(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
各気筒にそれぞれ一対ずつ設けられた排気側ポートからの排気を集合させる排気集合通路と、当該排気集合通路により集合された排気を排気管側に送出する排気送出通路とを有し、所定の運転条件下で他気筒ＥＧＲを行う多気筒内燃機関であって、
排気行程の間に前記一対の排気側ポートのそれぞれに対応する排気バルブを開弁させる可変動弁機構と、
前記排気送出通路を開閉する排気制御弁と、
前記排気制御弁を開閉駆動する排気制御弁駆動手段と
を備え、
前記所定の運転条件下においては、前記可変動弁機構によって更に前記両排気バルブを前記各気筒の吸気行程と圧縮行程とをまたぐ開弁期でも開弁させるとともに、前記排気制御弁駆動手段によって前記排気制御弁を閉弁させることにより、当該各気筒へ前記排気側ポートからの他気筒ＥＧＲガスの導入を行わせることを特徴とする多気筒内燃機関。
【請求項２】
前記排気制御弁がロータリバルブであることを特徴とする、請求項１に記載の多気筒内燃機関。
【請求項３】
前記排気制御弁がシリンダヘッドに内設されたことを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の多気筒内燃機関。
【請求項４】
前記可変動弁機構と前記排気制御弁駆動手段とが連結され、当該可変動弁機構の作動に伴って当該排気制御弁が作動することを特徴とする、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の多気筒内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、簡易かつコンパクトな構成で他気筒ＥＧＲを実現する多気筒内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、熱効率の向上や有害排出ガス成分の減少等を図るべく、予混合圧縮着火（Homogeneous Charged Compression Ignition：以下、ＨＣＣＩと記す）モードでの運転を行う内燃機関の開発が進められている。ＨＣＣＩモードは、ＤＭＥ（ジメチルエーテル）やｎ−ブタン等の燃料と空気とを均一に混合した予混合気を燃焼室に導入した後、ピストンにより圧縮することで高温・高圧にして多点同時的に予混合気を自己着火させるものであるが、着火時期の制御が難しいことから、運転状況に応じてＨＣＣＩモードと火花点火（Spark Ignition: 以下、ＳＩと記す）モードと切り換えて行うことが一般的である。なお、ＨＣＣＩモードでの運転では、着火に至るまでピストンによる圧縮によってのみ混合気の温度が上昇するため、着火時期の制御には圧縮開始時の筒内ガス温度が重要なファクターとなる。
【０００３】
そこで、ＨＣＣＩモードで運転される内燃機関では、圧縮開始時の筒内ガス温度を高めるべく、ある気筒の排気ガスをＥＧＲ（Exhaust gas recirculation：排気ガス再循環）ガスとして他の気筒に導入する他気筒ＥＧＲが一般に採用されている。他気筒ＥＧＲとしては、排気行程と吸気行程とが互いにラップする気筒のＥＧＲポートをＥＧＲ配管で連通させるとともに、ＥＧＲポートに可変動弁機構によって駆動されるＥＧＲ弁を設置し、ＨＣＣＩモード時にのみＥＧＲ配管を連通させるようにしたものが提案されている（特許文献１参照）。また、ＳＩモードでのみ運転される内燃機関の他気筒ＥＧＲとしては、各気筒に一対の排気ポートを設けるとともに、これら排気ポートに接続される排気マニホールド内に２つのフラップバルブを配置し、運転状態に応じてこれらフラップバルブの開度を変化させることで他気筒ＥＧＲ時のＥＧＲガス量を制御するもの（特許文献２参照）が提案されている。
【特許文献１】特開２００５−６１３２４号公報
【特許文献２】特開２００４−１２４７５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した特許文献１の他気筒ＥＧＲには、排気ポートに接続される排気マニホールドとＥＧＲポートを連通させるＥＧＲ配管とが個別に設けられていることから、他気筒ＥＧＲを行わない場合の排気効率を高めることが難しくなる他、排気装置も大型かつ複雑なものとなって重量や製造コストが増大するという問題があった。また、特許文献２の他気筒ＥＧＲには、ＨＣＣＩモードで運転される内燃機関に適用した場合、２つのフラップバルブをカムシャフトと同期駆動しなければならず、駆動機構が複雑になるとともに耐久性の確保も難しい等の問題があった。
【０００５】
本発明は、このような背景に鑑みなされたもので、簡易かつコンパクトな構成を採りながら、確実な他気筒ＥＧＲを実現した多気筒内燃機関を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１の発明に係る多気筒内燃機関は、各気筒にそれぞれ一対ずつ設けられた排気側ポートからの排気を集合させる排気集合通路と、当該排気集合通路により集合された排気を排気管側に送出する排気送出通路とを有し、所定の運転条件下で他気筒ＥＧＲを行う多気筒内燃機関であって、排気行程の間に前記一対の排気側ポートのそれぞれに対応する排気バルブを開弁させる可変動弁機構と、前記排気送出通路を開閉する排気制御弁と、前記排気制御弁を開閉駆動する排気制御弁駆動手段とを備え、前記所定の運転条件下においては、前記可変動弁機構によって更に前記両排気バルブを前記各気筒の吸気行程と圧縮行程とをまたぐ開弁期でも開弁させるとともに、前記排気制御弁駆動手段によって前記排気制御弁を閉弁させることにより、当該各気筒へ前記排気側ポートからの他気筒ＥＧＲガスの導入を行わせることを特徴とする。
【０００７】
また、請求項２の発明に係る多気筒内燃機関は、請求項１に記載の多気筒内燃機関において、前記排気制御弁がロータリバルブであることを特徴とする。
【０００８】
また、請求項３の発明に係る多気筒内燃機関は、請求項１または請求項２に記載の多気筒内燃機関において、前記排気制御弁がシリンダヘッドに内設されたことを特徴とする。
また、請求項４の発明に係る多気筒内燃機関は、請求項１〜請求項３に記載の多気筒内燃機関において、前記可変動弁機構と前記排気制御弁駆動手段とが連結され、当該可変動弁機構の作動に伴って当該排気制御弁が作動することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
請求項１の多気筒内燃機関によれば、排気制御弁が排気送出通路を閉鎖することによって排気集合通路がＥＧＲ通路として機能するため、簡易かつコンパクトな構成で他気筒ＥＧＲが実現される。また、請求項２の多気筒内燃機関によれば、内燃機関の高速回転領域においても排気送出通路の開閉を円滑に行えるとともに、排気制御弁の耐久性や駆動制御性等も向上する。また、請求項３の多気筒内燃機関によれば、排気装置がコンパクトになるとともに、エンジン冷却水による冷却を行うことで排気制御弁の熱疲労等が発生し難くなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面を参照して、本発明を適用した多気筒内燃機関の一実施形態を詳細に説明する。
図１は実施形態に係るエンジンシステムの模式的構成図であり、図２は実施形態に係るエンジンのシリンダヘッドを示す概略構成図であり、図３はＳＩモードにおける吸排気バルブリフトを示すチャートであり、図４はＨＣＣＩモードにおける吸排気バルブリフトおよび排気制御弁の開閉状態を示すチャートである。
【００１１】
＜実施形態の構成＞
図１に示すエンジンシステムは、直列４気筒内燃機関（以下、エンジンと記す）１を中核に、エアクリーナ２やサージタンク３、吸気マニホールド４等からなる吸気系と、排気管６やキャタライザ７、マフラー８等からなる排気系と、各種制御プログラムや運転情報に基づきエンジン制御を行うＥＣＵ（エンジン制御ユニット）９とを備えている。
【００１２】
エンジン１のシリンダヘッド１０には、各気筒ごとに、吸気ポート１１や、一対の排気ポート１２，１３、筒内噴射用燃料噴射弁１４、点火プラグ１５、可変動弁機構（図示せず）等が設けられている。また、吸気マニホールド４には、各気筒ごとに、吸気管噴射用燃料噴射弁１６が設けられている。
【００１３】
図２に示すように、シリンダヘッド１０には、各気筒の排気ポート１２，１３からの排気を集合させる排気集合通路２１と、排気集合通路２１により集合された排気を排気管６側に送出する排気送出通路２２が形成されるとともに、アイドラギヤ２３やドリブンギヤ２４、油圧クラッチ機構２５を介して、排気側カムシャフト２６のドライブギヤ２７に駆動される排気制御弁２８が内装されている。排気制御弁２８は、球状の弁体２９を回転自在に支持してなるロータリバルブであり、弁体２９の回転によって排気送出通路２２の連通／遮断を行う。なお、本実施形態では、油圧クラッチ機構２５が切断されると、排気制御弁２８は、排気送出通路２２を連通させた状態で固定される。また、シリンダヘッド１０には、排気制御弁２８の弁体２９を冷却するための冷却水通路３０が形成されている。
【００１４】
≪実施形態の作用≫
エンジン１が起動すると、ＥＣＵ９は、各種センサから入力した運転情報に基づき、例えば、アイドル運転領域や高負荷運転領域ではＳＩモードでエンジンシステムを運転制御し、中低負荷運転領域ではＨＣＣＩモードでエンジンシステムを運転制御する。
【００１５】
ＳＩモードの場合、ＥＣＵ９は、可変動弁機構をＳＩモードに切り換えて駆動するとともに、油圧クラッチ機構２５を切断して排気送出通路２２を連通させる。これにより、図３に示すように、吸気バルブと排気バルブとが若干のオーバラップをもって開閉駆動される一方、各排気ポート１２，１３から排出された排気ガスが抵抗なく排気管６に排出されることになり、出力や燃費の向上が実現される。
【００１６】
一方、ＨＣＣＩモードの場合、ＥＣＵ９は、可変動弁機構をＨＣＣＩモードに切り換えて駆動するとともに、油圧クラッチ機構２５を接続することによって排気制御弁２８を作動させる。これにより、図４に示すように、吸気バルブは吸気行程におけるそのリフト量が減少し、排気バルブは排気行程の前半における第１開弁期と吸気行程と圧縮行程とをまたぐ第２開弁期とで比較的少ないリフト量をもって２回開弁する。また、排気制御弁２８は、各行程の終期から次行程の前期にかけて毎回閉弁する。これにより、排気行程と吸気行程とが互いにラップする気筒（直列４気筒の場合には、第１気筒−第４気筒、第２気筒−第３気筒）の下死点前後において排気集合通路２１がＥＧＲチャンバとして機能し、吸気行程にある気筒では、吸気ポート１１からの新気の導入と排気ポート１２，１３からの他気筒ＥＧＲガスの導入とが行われ、中低負荷運転領域における燃焼効率の向上や有害排出ガス成分の削減が実現される。
【００１７】
以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されることなく幅広く変形実施することができる。例えば、上記実施形態はＳＩモードとＨＣＣＩモードとで運転を行う直列４気筒内燃機関に本発明を適用したものであるが、本発明は、ＳＩモードのみで運転を行う多気筒内燃機関や、３気筒内燃機関や５気筒以上の気筒を有する多気筒内燃機関等にも適用できる。また、上記実施形態では、排気制御弁としてロータリバルブを用いたが、電動式のバタフライバルブや電磁式のスライドバルブ等、他形式のバルブを用いてもよい。また、上記実施形態では、一対の排気バルブを同一のバルブタイミングで駆動するようにしたが、一方をＥＧＲ専用バルブとして他気筒ＥＧＲ時にのみ駆動するようにしてもよい。また、上記実施形態では、排気集合通路と排気送出通路とをシリンダヘッドに形成し、排気制御弁をシリンダヘッドに内装するようにしたが、これらを排気装置としてシリンダヘッドの側面に取り付けたり、排気制御弁をシリンダブロックに内装するようにしてもよい。その他、エンジンシステムや排気装置の具体的構成等についても、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】実施形態に係るエンジンシステムの模式的構成図である。
【図２】実施形態に係るエンジンのシリンダヘッドを示す概略構成図である。
【図３】ＳＩモードにおける吸排気バルブリフトを示すチャートである。
【図４】ＨＣＣＩモードにおける吸排気バルブリフトおよび排気制御弁の開閉状態を示すチャートである。
【符号の説明】
【００１９】
１      エンジン（多気筒内燃機関）
６      排気管
１０    シリンダヘッド
１２，１３    排気ポート（排気側ポート）
２１    排気集合通路
２２    排気送出通路
２３    アイドラギヤ（排気制御弁駆動手段）
２５    油圧クラッチ機構（排気制御弁駆動手段）
２６    排気側カムシャフト（排気制御弁駆動手段）
２８    排気制御弁
【図１】
0004757009.tif 000002
【図２】
0004757009.tif 000003
【図３】
0004757009.tif 000004
【図４】
0004757009.tif 000005