(57)【要約】【課題】  圧縮行程前半、気筒内に高温、高圧の排ガスを還流させ得るようにして、ＮＯｘの発生を抑えつつ、出力向上及び燃費低減を図る。【解決手段】  各気筒Ｃ1 〜Ｃ4 内部と排気チャンバ５との間を結ぶ排気還流ポート３に排気還流弁８を設け、この排気還流弁８を対応する気筒の膨脹行程後半からそれに続く下死点ＢＤＣまたはその近傍までの期間中、開弁して高温、高圧の燃焼ガスの一部を排気チャンバ５に取り入れ、次いで同弁８を圧縮行程の前半期間中、開弁して排気チャンバ５から気筒内に排ガスを還流させる。【選択図】        図１
2005098309.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
気筒（Ｃ1 〜Ｃ4 ）内部と排気貯留手段（５，１５，２５1 ，２５2 ）との間を結ぶ排気還流ポート（３，１３）に、気筒（Ｃ1 〜Ｃ4 ）の膨脹行程後半及び圧縮行程前半に開弁期間を持つ排気還流弁（８，１８，１６2 ，１７2 ）を開閉可能に設けたことを特徴とする、内燃機関の排気還流装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気筒内での混合気の燃焼時、ＮＯｘの発生を抑えるために、排ガスの一部を気筒内の混合気に混入するようにした、内燃機関の排気還流装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、かかる排気還流装置として、気筒内部と排気チャンバとの間を結ぶ排気還流ポートに排気還流弁を設け、該弁を排気行程で開弁して排気の一部を排気チャンバに一次取り出し、次いで圧縮行程で再び該弁を開弁して排気チャンバから気筒へ先の排気を還流させるようにしたものが知られている（例えば下記の特許文献１を参照）。
【特許文献１】特開昭５４−７７８２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記のように排気行程で排気還流弁を開弁することにより排気チャンバに取り出した排ガスの圧力は比較的低く、このため次の圧縮行程において排気還流弁を開弁しても、気筒への排気還流は充分に行われず、所期の効果を達成することが困難であることが本発明者等によって究明された。
【０００４】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたもので、圧縮行程における気筒内への排気還流を確実に行ない得て、ＮＯｘの発生を抑えつつ出力向上及び燃費低減を図ることができる、機関の排気還流装置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】
【０００５】
上記目的を達成するために、本発明は、気筒内部と排気貯留手段との間を結ぶ排気還流ポートに、気筒の膨脹行程後半及び圧縮行程前半に開弁期間を持つ排気還流弁を開閉可能に設けたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
以上のように本発明によれば、膨脹行程の後半で排気還流弁を開弁することにより、気筒内の極めて小さい圧力降下を伴なうだけで、燃焼ガス、即ち高温、高圧の排ガスを排気貯留手段に取り入れることができる。したがって、次いで圧縮行程で排気還流弁を再び開弁したとき、先の高温、高圧の排ガスを気筒内に確実に還流させて、外側が排ガス、内側が混合気という排気ガス及び混合気の成層化を生じさせ、アンチノック性を向上させることができ、これにより高圧縮比化を可能にして燃費の低減を図ることができる。また、排ガスは排気貯留手段に取入れられてから気筒に還流するまでに、温度降下が極めて少なく、高温状態を維持するので、この排ガスにより内側の混合気の霧化を促進し、混合気の良好な燃焼に寄与し、排ガス中のＨＣのみならず、ＮＯｘの含有量を効果的に減少させることができる。さらに、圧縮行程での高温、高圧の排ガスの還流によって、気筒内の実圧縮圧力を上昇させ、燃費の更なる低減をもたらすことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明の実施の形態を、添付図面に例示した本発明の実施例に基づいて以下に具体的に説明する。
【０００８】
図１〜図３は、本発明の第１実施例を示すもので、図１は、内燃機関の概略横断面図、図２は、同機関の吸、排気弁及び排気還流弁の開閉タイミング図、図３は、同機関の指圧線図である。また図４は、本発明の第２実施例を示す内燃機関の概略横断面図であり、図５と図６は、本発明の第３実施例を示す内燃機関の概略横断面図と同機関の排気還流タイミング図である。さらに図７は、本発明の第４実施例を示す内燃機関の概略平面図、図８は図７の８−８線断面図である。さらにまた図９と図１０は、本発明の第５実施例を示す内燃機関の概略横断面図と同機関の吸、排気弁の開閉タイミング図である。さらにまた図１１と図１２は、本発明の第６実施例を示す内燃機関の概略横断面図と同機関の吸、排気弁の開閉タイミング図である。
【０００９】
先ず図１ないし図３に示す本発明の第１実施例より説明する。図１において、内燃機関Ｅは４本の気筒を備え、これらを左から第１〜第４気筒Ｃ1 〜Ｃ4 と呼ぶ。
【００１０】
全気筒Ｃ1 〜Ｃ4 は同一の構成であるので、それらを代表して第１気筒Ｃ1 の構成について説明する。気筒Ｃ1 は、その燃焼室天井面にそれぞれ開口する各一対の第１，第２吸気ポート１1 ，１2 及び第１，第２排気ポート２1 ，２2 と、１本の排気還流ポート３とを有し、排気還流ポート３は両排気ポート２1 ，２2 間の中央に配置される。また気筒Ｃ1 は、その燃焼室天井面の中心部に電極を臨ませる点火栓４を有する。この点火栓４による点火は第１気筒Ｃ1 、第３気筒Ｃ3 、第４気筒Ｃ4 、第２気筒Ｃ2 の順序で行われる。      
【００１１】
両吸気ポート１1 ，１2 は、それらの上流で合流して共通のスロットルボディ及びエアクリーナ（いずれも図示せず）と接続され、また各吸気ポート１1 ，１2 には燃料噴射ノズル（図示せず）が設けられる。排気ポート２1 ，２2 は、それらの下流で合流して共通の排気管（図示せず）と接続される。各排気還流ポート３には排気チャンバ５が個別に接続される。
【００１２】
吸気ポート１1 ，１2 及び排気ポート２1 ，２2 は、各一対の第１，第２吸気弁６1 ，６2 及び第１，第２排気弁７1 ，７2 によりそれぞれ開閉され、排気還流ポート３は排気還流弁８により開閉される。
【００１３】
これら吸気弁６1 ，６2 、排気弁７1 ，７2 及び排気還流弁８はクランク軸から２分の１の減速比で駆動される動弁カム軸（図示せず）により開閉駆動されるもので、それらの開閉タイミングを図２により説明する。
【００１４】
吸気弁６1 ，６2 及び排気弁７1 ，７2 の開閉タイミングは従来一般のものと変わらない。即ち、吸気弁６1 ，６2 は、排気行程の終期から開き始め、吸気行程の中間点で最大に開き、圧縮行程の初期で閉じる。また排気弁７1 ，７2 は、膨脹行程の終期から開き始め、排気行程の中間点で最大に開き、吸気行程の初期に閉じる。
【００１５】
一方、排気還流弁８は、機関Ｅの１サイクル中、２回の開閉制御が行われる。その１回目では、該弁８は、膨脹行程の後半、望ましくは排気弁７1 ，７2 の開弁に先立って開き始め、排気行程初期の下死点ＢＤＣまたはその近傍で閉じ、２回目では、該弁８は、圧縮行程初期の下死点ＢＤＣまたはその近傍で開き始め、圧縮行程の中間点、望ましくは吸気弁６1 ，６2 の閉弁後に閉じる。
【００１６】
次にこの実施例の作用について説明する。
【００１７】
機関Ｅは各気筒Ｃ1 〜Ｃ4 の吸、排気弁６1 ，６2 ，７1 ，７2 の前述のような開閉により、吸気行程では吸気ポート１1 ，１2 ，２1 ，２2 を通して混合気を各気筒Ｃ1 〜Ｃ4 内に吸入させ、この混合気を次の圧縮行程で圧縮し、この圧縮行程の終期で点火栓４の火花放電により混合気に点火して膨脹行程に移り、次いで排気行程に移り、以後同様の作動が繰返される。
【００１８】
ところで、各膨脹行程の後半には排気弁７1 ，７2 の開弁に先立って排気還流弁８が開き始め、その直後の下死点ＢＤＣまたはその近傍で閉じるので、その間に燃焼ガスの一部が排気還流ポート３を通して排気チャンバ５に導入され、蓄えられる。而して、膨脹行程後半での燃焼ガスは未だ比較的高い圧力を有するので、その圧力をもって排気チャンバ５への該ガスの供給を確実に行うことができる。しかも、図３の指圧線図に示すように、膨脹行程後半における燃焼ガスの排気チャンバ５への供給による気筒１内の圧力降下は極めて小さく、したがってそれによる出力低下は無視し得る程度のものである。
【００１９】
このように排気チャンバ５に蓄えられた燃焼ガスは、次の圧縮行程前半に排気還流弁３が開いたとき、排ガスとなってそれ自身の圧力をもって対応する気筒Ｃ1 〜Ｃ4 内に還流する。而して、この排ガスは、元々比較的高い圧力を有するので、圧縮行程前半でも、気筒Ｃ1 〜Ｃ4 内に確実に流入し、外側が排ガス、内側が混合気という排ガス及び混合気の成層化を生じさせる。このため、アンチノッキング性が向上するので、高圧縮比化を可能にして燃費の低減を図ることができる。また排ガスは、排気チャンバ５に蓄えられてから気筒Ｃ1 〜Ｃ4 内に還流するまで、温度降下が極めて少なく、高温状態を維持しているので、この排ガスにより内側の混合気の霧化を促進し、混合気の良好な燃焼に寄与し、排ガス中のＨＣのみならず、ＮＯｘの含有量を効果的に減少させる。
【００２０】
また圧縮行程での高温、高圧の排ガスの還流によれば、図３の指圧線図に示すように気筒Ｃ1 〜Ｃ4 内の実圧縮圧力を上昇させることができ、これによって出力を向上させ、燃費の更なる低減をもたらすことができる。
【００２１】
図４は本発明の第２実施例を示すもので、全気筒Ｃ1 〜Ｃ4 の排気還流ポート３，３‥に共通の排気チャンバ１５を接続した点を除けば、前実施例と同様の構成であり、図中、前実施例と対応する部分にはそれと同一の符号を付す。
【００２２】
この実施例によれば、排気チャンバ１５の内圧の変動を少なくして、該チャンバ１５から各気筒Ｃ1 〜Ｃ4 への排気還流圧力、従って還流量を略一定にすることができる。
【００２３】
図５は本発明の第３実施例を示すもので、第１気筒Ｃ1 の排気還流ポート３及び第４気筒Ｃ4 の排気還流ポート３を通路２５1 を介して相互に連通し、また第２気筒Ｃ2 の排気還流ポート３及び第３気筒Ｃ3 の排気還流ポート３を通路２５2 を介して相互に連通して、排気チャンバを廃止した点を除けば第１実施例と同様の構成である。図中、第１実施例と対応する部分にはそれと同一の符号を付す。
【００２４】
而して、第１気筒Ｃ1 と第４気筒Ｃ4 、第２気筒Ｃ2 と第３気筒Ｃ3 はそれぞれ膨脹行程と圧縮行程が時間的に隣接しているので、図６の排気還流タイミング図から明らかなように、通路２５1 ，２５2 を介して交互に燃焼ガスを供給し合うことになる。尚、図６中Ａは燃焼ガスの取り出しを意味し、Ｂは同ガスの還流を意味する。したがって還流すべき排ガスが気筒Ｃ1 〜Ｃ2 外に滞留する時間は短くなり、これにより温度降下を最小限に食い止め、実圧縮圧力を高めると共に、還流排ガスによる混合気の霧化を一層促進することができる。
【００２５】
図７及び図８は本発明の第４実施例を示す。この実施例は、本発明を直噴４気筒機関に適用したものである。全気筒Ｃ1 〜Ｃ4 の燃焼室１０，１０‥天井を形成するシリンダヘッド１１には、各気筒Ｃ1 〜Ｃ4 毎に１本の吸気ポート２及び排気ポート３が形成され、その吸気ポート２は、これを通って気筒Ｃ1 〜Ｃ4 内に吸入される新気に矢印１２のようなスワールを与えるよう下流端が屈曲している。
【００２６】
またシリンダヘッド１１には、燃料噴射弁１４、点火栓４及び排気還流弁８が燃焼室１０にそれぞれ臨んで装着される。その際、燃料噴射弁１４、点火栓４及び排気還流弁８は、この順序で前記スワールの方向１２に沿って配置される。
【００２７】
各気筒Ｃ1 〜Ｃ4 の排気還流ポート３，３‥は共通の排気チャンバ１５に接続され、各排気還流ポート３を開閉する排気還流弁１８は電磁式に構成される。
【００２８】
尚、図中１９は絞弁を示す。
【００２９】
この実施例によれば、燃料噴射弁１４から噴射された燃料は対応する気筒Ｃ1 〜Ｃ4 内の新気のスワールに導かれて点火栓４周りに到達し易くなるので、排気還流ポート３から気筒Ｃ1 〜Ｃ4 への排ガス還流量を多くしても、還流排気と混合気の成層化が確実となる。
【００３０】
図９及び図１０は本発明の第５実施例を示す。図９において、各気筒Ｃ1 〜Ｃ4 は、前記第１実施例と同様に、各一対の第１，第２吸気ポート１1 ，１2 及び第１，第２排気ポート２1 ，２2 、並びに第１，第２吸気弁６1 ，１６2 及び第１，第２排気弁７1 ，７2 を備えるが、各気筒Ｃ1 〜Ｃ4 の第２吸気ポート１2 には開閉弁２０が設けられ、この開閉弁２０より下流の該吸気ポート１2 に、共通の排気チャンバ１５に至る排気還流ポート１３が接続される。
【００３１】
上記開閉弁２０は、これを機関Ｅの所定の低速運転域で閉じ、所定の高速運転域で開くように作動装置２１に連結される。
【００３２】
また図１０に示すように、第１吸気弁６1 及び両排気弁７1 ，７2 は、図示しない動弁装置により、常時、通常通りの開閉タイミングが与えられるが、第２吸気弁１６2 は、図示しない可変タイミング式動弁装置により、前記低速運転域で第１実施例の排気還流弁８と同様の開閉タイミングが与えられる。
【００３３】
而して、機関Ｅの所定の低速運転域では、開閉弁２０が閉じられ、第２吸気弁１６2 は、排気還流用開閉タイミングで開閉されるので、各気筒Ｃ1 〜Ｃ4 は第２吸気ポート１2 の下流部及び排気還流ポート１３を通して排気チャンバ１５との間で燃焼ガス、即ち排ガスの授受を行う。
【００３４】
機関Ｅが所定の高速運転域に入ると、開閉弁２０が開かれると同時に、第２吸気弁１６2 も第１吸気弁６1 と同様に本来の吸気用開閉タイミングで開閉されるので、排ガスの還流は停止され、各気筒Ｃ1 〜Ｃ4 は両吸気ポート１1 ，１2 を通して新気を吸入するようになり、高充填効率を得て高出力を発揮することができる。
【００３５】
この実施例によれば、第２吸気弁１６2 が排気還流弁を兼ねることから、吸，排気ポートの燃焼室天井面への開口部を大きく形成して、高充填効率化を図ることができる。
【００３６】
図１１及び図１２は本発明の第６実施例を示す。図１１において、各気筒Ｃ1 〜Ｃ4 は、第１実施例と同様に、各一対の第１，第２吸気ポート１1 ，１2 及び第１，第２排気ポート２1 ，２2 、並びに第１，第２吸気弁６1 ，６2 及び第１，第２排気弁７1 ，１７2 を備えるが、各気筒の第２排気ポート２2 には開閉弁２０が設けられ、この開閉弁２０より上流の該排気ポート２2 に、共通の排気チャンバ１５に至る排気還流ポート１３が接続される。
【００３７】
上記開閉弁２０は、これを機関Ｅの所定の低速運転域で閉じ、所定の高速運転域で開くように作動装置２１に連結される。
【００３８】
また図１２に示すように、両吸気弁１６1 ，１６2 及び第１排気弁７1 は、図示しない動弁装置により、常時、通常通りの開閉タイミングが与えられるが、第２排気弁１７2 は、図示しない可変タイミング式動弁装置により、前記低速運転域で第１実施例の排気還流弁８と同様の開閉タイミングが与えられる。
【００３９】
而して、機関Ｅの所定の低速運転域では、開閉弁２０が閉じられ、第２排気弁１７2 は排気還流用開閉タイミングで開閉されるので、各気筒Ｃ1 〜Ｃ4 は、第２排気ポート２2 の上流部及び排気還流ポート１３を通して排気チャンバ１５との間で燃焼ガス、即ち排ガスの授受を行う。
【００４０】
機関Ｅが所定の高速運転域に入ると、開閉弁２０が開かれると同時に、第２排気弁１７2 も第１排気弁７1 と同様に本来の排気用開閉タイミングで開閉されるので、排ガスの還流は停止され、各気筒Ｃ1 〜Ｃ4 は両排気ポート２1 ，２2 を通して排ガスをスムーズに排出し得るようになり、排気抵抗を減少させて高出力を図ることができる。
【００４１】
この実施例によっても、第２排気弁１７2 が排気還流弁を兼ねることから、吸，排気ポートの燃焼室天井面への開口部を大きく形成することが可能である。
【００４２】
尚、上記各実施例における排気チャンバ５，１５、通路２５1 ，２５2 は、それぞれ本発明の排気貯留手段に対応する。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の第１実施例を示す内燃機関の概略横断面図。
【図２】同機関の吸、排気弁及び排気還流弁の開閉タイミング図。
【図３】同機関の指圧線図。
【図４】本発明の第２実施例を示す内燃機関の概略横断面図。
【図５】本発明の第３実施例を示す内燃機関の概略横断面図。
【図６】同機関の排気還流タイミング図。
【図７】本発明の第４実施例を示す内燃機関の概略平面図。
【図８】図７の８−８線断面図。
【図９】本発明の第５実施例を示す内燃機関の概略横断面図。
【図１０】同機関の吸、排気弁の開閉タイミング図。
【図１１】本発明の第６実施例を示す内燃機関の概略横断面図。
【図１２】同機関の吸、排気弁の開閉タイミング図。
【符号の説明】
【００４４】
Ｅ          内燃機関
Ｃ1 〜Ｃ4   気筒
３          排気還流ポート
５          排気貯留手段（排気チャンバ）
８          排気還流弁
１３        排気還流ポート
１５        排気貯留手段（排気チャンバ）
１６2       排気還流弁（第２吸気弁）
１７2       排気還流弁（第２排気弁）
１８        排気還流弁（電磁弁）
【図１】
2005098309.tif 000003
【図２】
2005098309.tif 000004
【図３】
2005098309.tif 000005
【図４】
2005098309.tif 000006
【図５】
2005098309.tif 000007
【図６】
2005098309.tif 000008
【図７】
2005098309.tif 000009
【図８】
2005098309.tif 000010
【図９】
2005098309.tif 000011
【図１０】
2005098309.tif 000012
【図１１】
2005098309.tif 000013
【図１２】
2005098309.tif 000014
【手続補正書】
【提出日】平成17年2月9日(2005.2.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
気筒（Ｃ1 〜Ｃ4 ）内で生じた燃焼ガスを排気チャンバ（１５）に一旦取り入れてから気筒（Ｃ1 〜Ｃ4 ）内に戻す排気還流手段（ＥＧＲ）を備える内燃機関の排気還流装置において、
複数の気筒（Ｃ1 〜Ｃ4 ）に対して共通の排気チャンバ（１５）を、機関本体（ＥＢ）の一側方に延出する吸気管（Ｉ）群の上側で該機関本体（ＥＢ）の長手方向に沿って配設し、該排気チャンバ（１５）の前記長手方向の長さが機関本体（ＥＢ）のそれよりも小さいことを特徴とする、内燃機関の排気還流装置。
【請求項２】
気筒（Ｃ1 〜Ｃ4 ）内で生じた燃焼ガスを排気チャンバ（１５）に一旦取り入れてから気筒（Ｃ1 〜Ｃ4 ）内に戻す排気還流手段（ＥＧＲ）を備える内燃機関の排気還流装置において、
排気チャンバ（１５）から各気筒（Ｃ1 〜Ｃ4 ）側に延びて該チャンバ（１５）内の燃焼ガスを各気筒（Ｃ1 〜Ｃ4 ）側に導くための排気還流通路（３）の下流端部が、その上流側よりも通路断面積が絞られたノズル状に形成されていて、各気筒（Ｃ1 〜Ｃ4 ）に対応して設けた燃料噴射弁（１４）の方向に指向していることを特徴とする、内燃機関の排気還流装置。
【請求項３】
気筒（Ｃ1 〜Ｃ4 ）内で生じた燃焼ガスを排気チャンバ（１５）に一旦取り入れてから気筒（Ｃ1 〜Ｃ4 ）内に戻す排気還流手段（ＥＧＲ）を備える内燃機関の排気還流装置において、
排気チャンバ（１５）から各気筒（Ｃ1 〜Ｃ4 ）側に延びて該チャンバ（１５）内の燃焼ガスを各気筒（Ｃ1 〜Ｃ4 ）側に導くための排気還流通路（３）の下流端部が、その上流側よりも通路断面積が絞られたノズル状に形成されていて、その開口端がノズル軸線に対し斜めにカットされていることを特徴とする、内燃機関の排気還流装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気筒内での混合気の燃焼時、ＮＯｘの発生を抑えるために、排ガスの一部を気筒内の混合気に混入するようにした、内燃機関の排気還流装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、かかる排気還流装置として、気筒内で生じた燃焼ガスを排気チャンバに一旦取り入れてから気筒内に戻す排気還流手段を備えるものが知られている（例えば下記の特許文献１を参照）。
【特許文献１】特開昭５４−７７８２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は、斯かる排気還流装置において、高温・高圧の燃焼ガスを燃料に効果的に混合できるようにして、その燃焼を良好にし、機関の出力向上や燃費節減、エミッション低減を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記目的を達成するために、請求項１の発明は、気筒内で生じた燃焼ガスを排気チャンバに一旦取り入れてから気筒内に戻す排気還流手段を備える内燃機関の排気還流装置において、複数の気筒に対して共通の排気チャンバを、機関本体の一側方に延出する吸気管群の上側で該機関本体の長手方向に沿って配設し、該排気チャンバの前記長手方向の長さが機関本体のそれよりも小さいことを特徴とする。
【０００５】
また請求項２の発明は、気筒内で生じた燃焼ガスを排気チャンバに一旦取り入れてから気筒内に戻す排気還流手段を備える内燃機関の排気還流装置において、排気チャンバから各気筒側に延びて該チャンバ内の燃焼ガスを各気筒側に導くための排気還流通路の下流端部が、その上流側よりも通路断面積が絞られたノズル状に形成されていて、各気筒に対応して設けた燃料噴射弁の方向に指向していることを特徴とする。
【０００６】
また請求項３の発明は、気筒内で生じた燃焼ガスを排気チャンバに一旦取り入れてから気筒内に戻す排気還流手段を備える内燃機関の排気還流装置において、排気チャンバから各気筒側に延びて該チャンバ内の燃焼ガスを各気筒側に導くための排気還流通路の下流端部が、その上流側よりも通路断面積が絞られたノズル状に形成されていて、その開口端がノズル軸線に対し斜めにカットされていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
以上のように請求項１の発明によれば、複数の気筒に対して共通の排気チャンバを、機関本体の一側方に延出する吸気管群の上側で該機関本体の長手方向に沿って配設し、該排気チャンバの前記長手方向の長さが機関本体のそれよりも小さくしたので、機関本体の一側方に延出する吸気管群の上側のデッドスペースを有効利用して複数の気筒に共通の排気チャンバをコンパクトに配設可能となる上、そのコンパクト化によりチャンバ表面からの放熱とチャンバ内での燃焼ガスの膨脹（圧力低下）とを極力抑えて燃焼ガスを極力高温・高圧の状態のまま気筒側へ戻すことができ、これにより、燃料を十分に霧化させて燃焼性を高めることができるから、機関出力の向上を図りながら低燃費と、ＨＣ、ＮＯｘ等のエミッション低減を図ることができる。
【０００８】
また請求項２の発明によれば、排気チャンバから各気筒側に延びて該チャンバ内の燃焼ガスを各気筒側に導くための排気還流通路の下流端部が、その上流側よりも通路断面積が絞られたノズル状に形成されていて、各気筒に対応して設けた燃料噴射弁の方向に指向しているので、そのノズル状の排気還流通路下流端部より噴射した比較的高温の燃焼ガスを燃料に勢いよく衝突させることができ、これにより、燃料を十分に霧化させて燃焼性を高めることができるから、機関出力の向上を図りながら低燃費と、ＨＣ、ＮＯｘ等のエミッション低減を図ることができる。
【０００９】
また請求項３の発明によれば、排気チャンバから各気筒側に延びて該チャンバ内の燃焼ガスを各気筒側に導くための排気還流通路の下流端部が、その上流側よりも通路断面積が絞られたノズル状に形成されていて、その開口端がノズル軸線に対し斜めにカットされているので、そのノズル状の排気還流通路下流端部より噴射した比較的高温の燃焼ガスを燃料に有効に衝突させることができ、これにより、燃料を十分に霧化させて燃焼性を高めることができるから、機関出力の向上を図りながら低燃費と、ＨＣ、ＮＯｘ等のエミッション低減を図ることができ、しかもそのノズル状の排気還流通路下流端部の周辺に煤等の異物が堆積又は付着しても、その開口面積を大きく確保できて上記燃焼ガスを効率よく確実に気筒側へ導入することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の実施の形態を、添付図面に例示した本発明の実施例に基づいて以下に具体的に説明する。
【００１１】
以下、本発明の実施の形態を、添付図面に示した本発明の実施例について説明する。
【００１２】
図１〜図４は、本発明の第１実施例を示すもので、図１は、内燃機関の概略横断面図、図２は、図１の２−２線断面図、図３は、同機関の吸、排気弁及び排気還流弁の開閉タイミング図、図４は、同機関の指圧線図、図５は、本発明の第２実施例を示す内燃機関の概略横断面図、図６は、同機関の吸、排気弁の開閉タイミング図である。
【００１３】
先ず、図１、図２において、内燃機関Ｅの機関本体ＥＢは、シリンダブロック２０と、その上端に結合されるシリンダヘッド１１とを備えており、シリンダブロック２０は、４本の気筒を備え、これらを左から第１〜第４気筒Ｃ1 〜Ｃ4 と呼ぶ。
【００１４】
全気筒Ｃ1 〜Ｃ4 は同一の構成であるので、それらを代表して第１気筒Ｃ1 の構成について説明する。気筒Ｃ1 には、ピストンＰが摺動可能に嵌合され、そのピストンＰの頂面には、半球状の凹所Ｐｃが形成される。このピストンＰの頂面とシリンダヘッド１１の底面との間には燃焼室１０が画成される。
【００１５】
また気筒Ｃ1 は、その燃焼室１０天井面（シリンダヘッド１１の底面）にそれぞれ開口し且つ気筒配列方向に並ぶ各１本の吸気ポート１及び排気ポート２と、１本の排気還流ポート３とを有する。吸気ポート２は、これを通って気筒Ｃ1 〜Ｃ4 内に吸入される新気に矢印１２のようなスワールを与えるよう下流端が屈曲しており、この屈曲部がスワール生起手段を構成する。また気筒Ｃ1 は、その燃焼室１０の天井面に電極部４ａを臨ませる点火栓４を有する。この点火栓４による点火は第１気筒Ｃ1 、第３気筒Ｃ3 、第４気筒Ｃ4 、第２気筒Ｃ2 の順序で行われる。
【００１６】
吸気ポート１及び排気ポート２は、吸気ポート１には、その上流部において、吸気の流量を制御する吸気絞弁１９が設けられる。また排気ポート２は、その下流端が排気管（図示せず）と接続される。
【００１７】
各気筒Ｃ1 〜Ｃ4 の排気還流ポート３、３‥は、各気筒Ｃ1 〜Ｃ4 の一側において機関本体ＥＢの一側面に沿うように配設される円筒状の共通の排気チャンバ１５に接続される。この場合、排気還流通路としての各排気還流ポート３の中間部は、機関本体ＥＢの一側面の略沿うように円弧状に曲げられる。
【００１８】
また各排気還流ポート３の下流端部は、そこに設けた電磁式の排気還流弁８により開閉される。また、排気還流ポート３の下流端部は、その上流側よりも通路断面積が絞られたノズル状に形成されており、各気筒Ｃ1 〜Ｃ4 に対応して設けられる燃料噴射弁１４の燃料噴射部位を指向している。しかもその各排気還流ポート３のノズル状の下流端部は、その開口端（下流端）がノズル軸線に対し斜めにカットされている。このような排気還流ポート３の下流端部の配置形態によれば、そのノズル状の下流端部より噴射した比較的高温の燃焼ガスを、燃料噴射弁１４より噴射された燃料に勢いよく衝突させることができ、これにより、燃料を十分に霧化させて燃焼性を高めることができるから、機関出力の向上を図りながら低燃費と、ＨＣ、ＮＯｘ等のエミッション低減を図ることができる。しかもそのノズル状の排気還流ポート３下流端部の周辺に煤等の異物が堆積又は付着しても、その開口面積を極力大きく確保できて燃焼ガスを効率よく確実に気筒側へ導入可能となる。
【００１９】
吸気ポート１及び排気ポート２は、機関本体ＥＢの他側、即ち排気チャンバ１５と反対側にそれぞれ延びており、それら吸気ポート１及び排気ポート２は、それらの燃焼室１０側の開口端が吸気弁６及び排気弁７によりそれぞれ開閉される。
【００２０】
而して排気還流通路としての各排気還流ポート３、並びに前記排気還流弁８及び前記排気チャンバ１５は、互いに協働して本発明の排気還流手段ＥＧＲを構成する。
【００２１】
また前記排気還流弁８は、図２に示すように、排気ポート２とは反対側に傾斜して配設されると共に、シリンダヘッド１１内に形成される機関冷却用の冷却水通路Ｗに近接配置される。
【００２２】
またシリンダヘッド１１には、気筒Ｃ1 の圧縮行程で該気筒Ｃ1 内に燃料を噴射させる燃料噴射弁１４と、点火栓４と、排気還流弁８とが燃焼室１０にそれぞれ臨んで装着される。その際、燃料噴射弁１４、点火栓４及び排気還流弁８は、この順序で前記スワールの方向１２に沿って配置される。
【００２３】
而して燃料噴射弁１４は、排気チャンバ１５と排気ポート２との間に在って、排気チャンバ１５側に傾斜しており、またその燃料噴射弁１４の燃料噴射部１４ａは、吸気ポート１の燃焼室１０開口部に近接配置されていて、ピストンＰ頂部の凹所Ｐｃ内に指向するよう気筒軸線に対し傾斜しており、また点火栓４は、その電極部４ａが前記凹所Ｐｃの直上に位置するように配設されている。
【００２４】
前記吸気弁６及び排気弁７はクランク軸から２分の１の減速比で駆動される動弁カム軸（図示せず）により開閉駆動されるもので、それら吸気弁６及び排気弁７の開閉タイミングと、前記排気還流弁８の開閉タイミングとを図３により説明する。
【００２５】
吸気弁６及び排気弁７の開閉タイミングは従来一般のものと変わらない。即ち、吸気弁６は、排気行程の終期から開き始め、吸気行程の中間点で最大に開き、圧縮行程の初期で閉じる。また排気弁７は、膨脹行程の終期から開き始め、排気行程の中間点で最大に開き、吸気行程の初期に閉じる。
【００２６】
一方、排気還流弁８は、機関Ｅの１サイクル中、２回の開閉制御が行われる。その１回目では、該弁８は、膨脹行程の後半、望ましくは排気弁７の開弁に先立って開き始め、排気行程初期の下死点ＢＤＣまたはその近傍で閉じ、２回目では、該弁８は、圧縮行程初期の下死点ＢＤＣまたはその近傍で開き始め、圧縮行程の中間点、望ましくは吸気弁６の閉弁後に閉じる。
【００２７】
次にこの第１実施例の作用について説明する。
【００２８】
機関Ｅは各気筒Ｃ1 〜Ｃ4 の吸、排気弁６、７の前述のような開閉により、吸気行程では吸気ポート１を通して混合気を各気筒Ｃ1 〜Ｃ4 内に吸入させ、この混合気を次の圧縮行程で圧縮し、この圧縮行程の終期で点火栓４の火花放電により混合気に点火して膨脹行程に移り、次いで排気行程に移り、以後同様の作動が繰返される。
【００２９】
ところで、各膨脹行程の後半には排気弁７の開弁に先立って排気還流弁８が開き始め、その直後の下死点ＢＤＣまたはその近傍で閉じるので、その間に燃焼ガスの一部が排気還流ポート３を通して排気チャンバ５に導入され、蓄えられる。而して、膨脹行程後半での燃焼ガスは未だ比較的高い圧力を有するので、その圧力をもって排気チャンバ５への該ガスの供給を確実に行うことができる。しかも、図４の指圧線図に示すように、膨脹行程後半における燃焼ガスの排気チャンバ５への供給による気筒１内の圧力降下は極めて小さく、したがってそれによる出力低下は無視し得る程度のものである。
【００３０】
このように排気チャンバ５に蓄えられた燃焼ガスは、次の圧縮行程前半に排気還流弁３が開いたとき、排ガスとなってそれ自身の圧力をもって対応する気筒Ｃ1 〜Ｃ4 内に還流する。而して、この排ガスは、元々比較的高い圧力を有するので、圧縮行程前半でも、気筒Ｃ1 〜Ｃ4 内に確実に流入し、外側が排ガス、内側が混合気という排ガス及び混合気の成層化を生じさせる。このため、アンチノッキング性が向上するので、高圧縮比化を可能にして燃費の低減を図ることができる。また排ガスは、排気チャンバ５に蓄えられてから気筒Ｃ1 〜Ｃ4 内に還流するまで、温度降下が極めて少なく、高温状態を維持しているので、この排ガスにより内側の混合気の霧化を促進し、混合気の良好な燃焼に寄与し、排ガス中のＨＣのみならず、ＮＯｘの含有量を効果的に減少させる。
【００３１】
また圧縮行程での高温、高圧の排ガスの還流によれば、図４の指圧線図に示すように気筒Ｃ1 〜Ｃ4 内の実圧縮圧力を上昇させることができ、これによって出力を向上させ、燃費の更なる低減をもたらすことができる。
【００３２】
また本実施例では、全気筒Ｃ1 〜Ｃ4 の排気還流ポート３、３‥に共通の排気チャンバ１５が接続されるため、排気チャンバ１５の内圧の変動を少なくして、該チャンバ１５から各気筒Ｃ1 〜Ｃ4 への排気還流圧力、したがって還流量を略一定にすることができる。
【００３３】
更に本実施例によれば、燃料噴射弁１４から噴射された燃料は対応する気筒Ｃ1 〜Ｃ4 内の新気のスワールに導かれて点火栓４周りに到達し易くなるので、排気還流ポート３から気筒Ｃ1 〜Ｃ4 への排ガス還流量を多くしても、還流排気と混合気の成層化が確実となる。
【００３４】
また図５及び図６は本発明の第２実施例を示す。図５において、各気筒Ｃ1 〜Ｃ4 は、前記第１実施例と同様に、各一対の第１，第２吸気ポート１1 ，１2 及び第１，第２排気ポート２1 ，２2 、並びに第１，第２吸気弁６1 ，１６2 及び第１，第２排気弁７1 ，７2 を備えるが、各気筒Ｃ1 〜Ｃ4 の第２吸気ポート１2 には開閉弁２０が設けられ、この開閉弁２０より下流の該吸気ポート１2 に、排気チャンバ１５に至る排気還流ポート１３が接続される。
【００３５】
また特に本実施例では、複数の気筒Ｃ1 〜Ｃ4 に対し共通の排気チャンバ１５を、機関本体ＥＢの一側方に延出する吸気管Ｉ…群の上側で該機関本体ＥＢの長手方向に沿って配設し、該排気チャンバ１５の前記長手方向の長さが機関本体ＥＢのそれよりも小さい。斯かる排気チャンバ１５の配置形態によれば、機関本体ＥＢの一側方に延出する吸気管Ｉ…群の上側のデッドスペースを有効利用して複数の気筒Ｃ1 〜Ｃ4 に共通の排気チャンバ１５をコンパクトに配設可能となる上、そのコンパクト化によりチャンバ表面からの放熱とチャンバ内での燃焼ガスの膨脹（圧力低下）とを極力抑えて燃焼ガスを極力高温・高圧の状態のまま気筒側へ戻すことができ、これにより、燃料を十分に霧化させて燃焼性を高めることができるから、機関出力の向上を図りながら低燃費と、ＨＣ、ＮＯｘ等のエミッション低減を図ることができる。
【００３６】
上記開閉弁２０は、これを機関Ｅの所定の低速運転域で閉じ、所定の高速運転域で開くように作動装置２１に連結される。
【００３７】
また図６に示すように、第１吸気弁６1 及び両排気弁７1 ，７2 は、図示しない動弁装置により、常時、通常通りの開閉タイミングが与えられるが、第２吸気弁１６2 は、図示しない可変タイミング式動弁装置により、前記低速運転域で第１実施例の排気還流弁８と同様の開閉タイミングが与えられる。
【００３８】
而して、機関Ｅの所定の低速運転域では、開閉弁２０が閉じられ、第２吸気弁１６2 は、排気還流用開閉タイミングで開閉されるので、各気筒Ｃ1 〜Ｃ4 は第２吸気ポート１2 の下流部及び排気還流ポート１３を通して排気チャンバ１５との間で燃焼ガス、即ち排ガスの授受を行う。
【００３９】
機関Ｅが所定の高速運転域に入ると、開閉弁２０が開かれると同時に、第２吸気弁１６2 も第１吸気弁６1 と同様に本来の吸気用開閉タイミングで開閉されるので、排ガスの還流は停止され、各気筒Ｃ1 〜Ｃ4 は両吸気ポート１1 ，１2 を通して新気を吸入するようになり、高充填効率を得て高出力を発揮することができる。
【００４０】
この実施例によれば、第２吸気弁１６2 が排気還流弁を兼ねることから、吸，排気ポートの燃焼室天井面への開口部を大きく形成して、高充填効率化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の第１実施例を示す内燃機関の概略横断面図
【図２】図１の２−２線断面図
【図３】同機関の吸、排気弁及び排気還流弁の開閉タイミング図
【図４】同機関の指圧線図
【図５】本発明の第２実施例を示す内燃機関の概略横断面図
【図６】同機関の吸、排気弁の開閉タイミング図
【符号の説明】
【００４２】
Ｃ1 〜Ｃ4   気筒
Ｅ          内燃機関
ＥＢ 機関本体
ＥＧＲ 排気還流手段
Ｐ ピストン
１ 吸気ポート
２ 排気ポート
３          排気還流ポート（排気還流通路）
６ 吸気弁
１０ 燃焼室
１４        燃料噴射弁
１５        排気貯留手段（排気チャンバ）
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【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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