JP2587835B2 - 過給機付エンジンの掃気装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、過給機付エンジンにおいて、その気筒内燃
焼室の残留排気ガスを吸気（新気）によって掃気するよ
うにした掃気装置に関するものである。

（従来の技術） 従来より、吸気を過給する過給機付エンジンにおい
て、その高い吸気の過給圧によって燃焼室内の残留排気
ガスを掃気し、その残留排気ガスによる燃焼室の温度上
昇を抑えて、耐ノッキング限界性能を高めることによ
り、エンジンの燃焼性および出力の向上を図るようにす
ることは知られている。例えば、特開昭61-185628号公
報に開示されるものでは、過給機の駆動中に、吸気バル
ブが開き始めてから排気バルブが閉じるまでのいわゆる
オーバーラップ期間をエンジンの運転状態に応じて可変
とし、エンジンの運転状態に応じて最適となるように
し、吸気の過給圧によって燃焼室内の残留排気ガスを排
気側に押し出して掃気し、エンジンの良好な燃焼性を確
保するようにすることが提案されている。

（発明が解決しようとする問題点） ところが、この提案のものでは、１つの吸気バルブの
開弁期間を変えて排気バルブとのオーバーラップ期間を
制御する構造であり、その吸気バルブの開弁期間の調製
にカム機構等を用いる必要があり、その制御構造が極め
て複雑になる嫌いがある。

そこで、吸気バルブを複数とし、そのうちの少なくと
も１つの吸気バルブを排気バルブとのオーバーラップが
大となるように設定するとともに、その吸気バルブに連
通する吸気通路に開閉制御弁を設けて、エンジンの高負
荷高回転域等では、制御弁を開いてオーバーラップの大
きい吸気バルブを通して吸気を過給するようにすること
により、比較的簡単な構造でもって吸気の過給圧による
掃気効果を高めるようにすることが考えられる。

しかし、その場合、反面、排気バルブとのオーバーラ
ップ期間が長い吸気バルブの吸気ポート開口面積が小さ
くなり、制御弁が開いて該吸気ポートを通して吸気が過
給されると、その吸気は吸気ポートの開口部から燃焼室
に流入した後、そのまま排気ポートに向かって流れる吸
気流となり、そのため、その吸気流の流れの周辺部の残
留排気ガスのみしか排出されず、燃焼室全体の掃気効果
が得られない虞れがある。

また、制御弁が閉じられているエンジンの低負荷低回
転域等では、残留排気ガスが吸気ポートに逆流し、その
吸気ポートに戻った排気ガスがその後の吸気行程で新気
と共に燃焼室内に吸入されて、エンジンの燃焼性が損な
われる虞れもあり、さらに改良することが望ましい。

本発明は斯かる諸点に鑑みてなされたもので、その目
的は、上記した排気バルブとのオーバーラップ期間が長
い吸気バルブについて、その吸気ポートの燃焼室への開
口部周辺の構造を改良することにより、過給された吸気
を燃焼室全体にむら無く流して、その燃焼室全体に対す
る掃気効果を促進するとともに、制御弁の閉じられるエ
ンジンの低負荷低回転域での残留排気ガスの吸気ポート
への逆流を抑制して、エンジンの燃焼性を改善しようと
することにある。

（問題点を解決するための手段） この目的を達成するために、本発明の解決手段は、オ
ーバーラップの大きい吸気バルブに対応する吸気ポート
の燃焼室への開口部周縁に案内壁を突設し、該案内壁に
より吸気ポートから燃焼室内に流入した吸気を他の吸気
バルブに対応する吸気ポート側に案内することとなる。

すなわち、本発明の構成は、気筒内燃焼室に吸気を過
給する過給機を有するとともに、排気バルブとのオーバ
ーラップが他の吸気バルブよりも大に設定された少なく
とも１つの吸気バルブを含む複数の吸気バルブを有し、
該オーバーラップの大きい吸気バルブに連通する吸気通
路を開閉制御する制御弁が設けられ、少なくとも高負荷
高回転域で上記制御弁を開いて気筒内燃焼室の残留排気
ガスを吸気により掃気するようにした過給機付エンジン
の掃気装置として、上記オーバーラップの大きい吸気バ
ルブに対応する吸気ポートの燃焼室への開口部周縁に、
該吸気ポートから燃焼室内に流入した吸気を他の吸気バ
ルブに対応する吸気ポート側に案内する案内壁を突設し
たことを特徴とする。

（作用） この構成により、本発明では、エンジンの高負荷高回
転域等において、制御弁が開弁して、排気バルブとのオ
ーバーラップの大きい吸気バルブに対応する吸気通路が
開かれる。この状態では、過給機で過給された吸気が気
筒内燃焼室に供給されるが、上記吸気バルブは排気バル
ブとのオーバーラップが大きいので、燃焼室内に残留し
ていた残留排気ガスが上記過給された高圧の吸気によっ
て排気通路側に押し出され、このことによって燃焼室内
の残留排気ガスが掃気される。

その際、上記排気バルブとのオーバーラップの大きい
吸気バルブに対応する吸気ポートの燃焼室への開口部周
縁に案内壁が突設されているので、該案内壁により、上
記吸気ポートから燃焼室内に流入した吸気は他の吸気バ
ルブに対応する吸気ポート側に案内されて、燃焼室を旋
回した後に排気ポート側に流れる。この吸気の旋回流に
より燃焼室内の残留排気ガスがむらなく排気通路側に押
し出されて、燃焼室全体の掃気を促進できることとな
る。

一方、エンジンの低負荷低回転時等には、上記制御弁
が閉じ動作して、排気バルブとのオーバーラップの大き
い吸気バルブに対応する吸気通路が閉じられ、吸気は排
気バルブとのオーバーラップの小さい他の吸気バルブを
介して気筒内燃焼室に供給される。

その際、上記吸気バルブの排気バルブとのオーバーラ
ップが大きい吸気通路では、燃焼室内の残留排気ガスが
吸気ポートを介して該吸気通路に逆流し、その逆流排気
ガスがその後の吸気行程で燃焼室に吸入されて、エンジ
ンの燃焼性が低下しようとする。しかし、本発明の場
合、上記吸気ポートの燃焼室への開口部周縁に突設され
た案内壁が障害となって、上記残留排気ガスの吸気ポー
トへの逆流が阻止されることになり、よって過給機付エ
ンジンの低負荷低回転時等の燃焼性を向上維持できるの
である。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第３図は本発明の実施例の全体構成を示し、１はシリ
ンダブロック２およびシリンダヘッド３を備えてなる燃
料噴射式エンジンであって、上記シリンダブロック２に
は例えば複数の気筒4,4,…が形成され、該各気筒４内に
はピストン５が往復動自在に嵌合されており、このピス
トン５の頂面とシリンダヘッド３の下面とにより囲まれ
て気筒４内に燃焼室６が形成されている。７は上記各気
筒４内の燃焼室６に吸気を供給する吸気通路、８は燃焼
室６内の排気ガスを排出する排気通路であって、上記吸
気通路７の上流端部分はエアクリーナ９に接続され、そ
のエアクリーナ９下流の吸気通路７には、上流側から順
に、吸入空気量を計測するエアフローメータ10と、吸気
通路７を絞るスロットル弁11と、エンジン１のクランク
軸1aにより駆動されて吸気を過給する機械式過給機12
（ルーツ型過給機）と、気筒4,4,…の吸気干渉を緩和す
るサージタンク13とが配設され、上記過給機12の上下流
側の吸気通路７は過給機12で過給された吸気をその上流
側に戻すバイパス通路14により接続され、該バイパス通
路14には開閉弁15が配設されている。

そして、第１図に示すように、上記サージタンク13よ
りも下流側の吸気通路７（吸気通路７の下流端部分）は
各気筒４内の燃焼室６に対し第１および第２の２つの吸
気通路7a,7bに分岐されている。すなわち、上記シリン
ダヘッド３には、各下流端が、シリンタヘッド３下面に
おいて気筒４内の燃焼室６に臨む部分の一半部に円周方
向に略60°の角度間隔をあけて開口する第１および第２
の２つの吸気ポート16,17と、同様に上流端が、シリン
タヘッド３下面の燃焼室６に臨む部分の他半部（上記両
吸気ポート16,17の開口部16a,17aと反対側）に開口する
１つの排気ポート18とが貫通形成され、上記第１および
第２の吸気ポート16,17によりそれぞれ上記第１および
第２の吸気通路7a,7bの下流側部分が構成され、排気ポ
ート18により上記排気通路８の上流端部分が構成され
る。

さらに、上記シリンダヘッド３には、上記第１の吸気
ポート16の下流端開口部16aを開閉する第１の吸気バル
ブ19と、第２の吸気ポート17の下流端開口部17aを開閉
する第２の吸気バルブ20と、排気ポート18の上流端開口
部18aを開閉する排気バルブ21とがそれぞれ設けられ、
これら吸／排気バルブ19〜21は第３図に示す如くエンジ
ン１のクランク軸1aに駆動連結されたOHC式の動弁機構2
2により駆動される。そして、第２図に示すように、上
記動弁機構22におけるカムタイミングにより、第１の吸
気ポート16を開閉する第１の吸気バルブ19の排気バルブ
21とのオーバーラップが、第２の吸気ポート17を開閉す
る第２の吸気バルブ20の排気バルブ21とのオーバーラッ
プよりも大になるように設定されている。

また、上記排気バルブ21とのオーバーラップの大きい
第１の吸気バルブ19に連通する第１の吸気通路7aには、
その上流端部分に、該第１の吸気通路7aを開閉する蝶弁
からなる制御弁23が配設されている。該制御弁23は第４
図に示す如くエンジン１の低負荷低回転時には閉じ、高
負荷高回転時には開くようにコントロールユニット24に
より制御されるアクチュエータ25によって開閉される。
よって、エンジン１の高負荷高回転域で、制御弁23を開
いて気筒４内の燃焼室６の残留排気ガスを第１の吸気通
路7aを通る吸気により掃気するように構成されている。

そして、本発明の特徴として、上記各気筒４内の燃焼
室６に臨むシリンダヘッド３下面において、上記排気バ
ルブ21とのオーバーラップの大きい第１の吸気バルブ19
に対応する第１の吸気ポート16の燃焼室６への開口部16
a周縁，具体的には第１の吸気ポート16の下流端開口部1
6aと排気ポート18の上流端開口部18aとを結ぶ線に対し
第２の吸気ポート17の下流端開口部17aとの反対側部分
には、隆起状の案内壁26が突設されており、この案内壁
26により、第１の吸気ポート16から燃焼室６内に流入し
た吸気を第２の吸気バルブ20に対応する第２の吸気ポー
ト17側に案内するようになされている。なお、第１図お
よび第３図中、27は燃料を第１および第２の吸気通路7
a,7bの分岐部分に噴射供給するインジェクタである。ま
た、第１図中、28は点火プラグである。

したがって、上記実施例においては、エンジン１が低
負荷低回転域にあるとき、コントロールユニット24の制
御により制御弁23が閉弁して、排気バルブ21とのオーバ
ーラップの大きい第１の吸気バルブ19に対応する第１の
吸気通路7aが閉じられ、過給機12により過給された吸気
は排気バルブ21とのオーバーラップの小さい第２の吸気
バルブ20に対応する第２の吸気通路7bを介して各気筒４
内の燃焼室６に供給される。

その際、上記第１の吸気バルブ19の排気バルブ21との
オーバーラップが大きいので、燃焼室６内の残留排気ガ
スが第１の吸気ポート16の下流端開口部16aから第１の
吸気通路7aに逆流し、その逆流排気ガスがその後の吸気
行程で燃焼室６に吸入されて、エンジン１の燃焼性が低
下しようとするが、この実施例では、上記第１の吸気ポ
ート16の燃焼室６への開口部16a周縁に案内壁26が突設
されているので、その案内壁26が障害となって、上記残
留排気ガスの第１の吸気ポート16への逆流が阻止され
る。このことによりエンジン１の低負荷低回転時の燃焼
性を向上維持することができる。

一方、エンジン１の高負荷高回転域では、上記制御弁
23が開弁して上記第１の吸気通路7aが開かれ、過給機12
で過給された吸気が上記第１および第２の吸気通路7a,7
bの双方を介して気筒内燃焼室６に供給される。

その際、上記第１の吸気通路7aに対応する第１の吸気
バルブ19は排気バルブ21とのオーバーラップが大きいの
で、燃焼室６内に残留していた残留排気ガスが上記過給
された比較的圧力の高い吸気によって排気ポート18側に
押し出され、このことによって残留排気ガスを燃焼室６
内から掃気することができる。

また、上記排気バルブ21とのオーバーラップの大きい
第１の吸気バルブ19に対応する第１の吸気ポート16の燃
焼室６への開口部16a周縁に突設された案内壁26によ
り、上記第１の吸気ポート16から燃焼室６内に流入した
吸気は第２の吸気ポート17の開口部17a側に案内され
て、燃焼室６を第１図で反時計回り方向に旋回した後に
排気ポート18側に向かって流れることとなり、この吸気
の旋回流により燃焼室６内の残留排気ガスがむらなく排
気ポート18側に押し出され、よって燃焼室６全体の掃気
を有効に促進することができる。

尚、上記実施例では、２つの吸気バルブ19,20と１つ
の排気バルブ21とを備えたエンジン１に適用したが、本
発明は３つ以上の吸気バルブを備えたエンジンまたは吸
気バルブが複数でかつ２つ以上の排気バルブを備えたエ
ンジンに対しても適用することができるのは勿論であ
る。

また、上記実施例で、機械式過給機12を備えたエンジ
ン１に適用した場合を示したが、本発明はターボ式過給
機を備えたエンジンに対しても適用が可能である。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明によると、過給機付エン
ジンの吸気バルブを複数設けて、そのうちの少なくとも
１つの吸気バルブの排気バルブとのオーバーラップを他
の吸気バルブよりも長く設定するとともに、その吸気バ
ルブに連通する吸気通路をエンジンの少なくとも高負荷
高回転域で閉じる制御弁を設け、上記オーバーラップの
大きい吸気バルブに対応する吸気ポートの燃焼室への開
口部周縁に、該吸気ポートから燃焼室内に流入した吸気
を他の吸気バルブに対応する吸気ポート側に案内する案
内壁を突設したことにより、エンジンの高負荷高回転域
等に、過給機により過給される吸気を燃焼室内で旋回さ
せて、燃焼室全体の掃気を促進することができるととも
に、エンジンの低負荷低回転時に制御弁が閉じられたと
きには、燃焼室内の残留排気ガスがオーバーラップの大
きい吸気バルブを介して吸気通路に逆流するのを案内壁
により阻止して、エンジンの燃焼性を向上維持すること
ができるものである。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示すもので、第１図はエンジン
の気筒内燃焼室からシリンダヘッド下面を見た概略平面
図、第２図は吸気および排気バルブの開閉タイミングを
示す図、第３図は全体構成図、第４図は制御弁の開閉制
御のための特性図である。 １……エンジン、４……気筒、６……燃焼室、７……吸
気通路、7a……第１の吸気通路、7b……第２の吸気通
路、12……過給機、16……第１の吸気ポート、16a……
開口部、17……第２の吸気ポート、18……排気ポート、
19……第１の吸気バルブ、20……第２の吸気バルブ、21
……排気バルブ、23……制御弁、26……案内壁。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】気筒内燃焼室に吸気を過給する過給機を有
   するとともに、排気バルブとのオーバーラップが他の吸
   気バルブよりも大に設定された少なくとも１つの吸気バ
   ルブを含む複数の吸気バルブを有し、該オーバーラップ
   の大きい吸気バルブに連通する吸気通路を開閉制御する
   制御弁が設けられ、少なくとも高負荷高回転域で上記制
   御弁を開いて気筒内燃焼室の残留排気ガスを吸気により
   掃気するようにした過給機付エンジンの掃気装置であっ
   て、上記オーバーラップの大きい吸気バルブに対応する
   吸気ポートの燃焼室への開口部周縁に、該吸気ポートか
   ら燃焼室内に流入した吸気を他の吸気バルブに対応する
   吸気ポート側に案内する案内壁を突設したことを特徴と
   する過給機付エンジンの掃気装置。