(57)【要約】【課題】  各種のエンジンにて燃費を損なわずに触媒の早期活性化を図ることができる多気筒内燃エンジンを提供する。【解決手段】  気筒毎に吸排気ポートとは別個に配設され気筒の燃焼室に連通する分岐ポート(31,32,33,34)と、分岐ポート毎に装着されポートを開閉させる連通弁(21,22,23,24)と、各分岐ポートを連通する連通室(20)と、連通室に加圧空気の供給を行う新気供給手段(30)と、排気ポートを開閉させる排気弁の開閉時期を制御する開閉タイミング調整手段と(50)と、エンジン運転状態に応じて新気供給手段、連通弁及び開閉タイミング調整手段を作動制御する制御手段(61)とを設け、制御手段は、新気供給手段を駆動させて連通弁を開閉制御し、排気行程にある気筒の排気弁の閉弁時期を通常よりも早めるとともに、排気行程にある気筒の連通弁を膨張行程中の所定時期から排気行程中の所定時期まで開弁させる制御モードを有して構成される。【選択図】      図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
気筒毎に吸排気ポートとは別個に配設され前記気筒の燃焼室に連通する分岐ポートと、該分岐ポート毎に装着され該ポートを開閉させる連通弁と、前記各分岐ポートを連通する連通室と、該連通室に加圧空気の供給を行う新気供給手段と、前記排気ポートを開閉させる排気弁の開閉時期を制御する開閉タイミング調整手段と、エンジン運転状態に応じて該新気供給手段、前記連通弁及び前記開閉タイミング調整手段を作動制御する制御手段とを設け、
該制御手段は、前記新気供給手段を駆動させて連通弁を開閉制御し、排気行程にある気筒の排気弁の閉弁時期を通常よりも早めるとともに、該排気行程にある気筒の連通弁を膨張行程中の所定時期から前記排気行程中の所定時期まで開弁させる制御モードを有することを特徴とする多気筒内燃エンジン。
【請求項２】
前記制御モードは、前記排気弁の閉弁時期と前記吸気ポートを開閉させる吸気弁の開弁時期とのバルブオーバーラップ量を零若しくはネガティブにすることを特徴とする請求項１記載の多気筒内燃エンジン。
【請求項３】
前記制御モードは、ＨＣを低減すべき運転状態で実行されることを特徴とする請求項２記載の多気筒内燃エンジン。
【請求項４】
前記ＨＣを低減すべき運転状態とは、エンジン水温が所定温度以下のエンジン始動後の所定期間であることを特徴とする請求項３記載の多気筒内燃エンジン。
【請求項５】
前記制御手段は、エンジン低負荷運転の場合には、前記新気供給手段を駆動させ、吸気行程にある気筒の連通弁を該吸気行程中の所定時期から圧縮行程中の所定時期まで開弁させることを特徴とする請求項１記載の多気筒内燃エンジン。
【請求項６】
前記制御手段は、エンジン中負荷運転の場合には、前記新気供給手段の駆動を禁止させて前記連通弁を開閉制御することを特徴とする請求項５記載の多気筒内燃エンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多気筒内燃エンジンに係り、詳しくは、吸気ポートとは別個独立して気筒の燃焼室内に新気を導入させる多気筒内燃エンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃エンジンの排ガス性能の向上を図る場合、一般にエンジンの冷態始動時におけるＨＣの排出量を抑制させることが求められる。そして、この場合には、排気空燃比を予めリッチ側に設定するとともに、気筒内とは別個に排気通路内に２次空気を供給させる方法が知られている。リッチ化によって生じたＣＯと２次空気の供給によるＯ2とが排気中及び触媒上で反応し、触媒を早期に昇温させるからである。
【０００３】
しかし、このように、２次空気の供給分を考慮して排気空燃比を予めリッチ側に設定すれば、燃費の悪化を招くなどの問題がある。
そこで、この状況を打開する多気筒内燃エンジンの技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
当該エンジンでは、圧縮行程での噴射と膨張行程での噴射とを行い、前者の酸素過剰な燃焼によるＯ2と後者の不完全な燃焼によるＣＯとを触媒上で反応させ、触媒の活性化を図っている。
【特許文献１】特開２００１−３０４０１６号公報（段落番号００２７〜００３３、図３等）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、前記従来の技術では、圧縮行程と膨張行程との２段噴射が行われ、これら２回の燃焼による全体空燃比をリッチ化させないように構成されているが、２段噴射を鑑みればやはり燃費向上には限界が生ずるとの問題がある。
また、この問題を解決できたとしても、これは筒内噴射型内燃エンジンにて達成できる構成であり、他の内燃エンジンに適用し難いとの問題が生ずる。
【０００５】
すなわち、前記従来の技術では、各種のエンジンにて燃費を損なうことなく、触媒の早期活性化を図る点については依然として課題が残されている。
本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、各種のエンジンにて燃費を損なわずに触媒の早期活性化を図ることができる多気筒内燃エンジン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】
上記の目的を達成するべく、請求項１記載の多気筒内燃エンジンは、気筒毎に吸排気ポートとは別個に配設され気筒の燃焼室に連通する分岐ポートと、分岐ポート毎に装着されポートを開閉させる連通弁と、各分岐ポートを連通する連通室と、連通室に加圧空気の供給を行う新気供給手段と、排気ポートを開閉させる排気弁の開閉時期を制御する開閉タイミング調整手段と、エンジン運転状態に応じて新気供給手段、連通弁及び開閉タイミング調整手段を作動制御する制御手段とを設け、制御手段は、新気供給手段を駆動させて連通弁を開閉制御し、排気行程にある気筒の排気弁の閉弁時期を通常よりも早めるとともに、排気行程にある気筒の連通弁を膨張行程中の所定時期から当該排気行程中の所定時期まで開弁させる制御モードを有することを特徴としている。
【０００７】
更に、請求項２記載の発明では、前記制御モードは、排気弁の閉弁時期と吸気ポートを開閉させる吸気弁の開弁時期とのバルブオーバーラップ量を零若しくはネガティブにすることを特徴としている。
また、請求項３記載の発明では、前記制御モードは、ＨＣを低減すべき運転状態で実行されることを特徴としている。
【０００８】
更にまた、請求項４記載の発明では、ＨＣを低減すべき運転状態は、エンジン水温が所定温度以下のエンジン始動後の所定期間であることを特徴としている。
また、請求項５記載の発明では、制御手段は、エンジン低負荷運転の場合には、新気供給手段を駆動させ、吸気行程にある気筒の連通弁を該吸気行程中の所定時期から圧縮行程中の所定時期まで開弁させることを特徴としている。
【０００９】
更に、請求項６記載の発明では、制御手段は、エンジン中負荷運転の場合には、新気供給手段の駆動を禁止させて連通弁を開閉制御することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１０】
したがって、請求項１記載の本発明の多気筒内燃エンジンによれば、制御手段が、膨張行程から排気行程にかけて新気供給手段を駆動させて連通弁を開閉制御するので、加圧空気の供給によって燃焼室内の排気が高温になり、燃費を損なわずに触媒の早期活性化を図ることができる。しかも、排気弁の開弁時期を通常より早めるので吸気開弁とのオーバーラップ期間が減少して燃焼を安定化できる。また。従来の如く筒内噴射型内燃エンジンに限定されることなく、通常の多気筒内燃エンジンに適用可能となる。
【００１１】
更に、請求項２記載の発明によれば、オーバーラップ期間をなくすことで、筒内に既燃ガスが吹き返されるのを確実に防ぎ、筒内に残留する既燃ガス量をより減らして更なる燃焼の安定化を図ることができる。
また、請求項３記載の発明によれば、ＨＣの浄化促進を効果的に実現することができる。
【００１２】
更にまた、請求項４記載の発明によれば、エンジンの冷態始動時の排気浄化促進（ＨＣ低減）の他、触媒の早期活性化を効率良く実現することができる。
また、請求項５記載の発明によれば、制御手段が、エンジン低負荷運転時、すなわち、気筒内に残留する既燃ガスが多くなって燃焼不安定となり易い場合には新気を供給する加圧空気供給制御を行うことで、乱れ作用によって等容度が高くなり、熱効率改善を実現することができる。
【００１３】
更に、請求項６記載の発明によれば、制御手段が、エンジン中負荷運転時、すなわち、燃焼は安定しているが吸気絞りを伴って熱効率の改善の余地がある場合には、一の気筒の排気を他の気筒に供給する排気還流制御を行うことで、熱効率改善とＮＯｘ低減とを実現することができる。また、加圧空気を利用した燃焼性向上と、他気筒の排気流動を利用した燃焼性向上とが一つの構成で達成できるし、広範なエンジン運転領域にも対応可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面により本発明の実施形態について説明する。
図１には本発明の一実施形態に係る多気筒内燃エンジンのシステム構成図が示され、図２には該エンジンの部分断面図が示されており、以下図１及び図２に基づき本発明に係る多気筒内燃エンジンの構成を説明する。
当該実施形態に用いられる直列４気筒エンジン（以下、エンジン）１としては、吸気ポートを介した燃料噴射が実施可能なマルチポイントインジェクションエンジン（ＭＰＩ型エンジン）が一例として示されている。
【００１５】
エンジン１のシリンダヘッド２には、♯１〜♯４の４つの気筒１１〜１４毎に吸気ポート４が形成されており、各吸気ポート４の燃焼室３側には、各吸気ポート４と燃焼室３との連通及び遮断を行う吸気弁８がそれぞれ設けられている。
各吸気ポート４には吸気通路１０の一端がそれぞれ接続されている。吸気通路１０には、各♯１〜♯４気筒に燃料噴射を行う電磁式のインジェクタ（図示せず）が気筒毎にそれぞれ取り付けられており、該インジェクタは、ピストン５の排気行程で燃焼室３に向けて燃料を噴射する。
【００１６】
吸気通路１０には吸気管１６の一端が接続されている。吸気管１６には吸入空気量を調節するモータ駆動式のスロットル弁１８の他、スロットル開度を検出するセンサ、吸入空気量を検出するセンサ（いずれも図示せず）が設けられている。そして、新気は、各吸気ポート４を介して♯１気筒１１、＃２気筒１２、＃３気筒１３及び♯４気筒１４に吸入される。なお、本実施形態の点火順序は、♯１気筒１１、＃３気筒１３、♯４気筒１４、＃２気筒１２の順である。
【００１７】
また、シリンダヘッド２には、気筒１１〜１４毎に点火プラグ７が取り付けられており、吸気管１６からの新気とインジェクタからの燃料とからなる混合気に対して燃焼室３内で火花点火を行う。
さらに、シリンダヘッド２には、４つの気筒１１〜１４毎に排気ポート６が形成されており、各排気ポート６の燃焼室３側には、各排気ポート６と燃焼室３との連通及び遮断を行う排気弁９がそれぞれ設けられている。この排気弁９の開閉時期は、排気ＶＶＴ（開閉タイミング調整手段）５０による油圧調整によって連続的に可変にされる。排気ＶＶＴ５０には、例えばベーン式可変バルブタイミング機構が適用される。なお、ベーン式可変バルブタイミング機構は公知であり、ここではその構成の詳細については説明を省略する。
【００１８】
各排気ポート６には排気通路４０の一端がそれぞれ接続されている。また、排気通路４０には、排気浄化を行う三元触媒や排気中の排気空燃比を検出するＯ2センサ（いずれも図示せず）が設けられている。
ここで、上記各気筒１１、１２、１３、１４には、燃焼室３に連通する分岐管（分岐ポート）３１、３２、３３、３４が気筒毎に吸気ポート４や排気ポート６とは別個に配設されている。各分岐管３１、３２、３３、３４には、該各分岐管を任意の時期に開閉可能な電磁式のポート開閉弁（連通弁）２１、２２、２３、２４がそれぞれ装着されている。そして、各分岐管３１、３２、３３、３４には、これらを連通するポート連通管（連通室）２０が設けられ、このポート連通管２０には加圧空気の供給を行う新気供給手段（加圧空気ポンプ）３０が接続されている。
【００１９】
具体的には、図２の＃１気筒１１の断面図に示されるように、分岐管３１は、シリンダヘッド２の吸気ポート４の開口近傍位置において燃焼室３に向けて開口されており、燃焼室３から離れる方向に延設されている。そして、ポート連通管２０は、分岐管３１に略直交する方向にて他の分岐管３２、３３、３４に向けて設けられている。このポート連通管２０がシリンダヘッド２内に配設されることにより、エンジンのコンパクト化が図られる。なお、ポート連通管２０の端部に接続される加圧空気ポンプ３０もまた、シリンダヘッド２に直付けされており、上記コンパクト化に寄与している。
【００２０】
ポート開閉弁２１は、分岐管３１に対してシリンダヘッド２の外側から燃焼室３に向けて装着されている。そして、電子コントロールユニット（ＥＣＵ）６０からの信号に基づいてポート開閉弁２１の弁体４１が分岐管３１を開閉することにより、気筒１１の燃焼室３内の排気を取り出してポート連通管２０に貯留させたり、また、該ポート連通管２０を介し、他の気筒１２、１３、１４からの排気を気筒１１の燃焼室３内への供給や、加圧空気を気筒１１の燃焼室３内への供給が行われる。なお、他の気筒１２、１３、１４の構成についても上記気筒１１の構成と同様である。
【００２１】
ＥＣＵ６０は、入出力装置、記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡＭ、不揮発性ＲＡＭ等）、中央処理装置（ＣＰＵ）等を備えており、当該ＥＣＵ６０により、エンジン１の総合的な制御が行われる。
ＥＣＵ６０の入力側には、上記各種センサ類が接続されている。一方、ＥＣＵ６０の出力側には、上記インジェクタやスロットル弁１８等の他、加圧空気ポンプ３０や排気ＶＶＴ５０等の各種出力デバイスが接続され、これら各種出力デバイスには各種センサ類からの検出情報に基づき演算された各信号がそれぞれ出力される。
【００２２】
特に、本実施形態のエンジン１では、各種のエンジンにて燃費を損なわずに触媒の早期活性化を図るべく、エンジン運転状態に応じて加圧空気ポンプ３０、排気ＶＶＴ５０及びポート開閉弁２１、２２、２３、２４を作動制御する新気排気導入制御部（制御手段）６１がＥＣＵ６０に備えられている。
このように、新気排気導入制御部６１が、加圧空気ポンプ３０を駆動させてポート開閉弁２１、２２、２３、２４を開閉制御すれば、ポート連通管２０及び分岐管３１、３２、３３、３４を介して気筒毎に新気を供給することができ、燃焼室３内で空気と燃料との乱れ作用を生じさせ、燃焼改善を図ることができる。
【００２３】
また、新気排気導入制御部６１が、加圧空気ポンプ３０の駆動を禁止させてポート開閉弁２１、２２、２３、２４を開閉制御すれば、他気筒の排気を効率良く導入することができ、他気筒の強い排気流動によって十分な運動量を得て火炎伝播を早めることが可能となり、乱流燃焼のアシストの良好化を図ることができる。
よって、加圧空気を利用した燃焼性向上と、他気筒の排気流動を利用した燃焼性向上とを図ることができ、しかも、このような燃費向上及び排気の浄化促進を図る複数の燃焼方式が簡素、かつ、廉価な構成で達成可能となる。
【００２４】
次に、新気排気導入制御部６１による加圧空気供給制御を具体的に説明する。なお、本加圧空気供給制御は本発明で特定される制御モードに相当するものである。
図３及び図４が加圧空気供給制御の説明図である。
当該加圧空気供給制御は、加圧空気ポンプ３０を駆動させてポート開閉弁（連通弁）２１、２２、２３、２４を開閉制御することにより行われる。また、この制御はエンジン冷態始動時に行われる。これは、エンジン水温が所定温度以下のエンジン始動後の所定期間の時点ではエンジン下流の触媒の温度が低く、この触媒が未活性であるため、排気物質（ＨＣ）浄化を特に図る必要があるからである。
【００２５】
当該制御では、まず、加圧空気ポンプ３０は作動状態とする。つまり、ポート連通管２０には加圧空気が常時導入される。次いで、気筒１１の排気弁９の閉弁時期が通常の排気閉弁時期（図３の▼印）よりも早められる。そして、気筒１１のポート開閉弁２１の開弁時期が、気筒１１の筒内圧（図４の一点鎖線）がポート連通管２０の圧力（図４の実線）以下となる膨張行程の所定時期から排気行程の所定時期に至るまで設定される（図３の■印）。
【００２６】
このように、吸気弁の開弁時期と排気弁の閉弁時期とで形成されるバルブオーバーラップ量をなくすことで、筒内に既燃ガスが吹き返されるのを防ぎ、筒内に残留する既燃ガス量を減らして燃焼の安定化を図ることができる。なお、このオーバーラップ量は、零若しくはネガティブであれば良い。
また、排気行程前の膨張行程でポート開閉弁を開弁させて加圧空気を供給するので、排気開弁初期のブローダウンガスに余剰空気を供給して酸化反応を促進させて排気中のＨＣを低減することができる。
【００２７】
更に、ポート開閉弁２１は、筒内圧がポート連通管２０の圧力以下の時期だけ開けられており、例えば、吸気と供給燃料とで定義される空燃比で過濃燃焼させて、これにポート開閉弁から新気の供給が行われると、高温の既燃ガスに含まれる余剰の還元剤や未燃燃料と新気との酸化反応が進行して、排気中のＨＣを低減することができるとともに、排気温度を大幅に上昇させることができる。
【００２８】
なお、図４では、気筒１１について説明したが、図３に示されるように、膨張行程にある気筒１２〜１４についても同様に制御できる。これらの開閉はシーケンシャルに繰り返される。なお、当該制御では、必要とする新気量を供給させることから、各ポート開閉弁の開弁期間は互いに重なることもある。
したがって、本実施形態の新気排気導入制御部６１による加圧空気供給制御によれば、エンジン１の冷態始動時には、加圧空気ポンプ３０を駆動させて膨張行程から排気行程にかけてポート開閉弁を開閉制御するので、排気中のＨＣの酸化反応を促進して排気中のＨＣを低減できるし、加圧空気の供給による酸化反応で高温となった排気が排気通路４０の下流側に配設された触媒を昇温させることから、従来に比して燃費を損なうことなく、冷態始動時の排気浄化促進（ＨＣ低減）及び触媒の早期活性化を実現することができる。
【００２９】
更に、本実施形態の新気排気導入制御部６１では、エンジン冷態始動時の加圧空気供給制御の他、低負荷運転時の加圧空気供給制御も行っており、以下この加圧空気供給制御を具体的に説明する。
図５及び図６が他の加圧空気供給制御の説明図である。
当該加圧空気供給制御は、加圧空気ポンプ３０を駆動させてポート開閉弁（連通弁）２１、２２、２３、２４を開閉制御することにより行われる。また、この制御はエンジン低負荷運転時に行われる。これは、気筒内に残留した既燃ガスの新気に対する比率が多くなって燃焼不安定となり易いからである。
【００３０】
当該制御では、排気弁の開閉時期は通常の排気弁開閉時期に設定される。なお、排気弁の開閉時期は必要に応じて好適に設定できる。まず、加圧空気ポンプ３０は作動状態とする。つまり、ポート連通管２０には加圧空気が常時導入される。次いで、吸気行程にある気筒１１のポート開閉弁２１の開弁時期が、当該吸気行程中の所定時期から気筒１１の筒内圧（図６の一点鎖線）がポート連通管２０の圧力（図６の実線）以下の該吸気行程に同期した圧縮行程の所定時期に至るまで設定される（図５の■印）。
【００３１】
このようにポート開閉弁２１が開閉されることで、燃焼室３には速い流速の新気が流入して強い乱れを生成させることができる。
また、ポート開閉弁２１は、筒内圧がポート連通管２０の圧力以下の所定時期までに閉じられるので、気筒１１の燃焼室３からポート連通管２０に逆流することを防止できる。
なお、図６では、気筒１１について説明したが、図５に示されるように、吸気行程にある気筒１２〜１４についても同様に制御できる。これらの開閉はシーケンシャルに繰り返される。なお、当該制御では、新気量及び圧縮上死点近傍での乱れ強度の変化に伴い、燃焼状態も変化することから、ポート開閉弁の開弁期間は、良好な燃焼の維持及び高い熱効率の確保の観点から決定される。よって、各ポート開閉弁の開弁期間は互いに重なることもある。
【００３２】
したがって、本実施形態の新気排気導入制御部６１による加圧空気供給制御によれば、エンジン１の低負荷運転時には、吸気行程から圧縮行程にかけて加圧空気ポンプ３０を駆動させてポート開閉弁を開閉制御するので、低負荷時においても等容度が高くなって熱効率の改善を図ることができるとともに、安定した燃焼を実現することができる。
次に、新気排気導入制御部６１による排気還流制御を具体的に説明する。
【００３３】
図７及び図８が排気還流制御の説明図である。
当該排気還流制御は、加圧空気ポンプ３０の駆動を禁止させてポート開閉弁（連通弁）２１、２２、２３、２４を開閉制御することにより行われる。また、この制御はエンジン中負荷運転時に行われる。これは、燃焼は安定しているものの、吸気絞りを伴ってポンプ損失が存在し、熱効率の改善の余地があるからである。なお、点火順序が連続しない気筒、一例として、膨張行程にある気筒１１（図８の気筒ａ）及びポート開閉弁２１（図７、８の連通弁Ａ）と、この膨張行程に同期して吸気行程にある気筒１４（図８の気筒ｂ）及びポート開閉弁２４（図７、８の連通弁Ｂ）との組み合わせについて以下に示す。
【００３４】
当該制御では、加圧空気ポンプ３０は未作動状態とする。まず、気筒１１の排気弁９の開弁時期が通常の排気開弁時期（図７の▼印）よりも遅らされる。次いで、気筒１１のポート開閉弁２１の開弁時期が、前記通常の排気開弁時期から上記遅らせた現在の排気開弁時期近傍に至るまでで、この排気弁９の開弁時期に先行した時期に設定される（図７の■印Ａ）。そして、気筒１４のポート開閉弁２４の開弁時期が、ポート開閉弁２１の閉弁前の所定時期から気筒１４の筒内圧（図８の一点鎖線）がポート連通管２０の圧力（図８の実線）以下の所定時期に至るまで設定される（図７の■印Ｂ）。
【００３５】
このように、ポート開閉弁２１が上記現在の排気開弁時期近傍で閉じられることで、一旦ポート連通管２０に流入された排気が気筒１１に逆流することを防止できる。
更に、ポート開閉弁２４がポート開閉弁２１の閉弁前の所定時期に開かれる、具体的には、図４に示す如くポート開閉弁２１及びポート開閉弁２４の開弁時期が重なると、高圧の排気を有する気筒１１と低圧の吸気を有する気筒１４とが導通して確実な差圧が生じ、ポート連通管２０や分岐管などの通路内容積に起因したガス流入遅れも排除できる。
【００３６】
更にまた、ポート開閉弁２１とポート開閉弁２４とをともに開弁させたオーバーラップ期間中には、ガス流れの慣性効果でポート連通管２０内には排気の流出気筒１１から流入気筒１４への一方向の高速な流れを生じさせることができる。つまり、大きなエネルギーを有する気筒１１の排気は、ポート連通管２０に貯留されずにそのまま気筒１４内に流入することができる。
【００３７】
また、ポート開閉弁２４を気筒１４の筒内圧がポート連通管２０の圧力以下である所定時期までに閉じることにより、気筒１４からポート連通管２０に逆流することをも防止できる。
なお、図８では、膨張行程にある気筒１１と吸気行程にある気筒１４との組み合わせについて説明したが、膨張行程の気筒とこれに同期する吸気行程の気筒との組み合わせであれば、図７にて膨張行程の気筒のポート開閉弁Ａ及び吸気行程の気筒のポート開閉弁Ｂと示されるように、膨張行程にある気筒１４と吸気行程にある気筒１１、膨張行程にある気筒１３と吸気行程にある気筒１２や、膨張行程にある気筒１２と吸気行程にある気筒１３についても同様に制御できる。これらの開閉はシーケンシャルに繰り返される。
【００３８】
したがって、本実施形態の新気排気導入制御部６１による排気還流制御によれば、エンジン１の中負荷運転時には、排気弁９の開弁に先行してポート開閉弁Ａを開弁させると、膨張行程にある気筒ａの高温高圧かつ高速の排気が、ポート連通管２０を介して吸気行程にある気筒ｂ内に供給されるので、円滑な排気流入を促進しつつ高い膨張比の維持が可能となり、熱効率の悪化を回避することができる。また、吸気弁８の開弁期間中に対する排気の流入は、ポンプ損失を低減することにも繋がる。
【００３９】
また、燃焼ガスが膨張し、排気弁９が開く過程で生じるブローダウンのガスには排気弁９の開弁当初などでは高濃度のＨＣが含まれるが（図９）、本実施形態では、これが他の気筒に循環して燃焼するので、サイクル効率が向上すると同時に排気管４０から排出されるＨＣは低減されることになる。
更に、本実施形態の如く吸気行程後半から圧縮行程前半にかけて損失のない速い流速の排気を流入すれば、図１０に示すように、ポート開閉弁Ｂの圧縮行程にて筒内平均流速が大きくなり、気筒ｂの燃焼室３内では圧縮上死点前に強い乱れが生成されるので従来に比して筒内流動性の向上を図ることができ、乱流火炎伝播速度が速められて燃焼期間を短縮できる。また、図１１に示すように圧縮上死点での熱発生率が高められ、高濃度の排気で希釈された予混合気であっても等容度が高くなることから従来に比して熱効率が良く、安定した燃焼が可能となって燃焼性の向上を図ることができる。なお、等容度とは、燃焼が瞬時に完結しないことによる時間損失の割合をいい、燃焼指標の一つである。
【００４０】
なお、以上の冷態始動時、低負荷及び中負荷以外では、加圧空気ポンプ３０やポート開閉弁２１〜２４は、いずれも未作動状態にして通常の運転を行う。なお、この場合にも、排気弁９の開閉時期は出力、燃費、排ガスに対して好適に設定される。
以上で本発明の一実施形態についての説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更ができるものである。
【００４１】
例えば、上記実施形態によるポート開閉弁は、縦渦（図１２）又は横渦を生成できるように配置されるものであっても良い。このように、ポート開閉弁２１からの流速の速いガス流入によって縦渦や横渦などのバルクフローを生成させると、バルクフローは圧縮行程後半まで保存された後、上死点前に崩壊して強い乱れとなり、乱流火炎伝播速度が速められて燃焼期間を短縮でき、等容度をより高く安定した燃焼が可能となり、高い熱効率を実現することができる。
【００４２】
また、上記実施形態の如くの直列４気筒エンジンに限定されるものではなく、例えば、直列３気筒、２気筒や６気筒にも適用できる。この直列３気筒の排気還流制御について説明すると、加圧空気ポンプ３０は未作動状態とおいて一例としては、図１３に示されるように、まず、膨張行程にある気筒１１の排気弁９の開弁時期が通常の排気開弁時期（図の▼印）よりも遅らされる。次いで、気筒１１のポート開閉弁２１（図の連通弁Ａ）の開弁時期が、この排気弁９の開弁時期に先行して設定される（図の■印）。そして、この膨張行程に同期して圧縮行程にある気筒１２のポート開閉弁２２（図の連通弁Ｂ）の開弁時期が、ポート開閉弁２１の閉弁前の所定時期から気筒１２の筒内圧がポート連通管２０の圧力以下となる所定時期に至るまで設定される（図の■印）。排気弁９が開弁されていない圧縮行程にある気筒に排気を導入させることで、該排気のエネルギーを有効に利用することが可能となる。なお、直列型の他、Ｖ型や水平対向型のエンジンにおいても、各バンクに連通路を含む構成を並列に付加することで、同様な制御を行うことができる。
【００４３】
更に、ポート連通管から筒内に供給されるガスが余剰酸素を含む場合には、吸気と供給燃料で定義される空燃比を目標よりも過濃とし、排気通路から排出される排ガス組成で定義されるトータルの空燃比が目標値となるように設定するものであっても良く、例えば、三元触媒が最大限機能するようにストイキに調整することで排気を大幅に浄化できる。
また、上記実施形態に加えて、吸気通路に排気の一部を還流するＥＧＲバルブを付加しても良く、中負荷と低負荷との運転で燃焼限界に余裕がある場合にはＥＧＲを利用することでポンプ損失を低減させ、良好な燃焼を維持しながら更なる熱効率を高めることができる。
【００４４】
更にまた、排気ＶＶＴの他、吸気弁の開閉弁時期を調整可能な開閉タイミング調整手段を付加しても良い。中負荷と低負荷との運転で燃焼限界に余裕がある場合には、吸気弁の開弁時期を通常の吸気開弁時期よりも早めて吸排気のオーバーラップ期間を増大させれば、内部ＥＧＲの増加によってポンプ損失を低減させ、良好な燃焼を維持しながら更なる熱効率を高めることができる。また、同時に吸気閉弁時期を通常よりも早めれば、実圧縮比が増大して熱効率が一層高められる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の一実施形態に係る多気筒内燃エンジンの概略構成図である。
【図２】図１のエンジンの部分断面図である。
【図３】図１のエンジンによる加圧空気供給制御の説明図である。
【図４】図１のエンジンによる加圧空気供給制御の説明図である。
【図５】図１のエンジンによる他の加圧空気供給制御の説明図である。
【図６】図１のエンジンによる他の加圧空気供給制御の説明図である。
【図７】図１のエンジンによる排気還流制御の説明図である。
【図８】図１のエンジンによる排気還流制御の説明図である。
【図９】図１のエンジンによる排気浄化促進を示す図である。
【図１０】図１のエンジンによる筒内流動性向上を示す図である。
【図１１】図１のエンジンによる燃焼性向上を示す図である。
【図１２】本発明の他の実施例によるエンジンの部分断面図である。
【図１３】本発明の更に他の実施例によるエンジンの概略構成図及び排気還流制御の説明図である。
【符号の説明】
【００４６】
１  多気筒内燃エンジン
２  シリンダヘッド
３  燃焼室
４  吸気ポート
６  排気ポート
８  吸気弁
９  排気弁
１１、１２、１３、１４  気筒
２０  ポート連通管（連通室）
２１、２２、２３、２４  ポート開閉弁（連通弁）
３０  加圧空気ポンプ（新気供給手段）
３１、３２、３３、３４  分岐管（分岐ポート）
５０  排気ＶＶＴ（開閉タイミング調整手段）
６０  電子コントロールユニット（ＥＣＵ）
６１  新気排気導入制御部（制御手段）
【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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