(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも、主燃焼室と、
吸気弁を有した吸気ポートと、
排気弁を有した排気ポートと、
前記主燃焼室内の混合気を点火させる点火栓と、
前記主燃焼室に連通して設けられた副室と、
クランク角に応じて開弁することにより前記主燃焼室と前記副室とを連通させる一方、閉弁することにより前記主燃焼室と前記副室との連通を遮断する遮断弁と、
を備え、
前記遮断弁および前記副室は、混合気を導入し易い位置に配置され、かつ、前記副室は、前記遮断弁の開弁と前記吸気弁または前記排気弁の開弁とにより、前記主燃焼室を介して前記吸気ポートまたは前記排気ポートと連通するように構成され、
前記遮断弁は、電磁駆動弁または油圧駆動弁からなり、筒内圧力が低下する過程内に閉弁され、かつ、その閉弁動作は前記排気弁が開弁される前に終了することを特徴とする可変圧縮比内燃機関。
【請求項２】
少なくとも、主燃焼室と、
吸気弁を有した吸気ポートと、
排気弁を有した排気ポートと、
前記主燃焼室内の混合気を点火させる点火栓と、
前記主燃焼室に連通して設けられた副室と、
クランク角に応じて開弁することにより前記主燃焼室と前記副室とを連通させる一方、閉弁することにより前記主燃焼室と前記副室との連通を遮断する遮断弁と、
を備え、
前記遮断弁および前記副室は、混合気を導入し易い位置に配置され、かつ、前記副室は、前記遮断弁の開弁と前記吸気弁または前記排気弁の開弁とにより、前記主燃焼室を介して前記吸気ポートまたは前記排気ポートと連通するように構成され、
前記遮断弁は、電磁駆動弁または油圧駆動弁からなり、かつ、排気弁の閉弁直後または閉弁と同時に開弁が開始され、その開弁動作は前記吸気弁が閉弁するまでに終了することを特徴とする可変圧縮比内燃機関。
【請求項３】
少なくとも、主燃焼室と、
吸気弁を有した吸気ポートと、
排気弁を有した排気ポートと、
前記主燃焼室内の混合気を点火させる点火栓と、
前記主燃焼室に連通して設けられた副室と、
クランク角に応じて開弁することにより前記主燃焼室と前記副室とを連通させる一方、閉弁することにより前記主燃焼室と前記副室との連通を遮断する遮断弁と、
を備え、
前記遮断弁および前記副室は、混合気を導入し易い位置に配置され、かつ、前記副室は、前記遮断弁の開弁と前記吸気弁または前記排気弁の開弁とにより、前記主燃焼室を介して前記吸気ポートまたは前記排気ポートと連通するように構成され、
前記遮断弁は、電磁駆動弁または油圧駆動弁からなり、
低圧縮比が要求されている時には、前記遮断弁は、圧縮行程中に開弁され、その直後の排気行程終了後の前記吸気弁開弁時に閉弁されることを特徴とする可変圧縮比内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、可変圧縮比内燃機関に関し、更に詳しくは、簡易な構成で主燃焼室とともに副室でも混合気を効率良く燃焼させることができる高応答の可変圧縮比内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、内燃機関の燃費性能や出力性能などを向上させることを目的として、燃焼室の容積を変化させることによってその圧縮比が変更される可変圧縮比内燃機関が開発されている。たとえば、カム駆動式の副室弁のステムに設けた環状溝によって、吸気管と副室とが燃焼室を介さないで連通される構成を備え、その連通により新気を副室に導入し、混合気の燃え残りを掃気する技術が提案されている（特許文献１参照）。
【０００３】
また、エンジン回転数に伴った排気浄化を目的とし、電磁弁を有した副室を備え、エンジン回転数・負荷に応じて電磁弁を開閉制御する技術（特許文献２参照）や、カム駆動式の副室弁を備え、膨張行程中に副室弁を閉弁することにより高圧ガスを副室に閉じ込め、開弁時に燃焼室に乱流を発生させる技術が提案されている（特許文献３参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開平８−２８２６９号公報
【特許文献２】特許第２８４７３１４号公報
【特許文献３】特開平５−１８７２７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１に係る従来技術にあっては、副室内の掃気のために吸気管から直接新気を導入しているので、燃焼室を介して副室と混合気の行き来が十分にできないため、低圧縮比となる副室弁の開弁時に燃焼室から副室に混合気が流入した際には、燃焼室から副室へ火炎伝播しにくくなる。このため、燃焼室（主燃焼室）とともに副室でも混合気を効率良く燃焼させる必要があった。
【０００６】
また、カム駆動式の副室弁であるため、その開閉はクランク角に必然的に同期し、開閉タイミングの制御性を向上させるには、既存装置の大がかりな改造等が必要であった。
【０００７】
また、上記特許文献２に係る従来技術にあっては、ピストン上死点状態下で主室と副室とが開閉弁の開弁で連通するが、吸・排気ポートと主室とのガスの行き来がないため、副室と吸・排気ポートとのガスの行き来がなく、副室で混合気の燃え残りが発生し易くなる虞があった。
【０００８】
また、上記特許文献３に係る従来技術にあっては、カム駆動式の副室弁であるため、その作動応答性には限界が発生し、要求するタイミングでの開閉が困難であった。
【０００９】
この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、簡易な構成で主燃焼室とともに副室でも混合気を効率良く燃焼させることができる高応答の可変圧縮比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】
【００１０】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、この発明の請求項１に係る可変圧縮比内燃機関は、少なくとも、主燃焼室と、吸気弁を有した吸気ポートと、排気弁を有した排気ポートと、前記主燃焼室内の混合気を点火させる点火栓と、前記主燃焼室に連通して設けられた副室と、クランク角に応じて開弁することにより前記主燃焼室と前記副室とを連通させる一方、閉弁することにより前記主燃焼室と前記副室との連通を遮断する遮断弁と、を備え、前記遮断弁および前記副室は、混合気を導入し易い位置に配置され、かつ、前記副室は、前記遮断弁の開弁と前記吸気弁または前記排気弁の開弁とにより、前記主燃焼室を介して前記吸気ポートまたは前記排気ポートと連通するように構成され、前記遮断弁は、電磁駆動弁または油圧駆動弁からなり、かつ、筒内圧力が低下する過程内に閉弁され、その閉弁動作は前記排気弁が開弁される前に終了することを特徴とするものである。
【００１１】
また、この発明の請求項２に係る可変圧縮比内燃機関は、少なくとも、主燃焼室と、吸気弁を有した吸気ポートと、排気弁を有した排気ポートと、前記主燃焼室内の混合気を点火させる点火栓と、前記主燃焼室に連通して設けられた副室と、クランク角に応じて開弁することにより前記主燃焼室と前記副室とを連通させる一方、閉弁することにより前記主燃焼室と前記副室との連通を遮断する遮断弁と、を備え、前記遮断弁および前記副室は、混合気を導入し易い位置に配置され、かつ、前記副室は、前記遮断弁の開弁と前記吸気弁または前記排気弁の開弁とにより、前記主燃焼室を介して前記吸気ポートまたは前記排気ポートと連通するように構成され、前記遮断弁は、電磁駆動弁または油圧駆動弁からなり、かつ、前記排気弁の閉弁直後または閉弁と同時に開弁が開始され、その開弁動作は前記吸気弁が閉弁するまでに終了することを特徴とするものである。
【００１２】
また、この発明の請求項３に係る可変圧縮比内燃機関は、少なくとも、主燃焼室と、吸気弁を有した吸気ポートと、排気弁を有した排気ポートと、前記主燃焼室内の混合気を点火させる点火栓と、前記主燃焼室に連通して設けられた副室と、クランク角に応じて開弁することにより前記主燃焼室と前記副室とを連通させる一方、閉弁することにより前記主燃焼室と前記副室との連通を遮断する遮断弁と、を備え、前記遮断弁および前記副室は、混合気を導入し易い位置に配置され、かつ、前記副室は、前記遮断弁の開弁と前記吸気弁または前記排気弁の開弁とにより、前記主燃焼室を介して前記吸気ポートまたは前記排気ポートと連通するように構成され、前記遮断弁は、電磁駆動弁または油圧駆動弁からなり、低圧縮比が要求されている時には、前記遮断弁は、圧縮行程中に開弁され、その直後の排気行程終了後の前記吸気弁開弁時に閉弁されることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１３】
この発明に係る可変圧縮比内燃機関（請求項１）によれば、簡易な構造により混合気が副室内に入り易く構成されているので、副室内で未燃状態が発生するのを抑制でき、積極的な燃焼が行われる。したがって、主燃焼室とともに副室でも混合気を効率良く燃焼させることができる。また、クランク角に応じて高応答のタイミングで遮断弁を開閉させることができる。また、筒内圧力を利用して遮断弁を閉弁することにより、遮断弁の傘部に筒内圧力を受けながら閉弁することが可能となり、遮断弁を閉弁するのに必要な駆動力を低減することができる。たとえば、遮断弁が電磁駆動弁である場合は、その閉弁時に上記筒内圧力を利用できる分だけ、電磁石への印加電流を減らすことができ、アクチュエータとしての消費電力を低減することができる。また、排気弁が開弁される前に遮断弁の閉弁動作を終了することにより、それまで低圧縮比側にあった内燃機関の圧縮比が高圧縮比側に推移するが、既に燃焼が終了した時点であるため、ノックを発生させずに圧縮比を切り替えることができ、かつ、燃焼ガスが副室内に入るのを抑制することができる。
【００１４】
また、この発明に係る可変圧縮比内燃機関（請求項２）によれば、簡易な構造により混合気が副室内に入り易く構成されているので、副室内で未燃状態が発生するのを抑制でき、積極的な燃焼が行われる。したがって、主燃焼室とともに副室でも混合気を効率良く燃焼させることができる。また、クランク角に応じて高応答のタイミングで遮断弁を開閉させることができる。また、排気しようとしている燃焼ガスを副室内に閉じ込めてしまう事態を回避することができるとともに、燃焼が安定した状態になってから遮断弁を閉じることができる。
【００１５】
また、この発明に係る可変圧縮比内燃機関（請求項３）によれば、簡易な構造により混合気が副室内に入り易く構成されているので、副室内で未燃状態が発生するのを抑制でき、積極的な燃焼が行われる。したがって、主燃焼室とともに副室でも混合気を効率良く燃焼させることができる。また、クランク角に応じて高応答のタイミングで遮断弁を開閉させることができる。また、低圧縮比が要求されている時、すなわち、高負荷運転要求時には、副室も燃焼室としてその能力を十分に発揮することができるので、高出力の内燃機関を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下に、この発明に係る可変圧縮比内燃機関（以下、適宜、可変圧縮比エンジン若しくはエンジンと称する）の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。
【００１７】
〔実施例１〕
図１は、この発明の実施例１に係る可変圧縮比エンジンを示す断面図であり、後述する図２のＡ−Ａ断面図である。図２は、主燃焼室内から見たシリンダヘッドを示す下面図、図３は、遮断弁が開弁した様子を示す断面図である。
【００１８】
図１〜図３に示すように、エンジン１０は、吸気ポート１６や排気ポート（図示せず）、点火栓１５、ポート噴射用のインジェクタ（図示せず）、吸気弁１７や排気弁２５（図２参照）等のエンジン弁を所定タイミングで駆動するためのカム１９、弁シート１７ａ等を備え、エンジン１０の基本構成および基本動作は、公知のエンジン（副室を備えていない通常のエンジン）とほぼ同様である。
【００１９】
異なる点は、主燃焼室１４（以下、適宜、筒内と記す）に連通して設けられた副室３０と、開弁することにより主燃焼室１４と副室３０とを連通させる一方、閉弁することにより主燃焼室１４と副室３０との連通を遮断する遮断弁３２とを備えていることである。
【００２０】
すなわち、このエンジン１０は、副室３０の遮断弁３２を開弁することにより燃焼室の容積が副室３０の容積分増加するため低い圧縮比が設定され、遮断弁３２を閉弁することにより主燃焼室１４の容積のみで決まる高い圧縮比が設定されるものである。
【００２１】
また、主燃焼室１４と副室３０とは、遮断弁３２の開弁により連通するとともに、吸気弁１７または排気弁２５の開弁により、副室３０は主燃焼室１４を介して吸気ポート１６または排気ポート（図示せず）と連通するようになっている。
【００２２】
主燃焼室１４は、シリンダブロック１１内に往復動自在に配設されたピストン１３と、シリンダヘッド１２の下面とで形成されている。また、主燃焼室１４の一部を形成するシリンダヘッド１２の下面は、ほぼ球面の一部をなす形状となっている。
【００２３】
また、副室３０および遮断弁３２は、図２に示すように、排気弁２５の間に配置されている。また、主燃焼室１４に対する副室３０の開口部は、主燃焼室１４に臨み、かつ吸気ポート１６の開口部および排気ポートの開口部（図示せず）とほぼ同一高さとなるように配置されている。
【００２４】
そして、更に遮断弁３２および副室３０は、混合気を導入し易い位置に配置されている。また、副室３０に混合気を導入し易くするために、主燃焼室１４は所定の容積（あるいは所定の高さ寸法）が確保されている。
【００２５】
遮断弁３２は、電磁駆動式の遮断弁アクチュエータ３４によってクランク角に応じて開閉駆動されるように構成されている。この遮断弁アクチュエータ３４は、ケース３５と、このケース３５内に配され、弁ステムガイド４３によって移動自在に支持された遮断弁３２をロアリテーナ４１で押圧するアーマチャ３６と、このアーマチャ３６を電磁力によって上下動させるためのアッパコア３７およびロアコア４０と、アーマチャ３６を下方に付勢するためのアッパスプリング３８およびスクリュ３９と、遮断弁３２を閉弁方向に付勢するロアスプリング４２等とから構成されている。
【００２６】
遮断弁３２は、閉弁時にはロアスプリング４２の付勢により弁シート３２ａに押圧されている。また、遮断弁３２は、アーマチャ３６がロアコア４０による電磁力によりロアスプリング４２の付勢力に抗して下方に引き付けられて開弁する。
【００２７】
この電磁駆動式の遮断弁３２は、エンジン弁用の電磁駆動式アクチュエータに比べて、開弁ストロークは半分程度の２〜４ｍｍ程度でよく、また開弁速度は１桁以上遅くてよい。このため、上記アッパスプリング３８およびロアスプリング４２のばね定数を小さくでき、必要な電磁力は小さくて済む。したがって、遮断弁３２には小型の電磁駆動式アクチュエータを用いればよい。
【００２８】
なお、符号２０はリテーナ、符号２１は弁リフタ、符号２２は弁スプリング、符号２３は弁ステムガイドを示し、公知部材により構成されている。
【００２９】
また、排気弁２５に係るアクチュエータについても吸気弁１７の場合とほぼ同様に構成されており、図示を省略してある。
【００３０】
つぎに、本実施例に係る遮断弁３２の開閉制御について図４に基づいて説明する。この制御は、図示しない電子制御装置（ＥＣＵ）によって実行される。ここで、図４は、遮断弁の開閉タイミングを示す説明図であり、エンジン弁の開閉と筒内圧力の変化も併せて示してある。
【００３１】
図４に示すように、遮断弁３２は、筒内圧力を利用できる時期、すなわち筒内圧力が低下する過程内に閉弁され、その閉弁動作はエンジン弁（排気弁２５）が開弁される前である点Ｐ１で終了するように制御される。
【００３２】
このように筒内圧力を利用して遮断弁３２を閉弁することにより、遮断弁３２の傘部に筒内圧力を受けながら閉弁することが可能となり、遮断弁３２を閉弁するのに必要な電磁駆動力を低減することができる。つまり、その閉弁時に上記筒内圧力を利用できる分だけ、アッパコア（電磁石）３７への印加電流を減らすことができ、アクチュエータとしての消費電力を低減することができる。
【００３３】
また、排気弁２５が開弁される前に遮断弁３２の閉弁動作を終了することにより、それまで低圧縮比側にあったエンジン１０の圧縮比が高圧縮比側に推移するが、既に燃焼が終了した時点であるため、ノックを発生させずに圧縮比を切り替えることができ、かつ、燃焼ガスが副室３０内に入るのを抑制することができる。
【００３４】
以上のように、この実施例に係る可変圧縮比エンジン１０によれば、混合気が副室３０内に入り易く構成されているので、副室３０内で未燃状態が発生するのを抑制でき、積極的な燃焼が行われる。したがって、主燃焼室１４とともに副室３０でも混合気を効率良く燃焼させることができる。
【００３５】
また、上述した従来技術に係る可変圧縮比エンジンにあっては、運動部品を可変とする構成を採用しているために、質量増加や周辺部品の剛性低下が課題となっており、更に装置の全長がアップする等の課題が生じていた。これに対し、本実施例１に係る可変圧縮比エンジン１０によれば、シリンダヘッド１２内に副室３０および遮断弁３２を追加するだけでよく既製エンジンの改造規模が少ないため容易に製造できる。また、電磁駆動式の遮断弁３２を用いているため、圧縮比切り替えの応答性も格段に高い。
【００３６】
なお、上記実施例１においては、遮断弁３２を応答性の良い電磁駆動式のものであるとして説明したが、これに限定されず、クランク角に応じて高応答の開閉タイミングを実現できれば、たとえば油圧駆動式であってもよい。この場合、第二のカムシャフト等を機械式の可変機構によって動作させている従来技術に比べ、１桁〜２桁以上の応答性を確保することができる。
【００３７】
また、上記実施例１においては、本発明をポート噴射方式のエンジン１０に適用する例を示したが、これに限定されず、筒内への直接噴射方式のエンジンに適用してもよい。
【００３８】
また、上記実施例１においては、副室３０および遮断弁３２は、図２に示したように排気弁２５の間に配置されているものとして説明したが、これに限定されず、たとえば図５に示すように、吸気弁１７と排気弁２５とを１つずつ備えたエンジンにおいて遮断弁３２および副室３０（図示せず）を２つ備えるように構成してもよい。これにより、多段圧縮比を実現できる。ここで、図５は、遮断弁の他の配置構成を有するシリンダヘッドを示す下面図である。なお、図１は、この図５に示すＢ−Ｂ断面でもある。
【００３９】
また、図６に示すように、２つの排気弁２５と１つの吸気弁１７を備え、遮断弁３２および副室３０（図示せず）が吸気弁１７側に配置された構成を採用することもできる。この吸気弁１７の弁径は大きく形成され、吸気効率を落とさずに吸気が副室３０内に導入されるように構成されている。また、主燃焼室１４の上部形状もほぼ球面に保たれている。ここで、図６は、遮断弁３２の他の配置構成を有するシリンダヘッドを示す下面図である。なお、図１は、この図６に示すＣ−Ｃ断面でもある。
【００４０】
また、その温度環境は、副室３０を吸気弁１７側に設けたことにより、排気弁２５側に設ける場合よりも冷却強化が行え、ノック回避の面で有利となる。また、本構成を、後述する参考例１に係る構成に適用して副室３０にタンブル流を導入することにより、副室３０内の換気を良好にすることもできる。
【００４１】
また、図７に示すように、２つの吸気弁１７と１つの排気弁２５を備え、遮断弁３２および副室３０（図示せず）が排気弁２５側に配置された構成を採用することもできる。また、主燃焼室１４の上部形状もほぼ球面に保たれている。ここで、図７は、遮断弁３２の他の配置構成を有するシリンダヘッド１２を示す下面図である。なお、図１は、この図７に示すＤ−Ｄ断面でもある。
【００４２】
また、本構成を、後述する参考例１に係る構成に適用して副室３０にタンブル流を導入することにより、副室３０内の換気を良好にすることもできる。
【００４３】
また、上記実施例１においては、図３に示したように、遮断弁３２が主燃焼室１４側に開く構成を採用したが、これに限定されず、たとえば図８に示すように、副室３０側に開くように構成することもできる。ここで、図８は、他の遮断弁３２を備えた可変圧縮比エンジン１０を示す断面図である。
【００４４】
〔実施例２〕
図９は、この発明の実施例２に係る遮断弁３２の開閉タイミングを示す説明図であり、エンジン弁１７，２５の開閉と筒内圧力の変化および従来技術に係る遮断弁の開閉タイミングも併せて示してある。なお、以下の説明において、既に説明した部材と同一もしくは相当する部材には、同一の符号を付して重複説明を省略または簡略化する。
【００４５】
本実施例２は、上記実施例１に係るエンジン１０を用いて制御するものであり、図９に示すように、遮断弁３２は、排気弁２５の閉弁直後または閉弁と同時に開弁が開始され（点Ｐ２参照）、その開弁動作は吸気弁１７が閉弁するまでに終了する（点Ｐ３参照）ように制御される。
【００４６】
以上のように制御することにより、従来技術に係る遮断弁の開閉制御とつぎの点において相違する。すなわち、排気しようとしている燃焼ガスを副室３０内に閉じ込めてしまう事態を回避することができるとともに、つぎのサイクルですぐに遮断弁３２を閉弁せずに燃焼が安定した状態になってから閉弁することができる。
【００４７】
〔実施例３〕
図１０は、この発明の実施例３に係る遮断弁３２の開閉タイミングを示す説明図であり、エンジン弁１７，２５の開閉タイミングも併せて示してある。本実施例３は、上記実施例１に係るエンジン１０を用いて制御するものであり、低圧縮比が要求されている時には、図１０に示すように、遮断弁３２は、圧縮行程中に開弁され、その直後の排気行程終了後の吸気弁１７開弁時に閉弁されるように制御される。
【００４８】
すなわち、主燃焼室１４内は副室３０内に比べて高圧になるので、遮断弁３２が圧縮行程中に開弁されると、その直後に副室３０内に混合気を導入し易くなる。更にこの時、主燃焼室１４内に新たな乱れ成分が発生し、燃焼改善に寄与する。また、排気行程中は遮断弁３２を開弁保持することにより、副室３０内に残る既燃ガスを最も効率良く排気することができる。
【００４９】
また、吸気弁１７の開弁中に遮断弁３２を閉弁することにより、吸気行程中の吸気流速の高い時期を、遮断弁３２の開弁保持状態で経験することで、副室３０内をより効率的に新気に換気することができる。また、当該吸気行程中に遮断弁３２を閉弁することで、次回の圧縮行程中の開弁に備えることができる。
【００５０】
以上のように制御することにより、低圧縮比が要求されている時、すなわち、高負荷運転要求時には、副室３０も燃焼室としてその能力を十分に発揮することができるので、高出力のエンジン１０を提供することができる。
【００５１】
〔参考例１〕
図１１は、参考例１に係る可変圧縮比エンジン１０を示す断面図であり、遮断弁３２が開弁した様子を示してある。すなわち、本参考例１は、図１１に示すように、吸気によるタンブル流６０の方向が右回りとなるように規制して副室３０内に導入し易くするための吸気ポート１６、ピストン１３頂面に設けた傾斜部１３ａ等のタンブル流規制手段を備えるとともに、副室３０および遮断弁３２を、タンブル流６０を導入し易い位置に配置したものである。
【００５２】
以上のように構成したことにより、副室３０内のタンブル流６０によるガス流動を良くすることができ、副室３０内の未燃焼部発生を回避することができる。これにより、圧縮比変更時の燃焼悪化を抑制することができ、ドライバビリティの悪化を抑制することができる。
【００５３】
〔参考例２〕
図１２は、参考例２に係る可変圧縮比エンジン１０を示す断面図であり、後述する図１３のＥ−Ｅ断面図である。なお、図１２に遮断弁３２が開弁した様子を示してある。また、図１３は、主燃焼室１４内から見たシリンダヘッドを示す下面図である。
【００５４】
すなわち、本参考例２は、図１２および図１３に示すように、吸気によるタンブル流６０の方向が左回りとなるように規制して副室３０内に導入し易くした吸気ポート（タンブル流規制手段）１６を備えるとともに、副室３０および遮断弁３２を、タンブル流６０を導入し易い位置に配置したものである。
【００５５】
以上のように構成したことにより、副室３０内のタンブル流６０によるガス流動を良くすることができ、副室３０内の未燃焼部発生を回避することができる。これにより、圧縮比変更時の燃焼悪化を抑制することができ、ドライバビリティの悪化を抑制することができる。
【００５６】
なお、図１４に示すように、吸気弁１７および排気弁２５を２つずつ備え、吸気弁１７の間に遮断弁３２を設けたエンジンに、本発明を適用することもできる。この場合、上記図１２に示したエンジン１０は、図１４のＤ−Ｄ断面図に相当する。ここで、図１４は、遮断弁３２の他の配置構成を有するシリンダヘッドを示す下面図である。
【００５７】
〔参考例３〕
図１５は、参考例３に係る可変圧縮比エンジン１０のシリンダヘッドを透視的に見た平面図、図１６は、遮断弁３２の要部を示す斜視図、図１７は、シリンダヘッドおよびスワール流を透視的に見た平面図である。
【００５８】
すなわち、本参考例３は、図１５に示すように、吸気弁１７および排気弁２５を１つずつ備え、その間に遮断弁３２を設けたものであり、更に副室３０および遮断弁３２は、吸気によるスワール流６５を導入し易い位置に配置されている。また、遮断弁３２は、スワール流６５を副室３０内に案内するためのフィン（案内手段）３２ｂを備えている。このフィン３２ｂは、スワール流６５の発生向きに沿った曲線形状となっている。
【００５９】
以上のように構成したことにより、副室３０内のスワール流６５によるガス流動を良くすることができ、副室３０内の未燃焼部発生を回避することができる。これにより、圧縮比変更時の燃焼悪化を抑制することができ、ドライバビリティの悪化を抑制することができる。
【００６０】
〔参考例４〕
図１８は、参考例４に係る制御動作を示すフローチャート、図１９は、遮断弁３２等の開閉動作を示すタイムチャートである。本参考例４は、上記実施例１に係るエンジン１０を用いて、減速時に圧縮行程で圧縮された空気を副室３０内に蓄圧する蓄圧制御を行い、当該蓄圧された圧縮空気を加速時に筒内に供給するようにしたものである。
【００６１】
すなわち、図１８に示すように、先ず、エンジン１０が減速中かつ副室３０が未蓄圧であるか否かを判断する（ステップＳ１０）。減速中かつ未蓄圧であるならば（ステップＳ１０肯定）、図１９（減速時）に示すように、圧縮行程開始前に遮断弁３２を開弁し（ステップＳ２０）、圧縮上死点（ＴＤＣ）近傍の時期で遮断弁３２を閉弁する（ステップＳ３０）。これは、毎サイクル行う必要はない。また、スロットルを開ける等により体積効率を高めることが望ましい。
【００６２】
続いて、加速要求があるか否かを判断する（ステップＳ４０）。加速要求がないならば（ステップＳ４０否定）、ステップＳ１０の判断ステップに戻り、加速要求があるならば（ステップＳ４０肯定）、蓄圧空気の供給制御の実施が適切であるか否かを判断する（ステップＳ５０）。このステップＳ５０においてこのような判断を行うのは、つぎの理由による。
【００６３】
すなわち、筒内への蓄圧空気の供給は、吸気弁１７の閉弁後、圧縮行程初期の筒内圧力が低い時期に実行し、完了するのが望ましい。しかしながら、遮断弁３２の最小開弁期間が長い、あるいはエンジン回転数が高い等により遮断弁３２の閉弁が遅れ、筒内に圧縮空気を供給するメリットよりも、圧縮行程の進行（筒内圧力の上昇）により副室３０に圧縮空気が逆流することによるデメリットの方が大きくなる場合がある。
【００６４】
このようなデメリットを回避するため、蓄圧空気の供給制御の実施が適切であるか否かを運転条件により判断することとした。この判断は、たとえば、実験により予め作成したマップと現在の運転条件（エンジン回転数、最小開弁期間）とを比較することにより行うことができる。
【００６５】
したがって、蓄圧空気の供給制御の実施が適切でないならば（ステップＳ５０否定）、本制御を終了し、適切ならば（ステップＳ５０肯定）、図１９（加速時）に示すように、吸気弁１７の閉弁後直ちに遮断弁３２を開弁し、圧縮空気（蓄圧空気）を筒内へ供給する（ステップＳ６０）。
【００６６】
そして、圧縮空気の筒内への供給が完了した後、直ちに遮断弁３２を閉弁して制御を終える。これにより、一時的に過給のような効果が得られ、空気量が増大するため、スロットルの応答遅れをカバーすることができ、加速時のレスポンスおよび加速性を改善することができる。
【００６７】
〔参考例５〕
図２０は、参考例５に係る制御動作を示すフローチャート、図２１は、遮断弁３２等の開閉動作を示すタイムチャートである。本参考例５は、上記実施例１に係るエンジン１０を用いて、減速時には、遮断弁３２を、吸気弁１７が閉弁した後に開弁し、圧縮上死点近傍で閉弁することにより上述した蓄圧制御を行うようにしたものである。
【００６８】
すなわち、本参考例５は、図１８に示した上記参考例４のフローチャートのステップＳ２０の代わりに、図２０に示すように、ステップＳ１５を実行するようにしたものである。その他のステップは、上記参考例４の場合と同様であるので、同一のステップ番号を付して重複説明を省略する。
【００６９】
このステップＳ１５は、図２１（減速時）に示すように、吸気弁１７の閉弁後に遮断弁３２を開弁するものである。これにより、前サイクルで副室３０に蓄圧した空気を筒内に供給することができる。その後、ステップＳ３０において遮断弁３２を閉弁する。これを数サイクル続けることにより、蓄圧する圧力を高めることができる。
【００７０】
以上のように制御することにより、高圧の空気、すなわち、より大量の空気を副室３０内に蓄圧することができるため、加速時のレスポンスおよび加速性を上記参考例４の場合よりも更に改善することができる。
【００７１】
〔参考例６〕
図２２は、参考例６に係る制御動作を示すフローチャートである。上記参考例４または上記参考例５に係る制御動作においては、副室３０に蓄圧された空気を筒内に供給する際には、吸気行程で吸気弁１７を通って筒内に吸入される空気だけでなく、副室３０から供給される蓄圧空気が加わる。そこで、本参考例６は、その蓄圧空気（圧縮空気）の量を検知し、その量に応じて燃料噴射量を増量するようにしたものである。
【００７２】
すなわち、図２２に示すように、蓄圧が完了し、かつ加速要求があるか否かを判断し（ステップＳ１２）、これが肯定であるならば（ステップＳ１２肯定）、更に蓄圧空気の供給制御の実施が適切であるか否かを判断する（ステップＳ５０）。ステップＳ５０でこのような判断を行うのは、上述した通りである。
【００７３】
蓄圧空気の供給制御の実施が適切であるならば（ステップＳ５０肯定）、副室３０から筒内に供給される空気量を算出する（ステップＳ５２）。これは、たとえば図示しない筒内圧センサをエンジン１０に設け、この筒内圧センサにより副室３０の圧力Ｐ１を検知し、筒内に供給される空気の質量ΔＧを下記の式（１）〜（４）により算出する。
【００７４】
また、その他計測に必要なデータは、大気圧Ｐ０、大気温度Ｔ０、吸気温度Ｔ２、筒内圧力Ｐ２である。このうち、大気圧Ｐ０、大気温度Ｔ０、吸気温度Ｔ２は、通常、エンジン１０に装備されているセンサで計測可能である。
【００７５】
ΔＧ＝Ｍ｛ｎ１−（ｎ１＋ｎ２）Ｖ１／（Ｖ１＋Ｖ２）｝  ・・・・・  （１）
ｎ１＝（Ｐ１Ｖ１）／（ＲＴ１）                        ・・・・・  （２）
ｎ２＝（Ｐ２Ｖ２）／（ＲＴ２）                        ・・・・・  （３）
Ｔ１＝Ｔ０（Ｐ１／Ｐ０）(κ-1)/κ                      ・・・・・  （４）
【００７６】
ここで、上記記号の添え字０は大気の状態を示し、添え字１，２はそれぞれ圧縮空気の供給を開始するタイミングにおける副室と筒内の状態を示している。そして、Ｍは空気の分子量、Ｒは空気の気体定数、ｎ１，ｎ２は空気のモル数、Ｖ１は副室３０の容積、Ｖ２は筒内の容積、Ｐ１は副室３０の圧力、Ｐ２は筒内の圧力、Ｐ０は大気圧、Ｔ０は大気温度、κは空気の比熱比である。
【００７７】
つぎに、以上のように求めた空気の質量ΔＧに応じて、燃料噴射量を増量する（ステップＳ５４）。この結果、空燃比のずれによるエミッションの悪化を抑制することができるとともに、筒内の空気利用率を高めることにより加速性を改善することができる。
【００７８】
ステップＳ５４の後の制御は、上記参考例４または上記参考例５の場合と同様であるので、同一のステップ番号６０および７０を付して重複説明を省略する。
【００７９】
なお、精度を上げるために、上記データに公知の各種補正を行ってもよい。また、上記参考例４への適用に限定されるが、吸気圧センサと上記蓄圧制御実施時の、遮断弁３２の閉弁時期から上記空気の質量ΔＧを推定してもよい。
【００８０】
〔参考例７〕
図２３は、参考例７に係る制御動作を示すフローチャートである。上記参考例５に係る制御動作を実行すると、副室３０内の蓄圧空気の圧力を高めることができるが、圧縮力増大によるエンジン１０の振動の悪化、副室３０内圧力の過度の上昇による遮断弁３２の脱調、バルブスタンプ等が発生する虞がある。
【００８１】
そこで、本参考例７は、これらの不具合を回避するために、図２３に示す制御を行うものである。すなわち、蓄圧制御が開始された（ステップＳ１１０）後、筒内の圧縮端圧力ＰTDCをたとえば筒内圧センサ（圧縮端圧力検知手段）によって検知し（ステップＳ１２０）、検知された圧縮端圧力ＰTDCが圧縮端圧力の上限値ＰCRIを超えて過大であると判定された場合には（ステップＳ１３０肯定）、蓄圧制御を終了（停止）する（ステップＳ１４０）。
【００８２】
なお、圧縮端圧力ＰTDCが圧縮端圧力の上限値ＰCRIを超えていないならば（ステップＳ１３０否定）、それを超えるまで圧縮端圧力ＰTDCの検知を続行する（ステップＳ１２０）。
【００８３】
以上のように制御することにより、過大な圧力によるエンジン１０の破損や振動の悪化を抑制することができる。
【００８４】
なお、圧縮端圧力ＰTDCの検知手段としては、上記筒内圧センサによる直接測定の他、クランクケース内の圧力を測定するセンサによってクランクの回転変動を検知し、これに基づいて推定したり、あるいは上記蓄圧制御開始（ステップＳ１１０）からの経過サイクル数により推定してもよい。
【００８５】
〔参考例８〕
図２４は、参考例８に係る遮断弁３２等の開閉動作を示すタイムチャートである。上記参考例４または上記参考例５に係る制御動作（加速時）においては、筒内に供給される圧縮空気の量は、供給時の筒内圧力によって変化する。すなわち、筒内に供給される圧縮空気の量は、圧縮行程初期で筒内圧力が低い状態では多く、圧縮行程中後期で筒内圧力が高い状態では少なくなる。
【００８６】
そこで、本参考例８は、これらの圧縮空気の量を過不足なく適切に供給するために、遮断弁３２の開閉時期を、図２４に示すように、筒内に供給すべき圧縮空気の量に応じて設定（供給量大の場合を破線で示し、供給量小の場合を実線で示す）するようにしたものである。遮断弁３２の開閉時期（圧縮空気の供給タイミング）の設定は、たとえば、上記参考例６で示した空気の質量ΔＧの算出手法に準じて行うことができる。
【００８７】
このように遮断弁３２の開閉時期（圧縮空気の供給タイミング）を制御することにより、ポペット弁のような流量調整機能を備えていない弁であっても、筒内に供給する空気量を調整することができる。
【００８８】
〔参考例９〕
図２５は、参考例９に係る遮断弁３２等の開閉動作を示すタイムチャートである。上記参考例８の加速時において、副室３０内の圧力が十分に高い場合には、圧縮行程中後期に副室３０から筒内に圧縮空気を供給することが可能であるが、サイクルが進むに従って副室３０内の圧力が低下し、副室３０から筒内に圧縮空気を供給することが困難になる虞がある。
【００８９】
そこで、本参考例９は、図２５に示すように、遮断弁３２の開弁時期（筒内への圧縮空気の供給時期）を、サイクルが進むに従って圧縮行程初期へ進角させるようにしたものである。
【００９０】
このように制御することにより、蓄圧空気を数サイクルにわたって筒内に供給することができ、過給効果を持続させ、加速特性を改善することができる。
【００９１】
〔参考例１０〕
上記参考例４または上記参考例５に係る制御動作においては、上記蓄圧制御を行わないサイクルでは圧縮仕事と膨張仕事とがほぼ等しいが、蓄圧制御を行うサイクルでは、圧縮仕事が膨張仕事を上回ってエンジンブレーキが効いた状態となり、蓄圧制御のオン・オフに伴いショックが生じる虞がある。また、上記参考例５に係る制御動作を実行すると、蓄圧の進行とともに圧縮仕事と膨張仕事とが等しくなっていき、エンジンブレーキが効かなくなっていく虞がある。
【００９２】
そこで、本参考例１０は、蓄圧制御のオン・オフ状況または蓄圧の進行状況に応じて、スロットル開度やバルブタイミング、フットブレーキ等の他の制動要素を増減制御（図示せず）するようにしたものである。
【００９３】
このように制御することにより、ポンピング仕事の変化、すなわち制動力の変化によるショックや違和感を解消若しくは低減することができ、ドライバビリティを向上することができる。
【００９４】
〔参考例１１〕
図２６は、参考例１１に係る制御動作を示すフローチャート、図２７は、各気筒における遮断弁３２の開閉動作を示すタイムチャートである。本参考例１１は、上記実施例１に係るエンジン１０を用いて、減速時に圧縮行程で圧縮された空気を副室３０内に蓄圧する蓄圧制御（上記参考例４を参照）を行い、当該蓄圧された圧縮空気をエンジン１０の始動時に膨張行程にある気筒に供給するようにしたものである。
【００９５】
また、エンジン１０は、始動時に膨張行程にある気筒（ここでは、エンジン１０は気筒番号＃１〜＃４の４気筒を備えているとする）を判別する公知の手段（図示せず）を備えている。
【００９６】
図２６に示すように、減速時の蓄圧制御は上述した参考例４の図１８に示したステップＳ１０〜３０と同様であるので、同一のステップ番号を付して重複説明を省略する。ステップＳ３０を経た後は、エンスト要求の有無を判断する（ステップＳ３２）。
【００９７】
そして、エンスト要求があるならば（ステップＳ３２肯定）、エンジン１０を停止し（ステップＳ３４）、エンスト要求がないならば（ステップＳ３２否定）、ステップＳ１０に戻る。
【００９８】
エンジン１０を停止（ステップＳ３４）した後は、エンジン１０の再始動が要求されているか否かを判断する（ステップＳ３６）。再始動が要求されていないならば（ステップＳ３６否定）、要求されるまで待機し、再始動が要求されているならば（ステップＳ３６肯定）、膨張行程にある気筒が判別され、その気筒の遮断弁３２を開弁することにより副室３０に蓄圧された上記圧縮空気を当該気筒に供給する（ステップＳ３８）。
【００９９】
たとえば、図２７に示すように、気筒＃１が膨張行程にある気筒と判断されて遮断弁３２が開弁され、＃２以降の気筒は、膨張行程の初期に遮断弁３２が開弁されることにより副室３０に蓄圧された上記圧縮空気が各気筒に供給される。また、圧縮空気の供給を行った後（開弁後）の遮断弁３２は、開弁保持される。また、供給する圧縮空気に応じた燃料を供給し、燃焼させてもよい。
【０１００】
なお、本参考例１１のように火花点火内燃機関ではなく、圧縮点火内燃機関に適用する場合には、圧縮空気の供給を行った後（開弁後）の遮断弁３２は、閉弁するのがよい。
【０１０１】
以上のように制御することにより、圧縮比を可変とした機構に対して、空気噴射弁や空気圧縮機、当該圧縮機から空気噴射弁への配管等を別途設けることなく、エンジン１０の始動性を向上することができる。
【０１０２】
〔参考例１２〕
図２８は、参考例１２に係る各気筒における遮断弁３２の開閉動作を示すタイムチャートである。本参考例１２は、上記参考例１１に係る制御動作において、膨張行程にある気筒が判別された際に、当該気筒が膨張行程後期にある場合には、当該気筒への圧縮空気の供給を行わず、つぎのサイクルの膨張行程初期に供給するようにしたものである。
【０１０３】
たとえば、図２８に示すように、上記気筒判別の完了時期に気筒＃１が膨張行程後期にあると判断された場合には、遮断弁３２を開弁せず、圧縮空気を気筒＃１に供給しないようにし、つぎのサイクルの膨張行程初期に開弁して圧縮空気を気筒＃１に供給する。
【０１０４】
以上のように制御することにより、圧縮空気の動力への変換を効率良く行うことができ、限られた圧縮空気の供給で機関始動性を最大限に向上することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１０５】
以上のように、この発明に係る可変圧縮比内燃機関は、簡易な構成で主燃焼室とともに副室でも混合気を効率良く燃焼させることができる高応答の可変圧縮比内燃機関に有用であり、特に、低圧縮比の運転状態においても副室内の混合気への火炎伝播を確実に行うことを目指す可変圧縮比内燃機関に適している。
【図面の簡単な説明】
【０１０６】
【図１】この発明の実施例１に係る可変圧縮比エンジンを示す断面図である。
【図２】主燃焼室内から見たシリンダヘッドを示す下面図である。
【図３】遮断弁が開弁した様子を示す断面図である。
【図４】遮断弁の開閉タイミングを示す説明図である。
【図５】遮断弁の他の配置構成を有するシリンダヘッドを示す下面図である。
【図６】遮断弁の他の配置構成を有するシリンダヘッドを示す下面図である。
【図７】遮断弁の他の配置構成を有するシリンダヘッドを示す下面図である。
【図８】他の遮断弁を備えた可変圧縮比エンジンを示す断面図である。
【図９】この発明の実施例２に係る遮断弁の開閉タイミングを示す説明図である。
【図１０】この発明の実施例３に係る遮断弁の開閉タイミングを示す説明図である。
【図１１】参考例１に係る可変圧縮比エンジンを示す断面図である。
【図１２】参考例２に係る可変圧縮比エンジンを示す断面図である。
【図１３】主燃焼室内から見たシリンダヘッドを示す下面図である。
【図１４】遮断弁の他の配置構成を有するシリンダヘッドを示す下面図である。
【図１５】参考例３に係る可変圧縮比エンジンのシリンダヘッドを透視的に見た平面図である。
【図１６】遮断弁の要部を示す斜視図である。
【図１７】シリンダヘッドおよびスワール流を透視的に見た平面図である。
【図１８】参考例４に係る制御動作を示すフローチャートである。
【図１９】遮断弁等の開閉動作を示すタイムチャートである。
【図２０】参考例５に係る制御動作を示すフローチャートである。
【図２１】遮断弁等の開閉動作を示すタイムチャートである。
【図２２】参考例６に係る制御動作を示すフローチャートである。
【図２３】参考例７に係る制御動作を示すフローチャートである。
【図２４】参考例８に係る遮断弁等の開閉動作を示すタイムチャートである。
【図２５】参考例９に係る遮断弁等の開閉動作を示すタイムチャートである。
【図２６】参考例１１に係る制御動作を示すフローチャートである。
【図２７】各気筒における遮断弁の開閉動作を示すタイムチャートである。
【図２８】参考例１２に係る各気筒における遮断弁の開閉動作を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
【０１０７】
１０  可変圧縮比エンジン（可変圧縮比内燃機関）
１１  シリンダブロック
１２  シリンダヘッド
１３  ピストン
１３ａ  傾斜部（タンブル流規制手段）
１４  主燃焼室
１５  点火栓
１６  吸気ポート
１７  吸気弁
１７ａ  弁シート
１９  カム
２０  リテーナ
２１  弁リフタ
２２  弁スプリング
２３  弁ステムガイド
２５  排気弁
３０  副室
３２  遮断弁
３２ａ  弁シート
３２ｂ  フィン（案内手段）
３４  遮断弁アクチュエータ
３５  ケース
３６  アーマチャ
３７  アッパコア
３８  アッパスプリング
３９  スクリュ
４０  ロアコア
４１  ロアリテーナ
４２  ロアスプリング
４３  弁ステムガイド
６０  タンブル流
６５  スワール流
【図１】
0004556877.tif 000002
【図２】
0004556877.tif 000003
【図３】
0004556877.tif 000004
【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】
0004556877.tif 000011
【図１１】
0004556877.tif 000012
【図１２】
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【図１３】
0004556877.tif 000014
【図１４】
0004556877.tif 000015
【図１５】
0004556877.tif 000016
【図１６】
0004556877.tif 000017
【図１７】
0004556877.tif 000018
【図１８】
0004556877.tif 000019
【図１９】
0004556877.tif 000020
【図２０】
0004556877.tif 000021
【図２１】
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【図２２】
0004556877.tif 000023
【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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