JP2017155647A - 内燃機関の排気システム - Google Patents

Abstract

【課題】液圧式可変バルブ開閉機構によって排気再循環処理が適切に行え、始動も良好に行える内燃機械の排気システムを提供する。【解決手段】回動するカム５１の作用によって第１排気バルブ２３及び第２排気バルブ２４を開閉動作させるバルブ開閉機構は、液媒体の液圧の調整によって第１排気バルブ２３の開閉タイミング及び開閉量が制御可能な液圧式可変バルブ開閉機構４０と、リンク部材５２が往復動することによって第２排気バルブ２４が開閉するように構成された直動式バルブ開閉機構５０とを有している。排気再循環処理は、吸気行程中に第１排気バルブ２３の開弁期間を設定することによって行われ、第１排気バルブ２３のバルブ径が、第２排気バルブ２４のバルブ径よりも大きく形成されている。【選択図】図２

Description

本発明は、吸気行程中に排気ガスの一部を排気ポートを通じて気筒に導入する排気再循環処理が行われる内燃機関の排気システムに関し、その中でも特に、バルブのリフトタイミング及びリフト量が、液媒体の液圧の調整によって可変できる、液圧式可変バルブ開閉機構を備えた排気システムに関する。

排気再循環処理が行われる内燃機関（エンジン）は、例えば特許文献１や特許文献２に開示されている。

特許文献１には、エンジンの運転状態が、回転数及び冷却水温度が共に低い領域にある場合に、冷却水の昇温を促進させるために、排気行程と吸気行程とで排気バルブが２度開かれるエンジンが開示されている。そして、特許文献２には、ＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）の再生処理時などに、排気行程に加えて吸気行程でも排気バルブが開かれるエンジンが開示されている。

排気バルブを２度開くために、特許文献１には、直動式バルブ開閉機構をベースにしたバルブ開閉機構（ＶＶＭ）が開示されている。そのＶＶＭは、カム山が１つの第１カムとカム山が２つの第２カムとからなる２種類のカムと、これらカムと排気バルブとの間に介在するリンク部材と、を有しており、第１及び第２のいずれか一方のカムを選択して使用することで、排気バルブの２度開きを行っている（その機構の詳細については特許文献３を参照）。

液圧式可変バルブ開閉機構の一例は、特許文献４に開示されている。

特許文献４の可変バルブ機構（液圧式可変バルブ開閉機構に相当）は、動力の伝達媒体となるオイルが充填された油通路を内部に有する油圧ユニットを有している。油通路は、回転するカムと排気バルブ等との間に介在しており、油通路に設けられたソレノイドバルブを開閉して油通路のオイル量を増減することにより、バルブの開閉タイミングや開閉量が自在に制御できるようになっている。

特開２０１３−１３３７６５号公報 特開２０１１−２５２４７３号公報 特開２０１５−５９４６２号公報 特開２００８−３０８９９８号公報

一般に、排気再循環処理は、エンジンの低負荷領域で圧縮自着火燃焼が実施される場合に行われている（いわゆる内部ＥＧＲ）。その際、最適な燃焼を実現して燃費の向上等を図るためには、エンジン負荷に応じて、排気バルブの開閉タイミング（バルブタイミング）や開閉量（リフト量）をきめ細かく調整し、導入する排気ガス量（内部ＥＧＲ量）を円滑に変化させることが望まれる。

それに対し、特許文献１のＶＶＭのように、使用するカムを切り換えて排気バルブを開く機構では、排気バルブの動作は各カムによって規定されるため、その開閉タイミングや開閉量を機械的にきめ細かく変化させるためには、複雑な機構が必要になる。従って、内部ＥＧＲ量を円滑に変化させるためには、機構の複雑化、大型化は避けられず、円滑化するにも限界がある。

その点、液圧式可変バルブ開閉機構であれば、バルブの開閉タイミングや開閉量を連続的に可変できるうえに、排気バルブの開閉タイミングや開閉量を変更することも制御プログラムの変更で対応可能であり、機械的変更が不要な利点もある。従って、特許文献４のエンジンのように、各気筒の排気バルブ全てに、液圧式可変バルブ開閉機構を用いれば、内部ＥＧＲ量を円滑に変化させることができるので、最適な燃焼が行え、利便性にも優れる。

ところが、液圧式可変バルブ開閉機構の場合、安定して作動するためには一定の液圧が必要である。そのため、特許文献４のように、全て吸排気バルブに液圧式可変バルブ開閉機構を用いた場合、一定の液圧が立ち上がる前に始動すると、バルブが開かないため、全ての燃焼室の空気を圧縮や膨張させながらクランキングすることになり、スタータモータでは始動できないおそれがある。従って、特許文献４のエンジンで安定して始動するには、液圧が立ち上がるまで待機する必要がある。

そこで、本発明の目的は、液圧式可変バルブ開閉機構によって排気再循環処理が適切に行え、始動も良好に行える内燃機械の排気システムを提供することにある。

開示する排気システムは、吸気行程中に排気ガスの一部を排気ポートを通じて気筒に導入する排気再循環処理が行われる内燃機関の排気システムである。前記気筒は、第１排気バルブ及び第２排気バルブと、前記内燃機関のクランクシャフトの回転力により回動されるカムの作用によって前記第１排気バルブ及び前記第２排気バルブを開閉動作させるバルブ開閉機構と、を有している。前記バルブ開閉機構は、前記カムの動力が液媒体を介して前記第１排気バルブに伝わることによって当該第１排気バルブが開閉するように構成され、前記液媒体の液圧の調整によって前記第１排気バルブの開閉タイミング及び開閉量が制御可能な液圧式可変バルブ開閉機構と、前記カムと前記第２排気バルブとの間に介在するリンク部材が往復動することによって前記第２排気バルブが開閉するように構成された直動式バルブ開閉機構と、を有している。そして、前記排気再循環処理は、吸気行程中に前記第１排気バルブの開弁期間を設定することによって行われ、前記第１排気バルブのバルブ径が、前記第２排気バルブのバルブ径よりも大きく形成されている。

すなわち、この排気システムでは、第２排気バルブの開閉動作は、カムが直接的に作用する直動式バルブ開閉機構で行われるので、始動時に燃焼室が密閉状態になることが回避され、従来と同様に、スタータモータで始動することができる。

そして、第１排気バルブの開閉動作は液圧式可変バルブ開閉機構で行われるので、排気行程に限らず吸気行程においても、その開閉タイミングや開閉量を変えて多様なバルブ制御ができるので、機関回転数や機関負荷に応じて、排気再循環処理により筒内に導入される排気ガス量を精度よく調節することが可能になり、酸素量不足による失火を防止できるので燃焼安定性を確保することができる。第１排気バルブの開閉タイミング及び開閉量も、制御プログラムの追加や変更によって自在に設定できるので、排気再循環処理が適切に行えるだけでなく、冷却水の昇温促進や触媒の活性化促進も容易に行える。

更にこの場合、吸気行程では第１排気バルブだけが開閉されるため、排気ガスの導入量が不足するおそれがあるが、第１排気バルブのバルブ径が、第２排気バルブのバルブ径よりも大きく形成されているので、必要な量の排気ガスを安定して導入することができる。また、第２排気バルブのバルブ開閉機構が簡素化されるので、複雑な装置や、その装置の駆動に要するエネルギー消費が削減できる利点もある。

具体的には、前記第１排気バルブは、排気行程と、吸気行程の初期段階の各々において２度開かれるようにするのが好ましい。

吸気行程の初期段階で第１排気バルブを開くことで、時間的余裕をもって排気ガスを導入でき、必要な排気ガス量を安定して導入できる。そして、吸気バルブの開き動作が、第１排気バルブの開き動作に遅れて開始されることになるため、新気よりも先に排気ガスが導入され、排気ガスの割合が高い状態でのガス割合のばらつきを効果的に抑制できる。

また、前記排気再循環処理は、圧縮自着火が行われるＣＩ燃焼領域で行われ、前記液圧式可変バルブ開閉機構が、前記ＣＩ燃焼領域で、前記内燃機関の負荷に応じて前記第１排気バルブの開閉量を連続的に変化させるようにしてもよい。

そうすれば、排気再循環処理を適切に行うことができる。

更に、前記気筒は、第１吸気バルブと、前記第１吸気バルブよりもバルブ径の小さい第２吸気バルブと、を更に有し、前記第１排気バルブ及び前記第１吸気バルブ、並びに、前記第２排気バルブ及び前記第２吸気バルブ、の各々が、前記気筒の中心に対して対称状に配置されているようにしてもよい。

第１排気バルブと第２排気バルブとでバルブ径を異ならせた場合、気筒の横断面積に対して不均衡な配置になるため、場合によっては、ボア径の拡張が必要になるなど、制約が生じるおそれがある。それに対し、そのように配置すれば、狭い領域にバランスよく４つのバルブを配置できるので、ボア径の小さい気筒であっても、相対的に大きなバルブを設けることが可能になる。

本発明の排気システムによれば、液圧式可変バルブ開閉機構によって排気再循環処理が適切に行え、始動も良好に行えるようになる。

実施形態のエンジンを示す概略図である。 実施形態のエンジンの概略上面図である。 気筒の上部を下方から見た概略図である。 図２のＩ−Ｉ線における概略断面図である。 図２のＩＩ−ＩＩ線における概略断面図である。 液圧式可変バルブ開閉機構を示す概略図である。 直動式バルブ開閉機構を示す概略図である。 エンジンの作動領域と最適なガス割合との関係を表したマップである。 排気バルブの開閉パターンを示す図である。 実施形態の変形例の要部を示す概略図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。ただし、以下の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物あるいはその用途を制限するものではない。

図１及び図２に、本実施形態のエンジン１（内燃機関の一例）を示す。このエンジン１は、自動車に搭載される直列４気筒エンジンであり、その作動状態のうち、低負荷領域では圧縮自着火燃焼（ＣＩ燃焼）が行われ、高負荷領域では火花点火燃焼（ＳＩ燃焼）が行われるように設計されている。エンジン１は、シリンダブロック１ａ、シリンダブロック１ａの上に組み付けられたシリンダヘッド１ｂ、シリンダブロック１ａの下側に組み付けられたオイルパン１ｃ、エンジン１から回転動力を出力するクランクシャフト１ｄなどで構成されている。

シリンダブロック１ａの上部とシリンダヘッド１ｂとの双方にわたる部分に、クランクシャフト１ｄと直交する方向に延びる円筒形状の気筒２（図１では１つのみ表示）が設けられている。各気筒２は、クランクシャフト１ｄが延びる方向に、互いに隣接して一列に配置されている。各気筒２の内部には、コンロッド３を介してクランクシャフト１ｄに連結されたピストン４がスライド自在に収容されていて、ピストン４の頂面と気筒２の周壁面と、シリンダヘッド１ｂのシリンダブロック側壁面に形成された燃焼室壁面とによって燃焼室５が区画されている。

各気筒２の上部には、吸気口１０と排気口２０とが各々２つずつ形成されている（図１では１つずつ表示）。これら吸気口１０，１０及び排気口２０，２０は、それぞれ、吸気ポート１１及び排気ポート２１を通じてシリンダヘッド１ｂの外部に連通している。シリンダヘッド１ｂには、これら吸気口１０，１０及び排気口２０，２０を開閉する吸気バルブ１２，１２及び排気バルブ２３，２４と、これら吸気バルブ１２，１２及び排気バルブ２３，２４を開閉動作させるバルブ開閉機構４０，５０とが設置されている（これらについては別途後述）。

シリンダヘッド１ｂにはまた、燃焼室５に燃料を噴射するインジェクタ６や、燃焼室５で火花を点火する点火プラグ７（図３にのみ示す）が、気筒２ごとに設けられている。インジェクタ６は、その噴射口が燃焼室５の上部に位置するように配置され、通常は圧縮行程上死点付近で燃料を噴射するように設定されている。

エンジン１の一方の側部には、吸気ポート１１に連通する吸気通路１５が接続されており、エンジン１の他方の側部には、燃焼室５から排気ガスを排出する排気通路２５が接続されている。吸気通路１５には、各気筒２へ供給する空気（新気）量を調節するスロットル弁１６が設置されており、吸気通路１５は、サージタンク１７を介して各気筒２の吸気ポート１１の各々と接続されている。

排気通路２５は、排気マニホールド２６を介して各気筒２の排気ポート２１の各々と接続されている。排気通路２５における排気マニホールド２６よりも下流側には、排気ガス中の有害成分を浄化する排気浄化装置２７とサイレンサ２８とが配設されている。

排気浄化装置２７は、１つのケース内に収容された状態で上流側から順に並ぶ、酸化触媒２７ａと、ガソリンパティキュレートフィルタ（ＧＰＦ２７ｂ）とを有している。それにより、排気ガスは、含有するＣＯ及びＨＣが酸化触媒２７ａによって酸化され、含有する煤等の微粒子がＧＰＦ２７ｂで捕集され、浄化された後にサイレンサ２８を通じて排出される。

エンジン１の作動は、コントロールユニット（ＥＣＵ３０）によって包括的に制御されており、スロットル弁１６、バルブ開閉機構４０、インジェクタ６、点火プラグ７等の作動も、ＥＣＵ３０によって制御されている。

図３に示すように、２つの吸気口１０，１０は、同一径の円形開口からなり、エンジン１の一方の側部に沿って横並びに配置されている。

それに対し、２つの排気口２０，２０は、異なる径の円形開口からなり、エンジン１の他方の側部に沿って横並びに配置されている。必要に応じて、大径の排気口２０を第１排気口２０ａとし、小径の排気口２０を第２排気口２０ｂとして区別する。図４や図５にも示すように、第１排気口２０ａの排気ポート２１及び第２排気口２０ｂの排気ポート２１は、対応する排気口２０の大きさに応じて異なる内径に形成されている。これら排気ポート２１は、シリンダヘッド１ｂの内部で気筒２ごとに連結されており、シリンダヘッド１ｂの外部に臨む排気開口２２が１つの、シリンダヘッド１ｂを上側から見た時にＶ形状ないしＹ形状をなすヘッド内集合ポートとなっている。

このように、排気ポート２１を、シリンダヘッド１ｂの内部で集合する集合ポートとし、シリンダヘッド１ｂからの出口を１つとすることで、径の異なる複数の排気ポート２１であっても、１つの排気開口２２に接続すればよくなるため、排気ポート２１ごとに異なる配管を接続する必要が無くなり、排気マニホールド２６を製造する際に同一径の管材を用いて構成することができるので組立作業性等の効率化が図れる。また、排気開口２２は、第１排気口２０ａからの排気が、第２排気口２０ｂからの排気よりも排出され易いように、第２排気口２０ｂよりも第１排気口２０ａの側に偏って配置されている。

第１排気口２０ａには、第１排気口２０ａと略同径の第１排気バルブ２３が設置され、第２排気口２０ｂには、第２排気口２０ｂと略同径の第２排気バルブ２４が設置されている。各吸気口１０には、吸気口１０と略同径の吸気バルブ１２が設置されている。これらバルブは、閉じる方向にスプリングで付勢されており、その付勢力に抗して吸気バルブ１２等が燃焼室５に突出することで吸気口１０等は開かれる。

これらバルブを開閉動作させるために、各気筒２には、バルブ開閉機構４０，５０が設置されている。すなわち、各吸気口１０には、吸気バルブ１２を開閉動作させる液圧式可変バルブ開閉機構４０が設置され、第１排気口２０ａには、第１排気バルブ２３を開閉動作させる液圧式可変バルブ開閉機構４０が設置され、第２排気口２０ｂには、第２排気バルブ２４を開閉動作させる直動式バルブ開閉機構５０が設置されている。

図６に、各吸気バルブ１２及び第１排気バルブ２３を開閉動作させる液圧式可変バルブ開閉機構４０を示す。液圧式可変バルブ開閉機構４０は、液流路４１、副室４２、液圧調整弁４３などからなり、カム４４の動力がエンジンオイル（液媒体の一例）を介してバルブに伝わることによって第１排気バルブ２３等が開閉するように構成されている。液圧式可変バルブ開閉機構４０の場合、オイルの液圧の調整により、バルブの開閉タイミング及び開閉量の、連続したきめ細かな制御が可能である。液流路４１や副室４２は、高圧になるため、図示しないブロック状のバルブ体の内部に形成されている。

液流路４１の一端には、第１伝達部４１ａが設けられ、液流路４１の他端には、第２伝達部４１ｂが設けられている。その液流路４１の中間に液圧調整弁４３が設置されていて、その液圧調整弁４３を介して、副室４２が液流路４１に接続されている。副室４２には液供給経路４５が接続されており、オイルポンプ４６から圧送されるオイルが、これら液供給経路４５及び副室４２を通じて液流路４１に供給され、液流路４１で一定の液圧が保持されるようになっている。

図２に示すように、各液圧式可変バルブ開閉機構４０には、第１油路４７及び第２油路４８を通じてオイルポンプ４６からオイルが供給されている。第１油路４７は、各気筒２の第１排気バルブ２３を開閉動作させる液圧式可変バルブ開閉機構４０に接続されている。第２油路４８は、各気筒２の各吸気バルブ１２を開閉動作させる液圧式可変バルブ開閉機構４０に接続されている。第１油路４７は、第２油路４８よりもオイルポンプ４６に近い部位から分岐しており、相対的に高圧のオイルが供給されるように設計されている。

排気バルブ２３の開閉は、吸気行程で開かれる吸気バルブ１２と異なり、排気圧に抗して排気バルブ２３を燃焼室５の内部に押し出す必要があるため、吸気バルブ１２の開閉よりも強い力が必要とされる。特に、第１排気バルブ２３は第２排気バルブ２４よりもバルブ径が大きいため、バルブに入力される排気圧抵抗の影響を大きく受ける。そこで、このエンジン１では、第１排気バルブ２３を開閉する液圧式可変バルブ開閉機構４０に、高圧のオイルが供給されるように油路を設計することで、簡単な構造で安定した第１排気バルブ２３の開閉動作を実現している。例えば、オイルポンプ４６から第１油路４７までが最短経路で構成されるようにオイルポンプ４６をエンジン１の排気側に取り付けるようにする。

第１伝達部４１ａは、クランクシャフト１ｄと同期して回転するカム４４と連結されており、回転するカム４４のカム面の変化に応じて往復動する動力を、液流路４１のオイルに伝える。第２伝達部４１ｂは、吸気バルブ１２又は第１排気バルブ２３と連結されており、液流路４１のオイルを介してその動力が第２伝達部４１ｂに伝わることにより、第２ピストン４は往復動する。

液圧調整弁４３は、ＥＣＵ３０と電気的に接続されている。ＥＣＵ３０の制御により、液圧調整弁４３は、液流路４１と副室４２との間を遮断する閉じ状態と、液流路４１と副室４２との間を連通させる開き状態とに変位する。従って、液圧調整弁４３が閉じ状態に保持されることで、第１伝達部４１ａに伝わる動力は、そのままオイルを介して第２伝達部４１ｂに伝わり、吸気バルブ１２又は第１排気バルブ２３が往復動する。

液圧調整弁４３の作動タイミングや作動時間を調整することにより、吸気口１０又は第１排気口２０ａの開閉タイミング及び開閉量を連続的に変化させることができる。従って、液圧式可変バルブ開閉機構４０によれば、排気行程に限らず吸気行程においても、第１排気バルブ２３を開閉動作させることができ、第１排気バルブ２３のリフトタイミング及びリフト量を自在に制御できる。

その結果、内部ＥＧＲによる排気ガス導入量を適切に管理することが可能になり、燃費の向上が図れる。第１排気バルブ２３を、排気行程及び吸気行程の各々において１度ずつ開く制御も、容易に行えるうえに、排気行程及び吸気行程の各々での、第１排気バルブ２３のリフトタイミング及びリフト量も、制御プログラムの追加や変更によって自在に設定できるので、内部ＥＧＲが適切に行えるだけでなく、エンジン１の暖機状態に応じて内部ＥＧＲを行なわずにＳＩ燃焼でＧＰＦ２７ｂの活性化促進を行ない、ＧＰＦ２７ｂが活性化状態となったと判定した場合に、即座にＣＩ燃焼に切替えて内部ＥＧＲを行なうように切り替えることも容易に行える。

ところが、液圧式可変バルブ開閉機構４０の場合、安定して作動するためには一定の液圧が必要である。従って、全ての気筒２のバルブに液圧式可変バルブ開閉機構４０を用いた場合、一定の液圧が立ち上がる前に始動すると、排気バルブが開かないため、全ての燃焼室５の空気を圧縮や膨張させる空気抵抗に逆らってクランキングすることになり、スタータモータでは始動できないおそれがある。そのため、安定して始動するには、液圧が立ち上がるまで待機することが必要になり、始動をタイミング良く行えない場合がある。

そこで、このエンジン１では、各気筒２の第２排気バルブ２４に、直動式バルブ開閉機構５０が設置されている。

図７に、直動式バルブ開閉機構５０を示す。直動式バルブ開閉機構５０は、カム５１と第２排気バルブ２４との間に介在して、これらを連結するリンク部材５２を有している。カム５１は、カムシャフト５１ａに固定されている。図示はしないが、クランクシャフト１ｄの一端側にはクランクスプロケットが設けられ、また、カムシャフト５１ａの一端側にはカムスプロケットが設けられていて、これらスプロケットに巻き掛けられたタイミングチェーンを介して、カムシャフト５１ａ及びカム５１は、クランクシャフト１ｄの回転力によって回動されるようになっている。

リンク部材５２は、揺動部５２ａ、ローラ５２ｂなどで構成されている。ローラ５２ｂは、カム５１のカム面と接するように、その上部を突出した状態で揺動部５２ａに回動自在に支持されている。揺動部５２ａの基端部は、シリンダヘッド１ｂに固定された軸に回動自在に支持されている。

揺動部５２ａの先端部には、第２排気バルブ２４の上端に接する押付部５３が設けられている。揺動部５２ａの基端部には、曲面状の凹部５４が設けられていて、この凹部５４が、公知のラッシュアジャスタ（ＨＬＡ５５）のドーム状の上端部に、回動可能な状態で接している。揺動部５２ａは、カム５１の回転に伴って揺動し、その先端部が往復動するので、第２排気バルブ２４は開閉動作する。

従って、直動式バルブ開閉機構５０の場合、各気筒２の第２排気バルブ２４が、カム５１に連動して機械的に開閉されるので、始動時に全ての気筒２の燃焼室５が密閉状態になることが回避され、従来と同様に、スタータモータで始動することができる。

しかしながら、各気筒２の第２排気バルブ２４を排気行程でのみ開閉させるカム５１とした場合、吸気行程では、第２排気バルブ２４は閉じられるため、第１排気バルブ２３だけが開閉することになる。そのため、両排気バルブを開閉するのに比べて、内部ＥＧＲ量が不足するおそれがある。また、カム５１を排気行程でのみ開閉させる場合と、排気行程と吸気行程の両方で排気バルブ２４を開閉させることや、排気行程から吸気行程にかけて排気バルブ２４を開けるように切り替え可能な２種類のカム山を備えたものにすることも考えられるが、２種類のカム山を設定することによって、カム５１の軸長が長くなり、第１排気バルブ２３に設置された液圧式可変バルブ開閉機構４０を形成するブロック状のバルブ体と相俟ってエンジン１のカム軸方向全長が大型化してしまう。

そこで、このエンジン１では、第１排気バルブ２３のバルブ径を、第２排気バルブ２４のバルブ径よりも大きく形成している。それにより、第１排気バルブ２３を開くことで燃焼室５に導入される内部ＥＧＲ量が増加し、第１排気バルブ２３を開くだけでも、必要な内部ＥＧＲ量を安定して確保できる。

また、内部ＥＧＲを第１排気バルブ２３だけで行うようにしたことで、第２排気バルブ２４の開閉タイミングや開閉量を調整する必要が無くなり、バルブリフト可変機構（ＶＶＬ）や位相可変機構（ＶＶＴ）など、その調整に要する装置や、その装置の駆動に要するエネルギー消費を削減できる利点もある。

内部ＥＧＲを第１排気バルブ２３だけで行うようにした場合、第１及び第２の排気バルブ２３，２４で行う場合に比べて、燃焼室５に導入される排気ガス（既燃ガス）の流れが偏るため、排気ガスの導入時に、燃焼室５の内部でスワール流が発生し易い傾向がある。スワール流が発生すると、排気ガスの熱が気筒２の内周面を通じて漏出し易くなるため、スワール流の発生は抑制するのが好ましい。

そのため、このエンジン１では、図４に示すように、第１排気バルブ２３が、気筒２の中心軸Ｊ１に対して僅かに傾斜した状態で昇降し、燃焼室５に導入される排気ガスが径方向に拡散するように配置されている。具体的には、第１排気バルブ２３のバルブ角θ（気筒２の中心軸Ｊ１に対して第１排気バルブ２３の中心軸Ｊ２が傾斜する角度）が１０°以下となるように設計されている。

この第１排気バルブ２３のバルブ角θと大径のバルブ径との組み合わせにより、内部ＥＧＲを第１排気バルブ２３だけで行っても、スワール流の発生が効果的に抑制できるようになっている。

（内部ＥＧＲ）
図８に、エンジン１の作動領域と最適なガス割合との関係を表したマップの一例を示す。このエンジン１では、低負荷領域でＣＩ燃焼が行われ、高負荷領域でＳＩ燃焼が行われるように設定されており、内部ＥＧＲはその低負荷領域で行われる。

内部ＥＧＲ量の割合は、概ね、エンジン１の負荷が小さいほど高くなっており、エンジン負荷が大きくなるに従って次第に減少するようになっている。従って、内部ＥＧＲを適切に行うためには、内部ＥＧＲ量を、円滑に連続して減少させる必要があるが、このエンジン１では、液圧式可変バルブ開閉機構４０によって内部ＥＧＲ量が制御できるので、そのようなきめ細かな調整であっても安定して行える。

図９に、排気バルブの開閉パターンの一例を示す。上段の実線が第１排気バルブ２３の開閉パターンを表しており、下段の実線が第２排気バルブ２４の開閉パターンを表している。各段の破線は吸気バルブ１２の開閉パターンを表している。

排気行程では、第１排気バルブ２３、第２排気バルブ２４ともに、開閉タイミング及び開閉量が同期して開閉され、吸気行程では、第１排気バルブ２３だけが開閉される。液圧式可変バルブ開閉機構４０では、カム５１の回転に連動して開閉動作が行われるため、第１排気バルブ２３は、排気行程及び吸気行程の各々で１度ずつ開閉される。

吸気行程では、必要な内部ＥＧＲ量を安定して導入することが求められるため、第１排気バルブ２３は、吸気行程の初期段階で開閉される。特に、排気行程の開閉動作に連続して（間隔を空けることなく）吸気行程の開閉動作を行うのが好ましい。そうすることで、時間的余裕をもって内部ＥＧＲを導入できるので、必要な内部ＥＧＲ量を安定して導入できる。

吸気バルブ１２の開き動作は、第１排気バルブ２３の開き動作に遅れて開始される。そうすることで、新気よりも先に内部ＥＧＲが導入されるので、内部ＥＧＲの割合が高い状態で、ガス割合のばらつきを効果的に抑制できる。特に、第１排気バルブ２３の閉弁動作中に吸気バルブ１２が開弁動作するように設定するのが好ましい。そうすれば、円滑に新気を導入することができ、ガス割合のばらつきをよりいっそう効果的に抑制できる。

また、導入される内部ＥＧＲ量は、ピストン４の降下速度が速いほど増加するが、そのようなピストン４の降下速度が速い期間は、通常、吸気行程の初期段階（吸気行程開始時の上死点と、そこからクランクアングルが９０度となる点（ＴＤＣ後９０ＣＡ）までの間）にあるため、効率よく内部ＥＧＲを導入できる。

（変形例）
第１排気バルブ２３と第２排気バルブ２４とでバルブ径を異ならせた場合、気筒２の横断面積に対して不均衡な配置になり、場合によっては、気筒２の横断面積を拡張するなど、制約が生じるおそれがある。

そこで、図１０に示すように、吸気バルブ１２についてもバルブ径を異ならせ、対称状に配置してもよい。具体的には、吸気バルブ１２の全体での開口面積を一定に保ちながら、吸気バルブ１２を、第１吸気バルブ１２ａと、第１吸気バルブ１２ａよりもバルブ径の小さい第２吸気バルブ１２ｂとで構成する。

そうして、相対的にバルブ径の大きな第１吸気バルブ１２ａと第１排気バルブ２３とを、気筒２の中心に対して対称状に配置し、相対的にバルブ径の小さな第２吸気バルブ１２ｂと第２排気バルブ２４とを、第１吸気バルブ１２ａ及び第１排気バルブ２３の並びに対して直交するように、気筒２の中心に対して対称状に配置する。特に、第１吸気バルブ１２ａ及び第１排気バルブ２３、並びに、第２吸気バルブ１２ｂ及び第２排気バルブ２４は、各々、同じバルブ径にするのが好ましい。

そうすれば、狭い領域にバランスよく４つのバルブを配置できるので、ボア径の小さい気筒２であっても、相対的に大きなバルブを設けることが可能になる。

なお、本発明にかかる排気システムは、上述した実施形態に限定されず、それ以外の種々の構成をも包含する。

例えば、上述した実施形態の気筒数は一例であり、４気筒に限らない。吸気バルブ１２は、１つ以上であればよく、吸気バルブ１２のバルブ開閉機構も、液圧式可変バルブ開閉機構４０に限らず、直動式バルブ開閉機構５０であってもよい。内部ＥＧＲだけでなく外部ＥＧＲを行ってもよい。本発明は、ガソリンエンジンに限らず、ディーゼルエンジンにも適用できる。

１ エンジン
２ 気筒
１０ 吸気口
１２ 吸気バルブ
２０ 排気口
２０ａ 第１排気口
２０ｂ 第２排気口
２１ 排気ポート
２３ 第１排気バルブ
２４ 第２排気バルブ
４０ 液圧式可変バルブ開閉機構
５０ 直動式バルブ開閉機構
５１ カム
５２ リンク部材

Claims (4)

1. 吸気行程中に排気ガスの一部を排気ポートを通じて気筒に導入する排気再循環処理が行われる内燃機関の排気システムであって、
   前記気筒は、
   第１排気バルブ及び第２排気バルブと、
   前記内燃機関のクランクシャフトの回転力により回動されるカムの作用によって前記第１排気バルブ及び前記第２排気バルブを開閉動作させるバルブ開閉機構と、
   を有し、
   前記バルブ開閉機構は、
   前記カムの動力が液媒体を介して前記第１排気バルブに伝わることによって当該第１排気バルブが開閉するように構成され、前記液媒体の液圧の調整によって前記第１排気バルブの開閉タイミング及び開閉量が制御可能な液圧式可変バルブ開閉機構と、
   前記カムと前記第２排気バルブとの間に介在するリンク部材が往復動することによって前記第２排気バルブが開閉するように構成された直動式バルブ開閉機構と、
   を有し、
   前記排気再循環処理は、吸気行程中に前記第１排気バルブの開弁期間を設定することによって行われ、
   前記第１排気バルブのバルブ径が、前記第２排気バルブのバルブ径よりも大きく形成されている排気システム。
2. 請求項１に記載の排気システムにおいて、
   前記第１排気バルブが、排気行程と、吸気行程の初期段階の各々において２度開かれる排気システム。
3. 請求項１に記載の排気システムにおいて、
   前記排気再循環処理は、圧縮自着火が行われるＣＩ燃焼領域で行われ、
   前記液圧式可変バルブ開閉機構が、前記ＣＩ燃焼領域で、前記内燃機関の負荷に応じて前記第１排気バルブの開閉量を連続的に変化させる排気システム。
4. 請求項１に記載の排気システムにおいて、
   前記気筒は、第１吸気バルブと、前記第１吸気バルブよりもバルブ径の小さい第２吸気バルブと、を更に有し、
   前記第１排気バルブ及び前記第１吸気バルブ、並びに、前記第２排気バルブ及び前記第２吸気バルブ、の各々が、前記気筒の中心に対して対称状に配置されている排気システム。

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