JP2010255506A - ４サイクル往復ピストンエンジン - Google Patents

Abstract

【課題】吸気下死点及び膨脹下死点におけるピストンの変位が相違する４サイクル往復ピストンエンジンにおいて、吸気効率或いは排気効率の向上を実現可能な技術を提供する。
【解決手段】シリンダ４の内周面には一又は複数のポートが開口している。ポートは、吸気下死点に比べて膨脹下死点におけるピストン５の変位が低い場合には排気管１２に接続されると共に、吸気下死点においてピストン側面部５ａにより遮蔽され且つ膨脹下死点においてピストン側面部５ａにより遮蔽されない高さに設けられる。一方、膨脹下死点に比べて吸気下死点におけるピストン５の変位が低い場合には吸気管１１に接続されると共に、膨脹下死点においてピストン側面部５ａにより遮蔽され且つ吸気下死点においてピストン側面部５ａにより遮蔽されない高さに設けられる。
【選択図】図５

Description

本発明は、４サイクル往復ピストンエンジンに関する。

吸気下死点及び膨脹下死点においてシリンダ軸線方向におけるピストンの変位が相違する４サイクル往復ピストンエンジン（いわゆる４サイクル・レシプロエンジン）が公知である。例えば、特許文献１には、吸気・圧縮行程のストローク長よりも、膨脹・排気行程のストローク長が大きい不等ストローク４サイクル往復ピストンエンジンが開示されている。

特開平７−９１２７５号公報 特表平１１−５０６５１１号公報 特表２００８−５０５２７５号公報 米国特許第６４５３８６９号明細書 米国特許第５９２７２３６号明細書

エンジンに求められる性能として、吸気効率や排気効率の高効率化（向上）が挙げられる。本発明は上記従来技術に鑑みてなされたものであり、その目的は、吸気下死点及び膨脹下死点におけるピストンの変位が相違する４サイクル往復ピストンエンジンにおいて、吸気効率或いは排気効率の向上を実現可能な技術を提供することである。

上記した課題を解決するために、本発明に係る４サイクル往復ピストンエンジンは、以下の手段を採用した。

すなわち、吸気下死点及び膨脹下死点においてシリンダ軸線方向におけるピストンの変位が相違する４サイクル往復ピストンエンジンであって、シリンダ内周面には一又は複数のポートが開口しており、前記ポートは、吸気下死点に比べて膨脹下死点におけるピストンの変位が低い場合にはエンジンの排気管に接続されると共に、吸気下死点においてピストンの側面部により遮蔽され且つ膨脹下死点においてピストンの側面部により遮蔽されない高さに設けられる一方、膨脹下死点に比べて吸気下死点におけるピストンの変位が低い場合にはエンジンの吸気管に接続されると共に、膨脹下死点においてピストンの側面部により遮蔽され且つ吸気下死点においてピストンの側面部により遮蔽されない高さに設けられることを特徴とする。

本明細書において、「高さ」、「上方」、「下方」等、いわゆる上下方向に関する位置について言及する場合、特記しない限りシリンダの軸線方向における位置関係を意味する。

まず、エンジンの燃焼サイクルにおいて、吸気下死点に比べて膨脹下死点におけるピストンの変位が低い場合について説明する。この場合、シリンダ内周面に開口しており、且つ排気管に接続されている一又は複数のポート（以下、「シリンダ内周部排気ポート」と称する）が、吸気下死点においてはピストンの側面部により遮蔽され、膨脹下死点におい
ては開放される。そうすると、膨脹行程においてはピストンがシリンダ内周部排気ポートの高さまで下降してから膨脹下死点に至るまでの間、排気行程においてはピストンが当該膨脹下死点から当該ポートの高さに上昇するまでの間、シリンダ内周部排気ポートが開放される。

その結果、膨脹・排気行程の少なくとも一部の期間にシリンダ内周部排気ポートを介してシリンダ内部と排気管とが導通状態となる。故に、エンジンの排気が促進されて、排気効率が向上する。一方、吸気下死点においてはシリンダ内周部排気ポートがピストンの側面部により遮蔽される。そのため、吸気・圧縮行程においてシリンダ内部が排気管と導通状態とならず、遮断された状態に維持される。これによれば、吸気行程において排気管内の排気が多量にシリンダ内部へと導かれたり、或いは圧縮行程において燃焼前の多量の混合気が排気管へと漏出することが抑制される。

次いで、本発明の適用にあたり、膨脹下死点に比べて吸気下死点におけるピストンの変位が低い場合について説明する。この場合、シリンダ内周面に開口しており、且つ吸気管に接続されている一又は複数のポート（以下、「シリンダ内周部吸気ポート」と称する）が、膨脹下死点においてはピストンの側面部により遮蔽され、吸気下死点において開放される。そうすると、吸気行程においてはピストンがシリンダ内周部吸気ポートの高さまで下降してから吸気下死点に至るまでの間、膨脹行程においてはピストンが当該吸気下死点から当該ポートの高さに上昇するまでの間、シリンダ内周部吸気ポートが開放される。

その結果、吸気・圧縮行程の少なくとも一部の期間にシリンダ内周部吸気ポートを介してシリンダ内部と吸気管とが導通状態となる。故に、エンジンの吸気が促進されて、吸気効率（吸気の体積効率）が向上する。一方、膨脹下死点においてはシリンダ内周部吸気ポートがピストンの側面部により遮蔽される。そのため、膨脹・排気行程においてはシリンダ内部が吸気管と導通状態とならず、遮断された状態に維持される。これによれば、排気行程においてシリンダ内部で生成された排気が多量に吸気管へと導かれたり、或いは、膨脹行程においてピストンを押圧する膨脹圧が減少することが抑制される。

本発明によれば、吸気下死点及び膨脹下死点におけるピストンの変位が相違する４サイクル往復ピストンエンジンにおいて、吸気効率或いは排気効率の向上を実現可能な技術を提供することができる。

本発明の実施形態１におけるエンジンの一部を示す概略構成図である。 実施形態１におけるピストンとクランクシャフトとの連結機構を示した概略図である。 実施形態１における燃焼サイクル中の各行程におけるピストン及び大径ギヤの動作、並びにクランクピンの軌跡を説明する図である。 実施形態１の１燃焼サイクルにおけるピストンの変位δｈと、クランク角度ＣＡとの関係を示した図である。 実施形態１におけるシリンダ内周部排気ポートの配置位置を説明する図である。 本発明の実施形態２におけるエンジンの一部を示す概略構成図である。 実施形態２におけるシリンダ内周部吸気ポートの配置位置を説明する図である。 図７におけるＡ−Ａ矢視断面図である。

以下に図面を参照して、この発明を実施するための形態を例示的に詳しく説明する。尚、本実施の形態に記載されている構成要素の寸法、材質、形状、その相対配置等は、特に特定的な記載がない限りは、発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

＜実施形態１＞
図１は、本発明の実施形態１におけるエンジン（内燃機関）の一部を示す概略構成図である。エンジン１は、車両駆動用の４サイクル往復ピストン（レシプロ）エンジンである。エンジン１は、シリンダヘッド２とシリンダブロック３を有する。シリンダブロック３内には４つのシリンダ４が直列に形成されている。各シリンダ４には、ピストン５がシリンダ４の軸線方向に摺動可能に収容されている。そして、ピストン５、シリンダ４及びシリンダヘッド２により燃焼室６が形成される。

シリンダヘッド２には吸気ポート（以下、「ヘッド部吸気ポート」と称する）７と排気ポート（以下、「ヘッド部排気ポート」と称する）８が形成されており、各々は燃焼室６に接続されている。ヘッド部吸気ポート７及びヘッド部排気ポート８の燃焼室６への開口部は、それぞれ吸気弁９及び排気弁１０によって開閉される。また、ヘッド部吸気ポート７は吸気管１１に接続され、ヘッド部排気ポート８は排気管１２に接続されている。また、ヘッド吸気ポート７には、該ヘッド吸気ポート７内に燃料を噴射する燃料噴射弁（インジェクタ）１３が設けられている。また、シリンダヘッド２には、各シリンダ４に対応する点火プラグ１４が取り付けられており、この点火プラグ１４には高電圧を出力する点火コイル（図示省略）が接続されている。

エンジン１には、該エンジン１の運転条件や運転者の要求に応じて運転状態を制御するための電子制御ユニットであるＥＣＵ（Electronic Control Unit）３０が併設されてい
る。このＥＣＵ３０は、エンジン１の制御に係る各種演算処理を実行するＣＰＵ、その制御に必要なプログラムやデータの記憶されたＲＯＭ、ＣＰＵの演算結果等が一時記憶されるＲＡＭ、外部との間で信号を入・出力するための入・出力ポート等を備えて構成される。燃料噴射弁１３及び点火プラグ１４は電気配線を介してＥＣＵ３０と接続されている。これにより、ＥＣＵ３０は、燃料噴射弁１３による燃料噴射に係る制御、点火プラグ１４による混合気への点火タイミングに係る制御等を行う。

図２は、本実施形態におけるピストン５とクランクシャフト１８との連結機構２０を示した概略図である。図中の一点鎖線は、シリンダ４の軸中心線（以下、「シリンダ軸線」と称する）ＣＬｓを表している。ピストン５は、コンロッド２１、小径ギヤ（歯車）２２、大径ギヤ（歯車）２３、クランクピン２４を介してエンジン１の出力軸であるクランクシャフト１８に連結されている。即ち、連結機構２０は、コンロッド２１、小径ギヤ２２、大径ギヤ２３、クランクピン２４から構成されており、ピストン５の往復直線運動が連結機構２０を介してクランクシャフト１８に伝達されることで回転運動に変換される。

クランクシャフト１８には、該クランクシャフト１８と同軸的に回転可能な小径ギア２２が取り付けられている。この小径ギヤ２２には大径ギヤ２３が噛合している。大径ギヤ２３の歯車径（歯数）は、小径ギヤ２２の歯車径（歯数）の２倍に設定されている。大径ギヤ２３の中心軸は、小径ギヤ２２及びクランクシャフト１８の中心軸と平行であり、且つ、大径ギヤ２３が小径ギヤ２２の廻りを噛み合いつつ回転できる態様となっている。尚、本図において、小径ギヤ２２及び大径ギヤ２３の歯面の作図自体は便宜上、省略している。

大径ギヤ２３には、コンロッド２１のビッグエンドが取り付けられるクランクピン２４が固定されている。具体的には、クランクピン２４は大径ギヤ２３を貫通して取り付けら
れており、クランクピン２４の中心Ｃｃｐと大径ギヤ２３の中心Ｃｌｇは所定距離（所定寸法）だけ偏心している。そして、コンロッド２１におけるビッグエンドの他端側であるスモールエンドには、ピストン５がピストンピン（図示省略）によって連結されている。

図３を参照して、燃焼サイクル中の各行程（吸気、圧縮、膨脹、排気）におけるピストン５及び大径ギヤ２３の動作、並びにクランクピン２４の軌跡について説明する。（ａ）〜（ｄ）のそれぞれは、クランクシャフト１８の回転角度（以下、「クランク角度ＣＡ」という）が互いに１８０°異なっている状態を表す。この図では、（ａ）〜（ｄ）のそれぞれは、吸気下死点、圧縮上死点、膨脹下死点、排気上死点のそれぞれに対応している。（ａ）→（ｂ）→・・・（ｄ）→（ａ）と燃焼サイクルが一巡する間にクランク角度ＣＡは７２０°変化する。したがって、クランクシャフト１８と同軸で回転する小径ギヤ２２は１燃焼サイクルにおいて２回転する。

上述したように、大径ギヤ２３の歯車径（歯数）は、小径ギヤ２２の歯車径（歯数）の２倍である。そのため、大径ギヤ２３の回転角速度は、小径ギヤ２２の回転角速度（即ち、クランクシャフト１８の回転角速度）のちょうど１／２になる。したがって、（ａ）→（ｂ）→・・・のように、クランク角度が１８０°変化する毎に、大径ギヤ２３の回転角度は９０°変化する（自転する）。

クランクピン２４の中心Ｃｃｐ及び大径ギヤ２３の中心Ｃｌｇを通る仮想中心線ＣＬｐｇを図中に二点鎖線にて図示し、シリンダ軸線ＣＬｓ（一点鎖線）との関係について述べる。上述したように、クランク角度が１８０°変化する毎に大径ギヤ２３の回転角度は９０°変化する。本実施形態では、ピストン５が下死点［（ａ）及び（ｃ）］にあるときにシリンダ軸線ＣＬｓに対して仮想中心線ＣＬｐｇが平行となり、上死点［（ｂ）及び（ｄ）］にあるときにシリンダ軸線ＣＬｓに対して仮想中心線ＣＬｐｇが直交するように連結機構２０が構成されている。尚、（ａ）及び（ｃ）において、仮想中心線ＣＬｐｇがシリンダ軸線ＣＬｓに重なってしまうため、便宜上、ＣＬｐｇをＣＬｓから僅かにずらして作図することとした。

更に、本実施形態では、ピストン５が吸気下死点のときに、クランクシャフト１８の中心Ｃｃｓ、クランクピン２４の中心Ｃｃｐ、大径ギヤ２３の中心Ｃｌｇが、シリンダ軸線ＣＬｓ方向における上方から下方に向けて、これらの順に一直線に位置する（配置される）ように調節されている。また、膨脹下死点のときには、これらがシリンダ軸線ＣＬｓ方向における上方から下方に向けて、クランクシャフト１８の中心Ｃｃｓ、大径ギヤ２３の中心Ｃｌｇ、クランクピン２４の中心Ｃｃｐの順に一直線に位置するように調節されている。このように構成された連結機構２０では、燃焼サイクルが一巡するときにおけるクランクピン２４は、図示のように１周期が７２０°のトロコイド曲線上を推移する（つまり、クランクピン２４の軌跡は当該トロコイド曲線を描く）。

ここで、吸気下死点と膨脹下死点とを対比すると、吸気下死点に比べて膨脹下死点の方がクランクピン２４の変位（高さ）が低くなる。クランクピン２４の変位が低くなるに伴いピストン５の変位も低くなる。したがって、吸気下死点に比べて膨脹下死点におけるピストン５の変位（高さ）が低くなる。尚、吸気下死点及び膨脹下死点におけるピストン５の変位差は、大径ギヤ２３の中心Ｃｌｇ及びクランクピン２４の中心Ｃｃｐの距離（即ち、偏心距離）の２倍に相当する。

一方、圧縮上死点及び排気上死点の各々においては、仮想中心線ＣＬｐｇがシリンダ軸線ＣＬｓと平行となり、クランクピン２４の変位が等しくなる。したがって、圧縮上死点及び排気上死点においてはピストン５の変位（高さ）が互いに等しくなる。

図４は、本実施形態の１燃焼サイクルにおけるピストン５の変位δｈと、クランク角度ＣＡとの関係を示した図である。図示したように、吸気・圧縮行程におけるピストン５のストローク長さよりも、膨脹・排気行程におけるピストン５のストローク長さの方が長くなる。したがって、エンジン１の膨脹比が圧縮比よりも大きくなる。これにより、熱効率を向上して走行燃費に優れたアトキンソンサイクルのエンジンが実現される。

再び図１に戻ると、シリンダ４の内周面には複数のポート２５が開口している（図１では、便宜上、１つのみを図示している）。各ポート２５は、ヘッド部排気ポート８と同様、排気管１２に連通している。このように、シリンダ４の内周面に開口しているポート２５を、ヘッド部排気ポート８と区別する意味で「シリンダ内周部排気ポート」と称する。シリンダ内周部排気ポート２５は、排気用連通管２６を介して排気管１２に接続されている。シリンダ内周部排気ポート２５の開閉は、ピストン５の側面部によって行われる。

図５を参照して、シリンダ内周部排気ポート２５の配置位置について具体的に説明する。図５は、実施形態１におけるシリンダ内周部排気ポートの配置位置を説明する図である。左図は、吸気下死点におけるピストン５の変位とシリンダ内周部排気ポート２５の配置位置との関係を表す。右図は、膨脹下死点におけるピストン５の変位とシリンダ内周部排気ポート２５の配置位置との関係を表す。尚、左図の破線は圧縮上死点におけるピストン５の変位を表し、右図の破線は排気上死点におけるピストン５の変位を表す。双方におけるピストン５の変位は、上述した如く等しい。尚、この図においてコンロッド２１の図示は省略している。

シリンダ内周部排気ポート２５は、吸気下死点においてピストン５の側面部（以下、「ピストン側面部５ａ」と称呼する）により遮蔽され且つ膨脹下死点において該ピストン側面部５ａにより遮蔽されない高さ（シリンダ軸線方向における位置、高さを意味する）に設けられる。ここでいう「遮蔽」とは、例えば或る一のシリンダ内周部排気ポート２５を考えた場合、そのシリンダ内周部排気ポート２５を介してシリンダ４の燃焼室内６と排気管１２との間で流体の交換が殆ど行われない程度、シリンダ内周部排気ポート２５が塞がれている状態として定義しても良い。そして、この遮蔽状態が解除されている状態をもって、シリンダ内周部排気ポート２５が開放されていると定義できる。

シリンダ軸線ＣＬｓ方向において、図示のような高さにシリンダ内周部排気ポート２５が配置されることで、膨脹行程の後半から排気行程の前半に亘って、シリンダ内周部排気ポート２５が開放された状態に維持され、このシリンダ内周部排気ポート２５及び排気用連通管２６を介して燃焼室６と排気管１２とが導通される。これにより、排気行程に排気弁１０が開弁されてヘッド部排気ポート８を通じた排気の排出が行われることに加え、シリンダ内周部排気ポート２５及び排気用連通管２６を通じた排気の排出が行われるため、エンジン１の排気効率の向上が実現される。

また、吸気下死点においてはシリンダ内周部排気ポート２５がピストン側面部５ａにより遮蔽され、吸気・圧縮行程において燃焼室６が排気管１２と導通されずに遮断された状態に維持される。したがって、吸気行程において排気管１２内の排気が多量に燃焼室６内部へと導かれたり、或いは圧縮行程において燃焼前の多量の混合気が排気管１２へと漏出することが抑制される。

＜変形例＞
尚、各シリンダ４において、シリンダ内周部排気ポート２５の配置数は適宜変更可能であり、一つであっても構わない。また、本実施形態のように多気筒エンジンに適用する場合、例えば全シリンダではなく一部のシリンダのみにシリンダ内周部排気ポート２５を設けるような構成も採用できる。また、一のシリンダにおいてシリンダ内周部排気ポート２
５を複数個配置するときの各々の高さは、吸気下死点においてピストン側面部５ａにより遮蔽され且つ膨脹下死点において該ピストン側面部５ａにより遮蔽されない（開放される）高さである限りにおいて、適宜異なる高さを採用することができる（全てのシリンダ内周部排気ポート２５について、その配置する高さを統一する必要はない）。

また、本実施形態のエンジン１によれば、以下の作用効果を奏することができる。即ち、シリンダ内周部排気ポート２５がエンジン１の排気効率の向上に寄与する分だけヘッド部排気ポート８を小径化することができ、排気弁１０の径を小さくすることができる。また、例えば、吸気下死点及び膨脹下死点におけるピストン５の変位差を出来るだけ大きく設定し、且つシリンダ内周部排気ポート２５を出来るだけシリンダ軸線ＣＬｓ方向上方に形成することで、膨脹・排気行程におけるシリンダ内周部排気ポート２５を通じた排気の排出量を確保し、ヘッド部排気ポート８及び排気弁１０を搭載しない構成を採用しても良い。そして、その代わりに、例えばヘッド部吸気ポート７を大径化し、吸気弁８の径を大きくすることができる。その結果、吸気の体積効率が向上し、且つ、燃料噴射弁１３の搭載位置の自由度が高まる。

本実施形態におけるエンジン１は、シリンダ軸線ＣＬｓ方向におけるピストン５の変位が吸気下死点に比べて膨脹下死点の方が低くなるように構成された４サイクル往復ピストンエンジンであって、シリンダ４内周面に開口する一又は複数のポートであってエンジンの排気管１２に連通するシリンダ内周部排気ポート２５を備え、シリンダ内周部排気ポート２５が配置されるシリンダ軸線ＣＬｓ方向の高さは、ピストン５が吸気下死点にあるときにピストン側面部５ａにより遮蔽され、且つ膨脹下死点にあるときにピストン側面部５ａにより遮蔽されない高さに設定されることを特徴とすることができる。これにより、エンジン１の排気効率の向上が実現される。

＜実施形態２＞
次に、本発明の実施形態２について説明する。ここでは、実施形態１と共通する点の詳しい説明は省略し、相違点を詳しく説明する。実施形態１で説明したエンジン１は、吸気下死点に比べて膨脹下死点におけるピストン５の変位が低い態様であったが、本実施形態においては、膨脹下死点に比べて吸気下死点におけるピストンの変位が低くなっている点で実施形態１と相違する。また、これに伴い、シリンダ４の内周面に設けられるポートの配置条件や、その接続先について実施形態１と相違する。

本実施形態においても、図２に示した連結機構２０を介してピストン５とクランクシャフト１８が連結されている。次いで、図３を参照して本実施形態における特徴点を説明すると、本実施形態とでは（ａ）〜（ｄ）に表された連結機構２０の構成要素同士の相対位置関係が、膨脹下死点、排気上死点、吸気下死点、圧縮上死点のそれぞれにおいての関係に対応している。

即ち、本実施形態では、吸気下死点に（ｃ）の状態となるように、吸気下死点においてシリンダ軸線ＣＬｓ方向における上方から下方に向けてクランクシャフト１８の中心Ｃｃｓ、大径ギヤ２３の中心Ｃｌｇ、クランクピン２４の中心Ｃｃｐがこれらの順に一直線に配置されるように調節されている。また、膨脹下死点に（ａ）の状態となるように、膨脹下死点においてクランクシャフト１８の中心Ｃｃｓ、クランクピン２４の中心Ｃｃｐ、大径ギヤ２３の中心Ｃｌｇが、シリンダ軸線ＣＬｓ方向における上方から下方に向けて、これらの順に一直線に配置されるように調節されている。

その結果、本実施形態では、シリンダ軸線ＣＬｓ方向において、吸気下死点に比べて膨脹下死点におけるピストン５の変位（高さ）が低くなる。また、圧縮上死点及び排気上死点においては、実施形態１と同様、ピストン５の変位（高さ）が互いに等しくなる。これ
によれば、圧縮比が膨脹比よりも大きいエンジン１が実現される。

次いで、図６及び７を参照して、シリンダ４の内周面に設けられるポートの配置条件や、その接続先について説明する。図６は、本発明の実施形態２におけるエンジンの一部を示す概略構成図である。図１と共通する構成要素については同じ参照符号を付すことでその説明を省略する。

図６に示したように、シリンダ４の内周面には複数のポート（以下、「シリンダ内周部吸気ポート」と称する）２７が開口している（図６では、便宜上、１つのみを図示している）。このシリンダ内周部吸気ポート２７は、ヘッド部吸気ポート７と同様に吸気管１１に連通している。具体的には、シリンダ内周部吸気ポート２７は、吸気用連通管２８を介して吸気管１１に接続されている。シリンダ内周部吸気ポート２７の開閉は、シリンダ内周部排気ポート２５と同様にピストン側面部５ａによって行われる。

図７は、本実施形態におけるシリンダ内周部吸気ポート２７の配置位置を説明する図である。左図は、吸気下死点におけるピストン５の変位とシリンダ内周部吸気ポート２７の配置位置との関係を表す。右図は、膨脹下死点におけるピストン５の変位とシリンダ内周部吸気ポート２７の配置位置との関係を表す。尚、左図の破線は圧縮上死点におけるピストン５を表し、右図の破線は排気上死点におけるピストン５を表す。

シリンダ内周部吸気ポート２７は、膨脹下死点においてピストン側面部５ａにより遮蔽され且つ吸気下死点においてピストン側面部５ａにより遮蔽されない高さに設けられる。ここでの「遮蔽」の定義は、シリンダ内周部排気ポート２５の遮蔽の定義について、シリンダ内周部排気ポート２５をシリンダ内周部吸気ポート２７と読み替え且つ排気管１２を吸気管１１と読み替えた上で引用することができる。

シリンダ軸線ＣＬｓ方向において、図示のような高さにシリンダ内周部吸気ポート２７が配置されることで、吸気行程の後半から圧縮行程の前半に亘って、シリンダ内周部吸気ポート２７が開放された状態に維持され、このシリンダ内周部吸気ポート２７及び吸気用連通管２８を介して燃焼室６と吸気管１１とが導通される。これにより、吸気行程に吸気弁９が開弁されてヘッド部吸気ポート７を通じた空気の吸入（即ち、吸気）が行われることに加え、シリンダ内周部吸気ポート２７及び吸気用連通管２８を通じた吸気が行われるため、エンジン１の吸気効率（体積効率）の向上が実現される。

また、膨脹下死点においてはシリンダ内周部吸気ポート２７がピストン側面部５ａにより遮蔽されるため、膨脹・排気行程において燃焼室６が吸気管１１と導通されずに遮断された状態に維持される。したがって、排気行程において燃焼室６で生成された排気が多量に吸気管１１へと導かれたり、或いは、膨脹行程においてピストン５の頂面を押圧する膨脹圧が減少するおそれがない。

また、図８は、図７におけるＡ−Ａ矢視断面図である。この図において、シリンダ内周部吸気ポート２７に接続される吸気用連通管２８の作図は省略している。シリンダ内周部吸気ポート２７がシリンダ４内に臨む方向はシリンダ４内周面の接線方向（例えば、シリンダーライナーの接線方向）に略等しくなるように、このシリンダ内周部吸気ポート２７が形成されている。そのため、吸気行程に吸気管１１を流れる空気がシリンダ内周部吸気ポート２７を介して燃焼室６に導入されるときの入射方向（図中、矢印）が、シリンダ４内周面の接線方向に略等しくなる。その結果、シリンダ内周部吸気ポート２７を介して燃焼室６に流入する空気がシリンダ４内周面に沿って周方向に回転し、シリンダ４内にはその内周面に沿ったスワール流（渦流）が形成される。これによれば、燃焼室６内における吸気と燃料噴射弁１３から供給された燃料との混合が促進される。その結果、エンジン１
の燃焼状態が安定し、スモークの発生量を低減することができる。したがって、排気エミッションを向上させることができる。

＜変形例＞
尚、実施形態１のシリンダ内周部排気ポート２５と同様、各シリンダ４において、シリンダ内周部吸気ポート２７の配置数は適宜変更可能であり、一つであっても構わない。また、多気筒エンジンに適用する場合に例えば一部のシリンダだけにシリンダ内周部吸気ポート２７を設ける構成も採用できる。また、一のシリンダにおいてシリンダ内周部吸気ポート２７を複数個配置するときの各々の高さは、シリンダ内周部排気ポート２５と同様、適宜異なる高さを採用することができる（全てのシリンダ内周部吸気ポート２７の高さを統一する必要はない）。

また、本実施形態のエンジン１によれば、以下の作用効果を奏することができる。即ち、シリンダ内周部吸気ポート２７がエンジン１の吸気効率の向上に寄与する分ヘッド部吸気ポート７を小径化することができ、吸気弁９の径を小さくすることができる。また、例えば、吸気下死点及び膨脹下死点におけるピストン５の変位差を出来るだけ大きく設定し、且つシリンダ内周部吸気ポート２７を出来るだけシリンダ軸線ＣＬｓ方向上方に形成することで、吸気・圧縮行程におけるシリンダ内周部吸気ポート２７を通じた空気の吸入量を充分に確保し、ヘッド部吸気ポート７及び吸気弁９を搭載しない構成を採用することができる。そして、その代わりにヘッド部排気ポート８を大径化しても良い。この場合、排気弁９の径を大きくすることができるので、エンジン１の排気効率を向上させることができる。

本実施形態におけるエンジン１は、シリンダ軸線ＣＬｓ方向におけるピストン５の変位が膨脹下死点に比べて吸気下死点の方が低くなるように構成された４サイクル往復ピストンエンジンであって、シリンダ４内周面に開口する一又は複数のポートであってエンジンの吸気管１１に連通するシリンダ内周部吸気ポート２７を備え、シリンダ内周部吸気ポート２７が配置されるシリンダ軸線ＣＬｓ方向の高さは、ピストン５が膨脹下死点にあるときにピストン側面部５ａにより遮蔽され、且つ吸気下死点にあるときにピストン側面部５ａにより遮蔽されない高さに設定されることを特徴とすることができる。これにより、エンジン１の吸気効率の向上が実現される。

また、本発明が適用される４サイクル往復ピストンエンジンは、吸気下死点と膨脹下死点とにおいて、シリンダ軸線ＣＬｓ方向におけるピストン５の位置を可変とする下死点変位変更機構を備えても良い。そして、ＥＣＵ３０は、エンジン１の運転状態や運転条件に応じて下死点変位変更機構を制御しても良い。つまり、ＥＣＵ３０は、下死点変位変更機構によって、吸気下死点に比べて膨脹下死点におけるピストン５の変位を低く制御するアトキンソンモード（実施形態１に対応）と、膨脹下死点に比べて吸気下死点におけるピストン５の変位を低く制御するエミッション優先モード（実施形態２に対応）とを使い分けてエンジン１を制御することができる。

この場合、シリンダ４内周面に一又は複数のポートを開口させ、且つ当該ポートを排気管１２と吸気管１１の何れに接続するかを切り換える接続先切り換え機構を備えると良い。ＥＣＵ３０は、アトキンソンモードにてエンジン１を制御する際には上記ポートを排気管１２に接続させ、エミッション優先モードにてエンジン１を制御する際には当該ポートを吸気管１１に接続させると良い。これによれば、アトキンソンモードのときはエンジン１の排気効率を向上でき、エミッション優先モードのときはエンジン１の吸気効率を向上させることができる。

１・・・エンジン
２・・・シリンダヘッド
３・・・シリンダブロック
４・・・シリンダ
５・・・ピストン
６・・・燃焼室
７・・・ヘッド部吸気ポート
８・・・ヘッド部排気ポート
９・・・吸気弁
１０・・排気弁
１１・・吸気管
１２・・排気管
１８・・クランクシャフト
２０・・連結機構
２１・・コンロッド
２２・・小径ギヤ
２３・・大径ギヤ
２４・・ピストンピン
２５・・シリンダ内周部排気ポート
２６・・排気用連通管
２７・・シリンダ内周部排気ポート
２８・・吸気用連通管

Claims (1)

1. 吸気下死点及び膨脹下死点においてシリンダ軸線方向におけるピストンの変位が相違する４サイクル往復ピストンエンジンであって、
   シリンダ内周面には一又は複数のポートが開口しており、
   前記ポートは、
   吸気下死点に比べて膨脹下死点におけるピストンの変位が低い場合にはエンジンの排気管に接続されると共に、吸気下死点においてピストンの側面部により遮蔽され且つ膨脹下死点においてピストンの側面部により遮蔽されない高さに設けられる一方、
   膨脹下死点に比べて吸気下死点におけるピストンの変位が低い場合にはエンジンの吸気管に接続されると共に、膨脹下死点においてピストンの側面部により遮蔽され且つ吸気下死点においてピストンの側面部により遮蔽されない高さに設けられることを特徴とする４サイクル往復ピストンエンジン。

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