(57)【要約】      （修正有）【課題】必要なＥＧＲ量を安定して得ることができる内燃機関を提供する。【解決手段】内燃機関たるエンジンは、自動車に搭載される直列二気筒エンジンであり、第１気筒１ａの行程と第２気筒１ｂの行程とがちょうど３６０°ＣＡ（クランク角度）の位相差を持って同期するものであり、膨張行程にある一方の気筒たる第１気筒１ａの吸気ポート２０と吸気行程にある他の気筒たる第２気筒１ｂの吸気ポート２０とが接続通路２２で接続されており、接続通路２２で接続された吸気ポート２０に連続する内側吸気バルブ１６が、膨張行程において一時的に開弁するようにしていることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
多気筒の内燃機関であって、
膨張行程にある一方の気筒の吸気ポートと吸気行程にある他の気筒の吸気ポートとが接続通路で接続されており、
前記接続通路で接続された吸気ポートに連続する吸気バルブが、膨張行程において一時的に開弁するようにしていることを特徴とする内燃機関。
【請求項２】
多気筒の内燃機関であって、
膨張行程にある一方の気筒の排気ポートと吸気行程にある他の気筒の排気ポートとが接続通路で接続されており、
前記接続通路で接続された排気ポートに連続する排気バルブが、吸気行程及び膨張行程において一時的に開弁するようにしてい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、排気ガス再循環（Ｅｘｈａｕｓｔ  Ｇａｓ  Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）装置を有する内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車等に搭載される内燃機関では、吸気系と排気系とを外部ＥＧＲ通路を介して連通し、当該ＥＧＲ通路を通じて排気ガスの一部を吸気系に還流する排気ガス再循環を行っている。ＥＧＲ通路上にはＥＧＲバルブが設けられており、内燃機関の運転領域に応じてＥＧＲバルブの開度を操作して、ＥＧＲガスの還流量や還流時期を調節することができる。
【０００３】
ところで、自然吸気エンジンでは常に排気側圧力が吸気側圧力を上回る一方、ターボを搭載した過給エンジンでは運転条件によって吸気側圧力が排気側圧力を上回る場合がある。そのため、排気ガスを取り出す排気側取り出し箇所をタービン下流としＥＧＲガスを導入させる吸気側導入箇所をコンプレッサ上流とする低圧ループすなわちＬＰＬ方式や、排気側取り出し箇所をタービン上流とし吸気側導入箇所をタービン下流とする高圧ループすなわちＨＰＬ方式など、種々の工夫がなされている。しかしながら、これら従来の方式のＥＧＲでは、上述したような運転条件によっては環流させるＥＧＲ量が左右されてしまうのが現状である。またこれらの方式では排気脈動の影響が導入するＥＧＲ量に影響を与えてしまうものとなっている。
【０００４】
またその他の一例としては、特許文献１に記載されたようなものでは、排気行程の気筒のガスを排気ポートから取り出し、そのガスを他の気筒に環流させる流路を別途設けた技術も開示されている。しかしながらこのようなものでも、ＥＧＲを導入するための格別の配管を設けなければならない。
【０００５】
すなわち現在では、特に環境への配慮等を鑑み、燃費を向上させるという意味でも、簡素な構成ＥＧＲガスを十分な量安定して環流させ得る技術が求められているのが現状である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特願平１−２４４１５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、このような不具合に着目したものであり、必要なＥＧＲ量を安定して得ることができる内燃機関を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、このような目的を達成するために、次のような手段を講じたものである。
【０００９】
すなわち本発明に係る内燃機関は、多気筒の内燃機関であって、膨張行程にある一方の気筒の吸気ポートと吸気行程にある他の気筒の吸気ポートとが接続通路で接続されており、前記接続通路で接続された吸気ポートに連続する吸気バルブが、膨張行程において一時的に開弁するようにしていることを特徴とする。
【００１０】
このようなものであれば、一方の気筒の吸気ポートと吸気行程にある他の気筒の吸気ポートとが接続通路で接続されているので、膨張行程において吸気バルブ一時的に開弁することによって高圧となっている気筒から取り出された排気ガスが接続通路を介して速やかに吸気行程すなわち負圧であるの他の気筒へと速やかに環流される。このように、各気筒の圧力差を利用することにより、運転条件に左右されることなくＥＧＲガスを環流させることができる。また外部に格別の配管を設けることなくＥＧＲガスを環流させる構成であるため、従来の方式とは異なり脈動に影響されずにＥＧＲガスを環流させることができる。
【００１１】
また本発明に係る内燃機関は、多気筒の内燃機関であって、膨張行程にある一方の気筒の排気ポートと吸気行程にある他の気筒の排気ポートとが接続通路で接続されており、前記接続通路で接続された排気ポートに連続する排気バルブが、吸気行程及び膨張行程において一時的に開弁するようにしていることを特徴とする。
【００１２】
このようなものであれば、膨張行程にある一方の気筒の排気ポートと吸気行程にある他の気筒の排気ポートとが接続通路で接続されているので、膨張行程において一時的に排気バルブが開弁することによって高圧となっている気筒から取り出された排気ガスが接続通路を介して速やかに吸気行程すなわち負圧であるの他の気筒の一時的に開弁した排気バルブへと速やかに環流される。すなわち当該構成であっても上記と同様に、各気筒の圧力差を利用することにより、運転条件に左右されることなくＥＧＲガスを環流させることができる。また外部に格別の配管を設けることなくＥＧＲガスを環流させる構成であるため、従来の方式とは異なり脈動に影響されずにＥＧＲガスを環流させることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、必要なＥＧＲ量を安定して得ることができる内燃機関を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第一実施形態に係る内燃機関の模式的な構成図。
【図２】同実施形態に係るタイムチャート。
【図３】同他のタイムチャート。
【図４】本発明の第二実施形態に係る内燃機関の模式的な構成図。
【図５】同実施形態に係るタイムチャート。
【図６】同他のタイムチャート。
【図７】本発明の変形例に係る内燃機関の模式的な構成図。
【図８】本発明の他の変形例に係る内燃機関の模式的な構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
＜第一実施形態＞
以下、本発明の第一実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１６】
この実施形態の内燃機関たるエンジンは、自動車に搭載される直列二気筒エンジンであり、第１気筒１ａの行程と第２気筒１ｂの行程とがちょうど３６０°ＣＡ（クランク角度）の位相差を持って同期する。
【００１７】
そして図１において当該エンジンの各気筒１ａ、１ｂ及び吸気系２、排気系３を模式的に示している。同図の通り、このエンジンは吸気ポート２０、排気ポート３０をそれぞれ気筒１ａ、１ｂに対して２つずつ設けたものとしている。すなわち第１気筒１ａは外側排気バルブ１１、内側排気バルブ１２、外側吸気バルブ１６及び内側吸気バルブ１５を有している。第２気筒１ｂも同じく、外側排気バルブ１３、内側排気バルブ１４、外側吸気バルブ１８及び内側吸気バルブ１７を有している。
【００１８】
ここで、本実施形態に係る内燃機関たるエンジンは、膨張行程にある一方の気筒たる第１気筒１ａの吸気ポート２０と吸気行程にある他の気筒たる第２気筒１ｂの吸気ポート２０とが接続通路２２で接続されており、接続通路２２で接続された吸気ポート２０に連続する内側吸気バルブ１６、１７が、膨張行程において一時的に開弁するようにしていることを特徴とする。
【００１９】
以下、本実施形態について、吸気系２及び排気系３の構成及び各バルブ１１〜１８の挙動を主として説明する。
【００２０】
吸気系２は、計４つの吸気ポート２０へ空気を供給するためのサージタンク２１と、内側バルブ１６、１７同士を接続する接続通路２２と、サージタンク２１、接続通路２２間を連通・遮断して空気及び排気の流量を制御し得る制御弁２３とを有している。接続通路２２は、高温の流入することを鑑み、通常の吸気ポート２０を構成するものよりも耐熱性に優れた材料で構成されている。また本実施形態では、接続通路２２を構成する管路の径は、外側の吸気ポート２０を構成する管路の径よりも小さく設定している。制御弁２３については、流量を制御し得る既存のものを用いているため、詳細な説明を省略する。
【００２１】
排気系３は、内側排気バルブ１２、１３及び外側排気バルブ１１、１４に連続する４つの排気ポート３０が一つの管路へと集約される通常の構成をなしたものである。
【００２２】
図２及び図３は各気筒１ａ、１ｂにおける吸気バルブ１５〜１８、排気バルブ１１〜１４のバルブリフト曲線を示している。本実施形態では同図に示すバルブリフトの量やタイミングを図示しない吸気カムシャフト並びに排気カムシャフトに設けたカム形状を調整することによって実現している。また例えばＥＧＲ導入が不要である運転領域を鑑み、内側吸気ポート２０に作用し得るカムを二段に構成しておき、吸気カムシャフトを軸心方向に移動させることによりＥＧＲ導入時と非導入時とを切り替えるようにしても良い。そして勿論、本実施形態で開示するバルブの動作をカムによらず、電磁弁によるバルブ制御によって実現しても良い。以下、各バルブ１１〜１８の動作について具体的に説明する。
【００２３】
まず第１気筒１ａにおいて、膨張行程中に内側吸気バルブ１６が開き、遅れて排気バルブ１１、１２が開く。他方、内側吸気バルブ１６が開くと同じタイミングで第２気筒１ｂの内側吸気バルブ１７も開くようにしている。このとき第２気筒１ｂは吸気行程中で両吸気バルブ１７、１８は開状態であり、計３つの吸気バルブ１６、１７、１８が開いた状態となっている。また内側吸気バルブ１６、１７のリフト量は外側吸気バルブ１８のリフト量より低く、作動角も狭い。そして本実施形態では、内側吸気バルブ１６、１７の開弁量は、例えば膨張下死点（ＢＤＣ）及び吸気下死点（ＢＤＣ）で最大となるようにしている。第１気筒１ａの排気工程中に内側吸気バルブ１６は閉じるが、両排気バルブ１１、１２はそのまま通常の排気バルブと同じ動作を続ける。一方第２気筒１ｂで開いた内側吸気バルブ１７は圧縮行程中に第１気筒１ａの内側吸気バルブ１５と同時に閉じる。
【００２４】
このようにすると、上記の第１気筒１ａの内側吸気バルブ１６から導入された排気ガスは、吸気行程中の第２気筒１ｂに内側吸気バルブ１７を通じて直接吸入される。第１気筒１ａの内側吸気バルブ１６は膨張行程による高圧、第２気筒１ｂの内側吸気バルブ１７はピストンが下降することによる吸入圧で大きな差圧が得られ、その結果、多量の排気ガスを外部配管無しに導入できる。
【００２５】
そして第２気筒１ｂにおいても第１気筒１ａ同様、膨張行程中に内側吸気バルブ１７が開き、遅れて排気バルブ１３、１４が開く。他方、内側吸気バルブ１７が開くと同じタイミングで第１気筒１ａの内側吸気バルブ１６も開くようにしている。そして第２気筒１ｂの排気工程中に内側吸気バルブ１７は閉じるが、両排気バルブ１３、１４はそのまま通常の排気バルブと同じ動作を続ける。一方第１気筒１ａで開いた排気バルブ１６は圧縮行程中に第２気筒１ｂの内側吸気バルブ１７と同時に閉じる。
【００２６】
すなわち、上記の第２気筒１ｂの内側吸気バルブ１７から導入された排気ガスは、吸気行程中の第１気筒１ａに内側吸気バルブ１６を通じて直接吸入される。第２気筒１ｂの内側吸気バルブ１７は膨張行程による高圧、第１気筒１ａの内側吸気バルブ１６はピストンが下降することによる吸入圧で大きな差圧が得られ、その結果、やはり多量のＥＧＲガスを外部配管無しに導入できる。
【００２７】
また本実施形態では、制御弁２３を制御することによって環流させるＥＧＲ量並びにＥＧＲ率を調整することも可能である。すなわち、制御弁２３を閉じた状態では上述した気筒１ａ、１ｂ間の差圧を有効に利用することによって、最も多量のＥＧＲガスを環流させることができる。そして運転状態によって当該制御弁２３の開度を調節することにより、環流させるＥＧＲ量並びにＥＧＲ率を調整することができる。
【００２８】
以上のような構成とすることにより、本実施形態に係るエンジンは、内側の吸気ポート２０同士が接続通路２２で接続されているので、膨張行程において一時的に内側吸気バルブ１６、１７開弁することによって高圧となっている気筒から取り出された排気ガスが接続通路２２を介して速やかに吸気行程すなわち負圧であるの他の気筒の吸気ポート２０へと内側吸気バルブ１７、１６を介して速やかに環流される。つまりこのような各気筒１ａ、１ｂの圧力差を利用することにより、運転条件に左右されることなく多量のＥＧＲガスを環流させることを実現している。また外部に格別の配管を設けることなくＥＧＲガスを環流させる構成であるため、従来の方式とは異なり排気脈動に影響されずにＥＧＲガスを環流させている。
【００２９】
＜第二実施形態＞
以下、本発明の第二実施の形態について図面を参照して説明する。
【００３０】
この実施形態の内燃機関たるエンジンは、上記実施形態同様、第１気筒１ａの行程と第２気筒１ｂの行程とがちょうど３６０°ＣＡ（クランク角度）の位相差を持って同期する直列二気筒エンジンである。
【００３１】
そして図３に模式的に示している通り、このエンジンは上記実施形態同様、吸気ポート２０、排気ポート３０をそれぞれ気筒１ａ、１ｂに対して２つずつ設けたものとしている。すなわち第１気筒１ａには外側排気バルブ１１、内側排気バルブ１２、外側吸気バルブ１５及び内側吸気バルブ１６を有している。第２気筒１ｂも同じく、外側排気バルブ１４、内側排気バルブ１４、外側吸気バルブ１８及び内側吸気バルブ１７を有している。
【００３２】
ここで、本実施形態に係る内燃機関たるエンジンは、膨張行程にある一方の気筒１ａ、１ｂの排気ポート３０と吸気行程にある他の気筒１ｂ、１ａの排気ポート３０とが接続通路３２で接続されており、前記接続通路３２で接続された排気ポート３０に連続する排気バルブ１２、１３が、吸気行程及び膨張行程において一時的に開弁するようにしていることを特徴とする。
【００３３】
以下、本実施形態について、吸気系２及び排気系３の構成及び各バルブ１１〜１８の挙動を主として説明する。
【００３４】
吸気系２は、吸気バルブ１５〜１８に連続する計４つの吸気ポート２０と、この吸気ポート２０へ空気を供給するためのサージタンク２１を有した通常の構成をなしたものである。
【００３５】
排気系は、４つの排気バルブ１１〜１４に連続する計４つの排気ポート３０と、この排気ポート３０からの排気ガスを集約する集約部３１と、内側排気バルブポート同士を接続する接続通路３２と、集約部３１、接続通路３２間を連通・遮断して排気ガスの流量を制御し得る制御弁３３とを有している。また本実施形態では、接続通路３２を構成する管路の径は、各外側排気バルブ１１、１４に連続する排気ポート３０を構成する管路の径よりも小さく設定している。
【００３６】
図５及び図６は各気筒１ａ、１ｂにおける吸気バルブ１５〜１８、排気バルブ１１〜１４のバルブリフト曲線を示している。以下、各バルブ１１〜１８の動作について具体的に説明する。
【００３７】
まず第１気筒１ａにおいて、膨張行程中に内側排気バルブ１２が開き、遅れて外側排気バルブ１１が開く。他方、内側排気バルブ１２が開くと同じタイミングで第２気筒１ｂの内側排気バルブ１３も開くようにしている。このとき第２気筒１ｂは吸気行程中で両吸気バルブ１７、１８は開状態であり、計３つのバルブ１３、１７、１８が開いた状態となっている。また内側排気バルブ１２、１３のリフト量は外側吸気バルブ１１、１４のリフト量より低く、作動角も狭い。そして本実施形態では、内側排気バルブ１２、１３の開弁量が、例えば膨張下死点（ＢＤＣ）、吸気下死点（ＢＤＣ）で最大となるようにしている。第１気筒１ａの排気工程中に内側排気バルブ１２は閉じるが、外側排気バルブ１１はそのまま通常の排気バルブと同じ動作を続ける。一方第２気筒１ｂで開いた両吸気バルブ、１７、１８及び内側排気バルブ１３は圧縮行程中に第１気筒１ａの内側排気バルブ１２と同時に閉じる。
【００３８】
このようにすると、上記の第１気筒１ａの内側排気バルブ１２からの排気ガスは、吸気行程中の第２気筒１ｂに内側排気バルブ１３を通じて直接吸入される。第１気筒１ａの内側吸気バルブ１２は膨張行程による高圧、第２気筒１ｂの内側排気バルブ１３はピストンが下降することによる吸入圧で、大きな差圧が得られ、その結果、多量の排気ガスを外部配管無しに導入している。
【００３９】
そして第２気筒１ｂにおいても第１気筒１ａ同様、膨張行程中に内側排気バルブ１３が開き、遅れて外側排気バルブ１４が開く。他方、内側排気バルブ１３が開くと同じタイミングで第１気筒１ａの内側排気バルブ１２も開くようにしている。そして第２気筒１ｂの排気工程中に内側排気バルブ１３は閉じるが、外側排気バルブ１４はそのまま通常の排気バルブと同じ動作を続ける。一方第１気筒１ａで開いた内側排気バルブ１２は圧縮行程中に両吸気バルブ１５、１６並びに第２気筒１ｂの内側排気バルブ１３と同時に閉じる。
【００４０】
すなわち、上記の第２気筒１ｂの内側排気バルブ１３から導入された排気ガスは、吸気行程中の第１気筒１ａに内側排気バルブ１２を通じて直接吸入される。第２気筒１ｂの内側排気バルブ１３は膨張行程による高圧、第１気筒１ａの内側排気バルブ１２はピストンが下降することによる吸入圧で、大きな差圧が得られ、その結果、やはり多量のＥＧＲガスを外部配管無しに導入している。
【００４１】
また本実施形態では、制御弁３３を制御することによって環流させるＥＧＲ量を調整することも可能である。すなわち、制御弁３３を閉じた状態では上述した気筒間の差圧を有効に利用することによって、最も多量のＥＧＲガスを環流させることができる。そして運転状態によって当該制御弁３３の開度を調節することにより、環流させるＥＧＲ量並びにＥＧＲ率を調整することができる。
【００４２】
以上のような構成とすることにより、本実施形態に係るエンジンは、内側排気ポート３０同士が接続通路３２で接続されているので、膨張行程において一時的に開弁することによって高圧となっている気筒１ａ、１ｂから取り出された排気ガスが接続通路３２を介して速やかに吸気行程すなわち負圧であるの他の気筒１ｂ、１ａの排気ポート３０へと速やかに環流される。つまり上記の第一実施形態同様、このような各気筒１ａ、１ｂの圧力差を利用することにより、運転条件に左右されることなく多量のＥＧＲガスを環流させることを実現している。また外部に格別の配管を設けることなくＥＧＲガスを環流させる構成であるため、従来の方式とは異なり排気脈動に影響されずにＥＧＲガスを環流させている。
【００４３】
＜変形例＞
以下に、本実施形態の変形例について説明する。当該変形例については、上記第一実施形態と同じ符号を付すとともに、その詳細な説明を省略する。
【００４４】
本変形例に係る内燃機関たるエンジンは図７に示すように、上記第一実施形態の構成に対し、制御弁２３を省いた構成をなすものである。
【００４５】
このようなものであってもれば内側吸気バルブ１６、１７の開閉のみでのＥＧＲ環流が可能であるとともに、内側吸気バルブ１６、１７からの排気ガスがそのままサージタンク２１まで戻るので、ＥＧＲ量並びにＥＧＲ率の向上と均質な吸気とを併せて実現することができる。
【００４６】
＜他の変形例＞
また本発明に係るエンジンは、上記実施形態のように吸気ポート２０が複数ある態様に限られることはない。図８に示すように、気筒１ａ、１ｂ毎に一つの吸気ポート２０並びに吸気バルブ１５、１７を有したものであっても良い。この場合、吸気バルブ１５、１７は通常の吸気行程での動作に加え、膨張工程において一時的に開くものとすることによって排気ガスを導入するものとすればよい。このようなものであっても、上記実施形態同様のＥＧＲガスの環流を実現することができる。
【００４７】
以上、本発明の実施形態について説明したが、各部の具体的な構成は、上述した実施形態のみ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変形が可能である。
【００４８】
例えば、上記実施形態では筒内噴射式のエンジンとしたが、勿論ポート噴射型のエンジンに本発明を適用しても良い。また上記実施形態では直列二気筒エンジンに対して本発明を適用した態様を開示したが、勿論、二気筒のエンジンに限られるものではない。例えば直列４気筒エンジンであれば、点火順序を第１気筒、第３気筒、第２気筒そして第４気筒の順とするとともに、隣り合う第１気筒、第２気筒及び第３気筒、第４気筒の行程とがちょうど３６０°ＣＡ（クランク角度）の位相差を持って同期するものとすれば、上記実施形態の如く本発明を適用することができる。
【００４９】
また上記第一実施形態では内側吸気バルブの開弁量は、例えば膨張下死点（ＢＤＣ）及び吸気下死点（ＢＤＣ）で最大となるものとしたが当該態様に限定されるものではない。例えば可変バルブタイミング機構を具備した内燃機関である場合には、その限りではなく、前記開弁量が最大となるタイミングが変化し得るものとなる。また勿論、上記第二実施形態における内側排気バルブの開弁量についても同様に、可変バルブタイミング機構を具備している場合においては、開弁量が最大となるタイミングが前後し得るものとなる。
【００５０】
その他、各部の具体的構成についても上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明は排気ガス再循環（Ｅｘｈａｕｓｔ  Ｇａｓ  Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）装置を有する内燃機関として利用することができる。
【符号の説明】
【００５２】
１ａ…気筒（第１気筒）
１ｂ…気筒（第２気筒）
１６、１７…吸気バルブ（内側吸気バルブ）
１２、１３…排気バルブ（内側排気バルブ）
２０…吸気ポート
３０…排気ポート
２２、３２…連続通路
２３、３３…制御弁
【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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