(57)【要約】【課題】  筒内噴射エンジンは気筒（シリンダ）内に直接燃料を噴射すると共に、点火プラグ付近に燃料の濃い混合気を集めて燃焼させ、全体的には希薄空燃比燃焼とする成層燃焼が可能である。  しかし、エンジンの始動時は、気筒内の空気の流動が少ないため、成層運転ができない。【解決手段】  本発明は、空気流動が少ない始動時において、空気の流動を高める手段を付加することにより、始動時より成層燃焼運転を可能にし、未燃燃料の排出を最小にしたものである。  本発明により、エンジンの始動（最初の燃焼気筒から）から安定した成層燃焼が可能になる。成層燃焼により、排気には余剰な酸素が多く残存し、この酸素により、排気の昇温のための再度の燃料供給が可能になる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダに空気を導く吸気通路を上下２段に仕切る隔壁を有する内燃機関において、前記隔壁をバイメタルで構成し、機関の低温時に前記吸気通路の下側通路を閉じる弁を設け、且つ前記バイメタルが上側通路を狭くする位置に変形するよう構成された内燃機関。
【請求項２】
吸気弁と排気弁の開閉タイミングをエンジンの回転に無関係に制御可能な電磁式の可変バルブ機構を有し、シリンダに空気を導く吸気通路を締め切る開閉弁を有し、且つ隣り合ったシリンダの吸気通路を連通する連通路を設置し、一つの気筒の吸気行程時に前記連通路の一つを介して隣り合ったシリンダの圧縮空気を流入させることを特徴とする内燃機関。
【請求項３】
請求項７記載のものにおいて、始動時に特定の気筒を燃焼させることを特徴とする内燃機関。
【請求項４】
機関の始動時には断面積の小さい小断面吸気通路より吸気弁を介してシリンダ内へ空気を供給し、当該シリンダ内へタンブル流を招起せしめ、機関暖気後は、吸気通路の断面積を始動時の断面積より増加させる内燃機関の吸気通路制御方法。
【請求項５】
機関の始動時には、断面積の小さい第１吸気通路より吸気弁を介してシリンダ内へ空気を供給し、当該シリンダ内へタンブル流を招起せしめ、機関暖気後は、上下２段に分割された主吸気通路より吸気弁を介してシリンダ内へ空気を供給し、その際成層運転領域では前記主吸気通路の下側通路を閉じて前記シリンダ内にタンブル流を招起する内燃機関の空気供給方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関（エンジンと称す）に関し、特にシリンダ内への空気の供給を制御する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の例えば筒内噴射エンジンは気筒（シリンダ）内に直接燃料を噴射すると共に、点火プラグ付近に燃料の濃い混合気を集めて燃焼させ、全体的には希薄空燃比燃焼とする成層燃焼が可能である。
【０００３】
しかし、エンジンの始動時は、気筒内の空気の流動が少ないため、成層運転ができず、従来のエンジンのように気筒内に均一な混合気を形成して燃焼させる均質燃焼が用いられている。
【０００４】
【特許文献１】特開平６−８１６５号公報
【特許文献２】特開平９−３１７４７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
均質燃焼の場合は、気筒内全体に燃料を供給するため、始動時といった比較的エンジンが冷たい場合は、未燃燃料の排出が多く、排気対策上問題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、空気流動が少ない始動時において、空気の流動を高める手段を付加することにより、始動時より成層燃焼運転を可能にし、未燃燃料の排出を最小にしたものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明により、エンジンの始動（最初の燃焼気筒から）から安定した成層燃焼が可能になる。成層燃焼により、排気には余剰な酸素が多く残存し、この酸素により、排気の昇温のための再度の燃料供給が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
図１に本発明の実施例の構成図を示す。シリンダ１にはピストン２，噴射弁３，点火プラグ４がある。吸気ポート５には吸気弁７が、排気ポート６には、排気弁８がある。吸気ポート５にはロータリー弁１１がある。吸気ポート５のロータリー弁１１の下流は隔壁
１０により上下２段に分割されている。ロータリー弁１１は吸気ポート５の上下の通路を塞ぐように締め切り部１２がある。図１はエンジンの始動時において、吸気行程の後半の状態を示している。吸気弁７は開し、ピストン２は降下中でシリンダ１に空気が流入している。ロータリー弁１１が全閉であるため、空気はロータリー弁１１をバイパスして配置された通路９より噴流１４としてシリンダ１に流入しシリンダ１内にタンブル流１５を形成する。通路９は始動時の回転数１５０〜２００rpm でシリンダ１の吸気行程の圧力が
−１００mmHg（８８kPa ）程度になるような通路径であることが望ましい。
【０００９】
図２は図１のクランク角で２００度後の圧縮行程後半の状態を示す。吸気弁７は閉され、ピストン２も上昇中である。タンブル流１５もやや偏平になっている。ここで噴射弁３より燃料が噴射され噴霧１６が形成される。噴霧１６はタンブル流１５に前進を阻まれると共に、上部に持ち上げられ、点火プラグ４の付近に点火可能な混合気を形成し、全体では希薄な成層混合気（Ａ／Ｆ＝２５〜３０）となる。
【００１０】
図３は図１を上面より見た図である。吸気ポート５は２本（５ａ，５ｂ）あるいわゆる吸気２弁式のエンジンである。そのため吸気弁７（７ａ，７ｂ）、隔壁１０（１０ａ，
１０ｂ）、通路９（９ａ，９ｂ）は２個ずつあり、タンブル流１５も１５ａ，１５ｂの２個生成される。通路９は、図２に示すように吸気弁７の点火プラグ４側に開口されているが、図３に示すように水平方向はシリンダの中心よりに設置することが望ましい。こうすることによりタンブル流１５は相互に強め合いより強いタンブル流を作ることができる。
【００１１】
図４はエンジンの部分負荷状態を示したものである。アイドルと部分負荷は燃費が重視されるため、成層運転がされる。この状態では通路９よりの空気だけでは少ないためロータリー弁１１を破線矢印のように回転し、吸気ポート５の上部通路１７を空気が流れるように開口部１８を上部通路１７に合せる。空気は矢印１９，２０のように流れてシリンダ１に流入し、タンブル流１５を生成する。このタンブル流により成層運転が可能となる。
【００１２】
図５はエンジンの全負荷運転状態を示したものである。ロータリー弁１１は図４より回転し、開口部１８が吸気ポート５の全通路に開口している。吸入空気２１ａ，２１ｂは、吸気ポート５の全通路よりシリンダ１に流入する。このためタンブル流は弱くなりシリンダ内の部分的な流動となる。このような状態において、燃料の噴射時期を吸気行程にすることによりシリンダ１内を均質な混合気とすることができる。また、吸気ポート５の全面積を使用するので吸入抵抗が少なくなり、エンジン出力が大きくなる。
【００１３】
図６は図１のロータリー弁１１に変えて蝶弁式の半円弁２２，２５を使用した場合の実施例である。半円弁２２は吸気ポート５の下側通路を、半円弁２５は上側通路を開，閉する。弁を開く順序は半円弁２５が部分負荷時に開くためはじめに開き、半円弁２２は全負荷近くで開くため次に開く。
【００１４】
図７は本発明の他の実施例である。図７のタイミングも図１と同様に吸気行程の後半である。吸気ポート５には下半分が閉できる蝶弁式の半円弁２２がある。隔壁はバイメタル型隔壁２３が設置されている。バイメタル型隔壁２３は、始動時のように温度が比較的小さい時は先端が吸気ポート５の上部通路１７を狭くするように移動し吸入空気２４の流速を高め、始動時の小吸入空気量でも、タンブル流１５を生成することができる。この実施例では通常の弁駆動法としたが、吸気弁の開閉時期が変更できるいわゆる可変バルブ機構を付加すれば、吸気弁を遅く（ピストンが下がり始めてから）開くことにより、吸気弁開弁時のシリンダ１の圧力が低くなり、シリンダに流入する空気の流速が高まり、タンブル流を強くすることができる。特にエンジン始動時は回転数が低く吸入空気量が少ないので弁の開く時期を遅くしても、エンジンの空気量が少なくなることはない。
【００１５】
図８も本発明の他の実施例である。本実施例は吸気弁，排気弁をエンジンの回転角とはほぼ無関係に開，閉できる電磁力で駆動するＥＭＶ機構２８，２９を付加した装置とした。また、４気筒エンジンの隣り合った気筒（第１気筒と第２気筒，第３気筒と第４気筒）の吸気ポートを連通する通路２７を付けたことが特徴である。図８も同様に吸気行程（第１気筒）の後半である。通路２６より噴流１４が噴出し、シリンダ１内にタンブル流１５を生成している。ロータリー弁１１は吸気ポート５を全閉している。
【００１６】
図９は図８を上から見た図である。第１気筒のピストン２ａ，第２気筒のピストン２ｂがある。通路２７は第１気筒と第２気筒の吸気ポートを連通している。図１０に示すように第１気筒が吸気行程の時、第２気筒は圧縮行程にありピストン２ｂは上昇している。そのため、図１１に示すように第２気筒の吸気弁７ｃ，７ｄ開くことにより、第２気筒で圧縮された空気が通路２６ｃ，２６ｄから通路２７を通って第１気筒の通路２６ａ，２６ｂより噴出し、シリンダ２ａ内にタンブル流１５を生成する。
【００１７】
図１０は４気筒エンジンの行程順序を示したものである。吸気順序はＮo.１−Ｎo.３−Ｎo.４−Ｎo.２である。ピストンの動きを見ると、第１気筒と第４気筒が第２気筒と第３気筒が同じタイミングで上下している。
【００１８】
図１１は図９の吸気弁，排気弁，ロータリー弁の動作タイミングを示したものである。第１気筒の吸気タイミングより始動する場合である。第１気筒の吸気行程の後半に吸気弁が開く。これと同じタイミングで第２気筒の吸気弁が開き、図９に示すように第２気筒から第１気筒に空気が流れる。ここで第１気筒と第２気筒の吸気弁のタイミングを同じにしたが両者に差があっても同様の効果がある。ロータリー弁１１は、第１気筒の吸気行程が終了すると中間開度（吸気ポートの上側通路を開く）まで開き、アイドル運転にはいる。本実施例では、始動する最初の気筒のみが、タンブル流の強化を行う。
【００１９】
図１２は第２気筒から始動する場合である。第２気筒が吸気行程の時、第１気筒は排気行程である。しかし第１気筒の排気弁は閉した状態にしておき、第２気筒の吸気行程後半に吸気弁を開く。こうすると図９に示した場合と逆に第１気筒から第２気筒に空気が流れ、第２気筒のシリンダ内にタンブル流を生成できる。第２気筒の次に吸気するのは第１気筒であるが、第２気筒は圧縮行程であり、第１気筒に空気を導入できない（導入すると第２気筒が燃焼できない）。そのためロータリー弁１１を開き、吸気ポート５の上部通路より空気を吸入し、アイドル運転に入る。ここで第１気筒の吸気弁も吸気行程の後半に開くことによりタンブル流を強くできる。本実施例では第１気筒と第２気筒からの始動する場合を説明したが第３気筒，第４気筒の場合も同様である。
【００２０】
図１３に４気筒エンジンの吸気系の構成を示す。コレクタ３０と各シリンダ１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄの間にロータリー弁１１があり、第１気筒と第２気筒をつなぐ通路２７ａ，第３気筒と第４気筒をつなぐ通路２７ｂがある。このように吸気系を構成することにより、第１気筒から第４気筒までどの気筒からの始動にも対応できる。
【００２１】
次に、図１３の空気系の構成で特定気筒（第１気筒または第４気筒）より始動する場合の実施例を説明する。図１４は第１気筒より始動する場合である。第１気筒が吸気行程の場合は、第２気筒が圧縮行程であり、通路２７ａを使って第２気筒の空気を第１気筒に流入させる。次に第３気筒が吸気行程になる。この時は第４気筒の排気行程を利用し、第４気筒の排気弁を閉め、吸気弁を開き通路２７ｂを使って第４気筒の空気を第３気筒に流入させる。次の第４気筒からは通常のアイドル運転（コレクタ３０より空気を導入）に移行する。そのため、ロータリー弁を中間開度まで開く。この時の吸気弁の開時期は吸気行程後半でも、吸気行程初めでも可能である。図１４は第１気筒からの始動について示しているが、第４気筒からも始動可能である、この場合は第４気筒，第２気筒がタンブル流を強化した始動になり、第１気筒からは通常のアイドル運転に入る。このようにして、始動から二つの気筒はタンブル流を強化できる。
【００２２】
図１５は図１の他の実施例である。吸気弁７は開閉時期が調整できるいわゆる可変バルブ機構３１が付いている。可変バルブ機構３１を遅く開くことにより、始動時もシリンダ１の圧力が低くなってから吸気弁を開くことにより、タンブル流が強くできる。また、吸気弁を遅く開くと実空気時間が短くなるため、通路９の径を大きくすることができる。
【００２３】
発明の実施態様を以下列挙する。
【００２４】
（実施態様１）
燃料をシリンダ内に直接噴射すると共に、シリンダ内に空気の縦渦（タンブル流）を形成してプラグ近傍に濃い混合気を集めて成層運転を行うものにおいて、シリンダに空気を供給する吸気通路を締め切る開閉弁と、当該開閉弁をバイパスする前記吸気通路断面積より小断面積の迂回通路とを設置け、当該迂回通路の空気の出口をシリンダ入口の吸気弁近くに開口した、筒内噴射型内燃機関。
【００２５】
（実施態様２）
前記迂回通路の空気の出口部を前記吸気弁の点火プラグ側のシリンダ中央近くに開口したことを特徴とした実施態様１記載の筒内噴射型内燃機関。
【００２６】
（実施態様３）
前記開閉弁が３位置（全閉，中間開，全開）を有するロータリー弁であることを特徴とした実施態様１または２記載の筒内噴射型内燃機関。
【００２７】
（実施態様４）
前記開閉弁が２個の半円弁の組み合わせである実施態様１または２記載の筒内噴射型内燃機関。
【００２８】
（実施態様５）
燃料をシリンダ内に直接噴射する筒内噴射型内燃機関において、シリンダに空気を導入すべくシリンダ入口に設けられた吸気弁と、この吸気弁の開閉時期を制御する電磁ソレノイド機構と、シリンダ内に空気の縦渦（タンブル流）を形成して濃混合気をプラグ近傍に集める装着と更に前記吸気通路を締め切る開閉弁とこの開閉弁をバイパスする、前記吸気通路の断面積より小断面積の迂回通路を設置し、この迂回通路の空気の出口を前記吸気弁近くに開口した筒内噴射型内燃機関。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の構成図。
【図２】本発明の動作図。
【図３】本発明の上面から見た構成図。
【図４】本発明の動作図。
【図５】本発明の動作図。
【図６】他の実施例の構成図。
【図７】他の実施例の構成図。
【図８】他の実施例の構成図。
【図９】他の実施例の上面から見た構成図。
【図１０】４気筒エンジンの動作図。
【図１１】他の実施例の動作図。
【図１２】他の実施例の動作図。
【図１３】他の実施例の構成図。
【図１４】他の実施例の動作図。
【図１５】他の実施例の構成図。
【符号の説明】
【００３０】
１…シリンダ、２…ピストン、３…噴射弁、４…点火プラグ、５…吸気ポート、６…排気ポート、７…吸気弁、８…排気弁、９…通路、１０…隔壁、１１…ロータリー弁、１２…締め切り部、１３…バルブ駆動機構、１４…噴流、１５…タンブル流、１６…噴霧、
１７…上部通路、２０，２１…空気、２２…半円弁、２８…ＥＭＶ機構、３１…可変バルブ機構。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【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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