JP2008163751A

JP2008163751A - エンジン

Info

Publication number: JP2008163751A
Application number: JP2006350690A
Authority: JP
Inventors: Masashi Sagara; 昌史相良; Tetsuji Jinno; 哲治神野; Yasuhiro Kanatsu; 康弘金津; Hisayuki Sakaguchi; 久幸阪口
Original assignee: Yanmar Co Ltd
Current assignee: Yanmar Co Ltd
Priority date: 2006-12-26
Filing date: 2006-12-26
Publication date: 2008-07-17

Abstract

【課題】低負荷時における一酸化炭素の排出量を低減させる。
【解決手段】シリンダヘッド４に低負荷時と高負荷時で変化するアクチュエータ３２を配置し、高負荷時と低負荷時に排気温度に応じてスワール比を変化するように構成したエンジン１において、前記シリンダヘッド４に、吸気ポート４ａをエンジン本体外側に連通させる連通孔４ｃを形成するとともに、該連通孔４ｃを開閉可能に開口面積変更体３１を設け、該開口面積変更体３１をモータで構成したアクチュエータ３２と連結し、該アクチュエータ３２を排気温度を検知する温度センサ３６と接続して、低負荷時に連通孔を開けてスワール比を高く変化させるようにした。
【選択図】図４

Description

本発明は、シリンダヘッドに低負荷時と高負荷時とで変化するアクチュエータを配置し、高負荷時と低負荷時にスワール比を変化させるように構成したエンジンに関する。

従来、燃焼室での燃料と空気との混合を促進させて、良好な燃料を行うために、シリンダヘッドの吸気ポートから流入する吸気流により燃焼室に生成されるスワールの強さを変化させる手段を設けて、適正なスワール比を設定可能に構成したエンジンは公知となっている（例えば、特許文献１参照。）。このようなエンジンでは、高いエンジン性能を求める必要があることから、スワール比がエンジンの高負荷時に合わせて適正となるように設定される傾向があった。
特開平７−４３０５号公報

従来のようなエンジンにおいては、高負荷時にはスワール比が適正となるため、燃焼室で燃料と空気とをよく混ぜて、燃焼を効率的に行うことができる。しかし、低負荷時には、燃料噴射量が減少してスワールが弱くなることから、スワール比が低下し、燃焼室での燃料と空気との混合が不十分となって、不完全燃焼が起こりやすかった。そのため、不完全燃焼に伴い発生する一酸化炭素の排出量が、高負荷時に比べて低負荷時に多くなっていた。なお、低負荷時における一酸化炭素の排出量は、スワール比を低負荷時に合わせて適正となるように設定することで低減させることが可能ではあるが、これでは高負荷時に十分なエンジン性能を得ることができないという問題がある。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

即ち、請求項１においては、シリンダヘッドに低負荷時と高負荷時で変化するアクチュエータを配置し、高負荷時と低負荷時に排気温度に応じてスワール比を変化するように構成したエンジンにおいて、前記シリンダヘッドに、吸気ポートをエンジン本体外側に連通させる連通孔を形成するとともに、該連通孔を開閉可能に開口面積変更体を設け、該開口面積変更体をモータで構成したアクチュエータと連結し、該アクチュエータを排気温度を検知する温度センサと接続して、低負荷時に連通孔を開けてスワール比を高く変化させるようにしたものである。

請求項２においては、シリンダヘッドに低負荷時と高負荷時で変化するアクチュエータを配置し、高負荷時と低負荷時に排気温度に応じてスワール比を変化するように構成したエンジンにおいて、前記シリンダヘッドで形成する吸気ポートの内壁に邪魔板を進退可能に設け、該邪魔板をモータで構成したアクチュエータと連結し、該アクチュエータを排気温度を検知する温度センサと接続して、低負荷時に邪魔板を吸気ポート内に突出させてスワール比を高く変化させるようにしたものである。

請求項３においては、前記吸気ポート内に、前記邪魔板と対向するように仕切壁を設けてサブポートを形成し、該サブポートを前記邪魔板により開閉可能に構成したものである。

請求項４においては、シリンダヘッドに低負荷時と高負荷時で変化するアクチュエータを配置し、高負荷時と低負荷時に排気温度に応じてスワール比を変化するように構成したエンジンにおいて、前記シリンダヘッドに接続したエアクリーナ、または吸気マニホールドの吸気経路に、邪魔板を進退可能に設け、該邪魔板をモータで構成したアクチュエータと連結し、該アクチュエータを排気温度を検知する温度センサと接続して、低負荷時に邪魔板を吸気経路内に突出させてスワール比を高く変化させるようにしたものである。

請求項５においては、シリンダヘッドに低負荷時と高負荷時で変化するアクチュエータを配置し、高負荷時と低負荷時にスワール比を変化するように構成したエンジンにおいて、前記シリンダヘッドに吸気ポートを臨むようにチャンバを形成して、該チャンバにダンパを吸気ポート内へ進退可能に設け、該ダンパを弾性体で構成したアクチュエータと連結するとともに、該チャンバと排気ポートとの間に連通孔を形成して、低負荷時にダンパを吸気ポート内に突出させて、スワール比を高く変化させるようにしたものである。

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。

請求項１においては、高負荷時には設定どおりの適正なスワール比を維持し、低負荷時にのみスワール比を高く変化させることになるため、高負荷時だけでなく、低負荷時においても適正なスワール比を得ることができる。よって、従来スワール比が低下して、高負荷時に比べて燃焼室での燃料と空気との混合が不十分となっていた低負荷時においても、混合を促進させて、良好な燃焼を行い、一酸化炭素の排出量を低減することができる。また、開口面積変更体を排気温度に合わせてモータからなるアクチュエータで動作させるので、連通孔の開口面積を正確に変更することができる。

請求項２においては、高負荷時には設定どおりの適正なスワール比を維持し、低負荷時にのみスワール比を高く変化させることになるため、高負荷時だけでなく、低負荷時においても適正なスワール比を得ることができる。よって、従来スワール比が低下して、高負荷時に比べて燃焼室での燃料と空気との混合が不十分となっていた低負荷時においても、混合を促進させて、良好な燃焼を行い、一酸化炭素の排出量を低減することができる。また、邪魔板を用いて簡単な構造で構成することができる。

請求項３においては、スワール比の変化量を大きくすることが可能となり、適正なスワール比に容易に変化させることができる。

請求項４においては、高負荷時には設定どおりの適正なスワール比を維持し、低負荷時にのみスワール比を高く変化させることになるため、高負荷時だけでなく、低負荷時においても適正なスワール比を得ることができる。よって、従来スワール比が低下して、高負荷時に比べて燃焼室での燃料と空気との混合が不十分となっていた低負荷時においても、混合を促進させて、良好な燃焼を行い、一酸化炭素の排出量を低減することができる。また、邪魔板およびアクチュエータをシリンダヘッドに後付するエアクリーナや吸気マニホールドに設ければよいので、その設置作業が容易となる。

請求項５においては、高負荷時には設定どおりの適正なスワール比を維持し、低負荷時にのみスワール比を高く変化させることになるため、高負荷時だけでなく、低負荷時においても適正なスワール比を得ることができる。よって、従来スワール比が低下して、高負荷時に比べて燃焼室での燃料と空気との混合が不十分となっていた低負荷時においても、混合を促進させて、良好な燃焼を行い、一酸化炭素の排出量を低減することができる。また、アクチュエータが低負荷時と高負荷時における圧力差を利用する構造となり、電源などが不要となるので、安価に構成することができる。

次に、発明の実施の形態を説明する。

図１はエンジンの全体構成を示した正面断面図、図２はエンジン上部の構成を示した側面断面図、図３はシリンダヘッドの構成を示した平面断面図、図４は実施例１に係るスワール比変化手段の設置部の構成を示した平面断面図、図５は実施例１に係る制御ブロック図、図６は実施例２に係るスワール比変化手段の設置部の構成を示した平面断面図、図７は実施例２に係る制御ブロック図、図８は実施例２に係る仕切壁を設けた場合のスワール比変化手段の設置部の構成を示した平面断面図、図９は実施例３に係るスワール比変化手段の設置部の構成を示した側面断面図、図１０は実施例４に係るスワール比変化手段の設置部の構成を示した側面断面図である。

図１、図２に示すように、エンジン１においては、エンジン本体がシリンダブロック２およびクランクケース３で構成されている。シリンダブロック２の上部にはシリンダヘッド４が設けられ、該シリンダヘッド４の周囲三方にそれぞれエアクリーナ５と、排気マフラ６と、燃料タンク７とが配設されている。

シリンダブロック２の内部にはシリンダ２ａが形成され、該シリンダ２ａ内にピストン１１が納められている。ピストン１１はクランクケース３に軸支されたクランク軸１２とコンロッド１３を介して連結され、該クランク軸１２の回転にともなってシリンダ２ａ内を往復動するようになっている。そして、このピストン１１と上方のシリンダヘッド４とでシリンダ２ａに燃焼室１５が形成されている。

そして前記燃焼室１５を臨むように、シリンダヘッド４の下面に吸気弁２１や排気弁２２や燃料噴射弁２３が設けられている。このシリンダヘッド４の上部には弁腕室１８が形成されて、該弁腕室１８に吸気弁２１と排気弁２２とを動かす動弁機構２４・２５が納められている。この動弁機構２４・２５はシリンダヘッド４に取り付けられたボンネット２６で被覆されている。

また、図３に示すように、シリンダヘッド４の内部には吸気ポート４ａや排気ポート４ｂなどが形成されている。吸気ポート４ａは一側でエアクリーナ５と吸気経路５ａを通じて連通され、他側で前記燃焼室１５と吸気弁２１を介して連通可能とされている。排気ポート４ｂは一側で排気マフラ６と排気経路６ａを通じて連通され、他側で前記燃焼室１５と排気弁２２を介して連通可能とされている。

すなわち、吸気弁２１が動弁機構２４の作動により開かれることで、吸気ポート４ａが燃焼室１５と連通されて、空気がエアクリーナ５から吸気ポート４ａを通じて燃焼室１５に吸入され、また排気弁２２が動弁機構２５の作動により開かれることで、排気ポート４ｂが燃焼室１５と連通されて、排気が燃焼室１５から排気ポート４ｂを通じて排気マフラ６に排出されるようになっている。

そして、シリンダヘッド４の吸気ポート４ａや、エアクリーナ５もしくは吸気マニホールドの吸気経路５ａに、エンジン１の高負荷時に合わせて適正に設定されたスワール比を、負荷が低くなったときに、適正なスワール比に変化させるための手段が設けられている。このスワール比の変化手段は、吸気ポート４ａから流入する吸気流により燃焼室１５に一定方向に旋回するように生成されるスワール（渦）の強さを変化させることで、スワール比を変化させるように構成されている。

前記スワール比は、エンジン１の一行程あたりのスワールの回転数を示すものであり、このスワール比が所定の範囲において高い（大きい）ほど、燃焼室１５に強いスワールが生成されて、燃焼室１５で燃料と空気とがよく混ざり、燃焼が効率的に行われるようになっている。一般的にエンジンでは、高いエンジン性能を得ることができるように、スワール比が高負荷時に適正な大きさとなるように設定されているため、高負荷時には燃料と空気との混合が促進され、良好な燃焼が行われる。

しかし、低負荷時には燃料噴射量が減少することから、高負荷時に合わせたスワール比では、スワール比が不適正となって、燃焼室での燃料と空気との混合が十分に行われず、高負荷時に比べて燃焼効率が悪化し、一酸化炭素の排出量が増加していた。そこで本発明のエンジン１では、スワール比の変化手段を設けることによって、高負荷時に合わせて適正に設定されたスワール比を低負荷時には高くなるように変化させて、低負荷時でも適正なスワール比となるように構成している。

前記スワール比の変化手段は、具体的には、たとえば以下の実施例１から実施例４に示すように構成されている。

本実施例では、図４に示すように、スワール比の変更手段はシリンダヘッド４の吸気ポート４ａ入口近傍に設けられている。このスワール比の変更手段は、シリンダヘッド４に連通孔４ｃを吸気ポート４ａとエンジン本体外側（大気）とを連通するように形成して、該連通孔４ｃの開口面積をシリンダヘッド４外側から着脱可能に配設した開口面積変更体３１および当該開口面積変更体３１を動作させるアクチュエータ３２で変更できるように構成されている。

開口面積変更体３１は棒材や板材などで構成され、先端部が連通孔４ｃ出口近傍に位置し、基端部が吸気ポート４ａ入口近傍に位置するようにシリンダヘッド４の外側に延設されている。そして、この開口面積変更体３１の基端部が吸気ポート４ａ入口近傍でシリンダヘッド４に着脱可能に取り付けられたアクチュエータ３２に連結されて、該開口面積変更体３１がアクチュエータ３２の作動により連通孔４ｃ出口側に向かって伸縮可能とされている。

開口面積変更体３１がアクチュエータ３２の作動により伸長動作する場合には、該開口面積変更体３１の先端部が連通孔４ｃ出口と重なってその開口面積が最小となり、連通孔４ｃが閉じられる。一方、アクチュエータ３２の作動により収縮動作する場合には、該開口面積変更体３１の先端部が連通孔４ｃ出口と重ならずその開口面積が最大となり、連通孔４ｃが開かれる。なお、このような伸縮動作を行う過程で、連通孔４ｃ出口の開口面積を任意に変更することもできるようになっている。

アクチュエータ３２はモータやソレノイドなどで構成され、図５に示すように、エンジン１の任意位置に配設された制御装置３５に接続されている。また、この制御装置３５には排気温度を検知する温度センサ３６も接続されている。そして、制御装置３５がその記憶部に予め設定した所定の設定温度と温度センサ３６から入力された検知温度とを比較し、その結果に基づいてアクチュエータ３２の作動制御を行って、開口面積変更体３１を伸縮動作させることで、連通孔４ｃの開口面積を変更させるように構成されている。なお、温度センサ３６は排気ポート４ｂまたは排気マニホールドまたは排気管等の排気経路６ａの任意位置に配置される。アクチュエータ３２は着脱可能とすることにより容易にメンテナンスを行うことができるようになっている。

すなわち、制御装置３５は設定温度と温度センサ３６から入力させた検知温度とを比較し、その検知温度が設定温度よりも低いと判断した場合は、アクチュエータ３２の作動制御を行って、開口面積変更体３１を収縮動作させ、連通孔４ｃの開口面積を最大もしくは所定の大きさに変更させて、該連通孔４ｃを完全にもしくは一部だけ開くように構成されている。一方、検知温度が設定温度以上と判断した場合は、アクチュエータ３２の作動制御を行って、開口面積変更体３１を伸長動作させて、連通孔４ｃの開口面積を最小に変更させて、該連通孔４ｃを完全に閉じるように構成されている。

そして、前記制御装置３５の設定温度が低負荷時での排気温度よりも若干高く設定されている。よって、エンジン１の負荷が低いときは、燃料噴射量が減少して排気温度が低くなることから、温度センサ３６からの検知温度が設定温度未満となり、制御装置３５によるアクチュエータ３２の作動制御で開口面積変更体３１が収縮動作して、開口面積が最大または所定の大きさとなるように連通孔４ｃが開かれる。これにより、この連通孔４ｃを通じて外部の空気が吸気ポート４ａに吸入されて吸気流動が変化するため、燃焼室１５内に生成されるスワールを強力なものに変化させて、スワール比を高めることが可能となり、低負荷時に合った適正なスワール比を得ることができる。

一方、エンジン１の負荷が大きいときは、燃料噴射量が増加して排気温度が低負荷時よりも上昇することから、温度センサ３６からの検知温度が設置温度以上となり、制御装置３５によるアクチュエータ３２の作動制御で開口面積変更体３１が伸長動作して、開口面積が最小となるように連通孔４ｃが閉じられる。そのため、吸気ポート４ａの吸気流動に影響を与えることなく、予め設定したとおりに燃焼室１５にスワールを生成して、適正なスワール比を得ることができる。なお、スワール比の変化手段の構成は前記構成するものではない。また。排気温度ではなくシリンダヘッド温度を温度センサで検知する構成としてもよい。

以上のように、シリンダヘッド４に低負荷時と高負荷時で変化するアクチュエータ３２を配置し、高負荷時と低負荷時に排気温度に応じてスワール比を変化するように構成したエンジン１において、前記シリンダヘッド４に、吸気ポート４ａをエンジン本体外側に連通させる連通孔４ｃを形成するとともに、該連通孔４ｃを開閉可能に開口面積変更体３１を設け、該開口面積変更体３１をモータで構成したアクチュエータ３２と連結し、該アクチュエータ３２を排気温度を検知する温度センサ３６と接続して、低負荷時に連通孔を開けてスワール比を高く変化させるようにしたことから、高負荷時には設定どおりの適正なスワール比を維持し、低負荷時にのみスワール比を高く変化させることになるため、高負荷時だけでなく、低負荷時においても適正なスワール比を得ることができる。よって、従来スワール比が低下して、高負荷時に比べて燃焼室１５での燃料と空気との混合が不十分となっていた低負荷時においても、混合を促進させて、良好な燃焼を行い、一酸化炭素の排出量を低減することができる。また、開口面積変更体３１を排気温度に合わせてモータからなるアクチュエータ３２で動作させるので、連通孔４ｃの開口面積を正確に変更することができる。

本実施例では、図６に示すように、スワール変更手段は邪魔板４１と当該邪魔板４１を伸縮動作させるアクチュエータ４２とで構成され、シリンダヘッド４に外側から着脱可能に設けられている。邪魔板４１はシリンダヘッド４のエアクリーナ５側に収納可能に挿通され、先端部が吸気ポート４ａの内壁から突出可能に配置されている。そして、邪魔板の基端部がシリンダヘッド４外側でアクチュエータ４２に連結されて、該アクチュエータ４２の作動により邪魔板４１が伸縮動作して吸気ポート４ａ内に進退可能とされている。

邪魔板４１は、アクチュエータ４２の作動により伸長動作する場合には、シリンダヘッド４内を摺動して吸気ポート４ａ内へ進み、その先端部を吸気ポート４ａの内壁から突出させるようになっている。一方、アクチュエータ４２の作動により収縮動作する場合には、シリンダヘッド４内へ退き、その先端部を吸気ポート４ａの内壁から突出しないようになっている。なお、このような伸縮動作を行う過程で、吸気ポート４ａの内壁からの突出量を任意に変更することもできるようになっている。

アクチュエータ４２はモータやソレノイドなどで構成され、図７に示すように、エンジン１の任意位置に配設された制御装置４５に接続されている。また、この制御装置４５には排気温度を検知する温度センサ４６も接続されている。そして、制御装置４５がその記憶部に予め設定した所定の設定温度と温度センサ４６から入力された検知温度とを比較し、その結果に基づいてアクチュエータ４２の作動制御を行って、邪魔板４１を伸縮動作させることで、吸気ポート４ａ内に進退させることができるように構成されている。

すなわち、制御装置４５は設定温度と温度センサ４６から入力させた検知温度とを比較し、その検知温度が設定温度よりも低いと判断した場合は、アクチュエータ４２の作動制御を行って、邪魔板４１を伸長動作させて吸気ポート４ａの内壁から進ませ、その先端部を吸気ポート４ａ内に突出させるように構成されている。一方、検知温度が設定温度以上と判断した場合は、アクチュエータ３２の作動制御を行って、邪魔板４１を収縮動作させて吸気ポート４ａの内壁から退かせ、その先端部を吸気ポート４ａに突出させないように構成されている。

そして、前記制御装置４５の設定温度が低負荷時での排気温度よりも若干高く設定されている。よって、エンジン１の負荷が低いときは、燃料噴射量が減少して排気温度が低くなることから、温度センサ４６からの検知温度が設定温度未満となって、制御装置４５によるアクチュエータ４２の作動制御で邪魔板４１が伸長動作し、先端部が突出するように吸気ポート４ａ内に進んだ状態となり、該邪魔板４１にて吸気ポート４ａの吸気流動を一部遮断または制限することができる。そのため、吸気ポート４ａから燃焼室１５に流入する吸気流のスワールを強力なものに変化させて、スワール比を高めることが可能となり、低負荷時に合った適正なスワール比を得ることができる。

一方、エンジン１の負荷が大きいときは、燃料噴射量が増加して排気温度が低負荷時よりも上昇することから、温度センサ４６からの検知温度が設置温度以上となって、制御装置４５によるアクチュエータ４２の作動制御で邪魔板４１が収縮動作し、先端部が吸気ポート４ａ内へ突出しないようにシリンダヘッド４内に退いた状態となる。そのため、吸気ポート４ａの吸気流動に影響を与えることなく、予め設定したとおりに燃焼室１５にスワールを生成して、適正なスワール比を得ることができる。なお、スワール比の変化手段の構成は前記構成するものではない。また。排気温度ではなくシリンダヘッド温度を温度センサで検知する構成としてもよい。

以上のように、シリンダヘッド４に低負荷時と高負荷時で変化するアクチュエータ４２を配置し、高負荷時と低負荷時に排気温度に応じてスワール比を変化するように構成したエンジン１において、前記シリンダヘッド４で形成する吸気ポート４ａの内壁に邪魔板４１を進退可能に設け、該邪魔板４１をモータで構成したアクチュエータ４２と連結し、該アクチュエータを排気温度を検知する温度センサ４６と接続して、低負荷時に邪魔板４１を吸気ポート４ａ内に突出させてスワール比を高く変化させるようにしたことから、高負荷時には設定どおりの適正なスワール比を維持し、低負荷時にのみスワール比を高く変化させることになるため、高負荷時だけでなく、低負荷時においても適正なスワール比を得ることができる。よって、従来スワール比が低下して、高負荷時に比べて燃焼室１５での燃料と空気との混合が不十分となっていた低負荷時においても、混合を促進させて、良好な燃焼を行い、一酸化炭素の排出量を低減することができる。また、邪魔板４１を用いて簡単な構造で構成することができる。

また、実施例２においては、次のように構成することで、スワール比をさらに大きく変化させることができる。この場合、図８に示すように、吸気ポート４ａにおいて、内壁に進退可能に設けられた前記邪魔板４１と対向するように仕切壁４８が吸気ポート４ａの内壁から所定の間隔をとって配置され、該仕切壁４８により吸気ポート４ａの一部に空気流路が形成されてサブポート４ｄとして構成されている。仕切壁７１は吸気経路５ａと接続される吸気ポート４ａの入口付近から吸気の流れに沿って延びるように設けられ、前記アクチュエータ４２の作動により邪魔板４１が伸長動作して最も突出した際に、該邪魔板４１の先端部を当該仕切壁４８に当接させて、サブポート４ｄを閉じるように構成されている。

こうして、吸気ポート４ａのサブポート４ｄが邪魔板４１の突出量に応じて開閉可能とされている。すなわち、エンジン１の負荷が低いときは、邪魔板４１がアクチュエータ４２の動作により伸長動作して吸気ポート４ａ側に進んだ状態となるため、該邪魔板４１の先端部が仕切壁７１に当接して、該サブポート４ｄが閉じられる。よって、吸気ポート４ａを流れる吸気流動を一部遮断または制限することができるため、燃焼室１５に流入する吸気流により当該燃焼室１５に生成されるスワールをより強力なものに変化させて、スワール比を実施例３の構成に比べて高めることが可能となり、低負荷時にあった適正なスワール比を得ることができる。

一方、エンジン１の負荷が大きいときは、アクチュエータ４２の動作により邪魔板４１が収縮動作してシリンダヘッド４内に退いた状態となるため、該邪魔板４１の先端部が吸気ポート４ａの内壁から突出せずに、サブポート４ｄが開かれる。よって、吸気を吸気ポート４ａだけでなく、サブポート４ｄにも流すことができるため、吸気流動に影響を与えることなく、予め設定したとおりに燃焼室１５にスワールを生成して、適正なスワール比を得ることができる。

以上のように、前記吸気ポート４ａ内に、前記邪魔板４１と対向するように仕切壁４８を設けてサブポート４ｄを形成し、該サブポート４ｄを前記邪魔板４１により開閉可能に構成したことから、スワール比の変化量を大きくすることが可能となり、適正なスワール比に容易に変化させることができる。

本実施例では、図９に示すように、スワール比の変更手段は実施例２と略同様に邪魔板４１と、該邪魔板を伸縮動作させるアクチュエータ４２とで構成されて、該邪魔板４１をアクチュエータ４２の作動により吸気ポート４ａに接続されるエアクリーナ５の吸気経路５ａに進退させることができるように、エアクリーナ５に設けられている。そして同じく、アクチュエータ４２を制御装置４５により温度センサ４６で検知した排気温度に応じて作動制御して、邪魔板４１を伸縮動作させるようになっている。なお、スワール比の変更手段は、シリンダヘッド４とエアクリーナ５との間に吸気マニホールドが介装される場合には、該吸気マニホールドに形成される吸気経路に設けてもよい。

したがって、エンジン１の負荷が低いときは、燃料噴射量が減少して排気温度が低くなることから、温度センサ４６からの検知温度が設定温度未満となって、制御装置４５によるアクチュエータ４２の作動制御で邪魔板４１が伸長動作し、先端部が突出するように吸気経路５ａ内に進んだ状態となり、該邪魔板４１にて吸気経路５ａの吸気流動を一部遮断または制限することができる。そのため、吸気経路５ａから吸気ポート４ａを介して燃焼室１５に流入する吸気流のスワールを強力なものに変化させて、スワール比を高めることが可能となり、低負荷時に合った適正なスワール比を得ることができる。

一方、エンジン１の負荷が大きいときは、燃料噴射量が増加して排気温度が低負荷時よりも上昇することから、温度センサ４６からの検知温度が設置温度以上となって、制御装置４５によるアクチュエータ４２の作動制御で邪魔板４１が収縮動作し、先端部が吸気経路５ａ内へ突出しないようにエアクリーナ５内に退いた状態となる。そのため、吸気経路５ａ内および吸気ポート４ａの吸気流動に影響を与えることなく、予め設定したとおりに燃焼室１５にスワールを生成して、適正なスワール比を得ることができる。なお、スワール比の変化手段の構成は前記構成するものではない。また。排気温度ではなくシリンダヘッド温度を温度センサで検知する構成としてもよい。

以上のように、シリンダヘッド４に低負荷時と高負荷時で変化するアクチュエータ４２を配置し、高負荷時と低負荷時に排気温度に応じてスワール比を変化するように構成したエンジン１において、前記シリンダヘッド４に接続したエアクリーナ５、または吸気マニホールドの吸気経路５ａに、邪魔板４１を進退可能に設け、該邪魔板４１をモータで構成したアクチュエータ４２と連結し、該アクチュエータ４２を排気温度を検知する温度センサ４６と接続して、低負荷時に邪魔板４１を吸気経路５ａ内に突出させてスワール比を高く変化させるようにしたことから、高負荷時には設定どおりの適正なスワール比を維持し、低負荷時にのみスワール比を高く変化させることになるため、高負荷時だけでなく、低負荷時においても適正なスワール比を得ることができる。よって、従来スワール比が低下して、高負荷時に比べて燃焼室１５での燃料と空気との混合が不十分となっていた低負荷時においても、混合を促進させて、良好な燃焼を行い、一酸化炭素の排出量を低減することができる。また、邪魔板およびアクチュエータ４２をシリンダヘッド４に後付するエアクリーナ５や吸気マニホールドに設ければよいので、その設置作業が容易となる。

本実施例においては、図１０に示すように、シリンダヘッド４の吸気ポート４ａと排気ポート４ｂとの間に、チャンバ４ｅおよび連通孔４ｆが形成されるとともに、スワール比の変化手段が設けられている。このスワール変化手段はダンパ５１と、該ダンパ５１を動作させるアクチュエータ５２とからなり、該ダンパ５１およびアクチュエータ５２を吸気ポート４ａを臨むように設けたチャンバ４ｅに収納して、アクチュエータ５２の動作に応じてダンパ５１を吸気ポートに進退させることができるように構成されている。

チャンバ４ｅにおいては、吸気ポート４ａ側にダンパ５１が設けられ、排気ポート４ｂ側にアクチュエータ５２が設けられている。ダンパ５１は、チャンバ４ｅの内壁と間隙を生じないように摺動可能に配置されて、先端部を吸気ポート４ａに突出させることができるようになっている。アクチュエータ５２は、弾性体としてのバネ５３と、該バネ受け５４と、シャフト５５とで構成されており、そのバネ受け５４がチャンバ４ｅの内壁と間隙を生じないように摺動可能に配置されている。

バネ受け５４の吸気ポート４ａ側では、該バネ受け５４とダンパ５１との間にシャフト５５が介装されて、該シャフト５５にてバネ受け５４とダンパ５１とが所定間隔をとって連結されている。一方、バネ受け５４の排気ポート４ｂ側では、該バネ受け５４とチャンバ４ｅの内壁とで囲まれた空間にバネ５３が配置されて、該バネ５３の付勢力にてバネ受け５４が吸気ポート４ａ側に摺動するように付勢されている。これにより、ダンパ５１がその先端部を吸気ポート４ａに突出させるように付勢されている。

また、前記連通孔４ｆがチャンバ４ｅと排気ポート４ｂとの間に設けられて、該チャンバ４ｅに形成されたダンパ５１とバネ受け５４との間の排気吸入空間と連通され、この排気吸入空間に排気ポート４ｂから排気の一部が吸入されるようになっている。こうして、チャンバ４ｅの排気吸入空間に吸入された排気の圧力がバネ受け５４にかかるように構成されて、エンジン１の高負荷時または低負荷時における排気の圧力とバネ５３の付勢力と差に応じて、バネ受け５４が吸気ポート４ａ側または排気ポート４ｂ側に摺動するようになっている。

そして、バネ５３の付勢力が低負荷時における排気の圧力よりも若干大きく設定さている。よって、エンジン１の負荷が低いときは、排気の圧力がバネ５３の付勢力よりも小さくなることから、該バネ５３の付勢力によりダンパ５１がバネ受け５４およびシャフト５５を介して押され、先端部が突出するように吸気ポート４ａ内に進んだ状態となり、該ダンパ５１にて吸気ポート４ａの吸気流動を一部遮断または制限することができる。そのため、吸気ポート４ａから燃焼室１５に流入する吸気流のスワールを強力なものに変化させて、スワール比を高めることが可能となり、低負荷時にあった適正なスワール比を得ることができる。

一方、エンジン１の負荷が大きいときは、排気の圧力が低負荷時よりも増大して、バネの付勢力よりも大きくなることから、該排気の圧力によりダンパ５１がバネ５３の付勢力に抗して押し戻され、先端部が吸気ポート４ａ内に突出しないように、チャンバ４ｅ内に退いた状態となる。そのため、吸気ポート４ａの吸気流動に影響を与えることなく、予め設定したとおりに燃焼室１５にスワールを生成して、適正なスワール比を得ることができる。なお、スワール比の変化手段の構成は前記構成するものではない。また。排気温度ではなくシリンダヘッド温度を温度センサで検知する構成としてもよい。

以上のように、シリンダヘッド４に低負荷時と高負荷時で変化するアクチュエータ５２を配置し、高負荷時と低負荷時にスワール比を変化するように構成したエンジン１において、前記シリンダヘッド４に吸気ポート４ａを臨むようにチャンバ４ｅを形成して、該チャンバ４ｅにダンパ５１を吸気ポート４ａ内へ進退可能に設け、該ダンパ５１をバネ（弾性体）５３で構成したアクチュエータ５２と連結するとともに、該チャンバ４ｅと排気ポート４ｂとの間に連通孔４ｆを形成して、低負荷時にダンパ５１を吸気ポート４ａ内に突出させて、スワール比を高く変化させるようにしたことから、高負荷時には設定どおりの適正なスワール比を維持し、低負荷時にのみスワール比を高く変化させることになるため、高負荷時だけでなく、低負荷時においても適正なスワール比を得ることができる。よって、従来スワール比が低下して、高負荷時に比べて燃焼室１５での燃料と空気との混合が不十分となっていた低負荷時においても、混合を促進させて、良好な燃焼を行い、一酸化炭素の排出量を低減することができる。また、アクチュエータ５２が低負荷時と高負荷時における圧力差を利用する構造となり、電源などが不要となるので、安価に構成することができる。

エンジンの全体構成を示した正面断面図。エンジン上部の構成を示した側面断面図。シリンダヘッドの構成を示した平面断面図。実施例１に係るスワール比変化手段の設置部の構成を示した平面断面図。実施例１に係る制御ブロック図。実施例２に係るスワール比変化手段の設置部の構成を示した平面断面図。実施例２に係る制御ブロック図。実施例２に係る仕切壁を設けた場合のスワール比変化手段の設置部の構成を示した平面断面図。実施例３に係るスワール比変化手段の設置部の構成を示した側面断面図。実施例４に係るスワール比変化手段の設置部の構成を示した側面断面図。

符号の説明

１エンジン
４シリンダヘッド
４ａ吸気ポート
４ｂ排気ポート
４ｃ連通孔
４ｄサブポート
４ｅチャンバ
４ｆ連通孔
５エアクリーナ
５ａ吸気経路
３１開口面積変更体
３２アクチュエータ
３５制御装置
３６温度センサ
４１邪魔板
４２アクチュエータ
４５制御装置
４６温度センサ
５１ダンパ
５２アクチュエータ

Claims

シリンダヘッドに低負荷時と高負荷時で変化するアクチュエータを配置し、高負荷時と低負荷時に排気温度に応じてスワール比を変化するように構成したエンジンにおいて、
前記シリンダヘッドに、吸気ポートをエンジン本体外側に連通させる連通孔を形成するとともに、該連通孔を開閉可能に開口面積変更体を設け、該開口面積変更体をモータで構成したアクチュエータと連結し、該アクチュエータを排気温度を検知する温度センサと接続して、低負荷時に連通孔を開けてスワール比を高く変化させるようにしたことを特徴とするエンジン。
シリンダヘッドに低負荷時と高負荷時で変化するアクチュエータを配置し、高負荷時と低負荷時に排気温度に応じてスワール比を変化するように構成したエンジンにおいて、
前記シリンダヘッドで形成する吸気ポートの内壁に邪魔板を進退可能に設け、該邪魔板をモータで構成したアクチュエータと連結し、該アクチュエータを排気温度を検知する温度センサと接続して、低負荷時に邪魔板を吸気ポート内に突出させてスワール比を高く変化させるようにしたことを特徴とするエンジン。
前記吸気ポート内に、前記邪魔板と対向するように仕切壁を設けてサブポートを形成し、該サブポートを前記邪魔板により開閉可能に構成したことを特徴とする請求項２に記載のエンジン。
シリンダヘッドに低負荷時と高負荷時で変化するアクチュエータを配置し、高負荷時と低負荷時に排気温度に応じてスワール比を変化するように構成したエンジンにおいて、
前記シリンダヘッドに接続したエアクリーナ、または吸気マニホールドの吸気経路に、邪魔板を進退可能に設け、該邪魔板をモータで構成したアクチュエータと連結し、該アクチュエータを排気温度を検知する温度センサと接続して、低負荷時に邪魔板を吸気経路内に突出させてスワール比を高く変化させるようにしたことを特徴とするエンジン。
シリンダヘッドに低負荷時と高負荷時で変化するアクチュエータを配置し、高負荷時と低負荷時にスワール比を変化するように構成したエンジンにおいて、
前記シリンダヘッドに吸気ポートを臨むようにチャンバを形成して、該チャンバにダンパを吸気ポート内へ進退可能に設け、該ダンパを弾性体で構成したアクチュエータと連結するとともに、該チャンバと排気ポートとの間に連通孔を形成して、低負荷時にダンパを吸気ポート内に突出させて、スワール比を高く変化させるようにしたことを特徴とするエンジン。