(57)【要約】【課題】オーバーラップ期間の拡大による不安定な燃焼を招くことなく、ポンピング損失を低減できる火花点火式内燃機関を提供する。【解決手段】吸気通路２０′に配置され、吸気の気筒への流れのみを許容する逆止弁３０と、該逆止弁３０をバイパスするように設けられ、前記吸気通路２０′より通路面積の小さいバイパス通路３４と、該バイパス通路３４を開閉する制御弁３６と、機関運転状態に応じて前記制御弁３６を開閉制御するＥＣＵ（運転制御手段）２８とを備え、前記制御弁３６を、非ミラーサイクル運転時の少なくとも部分負荷運転域では閉じ、ミラーサイクル運転時の低中速回転高負荷運転域では開くように制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の気筒と、
該各気筒に接続された吸気通路及び排気通路と、
該吸気通路の前記気筒に開口する吸気開口を開閉する吸気弁及び前記排気通路の前記気筒に開口する排気開口を開閉する排気弁とを備え、
前記吸気弁の開弁期間を拡大することによりミラーサイクル運転を行うようした火花点火式内燃機関であって、
前記吸気通路に配置され、吸気の気筒への流れのみを許容する逆止弁と、
前記吸気通路に前記逆止弁をバイパスするように設けられ、該吸気通路より通路面積の小さいバイパス通路と、
該バイパス通路を開閉する制御弁と、
機関運転状態に応じて前記制御弁を開閉制御する運転制御手段とを備え、
該運転制御手段は、非ミラーサイクル運転時の少なくとも部分負荷運転域では、前記制御弁を閉じ、ミラーサイクル運転時の低中速回転高負荷運転域では前記制御弁を開くことを特徴とする火花点火式内燃機関。
【請求項２】
請求項１に記載の火花点火式内燃機関において、
前記少なくとも吸気弁の開閉タイミングを変化させる可変動弁機構を備え、
前記運転制御手段は、部分負荷運転域では、前記吸気弁の排気弁とのオーバーラップ期間を拡大し、低中速回転高負荷運転域では、前記吸気弁の閉時期を下死点後に遅らせるように前記可変動弁機構を制御することを特徴とする火花点火式内燃機関。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の火花点火式内燃機関において、
前記運転制御手段は、少なくとも始動時には前記制御弁を閉じることを特徴とする火花点火式内燃機関。
【請求項４】
請求項１ないし３の何れかに記載の火花点火式内燃機関において、
前記逆止弁は、前記吸気通路の逆止弁より下流側が負圧のとき開き、正圧のときに閉じるリードを有するリード弁であり、
該リード弁は、前記リードがクランク軸線方向に開閉するよう該クランク軸線に対して略軸直角方向にかつ縦に向けて配置され、
前記バイパス通路は、前記リード弁の上方に位置するよう配置されていることを特徴とする火花点火式内燃機関。
【請求項５】
請求項１ないし３の何れかに記載の火花点火式内燃機関において、
前記吸気通路は、前記気筒内に吸気のタンブルを生成するように形成されていることを特徴とする火花点火式内燃機関。
【請求項６】
請求項３に記載の火花点火式内燃機関において、
該内燃機関の冷却液温度を検出する冷却液温度検出手段を有し、
前記運転制御手段は、前記冷却液温度が所定の設定値以上のときには、始動時に前記制御弁を開くことを特徴とする火花点火式内燃機関。
【請求項７】
請求項１に記載の火花点火式内燃機関において、
前記運転制御手段は、非ミラーサイクル運転時の高速回転高負荷運転域では、前記制御弁を閉じることを特徴とする火花点火式内燃機関。
【請求項８】
請求項１又は４に記載の火花点火式内燃機関において、
前記吸気通路の上流側には、各気筒共通のサージタンクが接続され、
前記逆止弁は、前記吸気通路とサージタンクとの接続合面に配置されていることを特徴とする火花点火式内燃機関。
【請求項９】
請求項１に記載の火花点火式内燃機関において、
該内燃機関は２気筒で、等間隔燃焼を行い、前記吸気通路は上流側の１つの共通吸気通路と、該共通吸気通路から分岐された分岐通路とを有し、前記共通吸気通路に前記２気筒に共通の逆止弁が配置され、さらに前記共通吸気通路に前記バイパス通路が接続され、該バイパス通路に前記制御弁が配置されていることを特徴とする火花点火式内燃機関。
【請求項１０】
請求項９に記載の火花点火式内燃機関において、
前記共通吸気通路の逆止弁の下流側に、前記２気筒に共通のガス燃料噴射弁が配置され、該ガス燃料噴射弁はガス燃料を前記吸気通路の各気筒への分岐部に供給することを特徴とする火花点火式内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、吸気弁の開弁期間を拡大することによりミラーサイクル運転を行うようにした火花点火式内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
ミラーサイクル運転を行う多気筒内燃機関では、膨張行程を圧縮行程より長くすることにより、膨張比を拡大して熱効率の改善を図るようにしている。具体的には、圧縮行程を実質的に短縮することにより、膨張比を拡大するようにしている。この膨張比の拡大を比較的簡易に行う方法として、吸気弁の下死点後の開弁期間を充分な範囲まで拡大し、気筒内に一旦吸入した混合気を下死点以後に吸気通路に戻す方法がある。
【０００３】
例えば、特許文献１には、吸気通路の吸気ポート近傍に、気筒への流れのみを許容する逆止弁を設けるとともに、該吸気通路に前記逆止弁をバイパスするバイパス通路を設け、このバイパス通路の途中に前記と逆方向の流れのみを許容するバイパス逆止弁と冷却装置とを配設したミラーサイクルエンジンが提案されている。このエンジンでは、部分負荷運転時に、吸気弁の閉じ時期を下死点後に十分に遅らせることにより、一旦気筒に流入した混合気を吸気ポートからバイパス逆止弁を介してバイパス通路に排出させ、さらに冷却した後、吸気通路の逆止弁の上流側に溜めておくようにしている。これにより次の吸気行程での充填効率を高めることができ、かつノッキングの発生を抑制することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平７−１９７８２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、前記特許文献による内燃機関では、部分負荷運転時には、他の気筒の負圧による影響で吸気弁上流の吸気通路内が負圧となることから、吸気行程の初期からポンピング損失が生じ易くなるという懸念がある。即ち、バイパス通路がバイパス逆止弁を介して上流方向に開放されていることから、他気筒の吸気行程後期の負圧に近似した圧力が吸気弁の上流側に作用する。このため吸気弁が開くと直ちにピストンの頂面に負圧が作用し、ポンピング損失が生じる。
【０００６】
前記ポンピング損失を低減するためには内部ＥＧＲが有効であることが知られているが、前記特許文献に記載の構成では、バイパス通路が上流方向に開放されており、他気筒の吸気通路にも連なることから、極めて多量の内部ＥＧＲを行わないとポンピング損失を低減することはできない。しかしオーバーラップ期間を拡大して極めて多量の内部ＥＧＲを行うと、ポンピング損失の一部は低減できるものの、燃焼が不安定となってしまう。
【０００７】
本発明は、前記従来の実情に鑑みてなされたもので、オーバーラップ期間の拡大による不安定な燃焼を招くことなく、ポンピング損失を低減できる火花点火式内燃機関を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１の発明は、複数の気筒と、該各気筒に接続された吸気通路及び排気通路と、該吸気通路の前記気筒に開口する吸気開口を開閉する吸気弁及び前記排気通路の前記気筒に開口する排気開口を開閉する排気弁とを備え、前記吸気弁の開弁期間を拡大することによりミラーサイクル運転を行うようした火花点火式内燃機関であって、前記吸気通路に配置され、吸気の気筒への流れのみを許容する逆止弁と、前記吸気通路に前記逆止弁をバイパスするように設けられ、該吸気通路より通路面積の小さいバイパス通路と、該バイパス通路を開閉する制御弁と、機関運転状態に応じて前記制御弁を開閉制御する運転制御手段とを備え、該運転制御手段は、非ミラーサイクル運転時の少なくとも部分負荷運転域では、前記制御弁を閉じ、ミラーサイクル運転時の低中速回転高負荷運転域では前記制御弁を開くことを特徴としている。
【０００９】
請求項２の発明は、請求項１に記載の火花点火式内燃機関において、前記少なくとも吸気弁の開閉タイミングを変化させる可変動弁機構を備え、前記運転制御手段は、部分負荷運転域では、前記吸気弁の排気弁とのオーバーラップ期間を拡大し、低中速回転高負荷運転域では、前記吸気弁の閉時期を下死点後に遅らせるように前記可変動弁機構を制御することを特徴としている。
【００１０】
請求項３の発明は、請求項１又は２に記載の火花点火式内燃機関において、前記運転制御手段は、少なくとも始動時には前記制御弁を閉じることを特徴としている。
【００１１】
請求項４の発明は、請求項１ないし３の何れかに記載の火花点火式内燃機関において、前記逆止弁は、前記吸気通路の逆止弁より下流側が負圧のとき開き、正圧のときに閉じるリードを有するリード弁であり、該リード弁は、前記リードがクランク軸線方向に開閉するよう該クランク軸線に対して略軸直角方向にかつ縦に向けて配置され、前記バイパス通路は、前記リード弁の上方に位置するよう配置されていることを特徴としている。
【００１２】
請求項５の発明は、請求項１ないし３の何れかに記載の火花点火式内燃機関において、前記吸気通路は、前記気筒内に吸気のタンブルを生成するように形成されていることを特徴としている。
【００１３】
請求項６の発明は、請求項３に記載の火花点火式内燃機関において、該内燃機関の冷却液温度を検出する冷却液温度検出手段を有し、前記運転制御手段は、前記冷却液温度が所定の設定値以上のときには、始動時に前記制御弁を開くことを特徴としている。
【００１４】
請求項７の発明は、請求項１に記載の火花点火式内燃機関において、前記運転制御手段は、非ミラーサイクル運転時の高速回転高負荷運転域では、前記制御弁を閉じることを特徴としている。
【００１５】
請求項８の発明は、請求項１又は４に記載の火花点火式内燃機関において、前記吸気通路の上流側には、各気筒共通のサージタンクが接続され、前記逆止弁は、前記吸気通路とサージタンクとの接続合面に配置されていることを特徴としている。
【００１６】
請求項９の発明は、請求項１に記載の火花点火式内燃機関において、該内燃機関は２気筒で、等間隔燃焼を行い、前記吸気通路は上流側の１つの共通吸気通路と、該共通吸気通路から分岐された分岐通路とを有し、前記共通吸気通路に前記２気筒に共通の逆止弁が配置され、さらに前記共通吸気通路に前記バイパス通路が接続され、該バイパス通路に前記制御弁が配置されていることを特徴としている。
【００１７】
請求項１０の発明は、請求項９に記載の火花点火式内燃機関において、前記共通吸気通路の逆止弁の下流側に、前記２気筒に共通のガス燃料噴射弁が配置され、該ガス燃料噴射弁はガス燃料を前記吸気通路の各気筒への分岐部に供給することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１８】
請求項１の発明に係る内燃機関によれば、吸気通路に逆止弁をバイパスするようにバイパス通路を設け、該バイパス通路に制御弁を設け、非ミラーサイクル運転時の少なくとも部分負荷運転域では、前記制御弁を閉じるようにしたので、吸気弁，排気弁のオーバーラップ期間を利用して吸気通路の逆止弁の下流側に内部ＥＧＲを溜めておくことができ、吸気負圧によるポンピング損失を低減できる。その結果、オーバーラップ期間を必要以上に拡大して多量の内部ＥＧＲを行う必要がなく、燃焼が不安定になるという問題を回避できる。
【００１９】
また本発明では、吸気弁の開弁期間が拡大されるミラーサイクル運転時の低中速回転高負荷運転域では、制御弁を開くので、気筒内に一旦吸入された混合気の一部をバイパス通路を介して吸気通路の逆止弁の上流側に戻し、実質的な圧縮行程を短縮することで膨張比を拡大し、熱効率の改善を図ることができる。また実質的な圧縮比を低減して耐ノッキング性能を向上できる。この場合、混合気の一部をバイパス通路を介して上流側に排出すればよいので、小径，小型のバイパス通路で要求機能を満たすことができる。その結果、制御弁を軽量，小型化でき、ひいては小型のアクチュエータを用いても応答性を確保できる。
【００２０】
請求項２の発明では、可変動弁機構により少なくとも吸気弁の開弁期間を可変させ、部分負荷運転域では、吸気弁の排気弁とのオーバーラップ期間を拡大するようにしたので、吸気通路内での内部ＥＧＲを増量させることができ、吸気行程初期に発生するポンピング損失を低減できる。
【００２１】
また低中速回転高負荷運転域では、制御弁を開くとともに吸気弁の閉時期を下死点後に遅らせることによりバイパス通路から混合気をリークさせるようにしたので、圧縮比を実質的に低減させることができ、耐ノッキング性能を向上できる。
【００２２】
請求項３の発明では、始動時には制御弁を閉じるようにしたので、冷間始動時に気筒に流入した混合気が逆止弁の上流側に押し戻されるのを防止でき、該上流側での液体燃料の壁面付着を低減することができる。その結果、燃料消費量及び排気ガス性状の悪化を防止できる。
【００２３】
また、吸気行程の下死点後における混合気の逆流を防止できるので、気筒への充填量が増加することとなり、それだけ圧縮圧力が上昇するとともに、圧縮ガスの温度が上昇することとなる。これにより火炎伝播を良好に行うことができ、冷間時の始動性を高めることができる。
【００２４】
即ち、吸気弁の下死点後の開弁期間を拡大することにより、膨張比の拡大を図るようにしたミラーサイクル内燃機関では、吸気通路から燃焼室にいたる壁面温度が低いときに始動すると、液体燃料が壁面に付着し易くなる。特にガソリン燃料の場合は壁面付着が顕著となる。これは、気筒内に吸入された混合気が吸気行程の下死点後に逆流して吸気通路内に押し戻されるからである。このような壁面に付着した液体燃料は、燃焼されずに排出されてしまう未燃焼燃料となり、燃料消費量及び排気ガス性状が悪化することから好ましくない。
【００２５】
一般的な可変動弁機構は、内燃機関の回転により発生させた油圧を用いてカム軸の開閉タイミングを変化させる構造である。このため冷間始動時のような状態ではカム軸の油圧駆動が遅れることから、押し戻される混合気を低減することは困難である。
【００２６】
請求項４の発明では、逆止弁にリード弁を用い、該リード弁を、リードがクランク軸線方向に開閉するよう該クランク軸線に対して略軸直角方向にかつ縦に向けて配置したので、高速回転高負荷運転域での吸入空気量を充分に得ることができる。
【００２７】
一方、リード弁により高速回転域で充分な追従性を得るには、小型のリードを複数配列することが有効である。このようにすると各リードの配列方向の寸法が大きくなるという懸念があるが、各リードをクランク軸線に対して略直角方向にかつ縦に向けて配列することにより複数のリードをコンパクトに配置でき、吸気装置の大型化を回避できる。
【００２８】
また本発明では、バイパス通路をリード弁の上方に位置するよう配置したので、混合気の一部が吸気通路に押し戻されてリード弁近傍の壁面に付着した場合にも、バイパス通路からリード弁の上流側に流出するのを抑制できる。
【００２９】
請求項５の発明では、気筒内に吸気のタンブルを生成させるようにしたので、燃焼限界を拡大することができ、部分負荷運転域での十分なオーバーラップ運転が可能となり、ポンピング損失をより一層低減することができる。
【００３０】
即ち、過渡運転においては、下死点後の混合気の逆流作用により吸気通路の壁面に付着する液体燃料によって応答が遅れることから、空燃比が変動し、安定した燃焼が行えないおそれがあるが、気筒内に吸気のタンブルを生成させることにより、空燃比の変動に対する燃焼安定性を高めることができる。特に、高速回転高負荷運転域での空燃比制御に応答遅れが生じても安定燃焼範囲を保持することができ、ミラーサイクル運転を効果的に利用できる。
【００３１】
請求項６の発明では、内燃機関の冷却液温度が設定値以上のときには、始動時に制御弁を開くようにしたので、暖機完了状態で始動する場合のノッキングの発生を防止できる。この種のミラーサイクル機関では、暖機運転が完了した状態で始動すると、クランク軸の回転速度が低いことに起因してノッキングが発生する場合がある。その対策として、暖機完了状態のときには制御弁を開くことにより、混合気を、バイパス通路を介して吸気通路の上流側に戻し、実質的な圧縮比を低減してノッキングを抑制できる。
【００３２】
また暖機完了状態を内燃機関の冷却液温度により判定するので、既存の冷却液温度センサを流用することができ、コストの上昇を回避できる。
【００３３】
請求項７の発明では、高速回転高負荷運転域では、制御弁を閉じるようにしたので、気筒内の混合気の流出を防止でき、ノッキングが生じ難い運転域での出力低下を回避できる。即ち、前述のように、吸気弁の下死点後の開弁期間を拡大することで膨張比の拡大を図るようにしたミラーサイクル運転は、低中速回転高負荷運転域でのノッキングを回避するには有効な手段であるものの、ノッキングが生じにくい高速回転高負荷運転域では最大出力の低下をきたすおそれがある。
【００３４】
請求項８の発明では、吸気通路の上流側にサージタンクを接続し、該サージタンクと吸気通路との接続合面に逆止弁を配置したので、吸気通路の逆止弁下流側の通路容積を増やすことができ、部分負荷運転域における燃費を改善できる。即ち、部分負荷運転域において内部ＥＧＲを用いて燃費の向上を図るには、吸気通路容積を確保することが重要であるが、逆止弁を吸気弁に近づけて設けた場合には、オーバーラップ時に逆流する既燃ガス量が少量となるため、充分な燃費改善が得られない。
【００３５】
本発明では、逆止弁を吸気通路の上流側に接続されたサージタンクと該吸気通路との接続合面に配置したので、吸気通路の逆止弁下流側の通路容積を確保することができる。これにより、内部ＥＧＲを充分に蓄えることができ、燃費を改善できる。
【００３６】
また、逆止弁にリード弁を用いた場合には、応答性は充分に確保できるものの、通路抵抗となり易く、吸入空気量が低下するという懸念がある。本発明では、リード弁を吸気弁より上流側に離して配置することにより、リード弁下流側の吸気通路容積を拡大することができ、吸気行程前に新気を蓄えることができる。これにより、リード弁を通過する新気の最大瞬間時の流量が低下しても充分な吸入空気量を充填することができ、ひいてはリード弁の小型化が可能となる。
【００３７】
請求項９の発明では、２気筒等間隔燃焼を行う場合に、各気筒共通の共通吸気通路に、逆止弁とともに、バイパス通路及び制御弁を配置したので、２気筒に対して１組の逆止弁，制御弁で済み、コストを低減できる。
【００３８】
等間隔燃焼を行う２気筒機関では、各気筒の吸気行程は重複しないことから、共通吸気通路に１組の逆止弁，制御弁を配置することで目的とする機能が得られる。即ち、一方の気筒がオーバーラップ上死点のときには、他方の気筒は膨張行程初期であることから、逆止弁及び制御弁を共用できる。これにより、低中負荷運転域では、制御弁を閉じることにより、内部ＥＧＲを吸気通路の逆止弁下流側に溜めておくことができ、安定した燃焼範囲の内部ＥＧＲ率を保持でき、ポンピング損失を低減できる。
【００３９】
請求項１０の発明では、ガス燃料噴射弁を共通吸気通路の逆止弁下流側に配置し、ガス燃料を各気筒への分岐部に供給するようにしたので、ガス燃料と新気とのミキシングを改善できる。即ち、ガス燃料は、その特性上吸気通路や気筒の壁面に付着することはほとんどなく、ガソリン等の液体燃料のような課題は生じ難い。一般に、ガソリン燃料噴射弁は、各気筒の空燃比の均一化及び応答速度に対する追従性を高める観点から、吸気ポート近傍に吸気弁の弁裏を指向するように配置されている。一方、ガス燃料噴射弁は、燃料の壁面付着の問題は生じないものの、新気とのミキシングに課題がある。本発明では、ガス燃料を逆止弁の下流側の流速の高い箇所に供給するので、新気とのミキシングを良好に行える。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の実施例１による火花点火式内燃機関の断面側面図である。
【図２】前記内燃機関の断面平面図である。
【図３】前記内燃機関の吸気弁，排気弁の開閉タイミング図である。
【図４】本発明の実施例２による内燃機関の断面平面図である。
【図５】本発明の実施例３による内燃機関の断面平面図である。
【図６】本発明の実施例４による内燃機関の断面平面図である。
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【００４１】
以下、本発明の実施例１を添付図面に基づいて説明する。
【００４２】
図１ないし図３は、本発明の実施例１による火花点火式内燃機関を説明するための図である。
【００４３】
図において、１はミラーサイクル運転を行うようにした水冷式４サイクル並列４気筒の火花点火式内燃機関を示している。
【００４４】
前記内燃機関１は、４つのシリンダボア（気筒）２ａが並列に形成されたシリンダブロック２の上合面にシリンダヘッド３を接続するとともに、該シリンダヘッド３の上合面にヘッドカバー４を接続し、前記シリンダブロック２の下合面にクランク軸５が収容されたクランクケース（不図示）を接続した概略構造を有する。前記シリンダブロック２及びシリンダヘッド３には、冷却液が流れる冷却ジャケット２ｇ，３ｇが形成されている。
【００４５】
前記各シリンダボア２ａ内にはピストン６が摺動自在に挿入され、該ピストン６はコンロッド７を介して前記クランク軸５に連結されている。
【００４６】
前記シリンダヘッド３の各シリンダボア２ａに対向する部分には、燃焼凹部（燃焼室）３ａが形成されている。この各燃焼凹部３ａには、点火プラグ１０がシリンダボア２ａの気筒軸線上に位置するように装着されている。
【００４７】
前記シリンダヘッド３の各燃焼凹部３ａには、２つの吸気開口３ｂと２つの排気開口３ｃがクランク軸５の軸線Ｃ方向に並列に形成されている。この各吸気開口３ｂは前記クランク軸５の軸線Ｃを挟んだ軸直角方向一側に配置され、各排気開口３ｃは他側に配置されている。
【００４８】
前記各吸気開口３ｂには吸気弁１１，１１が配設され、該各吸気弁１１は吸気カム軸１２により開閉駆動される。また前記各排気開口３ｃには排気弁１３，１３が配設され、該各排気弁１３は排気カム軸１４により開閉駆動される。
【００４９】
前記シリンダヘッド３には、前記吸気開口３ｂに連通する吸気ポート３ｄと、前記排気開口３ｃに連通する排気ポート３ｅが形成されている。
【００５０】
前記各排気ポート３ｅには、排気管１５が接続され、該各排気管１５は１つの集合部１６に合流している。この集合部１６には排気ガスの浄化を行う触媒１７が介設されており、該集合部１６の下流端にはマフラ（不図示）が接続されている。
【００５１】
前記各吸気ポート３ｄには吸気管２０が接続されている。また各吸気管２０の上流端には各気筒共通のサージタンク２１が接続されている。このサージタンク２１には、各気筒共通のスロットル弁２２ａを内蔵するスロットルボディ２２が接続され、該スロットルボディ２２にはエアクリーナ（不図示）が接続されている。ここで前記吸気ポート３ｄと吸気管２０により本発明の吸気通路２０′が構成されている。
【００５２】
前記各吸気ポート３ｄ及び各吸気管２０は、吸気開口３ｂに向かって略直線をなし、かつ軸線がシリンダボア２ａの中心部に臨むように形成されている。これにより、シリンダボア２ａ内に吸気のタンブルａを生成させる。
【００５３】
前記各吸気管２０には、ガソリン等の液体燃料を噴射供給する液体燃料噴射弁２３が配置されている。この液体燃料噴射弁２３は、これの燃料噴射口２３ａが吸気開口３ｂの中心部に向けて燃料を噴射供給するように配置されている。
【００５４】
前記内燃機関１は、各吸気弁１１，各排気弁１３の開閉タイミングを変化させることにより、吸気弁１１と排気弁１３が同時に開くオーバーラップ期間を変化させる油圧式の可変動弁機構２５を備えている。
【００５５】
前記可変動弁機構２５は、前記吸気カム軸１２，排気カム軸１４を介して吸気弁１１，排気弁１３の開閉時期を連続的に変化させる吸気アクチュエータ２６，排気アクチュエータ２７と、機関回転数，機関負荷，スロットル弁開度等の運転状態に基づいて吸気，排気アクチュエータ２６，２７を駆動制御するＥＣＵ２８とを備えている。
【００５６】
前記ＥＣＵ２８は、図３に示すように、例えば、アイドリング及び低中速回転高負荷運転域では、排気弁（破線参照）を燃焼行程における下死点前（クランク角度で４０度程度）に開き、上死点後（クランク角度で１０度程度）に閉じる。また吸気弁（実線参照）を吸気行程における上死点で開き、下死点後（クランク角度で９２度程度）に閉じる（図３（ａ）参照）。即ち、吸気弁については、通常の閉じ時期（下死点後クランク角度で２０度程度）より７０度程度閉じ時期を遅くする。
【００５７】
また部分負荷及び高速回転高負荷運転域では、排気弁の開閉時期は前記アイドリング及び低中速回転高負荷運転域の場合と同じとするとともに、吸気弁については、上死点よりクランク角度で５０度程度早く開き、排気弁とのオーバーラップ期間をクランク角度で６０度程度に拡大する。また吸気弁の閉じ時期は、下死点後クランク角度で４２度程度にする（図３（ｂ）参照）。
【００５８】
前記内燃機関１は、前記各吸気管２０に配置された逆止弁３０と、前記各吸気管２０に逆止弁３０をバイパスするように設けられたバイパス通路３４と、該バイパス通路３４を開閉する制御弁３６とを備え、前記ＥＣＵ（運転制御手段）により、機関運転状態に応じて前記制御弁３６を開閉制御する。
【００５９】
前記各逆止弁３０は、吸気管２０のサージタンク２１の接続部近傍に配置されている。該各逆止弁３０は、吸気管２０内の圧力が負圧になると開き、正圧になると閉じるリード弁により構成されている。詳細には、横断面で見たとき、上流側に拡開する略Ｖ字形状の弁座本体３１と、該弁座本体３１の左，右壁部にそれぞれ上下方向に並列に形成された４つの開口３１ａと、左，右の上下一対の開口３１ａをそれぞれ開閉する４枚のリード３２と、該各リード３２の全開位置を規制するストッパ３３とを有する。
【００６０】
前記各逆止弁３０は、前記吸気管２０とサージタンク２１との接続合面に挟み込んだ状態で共締め固定されている。詳細には、前記弁座本体３１に形成されたフランジ部３１ｃを、吸気管２０とサージタンク２１とで挟み込んで複数のボルト３５により共締め固定している。
【００６１】
前記逆止弁３０は、各リード３２がクランク軸線Ｃ方向に開閉するよう該クランク軸線Ｃに対して略軸直角方向に、かつ縦に向けて配置されている。
【００６２】
前記各バイパス通路３４は、前記吸気管２０の上面に逆止弁３０より上方に位置するように一体に形成され、該吸気管２０の通路面積より小さい通路面積を有する。
【００６３】
前記バイパス通路３４の上流口３４ａは、前記サージタンク２１に連通接続され、下流口３４ｂは、前記吸気管２０の逆止弁３０より下流側近傍に連通接続されている。
【００６４】
前記各制御弁３６は、前記バイパス通路３４の上流口３４ａ近傍に配置された各弁板３６ａを共通の弁軸３６ｂに固定した構造を有する。この弁軸３６ｂの端部には、前記各弁板３６ａを全開位置と全閉位置との間で開閉駆動する駆動モータ等のアクチュエータ３７が接続されている。
【００６５】
前記ＥＣＵ２８は、前記制御弁３６を、ミラーサイクル運転時におけるアイドリング及び低中速回転高負荷運転域では開き、非ミラーサイクル運転時における部分負荷及び高速回転高負荷運転域では閉じるよう制御する。
【００６６】
前記ＥＣＵ２８は、内燃機関１の冷却液温度を検出する冷却液温度センサ（不図示）からの検出値が、所定の設定温度以下のときには制御弁３６を閉じ、設定温度以上のときには前記制御弁３６を開くよう制御する。即ち、前記制御弁３６を、冷間始動時には閉じ、暖機運転完了後の始動時には開く。
【００６７】
本実施例の内燃機関１によれば、各シリンダボア２ａに接続された吸気管２０に逆止弁３０を配置し、該各吸気管２０に逆止弁３０をバイパスするバイパス通路３４を形成し、該バイパス通路３４に該バイパス通路３４を開閉する制御弁３６を配置し、非ミラーサイクル運転時の少なくとも部分負荷運転域では、前記制御弁３６を閉じるようにしたので、吸気弁１１の排気弁１３とのオーバーラップ期間を利用して吸気通路２０′の逆止弁３０下流側に内部ＥＧＲを溜めておくことができ、吸気負圧によるポンピング損失を低減できる。その結果、オーバーラップ期間を必要以上に拡大することで多量の内部ＥＧＲを行う必要がなく、燃焼が不安定になるという問題を回避できる。
【００６８】
また本実施例では、吸気弁の開期間が拡大されるミラーサイクル運転時の低中速回転高負荷運転域では、制御弁３６を開くようにしたので、シリンダボア２ａ内に一旦吸入された混合気の一部をバイパス通路３４を介して逆止弁３０の上流側に戻し、実質的な圧縮行程を短縮することで膨張比を拡大し、熱効率の改善を図ることができる。また実質的な圧縮比を低減して耐ノッキング性能を向上できる。
【００６９】
また吸気管２０の通路面積より小さい小径，小型のバイパス通路３４で要求機能を満たすことができる。即ち、本実施例のバイパス通路３４は、逆流する混合気の一部をサージタンク２１に排出可能の通路面積を有すれば十分であるため、バイパス通路３４を小径，小型にできる。その結果、制御弁３６を軽量，小型化でき、ひいては小型のアクチュエータ３７を用いても応答性を確保できる。
【００７０】
本実施例では、部分負荷運転域では、吸気弁１１の排気弁１３とのオーバーラップ期間を拡大するようにしたので、吸気通路２０′内の内部ＥＧＲを増量させることができ、吸気行程初期に発生するポンピング損失を低減できる。
【００７１】
また低中速回転高負荷運転域では、制御弁３６を開くとともに、吸気弁１１の閉じ時期を下死点後に遅らせることにより、混合気をバイパス通路３４から逆止弁３０の上流側にリークさせて圧縮比を実質的に低減させることができ、耐ノッキング性能を向上できる。
【００７２】
本実施例では、冷間始動時には制御弁３６を閉じるように制御したので、冷間始動時にシリンダボア２ａに流入した混合気がバイパス通路３４からサージタンク２１に押し戻されるのを防止でき、ガソリン等の液体燃料がサージタンク２１の壁面に付着するのを抑制することができる。その結果、燃料消費量及び排気ガス性状の悪化を防止できる。
【００７３】
また、吸気行程の下死点後における混合気の逆流を防止できるので、シリンダボア２ａへの充填量が増加することとなり、それだけ圧縮圧力が上昇するとともに、圧縮ガスの温度が上昇することとなる。これにより火炎伝播を良好に行うことができ、冷間時の始動性を高めることができる。
【００７４】
即ち、吸気弁１１の下死点後の開弁期間を拡大することにより、膨張比の拡大を図るようにしたミラーサイクルの内燃機関１では、吸気管２０から燃焼凹部３ａ（燃焼室）にいたる壁面温度が低いときに始動すると、液体燃料が壁面に付着し易くなる。これは、吸気行程の下死点後に気筒内に吸入された混合気が逆流して吸気管２０内に押し戻されるからである。このような壁面に付着した燃料は、燃焼されずに排出されてしまう未燃焼燃料となり、燃料消費量及び排気ガス性状が悪化することから好ましくない。
【００７５】
前記可変動弁機構２５は、内燃機関１の回転により発生させた油圧を用いてカム軸１２，１４の開閉タイミングを変化させる構造を有する。このため冷間始動時のような状態では、カム軸１２，１４の油圧駆動が遅れることから、押し戻される混合気を低減することは困難である。
【００７６】
本実施例では、前記逆止弁３０にリード弁を採用し、該リード弁を、各リード３２がクランク軸線Ｃ方向に開閉するよう該クランク軸線Ｃに対して略軸直角方向に、かつ縦に向けて配置したので、高速回転高負荷運転域での吸入空気量を充分に得ることができる。
【００７７】
また本実施例では、前記リード弁を、１つの弁座本体３１の左，右両面にそれぞれ４つの小型の開口３１ａを形成し、該各開口３１ａにそれぞれ小型のリード３２を配置した構造としたので、高速回転域で充分な追従性を得ることができる。
【００７８】
さらに小型のリード３２をクランク軸線Ｃと略直角をなすように複数配列したので、必要充分な吸入空気量を確保しつつコンパクトに配置でき、吸気装置の大型化を回避できる。
【００７９】
また本実施例では、前記バイパス通路３４を吸気管２０の逆止弁３０より上方に位置するよう形成したので、混合気の一部が吸気管２０に押し戻されて逆止弁３０近傍の壁面に付着した場合にも、バイパス通路３４からサージタンク２１側に流出するのを抑制できる。
【００８０】
本実施例では、各シリンダボア２ａ内に吸気のタンブルａを生成させるようにしたので、燃焼限界を拡大することができ、部分負荷運転域での十分なオーバーラップ運転が可能となり、ポンピング損失をより一層低減することができる。
【００８１】
即ち、過渡運転においては、下死点後の混合気の逆流作用により吸気管２０の壁面に付着する燃料によって応答が遅れることから、空燃比が変動し、安定した燃焼が行えないおそれがある。
【００８２】
本実施例では、シリンダボア２ａ内にタンブルａを生成させることにより、空燃比の変動に対する燃焼安定性を高めることができる。特に、高負荷運転域での空燃比制御に応答遅れが生じても安定燃焼範囲を保持することができ、ミラーサイクル運転を効果的に利用できる。
【００８３】
本実施例では、冷却液温度が所定の設定値以上のときには、始動時に制御弁３６を開くようにしたので、暖機運転完了状態で始動する場合のノッキングの発生を防止できる。この種のミラーサイクル機関では、暖機運転が完了した状態で始動すると、クランク軸５の回転速度が低いことに起因してノッキングが発生する場合がある。その対策として、暖機完了状態のときには制御弁３６を開くことにより、混合気を、バイパス通路３４を介して吸気管２０の上流側に戻し、実施質的な圧縮比を低減してノッキングの発生を抑制できる。
【００８４】
また暖機運転完了状態を内燃機関の冷却液温度により判定するので、既存の冷却液温度センサを流用することができ、コストの上昇を回避できる。
【００８５】
本実施例では、高速回転高負荷運転域では、制御弁３６を閉じるようにしたので、シリンダボア２ａ内の混合気の流出を防止でき、ノッキングが生じ難い運転域での出力低下を回避できる。即ち、吸気弁１１の下死点後の開弁期間を拡大することで膨張比の拡大を図るようにしたミラーサイクル運転は、低中速回転高負荷運転域でのノッキングを回避するには有効な手段ではあるものの、ノッキングが生じにくい高速回転・高負荷運転域では最大出力の低下をきたすおそれがある。
【００８６】
本実施例では、吸気管２０の上流端にサージタンク２１を接続し、該サージタンク２１と吸気管２０との接続合面に逆止弁３０を配置したので、前記吸気管２０の逆止弁３０下流側の通路容積を増やすことができ、部分負荷運転域における燃費を改善できる。即ち、部分負荷運転域において内部ＥＧＲを用いて燃費の向上を図るには、吸気通路容積を確保することが重要であるが、逆止弁３０を吸気弁１１側に近づけて配置した場合には、オーバーラップ時に逆流する既燃ガス量が少量となるため、充分な燃費改善が得られない。
【００８７】
前記逆止弁３０にリード弁を用いた場合には、応答性は充分に確保できるものの、通路抵抗となり易く、吸入空気量が低下するという懸念がある。本実施例では、逆止弁（リード弁）３０を吸気弁１１から離れた位置に配置することにより、リード弁下流側の吸気通路容積を拡大することができ、吸気行程前に新気を蓄えることができる。これにより、リード弁を通過する新気の最大瞬間時の流量が低下しても充分な吸入空気量を充填することができ、ひいてはリード弁の小型化が可能となる。
【００８８】
また前記逆止弁３０をサージタンク２１と吸気管２０との接続合面に挟み込んで固定したので、新たな部品を追加することなく簡単な構造で逆止弁３０を取り付けることができる。
【実施例２】
【００８９】
図４は、本発明の実施例２による火花点火式内燃機関を説明するための図である。図中、図２と同一符号は同一又は相当部分を示す。
【００９０】
本実施例は、２気筒で等間隔燃焼を行う内燃機関１の例である。吸気通路２０′を構成する吸気管は、上流側に位置する共通吸気管２０ａと、該共通吸気管２０ａから各気筒に分岐する分岐管２０ｃ，２０ｃとを有する。前記共通吸気管２０ａに各気筒共通のサージタンク２１が接続され、該サージタンク２１にはスロットル弁２２ａを内蔵するスロットルボディ２２が接続されている。また、図示していないが、前記各分岐管２０ｃには、ガソリン燃料等の液体燃料を供給する液体燃料噴射弁が配置されている。
【００９１】
前記共通吸気管２０ａには、各気筒共通の逆止弁３０が配置され、かつ図示していないが、前記実施例１と同様に、バイパス通路が接続され、該バイパス通路には制御弁が配置されている。
【００９２】
本実施例では、２気筒等間隔燃焼を行う内燃機関の場合に、各気筒共通の共通吸気管２０ａに逆止弁３０を配置するとともに、バイパス通路及び制御弁を設けたので、２気筒に対して１組の逆止弁，制御弁で済み、コストを低減できる。
【００９３】
２気筒等間隔燃焼を行う場合には、吸気行程が重複することはないことから、相対する気筒の吸気負圧の影響を直接受けることはない。このため共通吸気管２０ａに１組の逆止弁，制御弁を配置することで目的とする機能が得られる。即ち、一方の気筒がオーバーラップ上死点のときには、他方の気筒は膨張行程初期であることから、逆止弁及び制御弁を共用できる。これにより、部分負荷時及び高速回転高負荷運転域では、制御弁を閉じることにより、内部ＥＧＲを吸気通路の逆止弁下流側に溜めておくことができ、安定した燃焼範囲の内部ＥＧＲ率を保持でき、ポンピング損失を低減できる。
【実施例３】
【００９４】
図５は、本発明の実施例３による火花点火式内燃機関を説明するための図である。図中、図４と同一符号は同一又は相当部分を示す。
【００９５】
本実施例は、２気筒等間隔燃焼を行う内燃機関の例であり、吸気通路２０′を構成する吸気管は、上流側に位置する共通吸気管２０ａと、ここから各気筒に分岐する分岐管２０ｃ，２０ｃを有する。前記共通吸気管２０ａに各気筒共通の逆止弁３０，バイパス通路及び制御弁が配置されており、実施例２と同様の構造を有する。
【００９６】
前記共通吸気管２０ａの逆止弁３０下流側には、各気筒共通のガス燃料噴射弁３８が配置されている。該ガス燃料噴射弁３８は、ガス噴射口３８ａが共通吸気管２０ａの軸芯に位置し、かつ共通吸気管２０ａから分岐管２０ｃへの分岐部２０ｃ′向けてガス燃料を供給するよう配置されている。ここで、ガス燃料噴射弁とともに、液体燃料噴射弁を用いるようにしてもよい。
【００９７】
本実施例では、ガス燃料噴射弁３８を共通吸気管２０ａの逆止弁３０下流側に配置し、ガス燃料を分岐部２０ｃ′に向けて噴射供給するようにしたので、ガス燃料と新気とのミキシングを改善できる。即ち、ガス燃料は、その特性上吸気通路や気筒の壁面に付着することはほとんどなく、ガソリン等の液体燃料の場合のような課題は生じ難い。一般に、ガソリン燃料噴射弁は、各気筒の空燃比の均一化及び応答速度に対する追従性を高める観点から、吸気ポート近傍に吸気弁の弁裏を指向するように配置している。一方、ガス燃料噴射弁３８は、燃料の壁面付着の問題は生じないものの、新気とのミキシングに課題がある。本実施例では、ガス燃料を逆止弁３０の下流側の流速の高い箇所に供給するので、新気とのミキシングを良好に行える。
【００９８】
また前記ガス燃料噴射弁３８は、吸気弁１１に指向するように配置する必要がない。このため、１本のガス燃料噴射弁３８でも、各気筒に均等にガス燃料を供給することができ、均一な空燃比の混合気でもって燃焼を行うことができる。
【実施例４】
【００９９】
図６は、本発明の実施例４による火花点火式内燃機関を説明するための図である。図中、図５と同一符号は同一又は相当部分を示す。
【０１００】
本実施例は、前記共通吸気管２０ａの逆止弁３０下流側に２本のガス燃料噴射弁３８，２８を接続した例である。
【０１０１】
前記共通吸気管２０ａには、１つのガス噴射口３８ａが該共通吸気管２０ａの軸芯に位置し、かつ分岐部２０ｃ′に向けてガス燃料を供給するよう配置されている。
【０１０２】
前記ガス噴射口３８ａには燃料レール３９が接続されており、該燃料レール３９に２つのガス燃料噴射弁３８，３８が並列接続されている。
【０１０３】
低中速回転低負荷運転域では、１本のガス燃料噴射弁３８を使用し、高速回転高負荷運転域では２本のガス燃料噴射弁３８，３８を使用することとなる。このように、既存のガス燃料噴射弁を使うことにより、高速回転高負荷運転域で必要なガス燃料量を確保できる。即ち、噴射量の大きい新たなガス燃料噴射弁を設計，製造する必要がなく、コストの上昇を抑制できる。
【符号の説明】
【０１０４】
１  火花点火式内燃機関
２ａ  シリンダボア（気筒）
３ｂ  吸気開口
３ｃ  排気開口
３ｄ  吸気ポート（吸気通路）
３ｅ  排気ポート（排気通路）
５  クランク軸
１１  吸気弁
１３  排気弁
２０′吸気通路
２０ａ  共通吸気管（共通吸気通路）
２０ｃ  分岐吸気管（分岐吸気通路）
２０ｃ′  分岐部
２１  サージタンク
２５  可変動弁機構
２８  ＥＣＵ（運転制御手段）
３０  逆止弁（リード弁）
３２  リード
３４  バイパス通路
３６  制御弁
３８  ガス燃料噴射弁
Ｃ  クランク軸線
ａ  タンブル
【図１】
2010261425.tif 000003
【図２】
2010261425.tif 000004
【図３】
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【図４】
2010261425.tif 000006
【図５】
2010261425.tif 000007
【図６】
2010261425.tif 000008