(57)【要約】　　　（修正有）【課題】４サイクルエンジンにおいて吸入行程におけるポンピング損失を大幅に低減し、理論空燃比付近での燃焼により三元触媒を使用できるようにすること。【解決手段】燃焼室（１）に吸気リーク開口部（２）を設けてそこに吸気リークバルブ（３）を設置する。吸気リーク開口部（２）に吸気リーク管（４）を接続する。アクセルに連動した出力制御用のスロットルバルブ（５）を吸気リーク管（４）内に備える。吸入行程後期から圧縮行程完了までの間で適当な時機に吸気リークバルブ（３）の開閉作動が為されるように設定する。燃焼室（１）から漏出させる吸気の量の調節つまりは燃焼室（１）内に残留させる吸気の量の調節は吸気リーク管（４）内のスロットルバルブ（５）を用いて行いその結果エンジンの運動出力が制御される【選択図】図１
2004060625.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（イ）燃焼室（１）に吸気リーク開口部（２）を設けて吸気リークバルブ（３）を設置する。
（ロ）吸気リーク開口部（２）に吸気リーク管（４）を接続する。
（ハ）出力制御用のスロットルバルブ（５）を吸気リーク管（４）内に備える。
以上の構成を有して吸入行程後期から圧縮行程完了までの間で適当な時機に吸気リークバルブ（３）の開閉作動が為され吸気リーク管（４）内に備えられたスロットルバルブ（５）を用いて運動出力の制御が行なわれることを特徴とする４サイクルエンジン。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、運動出力の制御がスロットルバルブで行われる４サイクルエンジンにおいて吸気系統内でのスロットルバルブによらず吸気リーク管（４）内のスロットルバルブ（５）を用いてエンジンの運動出力を制御しポンピング損失の大幅な低減と理論空燃比燃焼とを実現させる仕組みに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、一般的な４サイクルエンジンにおいてはアクセルに連動したスロットルバルブが吸気系統内に備えられていて該スロットルバルブの開放程度に応じて吸気（空気又は混合気）の気筒内への流入量が調節されその結果として運動出力が制御されていた。そのような４サイクルエンジンではスロットルバルブが絞られているような部分負荷の運転状況においてはピストンは強い吸入抵抗を受けることとなってポンピング損失と呼ばれる大きな圧力損失を生じていた。
吸入行程におけるポンピング損失はエンジンの運動効率の損失中では大きな割合を占めていてこのポンピング損失を解消するために過去においては様々な方法が提案されてきた。
例えば、吸気系統内に出力制御用のスロットルバルブを持つエンジンにおいてポンピング損失が生じるような部分負荷の状況にあって吸入行程が終わる前の早い時期に吸気バルブを閉じることによって吸気バルブ閉弁後の負の仕事を実質的になくすいわゆる吸気バルブ早閉じ方式や、複数気筒のエンジンにおいて主吸気ポートとは独立し該主吸気ポートより遅れてバルブが閉じるように設定された連通ポートを設け各気筒間の連通路に接続し部分負荷時には圧縮行程初期に吸気の一部を他の気筒に流入させることによって負圧を緩和するいわゆる気筒間連通による遅閉じ方式や、主吸気ポートとは独立した還流ポートを設け部分負荷時には圧縮行程初期の吸気の一部を主吸気ポートに還流することによって負圧を和らげるいわゆる還流による遅閉じ方式等々様々に提案されてきたが、いずれの方式にしても吸気系統内に備えられたスロットルバルブが主として出力の制御を行う限りは吸入行程におけるポンピング損失の低減の効果は部分的でしかなかった。
一方、空燃比を希薄化した希薄燃焼方式の４サイクルエンジンでは部分負荷時においても吸入吸気量を増やすことができてスロットルバルブによって生じる負圧を低減させることができたし、気筒内に直接噴射する燃料の量を調節することによって運動出力を制御する成層燃焼方式の４サイクルエンジンではスロットルバルブそのものが不必要であるので吸気の吸入時にはスロットルバルブによる負圧は発生しなかった。しかし当然のことながらこれらの方式では希薄燃焼での燃焼領域や成層燃焼での燃焼領域においては理論空燃比燃焼とはならず排気ガス浄化用の触媒として三元触媒は使えなかった。
又、吸気系統内のスロットルバルブによって運動出力の制御を行うのではなく吸気バルブのリフト量と吸気バルブの開閉タイミングとを連続的に調節することによって吸入する吸気量を決定し出力を制御する仕組みでは吸入行程におけるポンピング損失は大幅に低減でき且つ理論空燃比燃焼も可能で排ガス浄化用の触媒として三元触媒を使用することができた。しかしこの仕組みは構造が複雑となり部品点数も多くコスト面では不利であった。
【０００３】
【発明の解決しようとする課題】
本発明は、４サイクルエンジンにおいて簡素な仕組みを用いて吸入行程におけるポンピング損失を大幅に低減しながらも理論空燃比付近での燃焼を実現し排ガス浄化用の触媒として三元触媒を使用できるようにすることを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
燃焼室（１）に吸気リーク開口部（２）を設けてそこに吸気リークバルブ（３）を設置する。吸気リーク開口部（２）に吸気リーク管（４）を接続しアクセルに連動した出力制御用のスロットルバルブ（５）を吸気リーク管（４）内に備える。
以上の構成を有する４サイクルエンジンにおいて吸入行程後期から圧縮行程完了までの間で適当な時機に吸気リークバルブ（３）の開閉作動が為されるように設定する。吸気系統内には運動出力を制御するためのスロットルバルブを設けず吸入行程においては吸気を自在に入るがままに気筒内に流入させ圧縮行程において求める出力に対し不必要とされる分の吸気を燃焼室（１）から吸気リーク管（４）内に漏出（リーク）させて結果として求める出力に対し必要とされる分だけの吸気を燃焼室（１）に残留させる。燃焼室（１）から漏出させる吸気の量の調節つまりは燃焼室（１）内に残留させる吸気の量の調節は吸気リーク管（４）内のスロットルバルブ（５）を用いて行いその結果エンジンの運動出力が制御されることを特徴とする。
【０００５】
【実施例】
以下に実施形態を述べる
（イ）燃焼室（１）に吸気リーク開口部（２）を設けて吸気リークバルブ（３）を設置する。
（ロ）吸気リーク開口部（２）に吸気リーク管（４）を接続する。
（ハ）アクセルに連動した出力制御用のスロットルバルブ（５）を吸気リーク管（４）内に備える。
以上の構成を有する４サイクルエンジンにおいて吸入行程後期から圧縮行程完了までの間で適当な時機に吸気リークバルブ（３）の開閉作動が行われるように設定する。基本的には吸気系統内には出力制御用のスロットルバルブは設けない。仮に吸気の吸入量を微調節するなどの必要ために吸気系統内にスロットルバルブを設置したとしても必要以外は全開状態にしておく。
［実施形態１：燃料噴射装置が吸気ポート内に燃料を噴射する場合（図３）］
前記の構成の４サイクルエンジンにおいて、負圧を生じることなく吸気管（６）内を上流から流入してくる空気に対して燃料噴射装置（１３）で理論空燃比になる量の燃料を吸気ポート（１１）内に噴射し混合気を生成する。流入空気量の測定は吸気管（６）の上流に備えられた流入空気量センサーａ（１５）で行う。吸入行程が始まると吸気バルブ（７）を開いて吸気ポート（１１）内で生成された混合気を自在に気筒内へ流入させる。ピストン（１９）は大きな吸入抵抗を受けることなく混合気を吸入できることになる。圧縮行程となって吸気バルブ（７）を閉じてピストン（１９）が圧縮を始めると吸気リークバルブ（３）を開きその時点での燃焼に不必要とされる分の混合気を燃焼室（１）から吸気リーク管（４）内へ漏出させる。圧縮行程が完了する前に吸気リークバルブ（３）を閉じてその時点での燃焼に必要とされる分の混合気を燃焼室（１）に残留させる。燃焼室（１）内に残留させた混合気はそのまま圧縮しその後点火して膨張行程へと移行する。尚、吸気リーク管（４）内へ漏出させた混合気は漏出後は（図３）のようにそのまま吸気管（６）内へ還流させるか又は（図５）のように混合気をいったん空気と燃料とに分離した後空気は吸気管（６）内へ還流させ燃料は燃料タンク（２１）に戻すという方法もできる。
［実施形態２：燃料噴射装置が直接気筒内に燃料を噴射する場合（図７）］
前記の構成の４サイクルエンジンにおいて、負圧を生じることなく吸気管（６）内を上流から流れてくる空気を吸入行程が始まると吸気バルブ（７）を開いて自在に気筒内へ流入させる。ピストン（１９）は大きな吸入抵抗を受けることなく空気を吸入できることになる。圧縮行程となり吸気バルブ（７）を閉じてピストン（１９）が圧縮を始めると吸気リークバルブ（３）を開きその時点での燃焼に不必要とされる分の空気を燃焼室（１）から吸気リーク管（４）内へ漏出させる。圧縮行程が完了する前に吸気リークバルブ（３）を閉じてその時点での燃焼に必要とされる分の空気を燃焼室（１）に残留させる。残留させた空気の量は流入空気量センサーｂ（２５）と漏出空気量センサー（２６）とでそれぞれ測定した空気量の差をＥＣＵ（２２）で算出しその残留空気量に対して理論空燃比になる量の燃料を燃料噴射装置（１３）で気筒内に直噴し混合気を生成する。生成した混合気はそのまま圧縮しその後点火して膨張行程へと移行する。尚、吸気リーク管（４）内へ漏出させた空気には燃焼ガスや未燃焼ガス等が微量含まれていることもあるので漏出後は大気中に放出することはせずに（図７）のように吸気管（６）内の適当な位置に還流させる。
燃焼室（１）から漏出させる吸気の量の主たる調節は吸気リーク管（４）内に備えられたスロットルバルブ（５）を用いて行う。
スロットルバルブ（５）を開くと圧縮行程において燃焼室（１）から吸気リーク管（４）内へ漏出する吸気の量は増え燃焼室（１）に残留する吸気の量は減る。その結果燃焼に使われる吸気の量は減ってエンジンの運動出力は落ちる。逆にスロットルバルブ（５）を絞ると圧縮行程において燃焼室（１）から吸気リーク管（４）内へ漏出する吸気の量は減り燃焼室（１）に残留する吸気の量は増える。その結果燃焼に使われる吸気の量は増えてエンジンの運動出力は上がる。
スロットルバルブを開けば運動出力は落ちスロットルバルブを絞れば運動出力は上がるということで結果的には吸気リーク管（４）内のスロットルバルブ（５）は吸気系統内におけるスロットルバルブとは反対の作用をすることになる。
尚、圧縮行程で漏出させる吸気に関してであるが圧縮行程初期、中期、後期においての吸気の圧縮密度はそれぞれ異なり吸気リークバルブ（３）の開いている時間は同じであってもどのタイミングで開閉作動を行うかによって吸気の漏出量は異なってくる。つまり吸気リークバルブ（３）の開閉作動を吸気の圧縮密度の低いときに行えば吸気の漏出量は少なく逆に吸気リークバルブ（３）の開閉作動を吸気の圧縮密度の高いときに行えば吸気の漏出量は多くなる。この効果をスロットルバルブ（５）の働きに協調させてエンジンの運動出力を制御することもできる。
吸気リーク開口部（２）は吸気管（６）側と排気管（１０）側のいずれの側に設けてもよい。
本発明は、ポンピング損失の原因である負圧を生じさせないことを目的とするものであるが、エンジンブレーキやバキュームブレーキなど負圧を必要とする場合のためには吸気系統内の上流にあらかじめシャッターバルブを設置しておいて運転中にアクセルをオフにした時やフットブレーキを踏んだ時などの操作に連動してシャッターバルブを閉じ負圧を発生できる仕組みにしておく。
【０００６】
【発明の効果】
この発明は前記のように構成されるので次のような効果が生まれる。
（イ）ポンピング損失の大幅な低減によりエンジンの運動効率が向上し燃費が改善される。
（ロ）理論空燃比付近での燃焼を可能とするため排ガス浄化用の触媒として三元触媒が使用できる。
（ハ）構成が簡素である。
【図面の簡単な説明】
【図１】スロットルバルブ（５）を備えた吸気リーク管（４）を排気管（１０）側に接続した状態での燃焼室（１）のイメージ平面図である。
【図２】スロットルバルブ（５）を備えた吸気リーク管（４）の片方の端を燃焼室（１）に接続し他方の端を吸気管（６）の吸気還流口（１２）に接続した状態での燃焼室（１）のイメージ平面図である。
【図３】［実施形態１］において吸気リーク管（４）内へ漏出させた混合気をそのまま吸気管（６）内へ還流させる場合の概略構成図の一例である。
【図４】各バルブの開閉作動を表す周期図である。
【図５】［実施形態１］において吸気リーク管（４）内へ漏出させた混合気を空気と燃料とに分離して空気は空気還流管（２３）を通して吸気管（６）内へ還流させ燃料は燃料タンク（２１）へ戻す場合の概略構成図の一例である。
【図６】吸気リークバルブ（３）の開閉作動の位相を可変とした場合の各バルブの開閉作動の周期図である。
【図７】［実施形態２］において吸気リーク管（４）内に漏出させた空気を空気還流管（２３）を通して吸気管（６）内へ還流させる場合の概略構成図の一例である。
【符号の説明】
１．燃焼室　　　　　　２．吸気リーク開口部　　　　３．吸気リークバルブ
４．吸気リーク管　　　５．スロットルバルブ　　　　６．吸気管
７．吸気バルブ　　　　８．排気バルブ　　　　　　　９．点火プラグ穴
１０．排気管　　　　　１１．吸気ポート　　　　　　１２．吸気還流口
１３．燃料噴射装置　　１４．シャッターバルブ
１５．流入空気量センサーａ（エアフローメーター）
１６．三元触媒　　　　１７．アクセルペダル　　　　１８．ブレーキペダル
１９．ピストン　　　　２０．エアフィルター　　　　２１．燃料タンク
２２．ＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）　　　２３．空気還流管
２４．空気・燃料分離器（混合気を空気と燃料とに分離する装置）
２５．流入空気量センサーｂ
２６．漏出空気量センサー
【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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