(57)【要約】【課題】排気再循環（ＥＧＲ）を行う火花点火機関において、ＥＧＲ量を増加しても良好な燃焼を維持する。【解決手段】吸気行程において、２個の排気ポート２２Ａ，２２Ｂの内側排気流路３６Ａ，３６Ｂを排気流路制御弁４０Ａ，４０Ｂで閉じ、排気バルブを開いて、外側排気流路３８Ａ，３８Ｂから直前サイクルの燃焼ガスを気筒内に導入する。また、２個の吸気ポート１８Ａ，１８Ｂの外側吸気流路３０Ａ，３０Ｂを吸気流路制御弁３２Ａ，３２Ｂで閉じ、内側吸気流路２８Ａ，２８Ｂより新規ガスを気筒内に導入する。これにより、燃焼室の中央部分に、酸素の多い新規ガスを、側方部分に燃焼ガスを分布させる。燃焼室全体としては多くの燃焼ガスを導入しつつ、新規ガスが分布する中央部分に燃料を噴射することで燃焼を安定させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直前のサイクルの燃焼ガスを吸入して、排気再循環を行う火花点火機関であって、
気筒の中央部分に向けて燃料を噴射するインジェクタと、
気筒に対して開口した吸気口を有する吸気ポートと、
気筒に対して開口した排気口を有する排気ポートと、
吸気口と排気口が対向する対向方向に対して直交する直交方向において中央部分に、排気再循環時に新規ガスを導入する新規ガス導入手段と、
前記直交方向において、側方部分に、排気再循環時において直前のサイクルの燃焼ガスを導入する燃焼ガス導入手段と、
を有する、
火花点火機関。
【請求項２】
請求項１に記載の火花点火機関であって、
排気ポートを２個備え、
燃焼ガス導入手段は、
各排気ポートを前記直交方向に分け、当該ポート内に二つの流路を形成する隔壁と、
排気再循環時に、２個の排気ポートの、前記直交方向において内側の流路を閉じる排  気流路制御弁と、
を含み、
排気再循環時に、排気口を開閉する排気弁を吸気行程の少なくとも一部の期間開き、排気ポートから気筒内に燃焼ガスを導入する、
火花点火機関。
【請求項３】
請求項１に記載の火花点火機関であって、
排気口を３個備え、
燃焼ガス導入手段は、前記３個の排気口のうち前記側方部分に設けられた２個の排気口を含み、
排気再循環時に、前記側方部分に設けられた２個の排気口を開閉する排気弁を吸気行程の少なくとも一部の期間開き、排気ポートから気筒内に燃焼ガスを導入する、
火花点火機関。
【請求項４】
請求項２または３に記載の火花点火機関であって、
吸気ポートを２個備え、
新規ガス導入手段は、
各吸気ポートを前記直交方向に分け、当該ポート内に二つの流路を形成する隔壁と、
排気再循環時に、２個の吸気ポートの、前記直交方向において外側の流路を閉じる吸  気流路制御弁と、
を含む、
火花点火機関。
【請求項５】
請求項２または３に記載の火花点火機関であって、
新規ガス導入手段は、前記中央部分に軸線を向け、ハの字形に配置された２個の吸気ポートを含む、
火花点火機関。
【請求項６】
請求項１に記載の火花点火機関であって、
吸気ポートを２個備え、
新規ガス導入手段と、燃焼ガス導入手段は、
各吸気ポートを前記直交方向に分け、当該ポート内に二つの流路を形成する隔壁と、
２個の吸気ポートの、前記直交方向において内側の流路を開閉する流路制御弁と、
を有し、
排気再循環時、吸気口を開閉する吸気弁は、排気行程の少なくとも一部の期間開き、流路制御弁は閉じて吸気ポートの、前記直交方向の外側の流路に燃焼ガスを導入し、
これに続く吸気行程において、流路制御弁は開いて、内側の流路からは新規ガスを、外側の流路からは直前サイクルの燃焼ガスを気筒内に導入する、
火花点火機関。
【請求項７】
請求項６に記載の火花点火機関であって、
前記流路制御弁は、全開と全閉の中間の開度で開くことができ、開度を調整することで、燃焼ガスと新規ガスの導入比率を変更する、
火花点火機関。
【請求項８】
請求項１に記載の火花点火機関であって、
吸気ポートを３個備え、
新規ガス導入手段は、前記３個の吸気ポートのうち中央の１個の吸気ポートを含み、
燃焼ガス導入手段は、前記３個の吸気ポートのうち側方の２個の吸気ポートを含み、
排気再循環時、側方の２個の吸気ポートの吸気口を開閉する吸気弁は、排気行程の少なくとも一部の期間開き、対応する吸気ポートに燃焼ガスを導入し、
これに続く吸気行程において、中央の吸気ポートの吸気口からは新規ガスが、側方の吸気口からは燃焼ガスが気筒内に導入される、
火花点火機関。
【請求項９】
請求項８に記載の火花点火機関であって、
前記中央部分の吸気ポートの軸線の、気筒軸線に対する傾きは、前記側方部分の２個の吸気ポートの傾きより小さい、
火花点火機関。
【請求項１０】
請求項８に記載の火花点火機関であって、
吸気行程において、中央の吸気ポートに関連する吸気弁は、側方の２個の吸気ポートに関連する吸気弁より遅れて開き始める、
火花点火機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、火花点火機関、特に燃焼ガスを気筒内に導入する排気再循環を行う火花点火機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
火花点火機関において、排出された燃焼ガスを、新規の混合気または空気と混合して気筒内に環流させる排気再循環（ＥＧＲ）を行うものが知られている。古くは、排気管と吸気管を繋ぐＥＧＲ用の管路を設け、排気の一部を吸気と混合している。近年、前記のようなＥＧＲ用の管路を設けず、吸気行程において排気弁を開け、燃焼ガスを排気ポートから直接気筒内に導入する内部ＥＧＲと呼ばれる技術が提案されている。
【０００３】
下記特許文献１には、内部ＥＧＲを行う機関の例が示されている。吸気行程において、２個ずつある吸気弁と排気弁のうち、点火プラグを中心に対角的に配置されたもの同士を開き、気筒内で燃焼ガスの割合が多い領域と、新規のガスの割合が多い領域とを層状に形成している。新規ガスの多い領域に燃料を噴射し、燃焼させることで、不完全燃焼の抑制を図っている。また、燃焼の安定化によって、多くの燃焼ガスの導入を可能とし、窒素酸化物の低減を図っている。
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−２９４２０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１の機関においては、それぞれ二つある吸気弁、排気弁の一方を開いているために、吸入気流が気筒の中心に対してオフセットし、吸入気流が渦を形成して、環流ガスと新規ガスが混合し、これらのガスの層状化を阻害する要因となっていた。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、直前のサイクルの燃焼ガスを吸入して排気再循環を行う火花点火機関において、吸気口と排気口が対向する方向（対向方向）に直交する方向（直交方向）において、中央部分に新規ガスを導入し、中央部分の両脇の側方部分に直前のサイクルの燃焼ガスを導入するものである。前記対向方向に延び、気筒の中心を通る軸に対し、新規ガスと燃焼ガスが対称に導入されるので、渦の発生が抑えられ、これらのガスの層状化に有利となる。
【０００７】
吸気行程において、排気ポートから気筒内の側方部分に燃焼ガスを導入し、一方、吸気ポートから新規ガスを気筒内の中央部分に導入するようにできる。
【０００８】
具体的には、２個の排気ポートを備えるようにし、各排気ポートを隔壁によって前記直交方向に分けて二つの流路を形成し、排気再循環を実施するとき、これらの流路のうち内側の流路を弁により閉じるようにすることができる。吸気行程の少なくとも一部の期間において、排気弁を開けることにより、外側の流路より燃焼ガスを、気筒内の側方部分に導入することができる。
【０００９】
または、３個の排気口を備えるようにし、前記直交方向において側方部分に位置する２個の排気口を開閉する排気弁を吸気行程の少なくとも一部の期間において、開けるようにすることができる。これにより、排気ポートより燃焼ガスを側方部分に導入することができる。
【００１０】
一方、新規ガスの導入においては、２個の吸気ポートを備えるようにし、各吸気ポートを隔壁によって前記直交方向に分けて二つの流路を形成し、排気再循環を実施するとき、これらの流路のうち外側の流路を弁により閉じるようにすることができる。これにより、新規ガスは、吸気ポートの内側の流路から気筒内の中央部分に導入される。
【００１１】
また、２個の吸気ポートをハの字形に配置し、吸気流が気筒の中心部分に向かうようにすることもできる。
【００１２】
また、別の態様として、排気行程において、燃焼ガスを吸気ポートに導き、この燃焼ガスを、これに続く吸気行程において、吸気ポートから気筒内に導入するようにもできる。
【００１３】
具体的には、２個の吸気ポートを備えるようにし、各吸気ポートを隔壁によって前記直交方向に分けて二つの流路を形成し、２個の吸気ポートの、前記直交方向において内側の流路を開閉する流路制御弁を設けるようにできる。この構成にあっては、排気行程において、少なくともその一部の期間、流路制御弁を閉じ、吸気弁を開けて、吸気ポートの外側の流路に燃焼ガスを導入する。これに続く吸気行程において、流路制御弁を開け、内側の流路から気筒の中央部分に新規ガスを導入し、外側の流路から燃焼ガスを気筒の側方部分に導入するようにできる。
【００１４】
また、３個の吸気ポートを備えるようにし、３個のうち両側に配置された２個の吸気ポートの吸気弁を排気行程の少なくとも一部の期間開け、これら２個の吸気ポートに燃焼ガスを導入するようにできる。これに続く吸気行程においては、３個の吸気ポートの吸気弁を開け、気筒内の側方部分には、燃焼ガスが導入されている吸気ポートから、その燃焼ガスを導入し、中央の吸気ポートからは気筒内の中央部分に新規ガスを導入するようにできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態を、図面に従って説明する。図１は、本実施形態の火花点火機関１０の燃焼室を中心とした要部構成を模式的に示す図である。また、図１は、気筒の軸線に直交する平面に各構成を投影した状態を示している。
【００１６】
シリンダボア、ピストンおよびシリンダヘッドにより囲まれた燃焼室１２の中心に、燃料を噴射するインジェクタ１４が配置され、さらにこれを挟むように二つの点火プラグ１６が配置されている。また、燃焼室１２には、２個の並列した吸気ポート１８Ａ，１８Ｂが開口している。この吸気ポートの開口である吸気口２０Ａ，２０Ｂは、それぞれ吸気バルブ（不図示）により開閉される。燃焼室１２には、更に２個の並列した排気ポート２２Ａ，２２Ｂが開口し、これらのポートの開口である排気口２４Ａ，２４Ｂは、それぞれ排気バルブ（不図示）により開閉される。このように、吸気ポート、吸気口、排気ポートおよび排気口は、それぞれ２個備えられており、個々の区別を行う場合には、「１８」「２０」等の数字に「Ａ」「Ｂ」のアルファベットを付するが、区別の必要がない場合には、数字のみを記し、アルファベットは省略する。この後に言及する構成についても、同様に必要に応じてアルファベットを省略する。
【００１７】
上述のように、火花点火機関１０は、４バルブ機関であり、２個の吸気口２０と２個の排気口２４が対向配置している。以下の説明においては、吸気口２０と排気口２４が対向する方向、すなわち図１において左右の方向を「吸排気口対向方向」と記し、これに直交する方向、すなわち図１において上下の方向を「吸排気口直交方向」と記す。
【００１８】
吸気ポート１８Ａ，１８Ｂの吸気口２０Ａ，２０Ｂに続く部分には、各ポートを、吸排気口直交方向において二つに分ける吸気ポート隔壁２６Ａ，２６Ｂが設けられている。この隔壁によって分けられた流路のうち、内側のものを内側吸気流路２８Ａ，２８Ｂ、外側のものを外側吸気流路３０Ａ，３０Ｂと記す。外側吸気流路３０Ａ，３０Ｂには、これを開閉する吸気流路制御弁３２Ａ，３２Ｂが設けられている。吸気流路制御弁３２は、図中実線で示す、外側吸気流路３０を閉じる閉位置と、一点鎖線で示す、流路３０を開く開位置とをとることができる。
【００１９】
排気ポート２２Ａ，２２Ｂの排気口２４Ａ，２４Ｂに続く部分には、各ポートを、吸排気口直交方向において二つに分ける排気ポート隔壁３４Ａ，３４Ｂが設けられている。この隔壁によって分けられた流路のうち、内側のものを内側排気流路３６Ａ，３６Ｂ、外側のものを外側排気流路３８Ａ，３８Ｂと記す。内側排気流路３６Ａ，３６Ｂには、これを開閉する排気流路制御弁４０Ａ，４０Ｂが設けられている。排気流路制御弁４０は、図中実線で示す、内側排気流路３６を閉じる閉位置と、一点鎖線で示す、流路３６を開く開位置とをとることができる。
【００２０】
図２は、火花点火機関１０の吸気バルブおよび排気バルブのリフト、タイミングを示す図である。図中実線が排気バルブの動作を示し、破線が吸気バルブの動作を示す。排気行程における排気バルブの動作（図中符号４２で示される実線）、吸気行程における吸気バルブの動作（図中符号４４で示される破線）は、一般的な火花点火機関と同様である。本実施形態の火花点火機関１０は、吸気行程の少なくとも一部の期間において、排気バルブを開放する（図中符号４６で示される実線）。これにより、直前のサイクルで排出された燃焼ガスを気筒内に再度吸い込み、ＥＧＲが行われる。吸気行程における排気バルブの開放期間、タイミングおよびリフトは、吸い込むべき燃焼ガスの量（ＥＧＲ量）によって決定される。ＥＧＲを行わない運転条件下では、吸気行程において排気バルブは開放されない。この切り換えは、公知のバルブタイミング、リフトの切り換え機構または可変機構を用いて達成可能である。
【００２１】
さらに、火花点火機関１０は、ＥＧＲを行って運転される際には、吸気流路制御弁３２および排気流路制御弁４０を閉じる。吸気行程において、吸気流路制御弁３２が閉じられているので、新規ガスが内側吸気流路２８のみを通って気筒内へ導入される。つまり、吸排気口直交方向において中央部分に偏って導入される。一方、排気ポートの燃焼ガスは、排気流路制御弁４０が閉じられているので、外側排気流路３８を通って気筒内の、特に吸排気口直交方向において側方部分に偏って導入される。この結果、図中網掛けによって表すように燃焼室１２の側方部分に燃焼ガスが分布し（符号４８で示す。）、中央部分に新規ガスが分布する（符号５０で示す。）。
【００２２】
図３は、図１の３−３線による断面図であり、燃焼室１２内の新規ガス、燃焼ガスの分布に加え、燃料の噴射により形成された混合気の分布も示されている。インジェクタ１４からの燃料の噴射により、周囲の新規ガスが巻き込まれつつ、混合気が形成される。この混合気の分布が符号５２で示す実線で示されている。インジェクタ１４は、気筒中央部分に向けて燃料を噴射する。つまり、新規ガスが分布する領域に燃料が噴射され、混合気は、新規ガスを多く含み、ＥＧＲされた燃焼ガスの割合は小さい。これにより、混合気の酸素濃度を高く維持することができ、ＥＧＲを行った際においても、良好な燃焼を維持することができる。
【００２３】
また、混合気の分布５２内でも、濃度に差が生じる。図中破線で示す領域（符号５４で示す。）、すなわち噴流がピストン５６の頂面に当たり再びシリンダヘッド側に巻き上がり始める付近には、過濃な混合気が形成され、その周囲では希薄となる。過濃混合気の領域５４には、燃焼ガスが混入することが抑制されるため、酸素濃度を高く維持でき、過濃混合気であっても不完全燃焼が生じにくくなっている。また、混合気の分布５２の周辺部分では、希薄混合気となっており、通常であれば窒素酸化物が発生しやすい条件である。しかし、図示されるように、この部分では燃焼ガスが多く存在し、燃焼ガスによる燃焼温度の低下により、窒素酸化物の発生が抑制される。
【００２４】
吸排気口直交方向において、中央部分に新規ガスを、側方部分に燃焼ガスを分布させることにより、過濃混合気が形成される領域においては、ＥＧＲによる燃焼ガスの割合が低下し、燃焼の悪化が抑制され、希薄混合気となる領域においては、燃焼ガスの割合が高くなって窒素酸化物の発生が抑制される。
【００２５】
図４は、燃焼ガスを燃焼室内に均質に分布させた場合（均質ＥＧＲ）と、本実施形態のように新規ガスと燃焼ガスを成層化した場合（成層ＥＧＲ）の、未燃炭化水素（ＨＣ）と、窒素酸化物（ＮＯｘ）の発生量を比較した図である。横軸は窒素酸化物の発生量であり、縦軸は炭化水素の発生量である。ＥＧＲ量を増加していくと、均質ＥＧＲ、成層ＥＧＲいずれの場合も、窒素酸化物の発生量は減少する。しかし、炭化水素の発生は、均質ＥＧＲでは増大する。一方、成層ＥＧＲにおいては、ほとんど増加は見られない。
【００２６】
以上のように、火花点火機関１０によれば、燃焼ガスの分布を成層化したことにより、多量の燃焼ガスを導入しても、炭化水素の発生量の増加を伴わずに、窒素酸化物の発生を減少させることができる。
【００２７】
図１に示す火花点火機関１０に関し、図５に示すように、インジェクタを気筒の中心からずらして配置するようにもできる。インジェクタ５８は、吸排気口対向方向に沿ってずれ、ここから斜めに気筒中心に向けて燃料が噴射される。燃料は、新規ガスの分布する中央部分に噴射されるので、図１または図３に示すように気筒の中心位置にインジェクタを配置する場合と同様、過濃混合気部分には新規ガスを十分に供給し、希薄混合気の部分には燃焼ガスを供給するようにできる。インジェクタ５８を気筒中心からずらしているので、１個の点火プラグ６０を気筒中心に配置するようにできる。もちろん２個用いることもできる。
【００２８】
図６は、他の実施形態の火花点火機関６２の要部構成を模式的に示す図である。火花点火機関６２において、排気ポートに係る構成は、火花点火機関１０の構成と同様であり、吸気ポートに係る構成が異なっている。他の構成および吸排気弁の動作は、火花点火機関１０と同様である。
【００２９】
吸気口６４Ａ，６４Ｂを有する吸気ポート６６Ａ，６６Ｂの軸線は、吸排気口対向方向に対し斜めに、そして吸気流が中央部分に向かうよう配置されている。このハの字形の配置により、新規ガスは気筒の中央部分に偏って導入される。一方、燃焼ガスは、火花点火機関１０と同様に、気筒の側方部分に偏って導入される。これにより、中央部分に新規ガスが、側方部分に燃焼ガスが分布して、新規ガスと燃焼ガスの成層化が達成される。新規ガスが分布する中央部分に燃料を噴射することで、火花点火機関１０の場合と同様、炭化水素の増加を伴わずに多量のＥＧＲを行うことができる。
【００３０】
図７は、更に他の実施形態の火花点火機関６８の要部構成を模式的に示す図である。火花点火機関６８において、吸気ポートに係る構成は、火花点火機関１０の構成と同様であり、排気ポートに係る構成が異なっている。他の構成は、火花点火機関１０と同様である。排気ポート７０には、３個の排気口７２，７４Ａ，７４Ｂが設けられている。中央の排気口７２に関連する排気バルブは、一般的な火花点火機関の排気バルブと同様の動作を行う。両脇の二つの排気口７４Ａ，７４Ｂに関連する排気バルブは、ＥＧＲを行って運転する際には、吸気行程の少なくとも一部の期間開いて、排気ポート７０内の燃焼ガスを再び気筒内に導入させる。排気口７４Ａ，７４Ｂは、気筒の側方部分に設けられており、ここから導入された燃焼ガスは、側方部分に分布する。一方、新規ガスは、火花点火機関１０の場合と同様に中央部分に分布して、新規ガスと燃焼ガスの成層化が達成される。新規ガスが分布する中央部分に燃料を噴射することで、火花点火機関１０の場合と同様、炭化水素の増加を伴わずに多量のＥＧＲを行うことができる。
【００３１】
図７に示す排気ポート７０は、排気口付近で３つに分かれているが、排気口ごとに独立した３個のポートを設けるようにしてもよい。
【００３２】
図６に示す火花点火機関６２の吸気ポートに係る構成と、図７に示す火花点火機関６８の排気ポートに係る構成を組み合わせることによっても、図１および図３と同様の新規ガス、燃焼ガスの成層化を達成することができる。
【００３３】
図８および図９は、更に他の実施形態の火花点火機関８０の要部構成を模式的に示す図である。図８が排気行程の状態を示し、図９が吸気行程の状態を示す。シリンダボア、ピストンおよびシリンダヘッドにより囲まれた燃焼室８２には、２個の並列した吸気ポート８４Ａ，８４Ｂが開口している。この吸気ポートの開口である吸気口８６Ａ，８６Ｂは、それぞれ吸気バルブ（不図示）により開閉される。また、燃焼室８２には、更に２個の並列した排気ポート８８Ａ，８８Ｂが開口し、これらのポートの開口である排気口９０Ａ，９０Ｂは、それぞれ排気バルブ（不図示）により開閉される。インジェクタおよび点火プラグの配置は、図１に示される気筒中心にインジェクタ、そして２個の点火プラグによりこれを挟むようにできる。また、図５に示されるように、インジェクタを気筒中央よりずらし、点火プラグを気筒中心に配置するようにできる。
【００３４】
吸気ポート８４Ａ，８４Ｂは、各ポートを、吸排気口直交方向において二つに分ける吸気ポート隔壁９２Ａ，９２Ｂが設けられている。この隔壁によって分けられた流路のうち、内側のものを内側吸気流路９４Ａ，９４Ｂ、外側のものを外側吸気流路９６Ａ，９６Ｂと記す。内側吸気流路９４Ａ，９４Ｂには、これを開閉する吸気流路制御弁９８Ａ，９８Ｂが設けられている。吸気流路制御弁９８は、ＥＧＲを行う際に、排気行程においては図８のように内側吸気流路９４を閉鎖し、吸気行程においては図９のように内側吸気流路９４を開放する。
【００３５】
図１０は、火花点火機関８０の吸気バルブおよび排気バルブのリフト、タイミングを示す図である。図中実線が吸気バルブの動作を示し、破線が排気バルブの動作を示す。排気行程における排気バルブの動作（図中符号１００で示される破線）、吸気行程における吸気バルブの動作（図中符号１０２で示される実線）は、一般的な火花点火機関と同様である。本実施形態の火花点火機関８０は、排気行程の少なくとも一部の期間において、吸気バルブを開放する（図中符号１０４で示される実線）。このときには吸気流路制御弁９８を閉じ、燃焼ガスは外側吸気流路９６に導入されるようにする。これにより、燃焼ガスの一部が吸気ポートに導入され、これに続く吸気行程において再度気筒内に導入されて、ＥＧＲが行われる。排気行程における吸気バルブの開放期間、タイミングおよびリフトは、必要なＥＧＲ量によって決定される。ＥＧＲを行わない運転条件下では、排気行程における吸気バルブの開放は行われない。この吸気バルブの動作の切り換えは、公知のバブルタイミング、リフトの切り換え機構または可変機構を用いて達成可能である。
【００３６】
なお、吸気ポート隔壁９２は、排気行程において燃焼ガスが外側吸気流路９６に導入されたときに、この燃焼ガスと内側吸気流路９４の新規ガスとが混合しない程度の長さに設定されている。
【００３７】
ＥＧＲを行って運転される際には、排気行程において吸気バルブが開放される。このとき、吸気流路制御弁９８は閉じ、燃焼ガスの一部が吸気ポートの外側吸気流路９６に導入される（図８）。続く吸気行程においては、吸気流路制御弁９８が開き、外側吸気流路９６からは直前のサイクルの燃焼ガスが、内側吸気流路９４からは新規ガスが気筒内に導入される（図９）。内側吸気流路９４からは吸排気口直交方向において中央部分に新規ガスが導入され、外側吸気流路９６からは側方部分に燃焼ガスが導入され、前述の火花点火機関１０の場合と同様の新規ガスおよび燃焼ガスの分布が形成される。新規ガスと燃焼ガスが成層化された状態で、新規ガスが分布する中央部分に燃料を噴射することで、火花点火機関１０の場合と同様、炭化水素の増加を抑制しつつ、多量のＥＧＲを行うことができる。
【００３８】
また、図１１に示すように、火花点火機関８０の吸気流路制御弁９８を、吸気行程において、全開状態と全閉状態の間の中間開度に設定し、新規ガスの気筒内への導入量を制限するようにできる。これにより燃焼ガスと新規ガスの混合比を調整することができる。
【００３９】
図１２および図１３は、更に他の実施形態の火花点火機関１１０の要部構成を模式的に示す図である。図１２が排気行程の状態を示し、図１３が吸気行程の状態を示す。シリンダボア、ピストンおよびシリンダヘッドにより囲まれた燃焼室１１２には、３個の並列した吸気ポート１１４，１１６Ａ，１１６Ｂが開口している。これらの吸気ポートの開口である吸気口１１８，１２０Ａ，１２０Ｂは、それぞれ吸気バルブ（不図示）により開閉される。また、燃焼室１１２には、更に２個の並列した排気ポート１２２Ａ，１２２Ｂが開口し、これらのポートの開口である排気口１２４Ａ，１２４Ｂは、それぞれ排気バルブ（不図示）により開閉される。インジェクタおよび点火プラグの配置は、図１に示される気筒中心にインジェクタ、そして２個の点火プラグによりこれを挟むようにできる。また、図５に示されるように、インジェクタを気筒中央よりずらし、点火プラグを気筒中心に配置するようにできる。
【００４０】
図１４は、火花点火機関１１０の吸気バルブおよび排気バルブのリフト、タイミングを示す図である。図中実線が吸気バルブの動作を示し、破線が排気バルブの動作を示す。排気行程における排気バルブの動作（図中符号１２６で示される破線）、吸気行程における３個の吸気バルブの動作（図中符号１２８で示される実線）は、一般的な火花点火機関と同様である。本実施形態の火花点火機関１１０は、排気行程の少なくとも一部の期間において、３つの吸気バルブのうち両脇の２個を開放する（図中符号１３０で示される実線）。すなわち、吸気口１２０Ａ，１２０Ｂに関連する吸気バルブを排気行程の少なくとも一部の期間開く。排気行程における両脇の吸気バルブの開放期間、タイミングおよびリフトは、必要なＥＧＲ量によって決定される。ＥＧＲを行わない運転条件下では、排気行程における両脇の吸気バルブの開放は行われない。この吸気バルブの動作の切り換えは、公知のバブルタイミング、リフトの切り換え機構または可変機構を用いて達成可能である。
【００４１】
なお、３個の吸気ポート１１４，１１６Ａ，１１６Ｂは、排気行程において、燃焼ガスが両脇の吸気ポート１１６Ａ，１１６Ｂに導入されたときに、この燃焼ガスと中央の吸気ポート１１４の新規ガスとが混合しない程度の長さ以上にわたって独立して設けられている。
【００４２】
ＥＧＲを行って運転される際には、排気行程において両脇の２個の吸気バルブが開放される。これにより、燃焼ガスの一部が両脇の吸気ポート１１６Ａ，１１６Ｂに導入される（図１２）。続く吸気行程においては３個の吸気バルブが全て開き、中央の吸気ポート１１４からは新規ガスが、両脇の２個の吸気ポート１１６Ａ，１１６Ｂからは直前のサイクルの燃焼ガスが気筒内に導入される（図１３）。これにより、吸排気口直交方向において中央部分に新規ガスが導入され、側方部分に燃焼ガスが導入され、前述の火花点火機関１０の場合と同様の新規ガスおよび燃焼ガスの分布が形成される。新規ガスと燃焼ガスが成層化された状態で、新規ガスが分布する中央部分に燃料を噴射することで、火花点火機関１０の場合と同様、炭化水素の増加を抑えつつ、多量のＥＧＲを行うことができる。
【００４３】
図１５は、火花点火機関１１０の吸排気バルブの他の動作例を示す図である。排気行程の動作は、図１４の動作例と同じである。吸気行程においては、中央の吸気バルブと、両脇の吸気バルブの動作が異なる。両脇の２個の吸気バルブの動作は、図１４の実線１２８で示す動作と同じである（符号１３２で示す実線）が、中央の吸気バルブの動作は、両脇のバルブの動作に比して、遅れて開くようにする（符号１３４で示す実線）。吸気行程の初期においては、両脇の吸気ポート１１６Ａ，１１６Ｂから燃焼ガスのみ気筒内に導入され、その後、中央の吸気ポート１１４から新規ガスが導入される。このため、新規ガスは排気口側の気筒内壁近傍まで到達せず、図１６に示すように気筒中心部に新規ガスが分布（図中、符号１３６で示す。）し、その周囲に燃焼ガスが分布（図中、符号１３８で示す。）する。このような分布によれば、吸排気口対向方向においても、図３に示したような、希薄混合気の近傍に燃焼ガスが分布するようになり、窒素酸化物発生の抑制に有利となる。ＥＧＲを行わないときには、中央の吸気バルブの動作も、両脇のバルブの動作（１３２）と同じとしてよい。この場合には、中央の吸気バルブの動弁機構には、可変機構が組み込まれる。特に、連続的にリフト量を変更する機構を採用すれば、吸入される新規ガスの量を連続的に変更することができ、燃焼ガスと新規ガスの比率も連続的に変更可能である。
【００４４】
図１７は、更に他の実施形態の火花点火機関１４０の要部構成を模式的に示す図である。気筒の軸線１４２に直交する平面へ投影した状態は、図１２および図１３に示した火花点火機関１１０と同様の構成である。構成要素については、前述の火花点火機関１１０の構成要素と同様の符号を付し、説明は省略する。火花点火機関１４０においては、３個の独立した吸気ポート１１４，１１６Ａ，１１６Ｂの配置が異なる。図１７に示す側面視において、中央の吸気ポート１１４は気筒の軸線１４２に対し傾きが小さく、両脇の２個の吸気ポート１１６Ａ，１１６Ｂは傾きが大きい。中央の吸気ポート１１４からの新規の流れは、排気口側へ到達しにくくなるので、気筒の中心部分に集まり、その周辺に燃焼ガスが分布し、ちょうど図１６と同様の分布となる。この結果、窒素酸化物発生の抑制に有利となる。
【００４５】
［付記１］
直前のサイクルの燃焼ガスを吸入して、排気再循環を行う火花点火機関であって、
気筒の中央部分に向けて燃料を噴射するインジェクタと、
気筒に対して開口した吸気口を有する２個の吸気ポートと、
気筒に対して開口した排気口を有する２個の排気ポートと、
を有し、
各吸気ポートは、
吸気口と排気口が対向する対向方向に対して直交する直交方向に当該吸気ポートを分  け、二つの流路を形成する隔壁と、
排気再循環時に、２個の吸気ポートの、直交方向において外側の流路を閉じる吸気流  路制御弁と、
を含み、
各排気ポートは、
前記直交方向に当該排気ポートを分け、二つの流路を形成する隔壁と、
排気再循環時に、２個の排気ポートの、直交方向において内側の流路を閉じる排気流  路制御弁と
を含み、
排気再循環時に、排気口を開閉する排気弁を吸気行程の少なくとも一部の期間開き、排気ポートから気筒内に燃焼ガスを導入する、
火花点火機関。
【００４６】
［付記２］
直前のサイクルの燃焼ガスを吸入して、排気再循環を行う火花点火機関であって、
気筒の中央部分に向けて燃料を噴射するインジェクタと、
気筒に対して開口した吸気口を有する２個の吸気ポートと、
気筒に対して開口した排気口を有する２個の排気ポートと、
を有し、
２個の吸気ポートは、吸気口と排気口が対向する対向方向に直交する直交方向において中央部分に軸線を向け、ハの字形に配置され、
各排気ポートは、
これらをそれぞれ前記直交方向に分け、二つの流路を形成する隔壁と、
排気再循環時に、２個の排気ポートの直交方向において内側の流路を閉じる排気流路  制御弁と、
を含み、
排気再循環時に、排気口を開閉する排気弁を吸気行程の少なくとも一部の期間開き、排気ポートから気筒内に燃焼ガスを導入する、
火花点火機関。
【００４７】
［付記３］
直前のサイクルの燃焼ガスを吸入して、排気再循環を行う火花点火機関であって、
気筒の中央部分に向けて燃料を噴射するインジェクタと、
気筒に対して開口した吸気口を有する２個の吸気ポートと、
排気ポートが気筒に対して開口した３個の排気口と、
を有し、
各吸気ポートは、
吸気口と排気口が対向する対向方向に対して直交する直交方向に当該吸気ポートを分  け、二つの流路を形成する隔壁と、
排気再循環時に、２個の吸気ポートの、前記直交方向において外側の流路を閉じる吸  気流路制御弁と、
を含み、
排気口は、前記直交方向において中央部分に１個、その両側の側方部分に２個設けられ、
排気再循環時に、前記側方部分に設けられた２個の排気口を開閉する排気弁を、吸気行程の少なくとも一部の期間開き、排気ポートから気筒内に燃焼ガスを導入する、
火花点火機関。
【００４８】
［付記４］
直前のサイクルの燃焼ガスを吸入して、排気再循環を行う火花点火機関であって、
気筒の中央部分に向けて燃料を噴射するインジェクタと、
気筒に対して開口した吸気口を有する２個の吸気ポートと、
気筒に対して開口した排気口を有する少なくとも１個の排気ポートと、
を有し、
各吸気ポートは、
吸気口と排気口が対向する対向方向に対して直交する直交方向に当該吸気ポートを分  け、二つの流路を形成する隔壁と、
排気再循環時に、２個の吸気ポートの、直交方向において内側の流路を開閉する吸気  流路制御弁と、
を含み、
排気再循環時、吸気口を開閉する吸気弁は、排気行程の少なくとも一部の期間開き、流路制御弁は閉じて吸気ポートの、前記直交方向の外側の流路に燃焼ガスを導入し、
これに続く吸気行程において、流路制御弁は開いて内側からの流路からは新規ガスを、外側の流路からは直前のサイクルの燃焼ガスを気筒内に導入する、
火花点火機関。
【００４９】
［付記５］
直前のサイクルの燃焼ガスを吸入して、排気再循環を行う火花点火機関であって、
気筒の中央部分に向けて燃料を噴射するインジェクタと、
気筒に対して開口した吸気口を有する３個の吸気ポートと、
気筒に対して開口した排気口を有する少なくとも１個の排気ポートと、
を有し、
３個の吸気ポートは、１個が、吸気口と排気口が対向する対向方向に対して直交する直交方向において中央部分に吸気口を有し、２個が、前記直交方向において側方部分に吸気口を有し、
排気再循環時、側方の２個の吸気ポートの吸気口を開閉する吸気弁は、排気行程の少なくとも一部の期間開き、対応する吸気ポートに燃焼ガスを導入し、
これに続く吸気行程において、中央部分の吸気ポートからは新規ガスが、側方部分の吸気ポートからは燃焼ガスが気筒内に導入される、
火花点火機関。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本実施形態の火花点火機関１０の要部構成を示す模式図である。
【図２】火花点火機関１０の吸排気バルブの動作を示す図である。
【図３】図１の３−３線による断面図である。
【図４】炭化水素と窒素酸化物の発生量を、均質ＥＧＲと成層ＥＧＲで比較した図である。
【図５】火花点火機関１０に対し、インジェクタと点火プラグの配置を変形した例を示す図である。
【図６】他の実施形態の火花点火機関６２の要部構成を示す図である。
【図７】更に他の実施形態の火花点火機関６８の要部構成を示す図である。
【図８】更に他の実施形態の火花点火機関８０の要部構成を示す図であり、特に排気行程の状態を示している。
【図９】図８の火花点火機関８０の吸気行程の状態を示す図である。
【図１０】火花点火機関８０の吸排気バルブの動作を示す図である。
【図１１】火花点火機関８０の吸気流路制御弁の動作の一例を示す図である。
【図１２】更に他の実施形態の火花点火機関１１０の要部構成を示す図であり、特に排気行程の状態を示している。
【図１３】図１２の火花点火機関１１０の吸気行程の状態を示す図である。
【図１４】火花点火機関１１０の吸排気バルブの動作の一例を示す図である。
【図１５】火花点火機関１１０の吸排気バルブの動作の他の例を示す図である。
【図１６】火花点火機関１１０において、図１５に示すバルブ動作を行ったときの燃焼ガスと新規ガスの分布を示す図である。
【図１７】更に他の実施形態の火花点火機関１４０の要部構成を示す図である。
【符号の説明】
【００５１】
１０；６２；６８；８０；１１０；１４０  火花点火機関、
１２；８２；１１２  燃焼室、
１４；５８  インジェクタ、
１６；６０  点火プラグ、
１８Ａ，１８Ｂ；６６Ａ，６６Ｂ；８４Ａ，８４Ｂ；１１４，１１６Ａ，１１６Ｂ  吸気ポート、
２０Ａ，２０Ｂ；６４Ａ，６４Ｂ；８６Ａ，８６Ｂ；１１８，１２０Ａ，１２０Ｂ  吸気口、
２２Ａ，２２Ｂ；７０；８８Ａ，８８Ｂ；１２２Ａ，１２２Ｂ  排気ポート、
２４Ａ，２４Ｂ；７２；９０Ａ，９０Ｂ；１２４Ａ，１２４Ｂ  排気口、
２６Ａ，２６Ｂ；９２Ａ，９２Ｂ  吸気ポート隔壁、
２８Ａ、２８Ｂ；９４Ａ，９４Ｂ  内側吸気流路、
３０Ａ，３０Ｂ；９６Ａ，９６Ｂ  外側吸気流路、
３２Ａ，３２Ｂ；９８Ａ，９８Ｂ  吸気流路制御弁、
３４Ａ，３４Ｂ  排気ポート隔壁、
３６Ａ，３６Ｂ  内側排気流路、
３８Ａ，３８Ｂ  外側排気流路、
４０Ａ，４０Ｂ  排気流路制御弁、
４８  燃焼ガスの分布、
５０  新規ガスの分布、
５２  混合気の分布。
【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】
2008261251.tif 000017
【図１６】
2008261251.tif 000018
【図１７】
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