JP3912500B2 - 内燃機関 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関に係り、詳しくは、クエンチング現象または空気と燃料との不十分な混合により燃焼室内に残存するＨＣ、ＣＯ、スモーク等の処理技術に関する。
【０００２】
【関連する背景技術】
内燃機関（エンジン）における筒内燃焼は、点火、着火、火炎伝播の三つのプロセスから構成される。
火炎伝播の速度は急速であり、燃焼室の中央で着火され伝播する既燃ガス（火炎）は、直ちに燃焼室を覆い尽くすことになる。
【０００３】
このように火炎が燃焼室を覆い尽くすことになると、未だ燃焼に至っていない未燃ガス成分は、当該既燃ガスによって燃焼室壁面近傍にまで追いやられることになり、膨張行程において徐々に燃焼することになる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、既燃ガス（火炎）によって燃焼室壁面近傍にまで追いやられた未燃ガス成分は、その後燃焼室壁面であるシリンダ壁面やピストン表面に接触したりピストンクレビスに入り込むことになるが、このとき、燃焼室壁面に熱を奪われて温度が低下する所謂クエンチング現象を起こし、膨張行程での燃焼の進行が阻害されるという問題がある。
【０００５】
このように未燃ガス成分の燃焼が阻害されると、膨張行程が終了してもシリンダ壁面やピストン表面或いはピストンクレビス近傍にＨＣ、ＣＯ等が未燃ガスのまま残存し、このように残存したＨＣ、ＣＯ等が排気行程でそのまま排気通路に排出されてしまい好ましいことではない。
また、液体燃料の気化が不十分な場合、燃料が空気と十分に混合せず、部分的に過濃空燃比で燃焼し、ＨＣ、ＣＯ等の未燃ガスが残存したりスモーク等が発生するという問題もある。
【０００６】
そこで、例えば燃焼空燃比をリーン空燃比として燃焼ガス中に酸素を多く存在させ、この酸素によって上記残存したＨＣ、ＣＯ、スモーク等の燃焼を促進させることが考えられる。
しかしながら、燃焼ガス中に酸素を多く存在させたとしても、燃焼室壁面近傍のガス流れはそれほど速いものではなく、故に酸素と未燃ガスとが撹拌されず、やはり残存したＨＣ、ＣＯ、スモーク等を十分に燃焼させることができない。
【０００７】
本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、クエンチング現象または空気と燃料との不十分な混合により燃焼室内に残存するＨＣ、ＣＯ、スモーク等を確実に燃焼可能な内燃機関を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するために、請求項１の発明では、多気筒からなる内燃機関の各燃焼室内に気体を噴射する気体噴射手段と、前記気体噴射手段を制御する気体噴射制御手段とを備え、前記気体噴射手段は、燃焼順序が一燃焼前の他の気筒から排出される排気の一部を燃焼室内に流入させるものであって、前記気体噴射制御手段は、膨張行程から排気行程の火炎消滅時期以降で且つ排気弁閉時期までの間に前記排気の一部を燃焼室内に流入させることを特徴としている。
【０００９】
従って、クエンチング現象等により燃焼室内の燃焼室壁面近傍に残存するＨＣ、ＣＯ等は、気体噴射手段により膨張行程から排気行程の火炎消滅時期以降で且つ排気弁閉時期までの間に燃焼室に流入させられる排気の一部によって撹拌されながら高温の燃焼ガス中に移動することになり、活性状態となって燃焼室内で燃焼する。これにより、温態時は勿論、特に内燃機関の冷態始動時においてもＨＣ、ＣＯ等の排出が低減される。
例えば４サイクル４気筒内燃機関において、排気弁近傍の排気ポート同士を連通させることにより、一燃焼前の気筒からピストンの上昇に伴い押し出される高圧の排ガスの一部が燃焼室内に勢いよく流入し、簡単な構成にして残存するＨＣ、ＣＯ等が良好に撹拌されながら高温の燃焼ガス中に移動し、燃焼室内で確実に燃焼する。
【００１０】
また、請求項２の発明では、さらに、燃焼空燃比を制御する燃焼空燃比制御手段を備え、前記燃焼空燃比制御手段は、前記気体噴射制御手段により前記排気の一部が燃焼室内に流入されるとき、燃焼室から排出される排気空燃比が理論空燃比またはリーン空燃比となるように燃焼空燃比を制御することを特徴としている。
従って、気体噴射手段により燃焼室に排気の一部が流入させられても、排気空燃比が理論空燃比またはリーン空燃比となるように燃焼空燃比が制御されることになり、十分な酸素存在のもとで残存するＨＣ、ＣＯ等が確実に燃焼し、特に内燃機関の冷態始動時においてＨＣ、ＣＯ等の排出が良好に低減される。
【００１１】
また、請求項３の発明では、前記燃焼空燃比制御手段は、前記気体噴射制御手段により前記排気の一部が燃焼室内に流入されるとき、該流入される排気中の酸素量に応じて燃焼空燃比をリッチ空燃比側に制御することを特徴としている。
従って、気体噴射手段により燃焼室に流入させられる排気中の酸素量に応じて燃焼空燃比がリッチ空燃比側に制御されることで排気空燃比が理論空燃比またはリーン空燃比に良好に調整される。
【００１４】
また、請求項４の発明では、前記気体噴射手段は、吸気弁及び排気弁とは別にカム駆動可能に設けられ、開弁時に燃焼室内に前記排気の一部を流入させる開閉弁を備えることを特徴としている。
【００１５】
従って、カム駆動可能にして燃焼室に排気の一部を流入させる開閉弁が独立に設けられることにより、機械式にして信頼性高く適正な量の排気が適正な圧力、方向及びタイミングで燃焼室内に流入可能とされ、残存するＨＣ、ＣＯ等が良好に撹拌されながら高温の燃焼ガス中に移動し、燃焼室内で確実に燃焼する。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて説明する。
図１を参照すると、車両に搭載された内燃機関の気筒断面の一部が図示されており、以下、当該内燃機関の構成を説明する。
【００１８】
内燃機関（以下、単にエンジンという）１としては、例えば、燃料噴射モードを吸気行程噴射モード或いは圧縮行程噴射モードに切換えることで吸気行程での燃料噴射（吸気行程噴射）とともに圧縮行程での燃料噴射（圧縮行程噴射）を実施可能な筒内噴射型火花点火式４サイクル４気筒ガソリンエンジンが採用される。この筒内噴射型のエンジン１は、上記燃料噴射モードの切換えと空燃比制御とにより、容易にして理論空燃比（ストイキオ）での運転やリッチ空燃比での運転（リッチ空燃比運転）の他、リーン空燃比での運転（リーン空燃比運転）を実現可能である。
【００１９】
同図に示すように、エンジン１は、シリンダブロック２にシリンダヘッド４が載置され、シリンダブロック２の各シリンダ６内にピストン８が摺動可能に嵌装されて構成されている。そして、シリンダヘッド４には、各気筒毎に点火プラグ１０とともに電磁式のインジェクタ（電磁式噴射弁）１２が取り付けられている。このインジェクタ１２には、燃料パイプ１３を介して燃料タンクを擁した燃料供給装置（図示せず）が接続されており、これによりシリンダ６とピストン８間に形成される燃焼室７内に燃料を直接噴射可能である。詳しくは、燃料供給装置には、低圧燃料ポンプと高圧燃料ポンプとが設けられており、これにより、燃料タンク内の燃料をインジェクタ１２に対し低燃圧或いは高燃圧で供給し、該燃料をインジェクタ１２から燃焼室７内に向けて所定の燃圧で噴射可能である。なお、インジェクタ１２は、燃焼室７内に逆タンブル流（縦渦）を生成可能な姿勢で設置されている。
【００２０】
さらに、インジェクタ１２には、エアパイプ１４を介してエアコンプレッサ（図示せず）が接続されている。
そして、燃料パイプ１３とエアパイプ１４には、燃料パイプ１３の連通時にエアパイプ１４を遮断する一方、燃料パイプ１３の遮断時にエアパイプ１４を連通する電磁切換弁１５が介装されている。つまり、インジェクタ１２は電磁切換弁１５を切り換えることにより燃料の供給とエア（新気）の供給とをそれぞれ実施可能に構成されている（気体噴射手段）。なお、電磁切換弁１５は極めて高速で切り換え可能に構成されている。
【００２１】
また、点火プラグ１０には高電圧を出力する点火コイル１１が接続されている。
シリンダヘッド４には、各気筒毎に略直立方向に吸気ポート２０が形成されており、各吸気ポート２０と連通するようにして吸気マニホールド（図示せず）の一端がそれぞれ接続されている。なお、吸気マニホールドには吸入空気量を調節する電磁式のスロットル弁（図示せず）が設けられている。
【００２２】
さらに、シリンダヘッド４には、各気筒毎に略水平方向に排気ポート２４が形成されており、各排気ポートと連通するようにして排気マニホールド２６の一端がそれぞれ接続されている。
排気マニホールド２６の他端には排気管（図示せず）が接続されており、当該排気管には、排気中のＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘを浄化する三元触媒コンバータ（共に図示せず）が設けられている。また、排気マニホールド２６の下流部分には、酸素濃度を検出することで排気空燃比を検出するＯ2センサ２７が設けられている。
【００２３】
そして、シリンダヘッド４には、吸気ポート２０と燃焼室７との連通と遮断を行う吸気バルブ２１及び排気ポート２４と燃焼室７との連通と遮断を行う排気バルブ２５が設けられ、これら吸気バルブ２１や排気バルブ２５を作動させるための各種動弁機構（カムシャフト、ロッカアーム等）が設けられている。
ＥＣＵ５０は、入出力装置、記憶装置、中央処理装置（ＣＰＵ）、タイマカウンタ等を備えており、当該ＥＣＵ５０により、エンジン１の総合的な制御が行われる。
【００２４】
ＥＣＵ５０の入力側には、上記Ｏ2センサ２７の他、エンジン１の冷却水温を検出する水温センサ５２やクランク角を検出するクランク角センサ５４等の各種センサ類が接続されており、これらセンサ類からの検出情報が入力される。
一方、ＥＣＵ５０の出力側には、上記点火コイル１１、インジェクタ１２、電磁切換弁１５、スロットル弁等の各種出力デバイスが接続されており、これら各種出力デバイスには、上記各種検出情報に基づき選択された燃料噴射モード及び各種センサ類からの検出情報に応じて求められた燃焼空燃比に基づいて燃料噴射量、燃料噴射時期、点火時期等の信号がそれぞれ出力される。これにより、インジェクタ１２から適正量の燃料やエアが適正なタイミングで燃焼室７内に噴射され、点火プラグ４により適正なタイミングで火花点火が実施される。
【００２５】
以下、このように構成されたエンジン１の作用、即ち気体噴射制御について説明する。
図２を参照すると、気体噴射制御の制御ルーチンがフローチャートで示されており（気体噴射制御手段）、以下同フローチャートに沿い説明する。
ステップＳ１０では、エンジン１が冷態であるか否かを判別する。具体的には、水温センサ５２からの冷却水温情報に基づき、冷却水温が所定温度以上か否かを判別する。判別結果が偽（Ｎｏ）の場合にはそのまま当該ルーチンを抜ける。一方、判別結果が真（Ｙｅｓ）でエンジン１が冷態状態にあると判定された場合には、次にステップＳ１２に進む。
【００２６】
ステップＳ１２では、噴射気体中に酸素が含まれているか否かを判別する。ここでは、インジェクタ１２からエア（新気）を供給するので、噴射気体中には酸素が含まれていることになり、判別結果は真（Ｙｅｓ）となり、次にステップＳ１４に進む。
ステップＳ１４では、噴射気体中に含まれる酸素量に応じて燃焼空燃比をリッチ化する。ここでは、インジェクタ１２から一定量のエアを噴射することになるので、当該エア量に基づいて酸素量を算出でき、この酸素量に応じて燃焼空燃比をリッチ化する。詳しくは、ここでは、エアを噴射した場合において燃焼室７から排出される排ガスの排気空燃比がストイキオまたはリーン空燃比となるように燃料噴射量を設定する（燃焼空燃比制御手段）。なお、燃焼空燃比が一旦設定されると、当該燃焼空燃比は、Ｏ2センサ２７からの排気空燃比情報に基づいて最適値にフィードバック制御される。
【００２７】
ステップＳ１８では、上記のように設定した量の燃料をインジェクタ１２から噴射した後、点火プラグ１０の着火により燃焼した火炎が消滅したか否かを判別する。実際には、予め実験により火炎消滅時期をクランク角で求めておき、当該火炎消滅時期に対応するクランク角に基づいて燃焼した火炎が消滅したか否かを判別する。ここでは、火炎消滅時期に対応するクランク角は、例えば膨張行程においてクランク角が５０°ＡＴＤＣ〜１３０°ＡＴＤＣの範囲内の最適値（エンジン毎に調査された最適値）となるように設定される。
【００２８】
ステップＳ１８の判別結果が偽（Ｎｏ）の場合には上記ステップＳ１０乃至ステップＳ１４を繰り返し実行し、判別結果が真（Ｙｅｓ）の場合には、ステップＳ２０に進む。
ステップＳ２０では、所定期間に亘り、燃焼室７内に気体を噴射する。具体的には、ここでは、燃料を噴射していたインジェクタ１２を電磁切換弁１５を切り換えることによりエアの噴射が可能な状態に切り換え、インジェクタ１２から予め設定した所定期間（適宜設定されればよく、例えば、上記クランク角５０°ＡＴＤＣ〜１３０°ＡＴＤＣから排気バルブ２５の閉弁時期まで）に亘り一定量のエアを噴射する。
【００２９】
このようにインジェクタ１２からエアを燃焼室７内に噴射するようにすると、エア流が生起されることになり、既燃ガス（火炎）によりシリンダ６壁面やピストン８表面或いはシリンダ６とピストン８間のピストンクレビスの近傍に追いやられた未燃ガス成分、即ちクエンチング現象により燃焼室壁面近傍に未燃ガスのまま残存しているＨＣ、ＣＯ等（図１中の網掛け表示部分）が、エア流によって撹拌されながら高温の燃焼ガス中（燃焼室中央部）に移動する。特にインジェクタ１２を用いてエアを噴射することにより、適正な量のエアが適正な圧力、方向及びタイミングで燃焼室７内に精度よく噴射されることになり、常に安定してエア流が生起され、残存しているＨＣ、ＣＯ等が良好に撹拌されて高温の燃焼ガス中に移動する。
【００３０】
これにより、残存しているＨＣ、ＣＯ等が活性状態となって燃焼室７内で確実に燃焼することになり、ＨＣ、ＣＯ等の排出が低減される。特に、内燃機関の冷態時（主に冷態始動時）においてＨＣ、ＣＯ等の排出が大幅に低減される。
また、ここでは、排気空燃比がストイキオまたはリーン空燃比となるように燃焼空燃比が設定されるので、全体として燃焼室７内の酸素が不足することはなく、十分な酸素存在のもと、残存しているＨＣ、ＣＯ等が確実に燃焼することになる。さらに、排気空燃比がストイキオまたはリーン空燃比に設定されると、三元触媒コンバータが未だ活性していない冷態始動時において、三元触媒コンバータに依らずともＨＣ、ＣＯ等の排出が良好に低減される。
【００３１】
なお、ここではインジェクタ１２からエア（新気）を噴射するようにしているが、インジェクタ１２からコンプレッサで圧縮した排ガスを噴射するようにしてもよい。この場合、Ｏ2センサ２７からの情報に基づき、排気空燃比がストイキオまたはリッチ空燃比である場合には、排ガス中に酸素が存在していないため、上記ステップＳ１２の判別結果は偽（Ｎｏ）となり、この場合には、ステップＳ１６に進み、燃焼空燃比をリーン空燃比に設定する。なお、この場合にも、排気空燃比がストイキオまたはリーン空燃比となるように燃焼空燃比は設定され、排気空燃比がストイキオである場合には燃焼空燃比はリーン空燃比ではなくストイキオであってもよい。
【００３２】
また、電磁切換弁１５をインジェクタ１２から気体（エア、排ガス）が噴射されるように切り換えても実際にはインジェクタ１２内の残留燃料も一緒に噴射されるため、火炎消滅時期前の燃料が着火可能な適当な時期にインジェクタ１２から残留燃料を一旦放出するようにしてもよい。これにより、火炎が消滅したときにおいて純粋に気体のみを供給することができる。
【００３３】
また、ここではインジェクタ１２から燃料と気体（エア、排ガス）の両方を噴射可能に構成したが、インジェクタ１２を燃料噴射専用とし、別途気体供給用のインジェクタを設置するようにしてもよい。この場合、気体供給用のインジェクタを排気ポート２４壁に設け、排気バルブ２５の開弁時に気体を燃焼室７内に向けて噴射するようにしてもよい。
【００３４】
また、ここでは冷態に限定して上記気体噴射制御を実施するようにしているが、冷態と温態、或いは温態のみで実施するようにしてもよい。
【００３９】
以下、本発明の実施形態について説明する。
図３を参照すると、本発明に係る内燃機関の模式図が示されており、以下、当該内燃機関の構成を説明する。なお、内燃機関の構成は基本的には図１に示した上記エンジン１と同じであって筒内噴射型火花点火式４サイクル４気筒ガソリンエンジンであり、ここでは、上記エンジン１の構成と異なる部分について説明する。
【００４０】
本発明の実施形態のエンジン１”では、シリンダヘッド４に大径の排気ポート２４ａと小径の排気ポート２４ｂの２つの排気ポートが各気筒毎に設けられており、図３に示すように、それぞれに大径ヘッドのＭａｉｎ排気バルブ（以下、Ｍａｉｎバルブ）２５ａと小径ヘッドのＳｕｂ排気バルブ（以下、Ｓｕｂバルブ）２５ｂとが設けられている。
【００４１】
これらＭａｉｎバルブ２５ａとＳｕｂバルブ２５ｂは、それぞれ個別に設定された所定の開閉パターンで開閉作動するように構成されている。即ち、Ｍａｉｎバルブ２５ａ用のカムプロフィールとＳｕｂバルブ２５ｂ用のカムプロフィールとがそれぞれ個別に設定されている。なお、可変バルブタイミング機構４０により、Ｍａｉｎバルブ２５ａは通常は所定の開閉パターンで単独作動し、この間Ｓｕｂバルブ２５ｂは休止するように構成されている。
【００４２】
そして、同図に示すように、各気筒毎に設けられた小径の排気ポート２４ｂは、排気連通路４２によって互いに連通可能に接続されている。
以下、このように構成された本発明に係る気体噴射制御について説明する。なお、この場合にも気体噴射制御は上記エンジン１の気体噴射制御と同様に図２の制御ルーチンがそのまま適用されるため、ここでは上記エンジン１の気体噴射制御と異なる部分についてのみ説明する。
【００４３】
本発明に係る気体噴射制御では、図２のステップＳ２０において、Ｍａｉｎバルブ２５ａとＳｕｂバルブ２５ｂとの開閉が、図６に示す所定の開閉パターンに従って実行される（気体噴射制御手段）。
図４では、Ｍａｉｎバルブ２５ａとＳｕｂバルブ２５ｂとの開閉パターンが燃焼気筒順（＃１−＃３−＃４−＃２）に示されており、ここでは、同図に示すように、＃１気筒のＭａｉｎバルブ２５ａが膨張行程終期において開弁すると、同時に＃１気筒のＳｕｂバルブ２５ｂが所定期間（斜線で示す）に亘り一旦開弁し、当該Ｍａｉｎバルブ２５ａが排気行程終期において閉弁すると、同時にＳｕｂバルブ２５ｂが再び所定期間（黒塗りで示す）に亘り一旦開弁する。そして、Ｓｕｂバルブ２５ｂが再び所定期間に亘り開弁するとき、これに合わせて次の燃焼気筒である＃３気筒のＭａｉｎバルブ２５ａが膨張行程終期において開弁し、同時に＃３気筒のＳｕｂバルブ２５ｂが所定期間（斜線で示す）に亘り一旦開弁する。このようにして、以下同様に各気筒のＭａｉｎバルブ２５ａとＳｕｂバルブ２５ｂの開閉が繰り返される。
【００４４】
つまり、本発明に係る気体噴射制御では、矢印で示すように、一燃焼前の気筒が排気行程終期である所定期間（黒塗りで示す）にピストン８の上昇により当該一燃焼前の気筒からＳｕｂバルブ２５ｂを経て押し出された高圧の排ガスが、排気連通路４２を通り、燃焼室７内が低圧となる膨張行程終期の所定期間（斜線で示す）に燃焼室７内に流入するよう構成されている（気体噴射手段）。
【００４５】
従って、排気バルブ２５を介して流入する一燃焼前の気筒の排ガスはＳｕｂバルブ２５ｂのバルブヘッドによって良好に燃焼室壁面近傍に拡散され、クエンチング現象により燃焼室壁面近傍に未燃ガスのまま残存しているＨＣ、ＣＯ等が当該流入する排ガスによって良好に撹拌されて高温の燃焼ガス中に移動する。
これにより、残存しているＨＣ、ＣＯ等が活性状態となって燃焼室７内で確実に燃焼することになり、一燃焼前の気筒の排ガスを利用するという簡単な構成にして、ＨＣ、ＣＯ等の排出が低減される。
【００４６】
なお、この場合、吸気バルブ２１の開時期とＳｕｂバルブ２５ｂの閉時期をオーバラップさせないのがよく、これにより排ガスが吸気系に逆流することなくＳｕｂバルブ２５ｂを経て良好に排気連通路４２に排出される。
また、ここではＳｕｂバルブ２５ｂをカム駆動させるようにしたが、Ｓｕｂバルブ２５ｂを電磁式バルブにしてもよく、このようにすればシステムを簡略化できる。
【００４７】
また、ここでは、排ガスが流出する一燃焼前の気筒の所定期間（黒塗りで示す）と流入する所定期間（斜線で示す）でＳｕｂバルブ２５ｂの開時期を一致させているが、排ガスが流出する一燃焼前の気筒の所定期間（黒塗りで示す）の開始時期を進角させることにより、或いは流入する所定期間（斜線で示す）の開始時期を遅角させることにより、排気連通路４２内の排気圧を高め、燃焼室７内への流入速度を高めることができる。但し、排気ポンプ損失が増大し燃費悪化が懸念される場合にはＳｕｂバルブ２５ｂの開時期は一致させておくのがよい。
【００４８】
また、ここでは、所定期間（黒塗りで示す）後のＳｕｂバルブ２５ｂの閉時期を上死点後としているが、排気慣性効果が小さい領域では上死点近傍であってもよい。
また、ここでは、流入する所定期間（斜線で示す）と流出する所定期間（黒塗りで示す）との間でＳｕｂバルブ２５ｂを閉じるようにしているが、この間にＳｕｂバルブ２５ｂを開弁させておくようにしてもよい。これにより、カムリフト特性が複雑にならず、信頼性が向上する。
【００４９】
また、ここでは、Ｓｕｂバルブ２５ｂを介して一燃焼前の気筒の排ガスを流入させて残存しているＨＣ、ＣＯ等を撹拌するようにしているが、Ｓｕｂバルブ２５ｂに代えて排気バルブ２５とは別個独立に開閉弁を設けるようにし、当該開閉弁を開弁することでエアコンプレッサ等により圧縮されたエアを燃焼室７内に流入させ、残存しているＨＣ、ＣＯ等を撹拌するようにしてもよい。
【００５０】
この場合、例えば、圧縮行程において気体を一旦蓄圧する蓄圧室を設け、当該蓄圧室に蓄圧した気体を膨張行程終期に開閉弁を開弁して燃焼室７内に再び放出するような構成にしてもよい。
以上で実施形態の説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。
【００５１】
例えば、上記実施形態では、エンジン１として筒内噴射型火花点火式４サイクル４気筒ガソリンエンジンを用いるようにしたが、エンジン１、１”が吸気管噴射型ガソリンエンジン、２サイクルガソリンエンジン、ディーゼルエンジン等であっても本発明を良好に適用可能である。
また、本発明と併せて２次エア技術（排気エア技術を含む）、２段燃焼技術、圧縮スライトリーン燃焼技術を組み合わせて実施するようにしてもよく、これによりＨＣ、ＣＯ等の低減効果を増強させることができる。
【００５２】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明の請求項１の内燃機関によれば、クエンチング現象等により燃焼室内の燃焼室壁面近傍に残存するＨＣ、ＣＯ等を膨張行程から排気行程の火炎消滅時期以降で且つ排気弁閉時期までの間に燃焼室に流入させられる排気の一部によって撹拌しながら高温の燃焼ガス中に移動させて活性状態にし、燃焼室内で燃焼させることができる。これにより、温態時は勿論、特に内燃機関の冷態始動時においてもＨＣ、ＣＯ等の排出を低減させることができる。
例えば４サイクル４気筒内燃機関において、排気弁近傍の排気ポート同士を連通させることにより、一燃焼前の気筒からピストンの上昇に伴い押し出される高圧の排ガスの一部を燃焼室内に勢いよく流入させるようにでき、簡単な構成にして残存するＨＣ、ＣＯ等を良好に撹拌しながら高温の燃焼ガス中に移動させ、燃焼室内で確実に燃焼させることができる。
【００５３】
また、請求項２の内燃機関によれば、燃焼室に排気の一部が流入させられても、排気空燃比が理論空燃比またはリーン空燃比となるように燃焼空燃比を制御するので、十分な酸素存在のもとで残存するＨＣ、ＣＯ等を確実に燃焼させることができ、特に内燃機関の冷態始動時においてＨＣ、ＣＯ等の排出を良好に低減させることができる。
【００５４】
また、請求項３の内燃機関によれば、燃焼室に流入させられる排気中の酸素量に応じて燃焼空燃比をリッチ空燃比側に制御することによって排気空燃比を理論空燃比またはリーン空燃比に良好に調整することができる。
【００５６】
また、請求項４の内燃機関によれば、カム駆動可能にして燃焼室に排気の一部を流入させる開閉弁を独立に設けることにより、機械式にして信頼性高く適正な量の排気を適正な圧力、方向及びタイミングで燃焼室内に流入するようにでき、残存するＨＣ、ＣＯ等を良好に撹拌しながら高温の燃焼ガス中に移動させ、燃焼室内で確実に燃焼させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 車両に搭載された内燃機関の気筒断面の一部を示す図である。
【図２】 気体噴射制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図３】 本発明に係る内燃機関の模式図である。
【図４】 本発明に係るＭａｉｎバルブとＳｕｂバルブとの開閉パターンを示す図である。
【符号の説明】
１ エンジン
７ 燃焼室
１２ 燃料噴射弁
１３ 燃料パイプ
１４ エアパイプ
１５ 電磁切換弁
２０ 吸気ポート
２１ 吸気バルブ
２４ 排気ポート
２５ 排気バルブ
２６ 排気マニホールド
２７ Ｏ２センサ
４０ 可変バルブタイミング機構
４２ 排気連通路
５０ 電子コントロールユニット（ＥＣＵ）
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関に係り、詳しくは、クエンチング現象または空気と燃料との不十分な混合により燃焼室内に残存するＨＣ、ＣＯ、スモーク等の処理技術に関する。
【０００２】
【関連する背景技術】
内燃機関（エンジン）における筒内燃焼は、点火、着火、火炎伝播の三つのプロセスから構成される。
火炎伝播の速度は急速であり、燃焼室の中央で着火され伝播する既燃ガス（火炎）は、直ちに燃焼室を覆い尽くすことになる。
【０００３】
このように火炎が燃焼室を覆い尽くすことになると、未だ燃焼に至っていない未燃ガス成分は、当該既燃ガスによって燃焼室壁面近傍にまで追いやられることになり、膨張行程において徐々に燃焼することになる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、既燃ガス（火炎）によって燃焼室壁面近傍にまで追いやられた未燃ガス成分は、その後燃焼室壁面であるシリンダ壁面やピストン表面に接触したりピストンクレビスに入り込むことになるが、このとき、燃焼室壁面に熱を奪われて温度が低下する所謂クエンチング現象を起こし、膨張行程での燃焼の進行が阻害されるという問題がある。
【０００５】
このように未燃ガス成分の燃焼が阻害されると、膨張行程が終了してもシリンダ壁面やピストン表面或いはピストンクレビス近傍にＨＣ、ＣＯ等が未燃ガスのまま残存し、このように残存したＨＣ、ＣＯ等が排気行程でそのまま排気通路に排出されてしまい好ましいことではない。
また、液体燃料の気化が不十分な場合、燃料が空気と十分に混合せず、部分的に過濃空燃比で燃焼し、ＨＣ、ＣＯ等の未燃ガスが残存したりスモーク等が発生するという問題もある。
【０００６】
そこで、例えば燃焼空燃比をリーン空燃比として燃焼ガス中に酸素を多く存在させ、この酸素によって上記残存したＨＣ、ＣＯ、スモーク等の燃焼を促進させることが考えられる。
しかしながら、燃焼ガス中に酸素を多く存在させたとしても、燃焼室壁面近傍のガス流れはそれほど速いものではなく、故に酸素と未燃ガスとが撹拌されず、やはり残存したＨＣ、ＣＯ、スモーク等を十分に燃焼させることができない。
【０００７】
本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、クエンチング現象または空気と燃料との不十分な混合により燃焼室内に残存するＨＣ、ＣＯ、スモーク等を確実に燃焼可能な内燃機関を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するために、請求項１の発明では、多気筒からなる内燃機関の各燃焼室内に気体を噴射する気体噴射手段と、前記気体噴射手段を制御する気体噴射制御手段とを備え、前記気体噴射手段は、燃焼順序が一燃焼前の他の気筒から排出される排気の一部を燃焼室内に流入させるものであって、前記気体噴射制御手段は、膨張行程から排気行程の火炎消滅時期以降で且つ排気弁閉時期までの間に前記排気の一部を燃焼室内に流入させることを特徴としている。
【０００９】
従って、クエンチング現象等により燃焼室内の燃焼室壁面近傍に残存するＨＣ、ＣＯ等は、気体噴射手段により膨張行程から排気行程の火炎消滅時期以降で且つ排気弁閉時期までの間に燃焼室に流入させられる排気の一部によって撹拌されながら高温の燃焼ガス中に移動することになり、活性状態となって燃焼室内で燃焼する。これにより、温態時は勿論、特に内燃機関の冷態始動時においてもＨＣ、ＣＯ等の排出が低減される。
例えば４サイクル４気筒内燃機関において、排気弁近傍の排気ポート同士を連通させることにより、一燃焼前の気筒からピストンの上昇に伴い押し出される高圧の排ガスの一部が燃焼室内に勢いよく流入し、簡単な構成にして残存するＨＣ、ＣＯ等が良好に撹拌されながら高温の燃焼ガス中に移動し、燃焼室内で確実に燃焼する。
【００１０】
また、請求項２の発明では、さらに、燃焼空燃比を制御する燃焼空燃比制御手段を備え、前記燃焼空燃比制御手段は、前記気体噴射制御手段により前記排気の一部が燃焼室内に流入されるとき、燃焼室から排出される排気空燃比が理論空燃比またはリーン空燃比となるように燃焼空燃比を制御することを特徴としている。
従って、気体噴射手段により燃焼室に排気の一部が流入させられても、排気空燃比が理論空燃比またはリーン空燃比となるように燃焼空燃比が制御されることになり、十分な酸素存在のもとで残存するＨＣ、ＣＯ等が確実に燃焼し、特に内燃機関の冷態始動時においてＨＣ、ＣＯ等の排出が良好に低減される。
【００１１】
また、請求項３の発明では、前記燃焼空燃比制御手段は、前記気体噴射制御手段により前記排気の一部が燃焼室内に流入されるとき、該流入される排気中の酸素量に応じて燃焼空燃比をリッチ空燃比側に制御することを特徴としている。
従って、気体噴射手段により燃焼室に流入させられる排気中の酸素量に応じて燃焼空燃比がリッチ空燃比側に制御されることで排気空燃比が理論空燃比またはリーン空燃比に良好に調整される。
【００１４】
また、請求項４の発明では、前記気体噴射手段は、吸気弁及び排気弁とは別にカム駆動可能に設けられ、開弁時に燃焼室内に前記排気の一部を流入させる開閉弁を備えることを特徴としている。
【００１５】
従って、カム駆動可能にして燃焼室に排気の一部を流入させる開閉弁が独立に設けられることにより、機械式にして信頼性高く適正な量の排気が適正な圧力、方向及びタイミングで燃焼室内に流入可能とされ、残存するＨＣ、ＣＯ等が良好に撹拌されながら高温の燃焼ガス中に移動し、燃焼室内で確実に燃焼する。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて説明する。
図１を参照すると、車両に搭載された内燃機関の気筒断面の一部が図示されており、以下、当該内燃機関の構成を説明する。
【００１８】
内燃機関（以下、単にエンジンという）１としては、例えば、燃料噴射モードを吸気行程噴射モード或いは圧縮行程噴射モードに切換えることで吸気行程での燃料噴射（吸気行程噴射）とともに圧縮行程での燃料噴射（圧縮行程噴射）を実施可能な筒内噴射型火花点火式４サイクル４気筒ガソリンエンジンが採用される。この筒内噴射型のエンジン１は、上記燃料噴射モードの切換えと空燃比制御とにより、容易にして理論空燃比（ストイキオ）での運転やリッチ空燃比での運転（リッチ空燃比運転）の他、リーン空燃比での運転（リーン空燃比運転）を実現可能である。
【００１９】
同図に示すように、エンジン１は、シリンダブロック２にシリンダヘッド４が載置され、シリンダブロック２の各シリンダ６内にピストン８が摺動可能に嵌装されて構成されている。そして、シリンダヘッド４には、各気筒毎に点火プラグ１０とともに電磁式のインジェクタ（電磁式噴射弁）１２が取り付けられている。このインジェクタ１２には、燃料パイプ１３を介して燃料タンクを擁した燃料供給装置（図示せず）が接続されており、これによりシリンダ６とピストン８間に形成される燃焼室７内に燃料を直接噴射可能である。詳しくは、燃料供給装置には、低圧燃料ポンプと高圧燃料ポンプとが設けられており、これにより、燃料タンク内の燃料をインジェクタ１２に対し低燃圧或いは高燃圧で供給し、該燃料をインジェクタ１２から燃焼室７内に向けて所定の燃圧で噴射可能である。なお、インジェクタ１２は、燃焼室７内に逆タンブル流（縦渦）を生成可能な姿勢で設置されている。
【００２０】
さらに、インジェクタ１２には、エアパイプ１４を介してエアコンプレッサ（図示せず）が接続されている。
そして、燃料パイプ１３とエアパイプ１４には、燃料パイプ１３の連通時にエアパイプ１４を遮断する一方、燃料パイプ１３の遮断時にエアパイプ１４を連通する電磁切換弁１５が介装されている。つまり、インジェクタ１２は電磁切換弁１５を切り換えることにより燃料の供給とエア（新気）の供給とをそれぞれ実施可能に構成されている（気体噴射手段）。なお、電磁切換弁１５は極めて高速で切り換え可能に構成されている。
【００２１】
また、点火プラグ１０には高電圧を出力する点火コイル１１が接続されている。
シリンダヘッド４には、各気筒毎に略直立方向に吸気ポート２０が形成されており、各吸気ポート２０と連通するようにして吸気マニホールド（図示せず）の一端がそれぞれ接続されている。なお、吸気マニホールドには吸入空気量を調節する電磁式のスロットル弁（図示せず）が設けられている。
【００２２】
さらに、シリンダヘッド４には、各気筒毎に略水平方向に排気ポート２４が形成されており、各排気ポートと連通するようにして排気マニホールド２６の一端がそれぞれ接続されている。
排気マニホールド２６の他端には排気管（図示せず）が接続されており、当該排気管には、排気中のＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘを浄化する三元触媒コンバータ（共に図示せず）が設けられている。また、排気マニホールド２６の下流部分には、酸素濃度を検出することで排気空燃比を検出するＯ2センサ２７が設けられている。
【００２３】
そして、シリンダヘッド４には、吸気ポート２０と燃焼室７との連通と遮断を行う吸気バルブ２１及び排気ポート２４と燃焼室７との連通と遮断を行う排気バルブ２５が設けられ、これら吸気バルブ２１や排気バルブ２５を作動させるための各種動弁機構（カムシャフト、ロッカアーム等）が設けられている。
ＥＣＵ５０は、入出力装置、記憶装置、中央処理装置（ＣＰＵ）、タイマカウンタ等を備えており、当該ＥＣＵ５０により、エンジン１の総合的な制御が行われる。
【００２４】
ＥＣＵ５０の入力側には、上記Ｏ2センサ２７の他、エンジン１の冷却水温を検出する水温センサ５２やクランク角を検出するクランク角センサ５４等の各種センサ類が接続されており、これらセンサ類からの検出情報が入力される。
一方、ＥＣＵ５０の出力側には、上記点火コイル１１、インジェクタ１２、電磁切換弁１５、スロットル弁等の各種出力デバイスが接続されており、これら各種出力デバイスには、上記各種検出情報に基づき選択された燃料噴射モード及び各種センサ類からの検出情報に応じて求められた燃焼空燃比に基づいて燃料噴射量、燃料噴射時期、点火時期等の信号がそれぞれ出力される。これにより、インジェクタ１２から適正量の燃料やエアが適正なタイミングで燃焼室７内に噴射され、点火プラグ４により適正なタイミングで火花点火が実施される。
【００２５】
以下、このように構成されたエンジン１の作用、即ち気体噴射制御について説明する。
図２を参照すると、気体噴射制御の制御ルーチンがフローチャートで示されており（気体噴射制御手段）、以下同フローチャートに沿い説明する。
ステップＳ１０では、エンジン１が冷態であるか否かを判別する。具体的には、水温センサ５２からの冷却水温情報に基づき、冷却水温が所定温度以上か否かを判別する。判別結果が偽（Ｎｏ）の場合にはそのまま当該ルーチンを抜ける。一方、判別結果が真（Ｙｅｓ）でエンジン１が冷態状態にあると判定された場合には、次にステップＳ１２に進む。
【００２６】
ステップＳ１２では、噴射気体中に酸素が含まれているか否かを判別する。ここでは、インジェクタ１２からエア（新気）を供給するので、噴射気体中には酸素が含まれていることになり、判別結果は真（Ｙｅｓ）となり、次にステップＳ１４に進む。
ステップＳ１４では、噴射気体中に含まれる酸素量に応じて燃焼空燃比をリッチ化する。ここでは、インジェクタ１２から一定量のエアを噴射することになるので、当該エア量に基づいて酸素量を算出でき、この酸素量に応じて燃焼空燃比をリッチ化する。詳しくは、ここでは、エアを噴射した場合において燃焼室７から排出される排ガスの排気空燃比がストイキオまたはリーン空燃比となるように燃料噴射量を設定する（燃焼空燃比制御手段）。なお、燃焼空燃比が一旦設定されると、当該燃焼空燃比は、Ｏ2センサ２７からの排気空燃比情報に基づいて最適値にフィードバック制御される。
【００２７】
ステップＳ１８では、上記のように設定した量の燃料をインジェクタ１２から噴射した後、点火プラグ１０の着火により燃焼した火炎が消滅したか否かを判別する。実際には、予め実験により火炎消滅時期をクランク角で求めておき、当該火炎消滅時期に対応するクランク角に基づいて燃焼した火炎が消滅したか否かを判別する。ここでは、火炎消滅時期に対応するクランク角は、例えば膨張行程においてクランク角が５０°ＡＴＤＣ〜１３０°ＡＴＤＣの範囲内の最適値（エンジン毎に調査された最適値）となるように設定される。
【００２８】
ステップＳ１８の判別結果が偽（Ｎｏ）の場合には上記ステップＳ１０乃至ステップＳ１４を繰り返し実行し、判別結果が真（Ｙｅｓ）の場合には、ステップＳ２０に進む。
ステップＳ２０では、所定期間に亘り、燃焼室７内に気体を噴射する。具体的には、ここでは、燃料を噴射していたインジェクタ１２を電磁切換弁１５を切り換えることによりエアの噴射が可能な状態に切り換え、インジェクタ１２から予め設定した所定期間（適宜設定されればよく、例えば、上記クランク角５０°ＡＴＤＣ〜１３０°ＡＴＤＣから排気バルブ２５の閉弁時期まで）に亘り一定量のエアを噴射する。
【００２９】
このようにインジェクタ１２からエアを燃焼室７内に噴射するようにすると、エア流が生起されることになり、既燃ガス（火炎）によりシリンダ６壁面やピストン８表面或いはシリンダ６とピストン８間のピストンクレビスの近傍に追いやられた未燃ガス成分、即ちクエンチング現象により燃焼室壁面近傍に未燃ガスのまま残存しているＨＣ、ＣＯ等（図１中の網掛け表示部分）が、エア流によって撹拌されながら高温の燃焼ガス中（燃焼室中央部）に移動する。特にインジェクタ１２を用いてエアを噴射することにより、適正な量のエアが適正な圧力、方向及びタイミングで燃焼室７内に精度よく噴射されることになり、常に安定してエア流が生起され、残存しているＨＣ、ＣＯ等が良好に撹拌されて高温の燃焼ガス中に移動する。
【００３０】
これにより、残存しているＨＣ、ＣＯ等が活性状態となって燃焼室７内で確実に燃焼することになり、ＨＣ、ＣＯ等の排出が低減される。特に、内燃機関の冷態時（主に冷態始動時）においてＨＣ、ＣＯ等の排出が大幅に低減される。
また、ここでは、排気空燃比がストイキオまたはリーン空燃比となるように燃焼空燃比が設定されるので、全体として燃焼室７内の酸素が不足することはなく、十分な酸素存在のもと、残存しているＨＣ、ＣＯ等が確実に燃焼することになる。さらに、排気空燃比がストイキオまたはリーン空燃比に設定されると、三元触媒コンバータが未だ活性していない冷態始動時において、三元触媒コンバータに依らずともＨＣ、ＣＯ等の排出が良好に低減される。
【００３１】
なお、ここではインジェクタ１２からエア（新気）を噴射するようにしているが、インジェクタ１２からコンプレッサで圧縮した排ガスを噴射するようにしてもよい。この場合、Ｏ2センサ２７からの情報に基づき、排気空燃比がストイキオまたはリッチ空燃比である場合には、排ガス中に酸素が存在していないため、上記ステップＳ１２の判別結果は偽（Ｎｏ）となり、この場合には、ステップＳ１６に進み、燃焼空燃比をリーン空燃比に設定する。なお、この場合にも、排気空燃比がストイキオまたはリーン空燃比となるように燃焼空燃比は設定され、排気空燃比がストイキオである場合には燃焼空燃比はリーン空燃比ではなくストイキオであってもよい。
【００３２】
また、電磁切換弁１５をインジェクタ１２から気体（エア、排ガス）が噴射されるように切り換えても実際にはインジェクタ１２内の残留燃料も一緒に噴射されるため、火炎消滅時期前の燃料が着火可能な適当な時期にインジェクタ１２から残留燃料を一旦放出するようにしてもよい。これにより、火炎が消滅したときにおいて純粋に気体のみを供給することができる。
【００３３】
また、ここではインジェクタ１２から燃料と気体（エア、排ガス）の両方を噴射可能に構成したが、インジェクタ１２を燃料噴射専用とし、別途気体供給用のインジェクタを設置するようにしてもよい。この場合、気体供給用のインジェクタを排気ポート２４壁に設け、排気バルブ２５の開弁時に気体を燃焼室７内に向けて噴射するようにしてもよい。
【００３４】
また、ここでは冷態に限定して上記気体噴射制御を実施するようにしているが、冷態と温態、或いは温態のみで実施するようにしてもよい。
【００３９】
以下、本発明の実施形態について説明する。
図３を参照すると、本発明に係る内燃機関の模式図が示されており、以下、当該内燃機関の構成を説明する。なお、内燃機関の構成は基本的には図１に示した上記エンジン１と同じであって筒内噴射型火花点火式４サイクル４気筒ガソリンエンジンであり、ここでは、上記エンジン１の構成と異なる部分について説明する。
【００４０】
本発明の実施形態のエンジン１”では、シリンダヘッド４に大径の排気ポート２４ａと小径の排気ポート２４ｂの２つの排気ポートが各気筒毎に設けられており、図３に示すように、それぞれに大径ヘッドのＭａｉｎ排気バルブ（以下、Ｍａｉｎバルブ）２５ａと小径ヘッドのＳｕｂ排気バルブ（以下、Ｓｕｂバルブ）２５ｂとが設けられている。
【００４１】
これらＭａｉｎバルブ２５ａとＳｕｂバルブ２５ｂは、それぞれ個別に設定された所定の開閉パターンで開閉作動するように構成されている。即ち、Ｍａｉｎバルブ２５ａ用のカムプロフィールとＳｕｂバルブ２５ｂ用のカムプロフィールとがそれぞれ個別に設定されている。なお、可変バルブタイミング機構４０により、Ｍａｉｎバルブ２５ａは通常は所定の開閉パターンで単独作動し、この間Ｓｕｂバルブ２５ｂは休止するように構成されている。
【００４２】
そして、同図に示すように、各気筒毎に設けられた小径の排気ポート２４ｂは、排気連通路４２によって互いに連通可能に接続されている。
以下、このように構成された本発明に係る気体噴射制御について説明する。なお、この場合にも気体噴射制御は上記エンジン１の気体噴射制御と同様に図２の制御ルーチンがそのまま適用されるため、ここでは上記エンジン１の気体噴射制御と異なる部分についてのみ説明する。
【００４３】
本発明に係る気体噴射制御では、図２のステップＳ２０において、Ｍａｉｎバルブ２５ａとＳｕｂバルブ２５ｂとの開閉が、図６に示す所定の開閉パターンに従って実行される（気体噴射制御手段）。
図４では、Ｍａｉｎバルブ２５ａとＳｕｂバルブ２５ｂとの開閉パターンが燃焼気筒順（＃１−＃３−＃４−＃２）に示されており、ここでは、同図に示すように、＃１気筒のＭａｉｎバルブ２５ａが膨張行程終期において開弁すると、同時に＃１気筒のＳｕｂバルブ２５ｂが所定期間（斜線で示す）に亘り一旦開弁し、当該Ｍａｉｎバルブ２５ａが排気行程終期において閉弁すると、同時にＳｕｂバルブ２５ｂが再び所定期間（黒塗りで示す）に亘り一旦開弁する。そして、Ｓｕｂバルブ２５ｂが再び所定期間に亘り開弁するとき、これに合わせて次の燃焼気筒である＃３気筒のＭａｉｎバルブ２５ａが膨張行程終期において開弁し、同時に＃３気筒のＳｕｂバルブ２５ｂが所定期間（斜線で示す）に亘り一旦開弁する。このようにして、以下同様に各気筒のＭａｉｎバルブ２５ａとＳｕｂバルブ２５ｂの開閉が繰り返される。
【００４４】
つまり、本発明に係る気体噴射制御では、矢印で示すように、一燃焼前の気筒が排気行程終期である所定期間（黒塗りで示す）にピストン８の上昇により当該一燃焼前の気筒からＳｕｂバルブ２５ｂを経て押し出された高圧の排ガスが、排気連通路４２を通り、燃焼室７内が低圧となる膨張行程終期の所定期間（斜線で示す）に燃焼室７内に流入するよう構成されている（気体噴射手段）。
【００４５】
従って、排気バルブ２５を介して流入する一燃焼前の気筒の排ガスはＳｕｂバルブ２５ｂのバルブヘッドによって良好に燃焼室壁面近傍に拡散され、クエンチング現象により燃焼室壁面近傍に未燃ガスのまま残存しているＨＣ、ＣＯ等が当該流入する排ガスによって良好に撹拌されて高温の燃焼ガス中に移動する。
これにより、残存しているＨＣ、ＣＯ等が活性状態となって燃焼室７内で確実に燃焼することになり、一燃焼前の気筒の排ガスを利用するという簡単な構成にして、ＨＣ、ＣＯ等の排出が低減される。
【００４６】
なお、この場合、吸気バルブ２１の開時期とＳｕｂバルブ２５ｂの閉時期をオーバラップさせないのがよく、これにより排ガスが吸気系に逆流することなくＳｕｂバルブ２５ｂを経て良好に排気連通路４２に排出される。
また、ここではＳｕｂバルブ２５ｂをカム駆動させるようにしたが、Ｓｕｂバルブ２５ｂを電磁式バルブにしてもよく、このようにすればシステムを簡略化できる。
【００４７】
また、ここでは、排ガスが流出する一燃焼前の気筒の所定期間（黒塗りで示す）と流入する所定期間（斜線で示す）でＳｕｂバルブ２５ｂの開時期を一致させているが、排ガスが流出する一燃焼前の気筒の所定期間（黒塗りで示す）の開始時期を進角させることにより、或いは流入する所定期間（斜線で示す）の開始時期を遅角させることにより、排気連通路４２内の排気圧を高め、燃焼室７内への流入速度を高めることができる。但し、排気ポンプ損失が増大し燃費悪化が懸念される場合にはＳｕｂバルブ２５ｂの開時期は一致させておくのがよい。
【００４８】
また、ここでは、所定期間（黒塗りで示す）後のＳｕｂバルブ２５ｂの閉時期を上死点後としているが、排気慣性効果が小さい領域では上死点近傍であってもよい。
また、ここでは、流入する所定期間（斜線で示す）と流出する所定期間（黒塗りで示す）との間でＳｕｂバルブ２５ｂを閉じるようにしているが、この間にＳｕｂバルブ２５ｂを開弁させておくようにしてもよい。これにより、カムリフト特性が複雑にならず、信頼性が向上する。
【００４９】
また、ここでは、Ｓｕｂバルブ２５ｂを介して一燃焼前の気筒の排ガスを流入させて残存しているＨＣ、ＣＯ等を撹拌するようにしているが、Ｓｕｂバルブ２５ｂに代えて排気バルブ２５とは別個独立に開閉弁を設けるようにし、当該開閉弁を開弁することでエアコンプレッサ等により圧縮されたエアを燃焼室７内に流入させ、残存しているＨＣ、ＣＯ等を撹拌するようにしてもよい。
【００５０】
この場合、例えば、圧縮行程において気体を一旦蓄圧する蓄圧室を設け、当該蓄圧室に蓄圧した気体を膨張行程終期に開閉弁を開弁して燃焼室７内に再び放出するような構成にしてもよい。
以上で実施形態の説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。
【００５１】
例えば、上記実施形態では、エンジン１として筒内噴射型火花点火式４サイクル４気筒ガソリンエンジンを用いるようにしたが、エンジン１、１”が吸気管噴射型ガソリンエンジン、２サイクルガソリンエンジン、ディーゼルエンジン等であっても本発明を良好に適用可能である。
また、本発明と併せて２次エア技術（排気エア技術を含む）、２段燃焼技術、圧縮スライトリーン燃焼技術を組み合わせて実施するようにしてもよく、これによりＨＣ、ＣＯ等の低減効果を増強させることができる。
【００５２】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明の請求項１の内燃機関によれば、クエンチング現象等により燃焼室内の燃焼室壁面近傍に残存するＨＣ、ＣＯ等を膨張行程から排気行程の火炎消滅時期以降で且つ排気弁閉時期までの間に燃焼室に流入させられる排気の一部によって撹拌しながら高温の燃焼ガス中に移動させて活性状態にし、燃焼室内で燃焼させることができる。これにより、温態時は勿論、特に内燃機関の冷態始動時においてもＨＣ、ＣＯ等の排出を低減させることができる。
例えば４サイクル４気筒内燃機関において、排気弁近傍の排気ポート同士を連通させることにより、一燃焼前の気筒からピストンの上昇に伴い押し出される高圧の排ガスの一部を燃焼室内に勢いよく流入させるようにでき、簡単な構成にして残存するＨＣ、ＣＯ等を良好に撹拌しながら高温の燃焼ガス中に移動させ、燃焼室内で確実に燃焼させることができる。
【００５３】
また、請求項２の内燃機関によれば、燃焼室に排気の一部が流入させられても、排気空燃比が理論空燃比またはリーン空燃比となるように燃焼空燃比を制御するので、十分な酸素存在のもとで残存するＨＣ、ＣＯ等を確実に燃焼させることができ、特に内燃機関の冷態始動時においてＨＣ、ＣＯ等の排出を良好に低減させることができる。
【００５４】
また、請求項３の内燃機関によれば、燃焼室に流入させられる排気中の酸素量に応じて燃焼空燃比をリッチ空燃比側に制御することによって排気空燃比を理論空燃比またはリーン空燃比に良好に調整することができる。
【００５６】
また、請求項４の内燃機関によれば、カム駆動可能にして燃焼室に排気の一部を流入させる開閉弁を独立に設けることにより、機械式にして信頼性高く適正な量の排気を適正な圧力、方向及びタイミングで燃焼室内に流入するようにでき、残存するＨＣ、ＣＯ等を良好に撹拌しながら高温の燃焼ガス中に移動させ、燃焼室内で確実に燃焼させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 車両に搭載された内燃機関の気筒断面の一部を示す図である。
【図２】 気体噴射制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図３】 本発明に係る内燃機関の模式図である。
【図４】 本発明に係るＭａｉｎバルブとＳｕｂバルブとの開閉パターンを示す図である。
【符号の説明】
１ エンジン
７ 燃焼室
１２ 燃料噴射弁
１３ 燃料パイプ
１４ エアパイプ
１５ 電磁切換弁
２０ 吸気ポート
２１ 吸気バルブ
２４ 排気ポート
２５ 排気バルブ
２６ 排気マニホールド
２７ Ｏ２センサ
４０ 可変バルブタイミング機構
４２ 排気連通路
５０ 電子コントロールユニット（ＥＣＵ）
Claims (4)
- 多気筒からなる内燃機関の各燃焼室内に気体を噴射する気体噴射手段と、
前記気体噴射手段を制御する気体噴射制御手段とを備え、
前記気体噴射手段は、燃焼順序が一燃焼前の他の気筒から排出される排気の一部を燃焼室内に流入させるものであって、
前記気体噴射制御手段は、膨張行程から排気行程の火炎消滅時期以降で且つ排気弁閉時期までの間に前記排気の一部を燃焼室内に流入させることを特徴とする内燃機関。 - さらに、燃焼空燃比を制御する燃焼空燃比制御手段を備え、
前記燃焼空燃比制御手段は、前記気体噴射制御手段により前記排気の一部が燃焼室内に流入されるとき、燃焼室から排出される排気空燃比が理論空燃比またはリーン空燃比となるように燃焼空燃比を制御することを特徴とする、請求項１記載の内燃機関。 - 前記燃焼空燃比制御手段は、前記気体噴射制御手段により前記排気の一部が燃焼室内に流入されるとき、該流入される排気中の酸素量に応じて燃焼空燃比をリッチ空燃比側に制御することを特徴とする、請求項２記載の内燃機関。
- 前記気体噴射手段は、吸気弁及び排気弁とは別にカム駆動可能に設けられ、開弁時に燃焼室内に前記排気の一部を流入させる開閉弁を備えることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか記載の内燃機関。
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