JP2008255866A - 内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】成層度を維持しつつＥＧＲ限界の拡大に好適な内燃機関を提供する。
【解決手段】１つの燃焼室４に設けられた第１吸気弁５および第２吸気弁６と、前記吸気弁５、６毎に独立して設けられた第１吸気ポート７および第２吸気ポート８と、を備え、ピストン３が上死点に向けて上昇する排気行程時に、排気を第１吸気弁５を介して第１吸気ポート７に導入し、ピストン３が上死点から下降する吸気行程時に、前記第１吸気弁５を介して少なくとも前記第１吸気ポート７内に導入されている排気を燃焼室４に導入すると共に、前記第２吸気弁６を介して第２吸気ポート８内の新気を燃焼室４に導入するようにした。
【選択図】図２

Description

本発明は、ＥＧＲ成層燃焼を実現する内燃機関に関するものである。

従来から燃焼室内にＥＧＲガスをスワールまたはタンブルを生成するよう流入させてＥＧＲ成層燃焼を実現しようとする内燃機関が知られている（特許文献１参照）。

これは、吸気ポートの上流に、仕切り板を設けて、燃焼室の中心に新気を導入すると共にその両サイドにＥＧＲガスを導入して、燃焼室内にＥＧＲガスと新気ガスとにタンブル流動を与えて、ＥＧＲガスと可燃混合気の混合を極力回避させ、ＥＧＲガスが大量に入った条件でも安定した燃焼を実現させて、ＥＧＲ限界を拡大でき、燃費を向上させるようにしている。また、大量にＥＧＲガスを導入しても余剰酸素は発生しないことから、空気過剰率λ＝１での運転となり排気浄化効率の高い３元触媒が使用でき、リーンバーンと比較して排気対策も低コストで済むようにしている。なお、機関負荷と回転数が高い領域においてはＥＧＲガスを導入する運転モードから、全吸気ポートに新気を導入する均質燃焼モードへ切換えるようにしている。
特開２００４−２５７３０５号公報

ところで、一般的にタンブル流動は、燃焼速度を向上させる効果が大きいとされている流動であるが、上死点付近での崩壊が活発であり、ＥＧＲガスと可燃混合気が混合してしまう問題がある。特に機関の回転数が上昇し、低回転と比較して流動が強まる運転条件においては、成層度の悪化が顕著となる。これがため、成層度を維持しつつＥＧＲガスを大量に導入することができず、本来目的としていたＥＧＲ限界の拡大効果が得にくいという問題があった。また、機関負荷に応じて吸気弁リフト量を制御して吸入空気量を制御する内燃機関においては、吸気弁リフト量が小さく、吸気負圧が小さい運転領域において、大量のＥＧＲガスを吸気ポートへ導入することは困難であった。

そこで本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、成層度を維持しつつＥＧＲ限界の拡大に好適な内燃機関を提供することを目的とする。

本発明は、各燃焼室に設けられた第１吸気弁および第２吸気弁と、前記吸気弁毎に独立して設けられた第１吸気ポートおよび第２吸気ポートと、を備え、ピストンが上死点に向けて上昇する排気行程時に、排気を前記第１吸気弁を介して前記第１吸気ポートに導入し、ピストンが上死点から下降する吸気行程時に、前記第１吸気弁を介して少なくとも前記第１吸気ポート内の導入した排気を燃焼室に導入すると共に、前記第２吸気弁を介して第２吸気ポート内の新気を燃焼室に導入することを特徴とする。

したがって、本発明では、各燃焼室に２個の吸気弁と吸気弁毎に独立した吸気ポートとを備え、ピストンが上死点に向けて上昇する排気行程時に排気を前記第１吸気弁を介して前記第１吸気ポートに導入し、ピストンが上死点から下降する吸気行程時に前記第１吸気弁を介して少なくとも前記第１吸気ポート内に導入されている排気を燃焼室に導入すると共に、前記第２吸気弁を介して第２吸気ポート内の新気を燃焼室に導入することにより、燃焼室内に排気と新気が吸気ポート毎に分かれて流入するので、吸気ポートの配列に応じた排気と新気の層状化を実現できる。また、排気は外部通路を通過することなく直接第１吸気ポートに導入され且つ燃焼室に直接還流する内部還流であるので、その温度低下が少なく、燃焼安定性が向上する。

以下、本発明の内燃機関を各実施形態に基づいて説明する。

（第１実施形態）
図１〜図４は、本発明を適用した内燃機関の第１実施形態を示し、図１は内燃機関のシステム構成図、図２は同じく内燃機関の給排気系統の説明図、図３は圧縮比可変機構の説明図、図４は可変動弁機構の斜視図である。図１、２に示す内燃機関は一つの気筒の給排気系統に沿う断面図および上から見た概略図であり、図３は同じく圧縮比可変機構を一つの気筒について図示したものである。

本実施形態にかかる内燃機関は、図１、２に示すように、シリンダブロック１とシリンダヘッド２とピストン３とにより区画された複数の燃焼室４（各気筒）毎に、２つの吸気弁５、６および吸気弁５、６毎に独立させた吸気ポート７、８（図示された部分の上流では単一の通路だったものが２つに枝分かれした後の様子を示す）と、２つの排気弁９および排気弁９に連なる排気ポート１０とを備える。燃焼室４（以下では、単に「筒内」と称する場合もある）には少なくとも二つ以上の点火プラグ１１が設置されている。前記２つの吸気弁５、６は夫々開弁作動角と進角量を可変制御可能な各々の可変動弁機構Ａ１、Ａ２により独立して開閉制御され、排気弁９は排気カム機構１２により開閉制御される。また、本実施形態にかかる内燃機関は、機関の圧縮比を可変とする圧縮比可変機構Ｂを備える。

前記吸気弁５、６毎に独立した吸気ポート７、８には、夫々燃料噴射弁１３が配置され、燃料噴射弁１３の上流には吸気制御弁としてのスワールコントロール弁１４が配置されている。燃料は各々のポート７、８毎に設置されている燃料噴射弁１３から、新気が導入される吸気ポートのみに燃料を噴射するようにしている。前記スワールコントロール弁１４は、図２（Ｂ）に示すように、前記独立した一対の隣り合った吸気ポート７、８の隣接する内側を開閉可能に構成されている。このため、スワールコントロール弁１４が開放されている場合には、導入された空気は両吸気ポート７、８に一様に流れて各吸気弁５、６から燃焼室４に流入した場合には、燃焼室４内で両吸気弁５、６よりの吸気が同方向に縦旋回するタンブル流動を発生させる。また、スワールコントロール弁１４を閉じて、各吸気ポート７、８の内側を遮蔽した場合には、導入した空気を吸気ポート７、８の外側に片寄せて流動させ、吸気弁５、６から燃焼室４に流入した場合には、互いに対向する逆向きのスワール流動を与える。なお、スワールコントロール弁１４に代えて、マスクやシュラウド等を使用することによっても同様の流動を与えることができる。

前記一方の吸気ポート７は吸気制御弁１４の上流においてポート遮断弁１５を備えると共に、ポート遮断弁１５の下流（吸気制御弁１４の上流）に開口させて排気ポート１０と連通するＥＧＲ配管１６の出口を開口させ、ＥＧＲ配管１６中にはＥＧＲ弁１７が配置されている。前記燃料噴射弁１３、各可変動弁機構Ａ１、Ａ２、圧縮比可変機構Ｂ、点火時期、吸気制御弁１４、ポート遮断弁１５、ＲＧＲ弁１７は、いずれも機関コントロールユニッ２０トにより、その作動状態が制御される。

本実施形態における内燃機関では、図５に示すように、低負荷低回転領域では、ＥＧＲガスと新気からなる可燃混合気を各々独立した吸気ポート７、８のいずれか一方から第１、２吸気弁５、６のいずれか一方を介して筒内４へ導入して成層燃焼を実施する第１の燃焼モード（ＥＧＲ成層燃焼モードともいう）と、低負荷低回転領域よりも少なくとも高回転になっているか、または高負荷になっている高負荷高回転領域では、全ての吸気ポート７、８から新気と燃料からなる可燃混合気を導入して均質燃焼を実施する第２の燃焼モード（均質燃焼モードともいう）を備える。

そして、第１の燃焼モード内においても、比較的低負荷低回転領域では燃焼室４に残留させたガスを（吸気弁５、６の一方を経由（吸気弁とバルブシートの間の隙間を通過）して吸気ポート７、８の一方に流入するが再び燃焼室４に流入する）ＥＧＲガスとする内部ＥＧＲ領域と、比較的高負荷高回転領域においては、排気ポート１０からＥＧＲ配管１６・ＥＧＲ弁１７を経由させて吸気ポート７、８の一方に導入したＥＧＲガスを内部ＥＧＲガスに加えて吸気弁５、６の一方から燃焼室４内にＥＧＲガスとして供給する「内部＋外部」ＥＧＲ領域とを備える。

前記第１の燃焼モードでの内部ＥＧＲガスは、いずれか一方の吸気弁（以下では、ＥＧＲ配管１６が接続された側の吸気ポート７および吸気弁５を、第１吸気ポート、第１吸気弁として説明する。）の弁作動角および進角量を、第１吸気弁５を開閉駆動する可変動弁機構Ａ１により制御することにより、燃焼室４内の残留ガスを吸気ポート７に流入させ且つ再び燃焼室４に流入させることにより実行される。この場合、他方の吸気弁６（以下では、ＥＧＲ配管１６が接続されていない側の吸気ポート８および吸気弁６を、第２吸気ポート、第２吸気弁として説明する。）の弁作動角および進角量は、第２吸気ポート７内に導入される新気の燃焼室４内への流入空気量を制御するよう、第２吸気弁６を開閉駆動する可変動弁機構Ａ２により制御される。

前記複数の点火プラグ１１は、少なくとも一つが燃焼室４の略中心に配置され、少なくとも他の一つは新気と燃料からなる可燃混合気が第２吸気弁６から燃焼室４内に流入してタンブル流動およびスワール流動する領域に設置されている。そして、第１の燃焼モードにおいては、可燃混合気側へ配置した点火プラグ１１により火花点火を行い、成層混合気を確実に着火させる。また、第２の燃焼モードにおいては、燃焼室４中心に設置した点火プラグ１１により火花点火を行い、燃焼室４全体に均一に火炎を伝播させることで出力の向上を図るようにしている。

前記圧縮比可変機構Ｂは、図３に示すように、シリンダブロック１の気筒列に沿って形成された複数のシリンダ１８内に昇降可能に配設されたピストン３とクランク軸２１のクランクピン２１Ａとをアッパーリンク２２及びロアリンク２３により機械的に連携させて構成した複リンク機構を備える。具体的には、各ピストン３のピストンピン３Ａに回転可能にアッパーリンク２２の一端が連結され、アッパーリンク２２の他端とロアリンク２３とが第１連結ピン２２Ａを介して互いに回転可能に連結され、ロアリンク２３はクランクピン２１Ａに回転可能に連結されている。

前記各ロアリンク２３には、第２連結ピン２３Ａを介して夫々コントロールリンク２４の一端が回転可能に連結され、このコントロールリンク２４の他端は、シリンダブロック１に回転可能に設けたコントロールシャフト２５の偏心軸２５Ａに揺動可能に支持されている。ロアリンク２３に連結するクランクピン２１Ａ、第１連結ピン２２Ａ、及び第２連結ピン２３Ａの連結位置は、同一直線上ではなく、略三角形状をなすように配置されている。

前記コントロールリンク２４の揺動中心であるコントロールシャフト２５の偏心軸２５Ａは、コントロールシャフト２５の回転角度位置を制御することにより、その支持位置を可変制御することができる。コントロールシャフト２５の軸端には、ウォームホイール２６が結合され、このウォームホイール２６に噛合うウォームギヤ２７をアクチュエータモータ２８により回転駆動することにより、コントロールシャフト２５の回転角度位置が制御される。

この複リンク機構による圧縮比可変機構Ｂでは、アクチュエータモータ２８によりウォームギヤ２７およびウォームホイール２６を介してコントロールシャフト２５の回転位置を制御し、偏心軸２５Ａが上方に偏心されている場合にはピストン上死点位置が最も低くなり最も低い圧縮比とできる一方、偏心軸２５Ａをコントロールシャフト２５を回転させて徐々に下方に変位させるに連れてピストン上死点位置が上昇されて高圧縮比側に移行し、偏心軸２５Ａが最下方に偏心された場合にはピストン上死点位置が最も高くでき最も高い圧縮比とすることができる。本機構によるピストンモーションは単振動に近い特徴があり、上死点付近のピストン３の移動量が少ない特徴を有している。

機関コントローラ２０には、機関回転数、機関負荷、吸入負圧、排気温度、水温センサ等よりの冷却水温、吸気温度、および、ノックセンサよりのノック信号等の各信号が入力される。機関コントローラ２０はこれらの入力信号に基づいて、機関の運転状態を判定し、運転状態に応じた機関の目標圧縮比を演算し、演算で得た目標圧縮比となるようアクチュエータモータ２８への回転角度位置指令を出力する。アクチュエータモータ２８の回転角度位置は内蔵された図示しないモータエンコーダにより検出されて機関コントローラ２０へフィードバックされる。

前記圧縮比可変機構Ｂは、機関コントローラ２０により、機関の低負荷低回転領域（ＥＧＲ成層燃焼モード（第１の燃焼モード）での内部ＥＧＲ領域）においては、アクチュエータモータ２８および複リンク機構を作動させてピストン上死点位置を上昇させて高圧縮比に設定される（実際には、圧縮比可変機構の設定は高圧縮比側に設定する一方で、例えば吸気弁の閉時期を下死点から離れたタイミングとして実圧縮比を低下させ、高膨張比とする）。機関負荷若しくは機関回転が上昇するに連れてピストン上死点位置を下げ、圧縮比を低下させ（「内部＋外部」ＥＧＲ領域）、高負荷高回転領域（均質燃焼モード（第２の燃焼モード））においては低圧縮比となるよう設定されている。これにより、低負荷低回転領域では燃費を向上させ、高負荷高回転領域ではノッキングの回避により出力を向上させる。

前記可変動弁機構Ａ１、Ａ２は、第１、第２吸気弁５、６の夫々に装備され、吸気弁５、６のリフト・作動角を変化させるリフト・作動角可変機構４１と、そのリフトの中心角の位相（図示しないクランク軸２１に対する位相）を進角もしくは遅角させる位相可変機構６１と、を組合せて構成している。従って、第１、第２吸気弁５、６は、夫々装備された可変動弁機構Ａ１、Ａ２により、独立してリフト・作動角と進角量を調整可能となっている。この可変動弁機構Ａ１、Ａ２は、本出願人が先に提案したものであるが、例えば特開平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。

前記<リフト・作動角可変機構４１は>、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機関のクランク軸２１によって駆動され、カムブラケット（図示せず）等に回転自在に支持される駆動軸４２と、この駆動軸４２に圧入等により固定される偏心カム４３と、上記駆動軸４２の上方位置に平行に配置されて同じくカムブラケット等に回転自在に支持される制御軸５２と、この制御軸５２の偏心カム部５８に揺動自在に支持されたロッカアーム４６と、各吸気弁５、６の上端部に配置されたタペット５０に当接する揺動カム４９と、を備える。

前記偏心カム４３とロッカアーム４６とはリンクアーム４４によって連係され、ロッカアーム４６と揺動カム４９とはリンク部材４８によって連係されている。前記偏心カム４３は、駆動軸４２の軸心から所定量だけオフセットした点を中心とした円形外周面を有し、この外周面には、リンクアーム４４の環状部が回転可能に嵌合している。

前記ロッカアーム４６は、略中央部が上記偏心カム部５８によって揺動可能に支持され、その一端部に、連結ピン４５を介して前記リンクアーム４４のアーム部が連係していると共に、他端部に、連結ピン４７を介して上記リンク部材４８の上端部が連係している。前記偏心カム部５８は、制御軸５２の軸心から偏心しており、制御軸５２の角度位置に応じてロッカアーム４６の揺動中心は変化する。

前記揺動カム４９は、駆動軸４２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５７を介して前記リンク部材４８の下端部が連係している。この揺動カム４９の下面には、駆動軸４２と同心状の円弧をなす基円面と、該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４９の揺動位置に応じてタペット５０の上面に当接するようになっている。即ち、前記基円面はベースサークル区間として、リフト量が「０」となる区間であり、揺動カム４９が揺動してカム面がタペット５０に接触すると、徐々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ップ区間が設けられている。

前記制御軸５２は、機関コントローラ２０からの制御信号に基づいて制御されるリフト・作動角制御用アクチュエータ５３によって所定角度範囲内で回転するように構成され、制御軸５２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。

以上のリフト・作動角可変機構４１は、駆動軸４２が回転すると、偏心カム４３のカム作用によってリンクアーム４４を上下動させ、これに伴ってロッカアーム４６が揺動する。このロッカアーム４６の揺動は、リンク部材４８を介して揺動カム４９へ伝達され、該揺動カム４９を揺動させる。この揺動カム４９のカム作用によって、タペット５０が押圧され、吸気弁５、６をリフトさせるよう作用する。

前記リフト・作動角制御用アクチュエータ５３を介して制御軸５２の角度を変化させると、ロッカアーム４６の初期位置が変化し、揺動カム４９の初期揺動位置が変化する。例えば、偏心カム部５８が図の上方へ位置しているとすると、ロッカアーム４６は全体として上方へ位置し、揺動カム４９の連結ピン５７側の端部が相対的に上方へ引き上げられた状態となる。つまり、揺動カム４９の初期位置は、そのカム面がタペット５０から離れる方向に傾く。従って、駆動軸４２の回転に伴って揺動カム４９が揺動した際に、基円面が長くタペット５０に接触し続け、カム面がタペット５０に接触する期間は短い。従って、リフト量が全体として小さくなり、かつその開時期から閉時期までの角度範囲つまり作動角も縮小する。

逆に、偏心カム部５８を図の下方へ位置させると、ロッカアーム４６は全体として下方へ位置し、揺動カム４９の連結ピン５７側の端部が相対的に下方へ押し下げられた状態となる。つまり、揺動カム４９の初期位置は、そのカム面がタペット５０に近付く方向に傾く。従って、駆動軸４２の回転に伴って揺動カム４９が揺動した際に、タペット５０と接触する部位が基円面からカム面へと直ちに移行する。従って、リフト量が全体として大きくなり、かつその作動角も拡大する。

前記偏心カム部５８の初期位置は連続的に変化させ得るので、これに伴って、バルブリフト特性は、連続的に変化する。つまり、リフトならびに作動角を、両者同時に、連続的に拡大，縮小させることができる。例えば、リフト・作動角の大小変化に伴い、吸気弁５、６の開時期と閉時期とが略対称に変化する。

前記<位相可変機構６１は>、前記駆動軸４２の前端部に設けたスプロケット６２と、このスプロケット６２と上記駆動軸４２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６３と、から構成されている。前記スプロケット６２は、前述のようにタイミングチェーン等を介してクランク軸２１と連動する。前記位相制御用アクチュエータ６３は、例えば油圧式の回転型アクチュエータからなり、機関コントローラ２０からの制御信号を、図示しない油圧制御により制御油圧に変換して制御される。この位相制御用アクチュエータ６３の作用によって、スプロケット６２と駆動軸４２とが相対的に回転し、バルブリフトにおけるリフト中心角が遅進する。つまり、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、この変化も、連続的に得ることができる。この位相可変機構６１の制御状態は、駆動軸４２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。

以上に説明したリフト・作動角可変機構４１ならびに位相可変機構６１からなる可変動弁機構Ａ１、Ａ２は、吸気弁５、６の開弁時期と閉弁時期を任意に制御することができ、特に、吸気弁５、６の閉弁時期（ＩＶＣ）を制御することで、シリンダ１８内への吸気量、即ち、シリンダ空気量を調整することができる。

なお、可変動弁機構として、上記したリフト・作動角可変機構４１と位相可変機構６１とを組合せて吸気弁５、６の開閉時期を変化させるものについて説明したが、図示しないが、吸気弁５、６を電気信号によって開閉する電磁式の可変動弁機構の構成とするものであってもよい。なお、このような電磁式の可変動弁機構は、本出願人が先に提案したものであり、例えば、特開２００１−１７３４７０号公報等によって公知となっている。

前記可変動弁機構Ａ１、Ａ２は、コントローラ２０に入力されている機関回転数、機関負荷、暖機状態を表す冷却水温度等に基づいて負荷が判定され、判定した機関負荷に応じて、図６の（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、第１、２吸気弁５、６の弁作動角および進角量が設定される。

即ち、第１吸気弁５は、機関低負荷時においては作動角中心が最も進角された状態において所定の作動角により開閉され、機関負荷の増加に連れて第２吸気弁６と同様の進角量に戻され且つその作動角を徐々に増加する特性で制御される（図６の（Ａ）、（Ｂ）参照）。第２吸気弁６は、機関低負荷時においては最小の作動角により開閉され、機関負荷の増加に連れてその作動角を徐々に増加するよう制御される（図６の（Ｃ）参照）。また、図６の（Ｅ）に示すように、第１の燃焼モードの範囲で機関負荷と回転の高い領域においては、ＥＧＲガス量が不足する領域となるため、遮断弁１５を閉じて、ＥＧＲ配管１６を経由して供給される外部ＥＧＲを導入するようにしている。なお、図６中の（Ｇ）には、機関負荷の変化に対する圧縮比可変機構Ｂによる圧縮比の制御特性が示されており、低負荷時においては最も圧縮比が高く設定され、負荷の増加に連れて徐々に低下され、ＥＧＲ成層燃焼モード（第１の燃焼モード）から均質燃焼モード（第２の燃焼モード）に移行した段階で所定の低圧縮比となる特性が示されている。

以上の構成の内燃機関の動作について以下に説明する。

低負荷低回転領域である内部ＥＧＲ領域での運転状態においては、第１、２吸気弁５、６の弁作動角および進角量は、図７に示すように、設定される。燃料噴射弁１３より噴射された燃料と新気とが混合されて導入される第２吸気ポート８に設置される第２吸気弁６は、図中の（Ａ）に示すように、概ね排気弁９が閉じるタイミングである排気上死付近に開弁時期が設定され、吸気下死点前に閉じられる。即ち、排気上死点近傍若しくは吸気行程の初期に開弁され且つ吸気行程の早い段階で閉弁（早閉じ）される。これに対して、ＥＧＲガスが導入される吸気ポート７に設置されている第１吸気弁５は、図中の（Ｂ）に示すように、新気が導入されるポート８の第２吸気弁６よりも早期に排気上死点前の排気行程中に開弁される。

これがために、図８（Ａ）に示すように、排気行程でのピストン３の上昇により、筒内４へ残った前サイクルの燃焼ガスが早期に開弁された第１吸気弁５を通って第１吸気ポート７へ導入され、ポート７の上流まで内部ＥＧＲにより満たされることとなる。また、上死点近傍のピストン運動は、圧縮比可変機構Ｂの複リンク機構の作用により、ピストン３が単振動に近く上死点付近に長く留まることとなる一方、低負荷低回転領域である内部ＥＧＲ領域では、圧縮比可変機構Ｂによる圧縮比が高圧縮比に設定されて、ピストン上死点位置が高く設定されるため、内部ＥＧＲガスを押し出す効果がより強く得られる。このため、第１吸気ポート７内への内部ＥＧＲガスの充満が十分に実行される。ここでもう一つの第２吸気ポート８の第２吸気弁６は、開弁時期が排気行程以後の排気弁９が閉じられる前後に設定されるため、前記した内部ＥＧＲは導入されない。なお、前記内部ＥＧＲが過剰に第１吸気ポート７内に流入し、ポート７上流のコレクタまで流入してしまう場合には、遮断弁１５を閉じて、逆流を防止する。これにより、コレクタの汚染により、吸入空気量の低下、出力の低下等の事態を回避する。

次いで、ピストン３が上死点を通過して吸気行程が開始されると、排気弁９が閉じられるも第１吸気弁５は開弁しているため、図８の（Ｂ）および図９に示すように、ピストン位置が下降を始めると第１吸気ポート７へ導入された内部ＥＧＲガスが筒内４へ再度導入される。この場合、第１吸気ポート７に配置した燃料噴射弁１３からは燃料が噴射されないため、内部ＥＧＲガスのみが筒内４へ導入される。前記の通り、内部ＥＧＲガスで第１吸気ポート７を満たしたことによって、第１吸気ポート７から導入されるのは殆ど排気となる。また、もう一つの第２吸気ポート８の第２吸気弁６が開弁され、第２吸気弁６からは第２吸気ポート８内に燃料噴射弁１３により噴射された燃料と第２吸気ポート８に導入された新気との混合気が燃焼室４内に流入し始める。スワールコントロール弁１４は開かれているため、筒内４に流入した新気による混合気と内部ＥＧＲガスとは、燃焼室４内で左右で独立して同じ方向のタンブル流動を伴って流動する。

そして、図８の（Ｃ）に示すように、第１吸気弁５が閉弁されると第１吸気ポート７からの内部ＥＧＲガスの流入は停止される。この内部ＥＧＲ領域では、第１吸気弁５は低リフトで作動角が小さく、ＥＧＲガスの上流にある新気ガスは筒内４へ導入されてしまう前に第１吸気弁５が閉じられるため、筒内４と吸気ポート７の間で内部ＥＧＲガスのみが移動流入することとなる。第２吸気弁６からの新気による混合気の流入は継続され、吸気行程の途中段階において第２吸気弁６が閉弁（早閉じ）されると新気による混合気の流入も停止される。

燃焼室４内では、新気による可燃混合気のタンブル流動と内部ＥＧＲガスのタンブル流動とが左右に独立して夫々継続されるが、この第１燃焼モードの低負荷低回転領域である内部ＥＧＲ領域では、第１、２吸気弁５、６よりの内部ＥＧＲガス量および吸入空気量は少なく、第１、２吸気弁５、６が閉じられる時期が早いため、夫々のタンブル流動が弱い特徴がある。

図１０は本実施形態の吸気弁５、６の早閉じにより空気量制御する場合の燃焼室４内のタンブル比の時間的変化（破線参照）を、比較例として、通常のスロットルバルブにより空気量制御する場合の燃焼室４内のタンブル比の時間的変化（実線参照）と対比して示すものである。比較例のタンブル比は圧縮上死点まで比較的高い数値で継続されるが、本実施形態においては、空気量が少なく、しかも各吸気弁５、６が早閉じされるため、吸気下死点近傍から比較的小さいものとなっている。

従って、圧縮上死点前９０度（ＢＴＤＣ ９０ｄｅｇ）においても、比較例においては、図１１（Ａ）に示すように、比較的強いタンブル流動が維持されているが、本実施形態においては、図１１（Ｂ）に示すように、比較的弱いタンブル流動となる。これがため、本実施形態においては、ＥＧＲガスと新気混合気（可燃混合気、成層混合気）との混合を極力さけることができ、両者間に界面の明確な成層混合気が形成可能となる。ピストン３が圧縮上死点近傍に達して、可燃混合気側へ配置された点火プラグ１１により火花点火を行うことで、成層混合気を確実に着火させることができ、成層燃焼を実現させることができる。

前記した内部ＥＧＲガスの導入効果を高めるためには、内部ＥＧＲを導入する第１吸気弁５の開弁時期を進角することが効果的であるが、図１２に示すように、第１、２吸気弁５、６の進角量を同じとする一方、第１吸気弁５の作動角を第２吸気弁６の作動角に比較して大きく拡大させることで、さらに内部ＥＧＲを導入する効果を得ることができる。

機関の負荷若しくは回転が上昇して、第１の燃焼モードの範囲で負荷と回転の高い領域（「内部＋外部」ＥＧＲ領域、ＥＧＲ量が不足する領域）においては、図１３に示すように、ポート遮断弁１５を閉じて外部ＥＧＲを導入する。この場合には、図６に示すように、第１吸気弁５の第２吸気弁６に対する進角量（Ａ参照）が減少しており、その作動角（Ｂ参照）が若干増加され、第２吸気弁６の作動角（Ｃ参照）も若干増加されている。この結果、内部ＥＧＲ率（Ｄ参照）は大きく減少するも、外部ＥＧＲ率（Ｅ参照）が増加されることとなるため、トータルのＥＧＲ率（Ｆ参照）に大幅な低下はない。

これにより、内部ＥＧＲと外部ＥＧＲとの両者が第１吸気弁５を経由して燃焼室４に流入し、第２吸気弁６を経由して燃焼室４に流入した可燃混合気のタンブル流動に隣接させて、ＥＧＲガスのタンブル流動を実現する。この場合にも、ＥＧＲガスと可燃混合気（成層混合気）との混合を極力さけることができ、両者間に界面の明確な成層混合気が形成可能となる。従って、ピストン３が圧縮上死点近傍に達して、可燃混合気側へ配置された点火プラグ１１により火花点火を行うことで、成層混合気を確実に着火させることができ、成層燃焼を実現させることができる。

機関の負荷若しくは回転が更に上昇して、タンブル流動が強化され、成層度が悪化する場合には、スワールコントロール弁１４が閉じられる。スワールコントロール弁１４が閉じられると、各吸気ポート７、８の内側が遮蔽され、流通するＥＧＲガスおよび導入した空気は各吸気ポート７、８の離れた外側に片寄せて流動し、第１、２吸気弁５、６から燃焼室４に流入した場合には、図１４に示すように、互いに対向する逆向きのスワール流動を与える。

この場合においても、内部ＥＧＲガスと新気混合気（可燃混合気、成層混合気）との混合を極力さけることができ、両者間に界面の明確な成層混合気が形成可能となる。従って、ピストン３が圧縮上死点近傍に達して、可燃混合気側へ配置された点火プラグ１１により火花点火を行うことで、成層混合気を確実に着火させることができ、成層燃焼を実現させることができる。

更に機関負荷若しくは回転が上昇されて高負荷高回転領域に移行すると、第２燃焼モードによる均質燃焼が実行される。圧縮比可変機構Ｂによる圧縮比は低圧縮比に設定され、第１、２吸気弁５、６はその作動角が機関負荷に応じて大きくなるよう設定され且つ両者の進角量が一致され、遮断弁１５が開放され、第１、２吸気ポート７、８に新気が導入され、第１、２吸気ポート７、８に設置した両方の燃料噴射弁１３から燃料が噴射される。

これにより、全ての吸気ポート７、８から新気と燃料を供給され、燃焼室４に流入する空気量が多くなり、出力の低下はない。この第２の燃焼モードにおいては、燃焼室４中心に設置されたプラグ１１により火花点火を行い、燃焼室４全体に均一に火炎を伝播させることで出力の向上を図るようにできる。

上記した実施形態においては、低負荷低回転領域でＥＧＲを導入する第１吸気弁５の進角量を新気導入する第２吸気弁６に対して大きくすることで内部ＥＧＲガス量を確保するようにしているが、第１吸気弁５と第２吸気弁６との進角量が独立して制御しているために、第１、２吸気弁５、６の夫々に可変動弁機構Ａ１、Ａ２を配置することが必要となる。ところで、第１吸気弁５により低負荷低回転領域でＥＧＲを導入するためには、図１２に示すように、第２吸気弁６と共通する進角量であっても大きい作動角を設定することにより、進角したクランク角度位置から開き始めるようにできる。このことに着目して、第１吸気弁５に低負荷低回転領域において大きい作動角と低リフトとし、機関負荷の上昇に連れて弁作動角の増加を抑制しつつ弁リフトを増加させることができれば、第１、２吸気弁５、６の進角量を同一に設定でき、可変動弁機構Ａ１、Ａ２の位相可変機構６１を第１、２吸気弁５、６に共用させることができ、より一層可変動弁機構Ａを簡素化でき、安価なシステムとできる。

上記点に着目して設定した第１吸気弁５（（Ｂ）参照）および第２吸気弁６（（Ａ）参照）のバルブリフト・作動角特性を図１５に示す。図において、第２吸気弁６は、低負荷低回転領域において低リフト・小作動角とされており、機関負荷の増加に連れてリフト・作動角ともに増加する通常の設定としている。一方、第１吸気弁５は、低負荷低回転領域において低リフト・大作動角とされており、機関負荷の増加に連れてリフト量を増加させるも作動角が減少する特性を持つよう設定している。このように設定することにより、低負荷低回転領域において必要とする内部ＥＧＲガス量を確保することができる。そして、リフト量の増加（機関負荷が増加、空気量の増加）につれて第１、２吸気弁５、６の作動角差が小さくなり、全ての吸気ポート７、８から新気と燃料が供給される第２燃焼モードにおいては、空気量が十分に導入されることになり、出力の低下はない。

図１６、１７は上記着想を実現するための可変動弁機構の構成図を示すものであり、第１、２吸気弁５、６で共通の制御軸５２、駆動軸４２、偏心カム４３、リンクアーム４４を備え、ロッカアーム４６、リンク部材４８および揺動カム４９については第１、２吸気弁５、６で独立した独自の形状・寸法を備える部材を使用している。そして、第１吸気弁５に低リフト時に第２吸気弁６より大きい作動角を持たせるために、リンク部材４８の長さを長くする、揺動カム４９とリンク部材４８とを連結する連結ピン５７位置の駆動軸４２中心からの距離を短くする、ロッカアーム４６の制御軸５２に対する揺動中心と両端の連結ピン４５、４７とを結ぶ線同士の角度（ロッカアーム挟み角）θを小さくする、ロッカアーム４６の寸法を大きくする、揺動カム４９のカムプロフィールを変化させる等の手段の二つ以上を組合わせることで実現させることができる。

本実施形態においては、以下に記載する効果を奏することができる。

（ア）各燃焼室４に設けられた第１吸気弁５および第２吸気弁６と、前記吸気弁５、６毎に独立して設けられた第１吸気ポート７および第２吸気ポート８と、を備え、ピストン３が上死点に向けて上昇する排気行程時に、排気を第１吸気弁５を介して第１吸気ポート７に導入し、ピストン３が上死点から下降する吸気行程時に、前記第１吸気弁５を介して少なくとも前記第１吸気ポート７内に導入されている排気を燃焼室４に導入すると共に、前記第２吸気弁６を介して第２吸気ポート８内の新気を燃焼室４に導入するようにした。このため、燃焼室４内に排気（内部ＥＧＲ）と新気が吸気ポート７、８毎に分かれて流入するので、吸気ポート７、８の配列に応じた排気と新気の層状化を実現できる。また、排気は外部通路を通過することなく直接第１吸気ポート７に導入され且つ燃焼室４に直接還流する内部還流であるので、その温度低下が少なく、燃焼安定性が向上する。

（イ）ピストン３の動きを、ピストン上死点近傍において単振動に近似させたことにより、ピストン３とクランクシャフト２１が単一のコンロッドで連結された内燃機関に比べて、上死点付近の滞在時間が長いので、排気を第１吸気ポート７に十分導入することができるようになる。即ち、少なくとも第２吸気ポート８には排気を導入しないので、第１吸気ポート７には排気を十分導入する必要が生じるが、上記方法により、第１吸気ポート７に排気を十分導入することができるようになる。

（ウ）第１吸気弁５の開弁時期は排気行程にあり、前記第２吸気弁６の開弁時期は排気上死点近傍若しくは吸気行程にあることにより、第１吸気弁５は排気バルブ９とのオーバーラップ量が増えるため、内部ＥＧＲを任意の吸気ポート７のみに選択的に導入することが可能となる。

（エ）低負荷低回転領域では、ピストン３が上死点に向けて上昇する排気行程時に、排気を前記第１吸気弁５を介して前記第１吸気ポート７に導入し、ピストン３が上死点から下降する吸気行程時に、前記第１吸気弁５を介して前記第１吸気ポート７内の導入した排気を燃焼室４に導入すると共に、前記第２吸気弁６を介して第２吸気ポート８内の新気を燃焼室４に導入し、低負荷低回転領域よりも高負荷あるいは高回転の高負荷高回転領域では、吸入行程において第１、２吸気弁５、６を介して第１、２吸気ポート７、８内の新気を燃焼室４に導入し、前記第１吸気ポート７から燃焼室４内に吸入される新気の量が、低負荷低回転領域において第１吸気ポート７から燃焼室４内に吸入される新気の量よりも多いことにより、低負荷低回転領域では燃費向上効果を得ると共に、高負荷高回転領域では、新気を増やして十分な出力を得ることができる。

（オ）第１吸気弁５の開弁時期を変更する可変動弁機構Ａ１を備え、高負荷高回転領域では、前記第１吸気弁５の開弁時期が排気上死点近傍もしくは吸気行程にあることにより、排気が第１吸気ポート７に導入されなくなり、その分第１吸気ポート７から吸入される新気を相対的に増加させることができる。

（カ）第１吸気弁５のリフト量を変更する機構Ａ１を備え、前記第１吸気弁５は、高負荷高回転領域リフト量が低負荷低回転領域リフト量よりも大きいことにより、第１吸気ポート７から吸入される新気の量を高負荷高回転時に絶対的に増加させることができる。なお、吸気通路を絞るスロットルルブを備える場合には、高負荷高回転領域のスロットル開度が低負荷低回転領域のスロットル開度より大きくすることにより、同様の効果を発揮させることができる。

（キ）前記（カ）の場合に、第１吸気弁５の作動角中心を、第２吸気弁６の作動角中心に常に一致させることにより、２つの吸気弁５、６に対する可変動弁機構Ａ１、Ａ２のリンク長や、カムプロフィールを変えるだけで共通する駆動軸４２および制御軸５２等により容易に実現できる。

（ク）ピストン上死点位置を変更する機構Ｂを備え、低負荷低回転領域でのピストン上死点位置が、高負荷高回転領域でのピストン上死点位置よりも上方であることにより、第１吸気ポート７に排気を十分導入することができるようになる。また、吸入新気が少なく新気の量に対して排気の量が多くなる低負荷低回転領域で、第２吸気弁６の閉時期を下死点に近づけて圧縮比を高めにすれば、圧縮上死点付近の筒内温度を高めることができるので、燃焼安定度を向上させることができる。したがって、低負荷低回転領域では、膨張比が大きくなって膨張仕事が増えることになって燃費が向上し、高負荷高回転領域では、ノッキングを回避して高い出力を得ることができる。

（ケ）ピストン上死点位置を変更する機構Ｂは、ピストン３に連結された第１リンク２２と、第１リンク２２とクランク軸２１に連結された第２リンク２３と、第２リンク２３とコントロールシャフト２５に連結された第３リンク２４と、を備えることにより、ピストン３の上死点位置を連続的に変更しつつ、上死点付近でのピストン移動を単振動に近づけることができる。

（コ）第１吸気弁５の弁開時期は、機関負荷と回転速度の低下に伴って進角され、第２吸気弁６の弁開時期に対する進角量が増加することにより、機関の負荷と回転が低く、排気圧力が低い条件においても、内部ＥＧＲガスを第１吸気ポート７内へ導入する効果を得ることができる。

（サ）第１吸気弁５の作動角は、機関負荷と回転速度の低下に伴って第２吸気弁６の作動角に対して大きくなることにより、機関の負荷と回転が低く、排気圧力が低い条件において、さらに排気バルブ９とのオーバーラップ量を増加させ、内部ＥＧＲガスを第１吸気ポート７へ導入する効果を得ることができる。

（シ）燃焼後の排出ガスを排気ポート１０から第１吸気ポート７上流へ還流させる機構１６を備え、負荷の上昇に伴って前記排気ポート１０から還流させた燃焼後の排出ガスを第１吸気ポート７へ導入することにより、内部ＥＧＲのみではＥＧＲ量が不足する負荷の高い領域を外部ＥＧＲにより補充することができる。

（ス）燃焼室４には複数の点火プラグ１１が配置され、少なくとも一つ以上の点火プラグ１１は第２吸気弁６が存在する側に配置されていることにより、第２吸気弁６を介して導入される可燃混合気に確実に点火を行うことが可能となる。

（セ）第１、２吸気ポート７、８から燃焼室４に導入される排気と新気とは、低負荷低回転領域において、燃焼室４内で互いに独立したタンブル流動若しくはスワール流動となることにより、ＥＧＲガスと可燃混合気との混合を抑制し、界面を明確化して成層度を高める効果を得ることができる。

（ソ）高負荷高回転領域においては、第１、２吸気弁５、６のリフト量と作動角が略等しいことにより、吸入空気量を確保し、出力性能を確保することができる。

（第２実施形態）
図１８は、本発明を適用した内燃機関の第２実施形態を示す給排気弁の開閉特性図である。本実施形態においては、第１燃焼モードにおいて第１吸気弁５の作動角中心を進角させることに代えて、排気弁９の作動角中心を進角させるようにした構成を第１実施形態に追加したものである。なお、第１実施形態と同一装置、部品には同一符号を付してその説明を省略ないし簡略化する。

本実施形態においては、排気弁９を開閉作動させる排気弁用カム１２を進角させる機構、例えば、可変動弁機構に設けられていると同様な位相可変機構を搭載し、排気弁９の作動角中心を低負荷低回転領域（第１燃焼モード）において進角させるようにしている。その他の構成および制御方法は第１実施形態と同様に構成している。

即ち、位相可変機構により排気弁用カム１２の作動角中心を、高負荷高回転領域の第２燃焼モードにおいては、図１８（Ｂ）に示すように、通常の進角位置に設定し、低負荷低回転領域の第１燃焼モードにおいては、図１８（Ａ）に示すように、通常の進角位置より更に進角させ、第１吸気弁５との間に負のオーバーラップを形成するようにしている。なお、第２吸気弁６は、第１実施形態と同様に排気上死点近傍より開弁するようにしている。設定する負のオーバーラップは、実験等により機関負荷状況や回転数に応じて最適値に設定する。

このように、第１吸気弁５との間に負のオーバーラップを設けると、本来排気弁から排出される燃焼後のガスを筒内４に閉じ込め、排気上死点に向けて再度圧縮して筒内４の圧力を上昇させ、筒内４と吸気ポート７の差圧が大きくする。その差圧が大きくなった時点で第１吸気弁５が開かれるため、筒内の残留ガスは第１吸気弁５を経由して第１吸気ポート７へ排出されるが、吸気行程が開始されると、第１吸気弁５を経由して再び内部ＥＧＲガスとして筒内４に導入されることとなり、内部ＥＧＲガスを第１吸気ポート７へ導入する効果を大きくすることができる。

本実施形態においては、第１実施形態における効果（ア）〜（ソ）に加えて以下に記載した効果を奏することができる。

（タ）排気弁９の作動角中心を変更する機構を備え、低負荷低回転領域の運転条件においては、排気弁９の作動角中心を進角させてその閉じ時期を進角させることにより、排気弁９の閉弁時期が第１吸気弁５の開弁時期よりも早い負のオーバーラップ期間が形成され、燃焼室４内の残留ガス圧を高めてから第１吸気弁５を開くことで、筒内４と第１吸気ポート７の差圧を増大させ、より多くの内部ＥＧＲを第１吸気ポート７へ導入する効果を得ることができる。

（第３実施形態）
図１９、２０は、本発明を適用した内燃機関の第３実施形態を示し、図１９は内燃機関のシステム構成図、図２０は同じく内燃機関の給排気系統の説明図である。本実施形態においては、燃料を筒内直接噴射式の燃料噴射弁から供給する構成を第１実施形態に追加したものである。なお、第１実施形態と同一装置、部品には同一符号を付してその説明を省略ないし簡略化する。

本実施形態においては、燃料を筒内直接噴射式の燃料噴射弁１３Ａから供給するよう構成し、成層燃焼とする第１の燃焼モードにおいては、成層化された筒内ガスの内の新気の多い部位に燃料を噴射する圧縮行程噴射とし、均質燃焼とする第２の燃焼モードにおいては、吸気行程噴射とするようにしたものである。その他の構成および制御方法は第１実施形態と同様に構成している。噴射弁１３Ａからの噴霧の向きは、新気が導入されるポート８側において新気が流動する方向に沿うように設定されている。

また、本実施形態においては、成層燃焼モードである第１の燃焼モードにおいては、通常の圧縮行程噴射における燃圧と比較して燃圧を低く設定することで、可燃混合気とＥＧＲガスとの混合を極力低減するようにしている。このように燃圧を下げることで、新気と燃料の混合気形成はやや低下するが、噴射量も少なく噴射パルス幅は小さくて良く、圧縮上死点までの時間は十分にあるために、前記混合は進む。また、第１実施形態のように、第２吸気弁６の低リフト時に吸気ポート８内に燃料を噴射した場合には、第２吸気弁６の裏側への燃料付着が生ずるが、本実施形態おいてはこのような付着が生ずることがないため、未燃焼ＨＣが低減され、燃費が向上する。

また、均質燃焼モードである第２の燃焼モードにおいては、通常の吸気行程噴射における燃圧と比較して燃圧を高めに設定して、燃焼と新気との混合を促進させると共に蒸発潜熱により吸気冷却効果を得てシリンダ空気量を増大させ、出力の向上を図ることができる。

本実施形態においては、第１実施形態における効果（ア）〜（ソ）に加えて、以下に記載する効果を奏することができる。

（チ）燃焼室４に直接燃料を噴射する燃料噴射弁１３Ａを備え、低負荷低回転領域においては、通常の圧縮行程噴射における燃圧と比較して燃圧を低く設定し、高負荷高回転領域においては、通常の吸気行程噴射における燃圧と比較して燃圧を高めに設定することにより、第１の燃焼モードにおいては、低燃圧であるため、筒内４への乱れを最小限に抑えてＥＧＲガスと新気ガスとの混合を極力低減して成層度を高め、且つ、第２吸気弁６の裏面への燃料付着がないため、未燃ＨＣを低減できる。また、第２の燃焼モードにおいては、筒内直噴による冷却効果により、シリンダ空気量を増加させる効果を得ると共に燃圧を高めることで混合を促進し、均質性能を改善することができる。

本発明の一実施形態を示す内燃機関のシステム構成図。 同じく内燃機関の給排気系統の説明図。 圧縮比可変機構の説明図。 可変動弁機構の斜視図。 本実施形態における内燃機関の運転モードを示す説明図。 第１、２吸気弁の動作特性およびＥＧＲ率特性を示す説明図。 第１燃焼モードにおける第１、２吸気弁の弁作動角および進角量を示す説明図。 第１燃焼モードにおける第１吸気弁によるガス交換状態（Ａ）〜（Ｃ）を示す説明図。 第１燃焼モードにおける成層混合気の形成状態を示す説明図。 第１燃焼モードにおけるタンブル比の時間的変化を比較例と共に示すタイムチャート。 第１燃焼モードでの筒内流動状態を比較例と共に示す説明図。 第１燃焼モードにおける第１、２吸気弁の弁作動角および進角量の別の実施例を示す説明図。 第１燃焼モードにおいて外部ＥＧＲ導入状態を示す説明図。 第１燃焼モードにおけるスワールコントロール弁の作動時の筒内流動状態を示す説明図。 第１、２吸気弁の負荷に対するリフト・作動角特性を示す説明図。 図１５に示す特性を得るための可変動弁機構の要部の説明図。 図１６に示す可変動弁機構の側面図。 本発明の第２実施形態を示す内燃機関の排気弁の開弁特性（Ａ）、（Ｂ）を示す説明図。 本発明の第３実施形態を示す内燃機関のシステム構成図。 同じく第３実施形態の内燃機関の給排気系統の説明図。

符号の説明

Ａ１、Ａ２ 可変動弁機構
Ｂ 圧縮比可変機構
１ シリンダブロック
２ シリンダヘッド
３ ピストン
４ 燃焼室、筒内
５ 第１吸気弁
６ 第２吸気弁
７ 第１吸気ポート
８ 第２吸気ポート
９ 排気弁
１０ 排気ポート
１１ 点火プラグ
１２ 排気弁用カム
１３、１３Ａ 燃料噴射弁
１４ スワールコントロール弁
１５ 遮断弁

Claims (18)

1. 各燃焼室に設けられた第１吸気弁および第２吸気弁と、前記吸気弁毎に独立して設けられた第１吸気ポートおよび第２吸気ポートと、を備える内燃機関において、
   ピストンが上死点に向けて上昇する排気行程時に、排気を前記第１吸気弁を介して前記第１吸気ポートに導入し、
   前記ピストンが上死点から下降する吸気行程時に、前記第１吸気弁を介して少なくとも前記第１吸気ポート内の導入した排気を燃焼室に導入すると共に、前記第２吸気弁を介して第２吸気ポート内の新気を燃焼室に導入することを特徴とする内燃機関。
2. 前記ピストンの動きを、ピストン上死点近傍において単振動に近似させたことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
3. 前記第１吸気弁の開弁時期は排気行程にあり、前記第２吸気弁の開弁時期は排気上死点近傍若しくは吸気行程にあることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の内燃機関。
4. 各燃焼室に設けられた第１吸気弁および第２吸気弁と、前記吸気弁毎に独立して設けられた第１吸気ポートおよび第２吸気ポートと、を備え、
   低負荷低回転領域では、ピストンが上死点に向けて上昇する排気行程時に、排気を前記第１吸気弁を介して前記第１吸気ポートに導入し、ピストンが上死点から下降する吸気行程時に、前記第１吸気弁を介して前記第１吸気ポート内の導入した排気を燃焼室に導入すると共に、前記第２吸気弁を介して第２吸気ポート内の新気を燃焼室に導入し、
   低負荷低回転領域よりも高負荷あるいは高回転の高負荷高回転領域では、吸入行程において第１、２吸気弁を介して第１、２吸気ポート内の新気を燃焼室に導入し、前記第１吸気ポートから燃焼室内に吸入される新気の量が、低負荷低回転領域において第１吸気ポートから燃焼室内に吸入される新気の量よりも多いことを特徴とする内燃機関。
5. 前記第１吸気弁の開弁時期を変更する機構を備え、
   高負荷高回転領域では、前記第１吸気弁の開弁時期が排気上死点近傍もしくは吸気行程にあることを特徴とする請求項４に記載の内燃機関。
6. 前記第１吸気弁のリフト量を変更する機構を備え、
   前記第１吸気弁は、高負荷高回転領域リフト量が低負荷低回転領域リフト量よりも大きいことを特徴とする請求項４に記載の内燃機関。
7. 前記第１吸気弁の作動角中心は、第２吸気弁の作動角中心に常に一致していることを特徴とする請求項６に記載の内燃機関。
8. 前記第１、２吸気ポートの上流において吸気通路を絞るスロットルバルブを備え、
   高負荷高回転領域のスロットル開度が低負荷低回転領域のスロットル開度より大きいことを特徴とする請求項４に記載の内燃機関。
9. 前記ピストン上死点位置を変更する機構を備え、
   低負荷低回転領域でのピストン上死点位置が、高負荷高回転領域でのピストン上死点位置よりも上方であることを特徴とする請求項４から請求項８のいずれか一つに記載の内燃機関。
10. 前記ピストン上死点位置を変更する機構は、ピストンに連結された第１リンクと、第１リンクとクランク軸に連結された第２リンクと、第２リンクとコントロールシャフトに連結された第３リンクと、を備えることを特徴とする請求項９に記載の内燃機関。
11. 前記第１吸気弁の弁開時期は、機関負荷と回転速度の低下に伴って進角され、第２吸気弁の弁開時期に対する進角量が増加することを特徴とする請求項４から請求項１０のいずれか一つに記載の内燃機関。
12. 前記第１吸気弁の作動角は、機関負荷と回転速度の低下に伴って第２吸気弁の作動角に対して大きくなることを特徴とする請求項４から請求項１０のいずれか一つに記載の内燃機関。
13. 前記排気弁の作動角中心を変更する機構を備え、
    低負荷低回転領域の運転条件においては、排気弁の作動角中心を進角させてその閉じ時期を進角させることを特徴とする請求項４から請求項１２のいずれか一つに記載の内燃機関。
14. 燃焼後の排出ガスを排気ポートから第１吸気ポート上流へ還流させる機構を備え、
    負荷の上昇に伴って前記排気ポートから還流させた燃焼後の排出ガスを第１吸気ポートへ導入することを特徴とする請求項４から請求項１３のいずれか一つに記載の内燃機関。
15. 前記燃焼室には複数の点火プラグが配置され、少なくとも一つ以上の点火プラグは第２吸気弁が存在する側に配置されていることを特徴とする請求項１から請求項１４に記載の内燃機関。
16. 前記第１、２吸気ポートから燃焼室に導入される排気と新気とは、低負荷低回転領域において、燃焼室内で互いに独立したタンブル流動若しくはスワール流動となることを特徴とする請求項１から請求項１５に記載の内燃機関。
17. 高負荷高回転領域においては、第１、２吸気弁のリフト量と作動角が略等しいことを特徴とする請求項４から請求項１６のいずれか一つに記載の内燃機関。
18. 前記燃焼室に直接燃料を噴射する燃料噴射弁を備え、
    低負荷低回転領域においては、通常の圧縮行程噴射における燃圧と比較して燃圧を低く設定し、
    高負荷高回転領域においては、通常の吸気行程噴射における燃圧と比較して燃圧を高めに設定することを特徴とする請求項４から請求項１７のいずれか一つに記載の内燃機関。