JP2682694B2 - エンジンの吸気装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、燃焼室内に流入される混合気に擾乱を発生
させて燃焼を速めることにより燃費を改善することが可
能なエンジンの吸気装置に関する。

［従来の技術と発明が解決しようとする課題］ 従来から、燃焼室内へ流入する混合気に流動を発生さ
せて燃費を改善する手段としてスキッシュ及びスワール
が知られている。

上記スキッシュは、燃焼室内にスキッシュエリアを設
け、ピストンヘッドにて該スキッシュエリアの混合気を
燃焼室の中心方向或いはその外周方向へ移動させること
により上記混合気に流動を発生させるものであるが、流
動のエネルギーが小さく、燃費を大きく改善することに
困難性がある。加えて、近年のエンジンは出力向上の要
請に従ってマルチバルブ化される傾向にあり、燃焼室内
に上記スキッシュエリアを設けることが困難となりつつ
ある。

一方、上記スワールは吸入ポートを介して燃焼室に流
入される混合気にシリンダボア軸心を中心とする旋回流
を発生させるもので、混合気に付与される流動のエネル
ギーが大きい。しかしこのスワールを発生させるために
ヘリカルポートやシュラウド弁を使用すると、これらヘ
リカルポート、シュラウド弁が吸気抵抗となり、出力の
上昇が困難となる可能性がある。

そのため、例えば実開昭56−38122号公報、特開昭60
−156932号公報等には可変吸気装置が開示されている。

この先行技術を第６図乃至第８図を参照して説明する
と、複数或いは単数の吸気ポート１に連通する吸気通路
２の中途に隔壁３を形成することによりこの吸気通路２
が燃焼室４の外側に連通するヘリカル通路2aと燃焼室４
の中央部側に連通するバイパス通路2bとに一部連通した
状態で区画されている。また、上記バイパス通路2bの上
流側にSCV（スワールコントロールバルブ）５が配設さ
れている。

そして、エンジンの低速低負荷運転時にはSCV5を開弁
し、ヘリカル通路2aを介して混合気を燃焼室４へ流入さ
せることにより、該混合気に第８図（ａ）に示す如くシ
リンダボアの中心軸を中心として旋回しつつピストンヘ
ッド６側へ移動するスワール（横スワール）を発生させ
る。一方エンジンの高速高負荷運転時には、上記SCV5を
開弁することにより吸気がスムーズに流入されるように
なっている。

しかしながら、このようなスワールはシリンダボアの
中心軸を中心として旋回する渦であり、次の圧縮行程で
ピストンヘッド６が上昇されることにより第８図（ｂ）
に示す如く燃焼室４が狭少化されても旋回流が圧縮され
るだけの所謂剛体流となる。そのため、上記スワールは
混合気の均一化には貢献するものの混合気に擾乱を発生
させることはできず、燃焼速度を早めて燃費をそれ以上
改善することは困難である。

［発明の目的］ 本発明はこれらの事情に鑑みてなされたものであり、
燃焼室内へ流入された混合気にピストンヘッドの上昇に
よって大きなエネルギーによる擾乱を発生させて燃焼速
度を早め、燃費を改善することが可能なエンジンの吸気
装置の提供を目的としている。

［課題を解決するための手段及び作用］ 本発明によるエンジンの吸気装置は、吸気通路を、燃
焼室内にタンブリングを生成させる方向へ吸入空気を流
出させるタンブリング通路と該タンブリング通路に沿い
且つ上記タンリイングの内周方向に沿う方向へ吸入空気
を導くバイパス通路とを隔壁を介して分割形成し、上記
バイバス通路にエンジン運転状態に応じて開閉するバル
ブを設けたものである。

かかる構成により、吸気行程時に吸気ポートを介して
燃焼室内へ流入する混合気にタンブリングを発生させる
と共に、圧縮行程時にこの混合気の流れに擾乱を発生さ
せて該混合気の燃焼速度を高め、燃費を改善する。

［実施例］ 以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。

第１図乃至第４図は本発明の第一実施例に係り、第１
図はエンジンの要部側面図、第２図は第１図のII−II断
面図、第３図はタンブリングコントロールバルブ開閉機
構の構成図、第４図は燃焼室内における混合気の流動状
態を示す説明図である。

これらの図において、符号11は例えば水平対向型に形
成されたエンジン本体、12はシリンダブロック、13はシ
リンダヘッドである。

上記シリンダブロック12のシリンダボア14内にはピス
トン15が摺動自在に配設されていると共に、ピストン15
のピストンヘッド15aと上記シリンダヘッド13とで燃焼
室16が構成されている。

第２図に示す如く、上記シリンダヘッド13には一対の
吸気ポート17が形成され、この吸気ポート17にバルブス
テム18先端に形成されたバルブヘッド18aが接離自在に
対設されて、上記ピストン15に連動して吸気ポート17が
所定のタイミングで開閉されるようになっている。

また、上記シリンダヘッド13にはシリンダボアの軸心
に対して直角方向上方へ湾曲された吸気通路19が形成さ
れており、この吸気通路19の下流側が分岐点20を介して
分岐されて上記一対の吸気ポート17のそれぞれに連通さ
れている。

この一対の吸気ポート17は、上記シリンダボア14の中
心線Ｏ−Ｏに対して平行に設けられており、その端部が
上記シリンダボア14中心線Ｏ−Ｏに略一致されている。

また、上記吸気通路19の分岐点20上流側から吸気ポー
ト17へかけて隔壁22が設けられている。この隔壁22は上
記吸気通路19の略中央部に設けられ、その下流側端部が
吸気ポート17の中心線と略一致されている。そして上記
吸気通路19の下流側は、この隔壁22によって上記シリン
ダボア14の中央部側に開口し、上記燃焼室16内にタンブ
リングを生成させるタンブリング通路19aとシリンダボ
ア14の外周側に開口するバイパス通路19bとに区画され
ている。

一方、シリンダヘッド13にはピストン15の動きに連動
した所定のタイミングで燃料が噴出されるインジェクタ
23が設けられていて、該インジャクタ23の噴出口23aが
吸気通路19内の隔壁22上流側端部よりも僅かに上流側に
露呈されている。

この噴出口23aは上記タンブリング通路19aに対向され
ている。また、該噴出口23aの噴出中心線は上記吸気ポ
ート17のシリンダボア14中央側に指向されており、上記
吸気ポート17が開口されると共に噴出口23aより燃料が
噴出されると、該燃料が上記吸気通路19を流下される吸
入空気と混合され、この混合気は、図１に示す如く、上
記隔壁22に沿って流下されて上記燃焼室16内でタンブリ
ングが生成される方向に流入されるように構成されてい
る。そのため、燃焼室16へ流入される混合気は、第１図
に示す如く上記シリンダボア14の軸方向に旋回するタン
ブリングとなって燃焼室16内へ流入されるようになって
いる。

更に、上記バイパス通路19bの上流端には該バイパス
通路19bを開閉するTCV（タンブリングコントロールバル
ブ）24が設けられている。該TCV24には上記吸気通路19
の外側へ突出する中心軸24aが設けられており、この中
心軸24aの上記吸気通路19の外側へ突出された部位にア
クチュエータの一例である負荷応動装置25が連設されて
いる。

第３図に示す如く、この負圧動装置15は一対のケーシ
ング25a,25bにて構成され、このケーシング25a,25b内が
タイムラフラム26を介して大気に連通する大気室26aと
連通路29により吸気通路19の図示しないスロットルバル
ブ下流側に連通する負圧室26bに区画されている。ま
た、上記ダイヤフラム26にはロッド27が固定されてお
り、このロッド27が上記大気室25aを介して負圧応動装
置25の外側へ摺動自在に突出されている。

更にこのロッド27はリンク機構27aを介して上記TCV24
の中心軸24aに連設されている。そして、低負荷時、負
圧室26bに供給される吸入管負圧が大きくなり上記ダイ
ヤフラム26がスプリング28の付勢力に抗して負圧室26b
側に湾曲されるとロッド27が後退するころによりリンク
機構27aを介して中心側24aが回動された上記バイパス通
路19bが閉塞され、高負荷時には負圧室26bに供給される
吸入管負圧が小さくなりダイヤフラム26がスプリング28
の付勢力により大気室26a側へ湾曲されると、上記バイ
パス通路19bが開弁されるようになっている。なお、こ
のバイパス通路19bには図示しないストッパが設けら
れ、TCV24が閉弁方向に回動された際に該TCV24が更に回
動してこのバイパス通路19bが開弁されることが防止さ
れている。

次に、前述の構成による実施例の作用を説明する。

エンジンが始動されると、ピストン15のエンジンの吸
気行程に相当するタイミングでの吸気ポート17より離間
する方向へ摺動を開始されると共に、吸気ポート17が開
弁され、更に、インジェクタ23の噴出口23aより燃料が
噴出される。

すると、燃焼室16に発生する負圧により外気が吸気通
路19内へ流入されると共に、この吸入空気とインジェク
タ23より噴出された燃料が混合されて上記吸気通路19内
を流下される。

低負荷運転時、上記インジェクタ23の噴出口23aはタ
ンブリング通路19aに指向されていると共に、負圧応動
装置25の負圧室26bに作用する吸入管負圧が大きいため
スプリング28の付勢力に抗してロッド27が後退動作しリ
ンク機構27aを介して中心軸24aが回動されバイパス通路
19bはTCV24により閉塞されるため、燃料と吸入空気とが
混合された混合気はタンブリング通路19aのみを介して
流下されて、分岐点20を介して分岐され、吸気ポート17
の該タンブリング通路19aに連通された側を介して燃焼
室16内へ流入される。

上記タンブリング通路19aはシリンダボア14の中央部
側に開口されていて、燃料が吸気ポート17を介して燃焼
室16へ流入される際には上記隔壁22の下流端と直交する
方向性を有して流入されるよう構成されている。そのた
め、上記混合気は、第１図及び第４図に示す如く、燃焼
室16内にてシリンダボア14の軸心と略平行にピストン15
側へ移動させ、次いで、このピストン15のピストンヘッ
ド15aに当接して移動の方向が変更されて再び上記吸気
ポート17方向へ移動するタンブリング（縦スワール）と
なる。

上記ピストン15が更に吸気ポート17より離間する方向
へ移動されるに従って、燃焼室16内には更に混合気が流
入されるため、これら混合気の流下する軌跡は第４図
（ａ）に示す如く重層するタンブリングの状態となる。

次いでエンジンが圧縮行程に移行されると、インジェ
クタ23による燃料の噴射が停止されると共にバルブヘッ
ド18aにより吸気ポート17が閉塞され、そして上記ピス
トン15の吸気ポート17方向へ移動が開始される。

すると、このピストン15のピストンヘッド15aにて、
慣性により吸気ポート17と離間する方向へ移動されつつ
ある混合気が停止されると共に、移動されるピストンヘ
ッド15aによって、上記吸気ポート17側へ移動しつつあ
る混合気が更に付勢される。

その結果、燃焼室16内の混合気には擾乱が発生して、
この擾乱により吸入空気と燃料とが充分混合されると共
に、上記混合気には燃焼室16内の各部にて種々の方向性
を有する充分な流動が生じる。

この状態で該混合気に着火されると、充分に混合され
且つ流動されている混合気は、速い燃焼速度で燃焼され
るため、燃費が改善される。

一方、高負荷運転時には、負圧応動装置25の負圧室26
bに供給される負圧が小さくなり（大気圧に近づく）、
ダイヤフラム26がスプリング28の付勢力によって大気圧
26a側へ湾曲される。

その結果、ロッド27が突出動作されてリンク機構27a
を介してTCV24の中心軸24aへ伝達されることにより、こ
の中心軸24aが回動され、バイパス通路19bが開弁され
る。すると、吸入空気はこのバイパス通路19bをも介し
て燃焼室16へ流入されて、混合気及び吸入空気に流下抵
抗が大きくなることが防止される。

また、本実施例ではTCV24が介装されたバイパス通路1
9bが、タンブリング通路19に沿って設けられているた
め、エンジンの高速高負荷運転時に吸気の抵抗が大きく
なることが防止されるという効果を有する。さらに、タ
ンブリング通路19a,及び，バイパス通路19bは、吸入通
路19を隔壁22で分割して形成したものなので、設計上の
自由度が大きく、簡易かつ安価に形成することができ
る。

また、本実施例では本発明による吸気装置が水平対向
型に構成されたエンジンに使用されている例を説明した
が、本発明はこれに限定されるべきものではなく、例え
ばＶ型やＬ型等他の形式に構成されたエンジンに使用可
能であることは勿論である。なお、その場合にはインジ
ェクタ23より噴出される燃料が吸気通路19内に滞留する
ことがないように上記インジャクタ23の指向方向や隔壁
22の形状等を配慮することが望ましい。

更に、本実施例ではアクチュエータの一例として負圧
応動装置25が使用された例を挙げたが、このアクチュエ
ータは例えば電動等他の構成にすることも可能である。

第５図は本発明の第二実施例に係るエンジンの要部側
面図である。尚、前述の第一実施例と同じ部材及び同様
の作用をなす部材には同一符号を付して説明を省略す
る。

この実施例では、隔壁22を介して吸気通路19内に設け
られているタンブリング通路19aがシリンダボア14の外
周側に開口されている。また、シリンダヘッド13に設け
られている吸気通路19の曲率が上記第一実施例と比較し
て小さく形成されていると共に、インジェクタ23が上記
隔壁22の上流端から比較的離間した上流側へ位置され
て、この部位より上記ダンブリング通路19aへ指向され
ているものである。

このような構成による吸気装置はエンジンの低速低負
荷時に燃焼室16内へ流入される混合気に上記第一実施例
と反応方向のタンブリングが発生されるもので、第一実
施例と同様の効果を有する。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によるエンジンの吸気装
置では、低速低負荷運転時に、燃焼室内へ流入された混
合気に大きなエネルギーによる擾乱を発生することが可
能であり、この擾乱により上記混合気の燃焼速度を早
め、燃費を改善することが可能である。また、バイパス
通路とタンブリング通路とが隔壁を介して互いに沿う方
向へ分割形成されているので、高速高負荷運転時と低速
低負荷運転時との切換え時に吸気干渉が発生することが
なく、また、バイパス通路を吸気通路内のタンブリング
通路に沿う方向に隔壁を設けて分割形成したので、タン
ブリング通路及びバイパス通路の設計上の自由度が大き
く、簡易かつ安価に形成することができる等の効果を有
する。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第４図は本発明の第一実施例に係り、第１図
は例えば水平対向型に構成されたエンジンの要部側面
図、第２図は第１図のII−II断面図、第３図はタンブリ
ングコントロールバルブ開閉機構の構成図、第４図は燃
焼室内における混合気の流動状態を示す説明図、第５図
は本発明の第二実施例に係るエンジンの要部側面図、第
６図乃至第８図は従来の技術に係り、第６図はエンジン
の側面図、第７図はエンジンの平面図、第８図は燃焼室
における混合気の流動状態を示す説明図である。 11……エンジン本体 14……シリンダボア 15a……ピストンヘッド 16……燃焼室 17……吸気ポート 19……吸気通路

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】吸気通路を、燃焼室内にタンブリングを生
   成させる方向へ吸入空気を流出させるタンブリング通路
   と該タンブリング通路に沿い且つ上記タンブリングの内
   周方向に沿う方向へ吸入空気を導くバイパス通路とを隔
   壁を介して分割形成し、上記バイパス通路にエンジン運
   転状態に応じて開閉するバルブを設けたことを特徴とす
   るエンジンの吸気装置。