以下本発明の実施形態を添付図面に基づい� ��説明する。
 図1~図11は本発明の一実施形態による4サイ� �ルエンジンを説明するための図であり、図1� ��全体構成図、図2は該エンジンの断面側面図 、図3は動弁機構の平面模式図、図4は切換機� ��の模式図、図5はマスク部材の斜視図、図6~� ��8はマスク部材の配置位置,周長を説明する� �めの図、図9,図10は温度成層を説明するため� ��図、図11はブローダウン圧力波過給やEGR開� �動作を説明するための模式図である。

 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� ��、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� �弁を備えている。また、該エンジン1はガソ� ��ン筒内噴射弁13を備え、圧縮比は火花点火� �焼に最適な12に設定されている。

 上記エンジン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� ��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� �筒の位相はそれぞれ360度である。なお、♯1� ��筒と♯4気筒のピストン位置、及び♯2気筒� �♯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� ��び♯3気筒のピストン位置は180度異なる。

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

 上記第1,第2吸気弁用吸気弁開口1d″,1d″� �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。

 また上記第1排気弁EX1用開口1e″,1e″は、� ��股状の排気ポート1eによりシリンダヘッド� �壁側に導出され、該後壁に開口している。� �お、1nは、上記排気ポート1eを2つに画成する 隔壁である。

 上記吸気弁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、� ��記吸気弁IN1,2の開期間及びリフト量を連続� �に変化可能とする吸気弁駆動機構7と、上記� ��気弁EX1,2を開閉する排気弁駆動機構8とを備� ��ている。

 上記排気弁駆動機構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� �、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� ��ム8aの先端部に軸支されたローラ8bとを備え ている。上記排気カム軸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� �記各排気弁に対応するように形成されてい� �。

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

 上記吸気弁駆動機構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,� ��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� �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。上記� ��気カム軸5には、各気筒毎に各吸気弁に対応 するように吸気カムノーズ5aが形成されてい� ��。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。

 上記吸気ロッカアーム7bのリング状の基� �部7b″は上記吸気ロッカ軸7eにより軸支され� ��いる。上記吸気コントロールアーム7cのリ� �グ状の基端部7c″は、上記吸気ロッカ軸7eの� ��心から偏心するアーム支持軸7e″により軸� �されている。上記吸気ロッカ軸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� ��し、先端部のローラ7fの上記揺動カム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。

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

 また、図2,図5に示すように、排気弁開口1 e″には、マスク部材50が、排気弁EXの弁頭1p� �外周を所定の角度範囲で覆うように配置さ� �ている。このマスク部材50は、排気逆流(EGR� �ス流)を、気筒内壁面の排気ポート側部分に� ��って気筒軸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。

 上記マスク部材50は、排気弁EXの弁頭1pに� ��体形成されるか、又はシリンダヘッドの燃� ��室天井壁側に一体形成されている。またこ� ��マスク部材50は、円形をなす上記排気弁開� �1e″の周縁に沿う円弧状をなしており、該マ スク部材50の、排気弁軸方向寸法(高さ寸法)� �、該排気弁の後述するEGR開弁時のリフト量� �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。

 上記マスク部材50の周長(周方向長さ),配� �位置は、上記EGRガスの大部分が、気筒内壁� �(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� �ート1e側の部分(図6に斜線を施した領域)Gに� �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、上記マスク部材50は、その� �長の大部分が、上記排気弁開口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� ��うにその周長及び配置位置が設定されてい� ��。

 さらに換言すれば、上記マスク部材50は� �上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、上記領域Gの 、上記排気弁開口直線eより排気ポート側の� �分と交差するようその周長及び配置位置が� �定されている。

 上記マスク部材50の周長及び配置位置の� �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EXのマスク部材50とは、気筒軸線Aを通る� ��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� ��明する。

 以下、上記マスク部材50の中心位置及び� �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� �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� ��長及び配置位置の範囲を示す。

 図7において、本実施形態のマスク部材50� ��周長は、排気弁EX2の弁頭1pの外周の90度~180� �覆う長さに設定されている。また該マスク� �材50は、これの中心線(該マスク部材の2等分� ��)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� �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� ��ク部材(周長180°)を最も前進した位置(60°(2� �))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� ��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、上記周長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� ��30°(1時)から60°(2時)の範囲内に位置するよ� �に配置されている。

 上記エンジン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から分岐して上記♯1気筒~♯4気� ��のそれぞれの吸気ポート1dに接続された分� �管3a~3dとを有する。上記サージタンク3eの一� ��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� ��ーナ(図示せず)が接続されている。

 また、上記エンジン1に接続された排気装 置2は、各気筒毎の枝管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度の上� ��♯1気筒と♯4気筒を連結して排気する第1の� ��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� ��転領域において排気干渉が避けられるので� ��力向上に適している。

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

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

本実施形態エンジンは、♯4気筒(第1気筒)� �膨張行程から排気行程の下死点付近の燃焼� �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� ��において、排気ポート1eに作用させるブロ� �ダウン過給機構40と、上記♯1気筒の排気弁EX 1,2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。これにより上記♯4気筒からの排気� �ローダウン圧力波により、温度の高いEGRガ� �を上記排気ポート1eから燃焼室内に過給する ようになっている。

 なお、上記ブローダウン過給機構40及びEG R開弁機構9は、上記♯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� �給するようにも構成されており、さらに♯2� ��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� �排気ブローダウン圧力を利用して♯2気筒にE GRガスを過給するようにも構成されている。� ��下、上記♯1気筒と♯4気筒との関係につい� �詳述する。

 上記ブローダウン過給機構40は、上記♯1� ��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� �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� ��実現される。また上記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11の リフトカーブEGRに示すように、該♯1気筒の� �気行程から圧縮行程の下死点付近で再度開� �ように構成されている。

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

 上記吸気カム軸5側のEGRカムノーズ5a″は� ��上記吸気カム軸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″� ��、上記吸気側のベース円部5bと同一径のEGR� �ース円部5b″と、上記吸気側のリフト部5cよ� ��リフト量の小さいEGRリフト部5c″とを有す� �。

 また上記排気カム軸6側のEGRガイドカム6b� ��は、上記排気カムノーズ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� ��しない。

 上記排気ロッカカム10の上記支持軸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。上記ローラ 10aは上記EGRカムノーズ5a″に転接しており、� ��記カム面10bには排気コントロールアーム13� �ローラ13bが転接している。

 上記中間レバー11は、概ね三角形状をな� �、該三角形の頂角部が上記排気ロッカ軸8cに より揺動可能に支持されている。また上記三 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� ��成されている。上記ローラ8bは上記EGRガイ� �カム6b″に転接し、上記カム面11aには上記排 気コントロールアーム13の先端に形成された� ��圧部13aが摺接している。

 ここで、上記中間レバー11と2つの排気ロ� ��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� ��弁オン状態と上記揺動を伝達しないEGR開弁� ��フ状態との何れかに切替え可能の切替機構1 2が形成されている。

 上記切替機構12は、図4に示すように、上� ��中間レバー11の先端部及び排気ロッカレバ� �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� �軸方向に摺動可能に、かつ軸直角方向に相� �移動可能に配置した構造のものである。

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

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

 さらにまた上記吸気カム軸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� �可変機構15を備えている。吸気カム軸5の位� �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� ��け変化する。また上記排気カム軸6は、該排 気カム軸6の位相を自由に制御可能の排気カ� �位相可変機構16を備えている。

 上記♯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� �の排気ブローダウン圧力波を利用してEGRガ� �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� �のリフトカーブEX,IN、EGR開弁機構9による排� �弁の再度の開時のリフトカーブEGRを示す。� �図に示すように、排気弁は、EGR開弁機構9に� ��り、各気筒の吸気行程から圧縮行程の下死� ��付近において再度開となる。

 本実施形態エンジン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� ��され、連結ピストン12b,12cが図4(a)の位置に� �動し、これにより吸気カム軸5のEGRカムノー� ��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″� �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� �ロッカレバー8aが揺動し、これにより排気弁 EX1,2は図11に示すリフトカーブEGRに基づいてEG R開弁動作を行う。

 なお、EGRガスの過給を行わない運転領域� ��あっては、上記油圧の供給が停止され、連� ��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� �、従って排気弁はEGR開弁動作を行なわない� �

 本実施形態では、上記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� ��設定することができ、EGRカム5a″は開度が� �いにもかかわらず比較的高いリフトが設定� �れており、短時間で多くのEGRガスを導入で� �るようにしている。

 ♯1気筒が吸気下死点に近づくと、♯4気� �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� ��気系に排出され、該排気ブローダウン圧力� ��は、上記特定長さに設定された排気枝管2d,2 aを経て♯1気筒側に向かう(図11参照)。このと き♯1気筒では、吸気行程から圧縮行程の下� �点付近において上記EGR開弁機構9が排気弁を� ��フトカーブEGRに示すように再度開く。この� ��気弁の再度の開にタイミングを合わせて上� ��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� ��波により上記排気ポートe内のEGRガスが♯1� �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� ��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� ��リフト量と略同一寸法に設定されているの� ��、該マスク部材50の存在しない部分におけ� �排気弁の弁頭1pと排気弁開口1e″との隙間s(� �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� �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°� �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BTDC 120°に位置している状態で、シリンダボア1a� �気筒軸Aを含むクランク軸と直角の平面で断� ��した時の温度分布を等温線で示す。また、� ��10は、図9のシリンダボア1aを高さ方向略中� �にて気筒軸Aと直交する平面で断面した時の� ��度分布を等温線で示す。

 図9,図10に示すように、シリンダボア1a内� ��、新気に多量のEGRガスが含まれることによ� ��温度が高い第1温度層T1と、新気に該第1温度 層T1より少量のEGRガスが含まれることにより� ��第1温度層より温度が低い第2温度層T2が形成 される。なお、第1温度層T1では、t1の温度が� ��も高く、t2,t3と低くなっている。同様に第2� ��度層T2では、t4の温度が最も高く、t5,t6と低� ��なっている。

 上記温度の高い第1温度層T1は、図9で見る と排気ポート側から気筒内壁面に沿って下方 に延び、さらにピストン頂面に拡がっている 。また、図10で見ると左右の排気弁開口1e″,1 e″のクランク軸方向外側部分からシリンダ� �ア1aの内周面に沿うように拡がっている。こ のことから、本実施形態では、EGRガスは、左 ,右の排気弁開口1e″と排気弁の弁頭1pとの隙� ��sのマスク部材50が存在しない部分から主に� ��筒内壁面に沿って新気を押し出しつつ下降� ��、該内壁面に沿うように分布したものと考� ��られる。

 本実施形態によれば、吸気行程から圧縮� ��程の下死点付近において排気ポートから温� ��の高い排気を気筒内に再吸入するように構� ��したので、排気を再吸入した後においては� ��気はほとんど流入しないこととなり、EGRガ� ��と新気が混合するのを抑制してEGRガスを偏� ��させることができ、温度差のある第1温度層 T1と第2温度層T2を形成できる。

 さらに排気弁開口1e″,1e″部分に、上記� �圧供給されたEGRガスが吸気ポートから流入� �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、上記第1温度層T1と 第2温度層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、温度の高い第1温度層T1部分か� ��燃焼が開始され、燃焼する部分が温度の低� ��第2温度層T2に変化していくので、圧力上昇� ��が低くなり、ノッキングや燃焼騒音、ある� ��はエンジンの損傷といった問題を防止でき� ��HCCI運転可能領域を拡大できる。

 また、上記マスク部材50の周長及び配置� �置を、マスク中心が300°~60°の範囲内に位置� ��るよう設定し、周長を上記マスク中心±90°~ 180°としたので、上記加圧供給されたEGRガス� ��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� �直線eより反排気ポート側に位置するよう配� ��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第1温度層T1を形 成でき、第2温度層T2との温度差をより確実に 得ることができる。

 さらまた上記マスク部材50の、排気弁軸� �向における高さ寸法を、上記排気弁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。

 図12,図13は、本発明における第1温度層T1� �第2温度層T2との温度差を確認するためのシ� �ュレーション結果を示す図である。図12(b)は 、周長180°のマスク部材50をマスク中心が、� �示左側310°,右側50°に位置するように配置し� ��本発明例を示す。図12(a)は周長80°のマスク� ��材50″をマスク中心が265°,95°に位置するよ� ��配置した比較例1を示し、図12(c)は周長180°� �マスク部材50″″をマスク中心が230°,130°に� ��置するよう配置した比較例2を示す。

 図13は、第1温度層内の高温部分相当と第2 温度層内の低温部分相当との温度差を示す。 同図から判るように、比較例1,比較例2の場合 、上記温度差は、それぞれ20℃,26℃であるの� ��対し、本発明例の場合は、上記温度差は35� �となっている。

 なお、本発明におけるマスク部材の周長, 配置位置は、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、図7に記載のものに限定されるこ� �はない。