JP4969852B2 - ４サイクル内燃機関 - Google Patents

Description

本発明は、４サイクル内燃機関に関し、特に、排気ガス（既燃焼ガス）又は新気（空気のみ又は空気と燃料の混合気）によりスワールを発生させるようにした４サイクル内燃機関に関する。

従来、排気ガスの一部を燃焼室に戻すことによって、燃焼室における混合気の燃焼を緩慢にして最高燃焼温度を下げ、窒素酸化物（ＮＯｘ）を低減する排気ガス再循環装置（ＥＧＲ：Exhaust Gas Re-circulation）を備えた４サイクル内燃機関が広く用いられている。

例えば、燃焼室に連結された副排気ポートに副排気弁を設け、当該副排気ポートを介して排出された既燃焼ガスの一部（ＥＧＲガス）を貯留するガス貯留室を備え、当該ガス貯留室に貯留されたＥＧＲガスを所定のタイミングで燃焼室に戻すＥＧＲが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開平５−８６９９２号公報（第４−５頁、第４−５図）

上述した従来の排気ガス再循環装置（ＥＧＲ）を備える４サイクル内燃機関では、ポンピングロスの低減に伴う燃費の改善が図れるが、近年では、さらなる燃費の改善が望まれていた。

また、上述した従来のＥＧＲを備える４サイクル内燃機関は、排気ガスを燃焼室から排出する主排気ポート及び主排気バルブに加え、副排気ポート及び副排気バルブが必要となる。

このため、シリンダーヘッド部分の構造が複雑となり、製造コストの上昇などを招くといった問題があった。

そこで、本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、シリンダーヘッド部分の構造を複雑にすることなく、さらに燃費を改善するとともに窒素酸化物（ＮＯｘ）を低減することができる４サイクル内燃機関を提供することを目的とする。

上述した問題を解決するため、本願第１発明の第１の特徴は、燃焼室と、上記燃焼室に開口する吸気通路と、上記燃焼室に開口する排気通路と、上記吸気通路の燃焼室側開口を開閉する吸気バルブと、上記排気通路の燃焼室側開口を開閉する排気バルブとを備えた４サイクル内燃機関であって、上記排気バルブは、上記排気通路の上記燃焼室側開口を開閉する弁部と、該弁部から延びる柄部とを有し、上記排気通路内における上記弁部の周辺とガス連通路を介して連通するガス貯留室を備え、上記ガス連通路の上記弁部側の端部は、上記燃焼室の内周に沿った方向に延びており、膨張行程又は排気行程において上記排気バルブが開いている間に、上記既燃焼ガスが上記ガス貯留室に流入し、吸気行程において上記排気バルブが開いている間に、上記ガス貯留室に貯留されている上記既燃焼ガスが上記燃焼室に排出されることを特徴としている。

かかる特徴によれば、内部ＥＧＲ量を従来より大きくできるため、ポンピングロスが低減する。

また、かかる特徴によれば、排気通路に連通し、燃焼室から排出される既燃焼ガスを貯留するガス貯留室が設けられるため、ガス貯留室と連通される専用の吸排気通路及びバルブを設ける必要がない。

すなわち、かかる特徴によれば、シリンダーヘッド部分の構造を複雑にすることなく、さらに燃費を改善するとともに窒素酸化物（ＮＯｘ）を低減することができる４サイクル内燃機関を提供することができる。

本願第１発明の第２の特徴は、上記第１の特徴に係り、上記膨張行程において上記排気バルブが開いたときに、上記既燃焼ガスが上記ガス貯留室に流入し、上記吸気行程において上記排気バルブが開いている間に、上記既燃焼ガスが上記燃焼室に排出されることを要旨とする。

本願第１発明の第３の特徴は、上記第１の特徴に係り、上記既燃焼ガスが上記燃焼室に排出されるタイミングが、上記吸気バルブ及び上記排気バルブが開いているオーバーラップ期間内であることを要旨とする。

本願第２発明の特徴は、燃焼室と、上記燃焼室に開口する吸気通路と、上記燃焼室に開口する排気通路と、上記吸気通路の燃焼室側開口を開閉する吸気バルブと、上記排気通路の燃焼室側開口を開閉する排気バルブとを備えた４サイクル内燃機関であって、上記排気通路に連通し、上記燃焼室から排出される既燃焼ガスを貯留するガス貯留室と、上記吸気通路に連通し、該吸気通路を流動する新気を貯留する新気貯留室とを備え、膨張行程又は排気行程において上記排気バルブが開いている間に、上記既燃焼ガスが上記ガス貯留室に流入し、吸気行程において上記排気バルブが開いている間に、上記ガス貯留室に貯留されている上記既燃焼ガスが上記燃焼室に排出され、吸気行程において上記吸気バルブが開いている間に、上記新気貯留室に貯留されている新気が上記燃焼室に吸入されることを要旨とする。

本願第３発明の第１の特徴は、燃焼室と、上記燃焼室に開口する吸気通路と、上記燃焼室に開口する排気通路と、上記吸気通路の燃焼室側開口を開閉する吸気バルブと、上記排気通路の燃焼室側開口を開閉する排気バルブとを備えた４サイクル内燃機関であって、上記排気通路に連通し、上記燃焼室から排出される既燃焼ガスを貯留するガス貯留室と、上記吸気通路に連通し、該吸気通路を流動する新気を貯留する新気貯留室及び該新気貯留室と上記吸気通路の燃焼室側開口近傍部分とを連通する第１新気連通路とを備え、膨張行程又は排気行程において上記排気バルブが開いている間に、上記既燃焼ガスが上記ガス貯留室に流入し、吸気行程において上記排気バルブが開いている間に、上記ガス貯留室に貯留されている上記既燃焼ガスが上記燃焼室に排出され、吸気通路の圧力変動により新気が上記第１新気連通路を介して上記新気貯留室に流入し、吸気行程において上記吸気バルブが開いている間に、上記新気貯留室に貯留されている新気が上記第１新気連通路を介して燃焼室に吸入されることを要旨とする。

本願第３発明の第２の特徴は、上記第１の特徴に係り、上記新気貯留室と上記吸気通路とを連通する第２新気連通路を備え、吸気通路の圧力変動により新気が上記第１，第２新気連通路を介して上記新気貯留室に流入し、吸気行程において上記吸気バルブが開いている間に、上記新気貯留室に貯留されている新気が上記第１新気連通路を介して上記燃焼室に吸入されることを要旨とする。

本願第３発明の第３の特徴は、上記第２の特徴に係り、上記第２新気連通路は、上記吸気通路のスロットルバルブより下流側近傍部分に連通していることを要旨とする。

本願第３発明の第４の特徴は、上記第１の特徴に係り、上記ガス貯留室と排気通路とを連通するガス連通路は、燃焼室の内周に対して接線方向に向くように配置されていることを要旨とする。

本願第３発明の第５の特徴は、上記第４の特徴に係り、上記新気貯留室と吸気通路の燃焼室側開口近傍部分とを連通する第１新気連通路は、燃焼室の中心側に形成された同心円に対して接線方向に向くように配置されていることを要旨とする。

本願第４発明の第１の特徴は、燃焼室と、上記燃焼室に開口する吸気通路と、上記燃焼室に開口する排気通路と、上記吸気通路の燃焼室側開口を開閉する吸気バルブと、上記排気通路の燃焼室側開口を開閉する排気バルブとを備えた４サイクル内燃機関であって、上記吸気通路に第１新気連通路を介して連通し、該吸気通路を流動する新気を貯留する新気貯留室を備え、吸気行程において上記吸気バルブが開いている間に、上記新気貯留室に貯留されている新気が上記第１新気連通路を介して上記燃焼室に吸入されることを要旨とする。

本願第４発明の第２の特徴は、上記第１の特徴に係り、上記新気貯留室と上記吸気通路とを連通する第２新気連通路を備え、上記吸気バルブが閉じている間に、新気が上記第１，第２新気連通路を介して上記新気貯留室に流入し、吸気行程において上記吸気バルブが開いている間に、上記新気貯留室に貯留されている新気が上記第１新気連通路を介して上記燃焼室に吸入されることを要旨とする。

本願第４発明の第３の特徴は、上記第２の特徴に係り、上記第２新気連通路は、上記吸気通路のスロットルバルブより下流側近傍部分に連通していることを要旨とする。

本願第５発明の特徴は、燃焼室と、上記燃焼室に開口する吸気通路と、上記燃焼室に開口する排気通路と、上記吸気通路の燃焼室側開口を開閉する吸気バルブと、上記排気通路の燃焼室側開口を開閉する排気バルブと、上記吸気通路の通路面積を変化させるスロットルバルブとを備えた４サイクル内燃機関であって、上記排気通路に連通し、上記燃焼室から排出される既燃焼ガスを貯留するガス貯留室を備え、上記吸気通路の、上記スロットルバルブより下流側部分と上記燃焼室側開口近傍部分とを連通する第３新気連通路を備え、該第３新気連通路の下流端部は燃焼室の内周に対して接線方向に向くように配置されており、膨張行程又は排気行程において上記排気バルブが開いている間に、上記既燃焼ガスが上記ガス貯留室に流入し、吸気行程において上記排気バルブが開いている間に、上記ガス貯留室に貯留されている上記既燃焼ガスが上記燃焼室に排出されることを要旨とする。

本願発明の特徴によれば、シリンダーヘッド部分の構造を複雑にすることなく、さらに燃費を改善するとともに窒素酸化物（ＮＯｘ）を低減することができる４サイクル内燃機関を提供することができる。

次に、本発明に係る４サイクル内燃機関の第１実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の図面の記載において、同一または類似の部分には、同一または類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、各寸法の比率などは現実のものとは異なることに留意すべきである。

したがって、具体的な寸法などは以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。

（４サイクル内燃機関の概略構成）
図１は、本実施形態に係る４サイクル内燃機関であるエンジン１０の概略構成を示している。具体的には、図１は、シリンダーヘッド１０ｓｈの部分を断面として示したエンジン１０の側面図である。

同図に示すように、エンジン１０は、吸気通路のシリンダヘッド内部分を構成するとともに燃焼室４０に開口する吸気ポート２１と、排気通路のシリンダヘッド内部分を構成するとともに燃焼室に開口する排気ポート３１とを備えている。

吸気ポート２１には吸気バルブ２２が設けられており、排気ポート３１には排気バルブ３２が設けられている。

吸気バルブ２２は、シリンダーヘッド１０ｓｈの上部に配設されている吸気側カムシャフト２３によって、所定のタイミングで往復運動させられる。吸気バルブ２２は、吸気側カムシャフト２３によって往復運動させられると、吸気ポート２１の燃焼室側開口（図２に示すバルブシート２４部分）を開閉する。

同様に、排気バルブ３２は、シリンダーヘッド１０ｓｈの上部に配設されている排気側カムシャフト３３によって、所定のタイミングで往復運動させられる。排気バルブ３２は、排気側カムシャフト３３によって往復運動させられると、排気ポート３１の燃焼室側開口（図２に示すバルブシート３４部分）を開閉する。

シリンダーヘッド１０ｓｈの下方には、シリンダー５１が形成されており、シリンダー５１内には、コンロッド５３を介してクランク軸（不図示）を回転させるピストン５２が配置されている。

（シリンダーヘッド部分の構成）
次に、図２〜図４を参照して、シリンダーヘッド１０ｓｈ部分の具体的な構成について説明する。

図２は、シリンダーヘッド１０ｓｈ部分の断面図、具体的には、吸気側カムシャフト２３及び排気側カムシャフト３３に直交する方向に沿ったシリンダーヘッド１０ｓｈ部分の断面図を示している。また、図３は、図２に示したＦ３方向からの矢視図である。

図２及び図３に示すように、吸気バルブ２２は、吸気ポート２１の燃焼室４０（図１参照）への開口部、具体的には、バルブシート２４の部分を開閉する弁部２２ａと、弁部２２ａから延びる柄部２２ｂとによって構成されている。

同様に、排気バルブ３２は、排気ポート３１の燃焼室４０（図１参照）への開口部、具体的には、バルブシート３４の部分を開閉する弁部３２ａと、弁部３２ａから延びる柄部３２ｂとによって構成されている。

また、排気ポート３１には、弁部３２ａの周辺からガス貯留室１００に連通する既燃焼ガス誘導管（ガス連通路）１１０が備えられている。具体的には、既燃焼ガス誘導管１１０の端部１１０ｅは、排気ポート３１の開口部を塞いでいるときにおいて弁部３２ａと干渉しない距離を確保しつつ弁部３２ａに接近するように、弁部３２ａよりも排気側に設けられている。

また、シリンダーヘッド１０ｓｈの側方には、排気ポート３１に連通し、燃焼室４０から排出される既燃焼ガスＧ（図５参照）を貯留するガス貯留室１００が備えられている。

ガス貯留室１００には、エンジン１０の膨張行程又は排気行程において排気バルブ３２が開いている間に、既燃焼ガスＧが流入する。また、ガス貯留室１００に貯留されている既燃焼ガスＧ（ＥＧＲガス）は、エンジン１０の吸気行程において排気バルブ３２が開いている間に、燃焼室４０内に排出される。

なお、より具体的な既燃焼ガスＧ（ＥＧＲガス）のガス貯留室１００への流入のタイミング、及び既燃焼ガスＧ（ＥＧＲガス）のガス貯留室１００からの排出のタイミングについては、後述する。

図４は、図３に示した既燃焼ガス誘導管１１０の端部１１０ｅを含む排気ポート３１周辺の拡大図である。

同図に示すように、既燃焼ガス誘導管１１０の端部１１０ｅは、若干湾曲した形状を有している。具体的には、端部１１０ｅは、燃焼室４０の周部４０ｐ（図６参照）に沿った方向に向いている。

（既燃焼ガスの流入・排出動作）
次に、図５〜図７を参照して、上述したエンジン１０に備えられているガス貯留室１００への既燃焼ガスＧの流入、及び既燃焼ガスＧ（ＥＧＲガス）のガス貯留室１００からの排出に関する動作について説明する。

図５は、エンジン１０の一部拡大断面図である。ガス貯留室１００に貯留している既燃焼ガスＧは、エンジン１０の吸気行程において排気バルブ３２が開いている間に、燃焼室４０に排出される。

図６は、ガス貯留室１００及び既燃焼ガス誘導管１１０を含む燃焼室４０の拡大図である。具体的には、図６は、図５に示したＦ６方向から、ガス貯留室１００及び既燃焼ガス誘導管１１０を含む燃焼室４０を捉えた図である。

同図に示すように、排気ポート３１内に設けられた既燃焼ガス誘導管１１０の端部１１０ｅは、若干湾曲した形状を有している。具体的には、端部１１０ｅは、燃焼室４０の周部４０ｐに沿った方向に向いている。

また、本実施形態では、端部１１０ｅは、ピストン５２の上面に沿った方向、つまり、略水平方向に向いている。

端部１１０ｅが燃焼室４０の周部４０ｐに沿った方向に向いているため、ガス貯留室１００に貯留されている既燃焼ガスＧ（ＥＧＲガス）をスワール状に周部４０ｐに排出することができる。

このため、周部４０ｐにおいて主に発生する消炎領域（火炎が伝播したときに冷却により火炎が消える領域）、いわゆるクエンチエリアＱＡの未燃焼ガスが減少し、炭化水素ガス（ＨＣ）の排出量を抑制することができる。

より具体的には、既燃焼ガスＧ（ＥＧＲガス）がスワール状に周部４０ｐに排出されると、高温の既燃焼ガスＧ（ＥＧＲガス）によってクエンチエリアＱＡの未燃焼ガスが蒸発する。未燃焼ガスが蒸発すると、クエンチエリアＱＡは、既燃焼ガスＧ（ＥＧＲガス）によって満たされるようになり、クエンチエリアＱＡへの未燃焼ガスの流入が防止される。

このため、クエンチエリアＱＡの未燃焼ガスが減少し、炭化水素ガス（ＨＣ）の排出量を抑制することができる。

本実施形態では、既燃焼ガス誘導管１１０の内径は、２．２〜２．５ｍｍに設定されている。なお、既燃焼ガス誘導管１１０の内径、管長及びガス貯留室１００の容量は、エンジン１０の排気量などに応じて変更することが好ましい。

図７は、ガス貯留室１００への既燃焼ガスＧの流入、及び既燃焼ガスＧ（ＥＧＲガス）のガス貯留室１００からの排出のタイミングを示している。図７において、点線“ＥＸ”は、クランク軸角度に応じた排気バルブ３２の開度を示している。点線”ＩＮ”は、クランク軸角度に応じた吸気バルブ２２の開度を示している。

また、実線“流入”は、ガス貯留室１００に流入する既燃焼ガスＧの容量及び流入のタイミングを示している。実線“排出”は、ガス貯留室１００から排出される既燃焼ガスＧ（ＥＧＲガス）の容量及び排出のタイミングを示している。

図７に示すように、既燃焼ガスＧは、エンジン１０の膨張行程、つまり、燃焼ガスの膨張により、ピストン５２がクランク軸（不図示）方向に押し下げられる間において、排気バルブ３２が開いたタイミングで、ガス貯留室１００に流入する。

また、ガス貯留室１００に貯留している既燃焼ガスＧは、エンジン１０の吸気行程、つまり、混合気が吸気ポート２１から燃焼室４０に流入する間において、排気バルブ３２が開いているタイミングで燃焼室４０に排出される。

より具体的には、図７に示すように、既燃焼ガスＧ（ＥＧＲガス）が燃焼室４０に排出するタイミングは、排気バルブ３２が閉じるタイミングの近傍に設定されている。

（作用・効果）
次に、上述したガス貯留室１００及び既燃焼ガス誘導管１１０を備えるエンジン１０の作用・効果について、図８〜図１１に示すデータを参照して説明する。なお、図８〜図１１に示すデータは、以下の条件で測定されたものである。

・ エンジン排気量： 約１２５ｃｃ
・ 測定時エンジン回転数： ３，０００ｒｐｍ（０．６ｋＷ出力）
図８は、ガス貯留室１００の容量と、窒素酸化物（ＮＯｘ）との関係を示すグラフである。同図に示すように、ガス貯留室１００の容量が極めて小さい場合（図中のＰ１１、約０ｃｃ）と、ガス貯留室１００の容量が約６５ｃｃである場合（図中のＰ１２）とでは、ＮＯｘが約１５％低減している。

上述したように、エンジン１０では、排気ポート３１に連通し、燃焼室４０から排出される既燃焼ガスＧを貯留するガス貯留室１００が設けられるため、ガス貯留室１００と連通される専用の吸排気ポート及びバルブを設ける必要がない。

すなわち、ガス貯留室１００及び既燃焼ガス誘導管１１０を備えるエンジン１０によれば、シリンダーヘッド１０ｓｈ部分の構造を複雑にすることなく、窒素酸化物（ＮＯｘ）を低減することができる４サイクル内燃機関を提供することができる。

図９は、ガス貯留室１００の容量と、燃費率との関係を示すグラフである。同図に示すように、ガス貯留室１００の容量が極めて小さい場合（図中のＰ２１、約０ｃｃ）と、ガス貯留室１００の容量が約４５ｃｃである場合（図中のＰ２２）とでは、燃費率が約１０％改善している。また、図１０は、ガス貯留室１００の容量と、スロットル（スロットルバルブ）の開度との関係を示すグラフである。

ガス貯留室１００及び既燃焼ガス誘導管１１０を備えるエンジン１０では、吸気行程において、既燃焼ガスＧ（ＥＧＲガス）が燃焼室４０に排出（還流）されることによって、内部ＥＧＲ量を従来より大きくでき、エンジン１０のポンピングロスが低減するため、エンジン１０のスロットルバルブを開き側に設定でき、燃費率を改善することができる。

さらに、ガス貯留室１００及び既燃焼ガス誘導管１１０を備えるエンジン１０では、燃焼室４０にスワールを発生させることができるため、燃焼効率をさらに向上させることができる。

図１１は、ガス貯留室１００の容量と、炭化水素ガス（ＨＣ）との関係を示すグラフである。同図に示すように、ガス貯留室１００の容量が極めて小さい場合（図中のＰ３１、約０ｃｃ）と、ガス貯留室１００の容量が約３０ｃｃである場合（図中のＰ３２）とでは、ＨＣが約７％低減している。

クエンチエリアＱＡではＨＣが多く発生するが、既燃焼ガス誘導管１１０の端部１１０ｅが、燃焼室４０の周部４０ｐに沿った方向に向いているため、ガス貯留室１００に貯留されている既燃焼ガスＧ（ＥＧＲガス）をスワール状に周部４０ｐに排出することができる。つまり、エンジン１０では、ＥＧＲガスによってクエンチエリアＱＡの未燃焼ガスが減少するため、ＨＣの発生量を抑制することができる。さらに、エンジン１０では、ＥＧＲガスがスワール状に燃焼室４０に排出（還流）されるため、周部４０ｐ付近に位置するＥＧＲガスと、吸気ポート２１から流入する新たな混合気との層状化が図られる。

すなわち、ＥＧＲ率（燃焼室４０に還流されるＥＧＲガスの量を吸入空気量で叙した数値）を向上させることができ、さらなる燃費率の改善や、排気ガスの浄化を図ることができる。

また、上述したように、既燃焼ガス誘導管１１０の内径、管長、及びガス貯留室１００の容量は、エンジン１０の排気量などに応じて調整することができる。このため、エンジン１０の特性などに応じて、既燃焼ガスＧ（ＥＧＲガス）を燃焼室４０に排出するタイミングを適切な回転数の領域に容易に設定することができる。

（その他の実施形態）
上述したように、本発明の第１実施形態を通じて本発明の内容を開示したが、この開示の一部をなす論述及び図面は、本発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態が明らかとなろう。

例えば、上述した本発明の第１実施形態では、エンジン１０の膨張行程において、排気バルブ３２が開いたタイミングで、既燃焼ガスＧがガス貯留室１００に流入し、エンジン１０の吸気行程において排気バルブ３２が開いているタイミングで、既燃焼ガスＧ（ＥＧＲガス）が燃焼室４０に排出される形態としたが、既燃焼ガスＧの流入及び排出のタイミングは、必ずしも当該タイミングに限定されるものではない。

さらに、上述した本発明の第１実施形態では、既燃焼ガス誘導管１１０の端部１１０ｅが弁部３２ａの周辺に位置する形態としたが、既燃焼ガス誘導管１１０は、必ずしも設けなくても構わない。この場合、既燃焼ガス誘導管１１０は、例えば、図４に示す位置ＰＶ、つまり、排気ポート３１の内壁面で終端する形態としてもよい。

このように、本発明は、ここでは記載していない様々な実施の形態などを含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は、上述の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。

図１２，図１３は、本発明の第２実施形態を説明するための図である。本第２実施形態は、上記第１実施形態と同様のガス貯留室６７に加えて新気貯留室６９を備えた例である。なお、本実施形態において、新気とは、空気のみの場合と、空気と燃料との混合気の場合の両方を含む。

本第２実施形態におけるエンジンは、各気筒当たり吸気バルブ２本と排気バルブ２本を備えた４サイクル単気筒４バルブエンジンである。該エンジンは、クランクケースの上壁にシリンダブロック，シリンダヘッド及びヘッドカバーを積層締結した概略構造を有する。

上記シリンダヘッド６１のシリンダブロック側合面６１ａには燃焼室の天壁を構成する燃焼凹部６１ｂが凹接されている。この燃焼凹部６１ｂには、２つの吸気バルブ開口６２ａ，６２ｂと、２つの排気バルブ開口６３ａ，６３ｂが形成されている。これらの吸気バルブ開口，排気バルブ開口はそれぞれ吸気バルブ，排気バルブで開閉される。なお、７３は上記燃焼凹部６１ｂの略中心部に配置された点火プラグである。

上記各吸気バルブ開口６２ａ，６２ｂには吸気通路のシリンダヘッド内部分を構成する分岐吸気ポート６２ｃ，６２ｄが接続されている。この２つの分岐吸気ポート６２ｃ，６２ｄは、同じく吸気通路のシリンダヘッド内部分を構成する１つの共通の主吸気ポート６２ｅから分岐されている。この主吸気ポート６２ｅの外部接続口には、吸気通路のシリンダヘッド外方部分を構成する吸気管６４が接続されている。この吸気管６４には吸気通路面積を制御するスロットルバルブ６５が配設されている。

上記各排気バルブ開口６３ａ，６３ｂには排気通路のシリンダヘッド内部分を構成する分岐排気ポート６３ｃ，６３ｄが接続されている。この２つの分岐排気ポート６３ｃ，６３ｄは、同じく排気通路のシリンダヘッド内部分を構成する１つの共通の主排気ポート６３ｅに合流している。この主排気ポート６３ｅの外部接続口には、排気通路のシリンダヘッド外方部分を構成する排気管６６が接続されている。

そして上記シリンダヘッド６１の排気側外方には、上記第１実施形態におけるガス貯留室１００と同様の密閉ボックス状のガス貯留室６７が配設されている。このガス貯留室６７には、既燃焼ガス誘導通路（ガス連通路）６８の一端６８ａが該ガス貯留室内に連通するように接続されている。該ガス連通路６８の他端６８ｂは上記一方の分岐排気ポート６３ｄの上記排気バルブ開口６３ｂの下流側近傍部分に連通するように接続されている。

ここで、上記ガス連通路６８の他端６８ｂは、上記排気バルブ開口６３ｂを介して燃焼室内に臨むように、かつ該燃焼室の内周に対して接線方向に向くように形成されている。即ちこのガス誘導通路６８の軸線方向及び配置位置は、上記ガス貯留室６７内に貯留された排気ガスが燃焼室の内周に沿ってスワール流（横渦）をなしつつ燃焼室内に吸入されるように設定されている。

また上記ガス貯留室６７にはピストン６７ａが進退自在に配置されている。このピストン６７ａはアクチュエータ６７ｂにより進退駆動される。これにより上記ガス貯留室６７の容積を自由に変化させることが可能となっている。

また、上記シリンダヘッド６１の吸気側外方には、上記ガス貯留室６７と同様の密閉ボックス状をなす新気貯留室６９が配設されている。この新気貯留室６９には、第１新気連通路７０の一端７０ａが該新気貯留室内に連通するように接続されている。この第１新気連通路７０の他端７０ｂは上記一方の分岐吸気ポート６２ｃの上記吸気バルブ開口６２ａの上流側近傍部分に連通するように接続されている。

上記第１新気連通路７０の他端７０ｂは、上記吸気バルブ開口６２ａを介して燃焼室内に臨むように、かつ該燃焼室の中心寄りに形成された同心円Ｈに対して接線方向に向くように形成されている。即ちこの第１新気連通路７０の軸線方向及び配置位置は、上記新気貯留室６９内に貯留された新気が燃焼室の中心寄りのスワール流（横渦）となって燃焼室内に吸入されるように設定されている。

ここで上記ガス貯留室６７から排出された排気ガスによるスワール流は燃焼室の外周寄りに形成され、上記新気貯留室６９から排出された新気によるスワール流は上記点火プラグ７１側寄りに形成され、この２つのスワール流は層状をなし、これによりいわゆる層状燃焼が実現される。

また上記新気貯留室６９には、第２新気連通路７１の一端７１ａが室内に連通するように接続されている。この第２新気連通路７１の他端７１ｂは、上記吸気管６４のアイドリング開度に位置しているスロットルバルブ６５の下流側直近部分に連通している。

さらにまた上記新気貯留室６９にはピストン６９ａが進退自在に配置されており、該ピストン６９ａはアクチュエータ６９ｂにより進退駆動され、これにより上記新気貯留室６９の容積を自由に変化させることが可能となっている。

そして上記アクチュエータ６７ｂ，６９ｂには、ＥＣＵ７４からガス貯留室容積制御信号Ａ，新気貯留室容積制御信号Ｂが入力される。このＥＣＵは、エンジン回転速度ａ，スロットル開度ｂ，エンジン温度ｃ等のエンジン運転状態を示す信号が入力され、これらの入力信号に基づいて、最適なガス貯留室容積，新気貯留室容積を求め、これらの容積を実現するための上記制御信号Ａ，Ｂを上記各アクチュエータ６７ｂ，６９ｂに出力する。

本第２実施形態では、ガス貯留室６７は、ガス連通路６８によって分岐排気ポート６３ｄの排気バルブ開口６３ｂの下流側近傍に連通しているので、膨張行程の終期付近で排気バルブが排気バルブ開口６３ｂを開くと、排気ガスの高いブローダウン圧力が上記ガス連通路６８に作用し、排気ガスがガス貯留室６７に流入し、該ガス貯留室６７内に正圧でもって貯留される。そして吸気行程において排気バルブが排気バルブ開口６３ｂを閉じる前にピストンが下降開始し、燃焼室内が負圧になると、図１３に符号Ｄで示すように、上記ガス貯留室６７内に貯留されていた排気ガスが上記排気バルブ開口６３ｂを介して燃焼室内に排出される。

そして上記ガス連通路６８は、その軸線が排気バルブ開口６３ｂを通って燃焼室の内周に対して概ね接線をなすように配置されているので、上記ガス貯留室６７からの排気ガスは、燃焼室の周縁寄りにおいて接線方向に排出され、そのため燃焼室の周縁寄りに排気ガスのスワール流が形成される。

上記新気貯留室６９内は前回の吸気行程において負圧になっており、また第１，第２新気連通路７０，７１により吸気通路の吸気バルブ開口近傍，スロットルバルブ下流側近傍に連通しているので、吸気行程の終了により吸気バルブが吸気バルブ開口を閉じると、新気がこの新気貯留室６９内に貯留される。

そして次の吸気行程においてピストンが下降するとともに吸気バルブが吸気バルブ開口６２ａを開くと、上記新気貯留室６９内に貯留されていた新気が第１新気連通路７０を介して吸気バルブ開口６２ａから燃焼室内に吸入される。この場合、新気貯留室６９は、第２連通路７１により吸気通路のスロットルバルブ下流側直近部分と連通しているので、新気が第２連通路７１，新気貯留室６９，及び第１新気連通路７０を介して吸気行程の終期付近まで継続して吸入され、かつ吸気行程の終期側になるほど多くの新気が燃焼室内に吸入される（図１３の符号Ｅ参照）。

そして上記第１新気連通路７０は、その軸線が吸気バルブ開口６２ａを通って燃焼室の点火プラグ７３側寄りに形成された同心円Ｈに対して概ね接線をなすように配置されているので、上記新気貯留室６９からの新気は、燃焼室の中心寄りにおける接線方向に吸入され、そのため燃焼室の中心寄りに新気のスワール流が形成される。

このようにして燃焼室の外周寄りには排気ガスによるスワール流が形成され、点火プラグ７３側寄りには新気によるスワール流が形成される。この外側と内側の二重のスワール流により層状化が実現され、排気ガスの導入によるポンピングロスの低減ひいては燃費の向上を図ることができ、同時に新気のスワール流による燃焼性ひいては排気ガス性状の改善を図ることができる。

なお、上記第１実施形態では、（１）ガス貯留室１００のみを設けた例を説明し、上記第２実施形態では、（２）ガス貯留室６７と新気貯留室６９との両方を設け、かつ新気貯留室６９をスロットルバルブ下流側と連通させた場合を説明したが、本発明では、以下の通り、さらに別の実施形態を採用することができる。

（３）新気貯留室６９のみを設けるとともに、該新気貯留室６９と吸気通路とを上記第１，第２新気連通路７０，７１で連通する。

（４）新気貯留室６９のみを設け、該新気貯留室６９と吸気通路とを上記第１新気連通路７０で連通し、第２新気連通路７１は設けない。

（５）ガス貯留室６７と新気貯留室６９との両方を設ける。但しこの場合に、新気貯留室６９と吸気通路とは、上記第１新気連通路７０のみで連通する。

（６）図１５に示すように排気側にはガス貯留室６７を設け、一方、吸気側には新気貯留室６９を設けることなく吸気通路のスロットルバルブ下流近傍部分と吸気バルブ開口近傍部分とを第３新気連通路７２で直接連通する。この第３新気連通路７２の上流端部７２ａはスロットルバルブ下流近傍に、下流端部７２ｂは吸気バルブ開口近傍に接続され、さらにこの下流端部７２ｂ部分は、燃焼室の中心側寄りに新気のスーワル流が形成されるように軸線方向や配置位置が設定されている。より具体的には、上記下流端部７２ｂは、燃焼室の内周に対して接線方向に向くように配置されている。

図１４は、上記（１）〜（６）の場合における燃費向上効果を説明するための実験結果を示す。本実験では、エンジン排気量１２５cc、ガス貯留室容積３０cc、新気貯留室容積３０ccの自動二輪車で時速３０，５０，７０km/hで走行する場合の燃費率の、上記ガス貯留室, 新気貯留室の何れも備えていない比較例車両に対する向上効果を調査した。なお、上記（６）の場合は、３０km/hで走行した場合のみの実験結果が示されている。

図１３から、上記（１）〜（６）の何れの場合にも比較例より燃費率が向上していることが判る。特に（４），（３），（２）の場合には、３０km/hにおいては、燃費率が比較例に比べて１３％，１６％，２１％と大幅に向上している。

本発明の第１実施形態に係る４サイクル内燃機関の概略構成図である。 上記実施形態に係る４サイクル内燃機関のシリンダーヘッド部分の断面図である。 図２に示したＦ３方向からの矢視図である。 図３に示した既燃焼ガス誘導管の端部を含む排気ポート周辺の拡大図である。 上記実施形態に係る４サイクル内燃機関の一部拡大断面図である。 上記実施形態に係るガス貯留室及び既燃焼ガス誘導管を含む燃焼室の拡大図である。 上記実施形態に係るガス貯留室への既燃焼ガスの流入、及び既燃焼ガス（ＥＧＲガス）のガス貯留室からの排出のタイミングを示す図である。 上記実施形態に係るガス貯留室の容量と、窒素酸化物（ＮＯｘ）との関係を示すグラフである。 上記実施形態に係るガス貯留室の容量と、燃費率との関係を示すグラフである。 上記実施形態に係るガス貯留室の容量と、スロットル（スロットルバルブ）の開度との関係を示すグラフである。 上記実施形態に係るガス貯留室の容量と、炭化水素ガス（ＨＣ）との関係を示すグラフである。 本発明の第２実施形態に係る４サイクル内燃機関の概略構成図である。 上記第２実施形態における排気ガス，新気の導入タイミングを説明するための図である。 本発明に係る各種実施形態における燃費率向上効果を説明するための図である。 上記第２実施形態の変形例を示す図である。

符号の説明

１０ エンジン
１０ｓｈ シリンダーヘッド
２１ 吸気ポート (吸気通路）
２２ 吸気バルブ
２２ａ 弁部
２２ｂ 柄部
２３ 吸気側カムシャフト
２４ バルブシート (吸気通路の燃焼室側開口）
３１ 排気ポート (排気通路）
３２ 排気バルブ
３２ａ 弁部
３２ｂ 柄部
３３ 排気側カムシャフト
３４ バルブシート (排気通路の燃焼室側開口）
４０ 燃焼室
４０ｐ 周部
５１ シリンダー
５２ ピストン
６５ スロットルバルブ
６８，１１０ 既燃焼ガス誘導管（ガス連通路）
６９ 新気貯留室
７０ 第１新気連通路
７１ 第２新気連通路
７２ 第３新気連通路
１００ ガス貯留室
１１０ｅ 端部
Ｇ 既燃焼ガス
Ｈ 同心円
ＱＡ クエンチエリア

Claims (13)

1. 燃焼室と、上記燃焼室に開口する吸気通路と、上記燃焼室に開口する排気通路と、上記吸気通路の燃焼室側開口を開閉する吸気バルブと、上記排気通路の燃焼室側開口を開閉する排気バルブとを備えた４サイクル内燃機関であって、
   上記排気バルブは、上記排気通路の上記燃焼室側開口を開閉する弁部と、該弁部から延びる柄部とを有し、
   上記排気通路内における上記弁部の周辺とガス連通路を介して連通するガス貯留室を備え、
   上記ガス連通路の上記弁部側の端部は、上記燃焼室の内周に沿った方向に延びており、
   膨張行程又は排気行程において上記排気バルブが開いている間に、上記既燃焼ガスが上記ガス貯留室に流入し、
   吸気行程において上記排気バルブが開いている間に、上記ガス貯留室に貯留されている上記既燃焼ガスが上記燃焼室に排出される
   ことを特徴とする４サイクル内燃機関。
2. 請求項１において、上記膨張行程において上記排気バルブが開いたときに、上記既燃焼ガスが上記ガス貯留室に流入する
   ことを特徴とする４サイクル内燃機関。
3. 請求項１において、上記既燃焼ガスが上記燃焼室に排出されるタイミングは、上記吸気バルブ及び上記排気バルブが開いているオーバーラップ期間内であることを特徴とする４サイクル内燃機関。
4. 燃焼室と、上記燃焼室に開口する吸気通路と、上記燃焼室に開口する排気通路と、上記吸気通路の燃焼室側開口を開閉する吸気バルブと、上記排気通路の燃焼室側開口を開閉する排気バルブとを備えた４サイクル内燃機関であって、
   上記排気通路に連通し、上記燃焼室から排出される既燃焼ガスを貯留するガス貯留室と、上記吸気通路に連通し、該吸気通路を流動する新気を貯留する新気貯留室とを備え、
   膨張行程又は排気行程において上記排気バルブが開いている間に、上記既燃焼ガスが上記ガス貯留室に流入し、
   吸気行程において上記排気バルブが開いている間に、上記ガス貯留室に貯留されている上記既燃焼ガスが上記燃焼室に排出され、
   吸気行程において上記吸気バルブが開いている間に、上記新気貯留室に貯留されている新気が上記燃焼室に吸入されることを特徴とする４サイクル内燃機関。
5. 燃焼室と、上記燃焼室に開口する吸気通路と、上記燃焼室に開口する排気通路と、上記吸気通路の燃焼室側開口を開閉する吸気バルブと、上記排気通路の燃焼室側開口を開閉する排気バルブとを備えた４サイクル内燃機関であって、
   上記排気通路に連通し、上記燃焼室から排出される既燃焼ガスを貯留するガス貯留室と、上記吸気通路に連通し、該吸気通路を流動する新気を貯留する新気貯留室及び該新気貯留室と上記吸気通路の燃焼室側開口近傍部分とを連通する第１新気連通路とを備え、
   膨張行程又は排気行程において上記排気バルブが開いている間に、上記既燃焼ガスが上記ガス貯留室に流入し、
   吸気行程において上記排気バルブが開いている間に、上記ガス貯留室に貯留されている上記既燃焼ガスが上記燃焼室に排出され、
   吸気通路の圧力変動により新気が上記第１新気連通路を介して上記新気貯留室に流入し、
   吸気行程において上記吸気バルブが開いている間に、上記新気貯留室に貯留されている新気が上記第１新気連通路を介して燃焼室に吸入される
   ことを特徴とする４サイクル内燃機関。
6. 請求項５において、上記新気貯留室と上記吸気通路とを連通する第２新気連通路を備え、
   吸気通路の圧力変動により新気が上記第１，第２新気連通路を介して上記新気貯留室に流入し、
   吸気行程において上記吸気バルブが開いている間に、上記新気貯留室に貯留されている新気が上記第１新気連通路を介して上記燃焼室に吸入されることを特徴とする４サイクル内燃機関。
7. 請求項６において、上記第２新気連通路は、上記吸気通路のスロットルバルブより下流側近傍部分に連通していることを特徴とする４サイクル内燃機関。
8. 請求項５において、上記ガス貯留室と排気通路とを連通するガス連通路は、燃焼室の内周に対して接線方向に向くように配置されていることを特徴とする４サイクル内燃機関。
9. 請求項８において、上記新気貯留室と吸気通路の燃焼室側開口近傍部分とを連通する第１新気連通路は、燃焼室の中心側に形成された同心円に対して接線方向に向くように配置されていることを特徴とする４サイクル内燃機関。
10. 燃焼室と、上記燃焼室に開口する吸気通路と、上記燃焼室に開口する排気通路と、上記吸気通路の燃焼室側開口を開閉する吸気バルブと、上記排気通路の燃焼室側開口を開閉する排気バルブとを備えた４サイクル内燃機関であって、
    上記吸気通路に第１新気連通路を介して連通し、該吸気通路を流動する新気を貯留する新気貯留室を備え、
    吸気行程において上記吸気バルブが開いている間に、上記新気貯留室に貯留されている新気が上記第１新気連通路を介して上記燃焼室に吸入されることを特徴とする４サイクル内燃機関。
11. 請求項１０において、上記新気貯留室と上記吸気通路とを連通する第２新気連通路を備え、
    上記吸気バルブが閉じている間に、新気が上記第１，第２新気連通路を介して上記新気貯留室に流入し、
    吸気行程において上記吸気バルブが開いている間に、上記新気貯留室に貯留されている新気が上記第１新気連通路を介して上記燃焼室に吸入されることを特徴とする４サイクル内燃機関。
12. 請求項１１において、上記第２新気連通路は、上記吸気通路のスロットルバルブより下流側近傍部分に連通していることを特徴とする４サイクル内燃機関。
13. 燃焼室と、上記燃焼室に開口する吸気通路と、上記燃焼室に開口する排気通路と、上記吸気通路の燃焼室側開口を開閉する吸気バルブと、上記排気通路の燃焼室側開口を開閉する排気バルブと、上記吸気通路の通路面積を変化させるスロットルバルブとを備えた４サイクル内燃機関であって、
    上記排気通路に連通し、上記燃焼室から排出される既燃焼ガスを貯留するガス貯留室を備え、
    上記吸気通路の、上記スロットルバルブより下流側部分と上記燃焼室側開口近傍部分とを連通する第３新気連通路を備え、該第３新気連通路の下流端部は燃焼室の内周に対して接線方向に向くように配置されており、
    膨張行程又は排気行程において上記排気バルブが開いている間に、上記既燃焼ガスが上記ガス貯留室に流入し、
    吸気行程において上記排気バルブが開いている間に、上記ガス貯留室に貯留されている上記既燃焼ガスが上記燃焼室に排出される
    ことを特徴とする４サイクル内燃機関。

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