(57)【要約】【課題】吸気弁の閉鎖時期を遅らせたとき、吸気流路調整機構による燃費の悪化を防止した内燃機関を提供すること。【解決手段】可変動弁機構付き内燃機関に、吸気通路に設けられた吸気流路調整機構の下流側の圧力が上昇した際、吸気流路調整機構の上流側に下流側の気体を流通させる逆流調整手段を設けた。これにより、ピストンのポンピングロスを発生させず、燃費の悪化を防止できる。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダと、
シリンダ内に往復動自在に設けられたピストンと、
前記シリンダとピストンにより形成された燃焼室と、
前記燃焼室に連通された吸気通路と、
前記吸気通路の開口断面積を減少させる吸気流路調整機構と、
を備えた内燃機関において、
前記吸気流路調整機構の下流側から上流側に、該吸気流路調整機構の下流側の気体を流通させる逆流調整手段を備えたことを特徴とする内燃機関。
【請求項２】
前記逆流調整手段は、前記吸気通路に設けられた、前記吸気流路調整機構を跨いで該吸気流路調整機構の上流側と下流側とを連通させた吸気副通路と、
前記吸気副通路に設けられた、該吸気副通路の下流から上流方向への流通のみを許可する流路制限手段とから形成したことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
【請求項３】
前記燃焼室に臨ませた前記吸気通路の開口部に、該開口部を開閉させる吸気弁を有し、かつ少なくとも該吸気弁を圧縮行程中期以降まで開弁可能な、該吸気弁の開弁時期を変更可能とした可変動弁機構を備え、
前記流路制限手段は、前記吸気流路調整機構にて前記吸気通路の開口断面積を減少させ、前記可変動弁機構にて前記吸気弁を圧縮行程中期以降まで開弁させるとき、前記吸気流路調整機構の下流側から上流側の流通を許可することを特徴とする請求項２記載の内燃機関。
【請求項４】
前記流路制限手段は、前記吸気流路調整機構の下流側の圧力が、上流側の圧力より上昇したとき、開弁する逆止弁であることを特徴とする請求項２または３に記載の可変動弁機構付き内燃機関。
【請求項５】
前記吸気流路調整機構は、前記吸気通路内に設けられ、該吸気通路の開口断面を閉鎖可能に作動する可動弁板からなり、
前記逆流調整手段は、前記可動弁板の一部が、前記吸気流路調整機構を挟んで前記燃焼室側の圧力が、該吸気流路調整機構の上流側の圧力より上昇したとき、前記吸気通路の下流から上流方向へ屈曲し、前記可動弁板の一部が開放されるように形成したことを特徴とする請求項１に記載の可変動弁機構付き内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料室内の筒内流動を制御可能な内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
吸気弁や排気弁の開閉時期を、運転状態などに応じて変更させる内燃機関が知られている。例えば吸気弁の閉鎖時期を遅くさせると、ピストンによるポンピングロスを減少させ、内燃機関の燃費が向上されることが知られている。一方、吸気弁を長く開いていると、実圧縮比が低下したり、筒内での噴霧燃料や吸入空気の流動性が低下し、筒内での燃焼悪化をもたらすことがある。
【０００３】
そこで吸気通路内に吸気通路の開口断面積を狭める流路制限弁を設け、流速が遅いときなどに流路制限弁で吸気通路を狭めることで空気流の流速を速め、筒内に流入する空気流の速度を速めたり、筒内での空気流（混合気を含む。）の撹拌を活発にさせて、燃焼を改善させることが考えられている。（特許文献１参照。）
【特許文献１】特開平２００１−３７５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら吸気弁の閉鎖時期を遅くし、ピストンがシリンダ内を上昇するまで開いていると、筒内の圧力が上昇に転じ、開かれた吸気弁を通って燃焼室から流出した空気流が吸気通路内を逆流する。そしてその際流路制限弁が吸気通路の開口断面積を狭めていると、吸気通路内を逆流してきた空気が流路制限弁によって遮られる。すると、流路制限弁の下流側、つまりシリンダ内部の圧力上昇を引き起こし、ポンピングロスが増大して、燃費が悪化することとなっていた。
【０００５】
本発明は上記課題を解決し、吸気弁の少なくとも閉鎖時期がクランク角に対して変更可能で、かつ吸気通路内に吸気流路調整機構を備えた内燃機関において、吸気弁の閉鎖時期を遅らせた場合でも、吸気流路調整機構によるポンピングロスの発生を防止し、これによる燃費の悪化を生じさせることのない可変動弁機構付き内燃機関を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
内燃機関は、燃焼室に連通された吸気通路に、吸気通路の開口断面積を減少させる吸気流路調整機構を備えている。更に内燃機関は、吸気流路調整機構の下流側から上流側に、吸気流路調整機構の下流側の気体を流通させる逆流調整手段を備えている。逆流調整手段としては、例えば逆止弁を有する副通路である。
【０００７】
更に内燃機関は、吸気通路を開閉させる吸気弁の少なくとも開弁時期を、圧縮行程中期以降まで可能とした可変動弁機構を有している。そして、吸気流路調整機構で吸気通路の開口断面積を減少させた状態で、吸気弁の開弁時期を、圧縮行程中期以降まで設定可能となっている。
【発明の効果】
【０００８】
本発明にかかる可変動弁機構付き内燃機関は、次の効果を有している。
【０００９】
内燃機関の運転状態により吸気流路調整機構の下流から上流に気体の逆流が生じたとしても、その逆流を吸気流路調整機構が阻害することを抑制でき、ポンピングロスによる燃費の悪化や吸気流路調整機構の破損等を抑制できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明にかかる可変動弁機構付き内燃機関の一実施形態について、図を参照して説明する。図１に、エンジン１０の燃焼室部分を示す。エンジン１０は、吸気弁に動弁機構を具えた可変動弁機構付き内燃機関である。エンジン１０は、ガソリンを主な燃料とし、吸気流路調整機構と、燃料を噴射する燃料噴射装置とを吸気通路内に具えている。尚エンジン１０は、自然吸気式エンジンであるが、ターボチャージャーや他の過給器を備えた過給式エンジンであってもよい。またエンジン１０は、筒内直接燃料噴射装置を備えた形式でもよい。
【００１１】
エンジン１０の燃焼室部分は、図１に示すようにシリンダヘッド１２、ピストン１４、シリンダブロック１６などから構成されている。
【００１２】
シリンダブロック１６は、内側にシリンダ１８を有している。シリンダブロック１６に形成されたシリンダ１８の数は、特に問わない。シリンダ１８の内部には、ピストン１４が往復動自在に設けられている。シリンダブロック１６の上面には、シリンダヘッド１２がボルト（図示せず。）により固定されている。
【００１３】
シリンダヘッド１２は、下面に燃焼室用の凹み２０を具えている。凹み２０は、断面が三角形状で、凹み２０と、ピストン１４の頂面２２と、シリンダ１８の内面で区画された空間でエンジン１０の燃焼室２６を形成している。
【００１４】
シリンダヘッド１２には、吸気通路２８及び排気通路３０が設けられている。吸気通路２８は、上流側にエアクリーナ（図示せず。）が連結され、燃焼室２６に臨ませた開口部（図示せず。）に吸気弁３２が設けられている。また吸気通路２８内には、燃料噴射装置４０、および吸気流路調整機構４２が設けられている。
【００１５】
排気通路３０は、排気弁３４を介して燃焼室２６に連通し、排気通路３０の下流側には、排気浄化手段として、例えば酸化触媒４４とディーゼル・パティキュレート・フィルタ（ＤＰＦ）４６が連結されている。尚、排気浄化手段としては、対象とする有害物質に応じた触媒やフィルタを適宜備えればよく、酸化触媒とディーゼル・パティキュレート・フィルタ（ＤＰＦ）に限定されるものではない。
【００１６】
吸気弁３２および排気弁３４は、それぞれシリンダヘッド１２に摺動自在に取り付けられ、吸気弁３２には吸気側動弁機構３６が、排気弁３４には排気側動弁機構３８が設けられている。吸気側動弁機構３６および排気側動弁機構３８は、それぞれクランク軸（図示せず。）の回転に連動して作動し、吸気弁３２と排気弁３４を軸方向に駆動させる。これにより、吸気通路２８および排気通路３０は、エンジン１０の駆動に伴い燃焼室２６に対して所定の時期に開閉される。
【００１７】
更に吸気側動弁機構３６は、可変動弁機構を具えている。これにより、吸気側動弁機構３６は、エンジン１０の運転内容に応じて、シリンダ１８内のピストン１４の位置、つまりクランク軸のクランク角に対して吸気弁３２の開閉時期を変更させることが可能となっている。吸気弁３２の開閉時期を変更させる可変動弁機構としては、電動モータを用いたものでも、油圧を用いたものでもよく、その機構は限定しない。また吸気弁３２に直接電動アクチュエータ等を取り付け、これにより、吸気弁３２を任意の時期に直接開閉駆動させるように構成してもよい。尚、吸気側動弁機構３６は、少なくとも吸気弁３２の閉鎖時期が変更可能に構成されているが、これに限るものではない。また排気側動弁機構３８も、排気弁３４に対して、吸気側動弁機構３６と同様、排気弁３４の開閉時期を変更可能としてもよい。
【００１８】
燃料噴射装置４０は、吸気通路内燃料噴射装置で、先端に噴射孔を具え、内部に弁機構（いずれも図示せず。）を有している。燃料噴射装置４０には、燃料タンク５２からの燃料パイプ５６と制御手段５８からの信号線６０が接続されている。燃料タンク５２は、燃料ポンプ６２を具え、燃料ポンプ６２を介して燃料タンク５２内の燃料を燃料パイプ５６内に所定の圧力で圧送する。燃料噴射装置４０は、噴射孔を吸気通路２８内に臨ませて取り付けられており、信号線６０を介して送られてくる信号に従い弁機構が作動すると燃料タンク５２から送られてきた燃料を吸気通路２８内に所定の圧力で噴射する。尚、燃料噴射装置４０で燃料を加圧し、吸気通路２８内に燃料を噴射するようにしてもよい。噴射とは、基本的に燃料を霧状に放射させることを指すものとするが、液柱状で噴射してもよい。また、燃料噴射装置４０の噴射位置は、特に限定しない。
【００１９】
吸気流路調整機構４２は、吸気通路２８内に設けられた可動弁板４３と、可動弁板４３を回動させる駆動機構（図示せず。）などから構成されている。可動弁板４３は、吸気通路２８のほぼ中央に、燃料噴射装置４０に近接させて回転自在に設けられている。可動弁板４３は、回転軸４５に一体に取り付けてあり、回転軸４５が駆動機構により回動されると吸気通路２８内で回動される。
【００２０】
可動弁板４３は、開状態、すなわち吸気通路２８の流通方向と平行な状態から、閉状態、すなわち吸気通路２８の流通方向とほぼ垂直な状態まで任意な角度に回動駆動する。そして可動弁板４３は、閉状態に設定されると、燃料噴射装置４０の噴射孔の近傍に開放部分を残して、吸気通路２８の開口断面をほぼ閉鎖させる。
【００２１】
更にシリンダヘッド１２には、逆流調整手段としての吸気副通路１１が設けられている。吸気副通路１１は、吸気流路調整機構４２を跨いで、吸気通路２８と並列して形成された連通路である。吸気副通路１１の一方端は、吸気流路調整機構４２の上流側、つまり燃焼室２６と反対側の吸気通路２８の側壁に開口しており、吸気副通路１１の他方端は、吸気流路調整機構４２の下流側の吸気通路２８の側壁にそれぞれ開口している。
【００２２】
吸気副通路１１の内部には、流路制限手段としての一方向弁１３が設けられている。一方向弁１３は、上流側から下流側（吸気通路２８の上流、下流と同じ。）には弁機能が閉鎖し、その逆方向には上流からの圧力により弁機能が開放される逆止弁である。尚、吸気副通路１１はシリンダヘッド１２に形成するのではなく、別途パイプなどを用いてシリンダヘッド１２の外部等に構成してもよい。
【００２３】
又シリンダヘッド１２には、点火プラグ４８が取り付けられている。点火プラグ４８は、先端に電極部分を具え、燃焼室２６の上部の略中心に、電極部分を燃焼室２６に臨ませてシリンダヘッド１２に取り付けられている。点火プラグ４８は、点火機構５０に接続されており、点火機構５０の作用により適宜の点火時期に放電を行わせる。尚、点火プラグ４８は、燃焼室２６の中央でなく、他の位置に取り付けられていてもよい。
【００２４】
次に、エンジン１０の作用、効果について説明する。
【００２５】
エンジン１０は、クランク軸が回転すると、ピストン１４がシリンダ１８内で往復動する。ピストン１４の往復動に伴い、吸気側動弁機構３６が吸気弁３２を作動させ、排気側動弁機構３８が排気弁３４を作動させ、燃料噴射装置４０が燃料を吸気通路２８内に噴射する。そして燃焼室２６内に導入された混合気が、点火プラグ４８による火花により着火し、燃焼する。
【００２６】
例えば、エンジン１０のクランク回転数が低く、吸気の流速が遅い場合などでは、吸気流路調整機構４２が作動し、可動弁板４３により吸気通路２８の開口断面積を減少させる。すると図２に示すように、可動弁板４３で閉鎖されていない開放部分を空気流が通り、速度が上昇して、速い空気流（混合気）で燃焼室２６に流入される。またこの開放部分は燃料噴射装置４０の噴射孔の近傍であるため、燃料噴射装置４０から噴射された燃料と空気とが良好に混合される。
【００２７】
また燃費を向上させるため、吸気側動弁機構３６が作動し、吸気弁３２の閉鎖時期が圧縮行程中期以降となるように閉鎖時期を遅くする。図４に、そのときの吸気弁３２と排気弁３４の開閉時期を示す。図４は、横軸がクランク軸の回転角、縦軸が弁開度であり、曲線Ａは吸気弁３２の開度、曲線Ｂは排気弁３４の開度を示す。すなわち吸気弁３２は、曲線Ａで示すように、クランク軸が３６０度から開き始め、７２０度手前で閉じるようになっている。
【００２８】
このようにクランク軸が５４０度から７２０度までの、本来ピストン１４がシリンダ１８内を上昇して圧縮行程となる領域で、吸気弁３２が開いている。これにより、燃焼室２６内の気体はピストン１４により押され、開いた吸気弁３２を通って燃焼室２６から吸気通路２８を上流側に逆流しようとする。またこのとき吸気流路調整機構４２は、上述したように作動しており、吸気通路２８がほぼ閉じられた状態となっている。
【００２９】
すると、吸気流路調整機構４２の下流側は圧力が上昇することになるが、図３に示すように空気流（混合気）は、吸気副通路１１に流入し、吸気流路調整機構４２の下流側の圧力により一方向弁１３が開放され、吸気副通路１１を通過して、吸気流路調整機構４２の上流側の吸気通路２８に流出する。これにより、ピストン１４で押圧された空気は、吸気流路調整機構４２が閉じた状態であっても燃焼室２６内から円滑に流出され、ピストン１４によるポンピングロスを生じさせない。なお、流路制限手段としては、吸気流路調整機構４２の下流側の圧力の実測値や、吸気流路調整機構４２や可変動弁機構の作動状態、ピストン位置等の情報に基づいて電気的に開閉させる弁でもよい。しかしながら、実際の圧力を受けることにより開閉する逆止弁を用いることにより、安価でかつ正確な制御が可能となる。
【００３０】
図５に、吸気流路調整機構４２を作動させた状態での筒内圧力の変化を示す。図５は、横軸が筒内（シリンダ１８内）容積で、縦軸が筒内圧力であり、横軸の右端にピストン１４の下死点が位置し、０の近傍に上死点が位置している。図５の実線Ｃは、吸気副通路１１を設けた場合、点線Ｄは、吸気副通路１１を設けない場合を示す。これにより、下死点からピストン１４が上昇するとき、実線Ｃより点線Ｄのほうが圧力が高くなっている。これにより、実線Ｃで示す吸気副通路１１を設けた場合の方がポンピングロスが少ないことがわかる。したがって、ポンピングロスによる燃費悪化を防止できる。
【００３１】
次に、逆流調整手段の他の例について説明する。
【００３２】
図６は、吸気副通路１１の内部に、上記一方向弁１３に代えて回動弁１５を設けた例である。回動弁１５は、吸気流路調整機構４２と同様駆動機構（図示せず。）を有し、可動弁板を吸気副通路１１内で回動させて、吸気副通路１１を所定の時期、つまり下流側が上流側より圧力が上昇した場合等に開放させる。このようにして逆流調整手段を構成してもよい。
【００３３】
更に逆流調整手段の他の例を、図７に示す。これは、吸気流路調整機構４２に逆流調整手段を設けた例である。吸気流路調整機構４２の可動弁板４７を、支持軸４９に回動自在に取り付け、吸気通路２８内で駆動機構により回動自在に設ける。駆動機構で可動弁板４７を回動させることにより吸気通路２８の開口断面積を減少できる。また可動弁板４７は、支持軸４９の少し上方に設けられた回動軸５１で上流側に屈曲自在に形成されており、更に屈曲部分は回動軸５１を中心にして、バネ部材等（図示せず。）により適度なバネ力で下流側に付勢されている。
【００３４】
この例によると、可動弁板４７を回動すると、上述したと同様吸気通路２８内の開口断面積が減少し、実線の矢印で示すように、燃料噴射装置４０の噴射孔の近傍に、流速の速い空気流が形成される。そして、吸気通路２８の上流側より下流側の圧力が上昇したときは、可動弁板４７が二点鎖線で示すように上流側にバネ力に抗して屈曲し、吸気通路２８の流路が拡大され、上流側への空気流を許容する。これにより、上述したと同様にポンピングロスを発生させず、燃費悪化を防止することができる。尚、図７の可動弁板４７を屈曲自在とせず、支持軸４９を中心として、駆動機構で、適宜吸気通路２８を開放させるようにしてもよい。  
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明にかかる可変動弁機構付き内燃機関の一実施形態を示す断面図である。
【図２】内燃機関の吸気通路を示す断面図である。
【図３】内燃機関の吸気通路を示す断面図である。
【図４】吸排気弁の弁開度とクランク角の関係を示す図である。
【図５】内燃機関の筒内圧力と筒内容積の関係を示す図である。
【図６】他の逆流調整手段を具えた吸気通路を示す断面図である。
【図７】他の逆流調整手段を具えた吸気通路を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３６】
１０…エンジン
１１…吸気副通路
１２…シリンダヘッド
１３…一方向弁
１４…ピストン
１５…回動弁
１８…シリンダ
２６…燃焼室
２８…吸気通路
３２…吸気弁
３６…吸気側動弁機構
４０…燃料噴射装置
４２…吸気流路調整機構
４３…可動弁板
４５…回転軸
４９…支持軸
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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