(57)【要約】【課題】ＥＧＲガスによる新気の温度上昇を抑制でき、ひいては耐ノッキング性能を向上できる火花点火式内燃機関を提供する。【解決手段】排気通路３ｆを流れる排気ガスの一部を燃焼室１０内に導く専用の導入通路３ｈと、該導入通路３ｈの燃焼室開口３ｇを開閉するＥＧＲガス導入弁３０とを備え、ＥＧＲガスを吸気行程で前記導入通路３ｈから燃焼室１０内に直接導入する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気通路と燃焼室内とを連通するＥＧＲガス導入通路と、該ＥＧＲガス導入通路の燃焼室開口を開閉するＥＧＲガス導入弁とを備え、前記排気通路内を流れる排気ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気行程で前記ＥＧＲガス導入通路を介して燃焼室内に直接導入することを特徴とする火花点火式内燃機関。
【請求項２】
請求項１に記載の火花点火式内燃機関において、
前記ＥＧＲガス導入弁の最大リフト量は、吸気弁の最大リフト量より小さい値に設定されていることを特徴とする火花点火式内燃機関。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の火花点火式内燃機関において、
前記ＥＧＲガス導入弁の閉じ時期は、吸気行程の下死点前に設定され、又は下死点における弁リフト量がランプ高さ以下となるように設定されていることを特徴とする火花点火式内燃機関。
【請求項４】
請求項１又は２に記載の火花点火式内燃機関において、
前記ＥＧＲガス導入弁の開き始め時期は、前記燃焼室内の圧力が該ＥＧＲガス導入弁の上流側の圧力より低くなった後に設定されていることを特徴とする火花点火式内燃機関。
【請求項５】
請求項１に記載の火花点火式内燃機関において、
複数気筒を有し、前記ＥＧＲガス導入弁は各気筒毎に配置され、該各気筒へのＥＧＲガス導入弁の開期間はラップすることの内容設定されていることを特徴とする火花点火式内燃機関。
【請求項６】
請求項１ないし５の何れかに記載の火花点火式内燃機関において、
前記燃焼室の吸気ポート側に配置された２本の吸気弁を備え、前記ＥＧＲガス導入弁の中心は、気筒軸線方向上方から見たとき、前記２本の吸気弁の中心を通る直線より反気筒軸線側に配置されていることを特徴とする火花点火式内燃機関。
【請求項７】
請求項６に記載の火花点火式内燃機関において、
前記燃焼室の排気ポート側に配置された２本の排気弁と、前記燃焼室の、前記ＥＧＲガス導入弁の中心と前記２本の排気弁の中心とを結ぶ直線で挟まれる領域内、又は該直線上に配置された点火プラグとを備えていることを特徴とする火花点火式内燃機関。
【請求項８】
請求項１ないし７の何れかに記載の火花点火式内燃機関において、
低負荷運転域では、新気を燃焼室内にタンブル流となるよう導入するサブポートを備えたことを特徴とする火花点火式内燃機関。
【請求項９】
請求項１ないし８の何れかに記載の火花点火式内燃機関において、
前記燃焼室には複数の吸気ポートが開口しており、前記燃焼室内に燃料を噴射供給する燃料噴射弁が前記吸気ポートごとに配置されていることを特徴とする火花点火式内燃機関。
【請求項１０】
請求項１ないし５の何れかに記載の火花点火式内燃機関において、
２本の吸気弁と、該両吸気弁の間に配置された１本のＥＧＲガス導入弁と、１本の排気弁とを備え、気筒軸線方向上方から見たとき、前記ＥＧＲガス導入弁の中心と排気弁の中心とを通る直線上に点火プラグが配置されていることを特徴とする火花点火式内燃機関。
【請求項１１】
請求項１に記載の火花点火式内燃機関において、
少なくともＥＧＲガスを導入する運転領域では、理論空燃比（λ＝１）運転を行うことを特徴とする火花点火式内燃機関。
【請求項１２】
請求項１に記載の火花点火式内燃機関において、
前記ＥＧＲガス導入弁，吸気弁及び排気弁の開閉タイミングを可変制御する可変動弁機構を備え、該可変動弁機構は、低負荷域では、前記ＥＧＲガス導入弁を吸気弁の開時期より先行して開くよう制御することを特徴とする火花点火式内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気ガスの一部をＥＧＲガスとして燃焼室に還流させるようにした火花点火式内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の火花点火式内燃機関では、燃費の向上及び排気ガスの浄化を図るために、ＥＧＲガスを燃焼室に還流させて再燃焼するようにしたＥＧＲ装置を備える場合がある。例えば、特許文献１では、排気通路から還流させたＥＧＲガスを吸気通路に導入し、該ＥＧＲガスを吸入空気とともに各気筒に供給するようにしている。
【特許文献１】特開平１０−２７４０６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、前記従来の内燃機関では、ＥＧＲガスを各気筒共通の吸気通路に導入する構造を採用している。このため、ＥＧＲガスと新気とが予め混合された状態で各気筒に供給されることから、吸気温度が高くなり、十分な耐ノッキング性能が得られないという問題がある。
【０００４】
即ち、ＥＧＲガスは、エンジン冷却水等を用いて通常１００℃程度まで冷却して吸気通路に導入されるが、吸入空気の温度に比べれば高温である。このためＥＧＲガスを新気と混合して気筒に導入すると、ノッキングが生じ易くなる。
【０００５】
本発明は、前記従来の状況に鑑みてなされたもので、ＥＧＲガスによる新気の温度上昇を抑制でき、ひいては耐ノッキング性能を向上できる火花点火式内燃機関を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１の発明は、排気通路と燃焼室内とを連通するＥＧＲガス導入通路と、該ＥＧＲガス導入通路の燃焼室開口を開閉するＥＧＲガス導入弁とを備え、前記排気通路内を流れる排気ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気行程で前記ＥＧＲガス導入通路を介して燃焼室内に直接導入することを特徴とする火花点火式内燃機関である。
【０００７】
請求項２の発明は、請求項１に記載の火花点火式内燃機関において、前記ＥＧＲガス導入弁の最大リフト量は、吸気弁の最大リフト量より小さい値に設定されていることを特徴としている。
【０００８】
請求項３の発明は、請求項１又は２に記載の火花点火式内燃機関において、前記ＥＧＲガス導入弁の閉じ時期は、吸気行程の下死点前に設定され、又は下死点における弁リフト量がランプ高さ以下となるように設定されていることを特徴としている。
【０００９】
請求項４の発明は、請求項１又は２に記載の火花点火式内燃機関において、前記ＥＧＲガス導入弁の開き始め時期は、前記燃焼室内の圧力が該ＥＧＲガス導入弁の上流側の圧力より低くなった後に設定されていることを特徴としている。
【００１０】
請求項５の発明は、請求項１に記載の火花点火式内燃機関において、複数気筒を有し、前記ＥＧＲガス導入弁は各気筒毎に配置され、該各気筒へのＥＧＲガス導入弁の開期間はラップすることのないよう設定されていることを特徴としている。
【００１１】
請求項６の発明は、請求項１ないし５の何れかに記載の火花点火式内燃機関において、前記燃焼室の吸気ポート側に配置された２本の吸気弁を備え、前記ＥＧＲガス導入弁の中心は、気筒軸線方向上方から見たとき、前記２本の吸気弁の中心を通る直線より反気筒軸線側に配置されていることを特徴としている。
【００１２】
請求項７の発明は、請求項６に記載の火花点火式内燃機関において、前記燃焼室の排気ポート側に配置された２本の排気弁と、前記燃焼室の、前記ＥＧＲガス導入弁の中心と前記２本の排気弁の中心とを結ぶ直線で挟まれる領域内、又は該直線上に配置された点火プラグとを備えていることを特徴としている。
【００１３】
請求項８の発明は、請求項１ないし７の何れかに記載の火花点火式内燃機関において、低負荷運転域では、新気を燃焼室内にタンブル流となるよう導入するサブポートを備えたことを特徴としている。
【００１４】
請求項９の発明は、請求項１ないし８の何れかに記載の火花点火式内燃機関において、前記燃焼室には複数の吸気ポートが開口しており、前記燃焼室内に燃料を噴射供給する燃料噴射弁が前記吸気ポートごとに配置されていることを特徴としている。
【００１５】
請求項１０の発明は、請求項１ないし５の何れかに記載の火花点火式内燃機関において、２本の吸気弁と、該両吸気弁の間に配置された１本のＥＧＲガス導入弁と、１本の排気弁とを備え、気筒軸線方向上方から見たとき、前記ＥＧＲガス導入弁の中心と排気弁の中心とを通る直線上に点火プラグが配置されていることを特徴としている。
【００１６】
請求項１１の発明は、請求項１に記載の火花点火式内燃機関において、少なくともＥＧＲガスを導入する運転領域では、理論空燃比（λ＝１）運転を行うことを特徴としている。
【００１７】
請求項１２の発明は、請求項１に記載の火花点火式内燃機関において、前記ＥＧＲガス導入弁，吸気弁及び排気弁の開閉タイミングを可変制御する可変動弁機構を備え、該可変動弁機構は、低負荷域では、前記ＥＧＲガス導入弁を吸気弁の開時期より先行して開くよう制御することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１８】
請求項１の発明に係る内燃機関によれば、ＥＧＲガスを吸気行程で専用のＥＧＲガス導入通路を介して燃焼室内に直接導入したので、ＥＧＲガスが、新気と混合することなく成層状態で燃焼室内に流入し、該燃焼室内のＥＧＲガス導入弁の周辺に偏在することとなる。このため新気の温度上昇が抑えられ、耐ノッキング性能が向上する。その結果、ＥＧＲガスと新気とを混合して燃焼室内に導入する従来方法に比べて高圧縮比運転が可能となり、熱効率を高めることができる。
【００１９】
請求項２の発明では、ＥＧＲガス導入弁の最大リフト量を吸気弁の最大リフト量より小さく、望ましくは１／２以下としたので、必要なＥＧＲガス量を確保しつつ、ＥＧＲガス導入弁の動弁機構を簡素化できる。
【００２０】
即ち、必要なＥＧＲガス量は、最大でも吸入空気の２５％程度である。一方、排気圧力は負荷の増加とともに大きくなるので、ＥＧＲガス導入弁のリフト量を吸気弁より小さくしても必要十分なＥＧＲガス量が得られる。ＥＧＲガス導入弁のリフト量を小さくすることによって、ＥＧＲガス導入弁の開閉時の加速度を小さくでき、弁ばね荷重の低減を図ることでフリクションの増加を抑制でき、かつピストンとの干渉を避けるためのバルブリセス深さを小さく、もしくは廃止できる。その結果、火炎伝播に好ましい燃焼室形状が得られる。
【００２１】
請求項３の発明では、ＥＧＲガス導入弁の閉じ時期を、吸気行程の下死点前又は。下死点での弁リフト量がランプ高さ以下となるように設定したので、全負荷運転域において新気が導入通路に逆流するのを抑制でき、機関出力の低下を防止できる。
【００２２】
請求項４の発明では、ＥＧＲガス導入弁の開き時期を、吸気負圧がＥＧＲガス導入弁上流側圧力より低い時期としたので、ＥＧＲガスが吸気通路に逆流するのを防止できる。
【００２３】
即ち、部分負荷においては、吸気通路に負圧が存在することから、ＥＧＲガス導入弁を早期に開くとＥＧＲガスが吸気弁の隙間を通って吸気通路内に流入する場合がある。このＥＧＲガスが吸気通路内に流入すると、新気の温度が上昇し、耐ノッキング性能が低下する。このため、気筒内負圧が吸気通路内の負圧以上になるクランク角度でＥＧＲガス導入弁を開くことによりＥＧＲガスの逆流を抑制できる。
【００２４】
請求項５の発明では、多気筒機関の場合に、各気筒に配置されたＥＧＲガス導入弁の開弁期間がラップしないようにしたので、ＥＧＲガスが他の気筒に逆流するのを防止できる。
【００２５】
即ち、多気筒機関の場合には、各気筒の筒内圧力は異なるので、ＥＧＲガス導入弁の開弁期間がラップすると、ＥＧＲガスが隣接する気筒に逆流し、ＥＧＲガスの成層化及びＥＧＲガスの流量制御が困難になる場合がある。
【００２６】
請求項６の発明では、ＥＧＲガス導入弁を、各吸気弁の中心を通過する直線の外側に配置したので、耐ノッキング性能をより一層向上できる。
【００２７】
即ち、吸気効率を高めるために２本の吸気弁を設ける場合には、これに略対称となるよう１本又は２本の排気弁を配置している。このため吸気行程終了時には、ＥＧＲガス導入弁の周辺にＥＧＲガスが偏在し、新気とは分離した成層状態となる。このような成層状態から圧縮行程，燃焼行程に移行すると、通常ノッキングが発生し易い燃焼室内の吸気弁側隅部に高濃度で温度の低いＥＧＲガスが偏在することとなり、ノッキングの発生が抑制され、熱効率の高い運転が可能となる。
【００２８】
請求項７の発明では、点火プラグを、ＥＧＲガス導入弁の中心と排気弁の中心とを結ぶ直線で挟まれた領域内又は該直線上に配置したので、点火プラグを着火が容易な新気部分に配置できる。
【００２９】
即ち、ＥＧＲガス導入弁から導入したＥＧＲガスによって希薄された混合気を避けて、新気の割合が高い箇所に点火プラグを設けることにより、多量のＥＧＲガスを導入しても良好な着火を行うことができる。その結果、吸気のポンピングロスを低減できるとともに、耐ノッキング性能を向上でき、燃費の改善を図ることができる。
【００３０】
請求項８の発明では、サブポートを用いたタンブル流によりＥＧＲガスと新気とのミキシング，タービュレンス生成を図ることができ、低負荷運転域での燃費を向上できる。
【００３１】
即ち、高負荷運転域において耐ノッキング性能を高めるには、ＥＧＲガスと新気との成層ＥＧＲが有効であるが、低負荷運転域では、一般的に火炎伝播速度が低下することから、耐ＥＧＲ限界も低下する。また低負荷運転域ではノッキングの発生も少ない。このためＥＧＲガスと新気とが混合しても、タンブル流の利用による急速燃焼が耐ＥＧＲ限界を高めることとなり、ひいては低負荷運転域での燃費の向上を図ることができる。
【００３２】
請求項９の発明では、燃焼室に開口する吸気ポートごとに燃料噴射弁を配置したので、ＥＧＲガスに燃料が混入するのを抑制でき、燃焼効率を高めることができる。
【００３３】
即ち、ＥＧＲガス導入弁を２つの吸気弁の間に配置する場合には、ＥＧＲガス導入弁の分だけ吸気弁の間隔が広くなる。このため燃料を１箇所から噴射すると、燃料が吸気ポートの内壁に付着したり、燃焼室の外側に偏在したりして燃焼が悪化するおそれがある。
【００３４】
吸気ポートごとに燃料噴射弁を配置することにより、燃料を各吸気弁の傘裏部に指向させて噴射供給することができ、ＥＧＲガスへの混入を抑制できる。その結果、実質上の火炎伝播距離の短縮効果が得られ、燃焼効率が向上する。また各吸気ポートに燃料噴射弁を配置することにより、高負荷運転域での燃料噴射率を高めることができ、燃料の微粒化，壁面付着の低減，燃料噴射期間の短縮による噴射時期設定の自由度が向上する。
【００３５】
前記燃料噴射弁の燃料噴射中心線を、吸気ポートの噴流中心線と略平行となるよう配置した場合には、低負荷運転時における燃料と吸入空気とのミキシングを向上できる。
【００３６】
請求項１０の発明では、点火プラグを、ＥＧＲガス導入弁の中心と排気弁の中心とを通る直線上に配置したので、点火プラグを着火が容易な新気部分に配置でき、請求項７と略同様の効果が得られる。
【００３７】
請求項１１の発明では、ＥＧＲガスを導入する運転域では、理論空燃比運転を行うようにしたので、耐ノッキング性能を高めることができ、理論空燃比での運転領域を拡大できる。
【００３８】
即ち、従来は、高負荷運転域では、ノッキングの発生を回避するために理論空燃比よりリッチとしたり、点火時期を遅らせたりすることで対応している。しかし、これでは燃費が低下し、排気ガス性状についても好ましくない。
【００３９】
これに対して、本発明では、高負荷運転域においても成層ＥＧＲが可能であるので、耐ノッキング性能が向上し、理論空燃比による運転範囲を拡大できる。その結果、過濃空燃比で運転する場合に比べて燃費を向上でき、また燃焼による微粒子の生成を抑制でき、ひいては微粒子が導入通路の内壁に付着するのを低減できる。
【００４０】
請求項１２の発明では、可変動弁機構を備えた場合に、低負荷域では、ＥＧＲガス導入弁を吸気弁の開弁時期より先行して開くようにしたので、吸気行程でのピストンの下降による吸気通路の負圧がＥＧＲガスの導入により遅れてピストンに作用することとなり、低負荷運転域でのポンピング損失を低減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４１】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【００４２】
図１ないし図４は、本発明の一実施形態（第１実施形態）による火花点火式内燃機関を説明するための図である。
【００４３】
図において、１は水冷式４サイクル並列複数気筒タイプの火花点火式内燃機関である。該内燃機関１は、複数のシリンダボア２ａが形成されたシリンダブロック２の上合面にシリンダヘッド３を接続するとともに、該シリンダヘッド３の上合面にヘッドカバー４を接続し、また前記シリンダブロック２の下合面にクランク軸５が収容されたクランクケース６を接続した概略構造を有する。
【００４４】
前記各シリンダボア２ａ内にはピストン８が摺動自在に挿入配置され、該ピストン８はコンロッド９を介して前記クランク軸５に連結されている。
【００４５】
前記シリンダヘッド３の各シリンダボア２ａに対向する部分には、燃焼凹部３ａが形成され、該燃焼凹部３ａ，シリンダボア２ａ及び上死点に位置するピストン８の頂面８ａで囲まれた空間が燃焼室１０となっている。
【００４６】
前記シリンダヘッド３の各燃焼凹部３ａの、シリンダボア中心線ｂを通るクランク軸と平行な直線ａを挟んだ一側に２つの吸気開口３ｂ，３ｂが形成され、他側に２つの排気開口３ｃ．３ｃが形成されている。各吸気開口３ｂは吸気ポート３ｄによりシリンダヘッド３の一側壁に導出され、排気開口３ｃは排気ポート３ｅによりシリンダヘッド３の他側壁に導出されている。
【００４７】
前記各吸気開口３ｂには、該吸気開口３ｂを開閉する吸気弁１３，１３が配置され、前記排気開口３ｃには、該排気開口３ｃを開閉する排気弁１４，１４が配置されている。該各吸気弁１３，排気弁１４はそれぞれ動弁装置の吸気カム軸１５，排気カム軸１６により開閉駆動される。
【００４８】
また前記シリンダヘッド３の燃焼凹部３ａの中心部には、点火プラグ１７が挿入配置され、該点火プラグ１７の火花電極１７ａは燃焼凹部３ａ内に露出している。
【００４９】
前記各気筒には、吸気ポート３ｄごとに燃料噴射弁１８，１８が配置されている。該各燃料噴射弁１８は、これの燃料噴射方向が吸気ポート３ｄの中心線に略平行をなし、かつ吸気弁１３の弁傘裏部に指向するよう配置されている（図１参照）。
【００５０】
前記シリンダヘッド３には、各排気ポート３ｅに連通する排気通路３ｆが形成され、該排気通路３ｆには１つの排気管１９が接続されている。該排気管１９の下流端にはマフラ２０が接続され、中途部には排気ガスの浄化を行う三元触媒２１が介設されている。
【００５１】
前記内燃機関１は、排気管１９内を流れる排気ガスの一部を燃焼室１０に還流させることにより再燃焼させるＥＧＲ装置２２を備えている。
【００５２】
該ＥＧＲ装置２２は、前記排気管１９の三元触媒１９の下流側に接続されたＥＧＲ通路（ＥＧＲガス導入通路）２３と、該ＥＧＲ通路２３の、最上流側に介設された微粒子トラップ２６と、該微粒子トラップ２６の下流側に介設された熱交換機器２５と、該ＥＧＲ通路２３の熱交換器２５の下流側に介設されたＥＧＲガス流量制御弁２７とを備えている。なお、前記ＥＧＲ通路２３は、排気管１９の三元触媒２１の上流側に接続してもよい。
【００５３】
前記熱交換器２５は、エンジン冷却水によりＥＧＲガスを所定温度に冷却するものであり、具体的には５００〜８００℃のＥＧＲガスを２００℃以下に冷却する。
【００５４】
前記微粒子トラップ２６は、ＥＧＲガスに混入した微粒子を除去するものである。即ち、ＥＧＲガスには燃焼により生じたカーボン等の微粒子が混入しており、長期間運転すると微粒子がＥＧＲ通路２３の内壁に堆積する場合があり、該微粒子の堆積によって必要なＥＧＲガス流量が得られなくなるおそれがある。このような微粒子を取り除くことで、長期間安定したＥＧＲ性能が得られる。
【００５５】
前記ＥＧＲ装置２２は、前記熱交換器２５により冷却されたＥＧＲガスを燃焼室１０内に導く各気筒専用の導入通路３ｈと、該導入通路３ｈの前記燃焼室１０に連通する導入開口３ｇを開閉するＥＧＲガス導入弁３０とを備えている。
【００５６】
そして、前記ＥＧＲ装置２２は、ＥＧＲガスを吸気行程で前記導入通路３ｈから燃焼室１０内に直接導入するよう構成されており、詳細には以下の構造を有する。
【００５７】
前記シリンダヘッド３の各燃焼凹部３ａに前記導入開口３ｇが形成されている。該導入開口３ｇは、両吸気開口３ｂ，３ｂの間に配置されており、前記導入通路３ｈによりシリンダヘッド３の一側壁に導出されている。
【００５８】
前記導入通路３ｈは、シリンダヘッド３の両吸気ポート３ｄ，３ｄの間に該吸気ポート３ｄとはＥＧＲガスと新気が混合しないよう画成されている。また各導入通路３ｈには、前記ＥＧＲ通路２３の各分岐通路２３ａが接続されている。
【００５９】
前記各吸気ポート３ｄ及び吸気開口３ｂは、シリンダボア２ａの気筒軸線ｂより排気側に指向し、順タンブル流Ａを生成するよう形成されている。一方、前記導入通路３ｈ及び導入開口３ｇは、シリンダボア２ａの気筒軸線ｂより吸気側に指向し、逆タンブル流Ｂを生成するよう形成されている。これにより吸気行程にて、吸入空気とＥＧＲガスとは成層をなすよう分離した状態で燃焼室１０内に流入する。
【００６０】
前記ＥＧＲガス導入弁３０は、ポペット弁タイプのもので、前記導入開口３ｇを開閉可能に配置されており、前記吸気カム軸１５により開閉駆動される。該吸気カム軸１５には、前記ＥＧＲガス導入弁３０の開閉タイミングに対応したＥＧＲガス導入弁用カムノーズ１５ａ及び吸気弁１３の開閉タイミングに対応した吸気弁用カムノーズ１５ｂが形成されている。排気ガス導入用カムノーズ１５ａは、前記ＥＧＲガス導入弁３０の最大リフト量が、吸気弁１３の最大リフト量より小さくなるように、望ましくは１／２以下となるように設定されている。
【００６１】
前記ＥＧＲガス導入弁３０の開き時期は、前記燃焼室１０内の吸気行程における吸気負圧が前記導入通路３ｈのＥＧＲガス導入弁３０より上流側の圧力より低い時期に設定されている。具体的には、吸気行程の上死点後３０度以降に設定されている。
【００６２】
また前記ＥＧＲガス導入弁３０の閉じ時期は、吸気行程における下死点の直前に設定されており、又は該ＥＧＲガス導入弁３０の下死点における弁リフト量がランプ高さ以下となるように設定されている。
【００６３】
前記各気筒におけるＥＧＲガス導入弁３０の開弁期間は、互いにラップしないよう気筒ごとに設定されている。
【００６４】
前記各ＥＧＲガス導入弁３０は、気筒軸線ｂ方向上方から見たとき、前記導入開口３ｇが各吸気開口３ｂの中心を通るクランク軸線ａと平行な直線ｃより外側（反気筒軸線側）に位置するよう配置されている（図３参照）。
【００６５】
前記点火プラグ１７は、前記導入開口３ｇの中心と、各排気開口３ｃの中心とを結ぶ直線ｄ，ｄで挟まれた領域内で、かつクランク軸線ａより若干排気側に偏位させて配置されている。
【００６６】
本実施形態によれば、ＥＧＲガスを吸気行程で吸気ポート３ｄとは独立して形成された専用の導入通路３ｈから燃焼室１０内に直接導入したので、高濃度のＥＧＲガスが新気と混合することなく成層状態で燃焼室１０内に流入し、燃焼室１０のＥＧＲガス導入弁３０の周辺に偏在することとなる。このためＥＧＲガスによる新気の温度上昇が抑えられ、耐ノッキング性能が向上する。その結果、ＥＧＲガスと新気とを混合して気筒に導入する従来方法に比べて高圧縮比運転が可能となり、熱効率を高めることができる。
【００６７】
本実施形態では、ＥＧＲガスを燃焼室１０内に直接導入したので、ＥＧＲガスが過剰に冷却されることはなく、ひいては寒冷地であっても水滴に成長するのを防止できる。
【００６８】
即ち、ＥＧＲガスは燃焼により生成した水分が多量に含まれていることから、吸入空気温度が低温状態では結露が生じ易く、該結露が発達すると水滴となって燃焼室内に流入する。その結果、水滴が点火プラグに付着して失火の原因となったり、シリンダボアの内周壁に付着して潤滑不良をきたしたりするおそれがある。また、一部休止気筒運転を行う内燃機関の場合では、休止気筒の吸気通路に多量の水が溜まり、この水が再稼動時に気筒内に流入するおそれがある。本実施形態では、このような水滴による影響を防止できる。
【００６９】
本実施形態では、ＥＧＲガス導入弁３０の最大リフト量を吸気弁１３の最大リフト量の１／２以下としたので、必要なＥＧＲガス導入量を確保しつつ、ＥＧＲガス導入弁３０の動弁機構を簡素化できる。
【００７０】
即ち、必要なＥＧＲガス量は、最大でも吸入空気量の２５％程度である。一方、排気圧力は負荷の増加とともに大きくなるので、ＥＧＲガス導入弁３０のリフト量を吸気弁１３より小さくしても必要十分なＥＧＲガス量が得られる。このＥＧＲガス導入弁３０のリフト量を小さくすることにより、該ＥＧＲガス導入弁３０の開閉時の加速度を小さくでき、弁ばね荷重の低減を図ることでフリクションの増加を抑制でき、かつピストンとの干渉を避けるためのバルブリセス深さを小さく，もしくは廃止できる。その結果、火炎伝播に好ましい燃焼室形状が得られる。
【００７１】
また、前記ＥＧＲガス導入弁３０をポペット弁型のものとし、吸気カム軸１５により開閉駆動するようにしたので、吸気カム軸１５にＥＧＲガス導入弁用カムノーズ１５ａを形成するだけの簡単な構造で開閉駆動することができ、動弁装置を簡素化できる。
【００７２】
本実施形態では、前記ＥＧＲガス導入弁３０の閉じ時期を、吸気行程の下死点前又は下死点における弁リフト量がランプ高さ以下となるように設定したので、全負荷運転時において新気が導入通路３ｈに逆流するのを抑制でき、機関出力の低下を防止できる。
【００７３】
本実施形態では、前記ＥＧＲガス導入弁３０の開き時期を、吸気負圧が導入通路３ｈの圧力より低い時期としたので、ＥＧＲガスが吸気ポート３ｄ側へ逆流するのを防止できる。
【００７４】
即ち、部分負荷においては、吸気ポート３ｄ側に負圧が存在することから、ＥＧＲガス導入弁３０を早期に開くとＥＧＲガスが吸気弁１３と吸気開口３ｂとの隙間を通って吸気ポート３ｄ内に流入してしまう。ＥＧＲガスが吸気通路内に逆流すると、新気の温度が上昇して耐ノッキング性能が低下する。このため、気筒内負圧が吸気ポート３ｄ内の負圧以上になるクランク角度でＥＧＲガス導入弁３０を開くことによりＥＧＲガスの逆流を抑制できる。
【００７５】
本実施形態では、気筒ごとのＥＧＲガス導入弁３０の開弁期間がラップしないようにしたので、ＥＧＲガスが他の気筒に逆流するのを防止できる。即ち、多気筒機関の場合には、各気筒の筒内圧力は異なるので、ＥＧＲガス導入弁３０の開弁期間がラップすると、ＥＧＲガスの他の気筒に逆流が生じ、ＥＧＲガスの成層化及びＥＧＲガスの流量制御が困難になる場合がある。
【００７６】
本実施形態では、前記ＥＧＲガス導入弁３０を、導入開口３ｇが各吸気開口３ｂの中心を通過する線分ｃより外側に位置するよう配置したので、耐ノッキング性能をより一層向上できる。即ち、吸気効率を高めるために２本の吸気弁１３を設ける場合には、これに略対称をなすよう２本の排気弁１４を配置している。このため吸気行程終了時には、ＥＧＲガス導入弁３０の周辺にＥＧＲガスが偏在し、新気とは分離した成層状態となる。このような成層状態から圧縮行程，燃焼行程に移行すると、通常ノッキングが発生し易い燃焼室１０内の吸気弁１３側隅部に高濃度で温度の低いＥＧＲガスが偏在することとなり、耐ノッキング性能が向上し、熱効率の高い運転が可能となる。
【００７７】
本実施形態では、点火プラグ１７を、ＥＧＲガス導入弁３０の中心と各排気弁１４の中心とを結ぶ線分ｄ，ｄの領域内に配置したので、点火プラグ１７を着火が容易な新気部分に配置できる。即ち、ＥＧＲガス導入弁３０から導入したＥＧＲガスによって希薄された混合気を避けて、新気の割合が高い箇所に点火プラグ１７を設けることにより、多量のＥＧＲガスを導入しても良好な着火を行うことができる。その結果、吸気のポンピングロスを低減できるとともに、耐ノッキング性能を向上でき、燃費の改善を図ることができる。
【００７８】
本実施形態では、燃焼室１０に開口する２つの吸気ポート３ｄにそれぞれ燃料噴射弁１８を配置したので、燃焼室１０に導入したＥＧＲガスに燃料が混入するのを抑制でき、燃焼効率を高めることができる。
【００７９】
即ち、ＥＧＲガス導入弁３０を２つの吸気弁１３の間に配置する場合には、該ＥＧＲガス導入弁３０の分だけ吸気弁１３のクランク軸線ａ方向の間隔が広くなる。このため燃料を１箇所から噴射すると、燃料が吸気ポート３ｄの内壁に付着したり、燃焼室１０の外側に偏在したりして燃焼が悪化するおそれがある。
【００８０】
前記燃料噴射弁１８を吸気ポート３ｄごとに配置したので、燃料を各吸気弁１３の傘裏部に指向させて噴射供給することができ、ＥＧＲガスへの混入を抑制できる。その結果、実質上の火炎伝播距離の短縮効果が得られ、燃焼効率が向上する。また各吸気ポート３ｄに燃料噴射弁１８を配置することにより、高負荷運転時での燃料噴射率を高めることができ、燃料の微粒化，壁面付着の低減，燃料噴射期間の短縮による噴射時期設定の自由度が向上する。
【００８１】
さらに燃料噴射弁１８の燃料噴射中心線を、吸気ポート３ｄの噴流中心線と略平行となるよう配置したので、低負荷運転時における燃料と吸入空気とのミキシングを向上できる。また、従来は高負荷運転域では、ノッキングの発生を回避するために理論空燃比よりリッチとしたり、点火時期を遅らせたりすることで対応している。しかし、これでは燃費が低下し、排気ガス性状についても好ましくない。
【００８２】
これに対して、本実施形態では、高負荷運転域においても成層ＥＧＲが可能であるので、耐ノッキング性能が向上し、理論空燃比による運転範囲を拡大できる。その結果、過濃空燃比で運転する場合に比べて燃費を向上でき、また燃焼による微粒子の生成を抑制でき、ひいては微粒子が導入通路の内壁に付着するのを低減できる。
【００８３】
図５は、本発明の第２実施形態による火花点火式内燃機関を説明するための図であり、図中、図３と同一符号は同一又は相当部分を示す。
【００８４】
本実施形態の内燃機関は、１本のＥＧＲガス導入弁３０と、２本の吸気弁１３，１３と、１本の排気弁１４と、１本の点火プラグ１７とを備えている。そして、点火プラグ１７は、ＥＧＲガス導入弁３０の中心と排気弁１４の中心とを通る直線ｅ上で、かつ気筒軸線ｂ付近に配置したので、点火プラグ１７を着火が容易な新気部分に配置でき、第１実施形態と同様の効果が得られる。
【００８５】
ここで、本実施形態内燃機関は、可変動弁機構を備えている。この可変動弁機構は、吸気カム軸，排気カム軸を介して吸気弁，排気弁の開閉タイミングを連続的に変化させるアクチュエータと、該アクチュエータを駆動制御するＥＣＵとを備えている。
【００８６】
前記可変動弁機構を備えた本実施形態内燃機関は、低負荷運転域では、ＥＧＲガス導入弁３０を吸気弁１３の開時期より先行して開くよう制御する。このように低負荷域では、ＥＧＲガス導入弁を吸気弁の開弁時期より先行して開くことにより、吸気行程でのピストンの下降による吸気通路の負圧がＥＧＲガスの導入により遅れてピストンに作用することとなり、低負荷運転域でのポンピング損失を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】本発明の第１実施形態による火花点火式内燃機関の断面図である。
【図２】前記内燃機関のＥＧＲ装置の概略構成図である。
【図３】前記内燃機関のシリンダヘッドの断面平面図である。
【図４】前記内燃機関のＥＧＲガス導入弁の開閉タイミング図である。
【図５】本発明の第２実施形態によるシリンダヘッドの断面平面図である。
【符号の説明】
【００８８】
１  火花点火式内燃機関
３ｆ  排気通路
３ｇ  導入開口（燃焼室開口）
３ｈ  導入通路
１０  燃焼室
１３  吸気弁
１４  排気弁
１７  点火プラグ
１７ａ  電極
１８  燃料噴射弁
１９  排気管（排気通路）
２７  ＥＧＲガス流量制御弁
３０  ＥＧＲガス導入弁
ｃ  吸気開口の中心を通る直線
ｄ  導入開口及び排気開口の中心を結ぶ直線
ｅ  導入開口及び排気開口の中心を結ぶ直線
【図１】
2009162169.tif 000003
【図２】
2009162169.tif 000004
【図３】
2009162169.tif 000005
【図４】
2009162169.tif 000006
【図５】
2009162169.tif 000007