＥＧＲ量を増大させることにより、先行気筒２Ａ，２Ｄ内の温度を上昇させて先行気筒２Ａ，２Ｄを圧縮自己着火させるように構成してもよい。
【００７３】
また、上記実施形態に示すように、圧縮上死点前の上死点近傍で先行気筒２Ａ，２Ｄ内の混合気を点火して先行気筒２Ａ，２Ｄの圧縮自己着火を促進する点火制御手段４６からなる着火アシスト手段を設け場合には、上記特殊運転モードの制御が実行される部分負荷運転領域Ａの中負荷側領域Ａ２等において、上記切換機構制御手段４３からなる有効圧力制御手段により先行気筒２Ａ，２Ｄの有効圧縮比を増大させた状態で、この先行気筒２Ａ，２Ｄ内の混合気を点火して先行気筒２Ａ，２Ｄ内の圧力を瞬時に高めることにより、先行気筒２Ａ，２上記を適正時期に確実に圧縮自己着火させることできるという利点がある。
【００７４】
しかも、上記後続気筒２Ｂ，２Ｃでは、先行気筒２Ａ，２Ｄからの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とともに、格別の加熱手段を用いたりエンジンの圧縮比を極端に高くしたりする等の手段を講じることなく、同時圧縮自己着火による急速燃焼が行われるため、可及的に酸素と窒素との反応を避けられることにより、ＮＯｘの発生を充分に抑制することができ、このような点からも排気浄化性能の向上に有利となる。
【００７５】
なお、上記特殊運転モードの制御が実行される上記部分負荷運転領域Ａにおいて、後続気筒２Ｂ，２Ｃを圧縮自己着火させることが困難な場合、例えば先行気筒２Ａ，２Ｄから導出される既燃ガスの温度が低い低負荷側領域Ａ１の運転状態にある場合等に、上記点火制御手段４６からなる着火アシスト手段２より後続気筒２Ｂ，２Ｃの混合気を、圧縮上死点前の上死点近傍で点火して後続気筒２Ｂ，２Ｃ内の圧力を瞬時に高めることにより、後続気筒２Ｂ，２Ｃを適正時期に確実に圧縮自己着火させるようにしてもよい。
【００７６】
また、上記のようにＮＯｘ浄化触媒２６に吸着されたＮＯｘを放出させて浄化する際に、このＮＯｘ浄化触媒２６に吸着されたＮＯｘを効率よく浄化し得るようにするためには、後続気筒２Ｂ，２Ｃから導出される排気ガス中のＮＯｘに対する未燃炭化水素の濃度比がＮＯｘの浄化に適した値となるように、先行気筒２Ａ，２Ｄから後続気筒２Ｂ，２Ｃに導出される既燃ガス濃度、つまり先行気筒２Ａ，２Ｃから導出されるガス中の新気量に対する既燃ガス量の割合に基づいて上記ＮＯｘパージ手段４７により後続気筒２Ｂ，２Ｃの空燃比を適正値に制御することが望ましい。
【００７７】
すなわち、上記ＮＯｘ浄化触媒２６によるＮＯｘの吸着および浄化のメカニズムは、以下のような作用によると考えられる。まず、混合気の空燃比がリーンな状態、つまり酸素過剰雰囲気中の燃焼状態では、図１０（ａ）に示すように、排気ガス中の一酸化炭素ＣＯと酸素Ｏ２とが活性種である白金Ｐｔ上で反応して二酸化窒素ＮＯ２になり、この二酸化窒素ＮＯ２の一部が白金Ｐｔ上でさらに酸化されつつ、吸着材であるバリウムＢａ内に吸収され、硝酸イオンＮＯ３ −の形で吸着される。一方、混合気の空燃比がリッチな状態での燃焼時には、上記リーンな状態の燃焼時と逆方向に反応が進行し、図１０（ｂ）に示すように、白金Ｐｔ上で二酸化窒素ＮＯ２が炭化水素ＨＣや一酸化炭素ＣＯと反応して窒素Ｎ２に還元されるとともに、バリウムＢａ内に吸着された硝酸イオンＮＯ３ −が速やかに放出されて還元浄化されることになる。
【００７８】
上記のようなＮＯｘの吸着および還元浄化のメカニズムにおいて上記混合気のリッチ度合が高くなると、その燃焼に伴う炭化水素ＨＣや一酸化炭素ＣＯの生成量が多くなってＮＯｘ浄化触媒２６からの二酸化窒素ＮＯ２の放出やその還元浄化が促されることは知られている。一方、排気ガス中の炭化水素ＨＣや一酸化炭素ＣＯは、排気ガス中のＮＯｘとも反応するので、燃焼に伴うＮＯｘの生成量が多いと、このＮＯｘとの反応によって炭化水素ＨＣや一酸化炭素ＣＯが消費され、触媒層における白金Ｐｔ上で二酸化窒素ＮＯ２を充分に還元できなくなる。このようにＮＯｘ浄化触媒２６に吸着されたＮＯｘの放出および浄化作用は、排気ガス中の炭化水素ＣＯ濃度や一酸化炭素ＣＯ濃度のみならず、むしろＮＯｘ濃度によって大きな影響を受けるものであるため、上記ＮＯｘ放出および浄化作用を定量的に表す指標として排気ガス中のＮＯｘ濃度に対するＨＣ濃度またはＣＯ濃度を用いるのが適当である。
【００７９】
そして、後続気筒２Ｂ，２Ｃから排気通路２０に導出される排気ガス中のＮＯｘ濃度は、先行気筒２Ａ，２Ｄから後続気筒２Ｂ，２Ｃに導入されるガス中の既燃ガス濃度に応じて変化するため、上記排気通路２０に導出される排気ガス中のＮＯｘに対する未燃炭化水素ＣＯの濃度比が適正値となるように上記既燃ガス濃度に基づき、後続気筒２Ｂ，２Ｃの空燃比、つまり後続気筒２Ｂ，２Ｃのリッチ度合を制御することにより、ＮＯｘ浄化触媒２６に吸着されたＮＯｘの放出および浄化を効率よく行うことができる。
【００８０】
また、上記実施形態に示すように、特殊運転モードの制御が実行される部分負荷運転領域Ａの少なくとも低負荷側領域Ａ１で、先行気筒２Ａ，２Ｃの空気過剰率λを３以上のリーンに設定して成層燃焼させるように構成した場合には、顕著な燃費の改善効果が得られるとともに、先行気筒２Ａ，２ＤにおけるＮＯｘの発生量を効果的に低減できるという利点がある。すなわち、混合気の空燃比Ａ／Ｆに対応したＮＯｘの発生量は、図１１に示すように、混合気の空燃比Ａ／Ｆが理論空燃比１４．７（λ＝１）となる点よりもややリーンなときに最大となり、この最大点を超えて上記空燃比Ａ／Ｆがリーン側となるのに応じて顕著に減少する傾向があるため、先行気筒２Ａ，２Ｄの空燃比を顕著なリーン状態に設定することにより、先行気筒２Ａ，２ＤにおけるＮＯｘの発生を効果的に抑制することができる。
【００８１】
また、上記実施形態に示すように、特殊運転モードの制御が実行される部分負荷運転領域Ａの少なくとも高負荷側領域Ａ３では、後続気筒２Ｂ，２Ｃの空燃比を略理論空燃比とし、この理論空燃比で燃焼した排気ガスのみを後続気筒２Ｂ，２Ｃから排気通路２０に排出させるように構成したため、高負荷領域Ａ３におけるエンジン出力を充分に確保できるとともに、排気通路２０に配設された三元触媒２４により充分に排気ガスの浄化性能を確保できるという利点がある。
【００８２】
しかも、上記実施形態では、先行気筒２Ａ，２Ｄを圧縮自己着火させる運転領域Ａ２よりも高負荷側領域Ａ３にある場合に、先行気筒２Ａ，２Ｄの空気過剰率を２〜３の範囲内とするように空燃比を制御するように構成したため、後続気筒２Ｂ，２Ｃの気筒内温度が高くなる傾向がある上記高負荷側領域Ａ３で、先行気筒２Ａ，２Ｃから排出された多量の既燃ガスを後続気筒２Ｂ，２Ｃに導入させることにより、この後続気筒２Ａ，２ＣにおけるＮＯｘの発生を効果的に抑制することができる。
【００８３】
なお、上記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。
【００８４】
また、上記吸・排気気弁を開閉駆動するソレノイドアクチュエータを備えた電磁動弁機構を設け、この電磁動弁機構の作動状態を制御することにより、上記２気筒接続状態と各気筒独立状態とに切り換え、あるいは先行気筒２Ａ，２Ｄに設けられた吸気弁３２の閉弁期間を進角させるように構成してもよい。
【００８５】
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。
【００８６】
【発明の効果】
以上のように本発明は、各気筒内に燃料を供給する燃料噴射弁が吸気導入経路に設けられるとともに、各気筒の燃焼サイクルが所定の位相差をもつように設定された多気筒の火花点火式エンジンの制御装置であって、エンジンの部分負荷運転領域で、排気行程と吸気行程と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気筒間ガス通路を介して導入され、この後続気筒から排出される既燃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、先行気筒の空燃比を理論空燃比よりも大きいリーンに設定して燃焼を行わせ、この先行気筒から後続気筒に導入されたリーン空燃比の既燃ガスに燃料を供給して後続気筒の燃焼を行わせる特殊運転モードの制御を実行する運転モード制御手段と、上記特殊運転モードの制御が実行される運転領域の少なくとも一部で後続気筒の空燃比をリーンとするように空燃比を制御する空燃比制御手段と、排気通路に設けられたＮＯｘ浄化触媒と、後続気筒の空燃比を一時的にリッチ化することにより上記ＮＯｘ浄化触媒に吸着されたＮＯｘを放出させて浄化するＮＯｘパージ手段とを設けたため、上記特殊運転モードとして燃焼が行われる場合に、上記先行気筒ではリーン燃焼による熱効率向上およびポンピングロス低減による燃費改善効果が得られるとともに、後続気筒ではポンピングロス低減による燃費改善効果が得られるという利点がある。
【００８７】
そして、上記先行気筒および後続気筒で発生するＮＯｘ量を顕著に低減することができるため、小形のＮＯｘ浄化触媒を排気通路に設置するだけで大気中にＮＯｘ量が放出されるのを効果的に抑制することができる。しかも、上記ＮＯｘパージ手段により後続気筒の空燃比を一時的にリーンにするだけで、上記ＮＯｘ浄化触媒に吸着されたＮＯｘを放出させて、排気ガス中の未燃炭化水素ＣＯ等からなる還元剤により還元して浄化することができるため、全気筒の空燃比を理論空燃比よりもリッチに設定することによりＮＯｘの放出および浄化を行うように構成された従来装置に比べ、上記ＮＯｘのパージ制御を実行することによる燃費改善効果の低下を抑制できるという利点がある。
【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】先行気筒および後続気筒の燃焼サイクルおよび開弁タイミング等を示す説明図である。
【図４】切換手段の具体的構成を示す斜視図である。
【図５】制御系統のブロック図である。
【図６】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７】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８】低負荷低回転時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】高負荷、高低回転側の運転領域にある時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１０】ＮＯｘの浄化メカニズム示す説明図である。
【図１１】空燃比とＮＯｘ発生量との対応関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１ エンジン本体
２Ａ〜２Ｄ 気筒
９ 燃料噴射弁
１５ 吸気通路
２０ 排気通路
２２ 気筒間ガス通路
２６ ＮＯｘ浄化触媒
４３ 切換機構制御手段（運転モード制御手段）
４５ 燃料噴射制御手段（空燃比制御手段）
４６ 点火制御手段（値着火アシスト手段）
４７ ＮＯｘパージ手段
【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のエンジンにおいて燃費改善および排気浄化性能向上のために各気筒の燃焼状態を制御する制御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、燃焼室内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁を備え、低回転低負荷の運転領域にある場合等に、上記燃料噴射弁から圧縮行程で燃料を噴射して成層燃焼を行わせることにより、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（例えば、特許文献１参照）。
【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および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、下記特許文献１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、例えば特許文献１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燃焼室内に噴射して排気ガスの空燃比をリッチ化するとともにＣＯ等を生成し、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】
【特許文献１】
特開平１０−２９８３６号公報
【０００５】
【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、リーン運転中に各気筒から排出される多量のＮＯｘに対する浄化性能を確保するために、大形で高価なリーンＮＯｘ触媒を排気通路に設ける必要があり、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、上述のようにＮＯｘ吸着量の増大時に、ＮＯｘをリーンＮＯｘ触媒から離脱させて効果的に還元するため、追加燃料の供給等による一時的な空燃比のリッチ化を頻繁に行う必要がある。
さらに、使用燃料が硫黄分を多く含む場合には、上記リーンＮＯｘ触媒の硫黄被毒を解消するため、触媒の加熱処理および還元材供給等のリジェネレーション処理を所定期間に亘って行わなければならず、これらによって燃費改善効果が低下する。しかも、混合気の空燃比がある程度以上にリーンになると、燃焼速度が遅くなりすぎて、その終期に近い燃焼が仕事に寄与しなくなるため、成層燃焼でのリーン化による燃費改善には限界があった。
【０００６】
なお、燃費改善のための別の手法として、圧縮自己着火が研究されており、この圧縮自己着火は、ディーゼルエンジンと同様に圧縮行程終期に燃焼室内を高温・高圧にして燃料を自己着火させるようにするものであり、空燃比が顕著なリーン状態や多量のＥＧＲが導入されている状態でも、このような圧縮自己着火が行われれば燃焼室全体が一気に燃焼するため、仕事に寄与しない遅い燃焼が避けられて燃費改善に有利となる。
【０００７】
しかし、通常の火花点火式ガソリンエンジンでは、燃焼のために強制点火が必要であって、圧縮上死点付近での燃焼室内の温度、圧力が圧縮自己着火を生じさせる程度までには高められず、圧縮自己着火を行わせるには燃焼室内の温度または圧力を大幅に高めるための格別の工夫が必要となるが、従来、高負荷領域におけるノッキング、つまり燃焼室内で火炎が伝播する前に混合気が自然着火することによる異常燃焼を避けつつ、燃費改善が要求される部分負荷運転領域で圧縮自己着火を生じさせる程度まで燃焼室内の温度または圧力を高めることが困難であった。
【０００８】
そこで、本出願人は、エンジンの低高低回転領域で、排気行程と吸気行程と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の既燃ガスをそのまま吸気行程にある後続気筒に導入させる２気筒接続状態とし、先行気筒の空燃比を理論空燃比よりもリーンに設定して燃焼させるとともに、後続気筒では、先行気筒から排出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圧縮自己着火による燃焼を行わせることにより、高価な排気浄化装置を必要とすることなく排気浄化性能を維持しつつ、燃費の改善効果が得られるようにした火花点火式エンジンの制御装置に関する技術を出願している（特願２００２−０２４５４８号）。
【０００９】
本発明は、このような技術に基づき、排気浄化性能を確保しつつ、簡単な構成でさらに効果的に燃費をさらに改善す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に係る発明は、各気筒内に燃料を供給する燃料噴射弁が吸気導入経路に設けられるとともに、各気筒の燃焼サイクルが所定の位相差をもつように設定された多気筒の火花点火式エンジンの制御装置であって、エンジンの部分負荷運転領域で、排気行程と吸気行程と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気筒間ガス通路を介して導入され、この後続気筒から排出される既燃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、先行気筒の空燃比を理論空燃比よりも大きいリーンに設定して燃焼を行わせ、この先行気筒から後続気筒に導入されたリーン空燃比の既燃ガスに燃料を供給して後続気筒の燃焼を行わせる特殊運転モードの制御を実行する運転モード制御手段と、上記特殊運転モードの制御が実行される運転領域の少なくとも一部で後続気筒の空燃比を理論空燃比よりもリーンとするように空燃比を制御する空燃比制御手段と、排気通路に設けられたＮＯｘ浄化触媒と、後続気筒の空燃比を理論空燃比よりも一時的にリッチ化することにより上記ＮＯｘ浄化触媒に吸着されたＮＯｘを放出させて浄化するＮＯｘパージ手段とを備えたものである。
【００１１】
この発明によると、上記特殊運転モードとして燃焼が行われる場合に、上記先行気筒ではリーン燃焼による熱効率向上およびポンピングロス低減による燃費改善効果が得られ、かつ後続気筒ではポンピングロス低減による燃費改善効果が得られるとともに、特殊運転モードの燃焼が行われる特定運転領域の少なくとも一部では後続気筒の空燃比がリーンに設定されることにより、顕著な燃費の改善効果が得られることになる。そして、先行気筒では、リーン燃焼が行われることによりＮＯｘの発生が抑制され、かつ後続気筒では先行気筒からの既燃ガスが大量に導入されてＮＯｘの発生が抑制されるため、小形のＮＯｘ浄化触媒により上記ＮＯｘが吸着されて浄化されるとともに、先行気筒の空燃比をリーンとしつつ、後続気筒の空燃比を一時的にリッチ化させる制御がＮＯｘパージ手段において実行されることにより、上記ＮＯｘ浄化触媒に吸着されたＮＯｘが放出されて効果的に浄化されることになる。
【００１２】
また、請求項２に係る発明は、上記請求項１記載の火花点火式エンジンの制御装置において、特殊運転モードの制御が実行される運転領域で、先行気筒および後続気筒の両方を圧縮自己着火させる領域を設けたものである。
【００１３】
上記構成によれば、先行気筒および後続気筒の両方を圧縮自己着火させる運転領域では、さらに効果的にＮＯｘの発生が抑制されるとともに、顕著な燃費の改善効果が得られることになる。
【００１４】
また、請求項３に係る発明は、上記請求項２に記載の火花点火式エンジンの制御装置において、先行気筒の有効圧縮比を増大させることにより先行気筒を圧縮自己着火させるものである。
【００１５】
上記構成によれば、特殊運転モードの制御が実行される運転領域で、先行気筒の有効圧縮比を増大させて筒内圧力を上昇させる制御が実行されることにより、先行気筒の圧縮自己着火が簡単かつ適正に行われることになる。
【００１６】
また、請求項４に係る発明は、上記請求項１〜３の何れか１項に記載の火花点火式エンジンの制御装置において、圧縮上死点前の上死点近傍で先行気筒内の混合気を点火して先行気筒の圧縮自己着火を促進する着火アシスト手段を備えたものである。
【００１７】
上記構成によれば、先行気筒および後続気筒の両方を圧縮自己着火させる運転領域では、先行気筒内の混合気を点火して先行気筒の内部圧力を瞬時に高めることにより、適正時期に先行気筒を確実に圧縮自己着火させることが可能となる。
【００１８】
また、請求項５に係る発明は、上記請求項１〜４の何れか１項に記載の火花点火式エンジンの制御装置において、ＮＯｘ浄化触媒に吸着されたＮＯｘを放出させて浄化する際には、後続気筒から導出される排気ガス中のＮＯｘに対する未燃炭化水素の濃度比がＮＯｘの浄化に適した値となるように、先行気筒から後続気筒に導出される既燃ガス濃度に基づいてＮＯｘパージ手段により後続気筒の空燃比を制御するものである。
【００１９】
上記構成によれば、先行気筒から後続気筒に既燃ガスを導入させた状態で、排気通路に導出された排気ガス中のＮＯｘに対する未燃炭化水素の濃度比が適正値となるように制御されることにより、ＮＯｘ浄化触媒に吸着されたＮＯｘが効率よく浄化されることになる。
【００２０】
また、請求項６に係る発明は、上記請求項１〜５の何れか１項に記載の火花点火式エンジンの制御装置において、特殊運転モードの制御が実行される運転領域の少なくとも低負荷側領域では、先行気筒の空気過剰率を３以上のリーンに設定して成層燃焼させるものである。
【００２１】
上記構成によれば、特殊運転モードの制御が実行される運転領域の少なくとも低負荷側領域で、先行気筒の空気過剰率が３以上となる顕著なリーン状態に制御されて成層燃焼が行われることにより、先行気筒におけるＮＯｘの発生がさらに効果的に抑制されるとともに、顕著な燃費の改善効果が得られることになる。
【００２２】
また、請求項７に係る発明は、上記請求項１〜６の何れか１項に記載の火花点火式エンジンの制御装置において、特殊運転モードの制御が実行される運転領域の少なくとも高負荷側領域では、後続気筒の空燃比を略理論空燃比とするものである。
【００２３】
上記構成によれば、特殊運転モードの制御が実行される運転領域の少なくとも高負荷側領域で、後続気筒の空燃比が略理論空燃比に設定されることにより、運転状態に対応したエンジン出力が得られるとともに、後続気筒内で発生するＮＯｘが三元触媒により効果的に浄化されることになる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
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。
【００２５】
各気筒２Ａ〜２Ｄに設けられた燃焼室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。
【００２６】
また、各気筒２Ａ〜２Ｄの燃焼室４に対して吸気ポート１１、１１ａ，１１ｂおよび排気ポート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および排気弁３２、３２ａ，３２ｂにより開閉されるようになっている。
【００２７】
そして、吸気、圧縮、膨張および排気の各行程からなる燃焼サイクルが各気筒２Ａ〜２Ｄ毎に所定の位相差をもって行われるように構成され、４気筒エンジンの場合に、気筒列方向の一端側から１番気筒２Ａ、２番気筒２Ｂ、３番気筒２Ｃおよび４番気筒２Ｄと呼ぶと、図３に示すように、上記燃焼サイクルが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３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、星マークは圧縮自己着火が行われることを表している。
【００２８】
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と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３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）とが重なるので、１番気筒２Ａおよび２番気筒２Ｂと、４番気筒２Ｄおよび３番気筒２Ｃとがそれぞれ一対をなし、１番気筒２Ａおよび４番気筒２Ｄが先行気筒となるとともに、２番気筒２Ｂおよび３番気筒２Ｃが後続気筒となる。
【００２９】
各気筒２Ａ〜２Ｄの吸・排気ポートと、これらに接続される吸気通路１５、排気通路２０および気筒間ガス通路２２は、具体的には次のように構成されている。すなわち、先行気筒である１番気筒２Ａおよび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２０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および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２Ａ，２Ｄ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２０に送り出すための排気ポート１２とが配設されている。
【００３０】
図１に示す例では、１番，４番気筒（先行気筒）２Ａ，２Ｄにおける吸気ポート１１および２番，３番気筒（後続気筒）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（先行気筒）における第１排気ポート１２ａおよび第２排気ポート１２ｂならびに２番，３番気筒（後続気筒）２Ｂ，２Ｃにおける第２吸気ポート１１ｂおよび排気ポート１２が、燃焼室の右半部側に並列的に設けられている。
【００３１】
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により駆動されることにより、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も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が設けられている。
【００３２】
また、上記吸気ポート１１および第１吸気ポート１１ａからなる吸気導入経路には、各ポートの合流部に燃料を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、図略のニードル弁およびソレノイドを内蔵し、後述の燃料噴射制御手段から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、図外の燃料ポンプおよび燃料供給通路等を介して、所定の圧力で燃料が供給されるように構成されている。
【００３３】
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との間および３番気筒２Ｃと４番気筒２Ｄとの間には、それぞれ気筒間ガス通路２２が設けられている。そして、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、上記気筒間ガス通路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、上記気筒間ガス通路２２の下流端が接続されている。
【００３４】
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、先行気筒２Ａ，２Ｄから排出されるガスがこの通路２２を通る間における放熱量が比較的小さく抑えられるようになっている。また、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）に対応して出力がリニアに変化するリニアＯ２センサ２５が設けられている。
【００３５】
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Ｏ２センサ２３が設けられている。さらに、このＯ２センサ２３の設置部の下流側における排気通路２０には、排気浄化用の三元触媒２４が設けられるとともに、その下流側には排ガス中のＮＯｘを浄化するＮＯｘ浄化触媒２６が設けられている。
【００３６】
上記三元触媒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＝１）付近にあるときにＨＣ，ＣＯおよびＮＯｘに対して高い浄化性能を示す触媒である。この三元触媒２４をＮＯｘ浄化触媒２６の下流側に配設することも可能であるが、図１に示すように、三元触媒２４をＮＯｘ浄化触媒２６の上流側に配設した場合には、エンジンの始動後に三元触媒２４を早期に活性化させて排気ガスを効果的に浄化することが可能であるため、三元触媒２４を上流側に配設することが好ましい。
【００３７】
また、上記ＮＯｘ浄化触媒２６は、空燃比が理論空燃比よりも大きいリーン状態で排気ガス中のＮＯｘを吸着し、かつリッチ状態で吸着したＮＯｘを放出して還元浄化するものであり、例えば担体の壁面にアルミナやセリアがサポート材として担持された触媒層を有し、このサポート材に白金Ｐｔ、ロジウムＲｈまたはパラジウムＰｄ等の貴金属と、カリウムＫ等のアルカリ金属やバリウムＢａ等のアルカリ土類金属とが担持された１コートタイプのものが用いられる。なお、上記リーンＮＯｘ触媒２６として、担体の壁面に白金Ｐｔと、バリウムＢａ等のアルカリ土類金属とが担持されたアルミナや、セリアを有する内側触媒と、白金Ｐｔ等の貴金属が担持されたゼオライトを有する外側触媒とからなる２コートタイプのものを用いてもよい。
【００３８】
各気筒２Ａ〜２Ｄ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。
【００３９】
１番，４番気筒（先行気筒）２Ａ，２Ｄにおける吸気ポート１１、第１排気ポート１２ａおよび第２排気ポート１２ｂにはそれぞれ吸気弁３１、第１排気弁３２ａおよび第２排気弁３２ｂが設けられ、また、２番，３番気筒（後続気筒）２Ｂ，２Ｃにおける第１吸気ポート１１ａ、第２吸気ポート１１ｂおよび排気ポート１２にはそれぞれ第１吸気弁３１ａ、第２吸気弁３１ｂおよび排気弁３２が設けられている。そして、上記各気筒２Ａ〜２Ｄ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３４等を備えた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。
【００４０】
上記吸・排気弁のうちで、後続気筒２Ｂ，２Ｃに設けられた第１吸気弁３１ａおよび先行気筒２Ａ，２Ｄに設けられた第１排気弁３２ａの動弁機構には、各弁を作動状態と停止状態とに切り換える第１切換機構３５ａが設けられている。また、上記吸・排気弁のうちで、後続気筒２Ｂ，２Ｃに設けられた第２吸気弁３１ｂおよび先行気筒２Ａ，２Ｄに設けられた第２排気弁３２ｂ動弁機構には、各弁を停止状態と作動状態とに切り換える第２切換機構３５ｂが設けられている。さらに、先行気筒２Ａ，２Ｄに設けられた吸気弁３１には、その開弁期間をエンジンの運転状態に応じて変化させる第３切換機構３５ｃが設けられている。
【００４１】
上記第１，第２切換機構３５ａ，３５ｂは、図４に示すように、第１吸気弁３１ａ、第２吸気弁３１ｂ、第１排気弁３２ａおよび第２排気弁３２ｂの上方に配設されたカムシャフト３４と、このカムシャフト３４と上記各弁との間に配設されたロッカシャフト５５と、このロッカシャフト５５に支持された第１〜第３ロッカアーム５６〜５８とを有している。また、上記カムシャフト３４には、円形の外周面を有する弁停止用の第１カム５２と、弁駆動用の突部（カムノーズ）を有する第２，第３カム５３，５４とが一体に形成されている。この第２，第３カム５３，５４は、同一形状を有し、上記第１カム５２を挟むようにその左右に配設されている。
【００４２】
上記第１ロッカアーム５６は、第１カム５２に対応した位置に配設されるとともに、その先端部には上記各弁弁３１ａ〜３２ｂの弁軸上端に当接する当接部６０が設けられている。一方、上記第２，第３ロッカアーム５７，５８は、第１ロッカアーム５６を挟むようにその両側方に配設されるとともに、第１ロッカアーム５６とは切り離された状態で、図外の付勢手段により、それぞれ上記第２，第３カム５３，５４に圧接されるように付勢されている。
【００４３】
また、第２，第３ロッカアーム５７，５８は、上記第１ロッカアーム５６と連結可能に構成されている。具体的には、上記第２，第３ロッカアーム５７，５８に設けられたプランジャー（図示せず）が、後述する第１，第２作動油給排通路３６，３８から供給された作動油により駆動され、その先端部が上記第１ロッカアーム５６に形成された連結孔（図示せず）内に挿入される等により、上記第１ロッカアーム５６と第２，第３ロッカアーム５７，５８とが一体に連結された状態で揺動変位するようになっている。
【００４４】
すなわち、上記第１，第２作動油給排通路３６，３８に設けられた第１，第２コントロール弁３７，３９により上記第１，第２作動油給排通路３６，３８からの作動油の給排を制御して第１ロッカアーム５６と第２，第３ロッカアーム５７，５８とを一体に連結することにより、上記第２，第３カム５３，５４により駆動される第１，第２ロッカアーム５７，５８の駆動力が第１ロッカアーム５６に伝達されて上記各弁３１ａ〜３２ｂが開閉駆動されることになる。一方、第１ロッカアーム５６と第２，第３ロッカアーム５７，５８との連結状態が解除されると、第２，第３ロッカアーム５７，５８から第１ロッカアーム５６への駆動力の伝達が遮断され、カムシャフト３４が回転しても第１ロッカアーム５６が揺動変位することなく、上記各弁３１ａ〜３２ａが閉弁状態に維持されるようになっている。
【００４５】
また、先行気筒２Ａ，２Ｄに設けられた上記吸気弁３１用の第３切換機構３５ｃは、第２カム５３のカムノーズと、第３カム５４のカムノーズとが異なる形状に形成された点を除き、上記第１，第２切換機構３５ａ，３５ｂとほぼ同様に構成されている。そして、第３作動油給排通路４８に設けられた第３コントロール弁４９により第３作動油給排通路４８からの作動油の給排を制御して上記第１ロッカアーム５６を第２ロッカアーム５７に連結した状態と、上記第１ロッカアーム５７が第３ロッカアーム５８に連結された状態とに選択的に切り換えることにより、上記カムシャフト３４に設けられた第２，第３カム５３，５４により駆動される吸気弁３１の閉弁期間を変化させるようになっている。
【００４６】
図５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およびＯ２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６１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６２等からの信号も入力されている。また、上記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とに対して制御信号が出力されるようになっている。
【００４７】
また、上記ＥＣＵ４０には、エンジンの運転状態を判別する運転状態判別手段４１と、運転状態の判定結果に応じた運転モードを設定するモード設定手段４２と、上記第１〜第３切換機構３５ａ〜３５ｃに設けられたカムの作動状態を切り換える切換機構制御手段４３と、各気筒２Ａ〜２Ｄに対する吸気の流入量を制御する吸入空気量制御手段４４と、燃料噴射弁９の作動状態を制御する燃料噴射制御手段４５と、点火プラグ７の作動状態を制御する点火制御手段４６と、上記ＮＯｘ浄化触媒２６に吸着されたＮＯｘを放出させて浄化するＮＯｘパージ手段４７とが設けられている。
【００４８】
運転状態判別手段４１は、図６に示すようにエンジンの運転領域が低負荷低回転側の運転領域（部分負荷運転領域）Ａと、高負荷側ないし高回転側の運転領域（全負荷運転領域）Ｂとに分けられた制御用マップを有し、上記回転数センサ６１およびアクセル開度センサ６２等からの信号により調べられるエンジンの運転状態（エンジン回転数およびエンジン負荷）が上記運転領域Ａ，Ｂのいずれの領域にあるかを判別するように構成されている。
【００４９】
また、上記特殊運転モードとなる部分負荷運転領域Ａは、その中でもエンジン回転数および負荷が低い低負荷側領域Ａ１と、この低負荷側領域Ａ１よりもエンジン負荷が高い中負荷側領域Ａ２と、この中負荷側領域Ａ２よりもさらにエンジン負荷が高い高負荷側領域Ａ３とに区画されている。
【００５０】
そして、上記運転モード判定手段４１の判別結果に基づき、低負荷低回転側の部分負荷運転領域Ａでは、排気行程にある先行気筒２Ａ，２Ｄ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２Ｂ，２Ｃに導入して燃焼させる特殊運転モードが選択され、高負荷側ないし高回転側の運転領域Ｂでは、各気筒２Ａ〜２Ｄをそれぞれ独立させて燃焼させる通常運転モードが、モード設定手段４２において選択されるようになっている。
【００５１】
切換機構制御手段４３は、上記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・排気流通状態を変更すべく第１，第２切換機構３５ａ，３５ｂを制御するもので、具体的にはエンジンが上記運転領域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を制御して第１，第２切換機構３５ａ，３５ｂを作動させることにより、吸・排気弁を原則として次のように制御する。
【００５２】
【００５３】
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ように構成されている。また、上記点火制御手段４６は、運転状態に応じた点火時期の制御および点火停止等の制御を行うように構成されている。そして、特に運転状態が図６中の部分負荷運転領域Ａにある場合と全運転領域Ｂにある場合とで燃焼状態の制御、つまり燃料噴射の制御および点火の制御状態が変更されるようになっている。
【００５４】
すなわち、特殊運転モードの制御が実行される上記部分負荷運転領域Ａ内において、その低負荷側領域Ａ１にある場合には、先行気筒２Ａ，２Ｄ内の空気過剰率λを３以上の大幅なリーン状態、例えば空燃比Ａ／Ｆを５０〜６０の範囲内とする制御が上記吸入空気量制御手段４４および燃料噴射制御手段４５からなる空燃比制御手段により実行されるとともに、図３に示すように、圧縮行程で燃料噴射弁９から先行気筒Ａ，２Ｄ内に対して燃料噴射Ｆを行う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Ｓを行って成層燃焼させる制御が、上記燃料噴射制御手段４５および点火制御手段４６からなる燃焼制御手段により実行されるように構成されている。
【００５５】
上記部分負荷運転領域Ａの中負荷側領域Ａ２では、先行気筒２Ａ，２Ｄ内の空気過剰率λを２〜３程度、例えば空燃比Ａ／Ｆを３５〜４０の範囲内とする制御が上記空燃比制御手段、つまり吸入空気量制御手段４４および燃料噴射制御手段４５のうち主として燃料噴射制御手段４５により実行される。また、上記部分負荷運転領域Ａの少なくとも少なくとも中負荷側領域Ａ２では、図７に示すように、吸気行程で燃料噴射弁９から先行気筒２Ａ，２Ｄ内に燃料噴射Ｆを行うように噴射タイミングを設定し、かつ点火プラグ７に点火指令信号を出力して圧縮上死点前の上死点付近で混合気にアシスト点火Ｓを行うことにより、点火プラグ７周りの圧力を上昇させて先行気筒２Ａ，２Ｄの圧縮自己着火を促進する着火アシスト制御が上記点火制御手段４６からなる着火アシスト手段において実行されるようになっている。
【００５６】
また、上記着火アシスト手段により先行気筒２Ａ，２Ｄの圧縮自己着火を促進する部分負荷運転領域Ａの中負荷側領域Ａ２では、図７に示すように、上記吸気弁３１の閉弁時期ｔ１を、下死点Ｂの近傍に設定して通常の閉弁時期ｔ２に比べて進角させることにより、先行気筒２Ａ，２Ｄの有効圧縮比を増大させて先行気筒２Ａ，２Ｄを圧縮自己着火し易い状態とする制御が上記切換機構制御手段４３からなる有効圧縮比制御手段において実行されるように構成されている。
【００５７】
さらに、上記部分負荷運転領域Ａの高負荷側領域Ａ３では、先行気筒２Ａ，２Ｄ内の空気過剰率λを１〜３程度、例えば空燃比Ａ／Ｆを２０〜４０の範囲内とする制御が上記燃料噴射制御手段４５等からなる空燃比制御手段により実行されるとともに、必要に応じて上記着火アシスト手段により先行気筒２Ａ，２Ｄの圧縮自己着火を促進する制御が実行され、かつ上記有効圧縮比制御手段により先行気筒２Ａ，２Ｄの有効圧縮比を増大させる制御が実行されるようになっている。
【００５８】
上記後続気筒２Ｂ，２Ｃに対しては、先行気筒２Ａ，２Ｄから導入された既燃ガス中の酸素濃度を考慮しつつ、分岐吸気通路１６から導入される新気に対して燃料を供給することにより、後続気筒２Ｂ，２Ｃの空燃比Ａ／Ｆが、上記部分負荷運転領域Ａの低・中負荷側領域Ａ１，Ａ２では理論空燃比よりもややリーンとなるように燃料噴射量を設定し、かつ上記部分負荷運転領域Ａの高負荷側領域Ａでは実質的に理論空燃比となるように燃料噴射量を制御し、後続気筒２Ｂ，２Ｃに対する燃料の噴射タイミングを吸気行程の前期またはそれ以前に設定するとともに、圧縮自己着火を行わせるために、後続気筒２Ｂ，２Ｃの強制点火を停止させる制御が上記燃焼状態制御手段により実行されるようになっている。
【００５９】
また、上記ノックスパージ手段４７は、後続気筒２Ａ，２Ｃに対する燃料噴射量を増大させて後続気筒２Ｂ，２Ｃの空燃比を一時的にリッチ化することにより、上記ＮＯｘ浄化触媒２６に吸着されたＮＯｘ量が一定値以上となった時点、または定期的上記ＮＯｘを放出させる浄化するＮＯｘパージ制御を実行するように構成されている。
【００６０】
一方、エンジンの運転状態が高負荷側ないし高回転側の全負荷運転領域Ｂにある場合には、通常運転モードの制御として、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、例えばこの運転領域Ｂにおける大部分の領域で理論空燃比とし、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、原則として各気筒２Ａ〜２Ｄとも強制点火を行わせるように制御する。
【００６１】
上記構成において低負荷低回転側の部分運転領域Ａでは、上記特殊運転モードの制御が実行され、前述のように第１排気弁３２ａおよび第１吸気弁３１ａが停止状態とされ、かつ第２排気弁３２ｂおよび第２吸気弁３１ｂが作動状態とされることにより、実質的な新気およびガスの流通経路は図８に示すようになり、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から排出されるガスのみが排気通路２０に導かれるような２気筒接続状態とされる。
【００６２】
上記部分負荷運転領域Ａ１の低負荷側領域Ａ１では、図３中の矢印ａに示すように、先行気筒２Ａ，２Ｄの吸気行程で吸気通路１５から新気が導入されることにより、先行気筒２Ａ，２Ｄの空燃比Ａ／Ｆが、例えば５０〜６０程度の顕著なリーン状態となるように燃料噴射量が制御されつつ、吸気行程の前期またはそれ以前に燃料噴射Ｆが行われ、かつ、所定時期に強制点火Ｓが行われてリーン空燃比の燃焼が行われる。
【００６３】
また、上記部分負荷運転領域Ａ１の中負荷側領域Ａ２では、先行気筒２Ａ，２Ｄの空燃比Ａ／Ｆが、例えば３５〜４０程度のリーンとなるように燃料噴射量が制御されるとともに、図７に示すように、上記吸気行程の前期またはそれ以前に燃料噴射Ｆが行われる。そして、上記先行気筒２Ａ，２Ｄに設けられた吸気弁３２ｂの閉弁時期ｔ１を、図７の破線で示す通常時の閉弁時期ｔ２に比べて進角させることにより、先行気筒２Ａ，２Ｄの有効圧縮比を上昇させて圧縮自己着火が生じ易い状態とする制御が、上記切換機構制御手段４３からなる有効圧縮比制御手段において実行されるとともに、圧縮上死点前の上死点近傍でアシスト点火Ｓを行って先行気筒２Ａ，２Ｄの圧縮自己着火を促進する制御が、上記点火制御手段４６からなる着火アシスト制御手段において実行される。
【００６４】
さらに、上記部分負荷運転領域Ａ１の高負荷側領域Ａ３では、先行気筒２Ａ，２Ｄの空燃比Ａ／Ｆが、例えば２０〜４０程度のリーンとなるように燃料噴射量が制御されるとともに、必要に応じて上記有効圧縮比制御手段により有効圧縮比を上昇させる制御および上記着火アシスト制御手段による圧縮自己着火を促進する制御が実行される。
【００６５】
そして、先行気筒２Ａ，２Ｄの吸気行程と後続気筒２Ｂ，２Ｃの排気行程とが重なる期間に、先行気筒２Ａ，２Ｄから排出された既燃ガスが気筒間ガス通路２２を通って後続気筒２Ｂ，２Ｃに導入されるとともに（図３中の白抜き矢印および図８中の矢印ｂ）、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ることにより、後続気筒２Ｂ，２Ｃの空燃比が、運転領域に対応した値、つまり低・中負荷側領域Ａ１，Ａ２では理論空燃比よりもリーンとなり、かつ高負荷側領域Ａ３では理論空燃比に対応した値となるように、Ｏ２センサ２３の出力に基づいて燃料噴射量が制御されつつ、適当なタイミングで後続気筒２Ｂ，２Ｃに燃料が噴射されて燃焼が行われる。
【００６６】
この場合、先行気筒２Ａ，２Ｄから排出された高温の既燃ガスが気筒間ガス通路２２を通って後続気筒２Ｂ，２Ｃに導入されるため、後続気筒２Ｂ，２Ｃでは吸気行程で燃焼室内の温度が高くなり、この状態からさらに圧縮行程で圧力、温度が上昇することにより、圧縮行程終期の上死点付近では混合気が自己着火し得る程度まで燃焼室内の温度が上昇する。しかも、上記既燃ガスは先行気筒２Ａ，２Ｄから排出されて後続気筒２Ｂ，２Ｃに導入されるまでの間に充分にミキシングされて均一に分布し、さらに吸気行程で燃料噴射弁９から吸気ポート１１ａに噴射された燃料も圧縮行程終期までの間に燃焼室全体に均一に分散するため、理想的な同時圧縮自己着火条件を満たすような均一な混合気の分布状態が得られることになる。
【００６７】
一方、高負荷側ないし高回転側の全負荷運転領域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および第１吸気弁３１ａが作動状態、第２排気弁３２ｂおよび第２吸気弁３１ｂが停止状態とされることにより、実質的な新気およびガスの流通経路は図９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および排気ポート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、この場合には各気筒の空燃比が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および燃料噴射量が制御されることにより、エンジンの出力性能が確保されることになる。
【００６８】
上記のように先行気筒２Ａ，２Ｄでは、リーン空燃比での燃焼により熱効率が高められるとともに、通常のエンジンと比べて吸気負圧が小さくなることでポンピングロスが低減されるとともに、ＮＯｘの発生が効果的に抑制される。また、後続気筒２Ｂ，２Ｃでは先行気筒２Ａ，２Ｄから押出された既燃ガスが送り込まれるため、先行気筒２Ａ，２Ｄよりも、さらにポンピングロスが低減され、かつ上記既燃ガスによるＥＧＲ効果に応じてＮＯｘの発生が抑制されるため、燃費が大幅に改善されるとともに、排気浄化性能が顕著に改善されるという利点がある。特に、特殊運転モードの制御が実行される部分負荷運転領域Ａの少なくとも一部の領域、つまり中負荷側領域Ａ２では、後続気筒２Ｂ，２Ｃの空燃比を理論空燃比よりもリーンに設定したため、より顕著な燃比の改善効果が得られることになる。
【００６９】
そして、上記先行気筒２Ａ，２Ｄの空燃比を理論空燃比よりも大幅にリーンに設定して燃焼させるとともに、先行気筒２Ａ，２Ｄから導出された既燃ガスを後続気筒２Ｂ，２Ｃに導入させて多量のＥＧＲガスを供給するのと同様の状態で燃焼を行わせるように構成したため、先行気筒２Ａ，２Ｄおよび後続気筒２Ｂ，２Ｃで発生するＮＯｘ量を顕著に低減することができる。したがって、上記中負荷側領域Ａ２で後続気筒２Ｂ，２Ｃの空燃比を理論空燃比よりもリーンに設定して燃焼を行わせるように構成したにも拘わらず、排気通路２０に小形のＮＯｘ浄化触媒２６を設置するだけで、大気中にＮＯｘ量が放出されるのを効果的に抑制することができる。
【００７０】
しかも、先行気筒２Ａ，２Ｄの空燃比をリーンとしつつ、後続気筒２Ｂ，２Ｃの空燃比を一時的にリッチ化させる制御を上記ＮＯｘパージ手段４７において実行するだけで、上記ＮＯｘ浄化触媒２６に吸着されたＮＯｘを放出させ、排気ガス中の未燃炭化水素ＣＯ等からなる還元剤により上記ＮＯｘを効率よく還元して浄化することができるため、全気筒の空燃比を理論空燃比よりもリッチに設定することによりＮＯｘの放出および浄化を行うように構成された従来装置に比べ、上記ＮＯｘのパージ制御が実行されることによる燃費の悪化を最小限に留めることができる。例えば大形のＮＯｘ浄化触媒では、吸着したＮＯｘを放出させて浄化するのに２０秒程度のＮＯｘパージ時間を要していたが、上記ＮＯｘ浄化触媒２６を小型化した場合には、上記ＮＯｘパージ時間を１０秒程度に短縮することができるため、ＮＯｘパージを行うことによる燃費の悪化を効果的に抑制することができる。
【００７１】
また、上記実施形態では、特殊運転モードの制御が実行される部分負荷運転領域Ａの少なくとも中負荷側領域Ａ２では、先行気筒２Ａ，２Ｄの有効圧縮比を上昇させる制御を上記切換機構制御手段４２からなる有効圧縮比制御手段において実行することにより、先行気筒２Ａ，２Ｄおよび後続気筒２Ｂ，２Ｃの両方を圧縮自己着火させるように構成したため、各気筒内における燃焼を急速に行わせて熱効率を向上させることにより燃費を大幅に向上させることができるとともに、各気筒内における酸素と窒素との反応を可急的に回避してＮＯｘの発生を充分に抑制することができる。
【００７２】
なお、切換機構制御手段４３により先行気筒２Ａ，２Ｄの吸気弁３２を早閉じして有効圧縮比を増大させることにより先行気筒２Ａ，２Ｄを圧縮自己着火させるように構成された上記実施形態に替え、上記部分負荷運転領域Ａの中負荷側領域Ａ２等において、切換機構制御手段４３により先行気筒２Ａ，２Ｄの第２排気弁３２ｂを早閉じして先行気筒２Ｂ，２Ｄの内部ＥＧＲ量を増大させることにより、先行気筒２Ａ，２Ｄ内の温度を上昇させて先行気筒２Ａ，２Ｄを圧縮自己着火させるように構成してもよい。
【００７３】
また、上記実施形態に示すように、圧縮上死点前の上死点近傍で先行気筒２Ａ，２Ｄ内の混合気を点火して先行気筒２Ａ，２Ｄの圧縮自己着火を促進する点火制御手段４６からなる着火アシスト手段を設け場合には、上記特殊運転モードの制御が実行される部分負荷運転領域Ａの中負荷側領域Ａ２等において、上記切換機構制御手段４３からなる有効圧力制御手段により先行気筒２Ａ，２Ｄの有効圧縮比を増大させた状態で、この先行気筒２Ａ，２Ｄ内の混合気を点火して先行気筒２Ａ，２Ｄ内の圧力を瞬時に高めることにより、先行気筒２Ａ，２上記を適正時期に確実に圧縮自己着火させることできるという利点がある。
【００７４】
しかも、上記後続気筒２Ｂ，２Ｃでは、先行気筒２Ａ，２Ｄからの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とともに、格別の加熱手段を用いたりエンジンの圧縮比を極端に高くしたりする等の手段を講じることなく、同時圧縮自己着火による急速燃焼が行われるため、可及的に酸素と窒素との反応を避けられることにより、ＮＯｘの発生を充分に抑制することができ、このような点からも排気浄化性能の向上に有利となる。
【００７５】
なお、上記特殊運転モードの制御が実行される上記部分負荷運転領域Ａにおいて、後続気筒２Ｂ，２Ｃを圧縮自己着火させることが困難な場合、例えば先行気筒２Ａ，２Ｄから導出される既燃ガスの温度が低い低負荷側領域Ａ１の運転状態にある場合等に、上記点火制御手段４６からなる着火アシスト手段２より後続気筒２Ｂ，２Ｃの混合気を、圧縮上死点前の上死点近傍で点火して後続気筒２Ｂ，２Ｃ内の圧力を瞬時に高めることにより、後続気筒２Ｂ，２Ｃを適正時期に確実に圧縮自己着火させるようにしてもよい。
【００７６】
また、上記のようにＮＯｘ浄化触媒２６に吸着されたＮＯｘを放出させて浄化する際に、このＮＯｘ浄化触媒２６に吸着されたＮＯｘを効率よく浄化し得るようにするためには、後続気筒２Ｂ，２Ｃから導出される排気ガス中のＮＯｘに対する未燃炭化水素の濃度比がＮＯｘの浄化に適した値となるように、先行気筒２Ａ，２Ｄから後続気筒２Ｂ，２Ｃに導出される既燃ガス濃度、つまり先行気筒２Ａ，２Ｃから導出されるガス中の新気量に対する既燃ガス量の割合に基づいて上記ＮＯｘパージ手段４７により後続気筒２Ｂ，２Ｃの空燃比を適正値に制御することが望ましい。
【００７７】
すなわち、上記ＮＯｘ浄化触媒２６によるＮＯｘの吸着および浄化のメカニズムは、以下のような作用によると考えられる。まず、混合気の空燃比がリーンな状態、つまり酸素過剰雰囲気中の燃焼状態では、図１０（ａ）に示すように、排気ガス中の一酸化炭素ＣＯと酸素Ｏ２とが活性種である白金Ｐｔ上で反応して二酸化窒素ＮＯ２になり、この二酸化窒素ＮＯ２の一部が白金Ｐｔ上でさらに酸化されつつ、吸着材であるバリウムＢａ内に吸収され、硝酸イオンＮＯ３ −の形で吸着される。一方、混合気の空燃比がリッチな状態での燃焼時には、上記リーンな状態の燃焼時と逆方向に反応が進行し、図１０（ｂ）に示すように、白金Ｐｔ上で二酸化窒素ＮＯ２が炭化水素ＨＣや一酸化炭素ＣＯと反応して窒素Ｎ２に還元されるとともに、バリウムＢａ内に吸着された硝酸イオンＮＯ３ −が速やかに放出されて還元浄化されることになる。
【００７８】
上記のようなＮＯｘの吸着および還元浄化のメカニズムにおいて上記混合気のリッチ度合が高くなると、その燃焼に伴う炭化水素ＨＣや一酸化炭素ＣＯの生成量が多くなってＮＯｘ浄化触媒２６からの二酸化窒素ＮＯ２の放出やその還元浄化が促されることは知られている。一方、排気ガス中の炭化水素ＨＣや一酸化炭素ＣＯは、排気ガス中のＮＯｘとも反応するので、燃焼に伴うＮＯｘの生成量が多いと、このＮＯｘとの反応によって炭化水素ＨＣや一酸化炭素ＣＯが消費され、触媒層における白金Ｐｔ上で二酸化窒素ＮＯ２を充分に還元できなくなる。このようにＮＯｘ浄化触媒２６に吸着されたＮＯｘの放出および浄化作用は、排気ガス中の炭化水素ＣＯ濃度や一酸化炭素ＣＯ濃度のみならず、むしろＮＯｘ濃度によって大きな影響を受けるものであるため、上記ＮＯｘ放出および浄化作用を定量的に表す指標として排気ガス中のＮＯｘ濃度に対するＨＣ濃度またはＣＯ濃度を用いるのが適当である。
【００７９】
そして、後続気筒２Ｂ，２Ｃから排気通路２０に導出される排気ガス中のＮＯｘ濃度は、先行気筒２Ａ，２Ｄから後続気筒２Ｂ，２Ｃに導入されるガス中の既燃ガス濃度に応じて変化するため、上記排気通路２０に導出される排気ガス中のＮＯｘに対する未燃炭化水素ＣＯの濃度比が適正値となるように上記既燃ガス濃度に基づき、後続気筒２Ｂ，２Ｃの空燃比、つまり後続気筒２Ｂ，２Ｃのリッチ度合を制御することにより、ＮＯｘ浄化触媒２６に吸着されたＮＯｘの放出および浄化を効率よく行うことができる。
【００８０】
また、上記実施形態に示すように、特殊運転モードの制御が実行される部分負荷運転領域Ａの少なくとも低負荷側領域Ａ１で、先行気筒２Ａ，２Ｃの空気過剰率λを３以上のリーンに設定して成層燃焼させるように構成した場合には、顕著な燃費の改善効果が得られるとともに、先行気筒２Ａ，２ＤにおけるＮＯｘの発生量を効果的に低減できるという利点がある。すなわち、混合気の空燃比Ａ／Ｆに対応したＮＯｘの発生量は、図１１に示すように、混合気の空燃比Ａ／Ｆが理論空燃比１４．７（λ＝１）となる点よりもややリーンなときに最大となり、この最大点を超えて上記空燃比Ａ／Ｆがリーン側となるのに応じて顕著に減少する傾向があるため、先行気筒２Ａ，２Ｄの空燃比を顕著なリーン状態に設定することにより、先行気筒２Ａ，２ＤにおけるＮＯｘの発生を効果的に抑制することができる。
【００８１】
また、上記実施形態に示すように、特殊運転モードの制御が実行される部分負荷運転領域Ａの少なくとも高負荷側領域Ａ３では、後続気筒２Ｂ，２Ｃの空燃比を略理論空燃比とし、この理論空燃比で燃焼した排気ガスのみを後続気筒２Ｂ，２Ｃから排気通路２０に排出させるように構成したため、高負荷領域Ａ３におけるエンジン出力を充分に確保できるとともに、排気通路２０に配設された三元触媒２４により充分に排気ガスの浄化性能を確保できるという利点がある。
【００８２】
しかも、上記実施形態では、先行気筒２Ａ，２Ｄを圧縮自己着火させる運転領域Ａ２よりも高負荷側領域Ａ３にある場合に、先行気筒２Ａ，２Ｄの空気過剰率を２〜３の範囲内とするように空燃比を制御するように構成したため、後続気筒２Ｂ，２Ｃの気筒内温度が高くなる傾向がある上記高負荷側領域Ａ３で、先行気筒２Ａ，２Ｃから排出された多量の既燃ガスを後続気筒２Ｂ，２Ｃに導入させることにより、この後続気筒２Ａ，２ＣにおけるＮＯｘの発生を効果的に抑制することができる。
【００８３】
なお、上記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。
【００８４】
また、上記吸・排気気弁を開閉駆動するソレノイドアクチュエータを備えた電磁動弁機構を設け、この電磁動弁機構の作動状態を制御することにより、上記２気筒接続状態と各気筒独立状態とに切り換え、あるいは先行気筒２Ａ，２Ｄに設けられた吸気弁３２の閉弁期間を進角させるように構成してもよい。
【００８５】
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。
【００８６】
【発明の効果】
以上のように本発明は、各気筒内に燃料を供給する燃料噴射弁が吸気導入経路に設けられるとともに、各気筒の燃焼サイクルが所定の位相差をもつように設定された多気筒の火花点火式エンジンの制御装置であって、エンジンの部分負荷運転領域で、排気行程と吸気行程と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気筒間ガス通路を介して導入され、この後続気筒から排出される既燃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、先行気筒の空燃比を理論空燃比よりも大きいリーンに設定して燃焼を行わせ、この先行気筒から後続気筒に導入されたリーン空燃比の既燃ガスに燃料を供給して後続気筒の燃焼を行わせる特殊運転モードの制御を実行する運転モード制御手段と、上記特殊運転モードの制御が実行される運転領域の少なくとも一部で後続気筒の空燃比をリーンとするように空燃比を制御する空燃比制御手段と、排気通路に設けられたＮＯｘ浄化触媒と、後続気筒の空燃比を一時的にリッチ化することにより上記ＮＯｘ浄化触媒に吸着されたＮＯｘを放出させて浄化するＮＯｘパージ手段とを設けたため、上記特殊運転モードとして燃焼が行われる場合に、上記先行気筒ではリーン燃焼による熱効率向上およびポンピングロス低減による燃費改善効果が得られるとともに、後続気筒ではポンピングロス低減による燃費改善効果が得られるという利点がある。
【００８７】
そして、上記先行気筒および後続気筒で発生するＮＯｘ量を顕著に低減することができるため、小形のＮＯｘ浄化触媒を排気通路に設置するだけで大気中にＮＯｘ量が放出されるのを効果的に抑制することができる。しかも、上記ＮＯｘパージ手段により後続気筒の空燃比を一時的にリーンにするだけで、上記ＮＯｘ浄化触媒に吸着されたＮＯｘを放出させて、排気ガス中の未燃炭化水素ＣＯ等からなる還元剤により還元して浄化することができるため、全気筒の空燃比を理論空燃比よりもリッチに設定することによりＮＯｘの放出および浄化を行うように構成された従来装置に比べ、上記ＮＯｘのパージ制御を実行することによる燃費改善効果の低下を抑制できるという利点がある。
【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】先行気筒および後続気筒の燃焼サイクルおよび開弁タイミング等を示す説明図である。
【図４】切換手段の具体的構成を示す斜視図である。
【図５】制御系統のブロック図である。
【図６】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７】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８】低負荷低回転時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】高負荷、高低回転側の運転領域にある時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１０】ＮＯｘの浄化メカニズム示す説明図である。
【図１１】空燃比とＮＯｘ発生量との対応関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１ エンジン本体
２Ａ〜２Ｄ 気筒
９ 燃料噴射弁
１５ 吸気通路
２０ 排気通路
２２ 気筒間ガス通路
２６ ＮＯｘ浄化触媒
４３ 切換機構制御手段（運転モード制御手段）
４５ 燃料噴射制御手段（空燃比制御手段）
４６ 点火制御手段（値着火アシスト手段）
４７ ＮＯｘパージ手段
Claims (7)
- 各気筒内に燃料を供給する燃料噴射弁が吸気導入経路に設けられるとともに、各気筒の燃焼サイクルが所定の位相差をもつように設定された多気筒の火花点火式エンジンの制御装置であって、
エンジンの部分負荷運転領域で、排気行程と吸気行程と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気筒間ガス通路を介して導入され、この後続気筒から排出される既燃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、先行気筒の空燃比を理論空燃比よりも大きいリーンとして燃焼を行わせ、この先行気筒から後続気筒に導入されたリーン空燃比の既燃ガスに燃料を供給して後続気筒の燃焼を行わせる特殊運転モードの制御を実行する運転モード制御手段と、
上記特殊運転モードの制御が実行される運転領域の少なくとも一部で後続気筒の空燃比を理論空燃比よりもリーンとするように空燃比を制御する空燃比制御手段と、
排気通路に設けられたＮＯｘ浄化触媒と、
後続気筒の空燃比を理論空燃比よりも一時的にリッチ化することにより上記ＮＯｘ浄化触媒に吸着されたＮＯｘを放出させて浄化するＮＯｘパージ手段とを備えたことを特徴とする火花点火式エンジンの制御装置。 - 特殊運転モードの制御が実行される運転領域で、先行気筒および後続気筒の両方を圧縮自己着火させる領域を設けたことを特徴とする請求項１に記載の火花点火式エンジンの制御装置。
- 先行気筒の有効圧縮比を増大させることにより先行気筒を圧縮自己着火させることを特徴とする請求項２に記載の火花点火式エンジンの制御装置。
- 圧縮上死点前の上死点近傍で先行気筒内の混合気を点火して先行気筒の圧縮自己着火を促進する着火アシスト手段を備えたことを特徴とする請求項２または３に記載の火花点火式エンジンの制御装置。
- ＮＯｘ浄化触媒に吸着されたＮＯｘを放出させて浄化する際には、後続気筒から導出される排気ガス中のＮＯｘに対する未燃炭化水素の濃度比がＮＯｘの浄化に適した値となるように、先行気筒から後続気筒に導出される既燃ガス濃度に基づいてＮＯｘパージ手段により後続気筒の空燃比を制御することを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の火花点火式エンジンの制御装置。
- 特殊運転モードの制御が実行される運転領域の少なくとも低負荷側領域では、先行気筒の空気過剰率を３以上のリーンに設定して成層燃焼させることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の火花点火式エンジンの制御装置。
- 特殊運転モードの制御が実行される運転領域の少なくとも高負荷側領域では、後続気筒の空燃比を略理論空燃比とすることを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の火花点火式エンジンの制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003180277A JP2005016362A (ja) | 2003-06-24 | 2003-06-24 | 火花点火式エンジンの制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003180277A JP2005016362A (ja) | 2003-06-24 | 2003-06-24 | 火花点火式エンジンの制御装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2005016362A true JP2005016362A (ja) | 2005-01-20 |
Family
ID=34181344
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2003180277A Abandoned JP2005016362A (ja) | 2003-06-24 | 2003-06-24 | 火花点火式エンジンの制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2005016362A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2015098800A (ja) * | 2013-11-18 | 2015-05-28 | マツダ株式会社 | 圧縮着火式エンジンの制御装置 |
-
2003
- 2003-06-24 JP JP2003180277A patent/JP2005016362A/ja not_active Abandoned
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2015098800A (ja) * | 2013-11-18 | 2015-05-28 | マツダ株式会社 | 圧縮着火式エンジンの制御装置 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20051111 |
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A762 Effective date: 20070706 |