(57)【要約】【課題】集中型燃焼室、多点プラグによる超急速燃焼、ミラーサイクルの採用により熱効率の超高効率化を図ること。更には超急速燃焼法により火花ギャップの着火時期の大幅遅延化により超低ＮＯｘを実現すること。【解決手段】燃焼室１の周囲に上死点位置におけるピストン頂面とシリンダーヘッド壁面との間に微小ギャップを有するスキッシュ部Ｓを形成して集中型燃焼室とし、この燃焼室１に２点以上の火花ギャップが臨む様に構成し、前記火花ギャップの着火時期を高負荷域においては圧縮上死点又はそれ以降となる様に制御せしめ、更に吸気弁の開閉時期を可変化する弁開閉時期制御装置１５により低負荷域では吸気弁３、３′の閉時期を変化させて有効吸入行程を減少させ、ミラーサイクルを行なう様に構成した。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気弁及び排気弁を有する４サイクル内燃機関において、燃焼室の周囲に上死点位置におけるピストン頂面とシリンダーヘッド壁面との間に微小ギャップを有するスキッシュ部を形成して燃焼室を集中型燃焼室とし、この燃焼室に２点以上の火花ギャップが臨む様に構成し、かつ前記火花ギャップの着火時期を機関高負荷域においては圧縮上死点又はそれ以降となる様に制御せしめ、更に吸気弁の弁開閉時期を可変化する弁開閉時期制御装置を備えて、これにより機関低負荷域では前記吸気弁の閉時期を変化させて有効吸入行程を減少させ、かくして燃焼室内の圧縮された給気を前記火花ギャップにより着火・燃焼させてミラーサイクルを行なう様に構成した事を特徴とする超高効率内燃機関。
【請求項２】
ピストンに凹部を形成して燃焼室とし、この燃焼室に２点以上の火花ギャップが臨む様に構成した請求項１記載の超高効率内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】本発明は集中型燃焼室、多点着火方式、高圧縮比・高膨張比・ミラーサイクルなどを採用して超高効率化を達成し、ＣＯ２の大幅削減、ＮＯｘ発生を極小レベルに抑える超高効４サイクル内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】内燃機関、就中、自動車用内燃機関に課せられた課題は大きく、地球温暖化（ＣＯ２削減）や大気汚染に対処すべく超高効率化、超低公害化などが急務である。火花点火機関では吸入空気を絞って出力を制御する為、損失の割合がポンプ損失として大きく、圧縮比が１２以下の低圧縮比である為、低い熱効率に止まる。
加えて点火プラグによる着火・燃焼開始が上死点前で行なわれる為、負の仕事が発生する上、最高燃焼圧力・温度が高くなり、摩擦損失、冷却損失が増大し、熱効率を悪化させ、多量のＮＯｘを発生させる。他方、ディーゼル機関は高効率ではあるが、摩擦損失が大であり、改善の余地がある。又、上記火花点火機関も同様であるが、圧縮比と膨張比とが等しい為、排気エネルギーは相当余っており、排気損失が大きい。排気浄化対策としては２０００気圧にも達するコモンレール式燃料噴装置、ディーゼルパーティキュレートフィルター（ＤＰＦ）、リーンＮＯｘ触媒などが必要で、これらは非常に高価である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする問題点】
【０００３】本発明の目的は第１に熱効率の高効率化を達成する事である。この為、集中型燃焼室（コンパクトな燃焼室）、多点着火方式を採用して燃焼期間を極限にまで短縮させて超急速燃焼を行なわせている（従来の１／３位）。こうすると点火プラグによる着火時期を大幅に遅らせる事ができるから（着火時期は上死点付近とし、高負荷域では上死点又はそれ以降とする）、上死点前の負の仕事がなくなり、最高燃焼圧力・温度が低下し、摩擦損失、冷却損失が減少する。更には１５〜１８位の高圧縮比を採用すると共に圧縮よりも膨張比が大きいミラーサイクルを採用している。ミラーサイクルは有効吸入行程を短縮化するサイクルであるから、ポンプ損失が減少する。第２に上記の様に超急速燃焼法により着火時期を大幅に遅らせて（場合によっては上死点又はそれ以降とする）、超低ＮＯｘエミッション達成を目的としている。これにより高価なリーンＮＯｘ触媒が不要となり、予混合燃焼であるから、ディーゼル機関の様なＤＰＦなども不要である。
【課題を解決する為の手段】
【０００４】本発明は上記目的を達成する為、燃焼室の周囲に上死点位置におけるピストン頂面とシリンダーヘッド壁面との間に微小ギャップを有するスキッシュ部を形成して燃焼室を集中型燃焼室とし、この燃焼室に２点以上の火花ギャップが臨む様に構成し、かつ前記火花ギャップの着火時期を高負荷域においては圧縮上死点又はそれ以降となる様に制御せしめ、更に吸気弁の開閉時期を可変化する弁開閉時期制御装置を備えて、これにより低負荷域では吸気弁の閉時期を変化させて有効吸入行程を減少させ、かくして燃焼室内の圧縮された給気を火花ギャップにより着火・燃焼させてミラーサイクルを行なう様にした。
【発明の効果】
【０００５】本発明によればコンパクトな集中型燃焼室に２点以上の火花ギャップを臨ませて多点着火方式として超急速燃焼を達成しているから（燃焼期間はクランク角で従来の１／２．５〜３の１５°位）、点火プラグによる着火時期を大幅に遅らせて上死点付近とする事ができる（高負荷域では上死点又はそれ以降）。従って最高燃焼温度・圧力が低く、冷却損失、摩擦損失が少なくなるのみならず、上死点前燃焼が殆ど又は全く起らなくなる為、この期間に相当する冷却損失、摩擦損失も少ない特徴がある。高負荷域では着火時期は上死点又はそれ以降とするから、ノッキングの心配はなく（燃焼は膨張行程で行なわれる）、高圧縮比を採用できると共に（燃料がガソリンの場合は１４〜１５位、天然ガスの場合は１７〜１８位）、低負荷域ではミラーサイクルを実施して有効圧縮比に対して膨張比を大にしているから、熱効率は非常に高くなる。しかもこのミラーサイクルは有効吸入行程を短縮するサイクルであるから、その分、吸気絞りを少なくしてポンプ損失を大幅に減少させる事ができる。以上により熱効率は飛躍的に向上する。次に上記の如く本発明では超急速燃焼法により着火時期を大幅に遅らせて、上死点付近としている。例えば低負荷域では着火時期は上死点か又はそれより僅か以前に設定するが、希薄混合気を採用している為、ＮＯｘは殆ど発生しない。又、高負荷域では着火時期を上死点又はそれ以降としているから、燃焼は膨張行程で行なわれ、ＮＯｘの発生は殆ど０である。
従って高価なリーンＮＯｘ触媒は不要である（安価な酸化触媒のみ）。
又、上記の様に圧縮比・膨張比が高いから排ガス温度が低く、触媒保護の為に濃混合気を供給する必要がないのみならず、ポートライナーを使用して排気、ポートを断熱化し、触媒の早期活性化を促がす事ができる（従来では排気ポートを断熱化すると高負荷域で触媒の耐久性が劣化する）。かつ、超急速燃焼が可能であるから、エンジン冷態中は着火時期を大幅に遅らせて排ガス温度を高め、触媒の早期活性化を図る事ができる。本発明では予混合燃焼法であるから、排ガス浄化対策としてＤＰＦやコモンレール式燃料噴射装置など高価なシステムは不要である。又、本発明では最高燃焼温度が低いから、熱解離による損失が小さい事も特徴の１つである。
【発明を実施する為の形態】
【０００６】  図１は本発明による超高効率内燃機関を示し、図１（イ）において図示しない吸気カム軸に備えられたカムにより駆動される吸気弁３、及び排気カム軸６に備えられたカム７により駆動される排気弁２を備えている。排気弁２はロッカーアーム５を介してカム７により駆動され、吸気弁３も図示していないが同様に駆動される。図１（イ）は多気筒機関であるが、その内の１気筒を上方から見て図１（ロ）に示す。図の様に１気筒当り吸気弁、排気弁を各２個づつ有し、排気弁２、吸気弁３は燃焼室１に備えられ、排気弁２′、吸気弁３′はスキッシュ部Ｓに備えられている（排気弁２′、吸気弁３′もカムにより駆動される）。９は排ガスを浄化する為の触媒、１１はアクチュエーター１２（電動モーター）により駆動される吸気絞り弁、２０は電子制御ユニット、２１は油圧制御弁である。本内燃機関は４サイクル機関であり、吸気・圧縮・膨張・排気の各工程をクランク軸２回転で行なうが、これは従来と同じなので省略する。排気カム軸６には弁開閉時期制御装置１４′がスプロケット１４（又はプーリー）と一体となって備えられ、図示しない吸気カム軸にも同様に弁開閉時期制御装置１５′が備えられており（弁開閉時期制御装置１４′１５′は同じ構造である）、スプロケット１４、１５はクランク軸とチェーン（又は歯付きベルト）などを介して１／２に減速して駆動される。公知の弁開閉時期制御装置１５′はハウジング１６とローター１７とから成り、ハウジング１６はスプロケット１５とボルトにより結合・一体化され、ローター１７は図示しない吸気カム軸とボルトにより結合・一体化されている。ハウジング１６及びローター１７により進角室１８と遅角室１９とが形成され、油圧制御弁２１からの作動油が供給される。油圧制御弁２１は図示しない油圧ポンプからの油圧が供給され、後述する電子制御ユニット２０（以後ＥＣＵ）からの出力信号により軸方向への移動量が電磁ソレノイド２３により駆動制御されるプランジャー２２とスプール弁２４とを有しており、バネ２５の反発力とプランジャー２２の押圧力とが均衡する位置でスプール弁２４が位置決めされる様になっている。
ＥＣＵ２０には所定のクランク角毎にクランク角を出力するクランク角センサーからの信号、所定のカム角毎にカム角信号を出力するカム角センサーからの信号が入力され、ＥＣＵ２０はカム角センサーから出力される回転角パルスとクランク角センサーから出力される回転角パルスとの間の出力位相差に基づきカム位相角を検出する事ができる。ＥＣＵ２０はローター１７の、即ち、吸気カム軸のクランク軸に対する位相差が目標値となる様に油圧制御弁２１に制御信号を出力する。そしてＥＣＵ２０は検出したカム位相角をフィードバック信号として取り込み、その制御上の目標位相角との間の偏差に応じて油圧制御弁２１の駆動デューティ比率をフィードバック制御する。油圧制御弁２１はＥＣＵ２０から指示されるデューティ比率に応じて電磁ソレノイド２３を駆動し、進角室１８、遅角室１９に対する油圧の給・排を調整して吸気カム軸を目標位相角まで進角、又は遅角、或いは中立に維持する（任意のカム位相角に固定する）。ＥＣＵ２０はＲＯＭ、ＲＡＭ、ＣＰＵ、入出力ポート等から成るマイクロコンピューターを中心として構成され、これらは双方向性バスによって相互に接続されている。ＥＣＵ２０にはエンジンの運転状態の把握に必要なパラメーター用の各種センサー、例えばクランク角センサー、カム角センサー、アクセル開度を検出するアクセルセンサー、エンジン冷却水温を検出する水温センサー、大気圧センサー、エンジンに吸入される空気流量センサー、ノックセンサー、Ｏ２センサー等からの各信号が対応するＡ／Ｄコンバーターを介して入力ポートに送信される。
尚、エンジン回転速度はクランク角センサーからの出力信号により知る事ができる。又、出力ポートは燃料噴射弁１３、点火プラグ４、アクチュエーター１２、油圧制御弁２１等と各々対応する駆動回路を介して接続され、各々の制御信号を送信する。ＲＯＭには燃料噴射弁１３の噴射量や噴射時期を決定する為の制御ルーチン、点火プラグ４への通電を制御する為の制御ルーチン等のエンジンを制御する為の制御ルーチンやそれらに用いられる制御値を含むマップが記憶されている。ＲＡＭに記憶されている各種データーはエンジン回転速度センサーが信号を出力する度に最新のデータに置き換えられる。
ＣＰＵはＲＯＭに記憶されたアプリケーションプログラムに従って動作し、燃料の噴射制御、点火時期制御等を実行する。
【０００７】燃焼室１には排気弁２、吸気弁３が備えられ、燃焼室１の周囲に上死点位置におけるピストン頂面とシリンダーヘッド壁面との間に微小ギャップ（０．８ｍｍ位）を有するスキッシュ部を形成して、集中型燃焼室としている（スキッシュ部Ｓには排気弁２′、吸気弁３′を備えている）。燃焼室１には２点以上の火花ギャップを臨ませ（図では３個の点火プラグ４から成る３点の火花ギャップが臨んでいる）、この火花ギャップの着火時期を高負荷域では上死点又はそれ以降となる様に制御している（低負荷域ではＥＧＲや希薄混合気を採用するから、上死点付近の上死点前が望ましい）。図１（ロ）は図１（イ）の燃焼室１を上方から見たものであるが、これを図２（イ）に簡略化して示す。シリンダー半径をＲとすればシリンダー中心に１個の点火プラグを配置した場合の火炎伝播距離はＲであり、図２（イ）の様に集中型燃焼室１に点火プラグを３個配
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とする）。即ち、シリンダー中心に１個の点火プラグを配置した従来の場合に比し、図２（イ）では火炎伝播距離が１／４に短縮されるが、実際は点火プラグ４が同一直線上になく対向して備えられている為、目減りして１／３位には短縮されると考えて良い（図２（ロ）の様に点火プラグ４を４個配置すれば確実に１／３に短縮される）。この様に本発明では集中型燃焼室１と多点プラグとの相乗効果により、従来の中心１点プラグの場合に比し必要とされる火炎伝播距離が１／３に短縮され、、言い換えると従来クランク角で４０°〜５０°要した燃焼期間が１／３の１５°位に短縮され、超急速燃焼が可能となるのである。この結果、火花ギャップ（点火プラグ）の着火時期を大幅に遅らせ、上死点付近としても（高負荷域では上死点又はそれ以降とし、低負荷域では同様に上死点又はそれ以降とするか、希薄混合気やＥＧＲを採用する場合は上死点より僅か前とする）超急速燃焼が可能であるから、熱効率の悪化はなく、むしろ最高燃焼温度・圧力の低下によって冷却損失、摩擦損失、更には熱解離損失が減って大幅に熱効率が向上する。極く小排気量のエンジンの場合は火炎伝播距離の絶対値が小さい為、２点の火花ギャップでも良く、本発明では燃焼室に２点以上の火花ギャップを臨ませる事を特徴としている。
尚、本発明では火花ギャップとして点火プラグを使用しているが、図２（ハ）の如く火花ギャップ２６を多数有するセラミックなどの不導体板２７を図２（ニ）の如く燃焼室１に備えても良い。
【０００８】次に本発明による内燃機関の各運転状態について説明する。
本発明では弁開閉時期制御装置１４′、１５′を備えているので、排気弁２（２′）、吸気弁３（３′）の開閉時期を自在に制御する事ができる（但し、図１で採用した弁開閉時期制御装置１４′、１５′は弁開閉期間は一定のまま弁開閉時期を変えるものである）。例えば低負荷域では吸気弁３′、３は図３（イ）の如くクランク角で各々上死点後５０°ＣＡに２０°ＣＡに開となり、下死点後９０°ＣＡで共に閉となり、一方排気弁２′、２は図３（ロ）の如く下死点後１０°ＣＡで共に開となり、各々上死点、上死点後７０°ＣＡで閉となる様に制御される。これにより多量の排ガスが排気通路８から再吸入され（ＥＧＲ）ると共に、一旦、シリンダー内に吸入された吸気（空気と排ガスの混合物）は吸気通路１０内へ戻され、有効吸入行程が減少し、膨張比に対して圧縮比（有効圧縮比）が低いミラーサイクルを行なう様になる。本発明では高負荷域では上死点又はそれ以降に火花ギャップによる着火・燃焼が行なわれる為、高圧縮比でもノッキングは起らないから、燃料がガソリンの場合は圧縮比が１４〜１５位、天然ガスの場合は１７〜１８位まで高められる。従ってミラーサイクルにより有効吸入行程が短縮されるから、その分、吸気絞りの度合は少なく、ポンプ損失が減少する。又、多量のＥＧＲが為され、更には混合気の希薄化も行なうからポンプ損失は大幅に低減する。ミラーサイクルは行なっていても有効圧縮比は十分に高く、かつＥＧＲにより圧縮端温度も高いから燃焼は良好である。一方、膨張比は１４〜１５位（ガソリンの場合）と高膨張比であるから、ポンプ損失の大幅低減と相まって熱効率の向上は著しい。
かつ、多量のＥＧＲ、希薄混合気の採用、火花ギャップの着火時期の大幅遅延化（超急速燃焼により可能となる）によりＮＯｘの発生は殆ど０である。高負荷域になると吸気弁３′、３は図３（イ）の如く上死点、上死点前３０°ＣＡで開、共に下死点後４０°ＣＡで閉となり、一方排気弁２′、２は図３（ロ）の如く下死点前４０°ＣＡで共に開、各々上死点前５０°ＣＡ、上死点後２０°ＣＡで閉となり、ミラーサイクルは解除され、圧縮比と膨張比は等しくなるが、従来の１２以下に比し高いので、熱効率は向上する。火花ギャップによる着火時期は上死点又は上死点以降であるので、膨張行程で燃焼が行なわれ、ＮＯｘの発生は殆どない。又、同じ理由により最高燃焼温度・圧力が低い為、冷却損失、摩擦損失が少ない上、上死点前燃焼がない為、冷却損失、摩擦損失は一層減少する。ところで弁開閉時期制御に関しては吸気弁３、排気弁２は燃焼室１にある為、どの様に制御してもピストンと衝突する事はないが、吸気弁３′、排気弁２′はスキッシュ部Ｓにある為、ピストンとの衝突を避ける為、前者は上死点前には開かない様に、後者は上死点前には閉じている様に制御する必要がある（弁リセス部を形成すれば１０°ＣＡ位の若干の角度は許される）。尚、低負荷域では吸気弁３′、３は上死点後に開くが排気弁２は上死点後７０°ＣＡまで開いているのでポンプ損失は発生せず、高負荷域では排気弁２′は上死点前５０°で閉じるが排気弁２が上死点後２０°まで開いているので、排気はスムーズに為される。中負荷域では図３（イ）、（ロ）の中間位置に吸・排気弁の弁開閉時期が為される。エンジンの始動時はミラーサイクルは用いず、高負荷域の弁開閉時期を使って高圧縮比の状態で始動する（圧縮端温度が上昇し、良好な燃焼が得られる）。本発明では集中型燃焼室、２点以上の火花ギャップによる多点着火方式を採用しているから、超急速燃焼が可能であり（前述の如く燃焼期間をクランク角で従来の１／３の１５°位に短縮）、従ってエンジン暖機中は着火時期を大幅に遅らせて排気温度を高め、触媒の早期活性化が可能である（始動時は上死点前の着火時期とする）。又、圧縮比、膨張比が高いから、排ガス温度が低く（高負荷域でも低い）、触媒保護の為、濃混合気を供給する必要がないのみならず、ポートライナーを採用して排気ポートを断熱化し、触媒の早期活性化を図る事ができる（従来は排気ポートを断熱化すると排気温度が上昇し、触媒の耐久性を損ねる）。
【０００９】  図４（イ）は燃焼室１に排気弁２を１個（弁開閉時期は図３（ロ）の排気弁２と同様とする）、スキッシュ部Ｓに吸気弁３ａ、３ｂを備えたものである。
吸気弁３ａ、３ｂの弁開閉時期は例えば低負荷域では上死点で開、下死点後９０°ＣＡで閉としてミラーサイクルを行ない、高負荷域では上死点で開、下死点後４０°ＣＡで閉とする（中負荷域ではその中間とする）。但し、弁開閉時期制御装置としては図４（ハ）の電磁式、又は図６に示す二段カム式とする。図４（ロ）は燃焼室１にのみ吸・排気弁を備えたもので、排気弁２の弁開閉時期は図３（ロ）の排気弁２と同様であり、吸気弁３のそれは図３（イ）の吸気弁３と同様である。図４（イ）、（ロ）ではいずれも燃焼室１に２点以上（図では３点）の火花ギャップを臨ませている。本発明では弁開閉時期制御装置としては図１のものの他に、例えばヘリカルスプラインをカム軸方向に移動させて弁開閉時期を制御するもの、立体カムを軸方向に移動するもの等が考えられる。図４（ハ）に示す弁開閉時期制御装置２８は電磁式のものを示し、ハウジングには電磁石２９、３０が弁軸と一体となったプランジャー３３を挟んで対向した状態で配置されている。電磁石２９、３０の中空部にはバネ３１、３２がプランジャー３３を挟む様に取り付けられ、この為弁Ｖ（吸・排気弁）はバネ３１、３２の力のバランスによって弁リフトの中間位置で静止する。電磁石２９が磁励されるとプランジャー３３が上方へ引き上げられて弁は閉弁し、電磁石３０が磁励されるとプランジャー３３は下方へ引き付けられ弁Ｖは開弁する。ドライバー３４は弁Ｖの開閉時期（弁リフトの情報も含めても良い）を指定するＥＣＵ３５からの制御信号に応じて電磁石２９、３０に交互に励磁電流を供給する。これによると弁Ｖの開弁、閉弁時期を任意に設定でき、自由度が増す。尚、本発明では排気弁２、２′の弁開閉時期を制御させているのは吸入行程でも排気弁２、２′を開かせて排ガスを再吸入する数であり、その必要がない場合は弁開閉時期を固定しても良い（例えば下死点前４０°ＣＡで開、上死点で閉）。この場合、排ガスを再吸入してＥＧＲを実施しないから、その分更なる希薄混合気を用いる。
【００１０】  図１では燃焼室１をシリンダーヘッドに備えたが、ピストン側に備えた本発明による内燃機関を図５に示す。即ち、図５（イ）において、燃焼室３８はピストンに備えられ、図５（ロ）の如く例えば２点の点火プラグ４（火花ギャップ）が臨む様に構成されている。３６は排気弁、３７は吸気弁で、各々１個づつ備えられている。
今、ピストン及び燃焼室１を取り出して描いた図５（ハ）の様にピストン直径を２Ｒ、燃焼室１を半径ｒの円が２ｒ移動した時にできる長円形の形状とし、その深さｒとすると、燃焼室１の容積ｖはほぼ２πｒ３である（斜線部ＡとＢとはほぼ等しい容積とする）。燃料が天然ガス（ＣＨ４）の時、圧
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おける集中型燃焼室の火炎伝播距離、Ｒはシリンダー中心に１点火花ギャップの従来の火炎伝播距離であるから１／２．４７に短縮される。しかし本発明では圧縮比が１７〜１８と高圧縮比であるから（ガソリンの場合でも１４〜１５と高圧縮比）、圧縮上死点付近では燃料の低温酸化反応が進んでおり、これは火炎伝播速度を増大させるから、火炎伝播距離は実際は１／３位まで短縮されると考えて良い。換言すればクランク角で従来４０°〜５０°であった燃焼期間が１／３の１５°位に短縮され、図１と同様に超急速燃焼が可能である。吸気弁が２個、排気弁が１個の時の燃焼室３８及び点火プラグ４の配置を図５（ニ）に示す。又、吸気弁、排気弁が各々２個づつの時の燃焼室３８、及び点火プラグ４の配置を図５（ホ）に示し、点火プラグ４は３個備えてある（大排気量エンジンに適する）。
再び図５（イ）、（ロ）に戻って吸気弁３７、排気弁３６の弁開閉時期を図６（ホ）、（ヘ）に示す。即ち、低負荷域では吸気弁３７を上死点で開、下死点後９０°ＣＡで閉として有効吸入行程を減少させてミラーサイクルを行なうと共に、排気弁３６を下死点前４０°ＣＡで開、上死点後８０°ＣＡで閉（上死点付近では殆ど閉とした後に）として多量のＥＧＲを行ない、高温の排ガスを再吸入して圧縮端温度を高め、燃焼を良好にしている（排気弁３６の弁開閉時期制御装置については、これは必要不可欠なものではなく、下死点前４０°ＣＡで開、上死点で閉として固定し、ＥＧＲを行なわない様にしても良いが、ここでは可変としている）。この時、混合気を希薄化し、より一層ポンプ損失を減少させる事が望ましい。尚、低負荷でミラーサイクルを行なうに当っては、吸気弁３７を下死点後９０°ＣＡで閉としていたが、下死点前９０°ＣＡで閉としても同様に有効行程を短縮化してミラーサイクルを行なう事ができる。
高負荷域では吸気弁３７は上死点前１０°ＣＡで開、下死点後４０°ＣＡで閉、排気弁３６は下死点前４０°ＣＡで開、上死点で閉としてミラーサイクル、ＥＧＲは行なわない。この様に低負荷域と高負荷域とでは弁開閉時期が異なるが、これはエンジン負荷、回転速度などの運転条件により弁開閉用のカムを切り換えて行なう（２段カム切り換え式）。尚、吸気弁３７は高負荷域では上死点前１０°ＣＡで開くが、弁リフトは僅かなので、適正な弁リセス部によりピストンとの衝突は全く心配ない（排気弁３６も上死点後１０°ＣＡで閉としても良い）。
エンジン暖機時（冷態時）では吸気弁３７は圧縮比の高い高負荷域での弁開閉時期を使用するが、超急速燃焼が可能であるから、着火時期を大幅に遅らせて触媒の早期活性化を図る。この場合、燃焼速度を更に高める為、図５（ロ）のスワール制御弁３９によりシリンダー内スワールを強化するのが良い。次に、弁開閉時期を切り換える機構（弁開閉時期制御装置）について説明する。この機構は公知のものであるが、図６（イ）の如く弁Ｖを駆動するロッカーアーム４５に隣接してロッカーアーム４４がロッカー軸４１（回転しない）に備えられ、Ｘ−Ｘ′軸にカム４２、４３を有するカム軸が配置されてロッカアーム４４、４５を各々駆動する（押し下げる）。ロッカーアーム４４は図示しないロストモーションスプリングによりカム４２に常時接触している。弁Ｖが図５（イ）の吸気弁３７の場合を説明すると、図示しない油圧制御弁により油圧ポンプからの油圧がロッカー軸４１内の油圧に伝達されると、油圧ピストン４８ａがバネ４６に抗してロッカーアーム４４の穴に嵌り込み、ロッカーアーム４４と４５は結合・一体化され、ミラーサイクル用のカム４２のプロフィール通りに弁Ｖが駆動され、上死点で開、下死点後９０°ＣＡで閉となる。エンジン負荷・回転速度などの条件を検出してＥＣＵからの出力信号によりロッカー軸４１内の油圧が低下するとバネ４６により油圧ピストン４８ａがロッカーアーム４４の穴から抜け出し、ミラーサイクルは解除され、カム４３のプロフィール通りに弁Ｖが駆動され、上死点前１０°ＣＡで開、下死点後４０°ＣＡで閉となる。尚、油圧ピストン４８ａとバネ座４７とは各々の端面が常に必らずどこかで接触しており、一瞬でも離れる事がない様になっている。弁Ｖが図５（イ）の排気弁３６の場合も同様の弁開閉時期制御装置により弁開閉時期が制御される（説明略）。
図６（イ）の油圧ピストン４８ａはＸ−Ｘ′軸方向に移動するが、これと直角方向に移動させてカム４２、４３の切り換えを行なう事もできる。即ち、図６（ロ）の如くロッカーアーム４５′に突出部４９を形成し、ここに形成された穴にロッカーアーム４４′に内蔵された油圧ピストン４８ｂがＸ−Ｘ′軸と直角方向に移動して嵌り込むのである。ロッカーアーム４４′、４５′が油圧ピストン４８ｂにより結合されると、ミラーサイクル用カム４２のプロフィール通りに弁Ｖが駆動される。図６（ハ）はロッカーアーム５０に切り換え体５１を備えたもので、ロッカーアーム５０はカム４３により駆動されるが、切り換え体５１はカム４２により駆動されるものである。
Ｃ方向から見た図を図６（ニ）に示すが、常にロストモーションスプリング５２によりカム４２に押し付けられており、このロストモーションスプリング５２は弁Ｖの開閉には何ら関与しない弱いバネである。ロッカー軸４１内の油圧が高まると油圧ピストン４８Ｃ飛び出して切り換え体５１をロックし、ロッカーアーム５０はカム４２のプロフィール通りに駆動され、弁Ｖが吸気弁３７の場合は上死点で開、下死点後９０°ＣＡで閉となって、ミラーサイクルを行なう。ロッカー軸４１内の油圧が低下すると油圧ピストン４８Ｃはバネにより引っ込み（ロック解除）。切り換え体５１はカム４２のプロフィール通りに駆動されるがロッカーアーム５０を駆動せず（空振り）、これはカム４３によって駆動され、上死点前１０°ＣＡで開、下死点後４０°ＣＡで閉となる。
【００１１】ところで図５（イ）において、多気筒機関では低負荷域でその一部を（例えば４気筒機関では２気筒を）吸排気弁休止とすればポンプ損失が減少して、更に熱効率が向上する（図１も同様である）。そこで次に吸・排気弁の作動も休止もする機構について説明する。即ち図７（イ）においてロッカー軸４１には弁Ｖを駆動するロッカーアーム５３に隣接して各々ロッカーアーム５４、５５が備えられ、ロッカー軸４１内は隔壁５６により分離され、各々の空間は油圧制御弁５７、５８に接続している。油圧制御弁５７はエンジンの負荷、回転速度、冷却水温などの条件により図示しないＥＣＵからの出力信号を受け、油圧ポンプからの油圧をロッカー軸４１内に供給する。弁Ｖは吸気弁又は排気弁であり、説明は吸気弁の場合について為されるが、排気弁の場合も同様に説明される。エンジン高負荷域や始動時では油圧制御弁５７により油圧ポンプからの油圧は遮断され（低圧に維持）、従って油圧ピストン４８ｂ（図６（ロ）と同様にＸ−Ｘ′軸に垂直に移動）はバネによりロッカーアーム５４の穴に押し込まれ、図示の如くロッカーアーム５３と５４とは結合・一体となり、弁Ｖはカム４３により駆動され、図６（ホ）の如く高負荷域の弁開閉時期となる。部分負荷域では油圧制御弁５７は油圧ポンプからの高圧を供給して油圧ピストン４８ｂを抜くと共に（ローカーアーム５３と５４は分離）、油圧制御弁５８は油圧ポンプからの高圧を供給して油圧ピストン４８ａをロッカーアーム５５の穴に押し込み、ロッカーアーム５３と５５とを結合・一体化させ、これにより弁Ｖはカム４２により駆動され、図６（ホ）の如く低負荷域の弁開閉時期となる。
低負荷域では（吸気・排気弁を休止させるべき低負荷域の一定の領域）油圧制御弁５７、５８を制御してロッカーアーム５３、５４、５５の相互間の結合を解除し、かつロッカーアーム５３はカムでは駆動されないから、弁Ｖの作動は休止する。図６（ロ）の油圧ピストン４８ｂは高圧が作用するとバネ４６に抗してロッカーアーム同志を結合するタイプであったが、図７（イ）の油圧ピストン４８ｂは高圧が作用するとバネに抗してロッカーアーム間の結合を解除するタイプであり、作用を逆にしただけのものである。尚、ロッカー軸４１内が高圧になるとロッカーアーム５３と５４とは結合が解除されると共にロッカーアーム５３と５５とは結合され、ロッカー軸４１内の油圧が低圧になるとロッカーアーム５３と５４とは結合すると共にロッカーアーム５３と５５とは結合が解除されるから、油圧制御弁５７と５８とは共通化する事ができる。排気弁の場合も（弁Ｖが排気弁）同様に説明される。図５（イ）で排気弁３６の弁開閉時期を固定しておく場合は、低負荷域で排気弁３６を休止する機構を加えるだけで良く、図７（ロ）の如くロッカー軸４１′内の油圧が低圧の場合は、油圧ピストン４８Ｃがバネにより相手の穴に嵌り込んで切り換え体５１をロッカーアームに固定し、排気弁３６をカムにより駆動するが、油圧が高圧になると油圧ピストン４８Ｃを押し出して、切り換え体５１はカムのプロフィール通りに駆動されるが、ロッカーアームを駆動するには到らない。
即ち、排気弁３６は休止状態となる。この油圧ピストン４８Ｃは図６（ニ）のものと作用が逆のものである。以上の如く図７（イ）では油圧ピストンにより隣接するロッカーアームを結合又は結合を解除したり、図７（ロ）では油圧ピストンにより、切り換え体５１をロッカーアームにロック又はロックを解除したりする事によって弁Ｖの弁開閉時期を可変化したり、休止させていたが、これらを適当に組み合わせる事によって図７（ハ）、（ニ）の如く更に多くの実施例を考える事ができる。先ず図７（ハ）において図示しない油圧ピストンによってロッカーアーム６０と５９とが結合・一体化すれば（切り換え体５１のロックは解除しておく）、弁Ｖはカム４２のプロフィール通りに駆動され、ロッカーアーム５９と６０との結合を解除すると共に図示しない油圧ピストンにより駆動体５１をロッカーアーム５９と結合・一体化（ロック）すれば、弁Ｖはカム４３のプロフィール通りに駆動される。そしてロッカーアーム５９と６０との結合を解除し、切り換え体５１のロックを解除すれば弁Ｖは休止する。次に図７（ニ）において左右の、切り換え体５１のロックを共に解除すれば弁Ｖは休止し、右側の切り換え体５１をロックすれば（左側の切り換え５１のロックは解除）弁Ｖはカム４２のプロフィール通りに駆動され、右側の切り換え体５１のロックを解除すると共に左側の切り換え体５１をロックすれば、弁Ｖはカム４３のプロフィール通りに駆動される。尚、図６、７のロッカーアームはその一端部にロッカー軸を有するものであったが、ロッカーアームの中間位置にロッカー軸を有するものにも本発明は同様に適用され、その一例を図７（ホ）に示す。
【００１２】尚、図５の本発明では低負荷域でも吸気弁３７の弁開閉時期を高負荷域のそれを使用すると、圧縮比は非常に高くなり、かつ多量のＥＧＲが為される為、圧縮端温度が大幅に上昇するから、ＨＣＣＩ燃焼（予混合圧縮着火燃焼）を行なわせる事ができ、熱効率を大幅に向上させる事ができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明による超高効率内燃機関を示す図。
【図２】集中型燃焼室と火花ギャップの配置を示す図。
【図３】吸・排気弁の弁開閉時期制御を示す図。
【図４】本発明の各種実施例を示す図。
【図５】本発明による超高効率内燃機関を示す図。
【図６】弁開閉時期制御装置を示す図。
【図７】弁作動休止をも可能とする弁開閉時期制御装置を示す図。
【符号の説明】１・３８は燃焼室、２・２′・３６は排気弁、３・３′・３７は吸気弁、３ａ・３ｂは吸気弁、４は点火プラグ、５・４４・４５・４４′・４５′・５０・５３・５４・５５・５９・６０・６１はロッカーアーム、６はカム軸、７・４２・４３はカム、８は排気通路、９は触媒、１０は吸気通路、１１は吸気絞り弁、１２・４０はアクチュエーター、１３は燃料噴射弁、１４・１５はスプロケット、１４′・１５′は弁開閉時期制御装置、１６はハウジング、１７はローター、１８は進角室、１９は遅角室、２０・３５はＥＣＵ、２１・５７・５８は油圧制御弁、２２はプランジャー、２３は電磁ソレノイド、２４はスプール弁、２５・３１・３２・４６はバネ、２６は火花ギャップ、２７は不導体板、２８は弁開閉時期制御装置、２９・３０は電磁石、３３はプランジャー、３４はドライバー、３９はスワール制御弁、４１・４１′はロッカー軸、４７はバネ座、４８ａ・４８ｂ・４８Ｃは油圧ピストン、４９は突出部、５２はロストモーションスプリング、５６は隔壁、Ｖは弁である、５１は切り換え体である。
【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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