(57)【要約】      （修正有）【課題】安定した着火を行うことができる内燃機関の制御装置を提供することにある。【解決手段】内周面が円状をなしており、２つの吸気口２１を介して吸気ポート２０に連通されるとともに、排気口１３を介して排気ポート１４に連通される燃焼室１２と、燃焼室１２を覆う天井部の中央部に設けられる点火プラグ１６と、燃焼室１２内に生じる気流を調整するロータリ弁５０とを備えるエンジンに適用されるＥＣＵであって、燃焼室１２内に流入する気流として、点火プラグ１６の位置での気流を他の位置での気流に比べて強化して偏流を生じさせることを判定する偏流判定部と、偏流判定部によって偏流を行うと判定された場合に、気流調整部によって偏流を生じさせる制御部とを備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内周面が円状をなしており、２つの吸気口（２１）を介して吸気ポート（２０）に連通されるとともに、排気口（１３）を介して排気ポート（１４）に連通される燃焼室（１２）と、
前記燃焼室を覆う天井部の中央部に設けられる点火プラグ（１６）と、
前記燃焼室内に生じる気流を調整する気流調整部（５０）とを備える内燃機関（１０）に適用される制御装置（６０）であって、
前記点火プラグの位置での気流を他の位置での気流に比べて強化して偏流を生じさせることを判定する偏流判定部と、
前記偏流判定部によって偏流を行うと判定された場合に、前記気流調整部によって前記偏流を生じさせる制御部とを備える内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記偏流判定部は、燃焼時に前記燃焼室内がリーン状態にある場合又はＥＧＲ率が所定値よりも高い場合に、前記偏流を生じさせると判定する請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記偏流判定部は、前記内燃機関でノックが生じるおそれがある場合に、前記偏流判定部は、前記偏流を生じさせると判定する請求項１又は請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記偏流の強さを設定する偏流設定部を備えており、
前記偏流設定部は、前記内燃機関の回転速度が高いほど、又は、前記内燃機関が低負荷になるほど、前記偏流の強さを強化する請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記偏流判定部は、前記内燃機関の負荷が所定よりも低い場合及び前記内燃機関の回転速度が所定よりも低い場合の少なくとも一方の場合には、前記偏流を生じさせないと判定する請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
前記偏流判定部は、前記内燃機関の負荷が所定よりも高い場合及び前記内燃機関の回転速度が所定よりも高い場合の少なくとも一方の場合には、前記偏流を生じさせないと判定する請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項７】
前記偏流判定部は、前記内燃機関が始動状態、アイドル状態、又は排気浄化触媒を早期暖機させる状態である場合に、前記偏流を生じさせると判定する請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項８】
前記気流調整部により前記偏流を生じさせている状況で、前記燃焼室内における着火状況を示すパラメータを取得するパラメータ取得部を備え、
前記制御部は、前記パラメータに基づいて、前記偏流の状況をフィードバック制御する請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項９】
前記気流調整部は、前記偏流を生じさせるべく前記吸気ポート内での空気通過範囲を制限する流路可変装置であり、
前記制御部は、前記流路可変装置により前記吸気ポート内での空気通過範囲を制限することで、前記偏流を生じさせる請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１０】
請求項１〜請求項９のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置と、前記気流調整部とを備える吸気システムであって、
前記気流調整部は、前記吸気ポート内において、前記内燃機関の気筒平面視で中央となる中央部分とその両側となる両側部分とのうち前記中央部分を前記両側部分よりも開放させて、部分開放状態にすることを可能にする開閉弁であり、
前記制御部は、前記開閉弁を前記部分開放状態にすることで、前記偏流を生じさせる吸気システム。
【請求項１１】
前記開閉弁は、前記吸気ポートが前記２つの吸気口に分岐する位置よりも上流側に設けられている請求項１０に記載の吸気システム。
【請求項１２】
前記開閉弁は、前記中央部分と前記両側部分との並び方向における全域分の大きさを有する弁体（５３）を具備し、
前記弁体には、前記中央部分となる部位に、前記並び方向に直交する方向に延びる切欠部（５４）が形成されており、
前記切欠部に気流を通過させる状態とすることで、前記部分開放状態とする請求項１１に記載の吸気システム。
【請求項１３】
前記弁体は、前記両側部分となる部位に、前記２つの吸気口の並び方向におけるポート壁面（２４）まで延びる遮蔽部（５３ｂ）を有しており、
前記部分開放状態において、前記遮蔽部よりも下流側であり、かつ前記ポート壁面に沿う側方領域が、前記ポート壁面に沿って前記吸気口側から気流が逆流して循環気流（Ｆ２）が形成される循環領域となっている請求項１２に記載の吸気システム。
【請求項１４】
前記吸気ポートにおける前記遮蔽部の下流側に、前記ポート壁面に沿って縦長となり、長軸方向の長さ（ｃ）に対して短軸方向の長さ（ｄ）が３分の１以上となる楕円状の前記循環気流が形成されるように、前記ポート壁面から前記切欠部までの幅寸法が定められている請求項１３に記載の吸気システム。
【請求項１５】
前記吸気ポートに、前記各吸気口に向けて分岐する分岐通路（２５）が設けられており、
少なくとも前記遮蔽部から前記分岐通路に至るまでの長軸方向の長さを有する楕円状の前記循環気流が形成されるように前記遮蔽部において前記ポート壁面から前記切欠部までの幅寸法が定められている請求項１３に記載の吸気システム。
【請求項１６】
前記吸気ポート内において前記弁体の下流側に、上流側から下流側に向けて延び、かつ前記部分開放状態において、前記切欠部の端部から下流側に延びるように配置された一対の整流板（５５）が設けられている請求項１２から請求項１５のいずれか一項に記載の吸気システム。
【請求項１７】
前記気流調整部は、前記内燃機関のシリンダヘッド（２６）に取り付けられ空気通路（２７ａ）を有するボディ（２７）と、前記ボディに支持された前記弁体とを有し、
前記吸気ポートは、前記空気通路と、前記シリンダヘッドに設けられたヘッド通路（２６ａ）とからなり、
前記整流板は、前記シリンダヘッドに係止された状態で、前記ヘッド通路内に設けられている請求項１６に記載の吸気システム。
【請求項１８】
前記一対の整流板の間の間隔は、上流側に比べて下流側が幅狭になっている請求項１６又は請求項１７に記載の吸気システム。
【請求項１９】
前記整流板には、前記吸気口の並び方向に直交する方向の気流を制限する上下制限部（５６）が設けられている請求項１６から請求項１８のいずれか一項に記載の吸気システム。
【請求項２０】
前記切欠部は、その一端に半円形状をなす半円部（５４ａ）と、前記並び方向に交差する方向に延び、該半円部の直径と等幅な等幅部（５４ｂ）とを備えており、
前記等幅部は、前記部分開放状態で、前記吸気ポートにおいて前記並び方向に交差する方向の全長を開口させる寸法を有している請求項１２から請求項１９のいずれか一項に記載の吸気システム。
【請求項２１】
前記気流調整部は、前記燃焼室内に前記偏流を生じさせるべく圧縮空気を前記吸気ポート内又は前記燃焼室内に導入する圧縮空気導入装置（５８）であり、
前記制御部は、前記圧縮空気導入装置により圧縮空気導入を行わせることで、前記偏流を生じさせる請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の制御装置及びこの制御装置を用いた吸気システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関では、燃焼促進のために、燃焼室内の気流を強くすることが行われている。燃焼室内の気流を強くすると、点火プラグでの点火時に、強い気流によってアーク放電が途切れてしまい、失火するおそれがある。そこで、特許文献１の技術では、気流が強い状態では、点火プラグが放電する際の放電エネルギを増加させることで、失火を抑制している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１１６８８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
気流強化に起因する放電切れは、上記のとおり放電エネルギの増加により対処可能であるものの、気筒内での燃料着火性の悪化要因としては、上記以外に、点火プラグ周りに乱気流が発生することが考えられる。この点において、改善の余地があると考えられる。
【０００５】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その主たる目的は、安定した着火を行うことができる内燃機関の制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１の手段では、内周面が円状をなしており、２つの吸気口（２１）を介して吸気ポート（２０）に連通されるとともに、排気口（１３）を介して排気ポート（１４）に連通される燃焼室（１２）と、前記燃焼室を覆う天井部の中央部に設けられる点火プラグ（１６）と、前記燃焼室内に生じる気流を調整する気流調整部（５０）とを備える内燃機関（１０）に適用される制御装置（６０）であって、前記点火プラグの位置での気流を他の位置での気流に比べて強化して偏流を生じさせることを判定する偏流判定部と、前記偏流判定部によって偏流を行うと判定された場合に、前記気流調整部によって前記偏流を生じさせる制御部とを備える。
【０００７】
２つの吸入口から燃焼室に向かって気流が流入すると、点火プラグの位置で乱流が発生する。この乱流によって、点火プラグのアーク放電が歪んだ状態で短絡が生じてしまい十分な放電距離を稼ぐことができなくなる。そのため、燃料への着火に支障が生じる。このような乱流の発生要因を分析したところ、吸入口から流入した気流が、燃焼室の内周壁面に当たりその形状に沿って中央部分に集まることで、点火プラグの近傍で、吸入側から排出側に向かう気流と、内周壁面に当って戻ってきた気流とがぶつかり合い乱流が生じている。
【０００８】
そこで、第１の手段では、吸気側から排気側への気流において、点火プラグの位置での気流を他の位置での気流に比べて強化して偏流を生じさせることを判定している。そして、偏流を生じさせると判定した場合には、偏流が生じさせられるように気流調整部を制御している。このように、燃焼室内の点火プラグの位置の気流が強化されている偏流を生じさせることで、点火プラグ位置の気流が最初に燃焼室の内周壁にあたり、その形状に沿って外側に向かうため、点火プラグの位置での乱流の発生が抑制される。そのため、着火性が不安定になりやすい状況であっても、点火プラグ近傍の気流が安定し、アーク放電の短絡を抑制することができ、着火性を確保できる。つまり、燃料促進に必要な気流を確保しつつ、着火性を確保できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１実施形態にかかる内燃機関の制御システムの概略構成図
【図２】吸気ポート及び燃焼室の平面図
【図３】燃焼室内の気流を説明するための図
【図４】点火プラグ位置での気流を説明するための図
【図５】ロータリ弁の斜視図
【図６】ロータリ弁の断面図
【図７】ロータリ弁の開閉状態と気流を示す図
【図８】偏流させた状態での燃焼室内の気流を示す概略平断面図
【図９】制御装置の実施するフローチャート
【図１０】エンジン回転速度及び負荷と偏流度合いを示す図
【図１１】フィードバック制御を実施するためのフローチャート
【図１２】筒内流動とアーク維持時間との関係を示す図
【図１３】アーク維持時間と着火時期との関係を示す図
【図１４】筒内流動と主燃焼期間との関係を示す図
【図１５】着火時期と主燃焼期間との関係を示す図
【図１６】第２実施形態でのロータリ弁の斜視図
【図１７】ロータリ弁の開閉状態を示す図
【図１８】吸気ポート内での気流を説明するための図
【図１９】第３実施形態でのガイド部を設けた状態での吸気ポート内での気流を説明するための図
【図２０】ガイド部及びロータリ弁の正面図
【図２１】整流板の斜視図
【図２２】ガイド部の変形例
【図２３】他の実施形態におけるピンボール式の弁体の概略図
【図２４】他の実施形態における気流調整部の概略図
【図２５】他の実施形態における気流調整部の概略図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
＜第１実施形態＞
以下、第１実施形態について、図１から図１５を参照しつつ説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一又は均等である部分には、図中、同一符号を付しており、同一符号の部分についてはその説明を援用する。
【００１１】
第１実施形態は、内燃機関である車載多気筒４サイクルガソリンエンジンを対象にエンジン制御システムを構築するものとしている。このエンジン制御システム全体、特に吸気システムの概略構成図を図１に示す。なお、以下の図においては、エンジン１０が備える複数気筒のうちの１気筒のみを例示している。
【００１２】
エンジン１０の各気筒の内部には、ピストン１１が往復移動可能なように収容されている。そして、各気筒のピストン１１の頂部側には、燃焼室１２が設けられている。燃焼室１２の内周面は、横断面形状が円状（真円状もしくは楕円状）となっている。燃焼室１２は、２つの吸気口２１を介して吸気ポート２０に連通されるとともに、２つの排気口１３を介して排気ポート１４に連通されている。
【００１３】
図２は、吸気ポート２０と燃焼室１２の平面図であって、燃焼室１２の周辺部の構成を気筒の軸線方向においてシリンダヘッド側から見た図である。以下の説明において、図２に示すように、各気筒の平面視において、吸気側と排気側とが並ぶ方向をＬ１方向とし、Ｌ１方向と直交する方向をＬ２方向とする。また、Ｌ２に直交する方向で、気筒の軸線方向（ピストン１１の往復方向）を上下方向とする。
【００１４】
吸気ポート２０は、インテークマニホールドとの接続部分より下流側で、燃焼室１２の吸気口２１までの間の吸気の通路である。吸気ポート２０は、燃焼室１２側で２股状に分かれており、２つに分かれた先端にそれぞれ吸気口２１が設けられている。吸気口２１は、Ｌ２方向に並んで隣り合うように設けられている。
【００１５】
排気口１３は、吸気口２１と同様に、Ｌ２方向に並んで隣り合うように２つ設けられている。２つの排気口１３のＬ２方向の中心位置は、吸気口２１のＬ２方向の中心位置を通りＬ１方向に延びる中心線ＣＬ上に設けられている。なお、排気口については、２つではなく１つであってもよい。その場合には、１つの排気口が中心線ＣＬ上に設けられているとよい。
【００１６】
図１を参照して、エンジン制御システムの説明を継続する。燃焼室１２の天井部（シリンダヘッド）の中央部には、点火プラグ１６が設けられている。点火プラグ１６が設けられる天井部の中央部とは、その天井部の中心点を含む所定の範囲内であるとよい。具体的には、点火プラグ１６は、燃焼室１２の吸気側の中心位置（２つの吸気口２１の中心位置）と排気側の中心位置（２つの排気口１３の中心位置）とを繋ぐ線、つまり中心線ＣＬ上の位置に設けられている（図２参照）。なお、点火プラグ１６は、天井部の中央部に設けられていればよく、より好ましくは、中央部の中心線ＣＬ上に設けられているとよい。そして、点火プラグ１６は、点火コイル等よりなる点火装置１７を通じて、所望とする点火時期に高電圧が印加される。点火プラグ１６に対する高電圧の印加により、対向電極１６ａ間にアーク放電Ａが発生し（図５参照）、アーク放電Ａのエネルギによって燃焼室１２内の燃料が着火する。
【００１７】
エンジン１０の各気筒の上部であって、吸気ポート２０側には、燃焼室１２内に燃料を直接供給する燃料噴射弁１８が設けられている。燃料噴射弁１８は、図２に示す中心線ＣＬ上に設けられている。燃料噴射弁１８は、図示しない燃料配管を介して燃料タンクに接続されている。燃料タンク内の燃料は、各気筒の燃料噴射弁１８に供給され、燃料噴射弁１８から燃焼室１２内に噴射される。
【００１８】
エンジン１０の吸気ポート２０と排気ポート１４には、それぞれ吸気口２１を塞ぐ吸気バルブ２２と、排気口１３を塞ぐ排気バルブ１５とが設けられている。吸気バルブ２２の開動作により吸気ポート２０内の空気が燃焼室１２内に流入し、排気バルブ１５の開動作により燃焼室１２内の排ガスが排気ポート１４に排出される。吸気バルブ２２及び排気バルブ１５の開閉タイミング（バルブタイミング）は、可変バルブタイミング装置２３によりそれぞれ可変制御される。
【００１９】
また、吸気ポート２０には、燃焼室１２内に生じる気流を調整するロータリ弁５０が設けられている。ロータリ弁５０では、ロータリアクチュエータ５１によって弁体５３の開度調節が行われる。ロータリアクチュエータ５１には、ロータリ弁５０の開度を検出するためのセンサが内蔵されている。なお、ロータリ弁５０は、「気流調整部」「流路可変装置」「開閉弁」に相当する。
【００２０】
吸気ポート２０には、インテークマニホールド及びサージタンクを含む吸気管３１が接続されている。吸気管３１には、ＤＣモータ等のスロットルアクチュエータ３２によって開度調節されるスロットルバルブ３３が設けられている。スロットルアクチュエータ３２には、スロットル開度を検出するためのスロットル開度センサが内蔵されている。なお、スロットルバルブ３３で吸気管３１から流入する流量を調整するのではなく、各気筒に独立スロットルを設けてもよい。また、ロータリ弁５０が、各気筒に設けられる独立スロットルの機能を兼ねていてもよい。
【００２１】
排気ポート１４には、排気管３４が接続されている。そして、排気管３４の排気を利用して吸気管３１内の気体の圧縮を行うターボチャージャ３５が設けられている。ターボチャージャ３５には、吸気管３１において、スロットルバルブ３３の上流側に配置された吸気コンプレッサ３６と、排気管３４において、排気浄化触媒である三元触媒３９の上流側に配置された排気タービン３７とを備えている。吸気コンプレッサ３６と排気タービン３７とは回転軸３８によって連結されている。排気管３４内を流れる排気によって排気タービン３７が回転されると、その回転に伴い吸気コンプレッサ３６が回転される。このとき、吸気コンプレッサ３６の回転により生じる遠心力によって吸気管３１内に吸気が圧縮される。なお、ターボチャージャ３５は用いなくてもよい。また、排気タービン３７と三元触媒３９との間には、空燃比センサ４０が設けられている。
【００２２】
吸気管３１には、吸気コンプレッサ３６の下流側に、インタークーラ４１が設けられている。ターボチャージャ３５（吸気コンプレッサ３６）にて圧縮された（過給された）気体は、インタークーラ４１で冷却されて、その下流側に送られる。インタークーラ４１で過給された気体が冷却されることで、気体の充填効率を高めることができる。また、吸気管３１には、吸気コンプレッサ３６の上流側に、エアクリーナ４２と、吸入空気量を検出するエアフロメータ４３が設けられている。
【００２３】
排気管３４の三元触媒３９の下流側と吸気管３１のエアフロメータ４３の下流側を繋ぐようにＥＧＲ管４４が設けられている。ＥＧＲ管４４によって、排気管３４内の排気の一部を吸気に導入可能となっており、ＬＰＬ−ＥＧＲ（Low  Pressure  Loop  Exhaust  Gas  Recirculation）と呼ばれるシステムが構成されている。ＥＧＲ管４４には、ＥＧＲ管４４内の排気を冷却するＥＧＲクーラ４５と、ＥＧＲ制御バルブ４６が設けられている。ＥＧＲ制御バルブ４６は、その開度によってＥＧＲ率（燃焼室１２内に吸入される燃焼前の気体における排気ガスの混入割合）を制御可能に設けられている。なお、ＥＧＲシステムは、ＬＰＬ−ＥＧＲではなく、ＨＰＬ−ＥＧＲであってもよいし、ＥＧＲシステムを用いなくてもよい。また、ＥＧＲクーラ４５とＥＧＲ制御バルブ４６とは、どちらが上流でどちらが下流であってもよい。
【００２４】
エンジン１０には、エンジン１０の回転に伴い所定クランク各毎（例えば３０°ＣＡ周期）で矩形状のクランク角信号を出力するクランク角度センサ４７と、エンジン１０でのノックの発生を検出するノックセンサ４８とが設けられている。クランク角度センサ４７の検出に基づき、エンジン１０の回転速度ＮＥが算出される。そして、ドライバによるアクセルの踏み込み操作量（アクセル開度）を検出するアクセル開度センサ４９が設けられている。
【００２５】
また、本エンジン制御システムは、ＥＣＵ６０を備えている。ＥＣＵ６０は、周知のとおりＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等からなるマイクロコンピュータを主体として構成されている。ＥＣＵ６０は、クランク角度センサ４７等各種センサからの出力に基づいて、エンジン１０の運転状況を算出する。そして、エンジン１０の運転状況に応じて、点火装置１７等各種装置を制御するための信号を出力する。なお、ＥＣＵ６０が「制御装置」に相当する。
【００２６】
次に、図３及び図４を用いて、ロータリ弁５０によって気流の調整を行わない場合の気流の乱れについて説明する。図３は、燃焼室１２を気筒の軸線方向においてピストン１１側から見た図であって、燃焼室１２の気流を示す概略平断面図である。図３では、吸気口２１及び点火プラグ１６を破線で示し、気流を矢印で示している。図４は、点火プラグ１６（対向電極１６ａ）の辺りの拡大図であって、点火プラグ１６位置での気流を示している。
【００２７】
吸気口２１から燃焼室１２の内周面までの直進距離は、吸気口２１から燃焼室１２の中央位置に向かう距離よりも短い。そのため、吸気口２１からの直進位置では、中央位置よりも先に気流が内周面に到達する。そして、到達した気流は、内周面の形状に沿って、中央側に向かい、中央位置でＬ２方向の両方向から来た気流が互いにぶつかって、吸気口２１方向に戻ることになる。その結果、図３に示すように、中央位置では、吸気口２１側から排気口１３側に向かう気流と、内周面に当って戻ってきた気流とが衝突することになる。
【００２８】
中央位置で気流同士が衝突すると、図４に示すように点火プラグ１６の近傍で乱流が発生する。乱流が発生すると、点火プラグ１６の対向電極１６ａ間で生じるアーク放電Ａが、二点鎖線で示すような、整った弧状にならず、実線のように歪んでしまう。アーク放電Ａが歪んだ結果、部分的にアーク放電Ａ間の距離が短くなり、そこが短絡して、破線に示すようにアーク放電Ａの放電距離が短くなる。その結果、アーク放電Ａの着火に必要な放電距離を確保することが困難になり、燃料への着火に支障が生じる。
【００２９】
そこで、本実施形態では、吸気側から排気側の気流において、点火プラグ１６の位置（中央位置）での気流が、他の位置での気流に比べて強化されている偏流を生じさせる構成を有している。そのための構成の一例であるロータリ弁５０について、図２及び図５〜図７を用いて説明する。図５は、ロータリ弁５０の斜視図であって、図６は、吸気ポート２０のロータリ弁５０が設けられている位置での断面図であって、図７は、ロータリ弁５０の開閉状態と気流を示す図である。図７中の矢印は気流を示し、矢印の太さは気流の強さを示し、太い矢印は細い矢印よりも気流が強い状態を示している。
【００３０】
ロータリ弁５０の２股に分岐する前の吸気ポート２０の流路断面は、Ｌ２方向が長い角丸長方形状又は長円形状をしている。ロータリ弁５０は、吸気ポート２０が２股に分岐する前の位置に設けられている。また、ロータリ弁５０の設けられている位置では、ロータリ弁５０が回転可能なように、吸気ポート２０の一部を気筒の上下方向に拡大させている。
【００３１】
ロータリ弁５０は、Ｌ２方向に延びる向きで配置された軸体５２と、軸体５２に支持された弁体５３とを有しており、軸体５２を軸心とする弁体５３の回動により開度調整されるようになっている。弁体５３は、Ｌ２方向の中央部に、Ｌ１方向に直交する方向（弁体５３の周方向）に延びる切欠部５４を有しており、吸気ポート２０内における弁体５３の回動位置により、ポート内流路が局所的に閉鎖され、吸気ポート２０内での空気通過範囲を制限する。
【００３２】
吸気ポート２０内における弁体５３の位置を図７により具体的に説明する。図７（ａ）に示す状態では、弁体５３の全て又は略全ての部分が吸気ポート２０外に位置しており、ポート内流路は全面開放された状態となっている。これに対し、図７（ｂ），（ｃ）に示す状態では、弁体５３が吸気ポート２０内に移動しており、ポート内流路が弁体５３により部分的に閉鎖されている。つまり、切欠部５４を気流が通過する状態とすることで、ロータリ弁５０を部分開放状態としている。この状態では、ポート内流路においてＬ２方向の中央部の空気流量がその両側に比べて多くなる。図７（ｂ）の状態では、筒内流入する気流の偏流度合いが小さいのに対し、図７（ｃ）の状態では、筒内流入する気流の偏流度合いが大きくなっている。なお、偏流度合いとは、偏流の強さ（偏りの大きさ）を示している。
【００３３】
このように、偏流度合いを強くして、タンブル流を発生させた場合の燃焼室１２内の気流の流れを説明する。図８は、燃焼室１２を気筒の軸線方向においてピストン１１側から見た図であって、燃焼室１２の気流を示す概略平断面図である。なお、図８では、吸気口２１及び点火プラグ１６を破線で示し、気流を矢印で示している。
【００３４】
ロータリ弁５０の開度を調整して、偏流度合いが強い状態、つまり中央位置のみが開口している状態とする。つまり、外側が開口しておらず外側の気流が弱い状態となる一方で、中央位置での気流を強くすることで、相対的に中央側の気流が強くなるように偏流をしている。この状態で、２つの吸気口２１が開放されると、吸気ポート２０の中央付近に強い気流が流れ、その気流が吸気バルブ２２のバルブヘッドにあたりさらに中央側に寄せられるようにして吸気口２１から流れ込む。そして、燃焼室１２内で、２つの吸気口２１において互いに近接する側となる中央側の気流をその外側の気流に比べて強化して偏流を生じさせる。
【００３５】
そして、偏流をかけて吸気口２１から流れ込んだ気流は、中央位置を直進する気流の速度が他の位置よりも比較的勢いが強く速くなる。そのため、中央位置を進む気流が、他の位置の気流よりも先に燃焼室１２の内周面に到達する。そして、到達した気流は、内周面の形状に沿って、外側に向かうことになる。その結果、中央位置では、吸気口２１から流れ込む気流と内周面に当たって戻ってくる気流とがぶつかり合うことがなくなり、乱流の発生が抑制される。また、仮に点火プラグ１６に当たる等して小さな乱流が発生したとしても、中央位置の気流は強いことから、その強い流れに乱流が消されることになる。そのため、点火プラグ１６位置での気流が安定し、アーク放電Ａの短絡を抑制でき、着火性を確保できる。
【００３６】
次に、このような偏流をどのような場合に行うかについて、図９及び図１０に基づいて、説明する。図９は、ＥＣＵ６０の実施するフローチャートであって、本処理は、所定の周期で、ＥＣＵ６０により実施される。図１２は、エンジン回転速度及び負荷と偏流度合いを示す図である。
【００３７】
図９において、ステップＳ１１では、エンジン１０が始動状態かどうかを判定する。例えば、エンジン１０の始動要求に伴うクランキングの開始後において、エンジン１０の燃焼が開始されてエンジン１０の回転速度ＮＥが所定の完爆回転速度に上昇するまでの期間内であれば、始動状態である旨を判定する。なお、エンジン１０の回転速度ＮＥが完爆回転速度に上昇した後、所定時間が経過するまでを、始動状態として判定してもよい。始動状態であると判定した場合には、ステップＳ１４に進む一方、始動状態ではないと判定した場合には、ステップＳ１２に進む。
【００３８】
ステップＳ１２では、アクセル開度センサ４９の検出値及びエンジン１０の回転速度ＮＥに基づいて、アイドル状態かどうかを判定する。アクセル開度が０で回転速度ＮＥが所定範囲内にあり、アイドル状態であると判定した場合、ステップＳ１４に進む。一方、アイドル状態であると判定されていない場合には、ステップＳ１３に進む。
【００３９】
ステップＳ１３では、三元触媒３９を早期暖機させる状態かどうか判定する。具体的には、周知の方法で推定された三元触媒３９の温度が活性温度未満の場合には、三元触媒３９を早期暖機させる状態であると判定する。ステップＳ１３が肯定される場合（三元触媒３９の温度が活性温度未満の場合）には、ステップＳ１４に進み、否定される場合には、ステップＳ１５に進む。なお、三元触媒３９の温度を検出するセンサを設けて、検出された温度に基づいて判定を行ってもよい。
【００４０】
ステップＳ１４では、偏流制御を実行する。エンジン１０の運転条件がアイドル状態、始動状態、又は三元触媒３９を早期暖機させる状態である場合には、ロータリ弁５０の開度を中央部分のみが開いた状態（図７（ｃ）の状態）になるように、ロータリアクチュエータ５１を駆動させることで、偏流制御を実行し、処理を終了する。
【００４１】
ステップＳ１５では、燃焼室１２内における気体中の燃料比率が低い状態かどうかを判定する。具体的には、燃焼時に燃焼室１２内がリーン状態又は所定値よりもＥＧＲ率が高い状態かどうかを判定する。エンジン１０の運転条件が、燃料比率の低い状態の場合には、ステップＳ１７に進み、燃料比率が低い状態ではない場合には、ステップＳ１６に進む。
【００４２】
ステップＳ１６では、ノックが生じるおそれがある運転条件かどうか判定する。具体的には、燃焼室１２内の温度が高い場合や、ターボチャージャ３５の過給により圧縮比率が高い場合等に、ノックが生じるおそれがある場合であると判定する。ステップＳ１６で、ノックが生じるおそれがある運転条件であると判定されると、ステップＳ１７に進み、ノックが生じるおそれがある運転条件ではないと判定されると、処理を終了する。
【００４３】
ステップＳ１７で、エンジン１０の回転速度ＮＥを取得する。具体的には、クランク角度センサ４７が検出したクランク角信号に基づいて、エンジン１０の回転速度ＮＥを算出し、それを取得する。
【００４４】
ステップＳ１８で、エンジン負荷を取得する。具体的には、アクセル開度センサ４９によって検出したアクセル開度等に基づいて、エンジン負荷を算出し、それを取得する。
【００４５】
ステップＳ１９では、ステップＳ１７及びステップＳ１８で取得した回転速度ＮＥ及びエンジン負荷が非作動領域に該当するか判定する。具体的には、図１０に示すように、エンジン１０の回転速度ＮＥが所定の値より小さい場合又はエンジン負荷が所定の値よりも小さい場合には、非作動領域に該当すると判定される。この領域においては、偏流作動による消費電力を抑制するために偏流制御を実施しない。ステップＳ１９で、非作動領域に該当すると判定した場合には、処理を終了し、非作動領域に該当しないと判定した場合には、ステップＳ２０に進む。
【００４６】
ステップＳ２０では、ステップＳ１７及びステップＳ１８で取得した回転速度ＮＥ及びエンジン負荷が優先領域に該当するか判定する。具体的には、図１０に示すように、エンジン１０の回転速度ＮＥが所定の値より大きい場合又はエンジン負荷が所定の値よりも大きい場合には、優先領域に該当すると判定される。この領域においては、出力を優先するために、偏流制御を実施しない。ステップＳ２０で、優先領域に該当すると判定した場合には、処理を終了し、優先領域に該当しないと判定した場合には、ステップＳ２１に進む。
【００４７】
ステップＳ２１では、ステップＳ１７及びステップＳ１８で取得した回転速度ＮＥ及びエンジン負荷に基づいて、偏流度合いを設定する。具体的には、図１０に示すように、エンジン１０の回転速度ＮＥが大きいほど、偏流度合いを大きくする。エンジン１０の回転速度ＮＥが高いほど、筒内流速が速くなり、乱流が生じやすくなるため、このような場合には、偏流度合いを大きくする。また、エンジン負荷が小さいほど、偏流度合いを大きくする。低負荷の際には、筒内の空気量が少なくなるため、この場合に偏流度合いを大きくすることで、必要な空気流量を確保することができる。
【００４８】
ステップＳ２２では、ステップＳ２１で設定した偏流度合いに基づいて、偏流制御を実行する。偏流度合いに合わせたロータリ弁５０の開度になるように、ロータリアクチュエータ５１を駆動させることで、偏流制御を実行し、処理を終了する。
【００４９】
なお、ステップＳ１１、ステップＳ１２、ステップＳ１３、ステップＳ１５、ステップＳ１６、ステップＳ１９、及びステップＳ２０が「偏流判定部」に相当する。また、ステップＳ１４及びステップＳ２２が「制御部」に相当する。ステップＳ２１が「偏流設定部」に相当する。また、ステップＳ１１〜ステップＳ１３については、いずれかが成立すればステップＳ１４に進んでいるが、ステップＳ１１〜ステップＳ１３の少なくとも２つが成立した場合に、ステップＳ１４に進み、偏流を実施してもよい。
【００５０】
また、このような運転条件、エンジン１０の回転速度ＮＥ及びエンジン負荷による偏流の制御に加えて、フィードバック制御を行うことができる。図９で設定した偏流を実施している場合に、エンジン１０の燃焼状況等を確認して、それに基づいて、図１１に示すようなフィードバック制御を行う。図１１は、フィードバック制御のためのフローチャートであって、本処理は、所定の周期で、ＥＣＵ６０により実施される。なお、本フローチャートによる制御が「制御部によるフィードバック制御」に相当する。
【００５１】
ステップＳ５１で、偏流を実行しているかどうかを判定する。偏流を実行していない場合には、処理を終了する。一方偏流を実行している場合には、ステップＳ５２で、エンジン１０の燃焼において、着火異常が生じていないか検出する。具体的には、着火異常による失火等が発生すると、クランク角度センサ４７により検出されるエンジン１０の回転速度ＮＥに異常が出るため、クランク角度センサ４７で検出した値を基に着火異常が生じているかを判定する。着火異常が生じていると判定した場合には、ステップＳ５４に進む。なお、ステップＳ５２が「パラメータ取得部」に相当し、エンジン１０の回転速度ＮＥが「パラメータ」に相当する。また、ステップＳ５２において、空燃比センサ４０での検出結果を用いて、未燃燃料がある場合、つまり燃焼不良が生じている場合には着火異常が生じていると判定してもよい。
【００５２】
ステップＳ５２で、着火異常が生じていないと判定した場合には、ステップＳ５３で、ノックが発生しているかを判定する。具体的には、ノックセンサ４８によってノックの発生を検知しているか判定する。ノックの発生を検知している場合には、ステップＳ５４に進む。一方、ノックの発生を検知していない場合には、処理を終了する。
【００５３】
ステップＳ５４では、偏流度合いを大きくするように偏流度合いを変更する。そして、ステップＳ５５で、ステップＳ５４で設定した偏流度合いに基づいて、偏流制御を実行する。偏流度合いに合わせたロータリ弁５０の開度になるように、ロータリアクチュエータ５１を駆動させることで、偏流制御を実行し、処理を終了する。
【００５４】
次に、上記に説明したように、偏流を行うことによる効果について、図１２〜図１５を用いて説明する。図１２は、筒内流動とアーク維持時間との関係を示す図で、図１３は、アーク維持時間と着火時期との関係を示す図で、図１４は、筒内流動と主燃焼期間との関係を示す図で、図１５は着火時期と主燃焼期間との関係を示す図である。なお、図１２〜図１５において、アーク維持時間とは、アーク放電Ａを所望の放電距離で保つことができる時間である。また、従来の燃焼サイクル間ばらつきとは、偏流を行わない場合の燃焼サイクル間でのばらつきで、破線で示している。
【００５５】
図１２に示すように、筒内流動が弱い場合には、点火プラグ１６近傍での乱流が生じにくいため、アーク維持時間は長く、燃焼サイクル間でのアーク維持時間のばらつきは小さい。一方、従来のように、偏流をかけずに筒内流動を強くすると、点火プラグ１６近傍での乱流が生じる。そのため、アーク維持時間は短くなりやすく、燃焼サイクル間でのアーク維持時間のばらつきが大きくなる。そこで、本実施形態のように偏流を行うと、点火プラグ１６近傍での乱流の発生が抑制される。そのため、筒内流動が弱い場合と同じように、筒内流動が強い場合であっても、アーク維持時間は長く、燃焼サイクル間でのアーク維持時間のばらつきが小さくなる。その結果、着火の安定と筒内流動を強くすることでの燃焼促進を両立できるようになる。
【００５６】
従来のように偏流を実施しない状態で筒内流動を強くすると、アーク維持時間が短くなっている。図１３に示すように、アーク維持時間が短い場合には、アーク放電Ａから燃料に着火するためにかかる時間（着火時期）にばらつきが大きくなる。一方、本実施形態のように、アーク維持時間が長い場合には、アーク放電Ａから燃料に着火するためにかかる時間が短くなり、またばらつきが小さくなる。そのため、着火の安定性に貢献できる。
【００５７】
また、従来では、アーク維持時間を確保するために、筒内流動を弱くしている。この場合には、図１４に示すように、主燃焼期間が長くなったり、ばらつきが大きくなったりする。一方、本実施形態のように偏流を行って筒内流動を強くすると、燃焼が促進されるため、主燃焼時間が短くなり、主燃焼にかかる時間のばらつきを抑制することができる。
【００５８】
また、図１５に示すように、従来では、着火時期が遅くなり、主燃焼期間にばらつきが大きくなっている。それに対し、本実施形態のように偏流を行って筒内流動を強くすると、着火にかかる時間が短くなり（着火時期が早くなり）、着火の安定及び筒内流動が強いことによる燃焼促進により、主燃焼にかかる時間が短くなる。
【００５９】
このように、着火が安定し、主燃焼にかかる時間を短くすることができることで、種々の運転条件での効果が生まれる。例えば、ノックが生じるおそれがある運転条件であっても、点火時期を進角しても、ノックが発生しにくくなる。そのため、ノックが生じるおそれがある運転条件での燃費を改善できる。また、リーン燃焼やＥＧＲ率が高い場合であっても、燃焼を改善することができる。そのため、リーン限界及び限界ＥＧＲ率を上げることができ、燃費を改善できる。そして、始動状態及びアイドル状態であっても、主燃焼にかかる時間のばらつきが少なく、燃焼が安定するため、未燃ＨＣの発生を抑制できる。さらに、三元触媒３９を早期暖機させる状態であっても、着火が安定することにより、点火時期を従来より遅角することができる。そのため、排気の温度を上げることができ、三元触媒３９の活性を早期化することができる。
【００６０】
以上詳述した本実施形態によれば、以下の優れた効果が得られる。
【００６１】
吸気側から排気側への気流において、点火プラグ１６の位置での気流が他の位置での気流に比べて強化されている偏流を生じさせるかを判定している。そして、偏流を生じさせると判定した場合には、偏流が生じさせられるようにロータリ弁５０を制御している。このように、燃焼室１２内の点火プラグ１６の位置の気流が強化されている偏流を生じさせることで、点火プラグ１６位置の気流が最初に燃焼室１２の内周壁にあたり、その形状に沿って外側に向かうため、点火プラグ１６の位置での乱流の発生が抑制される。そのため、着火性が不安定になりやすい状況であっても、点火プラグ１６近傍の気流が安定し、アーク放電Ａの短絡を抑制することができ、着火性を確保できる。つまり、燃料促進に必要な気流を確保しつつ、着火性を確保できる。
【００６２】
内燃機関の運転条件に基づいて、必要な時に偏流させることができる。例えば、燃焼時に燃焼室１２内がリーン状態にある場合又はＥＧＲ率が高い場合、つまり燃焼室１２内における気体中の燃料比率が低い場合には、点火プラグ１６のアーク放電Ａから燃料への着火できる条件が厳しくなっている。また、燃焼促進のために強い気流が求められている。このような場合に、燃料促進に必要な気流を確保しつつ、偏流させて着火性を確保することで、低い燃料比率であっても着火性を確保でき、燃費を向上させることができる。
【００６３】
また、燃焼室１２内でノックが生じるおそれがある場合には、一般的には、着火タイミングを遅角することで抑制している。ノックの発生を抑制するためには、筒内の流動を強くして、燃焼を素早く広げる方法もある。しかし、筒内の流動を強くすると、着火タイミングを進角させることができる一方で、乱流が生じて着火しにくくなる。そこで、本実施形態では、筒内の流動を強くしつつ、偏流させて着火性を確保することで、ノックが生じるおそれがある場合であっても、着火タイミングを進角させることができる。
【００６４】
エンジン１０の回転速度ＮＥが速いほど、燃焼室１２内の気流の流速が速くなり、点火プラグ１６近傍で乱流が生じやすくなる。そのため、回転速度ＮＥが高いほど、偏流の強さを強化することで、乱流を抑制することができる。
【００６５】
エンジン負荷が低負荷の場合には、空気通過範囲が小さく流速が大きくなるため乱流が生じやすくなる。そのため、低負荷の場合ほど、偏流の強さを強化することで、乱流を抑制することができる。
【００６６】
負荷が所定よりも低く吸気ポート２０から流入する気体の量が少ない場合及びエンジン１０の回転速度ＮＥが所定よりも遅い場合の少なくとも一方の場合には、偏流を生じさせないことで、偏流作動による消費電力を抑制することができる。
【００６７】
負荷が所定よりも高く吸気ポート２０から流入する気体の量が多い場合及びエンジン１０の回転速度ＮＥが所定よりも速い場合の少なくとも一方の場合には、偏流を抑制することで、内燃機関の出力を優先することができる。
【００６８】
エンジン１０がアイドル状態、始動状態、又は三元触媒３９を早期暖機させる状態では、空気量が少なかったり、着火タイミングが遅角になったりすることで、燃焼が不安定になりやすい。このような場合に、偏流させることで、エンジン１０がアイドル状態、始動状態、又は三元触媒３９を早期暖機させる状態であっても、着火性を向上できる。
【００６９】
フィードバック制御をおこなうことで、点火プラグ１６の着火状況が悪い場合に、偏流させることで、着火性を向上させることができる。
【００７０】
吸気ポート２０内に、空気通過範囲を制限して偏流させるロータリ弁５０を設けることで、燃焼室１２内に偏流させる構造を設ける必要がなくなり、燃焼室１２の設計を行いやすくなる。
【００７１】
吸気ポート２０内において、気筒平面視での中央部分と両側部分とのうち中央部分を両側部分よりも開放させて部分開放状態にすることにより、燃焼室１２内での気流の乱れを好適に抑制できる。この場合、点火プラグ１６付近での乱気流の発生を抑制しつつ、気流強化を実施することができる。
【００７２】
＜第２実施形態＞
第２実施形態では、吸気ポート内の乱流を抑制するための構成について、図１６から図１８を用いて説明する。図１６は、ロータリ弁５０の斜視図であって、図１７は、ロータリ弁５０によって吸気ポート２０が開閉されている状態を示す流路断面図である。図１７において、ハッチングの部分は、弁体５３が吸気ポート２０を閉鎖している領域を示している。図１８は、吸気ポート２０を気筒平面視（吸気ポート２０の概略閉断面図）において、吸気ポート２０が部分開放状態で、吸気ポート２０内に循環気流Ｆ２を形成した状態での吸気ポート２０の気流の流れを示す図である。図１８において、矢印は気流を示し、矢印の太さは気流の速さを示し、太い矢印は細い矢印よりも気流が速い状態を示している。
【００７３】
従来のタンブル制御弁では、吸気ポート内の気流を主として上下方向に制限していた。そのため、タンブル制御弁によって、速い気流を作りこんでも、吸気ポート内で気流同士がぶつかったり、吸気ポートの壁部にぶつかったりして、吸気ポート内で乱流が生じて、速い気流が減衰、拡散していた。このような課題を解決するため、例えば、特許第４３４９１５６号公報の吸気ポートには、吸気口の近傍に至る仕切り壁を設けていた。しかしながら、吸気口の近傍まで仕切り壁を設けると、シリンダヘッド内に、特に二股に分岐した後の通路まで仕切り壁を設けることになり、シリンダヘッドの改造が必要となる。そのため、搭載性が悪くなってしまう。
【００７４】
そこで、第１実施形態では、ロータリ弁５０の中央に切欠部５４を設けることで、中央部分の偏流を強くすることで、燃焼室１２内での気流の乱れを抑制している。第２実施形態では、吸気ポート２０内での乱流を抑制するために、ロータリ弁５０をさらに改良している。
【００７５】
第２実施形態のロータリ弁５０について、図１６及び図１７を用いて説明する。ロータリ弁５０は、Ｌ２方向に延びる向きで配置された軸体５２と、軸体５２に支持された弁体５３とを有しており、軸体５２を軸心とする弁体５３の回動により開度調整されるようになっている。
【００７６】
弁体５３は、Ｌ２方向の全域分の大きさを有しており、Ｌ２方向のポート壁面２４に至っている。弁体５３は、円筒の円周面の一部を切り取ったような形状をしており、吸気ポート２０を全閉鎖状態にできる幅寸法と周方向の寸法を有した弁本体部５３ａと、切欠部５４の側方に設けられた遮蔽部５３ｂとを備えている。
【００７７】
弁体５３には、そのＬ２方向の中央部に、弁体５３の周方向に延びる切欠部５４が設けられている。切欠部５４は、その一端が半円形状をなす半円部５４ａとなっており、半円部５４ａに連なるように半円部５４ａと等幅に等幅部５４ｂが延びており、等幅部５４ｂから弁体５３の端部は、等幅部５４ｂが弁体５３のＬ２方向の寸法まで拡幅する拡幅部５４ｃとなっている。等幅部５４ｂは、図１７（ｃ）に示すような、部分開放状態で、上下方向（吸気口２１の並び方向に交差する方向）の全長を開口させる周方向の寸法を有している。
【００７８】
切欠部５４のＬ２方向の寸法と、遮蔽部５３ｂのＬ２方向の寸法（ポート壁面２４から切欠部５４までの幅寸法）の比率、つまり図１７（ｅ）におけるａ：ｂの比率は、切欠部５４から必要な流量を確保しつつ、吸気ポート２０内に所望の循環気流Ｆ２が形成される大きさとなっている。例えば、ａ：ｂの比率は、０．８５：１以下になっている。切欠部５４のＬ２方向の寸法は、例えば、吸気ポート２０のＬ２方向の寸法の３分の１以下になっている。
【００７９】
吸気ポート２０内における弁体位置を図１７により具体的に説明する。図１７（ａ）に示す状態では、弁体５３の全て又は略全ての部分が吸気ポート２０外に位置しており、ポート内流路は全面開放された状態となっている。これに対し、図１７（ｂ）〜（ｅ）に示す状態では、弁体５３が吸気ポート２０内に移動しており、ポート内流路が弁体５３により部分的に閉鎖されている。特に、図１７（ｃ）〜（ｅ）の状態では、吸気ポート２０内に循環気流Ｆ２が形成される部分開放状態となっている。図１７（ｃ）〜（ｅ）に示す状態が、第１実施形態において、偏流制御を行っている状態であり、図１７（ｃ）より図１７（ｄ）の状態の方が偏流度合いが強くなっており、図１７（ｄ）より図１７（ｅ）の状態の方が偏流度合いが強くなっている。
【００８０】
図１７（ｃ）のように、開口率（吸気ポート２０の流路断面積において、気流が通過できる開口の部分の率）が３０％程度の状態では、等幅部５４ｂによって、その中央部分の上下方向の全長が開口している。一方で、遮蔽部５３ｂが切欠部５４からポート壁面２４まで延びていることで、気流が通過可能な吸気通路が中央側に絞られることになり、中央側で気流が増速される。
【００８１】
図１７（ｅ）のように、開口率が３％程度まで制限されている状態では、切欠部５４に開口を絞ることによる流路抵抗が非常に大きくなる。そのため、流路抵抗を少しでも軽減するために、切欠部５４の端部が半円形状の半円部５４ａとなっている。そのため、開口率（開口面積）が小さい場合の流路抵抗による乱流の発生を抑制することができる。
【００８２】
図１７（ｃ）〜（ｅ）に示す部分開放状態では、吸気通路が中央側に絞られることで、切欠部５４を通過した中央側気流Ｆ１が増速される。このように増速された中央側気流Ｆ１を形成した場合の吸気ポート２０内の気流の流れを、図１８を用いて説明する。
【００８３】
部分開放状態では、切欠部５４のＬ２方向の寸法（開口幅）を絞ることで、切欠部５４を通過した中央側気流Ｆ１の流速も増速され、中央側気流Ｆ１が、吸気ポート２０内で最も速くなっている。この速い気流に引き込まれるように、遮蔽部５３ｂの下流側の領域Ａ１では、その領域Ａ１から中央側への空気の流れが生じる。その結果、領域Ａ１では、周辺よりも気圧が下がる負圧が生じる。なお、相対的な負圧の大きさは、切欠部５４から中央側気流Ｆ１が吹き出す位置での速さ等によって決まっており、中央側気流Ｆ１の速さは、切欠部５４を通過する通気量と開口面積等によって決まっている。
【００８４】
この場合、遮蔽部５３ｂよりも下流側に流れる気流は、領域Ａ１の負圧に引き込まれることにより逆流する。そして、これにより、ポート壁面２４に沿うようにして、楕円状の循環気流Ｆ２が形成される。つまり、遮蔽部５３ｂの下流側である側方領域が、循環気流Ｆ２が形成される循環領域となる。なお、負圧の相対的な大きさによって、下流側のどの位置まで循環気流Ｆ２が形成されるかが決まっている。
【００８５】
この楕円状の循環気流Ｆ２は、吸気ポート２０に設けられた各吸気口２１に向けて分岐する分岐通路２５に至るまでの長軸方向の長さｃを有しており、循環気流Ｆ２は、吸気口２１を塞ぐ吸気バルブ２２の近傍にまで至るまでの長軸方向の長さｃを有していることがより望ましい。また、循環気流Ｆ２が形成されることで、側方領域の気流がポート壁面２４に沿って逆流して領域Ａ１に戻るため、吸気口２１の側方の領域Ａ２からは、燃焼室１２内に気流が流れ込みにくくなる。そのため、燃焼室１２内での側方での気流が中央位置に比べて弱くなる。また、このような循環気流Ｆ２が形成されることで、吸気ポート２０内の切欠部５４の両側の側方領域での気流の乱れを抑制することができ、中央側気流Ｆ１の拡散や減衰を抑制することができる。なお、側方領域の気流は、全ての気流が吸気バルブ２２の近傍まで至って領域Ａ１に戻るのではなく、途中から戻る気流の方が多くなっている。吸気バルブ２２の近傍に至る気流も領域Ａ１に向かって逆流することで、全体として循環気流Ｆ２が形成される。
【００８６】
しかしながら、側方領域において、循環気流Ｆ２が微小擾乱によって分裂するおそれがある。楕円形状の循環気流Ｆ２の短軸方向の長さｄと長軸方向の長さｃとの比率が所定の割合を超えると、微小擾乱によって分裂するおそれがある。具体的には、循環気流Ｆ２の長軸方向の長さｃに対して短軸方向の長さｄが３分の１より小さくなると、微小擾乱によって分裂するおそれがある。なお、短軸方向の長さｄは、ポート壁面２４から各吸気口２１に流れ込む中央側気流Ｆ１が通過する中央領域に至る長さであって、長軸方向の長さｃは、中央側気流Ｆ１の吹き出し位置の側方の領域Ａ１から吸気バルブ２２の近傍（領域Ａ２の手前）に至る長さである。
【００８７】
そこで、循環気流Ｆ２の長軸方向の長さｃに対して短軸方向の長さｄが３分の１以上になるように、遮蔽部５３ｂのポート壁面２４から切欠部５４までのＬ２方向の幅寸法が定められている。遮蔽部５３ｂの幅寸法を所定の大きさとすることで、循環気流Ｆ２の短軸方向の長さｄが定まる。そのため、吸気ポート２０の形状から循環気流Ｆ２の想定される長軸方向の長さｃに基づいて、長軸方向の長さｃに対して短軸方向の長さｄが３分の１以上になるように短軸方向の長さｄを想定する。想定された短軸方向の長さｄに基づいて、遮蔽部５３ｂのポート壁面２４から切欠部５４までのＬ２方向の幅寸法を定めている。
【００８８】
このように、ロータリ弁５０による部分開放状態（弁体５３の位置が、図１７（ｃ）〜（ｅ）に示す状態）では、弁体５３の遮蔽部５３ｂにより吸気通路が中央側に絞られることで、切欠部５４を通過した中央側気流Ｆ１の流速が増速される。この増速された気流に引き込まれることで、領域Ａ１において、周辺よりも気圧が下がる負圧が生じる。この負圧に引き込まれるようにして、側方領域では、循環気流Ｆ２が形成される。また、循環気流Ｆ２が安定した状態となるように、遮蔽部５３ｂの幅寸法が定められていることから、側方領域の循環気流Ｆ２が分裂しないで安定する。そのため、側方領域での乱流により、中央側気流Ｆ１が減衰、拡散させられず、燃焼室１２内に中央位置が強化された偏流を生じさせることができる。
【００８９】
以上詳述した第２実施形態によれば、第１実施形態の効果に加えて、以下の優れた効果が得られる。
【００９０】
切欠部５４は、吸気ポート２０の上下方向（並び方向に交差する方向）の全長を開口させる上下寸法を有する等幅部５４ｂを有していることで、偏流を強くしている間のロータリ弁５０の開口位置は、中央部分のみになる。そのため、偏流を強くしている間は、中央部分の速い中央側気流Ｆ１とその両側方の循環気流Ｆ２を維持しやすくなる。一方で、極めて開口率の小さい場合、つまり切欠部５４の端部である半円部５４ａしか開口していない場合には、その開口形状が半円形になっている。そのため、ロータリ弁５０の上流側の空気が切欠部５４に流れ込む際の流路抵抗を減少させることができ、流路抵抗による気流の乱れを抑制できる。
【００９１】
ロータリ弁５０による部分開放状態では、弁体５３の遮蔽部５３ｂにより吸気通路が中央側に絞られることで、その中央側で気流が増速される。この増速された中央側気流Ｆ１に引き込まれることで、遮蔽部５３ｂの下流側において、遮蔽部５３ｂ及びポート壁面２４の内側となる領域Ａ１で、周辺よりも気圧が下がる負圧が生じる。
【００９２】
この場合、遮蔽部５３ｂの下流側であり、かつポート壁面２４の内側となる領域において、負圧の生じている領域Ａ１に向かってポート壁面２４に沿って気流が逆流して、循環気流Ｆ２が形成される。循環気流Ｆ２が形成されることで、切欠部５４の両側の側方領域での気流の乱れを抑制することができ、燃焼室１２に流れ込む気流が所望の状態になる。
【００９３】
部分開放状態では、切欠部５４の両側の側方領域に、ポート壁面２４に沿って縦長となり、長軸方向の長さｃに対して短軸方向の長さｄが３分の１以上となる楕円状の循環気流Ｆ２が形成されるようにすることで、乱流の発生を抑えつつ、切欠部５４を通過した気流が燃焼室１２に所望の状態で流れ込むようにできる。この場合、弁体５３の切欠部５４は、必要量の空気を確保するための大きさを要する。一方で、切欠部５４が大きくなることで、遮蔽部５３ｂが小さくなりすぎると、楕円形状の循環気流Ｆ２の短軸方向の長さｄと長軸方向の長さｃの比率が１対３よりも大きくなり、微小擾乱により不安定になり、分裂するおそれがある。この点を考慮して、遮蔽部５３ｂのポート壁面２４から切欠部５４までの幅寸法を調整することが望ましい。
【００９４】
切欠部５４の両側の側方領域の循環気流Ｆ２は、中央の高速な中央側気流Ｆ１に沿う気流がポート壁面２４に沿うように弁体５３側に戻ることで、楕円形状になっている。この楕円形状の気流が吸気口２１に向けて分岐する分岐通路２５にまで至るように、ポート壁面２４から切欠部５４までの幅寸法を調整する。そのため、循環気流Ｆ２が安定し、気流の乱れを抑制できる。
【００９５】
＜第３実施形態＞
第３実施形態では、第２実施形態に、整流板を備えた構成について、図１９から図２２を用いて説明する。図１９は、吸気ポート２０を気筒平面視（吸気ポート２０の概略閉断面図）において、吸気ポート２０が部分開放状態で、整流板５５が設けられた状態で、吸気ポート２０内に循環気流Ｆ２を形成した状態での吸気ポート２０の気流の流れを示す図である。図１９において、矢印は気流を示し、矢印の太さは気流の速さを示し、太い矢印は細い矢印よりも気流が速い状態を示している。図２０は、ロータリ弁５０によって吸気ポート２０が開閉されている状態を示す流路断面図であって、整流板５５が弁体５３の下流側に設けられている。図２０において、ハッチングの部分は、弁体５３が吸気ポート２０を閉鎖している領域を示している。図２１は、整流板５５が取付板５７と一体に設けられた状態の斜視図である。図２２は、整流板５５の変形例を示す図である。
【００９６】
図１９に示すように、ロータリ弁５０は、シリンダヘッド２６に取り付けられ、空気通路２７ａを有するボディ２７と、空気通路２７ａに設けられる弁体５３とを有している。つまり、ロータリ弁５０は、空気通路２７ａが内部に設けられたボディ２７と、弁体５３と、軸体５２等がアセンブリ化されており、既存のシリンダヘッド２６に取り付け可能となっている。そして、吸気ポート２０は、シリンダヘッド２６内に設けられたヘッド通路２６ａと、空気通路２７ａとからなり、吸気管３１に接続されている。
【００９７】
ロータリ弁５０が、シリンダヘッド２６と別体になって、アセンブリ化されると、搭載性が向上する。一方で、吸気口２１から弁体５３までの距離が離れると、循環気流Ｆ２の長軸方向の長さｃ、つまり中央側気流Ｆ１の吹き出し位置の側方の領域Ａ１から吸気バルブ２２の近傍（領域Ａ２の手前）に至る長さが大きくなり、切欠部５４によって所定の開口を確保しつつ、循環気流Ｆ２の長軸方向の長さｃと短軸方向の長さｄの比率を所定の範囲とすることが困難になる。そのため、切欠部５４の幅寸法を確保すると、循環気流Ｆ２が分裂するおそれがある。
【００９８】
そこで、シリンダヘッド２６のヘッド通路２６ａ内には、一対の整流板５５が設けられている。整流板５５は、吸気ポート２０内において弁体５３の下流側に、上流側から下流側に向けて延びており、かつ部分開放状態において、切欠部５４の端部（遮蔽部５３ｂの切欠部５４側端部）から下流側に延びるように配置されている。整流板５５は、互いに平行になっており、整流板５５の間の間隔は、切欠部５４の幅方向の寸法とほぼ同じになっている。整流板５５の間の間隔が、切欠部５４の幅寸法と同じだと、中央側気流Ｆ１が拡散、減衰することを抑制することができ、整流板５５の下流側の端部から速い速度で吹き出すことになる。そして、整流板５５の下流側の端部から中央側気流Ｆ１が吹き出すことで、整流板５５の下流側の側方の領域Ａ１が、負圧が生じる領域になる。そのため、循環気流Ｆ２の長軸方向の長さｃが、整流板５５がない場合に比べて短くなり、開口幅を確保しつつ、循環気流Ｆ２を安定化させることができる。なお、整流板５５のＬ１方向の長さは、循環気流Ｆ２の長軸方向の長さｃと短軸方向の長さｄの比率を所定の範囲にできる長さにすればよい。
【００９９】
また、整流板５５と弁体５３との間には、弁体５３と整流板５５が摺動しない程度のクリアランスを設けるとよい。弁体５３と整流板５５の間のクリアランスが大きくなりすぎると、切欠部５４を通過した気流が整流板５５の間に至るまでに乱れることがあるが、クリアランスの大きさが所定以下であれば、クリアランスがあっても、気流への影響はない。なお、整流板５５は、ヘッド通路２６ａだけでなく、空気通路２７ａにも配されて、整流板５５と弁体５３との間のクリアランスを調整してもよい。
【０１００】
図２０に示すように、整流板５５は、吸気ポート２０の上下方向の一方の壁面から他方の壁面に亘って設けられていることが望ましい。なお、整流板５５は、吸気ポート２０における上下方向において、開口が形成される側の壁面（下側の壁面）から他方側の壁面（上側の壁面）に延びており、他方側の壁面に至っていなくてもよい。つまり、整流板５５の上下方向の寸法は、吸気ポート２０の流路断面の上下方向の寸法よりも小さくてもよい。
【０１０１】
また、整流板５５には、上下方向（吸気口２１の並び方向に直交する方向）の気流を制限する上下制限部５６が２つ互いに平行に設けられている。上下制限部５６は、吸気ポート２０の上下方向の壁面に平行に設けられている。例えば、図１７（ｅ）や図１７（ｄ）に示すように、切欠部５４により形成された開口の面積が非常に小さい場合には、開口は、吸気ポート２０の上下方向（並び方向に直交する方向）の壁面に沿って形成されており、切欠部５４を通過した気流は、吸気ポート２０の上下の壁面に沿って流れている。整流板５５の間を通過する間に、切欠部５４を通過した後の気流が上下方向に拡散してしまうことは、吹き出し位置での流速が下がる一因となり、領域Ａ１の負圧の相対的な大きさが小さくなるため望ましくない。そこで、上下制限部５６によって、整流板５５の間を上下方向に仕切ることで、気流が上下方向に拡散するのを抑制することができる。なお、上下制限部５６は、１つであってもよいし、３つ以上であってもよい。
【０１０２】
整流板５５は、図１９及び図２１に示すように、取付板５７と一体に設けられ、取付板５７がシリンダヘッド２６とボディ２７との間に挟み込まれて固定されることで、シリンダへっと２６とボディ２７の間に係止されている。取付板５７には、吸気ポート２０の流路断面と同じ大きさもしくはそれより若干大きい大きさの開口部５７ａが、板厚方向に貫通している。この開口部５７ａの上下方向の孔縁に亘って整流板５５が設けられている。そして、取付板５７がシリンダヘッド２６とボディ２７との間に挟み込まれて固定されることで、整流板５５がシリンダヘッド２６のヘッド通路２６ａ内に配されている。なお、係止爪など他の方法によって、整流板５５をシリンダヘッド２６とボディ２７の間に係止してもよい。
【０１０３】
整流板５５は、図２２に示すように、他の形状とすることができる。例えば、図２２（ａ）に示すように、整流板５５を翼断面形状とすることができる。このような形状では、弁体５３によって吸気ポート２０内でのＬ２方向の空気通過範囲が制限されていない場合（図１７（ａ），（ｂ）に示す場合）には、整流板５５が気流に対する障害物となり得る。図２２（ａ）にしめすような翼断面形状では、整流板５５の圧損を小さくすることができる。
【０１０４】
また、図２２（ｂ）に示すように、一対の整流板５５の間の間隔は、上流側に比べて下流側が幅狭になっていてもよい。また、この場合整流板５５は、Ｒ形状となっていることが望ましい。このように、整流板５５が上流側から下流側に向かって幅狭になっていることで、切欠部５４を通過した気流が中央側に寄せられることになる。また、循環気流Ｆ２がポート壁面２４に沿って戻ってきた際に、整流板５５にぶつかると、その壁面に沿って進むことで、中央側気流Ｆ１に沿う気流に合流しやすくなる。そのため、循環気流Ｆ２の安定性を向上することができる。
【０１０５】
以上詳述した第３実施形態によれば、第２実施形態の効果に加えて、以下の優れた効果が得られる。
【０１０６】
ロータリ弁５０は、搭載性の観点から、吸気口２１からの距離が離れた位置に設けられることがある。このようにロータリ弁５０が吸気口２１から遠ざけられると、上流側から下流側の循環気流Ｆ２の寸法（長軸方向の長さｃ）が大きくなり、循環気流Ｆ２を分裂させずに形成させることが困難になる。そこで、部分開放状態では、切欠部５４の端部から下流側に延びる位置に、上流側から下流側に向けて延びる一対の整流板５５を設けており、整流板５５の下流側の端部が増速された気流の吹き出し位置となる。そのため、循環気流Ｆ２の上流位置も整流板５５の下流側の端部位置まで下がることになることから、上流側から下流側の循環気流Ｆ２の寸法を小さくすることができ、循環気流Ｆ２の安定性を向上させることができる。
【０１０７】
また、例えば、切欠部５４により形成された開口の面積が非常に小さい場合には、開口は、吸気ポート２０の上下方向（並び方向に直交する方向）の壁面に沿って形成されている。切欠部５４を通った後の気流が上下方向に拡散してしまうことは、流速が下がる一因となるため、望ましくない。そこで、整流板５５には、上下方向の気流を制限する上下制限部５６が設けられている。この上下制限部５６が、整流板５５の間を上下方向に仕切っている。そのため、気流が上下方向に拡散するのを抑制することができる。
【０１０８】
ロータリ弁５０がシリンダヘッド２６の外側に設けられていることで、ロータリ弁５０から吸気口２１までの距離が長くなる。そのため、整流板５５を設けることが有用である。また、整流板５５がシリンダヘッド２６とボディ２７との間に係止されていることで、シリンダヘッド２６の設計変更をすることなく搭載することができる。そのため、搭載性が向上する。
【０１０９】
また、変形例のように、整流板５５は、上流側から下流側に向かって幅狭になっていることで、切欠部５４を通過した気流が中央領域に寄せられることになる。また、循環気流Ｆ２がポート壁面２４に沿って戻ってきた際に、整流板５５にぶつかり、整流板５５の壁面に沿って進むことで、中央側気流Ｆ１に沿って吸気口２１側に向かう気流に合流しやすくなる。そのため、循環気流Ｆ２の安定性を向上することができる。
【０１１０】
＜他の実施形態＞
本発明は、上記実施形態に限定されず、例えば以下のように実施してもよい。ちなみに、以下の別例の構成を、上記実施形態の構成に対して、個別に適用してもよく、また、任意に組み合わせて適用してもよい。
【０１１１】
・第１実施形態及び第２実施形態において、第３実施形態と同様に、ロータリ弁５０は、シリンダヘッド２６と別体でアセンブリ化されており、シリンダヘッド２６に取り付けられるボディ２７内の空気通路２７ａに弁体５３が配されるようになっていることが望ましい。そして、吸気ポート２０は、ヘッド通路２６ａと空気通路２７ａとからなっているとよい。なお、各実施形態において、ロータリ弁５０は、シリンダヘッド２６内に設けられていてもよい。
【０１１２】
・第３実施形態において、整流板５５は、シリンダヘッド２６及びロータリ弁５０とは、別体となっていたが、予めシリンダヘッド２６内等に設けられていてもよい。また、整流板５５は、ロータリ弁５０がアセンブリ化されている場合だけではなく、シリンダヘッド２６内にロータリ弁５０が設けられている場合に用いてもよい。
【０１１３】
・上記各実施形態では、ロータリ弁５０によって気流の調整を行っていたが、第１実施形態〜第３実施形態では、図２３に示すように、ピンボール式の弁体であってもよい。ピンボール式の弁体では、開口幅を調整することで、循環気流Ｆ２を形成させることができる。なお、この際に、戻ってきた循環気流Ｆ２がピンボール式の弁体にぶつかり、弁体の壁面に沿って進むことで、中央側気流Ｆ１に沿って吸気口２１側に向かう気流に合流しやすくなる。
【０１１４】
・また、図２４に示すように、開閉弁は、ロータリ弁５０やピンボール式の弁体の他、他の構成であってもよい。例えば、図２４（ａ）に示すように、軸体を中心に弁が回転するバタフライ弁であってもよいし、図２４（ｂ）に示すように、シャッター弁であってもよい。さらに、図２４（ｃ）に示すように、ルーバー式であってもよい。その他、ヒンジ弁や、シャッター弁、ポペット弁、ディスク弁、などの中央部分が強い気流になるような弁体構造であってもよい。なお、第２実施形態及び第３実施形態では、Ｌ２方向の切欠部５４の両側方には、遮蔽部５３ｂが設けられることが望ましい。
【０１１５】
・気流調整部として、吸気ポート２０に設けたロータリ弁５０を用いることに代えて、図２５に示すように、圧縮空気導入装置５８を用いるようにしてもよい。具体的には、図２５（ａ）に示すように、シリンダ周壁部に圧縮空気導入装置５８を設け、その導入装置５８から気筒内に圧縮空気を導入することで、所望とする筒内気流を生じさせるとよい。又は、図２５（ｂ）に示すように、吸気ポート２０に圧縮空気導入装置５８を設け、その導入装置５８から吸気ポート２０内に圧縮空気を導入することで、所望とする筒内気流を生じさせるようにしてもよい。
【符号の説明】
【０１１６】
１０…エンジン、１２…燃焼室、１３…排気口、１４…排気ポート、１６…点火プラグ、２０…吸気ポート、２１…吸気口、２４…ポート壁面、２５…分岐通路、２６…シリンダヘッド、２６ａ…ヘッド通路、２７…ボディ、２７ａ…空気通路、５０…ロータリ弁、５３…弁体、５３ａ…弁本体部、５３ｂ…遮蔽部、５４…切欠部、５４ａ…半円部、５４ｂ…等幅部、５５…整流板、５６…上下制限部、５８…圧縮空気導入装置。
【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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【図２４】
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【図２５】
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