WO2013002411A1 - ６サイクルエンジン - Google Patents

Abstract

　シリンダ（４）、ピストン（５）、シリンダヘッド（６）、燃焼室（２）、筒内噴射インジェクタ（３）、点火プラグ（８）、吸気ポート（１３）、排気ポート（１２）、吸気弁（７）、排気弁（１１）、動弁装置（１４）および制御装置（１０）を備える。動弁装置（１４）は、吸気行程と、点火を伴わない圧縮行程と、燃焼を伴わない膨張行程と、点火を伴う圧縮行程と、燃焼を伴う膨張行程と、排気行程とからなる６行程がこの順序で実行されるように吸気弁（７）と排気弁（１１）とを動作させる。制御装置（１０）は、点火を伴う圧縮行程で筒内噴射インジェクタ（３）に燃料を噴射させかつ点火プラグ（８）に通電する。　吸入空気量を増大させながら成層燃焼を実現可能な６サイクルエンジンを提供できる。

Description

６サイクルエンジン

　本発明は、燃焼室内に燃料を直接噴射する筒内噴射インジェクタを備えた６サイクルエンジンに関するものである。

　エンジンの燃費を向上させる従来の技術としては、少ない燃料を点火プラグの近傍に集めて燃焼させる、いわゆる成層燃焼と呼ばれる技術がある。成層燃焼を行うことが可能な従来のエンジンとしては、例えば特許文献１に記載されているものがある。

　特許文献１に開示されているエンジンは、少ない燃料を点火プラグの近傍に集めるために、シリンダ内に吸気の旋回流であるタンブルを発生させる構成が採られている。タンブルは、吸気ポートからシリンダ内に流入した吸気がシリンダの軸線方向に流れ、ピストンの頂部で反転させられることによって発生する。特許文献１に示すエンジンの吸気ポートとピストンの頂部は、タンブルが圧縮行程の後半にも保たれるように、特殊な形状に形成されている。

　吸気ポートは、シリンダの軸線に対する傾斜角度が通常より小さくなるように形成されている。ピストンの頂部には、球面状の凹部が形成されている。このエンジンにおいて、燃料は、圧縮行程で筒内噴射インジェクタによって燃焼室内に直接噴射される。この燃料は、前記タンブルによって流れる吸気に当たり、点火プラグの近傍に留まるようになる。

　ところで、燃費向上を図ることが可能なエンジンとしては、６サイクルエンジンが知られている。６サイクルエンジンは、吸入行程、圧縮行程、膨張行程、排気行程からなる４行程に圧縮行程と膨張行程とを更に加えた６行程を１サイクルとして運転されるものである。従来の６サイクルエンジンとしては、例えば特許文献２に記載されているものがある。

　特許文献２に開示されている６サイクルエンジンは、吸気行程と、点火を伴わない圧縮行程と、燃焼を伴わない膨張行程と、点火を伴う圧縮行程と、燃焼を伴う膨張行程と、排気行程とからなる６行程をこの順序で実施して運転されるものである。この６サイクルエンジンにおいては、吸気行程で筒内又は吸気通路に燃料が供給され、続く点火を伴わない圧縮行程と、燃焼を伴わない膨張行程とにおいて吸気と燃料とがシリンダ内で攪拌されて混合される。

特開２００１－３４２８３６号公報 特開２００４－１１６３０５号公報

　特許文献１に示す吸気ポートは、タンブルを発生させるために、吸気の流れる方向が大きく変えられるように形成されている。また、特許文献１に示すエンジンは、吸気ポートの形状と、ピストン頂部の形状と、筒内噴射インジェクタから噴射された燃料の形状（噴霧形状）とがそれぞれ最適な形状に形成されていなければならないものである。このため、特許文献１に示すエンジンでは、吸入空気量が少なくなるから、出力向上を図るにも限界がある。
　特許文献２に示す６サイクルエンジンでは、成層燃焼を行うことはできず、更なる燃費向上を図ることは難しい。

　本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、吸入空気量を増大させながら成層燃焼を実現できる６サイクルエンジンを提供することを目的とする。

　この目的を達成するために、本発明に係る６サイクルエンジンは、シリンダと、前記シリンダ内に挿入されたピストンと、前記シリンダに取付けられたシリンダヘッドと、前記シリンダ、前記ピストンおよび前記シリンダヘッドによって囲まれて形成された燃焼室と、前記燃焼室内に燃料を直接噴射する筒内噴射インジェクタと、前記燃焼室の壁に取付けられた点火プラグと、前記燃焼室に下流端が開口するように前記シリンダヘッドに形成された吸気ポートと、前記燃焼室に上流端が開口するように前記シリンダヘッドに形成された排気ポートと、前記シリンダヘッドに設けられて前記吸気ポートを開閉する吸気弁と、前記シリンダヘッドに設けられて前記排気ポートを開閉する排気弁と、前記吸気弁および排気弁を、吸気行程と、点火を伴わない圧縮行程と、燃焼を伴わない膨張行程と、点火を伴う圧縮行程と、燃焼を伴う膨張行程と、排気行程とからなる６行程がこの順序で実行されるように動作させる動弁装置と、前記点火を伴う圧縮行程で前記筒内噴射インジェクタに燃料を噴射させかつ前記点火プラグに通電する制御装置とを備えているものである。

　本発明に係る６サイクルエンジンの運転方法は、シリンダと、前記シリンダ内に挿入されたピストンと、前記シリンダに取付けられたシリンダヘッドと、前記シリンダ、前記ピストンおよび前記シリンダヘッドによって囲まれて形成された燃焼室と、前記燃焼室内に燃料を直接噴射する筒内噴射インジェクタと、前記燃焼室の壁に取付けられた点火プラグと、前記燃焼室に下流端が開口するように前記シリンダヘッドに形成された吸気ポートと、前記燃焼室に上流端が開口するように前記シリンダヘッドに形成された排気ポートと、前記シリンダヘッドに設けられて前記吸気ポートを開閉する吸気弁と、前記シリンダヘッドに設けられて前記排気ポートを開閉する排気弁とを備えたエンジンに、吸気行程と、点火を伴わない圧縮行程と、燃焼を伴わない膨張行程と、点火を伴う圧縮行程と、燃焼を伴う膨張行程と、排気行程とからなる６行程をこの順序で実行させ、前記点火を伴う圧縮行程で前記筒内噴射インジェクタに燃料を噴射させかつ前記点火プラグに通電することにより実施する。

　本発明において、吸気行程でシリンダ内に吸入された空気は、点火を伴わない圧縮行程で圧縮され、その後の燃焼を伴わない膨張行程で膨張する。このように吸気が圧縮・膨張することにより、吸気の流動がシリンダ内で減衰し、著しく小さくなる。燃料は、このように吸気が殆ど停止した状態となったシリンダの中に筒内噴射インジェクタによって直接噴射される。
　このため、本発明によれば、吸気の旋回流を用いることなく燃料を成層燃焼に適した量だけ点火プラグの近傍に正確に供給することができる。

　また、本発明に係る６サイクルエンジンの吸気ポートは、吸気を旋回させる必要がないので、旋回流を形成するための制約を受けることがない。このため、この吸気ポートは、吸気抵抗が小さくなる形状に形成することができ、所謂、高流量ポートが得られる。
　したがって、本発明によれば、６サイクルエンジンにおいて、吸入空気量を増大させながら成層燃焼を実現することができる。このような６サイクルエンジンは、吸入空気量が増えるために出力向上を図ることが可能で、しかも、成層燃焼が実現されるから燃費向上を図ることが可能である。

図１は、本発明の第１の実施の形態による６サイクルエンジンの要部の構成を示す断面図である。 図２は、筒内噴射インジェクタの取付位置が異なる形態を示す断面図である。同図は、第１の実施の形態の第１の変形例を示す。 図３は、第１の実施の形態による行程の実行パターンを説明するためのタイムチャートである。 図４は、吸気通路内噴射インジェクタを備えた６サイクルエンジンの要部の構成を示す断面図である。同図は、第１の実施の形態の第２の変形例を示す。 図５は、吸気通路内噴射インジェクタを備えた６サイクルエンジンの要部の構成を示す断面図である。同図は、第１の実施の形態の第３の変形例を示す。 図６は、可変容量型過給機を備えた第１の実施の形態による６サイクルエンジンの構成を示す図である。 図７は、第１の実施の形態による制御装置の構成を示すブロック図である。 図８は、実行パターン変更機構を備えた第２の実施の形態による６サイクルエンジンの要部の構成を示す断面図である。 図９は、実行パターン変更機構を備えた６サイクルエンジンの要部の構成を示す断面図である。同図は、第２の実施の形態の第１の変形例を示す。 図１０は、第２の実施の形態による第１、第２の実行パターンを説明するためのタイムチャートである。 図１１Ａは、第２の実施の形態の変形例による第１、第２の実行パターンが適用される運転領域を示すグラフである。 図１１Ｂは、第２の実施の形態による第１の実行パターンが適用される運転領域を示すグラフである。 図１１Ｃは、第２の実施の形態による第２の実行パターンが適用される運転領域を示すグラフである。 図１２は、第２の実施の形態による６サイクルエンジンに使用するシリンダヘッドの断面図である。 図１３は、第２の実施の形態による燃焼室の天井壁を示す底面図である。 図１４は、第２の実施の形態による動弁装置の一部を拡大して示す平面図である。 図１５は、第２の実施の形態による動弁装置の一部を拡大して示す側面図である。 図１６は、第２の実施の形態による揺動カムとロッカーアームの断面図である。 図１７は、図１５における吸気カム軸とスライダのXVII－XVII線断面図断面図である。 図１８は、図１４における駆動装置のXVIII－XVIII線断面図である。 図１９は、図１７における支軸部分のXIX－XIX線断面図である。 図２０は、第２の実施の形態による吸気カムの大径部を示す斜視図である。 図２１は、第２の実施の形態による吸気カム軸用伝動機構の分解斜視図である。 図２２は、第２の実施の形態によるクランク角と第１、第２の吸気カムによる吸気弁のバルブリフト量、各溝の位置、深さとの関係を示するグラフである。 図２３は、第２の実施の形態による第１の実行パターンから第２の実行パターンに切替えを開始したときの駆動装置を説明するための側面図である。 図２４は、第２の実施の形態による切替中の駆動装置を説明するための側面図である。 図２５は、第２の実施の形態による切替後の駆動装置を説明するための側面図である。 図２６は、第２の実施の形態による第２の実行パターンから第１の実行パターンに切替えを開始したときの駆動装置を説明するための側面図である。 図２７は、第２の実施の形態による空燃比と燃焼変動率との関係を示すグラフである。 図２８は、第２の実施の形態による制御装置の構成を示すブロック図である。 図２９は、第２の実施の形態による制御装置の切替動作を説明するためのフローチャートである。 図３０は、第３の実施の形態による第１、第２の実行パターンを説明するためのタイムチャートである。

（第１の実施の形態）
　以下、本発明に係る６サイクルエンジンの第１の実施の形態を、変形例を交えて図１～図７によって詳細に説明する。
　図１に示す６サイクルエンジン１は、燃焼室２内に燃料（例えばガソリン）を直接噴射する筒内噴射インジェクタ３を備えている。なお、この６サイクルエンジン１は、単気筒エンジンや多気筒エンジンとして構成することができる。また、この６サイクルエンジン１は、直列多気筒エンジンやＶ型エンジンなどとしても構成することができる。

　前記燃焼室２は、シリンダ４と、ピストン５と、シリンダヘッド６とによって囲まれて形成されている。シリンダ４およびシリンダヘッド６は、図示していない水冷式の冷却装置によって冷却されるものである。図１に示す筒内噴射インジェクタ３は、燃焼室２の天井壁２ａにおける吸気弁７と点火プラグ８との間の部位に取付けられている。この筒内噴射インジェクタ３は、燃料９を点火プラグ８の近傍に達するように噴射する。この実施の形態による６サイクルエンジン１においては、燃料９を点火プラグ８の近傍のみに滞留するように噴射することが望ましい。

　筒内噴射インジェクタ３が燃料９を噴射する時期は、エンジン用制御装置１０のインジェクタ制御部１０ａ（図７参照）によって制御される。すなわち、制御装置１０は、所定の噴射時期に前記筒内噴射インジェクタ３に燃料を噴射させる。制御装置１０には、負荷を検出するための負荷検出センサ１００と、スロットル弁（図示せず）の開度を検出するためのスロットル開度センサ１０１と、エンジンの回転速度を検出するためのエンジン回転速度センサ１０２と、クランク軸１０３（図１参照）の回転角を検出するためのクランクポジションセンサ１０４およびカムポジションセンサ１０５などが接続されている。負荷検出センサ１００は、エアフローメータなどの吸入空気量を検出できるものであれば、どのようなものでも用いることができる。

　前記スロットル弁は、燃焼室２内に吸い込まれる吸気の流量を制御するためのものである。なお、吸気の流量を制御するにあたっては、スロットル弁を使用せずに、スロットル弁と同等の機能を有する可変動弁機構を使用する場合がある。この可変動弁機構は、吸気弁７のリフト量と開閉タイミングとを自由に変更できるものである。前記エンジン回転速度センサ１０２は、クランク軸１０３（図１参照）の回転角や点火プラグ８への通電回数などを用いてエンジンの回転速度を検出するものによって構成することができる。クランク軸１０３は、図１に示すように、ピストン５にコンロッド１０６を介して連結されている。

　この実施の形態による制御装置１０は、図７に示すように、前記インジェクタ制御部１０ａと、負荷演算部１０ｂと、回転速度演算部１０ｃと、点火部１０ｄとを備えている。負荷演算部１０ｂは、負荷検出センサ１００の検出値に基づいて吸入空気量を演算によって求める。回転速度演算部１０ｃは、前記エンジン回転速度センサ１０２の検出値に基づいてエンジンの回転速度を求める。点火部１０ｄは、所定の点火時期に点火プラグ８に通電する。

　また、燃料９の噴射量は、燃焼可能な混合比で空気と燃料９とが混合された混合気が点火プラグ８の近傍に生成されるように設定されている。前記混合比は、負荷演算部１０ｂによって求められた吸入空気量や、回転速度演算部１０ｃによって求められたエンジン回転速度などに基づいて前記インジェクタ制御部１０ａによって設定される。
　すなわち、この６サイクルエンジン１は、成層燃焼が実現されていわゆる超リーンバーンが可能となるように構成されている。筒内噴射インジェクタ３は、燃料９を燃焼室２内に噴射することができるものであれば、どのようなものであっても使用することが可能である。筒内噴射インジェクタ３としては、例えば外開弁インジェクタ、マルチホールインジェクタ、スワールインジェクタ、シングルホールインジェクタ、スリットインジェクタなどを使用することができる。 

　前記排気弁１１は、排気ポート１２を開閉するものである。前記吸気弁７は、吸気ポート１３を開閉するものである。これらの吸気弁７と排気弁１１とは、それぞれ後述する動弁装置１４によって駆動される。前記吸気ポート１３は、吸入空気量が可及的に多くなるように、所謂、高流量ポートに形成されている。すなわち、この吸気ポート１３は、シリンダ４内にタンブルが発生するような形状ではなく、吸気が流れるときの抵抗が可及的小さくなるような形状に形成されている。
　前記点火プラグ８は、シリンダ４の軸線方向から見て円形に形成された天井壁２ａの中央部に取付けられている。この点火プラグ８の点火時期は、前記制御装置１０の点火部１０ｄによって制御される。

　第１の実施の形態による６サイクルエンジン１は、運転方法に特徴があるものである。この運転方法は、動弁装置１４と、筒内噴射インジェクタ３と、制御装置１０とを用いて実施される。
　前記動弁装置１４は、図３に示すように、６つの行程が実行される構成のものである。６つの行程とは、吸気行程と、点火を伴わない圧縮行程と、燃焼を伴わない膨張行程と、点火を伴う圧縮行程と、燃焼を伴う膨張行程と、排気行程とである。

　動弁装置１４は、前記６つの行程が上述した順序で実行されるように吸気弁７と排気弁１１とを動作させる。吸気行程においては、吸気弁７が開きかつ排気弁１１が閉じている状態でピストン５が上死点から下死点に向けて移動し、シリンダ４内に新気が吸入される。なお、以下においては、ピストン５が上死点から下死点に向けて移動することを単にピストン５が下降するという。また、ピストン５が下死点から上死点に向けて移動することを単にピストン５が上昇するという。

　点火を伴わない圧縮行程においては、吸気弁７と排気弁１１とが閉じている状態でピストン５が上昇し、シリンダ４内の空気が圧縮される。
　燃焼を伴わない膨張行程においては、吸気弁７と排気弁１１とが閉じている状態でピストン５が下降し、圧縮されていた空気が膨張して復元する。
　点火を伴う圧縮行程においては、吸気弁７と排気弁１１とが閉じている状態でピストン５が上昇し、シリンダ４内の空気が再び圧縮される。筒内噴射インジェクタ３は、この点火を伴う圧縮行程において制御装置１０による制御によって燃料９を噴射する。また、点火プラグ８は、この行程の終期に制御装置１０によって通電され、燃料９に点火する。上述した特徴的な運転方法とは、点火を伴わない圧縮行程と燃焼を伴わない膨張行程とを経た後の点火を伴う圧縮行程において燃料９を噴射する運転方法である。

　燃焼を伴う膨張行程においては、吸気弁７と排気弁１１とが閉じている状態でピストン５が燃焼圧力によって下降する。
　排気行程においては、排気弁１１が開きかつ吸気弁７が閉じている状態でピストン５が上昇し、シリンダ４内の排ガスが排気ポートに排出される。

　このように構成された６サイクルエンジン１においては、吸気行程で大量の空気がシリンダ４内に吸入される。この理由は、吸気が流れるときの抵抗が少なくなるように吸気ポート１３が形成されているからである。
　前記吸気行程でシリンダ４内に大量に吸入された空気（吸気）は、慣性によってシリンダ４内をピストン５に向けて流れる。この吸気は、その後の点火を伴わない圧縮行程で圧縮され、さらに、燃焼を伴わない膨張行程で膨張する。このように吸気が圧縮・膨張することによって、吸気の運動エネルギーが失われ、吸気の流動がシリンダ４内で減衰して小さくなる。

　このため、燃焼を伴わない膨張行程から点火を伴う圧縮行程に移った後は、大部分の吸気がシリンダ４内で殆ど流動していない状態になると考えられる。燃料９は、このように吸気が殆ど停止した状態となったシリンダ４の中に筒内噴射インジェクタ３によって直接噴射される。シリンダ４内は吸気が殆ど流動しない状態であるために、燃料９がシリンダ４内で進む方向が大きく変えられることはない。筒内噴射インジェクタ３から点火プラグ８の近傍に向けて噴射された燃料９は、進む方向が変わることなく点火プラグ８の近傍に到達し、空気と混合される。

　すなわち、この実施の形態による６サイクルエンジン１においては、吸気の旋回流を用いることなく燃料９を成層燃焼に適した量だけ点火プラグ８の近傍に正確に供給することができる。点火プラグ８の近傍に噴射された前記燃料９と空気とからなる混合気は、点火を伴う圧縮行程の終期で点火プラグ８によって点火させられる。
　したがって、この実施の形態によれば、吸入空気量を増大させながら成層燃焼を実現可能な６サイクルエンジンを提供することができる。この６サイクルエンジン１は、吸入空気量が増えるために出力向上を図ることが可能で、しかも、成層燃焼が実現されるから燃費向上を図ることが可能である。

　第１の実施の形態による６サイクルエンジン１において、成層燃焼が実現されるために最適化しなければならない要素は、筒内噴射インジェクタ３の噴霧形状のみとなる。このため、この噴霧形状を決めるにあたって他の要素の制約を受けることはない。したがって、この実施の形態による６サイクルエンジン１は、きわめて容易に安定した成層燃焼を実現することができる。

　この６サイクルエンジン１において、筒内噴射インジェクタ３が燃料９を噴射する時期は、点火を伴う圧縮行程のみに限定されることはない。すなわち、筒内噴射インジェクタ３は、点火を伴う圧縮行程で燃料９を噴射する以前に少なくとも１回以上燃料９を予め噴射するものでもよい。例えば、筒内噴射インジェクタ３は、図３において二点鎖線Ａ～Ｃで示すように、各行程で燃料９を噴射する構成を採ることができる。この構成を採ることにより、燃料９がシリンダ４内の広い範囲にわたって分散するから、いわゆる弱成層化が図られて過濃領域がなくなる。

（第１の実施の形態における第１の変形例）
　筒内噴射インジェクタ３は、図２に示す第１の実施の形態による第１の変形例のように、前記天井壁２ａの外周部に取付けることができる。
　図２において、前記図１によって説明したものと同一もしくは同等の部材については、同一符号を付し詳細な説明を適宜省略する。図２に示す筒内噴射インジェクタ３は、吸気弁７よりシリンダ４の径方向の外側に位置付けられている。

（第１の実施の形態における第２、第３の変形例）
　第１の実施の形態による６サイクルエンジン１は、図４および図５に第１の実施の形態の更なる第２、第３の変形例として示すように、吸気通路側にもインジェクタを装備することができる。図４および図５において、図１および図２によって説明したものと同一もしくは同等の部材については、同一符号を付し詳細な説明を適宜省略する。
　図４および図５に示すシリンダヘッド６は、前記筒内噴射インジェクタ３の他に吸気通路内噴射インジェクタ１５を備えている。この吸気通路内噴射インジェクタ１５は、吸気行程で吸気ポート１３を含む吸気通路１３ａ内に燃料９を噴射する。
　このように吸気通路内噴射インジェクタ１５を備えた第２、第３の変形例によれば、吸気行程でシリンダ４内に混合気を吸入できるから、弱成層化が図られ、混合気が過度に濃い領域が生じることがない６サイクルエンジンを提供することができる。

　以上述べてきた第１の実施の形態による６サイクルエンジン１は、点火を伴わない圧縮行程と、燃焼を伴わない膨張行程とにおいてエンジンの冷却が進むものである。すなわち、３回転に１回排気する６サイクルエンジン１のサイクル平均の排気温度は、２回転に１回排気する４サイクルエンジンのサイクル平均の排気温度に較べると低くなる。このため、この実施の形態による６サイクルエンジン１は、図６に示すように、排気温度が高いと使用することができない可変容量型過給機（Variable Giometry Turbo)１６を装備することができる。

　詳述すれば、図６に示す６サイクルエンジン１は、ガソリンを燃料とする直列４気筒型のものである。この６サイクルエンジン１の各気筒から排出された排ガスは、各気筒の排気ポート１２から排気管１７によって可変容量型過給機１６に導かれる。可変容量型過給機１６は、排気タービン１６ａに送られる排ガスの流量、方向などを制御するための可変ノズル（図示せず）を備えた公知のものである。
　この実施の形態による６サイクルエンジン１は、可変容量型過給機１６のコンプレッサー１６ｂから送られた空気を冷却するためにインタークーラー１８を備えている。インタークーラー１８で冷却された空気は、吸気管１９に設けられたスロットル弁（図示せず）を通して各気筒の吸気ポート１３に送られる。

　前記可変ノズルは、高温な排気により可動部が損傷を受け易いものである。そのため、可変容量型過給機は、排気が極めて高温になるエンジンに使用することはできなかった。しかし、６サイクルエンジンは、サイクル平均の排気温度が低くなるので、可変容量型過給機を運転領域の全領域にわたって有効に使用できる。

　第１の実施の形態によれば、ダイナミックレンジの広い可変容量型過給機１６で吸気が過給されるから、より一層高い出力を得ることが可能な６サイクルエンジンを提供することができる。

（第２の実施の形態）
　次に、請求項４に記載した発明に係る６サイクルエンジンの第２の実施の形態を、変形例を交えて図８～図１１Ｃによって詳細に説明する。この６サイクルエンジン２１は、請求項１１に記載した運転方法に従って運転されるものである。図８～図１１Ｃにおいて、前記図１～図７によって説明したものと同一もしくは同等の部材については、同一符号を付し詳細な説明を適宜省略する。

　図８は、筒内噴射インジェクタが点火プラグの近傍に位置する６サイクルエンジンに請求項４記載の発明を適用した場合の一例を示す。図９は、筒内噴射インジェクタが燃焼室の外周側に位置する６サイクルエンジンに請求項４記載の発明を適用した場合の第１の変形例を示す。
　この第２の実施の形態による６サイクルエンジン２１は、６つの行程からなる２種類の実行パターンをエンジンの運転負荷に対応させて切替える特徴的な運転方法が採られているものである。前記実行パターンは、図８および図９に示す実行パターン変更機構２２によって切替えられる。
　前記実行パターン変更機構２２は、吸気弁７の開く時期を変更するものであり、動弁装置１４の一部の部品を利用して構成されている。実行パターン変更機構２２の詳細な構造は後述する。

　実行パターン変更機構２２は、エンジンの運転領域が低負荷、低速運転領域にある場合は、制御装置１０による制御によって６つの行程の実行パターンを後述する第１の実行パターンに切替える。また、実行パターン変更機構２２は、エンジンの運転領域が前記低負荷、低速運転領域ではない場合は、制御装置１０による制御によって６つの行程の実行パターンを後述する第２の実行パターンに切替える。
　前記低負荷、低速運転領域は、エンジンの運転負荷（以下、単に負荷という）が相対的に低い場合、すなわちエンジンの負荷の値が予め設定された負荷閾値より低い場合であって、かつエンジンの回転速度が相対的に低い場合、すなわち回転速度が予め定めた回転速度閾値より低い場合である。
　エンジンの負荷は、負荷検出センサ１００により検出された吸入空気量に基づいて制御装置１０の負荷演算部１０ｂ（図２８参照）によって求められる。
　エンジンの回転速度は、制御装置１０の回転速度演算部１０ｃ（図２８参照）によって求められる。

　この実施の形態による制御装置１０は、図２８に示すように、上述したインジェクタ制御部１０ａと、負荷演算部１０ｂと、回転速度演算部１０ｃと、点火部１０ｄとに加えて、実行パターン切替部１０ｅとを備えている。実行パターン切替部１０ｅは、実行パターン変更機構２２の動作を制御するためのものである。この実行パターン切替部１０ｅは、前記負荷演算部１０ｂによって求められたエンジンの負荷の大きさに基づいて前記動弁装置１４（実行パターン変更機構２２）に前記実行パターンを変更させる。

　制御装置１０第１の実行パターンと第２の実行パターンとを切替えるにあたっては、図１１Ａ～図１１Ｃに示すように、エンジン回転速度とエンジンの負荷とに基づいて行うことができる。図１１Ａに示すグラフは、第１の実行パターンが適用される運転領域と第２の実行パターンが適用される運転領域を示すマップを構成している。第１の実行パターンは、エンジンの回転速度と負荷とが図１１Ａ中に符号Ａで示す領域にあるときに適用される。第２の実行パターンは、エンジンの回転速度と負荷とが図１１Ａ中に符号Ｂで示す領域にあるときに適用される。

　図１１Ａに示すマップは、図１１Ｂおよび図１１Ｃに示すように表現することができる。図１１Ａに示すマップにおいてエンジンの運転領域がＡである場合は、図１１Ｂに示すような場合である。図１１Ｂに示す負荷閾値Ｌ０は、エンジンの負荷の大きさに応じて段階的に分けられた複数の運転領域ａ～ｄのうち、エンジン始動時を含む負荷が最も小さくなる運転領域ａの負荷の値である。
　図１１Ｂに示す回転速度閾値Ｒ１は、エンジンの回転速度の大きさに応じて段階的に分けられた複数の運転領域ｅ～ｊのうち、エンジン始動時を含む回転速度が最も小さくなる運転領域ｅの回転速度負である。
　制御装置１０の実行パターン切替部１０ｅは、負荷演算部１０ｂによって求められた負荷の値が前記負荷閾値Ｌ０より低い場合であって、かつ前記回転速度演算部１０ｃによって求められた回転速度が予め設定された回転速度閾値Ｒ０より低くなる低負荷、低回転時に、６行程の実行パターンを第１の実行パターンとする。

　図１１Ａに示すマップにおいてエンジンの運転領域がＢである場合は、図１１Ｃ中にハッチングを施して示すような場合である。図１１Ｃにおいては、中負荷、中回転時の領域を同図中に左下がりに傾斜した斜線からなるハッチングによって示す。また、図１１Ｃにおいては、高負荷、高回転時の領域を同図中に右下がりに傾斜した斜線からなるハッチングによって示す。すなわち、制御装置１０の実行パターン切替部１０ｅは、中負荷、中回転時と、高負荷、高回転時とのいずれか一方の場合に、６行程の実行パターンを第２の実行パターンとする。

　前記中負荷、中回転時は、前記負荷演算部１０ｂによって求められた負荷の値が前記負荷閾値Ｌ０以上であって第１の負荷値Ｌ１より小さくなる。第１の負荷値Ｌ１は、負荷閾値Ｌ０より大きい。また、中負荷、中回転時は、前記回転速度演算部１０ｃによって求められた回転速度が予め設定された回転速度閾値Ｒ０以上であって第１の回転速度Ｒ１より小さくなる。第１の回転速度Ｒ１は、回転速度閾値Ｒ１より大きい。
　前記高負荷、高回転時は、前記負荷演算部１０ｂによって求められた負荷の値が前記第１の負荷値Ｌ１以上になり、かつ前記回転速度演算部１０ｃによって求められた回転速度が前記第１の回転速度Ｒ１以上になる。なお、前記負荷閾値Ｌ０、第１の負荷値Ｌ１、回転速度閾値Ｒ０および第１の回転速度Ｒ１は、エンジンの性能に基づいて適宜選択すればよい。

　前記第１の実行パターンは、図３に示した実行パターンと同一のパターンである。
　前記第２の実行パターンは、図１０に示すように、吸気行程と、点火を伴う圧縮行程と、燃焼を伴う膨張行程と、排気行程と、燃焼を伴わない膨張行程と、点火を伴わない圧縮行程とがこの順序で実行されるパターンである。

　第１の実行パターンと第２の実行パターンとは、燃焼を伴わない膨張行程と、点火を伴わない圧縮行程との２つの行程を実施する時期、順序が異なっている。すなわち、第１の実行パターンは、通常の４サイクルエンジンにおける吸気行程と点火を伴う圧縮行程との間に、点火を伴わない圧縮行程と、燃焼を伴わない膨張行程とが追加されて構成されている。一方、第２の実行パターンは、通常の４サイクルエンジンにおける排気行程と吸気行程との間に、燃焼を伴わない膨張行程と、点火を伴わない圧縮行程とが追加されて構成されている。

　この第２の実施の形態において、第１の実行パターンと第２の実行パターンの切替えは、吸気弁７の開閉時期を変えることによって行っている。この切替えは、運転中に行われるから、エンジンの回転が大きく変動することがないように行う必要がある。この実施の形態においては、図１０に示すように、第１、第２の実行パターンで共に吸気弁７が閉じている期間であって、エンジンの運転に悪影響を及ぼすことがない期間に切替えが行われる。すなわち、前記切替えは、点火を伴う圧縮行程から排気行程の間で行われる。

　第２の実行パターンで運転されるときは、均質混合気が望ましいため、筒内噴射インジェクタ３は、吸気行程で燃料９を燃焼室２内に直接噴射し、必要に応じて点火を伴う圧縮行程で噴射してもよい。なお、燃料９は、筒内噴射インジェクタ３と、前記図４および図５に示したような吸気通路内噴射インジェクタ１５を併用して供給してもよい。
　第２の実行パターンで運転されるときの燃料噴射量は、空気と燃料９とがそのエンジンにとって理想的な濃度で混合して完全燃焼するように設定されている。
　点火プラグ８は、点火を伴う圧縮行程の終期に制御装置１０によって通電される。

　この第２の実施の形態による６サイクルエンジン２１が前記第１の実行パターンで運転される場合は、上述した第１の実施の形態を採るときと同様に、吸入空気量が多くなる状態で成層燃焼が実現されて出力向上を図りながら燃費向上を図ることができる。この６サイクルエンジン２１が前記第２の実行パターンで運転される場合は、空気と燃料９とが理想的な濃度で混合して完全燃焼するようになり、更なる高出力を得ることができる。

　また、この６サイクルエンジン２１が第２の実行パターンで運転されるときは、排気行程を経てシリンダ内の残留ガスが少量となった後に燃焼を伴わない膨張行程と、点火を伴わない圧縮行程とが実行されるから、ポンピングロスが少なくなり、出力が向上するようになる。第２の実施の形態においては、このように第２の実行パターンで運転することによってポンピングロスが低減されて出力向上が図られるから、高い出力が必要になる高回転、高負荷域において第２の実行パターンで運転するようにした。

　このため、この６サイクルエンジン２１は、燃費を優先する運転形態と、出力を優先する運転形態とを切替えることができるものとなる。したがって、この実施の形態によれば、燃費向上と出力向上とを両立させることが可能な６サイクルエンジンを提供することができる。

　この第２の実施の形態による６サイクルエンジン２１において、第２の実行パターンでは排気行程に続く２行程（燃焼を伴わない膨張行程と点火を伴わない圧縮行程）が実行される期間は、実質的にエンジンの冷却期間になる。このため、この６サイクルエンジン２１のサイクル平均の排気温度は、４サイクルエンジンのサイクル平均の排気温度に較べて低くなる。このようにエンジンのサイクル平均の排気温度が相対的に低くなるために、この実施の形態による６サイクルエンジン２１においても、図６に示したような可変容量型過給機１６を使用することができる。

　この実施の形態においては、前記第１の実行パターンと第２の実行パターンとの切替えを吸気弁７の開閉時期を変えて行っている。この場合、図１０に示すように、排気弁１１の開閉時期がパターン切替えに伴って変化することはない。このため、第１の実行パターンと第２の実行パターンとを切替えるにあたって、点火時期を変える必要はない。したがって、この実施の形態によれば、第１の実行パターンと第２の実行パターンとを切替える構成を採っているにもかかわらず、動作の制御を容易に行うことが可能な６サイクルエンジンを提供することができる。

　図１０に示す形態を採ることによって、第１、第２の実行パターンの切替えを行うことができる期間が相対的に長くなる。切替期間を長くとることができると、切替えを行うための機構の動作速度を遅くすることができることに起因してこの機構の負荷を小さくすることが可能になるから、この機構の耐久性が向上する。
　このため、この実施の形態による６サイクルエンジン２１は、図１１Ａに示す運転領域がＡ、すなわちアイドリング運転を含めて実用域にあるときに燃費が向上する。また、この６サイクルエンジン２１は、図１１Ａに示す運転領域がＢ、すなわち中回転・中負荷運転領域または高回転・高負荷運転領域にあるときに高出力を得ることができる。

（第２の実施の形態による実行パターン変更機構の具体的な構造）
　上述した６サイクルエンジン２１の実行パターン変更機構２２は、図１２～図２６に示すように形成することができる。これらの図において、前記図１～図１１Ｃによって説明したものと同一もしくは同等の部材については、同一符号を付し詳細な説明を適宜省略する。
　図１２に示すシリンダヘッド６には、燃焼室２の天井壁２ａと、排気ポート１２と、吸気ポート１３と、インジェクタ収容部（図示せず）と、点火プラグ収容部３１と、冷却用ウォータージャケット３２などが形成されている。また、シリンダヘッド６には、１気筒あたり２本ずつある排気弁１１および吸気弁７と、これらの排気弁１１と吸気弁７とを駆動するための動弁装置１４とが取付けられている。

　前記吸気ポート１３は、シリンダヘッド６の内部で二又状に分岐する形状に形成されている。吸気ポート１３の上流端１３ａはシリンダヘッド６の一側部に開口している。吸気ポート１３の下流端１３ｂは、図１３に示すように、燃焼室２の天井壁２ａに開口している。吸気ポート１３の下流端１３ｂを構成する吸気出口３３は、後述する吸気カム軸３４の軸線方向（図１３においては上下方向）に所定の間隔をおいて離間する状態で並んでいる。これら二つの吸気出口３３，３３どうしの間には、点火プラグ８の近傍に筒内噴射インジェクタ３を配置する場合（図８参照）のインジェクタ収容部の穴３５が開口している。インジェクタ収容部は、筒内噴射インジェクタ３をシリンダヘッド６に取付けるためのものである。なお、図１３中に二点鎖線で示す穴３５ａは、筒内噴射インジェクタ３を燃焼室２の外周側に配置する場合のインジェクタ収容部の穴である。

　吸気ポート１３は、吸気抵抗が可及的小さくなるような形状に形成された高流量ポートである。すなわち、吸気ポート１３は、前記上流端１３ａから燃焼室２に向けて斜めに直線状に延び、吸気弁７の近傍で緩やかに曲がる形状に形成されている。
　前記排気ポート１２は、前記天井壁２ａに開口する二つの排気入口３６からシリンダヘッド６の他側部に開口する一つの排気出口３７に延びている。

　吸気ポート１３の二つの吸気出口３３，３３と、排気ポート１２の二つの排気入口３６，３６とに囲まれた部分には、点火プラグ収容部３１の穴３８が開口している。点火プラグ収容部３１は、点火プラグ８をシリンダヘッド６に取付けるためのものである。　
　前記排気弁１１は、前記排気ポート１２の排気入口３６を開閉する弁体３９と、軸状のステム４０とによって構成されている。前記吸気弁７は、図１２に示すように、前記吸気ポート１３の吸気出口３３を開閉する弁体４１と、軸状のステム４２とによって構成されている。これら排気弁１１と吸気弁７のステム４０，４２は、シリンダヘッド６に移動自在に支持されるとともに、バルブスプリング４３によって閉じる方向に付勢されている。前記ステム４０，４２の先端部には、シム４０ａ，４２ａが装着されている。

　前記動弁装置１４は、吸気カム軸３４および排気カム軸４４と、吸気カム軸用伝動機構４５と、排気カム軸用伝動機構４６と、前記吸気カム軸３４および排気カム軸４４にクランク軸１０３の回転を伝達する伝動機構１０７（図１，２参照）とを備えている。吸気カム軸３４と排気カム軸４４は、支持部材４７とカムキャップ４８とによってそれぞれ回転自在に支持されている。支持部材４７は、シリンダヘッド６に取付けられている。カムキャップ４８は、吸気カム軸３４および排気カム軸４４を支持部材４７とともに挟む状態で支持部材４７に取付けられている。

　吸気カム軸３４は、第１の実行パターン用の第１の吸気カム５１と、第２の実行パターン用の第２の吸気カム５２とを備えている。これらの第１、第２の吸気カム５１，５２は、吸気弁７毎に設けられている。第１の吸気カム５１と第２の吸気カム５２は、図１４に示すように、吸気カム軸３４の軸線方向に所定の間隔で並べられている。また、第１、第２の吸気カム５１，５２は、図１２に示すように、それぞれベース円部５１ａ，５２ａとノーズ部５１ｂ，５２ｂとによって構成されている。この実施の形態による吸気カム軸３４の回転方向は、図１２において、時計方向である。

　ベース円部５１ａ，５２ａは、吸気弁７が開くことがないように形成されている。ノーズ部５１ｂ，５２ｂは、吸気弁７が所定の時期に所定の開度で開くように形成されている。この実施の形態によるノーズ部５１ｂ，５２ｂのカムプロフィールは、図１２に示すように、長円を長手方向に二分したような形状に形成されている。

　前記排気カム軸４４は、排気弁１１毎の排気カム５３を備えている。
　前記吸気カム軸用伝動機構４５は、吸気カム軸３４の回転を往復運動に変換して吸気弁７に伝達するものである。吸気カム軸用伝動機構４５は、上述した第１の実行パターンと第２の実行パターンとを切替える機能を有している。

　吸気カム軸用伝動機構４５は、図２１に示すように、吸気カム軸３４の近傍に位置する揺動カム５４と、この揺動カム５４と吸気弁７との間に位置するロッカーアーム５５とを備えている。揺動カム５４とロッカーアーム５５は、吸気弁７毎に設けられている。
　前記排気カム軸用伝動機構４６は、排気カム軸４４の回転を往復運動に変換して排気弁１１に伝達するものである。この排気カム軸用伝動機構４６は、前記実行パターンを変更する機構を備えていない点と、駆動の対象が排気弁１１である点とで吸気カム軸用伝動機構４５とは異なっている。しかし、排気カム軸用伝動機構４６のその他の構成は、吸気カム軸用伝動機構４５と同等である。このため、排気カム軸用伝動機構４６において、吸気カム軸用伝動機構４５と同等の機能を有する部材については、同一符号を付し、詳細な説明は適宜省略する。

　前記吸気カム軸用伝動機構４５の揺動カム５４は、図１２に示すように、吸気カム軸３４と平行な支軸５６が貫通する揺動カム本体５７と、この揺動カム本体５７に回転自在に取付けられたローラ５８とによって構成されている。前記ローラ５８の軸線は、吸気カム軸３４の軸線と平行である。
　前記支軸５６は、吸気カム軸３４から排気カム軸４４側に離れた位置に設けられており、前記支持部材４７に軸線方向へ移動自在かつ回転することができないように支持されている。この支軸５６は、気筒毎に設けられている。また、この支軸５６は、図１９に示すように、１気筒あたり二つある揺動カム５４をそれぞれ同じ支持状態となるように支持している。この支軸５６には、図１４に示すように、後述する駆動装置６１が接続されている。

　この駆動装置６１は、前記支軸５６を予め定めた切替え長さＬ（図１４参照）だけ軸線方向に移動させるものである。駆動装置６１の詳細な構造は後述する。この駆動装置６１も気筒毎に設けられている。前記切替え長さＬは、第１の吸気カム５１と第２の吸気カム５２の形成間隔に相当する長さである。この形成間隔とは、第１の吸気カム５１の軸線方向の中心と、第２の吸気カム５２の軸線方向の中心との間の長さをいう。

　前記支軸５６が前記切替え長さＬだけ軸線方向に前記移動することによって、上述した第１の実行パターンと第２の実行パターンとの切替えが行われる。第２の実行パターンから第１の実行パターンに切替えられるときに支軸５６が移動する方向は、図１４においては左方であり、第２の吸気カム５２から第１の吸気カム５１に向かう方向である。第１の実行パターンから第２の実行パターンに切替えられるときの支軸５６の移動方向は、図１４において右方であり、第１の吸気カム５１から第２の吸気カム５２に向かう方向である。以下において、第２の吸気カム５２から第１の吸気カム５１に向かう方向については、「軸線方向の一方」といい、これとは逆の方向については、「軸線方向の他方」という。

　前記揺動カム本体５７は、前記支軸５６に揺動自在に支持されている。また、揺動カム本体５７は、前記支軸５６の軸線方向へは移動することができないように、支軸５６に取付けられたＥリング５６ａ（図１４参照）によって挟まれている。すなわち、揺動カム５４は、前記支軸５６が前記駆動装置６１により軸線方向に移動させられることによって、支軸５６と一体に前記軸線方向に移動する。

　揺動カム本体５７の揺動端部には、後述するロッカーアーム５５と接触するカム面６２が形成されている。カム面６２は、図１５に示すように、吸気カム軸３４の軸線方向に予め定めた幅を有するように形成されている。この予め定めた幅は、第１の吸気カム５１の軸線方向の幅と、第２の吸気カム５２の軸線方向の幅と、これら両カムどうしの間の隙間の幅とを加算した長さと同等の幅に形成されている。すなわち、カム面６２は、揺動カム５４が支軸５６とともに軸線方向に移動したとしても後述するロッカーアーム５５と接触する状態が保たれるように形成されている。言い換えれば、揺動カム５４とロッカーアーム５５との接触部分は、これら両部材が接触した状態を保ちながら揺動カム５４が前記軸線方向に移動できる形状に形成されている。

　このカム面６２は、図１６に示すように、ベース円部６２ａとリフト部６２ｂとによって構成されている。ベース円部６２ａとリフト部６２ｂとは、揺動カム５４が揺動する方向に連続して形成されている。ベース円部６２ａは、リフト部６２ｂより揺動カム５４が開弁時に揺動する方向の前方に位置している。
　また、ベース円部６２ａは、吸気カム軸３４の軸線方向から見て前記支軸５６の軸心を中心とする円弧状に形成されている。前記リフト部６２ｂは、前記ベース円部６２ａから離れるにしたがって徐々に前記支軸５６の軸心との距離が長くなるように形成されている。

　前記ローラ５８は、揺動カム本体５７から吸気カム軸３４側に突出するように揺動カム本体５７に取付けられている。このローラ５８は、前記支軸５６が前記軸線方向の一方に移動した状態においては、第１の吸気カム５１に接触して回転する。また、このローラ５８は、前記支軸５６が前記軸線方向の他方に移動した状態においては、第２の吸気カム５２に接触して回転する。この実施の形態による揺動カム５４は、前記ローラ５８が第１の吸気カム５１または第２の吸気カム５２に常に接触するように、捻りコイルばね６３（図１４参照）によって付勢されている。捻りコイルばね６３は、前記支軸５６が貫通する状態で支軸５６に支持されている。

　前記支軸５６を駆動する駆動装置６１は、図１５に示すように、吸気カム軸３４の大径部６４と、この大径部６４が貫通するスライダ６５と、このスライダ６５と隣り合う位置に設けられたアクチュエータ６６とによって構成されている。
　前記大径部６４は、図２０に示すように、吸気カム軸３４の軸部６７より外径が大きくなるように形成されている。

　この大径部６４には、図１８に示すように、大径部６４の周方向に延びる環状溝７１と、この環状溝７１の両側に位置する第１、第２のカム溝７２，７３とが形成されている。前記環状溝７１は、図２０に示すように、一定の深さで大径部６４の周方向の全域に延びるように形成されている。第１、第２のカム溝７２，７３は、前記環状溝７１と平行な直線部７４と、この直線部７４を前記環状溝７１に接続する傾斜部７５とから形成されている。第１、第２のカム溝７２，７３の溝幅は、前記環状溝７１の溝幅と等しくなるように形成されている。

　第１のカム溝７２の直線部７４は、環状溝７１より図１８において右側に位置している。すなわち、第１のカム溝７２の直線部７４は、環状溝７１より前記軸線方向の他方に前記切替え長さＬだけ離れた位置に形成されている。第２のカム溝７３の直線部７４は、環状溝７１より前記軸線方向の一方に前記切替え長さＬだけ離れた位置に形成されている。これらの直線部７４の深さは、吸気カム軸３４の回転方向の前方（図１８においては上側）に向かうにしたがって次第に浅くなるように形成されている。直線部７４における傾斜部７５とは反対側に位置する一端は、大径部６４の他の部分の外周面と同一周面上に位置している。

　第１のカム溝７２と第２のカム溝７３の前記傾斜部７５は、直線部７４から環状溝７１に向けて斜めに延びている。傾斜部７５の深さは、図２２中に「溝深さ」として描いてあるように、吸気カム軸３４の回転方向の後方に向かうにしたがって徐々に深くなるように形成されている。傾斜部７５の深さは、最終的に環状溝７１と同一の深さとなる。

　前記スライダ６５は、図１７に示すように、前記大径部６４を径方向の両側から挟む下半部７６と上半部７７とを備えている。下半部７６と上半部７７とは、結合用ボルト７８によって互いに結合されており、前記大径部６４に移動自在に嵌合している。
　前記下半部７６には、スライダ６５を前記支軸５６に連結するためのアーム７９が形成されている。このアーム７９の先端部は、支軸５６に向けて開放する断面Ｃ字状に形成され、支軸５６の溝８０に嵌合している。

　このアーム７９は、スライダ６５が吸気カム軸３４と一体に回転することを規制する機能をも有している。
　前記スライダ６５の上半部７７は、図１８に示すように、互いに平行な円柱状の第１、第２のピン８１，８２を備えている。これらの第１、第２のピン８１，８２は、上半部７７に形成された貫通孔８３，８４の中に移動自在に挿入されている。

　貫通孔８３，８４は、吸気カム軸３４の軸線方向とは直交する方向に延びかつ吸気カム軸３４の軸心を指向するように形成されている。貫通孔８３と貫通孔８４との間隔は、上述した切替え長さＬと一致するように形成されている。すなわち、第１、第２のピン８１，８２は、前記環状溝７１および第１、第２のカム溝７２，７３内に一端部を挿入することができるように上半部７７に支持されている。

　第１、第２のピン８１，８２の他端部には、それぞれ第１、第２のリフタ８５，８６が取付けられている。これらの第１、第２のリフタ８５，８６は、上半部７７に移動自在に支持されている。また、これらの第１、第２のリフタ８５，８６は、圧縮コイルばね８７によって吸気カム軸３４から離れる方向に付勢されており、後述するアクチュエータ６６の第１、第２のプランジャー９１，９２に押し付けられている。

　前記アクチュエータ６６は、前記各リフタ８５，８６と対向する円柱状の第１、第２のプランジャー９１，９２と、これらの第１、第２のプランジャー９１，９２を駆動するためのソレノイド９３とを備えている。このアクチュエータ６６は、シリンダヘッド６またはヘッドカバー（図示せず）に支持されている。ソレノイド９３は、制御装置１０の実行パターン切替部１０ｅによる制御によって第１、第２のプランジャー９１，９２を駆動する。
　前記第１、第２のプランジャー９１，９２は、前記ソレノイド９３による駆動によって各リフタ８５，８６に対して前進または後退させられる。例えば、図１８に示すように第１のプランジャー９１が圧縮コイルばね８７のばね力に抗して第１のリフタ８５を押すと、第１のピン８１が大径部６４に向けて押される。なお、第１のプランジャー９１が第１のリフタ８５に向けて前進するときは、第２のプランジャー９２が後退させられる。第２のプランジャー９２が後退すると、第２のリフタ８６および第２のピン８２が圧縮コイルばね８７のばね力によって図１９に示すように後退させられる。

　図１８に示した状態から第１のプランジャー９１が後退するとともに、第２のプランジャー９２が前進すると、第１のピン８１が第１のリフタ８５とともに後退し、環状溝７１の外に出る。また、このときには、第２のピン８２が第２のリフタ８６とともに前進し、第２のカム溝７３と対応する位置において大径部６４に押し付けられる。この状態で吸気カム軸３４が回転することによって、第２のピン８２が第２のカム溝７３に入る。そして、第２のピン８２が第２のカム溝７３の傾斜部７５を通過するときに傾斜部７５の側壁に押され、スライダ６５が図１８の右方（前記軸線方向の一方）に移動する。その後、第２のピン８２は、環状溝７１に入り、環状溝７１の中を移動する。
　スライダ６５を上記とは逆方向に移動させる場合は、第２のプランジャー９２を後退させるとともに第１のプランジャー９１を第１のリフタ８５に向けて前進させる。第１、第２のプランジャー９１，９２は、上述したようにスライダ６５が移動したときに第１、第２のリフタ８５，８６から外れることがないように形成されている。

　この第２の実施の形態による駆動装置６１は、図２２に示すように、前記第１の実行パターンと前記第２の実行パターンとを切替える切替期間内で第１、第２のピン８１，８２が第１、第２のカム溝７２，７３の傾斜部７５を通過するように構成されている。すなわち、第１の吸気カム５１のベース円部５１ａまたは第２の吸気カム５２のベース円部５２ａに揺動カム５４のローラ５８が接触している状態で揺動カム５４が前記軸線方向に移動する。

　前記ロッカーアーム５５は、前記揺動カム５４の揺動動作を複数の揺動部材によって吸気弁７に伝達する構成が採られている。これら複数の揺動部材は、図１６に示すように、揺動カム５４の前記カム面６２に接触するローラ９４を有するコントロールアーム９５と、吸気弁７に接触するロッカーアーム本体９６である。これらのコントロールアーム９５とロッカーアーム本体９６は、ロッカー軸９７にそれぞれ揺動自在に支持されている。

　ロッカー軸９７は、軸線が吸気カム軸３４の軸線と平行になる状態でシリンダヘッド６と前記支持部材４７とに回転自在に支持されている。また、ロッカー軸９７は、いわゆるクランク軸状に形成されている。すなわち、ロッカー軸９７は、図１６に示すように、前記シリンダヘッド６および支持部材４７に支持される部分と同一軸線上に位置する主軸９７ａと、この主軸９７ａとは偏心した位置にある偏心ピン９７ｂとを備えている。
　前記主軸９７ａは、前記ロッカーアーム本体９６の一対のアーム部９６ａを揺動自在に支持するためのものである。この主軸９７ａは、前記一対のアーム部９６ａと対応する位置にそれぞれ設けられている。前記偏心ピン９７ｂは、これらの主軸９７ａどうしを接続している。この偏心ピン９７ｂは、前記コントロールアーム９５を揺動自在に支持するためのものである。

　前記ロッカー軸９７の一端部には、図示していないサーボモータ等の駆動機構が接続されている。このロッカー軸９７は、前記駆動機構による駆動によって、所定の回動角度となるように回転させられる。
　前記ロッカーアーム本体９６は、前記一対のアーム部９６ａと、これらのアーム部９６ａを接続する底壁９６ｂとによって構成されている。前記底壁９６ｂには、吸気弁７の前記シム４２ａを押圧するための押圧子９６ｃが形成されている。

　前記コントロールアーム９５は、前記偏心ピン９７ｂに回動自在に支持されたコントロールアーム本体９５ａと、このコントロールアーム本体９５ａの揺動端部に回転自在に設けられた前記ローラ９４とによって構成されている。コントロールアーム本体９５ａにおける偏心ピン９７ｂに接続される基部９５ｂは、偏心ピン９７ｂに嵌合する断面Ｃ字状に形成されている。この基部９５ｂは、板ばね９８によって偏心ピン９７ｂに離れることができないように保持されている。

　コントロールアーム本体９５ａの揺動端部には、前記ロッカーアーム本体９６を押すための押圧子９５ｃが設けられている。この押圧子９５ｃは、前記アーム部９６ａの内側面に形成された段部９６ｄに接触する。この段部９６ｄは、アーム部９６ａの長手方向に延びるように形成されている。

　コントロールアーム９５は、ロッカー軸９７が回転して偏心ピン９７ｂの位置が変わることに伴って、前記アーム部９６ａの長手方向に移動する。コントロールアーム９５が図１６に示すように吸気カム軸３４に近い位置にある場合は、前記カム面６２のリフト部６２ｂがローラ５８を相対的に多く押し、吸気弁７が相対的に大きく開くようになる。一方、偏心ピン９７ｂの位置が変わってコントロールアーム９５が同図中に二点鎖線で示す位置に移動すると、ローラ５８がカム面６２のベース円部６２ａにのみ接触し、吸気弁７が閉状態に保たれる。前記偏心ピン９７ｂの位置を連続的に変更することにより、吸気弁７の開閉タイミングとリフト量とをエンジンの運転状態に適するように自由に設定できる。

　この第２の実施の形態においては、前記駆動装置６１と、軸線方向に移動可能な支軸５６と、軸線方向に幅が広いカム面６２を有する揺動カム５４とによって、請求項７記載の発明でいう「実行パターン変更機構」が構成されている。

　次に、実行パターン変更機構２２および制御装置１０の実行パターン切替部１０ｅの動作を図１１Ｂ、図１１Ｃおよび図２９に示すフローチャートを用いて説明する。エンジン運転時は、図２９中にステップＳ１，Ｓ２として示すように、制御装置１０の負荷演算部１０ｂがエンジンの負荷を検出するとともに、回転速度演算部１０ｃがエンジンの回転速度を検出する。
　そして、制御装置１０の実行パターン切替部１０ｅは、ステップＳ３において、負荷演算部１０ｂによって求められた現在の負荷の値が前記負荷閾値Ｌ０より低いか否かを判別する。

　実行パターン切替部１０ｅは、現在の負荷の値が負荷閾値Ｌ０より低い場合、ステップＳ４において、前記回転速度演算部１０ｃによって求められた現在のエンジンの回転速度が予め定めた回転速度閾値Ｒ０より低いか否かを判別する。ステップＳ４において、現在の回転速度が回転速度閾値Ｒ０より低い場合は、実行パターン切替部１０ｅが前記アクチュエータ６６のソレノイド９３を第１の実行パターンが実現されるように動作させる。この場合の運転領域は、図１１Ｂ中にハッチングによって示す運転領域である。このとき、ソレノイド９３は、図１５に示すように、第１のプランジャー９１をリフタ８５に向けて前進させるとともに、第２のプランジャー９２を後退させる。

　前記第１のプランジャー９１が第１のリフタ８５を押すと、第１のピン８１が環状溝７１内を通過するようになる。このため、第１の吸気カム５１を用いた第１の実行パターンで６行程が実行される。
　すなわち、この第２の実施の形態による６サイクルエンジン２１は、エンジン始動時を含めて低負荷、低回転時は、第１の吸気カム５１を用いて第１の実行パターンで運転される。

　実行パターン切替部１０ｅは、現在の負荷の値が負荷閾値Ｌ０より低い状態で現在の回転速度が回転速度閾値Ｒ０以上であって第１の回転速度Ｒ１より低い場合、ステップＳ５でＹＥＳと判別し、前記ソレノイド９３を第２の実行パターンが実現されるように動作させる。また、実行パターン切替部１０ｅは、以下の二つの場合においてもソレノイド９３を第２の実行パターンが実現されるように動作させる。第１の場合は、現在の負荷の値が負荷閾値Ｌ０以上であって第１の負荷値Ｌ１より低く、かつ現在の回転速度が回転速度閾値Ｒ０より低い場合である。第２の場合は、現在の負荷の値が負荷閾値Ｌ０以上であって第１の負荷値Ｌ１より低く、かつ現在の回転速度が回転速度閾値Ｒ０以上であって第の回転速度Ｒ１より低い場合である。これらの場合の運転領域は、図１１Ｃ中に左下がりの斜線からなるハッチングによって示す運転領域である。

　すなわち、実行パターン切替部１０ｅは、エンジンの運転領域が中負荷、中回転の運転領域にある場合、図２９中のステップＳ５～Ｓ８においてそれぞれＹＥＳと判別し、前記ソレノイド９３を第２の実行パターンが実現されるように動作させる。ソレノイド９３は、図２３に示すように、第１のプランジャー９１を後退させるとともに、第２のプランジャー９２を第２のリフタ８６に向けて前進させる。このとき、第２のプランジャー９２は、第２のリフタ８６を介して第２のピン８２を大径部６４に向けて押す。第２のピン８２は、吸気カム軸３４が回転することによって、第２のカム溝７３の直線部７４に入る。また、第２のピン８２は、第２のプランジャー９２の加圧力によって第２のカム溝７３の底に押し付けられる。

　第２のピン８２は、吸気カム軸３４がさらに回転することによって、図２４に示すように、第２のカム溝７３の直線部７４から傾斜部７５に入る。この第２のピン８２は、傾斜部７５内を通過するときに第２のカム溝７３の溝壁に接触し、この溝壁によって側方（図２４において右方であって前記軸線方向の他方）に押される。第２のピン８２がこのように側方に押されると、これを支持するスライダ６５が吸気カム軸３４に対して前記軸線方向の他方に移動する。スライダ６５が軸線方向へ移動するときは、第１の吸気カム５１のベース円部５１ａに揺動カム５４のローラ５８が接触しているときである。

　スライダ６５は、支軸５６に軸線方向へ一体に移動するように連結されている。このため、スライダ６５とともに支軸５６が前記軸線方向の他方に移動する。
　上述したように支軸５６が軸線方向の他方に移動することによって、図２５に示すように、気筒毎にある一対の揺動カム５４が同方向に移動する。そして、各揺動カム５４のローラ５８が第２の吸気カム５２のベース円部５２ａにそれぞれ接触する。この場合は、第２の吸気カム５２から揺動カム５４とロッカーアーム５５とを介して吸気弁７に動力が伝達される。この結果、第２の吸気カム５２を用いた第２の実行パターンで６行程が実行される。

　実行パターン切替部１０ｅは、図２９に示すステップＳ３～Ｓ８のそれぞれにおいてＮＯと判別した場合にも前記ソレノイド９３を第２の実行パターンが実現されるように動作させる。この場合は、現在の負荷の値が第１の負荷値Ｌ１以上であって、かつ現在の回転速度が第１の回転速度Ｒ１以上の場合である。この場合の運転領域は、図１１Ｃ中に右下がりに斜線からなるハッチングによって示す運転領域である。すなわち、この第２の実施の形態による６サイクルエンジン２１は、運転領域が高負荷、高回転の運転領域にある場合も前記第２の実行パターンで運転される。
　エンジンの運転領域が中負荷、中回転の運転領域または高負荷、高回転の運転領域からアイドリング運転を含む低負荷、低回転の運転領域に移ろうとする時、駆動装置６１が図２６に示す状態になる。すなわち、第２のプランジャー９２が後退し、第１のプランジャー９１が第１のリフタ８５を押す。この状態で吸気カム軸３４が回転することによって、スライダ６５、支軸５６および揺動カム５４が上記とは逆方向に移動し、図１５に示す状態になる。図１５に示す状態においては、６サイクルエンジン２１は、第１の実行パターンで６行程が実行されて運転される。

　一般的に、６サイクルエンジンの吸気カムは、４サイクルエンジンの吸気カムに較べると、吸気行程の間に回転する角度が小さくなる。すなわち、この吸気カムは、相対的に少ない回転角度で吸気弁を開閉することになる。この吸気カムのカムプロフィールは、急峻な山形になる。このため、この吸気カムが吸気弁を開くときの負荷は、４サイクルエンジン用の吸気カムが吸気弁を開くときの負荷に較べて大きくなる。

　しかし、この第２の実施の形態による６サイクルエンジン２１においては、第１の吸気カム５１または第２の吸気カム５２と揺動カム５４とによって吸気カム軸３４の回転が揺動動作に変換される。しかも、この６サイクルエンジン２１は、コントロールアーム９５の位置を調整することにより吸気弁７の開閉タイミングとリフト量とを比較的自由に変更できるものである。このため、この第２の実施の形態による第１、第２の吸気カム５１，５２のカムプロフィールは、図１２に示すように、緩やかな山形に形成されている。このことは、排気カム軸用伝動機構４６についてもそのままあてはまる。

　したがって、この実施の形態によれば、吸気弁７と排気弁１１とが円滑に開閉されるから、動弁装置１４の耐久性が高い６サイクルエンジンを提供することができる。
　第２の実施の形態による６サイクルエンジン２１は、試作して燃焼変動率を求めたところ、第１の実行パターンで運転しているときに燃焼が安定することが分かった。第１の実行パターンで運転したときの燃焼変動率は、図２７中に実線で示すように、空燃比に大きく影響を受けることなくほぼ一定であった。図２７中の波線は、第２の実行パターンで運転したときの燃焼変動率を示している。

（第３の実施の形態）
　上述した第２の実施の形態においては、吸気弁７の開閉時期を変えることによって第１の実行パターンと第２の実行パターンとを切替える例を示した。しかしながら、第１の実行パターンと第２の実行パターンとの切替えは、図３０に示すように、排気弁１１の開閉時期を変えることによっても行うことができる。この場合は、同図に示すように、吸気弁７の開閉時期がパターン切替えに伴って変化することはない。しかし、この場合は、前記切替えに伴って点火時期を変更する必要がある。この場合の第１、第２の実行パターンの切替時期は、下記の二つの条件を満たす必要がある。

　第１の条件は、第１、第２の実行パターンのいずれにおいても排気弁１１が閉じている期間である。第２の条件は、切替後にエンジンの運転に悪影響を及ぼすことがない時期である。このような条件を満たす期間は、図３０に示すように、吸気行程であって、第２の実行パターンにおいて筒内噴射インジェクタ３で燃料９の噴射が行われるまでの間の期間である。

　前記第２の実行パターンで運転するときは、均質混合気とする必要があるから、このときに筒内噴射が行われるタイミングは吸気行程の前半となる。このようなタイミングで筒内噴射が行われると、十分な切替期間を得ることはできなくなる。そこで、この第３の実施の形態においては、切替時には図３０中に二点鎖線で示すように、点火を伴う圧縮行程で燃料９を噴射させてある程度の長さの切替期間を確保している。切替えた後は、同図中に実線で示すように、燃料９を吸気行程の前半で噴射するようにしている。いずれにしても、切替期間は、図１０に示す切替期間より短くなる。
　なお、第３の実施の形態を採る場合であっても、図１１に示すように、エンジン回転速度とエンジンの負荷とに基づいて第１の実行パターンと第２の実行パターンとを切替えることができる。

　１，２１…６サイクルエンジン、２…燃焼室、３…筒内噴射インジェクタ、６…シリンダヘッド、１０…制御装置、１０ａ…インジェクタ制御部、１０ｃ…回転速度検出部、１０ｄ…点火部、１０ｅ…負荷検出部、１０ｆ…実行パターン切替部、１１…吸気弁、１３…吸気ポート、１４…動弁装置、１５…吸気通路内噴射インジェクタ、３４…吸気カム軸、５１…第１の吸気カム、５２…第２の吸気カム、５４…揺動カム、５５…ロッカーアーム、５６…支軸、６１…駆動装置、６４…大径部。

Claims (11)

1. 　シリンダと、
   　前記シリンダ内に挿入されたピストンと、
   　前記シリンダに取付けられたシリンダヘッドと、
   　前記シリンダ、前記ピストンおよび前記シリンダヘッドによって囲まれて形成された燃焼室と、
   　前記燃焼室内に燃料を直接噴射する筒内噴射インジェクタと、
   　前記燃焼室の壁に取付けられた点火プラグと、
   　前記燃焼室に下流端が開口するように前記シリンダヘッドに形成された吸気ポートと、
   　前記燃焼室に上流端が開口するように前記シリンダヘッドに形成された排気ポートと、
   　前記シリンダヘッドに設けられて前記吸気ポートを開閉する吸気弁と、
   　前記シリンダヘッドに設けられて前記排気ポートを開閉する排気弁と、
   　前記吸気弁および排気弁を、吸気行程と、点火を伴わない圧縮行程と、燃焼を伴わない膨張行程と、点火を伴う圧縮行程と、燃焼を伴う膨張行程と、排気行程とからなる６行程がこの順序で実行されるように動作させる動弁装置と、
   　前記点火を伴う圧縮行程で前記筒内噴射インジェクタに燃料を噴射させかつ前記点火プラグに通電する制御装置とを備えていることを特徴とする６サイクルエンジン。
2. 　請求項１記載の６サイクルエンジンにおいて、前記制御装置は、前記吸気行程から前記点火を伴う圧縮行程に至る途中においても前記筒内噴射インジェクタに燃料を噴射させるものであることを特徴とする６サイクルエンジン。
3. 　請求項１記載の６サイクルエンジンにおいて、さらに、前記吸気ポートを含む吸気通路内に燃料を噴射する吸気通路内噴射インジェクタを備えていることを特徴とする６サイクルエンジン。
4. 　請求項１記載の６サイクルエンジンにおいて、前記動弁装置は、前記６行程の実行パターンを変更可能に形成され、
   　前記制御装置は、エンジンの負荷を求める負荷演算部と、エンジンの回転速度を求める回転速度演算部と、前記負荷演算部によって求められたエンジンの負荷の大きさおよび前記回転速度演算部によって求められたエンジンの回転速度に基づいて前記動弁装置に実行パターンを変更させる実行パターン切替部とをさらに備え、
   　前記実行パターンは、エンジンの運転領域が低負荷、低速運転領域にある場合の第１の実行パターンと、エンジン運転領域が前記低負荷、低速運転領域ではない場合の第２の実行パターンとからなり、
   　前記低負荷、低速運転領域は、前記負荷演算部によって求められた負荷の値が予め設定された負荷閾値より低くなりかつ前記回転速度演算部によって求められたエンジンの回転速度が予め設定された回転速度閾値より低くなる運転領域であり、
   　前記第１の実行パターンは、吸気行程と、点火を伴わない圧縮行程と、燃焼を伴わない膨張行程と、点火を伴う圧縮行程と、燃焼を伴う膨張行程と、排気行程とがこの順で実行されるパターンであり、
   　前記第２の実行パターンは、吸気行程と、点火を伴う圧縮行程と、燃焼を伴う膨張行程と、排気行程と、燃焼を伴わない膨張行程と、点火を伴わない圧縮行程とがこの順序で実行されるパターンであることを特徴とする６サイクルエンジン。
5. 　請求項４記載の６サイクルエンジンにおいて、前記負荷閾値は、エンジンの負荷の大きさに応じて段階的に分けられた複数の運転領域のうち、エンジン始動時を含む負荷が最も小さくなる運転領域の負荷の値であり、
   　前記回転速度閾値は、エンジンの回転速度の大きさに応じて段階的に分けられた複数の運転領域のうち、エンジン始動時を含むエンジン回転速度が最も小さくなる運転領域のエンジン回転速度であることを特徴とする６サイクルエンジン。
6. 　請求項４記載の６サイクルエンジンにおいて、前記動弁装置は、前記第１の実行パターン用の第１の吸気カムと、前記第２の実行パターン用の第２の吸気カムとが所定の間隔をおいて並ぶように設けられたカム軸と、
   　前記カム軸にクランク軸の回転を伝達する伝動機構と、
   　前記第１の吸気カムと前記第２の吸気カムとの何れか一方を前記吸気弁に接続する実行パターン変更機構とを備えていることを特徴とする６サイクルエンジン。
7. 　請求項６記載の６サイクルエンジンにおいて、前記実行パターン変更機構は、前記カム軸と平行な支軸に揺動自在に支持されかつ前記第１の吸気カムに接触する位置と、第２の吸気カムに接触する位置との間で軸線方向に移動できるように前記支軸に支持された揺動カムと、
   　前記第１、第２の吸気カムのバルブリフト量が共に０であるときに前記制御装置による制御によって前記揺動カムを前記軸線方向の一方または他方に移動させる駆動装置と、
   　前記カム軸と平行なロッカー軸に揺動自在に支持され、前記揺動カムと前記吸気弁との間に設けられたロッカーアームとを備え、
   　前記揺動カムと前記ロッカーアームとの接触部分は、これら両部材が接触した状態を保ちながら前記揺動カムが前記軸線方向に移動できる形状に形成されていることを特徴とする６サイクルエンジン。
8. 　請求項１記載の６サイクルエンジンにおいて、さらに、前記排気ポートに接続された排気管と、
   　前記排気管に設けられた過給機とを備え、
   　前記過給機は、排気タービンに送られる排ガスの流量、方向を制御可能な可変容量型のものであることを特徴とする６サイクルエンジン。
9. 　シリンダと、
   　前記シリンダ内に挿入されたピストンと、
   　前記シリンダに取付けられたシリンダヘッドと、
   　前記シリンダ、前記ピストンおよび前記シリンダヘッドによって囲まれて形成された燃焼室と、
   　前記燃焼室内に燃料を直接噴射する筒内噴射インジェクタと、
   　前記燃焼室の壁に取付けられた点火プラグと、
   　前記燃焼室に下流端が開口するように前記シリンダヘッドに形成された吸気ポートと、
   　前記燃焼室に上流端が開口するように前記シリンダヘッドに形成された排気ポートと、
   　前記シリンダヘッドに設けられて前記吸気ポートを開閉する吸気弁と、
   　前記シリンダヘッドに設けられて前記排気ポートを開閉する排気弁とを備えたエンジンに、
   　吸気行程と、点火を伴わない圧縮行程と、燃焼を伴わない膨張行程と、点火を伴う圧縮行程と、燃焼を伴う膨張行程と、排気行程とからなる６行程をこの順序で実行させ、
   　前記点火を伴う圧縮行程で前記筒内噴射インジェクタに燃料を噴射させかつ前記点火プラグに通電することを特徴とする６サイクルエンジンの運転方法。
10. 　請求項９記載の６サイクルエンジンの運転方法において、前記吸気行程から前記点火を伴う圧縮行程に至る途中においても燃料を燃焼室内に直接噴射することを特徴とする６サイクルエンジンの運転方法。
11. 　請求項９記載の６サイクルエンジンの運転方法において、エンジンの負荷の値が予め設定された負荷閾値より低くかつエンジンの回転速度が予め設定された回転速度閾値より低い場合は、吸気行程と、点火を伴わない圧縮行程と、燃焼を伴わない膨張行程と、燃焼室内への燃料噴射および点火を伴う圧縮行程と、燃焼を伴う膨張行程と、排気行程とからなる６行程をこの順序で実行し、
    　エンジンの負荷の値とエンジンの回転速度とが前記範囲外である場合は、吸気行程と、燃焼室内への燃料噴射および点火を伴う圧縮行程と、燃焼を伴う膨張行程と、排気行程と、燃焼を伴わない膨張行程と、点火を伴わない圧縮行程とからなる６行程をこの順序で実行することを特徴とする６サイクルエンジンの運転方法。

Images