JP2003065055A - 内燃機関の吸気方法及び内燃機関 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 吸気行程中に排気弁を開弁することで既燃ガ
スを直接気筒内に導入するにあたって、従来に増して燃
焼速度の低下を抑えて急速燃焼を達成することができ、
ＥＧＲ限界の拡大ができ、これに伴って低燃費、低燃焼
変動、低エミッションが達成できる内燃機関の吸気方法
及びその内燃機関を得る。 【解決手段】 内燃機関１０では、吸気弁２６を通って
流入する新気ガス及び排気弁２８を通って流入する既燃
ガスが燃焼室１６内に所定のガス流動を共に生成するよ
うに設定されており、しかも、排気弁２８から流入する
既燃ガスのガス流動Ｙを、吸気弁２６から流入する新気
ガスのガス流動Ｘと同じ方向になるように設定されてい
る。これにより、吸気弁２６からの新気ガスのガス流動
Ｘと排気弁２８からの既燃ガスのガス流動Ｙが互いに相
反することがなく、燃焼室１６内のガス流動が減ること
がない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、吸気弁と排気弁と
を備えた内燃機関の吸気方法及び内燃機関に関する。

【０００２】

【従来の技術】吸気弁と排気弁とを備えた内燃機関のう
ち、点火プラグの近傍に濃混合気を、その周囲に希薄混
合気を層状に形成させ、全体の平均空燃比がかなり薄い
場合でも点火可能とし、低負荷域（部分負荷時）の燃費
改善を目的として、所謂成層燃焼が行なわれるように構
成されたものがある。またしかも、着火性および初期燃
焼を更に改善するために、既燃ガス（排気ガス）の一部
を気筒内へ再循環させ、点火プラグの近傍に形成される
濃混合気（可燃混合気）の温度を高めるように構成した
もの（ＥＧＲ）が知られている。この種の内燃機関で
は、通常、既燃ガスを気筒内へ導入するために、排気管
と吸気管を接続する別の配管を設け、この配管を介して
新気ガス（吸気）に既燃ガスを混入させる方法がよく用
いられている。

【０００３】一方、このような高温の既燃ガスの一部を
直接気筒内に導入するために、排気弁を吸気行程中に開
弁させる方法（所謂、内部ＥＧＲ方式）が提案されてい
る（例えば、特開２０００−１９９４４０号公報、特公
昭４９−１７９６６号公報）。前記公報に示された如
く、排気弁を開弁することで既燃ガスを直接気筒内に導
入する方法では、前述の如き排気管と吸気管を接続する
別の配管が不要なばかりでなく、より高温のガスが気筒
内に流入することにより、燃料の蒸発促進や燃焼速度を
高めることができ、燃焼速度が低くなり易い低負荷時や
高膨張比サイクル（アトキンソンサイクル）などの低圧
縮比運転時、あるいは始動・暖機運転過程などにおいて
特に有効である。

【０００４】しかしながら、単に排気弁を開弁すること
で既燃ガスを直接に気筒内に導入するという従来の技術
では、排気弁からの流入が多くなると、排気弁からの流
入が少ない場合あるいは無い場合に比べて、気筒内に形
成されるガス流動に大きな悪影響が生じる。すなわち、
気筒内のガス流動は予混合燃焼では燃焼速度に影響し、
成層燃焼では混合気の形成状態、燃焼速度に影響する。
ここで、通常は、気筒内流動は吸気ポートによって作り
出すので、排気弁からの既燃ガスの流入が増すと、吸気
弁を通って気筒内に流入する新気ガスと排気弁を通って
気筒内に流入する既燃ガスとが互いに相反して気筒内流
動が減り、燃焼速度が遅くなったり混合気の形成状態が
変わる等の悪影響をもたらすことになる。

【０００５】また一方、前述の如き成層燃焼時に気筒内
温度を高く保つために、気筒内に所謂副噴射を行なうよ
うに構成されたものがある（一例として、特開２０００
−２５７４９６号公報）。前記公報に示された技術で
は、排気行程終期から吸気行程初期にかけて気筒内に副
噴射を行なうことで、副点火させて高温燃焼ガスを発生
させ、これにより気筒内温度を高く保って圧縮行程中の
主噴射の燃料気化を促進するようになっており、燃焼速
度の増大による燃焼促進効果がある。

【０００６】しかしながら、この種の副噴射を行なう構
成の内燃機関では、燃費が悪化する等の欠点があった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記事実を考
慮し、吸気行程中に排気弁を開弁することで既燃ガスを
直接気筒内に導入するにあたって（ＥＧＲ時において
も）、従来に増して燃焼速度の低下を抑えて急速燃焼を
達成することができ、ＥＧＲ限界の拡大ができ、これに
伴って低燃費、低燃焼変動、低エミッションが達成でき
る内燃機関の吸気方法及びその内燃機関を得ることが目
的である。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明の内
燃機関の吸気方法は、吸気弁と排気弁とを備えた内燃機
関の吸気方法であって、吸気行程中に前記排気弁を開弁
させて既燃ガスを排気管から気筒内に直接流入させる排
気弁駆動機構を設けると共に、前記吸気弁を通って気筒
内に流入する新気ガス及び前記排気弁を通って気筒内に
流入する既燃ガスが気筒内に所定のガス流動を共に生成
するように設定し、かつ、前記排気弁から気筒内に流入
する前記既燃ガスのガス流動を、吸気弁から気筒内に流
入する前記新気ガスのガス流動と同じ方向になるように
設定した、ことを特徴としている。

【０００９】請求項１記載の内燃機関の吸気方法では、
吸気弁を通って気筒内に流入する新気ガスが気筒内に所
定のガス流動（ガスタンブル流またはスワール流）を生
成するように設定される。また、排気弁は、排気弁駆動
機構によって吸気行程中に開弁されて既燃ガスを排気管
から気筒内に直接流入させることができ、さらに、排気
弁を通って気筒内に流入する既燃ガスが気筒内に所定の
ガス流動（同様に、ガスタンブル流またはスワール流）
を生成するように設定される。しかも、排気弁から気筒
内に流入する既燃ガスのガス流動は、吸気弁から気筒内
に流入する新気ガスのガス流動と同じ方向になるように
設定される。

【００１０】ここで、高温の既燃ガスを排気弁から直接
吸い戻す内部ＥＧＲ方式は、燃焼速度が低くなり易い低
負荷時やアトキンソンサイクルなどの低圧縮比運転時、
あるいは始動・暖機運転過程などにおいて、作動ガス温
度を高め、燃焼速度を高めることができるが、燃焼速度
を高めるために予め吸気ポートにより（吸気弁の開弁時
に）新気ガスが気筒内流動を生じるように設定してある
場合には、排気ポートから流入する既燃ガスの流れが吸
気ポートからの新気ガスの流れを崩してしまい、気筒内
に形成するガス流動を減じてしまうことがある。

【００１１】この点、請求項１記載の内燃機関の吸気方
法では、吸気弁から気筒内に流入する新気ガスのガス流
動（ガスタンブル流またはスワール流）と排気弁から気
筒内に流入する既燃ガスのガス流動（同様に、ガスタン
ブル流またはスワール流）が互いに相反することがな
く、気筒内のガス流動が減ることがない。これにより、
燃焼速度が遅くなったり混合気の形成状態が変わること
がない。

【００１２】このように、請求項１記載の内燃機関の吸
気方法では、吸気行程中に排気弁を開弁することで既燃
ガスを直接気筒内に導入するにあたって（ＥＧＲ時にお
いても）、従来に増して燃焼速度の低下を抑えて急速燃
焼を達成することができ、ＥＧＲ限界の拡大ができ、こ
れに伴って低燃費、低燃焼変動、低エミッションが達成
できる。

【００１３】請求項２に係る発明の内燃機関の吸気方法
は、請求項１記載の内燃機関の吸気方法において、前記
吸気行程中に開いた前記排気弁から気筒内に流入する前
記既燃ガスのガス流動の強さを、前記吸気行程中に開い
た前記吸気弁から気筒内に流入する前記新気ガスのガス
流動の強さよりも同じかまたは大きくした、ことを特徴
としている。

【００１４】吸気弁から気筒内に流入する新気ガスと排
気弁から気筒内に流入する既燃ガスの割合、すなわちＥ
ＧＲ率が大きくなると、燃焼速度が低下しやすい。

【００１５】この点、請求項２記載の内燃機関の吸気方
法では、吸気行程中に開いた排気弁から気筒内に流入す
る既燃ガスのガス流動の強さ（タンブル比、あるいはス
ワール比）を、吸気行程中に開いた吸気弁から気筒内に
流入する新気ガスのガス流動の強さよりも同じかまたは
大きくされているため、ＥＧＲ率が大きくなるにつれて
気筒内のガス流動が強くなり、結果的に燃焼速度が向上
する。

【００１６】このように、請求項２記載の内燃機関の吸
気方法では、従来に増して燃焼速度の低下を抑えて急速
燃焼を達成することができ、ＥＧＲ限界の拡大ができ、
これに伴って低燃費、低燃焼変動、低エミッションが達
成できる。

【００１７】請求項３に係る発明の内燃機関は、吸気弁
と排気弁とを備えた内燃機関であって、吸気行程中に前
記排気弁を開弁させて既燃ガスを排気管から気筒内に直
接流入させる排気弁駆動機構と、前記排気弁に連通して
設けられ新気ガスを前記排気弁に供給可能な新気導入ポ
ートと、前記排気管のガス流量を制御する排気制御弁
と、前記新気導入ポートのガス流量を制御する吸気制御
弁と、を備えたことを特徴としている。

【００１８】請求項３記載の内燃機関では、新気ガスを
排気弁に供給可能な新気導入ポートが排気弁に連通して
設けられている。したがって、吸気行程中には吸気弁か
ら新気ガスが気筒内に流入するのみならず、排気弁駆動
機構によって排気弁を開弁させることにより、排気管か
らの既燃ガスと新気導入ポートからの新気ガスとを同時
に気筒内に導入して成層混合気を形成することができ
る。

【００１９】このように、吸気行程において吸気弁のみ
ならず排気弁からも新気ガスを導入することができるた
め、排気管や排気弁から熱を奪った高温の新気ガスと排
気管内に残留している高温の既燃ガスとが気筒内に導入
され、その結果気筒内のガスは従来より高温となる。し
たがって、燃焼速度が低くなり易い低負荷時やアトキン
ソンサイクルなどの低圧縮比運転時、あるいは始動・暖
機運転過程などにおいて、作動ガス温度を高め、燃焼速
度を高めることができ、燃焼促進効果を発揮することが
できる。

【００２０】このように、請求項３記載の内燃機関で
は、吸気行程中に排気弁を開弁することで既燃ガスを直
接気筒内に導入するにあたって（ＥＧＲ時において
も）、従来に増して燃焼速度の低下を抑えて急速燃焼を
達成することができ、ＥＧＲ限界の拡大ができ、これに
伴って低燃費、低燃焼変動、低エミッションが達成でき
る。

【００２１】請求項４に係る発明の内燃機関の吸気方法
は、請求項３記載の内燃機関の吸気方法であって、部分
負荷時の吸気行程においては、前記吸気弁から流入する
新気の流量を制限すると共に、前記排気制御弁によって
前記排気管のガス流量を制限しかつ前記吸気制御弁によ
って前記新気導入ポートを開放した状態としたうえで、
前記排気弁を開弁して、前記排気弁から既燃ガスと新気
ガスとを同時に気筒内に導入して成層混合気を形成し、
全負荷時の吸気行程においては、前記排気弁を閉弁し、
前記吸気弁から新気ガスを気筒内に導入して均質混合気
を形成する、ことを特徴としている。

【００２２】請求項４記載の内燃機関の吸気方法では、
部分負荷時の吸気行程においては、吸気弁から新気ガス
が気筒内に流入するのみならず、排気管からの既燃ガス
と新気導入ポートからの新気ガスとが同時に気筒内に流
入されて成層混合気が形成される。したがって、気筒内
のガスは従来より高温となり、燃料の蒸発促進や燃焼速
度を高めることができ、より一層効率良く成層燃焼が行
なわれる。すなわち、燃焼速度が低くなり易い低負荷時
や高膨張比サイクル（アトキンソンサイクル）などの低
圧縮比運転時、あるいは始動・暖機運転過程などにおい
て特に有効である。

【００２３】一方、全負荷時の吸気行程においては、吸
気弁から新気ガスが気筒内に導入されて均質混合気が形
成される。したがって、均質燃焼が行なわれ、高出力、
高効率となる。

【００２４】

【発明の実施の形態】［第１の実施の形態］図１及び図
２には本発明の第１の実施の形態に係る内燃機関１０の
主要部分の基本構成が示されている。

【００２５】この内燃機関１０では、シリンダブロック
及びシリンダヘッドから成るシリンダ１２（各図におい
ては省略して示してある）によって燃焼室１６が構成さ
れており、さらに、燃焼室１６内にはピストン１８が収
容されている。このピストン１８は、図示を省略したコ
ンロッドを介して クランク軸に連結されている。ま
た、燃焼室１６にはシリンダ１２（シリンダヘッド）に
形成された一対の吸気ポート２２及び一対の排気ポート
２４が連通している（なお、図においては、１組のみを
示している）。吸気ポート２２には吸気弁２６が設けら
れると共に、排気ポート２４には排気弁２８が設けられ
ている。また、吸気ポート２２には図示を省略した燃料
噴射弁が設けられている、燃料を吸気弁２６に向かって
噴射することができる。さらに、シリンダ１２（シリン
ダヘッド）の中央部分（吸気ポート２２と排気ポート２
４の間）には、点火プラグ３０が装着されている。

【００２６】またここで、吸気弁２６と排気弁２８は、
エンジン回転数と同期してその１／２の回転数で回転す
るカム軸あるいは電磁弁などのアクチュエータによって
駆動されるようになっており、しかも、排気弁２８は排
気行程だけでなく吸気行程においても開弁できるように
可変機構及び制御装置が設けられた構成となっている。
すなわち、より多くの空気が必要となる全負荷時などは
排気弁２８は閉じられており、一方、部分負荷時や暖気
過程などの条件下では、吸気行程においても排気弁２８
を開き既燃ガスを燃焼室１６内に流入させる（吸い戻
す）ように作動する構成である。

【００２７】さらに、吸気弁２６を通って燃焼室１６内
に流入する新気ガスは、図１及び図２に示す如く、この
燃焼室１６内でタンブル流（縦渦）Ｘを形成するように
吸気ポート２２の角度、及び新気ガスの流速分布が設定
されている。また同様に、排気弁２８を通って燃焼室１
６内に流入する既燃ガスは、図２に示す如く、この燃焼
室１６内で同様のタンブル流（縦渦）Ｙを形成するよう
に排気ポート２４の角度、及び既燃ガスの流速分布が設
定されている。しかも、排気ポート２４が燃焼室１６内
に形成する既燃ガスのガス流動Ｙは、図２に示すように
吸気ポート２２が作り出す新気ガスのガス流動Ｘと同方
向となるように設定されている。さらにこの場合、吸気
行程中に開いた排気弁２８から燃焼室１６内に流入する
既燃ガスのガス流動Ｙの強さを、吸気行程中に開いた吸
気弁２６から燃焼室１６内に流入する新気ガスのガス流
動Ｘの強さよりも同じかまたは大きく設定している。

【００２８】次に、本第１の実施の形態の作用を説明す
る。

【００２９】上記構成の内燃機関１０の如く、高温の既
燃ガスを排気弁２８から直接吸い戻す内部ＥＧＲ方式
は、燃焼速度が低くなり易い低負荷時やアトキンソンサ
イクルなどの低圧縮比運転時、あるいは始動・暖機運転
過程などにおいて、作動ガス温度を高め、燃焼速度を高
めることができるが、燃焼速度を高めるために予め吸気
ポート２４により（吸気弁２６の開弁時に）新気ガスが
燃焼室１６内でガス流動を生じるように設定してある場
合には、排気ポート２４から流入する既燃ガスの流れが
吸気ポート２４からの新気ガスの流れを崩してしまい、
燃焼室１６内に形成するガス流動を減じてしまうことが
ある。

【００３０】この点、本第１の実施の形態に係る内燃機
関１０の吸気方法では、吸気行程中に吸気弁２６と排気
弁２８を開くと、ピストンの下降と共に両方の弁から新
気ガス及び既燃ガスが燃焼室１６内に流入するが、上記
のような吸気方法にすれば、排気弁２８から燃焼室１６
内に流入する既燃ガスは吸気弁２６から燃焼室１６内に
流入する新気ガスの流れに沿うので、吸気弁２６からの
新気ガスの流れを阻害することなく、円滑に燃焼室１６
内に流入する。すなわち、吸気弁２６から燃焼室１６内
に流入する新気ガスのガス流動（ガスタンブル流）Ｘと
排気弁２８から燃焼室１６内に流入する既燃ガスのガス
流動（同様に、ガスタンブル流）Ｙが互いに相反するこ
とがなく、燃焼室１６内のガス流動が減ることがない。
これにより、燃焼速度が遅くなったり混合気の形成状態
が変わることがない。

【００３１】さらに、新気ガスと既燃ガスの割合、すな
わちＥＧＲ率を変化させた場合でも双方ともに同方向の
ガス流動（タンブル流）を形成するため、同一のガス流
動が燃焼室１６内に形成される。したがって、図３に示
すようにＥＧＲ率を変化させてもほぼ同等のガス流動強
さ（タンブル比）が得られるようになる。

【００３２】またここで、吸気弁２６から燃焼室１６内
に流入する新気ガスと排気弁２８から燃焼室１６内に流
入する既燃ガスの割合、すなわちＥＧＲ率が大きくなる
と、燃焼速度が低下しやすい。

【００３３】この点、本第１の実施の形態に係る内燃機
関１０の吸気方法では、吸気行程中に開いた排気弁２８
から燃焼室１６内に流入する既燃ガスのガス流動Ｙの強
さ（タンブル比）を、吸気行程中に開いた吸気弁２６か
ら燃焼室１６内に流入する新気ガスのガス流動Ｘの強さ
よりも同じかまたは大きく設定しているため、ＥＧＲ率
が大きくなるにつれて燃焼室１６内のガス流動が強くな
り、結果的に燃焼速度が向上する。

【００３４】このように、本第１の実施の形態に係る内
燃機関１０の吸気方法では、吸気行程中に排気弁２８を
開弁することで既燃ガスを直接燃焼室１６内に導入する
にあたって（ＥＧＲ時においても）、従来に増して燃焼
速度の低下を抑えて急速燃焼を達成することができ、Ｅ
ＧＲ限界の拡大ができ、これに伴って低燃費、低燃焼変
動、低エミッションを達成することができる。

【００３５】なお、前述した第１の実施の形態において
は、排気ポート２４の角度に基づいて（ポートの傾きに
よって）、排気弁２８を通って燃焼室１６内に流入する
既燃ガスが燃焼室１６内でタンブル流（縦渦）Ｙを形成
するように構成したが、これに限らず、他のタンブル流
生成手段によって既燃ガスにタンブル流（縦渦）Ｙを形
成するように構成することもできる。例えば、図４に示
す如く、排気弁２８上流の排気ポート２４内に設けた突
起３２によって既燃ガスの流れの方向を変え、これによ
ってタンブル流（縦渦）Ｙを形成するように構成しても
良い。

【００３６】また、前述した第１の実施の形態において
は、燃焼室１６内に生成する所定のガス流動として正タ
ンブル流（縦渦）を例に説明したが、これに限らず、燃
焼室１６内に逆方向のタンブル流やスワール流を生成す
る構成とする場合であっても、本発明に係る吸気方法を
適用することができ、前記第１の実施の形態と同様の効
果を得ることができる。

【００３７】この場合、燃焼室１６内にスワール流を生
成する構成とする場合には、排気ポート２４の片側、あ
るいは両側を「ヘリカルポート」とすることにより実現
可能である。また、燃焼室１６の接線方向に排気ポート
２４を配置する（向きを設定する）ことにより、吸気ポ
ート２２からの新気ガス（スワール流）と同様の旋回流
を形成することができる。さらに、排気ポート２４の片
側に制御バルブを設け、片側のポートの流量を制御する
ことによって旋回速度を制御する構成としてもよい。

【００３８】またさらに、前述した第１の実施の形態に
おける内燃機関１０は、吸気ポート２２に燃料噴射弁を
設けて燃料を吸気弁２６に向かって噴射し、空燃比を制
御して運転する所謂「予混合燃焼エンジン」として説明
したが、本発明はこれに限らず、燃焼室１６（気筒）内
に直接燃料を噴射し、混合気を形成する所謂「筒内噴射
式内燃機関」に適用することもできる。この場合には、
前述した第１の実施の形態における内燃機関１０と同様
の優れた効果を発揮するのみならず、特に、成層燃焼で
は混合気形成に対する気流の影響が大きいので、ＥＧＲ
によらず、同一の筒内ガス流動を形成することは特に重
要である。［第２の実施の形態］図５には本発明の第２
の実施の形態に係る内燃機関４０の主要部分の基本構成
が示されている。

【００３９】この内燃機関４０では、シリンダ４２によ
って燃焼室４４が構成されており、さらに、燃焼室４４
内にはピストン４６が収容されている。このピストン４
６は、図示を省略したコンロッドを介して クランク軸
に連結されている。また、燃焼室４４にはシリンダ４２
に形成された吸気ポート４８及び排気ポート５０が連通
している。吸気ポート４８には吸気弁５２が設けられる
と共に、排気ポート５０には排気弁５４が設けられてい
る。また、吸気ポート４８には燃料噴射弁５６が設けら
れて燃料を吸気弁５２に向かって噴射することができる
と共に、吸気ポート４８にはスロットルバルブ５８が設
けられている。さらに、シリンダ４２の中央部分（吸気
ポート４８と排気ポート５０の間）には、点火プラグ６
０が装着されている。

【００４０】またここで、吸気弁５２と排気弁５４は、
エンジン回転数と同期してその１／２の回転数で回転す
るカム軸あるいは電磁弁などのアクチュエータによって
駆動されるようになっており、しかも、排気弁５４は排
気行程だけでなく吸気行程においても開弁できるように
可変機構及び制御装置が設けられた構成となっている。

【００４１】一方、排気ポート５０には排気制御弁６２
が設けられている。この排気制御弁６２は、タイミング
ベルトによりカムシャフトの動きに連動する構成、ある
いは電磁駆動方式による構成の所謂バタフライバルブと
されており、排気ポート５０（排気管）のガス流量を制
御することができる。さらに、排気ポート５０の排気制
御弁６２よりも上流側（排気制御弁６２と排気弁５４と
の間）には、新気導入ポート６４が排気弁５４に連通す
るように接続されており、新気ガスを排気弁５４に供給
可能となっている。また、この新気導入ポート６４に
は、吸気制御弁６６が設けられている。この吸気制御弁
６６は、排気制御弁６２と同様のバタフライバルブとさ
れており、新気導入ポート６４から排気ポート５０への
ガス流量を制御することができる。さらに、新気導入ポ
ート６４には副スロットルバルブ６８が設けられてい
る。

【００４２】次に、本第２の実施の形態の作用を、図７
に示す吸気弁５２及び排気弁５４、吸気制御弁６６及び
排気制御弁６２の動作図を参照しながら各行程別に説明
する。 Ａ）吸気行程 上記構成の内燃機関４０では、図６（Ａ）に示す如く、
吸気弁５２からの空気量は、スロットルバルブ５８の作
動によって制御される。また、排気制御弁６２は、全閉
もしくは流量を制限して僅かに開放状態とする。ここ
で、排気弁５４が、図７に示す如く次第に開き始める。
この際に、吸気制御弁６６が副スロットルバルブ６８と
共に作動することで、新気導入ポート６４からの空気量
が制御される。

【００４３】これにより、燃焼室４４内には、排気ポー
ト５０内に存在する前行程の高温排気ガスと、新気導入
ポート６４から流入し排気ポート５０及び排気弁５４に
よって予熱された高温空気と、吸気弁５２からの空気と
が導入される。 Ｂ）膨張行程 吸気弁５２及び排気弁５４は全閉状態となる。

【００４４】前述の如く吸気行程において燃焼室４４内
に吸入された筒内ガスは高温であるため、作動ガス温度
を高め、燃焼速度を高めることができ、燃焼促進効果を
発揮することができる。したがって、燃焼速度が低くな
り易い低負荷時やアトキンソンサイクルなどの低圧縮比
運転時、あるいは始動・暖機運転過程などにおいて有効
である。 Ｃ）排気行程 図６（Ｂ）に示す如く、吸気弁５２は全閉状態となる。
また、吸気制御弁６６は、全閉もしくは排気ポート５０
からの逆流を制限する程度に僅かに閉鎖状態とする。こ
こで、排気弁５４が、図７に示す如く次第に開き始め
る。この際に、排気制御弁６２が作動して開放すること
で、排気が成される。さらに、その後に続く吸気行程終
了まで排気弁５４は、図７に示す如きリフトカーブをた
どりながら開き続ける。

【００４５】以上の如く、本第２の実施の形態に係る内
燃機関４０及びその吸気方法では、吸気行程において吸
気弁５２のみならず排気弁５４からも新気ガスを導入す
ることができるため、排気ポート５０や排気弁５４から
熱を奪った高温の新気ガスと排気ポート５０内に残留し
ている高温の既燃ガスとが燃焼室４４内に導入され、そ
の結果燃焼室４４内のガスは従来より高温となる。した
がって、燃料の蒸発促進や燃焼速度を高めることがで
き、より一層効率良く成層燃焼が行なわれる。すなわ
ち、燃焼速度が低くなり易い低負荷時（部分負荷時）や
高膨張比サイクル（アトキンソンサイクル）などの低圧
縮比運転時、あるいは始動・暖機運転過程などにおいて
特に有効である。

【００４６】なお、全負荷時においては、吸気行程で、
排気弁５４を閉じ、吸気弁５２から新気ガスを導入す
る。また、排気行程で、排気制御弁６２によって排気ポ
ート５０を開放し、吸気制御弁６６によって新気導入ポ
ート６４を閉鎖もしくは排気ポート５０からの逆流を抑
制する程度に閉じることで、排気弁５４から排気を行な
う。

【００４７】このように、本第２の実施の形態に係る内
燃機関４０及びその吸気方法では、吸気行程中に排気弁
を開弁することで既燃ガスを直接気筒内に導入するにあ
たって（ＥＧＲ時においても）、従来に増して燃焼速度
の低下を抑えて急速燃焼を達成することができ、ＥＧＲ
限界の拡大ができ、これに伴って低燃費、低燃焼変動、
低エミッションが達成できる。

【００４８】次に、第２の実施の形態に係る変形例を以
下に説明する。なお、前述した第２の実施の形態と基本
的に同一の部品には、前記第２の実施の形態と同一の符
号を付与してその説明を省略する。 （変形例１）図８に示す如く、変形例１に係る内燃機関
７０では、吸気弁５２の近傍に燃料噴射弁７２が設けら
れており、燃料を燃焼室４４内に直接に噴射することが
できる。他の構成は、前述した第２の実施の形態に係る
内燃機関４０と同一である。

【００４９】この内燃機関７０では、部分負荷時におけ
る成層燃焼領域では前述した第２の実施の形態に係る内
燃機関４０と同様の行程で作動するが、圧縮行程のみが
異なる。 Ａ）圧縮行程 吸気弁５２及び排気弁５４は全閉状態となる。

【００５０】燃料噴射弁７２によって燃焼室４４内に直
接燃料が噴射される。この時、前述の如く吸気行程にお
いて燃焼室４４内に吸入された筒内ガスは高温であるた
め、燃料噴霧の気化が促進され、ピストン４６への燃料
付着量が低減される。 （変形例２）図９に示す如く、変形例２に係る内燃機関
８０では、吸気制御弁６６及び排気制御弁６２に代え
て、吸排気切替弁８２及び排気通路８４を設けた構成と
なっている。吸排気切替弁８２は、電磁駆動方式による
構成、あるいはタイミングベルトによるカムシャフトの
動きに連動する構成の所謂往復動バルブとされており、
新気導入ポート６４または排気通路８４を開放または閉
鎖できる構成となっている。他の構成は、前述した変形
例１に係る内燃機関７０と同一である。

【００５１】この内燃機関８０では、部分負荷時におけ
る成層燃焼領域では前述した第２の実施の形態に係る内
燃機関４０あるいは変形例１に係る内燃機関７０と同様
の動作をするが、異なる動作のみを説明する。 Ａ）吸気行程 図１０（Ａ）に示す如く、吸排気切替弁８２が作動する
ことで、排気通路８４が閉鎖され、かつ新気導入ポート
６４が開放される。これにより、燃焼室４４内には、排
気ポート５０内に存在する前行程の高温排気ガスと、新
気導入ポート６４から流入し排気ポート５０及び排気弁
５４によって予熱された高温空気と、吸気弁５２からの
空気とが導入される。 Ｂ）排気行程 図１０（Ｂ）に示す如く、吸排気切替弁８２が作動する
ことで、排気通路８４が開放され、かつ新気導入ポート
６４が閉鎖される。これにより、排気弁５４が作動して
開放することで、排気通路８４を介して排気が成され
る。 （変形例３）図１１に示す如く、変形例３に係る内燃機
関９０では、吸気制御弁６６及び排気制御弁６２に代え
て、吸排気切替弁９２及び吸気通路９４を設けた構成と
なっている。吸排気切替弁９２は、電磁駆動方式による
構成、あるいはタイミングベルトによるカムシャフトの
動きに連動する構成の所謂往復動バルブとされており、
排気ポート５０に連通する排気管または吸気通路９４を
開放または閉鎖できる構成となっている。他の構成は、
前述した変形例２に係る内燃機関８０と同一である。

【００５２】この内燃機関９０では、部分負荷時におけ
る成層燃焼領域では前述した第２の実施の形態に係る内
燃機関４０あるいは変形例２に係る内燃機関８０と同様
の動作をするが、異なる動作のみを説明する。 Ａ）吸気行程 図１２（Ａ）に示す如く、吸排気切替弁９２が作動する
ことで、吸気通路９４が開放され、かつ排気ポート５０
に連通する排気管が閉鎖される。これにより、燃焼室４
４内には、排気ポート５０内に存在する前行程の高温排
気ガスと、新気導入ポート６４から流入し排気ポート５
０及び排気弁５４によって予熱された高温空気と、吸気
弁５２からの空気とが導入される。 Ｂ）排気行程 図１２（Ｂ）に示す如く、吸排気切替弁９２が作動する
ことで、吸気通路９４が閉鎖され、かつ排気ポート５０
に連通する排気管が開放される。これにより、排気弁５
４が作動して開放することで、排気ポート５０を介して
排気が成される。

【００５３】

【発明の効果】以上説明した如く本発明に係る内燃機関
の吸気方法及びその内燃機関では、吸気行程中に排気弁
を開弁することで既燃ガスを直接気筒内に導入するにあ
たって（ＥＧＲ時においても）、従来に増して燃焼速度
の低下を抑えて急速燃焼を達成することができ、ＥＧＲ
限界の拡大ができ、これに伴って低燃費、低燃焼変動、
低エミッションが達成できるという優れた効果を有して
いる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係る内燃機関の主
要部分の基本構成を示す概略的な断面図である。

【図２】本発明の第１の実施の形態に係る内燃機関の主
要部分の基本構成及び吸気気流の状態を示す概略的な断
面図である。

【図３】本発明の第１の実施の形態に係る内燃機関のＥ
ＧＲ率に対するタンブル比の関係を従来と比較して示す
線図である。

【図４】本発明の第１の実施の形態の変形例に係る内燃
機関を示す概略的な断面図である。

【図５】本発明の第２の実施の形態に係る内燃機関の主
要部分の基本構成を示す概略的な断面図である。

【図６】本発明の第２の実施の形態に係る内燃機関の動
作を示す図５に対応した概略的な断面図である。

【図７】本発明の第２の実施の形態に係る内燃機関の吸
気弁及び排気弁、吸気制御弁及び排気制御弁の動作図で
ある。

【図８】本発明の第２の実施の形態の変形例１に係る内
燃機関の主要部分の基本構成を示す概略的な断面図であ
る。

【図９】本発明の第２の実施の形態の変形例２に係る内
燃機関の主要部分の基本構成を示す概略的な断面図であ
る。

【図１０】本発明の第２の実施の形態の変形例２に係る
内燃機関の動作を示す図９に対応した概略的な断面図で
ある。

【図１１】本発明の第２の実施の形態の変形例３に係る
内燃機関の主要部分の基本構成を示す概略的な断面図で
ある。

【図１２】本発明の第２の実施の形態の変形例３に係る
内燃機関の動作を示す図１１に対応した概略的な断面図
である。

【符号の説明】

１０ 内燃機関 １６ 燃焼室 ２２ 吸気ポート ２４ 排気ポート ２６ 吸気弁 ２８ 排気弁 ４０ 内燃機関 ４４ 燃焼室 ４８ 吸気ポート ５０ 排気ポート ５２ 吸気弁 ５４ 排気弁 ６２ 排気制御弁 ６４ 新気導入ポート ６６ 吸気制御弁 ７０ 内燃機関 ８０ 内燃機関 ８２ 吸排気切替弁 ８４ 排気通路 ９０ 内燃機関 ９２ 吸排気切替弁 ９４ 吸気通路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０２Ｄ 41/04 ３２０ Ｆ０２Ｄ 41/04 ３２０ Ｆ０２Ｍ 25/07 ５１０ Ｆ０２Ｍ 25/07 ５１０Ｂ Ｆターム(参考） 3G023 AA01 AA02 AA03 AD00 AD03 AG01 AG02 AG03 3G062 BA09 EA01 EA10 ED06 GA06 3G065 AA09 AA10 CA12 DA04 GA10 KA04 3G092 AA01 AA09 AA10 AA11 AA17 DA01 DA02 DA12 DA14 DC00 DC02 DC06 DC09 DD03 DD10 DG07 DG09 EA01 EA02 EA03 FA00 FA05 FA15 FA31 GA01 GA02 3G301 HA01 HA04 HA10 HA13 HA15 HA16 HA17 HA19 JA02 JA04 JA21 KA01 KA05 LA00 LA07 LB02 LB04 ND01 NE01 NE06 NE11 NE12

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 吸気弁と排気弁とを備えた内燃機関の吸
   気方法であって、 吸気行程中に前記排気弁を開弁させて既燃ガスを排気管
   から気筒内に直接流入させる排気弁駆動機構を設けると
   共に、 前記吸気弁を通って気筒内に流入する新気ガス及び前記
   排気弁を通って気筒内に流入する既燃ガスが気筒内に所
   定のガス流動を共に生成するように設定し、かつ、前記
   排気弁から気筒内に流入する前記既燃ガスのガス流動
   を、吸気弁から気筒内に流入する前記新気ガスのガス流
   動と同じ方向になるように設定した、 ことを特徴とする内燃機関の吸気方法。
2. 【請求項２】 前記吸気行程中に開いた前記排気弁から
   気筒内に流入する前記既燃ガスのガス流動の強さを、前
   記吸気行程中に開いた前記吸気弁から気筒内に流入する
   前記新気ガスのガス流動の強さよりも同じかまたは大き
   くした、 ことを特徴とする請求項１記載の内燃機関の吸気方法。
3. 【請求項３】 吸気弁と排気弁とを備えた内燃機関であ
   って、 吸気行程中に前記排気弁を開弁させて既燃ガスを排気管
   から気筒内に直接流入させる排気弁駆動機構と、 前記排気弁に連通して設けられ新気ガスを前記排気弁に
   供給可能な新気導入ポートと、 前記排気管のガス流量を制御する排気制御弁と、 前記新気導入ポートのガス流量を制御する吸気制御弁
   と、 を備えたことを特徴とする内燃機関。
4. 【請求項４】 請求項３記載の内燃機関の吸気方法であ
   って、 部分負荷時の吸気行程においては、前記吸気弁から流入
   する新気の流量を制限すると共に、前記排気制御弁によ
   って前記排気管のガス流量を制限しかつ前記吸気制御弁
   によって前記新気導入ポートを開放した状態としたうえ
   で、前記排気弁を開弁して、前記排気弁から既燃ガスと
   新気ガスとを同時に気筒内に導入して成層混合気を形成
   し、 全負荷時の吸気行程においては、前記排気弁を閉弁し、
   前記吸気弁から新気ガスを気筒内に導入して均質混合気
   を形成する、 ことを特徴とする内燃機関の吸気方法。