JP5794046B2 - Multi-cylinder engine - Google Patents

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  • Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)
  • Exhaust Silencers (AREA)
  • Characterised By The Charging Evacuation (AREA)

Description

本発明は、複数の気筒を有する多気筒エンジンに関する。   The present invention relates to a multi-cylinder engine having a plurality of cylinders.

従来、ガソリンエンジンにおける低負荷領域での圧縮自己着火燃焼の実現のため、また、冷間始動時における触媒の早期昇温、早期活性化等のために、低負荷領域において気筒内に高温の排気を逆流(還流)させて気筒内に残留する高温の排気量を増大させ、これにより温度を高める技術(EGR技術)の開発が行われている。   Conventionally, in order to realize compression self-ignition combustion in a low load region in a gasoline engine, and to quickly raise and activate the catalyst at the time of cold start, high-temperature exhaust in the cylinder in a low load region The technology (EGR technology) has been developed to reverse the flow (reflux) of the engine to increase the amount of high-temperature exhaust gas remaining in the cylinder, thereby increasing the temperature.

圧縮自己着火燃焼は、燃焼室に生成された混合気をピストンで圧縮し、高温・高圧の環境下で、火花点火によらず混合気を自着火させるというものである。この圧縮自己着火燃焼では、燃焼室の各所で同時多発的に自着火するため、火花点火による燃焼に比べて、高い熱効率が得られると言われている。しかしながら、圧縮自己着火燃焼を実現するためには、混合気を自着火可能な温度にまで高める必要がある。そこで、この混合気の温度上昇を実現するために、高温の排気を気筒内に戻すEGR技術が用いられる。   In compression self-ignition combustion, the air-fuel mixture generated in the combustion chamber is compressed by a piston, and the air-fuel mixture is self-ignited in a high-temperature and high-pressure environment regardless of spark ignition. In this compression self-ignition combustion, it is said that high thermal efficiency can be obtained as compared with combustion by spark ignition because self-ignition occurs simultaneously and frequently in various places in the combustion chamber. However, in order to realize compression self-ignition combustion, it is necessary to raise the mixture to a temperature at which self-ignition is possible. Therefore, in order to realize the temperature rise of the air-fuel mixture, an EGR technique for returning high-temperature exhaust gas into the cylinder is used.

例えば、下記特許文献1に開示されたエンジンでは、排気弁が排気行程中に加えて吸気行程中にも開弁可能なように構成されており、気筒内の温度が低い低負荷領域において、排気弁を排気行程および吸気行程にも開弁させる排気二度開き制御を行うことで、高温の排気を気筒内に逆流させている。   For example, the engine disclosed in Patent Document 1 below is configured so that the exhaust valve can be opened not only during the exhaust stroke but also during the intake stroke, and in the low load region where the temperature in the cylinder is low, By performing exhaust double opening control that opens the valve in the exhaust stroke and the intake stroke, high-temperature exhaust is caused to flow back into the cylinder.

特開2007−85241号公報JP 2007-85241 A

前記のように、低速低負荷領域において、高温の排気を多量に気筒内に残留させて混合気の温度を高めることが望まれている。しかしながら、負荷の高い領域では、高温の排気が気筒内に多量に存在すると、混合気の温度が過剰に高くなり異常燃焼が生じる、あるいは、新気の導入量が少なくなりエンジントルクが低下するという問題がある。   As described above, in the low-speed and low-load region, it is desired to increase the temperature of the air-fuel mixture by leaving a large amount of high-temperature exhaust gas in the cylinder. However, if there is a large amount of high-temperature exhaust in the cylinder in a high-load region, the temperature of the mixture will become excessively high and abnormal combustion will occur, or the amount of fresh air introduced will decrease and the engine torque will decrease. There's a problem.

本発明は、このような事情に鑑み、低速低負荷領域において多量の高温の排気を気筒内に残留させつつ、低速高負荷領域において、気筒内の高温排気の残留量を少なく抑えることのできる多気筒エンジンの提供を目的とする。   In view of such circumstances, the present invention allows a large amount of high-temperature exhaust to remain in a cylinder in a low-speed and low-load region, while reducing the residual amount of high-temperature exhaust in the cylinder in a low-speed and high-load region. The purpose is to provide a cylinder engine.

前記課題を解決するために、本発明は、吸気ポートと排気ポートとがそれぞれ形成されるとともに、前記吸気ポートを開閉可能な吸気弁と、前記排気ポートを開閉可能な排気弁と、を有する複数の気筒を備えた多気筒エンジンであって、1つの気筒あるいは排気順序が互いに連続しない複数の気筒の排気ポートにそれぞれ接続された独立排気通路と、前記各独立排気通路よりも下流側に設けられて前記各独立排気通路を通過した排気が内側で集合する共通排気通路とを含む排気マニホールドと、前記排気マニホールド内の排気の流通状態を、前記各独立排気通路内の排気が前記共通排気通路に流入するのに伴いエゼクタ効果によって他の独立排気通路内に負圧が生成されるように、前記各独立排気通路内の排気が、互いに近接しかつ流路面積が下流側ほど小さくなる通路をそれぞれ個別に通って前記共通排気通路に流入する第1状態と、前記各独立排気通路内の排気が前記第1状態よりも流路面積の大きい通路を通過して前記共通排気通路に流入する第2状態とに変更可能であるとともに、前記各独立排気通路内の排気が前記共通排気通路に流入するまでに通過する通路の流路面積を前記第1状態における面積と第2状態における面積との間で連続的に変更可能な通路状態変更手段と、前記吸気弁と前記排気弁とを駆動可能なバルブ駆動手段と、前記吸気弁と前記排気弁の動作、前記通路状態変更手段の動作、前記バルブ駆動手段の動作を制御可能な制御手段とを備え、前記バルブ駆動手段は、前記排気弁を排気行程での開弁動作のほかに吸気行程で再度開弁させる再開弁動作の実行、停止が可能であり、前記制御手段は、エンジンの負荷が予め設定された第1基準負荷以上の第1運転領域において、前記バルブ駆動手段によって前記再開弁動作を停止させ、前記通路状態変更手段によって前記排気マニホールド内の排気の流通状態を前記第1状態にさせるとともに、前記各気筒の吸気弁の開弁期間と排気弁の開弁期間とが所定のオーバーラップ期間重複し、かつ、排気順序が連続する気筒間において一方の気筒の前記オーバーラップ期間が他方の気筒の排気弁が開弁している時期に重複するように、前記バルブ駆動手段により前記各気筒の吸気弁および排気弁を駆動させ、エンジンの負荷が前記第1基準負荷よりも低い第2基準負荷未満の第2運転領域において、前記バルブ駆動手段によって前記再開弁動作を実行させるとともに、前記通路状態変更手段によって前記排気マニホールド内の排気の流通状態を前記第2状態にさせ、前記第1運転領域と第2運転領域との間に設定されてエンジンの負荷が前記第2基準負荷以上かつ前記第1基準負荷未満の第3運転領域において、前記バルブ駆動手段によって前記再開弁動作を実行させるとともに、前記通路状態変更手段によって、前記各独立排気通路内の排気が前記共通排気通路に流入するまでに通過する通路の流路面積を、前記第2状態における面積から前記第1状態における面積まで、エンジンの負荷が増大するほど減少するように変更させることを特徴とする多気筒エンジンを提供する(請求項1)。 In order to solve the above problems, the present invention includes a plurality of intake ports and exhaust ports, each having an intake valve capable of opening and closing the intake port, and an exhaust valve capable of opening and closing the exhaust port. An independent exhaust passage connected to exhaust ports of one cylinder or a plurality of cylinders whose exhaust order is not continuous with each other, and provided downstream of the independent exhaust passages. The exhaust manifold including a common exhaust passage in which exhaust that has passed through the independent exhaust passages gathers inside, and the flow state of the exhaust in the exhaust manifold, and the exhaust in each independent exhaust passage to the common exhaust passage The exhaust gases in the independent exhaust passages are close to each other and have a flow passage area so that negative pressure is generated in the other independent exhaust passages due to the ejector effect as they flow in. A first state in which the passages that are smaller toward the downstream side individually pass through the common exhaust passage and the exhaust in each independent exhaust passage passes through a passage having a larger flow area than the first state, and It can be changed to the second state flowing into the common exhaust passage, and the flow passage area of the passage through which the exhaust in each independent exhaust passage flows into the common exhaust passage is defined as the area in the first state. Passage state changing means capable of continuously changing between areas in the second state, valve driving means capable of driving the intake valve and the exhaust valve, operations of the intake valve and the exhaust valve, and the passage And a control means capable of controlling the operation of the state changing means and the operation of the valve driving means. The valve driving means resumes opening the exhaust valve again in the intake stroke in addition to the valve opening operation in the exhaust stroke. Actual valve operation A can be stopped, wherein, in the first reference load or more first operating region where the load of the engine is set in advance, it stops the restart valve operated by said valve drive means, said passage state change The exhaust gas distribution state in the exhaust manifold is changed to the first state by the means, the opening period of the intake valve of each cylinder and the opening period of the exhaust valve overlap each other by a predetermined overlap period, and the exhaust gas In order that the overlap period of one cylinder overlaps with the time when the exhaust valve of the other cylinder is opened between the cylinders in which the order is continuous, the valve drive means controls the intake valve and the exhaust valve of each cylinder. was driven, in the second operating region below the second reference load lower than the load of the engine is the first reference load, to execute the valve-reopening operation by said valve drive means At the same time, the passage state changing means causes the exhaust flow state in the exhaust manifold to be changed to the second state, and is set between the first operation region and the second operation region, so that the engine load is set to the second reference region. In the third operation region that is greater than or equal to the load and less than the first reference load, the restart valve operation is executed by the valve driving means, and the exhaust in each independent exhaust passage is caused to flow into the common exhaust passage by the passage state changing means. The multi-cylinder engine is characterized in that the flow passage area of the passage that passes through before flowing into the engine is changed from the area in the second state to the area in the first state so as to decrease as the engine load increases. (Claim 1).

本発明によれば、低負荷側の第2運転領域において気筒内に高温の排気を多量に逆流・残留させつつ、高負荷側の第1運転領域において高い掃気性能を実現して気筒内に逆流・残留する高温排気を少なく抑え、異常燃焼の抑制やエンジントルクの向上を実現することができる。 According to the present invention, high scavenging performance is achieved in the first operating region on the high load side while allowing a large amount of high-temperature exhaust gas to flow back and remain in the cylinder in the second operating region on the low load side , and back flow into the cylinder.・ Residual high-temperature exhaust can be reduced to suppress abnormal combustion and improve engine torque.

具体的には、本発明では、第1運転領域において、排気弁が排気行程のみに開弁され、排気マニホールド内の排気の流通状態が、第1状態、すなわち、エゼクタ効果によって独立排気通路内に負圧が生成されるように、各独立排気通路内の排気が、流路面積が下流側ほど小さくなる通路をそれぞれ個別に流下して前記共通排気通路にそれぞれ独立して流入する状態にされるとともに、各気筒の吸気弁の開弁期間と排気弁の開弁期間とが所定のオーバーラップ期間重複し、かつ、排気順序が連続する気筒間において一方の気筒(吸気行程気筒)の前記オーバーラップ期間が他方の気筒(排気行程気筒)の排気弁が開弁している時期に重複するように、各気筒の吸気弁および排気弁が駆動される。そのため、オーバーラップ期間中の気筒(吸気行程気筒)の排気ポート内にエゼクタ効果による高い負圧を作用させて、これによりオーバーラップ期間中の掃気を促進させて、気筒内の高温排気の残留量、すなわち内部EGRガス量を少なく抑えることができる。   Specifically, in the present invention, in the first operating region, the exhaust valve is opened only during the exhaust stroke, and the exhaust gas distribution state in the exhaust manifold is changed to the first state, that is, the independent exhaust passage by the ejector effect. In order to generate a negative pressure, the exhaust in each independent exhaust passage flows into the common exhaust passage independently through the passage where the flow passage area becomes smaller on the downstream side. In addition, the opening period of the intake valve and the opening period of the exhaust valve of each cylinder overlap with each other by a predetermined overlap period, and the overlap of one cylinder (intake stroke cylinder) between the cylinders in which the exhaust sequence is continued. The intake valve and the exhaust valve of each cylinder are driven so that the period overlaps with the time when the exhaust valve of the other cylinder (exhaust stroke cylinder) is opened. Therefore, a high negative pressure due to the ejector effect is applied to the exhaust port of the cylinder during the overlap period (intake stroke cylinder), thereby promoting scavenging during the overlap period and the residual amount of high-temperature exhaust in the cylinder That is, the amount of internal EGR gas can be reduced.

一方、本発明では、第2運転領域において、気筒内に残留する高温排気量を確保するべく、排気弁が排気行程に加えて吸気行程でも開弁されて、排気行程で排気ポート内にいったん排出された排気が気筒内に逆流するよう制御されている。ここで、所定の気筒の吸気行程と他の気筒の排気行程とは一致する。そのため、この第2運転領域において、前記第1運転領域のように排気行程気筒から排気が高速で共通排気通路に流入し、高いエゼクタ効果が発揮されて吸気行程気筒に高い負圧が生成されると、開弁している排気弁を通して吸気行程気筒内およびその排気ポート内の高温排気が下流側に吸い出されてしまい、高温排気の逆流・残留量を確保できなくなるおそれがある。これに対して、本発明では、第2運転領域において、排気マニホールド内の排気の流通状態が、排気が前記第1状態よりも流路面積の大きい通路を通過して共通排気通路に流入する第2状態とされ、共通排気通路に流入するまでの排気の膨張すなわち排気の速度低下が促進される。従って、この第2運転領域では、エゼクタ効果は弱められ、気筒内の高温排気の吸出しが抑制されて高温排気の逆流・残留量、すなわち内部EGRガス量が確保される。   On the other hand, in the present invention, in the second operation region, the exhaust valve is opened in the intake stroke in addition to the exhaust stroke in order to ensure the high-temperature exhaust amount remaining in the cylinder, and is once discharged into the exhaust port in the exhaust stroke. Control is performed so that the exhausted gas flows backward into the cylinder. Here, the intake stroke of a predetermined cylinder and the exhaust stroke of other cylinders coincide. Therefore, in the second operating region, exhaust flows from the exhaust stroke cylinder into the common exhaust passage at a high speed as in the first operating region, and a high ejector effect is exerted to generate a high negative pressure in the intake stroke cylinder. Then, the high-temperature exhaust gas in the intake stroke cylinder and its exhaust port is sucked downstream through the opened exhaust valve, and there is a risk that the backflow / residual amount of the high-temperature exhaust gas cannot be secured. On the other hand, in the present invention, in the second operating region, the exhaust flow state in the exhaust manifold is such that the exhaust flows through the passage having a larger flow area than the first state and flows into the common exhaust passage. The exhaust gas is expanded until it enters the common exhaust passage, that is, the exhaust speed is reduced. Therefore, in the second operation region, the ejector effect is weakened, the suction of the high-temperature exhaust in the cylinder is suppressed, and the backflow / residual amount of the high-temperature exhaust, that is, the internal EGR gas amount is secured.

さらに、本発明では、排気弁の吸気行程での開弁制御を実施する第1運転領域と、この制御を停止する第2運転領域との間に第3運転領域が設定されて、この第3運転領域においてエンジン負荷の増大に伴い内部EGRガス量が減少するよう構成されている。そのため、第1運転領域から第2運転領域へ、あるいは、その逆方向の変化時に、内部EGRガス量が急激に変化するのを抑制することができる。   Furthermore, in the present invention, a third operation region is set between the first operation region in which the valve opening control is performed in the intake stroke of the exhaust valve and the second operation region in which the control is stopped. In the operation region, the internal EGR gas amount is configured to decrease as the engine load increases. Therefore, it is possible to suppress the internal EGR gas amount from changing suddenly from the first operation region to the second operation region or when changing in the opposite direction.

具体的には、本発明では、第3運転領域において、排気弁の吸気行程での開弁制御を実施しつつ、独立排気通路から共通排気通路に流入するまでに排気が通過する通路の流路面積を、前記第2状態における面積から前記第1状態における面積に向かってエンジンの負荷が増大するほど減少させて、負荷の増大に伴ってエゼクタ効果すなわち排気を下流側へ吸いだす力を徐々に強めるように制御している。そのため、この第3運転領域では、排気弁の再開弁に伴い気筒内へ逆流しようとする排気を下流側に吸い出す力が、負荷の増大に伴って徐々に強められて、排気弁再開弁中の高温排気の逆流・残留量すなわち内部EGRガス量が負荷の増大に伴って徐々に減少される。   Specifically, in the present invention, in the third operation region, the flow path of the passage through which the exhaust passes through the common exhaust passage from the independent exhaust passage while performing the valve opening control in the intake stroke of the exhaust valve. The area is decreased as the engine load increases from the area in the second state toward the area in the first state, and the ejector effect, that is, the force for sucking exhaust gas downstream is gradually increased as the load increases. Control to strengthen. Therefore, in this third operation region, the force for sucking the exhaust gas that is going to flow back into the cylinder downstream with the restart valve of the exhaust valve is gradually increased as the load increases, The backflow / residual amount of the high-temperature exhaust gas, that is, the internal EGR gas amount is gradually decreased as the load increases.

前記第2運転領域で実施される燃焼形態としては、例えば、自着火燃焼が挙げられる。すなわち、本発明の一実施形態として、少なくとも一部がガソリンからなる燃料を前記気筒内に噴射するインジェクタを備え、前記第2運転領域において、前記気筒内の混合気が自着火により燃焼する自着火燃焼モードが実行されるものが挙げられる(請求項2)。   Examples of the combustion mode implemented in the second operation region include self-ignition combustion. That is, as an embodiment of the present invention, an auto-ignition is provided in which an injector that injects fuel, at least part of which is made of gasoline, into the cylinder, and the air-fuel mixture in the cylinder burns by auto-ignition in the second operation region. A combustion mode is executed (Claim 2).

ここで、前記第1運転領域および第3運転領域においても自着火燃焼モードが実施される場合において自着火燃焼モードが実施される場合には、これら全運転領域において混合気を適正に自己着火可能な温度に調整する必要がある。すなわち、負荷が低い領域では混合気の温度が低くなりやすいため混合気の自己着火を実現するためには混合気の温度を高める必要がある。一方、負荷が高い領域では混合気の温度が過剰に高くなるやすいため燃焼騒音の増大やノッキングを回避するためには混合気の温度を低くする必要がある。   Here, when the self-ignition combustion mode is performed in the first operation region and the third operation region, the air-fuel mixture can be appropriately self-ignited in all the operation regions. It is necessary to adjust the temperature. That is, since the temperature of the air-fuel mixture tends to decrease in a region where the load is low, it is necessary to increase the temperature of the air-fuel mixture in order to realize self-ignition of the air-fuel mixture. On the other hand, since the temperature of the air-fuel mixture tends to be excessively high in a high load region, it is necessary to lower the temperature of the air-fuel mixture in order to avoid an increase in combustion noise and knocking.

これに対して、本発明では、低負荷側の第2運転領域において気筒内に高温の排気を多量に逆流・残留させつつ、高負荷側の第1運転領域において高い掃気性能を実現して気筒内に逆流・残留する高温排気を少なく抑えることができるとともに、これらの間の第3領域において負荷が増大するほど、すなわち、混合気の温度が高くなりやすく必要な混合気の温度の低減代が大きくなるほど、内部EGRガス量が減少するよう構成されている。そのため、第1、第2、第3運転領域全てにおいて、内部EGRガス量ひいては混合気の温度を適正に調整して、適正な自己着火燃焼を実現することができる。従って、本発明は、前記第1運転領域および第3運転領域においても自着火燃焼モードが実施される場合において、より効果的である(請求項3)。 In contrast, the present invention achieves high scavenging performance in the first operating region on the high load side while allowing a large amount of high-temperature exhaust gas to flow back and remain in the cylinder in the second operating region on the low load side . In addition to being able to suppress the high-temperature exhaust gas that flows back and remains in the interior, the load increases in the third region between them. It is comprised so that internal EGR gas amount may reduce, so that it becomes large. Therefore, in all of the first, second, and third operation regions, proper self-ignition combustion can be realized by appropriately adjusting the internal EGR gas amount, and hence the temperature of the air-fuel mixture. Therefore, the present invention is more effective when the auto-ignition combustion mode is performed also in the first operation region and the third operation region (Claim 3).

前記排気マニホールドおよび前記通路状態変更手段の具体的構成としては、前記排気マニホールドは、前記排気マニホールドは、前記各独立排気通路の下流端と前記共通排気通路との間に介在して、前記各独立排気通路の下流端から排出された排気がそれぞれ独立して流入するとともに少なくとも前記第1状態において流路面積が下流側ほど小さくなる形状を呈する複数のガス通路が内側に形成された絞り部を有し、前記通路状態変更手段は、前記各ガス通路の流路面積を変更可能であり、当該各ガス通路の流路面積を変更することで、前記各独立排気通路内の排気が前記共通排気通路に流入するまでに通過する通路の流路面積を前記第1状態における面積と第2状態における面積との間で変更するものが挙げられる(請求項4)。   As a specific configuration of the exhaust manifold and the passage state changing means, the exhaust manifold is arranged such that the exhaust manifold is interposed between the downstream end of each independent exhaust passage and the common exhaust passage. Exhaust gas discharged from the downstream end of the exhaust passage flows independently, and at least in the first state, there is a constricted portion in which a plurality of gas passages having a shape in which the flow passage area decreases toward the downstream side are formed inside. The passage state changing means can change the flow passage area of each gas passage, and by changing the flow passage area of each gas passage, the exhaust in each independent exhaust passage can be changed to the common exhaust passage. The flow path area of the passage that passes through until it flows into the pipe is changed between the area in the first state and the area in the second state (Claim 4).

この構成において、前記各ガス通路は、前記各独立排気通路の下流端から前記共通排気通路まで延びて前記各独立排気通路とそれぞれ個別に連通する第1通路と、当該各第1通路と前記共通排気通路とに連通する第2通路とを含み、前記通路状態変更手段は、前記第1通路と第2通路との連通量を変更することで前記各ガス通路の流路面積を変更するのが好ましい(請求項5)。   In this configuration, each gas passage includes a first passage extending from a downstream end of each independent exhaust passage to the common exhaust passage and individually communicating with each independent exhaust passage, and the first passage and the common passage. A second passage communicating with the exhaust passage, and the passage state changing means changes a flow area of each gas passage by changing a communication amount between the first passage and the second passage. (Claim 5).

この構成によれば、絞り部内に第1通路と第2通路とを形成し、これら第1通路と第2通路との連通量を変更するという簡単な構成で、各ガス通路の流路面積ひいては排気マニホールド内の排気の流通状態を変更することができる。   According to this configuration, the first passage and the second passage are formed in the throttle portion, and the flow area of each gas passage is changed by simply changing the communication amount between the first passage and the second passage. As a result, the flow state of the exhaust gas in the exhaust manifold can be changed.

また、前記各ガス通路として、前記各独立排気通路の下流端から前記共通排気通路まで延びて前記各独立排気通路とそれぞれ個別に連通する第1通路と、当該各第1通路と前記共通排気通路とに連通する第2通路とを含み、前記通路状態変更手段は、前記第2通路の流路面積を変更することで前記各ガス通路の流路面積を変更するものを用いてもよい(請求項6)。   Further, as each gas passage, a first passage extending from a downstream end of each independent exhaust passage to the common exhaust passage and individually communicating with each independent exhaust passage, and each first passage and the common exhaust passage A second passage communicating with the second passage, and the passage state changing means may change the flow passage area of each gas passage by changing the flow passage area of the second passage. Item 6).

この構成によれば、絞り部内に第1通路と第2通路とを形成し、第2通路の流路面積を変更するという簡単な構成で、各ガス通路の流路面積ひいては排気マニホールド内の排気の流通状態を変更することができる。   According to this configuration, the first passage and the second passage are formed in the throttle portion and the flow passage area of the second passage is changed. The distribution state of can be changed.

また、前記排気マニホールドおよび前記通路状態変更手段の具体的構成としては、前記排気マニホールドは、前記各独立排気通路の下流端と前記共通排気通路との間に介在する絞り部と、前記各独立排気通路の途中に設けられて複数の独立排気通路どうしを連通する連通通路と、当該連通通路を介した独立排気通路どうしの連通状態を変更可能な連通状態変更手段とを備え、前記絞り部の内側には、下流ほど流路面積が縮小する形状を有するとともに、前記各独立排気通路の下流端から排出された排気がそれぞれ独立して流入するように配置された複数のガス通路が形成されており、前記通路状態変更手段は、前記連通状態変更手段によって前記連通通路を介した前記独立排気通路どうしの連通量を変更することで、前記各独立排気通路内の排気が前記共通排気通路に流入するまでに通過する通路の流路面積を前記第1状態における面積と第2状態における面積との間で変更するものが挙げられる(請求項7)。   As a specific configuration of the exhaust manifold and the passage state change means, the exhaust manifold includes a throttle portion interposed between a downstream end of each independent exhaust passage and the common exhaust passage, and each independent exhaust. A communication passage provided in the middle of the passage and communicating with the plurality of independent exhaust passages, and a communication state changing means capable of changing the communication state of the independent exhaust passages via the communication passage, Are formed with a plurality of gas passages that have a shape in which the flow passage area decreases toward the downstream, and are arranged so that the exhaust discharged from the downstream ends of the independent exhaust passages flows independently from each other. The passage state changing means changes the amount of communication between the independent exhaust passages via the communication passage by the communication state changing means, so that the inside of each independent exhaust passage is changed. Mind include those that change between the area of the area and the second state in the first state the passage area of the passage which passes before flowing into the common exhaust passage (Claim 7).

また、前記排気マニホールドおよび前記通路状態変更手段の具体的構成としては、前記排気マニホールドは、前記各独立排気通路の下流端と前記共通排気通路との間に介在する絞り部と、前記各独立排気通路と前記共通排気通路とを連通して前記絞り部をバイパスさせるバイパス通路と、当該バイパス通路を開閉して当該バイパス通路を介した前記独立排気通路と前記共通排気通路との連通量を変更可能なバイパス通路開閉手段とを備え、前記絞り部の内側には、下流ほど流路面積が縮小する形状を有するとともに、前記各独立排気通路の下流端から排出された排気がそれぞれ独立して流入するように配置された複数のガス通路が形成されており、前記通路状態変更手段は、前記バイパス通路開閉手段によって前記バイパス通路を介した前記独立排気通路と前記共通排気通路との連通量を変更することで、前記各独立排気通路内の排気が前記共通排気通路に流入するまでに通過する通路の流路面積を前記第1状態における面積と第2状態における面積との間で変更するものが挙げられる(請求項8)。   As a specific configuration of the exhaust manifold and the passage state change means, the exhaust manifold includes a throttle portion interposed between a downstream end of each independent exhaust passage and the common exhaust passage, and each independent exhaust. A bypass passage for connecting the passage and the common exhaust passage to bypass the throttle portion; and opening and closing the bypass passage to change a communication amount between the independent exhaust passage and the common exhaust passage via the bypass passage A bypass passage opening / closing means capable of being provided, and the inside of the throttle portion has a shape in which the flow passage area decreases toward the downstream side, and the exhaust discharged from the downstream end of each independent exhaust passage flows independently. A plurality of gas passages are formed so that the passage state changing means is connected to the bypass passage opening / closing means via the bypass passage. By changing the communication amount between the vertical exhaust passage and the common exhaust passage, the flow passage area of the passage through which the exhaust in each independent exhaust passage flows into the common exhaust passage is changed in the first state. What changes between an area and the area in a 2nd state is mentioned (Claim 8).

以上説明したように、本発明によれば、低速低負荷領域において多量の高温の排気の逆流・残留を実現しつつ、低速高負荷領域において掃気性能を高めて高温排気の気筒内の高温の排気の逆流・残留量を少なく抑えて、異常燃焼の回避やエンジントルクの向上を実現することができる。   As described above, according to the present invention, high-temperature exhaust in a cylinder of high-temperature exhaust is achieved by improving scavenging performance in a low-speed and high-load region while realizing backflow / residue of a large amount of high-temperature exhaust in a low-speed and low-load region. Therefore, it is possible to avoid abnormal combustion and improve engine torque.

本発明の実施形態に係る多気筒エンジンの全体構成を示す図である。1 is a diagram illustrating an overall configuration of a multi-cylinder engine according to an embodiment of the present invention. 図1に示すエンジンの排気系の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the exhaust system of the engine shown in FIG. 吸気弁および排気弁のバルブタイミングを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the valve timing of an intake valve and an exhaust valve. 本発明の第1実施形態に係る多気筒エンジンの吸排気装置の制御系を説明するためのブロック図である。It is a block diagram for demonstrating the control system of the intake / exhaust apparatus of the multicylinder engine which concerns on 1st Embodiment of this invention. 図2のV−V線断面図である。It is the VV sectional view taken on the line of FIG. 外管が流路面積最小位置にある状態における絞り部周辺の断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view of the periphery of the throttle portion in a state where the outer tube is at the position where the flow path area is minimum. (a)図6をVII−VII線で切断した切断面の図である。(b)(a)の図のうち内管のみを示した図である。(c)(a)の図のうち外管のみを示した図である。(A) It is the figure of the cut surface which cut | disconnected FIG. 6 by the VII-VII line. (B) It is the figure which showed only the inner pipe | tube among the figures of (a). (C) It is the figure which showed only the outer tube | pipe among the figures of (a). (a)図6をVIII−VIII線で切断した切断面の図である。(b)(a)の図のうち内管のみを示した図である。(c)(a)の図のうち外管のみを示した図である。(A) It is the figure of the cut surface which cut | disconnected FIG. 6 by the VIII-VIII line. (B) It is the figure which showed only the inner pipe | tube among the figures of (a). (C) It is the figure which showed only the outer tube | pipe among the figures of (a). 図6をIX−IX線で切断した切断面の図である。It is the figure of the cut surface which cut | disconnected FIG. 6 by the IX-IX line. 外管が流路面積最小位置よりも下流にある状態における絞り部周辺の断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view of the periphery of the throttle portion in a state where the outer tube is downstream of the position where the flow path area is minimum. 図10をXI−XI線で切断した切断面の図である。It is the figure of the cut surface which cut | disconnected FIG. 10 by the XI-XI line. 外管の一部を示す概略斜視図である。It is a schematic perspective view which shows a part of outer tube | pipe. 外管が流路面積最大位置にある状態における絞り部周辺の断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view of the periphery of the throttle portion in a state where the outer tube is at the maximum position of the flow path area. 本発明の第1実施形態に係る多気筒エンジンで用いられる制御マップを示した図である。It is the figure which showed the control map used with the multicylinder engine which concerns on 1st Embodiment of this invention. リーンHCCI燃焼モードの制御内容を説明するためのタイムチャートである。It is a time chart for demonstrating the control content of lean HCCI combustion mode. エンジン負荷に対する排気二度開きの制御例および外管位置の制御例を示した図である。It is the figure which showed the example of control of the exhaust_gas | exhaustion double opening with respect to an engine load, and the example of control of an outer tube | pipe position. 吸気弁および排気弁の開弁時期および閉弁時期を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the valve opening time and valve closing time of an intake valve and an exhaust valve. 本発明の第4実施形態に係る多気筒エンジンの絞り部を上流から見た図である。It is the figure which looked at the throttle part of the multicylinder engine concerning a 4th embodiment of the present invention from the upper stream. (a)本発明の第4実施形態に係る多気筒エンジンの吸排気装置において、蓋が全閉位置にある状態の内管の概略斜視図である。(b)本発明の第4実施形態に係る多気筒エンジンの吸排気装置において、蓋が全開位置にある状態の内管の概略斜視図である。(A) In the intake / exhaust device for a multi-cylinder engine according to the fourth embodiment of the present invention, it is a schematic perspective view of an inner pipe in a state where a lid is in a fully closed position. (B) In the intake / exhaust device for a multi-cylinder engine according to the fourth embodiment of the present invention, it is a schematic perspective view of an inner pipe in a state where a lid is in a fully open position. (a)図19の(a)に対応する絞り部の断面図である。(b)図19の(b)に対応する絞り部の断面図である。(A) It is sectional drawing of the aperture | diaphragm | squeeze part corresponding to (a) of FIG. (B) It is sectional drawing of the aperture | diaphragm | squeeze part corresponding to (b) of FIG. 本発明の第5実施形態に係る多気筒エンジンの排気マニホールドの概略図である。It is the schematic of the exhaust manifold of the multicylinder engine which concerns on 5th Embodiment of this invention. 本発明の第5実施形態に係る多気筒エンジンの排気マニホールドの概略図である。It is the schematic of the exhaust manifold of the multicylinder engine which concerns on 5th Embodiment of this invention. 本発明の第6実施形態に係る多気筒エンジンの排気マニホールド周辺の概略側面図である。It is a schematic side view of the exhaust manifold periphery of a multi-cylinder engine according to a sixth embodiment of the present invention.

(1)エンジンの全体構成
図1は、本発明の一実施形態にかかる多気筒エンジンの全体構成を示す図である。図2は、このエンジンの一部(主に排気マニホールド)を示す図である。図1に示されるエンジンは、走行駆動用の動力源として車両に搭載される往復ピストン型の多気筒エンジンである。このエンジンのエンジン本体1は、所定の方向並ぶ4つの気筒2(図2参照)を有するシリンダブロック3と、シリンダブロック3の上面に設けられたシリンダヘッド4と、各気筒2に往復摺動可能に挿入されたピストン5とを有している。具体的には、図2の右から順に第1気筒2a,第2気筒2b,第3気筒2c,第4気筒2dが形成されている。本実施形態では、前記エンジンはガソリンエンジンであり、エンジン本体1に供給される燃料は、ガソリンを主成分とする。なお、この燃料は、その中身が、全てガソリンであってもよいし、ガソリンにエタノール(エチルアルコール)等を含有させたものでもよい。
(1) Overall Configuration of Engine FIG. 1 is a diagram showing an overall configuration of a multi-cylinder engine according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a view showing a part of this engine (mainly an exhaust manifold). The engine shown in FIG. 1 is a reciprocating piston type multi-cylinder engine mounted on a vehicle as a power source for driving driving. The engine body 1 of this engine can reciprocately slide in each cylinder 2 with a cylinder block 3 having four cylinders 2 (see FIG. 2) arranged in a predetermined direction, a cylinder head 4 provided on the upper surface of the cylinder block 3 And the piston 5 inserted into the. Specifically, a first cylinder 2a, a second cylinder 2b, a third cylinder 2c, and a fourth cylinder 2d are formed in order from the right in FIG. In the present embodiment, the engine is a gasoline engine, and the fuel supplied to the engine body 1 is mainly composed of gasoline. In addition, the fuel may be all gasoline, or gasoline containing ethanol (ethyl alcohol) or the like.

前記エンジン本体1は4サイクルエンジンであって、各気筒2a〜2dにおいて、吸気行程、圧縮行程、膨張行程、排気行程がそれぞれ180℃Aずつずれるように構成されている(図3参照)。本実施形態では、第1気筒2a→第3気筒2c→第4気筒2d→第2気筒2bの順に点火が行われてこの順に排気行程等が実施される。   The engine body 1 is a four-cycle engine, and is configured such that the intake stroke, the compression stroke, the expansion stroke, and the exhaust stroke are shifted by 180 ° C. in each of the cylinders 2a to 2d (see FIG. 3). In this embodiment, ignition is performed in the order of the first cylinder 2a → the third cylinder 2c → the fourth cylinder 2d → the second cylinder 2b, and the exhaust stroke and the like are performed in this order.

前記ピストン5はコネクティングロッド8を介してクランク軸7と連結されており、前記ピストン5の往復運動に応じて前記クランク軸7が中心軸回りに回転するようになっている。   The piston 5 is connected to a crankshaft 7 via a connecting rod 8, and the crankshaft 7 rotates around a central axis in accordance with the reciprocating motion of the piston 5.

前記ピストン5の上方には燃焼室6が形成されている。この燃焼室6には吸気ポート9および排気ポート10が開口し、各ポート9,10を開閉する吸気弁11および排気弁12が、前記シリンダヘッド4にそれぞれ設けられている。なお、図例のエンジンはいわゆるダブルオーバーヘッドカムシャフト式(DOHC)エンジンであり、各気筒につき前記吸気ポート9および排気ポート10が2つずつ設けられるとともに、前記吸気弁11および排気弁12も2つずつ設けられている。   A combustion chamber 6 is formed above the piston 5. An intake port 9 and an exhaust port 10 are opened in the combustion chamber 6, and an intake valve 11 and an exhaust valve 12 that open and close the ports 9 and 10 are provided in the cylinder head 4. The illustrated engine is a so-called double overhead camshaft (DOHC) engine, and two intake ports 9 and two exhaust ports 10 are provided for each cylinder, and two intake valves 11 and two exhaust valves 12 are provided. It is provided one by one.

ここで、当実施形態のエンジン本体1は、理論熱効率の向上や、後述する圧縮自己着火燃焼の安定化等を目的として、14以上という比較的高い幾何学的圧縮比を有するように設定されている。なお、幾何学的圧縮比の上限値は、実用上の観点等から30程度であると考えられるため、エンジン本体1の幾何学的圧縮比は、14以上30以下の範囲の適宜の値に設定される。   Here, the engine body 1 of the present embodiment is set so as to have a relatively high geometric compression ratio of 14 or more for the purpose of improving the theoretical thermal efficiency, stabilizing the compression auto-ignition combustion described later, and the like. Yes. Since the upper limit value of the geometric compression ratio is considered to be about 30 from a practical viewpoint, the geometric compression ratio of the engine body 1 is set to an appropriate value in the range of 14 to 30. Is done.

エンジンには、各種センサが取り付けられている。例えば、エンジン冷却水の温度を検出するための水温センサSW1、クランク軸7の回転角度(クランク角)ひいてはエンジンの回転数を検出するためのクランク角センサSW2、前記カムシャフトの角度を検出して気筒判別(各気筒が吸気、圧縮、膨張、排気のいずれの行程にあるかの判別)用の信号を出力するカム角センサSW3、燃焼室6に流入する新気の温度を検出するための外気温センサSW4が、エンジン本体に取り付けられている。   Various sensors are attached to the engine. For example, a water temperature sensor SW1 for detecting the temperature of engine cooling water, a rotation angle (crank angle) of the crankshaft 7, and a crank angle sensor SW2 for detecting the rotation speed of the engine, and the camshaft angle are detected. Cam angle sensor SW3 that outputs a signal for cylinder discrimination (determination of whether each cylinder is in an intake, compression, expansion, or exhaust stroke), an outside for detecting the temperature of fresh air flowing into the combustion chamber 6 The temperature sensor SW4 is attached to the engine body.

前記吸気弁11および排気弁12は、それぞれ、シリンダヘッド4に配設された一対のカムシャフト(図示省略)等を含む動弁機構13,14によりクランク軸7の回転に連動して開閉駆動される。   The intake valve 11 and the exhaust valve 12 are driven to open and close in conjunction with the rotation of the crankshaft 7 by valve mechanisms 13 and 14 including a pair of camshafts (not shown) disposed in the cylinder head 4. The

前記吸気弁11用の動弁機構13には、CVVL15およびVVT16がそれぞれ組み込まれている。CVVL15は、連続可変バルブリフト機構(Continuous Variable Valve Lift Mechanism)と呼ばれるものであり、吸気弁11のリフト量を連続的に(無段階で)変更するものである。また、吸気VVT16は、可変バルブタイミング機構(Variable Valve Timing Mechanism)と呼ばれるものであり、吸気弁11の開閉タイミング(位相角度)を可変的に設定するものである。これら吸気CVVL15および吸気VVT16は、エンジンの全ての吸気弁11のリフト量および開閉タイミングを変更できるように設けられており、吸気CVVL15および吸気VVT16の両方が駆動されると、各気筒2において一対の吸気弁11のリフト量および開閉タイミングが同時に変更されるようになっている。   CVVL 15 and VVT 16 are respectively incorporated in the valve operating mechanism 13 for the intake valve 11. The CVVL 15 is called a continuously variable valve lift mechanism and continuously (steplessly) changes the lift amount of the intake valve 11. The intake VVT 16 is called a variable valve timing mechanism and variably sets the opening / closing timing (phase angle) of the intake valve 11. The intake CVVL15 and the intake VVT16 are provided so that the lift amount and the opening / closing timing of all the intake valves 11 of the engine can be changed. When both the intake CVVL15 and the intake VVT16 are driven, The lift amount and opening / closing timing of the intake valve 11 are changed simultaneously.

前記のような構成の吸気CVVL15は既に公知であり、その具体例として、吸気弁11駆動用のカムをカムシャフトの回転と連動して往復揺動運動させるリンク機構と、リンク機構の配置(レバー比)を可変的に設定するコントロールアームと、コントロールアームを電気的に駆動することによって前記カムの揺動量(吸気弁11を押し下げる量)を変更するステッピングモータとを備えたものを挙げることができる(例えば特開2007−85241号公報参照)。また、前記吸気VVT16についても、液圧式、電磁式、機械式など、種々のタイプのものが既に公知であり、その中から適宜のものを採用し得る。   The intake CVVL 15 having the above-described configuration is already known. As a specific example, a link mechanism that reciprocally swings the cam for driving the intake valve 11 in conjunction with the rotation of the camshaft, and the arrangement of the link mechanism (lever A control arm that variably sets the ratio), and a stepping motor that changes the cam swing amount (the amount by which the intake valve 11 is pushed down) by electrically driving the control arm. (For example, refer to JP 2007-85241 A). As the intake VVT 16, various types such as a hydraulic type, an electromagnetic type, and a mechanical type are already known, and an appropriate one can be adopted.

前記排気弁12用の動弁機構14には、吸気行程中に排気弁12を押し下げる機能を有効または無効にするON/OFFタイプの可変バルブリフト機構(Variable Valve Lift Mechanism)であるVVL17が組み込まれている。排気VVL17は、排気弁12を排気行程だけでなく吸気行程でも開弁可能にするとともに、この吸気行程中の排気弁12の開弁動作を実行するか停止するかを切り替える機能を有している。排気VVL17は、エンジンの全ての排気弁12に対応して設けられており、かつ、各気筒2の一対の排気弁12に対し、それぞれ個別に、吸気行程中の開弁動作を実行または停止できる。   The valve mechanism 14 for the exhaust valve 12 incorporates a VVL 17 that is an ON / OFF type variable valve lift mechanism (variable valve lift mechanism) that enables or disables the function of depressing the exhaust valve 12 during the intake stroke. ing. The exhaust VVL 17 allows the exhaust valve 12 to be opened not only in the exhaust stroke but also in the intake stroke, and has a function of switching whether to execute or stop the opening operation of the exhaust valve 12 during the intake stroke. . The exhaust VVL 17 is provided corresponding to all the exhaust valves 12 of the engine, and can individually perform or stop the valve opening operation during the intake stroke with respect to the pair of exhaust valves 12 of each cylinder 2. .

このような構成の排気VVL17は既に公知であり、その具体例として、排気弁12駆動用の通常のカム(排気行程中に排気弁12を押し下げるカム)とは別に吸気行程中に排気弁12を押し下げるサブカムと、このサブカムの駆動力が排気弁12に伝達されるのを有効または無効にするいわゆるロストモーション機構とを備えたものを挙げることができる(例えば特開2007−85241号公報参照)。   The exhaust VVL 17 having such a configuration is already known, and as a specific example thereof, the exhaust valve 12 is arranged during the intake stroke separately from a normal cam for driving the exhaust valve 12 (a cam that pushes down the exhaust valve 12 during the exhaust stroke). Examples include a sub cam that is pushed down and a so-called lost motion mechanism that enables or disables transmission of the driving force of the sub cam to the exhaust valve 12 (see, for example, JP-A-2007-85241).

排気VVL17の作用により排気弁12が吸気行程中に開弁することで、排気行程で燃焼室6内からいったん排気ポート10に排出された高温の排気は燃焼室6(気筒2)に逆流する。この逆流により、燃焼室6内の高温排気の量すなわち内部EGRガス量は増大し、燃焼室6の高温化が図られるとともに、燃焼室6に導入される空気(新気)の量が低減される。以下では、このような排気弁12の再開弁(吸気行程中の開弁)による排気の逆流・残留操作を、排気二度開き制御と称する。   When the exhaust valve 12 is opened during the intake stroke by the action of the exhaust VVL 17, the high-temperature exhaust once discharged from the combustion chamber 6 to the exhaust port 10 in the exhaust stroke flows back into the combustion chamber 6 (cylinder 2). By this reverse flow, the amount of high-temperature exhaust in the combustion chamber 6, that is, the amount of internal EGR gas is increased, the temperature of the combustion chamber 6 is increased, and the amount of air (fresh air) introduced into the combustion chamber 6 is reduced. The Hereinafter, such an exhaust backflow / residual operation by the restart valve (opening during the intake stroke) of the exhaust valve 12 will be referred to as exhaust double opening control.

エンジン本体1のシリンダヘッド4には、点火プラグ20およびインジェクタ21が、各気筒2につき1組ずつ設けられている。   The cylinder head 4 of the engine body 1 is provided with one set of spark plugs 20 and injectors 21 for each cylinder 2.

インジェクタ21は、燃焼室6をその天井面(燃焼室6を覆うシリンダヘッド4の下面)から臨むように設けられている。各気筒2のインジェクタ21にはそれぞれ燃料供給管23が接続されており、各燃料供給管23を通じて供給される燃料(ガソリンを主成分とする燃料)が前記インジェクタ21の先端部から噴射される。   The injector 21 is provided so as to face the combustion chamber 6 from the ceiling surface (the lower surface of the cylinder head 4 covering the combustion chamber 6). A fuel supply pipe 23 is connected to the injector 21 of each cylinder 2, and fuel (fuel mainly composed of gasoline) supplied through each fuel supply pipe 23 is injected from the tip of the injector 21.

インジェクタ21は、その噴口が燃焼室6天井の中央部に位置するように設けられている。インジェクタ21は、例えば、多噴口型のインジェクタが用いられ、その先端部に複数(例えば12個)の噴口を有している。そして、インジェクタ21の各噴口から燃料が噴射されると、その燃料は、ピストン5の冠面(上面)に近づくほどボア径方向外側に拡がるように放射状に広がる。   The injector 21 is provided so that its nozzle hole is located at the center of the ceiling of the combustion chamber 6. The injector 21 is, for example, a multi-hole type injector, and has a plurality of (for example, twelve) nozzle holes at the tip. When fuel is injected from each nozzle hole of the injector 21, the fuel expands radially so as to expand outward in the bore radial direction as it approaches the crown surface (upper surface) of the piston 5.

点火プラグ20は、各気筒2の燃焼室6を上方から臨むように前記インジェクタ21と隣接して配置されている。この点火プラグ20は、燃焼室6に露出する電極を先端部に有し、図外の点火回路からの給電に応じて前記電極から火花を放電する。   The spark plug 20 is disposed adjacent to the injector 21 so as to face the combustion chamber 6 of each cylinder 2 from above. This spark plug 20 has an electrode exposed to the combustion chamber 6 at the tip, and discharges a spark from the electrode in response to power supply from an ignition circuit (not shown).

エンジン本体1の吸気ポート9および排気ポート10には、吸気通路28および排気マニホールド50がそれぞれ接続されている。外部からの吸入空気(新気)は、前記吸気通路28を通じて燃焼室6に供給されるとともに、燃焼室6で生成された排気(既燃ガス)は、前記排気マニホールド50を通じて外部に排出される。排気マニホールド50の詳細構造については後述する。   An intake passage 28 and an exhaust manifold 50 are connected to the intake port 9 and the exhaust port 10 of the engine body 1, respectively. Intake air (fresh air) from the outside is supplied to the combustion chamber 6 through the intake passage 28, and exhaust gas (burned gas) generated in the combustion chamber 6 is discharged to the outside through the exhaust manifold 50. . The detailed structure of the exhaust manifold 50 will be described later.

吸気通路28は、単一の通路からなる共通通路部28cと、共通通路部28cの下流側端部に設けられたサージタンク28bと、気筒2ごとに分岐して設けられて前記サージタンク28bと各気筒2の吸気ポート9とを接続する分岐通路部28aとを有している。   The intake passage 28 includes a common passage portion 28c formed of a single passage, a surge tank 28b provided at a downstream end portion of the common passage portion 28c, and a branch formed for each cylinder 2, and the surge tank 28b. A branch passage portion 28a that connects the intake port 9 of each cylinder 2 is provided.

吸気通路28の共通通路部28cには、スロットルバルブ25が開閉可能に設けられている。ただし、当実施形態では、前記CVVL15により吸気弁11のリフト量が調整され、また、排気VVL17により燃焼室6に逆流(残留)する排気の量が調整される。したがって、これらの操作に基づいて、スロットルバルブ25を操作することなく、燃焼室6に導入される空気(新気)の量を調整することが可能である。このため、スロットルバルブ25は、エンジンの停止時等を除いて、全開もしくはそれに近い値に維持される。   In the common passage portion 28c of the intake passage 28, a throttle valve 25 is provided so as to be openable and closable. However, in this embodiment, the lift amount of the intake valve 11 is adjusted by the CVVL 15, and the amount of exhaust gas that flows back (residual) into the combustion chamber 6 is adjusted by the exhaust VVL 17. Therefore, based on these operations, the amount of air (fresh air) introduced into the combustion chamber 6 can be adjusted without operating the throttle valve 25. For this reason, the throttle valve 25 is fully opened or maintained at a value close to it except when the engine is stopped.

(2)排気マニホールドの構成
排気マニホールド50の詳細について次に説明する。排気マニホールド50は、上流側から順に、3つの独立排気通路52と、可動部51と、触媒装置60とを備えている。ここで、排気マニホールド50のうち可動部51の後述する絞り部53よりも下流の部分が、各独立排気通路52を通過した全ての排気が内側で集合する共通排気通路50a(図2参照)を構成する。具体的には、この実施形態では、集合部58と、触媒装置60とが、共通排気通路50aを構成する。
(2) Configuration of Exhaust Manifold Details of the exhaust manifold 50 will be described next. The exhaust manifold 50 includes three independent exhaust passages 52, a movable portion 51, and a catalyst device 60 in order from the upstream side. Here, a portion of the exhaust manifold 50 downstream of the throttle portion 53 (to be described later) of the movable portion 51 has a common exhaust passage 50a (see FIG. 2) in which all the exhaust gas that has passed through the independent exhaust passages 52 gathers inside. Configure. Specifically, in this embodiment, the collecting portion 58 and the catalyst device 60 constitute a common exhaust passage 50a.

(2−1)独立排気通路52の構成
図2に示すように、前記各独立排気通路52は、シリンダヘッド4に形成された前記各気筒2の排気ポート10に接続されている。具体的には、前記気筒2のうち第1気筒2aの排気ポート10と第4気筒2dの排気ポート10とは、それぞれ個別に独立排気通路52,52に接続されている。一方、排気行程が隣り合わず排気順序が連続しない第2気筒2bと第3気筒2cの排気ポート10は、これら各気筒2b,2cから同時に排気が排出されることがないため、構造を簡素化する観点から、二股上に形成された1つの独立排気通路52に接続されている。詳細には、この第2気筒2bと第3気筒2cの排気ポート10に接続されている独立排気通路52は、その上流側において2つの通路に分離しており、その一方に第2気筒2bの排気ポート10が接続され、他方に第3気筒2cの排気ポート10が接続されている。
(2-1) Configuration of Independent Exhaust Passage 52 As shown in FIG. 2, each independent exhaust passage 52 is connected to the exhaust port 10 of each cylinder 2 formed in the cylinder head 4. Specifically, in the cylinder 2, the exhaust port 10 of the first cylinder 2a and the exhaust port 10 of the fourth cylinder 2d are individually connected to independent exhaust passages 52 and 52, respectively. On the other hand, the exhaust ports 10 of the second cylinder 3b and the third cylinder 2c, whose exhaust strokes are not adjacent to each other and the exhaust order is not continuous, are not exhausted from these cylinders 2b, 2c at the same time, so the structure is simplified. From this point of view, it is connected to one independent exhaust passage 52 formed at the fork. Specifically, the independent exhaust passage 52 connected to the exhaust ports 10 of the second cylinder 2b and the third cylinder 2c is separated into two passages on the upstream side thereof, and one of the second cylinders 2b is connected to one of them. The exhaust port 10 is connected, and the exhaust port 10 of the third cylinder 2c is connected to the other.

本実施形態では、第2気筒2bおよび第3気筒2cの排気ポート10に対応する独立排気通路52は、これら気筒2b,2cの中間位置すなわちエンジン本体1の略中央部分と対向して直線的に延びており、他の気筒2a,2dの排気ポート10に対応する独立排気通路52は、対応する各排気ポート10と対向する位置から前記第2気筒2bおよび第3気筒2cに対応する独立排気通路52に向かって湾曲して延びている。   In the present embodiment, the independent exhaust passage 52 corresponding to the exhaust port 10 of the second cylinder 2b and the third cylinder 2c is linearly opposed to the intermediate position between these cylinders 2b and 2c, that is, the substantially central portion of the engine body 1. The independent exhaust passages 52 that extend and correspond to the exhaust ports 10 of the other cylinders 2a and 2d are independent exhaust passages that correspond to the second cylinder 3b and the third cylinder 2c from positions corresponding to the corresponding exhaust ports 10. Curved and extended toward 52.

図5は、図2のV−V線断面図である。この図5に示されるように、前記独立排気通路52の下流端52aの断面、すなわち、この下流端52aの開口形状は円形であり、これら円形の下流端52aは、車両後方に向かって斜め下方に延びる軸線L(図2参照)上の点O1を中心とする円の円周上に互いに等間隔に配列されている。   5 is a cross-sectional view taken along line VV in FIG. As shown in FIG. 5, the cross section of the downstream end 52a of the independent exhaust passage 52, that is, the opening shape of the downstream end 52a is circular, and the circular downstream end 52a is obliquely downward toward the rear of the vehicle. Are arranged at equal intervals on the circumference of a circle centered on a point O1 on an axis L (see FIG. 2) extending in the direction of.

(2−2)可動部51の構成
図2等に示すように、可動部51は、二重管構造であって、円筒状の収容管51aの内側に絞り部53と集合部58とが収容された構造を有している。絞り部53と集合部58とは、上流側からこの順序で収容されている。収容管51aは、車両後方に向かって斜め下方に延びる前記軸線Lを中心軸として後ろ斜め下方に延びている。以下、この収容管51aの軸線Lを単に軸線Lと呼ぶ場合がある。
(2-2) Configuration of Movable Part 51 As shown in FIG. 2 and the like, the movable part 51 has a double-pipe structure, and the throttle part 53 and the collecting part 58 are accommodated inside a cylindrical accommodating pipe 51a. Has a structured. The throttle part 53 and the collecting part 58 are accommodated in this order from the upstream side. The housing pipe 51a extends rearward and obliquely downward with the axis L extending obliquely downward toward the rear of the vehicle as a central axis. Hereinafter, the axis L of the accommodating tube 51a may be simply referred to as the axis L.

(2−2−1)絞り部53の構成
図6は、外管55が最も上流側の位置にある状態(以下、この位置を流路面積最小位置という)における可動部51付近を拡大して示した断面図である。図7(a)は、図6のVII−VII線断面図のうち絞り部53のみを示した図である。図7(b)は、図7(a)のうち後述する内管54のみを示した図である。図7(c)は、図7(b)のうち外管55のみを示した図である。図8(a)は、図6のVIII−VIII線断面図のうち絞り部53のみを示した図である。図8(b)は、図8(a)のうち後述する内管54のみを示した図である。図8(c)は、図8(b)のうち後述する外管55のみを示した図である。図9は、図6のIX−IX線断面図のうち絞り部53のみを示した図である。
(2-2-1) Configuration of Restriction Unit 53 FIG. 6 is an enlarged view of the vicinity of the movable unit 51 in a state where the outer tube 55 is at the most upstream position (hereinafter, this position is referred to as the minimum flow path area position). It is sectional drawing shown. FIG. 7A is a diagram showing only the throttle portion 53 in the cross-sectional view taken along the line VII-VII in FIG. FIG. 7B shows only the inner tube 54 described later in FIG. 7A. FIG.7 (c) is a figure which showed only the outer tube | pipe 55 among FIG.7 (b). FIG. 8A is a diagram showing only the narrowed portion 53 in the sectional view taken along the line VIII-VIII in FIG. FIG. 8B is a diagram showing only an inner tube 54 described later in FIG. 8A. FIG. 8C shows only the outer tube 55 described later in FIG. 8B. FIG. 9 is a diagram showing only the diaphragm 53 in the cross-sectional view taken along the line IX-IX in FIG.

図10は、図6に対応する図であって、外管55が前記流路面積最小位置よりも下流側にスライドした状態における可動部51付近を拡大して示した断面図である。図11は、図9に対応する図であって、図10のIX−IX線断面図のうち絞り部53のみを示した図である。   FIG. 10 is a view corresponding to FIG. 6 and is an enlarged cross-sectional view showing the vicinity of the movable portion 51 in a state where the outer tube 55 is slid downstream from the position where the flow path area is minimum. FIG. 11 is a view corresponding to FIG. 9 and showing only the aperture 53 in the cross-sectional view taken along the line IX-IX of FIG.

絞り部53は、内管54と外管55とを有する。   The throttle unit 53 includes an inner tube 54 and an outer tube 55.

内管54は、上下流方向に延びる管状部材である。内管54の内側には、上下流方向に延びる3つの第1通路54aが形成されている。内管54の外形は、その上流側部分が収容管51aの軸線Lを中心軸とする円筒形をなし、その下流側部分が前記軸線Lを中心として下流に向かうに従って縮径する略円錐台形状をなすように構成されている。すなわち、内管54の外周面54gは、その上流側部分に設けられて軸線Lと平行に延びる円筒面54g_1と、その下流側部分に設けられて下流に向かうに従って軸線L側に傾斜する内管側傾斜面54g_2(内管側傾斜部)とからなる。内管54の下流端の外周面54gの径は、例えば、内管54の上流端の外周面54gの径の約半分に設定されている。   The inner tube 54 is a tubular member extending in the upstream / downstream direction. Three first passages 54 a extending in the upstream and downstream directions are formed inside the inner tube 54. The outer shape of the inner tube 54 has a substantially frustoconical shape whose upstream portion has a cylindrical shape with the axis L of the containing tube 51a as the central axis, and whose downstream portion has a diameter decreasing toward the downstream with the axis L as the center. It is comprised so that it may make. That is, the outer peripheral surface 54g of the inner tube 54 includes a cylindrical surface 54g_1 provided in the upstream portion thereof and extending in parallel with the axis L, and an inner tube provided in the downstream portion thereof and inclined toward the axis L as going downstream. It consists of a side inclined surface 54g_2 (inner tube side inclined portion). The diameter of the outer peripheral surface 54g at the downstream end of the inner tube 54 is set to, for example, about half of the diameter of the outer peripheral surface 54g at the upstream end of the inner tube 54.

各第1通路54aは、軸線Lを中心軸とする円筒の円筒面上に互いに等間隔に並んでいる。各第1通路54aは、その内周面のうち軸線L側の部分がこの軸線Lに沿って延びる一方、その内周面のうち軸線Lから径方向に離間した側の部分が、内管54の外周面54gに沿って延びる形状を有している。この形状に伴い、各第1通路54aの流路面積は、下流側ほど小さくなっている。   The first passages 54a are arranged at equal intervals on a cylindrical surface of a cylinder having the axis L as a central axis. Each first passage 54a has a portion on the axis L side of the inner peripheral surface thereof extending along the axis L, while a portion of the inner peripheral surface on the side radially spaced from the axis L is an inner tube 54. It has a shape extending along the outer peripheral surface 54g. With this shape, the flow path area of each first passage 54a becomes smaller toward the downstream side.

具体的には、各第1通路54aの上流端54bは、図7(a)、(b)に示すように、それぞれ円形をなしている。一方、各第1通路54aの下流端54cは、図8(a)、(b)に示すように、1つの円を三分割した略扇形状をなしており、その面積は、前記円形の上流端54bの面積よりも小さい面積に設定されている。そして、各第1通路54aは、その円形の上流端54bから下流側に、所定量、同一流路面積で延びた後、この上流端54bよりも流路面積の小さい下流端54cに向かって徐々に縮径しつつ延びている。本実施形態では、第1通路54aの下流端54c全体で構成される円の径と、各第1通路54aの上流端54bの円の径とはほぼ同じ寸法に設定されている。   Specifically, the upstream end 54b of each first passage 54a is circular as shown in FIGS. 7 (a) and 7 (b). On the other hand, as shown in FIGS. 8A and 8B, the downstream end 54c of each first passage 54a has a substantially fan shape obtained by dividing one circle into three parts, and the area thereof is upstream of the circular shape. The area is set smaller than the area of the end 54b. Each first passage 54a extends from the circular upstream end 54b to the downstream side by a predetermined amount with the same flow path area, and then gradually toward the downstream end 54c having a flow path area smaller than the upstream end 54b. It extends while being reduced in diameter. In the present embodiment, the diameter of the circle formed by the entire downstream end 54c of the first passage 54a and the diameter of the circle of the upstream end 54b of each first passage 54a are set to be approximately the same size.

内管54は、各第1通路54aの円形の上流端54bが、それぞれ前記各独立排気通路52の下流端52aと一致するように配置されている。そのため、各独立排気通路52の下流端52aから排出された排気は、対応する各第1通路54a内に個別に(独立して)流入する。   The inner pipe 54 is disposed such that the circular upstream end 54 b of each first passage 54 a coincides with the downstream end 52 a of each independent exhaust passage 52. Therefore, the exhaust discharged from the downstream end 52a of each independent exhaust passage 52 individually (independently) flows into the corresponding first passage 54a.

内管54の管壁のうち各第1通路54aに対応する部分には、これら第1通路54aと内管54の外側とを連通する連通口54dが形成されている。各連通口54dは、内管54の外周面54gのうち内管側傾斜面54g_2に開口しており、下流に向かって開口している。本実施形態では、各連通口54dは、略円形である。   A portion of the tube wall of the inner tube 54 corresponding to each first passage 54 a is formed with a communication port 54 d that communicates the first passage 54 a with the outside of the inner tube 54. Each communication port 54d opens to the inner tube side inclined surface 54g_2 of the outer peripheral surface 54g of the inner tube 54, and opens toward the downstream. In the present embodiment, each communication port 54d is substantially circular.

内管54の管壁には、各第1通路54a間に対応する部分に、それぞれ内管54の外周面54gから軸線Lに向かって延びるとともに、上下流方向に延びる溝54eが形成されている。   On the tube wall of the inner tube 54, grooves 54e extending from the outer peripheral surface 54g of the inner tube 54 toward the axis L and extending in the upstream / downstream direction are formed at portions corresponding to the spaces between the first passages 54a. .

外管55は、上下流方向に延びる管状部材である。この外管55の内側には1つの通路が形成されており、この通路内に内管54が収容されている。外管55の内周面55gは、外管55が図6に示す流路面積最小位置にある状態において、内管54の外周面54gに沿って延びている。すなわち、外管55の内周面55gは、その上流側部分に設けられて前記軸Lと平行に延びる円筒面55g_1と、その下流側部分に設けられて下流に向かうに従って軸L側に傾斜する外管側傾斜面55g_2(外管側傾斜部)とからなる。外管55の外管側傾斜面55g_2は、外管55が流路面積最小位置にある状態において、内管54の内管側傾斜面54g_2に接触するように延び、この状態において、前記各連通口54dを塞ぐように構成されている。   The outer tube 55 is a tubular member extending in the upstream / downstream direction. One passage is formed inside the outer tube 55, and the inner tube 54 is accommodated in the passage. The inner peripheral surface 55g of the outer tube 55 extends along the outer peripheral surface 54g of the inner tube 54 in a state where the outer tube 55 is at the minimum flow path area position shown in FIG. That is, the inner peripheral surface 55g of the outer tube 55 is provided on the upstream side portion thereof and extends in parallel with the axis L, and is provided on the downstream side portion thereof and is inclined toward the axis L side toward the downstream side. The outer tube side inclined surface 55g_2 (outer tube side inclined portion). The outer tube-side inclined surface 55g_2 of the outer tube 55 extends so as to contact the inner tube-side inclined surface 54g_2 of the inner tube 54 in a state where the outer tube 55 is at the minimum flow path area position. The mouth 54d is configured to be closed.

図12に、外管55の一部の斜視図を示す。この図12および図7(a)等に示すように、外管55には、内管54の各溝54eに対応して、その内周面55gから軸線Lに向かって延びるとともに上下流方向に延びる区画壁55eが形成されている。これら区画壁55eは、各溝54e内に挿入されている。   FIG. 12 shows a perspective view of a part of the outer tube 55. As shown in FIG. 12 and FIG. 7 (a), the outer tube 55 extends from the inner peripheral surface 55g toward the axis L in the upstream and downstream direction corresponding to each groove 54e of the inner tube 54. An extending partition wall 55e is formed. These partition walls 55e are inserted into the respective grooves 54e.

外管55は、内管54に対して下流側に相対移動可能である。本実施形態では、内管54は動かず、外管55が軸線Lと平行に上下流方向にスライドする。なお、本実施形態では、外管55は、前記集合部58と一体に形成されており、集合部58とともに上下流方向にスライドする。   The outer tube 55 is movable relative to the inner tube 54 on the downstream side. In the present embodiment, the inner tube 54 does not move, and the outer tube 55 slides in the upstream / downstream direction in parallel with the axis L. In the present embodiment, the outer tube 55 is formed integrally with the collective portion 58 and slides in the upstream and downstream direction together with the collective portion 58.

具体的には、図2に示すように、外管55の外周面には、スライドアクチュエータ(通路状態変更手段)55fが取り付けられている。スライドアクチュエータ55fは、後述するECU100の指令を受けて、外管55を軸線Lと平行に、図6に示す流路面積最小位置と、この流路面積最小位置よりも下流側の位置である図13に示す流路面積最大位置との間で連続的にスライドさせる。このとき、外管55の各区画壁55eは、内管54の各溝54e内をスライドする。   Specifically, as shown in FIG. 2, a slide actuator (passage state changing means) 55 f is attached to the outer peripheral surface of the outer tube 55. The slide actuator 55f receives a command from the ECU 100, which will be described later, and is a diagram in which the outer pipe 55 is parallel to the axis L, and is a position on the downstream side of the flow path area minimum position shown in FIG. 13 is continuously slid between the flow path area maximum position shown in FIG. At this time, each partition wall 55e of the outer tube 55 slides in each groove 54e of the inner tube 54.

図6に示す流路面積最小位置において、外管55は、内管54の上流端から下流端まで延びる。前述のように、この状態において、外管55の内周面55gは、内管54の外周面54gと接触して、連通口54dを塞ぐ。連通口54dが塞がれると、各独立排気通路52から排出された排気は、絞り部53のうち第1通路54aのみを通過して流下する。このように、外管55が流路面積最小位置にある状態(第1状態)では、絞り部53内に形成されて各独立排気通路52から排出された排気が通過可能なガス通路は、第1通路54aのみで構成され、ガス通路の流路面積は最小面積となる。   6, the outer pipe 55 extends from the upstream end to the downstream end of the inner pipe 54. As described above, in this state, the inner peripheral surface 55g of the outer tube 55 is in contact with the outer peripheral surface 54g of the inner tube 54 to block the communication port 54d. When the communication port 54d is closed, the exhaust discharged from each independent exhaust passage 52 flows through only the first passage 54a in the throttle portion 53. As described above, in the state where the outer pipe 55 is at the position where the flow path area is the minimum (first state), the gas passage formed in the throttle portion 53 and through which the exhaust discharged from each independent exhaust passage 52 can pass is It consists of only one passage 54a, and the flow passage area of the gas passage is the minimum area.

一方、図10に示すように外管55が流路面積最小位置から下流側にスライド移動した状態では、外管55の内周面55gは内管54の外周面54gから下流側および径方向外側(軸線Lから離れる方向)に離間する。この離間に伴い、各連通口54dは開口され、外管55の内周面55gと内管54の外周面54gとの間には第2通路55aが出現する。   On the other hand, as shown in FIG. 10, in the state where the outer tube 55 is slid to the downstream side from the minimum position of the flow path area, the inner peripheral surface 55g of the outer tube 55 is downstream and radially outward from the outer peripheral surface 54g of the inner tube 54. They are separated in the direction away from the axis L. With this separation, each communication port 54d is opened, and a second passage 55a appears between the inner peripheral surface 55g of the outer tube 55 and the outer peripheral surface 54g of the inner tube 54.

図11に示すように、外管55の各区画壁55eが内管54の各溝54e内に挿入されていることで、外管55の内周面55gと内管54の外周面54gとの間には、区画壁55eによって、3つの第2通路55aが区画される。各第2通路55aは、各第1通路54aの径方向外側にそれぞれ位置して、各連通口54dを介して第1通路54aと連通する。   As shown in FIG. 11, each partition wall 55e of the outer tube 55 is inserted into each groove 54e of the inner tube 54, so that the inner peripheral surface 55g of the outer tube 55 and the outer peripheral surface 54g of the inner tube 54 are separated. In the meantime, three second passages 55a are partitioned by the partition wall 55e. Each second passage 55a is located on the radially outer side of each first passage 54a and communicates with the first passage 54a through each communication port 54d.

このように外管55が流路面積最小位置から下流側にスライドした状態において、絞り部53内に形成されるガス通路は、第1通路54aと第2通路55aとによって構成される。そして、各独立排気通路52から排出された排気は、第1通路54aに流入した後、その一部が前記連通口54dを介して第2通路55a内にも流入するようになる。このように、外管55が流路面積最大位置にある状態では、各ガス通路の流路面積は最小面積よりも大きくなる。   As described above, in a state where the outer pipe 55 is slid to the downstream side from the position where the flow path area is minimum, the gas passage formed in the throttle portion 53 includes the first passage 54a and the second passage 55a. Then, after the exhaust discharged from each independent exhaust passage 52 flows into the first passage 54a, a part thereof also flows into the second passage 55a through the communication port 54d. Thus, in a state where the outer tube 55 is at the maximum position of the flow path area, the flow path area of each gas passage is larger than the minimum area.

前記第2通路55aの流路面積ひいては絞り部53内のガス通路の流路面積は、外管55の下流側へのスライド量が大きくなるほど大きくなる。具体的には、外管55が下流側へスライドするほど、外管55の内周面55gと内管54の外周面54gとの離間量は大きくなり、それに応じて第2通路55aおよびガス通路の流路面積は大きくなる。   The flow passage area of the second passage 55a, and thus the flow passage area of the gas passage in the throttle 53, increases as the sliding amount of the outer pipe 55 to the downstream side increases. Specifically, as the outer tube 55 slides downstream, the distance between the inner peripheral surface 55g of the outer tube 55 and the outer peripheral surface 54g of the inner tube 54 increases, and the second passage 55a and the gas passage are accordingly increased. The flow path area becomes larger.

本実施形態では、図13に示す流路面積最大位置にある状態において、外管55は、最も下流側に位置しており、この状態において第2通路55aおよびガス通路の流路面積は最大面積となる(第2状態)。この状態において、外管55の上流端は、内管54のうち円筒状を有する上流側部分の下流端に位置し、外管55は、この位置から下流側に延びている。   In the present embodiment, the outer pipe 55 is positioned on the most downstream side in the state where the flow path area is at the maximum position shown in FIG. 13, and in this state, the flow area of the second passage 55a and the gas passage is the maximum area. (Second state). In this state, the upstream end of the outer tube 55 is positioned at the downstream end of the cylindrical upstream portion of the inner tube 54, and the outer tube 55 extends downstream from this position.

本実施形態では、前記スライドアクチュエータ55fは、外管55の位置を、流路面積最小位置と、流路面積最大位置との間で連続的に変化させるのに伴い、各ガス通路の流路面積は、最小面積と最大面積との間で連続的に変更される。   In the present embodiment, the slide actuator 55f is configured to continuously change the position of the outer tube 55 between the minimum flow path area position and the maximum flow path area position. Is continuously changed between a minimum area and a maximum area.

(2―2−2)集合部58の構成
集合部58は、各独立排気通路52から排出されて絞り部53を通過した排気が合流する部分である。外管55の位置に関わらず、各独立排気通路52から排出されて絞り部53の各ガス通路に流入した排気は、この集合部58内に流入する。
(2-2-2) Configuration of Collecting Portion 58 The collecting portion 58 is a portion where the exhaust discharged from each independent exhaust passage 52 and passing through the throttle portion 53 joins. Regardless of the position of the outer tube 55, the exhaust gas discharged from each independent exhaust passage 52 and flowing into each gas passage of the throttle portion 53 flows into the collecting portion 58.

なお、図10に示すように、外管55が流路面積最大位置にある状態では、外管55は内管54よりも下流側に延びており、第1通路54aを通過した排気は、外管55の内側に流入して第2通路55aを通過した排気と合流した後、集合部58内に流入する。   As shown in FIG. 10, in a state where the outer pipe 55 is at the maximum flow path area position, the outer pipe 55 extends downstream from the inner pipe 54, and the exhaust gas that has passed through the first passage 54a After flowing into the inside of the pipe 55 and joining the exhaust gas that has passed through the second passage 55 a, it flows into the collecting portion 58.

集合部58は、図6等に示すように、上流側から順に、ノズル部58a、混合部58b、ディフューザー部58cを備えている。本実施形態では、前述のように、集合部58は外管55と一体にスライド可能に連結されており、ノズル部58aは、外管55の下流端に一体に連結されてこの下流端から下流に延びている。   As shown in FIG. 6 and the like, the collecting portion 58 includes a nozzle portion 58a, a mixing portion 58b, and a diffuser portion 58c in order from the upstream side. In the present embodiment, as described above, the collecting portion 58 is slidably connected to the outer tube 55 so that the nozzle portion 58a is integrally connected to the downstream end of the outer tube 55, and is downstream from the downstream end. It extends to.

後述するように、本ガソリンエンジンでは、所定の運転領域(第1運転領域A1)において、絞り部53からノズル部58a内に高速で排気を排出させてエゼクタ効果を発揮させるよう構成されている。そのため、ノズル部58aの形状は、絞り部53から排出された排気が高い速度を維持したまま流下するように、下流側ほどその流路面積が小さくなる形状に設定されている。本実施形態では、ノズル部58aは、下流に向かうに従って縮径する略円錐台形状を有している。また、ノズル部58aの内周面は、絞り部53から流出した排気がこの内周面に沿って円滑に流下するように、外管55の下流側部分の内周面すなわち外管側傾斜面55g_2に連続して、下流に向かうに従って軸線Lに近づく方向に傾斜している。このノズル部58aの軸線Lに対する傾斜角度は、前記外管55の外管側傾斜面55g_2の傾斜角度とほぼ同じに設定されている。   As will be described later, the gasoline engine is configured to exhaust the exhaust gas from the throttle portion 53 into the nozzle portion 58a at a high speed in a predetermined operation region (first operation region A1) to exert an ejector effect. Therefore, the shape of the nozzle portion 58a is set to a shape in which the flow path area becomes smaller toward the downstream side so that the exhaust discharged from the throttle portion 53 flows down while maintaining a high speed. In the present embodiment, the nozzle portion 58a has a substantially truncated cone shape that decreases in diameter toward the downstream. Further, the inner peripheral surface of the nozzle portion 58a is formed on the inner peripheral surface of the downstream portion of the outer tube 55, that is, the outer tube-side inclined surface, so that the exhaust gas flowing out from the throttle portion 53 smoothly flows along the inner peripheral surface. Continuing from 55g_2, it is inclined in a direction approaching the axis L as it goes downstream. The inclination angle of the nozzle portion 58a with respect to the axis L is set to be substantially the same as the inclination angle of the outer tube side inclined surface 55g_2 of the outer tube 55.

混合部58bは、ノズル部58aの下流端から下流側に延びる円筒形状を有しており、ノズル部58aの下流端の開口と同じ流路面積を有している。ディフューザー部58cは、この混合部58bの下流端から下流に向かうに従って流路面積が拡大する略円錐台形状を有している。   The mixing portion 58b has a cylindrical shape extending from the downstream end of the nozzle portion 58a to the downstream side, and has the same flow area as the opening at the downstream end of the nozzle portion 58a. The diffuser portion 58c has a substantially frustoconical shape in which the flow path area increases as it goes downstream from the downstream end of the mixing portion 58b.

このようにノズル部58aと混合部58bとで構成される部分では、上流側の流路面積の方が下流側よりも大きい。そのため、排気はこのノズル部58aと混合部58bとを高速で通過する。この通過時に、排気の圧力・温度は低下する。従って、ノズル部58aおよび混合部58bにおいて、排気の外部への放熱量は少なく抑えられる。そして、混合部58bを通過した排気は、下流に向かうに従って流路面積が拡大するディフューザー部58cに流入することで、その圧力・温度が回復され、高い温度を維持したまま下流側に排出される。   Thus, in the part comprised by the nozzle part 58a and the mixing part 58b, the flow path area of an upstream is larger than the downstream. Therefore, the exhaust gas passes through the nozzle part 58a and the mixing part 58b at high speed. During this passage, the pressure and temperature of the exhaust gas decrease. Accordingly, in the nozzle part 58a and the mixing part 58b, the amount of heat released to the outside of the exhaust gas can be reduced. The exhaust gas that has passed through the mixing portion 58b flows into the diffuser portion 58c whose flow path area increases as it goes downstream, so that its pressure and temperature are recovered and discharged to the downstream side while maintaining a high temperature. .

また、前述のように、本実施形態では、集合部58および絞り部53は、中空の収容管51a内に挿入されている。そのため、これら集合部58および絞り部53の通過時における排気の外部への放熱はより一層抑制され、集合部58からは高い温度の排気が下流側に排出される。   Further, as described above, in the present embodiment, the collecting portion 58 and the throttle portion 53 are inserted into the hollow housing tube 51a. Therefore, heat radiation to the outside of the exhaust when passing through the collecting portion 58 and the throttle portion 53 is further suppressed, and high temperature exhaust is discharged from the collecting portion 58 to the downstream side.

(2−3)触媒装置60の構成
図1に示すように、触媒装置60は、エンジン本体1から排出された排気を浄化するための装置である。この触媒装置60は、触媒本体(触媒)64とこの触媒本体64を収容するケーシング62とを備えている。ケーシング62は排気の流れ方向と平行に延びる略円筒状を有している。触媒本体64は、排気中の有害成分を浄化するためのものであり、理論空燃比の雰囲気下で三元触媒機能を有する。この触媒本体64は、例えば、三元触媒を含有する。
(2-3) Configuration of Catalyst Device 60 As shown in FIG. 1, the catalyst device 60 is a device for purifying the exhaust discharged from the engine body 1. The catalyst device 60 includes a catalyst body (catalyst) 64 and a casing 62 that houses the catalyst body 64. The casing 62 has a substantially cylindrical shape extending in parallel with the exhaust flow direction. The catalyst body 64 is for purifying harmful components in the exhaust gas, and has a three-way catalyst function in an atmosphere having a theoretical air-fuel ratio. The catalyst body 64 contains, for example, a three-way catalyst.

触媒本体64は、ケーシング62の上下流方向の中央部分に収容されており、このケーシング62の上流端61には所定の空間が形成されている。集合部58の下流端、詳細には、ディフューザー部58cの下流端はこのケーシング62の上流端61に接続されており、ディフューザー部58cから排出された排気はこのケーシング62の上流端61に流入した後、触媒本体64側へ進行する。   The catalyst main body 64 is accommodated in a central portion in the upstream / downstream direction of the casing 62, and a predetermined space is formed at the upstream end 61 of the casing 62. The downstream end of the collecting portion 58, specifically, the downstream end of the diffuser portion 58 c is connected to the upstream end 61 of the casing 62, and the exhaust discharged from the diffuser portion 58 c flows into the upstream end 61 of the casing 62. Then, the process proceeds to the catalyst body 64 side.

前述のように、集合部58からは、高い温度の排気が下流側に排出される。そのため、このように集合部58に直接触媒装置60が接続されていることで、触媒装置60内には高温の排気が流入し、これにより、触媒本体64は早期活性化される、また、触媒本体64の活性状態が確実に維持される。   As described above, the exhaust gas having a high temperature is discharged from the collecting portion 58 to the downstream side. Therefore, the catalyst device 60 is directly connected to the gathering portion 58 in this manner, so that high-temperature exhaust gas flows into the catalyst device 60, whereby the catalyst body 64 is activated early. The active state of the main body 64 is reliably maintained.

(3)排気マニホールド50の作用
外管55が流路面積最小位置にある第1状態では、前述のように、絞り部53内のガス通路は、下流ほど流路面積が小さくなる形状を有する第1通路54aのみで構成され、その流路面積は最小とされる。そのため、この第1状態では、各独立排気通路52から各第1通路54aに流入した排気は、第1通路54aの通過途中でその速度が高められ、高速でノズル部58a内に流入する。特に、本実施形態では、集合部58も、下流ほど流路面積が小さくなる形状を有している。そのため、各独立排気通路52から排出された排気は、集合部58においてもその速度を高く維持したまま流下する。この第1状態では、このように集合部58内を所定の第1通路54aから排出された排気が高速で通過する結果、エゼクタ効果によって、隣接する他の第1通路54a内およびこれと連通する独立排気通路52および排気ポート10内に比較的高い負圧量の負圧が生成される。
(3) Action of Exhaust Manifold 50 In the first state in which the outer pipe 55 is at the position where the flow path area is minimum, as described above, the gas passage in the throttle 53 has a shape in which the flow path area decreases toward the downstream. It consists of only one passage 54a, and its flow path area is minimized. Therefore, in this first state, the exhaust gas flowing into each first passage 54a from each independent exhaust passage 52 is increased in speed while passing through the first passage 54a, and flows into the nozzle portion 58a at a high speed. In particular, in the present embodiment, the collective portion 58 also has a shape in which the flow path area becomes smaller toward the downstream. Therefore, the exhaust gas discharged from each independent exhaust passage 52 flows down at the collecting portion 58 while maintaining its speed high. In this first state, the exhaust discharged from the predetermined first passage 54a passes through the collecting portion 58 at a high speed as described above, and as a result, the other adjacent first passages 54a communicate with each other by the ejector effect. A relatively high negative pressure amount is generated in the independent exhaust passage 52 and the exhaust port 10.

一方、外管55が流路面積最小位置よりも下流側にある状態では、絞り部53内のガス通路は、第1通路54aと第2通路55aとで構成されて、その流路面積は最小面積よりも大きくされる。そのため、この状態では、各独立排気通路52から各第1通路54aに流入した排気は、第1状態のときよりもガス通路内での膨張が促進され、その速度が低く抑えられた状態で集合部58内に流入する。この結果、この外管55が流路面積最小位置よりも下流側にある状態では、エゼクタ効果により排気ポート10内に生成する負圧量が第1状態よりも小さく抑えられる。   On the other hand, in a state where the outer pipe 55 is on the downstream side of the position where the flow path area is minimum, the gas passage in the throttle portion 53 is composed of the first passage 54a and the second passage 55a, and the flow passage area is minimum. Be larger than the area. Therefore, in this state, the exhaust gas flowing into each first passage 54a from each independent exhaust passage 52 is promoted to expand in the gas passage more than in the first state, and gathers in a state where its speed is kept low. Flows into the portion 58. As a result, in a state where the outer pipe 55 is on the downstream side of the minimum flow path area position, the amount of negative pressure generated in the exhaust port 10 due to the ejector effect is suppressed to be smaller than that in the first state.

絞り部53内のガス通路の流路面積は、外管55が最も下流側の流路面積最大位置にある状態において最大となり、この状態(第2状態)において、エゼクタ効果による負圧量は最も小さくなる。そして、絞り部53内のガス通路の流路面積は、外管55の位置が流路面積最小位置から流路面積最大位置に連続的に変更されるのに伴い、連続的に大きくなる。従って、エゼクタ効果による負圧量は、外管55の位置が流路面積最小位置から流路面積最大位置に連続的に変更されるのに伴い、連続的に小さくなる。   The flow passage area of the gas passage in the throttle 53 is maximized when the outer pipe 55 is at the most downstream flow passage area maximum position. In this state (second state), the negative pressure amount due to the ejector effect is the largest. Get smaller. The flow passage area of the gas passage in the throttle portion 53 continuously increases as the position of the outer tube 55 is continuously changed from the flow passage area minimum position to the flow passage area maximum position. Therefore, the amount of negative pressure due to the ejector effect decreases continuously as the position of the outer tube 55 is continuously changed from the minimum flow path area position to the maximum flow path area position.

このように、本実施形態では、外管55の位置が変更されることによって、排気マニホールド50内の排気の流通状態が、エゼクタ効果によって他の独立排気通路52内に負圧が生成されるように、各独立排気通路52内の排気が、互いに隣接しかつ流路面積が下流側ほど小さくなる第1通路54aをそれぞれ個別に通って共通排気通路50a(共通排気通路50aのうちの集合部58)に流入する第1状態と、各独立排気通路52内の排気が第1状態よりも流路面積の大きい通路(第1通路54aおよび第2通路55a)を通過して共通排気通路に流入する第2状態とに変更されるとともに、この第1状態と第2状態との間で各独立排気通路52内の排気が共通排気通路50aに流入するまでに通過する通路(本実施形態では絞り部53内のガス通路)の流路面積が連続的に変更され、これにより、各状態におけるエゼクタ効果によって所定の独立排気通路52内に生成される負圧量が変更される。   As described above, in the present embodiment, the position of the outer pipe 55 is changed, so that the exhaust gas distribution state in the exhaust manifold 50 is generated in the other independent exhaust passage 52 by the ejector effect. In addition, the exhaust in each independent exhaust passage 52 passes individually through the first passages 54a that are adjacent to each other and the flow passage area becomes smaller toward the downstream side, respectively, and passes through the common exhaust passage 50a (the collective portion 58 of the common exhaust passage 50a). ) And the exhaust in each independent exhaust passage 52 passes through passages (first passage 54a and second passage 55a) having a larger passage area than the first state and flows into the common exhaust passage. A passage through which the exhaust gas in each independent exhaust passage 52 passes between the first state and the second state before flowing into the common exhaust passage 50a (in this embodiment, a throttle portion). 53 The flow passage area of the gas passage) is continuously changed, thereby, the negative pressure amount is changed is generated in a predetermined independent exhaust passage 52 by the ejector effect at each state.

(4)制御系
図4は、エンジンの制御系を示すブロック図である。この図4に示されるECU(制御手段)100は、エンジンの各部を統括的に制御するための装置であり、周知のCPU、ROM、RAM等から構成されている。
(4) Control System FIG. 4 is a block diagram showing an engine control system. The ECU (control means) 100 shown in FIG. 4 is a device for comprehensively controlling each part of the engine, and includes a well-known CPU, ROM, RAM, and the like.

ECU100には、エンジンに設けられた各種センサから種々の情報が入力される。ECU100は、エンジンに設けられた前記水温センサSW1、クランク角センサSW2、カム角センサSW3、および外気温センサSW4等と電気的に接続されており、これら各センサSW1〜SW4からの入力信号に基づいて、エンジンの冷却水温、クランク角、エンジン回転数、気筒判別情報、および新気の温度といった種々の情報を取得する。   Various information is input to the ECU 100 from various sensors provided in the engine. The ECU 100 is electrically connected to the water temperature sensor SW1, the crank angle sensor SW2, the cam angle sensor SW3, the outside air temperature sensor SW4, and the like provided in the engine, and based on input signals from these sensors SW1 to SW4. Thus, various information such as engine coolant temperature, crank angle, engine speed, cylinder discrimination information, and fresh air temperature are acquired.

また、ECU100には、車両に設けられた各種センサからの情報も入力される。例えば、車両には、運転者により踏み込み操作される図外のアクセルペダルの開度(アクセル開度)を検出するアクセル開度センサSW5が設けられており、このアクセル開度センサSW5により検出されたアクセル開度が、ECU100に入力される。   In addition, information from various sensors provided in the vehicle is also input to the ECU 100. For example, the vehicle is provided with an accelerator opening sensor SW5 that detects an opening degree of an accelerator pedal (accelerator opening degree) that is not shown in the figure that is depressed by the driver, and the accelerator opening degree sensor SW5 detects the accelerator opening degree sensor SW5. The accelerator opening is input to the ECU 100.

ECU100が有するより具体的な機能について説明する。ECU100は、その主な機能的要素として、判定手段101、インジェクタ制御手段102、吸排気制御手段103、排気二度開き制御手段104、および、点火制御手段106、アクチュエータ制御手段107、を有している。   More specific functions of the ECU 100 will be described. The ECU 100 includes, as main functional elements, a determination unit 101, an injector control unit 102, an intake / exhaust control unit 103, an exhaust double opening control unit 104, an ignition control unit 106, and an actuator control unit 107. Yes.

記判定手段101は、クランク角センサSW2の検出値から特定されるエンジン回転数と、アクセル開度センサSW4の検出値から特定されるエンジン負荷(目標トルク)とに基づいて、エンジンをどのような態様で制御すべきかを都度判定するものである。なお、以下では、エンジン回転数をNe、エンジン負荷をTとする。   The determination means 101 determines the engine based on the engine speed specified from the detected value of the crank angle sensor SW2 and the engine load (target torque) specified from the detected value of the accelerator opening sensor SW4. It is determined each time whether it should be controlled in a manner. In the following, it is assumed that the engine speed is Ne and the engine load is T.

図14は、前記エンジン回転数Neおよび負荷Tに基づき決定される制御の種類を区分けして示す設定図(制御マップ)である。エンジンの運転中、前記判定手段101は、この図14の制御マップに従うようにエンジンの制御内容を決定する。   FIG. 14 is a setting diagram (control map) showing the types of control determined based on the engine speed Ne and the load T. During operation of the engine, the determination means 101 determines the control content of the engine so as to follow the control map of FIG.

図14の制御マップにおいて、所定の第2基準負荷T2よりも負荷が小さい領域であって全エンジン回転数にわたって、第2運転領域A2が設定されている。エンジン回転数が所定の回転数よりも高く、かつ、全負荷近傍の領域には、第4運転領域A4が設定されている。第2基準負荷T2よりも高い第1基準負荷T1以上の高負荷領域であって第4運転領域A4を除く領域には、第1運転領域A1が設定されている。なお、第4運転領域は、第2基準負荷T2よりも負荷の高い領域に設定されている。第1運転領域A1と第2運転領域A2との間には、第3運転領域A3が設定されている。すなわち、第3運転領域A3は、第2基準負荷T2以上第1基準負荷T1未満の中負荷領域であって、全エンジン回転数にわたって設定されている。   In the control map of FIG. 14, the second operation region A2 is set in a region where the load is smaller than the predetermined second reference load T2 and over the entire engine speed. A fourth operation area A4 is set in an area where the engine speed is higher than a predetermined speed and in the vicinity of the full load. The first operation region A1 is set in a high load region that is higher than the second reference load T2 and higher than the first reference load T1 and that excludes the fourth operation region A4. Note that the fourth operation region is set to a region where the load is higher than the second reference load T2. A third operation region A3 is set between the first operation region A1 and the second operation region A2. That is, the third operation area A3 is an intermediate load area that is greater than or equal to the second reference load T2 and less than the first reference load T1, and is set over the entire engine speed.

再び図4に戻って、インジェクタ制御手段102は、インジェクタ21に内蔵された図外のニードル弁(インジェクタ21の先端部の噴口を開閉する弁)を電磁的に開閉することにより、インジェクタ21から燃焼室6に噴射される燃料の噴射量や噴射時期を制御する。   Referring back to FIG. 4 again, the injector control means 102 combusts from the injector 21 by electromagnetically opening and closing a needle valve (not shown) built in the injector 21 (a valve for opening and closing the nozzle at the tip of the injector 21). The injection amount and injection timing of the fuel injected into the chamber 6 are controlled.

吸排気制御手段103は、吸気CVVL15および吸気VVT16を駆動することにより、吸気弁11のリフト量(開弁量)および開閉タイミングを変更するとともに、排気VVL17を駆動することにより排気弁12の開閉タイミングを変更する制御を行うものである。   The intake / exhaust control means 103 drives the intake CVVL15 and the intake VVT16 to change the lift amount (opening amount) and the open / close timing of the intake valve 11, and drives the exhaust VVL17 to open / close the exhaust valve 12. The control which changes is performed.

排気二度開き制御手段104は、排気VVL17を駆動して排気弁12の吸気行程中の開弁を実行または停止することにより、燃焼室6に排気を逆流・残留させる操作(排気二度開き制御)の実施/停止を切り替える。なお、当実施形態において、排気弁12は1気筒あたり2つ設けられているので、吸気行程中に開弁する排気弁12の数を0,1,2の間で切り替えることにより、燃焼室6内に逆流・残留する排気の量(内部EGRガス量)を段階的に変化させることが可能である。   The exhaust double opening control means 104 drives the exhaust VVL 17 to execute or stop the opening of the exhaust valve 12 during the intake stroke, thereby causing the exhaust to flow back and remain in the combustion chamber 6 (exhaust double opening control). ) Is switched on / off. In the present embodiment, since two exhaust valves 12 are provided per cylinder, the combustion chamber 6 is switched by switching the number of exhaust valves 12 that are opened during the intake stroke between 0, 1, and 2. It is possible to change the amount of exhaust gas flowing back and remaining therein (internal EGR gas amount) stepwise.

点火制御手段106は、点火プラグ20による火花点火のタイミング(点火時期)等を制御する。ここで、後述するように、本実施形態のガソリンエンジンでは、全運転領域で圧縮自己着火燃焼を実施しており、点火プラグ20による火花点火は通常運転字には停止され、エンジンの暖機完了前等において用いられる。   The ignition control means 106 controls the timing of spark ignition (ignition timing) by the spark plug 20 and the like. Here, as will be described later, in the gasoline engine of the present embodiment, compression self-ignition combustion is performed in the entire operation region, and the spark ignition by the spark plug 20 is stopped in the normal driving character, and the warm-up of the engine is completed. Used in front.

(5)各運転領域での制御内容
次に、以上のような機能を有するECU100の制御に基づき、図14に示した各運転領域(A1,A2,A3,A4)で、それぞれどのような制御が実施されるのかを説明する。ECU100は、クランク角センサSW2およびアクセル開度センサSW4の各検出値に基づいて、エンジンの運転点(負荷Tおよび回転数Ne)が図14の制御マップにおけるどの運転領域に該当するかを逐次判定する。そして、判定された運転領域が、図14中の第1運転領域A1と第2運転領域A2と第3運転領域A3と第4運転領域A4のいずれであるかに応じて、それぞれ以下のような制御を実行する。
(5) Control contents in each operation region Next, based on the control of the ECU 100 having the above functions, what kind of control is performed in each operation region (A1, A2, A3, A4) shown in FIG. Will be explained. ECU 100 sequentially determines to which operating region the engine operating point (load T and rotation speed Ne) corresponds in the control map of FIG. 14 based on the detected values of crank angle sensor SW2 and accelerator opening sensor SW4. To do. Then, depending on whether the determined operation region is the first operation region A1, the second operation region A2, the third operation region A3, or the fourth operation region A4 in FIG. Execute control.

(5−1)第2運転領域A2
低負荷領域からなる第2運転領域A2では、点火プラグ20による混合気の点火は停止されて、十分に混合された燃料と空気の混合気であって非常にリーンな混合気をピストン5の圧縮作用によって自着火させる、リーンHCCI燃焼(Homogeneous−Charge Compression Ignition Combustion、予混合圧縮自己着火燃焼)モードが実行される。
(5-1) Second operation region A2
In the second operation region A2 including the low load region, the ignition of the air-fuel mixture by the spark plug 20 is stopped, and a very lean air-fuel mixture that is a sufficiently mixed fuel and air mixture is compressed by the piston 5. A lean HCCI combustion (homogeneous-charge compression ignition combustion) mode in which self-ignition is caused by the action is executed.

図15は、リーンHCCI燃焼モードが実行された際の、燃料噴射時期と吸排気弁11,12のリフト特性、およびそれに基づく燃焼により生じる熱発生率(J/deg)を示す図である。この図15に示すように、このリーンHCCI燃焼モードでは、圧縮上死点(圧縮行程と膨張行程の間のTDC)よりも十分に早いタイミングで燃料が噴射され、燃料と空気の混合が十分に混合された圧縮上死点付近においてこの混合気をピストン5の圧縮作用によって自着火させる。   FIG. 15 is a diagram showing the fuel injection timing, the lift characteristics of the intake and exhaust valves 11 and 12, and the heat generation rate (J / deg) generated by the combustion based on the fuel injection timing when the lean HCCI combustion mode is executed. As shown in FIG. 15, in this lean HCCI combustion mode, fuel is injected at a timing sufficiently earlier than the compression top dead center (TDC between the compression stroke and the expansion stroke), and the fuel and air are sufficiently mixed. The air-fuel mixture is ignited by the compression action of the piston 5 in the vicinity of the mixed compression top dead center.

具体的に、当実施形態において、このリーンHCCI燃焼モードで運転されているときには、吸気行程中の所定時期にインジェクタ21から燃焼室6に対し比較的少量の燃料が噴射(P)され、この1回の燃料噴射Pにより一括噴射された少量の燃料と、吸気通路28から燃焼室6に導入される空気(新気)とに基づき形成される均質でかつリーンな混合気が、ピストン5の圧縮作用により高温、高圧化し、圧縮上死点付近で自着火する。すると、このような自着火に基づき、波形Qaに示すような熱発生を伴う燃焼が生じることになる。   Specifically, in this embodiment, when operating in this lean HCCI combustion mode, a relatively small amount of fuel is injected (P) from the injector 21 into the combustion chamber 6 at a predetermined time during the intake stroke. The homogeneous and lean air-fuel mixture formed based on a small amount of fuel collectively injected by the fuel injection P and air (new air) introduced from the intake passage 28 into the combustion chamber 6 is compressed by the piston 5. Due to the action, the temperature and pressure are increased, and self-ignition occurs near the compression top dead center. Then, based on such self-ignition, combustion accompanied by heat generation as shown by the waveform Qa occurs.

リーンHCCI燃焼モードでは、燃焼室6内に噴射される燃料重量Fに対する燃焼室6内の全ガスの重量Gの割合であるG/Fが、30以上(例えば35)となるように設定される。ただし、このように大幅にリーンでかつ均質な空燃比下では、燃焼室内の温度を意図的に上昇させないと、失火が起きるおそれがある。前述のように、本ガソリンエンジンでは、エンジン本体の幾何学的圧縮比が14以上と高い値に設定されており、ピストン5の圧縮作用により燃焼室内の温度をある程度まで高めることができるが、燃焼室内の温度が低い低負荷領域においてより安定した燃焼を実現するために、本実施形態では、燃焼室6(気筒2)内に残留する高温の排気すなわち内部EGRガス量を多く確保する制御が実施される。   In the lean HCCI combustion mode, G / F, which is the ratio of the weight G of the total gas in the combustion chamber 6 to the fuel weight F injected into the combustion chamber 6, is set to be 30 or more (for example, 35). . However, under such a lean and homogeneous air-fuel ratio, misfire may occur unless the temperature in the combustion chamber is intentionally increased. As described above, in this gasoline engine, the geometric compression ratio of the engine body is set to a high value of 14 or higher, and the temperature of the combustion chamber can be raised to a certain extent by the compression action of the piston 5, In this embodiment, in order to realize more stable combustion in a low-load region where the indoor temperature is low, control is performed to ensure a large amount of high-temperature exhaust gas, that is, internal EGR gas remaining in the combustion chamber 6 (cylinder 2). Is done.

具体的には、第2運転領域A2では、排気VVL17を駆動して排気弁12を吸気行程中に開弁させることにより、燃焼室6で生成されて排気ポート10側に流出した排気を燃焼室6に逆流させる排気二度開き制御が実行される。すなわち、排気弁12は、通常、排気行程のみで開弁するが(図15のリフトカーブEX)、排気VVL17の駆動に基づき排気弁12を吸気行程でも開弁させることにより(リフトカーブEX’)、排気ポート10から燃焼室6に排気を逆流させる。   Specifically, in the second operation region A2, the exhaust VVL 17 is driven to open the exhaust valve 12 during the intake stroke, so that the exhaust generated in the combustion chamber 6 and flowing out to the exhaust port 10 side is discharged to the combustion chamber. Exhaust gas double opening control is performed so that the exhaust gas 6 flows backward. That is, the exhaust valve 12 is normally opened only in the exhaust stroke (lift curve EX in FIG. 15), but by opening the exhaust valve 12 in the intake stroke based on driving of the exhaust VVL 17 (lift curve EX ′). The exhaust gas is caused to flow backward from the exhaust port 10 to the combustion chamber 6.

このように、高温の排気が燃焼室6に逆流することで、燃焼室6内に残留する高温の排気すなわち高温の内部EGRガスが多く確保される。そして、これにより燃焼室6内の混合気の温度が高温化される結果、混合気の自着火が促進される。なお、内部EGRガス量は、低負荷側ほど多く、高負荷側ほど少なく設定される。そのための制御として、例えば、第2運転領域A2における低負荷域(無負荷に近い領域)では、吸気行程中に開弁する排気弁12の数が2つとされ、それよりも負荷が高くなると、開弁数が1つに減らされる。   As described above, the high-temperature exhaust gas flows back into the combustion chamber 6, so that a large amount of high-temperature exhaust gas remaining in the combustion chamber 6, that is, high-temperature internal EGR gas is secured. As a result, the temperature of the air-fuel mixture in the combustion chamber 6 is increased, and as a result, self-ignition of the air-fuel mixture is promoted. The amount of internal EGR gas is set to be larger on the low load side and smaller on the high load side. As a control for that, for example, in the low load region (region close to no load) in the second operation region A2, the number of the exhaust valves 12 opened during the intake stroke is two, and the load becomes higher than that, The number of valve openings is reduced to one.

また、この第2運転領域A2では、前記絞り部53の外管55の位置が流路面積最大位置とされて、排気マニホールド50内の排気の流通状態が第2状態、すなわち、絞り部53内の各ガス通路の流路面積が最大面積になる状態とされる。このような制御を実施するのは、次の理由に基づく。   In the second operation region A2, the position of the outer pipe 55 of the throttle portion 53 is set to the maximum flow path area position, and the exhaust gas distribution state in the exhaust manifold 50 is in the second state, that is, in the throttle portion 53. Each gas passage has a maximum flow area. Such control is performed for the following reason.

前述のように、第2運転領域A2では、内部EGRガス量を確保するために吸気行程中に排気弁12が再開弁される。図3に示すように、所定の気筒(吸気行程気筒)2の吸気行程と、この吸気行程気筒2よりも排気行程が1つ後の気筒(排気行程気筒)2の排気行程とは一致する。従って、吸気行程気筒2において吸気弁11に加えて排気弁12が再開弁されている期間中に、排気行程気筒2内の排気は、絞り部53を通って集合部58へと排出される。   As described above, in the second operation region A2, the exhaust valve 12 is restarted during the intake stroke in order to ensure the internal EGR gas amount. As shown in FIG. 3, the intake stroke of a predetermined cylinder (intake stroke cylinder) 2 and the exhaust stroke of a cylinder (exhaust stroke cylinder) 2 that has one exhaust stroke after this intake stroke cylinder 2 coincide with each other. Therefore, the exhaust gas in the exhaust stroke cylinder 2 is discharged to the collecting portion 58 through the throttle portion 53 during the period when the exhaust valve 12 is restarted in addition to the intake valve 11 in the intake stroke cylinder 2.

前述のように、絞り部53の外管55の位置が流路面積最小位置であって排気マニホールド50内の排気の流通状態が第1状態にある場合は、所定の気筒2から排出された排気が第1通路54aを通過する際に、エゼクタ効果によって、他の気筒2の排気ポート10内に高い負圧が生成する。そのため、排気弁12の再開弁制御の実施時に、前記のように絞り部53の外管55の位置を流路面積最小位置とし排気マニホールド50内の排気の流通状態を第1状態とすると、排気弁12が再開弁している吸気行程気筒2の排気ポート10に、排気行程気筒2の排気により生成された高い負圧が作用して、吸気行程気筒2の排気ポート10内の排気が下流側に吸い出されてしまい、吸気行程気筒2内に逆流・残留する排気の量すなわち内部EGRガス量を十分に確保できなくなる。これに対して、前述のように、絞り部53の外管55の位置を流路面積最大位置とし排気マニホールド50内の排気の流通状態を第2状態とすれば、エゼクタ効果による負圧量は小さく抑えられる。   As described above, when the position of the outer pipe 55 of the throttle portion 53 is the minimum flow path area position and the exhaust flow state in the exhaust manifold 50 is in the first state, the exhaust discharged from the predetermined cylinder 2 When passing through the first passage 54a, a high negative pressure is generated in the exhaust port 10 of the other cylinder 2 due to the ejector effect. Therefore, when the restart valve control of the exhaust valve 12 is performed, if the position of the outer pipe 55 of the throttle portion 53 is set to the minimum flow path area as described above and the exhaust gas distribution state in the exhaust manifold 50 is set to the first state, the exhaust gas is exhausted. A high negative pressure generated by the exhaust of the exhaust stroke cylinder 2 acts on the exhaust port 10 of the intake stroke cylinder 2 where the valve 12 is restarted, and the exhaust in the exhaust port 10 of the intake stroke cylinder 2 is downstream. As a result, the amount of exhaust gas flowing back and remaining in the intake stroke cylinder 2, that is, the amount of internal EGR gas cannot be secured sufficiently. On the other hand, as described above, if the position of the outer pipe 55 of the throttle 53 is the maximum flow path area position and the exhaust gas distribution state in the exhaust manifold 50 is in the second state, the negative pressure amount due to the ejector effect is Can be kept small.

そこで、本エンジンでは、内部EGRガス量を多く確保したい第2運転領域A2において、エゼクタ効果により生じた負圧による吸気行程気筒2内および排気ポート10内の排気の下流側への吸出しを抑制するべく、前記絞り部53の外管55の位置を流路面積最大位置として排気マニホールド50内の排気の流通状態を第2状態とする。そして、エゼクタ効果による負圧量を小さく抑えて、排気の逆流・残留量すなわち内部EGRガス量を確保する。   Therefore, in this engine, in the second operation region A2 where it is desired to secure a large amount of internal EGR gas, the suction of the exhaust gas in the intake stroke cylinder 2 and the exhaust port 10 to the downstream side due to the negative pressure generated by the ejector effect is suppressed. Accordingly, the position of the outer pipe 55 of the throttle portion 53 is set to the maximum flow path area position, and the flow state of the exhaust gas in the exhaust manifold 50 is set to the second state. Then, the amount of negative pressure due to the ejector effect is kept small, and the backflow / residual amount of exhaust, that is, the amount of internal EGR gas is secured.

以上のようにして、第2運転領域A2では、G/Fが30以上という大幅にリーンの混合気が、多量の内部EGRガス量が確保されることで、自着火可能な温度にまで確実に高められて自着火燃焼し、これにより、NOxの発生が抑制されつつ、燃焼温度ひいては冷却損失の低減に伴う高い熱効率(燃費)が実現される。   As described above, in the second operation region A2, the lean air-fuel mixture with a G / F of 30 or more is surely brought to a temperature at which self-ignition is possible by securing a large amount of internal EGR gas. The self-ignition combustion is increased, thereby suppressing the generation of NOx, and realizing high thermal efficiency (fuel consumption) associated with reduction of the combustion temperature and thus the cooling loss.

(5−2)第1運転領域A1および第4運転領域A4
高負荷領域からなる第1運転領域A1および第4運転領域A4においても、第2運転領域A2と同様に、HCCI燃焼モードが実行される。すなわち、圧縮上死点よりも早いタイミングで燃料が噴射され、燃料と空気の混合が混合された圧縮上死点付近においてこの混合気をピストン5の圧縮作用によって自着火させる。
(5-2) First operation region A1 and fourth operation region A4
In the first operation region A1 and the fourth operation region A4 composed of the high load region, the HCCI combustion mode is executed as in the second operation region A2. That is, fuel is injected at a timing earlier than the compression top dead center, and the air-fuel mixture is self-ignited by the compression action of the piston 5 in the vicinity of the compression top dead center where the mixture of fuel and air is mixed.

ただし、この第1運転領域A1および第4運転領域A4では、第2運転領域A2と異なり、負荷が高く多量の燃料が噴射されるため、燃焼室6内の着火後の温度圧力は高温・高圧となる。そのため、この第1運転領域A1および第4運転領域A4において、第2運転領域A2と同様に高温の排気を燃焼室6内に逆流・残留させたのでは、混合気の温度が過剰に高温となり、着火後に燃焼騒音が著しく増大する、また、ノッキング等の異常燃焼が生じやすくなる。特に、本実施形態では、エンジン本体1の幾何学的圧縮比が14と高い値に設定されているため、燃焼騒音およびノッキングの問題が顕著になる。   However, in the first operation region A1 and the fourth operation region A4, unlike the second operation region A2, the load is high and a large amount of fuel is injected, so the temperature pressure after ignition in the combustion chamber 6 is high and high pressure. It becomes. Therefore, in the first operation region A1 and the fourth operation region A4, if the high-temperature exhaust gas flows back and remains in the combustion chamber 6 as in the second operation region A2, the temperature of the mixture becomes excessively high. Combustion noise significantly increases after ignition, and abnormal combustion such as knocking tends to occur. In particular, in this embodiment, since the geometric compression ratio of the engine body 1 is set to a high value of 14, the problem of combustion noise and knocking becomes significant.

そこで、第1運転領域A1および第4運転領域A4では、燃焼室6内に逆流・残留する高温の排気をより少なくするため、すなわち、燃焼室6内の残留ガスをより多く下流側へ吸い出すための制御が実施される。   Therefore, in the first operation region A1 and the fourth operation region A4, in order to reduce the high-temperature exhaust gas that backflows and remains in the combustion chamber 6, that is, to suck out more residual gas in the combustion chamber 6 to the downstream side. Control is implemented.

具体的には、第1運転領域A1および第4運転領域A4では、排気二度開き制御が停止されて、高温の排気が燃焼室6内に多量に逆流するのが禁止される。すなわち、排気弁12が排気行程中のみに開弁するよう、排気VVL17が調整される。また、吸気弁11、排気弁12および排気マニホールド50内の排気の流通状態が、以下に示す通り、第1運転領域A1と第4運転領域A4とにおいて、それぞれ、内部EGRガス量を少なく抑えることのできる適切な状態に調整される。   Specifically, in the first operation region A1 and the fourth operation region A4, the exhaust double opening control is stopped and high-temperature exhaust gas is prohibited from flowing back into the combustion chamber 6 in a large amount. That is, the exhaust VVL 17 is adjusted so that the exhaust valve 12 opens only during the exhaust stroke. Further, as shown below, the exhaust gas distribution state in the intake valve 11, the exhaust valve 12, and the exhaust manifold 50 is to reduce the internal EGR gas amount in the first operation region A1 and the fourth operation region A4, respectively. Is adjusted to an appropriate condition.

(i)第1運転領域A1における吸気弁11等の制御方法
第1運転領域A1では、排気弁12の開弁期間と吸気弁11の開弁期間とが、吸気上死点(TDC)を挟んでオーバーラップし、かつ、排気弁12が他の気筒2のオーバーラップ期間T_O/L中に開弁を開始するように調整される。詳細には、第1気筒2aの吸気弁11と排気弁12とがオーバーラップしている期間中に第3気筒2cの排気弁12が開弁し、第3気筒2cの吸気弁11と排気弁12とがオーバーラップしている期間中に第4気筒2dの排気弁12が開弁し、第4気筒2dの吸気弁11と排気弁12とがオーバーラップしている期間中に第2気筒2bの排気弁12が開弁し、第2気筒2bの吸気弁11と排気弁12とがオーバーラップしている期間中に第1気筒2aの排気弁12が開弁するよう調整される。
(I) Control method of the intake valve 11 and the like in the first operation region A1 In the first operation region A1, the valve opening period of the exhaust valve 12 and the valve opening period of the intake valve 11 sandwich the intake top dead center (TDC). And the exhaust valve 12 is adjusted to start valve opening during the overlap period T_O / L of the other cylinders 2. Specifically, the exhaust valve 12 of the third cylinder 2c is opened during the period in which the intake valve 11 and the exhaust valve 12 of the first cylinder 2a overlap, and the intake valve 11 and the exhaust valve of the third cylinder 2c are opened. The exhaust valve 12 of the fourth cylinder 2d is opened during the period in which the second cylinder 2d overlaps with the second cylinder 2b during the period in which the intake valve 11 and the exhaust valve 12 of the fourth cylinder 2d overlap. The exhaust valve 12 of the first cylinder 2a is opened, and the exhaust valve 12 of the first cylinder 2a is adjusted to open during the period in which the intake valve 11 and the exhaust valve 12 of the second cylinder 2b overlap.

また、外管55の位置が流路面積最小位置とされて絞り部53内の各ガス通路の流路面積が最小面積となり排気マニホールド50内の排気の流通状態が第1状態とされる。   Further, the position of the outer pipe 55 is set to the minimum flow path area position, the flow area of each gas passage in the throttle 53 is the minimum area, and the exhaust gas distribution state in the exhaust manifold 50 is set to the first state.

このように外管55の位置が流路面積最小位置にある状態では、前述のように、所定の気筒2から排出された排気が第1通路54aを通過する際に、高いエゼクタ効果が発揮され、これによって、他の気筒2の排気ポート10内に高い負圧が生成する。そのため、前記のように排気弁12の開弁期間と吸気弁11の開弁期間とが、吸気上死点(TDC)を挟んでオーバーラップし、かつ、排気弁12が他の気筒2のオーバーラップ期間T_O/L中に開弁を開始するように調整されていれば、所定の気筒(排気行程気筒)2の排気弁12が開弁してこの排気行程気筒2から排気が高速で排出されるのに伴って、オーバーラップ期間中にある吸気行程中の気筒(吸気行程気筒)2の排気ポート10内に高い負圧を生成することができ、この負圧によって吸気行程気筒2内の残留ガスを下流側へ吸いだすことができる。特に、排気弁12の開弁開始直後は気筒2から非常に高速で排気(いわゆるブローダウンガス)が排出されるため、このブローダウンガスが排出された直後は、吸気行程気筒2内の残留ガスの多くが下流側に吸い出される。   Thus, in a state where the position of the outer pipe 55 is at the minimum flow path area position, as described above, a high ejector effect is exhibited when the exhaust discharged from the predetermined cylinder 2 passes through the first passage 54a. As a result, a high negative pressure is generated in the exhaust port 10 of the other cylinder 2. Therefore, as described above, the valve opening period of the exhaust valve 12 and the valve opening period of the intake valve 11 overlap with each other with the intake top dead center (TDC) interposed therebetween, and the exhaust valve 12 overlaps the other cylinder 2. If the valve opening is adjusted to start during the lap period T_O / L, the exhaust valve 12 of the predetermined cylinder (exhaust stroke cylinder) 2 is opened, and the exhaust gas is discharged from the exhaust stroke cylinder 2 at a high speed. Accordingly, a high negative pressure can be generated in the exhaust port 10 of the cylinder (intake stroke cylinder) 2 in the intake stroke during the overlap period, and the residual pressure in the intake stroke cylinder 2 can be generated by this negative pressure. Gas can be sucked downstream. In particular, immediately after the exhaust valve 12 starts to open, exhaust (so-called blowdown gas) is discharged from the cylinder 2 at a very high speed. Therefore, immediately after the blowdown gas is discharged, the residual gas in the intake stroke cylinder 2 is exhausted. Most of the water is sucked downstream.

以上のように、第1運転領域A1では、高いエゼクタ効果によって燃焼室6内の高温の残留ガスが下流側へ吸いだされ燃焼室6内の内部EGRガス量が少なく抑えられて、燃焼室6内の過剰な温度上昇が抑制される。そして、燃焼騒音の低減およびノッキングが抑制されて、適正なHCCI燃焼が実現される。   As described above, in the first operation region A1, the high-temperature residual gas in the combustion chamber 6 is sucked downstream by the high ejector effect, and the amount of internal EGR gas in the combustion chamber 6 is suppressed to a low level. The excessive temperature rise is suppressed. And reduction of combustion noise and knocking are suppressed, and proper HCCI combustion is realized.

なお、本エンジンにおいて、前記吸気弁11および排気弁12の開弁時期、閉弁時期とは、それぞれ、図17に示すように、各弁11,12のリフトカーブにおいてリフトが急峻に立ち上がるあるいは立ち下がる時期であり、例えば0.4mmリフトの時期をいう。   In the present engine, the valve opening timing and the valve closing timing of the intake valve 11 and the exhaust valve 12 are as follows. As shown in FIG. This is the time of lowering, for example, the time of 0.4 mm lift.

(ii)第4運転領域A4における吸気弁11等の制御方法
高速の全負荷近傍の領域からなる第4運転領域A4では、吸気弁11の開弁期間と排気弁12の開弁期間とのオーバーラップ量が、第1運転領域A1よりも少なくなるように調整される。また、第4運転領域A4では、外管55の位置が流路面積最大位置とされて、絞り部53内の各ガス通路の流路面積が最大面積とされ、排気マニホールド50内の排気の流通状態が第2状態とされる。
(Ii) Control method of the intake valve 11 and the like in the fourth operation region A4 In the fourth operation region A4 consisting of a region near the high speed full load, the valve opening period of the intake valve 11 and the valve opening period of the exhaust valve 12 are over. The lap amount is adjusted so as to be smaller than the first operation region A1. Further, in the fourth operation region A4, the position of the outer pipe 55 is set to the maximum flow area, the flow area of each gas passage in the throttle portion 53 is set to the maximum area, and the exhaust gas in the exhaust manifold 50 is circulated. The state is the second state.

第4運転領域A4では、エンジン回転数Neおよびエンジン負荷Tが高いことに伴い排気流量が大きい。そのため、第1運転領域A1のように、吸気弁11と排気弁12とをオーバーラップさせ、外管55の位置を流路面積最小位置として絞り部53内の各ガス通路の流路面積を小さい面積としたのでは、エゼクタ効果による掃気性能向上効果よりも背圧が高くなることによる掃気性能の悪化が大きくなり、内部EGRガス量を十分に少なく抑えることが困難となる。そこで、本ガソリンエンジンでは、第4運転領域A4において、前記のような制御を実施する。   In the fourth operation region A4, the exhaust flow rate is large as the engine speed Ne and the engine load T are high. Therefore, as in the first operation region A1, the intake valve 11 and the exhaust valve 12 are overlapped, and the flow passage area of each gas passage in the throttle portion 53 is small with the position of the outer tube 55 as the minimum flow passage area position. If the area is set, the scavenging performance deteriorates due to the back pressure becoming higher than the scavenging performance improvement effect by the ejector effect, and it becomes difficult to sufficiently reduce the internal EGR gas amount. Therefore, in the gasoline engine, the control as described above is performed in the fourth operation region A4.

このように制御されることで、第4運転領域A4では、各独立排気通路52から排出された排気は、流路面積が最大のガス通路を排気抵抗が小さく抑えられた状態で流下する。そのため、エンジンの背圧は小さく抑えられる。この背圧の低減に伴い掃気は促進され、内部EGRガス量が少なく抑えられる。また、排気のポンピングロスが小さく抑えられるとともに吸気効率が高められて、高いエンジントルクが実現される。   By being controlled in this way, in the fourth operation region A4, the exhaust discharged from each independent exhaust passage 52 flows down in a state in which the exhaust passage resistance is kept small in the gas passage having the largest flow path area. Therefore, the back pressure of the engine can be kept small. As the back pressure is reduced, scavenging is promoted, and the amount of internal EGR gas is reduced. In addition, the pumping loss of the exhaust is suppressed to a small level, and the intake efficiency is increased, thereby realizing a high engine torque.

(5−3)第3運転領域A3
中負荷領域からなる第3運転領域A3においても、前記第1運転領域A1、第2運転領域A2と同様に、HCCI燃焼モードが実行される。すなわち、圧縮上死点よりも早いタイミングで燃料が噴射され、燃料と空気の混合が混合された圧縮上死点付近においてこの混合気をピストン5の圧縮作用によって自着火させる。
(5-3) Third operation region A3
Also in the third operation region A3 including the middle load region, the HCCI combustion mode is executed similarly to the first operation region A1 and the second operation region A2. That is, fuel is injected at a timing earlier than the compression top dead center, and the air-fuel mixture is self-ignited by the compression action of the piston 5 in the vicinity of the compression top dead center where the mixture of fuel and air is mixed.

ただし、燃焼室6内の温度を高くする必要がある低負荷の第2運転領域A2と、燃焼室6内の温度を低くする必要がある高負荷の第1運転領域A1と、の間に設定された中負荷域の第3運転領域A3は、燃焼室6内の温度を比較的高くする必要がある運転領域(低負荷側の領域)と、燃焼室6内の温度を比較的低くする必要がある運転領域(高負荷側の領域)とを両方含んでいる。そのため、この第3運転領域A3では、燃焼室6内の温度を適正な温度とするために、負荷に応じて高温排気の逆流・残留量を調整する必要がある。そこで、この第3運転領域A3では、負荷が増大するに従って大きくなる必要な燃焼室6内の温度の低減代(負荷が増大するに従って小さくなる必要な燃焼室6内の温度の上昇代)に合わせて、負荷が増大するに従って高温排気の逆流・残留量を少なくするように制御される。   However, it is set between the low-load second operation region A2 in which the temperature in the combustion chamber 6 needs to be increased and the high-load first operation region A1 in which the temperature in the combustion chamber 6 needs to be lowered. In the third operation region A3 in the intermediate load region, the operation region (region on the low load side) in which the temperature in the combustion chamber 6 needs to be relatively high and the temperature in the combustion chamber 6 need to be relatively low. It includes both a certain operation region (region on the high load side). Therefore, in the third operation region A3, in order to set the temperature in the combustion chamber 6 to an appropriate temperature, it is necessary to adjust the backflow / residual amount of the high-temperature exhaust gas according to the load. Therefore, in this third operation region A3, the temperature reduction in the combustion chamber 6 that needs to increase as the load increases (the temperature increase in the combustion chamber 6 that needs to decrease as the load increases) is adjusted. Thus, control is performed to reduce the backflow / residual amount of the high-temperature exhaust as the load increases.

具体的には、排気二度開き制御が実行される。そして、図16に示すように、外管55の位置が流路面積最大位置から流路面積最小位置まで、負荷が増大するに従って徐々に上流側に変更される。すなわち、絞り部53内の各ガス通路の流路面積が、負荷が増大するに従って徐々に小さい面積に変更される。図16は、所定のエンジン回転数における負荷方向の、排気二度開き制御の実施・停止および外管55の位置変化を示したものである。   Specifically, exhaust double opening control is executed. Then, as shown in FIG. 16, the position of the outer tube 55 is gradually changed to the upstream side as the load increases from the maximum flow path area position to the minimum flow path area position. That is, the flow area of each gas passage in the throttle 53 is gradually changed to a smaller area as the load increases. FIG. 16 shows the execution / stop of the exhaust double opening control and the position change of the outer pipe 55 in the load direction at a predetermined engine speed.

このように制御されることで、第3運転領域A3では、エゼクタ効果により、排気弁12が再開弁している吸気行程気筒2の排気ポート10に作用する負圧量が負荷の徐々に伴って徐々に増大されて吸気行程気筒2内から下流側に吸い出される高温排気の量が徐々に増大していく。すなわち、負荷の増大に伴って掃気性能が徐々に高められていく。従って、この第3運転領域A3では、負荷の増大に伴い燃焼室6内への高温排気の逆流・残留量が徐々に低減されて、燃焼室6内の温度が負荷に応じた適正な温度に調整される。そして、燃焼室6内の温度が低いことによる失火や、燃焼室6内の温度が過剰に高いことによる高い燃焼騒音やノッキングが回避されて、適正なHCCI燃焼が実現される。   By being controlled in this way, in the third operation region A3, due to the ejector effect, the negative pressure amount acting on the exhaust port 10 of the intake stroke cylinder 2 in which the exhaust valve 12 is restarted gradually accompanies the load. The amount of high-temperature exhaust that is gradually increased and sucked downstream from the intake stroke cylinder 2 gradually increases. That is, the scavenging performance is gradually improved as the load increases. Accordingly, in the third operation region A3, the backflow / residual amount of the high-temperature exhaust gas into the combustion chamber 6 is gradually reduced as the load increases, so that the temperature in the combustion chamber 6 becomes an appropriate temperature corresponding to the load. Adjusted. Further, misfire due to low temperature in the combustion chamber 6 and high combustion noise and knocking due to excessively high temperature in the combustion chamber 6 are avoided, and proper HCCI combustion is realized.

また、このように、多量の高温排気が燃焼室6内に逆流・残留するよう構成されて高温排気の逆流・残留量すなわち内部EGRガス量が多く設定された第2運転領域A2と、高温排気の逆流・残留が禁止、抑制されるよう構成されて内部EGRガス量が少なく設定された第1運転領域A1との間において、負荷が増大するほど(第2運転領域A2から第1運転領域A1に向かうほど)内部EGRガス量が少なく抑えられるよう制御されることで、第1運転領域A1と第2運転領域A2との間における負荷方向の内部EGRガス量の変化が小さく抑えられる。そのため、第1運転領域A1と第2運転領域A2との間での過渡時において、内部EGRガス量の急激な変化を抑制することができ、この急激な変化に伴う悪影響(トルクショックや騒音の増大等)を抑制することができる。   Further, the second operating region A2 is configured such that a large amount of high-temperature exhaust gas flows back and remains in the combustion chamber 6 so that the back-flow / residual amount of the high-temperature exhaust gas, that is, the internal EGR gas amount is set large. As the load increases (from the second operation region A2 to the first operation region A1), the first operation region A1 is configured such that the backflow / remaining of the fuel is prohibited and suppressed and the internal EGR gas amount is set to be small. By controlling so that the amount of internal EGR gas is suppressed to a smaller value, the change in the amount of internal EGR gas in the load direction between the first operation region A1 and the second operation region A2 is suppressed to a small value. Therefore, during a transition between the first operation region A1 and the second operation region A2, a rapid change in the internal EGR gas amount can be suppressed, and adverse effects (torque shock and noise) caused by this rapid change can be suppressed. Increase).

(6)作用効果
以上説明したように、本エンジンでは、各運転領域においてエゼクタ効果による掃気性能を適正に調整し、これにより、高温排気の燃焼室6内への逆流・残留量を適正な量にして燃焼室6内の混合気の温度を適正な値に調整しており、全運転領域(低負荷領域A2、高負荷領域A1、中負荷領域A3)において適正なHCCI燃焼を実現することができる。
(6) Operational Effect As described above, in this engine, the scavenging performance by the ejector effect is appropriately adjusted in each operation region, and thereby, the backflow / residual amount of the high-temperature exhaust gas in the combustion chamber 6 is appropriately adjusted. Thus, the temperature of the air-fuel mixture in the combustion chamber 6 is adjusted to an appropriate value, and proper HCCI combustion can be realized in the entire operation region (low load region A2, high load region A1, medium load region A3). it can.

特に、本実施形態では、絞り部53を内側に第1通路54aが形成された内管54とこの内管54を収容する外管55とで構成し、これら外管55と内管54との間に第2通路55aを区画するとともに、第2通路55aの流路面積を変更するという簡単な構成で、絞り部53内の各ガス通路の流路面積を変更しており、絞り部53の構造ひいては装置全体の構造を簡素化することができる。また、前記外管55を上下流方向にスライドさせるだけでよく、外管55の駆動構造を簡素化することができる。   In particular, in the present embodiment, the throttle portion 53 is constituted by an inner tube 54 having a first passage 54 a formed inside and an outer tube 55 that accommodates the inner tube 54, and the outer tube 55 and the inner tube 54 are separated from each other. The flow passage area of each gas passage in the restricting portion 53 is changed with a simple configuration in which the second passage 55a is defined between them and the flow passage area of the second passage 55a is changed. As a result, the overall structure of the apparatus can be simplified. Further, it is only necessary to slide the outer tube 55 in the upstream / downstream direction, and the drive structure of the outer tube 55 can be simplified.

(7)他の実施形態
(7−1)第2実施形態
第1実施形態では、全運転領域でHCCI燃焼を実施する場合について示したが、各運転領域の燃焼形態はこれに限らない。例えば、高負荷領域からなる第1運転領域A1において、点火プラグによって混合気を点火させ、これにより混合気を燃焼させる、火花点火燃焼を行ってもよい。この場合においても、高負荷の第1運転領域A1において、第1実施形態と同様の制御を実施することで、この第1運転領域A1での混合気の過剰な温度上昇に伴うノッキングや燃焼騒音の増大を回避することができる。具体的には、高負荷の第1運転領域A1において火花点火燃焼を実施する第2実施形態においても、第1実施形態と同様に、第1運転領域A1において、排気二度開き制御を停止させ、排気弁12の開弁期間と吸気弁11の開弁期間とを、吸気上死点(TDC)を挟んでオーバーラップし、かつ、排気弁12が他の気筒2のオーバーラップ期間T_O/L中に開弁を開始するように調整し、外管55の位置を、前記流路面積最小位置として排気マニホールド50内の排気の流通状態を第1状態とする。これにより、第2実施形態においても、第1運転領域A1での燃焼室6内の混合気の温度上昇を抑制して、ノッキング等を回避して適正な火花点火燃焼が実現される。
(7) Other Embodiments (7-1) Second Embodiment In the first embodiment, the case where HCCI combustion is performed in the entire operation region has been described, but the combustion mode in each operation region is not limited thereto. For example, in the first operation region A1 composed of a high load region, spark ignition combustion may be performed in which the air-fuel mixture is ignited by an ignition plug and the air-fuel mixture is combusted thereby. Even in this case, by performing the same control as in the first embodiment in the first operating region A1 with a high load, knocking and combustion noise associated with an excessive temperature rise of the air-fuel mixture in the first operating region A1. Can be avoided. Specifically, in the second embodiment in which spark ignition combustion is performed in the first operation region A1 with a high load, the exhaust double opening control is stopped in the first operation region A1 as in the first embodiment. In addition, the valve opening period of the exhaust valve 12 and the valve opening period of the intake valve 11 overlap with each other with the intake top dead center (TDC) interposed therebetween, and the exhaust valve 12 overlaps the other cylinder 2 with an overlap period T_O / L. The position of the outer pipe 55 is adjusted to start the valve opening, and the exhaust passage in the exhaust manifold 50 is set to the first state with the position of the outer passage 55 being the minimum position. Thereby, also in 2nd Embodiment, the temperature rise of the air-fuel | gaseous mixture in the combustion chamber 6 in 1st operation area | region A1 is suppressed, knocking etc. are avoided and appropriate spark ignition combustion is implement | achieved.

(7−2)第3実施形態
また、第2運転領域A2において火花点火燃焼を行ってもよい。ここで、冷間始動時に、燃焼温度を高めて暖房性能を改善するとともに触媒を早期活性化させるためには、第2運転領域A2において火花点火燃焼を行う場合であっても、この第2運転領域A2において燃焼室6内の内部EGRガス量を多く確保する制御を実施するのが好ましい。そのため、第2運転領域A2において火花点火燃焼を行う第3実施形態においても、第1実施形態と同様に、第2運転領域A2では、排気二度開き制御を実行するとともに、排気マニホールド50内の排気の流通状態を第2状態とする。これにより、第2運転領域A2において燃焼室6内の内部EGRガス量を多く確保することができ、燃焼温度を高めることができる。
(7-2) Third Embodiment Further, spark ignition combustion may be performed in the second operation region A2. Here, at the time of cold start, in order to increase the combustion temperature to improve the heating performance and to activate the catalyst early, this second operation is performed even when spark ignition combustion is performed in the second operation region A2. It is preferable to perform control to ensure a large amount of internal EGR gas in the combustion chamber 6 in the region A2. Therefore, also in the third embodiment in which spark ignition combustion is performed in the second operation region A2, in the second operation region A2, the exhaust double opening control is executed and the exhaust manifold 50 in the second operation region A2 is executed, as in the first embodiment. The flow state of the exhaust is set to the second state. Thereby, a large amount of internal EGR gas in the combustion chamber 6 can be secured in the second operation region A2, and the combustion temperature can be increased.

(7−3)第4実施形態
第1実施形態では、ガス通路の流路面積を変更するための構成として、第2通路55aの流路面積を変更するものを挙げたが、ガス通路の流路面積を変更する構成はこれに限らない。
(7-3) Fourth Embodiment In the first embodiment, the configuration for changing the flow passage area of the gas passage has been described as the configuration for changing the flow passage area of the gas passage. The configuration for changing the road area is not limited to this.

例えば、絞り部内に形成された第1通路と第2通路との連通量を変更することでガス通路の流路面積を変更するようにしてもよい。この連通量を変更することでガス通路の流路面積を変更する構成の一例を、図18、図19(a)(b)、図29(a)(b)に示す。図18は、第1実施形態の図7(a)に対応する図である。図19(a)、(b)は、外管155を省略した状態の絞り部153の斜視図であり、(a)が連通口154dを全閉とした状態、(b)が連通口154dを全開とした状態である。図20(a)、(b)は、絞り部153の断面図であり、(a)が図19(a)と対応する図、(b)が図19(b)と対応する図である。   For example, the flow passage area of the gas passage may be changed by changing the amount of communication between the first passage and the second passage formed in the throttle portion. An example of a configuration in which the flow passage area of the gas passage is changed by changing the communication amount is shown in FIGS. 18, 19A, 19B, and 29A, 29B. FIG. 18 is a diagram corresponding to FIG. 7A of the first embodiment. 19A and 19B are perspective views of the throttle portion 153 in a state where the outer tube 155 is omitted. FIG. 19A shows a state in which the communication port 154d is fully closed, and FIG. 19B shows a state in which the communication port 154d is closed. It is in a fully open state. 20A and 20B are cross-sectional views of the narrowed portion 153, in which FIG. 20A corresponds to FIG. 19A, and FIG. 20B corresponds to FIG. 19B.

図18〜図20に示す第4実施形態は、第1実施形態と同様に、内管154と外管155とを有する絞り部153を有している。内管154の外周面154gは、第1実施形態と同様に、その上流側部分に設けられて中心軸Lと平行に延びる円筒面154g_1と、その下流側部分に設けられて下流に向かうに従って絞り部153の中心軸L側に傾斜する内管側傾斜面154g_2とで構成されている。内管154の内側には、第1実施形態と同様に、下流側ほど流路面積が縮小する複数の第1通路154aが形成されている。   The fourth embodiment shown in FIG. 18 to FIG. 20 has a throttle portion 153 having an inner tube 154 and an outer tube 155, as in the first embodiment. As in the first embodiment, the outer peripheral surface 154g of the inner tube 154 is provided with a cylindrical surface 154g_1 provided in the upstream portion thereof and extending in parallel with the central axis L, and provided in the downstream portion thereof and being throttled toward the downstream. The inner tube side inclined surface 154g_2 is inclined to the central axis L side of the portion 153. As in the first embodiment, a plurality of first passages 154a whose flow area decreases toward the downstream side are formed inside the inner tube 154.

一方、第4実施形態に係る外管155は、内管154に対して相対移動不能に固定されている。外管155は、その内周面155gが、内管154の外周面154gから径方向外側に離間して、これら内周面155gと外周面154gとの間に第2通路155aが区画された状態で固定されている。外管155の内周面155gは、内管154の外周面154gと平行に延びている。内管154の外周面154gのうち第1通路155a間に対応する位置には、径方向外側に向かって突出して外管155の内周面155gと当接する位置まで延びる区画壁154eが設けられており、外管155の内周面155gと内管154の外周面154gとの間には、第1通路155aと対応する位置にそれぞれ第2通路155aが形成されている。この第4実施形態では、3つの第1通路155aに対応して3つの第2通路155aが形成されている。内管154の管壁には、第1通路154aと第2通路155aとをそれぞれ連通する連通口154dが形成されている。各連通口154dは、内管154の外周面154gのうちの円筒面154g_1に開口している。   On the other hand, the outer tube 155 according to the fourth embodiment is fixed so as not to move relative to the inner tube 154. The outer tube 155 has an inner peripheral surface 155g spaced radially outward from the outer peripheral surface 154g of the inner tube 154, and the second passage 155a is defined between the inner peripheral surface 155g and the outer peripheral surface 154g. It is fixed with. The inner peripheral surface 155g of the outer tube 155 extends in parallel with the outer peripheral surface 154g of the inner tube 154. A partition wall 154e that protrudes radially outward and extends to a position that contacts the inner peripheral surface 155g of the outer tube 155 is provided at a position corresponding to the space between the first passages 155a in the outer peripheral surface 154g of the inner tube 154. A second passage 155a is formed between the inner peripheral surface 155g of the outer tube 155 and the outer peripheral surface 154g of the inner tube 154 at a position corresponding to the first passage 155a. In the fourth embodiment, three second passages 155a are formed corresponding to the three first passages 155a. In the tube wall of the inner tube 154, a communication port 154d that connects the first passage 154a and the second passage 155a is formed. Each communication port 154d is open to the cylindrical surface 154g_1 of the outer peripheral surface 154g of the inner tube 154.

また、この第4実施形態に係る絞り部153には、各連通口154dをそれぞれ開閉可能な蓋159と、これら蓋159を駆動可能な回動アクチュエータ(通路状態変更手段、図示省略)が設けられている。   Further, the throttle portion 153 according to the fourth embodiment is provided with a lid 159 capable of opening and closing each communication port 154d and a rotation actuator (passage state changing means, not shown) capable of driving the lid 159. ing.

各蓋159は、内管154の外周面154gに沿って延びている。回動アクチュエータは、各蓋159を、内管154の外周面154gに沿って周方向に移動させる。すなわち、回動アクチュエータは、各蓋159を、絞り部153の中心軸Lを中心として回動させる。そして、この回動アクチュエータは、図19(a)および図20(a)に示す各連通口154dを全閉にする位置と、図19(b)および図20(b)に示す各連通口154dを全開にする位置との間で移動させる。この移動により連通口154dの開口量は変化し、この開口量の変化に伴って、第1通路154aと第2通路155aとの連通量は変化する。そして、絞り部153のうち排気が通過するガス通路の流路面積は変化する。ここで、第1通路154aに流入した排気は、この連通量に応じた量だけ第2通路155a内に流入する。そのため、絞り部153のうち排気が通過するガス通路の流路面積は、この連通量と第1通路154aの流路面積により規定される。すなわち、第1通路154aの流路面積と前記連通口154dの開口面積との合計面積が、ガス通路の流路面積となる。   Each lid 159 extends along the outer peripheral surface 154 g of the inner tube 154. The rotating actuator moves each lid 159 in the circumferential direction along the outer peripheral surface 154g of the inner tube 154. That is, the rotation actuator rotates each lid 159 about the central axis L of the aperture 153. The rotating actuator includes a position where each communication port 154d shown in FIGS. 19 (a) and 20 (a) is fully closed, and each communication port 154d shown in FIGS. 19 (b) and 20 (b). Is moved to a position where is fully opened. By this movement, the opening amount of the communication port 154d changes, and the communication amount between the first passage 154a and the second passage 155a changes with the change in the opening amount. The flow passage area of the gas passage through which the exhaust passes in the throttle 153 changes. Here, the exhaust gas flowing into the first passage 154a flows into the second passage 155a by an amount corresponding to the communication amount. Therefore, the flow passage area of the gas passage through which the exhaust passes in the throttle portion 153 is defined by the communication amount and the flow passage area of the first passage 154a. That is, the total area of the flow passage area of the first passage 154a and the opening area of the communication port 154d is the flow passage area of the gas passage.

この第4実施形態では、蓋159が連通口154dを全閉とする位置に配置されて、第1通路154aと第2通路155aとが連通しない状態とされることで、排気マニホールド内の排気の流通状態は、第1状態とされる。すなわち、連通口154dが全閉とされると、各気筒2から排出された排気は、それぞれ下流ほど流路面積が小さく設定された第1通路154aのみを通過することになる。そして、この状態とされることで、排気の速度は高められ、高いエゼクタ効果ひいては高い掃気性能が発揮される。   In the fourth embodiment, the lid 159 is disposed at a position where the communication port 154d is fully closed, and the first passage 154a and the second passage 155a are not in communication with each other, so that the exhaust in the exhaust manifold can be prevented. The distribution state is the first state. That is, when the communication port 154d is fully closed, the exhaust discharged from each cylinder 2 passes only through the first passage 154a whose flow path area is set smaller toward the downstream. And by setting it as this state, the speed | velocity | rate of exhaust_gas | exhaustion is raised and a high ejector effect by extension and high scavenging performance are exhibited.

一方、この第4実施形態では、蓋159が前記連通口154dを全開とする位置に配置されて、第1通路154aと第2通路155aとの連通量が最大とされ、これによりガス通路の流路面積は最大とされて、排気マニホールド内の排気の流通状態が第2状態とされる。すなわち、連通口154dが全開とされると、各気筒2から排出された排気は、第1通路154aに加えて第2通路155aとの両方を通過して集合部に流入することになる。そして、この状態とされることで、排気の速度は抑えられ、エゼクタ効果による負圧量、ひいては、掃気性能が低く抑えられる。   On the other hand, in the fourth embodiment, the lid 159 is disposed at a position where the communication port 154d is fully opened, and the amount of communication between the first passage 154a and the second passage 155a is maximized. The flow passage area is maximized, and the flow state of the exhaust gas in the exhaust manifold is set to the second state. That is, when the communication port 154d is fully opened, the exhaust discharged from each cylinder 2 passes through both the first passage 154a and the second passage 155a and flows into the collecting portion. And by setting it as this state, the speed | rate of exhaust_gas | exhaustion is suppressed and the amount of negative pressure by an ejector effect and by extension, scavenging performance are suppressed low.

また、この第4実施形態では、蓋159の位置が、連通口154dを全閉とする位置と、全開とする位置との間で連続的に変更されることで、独立排気通路452から集合部に流入するまでに排気が通過する通路の流路面積が変更される。   Further, in the fourth embodiment, the position of the lid 159 is continuously changed between a position where the communication port 154d is fully closed and a position where the communication port 154d is fully opened, so that the collective portion is separated from the independent exhaust passage 452. The flow passage area of the passage through which the exhaust passes is changed before flowing into the engine.

(7−4)第5実施形態
第1実施形態および第3実施形態では、絞り部内に形成されたガス通路の流路面積を変更することで、排気マニホールド内の排気の流通状態を、第1状態と、第2状態とに変更した場合について示したが、排気マニホールド内の排気の流通状態を変更する具体的構成はこれに限らない。
(7-4) Fifth Embodiment In the first and third embodiments, the flow state of the exhaust gas in the exhaust manifold is changed to the first by changing the flow passage area of the gas passage formed in the throttle portion. Although the case where the state is changed to the state and the second state is shown, the specific configuration for changing the flow state of the exhaust gas in the exhaust manifold is not limited to this.

例えば、図21および図22に示すような構成としてもよい。これらの図に示す第5実施形態に係るエンジンでは、第1実施形態と同様に、排気マニホールド450に、独立排気通路452と絞り部453とが設けられている。なお、これらの図は、排気マニホールド450のうち絞り部453よりも下流側の部分を省略した図である。一方、このエンジンでは、第1実施形態と異なり、気筒2毎に独立した独立排気通路452が設けられている。また、絞り部453内に形成されたガス通路の流路面積が変更不能とされている。また、独立排気通路452がその途中において互いに連通通路455により連通されている。また、この連通通路455に、この通路を開閉して連通通路455を介した独立排気通路452どうしの連通状態を変更可能なバルブ(連通状態変更手段、不図示)が設けられている。   For example, it is good also as a structure as shown to FIG. 21 and FIG. In the engine according to the fifth embodiment shown in these drawings, as in the first embodiment, the exhaust manifold 450 is provided with an independent exhaust passage 452 and a throttle portion 453. These drawings are views in which a portion of the exhaust manifold 450 on the downstream side of the throttle portion 453 is omitted. On the other hand, in this engine, unlike the first embodiment, an independent exhaust passage 452 is provided for each cylinder 2 independently. Further, the flow passage area of the gas passage formed in the throttle portion 453 cannot be changed. In addition, the independent exhaust passage 452 is communicated with each other by a communication passage 455 in the middle thereof. The communication passage 455 is provided with a valve (communication state changing means, not shown) capable of changing the communication state of the independent exhaust passages 452 via the communication passage 455 by opening and closing the passage.

具体的には、絞り部453は、内側に下流側に向かって流路面積が縮小する複数のガス通路453aが形成された筒状部材のみからなる。各ガス通路453aは、各独立排気通路452に接続されており、各気筒2から排出された排気は各ガス通路453aに個別に流入する。図21および図22に示す例では、4つの気筒2に対して、4つの独立排気通路452および4つのガス通路453aが設けられている。そして、これら4つのガス通路453aは、図22に示すように、各ガス通路453aが隣接するように円周上に配列されている。   Specifically, the throttle portion 453 is composed only of a cylindrical member in which a plurality of gas passages 453a whose flow area decreases toward the downstream side are formed inside. Each gas passage 453a is connected to each independent exhaust passage 452, and the exhaust discharged from each cylinder 2 individually flows into each gas passage 453a. In the example shown in FIGS. 21 and 22, four independent exhaust passages 452 and four gas passages 453 a are provided for four cylinders 2. Then, as shown in FIG. 22, these four gas passages 453a are arranged on the circumference so that the gas passages 453a are adjacent to each other.

また、前記連通通路455は、排気行程が連続しない気筒2に対応した独立排気通路452どうしを連通しており、前記バルブが全開とされて連通通路455を介して独立排気通路52どうしが連通された状態においても、各気筒2から排出された排気が干渉しないように構成されている。具体的には、第1気筒2aと第4気筒2dに対応する独立排気通路452どうしが連通され、第2気筒2bと第3気筒2cに対応する独立排気通路452どうしが連通されている。   The communication passage 455 communicates the independent exhaust passages 452 corresponding to the cylinders 2 where the exhaust stroke is not continuous. The valve is fully opened and the independent exhaust passages 52 communicate with each other through the communication passage 455. Even in this state, the exhaust discharged from each cylinder 2 is configured not to interfere. Specifically, the independent exhaust passages 452 corresponding to the first cylinder 2a and the fourth cylinder 2d communicate with each other, and the independent exhaust passages 452 corresponding to the second cylinder 2b and the third cylinder 2c communicate with each other.

この第5実施形態では、前記バルブが全閉とされることで、排気マニホールド450内の排気の流通状態は第1状態とされる。すなわち、前記バルブが全閉とされることで、各気筒2から排出された排気は、それぞれ1本の独立排気通路52および下流ほど流路面積が小さく設定された1本のガス通路453aのみを通過する状態とされる。そして、第1運転領域A1において、この状態とされることで、各独立排気通路452から排出された排気の速度はガス通路453の通過時に高められて、高いエゼクタ効果が発揮されることになる。   In the fifth embodiment, the exhaust state in the exhaust manifold 450 is set to the first state by fully closing the valve. That is, when the valve is fully closed, the exhaust discharged from each cylinder 2 passes through only one independent exhaust passage 52 and only one gas passage 453a whose flow area is set smaller toward the downstream. It is assumed to pass through. Then, in this state in the first operation region A1, the speed of the exhaust discharged from each independent exhaust passage 452 is increased when passing through the gas passage 453, and a high ejector effect is exhibited. .

一方、この第5実施形態では、前記バルブが全開とされることで、排気マニホールド450内の排気の流通状態は第2状態とされる。すなわち、前記バルブが全開とされることで、各気筒2から排出された排気は、対応する独立排気通路452に流入した後、連通通路455を介して他の独立排気通路452に分流し、前記排気は、2本の独立排気通路452に対応した2本のガス通路453aを含み、第1状態よりも流路面積の大きい通路を通過してノズル部58aに流入することになる。そして、第2運転領域A2において、この状態とされることで、各独立排気通路452から排出された排気の速度は弱められ、エゼクタ効果が弱められることになる。   On the other hand, in the fifth embodiment, when the valve is fully opened, the exhaust circulation state in the exhaust manifold 450 is set to the second state. That is, when the valve is fully opened, the exhaust discharged from each cylinder 2 flows into the corresponding independent exhaust passage 452, and then is branched to the other independent exhaust passage 452 via the communication passage 455. The exhaust gas includes two gas passages 453a corresponding to the two independent exhaust passages 452, passes through a passage having a larger flow path area than the first state, and flows into the nozzle portion 58a. Then, in this second operating region A2, by setting this state, the speed of the exhaust discharged from each independent exhaust passage 452 is weakened, and the ejector effect is weakened.

また、この第5実施形態では、バルブの開度が全閉と全開との間で連続的に変更されることで、独立排気通路452から絞り部453よりも下流側の通路(共通排気通路)内に流入するまでに排気が通過する通路の流路面積が変更される。具体的には、バルブの開度が全閉から全開に向かって大きくなるに従って流路面積は徐々に増大される。そして、各気筒2から排出された排気が対応する独立排気通路452とは別の独立排気通路452に分流する量が増大される。従って、この第5実施形態では、第3運転領域A3において、エンジン負荷が増大するほどバルブの開度が徐々に閉じ側に変更される。   Further, in the fifth embodiment, the opening degree of the valve is continuously changed between fully closed and fully opened, so that a passage downstream from the independent exhaust passage 452 than the throttle portion 453 (common exhaust passage). The flow passage area of the passage through which the exhaust passes before it flows in is changed. Specifically, the channel area gradually increases as the valve opening increases from fully closed to fully open. Then, the amount of the exhaust discharged from each cylinder 2 is divided into an independent exhaust passage 452 different from the corresponding independent exhaust passage 452 is increased. Therefore, in the fifth embodiment, in the third operation region A3, the valve opening is gradually changed to the closed side as the engine load increases.

(7−5)第6実施形態
また、排気マニホールド内の排気の流通状態を変更する構成として、図23に示すものを用いてもよい。
(7-5) Sixth Embodiment Further, the configuration shown in FIG. 23 may be used as a configuration for changing the exhaust flow state in the exhaust manifold.

この図23に示す第6実施形態に係るエンジンでは、第1実施形態と同様に、排気マニホールド550に、独立排気通路52と絞り部553とノズル部558aと混合部558bとディフューザー部558cとが設けられている。一方、このエンジンでは、第1実施形態と異なり、絞り部553内に形成された各ガス通路553aの流路面積が変更不能とされている。また、独立排気通路52の途中からそれぞれ絞り部553よりも下流側の部分である共通排気通路550aに延びて各独立排気通路52と共通排気通路550aとを接続し、排気を絞り部553をバイパスさせるバイパス通路555が設けられている。また、各バイパス通路555に、これらバイパス通路555を開閉するバイパスバルブ(バイパス通路開閉手段)555aが設けられている。ここで、第6実施形態では、各バイパス通路555は、共通排気通路550aのうち触媒装置60のケーシング61の上流端に接続されている。   In the engine according to the sixth embodiment shown in FIG. 23, as in the first embodiment, the exhaust manifold 550 is provided with the independent exhaust passage 52, the throttle portion 553, the nozzle portion 558a, the mixing portion 558b, and the diffuser portion 558c. It has been. On the other hand, in this engine, unlike the first embodiment, the flow passage area of each gas passage 553a formed in the throttle portion 553 cannot be changed. Further, each of the independent exhaust passages 52 extends from the middle of the independent exhaust passage 52 to the common exhaust passage 550a, which is a portion downstream of the throttle portion 553, connects the independent exhaust passage 52 and the common exhaust passage 550a, and bypasses the throttle portion 553. A bypass passage 555 is provided. Each bypass passage 555 is provided with a bypass valve (bypass passage opening / closing means) 555a for opening and closing these bypass passages 555. Here, in the sixth embodiment, each bypass passage 555 is connected to the upstream end of the casing 61 of the catalyst device 60 in the common exhaust passage 550a.

具体的には、絞り部553は、内側に下流側に向かって流路面積が縮小する複数のガス通路553aが形成された筒状部材のみからなる。各ガス通路553aは、各独立排気通路52に個別に接続されている。本実施形態では、第1実施形態と同様に、3つの独立排気通路52が設けられており、これらに対応して絞り部内には3つのガス通路553aが設けられている。これら3つのガス通路553aは、第1実施形態の第1ガス通路と同様に円周上に配列されている。   Specifically, the throttle portion 553 is composed only of a cylindrical member in which a plurality of gas passages 553a whose flow area decreases toward the downstream side are formed inside. Each gas passage 553a is individually connected to each independent exhaust passage 52. In the present embodiment, as in the first embodiment, three independent exhaust passages 52 are provided, and three gas passages 553a are provided in the throttle portion corresponding to these. These three gas passages 553a are arranged on the circumference like the first gas passages of the first embodiment.

この第6実施形態では、バイパスバルブ555aが全閉とされることで、排気マニホールド550内の排気の流通状態は第1状態とされる。すなわち、バイパスバルブ555aが全閉とされることで、各気筒2から排出された排気は、バイパス通路555側に分流することなくすべて、下流ほど流路面積が小さく設定されたガス通路553aに流入することになる。そして、この第6実施形態では、第1運転領域A1において、この状態とされることで、各独立排気通路52から排出された排気の速度はガス通路553aの通過時に高められて、高いエゼクタ効果が発揮されることになる。   In the sixth embodiment, the bypass valve 555a is fully closed, so that the exhaust circulation state in the exhaust manifold 550 is set to the first state. That is, when the bypass valve 555a is fully closed, all the exhaust discharged from each cylinder 2 flows into the gas passage 553a whose flow area is set smaller toward the downstream without being diverted to the bypass passage 555 side. Will do. And in this 6th Embodiment, in this 1st driving | running area | region A1, the speed of the exhaust_gas | exhaustion discharged | emitted from each independent exhaust passage 52 is raised at the time of passage of the gas passage 553a, and it is high ejector effect. Will be demonstrated.

一方、この第6実施形態では、バイパスバルブ555aが全開とされることで、排気マニホールド550内の排気の流通状態は第2状態とされる。具体的には、バイパスバルブ555aが全開とされることで、各気筒2から排出された排気は、対応する独立排気通路52に流入後、絞り部553内のガス通路553aとバイパス通路555とに分かれて流入し、その後触媒装置60のケーシング61の上流端で合流する。そのため、各独立排気通路52内の排気全体が共通排気通路550a、すなわち、ノズル部558aとケーシング61とに流入するまでに通過する通路の流路面積は絞り部553内のガス通路553aの流路面積とバイパス通路555の流路面積との合計面積となり、この通過通路の流路面積は第1状態よりも大きい面積とされる。そして、この第6実施形態では、第2運転領域A2において、この状態とされることで、各独立排気通路452から排出された排気の速度は弱められ、エゼクタ効果が弱められることになる。   On the other hand, in the sixth embodiment, the bypass valve 555a is fully opened, so that the exhaust flow state in the exhaust manifold 550 is set to the second state. Specifically, when the bypass valve 555a is fully opened, the exhaust discharged from each cylinder 2 flows into the corresponding independent exhaust passage 52 and then into the gas passage 553a and the bypass passage 555 in the throttle portion 553. It flows separately and then merges at the upstream end of the casing 61 of the catalyst device 60. Therefore, the flow passage area of the passage through which the entire exhaust in each independent exhaust passage 52 flows into the common exhaust passage 550a, that is, the nozzle portion 558a and the casing 61, is the flow passage of the gas passage 553a in the throttle portion 553. The total area of the area and the flow passage area of the bypass passage 555, and the flow passage area of the passage passage is larger than that in the first state. In the sixth embodiment, in this second operating region A2, this state reduces the speed of the exhaust discharged from each independent exhaust passage 452, and the ejector effect is weakened.

また、この第6実施形態では、バイパスバルブ555aが全閉と全開との間で連続的に変更されて、バイパス通路555の流路面積すなわち所定の独立排気通路552からバイパス通路555に分流した排気が通過する通路の流路面積が変更されることで、ガス通路553aの流路面積とバイパス通路555の流路面積との合計面積、ひいては、独立排気通路552から触媒装置60のケーシング61内に流入するまでに排気が通過する通路の流路面積が変更される。具体的には、バイパスバルブ555aの開度が全閉から全開に向かって大きくなるに従って流路面積が増大される。従って、この第6実施形態では、第3運転領域A3において、エンジン負荷が増大するほどバイパスバルブ555aの開度が徐々に閉じ側に変更される。   Further, in the sixth embodiment, the bypass valve 555a is continuously changed between fully closed and fully opened, and the flow area of the bypass passage 555, that is, the exhaust gas that is branched from the predetermined independent exhaust passage 552 to the bypass passage 555. By changing the flow path area of the passage through which the gas flows, the total area of the flow path area of the gas passage 553a and the flow path area of the bypass passage 555, and consequently, into the casing 61 of the catalyst device 60 from the independent exhaust passage 552. The flow path area of the passage through which the exhaust passes before it flows in is changed. Specifically, the flow path area increases as the opening degree of the bypass valve 555a increases from fully closed to fully open. Therefore, in the sixth embodiment, in the third operation region A3, the opening degree of the bypass valve 555a is gradually changed to the closed side as the engine load increases.

(7−6)その他の実施形態
また、前記第1実施形態では、図15を用いて、リーンHCCI燃焼モードにおける燃料の噴射時期や点火時期について例示したが、これはあくまで一例に過ぎず、燃料噴射時期や点火時期はエンジンの特性等によって適宜変更し得るものである。
(7-6) Other Embodiments In the first embodiment, the fuel injection timing and the ignition timing in the lean HCCI combustion mode are illustrated using FIG. 15, but this is only an example, and the fuel The injection timing and ignition timing can be appropriately changed depending on engine characteristics and the like.

また、前記実施形態では、リーンHCCI燃焼モードにおいて、G/Fを30以上に制御する場合について例示したが、G/Fではなく理論空燃比λを制御し、この理論空燃比をλ=2以上とする制御を実施してもよい。   In the above embodiment, the G / F is controlled to 30 or more in the lean HCCI combustion mode. However, the theoretical air-fuel ratio λ is controlled instead of G / F, and this theoretical air-fuel ratio is set to λ = 2 or more. You may implement control to.

2 気筒
10 排気ポート
11 吸気弁
12 排気弁
16 VVT(バルブ駆動手段)
17 VVL(バルブ駆動手段)
50 排気マニホールド
50a 共通排気通路
52 独立排気通路
53 絞り部
55f スライドアクチュエータ(通路状態変更手段)
100 ECU(制御手段)
2 cylinders 10 exhaust ports 11 intake valves 12 exhaust valves 16 VVT (valve drive means)
17 VVL (Valve drive means)
50 Exhaust manifold 50a Common exhaust passage 52 Independent exhaust passage 53 Throttle portion 55f Slide actuator (passage state changing means)
100 ECU (control means)

Claims (8)

吸気ポートと排気ポートとがそれぞれ形成されるとともに、前記吸気ポートを開閉可能な吸気弁と、前記排気ポートを開閉可能な排気弁と、を有する複数の気筒を備えた多気筒エンジンであって、
1つの気筒あるいは排気順序が互いに連続しない複数の気筒の排気ポートにそれぞれ接続された独立排気通路と、前記各独立排気通路よりも下流側に設けられて前記各独立排気通路を通過した排気が内側で集合する共通排気通路とを含む排気マニホールドと、
前記排気マニホールド内の排気の流通状態を、前記各独立排気通路内の排気が前記共通排気通路に流入するのに伴いエゼクタ効果によって他の独立排気通路内に負圧が生成されるように、前記各独立排気通路内の排気が、互いに近接しかつ流路面積が下流側ほど小さくなる通路をそれぞれ個別に通って前記共通排気通路に流入する第1状態と、前記各独立排気通路内の排気が前記第1状態よりも流路面積の大きい通路を通過して前記共通排気通路に流入する第2状態とに変更可能であるとともに、前記各独立排気通路内の排気が前記共通排気通路に流入するまでに通過する通路の流路面積を前記第1状態における面積と第2状態における面積との間で連続的に変更可能な通路状態変更手段と、
前記吸気弁と前記排気弁とを駆動可能なバルブ駆動手段と、
前記吸気弁と前記排気弁の動作、前記通路状態変更手段の動作、前記バルブ駆動手段の動作を制御可能な制御手段とを備え、
前記バルブ駆動手段は、前記排気弁を排気行程での開弁動作のほかに吸気行程で再度開弁させる再開弁動作の実行、停止が可能であり、
前記制御手段は、
ンジンの負荷が予め設定された第1基準負荷以上の第1運転領域において、前記バルブ駆動手段によって前記再開弁動作を停止させ、前記通路状態変更手段によって前記排気マニホールド内の排気の流通状態を前記第1状態にさせるとともに、前記各気筒の吸気弁の開弁期間と排気弁の開弁期間とが所定のオーバーラップ期間重複し、かつ、排気順序が連続する気筒間において一方の気筒の前記オーバーラップ期間が他方の気筒の排気弁が開弁している時期に重複するように、前記バルブ駆動手段により前記各気筒の吸気弁および排気弁を駆動させ、
ンジンの負荷が前記第1基準負荷よりも低い第2基準負荷未満の第2運転領域において、前記バルブ駆動手段によって前記再開弁動作を実行させるとともに、前記通路状態変更手段によって前記排気マニホールド内の排気の流通状態を前記第2状態にさせ、
前記第1運転領域と第2運転領域との間に設定されてエンジンの負荷が前記第2基準負荷以上かつ前記第1基準負荷未満の第3運転領域において、前記バルブ駆動手段によって前記再開弁動作を実行させるとともに、前記通路状態変更手段によって、前記各独立排気通路内の排気が前記共通排気通路に流入するまでに通過する通路の流路面積を、前記第2状態における面積から前記第1状態における面積まで、エンジンの負荷が増大するほど減少するように変更させることを特徴とする多気筒エンジン。
A multi-cylinder engine having a plurality of cylinders each having an intake port and an exhaust port, and having an intake valve capable of opening and closing the intake port and an exhaust valve capable of opening and closing the exhaust port,
Independent exhaust passages respectively connected to exhaust ports of one cylinder or a plurality of cylinders whose exhaust sequences are not continuous with each other, and exhaust gas that is provided downstream of each independent exhaust passage and passes through each independent exhaust passage is inside An exhaust manifold including a common exhaust passage gathering at
The exhaust gas in the exhaust manifold is circulated so that negative pressure is generated in the other independent exhaust passages due to the ejector effect as the exhaust gas in each independent exhaust passage flows into the common exhaust passage. A first state in which the exhaust in each independent exhaust passage flows into the common exhaust passage individually through passages that are close to each other and whose flow path area decreases toward the downstream side; and the exhaust in each independent exhaust passage It is possible to change to the second state where the passage passes through a passage having a larger flow area than the first state and flows into the common exhaust passage, and the exhaust in each independent exhaust passage flows into the common exhaust passage. Passage state changing means capable of continuously changing the flow passage area of the passage that passes by the area between the area in the first state and the area in the second state;
Valve driving means capable of driving the intake valve and the exhaust valve;
Control means capable of controlling the operation of the intake valve and the exhaust valve, the operation of the passage state changing means, the operation of the valve driving means,
The valve driving means is capable of executing and stopping a restart valve operation for opening the exhaust valve again in the intake stroke in addition to the valve opening operation in the exhaust stroke.
The control means includes
In the first reference load or more first operating region where the load of the engine is set in advance, said stopping the restarting valve operated by valve driving means, the flow state of the exhaust in the exhaust manifold by the passage state changing means In the first state, the opening period of the intake valve and the opening period of the exhaust valve of each cylinder overlap with each other by a predetermined overlap period, and the cylinders of the one cylinder are in a continuous exhaust sequence. Driving the intake valve and the exhaust valve of each cylinder by the valve driving means so that the overlap period overlaps with the timing when the exhaust valve of the other cylinder is open,
In the second operating region below the second reference load lower than the load of the engine is the first reference load, with to execute the resuming valve operated by said valve drive means, in the exhaust manifold by the passage state changing means The exhaust flow is changed to the second state,
In the third operation region that is set between the first operation region and the second operation region and the engine load is greater than or equal to the second reference load and less than the first reference load, the restart valve operation is performed by the valve driving means. And the flow path area of the passage through which the exhaust in each independent exhaust passage flows into the common exhaust passage by the passage state changing means is changed from the area in the second state to the first state. The multi-cylinder engine is made to change so as to decrease as the engine load increases up to the area at.
請求項1に記載の多気筒エンジンにおいて、
少なくとも一部がガソリンからなる燃料を前記気筒内に噴射するインジェクタを備え、
前記第2運転領域において、前記気筒内の混合気が自着火により燃焼する自着火燃焼モードが実行されることを特徴とする多気筒エンジン。
The multi-cylinder engine according to claim 1,
An injector for injecting at least a portion of gasoline fuel into the cylinder;
A multi-cylinder engine in which a self-ignition combustion mode in which the air-fuel mixture in the cylinder burns by self-ignition is executed in the second operation region.
請求項2に記載の多気筒エンジンにおいて、
前記第1運転領域および第3運転領域においても、前記気筒内の混合気が自着火により燃焼する自着火燃焼モードが実行されることを特徴とする多気筒エンジン。
The multi-cylinder engine according to claim 2,
A multi-cylinder engine in which a self-ignition combustion mode in which the air-fuel mixture in the cylinder burns by self-ignition is executed also in the first operation region and the third operation region.
請求項1〜3のいずれかに記載の多気筒エンジンにおいて、
前記排気マニホールドは、前記各独立排気通路の下流端と前記共通排気通路との間に介在して、前記各独立排気通路の下流端から排出された排気がそれぞれ独立して流入するとともに少なくとも前記第1状態において流路面積が下流側ほど小さくなる形状を呈する複数のガス通路が内側に形成された絞り部を有し、
前記通路状態変更手段は、前記各ガス通路の流路面積を変更可能であり、当該各ガス通路の流路面積を変更することで、前記各独立排気通路内の排気が前記共通排気通路に流入するまでに通過する通路の流路面積を前記第1状態における面積と第2状態における面積との間で変更することを特徴とする多気筒エンジン。
The multi-cylinder engine according to any one of claims 1 to 3,
The exhaust manifold is interposed between the downstream end of each independent exhaust passage and the common exhaust passage, and exhaust exhausted from the downstream end of each independent exhaust passage independently flows into at least the first exhaust manifold. In one state, a plurality of gas passages having a shape in which the flow channel area becomes smaller toward the downstream side have a throttle portion formed inside,
The passage state changing means can change the flow passage area of each gas passage, and the exhaust gas in each independent exhaust passage flows into the common exhaust passage by changing the flow passage area of each gas passage. A multi-cylinder engine characterized in that the flow passage area of the passage that passes by is changed between the area in the first state and the area in the second state.
請求項4に記載の多気筒エンジンにおいて、
前記各ガス通路は、前記各独立排気通路の下流端から前記共通排気通路まで延びて前記各独立排気通路とそれぞれ個別に連通する第1通路と、当該各第1通路と前記共通排気通路とに連通する第2通路とを含み、
前記通路状態変更手段は、前記第1通路と第2通路との連通量を変更することで前記各ガス通路の流路面積を変更することを特徴とする多気筒エンジン。
The multi-cylinder engine according to claim 4,
Each gas passage includes a first passage extending from a downstream end of each independent exhaust passage to the common exhaust passage and individually communicating with each independent exhaust passage, and each first passage and the common exhaust passage. A second passage that communicates,
The multi-cylinder engine characterized in that the passage state changing means changes the flow area of each gas passage by changing a communication amount between the first passage and the second passage.
請求項4に記載の多気筒エンジンにおいて、
前記各ガス通路は、前記各独立排気通路の下流端から前記共通排気通路まで延びて前記各独立排気通路とそれぞれ個別に連通する第1通路と、当該各第1通路と前記共通排気通路とに連通する第2通路とを含み、
前記通路状態変更手段は、前記第2通路の流路面積を変更することで前記各ガス通路の流路面積を変更することを特徴とする多気筒エンジン。
The multi-cylinder engine according to claim 4,
Each gas passage includes a first passage extending from a downstream end of each independent exhaust passage to the common exhaust passage and individually communicating with each independent exhaust passage, and each first passage and the common exhaust passage. A second passage that communicates,
The passage state changing means changes the flow passage area of each gas passage by changing the flow passage area of the second passage.
請求項1〜3のいずれかに記載の多気筒エンジンにおいて、
前記排気マニホールドは、前記各独立排気通路の下流端と前記共通排気通路との間に介在する絞り部と、前記各独立排気通路の途中に設けられて複数の独立排気通路どうしを連通する連通通路と、当該連通通路を介した独立排気通路どうしの連通状態を変更可能な連通状態変更手段とを備え、
前記絞り部の内側には、下流ほど流路面積が縮小する形状を有するとともに、前記各独立排気通路の下流端から排出された排気がそれぞれ独立して流入するように配置された複数のガス通路が形成されており、
前記通路状態変更手段は、前記連通状態変更手段によって前記連通通路を介した前記独立排気通路どうしの連通量を変更することで、前記各独立排気通路内の排気が前記共通排気通路に流入するまでに通過する通路の流路面積を前記第1状態における面積と第2状態における面積との間で変更することを特徴とする多気筒エンジン。
The multi-cylinder engine according to any one of claims 1 to 3,
The exhaust manifold includes a throttle portion interposed between a downstream end of each independent exhaust passage and the common exhaust passage, and a communication passage provided in the middle of each independent exhaust passage to communicate a plurality of independent exhaust passages. And a communication state changing means capable of changing the communication state of the independent exhaust passages via the communication passage,
A plurality of gas passages having a shape in which the flow passage area decreases toward the downstream side inside the throttle portion and exhaust gas discharged from the downstream ends of the independent exhaust passages flows independently. Is formed,
The passage state changing means changes the amount of communication between the independent exhaust passages via the communication passage by the communication state changing means, so that the exhaust in each independent exhaust passage flows into the common exhaust passage. The multi-cylinder engine is characterized in that the flow passage area of the passage that passes by the time is changed between the area in the first state and the area in the second state.
請求項1〜3のいずれかに記載の多気筒エンジンにおいて、
前記排気マニホールドは、前記各独立排気通路の下流端と前記共通排気通路との間に介在する絞り部と、前記各独立排気通路と前記共通排気通路とを連通して前記絞り部をバイパスさせるバイパス通路と、当該バイパス通路を開閉して当該バイパス通路を介した前記独立排気通路と前記共通排気通路との連通量を変更可能なバイパス通路開閉手段とを備え、
前記絞り部の内側には、下流ほど流路面積が縮小する形状を有するとともに、前記各独立排気通路の下流端から排出された排気がそれぞれ独立して流入するように配置された複数のガス通路が形成されており、
前記通路状態変更手段は、前記バイパス通路開閉手段によって前記バイパス通路を介した前記独立排気通路と前記共通排気通路との連通量を変更することで、前記各独立排気通路内の排気が前記共通排気通路に流入するまでに通過する通路の流路面積を前記第1状態
における面積と第2状態における面積との間で変更することを特徴とする多気筒エンジン。
The multi-cylinder engine according to any one of claims 1 to 3,
The exhaust manifold includes a throttle portion interposed between a downstream end of each independent exhaust passage and the common exhaust passage, and a bypass that bypasses the throttle portion by communicating each independent exhaust passage and the common exhaust passage. A bypass passage opening and closing means capable of changing a communication amount between the independent exhaust passage and the common exhaust passage via the bypass passage by opening and closing the bypass passage;
A plurality of gas passages having a shape in which the flow passage area decreases toward the downstream side inside the throttle portion and exhaust gas discharged from the downstream ends of the independent exhaust passages flows independently. Is formed,
The passage state changing means changes the amount of communication between the independent exhaust passage and the common exhaust passage via the bypass passage by the bypass passage opening / closing means, so that the exhaust in each independent exhaust passage is common to the common exhaust passage. A multi-cylinder engine characterized in that a flow passage area of a passage that passes through before entering the exhaust passage is changed between an area in the first state and an area in the second state.
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