(57)【要約】      （修正有）【課題】ミラーサイクルを実現する内燃機関において、気筒内で発生する渦の流れが乱される問題を緩和ないし解消する。【解決手段】同一の気筒に吸気が流入する複数の吸気ポートを設け、各吸気ポートにこれを開閉する吸気バルブをそれぞれ設けた内燃機関において、各吸気バルブが吸気下死点よりも遅いタイミングで閉じることでミラーサイクルを実現し、第一の吸気バルブが第二の吸気バルブよりも先に開き始め、第一の吸気バルブの開度が縮小を始めてから第二の吸気バルブを開き始め、かつ、第一の吸気バルブが閉じた後に第二の吸気バルブが閉じるようにした。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
同一の気筒に吸気が流入する複数の吸気ポートを設け、各吸気ポートにこれを開閉する吸気バルブをそれぞれ設けた内燃機関において、
各吸気バルブが吸気下死点よりも遅いタイミングで閉じることでミラーサイクルを実現し、
第一の吸気バルブが第二の吸気バルブよりも先に開き始め、
第一の吸気バルブの開度が縮小を始めてから第二の吸気バルブを開き始め、
かつ、第一の吸気バルブが閉じた後に第二の吸気バルブが閉じるようにしたことを特徴とする内燃機関。
【請求項２】
吸気下死点後、第一の吸気バルブが閉じるまでの間に、第二の吸気バルブの開度が最大となる請求項１記載の内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ミラーサイクルを実現する内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
気筒の吸気行程において、吸気バルブを吸気下死点よりも遅いタイミングで閉じることで、実効的に圧縮行程のストローク長を膨張行程のストローク長よりも短くするミラーサイクル（アトキンソンサイクル）機関が公知である（例えば、下記特許文献を参照）。
【０００３】
実圧縮比よりも実膨張比を大きくとるミラーサイクルは、実圧縮比と実膨張比とが概ね等しいオットーサイクルと比較して、ポンピングロスを低減しながら排熱量を減少させ熱効率を高めることができる点で有利である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−０９０４２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
吸気バルブを吸気下死点よりも遅いタイミングで閉じると、一旦気筒に吸入した吸気の一部がピストンに押されて吸気通路側に吐き戻される。その際に、気筒の燃焼室内で発生していた渦、いわゆるスワール流やタンブル流が乱されてしまう（所望の乱流エネルギが減少してしまう）という不都合があった。
【０００６】
本発明は、ミラーサイクルを実現する内燃機関において、気筒内で発生する渦の流れが乱される問題を緩和ないし解消することを所期の目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決するべく、本発明では、同一の気筒に吸気が流入する複数の吸気ポートを設け、各吸気ポートにこれを開閉する吸気バルブをそれぞれ設けた内燃機関において、各吸気バルブが吸気下死点よりも遅いタイミングで閉じることでミラーサイクルを実現し、第一の吸気バルブが第二の吸気バルブよりも先に開き始め、第一の吸気バルブの開度が縮小を始めてから第二の吸気バルブを開き始め、かつ、第一の吸気バルブが閉じた後に第二の吸気バルブが閉じるようにしたことを特徴とする内燃機関を構成した。
【０００８】
第二の吸気バルブの開度は、吸気下死点後、第一の吸気バルブが閉じるまでの間に最大となることが好ましい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、ミラーサイクルを実現する内燃機関において、気筒内で発生する渦の流れが乱される問題を緩和ないし解消することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態の内燃機関の概要を示す図。
【図２】同実施形態の内燃機関が備える気筒の一つを模式的に示す平面図。
【図３】同実施形態の内燃機関に付帯する可変バルブタイミング機構を示す図。
【図４】同実施形態の内燃機関における、同一の気筒に実装された二つの吸気バルブのバルブタイミング及びバルブリフト量の推移を示すタイミング図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。図１に、本実施形態における車両用内燃機関の概要を示す。本実施形態における内燃機関は、火花点火式の４ストロークエンジンであり、複数の気筒１（図１及び図２には、そのうち一つを図示している）を具備している。各気筒１の吸気ポート１３、１４近傍には、燃料を噴射するインジェクタ１１を設けている。また、各気筒１の燃焼室の天井部に、点火プラグ１２を取り付けてある。点火プラグ１２は、点火コイルにて発生した誘導電圧の印加を受けて、中心電極と接地電極との間で火花放電を惹起するものである。点火コイルは、半導体スイッチング素子であるイグナイタとともに、コイルケースに一体的に内蔵される。
【００１２】
吸気を供給するための吸気通路３は、外部から空気を取り入れて各気筒１の吸気ポート１３、１４へと導く。吸気通路３上には、エアクリーナ３１、電子スロットルバルブ３２、サージタンク３３、吸気マニホルド３４を、上流からこの順序に配置している。
【００１３】
排気を排出するための排気通路４は、気筒１内で燃料を燃焼させた結果発生した排気を各気筒１の排気ポートから外部へと導く。この排気通路４上には、排気マニホルド４２及び排気浄化用の三元触媒４１を配置している。
【００１４】
図２に模式的に示すように、内燃機関の各気筒１には、当該気筒１に向けて吸気が流入する複数の吸気ポート１３、１４と、当該気筒１から排気が流出する複数の排気ポートとを設けている。そして、各吸気ポート１３、１４にこれを開閉する吸気バルブ１５、１６を、各排気ポートにこれを開閉する排気バルブを、それぞれ配している。図示例は、二つの吸気ポート１３、１４及び吸気バルブ１５、１６、並びに二つの排気ポート及び排気バルブを備えた４バルブエンジンのものである。吸気バルブ１５、１６は吸気カムにより開閉駆動され、排気バルブは排気カムにより開閉駆動される。
【００１５】
図３に示すように、本実施形態の内燃機関では、クランクスプロケット７１、吸気側スプロケット７２及び排気側スプロケット７３にタイミングチェーン７４を巻き掛け、このタイミングチェーン７４により、クランクシャフトからもたらされる回転駆動力を吸気側スプロケット７２を介して吸気カムシャフトに、排気側スプロケット７３を介して排気カムシャフトに、それぞれ伝達している。
【００１６】
しかして、吸気側スプロケット７２と吸気カムシャフトとの間に、可変バルブタイミング（Ｖａｒｉａｂｌｅ  Ｖａｌｖｅ  Ｔｉｍｉｎｇ）機構６を介設している。本実施形態におけるＶＶＴ機構６は、クランクシャフトに対する吸気カムシャフトの回転位相を変化させることにより吸気バルブ１５、１６の開閉タイミングを変化させるものである。
【００１７】
ＶＶＴ機構６のハウジング６１は、吸気側スプロケット７２に固着しており、吸気側スプロケット７２とハウジング６１とは一体となってクランクシャフトに同期して回転する。これに対し、吸気カムシャフトの一端部に固着したロータ６２は、ハウジング６１内に収納され、吸気側スプロケット７２及びハウジング６１に対して相対的に回動することが可能である。ハウジング６１の内部には、作動液が流出入する複数の流体室が形成され、各流体室は、ロータ６２の外周部に成形されたベーン６２１によって進角室６１２と遅角室６１１とに区画されている。
【００１８】
ＶＶＴ機構６の液圧（特に、油圧）回路には、オイルパン８１内に蓄えられた作動液が液圧ポンプ８２より供給される。液圧ポンプ８２は、内燃機関からの動力で駆動される。液圧ポンプ８２とＶＶＴ機構６との間には、切換制御弁であるＯＣＶ（Ｏｉｌ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｖａｌｖｅ）９を設けている。ＯＣＶ９は、いわゆる電磁式の四方向スプール弁である。作動液の流量及び方向をこのＯＣＶ９を介して操作することで、オイルパン８１から汲み上げた作動液を進角室６１２または遅角室６１１に選択的に供給することができる。さすれば、ハウジング６１がロータ６２に対して相対回動し、吸気バルブ１５、１６の開閉タイミングを進角または遅角させることができる。
【００１９】
内燃機関の運転制御を司るＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）０は、プロセッサ、メモリ、入力インタフェース、出力インタフェース等を有したマイクロコンピュータシステムである。
【００２０】
入力インタフェースには、車両の実車速を検出する車速センサから出力される車速信号ａ、クランクシャフトの回転角度及びエンジン回転数を検出するエンジン回転センサから出力されるクランク角信号ｂ、アクセルペダルの踏込量またはスロットルバルブ３２の開度をアクセル開度（いわば、要求負荷）として検出するセンサから出力されるアクセル開度信号ｃ、ブレーキペダルの踏込量を検出するセンサから出力されるブレーキ踏量信号ｄ、吸気通路３（特に、サージタンク３３）内の吸気温及び吸気圧を検出する温度・圧力センサから出力される吸気温・吸気圧信号ｅ、内燃機関の冷却水温を検出する水温センサから出力される冷却水温信号ｆ、吸気カムシャフトまたは排気カムシャフトの複数のカム角にてカム角センサから出力されるカム角信号ｇ、燃焼室内での混合気の燃焼に伴って生じ点火プラグ１２の電極を流れるイオン電流を検出する回路から出力されるイオン電流信号ｈ等が入力される。
【００２１】
出力インタフェースからは、点火プラグ１２のイグナイタ１３に対して点火信号ｉ、インジェクタ１１に対して燃料噴射信号ｊ、スロットルバルブ３２に対して開度操作信号ｋ、ＯＣＶ９に対して制御信号ｍ等を出力する。
【００２２】
ＥＣＵ０のプロセッサは、予めメモリに格納されているプログラムを解釈、実行し、運転パラメータを演算して内燃機関の運転を制御する。ＥＣＵ０は、内燃機関の運転制御に必要な各種情報ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈを入力インタフェースを介して取得し、エンジン回転数を知得するとともに気筒１に充填される吸気量を推算する。そして、それらエンジン回転数及び吸気量等に基づき、要求される燃料噴射量、燃料噴射タイミング（一度の燃焼に対する燃料噴射の回数を含む）、燃料噴射圧、点火タイミング、吸気バルブ１５、１６の開閉タイミングといった各種運転パラメータを決定する。運転パラメータの決定手法自体は、既知のものを採用することが可能である。ＥＣＵ０は、運転パラメータに対応した各種制御信号ｉ、ｊ、ｋ、ｍを出力インタフェースを介して印加する。
【００２３】
本実施形態の内燃機関は、ＶＶＴ機構６を介して各気筒１の吸気行程における吸気バルブ１５、１６の閉弁タイミングを吸気下死点よりも一定以上遅角させる遅閉じ制御を実施することにより、実効的に圧縮行程のストローク長を膨張行程のストローク長よりも短くするミラーサイクルを具現する。
【００２４】
図４に、ミラーサイクル運転時における、一つの気筒１の吸気行程から圧縮行程にかけての吸気バルブ１５、１６の開度（バルブリフト量）の推移を示す。既に述べた通り、本実施形態の内燃機関は、一つの気筒１に複数の吸気ポート１３、１４及び吸気バルブ１５、１６を備える。図４中、実線は一方の吸気ポート１３に実装された第一の吸気バルブ１５の開度の推移を表し、破線は他方の吸気ポート１４に実装された第二の吸気バルブ１６の開度の推移を表している。
【００２５】
本実施形態では、第一の吸気バルブ１５の開閉タイミング（バルブタイミング）と、第二の吸気バルブ１６の開閉タイミングとを相異ならせている。これは、例えば、第一の吸気バルブ１５を開閉駆動する吸気カムのカムプロファイルと、第二の吸気バルブ１６を開閉駆動する吸気カムのカムプロファイルとを相異なる形状に成形することで実現が可能である。
【００２６】
ミラーサイクル運転時、第一の吸気バルブ１５及び第二の吸気バルブ１６はともに、当該気筒１の吸気下死点よりも遅いタイミングで全閉する。その上で、図４に示しているように、第一の吸気バルブ１５が第二の吸気バルブ１６よりも先に開き始め、第一の吸気バルブ１５の開度が縮小を始めてから第二の吸気バルブ１６を開き始め、なおかつ、第一の吸気バルブ１５が全閉した後に第二の吸気バルブ１６が全閉するようにしている。第一の吸気バルブ１５の開度が最大となるのは、吸気下死点前である。これに対し、第二の吸気バルブ１６の開度が最大となるのは、吸気下死点後である。第二の吸気バルブ１５が開き始めるタイミングは、当該気筒１の排気上死点と吸気下死点との中間のタイミング以降に設定することが好ましい。
【００２７】
両吸気バルブ１５、１６の開弁タイミングに時間差があり、閉弁タイミングにも時間差があることにより、吸気通路３から気筒１に向けた吸気の流入は主として第一の吸気バルブ１５が設置された一方の吸気ポート１３を通じて行われ、気筒１から吸気通路３に向けた吸気の排出は主として第二の吸気バルブ１６が設置された他方の吸気ポート１４を通じて行われる。いわば、一方の吸気ポート１３と他方の吸気ポート１４とで役割を分担させている。結果、図２に太い矢印で表しているように、吸気行程中に気筒１の燃焼室内に発生する渦の流れ、特にスワール流が妨げられずに済む。場合によっては寧ろ、その渦の流れが強化されることもあり得る。
【００２８】
また、吸気下死点のタイミングの前後に跨るように、両吸気バルブ１５、１６が開いている（全閉でない）オーバラップ期間が存在しており、さらには第二の吸気バルブ１６の開度のピークが吸気下死点後に訪れることから、吸気通路３を気筒１に向かって流れる吸気の慣性と、気筒１内で吸気下死点から圧縮上死点に向かうピストン１７により押される吸気の反転逆流との矛盾（衝突）が緩和される。つまり、吸気下死点後における気筒１からの余剰の吸気の吹き戻しに対する抵抗が小さくなる。
【００２９】
気筒１に必要十分量の吸気を充填する必要上、第一の吸気バルブ１５が開いている期間は第二の吸気バルブ１６が開いている期間よりも長くする。第一の吸気バルブ１５の開度の最大値は、第二の吸気バルブ１６の開度の最大値と同等としてもよく、それより大きくしてもよく、あるいは逆にそれより小さくしてもよい。
【００３０】
本実施形態では、同一の気筒１に吸気が流入する複数の吸気ポート１３、１４を設け、各吸気ポート１３、１４にこれを開閉する吸気バルブ１５、１６をそれぞれ設けた内燃機関において、各吸気バルブ１５、１６が吸気下死点よりも遅いタイミングで閉じることでミラーサイクルを実現し、第一の吸気バルブ１５が第二の吸気バルブ１６よりも先に開き始め、第一の吸気バルブ１５の開度が縮小を始めてから第二の吸気バルブ１６を開き始め、かつ、第一の吸気バルブ１５が閉じた後に第二の吸気バルブ１６が閉じるようにした。
【００３１】
本実施形態によれば、ミラーサイクル運転時に気筒１内で発生する渦の流れが乱される問題を緩和ないし解消することができ、吸気と燃料とを十分に混交して燃焼を安定ならしめ、燃費性能の向上及びエミッションの良化に奏効する。
【００３２】
加えて、吸気下死点後、第一の吸気バルブ１５が閉じるまでの間に、第二の吸気バルブ１６の開度が最大となるようにしているため、吸気下死点後の時期におけるポンピングロスの一層の低減に寄与し得る。
【００３３】
なお、本発明は以上に詳述した実施形態に限られるものではない。例えば、ＶＶＴ機構６の具体的態様は任意であり、一意に限定されない。液圧（油圧）力で吸気カムシャフトの（クランクシャフトに対する）の回転位相を進角／遅角させるもの以外にも、電動モータで吸気カムシャフトの回転位相を進角／遅角させるもの、吸気バルブ１５、１６を開弁駆動する吸気カムを複数用意しておきそれらカムを適宜使い分けるもの、電動モータでロッカーアームのレバー比を変化させるもの、吸気バルブ１５、１６を電磁ソレノイドバルブとしたもの等が知られており、それら種々の機構の中から選択して採用することが許される。
【００３４】
その他各部の具体的構成は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明は、車両等に搭載される内燃機関として利用することができる。
【符号の説明】
【００３６】
０…制御装置（ＥＣＵ）
１…気筒
１３、１４…吸気ポート
１５…第一の吸気バルブ
１６…第二の吸気バルブ
３…吸気通路
６…可変バルブタイミング（ＶＶＴ）機構
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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