JP4238682B2 - 2-cycle internal combustion engine capable of self-ignition operation to the compression ignition of the mixture - Google Patents

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Description

本発明は、燃焼室内で燃料と空気との混合気を圧縮して自着火させる自着火運転が可能な2サイクル式内燃機関に関する。 The present invention relates to a two-cycle internal combustion engine mixture by compressing the air that can be self-ignition operation to self-ignition of fuel and air in the combustion chamber.

内燃機関は、比較的小型でありながら大きな動力を発生させることができるので、自動車や、船舶、航空機など種々の移動手段の動力源として、あるいは工場などの定置式の動力発生源として広く使用されている。 Internal combustion engine, it is possible to generate a large power with a relatively small, automobiles and ships, as a power source for various mobile means such as an aircraft, or widely used as stationary power sources in factories ing. これら内燃機関はいずれも、燃焼室内で燃料を燃焼させ、このときに発生する圧力を、機械的仕事に変換して出力することを動作原理としている。 Both of these internal combustion engines, the fuel is burned in the combustion chamber, the pressure generated at this time, and the operation principle that outputs the converted mechanical work.

ここで、燃料を燃焼させるために現在採用されている方式は、次の2つの方式に大別される。 Here, methods that are currently employed to burn the fuel is roughly classified into the following two methods. 1つ目の方式は、通常のガソリンエンジンのように、燃焼室内に燃料と空気との混合気を予め形成しておき、この混合気中で火花を飛ばして燃焼させる方式である。 The first method, as in the ordinary gasoline engines, formed in advance a mixture of air and fuel into the combustion chamber of a system for burning skipping sparks in this mixture. 火花を飛ばして混合気の一部に着火すると、火炎が周囲の混合気に速やかに燃え広がるので、燃焼室全体の混合気を燃焼させることができる。 When igniting the part of the mixture skip spark, since flame Moehirogaru quickly air-fuel mixture around, it is possible to combust the mixture in the entire combustion chamber. こうした燃焼方式は、燃焼室内に予め形成しておいた混合気に火花を飛ばして点火することから、「予混合火花点火燃焼方式」と呼ばれる。 Such combustion mode, since the igniting skip spark air mixture formed in advance in the combustion chamber, referred to as "premixed spark ignition combustion method". 2つ目の燃焼方式は、通常のディーゼルエンジンのように、燃焼室内で空気を高圧に圧縮し、この圧縮空気中に燃料液滴を噴射して燃焼させる方式である。 The second combustion method, as in conventional diesel engines, the air is compressed to a high pressure in the combustion chamber of a system for burning by injecting fuel droplets to the compressed air. 圧縮された空気は高温となっているので、燃焼室内に噴射された燃料液滴の表面からは直ちに燃料が蒸発し、周囲の高温高圧の空気と混合して自着火する。 Since compressed air has a high temperature, from the surface of the fuel droplets injected into the combustion chamber immediately the fuel is vaporized, to self-ignition by mixing with air surrounding the high temperature and high pressure. この自着火による影響でさらに燃料液滴の蒸発が促進されて、燃料液滴全体の燃焼を速やかに完了させることができる。 The self-ignition due to be promoted further fuel droplets evaporate under the influence, the combustion of the entire fuel droplets can be completed quickly. こうした燃焼方式は、圧縮されて高温となった空気中で、燃料液滴から燃料蒸気が拡散しながら自着火によって燃焼が開始されるので、「圧縮自着火拡散燃焼方式」あるいは単に「拡散燃焼方式」と呼ばれる。 These combustion system is compressed in air heated to high temperature, the fuel vapor from the fuel droplets burn is initiated by auto-ignition while diffusing, "compression auto-ignition diffusion combustion system" or simply "diffusion combustion system It referred to as ".

近年では、地球環境を保護するために、混合気の燃焼によって内燃機関から排出される大気汚染物質の排出量を低減させることが、強く要請されるようになってきた。 In recent years, in order to protect the global environment, reducing the emission of air pollutants discharged from the internal combustion engine by the combustion of the mixture, it has come to be strongly demanded. また、地球の温暖化要因となる二酸化炭素の排出量を低減する観点から、あるいは内燃機関の運転コストを低減させるために、燃料消費量のさらなる低減が強く要請されるようになってきた。 Further, from the viewpoint of reducing carbon dioxide emissions as a warming cause of global, or in order to reduce the operating costs of the internal combustion engine, further reduction in fuel consumption it has come to be strongly demanded.

これらの要請に応えるべく、内燃機関は種々の局面で改良および研究が行われているが、予混合火花点火燃焼方式あるいは拡散燃焼方式に代わる新たな燃焼方式も模索されている。 To meet these requirements, although the internal combustion engine have been made improvements and research in various aspects, a new combustion system which replaces the premixed spark ignition combustion system or diffusion combustion system has also been explored. このような新たな燃焼方式の一つとして、燃焼室内に混合気を形成しておき、これを圧縮して自着火させる燃焼方式(本明細書では、この燃焼方式を「予混合圧縮自着火燃焼方式」と呼ぶ)がある(例えば、特許文献1)。 One such new combustion method, previously formed the mixture into the combustion chamber, in which was compressed combustion method for self-ignition (herein, the combustion method "HCCI referred to as method ") has (e.g., Patent Document 1). 予混合圧縮自着火燃焼方式は、超リーン混合気を高圧縮比で圧縮し、一気に自着火燃焼させて短時間に燃焼を完了させる燃焼方式である。 HCCI combustion method, the ultra-lean air-fuel mixture is compressed at a high compression ratio, a combustion method to complete combustion in a short time by once self-ignition combustion. 予混合圧縮自着火燃焼方式を採用した内燃機関は、等容度の向上、空気過剰率の増加、比熱の低下の3つの要因により、原理的には、排気ガス中に含まれる大気汚染物質の排出量と燃料消費量とを同時に、しかも大幅に低減することが可能と考えられている。 Internal combustion engine employing a premixed compression ignition combustion system is increased an equal volume of an increase in the excess air ratio, the three factors of decrease in specific heat, in principle, the air pollutants included in the exhaust gas the emissions and fuel consumption at the same time, yet it is believed can be significantly reduced.

特開2001−304014号公報 JP 2001-304014 JP 特開平4−358765号公報 JP-4-358765 discloses 特開平5−044479号公報 JP-5-044479 discloses 特開2002−004865号公報 JP 2002-004865 JP 特開平5−065860号公報 JP-5-065860 discloses

特に2サイクル式内燃機関は、燃焼中に発生した高温の燃焼ガスを、次のサイクルに利用することができるため、自着火運転を行うことができる運転領域を広く設定することができる。 In particular two-stroke internal combustion engine, the hot combustion gases generated during combustion, it is possible to use in the next cycle, it is possible to set a wide operating range capable of performing the ignition operation. 従って、2サイクル式内燃機関において予混合自着火燃焼方式を採用すれば、上述した大気汚染物質排出量と燃料消費量とを低減する効果をより大きく得ることができると考えられる。 Therefore, by adopting the premix self-ignition combustion system in two-cycle internal combustion engine, it is considered possible to obtain a greater effect of reducing the air pollutants emissions and fuel consumption as described above.

しかし、予混合圧縮自着火燃焼方式の2サイクル式内燃機関は、高回転高負荷条件で運転すると強い過早着火による大きな燃焼音が発生してしまい、内燃機関を広い負荷範囲で運転することができないという問題がある。 However, two-cycle internal combustion engine of the premix compression ignition combustion system is will be a large combustion noise due to a strong pre-ignition when operating at high speed and high load condition occurs, is possible to operate the internal combustion engine over a wide load range there is a problem that can not be. すなわち、高回転高負荷条件時には掃気不十分となり、不必要な燃焼ガスが燃焼室内に残留して過早着火を起こしてしまい、大きな燃焼音が発生する恐れがある。 That is, at the time of high rotation and high load condition becomes scavenging insufficient, unnecessary combustion gas remaining in the combustion chamber will undergo pre-ignition, a large combustion noise may occur. このため、予混合圧縮自着火燃焼方式の2サイクル式内燃機関は、高回転高負荷条件では運転することが困難であるという問題がある。 Therefore, two-cycle internal combustion engine of the premix compression ignition combustion system has a problem that the high speed and high load conditions it is difficult to operate.

本発明は、上述した従来の課題を解決するためになされたものであり、予混合圧縮自着火燃焼方式の2サイクル式内燃機関において、高回転高負荷条件での運転を可能とする技術を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the conventional problems described above, in the two-cycle internal combustion engine of the premix compression ignition combustion system, provides a technique which enables operation at high speed and high load condition an object of the present invention is to.

上記課題を解決するために、本発明の内燃機関は、予混合圧縮自着火運転が可能な2サイクル式内燃機関であって、 In order to solve the above problems, an internal combustion engine of the present invention is a two-cycle internal combustion engine capable of homogeneous charge compression ignition operation,
シリンダとピストンとで構成される燃焼室と、 A combustion chamber formed by the cylinder and the piston,
前記シリンダのシリンダヘッド部に設けられ、少なくとも3つの排気口の開閉を行う少なくとも3つの排気弁と、 Provided in the cylinder head of the cylinder, and at least three exhaust valves for opening and closing the at least three exhaust ports,
前記シリンダの周壁に接続され、前記ピストンの上下動によって前記シリンダに面する開口部が開閉する少なくとも1つの掃気ポートと、 It is connected to the peripheral wall of the cylinder, and at least one scavenging port opening facing the cylinder by vertical movement of the piston to open and close,
を備え、 Equipped with a,
前記排気弁は、前記シリンダの中心軸の周囲に、互いの間隔が均等になるように配置されている、ことを特徴とする。 The exhaust valve is around a central axis of the cylinder, their spacing is arranged so as to be equal, and wherein the.

この内燃機関は、少なくとも3個の排気弁を備えており、排気弁面積を過大とすることなく弁のカーテン面積(弁開口時の弁周囲の開口面積)を大きくとることができる。 The internal combustion engine is provided with at least three exhaust valves, it is possible to increase the curtain area of ​​the valve without the exhaust valve area too large (the opening area of ​​the valve around the time of valve opening). さらに、排気弁のそれぞれがシリンダの中心軸の周囲に均等間隔に配置されているため、シリンダ径に対して最大のカーテン面積をとることができる。 Further, since each of the exhaust valves are arranged in equal intervals around the central axis of the cylinder, it is possible to take up the curtain area relative to the cylinder diameter. 従って、自着火燃焼による高い筒内圧時の排気弁駆動動力を抑制しつつ燃焼ガスを効率よく排出することができ、高回転高負荷領域まで自着火運転領域を拡大することが可能である。 Therefore, the self-ignition combustion by high cylinder pressure when the exhaust valve drive force of suppressing while the combustion gas can be efficiently discharged, it is possible to enlarge the ignition operation region to the high rotation and high load region. また、掃気ポートの開口部(掃気口)と排気口との距離が比較的離れているため、掃気行程における新気や噴射燃料の吹き抜けを抑制することができ、過給損失による燃費悪化を防止すると共に、シリンダ内の混合気が十分リーンとならずに過早着火を引き起こすことを防止することができる。 Further, since the distance between the opening of the scavenging port and (scavenging port) outlet is relatively distant, it is possible to suppress the blow-by of fresh air and the injected fuel in the scavenging stroke, preventing deterioration in fuel efficiency by supercharging loss while, it is possible to prevent the air-fuel mixture in the cylinder causes the pre-ignition without becoming sufficiently lean.

上記内燃機関において、前記掃気ポートの少なくとも1つは、前記シリンダ内にスワールを生成するように形成されているとしてもよい。 In the internal combustion engine, at least one of the scavenging port may be formed so as to generate a swirl in the cylinder.

この構成によれば、スワールによって、燃焼室内の燃焼ガスをシリンダヘッド近くにまんべんなく導くことができ、シリンダの中心軸の周囲に均等間隔に配置されている排気弁からより効率よく排気を行うことができる。 According to this arrangement, the swirl, the combustion gas in the combustion chamber can be a guiding evenly near the cylinder head, be performed more efficiently discharged from the exhaust valve disposed in equal intervals around the central axis of the cylinder it can. また、掃気ポートから排気弁に直接向かう気流を伴わないため、新気や噴射燃料の吹き抜けを抑制することができる。 In addition, since it is not accompanied by the air flow directed directly to the exhaust valve from the scavenging port, it is possible to suppress the blow-by of fresh air and the injected fuel.

上記内燃機関において、さらに、前記掃気ポートの少なくとも1つの開口部近傍に、前記掃気ポート内に燃料を噴射する燃料噴射弁を備えることとしてもよい。 In the internal combustion engine, further, in at least one vicinity of the opening of the scavenging port may be provided with a fuel injection valve for injecting fuel into the scavenging port.

この構成によれば、掃気ポート内に噴射された燃料が、燃焼室内に運ばれる間に吸入空気との混合が進むので、燃料と吸入空気とが均一に分散した混合気を燃焼室内に形成することができ、良好な自着火運転を行うことができる。 According to this configuration, the fuel injected into the transfer port, so that mixing with the intake air while being conveyed into the combustion chamber progresses, the air-fuel mixture in which the fuel and intake air uniformly dispersed form in the combustion chamber it can, it is possible to perform good ignition operation. また、安価で信頼性の高い低圧燃料噴射弁を用いることができる。 Further, it is possible to use a highly reliable low-pressure fuel injection valve at a low cost.

上記内燃機関において、さらに、前記少なくとも3つの排気弁を同時に駆動する少なくとも1つの駆動アームを備え、前記少なくとも3つの排気弁は、その中心軸が互いに平行となるように設置されていることとしてもよい。 In the internal combustion engine, further, the comprising at least one drive arm driven simultaneously at least three exhaust valves, said at least three exhaust valves, even that its central axis is disposed so as to be parallel to each other good.

この構成によれば、1つの駆動アームで3つ以上の排気弁を駆動させることができ、コストダウン、搭載性の向上および運動部品の軽量化を図ることができる。 According to this configuration, it is possible to drive the three or more exhaust valves in one drive arm, cost, it can be reduced in weight to improve the mounting property and motor parts. 特に2サイクル式エンジンは、4サイクル式エンジンに比べて動弁系の動作頻度が2倍であり、弁のサージング限界により最大回転数が抑えられがちであるが、運動部品の軽量化により、サージング限界回転数を高くすることができる。 Particularly two-cycle engines, the operation frequency of the valve system in comparison with the four-cycle engine is doubled, but tend suppressed the maximum rotational speed by surging limit of the valve, the weight of the moving parts, surging it is possible to increase the limit speed.

上記内燃機関において、ストローク・ボア比の値が1.2以上のロングストロークであるとしてもよい。 In the internal combustion engine, the value of the stroke bore ratio may be 1.2 or more long-stroke.

高圧縮比で高筒内圧となる予混合圧縮自着火運転を行う内燃機関において、ストローク・ボア比の値を1.2以上に設定してロングストロークとすれば、ピストン頂部面積が減少し、ピストン頂面に作用する圧力が軽減され、部品の軽量化や信頼性の向上を図ることができる。 In an internal combustion engine to perform high cylinder pressure to become the premixed compression ignition operation at a high compression ratio, if a long stroke by setting the value of the stroke bore ratio 1.2 or more, the piston crown area is reduced, the piston is reduced pressure on the top surface, it is possible to reduce the weight and improve the reliability of the components. また燃焼室の表面積と容積の比(S/V比)が小さくなり、冷却損失を抑制して燃費を向上させることができる。 The ratio between the surface area and volume of the combustion chamber (S / V ratio) is reduced, thereby improving the fuel efficiency by suppressing the cooling loss. さらに、高圧縮比運転を行うために燃焼室容積が小さい予混合圧縮自着火燃焼方式内燃機関において、ピストンとシリンダヘッドとのクリアランスを十分に確保でき、気流の妨げやS/V比の悪化につながるバルブリセスの設置を不要とすることができる。 Further, in the combustion chamber volume is small HCCI type internal combustion engine in order to perform high compression ratio operation, the clearance between the piston and the cylinder head can be sufficiently secured, the deterioration of the airflow obstructed and the ratio S / V the installation of the valve recesses lead can be eliminated.

上記内燃機関において、さらに、前記掃気ポートを少なくとも2つ備え、前記掃気ポートの少なくとも1つは、前記掃気ポートを開閉することができる開閉機構を備えており、前記内燃機関は、さらに、前記内燃機関の回転数および負荷に応じて前記開閉機構の開閉制御を行う制御部を備えることとしてもよい。 In the internal combustion engine further comprises at least two said scavenging port, at least one of the scavenging port is provided with an opening and closing mechanism capable of opening and closing said scavenging ports, the internal combustion engine, further, the internal combustion it may further include a control unit which controls the opening and closing of the opening and closing mechanism in accordance with the speed and load of the engine.

この構成によれば、掃気ポートの有効開口面積を可変とすることができ、内燃機関の回転数および負荷に応じて適切な開口面積に設定するような制御を行うことができる。 According to this arrangement, the effective opening area of ​​the scavenging port can be variable, it is possible to perform control so as to set the appropriate opening area depending on the speed and load of the internal combustion engine.

また、前記制御部は、低回転低負荷運転時には前記開閉機構を閉じる制御を行い、高回転高負荷運転時には前記開閉機構を開ける制御を行うこととしてもよい。 Further, the control unit, at the time of low speed and low load operation performs control to close the opening and closing mechanism, may perform the control to open the closing mechanism at the time of high speed and high load operation.

このようにすれば、低回転低負荷運転時には、掃気ポートの有効開口面積を小さくして新気の流入速度を大きくし、残留ガスと混合気とのミキシングを促進し、安定した予混合圧縮自着火燃焼を得ることができる。 By this way, at the time of low speed and low load operation, to reduce the effective opening area of ​​the scavenging port to increase the flow rate of fresh air to promote mixing of the air-fuel mixture with residual gases, stable homogeneous charge compression self it can be obtained ignition combustion. 一方、高回転高負荷運転時には、掃気ポートの有効開口面積を大きくし、速やかに残留ガスを排出することによって、過早着火を起こすことなく予混合圧縮自着火燃焼を行うことができる。 On the other hand, at the time of high speed and high load operation, the effective opening area of ​​the scavenging port is increased, by venting rapidly residual gas, it is possible to perform the HCCI without causing pre-ignition.

また、前記少なくとも2つの掃気ポートは、前記開閉機構を備えていないとともに前記シリンダ内にスワールを生成するように形成された第1の掃気ポートと、前記開閉機構を備えるとともに前記シリンダ内に上昇気流を生成するように斜め方向に形成された第2の掃気ポートと、を含むこととしてもよい。 Further, said at least two scavenging ports, a first scavenging port with not provided with the opening and closing mechanism is formed so as to generate a swirl in the cylinder, updraft in the cylinder provided with a said opening and closing mechanism a second scavenging port formed in an oblique direction to produce may contain.

このようにすれば、低回転低負荷運転時には、第1の掃気ポートからの掃気流がスワールを生成するため、混合気のミキシングを促進することができる。 Thus, at the time of low speed and low load operation, since the scavenging flow from the first scavenging port generates a swirl may facilitate mixing of the mixture. また、比較的温度の低い新気が燃焼室外周部に、比較的高温の残留ガスが燃焼室中央部にそれぞれ導かれるため、新気は燃焼室壁面から熱をもらって残留ガスの温度低下を抑制し、安定した予混合圧縮自着火燃焼を得ることができる。 Moreover, a relatively low fresh air temperature combustion chamber outer peripheral portion, a relatively since the high-temperature residual gas is respectively guided to the combustion chamber central portion, fresh air suppress a decrease in the temperature of the residual gas got heat from the combustion chamber wall surface and, it is possible to obtain a stable HCCI. 一方、高回転高負荷運転時には、第2の掃気ポートからの掃気流が加わり、燃焼室中央部をシリンダヘッド方向に向かって上昇する気流を生成するため、燃焼室中央下部に残りやすい残留ガスを効率よく排出することができ、過早着火を起こすことなく予混合圧縮自着火燃焼を行うことができる。 On the other hand, at the time of high speed and high load operation, joined by scavenging flow from the second scavenging ports, for generating the air flow increases the combustion chamber central portion toward the cylinder head direction, likely to remain residual gas in the combustion chamber bottom center can be efficiently discharged, it is possible to perform the HCCI without causing pre-ignition.

また、前記第1の掃気ポートは、前記シリンダの中心軸からずれた方向に向かって前記シリンダに接続されている接線ポートであり、前記第2の掃気ポートは、前記シリンダの中心軸に向かう方向に設けられているストレートポートであるとしてもよい。 Further, the first scavenging ports, said a tangential port toward a direction shifted from the central axis of the cylinder being connected to said cylinder, said second scavenging ports, the direction toward the center axis of the cylinder and it may be a straight port which is provided to.

この構成によれば、シリンダ内にスワールおよび上昇気流を容易に生成することができる。 According to this configuration, it is possible to easily produce a swirl and updraft in the cylinder.

上記内燃機関において、前記シリンダを挟んで対向する少なくとも1組の前記ストレートポートを備えるとしてもよい。 In the internal combustion engine may be provided with at least one pair of the straight port facing each other across the cylinder.

この構成によれば、対向するストレートポートからの掃気流がシリンダ中心軸付近において衝突するため、より強い上昇気流をシリンダ内に生成することができる。 According to this configuration, since the scavenging flow from the straight port facing collide near the cylinder center axis, it is possible to generate a stronger updraft in the cylinder.

あるいは、前記ストレートポートは、前記シリンダに近い部分ほど前記シリンダのシリンダヘッド部からの距離が遠くなるような勾配をつけて形成されているとしてもよい。 Alternatively, the straight port may be formed with a gradient as the distance becomes farther from the cylinder head of the section about the cylinder closer to the cylinder.

この構成によっても、シリンダ内に入った新気がピストン頂面に衝突して上昇気流となるため、より強い上昇気流をシリンダ内に生成することができる。 With this arrangement, since the fresh air entering the cylinder is updraft by colliding with the piston top surface, it is possible to generate a stronger updraft in the cylinder.

上記内燃機関において、さらに、少なくとも1つの前記接線ポート内に燃料を噴射する第1の燃料噴射弁と、少なくとも1つの前記ストレートポート内に燃料を噴射する第2の燃料噴射弁と、を備えることとしてもよい。 In the internal combustion engine, further comprise a first fuel injection valve for injecting fuel into at least one in the tangential port, and a second fuel injection valve for injecting fuel into at least one of the said straight port, the it may be.

この構成によれば、低回転低負荷運転時には、接線ポートに設けられた第1の燃料噴射弁を使用し、高回転高負荷運転時には、ストレートポートに設けられた第2の燃料噴射弁または第1および第2の両燃料噴射弁を使用することで、運転条件に応じた予混合気を容易に形成することができる。 According to this configuration, at the time of low-speed low-load operation, using the first fuel injection valve provided in the tangential port, at the time of high speed and high load operation, the second fuel injection valve provided in the straight port or the by using first and second two fuel injection valves, it is possible to easily form a pre-mixture in accordance with the operating conditions. 特に高回転高負荷運転時において、両方の燃料噴射弁を使用することにより、混合気のミキシングを促進することができる。 Particularly during high-speed and high-load operation, by using both of the fuel injection valve, it is possible to promote mixing of the air-fuel mixture.

また、前記第1の燃料噴射弁は、比較的噴射率が小さく噴霧貫徹力が小さい型式の燃料噴射弁であり、前記第2の燃料噴射弁は、比較的噴射率が大きく噴霧貫徹力が大きい型式の燃料噴射弁であるとしてもよい。 Further, the first fuel injection valve is relatively injection rate is small spray penetration force is small type of fuel injection valve, the second fuel injection valve, the spray penetration force is large relatively injection rate increase it may be the fuel injection valve of the type.

このようにすれば、低回転低負荷運転時には、接線ポート内に設けられた比較的噴射率が小さく噴霧貫徹力が小さい型式の第1の燃料噴射弁を使用することで、燃料噴霧を容易にスワールに乗せることができ、ミキシングを促進することができる。 Thus, during the low-speed low-load operation, that a relatively injection rate provided in a tangential port uses the first fuel injection valve of the spray penetration is small small model, the fuel spray easily can be put to swirl, it is possible to promote mixing. また、高回転高負荷運転時には、ストレートポート内に設けられた比較的噴射率が大きく噴霧貫徹力が大きい型式の第2の燃料噴射弁を使用することで、短時間で必要な燃料量を噴射できると共に、燃料噴霧が上昇気流に乗って吹き抜けることを抑制することができる。 Further, at the time of high speed and high load operation, the use of the second fuel injection valve relatively injection rate increase spray penetration force is large the type provided in the straight port, injecting a necessary amount of fuel in a short time with it, the fuel spray can be prevented that blows riding updraft.

上記内燃機関において、さらに、前記排気弁の下流側に、前記少なくとも3つの排気口を接続するように形成された排気チャンバを備えていてもよい。 In the internal combustion engine, further, on the downstream side of the exhaust valve, the may comprise a formed exhaust chamber so as to connect at least three exhaust ports.

この構成によれば、背圧を低減すると共に他気筒の排気脈動の影響を抑制することができるので、燃焼ガスを効率よく排出し、予混合圧縮自着火燃焼できる運転領域を高負荷側に拡大することができる。 According to this configuration expansion, it is possible to suppress the influence of other cylinders exhaust pulsation while reducing the back pressure, the combustion gases efficiently discharged, the operating range can HCCI to the high load side can do. また、高温の燃焼ガスの流速を下げて壁面への熱伝達率を小さくし、排気ガス温度の低下を抑制することで、ターボ効率を高めると共に触媒暖機性を向上させることができる。 Further, to reduce the heat transfer rate to the wall by lowering the flow velocity of the hot combustion gases, by suppressing the decrease in the exhaust gas temperature, thereby improving the catalyst warm-up property to increase the turbo efficiency.

また、前記排気チャンバの壁面は断熱構造を有するとしてもよい。 Further, the wall surface of the exhaust chamber may have a heat insulating structure.

この構成によれば、排気ガス温度の低下をより抑制することができる。 According to this configuration, it is possible to further suppress a decrease in exhaust gas temperature.

また、前記シリンダのシリンダヘッド部は、前記排気チャンバを上下方向に2分割する平面に沿って、分割される構造を有するとしてもよい。 Further, the cylinder head of the cylinder, along said plane bisecting the exhaust chamber in the vertical direction, may have a structure to be divided.

この構成によれば、排気チャンバの壁面に断熱加工をするための、断熱材の成形および収納と空気層の確保とを容易に行うことができる。 According to this configuration, for the insulation work on the wall of the exhaust chamber, and ensuring the forming and storing an air layer of insulation material can be easily performed.

また、前記排気チャンバは、前記シリンダのシリンダヘッド部側から見た形状がC字形状に形成されていてもよい。 Moreover, the exhaust chamber shape viewed from the cylinder head side of the cylinder may be formed in a C-shape.

この構成によれば、シリンダヘッド部分にスペースが確保され、燃料噴射弁や点火プラグの取り付け自由度を高めることができる。 According to this configuration, a space is secured in the cylinder head portion, it is possible to increase the mounting freedom degree of the fuel injection valves and the spark plugs.

上記内燃機関において、さらに、前記シリンダ内に燃料を直接噴射するために前記シリンダのシリンダヘッド部のほぼ中央に設けられた燃料噴射弁と、前記燃料噴射弁を冷却するためのウォータージャケットと、前記ウォータージャケットの冷却水の供給と排出とを行う冷却水路と、を備え、前記冷却水路は、前記排気チャンバのC字形状の切れ目部分を通るように配置されていることとしてもよい。 In the internal combustion engine further includes a fuel injection valve which is substantially disposed at the center of the cylinder head portion of the cylinder to inject fuel directly into the cylinder, a water jacket for cooling the fuel injection valve, wherein comprising a cooling water channel for performing the discharge and supply of the cooling water of the water jacket, and the cooling water channel may be that it is arranged to pass through the cut portion of the C-shape of the exhaust chamber.

この構成によれば、排気チャンバに干渉することなく燃料噴射弁の冷却経路を確保することができ、燃料噴射弁噴孔部へのデポジット(燃えかす)堆積を抑制できる。 According to this configuration, it is possible to ensure a cooling path of the fuel injection valve without interfering with the exhaust chamber deposit (cinders) to the injector nozzle hole portion can be suppressed deposition.

上記内燃機関において、さらに、前記シリンダのシリンダヘッド部に設けられた点火プラグと、始動時および暖機時においてのみ前記点火プラグを用いた予混合火花点火運転を行わせるように前記内燃機関の制御を行い、その他の運転領域においては予混合圧縮自着火運転を行わせるように前記内燃機関の制御を行う制御部と、を備えることとしてもよい。 In the internal combustion engine further includes a spark plug provided in the cylinder head of the cylinder, control of the internal combustion engine so as to perform the pre-mixed spark ignition operation using said ignition plug only at the time of starting and warmup It was carried out, and a control unit for controlling the internal combustion engine so as to perform the ignition operation premixed compression in other operating regions, may be provided with.

始動および暖機を行う運転領域においてのみ火花点火運転を行うこととすれば、点火プラグを小さくすることができ、配置自由度も高くできる。 If performing the spark ignition operation only in the operation area for starting and warm-up, it is possible to reduce the spark plug can higher freedom of arrangement. 従って、排気弁の大きさおよび配置の自由度を高めることができる。 Therefore, it is possible to increase the freedom of the size and arrangement of the exhaust valve. また、暖機後の通常運転中における燃焼方式の切り替えが無いため、ドライバビリティが良好になると共に、燃焼切り替え時のトルク調整制御が不要となり、燃費悪化を抑制することができる。 Moreover, since there is no switching of the combustion mode during normal operation after warm-up, the drivability is improved, it becomes unnecessary torque adjustment control during combustion switching, it is possible to suppress the fuel consumption deterioration. さらに、点火プラグの低コスト化を図ることができると共に、点火プラグの冷却を不要とすることもできる。 Furthermore, it is possible to reduce the cost of the spark plug, the cooling of the spark plug can be eliminated.

また、上記内燃機関において、さらに、前記シリンダ内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁と、冷却水温を計測するための水温センサと、を備え、前記制御部は、始動時において、前記水温センサにより計測された冷却水温とその変動率との組み合わせが所定の条件を満たす場合には、前記排気弁の閉弁時期を遅角させて実圧縮比を下げ、前記ピストンの上死点近傍で前記燃料噴射弁により燃料噴射を行い、前記点火プラグを用いた火花点火により燃焼を行うように、前記内燃機関の制御を行うこととしてもよい。 Further, in the internal combustion engine further includes a fuel injection valve that directly injects fuel into the cylinder, and a coolant temperature sensor for measuring the cooling water temperature, wherein, at the start, by the water temperature sensor If the combination of the cooling water temperature and its variation rate that is measured the predetermined condition is satisfied, lowering the actual compression ratio was retarded valve closing timing of the exhaust valve, the fuel in the dead center vicinity on the piston It performs fuel injection by injection valve, to perform combustion by spark ignition using the spark plug, may perform the control of the internal combustion engine.

このようにすれば、高温再始動時において、予定しない自着火燃焼を確実に防止することができ、始動時の逆転や始動不良を防止することができる。 Thus, it is possible at the time of hot restart, the self-ignition combustion can not plan can be securely prevented, thereby preventing reverse rotation and start failure at the time of starting.

また、上記内燃機関において、さらに、前記シリンダ内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁を備え、前記制御部は、暖機時において、前記排気弁の閉弁時期を進角させて掃気期間を短くし、前記排気弁の閉弁時期近傍で前記燃料噴射弁により燃料噴射を行い、前記点火プラグを用いた火花点火により燃焼を行うように、前記内燃機関の制御を行うこととしてもよい。 Further, in the internal combustion engine further comprises a fuel injection valve for injecting fuel directly into the cylinder, wherein, during warm-up, shortening the scavenging period by advancing the closing timing of the exhaust valve and performs fuel injection by the fuel injection valve in closing timing vicinity of the exhaust valve, to perform combustion by spark ignition using the spark plug, may perform the control of the internal combustion engine.

このようにすれば、暖機時に、シリンダ内に多量の燃焼ガスが残留するため、噴射燃料の気化を促進することができる。 Thus, during warm-up, a large amount of combustion gas in the cylinder remains, it is possible to promote the vaporization of the injected fuel. また、混合気の圧縮端温度を高めることもでき、排気温度の上昇による触媒の早期活性化を図ることができる。 It is also possible to increase the compression end temperature of the mixture, it is possible to achieve early activation of the catalyst by increasing the exhaust temperature. さらに、予混合圧縮自着火燃焼への燃焼切り替えがスムーズにかつ速やかに行うことができ、暖機過程での燃費改善や大気汚染物質の低減を図ることができる。 Furthermore, it is possible that the combustion switching to the HCCI can be performed smoothly and quickly, reduced fuel efficiency and air pollutants in the warm-up process.

上記内燃機関において、前記掃気ポートは、前記シリンダ内にスワールを生成するように形成された第1の掃気ポートと、前記シリンダ内に上昇気流を生成するように形成された第2の掃気ポートと、を含み、前記第1の掃気ポートの前記シリンダに面する開口部の上縁は、前記第2の掃気ポートの前記シリンダに面する開口部の上縁より、上方に位置するように構成されていてもよい。 In the internal combustion engine, the scavenging port, a first scavenging port formed so as to generate a swirl in the cylinder, and a second scavenging port formed so as to generate an ascending air current in the cylinder includes upper edge of the opening facing the cylinder of the first scavenging port than the upper edge of the opening facing the cylinder of the second scavenging ports are configured so as to be positioned above it may be.

この構成によれば、先に開口する第1の掃気ポートからの新気がスワールを生成して混合気のミキシングを促進し、その後に開口する第2の掃気ポートからの新気が上昇気流を形成して掃気を行うので、掃気効率が高まり、必要な掃気圧を抑制できるので、過給損失を低減し燃費を改善することができる。 According to this configuration, fresh air from the first scavenging port to facilitate mixing of the air-fuel mixture to generate a swirl which opens earlier, the fresh air ascending current from the second scavenging ports to subsequently open since formed to perform scavenging, increased scavenging efficiency, it is possible to suppress the necessary scavenging air pressure, it is possible to improve fuel economy by reducing the supercharging loss.

上記内燃機関において、さらに、複数の前記シリンダと、前記掃気ポートに新気を供給する給気サージタンクと、を備え、前記給気サージタンクは、前記シリンダのシリンダブロック部に一体となって形成されているとしてもよい。 In the internal combustion engine, further comprising a plurality of said cylinder, and a gas supply surge tank for supplying fresh air to the scavenging port, the air supply surge tank, together with the cylinder block portion of the cylinder forming it may be used as is.

この構成によれば、給気サージタンクとシリンダとを結ぶ掃気ポートの管長を短くすることができ、吸気慣性効果により給気効率を高めることができる。 According to this configuration, it is possible to shorten the pipe length of the scavenging port connecting the air supply surge tank and the cylinder, it is possible to improve the trapping efficiency by the intake inertia effect. また、多気筒エンジンの小型化を図ることができる。 Further, it is possible to reduce the size of the multi-cylinder engine.

なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能であり、例えば、内燃機関やその運転方法等の態様で実現することができる。 The present invention can be implemented in various forms, for example, can be implemented in a manner such as an internal combustion engine and its operating method.

次に、本発明の実施の形態を実施例に基づいて以下の順序で説明する。 Will be described in the following order an embodiment example of the present invention.
A. A. 予混合圧縮自着火燃焼方式の2サイクル式内燃機関の概要: Summary of two-cycle internal combustion engine of the premix compression ignition combustion system:
B. B. 第1実施例: The first embodiment:
C. C. 第2実施例: The second embodiment:
D. D. 第3実施例: Third Embodiment
E. E. 第4実施例: Fourth Embodiment
F. F. 変形例: Modification:

A. A. 予混合圧縮自着火燃焼方式の2サイクル式内燃機関の概要: Summary of two-cycle internal combustion engine of the premix compression ignition combustion system:
理解の便宜から、まず始めに予混合圧縮自着火燃焼方式の2サイクル式内燃機関の概要について説明し、その後に、この内燃機関の各種実施例について説明する。 For convenience of understanding, First the overview of the two-stroke internal combustion engine of the premix compression ignition combustion system, then, will be described various embodiments of the internal combustion engine. 図1は、予混合圧縮自着火燃焼方式を適用した2サイクル式内燃機関の動作の概要を、一例を取って説明する説明図である。 Figure 1 is an overview of the operation of the two-cycle internal combustion engine according to the HCCI combustion method, is an explanatory diagram for explaining taking an example. 図1では、シリンダAの上部に排気弁Cを備え、シリンダAの周壁下部に掃気ポートDが接続された、いわゆるユニフロー式2サイクル式内燃機関の例を示している。 In Figure 1, an exhaust valve C to the top of the cylinder A, the scavenging port D to the peripheral wall lower portion of the cylinder A is connected, an example of a so-called uniflow two-stroke internal combustion engine. この内燃機関は、シリンダA内でピストンBを上下させ、排気弁Cと掃気ポートDを開閉させながら、燃料と空気との混合気を燃焼させることによって動力を取り出している。 The internal combustion engine, the piston B is up or down in the cylinder A, while opening and closing the exhaust valve C and the scavenging port D, and takes out the power by burning a mixture of fuel and air.

説明の都合上、燃焼室内の混合気が燃焼した状態から説明する。 For convenience of explanation, the air-fuel mixture in the combustion chamber is described from the state of combustion. 混合気を燃焼させると、シリンダA内には高圧の燃焼ガスが発生してピストンBを押し下げようとする。 When the air-fuel mixture is combusted, the cylinder A when you push down the piston B and high pressure combustion gas is generated. 図1(a)に示すように膨張行程では、ピストンBを降下させながら、シリンダA内で発生した圧力をトルクに変換して動力として出力する。 In the expansion stroke as shown in FIG. 1 (a), while lowering the piston B, and outputs as power converts the pressure generated in the cylinder A to torque.

ピストンBがある程度まで降下したら、適切なタイミングで排気弁Cを開いてやる。 When the piston B is lowered to a certain extent, we'll open the exhaust valves C in a timely manner. シリンダA内には、燃焼ガスが未だ高い圧力のまま閉じこめられているから、ピストンBの降下中でも、排気弁を開くことにより燃焼ガスを排出させることができる。 The cylinder A, because the combustion gases are confined remains still higher pressure, even during the descent of the piston B, can be discharged combustion gas by opening the exhaust valve. 図1(b)は、ピストンBの降下中に排気弁を開いて、排気ガスを排出している様子を概念的に示している。 1 (b) is to open the exhaust valve during descent of the piston B, and conceptually shows a state in which discharging the exhaust gas.

ピストンBがさらに降下すると、ピストンBにより閉じられていた掃気ポートDのシリンダAに面する開口部(掃気口)が開かれる。 When the piston B is further lowered, the opening facing the cylinder A scavenging port D which has been closed by the piston B (scavenging port) is opened. 掃気ポートD内は過給器によって加圧されているので、掃気ポートDの掃気口が開かれると、掃気ポートDからシリンダA内に加圧された空気が流入し、シリンダA内に残っている燃焼ガスを押し出すようにして排気バルブCから排出させる。 Because scavenging ports in D is pressurized by the supercharger, the scavenging port of the scavenging port D is opened, pressurized air flows into the cylinder A from the scavenging port D, remaining in the cylinder A so as to push out the combustion gases are to be discharged from the exhaust valve C. 図1(c)は、このように加圧された空気によってシリンダA内の燃焼ガスが排出される様子を概念的に表している。 FIG. 1 (c), the combustion gas in the cylinder A is conceptually showing the manner in which discharged by such pressurized air. 図中でハッチングが付されている部分は、燃焼ガスが残存している領域を表している。 Portion hatching in the drawing represents the area where the combustion gas is left. このように、吸入空気で押し出すようにしてシリンダA内から燃焼ガスを排出させる動作は「掃気」と呼ばれる。 Thus, the operation for discharging the combustion gases from the as extruded at the intake air in the cylinder A is called a "scavenging".

2サイクルエンジンでは、掃気ポートD内が加圧されているので、ピストンBが下死点を過ぎて上昇に転じても、なおシリンダA内の燃焼ガスを掃気することができる。 The two-cycle engine, since the scavenging port D is pressurized, it is possible to piston B is also turned upward past the bottom dead center, still scavenging combustion gas in the cylinder A. 図1(d)は、掃気の後半にピストンBを上昇させながら、シリンダA内を掃気している様子を概念的に示している。 FIG. 1 (d) with increasing piston B in the second half of the scavenging conceptually shows a state in which scavenging the cylinder A. また、このとき、掃気ポートDに設けられている燃料噴射弁Eから燃料噴霧を噴射してやる。 At this time, we'll injected fuel spray from the fuel injection valve E provided in the scavenging port D. 図1(d)では、燃焼ガスが残存している領域を粗いハッチングを付して表示しているのに対し、噴射された燃料噴霧を細かいハッチングを付して表示している。 In FIG. 1 (d), the contrast combustion gas is displayed are designated by the coarse hatched area remaining is displayed are designated by the fine hatched injected fuel spray. 噴射された燃料噴霧は、吸入空気とともにシリンダA内で攪拌され、シリンダA内にほぼ均一な密度で分散して混合気を形成する。 Injected fuel spray is stirred with intake air in the cylinder A, to form a mixture and dispersed in a substantially uniform density in the cylinder A.

掃気によってシリンダA内から燃焼ガスがほぼ排出されたタイミングを見計らって、図1(e)に示すように、排気弁Cを閉じてやる。 When the opportunity arises to combustion gases from the cylinder A is almost discharged by scavenging, as shown in FIG. 1 (e), we'll close the exhaust valve C. その結果、シリンダA内の圧力が掃気ポートD内の圧力に達するまで、掃気ポートDから吸入空気が流入する。 As a result, until the pressure in the cylinder A reaches the pressure in the scavenging Ports D, the intake air flows from the scavenging port D.

ピストンBがさらに上昇すると、ピストンBにより、掃気ポートDの掃気口が閉じられる。 When the piston B is further increased, the piston B, scavenging port of the scavenging port D is closed. ピストンBの上昇に伴いシリンダA内の混合気が圧縮される。 The air-fuel mixture in the cylinder A with increasing piston B is compressed. 図1(f)は、ピストンBを上昇させてシリンダA内の混合気を圧縮している様子を概念的に示している。 FIG. 1 (f) conceptually shows a manner in which a piston B is raised and compressed air-fuel mixture in the cylinder A. このとき混合気は断熱圧縮されるので、ピストンBの上昇とともに急激に温度が上昇していく。 At this time the air-fuel mixture is adiabatically compressed, rapidly temperature rises with the increase of the piston B. そして、ほぼピストンBが上がりきった時点で混合気は発火温度に達し、燃焼室内の混合気がほぼ同時に燃え始めて、速やかに燃焼が完了する(図1(a))。 Then, almost mixed at the time the piston B is fully up air reaches the ignition temperature, starting burning almost simultaneously mixture in the combustion chamber, quickly combustion is completed (Figure 1 (a)). 燃焼室内の圧力は、混合気の燃焼によってさらに高くなり、その結果、ピストンBを強い力で押し下げようとする。 Pressure in the combustion chamber becomes even higher due to combustion of the mixture, as a result, when you push down the piston B with a strong force. このピストンBが受ける力を動力に変換して外部に出力する。 Outputting a force to the piston B is subjected to the outside is converted to power.

このように、予混合圧縮自着火燃焼方式の2サイクル式内燃機関では、シリンダ内に燃料と空気との混合気を形成し、これを圧縮自着火させて動力を発生させる。 Thus, in the two-cycle internal combustion engine of the premix compression ignition combustion system, the mixture of fuel and air is formed in the cylinder, which by compression ignition to generate power. 予混合圧縮自着火燃焼方式では、火花点火燃焼方式や拡散燃焼方式と比較して、燃焼による大気汚染物質の排出量および燃料消費量を、ともに大きく減少させることができる。 In HCCI mode, as compared to spark ignition combustion mode and the diffusion combustion system, the emissions and fuel consumption of air pollutants from combustion, it is possible to both significantly reduced. 予混合圧縮自着火燃焼方式がこのような優れた特性を示すのは、等容度の向上、空気過剰率の増加、比熱の低下の3つの要因によるものと考えられる。 The HCCI combustion system exhibits such excellent properties, improved isovolume level, an increase in excess air ratio is believed to be due to three factors decrease in specific heat.

4サイクル式の内燃機関では、他の行程とは独立して排気行程が設けられているので、燃焼室内で混合気が燃焼して膨張した後、次に吸入空気が流入するまでに、燃焼した混合気はシリンダ内からほぼすべて排出される。 The four-cycle internal combustion engine, since the exhaust stroke independently is provided with another stroke, after the air-fuel mixture in the combustion chamber is expanded by burning, then the intake air before flowing into and burned mixture is almost all discharged from the cylinder. これに対して、2サイクル式の内燃機関では、掃気行程と呼ばれる独特な行程を有しており、排気行程が他の行程と独立していない。 In contrast, in the internal combustion engine of two-stroke type, it has a unique process called scavenging stroke, exhaust stroke is not independent of the other strokes. 従って、2サイクル式内燃機関は、4サイクル式内燃機関に比較して、燃焼ガスがシリンダ内に残留しやすい。 Therefore, two-cycle internal combustion engine, compared to the four-cycle internal combustion engine, apt to remain combustion gas in the cylinder. シリンダ内に残留した燃焼ガス(残留ガス)は、新たに吸入された吸入空気とともに混合気を形成する。 Combustion gas remaining in the cylinder (residual gas) forms a mixture with the newly sucked intake air. この残留ガスは高温であることに加え、活性な中間生成物も含まれているため、残留ガスが多量に含まれた混合気は、より自着火燃焼しやすくなる。 In addition to this residual gas is hot because it contains also active intermediate products, the air-fuel mixture remaining gas is contained in a large amount becomes easier to auto-ignition combustion. 従って、2サイクル式内燃機関では、より広い運転領域において、自着火運転が可能となる。 Accordingly, the two-cycle internal combustion engine, in a wider operating range, ignition operation is possible. すなわち、よりリーンな条件で運転する領域が広いということである。 That is that the area to be operated in a leaner condition is wide. よりリーンな条件で運転を行うことは、燃費が向上し、また、排気ガス中の汚染物質の低下につながる。 Carrying out the operation in a more lean condition, fuel consumption is improved, also leads to a reduction of pollutants in the exhaust gas. 従って、2サイクル式内燃機関では、予混合圧縮自着火燃焼方式のメリットをより大きく得ることができる。 Accordingly, the two-cycle internal combustion engine, it is possible to obtain a greater benefit of HCCI method.

しかし、2サイクル式内燃機関は、高回転高負荷運転時に掃気不十分となりやすく、不必要な量の残留ガスがシリンダ内に残留しやすい。 However, two-cycle internal combustion engine, high-speed and high-load scavenging insufficient and tends during operation, apt to remain unnecessary amount of residual gas in the cylinder. 高回転高負荷運転時に掃気不十分になると、不必要な量の残留ガスの存在により、シリンダ内の混合気が過早着火を起こしてしまう。 If insufficient scavenging at high speed and high load operation, the presence of unnecessary amounts of residual gas, the air-fuel mixture in the cylinder would cause pre-ignition. 過早着火は、大きな燃焼音を発生させる恐れがあるため、過早着火を起こすような運転領域では、圧縮自着火運転を行うことはできない。 Pre-ignition, since the possibility of generating large combustion noise is, in the operating region that would cause pre-ignition can not be performed compression ignition operation. 従って、高回転高負荷運転時においても、圧縮自着火運転を行うためには、掃気の効率を高めて、不必要な残留ガスを確実にシリンダから排出し、過早着火を抑制することが必要である。 Thus, even at high speed and high load operation, in order to perform the compression ignition operation can increase the efficiency of the scavenging, unwanted residual gas discharged from reliably cylinder, necessary to suppress the pre-ignition it is.

B. B. 第1実施例: The first embodiment:
図2は、本発明の第1実施例としてのガソリンエンジン100の構成を概念的に示した説明図である。 Figure 2 is an explanatory diagram conceptually showing the configuration of a gasoline engine 100 as a first embodiment of the present invention. 図2には、ガソリンエンジン100のシリンダの中心で断面を取ったときのシリンダの構造が示されている。 FIG. 2 shows the structure of the cylinder when taking a cross section in the center of the cylinder gasoline engine 100.

このガソリンエンジン100の燃焼室は、シリンダブロック140内に設けられた中空円筒形のシリンダ142と、シリンダ142内を上下に摺動するピストン152と、シリンダブロック140の上部に設けられたシリンダヘッド130によって形成されている。 Combustion chamber of the gasoline engine 100 includes a hollow cylindrical cylinder 142 provided in the cylinder block 140, a piston 152 that slides within the cylinder 142 vertically, the cylinder head 130 provided on the upper portion of the cylinder block 140 It is formed by. 本実施例では、シリンダブロック140とシリンダヘッド130とが一体となったモノブロック構造の例を示している。 In this embodiment, the cylinder block 140 and cylinder head 130 are an example of a monoblock structure together. なお、シリンダブロック140とシリンダヘッド130とで構成される筒状体を、広義の「シリンダ」と呼ぶ。 Incidentally, the formed tubular body in the cylinder block 140 and cylinder head 130, referred to as a broad "cylinder". また、本明細書においては、シリンダ142の中心軸に沿って、ピストン152がシリンダヘッド130に近づく方向を上方向と、ピストン152がシリンダヘッド130から離れる方向を下方向として説明する。 In the present specification, along the central axis of the cylinder 142, the piston 152 and the upward direction closer to the cylinder head 130, piston 152 will be described away from the cylinder head 130 as the downward direction.

シリンダヘッド130には、燃焼室からの排気ガスが流出する排気ポート135のシリンダ142に面する開口部(排気口)を開閉する排気弁132と、点火プラグ136とが設けられている。 The cylinder head 130, an exhaust valve 132 for opening and closing the opening facing the cylinder 142 of the exhaust port 135 which exhaust gas from the combustion chamber flows out (the exhaust port), and an ignition plug 136 is provided. 排気弁132は、駆動アーム162を介して、電磁アクチュエータ164で駆動されている。 Exhaust valve 132, through a drive arm 162, is driven by an electromagnetic actuator 164. 電磁アクチュエータ164は、任意のタイミングで排気弁132を開閉することが可能である。 Electromagnetic actuator 164 is capable of opening and closing the exhaust valve 132 at arbitrary timing. なお、電磁アクチュエータの代わりに、油圧アクチュエータやカム機構などの他の種類の可変動弁機構によって排気弁132を駆動しても良い。 Instead of the electromagnetic actuator may drive the exhaust valve 132 by other types of variable valve mechanism such as a hydraulic actuator or a cam mechanism.

シリンダブロック140には、シリンダ142内に新気を流入する2種類の掃気ポート146,148(詳細な形状は後述)が設けられている。 The cylinder block 140, two of the scavenging ports 146 and 148 flowing into the fresh air into the cylinder 142 (detailed shape will be described later) is provided. 掃気ポート146,148のシリンダ142に面する開口部(掃気口)は、ピストン152の上下動によって開閉され、ピストン152の下死点近傍において全開の状態となるように構成されている。 Opening facing the cylinder 142 of the scavenging ports 146 and 148 (scavenging port) is opened and closed by vertical movement of the piston 152, and is configured to be fully open at near the bottom dead center of the piston 152. 掃気ポート146,148は、シリンダ142とは反対側の端部において、シリンダブロック140に設けられた給気サージタンク144に接続されている。 Scavenging ports 146 and 148, the cylinder 142 at the opposite end, is connected to the air supply surge tank 144 provided in the cylinder block 140.

このように、ガソリンエンジン100は、シリンダ142の下部に掃気ポート146,148が接続され、シリンダヘッド130に排気弁132が設けられた、いわゆるユニフロー式の2サイクル式エンジンである。 Thus, the gasoline engine 100 is connected to the scavenging ports 146, 148 at the bottom of the cylinder 142, exhaust valve 132 to the cylinder head 130 is provided, a two-cycle engine of a so-called uniflow. 2サイクル式エンジンは、掃気口と排気口とが共に開状態となる掃気行程が存在するため、掃気口からシリンダ内に供給された新気がそのまま排気口から流出する、いわゆる「吹き抜け」が問題となりやすい。 The two-cycle engine, since the scavenging stroke and the scavenging port outlet are both open condition exists, the fresh air supplied into the cylinder from the scavenging port flows out from it outlet, so-called "blow" problems It tends to be. 新気の吹き抜けが発生すると、掃気ポート内の圧力を必要以上に高めなければならず、過給損失による燃費悪化を招いてしまう。 When blow-by of fresh air occurs, it must be increased more than necessary pressure in the scavenging port, thereby causing deterioration in fuel efficiency by supercharging loss. また、シリンダ内の混合気が十分リーンとならず、過早着火を引き起こしやすい。 Further, the air-fuel mixture in the cylinder is not sufficiently lean, prone to premature ignition. ユニフロー式の2サイクル式エンジンは、掃気口と排気口との距離が離れているため、頭上弁式やシュニーレ式といった他の方式の2サイクル式エンジンと比較して新気の吹き抜けが抑制され、好ましい。 Uniflow two-stroke type engine, since the distance between the scavenging port and the exhaust port are separated, fresh air blow compared to 2-cycle engines for other methods such as an overhead-valve and Shunire expression is suppressed, preferable.

掃気ポート146,148には、新気を導く吸気通路12が、給気サージタンク144を介して接続され、排気ポート135には、排気ガスが通過する排気通路16が接続されている。 The scavenging ports 146 and 148, an intake passage 12 for guiding the fresh air, is connected via a supply surge tank 144, the exhaust port 135, an exhaust passage 16 through which exhaust gas passes is connected. 排気通路16の下流には、大気汚染物質を浄化するための触媒26と、過給器50のタービン52とが設けられている。 Downstream of the exhaust passage 16, a catalyst 26 for purifying the air pollutants, and the turbine 52 of the turbocharger 50 are provided. 排気通路16内を通過する排気ガスはタービン52を回転させた後、大気に放出される。 Exhaust gas passing through the exhaust passage 16 after rotating the turbine 52 is discharged to the atmosphere. また、吸気通路12には、過給器50のコンプレッサ54が設けられている。 The intake passage 12, a compressor 54 of the turbocharger 50 are provided. コンプレッサ54は、シャフト56を介してタービン52に接続されており、排気ガスによってタービン52が回転するとコンプレッサ54も回転する。 Compressor 54 is connected to the turbine 52 via a shaft 56, the turbine 52 by the exhaust gas rotates also rotates the compressor 54. その結果、コンプレッサ54はエアクリーナ20から吸い込んだ空気を加圧した後、掃気ポート146,148に向かって圧送する。 As a result, the compressor 54 after pressurizing the air sucked from the air cleaner 20, it is pumped towards the scavenging ports 146, 148.

コンプレッサ54で加圧すると空気温度が上昇するので、吸入空気を冷却するために、コンプレッサ54の下流側にはインタークーラ62が設けられている。 The air temperature rises pressurized by the compressor 54, for cooling the intake air, an intercooler 62 is provided on the downstream side of the compressor 54. また、吸気通路12内にはサージタンク60や、スロットル弁22も設けられている。 Also, surge tank 60, also provided a throttle valve 22 in the intake passage 12. サージタンク60は、燃焼室が空気を吸い込んだときに生じる圧力波を緩和させる作用を有しており、またスロットル弁22は電動アクチュエータ24によって適切な開度に設定されて、吸入空気量を調整する機能を有している。 Surge tank 60 has the effect of the combustion chamber to relax the pressure wave caused when the sucked air, also the throttle valve 22 is set to an appropriate degree by an electric actuator 24, adjusting the amount of intake air It has a function of.

ピストン152は、コネクティングロッド154を介してクランクシャフト156に接続されており、クランクシャフト156には、クランク角度を検出するクランク角センサ32が取り付けられている。 The piston 152 is connected to the crankshaft 156 via a connecting rod 154, to the crank shaft 156, the crank angle sensor 32 for detecting the crank angle is attached.

このガソリンエンジン100の動作は、エンジン制御用ユニット(以下、ECU)30によって制御されている。 The operation of the gasoline engine 100, the engine control unit (hereinafter, ECU) are controlled by 30. ECU30は、エンジン回転速度Neやアクセル開度θacを検出し、これらに基づいてスロットル弁22の開度の制御や、点火プラグ136の点火タイミング制御、電磁アクチュエータ164の制御を実行する。 ECU30 detects the engine rotational speed Ne and the accelerator opening .theta.ac, control of the opening degree of the throttle valve 22 on the basis of these, the ignition timing control of the spark plug 136, it executes a control of the electromagnetic actuator 164. エンジン回転速度Neはクランク角センサ32によって検出され、アクセル開度θacはアクセルペダルに内蔵されたアクセル開度センサ34によって検出される。 Engine rotational speed Ne is detected by the crank angle sensor 32, the accelerator opening θac is detected by the accelerator opening sensor 34 built in an accelerator pedal.

図3は、第1実施例におけるシリンダの断面を拡大して示す説明図である。 Figure 3 is an explanatory diagram showing an enlarged section of the cylinder in the first embodiment. また図4は、シリンダ内からシリンダヘッドを見上げたときの状態を示す説明図である。 The Figure 4 is an explanatory view showing a state when looking up the cylinder head from the cylinder. 第1実施例では、シリンダヘッド130のほぼ中央に点火プラグ136が設けられており、点火プラグ136の周囲に3つの排気弁132が設けられている(図3、図4参照)。 In the first embodiment, substantially the central spark plug 136 is provided in three exhaust valves 132 are provided around the spark plug 136 (see FIGS. 3 and 4) of the cylinder head 130. 排気弁132のバルブヘッド部132aは、すべて同径であり、シリンダ142の中心軸の周囲に、互いの間隔が等間隔となるように配置されている。 Valve head portion 132a of the exhaust valve 132 are all the same diameter, around a central axis of the cylinder 142 are arranged such that their spacing equal intervals. また、3つの排気弁132は、その中心軸が、互いに平行となるように、かつ、シリンダ142の中心軸にほぼ平行となるように、シリンダヘッド130に設置されている(図3参照)。 Further, the three exhaust valves 132, the center axis thereof, so as to be parallel to each other, and so as to be substantially parallel to the central axis of the cylinder 142, is installed in the cylinder head 130 (see FIG. 3).

本実施例では、シリンダブロック140とシリンダヘッド130とが一体となったモノブロック構造を採用している。 In this embodiment, the cylinder block 140 and cylinder head 130 adopts a monoblock structure together. モノブロック構造の採用は、排気弁132の中心軸がシリンダ142の中心軸と平行であり、シリンダヘッド130における排気弁132用の穴あけ加工を、シリンダブロック140の下部側から行うことができるため、可能となったものである。 Adoption monoblock structure, the central axis of the exhaust valve 132 is parallel to the central axis of the cylinder 142, since the drilling of the exhaust valve 132 in the cylinder head 130, can be performed from the lower side of the cylinder block 140, in which it became possible. モノブロック構造の採用により、シリンダ内高圧時のガスシール性の向上を図ることができる。 Adoption of monobloc, it is possible to improve the gas sealing property at the time of high pressure in the cylinder. また、ボア歪が抑制され、ブローバイガス量を低減することができる。 Furthermore, bore distortion is suppressed, it is possible to reduce the blow-by gas quantity. また、デッドボリュームを削減でき、HC排出量を低減できる。 Further, it is possible to reduce the dead volume can be reduced HC emissions. さらに、部品点数の削減による低コスト化、軽量化、信頼性向上や、点火プラグおよび燃料噴射弁の配置自由度の向上を図ることができる。 Furthermore, cost reduction by reducing the number of components, weight reduction, improved reliability and, it is possible to improve the degree of freedom in arrangement of the spark plug and the fuel injection valve.

図5は、排気弁を駆動する機構の構成を示す説明図である。 Figure 5 is an explanatory view showing a configuration of a mechanism for driving the exhaust valve. 図5(a)は、排気弁132の弁軸を押すための駆動アーム162を上部から見た形状を示しており、図5(b)は、シリンダヘッド130を中心にシリンダの断面を拡大して示している。 FIGS. 5 (a) shows a shape viewed drive arm 162 for pushing the valve stem of the exhaust valve 132 from the top, FIG. 5 (b), an enlarged cross section of the cylinder about the cylinder head 130 shows Te. シリンダヘッド130の上方に駆動アーム162が設けられている。 Drive arm 162 is provided above the cylinder head 130. 駆動アーム162は、上面視略三角形状であり、3つの頂点部分のそれぞれには、排気弁132の上端部が接続されている。 Drive arm 162 is a top view substantially triangular shape, each of the three top portion has an upper end portion of the exhaust valve 132 are connected. 駆動アーム162の上方には電磁アクチュエータ164が設置され、駆動アーム162の上面視略三角形の重心位置(図5(a)の一点鎖線の交点)に、電磁アクチュエータ164が作用するように配置されている。 Above the drive arm 162 electromagnetic actuator 164 is disposed, the center of gravity of the top view substantially triangular drive arm 162 (the intersection of the dashed line in FIG. 5 (a)), is arranged so as electromagnetic actuator 164 acts there.

電磁アクチュエータ164は、ECU30からの開弁命令を受けると、駆動アーム162の重心位置に力を加え、駆動アーム162を下方に平行移動させる。 Electromagnetic actuator 164 receives a valve opening instruction from the ECU 30, the force to the center of gravity of the drive arm 162, translating the drive arm 162 downward. 駆動アーム162は、3つの排気弁132の上端部に接続されており、また、3つの排気弁の中心軸は、互いに平行となっているので、駆動アーム162が下方に移動すると、3つの排気弁132は同時に、排気弁132の軸方向に沿って下方に移動する。 Drive arm 162 is connected to the upper end of the three exhaust valves 132, also the center axis of the three exhaust valves, because are parallel to each other, the drive arm 162 is moved downward, the three exhaust the valve 132 is simultaneously moved downward along the axial direction of the exhaust valve 132. 排気弁132が下方に移動すると、排気口が開きシリンダ142内の排気ガスが排気ポート135に向かって排出される。 When the exhaust valve 132 is moved downwardly, the exhaust port an exhaust gas in the opening cylinder 142 is discharged toward the exhaust port 135. 排気弁132が下方に移動したときの、元の位置から移動した位置までの排気弁132の軸方向の移動量をリフト量と呼ぶ。 When the exhaust valve 132 is moved downwardly, the amount of axial movement of the exhaust valve 132 to a position moved from the original position is referred to as the lift amount. リフト量と排気弁132のバルブヘッド部132aの周長との積をカーテン面積といい、カーテン面積が大きいほどシリンダ142内の排気ガスが効率よく排出される。 Refers to the product of the lift amount and the circumference of the valve head portion 132a of the exhaust valve 132 and the curtain area, the exhaust gas in the cylinder 142 as the curtain area is large is efficiently discharged.

予混合圧縮自着火燃焼方式の2サイクル式エンジンにおいて、高回転高負荷時にも過早着火を起こさせることなく圧縮自着火運転を行うためには、燃焼ガスを効率よく排出することが必要である。 In two-cycle engine of HCCI combustion method, in order to perform the compression ignition operation without also cause pre-ignition at high speed and high load, it is necessary to discharge the combustion gas efficiently . 燃焼ガスを効率よく排出するためには、前述の通り、カーテン面積を大きく設定すればよい。 In order to discharge the combustion gas efficiently, as described above, it may be set large curtain area. しかし、カーテン面積を大きく取ろうとして、排気弁のバルブヘッド部の面積(弁面積)を大きくすると、排気弁を駆動するための動力が増大してしまい、特に、筒内圧力が非常に高くなる予混合圧縮自着火燃焼方式の2サイクル式エンジンでは、好ましくない。 However, an attempt to take a large curtain area, the area of ​​the valve head of the exhaust valve (valve area) is increased, power for driving the exhaust valve ends up increasing, in particular, the cylinder pressure is very high in a two-cycle engine of HCCI mode, which is not preferable. 従って、排気弁の弁面積を大きくすることなく、排気弁のカーテン面積を大きくとることが望ましい。 Therefore, without increasing the valve area of ​​the exhaust valve, it is desirable to increase the curtain area of ​​the exhaust valve.

図6は、排気弁の弁数と弁面積およびカーテン面積との関係を示す説明図である。 Figure 6 is an explanatory diagram showing a relationship between a valve number and the valve area and the curtain area of ​​the exhaust valve. 図は、排気弁の弁数が1つのときを基準として、弁数を増加させていったときに、配置された排気弁のトータル弁面積とトータルカーテン面積とが、基準に対してどのような増加率となるかを示している。 FIG, based on the time the valve number of the exhaust valve is one, when went to increase the number of valves, and the total valve area and the total curtain area disposed exhaust valves, what the reference shows how the rate of increase. 一般に、排気弁をシリンダヘッドに配置する際には、排気弁とシリンダとの間および隣接する排気弁同士の間に所定のクリアランスを確保する必要がある。 Generally, when placing an exhaust valve in the cylinder head, it is necessary to ensure a predetermined clearance between the adjacent exhaust valves to and between adjacent the exhaust valve and the cylinder. 本実施例では、各弁数に応じた排気弁132をシリンダヘッド130に配置するための条件として、シリンダ142の直径Dbは81ミリメートル、シリンダ142と排気弁132との必要クリアランスLsは5ミリメートル、隣接する排気弁132間の必要クリアランスLvは5ミリメートルとしている。 In this embodiment, the exhaust valve 132 in accordance with the number of each valve as a condition for disposing the cylinder head 130, the diameter Db of the cylinder 142 is 81 mm, required clearance Ls 5 mm between the cylinder 142 and the exhaust valve 132, necessary clearance Lv between the exhaust valve 132 adjacent is set to 5 millimeters. そして排気弁132のバルブヘッド部132aの径Dvは、この条件を前提として、取りうる最大の値に設定する。 The diameter Dv of the valve head portion 132a of the exhaust valve 132, assuming the condition is set to the maximum possible values. なお、このような条件に従い排気弁132を配置すると、排気弁132は、シリンダ142の中心軸の周囲に均等間隔に配置される。 Incidentally, placing exhaust valve 132 in accordance with such conditions, the exhaust valve 132 is disposed equally spaced around the central axis of the cylinder 142. 排気弁132のバルブヘッド部の径Dvが設定されれば、弁面積およびカーテン面積を算定することができる。 If the diameter Dv of the valve head of the exhaust valve 132 is set, it is possible to calculate the valve area and the curtain area.

図6を見ると、トータル弁面積は、排気弁132の弁数が2のときに極小となるが、弁数が3以上では、弁数が増加するほど弁面積は緩やかに減少している。 Turning to FIG. 6, the total valve area is the valve number of the exhaust valves 132 is minimized when 2, the number of valves is 3 or more, the valve area as the number of valves is increased decreasing moderately. 一方、トータルカーテン面積は、排気弁132の弁数が2のときに極小となり、弁数が3以上では、弁数が増加するほどカーテン面積は大きく増加している。 On the other hand, the total curtain area, the valve number of the exhaust valve 132 is minimized when 2, the number of valves is three or more, the curtain area as the number of valves increases is greatly increased. 従って、排気弁132の弁数を3以上とすれば、弁面積を過大とすることなく、大きなカーテン面積を確保することができ、高回転高負荷運転時においても、効率よく燃焼ガスの排出を行うことができ、安定した圧縮自着火運転を行うことができる。 Therefore, if the valve number of the exhaust valves 132 3 or more and, without excessive valve area, it is possible to secure a large curtain area, even at high speed and high load operation, the discharge efficiently the combustion gases can be carried out, it is possible to perform a stable compression ignition operation.

なお、排気弁数を3以上としても、本実施例のように、1つの駆動アーム162と1つの電磁アクチュエータ164とで3つ以上の排気弁132を駆動させることができ、コストダウン、搭載性の向上および運動部品の軽量化を図ることができる。 Even as the number of exhaust valve 3 above, as in this embodiment, one drive arm 162 and can drive three or more exhaust valves 132 in one of the electromagnetic actuator 164, cost, mountability it is possible to improve and weight of the moving parts. 特に2サイクル式エンジンは、4サイクル式エンジンに比べて動弁系の動作頻度が2倍であり、弁のサージング限界により最大回転数が抑えられがちであるが、運動部品の軽量化により、サージング限界回転数を高くすることができる。 Particularly two-cycle engines, the operation frequency of the valve system in comparison with the four-cycle engine is doubled, but tend suppressed the maximum rotational speed by surging limit of the valve, the weight of the moving parts, surging it is possible to increase the limit speed.

シリンダヘッド130には、3つの排気口を接続するような排気チャンバ134が設けられている(図3参照)。 The cylinder head 130, an exhaust chamber 134 so as to connect the three exhaust ports are provided (see FIG. 3). 燃焼室から各排気口を通過して流出する排気ガスは、排気チャンバ134を経由して、排気ポート135に排出される。 Exhaust gas flowing out through the respective exhaust ports from the combustion chamber via the exhaust chamber 134 is discharged to the exhaust port 135. 排気チャンバ134を設けることによって、高温の排気ガスの流速を下げることができ、排気ポート135壁面への熱伝達率を小さくして排気ガス温度の低下を抑制することができる。 By providing an exhaust chamber 134, it is possible to reduce the flow rate of the high-temperature exhaust gas, it is possible to reduce the heat transfer rate to the exhaust port 135 wall to suppress a decrease in exhaust gas temperature. これにより、ターボ効率と触媒暖機性とを向上させることができる。 Thus, it is possible to improve the turbo efficiency and catalyst warm-up. また、背圧が低減されるため、排気ガスの抜けを良好にすると共に、他気筒の排気脈動の影響を抑制し、予混合圧縮自着火燃焼による運転が可能な領域を高回転高負荷領域まで拡大することができる。 Further, since the back pressure is reduced, thereby improving the escape of exhaust gases, to suppress the influence of exhaust pulsation of other cylinders, the area that can be operated by the premixed-charge compression auto-ignition combustion to the high rotation and high load region it can be expanded to.

図7は、図3の7−7断面を示す説明図である。 Figure 7 is an explanatory diagram showing a 7-7 cross-section in FIG. 掃気ポート146は、シリンダ142の中心軸に垂直な平面にほぼ平行となるように形成されており(図3参照)、また、シリンダ142の中心軸からずれた方向に向かって新気が流入するように、シリンダ142に接続されている(図7参照)。 Scavenging ports 146 is formed to be substantially parallel to the plane perpendicular to the central axis of the cylinder 142 (see FIG. 3), also fresh air flows in the direction shifted from the center axis of the cylinder 142 as, is connected to the cylinder 142 (see FIG. 7). そのため、掃気ポート146からシリンダ142に流入した新気は、シリンダ142の内周に沿って移動し、シリンダ142内に、シリンダ142の中心軸に垂直な平面内での渦(スワール)を生成する。 Therefore, new air flowing from the scavenging ports 146 in the cylinder 142 moves along the inner periphery of the cylinder 142, the cylinder 142, to generate a vortex (swirl) in a plane perpendicular to the central axis of the cylinder 142 . 本明細書において、このような掃気ポート146を「接線ポート」と呼ぶ。 In the present specification, such a scavenging port 146 is referred to as a "tangential port". 本実施例では、2つの掃気ポート(接線ポート)146が、シリンダ142内に同じ方向のスワールを生成するような向きに設けられている。 In this embodiment, the two scavenging ports (tangential port) 146 are provided in a direction so as to generate a swirl in the same direction in the cylinder 142.

また、掃気ポート(接線ポート)146のシリンダ142に面する開口部(掃気口)付近には、リブ(突起)145が設けられており(図7)、リブ145により掃気ポート146の掃気口は左右に2分割されている。 Further, in the vicinity of the scavenging port opening facing the cylinder 142 of the (tangential port) 146 (scavenging port), the ribs (protrusions) 145 are provided (Fig. 7), the scavenging port of the scavenging ports 146 by the ribs 145 It is divided into right and left. 掃気口が左右2分割されていることで、ピストン152の上下動に伴うピストンリング153(図3)の引っかかりが防止される。 By scavenging port is left bisected caught is prevented piston ring 153 caused by the vertical movement of the piston 152 (FIG. 3). さらに、2つの掃気ポート146の内の1つの掃気口近傍には、ポート内に燃料噴霧を噴射する燃料噴射弁15が設けられている(図7)。 Further, the one scavenging opening neighborhood of the two scavenging ports 146, fuel injection valve 15 for injecting fuel spray is provided in the port (Fig. 7). 燃料噴射弁15を掃気ポート146内に設けることにより、燃料噴霧を掃気流に乗せて混合気のミキシング促進を図ることができ、また、低圧噴射弁を採用できるため、燃料噴射弁や燃料ポンプのコストダウンが可能である。 By providing the fuel injection valve 15 to the scavenging ports 146, the fuel spray can be made mixing promotion of the mixture placed on a scavenging flow, also, it is possible to employ a low-pressure injection valve, fuel injection valves and the fuel pump cost down is possible. 燃料噴射弁15の燃料噴射制御は、ECU30(図2)により行われる。 Fuel injection control of the fuel injection valve 15 is performed by ECU 30 (Fig. 2). なお、掃気ポート146の開口部(掃気口)近傍とは、掃気ポート146内であって、掃気ポート146の長さ方向の中間点よりシリンダ142に近い側であることが好ましい。 Note that the opening (scavenging port) near the scavenging port 146, a within scavenging port 146, it is preferable that the side close to the cylinder 142 than the intermediate point in the length direction of the transfer ports 146.

一方、掃気ポート148は、シリンダ142の中心軸に垂直な平面に対し、新気が斜め下向きにシリンダ142内に流入するような勾配を設けて形成されている(図3参照)。 Meanwhile, the scavenging ports 148, to a plane perpendicular to the central axis of the cylinder 142, fresh air is formed by providing a gradient to flow into the cylinder 142 diagonally downward (see Fig. 3). また、掃気ポート148は、シリンダ142の中心軸に向かって新気が流入するように、シリンダ142に接続されている(図7参照)。 Further, the scavenging ports 148, the fresh air toward the central axis of the cylinder 142 so as to flow, is connected to the cylinder 142 (see FIG. 7). 本明細書において、このような掃気ポート148を「ストレートポート」と呼ぶ。 In the present specification, such a scavenging port 148 is referred to as a "straight port". 本実施例では、2つの掃気ポート(ストレートポート)148が、シリンダ142を挟んで対向するように設けられている。 In this embodiment, the two scavenging ports (straight port) 148 are provided so as to face each other across the cylinder 142. そのため、掃気ポート148からシリンダ142に流入した新気は、ピストン152の頂面に衝突して、向きを斜め上向きに転ずると共に(図3参照)、対向する2つの掃気ポート148からの新気同士がシリンダ142の中心軸付近で衝突するため(図7参照)、シリンダ142内に、シリンダ142の中心軸付近を上昇する上昇気流を生成する。 Therefore, new air flowing from the scavenging ports 148 in the cylinder 142, collides with the top surface of the piston 152 (see FIG. 3) with turn the direction obliquely upward, the fresh air with each other from opposite two scavenging ports 148 There (see FIG. 7) to collide in the vicinity of the center axis of the cylinder 142, the cylinder 142, it generates a rising air rising near the center axis of the cylinder 142.

また、掃気ポート(ストレートポート)148のシリンダ142に面する開口部(掃気口)付近には、リブ(突起)147が設けられており(図7)、リブ147により掃気ポート148の掃気口は左右に2分割されている。 Further, in the vicinity of the scavenging port opening facing the cylinder 142 of the (straight port) 148 (scavenging port), the ribs and (protrusion) 147 is provided (FIG. 7), the scavenging port of the scavenging ports 148 by the ribs 147 It is divided into right and left. 掃気口が左右2分割されていることで、ピストン152の上下動に伴うピストンリング153の引っかかりが防止される。 By scavenging port is left bisected, catching of the piston ring 153 caused by the vertical movement of the piston 152 is prevented. さらに、2つの掃気ポート148の内の1つの掃気口近傍には、ポート内に燃料噴霧を噴射する燃料噴射弁14が設けられている(図7)。 Further, the one scavenging opening neighborhood of the two scavenging ports 148, fuel injection valve 14 that injects fuel spray is provided in the port (Fig. 7). 燃料噴射弁14を掃気ポート148内に設けることにより、低圧噴射弁を採用できるため、燃料噴射弁や燃料ポンプのコストダウンが可能である。 By providing the fuel injection valve 14 to the scavenging ports 148, since it is possible to employ a low-pressure injection valve, it is possible to reduce the cost of the fuel injection valve and a fuel pump. 燃料噴射弁14の燃料噴射制御は、ECU30(図2)により行われる。 The fuel injection control of the fuel injection valve 14 is performed by ECU 30 (Fig. 2). なお、掃気ポート148の開口部(掃気口)近傍とは、掃気ポート148内であって、掃気ポート148の長さ方向の中間点よりシリンダ142に近い側であることが好ましい。 Note that the opening (scavenging port) near the scavenging port 148, a within scavenging port 148, it is preferable that the side close to the cylinder 142 than the intermediate point in the length direction of the transfer ports 148.

なお、掃気ポート148が、斜め下向きの勾配を設けて形成されていることは、燃料噴射弁14によって噴射された燃料噴霧の吹き抜け防止の点からも好ましい。 Incidentally, the scavenging ports 148, that are formed by providing a diagonally downward slope is preferable from the viewpoint of blow-preventing fuel spray injected by the fuel injection valve 14. また、掃気ポート148がシリンダ142を挟んで対向するように設けられていることは、燃料噴射弁14によって噴射された燃料噴霧がシリンダ142の内壁面に付着し、HC(未燃燃料)やスモークの排出量が増加してしまうことを防止する点からも好ましい。 Moreover, the scavenging port 148 is provided so as to face each other across the cylinder 142, the fuel spray injected by the fuel injection valve 14 adheres to the inner wall surface of the cylinder 142, HC (unburned fuel) and smoke from the viewpoint of the amount of discharge is prevented from being increased even.

また、2つの掃気ポート(ストレートポート)148には、それぞれ開閉機構としての給気制御弁149(図3、図7)が設けられており、給気制御弁149の軸を中心とした回転によって、掃気ポート148の開閉を行うことができる。 In addition, the two scavenging ports (straight port) 148, the air supply control valve 149 as a respective opening and closing mechanism (3, 7) is provided, by rotation about the axis of the air supply control valve 149 , it is possible to open and close the scavenging ports 148. 給気制御弁149の開閉制御は、ECU30(図2)により行われる。 Opening and closing control of the air supply control valve 149 is performed by ECU 30 (Fig. 2).

低回転低負荷運転時には、ECU30は、掃気ポート(ストレートポート)148に設けられた給気制御弁149を閉じるような制御を行う。 During low speed and load operation, ECU 30 performs control so close intake control valve 149 provided in the scavenging port (straight port) 148. すなわち、低回転低負荷運転時には、掃気ポート(接線ポート)146のみにより、シリンダ142内に新気が供給される。 That is, when the low-speed low-load operation, only by scavenging port (tangential port) 146, fresh air is supplied into the cylinder 142. このとき、新気の流入速度は大きくなり、シリンダ142内の残留ガスと混合気とのミキシングが促進されるため、低回転低負荷運転時においても安定した圧縮自着火燃焼運転を行うことができる。 At this time, the inflow rate of the fresh air is increased, since the mixing of the residual gas mixture in the cylinder 142 is accelerated, it is possible to perform a stable compression ignition operation even during low-speed low-load operation .

また、掃気ポート(接線ポート)146は、前述の通り、シリンダ142内にスワールを生成するように形成されているため、シリンダ142内に流入した比較的低温の新気は、シリンダ142の内壁面に沿って移動し、高温の残留ガスは、シリンダ142の中央付近に分布する。 Moreover, the scavenging port (tangential port) 146, as described above, since it is formed so as to generate a swirl in the cylinder 142, fresh air of a relatively low temperature which has flowed into the cylinder 142, the inner wall surface of the cylinder 142 moves along the high-temperature residual gas is distributed around the center of the cylinder 142. 従って、新気がシリンダ142内壁面から熱を奪うことによって、残留ガスの温度低下が抑制され、低回転低負荷運転時においても安定した圧縮自着火燃焼運転を行うことができる。 Therefore, by fresh air it draws heat from the wall surface in the cylinder 142, the temperature drop of the residual gas is suppressed, it is possible to perform a stable compression ignition operation even during low-speed low-load operation.

さらに、掃気ポート146から排気口へと直接向かう気流を伴わないため、新気や噴射燃料の吹き抜けを抑制することができ、過給損失による燃費の悪化を防止することができる。 Furthermore, since without airflow directed directly from the scavenging port 146 to the exhaust port, it is possible to suppress the blow-by of fresh air and the injected fuel, it is possible to prevent deterioration of fuel efficiency by supercharging loss.

なお、低回転低負荷運転時には、掃気ポート(接線ポート)146内に設けられた燃料噴射弁15により燃料噴射を行う。 At the time of low speed and low load operation, the fuel is injected by the fuel injection valve 15 provided in the scavenging port (tangential port) 146. 燃料噴射弁としては、ホロコーン型や、多孔衝突噴霧型、ファンスプレー型、中実コーン型、スリット型などが知られているが、燃料噴射弁15は、比較的噴射率が小さく噴霧貫徹力の小さいホロコーン型や多孔衝突噴霧型を採用することが好ましい。 The fuel injection valve, hollow cone type or porous collision spray type, a fan spray type, solid cone, but the slit type such as is known, the fuel injection valve 15 is relatively injection rate small spray penetration force it is preferable to employ a small hollow cone type or porous collision spray type. こうすれば、燃料噴霧を掃気ポート146が生成するスワールに容易に乗せることができ、混合気のミキシングを促進することができる。 This way, the fuel spray can be easily put into the swirl generated by the scavenging ports 146 may facilitate mixing of the mixture.

一方、高回転高負荷運転時には、ECU30は、掃気ポート(ストレートポート)148に設けられた給気制御弁149を開けるような制御を行う。 On the other hand, at the time of high speed and high load operation, ECU 30 performs control so opening the intake control valve 149 provided in the scavenging port (straight port) 148. すなわち、高回転高負荷運転時には、掃気ポート(接線ポート)146と掃気ポート(ストレートポート)148との両方から、シリンダ142内に新気が供給される。 That is, when the high speed and high load operation, from both the scavenging port (tangential port) 146 and the scavenging port (straight port) 148, fresh air is supplied into the cylinder 142. 高回転高負荷運転時は、シリンダ内に供給される空気量および燃料量が多くミキシング時間が少ないが、両方の掃気ポートを使用することによって、掃気口の面積を増加させて速やかに掃気を行うことができ、安定した圧縮自着火燃焼運転を行うことができる。 High speed and high load operation, although much mixing time less air amount and the fuel amount supplied to the cylinder, by using both of the scavenging port, the scavenge is performed quickly by increasing the area of ​​the scavenging port it is possible, it is possible to perform a stable compression ignition combustion operation.

また、掃気ポート(ストレートポート)148は、シリンダ142内にシリンダ142の中心軸付近に沿った上昇気流を生成するように形成されているため、シリンダ142の中心軸付近に残りやすい残留ガスを確実に排出して、掃気率を高め、混合気の温度が必要以上に上昇することを抑制することができる。 Moreover, the scavenging port (straight port) 148, which is formed so as to generate a rising air along the vicinity of the center axis of the cylinder 142 in the cylinder 142, ensures readily leaves residual gas in the vicinity of the center axis of the cylinder 142 and discharged to increase the scavenging rate, the temperature of the mixture can be suppressed to increase more than necessary. 従って、高回転高負荷運転時においても、過早着火を起こすことなく圧縮自着火燃焼運転を行うことができる。 Thus, even at high speed and high load operation, it is possible to perform compression ignition combustion operation without causing pre-ignition.

なお、高回転高負荷運転時には、掃気ポート(ストレートポート)148内に設けられた燃料噴射弁14により、あるいは、燃料噴射弁14と掃気ポート(接線ポート)146内に設けられた燃料噴射弁15とにより、燃料噴射を行う。 At the time of high speed and high load operation, the fuel injection valve 14 provided in the scavenging port (straight port) 148, or the fuel injection valve 14 and the scavenging port fuel injection valve provided in the (tangent port) 146 15 and by, carry out the fuel injection. 燃料噴射弁14は、比較的噴射率が大きく噴霧貫徹力の大きいファンスプレー型や、中実コーン型、スリット型を採用することが好ましい。 Fuel injection valve 14, a relatively large fan spray type or the injection rate is large spray penetration force, a solid cone, it is preferable to employ a slit type. こうすれば、高回転高負荷運転時にも、短時間で必要な燃料量を噴射できると共に、燃料噴霧が掃気ポート148からの新気によって生成される上昇気流に乗って吹き抜けることを抑制することができる。 This way, even during the high speed and high load operation, it is possible to inject fuel quantity required in a short time, that the fuel spray is prevented from blowing through riding updraft generated by the fresh air from the scavenging ports 148 it can.

なお、掃気ポート(接線ポート)146により生成されるスワールと、掃気ポート(ストレートポート)148により生成される上昇気流とは、共にシリンダ142の中心軸に対して対称な気流である。 Incidentally, the swirl produced by scavenging port (tangential port) 146, the updraft created by scavenging port (straight port) 148, a symmetrical airflow with respect to the central axis of the cylinder 142 together. すなわちシリンダ142の中心軸に垂直な断面内において、気流の偏りが少ない。 That is, in the cross section perpendicular to the central axis of the cylinder 142, the bias of the airflow is small. 従って、シリンダヘッド130に均等間隔に配置された排気弁132から、まんべんなく排気ガスを排出することができ、排気(掃気)の効率を高めることができる。 Thus, the exhaust valve 132 arranged in equal intervals in the cylinder head 130, can be discharged evenly exhaust gas, it is possible to increase the efficiency of exhaust (scavenging).

掃気ポート146,148は、シリンダ142とは反対側の端部において、シリンダブロック140に設けられた給気サージタンク144に接続されており(図3、図7参照)、新気は、吸気通路12から給気サージタンク144を介して、掃気ポート146,148に供給される(図2参照)。 Scavenging ports 146, 148 at the end opposite the cylinder 142 is connected to the air supply surge tank 144 provided in the cylinder block 140 (see FIG. 3, FIG. 7), fresh air intake passage 12 through the air supply surge tank 144 from being supplied to the scavenging port 146, 148 (see FIG. 2). 本実施例では、給気サージタンク144は、シリンダブロック140に一体となって形成されている(図3参照)。 In this embodiment, the air supply surge tank 144 is formed integrally with the cylinder block 140 (see FIG. 3). また、給気サージタンク144は、図示しない他のシリンダの掃気ポートにも接続され、他のシリンダに新気を供給している。 Further, the air supply surge tank 144 is connected to the scavenging port of the other cylinder (not shown), and supplies fresh air to the other cylinders.

掃気行程において、掃気口が開口し、掃気ポート146,148から新気がシリンダ142内に流入し始めると、慣性により、掃気ポート146,148内に負の圧力波が発生する。 In scavenging stroke, the scavenging port is open, the fresh air from the scavenging ports 146 and 148 begins to flow into the cylinder 142, due to inertia, the negative pressure wave is generated in the scavenging ports 146, 148. この負の圧力波は、掃気ポート146,148内をさかのぼって行き、給気サージタンク144に面する開口部(開放端)に来ると、逆位相の正の圧力波となって掃気口に戻ってくる。 This negative pressure wave, go back to the scavenging ports 146 and 148, come to the opening facing the air supply surge tank 144 (open end), back to scavenging port becomes positive pressure wave of antiphase come. この正の圧力波がまだ掃気口が開口しているときに戻ってくると、シリンダ内に新気を押し込む作用をして給気効率が向上する。 When the positive pressure wave returns when still scavenging port is open, air supply efficiency is improved by the action of pushing the fresh air into the cylinder. 本実施例では、給気サージタンク144をシリンダブロック140に一体として形成することによって、掃気ポート146,148の管長を短くすることができる。 In this embodiment, by forming the supply surge tank 144 as integral to the cylinder block 140, it is possible to shorten the pipe length of the scavenging ports 146, 148. このようにして、圧力波の往復時間を短縮することができ、圧力波を利用して給気効率向上を図ることができる。 In this way, it is possible to reduce the round-trip time of a pressure wave, it is possible to supply air efficiency by utilizing a pressure wave. また、併せて、多気筒エンジンの小型化を図ることができる。 Further, it is possible to together, reducing the size of the multi-cylinder engine.

ガソリンエンジン100は、上述の通り、低回転低負荷運転時から高回転高負荷運転時まで、安定して予混合圧縮自着火燃焼による運転を行うことができる。 Gasoline engine 100, as described above, from the time of low speed and low load operation until the high-speed and high-load operation, stable it is possible to perform operation by the premixed-charge compression auto-ignition combustion. 従って、負荷が極端に小さく圧縮自着火燃焼が困難な始動時および暖機時は、火花点火燃焼による運転を行い、それ以外の運転領域では、予混合圧縮自着火燃焼による運転を行うとすることもできる。 Therefore, the load when the extremely small compression self during ignition combustion is difficult starting and warm-up, perform operation by the spark ignition combustion, In the other operation region, be performing the operation with homogeneous charge compression ignition It can also be. 図8は、第1実施例としてのガソリンエンジン100の運転モードを示すマップである。 Figure 8 is a map showing the operation mode of the gasoline engine 100 of the first embodiment. 図8の横軸はエンジンの回転数、縦軸は負荷(トルク)である。 The horizontal axis of FIG. 8 is the engine speed, and the vertical axis indicates the load (torque).

ガソリンエンジン100の運転モードは、回転数および負荷に応じて2つの運転領域R1およびR2に区分されている。 Operating mode of the gasoline engine 100 is divided into two operating regions R1 and R2 in accordance with the speed and load. 第1の運転領域R1は、極低回転極低負荷の始動および暖機を行う運転領域である。 The first operating region R1 is an operating area for starting and warm-up of very low rotational extremely low load. この運転領域R1では、火花点火燃焼による運転を行う。 In the operation region R1, performs the operation by the spark ignition combustion. 一方、第2の運転領域R2は、運転領域R1以外の運転領域であり、回転数および負荷について広い範囲をカバーする運転領域である。 On the other hand, the second operation area R2 is an operating region other than the operation region R1, is an operating region to cover a wide range for the speed and load. この運転領域R2では、圧縮自着火燃焼による運転を行う。 In the operation region R2, performs the operation by compression ignition.

このように、始動時および暖機時は、火花点火燃焼による運転を行い、それ以外の運転領域では、予混合圧縮自着火燃焼による運転を行うこととすれば、点火プラグ136(図3)は、始動時および暖機時の専用とすることができ、小型化することができる。 Thus, when starting and warming up performs operation by the spark ignition combustion, and in the other operation region, if performing the operation by the premixed-charge compression auto-ignition combustion, the spark plug 136 (FIG. 3) is , can be dedicated during starting and warming up, it can be miniaturized. 点火プラグ136を小型化できれば、シリンダヘッド130に設置する排気弁132(図3、図4)の大きさや配置に関する自由度を高めることができると共に、点火プラグ136自身の配置の自由度も高められる。 If miniaturized spark plug 136, an exhaust valve 132 (FIG. 3, FIG. 4) to be installed in the cylinder head 130 it is possible to increase the degree of freedom in the size and arrangement of, is also enhanced degree of freedom in the arrangement of the spark plug 136 itself . さらに、点火プラグ136の冷却装置を不要とすることができると共に、イグナイタの低コスト化を図ることができる。 Furthermore, with the cooling device of the spark plug 136 can be made unnecessary, it is possible to reduce the cost of the igniter. また、暖機後は、燃焼方式の切り替えを行う必要が無いため、ドライバビリティが向上すると共に、燃費悪化の要因となる燃焼方式切り替え時のトルクショック対策用トルク調整制御が不要となる。 Further, after the warm-up, it is not necessary to switch the combustion mode, the drivability is improved, torque shock countermeasure torque adjustment control during combustion scheme switching which causes deterioration of fuel consumption can be eliminated.

ガソリンエンジン100は、ストローク・ボア比の値が1.2以上のロングストロークに設定されている。 Gasoline engine 100, the value of the stroke bore ratio is set to 1.2 or more long-stroke. 図9は、ストローク・ボア比とピストン頂部面積および燃焼室クリアランス高さとの関係を示す説明図である。 Figure 9 is an explanatory diagram showing a relationship between the stroke bore ratio and the piston crown area and the combustion chamber clearance height. 本実施例では、1気筒あたりの排気量を500ccとし、圧縮比を15と設定している。 In this embodiment, the exhaust amount per cylinder and 500 cc, a compression ratio is set to 15. 図9に示すように、ピストン頂部面積は、ストローク・ボア比の値が1のエンジン(スクエアエンジン)を基準とすると、ストローク・ボア比の値が大きくなるほど、ピストン頂部面積は減少する。 As shown in FIG. 9, the piston crown area, the value of the stroke-bore ratio being relative to the engine (square engine), the larger the value of the stroke bore ratio, piston crown area decreases. ガソリンエンジン100は、圧縮自着火燃焼を行うために高圧縮比に設定されており、また、圧縮自着火燃焼により混合気の燃焼がほぼ同時に行われるため、シリンダ142内の圧力は非常に高圧となる。 Gasoline engine 100, in order to perform the compression ignition is set to a high compression ratio, and because the combustion of the air-fuel mixture is substantially simultaneously performed by compression ignition, the pressure in the cylinder 142 and a very high Become. このようなガソリンエンジン100において、ストローク・ボア比の値を1.2以上に設定してロングストロークとすれば、ピストン頂部面積はスクエアエンジンと比較して10%以上減少する。 In such gasoline engines 100, if a long stroke by setting the value of the stroke bore ratio 1.2 or more, the piston crown area is reduced compared to the square engine more than 10%. 従って、ピストン152の頂面に作用する圧力も10%以上軽減され、部品の軽量化や信頼性の向上を図ることができる。 Thus, the pressure acting on the top surface of the piston 152 is reduced by 10% or more, it is possible to reduce the weight and improve the reliability of the components. また燃焼室の表面積と容積の比(S/V比)が小さくなり、冷却損失を抑制して燃費を向上させることができる。 The ratio between the surface area and volume of the combustion chamber (S / V ratio) is reduced, thereby improving the fuel efficiency by suppressing the cooling loss. さらに、図9に示すように、ストローク・ボア比の値を大きくすると、燃焼室クリアランス高さを大きくとることができる。 Furthermore, as shown in FIG. 9, by increasing the value of the stroke bore ratio, it is possible to increase the combustion chamber clearance height. ガソリンエンジン100は、高圧縮比運転を行うために燃焼室容積が小さいが、ストローク・ボア比を1.2以上とすることにより、ピストン152とシリンダヘッド130とのクリアランスを十分に確保でき、気流の妨げやS/V比の悪化につながるバルブリセスの設置を不要とすることができる。 Gasoline engine 100 is the combustion chamber volume in order to perform high compression ratio operation is small, by setting the stroke bore ratio of 1.2 or more, it can be sufficiently secured clearance between piston 152 and the cylinder head 130, the air flow the installation of valve recesses leading to deterioration of the hindered and the ratio S / V can be eliminated.

C. C. 第2実施例: The second embodiment:
図10は、第2実施例におけるシリンダヘッドの断面を拡大して示す説明図である。 Figure 10 is an explanatory diagram showing an enlarged section of the cylinder head in the second embodiment. 図3に示した第1実施例との違いは、シリンダヘッド130が、排気チャンバ134を上下方向に2分割するような平面に沿って、分割される構造を有していることである。 The difference between the first embodiment shown in FIG. 3, the cylinder head 130, along a plane such that 2 divides the exhaust chamber 134 in the vertical direction is that it has a structure to be divided. それ以外の構成は、第1実施例と同じである。 The other configuration is the same as the first embodiment.

シリンダヘッド130に設けられた排気チャンバ134は、断熱構造を有している。 Exhaust chamber 134 provided in the cylinder head 130 has a heat insulating structure. すなわち、排気チャンバ134の内壁面の内側に、熱伝達率の小さいステンレス断熱壁133が設けられ、排気チャンバ134内壁面とステンレス断熱壁133との間には空気層が設けられている。 That is, the inside of the inner wall surface of the exhaust chamber 134, a small stainless steel insulated wall 133 of the heat transfer coefficient is provided, an air layer is provided between the inner wall surface of the exhaust chamber 134 and the stainless insulating wall 133. シリンダヘッド130は上下分割構造を有しているため、このような排気チャンバ134の断熱加工を容易に行うことができる。 Since the cylinder head 130 has a vertically divided structure may be thermally insulated processing of such an exhaust chamber 134 easily.

排気チャンバ134を断熱構造を有するものとすることにより、排気ガス温度の低下をより一層抑制することができ、ターボ効率を高めると共に触媒暖機性を向上させることができる。 The exhaust chamber 134 by to have a heat insulating structure, it is possible to further suppress a decrease in exhaust gas temperature, thereby improving the catalyst warm-up property to increase the turbo efficiency.

D. D. 第3実施例: Third Embodiment
図11は、第3実施例におけるシリンダヘッドの断面を拡大して示す説明図である。 Figure 11 is an explanatory diagram showing an enlarged section of the cylinder head in the third embodiment. 図12は、図11の12−12断面を示す説明図である。 Figure 12 is an explanatory view showing the 12-12 cross section in FIG. 11. 本実施例では、シリンダヘッド130に、排気弁132が6つ設けられている。 In this embodiment, the cylinder head 130 is provided an exhaust valve 132 is six. シリンダヘッド130の上部には、2つの駆動アーム162が設けられ、それぞれ3つの排気弁132の上部に接続されている。 The upper portion of the cylinder head 130, two drive arms 162 are provided, are connected to the top of the three exhaust valves 132. 図12には、排気弁132との位置関係を示すため、駆動アーム162の上部から見た位置を点線にて示している。 FIG 12, for showing a positional relationship between the exhaust valve 132, shows the position as seen from the top of the drive arm 162 by a dotted line. 排気弁132は、駆動アーム162を介して、電磁アクチュエータ164により駆動されている。 Exhaust valve 132, through a drive arm 162, is driven by an electromagnetic actuator 164.

シリンダヘッド130には、6つの排気口を接続するような排気チャンバ134が設けられている。 The cylinder head 130, exhaust chamber 134 so as to connect the six exhaust port is provided. 燃焼室から各排気口を通過して流出する排気ガスは、排気チャンバ134を経由して、排気ポート135に排出される。 Exhaust gas flowing out through the respective exhaust ports from the combustion chamber via the exhaust chamber 134 is discharged to the exhaust port 135. 排気チャンバ134は、上部から見た形状がC字形状となるように形成されている。 Exhaust chamber 134, shape viewed from above is formed to have a C-shape. 排気チャンバ134をC字形状とすることによって、シリンダヘッド130に燃料噴射弁や点火プラグを設置するスペースが確保され、燃料噴射弁や点火プラグの取り付け自由度が向上する。 By the exhaust chamber 134 and the C-shaped space for installing the fuel injection valves and the spark plug to the cylinder head 130 is secured, thereby improving the mounting flexibility of the fuel injection valves and the spark plugs.

シリンダヘッド130のほぼ中央には、燃焼室に燃料噴霧を噴射する燃料噴射弁17が設けられており、燃料噴射弁17の周囲を取り囲むように、燃料噴射弁17を冷却するためのウォータージャケット138が設けられている。 The approximate center of the cylinder head 130, the fuel injection valve 17 that injects fuel spray is provided in the combustion chamber, so as to surround the periphery of the fuel injection valve 17, a water jacket 138 for cooling the fuel injection valve 17 It is provided. ウォータージャケット138の冷却水の供給と排出とは、上下2段構成の冷却水路139により行われる。 The discharge and the supply of the cooling water of the water jacket 138, is performed by the cooling water passage 139 of the upper and lower two-stage structure. 冷却水路139は、排気チャンバ134のC字形状の切れ目部分を通るように配置されており、ウォータージャケット138とシリンダブロック140の周壁部に設けられたウォータージャケット166とを接続している。 Cooling channel 139 is disposed so as to pass through the cut portion of the C-shaped exhaust chamber 134, and connects the water jacket 166 provided in the peripheral wall of the water jacket 138 and the cylinder block 140. ウォータージャケット166から供給される冷却水は、冷却水路139を通って、ウォータージャケット138に供給され、燃料噴射弁17を冷却し、その後、再び冷却水路139を通って排出される。 Cooling water supplied from the water jacket 166 through the cooling water passage 139 is supplied to the water jacket 138, the fuel injection valve 17 is cooled and then is discharged through the cooling water passage 139 again. このようにして、排気ガスの温度低下を抑制するための排気チャンバ134を設けても、燃料噴射弁17の冷却経路を確保することができる。 Thus, even if the exhaust chamber 134 to suppress the temperature drop of the exhaust gas is provided, it is possible to secure a cooling path of the fuel injection valve 17. 燃料噴射弁17を冷却することによって、燃料噴射弁噴孔部へのデポジット(燃えかす)堆積を抑制できる。 By cooling the fuel injection valve 17, deposit (cinders) to the injector nozzle hole portion can be suppressed deposition.

本実施例においては、第1実施例と同様に、始動時は、火花点火燃焼による運転を行うこととしている。 In this embodiment, as in the first embodiment, during startup, it is set to be performed operation by the spark ignition combustion. しかし、高温再始動時には、圧縮行程においてシリンダ内の混合気が自着火温度に達してしまい、予定しない圧縮自着火燃焼が起こることも考えられる。 However, at the time of hot restart, will be air-fuel mixture in the cylinder has reached the self-ignition temperature in the compression stroke, it is conceivable that no scheduled compression ignition occurs. 始動時における予定しない圧縮自着火燃焼は、ピストンの逆転や始動不良等を引き起こし、好ましくない。 Compression ignition is not expected at the time of startup causes a reversal of the piston and start failure or the like, is not preferred. そこで、本実施例においては、ウォータージャケット166に取り付けられた水温センサ168により冷却水温を計測し、ECU30は、計測された冷却水温とその変動率との組み合わせから、高温再始動かどうかの判定を行う。 Accordingly, in this embodiment, to measure the cooling water temperature by the water temperature sensor 168 attached to the water jacket 166, ECU 30 is a combination of the measured coolant temperature and the variation rate, the determination of whether hot restart do. 判定方法は、例えば、冷却水温が所定の温度を超えていたら高温再始動と判定するとしてもよい。 Determination method, for example, the coolant temperature may be determined that the hot restart when I exceeds a predetermined temperature. あるいは、冷却水温とその変動率とから所定時間経過後の予想冷却水温を計算し、予想冷却水温が所定の温度を超えていたら高温再始動と判定するとしてもよい。 Alternatively, the expected coolant temperature after a predetermined from the cooling water temperature and its variation rate time is calculated and predicted cooling water temperature may be determined that the hot restart when I exceeds a predetermined temperature.

図13は、第3実施例としてのガソリンエンジン100の始動時におけるバルブタイミングを示す説明図である。 Figure 13 is an explanatory diagram showing the valve timing at the start of a gasoline engine 100 as a third embodiment. 図13(a)は、通常の始動時のバルブタイミングを示しており、図13(b)は、高温再始動時のバルブタイミングを示している。 13 (a) shows, shows the valve timing during normal start, FIG. 13 (b) shows the valve timing during hot restart. 図13において、TDCはピストン152の上死点を、BDCはピストン152の下死点を、EXOは排気弁132の開弁時期を、EXCは排気弁132の閉弁時期を、INOは掃気ポート146,148の開放時期を、INCは掃気ポート146,148の閉鎖時期を、それぞれ示している。 13, the top dead center of the TDC piston 152, the bottom dead center of the BDC the piston 152, EXO is the opening timing of the exhaust valve 132, EXC is the closing timing of the exhaust valve 132, INO scavenging port an open time of 146,148, INC is the closing time of the scavenging ports 146 and 148, respectively. また、ハッチングをした領域は燃料噴射弁17による燃料噴射時期を示している。 The area where the hatching shows the fuel injection timing by the fuel injection valve 17.

ECU30は、通常の始動と判定したときは、図13(a)に示すバルブタイミングに基づいてガソリンエンジン100の運転制御を行う。 ECU30, when it is determined that the normal start, controls the operation of the gasoline engine 100 based on the valve timing shown in FIG. 13 (a). 通常の始動時は、燃焼方法の違いの他は、図1で説明した圧縮自着火運転のバルブタイミングとほぼ同じである。 Typical startup, the other differences in the combustion process is substantially the same as the valve timing of compression ignition operation described in FIG. すなわち、上死点(TDC)近傍で混合気が燃焼した後、ピストン152がある程度まで降下すると排気弁132が開かれる(EXO)。 That is, after the mixing in the vicinity top-dead-center (TDC) gas is burned, exhaust valve 132 is opened and the piston 152 is lowered to some extent (EXO). その後、ピストン152がさらに降下すると、掃気ポート146の掃気口が開放され(INO)、シリンダ142内に新気が流入する。 Thereafter, when the piston 152 is further lowered, the scavenging port of the scavenging ports 146 is opened (INO), the fresh air flows into the cylinder 142. そして、掃気期間であってピストン152が下死点(BDC)近傍にあるときに、燃料噴射弁17がシリンダ142内に燃料噴霧を噴射する。 Then, a scavenging period piston 152 when in the vicinity of bottom dead center (BDC), the fuel injection valve 17 injects the fuel spray into the cylinder 142. 下死点の後、ピストン152が上昇に転ずると、まもなく排気弁132が閉じられ(EXC)、さらにピストン152の上昇に伴い、掃気口が閉鎖される(INC)。 After bottom dead center, the piston 152 is starts to rise, is soon closed exhaust valve 132 (EXC), with further rise of the piston 152, the scavenging port is closed (INC). さらなるピストン152の上昇とともにシリンダ142内の混合気が圧縮され、混合気の温度が上昇していくが、始動時はシリンダの温度が比較的低温のため、混合気は自着火温度に達しない。 A further rise of the piston 152 mixture in the cylinder 142 is compressed together, the temperature of the mixture rises, during startup due to the relatively low temperature of the cylinder, the air-fuel mixture does not reach the self-ignition temperature. ピストン152の上死点近傍で点火プラグ136による火花点火を行い、混合気を燃焼させる。 Performs spark ignition by the spark plug 136 at dead center vicinity of the piston 152, to burn the mixture.

一方、ECU30は、高温再始動と判定したときは、図13(b)に示すバルブタイミングに基づいてガソリンエンジン100の運転制御を行う。 Meanwhile, ECU 30, when it is determined that the hot restart, controls the operation of the gasoline engine 100 based on the valve timing shown in Figure 13 (b). 図13(a)に示す通常の始動時との違いは、排気弁132の閉弁時期(EXC)および燃料噴射弁17による燃料噴射時期(ハッチングをして示す)である。 The difference between a typical startup shown in FIG. 13 (a) is a closing timing of the exhaust valve 132 (EXC) and the fuel injection timing by the fuel injection valve 17 (shown by hatching). その他のタイミングは、図13(a)に示す通常の始動時と同じである。 Other timing is the same as the normal at the time of starting shown in FIG. 13 (a). まず、排気弁132の閉弁時期(EXC)については、通常の始動時より遅角させている。 First of all, for the closing timing of the exhaust valve 132 (EXC), which is retarded than a typical startup. すなわち排気弁132の閉弁時期(EXC)を遅らせて、排気口の開放時間を長くしている。 That delay the closing timing of the exhaust valve 132 (EXC), it has long open time of the exhaust port. 排気口が開いている間は、ピストン152が上昇してもシリンダ142内の混合気を圧縮することはできない。 While the exhaust port is open, the piston 152 will not be able to compress the air-fuel mixture in the cylinder 142 to rise. 従って、排気弁132の閉弁時期(EXC)を遅角させることによって、混合気の実質的な圧縮比(「実圧縮比」と呼ぶ)を、小さくすることができる。 Thus, by retarding the closing timing of the exhaust valve 132 (EXC), the substantial compression ratio of the mixture (referred to as "actual compression ratio") can be reduced. 実圧縮比を小さくすることによって、圧縮行程におけるシリンダ142内の温度上昇は抑制され、高温再始動時においてもシリンダ142内の温度が混合気の自着火温度まで達することがないようにすることができる。 By reducing the actual compression ratio, the temperature rise in the cylinder 142 in the compression stroke is suppressed, to be so as not the temperature in the cylinder 142 reaches the self-ignition temperature of the mixture even at hot restart it can.

また、燃料噴射弁17による燃料噴射時期については、下死点(BDC)近傍ではなく、上死点(TDC)近傍において燃料噴射を行っている。 Further, the fuel injection timing by the fuel injection valve 17 is not near bottom dead center (BDC), it is carried out fuel injection in the vicinity top dead center (TDC). 従って、上死点近傍までは、シリンダ142内で燃焼を起こさないようにすることができる。 Thus, up to the vicinity of top dead center, it is possible not to cause combustion in the cylinder 142. 燃料噴射後は、通常の始動時と同様に、ピストン152の上死点近傍で点火プラグ136による火花点火を行い、混合気を燃焼させる。 After injection, similarly to a typical startup performs spark ignition by the spark plug 136 at dead center vicinity of the piston 152, to burn the mixture.

このようにして、高温再始動時においても、シリンダ142内の混合気が圧縮自着火することを確実に防止することができる。 In this way, even at hot restart may be air-fuel mixture in the cylinder 142 is reliably prevented from self-ignition compression. 従って、高温再始動時の圧縮自着火燃焼による逆転や始動不良を防止することができる。 Therefore, it is possible to prevent the reverse rotation and starting failure due to compression ignition during hot restart. なお、燃料噴射弁17による燃料噴射時期としての上死点(TDC)近傍とは、例えば、上死点前60度から上死点までの範囲であることが好ましい。 Here, the top dead center (TDC) near the fuel injection timing by the fuel injection valve 17, for example, is preferably in the range of from the top dead center 60 ° to the top dead center.

また、本実施例においては、第1実施例と同様に、暖機時は、火花点火燃焼による運転を行うこととしている。 In the present embodiment, like the first embodiment, when warm-up is set to be performed operation by the spark ignition combustion. 図14は、第3実施例としてのガソリンエンジン100の暖機時におけるバルブタイミングを示す説明図である。 Figure 14 is an explanatory diagram showing the valve timing during the warming up of the gasoline engine 100 as a third embodiment. 図中に示す符号の意味は、図13における符号の意味と同じである。 Meaning of symbols shown in the figure is the same as the meaning of the code in FIG. 13.

図14に示す暖機時におけるバルブタイミングと、図13(a)に示す通常の始動時におけるバルブタイミングとの違いは、排気弁132の閉弁時期(EXC)および燃料噴射弁17による燃料噴射時期(ハッチングをして示す)である。 A valve timing at the time of warm-up shown in Figure 14, the difference between the valve timing in a normal time of starting shown in FIG. 13 (a), the closing timing of the exhaust valve 132 (EXC) and the fuel injection timing by the fuel injection valve 17 is a (shown by the hatching). 暖機時においては、ECU30は、排気弁132の閉弁時期(EXC)を進角させるように排気弁132の駆動制御を行う。 During warm-up, ECU 30 performs drive control of the exhaust valve 132 so as to advance the closing timing of the exhaust valve 132 (EXC). すなわち、排気弁132の閉弁時期(EXC)を早めて、排気口の開放時間を短くしている。 In other words, the early closing timing of the exhaust valve 132 (EXC), is to shorten the opening time of the exhaust port. 排気口の開放時間を短くすると、シリンダ142内の燃焼ガスを排出する時間が短くなり、シリンダ142内には高温の燃焼ガスが大量に残留する。 A shorter open time of the exhaust port, the time for discharging the combustion gas in the cylinder 142 is shortened, the cylinder 142 hot combustion gas remains in large quantities.

また、ECU30は、暖機時において、排気弁132の閉弁時期(EXC)近傍において、シリンダ142内に燃料噴射を行うように、燃料噴射弁17の制御を行う。 Further, ECU 30, during warm-up, the closing timing (EXC) near the exhaust valve 132, to perform the fuel injection into the cylinder 142, and controls the fuel injection valve 17. 排気弁132の閉弁時期近傍において燃料噴射を行うことにより、燃料噴射から火花点火までの時間を比較的長く取ることができる。 By performing the fuel injection in the closing timing vicinity of the exhaust valve 132, it can take a relatively long time from the fuel injection to spark ignition.

このようにすることによって、噴射燃料の気化を促進することができ、暖機時において、安定した火花点火燃焼を行うことができる。 By doing so, it is possible to promote the vaporization of the injected fuel, during warm-up, it is possible to perform stable spark-ignition combustion. また、混合気の圧縮端温度を高めることもでき、排気温度の上昇による触媒の早期活性化を図ることができる。 It is also possible to increase the compression end temperature of the mixture, it is possible to achieve early activation of the catalyst by increasing the exhaust temperature. さらに、予混合圧縮自着火燃焼への燃焼切り替えがスムーズにかつ速やかに行うことができ、暖機過程での燃費改善や大気汚染物質の低減を図ることができる。 Furthermore, it is possible that the combustion switching to the HCCI can be performed smoothly and quickly, reduced fuel efficiency and air pollutants in the warm-up process.

E. E. 第4実施例: Fourth Embodiment
図15は、第4実施例におけるシリンダ周壁内部の形状を示す説明図である。 Figure 15 is an explanatory view showing a cylinder peripheral wall interior shape in the fourth embodiment. 図15は、シリンダ142の内側から、掃気ポート146,148のシリンダ142に面する開口部(掃気口)付近を見たときの状況を表している。 15, from the inside of the cylinder 142, which represents the situation when viewed opening facing the cylinder 142 of the scavenging ports 146 and 148 around (scavenging port). 掃気ポート(接線ポート)146の掃気口の上縁は、掃気ポート(ストレートポート)148の掃気口の上縁より、上側に位置している。 The upper edge of the scavenging port of the scavenging port (tangential port) 146, from the upper edge of the scavenging port of the scavenging port (straight port) 148 are positioned above. それ以外の構成は、第1実施例と同じである。 The other configuration is the same as the first embodiment.

ピストン152が図の矢印方向に下降していくと、まず掃気ポート(接線ポート)146の掃気口が開口し、シリンダ142内にスワールが生成される。 When the piston 152 descends in the direction of the arrow in the figure, first opening the scavenging port of the scavenging port (tangential port) 146, a swirl is generated in the cylinder 142. ピストン152がさらに下降して掃気ポート(ストレートポート)148の掃気口が開口すると、シリンダ142内に上昇気流が加わる。 When the piston 152 is further lowered scavenging port of the scavenging port (straight port) 148 is opened, updraft is applied to the cylinder 142. このように、シリンダ142内と掃気ポートとの差圧が大きいときにスワールを生成することによって混合気のミキシングを促進し、その後、上昇気流を生成することによって掃気効率を高めることができる。 Thus, to facilitate the mixing of the mixture by generating a swirl when the pressure difference between the cylinder 142 and the scavenging port is large, then it is possible to enhance the scavenging efficiency by generating a rising air. 従って、必要掃気圧を抑制することができ、過給損失を低減して燃費を改善することができる。 Therefore, it is possible to suppress the necessary scavenging air pressure, it is possible to improve fuel economy by reducing the supercharging loss.

F. F. 変形例: Modification:
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。 The present invention is not limited to the above examples and embodiments, the without departing from the spirit and scope may be reduced to practice in various embodiments, it is also possible for example, the following modifications.

F1. F1. 変形例1: Modification 1:
上記実施例では、2つの接線ポート146と2つのストレートポート148との合計4つの掃気ポートが、シリンダ142に接続されているエンジンについて説明したが、シリンダ142に接続される掃気ポートは1つの掃気ポート(接線ポート)146であるとしてもよい。 In the above embodiment, the sum of the two tangential ports 146 and two straight port 148 four scavenging ports has been described engine connected to the cylinder 142, the scavenging port connected to the cylinder 142 one scavenging port may be the (tangential port) 146. あるいは、シリンダ142に接続される掃気ポートは、1つの掃気ポート(接線ポート)146と1つのストレートポート148との合計2つの掃気ポートであるとしてもよい。 Alternatively, the scavenging port connected to the cylinder 142 may be the sum of two scavenging ports with one scavenging port (tangential port) 146 and one straight port 148. あるいは、シリンダ142に接続される掃気ポートは、1つまたは複数の任意形状の掃気ポートであるとしてもよい。 Alternatively, the scavenging port connected to the cylinder 142 may be the scavenging ports of one or more arbitrary shapes.

F2. F2. 変形例2: Modification 2:
上記実施例では、シリンダヘッド130に3つ以上の排気弁132が設けられているが、シリンダヘッド130に1つまたは2つの排気弁132が設けられているとしてもよい。 In the above embodiment, three or more exhaust valves 132 to the cylinder head 130 is provided, may be one or two exhaust valves 132 in the cylinder head 130 is provided.

F3. F3. 変形例3: Modification 3:
上記実施例では、掃気ポート(接線ポート)146内の燃料噴射弁15と掃気ポート(ストレートポート)148内の燃料噴射弁14との2つの燃料噴射弁が設けられているが、掃気ポート146内の燃料噴射弁15のみが設けられているとしてもよい。 In the above embodiment, the scavenging ports two fuel injection valves of the fuel injection valve 14 (tangential port) fuel injection valve 15 and the scavenging ports 146 (straight port) 148 is provided, the scavenging ports 146 only the fuel injection valve 15 may be is provided.

F4. F4. 変形例4: Modification 4:
上記実施例では、2つの掃気ポート(ストレートポート)148のそれぞれに開閉機構としての給気制御弁149が設けられているが、1つの掃気ポート148にのみ給気制御弁149が設けられているとしてもよい。 In the above embodiment, the air supply control valve 149 as an opening and closing mechanism in each of the two scavenging ports (straight port) 148 is provided, the air supply control valve 149 to only one scavenging port 148 is provided it may be. あるいは、掃気ポート148に限らず、任意の掃気ポートの少なくとも1つに給気制御弁149が設けられているとしてもよい。 Alternatively, not only the scavenging port 148, may supply control valve 149 in at least one of any of the scavenging port is provided.

F5. F5. 変形例5: Modification 5:
上記実施例では、給気制御弁149の開閉制御において、すべての給気制御弁149を同時に開放または閉鎖する制御としているが、内燃機関の回転数および負荷に応じて、多段階的に1つまたは複数の給気制御弁149毎に開放または閉鎖を行うような制御としてもよい。 In the above embodiment, the opening and closing control of the air supply control valve 149, although all of the air supply control valve 149 simultaneously open or control for closing the, according to the rotation speed and load of the internal combustion engine, one multi-stages or it may be controlled such as to perform opening or closing a plurality of air supply control valve for each 149.

F6. F6. 変形例6: Modification 6:
上記実施例では、ガソリンエンジン100はシリンダヘッド130とシリンダブロック140とが一体となったモノブロック構造のエンジンであるとしているが、ガソリンエンジン100はシリンダヘッド130とシリンダブロック140が分割されているエンジンであるとしてもよい。 In the above embodiment, the gasoline engine 100 is a cylinder head 130 and cylinder block 140 is that the engine of monobloc structure together, the gasoline engine 100 is a cylinder head 130 and cylinder block 140 is divided engine it may be used as is.

F7. F7. 変形例7: Modification 7:
上記実施例では、排気チャンバ134に設ける断熱構造の一例として、ステンレス断熱壁133と空気層とによる断熱構造の例を用いて説明したが、排気チャンバ134に設ける断熱構造はそれ以外の他の断熱構造であるとしてもよい。 In the above embodiment, as an example of a heat insulating structure provided in the exhaust chamber 134, stainless by a heat insulating wall 133 and the air layer has been described by way of examples of the heat-insulating structure, the heat insulating structure in which the exhaust chamber 134 other other insulation and it may be a structure.

予混合圧縮自着火燃焼方式を適用した2サイクル式内燃機関の動作の概要を説明する説明図。 Explanatory view for explaining the outline of the operation of the two-cycle internal combustion engine according to the HCCI mode. 本発明の第1実施例としてのガソリンエンジン100の構成を概念的に示した説明図。 Conceptually it shows the structure of a gasoline engine 100 as a first embodiment of the present invention. 第1実施例におけるシリンダの断面を拡大して示す説明図。 Explanatory view showing an enlarged cross section of the cylinder in the first embodiment. シリンダ内からシリンダヘッドを見上げたときの状態を示す説明図。 Explanatory view showing a state in which looked up cylinder head from the cylinder. 排気弁を駆動する機構の構成を示す説明図。 Explanatory view showing a configuration of a mechanism for driving the exhaust valve. 排気弁の弁数と弁面積およびカーテン面積との関係を示す説明図。 It illustrates the relationship between valve speed and the valve area and the curtain area of ​​the exhaust valve. 図3の7−7断面を示す説明図。 Explanatory view showing a 7-7 cross-section in FIG. 第1実施例としてのガソリンエンジンの運転モードを示すマップ。 Map showing the operation mode of the gasoline engine as a first embodiment. ストローク・ボア比とピストン頂部面積および燃焼室クリアランス高さとの関係を示す説明図。 Explanatory view showing a relationship between stroke bore ratio and the piston crown area and the combustion chamber clearance height. 第2実施例におけるシリンダヘッドの断面を拡大して示す説明図。 Explanatory view showing an enlarged cross section of the cylinder head in the second embodiment. 第3実施例におけるシリンダヘッドの断面を拡大して示す説明図。 Explanatory view showing an enlarged cross section of the cylinder head in the third embodiment. 図11の12−12断面を示す説明図。 Explanatory view showing a 12-12 section in FIG. 11. 第3実施例としてのガソリンエンジンの始動時におけるバルブタイミングを示す説明図。 Explanatory view showing a valve timing at the start of a gasoline engine as a third embodiment. 第3実施例としてのガソリンエンジンの暖機時におけるバルブタイミングを示す説明図。 Explanatory view showing a valve timing at the time of warm-up of a gasoline engine as a third embodiment. 第4実施例におけるシリンダ周壁内部の形状を示す説明図。 Explanatory view showing a cylinder peripheral wall interior shape in the fourth embodiment.

符号の説明 DESCRIPTION OF SYMBOLS

12…吸気通路 14…燃料噴射弁 15…燃料噴射弁 16…排気通路 17…燃料噴射弁 20…エアクリーナ 22…スロットル弁 24…電動アクチュエータ 26…触媒 30…ECU 12 ... intake passage 14 ... Fuel injection valve 15 ... Fuel injection valve 16 ... exhaust passage 17: fuel injection valves 20 ... air cleaner 22 ... throttle valve 24 ... electric actuator 26 ... catalyst 30 ... ECU
32…クランク角センサ 34…アクセル開度センサ 50…過給器 52…タービン 54…コンプレッサ 56…シャフト 60…サージタンク 62…インタークーラ 100…ガソリンエンジン 130…シリンダヘッド 132…排気弁 132a…バルブヘッド部 133…ステンレス断熱壁 134…排気チャンバ 135…排気ポート 136…点火プラグ 138…ウォータージャケット 139…冷却水路 140…シリンダブロック 142…シリンダ 144…給気サージタンク 145…リブ 146…掃気ポート 147…リブ 148…掃気ポート 149…給気制御弁 152…ピストン 153…ピストンリング 154…コネクティングロッド 156…クランクシャフト 162…駆動アーム 164…電磁アクチュエータ 166…ウォーター 32 ... crank angle sensor 34 ... accelerator opening sensor 50 ... turbocharger 52 ... turbine 54 ... compressor 56 ... shaft 60 ... surge tank 62 ... intercooler 100 ... gasoline engine 130: cylinder head 132 ... exhaust valves 132a ... valve head portion 133 ... stainless insulating wall 134 ... exhaust chamber 135 ... exhaust port 136 ... ignition plug 138 ... water jacket 139 ... cooling water passage 140 ... cylinder block 142 ... cylinder 144 ... air supply surge tank 145 ... ribs 146 ... scavenging port 147 ... ribs 148 ... scavenging ports 149 ... supply control valves 152 ... piston 153 ... piston ring 154 ... connecting rods 156 ... crankshaft 162 ... driving arm 164 ... electromagnetic actuator 166 ... water ャケット 168…水温センサ Jacket 168 ... water temperature sensor

Claims (10)

  1. 予混合圧縮自着火運転が可能な2サイクル式内燃機関であって、 A two-cycle internal combustion engine capable of homogeneous charge compression ignition operation,
    シリンダとピストンとで構成される燃焼室と、 A combustion chamber formed by the cylinder and the piston,
    前記シリンダのシリンダヘッド部に設けられ、少なくとも3つの排気口の開閉を行う少なくとも3つの排気弁と、 Provided in the cylinder head of the cylinder, and at least three exhaust valves for opening and closing the at least three exhaust ports,
    前記シリンダの周壁に接続され、前記ピストンの上下動によって前記シリンダに面する開口部が開閉する少なくとも2つの掃気ポートと、 Is connected to the peripheral wall of the cylinder, at least two scavenging ports opening facing said cylinder by vertically moving the piston to open and close,
    を備え、 Equipped with a,
    前記排気弁は、前記シリンダの中心軸の周囲に、互いの間隔が均等になるように配置されており、 The exhaust valve is around a central axis of the cylinder, are arranged such that their spacing becomes uniform,
    前記掃気ポートの少なくとも1つは、前記掃気ポートを開閉することができる開閉機構を備えており、 At least one of the scavenging port is provided with an opening and closing mechanism capable of opening and closing said scavenging ports,
    前記内燃機関は、さらに、前記内燃機関の回転数および負荷に応じて前記開閉機構の開閉制御を行う制御部を備え、 The internal combustion engine further comprises a control unit which controls the opening and closing of the opening and closing mechanism in accordance with the speed and load of the internal combustion engine,
    前記制御部は、低回転低負荷運転時には前記開閉機構を閉じる制御を行い、高回転高負荷運転時には前記開閉機構を開ける制御を行う、内燃機関。 Wherein, at the time of low speed and low load operation performs control to close the opening and closing mechanism performs control to open the closing mechanism at the time of high speed and high load operation, the internal combustion engine.
  2. 請求項1に記載の内燃機関であって、 An internal combustion engine according to claim 1,
    前記少なくとも2つの掃気ポートは、前記開閉機構を備えていないとともに前記シリンダ内にスワールを生成するように形成された第1の掃気ポートと、前記開閉機構を備えるとともに前記シリンダ内に上昇気流を生成するように形成された第2の掃気ポートと、を含む、内燃機関。 Said at least two scavenging ports, generate the updraft in the cylinder with comprises a first scavenging port with not provided with the opening and closing mechanism is formed so as to generate a swirl in the cylinder, the opening and closing mechanism including a second scavenging port formed to the internal combustion engine.
  3. 請求項2に記載の内燃機関であって、 An internal combustion engine according to claim 2,
    前記第1の掃気ポートは、前記シリンダの中心軸からずれた方向に向かって前記シリンダに接続されている接線ポートであり、前記第2の掃気ポートは、前記シリンダの中心軸に向かう方向に設けられているストレートポートである、内燃機関。 The first scavenging ports, said a tangential port toward a direction shifted from the central axis of the cylinder being connected to said cylinder, said second scavenging ports provided in a direction toward the center axis of the cylinder it is in a straight ports, internal combustion engine.
  4. 請求項3に記載の内燃機関であって、 An internal combustion engine according to claim 3,
    前記シリンダを挟んで対向する少なくとも1組の前記ストレートポートを備える、内燃機関。 Comprising at least one pair of the straight port facing each other across the cylinder, internal combustion engine.
  5. 請求項3に記載の内燃機関であって、 An internal combustion engine according to claim 3,
    前記ストレートポートは、前記シリンダに近い部分ほど前記シリンダのシリンダヘッド部からの距離が遠くなるような勾配をつけて形成されている、内燃機関。 The straight port, the distance from the cylinder head of the section about the cylinder closer to the cylinder is formed with a slope such that the distance, the internal combustion engine.
  6. 請求項3に記載の内燃機関であって、さらに、 An internal combustion engine according to claim 3, further
    少なくとも1つの前記接線ポート内に燃料を噴射する第1の燃料噴射弁と、 A first fuel injection valve for injecting fuel into at least one in the tangential port,
    少なくとも1つの前記ストレートポート内に燃料を噴射する第2の燃料噴射弁と、 A second fuel injection valve for injecting fuel into at least one of the said straight port,
    を備える、内燃機関。 The equipped, internal combustion engine.
  7. 請求項6に記載の内燃機関であって、 An internal combustion engine according to claim 6,
    前記第1の燃料噴射弁は、比較的噴射率が小さく噴霧貫徹力が小さい型式の燃料噴射弁であり、前記第2の燃料噴射弁は、比較的噴射率が大きく噴霧貫徹力が大きい型式の燃料噴射弁である、内燃機関。 Said first fuel injection valve is a fuel injection valve of the type relatively injection rate is small spray penetration force is small, the second fuel injection valve is relatively injection rate increase spray penetration force is larger model a fuel injection valve, the internal combustion engine.
  8. 予混合圧縮自着火運転が可能な2サイクル式内燃機関であって、 A two-cycle internal combustion engine capable of homogeneous charge compression ignition operation,
    シリンダとピストンとで構成される燃焼室と、 A combustion chamber formed by the cylinder and the piston,
    前記シリンダのシリンダヘッド部に設けられ、少なくとも3つの排気口の開閉を行う少なくとも3つの排気弁と、 Provided in the cylinder head of the cylinder, and at least three exhaust valves for opening and closing the at least three exhaust ports,
    前記シリンダの周壁に接続され、前記ピストンの上下動によって前記シリンダに面する開口部が開閉する少なくとも1つの掃気ポートと、 It is connected to the peripheral wall of the cylinder, and at least one scavenging port opening facing the cylinder by vertical movement of the piston to open and close,
    前記排気弁の下流側に配置され、前記少なくとも3つの排気口を接続するように形成された排気チャンバと、 Said disposed downstream of the exhaust valve, wherein at least three of the formed exhaust chamber so as to connect the exhaust port,
    前記シリンダ内に燃料を直接噴射するために前記シリンダのシリンダヘッド部のほぼ中央に設けられた燃料噴射弁と、 A fuel injection valve which is substantially disposed at the center of the cylinder head portion of the cylinder to inject fuel directly into the cylinder,
    前記燃料噴射弁を冷却するためのウォータージャケットと、 And water jacket for cooling the fuel injection valve,
    前記ウォータージャケットの冷却水の供給と排出とを行う冷却水路と、 A cooling water passage for performing the discharge and supply of the cooling water in the water jacket,
    を備え、 Equipped with a,
    前記排気弁は、前記シリンダの中心軸の周囲に、互いの間隔が均等になるように配置されており、 The exhaust valve is around a central axis of the cylinder, are arranged such that their spacing becomes uniform,
    前記排気チャンバは、前記シリンダのシリンダヘッド部側から見た形状がC字形状に形成されており、 The exhaust chamber shape viewed from the cylinder head side of the cylinder is formed in a C-shape,
    前記冷却水路は、前記排気チャンバのC字形状の切れ目部分を通るように配置されている、内燃機関。 The cooling water channel, the are arranged so as to pass through the cut portion of the C-shaped exhaust chamber, the internal combustion engine.
  9. 予混合圧縮自着火運転が可能な2サイクル式内燃機関であって、 A two-cycle internal combustion engine capable of homogeneous charge compression ignition operation,
    シリンダとピストンとで構成される燃焼室と、 A combustion chamber formed by the cylinder and the piston,
    前記シリンダのシリンダヘッド部に設けられ、少なくとも3つの排気口の開閉を行う少なくとも3つの排気弁と、 Provided in the cylinder head of the cylinder, and at least three exhaust valves for opening and closing the at least three exhaust ports,
    前記シリンダの周壁に接続され、前記ピストンの上下動によって前記シリンダに面する開口部が開閉する少なくとも1つの掃気ポートと、 It is connected to the peripheral wall of the cylinder, and at least one scavenging port opening facing the cylinder by vertical movement of the piston to open and close,
    前記シリンダのシリンダヘッド部に設けられた点火プラグと、 A spark plug provided in the cylinder head portion of said cylinder,
    始動時および暖機時においてのみ前記点火プラグを用いた予混合火花点火運転を行わせるように前記内燃機関の制御を行い、その他の運転領域においては予混合圧縮自着火運転を行わせるように前記内燃機関の制御を行う制御部と、 Only at the time of starting and warm-up and controls the internal combustion engine so as to perform the pre-mixed spark ignition operation using said ignition plug, said to cause the ignition operation premixed compression in other operating regions and a control unit for controlling the internal combustion engine,
    前記シリンダ内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁と、 A fuel injection valve for injecting fuel directly into the cylinder,
    冷却水温を計測するための水温センサと、 And a water temperature sensor for measuring the coolant temperature,
    を備え、 Equipped with a,
    前記排気弁は、前記シリンダの中心軸の周囲に、互いの間隔が均等になるように配置されており、 The exhaust valve is around a central axis of the cylinder, are arranged such that their spacing becomes uniform,
    前記制御部は、始動時において、前記水温センサにより計測された冷却水温とその変動率との組み合わせが所定の条件を満たす場合には、前記排気弁の閉弁時期を遅角させて実圧縮比を下げ、前記ピストンの上死点近傍で前記燃料噴射弁により燃料噴射を行い、前記点火プラグを用いた火花点火により燃焼を行うように、前記内燃機関の制御を行う、内燃機関。 Wherein, at the start, wherein when the combination of measured by the water temperature sensor the cooling water temperature and its variation rate satisfies a predetermined condition, the actual compression ratio by retarding the closing timing of the exhaust valve the lowering performs fuel injection by the fuel injection valve in dead center vicinity on the piston, to perform combustion by spark ignition using the spark plug, and controls the internal combustion engine, the internal combustion engine.
  10. 予混合圧縮自着火運転が可能な2サイクル式内燃機関であって、 A two-cycle internal combustion engine capable of homogeneous charge compression ignition operation,
    シリンダとピストンとで構成される燃焼室と、 A combustion chamber formed by the cylinder and the piston,
    前記シリンダのシリンダヘッド部に設けられ、少なくとも3つの排気口の開閉を行う少なくとも3つの排気弁と、 Provided in the cylinder head of the cylinder, and at least three exhaust valves for opening and closing the at least three exhaust ports,
    前記シリンダの周壁に接続され、前記ピストンの上下動によって前記シリンダに面する開口部が開閉する少なくとも1つの掃気ポートと、 It is connected to the peripheral wall of the cylinder, and at least one scavenging port opening facing the cylinder by vertical movement of the piston to open and close,
    前記シリンダのシリンダヘッド部に設けられた点火プラグと、 A spark plug provided in the cylinder head portion of said cylinder,
    始動時および暖機時においてのみ前記点火プラグを用いた予混合火花点火運転を行わせるように前記内燃機関の制御を行い、その他の運転領域においては予混合圧縮自着火運転を行わせるように前記内燃機関の制御を行う制御部と、 Only at the time of starting and warm-up and controls the internal combustion engine so as to perform the pre-mixed spark ignition operation using said ignition plug, said to cause the ignition operation premixed compression in other operating regions and a control unit for controlling the internal combustion engine,
    前記シリンダ内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁と、 A fuel injection valve for injecting fuel directly into the cylinder,
    を備え、 Equipped with a,
    前記排気弁は、前記シリンダの中心軸の周囲に、互いの間隔が均等になるように配置されており、 The exhaust valve is around a central axis of the cylinder, are arranged such that their spacing becomes uniform,
    前記制御部は、暖機時において、前記排気弁の閉弁時期を進角させて掃気期間を短くし、前記排気弁の閉弁時期近傍で前記燃料噴射弁により燃料噴射を行い、前記点火プラグを用いた火花点火により燃焼を行うように、前記内燃機関の制御を行う、内燃機関。 Wherein, during warm-up, the closing timing of the exhaust valve is advanced by the scavenging period shorter performs fuel injection by the fuel injection valve in closing timing vicinity of the exhaust valve, the spark plug to perform combustion by spark ignition using, performs control of the internal combustion engine, the internal combustion engine.
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