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7は本発明の第1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~図7は動作説明図である。

 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 側に延び、該前壁に開口している。

 また上記第1排気弁EX1用開口1e″は、第1排 気ポート1pにより、第2排気弁EX2用開口1e″は� ��2排気ポート1eによりシリンダヘッド後壁側� ��延び、途中で合流して後壁に開口している� ��上記第1排気ポート1pと第2排気ポート1eは、� ��壁1nで画成されており、該隔壁1nと排気ポー トの周壁とで囲まれた部分の容積が、後述す る第2排気ポートに貯留される二次空気の容� �となっている。なお、上記隔壁を排気管内� �も設けることが可能であり、このようにす� �ば二次空気の容積を拡大できる。

 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。

 ここで上記吸気ポート1dは、図2に太実線� ��示すように、吸入空気流(新気流)が、気筒� �Aを越えて排気弁側に流入し、該排気弁側を� ��筒軸Aに沿うように流下し、ピストン頂面で 反転して吸気弁側を上昇する新気タンブル流 Bが生成されるように、その形状等が設定さ� �ている。具体的には、吸気ポート1dは、カム 軸方向に見たとき、略直線状に形成され、か つその中心軸1kがシリンダボア1a内周面の上� �気筒軸Aを越えた排気弁開口に近い部分1k″� �向かっており、このようにして新気流を排� �弁側に方向付けするようになっている。

 一方、図2に太破線で示すように、排気ガ ス逆流(EGRガス流)や二次空気が、排気弁側に� ��気筒軸Aに沿うように流下し、ピストン頂面 で反転して吸気弁側を上昇する排気タンブル 流Cが生成されるように、排気ポート1p,1e部分 にマスク50が設けられている。なお、マスク5 0の配設領域については図21を用いて後述する 。

 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2″と、同じく位相360度の♯2気筒と♯3� ��筒を連結して排気する第2の排気系2″″と� �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。

 上記第1の排気系2″は、♯1気筒,♯4気筒� �排気ポートの外部開口に接続された第1,第4� �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。上記第2の排気系2″″は、♯2� ��筒,♯3気筒の排気ポート1eに接続された第2,� ��3枝管2b,2cと、該両枝管2b,2cを合流させる第2� ��流管2fを有する。そして上記第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� �第1,第2合流管2e,2fの上流側触媒2iより上流側� ��は、排気ポート面積を可変制御する排気絞� ��弁2h,2hが介設されている。

本実施形態エンジンは、♯4気筒(第1気筒)� �膨張行程下死点付近の燃焼室内圧力波(排気� ��ローダウン圧力波)を、該♯4気筒と燃焼タ� �ミングが360度異なる♯1気筒(第2気筒)の吸気� ��程下死点付近において、第1,第2排気ポート1 p,1eに作用させるとともに、該♯1気筒の排気� ��EX1,2を再度開くブローダウン過給機構40と、 上記排気ブローダウン圧力波の上記♯1気筒� �の到達に先立って該♯1気筒の第2排気ポート 1eに二次空気を供給して該排気ポート1e内に� �留する二次空気供給機構20とを備えている。 上記♯4気筒からの排気ブローダウン圧力波� �より、温度の高いEGRガスを上記第1排気ポー� ��1pから燃焼室内に過給するとともに、上記� �2排気ポート1e内に貯留されている二次空気� �主体で少量のEGRガスも含むものを上記♯1気� ��内に過給するように構成されている。

 なお、上記ブローダウン過給機構40及び� �次空気供給機構21は、上記♯1気筒からの排� �ブローダウン圧力波を利用して二次空気及� �EGRガスを♯4気筒に過給するようにも構成さ� ��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と♯3気筒に二次空気とEG Rガスを過給し、逆に♯3気筒からの排気ブロ� ��ダウン圧力を利用して♯2気筒に二次空気と EGRガスを過給するようにも構成されている。 以下、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気筒の第1,第2排気ポートに到達するように 両気筒間の排気枝管2a,2dの長さを設定し、さ� ��に吸気カム軸5により♯1気筒の排気弁EX1,2を 、図5にリフトカーブC1に示すように、該♯1� �筒の吸気行程の下死点付近で再度開くEGR開� �機構9を備えることにより実現されている。

 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。

 上記二次空気供給機構20は、上記サージ� �ンク3eと各気筒の上記第2排気ポート1eとを連 通接続する二次空気供給通路21と、該二次空� ��供給通路21に介設された二次空気制御弁22a~2 2dと、該二次空気供給通路21の二次空気制御� �より上流側に介設された電動モータ駆動式� �補助過給機(エアポンプ)23とを備えている。� ��お、23a駆動モータであり、また24は加圧に� �り温度上昇した新気を冷却するインタクー� �である。

 上記二次空気供給通路21は、各気筒の配� �方向に延びるヘッダ部21aと、該ヘッダ部21a� �ら各気筒の第2排気ポート1e内に開口するよ� �配置された分岐管21bとを備え、該各分岐管21 bに上記二次空気制御弁22が介設されている。 従って二次空気制御弁22が開かれると、上記� ��ッダ部21a内の二次空気が上記第2排気ポート 1eに供給され、該第2排気ポート1e内に貯留さ� ��る。

 なお、上記二次空気は、第2排気ポート1e� ��容積程度供給されるが、この容積を越えて� ��給される場合もある。第2排気ポートの容積 を越える二次空気を供給した場合、第1排気� �ート側にも二次空気が供給されるので、吸� �ポートからの新気に二次空気が加わる分、� �計量が増加し、HCCI運転可能領域を拡大でき� ��。また二次空気が増加すると高温側の温度� ��低下するので、着火時期の制御効果が大き� ��。しかし二次空気が第2排気ポートの容積を 越えないと高温側の温度は変化しないので最 初の着火時期は制御できない。なお、燃焼速 度の制御は可能である。

 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二次� �気及びEGRガスが過給される場合について詳� �に説明する。

 図5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C1、及び二次� ��気制御弁のリフトカーブSAを示す。図5に示� ��ように、二次空気制御弁は、各気筒の吸気� ��程において開となり、また排気弁は、EGR開� ��機構により、各気筒の吸気行程下死点付近� ��おいて開となる。

 また図6,図7は、EGRガスの第1排気ポート1p� ��らシリンダボア内への流量megr、二次空気の 第2排気ポート1eへの流量msa,排気ガスの排気� �ートへの流出量mex,新気(吸気)のシリンダボ� �内への流量minのクランク角度に応じた変化� �及びシリンダ内圧力pcy,排気ポート内圧力pex, 吸気ポート内圧力pinのクランク角度に応じた 変化を示す特性図である。図6は、上記二次� �気制御弁22a~22dが閉状態に保持されている時� ��特性を、図7は上記二次空気制御弁が上述の タイミングで開閉される時の特性を示す。

 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5に示すEGR開弁リフトカーブC1に沿っ� ��開閉する。

 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。

 本実施形態では、二次空気が補助過給機2 3により排気ポート内圧力より高い圧力、例� �ば1.2~1.8barで上記ヘッダ部21aに供給されてい� ��。そしてEGRガスの過給を行うHCCI運転域にあ っては、図5に二次空気制御弁SAで示すように 、上記♯1気筒の二次空気制御弁22aが、該♯1� ��筒の吸気行程において開き、上記加圧され� ��二次空気が該♯1気筒の第2排気ポート1eに供 給され(図7の二次空気流量msa参照)、該第2排� �ポート1e内に二次空気が貯留される。この場 合、該♯1気筒が吸気下死点に近づくと、♯4� ��筒の排気弁が膨張行程下死点付近で開き始� ��、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、上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5参照)。この とき♯1気筒では、吸気行程下死点付近にお� �て上記EGR開弁機構9が排気弁をEGR開弁C1に示� �ように再度開く。この排気弁の再度の開に� �イミングを合わせて上記排気ブローダウン� �力波が、図7の排気ポート内圧力pexのポイン� ��aに示すように、該♯1気筒の第1,第2排気ポ� �ト1p,1eに到達し、この排気ブローダウン圧力 波により上記第2排気ポート1eに貯留されてい た二次空気及び第1排気ポート1p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、図8に示すように、シリ ンダボア1a内の第1排気ポート1p側には、該第1 排気ポート1pから導入されたEGRガスからなる� ��度の高い第1温度層T1が形成され、第2排気ポ ート1e側には、主として該第2排気ポート1eか� ��導入された上記二次空気と少量のEGRガスか� ��なる上記第1温度層T1より温度の低い第2温度 層T2が形成される。なお、図8における温度層 T1,T2は、ピストンが圧縮行程における下死点� ��80度付近に位置している状態を示す。

 このように第1排気弁側から高温のEGRガス を供給し、第2排気弁側から低温の二次空気� �供給するようにしたので、第1温度層T1と第2� ��度層T2からなる温度成層を形成することが� �き、燃焼温度の急激な上昇を抑制できる。

 図9は、シリンダボア内での最大温度差と 、燃焼室内の平均圧力上昇率の変化率との関 係を示す。最大温度差が20℃の場合bは、温度 均一の場合aに比べて変化率はほとんど低下� �ない。また、最大温度差が40℃の場合cは、� �化率は少し低下する。一方、平均温度を10℃ 下げて最大温度差を40℃とした場合dは平均圧 力上昇率の変化率は大幅に低下することがわ かる。なお、シリンダボア内を均一温度とす る場合に平均温度を10℃低下させると発熱に� ��至らない。しかし温度分布を持つ場合には� ��高温部分が最初に発熱し、その膨張による� ��領域の圧縮と温度上昇によって全領域が燃� ��するものと考えられる。

 図6に示すように、吸気弁と排気弁のEGR開 弁とのオーバーラップ期間中に、吸排気管の 動的効果によって吸気ポート内圧力pinが排気 ポート内圧力pexよりわずかに高い(図6のポイ� ��トd参照)ので、少量の新気がシリンダボア� �介して排気ポートに供給される(図6のEGR流量 megrのポイントb参照)。

 なお、EGR流量megrではポイントbのような� �側部分はシリンダ側から排気ポートに流出� �ることを示し、ポイントeのような負側部分� ��、排気ポートからシリンダボア内に流入す� ��ことを示している。

 また、図7に示すように、♯1気筒の二次� �気制御弁22aが吸気行程において開かれるこ� �により二次空気が♯1気筒の排気ポート1eに� �入され貯留される(同図の二次空気流量msaの� ��気行程参照)。これに続くEGR開弁機構9によ� �排気弁の再度の開により上記二次空気がEGR� �スと共にシリンダボア内に導入される(同図� ��EGRガス流量megr参照)。このように新気に二� �空気が加わることから低温空気の量が増加� �、この増えた低温空気を圧縮着火に対応し� �温度となるよう高温のEGRガスを増加させる� �ととなるので、二次空気を導入しない場合(� ��6参照)に比較して、気筒内混合気の質量(熱� ��量)が増加し、燃焼温度が低下する。その結 果、NOx抑制のために制限されている燃料噴射 量を増量できるので、トルクを増大できる。 なお、圧縮着火に必要な高温EGRガス量を確保 するために、排気絞り弁2hにより排気通路を� ��例えば断面積で1/2程度に絞ることにより、� ��温EGR量を増加することができる。但し、排� ��通路面積を絞るとわずかにポンプ損失が増� ��するので、排気弁のEGR開期間を長くする等� ��、バルブタイミングの工夫により高温EGRガ� ��量を確保するのがより望ましい。

 図10~図12は本発明の第2実施形態に係る4サ イクルエンジンを説明するための図である。 上記第1実施形態では、二次空気を補助過給� �(エアポンプ)で加圧してヘッダ部に供給し、 二次空気制御弁の開閉により各気筒の第2排� �ポートに供給するようにしたが、本第2実施� ��態は、新気をシリンダを経由して第2排気ポ ートに供給するようにした例である。図中、 図1,図5と同一符号は同一又は相当部分を示す 。

 本第2実施形態エンジン1のサージタンク3e に接続された空気導入通路30の途中には、電� ��モータ又はエンジン出力で駆動される主過� ��機(スーパーチャージャ)31が介設されており 、所定圧力に加圧された新気を該エンジン1� �供給するようになっている。なお、30aは主� �給機31をバイパスするバイパス通路、30bは該 バイパス通路30aを開閉するバイパス弁、32は� ��圧された新気の温度を低減するインターク� ��ラ、33はエアクリーナである。

 上記主過給機31からの加圧新気は、♯1気� ��の吸気行程において、吸気弁が開くことに� ��り吸気ポート1dから該♯1気筒のシリンダボ� ��内に導入される。図12に示すように、上記� �気行程終期付近においては、吸気弁の閉よ� �早いタイミングで第2排気弁EX2がEGR開弁を開� ��し、そのため吸気弁が開いており、かつ第2 排気弁EX2がEGR開弁により開いている比較的大 きなオーバーラップ期間がある(図12のEGR開弁 カーブc2参照)。しかも上記導入された新気が 加圧状態にあることも起因して、該新気の一 部はシリンダ内を経由して第2排気弁開口1e″ から該♯1気筒の第2排気ポート1eに吹き抜け� �この吹き抜けた新気は、二次空気として該� �2排気ポート1e内に貯留されることとなる(図1 1のEGR流量megrの正側部分c参照)。

 一方、第1排気ポート1pの排気弁EX1は、第2 排気弁EX2より遅くEGR開弁を開始するため、吸 気弁と実質的なオーバーラップ期間が短くな る(図12のEGR開弁カーブc2″参照)。そのため上 記新気が第1排気ポート1pに吹き抜けるのが防 止される。

 このように♯1気筒の第1排気ポート1pには 排気ガスが残留し、第2排気ポート1e内には二 次空気が貯留されている状態で♯4気筒の排� �弁が膨張行程下死点付近で開き始めること� �より、該♯4気筒内の排気ブローダウン圧力� ��が上記所定長さに設定された排気管2d ,2aを 介して♯1気筒の第1,第2排気ポート1p,1eに、上 記第1,第2排気弁EX1,EX2がEGR開弁状態にある間� �到達する。この排気ブローダウン圧力波に� �り、上記♯1気筒の第1排気ポート1p内の排気� ��スが該♯1気筒内に押し込まれるとともに、 上記第2排気ポート1e内に貯留されていた二次 空気が少量のEGRガスとともに該♯1気筒内に� �し込まれる。

 本第2実施形態では、シリンダボア1a内の� ��1排気ポート1p側にEGRガスからなる温度の高� ��第1温度層T1が形成され、第2排気ポート1e側� ��主として上記二次空気と少量のEGRガスから� ��る上記第1温度層T1より温度の低い第2温度層 T2が形成される。これにより燃焼温度の急激� ��上昇を抑制できる。

 また機械式の主過給機31により新気をシ� �ンダボア内を経由して第2排気ポート1e側に� �き抜けさせ、該吹き抜けた新気を二次空気� �して第2排気ポート1e内に貯留するようにし� �ので、二次空気を排気ポートに予め供給す� �ための特別な機構を必要とせず、構造が簡� �である。

 また、上記二次空気の導入により、シリ� ��ダ内混合気の質量が、単に主過給機31によ� �新気を吸気系から過給する単純な過給エン� �ンの場合より増加し、機械損失を抑えなが� �HCCI運転領域を拡大できる。

 図13~図16は本発明の第3実施形態を説明す� ��ための図であり、図中、図1,図5,図10と同一� ��号は同一又は相当部分を示す。

 本第3実施形態のエンジン1では、第1の排� ��系2″の合流管2eと第2の排気系2″″の合流� �2gが1つの共通の可変ノズルタービンを備え� �ターボ過給機36に接続されている。該ターボ 過給機36の空気吐出口とサージタンク3eとを� �続する空気通路34にはインタークーラ35が介� ��されている。また排気枝管2aには圧力セン� �2rが配設されている。

 また本第3実施形態エンジン1は、上述の� �1実施形態と同じ構成の二次空気供給機構20� �備えている。この二次空気供給機構20は、サ ージタンク3eと排気ポート1eとを接続する二� �空気供給通路21と、該二次空気供給通路21に� ��設された補助過給機23及びインタークーラ24 と、二次空気制御弁22a~22dを備えている。

 また上記エンジン1の動弁装置4″の、吸� �弁駆動機構7″,排気弁駆動機構8″及びEGR開� �機構10″はそれぞれ以下の構造となっている 。

 上記吸気弁駆動機構7″は、吸気ロッカ軸 7hで揺動可能に支持された吸気ロッカアーム7 gの先端部に配設されたローラ7iを吸気カムノ ーズ5aで押圧することにより、吸気弁を開閉� ��動する。

 また上記排気弁駆動機構8″は、排気ロッ カ軸8hで揺動可能に支持された排気ロッカア� ��ム8gの先端部に配設されたローラ8iを排気カ ムノーズ6aで押圧することにより、排気弁を� ��閉駆動する。

 上記EGR開弁機構10″は、上の吸気ロッカ� �7hに揺動可能に支持された駆動レバー10gの中 間部に配設されたローラ10iをEGRカムノーズ5a� ��で押圧駆動するようになっている。上記駆� ��レバー10gは、二股状の押圧片10h,10hを有し、 該押圧片10h,10hに軸方向位置調整可能に螺挿� �れた押圧ピン10j,10jにより排気ロッカレバー8 g,8gの前端部8k,8kを押圧するようになっている 。

 ターボ過給式のエンジンの場合、ターボ� ��給機の回転速度が十分でないターボラグの� ��間には、吸気ポート内圧力の上昇が遅れる� ��め、吸気量増加に遅れが発生するだけでな� ��、排気圧力が吸気圧力より高くなり、残留� ��スの増加,ポンプ損失増加によりさらにトル ク発生が遅れる。

 本第3実施形態では、図16に二次空気ヘッ� ��内圧力psaで示すように、補助過給機23によ� �二次空気を、例えば1.5bar程度の圧力で排気� �ート1eに供給し、該二次空気と共にEGRガスを 排気ブローダウン圧力波により過給するよう 構成されている。特に上記ターボラグの期間 においては、排気圧力が比較的に高いので、 より効果的に排気ブローダウン圧力波を利用 して二次空気を第2排気ポート1e側から、また 排気ガスを第1排気ポート1p側からシリンダボ ア内に過給できる。

このようにしてシリンダボア内に第1温度� �と第2温度層とからなる温度成層を形成でき� ��緩慢燃焼を実現できる。また二次空気が増� ��した分、燃料噴射量を増加して過渡トルク� ��増大できる。その結果ターボ過給機36に供� �されるタービン過給エネルギが増加し、該� �ーボ過給機36の回転上昇速度が速くなり、そ れだけターボ過給の応答性を向上できる。

 なお、ターボ過給機の回転速度が十分に� ��い定常運転状態では、上記補助過給機23の� �動を停止してしても良い。定常運転状態で� �、吸気ポート圧力が排気ポート圧力より高� �なるので、新気が補助過給機23を空転させな がら二次空気導入通路21を介して第2排気ポー ト1eに供給される。その結果、補助過給機23� �駆動停止しても上述のトルク増大効果が得� �れ、低速トルクが増大する。

 また、本第3実施形態エンジンでは、上記 第1,第2の排気系2″,2″″の排気管長を、一方 の気筒からのブローダウンガスの一次圧力波 が他方の気筒の排気ポートに所定タイミング で到着する長さに設定する必要があるが、特 に第2排気系2″″については必要な長さを確� ��するのは困難な場合がある。そこでEGRガス� ��給を行う運転領域では、上記排気カム位相� ��変機構16により排気カム軸6の位相を通常よ� ��大きく遅角させることが望ましい。なお、� ��気カム軸5のカム位相可変機構を設けても良 い。

 上述のように、本第3実施形態におけるタ ーボ過給機36は、加速開始時のような過渡運� ��時には、タービン回転が低いために自動的� ��排気圧が吸気圧より高くなる。そしてこの� ��うな加速中において、上記可変ノズルを閉� ��向に制御すれば、上記排気圧がより一層高� ��なる。タービン回転が上昇して定常状態に� ��づけば、吸気圧力が上昇するとともに可変� ��ズルを開方向に制御するので、EGR導入量が� ��少して出力を増加しやすくなる。また始動� ��や暖機運転時には、上記可変ノズルは略全� ��まで絞られ、排気絞り弁の代用とされる。

 図17~図20は本発明の第4実施形態に係る4サ イクルエンジンを説明するための図であり、 図1,図10と同一符号は同一又は相当部分を示� �。

 上記第2実施形態では、主過給機31で新気� ��加圧して気筒内に供給したが、本第4実施形 態は主過給機を設けることなく新気を加圧状 態で気筒内に供給し、該加圧新気の一部を気 筒内を経由して第2排気ポートに供給した例� �ある。

 本第4実施形態エンジン1は、吸気系及び� �気系の動的効果(脈動効果)を利用して新気を 排気ポート内圧力以上の圧力で気筒内に供給 するとともに、該供給された加圧新気を排気 弁のEGR開弁により排気ポート内に吹き抜けさ せて二次空気として貯留するように構成され ている。

 具体的には、サージタンク3eに接続され� �空気導入通路30は、これの長さ及び断面積の 設定により、所定のエンジン回転数時に吸入 空気柱による動的効果が得られるように構成 されている。また、上記空気導入通路30の途� ��にはバイパス通路30aが配設され、該バイパ� ��通路30aには開閉弁30bが介設されている。

 上記空気導入通路30の実質的長さが、長� �なるほどエンジンの低速回転域で上記動的� �果が得られ、短くなるほど高速回転域で上� �動的効果が得られるようになっている。具� �的には、上記開閉弁30bを閉じると空気導入� �路30の実質的長さが大となり、例えば1500~2000 rpm時に上記動的効果が得られ、上記開閉弁30b を開くと上記空気導入通路30の実質的長さが� ��となり、例えば2000~2500rpm時に上記動的効果� ��得られる。

 図18は上記♯1気筒の吸気ポート内圧力pin� ��おける吸気脈動の状態を、図19は♯1気筒の� ��気ポート内圧力pexにおける排気脈動の状態� ��それぞれ示しており、また図20は、吸気ポ� �ト内圧力pin,排気ポート内圧力pex,第1,第2排気 弁EX1,EX2のEGR開弁カーブc2″,c2及び吸気弁のリ フトカーブを示している。

同図から判るように、吸気行程における下 死点(クランクアングル540度)の直前では、吸� ��ポート内には高い圧力(符号a参照)が到達し� ��一方、排気ポート内圧力はブローダウン圧� ��波が到達する前の低い圧力bとなっている。 そのため新気が排気ポート内圧力より高い圧 力でもって気筒内に導入される。また上記吸 気行程終期付近においては、吸気弁の閉より 早いタイミングで第2排気弁EX2がEGR開弁を開� �し(EGR開弁カーブc2参照)、そのため吸気弁が� ��いており、かつ第2排気弁EX2がEGR開弁により 開いている比較的大きなEGRオーバーラップ期 間において上記加圧新気の一部は気筒内を経 由して第2排気弁開口1e″から該♯1気筒の第2� ��気ポート1eに吹き抜け、この吹き抜けた新� �は、二次空気として該第2排気ポート1e内に� �留されることとなる。

 一方、第1排気ポート1pの排気弁EX1は、第2 排気弁EX2より遅くEGR開弁を開始するため、吸 気弁との実質的なオーバーラップ期間が短く なり(EGR開弁カーブc2″参照)、新気が第1排気� ��ート1pに吹き抜けるのが抑制される。

 続いて♯4気筒の排気弁が膨張行程下死点 付近で開き始めることにより、該♯4気筒内� �排気ブローダウン圧力波が♯1気筒の第1,第2� ��気ポート1p,1eに到達し、この排気ブローダ� �ン圧力波cにより、上記♯1気筒の第1排気ポ� �ト1p内の排気ガスが該♯1気筒内に押し込ま� �るとともに、上記第2排気ポート1e内に貯留� �れていた二次空気が少量のEGRガスとともに� �♯1気筒内に押し込まれる。

 このようにして、EGRガスからなる温度の� ��い第1温度層T1と、主として上記二次空気と� ��量のEGRガスからなる上記第1温度層T1より温� ��の低い第2温度層T2が形成され、これにより� ��焼温度の急激な上昇を抑制できる。

 また本実施形態では、吸気系及び排気系� ��管長や管径を動的効果が得られるよう設定� ��ることにより、過給機を設けることなく吸� ��行程の下死点付近で吸気ポート内圧力を排� ��ポート内圧力より高くすることができ、加� ��新気を気筒内に供給することができ、かつ� ��気の一部を第2排気ポート1eに二次空気とし� ��貯留し、かつこれをブローダウン圧力波に� ��り気筒内に過給できる。その結果、過給機� ��二次空気ポンプを必要とすることなく最も� ��ンプルな構造で上記第2実施形態の場合と同 様の効果が得られる。

図21は、排気弁の弁頭に、上記二次空気及� ��EGRガスの流れと吸気ポートからの新気の流� ��とが干渉するのを回避するためにマスク部� ��50を設けた例である。このマスク部材50は、 弁頭に一体形成されるか、又はシリンダヘッ ドの燃焼室側に形成される。

 上記マスク部材50は、排気弁EX1,EX2のEGR開� ��時のリフト量と略等しい弁軸方向高さを有� ��る板状のもので、弁頭の外周を、例えば90� �程度覆うように配置される。具体的には、� �気弁側かつシリンダボア中心寄りを90度程度 覆うように排気弁開口の縁部に形成されてい る。

 このようなマスク部材50を設けた場合、� �吸入された排気ガス及び二次空気は、シリ� �ダボア内壁に沿って気筒軸方向に流れ、該� �れが吸気ポート側からの新気の流れと衝突� �るのを抑制でき、上述の第1温度層と第2温度 層との温度差をより一層明確にできる。

 なお、上記各実施形態では複雑な動弁機� ��とその可変機構を設定したが、HCCI運転領域 を限定するか、多少の性能低下を許容すれば 、通常の動弁機構の排気カムにEGR開弁カムを 追加するだけの簡単な機構でも本発明の目的 を達成することができる。

 また、上記実施形態では、排気弁が2本で 、排気ポートが2本の場合を説明したが、本� �明の適用範囲は上記実施形態に限定されな� �のは勿論であって、例えば図22,図23に示すも のにも適用できる。

 図22は、排気弁1本で排気ポート1本の例で ある。この場合、1本の排気ポートを仕切壁1r で第1,第2排気ポート1e″,1p″に画成し、一方� ��排気ポート1e″から二次空気をシリンダ内� �導入し、他方の排気ポート1p″からEGRガスを シリンダ内に導入するように構成することが できる。

 図23は、排気弁2本で排気ポート2本の例で あるが、さらに各排気ポートを仕切壁1r,1rで� ��れぞれ2つの排気ポートに画成している。中 央の排気ポート1e″″から二次空気をシリン� ��内に導入し、両側の排気ポート1p″,1p″か� �EGRガスをシリンダ内に導入するように構成� �ることができる。