JP2519563Y2 - 内燃機関の吸気装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は、スワール吸気ポートとストレート吸気ポー
トと、ストレート吸気ポートに通じる吸気通路を負荷に
応じて閉鎖する吸気制御弁とを備えた内燃機関に関す
る。

〔従来の技術〕

各気筒の吸気弁にスワールポートとストレートポート
とを設け、機関負荷に応じて吸気制御弁によりストレー
トポート側吸気通路を開閉するようにしたエンジンが知
られている。

この吸気制御弁は負荷状態に応じて内燃機関をリーン
空燃比とリッチ空燃比に切換えて運転する目的で設けら
れ、例えばエンジンの低負荷、低回転時には吸気制御弁
を閉じてストレートポート側の吸気通路を閉塞すると共
に燃料噴射量と点火時期とを切り換えてリーン空燃比運
転を行なうようになっている。

上記吸気制御弁を閉じて全吸気量をスワールポートか
ら気筒内に流入させ、燃焼室に混合気の強力なスワール
を発生させることによりリーン空燃比においても安定し
た燃焼を達成して燃費を低減することができる。一方、
エンジンの高負荷高回転時には、前記吸気制御弁を開放
し、気筒への吸気量を増大させ、吸気制御弁の開放動作
に応じて燃料噴射量と点火時期とをリッチ空燃比（若し
くは理論空燃比）側に切り換えることにより機関の高出
力を確保することが可能である。

吸気制御弁を備えたエンジンでは燃料噴射弁の配置や
燃料噴射方法について種々の考慮がなされている。混合
気の空燃比リーン側限界の過大と過渡時の応答性向上の
ためには一般にスワールポートとストレートポートとの
両方に燃料噴射を行なうことが有効である。

この種のエンジンとしては本願出願人により実開昭61
-147336号公報に提案されたものがある。同公報に記載
のエンジンでは、吸気通路をストレートポート側とスワ
ールポート側とに仕切る隔壁に両方のポートへ向けてそ
れぞれ開口する２つの噴射口を有する燃料噴射弁を配置
し、単一の燃料噴射弁で両方のポートに燃料噴射を行な
うことにより各ポートに個別に燃料噴射弁を設けたのと
同様な効果を得ている。

〔考案が解決しようとする課題〕

前述の実開昭61-147336号公報に記載の内燃機関では
吸気制御弁を閉鎖した場合にはストレートポートの吸気
通路は略完全に閉塞されストレートポート側の吸気通路
には実質的に吸入空気が流れなくなる。

このような状態で燃料噴射弁から燃料噴射を行なう
と、ストレートポート側に噴射された燃料は吸気流によ
り微細化され拡散することなくシリンダに流入し、開弁
中の吸気弁傘部に衝突してシリンダ中央側に飛散する。

従って点火プラグ近傍に極端に濃い混合気が生成され
スワールポート側から流入する混合気と成層状態を形状
する。このため吸気制御弁を閉鎖して運転した時に排気
ガス中のNOx成分が増加する問題が生じていた。また噴
射燃料がほとんど拡散せずに直接吸気弁傘部背面に衝突
することになるためバルブ背面にデポジットが堆積しや
すくなる問題があった。

本考案は上記問題に鑑み、吸気制御弁閉鎖時において
もストレートポートに噴射された燃料を微粒化し、スト
レートポート側吸気通路に均一に拡散することのできる
内燃機関の吸気装置を提供することを目的としている。

〔課題を解決するための手段〕

本考案は、吸気制御弁閉弁時に燃料噴射弁の噴孔直下
流に設けた、ストレートポート側吸気通路とスワールポ
ート側吸気通路とを連通する連通孔からストレートポー
ト側吸気通路に空気流を導入し、噴射された燃料をスト
レートポート側吸気通路断面全体に拡散されるととも
に、吸気制御弁をバイパスする空気流路によりストレー
トポート側吸気通路に適切な強さの吸気流を形成し、ス
トレートポート側吸気通路内に拡散した燃料を微粒化す
るようにしたことを特徴としている。

すなわち、本考案によれば、内燃機関の吸気ポートに
通じる各吸気通路を吸気流方向に延びる隔壁で二分割
し、前記分割された吸気通路の一方を、吸気流が燃焼室
内にスワールを生成する形状のスワールポートに導き、
他方の吸気通路をストレーナ形状の吸気ポートに導くと
共に、機関低負荷運転時に前記ストレーナ形状の吸気ポ
ート側の吸気通路を閉鎖する吸気制御弁と、前記吸気制
御弁下流側の吸気通路にそれぞれ開口し、前記スワール
ポートとストレートポートとをそれぞれ指向する噴射口
を有する燃料制御弁とを設けた内燃機関において、前記
吸気制御弁全閉時にストレートポート側吸気通路の吸気
制御弁上流側と下流側とを連通する、ストレートポート
径の約1/3に相当する有効径を空気流路と、前記燃料噴
射弁の噴射口の直下流の前記隔壁に設けられ、スワール
ポート側吸気通路とストレートポート側吸気通路とを連
通する連通孔と、を有することを特徴とする内燃機関の
吸気装置が提供される。

〔作用〕

吸気制御弁全閉時には、ストレートポート側吸気通路
内の圧力が低下し、隔壁の連通孔を通ってスワールポー
ト側吸気通路からストレートポート側吸気通路に空気流
が流入する。連通孔は燃料噴射弁噴射口直下流側に設け
られているため、噴射口から噴射された燃料は連通孔か
らストレートポート側吸気通路に流入する空気流により
ストレートポート側吸気通路断面全体に拡散する。さら
に、吸気制御弁全閉時にもストレートポート側吸気通路
にはストレートポート径の約1/3の有効径を有する空気
流路から適切な量の吸気が流入し吸気通路内に吸気流が
形成されるため、上記によりストレートポート側吸気通
路断面全体に拡散した燃料が吸気流により微粒化され、
均一な混合気となり燃焼室内に流入する。このため、吸
気制御弁閉弁時に点火プラグ近傍に極端に濃い混合気が
防止されるとともに、燃料の微粒化によりNOxの生成が
抑制される。

〔実施例〕

以下、添付図面により本発明について説明する。第１
図は本発明による内燃機関の吸気装置の一実施例の構成
を示す略示図である。

図において、10はシリンダブロック、12は燃焼室、14
は点火プラグ、12a,12bは吸気ポートであり、夫々の吸
気ポートと排気ポートには二つの吸気弁16a,16b、二つ
の排気弁18a,18bが設けられた所謂４バルブ構成を示し
ている。第１の吸気ポート12aはヘリカル型であり、吸
気スワールの形成に都合のよい形状に構成されたスワー
ルポートである。また、第２の吸気ポート12bはストレ
ート型である。

ストレート型の吸気ポート12bには蝶型弁としての吸
気制御弁32が設けられており、吸気制御弁32の閉鎖状態
ではスワールポート12aのみから吸入空気の導入が行わ
れ、エンジンシリンダ内に吸気の強力なスワール（旋回
流）を生成するため安定した希薄混合気の燃焼が可能と
なる。吸気制御弁32が開放されると双方の吸気ポート12
a,12bより空気の導入が行われ、吸気量が増大する。各
気筒の吸気制御弁32の弁軸にはレバー34が取付られ、こ
のレバー34はロッド36を介して負圧アクチュエータ38に
連結されている。負圧アクチュエータ38はダイヤフラム
40とスプリング41とから構成される。ダイヤフラム40に
負圧が印加されていないときは、スプリング41の働き
で、ダイヤフラム40は図の左方向に押され、吸気制御弁
32は開放位置をとる。ダイヤフラム40に負圧が印加され
ると、ダイヤフラム40はスプリング41に抗して右方向に
引っ張られ、吸気制御弁32は吸気ポート12bを閉鎖する
位置をとる。

ダイヤフラム40は電磁三方切換弁44を介して負圧タン
ク45に接続されている。また負圧タンク45はチェック弁
46を介して吸気管20のスロットル弁22の下流側に設けた
負圧取出ポート24に接続されている。

チェック弁46はダイヤフラム40に加わる負圧を保持す
るものである。切換弁44は３つのポート44a,44b,44cを
具備しており、通電時はポート44aと44bとが連通されて
ダイヤフラム40は負圧ポート24に連通され、除電時はポ
ート44aと44cとが連通され、ダイヤフラム40は大気に連
通される。切換弁44はエンジンの電子制御装置（ECU）5
0により作動を制御されている。

また、スワールポート12aとストレートポート12bとを
仕切る隔壁28には燃料噴射弁26が配置されている。

本実施例においては燃料噴射弁26は１つの本体に２つ
の噴射口26a,26bを備えており、これらの噴射口26a,26b
はそれぞれスワールポート12aの吸気弁16aとストレート
ポート12bの吸気弁16bを指向するように設けられてい
る。更に、本実施例では隔壁28の燃料噴射弁12の噴射口
26a,26bの直下流側部分には、第２図に示すようにスワ
ールポート12aとストレートポート12bとを連通する連通
孔41が設けられている。またスワールポート12aには第
２図、第３図に示すように気筒入口部分にスワール生成
用の突起部２が設けられている。本実施例では突起部２
は点2cを頂点とする三角錐形状を有しており、吸気流に
水平方向の旋回速度部分を与えるための案内面2bと、吸
気流の一部を垂直方向に案内する案内面2aとを備えてい
る。第３図に示すように案内面2aは燃料噴射弁26から噴
射された燃料が吸気弁16aに到達する障害とならないよ
うに角度と高さが設定されている。このため燃料噴射弁
26から噴射された燃料は吸気流により微粒化され、ポー
ト壁面や案内面2aと衝突することなくスムーズに吸気弁
16aの開口から気筒内に流入し、案内面2bにより与えら
れた旋回流成分により気筒内に均一な混合気のスワール
を形成するようになっている。

一方ストレートポート側吸気通路に設けられた吸気制
御弁32は吸気通路の断面より小さく作られており負圧ア
クチュエータ38により全閉状態となったときでも吸気制
御弁32と吸気通路内壁との間に隙間32cが残り、環状の
空気通路を形成するようになっている。

吸気制御弁32が全閉になると、ストレートポート12b
内の圧力はスワールポート12内の圧力に較べて低下し、
前述の連通孔41を通りスワールポート12aからストレー
トポート12bに空気が流入する。燃料噴射弁12の噴射26b
から噴射された燃料は連通孔41から流入する空気流によ
りストレートポート側の吸気通路内に断面方向に均一に
拡散する。一方、吸気制御弁32の環状隙間からはストレ
ートポート側吸気通路に空気が流入し、吸気制御弁32全
閉時にもストレートポート12bを流れる吸気流が形成さ
れる。このため、ストレートポート側吸気通路内に均一
に拡散した燃料はこの吸気流により微粒化され、ストレ
ートポート12bからは燃焼室内に微細な燃料粒子が均一
に分布した混合気が流入する。

本考案においてはこの環状空気通路の面積が非常に重
要である。空気通路の面積が大き過ぎると吸気制御弁32
全閉前にストレートポート側から気筒内に流入する空気
流が過大になりヘリカルポート側から流入する空気流が
減少するため気筒内に充分な強さのスワールが形成され
ないし、逆に環状空気通路の面積が小さい場合には、ス
トレートポート側から流入する空気流が少なく、噴射燃
料を微粒化するに至らないためである。

本出願人の研究によれば吸気制御弁全閉時の空気通路
面積、すなわち、本実施例における環状隙間部分の面積
Ｓは有効径 に換算してストレートポートの有効径D₀の約1/3となる
ようにした場合のスワールの減衰を最少として、しかも
ストレートポート側の噴射燃料の充分な微粒化が達成で
きることが判明しており、本実施例においても環状隙間
部分の面積は有効径換算でポート径の1/3（すなわち面
積で1/9）となるようにされている。本実施例では吸気
制御弁の大きさを吸気通路より小さく設定することによ
り全閉時に環状空気通路を形成しているが吸気制御弁の
大きさは従来通りとして吸気制御弁の一部を切欠いて空
気通路を形成しても良い。この場合、第４図に示すよう
に吸気制御弁の隔壁側に切欠き32aを設けるようにして
吸気制御弁全閉時の空気流が隔壁28に沿って流れるよう
にすれば燃料の微粒化が一層良好になる。

次に第５図に本考案の吸気装置の別の実施例を示す。
本実施例は第１図の実施例のヘリカルポート部分に改良
を加えたものであり、改良に係る部分のみを図示してい
る第１図の実施例においてはヘリカルポート12aに噴射
された燃料は三角錐形状の突起２の案内面2aに沿って流
れ、吸気弁開口部に導かれるが、この際少量の燃料が案
内面2aに付着して流れ比較的大きな液滴になって案内面
2aの端部から気筒内に吸入される場合があり、燃焼によ
り排気中のNOxを増大させることがある。本実施例では
突起２の表面をヒータ３で加熱することにより、突起２
の表面に付着した燃料を速やかに蒸発させるようにした
ことを特徴としている。ヒータ３としては電気加熱式の
ものを用い、第５図に示すようにシート状ヒータで突起
表面を覆うようにしたものや、突起２の内部に電気式或
いは温水加熱式のヒータを埋め込み突起全体を加熱する
ようにしたもの等が可能である。

また電気式ヒータを用いずに、第６図に示したように
排気ポート６と吸気ポート12aの突起２形成部分とを伝
熱体５で連結して排気ポート６の熱を突起部２に導くよ
うにすればエンジン始動直後で機関暖機が不充分なとき
でも突起部を速やかに加熱できる。上記伝熱体としては
銅等の熱伝導率の高い金属棒の他ヒートパイプ等も使用
可能である。

上記にようにストレートポート12aの突起２を加熱す
るようにしたことにより突起部への燃料付着による排気
ガス中のNOx増加が防止できる他、加速時に増量した燃
料が突起部に液状のまま付着せず全量が気筒内に供給さ
れるようになるため加速応答性が向上し、また突起部へ
のデポジット堆積を防止することができる。

〔考案の効果〕

本考案の吸気装置によれば、吸気制御弁閉弁時に連通
孔を通る空気流により、燃料噴射弁から噴射された燃料
をストレートポート側吸気通路に均一に拡散させるとと
もに、吸気制御弁の上流側と下流側とを連通する空気流
路により吸気制御弁をバイパスして適量の吸気を流入さ
せることにより、吸気通路内に拡散した燃料を微粒化し
て気筒内に均一な混合気を形成することができるため、
吸気制御弁全閉時の排気ガス中のNOx量を低減すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例の構成を示す略示図、第２図
と第３図は第１図のスワールポート形状詳細を示すそれ
ぞれ横断面図と縦断面図、第４図は吸気制御弁の第１図
と別の実施例を示す略示図、第５図と第６図はそれぞれ
スワールポート形状の第２図とは別の実施例を示す図で
ある。 ２……突起部、2b,2c……案内面、３……ヒータ、５…
…伝熱体、12a……スワールポート、12b……ストレート
ポート、16a,16b……吸気弁、26……燃料噴射弁、28…
…隔壁、32……吸気制御弁。

Claims (1)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】内燃機関の吸気ポートに通じる各吸気通路
   を吸気流方向に延びる隔壁で二分割し、前記分割された
   吸気通路の一方を、吸気流が燃焼室内にスワールを生成
   する形状のスワールポートに導き、他方の吸気通路をス
   トレーナ形状の吸気ポートに導くと共に、機関低負荷運
   転時に前記ストレーナ形状の吸気ポート側の吸気通路を
   閉鎖する吸気制御弁と、前記吸気制御弁下流側の吸気通
   路にそれぞれ開口し、前記スワールポートとストレート
   ポートとをそれぞれ指向する噴射口を有する燃料噴射弁
   とを設けた内燃機関において、前記吸気制御弁全閉時に
   ストレートポート側吸気通路の吸気制御弁上流側と下流
   側とを連通する、ストレートポート径の約1/3に相当す
   る有効径を空気流路と、前記燃料噴射弁の噴射口の直下
   流の前記隔壁に設けられ、スワールポート側吸気通路と
   ストレートポート側吸気通路とを連通する連通孔と、を
   有することを特徴とする内燃機関の吸気装置。