JP2000511255A - 層状充填エンジン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 吸気ポートを有するシリンダーと、各シリンダーの吸気ポート１４に２つのガス流れを供給するように構成された分岐管２２、３２を有する２つの吸気マニフォールド２４、３４を有する内燃機関が開示されている。２つの流れは各シリンダーに別々にしかし平行に入り、半径方向にエンジンのシリンダー内で層状の空気充填を生じさせる。第１マニフォールド２４はその中で燃焼されるべき燃料が分散される調整された量の空気を供給し、第２マニフォールド３４はダイリューション・ガスを供給する。流れ妨害絞り弁２３が第１マニフォールドの各分岐管２２に設けられ、第１マニフォールド２４の分岐管２２に逆充填する危険性を減少する。

Description

【発明の詳細な説明】 層状充填エンジン 技術分野 本発明はエンジンの各シリンダーの吸気ポートの２つのガス流れを供給するよう に設けられた分岐管を持つ２本の吸気マニフォールドに適応した層状吸気エンジ ンに関する。２つのガス流れは各シリンダーに別々に入りシリンダーで層状充填 状態を形成する。第１のマニフォールドはその中で燃焼されるべき燃料が分散さ れる調整された量の空気を供給し、第２のマニフォールドはダイリューション・ ガスを供給する。以下にこのようなエンジンを「最初に述べた種類のエンジン」 と呼ぶことにする。 背景技術 各シリンダーの吸気ポートの２つのガス流れを供給するように設けられた分岐管 を持つ２本の吸気マニフォールドを有し、第１のマニフォールドがその中で燃焼 されるべき燃料が分散される調整された量の空気を供給し、第２のマニフォール ドがダイリューション・ガスとして機能する再循環排気（ＥＧＲ）を供給するエ ンジンは知られている。 通常のエンジンは、２つの流れがシリンダーに入る際に良く混合されるために層 状充填状態を達成していない。吸気バルブの閉時に第２マニフォールドから供給 されるＥＧＲは、吸気ポートと第１吸気マニフォールドに入り続けて、そこに貯 留する。吸気バルブが再び開いた時に、最初にシリンダーに導 かれる充填吸気はほとんど酸素を含んでいないが、湿った吸気ポート壁からの高 い割合の燃料成分を含んでいる。この状態は、通常のエンジンの場合のように圧 縮工程において充填吸気を充分に混合するように燃焼室が設計されている場合に は問題とならない。しかしながら、層状充填エンジンの場合には、第１のマニフ ォールドの分岐管にＥＧＲが貯留すると、層状状態が燃焼品質の悪化を招くこと になるので、このような貯留状態は避けなければならない。 最初に述べた種類のエンジンにおいては、燃焼室に入る２つの流れの流速を制御 して、点火時期までの間層状状態を保持するために、吸気工程と圧縮工程の間２ つの流れの間に生じる混合状態を最小限に留める必要がある。これが理由で、燃 焼室におけるスワール流動において、混合状態を最小限とするために角速度が略 等しくなるように渦の外流の線速度は渦の内流の線速度よりも早くすべきである 。 このような速度を発生するために、速い流れの分岐管と遅い流れの分岐管との間 に大きな圧力差が生じなければならない。吸気ポートの負圧は各分岐管に等しい ため、必要とされる圧力差を生じさせるためには、各分岐管上流の吸気マニフォ ールドにおけるプレナムチャンバの負圧を不均等にしなければならない。 各シリンダーの内の一つの吸気工程において、対応する吸気分岐管の吸い込み動 作は、２つのプレナムチャンバーにおける不均等な圧力を生じさせ、吸い込み動 作を行なっていない他のシリンダーの分岐管に沿って圧力を均等にする方向の釣 り合い流れを生じるであろう。一方の流れの状態が他方の流れの状態で置き換え られて、平行する流れの違いがなくなることが有り得るために、この釣り合い流 れは好ましくない。 ＷＯ９６／１０６８８には、最初に述べた種類のエンジンが開示されており、 分岐管内において吸気バルブ方向へのみガス流を許容する逆止弁を第１マニフォ ールドの分岐管に設けることが開示されている。これは２つの流れが燃焼室に達 する前には常に２つの流れを分離し続けるという要求を満たすことができるが、 逆止弁がエンジン全負荷時の吸気の障害となり、最大エンジン出力を低下させて しまう。これを和らげるためには、逆止弁をできるだけ大きくしなければならな いが、そうするとコスト高になりそして配置するのが困難になる。 発明の概要 前述の問題点を軽減するために、本発明は、エンジンの各シリンダーの吸気ポー トに２つのガス流れを供給するように構成された分岐管を有する２つの吸気マニ フォールドを有し、２つの流れは各シリンダーに別々にしかし平行に入り、燃焼 室の共通軸周りに渦を巻いて、渦の軸に対して半径方向に層状となる空気充填を 生じさせ、上記第１マニフォールド（２４）はその中で燃焼されるべき燃料が分 散される調整された量の空気を供給し、第２マニフォールドはダイリューション ・ガスを供給し、第１マニフォールドの分岐管を流れるガス流の全抵抗を第２マ ニフォールドの分岐管を流れるガス流の全抵抗とほぼ等しくするために、エンジ ンが層状充填状態で作動する際には付加的な圧力降下が上記第１マニフォールド の分岐管で生じるように、流れを部分的に妨げる手段が第１マニフォールドに設 けられ、この流れ妨害手段は、流れ妨害手段において増加した流速が、吸気ポー トにおいて減少するのに充分な距離だけ上記吸気ポート１４から上流に位置して いるエンジンを提供するものである。 より低速の流れを供給している分岐管の中の流れ妨害手段は、２つのマニホ ルドのプレナム・チャンバによって供給された２つの流れの間の体積流量比率の ために、流れ妨害手段の所で増加された速度がより高速の流れを供給する他方の 分岐管に沿ったいかなるポイントでの最高速度にもほぼ等しくなるように、２つ のマニホルドでの圧力の平衡をとる妨害比率を持たなければならない。 ＷＯ９６／１０６８８にあるように、本発明の中の空気/燃料混合気とダイリュ ーション・ガスは、別々にエンジンシリンダに引き込まれ、吸気ポートの異なる 部位上を通り過ぎ、エンジンの吸気及び圧縮行程の間、燃焼室の内で別々の吸気 充填の二つの流れを維持するように制御される。 しかしながら、第１吸気マニフォールドの分岐管の中の流れ妨害手段が、ダイリ ューション・ガスの逆流を防ぐためにの逆止弁の代わりに使われる。逆止弁を使 うと、２つのマニフォールドの２つのプレナムチャンバの中の圧力は、お互いに 異なる可能性があるが、第１マニフォールドの分岐管の逆流は逆止弁によって防 がれる。一方で本発明においては、第１及び第２のマニフォールドの分岐管に沿 う流路抵抗は、２つのマニフォールドのプレナムチャンバの中の圧力を、互いに 略等しくするように釣り合わせられる。シリンダーに連通するマニフォールド分 岐管の端部における圧力差がないことで、高くてかさばる逆止弁に頼ることを必 要とせず、これらの分岐管における逆流が生じるリスクを排除することができる 。 第１マニフォールドの分岐管を部分的に妨害することは、低負荷及び部分負荷運 転条件下だけで必要とされ、その時に層状充填を実現することで、有害物質排出 量を低減して燃料消費量を低減することができる。高負荷時には、均一充填状態 に戻すことが、好ましい。その状態では、、第１マニフォールドを通るエンジン の吸引が妨害されないように流れ妨害を中止しても良い。したがって、層状充填 動作のために妨害動作する所定の角度である閉位置と、 均一な充填状態のために最低限の妨害を提供する開位置の２ポジションの流れ妨 害絞り弁を提供することが望ましい。そのような２ポジション・スロットルは、 一つ以上の流れ開口を提供するスロットル板であるバタフライ弁として形成され るのが一般的である。 第１マニフォーホルドの分岐管の長さ方向に沿って、独立した流れ妨害絞り弁を 置く代わりに、第１マニフォールドの共通のプレナムチャンバへの接合部の口を 妨害するようにしても良い。この場合、一つの移動可能なバッフルが、全ての分 岐を妨害するように使われ、構造を簡略化して、異なるエンジンシリンダへの正 確にバランス取りされた流れを実現する。 流れ妨害絞り弁において、第１マニフォールドの分岐管の中の各部の速度は、第 ２マニフォールドの吸気ポート終端部での第２マニフォールドの分岐管の中の流 速とほぼ等しくなるように意図的に増加される。しかし、吸気ポート終端部での 第１マニホルドの分岐管の中の流速をより低い値に戻すことが重要であり、これ は吸気が吸気ポートに達する前に増加した速度が減少するように流れ妨害絞り弁 を充分に上流に位置させることで達成できる。 流れ妨害絞り弁が単一開口によって形づくられるならば、マニフォールド分岐管 のかなりの範囲でガス流速が減少する。これが理由で、流れ妨害絞り弁は複数の 小さな開口として形成するのが好ましい、例えば、ワイアーメッシュや格子でバ タフライバルブのプレートを形成する。この場合、ガスの平均流速は、急速に流 れ妨害絞り弁スロットルの上流の値に戻り、それによって、後者のスロットルは 比較的吸気ポートの近くに置くことが可能となる。 充填を層状にする狙いを有し、第１吸気マニフォールドの分岐管の中の妨害手段 を除けば現在の発明とほぼ同じ構成要素を有するエンジンがＷＯ９５／２２６８ ７の中で提案されている。後者の特許明細書の中で、第１マニフォールドは、特 に、吸気弁が閉じている間、第２マニフォールドを通して供給 されるガスを貯蔵するように機能するように設計されている。第１マニフォール ドの分岐の範囲にわたって、その範囲にわたって層状化され、妨害されること無 くシリンダの中に引き込まれたならば、エンジンシリンダ内部で軸状の層状充填 を生じさせる。 後者の出願の実施例の一つは吸気バルブが閉じている間の吸気ポートの端部の完 全掃気を実現して空気燃料混合気が清浄なままであることを確実にする。ダイリ ューション・ガスの逆流は、未だ柱状であって後の吸気工程中にシリンダーに吸 い込まれてシリンダー中に軸状の層状態を実現する層状充填吸気を第１吸気マニ フォールドの分岐管に貯留するのに用いられる。完全掃気は混合気の主な部分か ら分離してシリンダーに吸い込まれる燃料空気混合気の隔離部分をなくすことが できる。 上記出願はまた、吸気工程中に第１の吸気ダクトからの燃料空気混合気と第２吸 気ダクトからのダイリューション・ガスとの平行流れを実現して、エンジン・シ リンダーを横切る層状態を実現する。両実施例を組み合わせた効果としては、主 に軸方向の成層状態とシリンダーを横切る成層状態のうちの一つが得られる。 上記システムは、層状充填の柱を収めるのに充分な長さの吸気ダクトが必要であ る。また、ダイリューション・ガスである第２の吸気流れがＥＧＲを形成してい る場合には、第１の吸気ダクトは燃料空気混合気とＥＧＲとを含むことになる。 その場合には吸気ポートに付着燃料がないことを確認する必要がある。そうでな ければ、酸素を含まず燃焼に寄与しないＥＧＲにより燃料が導かれることになる 。このことは、乾燥しているべき第１のっ吸気ダクトに供給される前に充分に微 粒化または完全に気化している予混合気に層状のＥＧＲを適用することを制限す ることになる。これは、吸気ポート壁へウェット燃料を付着させる吸気ポート燃 料噴射の使用を妨げることになる。 本発明は吸気バルブ閉時において吸気ポートの閉塞端における完全掃気に頼るの を止め、ダイリューション・ガスの第１吸気マニフォールドへの逆流を防止する ものである。分岐管はその時には吸気バルブに近い方の端部から充填されること なく、柱状の層状充填吸気を貯えることもない。代わりに吸気バルブが開くとす ぐに吸い込まれる空気燃料混合気によって満たされる。これにより燃焼室内の成 層化が平行流れによって実現され、吸気ダクトの長さとウェット燃料の存在が許 容される燃料供給システムの品質の選択自由度が向上する。 吸気ポートに連通する第２マニフォールドの分岐管の直径は、第１マニフォール ドの分岐管の直径に対して、その全断面積が４分の１から半分となるように設定 するのが好ましい。第２マニフォールドの分岐管を吸気ポートにおいて大きくす ると、ダイリューション・ガスの第２マニフォールドへの供給を遮断する時にエ ンジンの吸気効率を妨げて全負荷能力を減少させることを考慮すべきである。し かしながら、第２マニフォールドの分岐管に沿って両方向の流れが生じるので、 ２つのマニフォールドの圧力が不均等である場合には、第２のマニフォールドは 吸気バルブが閉じている時に第１マニフォールドの分岐管を通って吸い込まれる ガスを貯流し第１のマニフォールドの各分岐管の間のガスを移動するように機能 する。この結果として、第２のマニフォールドへのダイリューション・ガスの供 給遮断時には、両マニフォールドは吸気弁に対して可燃混合気を供給することに なる。 ダイリューション・ガスは空気、ＥＧＲまたは両者の混合気のいずれであっても 構わない。ＥＧＲだけの成層化の場合には第１マニフォールドだけに供給される 空気量を計測して燃料量を設定することにより、充填吸気の可燃部分の混合状態 が理論値であることを確実にして、排気浄化用に三元触媒を用いることが可能に なる。 図面の簡単な説明 以下に添付の図面を参照しつつ、例を用いて本発明を説明する。第１図は半径方 向の層状となる充填状態を実現するように設計され、吸気と排気マニフォールド を有する４気筒火花点火式内燃機関の概略図である。第２図は第１図の吸気シス テムによって燃焼室内で生成される燃料空気混合気とダイリューション・ガスの 分布を示す水平及び垂直断面図である。 好ましい実施例の詳細な説明 第１図において、エンジン１０は燃焼室を有している。各燃焼室は２つづつの吸 気バルブ１２と吸気ポート１４と、点火プラグ１６と、２つの排気バルブ１８と を有している。吸気ポート１４はプレナム・チャンバー２４と個別のシリンダー に連通する分岐管２２とを有する第１マニフォールドから空気が供給される。プ レナム・チャンバー２４は流量計５２と供給スロットル５０とを介して外気を吸 入する。燃料は燃料噴射弁６０により吸気ポート近傍から第１マニフォールドに 供給される。燃料量は第１マニフォールドを通って吸入される空気流に基づいて 計算される。 プレナム・チャンバー３４とシリンダーの吸気ポート１４に連通する分岐管３２ とを有する第２マニフォールドが備えられ、所定の運転状態においてダイリュー ション・ガスを供給するようになっている。プレナム・チャンバー３４の端部に は排気マニフォールド８０がＥＧＲパイプ８２を介して接続されており、ここに は供給絞り弁５４を用いてエンジンに吸入されるＥＧＲの流量を制限するように しても良い。さらに図示の実施例においては第２マニ フォールド３４は分流調整弁９０を介して外気と連通している。このバルブ９０ は１００％ＥＧＲから１００％空気までの範囲のいかなるＥＧＲ／空気比率での ダイリューション・ガスの使用を可能とする。 ここまでの記述の範囲では、このエンジンはＷＯ９６／１０６８８に記載のエン ジンとほぼ同じである。しかしながら本発明においては流れ妨害絞り弁２３が分 岐管２２に設けられダイリューション・ガスの逆流を避けるようになっている。 これら流れ妨害絞り弁２３は第１マニフォールドのの分岐管２２の長手方向に沿 って付加的な圧力低下を招き、これら分岐管の全長にわたる圧力低下を第２マニ フォールドの分岐管３２の全長にわたる圧力低下とほぼ等しくする。言い換える と、より遅い流れを生じる分岐管２２の全流路抵抗は流れ妨害絞り弁２３の追加 により増加して、より速い流れを生じる分岐管３２に沿っての流路抵抗に一致す ることになる。 第２マニフォールドの分岐管３２は吸気ポート１４においては周方向に向いてお り、ダイリューション・ガスが燃焼室に入る時にシリンダーの外周側により速い 速度で進むことになる。他方で、第１マニフォールドの分岐管２２は吸気ポート １４において、シリンダーの中心に向いており、より低い速度で空気と燃料の混 合気を供給する。２つの流れの方向と相対速度によって生じる強い渦は第２図に 示す充填物の分布を起こす。この図において影付き部分１５は可燃混合気を示し 影なし部分１７はダイリューション・ガスを示している。２つの流れの速度差に より、結合された流れは吸入工程と圧縮工程にわたって層状を保持する固体とし て燃焼室内を回転する傾向となる。 第２図の可燃混合気１５の筒形状は、２つの吸気バルブが同時に開いて同じリフ ト量である場合である。一方のバルブの動作状態を他方とは変えることにより、 吸気工程における各タイミングにおけるバルブ開度の相対面積を変化させること が可能である。例えば、可燃混合気１５を吸入工程の最初では 狭い開口部を介して導入しても良い。そうすることによって、吸入工程が進むに つれてダイリューションガスの相対比率が下がり、筒の代わりに下向きの円錐台 状をした可燃物が形成される。この場合には、点火時期においてスパークプラグ 近傍のシリンダー頂部により多＜の燃料が集中し、与えられた全燃料量でより強 力な燃焼を実現するという利点がある。 エンジン運転状態にかかわらず層状充填度合を一定にするために、第１と第２の マニフォールドにより供給される体積流量を互いに一定の比率に保持する必要が ある。これは、供給絞り弁５０と５４を所望の体積流量を実現するのに正しい大 きさに設定することと、絞り弁の位置にかかわらずこの比率が一定になるように 同期して動作するように２つの絞り弁を連結することとによつて達成できる。本 発明においては、流れ妨害絞り弁２３の固定妨害率もまた、層状充填作動状態全 域にわたって２つのプレナム・チャンバー２４、３４の圧力を同じに維持するた めに、２つの流れの体積流量比が一定となるように選択される。 例えば第１図においては、２つの流れの有効断面積は比率は吸気ポート１４にお いて１：３である。もし、流れの間の３：１の速度比が良好な層状態を維持する のに必要であれば、吸気ポート１４における３：１の速度比を達成するために供 給絞り弁５４、５０の大きさは１：１にしなければならない。流れ妨害絞り弁２ ３は、絞り弁２３において増加した速度が吸気ポート１４における分岐管３２中 の最大流速に等しくなり、分岐管２２の圧力降下が分岐管３２のそれと等しくな るように、設定しなければならない。流れ妨害絞り弁２３は分岐管２２中におい て吸気ポート１４よりも充分に上流に配置されるので、増加した流速は吸気ポー ト１４に達する前に減少して、２つのプレナム・チャンバーの圧力は平衡となる が吸気ポートにおける２つの流れの出口速度比は３：１となる。 上述の例において考慮しなければならないのは、供給絞り弁５４、５０を通る体 積流量比と、吸気ポート１４における出口速度比と、流れ妨害絞り弁２３の妨害 率とは相互依存関係にあって、互いに関連させつつ最適化させなければならない 。そのようにして、各システムの設計を最適にすることで、これらの比率を一定 にするエンジンの負荷と速度条件の広い範囲にわたって、層状充填度合を一定に してエンジンを作動させることが可能となる。 第１図に示す長い分岐管２２について明確にするために述べなければならない。 これらの分岐管は、ガスが流れ妨害絞り弁２３を通過した後の浸入速度を回復す るのに充分な程長ければ良い。この絞り弁を網または多数の小孔を持つ格子で形 成する場合には、短い距離で速度が回復するので、流れ妨害スロットルを吸気ポ ートに近づけることができる。 第１図において、遮断弁５６は供給絞り弁５４と直列にその下流側に位置してい る。この遮断弁５６が開いている時には、エンジンは層状充填状態で作動する。 例えば高負荷などの均一充填状態においては、プレナム・チャンバー３４を大気 とＥＧＲパイプ８２の両方から遮断するために、遮断弁５６は閉じられる。この 状態において、プレナム・チャンバー２４と３４との間には大きな圧力差が存在 して分岐管２２と３２とを通って大きな平衡流れが生じると思われる。第２マニ フォールドは空気と燃料の混合気を貯留するように機能して、混合物の一部は各 シリンダーに間接的に届くのではあるが、シリンダーは両方のマニフォールドか ら可燃混合物を受け入れるようになろう。この位置において、流れ妨害絞り弁２ ３は、その妨害位置に位置しても良いが、これはエンジンの吸気動作を妨げるこ とになるので、全負荷時には流れ妨害絞り弁２３を完全に開くのが好ましい。エ ンジンが均一混合気で動作する時には流れ妨害絞り弁２３が開き、エンジンが層 状充填状態で作動する時には閉じるように、流れ妨害絞り弁２３を遮断弁５６と 同期して動作するよ うにすることができる。 その代わりに、供給絞り弁５０が全開位置近くまで動いた時にのみ開くように、 流れ妨害絞り弁２３を供給絞り弁５０に接続することもできる。こうするために は、全負荷運転になるまで流れ妨害絞り弁２３がその妨害位置にあり続けるよう に、絞り弁５０と２３との間の接続にから動き機構を持たせる必要がある。 流れ妨害絞り弁２３の妨害率を最初に計算するために、２つのプレナム・チャン バー２４と３４との間を連結する差圧計７０を用いて、差圧がゼロになるまで妨 害率を調整することが可能である。一度所望の妨害率が判れば、供給絞り弁５４ 、５０を通る体積流量比が同じである限り、計算中のさらに精密な調整は不要で ある。実際には、供給絞り弁５０と５４の同調ずれと吸気ポート１４の２つの流 れの分離部の寸法誤差により個々のエンジン毎の変化が生じるが、これは、２つ の供給流れを細密に調整したり流れ妨害絞り弁２３の妨害率を変化させたりして ２つのプレナム・チャンバーの間の圧力平衡をとる閉ループ制御に頼ることで修 正することができる。 図示の実施例はマルチ・ポイントの燃料噴射を有している。しかしながら、この 発明は吸気マニフォールドが乾燥していることが必須条件ではないので、代わり にプレナム・チャンバー２４に直接燃料を供給するキャブレターやセントラル燃 料噴射システムを用いることもできる。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】平成９年３月２０日（１９９７．３．２０） 【補正内容】 これは２つの流れが燃焼室に達する前には常に２つの流れを分離し続けるという 要求を満たすことができるが、逆止弁がエンジン全負荷時の吸気の障害となり、 最大エンジン出力を低下させてしまう。これを和らげるためには、逆止弁をでき るだけ大きくしなければならないが、そうするとコスト高になりそして配置する のが困難になる。 発明の概要 前述の問題点を軽減するために、本発明は、第一の観点によれば、各エンジンシ リンダの吸気口（１４）に、燃焼室の中で共通の軸について渦を巻き、それによ って渦の軸から放射状に層状に充填状態を形成するように、各シリンダーに別々 に、しかし、お互いに平行に入る２つのガス流を供給するように構成された２つ の分岐管（２２，３２）を有する２つの吸気マニホルド（２４，３４）が組付け られた内燃機関を作動させる方法を提供するもので、その方法は、以下の工程か らなる。 第一のマニホルドを経由して燃やされる燃料が分散させられる範囲の空気の第一 の流れを供給する工程と、 第２のマニホルドを経由してダイリューション・ガスである第２の流れを供給す る工程と、 吸気ポートにおける２つの流れの間での体積流量比率と速度比率を、広範なエン ジン速度と負荷の運転状態の範囲にわたって、ゼロでない、略一定の値に維持す る工程とからなり、この工程は 1.２つのマニホールドのプレナムチャンバーを負荷に応じて変化する同じ圧力に 維持する工程と 2．２つの流れの間の体積流量比率を所望のものにするためにエンジン運転 条件範囲内での作動時に第１マニフォールドの各分岐管を制限して、該分岐管が 所定量の断面積の制限部を用いて制限される工程と、 制限部を通過する高速ジェット流が吸気ポートに達する前に第１マニフォールド の断面全体に分散することを許容するように各制限部（２３）を対応する吸気ポ ート１４から充分な距離だけ離間して、分岐管の中の流れを均一なものとしその 速度を減少して、上記エンジン運転条件範囲における作動時の吸気ポートにおけ る２つの流れの速度比を好ましいものにする工程とによって実現されるものであ る。 本発明の第２の観点によると、エンジンの各シリンダーの吸気ポートに２つのガ ス流れを供給するように構成された分岐管を有する２つの吸気マニフォールドを 有し、 ２つの流れは各シリンダーに別々にしかし平行に入り、燃焼室の共通軸周りに渦 を巻いて、渦の軸に対して半径方向に層状となる空気充填を生じさせ、上記第１ マニフォールド（２４）はその中で燃焼されるべき燃料が分散される調整された 量の空気を供給し、 第２マニフォールドはダイリューション・ガスを供給し、 第１マニフォールドの分岐管を流れるガス流の全抵抗を第２マニフォールドの分 岐管を流れるガス流の全抵抗とほぼ等しくするために、エンジンが層状充填状態 で作動する際には付加的な圧力降下が上記第１マニフォールドの分岐管で生じる ように、流れを部分的に妨げる手段が第１マニフォールドに設けられ、 この流れ妨害手段は、流れ妨害手段において増加した流速が、吸気ポートにおい て減少するのに充分な距離だけ上記吸気ポート１４から上流に位置しているもの である。 より低速の流れを供給している分岐管の中の流れ妨害手段は、２つのマニホ ルドのプレナム・チャンバによって供給された２つの流れの間の体積流量比率の ために、流れ妨害手段の所で増加された速度がより高速の流れを供給する他方の 分岐管に沿ったいかなるポイントでの最高速度にもほぼ等しくなるように、２つ のマニホルドでの圧力の平衡をとる妨害比率を持たなければならない。 請求の範囲 １．エンジンの各シリンダーの吸気ポート（１４）に２つのガス流れを供給する ように構成された分岐管（２２、３２）を有する２つの吸気マニフォールド（２ ４、３４）を有し、 上記２つの流れは各シリンダーに別々にしかし平行に入り、燃焼室の共通軸周り に渦を巻いて、渦の軸に対して半径方向に層状となる空気充填を生じさせ、 上記第１マニフォールド（２４）はその中で燃焼されるべき燃料が分散される調 整された量の空気を供給し、 上記第２マニフォールド（３４）はダイリューション・ガスを供給し、 上記第１マニフォールド（２４）の分岐管（２２）を流れるガス流の全抵抗を上 記第２マニフォールド（３４）の分岐管（３２）を流れるガス流の全抵抗とほぼ 等しくするために、エンジンが層状充填状態で作動する際には付加的な圧力降下 が上記第１マニフォールド（２４）の分岐管（２２）で生じるように、流れを部 分的に妨げる手段（２３）が上記第１マニフォールドに設けられ、 該流れ妨害手段（２３）は、該流れ妨害手段（２３）において増加した流速が、 上記吸気ポート（１４）において減少するのに充分な距離だけ上記吸気ポート１ ４から上流に位置している、 ことを特徴とする層状充填内燃機関。 ２．上記第２マニフォールド（３４）の上記分岐管（３２）は上記吸気ポートの 位置において、エンジンシリンダーの吸気ポート（１４）の全面積の４分の１以 上の断面積を有していることを特徴とする請求の範囲第１項記載の内燃機関。 ３．上記第１と第２のマニフォールドの分岐管（２２、３２）は上記吸気ポート （１４）の位置においてほぼ等しい断面積を有していることを特徴とする請求の 範囲第２項記載の内燃機関。 ４．上記第１と第２のマニフォールドの分岐管（２２、３２）のガス流は上記吸 気ポート１４において、上記吸気バルブ（１２）の近傍に達するまでは上記吸気 ポートの物理的な仕切りによって分離させられていることを特徴とする、上述の 請求範囲のいずれかに記載の内燃機関。 ５．上記吸気ポート（１４）における上記第１と第２の吸気マニフォールド（２ ４、３４）の分岐管（２２、３２）はシリンダー・ボアの周方向に異なった速度 で移動する実質的に平行な流れを発生してシリンダー軸周りにスワール運動を起 こすようにように設計されることを特徴とする、上述の請求範囲のいずれかに記 載の内燃機関。 ６．燃料が上記第１マニフォールド（２４）を通って吸われる空気の量に応じて 計量されることを特徴とする、上述の請求の範囲のいずれかに記載の内燃機関。 ７．燃料は、上記第１マニフォールドのプレナム・チャンバー（２４）に供給さ れ計測された供給空気と混合される噴霧として計量されることを特徴とする、請 求の範囲第６項に記載の内燃機関。 ８．燃料は、対応する上記流れ妨害手段（２３）より下流の上記第１吸気マニフ ォールドの各分岐管への噴霧として別々に計量されることを特徴とする、請求の 範囲第６項に記載の内燃機関。 ９．上記第２マニフォールドから導入されるガスはＥＧＲを含んでいることを特 徴とする、上述の請求の範囲のいずれかに記載の内燃機関。 １０.上記層状充填吸気の平均空燃比は理論空燃比であることを特徴とする、請 求の範囲第９項に記載の内燃機関。 １１．上記第２吸気マニフォールドから吸い込まれるガスは大気を含んでいるこ とを特徴とする、請求の範囲第１項から第８項までのいずれかに記載の内燃機関 。 １２．上記第１と第２のマニフォールド（２４、３４）の供給ガスを制限する供 給絞り弁（５０、５４）が設けられ、該供給絞り弁（５０、５４）は同調して動 作するように組み合わせられていることを特徴とする、上述の請求範囲のいずれ かに記載の内燃機関。 １３．上記第２マニフォールド（３４）に連通する供給絞り弁（５４）の上流に 分流調整弁（９０）が設けられており、該分流調整弁（９０）は第１位置におい ては空気を上記第２マニフォールド（３４）に空気を供給し、第２位置において は上記第２マニフォールドにＥＧＲを供給することを特徴とする、請求の範囲第 １２項記載の内燃機関。 １４．上記第２マニフォールド（３４）に連通する供給絞り弁（５４）に直列に 、遮断弁５６が設けられており、それが閉じた時には上記第２マニフォールド（ ３４）を大気とＥＧＲとから遮断することを特徴とする、請求の範囲第１２項ま たは第１３項に記載の内燃機関。 １５．上記流れ妨害手段（２３）は、穴明き板を有するバタフライ絞りを有して おり、閉じ位置においてはガス流れを所定量妨げ、開位置においては実質的にガ ス流れを妨げないことを特徴とする、上述の請求の範囲のいずれかに記載の内燃 機関。 １６．上記流れ妨害手段は上記第１マニフォールドの分岐管の口部において上記 第１マニフォールドのプレナム・チャンバーの中で移動可能なバッフルを有する ことを特徴とする、請求の範囲第１項から第１４項までのいずれかに記載の内燃 機関。 １７．上記バタフライ絞り（２３）またはバッフルは上記供給絞り弁（５０、 ５４）と組み合わせられて動作することを特徴とする、請求の範囲第１２項に従 属する請求の範囲第１５項または第１６項に記載の内燃機関。 １８．上記バタフライ絞り（２３）またはバッフルは上記遮断弁（５６）と組み 合わせられて動作することを特徴とする、請求の範囲第１４項に従属する請求の 範囲第１５項または第２６項に記載の内燃機関。 １９．上記エンジンが層状充填状態で運転されるエンジンの負荷と速度範囲にわ たって、上記第１と第２のマニフォールドから供給される流れ量は互いにほぼ一 定の比率に固定されており、上記流れ妨害手段は一定の妨害比率を有すことを特 徴とする、請求の範囲のいずれかに記載の内燃機関。 ２０．各シリンダーは開タイミングが互いに異なる２つの吸気バルブを有してお り、吸気工程における各タイミングにおいてシリンダーに供給される２つの流れ の流量の瞬間的な比率は変化することを特徴とする、請求の範囲第１９項に記載 の内燃機関。 ２１．エンジンの各シリンダーの吸気ポート（１４）に２つのガス流れを供給す るように構成された分岐管（２２、３２）を有する２つの吸気マニフォールド（ ２４、３４）を有し、 上記２つの流れは各シリンダーに別々にしかし平行に入り、燃焼室の共通軸周り に渦を巻いて、渦の軸に対して半径方向に層状となる空気充填を生じさせる内燃 機関を作動させる方法であって、 その中で燃焼されるべき燃料が分散される空気である第１の流れを上記第１吸気 マニフォールドを経由して供給する工程と、 上記第２吸気マニフォールドを経由してダイリューション・ガスである第２の流 れを供給する工程と、 上記２つの流れの間の上記吸気ポートにおける体積流量比と速度比とを、エンジ ンの速度と負荷の運転条件の広い範囲にわたってゼロではないほぼ一定 の値に固定する工程とを有し、この工程は ３．上記２つのマニフォールドのプレナム・チャンバーを負荷に応じる同じ圧力 に維持する工程と、 ４．２つの流れの間の体積流量比率を所望のものにするために上記エンジン運転 条件範囲内での作動時に上記第１マニフォールドの各分岐管を制限して、該分岐 管が所定量の断面積の制限部を用いて制限される工程と、 該制限部を通過する高速ジェット流が上記吸気ポートに達する前に上記第１マニ フォールドの断面全体に分散することを許容するように各制限部（２３）を対応 する吸気ポート１４から充分な距離だけ離間して、分岐管の中の流れを均一なも のとしその速度を減少して、上記エンジン運転条件範囲における作動時の吸気ポ ートにおける２つの流れの速度比を好ましいものにする工程とによって実現され る ことを特徴とする内燃機関の作動方法。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０２Ｍ 25/07 ５７０ Ｆ０２Ｍ 25/07 ５７０Ａ ５７０Ｍ 69/00 69/00 ３５０Ｐ ３５０Ｗ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．エンジンの各シリンダーの吸気ポート（１４）に２つのガス流れを供給する ように構成された分岐管（２２、３２）を有する２つの吸気マニフォールド（２ ４、３４）を有し、上記２つの流れは各シリンダーに別々に入り、シリンダー内 に層状の空気充填を生じさせ、上記第１マニフォールド（２４）はその中で燃焼 されるべき燃料が分散される調整された量の空気を供給し、上記第２マニフォー ルド（３４）はダイリューション・ガスを供給し、上記第１マニフォールド（２ ４）の分岐管（２２）を流れるガス流の全抵抗を上記第２マニフォールド（３４ ）の分岐管（３２）を流れるガス流の全抵抗とほぼ等しくするために、エンジン が層状充填状態で作動する際には付加的な圧力降下が上記第１マニフォールド（ ２４）の分岐管（２２）で生じるように、流れを部分的に妨げる手段（２３）が 上記第１マニフォールドに設けられ、該流れ妨害手段（２３）は、該流れ妨害手 段（２３）において増加した流速が、上記吸気ポート（１４）において減少する のに充分な距離だけ上記吸気ポート１４から上流に位置している、ことを特徴と する層状充填内燃機関。 ２．上記第２マニフォールド（３４）の上記分岐管（３２）は上記吸気ポートの 位置において、エンジンシリンダーの吸気ポート（１４）の全面積の４分の１以 上の断面積を有していることを特徴とする請求の範囲第１項記載の内燃機関。 ３．上記第１と第２のマニフォールドの分岐管（２２、３２）は上記吸気ポート （１４）の位置においてほぼ等しい断面積を有していることを特徴とする請求の 範囲第２項記載の内燃機関。 ４．上記第１と第２のマニフォールドの分岐管（２２、３２）のガス流は上 記吸気ポート１４において、上記吸気バルブ（１２）の近傍に達するまでは上記 吸気ポートの物理的な仕切りによって分離させられ、その後で実質的に混ざるこ となく燃焼室に平行に吸入されることを特徴とする、上述の請求範囲のいずれか に記載の内燃機関。 ５．上記吸気ポート（１４）における上記第１と第２の吸気マニフォールド（２ ４、３４）の分岐管（２２、３２）はシリンダー・ボアの周方向に異なった速度 で移動する実質的に平行な流れを発生してシリンダー軸周りにスワール運動を起 こすようにように設計されることを特徴とする、上述の請求範囲のいずれかに記 載の内燃機関。 ６．燃料が上記第１マニフォールド（２４）を通って吸われる空気の量に応じて 計量されることを特徴とする、上述の請求の範囲のいずれかに記載の内燃機関。 ７．燃料は、上記第１マニフオールドのプレナム・チャンバー（２４）に供給さ れ計測された供給空気と混合される噴霧として計量されることを特徴とする、請 求の範囲第６項に記載の内燃機関。 ８．燃料は、対応する上記流れ妨害手段（２３）より下流の上記第１吸気マニフ ォールドの各分岐管への噴霧として別々に計量されることを特徴とする、請求の 範囲第６項に記載の内燃機関。 ９．上記第２マニフォールドから導入されるガスはＥＧＲを含んでいることを特 徴とする、上述の請求の範囲のいずれかに記載の内燃機関。 １０.上記層状充填吸気の平均空燃比は理論空燃比であることを特徴とする、請 求の範囲第９項に記載の内燃機関。 １１．上記第２吸気マニフォールドから吸い込まれるガスは大気を含んでいるこ とを特徴とする、請求の範囲第１項から第８項までのいずれかに記載の内燃機関 。 １２．上記第１と第２のマニフォールド（２４、３４）の供給ガスを制限する供 給絞り弁（５０、５４）が設けられ、該供給絞り弁（５０、５４）は同調して動 作するように組み合わせられていることを特徴とする、上述の請求範囲のいずれ かに記載の内燃機関。 １３．上記第２マニフォールド（３４）に連通する供給絞り弁（５４）の上流に 分流調整弁（９０）が設けられており、該分流調整弁（９０）は第１位置におい ては空気を上記第２マニフォールド（３４）に空気を供給し、第２位置において は上記第２マニフォールドにＥＧＲを供給することを特徴とする、請求の範囲第 １２項記載の内燃機関。 １４．上記第２マニフォールド（３４）に連通する供給絞り弁（５４）に直列に 、遮断弁５６が設けられており、それが閉じた時には上記第２マニフォールド（ ３４）を大気とＥＧＲとから遮断することを特徴とする、請求の範囲第１２項ま たは第１３項に記載の内燃機関。 １５．上記流れ妨害手段（２３）は、穴明き板を有するバタフライ絞りを有して おり、閉じ位置においてはガス流れを所定量妨げ、開位置においては実質的にガ ス流れを妨げないことを特徴とする、上述の請求の範囲のいずれかに記載の内燃 機関。 １６．上記流れ妨害手段は上記第１マニフォールドの分岐管の口部において上記 第１マニフォールドのプレナム・チャンバーの中で移動可能なバッフルを有する ことを特徴とする、請求の範囲第１項から第１４項までのいずれかに記載の内燃 機関。 １７．上記バタフライ絞り（２３）またはバッフルは上記供給絞り弁（５０、５ ４）と組み合わせられて動作することを特徴とする、請求の範囲第１２項に従属 する請求の範囲第１５項または第１６項に記載の内燃機関。 １８．上記バタフライ絞り（２３）またはバッフルは上記遮断弁（５６）と 組み合わせられて動作することを特徴とする、請求の範囲第１４項に従属する請 求の範囲第１５項または第２６項に記載の内燃機関。 １９．上記エンジンが層状充填状態で運転されるエンジンの負荷と速度範囲にわ たって、上記第１と第２のマニフォールドから供給される流れ量は互いにほぼ一 定の比率に固定されており、上記流れ妨害手段は一定の妨害比率を有すことを特 徴とする、請求の範囲のいずれかに記載の内燃機関。 ２０．各シリンダーは開タイミングが互いに異なる２つの吸気バルブを有してお り、吸気工程における各タイミングにおいてシリンダーに供給される２つの流れ の流量の瞬間的な比率は変化することを特徴とする、請求の範囲第１９項に記載 の内燃機関。