(57)【要約】【課題】この発明は、過給機付き内燃機関に関し、新気の吹き抜けを防止しつつ、筒内残留ガスの掃気を効果的に行えるようにすることを目的とする。【解決手段】タービン２４ｂに通じる第１排気通路３４を開閉する第１排気弁ＥＸ１と、タービン２４ｂを通らない第２排気通路３６を開閉する第２排気弁ＥＸ２とを備える。第２排気弁ＥＸ２の閉じ時期を、第１排気弁ＥＸ１の閉じ時期よりも遅くなるように設定する。第２排気弁ＥＸ２の開弁期間と第１吸気弁ＩＮ１および第２吸気弁ＩＮ２のそれぞれの開弁期間とが重なるバルブオーバーラップ期間を設定する。第１吸気弁ＩＮ１よりも第２排気弁ＥＸ２に近い位置に設けられた第２吸気弁ＩＮ２の開き時期が、第１吸気弁ＩＮ１の開き時期よりも遅くなるように設定する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸入空気を過給するターボ過給機と、
前記ターボ過給機のタービンに通じる第１排気通路と、
前記第１排気通路を開閉する第１排気弁と、
前記タービンを通らない第２排気通路と、
前記第２排気通路を開閉する第２排気弁と、
吸気通路を開閉する第１吸気弁と、
前記吸気通路を開閉し、前記第１吸気弁よりも前記第２排気弁に近い位置に設けられた第２吸気弁と、
を備え、
前記第２排気弁の閉じ時期が、前記第１排気弁の閉じ時期よりも遅くなるように予め設定されておりもしくは制御され、
前記第１排気弁および前記第２排気弁のうちの少なくとも前記第２排気弁の開弁期間と、前記第１吸気弁および前記第２吸気弁のそれぞれの開弁期間とが重なるバルブオーバーラップ期間が存在するように予め設定されておりもしくは制御され、
前記第２吸気弁の開き時期が、前記第１吸気弁の開き時期と異なるように予め設定されておりもしくは制御されることを特徴とする過給機付き内燃機関。
【請求項２】
前記内燃機関の同一気筒内の四隅には、当該気筒を上方から見て時計回りで前記第１吸気弁、前記第２吸気弁、前記第２排気弁および前記第１排気弁という順で、前記第１吸気弁、前記第２吸気弁、前記第１排気弁および前記第２排気弁が配置されており、
前記第２吸気弁の開き時期が、前記第１吸気弁の開き時期よりも遅くなるように予め設定されておりもしくは制御されることを特徴とする請求項１記載の過給機付き内燃機関。
【請求項３】
前記第１排気弁の開弁期間と前記第２吸気弁の開弁期間とが重なるバルブオーバーラップ期間がゼロもしくは実質的にゼロとなるように予め設定されておりもしくは制御されることを特徴とする請求項２記載の過給機付き内燃機関。
【請求項４】
前記第２吸気弁の開き時期が、前記第１吸気弁の開き時期よりも早くなるように予め設定されておりもしくは制御されることを特徴とする請求項１記載の過給機付き内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、過給機付き内燃機関に係り、特に、タービンに通じる第１排気通路を開閉する第１排気弁と、タービンを通らない第２排気通路を開閉する第２排気弁とを備えるターボ過給機付き内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特許文献１には、ターボ過給機を備える内燃機関が開示されている。この特許文献１に記載の内燃機関は、タービンに通じる第１排気通路を開閉する第１排気弁と、タービンを通らずに触媒の上流において第１排気通路に合流する第２排気通路を開閉する第２排気弁とを備えている。更に、上記従来の内燃機関は、カムプロファイルの切り替えによって第２排気弁のリフト量および作用角を段階的に変更可能とする排気可変動弁機構を備えている。
【０００３】
上記従来の内燃機関では、排気可変動弁機構を用いて、第１排気弁の閉じ時期よりも第２排気弁の閉じ時期を遅角させることで、第２排気弁の開弁期間と２つの吸気弁の開弁期間とが重なるバルブオーバーラップ期間を設けるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−４７００５号公報
【特許文献２】特開２０１０−１７５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した第１および第２排気通路を備える特許文献１の構成において、加速時等の高負荷時に上述した吸排気弁のバルブタイミングを用いるようにすると、過給により高められた吸気圧を利用して筒内残留ガスを低圧の第２排気通路側に掃気することができる。しかしながら、このような構成では、第２排気弁よりも先に閉じられた第１排気弁の周辺の残留ガスが掃気されにくいという問題がある。更に、第２排気弁に近い方の吸気弁から流入する新気が第２排気弁を通って第２排気通路側に吹き抜け易くなるという問題がある。前者の問題が生ずると、燃焼悪化を招く場合があり、また、後者の問題が生ずると、排気系に酸素が供給されるので触媒温度の過上昇を引き起こす場合がある。
【０００６】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、新気の吹き抜けを防止しつつ、筒内残留ガスの掃気を効果的に行えるようにした過給機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】
【０００７】
第１の発明は、過給機付き内燃機関であって、
吸入空気を過給するターボ過給機と、
前記ターボ過給機のタービンに通じる第１排気通路と、
前記第１排気通路を開閉する第１排気弁と、
前記タービンを通らない第２排気通路と、
前記第２排気通路を開閉する第２排気弁と、
吸気通路を開閉する第１吸気弁と、
前記吸気通路を開閉し、前記第１吸気弁よりも前記第２排気弁に近い位置に設けられた第２吸気弁と、
を備え、
前記第２排気弁の閉じ時期が、前記第１排気弁の閉じ時期よりも遅くなるように予め設定されておりもしくは制御され、
前記第１排気弁および前記第２排気弁のうちの少なくとも前記第２排気弁の開弁期間と、前記第１吸気弁および前記第２吸気弁のそれぞれの開弁期間とが重なるバルブオーバーラップ期間が存在するように予め設定されておりもしくは制御され、
前記第２吸気弁の開き時期が、前記第１吸気弁の開き時期と異なるように予め設定されておりもしくは制御されることを特徴とする。
【０００８】
また、第２の発明は、第１の発明において、
前記内燃機関の同一気筒内の四隅には、当該気筒を上方から見て時計回りで前記第１吸気弁、前記第２吸気弁、前記第２排気弁および前記第１排気弁という順で、前記第１吸気弁、前記第２吸気弁、前記第１排気弁および前記第２排気弁が配置されており、
前記第２吸気弁の開き時期が、前記第１吸気弁の開き時期よりも遅くなるように予め設定されておりもしくは制御されることを特徴とする。
【０００９】
また、第３の発明は、第２の発明において、
前記第１排気弁の開弁期間と前記第２吸気弁の開弁期間とが重なるバルブオーバーラップ期間がゼロもしくは実質的にゼロとなるように予め設定されておりもしくは制御されることを特徴とする。
【００１０】
また、第４の発明は、第１の発明において、
前記第２吸気弁の開き時期が、前記第１吸気弁の開き時期よりも早くなるように予め設定されておりもしくは制御されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
第１の発明によれば、第２吸気弁の開き時期が第１吸気弁の開き時期よりも遅くなるように予め設定されておりもしくは制御される場合には、次のような効果を得ることができる。すなわち、このような場合には、第１吸気弁の開弁時点における筒内圧が吸気通路圧力以上である運転条件下において、第２排気弁に近い第２吸気弁からの新気の流入よりも第１吸気弁からの新気の流入を早めることができる。これにより、新気の吹き抜けを防止しつつ、筒内残留ガスの掃気を効果的に行えるようになる。
一方、本発明によれば、第２吸気弁の開き時期が第１吸気弁の開き時期よりも早くなるように予め設定されておりもしくは制御される場合には、次のような効果を得ることができる。すなわち、このような場合には、第２吸気弁の開弁時点における筒内圧が吸気通路圧力よりも低い運転条件下において、第２吸気弁側の吸気通路に筒内ガスを一旦吹き返させることができる。その結果、その吹き返されたガスが筒内に再流入するのに要する時間だけ、第２吸気弁からの新気の流入を第１吸気弁からの新気の流入に対して遅らせることができる。これにより、新気の吹き抜けを防止しつつ、筒内残留ガスの掃気を効果的に行えるようになる。
【００１２】
第２の発明によれば、第２排気弁に近い第２吸気弁からの新気の流入よりも第１吸気弁からの新気の流入を早めることができる。また、本発明によれば、第２吸気弁に先立って第１吸気弁のみが開いている段階において、第１排気弁から第２排気弁に向かうガス流れが保存されるようになる。更に、本発明によれば、第１排気弁が閉じた後に第２排気弁が開いている期間中において、第１吸気弁から第１排気弁付近を通って第２排気弁に向かうガス流れ（スワール流れ）が生成されるようになる。このため、本発明によれば、新気の吹き抜けを防止しつつ、第１排気弁の周辺に滞留していた排気ガス（残留ガス）が第２排気弁を通って効果的に排出されるようにすることができる。
【００１３】
第３の発明によれば、第１吸気弁の開弁時点における筒内圧が吸気通路圧力よりも高い運転条件下であっても、第１吸気弁側への筒内ガスの吹き返しを抑制することができるので、第１吸気弁からの新気の流入の遅れを防止することができる。このため、本発明によれば、筒内圧および吸気通路圧力の圧力条件によらず、新気の吹き抜けを防止しながら筒内残留ガスの掃気を効果的に行えるようにすることができる。
【００１４】
第４の発明によれば、第２吸気弁の開弁時点における筒内圧が吸気通路圧力よりも高い運転条件下において、第２吸気弁側の吸気通路に筒内ガスを一旦吹き返させることができる。その結果、その吹き返されたガスが筒内に再流入するのに要する時間だけ、第２吸気弁からの新気の流入を第１吸気弁からの新気の流入に対して遅らせることができる。これにより、新気の吹き抜けを防止しつつ、筒内残留ガスの掃気を効果的に行えるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施の形態１におけるシステム構成を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態１において用いられる特徴的な吸排気弁のバルブタイミングを説明するための図である。
【図３】図２に示す吸排気弁のバルブタイミング使用時の効果を説明するための図である。
【図４】本発明の実施の形態２において用いられる特徴的な吸排気弁のバルブタイミングを説明するための図である。
【図５】本発明の実施の形態２において用いられる特徴的な吸排気弁のバルブタイミングの変形例を説明するための図である。
【図６】本発明の実施の形態３において用いられる特徴的な吸排気弁のバルブタイミングを説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
実施の形態１．
［システム構成の説明］
図１は、本発明の実施の形態１におけるシステム構成を示す図である。本実施形態のシステムは、過給機（ターボ過給機）を有する独立排気エンジンである。
図１に示すシステムは、複数の気筒２を有する内燃機関１を備えている。各気筒２のピストンは、それぞれクランク機構を介して共通のクランク軸４に接続されている。クランク軸４の近傍には、クランク角度やエンジン回転数を検出するためのクランク角センサ５が設けられている。
【００１７】
内燃機関１は、各気筒２に対応して、インジェクタ６を有している。インジェクタ６は、高圧の燃料を気筒２内に直接噴射するように構成されている。各インジェクタ６は、共通のデリバリーパイプ７に接続されている。デリバリーパイプ７は、燃料ポンプ８を介して燃料タンク９に連通している。
【００１８】
また、内燃機関１は、各気筒２に対応して吸気ポート１０を有している。吸気ポート１０には、２つの吸気弁１１、より具体的には第１吸気弁１１Ａ（符号「ＩＮ１」を付すこともある）と第２吸気弁１１Ｂ（符号「ＩＮ２」を付すこともある）とが設けられている。これらの吸気弁１１Ａ、１１Ｂは、吸気可変動弁機構１３によって開閉駆動される。ここでは、吸気可変動弁機構１３は、各気筒２の吸気弁１１の開弁特性を連続的に変更可能とする機構であるものとする。より具体的には、吸気可変動弁機構１３は、クランク軸４の回転位相に対して吸気カム軸１２の回転位相を変更可能とする公知の可変バルブタイミング機構を備えているものとする。
【００１９】
また、各吸気ポート１０は、吸気マニホールド１４に接続されている。吸気マニホールド１４には、吸気通路１６が接続されている。吸気通路１６の途中には、スロットルバルブ１７が設けられている。スロットルバルブ１７は、スロットルモータ１８により駆動される電子制御式のバルブである。スロットルバルブ１７は、アクセル開度センサ２０により検出されるアクセル開度等に基づいて駆動されるものである。
【００２０】
スロットルバルブ１７の近傍には、スロットル開度センサ１９が設けられている。スロットル開度センサ１９は、スロットル開度を検出するように構成されている。スロットルバルブ１７の上流には、後述するコンプレッサ２４ａによって過給された空気（以下「過給空気」という。）の圧力、すなわち、過給圧を測定する過給圧センサ２１が設けられている。また、スロットルバルブ１７の上流には、過給空気を冷却するためのインタークーラ２２が設けられている。
【００２１】
インタークーラ２２の上流には、ターボ過給機２４のコンプレッサ２４ａが設けられている。コンプレッサ２４ａは、図示しない連結軸を介してタービン２４ｂと連結されている。タービン２４ｂは、後述する第１排気通路３４に設けられている。このタービン２４ｂが排気エネルギにより回転駆動されることによって、コンプレッサ２４ａが回転駆動される。また、コンプレッサ２４ａの上流には、吸入空気量を検出するためのエアフロメータ２６が設けられている。エアフロメータ２６の上流には、エアクリーナ２８が設けられている。
【００２２】
また、内燃機関１には、各気筒２に対応して第１排気弁３０Ａ（符号「ＥＸ１」を付すこともある。）と第２排気弁３０Ｂ（符号「ＥＸ２」を付すこともある。）とが設けられている。この第１排気弁３０Ａは、タービン２４ｂが配置された第１排気通路３４を開閉するものである。タービン２４ｂは、第１排気通路３４を流通する排気エネルギによって回転駆動されるように構成されている。また、第２排気弁３０Ｂは、タービン２４ｂを通らずにタービン２４ｂの下流に通じる第２排気通路３６を開閉するものである。
【００２３】
これらの排気弁３０Ａ、３０Ｂは、排気可変動弁機構３１によって開閉駆動される。ここでは、排気可変動弁機構３１は、各気筒２の排気弁３０Ａ、３０Ｂの開弁特性を連続的に変更可能とする機構であるものとする。より具体的には、排気可変動弁機構３１は、排気弁３０Ａ、３０Ｂの開閉時期を調整すべく、クランク軸４の回転位相に対する排気カム軸２９の回転位相を変更可能とする公知の可変バルブタイミング機構を備えているものとする。また、排気可変動弁機構３１は、第２排気弁３０Ｂのリフト量および作用角を連続的に変更可能とする公知のリフト量可変機構を備えているものとする。
【００２４】
第１排気通路３４と第２排気通路３６の合流点３８よりも下流の排気通路４０には、触媒（Ｓ／Ｃ）４２が設けられている。排気通路４０における触媒４２上流には、排気空燃比を検出する空燃比センサ４４が設けられている。
【００２５】
本実施の形態１のシステムは、制御装置であるＥＣＵ（Electronic Control Unit）５０を備えている。ＥＣＵ５０の入力側には、クランク角センサ５、スロットル開度センサ１９、アクセル開度センサ２０、過給圧センサ２１、エアフロメータ２６、空燃比センサ４４等が接続されている。また、ＥＣＵ５０の出力側には、インジェクタ６、燃料ポンプ８、吸気可変動弁機構１３、スロットルモータ１８、排気可変動弁機構３１等が接続されている。
【００２６】
ここで、第１吸気弁ＩＮ１、第２吸気弁ＩＮ２、第１排気弁ＥＸ１および第２排気弁ＥＸ２の配置関係について説明する。図１および後述する図３に示すように、これらの弁は、各気筒２の四隅に、気筒２を上方から見て時計回りで第１吸気弁ＩＮ１、第２吸気弁ＩＮ２、第２排気弁ＥＸ２および第１排気弁ＥＸ１という順で配置されている。すなわち、第２吸気弁ＩＮ２は、第１吸気弁ＩＮ１よりも第２排気弁ＥＸ２に近い位置に設けられており、第１吸気弁ＩＮ１は、第２吸気弁ＩＮ２よりも第１ＥＸ１に近い位置に設けられている。
【００２７】
次に、図２は、本発明の実施の形態１において用いられる特徴的な吸排気弁１１、３０のバルブタイミングを説明するための図である。
本実施形態では、前提として、図２に示すように、第２排気弁ＥＸ２の閉じ時期が第１排気弁ＥＸ１の閉じ時期よりも遅くなるように、これらの排気弁ＥＸ１、ＥＸ２を駆動するそれぞれの排気カム（図示省略）のカムプロファイルが設定されている。このような排気弁ＥＸ１、ＥＸ２の閉じ時期の設定によって、第１排気弁ＥＸ１および第２排気弁ＥＸ２のうちの主に第２排気弁ＥＸ２の開弁期間と２つの吸気弁ＩＮ１、ＩＮ２の開弁期間とが重なるバルブオーバーラップ期間が確保されるようになっている。このような吸排気弁１１、３０のバルブタイミングを加速時等の高負荷時に用いるようにすると、過給により高められた吸気圧を利用して筒内残留ガスを低圧の第２排気通路３６側に掃気することができる。
【００２８】
また、本実施形態では、前提として、第２排気弁ＥＸ２の閉じ時期をほぼ一定としたままでリフト量可変機構を有する排気可変動弁機構３１を用いて、第２排気弁ＥＸ２のリフト量および作用角を必要に応じて可変させるようにしている。このような制御によれば、第１排気弁ＥＸ１の開き時期に対する第２排気弁ＥＸ２の開き時期の遅角量を制御できるとともに、第１排気弁ＥＸ１のリフト量よりも小さい側で当該第２排気弁ＥＸ２のリフト量を調整することによって、タービン２４ｂに供給される排気エネルギ量を調整して、過給圧（タービン回転数）を調整することができる。
【００２９】
以上のような排気弁ＥＸ１、ＥＸ２の開弁特性の設定および制御を前提としたうえで、本実施形態では、次のような吸気弁ＩＮ１、ＩＮ２の開弁特性の設定を有することを特徴としている。すなわち、図２に示すように、第２排気弁ＥＸ２に近い方の第２吸気弁ＩＮ２の開き時期が、当該第２吸気弁ＩＮ２に対して第２排気弁ＥＸ２から遠い方の第１吸気弁ＩＮ１の開き時期よりも遅くなるように、これらの吸気弁ＩＮ１、ＩＮ２をそれぞれ駆動する吸気カム（図示省略）のカムプロファイルが設定されている。更に付け加えると、第２吸気弁ＩＮ２を駆動する吸気カムのプロファイルは、第２吸気弁ＩＮ２が第１吸気弁ＩＮ１よりも遅れて開いた後に、最大リフト位置付近で第１吸気弁ＩＮ１とリフト量が等しくなり、かつ、その後は第１吸気弁ＩＮ１と同じリフトカーブが得られるように設定されている。
【００３０】
図３は、図２に示す吸排気弁１１、３０のバルブタイミング使用時の効果を説明するための図である。尚、図３（Ａ）〜（Ｅ）におけるタイミング１〜５は、図２中にそれぞれ付されたタイミング１〜５に対応したものである。
先ず、「タイミング１」は、排気行程において第１排気弁ＥＸ１のみが開いている期間中のあるタイミングを示している。この「タイミング１」では、図３（Ａ）に示すように、筒内の排気ガスが第１排気弁ＥＸ１に向かうガス流れが生ずることとなる。
【００３１】
次に、「タイミング２」は、排気行程において第１排気弁ＥＸ１に遅れて第２排気弁ＥＸ２が開いた後であって第１吸気弁ＩＮ１が開き始めたタイミングを示している。この「タイミング２」では、図３（Ｂ）に示すように、筒内の排気ガスが第２排気弁ＥＸ２に向かうガス流れが生ずる。また、第２排気弁ＥＸ２が開閉を担う第２排気通路３６内の圧力は、タービン２４ｂをバイパスしているので、第１排気弁ＥＸ１が開閉を担う第１排気通路３４内の圧力よりも低くなる。このため、「タイミング２」では、図３（Ｂ）に示すように、第１排気弁ＥＸ１から第２排気弁ＥＸ２に向かうガス流れも生ずることとなる。更に、開き始めた第１吸気弁ＩＮ１の方に第１排気弁ＥＸ１側から向かうガス流れも生ずることとなる。
【００３２】
次に、「タイミング３」は、吸排気上死点に近づいた排気行程において、上記「タイミング２」に比して、第１排気弁ＥＸ１のリフト量が小さくなり、かつ、第２排気弁ＥＸ２および第１吸気弁ＩＮ１のリフト量が大きくなったタイミングを示している。加速時等の高負荷時には、過給により吸気圧が高められている。このため、「タイミング３」では、第１排気弁ＥＸ１から第１吸気弁ＩＮ１に向かうガス流れが、第１吸気弁ＩＮ１の上流の吸気ポート圧力により抑制されるようになり、その結果、図３（Ｃ）に示すように、第１排気弁ＥＸ１から第２排気弁ＥＸ２に向かうガス流れが保存されるようになる。
【００３３】
次に、「タイミング４」は、吸排気上死点付近において第１排気弁ＥＸ１が閉じたタイミングを示している。この「タイミング４」では、第１排気弁ＥＸ１が閉じたことに伴って、第１吸気弁ＩＮ１から第２排気弁ＥＸ２に向かうガス流れに偏りが生ずることとなり、その結果、図３（Ｄ）における反時計回りのスワール流れが発生するようになる。
【００３４】
最後に、「タイミング５」は、吸気行程において第２排気弁ＥＸ２が未だ開いている期間中であって第１吸気弁ＩＮ１から遅れて第２吸気弁ＩＮ２が開いている期間中のあるタイミングを示している。この「タイミング５」では、第２吸気弁ＩＮ２が開かれたことで、図３（Ｅ）に示すように、第１吸気弁ＩＮ１から第２吸気弁ＩＮ２に向かうガス流れが抑制される。更に、この「タイミング５」では、第１吸気弁ＩＮ１のリフト量が第２吸気弁ＩＮ２のリフト量よりも大きいので、第１吸気弁ＩＮ１から第２排気弁ＥＸ２に向かうガス流れが、第２吸気弁ＩＮ２から第２排気弁ＥＸ２に向かうガス流れよりも多くなる。これらの理由により、この「タイミング５」においても、図３（Ｅ）における反時計回りのスワール流れが発生するようになる。
【００３５】
以上説明したように、第２排気弁ＥＸ２に近い方の第２吸気弁ＩＮ２の開き時期が第１吸気弁ＩＮ１の開き時期よりも遅くなるように設定したことにより、図３（Ｃ）に示す「タイミング３」において第１排気弁ＥＸ１から第２排気弁ＥＸ２に向かうガス流れを保存できるようになり、また、図３（Ｄ）、（Ｅ）に示す「タイミング４、５」において上記スワール流れを発生させることができるようになる。これにより、第１排気弁ＥＸ１の周辺に滞留していた排気ガス（残留ガス）が第２排気弁ＥＸ２を通って効果的に排出されるようになる。また、これにより、排気エミッションの悪化を防止することができる。
【００３６】
更に、第２吸気弁ＩＮ２の開き時期を第１吸気弁ＩＮ１の開き時期よりも遅く設定したことにより、第２吸気弁ＩＮ２からの新気の流入よりも第１吸気弁ＩＮ１からの新気の流入を早めることができる。このため、第２排気弁ＥＸ２に近い第２吸気弁ＩＮ２からの新気が第２排気弁ＥＸ２を通って第２排気通路３６側に吹き抜けるのを防止することができる。また、これにより、触媒４２の温度の過上昇を防止することができる。
【００３７】
以上のように、本実施形態の構成によれば、新気の吹き抜けを防止しつつ、筒内残留ガスの掃気を効果的に行えるようにすることができる。
【００３８】
ところで、上述した実施の形態１においては、図示省略する排気カムのプロファイルの設定によって、第２排気弁ＥＸ２の閉じ時期が第１排気弁ＥＸ１の閉じ時期よりも遅くなるように予め設定された例について説明した。しかしながら、本発明はそのように予め設定されるものに限定されるものではない。すなわち、例えば、第２排気弁ＥＸ２の開弁特性を第１排気弁ＥＸ１の開弁特性と独立して制御可能な排気可変動弁機構を備えるようにしておき、加速時等の筒内残留ガスの掃気が要求される運転条件において、第２排気弁ＥＸ２の閉じ時期が第１排気弁ＥＸ１の閉じ時期よりも遅くなるように、第２排気弁ＥＸ２の開弁特性を制御するものであってもよい。尚、このような排気可変動弁機構は、例えば、第２排気弁ＥＸ２を駆動するための２種類の排気カムを、上記図２に示す設定が得られるように必要に応じて機械的に切り替え可能な機構、或いは電磁駆動弁等を用いて実現することができる。
【００３９】
また、上述した実施の形態１においては、図示省略する吸気カムのプロファイルの設定によって、第２吸気弁ＩＮ２の開き時期が第１吸気弁ＩＮ１の開き時期よりも遅くなるように予め設定された例について説明した。しかしながら、本発明はそのように予め設定されるものに限定されるものではない。すなわち、例えば、第２吸気弁ＩＮ２の開弁特性を第１吸気弁ＩＮ１の開弁特性と独立して制御可能な吸気可変動弁機構を備えるようにしておき、加速時等の筒内残留ガスの掃気が要求される運転条件において、第２吸気弁ＩＮ２の開き時期が第１吸気弁ＩＮ１の開き時期よりも遅くなるように、第２吸気弁ＩＮ２の開弁特性を制御するものであってもよい。尚、このような吸気可変動弁機構は、例えば、第２吸気弁ＩＮ２を駆動するための２種類の吸気カムを、上記図２に示す設定が得られるように必要に応じて機械的に切り替え可能な機構、或いは電磁駆動弁等を用いて実現することができる。
【００４０】
実施の形態２．
次に、図４を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。
図４は、本発明の実施の形態２において用いられる特徴的な吸排気弁１１、３０のバルブタイミングを説明するための図である。尚、本実施形態のシステムは、図４に示すバルブタイミングの設定が異なる点を除き、上述した実施の形態１のシステムと同様であるものとする。
【００４１】
本実施形態においても、図４に示すように、第２排気弁ＥＸ２の閉じ時期が第１排気弁ＥＸ１の閉じ時期よりも遅くなるように設定されており、また、第２排気弁ＥＸ２に近い方の第２吸気弁ＩＮ２の開き時期が第１吸気弁ＩＮ１の開き時期よりも遅くなるように設定されている。そのうえで、図４に示す吸排気弁１１、３０のバルブタイミングの設定は、第１排気弁ＥＸ１の開弁期間と第１吸気弁ＩＮ１の開弁期間とが重なるバルブオーバーラップ期間が予め設定されていない点（すなわち、当該バルブオーバーラップ期間がゼロもしくは実質的にゼロに予め設定されている点）において、上記図２に示す設定と相違している。より具体的には、第１吸気弁ＩＮ１の開き時期が第１排気弁ＥＸ１の閉弁後の吸排気上死点付近の時期に設定され、かつ、第２吸気弁ＩＮ２の開き時期が第１吸気弁ＩＮ１の開き時期よりも遅れた吸気行程中の時期となるように設定されている。
【００４２】
上述した実施の形態１における図２に示す設定（第１排気弁ＥＸ１の開弁期間と第１吸気弁ＩＮ１の開弁期間とが重なるバルブオーバーラップ期間を有し、かつ、第１排気弁ＥＸ１の開弁期間と第２吸気弁ＩＮ２の開弁期間とが重なるバルブオーバーラップ期間を有しない設定）の場合には、第１吸気弁ＩＮ１の開弁時に、筒内圧が吸気ポート圧力よりも高くなる状況が起こり得る。そうすると、もし、第１吸気弁ＩＮ１の開弁時点において筒内のガスが吸気ポート１０に吹き返すような圧力差が生ずるように、筒内圧と吸気ポート圧力と第１排気弁ＥＸ１の背圧と第２排気弁ＥＸ２の背圧との間の圧力バランスが形成されていると、第１吸気弁ＩＮ１が開いた際に筒内ガスが吸気ポート１０に吹き返されてしまう可能性がある。その結果、その吹き返されたガスが筒内に再流入するのに要する時間だけ第１吸気弁ＩＮ１からの新気の流入が遅れてしまい、第１吸気弁ＩＮ１の開き時期に対する第２吸気弁ＩＮ２の開き時期の遅角化によって第１吸気弁ＩＮ１からの新気の流入を第２吸気弁ＩＮ２からの新気の流入よりも早めるという効果が得られにくくなる可能性がある。
【００４３】
これに対し、上記図４に示す本実施形態の設定では、第１排気弁ＥＸ１の開弁期間と第１吸気弁ＩＮ１の開弁期間とが重なるバルブオーバーラップ期間を設けないようにしている。これにより、筒内ガスが吸気ポート１０に吹き返すような上記圧力差が形成されている状況下であっても、第１吸気弁ＩＮ１側への筒内ガスの吹き返しを抑制することができるので、第１吸気弁ＩＮ１からの新気の流入の遅れを防止することができる。このため、本実施形態の構成によれば、筒内圧と吸気ポート圧力と第１排気弁ＥＸ１の背圧と第２排気弁ＥＸ２の背圧との間の圧力バランスの如何によらず、新気の吹き抜けを防止しながら筒内残留ガスの掃気を効果的に行えるようにすることができる。
【００４４】
図５は、本発明の実施の形態２において用いられる特徴的な吸排気弁１１、３０のバルブタイミングの変形例を説明するための図である。
図５に示す設定は、上記図４に示す設定に対し、第１排気弁ＥＸ１の開弁期間と第２排気弁ＥＸ２の開弁期間とが重なるバルブオーバーラップ期間が長くなるように、第２排気弁ＥＸ２のリフト量および作用角が大きくされたものである。このように、上記バルブオーバーラップ期間を長くすることで、上記図４に示す設定と比べ、排気行程中に第２排気弁ＥＸ２を通って排出される排気ガス量を増やすことができる。これにより、第１吸気弁ＩＮ１の開弁時点における筒内圧をより低下させることができ、第１吸気弁ＩＮ１側への筒内ガスの吹き返しをより効果的に抑制できるようになる。従って、例えば、第１吸気弁ＩＮ１の開弁時点における筒内圧が高くなると推定もしくは判断される運転条件下においては、そうでない運転条件下と比べ、上記バルブオーバーラップ期間が長くなるように制御することが好適である。
【００４５】
また、上述した実施の形態２においては、第１排気弁ＥＸ１の開弁期間と第１吸気弁ＩＮ１の開弁期間とが重なるバルブオーバーラップ期間が予め設定されていない例について説明した。しかしながら、本発明はそのように予め設定されるものに限定されるものではない。すなわち、例えば加速時等の筒内残留ガスの掃気が要求される運転条件において、上記バルブオーバーラップ期間がゼロもしくは実質的にゼロとなるように制御されるものであってもよい。
【００４６】
実施の形態３．
次に、図６を参照して、本発明の実施の形態３について説明する。
図６は、本発明の実施の形態３において用いられる特徴的な吸排気弁１１、３０のバルブタイミングを説明するための図である。尚、本実施形態のシステムは、図６に示すバルブタイミングの設定が異なる点を除き、上述した実施の形態１のシステムと同様であるものとする。
【００４７】
本実施形態においても、図６に示すように、第２排気弁ＥＸ２の閉じ時期が第１排気弁ＥＸ１の閉じ時期よりも遅くなるように設定されている。そのうえで、図６に示す吸排気弁１１、３０のバルブタイミングの設定は、第１排気弁ＥＸ１の開弁期間と第１吸気弁ＩＮ１の開弁期間とが重なるバルブオーバーラップ期間が設定されていない点と、第２排気弁ＥＸ２に近い方の第２吸気弁ＩＮ２の開き時期が第１吸気弁ＩＮ１の開き時期よりも早くなるように設定されている点とにおいて、上記図２に示す設定と相違している。より具体的には、第１吸気弁ＩＮ１の開き時期が第１排気弁ＥＸ１の閉弁後の吸排気上死点付近の時期に設定され、かつ、第２吸気弁ＩＮ２の開き時期が第１吸気弁ＩＮ１の開き時期よりも早められた排気行程中の時期となるように設定されている。
【００４８】
以上説明した図６に示す設定によれば、第２吸気弁ＩＮ２の開き時期を第１吸気弁ＩＮ１の開き時期よりも早く設定することで、筒内ガスが吸気ポート１０に吹き返すような上記圧力差が形成されている状況下において、第２吸気弁ＩＮ２側の吸気ポート１０に筒内ガスを一旦吹き返させることができる。その結果、その吹き返されたガスが筒内に再流入するのに要する時間だけ、第２吸気弁ＩＮ２からの新気の流入を第１吸気弁ＩＮ１からの新気の流入に対して遅らせることができる。このため、本実施形態の構成によれば、筒内圧と吸気ポート圧力と第１排気弁ＥＸ１の背圧と第２排気弁ＥＸ２の背圧との間の圧力バランスの如何によらず、新気の吹き抜けを防止しながら筒内残留ガスの掃気を効果的に行えるようにすることができる。
【００４９】
ところで、上述した実施の形態３においては、図示省略する吸気カムのプロファイルの設定によって、第２吸気弁ＩＮ２の開き時期が第１吸気弁ＩＮ１の開き時期よりも早くなるように予め設定された例について説明した。しかしながら、本発明はそのように予め設定されるものに限定されるものではない。すなわち、例えば、第２吸気弁ＩＮ２の開弁特性を第１吸気弁ＩＮ１の開弁特性と独立して制御可能な吸気可変動弁機構を備えるようにしておき、加速時等の筒内残留ガスの掃気が要求される運転条件において、第２吸気弁ＩＮ２の開き時期が第１吸気弁ＩＮ１の開き時期よりも早くなるように、第２吸気弁ＩＮ２の開弁特性を制御するものであってもよい。
【００５０】
本発明に関し、以上の３つ実施の形態１〜３を用いて説明を行った。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、例えば、第１吸気弁ＩＮ１の開弁時点において筒内ガスが吸気ポート１０に吹き返すような上記圧力差が形成されていると推定もしくは判断できる運転条件下では、上記図４、５または６の何れかの設定を用いることとし、そうでない場合には上記図２に示す設定を用いるというように、吸排気弁１１、３０のバルブタイミングを運転条件に応じて切り替えてもよい。
【００５１】
また、上述した実施の形態１〜３においては、気筒内に第１吸気弁ＩＮ１、第２吸気弁ＩＮ２、第１排気弁ＥＸ１および第２排気弁ＥＸ２がそれぞれ１個ずつ備えられている構成を例に挙げて説明を行った。しかしながら、本発明における第１吸気弁、第２吸気弁、第１排気弁および第２排気弁の数は上記に限定されず、これらの弁の数は２つ以上であってもよい。
【符号の説明】
【００５２】
１  内燃機関
２  気筒
１０  吸気ポート
１１Ａ  第１吸気弁ＩＮ１
１１ｂ  第２吸気弁ＩＮ２
１３  吸気可変動弁機構
１６  吸気通路
２４  ターボ過給機
２４ａ  コンプレッサ
２４ｂ  タービン
３０Ａ  第１排気弁ＥＸ１
３０Ｂ  第２排気弁ＥＸ２
３１  排気可変動弁機構
３４  第１排気通路
３６  第２排気通路
５０  ＥＣＵ(Electronic Control Unit)
【図１】
2011231699.tif 000003
【図２】
2011231699.tif 000004
【図３】
2011231699.tif 000005
【図４】
2011231699.tif 000006
【図５】
2011231699.tif 000007
【図６】
2011231699.tif 000008