JP2009197715A - 多気筒内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】内部ＥＧＲ率等の設定限界値を拡大させた多気筒内燃機関を提供する。
【解決手段】吸気行程中に同一気筒の複数ある排気弁のうちの一つを開弁状態とすることが可能な可変動弁機構を備え、点火時期が連続しない気筒同士の排気ポート４他端側を合流させてなる複数の第１次集合部８と、各第１次集合部８に一端が接続された複数の第１次合流排気通路９とを有する排気通路構造を備えている。そして、複数の第１次集合部８間を連結する接続通路１２と、接続通路１２内に配置された制御弁１３と、を有し、所定の運転状態の際に、吸気行程中に同一気筒の複数ある排気弁のうちの一つを所定期間開弁状態にすると共に、制御弁１３を開弁する。これにより、制御弁１３を開弁した際には、気筒間排気干渉により排気ポート４内圧力が上昇し、燃焼室内へ流れ込む排気の流量が増加する。
【選択図】図２

Description

本発明は、多気筒内燃機関に関する。

ＥＧＲガスの燃焼室内への導入方法として、例えば特許文献１には、吸気行程中に同一気筒の一対の排気バルブの内の一方の排気バルブを開弁することで排気ガスを燃焼室内への導入する技術が開示されている。この特許文献１においては、同一気筒の一対の排気バルブの内の一方の排気バルブを吸気行程時に開弁することで、燃焼室全周にわたるスワール流れを形成し、これに伴って燃焼室周縁部全周にわたってＥＧＲガス層が形成され、燃焼室中心部の点火プラグ付近には比較的リッチな混合気が形成されることで、混合気の着火性と確保と、エミッションの低減及び燃費性能の向上を図っている。
特開平５−２８０３５６号公報

しかしながら、特許文献１のように、排気ポートから燃焼室に流入する排気ガスの量及び流入速度は排気弁開弁時の燃焼室内圧力と排気ポート内圧力との圧力差によって決まるところが大きい。つまり、この特許文献１に開示されるような従来技術においては、燃焼室内圧力と排気ポート内圧力との圧力差が、主にピストンモーションからくる筒内圧と排気システムの寸法で決まってしまうため、これらによって内部ＥＧＲ率及びスワール比の限界が規定されてしまうという問題がある。

そこで、本発明は、各気筒毎に複数の排気弁並びに一端が排気弁の数に応じて分岐して燃焼室に接続された排気ポートを有し、吸気行程中に同一気筒の複数ある排気弁のうちの一つを開弁状態とすることが可能な吸気行程時排気弁開閉手段を備えた内燃機関であって、点火時期が連続しない気筒同士の排気ポート他端側を合流させてなる複数の第１次集合部と、各第１次集合部に一端が接続された複数の第１次合流排気通路と、を有し、複数の第１次合流排気通路よりも排気下流側では、各第１次合流排気通路内を流れた排気が段階的に順次合流するよう形成された排気通路構造を備えた多気筒内燃機関において、複数の第１次集合部間を連結する少なくとも一つの接続通路と、上記接続通路内に配置された制御弁と、を有し、内燃機関が所定の運転状態の際に、吸気行程中に同一気筒の複数ある排気弁のうちの一つを所定期間開弁状態にすると共に、上記制御弁を開弁することを特徴としている。

これによって、制御弁が開弁すると上記排気通路構造内で気筒間排気干渉が生じ、排気ポート内圧力が上昇する。つまり、吸気行程中に同一気筒の複数ある排気弁のうちの一つが開弁状態となっている際に制御弁を開弁すると、排気ポート内と燃焼室との圧力差が大きくなっていることから、燃焼室内へ流れ込む排気（既燃ガス）の流量が増加し、内部ＥＧＲ率が増加する。すなわち、排気通路構造内に生じる気筒間排気干渉を利用することで、燃焼室内へ流れ込む排気（既燃ガス）の流量を増加させ、内部ＥＧＲ率を増加させることができる。

尚、本件の請求項における「排気ポート」という用語は、必ずしもシリンダヘッド内部の部分のみを意味するのではなく、態様によっては、その下流側の一部が、シリンダヘッド外部の他の部材、例えば排気マニホルドの一部として構成される場合も含むものとする。

本発明によれば、排気通路構造内に生じる気筒間排気干渉を利用することで、燃焼室内へ流れ込む排気（既燃ガス）の流量を増加させ、内部ＥＧＲ率を増加させることができる。そのため、筒内スワール比が増大し、筒内の乱流強度が増加するため、燃焼安定性が改善される。また、内部ＥＧＲ率の増加により、ポンピングロスが低下し、リーン燃焼が可能となるので燃費の向上を図ることができる。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、本発明が適用される多気筒内燃機関の一部を模式的に示した説明図である。

各気筒の燃焼室１の上部中央には、点火プラグ２が配置されている。そして、この点火プラグ２を取り囲むように、吸気ポート３の一端及び排気ポート４の一端がそれぞ燃焼室１に接続されている。

吸気ポート３の一端は、一気筒当たりの吸気弁５の数に応じて分岐しており、本実施形態においては２つに分岐している。そして、吸気ポート３の分岐した一端には、この吸気ポート３を燃焼室１に対して開閉する吸気弁５ａ（ＩＮＴ１）、５ｂ（ＩＮＴ２）が配置されている。また、排気ポート４の一端は、一気筒当たりの排気弁６の数に応じて分岐しており、本実施形態においては２つに分岐している。そして、排気ポート４の分岐した一端には、この排気ポート４を燃焼室１に対して開閉する排気弁６ａ（ＥＸＨ１）、６ｂ（ＥＸＨ２）が配置されている。

また、燃焼室１上部のうち、排気弁６ａによって開閉される弁開口部７と燃焼室１の外周とに囲まれた部分（図１における網掛け領域）が、燃焼室１の内側に向かって相対的に僅かに張り出したマスキングエリアＡとなっている。

図２は、第１実施形態における多気筒内燃機関の排気通路構造を模式的に示した説明図である。この第１実施形態における多気筒内燃機関は、直列４気筒のシリンダーレイアウトであり、点火順序は第１気筒（ＣＹＬ１）→第３気筒（ＣＹＬ３）→第４気筒（ＣＹＬ４）→第２気筒（ＣＹＬ２）となっている。

そして、第１気筒の排気ポート４ａと第４気筒の排気ポート４ｄとは、第１次集合部８ａで合流し、第１次合流排気通路９ａとなっている。第２気筒の排気ポート４ｂと第３気筒の排気ポート４ｃとは、第１次集合部８ｂで合流し、第１次合流排気通路９ｂとなっている。第１次合流排気通路９ａと第１次合流排気通路９ｂとは、第２次集合部１０で合流し、第２次合流排気通路１１となっている。

つまり、この第１実施形態における多気筒内燃機関は、点火時期が連続しない気筒同士の排気ポート他端側を合流させた２つの第１次集合部８ａ、８ｂと、各第１次集合部８ａ、８ｂに一端が接続された２つの第１次合流排気通路９ａ、９ｂと、第１次合流排気通路９ａ、９ｂの他端側を合流させた一つの第２次集合部１０と、第２次集合部１０に一端が接続された一つの第２次合流排気通路１１と、を有する排気通路構造を備えている。さらに言えば、この第１実施形態における多気筒内燃機関は、排気干渉を回避するために点火時期が離れている気筒同士を集合させた排気通路構造を備えている。

そして、この第１実施形態においては、第１次集合部８ａと第１次集合部８ｂとが、接続通路１２によって連結されている。また、接続通路１２の内部には、運転状態に応じて接続通路１２を開閉する制御弁１３が配置されている。

図３は、本発明が適用される多気筒内燃機関の排気弁６及び制御弁１３の制御モードと運転状態との相関を模式的に示した説明図である。排気弁６及び制御弁１３の制御モードは、エンジン回転数と負荷に応じて決定された領域１〜領域４の４つの領域毎に設定されている。

高中負荷領域となる領域１において、制御弁１３は、閉弁状態が維持される。同一気筒の一対の排気弁６ａ、６ｂは、両方とも吸気行程時には開弁状態とはならないようなバルブタイミングに設定される。つまり、排気弁６ａ、６ｂの閉弁時期が略上死点（ＴＤＣ）と一致するタイミングとなっている。また、この領域１において、同一気筒の一対の吸気弁５ａ、５ｂは、吸気行程時に片方の吸気弁５ａを閉弁状態で停止させたいわゆる片弁停止となるように制御されている。

中低負荷領域となる領域２において、制御弁１３は閉弁状態が維持される。同一気筒の一対の排気弁６ａ、６ｂは、片方の排気弁６ａが吸気行程時に開弁状態となるようなバルブタイミングに変更される。具体的には、例えば図４に示すように、排気弁６ａの閉弁時期が上死点（ＴＤＣ）後の吸気行程中となるよう、排気弁６ａのバルブタイミングが変更される。換言すれば、排気弁６ａの開閉期間が全体的に遅角するよう制御される。この図４においては、排気弁６ａ、６ｂのリフト・作動角は同一であり、排気弁６ａのリフト中心角が排気弁６ｂのリフト中心角に対して遅角している。また、排気弁６ｂのバルブタイミングは変更されない。そして、この領域２においても、同一気筒の一対の吸気弁５ａ、５ｂは、吸気行程時に片方の吸気弁５ａを閉弁状態で停止させた片弁停止となるように制御されている。

尚、排気弁６ａを吸気行程時に開弁状態とするようなバルブタイミングとしては、排気弁６ａの開閉期間が上死点（ＴＤＣ）後の吸気行程となるよう、図５に示すように、排気弁６ａのリフト中心角を大きく遅角させる共に、バルブリフト量を小リフト（リフト・作動角を小リフト・小作動角）とすることも可能である。図５において、排気弁６ａのバルブリフト量は、吸気弁５ｂよりも小リフト量となっており、排気弁６ａは、吸気弁５ｂの開弁後に開弁し、吸気弁５ｂの閉弁前に閉弁している。また、この場合も、排気弁６ｂのバルブタイミングは変更されない。

低負荷領域となる領域３において、制御弁１３は開弁するよう制御される。同一気筒の一対の排気弁６ａ、６ｂは、上述した領域２と同様に、片方の排気弁６ａが吸気行程時に開弁状態となるようなバルブタイミングに変更される。また、この領域３においても、同一気筒の一対の吸気弁５ａ、５ｂは、吸気行程時に片方の吸気弁５ａを閉弁状態で停止させる片弁停止となるように制御されている。つまりこの領域３は、上述した領域２において、制御弁１３を開弁するようにしたものである。

高負荷領域となる領域４において、制御弁１３は、閉弁状態が維持される。同一気筒の一対の排気弁６ａ、６ｂは、両方とも吸気行程時には開弁状態とはならないバルブタイミングに設定される。また、この領域４においは、同一気筒の一対の吸気弁５ａ、５ｂは、吸気行程時に両方とも開弁するよう制御されている。

つまり、本発明が適用された多気筒内燃機関は、高負荷時においては、排気干渉を回避するため制御弁１３を閉弁状態とする一方、低負荷時のように燃焼室１内に排気ポート４から排気を導入して内部ＥＧＲ率を増大させたい場合には、制御弁１３を開弁状態とし、気筒間の排気干渉を利用して排気ポート４から燃焼室１内に流入する排気を増加させている。

ここで、上述のような吸気弁５ａ、５ｂ及び排気弁６ａ、６ｂの動作を実現するため、少なくとも吸気弁５ａは、閉弁状態で停止可能となるよう、可変動弁機構により駆動されている。また、少なくとも排気弁６ａは、吸気行程中に開弁状態とすることが可能となるよう、吸気行程時排気弁開閉手段としての可変動弁機構により駆動されている。

可変動弁機構としては、油圧によりカムを切り替えることで、バルブ特性を切り替えられるものや、偏心カムを用いてバルブリフト量と任意に変化させることができるものや、リフト特性の曲線自体は変わらずにバルブリフトの中心角のみを遅進させるものや、電磁駆動式で任意のリフト特性を得ることができるもの等を適用可能である。

図６は、上述した可変動弁機構の一例を示す。尚、説明の便宜上、吸気弁５ａの動弁機構に適用された可変動弁機構５０として説明する。

上記の可変動弁機構５０は、例えば特開２００２−８９３４１号公報等によって公知のものであり、吸気弁５ａのリフト・作動角を連続的に可変制御するリフト・作動角可変機構５１と、そのリフトの中心角の位相（クランクシャフトに対する位相）を連続的に進角もしくは遅角させる位相可変機構５２と、が組み合わされて構成されている。

このようにリフト・作動角可変機構５１と位相可変機構５２とを組み合わせた可変動弁機構によれば、吸気弁開時期および吸気弁閉時期の双方をそれぞれ独立して任意に制御することが可能であり、また同時に、低負荷域ではリフト量（最大リフト量）を小さくすることで、負荷に応じた吸入空気量に制限することができる。尚、リフト量がある程度大きな領域では、シリンダ内に流入する空気量が主に吸気弁５ａの開閉時期によって定まるのに対し、リフト量が十分に小さい状態では、主にリフト量によって空気量が定まる。

リフト・作動角可変機構５１の概要を説明すると、このリフト・作動角可変機構５１は、シリンダヘッドに回転自在に支持され、かつクランクシャフトに連動して回転する中空状の駆動軸５３と、この駆動軸５３に固定された偏心カム５５と、駆動軸５３の上方位置において平行に配置された回転自在な制御軸５６と、この制御軸５６の偏心カム部５７に揺動自在に支持されたロッカアーム５８と、吸気弁５ａ上端のタペット５９に当接する揺動カム６０と、を備えている。偏心カム５５とロッカアーム５８とはリンクアーム６１によって連係されており、ロッカアーム５８と揺動カム６０とは、リンク部材６２によって連係されている。リンクアーム６１は、その環状部６１ａが偏心カム５５の外周面に回転可能に嵌合している。またリンクアーム６１の延長部６１ｂがロッカアーム５８の一端部に連係しており、該ロッカアーム５８の他端部に、リンク部材６２の上端部が連係している。偏心カム部５７は、制御軸５６の軸心から偏心しており、従って、制御軸５６の角度位置に応じてロッカアーム５８の揺動中心は変化する。

揺動カム６０は、駆動軸５３の外周に嵌合して回転自在に支持されており、側方へ延びた端部に、リンク部材６２の下端部が連係している。この揺動カム６０の下面には、駆動軸５３と同心状の円弧をなす基円面と、該基円面から上記端部へと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ている。上記基円面は、リフト量が０となる区間であり、揺動カム６０が揺動して上記カム面がタペット５９に接触すると、徐々にリフトしていくことになる。

制御軸５６は、一端部に設けられた例えば電動モータからなるリフト・作動角制御用アクチュエータ６５によって、その回転位置が制御されている。

このアクチュエータ６５により例えば偏心カム部５７が上方位置にあると、ロッカアーム５８は全体として上方へ位置し、揺動カム６０の上記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６０の初期位置は、そのカム面がタペット５９から離れる方向に傾く。従って、駆動軸５３の回転に伴って揺動カム６０が揺動した際に、上記基円面が長くタペット５９に接触し続け、上記カム面がタペット５９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５７が下方へ位置しているとすると、ロッカアーム５８は全体として下方へ位置し、揺動カム６０の上記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６０の初期位置は、そのカム面がタペット５９に近付く方向に傾く。従って、駆動軸５３の回転に伴って揺動カム６０が揺動した際に、リフト量が大きく得られ、かつその作動角も拡大する。

上記の偏心カム部５７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、図７に示すように、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。

次に、位相可変機構５２は、駆動軸５３の前端部に設けられたスプロケット７１と、このスプロケット７１と駆動軸５３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油圧アクチュエータ７２と、から構成されている。スプロケット７１は、図示せぬ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、クランクシャフトに連動している。従って、位相制御用油圧アクチュエータ７２への油圧制御によって、スプロケット７１と駆動軸５３とが相対的に回転し、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。

図８は、上述した領域３（図３を参照）の状態のときの各種状態量を示すタイミングチャートである。尚、この図８は、吸気弁５ａ、５ｂ及び排気弁６ａ、６ｂのバルブタイミングが上述した図４の場合のものである。

図８に示すように、排気弁６ａのバルブ開閉期間を遅角させ、吸気行程時に排気弁６ａを開弁状態とすると共に、制御弁１３を開弁（ＳＹＳＴＥＭ ＯＮ）することで、制御弁１３を開弁しない場合（ＳＹＳＴＥＭ ＯＦＦ）に比べて排気ポート４と燃焼室１との圧力差（ΔＰ）が大きくなり、排気弁６ａが開弁していることで排気ポート４から燃焼室１内に流入する排気（既燃ガス）の流量（ＥＸＨ−１ ＶＡＬＶＥ ＦＬＵＸ）が増加して、内部ＥＧＲ率（ＩＮＴＥＲＮＡＬ ＥＧＲ ＲＡＴＩＯ）が増加する。また、同時に、排気（既燃ガス）の流量（ＥＸＨ−１ ＶＡＬＶＥ ＦＬＵＸ）が増加することによりスワール比（ＳＷＩＲＬ ＲＡＴＩＯ）が増加し、乱流強度（ＴＵＲＢＵＬＥＮＴ ＩＮＴＥＮＳＩＴＹ）が増加する。

このように、吸気行程中に排気弁６ａを開弁状態にすると共に、制御弁１３を開弁することで、本実施形態においては、内部ＥＧＲ率の増加により、ポンピングロスが低下し、リーン燃焼が可能となるので燃費の向上を図ることができる。また、筒内スワール比が増大し、筒内の乱流強度が増加するため、燃焼安定性を改善することができる。

そして、排気弁６ａによって開閉される弁開口部７に隣接してマスキングエリアＡを設けることにより、吸気行程中に排気弁６ａが開弁状態となった際に、図１中に矢示するようなスワール流の流れを一層強化することができる。

また、冷間始動時にエンジン回転数と負荷が小さい場合には、吸気行程中に排気弁６ａを開弁状態にすると共に、制御弁１３を開弁することで、他の気筒から排出された直後の高温の排気を内部ＥＧＲとして利用することができ、早期に燃焼室を暖めることができる。

図９は、上述した第１実施形態の制御の流れを示すフローチャートである。

Ｓ１０では、エンジン回転数と、吸入空気量を検出する。尚、吸入空気量はエンジン負荷に相当するパラメータとして使用するものとする。

Ｓ１１では、運転状態が領域１内にあるか否かを判定し、領域１内にある場合にはＳ１２へ進み、そうでない場合は運転状態が領域４にあるものと判断してＳ１６へ進む。

Ｓ１２では、運転状態が領域２内にあるか否かを判定し、領域２内にある場合にはＳ１３へ進み、そうでない場合はＳ１６へ進む。

Ｓ１３では、同一気筒の一対の排気弁６ａ、６ｂのうち、片方の排気弁６ａが吸気行程時に開弁するようなバルブタイミングに変更される。

Ｓ１４では、運転状態が領域３内にあるか否かを判定し、領域３内にある場合にはＳ１５へ進み、そうでない場合はＳ１６へ進む。

Ｓ１６では、制御弁１３を閉弁とし今回のルーチンを終了する。また、Ｓ１７では、制御弁１３を開弁とし今回のルーチンを終了する。

以下、本発明の他の実施形態について以下に説明するが、上述した第１実施形態と重複する構成要素については同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、以下に説明する他の実施形態は、少なくとも上述した第１実施形態と同様の作用効果を得ることができるものである。

図１０を用いて本発明に第２実施形態について説明する。この第２実施形態における多気筒内燃機関は、上述した第１実施形態の多気筒内燃機関と略同一構成となっているが、この第２実施形態においては、接続通路１２の両端に制御弁１３ａ、１３ｂがそれぞれ配置されている。換言すれば、第１次集合部８ａと接続通路１２との連結位置及び第１次集合部８ｂと接続通路１２との連結位置に、制御弁１３ａ、１３ｂがそれぞれ配置されている。

このような第２実施形態においては、接続通路１２の両端に制御弁１３ａ、１３ｂが設けられているので、排気干渉を利用して排気ポート４内の圧力を上昇させない場合（制御弁１３ａ、１３ｂを閉弁している場合）に、第１次集合部８ａと制御弁１３ａとの間の空間、及び第１次集合部８ｂと制御弁１３ｂとの間の空間をそれぞれ最小限にすることができる。

すなわち、制御弁１３ａ、１３ｂを閉弁させている状態において、接続通路１２を設けたことによって生じる排気系のデッドボリュームを最小限にすることができるので、例えば高負荷運転のように燃焼室１内の掃気を積極的に行いたい場面において、接続通路１２を設けたことによる排気の流動性の悪化を効果的に防止することができる。

図１１を用いて本発明に第３実施形態について説明する。この第３実施形態における多気筒内燃機関は、上述した第１実施形態の多気筒内燃機関と略同一構成となっているが、この第３実施形態においては、第１気筒の排気ポート４ａと第２気筒の排気ポート４ｂとが接続通路１２ａで連結され。第２気筒の排気ポート４ｂと第３気筒の排気ポート４ｃとが接続通路１２ｂで連結され、第３気筒の排気ポート４ｃと第４気筒の排気ポート４ｄとが接続通路１２ｃで連結されている。そして、各接続通路１２ａ、１２ｂ、１２ｃには、制御弁１３ａ、１３ｂ、１３ｃがそれぞれ配置されている。

また、本発明は、直列４気筒以外に多気筒内燃機関に対しても適用可能である。図１２は、Ｖ型６気筒内燃機関に適用した第４実施形態における多気筒内燃機関の排気通路構造を模式的に示した説明図である。この第４実施形態における多気筒内燃機関の点火順序は第１気筒（ＣＹＬ１）→第２気筒（ＣＹＬ２）→第３気筒（ＣＹＬ３）→第４気筒（ＣＹＬ４）→第５気筒（ＣＹＬ５）→第６気筒（ＣＹＬ６）となっている。

第１気筒の排気ポート４ａ、第３気筒の排気ポート４ｃ及び第５気筒の排気ポート４ｅは、第１次集合部８ａで合流し、第１次合流排気通路９ａとなっている。第２気筒の排気ポート４ｂ、第４気筒の排気ポート４ｄ及び第６気筒の排気ポート４ｆは、第１次集合部８ｂで合流し、第１次合流排気通路９ｂとなっている。第１次合流排気通路９ａと第１次合流排気通路９ｂとは、第２次集合部１０で合流し、第２次合流排気通路１１となっている。

そして、この第４実施形態においては、第１次集合部１０ａと第１次集合部１０ｂとが、接続通路１２によって連結されている。また、接続通路１２の内部には、制御弁１３が配置されている。

尚、この第４実施形態において、排気弁６及び制御弁１３の制御モードは、上述した第１実施形態と同様に、エンジン回転数と負荷に応じて決定された領域１〜領域４の４つの領域毎に設定され、各領域毎の制御モードの内容も上述した第１実施形態における各領域毎の制御モードと同一の内容である。

図１３を用いて本発明に第５実施形態について説明する。この第５実施形態における多気筒内燃機関は、上述した第４実施形態の多気筒内燃機関と略同一構成となっているが、この第５実施形態においては、接続通路１２の両端に制御弁１３ａ、１３ｂがそれぞれ配置されている。換言すれば、第１次集合部８ａと接続通路１２との連結位置及び第１次集合部８ｂと接続通路１２との連結位置に、制御弁１３ａ、１３ｂがそれぞれ配置されている。

図１４を用いて本発明に第６実施形態について説明する。この第６実施形態における多気筒内燃機関は、上述した第４実施形態の多気筒内燃機関と略同一構成となっているが、この第６実施形態においては、第１気筒の排気ポート４ａ、第２気筒の排気ポート４ｂ、第３気筒の排気ポート４ｃ、第４気筒の排気ポート４ｄ、第５気筒の排気ポート４ｅ及び第６気筒の排気ポート４ｆが接続通路１２によって連結されている。詳述すると、この第６実施形態における接続通路１２は、第１気筒の排気ポート４ａに一端が接続された分岐通路２１ａと、第２気筒の排気ポート４ｂに一端が接続された分岐通路２１ｂと、第３気筒の排気ポート４ｃに一端が接続された分岐通路２１ｃと、第４気筒の排気ポート４ｄに一端が接続された分岐通路２１ｄと、第５気筒の排気ポート４ｅに一端が接続された分岐通路２１ｅと、第６気筒の排気ポート４ｆに一端が接続された分岐通路２１ｆと、分岐通路２１ａ〜２１ｆの他端を集合連結してなる集合部２２と、を有している。そして、この集合部２２には、制御弁１３が配置されている。

この第６実施形態においては、制御弁１３を開くと第１〜第６排気ポート４ａ、〜、４ｆは接続通路１３を介して互いに連通した状態となり、制御弁１３を閉じると第１〜第６排気ポート４ａ、〜、４ｆは接続通路１２を介して互いに連通しない状態となる。

図１５を用いて本発明に第７実施形態について説明する。この第７実施形態における多気筒内燃機関は、上述した第４実施形態の多気筒内燃機関と略同一構成となっているが、この第７実施形態においては、接続通路１２ａによって第１気筒の排気ポート４ａと第６気筒の排気ポート４ｆとが連結され、接続通路１２ｂによって第３気筒の排気ポート４ｃと第４気筒の排気ポート４ｄとが連結され、接続通路１２ｃによって第２気筒の排気ポート４ｂと第５気筒の排気ポート４ｅとが連結されている。そして、接続通路１２ａの両端に制御弁１３ａ、１３ｂがそれぞれ配置され、接続通路１２ｂの両端に制御弁１３ｃ、１３ｄがそれぞれ配置され、接続通路１２ｃの両端に制御弁１３ｅ、１３ｆがそれぞれ配置されている。

図１６は、Ｖ型８気筒内燃機関に適用した第８実施形態における多気筒内燃機関の排気通路構造を模式的に示した説明図である。この第８実施形態における多気筒内燃機関の点火順序は第１気筒（ＣＹＬ１）→第８気筒（ＣＹＬ８）→第４気筒（ＣＹＬ４）→第７気筒（ＣＹＬ７）→第６気筒（ＣＹＬ６）→第５気筒（ＣＹＬ５）→第３気筒（ＣＹＬ３）→第２気筒（ＣＹＬ２）となっている。

第１気筒の排気ポート４ａと第３気筒の排気ポート４ｃとは第１次集合部８ａで合流し、第１次合流排気通路９ａとなっている。第５気筒の排気ポート４ｅと第７気筒の排気ポート４ｇとは第１次集合部８ｂで合流し、第１次合流排気通路９ｂとなっている。第２気筒の排気ポート４ｂと第４気筒の排気ポート４ｄとは第１次集合部８ｃで合流し、第１次合流排気通路９ｃとなっている。第６気筒の排気ポート４ｆと第８気筒の排気ポート４ｈとは第１次集合部８ｄで合流し、第１次合流排気通路９ｄとなっている。第１次合流排気通路９ａと第１次合流排気通路９ｂとは、第２次集合部１０ａで合流し、第２次合流排気通路１１ａとなっている。第１次合流排気通路９ｃと第１次合流排気通路９ｄとは、第２次集合部１０ｂで合流し、第２次合流排気通路１１ｂとなっている。そして、第２次合流排気通路１１ａと第２次合流排気通路１１ｂとは、第３次集合部１４で合流し、第３次合流排気通路１５となっている。

そして、この第８実施形態においては、第１次集合部８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄが接続通路１２によって連結されている。詳述すると、この第８実施形態における接続通路１２は、第１次集合部８ａに一端が接続された分岐通路２１ａと、第１次集合部８ｂに一端が接続された分岐通路２１ｂと、第１次集合部８ｃに一端が接続された分岐通路２１ｃと、第１次集合部８ｄに一端が接続された分岐通路２１ｄと、分岐通路２１ａ〜２１ｄの他端を集合連結してなる集合部２２と、を有している。そして、この集合部２２には、制御弁１３が配置されている。

この第８実施形態においては、制御弁１３を開くと、第１次集合部８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄは接続通路１２を介して互いに連通した状態となり、制御弁１３を閉じると第１次集合部８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄは接続通路１２を介して互いに連通しない状態となる。

図１７を用いて本発明に第９実施形態について説明する。この第９実施形態における多気筒内燃機関は、上述した第８実施形態の多気筒内燃機関と略同一構成となっているが、この第９実施形態においては、第１次集合部８ａと第１次集合部８ｄとが接続通路１２ａによって連結され、第１次集合部８ｂと第１次集合部８ｃとが接続通路１２ｂによって連結されている。

そして、接続通路１２ａの両端に制御弁１３ａ、１３ｂがそれぞれ配置され、接続通路１２ｂの両端に制御弁１３ｃ、１３ｄがそれぞれ配置されている
図１８を用いて本発明に第１０実施形態について説明する。この第１０実施形態における多気筒内燃機関は、上述した第８実施形態の多気筒内燃機関と略同一構成となっているが、この第１０実施形態においては、第１気筒の排気ポート４ａ、第２気筒の排気ポート４ｂ、第３気筒の排気ポート４ｃ、第４気筒の排気ポート４ｄ、第５気筒の排気ポート４ｅ、第６気筒の排気ポート４ｆ、第７気筒の排気ポート４ｇ及び第８気筒の排気ポート４ｈが、接続通路１２によって連結されている。詳述すると、この第１０実施形態における接続通路１２は、第１気筒の排気ポート４ａに一端が接続された分岐通路２１ａと、第２気筒の排気ポート４ｂに一端が接続された分岐通路２１ｂと、第３気筒の排気ポート４ｃに一端が接続された分岐通路２１ｃと、第４気筒の排気ポート４ｄに一端が接続された分岐通路２１ｄと、第５気筒の排気ポート４ｅに一端が接続された分岐通路２１ｅと、第６気筒の排気ポート４ｆに一端が接続された分岐通路２１ｆと、第７気筒の排気ポート４ｇに一端が接続された分岐通路２１ｇと、第８気筒の排気ポート４ｈに一端が接続された分岐通路２１ｈと、分岐通路２１ａ〜２１ｈの他端を集合連結してなる集合部２２と、を有している。そして、この集合部２２には、制御弁１３が配置されている。

この第１０実施形態においては、制御弁１３を開くと第１〜第８排気ポート４ａ、〜、４ｈは接続通路１２を介して互いに連通した状態となり、制御弁１３を閉じると第１〜第８排気ポート４ａ、〜、４ｈは接続通路１２を介して互いに連通しない状態となる。

図１９を用いて本発明に第１１実施形態について説明する。この第１１実施形態における多気筒内燃機関は、上述した第８実施形態の多気筒内燃機関と略同一構成となっているが、この第１１実施形態においては、接続通路１２ａによって第１気筒の排気ポート４ａと第８気筒の排気ポート４ｈとが連結され、接続通路１２ｂによって第３気筒の排気ポート４ｃと第６気筒の排気ポート４ｆとが連結され、接続通路１２ｃによって第４気筒の排気ポート４ｄと第５気筒の排気ポート４ｅとが連結され、接続通路１２ｄによって第２気筒の排気ポート４ｂと第７気筒の排気ポート４ｇとが連結されている。そして、接続通路１２ａの両端に制御弁１３ａ、１３ｂがそれぞれ配置され、接続通路１２ｂの両端に制御弁１３ｃ、１３ｄがそれぞれ配置され、接続通路１２ｃの両端に制御弁１３ｅ、１３ｆがそれぞれ配置され、接続通路１２ｄの両端に制御弁１３ｇ、１３ｈがそれぞれ配置されている。

尚、上述した各実施形態において、制御弁が開弁するタイミングを冷間始動時とすることも可能である。

上記実施形態から把握し得る本発明の技術的思想について、その効果とともに列記する。

（１） 各気筒毎に複数の排気弁並びに一端が排気弁の数に応じて分岐して燃焼室に接続された排気ポートを有し、吸気行程中に同一気筒の複数ある排気弁のうちの一つを開弁状態とすることが可能な吸気行程時排気弁開閉手段を備えた内燃機関であって、点火時期が連続しない気筒同士の排気ポート他端側を合流させてなる複数の第１次集合部と、各第１次集合部に一端が接続された複数の第１次合流排気通路と、を有し、複数の第１次合流排気通路よりも排気下流側では、各第１次合流排気通路内を流れた排気が段階的に順次合流するよう形成された排気通路構造を備えた多気筒内燃機関において、複数の第１次集合部間を連結する少なくとも一つの接続通路と、上記接続通路内に配置された制御弁と、を有し、内燃機関が所定の運転状態の際に、吸気行程中に同一気筒の複数ある排気弁のうちの一つを所定期間開弁状態にすると共に、上記制御弁を開弁する。

制御弁が開弁すると上記排気通路構造内で気筒間排気干渉が生じ、排気ポート内圧力が上昇する。つまり、吸気行程中に同一気筒の複数ある排気弁のうちの一つが開弁状態となっている際に制御弁を開弁すると、排気ポート内と燃焼室との圧力差が大きくなっていることから、燃焼室内へ流れ込む排気（既燃ガス）の流量が増加し、内部ＥＧＲ率が増加する。すなわち、排気通路構造内に生じる気筒間排気干渉を利用することで、燃焼室内へ流れ込む排気（既燃ガス）の流量及び内部ＥＧＲ率を増加させることができる。これによって、筒内スワール比が増大し、筒内の乱流強度が増加するため、燃焼安定性が改善される。また、内部ＥＧＲ率の増加により、ポンピングロスが低下し、リーン燃焼が可能となるので燃費の向上を図ることができる。

（２） 各気筒毎に複数の排気弁並びに一端が排気弁の数に応じて分岐して燃焼室に接続された排気ポートを有し、吸気行程中に同一気筒の複数ある排気弁のうちの一つを開弁状態とすることが可能な吸気行程時排気弁開閉手段を備えた内燃機関であって、点火時期が連続しない気筒同士の排気ポート他端側を合流させてなる複数の第１次集合部の排気下流側で各排気ポート内を流れた排気が段階的に順次合流するよう形成された排気通路構造を備えた多気筒内燃機関において、
複数の排気ポートを連結する少なくとも一つの接続通路と、上記接続通路内に配置された制御弁と、を有し、内燃機関が所定の運転状態の際に、吸気行程中に同一気筒の複数ある排気弁のうちの一つを所定期間開弁状態にすると共に、上記制御弁を開弁する。

（３） 上記（１）または（２）に記載の多気筒内燃機関において、上記制御弁は、上記接続通路の全ての通路端に配置されている。これによって、接続通路を設けたことによって生じる排気系のデッドボリュームを最小限にすることができる。

（４） 上記（１）〜（３）のいずれかに記載の多気筒内燃機関において、冷間始動時の吸気行程中には、同一気筒の複数ある排気弁のうちの一つを所定期間開弁状態にすると共に、上記制御弁を開弁させる。これによって、他の気筒から排出された直後の高温の排気を内部ＥＧＲとして利用することができるので、早期に燃焼室を暖めることができる。

（５） 上記（１）〜（３）のいずれかに記載の多気筒内燃機関において、同一気筒の複数ある排気弁のうちの一つを所定期間開弁状態にする運転状態よりも、相対的にさらに低負荷となる運転状態になったときに、同一気筒の複数ある排気弁のうちの一つを所定期間開弁状態にすると共に、上記制御弁を開弁させる。

本発明が適用される多気筒内燃機関の一部を模式的に示した説明図。 本発明の第１実施形態における多気筒内燃機関の排気通路構造を模式的に示した説明図。 本発明が適用される多気筒内燃機関の排気弁６及び制御弁１３の制御モードと運転状態との相関を模式的に示した説明図。 吸気行程時に排気弁を開弁状態とする場合の吸気弁及び排気弁のバルブタイミングの一例を示す説明図。 吸気行程時に排気弁を開弁状態とする場合の吸気弁及び排気弁のバルブタイミングの他例を示す説明図。 本発明に適用可能な可変動弁機構の要部を示す説明図。 可変動弁機構によるリフト・作動角の特性変化を示す説明図。 吸気行程時に排気弁を開弁状態とし、かつ制御弁を開弁した状態のときの各種状態量を示すタイミングチャート。 本発明の第１実施形態における制御の流れを示すフローチャート。 本発明の第２実施形態における多気筒内燃機関の排気通路構造を模式的に示した説明図。 本発明の第３実施形態における多気筒内燃機関の排気通路構造を模式的に示した説明図。 本発明の第４実施形態における多気筒内燃機関の排気通路構造を模式的に示した説明図。 本発明の第５実施形態における多気筒内燃機関の排気通路構造を模式的に示した説明図。 本発明の第６実施形態における多気筒内燃機関の排気通路構造を模式的に示した説明図。 本発明の第７実施形態における多気筒内燃機関の排気通路構造を模式的に示した説明図。 本発明の第８実施形態における多気筒内燃機関の排気通路構造を模式的に示した説明図。 本発明の第９実施形態における多気筒内燃機関の排気通路構造を模式的に示した説明図。 本発明の第１０実施形態における多気筒内燃機関の排気通路構造を模式的に示した説明図。 本発明の第１１実施形態における多気筒内燃機関の排気通路構造を模式的に示した説明図。

符号の説明

１…燃焼室
３…吸気ポート
４…排気ポート
５…吸気弁
６…排気弁
１２…接続通路
１３…制御弁

Claims (5)

1. 各気筒毎に複数の排気弁並びに一端が排気弁の数に応じて分岐して燃焼室に接続された排気ポートを有し、吸気行程中に同一気筒の複数ある排気弁のうちの一つを開弁状態とすることが可能な吸気行程時排気弁開閉手段を備えた内燃機関であって、
   点火時期が連続しない気筒同士の排気ポート他端側を合流させてなる複数の第１次集合部と、各第１次集合部に一端が接続された複数の第１次合流排気通路と、を有し、複数の第１次合流排気通路よりも排気下流側では、各第１次合流排気通路内を流れた排気が段階的に順次合流するよう形成された排気通路構造を備えた多気筒内燃機関において、
   複数の第１次集合部間を連結する少なくとも一つの接続通路と、上記接続通路内に配置された制御弁と、を有し、内燃機関が所定の運転状態の際に、吸気行程中に同一気筒の複数ある排気弁のうちの一つを所定期間開弁状態にすると共に、上記制御弁を開弁することを特徴とする多気筒内燃機関。
2. 各気筒毎に複数の排気弁並びに一端が排気弁の数に応じて分岐して燃焼室に接続された排気ポートを有し、吸気行程中に同一気筒の複数ある排気弁のうちの一つを開弁状態とすることが可能な吸気行程時排気弁開閉手段を備えた内燃機関であって、
   点火時期が連続しない気筒同士の排気ポート他端側を合流させてなる複数の第１次集合部の排気下流側で各排気ポート内を流れた排気が段階的に順次合流するよう形成された排気通路構造を備えた多気筒内燃機関において、
   複数の排気ポートを連結する少なくとも一つの接続通路と、上記接続通路内に配置された制御弁と、を有し、内燃機関が所定の運転状態の際に、吸気行程中に同一気筒の複数ある排気弁のうちの一つを所定期間開弁状態にすると共に、上記制御弁を開弁することを特徴とする多気筒内燃機関。
3. 上記制御弁は、上記接続通路の全ての通路端に配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の多気筒内燃機関。
4. 冷間始動時の吸気行程中には、同一気筒の複数ある排気弁のうちの一つを所定期間開弁状態にすると共に、上記制御弁を開弁させることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の多気筒内燃機関。
5. 同一気筒の複数ある排気弁のうちの一つを所定期間開弁状態にする運転状態よりも、相対的にさらに低負荷となる運転状態になったときに、同一気筒の複数ある排気弁のうちの一つを所定期間開弁状態にすると共に、上記制御弁を開弁させることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の多気筒内燃機関。

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