(57)【要約】【課題】  内燃機関をアトキンソンサイクルで運転するにあたり、実圧縮比の低下を好適に図ることが可能な内燃機関の吸排気装置を提供する。【解決手段】  内燃機関の吸排気装置は、燃焼室５７内にスワール流Ｓを発生させる第１の吸気ポート５２ａＡと、第１の吸気ポート５２ａＡを開閉する第１の吸気弁５５Ａと、第１の吸気ポート５２ａＡが発生させるスワール流Ｓの減衰を抑制可能な態様で排気を行うことが可能な第１の排気ポート５２ｂＡと、第１の排気ポート５２ｂＡを開閉する第１の排気弁５６Ａと、第１の吸気弁５５Ａを内燃機関５０の吸気行程下死点近傍で閉弁するとともに、第１の排気弁５６Ａを内燃機関５０の吸気行程下死点近傍で開弁するＥＣＵ１、吸気側ＶＶＴ５８および排気側ＶＶＴ５９とを備える。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒内に旋回流を生成可能な吸気ポートと、
前記吸気ポートを開閉する吸気弁と、
前記吸気ポートが発生させる旋回流の減衰を抑制可能な態様で排気を行うことが可能な排気ポートと、
前記排気ポートを開閉する排気弁と、
前記内燃機関の運転をアトキンソンサイクルで行うにあたり、前記吸気弁を前記内燃機関の吸気行程下死点近傍で閉弁するとともに、前記排気弁を前記内燃機関の吸気行程下死点近傍で開弁する弁開閉手段とを備えた内燃機関の吸排気装置。
【請求項２】
請求項１記載の内燃機関の吸排気装置であって、
前記内燃機関がディーゼルエンジンであり、
前記吸気ポートが、前記内燃機関の筒内にスワール流を発生させる吸気ポートであり、
前記排気ポートが、前記吸気ポートが発生させるスワール流に対して、接線方向に沿って離れるようにして流通する流れを導入できるように設けられた排気ポートである内燃機関の吸排気装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は内燃機関の吸排気装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関の熱効率を向上させるために、圧縮比よりも膨張比を大きくしたアトキンソンサイクルで運転を行う内燃機関が知られている。アトキンソンサイクルを実現する方法としては、例えば圧縮行程で吸気弁を閉じる（すなわち、吸気弁を遅閉じにする）ことで、実圧縮比を下げる方法が知られている。
この点、アトキンソンサイクルで運転を行うにあたり、吸気弁を遅閉じにする内燃機関の吸気装置が例えば特許文献１で開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２６４２３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１が開示する内燃機関の吸気装置では、筒内に生成される旋回流の減衰を抑制可能な態様で吸気弁を遅閉じにすることで、燃焼の悪化を抑制しつつ、内燃機関をアトキンソンサイクルで運転することを可能にしている。
ところが、アトキンソンサイクルで運転を行うにあたり、吸気弁を遅閉じにする場合には、吸気ポートから比較的高温の燃焼室に流入した空気が、吸気ポートに逆流することになる。このためこの場合には吸気温が上昇し、この結果、吸気温が特段上昇しない場合と比較して、燃焼の悪化や出力の低下を招く虞があると考えられる。
【０００５】
この点、かかる燃焼の悪化や出力の低下は必ずしも大きいわけではないとも考えられる。しかしながら、例えば燃焼改善のために筒内にスワール流を生成するディーゼルエンジンにおいては、燃焼の悪化がスモークの発生に繋がることから、内燃機関をアトキンソンサイクルで運転するにあたっては、スワール流の減衰を抑制するだけでなく、かかる燃焼の悪化を招くこと自体を抑制可能な態様で実圧縮比の低下を図れることが望ましい。
【０００６】
そこで本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、内燃機関をアトキンソンサイクルで運転するにあたり、実圧縮比の低下を好適に図ることが可能な内燃機関の吸排気装置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】
上記課題を解決するための本発明は、筒内に旋回流を生成可能な吸気ポートと、前記吸気ポートを開閉する吸気弁と、前記吸気ポートが発生させる旋回流の減衰を抑制可能な態様で排気を行うことが可能な排気ポートと、前記排気ポートを開閉する排気弁と、前記内燃機関の運転をアトキンソンサイクルで行うにあたり、前記吸気弁を前記内燃機関の吸気行程下死点近傍で閉弁するとともに、前記排気弁を前記内燃機関の吸気行程下死点近傍で開弁する弁開閉手段とを備える内燃機関の吸排気装置である。
【０００８】
また本発明は前記内燃機関がディーゼルエンジンであり、前記吸気ポートが、前記内燃機関の筒内にスワール流を発生させる吸気ポートであり、前記排気ポートが、前記吸気ポートが発生させるスワール流に対して、接線方向に沿って離れるようにして流通する流れを導入できるように設けられた排気ポートである構成であることが好ましい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、内燃機関をアトキンソンサイクルで運転するにあたり、実圧縮比の低下を好適に図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施例にかかる内燃機関の概略構成図である。
【図２】実施例にかかる内燃機関の他の概略構成図である。
【図３】吸気行程を中心とした吸排気弁の動作の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明を実施するための形態を図面と共に詳細に説明する。
【００１２】
図１に示すように内燃機関５０はディーゼルエンジンであり、シリンダブロック５１と、シリンダヘッド５２と、ピストン５３と、燃料噴射弁５４と、第１および第２の吸気弁５５Ａ、５５Ｂと、第１および第２の排気弁５６Ａ、５６Ｂと、吸気側ＶＶＴ５８と、排気側ＶＶＴ５９とを備えている。
シリンダブロック５１には略円筒状のシリンダ５１ａが形成されている。シリンダ５１ａ内にはピストン５３が収容されている。シリンダブロック５１の上面にはシリンダヘッド５２が固定されている。燃焼室５７はシリンダブロック５１、シリンダヘッド５２及びピストン５３に囲まれた空間として形成されている。
【００１３】
図１および図２に示すように、シリンダヘッド５２には燃焼室５７に吸気を導くための第１および第２の吸気ポート５２ａＡ、５２ａＢのほか、燃焼室５７から排気をするための第１および第２の排気ポート５２ｂＡ、５２ｂＢが形成されている。そしてシリンダヘッド５２には、第１の吸気ポート５２ａＡを開閉するための第１の吸気弁５５Ａ、第２の吸気ポート５２ａＢを開閉するための第２の吸気弁５５Ｂ、第１の排気ポート５２ｂＡを開閉するための第１の排気弁５６Ａ、および第２の排気ポート５２ｂＢを開閉するための第２の排気弁５６Ｂがそれぞれ設けられている。
【００１４】
第１の吸気ポート５２ａＡは内燃機関５０の筒内、すなわち燃焼室５７内に旋回流を生成可能な吸気ポートとなっている。具体的には第１の吸気ポート５２ａＡは、旋回流としてスワール流Ｓを発生させる吸気ポートとなっている。スワール流Ｓを発生させる第１の吸気ポート５２ａＡは、例えばタンジェンシャルポートで実現することができる。但しこれに限られず、第１の吸気ポート５２ａＡは例えばスワール流を生成可能な気流制御弁が設けられたものであってもよい。
第２の吸気ポート５２ａＢは、燃焼室５７内に第１の吸気ポート５２ａＡが生成する旋回流と同様の旋回流を生成可能な吸気ポートとなっている。この点、第２の吸気ポート５２ａＢは具体的には、旋回流としてスワール流Ｓを発生させる吸気ポートとなっており、さらに具体的には第１の吸気ポート５２ａＡが単独で発生させることが可能なスワール流Ｓよりも弱いスワール流Ｓを単独で発生させることが可能な吸気ポートとなっている。かかるスワール流Ｓを発生させる第２の吸気ポート５２ａＢは、例えばヘリカルポートで実現することができる。
第１の排気ポート５２ｂＡは、第１の吸気ポート５２ａＡが発生させる旋回流の減衰を抑制可能な態様で排気を行うことが可能な排気ポートとなっている。具体的には、第１の排気ポート５２ｂＡは、第１の吸気ポート５２ａＡが発生させる旋回流（ここではスワール流Ｓ）に対して、接線方向に沿って離れるようにして流通する流れＦを導入できるように設けられた排気ポートとなっている。一方、第２の排気ポート５２ｂＢは流れＦを導入できるようには特段設けられていない排気ポートとなっている。
【００１５】
図１に戻り、燃料噴射弁５４は筒内に直接燃料を噴射可能なように、燃焼室５７の上部略中央に噴孔を突出させた状態でシリンダヘッド５２に配設されている。
吸気側ＶＶＴ５８は第１および第２の吸気弁５５Ａ、５５Ｂの作用角（開弁期間）及びバルブリフト量を変更することが可能な可変動弁機構となっており、排気側ＶＶＴ５９は第１および第２の排気弁５６Ａ、５６Ｂの作用角及びバルブリフト量を変更することが可能な可変動弁機構となっている。
【００１６】
ＥＣＵ１は図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等からなるマイクロコンピュータと入出力回路とを備えている。ＥＣＵ１は主に内燃機関５０を制御するように構成されている。具体的にはＥＣＵ１は、例えば燃料噴射弁５４や吸気側ＶＶＴ５８や排気側ＶＶＴ５９を制御するように構成されている。ＥＣＵ１にはこれらの制御対象を含む各種の制御対象や各種のセンサが電気的に接続されている。
ＲＯＭはＣＰＵが実行する種々の処理が記述されたプログラムやマップデータなどを格納するための構成である。ＣＰＵがＲＯＭに格納されたプログラムに基づき、必要に応じてＲＡＭの一時記憶領域を利用しつつ処理を実行することで、ＥＣＵ１では各種の制御手段や判定手段や検出手段や算出手段などが機能的に実現される。
【００１７】
例えばＥＣＵ１では、内燃機関５０の運転をアトキンソンサイクルで行うにあたり、吸気側ＶＶＴ５８および排気側ＶＶＴ５９を制御対象として、第１の吸気弁５５Ａを内燃機関５０の吸気行程下死点近傍（例えば０から３０ｄｅｇＣＡ  ＡＢＤＣ）で閉弁するとともに、第１の排気弁５６Ａを内燃機関５０の吸気行程下死点近傍で開弁するための制御を行う制御手段が機能的に実現される。
この点、内燃機関５０では、第１の吸気弁５５Ａを吸気行程下死点近傍で閉弁するにあたり、他の吸気弁である第２の吸気弁５５Ｂも同時に閉弁される。一方、内燃機関５０では、吸気行程下死点近傍で第１の排気弁５６Ａを開弁する場合でも、他の排気弁である第２の排気弁５６Ｂは閉弁したままとされる。したがって、第１の排気弁５６Ａは内燃機関５０の１燃焼サイクルにつき、２回開弁することになる一方で、第２の排気弁５６Ｂは通常通り、排気行程で１回開弁することになる。
【００１８】
また図３に示すように、制御手段は具体的には吸気行程下死点（ＢＤＣ）近傍で、第１の吸気弁５５Ａが閉弁する前に第１の排気弁５６Ａを開弁するための制御を行うように実現される。この点、内燃機関５０では、吸気行程下死点付近で開弁した第１の排気弁５６Ａの開弁期間中に、排気ポート圧よりも吸気ポート圧が大きくなるように吸排気系のチューニングが行われている。
吸気行程下死点近傍で第１の排気弁５６Ａを開弁するにあたり、第１の排気弁５６Ａの開弁期間は、例えば開弁時期を吸気行程下死点に設定した場合に、閉弁時期が７０から９０ｄｅｇＣＡ程度ＡＢＤＣになるように設定することができる。
【００１９】
本実施例ではＥＣＵ１と吸気側ＶＶＴ５８と排気側ＶＶＴ５９とで弁開閉手段が実現されている。また本実施例では、第１の吸気ポート５２ａＡと、第１の吸気弁５５Ａと、第１の排気ポート５２ｂＡと、第１の排気弁５６Ａと、ＥＣＵ１と吸気側ＶＶＴ５８と、排気側ＶＶＴ５９とで内燃機関の吸排気装置が実現されている。
【００２０】
次に本実施例にかかる内燃機関の吸排気装置の作用効果について説明する。本実施例にかかる内燃機関の吸排気装置では、第１の吸気ポート５２ａＡがスワール流Ｓを発生させるように設けられるとともに、第１の排気ポート５２ｂＡが、第１の吸気ポート５２ａＡが発生させるスワール流Ｓに対して、接線方向に沿って離れるようにして流通する流れＦを導入できるように設けられている。そして、本実施例にかかる内燃機関の吸排気装置では、内燃機関５０の運転をアトキンソンサイクルで行うにあたり、第１の吸気弁５５Ａを吸気行程下死点近傍で閉弁するとともに、第１の排気弁５６Ａを吸気行程下死点近傍で開弁する。
【００２１】
この点、本実施例にかかる内燃機関の吸排気装置は、第１および第２の吸気弁５５Ａ、５５Ｂを吸気行程近傍で閉弁することで、筒内から第１および第２の吸気ポート５２ａＡ、５２ａＢに空気が逆流することを抑制できる。このため、本実施例にかかる内燃機関の吸排気装置は、内燃機関５０の運転をアトキンソンサイクルで行うにあたり、吸気温上昇による燃焼悪化や出力低下を招くことを抑制でき、これによりスモークの発生も抑制できる。
一方、本実施例にかかる内燃機関の吸排気装置は、第１の排気弁５６Ａを吸気行程下死点近傍で開弁する。この点、第１の排気弁５６Ａは流れＦを導入できるように設けられていることから、第１の排気弁５６Ａを吸気行程下死点近傍で開弁した場合であってもスワール流Ｓの減衰は抑制される。このため本実施例にかかる内燃機関の吸排気装置は、内燃機関５０の運転をアトキンソンサイクルで行うにあたり、スワール流Ｓの減衰に起因した燃焼の悪化を抑制しつつ、実圧縮比を下げることもできる。
このように本実施例にかかる内燃機関の吸排気装置は、内燃機関５０をアトキンソンサイクルで運転するにあたり、実圧縮比の低下を好適に図ることができる。
【００２２】
上述した実施例は本発明の好適な実施の例である。但し、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施可能である。
例えば上述した実施例では、旋回流としてスワール流Ｓを発生させる場合について説明した。しかしながら、本発明においては必ずしもこれに限られず、旋回流は例えばタンブル流や、タンブル流およびスワール流の組み合わせによって生成される旋回流などであってもよい。
また上述した実施例では、吸気行程下死点近傍で、第１の吸気弁５５Ａが閉弁する前に第１の排気弁５６Ａを開弁する場合について説明した。しかしながら、本発明においては必ずしもこれに限られず、内燃機関の吸排気装置は、例えば内燃機関の吸気行程下死点近傍で、吸気弁を閉弁すると同時に、或いは吸気弁を開弁した後に、排気弁を開弁してもよい。この場合には、排気弁の開弁期間中に、吸排気ポート圧を特段気にすることなく、吸気ポートへの逆流が発生することを防止できる点で好適である。
また上述した実施例では、ＥＣＵ１、吸気側ＶＶＴ５８および排気側ＶＶＴ５９で弁開閉手段が実現される場合について説明した。しかしながら、本発明においては必ずしもこれに限られず、弁開閉手段は例えば所定のプロフィールが設定されたカムであってもよい。
また上述した実施例では、第２の吸気ポート５２ａＢにヘリカルポートを適用可能であることを説明した。しかしながら、本発明においては必ずしもこれに限られず、他の排気ポートは例えばストレートポートであってもよい。
【符号の説明】
【００２３】
１        ＥＣＵ                ５０      内燃機関
５２ａＡ  第１の吸気ポート      ５２ｂＡ  第１の排気ポート
５５Ａ    第１の吸気弁          ５６Ａ    第１の排気弁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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