JP4122504B2 - 内燃機関の排気制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
本発明は、内燃機関の燃焼室内に排気を導入する内燃機関の排気制御装置に関し、特に、排気ポートから燃焼室内に導入された逆流排気を利用した自己着火運転と点火プラグを利用した火花点火運転とを機関負荷に応じて切り替えて行なわせる内燃機関の排気制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
排出ガス清浄化の一環として、内燃機関例えば火花点火機関（以下、ガソリンエンジンと称す）に点火プラグによる火花点火運転だけでなく圧縮による自己着火運転をも行なわせる手法が開発検討されている。この手法のガソリンエンジンによれば、排出ガス中のすす及びＮＯｘの発生量が大幅に低減されるものの、自己着火の時期が混合気の空燃比、混合気の温度等に依存するため、実際に使用される広範囲な負荷領域において、望ましい時期に自己着火を行なわせることは困難であることが知られている。
【０００３】
上記自己着火の時期を制御して運転領域の拡大を図る一手法として、例えば特開平９−２８７５２８号公報に示されるような技術がある。この技術は、排気ポートから排出された排気を吸気ポート側へ還流し、この還流排気（外部ＥＧＲガス）を燃焼室内へ導入して空燃比を制御し、又、外部ＥＧＲガスを冷却して混合気の温度を制御することで、良好な着火が得られる運転領域を拡大しようとするものである。
【０００４】
また、特開平５−５９９５２号公報に示されるように、吸気ポートの近傍に排気還流通路を設けて外部ＥＧＲガスを燃焼室内に導入することで、燃焼室内での空燃比を制御し、良好な燃焼状態を得ようとする技術がある。
【０００５】
さらに、特開平５−８６９９２号公報、特開平９−４５２１号公報に示されるように、副排気ポートを設けて排気の一部を燃焼室内へ逆流、すなわち、逆流排気（内部ＥＧＲガス）を燃焼室内へ導入することで、燃焼の改善を図ろうとする技術がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の如き従来技術においては、以下のような問題点があった。すなわち、上記特開平９−２８７５２８号公報及び特開平５−５９９５２号公報に開示の技術では、排気ポートから排出された排気を還流して、燃焼室内に導入し、あるいは、途中で温度を調節した後新気に均質的に混合して燃焼室内に導入するため、運転モードが切り替わるような場合の過渡時の応答性が悪く、自己着火の時期を制御するのが困難であるという問題があった。
【０００７】
また、上記特開平５−８６９９２号公報及び特開平９−４５２１号公報に開示の技術では、排気ポートから排気を逆流させて燃焼室内に導入するものの、この逆流排気と混合気との分布を安定した所定の例えば成層状態に制御することができず、その結果、安定して所望の燃焼状態を得るのが困難であるという問題があった。
【０００８】
本発明は、上記のような従来技術の問題点に鑑みて成されたものであり、その目的とするところは、自己着火の時期を容易に制御することができ、安定して良好な燃焼状態が得られるようにしてＨＣ、ＮＯｘ等の排出量の低減を図ることのできる内燃機関の排気制御装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載した発明は、互いに独立して連通する２つ以上の吸気ポートと、互いに独立して連通する２つ以上の排気ポートとが燃焼室に備えられているとともに、上記各吸気ポートには、これらの開口部を開閉する吸気弁がそれぞれ設けられ、かつ、上記各排気ポートには、これらの開口部を開閉する排気弁がそれぞれ設けられており、上記吸気弁を開弁駆動する吸気弁用カムが形成された吸気用カムシャフトを有し、前記少なくとも１つの排気弁は、前記吸気弁用カムにより、吸気行程においても開弁駆動され、上記いずれかの排気弁を、排気行程から吸気行程に亘る所定領域において開弁して当該排気ポート内にある排気の一部を燃焼室内へ逆流させるように制御し、負荷に応じて自己着火運転と点火プラグによる火花点火運転とを選択的に切り替えて運転させる内燃機関の排気制御装置であって、上記排気行程から吸気行程に亘る所定領域において開弁する排気弁により燃焼室内に逆流する逆流排気を、燃焼室の外周方向に沿って流入するように指向させる逆流排気指向手段を設けているとともに、上記２つ以上の吸気ポートのうちのいずれかの開口部近傍領域を、排気ポートから導入される逆流排気を燃焼室の外周部領域に偏在して分布させるように燃焼室の外周方向に伸長するとともに湾曲させて形成していることを特徴としている。
【００１０】
請求項２に記載した発明は、請求項１に記載の逆流排気指向手段が、排気行程から吸気行程に亘る所定領域において開弁する排気弁を設けた排気ポートを、燃焼室から略水平方向に伸長し、かつ、その開口部近傍領域を燃焼室の外周方向に伸長するよう湾曲して形成されている。
【００１１】
請求項３に記載した発明は、請求項１又は２に記載の逆流排気指向手段が、排気行程から吸気行程に亘る所定領域において開弁する排気弁の傘部に設けられて逆流排気が燃焼室の外周方向以外へ流れるのを阻止する壁面を形成するシュラウドである。
【００１２】
請求項４に記載した発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の構成において、排気弁を駆動する排気用カムシャフトを有し、この排気用カムシャフトは、前記排気弁の全てを排気行程において開弁駆動する第１排気弁用カムと、前記少なくとも１つの排気弁を吸気行程においても開弁駆動する第２排気弁用カムとを有している。
【００１４】
請求項５に記載した発明は、請求項１〜４のいずれか１項に記載した構成において、 開口部近傍領域が燃焼室の外周方向に伸長するように湾曲して形成された吸気ポートを除く他の吸気ポートの少なくとも１つには、その通路を開閉する吸気通路開閉弁を有することを特徴としている。
【００１５】
請求項６に記載した発明は、請求項１〜５のいずれか１項に記載の排気ポートから排出された排気を吸気ポート側に還流する排気還流通路と、負荷に応じて前記排気還流通路を開閉し還流排気の流量を制御する還流排気制御弁とを有している。
【００１６】
請求項７に記載した発明は、請求項７に記載の排気還流通路を流れる還流排気の温度を調節する温度調節手段を有することを特徴としている。
【００１８】
【発明の効果】
請求項１に記載した発明によれば、排気ポートから燃焼室内に逆流する逆流排気を燃焼室の外周方向に沿って流入するように指向させる逆流排気指向手段を設けたことにより、吸気行程において、燃焼室内に流入する高温の逆流排気は主として燃焼室の外周部領域に分布し、燃焼室の中心部領域には主として燃料と新気（空気）との混合気が分布する状態、すなわち、環状の成層分布状態が形成され、続く圧縮行程では、この成層分布状態が維持されたまま圧縮が行なわれる。そして、この断熱圧縮作用によって、燃焼室内の外周部領域に分布する逆流排気の温度が、中心部領域に分布する混合気の発火温度を超える温度まで上昇し、この逆流排気と混合気との界面を起点として、混合気の圧縮自己着火燃焼が生じることになる。
【００１９】
すなわち、燃焼室の外周部領域に高温の逆流排気が分布した成層分布状態を安定して形成することで、従来の如くデッドボリューム部領域での未燃領域の発生を防止し、より完全に近い燃焼を行なわせることができ、加えて、高負荷時には、逆流排気の導入量を減少させて圧縮行程での混合気の温度を低下させ、一方、低負荷時には、逆流排気の導入量を増加させて圧縮行程での混合気の温度を上昇させることにより、上記良好な燃焼が得られる圧縮自己着火燃焼運転領域を拡大することができ、これによって、ＮＯｘ、ＨＣ等を大幅に低減することができ、又、排気ポートからの逆流排気を利用することで良好な過渡応答性を得ることができる。
また、開口部を開閉する吸気弁を吸気行程において開弁させると、この吸気ポート内を流れてきた新気は燃焼室内にスワール流として流入することになり、所望のスワール流を形成することができる。従って、排気ポートから導入される逆流排気は、このスワール流の影響を受けて、燃焼室の外周部領域に偏在して分布させられることになり、これにより、安定した圧縮自己着火燃焼を生じさせることができる。
さらに、逆流排気を生じさせるべく排気弁を開弁駆動する駆動手段として、吸気弁を開弁駆動するために設けられた吸気用カムシャフトの吸気弁用カムを用いて排気弁を開弁駆動する構成を採用したことから、吸気用カムから排気弁までの連動手段を設けるだけで別個に新たなカムシャフト等を設ける必要はない。従って、構造上の複雑化を招くことなく、吸気行程と確実に同期させて、所望のタインミングで排気ポートから燃焼室内への排気の逆流動作を行なわせることができる。
【００２０】
請求項２に記載した発明によれば、排気行程から吸気行程に亘る所定領域において開弁する排気弁を設けた排気ポートが、燃焼室から略水平方向に伸長し、かつ、その開口部近傍領域を燃焼室の外周方向に伸長するよう湾曲させて形成していることにより、簡略な構造により、逆流排気を燃焼室の外周部領域に確実に偏在させて成層状に分布させることができ、これにより、安定した圧縮自己着火燃焼を生じさせることができる。
【００２１】
請求項３に記載した発明によれば、排気ポートからの逆流排気を燃焼室の外周部に向けて指向させる逆流排気指向手段として、排気行程から吸気行程に亘る所定領域において開弁する排気弁の傘部に設けたシュラウドを採用したことから、構造の簡略及び安定した圧縮着火を達成できるのに加えて、排気ポートを形成するシリンダヘッド等の既存の部品を流用することができ、製品のコストを低減させることができる。
【００２２】
本発明の請求項４に係る内燃機関の排気制御装置によれば、排気ポートからの逆流排気を燃焼室の外周部に向けて指向させる逆流排気指向手段として、排気ポートの少なくとも開口部側領域を燃焼室の外周方向に沿わせるように形成したもの及び排気弁の傘部に設けたシュラウドを採用したことから、簡略な構造により、逆流排気を燃焼室の外周部領域により一層確実に偏在させて成層状に分布させることができ、これにより、より一層安定した圧縮自己着火燃焼を生じさせることができる。
【００２３】
請求項４に記載した発明によれば、逆流排気を生じさせるべく排気弁を開弁駆動する駆動手段として、排気行程で作動するカム（第１排気弁用カム）を有する排気用カムシャフトに吸気行程で作動する専用のカム（第２排気弁用カム）を設け、この専用のカムにより駆動させる構成を採用したことから、別個に新たなカムシャフト等を設ける必要がない。従って、構造上の複雑化等を招くことなく、所望のタイミングで排気ポートから燃焼室内への排気の逆流動作を行なわせることができる。
【００２５】
請求項５に記載した発明によれば、開口部近傍領域が燃焼室の外周方向に伸長するように湾曲して形成された吸気ポートを除く他の吸気ポートの少なくとも１つに、その通路を開閉する吸気通路開閉弁を有しているので、吸気行程においてこの吸気通路開閉弁を閉弁させて他の吸気ポートから燃焼室内に新気を流入させることにより、この新気を燃焼室の外周方向に沿うスワール流とすることができる。従って、排気ポートから導入される逆流排気は、このスワール流の影響を受けて、燃焼室の外周部領域に偏在して分布させられることになり、これにより、安定した圧縮自己着火燃焼を生じさせることができる。
【００２６】
請求項６に記載した発明によれば、排気ポートからの逆流排気だけでなく、排気ポートから排出された排気を吸気ポート側へ還流した還流排気をも燃焼室へ導入する構成を採用したことから、混合気の燃焼温度等を緻密にコントロールすることができ、すす，ＮＯｘ等の排出量を一層低減させることができる。
【００２７】
請求項７に記載した発明によれば、排気ポートからの逆流排気だけでなく、排気ポートから排出された排気を吸気ポート側へ還流した還流排気をも燃焼室へ導入すると共に、この還流排気の温度を調節できる構成を採用したことから、混合気の燃焼温度等をより一層緻密にコントロールすることができ、すす，ＮＯｘ等の排出量をより一層大幅に低減させることができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて説明する。
【００２９】
図１及び図２は、本発明に係る排気制御装置の一実施例を備えた内燃機関（ガソリンエンジン）の概略構成を示す側面図及び平面図である。このガソリンエンジン１０では、図１及び図２に示すように、シリンダブロック１１の円筒状ボア側面１１ａと、このボア側面１１ａに沿って往復動するピストン１２の冠面１２ａと、シリンダヘッド１３の下面１３ａとにより燃焼室Ａが画定され、又、シリンダヘッド１３には、この燃焼室Ａに新気あるいは新気と燃料との混合気等を導入するための独立吸気ポートとしての第１吸気ポート１４及び第２吸気ポート１５と、燃焼を終えた排気を燃焼室Ａから排出するための第１排気ポート１６及び第２排気ポート１７とが形成されている。また、このシリンダヘッド１３には、第１吸気ポート１４の開口部１４ａを開閉する第１吸気弁１８と、第２吸気ポート１５の開口部１５ａを開閉する第２吸気弁１９と、第１排気ポート１６の開口部１６ａを開閉する第１排気弁２０と、第２排気ポート１７の開口部１７ａを開閉する第２排気弁２１とが往復動自在に取り付けられており、さらに、燃焼室Ａを画定する下面１３ａの略中央部には、火花点火を行なうための点火プラグ２２が取り付けられている。
【００３０】
上記第１吸気ポート１４と第２吸気ポート１５とは、略同一の形状でかつ同一の傾斜角をなして燃焼室Ａに連通するように形成されており、第１吸気ポート１４の途中には燃料を噴射するための電磁式燃料噴射弁２３が取り付けられ、又、第２吸気ポート１５の途中には、駆動機構（不図示）によってエンジンの運転条件に応じ開閉制御されてその通路を開閉する吸気通路開閉弁としてのスワール制御弁２４が回動自在に取り付けられている。尚、これら独立した第１吸気ポート１４と第２吸気ポート１５との上流側は、お互いに合流して１つの吸気ポートとして形成されている。
【００３１】
上記第１排気ポート１６と第２排気ポート１７とは、第１排気ポート１６の方が大きい傾斜角をなして燃焼室Ａから斜め上方に略直線状に伸長するように形成されており、一方、第２排気ポート１７は、小さい傾斜角をなして燃焼室Ａから略水平方向に伸長するように、かつその開口部１７ａ近傍領域が燃焼室Ａの外周方向すなわち円筒状をなすボア側面１１ａの接線方向に伸長するように途中を湾曲させた形状に形成されている。
【００３２】
上記のように第２排気ポート１７を形成したことにより、その開口部１７ａを開閉する第２排気弁２１を吸気行程において開弁させると、この第２排気ポート１７内に残留する排気は、図３に示すように燃焼室Ａの外周方向に向かうように指向させられ、その後、図２に示すようにボア側面１１ａに沿って外周部領域に偏在するように流入することになる。
【００３３】
すなわち、上記のように形成された第２排気ポート１７は、燃焼室Ａ内に逆流する逆流排気Ｇｉｎを燃焼室Ａの外周方向に沿って流入するように指向させる逆流排気指向手段を構成している。
【００３４】
図４に示すように、上記第１吸気弁１８及び第２吸気弁１９を開閉駆動する機構は、シリンダヘッド１３に固定された吸気側ロッカシャフト２５に揺動自在に取り付けられて第１吸気弁１８及び第２吸気弁１９の上端部にそれぞれ当接する当接部２７ａを備えた吸気側ロッカアーム２７、シリンダヘッド１３に回動自在に支持されてこの吸気側ロッカアーム２７に接触し、吸気行程において第１及び第２吸気弁１８，１９を開弁するように作動する吸気弁用カム２９ａを備えた吸気用カムシャフト２９等により構成されており、又、第１排気弁２０及び第２排気弁２１を開閉駆動する機構は、シリンダヘッド１３に固定された排気側ロッカシャフト２６に揺動自在に取り付けられて第１排気弁２０及び第２排気弁２１の上端部にそれぞれ当接する当接部２８ａを備えた排気側ロッカアーム２８、シリンダヘッド１３に回動自在に支持されてこの排気側ロッカアーム２８に接触し排気行程において第１及び第２排気弁２０，２１を開弁するように作動する第１排気弁用カム３０ａ及び吸気行程において第２排気弁２１を開弁するように作動する第２排気弁用カム３０ｂを備えた排気用カムシャフト３０等により構成されている。ここで、上記吸気用カムシャフト２９の吸気弁用カム２９ａと、排気用カムシャフト３０の第１排気弁用カム３０ａ及び第２排気弁用カム３０ｂとは、クランク角に対して、図５に示すようなリフト特性となるように形成されている。
【００３５】
次に、本実施例に係る排気制御装置の動作について説明する。
【００３６】
先ず、エンジンが中負荷領域で運転される場合は、排気行程において、第１排気弁用カム３０ａの作動により第１排気弁２０及び第２排気弁２１が共に押し下げられて開弁し、燃焼室Ａ内の既燃ガスが第１排気ポート１６及び第２排気ポート１７の両ポートを通って排気として外部に向け排出される。続く吸気行程においては、吸気弁用カム２９ａの作動により第１吸気弁１８及び第２吸気弁１９が共に押し下げられて開弁し、かつ、スワール制御弁２４が閉弁して、燃料噴射弁２３から噴射された燃料と吸気系の上流から導入された新気（空気）との混合気が第１吸気ポート１４から燃焼室Ａ内に導入される。また、この吸気行程においては、前述第１排気弁用カム３０ａの作動が終了すると同時に、第２排気弁用カム３０ｂの作動により第２排気弁２１のみが再び押し下げられて開弁し、第２排気ポート１７内に残留する排気が燃焼室Ａ内に逆流する。
【００３７】
この際、第２排気ポート１７はその開口部１７ａ側領域の通路が燃焼室Ａの外周方向すなわちボア側面１１ａの接線方向に伸長するように形成されていることから、第２排気ポート１７内に残留する排気はこのボア側面１１ａに沿うように逆流し、又、スワール制御弁２４によるスワール作用の影響も受けて、図６に示すように、逆流排気Ｇｉｎは燃焼室Ａの外周部領域に環状に偏在し、又、混合気Ｇｍｉｘは燃焼室Ａの略中央部領域に集まるように成層分布状態を形成する。
【００３８】
続く圧縮行程においては、吸気弁用カム２９ａ及び第２排気用カム３０ｂの作動が終了して、第１及び第２吸気弁１８，１９と第２排気弁２１とが閉弁し、上記成層分布状態が維持されたままピストン１２が上昇して、混合気Ｇｍｉｘ及び逆流排気Ｇｉｎの圧縮が行なわれる。この圧縮行程において、燃焼室Ａ内の外周部領域に分布する逆流排気Ｇｉｎの温度は、断熱圧縮変化によって燃焼室Ａ内の略中央部に位置する混合気Ｇｍｉｘの発火温度を超える温度まで上昇し、この昇温した逆流排気Ｇｉｎと混合気Ｇｍｉｘとの界面を起点として、混合気Ｇｍｉｘは自己着火燃焼を生じることになる。上記自己着火燃焼による爆発力により、続く膨張行程ではピストン１２が押し下げられて、再び排気行程へと戻り、上述した動作が繰り返されることになる。
【００３９】
尚、上記エンジンの中負荷運転領域においては、スワール制御弁２４を開弁状態にしたままで、第１吸気ポート１４だけでなく第２吸気ポート１５からも新気を導入する構成を採用することも可能である。
【００４０】
エンジンが高負荷領域で運転される場合は、排気行程において、第１排気弁用カム３０ａの作動により第１排気弁２０及び第２排気弁２１が共に押し下げられて開弁し、燃焼室Ａ内の既燃ガスが第１排気ポート１６及び第２排気ポート１７を通って排気として外部に向けて排出される。続く吸気行程においては、第１排気弁用カム３０ａの作動が終了して第１及び第２排気弁２０，２１が閉弁し、吸気弁用カム２９ａの作動により第１吸気弁１８及び第２吸気弁１９が共に押し下げられて開弁すると共にスワール制御弁２４も開弁し、燃焼噴射弁２３から噴射された燃料と吸気系の上流から導入された新気（空気）との混合気が第１吸気ポート１４から、又、新気（空気）のみが第２吸気ポート１５からそれぞれ燃焼室Ａ内に導入される。この吸気行程においては、前述中負荷領域の場合のように第２排気弁２１が第２排気弁用カム３０ｂにより開弁駆動されることはなく、閉弁状態となっている。この第２排気弁２１の閉弁状態は、排気側ロッカアーム２８に設けられた公知のカム選択機構（不図示）を作動させて、第２排気弁用カム３０ｂの作動力を第２排気弁２１に伝達しないようにすることにより維持される。そして、上記吸気行程により導入された混合気は、燃焼室Ａ内において均質に分布することになる。
【００４１】
続く圧縮行程においては、吸気弁用カム２９ａの作動が終了して第１及び第２吸気弁１８，１９が閉弁し、上記混合気の均質分布が維持されたままピストン１２が上昇してこの混合気を圧縮し、この圧縮行程の終端近傍において点火プラグ２２により火花点火が行なわれて、混合気は均質燃焼を生じることになる。上記火花点火燃焼による爆発力により、続く膨張行程ではピストン１２が押し下げられて、再び排気行程へと戻り、上述した動作が繰り返されることになる。
【００４２】
尚、上記エンジンの高負荷運転領域においては、吸気行程において第２排気弁２１を閉弁状態に維持して逆流排気Ｇｉｎを燃焼室Ａ内に導入しない構成としたが、第２排気弁２１の開弁量を調節して少量の逆流排気を導入し、混合気に自己着火燃焼を行なわせる構成を採用することも可能である。
【００４３】
エンジンが低負荷領域で運転される場合は、基本的には前述中負荷運転領域の場合の作動と同様であるが、吸気行程において、カム選択機構により第２排気弁用カム３０ｂの作動力が第１排気弁２０にも作用するようにして、この第１排気弁２０をも開弁させて、第２排気ポート１７からだけでなく第１排気ポート１６からも逆流排気Ｇｉｎを燃焼室Ａに導入するように、すなわち、中負荷運転時よりも多量の逆流排気を導入するようにして、圧縮行程における混合気の温度を上昇させて、より安定した自己着火燃焼が生じるように運転される。
【００４４】
以上のように運転されることにより、安定した圧縮自己着火燃焼の運転領域が拡大され、又、吸気系に還流する還流排気ではなく排気ポートから逆流させる逆流排気を導入することで、良好な過渡応答性が得られると共に、従来のように吸気系の途中に設けられたスロットル弁によって例えば部分負荷時に吸入される新気の量を制限する必要がないため、吸入負荷に起因するポンピングロスが低減され、これにより、燃費が向上することになる。
【００４５】
図７は、本発明に係る排気制御装置の一部を構成する逆流排気指向手段の他の実施例を示すものである。この実施例での逆流排気指向手段としては、前述実施例のように燃焼室Ａの外周方向に沿うように形成され排気ポートを採用するのではなく、燃焼室Ａに対して直線的に連通する第１排気ポート３１及び第２排気ポート３２を採用し、この第２排気ポート３２の開口部３２ａを開閉するものとして、傘部３３ａに湾曲したシュラウド３４が設けられた第２排気弁３３を採用するものである。
【００４６】
すなわち、第２排気弁３３の傘部３３ａに設けられたシュラウド３４は、第２排気ポート３２からの逆流排気が燃焼室Ａ内の所定方向へ流れるのを阻止する、つまり、燃焼室Ａの外周方向に沿う流れのみを許容するように形成されている。尚、このシュラウド３４付きの第２排気弁３４を採用する場合は、このシュラウド３４が燃焼室Ａに対して常時所定の方向を向くように、往復動に伴なう第２排気弁３３の軸線まわりの回転を阻止するような手段を設けるのが良い。
【００４７】
尚、逆流排気指向手段として、前述の燃焼室Ａの外周方向に沿うように形成された第２排気ポート１７と上記シュラウド３４付きの第２排気弁３３とを兼ね備えた構成を採用することも可能である。
【００４８】
図８は、前述第１吸気弁１８及び第２吸気弁１９と第１排気弁２０及び第２排気弁２１とを開閉駆動する機構の他の実施例を示すものである。図８に示すように、第１吸気弁１８及び第２吸気弁１９を開閉駆動する機構は、シリンダヘッド１３に固定された吸気側ロッカシャフト４０に揺動自在に取り付けられて第１吸気弁１８及び第２吸気弁１９の上端部にそれぞれ当接する第１当接部４２ａ及びこの第１当接部４２ａと反対側に設けられて後述する吸気用カムシャフト４４に当接する第２当接部４２ｂを備えた吸気側ロッカアーム４２、シリンダヘッド１３に回動自在に支持されてこの吸気側ロッカアーム４２の第２当接部４２ｂに接触し吸気行程において第１及び第２吸気弁１８，１９を開弁するように作動する吸気弁用カム４４ａを備えた吸気用カムシャフト４４等により構成されており、又、第１排気弁２０及び第２排気弁２１を開閉駆動する機構は、シリンダヘッド１３に固定された第１排気側ロッカシャフト４１に揺動自在に取り付けられて第１排気弁２０及び第２排気弁２１の上端部にそれぞれ当接する当接部４３ａを備えた第１排気側ロッカアーム４３、シリンダヘッド１３に回動自在に支持されてこの第１排気側ロッカアーム４３に接触し排気行程において第１及び第２排気弁２０，２１を開弁するように作動する排気弁用カム４５ａを備えた排気用カムシャフト４５、シリンダヘッド１３に固定された第２排気側ロッカシャフト４６に揺動自在に取り付けられて第２排気弁２１の上端部に（運転モードによっては第１排気弁２０の上端部にも）当接する第１当接部４７ａ及びこの第１当接部４７ａと反対側に設けられて前述吸気用カムシャフト４４に当接する第２当接部４７ｂを備えた第２排気側ロッカアーム４７等により構成されている。尚、上記第２排気側ロッカアーム４７には、吸気弁用カム４４ａによる作動力を第２排気弁２１を伝達しないための、又、第２排気弁２１だけでなく第１排気弁２０にも伝達するための公知のカム選択機構（不図示）が設けられている。
【００４９】
すなわち、排気行程においては、排気用カムシャフト４５の排気弁用カム４５ａの作動により、第１排気側ロッカアーム４３が下向き（図８中反時計回わり）に回動して、第１排気弁２０及び第２排気弁２１を開弁駆動し、吸気行程においては、吸気用カムシャフト４４の吸気弁用カム４４ａの作動により、吸気側ロッカアーム４２が図８中反時計回わりに回動して第１吸気弁１８及び第２吸気弁１９を開弁駆動すると共に、第２排気側ロッカアーム４７が図８中時計回わりに回動して第２排気弁２１のみを開弁駆動（エンジンが低負荷運転の場合は、第１排気弁２０をも開弁駆動）する。
【００５０】
この場合の第１及び第２排気弁２０，２１と第１及び第２吸気弁１８，１９とのクランク角に対するリフト特性は、図９に示すようになる。図９から理解されるように、第１及び第２吸気弁１８，１９と第２排気弁２１との開弁動作を同期させることができ、これにより、吸気行程において混合気と共に逆流排気を確実に所定のタイミングで燃焼室Ａ内に導入することができる。
【００５１】
図１０は、本発明に係る排気制御装置の他の実施例を示す概略構成図である。この排気制御装置では、前述図２に示す実施例と同様に第１吸気ポート１４、第２吸気ポート１５、第１排気ポート１６、逆流排気が燃焼室Ａの外周方向に沿って流入するように形成された第２排気ポート１７、燃料噴射弁２３、スワール制御弁２４等を備える他に、第１排気ポート１６（あるいは、排気マニホールド（不図示））の途中から第１吸気ポート１４の途中までを連通させて排気ポートから排出された排気を吸気ポート側に還流する排気還流通路５０と、エンジンの負荷に応じてこの排気還流通路５０を開閉して還流排気Ｇｏｕｔの流量を制御する還流排気制御弁５１と、この排気還流通路５０内を流れる還流排気Ｇｏｕｔの温度を調節する温度調節手段としての冷却器５２等を備えている。
【００５２】
上記構成によれば、吸気行程において、第１吸気ポート１４から燃焼室Ａ内に新気（空気）、燃料、及び冷却された還流排気Ｇｏｕｔが混合された混合気Ｇｍｉｘが導入されると共に、第２排気ポート１７から燃焼室Ａの外周方向すなわちボア側面１１ａに沿うように逆流排気Ｇｉｎが導入されることになる。
【００５３】
この際、混合気Ｇｍｉｘと逆流排気Ｇｉｎとは、前述図６に示すものと同様に、燃焼室Ａの外周部領域に環状に逆流排気Ｇｉｎが分布し、燃焼室Ａの略中央部に還流排気Ｇｏｕｔを含んだ混合気Ｇｍｉｘが分布することになる。このような、成層分布状態が形成されることにより、前述実施例同様に安定した圧縮自己着火燃焼を行わせることができ、又、混合気の燃焼温度をより一層緻密コントロールすることができ、ＮＯｘ等の排出量をより一層低減させることができる。
【００５４】
図１１及び図１２は、燃料を直接筒内（燃焼室内）に噴射する直噴ガソリンエンジンにおいて、本発明に係る排気制御装置を適用した実施例を示すものである。この直噴エンジン６０では、図１１及び図１２に示すように、シリンダブロック６１の円筒状ボア側面６１ａと、このボア側面６１ａに沿って往復動するピストン６２の凹部６２ａ´を備えた冠面６２ａと、シリンダヘッド６３の下面６３ａとにより燃焼室Ａが画定され、又、シリンダヘッド６３には、この燃焼室Ａに新気（空気）を導入するための独立吸気ポートとしての第１吸気ポート６４及び第２吸気ポート６５と、燃焼を終えた排気を燃焼室Ａから排出するための第１排気ポート６６及び第２排気ポート６７とが形成されている。また、このシリンダヘッド６３には、第１吸気ポート６４の開口部６４ａを開閉する第１吸気弁６８と、第２吸気ポート６５の開口部６５ａを開閉する第２吸気弁６９と、第１排気ポート６６の開口部６６ａを開閉する第１排気弁７０と、第２排気ポート６７の開口部６７ａを開閉する第２排気弁７１とが往復動自在に取り付けられており、さらに、燃焼室Ａを画定する下面６３ａの略中央部には、燃料を燃焼室Ａ内に直接噴射する電磁式燃料噴射弁７２が取り付けられ、又、その近傍には、火花点火を行なうための点火プラグ７３が取り付けられている。
【００５５】
上記第１吸気ポート６４と第２吸気ポート６５とは、略同一の傾斜角をなして斜め上方から燃焼室Ａに伸長するように形成されており、この第１吸気ポート６４は、さらにその開口部６４ａ近傍領域が燃焼室Ａの外周方向すなわち円筒状をなすボア側面６１ａの接線方向に伸長するように途中を湾曲させた形状に形成されており、第２吸気ポート６５の途中には、駆動機構（不図示）によってエンジンの運転条件に応じ開閉制御されてその通路を開閉する吸気通路開閉弁としてのスワール制御弁７４が回動自在に取り付けられている。尚、これら独立した第１吸気ポート６４と第２吸気ポート６５との上流側は、お互いに合流して１つの吸気ポートとして形成されている。
【００５６】
上記のように第１吸気ポート６４を形成したことにより、その開口部６４ａを開閉する第１吸気弁６８を吸気行程において開弁させると、この第１吸気ポート６４内を流れてきた新気は燃焼室Ａ内にスワール流として流入することになり、第２吸気ポート６５内に設けられたスワール制御弁７４を閉弁させることで、このスワール流をより強力なものにすることができる。尚、上記スワール制御弁７４を設けない構成であっても、上記のように湾曲した第１吸気ポート６４を採用することで、所望のスワール流を形成することができる。
【００５７】
一方、第１排気ポート６６と第２排気ポート６７とは、前述実施例と同様に、第１排気ポート６６の方が大きい傾斜角をなして燃焼室Ａから斜め上方に略直線状に伸長するように形成されており、第２排気ポート６７は、小さい傾斜角をなして燃焼室Ａから略水平方向に伸長するように、かつその開口部６７ａ近傍領域が燃焼室Ａの外周方向すなわち円筒状をなすボア側面６１ａの接線方向に伸長するように途中を湾曲させた形状に形成されている。
【００５８】
上記のように第２排気ポート６７を形成したことにより、その開口部６７ａを開閉する第２排気弁２１を吸気行程において開弁させると、この第２排気ポート１７内に残存する排気は、図３に示すように燃焼室Ａの外周方向に向かうように指向させられて流入し、さらに、上述新気のスワール流の影響を受けてより一層外周部に沿って流れるようになり、その後、前述図２に示すように、ボア側面６１ａに沿った外周部領域に偏在して分布することになる。すなわち、上記のように形成された第２排気ポート６７は、燃焼室Ａ内に逆流する逆流排気Ｇｉｎを燃焼室Ａの外周方向に沿って流入するように指向させる逆流排気指向手段を構成している。尚、本実施例における第１及び第２吸気弁６８，６９と第１及び第２排気弁７０，７１とを開閉駆動する機構及び装置全体の動作は、前述実施例での機構及び動作と同様のものであるため、ここでの説明は省略する。
【００５９】
以上述べた実施例においては、第２排気弁２１，７１を（場合によっては第１排気弁２０，７０をも）開閉作動する第２排気弁用カム３０ｂとしては、エンジンの全運転領域においてカムプロフィルが一定（カム高さが一定）のものを適用したが、例えば図１３に示すように、エンジンの運転領域に応じて例えば３種類のカムプロフィルを使い分ける可変機構を採用してもよい。すなわち、低負荷運転領域においては弁リフト量が最も大きくなるような排気弁用カムを選択し、高負荷運転領域においては弁リフト量が最も小さくなるような排気弁用カムを選択し、中負荷運転領域においてはほぼ中間の弁リフト量が得られるような排気弁用カムを選択するような構造を採用してもよい。
【００６０】
この構成によれば、エンジンの高負荷運転領域では、図１４に示すように、逆流排気Ｇｉｎの量が混合気Ｇｍｉｘの量に比べて減少した成層分布状態が形成され、一方、エンジンの低負荷運転領域では、図１５に示すように、逆流排気Ｇｉｎの量が混合気Ｇｍｉｘの量に比べて増加した成層分布状態が形成されることになる。これにより、安定した圧縮自己着火燃焼を行なわせることができると共に、すす、ＨＣ，ＮＯｘ等の排出量を大幅に低減することができる。
【００６１】
また、以上述べた実施例においては、第１吸気弁１８，６８及び第２吸気弁１９，６９を開閉作動する吸気弁用カム２９ａとしては、エンジンの全運転領域においてカムプロフィルが一定（カム高さが一定）のものを適用したが、図１６に示すように、エンジンの運転領域に応じて例えば３種類のカムプロフィルを使い分ける可変機構を採用してもよい。すなわち、低負荷運転領域においては弁リフトが最も小さくなるような吸気弁用カムを選択し、高負荷運転領域においては弁リフト量が最も大きくなるような吸気弁用カムを選択し、中負荷運転領域においてはほぼ中間の弁リフト量が得られるような吸気弁用カムを選択するような構造を採用してもよい。
【００６２】
この構成によれば、エンジンの高負荷運転領域では、混合気Ｇｍｉｘの流入量が増加することで、逆流排気Ｇｉｎの量が混合気Ｇｍｉｘの量に比べて相対的に減少し、前述図１４に示すような成層分布状態が形成され、一方、エンジンの低負荷運転領域では、混合気Ｇｍｉｘの流入量が減少することで、逆流排気Ｇｉｎの量が混合気Ｇｍｉｘの量に比べて相対的に増加し、前述図１５に示すような成層分布状態が形成される。これにより、前述同様安定した圧縮自己着火燃焼を行なわせることができると共に、すす、ＨＣ、ＮＯｘ等の排出量を大幅に低減することができる。
【００６３】
以上述べた実施例では、エンジンの１気筒分についてのみ説明したが、多気筒のエンジンについて適用できることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る排気制御装置を備えたガソリンエンジンの一部を示す縦断面図である。
【図２】 本発明に係る排気制御装置を備えたガソリンエンジンの一部を示す平面図である。
【図３】 本発明に係る排気制御装置を構成する排気ポートから逆流する逆流排気の流れを説明するための平面図である。
【図４】 内燃機関の吸気弁及び排気弁を開閉駆動する機構を示すものであり、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は吸気用カムシャフト及び排気用カムシャフトの平面図である。
【図５】 クランク角に対する吸気弁及び排気弁の弁リフト特性を示す図である。
【図６】 燃焼室内における逆流排気と混合気との分布状態を示す図である。
【図７】 本発明に係る排気制御装置を構成する逆流排気指向手段の他の実施例を示すものであり、（ａ）は平面図、（ｂ）は排気弁の側面図である。
【図８】 内燃機関の吸気弁及び排気弁を開閉駆動する機構の他の実施例を示すものであり、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は吸気用カムシャフト及び排気用カムシャフトの平面図である。
【図９】 クランク角に対する吸気弁及び排気弁の弁リフト特性を示す図である。
【図１０】 本発明に係る排気制御装置の他の実施例を示す平面図である。
【図１１】 本発明に係る排気制御装置を備えた直噴ガソリンエンジンの一部を示す縦断面図である。
【図１２】 本発明に係る排気制御装置を備えた直噴ガソリンエンジンの一部を示す平面図である。
【図１３】 排気弁用カムとして３種類のカム高さを持つカムをエンジンの運転条件に応じて選択する構成を採用した場合のクランク角に対する弁リフト特性を示す図である。
【図１４】 高負荷運転領域における逆流排気と混合気との分布状態を示す図である。
【図１５】 低負荷運転領域における逆流排気と混合気との分布状態を示す図である。
【図１６】 吸気弁用カムとして３種類のカム高さを持つカムをエンジンの運転条件に応じて選択する構成を採用した場合のクランク角に対する弁リフト特性を示す図である。
【符号の説明】
１０ ガソリンエンジン
１１ シリンダブロック
１１ａ ボア側面
１２ ピストン
１２ａ 冠面
１３ シリンダヘッド
１３ａ 下面
１４ 第１吸気ポート
１４ａ 開口部
１５ 第２吸気ポート
１５ａ 開口部
１６ 第１排気ポート
１６ａ 開口部
１７ 第２排気ポート
１７ａ 開口部
１８ 第１吸気弁
１９ 第２吸気弁
２０ 第１排気弁
２１ 第２排気弁
２２ 点火プラグ
２３ 燃料噴射弁
２４ スワール制御弁（吸気通路開閉弁）
２５ 吸気側ロッカシャフト
２６ 排気側ロッカシャフト
２７ 吸気側ロッカアーム
２８ 排気側ロッカアーム
２９ 吸気用カムシャフト
２９ａ 吸気弁用カム
３０ 排気用カムシャフト
３０ａ 第１排気弁用カム
３０ｂ 第２排気弁用カム
３１ 第１排気ポート
３２ 第２排気ポート
３３ 第２排気弁
３３ａ 傘部
３４ シュラウド
４０ 吸気側ロッカシャフト
４１ 第１排気側ロッカシャフト
４２ 吸気側ロッカアーム
４３ 第１排気側ロッカアーム
４４ 吸気用カムシャフト
４４ａ 吸気弁用カム
４５ 排気用カムシャフト
４５ａ 排気弁用カム
４６ 第２排気側ロッカシャフト
４７ 第２排気側ロッカアーム
５０ 排気還流通路
５１ 還流排気制御弁
５２ 冷却器（温度調節手段）
６０ 直噴ガソリンエンジン
６１ シリンダブロック
６１ａ ボア側面
６２ ピストン
６２ａ 冠面
６２ａ´ 凹部
６３ シリンダヘッド
６４ 第１吸気ポート
６５ 第２吸気ポート
６６ 第１排気ポート
６７ 第２排気ポート
６８ 第１吸気弁
６９ 第２吸気弁
７０ 第１排気弁
７１ 第２排気弁
７２ 燃料噴射弁
７３ 点火プラグ
７４ スワール制御弁
本発明は、内燃機関の燃焼室内に排気を導入する内燃機関の排気制御装置に関し、特に、排気ポートから燃焼室内に導入された逆流排気を利用した自己着火運転と点火プラグを利用した火花点火運転とを機関負荷に応じて切り替えて行なわせる内燃機関の排気制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
排出ガス清浄化の一環として、内燃機関例えば火花点火機関（以下、ガソリンエンジンと称す）に点火プラグによる火花点火運転だけでなく圧縮による自己着火運転をも行なわせる手法が開発検討されている。この手法のガソリンエンジンによれば、排出ガス中のすす及びＮＯｘの発生量が大幅に低減されるものの、自己着火の時期が混合気の空燃比、混合気の温度等に依存するため、実際に使用される広範囲な負荷領域において、望ましい時期に自己着火を行なわせることは困難であることが知られている。
【０００３】
上記自己着火の時期を制御して運転領域の拡大を図る一手法として、例えば特開平９−２８７５２８号公報に示されるような技術がある。この技術は、排気ポートから排出された排気を吸気ポート側へ還流し、この還流排気（外部ＥＧＲガス）を燃焼室内へ導入して空燃比を制御し、又、外部ＥＧＲガスを冷却して混合気の温度を制御することで、良好な着火が得られる運転領域を拡大しようとするものである。
【０００４】
また、特開平５−５９９５２号公報に示されるように、吸気ポートの近傍に排気還流通路を設けて外部ＥＧＲガスを燃焼室内に導入することで、燃焼室内での空燃比を制御し、良好な燃焼状態を得ようとする技術がある。
【０００５】
さらに、特開平５−８６９９２号公報、特開平９−４５２１号公報に示されるように、副排気ポートを設けて排気の一部を燃焼室内へ逆流、すなわち、逆流排気（内部ＥＧＲガス）を燃焼室内へ導入することで、燃焼の改善を図ろうとする技術がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の如き従来技術においては、以下のような問題点があった。すなわち、上記特開平９−２８７５２８号公報及び特開平５−５９９５２号公報に開示の技術では、排気ポートから排出された排気を還流して、燃焼室内に導入し、あるいは、途中で温度を調節した後新気に均質的に混合して燃焼室内に導入するため、運転モードが切り替わるような場合の過渡時の応答性が悪く、自己着火の時期を制御するのが困難であるという問題があった。
【０００７】
また、上記特開平５−８６９９２号公報及び特開平９−４５２１号公報に開示の技術では、排気ポートから排気を逆流させて燃焼室内に導入するものの、この逆流排気と混合気との分布を安定した所定の例えば成層状態に制御することができず、その結果、安定して所望の燃焼状態を得るのが困難であるという問題があった。
【０００８】
本発明は、上記のような従来技術の問題点に鑑みて成されたものであり、その目的とするところは、自己着火の時期を容易に制御することができ、安定して良好な燃焼状態が得られるようにしてＨＣ、ＮＯｘ等の排出量の低減を図ることのできる内燃機関の排気制御装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載した発明は、互いに独立して連通する２つ以上の吸気ポートと、互いに独立して連通する２つ以上の排気ポートとが燃焼室に備えられているとともに、上記各吸気ポートには、これらの開口部を開閉する吸気弁がそれぞれ設けられ、かつ、上記各排気ポートには、これらの開口部を開閉する排気弁がそれぞれ設けられており、上記吸気弁を開弁駆動する吸気弁用カムが形成された吸気用カムシャフトを有し、前記少なくとも１つの排気弁は、前記吸気弁用カムにより、吸気行程においても開弁駆動され、上記いずれかの排気弁を、排気行程から吸気行程に亘る所定領域において開弁して当該排気ポート内にある排気の一部を燃焼室内へ逆流させるように制御し、負荷に応じて自己着火運転と点火プラグによる火花点火運転とを選択的に切り替えて運転させる内燃機関の排気制御装置であって、上記排気行程から吸気行程に亘る所定領域において開弁する排気弁により燃焼室内に逆流する逆流排気を、燃焼室の外周方向に沿って流入するように指向させる逆流排気指向手段を設けているとともに、上記２つ以上の吸気ポートのうちのいずれかの開口部近傍領域を、排気ポートから導入される逆流排気を燃焼室の外周部領域に偏在して分布させるように燃焼室の外周方向に伸長するとともに湾曲させて形成していることを特徴としている。
【００１０】
請求項２に記載した発明は、請求項１に記載の逆流排気指向手段が、排気行程から吸気行程に亘る所定領域において開弁する排気弁を設けた排気ポートを、燃焼室から略水平方向に伸長し、かつ、その開口部近傍領域を燃焼室の外周方向に伸長するよう湾曲して形成されている。
【００１１】
請求項３に記載した発明は、請求項１又は２に記載の逆流排気指向手段が、排気行程から吸気行程に亘る所定領域において開弁する排気弁の傘部に設けられて逆流排気が燃焼室の外周方向以外へ流れるのを阻止する壁面を形成するシュラウドである。
【００１２】
請求項４に記載した発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の構成において、排気弁を駆動する排気用カムシャフトを有し、この排気用カムシャフトは、前記排気弁の全てを排気行程において開弁駆動する第１排気弁用カムと、前記少なくとも１つの排気弁を吸気行程においても開弁駆動する第２排気弁用カムとを有している。
【００１４】
請求項５に記載した発明は、請求項１〜４のいずれか１項に記載した構成において、 開口部近傍領域が燃焼室の外周方向に伸長するように湾曲して形成された吸気ポートを除く他の吸気ポートの少なくとも１つには、その通路を開閉する吸気通路開閉弁を有することを特徴としている。
【００１５】
請求項６に記載した発明は、請求項１〜５のいずれか１項に記載の排気ポートから排出された排気を吸気ポート側に還流する排気還流通路と、負荷に応じて前記排気還流通路を開閉し還流排気の流量を制御する還流排気制御弁とを有している。
【００１６】
請求項７に記載した発明は、請求項７に記載の排気還流通路を流れる還流排気の温度を調節する温度調節手段を有することを特徴としている。
【００１８】
【発明の効果】
請求項１に記載した発明によれば、排気ポートから燃焼室内に逆流する逆流排気を燃焼室の外周方向に沿って流入するように指向させる逆流排気指向手段を設けたことにより、吸気行程において、燃焼室内に流入する高温の逆流排気は主として燃焼室の外周部領域に分布し、燃焼室の中心部領域には主として燃料と新気（空気）との混合気が分布する状態、すなわち、環状の成層分布状態が形成され、続く圧縮行程では、この成層分布状態が維持されたまま圧縮が行なわれる。そして、この断熱圧縮作用によって、燃焼室内の外周部領域に分布する逆流排気の温度が、中心部領域に分布する混合気の発火温度を超える温度まで上昇し、この逆流排気と混合気との界面を起点として、混合気の圧縮自己着火燃焼が生じることになる。
【００１９】
すなわち、燃焼室の外周部領域に高温の逆流排気が分布した成層分布状態を安定して形成することで、従来の如くデッドボリューム部領域での未燃領域の発生を防止し、より完全に近い燃焼を行なわせることができ、加えて、高負荷時には、逆流排気の導入量を減少させて圧縮行程での混合気の温度を低下させ、一方、低負荷時には、逆流排気の導入量を増加させて圧縮行程での混合気の温度を上昇させることにより、上記良好な燃焼が得られる圧縮自己着火燃焼運転領域を拡大することができ、これによって、ＮＯｘ、ＨＣ等を大幅に低減することができ、又、排気ポートからの逆流排気を利用することで良好な過渡応答性を得ることができる。
また、開口部を開閉する吸気弁を吸気行程において開弁させると、この吸気ポート内を流れてきた新気は燃焼室内にスワール流として流入することになり、所望のスワール流を形成することができる。従って、排気ポートから導入される逆流排気は、このスワール流の影響を受けて、燃焼室の外周部領域に偏在して分布させられることになり、これにより、安定した圧縮自己着火燃焼を生じさせることができる。
さらに、逆流排気を生じさせるべく排気弁を開弁駆動する駆動手段として、吸気弁を開弁駆動するために設けられた吸気用カムシャフトの吸気弁用カムを用いて排気弁を開弁駆動する構成を採用したことから、吸気用カムから排気弁までの連動手段を設けるだけで別個に新たなカムシャフト等を設ける必要はない。従って、構造上の複雑化を招くことなく、吸気行程と確実に同期させて、所望のタインミングで排気ポートから燃焼室内への排気の逆流動作を行なわせることができる。
【００２０】
請求項２に記載した発明によれば、排気行程から吸気行程に亘る所定領域において開弁する排気弁を設けた排気ポートが、燃焼室から略水平方向に伸長し、かつ、その開口部近傍領域を燃焼室の外周方向に伸長するよう湾曲させて形成していることにより、簡略な構造により、逆流排気を燃焼室の外周部領域に確実に偏在させて成層状に分布させることができ、これにより、安定した圧縮自己着火燃焼を生じさせることができる。
【００２１】
請求項３に記載した発明によれば、排気ポートからの逆流排気を燃焼室の外周部に向けて指向させる逆流排気指向手段として、排気行程から吸気行程に亘る所定領域において開弁する排気弁の傘部に設けたシュラウドを採用したことから、構造の簡略及び安定した圧縮着火を達成できるのに加えて、排気ポートを形成するシリンダヘッド等の既存の部品を流用することができ、製品のコストを低減させることができる。
【００２２】
本発明の請求項４に係る内燃機関の排気制御装置によれば、排気ポートからの逆流排気を燃焼室の外周部に向けて指向させる逆流排気指向手段として、排気ポートの少なくとも開口部側領域を燃焼室の外周方向に沿わせるように形成したもの及び排気弁の傘部に設けたシュラウドを採用したことから、簡略な構造により、逆流排気を燃焼室の外周部領域により一層確実に偏在させて成層状に分布させることができ、これにより、より一層安定した圧縮自己着火燃焼を生じさせることができる。
【００２３】
請求項４に記載した発明によれば、逆流排気を生じさせるべく排気弁を開弁駆動する駆動手段として、排気行程で作動するカム（第１排気弁用カム）を有する排気用カムシャフトに吸気行程で作動する専用のカム（第２排気弁用カム）を設け、この専用のカムにより駆動させる構成を採用したことから、別個に新たなカムシャフト等を設ける必要がない。従って、構造上の複雑化等を招くことなく、所望のタイミングで排気ポートから燃焼室内への排気の逆流動作を行なわせることができる。
【００２５】
請求項５に記載した発明によれば、開口部近傍領域が燃焼室の外周方向に伸長するように湾曲して形成された吸気ポートを除く他の吸気ポートの少なくとも１つに、その通路を開閉する吸気通路開閉弁を有しているので、吸気行程においてこの吸気通路開閉弁を閉弁させて他の吸気ポートから燃焼室内に新気を流入させることにより、この新気を燃焼室の外周方向に沿うスワール流とすることができる。従って、排気ポートから導入される逆流排気は、このスワール流の影響を受けて、燃焼室の外周部領域に偏在して分布させられることになり、これにより、安定した圧縮自己着火燃焼を生じさせることができる。
【００２６】
請求項６に記載した発明によれば、排気ポートからの逆流排気だけでなく、排気ポートから排出された排気を吸気ポート側へ還流した還流排気をも燃焼室へ導入する構成を採用したことから、混合気の燃焼温度等を緻密にコントロールすることができ、すす，ＮＯｘ等の排出量を一層低減させることができる。
【００２７】
請求項７に記載した発明によれば、排気ポートからの逆流排気だけでなく、排気ポートから排出された排気を吸気ポート側へ還流した還流排気をも燃焼室へ導入すると共に、この還流排気の温度を調節できる構成を採用したことから、混合気の燃焼温度等をより一層緻密にコントロールすることができ、すす，ＮＯｘ等の排出量をより一層大幅に低減させることができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて説明する。
【００２９】
図１及び図２は、本発明に係る排気制御装置の一実施例を備えた内燃機関（ガソリンエンジン）の概略構成を示す側面図及び平面図である。このガソリンエンジン１０では、図１及び図２に示すように、シリンダブロック１１の円筒状ボア側面１１ａと、このボア側面１１ａに沿って往復動するピストン１２の冠面１２ａと、シリンダヘッド１３の下面１３ａとにより燃焼室Ａが画定され、又、シリンダヘッド１３には、この燃焼室Ａに新気あるいは新気と燃料との混合気等を導入するための独立吸気ポートとしての第１吸気ポート１４及び第２吸気ポート１５と、燃焼を終えた排気を燃焼室Ａから排出するための第１排気ポート１６及び第２排気ポート１７とが形成されている。また、このシリンダヘッド１３には、第１吸気ポート１４の開口部１４ａを開閉する第１吸気弁１８と、第２吸気ポート１５の開口部１５ａを開閉する第２吸気弁１９と、第１排気ポート１６の開口部１６ａを開閉する第１排気弁２０と、第２排気ポート１７の開口部１７ａを開閉する第２排気弁２１とが往復動自在に取り付けられており、さらに、燃焼室Ａを画定する下面１３ａの略中央部には、火花点火を行なうための点火プラグ２２が取り付けられている。
【００３０】
上記第１吸気ポート１４と第２吸気ポート１５とは、略同一の形状でかつ同一の傾斜角をなして燃焼室Ａに連通するように形成されており、第１吸気ポート１４の途中には燃料を噴射するための電磁式燃料噴射弁２３が取り付けられ、又、第２吸気ポート１５の途中には、駆動機構（不図示）によってエンジンの運転条件に応じ開閉制御されてその通路を開閉する吸気通路開閉弁としてのスワール制御弁２４が回動自在に取り付けられている。尚、これら独立した第１吸気ポート１４と第２吸気ポート１５との上流側は、お互いに合流して１つの吸気ポートとして形成されている。
【００３１】
上記第１排気ポート１６と第２排気ポート１７とは、第１排気ポート１６の方が大きい傾斜角をなして燃焼室Ａから斜め上方に略直線状に伸長するように形成されており、一方、第２排気ポート１７は、小さい傾斜角をなして燃焼室Ａから略水平方向に伸長するように、かつその開口部１７ａ近傍領域が燃焼室Ａの外周方向すなわち円筒状をなすボア側面１１ａの接線方向に伸長するように途中を湾曲させた形状に形成されている。
【００３２】
上記のように第２排気ポート１７を形成したことにより、その開口部１７ａを開閉する第２排気弁２１を吸気行程において開弁させると、この第２排気ポート１７内に残留する排気は、図３に示すように燃焼室Ａの外周方向に向かうように指向させられ、その後、図２に示すようにボア側面１１ａに沿って外周部領域に偏在するように流入することになる。
【００３３】
すなわち、上記のように形成された第２排気ポート１７は、燃焼室Ａ内に逆流する逆流排気Ｇｉｎを燃焼室Ａの外周方向に沿って流入するように指向させる逆流排気指向手段を構成している。
【００３４】
図４に示すように、上記第１吸気弁１８及び第２吸気弁１９を開閉駆動する機構は、シリンダヘッド１３に固定された吸気側ロッカシャフト２５に揺動自在に取り付けられて第１吸気弁１８及び第２吸気弁１９の上端部にそれぞれ当接する当接部２７ａを備えた吸気側ロッカアーム２７、シリンダヘッド１３に回動自在に支持されてこの吸気側ロッカアーム２７に接触し、吸気行程において第１及び第２吸気弁１８，１９を開弁するように作動する吸気弁用カム２９ａを備えた吸気用カムシャフト２９等により構成されており、又、第１排気弁２０及び第２排気弁２１を開閉駆動する機構は、シリンダヘッド１３に固定された排気側ロッカシャフト２６に揺動自在に取り付けられて第１排気弁２０及び第２排気弁２１の上端部にそれぞれ当接する当接部２８ａを備えた排気側ロッカアーム２８、シリンダヘッド１３に回動自在に支持されてこの排気側ロッカアーム２８に接触し排気行程において第１及び第２排気弁２０，２１を開弁するように作動する第１排気弁用カム３０ａ及び吸気行程において第２排気弁２１を開弁するように作動する第２排気弁用カム３０ｂを備えた排気用カムシャフト３０等により構成されている。ここで、上記吸気用カムシャフト２９の吸気弁用カム２９ａと、排気用カムシャフト３０の第１排気弁用カム３０ａ及び第２排気弁用カム３０ｂとは、クランク角に対して、図５に示すようなリフト特性となるように形成されている。
【００３５】
次に、本実施例に係る排気制御装置の動作について説明する。
【００３６】
先ず、エンジンが中負荷領域で運転される場合は、排気行程において、第１排気弁用カム３０ａの作動により第１排気弁２０及び第２排気弁２１が共に押し下げられて開弁し、燃焼室Ａ内の既燃ガスが第１排気ポート１６及び第２排気ポート１７の両ポートを通って排気として外部に向け排出される。続く吸気行程においては、吸気弁用カム２９ａの作動により第１吸気弁１８及び第２吸気弁１９が共に押し下げられて開弁し、かつ、スワール制御弁２４が閉弁して、燃料噴射弁２３から噴射された燃料と吸気系の上流から導入された新気（空気）との混合気が第１吸気ポート１４から燃焼室Ａ内に導入される。また、この吸気行程においては、前述第１排気弁用カム３０ａの作動が終了すると同時に、第２排気弁用カム３０ｂの作動により第２排気弁２１のみが再び押し下げられて開弁し、第２排気ポート１７内に残留する排気が燃焼室Ａ内に逆流する。
【００３７】
この際、第２排気ポート１７はその開口部１７ａ側領域の通路が燃焼室Ａの外周方向すなわちボア側面１１ａの接線方向に伸長するように形成されていることから、第２排気ポート１７内に残留する排気はこのボア側面１１ａに沿うように逆流し、又、スワール制御弁２４によるスワール作用の影響も受けて、図６に示すように、逆流排気Ｇｉｎは燃焼室Ａの外周部領域に環状に偏在し、又、混合気Ｇｍｉｘは燃焼室Ａの略中央部領域に集まるように成層分布状態を形成する。
【００３８】
続く圧縮行程においては、吸気弁用カム２９ａ及び第２排気用カム３０ｂの作動が終了して、第１及び第２吸気弁１８，１９と第２排気弁２１とが閉弁し、上記成層分布状態が維持されたままピストン１２が上昇して、混合気Ｇｍｉｘ及び逆流排気Ｇｉｎの圧縮が行なわれる。この圧縮行程において、燃焼室Ａ内の外周部領域に分布する逆流排気Ｇｉｎの温度は、断熱圧縮変化によって燃焼室Ａ内の略中央部に位置する混合気Ｇｍｉｘの発火温度を超える温度まで上昇し、この昇温した逆流排気Ｇｉｎと混合気Ｇｍｉｘとの界面を起点として、混合気Ｇｍｉｘは自己着火燃焼を生じることになる。上記自己着火燃焼による爆発力により、続く膨張行程ではピストン１２が押し下げられて、再び排気行程へと戻り、上述した動作が繰り返されることになる。
【００３９】
尚、上記エンジンの中負荷運転領域においては、スワール制御弁２４を開弁状態にしたままで、第１吸気ポート１４だけでなく第２吸気ポート１５からも新気を導入する構成を採用することも可能である。
【００４０】
エンジンが高負荷領域で運転される場合は、排気行程において、第１排気弁用カム３０ａの作動により第１排気弁２０及び第２排気弁２１が共に押し下げられて開弁し、燃焼室Ａ内の既燃ガスが第１排気ポート１６及び第２排気ポート１７を通って排気として外部に向けて排出される。続く吸気行程においては、第１排気弁用カム３０ａの作動が終了して第１及び第２排気弁２０，２１が閉弁し、吸気弁用カム２９ａの作動により第１吸気弁１８及び第２吸気弁１９が共に押し下げられて開弁すると共にスワール制御弁２４も開弁し、燃焼噴射弁２３から噴射された燃料と吸気系の上流から導入された新気（空気）との混合気が第１吸気ポート１４から、又、新気（空気）のみが第２吸気ポート１５からそれぞれ燃焼室Ａ内に導入される。この吸気行程においては、前述中負荷領域の場合のように第２排気弁２１が第２排気弁用カム３０ｂにより開弁駆動されることはなく、閉弁状態となっている。この第２排気弁２１の閉弁状態は、排気側ロッカアーム２８に設けられた公知のカム選択機構（不図示）を作動させて、第２排気弁用カム３０ｂの作動力を第２排気弁２１に伝達しないようにすることにより維持される。そして、上記吸気行程により導入された混合気は、燃焼室Ａ内において均質に分布することになる。
【００４１】
続く圧縮行程においては、吸気弁用カム２９ａの作動が終了して第１及び第２吸気弁１８，１９が閉弁し、上記混合気の均質分布が維持されたままピストン１２が上昇してこの混合気を圧縮し、この圧縮行程の終端近傍において点火プラグ２２により火花点火が行なわれて、混合気は均質燃焼を生じることになる。上記火花点火燃焼による爆発力により、続く膨張行程ではピストン１２が押し下げられて、再び排気行程へと戻り、上述した動作が繰り返されることになる。
【００４２】
尚、上記エンジンの高負荷運転領域においては、吸気行程において第２排気弁２１を閉弁状態に維持して逆流排気Ｇｉｎを燃焼室Ａ内に導入しない構成としたが、第２排気弁２１の開弁量を調節して少量の逆流排気を導入し、混合気に自己着火燃焼を行なわせる構成を採用することも可能である。
【００４３】
エンジンが低負荷領域で運転される場合は、基本的には前述中負荷運転領域の場合の作動と同様であるが、吸気行程において、カム選択機構により第２排気弁用カム３０ｂの作動力が第１排気弁２０にも作用するようにして、この第１排気弁２０をも開弁させて、第２排気ポート１７からだけでなく第１排気ポート１６からも逆流排気Ｇｉｎを燃焼室Ａに導入するように、すなわち、中負荷運転時よりも多量の逆流排気を導入するようにして、圧縮行程における混合気の温度を上昇させて、より安定した自己着火燃焼が生じるように運転される。
【００４４】
以上のように運転されることにより、安定した圧縮自己着火燃焼の運転領域が拡大され、又、吸気系に還流する還流排気ではなく排気ポートから逆流させる逆流排気を導入することで、良好な過渡応答性が得られると共に、従来のように吸気系の途中に設けられたスロットル弁によって例えば部分負荷時に吸入される新気の量を制限する必要がないため、吸入負荷に起因するポンピングロスが低減され、これにより、燃費が向上することになる。
【００４５】
図７は、本発明に係る排気制御装置の一部を構成する逆流排気指向手段の他の実施例を示すものである。この実施例での逆流排気指向手段としては、前述実施例のように燃焼室Ａの外周方向に沿うように形成され排気ポートを採用するのではなく、燃焼室Ａに対して直線的に連通する第１排気ポート３１及び第２排気ポート３２を採用し、この第２排気ポート３２の開口部３２ａを開閉するものとして、傘部３３ａに湾曲したシュラウド３４が設けられた第２排気弁３３を採用するものである。
【００４６】
すなわち、第２排気弁３３の傘部３３ａに設けられたシュラウド３４は、第２排気ポート３２からの逆流排気が燃焼室Ａ内の所定方向へ流れるのを阻止する、つまり、燃焼室Ａの外周方向に沿う流れのみを許容するように形成されている。尚、このシュラウド３４付きの第２排気弁３４を採用する場合は、このシュラウド３４が燃焼室Ａに対して常時所定の方向を向くように、往復動に伴なう第２排気弁３３の軸線まわりの回転を阻止するような手段を設けるのが良い。
【００４７】
尚、逆流排気指向手段として、前述の燃焼室Ａの外周方向に沿うように形成された第２排気ポート１７と上記シュラウド３４付きの第２排気弁３３とを兼ね備えた構成を採用することも可能である。
【００４８】
図８は、前述第１吸気弁１８及び第２吸気弁１９と第１排気弁２０及び第２排気弁２１とを開閉駆動する機構の他の実施例を示すものである。図８に示すように、第１吸気弁１８及び第２吸気弁１９を開閉駆動する機構は、シリンダヘッド１３に固定された吸気側ロッカシャフト４０に揺動自在に取り付けられて第１吸気弁１８及び第２吸気弁１９の上端部にそれぞれ当接する第１当接部４２ａ及びこの第１当接部４２ａと反対側に設けられて後述する吸気用カムシャフト４４に当接する第２当接部４２ｂを備えた吸気側ロッカアーム４２、シリンダヘッド１３に回動自在に支持されてこの吸気側ロッカアーム４２の第２当接部４２ｂに接触し吸気行程において第１及び第２吸気弁１８，１９を開弁するように作動する吸気弁用カム４４ａを備えた吸気用カムシャフト４４等により構成されており、又、第１排気弁２０及び第２排気弁２１を開閉駆動する機構は、シリンダヘッド１３に固定された第１排気側ロッカシャフト４１に揺動自在に取り付けられて第１排気弁２０及び第２排気弁２１の上端部にそれぞれ当接する当接部４３ａを備えた第１排気側ロッカアーム４３、シリンダヘッド１３に回動自在に支持されてこの第１排気側ロッカアーム４３に接触し排気行程において第１及び第２排気弁２０，２１を開弁するように作動する排気弁用カム４５ａを備えた排気用カムシャフト４５、シリンダヘッド１３に固定された第２排気側ロッカシャフト４６に揺動自在に取り付けられて第２排気弁２１の上端部に（運転モードによっては第１排気弁２０の上端部にも）当接する第１当接部４７ａ及びこの第１当接部４７ａと反対側に設けられて前述吸気用カムシャフト４４に当接する第２当接部４７ｂを備えた第２排気側ロッカアーム４７等により構成されている。尚、上記第２排気側ロッカアーム４７には、吸気弁用カム４４ａによる作動力を第２排気弁２１を伝達しないための、又、第２排気弁２１だけでなく第１排気弁２０にも伝達するための公知のカム選択機構（不図示）が設けられている。
【００４９】
すなわち、排気行程においては、排気用カムシャフト４５の排気弁用カム４５ａの作動により、第１排気側ロッカアーム４３が下向き（図８中反時計回わり）に回動して、第１排気弁２０及び第２排気弁２１を開弁駆動し、吸気行程においては、吸気用カムシャフト４４の吸気弁用カム４４ａの作動により、吸気側ロッカアーム４２が図８中反時計回わりに回動して第１吸気弁１８及び第２吸気弁１９を開弁駆動すると共に、第２排気側ロッカアーム４７が図８中時計回わりに回動して第２排気弁２１のみを開弁駆動（エンジンが低負荷運転の場合は、第１排気弁２０をも開弁駆動）する。
【００５０】
この場合の第１及び第２排気弁２０，２１と第１及び第２吸気弁１８，１９とのクランク角に対するリフト特性は、図９に示すようになる。図９から理解されるように、第１及び第２吸気弁１８，１９と第２排気弁２１との開弁動作を同期させることができ、これにより、吸気行程において混合気と共に逆流排気を確実に所定のタイミングで燃焼室Ａ内に導入することができる。
【００５１】
図１０は、本発明に係る排気制御装置の他の実施例を示す概略構成図である。この排気制御装置では、前述図２に示す実施例と同様に第１吸気ポート１４、第２吸気ポート１５、第１排気ポート１６、逆流排気が燃焼室Ａの外周方向に沿って流入するように形成された第２排気ポート１７、燃料噴射弁２３、スワール制御弁２４等を備える他に、第１排気ポート１６（あるいは、排気マニホールド（不図示））の途中から第１吸気ポート１４の途中までを連通させて排気ポートから排出された排気を吸気ポート側に還流する排気還流通路５０と、エンジンの負荷に応じてこの排気還流通路５０を開閉して還流排気Ｇｏｕｔの流量を制御する還流排気制御弁５１と、この排気還流通路５０内を流れる還流排気Ｇｏｕｔの温度を調節する温度調節手段としての冷却器５２等を備えている。
【００５２】
上記構成によれば、吸気行程において、第１吸気ポート１４から燃焼室Ａ内に新気（空気）、燃料、及び冷却された還流排気Ｇｏｕｔが混合された混合気Ｇｍｉｘが導入されると共に、第２排気ポート１７から燃焼室Ａの外周方向すなわちボア側面１１ａに沿うように逆流排気Ｇｉｎが導入されることになる。
【００５３】
この際、混合気Ｇｍｉｘと逆流排気Ｇｉｎとは、前述図６に示すものと同様に、燃焼室Ａの外周部領域に環状に逆流排気Ｇｉｎが分布し、燃焼室Ａの略中央部に還流排気Ｇｏｕｔを含んだ混合気Ｇｍｉｘが分布することになる。このような、成層分布状態が形成されることにより、前述実施例同様に安定した圧縮自己着火燃焼を行わせることができ、又、混合気の燃焼温度をより一層緻密コントロールすることができ、ＮＯｘ等の排出量をより一層低減させることができる。
【００５４】
図１１及び図１２は、燃料を直接筒内（燃焼室内）に噴射する直噴ガソリンエンジンにおいて、本発明に係る排気制御装置を適用した実施例を示すものである。この直噴エンジン６０では、図１１及び図１２に示すように、シリンダブロック６１の円筒状ボア側面６１ａと、このボア側面６１ａに沿って往復動するピストン６２の凹部６２ａ´を備えた冠面６２ａと、シリンダヘッド６３の下面６３ａとにより燃焼室Ａが画定され、又、シリンダヘッド６３には、この燃焼室Ａに新気（空気）を導入するための独立吸気ポートとしての第１吸気ポート６４及び第２吸気ポート６５と、燃焼を終えた排気を燃焼室Ａから排出するための第１排気ポート６６及び第２排気ポート６７とが形成されている。また、このシリンダヘッド６３には、第１吸気ポート６４の開口部６４ａを開閉する第１吸気弁６８と、第２吸気ポート６５の開口部６５ａを開閉する第２吸気弁６９と、第１排気ポート６６の開口部６６ａを開閉する第１排気弁７０と、第２排気ポート６７の開口部６７ａを開閉する第２排気弁７１とが往復動自在に取り付けられており、さらに、燃焼室Ａを画定する下面６３ａの略中央部には、燃料を燃焼室Ａ内に直接噴射する電磁式燃料噴射弁７２が取り付けられ、又、その近傍には、火花点火を行なうための点火プラグ７３が取り付けられている。
【００５５】
上記第１吸気ポート６４と第２吸気ポート６５とは、略同一の傾斜角をなして斜め上方から燃焼室Ａに伸長するように形成されており、この第１吸気ポート６４は、さらにその開口部６４ａ近傍領域が燃焼室Ａの外周方向すなわち円筒状をなすボア側面６１ａの接線方向に伸長するように途中を湾曲させた形状に形成されており、第２吸気ポート６５の途中には、駆動機構（不図示）によってエンジンの運転条件に応じ開閉制御されてその通路を開閉する吸気通路開閉弁としてのスワール制御弁７４が回動自在に取り付けられている。尚、これら独立した第１吸気ポート６４と第２吸気ポート６５との上流側は、お互いに合流して１つの吸気ポートとして形成されている。
【００５６】
上記のように第１吸気ポート６４を形成したことにより、その開口部６４ａを開閉する第１吸気弁６８を吸気行程において開弁させると、この第１吸気ポート６４内を流れてきた新気は燃焼室Ａ内にスワール流として流入することになり、第２吸気ポート６５内に設けられたスワール制御弁７４を閉弁させることで、このスワール流をより強力なものにすることができる。尚、上記スワール制御弁７４を設けない構成であっても、上記のように湾曲した第１吸気ポート６４を採用することで、所望のスワール流を形成することができる。
【００５７】
一方、第１排気ポート６６と第２排気ポート６７とは、前述実施例と同様に、第１排気ポート６６の方が大きい傾斜角をなして燃焼室Ａから斜め上方に略直線状に伸長するように形成されており、第２排気ポート６７は、小さい傾斜角をなして燃焼室Ａから略水平方向に伸長するように、かつその開口部６７ａ近傍領域が燃焼室Ａの外周方向すなわち円筒状をなすボア側面６１ａの接線方向に伸長するように途中を湾曲させた形状に形成されている。
【００５８】
上記のように第２排気ポート６７を形成したことにより、その開口部６７ａを開閉する第２排気弁２１を吸気行程において開弁させると、この第２排気ポート１７内に残存する排気は、図３に示すように燃焼室Ａの外周方向に向かうように指向させられて流入し、さらに、上述新気のスワール流の影響を受けてより一層外周部に沿って流れるようになり、その後、前述図２に示すように、ボア側面６１ａに沿った外周部領域に偏在して分布することになる。すなわち、上記のように形成された第２排気ポート６７は、燃焼室Ａ内に逆流する逆流排気Ｇｉｎを燃焼室Ａの外周方向に沿って流入するように指向させる逆流排気指向手段を構成している。尚、本実施例における第１及び第２吸気弁６８，６９と第１及び第２排気弁７０，７１とを開閉駆動する機構及び装置全体の動作は、前述実施例での機構及び動作と同様のものであるため、ここでの説明は省略する。
【００５９】
以上述べた実施例においては、第２排気弁２１，７１を（場合によっては第１排気弁２０，７０をも）開閉作動する第２排気弁用カム３０ｂとしては、エンジンの全運転領域においてカムプロフィルが一定（カム高さが一定）のものを適用したが、例えば図１３に示すように、エンジンの運転領域に応じて例えば３種類のカムプロフィルを使い分ける可変機構を採用してもよい。すなわち、低負荷運転領域においては弁リフト量が最も大きくなるような排気弁用カムを選択し、高負荷運転領域においては弁リフト量が最も小さくなるような排気弁用カムを選択し、中負荷運転領域においてはほぼ中間の弁リフト量が得られるような排気弁用カムを選択するような構造を採用してもよい。
【００６０】
この構成によれば、エンジンの高負荷運転領域では、図１４に示すように、逆流排気Ｇｉｎの量が混合気Ｇｍｉｘの量に比べて減少した成層分布状態が形成され、一方、エンジンの低負荷運転領域では、図１５に示すように、逆流排気Ｇｉｎの量が混合気Ｇｍｉｘの量に比べて増加した成層分布状態が形成されることになる。これにより、安定した圧縮自己着火燃焼を行なわせることができると共に、すす、ＨＣ，ＮＯｘ等の排出量を大幅に低減することができる。
【００６１】
また、以上述べた実施例においては、第１吸気弁１８，６８及び第２吸気弁１９，６９を開閉作動する吸気弁用カム２９ａとしては、エンジンの全運転領域においてカムプロフィルが一定（カム高さが一定）のものを適用したが、図１６に示すように、エンジンの運転領域に応じて例えば３種類のカムプロフィルを使い分ける可変機構を採用してもよい。すなわち、低負荷運転領域においては弁リフトが最も小さくなるような吸気弁用カムを選択し、高負荷運転領域においては弁リフト量が最も大きくなるような吸気弁用カムを選択し、中負荷運転領域においてはほぼ中間の弁リフト量が得られるような吸気弁用カムを選択するような構造を採用してもよい。
【００６２】
この構成によれば、エンジンの高負荷運転領域では、混合気Ｇｍｉｘの流入量が増加することで、逆流排気Ｇｉｎの量が混合気Ｇｍｉｘの量に比べて相対的に減少し、前述図１４に示すような成層分布状態が形成され、一方、エンジンの低負荷運転領域では、混合気Ｇｍｉｘの流入量が減少することで、逆流排気Ｇｉｎの量が混合気Ｇｍｉｘの量に比べて相対的に増加し、前述図１５に示すような成層分布状態が形成される。これにより、前述同様安定した圧縮自己着火燃焼を行なわせることができると共に、すす、ＨＣ、ＮＯｘ等の排出量を大幅に低減することができる。
【００６３】
以上述べた実施例では、エンジンの１気筒分についてのみ説明したが、多気筒のエンジンについて適用できることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る排気制御装置を備えたガソリンエンジンの一部を示す縦断面図である。
【図２】 本発明に係る排気制御装置を備えたガソリンエンジンの一部を示す平面図である。
【図３】 本発明に係る排気制御装置を構成する排気ポートから逆流する逆流排気の流れを説明するための平面図である。
【図４】 内燃機関の吸気弁及び排気弁を開閉駆動する機構を示すものであり、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は吸気用カムシャフト及び排気用カムシャフトの平面図である。
【図５】 クランク角に対する吸気弁及び排気弁の弁リフト特性を示す図である。
【図６】 燃焼室内における逆流排気と混合気との分布状態を示す図である。
【図７】 本発明に係る排気制御装置を構成する逆流排気指向手段の他の実施例を示すものであり、（ａ）は平面図、（ｂ）は排気弁の側面図である。
【図８】 内燃機関の吸気弁及び排気弁を開閉駆動する機構の他の実施例を示すものであり、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は吸気用カムシャフト及び排気用カムシャフトの平面図である。
【図９】 クランク角に対する吸気弁及び排気弁の弁リフト特性を示す図である。
【図１０】 本発明に係る排気制御装置の他の実施例を示す平面図である。
【図１１】 本発明に係る排気制御装置を備えた直噴ガソリンエンジンの一部を示す縦断面図である。
【図１２】 本発明に係る排気制御装置を備えた直噴ガソリンエンジンの一部を示す平面図である。
【図１３】 排気弁用カムとして３種類のカム高さを持つカムをエンジンの運転条件に応じて選択する構成を採用した場合のクランク角に対する弁リフト特性を示す図である。
【図１４】 高負荷運転領域における逆流排気と混合気との分布状態を示す図である。
【図１５】 低負荷運転領域における逆流排気と混合気との分布状態を示す図である。
【図１６】 吸気弁用カムとして３種類のカム高さを持つカムをエンジンの運転条件に応じて選択する構成を採用した場合のクランク角に対する弁リフト特性を示す図である。
【符号の説明】
１０ ガソリンエンジン
１１ シリンダブロック
１１ａ ボア側面
１２ ピストン
１２ａ 冠面
１３ シリンダヘッド
１３ａ 下面
１４ 第１吸気ポート
１４ａ 開口部
１５ 第２吸気ポート
１５ａ 開口部
１６ 第１排気ポート
１６ａ 開口部
１７ 第２排気ポート
１７ａ 開口部
１８ 第１吸気弁
１９ 第２吸気弁
２０ 第１排気弁
２１ 第２排気弁
２２ 点火プラグ
２３ 燃料噴射弁
２４ スワール制御弁（吸気通路開閉弁）
２５ 吸気側ロッカシャフト
２６ 排気側ロッカシャフト
２７ 吸気側ロッカアーム
２８ 排気側ロッカアーム
２９ 吸気用カムシャフト
２９ａ 吸気弁用カム
３０ 排気用カムシャフト
３０ａ 第１排気弁用カム
３０ｂ 第２排気弁用カム
３１ 第１排気ポート
３２ 第２排気ポート
３３ 第２排気弁
３３ａ 傘部
３４ シュラウド
４０ 吸気側ロッカシャフト
４１ 第１排気側ロッカシャフト
４２ 吸気側ロッカアーム
４３ 第１排気側ロッカアーム
４４ 吸気用カムシャフト
４４ａ 吸気弁用カム
４５ 排気用カムシャフト
４５ａ 排気弁用カム
４６ 第２排気側ロッカシャフト
４７ 第２排気側ロッカアーム
５０ 排気還流通路
５１ 還流排気制御弁
５２ 冷却器（温度調節手段）
６０ 直噴ガソリンエンジン
６１ シリンダブロック
６１ａ ボア側面
６２ ピストン
６２ａ 冠面
６２ａ´ 凹部
６３ シリンダヘッド
６４ 第１吸気ポート
６５ 第２吸気ポート
６６ 第１排気ポート
６７ 第２排気ポート
６８ 第１吸気弁
６９ 第２吸気弁
７０ 第１排気弁
７１ 第２排気弁
７２ 燃料噴射弁
７３ 点火プラグ
７４ スワール制御弁
Claims (7)
- 互いに独立して連通する２つ以上の吸気ポートと、互いに独立して連通する２つ以上の排気ポートとが燃焼室に備えられているとともに、
上記各吸気ポートには、これらの開口部を開閉する吸気弁がそれぞれ設けられ、かつ、上記各排気ポートには、これらの開口部を開閉する排気弁がそれぞれ設けられており、
上記吸気弁を開弁駆動する吸気弁用カムが形成された吸気用カムシャフトを有し、前記少なくとも１つの排気弁は、前記吸気弁用カムにより、吸気行程においても開弁駆動され、
上記いずれかの排気弁を、排気行程から吸気行程に亘る所定領域において開弁して当該排気ポート内にある排気の一部を燃焼室内へ逆流させるように制御し、負荷に応じて自己着火運転と点火プラグによる火花点火運転とを選択的に切り替えて運転させる内燃機関の排気制御装置であって、
上記排気行程から吸気行程に亘る所定領域において開弁する排気弁により燃焼室内に逆流する逆流排気を、燃焼室の外周方向に沿って流入するように指向させる逆流排気指向手段を設けているとともに、
上記２つ以上の吸気ポートのうちのいずれかの開口部近傍領域を、排気ポートから導入される逆流排気を燃焼室の外周部領域に偏在して分布させるように燃焼室の外周方向に伸長するとともに湾曲させて形成していることを特徴とする内燃機関の排気制御装置。 - 逆流排気指向手段は、排気行程から吸気行程に亘る所定領域において開弁する排気弁を設けた排気ポートを、燃焼室から略水平方向に伸長し、かつ、その開口部近傍領域を燃焼室の外周方向に伸長するよう湾曲して形成されていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気制御装置。
- 逆流排気指向手段は、排気行程から吸気行程に亘る所定領域において開弁する排気弁の傘部に設けられて逆流排気が燃焼室の外周方向以外へ流れるのを阻止する壁面を形成するシュラウドを含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の排気制御装置。
- 排気弁を駆動する排気用カムシャフトを有し、この排気用カムシャフトは、前記排気弁の全てを排気行程において開弁駆動する第１排気弁用カムと、前記少なくとも１つの排気弁を吸気行程においても開弁駆動する第２排気弁用カムとを有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の内燃機関の排気制御装置。
- 開口部近傍領域が燃焼室の外周方向に伸長するように湾曲して形成された吸気ポートを除く他の吸気ポートの少なくとも１つに、その通路を開閉する吸気通路開閉弁を有するこことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の内燃機関の排気制御装置。
- 排気ポートから排出された排気を吸気ポート側に還流する排気還流通路と、負荷に応じて前記排気還流通路を開閉し還流排気の流量を制御する還流排気制御弁とを有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の内燃機関の排気制御装置。
- 前記排気還流通路を流れる還流排気の温度を調節する温度調節手段を有することを特徴とする請求項６に記載の内燃機関の排気制御装置。
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