JPH0634581Y2 - 複吸気弁エンジン - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は、吸気弁を複数個備えた、いわゆる複吸気弁エ
ンジンにおける吸気制御に関するものである。

〔従来の技術〕

高出力化の傾向の中で種々のタイプの複吸気弁エンジン
が開発されてきている。そのような複吸気弁エンジンの
一つとして、燃焼室内でスワールを発生させることので
きるヘリカル型吸気ポートを改善したものがある。ヘリ
カル型吸気ポートはその名の通りに渦巻状に形成される
ものであり、燃焼室内にスワールを発生させることによ
り燃焼を改善するものである。しかしながら、エンジン
の高負荷時にはその特殊形状により吸気抵抗が増大して
充填効率が低下する傾向が認められている。これを改善
するために第２の吸気ポート及び第２吸気弁を設け、こ
の第２吸気ポートにはさらに吸気制御弁を設けて、低負
荷時にはこの吸気制御弁を閉じてヘリカル型吸気ポート
の特徴を生かし、高負荷時にはこの吸気制御弁を開いて
第１のヘリカル型吸気ポート及び第２ポートの両方から
空気を燃焼室に導入することができるようにしている。

一方、燃焼を良好にし燃費を向上させるためには可燃空
燃比の最大値すなわち燃焼のリーン限界を拡大すること
が必要であり、そのためには燃焼室上部の点火栓周りの
燃料を濃くしピストン側を薄くする（以下これを成層化
という）とよいことが知られている。

本出願人は上記の複吸気弁エンジンを改良し、低負荷域
での成層化による稀薄混合気の燃焼と、高負荷域での高
出力とが両立でき、低燃費、低エミッションの達成と高
出力を得ることのできる、より実際的な複吸気弁エンジ
ンを提案し、特許出願している（特願昭60-56126号参
照）。

上記本出願人の特許出願にかかる複吸気弁エンジンは、
燃焼室内へ供給する吸気にスワールを発生させる常時開
放の第１の吸気ポートと、エンジンの高負荷運転域にお
いてのみ開放する吸気制御弁を有しかつ燃焼室内にスト
レートの吸気を供給する第２の吸気ポートと、燃料噴射
弁を設けた第３の吸気ポートとを具備し、これら第1,第
２及び第３の各吸気ポートを、第1,第２及び第３の吸気
弁を介して燃焼室にそれぞれ開口し前記第３の吸気弁の
開弁時期を前記第１の吸気弁の開弁時期より遅らせたこ
とを特徴とするものである。

しかし上記特願昭60-56126号の３つの吸気ポートを有す
る複吸気弁エンジンにおいては、第３の吸気ポートから
十分な濃混合気を供給して良好な成層化を達成するため
には、吸気スワールを十分強くかつ安定した状態とする
とともに濃混合気は貫徹力を弱くするためにゆっくりと
緩やかに燃焼室内に供給されることが必要である。その
ためには第３の吸気弁は十分な開弁期間を持つとともに
そこを通過する気流は十分遅くしなければならない。し
かしながら上記特願昭60-56126号の複吸気弁エンジンに
おいては、第1,第２吸気ポートと燃料噴射弁を備えた第
３の吸気ポートの吸気圧力が等しいため、第３の吸気弁
を通過する気流が比較的速くなり、従って第３の吸気弁
をあまり早く開弁すると第１の吸気ポートにより発生し
たスワール流を破壊するとともに、濃混合気と空気の混
合を促進してしまい、濃混合気を吸気行程後半の短期間
に集中して供給することにより成層化を達成するという
本来の目的が達成されないことになる。そのため第３の
吸気弁の開弁時期は制約を受け、前掲特願昭60-56126号
の複吸気弁エンジンでは実際上は第３の吸気弁は吸気行
程中央付近から開弁するようにしており、点火栓周りに
濃混合気を効率良く集中させ良好な成層化を達成するに
は限界がある。

そこで本出願人は上記の問題点を解決するため、上記の
ような３つの吸気ポートを有する複吸気弁エンジンにお
いて、第1,第２の吸気ポートの上流側を共に第１の吸気
通路に連通させ、第３の吸気ポートの上流側を第２の吸
気通路に連通させ、前記第１及び第２の吸気通路に第１
及び第２のスロットル弁をそれぞれ設け、エンジンの低
負荷時における前記第１のスロットル弁の開度を、前記
第２のスロットル弁の開度より大きく設定した複吸気弁
エンジンを提案した（実願昭61-104899号参照）。

〔考案が解決しようとする問題点〕

上記実願昭61-104899号の複吸気弁エンジンにおいて
は、エンジンの低負荷時においても、第２のスロットル
弁はある程度開いており、第３の吸気ポート、第３の吸
気弁を介して、かなりの量の新気が吸入されるので、ヘ
リカル状の第１の吸気ポートによって発生するスワール
は弱められ、第３の吸気ポートから流入する濃混合気は
かなりの貫徹力を有している。そのため、上記したよう
な、低負荷時における良好な成層化を得るための強く安
定したスワールと貫徹力の弱い濃混合気とが必らずしも
十分にに得られないという問題がある。

〔問題点を解決するための手段〕

本考案は、上記の問題点を解決するため、その構成を、
燃焼室内へ供給する吸気にスワールを発生させる常時開
放の第１の吸気ポートと、エンジンの高負荷運転域にお
いてのみ開放する吸気制御弁を有しかつ燃焼室内にスト
レートの吸気を供給する第２の吸気ポートと、燃料噴射
弁を設けた第３の吸気ポートとの各吸気ポートを具備
し、これら第1,第２及び第３の各吸気ポートを、第1,第
２及び第３の吸気弁を介して燃焼室にそれぞれ開口し前
記第３の吸気弁の開弁時期を前記第１の吸気弁の開弁時
期より遅らせた複吸気弁エンジンにおいて、前記第１及
び第２の吸気ポートの上流側を共に第１の吸気通路に連
通させ、前記第３の吸気ポートの上流側を第２の吸気通
路に連通させ、前記第１及び第２の吸気通路に第１及び
第２のスロットル弁をそれぞれ設け、また前記第２の吸
気通路には前記第２のスロットル弁をバイパスする小流
量のバイパス通路を設け、前記第２のスロットル弁は前
記第１のスロットル弁が全開した時から開弁し始めるよ
う構成したことを特徴とするものである。

〔作用〕

本考案は、エンジンの低負荷域では、第２の吸気ポート
中の吸気制御弁を閉じ、また第２のスロットル弁は全閉
とし、第１のスロットル弁のみを開くことにより負荷制
御を行ない、第１のスロットル弁が全開となる高負荷域
から前記吸気制御弁を開き、また第２のスロットル弁が
開弁し始め、全負荷時に第1,第２の両スロットル弁が全
開する。ただし、低負荷域の前記第２のスロットル弁の
全閉時でも、第３の吸気ポートには前記バイパス通路を
介して、少量の新気が流れ、燃料噴射弁から噴射された
燃料が第３の吸気弁を通して燃焼室内に円滑に流入する
のに必要な最小限の吸気を確保する。

このようにして、エンジンの低負荷域では第１の吸気ポ
ート内の圧力は第３の吸気ポート内の圧力より大となり
強力で安定したスワールが得られまた第３の吸気ポート
からは貫徹力の弱い濃混合気が流入し、良好な成層化が
達成され、燃焼のリーン限界を拡大するものとなる。

〔実施例〕

本考案の実施例を図面に従って以下に説明する。

第１図を参照すると、１は第１の吸気通路又はサージタ
ンクであって第１のスロットル弁２が設けられ、その下
流側は第１の吸気ポート３と第２の吸気ポート４とに分
岐している。５は前記第１の吸気通路１と独立した第２
の吸気通路又はサージタンクであって第２のスロットル
弁６が設けられその下流側は第３の吸気ポート７に連通
している。

第１の吸気ポート３は第１の吸気弁10を介して燃焼室11
に開口し、ヘリカルポートとして公知のように第１の吸
気弁10近くで渦巻状に形成され、この第１の吸気ポート
３を通って吸入された空気が矢印Ｓで示されるように燃
焼室11内でスワールを生じるようになっている。第２の
吸気ポート４は、第２の吸気弁12を介して燃焼室11に開
口し、ストレート状である。この第２の吸気ポート４に
は吸気制御弁13が配置され、エンジンの回転数負荷が小
さい時には第２の吸気ポート４を閉じ、エンジンの回転
数負荷が大きいときには前記第２の吸気ポート４を開く
ことができるようになっている。この吸気制御弁13は適
宜のアクチエータ（図示しない）により開閉駆動され、
エンジンを低回転低負荷で運転する時、この第２の吸気
ポート４を閉じ、エンジンを高回転高負荷で運転する
時、第２吸気ポート４を開くように作動する。前記アク
チエータとしては例えばダイヤフラムにより大気圧室と
変圧室とに仕切られたダイヤフラム室を有し、この変圧
室にエンジンの上記運転状態に応じて負圧又は大気圧を
導入して吸気制御弁13の開閉を制御する負圧制御式アク
チエータを用いる。そしてこのアクチエータは図示しな
い電子制御装置（ECU）により制御される。第３の吸気
ポート７は第３の吸気弁14を介して燃焼室11に開口して
いる。この第３の吸気ポート７は前記両ポート3,4の間
にあってその通路断面積は比較的小さく、従って第３の
吸気弁14も他の吸気弁10,12と比較して小さい。この第
３の吸気ポート７には燃料噴射弁15が配設され、この燃
料噴射弁15はECUによって制御される。

前記第1,第２及び第３の吸気弁10,12及び14相互間の位
置関係は、第１図に示すように、平面視において、燃焼
室11の中心に関し第３の吸気弁14が、第１及び第２の吸
気弁10及び12の各中心を結んだ直線より外側に位置する
ように配置される。16は点火栓であって、吸気弁10,12,
14及び２つの排気弁17,18に囲まれたほぼシリンダ中央
に配設されている。

なお、前記第１及び第２のスロットル弁2,6にはそれぞ
れ図示しないスロットル開度センサとスロットルアクチ
エータが取付けられ、これらスロットル開度センサとス
ロットルアクチエータは図示しないECUに接続され、エ
ンジンの低負荷域においては第２のスロットル弁６を全
閉とし、第１のスロットル弁２のみがエンジン負荷の増
加に応じて順次その開度を増し、エンジンの高負荷域で
第１のスロットル弁２が全開した時、第２のスロットル
弁６が開弁し始め、全負荷時において全開するよう制御
する。

但し、第２のスロットル弁６を全閉とした場合は第３の
吸気ポート７には吸気が流れず、噴射された燃料の供給
が不十分となるので、第２の吸気通路５には第２のスロ
ットル弁６をバイパスするバイパス通路20を設け、燃料
噴射弁15から噴射された燃料が、第３の吸気弁14を通っ
て円滑に燃焼室11内に流入するのに必要な最小限の新気
が常時流れるようにする。そしてこのバイパス通路20に
は流量調整用スクリュー19を設ける。

前記第1,第２及び第３の吸気弁10,12及び14と燃料噴射
弁15の作動時期は第２図に示されている。

第１及び第２の吸気弁10,12はその動作曲線Ａで示され
るように吸気行程上死点の少し手前で開弁し吸気行程下
死点を少し過ぎたところで閉弁する。第３の吸気弁14は
その動作曲線Ｂに示されるように、吸気行程の前半で開
弁し、第１及び第２の吸気弁10,12とほぼ同じ時期に閉
弁する。同図においてＢ′は前掲特願昭60-56126号の複
吸気弁エンジンにおける第３の吸気弁の動作曲線を示し
ており、これから明らかなように、本実施例における第
３の吸気弁14の開弁時期が従来のものより大幅に早くな
っていることがわかる。

開弁また燃料噴射弁15は同図のＦに示すように、噴射終
了時期Ｅが第３の吸気弁14の開弁期間の中に収まるよう
に噴射開始時Ｄをエンジン回転数、負荷に対して進退制
御させ、かつこの燃料噴射終了時期をエンジンの回転
数、負荷にかかわらず第３の吸気弁の開弁期間中に予め
定められたクランク角にほぼ固定するようにしている。

第３図は第１及び第２のスロットル弁2,6の各開度とエ
ンジンの負荷との関係を示す線図であり、本実施例にお
いては、同図に示すごとく、第１のスロットル弁２はエ
ンジン負荷が増加するに従ってその開度を増し負荷Ｇに
達した時に全開となる。これに対し、第２のスロットル
弁６はエンジン負荷がＧ以下の低負荷域では全閉状態で
あり、第１のスロットル弁２が全開となるＧ以上の高負
荷域から開弁し始め負荷の増大に応じてその開度を増
し、エンジンの全負荷時に全開となるようにしている。

本実施例の作用を次に説明する。

エンジンの低負荷時においては、第２図に示すように、
まず第１及び第２の吸気弁10,12が吸気行程上死点付近
で開弁し、第２の吸気ポート４は吸気制御弁13で閉じら
れているので、燃焼室11内には第１の吸気弁10からのみ
空気が吸入されスワールＳが発生する。続いて吸気行程
の前半で第３の吸気弁14が開弁される。第３の吸気ポー
ト７にはECUからの信号により燃料噴射弁15から燃料
が、噴射終了時期が第３の吸気弁14の開弁期間中に収ま
るように噴射される。

この際第２のスロットル６は全閉状態で、第１のスロッ
トル弁２のみが負荷の大小に応じてその開度を増減する
ので、第１の吸気ポート３内の圧力は第３の吸気ポート
７内の圧力より高くまた第３の吸気ポート７内の圧力の
影響を受けることがないので、強く安定したスワールが
得られる。また第３の吸気ポート７内は第２のスロット
ル弁６の閉鎖のためその圧力は低く燃料噴射弁15から噴
射された燃料は貫徹力の弱いものとなり、バイパス通路
20を通して流入する少量の新気と混合しかつこれに導び
かれて燃焼室11内にゆっくりとしかも円滑に流入する。

このようにして第１の吸気ポート３からは安定したスワ
ールＳが得られしかも第３の吸気ポートから供給された
燃料の流れは弱いのでこのスワールを破壊することな
く、濃混合気は吸気行程後半に燃焼室11内に流入し点火
栓16の周りに漂い、成層状態が得られる。この成層状態
はスワールＳによって、圧縮上死点まで安定して保持さ
れるので、点火時には点火栓16近傍に濃混合気が漂って
おり、全体の空燃比が薄かったり、また大量のEGPガス
が燃焼室11内に導入される場合でも、安定した着火、火
炎の伝播が達成される。

一方、エンジンの高負荷時には、第３図に示すように、
第１のスロットル弁２が負荷Ｇで全開となりここから第
２のスロットル弁６が開弁し始める。そして負荷がさら
に増大するにつれてその開度を増大して行き、全負荷時
に全開となる。また第２の吸気ポート４内の吸気制御弁
13も開弁する。このため第1,第２及び第３の吸気ポート
から大量の空気が供給され燃料噴射の増量と相俟って高
出力が得られる。

特に第１の吸気ポートにより発生するスワールＳは前記
のごとく強力かつ安定したものとなるため、第１の吸気
ポート自体の構造は強いヘリカル形状とすることを要せ
ず、そのため通気抵抗が少なく高い流量係数のポートと
することができ、さらに第３の吸気弁14の開弁時期を従
来のものより早めることができるので、エンジン高負荷
時における充填効率は向上し、所期の高出力を得ること
ができる。

なお第２吸気ポート４内の吸気制御弁13は、エンジンの
低回転時に全閉となるよう制御を行なえば、上記のよう
な作用は低回転、低負荷時のみ有効なものとなる。また
エンジンの高回転時は吸気制御弁13を開弁し、大量の新
気を吸入し高出力を得るようにするが、この場合は上記
のようなスロットル弁2,6の開度制御は不要となるの
で、第1,第２のスロットル弁2,6が同時に開弁するよう
に切換えてもよい。

〔考案の効果〕

本考案は以上のような構成、作用を有するものであるか
ら、エンジンの低負荷域では、混合気が点火栓周りで濃
く、ピストン側で稀薄となる、いわゆる成層化が良好か
つ安定した状態で得られ、そのため大量のEGR燃焼も可
能となり、低燃費，低エミッションを達成できるものと
なる。

特に本考案ではエンジン低負荷時においては、第１の吸
気ポート内の圧力が第３の吸気ポート内の圧力の影響を
受けないので、第１の吸気ポートで得られるスワールは
安定したものとなるとともに、第３の吸気ポートから供
給される燃料は貫徹力の弱い流れとなるためこのスワー
ルを破壊することがなく、良好な成層化を達成すること
ができる。

またエンジンの高負荷時においては、前記のように安定
したスワールが得られることにより、第１の吸気ポート
は強いヘリカル形状とすることを要しないため、流量係
数の高いものとすることが可能となり、これが第３の吸
気弁の開弁時期を早めることのできることと相俟って充
填効率が高めることになり、高負荷時に対応した高出力
が得られるものとなる。

このようにして、低負荷域から高負荷域に至る全運転域
において所期の燃焼状態、高出力が得られる、実際的な
複吸気弁エンジンを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の実施例の平面図、第２図は各吸気弁の
動作時期及びリフトと、燃料噴射弁の噴射時期とを示す
線図、第３図は第１及び第２のスロットル弁の開度とエ
ンジン負荷との関係を示す線図である。 １……第１吸気通路、２……第１スロットル弁、 ３……第１吸気ポート、４……第２吸気ポート、 ５……第２吸気通路、６……第２スロットル弁、 ７……第３吸気ポート、10……第１吸気弁、 11……燃焼室、12……第２吸気弁、 13……吸気制御弁、14……第３吸気弁、 15……燃料噴射弁、16……点火栓、 19……流量調整用スクリュー、 20……バイパス通路。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｆ０２Ｍ 23/02 69/00 ３６０ Ｃ 7825−3Ｇ

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】燃焼室内へ供給する吸気にスワールを発生
   させる常時開放の第１の吸気ポートと、エンジンの高負
   荷運転域においてのみ開放する吸気制御弁を有しかつ燃
   焼室内にストレートの吸気を供給する第２の吸気ポート
   と、燃料噴射弁を設けた第３の吸気ポートとを具備し、
   これら第1,第２及び第３の各吸気ポートを、第1,第２及
   び第３の吸気弁を介して燃焼室にそれぞれ開口し前記第
   ３の吸気弁の開弁時期を前記第１の吸気弁の開弁時期よ
   り遅らせた複吸気弁エンジンにおいて、前記第１及び第
   ２の吸気ポートの上流側を共に第１の吸気通路に連通さ
   せ、前記第３の吸気ポートの上流側を第２の吸気通路に
   連通させ、前記第１の吸気通路に第１のスロットル弁
   を、第２の吸気通路に第２のスロットル弁をそれぞれ設
   け、また前記第２の吸気通路には前記第２のスロットル
   弁をバイパスする小流量のバイパス通路を設け、前記第
   ２のスロットル弁は前記第１のスロットル弁が全開した
   時から開弁し始めるよう構成したこと特徴とする複吸気
   弁エンジン。