(57)【要約】【課題】各負荷で筒内温度を制御し、内燃機関の熱効率を向上する。【解決手段】第１、２の吸気バルブ８ａ，８ｂと、負荷状態を検出するアクセル開度センサ２８と、アクセル開度センサ２８の検出結果に基づいて、第１、２の吸気バルブ８ａ，８ｂの開弁タイミング及び第１、２の吸気バルブ８ａ，８ｂからの燃焼室４への吸気量を制御するＥＣＵ２６とを備えた内燃機関１であって、ＥＣＵ２６は、車両の負荷が増加する場合には、複数の吸気バルブの内で開弁タイミングが遅い第２の吸気バルブ８ｂからの吸気量の全吸気量に対する割合を小さく、負荷が低下する場合には、その割合を大きくする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室にそれぞれ独立して接続する複数の吸気ポートにそれぞれ設けられた複数の吸気バルブと、
負荷状態を検出する負荷状態検出センサと、
前記負荷状態検出センサからの検出結果に基づいて、前記複数の吸気バルブの各開弁タイミングを開弁タイミングが早い第１吸気バルブと開弁タイミングが前記第１吸気バルブより遅い第２吸気バルブに制御するとともに、前記第１吸気バルブから前記燃焼室に導入される吸気量の全吸気量に対する第１割合と前記第２吸気バルブから前記燃焼室に導入される吸気量の全吸気量に対する第２割合とを制御する制御装置と、を備えた内燃機関であって、
前記制御装置は、
前記負荷状態検出センサによって検出した負荷が増加する場合には、前記前記第２割合を小さくし、前記負荷状態検出センサによって検出した負荷が低下する場合には、前記第２割合を大きくすること、
を特徴とする内燃機関。
【請求項２】
請求項１に記載の内燃機関であって、
前記複数の吸気バルブの開弁タイミングを調整可能なバルブタイミング可変機構を備えたことを特徴とする内燃機関。
【請求項３】
請求項１または２に記載の内燃機関であって、
前記制御装置は、負荷状態の変化に応じて、前記第１吸気バルブから前記燃焼室に導入される吸気量と、前記第２吸気バルブから前記燃焼室に導入される吸気量とを調整することにより、前記第２割合を調整することを特徴とする内燃機関。
【請求項４】
請求項２に記載の内燃機関であって、
前記制御装置は、前記負荷状態検出センサによって検出した負荷が増加するに従い、前記バルブタイミング可変機構によって前記第２吸気バルブの開弁タイミングを吸気下死点から離間させて、前記第２割合を小さくすること、
を特徴とする内燃機関。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一項に記載の内燃機関であって、
前記制御装置は、前記複数の吸気ポートから異なる組成の吸気を前記燃焼室に流入することを特徴とする内燃機関。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか一項に記載の内燃機関であって、
前記複数の吸気ポートのうち、少なくとも前記第２吸気バルブが設けられる吸気ポートの上流側に新気を過給する過給機を備え、
前記過給機は、ウエストゲートバルブを備えたターボチャージャであり、
前記制御装置は、前記負荷状態検出センサによって検出した負荷が増加するに従い、前記ウエストゲートバルブの開弁量を増加して、前記第２吸気バルブから前記燃焼室に導入される吸気量を低減すると共に前記第１吸気バルブから前記燃焼室に導入される吸気量を増加することにより、前記第２割合を小さくすることを特徴とする内燃機関。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか一項に記載の内燃機関であって、
前記第１吸気バルブが設けられる吸気ポートと前記第２吸気バルブが設けられる吸気ポートでは、スワールまたはタンブルの異なる気流を形成することを特徴とする内燃機関。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか一項に記載の内燃機関であって、
前記第２吸気バルブが設けられる吸気ポートは、吸気を前記燃焼室内に縮流導入する形状であることを特徴とする内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関に関し、吸気バルブの開弁タイミング及び吸気ポートからの燃焼室への吸気量を制御する内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関においては、熱効率を向上すること、すなわち、燃費を向上することが求められている。熱効率を向上するために、過給器を備えた内燃機関、排気を吸気通路に環流する装置（ＥＧＲ）を備えた内燃機関、複数の吸気ポートの各吸気バルブを異なるタイミングで開閉するバルブタイミング可変機構を備えた内燃機関等が知られている。
【０００３】
また、過給機、ＥＧＲ装置及びバルブタイミング可変機構を組み合わせた内燃機関もあり、この内燃機関では、先にＥＧＲガスを燃焼室に導入し、その後、過給機による新気を燃焼室に導入する制御を行っている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
さらに、スワール生成力の強い第１の吸気ポート及び弱い第２の吸気ポートと、バルブタイミング可変機構とを組み合わせた内燃機関もあり、この内燃機関では、低負荷時には、第１の吸気ポートのみを使用して燃焼室内に強いスワールを生成し、高負荷時には、第１，２の吸気ポートの両方を使用して燃焼室への吸気の充填効率を高める制御を行っている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第２０１１／１２５２０８号公報
【特許文献２】特開平０４−１７９８２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、吸気バルブを異なるタイミングで開閉する内燃機関では、遅れて開閉するバルブから導入するガス量が増加する。また、内燃機関では下死点近傍で導入するガス量が増えると筒内温度が上昇する。熱効率に大きな影響を及ぼす燃焼速度は温度依存性が大きい。そのため、熱効率を最大化するためには筒内温度を最適に制御する必要があるが、文献１、２ではそれが行われていない。
【０００７】
そこで、本発明では、吸気量制御により筒内温度を制御し、内燃機関の熱効率を向上することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の内燃機関は、燃焼室にそれぞれ独立して接続する複数の吸気ポートにそれぞれ設けられた複数の吸気バルブと、負荷状態を検出する負荷状態検出センサと、前記負荷状態検出センサからの検出結果に基づいて、前記複数の吸気バルブの各開弁タイミングを開弁タイミングが早い第１吸気バルブと開弁タイミングが前記第１吸気バルブより遅い第２吸気バルブに制御するとともに、前記第１吸気バルブから前記燃焼室に導入される吸気量の全吸気量に対する第１割合と前記第２吸気バルブから前記燃焼室に導入される吸気量の全吸気量に対する第２割合とを制御する制御装置とを備えた内燃機関であって、前記制御装置は、前記負荷状態検出センサによって検出した負荷が増加する場合には、前記第２割合を小さくし、前記負荷状態検出センサによって検出した負荷が低下する場合には、前記第２割合を大きくすること、を特徴とする。
【０００９】
本発明の内燃機関において、前記複数の吸気バルブの開弁タイミングを調整可能なバルブタイミング可変機構を備えてもよい。
【００１０】
本発明の内燃機関において、前記制御装置は、負荷状態の変化に応じて、前記第１吸気バルブから前記燃焼室に導入される吸気量と、前記第２吸気バルブから前記燃焼室に導入される吸気量とを調整することにより、前記第２割合を調整してもよい。また、本発明の内燃機関において、前記制御装置は、前記負荷状態検出センサによって検出した負荷が増加するに従い、前記バルブタイミング可変機構によって前記第２吸気バルブの開弁タイミングを吸気下死点から離間させて、前記第２割合を小さくすることとしてもよい。
【００１１】
本発明の内燃機関において、前記制御装置は、前記複数の吸気ポートから異なる組成の吸気を前記燃焼室に流入させてもよい。
【００１２】
本発明の内燃機関において、前記複数の吸気ポートのうち、少なくとも前記第２吸気バルブが設けられる吸気ポートの上流側に新気を過給する過給機を備え、前記過給機は、ウエストゲートバルブを備えたターボチャージャであり、前記制御装置は、前記負荷状態検出センサによって検出した負荷が増加するに従い、前記ウエストゲートバルブの開弁量を増加して、前記第２吸気バルブから前記燃焼室に導入される吸気量を低減すると共に前記第１吸気バルブから前記燃焼室に導入される吸気量を増加することにより、前記第２割合を小さくすることとしてもよい。
【００１３】
本発明の内燃機関において、前記第１吸気バルブが設けられる吸気ポートと前記第２吸気バルブが設けられる吸気ポートでは、スワールまたはタンブルの異なる気流を形成してもよい。また、本発明の内燃機関において、前記第２吸気バルブが設けられる吸気ポートは、吸気を前記燃焼室内に縮流導入する形状としてもよい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、各負荷での筒内温度を最適化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】第１の実施形態の内燃機関の概略構成図である。
【図２】第１の実施形態の内燃機関における吸気系及び排気系の模式図である。
【図３】第１の実施形態の内燃機関における吸気バルブ及び排気バルブの開弁特性を示す特性図である。
【図４】後入れ吸気量／全吸気量の比率と燃焼室温度との関係を示す特性図である。
【図５】第２の吸気バルブの開弁特性を示す特性図である。
【図６】燃焼室に導入される吸気の流れを説明する模式図である。
【図７】縮流によって燃焼室に導入される吸気の流れを説明する模式図である。
【図８】第２の実施形態の内燃機関における吸気系及び排気系の模式図である。
【図９】第２の実施形態の内燃機関の変形例を示す吸気系及び排気系の模式図である。
【図１０】第３の実施形態の内燃機関における吸気系及び排気系の模式図である。
【図１１】第４の実施形態の内燃機関における吸気系及び排気系の模式図である。
【図１２】第４の実施形態の内燃機関の変形例を示す吸気系及び排気系の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
第１の実施形態について図１〜４を参照して説明する。第１の実施形態における内燃機関１は４ストロークサイクルのガソリンエンジンである。内燃機関１の気筒２内には、ピストン３が摺動自在に配置されている。気筒２内の上部には、気筒２の上壁及び内周壁とピストン３の頂面によって燃焼室４が区画形成される。燃焼室４の上部には、第１の吸気ポート５ａ及び第２の吸気ポート５ｂ、並びに第１の排気ポート６ａ及び第２の排気ポート６ｂが接続されている。第１の吸気ポート５ａ及び第２の吸気ポート５ｂは、燃焼室４にそれぞれ独立して接続され、燃焼室４に吸気を供給する。第１の排気ポート６ａ及び第２の排気ポート６ｂは、燃焼室４で燃焼後の排気を排出する。気筒２の上部における中心には、燃焼室４内の混合気に点火を行う点火プラグ７が配置されている。
【００１７】
気筒２の上壁における第１の吸気ポート５ａの燃焼室４への開口部は第１の吸気バルブ８ａによって開閉される。気筒２の上壁における第２の吸気ポート５ｂの燃焼室４への開口部は第２の吸気バルブ８ｂによって開閉される。また、気筒２の上壁における第１の排気ポート６ａの燃焼室４への開口部は第１の排気バルブ９ａによって開閉される。気筒２の上壁における第２の排気ポート６ｂの燃焼室４への開口部は第２の排気バルブ９ｂによって開閉される。
【００１８】
第１の吸気バルブ８ａ及び第２の吸気バルブ８ｂには、第１、２の吸気バルブ８ａ，８ｂの開弁タイミングをそれぞれ変更するバルブタイミング可変機構１０が設けられている。このバルブタイミング可変機構１０は、第１、２の吸気バルブ８ａ，８ｂの開閉特性である開弁期間（リフト量）の変更を連続的に行うとともに、第１、２の吸気バルブ８ａ，８ｂの開弁特性である開弁タイミングの変更を連続的に調整可能な公知の機構である。バルブタイミング可変機構１０によって、第１、２の吸気バルブ８ａ，８ｂとの間で開弁タイミングを異ならせることができる。
【００１９】
第１、２の吸気ポート５ａ，５ｂには、第１、２の吸気ポート５ａ，５ｂを流通する吸気に燃料を噴射する第１、第２の燃料噴射弁１１ａ，１１ｂがそれぞれ配置されている。第１の吸気ポート５ａの上流側は第１の吸気管１４ａに接続されている。また、第２の吸気ポート５ｂの上流側は第２の吸気管１４ｂに接続されている。第１、２の吸気管１４ａ，１４ｂとは互いに独立しており、第１、２の吸気管１４ａ，１４ｂには、第１，２のスロットルバルブ１７ａ，１７ｂがそれぞれ設けられている。第１、２のスロットルバルブ１７ａ，１７ｂにより、第１、２の吸気管１４ａ，１４ｂを流通する吸気量が調整される。第１、２のスロットルバルブ１７ａ，１７ｂはアクチュエータによりそれぞれ開閉制御される。また、第１の排気ポート６ａと第２の排気ポート６ｂとの下流は互いに合流して一つの排気管１５になっている。
【００２０】
内燃機関１には、ＥＣＵ２６（制御装置）が設けられている。ＥＣＵ２６には、クランクポジションセンサ２７及びアクセル開度センサ２８（負荷状態検出センサ）が電気的に接続されており、これらの出力信号が入力される。クランクポジションセンサ２７は、内燃機関１のクランク角を検出するセンサである。また、アクセル開度センサ２８は、内燃機関１を搭載した車両のアクセル開度を検出するセンサであり、内燃機関１の負荷状態を検出する。ＥＣＵ２６には、バルブタイミング可変機構１０、第１、第２の燃料噴射弁１１ａ，１１ｂ、第１、２のスロットルバルブ１７ａ，１７ｂの各アクチュエータが電気的に接続されている。ＥＣＵ２６は、クランクポジションセンサ２７及びアクセル開度センサ２８からの入力信号に基づいて、バルブタイミング可変機構１０、第１、第２の燃料噴射弁１１ａ，１１ｂ、第１、２のスロットルバルブ１７ａ，１７ｂの各アクチュエータをそれぞれ制御する。
【００２１】
次に、ＥＣＵ２６による制御について図３を参照して説明する。図３は、第１の吸気バルブ８ａの開弁タイミングＩＮ１、第２の吸気バルブ８ｂの開弁タイミングＩＮ２、第１、２の排気バルブ９ａ，９ｂの開弁タイミングＥＸを示す特性図である。横軸はクランク角度を示し、縦軸は各バルブ弁のリフト量の大きさを示し、ＴＤＣは上死点、ＢＤＣは吸気下死点を示す。ＥＣＵ２６は、図３に示すように、第１、２の吸気バルブ８ａ，８ｂの開弁タイミングＩＮ１，ＩＮ２をずらしている。すなわち、ＥＣＵ２６は、バルブタイミング可変機構１０によって、第１の吸気バルブ８ａを開弁した後に、第２の吸気バルブ８ｂを開弁する。第２の吸気バルブ８ｂは、ＢＤＣで最大開度となるように開弁タイミングＩＮ２を調整する。なお、本実施形態では、第１の吸気バルブ８ａの開弁終期と第２の吸気バルブ８ｂの開弁初期との一部がオーバーラップしているが、オーバーラップしていなくてもよい。
【００２２】
また、第２の吸気ポート５ｂからの吸気量が、第１の吸気ポート５ａからの吸気量よりも多くなるように吸気量を調整する。吸気量の調整は、バルブリフト量を大きくしてもよいし、スロットルバルブ開度を大きくしてもよい。また、詳しくは後述するが吸気圧を高めてもよい。
【００２３】
ここで、第２の吸気バルブ８ｂの開弁タイミングを第１の吸気バルブ８ａよりも遅くして、かつ、第２の吸気ポート５ｂからの吸気量を第１の吸気ポート５ａからの吸気量よりも増加する理由について図４を参照して説明する。図４は、負荷が一定で全吸気量が一定の場合に燃焼室４に導入する全吸気量に対して後から導入する吸気量の比率と、燃焼室４内の温度との関係を示す特性図である。この特性は、実験やシミュレーションによって得ることができる。図４に示すように、全吸気量が一定の場合、燃焼室４に導入する全吸気量に対して、後から導入する吸気量の比率を増やすと燃焼室４内の温度を上昇させることができる。なお、この際、先に導入する吸気量の全吸気量に対する割合は小さくなる。
【００２４】
例えば、全吸気量が４．０で開弁タイミングが早い第１の吸気バルブ８ａからの吸気量と開弁タイミングが遅い第２の吸気バルブ８ｂから燃焼室４に導入される吸気量がそれぞれ２．０の場合、全吸気量を４．０に保ち、第１の吸気バルブ８ａから燃焼室４に導入される吸気量を２．０から１．０に減少させ、第２の吸気バルブ８ｂから燃焼室４に導入される吸気量を２．０から３．０に増加させることによって、開弁タイミングが遅い第２の吸気バルブ８ｂから燃焼室４に導入される吸気量の全吸気量に対する第２割合を５０％から７５％に大きくすることができ、その結果、燃焼室４内の温度を上昇させることができる。そして、燃焼室４内の温度が上昇することにより燃焼期間が短縮する。また、この際、開弁タイミングの早い第１の吸気バルブ８ａから燃焼室４に導入される吸気量の全吸気量に対する第１割合は、５０％から２５％に減少する。
【００２５】
図３に戻り、第２の吸気バルブ８ｂにより吸気するタイミングについて説明する。燃焼室４内の温度を上昇させるには、ＢＤＣ付近で多量の吸気を行うことが望ましい。これは、吸気されたガスは膨張行程、すなわち、温度が低下する行程がないためである。このため、燃焼室４内の温度を上昇させたい場合には、後から吸気を行う第２の吸気バルブ８ｂは、ＢＤＣ付近、好ましくはＢＤＣで開弁したほうがよい。
【００２６】
その後、取り込まれた吸気は圧縮されるので、燃焼室４内の温度が上昇する。この状態で燃焼が行われるので、効率よく燃焼されて燃焼速度が増加する。つまり、燃焼期間が短縮して等容度が増加する。
【００２７】
ところで、負荷状態に応じて燃焼状態は変化する。特に、遅いタイミングで、燃焼室４に大量の吸気を行うと、低負荷状態ではノッキングが発生しにくいが、高負荷状態ではノッキングが発生しやすくなる。このため、ＥＣＵ２６は、アクセル開度センサ２８の検出結果であるアクセル開度センサ２８からの入力信号に基づいて、内燃機関１の負荷状態を検出し、低負荷状態では、開弁タイミングが遅い第２の吸気バルブ８ｂから燃焼室４に導入される吸気量の全吸気量に対する第２割合を大きくし、燃焼室４の温度を上昇させて燃焼速度を増加する。一方、高負荷状態では、開弁タイミングが遅い第２吸気バルブから燃焼室４に導入される吸気量の全吸気量に対する第２割合を低負荷の場合よりも小さくして、ノッキングの発生を抑制する。
【００２８】
以下、上記のように開弁タイミングが早い第１の吸気バルブ８ａからの吸気量の全吸気量に対する第１割合、開弁タイミングが遅い第２吸気バルブからの吸気量の全吸気量に対する第２割合を調整する具体的な制御の一例について説明する。図５に示すように、ＢＤＣにおいて、低負荷状態では、バルブタイミング可変機構１０によって、第２の吸気バルブ８ｂの開弁期間及び開弁タイミングを設定する回転方向のカム幅を小さく、カム高さを高くする。すなわち、第２の吸気バルブ８ｂの開弁特性を、図中、符号ＩＮ２Ｓで示すようにシャープにする。これにより、低負荷状態では、第２の吸気バルブ８ｂの開弁時のバルブリフトが大きくなる。また、高負荷状態では、第２の吸気バルブ８ｂを駆動する回転方向のカム幅を大きくし、カム高さを低くする。すなわち、第２の吸気バルブ８ｂの開弁特性を、図中、符号ＩＮ２Ｗで示すように、緩やかにする。これにより、高負荷状態では、第２の吸気バルブ８ｂの開弁時のバルブリフトが小さくなる。
【００２９】
内燃機関１の負荷状態が低負荷状態と高負荷状態との中間の中負荷状態から低負荷状態に移った場合には、ＥＣＵ２６は、以下のような制御を行う。中負荷状態での全吸気量を４．０とする。中負荷状態で、第１の吸気バルブ８ａ、第２の吸気バルブ８ｂの各吸気量は、それぞれ２．０で均等となっているとする。この場合、第２割合は０．５となる。ＥＣＵ２６は、低負荷状態に移行した際には、全吸気量を４．０から２．０に低減するとともに、第２割合が現状より大きくなるように制御する。例えば、第２のスロットルバルブ１７ｂによって第２の吸気バルブ８ｂからの吸気量を２．０から１．２に低減すると共に、第１のスロットルバルブ１７ａによって第１の吸気バルブ８ａからの吸気量を２．０から０．８に低減することで、低負荷状態における第２割合を１．２／２．０＝０．６として第２割合が中負荷の場合よりも大きくなるように制御する。
【００３０】
また、全吸気量が４．０の中負荷状態から全吸気量が３．０の低負荷状態に移る際には、第２のスロットルバルブ１７ｂの開度を変更せずに第２の吸気バルブ８ｂからの吸気量を２．０に保ち、第１のスロットルバルブ１７ａによって第１の吸気バルブ８ａからの吸気量を２．０から１．０に低減することで、低負荷状態における第２割合を２．０／３．０＝０．６６として、中負荷状態での第２割合０．５よりも第２割合が大きくなるように制御してもよい。なお、この際、第１の吸気バルブ８ａからの吸気量、第２の吸気バルブ８ｂからの吸気量に応じてバルブリフトを変更してもよい。
【００３１】
また、全吸気量が４．０の中負荷状態から全吸気量が６．０の高負荷状態に内燃機関１の負荷状態が移った場合には、ＥＣＵ２６は、以下のような制御を行う。中負荷状態では、第１の吸気バルブ８ａ、第２の吸気バルブ８ｂの各吸気量は、それぞれ２．０で均等となっている。ＥＣＵ２６は、高負荷状態に移行した際には、全吸気量を４．０から６．０に増加するとともに、第２割合を中負荷の場合より小さくするように制御する。例えば、第２のスロットルバルブ１７ｂによって第２の吸気バルブ８ｂからの吸気量を２．０から２．４に増加すると共に、第１のスロットルバルブ１７ａによって第１の吸気バルブ８ａから吸気量を２．０から３．６に増加することで、高負荷状態における第２割合を２．４／６．０＝０．４として第２割合を中負荷の場合より小さくするように制御してもよい。
【００３２】
また、全吸気量が４．０の中負荷状態から全吸気量が５．０の高負荷状態に移る際には、第２のスロットルバルブ１７ｂの開度を変更せずに第２の吸気バルブ８ｂからの吸気量を２．０に保ち、第１のスロットルバルブ１７ａによって第１の吸気バルブ８ａからの吸気量を２．０から３．０に増加することで、高負荷状態における第２割合を２．０／５．０＝０．４として第２割合を中負荷の場合より小さくするように制御してもよい。なお、この際、第１の吸気バルブ８ａからの吸気量、第２の吸気バルブ８ｂからの吸気量に応じてバルブリフトを変更してもよい。
【００３３】
また、ＥＣＵ２６は、負荷が増加するに従い、バルブタイミング可変機構１０によって、第２の吸気バルブ８ｂのカムトップをＢＤＣから離間させる、すなわち、図５中、矢印Ｄ１、Ｄ２で示すように、第２の吸気バルブ８ｂのカムトップをＢＤＣから離間させる（遠ざける）ようにずらしてもよい。第２の吸気バルブ８ｂはカムトップがＢＤＣの場合に最も吸気量が多くなり、カムトップがＢＤＣからずれると吸気量が低減する。負荷が一定の場合、全吸気量は一定なので、第２の吸気バルブ８ｂからの吸気量が低減すると、第２割合が中負荷の場合よりも小さくなる。
【００３４】
以上説明したようなＥＣＵ２６の制御により、低負荷状態では燃焼室４の温度を上昇させて燃焼速度を増加させ、高負荷状態では燃焼室４の温度上昇を抑えノッキングの発生を抑制することができる。
【００３５】
なお、負荷状態に応じて、吸気量を調整する場合は、低負荷状態から高負荷状態にかけて連続的に吸気量を調整してもよいし、段階的に吸気量を調整してもよい。
【００３６】
次に、第１の実施形態の変形例として、第１、２の吸気ポート５ａ，５ｂの形状を異なる形状とした場合について説明する。すなわち、第１、２の吸気ポート５ａ，５ｂからの吸気流れを異ならせて燃焼室４において成層燃焼を行う場合について説明する。
【００３７】
図６に示すように、第１の吸気ポート５ａは、燃焼室４内にスワール流Ｆ１を形成するヘリカルポートである。第２の吸気ポート５ｂは、第１の吸気ポート５ａによるスワールの中心に向かう流れＦ２を形成するポート形状である。また、第２の吸気ポート５ｂは、タンブル流を導入する様にしてもよい。
【００３８】
第１の吸気ポート５ａから希釈するための余剰空気の吸気を導入する。この吸気は、燃焼室４内においてスワールを形成し、燃焼室４の下部に導入される。その後、第２の吸気ポート５ｂから量論比の混合気の吸気を導入する。この吸気は、燃焼室４内において余剰空気の上部であり、点火プラグ７の付近に導入される。
【００３９】
また、ここでは、第１、２の吸気ポート５ａ，５ｂから燃焼室４に導入する吸気の組成を異ならせている。つまり、第１の吸気ポート５ａからは余剰空気を導入し、第２の吸気ポート５ｂからは混合気を導入している。このため、第２の吸気ポート５ｂから導入した混合気が拡散する時間が短いため成層分布を形成することができる。点火プラグ７の付近に混合気層を形成した場合、余剰空気を導入しても安定した燃焼を行うことができる。すなわち、余剰空気を大量に導入することができ、希釈燃焼を行って燃費の向上を図ることができる。  
【００４０】
また、第２の吸気ポート５ｂを、図７に示すように、縮流導入ポートとしてもよい。すなわち、第２の吸気ポート５ｂの出口付近に段部を形成して、第２の吸気ポート５ｂから燃焼室４に導入される吸気の流れが、縮流Ｆ３となるように第２の吸気ポート５ｂの出口付近の形状及び第２の吸気バルブ８ｂを配置する。このような縮流導入ポートとすることによって、第２の吸気ポート５ｂから燃焼室４に導入する吸気の流れを制御することができ、燃焼室４内において所望の吸気の流れを形成することができる。
【００４１】
次に、第２の実施形態について図８を参照して説明する。第２の実施形態は、内燃機関１００がターボチャージャ（過給機）１６を備えた構成である。ターボチャージャ１６以外の構成は、第１の実施形態と同様であるのでその説明を省略する。
【００４２】
第２の吸気管１４ｂの途中には、ターボチャージャ１６のコンプレッサ１６ａが設置されている。排気管１５の途中には、ターボチャージャ１６のタービン１６ｂが設置されている。ターボチャージャ１６は、排気管１５を流通する排気のエネルギーを利用してタービン１６ｂを回転させ、そのタービン１６ｂの回転力でコンプレッサ１６ａを駆動して新気を過給する過給機である。タービン１６ｂには、タービン１６ｂへの排気の流入量を調整するウエストゲートバルブ１６ｃが設けられている。このウエストゲートバルブ１６ｃはＥＣＵ２６によって制御される。
【００４３】
コンプレッサ１６ａよりも上流側の第２の吸気管１４ｂには、第２のスロットルバルブ１７ｂが配置されている。第２のスロットルバルブ１７ｂにより、第２の吸気管１４ｂを流通する新気の量が調整される。また、コンプレッサ１６ａよりも下流側の第２の吸気管１４ｂには、外気と熱交換をすることで第２の吸気管１４ｂを流通する新気を冷却する、図示しないインタークーラが設けられている。
【００４４】
内燃機関１００では、ターボチャージャ１６により、第２の吸気バルブ８ｂからの吸気量が、第１の吸気バルブ８ａからの吸気量よりも多くなる。すなわち、低負荷時には、ターボチャージャ１６による過給によって、第２の吸気バルブ８ｂからの吸気量を増大すると共に、第１の吸気バルブ８ａからの吸気量を低減させて第２割合が高負荷の場合より大きくなるように制御する。また、高負荷時には、ウエストゲートバルブ１６ｃの開弁量を増加することによって、タービン１６ｂへの排気の流入量を低減して、コンプレッサ１６ａの駆動を抑制する。これにより、第２の吸気バルブ８ｂからの吸気量が増大しないように制御すると共に、第１の吸気バルブ８ａからの吸気量を増加させて、第２割合が低負荷の場合よりも小さくなるように制御する。なお、中負荷状態から低負荷状態、高負荷状態に移る際の第１の吸気バルブ８ａ、第２の吸気バルブ８ｂの各吸気量の制御は、ウエストゲートバルブ１６ｃを用いて第２の吸気バルブ８ｂからの吸気量の調整を行う点以外は、先に図５を参照して説明し制御と同様である。
【００４５】
このように、ターボチャージャ１６を使用することによって、低負荷時に第２割合を大きくして燃焼室４内の温度を高くすることができ、燃焼速度を増加して燃焼期間を短縮することができる。この結果、内燃機関１００の熱効率を向上することができる。
【００４６】
また、図９に示すように、内燃機関１０１において、第１、２の吸気管１４ａ，１４ｂの上流側を合流して、この合流部分にターボチャージャ１６のコンプレッサ１６ａを配置してもよい。この場合、先に図５を参照して説明した制御と同様、第２のスロットルバルブ１７ｂの開度と、第１のスロットルバルブ１７ａの開度によって、第２の吸気バルブ８ｂからの吸気量と第１の吸気バルブ８ａからの吸気量とを調整し、負荷が増加するに従い第２割合を小さくする。第２の実施形態では、過給機としてターボチャージャ１６を用いているが、ターボチャージャ１６に代えてスーパーチャージャを用いてもよい。
【００４７】
次に、第３の実施形態について図１０を参照して説明する。第３の実施形態は、内燃機関２００がＥＧＲ装置２２を備えた構成である。ＥＧＲ装置２２以外の構成は、第１の実施形態と同様であるのでその説明を省略する。
【００４８】
ＥＧＲ装置２２は、ＥＧＲ通路２３、ＥＧＲ弁２４及びＥＧＲクーラ２５を備えている。ＥＧＲ通路２３は、その一端が排気管１５に接続されており、その他端が第１の吸気管１４ａを介して第１の吸気ポート５ａに接続されている。ＥＧＲ装置２２は、ＥＧＲガスをＥＧＲ通路２３に流通させることにより、内燃機関２００の排気管１５から第１の吸気ポート５ａに排気の一部であるＥＧＲガスを還流させる。
【００４９】
ＥＧＲ弁２４及びＥＧＲクーラ２５は、ＥＧＲ通路２３に設けられている。ＥＧＲ弁２４はＥＣＵ２６に接続されており、ＥＣＵ２６によって制御される。そして、ＥＧＲ弁２４によって、ＥＧＲ通路２３を通って排気管１５から第１の吸気ポート５ａに導入されるＥＧＲガスの量が調整される。ＥＧＲクーラ２５は、機関冷却水と熱交換することでＥＧＲ通路２３を流通するＥＧＲガスを冷却する。
【００５０】
第３の実施形態における内燃機関２００では、初めに第１の吸気ポート５ａからＥＧＲガスが燃焼室４内に導入される。その後、第２の吸気ポート５ｂから混合気が導入される。このため、点火プラグ７の付近に混合気層を形成することができるので、安定した燃焼を行うことができる。この結果、燃焼室４内の温度を高くすることができ、内燃機関２００の熱効率を向上することができる。また、安定した燃焼を行うことができるので、ＥＧＲガスの供給量を増加することもできる。
【００５１】
すなわち、第３の実施形態における内燃機関２００では、第１、２の吸気ポート５ａ，５ｂから燃焼室４に導入する吸気の組成を異ならせている。つまり、第１の吸気ポート５ａからはＥＧＲガスを導入し、第２の吸気ポート５ｂからは混合気を導入している。そして、ＥＧＲガスを燃焼室４に導入して燃焼を行う際に、燃焼室４でＥＧＲガスと混合気とを成層化させる成層燃焼を行うので、ＥＧＲガスの燃焼室４への供給量を増加することができる。そして、成層燃焼を行うことにより、排気中のＮＯｘの低減や燃費の向上を図ることができる。
【００５２】
次に、第４の実施形態について図１１を参照して説明する。第４の実施形態における内燃機関３００は、第２の実施形態におけるターボチャージャ１６と第３の実施形態におけるＥＧＲ装置２２とを組み合わせた構成である。図１１に示すように、ターボチャージャ１６のコンプレッサ１６ａを、第２の吸気管１４ｂに配置するとともに、ＥＧＲ装置２２のＥＧＲ弁２４を、第１の吸気管１４ａを介して第１の吸気ポート５ａに接続する。
【００５３】
また、図１２に示すように、第１、２のスロットルバルブ１７ａ，１７ｂの上流側に、ターボチャージャ１６のコンプレッサ１６ａを配置するとともに、第１の吸気管１４ａを介して第１の吸気ポート５ａにＥＧＲ装置２２のＥＧＲ弁２４を接続して、内燃機関３０１を構成してもよい。図１１、１２に示すように、内燃機関３００，３０１を構成した場合の制御は、上述した第２、３の実施形態における制御と同様である。また、この場合には、ターボチャージャ１６及びＥＧＲ装置２２による両方の効果を得ることができる。なお、上述したＥＧＲ装置２２では、排気管１５のタービン１６ｂの上流から排気を分流させるＨＰＬ（Ｈｉｇｈ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｌｏｏｐ）形式としているが、排気管１５のタービン１６ｂの下流から排気を分流させるＬＰＬ（Ｌｏｗ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｌｏｏｐ）形式としてもよい。
【符号の説明】
【００５４】
１，１００，１０１，２００，３００，３０１  内燃機関、２  気筒、３  ピストン、４  燃焼室、５ａ  第１の吸気ポート、５ｂ  第２の吸気ポート、６ａ  第１の排気ポート、６ｂ  第２の排気ポート、７  点火プラグ、８ａ  第１の吸気バルブ、８ｂ  第２の吸気バルブ、９ａ  第１の排気バルブ、９ｂ  第２の排気バルブ、１０  バルブタイミング可変機構、１１ａ  第１の燃料噴射弁、１１ｂ  第２の燃料噴射弁、１４ａ  第１の吸気管、１４ｂ  第２の吸気管、１５  排気管、１６  ターボチャージャ、１６ａ  コンプレッサ、１６ｂ  タービン、１６ｃ  ウエストゲートバルブ、１７ａ  第１のスロットルバルブ、１７ｂ  第２のスロットルバルブ、２２  ＥＧＲ装置、２３  ＥＧＲ通路、２４  ＥＧＲ弁、２５  ＥＧＲクーラ、２６  ＥＣＵ、２７  クランクポジションセンサ、２８  アクセル開度センサ。
【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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