(57)【要約】【課題】  新気導入量を減少させることなくＥＧＲガスの導入量を増加できるようにしたエンジンを提供する。【解決手段】  気筒内に新気及びＥＧＲガスを導入するようにしたエンジンにおいて、少なくとも膨張行程の一部における燃焼室内圧力を利用して少なくとも圧縮行程の一部においてＥＧＲガスを気筒内に導入する。【選択図】    図３【特許請求の範囲】
【請求項１】
気筒内に新気及びＥＧＲガスを導入するようにしたエンジンにおいて、
膨張行程の一部における燃焼室内圧力を利用して少なくとも圧縮行程初期においてＥＧＲガスを気筒内に導入し、もって該気筒の圧縮行程初期における燃焼室圧力を吸気ポートの圧力より高くすることを特徴とするエンジン。
【請求項２】
請求項１において、吸気行程で吸気弁を下死点まで開弁して吸気を吸入し、
膨張行程の後半部における燃焼室内圧力を利用して圧縮行程初期又は前半部にＥＧＲガスを気筒内に導入することを特徴とするエンジン。
【請求項３】
請求項１又は２において、燃焼タイミングの異なる複数の気筒を備え、第１の気筒のブローダウンガスによる圧力波が、第２の気筒にかつ該第２の気筒の少なくとも圧縮行程初期において導入されることを特徴とするエンジン。
【請求項４】
請求項３において、上記第１の気筒のブローダウンガスによる圧力波が、上記第２の気筒の排気ポートにかつ該第２の気筒の圧縮行程初期又は前半部に導入されるよう上記第１の気筒の排気タイミングと該第１の気筒から上記第２の気筒までの排気管長が設定され、該第２の気筒の排気弁が該第２の気筒の少なくとも圧縮行程初期において開弁されることを特徴とするエンジン。
【請求項５】
請求項１又は２において、上記気筒には吸気弁及びＥＧＲ弁が備えられており、該ＥＧＲ弁の開口部は蓄圧部に接続され、該蓄圧部には上記ＥＧＲ弁が該気筒の膨張行程の一部において開かれることにより上記ブローダウンガスの圧力が蓄えられ、上記気筒のＥＧＲ弁が該気筒の少なくとも圧縮行程初期において開かれることにより上記蓄圧部内に蓄えられたブローダウンガスの圧力が該気筒内に導入されることを特徴とするエンジン。
【請求項６】
請求項５において、燃焼タイミングの異なる複数の気筒を備え、該各気筒は吸気弁，排気弁及びＥＧＲ弁を備え、該各気筒のＥＧＲ弁の開口部は共通の蓄圧部に接続されていることを特徴とするエンジン。
【請求項７】
請求項２において、該エンジンは、ロータハウジング内にロータが配設され、該ロータハウジングの内周面に沿うようにロータが回転するロータリエンジンであり、上記ロータハウジングの一部に、膨張行程と圧縮行程にある隣あった燃焼室を連通させる連通路が形成されていることを特徴とするエンジン。
【請求項８】
請求項１又は２において、上記気筒には吸気弁と２つの排気弁とが備えられ、第１の排気弁の開口部には蓄圧部が、第２の排気弁の開口部には排気通路がそれぞれ接続されており、中負荷運転時においては、上記第１の排気弁が膨張行程の一部において開かれることにより該気筒のブローダウンガスの圧力が上記蓄圧部に蓄積され、排気行程で上記第１の排気弁が閉じられるとともに第２の排気弁が開かれることにより排気がなされ、吸気行程で上記吸気弁が開くとともに少なくとも圧縮行程初期において上記第１の排気弁が開くことにより上記蓄圧部に蓄えられたブローダウンガスの圧力が該気筒内に導入されることを特徴とするエンジン。
【請求項９】
請求項８において、低負荷運転域においては、上記蓄圧部を排気系下流に開放するとともに、上記吸気弁が吸気行程の中程で閉じられ、かつ上記第１の排気弁が吸気行程の前半部から圧縮行程の初期にかけて開かれることにより大量のＥＧＲガスが気筒内に再吸入され、排気行程では上記第２の排気弁が開かれることを特徴とするエンジン。
【請求項１０】
請求項８又は９において、高負荷運転域においては、上記蓄圧部を排気系下流に開放するとともに、上記吸気弁が吸気行程上死点付近から圧縮行程前半部にかけて開かれ、上記第１，第２の排気弁が膨張行程後半部から排気行程上死点付近まで開かれることを特徴とするエンジン。
【請求項１１】
請求項８ないし１０の何れかにおいて、上記第１，第２の排気弁の開口部に接続された第１，第２の排気系を有し、該第１の排気系により上記蓄圧部が構成され、上記第２の排気系に触媒が配設されており、暖機運転時には、上記吸気弁が吸気行程で開かれ、上記第１の排気弁は閉状態に固定され、第２の排気弁は排気行程で開かれることを特徴とするエンジン。
【請求項１２】
請求項4 において、点火時期がクランク角度で３６０度の位相差を有する第１の気筒と第２の気筒とを備え、該第１，第２の気筒の排気弁は、排気行程において開弁されるとともに、圧縮行程の初期においても所定角度だけ開弁されるよう構成されており、該第１，第２の気筒の排気ポート同士は、一方の気筒の膨張行程終期における排気弁の開により発生したブローダウンガスによる圧力波が、他方の気筒の排気ポートに、かつ該他方の気筒の圧縮行程における排気弁の開時に到達するよう設定された排気通路により接続されていることを特徴とするエンジン。
【請求項１３】
請求項１２において、上記排気通路は点火時期がクランク角度で３６０度の位相差を有する２つの気筒によって構成される複数の気筒群毎に独立して設けられていることを特徴とするエンジン。
【請求項１４】
請求項１２又は１３において、低負荷運転域においては、上記他方の気筒の吸気弁が吸気行程の中程で閉じられるとともに、該他方の気筒の排気弁が吸気行程の後半部から圧縮行程の初期にかけて開かれることにより大量のＥＧＲガスが該他方の気筒内に再吸入されることを特徴とするエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気筒内に新気及びＥＧＲガスを導入するようにしたエンジンに関し、詳細には、簡単な構成により新気導入量の減少を防止しつつＥＧＲガスの導入量を増加できるようにしたＥＧＲガス導入方法の改善に関する。本発明は、予混合圧縮自己着火式エンジン（ＨＣＣＩエンジン）に好適であるので、以下、主としてこのＨＣＣＩエンジンを例にとって説明する。
【背景技術】
【０００２】
予混合圧縮自己着火式エンジンは、通常のディーゼルエンジンが圧縮上死点付近で燃料を噴射供給するのに対し、燃焼室内に燃料を早期噴射し、あるいは吸気ポート内で燃料と空気とを混合し、圧縮温度による燃焼反応によって圧縮上死点付近で予混合気を自己着火させる方式のエンジンである。【０００３】
この種の予混合圧縮自己着火式エンジンでは、ＮＯx 排出量が少ないという特徴を確保しつつ必要な出力を得るためには、燃料の発熱量と混合気の熱容量で決まる燃焼温度をＮＯx 発生温度以下に抑えることが必要となる。換言すると、混合気質量（新気＋ＥＧＲガス）と燃料質量の比であるＧ／Ｆを２５〜３０以上のリーンに保つ必要がある。即ち、混合気質量が増加しない場合には燃料供給量の増加に限界があり、その結果、負荷が従来エンジン（Ｇ／Ｆ＝１５）の半分程度にしか高められない。【０００４】
また、混合気質量一定の条件下で燃料噴射量を増加すると、急激な温度上昇による圧力増加率が起因して大きな燃焼騒音が発生する。このこともＧ／Ｆの制約となって負荷が高められない原因となる。【０００５】
その結果、混合気質量が高められない自然給気（ＮＡ）エンジンでは、高効率かつ超低ＮＯx のＨＣＣＩ運転範囲の上限が従来エンジンの半分程度の負荷に限定される。【０００６】
ＥＧＲ率を高めるとの観点から、吸気弁の開と同時に排気弁を少し開き、該排気弁開口に他の気筒の排気ガスパルスを作用させ、もって気筒内に導入されるＥＧＲガス量を増加するようにしたものがある（例えば非特許文献１参照）。
【非特許文献１】ＪＳＡＥ２００４５０９４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記従来技術では、吸気弁の最大リフト時と排気弁のＥＧＲ導入用最大リフト時とが略一致するように排気弁が開閉制御される。そのため、吸気行程の最中にＥＧＲガスが気筒内に導入されることとなる。そしてこのＥＧＲガスは、新気を吸気ポート側に押し戻し、あるいは新気が導入されるのを阻害し、これにより空いた部分に導入されるため、混合気質量を増加できない。即ち、上記従来技術ではＥＧＲガスは排気ガスパルスにより一旦気筒内に押し込まれるものの、気筒内圧力は下死点では吸気管圧力に戻ってしまう。従って圧縮開始時の気筒内圧力は吸気管圧力に等しく、結局、上記従来技術では、排気ガスの圧力による過給効果は得られない。【０００８】
本発明は、新気導入量を減少させることなくＥＧＲガスの導入量を増加できるようにしたエンジン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】
【０００９】
請求項１の発明は、気筒内に新気及びＥＧＲガスを導入するようにしたエンジンにおいて、膨張行程の一部における燃焼室内圧力を利用して少なくとも圧縮行程初期においてＥＧＲガスを気筒内に導入し、もって該気筒の圧縮行程初期における燃焼室圧力を吸気ポートの圧力より高くすることを特徴としている。【００１０】
請求項２の発明は、請求項１において、吸気行程で吸気弁を下死点まで開弁して吸気を吸入し、膨張行程の後半部における燃焼室内圧力を利用して圧縮行程初期又は前半部にＥＧＲガスを気筒内に導入することを特徴としている。【００１１】
請求項３の発明は、請求項１又は２において、燃焼タイミングの異なる複数の気筒を備え、第１の気筒のブローダウンガスによる圧力波が、第２の気筒にかつ該第２の気筒の少なくとも圧縮行程初期において導入されることを特徴としている。【００１２】
請求項４の発明は、請求項３において、上記第１の気筒のブローダウンガスによる圧力波が、上記第２の気筒の排気ポートにかつ該第２の気筒の圧縮行程初期又は前半部に導入されるよう上記第１の気筒の排気タイミングと該第１の気筒から上記第２の気筒までの排気管長が設定され、該第２の気筒の排気弁が該第２の気筒の少なくとも圧縮行程初期において開弁されることを特徴としている。【００１３】
請求項５の発明は、請求項１又は２において、上記気筒には吸気弁及びＥＧＲ弁が備えられており、該ＥＧＲ弁の開口部は蓄圧部に接続され、該蓄圧部には上記ＥＧＲ弁が該気筒の膨張行程の一部において開かれることにより上記ブローダウンガスの圧力が蓄えられ、上記気筒のＥＧＲ弁が該気筒の少なくとも圧縮行程初期において開かれることにより上記蓄圧部内に蓄えられたブローダウンガスの圧力が該気筒内に導入されることを特徴としている。【００１４】
請求項６の発明は、請求項５において、燃焼タイミングの異なる複数の気筒を備え、該各気筒は吸気弁，排気弁及びＥＧＲ弁を備え、該各気筒のＥＧＲ弁の開口部は共通の蓄圧部に接続されていることを特徴としている。【００１５】
請求項７の発明は、請求項２において、該エンジンは、ロータハウジング内にロータが配設され、該ロータハウジングの内周面に沿うようにロータが回転するロータリエンジンであり、上記ロータハウジングの一部に、膨張行程と圧縮行程にある隣あった燃焼室を連通させる連通路が形成されていることを特徴としている。【００１６】
請求項８の発明は、請求項１又は２において、上記気筒には吸気弁と２つの排気弁とが備えられ、第１の排気弁の開口部には蓄圧部が、第２の排気弁の開口部には排気通路がそれぞれ接続されており、中負荷運転時においては、上記第１の排気弁が膨張行程の一部において開かれることにより該気筒のブローダウンガスの圧力が上記蓄圧部に蓄積され、排気行程で上記第１の排気弁が閉じられるとともに第２の排気弁が開かれることにより排気がなされ、吸気行程で上記吸気弁が開くとともに少なくとも圧縮行程初期において上記第１の排気弁が開くことにより上記蓄圧部に蓄えられたブローダウンガスの圧力が該気筒内に導入されることを特徴としている。【００１７】
請求項９の発明は、請求項８において、低負荷運転域においては、上記蓄圧部を排気系下流に開放するとともに、上記吸気弁が吸気行程の中程で閉じられ、かつ上記第１の排気弁が吸気行程の前半部から圧縮行程の初期にかけて開かれることにより大量のＥＧＲガスが気筒内に再吸入され、排気行程では上記第２の排気弁が開かれることを特徴としている。【００１８】
請求項１０の発明は、請求項８又は９において、高負荷運転域においては、上記蓄圧部を排気系下流に開放するとともに、上記吸気弁が吸気行程上死点付近から圧縮行程前半部にかけて開かれ、上記第１，第２の排気弁が膨張行程後半部から排気行程上死点付近まで開かれることを特徴としている。【００１９】
請求項１１の発明は、請求項８ないし１０の何れかにおいて、上記第１，第２の排気弁の開口部に接続された第１，第２の排気系を有し、該第１の排気系により上記蓄圧部が構成され、上記第２の排気系に触媒が配設されており、暖機運転時には、上記吸気弁が吸気行程で開かれ、上記第１の排気弁は閉状態に固定され、第２の排気弁は排気行程で開かれることを特徴としている。【００２０】
請求項１２の発明は、請求項4 において、点火時期がクランク角度で３６０度の位相差を有する第１の気筒と第２の気筒とを備え、該第１，第２の気筒の排気弁は、排気行程において開弁されるとともに、圧縮行程の初期においても所定角度だけ開弁されるよう構成されており、該第１，第２の気筒の排気ポート同士は、一方の気筒の膨張行程終期における排気弁の開により発生したブローダウンガスによる圧力波が、他方の気筒の排気ポートに、かつ該他方の気筒の圧縮行程における排気弁の開時に到達するよう設定された排気通路により接続されていることを特徴としている。【００２１】
請求項１３の発明は、請求項１２において、上記排気通路は点火時期がクランク角度で３６０度の位相差を有する２つの気筒によって構成される複数の気筒群毎に独立して設けられていることを特徴としている。【００２２】
請求項１４の発明は、請求項１２又は１３において、低負荷運転域においては、上記他方の気筒の吸気弁が吸気行程の中程で閉じられるとともに、該他方の気筒の排気弁が吸気行程の後半部から圧縮行程の初期にかけて開かれることにより大量のＥＧＲガスが該他方の気筒内に再吸入されることを特徴としている。【００２３】
ここで例えば請求項２において、「吸気」を吸入し、とは、新気（外気）のみを吸入する場合、及び新気とＥＧＲガスとが混合したものを通常通り吸気弁から吸入する場合の両方を含む。【００２４】
また本発明において、各行程における初期とは、上死点又は下死点から遅角側に概ね３０°の範囲を、また前半部とは上死点又は下死点から遅角側に概ね９０°の範囲を意味する。同様に各行程における終期とは、上死点又は下死点から進角側に概ね３０°の範囲を、また後半部とは、上死点又は下死点から進角側に概ね９０°の範囲を意味する。【００２５】
また本発明は、ガソリンＨＣＣＩエンジンに加えて、ＨＣＣＩ運転がなされるディーゼルエンジン、ターボ過給エンジン、定置式ＨＣＣＩガスエンジン、船用ＨＣＣＩエンジン、さらにはＮＯx 低減が課題となっている通常のディーゼルエンジン、リーン燃焼ガスエンジン、成層燃焼直噴エンジン等に適用可能である。
【発明の効果】
【００２６】
請求項１の発明によれば、膨張行程の一部、例えば膨張行程終期から排気行程初期、望ましくは排気弁開直前の燃焼室内圧力を利用して少なくとも圧縮行程初期にＥＧＲガスを気筒内に導入するようにしたので、ＥＧＲガスが高圧の燃焼室内圧力を利用して気筒内に導入され、従って圧縮行程開始時の燃焼室内圧力は吸気ポート圧力より高くなる。即ち、過給効果が得られる。また、同時に圧縮圧力が高くなることからHCCI燃焼に必要な圧縮温度が低下するため、過給効果がないエンジンに比べると必要となるEGR ガス量も低下する。【００２７】
請求項２の発明によれば、吸気行程で吸気弁を下死点まで開弁して吸気を吸入するとともに、膨張行程の一部の焼室内圧力を利用してＥＧＲガスを気筒内に導入するようにしたので、吸気は通常通り吸気弁から導入され、吸気量を減少させることなくＥＧＲガス導入量を増加でき、燃焼室内圧力を吸気ポート圧力より高くでき、過給効果が得られる。なお、燃焼速度を緩慢にするために冷却した外部ＥＧＲガスを導入する場合があるが、このような場合には、新気と外部ＥＧＲガスが混合したものを通常通り吸気弁から導入した上で、同様の効果が得られることは言うまでもない。【００２８】
ここで本発明では、圧縮行程初期又は前半部にＥＧＲガスを導入するのであるが、吸気行程終期においてＥＧＲガスの導入を開始しても良い。このようにすればＥＧＲガス導入用バルブが全開になるまでに時間を要する場合でもＥＧＲガス量を確保できる。なおＥＧＲガスを導入する運転域は比較的負荷が低く、従って上記吸気行程でＥＧＲ導入を開始したことにより吸気量が少し減少しても問題にならない。【００２９】
請求項３の発明によれば、第１の気筒のブローダウンガスによる圧力波が、第２の気筒にかつ該第２の気筒の圧縮行程初期に導入されるように構成したので、第１の気筒のブローダウンガスの圧力波を利用して第2 の気筒に多量のＥＧＲガスを導入でき、上述の過給効果を簡単な構造によって実現できる。【００３０】
より詳細には、第１の気筒の膨張行程終期、望ましくは排気弁が開く直前の燃焼室内圧力によるブローダウンガスの圧力波が、第２の気筒内にかつ該第２の気筒の少なくもと圧縮行程初期、望ましくは吸気弁閉直後に導入される。この場合、新気については、通常の吸気弁から導入され、従って従来エンジン並の新気質量が導入され、吸気弁が閉じた後に、高圧のブローダウンガスの圧力波によりＥＧＲガスが気筒内に導入されることとなる。従って、新気がＥＧＲガスによって押し出されることはなく、それだけ混合気質量が増大し、圧縮開始時の燃焼室内圧力が吸気ポート圧力よりも高められる。またＨＣＣＩエンジンの場合には、高温のブローダウンガスにより、ＨＣＣＩ燃焼に必要な高温の圧縮温度を容易確実に確保できる。【００３１】
請求項４の発明によれば、上記第１の気筒のブローダウンガスの圧力波が、上記第２の気筒の排気ポートにかつ該第２の気筒の圧縮行程初期又は前半部に、望ましくは吸気弁閉直後に導入されるよう該第１の気筒の排気タイミングと該第１の気筒から上記第２の気筒までの排気管長が設定されており、また上記第２の気筒の排気弁が該第２の気筒の少なくとも圧縮行程初期に開弁されるので、上記第１の気筒のブローダウンガスの圧力波を利用して第２の気筒の混合気質量を増大できる。【００３２】
請求項５，６の発明によれば、ＥＧＲ弁を追加し、該ＥＧＲ弁の開口部を蓄圧部に接続したので、該蓄圧部にはブローダウンガスの圧力が蓄えられ、また少なくもと圧縮行程初期に、望ましくは吸気弁閉直後に上記第２の気筒のＥＧＲ弁を開くようにしたので、上記蓄圧部内に蓄えられたブローダウンガスの圧力が上記第２の気筒内に導入される。その結果、容易確実に、混合気質量を増大できる。【００３３】
請求項７の発明によれば、ロータハウジングの一部に、膨張行程と圧縮行程にある隣あった燃焼室を連通させる連通路を形成したので、極めて簡単な構造により、膨張行程側の気筒から圧縮行程側の気筒にブローダウンガスの圧力を導入でき、混合気質量を増大できる。【００３４】
請求項８の発明によれば、第１の排気弁の開口部を蓄圧部に接続し、該排気弁を膨張行程において開くようにしたので、蓄圧部にブローダウンガスの圧力が蓄えられ、また少なくとも圧縮行程初期に、望ましくは吸気弁閉直後に上記気筒の第２の排気弁を開くようにしたので、上記蓄圧部内に蓄えられたブローダウンガスの圧力が上記第２の気筒内に導入される。その結果、従来から備えられている２つの排気弁のうち１つをブローダウンガスの圧力を蓄えるための弁として利用でき、構造の複雑化を招くことなく容易確実に混合気質量を増大できる。【００３５】
請求項９の発明によれば、低負荷運転域においては、燃料密度が小さいために圧縮着火に必要な温度が高くなり、蓄圧部に蓄えられたＥＧＲガスだけでは必要な温度が得られない場合でも必要な大量のＥＧＲを実現できる。即ち、低負荷運転域では、蓄圧部が排気系下流側に開放されるとともに、上記吸気弁が吸気行程の中程で早閉じされ、第１の排気弁が吸気行程の前半部から圧縮行程の初期にかけて開かれるようにしたので、大量のＥＧＲガスを気筒内に再吸入させることができる。その結果、従来から備えられている２つの排気弁のうち１つをＥＧＲガス導入の弁として利用でき、構造の複雑化を招くことなく大量のＥＧＲを導入して容易確実に圧縮着火に必要な高い温度を得ることができる。【００３６】
請求項１０の発明によれば、高負荷運転域では、蓄圧部が排気系下流側に開放されるとともに、吸気弁が吸気行程上死点付近から圧縮行程前半部にかけて開かれ、第1,第2 排気弁が膨張行程後半部から排気行程上死点付近まで開かれるので、従来の火花点火モードでの安定的な運転が得られる。【００３７】
請求項１１の発明によれば、暖機運転時には、上記第１の排気弁は閉状態に固定され、第２の排気弁は排気行程時に開かれるので、排気ガスは触媒が配置された第２排気系のみに排出され、触媒の活性化を促進でき、排気ガスの浄化性能を向上できる。即ち、暖機中は排気ガス温度が低いため従来と同様の火花点火モードで運転し、触媒で排気ガスを浄化することとなる。この場合、第１，第２の排気系の両方に排気ガスを流すようにすると、熱容量が大きいため触媒の暖機に時間がかかり、排気ガスの浄化性能の確保上不利である。【００３８】
請求項１２の発明によれば、位相差３６０度の第１，第２の気筒を備え、一方の気筒のブローダウンガスによる圧力波が他方の気筒の排気ポートに、かつ該他方の気筒の排気弁が開かれる圧縮行程初期に到達するように構成したので、極めて簡単な構成により一方の気筒のブローダウンガスの圧力波を利用して他方の気筒のＥＧＲガス量を増大できる。またこれとともに、圧縮行程開始時の燃焼室内圧力を吸気ポート圧力より高くすることができる。【００３９】
請求項１３の発明によれば、排気通路を、点火時期がクランク角度で３６０°の位相差を有する２つの気筒で構成された気筒群毎に設けたので、ブローダウン圧力波過給モードでブローダウンガスの圧力波が減衰するのを防止でき、また上記火花点火モードでの排気干渉を防止できる。【００４０】
請求項１４の発明によれば、吸気弁が吸気行程の中程で早閉じされ、排気弁が吸気行程の後半部から圧縮行程の初期にかけて開かれるようにしたので、大量のＥＧＲガスを気筒内に再吸入させることができる。その結果、構造の複雑化を招くことなく大量のＥＧＲを導入して容易確実に圧縮着火に必要な高い温度を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の第１実施形態によるエンジンの模式構成図である。
【図２】上記第１実施形態エンジンのバルブタイミングを示す図である。
【図３】上記第１実施形態エンジンのバルブタイミングとブローダウン圧力との関係を示す特性図である。
【図４】上記第１実施形態エンジンのＰＶ線図である。
【図５】本発明の第２実施形態によるエンジンの模式構成図である。
【図６】上記第２実施形態エンジンのバルブタイミングを示す図である。
【図７】上記第２実施形態エンジンのバルブタイミングとブローダウン圧力との関係を示す特性図である。
【図８】上記第２実施形態エンジンのＰＶ線図である。
【図９】本発明の第３実施形態によるエンジンの模式構成図である。
【図１０】上記第３実施形態エンジンの変形例を示す模式構成図である。
【図１１】本発明の第４実施形態によるエンジンの模式構成図である。
【図１２】上記第４実施形態エンジンの低負荷運転域の排気再吸入ＨＣＣＩモードにおけるバルブタイミングを示す図である。
【図１３】上記第４実施形態エンジンの中負荷運転域のブローダウン圧力波過給ＨＣＣＩモードにおけるバルブタイミングを示す図である。
【図１４】上記第４実施形態エンジンの高負荷運転域のＳＩモードにおけるバルブタイミングを示す図である。
【図１５】本発明の第５実施形態によるエンジンの模式構成図である。
【図１６】上記第５実施形態エンジンの低負荷運転域での「排気再吸入＋ブローダウン圧力波過給」／ＨＣＣＩモードにおけるバルブタイミングを示す図である。
【図１７】上記第５実施形態エンジンの中負荷運転域での「フルブローダウン圧力波過給」／ＨＣＣＩモードにおけるバルブタイミングを示す図である。
【図１８】上記第５実施形態エンジンの中高負荷運転域での「抑制ブローダウン圧力波過給」／ＨＣＣＩモードにおけるバルブタイミングを示す図である。
【符号の説明】
【００４２】
１  エンジン
２ａ，２ｄ排気通路
４ａ〜４ｄ  ＥＧＲ弁
６  ＥＧＲ容器（蓄圧容器）
１０  ロータリエンジン
１１  ロータハウジング
１１ａ  ロータハウジングの内周面
１２  ロータ
１４  連通路
♯１  第１の気筒
♯４  第２の気筒
ＩＮ１，２  吸気弁
ＥＸ１  第１の排気弁
ＥＸ２  第２の排気弁
【発明を実施するための最良の形態】
【００４３】
以下本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
図１〜図４は本発明の第１実施形態によるブローダウン圧力波過給のエンジンを説明するための図であり、図１は全体構成図、図２はバルブタイミング図、図３はバルブタイミングとブローダウンガス圧力及びシリンダ内圧力との特性図、図４はＰＶ線図である。【００４４】
図において、１は４気筒ＨＣＣＩエンジンであり、これは第１気筒♯１〜第４気筒♯４を備え、点火順序は第１−３−４−２気筒となっている。従って♯１気筒と♯４気筒、及び♯２気筒と♯３気筒は、点火時期において、クランク角度で３６０度の位相差を有する。【００４５】
２は排気装置であり、これは、上記第１〜第４気筒のそれぞれに接続された第１〜第４排気枝管２ａ〜２ｄと、合流管２ｅ，２ｆと、本管２ｇとを備えている。また本管２ｇには排気通路面積を可変制御する排気絞り弁３が介在されている。【００４６】
ここで上記エンジン１は、上記４つの気筒のうちの何れか１つの気筒（第１の気筒）のブローダウンガスによる圧力波が、何れか他の１つの気筒（第２の気筒）の排気ポートに、かつ該第２の気筒の吸気行程後期から圧縮行程初期において導入されるように、上記第１の気筒の排気タイミングと該第１の気筒から上記第２の気筒までの排気管長が設定され、該第２の気筒の排気弁が該第２の気筒の吸気行程後期から圧縮行程初期に開弁されるようになっている。【００４７】
具体的には、例えば♯１気筒( 第２の気筒) のピストンが吸気行程下死点付近に下降してくると該♯１気筒の排気弁を少し開いてＥＧＲガスが該♯１気筒内に導入される。この場合、上記♯１気筒の排気弁が少し開いている時期に、♯４気筒（第１の気筒）のブローダウンガスによる圧力波が上記♯１気筒の排気ポートに到達するように、上記♯1 気筒及び♯４気筒の排気弁の開時期と圧力伝達経路の長さ、つまり枝管２ａ＋合流管２ｅ，２ｆ、＋枝管２ｄの長さが設定されている。なお、この具体例の場合、本願の特許請求の範囲における「第１の気筒」「第２の気筒」はそれぞれ上記♯４気筒，♯１気筒に対応している。【００４８】
図３において、Ｃ１，Ｃ２はそれぞれ♯１気筒の排気弁リフトカーブ、吸気弁リフトカーブを示しており、またＣ３は上記排気弁のＥＧＲ時のリフトカーブを示している。図２，図３に示すように、排気弁は通常の排気行程においては、下死点前約４５°付近から上死点後約３０°付近まで開き、吸気弁は上死点後約５°付近から下死点後約５°付近まで開く。ここで排気弁閉及び吸気弁開を上死点後に設定しているのは、よりＥＧＲ率を高めるためである。【００４９】
そして上記排気弁は、ＥＧＲ時においては、吸気行程後期から開き始め、吸気弁閉時付近で最大リフトとなり、圧縮行程開始後４０°付近で閉じる。【００５０】
また図３においてＰ１は、♯１気筒の排気ポートに作用する排気ガス圧力を示しており、上記点火順序に従って、♯１，♯３，♯４，及び♯２気筒からのブローダウンガスによる圧力波（排気パルス）が♯１気筒の排気ポートに作用する。【００５１】
そしてＰ２は、♯１気筒内の燃焼室圧力を示している。該♯１気筒内の燃焼室圧力は、排気弁の開に伴って急激に低下し、排気行程の終わり付近で♯３気筒からのブローダウン圧力により一旦上昇する。そして吸気行程の終わり付近で、上記排気弁が少し開くとともに♯４気筒からのブローダウンガスによる圧力波が作用することにより、ＥＧＲガスが♯１気筒内に押し込まれ、その結果、♯１気筒内の圧力は圧縮行程の開始時には吸気ポート圧力より高くなっている。即ち、図4 に示すように、過給効果が得られていることが判る。【００５２】
このように本実施形態では、♯４気筒のブローダウンガスによる圧力波が、♯１気筒内にかつ該第１気筒の吸気弁閉後に導入される。この場合、新気については、通常通り吸気弁から導入され、従って従来エンジン並の新気質量が導入され、吸気弁が閉じた後に、高圧のブローダウンガスの圧力によりＥＧＲガスが気筒内に導入されることとなる。従ってそれだけ混合気質量が増大し、圧縮開始時の気筒内圧力は図３，図４の過給効果の分だけ高められる。また高温のブローダウンガスにより、ＨＣＣＩ燃焼に必要な高温の圧縮温度を容易確実に確保できる。【００５３】
なお、上記♯３気筒へのＥＧＲガスの過給については、♯２気筒のブローダウンガスによる圧力波が利用され、同様に、♯４気筒，♯２気筒へのＥＧＲガスの過給については♯１気筒，♯３気筒のブローダウンガスによる圧力波が利用される。即ち、本発明では、１つの気筒のブローダウンガスによる圧力波が他の気筒のＥＧＲガスの過給に利用される。【００５４】
図５〜図８は本発明の第２実施形態によるブローダウン蓄圧過給エンジンを説明するための図である。図中、図１〜図４と同一符号は同一又は相当部分を示す。【００５５】
本第２実施形態では、♯１気筒〜♯４気筒には、通常の吸気弁，排気弁に加えて第３のバルブ（ＥＧＲバルブ）４ａ〜４ｄが追加されている。該各ＥＧＲバルブ４ａ〜４ｄの開口にはＥＧＲ通路５の枝管５ａ〜５ｄが接続され、該枝管の合流管５ｅにはＥＧＲ容器（蓄圧部）６が接続されている。またＥＧＲ容器６の下流側には排気絞り弁３が配設され、上記合流管５ｅは排気装置２の合流管２ｇに接続されている。なお、上記のようにＥＧＲ容器を設けることなく、ＥＧＲ通路５自体を必要な容積を有する管径，管長とすることも可能である。【００５６】
図７において、Ｃ４，Ｃ５はそれぞれ♯１気筒のＥＧＲバルブ４ａの排気時，吸気時のリフトカーブを示している。本実施形態のＥＧＲバルブは、膨張行程の後半から排気行程初期にかけて開いて、ブローダウンガスの圧力をＥＧＲ容器６に蓄圧し、吸気行程終期から圧縮行程の前半において開いて上記ＥＧＲ容器６内の高い圧力を気筒に導入する。【００５７】
またＰ１′は、上記ＥＧＲ容器６内の排気ガス圧力を示しており、上記点火順序に従って、♯１，♯３，♯４，及び♯２気筒からのブローダウンガスによる圧力波が該ＥＧＲ容器６に作用する。なお、上記ＥＧＲ容器６内の圧力は具体的には、例えば２〜３bar となる。【００５８】
そしてＰ２は、上記♯１気筒内の圧力を示している。該♯１気筒内の圧力は、ＥＧＲ弁の開に伴って急激に低下し、吸気行程の終わり付近で、上記ＥＧＲバルブが少し開くことにより上記ＥＧＲ容器６内のブローダウンガス圧力が作用し、これにより排気ガスが♯１気筒内に押し込まれ、その結果、該♯１気筒内の圧力は圧縮行程の開始時には過給効果の分だけ高くなっている。【００５９】
このように本実施形態では、各気筒の排気弁が開く直前のブローダウンガスの圧力がＥＧＲ容器６内に蓄えられ、このブローダウンガスの圧力が各気筒に該気筒の吸気弁閉直後に導入される。このようにして従来エンジン並の新気質量が導入された後に、高圧のブローダウンガスの圧力によりＥＧＲガスが気筒内に導入され、圧縮開始時の気筒内圧力が図７，図８の過給効果の分だけ高められ、混合気質量が増大する。また高温のブローダウンガスにより、ＨＣＣＩ燃焼に必要な高温の圧縮温度を容易確実に確保できる。またＥＧＲ経路を冷却してＥＧＲガスの密度を高めることでＥＧＲ率と混合気質量をさらに高めることができる。【００６０】
ＥＧＲ弁の大きさ、開弁時期と期間を適切に設定することで、大きなブローダウンエネルギをＥＧＲ容器に蓄えることができるので、体積効率１００％に近い新気を導入した上で４０％程度の大きなＥＧＲ率を実現することが可能である。なお、本実施形態では、シリンダ内の高圧エネルギをＥＧＲ容器に蓄えるようにしているが、これは膨張行程の下死点近くでの圧力低下を来すだけであるので、サイクル効率への影響は小さい。【００６１】
ここで排気絞り弁３で絞り量を制御することにより、内部ＥＧＲ量を変化させて着火時期を制御できる。排気絞り弁３による新気吸入量の変化はほとんどないため、負荷とは独立して着火時期の制御ができる。さらにまたＥＧＲ弁の開閉時期やリフト量を可変にすれば、さらに制御性が高まる。【００６２】
部分負荷領域では、燃料供給量を減少させると同時に吸気弁閉時期を早めて新気吸入量を減少してＡ／Ｆを制御し、さらに絞り弁、又は可変ＥＧＲ弁でＥＧＲ率を変えて着火時期を制御することができる。【００６３】
ここで、図５に示すエンジンにおいて、排気ガスで駆動されるターボ過給機９を備えることもできる。この場合、同図に二点鎖線で示すように、排気合流管２ｇにタービン９ａを配置し、吸気管８にコンプレッサ９ｂを配置することとなる。【００６４】
図９, 図１０は本発明の第３実施形態を説明するための図であり、これはロータリーエンジンのＨＣＣＩ運転におけるブローダウン過給の例である。【００６５】
図において、１０はロータリエンジンであり、これはまゆ形のロータハウジング１１内におむすび形のロータ１２を図示時計回りに回転自在に配置し、該ロータ１２の内歯車１２ａを駆動歯車１３に噛合させた構造を有する。上記ロータ１２の外周面１２ｂとロータハウジング１１の内周面１１ａとで囲まれた空間が３つの燃焼室ａ1 〜ａ３となる。またロータハウジング１１の側面１１ｂには吸気ポート１１ｄ及び排気ポート１１ｃが形成されており、この両ポートはロータ１２の回転に伴って開閉する。【００６６】
そして上記ロータハウジング１１の内周面１１ａには、吸気ポート１１ｄの閉後に開き、排気ポート１１ｃの開前に閉じるように、膨張行程の燃焼室と圧縮行程の燃焼室を結ぶ連通路１４が凹設されている。より詳細には、上記連通路１４は、ロータ１２が、図示二点鎖線で示す位置にある時点から図示実線に示す位置に回転するまでの期間においては隣接する燃焼室同士を連通させるように機能する。なお、上記連通路１４は、ロータ１２が上記以外の位置にある期間においては、同じ燃焼室内に位置しており、従って隣り合う燃焼室同士を連通させるという機能はない。【００６７】
このようにして、高圧の燃焼ガスを圧縮行程中の燃焼室に押し込んで、新気を減少させることなく内部ＥＧＲを増加することができる。【００６８】
ロータリーエンジンの場合、３気筒が同じロータハウジング内にあるのと等価であるため、上述のような非常に単純な構造でブローダウン過給を実現できる。なお、連通路１４の位置とその大きさ（面積）は、必要なＥＧＲ量を得た上で圧縮行程と膨張行程のサイクル効率の低下を最小にするように選択する。【００６９】
ここで図１０に示すように、連通路１４内に可動ピストン１５を進退可能に配置し、該ピストン１５を進退させることにより、内部ＥＧＲ量と過給圧力を調整し、もって着火時期を制御することが可能となる。【００７０】
図１１〜図１４は、本発明の第４実施形態に係るブローダウン蓄圧過給エンジンを説明するための図であり、図中、図５〜図１０と同一符号は同一または相当部分を示す。【００７１】
図１１は４気筒ブローダウン蓄圧過給システムを示す。この例のエンジン１は、各気筒毎に２つの吸気弁ＩＮ１，ＩＮ２及び２つの排気弁ＥＸ１，ＥＸ２を備えた４バルブＨＣＣＩエンジンである。該エンジン１の圧縮比は高負荷ＳＩモードと両立することができる圧縮比、例えば１２に設定されている。【００７２】
上記吸気弁ＩＮ１，ＩＮ２は共に位相，開度を自由に変化できる機械式又は油圧式，あるいは電磁式の可変動弁系となっている。そして上記２つの排気弁のうち第２の排気弁ＥＸ２は油圧式又は電磁式でサイクル毎に位相，開度が制御可能のフル可変動弁系となっており、第１の排気弁ＥＸ１は位相，開度が一定（固定）とされている。【００７３】
ここでサイクル毎に位相，開度を制御するとは、燃焼圧力やイオン電流（プラグギャップ間の小電流）を計測して燃焼時期を検出し、この検出信号を基に排気弁の開閉タイミングを気筒別，サイクル別にフィードバック制御するとの意味であり、これにより安定したＨＣＣＩ燃焼が可能となる。【００７４】
また排気マニホールドは、第１の排気弁ＥＸ１側に接続された第１の排気系２と、第２の排気弁ＥＸ２側に接続された第２の排気系５との２系統に分離されている。このＥＸ２側の第２の排気系５にはシャッターバルブ３が設けられている。またこのＥＸ２側の第２の排気系５は、シャッタバルブ３より上流側（エンジン側）に排気ガスを十分に貯留可能の容積を備えている。なお、２０ａは上記第１の排気系２に配設された第１触媒、２０ｂは上記両排気系２，５の合流部より下流に配置された第２触媒である。【００７５】
ここで低負荷，高負荷運転域では、上記シャッターバルブ３は開かれ、従って上記第２の排気系５に排気ガス圧力が貯留されることはない。また低負荷運転域では排気再吸入（Exhaust Rebreathing)ＨＣＣＩモード( 図１２参照) で運転され、高負荷運転域ではＳＩ( 火花点火) モード( 図１４参照) で運転される。【００７６】
そして中負荷運転域では、上記シャッタバルブ３が閉じられ、ブローダウン過給のＨＣＣＩモード(図１３参照) で運転される。なお、図１２（ａ）〜図１４（ａ）は、膨張（燃焼）行程及び排気行程を、同（ｂ）は吸気行程及び圧縮行程を示す。【００７７】
また、上記エンジン１の冷間始動時においては、暖機運転が完了するまで排気弁ＥＸ２は閉じられ、上述のＳＩモードで運転される。これにより冷間始動時には排気ガスは排気弁ＥＸ１側からだけ排出され、第１触媒２０ａで浄化される。即ち、排気ガスは第１触媒２０ａ側だけに流れるので、該第１触媒２０ａの温度が上昇し易く、早期に活性化するので、冷間始動時の排気浄化性を向上できる。【００７８】
上記低負荷運転域における排気再吸入ＨＣＣＩモード（図１２）では、上記吸気弁ＩＮ１，２が吸気行程の中程で閉じられるとともに上記第２の排気弁ＥＸ２が吸気行程の前半部から圧縮行程の初期にかけて開かれることにより大量のＥＧＲガスが気筒内に再吸入され、排気行程では上記排気弁ＥＸ１及びＥＸ２が両方とも開かれる。【００７９】
より具体的には、吸気弁ＩＮ１，２は吸気行程上死点前３０°付近で開弁されて上死点後１００°付近（吸気行程下死点前８０°付近）で早閉じされ、かつ排気弁ＥＸ2 が吸気行程上死点後２０°付近から下死点後２０°付近にかけて開弁され（図１２（ｂ）参照）る。これにより大量のＥＧＲガスが排気弁開口から当該気筒側に逆流し、シリンダ内に再吸入され、混合気温度が高められる。ここで、上記吸気行程に続く圧縮行程，膨張行程及び排気行程は通常通りであり、排気弁ＥＸ１及びＥＸ２が膨張行程下死点前５０°付近から排気行程上死点後１０°付近まで開かれる。なお、排気弁ＥＸ２については必ずしも排気弁ＥＸ１と同じタイミングである必要はなく、ブローダウンの排気をよりたくさんＥＸ２側に流すためにＥＸ１より早く開いたり、可変動弁系の駆動損失低減のためにＥＸ１より早く閉じたりする場合がある。【００８０】
中負荷運転域におけるブローダウン過給モード（図１３）では、上記上記第２の排気弁ＥＸ２が膨張行程の少なくとも一部において開かれることにより該気筒のブローダウンガスの圧力が上記第２の排気系（蓄圧部）５に蓄積され、排気行程で上記第２の排気弁ＥＸ２が閉じられるとともに上記第１の排気弁ＥＸ１が開かれることにより排気がなされ、吸気行程で上記吸気弁ＩＮ１，２が開くとともに該吸気行程の終期から圧縮行程の前半部にかけて上記第２の排気弁ＥＸ２が開くことにより上記蓄圧部に蓄えられたブローダウンガスの圧力が該気筒内に導入される。【００８１】
より具体的には、上記シャッタバルブ３が閉じられ、膨張行程上死点後７５°付近から下死点前１０°付近まで第２の排気弁ＥＸ２が開弁し、これにより高圧のブローダウンガスがＥＸ２側の第２の排気系５に閉じ込められる。この膨張行程に続く排気行程では、排気下死点前５０°付近から排気上死点後１０°付近まで第１の排気弁ＥＸ１が開き（図１３（ａ）参照）、シリンダ内の燃焼ガスが排気される。【００８２】
そして上記排気行程に続く吸気行程では、吸気弁ＩＮが吸気行程上死点前１０°付近から下死点後２０°付近まで開いて新気を十分に吸入するとともに、圧縮行程下死点前２０°付近から下死点後９５°付近まで第２の排気弁ＥＸ２が開弁し（図１３（ｂ）参照）、これにより上記排気系５に閉じ込められた排気圧力でＥＧＲガスがシリンダ内に押し込まれ、ブローダウン過給が実現される。【００８３】
高負荷運転域におけるＳＩモード（図１４）では、上記吸気弁ＩＮ１，２が吸気行程上死点付近から圧縮行程初期にかけて開かれ、上記排気弁ＥＸ１とＥＸ２の両方が膨張行程後半部から排気行程上死点付近まで開かれる。【００８４】
より具体的には、吸気弁ＩＮ１，２は吸気行程上死点前１０°付近で開弁されて下死点後４５°付近で閉じられる。上記吸気行程に続く圧縮行程，膨張行程及び排気行程は通常通りであり、排気弁ＥＸ１及びＥＸ２が膨張行程下死点前５０°付近から排気行程上死点後１０°付近まで開かれる。【００８５】
このように本実施形態では、従来から備えられている２つ排気弁のうち第２の排気弁ＥＸ２の開口部に蓄圧部として機能する第２の排気系５を接続し、該排気弁ＥＸ２を膨張行程において開くようにしたので、第２の排気系５にブローダウンガスの圧力が蓄えられる。また吸気行程終期から圧縮行程初期、望ましくは吸気弁閉直後に上記気筒の第２の排気弁ＥＸ２を開くようにしたので、上記排気系５内に蓄えられたブローダウンガスの圧力が上記他の気筒内に導入される。その結果、従来から備えられている２つの排気弁のうち１つをブローダウンガスの圧力を蓄えるための弁として利用でき、構造の複雑化を招くことなく容易確実にＥＧＲ量を増大できる。【００８６】
また低負荷運転域では、吸気弁ＩＮ１，２を早閉じするとともに、第２の排気弁ＥＸ２を吸気行程の前半部から圧縮行程の初期にかけて開いたので、大量のＥＧＲガスを気筒内に再吸入させることができ、その結果、従来から備えられている２つの排気弁のうち１つをＥＧＲガス導入の弁として利用でき、構造の複雑化を招くことなく容易確実にＥＧＲ量を増大できる。【００８７】
また暖機運転時には、上記排気弁ＥＸ２は閉状態に固定され、排気弁ＥＸ１は排気行程時で開かれるので、排気ガスは触媒２０ａが配置された第２排気系２のみに排出され、触媒２０ａの活性化を促進でき、排気ガスの浄化性能を向上できる。【００８８】
図１５〜図１８は、本発明の第５実施形態に係るブローダウン圧力波過給エンジンを説明するための図であり、図中、図１１〜図１４と同一符号は同一または相当部分を示す。【００８９】
図１５は４気筒ブローダウン圧力波過給システムを示す。このエンジン１は、♯１〜♯４気筒を備え、かつ各気筒毎に２つの吸気弁ＩＮ１，ＩＮ２及び２つの排気弁ＥＸ１，ＥＸ２を備えた並列４気筒４バルブＨＣＣＩエンジンである。またこのエンジン１の点火タイミングは、♯１，♯３，♯４，♯２気筒の順序になっている。各気筒間の点火間隔はクランク角度で１８０度となっており、従って♯１，♯４気筒間、♯３，♯２気筒間の点火間隔は３６０度となっている。【００９０】
上記２つの吸気弁ＩＮ１，ＩＮ２、及び２つの排気弁ＥＸ１，ＥＸ２は、共に位相，開度を自由に変化できる機械式又は油圧式，あるいは電磁式の可変動弁系となっている。なお、上記２つの排気弁のうち第１の排気弁ＥＸ１については位相，開度を一定（固定）とし、残りの第２の排気弁ＥＸ２のみ、油圧式又は電磁式でサイクル毎に位相，開度が制御可能の可変動弁系としても良い。この場合はＥＧＲガスの導入は第２の排気弁ＥＸ２のみで行なわれる。【００９１】
また上記エンジン１の排気装置は、点火間隔３６０度の♯１，♯４気筒を連結して排気する第１の排気系２０と、同じく点火間隔３６０度の♯３，♯２気筒を連結して排気する第２の排気系５０とを備えた、いわゆる４−２−１排気系となっており、高負荷ＳＩモードにおいて排気干渉を避けられるので出力向上に適している。【００９２】
上記第１の排気系２０は、♯１気筒，♯４気筒の排気ポートに接続された第１，第４枝管２ａ，２ｄと、該両枝管２ａ，２ｄを合流させる第１合流管２ｅとを有する。上記第２の排気系５０は、♯２気筒，♯３気筒の排気ポートに接続された第２，第３枝管２ｂ，２ｃと、該両枝管２ｂ，２ｃを合流させる第２合流管２ｆとを有する。該第２，第１合流管２ｆ，２ｅはメイン管２ｇにより１本に合流されている。また上記第１，第２合流管２ｅ，２ｆには第１触媒２０ａ，２０ａが介設され、上記メイン管２ｇには第２触媒２０ｂが介設されている。【００９３】
上記第１の排気系２０の第１，第４枝管２ａ，２ｄの合計長さ、及び第２の排気系５０の第２，第３枝管２ｂ，２ｃの合計長さは、それぞれ一方の気筒のブローダウンガスによる圧力波が他方の気筒の排気ポートにかつ該気筒の圧縮行程の初期又は前半部に到達するように設定されている。なお、上記ブローダウンガスによる圧力波の到達をより確実にする観点に立てば、無駄な容積として作用する上記第１触媒２０ａ，２０ａを設けない方が望ましい。その理由は、上記排気系に触媒２０ａが接続されていると、ブローダウンガスによる圧力波がこの接続部に到達した際に該触媒の容積が圧力波を吸収して圧力波を弱めるおそれがあるからである。【００９４】
本実施形態のエンジン１は、低負荷運転域では、「排気再吸入（ExhaustRebreathing)＋ブローダウン過給）」／ＨＣＣＩモード( 図１６参照) で運転され、中負荷運転域では、ブローダウン過給効果の大きい「フルブローダウン圧力波過給」／ＨＣＣＩモード（図１７参照）で運転され、中高負荷運転域では、「ブローダウン過給効果を抑制したブローダウン過給」／ＨＣＣＩモード( 図１８参照) で運転される。なお、それ以上の高負荷領域では通常エンジンと同じSIモードで運転される。【００９５】
ここで本実施形態におけるブローダウン圧力波過給では、例えば♯１気筒では排気弁ＥＸ１，２が膨張行程の終期から排気行程にかけて開弁され（図１６〜図１７の（ａ）参照）、♯４気筒では排気弁ＥＸ１，２が吸気行程の終期から圧縮行程の初期にかけて所定開度だけ開弁される（図１６〜図１８の（ｂ）参照）。これにより♯１気筒のブローダウンガスの圧力波が♯４気筒の排気ポートにかつ該気筒の排気弁開時に到達し、該♯４気筒の圧縮行程開始時における燃焼室圧力が吸気ポート圧力より高くなる。即ち、ＥＧＲガスの過給が行なわれる。なお、♯２，♯３気筒についても同様の動作が行なわれる。以下、♯４気筒のブローダウンガスの圧力波により♯１気筒にＥＧＲガスが過給される場合の動作を各運転域毎に詳細に説明する。【００９６】
上記中負荷運転域での「フルブローダウン圧力波過給」／ＨＣＣＩモード（図１７）では、♯１気筒では、排気弁ＥＸ１，２が膨張行程の終期から排気行程にかけて開弁され（同図（ａ）参照）、また♯４気筒では吸気弁ＩＮ１，２が吸気行程の下死点を少し越えた時点で閉じられるとともに、排気弁ＥＸ１，２が吸気行程の下死点の少し前から圧縮行程の初期にかけて開弁される（同図（ｂ）参照）。この場合、♯１気筒の排気弁ＥＸ１，２が開弁された時に発生したブローダウンガスの圧力波が♯４気筒の排気ポートに到達した時点で該♯４気筒の排気弁ＥＸ１，２が開弁されることとなる。その結果、大量のＥＧＲガスが♯４気筒の排気ポートから当該気筒内に押し込まれ、該♯４気筒内の混合気圧力と温度が高められ、ブローダウン圧力波過給が実現される。【００９７】
また上記中高負荷運転域での「ブローダウン過給効果を抑制したブローダウン過給」／ＨＣＣＩモード（図１８）では、♯１気筒では、排気弁ＥＸ１，２が膨張行程の終期から排気行程にかけて開弁され（同図（ａ）参照）、また♯４気筒では、中負荷運転域と同様に、吸気弁ＩＮ１，２が吸気行程の下死点を少し越えた時点で閉じられる。また排気弁ＥＸ１，２は吸気行程の終期から圧縮行程の初期にかけて、中負荷運転域より狭い角度範囲で開弁される（同図（ｂ）参照）。そして上記中負荷運転域の場合と略同様に、♯１気筒の排気弁が開弁されたときに発生したブローダウンガスの圧力波が♯４気筒の排気ポートに到達した時点で該♯４気筒の排気弁が開弁されることとなる。その結果、大量のＥＧＲガスが♯４気筒の排気ポートから当該気筒内に押し込まれ、該気筒内の混合気圧力と温度が高められ、ブローダウン圧力波過給が実現される。ただし、♯４気筒における排気弁の開度範囲が中負荷運転域での開度範囲より狭い分だけ過給効果は抑制されている。【００９８】
さらにまた上記低負荷運転域での「排気再吸入+ ブローダウン過給」／ＨＣＣＩモード（図１６）においては、♯１気筒では排気弁ＥＸ１，２が膨張行程の終期から排気行程にかけて開弁され（同図（ａ）参照）、♯４気筒では吸気弁ＩＮ１，２が吸気行程の後半部で閉じられるとともに排気弁ＥＸ１，２が吸気行程の後半部から圧縮行程の初期にかけて開弁される（同図（ｂ）参照）。これにより大量のＥＧＲガスが♯１気筒内に逆流し、再吸入され、混合気温度が高められる。また、♯１気筒の排気弁が開弁されたときに発生したブローダウンガスの圧力波が♯４気筒の排気ポートに到達した時点で該♯４気筒の排気弁が開弁されていることとなる。そのためさらに大量のＥＧＲガスが♯４気筒の排気ポートから当該気筒内に押し込まれ、該気筒内の混合気圧力と温度が高められ、ブローダウン圧力波過給も同時に実現される。【００９９】
このように本実施形態では、点火タイミングにおいてクランク角度で３６０度の位相差を有する一方の気筒の排気行程における排気弁開タイミングと他方の気筒の吸入・圧縮行程における排気弁開タイミングとを、一方の気筒のブローダウンガスの圧力波が他方の気筒の排気ポートにかつ排気弁開時に到達するように構成したので、ブローダウンガスによる圧力波によりＥＧＲガス量を増加できる。【０１００】
また中負荷，高負荷運転域では、吸気弁を下死点まで開弁するとともに、ＥＧＲガスを圧縮行程の初期においても導入するようにしたので、新気の吸入量の減少を回避でき、また圧縮行程初期における燃焼室内圧力を吸気ポート内圧力より高くでき、高い過給効果を得ることができる。
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【国際調査報告】
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