JP2003301724A

JP2003301724A - 火花点火式エンジンの吸気装置

Info

Publication number: JP2003301724A
Application number: JP2002105940A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Yamada; 孝之山田; Kenya Ishii; 賢也石井; Muneyuki Oota; 統之太田; Yoshiyuki Fujiwara; 義幸藤原; Yoshitomo Matsuo; 佳朋松尾; Yoshihisa Nooi; 芳尚乃生; Osamu Aoki; 理青木; Hidefumi Fujimoto; 英史藤本
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2002-04-09
Filing date: 2002-04-09
Publication date: 2003-10-24

Abstract

(57)【要約】【課題】エンジンの低速運転時に吸気の流速を効果的
に速めるとともに、高速運転時に吸気の通気抵抗を効果
的に小さくする。【解決手段】バルブガイド１３の設置部の上流側部７
１における吸気ポート７の軸線７Ａを略ストレート状に
形成し、シリンダ軸線２Ａに対する吸気ポートの７上方
壁７ａの傾斜角度を、上記バルブガイド１３の設置部の
上流側部７１に比べて、上記バルブガイド１３の設置部
の下流側部７２が、その上流部７２ａは大きく、その下
流部７２ｂは小さくなるように形成するとともに、シリ
ンダ軸線２Ｂに対する吸気ポート７の下方壁７ｂの傾斜
角度を、上記バルブガイド１３の設置部の上流側部７１
に比べて下流側部７２が大きくなるように形成し、かつ
上記バルブガイド１３の設置部の下流側部７２における
吸気ポート７の有効通路面積がその上流側部７１よりも
大きくなるように吸気ポート７を形成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、下流端が燃焼室内
に開口する吸気ポートと、この吸気ポートを開閉する吸
気弁と、エンジンの低回転領域で吸気の流れを吸気ポー
トの燃焼室外周側に位置する下方壁側に偏向させる偏向
手段とを有する火花点火式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、例えば特開平２００１−１７３５
１３号公報に示されるように、吸気ポートの下流側部の
開口面積を上流側部に比べて小さくする絞り部を設け、
燃焼室内に導入される吸気流によってタンブル流を生成
するように構成されたエンジンの吸気装置において、上
記吸気ポートの燃焼室入口部に装着されたバルブシート
の内周面の中心軸を外周面の中心軸に対して吸気ポート
の流路に沿って傾斜させることにより、吸気ポートを介
して供給された吸気流を上記バルブシートの案内面に沿
って円滑に燃焼室内に流入させることが行われている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記のように吸気ポー
トの下流側部の開口面積を上流側部に比べて小さくする
絞り部を設けた場合には、エンジンの低速運転時に、こ
の絞り部において吸気の流速を増大させることができる
ため、燃焼室内で生成されるタンブル流を強化して混合
気の成層化を促進することにより、燃焼性を向上させる
ことができるという利点がある。この反面、上記絞り部
における吸気の通気抵抗が大きいため、要求吸気量およ
び燃料噴射量が多いエンジンの高速運転時等に、吸気量
が不足して燃焼性が低下し易いという問題があった。

【０００４】なお、エンジンの低速運転時にタンブル流
の強度を増大させるとともに、高速運転時に多量の吸気
を燃焼室内に供給することができるようにするため、例
えば特開２００１−５５９２５号公報に示されるよう
に、吸気ポートを上側ポート部と下側ポート部とに仕切
る隔壁と、燃焼室内に生成されるタンブル流動を調節す
るタンブル制御弁とを設け、エンジン回転数の低い成層
燃焼運転時には、上記タンブル制御弁によって下側ポー
ト部を閉止する等により、吸気の流速を速めてタンブル
流の強度を増大させ、またエンジン回転数の高い均一燃
焼運転時には、上記タンブル制御弁を中立位置に保持さ
せることにより、吸気の通気抵抗を極力小さくすること
が行われている。

【０００５】しかし、上記のようにエンジンの高速運転
時に、タンブル制御弁を中立位置に保持したとしても、
所定の長さを有する上記隔壁によって吸気の流動が妨げ
られるために、充分な吸気量を確保することが困難であ
るという問題があった。

【０００６】本発明は、上記の点に鑑みてなされたもの
であり、エンジンの低速運転時に吸気の流速を効果的に
速めることができるとともに、高速運転時に吸気の通気
抵抗を効果的に小さくすることができる火花点火式エン
ジンの吸気装置を提供することを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明は、
下流端が燃焼室内に開口する吸気ポートと、この吸気ポ
ートを開閉する吸気弁と、エンジンの低回転領域で吸気
の流れを吸気ポートの燃焼室外周側に位置する下方壁側
に偏向させる偏向手段とを有し、吸気ポートの燃焼室中
央側に位置する上方壁に、上記吸気弁を支持するバルブ
ガイド壁の一部が吸気ポート内に突出するように設けら
れた火花点火式エンジンにおいて、シリンダ軸線に沿っ
た吸気ポートの縦断面と直交する方向から見て、上記バ
ルブガイドの設置部の上流側部における吸気ポートの軸
線を略ストレート状に形成し、シリンダ軸線に対する吸
気ポートの上方壁の傾斜角度を、上記バルブガイドの設
置部の上流側部に比べて、上記バルブガイドの設置部の
下流側部が、その上流部は大きく、その下流部は小さく
なるように形成するとともに、シリンダ軸線に対する吸
気ポートの下方壁の傾斜角度を、上記バルブガイドの設
置部の上流側部に比べて下流側部が大きくなるように形
成し、かつ上記バルブガイドの設置部の下流側部におけ
る吸気ポートの有効通路面積がその上流側部よりも大き
くなるように形成したものである。

【０００８】上記構成によれば、エンジンが高回転の運
転領域にある場合に、吸気ポートの軸線に沿って吸気が
スムーズに流通し、かつエンジンが低回転の運転領域に
ある場合に、上記偏向手段により下方壁側に偏向した吸
気流が、上記バルブガイドの設置部の下流側部に到達し
た時点でその下方壁に沿って上方壁側に案内されること
により、吸気流の主流が吸気弁の傘部上面の燃焼室外周
側に衝突することが抑制されつつ、上記上方壁に寄って
吸気弁の傘部上面の燃焼室中央側（排気ポートの設置部
側）から燃焼室内に流入して適正なタンブル流が生成さ
れることになる。また、上記バルブガイドの設置部の下
流側部における吸気ポートの有効通路面積がその上流側
部よりも大きくなるように吸気ポートを形成したため、
要求吸気量および燃料噴射量の多い均一燃焼運転時等
に、吸気の通気抵抗が増大することに起因して吸気量が
不足するという事態の発生が効果的に防止されることに
なる。

【０００９】請求項２に係る発明は、請求項１記載の火
花点火式エンジンの吸気装置において、吸気弁の最大リ
フト時に、バルブガイドの設置部の下流側部における下
方壁の延長線と、上記吸気弁の傘部底面との交点が、吸
気弁の軸線よりも燃焼室の中央側に位置するように、上
記下方壁の傾斜角度を設定したものである。

【００１０】上記構成によれば、エンジンが低回転の運
転領域にある場合に、上記偏向手段によって下方壁側に
偏向された吸気流が、上記下流側部の下方壁に沿って吸
気弁の軸線よりも燃焼室の中央側、つまり排気ポート側
に案内されることにより、吸気流の主流が吸気弁の傘部
上面の燃焼室外周側に衝突することが効果的に抑制され
ることになる。

【００１１】請求項３に係る発明は、上記請求項１また
は２記載の火花点火式エンジンの吸気装置において、吸
気ポートの下方壁側を開放状態に維持しつつ、上方壁側
を開閉するシャッター弁からなる偏向手段を備え、エン
ジンの低回転領域で上記シャッター弁を閉止状態とする
ことにより、エンジンの低回転領域で吸気の流れを吸気
ポートの下方壁側に偏向させるものである。

【００１２】上記構成によれば、エンジンが低回転の運
転領域にある場合に、上記シャッター弁により吸気ポー
トの上方壁側を閉止状態とすることにより、吸気の流れ
が吸気ポートの下方壁側に効果的に案内された後、この
下流側部の下方壁に沿って吸気弁の軸線よりも燃焼室の
中央側に案内されることになる。

【００１３】請求項４に係る発明は、上記請求項１〜３
のいずれかに記載の火花点火式エンジンの吸気装置にお
いて、下流端が燃焼室内に開口する一対の吸気ポートを
備え、少なくともバルブガイドの設置部の下流側部にお
ける吸気ポートの横断面形状を、その上下中心線よりも
下方壁側の開口面積が上方壁側に比べて小さくなるよう
に形成し、両吸気ポート間の燃焼室外周側にインジェク
タを配設するとともに、両吸気ポート間の燃焼室中央側
に点火プラグを配設し、燃焼室内で生成されたタンブル
流に対向させて上記インジェクタから燃料を噴射するよ
うに構成したものである。

【００１４】上記構成によれば、インジェクタが点火プ
ラグおよび吸気弁の設置部に干渉するのを防止した状態
で、両吸気ポート間の下方壁側に形成されたスペースを
有効に利用してインジェクタを適正位置に配設すること
が可能となる。

【００１５】請求項５に係る発明は、上記請求項１〜４
のいずれかに記載の火花点火式エンジンの吸気装置にお
いて、吸気ポートの下方壁側におけるバルブガイドの設
置部の下流側部とスロート部との接続部に、乱流形成用
の角部を設けたものである。

【００１６】上記構成によれば、吸気ポートの下方壁に
沿った吸気流が上記角部において乱されることにより、
小さな渦流からなる乱流が形成され、この乱流によって
上記吸気流を吸気ポートの上方壁側に案内する作用が促
進されることになる。

【００１７】

【発明の実施の形態】図１および図２は、本発明に係る
エンジンの吸気装置の実施形態を示している。これらの
図において、１はシリンダブロック２およびシリンダヘ
ッド３等により構成されるとともに、複数のシリンダを
備えたエンジン本体である。このエンジン本体１の各シ
リンダには、ピストン４が嵌挿され、このピストン４の
頂面とシリンダヘッド３の下面との間に燃焼室５が形成
されている。また、上記ピストン４の頂面には、キャビ
ティ６が設けられている。

【００１８】上記シリンダヘッド３には、燃焼室５に開
口する二つの吸気ポート７，７と、二つの排気ポート
８，８とが相対向して形成されるとともに、上記両吸気
ポート７，７および排気ポート８，８をそれぞれ開閉す
る吸気弁９，９および排気弁１０，１０と、点火プラグ
１１と、インジェクタ１２とが設けられている。このイ
ンジェクタ１２は、燃焼室５の周縁部に配設され、この
位置から燃焼室５内に燃料を直接噴射するように構成さ
れている。また、点火プラグ１１は、上記両吸気ポート
７，７間の燃焼室中央側、つまり燃焼室５の上面略中央
部に配設されている。

【００１９】上記両吸気ポート７，７は、それぞれ独立
して形成され、図３に示すように、吸気ポート７の縦断
面と直交する方向から見た場合、つまり鉛直方向に延び
るシリンダ軸線２Ａに沿った吸気ポート７の縦断面と直
交する方向から見た場合に、上流側がシリンダヘッド３
の上方側部に位置するとともに、下流側が燃焼室５に向
かって斜め下方に延びるように形成され、かつ吸気ポー
ト７，７の下流端が燃焼室５の天井部分に開口してい
る。

【００２０】上記吸気ポート７には、吸気弁９の弁軸９
ａを摺動自在に支持するバルブガイド１３の一部（下端
部）が、燃焼室５の中央側に位置する上方壁７ａの所定
位置に臨むように突出して設けられている。そして、上
記縦断面において、吸気ポート７は、バルブガイド１３
の設置部を境にしてその上流側部７１と、下流側部７２
とに区画されるとともに、吸気ポート７の最下流部、つ
まり弁座１４の直上流側部には、スロート部７３が設け
られている。上記吸気ポート７の上流側部７１には、バ
ルブガイド１３の設置部に向けて徐々に突出量が増大す
るガイド壁１３ａが、上記上方壁７ａに形成されてい
る。

【００２１】吸気ポート７の少なくとも上記上流側部７
１における軸線７Ａは、略ストレート状に形成されてい
る。そして、上記吸気ポート７の上方壁７ａは、バルブ
ガイド設置部の下流側部７２のシリンダ軸線２Ａに対す
る傾斜角度が、下流側部７２の上流部７２ａにおいて最
も大きく（寝ており）、この上流部７２ａから下流側の
スロート部２３に向かって徐々に小さくなる（立つ）よ
うに湾曲して形成され、この下流側部７２のシリンダ軸
線２Ａに対する傾斜角度は、バルブガイド設置部の上流
側７１の同傾斜角度に対して、上流部７２ａは大きく、
スロート部７３に近い下流部７２ｂでは小さくなってい
る。

【００２２】また、上記吸気ポート７の下方壁７ｂは、
バルブガイド設置部の上流側部７１のシリンダ軸線２Ａ
に対する傾斜角度が、下流側部７２の下流部よりもより
も大きくなるように略ストレート状に形成されていると
ともに、下流側部７２と、上記スロート部７３との下方
壁７ｂにおける接続部に角部７４が形成されている。さ
らに、上記バルブガイド設置部の下流側部７２における
下方壁７ｂの傾斜角度は、その延長線７２Ｂと、最大リ
フト状態（最大開放状態）の吸気弁９の傘部底面との交
点Ｐが、上記吸気弁９の軸線９Ａよりも燃焼室５の中央
側（排気ポート８側）に位置するように設定されてい
る。

【００２３】また、上記スロート部７３よりも上流側に
おける吸気ポート７の横断面（吸気ポート７の軸線７Ａ
と直交する断面）の形状は、図４（ａ），（ｂ）に示す
ように、横断面の上下中心線（上下方向の最大幅の中心
を通る水平方向線）Ｃよりも下方壁７ｂ側の開口面積
が、上方壁７ａ側の開口面積よりも小さくなるととも
に、上記下方壁７ｂ側に位置する開口部の通路中心（下
方壁側開口部の重心）Ｏｂが上記開口部全体の重心Ｏよ
りも外方側、つまり隣接する吸気ポート７の設置部と反
対側に位置するように形成されている。

【００２４】具体的には、上記上下中心線Ｃよりも上方
壁７ａ側の開口部が略長方形に形成されるとともに、上
下中心線Ｃよりも下方壁７ｂ側の開口部が下窄まりの略
三角形状に形成されることにより、横断面の上下中心線
Ｃよりも下方壁７ｂ側の開口面積が、上方壁７ａ側の開
口面積よりも小さくなるように構成されている。また、
上記上下中心線Ｃよりも下方壁７ｂ側の開口部が隣接す
る吸気ポート７側の側辺部を斜辺とする略直角三角形状
に形成されることにより、上記下方壁７ｂ側に位置する
開口部の通路中心Ｏｂが、隣接する吸気ポート７の設置
部と反対側に位置した偏心形状に形成され、これによっ
て吸気ポート７が略五角形の異形断面形状を呈してい
る。

【００２５】また、図４（ａ）に示す吸気ポート７の有
効通路面積、つまりバルブガイド１３の設置部の下流側
部７２における吸気ポート７の通路開口面積から、吸気
弁９の軸面積を減算した面積が、図４（ｂ）に示す吸気
ポート７の有効通路面積、つまりバルブガイド１３の設
置部の上流側部７１における吸気ポート７の流通開口面
積よりも大きくなるように吸気ポート７が形成されてい
る。

【００２６】上記有効通路面積の変化状態を図示する
と、図５に示すようになり、吸気ポート７の上流側から
ガイド壁１３ａの始端部αまでの間では、上記吸気ポー
ト７の有効通路面積が略一定に形成されている（図例で
は下流側に至るに従い稍減少するように形成されてい
る）。また、上記ガイド壁１３ａの始端部αから終端部
（バルブガイド１３の設置部の部位）βまでの間では、
下流側に至るに従い有効通路面積が次第に減少し、上記
バルブガイド１３の設置部の部位（β）よりも下流側で
は、その上流側に比べて有効通路面積が増大するように
設定されている。

【００２７】上記両吸気ポート７，７間の燃焼室外周側
には、燃焼室５内の斜め下方に向けて延びるインジェク
タ１２の取付孔が形成され、この取付孔に取り付けられ
たインジェクタ１２から斜め下方に向けて、つまり後述
するエンジンの成層燃焼運転時に、図６に示すように、
燃焼室５内に形成されたタンブル流Ｔに向けて燃料が噴
射されるように構成されている。

【００２８】上記エンジン本体１の一側部には、吸気マ
ニホールド１５が連結され、この吸気マニホールド１５
の下流部には、図２に示すように、単一の吸気通路１５
ａを上記両吸気ポート７，７に向けて分岐するコモン部
１６が設けられている。また、図３に示すように、シリ
ンダ軸線２Ａに沿った吸気ポート７の縦断面と直交する
方向から見て、上記吸気マニホールド１５と、上記吸気
ポート７とが略ストレート状に接続されている。

【００２９】そして、シリンダ軸線２Ａに沿った吸気ポ
ート７の縦断面と直交する方向から見て、少なくとも吸
気ポート７の上記バルブガイド１３の設置部から上記コ
モン部１６までは、その軸線７Ａが略ストレート状に形
成されている（図３参照）。さらに、上記コモン部１６
の横断面形状は、上記吸気ポート７と同様に、図７に示
すように、上方壁１６ａ側の開口部が略長方形状に形成
されるとともに、下方壁１６ｂ側の開口部が先窄まりの
略三角形状に形成されることにより、横断面の上下中心
線よりも下方壁１６ｂ側の開口面積が、上方壁１６ａ側
の開口面積よりも小さくなるように構成されている。

【００３０】上記コモン部１６の下流端部、つまりシリ
ンダヘッド３に形成された上記吸気ポート７の直上流部
には、吸気の流れを開口通路の下方壁１６ａ側に偏向さ
せるシャッター弁１７からなる偏向手段が設けられてい
る。このシャッター弁１７は、図７（ａ）に示すよう
に、コモン部１６の上方壁１６ａ側の開口部を閉止可能
に設置されるとともに、コモン部１６の下方壁１６ｂ側
の開口部に対応した切欠きを有している。

【００３１】そして、上記シャッター弁１６、吸気マニ
ホールド１５および吸気ポート７により、燃焼室５内に
タンブル流Ｔを生成するとともに、その強度を調節する
タンブル強度調節手段が構成されている。具体的には、
上記シャッター弁１７の駆動軸１７ａを図外のアクチュ
エータにより回転駆動して、上記コモン部１６の上方壁
１６ａ側の開口部をシャッター弁１７で閉止すると、有
効通路面積が狭められて吸気の流速が速くなることによ
り、燃焼室５内において生成されるタンブル流Ｔの強度
が増大される。また、図７（ｂ）に示すように、上記シ
ャッター弁１７を開放状態に移行させてコモン部１６の
有効通路面積を増大させると、吸気の流速が遅くなるこ
とにより、タンブル流Ｔの強度が弱められるようになっ
ている。

【００３２】上記インジェクタ１２からの燃料噴射量
は、図外のＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）に
よりエンジンの運転状態に応じて制御される。つまり、
エンジン負荷およびエンジン回転数等に応じて燃料噴射
量が制御されるとともに、点火プラグ１１周りに混合気
を偏在させて成層燃焼状態とするために圧縮行程で燃料
を噴射する圧縮行程噴射と、燃焼室５内の全体に混合気
を拡散させて均一燃焼状態とするために吸気行程で燃料
を噴射する吸気行程噴射とにインジェクタ１２の燃料噴
射形態が変更される。また、上記シャッター弁１６およ
び図外のエレキスロットル（電気的なアクチュエータで
作動されるスロットル弁）等の吸入空気量調節手段が上
記ＥＣＵにより運転状態に応じて制御されるようになっ
ている。

【００３３】図８は、横軸をエンジン回転数Ｎｅ、縦軸
をエンジン負荷に対応した平均有効圧力Ｐｅとして設定
された燃料の噴射形態および空燃比の制御マップを示し
ている。この図において、所定負荷以下および所定回転
数以下の領域が成層燃焼領域Ｓとされ、この領域Ｓで圧
縮行程噴射が行われるとともに、空燃比が例えばＡ／Ｆ
＝４０程度というように理論空燃比よりも大幅にリーン
とされる。一方、所定負荷よりも高負荷側と所定回転数
よりも高回転側とに亘る領域が均一燃焼領域Ｋとされ、
この領域Ｋで吸気行程噴射が行われるとともに、空燃比
が略理論空燃比またはこれによりリッチ（λ≦１）とさ
れ、例えばＡ／Ｆ＝１３〜１４．７とされる。

【００３４】上記均一燃焼領域Ｋでは、吸気の通気抵抗
を小さくするために、シャッター弁１７を全開状態と
し、成層燃焼領域Ｓでは、エンジン負荷およびエンジン
回転数が低下するのに伴いシャッター弁１７を閉止状態
に移行させて、吸気の流れを吸気ポート７の下方壁７ｂ
側に偏向させることにより、次第に吸気の流速を速めて
タンブル強度を増大させる制御が実行されるようなって
いる。

【００３５】上記構成において、低負荷低回転側の成層
燃焼領域Ｓでは、燃焼室５の周縁に配設されたインジェ
クタ１２から圧縮行程で燃料が噴射されて、点火プラグ
１１の周りに混合気が偏在するように成層化されること
により、空燃比が大幅にリーンな状態で着火、燃焼が可
能となる。また、高負荷高回転側の均一燃焼領域Ｋで
は、吸気行程で燃料が噴射されて、燃焼室５内の全体に
混合気が拡散されることにより、空燃比が略理論空燃比
または稍リッチな値に設定された状態で、混合気の着火
および燃焼が行われることになる。

【００３６】このようにエンジンの運転状態に応じて燃
料の噴射形態や空燃比が変えられるが、これに対応して
上記成層燃焼領域Ｓでは、エンジン回転数が低いほど、
シャッター弁１７が閉止方向に駆動されることにより、
タンブル流Ｔの強度が増大されることになる。このた
め、図６に示すように、インジェクタ１２から噴射され
た燃料噴霧Ｆａのエネルギーと、上記タンブル流Ｔのエ
ネルギーとが適正にバランスした状態で、燃焼室５内に
おいて衝突し、燃料の微粒化が促進されるとともに、上
記タンブル流Ｔにより燃料噴霧Ｆａが減速されつつ、空
気と混合されるとともに、この混合気が上方に巻き上げ
られて点火プラグ１１の周りに漂う状態となり、この点
火プラグ１１の周りに混合気が適正に成層化されること
になる。

【００３７】そして、上記のようにシリンダ軸線２Ｂに
沿った吸気ポート７の縦断面と直交する方向から見て、
上記バルブガイド１３の設置部の上流側部７１における
吸気ポート７の軸線７Ａを略ストレート状に形成したた
め、上記吸気ポート７内において吸気の流れが乱される
のを抑制して、吸気をスムーズに流通させることができ
る。なお、吸気ポート７内において大きな吸気の乱流が
生じない程度に、上記軸線７Ａを緩やかに湾曲させた構
造としてもよい。

【００３８】また、シリンダ軸線２Ａに対する吸気ポー
ト７の上方壁７ａの傾斜角度を、上記バルブガイド１３
の設置部の上流側部７１に比べて、上記バルブガイド１
３の設置部の下流側部７２が、その上流部７２ａは大き
く、その下流部７２ｂは小さくなるように形成するとと
もに、シリンダ軸線２Ａに対する吸気ポートの下方壁７
ｂの傾斜角度を、上記バルブガイド１３の設置部の上流
側部７１に比べて下流側部７２が大きくなるように形成
したため、低負荷低回転の成層燃焼運転時に、図９に示
すように、上記シャッター弁１７が閉止されることによ
り、吸気ポート７の下方壁７ｂ側に偏向した吸気流Ｎ
が、上記下流側部７２に到達した時点で、その下方壁７
ｂに沿って上方壁７ａ側（排気ポート８側）に案内され
ることになる。したがって、上記吸気流Ｎの主流が吸気
弁９の傘部上面の燃焼室外周側部位９ｂに衝突するのを
抑制しつつ、吸気弁９の傘部上面の燃焼室中央側部位９
ａないし上記上方壁７ａに沿って所定角度で燃焼室５内
に吸気を流入させることにより適正なタンブル流Ｔを生
成し、このタンブル流Ｔが早期に消滅するのを防止して
圧縮行程の後半までタンブル流Ｔを残存させることがで
きるため、上記混合気の成層化を促進して燃焼安定性を
効果的に向上させることができる。

【００３９】上記のように構成した本発明例と、図１０
に示すように、シリンダ軸線２Ａに対する吸気ポート７
の上方壁および下方壁の傾斜角度を略ストレート上に形
成した比較例とにおいて、吸気の通気抵抗の変化を測定
する実験を行ったところ、図１１に示すようなデータが
得られた。上記データは、縦軸に通気抵抗を表す流量係
数Ｃｆをとるとともに、横軸にタンブル比Ｔｒをとった
ものである。このタンブル比Ｔｒとは、吸気流の縦方向
の角速度をバルブリフト毎に測定して積分した値を、エ
ンジン角速度で除した値である。

【００４０】上記データから、シャッター弁（Ｓ弁）７
を全閉状態とした成層燃焼領域において、比較例では、
破線で示すように、タンブル比Ｔｒをそれ程大きくする
ことができないのに対し、本発明例では、実線で示すよ
うにタンブル比Ｔｒを充分に大きくすることができ、上
記比較例に比べてタンブル比Ｔｒの最大値がΔＴｒ１だ
け大きくなることが確認された。

【００４１】さらに、上記バルブガイド１３の設置部の
下流側部７２における吸気ポート７の有効通路面積がそ
の上流側部よりも大きくなるように吸気ポート７を形成
したため、要求吸気量および燃料噴射量の多い均一燃焼
運転時に、吸気の通気抵抗が増大することに起因して吸
気量が不足するという事態の発生を効果的に防止できる
という利点がある。上記下流側部７２における吸気ポー
ト７の有効通路面積を上流側部７１よりも大きくした本
発明例と、図１０に示すように、下流側部７２における
吸気ポート７の有効通路面積を上流側部７１よりも小さ
くした比較例とにおいて、吸気の通気抵抗の変化を測定
する実験を行ったところ、図１１に示すようなデータが
得られた。

【００４２】上記データから、シャッター弁（Ｓ弁）７
を全開状態とした均一燃焼領域において、比較例では、
シャッター弁を破線で示すように、流量係数Ｃｒをそれ
程小さくすることができないのに対し、本発明例では、
実線で示すようにシャッター弁（Ｓ弁）７を全開状態と
することにより、流量係数Ｃｒを充分に減少させること
ができ、上記比較例に比べて吸気抵抗の最小値をΔＣｆ
だけ小さくできることが確認された。

【００４３】しかも、下流側部７２における吸気ポート
７の有効通路面積を上流側部７１よりも小さくした上記
比較例（図１０）では、要求吸気量および燃料噴射量の
多い均一燃焼運転時に、シャッター弁（Ｓ弁）を最大開
放状態としても、上記下流部７２における吸気の流速が
ある程度高くなることが避けられないので、不必要に大
きなタンブル流Ｔが生成されるオーバタンブル状態とな
り易い傾向がある。このため、均一燃焼運転時に、イン
ジェクタ１２から噴射された燃料の一部が上記タンブル
流Ｔにより運ばれて燃焼室５の天井部、シリンダ内壁面
およびピストン上面等に付着して未燃焼状態となり易
く、スモークおよびおよびＨＣの発生量が増大してエミ
ッション性が悪化するとともに、燃焼温度が高いことと
相まってノッキング等の異常燃焼が発生し易いという問
題がある。

【００４４】これに対して本発明例のようにバルブガイ
ド１３の設置部の下流側部７２における吸気ポート７の
有効通路面積がその上流側部７１よりも大きくなるよう
に吸気ポート７を形成した場合には、要求吸気量および
燃料噴射量の多い均一燃焼運転時に、上記下流部７２に
おける吸気の流速が過度に速くなることがないので、図
１１に示すように、上記比較例に比べてタンブル比Ｔｒ
をΔＴｒ２だけ小さくすることができる。したがって、
上記オーバタンブルの発生を防止することにより、エミ
ッション性を良好状態に維持することができるととも
に、ノッキングの発生を効果的に防止できるという利点
がある。

【００４５】また、上記実施形態では、吸気弁９の最大
リフト時に、バルブガイド１３の設置部の下流側部７２
における下方壁７ｂの延長線７２Ｂと、上記吸気弁９の
傘部底面との交点Ｐが、吸気弁９の軸線９Ａよりも燃焼
室５の中央側に位置するように、上記下方壁７ｂの傾斜
角度を設定したため、低負荷低回転の成層燃焼運転時
に、上記吸気流Ｎの主流が吸気弁９の傘部上面の燃焼室
中央側部位９ｂに衝突するのを効果的に抑制できるとい
う利点がある。

【００４６】なお、上記実施形態では、低回転領域等に
吸気の流れを吸気ポート７の下方壁側７ｂに効果的に偏
向させ得るように、吸気ポート７の下方壁７ｂ側を開放
状態に維持しつつ、上方壁側７ａを開閉するシャッター
弁１７からなる偏向手段を設け、エンジンの少なくとも
低回転領域で上記シャッター弁１７を閉止状態とするよ
うに構成した例について説明したが、上記シャッター弁
１７に代えて、吸気流の一部を下方壁７ｂ側に付勢する
副吸気パイプ等からなる偏向手段を設けた構造としても
よい。

【００４７】また、上記実施形態に示すように、吸気ポ
ート７の下方壁７ｂ側におけるバルブガイド１３の設置
部の下流側部７２とスロート部７３との接続部に角部７
４を形成した場合には、エンジンの成層燃焼運転時に、
上記下方壁７に沿った吸気流Ｎが乱されて小さな渦流か
らなる乱流が形成され、この乱流によって上記吸気流Ｎ
を上方壁７ａ側（排気ポート８の設置部側）に案内する
作用が促進されることになる。したがって、上記のよう
に下流側部７２とスロート部７３との接続部に、上記角
部７４等からなる乱流形成用のガイド部を設けることに
より、上記吸気流Ｎの主流が吸気弁９の傘部上面の燃焼
室外周側部位９ｂに衝突するのを抑制しつつ、吸気弁の
傘部上面の燃焼室中央側部位９ａないし上記上方壁７ａ
に沿って所定角度で燃焼室５内に流入させることによ
り、適正なタンブル流Ｔを生成するという作用が効果的
に得られるという利点がある。

【００４８】さらに、上記実施形態では、下流端が燃焼
室５内に開口する一対の吸気ポート７，７を備えたエン
ジンにおいて、少なくともバルブガイド１３の設置部の
下流側部７２における吸気ポート７の横断面形状を、そ
の上下中心線Ｃよりも下方壁側７ｂの開口面積が上方壁
側７ａに比べて小さくなるように形成したため、エンジ
ンの成層燃焼運転時に、上記上方壁側７ａ側に配設され
たシャッター弁１７を閉止状態として吸気流Ｎを下方壁
７ｂ側に偏向させることにより、吸気流Ｎを下方壁７ｂ
側の開口部に集中させてその流速を効果的に速めること
ができる。

【００４９】そして、上記両吸気ポート７，７間の燃焼
室外周側にインジェクタ１２を配設するとともに、両吸
気ポート７，７間の燃焼室中央側に点火プラグ１１を配
設し、燃焼室１５内で生成されたタンブル流Ｔに対向さ
せて上記インジェクタ１２から燃料を噴射するように構
成したため、上記点火プラグ１１、吸気弁９の設置部に
インジェクタ１２が干渉するという問題を生じることな
く、上記両吸気ポート７，７間の下方壁側７ｂに形成さ
れたスペースを有効に利用して上記インジェクタ１２を
吸気通路７，７に近接させた状態でコンパクトに配設す
ることができる。したがって、エンジンの成層燃焼運転
時に、吸気の流れを下方壁７ｂ側に偏向させてタンブル
流の強度を増大させるという上記作用効果を損なうこと
なく、均一燃焼時に上記インジェクタ１２の設置部によ
り吸気の流れが阻害されるという事態の発生を効果的に
防止できるという利点がある。

【００５０】また、上記実施形態では、吸気ポート７の
横断面の上下中心線Ｃよりも上方壁７ａ側の開口部を略
長方形に形成するとともに、上記上下中心線Ｃよりも下
方壁７ｂ側の開口部を下窄まりの略三角形状に形成する
等により、少なくともスロート部７３からシャッター弁
１７の設置部までの間における吸気通路の横断面形状
を、上記上下中心線Ｃよりも下方壁７ｂ側に位置する開
口部の開口面積が、上方壁７ａ側の開口部よりも相対的
に小さくなるように形成するとともに、下方壁７ｂ側の
開口部を、その通路中心Ｏｂが吸気通路の開口部全体に
おける重心Ｏの位置よりも外方側に位置する偏心形状と
し、上記上方壁７ａ側の開口部にシャッター弁１７から
なる偏向手段を配設して、この部分を開閉するように構
成したため、上記シャッター弁１７の設置部に到達した
吸気流Ｎを下方壁７ｂ側に偏向させるのと同時に、上記
通路中心Ｏｂ側に吸気流Ｎの主流が案内されることによ
り、図２に示すように、吸気流Ｎを外向きに変位させる
ベクトルＮ１が発生することになる。その結果、吸気流
Ｎ２は吸気ポート７において偏向した状態で燃焼室５内
に流入し、吸気流Ｎの主流と、吸気弁９の弁軸や点火プ
ラグ１１との衝突が軽減され、適正なタンブル流Ｔが得
られるとともに、吸気の流通抵抗（流量係数Ｃｆ）が低
減されることになる。

【００５１】したがって、図１２に示すように、上記ベ
クトルＮに応じ、吸気流Ｎが下方壁７ｂ側から側壁部内
面に沿って旋回しつつ、上記吸気流Ｎの主流（Ｎ２）が
吸気弁９の設置部を迂回して燃焼室５内に流入すること
になる。このため、エンジンの成層燃焼運転時に、上記
吸気流Ｎの主流が吸気弁９の傘部上面に衝突することに
起因して吸気の流速が弱められるのを防止しつつ、上記
上方壁７ａに沿って所定角度で燃焼室５内に流入させる
ことにより、燃焼室５内に適正なタンブル流Ｔを形成す
るという作用が、さらに効果的に得られるという利点が
ある。

【００５２】特に、上記実施形態に示すように、下流端
が燃焼室５内に開口する一対の吸気ポート７，７と、単
一の吸気通路から上記一対の吸気ポート７，７に向けて
分岐するコモン部１６とを備えた火花点火式エンジンに
おいて、上記コモン部１６の上方壁１６ａ側の開口部を
略長方形状に形成するとともに、下方壁１６ｂ側の開口
部を下窄まりの略三角形状に形成し、かつ上記コモン部
１６の直下流側にシャッター弁１７からなる偏向手段を
配設した場合には、吸気流Ｎが上記単一の吸気通路１５
ａからコモン部１６に至る際に発生する外向きのベクト
ルＮ１に応じ、上記吸気流Ｎの旋回が促進されるため、
エンジンの成層燃焼運転時に、上記吸気流Ｎが吸気弁９
の傘部上面９ａに衝突するのを、より効果的に防止する
ことができる。

【００５３】なお、上記実施形態では、燃焼室５の周縁
部に配設されたインジェクタ１２から燃焼室５内に燃料
を直接噴射する直憤式のエンジンについて説明したが、
吸気ポート７内に燃料を噴射するように構成されたポー
ト噴射式のエンジンについても、本発明を適用可能であ
る。

【００５４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、下流端
が燃焼室内に開口する吸気ポートと、この吸気ポートを
開閉する吸気弁と、エンジンの低回転領域で吸気の流れ
を吸気ポートの燃焼室外周側に位置する下方壁側に偏向
させる偏向手段とを有し、吸気ポートの燃焼室中央側に
位置する上方壁に、上記吸気弁を支持するバルブガイド
壁の一部が吸気ポート内に突出するように設けられた火
花点火式エンジンにおいて、シリンダ軸線に沿った吸気
ポートの縦断面と直交する方向から見て、上記バルブガ
イドの設置部の上流側部における吸気ポートの軸線を略
ストレート状に形成し、シリンダ軸線に対する吸気ポー
トの上方壁の傾斜角度を、上記バルブガイドの設置部の
上流側部に比べて、上記バルブガイドの設置部の下流側
部が、その上流部は大きく、その下流部は小さくなるよ
うに形成するとともに、シリンダ軸線に対する吸気ポー
トの下方壁の傾斜角度を、上記バルブガイドの設置部の
上流側部に比べて下流側部が大きくなるように形成し、
かつ上記バルブガイドの設置部の下流側部における吸気
ポートの有効通路面積がその上流側部よりも大きくなる
ように形成したため、エンジンの低回転領域において、
吸気流の主流が吸気弁の傘部部上面の燃焼室外周側に衝
突するのを抑制しつつ、吸気を上記上方壁側に寄せて吸
気弁の傘部上面の燃焼室中央側から燃焼室内に流入させ
ることにより、適正なタンブル流を生成し、燃焼室内に
おける混合気の成層化を促進して燃焼安定性を効果的に
向上できるという利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係る吸気装置を備えたエン
ジンの要部構成を示す断面図である。

【図２】エンジンの燃焼室および吸気系の概略平面図で
ある。

【図３】吸気ポートの縦断面形状を示す説明図である。

【図４】吸気ポートの横断面形状を示す説明図である。

【図５】吸気ポートの有効通路面積の変化状態を示すグ
ラフである。

【図６】燃料の噴射状態を示す説明図である。

【図７】シャッター弁の具体的構造を示す説明図であ
る。

【図８】エンジンの燃焼領域を示すマップである。

【図９】吸気の流動状態を示す説明図である。

【図１０】本発明に対する比較例の構成を示す説明図で
ある。

【図１１】タンブル比と流量抵抗との対応関係を示すデ
ータ図である。

【図１２】吸気の流動状態を示す説明図である。

【符号の説明】

２Ａシリンダ軸線５燃焼室７吸気ポート７ａ上方壁７ｂ下方壁７Ａ吸気ポートの軸線７Ｂ下方壁の延長線９吸気弁１１点火プラグ１２インジェクタ１３バルブガイド１７シャッター弁（偏向手段）Ｃ上下中心線７１上流側部７２下流側部７２ａ上流部７２ｂ下流部７３スロート部７４角部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者太田統之広島県安芸郡府中町新地３番１号マツダ株式会社内 (72)発明者藤原義幸広島県安芸郡府中町新地３番１号マツダ株式会社内 (72)発明者松尾佳朋広島県安芸郡府中町新地３番１号マツダ株式会社内 (72)発明者乃生芳尚広島県安芸郡府中町新地３番１号マツダ株式会社内 (72)発明者青木理広島県安芸郡府中町新地３番１号マツダ株式会社内 (72)発明者藤本英史広島県安芸郡府中町新地３番１号マツダ株式会社内Ｆターム(参考） 3G023 AA01 AB03 AC05 AD07 AD14 AG01 3G024 AA09 AA17 DA01 DA03 DA06 DA10

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】下流端が燃焼室内に開口する吸気ポート
と、この吸気ポートを開閉する吸気弁と、エンジンの低
回転領域で吸気の流れを吸気ポートの燃焼室外周側に位
置する下方壁側に偏向させる偏向手段とを有し、吸気ポ
ートの燃焼室中央側に位置する上方壁に、上記吸気弁を
支持するバルブガイド壁の一部が吸気ポート内に突出す
るように設けられた火花点火式エンジンにおいて、シリ
ンダ軸線に沿った吸気ポートの縦断面と直交する方向か
ら見て、上記バルブガイドの設置部の上流側部における
吸気ポートの軸線を略ストレート状に形成し、シリンダ
軸線に対する吸気ポートの上方壁の傾斜角度を、上記バ
ルブガイドの設置部の上流側部に比べて、上記バルブガ
イドの設置部の下流側部が、その上流部は大きく、その
下流部は小さくなるように形成するとともに、シリンダ
軸線に対する吸気ポートの下方壁の傾斜角度を、上記バ
ルブガイドの設置部の上流側部に比べて下流側部が大き
くなるように形成し、かつ上記バルブガイドの設置部の
下流側部における吸気ポートの有効通路面積がその上流
側部よりも大きくなるように形成したことを特徴とする
火花点火式エンジンの吸気装置。
【請求項２】吸気弁の最大リフト時に、バルブガイド
の設置部の下流側部における下方壁の延長線と、上記吸
気弁の傘部底面との交点が、吸気弁の軸線よりも燃焼室
の中央側に位置するように、上記下方壁の傾斜角度を設
定したことを特徴とする請求項１記載の火花点火式エン
ジンの吸気装置。
【請求項３】吸気ポートの下方壁側を開放状態に維持
しつつ、上方壁側を開閉するシャッター弁からなる偏向
手段を備え、エンジンの低回転領域で上記シャッター弁
を閉止状態とすることにより、エンジンの低回転領域で
吸気の流れを吸気ポートの下方壁側に偏向させることを
特徴とする請求項１または２記載の火花点火式エンジン
の吸気装置。
【請求項４】下流端が燃焼室内に開口する一対の吸気
ポートを備え、少なくともバルブガイドの設置部の下流
側部における吸気ポートの横断面形状を、その上下中心
線よりも下方壁側の開口面積が上方壁側に比べて小さく
なるように形成し、両吸気ポート間の燃焼室外周側にイ
ンジェクタを配設するとともに、両吸気ポート間の燃焼
室中央側に点火プラグを配設し、燃焼室内で生成された
タンブル流に対向させて上記インジェクタから燃料を噴
射するように構成したことを特徴とする請求項１〜３の
いずれかに記載の火花点火式エンジンの吸気装置。
【請求項５】吸気ポートの下方壁側におけるバルブガ
イドの設置部の下流側部とスロート部との接続部に、乱
流形成用の角部を設けたことを特徴とする請求項１〜４
のいずれかに記載の火花点火式エンジンの吸気装置。