JP3885697B2 - 火花点火式エンジンの制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、火花点火式エンジンの制御装置に関し、より詳しくは、多気筒エンジンにおいて燃費改善及びエミッション向上のために各気筒の燃焼状態および吸排気弁の開閉時期を制御する装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、火花点火式エンジンにおいて、各気筒内の混合気の空燃比を理論空燃比よりも大きいリーン空燃比とした状態で燃焼を行わせることにより燃費改善を図る技術が研究されており、燃焼室内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁を備え、低回転低負荷域等では上記燃料噴射弁から圧縮行程で燃料を噴射することにより成層燃焼を行わせ、これによって超リーン燃焼を実現するようにしたものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
このようなエンジンにおいては、排気ガス浄化用の触媒として通常の三元触媒（ＨＣ，ＣＯ及びＮＯｘに対して理論空燃比付近で浄化性能の高い触媒）だけではリーン運転時にＮＯｘに対して充分な浄化性能が得られないため、酸素過剰雰囲気でＮＯｘを吸着して酸素濃度低下雰囲気でＮＯｘの離脱、還元を行うリーンＮＯｘ触媒を設けている。そして、このようなリーンＮＯｘ触媒を用いる場合、リーン運転中にリーンＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸着量が増大したときは、例えば上記引用文献１に示されるように主燃焼以外に膨張行程中に追加燃料を噴射することで排気ガスの空燃比をリッチ化するとともにＣＯを生成し、これによってＮＯｘの離脱、還元を促進するようにしている。
【０００４】
上記のようなリーン運転を行うエンジンでは、リーン運転中のＮＯｘ浄化性能の確保のために上記リーンＮＯｘ触媒を必要とする。そして、高負荷域等の理論空燃比で運転される領域での排気浄化のために三元触媒も必要であって、この三元触媒に加えて上記リーンＮＯｘ触媒が設けられ、かつ、このリーンＮＯｘ触媒はＮＯｘ吸着量をある程度確保するために比較的大容量が必要となり、また、三元触媒と比べて高価であるため、コスト的に不利である。
【０００５】
しかも、上記リーンＮＯｘ触媒の浄化性能を維持するためには、上述のようにＮＯｘ吸着量が増大するような所定の期間毎に、ＮＯｘの離脱、還元のため追加燃料の供給等による一時的な空燃比のリッチ化を行う必要があり、これにより、リーン燃焼による燃費改善効果が目減りしてしまうことになる。
【０００６】
このような課題に対し、本願出願人は、吸気、圧縮、膨張、排気の各行程からなるサイクルを行う多気筒エンジンにおいて、少なくとも低負荷低回転域では、排気行程と吸気行程が重なる一対の気筒間において排気行程側の気筒である先行気筒から排出される既燃ガスをそのまま吸気行程側の気筒である後続気筒に導入し、この後続気筒から排出されるガスを三元触媒を備えた排気通路に導くようにするとともに、この２気筒接続状態にあるときに、上記先行気筒において理論空燃比よりも所定量大きいリーン空燃比とした状態で燃焼を行わせ、後続気筒では先行気筒から導入されたリーン空燃比の既燃ガスに燃料を供給して理論空燃比とした状態で燃焼を行わせるように燃焼状態等を制御することを考えた（特願２００２−０２４５４８号）。
【０００７】
これによると、少なくとも低負荷低回転域において、先行気筒ではリーン空燃比での燃焼が行われ、熱効率が高められるとともにポンピングロスが低減されることにより大幅な燃費改善効果が得られ、また、上記後続気筒では先行気筒から導入されたリーン空燃比の既燃ガスに燃料が供給されて理論空燃比とされた状態で燃焼が行われて、ポンピングロス低減による燃費効果が得られる。しかも、後続気筒から排出される理論空燃比の既燃ガスのみが三元触媒を備えた排気通路に導かれるため、三元触媒だけで充分に排気浄化性能が確保され、リーンＮＯｘ触媒も不要となる。
【０００８】
更に、後続気筒の燃焼を、圧縮行程後期に燃焼室内を高温、高圧にして燃料を自己着火させるようにした圧縮着火によるものとすれば、燃焼室全体に亘り一気に燃焼するため、仕事に寄与しない遅い燃焼が避けられ、燃費改善に一層有利となる。後続気筒を圧縮着火させるためには、燃焼室内を高温、高圧にする必要があるが、上記のように２気筒接続状態とすることにより、後続気筒には先行気筒から高温の既燃ガスが導入されるので、圧縮着火が可能となっている。
【０００９】
【特許文献１】
特開平１０−２７４０８５号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、三元触媒だけで充分に排気浄化性能を確保しつつ、大幅な燃費改善効果を得るためには、２気筒接続状態での燃焼制御を行い、特に圧縮着火による燃焼を行うことが有効である。後続気筒で圧縮着火を行うためには、燃焼室内が高温、高圧でなければならないが、逆に高温になり過ぎるとノッキング等の異常燃焼の虞がある。従って、適正に圧縮着火を行い得る運転領域は、燃焼室内が好適な温度、圧力となるような一定の範囲内とする必要がある。そして、より大きな燃費改善効果を得るために、その範囲を拡大することが望まれていた。
【００１１】
本発明は以上のような課題を考慮してなされたものであり、三元触媒だけで充分に排気浄化性能を確保しつつ、リーン燃焼やポンピングロス低減等による燃費改善効果を得るとともに、その寄与度の高い運転領域を拡大することにより、更に大きな燃費改善効果が得られる火花点火式エンジンの制御装置を提供するものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、各気筒が所定の位相差をもって吸気、圧縮、膨張、排気の各行程からなるサイクルを行うようになっている多気筒の火花点火式エンジンにおいて、少なくとも低負荷低回転域で、排気行程と吸気行程が重なる一対の気筒間において排気行程側の気筒である先行気筒から排出される既燃ガスがそのまま吸気行程側の気筒である後続気筒に気筒間ガス通路を介して導入され、この後続気筒から排出される排ガスが排気通路に導かれるような２気筒接続状態にガス流通経路を構成するとともに、上記２気筒接続状態にあるときに、上記先行気筒では理論空燃比よりも所定量大きいリーン空燃比とした状態で強制点火により燃焼を行わせ、上記後続気筒では、先行気筒から導入されたリーン空燃比の既燃ガスに実質的に理論空燃比となるような量の燃料を供給するとともに圧縮着火により燃焼を行わせるように各気筒の燃焼を制御する燃焼制御手段と、上記先行気筒に新気を導入する先行気筒吸気弁と、当該先行気筒から上記排気通路に排ガスを排出する先行気筒排気弁と、上記気筒間ガス通路から上記後続気筒に既燃ガスを導入する既燃ガス導入弁と、上記後続気筒に新気を導入する後続気筒吸気弁とを備え、少なくとも上記２気筒接続状態にあるときには、上記先行気筒吸気弁が開弁することで上記先行気筒に新気が導入されるとともに、上記既燃ガス導入弁が開弁することで上記気筒間ガス通路から上記後続気筒に既燃ガスが導入される一方、当該２気筒接続状態にあるときには、上記先行気筒排気弁と上記後続気筒吸気弁とは閉弁しており、上記２気筒接続状態となる運転領域のうち、少なくとも低負荷側の所定領域において、上記後続気筒の吸気行程下死点と上記既燃ガス導入弁の閉弁時期との間隔が、上記先行気筒の吸気行程下死点と上記先行気筒吸気弁の閉弁時期との間隔よりも短くなるように設定されていることを特徴とする火花点火式エンジンの制御装置である。
【００１３】
この構成によると、少なくとも低負荷低回転域において、先行気筒では空気が過剰に存在するリーン空燃比で、強制点火による燃焼が行われ、このリーン燃焼によって熱効率が高められるとともにポンピングロスが低減され、大幅な燃費善効果が得られる。また、後続気筒では、先行気筒から導入されたリーン空燃比の既燃ガスに追加燃料が供給されて圧縮着火による燃焼が行われる。先行気筒から気筒間ガス通路を介して導入されるガスは高温であるために、追加燃料の気化が促進されるうえ、圧縮着火により燃焼室全体に亘り一気に燃焼するので、仕事に寄与しない遅い燃焼が避けられ、高い燃費改善効果が得られる。また、先行気筒ではリーン空燃比で燃焼が行われることによりＮＯｘ発生量が比較的少なく抑えられ、後続気筒では、先行気筒から既燃ガスが導入されることで多量のＥＧＲ（排気再循環）が行われているのと同等の状態となることからＮＯｘの発生が充分に抑制され、排ガス浄化が促進される。
【００１４】
しかも後続気筒から排出される理論空燃比の燃焼による排ガスのみが排気通路に導かれるので、排気通路には三元触媒を備えるだけで充分に排気浄化性能が確保される。先行気筒で熱効率の良いリーン燃焼を行いながら、リーン燃焼を行う際に従来必要とされていた、比較的高価なリーンＮＯｘ触媒を必要としないので、コストを削減することができる。
【００１５】
更に、２気筒接続状態となる運転領域のうち、少なくとも低負荷側の所定領域において、上記後続気筒の吸気行程下死点と既燃ガス導入弁の閉弁時期との間隔が、上記先行気筒の吸気行程下死点と先行気筒吸気弁の閉弁時期との間隔よりも短くなるように設定されている。すなわち、後続気筒の既燃ガス導入弁（一種の吸気弁である）の閉弁時期を、新気を吸入する場合（先行気筒）に比べて早期（下死点に近い側）に閉じるようにしている。そのため、後続気筒での有効圧縮比を増大させることができる。
【００１６】
従来のエンジンでは、吸気弁の閉弁時期を、吸気行程下死点よりも遅らせる（クランク角で５０°程度）のが一般的である。これは吸入抵抗による吸気の遅れを補うためであり、下死点よりも遅れて閉じることにより新気の充填効率を向上させている。しかし一方では、ピストンが下死点を過ぎて上昇中にも吸気弁が開いているので、有効圧縮比は幾何学的圧縮比よりも小さくなっている。本構成によると、既燃ガス導入弁の閉弁時期をより下死点に近づけることができるので、有効圧縮比を幾何学的圧縮比に近づける、即ち増大させることができるのである。なお、このとき後続気筒に導入されるのはスロットルバルブに絞られた新気ではなく、先行気筒から排出された既燃ガスなので、既燃ガス導入弁を早期に閉じてもその充填は充分になされる。
【００１７】
後続気筒の有効圧縮比を増大させると、筒内温度が上昇するため、圧縮着火し易くなる。従って、筒内温度が上昇し難く、圧縮着火性の低い低負荷領域であっても、その圧縮着火性を向上させることができる。すなわち、圧縮着火による燃焼を行うことができる運転領域をより低負荷の領域まで拡大することができるので、更に燃費を向上させ、排ガス浄化を促進させることができる。
【００１８】
なお、各行程や上死点（ＴＤＣ）、下死点（ＢＤＣ）等の語は、ピストンの動作や位置を指すが、ピストン位置はクランク角の関数ともなっているので、一般になされているように、本明細書でも各行程やピストン位置をクランク角で示す表現に準ずる。たとえば、ピストンが上死点から下死点まで移動したとき、クランク軸が１８０°回転する場合、上死点と下死点との間隔はクランク角１８０°（以下１８０°ＣＡと記す）である。また、吸気弁の開弁時期や吸気弁の開弁期間などという場合の時期や期間の単位は、クランク角とする。
【００１９】
請求項２の発明は、請求項１記載の火花点火式エンジンの制御装置において、少なくとも上記２気筒接続状態にあるときに、上記後続気筒の排ガスを排出する後続気筒排気弁が設けられ、上記２気筒接続状態となる運転領域のうち、少なくとも低負荷側の所定領域において、上記後続気筒排気弁を、上記後続気筒の排気行程上死点までは開弁しつつ、上記既燃ガス導入弁の開弁時期が、上記後続気筒の吸気行程上死点となるように設定されていることを特徴とする。
【００２０】
このようにすると、後続気筒の排気行程上死点付近で、後続気筒排気弁と既燃ガス導入弁とが共に開弁している期間（いわゆるバルブオーバーラップ）を短縮することができる（零とする場合も含む）。従来の一般的な設定は、吸気弁の開弁時期を吸気行程上死点よりも早期（５〜１０°ＣＡ程度）としていたところ、本構成ではそれを吸気行程上死点に合わせているからである。このようにバルブオーバーラップを短縮することにより、後続気筒に導入された既燃ガスが、そのまま後続気筒排気弁を通して排気通路に排出される、いわゆる吹き抜けが防止されるとともに、後続気筒の有効圧縮率を増大させることができる。有効圧縮比の増大に伴い、圧縮着火性が向上するので、上記のように更に燃費を向上させ、排ガス浄化を促進させることができる。
【００２１】
請求項３の発明は、請求項１または２記載の火花点火式エンジンの制御装置において、上記２気筒接続状態となる運転領域のうち、高負荷側の所定領域において、上記既燃ガス導入弁の閉弁時期が、低負荷側の所定領域にあるときの該時期よりも遅れ側に設定されていることを特徴とする。
【００２２】
このようにすると、比較的高負荷であり、筒内温度が高く、圧縮着火性は高いものの、その筒内温度が必要以上に高過ぎて逆にノッキング等の異常燃焼が発生する虞のある場合、既燃ガス導入弁の閉弁時期を遅らせることにより、後続気筒の有効圧縮比を小さくすることができる。後続気筒の有効圧縮比を小さくすると筒内温度が低下するので、ノッキング等の異常燃焼の発生を防止することができる。従って、異常燃焼を伴わずに圧縮着火による燃焼を行い得る運転領域を、より高負荷側に拡大することができ、更に燃費を向上させ、排ガス浄化を促進させることができる。
【００２３】
請求項４の発明は、請求項１または２記載の火花点火式エンジンの制御装置において、上記２気筒接続状態となる運転領域のうち、高負荷高回転側の所定領域において、上記既燃ガス導入弁の閉弁時期が、低負荷低回転側の所定領域にあるときの該時期よりも遅れ側に設定されていることを特徴とする。
【００２４】
このようにすると、請求項３の発明に加え、回転数も考慮した制御を行うことができる。筒内温度は回転数によっても変化するので、制御条件として回転数を考慮することにより、より詳細で適切な圧縮着火性の制御ができる。
【００２５】
請求項５の発明は、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の火花点火式エンジンの制御装置において、少なくとも上記２気筒接続状態にあるときに、上記先行気筒の既燃ガスを上記気筒間ガス通路に排出する既燃ガス排出弁が設けられ、上記２気筒接続状態となる運転領域において、上記既燃ガス排出弁の閉弁時期が、上記既燃ガス導入弁の閉弁時期よりも進み側に設定されるとともに、上記既燃ガス排出弁の開弁期間と上記既燃ガス導入弁の開弁期間とをそれぞれ個別に一定の所定値としつつ、少なくともエンジン負荷に応じて、上記既燃ガス排出弁の開弁時期と上記既燃ガス導入弁の開弁時期とが、その時期差を一定に保ちながら前後に変動するように設定されていることを特徴とする。
【００２６】
このようにすると、既燃ガス排出弁の閉弁時期をエンジン負荷に応じて前後に変動させることができるので、比較的低負荷のときに既燃ガス導入弁の閉弁時期を下死点付近まで早期化させ、有効圧縮比を増大させることができる。
【００２７】
このとき、既燃ガス排出弁の閉弁時期は、既燃ガス導入弁の閉弁時期よりも進み側となっているため、上死点よりも前になる。これは、従来のエンジンの一般的な排気弁の閉弁時期（上死点後５０°ＣＡ程度）よりも早期になっている。既燃ガス排出弁を早期に閉じることにより、先行気筒の既燃ガスの残存量が増大する（以下内部ＥＧＲの増大という）。先行気筒の内部ＥＧＲが増大すると、その筒内温度が上昇するので、先行気筒から排出され、後続気筒に導入される既燃ガスの温度が上昇する。
【００２８】
すなわち、後続気筒の有効圧縮比を増大させるとともに、後続気筒に導入される既燃ガス温度を上昇させることができる。その結果、後続気筒の筒内温度を上昇させて圧縮着火性を向上させることができる。このようにして圧縮着火による燃焼を行うことができる運転領域をより低負荷の領域まで拡大することができるので、更に燃費を向上させ、排ガス浄化を促進させることができる。
【００２９】
一方、比較的高負荷のときは全体的に開弁期間を遅らせることにより、既燃ガス導入弁の閉弁時期を吸気行程下死点よりも遅らせるとともに、既燃ガス排出弁の閉弁時期を遅らせることができる。既燃ガス導入弁を下死点よりも遅らせて閉じることにより後続気筒の有効圧縮比を減少させることができる。また既燃ガス排出弁の開弁時期を遅らせることにより、先行気筒の内部ＥＧＲを減少させ、後続気筒に導入される既燃ガス温度を低下させることができる。
【００３０】
すなわち、後続気筒の有効圧縮比を減少させるとともに、後続気筒に導入される既燃ガス温度を低下させることができる。その結果、後続気筒の筒内温度が高くなり過ぎて異常燃焼を起こすことを防止することができる。従って、異常燃焼を伴わずに圧縮着火による燃焼を行い得る運転領域を、より高負荷側に拡大することができ、更に燃費を向上させ、排ガス浄化を促進させることができる。
【００３１】
なお、各弁の開閉時期を変動させるにあたり、既燃ガス排出弁の開弁期間と既燃ガス導入弁の開弁期間とをそれぞれ個別に一定の所定値としつつ、これらの開弁時期の時期差を一定に保つようにしている。このようにすると、各弁の開閉に関る各カムの形状によって各弁の開閉時期が一義的に設定される構造のエンジンでは、カムの切換等をする必要がなく、各弁に関るカムは常に同一のカムを使用することができる。そして開弁時期の変動は、その弁の開閉に関るカムと一体回転するカムシャフトと、クランクシャフトとの位相（相対角度）を変動させることによりなすようにすれば良いので、対象となるエンジンの構造を、それぞれのカムを独立して制御するものよりも簡単にすることができ、小型、軽量、低コストのエンジンとすることができる。
【００３２】
請求項６の発明は、各気筒が所定の位相差をもって吸気、圧縮、膨張、排気の各行程からなるサイクルを行うようになっている多気筒の火花点火式エンジンにおいて、少なくとも低負荷低回転域で、排気行程と吸気行程が重なる一対の気筒間において排気行程側の気筒である先行気筒から排出される既燃ガスがそのまま吸気行程側の気筒である後続気筒に気筒間ガス通路を介して導入され、この後続気筒から排出される排ガスが排気通路に導かれるような２気筒接続状態にガス流通経路を構成するとともに、上記２気筒接続状態にあるときに、上記先行気筒では理論空燃比よりも所定量大きいリーン空燃比とした状態で強制点火により燃焼を行わせ、上記後続気筒では、先行気筒から導入されたリーン空燃比の既燃ガスに実質的に理論空燃比となるような量の燃料を供給するとともに圧縮着火により燃焼を行わせるように各気筒の燃焼を制御する燃焼制御手段と、上記先行気筒に新気を導入する先行気筒吸気弁と、当該先行気筒から上記排気通路に排ガスを排出する先行気筒排気弁と、上記気筒間ガス通路から上記後続気筒に既燃ガスを導入する既燃ガス導入弁と、上記後続気筒に新気を導入する後続気筒吸気弁とを備え、少なくとも上記２気筒接続状態にあるときには、上記先行気筒吸気弁が開弁することで上記先行気筒に新気が導入されるとともに、上記既燃ガス導入弁が開弁することで上記気筒間ガス通路から上記後続気筒に既燃ガスが導入される一方、当該２気筒接続状態にあるときには、上記先行気筒排気弁と上記後続気筒吸気弁とは閉弁しており、上記２気筒接続状態となる運転領域のうち、少なくとも低負荷側の所定領域において、上記既燃ガス導入弁の開弁期間が上記先行気筒吸気弁の開弁期間よりも短く、かつ上記後続気筒の吸気行程下死点と上記既燃ガス導入弁の閉弁時期との間隔が、上記先行気筒の吸気行程下死点と上記先行気筒吸気弁の閉弁時期との間隔よりも短くなるように設定されていることを特徴とする火花点火式エンジンの制御装置である。
【００３３】
この構成によると、請求項１の作用効果と同様、先行気筒ではリーン燃焼によって熱効率が高められるとともにポンピングロスが低減され、大幅な燃費善効果が得られるとともに、後続気筒では圧縮着火による燃焼を行うことで更に高い燃費改善効果が得られる。また、三元触媒を備えるだけで低コストでありながら充分に排気浄化性能が確保される。
【００３４】
更に、比較的低負荷の走行状態のとき、後続気筒の既燃ガス導入弁の開弁期間が先行気筒吸気弁の開弁期間よりも短く、かつ既燃ガス導入弁の閉弁時期が先行気筒吸気弁の閉弁時期よりも吸気下死点に近くなるようにできるので、相対的に既燃ガス導入弁の閉弁時期を早期化することができ、後続気筒の有効圧縮比を増大させることができる。後続気筒の有効圧縮比を増大させると、筒内温度が上昇するため、圧縮着火し易くなる。従って、筒内温度が上昇し難く、圧縮着火性の低い低負荷領域であっても、その圧縮着火性を向上させることができ、上記のように更に燃費を向上させ、排ガス浄化を促進させることができる。
【００３５】
請求項７の発明は、請求項６記載の火花点火式エンジンの制御装置において、少なくとも上記２気筒接続状態にあるときに、上記後続気筒の排ガスを排出する後続気筒排気弁が設けられ、上記２気筒接続状態となる運転領域のうち、少なくとも低負荷側の所定領域において、上記既燃ガス導入弁の開弁期間が、上記後続気筒排気弁の開弁期間よりも短くなるように設定されていることを特徴とする。
【００３７】
このようにすると、いずれも相対的に既燃ガス導入弁の閉弁時期を早期化することとなる。そのため、後続気筒の有効圧縮比を増大させることができ、上記のように更に燃費を向上させ、排ガス浄化を促進させることができる。
【００３８】
請求項８の発明は、請求項６に記載の火花点火式エンジンの制御装置において、少なくとも上記２気筒接続状態にあるときに、上記先行気筒の既燃ガスを上記気筒間ガス通路に排出する既燃ガス排出弁が設けられ、上記２気筒接続状態となる運転領域のうち、少なくとも低負荷側の所定領域において、上記既燃ガス導入弁の開弁時期が、上記既燃ガス排出弁の開弁時期よりも遅れ側に設定されていることを特徴とする。
【００３９】
このようにすると、既燃ガス導入弁の閉弁時期を吸気行程下死点付近に設定することができるので、後続気筒の有効圧縮比を増大させることができ、上記のように更に燃費を向上させ、排ガス浄化を促進させることができる。
【００４０】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明の第１の実施形態によるエンジンの概略構成を示し、図２はエンジン本体１の一つの気筒とそれに対して設けられた吸・排気弁等の構造を概略的に示している。これらの図において、エンジン本体１は複数の気筒を有し、図示の実施形態では４つの気筒２Ａ〜２Ｄを有している。各気筒２Ａ〜２Ｄにはピストン３が嵌挿され、ピストン３の上方に燃焼室４が形成されている。
【００４１】
各気筒２Ａ〜２Ｄの燃焼室４の頂部には点火プラグ７が装備され、そのプラグ先端が燃焼室４内に臨んでいる。この点火プラグ７には、電子制御による点火時期のコントロールが可能な点火回路８が接続されている。
【００４２】
燃焼室４の側方部には、燃焼室4内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁９が設けられている。この燃料噴射弁９は、図略のニードル弁及びソレノイドを内蔵し、パルス信号が入力されることにより、そのパルス入力時期にパルス幅に対応する時間だけ駆動されて開弁し、その開弁時間に応じた量の燃料を噴射するように構成されている。なお、この燃料噴射弁９には、図外の燃料ポンプにより燃料供給通路等を介して燃料が供給され、かつ、圧縮行程での燃焼室内の圧力よりも高い燃料圧力を与え得るように燃料供給系統が構成されている。
【００４３】
また、各気筒２Ａ〜２Ｄの燃焼室４に対して吸気ポート１１、１１ａ，１１ｂ及び排気ポート１２、１２ａ，１２ｂが開口し、これらのポートに吸気通路１５、排気通路２０等が接続されるとともに、各ポートにはそれぞれ先行気筒吸気弁３１、後続気筒吸気弁３１ａ、既燃ガス導入弁３１ｂ、後続気筒排気弁３２、先行気筒排気弁３２ａおよび既燃ガス排出弁３２ｂ（これらの弁は従来エンジンの吸排気弁に相当する）が設けられている。更にその上方にはカムシャフト３３，３４と、これらと一体回転するカム２６，２７が設けられている。
【００４４】
そして、各気筒が所定の位相差をもって吸気、圧縮、膨張、排気の各行程からなるサイクルを行うようになっており、４気筒エンジンの場合、気筒列方向一端側から１番気筒２Ａ、２番気筒２Ｂ、３番気筒２Ｃ、４番気筒２Ｄと呼ぶと、図５に示すように上記サイクルが１番気筒２Ａ、３番気筒２Ｃ、４番気筒２Ｄ、２番気筒２Ｂの順にクランク角で１８０°ずつの位相差をもって行われるようになっている。なお、図５において、ＥＸは排気行程、ＩＮは吸気行程であり、また、Ｆは燃料噴射、Ｓは強制点火を表し、図中の星マークは圧縮着火（条件によっては強制点火）が行われることを表している。
【００４５】
排気行程と吸気行程が重なる一対の気筒間には、排気行程と吸気行程が重なるときの排気行程側の気筒（当明細書ではこれを先行気筒と呼ぶ）から吸気行程側の気筒（当明細書ではこれを後続気筒と呼ぶ）へ既燃ガスをそのまま導くことができるように、気筒間ガス通路２２が設けられている。当実施形態の４気筒エンジンでは、図５に示すように１番気筒２Ａの排気行程（ＥＸ）と２番気筒２Ｂの吸気行程（ＩＮ）とが重なり、また４番気筒２Ｄの排気行程（ＥＸ）と３番気筒２Ｃの吸気行程（ＩＮ）が重なるので、１番気筒２Ａと２番気筒２Ｂ、及び、４番気筒２Ｄと３番気筒２Ｃがそれぞれ一対をなし、１番気筒２Ａ及び４番気筒２Ｄが先行気筒、２番気筒２Ｂ及び３番気筒２Ｃが後続気筒となる。
【００４６】
各気筒の吸・排気ポートとこれに接続される吸気通路、排気通路及び気筒間ガス通路は、具体的には次のように構成されている。
【００４７】
先行気筒である１番気筒２Ａ及び４番気筒２Ｄには、それぞれ、新気を導入するための吸気ポート１１と、既燃ガス（排気ガス）を排気通路に送り出すための第１排気ポート１２ａと、既燃ガスを後続気筒に導出するための第２排気ポート１２ｂとが配設されている。また、後続気筒である２番気筒２Ｂ及び３番気筒２Ｃには、それぞれ、新気を導入するための第１吸気ポート１１ａと、先行気筒からの既燃ガスを導入するための第２吸気ポート１１ｂと、既燃ガスを排気通路に送り出すための排気ポート１２とが配設されている。
【００４８】
図１に示す例では、１番，４番気筒２Ａ，２Ｄにおける吸気ポート１１および２番，３番気筒２Ｂ，２Ｃにおける第１吸気ポート１１ａが、１気筒当り２個ずつ、燃焼室の左半部側に並列的に設けられる一方、１番，４番気筒２Ａ，２Ｄにおける第１排気ポート１２ａ及び第２排気ポート１２ｂならびに２番，３番気筒２Ｂ，２Ｃにおける第２吸気ポート１１ｂ及び排気ポート１２が、燃焼室の右半部側に並列的に設けられている。
【００４９】
１番，４番気筒２Ａ，２Ｄにおける吸気ポート１１および２番，３番気筒２Ｂ，２Ｃにおける第１吸気ポート１１ａには、吸気通路１５における気筒別の分岐吸気通路１６の下流端が接続されている。各分岐吸気通路１６の下流端近傍には、共通の軸を介して互いに連動する多連スロットル弁１７が設けられており、この多連スロットル弁１７は制御信号に応じてアクチュエータ１８により駆動され、吸入空気量を調節するようになっている。なお、吸気通路１５における集合部より上流の共通吸気通路には吸気流量を検出するエアフローセンサ１９が設けられている。
【００５０】
１番，４番気筒２Ａ，２Ｄにおける第１排気ポート１２ａおよび２番，３番気筒２Ｂ，２Ｃにおける排気ポート１２には、排気通路２０における気筒別の分岐排気通路２１の上流端が接続されている。また、１番気筒２Ａと２番気筒２Ｂとの間及び３番気筒２Ｃと４番気筒２Ｄとの間にそれぞれ気筒間ガス通路２２が設けられ、先行気筒である１番，４番気筒２Ａ，２Ｄの第２排気ポート１２ｂに気筒間ガス通路２２の上流端が接続されるとともに、後続気筒である２番，３番気筒２Ｂ，２Ｃの第２吸気ポート１１ｂに気筒間ガス通路２２の下流端が接続されている。
【００５１】
気筒間ガス通路２２には、酸素濃度に応じて出力がリニアに変化するリニアＯ2センサ２５が設けられており、その出力に応じ、所定のリーン空燃比とされる先行気筒２Ａ，２Ｄに対する燃料噴射量がフィードバック制御される。
【００５２】
排気通路２０における分岐排気通路２１の下流の集合部には排気ガス中の酸素濃度を検出することにより空燃比を検出するＯ2センサ２３が設けられている。Ｏ2センサ２３は、理論空燃比付近で出力が急変するλＯ2センサであり、このＯ2センサ２３の出力に基いて後続気筒２Ｂ，２Ｃ（各気筒独立状態のときは気筒２Ａ，２Ｄを含む）に対する燃料噴射量がフィードバック制御される。さらにＯ2センサ２３の下流の排気通路２０には排気浄化用の三元触媒２４が設けられている。この三元触媒２４は、一般に知られているように、排気ガスの空燃比が理論空燃比（つまり空気過剰率λがλ＝１）付近にあるときにＨＣ，ＣＯ及びＮＯｘに対して高い浄化性能を示す触媒である。
【００５３】
各気筒の吸・排気ポートを開閉する各弁とこれらに対する動弁機構は、次のようになっている。
【００５４】
１番，４番気筒２Ａ，２Ｄにおける吸気ポート１１、第１排気ポート１２ａ及び第２排気ポート１２ｂにはそれぞれ先行気筒吸気弁３１、先行気筒排気弁３２ａ及び既燃ガス排出弁３２ｂが設けられ、また、２番，３番気筒２Ｂ，２Ｃにおける第１吸気ポート１１ａ、第２吸気ポート１１ｂ及び排気ポート１２にはそれぞれ後続気筒吸気弁３１ａ、既燃ガス導入弁３１ｂおよび後続気筒排気弁３２が設けられている。これらの各弁は、各気筒が吸気行程または排気行程にあるときにカム２６，２７に押し下げられて開くが、その開閉時期は必ずしも上死点や下死点に限らず、必要に応じて数度ＣＡ（クランク角）〜数十度ＣＡずれた時期に設定されている。
【００５５】
更に当実施形態では、カム位相可変機構３３ａ，３４ａによって各弁の開閉時期を条件に応じて変動させたり、弁停止機構３５によって閉じ切りにしたりするようになっている。
【００５６】
カム位相可変機構３３ａ，３４ａは、カムシャフト３３，３４の回転位相をクランクシャフトの回転位相に対して変動させる、従来から知られた機構である。図１に示すようにカムシャフト３３にはカム位相可変機構３３ａが、カムシャフト３４にはカム位相可変機構３４ａが設けられており、それぞれ独立して制御されている（図３参照）。従って、カムシャフト３３の回転によって開閉する先行気筒吸気弁３１および後続気筒吸気弁３１ａの開閉時期は、カム位相可変機構３３ａによって全体的に前後に変動する。同様に、カムシャフト３４の回転によって開閉する既燃ガス導入弁３１ｂ、後続気筒排気弁３２、先行気筒排気弁３２ａおよび既燃ガス排出弁３２ｂの開閉時期は、カム位相可変機構３４ａによって全体的に前後に変動する。
【００５７】
弁停止機構３５は、各弁を作動状態と停止状態とに切換えるもので、後続気筒吸気弁３１ａ、既燃ガス導入弁３１ｂ、先行気筒排気弁３２ａおよび既燃ガス排出弁３２ｂに設けられている。その機構は従来から知られているため詳しい図示は省略するが、例えば、カムと弁軸との間に介装されたタペットに作動油の給排が可能な油圧室が設けられ、この油圧室に作動油が供給されている状態ではカムの作動が弁に伝えられて弁が開閉作動され、油圧室から作動油が排出されたときにはカムの作動が弁に伝えられなくなることで弁が停止されるようになっているものである。後続気筒吸気弁３１ａおよび先行気筒排気弁３２ａの弁停止機構３５に対する作動油給排用の通路３６には、第１コントロール弁３７が設けられており、既燃ガス導入弁３１ｂおよび既燃ガス排出弁３２ｂに対する作動油給排用の通路３８には、第２コントロール弁３９が設けられている（図３参照）。
【００５８】
図３は当実施形態における駆動、制御系統の構成を示している。この図において、マイクロコンピュータ等からなるエンジン制御用のＥＣＵ（コントロールユニット）４０には、エアフローセンサ１９、Ｏ2センサ２３およびリニアＯ2センサ２５からの信号が入力され、運転状態を判別するためにエンジン回転数を検出する回転数センサ４７とアクセル開度（アクセルペダル踏込み量）を検出するアクセル開度センサ４８とからの信号が入力される。このＥＣＵ４０から、点火回路８、各燃料噴射弁９、多連スロットル弁１７のアクチュエータ１８、第１，第２のコントロール弁３７，３９およびカム位相可変機構３３ａ，３４ａのそれぞれに対して制御信号が出力される。
【００５９】
上記ＥＣＵ４０は、少なくとも低負荷低回転域で、ガス流通経路を２気筒接続状態（図６参照）としつつ燃焼を行わせる制御手段を構成するものであって、運転状態判別手段４１、弁停止機構制御手段４２、吸入空気量制御手段４３、燃焼制御手段４４およびカム位相制御手段４９を備えている。
【００６０】
運転状態判別手段４１は、回転数センサ４７およびアクセル開度センサ４８等からの信号によりエンジンの運転状態（エンジン回転数およびエンジン負荷）を調べ、運転状態が図４に示すような低負荷低回転側の運転領域Ａ（エンジン負荷Ｔ１以下かつエンジン回転数ｒ１以下）と、高負荷側ないし高回転側の運転領域Ｂ（エンジン負荷がＴ１を超えるか又はエンジン回転数がｒ１を越える）とのいずれの領域にあるかを判別する。運転領域Ａの中でも、運転領域Ａ１は比較的低負荷低回転の領域であり、運転領域Ａ２は比較的高負荷高回転の領域である。所定の条件下（たとえばエンジンが完全に暖機された状態）において、運転領域Ａでは２気筒接続状態とする特殊運転モードでの運転を行い、運転領域Ｂでは各気筒独立状態とする通常運転モードでの運転を行う。
【００６１】
弁停止機構制御手段４２は、特殊運転モードと通常運転モードとに応じ、上記各コントロール弁３７，３９を制御することにより、各弁停止機構３５を次のように制御する。
【００６２】
【００６３】
吸入空気量制御手段４３は、アクチュエータ１８を制御することによりスロットル弁１７の開度（スロットル開度）を制御するものであり、運転状態に応じてマップ等から目標吸入空気量を求め、その目標吸入空気量に応じてスロットル開度を制御する。この場合、特殊運転モードでは、後述のように後続気筒（２番、３番気筒２Ｂ，２Ｃ）においては分岐吸気通路１６からの吸気導入が遮断された状態で先行気筒から導入されるガス中の過剰空気と新たに供給される燃料との比が理論空燃比（以下これを実質的な理論空燃比という）とされつつ燃焼が行われるので、先行、後続の２気筒分の要求トルクに応じた燃料の燃焼に必要な量の空気（２気筒分の燃料の量に対して理論空燃比となる量の空気）が先行気筒（１番、４番気筒２Ａ，２Ｄ）に供給されるように、スロットル開度が調節される。
【００６４】
燃焼制御手段４４は、燃料噴射制御手段４５と点火制御手段４６とからなっており、燃料噴射制御手段４５により、各気筒２Ａ〜２Ｄに設けられた燃料噴射弁９からの燃料噴射量及び噴射タイミングをエンジンの運転状態に応じて制御するとともに、点火制御手段４６により運転状態に応じた点火時期の制御及び点火停止等の制御を行う。そして、特に運転状態が特殊運転モードである場合と通常運転モードである場合とで燃焼の制御（燃料噴射の制御及び点火の制御）が変更される。
【００６５】
すなわち、特殊運転モードの場合、先行気筒（１番、４番気筒２Ａ，２Ｄ）に対しては、空燃比を理論空燃比よりも大きいリーン空燃比、好ましくは理論空燃比の略２倍もしくはそれ以上とするように燃料噴射量を制御するとともに、圧縮行程で燃料を噴射して混合気の成層化を行わせるように噴射タイミングを設定し、かつ、圧縮上死点付近で強制点火を行わせるように点火タイミングを設定する。一方、後続気筒（２番、３番気筒２Ｂ，２Ｃ）に対しては、先行気筒から導入されたリーン空燃比の既燃ガスに対して燃料を供給し、実質的な理論空燃比となるように燃料噴射量を制御するとともに、吸気行程で燃料を噴射するように噴射タイミングを設定する。そして運転状態に応じて圧縮着火または強制点火による燃焼を行う。
【００６６】
通常運転モードの場合には、各気筒２Ａ〜２Ｄの空燃比を理論空燃比もしくはそれ以下とするように燃料噴射量を制御し、例えば通常運転モードのうちの大部分の領域において理論空燃比とし、全開負荷及びその付近の運転領域で理論空燃比よりリッチとする。そして、この場合に、各気筒２Ａ〜２Ｄに対して吸気行程で燃料を噴射して混合気を均一化するように噴射タイミングを設定し、かつ、各気筒２Ａ〜２Ｄとも強制点火を行わせるようにする。
【００６７】
カム位相制御手段４９は、運転状態判別手段４１の結果に基き、カム位相可変機構３３ａ，３４ａの制御を行う。制御の詳細は後述するが、例えば特殊運転モードにおいて、比較的低負荷低回転の領域（図４の領域Ａ１）ではカム２７の位相を進ませる側にカム位相可変機構３４ａを制御し、カムシャフト３４の回転によって作動する既燃ガス排出弁３２ｂ、既燃ガス導入弁３１ｂおよび後続気筒排気弁３２の開閉時期が全体的に早期になるように設定する。一方、比較的高負荷高回転の領域（図４の領域Ａ２）ではカム２７の位相を遅らせる側にカム位相可変機構３４ａを制御し、カムシャフト３４の回転によって作動する既燃ガス排出弁３２ｂ、既燃ガス導入弁３１ｂおよび後続気筒排気弁３２の開閉時期が全体的に遅れるよう設定する。なお、カム位相可変機構３３ａ，３４ａは作動中の弁に対して作用するので、弁停止機構３５によって停止状態となっている弁は、カム位相可変機構３３ａ，３４ａの制御にかかわらず停止状態を維持する。
【００６８】
以上のような当実施形態の装置の作用を、図５〜図９を参照しつつ説明する。
特殊運転モードでは前述のように先行気筒排気弁３２ａ及び後続気筒吸気弁３１ａが停止状態、既燃ガス排出弁３２ｂ及び既燃ガス導入弁３１ｂが作動状態とされることにより、実質的な新気及びガスの流通経路は図６に示すようになり、先行気筒（１番，４番気筒）２Ａ，２Ｄから排出される既燃ガスがそのまま気筒間ガス通路２２を介して後続気筒（２番，３番気筒）２Ｂ，２Ｃに導入されるとともに、この後続気筒２Ｂ，２Ｃから排出されるガスのみが排気通路２０に導かれるような２気筒接続状態とされる。
【００６９】
この状態において、先行気筒２Ａ，２Ｄにそれぞれ吸気行程で吸気通路１５から新気が導入され（図６中の矢印ａ）、先行気筒２Ａ，２ＤではリニアＯ2センサ２５により検出される空燃比が理論空燃比の略２倍ないしそれ以上の超リーン空燃比となるように燃料噴射量がフィードバック制御されつつ圧縮行程で燃料が噴射され、かつ、所定点火時期に点火が行われて、超リーン空燃比での成層燃焼が行われる（図５参照）。
【００７０】
その後、先行気筒２Ａ，２Ｄの吸気行程と後続気筒２Ｂ，２Ｃの排気行程が重なる期間に、先行気筒２Ａ，２Ｄから排出された既燃ガスがガス通路２２を通って後続気筒２Ｂ，２Ｃに導入される（図５中の白抜き矢印及び図６中の矢印ｂ）。そして、後続気筒２Ｂ，２Ｃでは、先行気筒２Ａ，２Ｄから導入されたリーン空燃比の既燃ガスに燃料が供給されて、実質的な理論空燃比となるように燃料噴射量が制御されつつ、吸気行程で燃料が噴射される。このとき、後続気筒２Ｂ，２Ｃでは点火プラグ７での強制点火が停止され、圧縮行程の上死点付近で燃焼室内の圧力、温度の上昇により圧縮着火が行われる。
【００７１】
こうして後続気筒２Ｂ，２Ｃでは、多量のＥＧＲガス相当の既燃ガス成分を含み、かつ、空燃比がリーンであるという条件下でも、同時圧縮着火により燃焼が急速に行われ、これにより熱効率が大幅に向上されることとなる。
【００７２】
このように、先行気筒２Ａ，２Ｄでは超リーンでの成層燃焼により熱効率が高められるとともにポンピングロスが低減され、一方、後続気筒２Ｂ，２Ｃでは、先行気筒２Ａ，２Ｄと同様にポンピングロス低減効果が得られるとともに、圧縮着火による燃焼を行う場合には、均一な混合気分布状態で圧縮着火が行われることにより熱効率が高められるとともに、これらの作用により、燃費が大幅に改善されることとなる。
【００７３】
また、先行気筒２Ａ，２Ｄでは理論空燃比の略２倍もしくはそれ以上のリーン空燃比とされることでＮＯｘ発生量が比較的少なく抑えられ、後続気筒２Ｂ，２Ｃでは、先行気筒２Ａ，２Ｄから既燃ガスが導入されることで多量のＥＧＲが行われているのと同等の状態となることからＮＯｘの発生が充分に抑制される。このような点からもエミッションの向上に有利となる。
【００７４】
但し、特殊運転モード中であっても、後続気筒２Ｂ，２Ｃの筒内温度が低く、圧縮着火し難い状態のときには後続気筒２Ｂ，２Ｃの着火を点火プラグ７による強制点火に切換える。また逆に、後続気筒２Ｂ，２Ｃの筒内温度が高過ぎてノッキング等の異常燃焼が起こるような状態のときには、特殊運転モードから通常運転モードに切換える。何れの場合も圧縮着火による特殊運転モードに比べ、燃費等の向上効果が抑制される。従って、これらの効果をより多く得るためには、特殊運転モード中の圧縮着火に適した運転領域を拡大することが望ましい。
【００７５】
特殊運転モード中の圧縮着火に適した運転領域を拡大するため、吸排気弁の開閉時期は次のように設定されている。
【００７６】
図８は、図５の吸排気行程部分を詳細に示したものであり、特殊運転モードにおける先行気筒２Ａ，２Ｄの先行気筒吸気弁３１および既燃ガス排出弁３２ｂの開閉時期と、後続気筒２Ｂ，２Ｃの既燃ガス導入弁３１ｂおよび後続気筒排気弁３２の開閉時期とを示す説明図である。図８（ａ）は特殊運転モードを行う運転状態のうち、比較的低負荷低回転の領域（図４の領域Ａ１）の場合であり、図８（ｂ）は同様に比較的高負荷高回転の領域（図４の領域Ａ２）の場合である。これらの図で、横軸はクランク角を示し、Ｔは上死点（ＴＤＣ）、Ｂは下死点（ＢＤＣ）である。ＴとＢとの間隔は１８０°ＣＡである。また、上段は先行気筒２Ａ，２Ｄを示し、下段はそれに対応する後続気筒２Ｂ，２Ｃを示す。そして、帯状の各部分は、各弁の開弁期間を示す。上段から下段に向かう白抜き矢印は、先行気筒２Ａ，２Ｄの排気行程と後続気筒２Ｂ，２Ｃの吸気行程とが重なっており、先行気筒２Ａ，２Ｄでの既燃ガスが後続気筒２Ｂ，２Ｃに導かれる状態を示す。
【００７７】
図８（ａ）において、上段には先行気筒２Ａ，２Ｄの既燃ガス排出弁３２ｂが開弁する既燃ガス排出弁の開弁期間８０と、先行気筒吸気弁３１が開弁する先行気筒吸気弁の開弁期間８１（斜線で示す）とを示す。下段には後続気筒２Ｂ，２Ｃの後続気筒排気弁３２が開弁する後続気筒排気弁の開弁期間８２と、既燃ガス導入弁３１ｂが開弁する既燃ガス導入弁の開弁期間８３とを示す。先行気筒吸気弁の開弁期間８１は、ＴＤＣ前約１０°ＣＡからＢＤＣ後約５５°ＣＡ（トータル約２４５°ＣＡ）に設定されている。これは、従来のエンジンの一般的な設定値である。これに対し、既燃ガス導入弁の開弁期間８３は、ＴＤＣ前約４５°ＣＡからほぼＢＤＣ（トータル約２２５°ＣＡ）に設定されている。また、後続気筒排気弁の開弁期間８２は、ＢＤＣ前約８０°ＣＡからＴＤＣ前約２５°ＣＡ（トータル約２３５°ＣＡ）に設定されている。
【００７８】
即ち、後続気筒吸気行程下死点９６と既燃ガス導入弁の閉弁時期９７との間隔（約０°ＣＡ）が、先行気筒吸気行程下死点９２と先行気筒吸気弁の閉弁時期９３との間隔（約５５°ＣＡ）よりも短くなるように設定されている。そして既燃ガス導入弁の開弁期間８３は先行気筒吸気弁の開弁期間８１および後続気筒排気弁の開弁期間８２よりも短くなっている。このように後続気筒２Ｂ，２Ｃでは、既燃ガス導入弁の開弁期間８３を短く設定するとともに、既燃ガス導入弁の閉弁時期９７を早期かつＢＤＣに近い時期に設定しているので、ピストン３がＢＤＣを過ぎて上昇中にも既燃ガス導入弁３１ｂが開いている期間が無い、若しくは短くなっている。このため、有効圧縮比が増大して幾何学的圧縮比に近づいている。この有効圧縮比の増大に伴い、後続気筒２Ｂ，２Ｃの筒内温度は上昇し易くなり、圧縮着火性が高くなっている。なお、このとき後続気筒２Ｂ，２Ｃに導入されるのは多連スロットル弁１７に絞られた新気ではなく、先行気筒２Ａ，２Ｄから排出された既燃ガスであり、容易に燃焼室４内に流入するため、既燃ガス導入弁３１ｂを早期に閉じてもその充填は充分になされる。
【００７９】
また、既燃ガス排出弁の開弁期間８０はＢＤＣ前約８０°ＣＡからＴＤＣ前約２５°ＣＡ（トータル約２３５°ＣＡ）に設定されている。従って、既燃ガス排出弁の閉弁時期９０は既燃ガス導入弁の閉弁時期９７（先行気筒２Ａ，２ＤではＴＤＣに相当）よりも約２５°ＣＡ進み側に設定されている。これは、従来のエンジンの一般的な設定値（ＴＤＣ後５０°ＣＡ程度）よりも早期になっている。既燃ガス排出弁３２ｂを早期に閉じることにより、先行気筒２Ａ，２Ｄの内部ＥＧＲ量が増大し、後続気筒２Ｂ，２Ｃに導入される既燃ガス温度が上昇する。
【００８０】
以上のように、後続気筒２Ｂ，２Ｃの有効圧縮比を増大させるとともに、後続気筒２Ｂ，２Ｃに導入される既燃ガス温度を上昇させることにより、後続気筒２Ｂ，２Ｃの筒内温度を上昇させて圧縮着火性を向上させている。このようにすることにより、圧縮着火による燃焼を行うことができる運転領域をより低負荷の領域まで拡大している。
【００８１】
図８（ｂ）において、上段には先行気筒２Ａ，２Ｄの既燃ガス排出弁３２ｂが開弁する既燃ガス排出弁の開弁期間１００と、先行気筒吸気弁３１が開弁する先行気筒吸気弁の開弁期間１０１（斜線で示す）とを示す。下段には後続気筒２Ｂ，２Ｃの後続気筒排気弁３２が開弁する後続気筒排気弁の開弁期間１０２と、既燃ガス導入弁３１ｂが開弁する既燃ガス導入弁の開弁期間１０３とを示す。先行気筒吸気弁の開弁期間１０１は、図８（ａ）の先行気筒吸気弁の開弁期間８１と同様の設定になっている。一方、既燃ガス排出弁の開弁期間１００、後続気筒排気弁の開弁期間１０２および既燃ガス導入弁の開弁期間１０３（それぞれ白抜き帯線で示す）は、図８（ａ）の既燃ガス排出弁の開弁期間８０、後続気筒排気弁の開弁期間８２および既燃ガス導入弁の開弁期間８３に対し、各期間の長さが等しく、各弁の開閉時期のみが全体的に約４５°ＣＡだけ遅らせた設定となっている。これは前述のように、カム位相制御手段４９によってカムシャフト３４の位相を約４５°ＣＡ遅らせることによりなされている（図３参照）。
【００８２】
図８（ｂ）の既燃ガス導入弁の閉弁時期１１４は、図８（ａ）の既燃ガス導入弁の閉弁時期９７よりも約４５°ＣＡ遅れている。このため、後続気筒２Ｂ，２Ｃでは、ピストン３が後続気筒吸気行程下死点１１３を過ぎて上昇中であっても、約４５°ＣＡの間既燃ガス導入弁３１ｂが開いている。従って、後続気筒２Ｂ，２Ｃの有効圧縮比は図８（ａ）の場合よりも減少しており、後続気筒２Ｂ，２Ｃの筒内温度は低下する。
【００８３】
また、既燃ガス排出弁の閉弁時期１１２は、図８（ａ）の既燃ガス排出弁の閉弁時期９０よりも約４５°ＣＡ遅く、先行気筒排気行程上死点１１１後約２０°ＣＡに設定されている。このため、先行気筒２Ａ，２Ｄの内部ＥＧＲは図８（ａ）の場合よりも減少し、後続気筒２Ｂ，２Ｃに導入される既燃ガス温度は低下する。
【００８４】
以上のように、後続気筒２Ｂ，２Ｃの有効圧縮比を減少させるとともに、後続気筒２Ｂ，２Ｃに導入される既燃ガス温度を低下させることにより、後続気筒２Ｂ，２Ｃの筒内温度を低下させ、ノッキング等の異常燃焼の発生を防止している。このようにすることにより、圧縮着火による燃焼を行うことができる運転領域をより高負荷の領域まで拡大している。
【００８５】
このように特殊運転モードでは、後続気筒２Ｂ，２Ｃの筒内温度が比較的低くなる運転領域ではその筒内温度を上昇させる方向に、筒内温度が比較的高くなる運転領域では低下させる方向に吸排気弁の開閉時期が設定されている。それによって、後続気筒２Ｂ，２Ｃが圧縮着火による適正な燃焼を行い得る運転領域を拡大することができ、より一層燃費改善効果と排ガス浄化の促進を図ることができる。
【００８６】
一方、通常運転モードでは前述のように先行気筒排気弁３２ａ及び後続気筒吸気弁３１ａが作動状態、既燃ガス排出弁３２ｂ及び既燃ガス導入弁３１ｂが停止状態とされることにより、実質的な新気及びガスの流通経路は図７に示すようになり、実質的に各気筒２Ａ〜２Ｄの吸気ポート１１，１１ａ及び排気ポート１２ａ，１２が独立し、吸気通路１５から各気筒２Ａ〜２Ｄの吸気ポート１１，１１ａに新気が導入されるとともに各気筒２Ａ〜２Ｄの排気ポート１２ａ，１２から排気通路２０に既燃ガスが排出される。
【００８７】
図９は、通常運転モードにおける先行気筒２Ａ，２Ｄの先行気筒吸気弁３１および既燃ガス排出弁３２ｂの開閉時期と、後続気筒２Ｂ，２Ｃの既燃ガス導入弁３１ｂおよび後続気筒排気弁３２の開閉時期とを示す説明図である。横軸はクランク角を示し、Ｔは上死点（ＴＤＣ）、Ｂは下死点（ＢＤＣ）である。ＴとＢの間隔は１８０°ＣＡである。また、上段は先行気筒２Ａ，２Ｄを示し、下段は後続気筒２Ｂ，２Ｃを示す。通常運転モードでは各気筒独立運転となっているので、先行気筒２Ａ，２Ｄ、後続気筒２Ｂ，２Ｃともに新気を導入して強制点火による燃焼を行っている。図９の上段には先行気筒２Ａ，２Ｄの先行気筒排気弁３２ａが開弁する既燃ガス排出弁の開弁期間１２０と、先行気筒吸気弁３１が開弁する先行気筒吸気弁の開弁期間１２１とを示す。下段には後続気筒２Ｂ，２Ｃの後続気筒排気弁３２が開弁する後続気筒排気弁の開弁期間１２２と、後続気筒吸気弁３１ａが開弁する後続気筒吸気弁の開弁期間１２３とを示す。
【００８８】
先行気筒２Ａ，２Ｄでの排気および後続気筒２Ｂ，２Ｃでの吸気は、特殊運転モードとは異なる弁によってなされるので、その開閉は異なるカムによりなされる。従って、先行気筒排気弁の開弁期間１２０および後続気筒吸気弁の開弁期間１２３は、図８（ａ）の既燃ガス排出弁の開弁期間８０および既燃ガス導入弁の開弁期間８３とは独立して設定することができる。図９では、先行気筒吸気弁の開弁期間１２１および後続気筒吸気弁の開弁期間１２３（斜線で示す）は、ＴＤＣ前約１０°ＣＡからＢＤＣ後約５５°ＣＡ（トータル約２４５°ＣＡ）に設定されている。また、先行気筒排気弁の開弁期間１２０および後続気筒排気弁の開弁期間１２２は、ＢＤＣ前約３０°ＣＡからＴＤＣ後約２５°ＣＡ（トータル約２３５°ＣＡ）に設定されている。これらの開弁期間は、従来のエンジンの一般的な設定に相当する。
【００８９】
そして、先行気筒吸気弁の開弁期間１２１および後続気筒吸気弁の開弁期間１２３は、カム位相可変機構３３ａによって前後に変動可能であり、先行気筒排気弁の開弁期間１２０および後続気筒排気弁の開弁期間１２２は、カム位相可変機構３４ａによって前後に変動可能である。従って、カム位相可変機構３３ａ，３４ａを制御することにより、先行気筒排気弁３２ａと先行気筒吸気弁３１とが共に開弁している期間（先行気筒排気弁の開弁期間１２０と先行気筒吸気弁の開弁期間１２１とが重なっている期間：バルブオーバーラップ）を変動し得るようになっている。カム位相制御手段４９は、高負荷になるほどバルブオーバーラップが大きくなるようにカム位相可変機構３３ａ，３４ａを制御して、負荷に応じて最適な燃焼効率が得られるようにしている。後続気筒２Ｂ，２Ｃに対しても同様の制御がなされている。
【００９０】
このようにして通常運転モードでは、負荷に応じて最適な吸排気時期に制御されるとともに、理論空燃比もしくはそれよりリッチとなるように吸入空気量及び燃料噴射量が制御されることにより、出力性能が確保される。
【００９１】
なお図８（ａ），（ｂ）および図９に示すパターンは、各開弁期間や開弁時期を限定するものではなく、特許請求の範囲内で適宜変更しても良い。例えば、図８（ａ）の既燃ガス導入弁の閉弁時期９７は、後続気筒吸気行程下死点９６よりも若干遅れるように設定しても良い。また、図８（ａ），（ｂ）および図９の先行気筒吸気弁の開弁期間８１，１０１，１２１を負荷に応じて異なる設定（当実施形態では、それはカム位相可変機構３３ａによりなされる）としても良く、当実施形態のように同一の設定としても良い（その場合、カム位相可変機構３３ａはなくても良い）。その他の具体的な設定値も、エンジンの要求特性に応じて好適な値に設定して良い。
【００９２】
また、特殊運転モードでの走行領域Ａを、領域Ａ１，Ａ２といった２分割ではなく、３以上に分割し、それぞれの領域に適した弁開閉時期を設定するようにしてもよい。更に分割による段階的な設定ではなく、連続的に変化させるようにしても良い。
【００９３】
次に、本発明の第２の実施形態について図１０〜図１３に基いて説明する。なお、これらの図において第１の実施形態と同一部分には同一符号を付して示し、その重複説明を省略する。
【００９４】
図１０は、第２の実施形態におけるカム切換機構１５０の部分斜視図であり、２点鎖線で示す既燃ガス導入弁３１ｂ等のためのものである。既燃ガス導入弁３１ｂの上方にはカムシャフト１５１が配設されている。カムシャフト１５１には第１カム１５２，第２カム１５４および第３カム１５６という独立したリフト特性を有する３種類のカムが一体回転するように設けられている。これらのカムと既燃ガス導入弁３１ｂとの間には、ロッカシャフト１７０に支持されたロッカアームセット１６０が設けられている。ロッカアームセット１６０は、第１ロッカアーム１６２，第２ロッカアーム１６４および第３ロッカアーム１６６という３種類のロッカアームの集合体である。第１ロッカアーム１６２の先端にはバルブ当接部１６３と、その軸線方向位置を微調整するためのアジャストスクリュー１６１が設けられており、バルブ当接部１６３は適切な位置で既燃ガス導入弁３１ｂ等の弁軸上端に当接している。第２ロッカアーム１６４および第３ロッカアーム１６６には、図外のスプリングが、これらのロッカアームを第２カム１５４および第３カム１５６に押圧するように設けられている。従って、ロッカアームセット１６０の各ロッカアームが、図示のように独立して可動である場合には、各ロッカアームの上面は第１カム１５２，第２カム１５４および第３カム１５６の外周部に当接し、カム当接部の形状（各カムの回転半径）に応じてロッカシャフト１７０を支軸として上下に揺動する。
【００９５】
ロッカアームセット１６０の内部には、後述するように５本のプランジャが２列に設けられている（図１１参照。図１０ではそのプランジャ穴のひとつである第４プランジャ穴２０４が見えている）。これらのプランジャの動きにより、第１ロッカアーム１６２は第２ロッカアーム１６４または第３ロッカアーム１６６と一体となり、連動し得る。ロッカシャフト１７０の内部には、プランジャを油圧作動させるためのオイルを導く第１作動油給排用の通路１７２および第２作動油給排用の通路１７４が設けられている。
【００９６】
第１カム１５２は、弁停止用のカムであり、カムシャフト１５１と同心円の外周形状を有する。したがって第１ロッカアーム１６２は、その上面が第１カム１５２の外周面に常時当接している（第２ロッカアーム１６４および第３ロッカアーム１６６と切り離されている）とき、カムシャフト１５１が回転しても揺動しない。すなわち既燃ガス導入弁３１ｂ等は閉弁状態で停止している。
【００９７】
第２カム１５４は、低負荷（または低速）用のカムであり、第１カム１５２と同一の外周形状を有する部分と、それより突出した外周形状を有する部分とからなる。したがって第２ロッカアーム１６４は、その上面が第２カム１５４の外周面に常時当接している（後述の第３ロッカアーム１６６と切り離されている）とき、カムシャフト１５１の回転に伴い、所定のクランク角で所定量だけ下方に揺動する。そして、このとき第１ロッカアーム１６２と第２ロッカアーム１６４とが連動するようになっていれば、第１ロッカアーム１６２の動作は第２カム１５４による第２ロッカアーム１６４の揺動と同一のものとなる。すなわち既燃ガス導入弁３１ｂは所定時期に所定量だけ開弁する。
【００９８】
第３カム１５６は、高負荷（または高速）用のカムであり、第２カム１５４と同一の外周形状を有する部分と、それより突出した外周形状を有する部分とからなる。したがって第３ロッカアーム１６６は、その上面が第３カム１５６の外周面に常時当接しており、カムシャフト１５１の回転に伴い、所定のクランク角で所定量だけ下方に揺動する。そして、このとき第１ロッカアーム１６２と第３ロッカアーム１６６とが連動するようになっていれば、第１ロッカアーム１６２の動作は第３カム１５６による第３ロッカアーム１６６の揺動と同一のものとなる。すなわち既燃ガス導入弁３１ｂは所定時期に所定量だけ開弁する（開弁期間は第２ロッカアーム１６４のみが第１ロッカアーム１６２と連動する場合の開弁期間を包含する）。
【００９９】
図１１は、ロッカアームセット１６０の内部に設けられた５本のプランジャの作動を示す説明図である。図１１（ａ）は第１ロッカアーム１６２が第２ロッカアーム１６４および第３ロッカアーム１６６と切り離された状態、図１１（ｂ）は第１ロッカアーム１６２が第２ロッカアーム１６４のみと連動する状態、図１１（ｃ）は第１ロッカアーム１６２が第２ロッカアーム１６４および第３ロッカアーム１６６と連動する状態を示す。
【０１００】
第１ロッカアーム１６２の内部には第１プランジャ穴２０１および第４プランジャ穴２０４が設けられている。第１プランジャ穴２０１は第２ロッカアーム１６４側に開口した円形断面の凹穴である。第１プランジャ穴２０１の底部には第１作動油給排用の通路１７２から第１作動油導入路１７３が導かれている。第１プランジャ穴２０１内には円柱状の第１プランジャ１８１が嵌挿されている。第１プランジャ１８１は、その外周面で第１作動油導入路１７３に導かれた作動油をシールしつつ、第１プランジャ穴２０１内を滑らかに摺動する。第１プランジャ１８１の全長は、第１プランジャ穴２０１の深さよりも短い。
【０１０１】
第４プランジャ穴２０４は第２ロッカアーム１６４側と第３ロッカアーム１６６側とを貫通する貫通穴である。第４プランジャ穴２０４内には円柱状の第４プランジャ１８４が嵌挿されている。第４プランジャ１８４の全長は、第４プランジャ穴２０４の深さ（第１ロッカアーム１６２の板厚）と等しい。第４プランジャ１８４は、第４プランジャ穴２０４内を滑らかに摺動する。
【０１０２】
第２ロッカアーム１６４の内部には第２プランジャ穴２０２および第５プランジャ穴２０５が設けられている。第２プランジャ穴２０２は第１ロッカアーム１６２側に開口した円形断面の凹穴であり、第１プランジャ穴２０１と等しい直径となっている。第２プランジャ穴２０２の底部にはエア抜き穴２０６が設けられ、リークしたオイルを逃がしつつ内部の気圧を大気圧に保つ。第２プランジャ穴２０２内には有底円筒状で外径が第１プランジャ１８１と等しい第２プランジャ１８２が嵌挿されている。第２プランジャ１８２は、第２プランジャ穴２０２内を滑らかに摺動する。第２プランジャ１８２の全長は、第２プランジャ穴２０２の深さと等しい。第２プランジャ１８２の第１プランジャ１８１と当接する端部は、球状に成形されている。第２プランジャ１８２の内側凹部には第２プランジャスプリング１８７が設けられ、第２プランジャ１８２を常時第１プランジャ１８１側に付勢している。
【０１０３】
第５プランジャ穴２０５は第１ロッカアーム１６２側に開口した円形断面の凹穴であり、第４プランジャ穴２０４と等しい直径となっている。第５プランジャ穴２０５の底部にはエア抜き穴２０７が設けられ、リークしたオイルを逃がしつつ内部の気圧を大気圧に保つ。第５プランジャ穴２０５内には有底円筒状で外径が第４プランジャ１８４と等しい第５プランジャ１８５が嵌挿されている。第５プランジャ１８５は、第５プランジャ穴２０５内を滑らかに摺動する。第５プランジャ１８５の全長は、第５プランジャ穴２０５の深さよりも短い。第５プランジャ１８５の第４プランジャ１８４と当接する端部は、球状に成形されている。第５プランジャ１８５の内側凹部には第５プランジャスプリング１８９が設けられ、第５プランジャ１８５を常時第４プランジャ１８４側に付勢している。
【０１０４】
第３ロッカアーム１６６の内部には第３プランジャ穴２０３が設けられている。第３プランジャ穴２０３は第１ロッカアーム１６２側に開口した円形断面の凹穴であり、第４プランジャ穴２０４と等しい直径となっている。第３プランジャ穴２０３の底部には第２作動油給排用の通路１７４から第２作動油導入路１７５が導かれている。第３プランジャ穴２０３内には円柱状で外径が第４プランジャ１８４と等しい第３プランジャ１８３が嵌挿されている。第３プランジャ１８３は、その外周面で第２作動油導入路１７５に導かれた作動油をシールしつつ、第３プランジャ穴２０３内を滑らかに摺動する。第３プランジャ１８３の全長は、第３プランジャ穴２０３の深さと等しい。第３プランジャ１８３の第４プランジャ１８４と当接する端部は、球状に成形されている。
【０１０５】
図１１（ａ）は、第１ロッカアーム１６２が第２ロッカアーム１６４および第３ロッカアーム１６６と切り離された状態を示し、第１作動油給排用の通路１７２に作動油圧が供給（以下油圧ＯＮという）され、第２作動油給排用の通路１７４に作動油圧が供給されていない（以下油圧ＯＦＦという）。第１作動油給排用の通路１７２から導かれた第１作動油導入路１７３が油圧ＯＮとなり、第１プランジャ１８１を右側（図の矢印方向）に押圧する。その押圧力は第２プランジャスプリング１８７の付勢力よりも大きく、第１プランジャ１８１は第２プランジャ１８２と一体となって右側に移動している。第２プランジャ１８２の全長が第２プランジャ穴２０２の深さと等しいので、第１プランジャ１８１と第２プランジャ１８２との接点は第１ロッカアーム１６２と第２ロッカアーム１６４との合わせ面内にある。
【０１０６】
一方、第２作動油給排用の通路１７４から導かれた第２作動油導入路１７５が油圧ＯＦＦとなっているので、第３プランジャ１８３、第４プランジャ１８４および第５プランジャ１８５は、第５プランジャスプリング１８９の付勢力によって一体となって左側（図の矢印方向）に移動している。第３プランジャ１８３の全長が第３プランジャ穴２０３の深さと等しいので、第３プランジャ１８３と第４プランジャ１８４との接点は第１ロッカアーム１６２と第３ロッカアーム１６６との合わせ面内にある。更に第４プランジャ１８４の全長が第４プランジャ穴２０４の深さと等しいので、第４プランジャ１８４と第５プランジャ１８５との接点は第１ロッカアーム１６２と第２ロッカアーム１６４との合わせ面内にある。
【０１０７】
このように、各プランジャの接点が各ロッカアームの合わせ面内にあるため、第１ロッカアーム１６２は第２ロッカアーム１６４および第３ロッカアーム１６６から切り離された状態となっている。このため第１ロッカアーム１６２は、その上面に当接する第１カム１５２による作動、すなわちロッカシャフト１７０まわりの揺動停止を行い、既燃ガス導入弁３１ｂを閉弁状態で停止させる。
【０１０８】
図１１（ｂ）は、第１ロッカアーム１６２が第２ロッカアーム１６４のみと連動する状態を示し、第１作動油給排用の通路１７２、第２作動油給排用の通路１７４ともに油圧ＯＦＦとなっている。第１作動油給排用の通路１７２から導かれた第１作動油導入路１７３が油圧ＯＦＦとなっているので、第１プランジャ１８１および第２プランジャ１８２は、第２プランジャスプリング１８７の付勢力によって左側（図の矢印方向）に移動している。第１プランジャ１８１の全長が第１プランジャ穴２０１の深さより短いので、第２プランジャ１８２の一部は第１プランジャ穴２０１に入り込んでいる。
【０１０９】
一方、第２作動油給排用の通路１７４から導かれた第２作動油導入路１７５が油圧ＯＦＦとなっているので、図１１（ａ）と同様、第３プランジャ１８３と第４プランジャ１８４との接点は第１ロッカアーム１６２と第３ロッカアーム１６６との合わせ面内にあり、第４プランジャ１８４と第５プランジャ１８５との接点は第１ロッカアーム１６２と第２ロッカアーム１６４との合わせ面内にある。
【０１１０】
このように、第２プランジャ１８２の一部が第１プランジャ穴２０１に入り込むことにより、第１ロッカアーム１６２は第２ロッカアーム１６４と連動する。また、第３プランジャ１８３と第４プランジャ１８４との接点が第１ロッカアーム１６２と第３ロッカアーム１６６との合わせ面内にあるので、第１ロッカアーム１６２と第３ロッカアーム１６６とは切り離された状態となっている。従って第１ロッカアーム１６２は、第２ロッカアーム１６４の上面に当接する第２カム１５４による作動を行う。すなわちカムシャフト１５１の回転に伴い、所定のクランク角で所定量だけ下方に揺動し、既燃ガス導入弁３１ｂを開閉させる。
【０１１１】
図１１（ｃ）は、第１ロッカアーム１６２が第２ロッカアーム１６４および第３ロッカアーム１６６と連動する状態を示し、第１作動油給排用の通路１７２が油圧ＯＦＦ、第２作動油給排用の通路１７４が油圧ＯＮとなっている。第１作動油給排用の通路１７２から導かれた第１作動油導入路１７３が油圧ＯＦＦとなっているので、図１１（ｂ）と同様、第２プランジャ１８２の一部は第１プランジャ穴２０１に入り込んでいる。
【０１１２】
一方、第２作動油給排用の通路１７４から導かれた第２作動油導入路１７５が油圧ＯＮとなっているので、第３プランジャ１８３を右側（図の矢印方向）に押圧する。その押圧力は第５プランジャスプリング１８９の付勢力よりも大きく、第３プランジャ１８３は第４プランジャ１８４および第５プランジャ１８５と一体となって右側に移動している。第５プランジャ１８５の全長が第５プランジャ穴２０５の深さよりも短いので、第４プランジャ１８４の一部が第５プランジャ穴２０５に入り込み、さらに第３プランジャ１８３の一部が第４プランジャ穴２０４に入り込んでいる。
【０１１３】
このように、第２プランジャ１８２の一部が第１プランジャ穴２０１に入り込み、第３プランジャ１８３の一部が第４プランジャ穴２０４に入り込むことにより、第１ロッカアーム１６２は第２ロッカアーム１６４および第３ロッカアーム１６６と連動する。従って第１ロッカアーム１６２は、第３ロッカアーム１６６の上面に当接する、最も回転半径の大きな第３カム１５６による作動を行う。すなわちカムシャフト１５１の回転に伴い、所定のクランク角で所定量だけ下方に揺動し、既燃ガス導入弁３１ｂを開閉させる。その開弁期間は図１１（ｂ）の場合よりも長くなっている。
【０１１４】
以上のカム切換機構１５０は、既燃ガス導入弁３１ｂおよび既燃ガス排出弁３２ｂのためのものであるが、後続気筒吸気弁３１ａおよび先行気筒排気弁３２ａにも同様のカム切換機構１５０ａ（図１０に括弧書きで示す）が設けられている。但し、カム切換機構１５０ａでは第２カム１５４と第３カム１５６は同一形状である。それらのカムに当接するロッカアームセット１６０ａは、図１０に示すように第１ロッカアーム１６２ａ、第２ロッカアーム１６４ａおよび第３ロッカアーム１６６ａからなる。カム切換機構１５０ａは、第１ロッカアーム１６２ａが第２ロッカアーム１６４ａおよび第３ロッカアーム１６６ａから切り離され、後続気筒吸気弁３１ａおよび先行気筒排気弁３２ａを閉弁状態で停止させる状態と、第１ロッカアーム１６２ａが第２ロッカアーム１６４ａおよび第３ロッカアーム１６６ａと連動し、第２カム１５４および第３カム１５６の回転によって後続気筒吸気弁３１ａおよび先行気筒排気弁３２ａを開閉させる状態とに切換える。
【０１１５】
図１２は、ロッカアームセット１６０ａの内部に設けられた３本のプランジャの作動を示す説明図である。図１２（ａ）は第１ロッカアーム１６２が第２ロッカアーム１６４および第３ロッカアーム１６６と切り離された状態、図１２（ｂ）は第１ロッカアーム１６２が第２ロッカアーム１６４および第３ロッカアーム１６６と連動する状態を示す。
【０１１６】
ロッカアームセット１６０ａ内のプランジャ構造は、ロッカアームセット１６０内のプランジャ構造のうち、第３プランジャ１８３、第４プランジャ１８４および第５プランジャ１８５まわりの構造を設けたようなものとなっており、その詳細構造の説明はロッカアームセット１６０における記述と重複するので省略する。但し、第３プランジャ１８３の左端には、第１作動油給排用の通路１７２から第１作動油導入路１７３ａが導かれている点がロッカアームセット１６０とは異なる。また、第２作動油給排用の通路１７４は、構造上省略できる場合にはなくても良い。
【０１１７】
図１２（ａ）は、第１ロッカアーム１６２が第２ロッカアーム１６４および第３ロッカアーム１６６と切り離された状態を示し、第１作動油給排用の通路１７２が油圧ＯＦＦとなっている。第１作動油給排用の通路１７２から導かれた第１作動油導入路１７３ａが油圧ＯＦＦとなっているので、第３プランジャ１８３、第４プランジャ１８４および第５プランジャ１８５は、第５プランジャスプリング１８９の付勢力によって一体となって左側（図の矢印方向）に移動している。従って、第３プランジャ１８３と第４プランジャ１８４との接点は第１ロッカアーム１６２ａと第３ロッカアーム１６６ａとの合わせ面内にあり、第４プランジャ１８４と第５プランジャ１８５との接点は第１ロッカアーム１６２ａと第２ロッカアーム１６４ａとの合わせ面内にある。
【０１１８】
このように、各プランジャの接点が各ロッカアームの合わせ面内にあるため、第１ロッカアーム１６２ａは第２ロッカアーム１６４ａおよび第３ロッカアーム１６６ａから切り離された状態となっている。このため第１ロッカアーム１６２ａは、その上面に当接する第１カム１５２による作動、すなわちロッカシャフト１７０まわりの揺動停止を行い、既燃ガス導入弁後続気筒吸気弁３１ａおよび先行気筒排気弁３２ａを閉弁状態で停止させる。
【０１１９】
図１２（ｂ）は、第１ロッカアーム１６２が第２ロッカアーム１６４および第３ロッカアーム１６６と連動する状態を示し、第１作動油給排用の通路１７２が油圧ＯＮとなっている。第１作動油給排用の通路１７２から導かれた第１作動油導入路１７３ａが油圧ＯＮとなっているので、第３プランジャ１８３を右側（図の矢印方向）に押圧する。その押圧力は第５プランジャスプリング１８９の付勢力よりも大きく、第３プランジャ１８３は第４プランジャ１８４および第５プランジャ１８５と一体となって右側に移動している。従って第４プランジャ１８４の一部が第５プランジャ穴２０５に入り込み、さらに第３プランジャ１８３の一部が第４プランジャ穴２０４に入り込んでいる。
【０１２０】
このように、第４プランジャ１８４の一部が第５プランジャ穴２０５に入り込み、さらに第３プランジャ１８３の一部が第４プランジャ穴２０４に入り込むことにより、第１ロッカアーム１６２は第２ロッカアーム１６４および第３ロッカアーム１６６と連動する。従って第１ロッカアーム１６２は、第２ロッカアーム１６４ａおよび第３ロッカアーム１６６ａの上面に当接する第２カム１５４および第３カム１５６（同形状）による作動を行う。すなわちカムシャフト１５１の回転に伴い、所定のクランク角で所定量だけ下方に揺動し、既燃ガス導入弁３１ｂを開閉させる。
【０１２１】
図１３は当実施形態の駆動、制御系統の構成を示している。第１コントロール弁１７６および第２コントロール弁１７７は、第１作動油給排用の通路１７２および第２作動油給排用の通路１７４に導く第１作動油および第２作動油を制御（油圧ＯＮ／ＯＦＦ）するためのコントロール弁である。カム切換機構１５０は既燃ガス導入弁３１ｂ、既燃ガス排出弁３２ｂに設けられ、カム切換機構１５０ａは後続気筒吸気弁３１ａ、先行気筒排気弁３２ａに設けられている。
【０１２２】
ＥＣＵ４０ａは、第１の実施形態のＥＣＵ４０に対し、弁停止機構制御手段４２およびカム位相制御手段４９に替えてカム切換制御手段１９０を備える点が異なっている。
【０１２３】
カム切換制御手段１９０は、特殊運転モードと通常運転モードとに応じ、あるいは運転状態に応じ、第１コントロール弁１７６および第２コントロール弁１７７を制御することにより、カム切換機構１５０およびカム切換機構１５０ａを次のように制御する。
【０１２４】
特殊運転モードのうち、低負荷低速領域：
・第１作動油圧−ＯＦＦ，第２作動油圧−ＯＦＦ
・先行気筒排気弁３２ａ、後続気筒吸気弁３１ａを停止状態（図１２（ａ））
・既燃ガス排出弁３２ｂ、既燃ガス導入弁３１ｂを
第２カム１５４（低速カム）による作動状態（図１１（ｂ））
特殊運転モードのうち、高負荷高速領域：
・第１作動油圧−ＯＦＦ，第２作動油圧−ＯＮ
・先行気筒排気弁３２ａ、後続気筒吸気弁３１ａを停止状態（図１２（ａ））
・既燃ガス排出弁３２ｂ、既燃ガス導入弁３１ｂを
第３カム１５６（高速カム）による作動状態（図１１（ｃ））
通常運転モード：
・第１作動油圧−ＯＮ，第２作動油圧−ＯＦＦ
・先行気筒排気弁３２ａ、後続気筒吸気弁３１ａを
第２カム１５４および第３カム１５６による作動状態（図１２（ｂ））
・既燃ガス排出弁３２ｂ、既燃ガス導入弁３１ｂを停止状態（図１１（ａ））。
【０１２５】
次に当実施形態の装置の作用を説明するが、第１の実施形態と重複する部分の記述は省略する。図１４は、当実施形態の吸排気行程部分を詳細に示した説明図である。図１４（ａ）は特殊運転モードを行う運転状態のうち、比較的低負荷低回転の領域（図４の領域Ａ１）の場合であり、図１４（ｂ）は同様に比較的高負荷高回転の領域（図４の領域Ａ２）の場合である。その他表記方法については図８に準ずる。
【０１２６】
図１４（ａ）の上段には先行気筒２Ａ，２Ｄの既燃ガス排出弁３２ｂが開弁する既燃ガス排出弁の開弁期間２３０（斜線で示す）と、先行気筒吸気弁３１が開弁する先行気筒吸気弁の開弁期間２３１とを示す。下段には後続気筒２Ｂ，２Ｃの後続気筒排気弁３２が開弁する後続気筒排気弁の開弁期間２３２と、既燃ガス導入弁の開弁期間２３３（斜線で示す）とを示す。また、既燃ガス排出弁の開弁期間２３０および既燃ガス導入弁の開弁期間２３３の直下に、後述する既燃ガス排出弁の開弁期間２５０および既燃ガス導入弁の開弁期間２５３（いずれも特殊運転モードで比較的高回転高負荷の場合のもの）を参考として２点鎖線で示す。このような弁開閉時期の切換えは、カム切換機構１５０，１５０ａおよびカム切換制御手段１９０による。先行気筒吸気弁の開弁期間２３１は、ＴＤＣ前約１０°ＣＡからＢＤＣ後約５５°ＣＡ（トータル約２４５°ＣＡ）に設定されている。これは、従来のエンジンの一般的な設定値である。これに対し、既燃ガス導入弁の開弁期間２３３は、ほぼＴＤＣからＢＤＣ（トータル約１８０°ＣＡ）に設定されている。また、後続気筒排気弁の開弁期間２３２は、ＢＤＣ前約４５°ＣＡからＴＤＣ後約１０°ＣＡ（トータル約２３５°ＣＡ）に設定されている。
【０１２７】
即ち、後続気筒吸気行程下死点２４７と既燃ガス導入弁の閉弁時期２４８との間隔（約０°ＣＡ）が、先行気筒吸気行程下死点２４２と先行気筒吸気弁の閉弁時期２４３との間隔（約５５°ＣＡ）よりも短くなるように設定されている。そして既燃ガス導入弁の開弁期間２３３は先行気筒吸気弁の開弁期間２３１および後続気筒排気弁の開弁期間２３２よりも短くなっている。このように後続気筒２Ｂ，２Ｃでは、既燃ガス導入弁の開弁期間２３３を短く設定するとともに、既燃ガス導入弁の閉弁時期２４８を早期かつＢＤＣに近い時期に設定しているため、ピストン３がＢＤＣを過ぎて上昇中にも既燃ガス導入弁３１ｂが開いている期間が無い、若しくは短くなっている。このため、有効圧縮比が増大して幾何学的圧縮比に近づいている。この有効圧縮比の増大に伴い、後続気筒２Ｂ，２Ｃの筒内温度は上昇し易くなり、圧縮着火性が高くなっている。
【０１２８】
また、既燃ガス排出弁の開弁期間２３０はＢＤＣ前約４５°ＣＡからＴＤＣ前約２０°ＣＡ（トータル約２０５°ＣＡ）に設定されている。従って、既燃ガス排出弁の閉弁時期２４１は既燃ガス導入弁の閉弁時期２４８（先行気筒２Ａ，２ＤではＴＤＣに相当）よりも約２０°ＣＡ進み側に設定されている。これは、従来のエンジンの一般的な設定値（ＴＤＣ後５０°ＣＡ程度）よりも早期になっている。既燃ガス排出弁３２ｂを早期に閉じることにより、先行気筒２Ａ，２Ｄの内部ＥＧＲが増大し、後続気筒２Ｂ，２Ｃに導入される既燃ガス温度が上昇する。
【０１２９】
後続気筒排気弁の開弁期間２３２が、ＢＤＣ前約４５°ＣＡからＴＤＣ後約１０°ＣＡ（トータル約２３５°ＣＡ）に設定されているので、後続気筒排気弁３２は後続気筒排気行程上死点２４４では開弁している。一方、既燃ガス導入弁の開弁時期２４６は、ほぼ後続気筒吸気行程上死点２４５となるように設定されている。すなわち、後続気筒排気弁３２を後続気筒排気行程上死点２４４までは開弁しつつ、既燃ガス導入弁の開弁時期２４６が後続気筒吸気行程上死点２４５となるように設定されている。このため、後続気筒排気行程上死点２４４付近でのバルブオーバーラップが短縮されるので、後続気筒２Ｂ，２Ｃに導入された既燃ガスが、そのまま後続気筒排気弁３２を通して排気通路２０に排出される、いわゆる吹き抜けが防止されるとともに、後続気筒２Ｂ，２Ｃの有効圧縮率を増大させることができる。
【０１３０】
以上のように、後続気筒２Ｂ，２Ｃの有効圧縮比を増大させるとともに、後続気筒２Ｂ，２Ｃに導入される既燃ガス温度を上昇させることにより、後続気筒２Ｂ，２Ｃの筒内温度を上昇させて圧縮着火性を向上させている。このようにすることにより、圧縮着火による燃焼を行うことができる運転領域をより低負荷の領域まで拡大している。
【０１３１】
図１４（ｂ）は、比較的高負荷高回転の領域（図４の領域Ａ２）の場合の説明図である。上段には先行気筒２Ａ，２Ｄの既燃ガス排出弁３２ｂが開弁する既燃ガス排出弁の開弁期間２５０（網目で示す）と、先行気筒吸気弁の開弁期間２３１（図１４（ａ）と共通）とを示す。下段には後続気筒排気弁の開弁期間２３２（図１４（ａ）と共通）と、既燃ガス導入弁３１ｂが開弁する既燃ガス導入弁の開弁期間２５３（網目で示す）とを示す。また、既燃ガス排出弁の開弁期間２５０および既燃ガス導入弁の開弁期間２５３の直下に、図１４（ａ）の既燃ガス排出弁の開弁期間２３０および既燃ガス導入弁の開弁期間２３３を参考として２点鎖線で示す。
【０１３２】
既燃ガス導入弁の開弁期間２５３は、ＴＤＣ前約１０°ＣＡからＢＤＣ後約５５°ＣＡに設定されている。すなわち、低負荷低回転領域における既燃ガス導入弁の開弁期間２３３に対し、１０°ＣＡ早期に開弁し、５５°遅く閉弁する。従って、後続気筒２Ｂ，２Ｃの有効圧縮比は図１４（ａ）の場合よりも減少しており、後続気筒２Ｂ，２Ｃの筒内温度は低下する。
【０１３３】
また、既燃ガス排出弁の開弁期間２５０は、ＢＤＣ前約４５°ＣＡからＴＤＣ後約１０°ＣＡに設定されている。すなわち図１４（ａ）の既燃ガス排出弁の開弁期間２３０よりも約３０°ＣＡ長くなっている。このため、先行気筒２Ａ，２Ｄの内部ＥＧＲは図１４（ａ）の場合よりも減少し、後続気筒２Ｂ，２Ｃに導入される既燃ガス温度は低下する。
【０１３４】
以上のように、後続気筒２Ｂ，２Ｃの有効圧縮比を減少させるとともに、後続気筒２Ｂ，２Ｃに導入される既燃ガス温度を低下させることにより、後続気筒２Ｂ，２Ｃの筒内温度を低下させ、ノッキング等の異常燃焼の発生を防止している。このようにすることにより、圧縮着火による燃焼を行うことができる運転領域をより高負荷の領域まで拡大している。
【０１３５】
なお図１４（ａ），（ｂ）に示すパターンは、各開弁期間や開弁時期を限定するものではなく、特許請求の範囲内で適宜変更しても良い。例えば、図１４（ａ）の既燃ガス導入弁の閉弁時期２４８は、後続気筒吸気行程下死点２４７よりも若干遅れるように設定しても良い。その他の具体的な設定値も、エンジンの要求特性に応じて好適な値に設定して良い。
【０１３６】
当実施形態では、吸排気バルブの設置箇所やそれぞれの機能に応じて、３通りのカム切換えをするもの、２通りのカム切換えをするもの及びカム切換えをしないものが混在するような構造としたが、その組み合わせはこれに限定するものではなく、例えば全てのバルブに対し３通りのカムとロッカアームセット１６０を対応させて、３通りのカム切換えをするようにしても良い。そして、第２の実施形態では不変としていた先行気筒吸気弁の開弁期間２３１や後続気筒排気弁の開弁期間２３２を、カム切換えによって変動させるようにしても良い。
【０１３７】
本発明は、上記第１、第２の実施形態に限定されることなく、特許請求の範囲に記載した発明の範囲内で、種々の変形が可能である。例えば各弁の開閉時期を要求に応じて変動させる手段は、第１の実施形態のようにカムシャフトの位相を変動させる機構や第２の実施形態のようにカムを切換える機構に限定するものではなく、特許請求の範囲に示すような設定が得られるものであれば良い。
【０１３８】
本発明は４気筒エンジンに限定するものではなく、先行気筒と後続気筒とからなる１対の気筒対を、３対以上好適に組み合わせた６気筒以上のエンジンに適用しても良い。
【０１３９】
【発明の効果】
以上のように本発明の制御装置は、少なくとも低負荷低回転域で、排気行程と吸気行程が重なる一対の気筒間において排気行程側の気筒である先行気筒から排出される既燃ガスがそのまま吸気行程側の気筒である後続気筒に気筒間ガス通路を介して導入され、この後続気筒から排出される排ガスが排気通路に導かれるような２気筒接続状態にガス流通経路を構成するとともに、上記２気筒接続状態にあるときに、上記先行気筒では理論空燃比よりも所定量大きいリーン空燃比とした状態で強制点火により燃焼を行わせ、上記後続気筒では、先行気筒から導入されたリーン空燃比の既燃ガスに燃料を供給するとともに圧縮着火により燃焼を行わせるように各気筒の燃焼を制御する燃焼制御手段とを備え、少なくとも上記２気筒接続状態にあるときに、上記先行気筒に新気を導入する先行気筒吸気弁と上記気筒間ガス通路から上記後続気筒に既燃ガスを導入する既燃ガス導入弁とが設けられ、上記２気筒接続状態となる運転領域のうち、少なくとも低負荷側の所定領域において、上記後続気筒の吸気行程下死点と上記既燃ガス導入弁の閉弁時期との間隔が、上記先行気筒の吸気行程下死点と上記先行気筒吸気弁の閉弁時期との間隔よりも短くなるように設定されていることを特徴とするので、三元触媒だけで充分に排気浄化性能を確保しつつ、リーン燃焼やポンピングロス低減等による燃費改善効果を得るとともに、その寄与度の高い運転領域を拡大することにより、更に大きな燃費改善効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態による装置を備えたエンジン全体の概略平面図である。
【図２】エンジン本体等の概略断面図である。
【図３】第１実施形態の制御系統のブロック図である。
【図４】運転領域を示す説明図である。
【図５】各気筒の排気行程、吸気行程、燃料噴射時期および点火時期等を示す図である。
【図６】低負荷低回転時の実質的な新気およびガスの流通経路を示す説明図である。
【図７】高負荷、高低回転側の運転領域にある時の実質的な新気およびガスの流通経路を示す説明図である。
【図８】第１実施形態の特殊運転モードにおける吸排気弁の開閉時期を示す説明図であり、（ａ）は、そのうち比較的低負荷低回転の場合、（ｂ）は、同じく比較的高負荷高回転の場合を示す。
【図９】通常運転モードにおける吸排気弁の開閉時期を示す説明図である。
【図１０】第２実施形態のカム切換機構を示す部分斜視図である。
【図１１】第２実施形態における３種のカム切換機構のためのプランジャ作動説明図である。
【図１２】第２実施形態における２種のカム切換機構のためのプランジャ作動説明図である。
【図１３】第２実施形態の制御系統のブロック図である。
【図１４】第２実施形態の特殊運転モードにおける吸排気弁の開閉時期を示す説明図であり、（ａ）は、そのうち比較的低負荷低回転の場合、（ｂ）は、同じく比較的高負荷高回転の場合を示す。
【符号の説明】
１ エンジン本体
２Ａ，２Ｄ １番，４番気筒（先行気筒）
２Ｂ，２Ｃ ２番，３番気筒（後続気筒）
９ 燃料噴射弁
１１ 吸気ポート
１１，１１ａ，１１ｂ 吸気ポート
１２，１２ａ，１２ｂ 排気ポート
１５ 吸気通路
２０ 排気通路
２２ 気筒間ガス通路
３１ 先行気筒吸気弁
３１ａ 後続気筒吸気弁
３１ｂ 既燃ガス導入弁
３２ 後続気筒排気弁
３２ａ 先行気筒排気弁
３２ｂ 既燃ガス排出弁
３３ａ，３４ａ カム位相可変機構
４０，４０ａ ＥＣＵ
４２ 弁停止機構制御手段
４４ 燃焼制御手段
４９ カム位相制御手段
１５０ カム切換機構
１６０ ロッカアームセット
１９０ カム切換制御手段
【発明の属する技術分野】
本発明は、火花点火式エンジンの制御装置に関し、より詳しくは、多気筒エンジンにおいて燃費改善及びエミッション向上のために各気筒の燃焼状態および吸排気弁の開閉時期を制御する装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、火花点火式エンジンにおいて、各気筒内の混合気の空燃比を理論空燃比よりも大きいリーン空燃比とした状態で燃焼を行わせることにより燃費改善を図る技術が研究されており、燃焼室内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁を備え、低回転低負荷域等では上記燃料噴射弁から圧縮行程で燃料を噴射することにより成層燃焼を行わせ、これによって超リーン燃焼を実現するようにしたものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
このようなエンジンにおいては、排気ガス浄化用の触媒として通常の三元触媒（ＨＣ，ＣＯ及びＮＯｘに対して理論空燃比付近で浄化性能の高い触媒）だけではリーン運転時にＮＯｘに対して充分な浄化性能が得られないため、酸素過剰雰囲気でＮＯｘを吸着して酸素濃度低下雰囲気でＮＯｘの離脱、還元を行うリーンＮＯｘ触媒を設けている。そして、このようなリーンＮＯｘ触媒を用いる場合、リーン運転中にリーンＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸着量が増大したときは、例えば上記引用文献１に示されるように主燃焼以外に膨張行程中に追加燃料を噴射することで排気ガスの空燃比をリッチ化するとともにＣＯを生成し、これによってＮＯｘの離脱、還元を促進するようにしている。
【０００４】
上記のようなリーン運転を行うエンジンでは、リーン運転中のＮＯｘ浄化性能の確保のために上記リーンＮＯｘ触媒を必要とする。そして、高負荷域等の理論空燃比で運転される領域での排気浄化のために三元触媒も必要であって、この三元触媒に加えて上記リーンＮＯｘ触媒が設けられ、かつ、このリーンＮＯｘ触媒はＮＯｘ吸着量をある程度確保するために比較的大容量が必要となり、また、三元触媒と比べて高価であるため、コスト的に不利である。
【０００５】
しかも、上記リーンＮＯｘ触媒の浄化性能を維持するためには、上述のようにＮＯｘ吸着量が増大するような所定の期間毎に、ＮＯｘの離脱、還元のため追加燃料の供給等による一時的な空燃比のリッチ化を行う必要があり、これにより、リーン燃焼による燃費改善効果が目減りしてしまうことになる。
【０００６】
このような課題に対し、本願出願人は、吸気、圧縮、膨張、排気の各行程からなるサイクルを行う多気筒エンジンにおいて、少なくとも低負荷低回転域では、排気行程と吸気行程が重なる一対の気筒間において排気行程側の気筒である先行気筒から排出される既燃ガスをそのまま吸気行程側の気筒である後続気筒に導入し、この後続気筒から排出されるガスを三元触媒を備えた排気通路に導くようにするとともに、この２気筒接続状態にあるときに、上記先行気筒において理論空燃比よりも所定量大きいリーン空燃比とした状態で燃焼を行わせ、後続気筒では先行気筒から導入されたリーン空燃比の既燃ガスに燃料を供給して理論空燃比とした状態で燃焼を行わせるように燃焼状態等を制御することを考えた（特願２００２−０２４５４８号）。
【０００７】
これによると、少なくとも低負荷低回転域において、先行気筒ではリーン空燃比での燃焼が行われ、熱効率が高められるとともにポンピングロスが低減されることにより大幅な燃費改善効果が得られ、また、上記後続気筒では先行気筒から導入されたリーン空燃比の既燃ガスに燃料が供給されて理論空燃比とされた状態で燃焼が行われて、ポンピングロス低減による燃費効果が得られる。しかも、後続気筒から排出される理論空燃比の既燃ガスのみが三元触媒を備えた排気通路に導かれるため、三元触媒だけで充分に排気浄化性能が確保され、リーンＮＯｘ触媒も不要となる。
【０００８】
更に、後続気筒の燃焼を、圧縮行程後期に燃焼室内を高温、高圧にして燃料を自己着火させるようにした圧縮着火によるものとすれば、燃焼室全体に亘り一気に燃焼するため、仕事に寄与しない遅い燃焼が避けられ、燃費改善に一層有利となる。後続気筒を圧縮着火させるためには、燃焼室内を高温、高圧にする必要があるが、上記のように２気筒接続状態とすることにより、後続気筒には先行気筒から高温の既燃ガスが導入されるので、圧縮着火が可能となっている。
【０００９】
【特許文献１】
特開平１０−２７４０８５号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、三元触媒だけで充分に排気浄化性能を確保しつつ、大幅な燃費改善効果を得るためには、２気筒接続状態での燃焼制御を行い、特に圧縮着火による燃焼を行うことが有効である。後続気筒で圧縮着火を行うためには、燃焼室内が高温、高圧でなければならないが、逆に高温になり過ぎるとノッキング等の異常燃焼の虞がある。従って、適正に圧縮着火を行い得る運転領域は、燃焼室内が好適な温度、圧力となるような一定の範囲内とする必要がある。そして、より大きな燃費改善効果を得るために、その範囲を拡大することが望まれていた。
【００１１】
本発明は以上のような課題を考慮してなされたものであり、三元触媒だけで充分に排気浄化性能を確保しつつ、リーン燃焼やポンピングロス低減等による燃費改善効果を得るとともに、その寄与度の高い運転領域を拡大することにより、更に大きな燃費改善効果が得られる火花点火式エンジンの制御装置を提供するものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、各気筒が所定の位相差をもって吸気、圧縮、膨張、排気の各行程からなるサイクルを行うようになっている多気筒の火花点火式エンジンにおいて、少なくとも低負荷低回転域で、排気行程と吸気行程が重なる一対の気筒間において排気行程側の気筒である先行気筒から排出される既燃ガスがそのまま吸気行程側の気筒である後続気筒に気筒間ガス通路を介して導入され、この後続気筒から排出される排ガスが排気通路に導かれるような２気筒接続状態にガス流通経路を構成するとともに、上記２気筒接続状態にあるときに、上記先行気筒では理論空燃比よりも所定量大きいリーン空燃比とした状態で強制点火により燃焼を行わせ、上記後続気筒では、先行気筒から導入されたリーン空燃比の既燃ガスに実質的に理論空燃比となるような量の燃料を供給するとともに圧縮着火により燃焼を行わせるように各気筒の燃焼を制御する燃焼制御手段と、上記先行気筒に新気を導入する先行気筒吸気弁と、当該先行気筒から上記排気通路に排ガスを排出する先行気筒排気弁と、上記気筒間ガス通路から上記後続気筒に既燃ガスを導入する既燃ガス導入弁と、上記後続気筒に新気を導入する後続気筒吸気弁とを備え、少なくとも上記２気筒接続状態にあるときには、上記先行気筒吸気弁が開弁することで上記先行気筒に新気が導入されるとともに、上記既燃ガス導入弁が開弁することで上記気筒間ガス通路から上記後続気筒に既燃ガスが導入される一方、当該２気筒接続状態にあるときには、上記先行気筒排気弁と上記後続気筒吸気弁とは閉弁しており、上記２気筒接続状態となる運転領域のうち、少なくとも低負荷側の所定領域において、上記後続気筒の吸気行程下死点と上記既燃ガス導入弁の閉弁時期との間隔が、上記先行気筒の吸気行程下死点と上記先行気筒吸気弁の閉弁時期との間隔よりも短くなるように設定されていることを特徴とする火花点火式エンジンの制御装置である。
【００１３】
この構成によると、少なくとも低負荷低回転域において、先行気筒では空気が過剰に存在するリーン空燃比で、強制点火による燃焼が行われ、このリーン燃焼によって熱効率が高められるとともにポンピングロスが低減され、大幅な燃費善効果が得られる。また、後続気筒では、先行気筒から導入されたリーン空燃比の既燃ガスに追加燃料が供給されて圧縮着火による燃焼が行われる。先行気筒から気筒間ガス通路を介して導入されるガスは高温であるために、追加燃料の気化が促進されるうえ、圧縮着火により燃焼室全体に亘り一気に燃焼するので、仕事に寄与しない遅い燃焼が避けられ、高い燃費改善効果が得られる。また、先行気筒ではリーン空燃比で燃焼が行われることによりＮＯｘ発生量が比較的少なく抑えられ、後続気筒では、先行気筒から既燃ガスが導入されることで多量のＥＧＲ（排気再循環）が行われているのと同等の状態となることからＮＯｘの発生が充分に抑制され、排ガス浄化が促進される。
【００１４】
しかも後続気筒から排出される理論空燃比の燃焼による排ガスのみが排気通路に導かれるので、排気通路には三元触媒を備えるだけで充分に排気浄化性能が確保される。先行気筒で熱効率の良いリーン燃焼を行いながら、リーン燃焼を行う際に従来必要とされていた、比較的高価なリーンＮＯｘ触媒を必要としないので、コストを削減することができる。
【００１５】
更に、２気筒接続状態となる運転領域のうち、少なくとも低負荷側の所定領域において、上記後続気筒の吸気行程下死点と既燃ガス導入弁の閉弁時期との間隔が、上記先行気筒の吸気行程下死点と先行気筒吸気弁の閉弁時期との間隔よりも短くなるように設定されている。すなわち、後続気筒の既燃ガス導入弁（一種の吸気弁である）の閉弁時期を、新気を吸入する場合（先行気筒）に比べて早期（下死点に近い側）に閉じるようにしている。そのため、後続気筒での有効圧縮比を増大させることができる。
【００１６】
従来のエンジンでは、吸気弁の閉弁時期を、吸気行程下死点よりも遅らせる（クランク角で５０°程度）のが一般的である。これは吸入抵抗による吸気の遅れを補うためであり、下死点よりも遅れて閉じることにより新気の充填効率を向上させている。しかし一方では、ピストンが下死点を過ぎて上昇中にも吸気弁が開いているので、有効圧縮比は幾何学的圧縮比よりも小さくなっている。本構成によると、既燃ガス導入弁の閉弁時期をより下死点に近づけることができるので、有効圧縮比を幾何学的圧縮比に近づける、即ち増大させることができるのである。なお、このとき後続気筒に導入されるのはスロットルバルブに絞られた新気ではなく、先行気筒から排出された既燃ガスなので、既燃ガス導入弁を早期に閉じてもその充填は充分になされる。
【００１７】
後続気筒の有効圧縮比を増大させると、筒内温度が上昇するため、圧縮着火し易くなる。従って、筒内温度が上昇し難く、圧縮着火性の低い低負荷領域であっても、その圧縮着火性を向上させることができる。すなわち、圧縮着火による燃焼を行うことができる運転領域をより低負荷の領域まで拡大することができるので、更に燃費を向上させ、排ガス浄化を促進させることができる。
【００１８】
なお、各行程や上死点（ＴＤＣ）、下死点（ＢＤＣ）等の語は、ピストンの動作や位置を指すが、ピストン位置はクランク角の関数ともなっているので、一般になされているように、本明細書でも各行程やピストン位置をクランク角で示す表現に準ずる。たとえば、ピストンが上死点から下死点まで移動したとき、クランク軸が１８０°回転する場合、上死点と下死点との間隔はクランク角１８０°（以下１８０°ＣＡと記す）である。また、吸気弁の開弁時期や吸気弁の開弁期間などという場合の時期や期間の単位は、クランク角とする。
【００１９】
請求項２の発明は、請求項１記載の火花点火式エンジンの制御装置において、少なくとも上記２気筒接続状態にあるときに、上記後続気筒の排ガスを排出する後続気筒排気弁が設けられ、上記２気筒接続状態となる運転領域のうち、少なくとも低負荷側の所定領域において、上記後続気筒排気弁を、上記後続気筒の排気行程上死点までは開弁しつつ、上記既燃ガス導入弁の開弁時期が、上記後続気筒の吸気行程上死点となるように設定されていることを特徴とする。
【００２０】
このようにすると、後続気筒の排気行程上死点付近で、後続気筒排気弁と既燃ガス導入弁とが共に開弁している期間（いわゆるバルブオーバーラップ）を短縮することができる（零とする場合も含む）。従来の一般的な設定は、吸気弁の開弁時期を吸気行程上死点よりも早期（５〜１０°ＣＡ程度）としていたところ、本構成ではそれを吸気行程上死点に合わせているからである。このようにバルブオーバーラップを短縮することにより、後続気筒に導入された既燃ガスが、そのまま後続気筒排気弁を通して排気通路に排出される、いわゆる吹き抜けが防止されるとともに、後続気筒の有効圧縮率を増大させることができる。有効圧縮比の増大に伴い、圧縮着火性が向上するので、上記のように更に燃費を向上させ、排ガス浄化を促進させることができる。
【００２１】
請求項３の発明は、請求項１または２記載の火花点火式エンジンの制御装置において、上記２気筒接続状態となる運転領域のうち、高負荷側の所定領域において、上記既燃ガス導入弁の閉弁時期が、低負荷側の所定領域にあるときの該時期よりも遅れ側に設定されていることを特徴とする。
【００２２】
このようにすると、比較的高負荷であり、筒内温度が高く、圧縮着火性は高いものの、その筒内温度が必要以上に高過ぎて逆にノッキング等の異常燃焼が発生する虞のある場合、既燃ガス導入弁の閉弁時期を遅らせることにより、後続気筒の有効圧縮比を小さくすることができる。後続気筒の有効圧縮比を小さくすると筒内温度が低下するので、ノッキング等の異常燃焼の発生を防止することができる。従って、異常燃焼を伴わずに圧縮着火による燃焼を行い得る運転領域を、より高負荷側に拡大することができ、更に燃費を向上させ、排ガス浄化を促進させることができる。
【００２３】
請求項４の発明は、請求項１または２記載の火花点火式エンジンの制御装置において、上記２気筒接続状態となる運転領域のうち、高負荷高回転側の所定領域において、上記既燃ガス導入弁の閉弁時期が、低負荷低回転側の所定領域にあるときの該時期よりも遅れ側に設定されていることを特徴とする。
【００２４】
このようにすると、請求項３の発明に加え、回転数も考慮した制御を行うことができる。筒内温度は回転数によっても変化するので、制御条件として回転数を考慮することにより、より詳細で適切な圧縮着火性の制御ができる。
【００２５】
請求項５の発明は、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の火花点火式エンジンの制御装置において、少なくとも上記２気筒接続状態にあるときに、上記先行気筒の既燃ガスを上記気筒間ガス通路に排出する既燃ガス排出弁が設けられ、上記２気筒接続状態となる運転領域において、上記既燃ガス排出弁の閉弁時期が、上記既燃ガス導入弁の閉弁時期よりも進み側に設定されるとともに、上記既燃ガス排出弁の開弁期間と上記既燃ガス導入弁の開弁期間とをそれぞれ個別に一定の所定値としつつ、少なくともエンジン負荷に応じて、上記既燃ガス排出弁の開弁時期と上記既燃ガス導入弁の開弁時期とが、その時期差を一定に保ちながら前後に変動するように設定されていることを特徴とする。
【００２６】
このようにすると、既燃ガス排出弁の閉弁時期をエンジン負荷に応じて前後に変動させることができるので、比較的低負荷のときに既燃ガス導入弁の閉弁時期を下死点付近まで早期化させ、有効圧縮比を増大させることができる。
【００２７】
このとき、既燃ガス排出弁の閉弁時期は、既燃ガス導入弁の閉弁時期よりも進み側となっているため、上死点よりも前になる。これは、従来のエンジンの一般的な排気弁の閉弁時期（上死点後５０°ＣＡ程度）よりも早期になっている。既燃ガス排出弁を早期に閉じることにより、先行気筒の既燃ガスの残存量が増大する（以下内部ＥＧＲの増大という）。先行気筒の内部ＥＧＲが増大すると、その筒内温度が上昇するので、先行気筒から排出され、後続気筒に導入される既燃ガスの温度が上昇する。
【００２８】
すなわち、後続気筒の有効圧縮比を増大させるとともに、後続気筒に導入される既燃ガス温度を上昇させることができる。その結果、後続気筒の筒内温度を上昇させて圧縮着火性を向上させることができる。このようにして圧縮着火による燃焼を行うことができる運転領域をより低負荷の領域まで拡大することができるので、更に燃費を向上させ、排ガス浄化を促進させることができる。
【００２９】
一方、比較的高負荷のときは全体的に開弁期間を遅らせることにより、既燃ガス導入弁の閉弁時期を吸気行程下死点よりも遅らせるとともに、既燃ガス排出弁の閉弁時期を遅らせることができる。既燃ガス導入弁を下死点よりも遅らせて閉じることにより後続気筒の有効圧縮比を減少させることができる。また既燃ガス排出弁の開弁時期を遅らせることにより、先行気筒の内部ＥＧＲを減少させ、後続気筒に導入される既燃ガス温度を低下させることができる。
【００３０】
すなわち、後続気筒の有効圧縮比を減少させるとともに、後続気筒に導入される既燃ガス温度を低下させることができる。その結果、後続気筒の筒内温度が高くなり過ぎて異常燃焼を起こすことを防止することができる。従って、異常燃焼を伴わずに圧縮着火による燃焼を行い得る運転領域を、より高負荷側に拡大することができ、更に燃費を向上させ、排ガス浄化を促進させることができる。
【００３１】
なお、各弁の開閉時期を変動させるにあたり、既燃ガス排出弁の開弁期間と既燃ガス導入弁の開弁期間とをそれぞれ個別に一定の所定値としつつ、これらの開弁時期の時期差を一定に保つようにしている。このようにすると、各弁の開閉に関る各カムの形状によって各弁の開閉時期が一義的に設定される構造のエンジンでは、カムの切換等をする必要がなく、各弁に関るカムは常に同一のカムを使用することができる。そして開弁時期の変動は、その弁の開閉に関るカムと一体回転するカムシャフトと、クランクシャフトとの位相（相対角度）を変動させることによりなすようにすれば良いので、対象となるエンジンの構造を、それぞれのカムを独立して制御するものよりも簡単にすることができ、小型、軽量、低コストのエンジンとすることができる。
【００３２】
請求項６の発明は、各気筒が所定の位相差をもって吸気、圧縮、膨張、排気の各行程からなるサイクルを行うようになっている多気筒の火花点火式エンジンにおいて、少なくとも低負荷低回転域で、排気行程と吸気行程が重なる一対の気筒間において排気行程側の気筒である先行気筒から排出される既燃ガスがそのまま吸気行程側の気筒である後続気筒に気筒間ガス通路を介して導入され、この後続気筒から排出される排ガスが排気通路に導かれるような２気筒接続状態にガス流通経路を構成するとともに、上記２気筒接続状態にあるときに、上記先行気筒では理論空燃比よりも所定量大きいリーン空燃比とした状態で強制点火により燃焼を行わせ、上記後続気筒では、先行気筒から導入されたリーン空燃比の既燃ガスに実質的に理論空燃比となるような量の燃料を供給するとともに圧縮着火により燃焼を行わせるように各気筒の燃焼を制御する燃焼制御手段と、上記先行気筒に新気を導入する先行気筒吸気弁と、当該先行気筒から上記排気通路に排ガスを排出する先行気筒排気弁と、上記気筒間ガス通路から上記後続気筒に既燃ガスを導入する既燃ガス導入弁と、上記後続気筒に新気を導入する後続気筒吸気弁とを備え、少なくとも上記２気筒接続状態にあるときには、上記先行気筒吸気弁が開弁することで上記先行気筒に新気が導入されるとともに、上記既燃ガス導入弁が開弁することで上記気筒間ガス通路から上記後続気筒に既燃ガスが導入される一方、当該２気筒接続状態にあるときには、上記先行気筒排気弁と上記後続気筒吸気弁とは閉弁しており、上記２気筒接続状態となる運転領域のうち、少なくとも低負荷側の所定領域において、上記既燃ガス導入弁の開弁期間が上記先行気筒吸気弁の開弁期間よりも短く、かつ上記後続気筒の吸気行程下死点と上記既燃ガス導入弁の閉弁時期との間隔が、上記先行気筒の吸気行程下死点と上記先行気筒吸気弁の閉弁時期との間隔よりも短くなるように設定されていることを特徴とする火花点火式エンジンの制御装置である。
【００３３】
この構成によると、請求項１の作用効果と同様、先行気筒ではリーン燃焼によって熱効率が高められるとともにポンピングロスが低減され、大幅な燃費善効果が得られるとともに、後続気筒では圧縮着火による燃焼を行うことで更に高い燃費改善効果が得られる。また、三元触媒を備えるだけで低コストでありながら充分に排気浄化性能が確保される。
【００３４】
更に、比較的低負荷の走行状態のとき、後続気筒の既燃ガス導入弁の開弁期間が先行気筒吸気弁の開弁期間よりも短く、かつ既燃ガス導入弁の閉弁時期が先行気筒吸気弁の閉弁時期よりも吸気下死点に近くなるようにできるので、相対的に既燃ガス導入弁の閉弁時期を早期化することができ、後続気筒の有効圧縮比を増大させることができる。後続気筒の有効圧縮比を増大させると、筒内温度が上昇するため、圧縮着火し易くなる。従って、筒内温度が上昇し難く、圧縮着火性の低い低負荷領域であっても、その圧縮着火性を向上させることができ、上記のように更に燃費を向上させ、排ガス浄化を促進させることができる。
【００３５】
請求項７の発明は、請求項６記載の火花点火式エンジンの制御装置において、少なくとも上記２気筒接続状態にあるときに、上記後続気筒の排ガスを排出する後続気筒排気弁が設けられ、上記２気筒接続状態となる運転領域のうち、少なくとも低負荷側の所定領域において、上記既燃ガス導入弁の開弁期間が、上記後続気筒排気弁の開弁期間よりも短くなるように設定されていることを特徴とする。
【００３７】
このようにすると、いずれも相対的に既燃ガス導入弁の閉弁時期を早期化することとなる。そのため、後続気筒の有効圧縮比を増大させることができ、上記のように更に燃費を向上させ、排ガス浄化を促進させることができる。
【００３８】
請求項８の発明は、請求項６に記載の火花点火式エンジンの制御装置において、少なくとも上記２気筒接続状態にあるときに、上記先行気筒の既燃ガスを上記気筒間ガス通路に排出する既燃ガス排出弁が設けられ、上記２気筒接続状態となる運転領域のうち、少なくとも低負荷側の所定領域において、上記既燃ガス導入弁の開弁時期が、上記既燃ガス排出弁の開弁時期よりも遅れ側に設定されていることを特徴とする。
【００３９】
このようにすると、既燃ガス導入弁の閉弁時期を吸気行程下死点付近に設定することができるので、後続気筒の有効圧縮比を増大させることができ、上記のように更に燃費を向上させ、排ガス浄化を促進させることができる。
【００４０】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明の第１の実施形態によるエンジンの概略構成を示し、図２はエンジン本体１の一つの気筒とそれに対して設けられた吸・排気弁等の構造を概略的に示している。これらの図において、エンジン本体１は複数の気筒を有し、図示の実施形態では４つの気筒２Ａ〜２Ｄを有している。各気筒２Ａ〜２Ｄにはピストン３が嵌挿され、ピストン３の上方に燃焼室４が形成されている。
【００４１】
各気筒２Ａ〜２Ｄの燃焼室４の頂部には点火プラグ７が装備され、そのプラグ先端が燃焼室４内に臨んでいる。この点火プラグ７には、電子制御による点火時期のコントロールが可能な点火回路８が接続されている。
【００４２】
燃焼室４の側方部には、燃焼室4内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁９が設けられている。この燃料噴射弁９は、図略のニードル弁及びソレノイドを内蔵し、パルス信号が入力されることにより、そのパルス入力時期にパルス幅に対応する時間だけ駆動されて開弁し、その開弁時間に応じた量の燃料を噴射するように構成されている。なお、この燃料噴射弁９には、図外の燃料ポンプにより燃料供給通路等を介して燃料が供給され、かつ、圧縮行程での燃焼室内の圧力よりも高い燃料圧力を与え得るように燃料供給系統が構成されている。
【００４３】
また、各気筒２Ａ〜２Ｄの燃焼室４に対して吸気ポート１１、１１ａ，１１ｂ及び排気ポート１２、１２ａ，１２ｂが開口し、これらのポートに吸気通路１５、排気通路２０等が接続されるとともに、各ポートにはそれぞれ先行気筒吸気弁３１、後続気筒吸気弁３１ａ、既燃ガス導入弁３１ｂ、後続気筒排気弁３２、先行気筒排気弁３２ａおよび既燃ガス排出弁３２ｂ（これらの弁は従来エンジンの吸排気弁に相当する）が設けられている。更にその上方にはカムシャフト３３，３４と、これらと一体回転するカム２６，２７が設けられている。
【００４４】
そして、各気筒が所定の位相差をもって吸気、圧縮、膨張、排気の各行程からなるサイクルを行うようになっており、４気筒エンジンの場合、気筒列方向一端側から１番気筒２Ａ、２番気筒２Ｂ、３番気筒２Ｃ、４番気筒２Ｄと呼ぶと、図５に示すように上記サイクルが１番気筒２Ａ、３番気筒２Ｃ、４番気筒２Ｄ、２番気筒２Ｂの順にクランク角で１８０°ずつの位相差をもって行われるようになっている。なお、図５において、ＥＸは排気行程、ＩＮは吸気行程であり、また、Ｆは燃料噴射、Ｓは強制点火を表し、図中の星マークは圧縮着火（条件によっては強制点火）が行われることを表している。
【００４５】
排気行程と吸気行程が重なる一対の気筒間には、排気行程と吸気行程が重なるときの排気行程側の気筒（当明細書ではこれを先行気筒と呼ぶ）から吸気行程側の気筒（当明細書ではこれを後続気筒と呼ぶ）へ既燃ガスをそのまま導くことができるように、気筒間ガス通路２２が設けられている。当実施形態の４気筒エンジンでは、図５に示すように１番気筒２Ａの排気行程（ＥＸ）と２番気筒２Ｂの吸気行程（ＩＮ）とが重なり、また４番気筒２Ｄの排気行程（ＥＸ）と３番気筒２Ｃの吸気行程（ＩＮ）が重なるので、１番気筒２Ａと２番気筒２Ｂ、及び、４番気筒２Ｄと３番気筒２Ｃがそれぞれ一対をなし、１番気筒２Ａ及び４番気筒２Ｄが先行気筒、２番気筒２Ｂ及び３番気筒２Ｃが後続気筒となる。
【００４６】
各気筒の吸・排気ポートとこれに接続される吸気通路、排気通路及び気筒間ガス通路は、具体的には次のように構成されている。
【００４７】
先行気筒である１番気筒２Ａ及び４番気筒２Ｄには、それぞれ、新気を導入するための吸気ポート１１と、既燃ガス（排気ガス）を排気通路に送り出すための第１排気ポート１２ａと、既燃ガスを後続気筒に導出するための第２排気ポート１２ｂとが配設されている。また、後続気筒である２番気筒２Ｂ及び３番気筒２Ｃには、それぞれ、新気を導入するための第１吸気ポート１１ａと、先行気筒からの既燃ガスを導入するための第２吸気ポート１１ｂと、既燃ガスを排気通路に送り出すための排気ポート１２とが配設されている。
【００４８】
図１に示す例では、１番，４番気筒２Ａ，２Ｄにおける吸気ポート１１および２番，３番気筒２Ｂ，２Ｃにおける第１吸気ポート１１ａが、１気筒当り２個ずつ、燃焼室の左半部側に並列的に設けられる一方、１番，４番気筒２Ａ，２Ｄにおける第１排気ポート１２ａ及び第２排気ポート１２ｂならびに２番，３番気筒２Ｂ，２Ｃにおける第２吸気ポート１１ｂ及び排気ポート１２が、燃焼室の右半部側に並列的に設けられている。
【００４９】
１番，４番気筒２Ａ，２Ｄにおける吸気ポート１１および２番，３番気筒２Ｂ，２Ｃにおける第１吸気ポート１１ａには、吸気通路１５における気筒別の分岐吸気通路１６の下流端が接続されている。各分岐吸気通路１６の下流端近傍には、共通の軸を介して互いに連動する多連スロットル弁１７が設けられており、この多連スロットル弁１７は制御信号に応じてアクチュエータ１８により駆動され、吸入空気量を調節するようになっている。なお、吸気通路１５における集合部より上流の共通吸気通路には吸気流量を検出するエアフローセンサ１９が設けられている。
【００５０】
１番，４番気筒２Ａ，２Ｄにおける第１排気ポート１２ａおよび２番，３番気筒２Ｂ，２Ｃにおける排気ポート１２には、排気通路２０における気筒別の分岐排気通路２１の上流端が接続されている。また、１番気筒２Ａと２番気筒２Ｂとの間及び３番気筒２Ｃと４番気筒２Ｄとの間にそれぞれ気筒間ガス通路２２が設けられ、先行気筒である１番，４番気筒２Ａ，２Ｄの第２排気ポート１２ｂに気筒間ガス通路２２の上流端が接続されるとともに、後続気筒である２番，３番気筒２Ｂ，２Ｃの第２吸気ポート１１ｂに気筒間ガス通路２２の下流端が接続されている。
【００５１】
気筒間ガス通路２２には、酸素濃度に応じて出力がリニアに変化するリニアＯ2センサ２５が設けられており、その出力に応じ、所定のリーン空燃比とされる先行気筒２Ａ，２Ｄに対する燃料噴射量がフィードバック制御される。
【００５２】
排気通路２０における分岐排気通路２１の下流の集合部には排気ガス中の酸素濃度を検出することにより空燃比を検出するＯ2センサ２３が設けられている。Ｏ2センサ２３は、理論空燃比付近で出力が急変するλＯ2センサであり、このＯ2センサ２３の出力に基いて後続気筒２Ｂ，２Ｃ（各気筒独立状態のときは気筒２Ａ，２Ｄを含む）に対する燃料噴射量がフィードバック制御される。さらにＯ2センサ２３の下流の排気通路２０には排気浄化用の三元触媒２４が設けられている。この三元触媒２４は、一般に知られているように、排気ガスの空燃比が理論空燃比（つまり空気過剰率λがλ＝１）付近にあるときにＨＣ，ＣＯ及びＮＯｘに対して高い浄化性能を示す触媒である。
【００５３】
各気筒の吸・排気ポートを開閉する各弁とこれらに対する動弁機構は、次のようになっている。
【００５４】
１番，４番気筒２Ａ，２Ｄにおける吸気ポート１１、第１排気ポート１２ａ及び第２排気ポート１２ｂにはそれぞれ先行気筒吸気弁３１、先行気筒排気弁３２ａ及び既燃ガス排出弁３２ｂが設けられ、また、２番，３番気筒２Ｂ，２Ｃにおける第１吸気ポート１１ａ、第２吸気ポート１１ｂ及び排気ポート１２にはそれぞれ後続気筒吸気弁３１ａ、既燃ガス導入弁３１ｂおよび後続気筒排気弁３２が設けられている。これらの各弁は、各気筒が吸気行程または排気行程にあるときにカム２６，２７に押し下げられて開くが、その開閉時期は必ずしも上死点や下死点に限らず、必要に応じて数度ＣＡ（クランク角）〜数十度ＣＡずれた時期に設定されている。
【００５５】
更に当実施形態では、カム位相可変機構３３ａ，３４ａによって各弁の開閉時期を条件に応じて変動させたり、弁停止機構３５によって閉じ切りにしたりするようになっている。
【００５６】
カム位相可変機構３３ａ，３４ａは、カムシャフト３３，３４の回転位相をクランクシャフトの回転位相に対して変動させる、従来から知られた機構である。図１に示すようにカムシャフト３３にはカム位相可変機構３３ａが、カムシャフト３４にはカム位相可変機構３４ａが設けられており、それぞれ独立して制御されている（図３参照）。従って、カムシャフト３３の回転によって開閉する先行気筒吸気弁３１および後続気筒吸気弁３１ａの開閉時期は、カム位相可変機構３３ａによって全体的に前後に変動する。同様に、カムシャフト３４の回転によって開閉する既燃ガス導入弁３１ｂ、後続気筒排気弁３２、先行気筒排気弁３２ａおよび既燃ガス排出弁３２ｂの開閉時期は、カム位相可変機構３４ａによって全体的に前後に変動する。
【００５７】
弁停止機構３５は、各弁を作動状態と停止状態とに切換えるもので、後続気筒吸気弁３１ａ、既燃ガス導入弁３１ｂ、先行気筒排気弁３２ａおよび既燃ガス排出弁３２ｂに設けられている。その機構は従来から知られているため詳しい図示は省略するが、例えば、カムと弁軸との間に介装されたタペットに作動油の給排が可能な油圧室が設けられ、この油圧室に作動油が供給されている状態ではカムの作動が弁に伝えられて弁が開閉作動され、油圧室から作動油が排出されたときにはカムの作動が弁に伝えられなくなることで弁が停止されるようになっているものである。後続気筒吸気弁３１ａおよび先行気筒排気弁３２ａの弁停止機構３５に対する作動油給排用の通路３６には、第１コントロール弁３７が設けられており、既燃ガス導入弁３１ｂおよび既燃ガス排出弁３２ｂに対する作動油給排用の通路３８には、第２コントロール弁３９が設けられている（図３参照）。
【００５８】
図３は当実施形態における駆動、制御系統の構成を示している。この図において、マイクロコンピュータ等からなるエンジン制御用のＥＣＵ（コントロールユニット）４０には、エアフローセンサ１９、Ｏ2センサ２３およびリニアＯ2センサ２５からの信号が入力され、運転状態を判別するためにエンジン回転数を検出する回転数センサ４７とアクセル開度（アクセルペダル踏込み量）を検出するアクセル開度センサ４８とからの信号が入力される。このＥＣＵ４０から、点火回路８、各燃料噴射弁９、多連スロットル弁１７のアクチュエータ１８、第１，第２のコントロール弁３７，３９およびカム位相可変機構３３ａ，３４ａのそれぞれに対して制御信号が出力される。
【００５９】
上記ＥＣＵ４０は、少なくとも低負荷低回転域で、ガス流通経路を２気筒接続状態（図６参照）としつつ燃焼を行わせる制御手段を構成するものであって、運転状態判別手段４１、弁停止機構制御手段４２、吸入空気量制御手段４３、燃焼制御手段４４およびカム位相制御手段４９を備えている。
【００６０】
運転状態判別手段４１は、回転数センサ４７およびアクセル開度センサ４８等からの信号によりエンジンの運転状態（エンジン回転数およびエンジン負荷）を調べ、運転状態が図４に示すような低負荷低回転側の運転領域Ａ（エンジン負荷Ｔ１以下かつエンジン回転数ｒ１以下）と、高負荷側ないし高回転側の運転領域Ｂ（エンジン負荷がＴ１を超えるか又はエンジン回転数がｒ１を越える）とのいずれの領域にあるかを判別する。運転領域Ａの中でも、運転領域Ａ１は比較的低負荷低回転の領域であり、運転領域Ａ２は比較的高負荷高回転の領域である。所定の条件下（たとえばエンジンが完全に暖機された状態）において、運転領域Ａでは２気筒接続状態とする特殊運転モードでの運転を行い、運転領域Ｂでは各気筒独立状態とする通常運転モードでの運転を行う。
【００６１】
弁停止機構制御手段４２は、特殊運転モードと通常運転モードとに応じ、上記各コントロール弁３７，３９を制御することにより、各弁停止機構３５を次のように制御する。
【００６２】
吸入空気量制御手段４３は、アクチュエータ１８を制御することによりスロットル弁１７の開度（スロットル開度）を制御するものであり、運転状態に応じてマップ等から目標吸入空気量を求め、その目標吸入空気量に応じてスロットル開度を制御する。この場合、特殊運転モードでは、後述のように後続気筒（２番、３番気筒２Ｂ，２Ｃ）においては分岐吸気通路１６からの吸気導入が遮断された状態で先行気筒から導入されるガス中の過剰空気と新たに供給される燃料との比が理論空燃比（以下これを実質的な理論空燃比という）とされつつ燃焼が行われるので、先行、後続の２気筒分の要求トルクに応じた燃料の燃焼に必要な量の空気（２気筒分の燃料の量に対して理論空燃比となる量の空気）が先行気筒（１番、４番気筒２Ａ，２Ｄ）に供給されるように、スロットル開度が調節される。
【００６４】
燃焼制御手段４４は、燃料噴射制御手段４５と点火制御手段４６とからなっており、燃料噴射制御手段４５により、各気筒２Ａ〜２Ｄに設けられた燃料噴射弁９からの燃料噴射量及び噴射タイミングをエンジンの運転状態に応じて制御するとともに、点火制御手段４６により運転状態に応じた点火時期の制御及び点火停止等の制御を行う。そして、特に運転状態が特殊運転モードである場合と通常運転モードである場合とで燃焼の制御（燃料噴射の制御及び点火の制御）が変更される。
【００６５】
すなわち、特殊運転モードの場合、先行気筒（１番、４番気筒２Ａ，２Ｄ）に対しては、空燃比を理論空燃比よりも大きいリーン空燃比、好ましくは理論空燃比の略２倍もしくはそれ以上とするように燃料噴射量を制御するとともに、圧縮行程で燃料を噴射して混合気の成層化を行わせるように噴射タイミングを設定し、かつ、圧縮上死点付近で強制点火を行わせるように点火タイミングを設定する。一方、後続気筒（２番、３番気筒２Ｂ，２Ｃ）に対しては、先行気筒から導入されたリーン空燃比の既燃ガスに対して燃料を供給し、実質的な理論空燃比となるように燃料噴射量を制御するとともに、吸気行程で燃料を噴射するように噴射タイミングを設定する。そして運転状態に応じて圧縮着火または強制点火による燃焼を行う。
【００６６】
通常運転モードの場合には、各気筒２Ａ〜２Ｄの空燃比を理論空燃比もしくはそれ以下とするように燃料噴射量を制御し、例えば通常運転モードのうちの大部分の領域において理論空燃比とし、全開負荷及びその付近の運転領域で理論空燃比よりリッチとする。そして、この場合に、各気筒２Ａ〜２Ｄに対して吸気行程で燃料を噴射して混合気を均一化するように噴射タイミングを設定し、かつ、各気筒２Ａ〜２Ｄとも強制点火を行わせるようにする。
【００６７】
カム位相制御手段４９は、運転状態判別手段４１の結果に基き、カム位相可変機構３３ａ，３４ａの制御を行う。制御の詳細は後述するが、例えば特殊運転モードにおいて、比較的低負荷低回転の領域（図４の領域Ａ１）ではカム２７の位相を進ませる側にカム位相可変機構３４ａを制御し、カムシャフト３４の回転によって作動する既燃ガス排出弁３２ｂ、既燃ガス導入弁３１ｂおよび後続気筒排気弁３２の開閉時期が全体的に早期になるように設定する。一方、比較的高負荷高回転の領域（図４の領域Ａ２）ではカム２７の位相を遅らせる側にカム位相可変機構３４ａを制御し、カムシャフト３４の回転によって作動する既燃ガス排出弁３２ｂ、既燃ガス導入弁３１ｂおよび後続気筒排気弁３２の開閉時期が全体的に遅れるよう設定する。なお、カム位相可変機構３３ａ，３４ａは作動中の弁に対して作用するので、弁停止機構３５によって停止状態となっている弁は、カム位相可変機構３３ａ，３４ａの制御にかかわらず停止状態を維持する。
【００６８】
以上のような当実施形態の装置の作用を、図５〜図９を参照しつつ説明する。
特殊運転モードでは前述のように先行気筒排気弁３２ａ及び後続気筒吸気弁３１ａが停止状態、既燃ガス排出弁３２ｂ及び既燃ガス導入弁３１ｂが作動状態とされることにより、実質的な新気及びガスの流通経路は図６に示すようになり、先行気筒（１番，４番気筒）２Ａ，２Ｄから排出される既燃ガスがそのまま気筒間ガス通路２２を介して後続気筒（２番，３番気筒）２Ｂ，２Ｃに導入されるとともに、この後続気筒２Ｂ，２Ｃから排出されるガスのみが排気通路２０に導かれるような２気筒接続状態とされる。
【００６９】
この状態において、先行気筒２Ａ，２Ｄにそれぞれ吸気行程で吸気通路１５から新気が導入され（図６中の矢印ａ）、先行気筒２Ａ，２ＤではリニアＯ2センサ２５により検出される空燃比が理論空燃比の略２倍ないしそれ以上の超リーン空燃比となるように燃料噴射量がフィードバック制御されつつ圧縮行程で燃料が噴射され、かつ、所定点火時期に点火が行われて、超リーン空燃比での成層燃焼が行われる（図５参照）。
【００７０】
その後、先行気筒２Ａ，２Ｄの吸気行程と後続気筒２Ｂ，２Ｃの排気行程が重なる期間に、先行気筒２Ａ，２Ｄから排出された既燃ガスがガス通路２２を通って後続気筒２Ｂ，２Ｃに導入される（図５中の白抜き矢印及び図６中の矢印ｂ）。そして、後続気筒２Ｂ，２Ｃでは、先行気筒２Ａ，２Ｄから導入されたリーン空燃比の既燃ガスに燃料が供給されて、実質的な理論空燃比となるように燃料噴射量が制御されつつ、吸気行程で燃料が噴射される。このとき、後続気筒２Ｂ，２Ｃでは点火プラグ７での強制点火が停止され、圧縮行程の上死点付近で燃焼室内の圧力、温度の上昇により圧縮着火が行われる。
【００７１】
こうして後続気筒２Ｂ，２Ｃでは、多量のＥＧＲガス相当の既燃ガス成分を含み、かつ、空燃比がリーンであるという条件下でも、同時圧縮着火により燃焼が急速に行われ、これにより熱効率が大幅に向上されることとなる。
【００７２】
このように、先行気筒２Ａ，２Ｄでは超リーンでの成層燃焼により熱効率が高められるとともにポンピングロスが低減され、一方、後続気筒２Ｂ，２Ｃでは、先行気筒２Ａ，２Ｄと同様にポンピングロス低減効果が得られるとともに、圧縮着火による燃焼を行う場合には、均一な混合気分布状態で圧縮着火が行われることにより熱効率が高められるとともに、これらの作用により、燃費が大幅に改善されることとなる。
【００７３】
また、先行気筒２Ａ，２Ｄでは理論空燃比の略２倍もしくはそれ以上のリーン空燃比とされることでＮＯｘ発生量が比較的少なく抑えられ、後続気筒２Ｂ，２Ｃでは、先行気筒２Ａ，２Ｄから既燃ガスが導入されることで多量のＥＧＲが行われているのと同等の状態となることからＮＯｘの発生が充分に抑制される。このような点からもエミッションの向上に有利となる。
【００７４】
但し、特殊運転モード中であっても、後続気筒２Ｂ，２Ｃの筒内温度が低く、圧縮着火し難い状態のときには後続気筒２Ｂ，２Ｃの着火を点火プラグ７による強制点火に切換える。また逆に、後続気筒２Ｂ，２Ｃの筒内温度が高過ぎてノッキング等の異常燃焼が起こるような状態のときには、特殊運転モードから通常運転モードに切換える。何れの場合も圧縮着火による特殊運転モードに比べ、燃費等の向上効果が抑制される。従って、これらの効果をより多く得るためには、特殊運転モード中の圧縮着火に適した運転領域を拡大することが望ましい。
【００７５】
特殊運転モード中の圧縮着火に適した運転領域を拡大するため、吸排気弁の開閉時期は次のように設定されている。
【００７６】
図８は、図５の吸排気行程部分を詳細に示したものであり、特殊運転モードにおける先行気筒２Ａ，２Ｄの先行気筒吸気弁３１および既燃ガス排出弁３２ｂの開閉時期と、後続気筒２Ｂ，２Ｃの既燃ガス導入弁３１ｂおよび後続気筒排気弁３２の開閉時期とを示す説明図である。図８（ａ）は特殊運転モードを行う運転状態のうち、比較的低負荷低回転の領域（図４の領域Ａ１）の場合であり、図８（ｂ）は同様に比較的高負荷高回転の領域（図４の領域Ａ２）の場合である。これらの図で、横軸はクランク角を示し、Ｔは上死点（ＴＤＣ）、Ｂは下死点（ＢＤＣ）である。ＴとＢとの間隔は１８０°ＣＡである。また、上段は先行気筒２Ａ，２Ｄを示し、下段はそれに対応する後続気筒２Ｂ，２Ｃを示す。そして、帯状の各部分は、各弁の開弁期間を示す。上段から下段に向かう白抜き矢印は、先行気筒２Ａ，２Ｄの排気行程と後続気筒２Ｂ，２Ｃの吸気行程とが重なっており、先行気筒２Ａ，２Ｄでの既燃ガスが後続気筒２Ｂ，２Ｃに導かれる状態を示す。
【００７７】
図８（ａ）において、上段には先行気筒２Ａ，２Ｄの既燃ガス排出弁３２ｂが開弁する既燃ガス排出弁の開弁期間８０と、先行気筒吸気弁３１が開弁する先行気筒吸気弁の開弁期間８１（斜線で示す）とを示す。下段には後続気筒２Ｂ，２Ｃの後続気筒排気弁３２が開弁する後続気筒排気弁の開弁期間８２と、既燃ガス導入弁３１ｂが開弁する既燃ガス導入弁の開弁期間８３とを示す。先行気筒吸気弁の開弁期間８１は、ＴＤＣ前約１０°ＣＡからＢＤＣ後約５５°ＣＡ（トータル約２４５°ＣＡ）に設定されている。これは、従来のエンジンの一般的な設定値である。これに対し、既燃ガス導入弁の開弁期間８３は、ＴＤＣ前約４５°ＣＡからほぼＢＤＣ（トータル約２２５°ＣＡ）に設定されている。また、後続気筒排気弁の開弁期間８２は、ＢＤＣ前約８０°ＣＡからＴＤＣ前約２５°ＣＡ（トータル約２３５°ＣＡ）に設定されている。
【００７８】
即ち、後続気筒吸気行程下死点９６と既燃ガス導入弁の閉弁時期９７との間隔（約０°ＣＡ）が、先行気筒吸気行程下死点９２と先行気筒吸気弁の閉弁時期９３との間隔（約５５°ＣＡ）よりも短くなるように設定されている。そして既燃ガス導入弁の開弁期間８３は先行気筒吸気弁の開弁期間８１および後続気筒排気弁の開弁期間８２よりも短くなっている。このように後続気筒２Ｂ，２Ｃでは、既燃ガス導入弁の開弁期間８３を短く設定するとともに、既燃ガス導入弁の閉弁時期９７を早期かつＢＤＣに近い時期に設定しているので、ピストン３がＢＤＣを過ぎて上昇中にも既燃ガス導入弁３１ｂが開いている期間が無い、若しくは短くなっている。このため、有効圧縮比が増大して幾何学的圧縮比に近づいている。この有効圧縮比の増大に伴い、後続気筒２Ｂ，２Ｃの筒内温度は上昇し易くなり、圧縮着火性が高くなっている。なお、このとき後続気筒２Ｂ，２Ｃに導入されるのは多連スロットル弁１７に絞られた新気ではなく、先行気筒２Ａ，２Ｄから排出された既燃ガスであり、容易に燃焼室４内に流入するため、既燃ガス導入弁３１ｂを早期に閉じてもその充填は充分になされる。
【００７９】
また、既燃ガス排出弁の開弁期間８０はＢＤＣ前約８０°ＣＡからＴＤＣ前約２５°ＣＡ（トータル約２３５°ＣＡ）に設定されている。従って、既燃ガス排出弁の閉弁時期９０は既燃ガス導入弁の閉弁時期９７（先行気筒２Ａ，２ＤではＴＤＣに相当）よりも約２５°ＣＡ進み側に設定されている。これは、従来のエンジンの一般的な設定値（ＴＤＣ後５０°ＣＡ程度）よりも早期になっている。既燃ガス排出弁３２ｂを早期に閉じることにより、先行気筒２Ａ，２Ｄの内部ＥＧＲ量が増大し、後続気筒２Ｂ，２Ｃに導入される既燃ガス温度が上昇する。
【００８０】
以上のように、後続気筒２Ｂ，２Ｃの有効圧縮比を増大させるとともに、後続気筒２Ｂ，２Ｃに導入される既燃ガス温度を上昇させることにより、後続気筒２Ｂ，２Ｃの筒内温度を上昇させて圧縮着火性を向上させている。このようにすることにより、圧縮着火による燃焼を行うことができる運転領域をより低負荷の領域まで拡大している。
【００８１】
図８（ｂ）において、上段には先行気筒２Ａ，２Ｄの既燃ガス排出弁３２ｂが開弁する既燃ガス排出弁の開弁期間１００と、先行気筒吸気弁３１が開弁する先行気筒吸気弁の開弁期間１０１（斜線で示す）とを示す。下段には後続気筒２Ｂ，２Ｃの後続気筒排気弁３２が開弁する後続気筒排気弁の開弁期間１０２と、既燃ガス導入弁３１ｂが開弁する既燃ガス導入弁の開弁期間１０３とを示す。先行気筒吸気弁の開弁期間１０１は、図８（ａ）の先行気筒吸気弁の開弁期間８１と同様の設定になっている。一方、既燃ガス排出弁の開弁期間１００、後続気筒排気弁の開弁期間１０２および既燃ガス導入弁の開弁期間１０３（それぞれ白抜き帯線で示す）は、図８（ａ）の既燃ガス排出弁の開弁期間８０、後続気筒排気弁の開弁期間８２および既燃ガス導入弁の開弁期間８３に対し、各期間の長さが等しく、各弁の開閉時期のみが全体的に約４５°ＣＡだけ遅らせた設定となっている。これは前述のように、カム位相制御手段４９によってカムシャフト３４の位相を約４５°ＣＡ遅らせることによりなされている（図３参照）。
【００８２】
図８（ｂ）の既燃ガス導入弁の閉弁時期１１４は、図８（ａ）の既燃ガス導入弁の閉弁時期９７よりも約４５°ＣＡ遅れている。このため、後続気筒２Ｂ，２Ｃでは、ピストン３が後続気筒吸気行程下死点１１３を過ぎて上昇中であっても、約４５°ＣＡの間既燃ガス導入弁３１ｂが開いている。従って、後続気筒２Ｂ，２Ｃの有効圧縮比は図８（ａ）の場合よりも減少しており、後続気筒２Ｂ，２Ｃの筒内温度は低下する。
【００８３】
また、既燃ガス排出弁の閉弁時期１１２は、図８（ａ）の既燃ガス排出弁の閉弁時期９０よりも約４５°ＣＡ遅く、先行気筒排気行程上死点１１１後約２０°ＣＡに設定されている。このため、先行気筒２Ａ，２Ｄの内部ＥＧＲは図８（ａ）の場合よりも減少し、後続気筒２Ｂ，２Ｃに導入される既燃ガス温度は低下する。
【００８４】
以上のように、後続気筒２Ｂ，２Ｃの有効圧縮比を減少させるとともに、後続気筒２Ｂ，２Ｃに導入される既燃ガス温度を低下させることにより、後続気筒２Ｂ，２Ｃの筒内温度を低下させ、ノッキング等の異常燃焼の発生を防止している。このようにすることにより、圧縮着火による燃焼を行うことができる運転領域をより高負荷の領域まで拡大している。
【００８５】
このように特殊運転モードでは、後続気筒２Ｂ，２Ｃの筒内温度が比較的低くなる運転領域ではその筒内温度を上昇させる方向に、筒内温度が比較的高くなる運転領域では低下させる方向に吸排気弁の開閉時期が設定されている。それによって、後続気筒２Ｂ，２Ｃが圧縮着火による適正な燃焼を行い得る運転領域を拡大することができ、より一層燃費改善効果と排ガス浄化の促進を図ることができる。
【００８６】
一方、通常運転モードでは前述のように先行気筒排気弁３２ａ及び後続気筒吸気弁３１ａが作動状態、既燃ガス排出弁３２ｂ及び既燃ガス導入弁３１ｂが停止状態とされることにより、実質的な新気及びガスの流通経路は図７に示すようになり、実質的に各気筒２Ａ〜２Ｄの吸気ポート１１，１１ａ及び排気ポート１２ａ，１２が独立し、吸気通路１５から各気筒２Ａ〜２Ｄの吸気ポート１１，１１ａに新気が導入されるとともに各気筒２Ａ〜２Ｄの排気ポート１２ａ，１２から排気通路２０に既燃ガスが排出される。
【００８７】
図９は、通常運転モードにおける先行気筒２Ａ，２Ｄの先行気筒吸気弁３１および既燃ガス排出弁３２ｂの開閉時期と、後続気筒２Ｂ，２Ｃの既燃ガス導入弁３１ｂおよび後続気筒排気弁３２の開閉時期とを示す説明図である。横軸はクランク角を示し、Ｔは上死点（ＴＤＣ）、Ｂは下死点（ＢＤＣ）である。ＴとＢの間隔は１８０°ＣＡである。また、上段は先行気筒２Ａ，２Ｄを示し、下段は後続気筒２Ｂ，２Ｃを示す。通常運転モードでは各気筒独立運転となっているので、先行気筒２Ａ，２Ｄ、後続気筒２Ｂ，２Ｃともに新気を導入して強制点火による燃焼を行っている。図９の上段には先行気筒２Ａ，２Ｄの先行気筒排気弁３２ａが開弁する既燃ガス排出弁の開弁期間１２０と、先行気筒吸気弁３１が開弁する先行気筒吸気弁の開弁期間１２１とを示す。下段には後続気筒２Ｂ，２Ｃの後続気筒排気弁３２が開弁する後続気筒排気弁の開弁期間１２２と、後続気筒吸気弁３１ａが開弁する後続気筒吸気弁の開弁期間１２３とを示す。
【００８８】
先行気筒２Ａ，２Ｄでの排気および後続気筒２Ｂ，２Ｃでの吸気は、特殊運転モードとは異なる弁によってなされるので、その開閉は異なるカムによりなされる。従って、先行気筒排気弁の開弁期間１２０および後続気筒吸気弁の開弁期間１２３は、図８（ａ）の既燃ガス排出弁の開弁期間８０および既燃ガス導入弁の開弁期間８３とは独立して設定することができる。図９では、先行気筒吸気弁の開弁期間１２１および後続気筒吸気弁の開弁期間１２３（斜線で示す）は、ＴＤＣ前約１０°ＣＡからＢＤＣ後約５５°ＣＡ（トータル約２４５°ＣＡ）に設定されている。また、先行気筒排気弁の開弁期間１２０および後続気筒排気弁の開弁期間１２２は、ＢＤＣ前約３０°ＣＡからＴＤＣ後約２５°ＣＡ（トータル約２３５°ＣＡ）に設定されている。これらの開弁期間は、従来のエンジンの一般的な設定に相当する。
【００８９】
そして、先行気筒吸気弁の開弁期間１２１および後続気筒吸気弁の開弁期間１２３は、カム位相可変機構３３ａによって前後に変動可能であり、先行気筒排気弁の開弁期間１２０および後続気筒排気弁の開弁期間１２２は、カム位相可変機構３４ａによって前後に変動可能である。従って、カム位相可変機構３３ａ，３４ａを制御することにより、先行気筒排気弁３２ａと先行気筒吸気弁３１とが共に開弁している期間（先行気筒排気弁の開弁期間１２０と先行気筒吸気弁の開弁期間１２１とが重なっている期間：バルブオーバーラップ）を変動し得るようになっている。カム位相制御手段４９は、高負荷になるほどバルブオーバーラップが大きくなるようにカム位相可変機構３３ａ，３４ａを制御して、負荷に応じて最適な燃焼効率が得られるようにしている。後続気筒２Ｂ，２Ｃに対しても同様の制御がなされている。
【００９０】
このようにして通常運転モードでは、負荷に応じて最適な吸排気時期に制御されるとともに、理論空燃比もしくはそれよりリッチとなるように吸入空気量及び燃料噴射量が制御されることにより、出力性能が確保される。
【００９１】
なお図８（ａ），（ｂ）および図９に示すパターンは、各開弁期間や開弁時期を限定するものではなく、特許請求の範囲内で適宜変更しても良い。例えば、図８（ａ）の既燃ガス導入弁の閉弁時期９７は、後続気筒吸気行程下死点９６よりも若干遅れるように設定しても良い。また、図８（ａ），（ｂ）および図９の先行気筒吸気弁の開弁期間８１，１０１，１２１を負荷に応じて異なる設定（当実施形態では、それはカム位相可変機構３３ａによりなされる）としても良く、当実施形態のように同一の設定としても良い（その場合、カム位相可変機構３３ａはなくても良い）。その他の具体的な設定値も、エンジンの要求特性に応じて好適な値に設定して良い。
【００９２】
また、特殊運転モードでの走行領域Ａを、領域Ａ１，Ａ２といった２分割ではなく、３以上に分割し、それぞれの領域に適した弁開閉時期を設定するようにしてもよい。更に分割による段階的な設定ではなく、連続的に変化させるようにしても良い。
【００９３】
次に、本発明の第２の実施形態について図１０〜図１３に基いて説明する。なお、これらの図において第１の実施形態と同一部分には同一符号を付して示し、その重複説明を省略する。
【００９４】
図１０は、第２の実施形態におけるカム切換機構１５０の部分斜視図であり、２点鎖線で示す既燃ガス導入弁３１ｂ等のためのものである。既燃ガス導入弁３１ｂの上方にはカムシャフト１５１が配設されている。カムシャフト１５１には第１カム１５２，第２カム１５４および第３カム１５６という独立したリフト特性を有する３種類のカムが一体回転するように設けられている。これらのカムと既燃ガス導入弁３１ｂとの間には、ロッカシャフト１７０に支持されたロッカアームセット１６０が設けられている。ロッカアームセット１６０は、第１ロッカアーム１６２，第２ロッカアーム１６４および第３ロッカアーム１６６という３種類のロッカアームの集合体である。第１ロッカアーム１６２の先端にはバルブ当接部１６３と、その軸線方向位置を微調整するためのアジャストスクリュー１６１が設けられており、バルブ当接部１６３は適切な位置で既燃ガス導入弁３１ｂ等の弁軸上端に当接している。第２ロッカアーム１６４および第３ロッカアーム１６６には、図外のスプリングが、これらのロッカアームを第２カム１５４および第３カム１５６に押圧するように設けられている。従って、ロッカアームセット１６０の各ロッカアームが、図示のように独立して可動である場合には、各ロッカアームの上面は第１カム１５２，第２カム１５４および第３カム１５６の外周部に当接し、カム当接部の形状（各カムの回転半径）に応じてロッカシャフト１７０を支軸として上下に揺動する。
【００９５】
ロッカアームセット１６０の内部には、後述するように５本のプランジャが２列に設けられている（図１１参照。図１０ではそのプランジャ穴のひとつである第４プランジャ穴２０４が見えている）。これらのプランジャの動きにより、第１ロッカアーム１６２は第２ロッカアーム１６４または第３ロッカアーム１６６と一体となり、連動し得る。ロッカシャフト１７０の内部には、プランジャを油圧作動させるためのオイルを導く第１作動油給排用の通路１７２および第２作動油給排用の通路１７４が設けられている。
【００９６】
第１カム１５２は、弁停止用のカムであり、カムシャフト１５１と同心円の外周形状を有する。したがって第１ロッカアーム１６２は、その上面が第１カム１５２の外周面に常時当接している（第２ロッカアーム１６４および第３ロッカアーム１６６と切り離されている）とき、カムシャフト１５１が回転しても揺動しない。すなわち既燃ガス導入弁３１ｂ等は閉弁状態で停止している。
【００９７】
第２カム１５４は、低負荷（または低速）用のカムであり、第１カム１５２と同一の外周形状を有する部分と、それより突出した外周形状を有する部分とからなる。したがって第２ロッカアーム１６４は、その上面が第２カム１５４の外周面に常時当接している（後述の第３ロッカアーム１６６と切り離されている）とき、カムシャフト１５１の回転に伴い、所定のクランク角で所定量だけ下方に揺動する。そして、このとき第１ロッカアーム１６２と第２ロッカアーム１６４とが連動するようになっていれば、第１ロッカアーム１６２の動作は第２カム１５４による第２ロッカアーム１６４の揺動と同一のものとなる。すなわち既燃ガス導入弁３１ｂは所定時期に所定量だけ開弁する。
【００９８】
第３カム１５６は、高負荷（または高速）用のカムであり、第２カム１５４と同一の外周形状を有する部分と、それより突出した外周形状を有する部分とからなる。したがって第３ロッカアーム１６６は、その上面が第３カム１５６の外周面に常時当接しており、カムシャフト１５１の回転に伴い、所定のクランク角で所定量だけ下方に揺動する。そして、このとき第１ロッカアーム１６２と第３ロッカアーム１６６とが連動するようになっていれば、第１ロッカアーム１６２の動作は第３カム１５６による第３ロッカアーム１６６の揺動と同一のものとなる。すなわち既燃ガス導入弁３１ｂは所定時期に所定量だけ開弁する（開弁期間は第２ロッカアーム１６４のみが第１ロッカアーム１６２と連動する場合の開弁期間を包含する）。
【００９９】
図１１は、ロッカアームセット１６０の内部に設けられた５本のプランジャの作動を示す説明図である。図１１（ａ）は第１ロッカアーム１６２が第２ロッカアーム１６４および第３ロッカアーム１６６と切り離された状態、図１１（ｂ）は第１ロッカアーム１６２が第２ロッカアーム１６４のみと連動する状態、図１１（ｃ）は第１ロッカアーム１６２が第２ロッカアーム１６４および第３ロッカアーム１６６と連動する状態を示す。
【０１００】
第１ロッカアーム１６２の内部には第１プランジャ穴２０１および第４プランジャ穴２０４が設けられている。第１プランジャ穴２０１は第２ロッカアーム１６４側に開口した円形断面の凹穴である。第１プランジャ穴２０１の底部には第１作動油給排用の通路１７２から第１作動油導入路１７３が導かれている。第１プランジャ穴２０１内には円柱状の第１プランジャ１８１が嵌挿されている。第１プランジャ１８１は、その外周面で第１作動油導入路１７３に導かれた作動油をシールしつつ、第１プランジャ穴２０１内を滑らかに摺動する。第１プランジャ１８１の全長は、第１プランジャ穴２０１の深さよりも短い。
【０１０１】
第４プランジャ穴２０４は第２ロッカアーム１６４側と第３ロッカアーム１６６側とを貫通する貫通穴である。第４プランジャ穴２０４内には円柱状の第４プランジャ１８４が嵌挿されている。第４プランジャ１８４の全長は、第４プランジャ穴２０４の深さ（第１ロッカアーム１６２の板厚）と等しい。第４プランジャ１８４は、第４プランジャ穴２０４内を滑らかに摺動する。
【０１０２】
第２ロッカアーム１６４の内部には第２プランジャ穴２０２および第５プランジャ穴２０５が設けられている。第２プランジャ穴２０２は第１ロッカアーム１６２側に開口した円形断面の凹穴であり、第１プランジャ穴２０１と等しい直径となっている。第２プランジャ穴２０２の底部にはエア抜き穴２０６が設けられ、リークしたオイルを逃がしつつ内部の気圧を大気圧に保つ。第２プランジャ穴２０２内には有底円筒状で外径が第１プランジャ１８１と等しい第２プランジャ１８２が嵌挿されている。第２プランジャ１８２は、第２プランジャ穴２０２内を滑らかに摺動する。第２プランジャ１８２の全長は、第２プランジャ穴２０２の深さと等しい。第２プランジャ１８２の第１プランジャ１８１と当接する端部は、球状に成形されている。第２プランジャ１８２の内側凹部には第２プランジャスプリング１８７が設けられ、第２プランジャ１８２を常時第１プランジャ１８１側に付勢している。
【０１０３】
第５プランジャ穴２０５は第１ロッカアーム１６２側に開口した円形断面の凹穴であり、第４プランジャ穴２０４と等しい直径となっている。第５プランジャ穴２０５の底部にはエア抜き穴２０７が設けられ、リークしたオイルを逃がしつつ内部の気圧を大気圧に保つ。第５プランジャ穴２０５内には有底円筒状で外径が第４プランジャ１８４と等しい第５プランジャ１８５が嵌挿されている。第５プランジャ１８５は、第５プランジャ穴２０５内を滑らかに摺動する。第５プランジャ１８５の全長は、第５プランジャ穴２０５の深さよりも短い。第５プランジャ１８５の第４プランジャ１８４と当接する端部は、球状に成形されている。第５プランジャ１８５の内側凹部には第５プランジャスプリング１８９が設けられ、第５プランジャ１８５を常時第４プランジャ１８４側に付勢している。
【０１０４】
第３ロッカアーム１６６の内部には第３プランジャ穴２０３が設けられている。第３プランジャ穴２０３は第１ロッカアーム１６２側に開口した円形断面の凹穴であり、第４プランジャ穴２０４と等しい直径となっている。第３プランジャ穴２０３の底部には第２作動油給排用の通路１７４から第２作動油導入路１７５が導かれている。第３プランジャ穴２０３内には円柱状で外径が第４プランジャ１８４と等しい第３プランジャ１８３が嵌挿されている。第３プランジャ１８３は、その外周面で第２作動油導入路１７５に導かれた作動油をシールしつつ、第３プランジャ穴２０３内を滑らかに摺動する。第３プランジャ１８３の全長は、第３プランジャ穴２０３の深さと等しい。第３プランジャ１８３の第４プランジャ１８４と当接する端部は、球状に成形されている。
【０１０５】
図１１（ａ）は、第１ロッカアーム１６２が第２ロッカアーム１６４および第３ロッカアーム１６６と切り離された状態を示し、第１作動油給排用の通路１７２に作動油圧が供給（以下油圧ＯＮという）され、第２作動油給排用の通路１７４に作動油圧が供給されていない（以下油圧ＯＦＦという）。第１作動油給排用の通路１７２から導かれた第１作動油導入路１７３が油圧ＯＮとなり、第１プランジャ１８１を右側（図の矢印方向）に押圧する。その押圧力は第２プランジャスプリング１８７の付勢力よりも大きく、第１プランジャ１８１は第２プランジャ１８２と一体となって右側に移動している。第２プランジャ１８２の全長が第２プランジャ穴２０２の深さと等しいので、第１プランジャ１８１と第２プランジャ１８２との接点は第１ロッカアーム１６２と第２ロッカアーム１６４との合わせ面内にある。
【０１０６】
一方、第２作動油給排用の通路１７４から導かれた第２作動油導入路１７５が油圧ＯＦＦとなっているので、第３プランジャ１８３、第４プランジャ１８４および第５プランジャ１８５は、第５プランジャスプリング１８９の付勢力によって一体となって左側（図の矢印方向）に移動している。第３プランジャ１８３の全長が第３プランジャ穴２０３の深さと等しいので、第３プランジャ１８３と第４プランジャ１８４との接点は第１ロッカアーム１６２と第３ロッカアーム１６６との合わせ面内にある。更に第４プランジャ１８４の全長が第４プランジャ穴２０４の深さと等しいので、第４プランジャ１８４と第５プランジャ１８５との接点は第１ロッカアーム１６２と第２ロッカアーム１６４との合わせ面内にある。
【０１０７】
このように、各プランジャの接点が各ロッカアームの合わせ面内にあるため、第１ロッカアーム１６２は第２ロッカアーム１６４および第３ロッカアーム１６６から切り離された状態となっている。このため第１ロッカアーム１６２は、その上面に当接する第１カム１５２による作動、すなわちロッカシャフト１７０まわりの揺動停止を行い、既燃ガス導入弁３１ｂを閉弁状態で停止させる。
【０１０８】
図１１（ｂ）は、第１ロッカアーム１６２が第２ロッカアーム１６４のみと連動する状態を示し、第１作動油給排用の通路１７２、第２作動油給排用の通路１７４ともに油圧ＯＦＦとなっている。第１作動油給排用の通路１７２から導かれた第１作動油導入路１７３が油圧ＯＦＦとなっているので、第１プランジャ１８１および第２プランジャ１８２は、第２プランジャスプリング１８７の付勢力によって左側（図の矢印方向）に移動している。第１プランジャ１８１の全長が第１プランジャ穴２０１の深さより短いので、第２プランジャ１８２の一部は第１プランジャ穴２０１に入り込んでいる。
【０１０９】
一方、第２作動油給排用の通路１７４から導かれた第２作動油導入路１７５が油圧ＯＦＦとなっているので、図１１（ａ）と同様、第３プランジャ１８３と第４プランジャ１８４との接点は第１ロッカアーム１６２と第３ロッカアーム１６６との合わせ面内にあり、第４プランジャ１８４と第５プランジャ１８５との接点は第１ロッカアーム１６２と第２ロッカアーム１６４との合わせ面内にある。
【０１１０】
このように、第２プランジャ１８２の一部が第１プランジャ穴２０１に入り込むことにより、第１ロッカアーム１６２は第２ロッカアーム１６４と連動する。また、第３プランジャ１８３と第４プランジャ１８４との接点が第１ロッカアーム１６２と第３ロッカアーム１６６との合わせ面内にあるので、第１ロッカアーム１６２と第３ロッカアーム１６６とは切り離された状態となっている。従って第１ロッカアーム１６２は、第２ロッカアーム１６４の上面に当接する第２カム１５４による作動を行う。すなわちカムシャフト１５１の回転に伴い、所定のクランク角で所定量だけ下方に揺動し、既燃ガス導入弁３１ｂを開閉させる。
【０１１１】
図１１（ｃ）は、第１ロッカアーム１６２が第２ロッカアーム１６４および第３ロッカアーム１６６と連動する状態を示し、第１作動油給排用の通路１７２が油圧ＯＦＦ、第２作動油給排用の通路１７４が油圧ＯＮとなっている。第１作動油給排用の通路１７２から導かれた第１作動油導入路１７３が油圧ＯＦＦとなっているので、図１１（ｂ）と同様、第２プランジャ１８２の一部は第１プランジャ穴２０１に入り込んでいる。
【０１１２】
一方、第２作動油給排用の通路１７４から導かれた第２作動油導入路１７５が油圧ＯＮとなっているので、第３プランジャ１８３を右側（図の矢印方向）に押圧する。その押圧力は第５プランジャスプリング１８９の付勢力よりも大きく、第３プランジャ１８３は第４プランジャ１８４および第５プランジャ１８５と一体となって右側に移動している。第５プランジャ１８５の全長が第５プランジャ穴２０５の深さよりも短いので、第４プランジャ１８４の一部が第５プランジャ穴２０５に入り込み、さらに第３プランジャ１８３の一部が第４プランジャ穴２０４に入り込んでいる。
【０１１３】
このように、第２プランジャ１８２の一部が第１プランジャ穴２０１に入り込み、第３プランジャ１８３の一部が第４プランジャ穴２０４に入り込むことにより、第１ロッカアーム１６２は第２ロッカアーム１６４および第３ロッカアーム１６６と連動する。従って第１ロッカアーム１６２は、第３ロッカアーム１６６の上面に当接する、最も回転半径の大きな第３カム１５６による作動を行う。すなわちカムシャフト１５１の回転に伴い、所定のクランク角で所定量だけ下方に揺動し、既燃ガス導入弁３１ｂを開閉させる。その開弁期間は図１１（ｂ）の場合よりも長くなっている。
【０１１４】
以上のカム切換機構１５０は、既燃ガス導入弁３１ｂおよび既燃ガス排出弁３２ｂのためのものであるが、後続気筒吸気弁３１ａおよび先行気筒排気弁３２ａにも同様のカム切換機構１５０ａ（図１０に括弧書きで示す）が設けられている。但し、カム切換機構１５０ａでは第２カム１５４と第３カム１５６は同一形状である。それらのカムに当接するロッカアームセット１６０ａは、図１０に示すように第１ロッカアーム１６２ａ、第２ロッカアーム１６４ａおよび第３ロッカアーム１６６ａからなる。カム切換機構１５０ａは、第１ロッカアーム１６２ａが第２ロッカアーム１６４ａおよび第３ロッカアーム１６６ａから切り離され、後続気筒吸気弁３１ａおよび先行気筒排気弁３２ａを閉弁状態で停止させる状態と、第１ロッカアーム１６２ａが第２ロッカアーム１６４ａおよび第３ロッカアーム１６６ａと連動し、第２カム１５４および第３カム１５６の回転によって後続気筒吸気弁３１ａおよび先行気筒排気弁３２ａを開閉させる状態とに切換える。
【０１１５】
図１２は、ロッカアームセット１６０ａの内部に設けられた３本のプランジャの作動を示す説明図である。図１２（ａ）は第１ロッカアーム１６２が第２ロッカアーム１６４および第３ロッカアーム１６６と切り離された状態、図１２（ｂ）は第１ロッカアーム１６２が第２ロッカアーム１６４および第３ロッカアーム１６６と連動する状態を示す。
【０１１６】
ロッカアームセット１６０ａ内のプランジャ構造は、ロッカアームセット１６０内のプランジャ構造のうち、第３プランジャ１８３、第４プランジャ１８４および第５プランジャ１８５まわりの構造を設けたようなものとなっており、その詳細構造の説明はロッカアームセット１６０における記述と重複するので省略する。但し、第３プランジャ１８３の左端には、第１作動油給排用の通路１７２から第１作動油導入路１７３ａが導かれている点がロッカアームセット１６０とは異なる。また、第２作動油給排用の通路１７４は、構造上省略できる場合にはなくても良い。
【０１１７】
図１２（ａ）は、第１ロッカアーム１６２が第２ロッカアーム１６４および第３ロッカアーム１６６と切り離された状態を示し、第１作動油給排用の通路１７２が油圧ＯＦＦとなっている。第１作動油給排用の通路１７２から導かれた第１作動油導入路１７３ａが油圧ＯＦＦとなっているので、第３プランジャ１８３、第４プランジャ１８４および第５プランジャ１８５は、第５プランジャスプリング１８９の付勢力によって一体となって左側（図の矢印方向）に移動している。従って、第３プランジャ１８３と第４プランジャ１８４との接点は第１ロッカアーム１６２ａと第３ロッカアーム１６６ａとの合わせ面内にあり、第４プランジャ１８４と第５プランジャ１８５との接点は第１ロッカアーム１６２ａと第２ロッカアーム１６４ａとの合わせ面内にある。
【０１１８】
このように、各プランジャの接点が各ロッカアームの合わせ面内にあるため、第１ロッカアーム１６２ａは第２ロッカアーム１６４ａおよび第３ロッカアーム１６６ａから切り離された状態となっている。このため第１ロッカアーム１６２ａは、その上面に当接する第１カム１５２による作動、すなわちロッカシャフト１７０まわりの揺動停止を行い、既燃ガス導入弁後続気筒吸気弁３１ａおよび先行気筒排気弁３２ａを閉弁状態で停止させる。
【０１１９】
図１２（ｂ）は、第１ロッカアーム１６２が第２ロッカアーム１６４および第３ロッカアーム１６６と連動する状態を示し、第１作動油給排用の通路１７２が油圧ＯＮとなっている。第１作動油給排用の通路１７２から導かれた第１作動油導入路１７３ａが油圧ＯＮとなっているので、第３プランジャ１８３を右側（図の矢印方向）に押圧する。その押圧力は第５プランジャスプリング１８９の付勢力よりも大きく、第３プランジャ１８３は第４プランジャ１８４および第５プランジャ１８５と一体となって右側に移動している。従って第４プランジャ１８４の一部が第５プランジャ穴２０５に入り込み、さらに第３プランジャ１８３の一部が第４プランジャ穴２０４に入り込んでいる。
【０１２０】
このように、第４プランジャ１８４の一部が第５プランジャ穴２０５に入り込み、さらに第３プランジャ１８３の一部が第４プランジャ穴２０４に入り込むことにより、第１ロッカアーム１６２は第２ロッカアーム１６４および第３ロッカアーム１６６と連動する。従って第１ロッカアーム１６２は、第２ロッカアーム１６４ａおよび第３ロッカアーム１６６ａの上面に当接する第２カム１５４および第３カム１５６（同形状）による作動を行う。すなわちカムシャフト１５１の回転に伴い、所定のクランク角で所定量だけ下方に揺動し、既燃ガス導入弁３１ｂを開閉させる。
【０１２１】
図１３は当実施形態の駆動、制御系統の構成を示している。第１コントロール弁１７６および第２コントロール弁１７７は、第１作動油給排用の通路１７２および第２作動油給排用の通路１７４に導く第１作動油および第２作動油を制御（油圧ＯＮ／ＯＦＦ）するためのコントロール弁である。カム切換機構１５０は既燃ガス導入弁３１ｂ、既燃ガス排出弁３２ｂに設けられ、カム切換機構１５０ａは後続気筒吸気弁３１ａ、先行気筒排気弁３２ａに設けられている。
【０１２２】
ＥＣＵ４０ａは、第１の実施形態のＥＣＵ４０に対し、弁停止機構制御手段４２およびカム位相制御手段４９に替えてカム切換制御手段１９０を備える点が異なっている。
【０１２３】
カム切換制御手段１９０は、特殊運転モードと通常運転モードとに応じ、あるいは運転状態に応じ、第１コントロール弁１７６および第２コントロール弁１７７を制御することにより、カム切換機構１５０およびカム切換機構１５０ａを次のように制御する。
【０１２４】
特殊運転モードのうち、低負荷低速領域：
・第１作動油圧−ＯＦＦ，第２作動油圧−ＯＦＦ
・先行気筒排気弁３２ａ、後続気筒吸気弁３１ａを停止状態（図１２（ａ））
・既燃ガス排出弁３２ｂ、既燃ガス導入弁３１ｂを
第２カム１５４（低速カム）による作動状態（図１１（ｂ））
特殊運転モードのうち、高負荷高速領域：
・第１作動油圧−ＯＦＦ，第２作動油圧−ＯＮ
・先行気筒排気弁３２ａ、後続気筒吸気弁３１ａを停止状態（図１２（ａ））
・既燃ガス排出弁３２ｂ、既燃ガス導入弁３１ｂを
第３カム１５６（高速カム）による作動状態（図１１（ｃ））
通常運転モード：
・第１作動油圧−ＯＮ，第２作動油圧−ＯＦＦ
・先行気筒排気弁３２ａ、後続気筒吸気弁３１ａを
第２カム１５４および第３カム１５６による作動状態（図１２（ｂ））
・既燃ガス排出弁３２ｂ、既燃ガス導入弁３１ｂを停止状態（図１１（ａ））。
【０１２５】
次に当実施形態の装置の作用を説明するが、第１の実施形態と重複する部分の記述は省略する。図１４は、当実施形態の吸排気行程部分を詳細に示した説明図である。図１４（ａ）は特殊運転モードを行う運転状態のうち、比較的低負荷低回転の領域（図４の領域Ａ１）の場合であり、図１４（ｂ）は同様に比較的高負荷高回転の領域（図４の領域Ａ２）の場合である。その他表記方法については図８に準ずる。
【０１２６】
図１４（ａ）の上段には先行気筒２Ａ，２Ｄの既燃ガス排出弁３２ｂが開弁する既燃ガス排出弁の開弁期間２３０（斜線で示す）と、先行気筒吸気弁３１が開弁する先行気筒吸気弁の開弁期間２３１とを示す。下段には後続気筒２Ｂ，２Ｃの後続気筒排気弁３２が開弁する後続気筒排気弁の開弁期間２３２と、既燃ガス導入弁の開弁期間２３３（斜線で示す）とを示す。また、既燃ガス排出弁の開弁期間２３０および既燃ガス導入弁の開弁期間２３３の直下に、後述する既燃ガス排出弁の開弁期間２５０および既燃ガス導入弁の開弁期間２５３（いずれも特殊運転モードで比較的高回転高負荷の場合のもの）を参考として２点鎖線で示す。このような弁開閉時期の切換えは、カム切換機構１５０，１５０ａおよびカム切換制御手段１９０による。先行気筒吸気弁の開弁期間２３１は、ＴＤＣ前約１０°ＣＡからＢＤＣ後約５５°ＣＡ（トータル約２４５°ＣＡ）に設定されている。これは、従来のエンジンの一般的な設定値である。これに対し、既燃ガス導入弁の開弁期間２３３は、ほぼＴＤＣからＢＤＣ（トータル約１８０°ＣＡ）に設定されている。また、後続気筒排気弁の開弁期間２３２は、ＢＤＣ前約４５°ＣＡからＴＤＣ後約１０°ＣＡ（トータル約２３５°ＣＡ）に設定されている。
【０１２７】
即ち、後続気筒吸気行程下死点２４７と既燃ガス導入弁の閉弁時期２４８との間隔（約０°ＣＡ）が、先行気筒吸気行程下死点２４２と先行気筒吸気弁の閉弁時期２４３との間隔（約５５°ＣＡ）よりも短くなるように設定されている。そして既燃ガス導入弁の開弁期間２３３は先行気筒吸気弁の開弁期間２３１および後続気筒排気弁の開弁期間２３２よりも短くなっている。このように後続気筒２Ｂ，２Ｃでは、既燃ガス導入弁の開弁期間２３３を短く設定するとともに、既燃ガス導入弁の閉弁時期２４８を早期かつＢＤＣに近い時期に設定しているため、ピストン３がＢＤＣを過ぎて上昇中にも既燃ガス導入弁３１ｂが開いている期間が無い、若しくは短くなっている。このため、有効圧縮比が増大して幾何学的圧縮比に近づいている。この有効圧縮比の増大に伴い、後続気筒２Ｂ，２Ｃの筒内温度は上昇し易くなり、圧縮着火性が高くなっている。
【０１２８】
また、既燃ガス排出弁の開弁期間２３０はＢＤＣ前約４５°ＣＡからＴＤＣ前約２０°ＣＡ（トータル約２０５°ＣＡ）に設定されている。従って、既燃ガス排出弁の閉弁時期２４１は既燃ガス導入弁の閉弁時期２４８（先行気筒２Ａ，２ＤではＴＤＣに相当）よりも約２０°ＣＡ進み側に設定されている。これは、従来のエンジンの一般的な設定値（ＴＤＣ後５０°ＣＡ程度）よりも早期になっている。既燃ガス排出弁３２ｂを早期に閉じることにより、先行気筒２Ａ，２Ｄの内部ＥＧＲが増大し、後続気筒２Ｂ，２Ｃに導入される既燃ガス温度が上昇する。
【０１２９】
後続気筒排気弁の開弁期間２３２が、ＢＤＣ前約４５°ＣＡからＴＤＣ後約１０°ＣＡ（トータル約２３５°ＣＡ）に設定されているので、後続気筒排気弁３２は後続気筒排気行程上死点２４４では開弁している。一方、既燃ガス導入弁の開弁時期２４６は、ほぼ後続気筒吸気行程上死点２４５となるように設定されている。すなわち、後続気筒排気弁３２を後続気筒排気行程上死点２４４までは開弁しつつ、既燃ガス導入弁の開弁時期２４６が後続気筒吸気行程上死点２４５となるように設定されている。このため、後続気筒排気行程上死点２４４付近でのバルブオーバーラップが短縮されるので、後続気筒２Ｂ，２Ｃに導入された既燃ガスが、そのまま後続気筒排気弁３２を通して排気通路２０に排出される、いわゆる吹き抜けが防止されるとともに、後続気筒２Ｂ，２Ｃの有効圧縮率を増大させることができる。
【０１３０】
以上のように、後続気筒２Ｂ，２Ｃの有効圧縮比を増大させるとともに、後続気筒２Ｂ，２Ｃに導入される既燃ガス温度を上昇させることにより、後続気筒２Ｂ，２Ｃの筒内温度を上昇させて圧縮着火性を向上させている。このようにすることにより、圧縮着火による燃焼を行うことができる運転領域をより低負荷の領域まで拡大している。
【０１３１】
図１４（ｂ）は、比較的高負荷高回転の領域（図４の領域Ａ２）の場合の説明図である。上段には先行気筒２Ａ，２Ｄの既燃ガス排出弁３２ｂが開弁する既燃ガス排出弁の開弁期間２５０（網目で示す）と、先行気筒吸気弁の開弁期間２３１（図１４（ａ）と共通）とを示す。下段には後続気筒排気弁の開弁期間２３２（図１４（ａ）と共通）と、既燃ガス導入弁３１ｂが開弁する既燃ガス導入弁の開弁期間２５３（網目で示す）とを示す。また、既燃ガス排出弁の開弁期間２５０および既燃ガス導入弁の開弁期間２５３の直下に、図１４（ａ）の既燃ガス排出弁の開弁期間２３０および既燃ガス導入弁の開弁期間２３３を参考として２点鎖線で示す。
【０１３２】
既燃ガス導入弁の開弁期間２５３は、ＴＤＣ前約１０°ＣＡからＢＤＣ後約５５°ＣＡに設定されている。すなわち、低負荷低回転領域における既燃ガス導入弁の開弁期間２３３に対し、１０°ＣＡ早期に開弁し、５５°遅く閉弁する。従って、後続気筒２Ｂ，２Ｃの有効圧縮比は図１４（ａ）の場合よりも減少しており、後続気筒２Ｂ，２Ｃの筒内温度は低下する。
【０１３３】
また、既燃ガス排出弁の開弁期間２５０は、ＢＤＣ前約４５°ＣＡからＴＤＣ後約１０°ＣＡに設定されている。すなわち図１４（ａ）の既燃ガス排出弁の開弁期間２３０よりも約３０°ＣＡ長くなっている。このため、先行気筒２Ａ，２Ｄの内部ＥＧＲは図１４（ａ）の場合よりも減少し、後続気筒２Ｂ，２Ｃに導入される既燃ガス温度は低下する。
【０１３４】
以上のように、後続気筒２Ｂ，２Ｃの有効圧縮比を減少させるとともに、後続気筒２Ｂ，２Ｃに導入される既燃ガス温度を低下させることにより、後続気筒２Ｂ，２Ｃの筒内温度を低下させ、ノッキング等の異常燃焼の発生を防止している。このようにすることにより、圧縮着火による燃焼を行うことができる運転領域をより高負荷の領域まで拡大している。
【０１３５】
なお図１４（ａ），（ｂ）に示すパターンは、各開弁期間や開弁時期を限定するものではなく、特許請求の範囲内で適宜変更しても良い。例えば、図１４（ａ）の既燃ガス導入弁の閉弁時期２４８は、後続気筒吸気行程下死点２４７よりも若干遅れるように設定しても良い。その他の具体的な設定値も、エンジンの要求特性に応じて好適な値に設定して良い。
【０１３６】
当実施形態では、吸排気バルブの設置箇所やそれぞれの機能に応じて、３通りのカム切換えをするもの、２通りのカム切換えをするもの及びカム切換えをしないものが混在するような構造としたが、その組み合わせはこれに限定するものではなく、例えば全てのバルブに対し３通りのカムとロッカアームセット１６０を対応させて、３通りのカム切換えをするようにしても良い。そして、第２の実施形態では不変としていた先行気筒吸気弁の開弁期間２３１や後続気筒排気弁の開弁期間２３２を、カム切換えによって変動させるようにしても良い。
【０１３７】
本発明は、上記第１、第２の実施形態に限定されることなく、特許請求の範囲に記載した発明の範囲内で、種々の変形が可能である。例えば各弁の開閉時期を要求に応じて変動させる手段は、第１の実施形態のようにカムシャフトの位相を変動させる機構や第２の実施形態のようにカムを切換える機構に限定するものではなく、特許請求の範囲に示すような設定が得られるものであれば良い。
【０１３８】
本発明は４気筒エンジンに限定するものではなく、先行気筒と後続気筒とからなる１対の気筒対を、３対以上好適に組み合わせた６気筒以上のエンジンに適用しても良い。
【０１３９】
【発明の効果】
以上のように本発明の制御装置は、少なくとも低負荷低回転域で、排気行程と吸気行程が重なる一対の気筒間において排気行程側の気筒である先行気筒から排出される既燃ガスがそのまま吸気行程側の気筒である後続気筒に気筒間ガス通路を介して導入され、この後続気筒から排出される排ガスが排気通路に導かれるような２気筒接続状態にガス流通経路を構成するとともに、上記２気筒接続状態にあるときに、上記先行気筒では理論空燃比よりも所定量大きいリーン空燃比とした状態で強制点火により燃焼を行わせ、上記後続気筒では、先行気筒から導入されたリーン空燃比の既燃ガスに燃料を供給するとともに圧縮着火により燃焼を行わせるように各気筒の燃焼を制御する燃焼制御手段とを備え、少なくとも上記２気筒接続状態にあるときに、上記先行気筒に新気を導入する先行気筒吸気弁と上記気筒間ガス通路から上記後続気筒に既燃ガスを導入する既燃ガス導入弁とが設けられ、上記２気筒接続状態となる運転領域のうち、少なくとも低負荷側の所定領域において、上記後続気筒の吸気行程下死点と上記既燃ガス導入弁の閉弁時期との間隔が、上記先行気筒の吸気行程下死点と上記先行気筒吸気弁の閉弁時期との間隔よりも短くなるように設定されていることを特徴とするので、三元触媒だけで充分に排気浄化性能を確保しつつ、リーン燃焼やポンピングロス低減等による燃費改善効果を得るとともに、その寄与度の高い運転領域を拡大することにより、更に大きな燃費改善効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態による装置を備えたエンジン全体の概略平面図である。
【図２】エンジン本体等の概略断面図である。
【図３】第１実施形態の制御系統のブロック図である。
【図４】運転領域を示す説明図である。
【図５】各気筒の排気行程、吸気行程、燃料噴射時期および点火時期等を示す図である。
【図６】低負荷低回転時の実質的な新気およびガスの流通経路を示す説明図である。
【図７】高負荷、高低回転側の運転領域にある時の実質的な新気およびガスの流通経路を示す説明図である。
【図８】第１実施形態の特殊運転モードにおける吸排気弁の開閉時期を示す説明図であり、（ａ）は、そのうち比較的低負荷低回転の場合、（ｂ）は、同じく比較的高負荷高回転の場合を示す。
【図９】通常運転モードにおける吸排気弁の開閉時期を示す説明図である。
【図１０】第２実施形態のカム切換機構を示す部分斜視図である。
【図１１】第２実施形態における３種のカム切換機構のためのプランジャ作動説明図である。
【図１２】第２実施形態における２種のカム切換機構のためのプランジャ作動説明図である。
【図１３】第２実施形態の制御系統のブロック図である。
【図１４】第２実施形態の特殊運転モードにおける吸排気弁の開閉時期を示す説明図であり、（ａ）は、そのうち比較的低負荷低回転の場合、（ｂ）は、同じく比較的高負荷高回転の場合を示す。
【符号の説明】
１ エンジン本体
２Ａ，２Ｄ １番，４番気筒（先行気筒）
２Ｂ，２Ｃ ２番，３番気筒（後続気筒）
９ 燃料噴射弁
１１ 吸気ポート
１１，１１ａ，１１ｂ 吸気ポート
１２，１２ａ，１２ｂ 排気ポート
１５ 吸気通路
２０ 排気通路
２２ 気筒間ガス通路
３１ 先行気筒吸気弁
３１ａ 後続気筒吸気弁
３１ｂ 既燃ガス導入弁
３２ 後続気筒排気弁
３２ａ 先行気筒排気弁
３２ｂ 既燃ガス排出弁
３３ａ，３４ａ カム位相可変機構
４０，４０ａ ＥＣＵ
４２ 弁停止機構制御手段
４４ 燃焼制御手段
４９ カム位相制御手段
１５０ カム切換機構
１６０ ロッカアームセット
１９０ カム切換制御手段
Claims (8)
- 各気筒が所定の位相差をもって吸気、圧縮、膨張、排気の各行程からなるサイクルを行うようになっている多気筒の火花点火式エンジンにおいて、
少なくとも低負荷低回転域で、排気行程と吸気行程が重なる一対の気筒間において排気行程側の気筒である先行気筒から排出される既燃ガスがそのまま吸気行程側の気筒である後続気筒に気筒間ガス通路を介して導入され、この後続気筒から排出される排ガスが排気通路に導かれるような２気筒接続状態にガス流通経路を構成するとともに、
上記２気筒接続状態にあるときに、上記先行気筒では理論空燃比よりも所定量大きいリーン空燃比とした状態で強制点火により燃焼を行わせ、上記後続気筒では、先行気筒から導入されたリーン空燃比の既燃ガスに実質的に理論空燃比となるような量の燃料を供給するとともに圧縮着火により燃焼を行わせるように各気筒の燃焼を制御する燃焼制御手段と、
上記先行気筒に新気を導入する先行気筒吸気弁と、当該先行気筒から上記排気通路に排ガスを排出する先行気筒排気弁と、上記気筒間ガス通路から上記後続気筒に既燃ガスを導入する既燃ガス導入弁と、上記後続気筒に新気を導入する後続気筒吸気弁とを備え、
少なくとも上記２気筒接続状態にあるときには、上記先行気筒吸気弁が開弁することで上記先行気筒に新気が導入されるとともに、上記既燃ガス導入弁が開弁することで上記気筒間ガス通路から上記後続気筒に既燃ガスが導入される一方、上記先行気筒排気弁と上記後続気筒吸気弁とが閉弁しており、
上記２気筒接続状態となる運転領域のうち、少なくとも低負荷側の所定領域において、上記後続気筒の吸気行程下死点と上記既燃ガス導入弁の閉弁時期との間隔が、上記先行気筒の吸気行程下死点と上記先行気筒吸気弁の閉弁時期との間隔よりも短くなるように設定されていることを特徴とする火花点火式エンジンの制御装置。 - 少なくとも上記２気筒接続状態にあるときに、上記後続気筒の排ガスを排出する後続気筒排気弁が設けられ、
上記２気筒接続状態となる運転領域のうち、少なくとも低負荷側の所定領域において、上記後続気筒排気弁を、上記後続気筒の排気行程上死点までは開弁しつつ、上記既燃ガス導入弁の開弁時期が、上記後続気筒の吸気行程上死点となるように設定されている
ことを特徴とする請求項１記載の火花点火式エンジンの制御装置。 - 上記２気筒接続状態となる運転領域のうち、高負荷側の所定領域において、上記既燃ガス導入弁の閉弁時期が、低負荷側の所定領域にあるときの該時期よりも遅れ側に設定されていることを特徴とする請求項１または２記載の火花点火式エンジンの制御装置。
- 上記２気筒接続状態となる運転領域のうち、高負荷高回転側の所定領域において、上記既燃ガス導入弁の閉弁時期が、低負荷低回転側の所定領域にあるときの該時期よりも遅れ側に設定されていることを特徴とする請求項１または２記載の火花点火式エンジンの制御装置。
- 少なくとも上記２気筒接続状態にあるときに、上記先行気筒の既燃ガスを上記気筒間ガス通路に排出する既燃ガス排出弁が設けられ、
上記２気筒接続状態となる運転領域において、上記既燃ガス排出弁の閉弁時期が、上記既燃ガス導入弁の閉弁時期よりも進み側に設定されるとともに、
上記既燃ガス排出弁の開弁期間と上記既燃ガス導入弁の開弁期間とをそれぞれ個別に一定の所定値としつつ、
少なくともエンジン負荷に応じて、上記既燃ガス排出弁の開弁時期と上記既燃ガス導入弁の開弁時期とが、その時期差を一定に保ちながら前後に変動するように設定されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の火花点火式エンジンの制御装置。 - 各気筒が所定の位相差をもって吸気、圧縮、膨張、排気の各行程からなるサイクルを行うようになっている多気筒の火花点火式エンジンにおいて、
少なくとも低負荷低回転域で、排気行程と吸気行程が重なる一対の気筒間において排気行程側の気筒である先行気筒から排出される既燃ガスがそのまま吸気行程側の気筒である後続気筒に気筒間ガス通路を介して導入され、この後続気筒から排出される排ガスが排気通路に導かれるような２気筒接続状態にガス流通経路を構成するとともに、
上記２気筒接続状態にあるときに、上記先行気筒では理論空燃比よりも所定量大きいリーン空燃比とした状態で強制点火により燃焼を行わせ、上記後続気筒では、先行気筒から導入されたリーン空燃比の既燃ガスに実質的に理論空燃比となるような量の燃料を供給するとともに圧縮着火により燃焼を行わせるように各気筒の燃焼を制御する燃焼制御手段と、
上記先行気筒に新気を導入する先行気筒吸気弁と、当該先行気筒から上記排気通路に排ガスを排出する先行気筒排気弁と、上記気筒間ガス通路から上記後続気筒に既燃ガスを導入する既燃ガス導入弁と、上記後続気筒に新気を導入する後続気筒吸気弁とを備え、
少なくとも上記２気筒接続状態にあるときには、上記先行気筒吸気弁が開弁することで上記先行気筒に新気が導入されるとともに、上記既燃ガス導入弁が開弁することで上記気筒間ガス通路から上記後続気筒に既燃ガスが導入される一方、上記先行気筒排気弁と上記後続気筒吸気弁とが閉弁しており、
上記２気筒接続状態となる運転領域のうち、少なくとも低負荷側の所定領域において、上記既燃ガス導入弁の開弁期間が上記先行気筒吸気弁の開弁期間よりも短く、かつ上記後続気筒の吸気行程下死点と上記既燃ガス導入弁の閉弁時期との間隔が、上記先行気筒の吸気行程下死点と上記先行気筒吸気弁の閉弁時期との間隔よりも短くなるように設定されていることを特徴とする火花点火式エンジンの制御装置。 - 少なくとも上記２気筒接続状態にあるときに、上記後続気筒の排ガスを排出する後続気筒排気弁が設けられ、
上記２気筒接続状態となる運転領域のうち、少なくとも低負荷側の所定領域において、上記既燃ガス導入弁の開弁期間が、上記後続気筒排気弁の開弁期間よりも短くなるように設定されていることを特徴とする請求項６記載の火花点火式エンジンの制御装置。 - 少なくとも上記２気筒接続状態にあるときに、上記先行気筒の既燃ガスを上記気筒間ガス通路に排出する既燃ガス排出弁が設けられ、
上記２気筒接続状態となる運転領域のうち、少なくとも低負荷側の所定領域において、上記既燃ガス導入弁の開弁時期が、上記既燃ガス排出弁の開弁時期よりも遅れ側に設定されていることを特徴とする請求項６に記載の火花点火式エンジンの制御装置。
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