(57)【要約】  吸気弁ＩＮ１，ＩＮ２で開閉される吸気ポート１ｄを介して気筒１ａ内に新気を導入するとともに、排気弁ＥＸ１，ＥＸ２で開閉される排気ポートを介して気筒１ａ内に排気ガスを再吸入するように構成された４サイクルエンジン１において、上記排気ポートは、第１排気ポート１ｐと第２排気ポート１ｅを有し、該第１排気ポート１ｐから上記排気ガスを再吸入するとともに、上記第２排気ポート１ｅから二次空気を吸入することにより、気筒１ａ内に、主として上記排気ガスからなる温度の高い第１温度層Ｔ１と、主として上記二次空気からなり、上記第１温度層Ｔ１より温度の低い第２温度層Ｔ２とを形成する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気弁で開閉される吸気ポートを介して気筒内に新気を導入するとともに、排気弁で開閉される排気ポートを介して気筒内に排気ガスを再吸入するように構成された４サイクルエンジンにおいて、
上記排気ポートは、第１排気ポートと第２排気ポートを有し、該第１排気ポートから上記排気ガスを再吸入するとともに、上記第２排気ポートから二次空気を吸入することにより、気筒内に、上記新気に上記排気ガスを含む温度の高い第１温度層と、上記新気に上記二次空気を含み、上記第１温度層より温度の低い第２温度層とを形成することを特徴とする４サイクルエンジン。
【請求項２】
請求項１において、上記エンジンは第１気筒と、該第１気筒と燃焼タイミングが異なる第２気筒とを有し、
上記第１気筒の排気弁開時の燃焼室内からの圧力波（ブローダウン圧力波）を上記第２気筒の排気弁が再度開かれる再開期間に該第２気筒の排気ポートに作用させるように構成されたブローダウン圧力波過給機構と、
二次空気を上記第２排気ポートに供給する二次空気供給機構とを備え、
上記第２気筒の吸気行程から圧縮行程の下死点付近に該第２気筒の排気弁の再開期間を設定するとともに該再開期間に上記第１気筒からのブローダウン圧力波を該第２気筒の排気ポートに作用させることにより、排気ガスを上記第１排気ポートから第２気筒内に導入するとともに、上記二次空気供給機構により上記第２排気ポートに供給された二次空気を上記第２気筒内に導入することを特徴とする４サイクルエンジン。
【請求項３】
請求項２において、上記二次空気供給機構は、上記第２排気ポートに二次空気供給通路を介して接続されたエアポンプと、該二次空気供給通路に介在された開閉制御弁とを備え、排気弁の閉期間に二次空気を第２排気ポートに供給し、
上記第２気筒の吸気行程から圧縮行程の下死点付近に該第２気筒の排気弁の再開期間を設定するとともに上記ブローダウン圧力波を該再期間に該第２気筒の排気ポートに作用させることにより、上記第１排気ポートから排気ガスを第２気筒に導入するとともに、上記第２排気ポートから該第２排気ポートに供給されている二次空気を第２気筒に導入することを特徴とする４サイクルエンジン。
【請求項４】
請求項２において、上記エンジンは、電動モータ又はエンジン出力で駆動される過給機が介設された吸気系を備え、排気ポート内圧力以上の加圧新気を各気筒内に供給するように構成されており、
上記二次空気供給機構は、上記吸気系から供給された加圧新気を、吸気行程中の上記吸気弁と再開期間中の上記第２排気ポートの第２排気弁とのＥＧＲオーバーラップ期間に上記第２排気ポート側に吹き抜けさせて該第２排気ポート内に供給するように構成されており、
上記第２気筒の吸気行程から圧縮行程の下死点付近に該第２気筒の排気弁の再開期間を設定するとともに該再開期間に該第２気筒の排気ポートに上記第１気筒からのブローダウン圧力波を作用させることにより、上記第１排気ポートから排気ガスを第２気筒に導入するとともに、上記第２排気ポートに供給されている二次空気を第２気筒に導入することを特徴とする４サイクルエンジン。
【請求項５】
請求項２において、上記エンジンは、吸気系及び排気系の動的効果により排気ポート内圧力以上の加圧新気を各気筒内に供給するように構成されており、
上記二次空気供給機構は、上記吸気系から供給された加圧新気を、吸気行程中の上記吸気弁と再開期間中の上記第２排気ポートの第２排気弁とのＥＧＲオーバーラップ期間に上記第２排気ポート側に吹き抜けさせて該第２排気ポート内に供給するように構成されており、
上記第２気筒の吸気行程から圧縮行程の下死点付近に該第２気筒の排気弁の再開期間を設定するとともに該再開期間に該第２気筒の排ポートに上記第１気筒からのブローダウン圧力波を作用させることにより、上記第１排気ポートから排気ガスを第２気筒に導入するとともに、上記第２排気ポートに供給されている二次空気を第２気筒に導入することを特徴とする４サイクルエンジン。
【請求項６】
請求項４又は５において、上記第２排気弁の再開開始時期は吸気弁の閉時期より早く設定され、かつ第１排気弁の再開開始時期は、上記第２排気弁の再開開始時期より遅く設定されており、さらに第１気筒からのブローダウン圧力波が第２気筒の第１排気弁及び第２排気弁の再開期間に該第２気筒の排気ポートに作用するよう構成されていることを特徴とする４サイクルエンジン。
【請求項７】
請求項１ないし６の何れかにおいて、排気ポートの燃焼室側開口に、再吸入された排気ガスの吸気弁側への流れを抑制するマスク部材を設けたことを特徴とする４サイクルエンジン。
【請求項８】
請求項３において、上記開閉制御弁の開弁期間を気筒別又はサイクル毎に制御することにより燃焼制御を行うことを特徴とする４サイクルエンジン。
【請求項９】
請求項１ないし８の何れかにおいて、上記第１温度層に燃料を供給する第１燃料噴射弁と、上記第２温度層に燃料を供給する第２燃料噴射弁とを備え、該第１，第２燃料噴射弁からの燃料噴射割合を制御することを特徴とする４サイクルエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気筒内に吸気ポートを介して新気を導入するとともに、排気ポートを介して排気ガスを再吸入するように構成され４サイクルエンジンに関する。【０００２】
なお、本願明細書では、吸気ポートを通してシリンダ内に導入される空気を新気と称し、排気ポートを通してシリンダ内に導入される空気を二次空気と称する。
【背景技術】
【０００３】
ガソリンエンジンの有する低エミッション特性を維持しつつディーゼルエンジン並の低燃費を実現する手段として予混合圧縮着火燃焼（ＨＣＣＩ）エンジンが有望視されている。なお、ＨＣＣＩエンジンとは、通常のディーゼルエンジンが圧縮上死点付近で燃料を噴射供給するのに対し、ＨＣＣＩエンジンは、燃焼室内に燃料を早期に噴射し、あるいは吸気ポート内で燃料と空気を混合して燃焼室に導入し、圧縮温度による燃焼反応によって圧縮上死点付近で予混合気を自己着火させるエンジンである。【０００４】
本願発明者は、このＨＣＣＩエンジンの運転領域を拡大するには内部ＥＧＲ量の制御と過給機無しでの過給を実現することが重要であると考え、その方法を提案した。【０００５】
上述の方法でＨＣＣＩエンジンの運転領域を拡大できるものの、高負荷運転域ではまだ圧力上昇が高過ぎ、実用的なＨＣＣＩ運転ができない。圧力上昇率を低下させ、通常の火花点火エンジン並の緩慢燃焼を実現する手段として、混合気や温度分布の成層化が効果的であるとされている（非特許文献１参照）
【非特許文献１】ＪＳＡＥ２００５５６６７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記非特許文献１には、２つの吸気ポートの吸気をヒータで加熱して温度差を付ける点と、その温度差が大きくなると熱発生率の大きさと期間が大きく変化する点とが示されている。しかし上記文献１では、緩慢燃焼の実現が実験やシミュレーションによって証明されているものの、実用的な手法とは言い難い。【０００７】
本発明は、上記従来の実情に鑑みてなされたものであり、簡単な構造で温度分布の成層化を実現して高負荷のノッキングを防止できる４サイクルエンジン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及びその効果】
【０００８】
請求項１の発明は、吸気弁で開閉される吸気ポートを介して気筒内に新気を導入するとともに、排気弁で開閉される排気ポートを介して気筒内に排気ガスを再吸入するように構成された４サイクルエンジンにおいて、
上記排気ポートは、第１排気ポートと第２排気ポートを有し、該第１排気ポートから上記排気ガスを再吸入するとともに、上記第２排気ポートから二次空気を吸入することにより、気筒内に、上記新気に上記排気ガスを含む温度の高い第１温度層と、上記新気に上記上記二次空気を含み、上記第１温度層より温度の低い第２温度層とを形成することを特徴としている。
【０００９】
請求項１において、「排気ポートは、第１排気ポートと第２排気ポートを有し、」とは、排気弁２本で排気ポート２本の場合と、排気弁１本又は２本でそれぞれの排気ポートが２つに分離されている場合の両方を含む。
【００１０】
請求項１の発明では、気筒内に、第１排気ポートから温度の高い排気ガスを再吸入するとともに、第２排気ポートから温度の低い二次空気を導入するようにしたので、気筒内に温度の高い第１温度層と温度の低い第２温度層とを形成することかでき、高負荷運転域であっても緩慢燃焼を実現でき、ノッキングを防止できる。また吸気を加熱するようにした従来装置に比較して、構造が簡単であり、現実的である。
【００１１】
請求項２の発明は、請求項１において、上記エンジンは第１気筒と、該第１気筒と燃焼タイミングが異なる第２気筒とを有し、上記第１気筒の排気弁開時の燃焼室内からの圧力波（ブローダウン圧力波）を上記第２気筒の排気弁が再度開かれる再開期間に該第２気筒の排気ポートに作用させるように構成されたブローダウン圧力波過給機構と、二次空気を上記第２排気ポートに供給する二次空気供給機構とを備え、上記第２気筒の吸気行程から圧縮行程の下死点付近に該第２気筒の排気弁の再開期間を設定するとともに該再開期間に上記第１気筒からのブローダウン圧力波を該第２気筒の排気ポートに作用させることにより、排気ガスを上記第１排気ポートから第２気筒内に導入するとともに、上記二次空気供給機構により上記第２排気ポートに供給された二次空気を上記第２気筒内に導入することを特徴としている。
【００１２】
請求項２の発明では、第２排気ポートに二次空気を供給するとともに、該第２排気ポート及び第１排気ポートにブローダウン圧力波を作用させるようにしたので、気筒内に、第１排気ポートから高温の排気ガスを、第２排気ポートから低温の二次空気をそれぞれ導入でき、気筒内に、第１温度層と第２温度層とを形成できる。
【００１３】
請求項３の発明は、請求項２において、上記二次空気供給機構は、上記第２排気ポートに二次空気供給通路を介して接続されたエアポンプと、該二次空気供給通路に介在された開閉制御弁とを備え、排気弁の閉期間に二次空気を第２排気ポートに供給し、上記第２気筒の吸気行程から圧縮行程の下死点付近に該第２気筒の排気弁の再開期間を設定するとともに上記ブローダウン圧力波を該再期間に該第２気筒の排気ポートに作用させることにより、上記第１排気ポートから排気ガスを第２気筒に導入するとともに、上記第２排気ポートから該第２排気ポートに供給されている二次空気を第２気筒に導入することを特徴としている。
【００１４】
請求項３の発明では、開閉制御弁の開閉により、第２排気ポートに二次空気を最適のタンミングで、かつ所要量だけ供給でき、気筒内に第１温度層と第２温度層とを容易確実に形成できる。
【００１５】
請求項４の発明は、請求項２において、上記エンジンは、電動モータ又はエンジン出力で駆動される過給機が介設された吸気系を備えることにより、請求項５の発明は吸気系及び排気系の動的効果により、それぞれ排気ポート内圧力以上の加圧新気を各気筒内に供給するように構成されており、上記二次空気供給機構は、上記吸気系から供給された加圧新気を、吸気行程中の上記吸気弁と再開期間中の上記第２排気ポートの第２排気弁とのＥＧＲオーバーラップ期間に上記第２排気ポート側に吹き抜けさせて該第２排気ポート内に供給するように構成されており、上記第２気筒の吸気行程から圧縮行程の下死点付近に該第２気筒の排気弁の再開期間を設定するとともに該再開期間に該第２気筒の排気ポートに上記第１気筒からのブローダウン圧力波を作用させることにより、上記第１排気ポートから排気ガスを第２気筒に導入するとともに、上記第２排気ポートに供給されている二次空気を第２気筒に導入することを特徴としている。
【００１６】
請求項４の発明によれば、吸気弁と、第２排気ポートの第２排気弁とが共に開いているＥＧＲオーバーラップ期間を利用して、吸気ポート側から加圧新気を第２排気ポート側に吹き抜けさせさせることにより新気を第２排気ポートに供給し、これを二次空気としたので、二次空気供給機構の構造が簡単である。
【００１７】
また請求項５の発明によれば、吸排気系の動的効果によって排気ポート内圧力以上の加圧新気を気筒内に供給し、吸気弁と第２排気弁とが共に開いているＥＧＲオーバーラップ期間を利用して、吸気ポート側から加圧新気を第２排気ポート側に吹き抜けさせることにより新気を第２排気ポートに供給し、これを二次空気としたので、過給機も二次空気ポンプも不要であり、二次空気供給機構の構造を最も簡単にしつつ二次空気を供給できる。
【００１８】
請求項６の発明は、請求項４又は５において、上記第２排気弁の再開開始時期は吸気弁の閉時期より早く設定され、第１排気弁の再開開始時期は上記第２排気弁の再開開始時期より遅く設定されており、さらに第１気筒からのブローダウン圧力波が第２気筒の第１排気弁及び第２排気弁の再開期間に該第２気筒の排気ポートに作用するよう構成されていることを特徴としている。
【００１９】
ここで、第１排気弁の再開開始時期は、第２排気弁の再開開始時期より遅く設定されるが、吸気弁が実質的に閉じた後に設定されるのがより望ましい。
【００２０】
請求項６の発明によれば、第２排気ポートの第２排気弁の再開開始時期を吸気弁の閉時期より早く設定したので、該両者のオーバーラップ期間に第２排気ポートに加圧新気を供給し、これを二次空気とすることができる。そして、第１排気弁の再開開始時期を第２排気弁の再開開始時期より遅く設定したので、第１排気ポート側には新気はあまり供給されない。その結果、第１排気ポート側に第１温度層を、第２排気ポート側に第２温度層を形成でき、両温度層の温度差を大きくできる。
【００２１】
請求項７の発明は、請求項１ないし６の何れかにおいて、排気ポートの燃焼室側開口に、再吸入された排気ガスの吸気弁側への流れを抑制するマスク部材を設けたことを特徴としている。
【００２２】
請求項７の発明によれば、排気ガスの吸気弁側への流れを抑制するマスク部材を設けたので、排気ガスとシリンダ内の新気との混合を抑制でき、これにより第１温度層と第２温度層との温度差をより一層大きくかつ明確にできる。
【００２３】
請求項８の発明は、請求項３において、上記開閉制御弁の開弁期間を気筒別又はサイクル毎に制御することにより燃焼制御を行うことを特徴としている。
【００２４】
請求項８の発明によれば、二次空気の供給量を気筒別又はサイクル毎に制御するようにしたので、二次空気量により、圧縮温度を調整して着火温度，緩慢燃焼の速度，燃焼温度を制御できる。
【００２５】
請求項９の発明は、請求項１ないし７の何れかにおいて、上記第１温度層に燃料を供給する第１燃料噴射弁と、上記第２温度層に燃料を供給する第２燃料噴射弁とを備え、該第１，第２燃料噴射弁からの燃料噴射割合を制御することを特徴としている。
【００２６】
請求項９の発明によれば、第１温度層への燃料噴射量と第２温度層への燃料噴射量との割合を制御するようにしたので、着火時期，緩慢燃焼の速度，燃焼温度の制御を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の第１実施形態によるエンジンの模式構成図である。
【図２】上記第１実施形態エンジンの断面側面図である。
【図３】上記第１実施形態エンジンの動弁装置の模式平面図である。
【図４】上記第１実施形態エンジンの切換機構の模式断面平面図である。
【図５】上記第１実施形態エンジンの吸気弁，排気弁及び二次空気制御弁の開閉タイミングを示す図である。
【図６】上記第１実施形態エンジンの各種圧力，流量特性図である。
【図７】上記第１実施形態エンジンの各種圧力，流量特性図である。
【図８】上記第１実施形態エンジンの温度成層を模式的に示す図である。
【図９】上記第１実施形態エンジンにおける温度成層の効果を説明するための温度差と平均圧力上昇率の変化率との関係を示す図である。
【図１０】本発明の第２実施形態エンジンの模式構成図である。
【図１１】上記第２実施形態エンジンの各種圧力，流量特性図である。
【図１２】上記第２実施形態エンジンの第１，第２排気弁のＥＧＲ開弁カーブを示す図である。
【図１３】本発明の第３実施形態エンジンの模式構成図である。
【図１４】上記第３実施形態エンジンの動弁装置の模式平面図である。
【図１５】上記第３実施形態エンジンの断面側面図である。
【図１６】上記第３実施形態エンジンの各種圧力，流量特性図である。
【図１７】本発明の第４実施形態エンジンの模式構成図である。
【図１８】上記第４実施形態エンジンの吸気脈動の状態を示す図である。
【図１９】上記第４実施形態エンジンの排気脈動の状態を示す図である。
【図２０】上記第４実施形態エンジンの吸，排気ポート圧力とＥＧＲ開弁カーブとの関係を示す特性図である。
【図２１】マスク部材の配置状態を示す平面模式図である。
【図２２】上記第１実施形態の変形例を示す図である。
【図２３】上記第１実施形態の変形例を示す図である。
【符号の説明】
【００２８】
１  ４サイクルエンジン
１ａ  シリンダボア（気筒）
１ｄ  吸気ポート
１ｅ  第２排気ポート
１ｐ  第１排気ポート
３  吸気系
１３ａ，１３ｂ  第１，第２燃料噴射弁
２０  二次空気供給機構
２１二次空気供給通路
２２ａ〜２２ｄ  開閉制御弁
２３  補助過給機（エアポンプ）
３１過給機
４０  ブローダウン圧力波過給機構
５０  マスク部材
ＩＮ１，ＩＮ２  吸気弁
ＥＸ１，ＥＸ２  排気弁
Ｔ１  第１温度層
Ｔ２  第２温度層
♯１  第２気筒
♯４  第１気筒
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
図１〜図７は本発明の第１実施形態による４サイクルエンジンを説明するための図であり、図１は全体構成図、図２は該エンジンの断面側面図、図３は動弁機構の平面模式図、図４は切換機構の模式図、図５〜図７は動作説明図である。【００３０】
図において、１は４気筒４バルブＤＯＨＣガソリンエンジンをベースとしたＨＣＣＩエンジンである。該エンジン１は、♯１気筒〜♯４気筒を備えており、該♯１〜♯４気筒は、それぞれ２本ずつの吸気弁IN１，IN２と、２本ずつの排気弁EX１，EX２の合計４本の弁を備えている。また、該エンジン１はガソリン筒内噴射弁１３を備え、圧縮比は火花点火燃焼に最適な１２に設定されている。【００３１】
上記エンジン１の点火順序は♯１−♯３−♯４−♯２気筒となっている。該各気筒間の位相（点火間隔）はクランク軸角度で１８０度であり、従って♯１気筒と♯４気筒の位相、及び♯２気筒と♯３気筒の位相はそれぞれ３６０度である。なお、♯１気筒と♯４気筒のピストン位置、及び♯２気筒と♯３気筒のピストン位置は常に同じであり、♯１気筒及び♯４気筒のピストン位置と♯２気筒及び♯３気筒のピストン位置は１８０度異なる。【００３２】
上記エンジン１の具体的構造を説明する。上記♯１〜♯４気筒の各シリンダボア１ａ内には、ピストン１ｂが摺動自在に挿入され、該ピストン１ｂはコンロッド１ｆでクランク軸（図示せず）に連結されている。上記シリンダボア１ａの上側に位置する燃焼室１ｃには、吸気ポート１ｄの吸気弁開口１ｄ′、排気ポート１ｅの排気弁開口１ｅ′が２つずつ開口しており、該各開口を上記第１，第２吸気弁IN１，２、第１，第２排気弁EX１，２が開閉するようになっている。【００３３】
上記第１，第２吸気弁用吸気弁開口１ｄ′，１ｄ′は二股状の吸気ポート１ｄでシリンダヘッド前壁側に延び、該前壁に開口している。【００３４】
また上記第１排気弁ＥＸ１用開口１ｅ′は、第１排気ポート１ｐにより、第２排気弁ＥＸ２用開口１ｅ′は第２排気ポート１ｅによりシリンダヘッド後壁側に延び、途中で合流して後壁に開口している。上記第１排気ポート１ｐと第２排気ポート１ｅは、隔壁１ｎで画成されており、該隔壁１ｎと排気ポートの周壁とで囲まれた部分の容積が、後述する第２排気ポートに貯留される二次空気の容積となっている。なお、上記隔壁を排気管内にも設けることが可能であり、このようにすれば二次空気の容積を拡大できる。【００３５】
上記吸気弁IN１，２、排気弁EX１，２は、動弁装置４により開閉駆動される。この動弁装置４は、上記吸気弁ＩＮ１，２の開期間及びリフト量を連続的に変化可能とする吸気弁駆動機構７と、上記排気弁ＥＸ１，２を開閉する排気弁駆動機構８とを備えている。【００３６】
上記排気弁駆動機構８は、クランク軸と平行に配置された排気カム軸６，排気ロッカ軸８ｃと、該排気ロッカ軸８ｃにより揺動可能に軸支された排気ロッカアーム８ａ，８ａと、該各ロッカアーム８ａの先端部に軸支されたローラ８ｂとを備えている。上記排気カム軸６には、ベース円部６ｂとリフト部６ｃとを有する排気カムノーズ６ａが上記各排気弁に対応するように形成されている。【００３７】
上記排気カム軸６の回転により上記排気カムノーズ６ａが上記ローラ８ｂを介して上記ロッカアーム８ａを上下揺動させ、該ロッカアーム８ａの先端部８ｄが上記排気弁ＥＸを開方向に押し下げる。【００３８】
上記吸気弁駆動機構７は、クランク軸と平行に配置された吸気カム軸５，吸気ロッカ軸７ｅ，及び支持軸７ｄと、該支持軸７ｄに揺動可能に支持された揺動カム７ａと、該揺動カム７ａにより吸気コントロールアーム７ｃを介して揺動駆動される吸気ロッカアーム７ｂとを備えている。上記吸気カム軸５には、各気筒毎に各吸気弁に対応するように吸気カムノーズ５ａが形成されている。該各吸気カムノーズ５ａはベース円部５ｂと、リフト部５ｃとを有する。【００３９】
上記吸気ロッカアーム７ｂのリング状の基端部７ｂ′は上記吸気ロッカ軸７ｅにより軸支されている。上記吸気コントロールアーム７ｃのリング状の基端部７ｃ′は、上記吸気ロッカ軸７ｅの軸心から偏心するアーム支持軸７ｅ′により軸支されている。上記吸気ロッカ軸７ｅを回動させると、吸気コントロールアーム７ｃは前後に進退し、先端部のローラ７ｆの上記揺動カム７ａとの摺接開始位置が変化し、もって吸気弁の開期間，リフト量が変化する。【００４０】
上記吸気カム軸５を回転させると、該吸気カム軸５の吸気カムノーズ５ａが上記揺動カム７ａ，吸気コントロールアーム７ｃを介して上記吸気ロッカアーム７ｂを上下に揺動させ、該吸気ロッカアーム７ｂの先端部が吸気弁IN１，２を開方向に押し下げる。【００４１】
ここで上記吸気ポート１ｄは、図２に太実線で示すように、吸入空気流（新気流）が、気筒軸Ａを越えて排気弁側に流入し、該排気弁側を気筒軸Ａに沿うように流下し、ピストン頂面で反転して吸気弁側を上昇する新気タンブル流Ｂが生成されるように、その形状等が設定されている。具体的には、吸気ポート１ｄは、カム軸方向に見たとき、略直線状に形成され、かつその中心軸１ｋがシリンダボア１ａ内周面の上記気筒軸Ａを越えた排気弁開口に近い部分１ｋ′に向かっており、このようにして新気流を排気弁側に方向付けするようになっている。【００４２】
一方、図２に太破線で示すように、排気ガス逆流（ＥＧＲガス流）や二次空気が、排気弁側にて気筒軸Ａに沿うように流下し、ピストン頂面で反転して吸気弁側を上昇する排気タンブル流Ｃが生成されるように、排気ポート１ｐ，１ｅ部分にマスク５０が設けられている。なお、マスク５０の配設領域については図２１を用いて後述する。【００４３】
上記エンジン１に接続された吸気装置３は、所定の容積を有するサージタンク３ｅと、該サージタンク３ｅから分岐して上記♯１気筒〜♯４気筒のそれぞれの吸気ポート１ｄに接続された分岐管３ａ〜３ｄとを有する。上記サージタンク３ｅの一端に形成された吸入口３ｆには吸気絞り弁３ｇが配設され、該吸気絞り弁３ｇの上流側にはエアクリーナ（図示せず）が接続されている。【００４４】
また、上記エンジン１に接続された排気装置２は、各気筒毎の枝管２ａ，２ｄ，２ｂ，２ｃの長さが比較的長く設定され、位相（点火間隔）が３６０度の上記♯１気筒と♯４気筒を連結して排気する第１の排気系２′と、同じく位相３６０度の♯２気筒と♯３気筒を連結して排気する第２の排気系２′′とを備えたいわゆる４−２−１排気系となっており、高負荷運転領域において排気干渉が避けられるので出力向上に適している。【００４５】
上記第１の排気系２′は、♯１気筒，♯４気筒の排気ポートの外部開口に接続された第１，第４枝管２ａ，２ｄと、該両枝管２ａ，２ｄを合流させる第１合流管２ｅを有する。上記第２の排気系２′′は、♯２気筒，♯３気筒の排気ポート１ｅに接続された第２，第３枝管２ｂ，２ｃと、該両枝管２ｂ，２ｃを合流させる第２合流管２ｆを有する。そして上記第１，第２合流管２ｅ，２ｆはメイン管２ｇに合流している。【００４６】
また上記第１，第２合流管２ｅ，２ｆには、上流側触媒２ｉ，２ｉが介設され、上記メイン管２ｇには下流側触媒２ｊが介設されている。さらにまた、上記第１，第２合流管２ｅ，２ｆの上流側触媒２ｉより上流側には、排気ポート面積を可変制御する排気絞り弁２ｈ，２ｈが介設されている。【００４７】
本実施形態エンジンは、♯４気筒（第１気筒）の膨張行程下死点付近の燃焼室内圧力波（排気ブローダウン圧力波）を、該♯４気筒と燃焼タイミングが３６０度異なる♯１気筒（第２気筒）の吸気行程下死点付近において、第１，第２排気ポート１ｐ，１ｅに作用させるとともに、該♯１気筒の排気弁ＥＸ１，２を再度開くブローダウン過給機構４０と、上記排気ブローダウン圧力波の上記♯１気筒への到達に先立って該♯１気筒の第２排気ポート１ｅに二次空気を供給して該排気ポート１ｅ内に貯留する二次空気供給機構２０とを備えている。上記♯４気筒からの排気ブローダウン圧力波により、温度の高いＥＧＲガスを上記第１排気ポート１ｐから燃焼室内に過給するとともに、上記第２排気ポート１ｅ内に貯留されている二次空気が主体で少量のＥＧＲガスも含むものを上記♯１気筒内に過給するように構成されている。【００４８】
なお、上記ブローダウン過給機構４０及び二次空気供給機構２１は、上記♯１気筒からの排気ブローダウン圧力波を利用して二次空気及びＥＧＲガスを♯４気筒に過給するようにも構成されており、さらに♯２気筒からの排気ブローダウン圧力を利用してと♯３気筒に二次空気とＥＧＲガスを過給し、逆に♯３気筒からの排気ブローダウン圧力を利用して♯２気筒に二次空気とＥＧＲガスを過給するようにも構成されている。以下、上記♯１気筒と♯４気筒との関係について詳述する。【００４９】
上記ブローダウン過給機構４０は、上記♯１気筒と♯４気筒との燃焼タイミングを３６０度ずらすとともに、♯４気筒からの排気ブローダウン圧力波が♯１気筒の吸気行程下死点付近で該♯１気筒の第１，第２排気ポートに到達するように両気筒間の排気枝管２ａ，２ｄの長さを設定し、さらに吸気カム軸５により♯１気筒の排気弁EX１，２を、図５にリフトカーブＣ１に示すように、該♯１気筒の吸気行程の下死点付近で再度開くＥＧＲ開弁機構９を備えることにより実現されている。【００５０】
上記ＥＧＲ開弁機構９は、上記吸気カム軸５に形成されたＥＧＲカムノーズ５ａ′と、上記支持軸７ｄに軸支された排気ロッカカム１０と、上記排気ロッカ軸８ｃに軸支された中間レバー１１と、該排気ロッカ軸８ｃの軸心から偏心するアーム支持軸８ｃ′により軸支された排気コントロールアーム１３と、上記排気カム軸６に形成されたＥＧＲガイドカム６ｂ′とを備えている。【００５１】
上記吸気カム軸５側のＥＧＲカムノーズ５ａ′は、上記吸気カム軸５の２つの吸気カムノーズ５ａ，５ａ間に形成されている。このＥＧＲカムノーズ５ａ′は、上記吸気側のベース円部５ｂと同一径のＥＧＲベース円部５ｂ′と、上記吸気側のリフト部５ｃよりリフト量の小さいＥＧＲリフト部５ｃ′とを有する。【００５２】
また上記排気カム軸６側のＥＧＲガイドカム６ｂ′は、上記排気カムノーズ６ａのベース円部６ｂと同一径を有する。なお、このＥＧＲガイドカム６ｂ′は、ベース円部のみからなり、リフト部は有しない。【００５３】
上記排気ロッカカム１０の上記支持軸７ｄを挟んだ一側にはローラ１０ａが配設され、また他側にはカム面１０ｂが形成されている。上記ローラ１０ａは上記ＥＧＲカムノーズ５ａ′に転接しており、上記カム面１０ｂには排気コントロールアーム１３のローラ１３ｂが転接している。【００５４】
上記中間レバー１１は、概ね三角形状をなし、該三角形の頂角部が上記排気ロッカ軸８ｃにより揺動可能に支持されている。また上記三角形の一方の底角部にはローラ８ｂが軸支され、他方の底角部に続く斜辺部にはカム面１１ａが形成されている。上記ローラ８ｂは上記ＥＧＲガイドカム６ｂ′に転接し、上記カム面１１ａには上記排気コントロールアーム１３の先端に形成された押圧部１３ａが摺接している。【００５５】
ここで、上記中間レバー１１と２つの排気ロッカレバー８ａ，８ａとの間には、該中間レバー１１の揺動を該排気ロッカレバー８ａ，８ａに伝達するＥＧＲ開弁オン状態と上記揺動を伝達しないＥＧＲ開弁オフ状態との何れかに切替え可能の切替機構１２が形成されている。【００５６】
上記切替機構１２は、図４に示すように、上記中間レバー１１の先端部及び排気ロッカレバー８ａ，８ａの先端部に同軸をなすように連結穴１２ａを形成し、該連結穴１２ａ内に連結ピストン１２ｂ，１２ｃを軸方向に摺動可能に、かつ軸直角方向に相対移動可能に配置した構造のものである。【００５７】
また上記連結ピストン１２ｂの一端面と連結穴１２ａの一端とで油圧室１２ｅが形成され、連結ピストン１２ｃの他端面と連結穴１２ａの他端との間にはストッパ１２ｄを介在させてリターンスプリング１２ｆが配設されている。上記油圧室１２ｅには、上記ロッカ軸８ｃに形成された油圧通路８ｄを介して油圧を供給可能となっている。【００５８】
油圧が上記油圧室１２ｅに供給されると、上記連結ピストン１２ｃ，１２ｂが中間レバー１１と排気ロッカレバー８ａとの境界を跨ぐ位置（図４（ａ））に位置し、上記ＥＧＲ開弁オン状態となる。そして上記油圧が開放されると、上記連結ピストン１２ｃと上記連結ピストン１２ｂ及びストッパ１２ｄとの接触部が上記境界に一致し（図４（ｂ））上記ＥＧＲ開弁オフ状態となる。【００５９】
さらにまた上記吸気カム軸５は、該吸気カム軸５の位相を自由に制御可能の吸気カム位相可変機構１５を備えている。吸気カム軸５の位相を変化させると、吸気弁IN１，２の吸気行程における開閉時期が変化すると同時に、排気弁EX１，２のＥＧＲ開弁動作における開閉時期も同じ位相だけ変化する。また上記排気カム軸６は、該排気カム軸６の位相を自由に制御可能の排気カム位相可変機構１６を備えている。【００６０】
上記二次空気供給機構２０は、上記サージタンク３ｅと各気筒の上記第２排気ポート１ｅとを連通接続する二次空気供給通路２１と、該二次空気供給通路２１に介設された二次空気制御弁２２ａ〜２２ｄと、該二次空気供給通路２１の二次空気制御弁より上流側に介設された電動モータ駆動式の補助過給機（エアポンプ）２３とを備えている。なお、２３ａ駆動モータであり、また２４は加圧により温度上昇した新気を冷却するインタクーラである。【００６１】
上記二次空気供給通路２１は、各気筒の配置方向に延びるヘッダ部２１ａと、該ヘッダ部２１ａから各気筒の第２排気ポート１ｅ内に開口するよう配置された分岐管２１ｂとを備え、該各分岐管２１ｂに上記二次空気制御弁２２が介設されている。従って二次空気制御弁２２が開かれると、上記ヘッダ部２１ａ内の二次空気が上記第２排気ポート１ｅに供給され、該第２排気ポート１ｅ内に貯留される。【００６２】
なお、上記二次空気は、第２排気ポート１ｅの容積程度供給されるが、この容積を越えて供給される場合もある。第２排気ポートの容積を越える二次空気を供給した場合、第１排気ポート側にも二次空気が供給されるので、吸気ポートからの新気に二次空気が加わる分、合計量が増加し、ＨＣＣＩ運転可能領域を拡大できる。また二次空気が増加すると高温側の温度が低下するので、着火時期の制御効果が大きい。しかし二次空気が第２排気ポートの容積を越えないと高温側の温度は変化しないので最初の着火時期は制御できない。なお、燃焼速度の制御は可能である。【００６３】
上記♯１気筒（本発明の第２気筒に相当する）に、♯４気筒（本発明の第１気筒に相当する）からの排気ブローダウン圧力波を利用して二次空気及びＥＧＲガスが過給される場合について詳細に説明する。【００６４】
図５は、♯１気筒と♯４気筒の排気弁，吸気弁のリフトカーブＥＸ，ＩＮ、ＥＧＲ開弁機構９による排気弁の再度の開時のリフトカーブＣ１、及び二次空気制御弁のリフトカーブＳＡを示す。図５に示すように、二次空気制御弁は、各気筒の吸気行程において開となり、また排気弁は、ＥＧＲ開弁機構により、各気筒の吸気行程下死点付近において開となる。【００６５】
また図６，図７は、ＥＧＲガスの第１排気ポート１ｐからシリンダボア内への流量megr、二次空気の第２排気ポート１ｅへの流量msa，排気ガスの排気ポートへの流出量mex，新気（吸気）のシリンダボア内への流量minのクランク角度に応じた変化、及びシリンダ内圧力pcy，排気ポート内圧力pex，吸気ポート内圧力pinのクランク角度に応じた変化を示す特性図である。図６は、上記二次空気制御弁２２ａ〜２２ｄが閉状態に保持されている時の特性を、図７は上記二次空気制御弁が上述のタイミングで開閉される時の特性を示す。【００６６】
本実施形態エンジン１では、ＥＧＲガスの過給を行うべき所定の運転域（ＨＣＣＩ運転域）にあっては、上述の切替機構１２の油圧室１２ｅに油圧が供給され、連結ピストン１２ｂ，１２ｃが図４（ａ）の位置に移動し、これにより吸気カム軸５のＥＧＲカムノーズ５ａ′によって排気弁EX１，２が開閉駆動される。詳細には、ＥＧＲカムノーズ５ａ′のリフト部５ｃ′がローラ１０ａを介して排気ロッカカム１０を揺動させると、この揺動がローラ１３ｂを介して中間レバー１１に伝達され、該中間レバー１１と共に排気ロッカレバー８ａが揺動し、これにより排気弁EX１，２は図５に示すＥＧＲ開弁リフトカーブＣ１に沿って開閉する。【００６７】
なお、ＥＧＲガスの過給を行わない運転領域にあっては、上記油圧の供給が停止され、連結ピン１２ｂが図４（ｂ）の位置に移動し、中間レバー１１の揺動は排気ロッカレバー８ａには伝達されず、従って排気弁はＥＧＲ開弁動作を行なわない。【００６８】
本実施形態では、上記ＥＧＲ開弁機構９は、高回転領域においては、常時不作動とされる。そのためＥＧＲカム５ａ′によるバルブ加速度を高く設定することができ、ＥＧＲカム５ａ′は開度が狭いにもかかわらず比較的高いリフトが設定されており、短時間で多くのＥＧＲガスを導入できるようにしている。【００６９】
本実施形態では、二次空気が補助過給機２３により排気ポート内圧力より高い圧力、例えば１．２〜１．８barで上記ヘッダ部２１ａに供給されている。そしてＥＧＲガスの過給を行うＨＣＣＩ運転域にあっては、図５に二次空気制御弁ＳＡで示すように、上記♯１気筒の二次空気制御弁２２ａが、該♯１気筒の吸気行程において開き、上記加圧された二次空気が該♯１気筒の第２排気ポート１ｅに供給され（図７の二次空気流量ｍｓａ参照）、該第２排気ポート１ｅ内に二次空気が貯留される。この場合、該♯１気筒が吸気下死点に近づくと、♯４気筒の排気弁が膨張行程下死点付近で開き始め、該♯４気筒からの排気ブローダウン圧力波が排気系に排出され、該排気ブローダウン圧力波は、上記特定長さに設定された排気枝管２ｄ，２ａを経て♯１気筒側に向かう（図５参照）。このとき♯１気筒では、吸気行程下死点付近において上記ＥＧＲ開弁機構９が排気弁をＥＧＲ開弁Ｃ１に示すように再度開く。この排気弁の再度の開にタイミングを合わせて上記排気ブローダウン圧力波が、図７の排気ポート内圧力pexのポイントａに示すように、該♯１気筒の第１，第２排気ポート１ｐ，１ｅに到達し、この排気ブローダウン圧力波により上記第２排気ポート１ｅに貯留されていた二次空気及び第１排気ポート１ｐ内のＥＧＲガスが♯１気筒のシリンダボア１ａ内に押し込まれる。【００７０】
このようにして、図８に示すように、シリンダボア１ａ内の第１排気ポート１ｐ側には、該第１排気ポート１ｐから導入されたＥＧＲガスからなる温度の高い第１温度層Ｔ１が形成され、第２排気ポート１ｅ側には、主として該第２排気ポート１ｅから導入された上記二次空気と少量のＥＧＲガスからなる上記第１温度層Ｔ１より温度の低い第２温度層Ｔ２が形成される。なお、図８における温度層Ｔ１，Ｔ２は、ピストンが圧縮行程における下死点後８０度付近に位置している状態を示す。【００７１】
このように第１排気弁側から高温のＥＧＲガスを供給し、第２排気弁側から低温の二次空気を供給するようにしたので、第１温度層Ｔ１と第２温度層Ｔ２からなる温度成層を形成することができ、燃焼温度の急激な上昇を抑制できる。【００７２】
図９は、シリンダボア内での最大温度差と、燃焼室内の平均圧力上昇率の変化率との関係を示す。最大温度差が２０℃の場合ｂは、温度均一の場合ａに比べて変化率はほとんど低下しない。また、最大温度差が４０℃の場合ｃは、変化率は少し低下する。一方、平均温度を１０℃下げて最大温度差を４０℃とした場合ｄは平均圧力上昇率の変化率は大幅に低下することがわかる。なお、シリンダボア内を均一温度とする場合に平均温度を１０℃低下させると発熱には至らない。しかし温度分布を持つ場合には、高温部分が最初に発熱し、その膨張による他領域の圧縮と温度上昇によって全領域が燃焼するものと考えられる。【００７３】
図６に示すように、吸気弁と排気弁のＥＧＲ開弁とのオーバーラップ期間中に、吸排気管の動的効果によって吸気ポート内圧力pinが排気ポート内圧力pexよりわずかに高い（図６のポイントｄ参照）ので、少量の新気がシリンダボアを介して排気ポートに供給される（図６のＥＧＲ流量megrのポイントｂ参照）。【００７４】
なお、ＥＧＲ流量megrではポイントｂのような正側部分はシリンダ側から排気ポートに流出することを示し、ポイントｅのような負側部分は、排気ポートからシリンダボア内に流入することを示している。【００７５】
また、図７に示すように、♯１気筒の二次空気制御弁２２ａが吸気行程において開かれることにより二次空気が♯１気筒の排気ポート１ｅに導入され貯留される（同図の二次空気流量msaの吸気行程参照)。これに続くＥＧＲ開弁機構９による排気弁の再度の開により上記二次空気がＥＧＲガスと共にシリンダボア内に導入される(同図のＥＧＲガス流量megr参照)。このように新気に二次空気が加わることから低温空気の量が増加し、この増えた低温空気を圧縮着火に対応した温度となるよう高温のＥＧＲガスを増加させることとなるので、二次空気を導入しない場合（図６参照）に比較して、気筒内混合気の質量（熱容量）が増加し、燃焼温度が低下する。その結果、ＮＯｘ抑制のために制限されている燃料噴射量を増量できるので、トルクを増大できる。なお、圧縮着火に必要な高温ＥＧＲガス量を確保するために、排気絞り弁２ｈにより排気通路を、例えば断面積で１／２程度に絞ることにより、高温ＥＧＲ量を増加することができる。但し、排気通路面積を絞るとわずかにポンプ損失が増加するので、排気弁のＥＧＲ開期間を長くする等の、バルブタイミングの工夫により高温ＥＧＲガス量を確保するのがより望ましい。【００７６】
図１０〜図１２は本発明の第２実施形態に係る４サイクルエンジンを説明するための図である。上記第１実施形態では、二次空気を補助過給機（エアポンプ）で加圧してヘッダ部に供給し、二次空気制御弁の開閉により各気筒の第２排気ポートに供給するようにしたが、本第２実施形態は、新気をシリンダを経由して第２排気ポートに供給するようにした例である。図中、図１，図５と同一符号は同一又は相当部分を示す。【００７７】
本第２実施形態エンジン１のサージタンク３ｅに接続された空気導入通路３０の途中には、電動モータ又はエンジン出力で駆動される主過給機（スーパーチャージャ）３１が介設されており、所定圧力に加圧された新気を該エンジン１に供給するようになっている。なお、３０ａは主過給機３１をバイパスするバイパス通路、３０ｂは該バイパス通路３０ａを開閉するバイパス弁、３２は加圧された新気の温度を低減するインタークーラ、３３はエアクリーナである。【００７８】
上記主過給機３１からの加圧新気は、♯１気筒の吸気行程において、吸気弁が開くことにより吸気ポート１ｄから該♯１気筒のシリンダボア内に導入される。図１２に示すように、上記吸気行程終期付近においては、吸気弁の閉より早いタイミングで第２排気弁ＥＸ２がＥＧＲ開弁を開始し、そのため吸気弁が開いており、かつ第２排気弁ＥＸ２がＥＧＲ開弁により開いている比較的大きなオーバーラップ期間がある（図１２のＥＧＲ開弁カーブｃ２参照）。しかも上記導入された新気が加圧状態にあることも起因して、該新気の一部はシリンダ内を経由して第２排気弁開口１ｅ′から該♯１気筒の第２排気ポート１ｅに吹き抜け、この吹き抜けた新気は、二次空気として該第２排気ポート１ｅ内に貯留されることとなる(図１１のＥＧＲ流量megrの正側部分ｃ参照)。【００７９】
一方、第１排気ポート１ｐの排気弁ＥＸ１は、第２排気弁ＥＸ２より遅くＥＧＲ開弁を開始するため、吸気弁と実質的なオーバーラップ期間が短くなる（図１２のＥＧＲ開弁カーブｃ２′参照）。そのため上記新気が第１排気ポート１ｐに吹き抜けるのが防止される。【００８０】
このように♯1気筒の第１排気ポート１ｐには排気ガスが残留し、第２排気ポート１ｅ内には二次空気が貯留されている状態で♯４気筒の排気弁が膨張行程下死点付近で開き始めることにより、該♯４気筒内の排気ブローダウン圧力波が上記所定長さに設定された排気管２ｄ ，２ａを介して♯１気筒の第１，第２排気ポート１ｐ，１ｅに、上記第１，第２排気弁ＥＸ１，ＥＸ２がＥＧＲ開弁状態にある間に到達する。この排気ブローダウン圧力波により、上記♯１気筒の第１排気ポート１ｐ内の排気ガスが該♯１気筒内に押し込まれるとともに、上記第２排気ポート１ｅ内に貯留されていた二次空気が少量のＥＧＲガスとともに該♯１気筒内に押し込まれる。【００８１】
本第２実施形態では、シリンダボア１ａ内の第１排気ポート１ｐ側にＥＧＲガスからなる温度の高い第１温度層Ｔ１が形成され、第２排気ポート１ｅ側に主として上記二次空気と少量のＥＧＲガスからなる上記第１温度層Ｔ１より温度の低い第２温度層Ｔ２が形成される。これにより燃焼温度の急激な上昇を抑制できる。【００８２】
また機械式の主過給機３１により新気をシリンダボア内を経由して第２排気ポート１ｅ側に吹き抜けさせ、該吹き抜けた新気を二次空気として第２排気ポート１ｅ内に貯留するようにしたので、二次空気を排気ポートに予め供給するための特別な機構を必要とせず、構造が簡単である。【００８３】
また、上記二次空気の導入により、シリンダ内混合気の質量が、単に主過給機３１により新気を吸気系から過給する単純な過給エンジンの場合より増加し、機械損失を抑えながらＨＣＣＩ運転領域を拡大できる。【００８４】
図１３〜図１６は本発明の第３実施形態を説明するための図であり、図中、図１，図５，図１０と同一符号は同一又は相当部分を示す。【００８５】
本第３実施形態のエンジン１では、第１の排気系２′の合流管２ｅと第２の排気系２′′の合流管２ｇが１つの共通の可変ノズルタービンを備えたターボ過給機３６に接続されている。該ターボ過給機３６の空気吐出口とサージタンク３ｅとを接続する空気通路３４にはインタークーラ３５が介設されている。また排気枝管２ａには圧力センサ２ｒが配設されている。【００８６】
また本第３実施形態エンジン１は、上述の第１実施形態と同じ構成の二次空気供給機構２０を備えている。この二次空気供給機構２０は、サージタンク３ｅと排気ポート１ｅとを接続する二次空気供給通路２１と、該二次空気供給通路２１に介設された補助過給機２３及びインタークーラ２４と、二次空気制御弁２２ａ〜２２ｄを備えている。【００８７】
また上記エンジン１の動弁装置４′の、吸気弁駆動機構７′，排気弁駆動機構８′及びＥＧＲ開弁機構１０′はそれぞれ以下の構造となっている。【００８８】
上記吸気弁駆動機構７′は、吸気ロッカ軸７ｈで揺動可能に支持された吸気ロッカアーム７ｇの先端部に配設されたローラ７ｉを吸気カムノーズ５ａで押圧することにより、吸気弁を開閉駆動する。【００８９】
また上記排気弁駆動機構８′は、排気ロッカ軸８ｈで揺動可能に支持された排気ロッカアーム８ｇの先端部に配設されたローラ８ｉを排気カムノーズ６ａで押圧することにより、排気弁を開閉駆動する。【００９０】
上記ＥＧＲ開弁機構１０′は、上の吸気ロッカ軸７ｈに揺動可能に支持された駆動レバー１０ｇの中間部に配設されたローラ１０ｉをＥＧＲカムノーズ５ａ′で押圧駆動するようになっている。上記駆動レバー１０ｇは、二股状の押圧片１０ｈ，１０ｈを有し、該押圧片１０ｈ，１０ｈに軸方向位置調整可能に螺挿された押圧ピン１０ｊ，１０ｊにより排気ロッカレバー８ｇ，８ｇの前端部８ｋ，８ｋを押圧するようになっている。【００９１】
ターボ過給式のエンジンの場合、ターボ過給機の回転速度が十分でないターボラグの期間には、吸気ポート内圧力の上昇が遅れるため、吸気量増加に遅れが発生するだけでなく、排気圧力が吸気圧力より高くなり、残留ガスの増加，ポンプ損失増加によりさらにトルク発生が遅れる。【００９２】
本第３実施形態では、図１６に二次空気ヘッダ内圧力psaで示すように、補助過給機２３により二次空気を、例えば1.5bar程度の圧力で排気ポート１ｅに供給し、該二次空気と共にＥＧＲガスを排気ブローダウン圧力波により過給するよう構成されている。特に上記ターボラグの期間においては、排気圧力が比較的に高いので、より効果的に排気ブローダウン圧力波を利用して二次空気を第２排気ポート１ｅ側から、また排気ガスを第１排気ポート１ｐ側からシリンダボア内に過給できる。【００９３】
このようにしてシリンダボア内に第１温度層と第２温度層とからなる温度成層を形成でき、緩慢燃焼を実現できる。また二次空気が増加した分、燃料噴射量を増加して過渡トルクを増大できる。その結果ターボ過給機３６に供給されるタービン過給エネルギが増加し、該ターボ過給機３６の回転上昇速度が速くなり、それだけターボ過給の応答性を向上できる。【００９４】
なお、ターボ過給機の回転速度が十分に高い定常運転状態では、上記補助過給機２３の駆動を停止してしても良い。定常運転状態では、吸気ポート圧力が排気ポート圧力より高くなるので、新気が補助過給機２３を空転させながら二次空気導入通路２１を介して第２排気ポート１ｅに供給される。その結果、補助過給機２３を駆動停止しても上述のトルク増大効果が得られ、低速トルクが増大する。【００９５】
また、本第３実施形態エンジンでは、上記第１，第２の排気系２′，２′′の排気管長を、一方の気筒からのブローダウンガスの一次圧力波が他方の気筒の排気ポートに所定タイミングで到着する長さに設定する必要があるが、特に第２排気系２′′については必要な長さを確保するのは困難な場合がある。そこでＥＧＲガス過給を行う運転領域では、上記排気カム位相可変機構１６により排気カム軸６の位相を通常より大きく遅角させることが望ましい。なお、吸気カム軸５のカム位相可変機構を設けても良い。【００９６】
上述のように、本第３実施形態におけるターボ過給機３６は、加速開始時のような過渡運転時には、タービン回転が低いために自動的に排気圧が吸気圧より高くなる。そしてこのような加速中において、上記可変ノズルを閉方向に制御すれば、上記排気圧がより一層高くなる。タービン回転が上昇して定常状態に近づけば、吸気圧力が上昇するとともに可変ノズルを開方向に制御するので、ＥＧＲ導入量が減少して出力を増加しやすくなる。また始動時や暖機運転時には、上記可変ノズルは略全閉まで絞られ、排気絞り弁の代用とされる。【００９７】
図１７〜図２０は本発明の第４実施形態に係る４サイクルエンジンを説明するための図であり、図１，図１０と同一符号は同一又は相当部分を示す。【００９８】
上記第２実施形態では、主過給機３１で新気を加圧して気筒内に供給したが、本第４実施形態は主過給機を設けることなく新気を加圧状態で気筒内に供給し、該加圧新気の一部を気筒内を経由して第２排気ポートに供給した例である。【００９９】
本第４実施形態エンジン１は、吸気系及び排気系の動的効果（脈動効果）を利用して新気を排気ポート内圧力以上の圧力で気筒内に供給するとともに、該供給された加圧新気を排気弁のＥＧＲ開弁により排気ポート内に吹き抜けさせて二次空気として貯留するように構成されている。【０１００】
具体的には、サージタンク３ｅに接続された空気導入通路３０は、これの長さ及び断面積の設定により、所定のエンジン回転数時に吸入空気柱による動的効果が得られるように構成されている。また、上記空気導入通路３０の途中にはバイパス通路３０ａが配設され、該バイパス通路３０ａには開閉弁３０ｂが介設されている。【０１０１】
上記空気導入通路３０の実質的長さが、長くなるほどエンジンの低速回転域で上記動的効果が得られ、短くなるほど高速回転域で上記動的効果が得られるようになっている。具体的には、上記開閉弁３０ｂを閉じると空気導入通路３０の実質的長さが大となり、例えば１５００〜２０００ｒｐｍ時に上記動的効果が得られ、上記開閉弁３０ｂを開くと上記空気導入通路３０の実質的長さが小となり、例えば２０００〜２５００ｒｐｍ時に上記動的効果が得られる。【０１０２】
図１８は上記♯１気筒の吸気ポート内圧力pinにおける吸気脈動の状態を、図１９は♯１気筒の排気ポート内圧力pexにおける排気脈動の状態をそれぞれ示しており、また図２０は、吸気ポート内圧力pin,排気ポート内圧力pex,第１,第２排気弁ＥＸ1,ＥＸ２のＥＧＲ開弁カーブｃ2′,ｃ2及び吸気弁のリフトカーブを示している。【０１０３】
同図から判るように、吸気行程における下死点（クランクアングル５４０度）の直前では、吸気ポート内には高い圧力（符号ａ参照）が到達し、一方、排気ポート内圧力はブローダウン圧力波が到達する前の低い圧力ｂとなっている。そのため新気が排気ポート内圧力より高い圧力でもって気筒内に導入される。また上記吸気行程終期付近においては、吸気弁の閉より早いタイミングで第２排気弁ＥＸ２がＥＧＲ開弁を開始し(ＥＧＲ開弁カーブｃ2参照)、そのため吸気弁が開いており、かつ第２排気弁ＥＸ２がＥＧＲ開弁により開いている比較的大きなＥＧＲオーバーラップ期間において上記加圧新気の一部は気筒内を経由して第２排気弁開口１ｅ′から該♯１気筒の第２排気ポート１ｅに吹き抜け、この吹き抜けた新気は、二次空気として該第２排気ポート１ｅ内に貯留されることとなる。【０１０４】
一方、第１排気ポート１ｐの排気弁ＥＸ１は、第２排気弁ＥＸ２より遅くＥＧＲ開弁を開始するため、吸気弁との実質的なオーバーラップ期間が短くなり（ＥＧＲ開弁カーブｃ２′参照）、新気が第１排気ポート１ｐに吹き抜けるのが抑制される。【０１０５】
続いて♯４気筒の排気弁が膨張行程下死点付近で開き始めることにより、該♯４気筒内の排気ブローダウン圧力波が♯１気筒の第１，第２排気ポート１ｐ，１ｅに到達し、この排気ブローダウン圧力波ｃにより、上記♯１気筒の第１排気ポート１ｐ内の排気ガスが該♯１気筒内に押し込まれるとともに、上記第２排気ポート１ｅ内に貯留されていた二次空気が少量のＥＧＲガスとともに該♯１気筒内に押し込まれる。【０１０６】
このようにして、ＥＧＲガスからなる温度の高い第１温度層Ｔ１と、主として上記二次空気と少量のＥＧＲガスからなる上記第１温度層Ｔ１より温度の低い第２温度層Ｔ２が形成され、これにより燃焼温度の急激な上昇を抑制できる。【０１０７】
また本実施形態では、吸気系及び排気系の管長や管径を動的効果が得られるよう設定することにより、過給機を設けることなく吸気行程の下死点付近で吸気ポート内圧力を排気ポート内圧力より高くすることができ、加圧新気を気筒内に供給することができ、かつ新気の一部を第２排気ポート１ｅに二次空気として貯留し、かつこれをブローダウン圧力波により気筒内に過給できる。その結果、過給機や二次空気ポンプを必要とすることなく最もシンプルな構造で上記第２実施形態の場合と同様の効果が得られる。【０１０８】
図２１は、排気弁の弁頭に、上記二次空気及びＥＧＲガスの流れと吸気ポートからの新気の流れとが干渉するのを回避するためにマスク部材５０を設けた例である。このマスク部材５０は、弁頭に一体形成されるか、又はシリンダヘッドの燃焼室側に形成される。【０１０９】
上記マスク部材５０は、排気弁ＥＸ１，ＥＸ２のＥＧＲ開弁時のリフト量と略等しい弁軸方向高さを有する板状のもので、弁頭の外周を、例えば９０度程度覆うように配置される。具体的には、吸気弁側かつシリンダボア中心寄りを９０度程度覆うように排気弁開口の縁部に形成されている。【０１１０】
このようなマスク部材５０を設けた場合、再吸入された排気ガス及び二次空気は、シリンダボア内壁に沿って気筒軸方向に流れ、該流れが吸気ポート側からの新気の流れと衝突するのを抑制でき、上述の第１温度層と第２温度層との温度差をより一層明確にできる。【０１１１】
なお、上記各実施形態では複雑な動弁機構とその可変機構を設定したが、ＨＣＣＩ運転領域を限定するか、多少の性能低下を許容すれば、通常の動弁機構の排気カムにＥＧＲ開弁カムを追加するだけの簡単な機構でも本発明の目的を達成することができる。【０１１２】
また、上記実施形態では、排気弁が２本で、排気ポートが２本の場合を説明したが、本発明の適用範囲は上記実施形態に限定されないのは勿論であって、例えば図２２，図２３に示すものにも適用できる。【０１１３】
図２２は、排気弁１本で排気ポート１本の例である。この場合、１本の排気ポートを仕切壁１ｒで第１，第２排気ポート１ｅ′，１ｐ′に画成し、一方の排気ポート１ｅ′から二次空気をシリンダ内に導入し、他方の排気ポート１ｐ′からＥＧＲガスをシリンダ内に導入するように構成することができる。【０１１４】
図２３は、排気弁２本で排気ポート２本の例であるが、さらに各排気ポートを仕切壁１ｒ，１ｒでそれぞれ２つの排気ポートに画成している。中央の排気ポート１ｅ′′から二次空気をシリンダ内に導入し、両側の排気ポート１ｐ′，１ｐ′からＥＧＲガスをシリンダ内に導入するように構成することができる。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【国際調査報告】
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