JPWO2017104230A1 - 内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】 過給シリンダ及び膨張シリンダを有する内燃機関の熱効率を向上させる。【解決手段】 内燃機関１は、スロットルバルブ２Ｃを備えた吸気通路２に接続された過給シリンダ８、過給シリンダに接続されると共に排気通路３に接続された燃焼シリンダ６を備えた内燃機関本体１Ａと、内燃機関本体に回転可能に支持され、過給シリンダ及び燃焼シリンダにそれぞれ受容されたピストン６Ａ、８Ａがそれぞれコンロッドによって接続された共通のクランクシャフト１１と、排気通路と吸気通路とを接続し、既燃焼ガスを吸気通路に供給するＥＧＲ通路５、５Ａとを有する。【選択図】 図１

Description

本発明は、過給シリンダ及び膨張シリンダを有する内燃機関に関する。

内燃機関の熱効率を向上させるために、ターボチャージャやスーパーチャージャ等の過給機が広く使用されている。しかしながら、これらの過給機は、近年活発に開発が進められた結果、その容積効率の向上や流量域の拡大、応答性等が限界に近づきつつある。特に、ターボチャージャは、内燃機関の熱効率が向上するほど利用可能な排気エネルギーが低下するため、今後適用するメリットが薄れる可能性がある。

このような問題を解決し得る発明として、内燃機関本体に空気又は混合気を圧縮する過給シリンダを設けたものがある（例えば、特許文献１）。過給シリンダは、コンロッドを介して内燃機関のクランクシャフトに結合されたピストンの往復動によって空気又は混合気を圧縮し、圧縮した空気又は混合気を燃焼シリンダに供給する。過給シリンダは、クランクシャフトと連動して駆動されるため、ターボチャージャのような過給応答遅れ（ターボラグ）が発生せず、また排気エネルギーを必要としない。また、特許文献１に係る内燃機関では、燃焼シリンダから排出される既燃焼ガスを内燃機関本体に設けられた膨張シリンダに供給し、既燃焼ガスによって膨張シリンダのピストンを駆動させ、既燃焼ガスから更にエネルギーを取り出すようにしている。

米国特許第８，３７１，２５６号公報

上記の内燃機関は、未だ研究段階であり、更なる熱効率の向上の余地がある。

本発明は、以上の背景を鑑み、過給シリンダ及び膨張シリンダを有する内燃機関の熱効率を向上させることを課題とする。

上記課題を解決するために本発明の一態様は、スロットルバルブ（２Ｃ）を備えた吸気通路（２）に接続された過給シリンダ（８）、前記過給シリンダに接続されると共に排気通路（３）に接続された燃焼シリンダ（６）を備えた内燃機関本体（１Ａ）と、前記内燃機関本体に回転可能に支持され、前記過給シリンダ及び前記燃焼シリンダにそれぞれ受容されたピストン（６Ａ、８Ａ）がそれぞれコンロッドによって接続された共通のクランクシャフト（１１）と、前記排気通路と前記吸気通路とを接続し、既燃焼ガスを前記吸気通路に供給するＥＧＲ通路（５、５Ａ）とを有することを特徴とする内燃機関（１）を提供する。

この態様によれば、内燃機関の熱効率が向上する。吸気が過給シリンダを経て燃焼シリンダに供給される構成では、低負荷時にスロットルバルブが絞られることによって吸入負圧が大きくなり、ポンピングロスが比較的大きくなるが、ＥＧＲガスを吸気通路に導入する本態様では、吸入負圧を低減させ、ポンピングロスを低減させることができる。また、ＥＧＲガスの導入によって、燃焼シリンダでの燃焼温度が低下して冷却損失が低減する。また、燃焼温度の低下に伴う燃焼室温度の低下によってノッキングが抑制される。

また、上記の態様において、前記ＥＧＲ通路は、前記吸気通路における前記スロットルバルブと前記過給シリンダ側の端部との間に接続されているとよい。

この態様によれば、過給シリンダの吸入負圧によってＥＧＲガスが吸気通路に導入される。また、ＥＧＲガスがスロットルバルブを通過しないため、スロットルバルブへの煤の付着が抑制される。

また、上記の態様において、前記ＥＧＲ通路には、通過する既燃焼ガスを冷却するＥＧＲクーラー（５Ｂ）が設けられているとよい。

この態様によれば、吸気温度が低下するため、燃焼シリンダの温度が低下してノッキングが抑制されると共に、燃焼温度が低下して冷却損失が低減される。また、吸気密度が増加するため、出力が向上する。

また、上記の態様において、前記ＥＧＲ通路における前記ＥＧＲクーラーよりも前記吸気通路側の部分には、通過する既燃焼ガスの流量を調節するＥＧＲバルブ（５Ｃ）が設けられているとよい。

この態様によれば、ＥＧＲガスの流量調節が可能になる。

また、上記の態様において、前記燃焼シリンダと前記排気通路の間に設けられ、前記内燃機関本体に形成された膨張シリンダ（９）を更に有し、前記膨張シリンダに受容されたピストン（９Ａ）が、コンロッドによって前記クランクシャフトに接続されているとよい。

この態様によれば、膨張シリンダによって、燃焼シリンダで発生した既燃焼ガスからエネルギーが回収される。

また、上記の態様において、前記過給シリンダ及び前記燃焼シリンダの少なくとも一方に燃料を供給する第１インジェクタ（４６）と、前記膨張シリンダに燃料を供給する第２インジェクタ（４７）とを有するとよい。また、１燃焼サイクルにおいて、前記第１インジェクタ及び前記第２インジェクタから供給される燃料量の合計が、前記吸気通路を通過する吸気量に対して略理論空燃比となる量に制御されているとよい。

この態様によれば、燃焼シリンダにおいて希薄燃焼を行うことによって熱効率を向上させると共に、第２インジェクタによる燃焼噴射によって排気ガスの空燃比を、三元触媒の活性に適した理論空燃比にすることができる。また、第２インジェクタから噴射された燃料は、膨張シリンダで燃焼することによって膨張シリンダを駆動させるため、燃費が更に向上する。

また、上記の態様において、前記燃焼シリンダは、それぞれ前記過給シリンダ及び前記膨張シリンダに接続された第１燃焼シリンダ（６）及び第２燃焼シリンダ（７）を含み、前記第１燃焼シリンダ及び前記第２燃焼シリンダのそれぞれに受容されたピストン（６Ａ、７Ａ）が、コンロッドによって前記クランクシャフトに接続され、前記第１燃焼シリンダ及び前記第２燃焼シリンダは、４サイクルで駆動され、前記過給シリンダ及び前記膨張シリンダは、２サイクルで駆動され、前記過給シリンダの圧縮行程は、前記第１燃焼シリンダ及び前記第２燃焼シリンダのいずれかの吸気行程と少なくとも一部が重なり、前記過給シリンダの吸気行程は、前記第１燃焼シリンダ及び前記第２燃焼シリンダのいずれかの排気行程と少なくとも一部が重なるとよい。

この態様によれば、各シリンダを効率良く駆動させることができる。過給シリンダ及び膨張シリンダは２サイクルで駆動されるため、燃焼シリンダを４サイクル（ストローク）とする場合、燃焼シリンダを２個設けることによって、各シリンダの動作を互いに対応させることができる。

また、上記の態様において、前記過給シリンダと前記第１燃焼シリンダとの間、及び前記過給シリンダと前記第２燃焼シリンダとの間には通過する空気を冷却するインタークーラー（４）が設けられているとよい。

この態様によれば、充填効率が向上する。

また、上記の態様において、前記クランクシャフトの軸線方向において、前記第１燃焼シリンダと前記第２燃焼シリンダとの間に前記過給シリンダが配置され、前記インタークーラーは、前記過給シリンダの近傍に配置され、前記クランクシャフトの軸線方向において前記第１燃焼シリンダと対応する部分から前記第２燃焼シリンダと対応する部分まで延びているとよい。

この態様によれば、過給シリンダから第１又は第２燃焼シリンダまでの流路長が短縮される。また、過給シリンダから第１又は第２燃焼シリンダまでの流路長が概ね等しくなる。

また、上記の態様において、前記インタークーラーは、前記過給シリンダの上方に配置されているとよい。

この態様によれば、内燃機関をコンパクトに形成することができる。

また、上記の態様において、前記過給シリンダを開閉する弁（３１、３２）、及び前記膨張シリンダを開閉する弁（３７）の少なくとも一方は、前記燃焼シリンダを開閉する弁（３３、３４、３５、３６）を開閉駆動するカムシャフト（４１、４２）によって開閉駆動されるとよい。

この態様によれば、従来のＳＯＨＣやＤＯＨＣ等の動弁機構を利用して、過給シリンダ及び膨張シリンダを駆動することができる。

以上の構成によれば、過給シリンダ及び膨張シリンダを有する内燃機関において熱効率を向上させることができる。

第１実施形態に係る内燃機関の構成図 （Ａ）第１実施形態に係る各シリンダ及び各クランクピンの位置関係を示す透視側面図、（Ｂ）第１実施形態に係る各シリンダ及び各クランクピンの位置関係を示す透視平面図 第１実施形態に係るクランクシャフトを示す斜視図 第１実施形態に係る動弁機構を示す透視側面図 第１実施形態に係る動弁機構を示す平面図 第１実施形態に係る内燃機関の動作行程図 第１実施形態の変形例に係る内燃機関の各シリンダの配置を示す（Ａ）平面図、（Ｂ）側面図、（Ｃ）正面図 第１実施形態の変形例に係る内燃機関の各シリンダの配置を示す（Ａ）平面図、（Ｂ）側面図 第２実施形態に係る内燃機関の構成図 第２実施形態に係る内燃機関を示す透視側面図 第２実施形態に係る各シリンダの配置を示す平面図 第２実施形態に係るクランクシャフトを示す斜視図 第２実施形態に係る内燃機関の動作行程図 第２実施形態の変形例に係る内燃機関の構成図 第３実施形態に係る内燃機関の各シリンダの配置を示す平面図 （Ａ）第３実施形態に係るクランクシャフトを示す平面図、（Ｂ）第３実施形態に係る各シリンダ及び各クランクピンの位置関係を示す透視側面図 （Ａ）第３実施形態の変形例に係るクランクシャフトを示す平面図、（Ｂ）第３実施形態の変形例に係る各シリンダ及び各クランクピンの位置関係を示す透視側面図

以下、図面を参照して本発明に係る内燃機関の実施形態について説明する。

（第１実施形態）
図１及び図２に示すように、内燃機関１は、内燃機関本体１Ａと、吸気装置２と、排気装置３と、インタークーラー４と、ＥＧＲ装置５とを有する。内燃機関本体１Ａは、シリンダブロック１Ｂと、シリンダブロック１Ｂの上部に結合されたシリンダヘッド１Ｃと、シリンダヘッド１Ｃの上部に結合されたヘッドカバー１Ｄと、シリンダブロック１Ｂの下部に結合されたオイルパン１Ｅとを有する。

シリンダブロック１Ｂの上部には、第１燃焼シリンダ６、第２燃焼シリンダ７、過給シリンダ８、及び膨張シリンダ９が形成されている。各シリンダ６〜９の上端は、シリンダブロック１Ｂの上端面に開口し、シリンダヘッド１Ｃによって閉塞されている。各シリンダ６〜９の下端は、シリンダブロック１Ｂの下部に形成されたクランク室に繋がっている。クランク室にはクランクシャフト１１が配置されている。クランクシャフト１１は、シリンダブロック１Ｂに回転可能に支持されている。説明の便宜上、クランクシャフト１１の軸線Ａは左右に延在しているものとする。

各シリンダ６〜９は、クランクシャフト１１の軸線Ａに沿った方向に一側（右側）から、第１燃焼シリンダ６、膨張シリンダ９、過給シリンダ８、第２燃焼シリンダ７の順で配置されている。すなわち、軸線Ａに沿った方向において、第１燃焼シリンダ６及び第２燃焼シリンダ７の間に、膨張シリンダ９及び過給シリンダ８が配置されている。

クランクシャフト１１の軸線Ａを含み、略上下に延びる面を基準面とすると、第１燃焼シリンダ６及び第２燃焼シリンダ７の軸線は、概ね基準面上に配置されている。なお、第１燃焼シリンダ６及び第２燃焼シリンダ７の軸線は、基準面に対して若干前後にオフセットして配置されてもよい。また、基準面は、クランクシャフト１１の軸線Ａを中心として前後に傾斜していてもよい。膨張シリンダ９の軸線は基準面に対して前方に傾斜し、過給シリンダ８の軸線は基準面に対して後方に傾斜している。膨張シリンダ９及び過給シリンダ８は、いわゆるＶ型に配置されている。膨張シリンダ９及び過給シリンダ８は、前後方向から見て、少なくとも一部が互いに重なりを有することが好ましい。このようにすると、内燃機関１の軸線Ａ方向における長さを短縮することができる。

図３に示すように、クランクシャフト１１は、右側から第１ジャーナル１２Ａ、右第１アーム１３ＡＲ、第１クランクピン１４Ａ、左第１アーム１３ＡＬ、第２ジャーナル１２Ｂ、右第２アーム１３ＢＲ、第２クランクピン１４Ｂ、中央第２アーム１３ＢＣ、第３クランクピン１４Ｃ、左第２アーム１３ＢＬ、第３ジャーナル１２Ｃ、右第３アーム１３ＣＲ、第４クランクピン１４Ｄ、左第３アーム１３ＣＬ、第４ジャーナル１２Ｄを有している。第１〜第４ジャーナル１２（１２Ａ〜１２Ｄ）は、互いに同軸に配置され、クランクシャフト１１の回転軸を構成する。左右の第１アーム１３ＡＲ、１３ＡＬ、左右の第２アーム１３ＢＲ、１３ＢＬ、左右の第３アーム１３ＣＲ、１３ＣＬのそれぞれは、各ジャーナル１２から径方向に延びている。中央第２アーム１３ＢＣは、クランクシャフト１１の周方向に延びている。第１〜第４クランクピン１４（１４Ａ〜１４Ｄ）は、それぞれクランクシャフト１１の軸線Ａと平行に配置されている。第２クランクピン１４Ｂと第３クランクピン１４Ｃとの間にはジャーナルはなく、第２クランクピン１４Ｂと第３クランクピン１４Ｃとは中央第２アーム１３ＢＣによって接続されている。図２（Ａ）に示すように、クランクシャフト１１の軸線Ａに沿った方向から見て、第２クランクピン１４Ｂと第３クランクピン１４Ｃとは少なくとも一部が重なるように配置されているとよい。このようにすると、クランクシャフト１１の剛性が向上する。

第１燃焼シリンダ６に往復動可能に受容された第１燃焼ピストン６Ａは、コンロッド（不図示）を介して第１クランクピン１４Ａに接続されている。膨張シリンダ９に往復動可能に受容された膨張ピストン９Ａは、コンロッドを介して第２クランクピン１４Ｂに接続されている。過給シリンダ８に往復動可能に受容された過給ピストン８Ａは、コンロッドを介して第３クランクピン１４Ｃに接続されている。第２燃焼シリンダ７に往復動可能に受容された第２燃焼ピストン７Ａは、コンロッドを介して第４クランクピン１４Ｄに接続されている。

過給シリンダ８の往復運動部重量と膨張シリンダ９の往復運動部重量との和が、第１燃焼シリンダ６の往復運動部重量と第２燃焼シリンダ７の往復運動部重量との和と略等しく設定されている。これにより、各シリンダ６〜９に生じる慣性力が互いに打ち消し合い、振動が低減される。

図２（Ａ）に示すように、クランクシャフト１１の軸線Ａに沿った方向であって、クランクシャフト１１が時計回りになる側（右側）から見て、第１クランクピン１４Ａ及び第４クランクピン１４Ｄは、同位相（クランク角０°とする）に配置されている。第２クランクピン１４Ｂ及び第３クランクピン１４Ｃは、第１燃焼ピストン６Ａが下死点にあるときに膨張ピストン９Ａ及び過給ピストン８Ａが上死点付近に位置するように、第１クランクピン１４Ａとの位相差が設定されている。

また、第２クランクピン１４Ｂは、第１燃焼ピストン６Ａが下死点にあるときに膨張ピストン９Ａが上死点を過ぎた位置にあるように若干の角度が進角されてもよい。また、第３クランクピン１４Ｃは、第１燃焼ピストン６Ａが下死点にあるときに過給ピストン８Ａが上死点の手前の位置にあるように若干の角度が遅角されてもよい。

膨張シリンダ９の行程容積及び過給シリンダ８の行程容積のいずれも、第１燃焼シリンダ６の行程容積及び第２燃焼シリンダ７の行程容積のいずれよりも大きく設定されている。本実施形態では、第１燃焼シリンダ６及び第２燃焼シリンダ７の行程容積が等しく、膨張シリンダ９及び過給シリンダ８の行程容積が等しく設定されている。他の実施形態では、膨張シリンダ９の行程容積と過給シリンダ８の行程容積とが互いに相違するように設定されてもよい。本実施形態では、各シリンダ６〜９のストロークは等しく設定されており、膨張シリンダ９及び過給シリンダ８の直径が各燃焼シリンダの直径よりも大きく設定されている。

図１に示すように、内燃機関１は、吸気通路を構成する吸気装置２と過給シリンダ８とを接続する過給吸気通路２１と、過給シリンダ８とインタークーラー４のクーラー入口４Ａとを接続する過給排気通路２２と、インタークーラー４の第１出口４Ｂと第１燃焼シリンダ６とを接続する第１吸気通路２３と、第１燃焼シリンダ６と膨張シリンダ９とを接続する第１排気通路２４と、インタークーラー４の第２出口４Ｃと第２燃焼シリンダ７とを接続する第２吸気通路２５と、第２燃焼シリンダ７と膨張シリンダ９とを接続する第２排気通路２６と、膨張シリンダ９と排気通路を構成する排気装置３とを接続する膨張排気通路２７とを有する。各通路２１〜２７は、シリンダヘッド１Ｃに形成された通路や、管部材によって構成されている。

吸気装置２は、上流側からエアインレット２Ａ、エアクリーナ２Ｂ、スロットルバルブ２Ｃ、吸気ヘッダ２Ｄを有している。過給吸気通路２１は、吸気装置２の下流端に接続されている。排気装置３は、上流側から三元触媒３Ａ、消音器３Ｂ、排気出口３Ｃを有している。膨張排気通路２７は、排気装置３の上流端に接続されている。

インタークーラー４は、過給シリンダ８の近傍であって、シリンダヘッド１Ｃ及びヘッドカバー１Ｄの上方、かつ後方に配置されている。より詳細には、インタークーラー４は、後述する動弁機構４０の後方に配置されているとよい。インタークーラー４は、空冷式の熱交換器や、水や他の冷媒を使用する公知の熱交換器であってよい。インタークーラー４は、上述したように、過給排気通路２２に接続されるクーラー入口４Ａと、第１吸気通路２３に接続される第１出口４Ｂと、第２吸気通路２５に接続される第２出口４Ｃとを有する。インタークーラー４は、クーラー入口４Ａから第１出口４Ｂ及び第２出口４Ｃに流れる空気（混合気）を冷却する。図２（Ｂ）に示すように、インタークーラー４は、クランクシャフト１１の軸線Ａと平行に左右に延び、第１燃焼シリンダ６に対向する右端と第２燃焼シリンダ７に対向する左端とを有する。クーラー入口４Ａはインタークーラー４の長手方向における中央に設けられ、第１出口４Ｂはインタークーラー４の右端に設けられ、第２出口４Ｃはインタークーラー４の左端に設けられている。これにより、過給排気通路２２、第１吸気通路２３、及び第２吸気通路２５を短縮することができる。

過給吸気通路２１及び過給排気通路２２の過給シリンダ８側の開口端、第１吸気通路２３及び第１排気通路２４の第１燃焼シリンダ６側の開口端、第２吸気通路２５及び第２排気通路２６の第２燃焼シリンダ７側の開口端、及び膨張排気通路２７の膨張シリンダ９側の開口端は、それぞれ２股に分岐し、各シリンダ６〜９に接続している。

図１に示すように、過給吸気通路２１の分岐した開口端のそれぞれと過給シリンダ８との境界には、それぞれ過給吸気通路２１を開閉する過給吸気弁３１が設けられている。過給排気通路２２の分岐した開口端のそれぞれと過給シリンダ８との境界には、それぞれ過給排気通路２２を開閉する過給排気弁３２が設けられている。第１吸気通路２３の分岐した開口端のそれぞれと第１燃焼シリンダ６との境界には、それぞれ第１吸気通路２３を開閉する第１吸気弁３３が設けられている。第１排気通路２４の分岐した開口端のそれぞれと第１燃焼シリンダ６との境界には、それぞれ第１排気通路２４を開閉する第１排気弁３４が設けられている。第２吸気通路２５の分岐した開口端のそれぞれと第２燃焼シリンダ７との境界には、それぞれ第２吸気通路２５を開閉する第２吸気弁３５が設けられている。第２排気通路２６の分岐した開口端のそれぞれと第２燃焼シリンダ７との境界には、それぞれ第２排気通路２６を開閉する第２排気弁３６が設けられている。膨張排気通路２７の分岐した開口端のそれぞれと膨張シリンダ９との境界には、それぞれ膨張排気通路２７を開閉する膨張排気弁３７が設けられている。過給吸気弁３１、過給排気弁３２、第１吸気弁３３、第１排気弁３４、第２吸気弁３５、第２排気弁３６、及び膨張排気弁３７は、公知のポペットバルブであり、図示しないバルブスプリングに付勢されて通常時には各通路を閉じ、動弁機構４０の作動によって所定のタイミングで各通路２１〜２７を開く。第１排気通路２４と膨張シリンダ９との境界、及び第２排気通路２６と膨張シリンダ９との境界には、開閉弁は設けられていない。

図４に示すように、動弁機構４０は、シリンダヘッド１Ｃとヘッドカバー１Ｄとの間に形成された動弁室１Ｆに配置されている。図５に示すように、動弁機構４０は、クランクシャフト１１と平行に延びる前側カムシャフト４１及び後側カムシャフト４２と、前側ロッカシャフト４３及び後側ロッカシャフト４４とを有する。前側カムシャフト４１及び前側ロッカシャフト４３は、概ね膨張シリンダ９の上方に配置され、後側カムシャフト４２及び後側ロッカシャフト４４は、概ね第１燃焼シリンダ６及び第２燃焼シリンダ７の上方に配置されている。前側カムシャフト４１及び後側カムシャフト４２は、図示しないタイミングチェーン及びスプロケットからなる動力伝達機構によってクランクシャフト１１と連結され、クランクシャフト１１の１／２の回転数で回転する。

前側ロッカシャフト４３には、第１排気ロッカアーム４３Ａ、膨張排気ロッカアーム４３Ｂ、及び第２排気ロッカアーム４３Ｃが回動可能に支持されている。後側ロッカシャフト４４には、第１吸気ロッカアーム４４Ａ、過給吸気ロッカアーム４４Ｂ、過給排気ロッカアーム４４Ｃ、及び第２吸気ロッカアーム４４Ｄが回動可能に支持されている。前側カムシャフト４１に形成された各カム山にそれぞれ所定のタイミングで押圧されることによって、第１排気ロッカアーム４３Ａは第１排気弁３４を開き、膨張排気ロッカアーム４３Ｂは膨張排気弁３７を開き、第２排気ロッカアーム４３Ｃは第２排気弁３６を開く。後側カムシャフト４２に形成された各カム山にそれぞれ所定のタイミングで押圧されることによって、第１吸気ロッカアーム４４Ａは第１吸気弁３３を開き、過給吸気ロッカアーム４４Ｂは過給吸気弁３１を開き、過給排気ロッカアーム４４Ｃは過給排気弁３２を開き、第２吸気ロッカアーム４４Ｄは第２吸気弁３５を開く。このように、第１燃焼シリンダ６及び第２燃焼シリンダ７を開閉する各弁３３〜３６を開閉駆動する前側カムシャフト４１及び後側カムシャフト４２が、過給シリンダ８を開閉する弁３１、３２及び膨張シリンダ９を開閉する弁３７を開閉駆動する。

図６に示すように、過給シリンダ８は、クランクシャフト１１が１回転する間に吸気行程と圧縮行程とを有する２サイクルで駆動される。吸気行程は、過給ピストン８Ａが上死点から下死点まで下降する期間であり、このとき過給吸気弁３１が開かれ、過給排気弁３２が閉じられることによって過給吸気通路２１から過給シリンダ８に空気（混合気）が吸入される。圧縮行程は、過給ピストン８Ａが下死点から上死点まで上昇する期間であり、このとき過給吸気弁３１が閉じられ、過給排気弁３２が開かれることによって過給シリンダ８から過給排気通路２２に空気（混合気）が送られると共に圧縮される。

第１燃焼シリンダ６及び第２燃焼シリンダ７は、公知の４サイクルレシプロエンジンと同様に、クランクシャフト１１が２回転する間に吸気行程、圧縮行程、膨張行程、及び排気行程を行う４サイクルで駆動される。第１燃焼シリンダ６及び第２燃焼シリンダ７は、位相が３６０°ずれている。

膨張シリンダ９は、クランクシャフト１１が１回転する間に膨張行程と排気行程とを有する２サイクルで駆動される。膨張行程は、膨張ピストン９Ａが上死点から下死点まで下降する期間であり、このとき膨張排気弁３７が閉じられることによって第１排気通路２４又は第２排気通路２６から膨張シリンダ９に既燃焼ガスが流れ、膨張ピストン９Ａが押し下げられる。排気行程は、膨張ピストン９Ａが下死点から上死点まで上昇する期間であり、このとき膨張排気弁３７が開かれることによって膨張シリンダ９から膨張排気通路２７に既燃焼ガスが流れる。

クランクシャフト１１が２回転する間において、過給シリンダ８の１回目の圧縮行程は第１燃焼シリンダ６及び第２燃焼シリンダ７の一方の吸気行程と同じタイミングで行われ、過給シリンダ８の２回目の圧縮行程は第１燃焼シリンダ６及び第２燃焼シリンダ７の他方の吸気行程と同じタイミングで行われる。これにより、過給シリンダ８の圧縮行程では、過給シリンダ８から過給排気通路２２及びインタークーラー４を介して第１燃焼シリンダ６又は第２燃焼シリンダ７に空気（混合気）が圧送される。過給シリンダ８の行程容積は第１燃焼シリンダ６及び第２燃焼シリンダ７のそれぞれの行程容積よりも大きいため、第１燃焼シリンダ６又は第２燃焼シリンダ７に供給される空気（混合気）は加圧される。すなわち、過給シリンダ８は、第１燃焼シリンダ６又は第２燃焼シリンダ７に過給することができる。

クランクシャフト１１が２回転する間において、膨張シリンダ９の１回目の膨張行程は第１燃焼シリンダ６及び第２燃焼シリンダ７の一方の排気行程と同じタイミングで行われ、膨張シリンダ９の２回目の膨張行程は第１燃焼シリンダ６及び第２燃焼シリンダ７の他方の排気行程と同じタイミングで行われる。これにより、膨張シリンダ９の膨張行程では、第１燃焼シリンダ６又は第２燃焼シリンダ７から既燃焼ガスが膨張シリンダ９に流入し、膨張ピストン９Ａが下死点に向って押し下げられる。このとき、膨張シリンダ９の行程容積は第１燃焼シリンダ６及び第２燃焼シリンダ７のそれぞれの行程容積よりも大きいため、既燃焼ガスからエネルギーを取り出すことができる。

なお、図６に示すタイミングに対して、過給シリンダ８の各行程を遅角させてもよい。この場合、第１燃焼シリンダ６及び第２燃焼シリンダ７の吸気行程の後期において、過給シリンダ８による圧縮効果が強くなり、過給圧（過給効率）が上昇する。また、なお、図６に示すタイミングに対して、膨張シリンダ９の各行程を進角させてもよい。この場合、第１燃焼シリンダ６及び第２燃焼シリンダ７の排気行程が開始するときに、膨張シリンダ９では膨張ピストン９Ａが既に下降しているため膨張シリンダ９に負圧が発生し、吸い出し効果によって第１燃焼シリンダ６及び第２燃焼シリンダ７から膨張シリンダ９に排気が円滑に流れる。これらの過給シリンダ８の遅角化及び膨張シリンダ９の進角化は、第２クランクピン１４Ｂ及び第３クランクピン１４Ｃの位置調節や、過給シリンダ８及び膨張シリンダ９の位置調節によって達成される。

図１に示すように、ＥＧＲ装置５は、排気装置３と吸気装置２とを接続するように設けられている。ＥＧＲ装置５は、排気装置３の三元触媒３Ａよりも下流側かつ消音器３Ｂよりも上流側の通路部分と、吸気装置２のスロットルバルブ２Ｃよりも下流側の通路部分とを接続するＥＧＲ通路５Ａを有する。ＥＧＲ通路５Ａが三元触媒３Ａよりも下流側に接続されることによって、ＥＧＲガスに起因するデポジットが抑制される。他の実施形態では、ＥＧＲ通路５Ａの排気側の端部は、三元触媒３Ａよりも上流側の通路部分に接続されてもよい。ＥＧＲ装置５は、ＥＧＲ通路５Ａに排気側から順に設けられたＥＧＲクーラー５Ｂと、ＥＧＲバルブ５Ｃとを有する。ＥＧＲクーラー５Ｂは、空冷又は水冷の熱交換器であり、内部を通過するＥＧＲガス（既燃焼ガス）を冷却する。ＥＧＲバルブ５Ｃは、開度調節可能な制御弁であり、ＥＧＲ通路５Ａを流れるＥＧＲガスの流量を調節する。排気装置３の三元触媒３Ａよりも上流側の通路部分は膨張シリンダ９から排出される排気ガスによって圧力が高く、吸気通路のスロットルバルブ２Ｃよりも下流側の通路部分は過給シリンダ８の吸い込みによって負圧が発生しているため、圧力差によってＥＧＲガスがＥＧＲ通路５Ａを排気側から吸気側に流れる。

内燃機関１は、燃料であるガソリンを噴射する第１インジェクタ４６及び第２インジェクタ４７を有する。第１インジェクタ４６は、過給シリンダ８、及び第１及び第２燃焼シリンダ６、７の少なくとも一方に燃料を供給するように設けられており、吸気装置２のスロットルバルブ２Ｃより下流側の通路部分、過給吸気通路２１、過給シリンダ８、第１吸気通路２３、第１燃焼シリンダ６、第２吸気通路２５、及び第２燃焼シリンダ７のいずれかに設けられている。本実施形態では、第１インジェクタ４６が過給吸気通路２１に設けられた例を示す。第１インジェクタ４６が、インタークーラー４よりも下流側に設けられる場合、各燃焼シリンダ６、７に対応して分岐した各通路に第１インジェクタ４６が設けられる。すなわち、第１インジェクタ４６は、第１吸気通路２３又は第１燃焼シリンダ６に１つ、第２吸気通路２５又は第２燃焼シリンダ７に１つ設けられる。第１インジェクタ４６が過給シリンダ８を含みその上流側に設けられた場合、第１燃焼シリンダ６及び第２燃焼シリンダ７までの距離が長く確保されると共に、過給シリンダ８における圧縮、撹拌作用よって混合気の均質化が向上する。また、燃料の気化に伴う吸気の冷却によって、過給シリンダ８に供給される吸気の密度が増加するため、過給シリンダ８の過給効率が向上すると共に、熱効率が向上する。

第２インジェクタ４７は、膨張シリンダ９に燃料を供給するべく、第１排気通路２４、第２排気通路２６、及び膨張シリンダ９のいずれかに設けられる。

第１インジェクタ４６は、空燃比が理論空燃比よりも希薄となるように燃料噴射量が制御される。これにより、各燃焼シリンダでは、燃費に有利な希薄燃焼が行われる。第１燃焼シリンダ６及び第２燃焼シリンダ７には、それぞれ点火プラグ（不図示）が設けられており、燃焼は点火プラグの火花によって開始する。

第２インジェクタ４７は、膨張シリンダ９に直接に燃料を噴射する。第２インジェクタ４７は、全ての第１インジェクタ４６による燃料噴射量と合わせて、空燃比が略理論空燃比となるように燃料噴射量が制御される。膨張シリンダ９には、点火プラグが設けられており、燃焼は点火プラグの火花によって開始する。膨張シリンダ９では第１燃焼シリンダ６又は第２燃焼シリンダ７で発生した既燃焼ガスのエネルギーに加えて、第２インジェクタ４７からの燃料の燃焼エネルギーによって膨張ピストン９Ａが駆動される。

第２インジェクタ４７による燃料噴射によって、三元触媒３Ａに流れる既燃焼ガス（排気ガス）は理論空燃比で燃焼したガスになるため、三元触媒３Ａが適切に機能することができる。また、第２インジェクタ４７から噴射された燃料の燃焼エネルギーは、膨張シリンダ９を駆動するために使用されるため燃費の更なる向上が図れる。

他の実施形態では、膨張シリンダ９の点火プラグを省略し、第２インジェクタ４７から噴射された燃料を自着火させるようにしてもよい。また、第２インジェクタ４７による燃料噴射を休止可能にしてもよい。

以下、第１実施形態に係る内燃機関１の効果について説明する。内燃機関１は、ＥＧＲ装置５によってＥＧＲガスを吸気装置２に導入するため、低負荷時におけるスロットルバルブ２Ｃの開度を比較的大きくして、過給シリンダ８に起因するポンピングロスを低減させることができる。また、ＥＧＲガスの導入によって、燃焼シリンダ６、７での燃焼温度が低下して冷却損失が低減する。また、燃焼温度の低下に伴う燃焼室温度の低下によってノッキングが抑制される。過給シリンダ８は、クランクシャフト１１によって駆動されるため、負荷変動時の過給応答性が高い。ＥＧＲガスは、過給シリンダ８が発生する負圧によって吸気装置２への導入量が増加するため、負荷上昇時に応答性良く導入量が増加する。そのため、第１及び第２燃焼シリンダ６、７においてノッキングが抑制され、点火タイミングのリタードが不要になる。これにより、内燃機関１の熱効率が上昇する。

内燃機関１では、過給シリンダ８の吸入負圧によってＥＧＲガスが吸気通路に導入される。また、ＥＧＲガスがスロットルバルブ２Ｃを通過しないため、スロットルバルブ２Ｃへの煤の付着が抑制される。また、ＥＧＲクーラー５Ｂによって冷却されたＥＧＲガスが各燃焼シリンダ６、７に導入されることによって、各燃焼シリンダ６、７の温度が低下して、更にノッキングが抑制されると共に、燃焼温度が低下して冷却損失が低減される。

内燃機関１では、第１インジェクタ４６から供給される燃料によって、各燃焼シリンダ６、７において希薄燃焼を行って、熱効率を向上させる。そして、第２インジェクタ４７から供給される燃料によって、排気ガスの空燃比を三元触媒３Ａの活性に適した理論空燃比にする。また、第２インジェクタ４７から供給される燃料は、膨張シリンダ９で燃焼することによって膨張シリンダ９を駆動させるため、燃費の低下が抑制される。

内燃機関１では、第１燃焼シリンダ６及び第２燃焼シリンダ７がクランクシャフト１１の軸線Ａ方向における両端部に配置され、互いに離間しているため、内燃機関本体１Ａの放熱が促進される。また、第１燃焼シリンダ６及び第２燃焼シリンダ７の間に過給シリンダ８が配置されているため、過給シリンダ８から第１燃焼シリンダ６への吸気の通路長と、過給シリンダ８から第２燃焼シリンダ７への吸気の通路長との差を小さくすることができる。また、第１燃焼シリンダ６及び第２燃焼シリンダ７の間に膨張シリンダ９が配置されているため、第１燃焼シリンダ６から膨張シリンダ９への排気の通路長と、第２燃焼シリンダ７から膨張シリンダ９への排気の通路長との差を小さくすることができる。これにより、各燃焼シリンダ６、７への吸気量及び排気量が均一になる。

第１実施形態に係る内燃機関１では、過給シリンダ８及び膨張シリンダ９は基準面に対して傾斜し、Ｖ型に配置されているが、図７（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、第１燃焼シリンダ６、第２燃焼シリンダ７、過給シリンダ８、及び膨張シリンダ９は、それぞれの軸線が互いに平行となるように配置されてもよい。この場合、右側から、第１燃焼シリンダ６、膨張シリンダ９、過給シリンダ８、第２燃焼シリンダ７の順で配置し、第１燃焼シリンダ６及び第２燃焼シリンダ７を基準面上に配置し、膨張シリンダ９を基準面に対して前方にオフセットさせ、過給シリンダ８を基準面に対して後方にオフセットさせるとよい。或は、膨張シリンダ９を基準面に対して後方にオフセットさせ、過給シリンダ８を基準面に対して前方にオフセットさせてもよい。また、前方から見て、膨張シリンダ９と過給シリンダ８とが、少なくとも一部において互いに重なりを有するようにするとよい。このように配置すると、第１燃焼シリンダ６、膨張シリンダ９、過給シリンダ８、及び第２燃焼シリンダ７をコンパクトに配置することができ、内燃機関１の小型化が図れる。

また、図８に示すように、第１実施形態に係る内燃機関１の、第１燃焼シリンダ６、過給シリンダ８、膨張シリンダ９、第２燃焼シリンダ７の構成を１つの気筒群としてそれぞれ含む２つのシリンダバンク７１、７２を形成し、Ｖ型に配置してもよい。すなわち、４つの燃焼シリンダと、２つの過給シリンダ８と、２つの膨張シリンダ９とを有する合計８気筒の内燃機関としてもよい。このとき、各シリンダバンク７１、７２の気筒群は、内燃機関の中心を上下に延びる軸線を中心として互いに回転対称形になるように配置されるとよい。この配置では、各シリンダバンク７１、７２の膨張シリンダ９の干渉が避けられるため、各シリンダバンク７１、７２を互いに近接させることができ、内燃機関１の小型化が可能になる。各気筒群を構成する過給シリンダ８及び膨張シリンダ９は、上記の変形例（図７参照）のように互いに平行に配置されてもよく、第１実施形態に係る内燃機関１のようにＶ型に配置されてもよい。また、気筒群どうしは、互いに平行に配置されてもよく、水平対向に配置されてもよい。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態に係る内燃機関１００について説明する。第２実施形態に係る内燃機関１００の内で、第１実施形態に係る内燃機関１と同様の構成については説明を省略し、また同一の符号を付す。

図９〜図１１に示すように、第２実施形態に係る内燃機関１００の内燃機関本体１０１Ａは、左右に延びるクランクシャフト１１１を回転可能に支持するクランクケース１０１Ｂと、クランクケース１０１Ｂ上部に結合され、それぞれ左右に延びる前シリンダブロック１０１Ｃ及び後シリンダブロック１０１Ｄと、前及び後シリンダブロック１０１Ｃ、１０１Ｄの上部にそれぞれ結合された前シリンダヘッド１０１Ｅ及び後シリンダヘッド１０１Ｆと、前及び後シリンダヘッド１０１Ｅ、１０１Ｆの上部にそれぞれ結合された前ヘッドカバー１０１Ｇ及び後ヘッドカバー１０１Ｈと、クランクケース１０１Ｂの下部に結合されたオイルパン１０１Ｊとを有する。前シリンダブロック１０１Ｃ及び後シリンダブロック１０１Ｄはそれぞれ左右に延びている。

後シリンダブロック１０１Ｄには、右側から第１燃焼シリンダ１０３、過給シリンダ１０４、第２燃焼シリンダ１０５が直列に形成されている。前シリンダブロック１０１Ｃには、右側から第３燃焼シリンダ１０６、膨張シリンダ１０７、第４燃焼シリンダ１０８が直列に形成されている。各シリンダ１０３〜１０８の上端は、前及び後シリンダブロック１０１Ｃ、１０１Ｄの上端面に開口し、シリンダヘッド１０１Ｅ、１０１Ｆによって閉塞されている。各シリンダ１０３〜１０８の下端は、シリンダブロック１Ｂの下部に形成されたクランク室に繋がっている。第１燃焼シリンダ１０３、過給シリンダ１０４、及び第２燃焼シリンダ１０５は第１気筒群１０９を構成し、第３燃焼シリンダ１０６、膨張シリンダ１０７、及び第４燃焼シリンダ１０８は第２気筒群１１０を構成する。

第１〜第４燃焼シリンダ１０３、１０５、１０６、１０８は互いに同じ大きさに形成されている。過給シリンダ１０４及び膨張シリンダ１０７は、互いに同じ大きさに形成され、かつ第１燃焼シリンダ１０３よりも大きく形成されている。第１〜第４燃焼シリンダ１０３、１０５、１０６、１０８と過給シリンダ１０４及び膨張シリンダ１０７とは長さが互いに等しく形成され、過給シリンダ１０４及び膨張シリンダ１０７は第１〜第４燃焼シリンダ１０３、１０５、１０６、１０８よりも直径が大きく形成されている。

クランクシャフト１１１の軸線Ａを含み、略上下に延びる基準面に対して、第１気筒群１０９の各シリンダ１０３〜１０５は同じ角度だけ後傾し、第２気筒群１１０の各シリンダ１０６〜１０８は同じ角度だけ前傾している。すなわち、第１気筒群１０９及び第２気筒群１１０はＶ型に形成されている。前方から見て、第１燃焼シリンダ１０３と第３燃焼シリンダ１０６は同じ位置に配置され、過給シリンダ１０４と膨張シリンダ１０７とは同じ位置に配置され、第２燃焼シリンダ１０５と第４燃焼シリンダ１０８は同じ位置に配置されている。

図１２に示すように、クランクシャフト１１１は、右側から第１ジャーナル１１２Ａ、右第１アーム１１３ＡＲ、第１クランクピン１１４Ａ、左第１アーム１１３ＡＬ、第２ジャーナル１１２Ｂ、右第２アーム１１３ＢＲ、第２クランクピン１１４Ｂ、左第２アーム１１３ＢＬ、第３ジャーナル１１２Ｃ、右第３アーム１１３ＣＲ、第３クランクピン１１４Ｃ、左第３アーム１１３ＣＬ、第４ジャーナル１１２Ｄを有している。

図１０に示すように、第１クランクピン１１４Ａは、親子コンロッド１１６を介して、第１燃焼シリンダ１０３に往復動可能に受容された第１燃焼ピストン１０３Ａと、第３燃焼シリンダ１０６に往復動可能に受容された第３燃焼ピストン１０６Ａとに接続されている。親子コンロッド１１６は、第１クランクピン１１４Ａと第１燃焼ピストン１０３Ａ及び第３燃焼ピストン１０６Ａの一方とを接続するマスターコンロッド１１７と、マスターコンロッド１１７と第１燃焼ピストン１０３Ａ及び第３燃焼ピストン１０６Ａの他方とを接続するリンクコンロッド１１８とを有する。本実施形態では、マスターコンロッド１１７は、第１クランクピン１１４Ａに回動可能に支持された筒部１１７Ａ及び筒部の両端部から径方向外方に突設された一対の支持壁１１７Ｂとを有する大端部１１７Ｃと、第１燃焼ピストン１０３Ａのピストンピンに回動可能に支持された小端部（番号省略）と、小端部と大端部１１７Ｃの各支持壁１１７Ｂとを接続するロッド部１１７Ｄとを有する。ロッド部１１７Ｄの大端部側部分は、クランクシャフト１１１の軸線方向に二股に分岐しており、各支持壁１１７Ｂに結合されている。リンクコンロッド１１８は、マスターコンロッド１１７の大端部１１７Ｃの筒部１１７Ａの外周面に回動可能に支持された大端部１１８Ａと、第３燃焼ピストン１０６Ａのピストンピンに回動可能に支持された小端部（番号省略）と、小端部と大端部１１８Ａとを接続するロッド部１１８Ｂとを有する。マスターコンロッド１１７の大端部１１７Ｃとリンクコンロッド１１８の大端部１１８Ａとは、第１クランクピン１１４Ａを中心として互いに同軸に配置されている。マスターコンロッド１１７のロッド部１１７Ｄの小端部側部分とリンクコンロッド１１８のロッド部１１８Ｂとは、クランクシャフト１１１の軸線方向において同位置に配置されている。なお他の実施形態では、リンクコンロッド１１８の大端部１１８Ａは、マスターコンロッド１１７の大端部１１７Ｃの一部に、第１クランクピン１１４Ａの軸線と異なる回動軸線を有して回動可能に支持されてもよい。また、マスターコンロッド１１７が第３燃焼ピストン１０６Ａに接続され、リンクコンロッド１１８が第１燃焼ピストン１０３Ａに接続されてもよい。第２クランクピン１１４Ｂは、上述したものと同様の親子コンロッド１１６を介して、過給シリンダ１０４に往復動可能に受容された過給ピストン１０４Ａと、膨張シリンダ１０７に往復動可能に受容された膨張ピストン１０７Ａとに接続されている。同様に、第３クランクピン１１４Ｃは、上述したものと同様の親子コンロッド１１６を介して、第２燃焼シリンダ１０５に往復動可能に受容された第２燃焼ピストン１０５Ａと、第４燃焼シリンダ１０８に往復動可能に受容された第４燃焼ピストン１０８Ａとに接続されている。

吸気通路を構成する吸気装置２は、上流側からエアインレット２Ａ、エアクリーナ２Ｂを有し、下流端が第１分岐通路２Ｅ及び第２分岐通路２Ｆに分岐している。第１分岐通路２Ｅには第１スロットルバルブ２Ｇが設けられ、第２分岐通路２Ｆには第２スロットルバルブ２Ｈが設けられている。

図９に示すように、内燃機関１００は、吸気装置２の第１分岐通路２Ｅと過給シリンダ１０４とを接続する過給吸気通路１２１と、過給シリンダ１０４とインタークーラー４のクーラー入口４Ａとを接続する過給排気通路１２２と、インタークーラー４の第１出口４Ｂと第１燃焼シリンダ１０３とを接続する第１吸気通路１２３と、第１燃焼シリンダ１０３と排気装置３とを接続する第１排気通路１２４と、インタークーラー４の第２出口４Ｃと第２燃焼シリンダ１０５とを接続する第２吸気通路１２５と、第２燃焼シリンダ１０５と排気装置３とを接続する第２排気通路１２６とを有する。各通路１２１〜１２６は、後シリンダヘッド１０１Ｆに形成された通路や、管部材によって構成されている。

後シリンダヘッド１０１Ｆの上部には、第１実施形態と同様のインタークーラー４が設けられている。インタークーラー４は左右に延び、クランクシャフト１１１の軸線Ａ方向において第１燃焼シリンダ１０３に対向する右端と第２燃焼シリンダ１０５に対応する左端とを有する。

内燃機関１００は、吸気装置２の第２分岐通路２Ｆと第３燃焼シリンダ１０６とを接続する第３吸気通路１３１と、第３燃焼シリンダ１０６と膨張シリンダ１０７とを接続する第３排気通路１３２と、吸気装置２の第２分岐通路２Ｆと第４燃焼シリンダ１０８とを接続する第４吸気通路１３３と、第４燃焼シリンダ１０８と膨張シリンダ１０７とを接続する第４排気通路１３４と、膨張シリンダ１０７と排気装置３とを接続する膨張排気通路１３５とを有する。各通路１３１〜１３５は、前シリンダヘッド１０１Ｅに形成された通路や、管部材によって構成されている。

排気装置３は、第１実施形態と同様の構成を有する。第１排気通路１２４、第２排気通路１２６、及び膨張排気通路１３５は、排気装置３の上流端に接続されている。

ＥＧＲ装置５は、排気装置３の三元触媒３Ａよりも下流側かつ消音器３Ｂよりも上流側の通路部分と、第１分岐通路２Ｅのスロットルバルブ２Ｃよりも下流側の通路部分とを接続するＥＧＲ通路５Ａと、ＥＧＲ通路５Ａの下流端から分岐して第２分岐通路２Ｆのスロットルバルブ２Ｈよりも下流側の通路部分に接続する分岐通路５Ｄとを有する。ＥＧＲ通路５Ａの分岐通路５Ｄが分岐した部分よりも排気側部分にはＥＧＲクーラー５Ｂが設けられ、ＥＧＲ通路５Ａの分岐通路５Ｄが分岐した部分よりも吸気側部分には第１ＥＧＲバルブ５Ｃが設けられ、分岐通路５Ｄには第２ＥＧＲバルブ５Ｅが設けられている。

過給吸気通路１２１と過給シリンダ１０４との境界には過給吸気通路１２１を開閉する過給吸気弁１４１が設けられ、過給排気通路１２２と過給シリンダ１０４との境界には、過給排気通路１２２を開閉する過給排気弁１４２が設けられている。第１吸気通路１２３と第１燃焼シリンダ１０３との境界には、第１吸気通路１２３を開閉する第１吸気弁１４３が設けられ、第１排気通路１２４と第１燃焼シリンダ１０３との境界には第１排気通路１２４を開閉する第１排気弁１４４が設けられている。第２吸気通路１２５と第２燃焼シリンダ１０５との境界には、第２吸気通路１２５を開閉する第２吸気弁１４５が設けられ、第２排気通路１２６と第２燃焼シリンダ１０５との境界には第２排気通路１２６を開閉する第２排気弁１４６が設けられている。第３吸気通路１３１と第３燃焼シリンダ１０６との境界には第３吸気通路１３１を開閉する第３吸気弁１４７が設けられ、第３排気通路１３２と第３燃焼シリンダ１０６との境界には第３排気通路１３２を開閉する第３排気弁１４８が設けられている。第４吸気通路１３３と第４燃焼シリンダ１０８との境界には、第４吸気通路１３３を開閉する第４吸気弁１４９が設けられ、第４排気通路１３４と第４燃焼シリンダ１０８との境界には第４排気通路１３４を開閉する第４排気弁１５０が設けられている。膨張排気通路１３５と膨張シリンダ１０７との境界には、膨張排気通路１３５を開閉する膨張排気弁１５１が設けられている。各弁１４１〜１５１は、公知のポペットバルブであり、図示しないバルブスプリングに付勢されて通常時には各通路を閉じ、後述する後動弁機構１５５又は前動弁機構１５６の作動によって所定のタイミングで各通路を開く。第３排気通路１３２と膨張シリンダ１０７との境界、及び第４排気通路１３４と膨張シリンダ１０７との境界には、開閉弁は設けられていない。

図１０に示すように、後動弁機構１５５は、第１気筒群１０９の各シリンダ１０３〜１０５の各弁を開閉駆動する装置であり、後シリンダヘッド１０１Ｆと後ヘッドカバー１Ｄとの間に形成された後動弁室に配置されている。後動弁機構１５５は、クランクシャフト１１１によって駆動される後第１カムシャフト及び後第２カムシャフトと、後第１ロッカシャフト及び後第２ロッカシャフトと、後第１ロッカシャフトに回転可能に支持され、後第１カムシャフトによって所定のタイミングで第１吸気弁１４３、過給排気弁１４２、第２吸気弁１４５をそれぞれ押圧する各ロッカアームと、後第２ロッカシャフトに回転可能に支持され、後第２カムシャフトによって所定のタイミングで第１排気弁１４４、過給吸気弁１４１、第２排気弁１４６をそれぞれ押圧する各ロッカアームとを含む。

後動弁機構１５５は、公知の気筒休止機構１５５Ａを含む。気筒休止機構１５５Ａは、例えば各ロッカアームに組み込まれるものであってよい。具体例として、気筒休止機構１５５Ａは、ロッカアームをカムシャフトに押圧される部分を含む第１部分と、各弁を押圧する部分を含む第２部分とに分割し、第１部分及び第２部分に変位可能に支持され、油圧によって移動する連結ピンよって、第１部分と第２部分との連結、解除を選択的に行うものであってよい。気筒休止機構１５５Ａは、選択的に、第１気筒群１０９の全ての弁の開作動を停止させ、第１気筒群１０９の駆動を休止させる。

前動弁機構１５６は、第２気筒群１１０の各シリンダ１０６〜１０８の各弁を開閉駆動する装置であり、前シリンダヘッド１０１Ｅと前ヘッドカバー１０１Ｇとの間に形成された前動弁室に配置されている。前動弁機構１５６は、クランクシャフト１１１によって駆動される前第１カムシャフト及び前第２カムシャフトと、前第１ロッカシャフト及び前第２ロッカシャフトと、前第１ロッカシャフトに回転可能に支持され、前第１カムシャフトによって所定のタイミングで第３吸気弁１４７及び第４吸気弁１４９をそれぞれ押圧する各ロッカアームと、前第２ロッカシャフトに回転可能に支持され、前第２カムシャフトによって所定のタイミングで第３排気弁１４８、膨張排気弁１５１、第４排気弁１５０をそれぞれ押圧する各ロッカアームとを含む。

図１３は、内燃機関１００の各シリンダ１０３〜１０８における行程を示す。第１〜第４燃焼シリンダ１０３、１０５、１０６、１０８は４サイクルで駆動される。第２燃焼シリンダ１０５は第１燃焼シリンダ１０３に対して３６０°の位相がずれており、第３燃焼シリンダ１０６は第１燃焼シリンダ１０３に対して、第１燃焼シリンダ１０３と第３燃焼シリンダ１０６がなす角度だけ位相がずれており、第４燃焼シリンダ１０８は第３燃焼シリンダ１０６に対して３６０°の位相がずれている。すなわち、第１〜第４燃焼シリンダ１０３、１０５、１０６、１０８は不等間隔爆発となる。過給シリンダ１０４及び膨張シリンダ１０７は２サイクルで駆動される。過給シリンダ１０４の圧縮行程は、第１燃焼シリンダ１０３又は第２燃焼シリンダ１０５の吸気行程と重なるように設定されている。また、膨張シリンダ１０７の吸気行程は、第３燃焼シリンダ１０６又は第４燃焼シリンダ１０８の排気行程と重なるように配置されている。

図９に示すように、後側の第１気筒群１０９に対して設けられる後側インジェクタ１６１は、過給吸気通路１２１、過給シリンダ１０４、第１吸気通路１２３、第１燃焼シリンダ１０３、第２吸気通路１２５、第２燃焼シリンダ１０５のいずれかに設けられている。本実施形態では、後側インジェクタ１６１は、第１燃焼シリンダ１０３と第２燃焼シリンダ１０５とに設けられている。後側インジェクタ１６１は、気筒休止機構１５５Ａが第１気筒群１０９を休止させるとき、燃料噴射を停止する。前側の第２気筒群１１０に対して設けられる前側インジェクタ１６２は、第３吸気通路１３１又は第３燃焼シリンダ１０６に１つと、第４吸気通路１３３又は第４燃焼シリンダ１０８に１つ設けられている。また、膨張シリンダ１０７に追加のインジェクタ１６３が設けられてもよい。膨張シリンダ１０７に設けられる追加のインジェクタ１６３は、第１実施形態と同様の効果を奏する。

第２実施形態に係る内燃機関１００は、気筒休止機構１５５Ａを備えているため、高負荷時に第１気筒群１０９及び第２気筒群１１０の双方を駆動して高出力運転を行い、低負荷時に第１気筒群１０９を休止して第２気筒群１１０のみを駆動して高効率運転を行うことができる。第１気筒群１０９に過給シリンダ１０４を設け、第２気筒群１１０に膨張シリンダ１０７を設けたため、第１気筒群１０９及び第２気筒群１１０の出力特性の差が大きくなる。そのため、第１気筒群１０９の駆動及び休止を選択することによって、内燃機関１００の出力特性を大きく変化させ、低負荷状態から高負荷状態まで広く対応することができる。内燃機関１００は、低負荷状態では、膨張シリンダ１０７を含む高効率な第２気筒群１１０を使用するため、高効率な運転を行うことができる。

上記の第２実施形態に係る内燃機関１００において、過給シリンダ１０４は第１及び第２燃焼シリンダ１０３、１０５に対して遅角側にオフセットした位置に配置されてもよい。また、膨張シリンダ１０７を第３及び第４燃焼シリンダ１０６、１０８に対して進角側にオフセットした位置に配置されてもよい。

上記の第２実施形態に係る内燃機関１００では、第１気筒群１０９及び第２気筒群１１０はＶ型に配置されているが、第１気筒群１０９及び第２気筒群１１０は互いに平行に配置されてもよい。また、第１気筒群１０９及び第２気筒群１１０が互いに平行に配置された状態で、過給シリンダ１０４は第１及び第２燃焼シリンダ１０３、１０５に対して遅角側にオフセットした位置に配置されてもよい。また、膨張シリンダ１０７を第３及び第４燃焼シリンダ１０６、１０８に対して進角側にオフセットした位置に配置されてもよい。

上記の第２実施形態に係る内燃機関１００の変形例として、図１４に示すように、ＥＧＲ装置５の分岐通路５Ｄ及び第２ＥＧＲバルブ５Ｅを省略し、代わりに第３排気通路１３２と第３吸気通路１３１とを接続する第２ＥＧＲ通路１７１と、第４排気通路１３４と第４吸気通路１３３とを接続する第３ＥＧＲ通路１７２とを設けてもよい。第２ＥＧＲ通路１７１及び第３ＥＧＲ通路１７２は前シリンダヘッド１０１Ｅに形成された通路であることが好ましい。ＥＧＲガス（排気ガス）は、第３排気通路１３２と第３吸気通路１３１との圧力差によって第２ＥＧＲ通路１７１を第３吸気通路１３１側に流れ、第４排気通路１３４と第４吸気通路１３３との圧力差によって第３ＥＧＲ通路１７２を第４吸気通路１３３側に流れる。

（第３実施形態）
第３実施形態に係る内燃機関２００は、図１５に示すように、上記の第２実施形態に係る内燃機関１００において、第１気筒群１０９に対して第２気筒群１１０をクランクシャフト１１１の軸線Ａ方向に沿って左側にオフセットさせた形態を有する。第３実施形態に係る内燃機関２００では、クランクシャフト２０１の軸線Ａ方向において、第３燃焼シリンダ１０６の中心は第１燃焼シリンダ１０３の中心と過給シリンダ１０４の中心との間に位置し、膨張シリンダ１０７の中心は過給シリンダ１０４の中心と第２燃焼シリンダ１０５の中心との間に位置し、第４燃焼シリンダ１０８の中心は第２シリンダの中心よりも過給シリンダ１０４側と相反する側（左側）に配置されている。第３実施形態に係る内燃機関２００では、第１及び第２気筒群１０９、１１０の配置に対応して、クランクシャフト２０１の構成が第２実施形態に係る内燃機関１００のクランクシャフト１１１の構成と異なる。第３実施形態に係る内燃機関２００において、第２実施形態と同様の構成については説明を省略する。

図１６（Ａ）に示すように、第３実施形態に係る内燃機関２００のクランクシャフト２０１は、右側から第１ジャーナル２０２Ａ、右第１アーム２０３ＡＲ、第１クランクピン２０４Ａ、第２クランクピン２０４Ｂ、左第１アーム２０３ＡＬ、第２ジャーナル２０２Ｂ、右第２アーム２０３ＢＲ、第３クランクピン２０４Ｃ、第４クランクピン２０４Ｄ、左第２アーム２０３ＢＬ、第３ジャーナル２０２Ｃ、右第３アーム２０３ＣＲ、第５クランクピン２０４Ｅ、第６クランクピン２０４Ｆ、左第３アーム２０３ＣＬ、第４ジャーナル２０２Ｄを有している。第１クランクピン２０４Ａと第２クランクピン２０４Ｂとは、直接に接続されていてもよく、間にクランクアーム（ウエブ）を介して接続されてもよい。第３クランクピン２０４Ｃと第４クランクピン２０４Ｄとは、直接に接続されていてもよく、間にクランクアーム（ウエブ）を介して接続されてもよい。第５クランクピン２０４Ｅと第６クランクピン２０４Ｆとは、直接に接続されていてもよく、間にクランクアーム（ウエブ）を介して接続されてもよい。

図１６（Ｂ）に示すように、クランクシャフト２０１の軸線Ａ方向から見て、第１クランクピン２０４Ａと第２クランクピン２０４Ｂとは少なくとも一部において重なりを有することが好ましい。同様に、クランクシャフト２０１の軸線Ａ方向から見て、第３クランクピン２０４Ｃと第４クランクピン２０４Ｄとは少なくとも一部において重なりを有することが好ましい。クランクシャフト２０１の軸線Ａ方向から見て、第５クランクピン２０４Ｅと第６クランクピン２０４Ｆとは少なくとも一部において重なりを有することが好ましい。この構成によれば、クランクシャフト２０１の剛性が向上する。

第１クランクピン２０４Ａはコンロッドを介して第１燃焼ピストン１０３Ａに接続され、第２クランクピン２０４Ｂはコンロッドを介して第３燃焼ピストン１０６Ａに接続され、第３クランクピン２０４Ｃはコンロッドを介して過給ピストン１０４Ａに接続され、第４クランクピン２０４Ｄはコンロッドを介して膨張ピストン１０７Ａに接続され、第５クランクピン２０４Ｅはコンロッドを介して第２燃焼ピストン１０５Ａに接続され、第６クランクピン２０４Ｆはコンロッドを介して第４燃焼ピストン１０８Ａに接続されている。

第１クランクピン２０４Ａ及び第５クランクピン２０４Ｅは、同位相に配置されている。第３クランクピン２０４Ｃは、第１燃焼ピストン１０３Ａが下死点に位置するときに過給ピストン１０４Ａが上死点に位置するように配置されている。なお、第３クランクピン２０４Ｃは、第１燃焼ピストン１０３Ａが下死点に位置するときに過給ピストン１０４Ａが上死点より手前に位置するように遅角されていてもよい。

第２クランクピン２０４Ｂ及び第６クランクピン２０４Ｆは、互いに同位相に配置されている。第２クランクピン２０４Ｂは、第１燃焼ピストン１０３Ａが上死点に位置するときに第３燃焼ピストン１０６Ａが上死点に位置するように配置されている。第４クランクピン２０４Ｄは、第２燃焼ピストン１０５Ａが下死点に位置するときに膨張ピストン１０７Ａが上死点に位置するように配置されている。なお、第４クランクピン２０４Ｄは、第３燃焼ピストン１０６Ａが下死点に位置するときに膨張ピストン１０７Ａが上死点を過ぎた位置にあるように進角されていてもよい。

内燃機関２００は、第１燃焼シリンダ１０３と、第３燃焼シリンダ１０６及び第４燃焼シリンダ１０８の一方とが同時に爆発した後、３６０°の間隔をおいて第２燃焼シリンダ１０５と第３燃焼シリンダ１０６及び第４燃焼シリンダ１０８の他方とが同時に爆発を行う。

内燃機関２００では、過給シリンダ１０４の位置を第１燃焼シリンダ１０３に対して遅角側にオフセットさせてもよい。また、膨張シリンダ１０７の位置を第３燃焼シリンダ１０６に対して進角側にオフセットさせてもよい。

内燃機関２００では、第１気筒群１０９と第２気筒群１１０との配置は、Ｖ型でも平行配置でもよい。

第３実施形態の内燃機関２００の一部の構成を変形したものを、第３実施形態の変形例に係る内燃機関３００とする。内燃機関３００は、内燃機関２００と比較して、クランクシャフト３０１の構成が異なる。また、過給シリンダ１０４の位置が第１燃焼シリンダ１０３に対して遅角側にオフセットされ、膨張シリンダ１０７の位置が第３燃焼シリンダ１０６に対して進角側にオフセットさせている。内燃機関３００の他の構成は、内燃機関２００と同様である。

図１７（Ａ）に示すように、右側から第１ジャーナル３０２Ａ、右第１アーム３０３ＡＲ、第１クランクピン３０４Ａ、左第１アーム３０３ＡＬ、第２ジャーナル３０２Ｂ、右第２アーム３０３ＢＲ、第２クランクピン３０４Ｂ、左第２アーム３０３ＢＬ、第３ジャーナル３０２Ｃ、右第３アーム３０３ＣＲ、第３クランクピン３０４Ｃ、左第３アーム３０３ＣＬ、第４ジャーナル３０２Ｄ、右第４アーム３０３ＤＲ、第４クランクピン３０４Ｄ、左第４アーム３０３ＤＬ、第５ジャーナル３０２Ｅ、右第５アーム３０３ＥＲ、第５クランクピン３０４Ｅ、左第５アーム３０３ＥＬ、第６ジャーナル３０２Ｆ、右第６アーム３０３ＦＲ、第６クランクピン３０４Ｆ、左第６アーム３０３ＦＬ、第７ジャーナル３０２Ｇを有している。

第１クランクピン３０４Ａはコンロッドを介して第１燃焼ピストン１０３Ａに接続され、第２クランクピン３０４Ｂはコンロッドを介して第３燃焼ピストン１０６Ａに接続され、第３クランクピン３０４Ｃはコンロッドを介して過給ピストン１０４Ａに接続され、第４クランクピン３０４Ｄはコンロッドを介して膨張ピストン１０７Ａに接続され、第５クランクピン３０４Ｅはコンロッドを介して第２燃焼ピストン１０５Ａに接続され、第６クランクピン３０４Ｆはコンロッドを介して第４燃焼ピストン１０８Ａに接続されている。

第１クランクピン２０４Ａ及び第５クランクピン２０４Ｅは、同位相に配置されている。第３クランクピン２０４Ｃは、第１燃焼ピストン１０３Ａが下死点に位置するときに過給ピストン１０４Ａが上死点に位置するように配置されている。また、第３クランクピン２０４Ｃは、第１燃焼ピストン１０３Ａが下死点に位置するときに過給ピストン１０４Ａが上死点より手前に位置するように遅角されていてもよい。

第２クランクピン２０４Ｂ及び第６クランクピン２０４Ｆは、互いに同位相に配置されている。第２クランクピン２０４Ｂは、第１燃焼ピストン１０３Ａが下死点に位置するときに第３燃焼ピストン１０６Ａが上死点に位置するように配置されている。第４クランクピン２０４Ｄは、第２燃焼ピストン１０５Ａが下死点に位置するときに膨張ピストン１０７Ａが上死点に位置するように配置されている。また、第４クランクピン２０４Ｄは、第３燃焼ピストン１０６Ａが下死点に位置するときに膨張ピストン１０７Ａが上死点を過ぎた位置にあるように進角されていてもよい。

内燃機関３００は、第１燃焼シリンダ１０３、第３燃焼シリンダ１０６及び第４燃焼シリンダ１０８の一方、第２燃焼シリンダ１０５、第３燃焼シリンダ１０６及び第４燃焼シリンダ１０８の他方の順に１８０°の等間隔で爆発を行う。

内燃機関３００では、第１気筒群１０９と第２気筒群１１０との配置は、Ｖ型でも平行配置でもよい。

以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されることなく幅広く変形実施することができる。例えば、内燃機関２００、３００では、第１気筒群１０９と第２気筒群１１０との前後位置は逆であってもよい。また、クランクシャフト２０１、３０１の軸線が前後に延びるように配置され、第１気筒群１０９と第２気筒群１１０とが左右に配置されてもよい。

１ ：内燃機関
１Ａ ：内燃機関本体
２ ：吸気装置（吸気通路）
２Ｃ ：スロットルバルブ
３ ：排気装置（排気通路）
３Ａ ：三元触媒
４ ：インタークーラー
５ ：ＥＧＲ装置
５Ａ ：ＥＧＲ通路
５Ｂ ：ＥＧＲクーラー
５Ｃ ：ＥＧＲバルブ
６ ：第１燃焼シリンダ
７ ：第２燃焼シリンダ
８ ：過給シリンダ
９ ：膨張シリンダ
１１ ：クランクシャフト
４６ ：第１インジェクタ
４７ ：第２インジェクタ
１００ ：内燃機関
１０１Ａ ：内燃機関本体
１０３ ：第１燃焼シリンダ
１０４ ：過給シリンダ
１０５ ：第２燃焼シリンダ
１０６ ：第３燃焼シリンダ
１０７ ：膨張シリンダ
１０８ ：第４燃焼シリンダ
１０９ ：第１気筒群
１１０ ：第２気筒群
１１１ ：クランクシャフト
１５５Ａ ：気筒休止機構
１７１ ：第２ＥＧＲ通路
１７２ ：第３ＥＧＲ通路
Ａ ：軸線

Claims (12)

1. スロットルバルブを備えた吸気通路に接続された過給シリンダ、前記過給シリンダに接続されると共に排気通路に接続された燃焼シリンダを備えた内燃機関本体と、
   前記内燃機関本体に回転可能に支持され、前記過給シリンダ及び前記燃焼シリンダにそれぞれ受容されたピストンがそれぞれコンロッドによって接続された共通のクランクシャフトと、
   前記排気通路と前記吸気通路とを接続し、既燃焼ガスを前記吸気通路に供給するＥＧＲ通路とを有することを特徴とする内燃機関。
2. 前記ＥＧＲ通路は、前記吸気通路における前記スロットルバルブと前記過給シリンダ側の端部との間に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
3. 前記ＥＧＲ通路には、通過する既燃焼ガスを冷却するＥＧＲクーラーが設けられていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の内燃機関。
4. 前記ＥＧＲ通路における前記ＥＧＲクーラーよりも前記吸気通路側の部分には、通過する既燃焼ガスの流量を調節するＥＧＲバルブが設けられていることを特徴とする請求項３に記載の内燃機関。
5. 前記燃焼シリンダと前記排気通路の間に設けられ、前記内燃機関本体に形成された膨張シリンダを更に有し、
   前記膨張シリンダに受容されたピストンが、コンロッドによって前記クランクシャフトに接続されていることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１つの項に記載の内燃機関。
6. 前記過給シリンダ及び前記燃焼シリンダの少なくとも一方に燃料を供給する第１インジェクタと、
   前記膨張シリンダに燃料を供給する第２インジェクタとを有することを特徴とする請求項５に記載の内燃機関。
7. １燃焼サイクルにおいて、前記第１インジェクタ及び前記第２インジェクタから供給される燃料量の合計が、前記吸気通路を通過する吸気量に対して略理論空燃比となる量に制御されていることを特徴とする請求項６に記載の内燃機関。
8. 前記燃焼シリンダは、それぞれ前記過給シリンダ及び前記膨張シリンダに接続された第１燃焼シリンダ及び第２燃焼シリンダを含み、
   前記第１燃焼シリンダ及び前記第２燃焼シリンダのそれぞれに受容されたピストンが、コンロッドによって前記クランクシャフトに接続され、
   前記第１燃焼シリンダ及び前記第２燃焼シリンダは、４サイクルで駆動され、
   前記過給シリンダ及び前記膨張シリンダは、２サイクルで駆動され、
   前記過給シリンダの圧縮行程は、前記第１燃焼シリンダ及び前記第２燃焼シリンダのいずれかの吸気行程と少なくとも一部が重なり、
   前記過給シリンダの吸気行程は、前記第１燃焼シリンダ及び前記第２燃焼シリンダのいずれかの排気行程と少なくとも一部が重なることを特徴とする請求項５〜請求項７のいずれか１つの項に記載の内燃機関。
9. 前記過給シリンダと前記第１燃焼シリンダとの間、及び前記過給シリンダと前記第２燃焼シリンダとの間には通過する空気を冷却するインタークーラーが設けられていることを特徴とする請求項８に記載の内燃機関。
10. 前記クランクシャフトの軸線方向において、前記第１燃焼シリンダと前記第２燃焼シリンダとの間に前記過給シリンダが配置され、
    前記インタークーラーは、前記過給シリンダの近傍に配置され、前記クランクシャフトの軸線方向において前記第１燃焼シリンダと対応する部分から前記第２燃焼シリンダと対応する部分まで延びていることを特徴とする請求項９に記載の内燃機関。
11. 前記インタークーラーは、前記過給シリンダの上方に配置されていることを特徴とする請求項１０に記載の内燃機関。
12. 前記過給シリンダを開閉するバルブ、及び前記膨張シリンダを開閉するバルブの少なくとも一方は、前記燃焼シリンダを開閉するバルブを開閉駆動するカムシャフトによって開閉駆動されることを特徴とする請求項５〜請求項１１のいずれか１つの項に記載の内燃機関。

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