JP2013160078A

JP2013160078A - 圧縮着火内燃機関

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Publication number: JP2013160078A
Application number: JP2012020680A
Authority: JP
Inventors: Hibiki Koga; 古賀　　響
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2012-02-02
Filing date: 2012-02-02
Publication date: 2013-08-19
Anticipated expiration: 2032-02-02
Also published as: JP6177497B2

Abstract

【課題】排気行程後半に吸気バルブと排気バルブを閉弁させる負のオーバラップ期間において、気筒内に残留した排ガスの熱損失を減少させて圧縮着火運転を安定して継続可能にすると共に、機関内部のフリクションを減少させて運転効率を向上させるようにした圧縮着火内燃機関を提供する。
【解決手段】吸気バルブ３４と排気バルブ４６で開閉される燃焼室３６に配置されるピストン１６に接続されるクランク軸２０を備えると共に、燃焼室に供給される混合気を予混合圧縮着火燃焼させる４サイクルの圧縮着火内燃機関において、４サイクルのうちの排気行程後半に吸気バルブと排気バルブの両方を閉弁させる負のオーバラップ期間が設定される動弁機構と、ピストンとクランク軸の間に介挿されるリンク機構７２とを備え、動弁機構が動作しているとき、リンク機構を動作させてピストンの上死点位置を４サイクルのうちの排気行程と圧縮行程とで変更可能とする。
【選択図】図６

Description

この発明は圧縮着火内燃機関に関し、より詳しくは燃料と空気とを混合して得た予混合気を燃焼室に供給し、これを高圧縮比の下で自着火を行わせ、高い熱効率を得るようにした予混合圧縮自着火式内燃機関の改良に関する。

予混合圧縮自着火式内燃機関は、例えば特許文献１に開示されるように、燃焼室に供給される混合気（予混合気）を予混合圧縮着火燃焼させる圧縮着火運転（ＨＣＣＩ（Homogeneous Charge Compression Ignition）運転）を行うように構成される。このような内燃機関においては、予混合気を高圧縮比（通常の火花点火式内燃機関の圧縮比より高い）の下で圧縮することで同時多点的に自着火するため、燃焼室全体への火炎の伝播が早く、燃焼が短時間に完了し、よって熱効率が改善され、低燃費性を良好にしつつＮＯｘの排出量を減少させ得る利点がある。

上記した内燃機関において、圧縮着火運転を安定して継続するには、気筒内を比較的高温に保持して混合気が圧縮着火燃焼し易い状態を維持する必要がある。そこで、特許文献２記載の技術にあっては、動弁機構を用いて排気行程後半に吸気バルブと排気バルブの両方を閉弁させる、即ち負のオーバラップ期間を設けるようにし、それによって気筒内に所定量の排ガスを残留させて混合気の温度（筒内ガス温度）を高めて圧縮着火運転を可能とするように構成される。

特開２００５−６９０９７号公報特開２００５−２０１１２７号公報（段落００４４，００４５、図３〜５など）

しかしながら、特許文献２記載の技術の如く、排気行程後半に吸気バルブと排気バルブを閉弁させるように構成すると、ピストンは各バルブの閉弁後に上死点位置に到達するため、気筒内に残留した排ガスがピストンによって圧縮されることとなる。そのため、排ガスの温度は上昇して気筒壁面からの熱損失がその分だけ増加し、結果としてピストンが圧縮前の位置まで戻ったときの残留排ガスの温度は圧縮前に比して低下してしまうという不具合があった。また、各バルブが閉弁した状態で残留した排ガスを圧縮・膨張させるため、ピストンに応力が発生して内燃機関の内部のフリクションが増加し、運転効率を低下させるという不都合も生じていた。

従って、この発明の目的は上記した課題を解決し、排気行程後半に吸気バルブと排気バルブを閉弁させる負のオーバラップ期間において、気筒内に残留した排ガスの熱損失を減少させて圧縮着火運転を安定して継続可能にすると共に、機関内部のフリクションを減少させて運転効率を向上させるようにした圧縮着火内燃機関を提供することにある。

上記した目的を達成するために、請求項１にあっては、吸気バルブと排気バルブで開閉される燃焼室に配置されるピストンに接続されるクランク軸を備えると共に、前記燃焼室に供給される混合気を予混合圧縮着火燃焼させる４サイクルの圧縮着火内燃機関において、前記４サイクルのうちの排気行程後半に前記吸気バルブと排気バルブの両方を閉弁させる負のオーバラップ期間が設定される動弁機構と、前記ピストンとクランク軸の間に介挿されるリンク機構とを備え、前記動弁機構が動作しているとき、前記リンク機構を動作させて前記ピストンの上死点位置を前記４サイクルのうちの排気行程と圧縮行程とで変更可能とする如く構成した。

請求項２に係る圧縮着火内燃機関にあっては、前記動弁機構が動作しているとき、前記リンク機構を動作させ、前記上死点位置にあるときの前記ピストンから前記燃焼室のシリンダヘッドまでの離間距離が、前記４サイクルのうちの圧縮行程のときよりも排気行程のときに長くなるように変更可能とする如く構成した。

請求項３に係る圧縮着火内燃機関にあっては、前記リンク機構は、前記ピストンに接続されるコンロッドと、前記クランク軸のクランクピンに回動自在に接続されると共に、一端が前記コンロッドにコンロッドピンを介して回動自在に接続されるリンクと、前記クランク軸と平行な軸線を有すると共に、前記軸線から偏心する位置に偏心軸が設けられる回転軸と、一端が前記リンクの他端にスイングピンを介して回動自在に接続される一方、他端が前記偏心軸に回動自在に接続されるスイングロッドと、前記クランク軸の回転を前記回転軸に伝達するギヤとからなる如く構成した。

請求項１に係る圧縮着火内燃機関にあっては、４サイクルのうちの排気行程後半に吸気バルブと排気バルブの両方を閉弁させる負のオーバラップ期間が設定される動弁機構と、ピストンとクランク軸の間に介挿されるリンク機構とを備え、動弁機構が動作しているとき、即ち、負のオーバラップ期間のとき、リンク機構を動作させてピストンの上死点位置を排気行程と圧縮行程とで変更可能に構成するようにしたので、例えばリンク機構を動作させて上死点位置にあるときのピストンから燃焼室のシリンダヘッドまでの離間距離が、圧縮行程のときよりも排気行程のときに長くなるように変更することが可能となり、それによって排気行程後半において気筒内に残留した排ガスはピストンによって圧縮されることがなくなる。

これにより、残留排ガスの温度も圧縮によって上昇することがないため、気筒壁面との温度差は比較的少なく、よって気筒壁面からの熱損失を減少させることができると共に、圧縮着火に必要な残留排ガスの量も少なくでき（逆に言えば吸入空気量を増加させることが可能となり）、結果として圧縮着火運転を安定して継続可能にすることができる。さらに、熱損失の減少によって内燃機関の図示熱効率を上昇させることもできる。

また、気筒内の残留排ガスはピストンによって圧縮されないため、ピストンに応力が発生せず、内燃機関の内部のフリクションも減少し、よって機関の運転効率や正味熱効率を向上させることができる。

請求項２に係る圧縮着火内燃機関にあっては、動弁機構が動作しているとき、リンク機構を動作させ、上死点位置にあるときのピストンから燃焼室のシリンダヘッドまでの離間距離が、４サイクルのうちの圧縮行程のときよりも排気行程のときに長くなるように変更可能とするように構成したので、請求項１で述べた効果を確実に得ることができる。

請求項３に係る圧縮着火内燃機関にあっては、リンク機構は、ピストンに接続されるコンロッドと、クランク軸のクランクピンに回動自在に接続されると共に、一端がコンロッドにコンロッドピンを介して回動自在に接続されるリンクと、クランク軸と平行な軸線を有すると共に、軸線から偏心する位置に偏心軸が設けられる回転軸と、一端がリンクの他端にスイングピンを介して回動自在に接続される一方、他端が偏心軸に回動自在に接続されるスイングロッドと、クランク軸の回転を回転軸に伝達するギヤとからなる如く構成したので、上記した効果に加え、リンク機構を簡易な構成にできると共に、リンク機構を用いてピストンの上死点位置を排気行程と圧縮行程とで確実に変更可能にすることができる。

この発明の実施例に係る圧縮着火内燃機関を全体的に示す概略図である。図１に示す内燃機関の部分断面拡大側面図である。図２に示す内燃機関の部分断面底面図である。図１に示す内燃機関の可変動弁機構によって切り換えられる（設定される）２つのバルブタイミング（およびリフト量）特性を示すグラフである。図１に示す内燃機関の吸気行程から圧縮、膨張、排気行程に至るまでのピストンの気筒内における位置を示すグラフである。図１に示す内燃機関の吸気行程から圧縮、膨張、排気行程におけるピストンやリンク機構の状態を示す説明図である。

以下、添付図面に即してこの発明に係る圧縮着火内燃機関を実施するための形態について説明する。

図１はこの発明の実施例に係る圧縮着火内燃機関を全体的に示す概略図、図２は図１に示す内燃機関の部分断面拡大側面図、図３は図２に示す内燃機関の部分断面底面図である。

図１から３において、符号１０は、都市ガス（あるいはＬＰガス。以下、単に「ガス」という）を燃料とする水冷４サイクルの単気筒ＯＨＶ型の圧縮着火内燃機関（予混合圧縮自着火式内燃機関。以下「エンジン」という）を示す。エンジン１０は、例えば発電機、農業機械、コージェネレーション装置（いずれも図示せず）の駆動源等として使用される汎用内燃機関であり、例えば１６３ｃｃの排気量を備える。

エンジン１０においては、図２，３に示す如く、シリンダヘッド１２とシリンダブロック１４が横（水平）方向に配置され、シリンダブロック１４に形成されるシリンダ（気筒）１４ａに１個のピストン１６が往復動自在に収容されると共に、ピストン１６には軸線２０ａが鉛直方向となるように配置されたクランク軸２０が接続される。また、エンジン１０は、後述する如くピストン１６の上死点位置（別言すればピストン１６のストローク）が圧縮行程と排気行程とで変わるように設計される。即ち、エンジン１０はバーチカル型の複リンク式可変ストローク内燃機関である。尚、図２，３以外の図面では、理解の便宜のため、ピストン１６が紙面において上下方向に往復動するようにして示す。

図１に示すように、エンジン１０において、エアクリーナ（図示せず）から吸入されて吸気管（吸気系）２２を通る空気はミキサ２４に入る。ミキサ２４は、電動モータで駆動されるスロットルバルブと可変ジェット（いずれも図示せず）を備える。ミキサ２４には燃料供給源（図示せず）からガスがガス管２６、ガス比例弁ユニット３０を介して供給され、そこで空気と混合させられる（予混合気が生成される）。

ミキサ２４とガス比例弁ユニット３０は共に、電子制御ユニット（Electronic Control Unit。以下「ＥＣＵ」という）３２に接続される。ＥＣＵ３２はＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭなどを備えたマイクロ・コンピュータからなり、入力される各種センサ（図示せず）の出力に基づいてミキサ２４やガス比例弁ユニット３０などの動作を制御する。

ミキサ２４で生成された混合気（予混合気）は、吸気バルブ３４が開弁されるとき、ピストン１６とシリンダヘッド１２とシリンダブロック１４とで区画された空間、即ち燃焼室３６に流入する。

燃焼室３６の付近には点火プラグ４０が配置される。点火プラグ４０はイグナイタなどからなる点火装置４２を介してＥＣＵ３２に接続され、ＥＣＵ３２から点火信号が点火装置４２に供給されると、燃焼室３６に臨む電極間に火花放電を生じる。混合気はそれによって着火されて燃焼し、ピストン１６を駆動する。

尚、混合気は圧縮着火によっても燃焼させられる。即ち、エンジン１０は、運転状態に応じて混合気を予混合圧縮着火燃焼させる圧縮着火運転と点火プラグ４０を介して混合気を火花点火で燃焼させる火花点火運転（ＳＩ（Spark Ignition）運転）のいずれかを行う、換言すれば、運転を圧縮着火運転と火花点火運転との間で切り換える（予混合）圧縮着火内燃機関として構成される。具体的には、例えばエンジン１０の始動時や暖機時には火花点火運転を行う一方、エンジン１０が暖機後の定格運転領域にあるときには圧縮着火運転を行うように構成される。

燃焼によって生じた排気ガスは、排気バルブ４６が開弁するとき、排気管（排気系）５０を流れる。排気管５０の途中には、排気浄化用の触媒（具体的には酸化触媒）からなる触媒装置５２が配置される。排気は、触媒装置５２が活性状態にあるとき、ＨＣ（炭化水素）、ＣＯ（一酸化炭素）などの有害成分が除去されて浄化され、エンジン外の大気に放出される。

前記した吸気バルブ３４と排気バルブ４６は可変動弁機構（動弁機構）６０に接続される。可変動弁機構６０は詳細な図示は省略するが、例えば本出願人が先に提案した特開２０１０−６５５６５号公報に開示される構造を備える。可変動弁機構６０が部分的に示される図３を参照しつつ説明すると、具体的には、クランク軸２０にギヤ６０ａを介して連結される動弁カム軸（カムシャフト）６０ｂ上に第１、第２吸気カムと第１、第２排気カムの４個のカム（図３では第２排気カム６０ｃのみ見える）が隣接して配置され、第１、第２吸気カムには吸気リフタ（図３で見えず）が、第１、第２排気カム６０ｃには排気リフタ６０ｄが摺接される。吸気リフタと排気リフタ６０ｄはそれぞれプッシュロッド６０ｅを介してロッカアーム６０ｆに接続される。

エンジン１０の火花点火運転のときは、各カムに接続される電磁アクチュエータや制御ロッドなどの動作を適宜に制御することで、第１吸気カムの回転動作によって吸気リフタ、吸気側のプッシュロッド６０ｅおよびロッカアーム６０ｆを動作させ、第１吸気カムで決定されるバルブタイミング（およびリフト量）特性で吸気バルブ３４を駆動し、燃焼室３６を開閉する。

他方、エンジン１０の圧縮着火運転のときは、第２吸気カムの回転動作によって吸気リフタ、吸気側のプッシュロッド６０ｅおよびロッカアーム６０ｆを動作させ、第２吸気カムで決定されるバルブタイミング（およびリフト量）特性で吸気バルブ３４を駆動する。また、排気バルブ４６に関しても同様に動作するように構成される。

図４にその特性を示す（吸気バルブ３４のそれを３４、排気バルブ４６のそれを４６と表示する）。圧縮着火運転のとき、バルブタイミング（およびリフト量）は図４に実線で示す特性に設定される。具体的には、排気バルブ４６の閉弁時期を進角させると共に、吸気バルブ３４の開弁時期を遅角させる（クランク角度において）。即ち、可変動弁機構６０は、４サイクルのうちの排気行程後半から吸気行程前半に亘って吸気バルブ３４と排気バルブ４６の両方を閉弁させる、いわゆる負のオーバラップ期間を設けるように設定される。それによって、気筒内に所定量の排ガス（内部ＥＧＲ）を残留させて混合気の温度（筒内ガス温度）を高めて圧縮着火運転を可能とする。

一方、火花点火運転のとき、バルブタイミング（およびリフト量）は、図４に破線で示す特性に設定される。具体的には、排気バルブ４６の閉弁時期と吸気バルブ３４の開弁時期を共にピストン上死点付近に変更させる。それによって、排気バルブ４６の閉弁が遅角されて燃焼室内のガスの排出量が増加する一方、吸気バルブ３４の開弁が進角されて吸入空気の流入が早められることから、排ガスは燃焼室３６に残留することなく、排気系に送り出される。

図１の説明に戻ると、可変動弁機構６０は制御回路６２を介してＥＣＵ３２に接続される。ＥＣＵ３２は、制御回路６２を通じて可変動弁機構６０（正確には電磁アクチュエータ）の動作を制御し、吸気バルブ３４と排気バルブ４６のバルブタイミング（およびリフト量）を上記した２つの特性のいずれかに設定（変更）する。

このように、エンジン１０の吸気バルブ３４と排気バルブ４６は、可変動弁機構６０によって任意の時期（バルブタイミングおよびリフト量）で開閉自在とされると共に、エンジン１０の運転は、可変動弁機構６０の動作を制御することで火花点火運転と圧縮着火運転との間で切り替えられる。

次いで図２，３などを参照してこの発明に係るエンジン１０の特徴のひとつである、ピストン１６とクランク軸２０との接続構造やピストン１６の動作などについて説明する。

図示の如く、シリンダブロック１４には、クランクケース７０が一体的に形成される。クランクケース７０の内部のクランク室７０ａには、クランク軸２０が回転自在に収容されると共に、ピストン１６とクランク軸２０との間に介挿されるリンク機構７２も収容される。尚、クランク軸２０の一端（上端）２０ｂは、クランクケース７０から外方に向けて突出するように配置され、そこに発電機などが接続される。

クランク軸２０は、２個のバランスウエイト７４と、バランスウエイト７４同士を連結すると共に、軸線７６ａがクランク軸２０の軸線２０ａと略平行で、かつ軸線２０ａから偏心する位置に設けられるクランクピン７６とを備える。

リンク機構７２は、一端８０ａがピストンピン８２を介してピストン１６に回動自在に接続（連結）されるコンロッド８０と、平面視（底面視）略三角形状を呈するリンク（トリゴナルリンク。サブコンロッド）８４と、クランク軸２０と略平行な軸線８６ａを有する回転軸（エキセントリックシャフト）８６と、リンク８４と回転軸８６の間に介挿されるスイングロッド９０と、クランク軸２０の回転を回転軸８６に伝達する減速機構（ギヤ）９２とからなる。

リンク８４の一端８４ａは、コンロッド８０の他端８０ｂにコンロッドピン９４を介して回動自在に接続される。また、リンク８４の本体部８４ｂはクランク軸２０のクランクピン７６に、他端８４ｃはスイングピン９６を介してスイングロッド９０の一端９０ａに、それぞれ回動自在に接続される。このように、スイングロッド９０の一端９０ａは、コンロッド８０の接続位置（一端８４ａ）からオフセットした（ずれた）位置でリンク８４に接続される。

回転軸８６は、クランク軸２０と同様、クランクケース７０のクランク室７０ａに回転自在に収容（支承）される。回転軸８６には、軸線８６ａと略平行で、かつ軸線８６ａから偏心する位置に軸線１００ａを有する偏心軸１００が設けられる。スイングロッド９０の他端９０ｂは、この回転軸８６の偏心軸１００部分に回動自在に接続される。

減速機構９２は、クランク軸２０に設けられる第１ギヤ（タイミングギヤ。駆動ギヤ）９２ａと、回転軸８６に設けられると共に、第１ギヤ９２ａに噛合される第２ギヤ（エキセントリックギヤ。被動ギヤ）９２ｂとからなり、クランク軸２０の回転動力を１／２に減速して回転軸８６に伝達するように設定される。

尚、上記したリンク機構７２を構成する各部の詳細は、本出願人が別途提出した出願（特願２０１１−３７２７８）に詳しく記載されているので、これ以上の説明は省略する。

エンジン１０のリンク機構７２を前述の如く構成することで、リンク機構７２の動作によってピストン１６の上死点位置を４サイクルのうちの排気行程と圧縮行程とで変更することが可能になる。

図５はエンジン１０の吸気行程から圧縮、膨張、排気行程に至るまでのピストン１６の気筒内における位置を示すグラフであり、図６は各行程におけるピストン１６やリンク機構７２の状態を示す説明図である。

尚、図６においては、紙面左側から順に、（ａ）吸気行程においてピストン１６が下死点位置にあるとき、（ｂ）圧縮行程で上死点位置にあるとき、（ｃ）膨張行程で下死点位置にあるとき、（ｄ）排気行程で上死点位置にあるときを示すと共に、図５においては、前記（ａ）〜（ｄ）の状態と対応する箇所に同一の符号ａ〜ｄを付す。

また、エンジン１０で圧縮着火運転が行われているときを例にとって説明する。また、以下において、上下あるいは左右などの方向を表す記載は、紙面における上下方向あるいは左右方向を意味し、必ずしも実際のエンジン１０の上下左右方向を意味するものではない。

先ず４サイクルのうちの吸気行程において、ピストン１６が下降して下死点位置に到達したとき、図６（ａ）に示す如く、クランクピン７６とクランクピン７６に接続されるリンク８４は、クランク軸２０に対して略下側に位置させられると共に、偏心軸１００は回転軸８６に対して略右側に位置させられる。

次いで圧縮行程に移行すると、クランク軸２０の回転に伴ってクランクピン７６とリンク８４もクランク軸２０を中心に回転し、コンロッド８０を介してピストン１６を上方へ押し上げる。そして、ピストン１６が上死点位置に到達すると、クランク軸２０が（ａ）の状態から反時計回りに約１８０度回転していることから、（ｂ）に示すように、クランクピン７６とリンク８４はクランク軸２０に対して略上側に位置させられることとなる。

さらに、このときのクランク軸２０の回転は減速機構９２を介して回転軸８６に伝達され、それによって偏心軸１００は回転軸８６を中心に時計回りに約９０度回転させられ、回転軸８６の略下側に位置させられる。尚、この偏心軸１００はリンク８４の他端８４ｃにスイングロッド９０を介して接続されるため、偏心軸１００の位置に応じてリンク８４の角度（向き）は変わる（換言すれば、リンク８４の一端８４ａと他端８４ｃの相対位置が偏心軸１００の位置によって変わる）。

また、圧縮行程の上死点位置にあるときのピストン１６（正確には、ピストン１６の上面１６ａ）から燃焼室３６のシリンダヘッド１２までの離間距離を「ｄ１」とする。

続く膨張行程では、燃焼室３６での混合気の燃焼によってピストン１６が押し下げられ、コンロッド８０などを介してクランク軸２０を回転させる。そして、ピストン１６が下死点位置に到達すると、クランク軸２０は（ｂ）の状態から反時計回りに約１８０度回転しているため、クランクピン７６とリンク８４はクランク軸２０に対して再び略下側に位置させられることとなる。また、このときのクランク軸２０の回転によって偏心軸１００は回転軸８６を中心に時計回りに約９０度回転させられ、回転軸８６の略左側に位置させられる。

尚、図５および図６（ａ）と（ｃ）から分かるように、ピストン１６の吸気行程のときの下死点位置と膨張行程のときの下死点位置は略同じ高さとされる。

次いで排気行程に移行すると、クランク軸２０の回転に伴ってクランクピン７６とリンク８４もクランク軸２０を中心に回転し、コンロッド８０を介してピストン１６を上方へ押し上げる。そして、前述したように、圧縮着火運転で排気行程の後半になると、可変動弁機構６０が動作して吸気バルブ３４と排気バルブ４６の両方を閉弁させ、気筒内に排ガスを残留させる。

このときにピストン１６は上死点位置に到達すると共に、クランク軸２０が（ｃ）の状態から反時計回りに約１８０度回転していることから、（ｄ）に示す如く、クランクピン７６とリンク８４はクランク軸２０に対して略上側に位置させられることとなる。

また、クランク軸２０の回転によって偏心軸１００は回転軸８６を中心に時計回りに約９０度回転させられ、回転軸８６の略上側に位置させられる。これにより、排気行程の上死点位置にあるときのピストン１６からシリンダヘッド１２までの離間距離ｄ２を、圧縮行程のときの離間距離ｄ１に比して長くすることができる、換言すれば、排気行程のピストン上死点位置を圧縮行程のピストン上死点位置に比して低くすることができる。

即ち、図６（ｂ）と（ｄ）を対比するとよく分かるように、偏心軸１００の位置が圧縮行程のときと排気行程のときとでは異なる。具体的には、圧縮行程のときの偏心軸１００の位置は回転軸８６の略下側であるのに対し、排気行程では回転軸８６の略上側である。そのため、リンク８４の角度（向き）が圧縮行程のときと排気行程のときとで相違させられることとなり、よって排気行程のときのピストン１６のストロークを圧縮行程のときよりも短くできる、即ち、離間距離ｄ２をｄ１に比して長く（ｄ２＞ｄ１）することが可能となる。

以上の如く、この発明の実施例にあっては、吸気バルブ３４と排気バルブ４６で開閉される燃焼室３６に配置されるピストン１６に接続されるクランク軸２０を備えると共に、前記燃焼室３６に供給される混合気を予混合圧縮着火燃焼させる４サイクルの圧縮着火内燃機関（エンジン）１０において、前記４サイクルのうちの排気行程後半に前記吸気バルブ３４と排気バルブ４６の両方を閉弁させる負のオーバラップ期間が設定される動弁機構（可変動弁機構）６０と、前記ピストン１６とクランク軸２０の間に介挿されるリンク機構７２とを備え、前記動弁機構６０が動作しているとき、前記リンク機構７２を動作させて前記ピストン１６の上死点位置を前記４サイクルのうちの排気行程と圧縮行程とで変更可能とする如く構成した。

このように、可変動弁機構６０が動作しているとき、即ち、負のオーバラップ期間のとき、リンク機構７２を動作させてピストン１６の上死点位置を排気行程と圧縮行程とで変更可能に構成するようにしたので、例えばリンク機構７２を動作させて上死点位置にあるときのピストン１６から燃焼室３６のシリンダヘッド１２までの離間距離ｄ１，ｄ２が、圧縮行程のとき（ｄ１）よりも排気行程のとき（ｄ２）に長くなるように変更することが可能となり、それによって排気行程後半において気筒内に残留した排ガスはピストン１６によって圧縮されることがなくなる。

これにより、残留排ガスの温度も圧縮によって上昇することがないため、気筒壁面との温度差は比較的少なく、よって気筒壁面からの熱損失を減少させることができると共に、圧縮着火に必要な残留排ガスの量も少なくでき（逆に言えば吸入空気量を増加させることが可能となり）、結果として圧縮着火運転を安定して継続可能にすることができる。さらに、熱損失の減少によってエンジン１０の図示熱効率を上昇させることもできる。

また、気筒内の残留排ガスはピストン１６によって圧縮されないため、ピストン１６に応力が発生せず、エンジン１０の内部のフリクションも減少し、よってエンジン１０の運転効率や正味熱効率を向上させることができる。

また、前記動弁機構（可変動弁機構）６０が動作しているとき、前記リンク機構７２を動作させ、前記上死点位置にあるときの前記ピストン１６から前記燃焼室３６のシリンダヘッド１２までの離間距離ｄ１，ｄ２が、前記４サイクルのうちの圧縮行程のとき（ｄ１）よりも排気行程のとき（ｄ２）に長くなるように変更可能とする如く構成したので、上記した効果を確実に得ることができる。

また、前記リンク機構７２は、前記ピストン１６に接続されるコンロッド８０と、前記クランク軸２０のクランクピン７６に回動自在に接続されると共に、一端８４ａが前記コンロッド８０にコンロッドピン９４を介して回動自在に接続されるリンク８４と、前記クランク軸２０と平行な軸線８６ａを有すると共に、前記軸線８６ａから偏心する位置に偏心軸１００が設けられる回転軸８６と、一端９０ａが前記リンク８４の他端８４ｃにスイングピン９６を介して回動自在に接続される一方、他端９０ｂが前記偏心軸１００に回動自在に接続されるスイングロッド９０と、前記クランク軸２０の回転を前記回転軸８６に伝達するギヤ（減速機構（第１、第２ギヤ９２ａ，９２ｂ））９２とからなる如く構成したので、リンク機構７２を簡易な構成にできると共に、リンク機構７２を用いてピストン１６の上死点位置を排気行程と圧縮行程とで確実に変更可能にすることができる。

尚、上記においては、エンジン１０の排気量などを具体的な値で示したが、それらは例示であって限定されるものではない。

１０エンジン（圧縮着火内燃機関）、１２シリンダヘッド、１６ピストン、２０クランク軸、３４吸気バルブ、３６燃焼室、４６排気バルブ、６０可変動弁機構（動弁機構）、７２リンク機構、７６クランクピン、８０コンロッド、８４リンク、８６回転軸、９０スイングロッド、９２減速機構（ギヤ）、９２ａ第１ギヤ、９２ｂ第２ギヤ、９４コンロッドピン、９６スイングピン、１００偏心軸

Claims

吸気バルブと排気バルブで開閉される燃焼室に配置されるピストンに接続されるクランク軸を備えると共に、前記燃焼室に供給される混合気を予混合圧縮着火燃焼させる４サイクルの圧縮着火内燃機関において、前記４サイクルのうちの排気行程後半に前記吸気バルブと排気バルブの両方を閉弁させる負のオーバラップ期間が設定される動弁機構と、前記ピストンとクランク軸の間に介挿されるリンク機構とを備え、前記動弁機構が動作しているとき、前記リンク機構を動作させて前記ピストンの上死点位置を前記４サイクルのうちの排気行程と圧縮行程とで変更可能に構成したことを特徴とする圧縮着火内燃機関。
前記動弁機構が動作しているとき、前記リンク機構を動作させ、前記上死点位置にあるときの前記ピストンから前記燃焼室のシリンダヘッドまでの離間距離が、前記４サイクルのうちの圧縮行程のときよりも排気行程のときに長くなるように変更可能としたことを特徴とする請求項１記載の圧縮着火内燃機関。
前記リンク機構は、前記ピストンに接続されるコンロッドと、前記クランク軸のクランクピンに回動自在に接続されると共に、一端が前記コンロッドにコンロッドピンを介して回動自在に接続されるリンクと、前記クランク軸と平行な軸線を有すると共に、前記軸線から偏心する位置に偏心軸が設けられる回転軸と、一端が前記リンクの他端にスイングピンを介して回動自在に接続される一方、他端が前記偏心軸に回動自在に接続されるスイングロッドと、前記クランク軸の回転を前記回転軸に伝達するギヤとからなることを特徴とする請求項１または２記載の圧縮着火内燃機関。