(57)【要約】【課題】２サイクル運転が可能な頭上弁式内燃機関において、高負荷運転時に十分な給気量を得ることが可能な技術を提供する。【解決手段】給気ポート７０内に、給気ポート内の流路をシリンダ壁側流路７３と排気弁側流路７４とに分割する流路分割壁２００を設ける。この流路分割壁２００の形状により、シリンダ壁側流路７３における給気の流速をより大きくし、また、排気弁側流路７４における給気の流速をより小さくする。排気弁側流路７４には、制御弁を設けてもよい。【選択図】  図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
２サイクル運転可能な内燃機関であって、
燃焼室を構成するシリンダおよびピストンと、
前記燃焼室の頭部の一方側に設けられた給気ポートと、
前記燃焼室の頭部の他方側に設けられた排気ポートと、
前記燃焼室内の前記給気ポートの開口部に設けられた給気弁と、
前記燃焼室内の前記排気ポートの開口部に設けられた排気弁と、
前記給気ポート内に設けられており、前記給気ポートの開口部のうちで前記シリンダの壁面に近い第１の部分における前記給気の流速がより大きくなり、前記給気ポートの開口部のうちで前記排気弁に近い第２の部分における前記給気の流速がより小さくなるように、前記給気ポートの開口部における給気流速に偏りを生じさせるための給気流速調整部と、
を備える内燃機関。
【請求項２】
請求項１記載の内燃機関であって、
前記給気流速調整部は、前記給気ポート内の流路を第１と第２の分割流路に分割する流路分割壁を含み、
前記第１の分割流路は、前記給気ポートの開口部の前記第１の部分に給気を導くように構成され、一方、前記第２の分割流路は、前記給気ポートの開口部の前記第２の部分に給気を導くように構成されており、
前記流路分割壁は、前記第１と第２の分割流路の入口においては前記第１の分割流路の方が前記第２の分割流路よりも流路断面積が大きく、一方、前記第１と第２の分割流路の出口においては前記第１の分割流路の方が前記第２の分割流路よりも流路断面積が小さくなるように構成されている、内燃機関。
【請求項３】
請求項２記載の内燃機関であって、
前記第１の分割流路は、前記給気ポートの開口部近傍において給気流を、よりシリンダ側に方向付ける直線流路部を含む、内燃機関。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載の内燃機関であって、
前記給気流速調整部は、さらに、前記第２の分割流路内の流路抵抗を変更可能な流路抵抗制御弁を含む、内燃機関
【請求項５】
請求項４記載の内燃機関であって、
前記流路抵抗制御弁は、前記第２の分割流路内の流路抵抗を前記ピストンの回転に同期して周期的に変更するとともに、前記給気弁の開弁前には前記第２の分割流路を閉止しており、前記給気弁が開弁した後に前記第２の分割流路を開通させる動作を行う、内燃機関。
【請求項６】
請求項５記載の内燃機関であって、
前記流路抵抗制御弁は、前記ピストンに接続されたクランクシャフトが１回転するたびに１回転するロータリ弁である、内燃機関。
【請求項７】
請求項１記載の内燃機関であって、
前記給気流速調整部は、前記給気ポート内の流路を第１と第２の分割流路に分割する流路分割壁を含み、
前記第１の分割流路は、前記給気ポートの開口部の前記第１の部分に給気を導くように構成され、一方、前記第２の分割流路は、前記給気ポートの開口部の前記第２の部分に給気を導くように構成されており、
前記流路分割壁は、前記第１と第２の分割流路の入口においては前記第１と第２の分割流路の流路断面積がほぼ等しく、一方、前記第１と第２の分割流路の出口においては前記第１の分割流路の方が前記第２の分割流路よりも流路断面積が小さくなるように設定されており、
前記給気流速調整部は、さらに、前記第２の分割流路内の流路抵抗を前記内燃機関の運転条件に応じて任意に変更可能な流路抵抗制御弁を含む、内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、２サイクル運転が可能な頭上弁式内燃機関に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガソリンエンジンは、４サイクル運転を行うのが普通であるが、２サイクル運転が可能なガソリンエンジンも提案されている（例えば特許文献１）。
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−５４２４７号公報
【特許文献２】特開２００１−２６３０６７号公報
【０００４】
特許文献１に記載されたエンジンは、給気弁と排気弁がいずれもシリンダヘッドに設けられている頭上弁式内燃機関である。２サイクル運転が可能な頭上弁式内燃機関では、いわゆる掃気期間において、排気が新気によって効率良く燃焼室から排出されるようにするための様々な工夫がなされている。例えば特許文献１のエンジンでは、給気弁の側壁のうち、シリンダ中心の近くに、いわゆる「マスク壁」と呼ばれる壁面が設けられている（特許文献１の図１，図３，図５の８ａ）。マスク壁は、給気ポートの壁面の一部であり、給気弁が全開状態のときの弁体位置よりも更に下方まで伸びている。従って、給気弁が全開状態となっても、給気弁の周囲のうちのマスク壁近傍からは燃焼室内にほとんど流入せず、主としてマスク壁と反対側（すなわちシリンダ壁面側）から給気が流入する。この結果、燃焼室内において、給気弁から流入した給気が、シリンダ壁面に沿ってピストン頂部に下向きに向かい、ピストン頂部でループ状に方向が変わる流れ（いわゆる逆タンブル流）が発生する。このような逆タンブル流が発生すると、掃気を効率良く行うことができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、マスク壁は、給気通路の有効面積を減少させるので、高負荷で運転する際に十分な給気量を得ることができない場合があるという問題があった。
【０００６】
本発明は、上述した従来の課題を解決するためになされたものであり、２サイクル運転が可能な頭上弁式内燃機関において、高負荷運転時に十分な給気量を得ることが可能な技術を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
上記目的の少なくとも一部を達成するために、本発明の内燃機関は、２サイクル運転可能な内燃機関であって、
燃焼室を構成するシリンダおよびピストンと、
前記燃焼室の頭部の一方側に設けられた給気ポートと、
前記燃焼室の頭部の他方側に設けられた排気ポートと、
前記燃焼室内の前記給気ポートの開口部に設けられた給気弁と、
前記燃焼室内の前記排気ポートの開口部に設けられた排気弁と、
前記給気ポート内に設けられており、前記給気ポートの開口部のうちで前記シリンダの壁面に近い第１の部分における前記給気の流速がより大きくなり、前記給気ポートの開口部のうちで前記排気弁に近い第２の部分における前記給気の流速がより小さくなるように、前記給気ポートの開口部における給気流速に偏りを生じさせるための給気流速調整部と、
を備える。
【０００８】
この構成によれば、マスク壁のように給気ポートの開口部を閉塞しておらず、給気弁の弁体の全周から給気が燃焼室に流入するので、高負荷で運転する際に十分な給気量を得ることが可能である。また、給気ポートの開口部の給気流速の偏りによって、十分な逆タンブル流を生じさせて、２サイクル運転における掃気を効率良く行うことができる。
【０００９】
なお、前記給気流速調整部は、前記給気ポート内の流路を第１と第２の分割流路に分割する流路分割壁を含み、
前記第１の分割流路は、前記給気ポートの開口部の前記第１の部分に給気を導くように構成され、一方、前記第２の分割流路は、前記給気ポートの開口部の前記第２の部分に給気を導くように構成されており、
前記流路分割壁は、前記第１と第２の分割流路の入口においては前記第１の分割流路の方が前記第２の分割流路よりも流路断面積が大きく、一方、前記第１と第２の分割流路の出口においては前記第１の分割流路の方が前記第２の分割流路よりも流路断面積が小さくなるように構成されているものとしてもよい。
【００１０】
このような流路分割壁を設ければ、流路断面積の変更によって給気流速の偏りを生じさせることができ、逆タンブル流を発生させることが可能である。
【００１１】
前記第１の分割流路は、前記給気ポートの開口部近傍において給気流を、よりシリンダ側に方向付ける直線流路部を含むようにしてもよい。
【００１２】
このような直線流路部を設ければ、逆タンブル流をさらに強くすることが可能である。
【００１３】
前記給気流速調整部は、さらに、前記第２の分割流路内の流路抵抗を変更可能な流路抵抗制御弁を含むようにしても良い。
【００１４】
この構成によれば、例えば低負荷時に第２の分割流路内の抵抗を高くすることによって、第１の分割流路の圧力を十分高く保つことが可能であり、また、十分な逆タンブル流を発生させることが可能である。
【００１５】
前記流路抵抗制御弁は、前記第２の分割流路内の流路抵抗を前記ピストンの回転に同期して周期的に変更するとともに、前記給気弁の開弁前には前記第２の分割流路を閉止しており、前記給気弁が開弁した後に前記第２の分割流路を開通させる動作を行うようにしても良い。
【００１６】
この構成によれば、給気弁が開弁して燃焼室内の圧力が低下し始めた後に第２の分割流路を開通させるので、いわゆる新気の吹き抜け（掃気時に新気が排気ポートから排出されてしまう現象）を防止することが可能である。
【００１７】
前記流路抵抗制御弁は、前記ピストンに接続されたクランクシャフトが１回転するたびに１回転するロータリ弁としてもよい。
【００１８】
こうすれば、ピストンの行程と流路抵抗制御弁とを容易に同期させることができ、適切な時期に流路抵抗制御弁の開弁や閉弁を行うことが可能である。
【００１９】
なお、前記給気流速調整部は、前記給気ポート内の流路を第１と第２の分割流路に分割する流路分割壁を含み、
前記第１の分割流路は、前記給気ポートの開口部の前記第１の部分に給気を導くように構成され、一方、前記第２の分割流路は、前記給気ポートの開口部の前記第２の部分に給気を導くように構成されており、
前記流路分割壁は、前記第１と第２の分割流路の入口においては前記第１と第２の分割流路の流路断面積がほぼ等しく、一方、前記第１と第２の分割流路の出口においては前記第１の分割流路の方が前記第２の分割流路よりも流路断面積が小さくなるように設定されており、
前記給気流速調整部は、さらに、前記第２の分割流路内の流路抵抗を前記内燃機関の運転条件に応じて任意に変更可能な流路抵抗制御弁を含むようにしてもよい。
【００２０】
この構成によれば、内燃機関の運転に応じて第２の分割流路の流路抵抗を変更することによって、内燃機関の効率を向上させることができる。例えば、低負荷時には流路抵抗制御弁を全閉に設定することによって、十分な逆タンブル流を生じさせることができる。また、高負荷時には、流路抵抗制御弁を全開に設定することによって、ポンプ損失を低減することができる。また、中負荷時には、流路抵抗制御弁の開度を中間の値に設定することによって、負荷に応じた適切な給気流を発生させることができる。
【００２１】
なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能であり、例えば、内燃機関や、内燃機関の給気装置、それらの装置の制御方法、それらの装置や方法を実現するためのコンピュータプログラム、そのコンピュータプログラムを記録した記録媒体、そのコンピュータプログラムを含み搬送波内に具現化されたデータ信号、等の態様で実現することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
Ａ．第１実施例：
次に、本発明の実施の形態を実施例に基づいて説明する。図１は、本発明の第１実施例としてのガソリンエンジン１００の構成を概念的に示した説明図である。図１には、ガソリンエンジン１００の燃焼室の中心で断面を取ったときの燃焼室の構造が表示されている。
【００２３】
このガソリンエンジン１００の燃焼室は、シリンダブロック１４０内に設けられた中空円筒形のシリンダ１４２と、シリンダ１４２内を上下に摺動するピストン１４４と、シリンダブロック１４０の上部に設けられたシリンダヘッド１３０によって形成されている。なお、シリンダブロック１４０とシリンダヘッド１３０の両方で構成される筒状体を、広義の「シリンダ」と呼ぶ。
【００２４】
シリンダヘッド１３０には、吸入空気が流入する給気ポートの開口部を開閉する給気弁１３２と、排気ガスが流出する排気ポートの開口部を開閉する排気弁１３４と、点火プラグ１３６と、燃焼室内に燃料噴霧を噴射する燃料噴射弁１４とが設けられている。給気弁１３２および排気弁１３４は、それぞれ電動アクチュエータ１６２，１６４で駆動されている。電動アクチュエータ１６２，１６４は、任意のタイミングでそれぞれの給気弁１３２および排気弁１３４を開閉することが可能である。なお、電動アクチュエータの代わりに、油圧アクチュエータやカム機構によって給気弁１３２および排気弁１３４を駆動しても良い。
【００２５】
給気ポート内には、給気ポート内の流路を２つに区分する流路分割壁２００が設けられている。この流路分割壁２００の構成と機能については後述する。
【００２６】
給気ポートには吸入空気を導く給気通路１２が接続され、排気ポートには排気ガスが通過する排気通路１６が接続されている。排気通路１６の下流には、排気ガスに含まれる大気汚染物質を浄化するための触媒２６と、過給器５０のタービン５２とが設けられている。排気通路１６内を通過する排気ガスはタービン５２を回転させた後、大気に放出される。また、給気通路１２には、過給器５０のコンプレッサ５４が設けられている。コンプレッサ５４は、シャフト５６を介してタービン５２に接続されており、排気ガスによってタービン５２が回転するとコンプレッサ５４も回転する。その結果、コンプレッサ５４はエアクリーナ２０から吸い込んだ空気を加圧した後、給気ポートに向かって圧送する。
【００２７】
コンプレッサ５４で加圧すると空気温度が上昇するので、吸入空気を冷却するために、コンプレッサ５４の下流側にはインタークーラ６２が設けられている。また、給気通路１２内にはサージタンク６０や、スロットル弁２２も設けられている。サージタンク６０は、燃焼室が空気を吸い込んだときに生じる圧力波を緩和させる作用を有しており、またスロットル弁２２は電動アクチュエータ２４によって適切な開度に設定されて、吸入空気量を調整する機能を有している。
【００２８】
ピストン１４４は、コネクティングロッド１４６を介してクランクシャフト１４８に接続されており、クランクシャフト１４８には、クランク角度を検出するクランク角センサ３２が取り付けられている。
【００２９】
このガソリンエンジン１００の動作は、エンジン制御用ユニット（以下、ＥＣＵ）３０によって制御されている。ＥＣＵ３０は、エンジン回転速度Ｎｅ  やアクセル開度θａｃを検出し、これらに基づいてスロットル弁２２の開度の制御や、点火プラグ１３６の点火タイミング制御、燃料噴射弁１４の制御を実行する。エンジン回転速度Ｎｅ  はクランク角センサ３２によって検出され、アクセル開度θａｃはアクセルペダルに内蔵されたアクセル開度センサ３４によって検出される。
【００３０】
図２は、第１実施例のエンジン１００の運転モードを示すマップである。このマップに示されているように、第１実施例のエンジン１００は、２サイクル運転と４サイクル運転とを切り換えて実行することが可能である。図２の横軸はエンジンの回転数、縦軸は負荷（トルク）である。エンジンの回転数が小さいときには２サイクル運転が実行され、回転数が大きいときには４サイクル運転が実行される。２サイクル運転領域は、低負荷および高負荷時の火花点火領域と、中負荷時の自着火領域に区分されている。自着火領域は、火花点火を行わずに自着火によって燃焼を起こさせる運転領域である。なお、４サイクル運転時でも自着火燃焼を行うことが可能である。
【００３１】
このように２サイクル運転と４サイクル運転を使い分けるのは、以下のような理由による。一般に、２サイクル運転はクランクシャフトの１回転に１度ずつ爆発が起こるので、１回の燃料噴射量が同じ条件では、４サイクル運転の約２倍のトルクが得られる。従って、同じトルクを出力する場合には、２サイクル運転の方が４サイクル運転よりも１回の燃料噴射量が少なくて済み、よりリーンな条件（空気過剰率がより大きな条件）で運転が可能である。ガソリンエンジンにおいてよりリーンな条件で運転を行うことによって、燃費が向上し、また、排気ガス中の汚染物質濃度を低下させることが可能である。さらに、自着火運転を行えば、燃費の向上と排気ガス中の汚染物質濃度が低下するという効果がさらに高まることが知られている。但し、２サイクル運転ではいわゆる掃気（給気によって排気を押し出す動作）が行われるが、高回転では掃気を十分に行えない場合がある。そこで、高回転の運転条件では、４サイクル運転の方が適している。
【００３２】
図３は、２サイクル運転の自着火燃焼の様子を示す説明図である。図３（ａ）〜（ｃ）には、２サイクル運転の膨張・排気・前期掃気行程（下降行程）が示されており、図３（ｄ）〜（ｆ）には後期掃気・吸気・圧縮行程（上昇行程）が示されている。なお、図３では燃焼室が簡略化されて図示されており、流路分割壁２００などの構造は省略されている。図４は、２サイクル運転時の給気弁（ＩＮ弁）と排気弁（ＥＸ弁）の開閉期間を模式的に示している。
【００３３】
図３（ａ）は、燃焼室内の混合気が自着火によって燃焼を開始した状態を示している。混合気が燃焼すると、燃焼室内には高圧の燃焼ガスが発生してピストン１４４を押し下げる。ピストン１４４がある程度まで降下すると、適切なタイミングで排気弁１３４が開かれる（図３（ｂ））。図４の例では、排気弁１３４は、ピストンの下死点（ＢＤＣ）前、約７０°のタイミングで開かれている。
【００３４】
排気弁から燃焼ガスがある程度流出したタイミングで給気弁１３２が開くと、これに伴って給気ポートから空気が流入する（図３（ｃ））。給気通路１２内の空気は過給器５０によって所定圧力に加圧されているので、給気弁１３２から流入する新気によって、燃焼室内の燃焼ガスを掃気することができる。図４の例では、給気弁１３２は、ピストンの下死点（ＢＤＣ）前、約６０°のタイミングで開いている。
【００３５】
掃気期間であってピストン１４４が下死点近傍にあるときに、燃料噴射弁１４が燃焼室内に燃料噴霧を噴射する（図３（ｄ），図４）。下死点の後、まもなく排気弁１３４が閉じられるので、下死点近傍で燃料噴霧を噴射すれば、噴射した燃料噴霧が排気弁１３４から排出されることがなく、また、燃料と新気とを十分に混合させることができる。
【００３６】
燃料を噴射後、所定のタイミングで排気弁１３４を閉じた後は、図３（ｅ）に示すように、給気弁１３２から加圧された空気が燃焼室内に流入する。図４の例では、排気弁１３４を閉じるタイミングは、ピストンの下死点後、約５０°に設定されている。掃気期間に噴射された燃料噴霧は、吸入空気の流れによって燃焼室内に分散され、吸入空気と混合する。
【００３７】
給気弁１３２が閉じた以降は、ピストン１４４の上昇とともに燃焼室内の混合気が圧縮される。給気弁１３２が開いている間は、ピストンが上昇しても燃焼室内の混合気を圧縮することはできない。従って、２サイクル運転においては、給気弁１３２を閉じるタイミングによって混合気の実質的な圧縮比が決定される。図４の例では、給気弁１３２を閉じるタイミングは、ピストンの下死点後、約６０°に設定されている。
【００３８】
給気弁１３２を閉じた後、ピストン１４４を上昇していくと、図３（ｆ）に示すように、燃焼室内で混合気が圧縮され、ピストン１４４の上死点付近で自着火する。その結果、燃焼室内の形成された混合気を速やかに燃焼させることができる。
【００３９】
このように、２サイクル自着火運転では、空気過剰率の大きいリーンな混合気を圧縮自着火させるので、燃料消費量を低減でき、また、大気汚染物質の排出量も大幅に低減することができる。なお、高負荷時には燃料噴射量が増えて空気過剰率が小さくなるので、圧縮時にノッキングが発生しやすくなる傾向にある。そこで、高負荷時には、圧縮比を若干低く設定するとともに、点火プラグで点火することによって混合気を燃焼させることが好ましい。一方、極く低負荷時には、燃料噴射量が少ないので、自着火が不安定になる場合がある。そこで、極く低負荷時にも、点火プラグで点火することによって混合気を燃焼させるようにしてもよい。
【００４０】
図５は、第１実施例の燃焼室の詳細を示す要部断面図である。給気ポート７０内には、流路分割壁２００が収納されている。この流路分割壁２００は、燃焼室内に逆タンブル流ＲＴＦを作り出すためのものである。なお、「タンブル流」とは、シリンダの中心軸と垂直な軸（図５の例では紙面に垂直な軸）の回りにループ状に流れる気流を意味している。一般に、タンブル流には「正タンブル流（順タンブル流とも呼ぶ）」と「逆タンブル流」とがある。「正タンブル流」は、給気ポート７０によって自然に方向付けられる気流の向きであり、給気弁１３２の弁体１３２ａの周囲の排気弁側のギャップを通り、その後、排気弁１３４の下を経由してシリンダ壁に沿ってピストン頂部に向かって下降した後に上昇する気流の向きを意味している。図５の配置では、「正タンブル流」は時計回りの気流になる。一方、「逆タンブル流」は、正タンブル流とは逆向きであり、給気弁１３２の弁体１３２ａの周囲のシリンダ壁側のギャップを通り、その後、シリンダ壁に沿ってピストン頂部に向かって下降した後に上昇する気流の向きを意味している。図５の配置では、このような逆タンブル流ＲＴＦが描かれている。
【００４１】
流路分割壁２００は、給気ポート７０の流路を、シリンダ壁側流路７３と排気弁側流路７４とに区分している。この実施例では、流路分割壁２００は給気ポート７０に挿入された管状体（掃入管）として構成されているが、この代わりに、単なる板状の隔壁として構成することも可能である。この説明から理解できるように、「流路分割壁」という用語は、流路を分割できる機能を有していればよく、種々の形状を取ることが可能である。
【００４２】
流路分割壁２００の上流側の端部（すなわち流路分割壁２００の入口）では、シリンダ壁側流路７３の流路断面積が、排気弁側流路７４の流路断面積よりも大きく設定されている。一方、流路分割壁２００の下流側の端部（すなわち流路分割壁２００の出口）では、逆に、シリンダ壁側流路７３の流路断面積が、排気弁側流路７４の流路断面積よりも小さく設定されている。流路分割壁２００の入口と出口における流路断面積の比は、シリンダ壁側流路７３を流れる給気の流速が、排気弁側流路７４を流れる給気の流速よりも十分に大きくなるように設定されている。なお、流路分割壁２００の出口では、流路分割壁２００が略「く」の字状（図中では、逆「く」の字状）に曲がっており、その先端には直線状流路２１０が設けられている。この直線状流路２１０は、流路断面積が流路分割壁２００内の流路の中で最小であり、流路断面積の変化はほとんどない。シリンダ壁側流路７３内を流れてきた給気は、最終的にこの直線状流路２１０によって方向付けられ、給気弁１３２の弁体１３２ａの周囲のギャップを通過した後、シリンダ壁に沿って燃焼室内に流入する。
【００４３】
このように、流路分割壁２００の形状によって、シリンダ壁側流路７３を流れる給気の流速がより早くなり、また、給気の流れが流路分割壁２００の出口近傍でシリンダ壁側に屈曲する。この結果、シリンダ壁側流路７３を流れる給気は、給気弁１３２の弁体１３２ａの周囲のギャップから比較的大きな流速で燃焼室内に流入し、一方、排気弁側流路７４を流れる給気は、給気弁１３２の弁体１３２ａの周囲のギャップから比較的小さな流速で燃焼室内に流入する。従って、シリンダ壁側流路７３から燃焼室内に勢いよく流入した給気によって、燃焼室内に逆タンブル流ＲＴＦが発生する。一方、排気弁側流路７４を流れる給気は流速が小さいので、この逆タンブル流ＲＴＦに追随して流れる。
【００４４】
仮に、順タンブル流が生じると、燃料噴射弁１４から噴射された燃料が、順タンブル流に従って直ちに排気弁１３４側に流れるので、掃気の際に燃料が排気ポート８０に排出されてしまう可能性がある。一方、図５（ｂ）のような逆タンブル流ＲＴＦが生じると、給気が排気弁１３４側に到達するのにより多くの時間を要するので、掃気の際に燃料が排気ポート８０に排出されてしまうのを防止できるという利点がある。
【００４５】
なお、本実施例のエンジンでは、給気ポート７０の開口部にいわゆるマスク壁が設けられておらず、従って、給気弁１３２が全開状態にあるときに、給気弁１３２の弁体１３２ａの全周から給気が流入する。このため、マスク壁がある場合に比べて給気ポート７０の開口部における流路抵抗が小さいので、高負荷運転時にも十分な給気量を得ることが可能である。
【００４６】
図５（ａ）は、シリンダヘッド１３０を下側から見た図であり、シリンダヘッド１３０に設けられた開口部と給気ポート７０との関係を示している。この実施例では、給気ポート７０は２つの分岐管７０ａ，７０ｂに分岐しており、各分岐管７０ａ，７０ｂがそれぞれの燃焼室に開口している。なお、図５（ａ）では省略されているが、燃料噴射弁１４は、２つの分岐管７０ａ，７０ｂの中央に配置されている。また、排気ポート８０も、２つの開口部８２ａ，８２ｂを有している。給気ポート７０の２つの開口部７２ａ，７２ｂには、給気弁１３２（図５（ｂ））がそれぞれ設けられている。流路分割壁２００も、この給気ポート７０の形状に合致するように、燃焼室の近くで２つの管路２００ａ，２００ｂに分岐している。図５（ａ）には、給気ポートの２つの開口部７２ａ，７２ｂにおいて、給気流路がシリンダ壁側流路７３と排気弁側流路７４に分かれている様子も示されている。なお、シリンダ壁側流路７３の出口は、この例のように、中央に凹部のある湾曲した形状（略Ｕ字状または略Ｖ字状）を有していることが好ましい。このような形状にすれば、給気弁の弁軸との干渉を防止することができる。
【００４７】
図５（ｃ）は、図５（ｂ）におけるｃ−ｃ矢視図であり、流路分割壁２００の入口を示している。この図からも、シリンダ壁側流路７３が排気弁側流路７４よりも流路断面積が大きいことが理解できる。なお、本実施例では、２つの給気弁に対して１つの流路分割壁２００（流路分割管）を用いているが、この代わりに、各給気弁毎に１つの流路分割壁（流路分割管）を用いるようにしても良い。
【００４８】
以上のように、第１実施例のエンジンによれば、燃焼室内で強い逆タンブル流が発生するように流路分割壁２００の形状が工夫されているので、２サイクル運転の掃気の際に燃料が直接排気ポート８０に排出されてしまうことを抑制することができる。また、マスク壁を使用していないので、高負荷運転時に十分な給気量を得ることが可能である。
【００４９】
なお、４サイクル運転は掃気を行わないので、逆タンブル流は無くても良い。従来のマスク壁は、４サイクル運転時には、ポンプ損失を増加させて燃費を悪化させるという悪い影響を与えるだけであり、不要なものである。本実施例のエンジンはマスク壁が無いので、４サイクル運転時の燃費を悪化させずに済むという利点もある。このような利点は、２サイクル運転と４サイクル運転の両方を切り換えることが可能なエンジンにおいて特に顕著である。
【００５０】
Ｂ．第２実施例：
図６は、第２実施例のエンジンの燃焼室の詳細を示す要部断面図である。第２実施例のエンジンは、図５（ｂ）に示した第１実施例のエンジンの給気ポート７０の排気弁側流路７４に、ロータリ式の流路抵抗制御弁２２０（「給気制御弁」とも呼ぶ）を追加したものであり、他の構成は第１実施例と同じである。
【００５１】
流路抵抗制御弁２２０は、給気ポート７０の排気弁側流路７４に設けられた略中空円筒形状の凹部２２４に収納されており、回転軸２２２を中心として回転可能である。具体的には、流路抵抗制御弁２２０は、クランクシャフト１４８（図１）に同期して、クランクシャフト１４８が１回転するたびに１回転する。このような回転を行わせるため、流路抵抗制御弁２２０の回転軸２２２は、図示しない回転伝達機構（ギアやチェーンなど）を介してクランクシャフト１４８と接続されている。流路抵抗制御弁２２０の弁体は、略円柱状の物体の一端を、その中心軸に平行な切断面で切断して削除した形状を有している。従って、流路抵抗制御弁２２０が回転すると、排気弁側流路７４を全閉する状態と、全開する状態とが周期的に現れる。
【００５２】
図７は、第２実施例における給気弁（ＩＮ弁）と排気弁（ＥＸ弁）の開弁期間と、流路抵抗制御弁２２０の開弁期間の一例を示している。給気弁（ＩＮ弁）と排気弁（ＥＸ弁）の開弁期間は、図４に示したものと同じである。流路抵抗制御弁２２０は、給気弁が開く前には閉じており、給気弁が開いた後に開き、給気弁が閉じるのと同時に閉じている。図７の例では、流路抵抗制御弁２２０の開弁タイミングはピストンの下死点前、約４５°に設定されており、閉弁タイミングはピストンの下死点後、約６０°に設定されている。流路抵抗制御弁２２０の開弁期間をこのように設定したのは、以下のような理由による。
【００５３】
図８は、２サイクル運転時における筒内圧力（燃焼室内圧力）と給気圧力（給気ポートの圧力）と排気圧力（排気ポートの圧力）の変化の一例を示している。排気弁１３４が開いた後、給気弁１３２が開いた直後の時期では、まだ筒内圧が高いので、燃焼ガスの一部は給気ポート７０に戻されて、給気ポート７０の圧力が高くなる。その後、燃焼ガスが排気ポート８０に排出されると、筒内圧が下がり、給気ポート７０から燃焼室内に空気が流入する。このとき、排気ポート８０に排出される燃焼ガスの急速な流れに伴って燃焼室内に負圧が発生する。ここで、「負圧」とは、燃焼室内の圧力が給気ポート７０の圧力よりも低い状態を意味している。このような負圧が発生すると、給気ポート７０からの空気が燃焼室内に引き寄せられて、直接排気ポート８０へと吹き抜けてしまう可能性がある。
【００５４】
第２実施例では、給気弁１３２が開いた後に、筒内圧が十分に下がった時点で流路抵抗制御弁２２０を開くようにしたので、上述したような排気ポート８０に排出される燃焼ガスの急速な流れに伴う空気の吹き抜けを防止することができる。また、筒内圧が十分に下がった後には、流路抵抗制御弁２２０を開くことによって給気ポート７０全体の流路抵抗を低下させているので、十分な給気量を確保することが可能である。また、流路抵抗制御弁２２０が全開の状態では、給気ポート７０の流路が、図５（ｂ）に示した第１実施例とほぼ同じ流路になるので、強い逆タンブル流を発生させることが可能である。特に、第２実施例では、給気弁１３２が開き、流路抵抗制御弁２２０が閉じている期間では、シリンダ壁側流路７３のみが開いており、排気弁側流路７４は閉じている。このときに、強い逆タンブル流が生じ、この逆タンブル流は流路抵抗制御弁２２０が開いた後も継続される。従って、第１実施例よりもさらに強い逆タンブル流を発生させることが可能である。
【００５５】
なお、第２実施例では、流路抵抗制御弁２２０は、排気弁側流路７４を全閉にし得るものとしていたが、この代わりに、弁体をやや小さく作成して全閉にならないようにしても良い。すなわち、また、流路抵抗制御弁２２０としては、ロータリ式以外の方式の弁を使用することもできる。すなわち、流路抵抗制御弁２２０としては、排気弁側流路７４の流路抵抗を、クランクシャフトの回転に同期して変更するものを設けることが好ましい。ここで、「流路抵抗を変更する」とは、全閉状態にする場合も含む広い意味を有している。また、流路抵抗制御弁２２０の開閉タイミングは、図７に示したもの以外の種々のタイミングに設定することが可能である。
【００５６】
Ｃ．第３実施例：
図９は、第３実施例のエンジンの燃焼室の詳細を示す要部断面図である。第３実施例のエンジンは、図５（ｂ）に示した第１実施例のエンジンの流路分割壁２００の形状を変更し、また、給気ポート７０の排気弁側流路７４にピボット式の流路抵抗制御弁２４０（「給気制御弁」とも呼ぶ）を追加したものであり、他の構成は第１実施例と同じである。
【００５７】
第３実施例の流路分割壁２３０は、図９（ｂ）に示すように、入口におけるシリンダ壁側流路７３と排気弁側流路７４の流路断面積がほぼ等しい。ここで、「流路断面積がほぼ等しい」とは、一方が他方の±１０％の範囲にあることを意味している。一方、流路分割壁２３０の出口では、シリンダ壁側流路７３の流路断面積が、排気弁側流路７４の流路断面積よりも小さくなっている。また、流路分割壁２３０の出口の先端には、第１実施例と同様に、直線状流路２３２が設けられている。
【００５８】
第３実施例では、逆タンブル流が必要な運転条件では、流路抵抗制御弁２３０を開弁量を減らして排気弁側流路７４の抵抗を増加させて、強い逆タンブル流を発生させることが可能である。特に、低負荷の場合には、流路抵抗制御弁２３０を全閉状態にすれば、すべての給気をシリンダ壁側流路７３に集めることができるので、少ない給気流量でも給気圧を十分高く保つことができる。この結果、低負荷でも十分な逆タンブル流を起こすことができ、また、掃気時の吹き抜けも防止できるという利点がある。一方、逆タンブル流が不要な運転条件では、流路抵抗制御弁２３０を全開状態に設定することによって、ポンプ損失を低減し、燃費を向上させることが可能である。例えば、４サイクル運転時には、流路抵抗制御弁２３０を全開状態に設定するようにしてもよい。
【００５９】
なお、流路抵抗制御弁２３０は、全開と全閉のみを行えるものでも良いが、運転条件に応じて開度が任意に変更可能な調節弁であることが好ましい。特に、エンジンの負荷に応じて流路抵抗制御弁２３０の開度を任意に調整できるようにすれば、ポンプ損失を不必要に増大させることなく逆タンブル流を発生させることが可能である。なお、このような流路抵抗制御弁２３０は、第１実施例のエンジンに適用することも可能である。
【００６０】
Ｄ．変形例：
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
【００６１】
Ｄ１．変形例１：
上記実施例では、２サイクル運転と４サイクル運転とを切り換えることが可能なエンジンについて説明したが、本発明は、２サイクル運転のみを行うエンジンにも適用可能である。また、２サイクル運転時には、必ずしも自着火を行う必要はなく、常に火花点火を行うものであっても良い。
【００６２】
Ｄ２．変形例２：
上述した種々の実施例では、流路分割壁を用いて逆タンブル流を生じさせるようにしていたが、流路分割壁以外の手段を用いて逆タンブル流を生じさせるようにしても良い。但し、逆タンブル流を生じさせる手段としては、給気弁の開弁時に、給気ポートの開口部と給気弁の弁体との間のギャップが全周にわたって十分に広く、給気弁の全開時にその弁体の全周から給気が燃焼室に流入するようなものであることが好ましい。換言すれば、給気ポートの開口部のうちでシリンダ壁に近い部分における給気流速がより大きく、排気弁に近い部分における給気流速がより小さくなるように、給気ポートの開口部における給気流速に偏りを生じさせる給気流速調整部を給気ポートに設けることが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例としてのガソリンエンジン１００の構成を概念的に示した説明図。
【図２】第１実施例のエンジン１００の運転モードを示すマップ。
【図３】２サイクル運転の様子を示す説明図。
【図４】２サイクル運転時の給気弁と排気弁を開閉期間を模式的に示す説明図。
【図５】第１実施例のエンジンの燃焼室の詳細を示す要部断面図。
【図６】第２実施例のエンジンの燃焼室の詳細を示す要部断面図。
【図７】第２実施例における給気弁（ＩＮ弁）と排気弁（ＥＸ弁）の開弁期間と、流路抵抗制御弁２２０の開弁期間とを示す説明図。
【図８】２サイクル運転時における筒内圧力（燃焼室内圧力）と給気圧力と排気圧力の変化の一例を示すグラフ。
【図９】第３実施例のエンジンの燃焼室の詳細を示す要部断面図。
【符号の説明】
１２…給気通路
１４…燃料噴射弁
１６…排気通路
２０…エアクリーナ
２２…スロットル弁
２４…電動アクチュエータ
２６…触媒
３０…ＥＣＵ
３２…クランク角センサ
３４…アクセル開度センサ
５０…過給器
５２…タービン
５４…コンプレッサ
５６…シャフト
６０…サージタンク
６２…インタークーラ
７０…給気ポート
７０ａ，７０ｂ…分岐管
７２ａ，７２ｂ…開口部
７３…シリンダ壁側流路
７４…排気弁側流路
８０…排気ポート
８２ａ，８２ｂ…開口部
１００…ガソリンエンジン（内燃機関）
１３０…シリンダヘッド
１３２…給気弁
１３２ａ…弁体
１３４…排気弁
１３６…点火プラグ
１４０…シリンダブロック
１４２…シリンダ
１４４…ピストン
１４６…コネクティングロッド
１４８…クランクシャフト
１６２，１６４…電動アクチュエータ
２００…流路分割壁
２００ａ，２００ｂ…管路
２１０…直線状流路
２２０…流路抵抗制御弁
２２２…回転軸
２２４…凹部
２３０…流路抵抗制御弁
２３０…流路分割壁
２３２…直線状流路
２４０…流路抵抗制御弁
３００…ガソリンエンジン
【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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