JP5457095B2 - 予混合圧縮着火ガソリンエンジン - Google Patents

Description

本発明は、気筒（シリンダ）内に燃料を直接噴射し、圧縮上死点付近で自己着火させるようにした予混合圧縮着火（以下、ＨＣＣＩ、と記す）ガソリンエンジンに関する。

なお、本願明細書では、吸気ポートを通してシリンダ内に導入される空気を新気と称し、排気ポートを通してシリンダ内に再吸入される排気をＥＧＲガスと称する。また、アルコールやその混合燃料のような液体燃料を使って火花点火をするエンジンを含めて、ガソリンエンジンと総称している。

ガソリンエンジンの有する低エミッション特性を維持しつつディーゼルエンジン並の低燃費を実現する手段としてＨＣＣＩガソリンエンジンが有望視されている。

なお、ＨＣＣＩガソリンエンジンとは、通常のディーゼルエンジンが圧縮上死点付近で燃料を噴射供給するのに対し、燃焼室内に燃料を早期に噴射し、あるいは吸気ポート内で燃料と空気を混合して燃焼室に導入し、圧縮による温度上昇によって化学反応を進行させ、圧縮上死点付近で予混合気を自己着火させるエンジンである。

前記ＨＣＣＩガソリンエンジンでは、ＨＣＣＩ運転可能領域を拡大することが要請されている。

ＨＣＣＩ運転可能領域を拡大する従来例として、例えば特許文献１に開示されたものがある。この従来のＨＣＣＩガソリンエンジンでは、燃焼室内に高温の内部ＥＧＲガス層と低温の新気層とを層状化して形成し、新気層への燃料噴射をＥＧＲガス層への燃料噴射に先行して行い、ＥＧＲガス層への燃料噴射は圧縮上死点付近で運転条件に応じて可変としている。

特開２００１−３２３８２８

前記特許文献１では、気筒内の中心部に高温のＥＧＲガス層を形成するとともに、その周囲に低温の新気層を形成し、ＥＧＲガス層への燃料噴射を圧縮上死点付近で行うようにしている。そのため、EGRガス層の燃料は理論空燃比より濃い状態で燃焼するので、その周りの理論空燃比に近い部分の燃焼によって大量の二酸化窒素を発生する。さらに、ＥＧＲガス層への燃料噴射においては、燃料噴射弁の噴射口からピストンの頂面までの距離、つまり噴射燃料の到達距離が十分確保できず、かつガス層の温度が高いため噴射された燃料がガス層を貫通し易い。その結果、噴射された燃料が十分に微粒化されることなく、高温ガス層の先にあるピストンの頂面に付着し易く、気筒内の燃料濃度を均一にできない。

本発明は、前記従来の実情に鑑みてなされたものであり、気筒内において温度分布をつけるとともに燃料濃度を均一化することにより、着火後の圧力上昇率の低い緩慢燃焼と窒素酸化物の発生を抑制する燃焼を実現し、ＨＣＣＩ運転可能領域を拡大できるＨＣＣＩガソリンエンジンを提供することを課題としている。

点火タイミングの異なる２つの気筒に燃料を供給し、該供給された燃料を自己着火させる予混合圧縮着火（以下、ＨＣＣＩ、と記す）ガソリンエンジンにおいて、
前記２つの気筒の一方の気筒の排気弁を吸気行程から圧縮行程の下死点付近で再度開とする排気弁再開機構と、前記２つの気筒の他方の気筒の排気弁開時の燃焼室内からの圧力波（ブローダウン圧力波）を前記一方の気筒の排気ポートに、かつ該一方の気筒の排気弁の再開期間に作用させることにより排気を前記一方の気筒内に供給するブローダウン圧力波過給機構と、前記一方の気筒の排気弁開口の吸気弁側に、前記排気弁との間に隙間を開けて設けられ、該一方の気筒内に供給された排気（ＥＧＲガス）の一部を前記一方の気筒の前記吸気弁側にて気筒軸方向に方向付けして流下させるガイド壁とを有し、ＥＧＲガスと多量の新気からなり、その過半が吸気側に形成される低温ガス層と、新気と低温ガス層より多量のＥＧＲガスからなり、前記低温ガス層より平均温度が高く、その過半が排気側に形成される高温ガス層とを層状をなすように前記一方の気筒内に形成する層状化機構を備え、
前記ガイド壁は、円形をなす前記排気弁開口の吸気弁側の周縁に沿う円弧状をなしており、前記ガイド壁の排気弁との隙間は、前記排気弁の再開時の流路幅より大きく設定され、かつ該ガイド壁の燃焼室天井壁面からの高さと略等しく設定されており、要求燃料量の過半を吸気行程において吸気ポートに供給し又は気筒内に直接噴射供給するとともに、残りの燃料を圧縮行程前半において噴射燃料が前記低温ガス層を通過後に前記高温ガス層に到達するように気筒内に直接噴射供給することを特徴としている。

請求項２の発明は、請求項１に記載のＨＣＣＩガソリンエンジンおいて、前記層状化機構は、第１気筒の排気弁開時の燃焼室内からの圧力波（ブローダウン圧力波）を第２気筒の排気ポートに、かつ該第２気筒の排気弁の再開期間に作用させることにより排気を第２気筒内に供給するブローダウン圧力波過給機構と、第２気筒内に供給された排気（ＥＧＲガス）が吸気ポートから流入する新気と混合するのを抑制するマスク部材とを備えたことを特徴としている。

請求項３の発明は、請求項１に記載のＨＣＣＩガソリンエンジンにおいて、前記層状化機構は、第２気筒の排気弁を吸気行程から圧縮行程の下死点付近で再度開とする排気弁再開機構と、第１気筒の排気弁開時の燃焼室内からの圧力波（ブローダウン圧力波）を第２気筒の排気ポートに、かつ該第２気筒の排気弁の再開期間に作用させることにより排気を第２気筒内に供給するブローダウン圧力波過給機構と、前記第２気筒の中心側に、前記排気弁との間に隙間を開けて設けられ、該第２気筒内に供給された排気（ＥＧＲガス）の一部を前記第２気筒の中心側にて気筒軸方向に方向付けして流下させるガイド壁とを備えていることを特徴としている。

請求項４の発明は、請求項３に記載のＨＣＣＩガソリンエンジンにおいて、前記ガイド壁は、円形をなす前記排気弁開口の気筒中心側の周縁に沿う円弧状をなしており、前記ガイド壁の排気弁との隙間は、前記排気弁の再開時の流路幅より大きく設定され、前記ガイド壁の燃焼室天井壁面からの高さは前記ガイド壁と排気弁との前記隙間と略等しく設定されていることを特徴としている。

請求項１の発明によれば、気筒内に、主として新気からなる低温ガス層と主としてＥＧＲガスからなる高温ガス層とを層状をなすように形成したので、気筒内に温度の高い部分と低い部分が形成され、気筒内に温度分布がついている。

そして燃料噴射弁を、噴射燃料が前記低温ガス層を通過後に前記高温ガス層に到達するように設定配置した。低温ガス層ではガス温度が低く、ガス粒子の密度が高いので、噴射燃料は低温ガス層を通過する際にガス粒子に衝突して微粒化する。そして高温ガス層ではガス温度が高いので、噴射燃料は前記微粒化とあいまって短時間で気化する。このように前記噴射燃料は、燃料が分布していない高温ガス層にて大部分が気化するので、気筒内では、燃料濃度が均一化する。これにより、圧縮行程上死点近傍で、まず温度の高い部分が自己着火し、そこから温度の低い部分が遅れて自己着火して行くため、圧力上昇率の低い緩慢燃焼が実現される。さらに燃料分布が均一なので窒素酸化物の発生を抑制することができる。その結果、ＨＣＣＩ運転可能領域を高負荷側に拡げることができる。また、高温部分から着火するので、着火に必要な温度まで圧縮によって上昇させるべき平均圧縮温度が低下して燃焼が安定することにより低負荷側の運転域を拡げることができる。

また、前記低温ガス層は吸気側に形成され、前記高温ガス層は排気側に形成され、前記燃料噴射弁は、前記吸気側に配設されているので、噴射された燃料を、低温ガス層を通過した後に高温ガス層に到達させることが容易確実であり、気筒内の燃料濃度を均一化させることができる。

また、要求燃料量の過半を吸気行程において気筒内又は吸気ポート内に噴射供給するとともに、残りの燃料を圧縮行程前半において気筒内に直接噴射供給するようにしたので、まず過半の燃料を低温ガス層に均一に分布させ、残りを高温ガス層に分布させることができ、高負荷運転域においても気筒内の燃料濃度を均一化でき、ＨＣＣＩ可能運転域を高負荷運転域側に拡大できる。

さらにまた、前記高温ガス層の平均温度が、前記低温ガス層の平均温度より高いので、筒内に温度の高い部分と低い部分とを確実に形成でき、温度の高い部分からの確実な燃焼開始を実現できる。

請求項２の発明よれば、前記層状化機構を、ブローダウン圧力波過給機構と、マスク部材とを備えたものとしたので、吸気行程から圧縮行程の下死点付近において排気ポートから温度の高い排気を気筒内に再吸入できるとともに、排気を再吸入した後においては、新気はほとんど流入しないこととなり、ＥＧＲガスと新気が混合するのを抑制してＥＧＲガスを偏在させることができ、温度差のある高温ガス層と低温ガス層とを確実に層状化できる。

請求項３の発明によれば、前記層状化機構を、ブローダウン圧力波過給機構と、ガイド壁とを備えたものとしたので、請求項７と同様に高温ガス層と低温ガス層とを確実に層状化できる。

そして排気弁開口の気筒中心側にガイド壁を、排気弁との間に隙間を開けて設け、前記供給されたＥＧＲガスの一部を気筒中心側にて気筒軸心方向に方向付けして流下させるようにしたので、この気筒中心側の流れによりＥＧＲガスの排気側壁面に沿って流下するＥＧＲ流が吸気弁側に流れるのを抑制でき、これにより、前記高温ガス層を排気弁側に形成し、前記低温ガス層を吸気弁側に形成することかできる。

請求項４の発明によれば、前記ガイド壁の排気弁との隙間を排気弁再開時の流路幅より大きく設定し、ガイド壁の高さを前記ガイド壁と排気弁との隙間と略等しく設定したので、排気行程での流路抵抗を大きくすることなく前記気筒中心側の流れを確実に発生でき、ＥＧＲ流が吸気弁側に過度に流れるのを抑制でき、高温ガス層を排気弁側に確実に形成できる。

本発明の実施例１によるＨＣＣＩガソリンエンジンの模式構成図である。 前記エンジンの断面側面図である。 前記エンジンの動弁装置の模式平面図である。 前記動弁装置の切換機構の模式断面平面図である。 前記エンジンのマスク部材の配置状態を示す模式斜視図である。 前記エンジンのマスク部材の配置状態を示す模式平面図である。 前記エンジンの左側の排気弁ＥＸ２のマスク部材の周長及び配置位置の範囲を説明するための模式平面図である。 前記排気弁ＥＸ２のマスク部材のより好適な配置位置を説明するための模式平面図である。 前記エンジンの気筒内温度分布を示す模式断面側面図である。 前記エンジンの気筒内温度分布を示す模式断面平面図（図９のX-X線断面図）である。 前記エンジンの筒内燃料噴射弁の噴射軸線を示す模式平面図である。 前記エンジンの筒内温度と筒内燃料濃度との関係を説明するための特性図である。 前記エンジンの吸気弁，排気弁の開閉タイミング及びＥＧＲ開閉タイミングを示す図である。 本発明の実施例２によるＨＣＣＩガソリンエンジンの断面側面図である。 前記エンジンのガイド壁を示す、図１４のXV 矢視図である。 前記ガイド壁を示す、図１５のXVI-XVI線断面図である。 前記ガイド壁の高さ，隙間等を示す拡大図である。 前記ガイド壁の配置状態を示す模式図である。 前記エンジンのピストンの平面図である。 前記ピストンを示す、図１０のXX-XX線断面図である。 前記ピストンの側面図である。 前記ピストンの頂面を示す斜視図である。 前記ピストンの頂面を示す斜視図である。 前記エンジンの動作を説明するための図である。 比較例の動作を説明するための図である。 前記エンジンの動作を説明するための図である。 前記エンジンの動作を説明するための図である。

図１〜図１３は本発明の実施例１によるＨＣＣＩガソリンエンジンを説明するための図である。

図において、１は４気筒４バルブＤＯＨＣガソリンエンジンをベースとしたＨＣＣＩガソリンエンジンである。該エンジン１は、♯１気筒〜♯４気筒を備えており、該♯１〜♯４気筒は、それぞれ２本ずつの吸気弁ＩＮ１，ＩＮ２と、２本ずつの排気弁ＥＸ１，ＥＸ２の合計４本の弁を備えている。また、該エンジン１はガソリンを気筒内（シリンダ内）に噴射する筒内燃料噴射弁２４を備え、圧縮比は火花点火燃焼に最適な１２に設定されている。

前記筒内燃料噴射弁２４は、図２，図９に示すように、燃料を、吸気側の燃焼室天井壁付近から、噴射軸線２４ａが気筒軸線Ａに対して反時計回りの角度θをなすように斜め下方に向けて噴射する。前記角度θは、例えば５５度に設定され、燃料は、下死点付近に位置するピストンの頂面の排気側部分と燃焼室１ｃの天井面との間のシリンダ壁の下方に向けて斜め下方に噴射される。

また前記筒内燃料噴射弁２４は、図１１に示すように、３つの噴射口を有し、各噴射口からの３本の噴射軸線２４ａが、該軸線を含む平面上で６０度程度に拡がるように構成されている。また前記筒内燃料噴射弁２４は、噴射燃料が後述する低温ガス層Ｔ２を通過して高温ガス層Ｔ１に到達するように、その噴射燃料到達距離，燃料粒径を有するものが採用される。なお、３噴口に代えて同じ平面上に扇型に噴霧が広がるスリットインジェクターを用いてもよい。

なお、図示していないが、本実施例エンジン１は、前記筒内燃料噴射弁２４の他に、吸気ポート１ｄに燃料を噴射するポート燃料噴射弁を備えている。本実施例エンジン１では、エンジン運転状態に応じて前記筒内燃料噴射弁２４及びポート燃料噴射弁からの噴射燃料量の割合及び噴射タイミングが制御される。

低負荷運転域では、必要燃料量の全量が、圧縮行程前半、例えばＢＴＤＣ１８０°〜１２０°、好ましくはＢＴＤＣ１６０°付近において前記筒内燃料噴射弁２４から気筒内に直接噴射供給される。また、高負荷運転域では、必要燃料量の過半（例えば８０％）が前記ポート燃料噴射弁から供給され、残り（例えば２０％）は前記筒内燃料噴射弁２４から圧縮行程前半、例えばＢＴＤＣ１６０°〜１００°、好ましくはＢＴＤＣ１４０°付近において気筒内に直接噴射供給される。

なお、ポート燃料噴射弁を備える代わりに、前記筒内燃料噴射弁２４により二段階燃料噴射を行うようにしてもよい。この場合、例えば前記高負荷運転域では、吸気行程において最初の燃料噴射を行い、圧縮行程前半において二番目の燃料噴射を行うようにする。

前記エンジン１の点火順序は♯１−♯３−♯４−♯２気筒となっている。該各気筒間の位相（点火間隔）はクランク軸角度で１８０度であり、従って♯１気筒と♯４気筒の位相、及び♯２気筒と♯３気筒の位相はそれぞれ３６０度である。なお、♯１気筒と♯４気筒のピストン位置、及び♯２気筒と♯３気筒のピストン位置は常に同じであり、♯１気筒及び♯４気筒のピストン位置と♯２気筒及び♯３気筒のピストン位置は１８０度異なる。

前記エンジン１の具体的構造を説明する。前記♯１〜♯４気筒の各シリンダボア（気筒）１ａ内には、ピストン１ｂが摺動自在に挿入され、該ピストン１ｂはコンロッド１ｆでクランク軸（図示せず）に連結されている。前記シリンダボア１ａの上側に位置する燃焼室１ｃには、吸気ポート１ｄの吸気弁開口１ｄ′、排気ポート１ｅの排気弁開口１ｅ′が２つずつ開口しており、該各開口を前記第１，第２吸気弁ＩＮ１，２、第１，第２排気弁ＥＸ１，２が開閉するようになっている。

前記第１，第２吸気弁開口１ｄ′，１ｄ′は二股状の吸気ポート１ｄでシリンダヘッド前壁側に導出され、該前壁に開口している。

また前記第１，第２排気弁開口１ｅ′，１ｅ′は、二股状の排気ポート１ｅによりシリンダヘッド後壁側に導出され、該後壁に開口している。なお、１ｎは、前記排気ポート１ｅを２つに画成する隔壁である。

前記吸気弁ＩＮ１，２、排気弁ＥＸ１，２は、動弁装置４により開閉駆動される。この動弁装置４は、前記吸気弁ＩＮ１，２の開期間及びリフト量を連続的に変化可能とする吸気弁駆動機構７と、前記排気弁ＥＸ１，２を開閉する排気弁駆動機構８とを備えている。

前記排気弁駆動機構８は、クランク軸と平行に配置された排気カム軸６，排気ロッカ軸８ｃと、該排気ロッカ軸８ｃにより揺動可能に軸支された排気ロッカアーム８ａ，８ａと、該各ロッカアーム８ａの先端部に軸支されたローラ８ｂとを備えている。前記排気カム軸６には、ベース円部６ｂとリフト部６ｃとを有する排気カムノーズ６ａが前記各排気弁に対応するように形成されている。

前記排気カム軸６の回転により前記排気カムノーズ６ａが前記ローラ８ｂを介して前記ロッカアーム８ａを上下揺動させ、該ロッカアーム８ａの先端部８ｄが前記排気弁ＥＸを開方向に押し下げる。

前記吸気弁駆動機構７は、クランク軸と平行に配置された吸気カム軸５，吸気ロッカ軸７ｅ，及び支持軸７ｄと、該支持軸７ｄに揺動可能に支持された揺動カム７ａと、該揺動カム７ａにより吸気コントロールアーム７ｃを介して揺動駆動される吸気ロッカアーム７ｂとを備えている。前記吸気カム軸５には、各気筒の各吸気弁に対応するように吸気カムノーズ５ａが形成されている。該各吸気カムノーズ５ａはベース円部５ｂと、リフト部５ｃとを有する。

前記吸気ロッカアーム７ｂのリング状の基端部７ｂ′は前記吸気ロッカ軸７ｅにより軸支されている。前記吸気コントロールアーム７ｃのリング状の基端部７ｃ′は、前記吸気ロッカ軸７ｅの軸心から偏心するアーム支持軸７ｅ′により軸支されている。前記吸気ロッカ軸７ｅを回動させると、吸気コントロールアーム７ｃは前後に進退し、先端部のローラ７ｆの前記揺動カム７ａとの摺接開始位置が変化し、もって吸気弁の開期間，リフト量が変化する。

前記吸気カム軸５を回転させると、該吸気カム軸５の吸気カムノーズ５ａが前記揺動カム７ａ，吸気コントロールアーム７ｃを介して前記吸気ロッカアーム７ｂを上下に揺動させ、該吸気ロッカアーム７ｂの先端部が吸気弁ＩＮ１，２を開方向に押し下げる。

また、図２，図５に示すように、排気弁開口１ｅ′には、マスク部材５０が、排気弁ＥＸの弁頭１ｐの外周を所定の角度範囲で覆うように配置されている。このマスク部材５０は、排気逆流（ＥＧＲガス流）を、気筒内壁面の排気ポート側部分に沿って気筒軸線Ａ方向に流下させるためのものである。これにより該ＥＧＲガスが、吸気ポートから流入して気筒内壁面の排気ポート側部分に位置している新気を順次押し出してこれと入れ替わり、もってＥＧＲガスの新気への混合が抑制される。

前記マスク部材５０は、排気弁ＥＸの弁頭１ｐに一体形成されるか、又はシリンダヘッドの燃焼室天井壁側に一体形成されている。またこのマスク部材５０は、円形をなす前記排気弁開口１ｅ′の周縁に沿う円弧状をなしている。またこのマスク部材５０の、排気弁軸方向寸法（高さ寸法）は、該排気弁の後述するＥＧＲ開弁時のリフト量と略同一寸法、具体的には例えば２〜３ｍｍ程度に設定されている。

前記マスク部材５０の周長（周方向長さ），配置位置は、前記ＥＧＲガスの大部分が、気筒内壁面（シリンダボア１ａの内周面）の、気筒軸線Ａを通るクランク軸と平行な気筒直線ｅ′より排気ポート１ｅ側の部分（図６に斜線を施した領域）Ｓに沿って、図２に破線の矢印Ｃに示すように流れるように設定されている。

換言すれば、前記マスク部材５０は、その周長の大部分が、前記排気弁開口１ｅ′，１ｅ′の中心ｅ１′，ｅ１′を結ぶ排気弁開口直線ｅより反排気ポート側、つまり吸気ポート１ｄ側に位置するようにその周長及び配置位置が設定されている。

さらに換言すれば、前記マスク部材５０は、前記排気弁開口の中心ｅ１′を通る該マスク部材の周長の２等分線ｆの延長線が、前記領域Ｓの、前記排気弁開口直線ｅより排気ポート側の部分と交差するようその周長及び配置位置が設定されている。

前記マスク部材５０の周長及び配置位置の具体例を、図６〜図８に基づいて詳述する。なお、左側の排気弁ＥＸ２のマスク部材５０と、右側の排気弁ＥＸ１のマスク部材５０とは、気筒軸線Ａを通るクランク軸と直交する直線ｈを挟んで左右対称形をなす周長、配置位置となっているので、主に左側の排気弁ＥＸ２のマスク部材５０について説明する。

以下、前記マスク部材５０の中心位置及び周長を、排気弁開口１ｅ′の周縁の、最も吸気ポート側に位置する点ｇ（図６参照）を０°として時計回りの角度で示す。

図７は、本発明に含まれるマスク部材の周長，配置位置の範囲を示し、図８はより好適な周長及び配置位置の範囲を示す。

図７において、本実施例のマスク部材５０の周長は、排気弁ＥＸ２の弁頭１ｐの外周の９０度〜１８０を覆う長さに設定されている。また該マスク部材５０は、これの中心線（該マスク部材の２等分線）ｆが３００°〜６０°、時計で表せば１０時〜２時、の範囲内に位置するように配置されている。図７における符号ｍ１は最も短いマスク部材（周長９０°）を中心位置が時計回りで最も前進した位置（６０°（２時））に配置した場合を、符号ｍ２は最も長いマスク部材（周長１８０°）を最も前進した位置（６０°（２時））に配置した場合をそれぞれ示している。また符号ｍ１′は最も短いマスク部材（周長９０°）を中心位置が時計回りで最も後退した位置（３００°（１０時））に配置した場合を、符号ｍ２′は最も長いマスク部材（周長１８０°）を最も後退した位置（３００°（１０時））に配置した場合をそれぞれ示している。

図８は、前記周長９０°〜１８０°のマスク部材５０をより好適な位置に配置した場合を示しており、マスク部材５０はこれの中心位置が時計回りで３０°（１時）から６０°（２時）の範囲内に位置するように配置されている。

前記エンジン１に接続された吸気装置３は、所定の容積を有するサージタンク３ｅと、該サージタンク３ｅから分岐して前記♯１気筒〜♯４気筒のそれぞれの吸気ポート１ｄに接続された分岐管３ａ〜３ｄとを有する。前記サージタンク３ｅの一端に形成された吸入口３ｆには吸気絞り弁３ｇが配設され、該吸気絞り弁３ｇの上流側にはエアクリーナ（図示せず）が接続されている。

また、前記エンジン１に接続された排気装置２は、各気筒の枝管２ａ，２ｄ，２ｂ，２ｃの長さが比較的長く設定され、位相（点火間隔）が３６０度の前記♯１気筒と♯４気筒を連結して排気する第１の排気系２２と、同じく位相３６０度の♯２気筒と♯３気筒を連結して排気する第２の排気系２３とを備えたいわゆる４−２−１排気系となっており、高負荷運転領域において排気干渉が避けられるので出力向上に適している。

前記第１の排気系２２は、♯１気筒，♯４気筒の排気ポートの外部開口に接続された第１，第４枝管２ａ，２ｄと、該両枝管２ａ，２ｄを合流させる第１合流管２ｅを有する。前記第２の排気系２３は、♯２気筒，♯３気筒の排気ポート１ｅに接続された第２，第３枝管２ｂ，２ｃと、該両枝管２ｂ，２ｃを合流させる第２合流管２ｆを有する。そして前記第１，第２合流管２ｅ，２ｆはメイン管２ｇに合流している。

また前記第１，第２合流管２ｅ，２ｆには、上流側触媒２ｉ，２ｉが介設され、前記メイン管２ｇには下流側触媒２ｊが介設されている。さらにまた、前記メイン管２ｇの下流側触媒２ｊより上流側には、排気ポート面積を可変制御する排気絞り弁２ｈが介設されている。

本実施例エンジンは、♯４気筒（第１気筒）の膨張行程から排気行程の下死点付近の燃焼室内圧力波（排気ブローダウン圧力波）を、該♯４気筒と燃焼タイミングが３６０度異なる♯１気筒（第２気筒）の吸気行程から圧縮行程の下死点付近において、排気ポート１ｅに作用させるブローダウン圧力波発生機構４０ａと、前記♯１気筒の排気弁ＥＸ１，２を吸気行程から圧縮行程の下死点付近で再度開くＥＧＲ開弁機構（排気弁再開機構）９とを備えている。これにより前記♯４気筒からの排気ブローダウン圧力波により、温度の高いＥＧＲガスを前記排気ポート１ｅから燃焼室内に過給するブローダウン圧力波過給機構４０が構成されている。

なお、前記ブローダウン圧力波過給機構４０は、前記♯１気筒からの排気ブローダウン圧力波を利用してＥＧＲガスを♯４気筒に過給するようにも構成されており、さらに♯２気筒からの排気ブローダウン圧力を利用して♯３気筒にＥＧＲガスを過給し、逆に♯３気筒からの排気ブローダウン圧力を利用して♯２気筒にＥＧＲガスを過給するようにも構成されている。以下、前記♯１気筒と♯４気筒との関係について詳述する。

前記ブローダウン圧力波発生機構４０ａは、前記♯１気筒と♯４気筒との燃焼タイミングを３６０度ずらすとともに、♯４気筒からの排気ブローダウン圧力波が♯１気筒の吸気行程下死点付近で該♯１気筒の排気ポートに到達するように両気筒間の排気枝管２ａ，２ｄの長さを設定することにより実現される。また前記ＥＧＲ開弁機構９は、吸気カム軸５により♯１気筒の排気弁ＥＸ１，２を、図１３のリフトカーブＥＧＲに示すように、該♯１気筒の吸気行程から圧縮行程の下死点付近で再度開くように構成されている。なお、ブローダウン圧力波でシリンダを加圧するには圧力波が♯１気筒の排気弁ＥＸ１，２の閉弁時期に一致させる必要があるが、加圧が必要でない運転条件ではそれを一致させなくてもよい。

このようにして、本実施例エンジンでは、前記ブローダウン圧力波過給機構４０と前記マスク部材５０とにより、気筒内に高温のＥＧＲガスからなる高温ガス層Ｔ１と、低温の新気からなる低温ガス層Ｔ２とを層状をなすように形成する層状化機構７０が構成されている。

前記ＥＧＲ開弁機構９は、前記吸気カム軸５に形成されたＥＧＲカムノーズ５ａ′と、前記支持軸７ｄに軸支された排気ロッカカム１０と、前記排気ロッカ軸８ｃに軸支された中間レバー１１と、該排気ロッカ軸８ｃの軸心から偏心するアーム支持軸８ｃ′により軸支された排気コントロールアーム１３と、前記排気カム軸６に形成されたＥＧＲガイドカム６ｂ′とを備えている。

前記吸気カム軸５側のＥＧＲカムノーズ５ａ′は、前記吸気カム軸５の２つの吸気カムノーズ５ａ，５ａ間に形成されている。このＥＧＲカムノーズ５ａ′は、前記吸気側のベース円部５ｂと同一径のＥＧＲベース円部５ｂ′と、前記吸気側のリフト部５ｃよりリフト量の小さいＥＧＲリフト部５ｃ′とを有する。

また前記排気カム軸６側のＥＧＲガイドカム６ｂ′は、前記排気カムノーズ６ａのベース円部６ｂと同一径を有する。なお、このＥＧＲガイドカム６ｂ′は、ベース円部のみからなり、リフト部は有しない。

前記排気ロッカカム１０の前記支持軸７ｄを挟んだ一側にはローラ１０ａが配設され、また他側にはカム面１０ｂが形成されている。前記ローラ１０ａは前記ＥＧＲカムノーズ５ａ′に転接しており、前記カム面１０ｂには排気コントロールアーム１３のローラ１３ｂが転接している。

前記中間レバー１１は、概ね三角形状をなし、該三角形の頂角部が前記排気ロッカ軸８ｃにより揺動可能に支持されている。また前記三角形の一方の底角部にはローラ８ｂが軸支され、他方の底角部に続く斜辺部にはカム面１１ａが形成されている。前記ローラ８ｂは前記ＥＧＲガイドカム６ｂ′に転接し、前記カム面１１ａには前記排気コントロールアーム１３の先端に形成された押圧部１３ａが摺接している。

ここで、前記中間レバー１１と２つの排気ロッカレバー８ａ，８ａとの間には、該中間レバー１１の揺動を該排気ロッカレバー８ａ，８ａに伝達するＥＧＲ開弁オン状態と前記揺動を伝達しないＥＧＲ開弁オフ状態との何れかに切替え可能の切替機構１２が配設されている。

前記切替機構１２は、図４に示すように、前記中間レバー１１の先端部及び排気ロッカレバー８ａ，８ａの先端部に同軸をなすように連結穴１２ａを形成し、該連結穴１２ａ内に連結ピストン１２ｂ，１２ｃを軸方向に摺動可能に、かつ軸直角方向に相対移動可能に配置した構造のものである。

また前記連結ピストン１２ｂの一端面と連結穴１２ａの一端とで油圧室１２ｅが形成され、連結ピストン１２ｃの他端面と連結穴１２ａの他端との間にはストッパ１２ｄを介在させてリターンスプリング１２ｆが配設されている。前記油圧室１２ｅには、前記ロッカ軸８ｃに形成された油圧通路を介して油圧を供給可能となっている。

油圧が前記油圧室１２ｅに供給されると、前記連結ピストン１２ｃ，１２ｂが中間レバー１１と排気ロッカレバー８ａとの境界を跨ぐ位置（図４（ａ））に位置し、前記ＥＧＲ開弁オン状態となる。そして前記油圧が開放されると、前記連結ピストン１２ｃと前記連結ピストン１２ｂ及びストッパ１２ｄとの接触部が前記境界に一致し（図４（ｂ））前記ＥＧＲ開弁オフ状態となる。

さらにまた前記吸気カム軸５は、該吸気カム軸５の位相を自由に制御可能の吸気カム位相可変機構１５を備えている。吸気カム軸５の位相を変化させると、吸気弁ＩＮ１，２の吸気行程における開閉時期が変化すると同時に、排気弁ＥＸ１，２のＥＧＲ開弁動作における開閉時期も同じ位相だけ変化する。また前記排気カム軸６は、該排気カム軸６の位相を自由に制御可能の排気カム位相可変機構１６を備えている。

前記♯１気筒（本発明の第２気筒に相当する）に、♯４気筒（本発明の第１気筒に相当する）からの排気ブローダウン圧力波を利用してＥＧＲガスが過給される場合について詳細に説明する。

図１１は、♯１気筒と♯４気筒の排気弁，吸気弁のリフトカーブＥＸ，ＩＮ、ＥＧＲ開弁機構９による排気弁の再度の開時のリフトカーブＥＧＲを示す。同図に示すように、排気弁は、ＥＧＲ開弁機構９により、各気筒の吸気行程から圧縮行程の下死点付近において再度開となる。

本実施例エンジン１では、ＥＧＲガスの過給を行うべき所定の運転域（ＨＣＣＩ運転域）にあっては、上述の切替機構１２の油圧室１２ｅに油圧が供給され、連結ピストン１２ｂ，１２ｃが図４（ａ）の位置に移動し、これにより吸気カム軸５のＥＧＲカムノーズ５ａ′によって排気弁ＥＸ１，２が開閉駆動される。詳細には、ＥＧＲカムノーズ５ａ′のリフト部５ｃ′がローラ１０ａを介して排気ロッカカム１０を揺動させると、この揺動がローラ１３ｂを介して中間レバー１１に伝達され、該中間レバー１１と共に排気ロッカレバー８ａが揺動し、これにより排気弁ＥＸ１，２は図１３に示すリフトカーブＥＧＲに基づいてＥＧＲ開弁動作を行う。

なお、ＥＧＲガスの過給を行わない運転領域にあっては、前記油圧の供給が停止され、連結ピン１２ｂが図４（ｂ）の位置に移動し、中間レバー１１の揺動は排気ロッカレバー８ａには伝達されず、従って排気弁はＥＧＲ開弁動作を行なわない。

本実施例では、前記ＥＧＲ開弁機構９は、高回転領域においては、常時不作動とされる。そのためＥＧＲカム５ａ′によるバルブ加速度を高く設定することができ、ＥＧＲカム５ａ′は開度が狭いにもかかわらず比較的高いリフトが設定されており、短時間で多くのＥＧＲガスを導入できるようにしている。

♯１気筒が吸気下死点に近づくと、♯４気筒の排気弁が膨張行程下死点付近で開き始め、該♯４気筒からの排気ブローダウン圧力波が排気系に排出され、該排気ブローダウン圧力波は、前記特定長さに設定された排気枝管２ｄ，２ａを経て♯１気筒側に向かう（図１３参照）。このとき♯１気筒では、吸気行程から圧縮行程の下死点付近において前記ＥＧＲ開弁機構９が排気弁をリフトカーブＥＧＲに示すように再度開く。この排気弁の再度の開にタイミングを合わせて前記排気ブローダウン圧力波が、♯１気筒の排気ポート１ｅに到達し、この排気ブローダウン圧力波により前記排気ポート１ｅ内のＥＧＲガスが♯１気筒のシリンダボア１ａ内に押し込まれる。

このようにして過給されたＥＧＲガスは、排気弁開口１ｅ′にマスク部材５０が配設されており、かつ該マスク部材５０の高さ寸法がＥＧＲ開弁時のリフト量と略同一寸法に設定されているので、該マスク部材５０の存在しない部分における排気弁の弁頭１ｐと排気弁開口１ｅ′との隙間Ｓ（図５に斜線を施した部分）のみから気筒内に導入される。なお、図５は、排気弁がＥＧＲ開弁している状態を示している。

ここで図９は、マスク部材５０を、周長１８０°とし、その中心が３３０°に位置するように配置した場合に、ピストン１ｂが圧縮行程開始後のＢＴＤＣ１４０°に位置している状態で、シリンダボア１ａを、気筒軸線Ａを含むクランク軸と直角の平面で断面した時の高温ガス層Ｔ１と低温ガス層Ｔ２との層状化状態を等温線で示す。また、図１０は、図９のシリンダボア１ａを筒内燃料噴射弁２４の３本の噴射軸線２４ａを含む平面で断面した時の前記層状化状態を等温線で示す。

図９，図１０に示すように、シリンダボア１ａ内の主として排気側に、新気に多量のＥＧＲガスが含まれることにより温度が高い高温ガス層Ｔ１が形成され、主として吸気側に、新気に高温ガス層Ｔ１より少量のＥＧＲガスが含まれることにより該高温ガス層Ｔ１より温度が低い低温ガス層Ｔ２が形成される。なお、高温ガス層Ｔ１では、ｔ１の温度が最も高く、ｔ２，ｔ３，ｔ４と低くなっている。同様に低温ガス層Ｔ２では、ｔ５の温度が最も高く、ｔ６，ｔ７，ｔ８と低くなっている。具体的には、前記高温ガス層Ｔ１の平均温度は、前記低温ガス層Ｔ１の平均温度より６０〜２４０℃高くなっている。

前記高温ガス層Ｔ１は、排気ポート側からシリンダボア（気筒内壁）１ａの内面に沿って下方に延び、さらにピストン頂面に拡がっている。また、本実施例では、ＥＧＲガスは、排気弁開口１ｅ′と排気弁の弁頭１ｐとの隙間Ｓのマスク部材５０が存在しない部分から主に排気ポート側の気筒内壁面に沿って新気を押し出しつつ下降し、該内壁面に沿うように分布したものと考えられる。

本実施例エンジン１では、上述のように、高負荷運転域では、必要燃料量の、例えば約８０％が、前記ポート燃料噴射弁から吸気ポート１ｄ内に供給され、残りの約２０％が、圧縮行程前半において前記筒内燃料噴射弁２４から気筒内に噴射供給される。

前記筒内燃料噴射弁２４から噴射された燃料は、図９に示すように、低温ガス層Ｔ２を通過して高温ガス層Ｔ１に達することとなる。ここで前記低温ガス層Ｔ２の層厚は、前記筒内燃料噴射弁２４の有する噴射燃料到達距離の２０〜８０％となるよう設定される。低温ガス層Ｔ２ではガス温度が低く、ガス粒子の密度が高いので、噴射燃料は低温ガス層Ｔ２の通過時にガス粒子に衝突して微粒化が進行する。一方、高温ガス層では、ガス温度が高いので、低温ガス層で微粒化した噴射燃料は、高温ガス層で一気に気化する（図９に斜線を施した部分Ｆ参照）。このように、筒内燃料噴射弁２４から噴射された燃料の６０％以上が、燃料のほとんど存在しない高温のＥＧＲガス層内に分布することとなり、その結果、気筒内は、燃料濃度が均一で、かつ温度勾配がついた状態となる。

従って、ピストンが圧縮上死点に近づくと、温度の高い部分が先に着火温度となり、この部分が着火し、遅れて温度の低い側が着火していく。その結果、着火後の圧力上昇率が低く抑えられ、緩慢な燃焼となることに加えて、燃焼温度が窒素酸化物の発生温度を越えるのを抑制でき、高負荷運転域でもＨＣＣＩ運転が可能となる。一方、高温部分は圧縮による温度上昇をそれほど要することなく着火温度となるので、着火に必要な圧縮温度が高い低負荷運転域でも安定したＨＣＣＩ運転が可能となる。

図１２は、前記高温ガス層Ｔ１と低温ガス層Ｔ２との層状化を行い、燃料を吸気ポート及び気筒内に供給するようにした場合の筒内温度と筒内燃料濃度とを関係を示している。同図（ａ）は、必要燃料の全量を吸気ポートに供給した場合を示し、同図（ｂ）は必要燃料の８０％を吸気ポートに供給し、２０％を気筒内に直接噴射供給した場合を示す。

上述のように必要燃料の全量を吸気ポートに供給する場合には、温度の高いＥＧＲガスからなる高温ガス層Ｔ１内にはほとんど燃料が存在しないため、図１２（ａ）に示すように、筒内温度の高い部分（前記高温ガス層部分）Ｈの筒内燃料濃度は、温度の低い部分（前記低温ガス層部分）Ｌの筒内燃料濃度より低くなっている。

仮に、このように高温ガス層の燃料濃度が低い場合、着火に必要な圧縮温度が高くなり、高温リーン部分から着火するものの低温リッチ部分の着火遅れとの差が小さくなり、着火後の圧力上昇率が高くなり、緩慢燃焼が実現されない。

一方、必要燃料の、例えば約８０％をポート燃料噴射弁により吸気ポートに供給し、約２０％を筒内燃料噴射弁２４により気筒内に直接噴射供給した場合、図１２（ｂ）に示すように、筒内において、温度の高い部分Ｈの燃料濃度が高くなり、筒内全体の燃料濃度が均一化され、かつ温度分布がついた状態が形成されている。

このように筒内の燃料濃度が均一化され、かつ筒内温度が高い部分から低い部分まで比較的広く分布するので、圧縮により、まず高温部分が着火し、遅れて低温部分が着火することとなり、圧力上昇率が低くなり、燃焼速度の遅い緩慢な燃焼が実現され、ＨＣＣＩ運転の可能域が高負荷運転域に拡大される。また、高温部分から着火するため、着火に必要な平均圧縮温度が低下するので燃焼が安定して、低負荷運転域においても安定したＨＣＣＩ運転を実現でき、運転可能領域を拡大できる。

本実施例によれば、吸気行程から圧縮行程の下死点付近において、新気の吸入を終了したのちに排気ポートから温度の高い排気を気筒内に再吸入するように構成したので、ＥＧＲガスと新気が混合するのを抑制してＥＧＲガスを偏在させることができ、温度差のある高温ガス層Ｔ１と低温ガス層Ｔ２を形成できる。

さらに排気弁開口１ｅ′，１ｅ′部分に、前記供給されたＥＧＲガスが吸気ポートから流入した新気と混合するのを抑制するマスク部材５０を設けたので、この点からもＥＧＲガスと新気とが混合するのを抑制でき、前記高温ガス層Ｔ１と低温ガス層Ｔ２との温度差をより一層確実に得ることができる。

その結果、圧縮上死点付近で、温度の高い高温ガス層Ｔ１部分から燃焼が開始され、この燃焼する部分が温度の低い低温ガス層Ｔ２に変化していくので、圧力上昇率の低い緩慢燃焼が実現され、ノッキングや燃焼騒音の発生、あるいはエンジンの損傷といった問題を防止でき、さらに窒素酸化物の発生が抑制され、ＨＣＣＩ運転可能領域を拡大できる。

また、前記マスク部材５０の周長及び配置位置を、マスク中心が３００°〜６０°の範囲内に位置するよう設定し、周長を前記マスク中心±９０°〜１８０°としたので、前記供給されたＥＧＲガスが気筒内壁面１ａの、排気弁開口１ｅ′，１ｅ′の中心より排気ポート側の部分に沿って流すことができる。

またマスク部材５０の大部分を、排気弁開口直線ｅより反排気ポート側に位置するよう配置でき、かつマスク部材５０の２等分線（マスク部材の中心）ｆが排気弁開口直線ｅより排気ポート側の気筒内壁面部分と交差するように構成でき、これらの点からも再吸入されたＥＧＲガスを、気筒内壁面の排気ポート側部分に沿って流すことができ、これにより気筒内壁面側の新気を順次内壁付近から追い出してＥＧＲガスを気筒内壁に沿わせて存在させることができる。その結果、ＥＧＲガスの排気ポート側の内壁に沿った部分は新気と接触することがないので、新気との混合を確実に抑制して新気に多量のＥＧＲガスが含まれる温度の高い高温ガス層Ｔ１を形成でき、低温ガス層Ｔ２との温度差をより確実に得ることができる。

さらまた前記マスク部材５０の、排気弁軸方向における高さ寸法を、前記排気弁ＥＸのＥＧＲ開弁時のリフト量以下に設定したので、排気行程における排気の排出の抵抗になることなくＥＧＲガスがマスク側を通って気筒内に流入するを確実に防止でき、上述のようにＥＧＲガスを排気ポート側の気筒内壁面に沿って流入させることができる。なお、マスク部材の高さ寸法を大きくすれば、ＥＧＲガスの流れをより一層確実に規制できるが、排気排出抵抗が大きくなるおそれがある。

なお、前記実施例１では、筒内燃料噴射弁２４は、燃料をシリンダヘッドの吸気側縁部から排気側に向けて斜め下方に噴射するように配置されていたが、筒内燃料噴射弁の１３の配置位置はこれに限定されるものではない。本発明では、筒内燃料噴射弁燃料１３は、噴射燃料が低温ガス層Ｔ２を通過した後に高温ガス層Ｔ１に達するように、その配置位置等が設定されれば良く、例えば、図２に二点鎖線で示す筒内燃料噴射弁２４′のように、シリンダヘッドの燃焼室天井壁部分に、噴射燃料が低温ガス層を通過した後に高温ガス層に到達するように配置することもできる。

図１４〜図２７は本発明の実施例２にかかるＨＣＣＩガソリンエンジンを説明するための図であり、図中、図１〜図１３と同一符号は同一又は相当部分を示す。

本実施例２は、排気弁開口１ｅ′にガイド壁５００を設けた例である。このガイド壁５００は、排気逆流（ＥＧＲガス流）の一部を、気筒中心側から気筒軸線Ａ方向に方向付けして気筒中心縦流Ｂとして流下させるためのものである。この気筒中心縦流Ｂは、気筒内壁面の排気弁側部分に沿って気筒軸線Ａ方向に流れるＥＧＲ流Ｃが、ピストン頂面にて上方に反転する流れＣ′となる際に過度に吸気弁側に流れるのを抑制する作用を有する。即ち、前記ＥＧＲ流Ｃは、吸気ポートから流入して気筒内の排気弁側部分に位置している新気を順次押し出してこれと入れ替わるよう作用するが、前記気筒中心縦流Ｂは、前記反転する流れＣ′を減衰させ、前記ＥＧＲ流Ｃが過度に吸気弁側に流れるのを抑制し、もってＥＧＲガスを排気弁側に留めるように作用する。なお、ガイド壁５００は、基本的に排気弁と排気弁開口との間に形成される流路の抵抗を大きくすることはないので、ＥＧＲ流Ｃの流量，気筒中心縦流Ｂの流量はそれぞれ概ね前記流路の、ガイド壁のない部分の周長，ガイド壁のある部分の周長に比例する。

前記ガイド壁５００は、シリンダヘッドの燃焼室天井壁面に一体形成されている。そしてこのガイド壁５００は、図１５，図１６，図１８に示すように、円形をなす前記排気弁開口１ｅ′の周縁に沿う円弧状をなしており、その大部分は排気弁開口１ｅ′の中心ａを通るクランク軸と平行な直線ｂより吸気弁側に位置し、一部は排気弁側に位置している。

また前記ガイド壁５００は、排気弁軸方向に延びるガイド壁高さＨを有し、また排気弁ＥＸの弁頭１ｐとの間にガイド壁隙間Ｄを有する。

前記ガイド壁隙間Ｄは、ガイド壁５００が流路抵抗とならない十分な寸法に設定されている。具体的には前記ＥＧＲ開弁時の排気弁開口１ｅ′と弁頭１ｐのシール面間寸法である流路幅Ｗと同等又はそれ以上の寸法に、より具体的には例えば２〜３ｍｍ程度に設定されている。

また前記ガイド壁高さＨは、前記排気逆流の一部を気筒中心側にて気筒軸方向の流れに変えるのに十分な高さに設定されている。具体的には、前記ガイド壁隙間Ｄと略同一寸法に、より具体的には例えば２〜３ｍｍ程度に設定されている。

なお、前記ガイド壁高さＨ及びガイド壁隙間Ｄは、ガイド壁５００の周方向において同一寸法であることが望ましいが、燃焼室の天井壁面形状に合わせて変化させても良い。

また、前記ピストン１ｂの頂面１ｇには、前記ＥＧＲ流Ｃの吸気弁側への流れを抑制する凸条部１ｈが形成されている。この凸条部１ｈは、クランク軸方向に延びており、吸気弁側の縁部１ｉはクランク軸と平行に形成されているのに対し、排気弁側の縁部１ｊは吸気弁側を底とする湾曲形状に形成されている。

なお、前記凸条部としては、図２３に示すように、吸気弁側の縁部１ｉ及び排気弁側の縁部１ｊ′の両方ともクランク軸と平行に形成した直線状の凸条部１ｈ′であっても良い。

本実施形態エンジンでは、前記実施例１と同様に、♯４気筒からの排気ブローダウン圧力波が、♯１気筒の排気弁の再度の開にタイミングを合わせて♯１気筒の排気ポート１ｅに到達し、この排気ブローダウン圧力波により前記排気ポート１ｅ内のＥＧＲガスが♯１気筒のシリンダボア１ａ内に押し込まれる。なお、ブローダウン圧力波でシリンダを加圧するには圧力波が♯１気筒の排気弁ＥＸ１，２の閉弁時期に一致させる必要があるが、加圧が必要でない運転条件ではそれを一致させなくてもよい。

このようにして吸入されたＥＧＲガスは、排気弁開口１ｅ′にガイド壁５００が配設されており、かつ該ガイド壁５００の高さ寸法Ｈがガイド壁と排気弁との隙間Ｄと略同一寸法に設定されているので、該ガイド壁５００の存在しない部分における排気弁の弁頭１ｐと排気弁開口１ｅ′との隙間ｓから気筒内にＥＧＲ流Ｃとなって流下する。また同時に、前記ガイド壁５００と弁頭１ｐとの間にガイド壁隙間Ｄが設けられているので、前記ＥＧＲガスの一部は、気筒中心側にて気筒中心縦流Ｂとなって流下する。

このようにガイド壁５００を設けたので、排気逆流を、気筒内壁面の排気弁側部分に沿って気筒軸Ａ方向に流れるＥＧＲ流Ｃとして流下させ、かつ前記排気逆流の一部を、気筒中心側にて気筒軸Ａ方向に方向付けして気筒中心縦流Ｂとして流下させることができる。即ち、前記気筒中心縦流Ｂにより前記ＥＧＲ流Ｃが、ピストン頂面にて上方に反転する流れＣ′となる際に過度に吸気弁側に流れるのを抑制することができる。前述のように、前記ＥＧＲ流Ｃは、吸気ポートから流入して気筒内の排気弁側部分に位置している新気を順次押し出してこれと入れ替わるよう作用するが、前記気筒中心縦流Ｂは、前記ＥＧＲ流Ｃの反転する流れＣ′を減衰させ、該ＥＧＲ流Ｃが過度に吸気弁側に流れるのを抑制し、もってＥＧＲガスを排気側に留めるように作用する。

その結果、気筒内の排気弁側に、新気に多量のＥＧＲガスが含まれることにより温度が高い高温ガス層Ｔ１が形成され、吸気弁側に、新気に前記高温ガス層Ｔ１より少量のＥＧＲガスが含まれることにより該高温ガス層より温度が低い低温ガス層Ｔ２が形成される。

本実施例２においても、前記実施例１と同様に、筒内燃料噴射弁２４から圧縮行程前半において噴射された燃料は、低温ガス層Ｔ２を通過して高温ガス層Ｔ１に達する。この場合、前記噴射された燃料は、低温ガス層Ｔ２通過時に微粒化され、高温ガス層Ｔ１において気化することにより、噴射された燃料の６０％以上が高温ガス層Ｔ１内に分布することとなる。

ここで図２４（ａ），（ｂ），（ｃ）は、前記ガイド壁５００を設けた場合で、かつピストン１ｂが圧縮行程開始後のＢＴＤＣ１２０°，６０°，０°に位置している状態での温度分布を示す。各図の左側部分は、シリンダボア１ａを気筒軸線Ａを含むクランク軸と直角の平面で断面した時の温度分布を示し、各図の右側はシリンダボア１ａ内の燃焼室天井壁〜ピストン頂面間の略中央にて気筒軸線Ａと直交する平面で断面した時の温度分布を示す。また図２５（ａ），（ｂ），（ｃ）は排気弁との間に隙間を有しないマスクを設けた場合の比較例の温度分布を示す。また、図２４（ｃ），図２５（ｃ）における１ｈは、ピストン１ｂの凸条部を示し、この部分には新気もＥＧＲガスも存在しない。

図２５に示すように、排気弁との間に隙間を有しないマスクを設けた場合には、ＥＧＲ流Ｃが過度に吸気側に流れ、高温ガス層Ｔ１が吸気弁側に形成され、低温ガス層Ｔ２が排気弁側に形成されている。また高温ガス層Ｔ１が形成されている吸気弁側にも低温ガス層Ｔ２が形成されており、従って吸気弁側では高温ガス層Ｔ１と低温ガス層Ｔ２との温度差は大きくないと考えられる。

一方、図２４に示すように、ガイド壁隙間Ｄを有するガイド壁５００を備えた場合には、排気弁側にＥＧＲ流Ｃが形成されるとともに、気筒中心側には気筒中心縦流Ｂが形成されている。これによりＥＧＲ流Ｃが過度に吸気弁側に流れるのが気筒中心縦流Ｂにより抑制され、その結果ＥＧＲガスが排気側に集まっており、高温ガス層Ｔ１が排気弁側に形成されていることが判る。

また図２６は、ピストン１ｂの頂面１ｇに湾曲形状の凸条部１ｈ（図２２参照）を設けた場合の効果を示し、図２７は直線条の凸条部１ｈ′（図２３参照）を備えた場合の効果を示す。

前記湾曲条の凸条部１ｈ，直線条の凸条部１ｈ′の何れにもおいても、前記ＥＧＲ流Ｃのピストン頂面上で反転する流れＣ′を抑制する効果が得られている。また、前記凸条部１ｈ，１ｈ′によりＥＧＲガスを排気弁側に留めることができ、排気弁側に高温ガス層Ｔ１が形成されていることがわかる。なかでも、湾曲状の凸条部１ｈを設けた場合には、排気弁側により多くのＥＧＲガスを集めることができる。

本実施形態によれば、吸気行程から圧縮行程の下死点付近において排気ポートから温度の高い排気を気筒内に再吸入するように構成したので、新気の吸入を終了したのちに排気を再吸入こととなり、ＥＧＲガスと新気が混合するのを抑制してＥＧＲガスを偏在させることができ、温度差のある低温ガス層Ｔ２と高温ガス層Ｔ１を形成できる。

さらに排気弁開口１ｅ′，１ｅ′部分にガイド壁隙間Ｄ及びガイド壁高さＨを有するガイド壁５００を設けたので、前記供給されたＥＧＲ流Ｃが吸気弁側に流れるのを抑制する気筒中心縦流Ｂを形成でき、ＥＧＲガスを排気弁側に留めることができる。これにより排気弁側に温度の高い高温ガス層Ｔ１を形成するとともに吸気弁側に低温ガス層Ｔ２を形成でき、かつ両者の温度差を明確にすることができる。また、燃焼室壁温が高い排気側に高温ガス層Ｔ１を形成したので、壁面冷却による高温ガス層Ｔ１の温度低下を抑制できる。

その結果、温度の高い高温ガス層Ｔ１部分から燃焼が開始され、燃焼する部分が温度の低い低温ガス層Ｔ２に変化していくので、圧力上昇率が低くなり、ノッキングや燃焼騒音、あるいはエンジンの損傷といった問題を防止でき、さらに窒素酸化物の発生が抑制され、ＨＣＣＩ運転可能領域を拡大できる。

さらまた前記ガイド壁５００の、ガイド壁隙間Ｄを排気弁と排気弁開口とのシール面間寸法である流路幅Ｗより大きく設定するとともに、排気弁軸方向におけるガイド壁高さＨを、前記ガイド壁隙間Ｄ程度に設定したので、排気行程における排気の排出の抵抗になることなくＥＧＲガスがガイド壁５００側を通って気筒内に流入する気筒中心縦流Ｂを確実に発生させることができる。なお、ガイド壁高さＨを大きくすれば、ＥＧＲガスの気筒中心縦流Ｂをより一層確実に形成できるが、排気排出抵抗が大きくなるおそれがある。

また、ピストン１ｂの頂面１ｇに、排気弁側と吸気弁側とを仕切るように設けられた凸条部１ｈを備えたので、前記ＥＧＲ流Ｃのピストン頂面１ｇで反転した流れＣ′が吸気弁側に流れるのを抑制でき、この点からもＥＧＲガスを排気弁側に留めることができ、排気弁側に高温ガス層Ｔ１を確実に形成できる。

また、前記凸条部１ｈを、吸気弁側を底とする湾曲形状に形成したので、前記反転流Ｃ′の吸気弁側への流れをより確実に抑制でき、排気弁側に高温ガス層Ｔ１をより確実に形成することができる。

さらにまた、吸気弁INが実質的に閉じた後において排気弁EXを実質的に再開するようにしたので、新気がＥＧＲガスによって排出されるのを防止できる。

また、前記排気弁EXの再開リフト量やタイミングを運転状況に応じて変化させるようにしたので、排気弁EXの再開リフト量，再開タイミング及び再開期間をエンジン負荷に応じて適切に制御することができる。

なお、本発明におけるガイド壁の周長，高さ寸法，弁頭との隙間は、本願の各請求項に記載の発明の趣旨に反しない範囲であらゆるものが選択可能であり、前記実施形態に記載のものに限定されることはない。

さらにまた前記燃焼室天井壁の、吸気弁開口１ｄ′と排気弁開口１ｅ′との間に位置する平坦面であるいわゆるスキッシュエリアの側壁に形成された段差部分を利用して前記ガイド壁を構成しても良い。

また、前記実施形態では、通常の排気行程を実行する排気弁をＥＧＲ弁に兼用したが、ＥＧＲ専用の弁を設けても勿論構わない。

１ ＨＣＣＩガソリンエンジン
１ａ 気筒
１３ 筒内燃料噴射弁
４０ ブローダウン圧力波過給機構
５０ マスク
６０ ＥＧＲガス再吸入機構
６１ 新気吸入機構
７０，７１ 層状化機構
Ｔ１ 高温ガス層
Ｔ２ 低温ガス層

Claims (1)

1. 点火タイミングの異なる２つの気筒に燃料を供給し、該供給された燃料を自己着火させる予混合圧縮着火（以下、ＨＣＣＩ、と記す）ガソリンエンジンにおいて、
   前記２つの気筒の一方の気筒の排気弁を吸気行程から圧縮行程の下死点付近で再度開とする排気弁再開機構と、
   前記２つの気筒の他方の気筒の排気弁開時の燃焼室内からの圧力波（ブローダウン圧力波）を前記一方の気筒の排気ポートに、かつ該一方の気筒の排気弁の再開期間に作用させることにより排気を前記一方の気筒内に供給するブローダウン圧力波過給機構と、
   前記一方の気筒の排気弁開口の吸気弁側に、前記排気弁との間に隙間を開けて設けられ、該一方の気筒内に供給された排気（ＥＧＲガス）の一部を前記一方の気筒の前記吸気弁側にて気筒軸方向に方向付けして流下させるガイド壁とを有し、
   ＥＧＲガスと多量の新気からなり、その過半が吸気側に形成される低温ガス層と、新気と低温ガス層より多量のＥＧＲガスからなり、前記低温ガス層より平均温度が高く、その過半が排気側に形成される高温ガス層とを層状をなすように前記一方の気筒内に形成する層状化機構を備え、
   前記ガイド壁は、円形をなす前記排気弁開口の吸気弁側の周縁に沿う円弧状をなしており、
   前記ガイド壁の排気弁との隙間は、前記排気弁の再開時の流路幅より大きく設定され、かつ該ガイド壁の燃焼室天井壁面からの高さと略等しく設定されており、
   要求燃料量の過半を吸気行程において吸気ポートに供給し又は気筒内に直接噴射供給するとともに、残りの燃料を、圧縮行程前半において噴射燃料が前記低温ガス層を通過後に前記高温ガス層に到達するように気筒内に直接噴射供給する
   ことを特徴とするＨＣＣＩガソリンエンジン。

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