JP2002021572A

JP2002021572A - エンジンの吸気装置

Info

Publication number: JP2002021572A
Application number: JP2000210279A
Authority: JP
Inventors: Tatsuo Iino; 龍雄飯野
Original assignee: Fuji Heavy Industries Ltd
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2000-07-11
Filing date: 2000-07-11
Publication date: 2002-01-23

Abstract

(57)【要約】【課題】簡単かつ安価な装置構成にて、エンジン燃焼
室内にタンブル流やスワール流などの強制的なガス流動
を生成し得るエンジンの吸気装置を提供する。【解決手段】２個の吸気弁を備えたエンジンの吸気装
置であって、一方の吸気弁３ａとスロットルバルブ１４
を介して接続される高負荷用吸気通路１６と、高負荷用
吸気通路１６からスロットルバルブ１４の上流にて分岐
し、ＩＳＣバルブ１９を介して他方の吸気弁３ｂに接続
される低負荷用吸気通路１８とを有する。低負荷用吸気
通路１８は、高負荷用吸気通路１６より細くかつ長く形
成される。スロットルバルブ１４とＩＳＣバルブ１９は
各々個別に制御され、エンジンの燃焼室７内に、各バル
ブ１４,１９の開度に基づいてその強さが可変なタンブ
ル流２１やスワール流などのガス流動を生成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、エンジンの吸気装
置に関し、特に、エンジン燃焼室内にタンブル流やスワ
ール流を生成可能なエンジンの吸気装置に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】従来より、エンジン燃焼室内に強制的な
ガス流動を生成すると、ガス流動により火炎の伝播が促
進され、燃焼期間が短縮し、希薄域でも安定な燃焼を行
わせることが可能となる。このため、安定して運転可能
な空燃比領域が拡大し、始動性や燃費の向上、空燃比の
リーン化による排ガス成分の改善などが図られる。

【０００３】強制的なガス流動形態としては、シリンダ
軸方向の旋回流であるタンブル流や、シリンダ軸と垂直
な面での旋回流であるスワール流が知られている。特開
平５−２０９５８２号公報には、タンブル流を生成可能
に構成したエンジンの吸気装置が開示されている。ここ
では、吸気通路を仕切壁によって二分し、低負荷用ポー
トと高負荷用ポートを形成する。そして、高負荷用ポー
ト側に制御弁（ＴＧＶ）を設け、その開閉によりタンブ
ル流を形成している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな装置では、タンブル流生成用の制御弁をエンジンの
各気筒毎に配設する必要がある。また、全気筒の流れ挙
動を極力同じ状態に保つため、各制御弁の動作のバラツ
キを抑えると共に、全制御弁を同時に開閉制御しなけれ
ばならない。従って、流量や漏れ量管理のため、各制御
弁間の弁位置合わせが必要となるのみならず、弁開度位
置検出手段や、動作時間制御手段、駆動・保持力を確保
する手段などを付加する必要がある。すなわち、弁装置
以外にも、制御モータや、リンク機構、ウォームギア機
構、制御用の各種インターフェイスが必要となる。この
ため、装置が複雑で高価なものとなるという問題があっ
た。

【０００５】また、前述のような装置では、吸気通路下
流のエンジン燃焼室に近い端部が、仕切壁によって低負
荷用と高負荷用のポートに分割されている。このため、
仕切壁の製造上の型抜き性や制御弁の組立・整備性の要
求から、この部分をインテークマニホルド本体とは別部
品とせざるを得ない。従って、２個のポートが分岐形成
された部品が吸気通路端部にボルト等によって締結され
る形となり、部品構造自体が複雑となるのみならず、部
品点数や装置組立工数が増加し、コストアップの一因と
なるという問題があった。

【０００６】一方、従来の装置では、ＴＧＶの制御タイ
ミングやリンク機構の機械的装置のズレなどにより、気
筒間でバルブ開閉量や開閉タイミングに若干のズレが生
じることがあり、定期的な調整が必要とされていた。ま
た、従来の装置では、吸気通路下流のエンジン燃焼室に
近い端部にＴＧＶが設けられているため、高負荷用・低
負荷用ポートの開閉制御を比較的高温な部位にて行うこ
とになる。従って、異物混入や、燃焼室からの高温燃焼
ガスの吹き返し汚れによる摩耗や部材の系時劣化の問題
があった。さらに、ＴＧＶが燃焼室に近い部位にあるた
め、万が一のバックファイヤ発生時に備えて、圧力を逃
がす工夫や、バルブ強度向上のため弁体厚を上げたり、
駆動モータ出力やシャフト強度の向上などの対策を施さ
なければならない。

【０００７】本発明の目的は、簡単かつ安価な装置構成
にて、エンジン燃焼室内にタンブル流やスワール流など
の強制的なガス流動を生成し得るエンジンの吸気装置を
提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明のエンジンの吸気
装置は、第１および第２の吸気弁を備えたエンジンの吸
気装置であって、前記第１の吸気弁と第１のバルブを介
して接続される第１の吸気通路と、前記第１の吸気通路
から前記第１のバルブの上流にて分岐し、第２のバルブ
を介して前記第２の吸気弁に接続される第２の吸気通路
とを有することを特徴とする。

【０００９】本発明によれば、第１および第２の吸気通
路を介してエンジンに供給される空気量を第１および第
２のバルブにて制御し、エンジン燃焼室内にガス流動を
生成することができる。これにより、簡素でかつ安価な
構成にて、タンブル流やスワール流を生成でき、始動性
や燃費の向上、空燃比のリーン化による排ガス成分の改
善などが図られる。

【００１０】また、前記エンジンの吸気装置において、
前記第２の吸気通路を、前記第１の吸気通路より細くか
つ長く形成しても良い。これにより、第１の吸気通路と
第２の吸気通路における吸入気体の体積効率を異ならせ
ることができ、エンジンの燃焼室内に効率良くガス流動
を生成できる。

【００１１】さらに、前記第１のバルブと前記第２のバ
ルブを各々個別に制御し、前記エンジンの燃焼室内に、
前記第１および第２のバルブの開度に基づいてその強さ
が可変なガス流動を生成するようにしても良い。

【００１２】

【発明の実施の形態】（実施の形態１）以下、本発明の
実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、
本発明の実施の形態１であるエンジンの吸気装置の構成
を示す説明図、図２は図１の吸気装置を適用したエンジ
ンの燃焼室近傍の構成を示す説明図である。当該実施の
形態１では、エンジン燃焼室内にタンブル流を生成する
よう構成された吸気装置について説明する。

【００１３】図１において符号１はエンジンのシリンダ
ブロック、２はシリンダヘッドである。シリンダヘッド
２には、２つの吸気弁３ａ,３ｂと排気弁４ａ,４ｂ（図
２参照）が設けられている。なお、図１には、エンジン
の１気筒分が示されており、当該エンジンには他に図示
しない気筒が複数（例えば３個）存在する。

【００１４】シリンダブロック１内にはシリンダボア５
が形成されており、その中にはピストン６が摺動自在に
配置されている。シリンダボア５の上部には、ピストン
６の上面とシリンダヘッド２の下面とに囲まれた燃焼室
７が形成されている。燃焼室７の頂部にはインジェクタ
８が配設されている。そして、吸気弁３ａ,３ｂに本発
明による吸気装置１０が接続されている。

【００１５】当該吸気装置１０には、高負荷用ポート１
１と低負荷用ポート１２の２つの異なる吸気ポートが設
けられており、１吸気弁に対し１本の独立した吸気ポー
トが形成されている。高負荷用ポート１１は、インテー
クマニホールドチャンバ１３から各気筒へと分岐し、各
々吸気弁３ａに接続されている。インテークマニホール
ドチャンバ１３は、スロットルバルブ（第１のバルブ）
１４を介して吸気ダクト１５に接続されている。これに
より、吸気ダクト１５からスロットルバルブ１４を経
て、高負荷用ポート１１、吸気弁３ａに至る高負荷用吸
気通路（第１の吸気通路）１６が形成される。なお、吸
気ダクト１５の上流にはエアクリーナ１７が配設されて
いる。

【００１６】吸気ダクト１５のスロットルバルブ１４の
上流側からは、低負荷用ポート１２を経て吸気弁３ｂに
至る低負荷用吸気通路（第２の吸気通路）１８が分岐し
ている。低負荷用吸気通路１８には、アイドルスピード
コントロールバルブ（第２のバルブ、以下、ＩＳＣバル
ブと略記する）１９が介設されている。低負荷用吸気通
路１８は、ＩＳＣバルブ１９の下流にて各気筒へと分岐
しており、各々吸気弁３ｂに接続されている。

【００１７】なお、高負荷用ポート１１と低負荷用ポー
ト１２は、インテークマニホールドチャンバ１３と共に
一体化され、１部品内に２流路を有する形となってお
り、部品点数の削減が図られている。また、両ポート１
１,１２のシリンダヘッド２の取付側開口部は、その開
口面が同一平面となるよう形成されており、エンジンと
の接続を容易化している。

【００１８】スロットルバルブ１４とＩＳＣバルブ１９
は、ＥＧｉコントロールユニット２０にて個別に制御さ
れる。スロットルバルブ１４やＩＳＣバルブ１９にはそ
れぞれ、弁開度を検出する開度センサが設けられてお
り、その検出信号はＥＧｉコントロールユニット２０に
送られる。ＥＧｉコントロールユニット２０側では、こ
の検出信号やその他の運転条件に応じて、両バルブ１
４,１９に制御信号を送出する。この信号に基づき各バ
ルブ１４,１９に設けられた弁駆動用のモータが作動
し、弁開度が適宜制御される。

【００１９】低負荷用ポート１２は、図１,２に示すよ
うに、高負荷用ポート１１よりも細く長く形成されてい
る。換言すれば、高負荷用ポート１１は、低負荷用ポー
ト１２よりも太く短く形成されている。このように低負
荷用ポート１２を細く長く生成するのは、吸気管として
の慣性効率、脈動効果を狙ったものであり、低回転、低
負荷時の体積効率を向上させるためである。また、高負
荷用ポート１１を太く短く形成したのは、同様の理由に
より、高回転、高負荷時の体積効率を向上させるためで
ある。

【００２０】低負荷用ポート１２はさらに、燃焼室７の
上方略直角方向からシリンダヘッド２に接続されてい
る。低負荷用ポート１２は、前述のように、高負荷用ポ
ート１１より細く長く形成されており、しかも両ポート
１１,１２の上流にはＩＳＣバルブ１９やスロットルバ
ルブ１４が介設されている。つまり、吸気装置１０で
は、各ポート１１,１２から燃焼室７内に流入する空気
量の比を、各バルブ１４,１９の開度によって適宜変え
ることができる。従って、低負荷用ポート１２から燃焼
室７内にシリンダ軸線方向に向けて導入された空気は、
各ポート１１,１２からの空気流量差に応じて、燃焼室
７内にてタンブル流２１を形成する。

【００２１】次に、当該吸気装置１０の作用について説
明する。まず、ＩＳＣバルブ１９を閉じ、高負荷用ポー
ト１１のみを使用すると、高負荷用吸気通路１６によ
り、従来のエンジン同様、高速回転型の吸気系が形成さ
れる。すなわち、インテークマニホールドチャンバ１３
から先の太く短い高負荷用ポート１１を有効活用して、
高速回転に十分な空気を供給する。この際、当該吸気装
置１０では、ポート内にＴＧＶや仕切壁がなく、シリン
ダヘッド直前の吸気通路内に吸入空気の抵抗となる部材
が存在しない。従って、効率良くエンジンに空気を供給
できる。

【００２２】一方、スロットルバルブ１４を閉じ、低負
荷用ポート１２のみを使用すると、低負荷用吸気通路１
８の細く長いポートにより、低速回転運転域の吸気系が
形成される。この場合も、シリンダヘッド直前の吸気通
路内に、ＴＧＶや仕切壁のような吸入空気の抵抗となる
部材が存在せず、エンジンに効率良く空気を供給でき
る。

【００２３】また、低負荷用吸気通路１８はタンブル流
生成・強化ポートとしても働き、低負荷用ポート１２の
みの場合、燃焼室７内にはタンブル流２１が発生する。
ここで、タンブル流２１の強さ、すなわちガス流の速度
は、両ポート１１,１２から燃焼室７内に流入する空気
量の比によって変化する。すなわち、タンブル流２１の
強さは、両バルブ１４,１９の開度比によって調節可能
であり、低負荷用ポート１２のみを使用している場合に
は、ＩＳＣバルブ１９の開度制御により調整できる。ま
た、ＩＳＣバルブ１９を開いた状態でスロットルバルブ
１４を開くと、低負荷用ポート１２からの流入空気量比
率が下がり、タンブル流２１を弱めることができる。

【００２４】当該吸気装置１０では、両バルブ１４,１
９を個別に開度制御できるので、両ポート１１,１２か
らの流入空気量比を変化させることなく、各バルブ１
４,１９の開度を調節することができる。すなわち、タ
ンブル流２１の強さを変えることなく、エンジン全吸入
空気量を変えることができる。従って、広範囲な運転条
件にてリーンバーン運転が可能となり、燃費向上や排気
ガス成分の改善等を図ることが可能となる。

【００２５】このように、本発明による吸気装置１０で
は、従来、気筒数分設けられていたＴＧＶを廃止すると
共に、仕切壁などの複雑な形状を有する部品を用いるこ
となく、タンブル流を発生させることができる。従っ
て、高価で複雑な制御装置を廃止し、ＩＳＣバルブ１９
をＴＧＶに代えて使用できるため、比較的簡素でかつ安
価な構成とすることが可能となる。

【００２６】また、従来の装置では定期的な調整が必要
とされるところ、吸気装置１０では、各ポート１１,１
２の流量分配性さえ確保しておけば、両バルブ１４,１
９の管理のみで足り、メンテナンス性の改善が図られ
る。さらに、吸気装置１０では、比較的低温な上流部位
にバルブ１４,１９を配置できるため、吹き返しの燃焼
ガスの影響が少なく、耐熱処理や管理が容易となる。加
えて、バルブ１４,１９がエンジンから遠いため、対バ
ックファイヤ用の強度対策も大掛かりなものが必要とさ
れない。なお、当該吸気装置１０では、故障により何れ
かの吸気通路１６,１８が使用不能となった場合でも、
故障していない側の吸気通路１６,１８を使用すること
でエンジン運転を確保することが可能である。

【００２７】（実施の形態２）次に、本発明の実施の形
態２として、エンジン燃焼室内にスワール流を生成する
よう構成された吸気装置について説明する。図３は、本
発明の実施の形態２であるエンジンの吸気装置の構成を
示す説明図、図４は図３の吸気装置を適用したエンジン
の燃焼室近傍の構成を示す説明図である。

【００２８】当該実施の形態２の吸気装置３０は、その
基本構成は実施の形態１の吸気装置１０と同様である。
従って、先の吸気装置１０と同様の部材、部品等につい
ては同一の符号を付しその説明は省略する。

【００２９】図３に示すように、吸気装置３０において
も、高負荷用吸気通路１６と低負荷用吸気通路１８が設
けられている。図３においては、図１とは異なり、エン
ジンの構成を略し、各気筒に高負荷用ポート１１と低負
荷用ポート１２が接続されている様子が示されている。
なお、実施の形態１の吸気装置１０も、図３と同様の構
成により各気筒に分岐されている。

【００３０】当該吸気装置３０では、図４に示すよう
に、低負荷用ポート１２がシリンダヘッド２に側方から
接続されている。すなわち、低負荷用ポート１２は、い
わゆるヘリカルポート形状となっており、低負荷用ポー
ト１２から燃焼室７内にシリンダの径方向に向けて導入
された空気は、各ポート１１,１２からの空気流量差に
応じて、燃焼室７内にてスワール流３１を形成する。

【００３１】この場合も、高負荷用ポート１１のみを使
用すると、高負荷用吸気通路１６により、高速回転型の
吸気系が形成され、低負荷用ポート１２のみを使用する
と、低負荷用吸気通路１８により、低速回転運転域の吸
気系が形成される。この際、低負荷用吸気通路１８はス
ワール流生成・強化ポートとしても働き、低負荷用ポー
ト１２のみの場合、燃焼室７内にはスワール流３１が発
生する。スワール流３１の強さは、両バルブ１４,１９
の開度比によって調節可能である。また、両バルブ１
４,１９の個別制御により、スワール流３１の強さを変
えることなく、エンジン全吸入空気量を変え、広範囲な
運転条件にてリーンバーン運転を行うことができる。

【００３２】吸気装置３０においても、気筒数分設けら
れていたスワール流制御弁装置を廃止でき、スワール流
を生成可能なシステムを比較的簡素でかつ安価な構成に
より得ることができる。また、調整不可の封印等も不要
になり、メンテナンス性や、耐熱処理、対バックファイ
ヤ対策、装置故障のエンジン運転確保等においても、実
施の形態１と同様の利点がある。

【００３３】なお、前述の吸気装置１０,３０では、過
給機付エンジンや、可変バルブタイミング（ＶＶＴ）装
置、排気ガス再循環（ＥＧＲ）システム、キャニスタパ
ージ通路、ブローバイガス再燃焼システム（ＰＣＶ）等
を使用する場合、各ポート１１,１２内部に逆流、流入
するおそれがある。かかる流入空気は、タンブル流やス
ワール流を弱める原因となる。そこで、これに対して、
リード弁などのワンウエイバルブにより逆流防止を図っ
たり、流入量制御弁を設置したりしてその抑制を図るこ
とができる。また、圧力センサによりポート１１,１２
内の圧力検出を検出して、タンブル流やスワール流の強
度をフィードバック制御する補正処理も可能である。

【００３４】以上、本発明者によってなされた発明を実
施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実
施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱し
ない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。

【００３５】たとえば、前述の実施の形態では、低負荷
用吸気通路１８の流量制御弁としてＩＳＣバルブ１９を
用いた例を示したが、ＩＳＣバルブ１９に代えて、小流
量の電動スロットルバルブ等の制御弁を別途用いるよう
にしても良い。また、タンブル流やスワール流の強さ
は、バルブ１４,１９の開度比のみならず、両ポート１
１,１２の空気流量比やポート内の圧力比によって制御
することも可能である。さらに、前述の例では、４気筒
のエンジンに当該吸気装置を適用した例を示したが、エ
ンジン気筒数がこれには限定されないのは言うまでもな
い。

【００３６】

【発明の効果】本発明の吸気装置によれば、第１および
第２の吸気通路を介してエンジンに供給される空気量を
第１および第２のバルブにて制御したので、エンジン燃
焼室内にガス流動を生成することができる。これによ
り、簡素でかつ安価な構成にて、タンブル流やスワール
流を生成でき、始動性や燃費の向上、空燃比のリーン化
による排ガス成分の改善などが図られる。

【００３７】また、第２の吸気通路を第１の吸気通路よ
り細くかつ長く形成したので、第１の吸気通路と第２の
吸気通路における吸入気体の体積効率を異ならせること
ができ、エンジンの燃焼室内に効率良くガス流動を生成
できる。

【００３８】さらに、第１のバルブと第２のバルブを各
々個別に制御することにより、エンジンの燃焼室内に、
第１および第２のバルブの開度に基づいてその強さが可
変なガス流動を生成することができる。従って、例え
ば、ガス流の強さを変えることなく、エンジン全吸入空
気量を変えて広範囲な運転条件にてリーンバーン運転を
行うなど、多彩なエンジン制御形態を実現することが可
能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１であるエンジンの吸気装
置の構成を示す説明図である。

【図２】図１の吸気装置を適用したエンジンの燃焼室近
傍の構成を示す説明図である。

【図３】本発明の実施の形態２であるエンジンの吸気装
置の構成を示す説明図である。

【図４】図３の吸気装置を適用したエンジンの燃焼室近
傍の構成を示す説明図である。

【符号の説明】

３ａ吸気弁（第１の吸気弁）３ｂ吸気弁（第２の吸気弁）１０吸気装置１１高負荷用ポート１２低負荷用ポート１４スロットルバルブ（第１のバルブ）１６高負荷用吸気通路（第１の吸気通路）１８低負荷用吸気通路（第２の吸気通路）１９ＩＳＣバルブ（第２のバルブ）２１タンブル流３０吸気装置３１スワール流

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１および第２の吸気弁を備えたエンジ
ンの吸気装置であって、前記第１の吸気弁と第１のバルブを介して接続される第
１の吸気通路と、前記第１の吸気通路から前記第１のバルブの上流にて分
岐し、第２のバルブを介して前記第２の吸気弁に接続さ
れる第２の吸気通路とを有することを特徴とするエンジ
ンの吸気装置。
【請求項２】請求項１記載のエンジンの吸気装置にお
いて、前記第２の吸気通路は、前記第１の吸気通路より
細くかつ長く形成されることを特徴とするエンジンの吸
気装置。
【請求項３】請求項１または２記載のエンジンの吸気
装置において、前記第１のバルブと前記第２のバルブは
各々個別に制御され、前記エンジンの燃焼室内には、前
記第１および第２のバルブの開度に基づいてその強さが
可変なガス流動が生成されることを特徴とするエンジン
の吸気装置。