JP2009097339A - 火花点火式内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】多量のＥＧＲガスを導入したことによる圧縮ガスの温度上昇を抑制でき、耐ノッキング性能及び燃費の向上を図ることができる火花点火式内燃機関を提供する。
【解決手段】吸気開閉弁８の開タイミングと排気開閉弁９の閉タイミングとの少なくとも一方を変化させることにより吸気開閉弁８と排気開閉弁９が同時に開いているオーバーラップ期間Ｂを変化可能とする可変動弁機構３１と、燃焼室７の複数箇所に配置された複数の点火プラグ１２ａ〜１２ｃとを備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、吸気行程において吸気開閉弁と排気開閉弁とが同時に開いているオーバラップ期間を変化させることにより、内部ＥＧＲを行うようにした火花点火式内燃機関に関する。

火花点火式内燃機関では、排気ガス中のＮＯX の低減とともに、燃費の向上を図る観点から、可変動弁機構により吸気開閉弁と排気開閉弁が共に開いているオーバラップ期間を変化させることにより、排気ポート側に流出した排気ガスを気筒内に還流させて再燃焼させる内部ＥＧＲ装置を備える場合がある（例えば、特許文献１参照）。
特開２００６−２７４９５１

ところで、上記従来の内部ＥＧＲ装置では、例えば中負荷運転域において気筒内にＥＧＲガスを多量に導入すると、ＥＧＲガスにより圧縮ガス温度が上昇し、ノッキングが生じ易くなって充分な燃費向上効果が得られない場合がある。即ち、気筒内にＥＧＲガスが多量に流入すると、燃焼が緩慢になり、ＮＯX の生成は減少するものの、燃焼期間が長くなることから、燃焼エネルギーの一部がピストンを押し下げるのに使用されず、極端に言えばピストンが下死点に達してもまだ燃焼が続く場合がある。このような有効出力とならない燃焼エネルギーは排気ガスの温度を高めるのにしか使用されず、その結果、排気ガスの温度上昇に伴って内部ＥＧＲガスの温度も高くなり、ノッキングが生じ易くなる。

本発明は、上記従来の状況に鑑みてなされたもので、多量のＥＧＲガスによる圧縮ガスの温度上昇を抑制することにより、耐ノッキング性能及び燃費の向上を図ることができる火花点火式内燃機関を提供することを課題としている。

請求項１の発明は、吸気開閉弁の開タイミングと排気開閉弁の閉タイミングとの少なくとも一方を変化させることにより吸気開閉弁と排気開閉弁が同時に開いているオーバーラップ期間を変化可能とする可変動弁機構と、燃焼室の複数箇所に配置された複数の点火プラグとを備えたことを特徴とする火花点火式内燃機関である。

請求項２の発明は、請求項１において、上記燃焼室の吸気ポート側に配置された２本の吸気開閉弁と、排気ポート側に配置された２本の排気開閉弁とを備え、上記燃焼室の、シリンダボア中心を通りクランク軸と平行な直線より排気ポート側でかつ上記２本の排気開閉弁のクランク軸方向両側にそれぞれ点火プラグを配置したことを特徴としている。

請求項３の発明は、請求項１において、上記複数の点火プラグを機関運転状態に応じた個数だけ作動させる点火数制御手段を備えたことを特徴としている。

請求項４の発明は、請求項３において、上記点火数制御手段は、低中速回転・高負荷運転域では、点火プラグの作動数を減じることを特徴としている。

請求項５の発明は、請求項３において、上記点火数制御手段は、低中速回転・低中負荷運転域及び高速回転・高負荷運転域では、全ての点火プラグを作動させることを特徴としている。

請求項６の発明は、請求項１において、低中負荷運転域の一部において、上記吸気開閉弁の閉じ時期を全負荷運転域より遅らせることを特徴としている。

請求項７の発明は、請求項１又は６において、部分負荷運転時における上記排気開閉弁の閉じ時期を全負荷運転域より遅らせることを特徴としている。

請求項８の発明は、請求項７において、吸気開閉弁とのオーバーラップが生じるまで排気開閉弁の閉じ時期を遅らせることを特徴としている。

請求項９の発明は、請求項１において、複数の気筒と、該各気筒に接続された主吸気通路と、該主吸気通路に接続されたサージタンクと、上記各主吸気通路に介設された吸気制御弁と、該吸気制御弁の開度を制御する吸気制御弁制御手段と、上記吸気制御弁をバイパスするように配設され、上記気筒内で縦渦又は横渦が生じるように吸気流を方向付けして気筒内に噴出させる副吸気通路とを備え、上記副吸気通路の下流端を吸気開閉弁の上流側近傍に接続するとともに、上流端を上記主吸気通路の吸気制御弁より上流側又は上記サージタンクに接続し、上記副吸気通路からの吸気流の実質的な噴出開始時期を吸気行程の後半以降としたことを特徴としている。

請求項１０の発明は、請求項９において、上記主吸気通路に、燃料噴射弁を、燃焼室上面視で、シリンダボアの中心を通りクランク軸と直交する吸気通路中心線を挟んだ対称線上に２個設けたことを特徴としている。

ここで本発明では、図９に示すように、エンジン回転速度域を低，中，高速度域に分割するとともに、エンジン負荷を低，中，高負荷域に分割することにより、エンジン運転域を、便宜上、低速・低負荷、中速・低負荷、高速・低負荷、低速・中負荷、中速・中負荷、高速・中負荷、低側・高負荷、中速・高負荷、高速・高負荷に区分けしている。

請求項１の発明に係る内燃機関によれば、吸気行程における吸気開閉弁と排気開閉弁とが同時に開いているオーバーラップ期間を変化可能とし、燃焼室に複数個の点火プラグを設けたので、内部ＥＧＲを行う機関運転域で複数の点火プラグから点火を行うことにより、気筒内での燃焼速度が高くなり、排気ガスの温度上昇を抑制でき、安定した燃焼を行うことができる。その結果、多量のＥＧＲガスの導入による排気ガスの温度上昇を抑制でき、耐ノッキング性能及び燃費の向上を図ることができる。

即ち、ピストンが上死点側に位置している間に燃焼が完了することとなり、その時の燃焼エネルギーの大部分がピストンを押し下げるのに使用されることから、有効出力が増加するとともに、排気ガスの温度上昇が抑えられる。その結果、内部ＥＧＲガス温度も抑えられ、ノッキングが発生しにくくなる。

請求項２の発明では、点火プラグを、シリンダボア中心を通りクランク軸と平行な直線より排気ポート側でかつ２つの排気開閉弁のクランク軸方向両側に配置したので、火炎伝播の速度を高めることができる。よって多量の内部ＥＧＲガスが導入されても、燃焼を確実に行うことができ、耐ノッキング性能及び燃費の向上を図ることができる。

請求項３の発明では、点火プラグを、機関運転状況に応じた個数だけ作動させるようにしたので、機関運転域の全域に渡って燃焼効率を高めることができ、耐ノッキング性能及び燃費をより一層高めることができる。

請求項４の発明では、低中速回転・高負荷運転域では、点火プラグの作動数を減じたので、低中速回転・高負荷運転域での過剰な燃焼速度を抑制でき、ノッキングの発生を抑制できる。

即ち、低中速回転運転域でかつ全負荷運転を含む高負荷運転域においては、吸気負圧が減少することから、多量の内部ＥＧＲを行うことは困難であり、さらに充填効率の高いλ＝１，もしくはリッチな混合気で運転される。このような混合気では、火炎伝播速度が高速であるため、複数の点火プラグで点火を行うと燃焼速度が過剰となり、耐ノッキング性能が低下してしまう。このため、低中速回転・高負荷運転域では、点火プラグの作動数を減じることにより、燃焼効率を高めることができる。

請求項５の発明では、低中速回転・低中負荷運転域及び高速回転・高負荷運転域では、全ての点火プラグを作動させるので、内部ＥＧＲ運転時の燃焼速度を高めることができ、内部ＥＧＲガスの温度上昇を抑制でき、安定した燃焼を行うことができる。

請求項６の発明では、低中負荷運転域において、吸気開閉弁閉じ時期を全負荷運転域より遅らせるようにしたので、ピストンの下死点後まで強いタンブル・スワールを生成でき、しかも強いタンブル・スワールを点火後まで持続することができ、火炎伝播速度をより一層高めることができる。

即ち、４サイクル内燃機関においては、オーバーラップ期間を設けなくとも既燃ガスが燃料室内に残り易い。このため機関運転が低負荷になるほど既燃ガスの割合は増加することから、燃焼が不安定になり易い。そこで、本発明では、低中負荷運転域では、吸気開閉弁閉じ時期を全負荷運転域より遅らせたので、ピストンが下死点を過ぎても気筒内には吸気負圧が存在することから、該気筒内に新気が流入することとなり、低速運転であっても点火後まで強いタンブル・スワールが残ることとなる。

請求項７の発明では、部分負荷運転時の排気開閉弁閉じ時期を全負荷運転域より遅らせるようにしたので、オーバーラップ期間を拡大でき、既燃ガスの温度上昇を抑えつつ内部ＥＧＲガス量を増やすことができ、耐ノッキング性能及び燃費の向上を図ることができる。

請求項８の発明では、オーバーラップが生じるまで排気開閉弁の閉じ時期を遅らせるようにしたので、既燃ガスの温度上昇を抑えつつ内部ＥＧＲガス量を増やすことができ、より一層耐ノッキング性能及び燃費の向上を図ることができる。

請求項９の発明では、吸気制御弁をバイパスするよう配設された副吸気通路の下流端を吸気開閉弁の上流側近傍に接続するとともに、上流端を吸気制御弁より上流側又はサージタンクに接続し、副吸気通路からの吸気流噴出開始時期を吸気行程の後半以降としたので、吸気制御弁から吸気開閉弁までの通路容積を大きくすることができ、オーバーラップ期間の内部ＥＧＲガス量を増やすことができる。

即ち、通路容積を大きくすることで、吸気行程初期には、副吸気通路からの新気の導入量は少ないが、吸気行程後半以降では、充分な流速を伴った新気が流入することとなり、強力なタンブル，スワールを生成できる。これにより、既燃ガスの温度上昇を抑えつつ内部ＥＧＲガス量を増やすことができ、耐ノッキング性能及び燃費の向上を図ることができる。

請求項１０の発明では、燃料噴射弁を、吸気通路中心線を挟んだ対称線上に２個設けたので、燃焼室への燃料を均一に供給することができ、内部ＥＧＲ運転時における燃焼効率を高めることができる。

即ち、１つの燃料噴射弁から燃料を噴射供給する場合には、吸気ポート噴射，気筒内直接噴射に関わらず燃料を均一に分布させることは困難である。このためリーン運転域での燃焼速度が低下し、既燃ガスの温度上昇を招くこととなる。本発明では、２つの燃料噴射弁から燃料を噴射供給するので、それだけ燃料が均一に分布することとなり、リーン運転域での燃焼速度を高めることができる。

また本発明では、２つの燃料噴射弁から燃料を噴射するので、１本当たりの噴射量を１／２程度にでき、それだけ燃料を噴射供給する際の微細化が可能となる。

以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

図１ないし図４は、本発明の一実施形態（第１実施形態）による火花点火式内燃機関を説明するための図であり、図１は火花点火式内燃機関の断面図、図２は内燃機関の概略構成図、図３，図４は吸気開閉弁及び排気開閉弁の開閉タイミングの図である。

図において、１は火花点火式４サイクル並列４気筒内燃機関を示している。該内燃機関１は、４つのシリンダボア（気筒）２ａが並列に形成されたシリンダブロック２の上合面にシリンダヘッド３を接続するとともに、該シリンダヘッド３の上合面にヘッドカバー２５を接続し、上記シリンダブロック２の下合面に各気筒共通のクランク軸４が収容されたクランクケース（不図示）を接続した概略構造を有している。

上記シリンダブロック２の各シリンダボア２ａ内にはピストン５が摺動自在に配置され、各ピストン５はコンロッド６を介して上記クランク軸４に連結されている。

上記シリンダヘッド３の下合面の各シリンダボア２ａに対向する部分には、それぞれ燃焼凹部３ａが形成され、該燃焼凹部３ａ，シリンダボア２ａ及びピストン５の頂面で囲まれた空間が燃焼室７となっている。

上記シリンダヘッド３の各燃焼凹部３ａのクランク軸線Ｃを挟んだクランク軸直角方向一側には２つの吸気開口３ｂ，３ｂが並列に形成され、他側には２つの排気開口３ｃ，３ｃが並列に形成されている。該排気開口３ｃの開口径は、吸気開口３ｂより若干小径に設定されている。

上記各シリンダボア２ａの各吸気開閉弁開口３ｂは吸気ポート３ｄによりシリンダヘッド３の一側壁に導出され、各排気開閉弁開口３ｃは排気ポート３ｅによりシリンダヘッド３の他側壁に導出されている。

上記各シリンダボア２ａの吸気ポート３ｄの各吸気開口３ｂには、該吸気開口３ｂを開閉する吸気開閉弁８，８が配置され、上記排気ポート３ｅの各排気開口３ｃには、該排気開口３ｃを開閉する排気開閉弁９，９が配置されている。該吸気，排気開閉弁８，９は、それぞれ吸気カム軸１０，排気カム軸１１により開閉駆動される。

上記各排気ポート３ｅには排気管１３が接続され、該各排気管１３の下流端は１本の排気合流管１４に接続されている。該排気合流管１４の中途部には排気ガスの浄化を行う触媒１５が介設されており、下流端にはマフラ（不図示）が接続されている。なお、２６は、排気通路に途中に介設された過給機である。

上記各吸気ポート３ｄには主吸気管（主吸気通路）１６が接続され、該各主吸気管１６の上流端には各気筒共通のサージタンク１７が接続されている。該サージタンク１７には空気導入管１８が接続され、該空気導入管１８にはエアクリーナ１９が接続されている。

上記空気導入管１８のサージタンク１７近傍にはスロットル弁２３が介設されている。このスロットル弁２３は、空気導入管１８の通路面積を変化させる弁板２３ａを、該空気導入管１８を貫通するよう配置された弁軸２３ｂに固定した構造を有する。

上記シリンダヘッド３の各吸気ポート３ｄには２つの燃料噴射弁２１，２１が配置されている。この各燃料噴射弁２１は、上面視で、燃焼室７を構成するシリンダボア２ａの中心を通り、クランク軸線Ｃと直交する吸気通路中心線Ｄを挟んで対称をなすように配置されている。該各燃料噴射弁２１の噴射口２１ａは吸気開閉弁８の弁裏中心部に向けて燃料を噴射するように配置されている。

上記各主吸気管１６には吸気制御弁２０が介設されている。この各吸気制御弁２０は、主吸気管１６の上流端のサージタンク１７近傍に配置されている。上記吸気制御弁２０は、主吸気管１６の吸気通路面積を変化させる弁板２０ａを、各主吸気管１６を貫通するよう挿入された共通の弁軸２０ｂに固定した構造を有する。上記弁軸２０ｂの一端部には、各弁板２０ａを全開位置と全閉位置との間で開閉駆動する駆動モータ２９が接続されている。

上記内燃機関１は、上記各主吸気管１６に介設された吸気制御弁２０の開度を上記駆動モータ２９を介して制御する上記ＥＣＵ（吸気制御弁制御手段）３３と、各主吸気管１６毎に吸気制御弁２０をバイパスするよう配置された一対の副吸気管（副吸気通路）３４，３４とを備えている。

上記各副吸気管３４は、シリンダボア２ａ内に縦渦又は横渦の空気流Ａが生じるよう吸気流に方向付けして噴出させるものであり、主吸気管１６の下側に、かつ該主吸気管１６に沿って配置されている。

上記各副吸気管３４の下流端口３４ａは、吸気ポート３ｄの吸気開閉弁８上流側近傍に接続され、吸気開閉弁８の傘裏部に指向している。上記各副吸気管３４の上流端口３４ｂは、上記吸気制御弁２０より上流側の上記サージタンク１７に接続されている。

上記各主吸気管１６の吸気制御弁２０から吸気開閉弁８までの下流側の通路容積ｖ１は、上記燃焼室７を形成するシリンダボア２ａの気筒容積ｖ２の１／２以上でかつ該気筒容積ｖ２未満となっている。具体的には、通路容積ｖ１は、気筒容積ｖ２の０．５以上〜０．８以下の範囲に設定されている。

上記内燃機関１は、吸気行程における吸気開閉弁８の開タイミングと、排気開閉弁９の閉タイミングとを変化させることにより吸気開閉弁８及び排気開閉弁９が同時に開いているオーバーラップ期間Ｂを変化可能とする可変動弁機構３１を備えている。

この可変動弁機構３１は、上記吸気カム軸１０，排気カム軸１１を介して吸気開閉弁８，排気開閉弁９の開閉時期を連続的に変化させる駆動モータ等のアクチュエータ３０ａ，３０ｂと、該アクチュエータ３０ａ，３０ｂを駆動制御する上記ＥＣＵ３３とを有する。該ＥＣＵ３３は、例えば低中負荷回転運転域では、吸気行程で吸気開閉弁８及び排気開閉弁９が同時に開いているオーバーラップ期間Ｂを設ける。これにより、排気ポート３ｅに流出した排気ガスがピストン５の下降による負圧でシリンダボア２ａ内に再度引き戻され、該シリンダボア２ａ内に内部ＥＧＲガスとして残留する。

上記シリンダヘッド３には、各シリンダボア２ａ毎に３本の第１，第２，第３点火プラグ１２ａ，１２ｂ，１２ｃが上記燃焼凹部３ａ内に臨むよう装着されている。

上記各点火プラグ１２ａ〜１２ｃは、シリンダボア２ａ中心を通り、かつクランク軸４に平行な直線（クランク軸線）Ｃより排気ポート３ｅ側に偏位させて配置されている。

上記第１，第３点火プラグ１２ａ，１２ｃは、２本の排気開閉弁９，９のクランク軸線Ｃ方向両外側に位置するよう配置され、第２点火プラグ１２ｂは、２本の排気開閉弁９，９の中央に位置するように配置されている。

上記各点火プラグ１２ａ〜１２ｃは、上記ＥＣＵ（点火数制御手段）３３により、エンジン回転速度，スロットル開度等からなる機関運転状況に応じてその点火個数が制御される。詳細には、上記ＥＣＵ３３は、低中速回転・高負荷運転域では、両側の第１，第３点火プラグ１２ａ，１２ｃの点火を停止し、中央の第２点火プラグ１２ｂのみ点火させる。一方、低中速回転・低中負荷運転域及び高速回転・高負荷運転域では、全ての点火プラグ１２ａ〜１２ｃを点火させる。

上記ＥＣＵ３３は、部分負荷運転域（低中負荷運転域）では、吸気制御弁２０を全閉とするとともに、吸気開閉弁８の閉じ時期ａを全負荷運転域（高負荷運転域）での閉じ時期ｂよりθ１だけ遅らせるよう制御する。具体的には、吸気開閉弁８は、例えば、部分負荷運転域では、上死点（ＴＤＣ）後３３度で開き（点ｃ参照）、下死点（ＢＤＣ）後９３度で閉じる（点ａ参照）。一方、全負荷運転域では、上死点前２８度で開き（点ｄ参照）、下死点後３２度で閉じる（点ｂ参照）。これにより吸気開閉弁８は、部分負荷運転域では、全負荷運転域よりも６１度遅れて閉じる。なお、これらの開閉時期は１例に過ぎないことは言うまでもない。

またＥＣＵ３３は、部分負荷運転域では、排気開閉弁９の閉じ時期ｅを全負荷運転時の閉じ時期ｆよりθ３だけ遅らせるよう制御する。具体的には、排気開閉弁９は、例えば部分負荷運転域では、下死点前１２度で開き（点ｇ参照）、上死点後４８度で閉じる（点ｅ参照）。一方、全負荷運転域では、下死点前５６度で開き（点ｈ参照）、上死点後４度で閉じる（点ｆ参照）。これにより、上記排気開閉弁９は、部分負荷運転域では全負荷運転域よりθ４だけ遅れて開く。なお、これらの開閉時期は１例に過ぎないことは言うまでもない。

本実施形態によれば、排気行程から吸気行程における吸気開閉弁８と排気開閉弁９とが同時に開いているオーバーラップ期間Ｂを変化可能とし、各燃焼室７に３つの第１〜第３点火プラグ１２ａ〜１２ｃを設けたので、内部ＥＧＲを行う中負荷運転域において各点火プラグ１２ａ〜１２ｃにより点火を行うことにより、シリンダボア２ａ内での燃焼速度が高くなり、排気ガスの温度上昇を抑制でき、安定した燃焼を行うことができる。その結果、多量のＥＧＲガスの導入による排気ガスの温度上昇を抑制でき、耐ノッキング性能及び燃費の向上を図ることができる。
即ち、ピストン５が上死点（ＴＤＣ）側に位置している間に燃焼が完了することとなり、その時の燃焼エネルギーの大部分がピストン５を押し下げるのに使用されることから、有効な出力が増加し、排気ガスの温度上昇が抑えられる。その結果、内部ＥＧＲガス温度も抑えられ、ノッキングが発生しにくくなる。

本実施形態では、第１〜第３点火プラグ１２ａ〜１２ｃを、シリンダボア２ａ中心を通りクランク軸４と平行な直線Ｃより排気ポート３ｅ側に偏位させて配置し、両外側に位置する第１，第３点火プラグ１２ａ，１２ｃを、２つの排気開閉弁９，９のクランク軸４方向両側に配置し、真ん中に位置する第２点火プラグ１２ｂを排気開閉弁９，９の間に配置したので、燃焼分布の均一性を高めることができるとともに、火炎伝播の速度を高めることができる。よって多量な内部ＥＧＲガスが導入されても、燃焼を確実に行うことができ、耐ノッキング性能及び燃費の向上を図ることができる。

本実施形態では、上記各点火プラグ１２ａ〜１２ｃを、機関運転状況に応じた個数だけ作動させるようにしたので、機関運転域の全域に渡って燃焼効率を高めることができ、耐ノッキング性能及び燃費をより一層高めることができる。

詳細には、低中速回転・高負荷運転域では、第１，第３点火プラグ１２ａ，１２ｃのみを作動させ、第２点火プラグ１２ｂの作動を停止したので、低中速回転・高負荷運転域における過剰な燃焼速度を抑制でき、ノッキングの発生を抑制できる。

即ち、低中速回転運転域でかつ全負荷運転を含む高負荷運転域においては、吸気負圧が減少することから、多量の内部ＥＧＲを行うことは困難であり、さらに充填効率の高いλ＝１，もしくはリッチな混合気で運転される。このような混合気では、火炎伝播速度が高速であるため、全点火プラグ１２ａ〜１２ｃを点火させると燃焼速度が過剰となり、耐ノッキング性能が低下してしまう。このため、低中速回転・高負荷運転域では、点火プラグの作動数を減じることにより、燃焼効率を高めることができる。

一方、低中速回転・低中負荷運転域及び高速回転・高負荷運転域では、第１〜第３点火プラグ１２ａ〜１２ｃの全てを作動させたので、内部ＥＧＲ運転時の燃焼速度を高めることができ、内部ＥＧＲガスの温度上昇を抑制でき、安定した燃焼を行うことができる。

本実施形態では、低中負荷運転域における吸気開閉弁８の閉じ時期ａを全負荷運転時における閉じ時期ｂよりθ１だけ遅らせるようにしたので、ピストン５の下死点以降まで強いタンブル・スワールを生成でき、さらさに強いタンブル・スワールを点火後まで持続することができ、火炎伝播速度をより一層高めることができる。

即ち、４サイクル内燃機関においては、オーバーラップ期間を設けなくとも既燃ガスは燃料室内に残り易い。このため機関運転が低負荷になるほど既燃ガスの割合は増加することから、燃焼が不安定になり易い。そこで、低中負荷運転域では、吸気開閉弁閉じ時期ａを全負荷運転域よりθ１だけ遅らせたので、ピストン５が下死点を過ぎてもシリンダボア２ａ内には吸気負圧が存在することから、該シリンダボア２ａ内に新気が流入することとなり、低速運転域あっても点火後まで強いタンブル・スワールが残ることとなる。

本実施形態では、部分負荷運転時の排気開閉弁９の閉じ時期ｅを全負荷運転時の閉じ時期ｆよりθ３だけ遅らせるようにしたので、オーバーラップ期間Ｂを拡大でき、既燃ガスの温度上昇を抑えつつ内部ＥＧＲガス量を増やすことができ、耐ノッキング性能及び燃費の向上を図ることができる。

上記オーバーラップが生じるまで排気開閉弁９の閉じ時期ｅを遅らせるようにしたので、既燃ガスの温度上昇を抑えつつ内部ＥＧＲガス量を増やすことができ、より一層耐ノッキング性能及び燃費の向上を図ることができる。

本実施形態では、吸気制御弁２０をバイパスするよう配設された副吸気管３４の下流端口３４ａを吸気開閉弁８の上流側近傍に接続するとともに、上流端口３４ｂを吸気制御弁２０より上流側のサージタンク１７に接続し、副吸気管３４からの吸気流噴出開始時期を吸気行程の後半以降としたので、吸気制御弁２０から吸気開閉弁８までの通路容積ｖ１を大きくすることができ、オーバーラップ期間の内部ＥＧＲガス量を増やすことができる。

即ち、通路容積ｖ１を気筒容積ｖ２の０．５〜０．８と大きくしたことで、吸気行程初期には、副吸気管３４からの新気の導入量は少ないものの、吸気行程後半以降では、充分な流速を伴った新気が流入することとなり、強力なタンブル，スワールを生成できる。これにより、既燃ガスの温度上昇を抑えつつ内部ＥＧＲガス量を増やすことができ、耐ノッキング性能及び燃費の向上を図ることができる。

本実施形態では、燃料噴射弁２１，２１を、吸気通路中心線Ｄを挟んだ対称線上に２個設けたので、燃焼室７への燃料を均一に供給することができ、内部ＥＧＲ運転時における燃焼性を高めることができる。

即ち、１つの燃料噴射弁から燃料を噴射供給する場合には、吸気ポート噴射，気筒内直接噴射に関わらず燃料を均一に分布させることは困難である。このためリーン運転域での燃焼速度が低下し、既燃ガスの温度上昇を招くこととなる。これに対して本実施形態では、２つの燃料噴射弁２１から燃料を噴射供給するので、燃料が均一に分布することとなり、リーン運転域での燃焼速度を高めることができる。

また、２つの燃料噴射弁２１から燃料を噴射するので、１本当たりの噴射量を１／２程度にでき、それだけ燃料を噴射供給する際の微細化が可能となる。

なお、上記実施形態では、吸気開閉弁８及び排気開閉弁９の両方の開閉タイミングを変化させた場合を説明したが、本発明では、吸気開閉弁のみ開タイミングを変化させるようにしてもよい。

例えば、図５に示すように、排気開閉弁の開時期ｈ，閉じ時期ｆは上述の全負荷運転域の設定とし、吸気開閉弁ついては、上述の部分負荷運転域での設定又は全負荷運転域での設定とする。これにより、吸気開閉弁のみ、部分負荷運転域での閉じ時期ａを全負荷運転域での閉じ時期ｂよりθ１だけ遅らせ、排気開閉弁については部分負荷，全負荷同じとする。

図６及び図７は、本発明の第２実施形態による火花点火式内燃機関を説明するための図である。図中、図２と同一符号は同一又は相当部分を示す。

本実施形態の火花点火式内燃機関は、各シリンダボア２ａに、１つの吸気開閉弁８及び排気開閉弁９を配置し、該吸気開閉弁８と排気開閉弁９との間に２つの点火プラグ１２ａ，１２ｃをクランク軸方向に並列配置するとともに、１つの燃料噴射弁（不図示）を配置した例である。残りの部分については第１実施形態と同様の構成となっている。

上記吸気開閉弁８及び排気開閉弁９の開期間は、吸気量，排気量を増加させるために第１実施形態の開期間より長く設定されている。具体的には、例えば、第１実施形態の開期間２４０度に対して２６０度に設定されている。

本実施形態においても、吸気行程における吸気開閉弁８と排気開閉弁９とが同時に開いているオーバーラップ期間を変化可能とし、各燃焼室７に２つの第１，第３点火プラグ１２ａ，１２ｃを設け、内部ＥＧＲを行う中負荷運転域において各点火プラグ１２ａ，１２ｃで点火することにより、シリンダボア２ａ内での燃焼速度が高くなり、安定した燃焼性を得ることができ、第１実施形態と同様の効果が得られる。

なお、第２実施形態において、図８に示すように、吸気開閉弁の閉じ時期ａを全負荷運転時の閉じ時期ｂよりθ１だけ遅らせ、排気開閉弁の閉じ時期ｆ，開き時期ｈは、部分負荷，全負荷運転域の何れも同じ設定としても良い。

本発明の一実施形態（第１実施形態）による火花点火式内燃機関の断面図である。 上記内燃機関の平面から見た概略構成図である。 上記内燃機関の吸気，排気開閉弁の開閉タイミングの図である。 上記内燃機関の吸気，排気開閉弁の開閉タイミングの図である。 上記実施形態の他の実施形態による吸気開閉弁の開閉タイミングの図である。 本発明の第２実施形態による火花点火式内燃機関の平面から見た概略構成図である。 上記内燃機関の吸気，排気開閉弁の開閉タイミングの図である。 上記第２実施形態の他の実施形態による吸気開閉弁の開閉タイミングの図である。 本発明における運転域を説明するための模式図である。

符号の説明

１ 内燃機関
２ａ シリンダボア（気筒）
３ｄ 吸気ポート
３ｅ 排気ポート
４ クランク軸
７ 燃焼室
８ 吸気開閉弁
９ 排気開閉弁
１２ａ〜１２ｃ 点火プラグ
１６ 主吸気管（主吸気通路）
１７ サージタンク
２１ 燃料噴射弁
３１ 可変動弁機構
３３ ＥＣＵ（点火数制御手段，吸気制御弁制御手段）
３４ 副吸気管（副吸気通路）
３４ａ 下流端口
３４ｂ 上流端口
Ａ 吸気流
Ｂ オーバラップ期間
Ｃ クランク軸線（直線）
Ｄ 吸気通路中心線

Claims (10)

1. 吸気開閉弁の開タイミングと排気開閉弁の閉タイミングとの少なくとも一方を変化させることにより吸気開閉弁と排気開閉弁が同時に開いているオーバーラップ期間を変化可能とする可変動弁機構と、燃焼室の複数箇所に配置された複数の点火プラグとを備えた火花点火式内燃機関。
2. 請求項１において、上記燃焼室の吸気ポート側に配置された２本の吸気開閉弁と、排気ポート側に配置された２本の排気開閉弁とを備え、上記燃焼室の、シリンダボア中心を通りクランク軸と平行な直線より排気ポート側でかつ上記２本の排気開閉弁のクランク軸方向両側にそれぞれ点火プラグを配置したことを特徴とする火花点火式内燃機関。
3. 請求項１において、上記複数の点火プラグを機関運転状態に応じた個数だけ作動させる点火数制御手段を備えたことを特徴とする火花点火式内燃機関。
4. 請求項３において、上記点火数制御手段は、低中速回転・高負荷運転域では、点火プラグの作動数を減じることを特徴とする火花点火式内燃機関。
5. 請求項３において、上記点火数制御手段は、低中速回転・低中負荷運転域及び高速回転・高負荷運転域では、全ての点火プラグを作動させることを特徴とする火花点火式内燃機関。
6. 請求項１において、低中負荷運転域の一部において、上記吸気開閉弁の閉じ時期を全負荷運転域より遅らせることを特徴とする火花点火式内燃機関。
7. 請求項１又は６において、部分負荷運転時における上記排気開閉弁の閉じ時期を全負荷運転域より遅らせることを特徴とする火花点火式内燃機関。
8. 請求項７において、吸気開閉弁とのオーバーラップが生じるまで排気開閉弁の閉じ時期を遅らせることを特徴とする火花点火式内燃機関。
9. 請求項１において、複数の気筒と、該各気筒に接続された主吸気通路と、該主吸気通路に接続されたサージタンクと、上記各主吸気通路に介設された吸気制御弁と、該吸気制御弁の開度を制御する吸気制御弁制御手段と、上記吸気制御弁をバイパスするように配設され、上記気筒内で縦渦又は横渦が生じるように吸気流を方向付けして気筒内に噴出させる副吸気通路とを備え、
   上記副吸気通路の下流端を上記主吸気通路の、吸気開閉弁上流側近傍に接続するとともに、上流端を上記主吸気通路の吸気制御弁より上流側又は上記サージタンクに接続し、上記副吸気通路からの吸気流の、実質的な噴出開始時期を吸気行程の後半以降としたことを特徴とする火花点火式内燃機関。
10. 請求項９において、上記主吸気通路に、燃料噴射弁を、燃焼室上面視で、シリンダボアの中心を通りクランク軸と直交する吸気通路中心線を挟んだ対称線上に２個設けたことを特徴とする火花点火式内燃機関。

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