(57)【要約】      （修正有）【課題】２ストローク式内燃機関における暖機後の状態における冷却損失の低減と冷機状態での安定した燃焼との両立を図る。【解決手段】燃焼室の上方に吸気弁１０を駆動する吸気側駆動軸２２と排気弁１１を駆動する排気側駆動軸６２とが設けられた２ストローク式内燃機関において、吸気弁１０の閉時期を変更可能な吸気側可変動弁機構１８と、排気弁１１の閉時期を変更可能な排気側可変動弁機構５８とを有する。吸気弁１０のバルブ軸線ｇと排気弁１１のバルブ軸線ｈとのなす弁挟角が小さくなるように、双方の駆動軸２２，６２のそれぞれを、そのバルブ軸線ｇ，ｈに対してシリンダ軸線ｃから遠い側にオフセットさせる。冷機状態では、暖機後の状態に比して、吸気弁閉時期及び排気弁閉時期を遅角させる。【選択図】図５
2009228614.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室の上方に吸気弁を駆動する吸気側駆動軸と排気弁を駆動する排気側駆動軸とが設けられた２ストローク式内燃機関において、
上記吸気弁の閉時期を変更可能な吸気側可変動弁機構を有し、
吸気弁のバルブ軸線と排気弁のバルブ軸線とのなす弁挟角が小さくなるように、双方の駆動軸のそれぞれを、そのバルブ軸線に対してシリンダ軸線から遠い側にオフセットさせており、
かつ、上記冷機状態では、暖機後の状態に比して、吸気弁閉時期を遅角させることを特徴とする２ストローク式内燃機関。
【請求項２】
更に、上記排気弁の閉時期を変更可能な排気側可変動弁機構を有し、
上記冷機状態では、暖機後の状態に比して、排気弁閉時期を遅角させることを特徴とする請求項１に記載２ストローク式内燃機関。
【請求項３】
上記排気側可変動弁機構として、排気弁の作動角を変化させ得る作動角可変機構と、クランク角に対する排気弁開閉時期の位相を遅進させる位相可変機構と、を有し、
冷機状態では暖機後の状態に対して排気弁開時期をほぼ同じとしつつ排気弁閉時期が大幅に遅角するように、排気弁の作動角を大きくしつつ位相を遅角させることを特徴とする請求項２に記載の２ストローク式内燃機関。
【請求項４】
更に、内燃機関の幾何学的な圧縮比を変更可能な可変圧縮比機構を有し、
低回転低負荷域における冷機状態では暖機後の状態に比して上記幾何学的な圧縮比を高くすることを特徴とする２ストローク式内燃機関。
【請求項５】
冷機状態では暖機後の状態に比して燃料噴射時期を遅角することを特徴とする２ストローク式内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２ストローク式内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
レシプロ式内燃機関のうちで、内燃機関の１回転すなわち２行程で１つのサイクルをを構成する、いわゆる２ストローク内燃機関は、周知のように、排気弁（掃気弁とも呼ぶ）と吸気弁（給気弁とも呼ぶ）とを備え、その弁取付配置によって、ループ式、ユニフロー式などがある。いずれの場合でも、一般的には、シリンダ壁に弁口を開口させてその掃気，給気を行なってきた。この場合、ピストンの摺動部分に開口部があり、シリンダ壁を潤滑している潤滑油が未燃、既燃ガスに混入しやすく、潤滑油に起因するエミッションの悪化，オイル消費量の悪化を招き易かった。一方、２ストローク式内燃機関は、既燃ガスの排出と新気の吸入を１行程中に同時に行なうため、新気によって、既燃ガスを押し出す効率、いわゆる掃気効率が機関の出力やトルクに大きく影響を及ぼす。この掃気効率は、掃気口と給気口とを離間させたほうが改善する。前述のユニフロー方式では、一般的に、ピストン下死点近傍より新気を流入させ、頭上に設けられた排気弁により、既燃ガスを排出することで掃気効率を改善している。ただし、この方式では前述の潤滑油に起因するエミッションの悪化やオイル消費量の悪化が生じ易い。一方、ループ方式は、一般的に掃気効率がユニフロー方式に比べて低い傾向がある。
【０００３】
このような問題に対して、特許文献１には、いわゆる頭上弁型の２ストローク式内燃機関が記載されている。すなわち、円筒状の側壁に開口部のないシリンダを摺動するピストンを備え、ペントルーフ型の燃焼室の上方に吸気弁用のカムシャフト（弁駆動軸）と、排気弁用のカムシャフトとを有し、このうち吸気弁用のカムシャフトで吸気弁を、また排気弁用のカムシャフトで排気弁を独立に駆動する、いわゆるＤＯＨＣ（ダブルオーバーヘッドカムシャフト）の動弁形式とし、弁挟角を小さく設定している。動弁形式がＤＯＨＣであるこの２ストローク式内燃機関では、シリンダ内の掃気は、燃焼室の直上にあって立つように形成されている吸入ポートに、ルーツ型スーパーチャージャなどの掃気ポンプより供給される加圧空気を導入することによって行われる。吸入ポートが立っている構成とした理由は、燃焼室内にタンブル（渦流）を形成し、このタンブルによって掃気作用を行わせるためである。この２ストローク式内燃機関の特徴は、シリンダ壁にいわゆるポートを設けていないためにシリンダが熱変形を起こしにくく、従って過給することによって比出力（排気量当たりの最高出力）を極めて大きく設計することができる点にある。
【特許文献１】特開平３−１８２６２１号公報。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記の特許文献１では、吸気弁や排気弁のバルブリフト特性、つまり最大リフト量や吸・排気弁の開時期から閉時期までのクランク角度区間である作動角が運転条件に関係なく固定である。このため、例えば低回転低負荷域に適合するように吸気弁のリフト量や作動角を設定した場合、高回転・高負荷域では空気充填を十分に行うことができないなどの問題がある。このため、過給を行って、高回転・高負荷域でのシリンダ内への空気充填を確保しているわけであるが、吸気弁のリフト量や作動角が低回転・低負荷域と同じ設定であると、吸気弁が絞りとして作用してしまい、良好な空気充填を行わせることが困難である。特に、４ストローク式内燃機関よりも吸気弁の開弁期間の短い２ストローク式内燃機関にあっては、高回転・高負荷域でのシリンダ内への空気充填が十分に行われないと、その比出力が低下する傾向にある。
【０００５】
そこで、例えば吸気弁や排気弁のリフト量や作動角を可変に制御可能な可変動弁機構を設け、例えば低回転・低負荷時には吸気弁のリフト量や吸気弁の作動角を小さくし、高回転・高負荷時になると、吸気弁が絞りとならないように吸気弁のリフト量や吸気弁の作動角を大きくすることが考えられる。但し、上記の特許文献１のように、可変動弁機構を備えずかつ動弁形式がＤＯＨＣである２ストローク式内燃機関において、燃焼室内にタンブルを得ようと弁挟角を小くしているときには、吸気側のカムスロケットと排気側のカムスプロケットとが近接してしまうのであるが、この上さらに吸気弁に対して可変動弁機構を備えさせようとしても、そのままではカムスプロケットの周りに可変動弁機構を配置するスペースを見つけることができず、吸・排気弁の弁駆動系のチェーンレイアウトが困難となる。
【０００６】
また、４ストローク式内燃機関の分野においては、吸気弁と排気弁の双方に可変動弁機構を設け、冷機時や暖機後の状態を含めた機関運転状態に応じてバルブリフト特性を適切に制御する技術は数多く提案されている。しかしながら、２ストローク式内燃機関の分野においては、このような冷機時や暖機後の状態におけるバルブリフト特性の設定については、十分に検討されていない。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、このような背景技術に鑑みてなされたものであり、燃焼室の上方に吸気弁を駆動する吸気側駆動軸と排気弁を駆動する排気側駆動軸とが設けられた２ストローク式内燃機関において、上記吸気弁の閉時期を変更可能な吸気側可変動弁機構を有し、吸気弁のバルブ軸線と排気弁のバルブ軸線とのなす弁挟角が小さくなるように、双方の駆動軸のそれぞれを、そのバルブ軸線に対してシリンダ軸線から遠い側にオフセットさせており、かつ、上記冷機状態では、暖機後の状態に比して、吸気弁閉時期を遅角させることを特徴としている。
【０００８】
より好ましくは、上記排気弁の閉時期を変更可能な排気側可変動弁機構を有し、上記冷機状態では、暖機後の状態に比して、排気弁閉時期を遅角させることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、吸・排気弁の駆動軸のそれぞれを、そのバルブ軸線に対してシリンダ軸線から遠い側にオフセットさせているために、可変動弁機構やカムスプロケット等の動弁系部品を配置するスペースを確保しつつ、弁挟角を小さく設定して、吸気弁をシリンダ軸線に平行に近づけることができ、新気（給気）を鉛直下向きに近く流入することが可能となり、燃焼室内に形成されるタンブルにより燃焼室内の既燃ガスを効率よく掃気することができる。加えて、冷機状態では、暖機後の状態に比して、少なくとも吸気弁閉時期、より好ましくは排気弁閉時期もあわせて遅角させることで、比較的燃焼状態が安定している暖機後の状態においては残留ガスを適切に確保して冷却損失を低減しつつ、燃焼が不安定な冷機状態では吸気弁閉時期の遅角化により残留ガスを抑制し、安定した燃焼を行うことができる。つまり、２ストローク式内燃機関における暖機後の状態における冷却損失の低減化と冷機状態での燃焼安定性の向上との両立を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の好ましい実施形態を図面に基づいて説明する。図１を参照して、内燃機関の吸気通路９１には、上流側より、エアクリーナ９２、ルーツ式過給機（スーパーチャージャー）の送風機（圧縮機）９３、電制のスロットル弁９４、及び燃料噴射弁９５が配置され、排気通路９６には、上流側より、三元触媒である上流側触媒９７及び下流側触媒９８の他、マフラ９９が配置されている。上流側触媒９７の上流側と下流側には、空燃比フィードバック制御のための空燃比センサ１７４，１７５が設けられている。ここで、主な特徴としては、２ストローク式内燃機関でありながら、吸気弁１０と排気弁１１とがともにシリンダ上方に配置された頭上ポペット弁タイプを採用し、これにより潤滑油が作動ガスに流入することに起因する不具合を回避するようにしている。また、掃気促進のために、吸気通路９１の上流に送風機９３が取り付けられている。
【００１１】
図２は、吸気側にのみ可変動弁機構１８を適用した第１の動弁例を示している。シリンダブロック１には、円筒状の側壁に開口部のない複数のシリンダ２が穿設されており、各シリンダ２内をピストン３が図で上下に往復動する。シリンダヘッド４には２つの傾斜壁面５、６を有する、いわゆるペントルーフ型の燃焼室７が形成され、各傾斜壁面５、６に吸気ポート８と排気ポート９とがそれぞれ開口している。なお、吸気ポート８は図示しないが下流側で２つに分岐され、その各分岐端が燃焼室７への開口端となっている。同様にして、排気ポート９は上流側で２つに分岐され、各分岐端が燃焼室７への開口端となっている。４つの開口端により囲まれた燃焼室７の頂部には混合気を火花点火する点火プラグ１１０がシリンダ軸線ｃに沿うように配置されている。
【００１２】
２つの開口端を有する吸気ポート８はシリンダ２上方（図２の上方）へ大きく立ち上がって、つまり吸気ポート８の軸線ｄとシリンダ軸線ｃとの間の角度が小さくなるように形成されている。これは、吸気ポート８の各開口端より燃焼室７へと流入する空気によって燃焼室７内にタンブルが形成されるようにするためである。ここで、タンブルとは図２の紙面の表より裏へと貫通する線を想定した場合に、この線の周りに旋回する空気の流れ（渦流）のことである。一方、上流端側に２つの開口端を有する排気ポート９は燃焼室７への開口端で上方に立ち上がった後、右方へと急激に曲げて形成されている。
【００１３】
吸気ポート８の２つの開口端をそれぞれ開閉する吸気弁１０と、排気ポート９の２つの開口端をそれぞれ開閉する排気弁１１とは立ち上がるように配置されている。つまり、吸気弁１０の弁軸線ｇと排気弁１１の弁軸線ｈとのなす弁挟角が小さなものとなるようにされている。このように吸・排気弁１０、１１が立ち上がるように配置されているのも、吸気ポート８の各開口端より空気が速やかに燃焼室７へと流入するように、また燃焼室７内より既燃ガスが速やかに排気ポート９へと掃気されるようにするためである。なお、図２には一組の吸・排気弁１０、１１しか示していないが、実際には図で紙面裏あるいは紙面前方にもう一組の吸・排気弁が配置されている。
【００１４】
図３に示すように、吸気ポート８の各開口端と、開弁状態にある各吸気弁１０との隙間より燃焼室７内へと流入する空気は、吸気弁１０側（図で左側）のシリンダ壁２ａに沿う流れｅと、燃焼室７の中央へ向かう流れｆとに分かれることとなる。ここで、２つの流れｅ、ｆに対応して、吸気ポート８と、開弁状態にある吸気弁１０との隙間に形成される有効開口面積を、吸気側のシリンダ壁２ａに沿う流れｅを形成する有効開口面積である第１有効開口面積と、燃焼室７の中央へと向かう流れｆを形成する有効開口面積である第２有効開口面積との２つに分けるとすれば、第１有効開口面積のほうが、第２有効開口面積よりも大きくなるように、吸気ポート８及び吸気弁１０の各形状と、吸気ポート８及び吸気弁１０の配置とが適切に設定されている。つまり、排気弁寄りの第２有効開口面積が排気弁から遠い側の第１有効開口面積よりも小さく設定されている。なお、吸気通路や吸気ポートの途中に流れを規制する補助弁体を設けてその流れを規制することで、排気弁寄りの等価開口面積が小さくなるようにしてもよい。
【００１５】
内燃機関の運転時において、吸入空気は吸気ポート８内を軸線ｄの方向に流れる。空気は次に、各吸気弁１０の傘部を通過するが、吸気側シリンダ壁２ａに沿う流れｅを形成する第１有効開口面積のほうが、燃焼室７の中央へと向かう流れｅを形成する第２有効開口面積よりも大きくなるようにしているので、空気は吸気側シリンダ壁２ａに沿って下方へと主に流れる。この下方に向かう空気の流れは、吸気側シリンダ壁２ａに沿って下降した後、ピストン冠面３ａにぶつかり、その後は方向を右へと変えてピストン冠面３ａを横断し、排気側のシリンダ壁２ｂにぶつかり、今度は排気側のシリンダ壁２ｂに沿って上昇する。この場合、ピストン冠面３ａは平らにあるいはわずかにドーム状になっていることが好ましい。ただし、ドームの半径は空気の運動を乱すものであってはならない。
【００１６】
燃焼室７内に流入した空気は、このようにして燃焼室７内に縦方向の渦流であるタンブルを形成し、排気ポート９の開口端より排気ポート９へと出なかった空気は燃焼室７の天井を横切って吸気側のシリンダ壁２ａに達し、再び上記の渦流に加わって流れる。つまり、空気はタンブルを形成しながら、ループ状に循環するので、燃焼室７内は２ストローク式内燃機関の場合でも極めて効果的に掃気される。空気は、タンブルを形成して燃焼室７内を循環するとき、燃焼済みの既燃ガスをその先頭で押して、燃焼室７内から排気ポート９の開口端へと押し出す。このタンブルにより、２ストローク式内燃機関の場合でも、上死点において極めて強力な乱流が生じる。
【００１７】
吸・排気弁１０、１１を駆動する方式（動弁形式）は、ＤＯＨＣ（ダブルオーバーヘッドカムシャフト）である。ＤＯＨＣでは、吸気弁用のカムシャフトと、排気弁用のカムシャフトとが吸・排気弁の上部に設けられており、例えば排気弁１１は、常時はバルブスプリング１２により上方に付勢されて閉弁状態にあるが、排気弁用のカムシャフト１４（排気弁の弁駆動軸）に一体に形成されているカム１５により、排気弁１１の頭部に設けられているバルブリフタ１３（第２バルブリフタ）が押し下げられ、排気弁１１が弁座より離れて下方に向かい開弁する。
【００１８】
一方、吸気弁１０のほうも常時はバルブスプリング１６により上方に付勢されて閉弁状態にあることは排気弁１１と同じであるが、排気弁１１側と相違して、可変動弁機構１８を備えている。図４は可変動弁機構１８の概略斜視図である。可変動弁機構１８は、吸気弁１０のリフト量及び作動角を連続的に変化させ得る吸気側作動角可変機構２１と、吸気弁１０が最大リフトを迎えるクランク角度位置（この吸気弁のクランク角度位置を、以下「吸気弁のリフト中心角」という。）の位相（図示しないクランクシャフトに対する位相）を進角側もしくは遅角側に変化させ得る位相可変機構４１とが組み合わされて構成されている。吸気側作動角可変機構２１により、吸気弁１０のリフト量と吸気弁１０の作動角とが同時に変化するものでは、吸気弁１０のリフト量及び吸気弁１０の作動角を総称して「吸気弁のリフト」ということにする。従って、「吸気弁のリフト」を小さくするとき、吸気弁のリフト量と吸気弁の作動角とが共に小さくなり、この逆に「吸気弁のリフト」を大きくするとき、吸気弁のリフト量と吸気弁の作動角とが共に大きくなる。
【００１９】
この可変動弁機構１８は、本出願人が先に提案したものであるが、例えば特開２００２−２５６９０５号、特開平１１−１０７７２５号公報等によって公知となっているので、その概要のみを説明する。まず、吸気側作動角可変機構２１を説明する。吸気側作動角可変機構２１は、シリンダヘッド４上部のカムブラケット（図示しない）に回転自在に支持される駆動軸２２（吸気弁の弁駆動軸）と、この駆動軸２２に、圧入等により固定される偏心カム２３と、上記駆動軸２２の上方位置に同じカムブラケットによって回転自在に支持されると共に駆動軸２２と平行に配置される制御軸３２と、この制御軸３２の偏心カム部３８に揺動自在に支持されるロッカアーム２６と、吸気弁１０の上端部に配置されているバルブリフタ３０に当接する揺動カム２９とを備えている。上記偏心カム２３とロッカアーム２６とはリンクアーム２４によって、またロッカアーム２６と揺動カム２９とはリンク部材２８よってそれぞれ連係されている。なお、図４においても１気筒当たり２つの吸気弁１０を備える多気筒内燃機関のうち一気筒分で代表させて示している。従って、吸気弁１０とバルブリフタ３０（第１バルブリフタ）と揺動カム２９とが２つずつ描かれている。上記の駆動軸２２は、後述するように、タイミングチェーンないしはタイミングベルトを介して図示しない内燃機関のクランクシャフトによって駆動されるものである。円形外周面を有する上記偏心カム２３はその外周面の中心が駆動軸２２の軸心から所定量だけオフセットされ、偏心カム２３の外周面にリンクアーム２４の環状部が回転可能に嵌合している。
【００２０】
上記のロッカアーム２６は、略中央部が上記偏心カム部３８によって揺動可能に支持され、その一端部に連結ピン２５を介して上記リンクアーム２４のアーム部が連係し、他端部に連結ピン２７を介して上記リンク部材２８の上端部がそれぞれ連係している。上記偏心カム部３８は、制御軸３２の軸心から偏心し、従って制御軸３２の回転角度位置に応じてロッカアーム２６の揺動中心が変化することとなる。
【００２１】
上記の揺動カム２９は、駆動軸２２の外周に嵌合して回転自在に支持され、側方へ延びた端部に連結ピン３７を介して上記リンク部材２８の下端部が連係している。この揺動カム２９の下面には、駆動軸２２と同心状の円弧をなす基円面と、その基円面から所定の曲線を描いて延びるカム面とが連続して形成され、これらの基円面ならびにカム面が、揺動カム２９の揺動位置に応じてバルブリフタ３０の上面に当接している。すなわち、上記基円面はベースサークル区間として、吸気弁１０のリフト量（及び吸気弁の作動角）がゼロとなる区間であり、揺動カム２９が揺動してカム面がバルブリフタ３０に接触すると、徐々に吸気弁１０が下方にリフトしていくことになる。なお、ベースサークル区間とリフト区間との間には若干のランプ区間が設けられている。
【００２２】
上記の制御軸３２は、一端部に設けられたリフト制御用アクチュエータ３３によって所定角度範囲内で回転するように構成されている。このリフト制御用アクチュエータ３３は、例えば制御軸３２の後端部に設けられている部材３４の一部であって制御軸３２の軸心から所定量オフセットされた位置より突出するピン３４ａと、プランジャ３５ｂの先端に設けられたくちばし状の爪３５ａとの係合を介して、制御軸３２を回転させる油圧アクチュエータ３５と、この油圧アクチュエータ３５への供給油圧を制御する第１油圧装置（例えば油圧制御弁）３６とからなり、第１油圧装置３６は、エンジンコントロールユニット３９からの制御信号によって制御される。なお、制御軸３２の回転角度は、図示しない制御軸センサによって検出される。
【００２３】
この吸気側作動角可変機構２１の作用は次のようなものである。駆動軸２２がクランクシャフト２により回転すると、偏心カム２３のカム作用によってリンクアーム２４が上下動し、これに伴ってロッカアーム２６が揺動する。このロッカアーム２６の揺動は、リンク部材２８を介して揺動カム２９へ伝達され、この揺動カム２９が揺動する。この揺動カム２９のカム作用によって、バルブリフタ３０が押圧され、吸気弁１０が下方にリフトする。ここで、リフト制御用アクチュエータ３３を介して制御軸３２の回転角度が変化すると、ロッカアーム２６の初期位置が変化し、ひいては揺動カム２９の初期揺動位置が変化する。上記の偏心カム部３８の初期位置は連続的に変化させ得るので、これに伴って、吸気弁１０のバルブリフト特性は連続的に変化する。つまり、吸気弁１０のリフト量及び作動角を、両者同時に連続的に拡大、縮小させることができる。各部のレイアウトによるが、例えば、吸気弁１０のリフト量及び作動角の大小変化に伴い、吸気弁１０の開時期と閉時期とがほぼ対称に変化する。
【００２４】
次に、位相可変機構４１は、上記の駆動軸２２の前端部に設けられるスプロケット４２と、このスプロケット４２と上記駆動軸２２とを、所定の角度範囲内において相対的に回転させる位相制御用アクチュエータ４３とから構成されている。上記スプロケット４２は、図示しないタイミングチェーンもしくはタイミングベルトを介して、図示しないクランクシャフトに連動している。上記位相制御用アクチュエータ４３は、例えば油圧式の回転型アクチュエータ４４と、この油圧アクチュエータ４４への供給油圧を制御する第２油圧装置（例えば油圧制御弁）４５とからなり、第２油圧装置４５は、エンジンコントロールユニット３９からの制御信号によって制御される。この位相制御用アクチュエータ４３の作用によって、スプロケット４２と駆動軸２２とが相対的に回転し、吸気弁１０のリフト中心角がクランク角に対して遅れたり進んだりする。つまり、吸気弁１０のリフト特性の曲線自体は変わらずに、全体が進角もしくは遅角する。また、このときの進角側や遅角側への各変化も、連続的に得ることができる。この位相可変機構４１の制御状態は、駆動軸２２の回転位置に応答する図示しない駆動軸センサによって検出される。
【００２５】
なお、作動角可変機構２１ならびに位相可変機構４１の制御としては、制御軸センサ、駆動軸センサの各センサの検出値に基づくクローズドループ制御に限らず、運転条件に応じて単にオープンループ制御するだけでもかまわない。
【００２６】
このような吸気側作動角可変機構２１と位相可変機構４１とからなる可変動弁機構１８を備えた本実施形態の２ストローク式内燃機関を制御するため、クランク角センサ１７２により検出される機関回転速度Ｎｅ、機関負荷、水温センサ１７３により検出される冷却水温Ｔｗがエンジンコントロールユニット３９に入力されている。なお、機関負荷については、例えば燃料噴射制御を実行する図示しないフローにおいて、図示しないエアフローメータにより検出される吸入空気量と、機関回転速度とに基づいて基本燃料噴射パルス幅Ｔｐが算出されているので、その基本噴射パルス幅Ｔｐを機関負荷として用いればよい。水温センサ１７３により検出される冷却水温Ｔｗに代えて、油温を用いることができる。
【００２７】
そして、エンジンコントロールユニット３９では次のような制御を行う。すなわち、冷却水温Ｔｗに基づいて内燃機関の暖機が完了したか否かをみて、内燃機関の暖機完了後になると、機関回転速度Ｎｅと基本噴射パルス幅Ｔｐとから定まる運転条件が低回転速度域（あるいは低負荷域）にあるか否かをみる。これは、機関回転速度Ｎｅと基本噴射パルス幅Ｔｐとをパラメータとする運転領域図において予め低回転速度域とする領域を定めておけばよい。運転条件がこの予め定めてある低回転速度域にあるときには吸気弁１０のリフトを小さくする指示を第１油圧装置３６に対して、かつこのときの最適な吸気弁の開閉時期となるように吸気弁１０のリフト中心角（つまり吸気弁の開閉時期）を進遅させる指示を第２油圧装置４５に対して出す。一方、運転条件がこの予め定めてある低回転速度域にない、つまり高回転速度域にあるときには吸気弁１０のリフトを大きくする指示を第１油圧装置３６に対して、かつこのときの最適な吸気弁の開閉時期となるように吸気弁１０のリフト中心角（つまり吸気弁の開閉時期）を進遅させる指示を第２油圧装置４５に対して出す。
【００２８】
ここでは運転条件を簡易的に低回転速度域と高回転速度域の２つに分け、これに対応して吸気弁１０のリフトも大小の２つである場合で説明したが、運転条件を低負荷域と高負荷域の２つに分け、これに対応して低負荷域で吸気弁１０のリフトを小さくし、高負荷域になるほと吸気弁のリフトを大きするようにしてもかまわない。また、内燃機関の回転速度が高くなるほどあるいは機関負荷が大きくなるほど吸気弁１０のリフトが連続的に大きくなるようにしてもかまわない。
【００２９】
このような吸気側作動角可変機構２１と位相可変機構４１とからなる可変動弁機構１８を備えた本実施形態の２ストローク式内燃機関は、スロットル弁９４のみに依存せず、吸気弁１０の開閉を制御することによって吸入空気量が制御される。なお、実用内燃機関では、ブローバイガスの還流等のために吸気系に若干の負圧が存在していることが好ましいので、図１に示すように吸気通路の上流側にスロットル弁９４を設けている。
【００３０】
図２を参照して、動弁形式がＤＯＨＣの場合に、吸気弁１０の弁軸と排気弁１１の弁軸とのなす角度である弁挟角を小さくすると、機関前面での吸・排気弁の弁駆動系のレイアウトに影響する。つまり、可変動弁機構１８を備えない場合でも、動弁形式がＤＯＨＣである２ストローク式内燃機関の弁挟角を小さくしたときには、機関前面において吸気弁用カムシャフトの先端に取り付けられる吸気スプロケットと、排気弁用カムシャフトの先端に取り付けられる排気スプロケットとが近接してしまう。このとき、２つの吸・排気弁１０、１１を伸ばすことで、より小さな弁狭角に対応することは可能であるが、機関高さが増加してしまうため、小さな弁挟角への対処として吸・排気弁１０、１１を伸ばすことは得策でない。一方、吸気、排気の各スプロケットを小さくすると、これに対応してクランクスプロケットの径を小さくしなければならず、今度はプーリの巻きつけ角などの成立性が困難となる。そこで、こうした場合にギアを用いて成立解を見い出すこともできるが、この場合、クランクシャフトとカムシャフトとのタイミングのずれを排除するため、シザーズギア等を用いることとなる。しかしながら、シザーズギア等を用いるのでは内燃機関のフリクションが増加してしまう。動弁形式がＤＯＨＣである２ストローク式内燃機関において、弁挟角が小さいことに伴うこうした問題は、上述した可変動弁機構１８を備えさせる場合にも全く同じに生じる。
【００３１】
ここで、作動角可変機構２１の上記駆動軸２２は、可変動弁機構１８を備えない２ストローク式内燃機関において動弁方式がＤＯＨＣである場合の吸気弁用カムシャフト（吸気弁の弁駆動軸）に相当するので、前述したように、吸気弁１０の弁軸線ｇ上に駆動軸２２の軸心がくるように設けられるのが基本であるが、本実施形態では、これと相違して、図２にも示したように、吸気弁１０と排気弁１１を左右に並べた面（つまり紙面）に直交する方向からみて、吸気弁１０の弁軸線ｇで左右に分割したとき、駆動軸２２（２つの弁駆動軸の少なくとも一方）をこの弁軸線ｇよりも図で左側（つまり弁軸線ｇの右側にはシリンダ軸線ｃがあるがこのシリンダ軸線ｃがあるのと反対側）に偏心させる、つまり弁軸線ｇに対してシリンダ軸線ｃから遠い側にオフセットさせて設けることで、動弁形式がＤＯＨＣである２ストローク式内燃機関において、弁挟角が小さいことに伴う上記問題点を解消させる。すなわち、駆動軸２２を図で左方に偏心させることは、駆動軸２２を含めた可変動弁機構１８の全体が図で左側に移動することを意味し、可変動弁機構１８が全体としてシリンダ軸線ｃより離れる方向に配置されると、吸気カムスプロケットの周りに可変動弁機構１８を配置するスペースが新たに生じることになり、吸・排気弁の弁駆動系のチェーンレイアウトの成立が容易になる。なお、駆動軸２２が吸気弁１０の弁軸線ｇよりも偏心している場合の吸気側作動角可変機構２１の動きそのものは、駆動軸２２が吸気弁１０の弁軸線ｇより偏心していない場合の動きと基本的に変わりない。
【００３２】
同様にして、図２にも示したように、吸気弁１０と排気弁１１を左右に並べた面（紙面）に直交する方向からみて、排気弁１１の弁軸線ｈで左右に分割したとき、排気弁用カムシャフト１４（２つの弁駆動軸の少なくとも一方）をこの弁軸線ｈよりも図で右側（つまり弁軸線ｈの左側にはシリンダ軸線ｃがあるがこのシリンダ軸線ｃがあるのと反対側）に偏心させて設け、つまり弁軸線ｈに対してシリンダ軸線ｃよりも遠い側にオフセットさせて設け、これによっても動弁形式がＤＯＨＣである２ストローク式内燃機関において、弁挟角が小さいことに伴う上記問題点を解消させる。すなわち、排気弁用カムシャフト１４を図で右方に偏心させることは、排気弁用カムシャフト１４を含めた弁駆動系の全体が図で右側に移動することを意味し、排気弁の弁駆動系が全体としてシリンダ軸線ｃより離れる方向に配置されると、排気カムスプロケットの周りにも新たなスペースが生じることになり、吸・排気弁の弁駆動系のチェーンレイアウトを成立させることがさらに容易になる。
【００３３】
このように本実施形態では、円筒状の側壁に開口部のないシリンダ２を摺動するピストン３を備え、ペントルーフ型の燃焼室７の上方に吸気弁１０の弁駆動軸と、排気弁１１の弁駆動とを有し、このうち吸気弁１０の弁駆動軸で吸気弁１０を、また排気弁１１の弁駆動軸で排気弁１１を独立に駆動すると共に、弁挟角を小さく設定している２ストローク式内燃機関において、吸気側作動角可変機構２１（吸気弁、排気弁の少なくとも一方のリフト量または作動角を可変に制御可能な可変動弁機構）を備え、吸気弁１０の弁駆動軸である駆動軸２２を対象とし、図２において吸気弁１０と排気弁１１を左右に並べた面（つまり紙面）に直交する方向からみて、この対象としている吸気弁１０の弁駆動軸である駆動軸２２により駆動される吸気弁１０の弁軸線ｇで左右に分割したとき、この対象としている吸気弁１０の弁駆動軸である駆動軸２２を、シリンダの軸線ｃのない側（図で左側）に偏心させて設けるので、燃焼室７内に形成されるタンブルにより燃焼室７内の既燃ガスを効率よく掃気しつつ、高回転速度時（あるいは高負荷時）に吸気弁１０が絞りとして作用することがなくなり、特に４ストローク式内燃機関よりも吸気弁１０の開弁期間の短い２ストローク式内燃機関にあっても、シリンダ２内への空気充填がスムーズに十分に行われ、高回転速度時の比出力が向上し、さらに動弁形式がＤＯＨＣであっても、吸気カムスプロケットの周りに吸気側作動角可変機構２１（可変動弁機構）を配置するスペースを確保でき、吸・排気弁の弁駆動系のチェーンレイアウトを容易に成立させることができる。
【００３４】
また、排気弁１１の弁駆動軸である排気弁カムシャフト１４を対象とし、図２において吸気弁１０と排気弁１１を左右に並べた面（つまり紙面）に直交する方向からみて、この対象としている排気弁１１の弁駆動軸である排気弁カムシャフト１４により駆動される排気弁１１の弁軸線ｈで左右に分割したとき、この対象としている排気弁１１の弁駆動軸である排気弁カムシャフト１４を、シリンダの軸線ｃのない側（図で右側）に偏心させて設けるので、燃焼室７内に形成されるタンブルにより燃焼室７内の既燃ガスを効率よく掃気しつつ、動弁形式がＤＯＨＣであっても、排気カムスプロケットの周りに排気弁１１の弁駆動系を配置するスペースを確保でき、吸・排気弁の弁駆動系のチェーンレイアウトを容易に成立させることができる。
【００３５】
更に、吸気ポート８と、開弁状態にある吸気弁１０との隙間に形成される有効開口面積を、吸気側のシリンダ壁２ａに沿う流れｅを形成する有効開口面積である第１有効開口面積と、燃焼室７の中央へと向かう流れｆを形成する有効開口面積である第２有効開口面積との２つに分けた場合に、第１有効開口面積のほうが、第２有効開口面積よりも大きくなるようにするので、吸気側シリンダ壁２ａに沿う流れが主となって、燃焼室７内に生成されるタンブルが強化されることとなり、掃気効率をさらに向上できる。
【００３６】
加えて、駆動軸２２（吸気弁の弁駆動軸）と吸気弁１０の頭部との間にバルブリフタ３０（第１バルブリフタ）を、また排気弁用カムシャフト１４（排気弁の弁駆動軸）と排気弁１１の頭部との間にバルブリフタ１３（第２バルブリフタ）を備えるので、ロッカーアームを廃止でき簡素な構成とすることができる。
【００３７】
可変動弁機構１８は、吸気側作動角可変機構２１（吸気弁のリフト量または作動角を変化させ得る吸気側作動角可変機構）と、位相可変機構４１とからなり、吸気側作動角可変機構２１は、クランクシャフトにより駆動される駆動軸２２と、この駆動軸２２により回転駆動される偏心カム２３と、この偏心カム２３に摺動可能に嵌合されるリンクアーム２４と、駆動軸２２に平行に配置され、シリンダヘッドに回転可能に支持される制御軸３２と、この制御軸３２の偏心カム部３８に回転可能に支持され、リンクアーム２４により揺動駆動されるロッカーアーム２６と、このロッカーアーム２６に連結されるリンク部材２８と、駆動軸２２に回転可能に支持され、リンク部材２８により揺動駆動される揺動カム２９と、この揺動カム２９に当接し吸気弁１０と一体的に作動するバルブリフタ３０と、制御軸３２の偏心カム部３８の回転角度位置を制御可能なアクチュエータ３３とを含み、駆動軸２２が上記対象としている弁駆動軸であるので、バルブリフタ３０のトラベル増大により、同じクランク角だけ回転させたときの吸気弁１０のリフトが、駆動軸２２（対象としている弁駆動軸）を吸気弁１０の弁軸線ｇより偏心させていない場合より大きくなり、高回転速度時の新気充填量を増加させることができる。
【００３８】
図５に示す第２の動弁例では、吸気弁１０に対して可変動弁機構を備えさせた上に、さらに排気弁１１に対しても吸気弁１０に対して備えさせたと同じ構成の可変動弁機構を対称的に備えさせたものである。すなわち、第１の動弁例と同じように吸気弁１０のリフトを変化させ得る吸気側作動角可変機構２１と、吸気弁１０のリフト中心角の位相を進角側もしくは遅角側に変化させ得る位相可変機構４１とが組み合わされて、吸気弁１０に対する可変動弁機構１８が構成され、さらに、排気弁１１のリフトを変化させ得る排気側作動角可変機構６１と、排気弁１１のリフト中心角の位相を進角側もしくは遅角側に変化させ得る図４の位相可変機構４１と同様の位相可変機構とが組み合わされて排気弁１１に対する可変動弁機構５８が構成される。
【００３９】
排気弁１１に対する可変動弁機構５８の詳細は図４と同様である。なお、排気側作動角可変機構６１と、吸気側作動角可変機構２１とを区別するため、吸気側作動角可変機構２１のほうの構成要素に「第１」を、排気側作動角可変機構６１のほうの構成要素に「第２」に適宜付記する。吸気側作動角可変機構２１は、クランクシャフトにより駆動される第１駆動軸２２（吸気弁の弁駆動軸）と、この第１駆動軸２２により回転駆動される第１偏心カム２３と、この第１偏心カム２３に摺動可能に嵌合される第１リンクアーム２４と、上記第１駆動軸２２に平行に配置され、シリンダヘッドに回転可能に支持される第１制御軸３２と、この第１制御軸３２の偏心カム部３８に回転可能に支持され、上記第１リンクアーム２４により揺動駆動される第１ロッカーアーム２６と、この第１ロッカーアーム２６に連結される第１リンク部材２８と、上記第１駆動軸２２に回転可能に支持され、上記第１リンク部材２８により揺動駆動される第１揺動カム２９と、この第１揺動カム２９に当接し上記吸気弁１０と一体的に作動する第１バルブリフタ３０と、上記第１制御軸３２の偏心カム部３８の回転角度位置を制御可能な第１アクチュエータ３３とを含むことになる。
【００４０】
これに対して、排気側作動角可変機構６１は、クランクシャフトにより駆動される第２駆動軸６２（排気弁の弁駆動軸）と、この第２駆動軸６２により回転駆動される第２偏心カム６３と、この第２偏心カム６３に摺動可能に嵌合される第２リンクアーム６４と、上記第２駆動軸６２に平行に配置され、シリンダヘッドに回転可能に支持される第２制御軸７２と、この第２制御軸７２の偏心カム部７８に回転可能に支持され、上記第２リンクアーム６４により揺動駆動される第２ロッカーアーム６６と、この第２ロッカーアーム６６に連結される第２リンク部材６８と、上記第２駆動軸６２に回転可能に支持され、上記第２リンク部材６８により揺動駆動される第２揺動カム６９と、この第２揺動カム６９に当接し上記排気弁１１と一体的に作動する第２バルブリフタ１３と、上記第２制御軸７２の偏心カム部７８の回転角度位置を制御可能な第２アクチュエータ７３とを含んている。
【００４１】
そして、吸気弁１０と排気弁１１を左右に並べた面（つまり紙面）に直交する方向からみて、排気弁１１の弁軸線ｈで左右に分割したとき、排気弁１１の弁駆動軸である第２駆動軸６２をこの排気弁１１の弁軸線ｈよりも図で右側（つまり弁軸線ｈの左側にはシリンダ軸線ｃがあるがこのシリンダ軸線ｃがあるのと反対側）に偏心させて設けることで、動弁形式がＤＯＨＣである２ストローク式内燃機関において、弁挟角が小さいことに伴う問題点を解消させる。
【００４２】
すなわち、この第２の動弁例によれば、排気側作動角可変機構６１（吸気弁、上記排気弁の少なくとも一方のリフト量または作動角を可変に制御可能な可変動弁機構）をも備え、排気弁１１の弁駆動軸である第２駆動軸６２をも対象とし、この対象としている排気弁１１の弁駆動軸である第２駆動軸を６２を、シリンダの軸線ｃのない側（図で右方）に偏心させて設けているので、燃焼室７内に形成されるタンブルにより燃焼室７内の既燃ガスを効率よく掃気しつつ、高回転速度時（あるいは高負荷時）に排気弁１１が絞りとして作用することもなくなり、特に４ストローク式内燃機関よりも排気弁１１の開弁期間の短い２ストローク式内燃機関にあっても、シリンダ２内より排気ポート９への掃気がスムーズに十分に行われ、さらに動弁形式がＤＯＨＣであっても、第１の動弁例と同様に、第２駆動軸６２を含めた、排気弁１１に対する可変動弁機構５８の全体が図で右側に移動し、可変動弁機構５８が全体としてシリンダ軸線ｃより離れる方向に配置されることから、排気カムスプロケットの周りに排気側作動角可変機構６１（可変動弁機構５８）を配置するスペースを確保でき、吸・排気弁の弁駆動系のチェーンレイアウトを容易に成立させることができる。また、第１、第２のバルブリフタ３０、１３のトラベル増大により、同じクランク角だけ回転させたときの吸気弁１０と排気弁１１の各リフトが、第１、第２の駆動軸２２、６２（弁駆動軸）を弁軸線ｇ、ｈより偏心させていない場合より大きくなり、高回転速度時の新気充填量と掃気量とを増加させることができる。
【００４３】
なお、燃料噴射弁の配置としては、図１に示すような吸気ポートへ噴射するポート噴射型のものでも良いが、図６に示すようにシリンダ２内の燃焼室７へ直接燃料を噴射する筒内直接噴射型のものが好ましい。この場合、燃料噴射弁９５の噴射時期を吸気弁１０及び排気弁１１の双方が閉弁した直後の時期とする（図８参照）。
【００４４】
次に、本実施形態の特徴的な構成及び作用効果について説明する。２ストローク式内燃機関は、吸気圧力で排気を掃気するシステムであるため、吸気弁、排気弁のバルブタイミングによって、新気の吹き抜けが生じたり、残留ガス量が増加したりする。一方、排気エミッションの有効な後処理には、上流側触媒９７や下流側触媒９８に３元触媒を用いることが低コストで且つ有効であるが、その場合には、排出ガスの空気／燃料比すなわち空燃比を触媒の要求する比率内に設定しておくことが望ましい。他方、燃焼面でいうと、残留ガスを燃焼が安定する範囲内に調整することが必要となる。この許容される残留ガス量は、機関の暖機状態によって異なり、冷機時には、暖機後の状態に比べ、許容される残留ガス量が少ない。このため、３元触媒を用いた本システムでは、新気の吹き抜けを防止しつつ、機関の暖機状態に応じて、残留ガス量をコントロールできることが望ましい。３元触媒を使用するには、トラップした率がほぼ１００％である必要が生じる。その範囲で、ほぼ同一（例えば２０％）の充填効率の場合、最も残留ガス率（すなわち、残留ガス量）を低下できるのは、排気弁閉時期を遅角（大作動角化）した状態とし、かつ、吸気弁開時期及び閉時期を遅角させた状態である。そこで本実施形態では後述するように、冷機状態では暖機後の状態に比して排気弁閉時期を遅角（大作動角化）させるとともに、吸気弁開時期及び閉時期を遅角させている。
【００４５】
図７は、暖機状態に応じた吸・排気弁のバルブリフト特性に設定制御の流れの一例を示すフローチャートである。ステップＳ１では、冷却水温Ｔｗを読み込む。ステップＳ２では、冷却水温Ｔｗに基づいて、冷機状態か否かを判定する。例えば、冷却水温Ｔｗが所定の判定値以下であれば冷機状態であると判定する。冷機状態であれば、ステップＳ３へ進み、冷機用の吸・排気弁のバルブリフト特性に設定する。すなわち、冷機状態においては、暖機後の状態に比して、排気弁閉時期が大幅に遅角化するように、作動角を大きくしつつ位相を遅角化し、また吸気弁の開時期及び閉時期を遅角化するようにその位相を遅角させることで、残留ガス量を抑制し、安定した燃焼状態を実現している。一方、暖機後の状態と判定されれば、ステップＳ４へ進み、暖機後用のバルブリフト特性に設定する。この暖機後の状態では、比較的燃焼状態が安定していることから、上記の冷機状態に比して、吸気弁開時期及び閉時期を進角させるとともに、排気弁閉時期を大幅に進角化、つまり小作動角化及び位相の進角化を行う。これにより、残留ガス量つまり作動ガス量を増加させて、冷却損失の低減化を図ることができる。
【００４６】
図８に、具体的な冷機状態（ＣＯＬＤ）及び暖機後の状態（ＨＯＴ）における吸・排気弁の開閉時期を示している。暖機後の状態では、排気弁開時期ＥＶＯを下死点前３０°又はその近傍とし、排気弁閉時期ＥＶＣを下死点後８５°又はその近傍とし、吸気弁開時期ＩＶＯを下死点後４５°又はその近傍とし、吸気弁閉時期ＩＶＣをＥＶＣより少し後の下死点後９０°又はその近傍としている。これに対し、冷機後の状態では、暖機後の状態に比して、排気弁開時期ＥＶＯを同様の下死点前３０°又はその近傍に維持したまま、排気弁閉時期ＥＶＣが下死点後１４５°又はその近傍まで大きく遅角するように、作動角を大きくするとともに、その中心位相を遅角させている。また、吸気弁開時期ＩＶＯが下死点後１０５°又はその近傍まで大幅に遅角するとともに、吸気弁閉時期ＩＶＣが下死点後１５０°又はその近傍まで大幅に遅角するように、作動角をほぼ同様に維持したまま、その中心位相を大幅に（約６０°）遅角させている。
【００４７】
燃料噴射弁９５の噴射時期は、上述したように、吸気弁閉時期ＩＶＣの直後に設定されている。従って、冷機状態では暖機後の状態に比して、吸気弁閉時期ＩＶＣの遅角化にあわせて燃料噴射時期も遅らせている。このように冷機状態では噴射時期を遅らせることで、燃料のガス流動（流速）の減衰が抑制され、燃焼速度が向上するとともに、燃料吹き抜けが防止できる。
【００４８】
図９は、ピストンストローク特性による幾何学的な圧縮比（以下、機関圧縮比とも呼ぶ）εを変更可能な可変圧縮比機構１００の一例を示している。この機構１００は公知であり、簡単に説明すると、ピストン３のピストンピン１０２とクランクシャフト１０３のクランクピン１０４とを、ピストンピン１０２に一端が連結されるアッパリンク１０５と、このアッパリンク１０５の他端が連結されるとともにクランクピン１０４に組み付けられるロアリンク１０６と、の２部品で連係した複リンク式のピストン−クランク機構を利用したもので、一端がロアリンク１０６に連結される制御リンク１０７の他端の位置を制御軸１０９を介してアクチュエータ１０８により変化させることで、ロアリンク１０６の運動拘束条件を変化させ、ピストンストローク特性、ひいては幾何学的な圧縮比εを変更可能なものである。アクチュエータ１０８の動作は上記のエンジンコントロールユニット３９により制御される。
【００４９】
図１０に示すように、機関圧縮比εは、基本的に、ノッキングの発生するおそれが少ない低負荷領域では高圧縮比の設定とし、ノッキングの発生が懸念される高負荷領域では、低圧縮比の設定とする。ここで、燃焼が不安定となる冷機状態での低回転低負荷域では、暖機後の状態に比して、機関圧縮比を更に高く設定する（高高ε）。このように設定することで、冷機状態における低回転低負荷域であっても、吹き抜けを防止しつつ、残留ガスを低減し、なおかつ、圧縮圧力を高め、機関の燃焼状態を良好に保つことができる。
【００５０】
以上のように本発明の好ましい実施の形態について詳述してきたが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変形・変更が可能である。例えば、吸気弁のみに可変動弁機構を適用し、冷機状態では、暖機後の状態に比して、吸気弁と排気弁のうちで吸気弁閉時期のみを遅角化するようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の一実施形態に係る２ストローク式内燃機関を示すシステム構成図。
【図２】２ストローク式内燃機関の第１の動弁例を示す断面図。
【図３】図２の一部拡大図。
【図４】可変動弁機構の概略斜視図。
【図５】２ストローク式内燃機関の第２の動弁例を示す断面図。
【図６】燃料噴射弁の配置例を示す作動説明図。
【図７】暖機状態に応じた制御の流れを示すフローチャート。
【図８】暖機状態に応じた吸・排気弁の開閉時期を示す説明図。
【図９】可変圧縮比機構を示す断面図。
【図１０】暖機状態に応じた幾何学的な圧縮比の設定例を示す説明図。
【符号の説明】
【００５２】
１０ 吸気弁
１１ 排気弁
１４ 排気弁用カムシャフト（排気弁の弁駆動軸）
１８ 可変動弁機構
２１ 吸気側作動角可変機構
２２ 駆動軸（吸気弁の弁駆動軸）
４１ 位相可変機構
５８ 可変動弁機構
６１ 排気側作動角可変機構
６２ 第２駆動軸（排気弁の弁駆動軸）
【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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【図１０】
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