(57)【要約】【課題】アトキンソンサイクルでの運転を行いつつ、筒内にタンブル流を良好に形成させる。【解決手段】１気筒あたりに３つの吸気弁を有する内燃機関の吸気装置において、第１の吸気弁を下死点近傍で閉じ、第２と第３の吸気弁は、ピストンが下死点に到達した後、遅閉じする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１気筒あたりに３つの吸気弁を有する内燃機関の吸気装置であって、
前記３つの吸気弁が、排気弁から最も離れて配置された第１の吸気弁と、気筒の内周方向に沿って前記第１の吸気弁の両側に配置された、第２と第３の吸気弁とを備え、
前記第１の吸気弁を、吸気行程における下死点近傍で閉じ、
前記第２と第３の吸気弁は、前記下死点よりも遅角側で遅閉じする、
内燃機関の吸気装置。
【請求項２】
前記第１の吸気弁のリフト量を、前記第２と第３の吸気弁のリフト量よりも大きくする、請求項１に記載の内燃機関の吸気装置。
【請求項３】
前記第１の吸気弁の作用角を、前記第２と第３の吸気弁の作用角よりも小さくし、前記第１の吸気弁の開弁開始タイミングと、前記第２と第３の吸気弁の開弁開始タイミングとを略一致させ、
更に、前記開弁開始タイミングを、排気弁の閉弁タイミングに略一致させる、
請求項１又は２に記載の内燃機関の吸気装置。
【請求項４】
前記第１の吸気弁の作用角を進角制御する、請求項３に記載の内燃機関の吸気装置。
【請求項５】
ポート燃料噴射弁による燃料噴射を、前記第１の吸気弁の傘部に集中的に当てる、請求項２又は４に記載の内燃機関の吸気装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の吸気装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ピストンが吸気行程における下死点に到達した後、圧縮行程に入ってから吸気弁を閉じる（「吸気弁遅閉じ」という）ことにより実圧縮比を下げ、アトキンソンサイクルで運転する場合、筒内混合気の燃焼が悪化する。これは、吸気弁遅閉じ時は、ピストン上昇の際に生成する上昇流が吸気弁から吸気ポートに多量に抜けるため、筒内にタンブル流が形成されにくく（図２）、筒内混合気の乱れの減少により火炎伝播が悪化するためである。
【０００３】
一方、１気筒あたりに吸気弁を３つ備え、３つの吸気弁が、排気弁から最も離れて配置され、３弁のうちで中央に位置する吸気弁と、気筒の内周方向に沿って中央の吸気弁の両側に配置された２つの吸気弁とから構成される、内燃機関の吸気装置においては、これらの吸気弁の閉弁タイミングを制御することにより、アトキンソンサイクルでの運転を行いつつ、筒内に形成するタンブル流を強化することが可能と考えられる。
【０００４】
ところで、３つの吸気弁について、中央の吸気弁の開弁のタイミングと、両側の吸気弁の開弁のタイミングとをずらせることは、例えば特許文献１、２に示されている。
【０００５】
しかし、特許文献１に記載の発明では、排気弁と中央の吸気弁とのオーバーラップ角を、両側の（排気弁と隣り合う）吸気弁とのオーバーラップ角よりも大きくし、隣り合う吸・排気弁から吹き抜ける未燃ガスの低減を図ったものであり、中央の吸気弁の開弁のタイミングと、両側の吸気弁の開弁のタイミングとが異なるように制御されているが、閉弁については、いずれも遅閉じであるため、ピストン上昇時のタンブル流の形成が阻害される。
【０００６】
特許文献２に記載の発明では、中央の吸気弁の開弁タイミングが、両側の吸気弁の開弁タイミングよりも早くなるように設定し、吸・排気弁の開弁がオーバーラップする初期に、燃焼室内の高温の燃焼ガスが中央の吸気ポート内に吹き返され、吸気ポート内の空気又は希薄混合気を暖め、この後にこの燃焼ガスにより暖められた空気または希薄混合気が高温気流として燃焼室内に吸入され、両端の吸気ポートを通して燃焼室内に供給される燃料と混合して、燃料の霧化を促進するものであるが、閉弁のタイミングに関しては記載がない。
【０００７】
【特許文献１】特開平０２−１８８６０７号公報
【特許文献２】特開平０３−１５６２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、１気筒あたりに３つの吸気弁を有し、この３つの吸気弁が、排気弁から最も離れて配置され、３弁のうち中央に位置する吸気弁と、気筒の内周方向に沿って中央の吸気弁の両側に配置された２つの吸気弁とから構成される、内燃機関の吸気装置において、アトキンソンサイクルでの運転を行いつつ、筒内混合気の燃焼を改善することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１に記載の発明によれば、１気筒あたりに３つの吸気弁を有する内燃機関の吸気装置であって、３つの吸気弁が、排気弁から最も離れて配置された第１の吸気弁と、気筒の内周方向に沿って第１の吸気弁の両側に配置された、第２と第３の吸気弁とを備え、第１の吸気弁を、吸気行程における下死点近傍で閉じ、第２と第３の吸気弁は、下死点よりも遅角側で遅閉じする、内燃機関の吸気装置が提供される。
【００１０】
すなわち、請求項１の発明では、ピストン上昇によって生成される上昇流のうち、排気弁から最も離れて配置された第１の吸気弁付近の上昇流は、気筒中央付近の広い領域を流れる気流であって、タンブル成分が大きく、第１の吸気弁の両側に配置された、第２、第３の吸気弁寄りの上昇流は、気筒壁面付近を流れる気流であって、もともと、タンブル成分が小さいことから、第１の吸気弁のみ吸気下死点近傍で閉じるようにする。これにより、上昇流のうち、気筒中央付近の上昇流は、吸気弁から抜けることがなく、筒内で形成されるタンブル流を強化することができ、両端側の吸気弁からは、タンブル流の形成に寄与しない気流を抜き、実圧縮比を下げて、アトキンソンサイクルで運転することができる。従って、アトキンソンサイクルでの運転を行いつつ、筒内混合気の燃焼を改善することができる。
【００１１】
請求項２に記載の発明によれば、第１の吸気弁のリフト量を、第２と第３の吸気弁のリフト量よりも大きくする、請求項１に記載の内燃機関の吸気装置が提供される。
【００１２】
すなわち、請求項２の発明では、第１の吸気弁のリフト量を第２、第３の吸気弁のリフト量よりも大きくし、第１の吸気弁からの吸気量を増加して、吸気時に形成するタンブル流を強化する。
吸気時には、吸気流によってタンブル流が形成されるが、第１の吸気弁からの吸気流は気筒の中央付近の広い空間部分に流入するため、気筒の側壁に近い部分に流入する第２、第３の吸気弁からの吸気流と比較して、タンブル成分が大きい。このため、第１の吸気弁のリフト量を第２、第３の吸気弁のリフト量よりも大きくすることにより、効果的に吸気時のタンブル流を強化することができ、筒内混合気の燃焼改善効果を更に大きくすることができる。
【００１３】
請求項３に記載の発明によれば、第１の吸気弁の作用角を、第２と第３の吸気弁の作用角よりも小さくし、第１の吸気弁の開弁開始タイミングと、第２と第３の吸気弁の開弁開始タイミングとを略一致させ、更に、開弁開始タイミングを、排気弁の閉弁タイミングに略一致させる、請求項１又は２に記載の内燃機関の吸気装置が提供される。
【００１４】
すなわち、１気筒あたりに３つの吸気弁を備える場合、第１、第２、第３の吸気弁の作用角は、同一にすることが一般的であるため、この場合には、請求項１、２の発明において、第１の吸気弁は、吸気上死点のかなり前から開くこととなり、排気弁の開時期と第１の吸気弁の開時期とがオーバーラップする時期が発生し、排気ポートから吸気ポートへの吹き戻しが発生する。この吹き戻しは、内部ＥＧＲとなるが、請求項１、２の発明においては、内部ＥＧＲの導入を積極的に制御することができないため、運転状況によって、燃焼の悪化、燃費の悪化等を発生させる。そこで、第１の吸気弁の作用角を、第２、第３の吸気弁の作用角よりも小さくし、第１の吸気弁の閉弁タイミングを請求項１又は２に記載したタイミングに維持しつつ、３つの吸気弁の開弁タイミングを略同一とする。更に、３つの吸気弁の開弁開始タイミングを、排気弁の閉弁タイミングに略一致させる。これにより、排気ポートから吸気ポートへの吹き戻しを防止することができる。
【００１５】
請求項４に記載の発明によれば、第１の吸気弁の作用角を進角制御する、請求項３に記載の内燃機関の吸気装置が提供される。
【００１６】
すなわち、請求項３の発明においては、運転状況に応じて内部ＥＧＲを行ないたい場合にもこれができないため、請求項４の発明では、運転状況に応じて、内部ＥＧＲを行なう必要がある場合には、第１の吸気弁のみバルブタイミングを進角制御し、第１の吸気弁の開弁時期と排気弁の開弁時期とのオーバーラップを発生させ、排気ポートから吸気ポートへ吹き戻しを生じさせて、内部ＥＧＲを筒内に導入するように積極的に制御し、運転状況の改善を行なうことができる。第２、第３の吸気弁は、バルブタイミングを進角しないので、第２、第３の吸気弁の遅閉じは維持され、実圧縮比を下げて運転することができ、また、第１の吸気弁は早閉じとなるので、ピストン上昇時のタンブル流は良好に形成され、筒内混合気の燃焼を改善することができる。
【００１７】
請求項５に記載の発明によれば、ポート燃料噴射弁による燃料噴射を、第１の吸気弁の傘部に集中的に当てる、請求項２又は４に記載の内燃機関の吸気装置が提供される。
【００１８】
すなわち、請求項２と４の発明において、高温の既燃ガスの吹き戻しは第１の吸気弁でのみ生じるため、拭き戻しによって第１の吸気弁の傘部へデポジットが堆積する問題が発生する。そこで、請求項５の発明では、ポート噴射による燃料を主に第１の吸気弁傘部に集中的に当てる。これにより、デポジットの堆積しやすい第１の吸気弁は、噴射燃料によって堆積物が洗い流されるため、効果的にデポジット堆積を抑制でき、タンブル流を良好に形成させることによって筒内の燃焼を改善するという本発明の目的を有利に達成することができる。
【発明の効果】
【００１９】
各請求項に記載の発明によれば、１気筒あたりに３つの吸気弁を有し、この３つの吸気弁が、排気弁から最も離れて配置され、３弁のうちで中央に位置する吸気弁と、気筒の内周方向に沿って中央の吸気弁の両側に配置された２つの吸気弁とから構成される、内燃機関の吸気装置において、アトキンソンサイクルでの運転を行いつつ、筒内混合気の燃焼を改善するという共通の効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、添付図面を用いて本発明の実施形態について説明する。なお、複数の添付図面において、同一又は相当する部材、部分等には、同一の符号を付している。
【００２１】
図１は、本発明の一実施形態を示す図である。３つの吸気弁は、図４（ａ）に示すように、気筒内周に沿って配置され、排気弁５１、５２から最も離れて配置された第１の吸気弁４１と、気筒の内周方向に沿って、第１の吸気弁４１の両側に配置された、第２の吸気弁４２と第３の吸気弁４３とから構成される。図１において、３つの吸気弁（弁部穴のみ図示）のうち、第１の吸気弁を閉弁し、第２、第３の吸気弁を開弁した状態でピストン６が上昇すると、ピストン上昇によって生成される上昇流のうち、第１の吸気弁付近の気流１０１は、気筒中央部の空間を上昇する気流であって、上昇気流の主流をなす。従って、第１の吸気弁が閉弁されていることから、大きなタンブル流を形成する。一方、第１の吸気弁の両側に配置された、第２、第３の吸気弁に向う上昇流１０２、１０３は、気筒側壁に沿った小さな上昇流であるため、もともとタンブル流に寄与しない。従って、第２、第３の吸気弁から吸気ポートに気流が抜けることにより、実圧縮比は下がり、アトキンソンサイクルで運転することができるが、タンブル流は良好に形成され、筒内の燃焼が改善される。図５に、本実施形態のバルブタイミングを図示する。第１の吸気弁の閉弁タイミングと、第２及び第３の吸気弁の閉弁タイミングとが、異なるように制御され、第１の吸気弁は、下死点近傍で閉弁し、第２及び第３の吸気弁は、遅閉じとなるように制御されている。
【００２２】
図２は、ピストンが吸気行程における下死点に到達した後、圧縮行程移行後に吸気弁を遅閉じすることにより実圧縮比を下げ、アトキンソンサイクルで運転する場合、ピストン６の上昇の際に生成する上昇流が吸気弁から吸気ポート２に多量に抜けるため、気筒１内にタンブル流が形成されにくいことを示す。
【００２３】
図３は、本発明の他の実施形態を示す図であり、吸気行程におけるタンブル流の形成を示す図である。３つの吸気弁（弁部穴のみ図示）のうち、第１の吸気弁から流入する吸気流１０１が気筒内の中央部の広い空間に流入し、第２、第３の吸気弁から流入する吸気流１０２、１０３は、気筒壁面に近い領域に流入するため、３つの吸気弁のうち、第１の吸気弁からの吸気流がタンブル流の主流を形成する。従って、図６に示すように、３つの吸気弁のうち、第１の吸気弁のリフト量を大きくすることにより、タンブル流を強化することができる。
【００２４】
図４は、図３に対応する吸気流を、平面図（ａ）及び立面図（ｂ）に示したものである。吸気ポート２から、吸気弁４１、４２、４３を通って気筒１内に吸気が流入し、タンブル流１００が形成されが、気筒１内の広い空間を流れるタンブル流の主流は、吸気弁４１から流入する吸気流である。
【００２５】
図７は、本発明を内燃機関の吸気装置に適用した場合の、更に他の実施形態のバルブタイミングを示す図であり、第１の吸気弁の作用角を、第２と第３の吸気弁の作用角よりも小さくし、第１の吸気弁の開弁期間を、第２と第３の吸気弁の開弁期間よりも短くし、第１の吸気弁の開弁開始タイミングと、第２と第３の吸気弁の開弁開始タイミングとを略一致させ、更に、これら吸気弁の開弁開始タイミングを、排気弁の閉弁タイミングに略一致させる。このようにすることにより、排気ポート３から吸気ポート２（図４）への吹き戻しを防止することができる。一方、これら吸気弁の閉弁タイミングは、図６と同一であり、ピストン上昇時のタンブル流の形成や、アトキンソンサイクルでの運転を行なうことには変わりがない。
【００２６】
図８は、図７のように構成したバルブタイミングに対し、運転状況に応じて、第１の吸気弁の開弁時期のみ進角制御し、排気弁の開弁時期と第１の吸気弁の開弁時期とをオーバーラップさせるバルブタイミングを示す。このように制御することによって、排気ポートから吸気ポートへの吹き戻しを発生させ、内部ＥＧＲを必要に応じて行なうことができる。
【００２７】
図９は、ポート燃料噴射弁７による燃料噴射を、第１の吸気弁４１の傘部に集中的に当てる実施形態を示す図である。これにより、デポジットの堆積しやすい第１の吸気弁４１は、噴射燃料によって堆積物が洗い流されるため、効果的にデポジット堆積を抑制でき、タンブル流を良好に生成させることによって筒内の燃焼を改善するという本発明の目的を有利に達成することができる。
【００２８】
以上のように、本発明は、バルブタイミングの位相変化のみで吸気弁遅閉じ時の燃焼悪化を改善することができ、構造面、コスト面で非常に有利である。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明を内燃機関の吸気装置に適用した場合の、一実施形態の概略構成を説明する図である。
【図２】図１の実施形態を説明するために、ピストン上昇の際に生成する気筒内の流れを示す図である。
【図３】本発明を内燃機関の吸気装置に適用した場合の、他の実施形態の概略構成を説明する図である。
【図４】（ａ）は、図３に対応する吸気流を説明する平面図、（ｂ）は、その立面図である。
【図５】本発明を内燃機関の吸気装置に適用した場合の、一実施形態のバルブタイミングを説明する図である。
【図６】本発明を内燃機関の吸気装置に適用した場合の、他の実施形態のバルブタイミングを説明する図である。
【図７】本発明を内燃機関の吸気装置に適用した場合の、更に他の実施形態のバルブタイミングを説明する図である。
【図８】図７の実施形態に更なる制御を追加する実施形態のバルブタイミングを説明する図である。
【図９】本発明を内燃機関の吸気装置に適用した場合の、ポート燃料噴射弁の一実施形態の概略構成を説明する図である。
【符号の説明】
【００３０】
１    気筒
２    吸気ポート
３    排気ポート
４１    第１の吸気弁
４２    第２の吸気弁
４３    第３の吸気弁
５１    第１の排気弁
５２    第２の排気弁
６    ピストン
７    ポート燃料噴射弁
１００    吸気流が形成するタンブル流
１０１    気筒中央領域のタンブル流
１０２    第２の吸気弁側の気流
１０３    第３の吸気弁側の気流
Ａ    ピストンの運動方向
【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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【図９】
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