(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直列に配置された♯１気筒（１１Ａ）、♯２気筒（１１Ｂ）、♯３気筒（１１Ｃ）および♯４気筒（１１Ｄ）にそれぞれ一端を接続された♯１連通路（１８Ａ）、♯２連通路（１８Ｂ）、♯３連通路（１８Ｃ）および♯４連通路（１８Ｄ）の他端を集合部（２３）において集合させ、前記集合部（２３）を開閉弁（２５）で開閉される接続管（２４）を介して排気管（２２）に接続し、
配列方向の外側に位置する前記♯１、♯４気筒（１１Ａ，１１Ｄ）のうち、膨張行程ないし排気行程にある一つの気筒から吸気行程ないし圧縮行程にある一つの気筒に前記♯１、♯４連通路（１８Ａ，１８Ｄ）を介して既燃ガスを供給し、かつ配列方向の内側に位置する前記♯２、♯３気筒（１１Ｂ，１１Ｃ）のうち、膨張行程ないし排気行程にある一つの気筒から吸気行程ないし圧縮行程にある一つの気筒に前記♯２、♯３連通路（１８Ｂ，１８Ｃ）を介して既燃ガスを供給する内燃機関であって、
前記♯１、♯４連通路（１８Ａ，１８Ｄ）の他端は前記集合部（２３）において鈍角（α）を成して交わり、かつ前記♯２、♯３連通路（１８Ｂ，１８Ｃ）の他端は前記集合部（２３）において鋭角（β）を成して交わるとともに、該♯２、♯３連通路（１８Ｂ，１８Ｃ）の他端の延長線上に前記接続管（２４）が設けられることを特徴とする内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直列に配置された４つの気筒のうち、膨張行程ないし排気行程にある一つの気筒から吸気行程ないし圧縮行程にある一つの気筒に連通路を介して既燃ガスを供給する内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
直列４気筒内燃機関において、気筒配列方向の外側の♯１気筒および♯４気筒を第１ＥＧＲ通路で相互に連通し、かつ気筒配列方向の内側の♯２気筒および♯３気筒を第２ＥＧＲ通路で相互に連通し、第１ＥＧＲ通路を介して♯１気筒および♯４気筒間でＥＧＲガスの授受を行うとともに、第２ＥＧＲ通路を介して♯２気筒および♯３気筒間でＥＧＲガスの授受を行うものが、下記特許文献１により公知である。
【特許文献１】特開２００５−６１３２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら上記従来のものは、気筒配列方向の外側の♯１気筒および♯４気筒を連通する第１ＥＧＲ通路が長くなり、気筒配列方向の内側の♯２気筒および♯３気筒を連通する第２ＥＧＲ通路が短くなるため、既燃ガスが第１ＥＧＲ通路を通過する時間が長くなって第２ＥＧＲ通路を通過する時間が短くなってしまい、その時間差によって各気筒に供給されるＥＧＲガスの量が不均一になる可能性があった。
【０００４】
本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、４つの気筒間を連通する連通路を介して既燃ガスの授受を行う場合に、各気筒に供給される既燃ガスの量を均一化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、請求項１に記載された発明によれば、直列に配置された♯１気筒、♯２気筒、♯３気筒および♯４気筒にそれぞれ一端を接続された♯１連通路、♯２連通路、♯３連通路および♯４連通路の他端を集合部において集合させ、前記集合部を開閉弁で開閉される接続管を介して排気管に接続し、配列方向の外側に位置する前記♯１、♯４気筒のうち、膨張行程ないし排気行程にある一つの気筒から吸気行程ないし圧縮行程にある一つの気筒に前記♯１、♯４連通路を介して既燃ガスを供給し、かつ配列方向の内側に位置する前記♯２、♯３気筒のうち、膨張行程ないし排気行程にある一つの気筒から吸気行程ないし圧縮行程にある一つの気筒に前記♯２、♯３連通路を介して既燃ガスを供給する内燃機関であって、前記♯１、♯４連通路の他端は前記集合部において鈍角を成して交わり、かつ前記♯２、♯３連通路の他端は前記集合部において鋭角を成して交わるとともに、該♯２、♯３連通路の他端の延長線上に前記接続管が設けられることを特徴とする内燃機関が提案される。
【発明の効果】
【０００６】
請求項１の構成によれば、直列４気筒内燃機関の４個の気筒の配列方向の外側に位置する♯１、♯４気筒のうち、膨張行程ないし排気行程にある一つの気筒から吸気行程ないし圧縮行程にある一つの気筒に♯１、♯４連通路を介して既燃ガスを供給し、かつ前記配列方向の内側に位置する♯２、♯３気筒のうち、膨張行程ないし排気行程にある一つの気筒から吸気行程ないし圧縮行程にある一つの気筒に♯２、♯３連通路を介して既燃ガスを供給することでＥＧＲが行われる。
【０００７】
その際に、相互に離間する♯１、♯４気筒を連通する♯１、♯４連通路が長くなっても、それら♯１、♯４連通路が集合部において鈍角を成して交わることで既燃ガスがスムーズに流れるようになり、♯１、♯４連通路が長いために起こる既燃ガスの供給量の不足を補償することができる。
【０００８】
逆に、相互に隣接する♯２、♯３気筒を連通する♯２、♯３連通路が短くなっても、それら♯２、♯３連通路が集合部において鋭角を成して交わり、かつ♯２、♯３連通路の集合部から先の延長線上に排気管に連なる接続管が設けられているため、既燃ガスが♯２、♯３連通路の集合部を通過し難くなり、かつ接続管の分だけ♯２、♯３連通路の長さが実質的に長くなるため、♯２、♯３連通路が短いために起こる既燃ガスの供給量の過剰を補償することができる。
【０００９】
このように、♯１〜♯４連通路の長さが異なっていても、♯１〜♯４気筒間で一定量の既燃ガスの授受が可能になり、連通路のレイアウト性の確保や連通路のトータルの長さの短縮を図りながら、安定したＥＧＲ効果を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態を、添付の図面に示した本発明の実施例に基づいて説明する。
【００１１】
図１〜図４は本発明の一実施例を示すもので、図１は直列４気筒内燃機関の概略の構造を示す図、図２は内燃機関の排気系の構造を示す斜視図、図３は図２の３方向矢視図、図４は機関弁の開閉時期の特性を示すタイムチャートである。
【００１２】
図１に示すように、低負荷領域で混合気を圧縮自着火し、高負荷領域で点火プラグにより混合気を火花着火する直列４気筒内燃機関Ｅは、直列に配置された♯１気筒１１Ａ、♯２気筒１１Ｂ、♯３気筒１１Ｃおよび♯４気筒１１Ｄを備える。各気筒１１Ａ〜１１Ｄには、吸気弁１２と、第１排気弁１３ａと、第２排気弁１３ｂと、燃料噴射弁１４と、点火プラグ１５とが設けられる。４個の吸気弁１２…には吸気マニホールド１６が接続され、４個の第１排気弁１３ａ…には排気マニホールド１７が接続され、４個の第２排気弁１３ｂ…にはそれぞれ♯１連通路１８Ａ〜♯４連通路１８Ｄが接続される。吸気弁１２…、第１排気弁１３ａ…および第２排気弁１３ｂ…は、それぞれ対応するソレノイド（図示せず）により開閉するもので、それらのバルブタイミングやバルブリフトは任意に設定可能である。
【００１３】
図１に図２および図３を併せて参照すると明らかなように、排気マニホールド１７はシリンダヘッド（図示せず）の側壁に結合される板状の取付フランジ１９を備えており、この取付フランジ１９の外面に、第１排気弁１３ａ…を介して♯１気筒１１Ａ〜♯４気筒１１Ｄに連なる♯１排気単管２０Ａ〜♯４排気単管２０Ｄの一端が接続されており、これらの♯１排気単管２０Ａ〜♯４排気単管２０Ｄの他端は排気合流部２１を介して排気管２２に接続される。
【００１４】
取付フランジ１９の外面に、第２排気弁１３ｂ…を介して♯１気筒１１Ａ〜♯４気筒１１Ｄに連なる♯１連通路１８Ａ〜♯４連通路１８Ｄの一端が接続されており、これらの♯１連通路１８Ａ〜♯４連通路１８Ｄの他端は♯２気筒１１Ｂおよび♯３気筒１１Ｃの間に位置する集合部２３で集合した後に、Ｌ字状の接続管２４および開閉弁２５を介して前記排気合流部２１の上面に接続される。開閉弁２５の内部にはバタフライ式の弁体２６が収納されており、この弁体２６はアクチュエータ２７の出力ロッド２８に接続されて開閉する。開閉弁２５が開弁した状態では、♯１連通路１８Ａ〜♯４連通路１８Ｄの集合部２３は排気マニホールド１７の排気合流部２１に連通し、開閉弁２５が閉弁した状態では前記連通が遮断される。
【００１５】
♯１気筒１１Ａ〜♯４気筒１１Ｄの配列方向の外側にあって相互に離間している♯１、♯４気筒１１Ａ，１１Ｄから延びる♯１、♯４連通路１８Ａ，１８Ｄの集合部２３までの長さは、♯１気筒１１Ａ〜♯４気筒１１Ｄの配列方向の内側にあって相互に隣接している♯２、♯３気筒１１Ｂ，１１Ｃから延びる♯２、♯３連通路１８Ｂ，１８Ｃの集合部２３までの長さよりも長くなっている。
【００１６】
図３に最も良く示されるように、集合部２３において集合する♯１、♯４連通路１８Ａ，１８Ｄの他端が成す交差角αは鈍角であり、集合部２３において集合する♯２、♯３連通路１８Ｂ，１８Ｃの他端が成す交差角βは鋭角である。そして集合部２３において集合する♯２、♯３連通路１８Ｂ，１８Ｃの他端の延長線上に前記接続管２４が位置している。
【００１７】
次に、上記構成を備えた実施例の作用を説明する。
【００１８】
♯１気筒１１Ａ〜♯４気筒１１Ｄに他気筒から既燃ガス（ＥＧＲガス）を導入して混合気を圧縮自着火させる低負荷運転時には、アクチュエータ２７によって開閉弁２５の弁体２６が閉弁し、♯１連通路１８Ａ〜♯４連通路１８Ｄは排気管２２との連通を遮断された状態になる。
【００１９】
図４に示すように、♯１気筒１１Ａ〜♯４気筒１１Ｄの点火順序は、♯１気筒１１Ａ→♯３気筒１１Ｃ→♯４気筒１１Ｄ→♯２気筒１１Ｂとなっており、吸気マニホールド１６に連なる４個の吸気弁１２…は♯１気筒１１Ａ〜♯４気筒１１Ｄの吸気行程において開弁し、排気マニホールド１７の♯１排気単管２０Ａ〜♯４排気単管２０Ｄに連なる４個の第１排気弁１３ａ…は♯１気筒１１Ａ〜♯４気筒１１Ｄの排気行程において開弁する。また♯１連通路１８Ａ〜♯４連通路１８Ｄに連なる４個の第２排気弁１３ｂ…は、膨張行程および排気行程間のＢＤＣ（以下、膨張ＢＤＣという）と、吸気行程および圧縮行程間のＢＤＣ（以下、吸気ＢＤＣという）とにおいて開弁する。即ち、それぞれの吸気弁１２…および第１排気弁１３ａ…はクランクシャフトの２回転につき１回開弁するのに対し、それぞれの第２排気弁１３ｂ…はクランクシャフトの１回転につき１回開弁する。
【００２０】
♯１気筒１１Ａの膨張ＢＤＣにおける第２排気弁１３ｂ…の開弁期間と、♯４気筒１１Ｄの吸気ＢＤＣにおける第２排気弁１３ｂ…の開弁期間とは重なっており、この期間に♯１気筒１１Ａから♯１連通路１８Ａおよび♯４連通路１８Ｄを介して♯４気筒１１Ｄに既燃ガスが供給される。また♯４気筒１１Ｄの膨張ＢＤＣにおける第２排気弁１３ｂ…の開弁期間と、♯１気筒１１Ａの吸気ＢＤＣにおける第２排気弁１３ｂ…の開弁期間とは重なっており、この期間に♯４気筒１１Ｄから♯４連通路１８Ｄおよび♯１連通路１８Ａを介して♯１気筒１１Ａに既燃ガスが供給される。
【００２１】
同様に、♯２気筒１１Ｂの膨張ＢＤＣにおける第２排気弁１３ｂ…の開弁期間と、♯３気筒１１Ｃの吸気ＢＤＣにおける第２排気弁１３ｂ…の開弁期間とは重なっており、この期間に♯２気筒１１Ｂから♯２連通路１８Ｂおよび♯３連通路１８Ｃを介して♯３気筒１１Ｃに既燃ガスが供給される。また♯３気筒１１Ｃの膨張ＢＤＣにおける第２排気弁１３ｂ…の開弁期間と、♯２気筒１１Ｂの吸気ＢＤＣにおける第２排気弁１３ｂ…の開弁期間とは重なっており、この期間に♯３気筒１１Ｃから♯３連通路１８Ｃおよび♯２連通路１８Ｂを介して♯２気筒１１Ｂに既燃ガスが供給される。
【００２２】
このように♯１気筒１１Ａおよび♯４気筒１１Ｄ間で既燃ガスの授受を行うときには、♯２気筒１１Ｂおよび♯３気筒１１Ｃの第１排気弁１３ａ…および第２排気弁１３ｂ…は閉弁状態にあり、また♯２気筒１１Ｂおよび♯３気筒１１Ｃ間で既燃ガスの授受を行うときには、♯１気筒１１Ａおよび♯４気筒１１Ｄの第１排気弁１３ａ…および第２排気弁１３ｂ…は閉弁状態にあることから、♯１、♯４気筒１１Ａ，１１Ｄと♯２、♯３気筒１１Ｂ，１１Ｃとの間で既燃ガスの不要な授受が行われることはない。
【００２３】
さて、♯１気筒１１Ａおよび♯４気筒１１Ｄ間で既燃ガスを授受する♯１連通路１８Ａおよび♯４連通路１８Ｄは、♯１気筒１１Ａおよび♯４気筒１１Ｄが相互に離間しているために長くなり、そこを既燃ガスが通過する時間が長くなることから既燃ガスの供給量が不足する可能性がある。しかしながら本実施例では、集合部２３において♯１連通路１８Ａおよび♯４連通路１８Ｄが鈍角αを成して交差しているため、集合部２３を既燃ガスが短時間でスムーズに通過することが可能となり、既燃ガスの供給量の不足を補償することができる。
【００２４】
一方、♯２気筒１１Ｂおよび♯３気筒１１Ｃ間で既燃ガスを授受する♯２連通路１８Ｂおよび♯３連通路１８Ｃは、♯２気筒１１Ｂおよび♯３気筒１１Ｃが相互に隣接しているために短くなり、そこを既燃ガスが通過する時間が短くなることから既燃ガスの供給量が過剰になる可能性がある。しかしながら本実施例では、集合部２３において♯２連通路１８Ｂおよび♯３連通路１８Ｃが鋭角βを成して交差しており、しかも♯２連通路１８Ｂおよび♯３連通路１８Ｃの延長線が接続管２４を指向しているため、集合部２３を既燃ガスがスムーズに通過し難くなり、かつ♯２連通路１８Ｂおよび♯３連通路１８Ｃの実質的な長さが接続管２４の分だけ長くなるため、既燃ガスの供給量の過剰を補償することができる。
【００２５】
しかして、♯１、♯４連通路１８Ａ，１８Ｄの長さと、♯２、♯３連通路１８Ｂ，１８Ｃの長さとが異なっていても、♯１、♯４気筒１１Ａ，１１Ｄ間で授受される既燃ガスの量と♯２、♯３気筒１１Ｂ，１１Ｃ間で授受される既燃ガスの量とを均一化することとができ、低負荷運転時における内燃機関Ｅの運転状態を安定させることができる。しかも、♯１連通路１８Ａ〜♯４連通路１８Ｄの長さを揃える必要がないので、♯１連通路１８Ａ〜♯４連通路１８Ｄのトータルの長さを短縮することができ、これにより重量の軽減およびレイアウト性の向上を図ることができる。
【００２６】
また高負荷運転時の内燃機関Ｅは、通常の点火プラグ１５…による火花着火運転が行われるため、♯１気筒１１Ａ〜♯４気筒１１Ｄ間での既燃ガスの授受は行われない。このとき、開閉弁２５の弁体２６が開弁して♯１連通路１８Ａ〜♯４連通路１８は排気合流部２１で排気管２２に連通し、かつ第２排気弁１３ｂ…は第１排気弁１３ａ…と同じバルブタイミングで開閉する。その結果、♯１連通路１８Ａ〜♯４連通路１８は排気管としての機能を発揮することができる。
【００２７】
尚、吸気弁１２…、第１排気弁１３ａ…および第２排気弁１３ｂ…はソレノイドにより開閉駆動されるため、上述したように低負荷運転時のバルブタイミングおよび高負荷運転時のバルブタイミングを異ならせることが可能である。
【００２８】
以上、本発明の実施例を説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明を逸脱することなく種々の設計変更を行うことが可能である。
【００２９】
例えば、実施例では膨張行程および排気行程間の膨張ＢＤＣにある気筒から、吸気行程および圧縮行程間の吸気ＢＤＣにある気筒へと既燃ガスを供給しているが、膨張行程にある気筒から吸気行程にある気筒へと既燃ガスを供給しても良いし、排気行程にある気筒から圧縮行程にある気筒へと既燃ガスを供給しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】直列４気筒内燃機関の概略の構造を示す図
【図２】内燃機関の排気系の構造を示す斜視図
【図３】図２の３方向矢視図
【図４】機関弁の開閉時期の特性を示すタイムチャート
【符号の説明】
【００３１】
１１Ａ    ♯１気筒（気筒）
１１Ｂ    ♯２気筒（気筒）
１１Ｃ    ♯３気筒（気筒）
１１Ｄ    ♯４気筒（気筒）
１８Ａ    ♯１連通路（連通路）
１８Ｂ    ♯２連通路（連通路）
１８Ｃ    ♯３連通路（連通路）
１８Ｄ    ♯４連通路（連通路）
２２      排気管
２３      集合部
２４      接続管
２５      開閉弁
α        鈍角
β        鋭角
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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