JP2773823B2 - 内燃機関の吸気装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、内燃機関の吸気装置に関し、特に４サイク
ルエンジンの吸入行程時におけるポンピングロスを小さ
くして燃料消費率（以下、燃費と記す）を改善できるよ
うにした吸気装置に関する。

〔従来の技術〕

４サイクルエンジンの動作は吸入行程，圧縮行程，燃
焼−膨張行程，排気行程の４行程からなり、この吸入行
程は吸気バルブを開き、ピストンを下降運動させること
により燃焼室内に負圧を発生させ、これにより燃料混合
気を燃焼室内に吸入する行程である。ところでこの吸入
行程においては、ピストンの下降運動により燃焼混合気
を燃焼室内に吸い込む際のポンプ損失、いわゆるポンピ
ングロスが生じ、燃費を悪化させるという問題がある。
このポンピングロスはスロットルバルブが略閉状態の低
負荷運転時ほど大きくなる。このようなポンピングロス
をできるだけ小さくして燃費を向上させるために、従来
から排気ガスの一部をインテークマニホルド内に供給す
る吸気装置を上記エンジンに付加する場合がある。この
吸気装置は、エキゾーストマニホルドに排気ガス回収管
の一端を接続し、他端をインテークマニホルドの集合部
に接続するとともに、上記回収管にインテークマニホル
ドの内圧に応じて開閉するダイヤフラム式コントロール
バルブを配設して構成されている。この吸気装置によれ
ば、インテークマニホルド内に排気ガスを供給して燃料
混合気とミキシングさせることによりインテークマニホ
ルドの内圧を略大気圧状態にできるので、吸入行程時の
ポンピングロスを小さくできる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところで、上記従来の吸気装置では、排気ガスの供給
量を多くすればそれだけポンピングロスを低減できるわ
けであるが、この排気ガス量が、例えば燃料混合気に対
して20％を越えると燃料混合気の良好な燃焼が得られ
ず、火炎伝播不良や失火の原因となる。従って、排気ガ
ス供給量を増大させるには限度があり、その結果ポンピ
ングロス低減にも限界があるという問題点がある。

ここで、火炎伝播不良や失火を生じさせることなく排
気ガスの供給量を増大させるには、この排気ガスと燃料
混合気とを層状にして燃焼室内に供給し、着火部分、つ
まり点火プラグの周囲には燃料混合気のみ偏在させるこ
とが考えられる。ところが、上記従来の吸気装置は、イ
ンテークマニホルドの負圧で排気ガスを吸入するという
構造であり、一方、多気筒エンジンの場合は、いずれか
の気筒が吸入行程となっていることから、上記インテー
クマニホルドの内圧は常時負圧に保たれているのが一般
的である。従って従来装置では、排気ガスはインテーク
マニホルド内に連続して流入することとなり、このため
例えば４気筒エンジンではインテークマニホルド内に供
給される全排気ガス量の約3/4は吸入行程以前にインテ
ークマニホルド内にすでに流入しており、その結果、排
気ガスの供給口を吸気バルブ近傍に設けても排気ガスは
吸入行程初期に吸気バルブの全周から吸入されて燃焼室
内で拡散してしまう。従って従来装置では層状供給は困
難である。

本発明は上記従来の状況に鑑みてなされたもので、火
炎伝播不良や失火を確実に回避しながら排気ガスの供給
量を増大でき、ひいてはポンピングロスを低減できる内
燃機関の吸気装置を提供することを目的としている。

〔問題点を解決するための手段〕

そこで本発明は、燃焼室５に連通する吸気通路７の吸
気バルブ９近傍に、排気ガス等を供給する供給ノズル37
aを形成するとともに、該供給ノズル37aから上記排気ガ
ス等を該内燃機関の吸入行程に同期するように噴出させ
る供給時期制御手段を設けた内燃機関の吸気装置におい
て、上記吸気通路７を平面視で吸気バルブ開口7aからク
ランク軸と略直角方向に延びるように形成し、上記供給
ノズル37aを上記吸気通路７の天壁に、その軸線が吸気
バルブ９の傘部9aと吸気バルブ開口7aとの間を通って燃
焼室５の内壁の接線方向に指向するように配置し、上記
供給時期制御手段を、上記供給ノズル37aに排気ガス等
を導く排気ガス回収通路23を開閉するバルブ30が吸気カ
ム軸12の回転に同期するように構成したことを特徴とし
ている。

ここで本発明では、排気ガス又は空気を何れを供給し
ても良いのであるが、ポンピングロスを低減し、かつ三
元触媒を効率良く作動させ得る空気／燃料比率（A/F）
を確保する観点に立てば、排気ガスを供給するのが望ま
しい。

〔作用〕

本発明に係る内燃機関の吸気装置によれば、吸気通路
７を平面視で吸気バルブ開口7aからクランク軸と略直角
方向に延びるように形成し、供給ノズル37aを上記吸気
通路７の天壁から吸気バルブ９の傘部9aと吸気バルブ開
口7aとの間を通って燃焼室５の内壁の接線方向に指向す
るように配置したので、混合気は吸気通路７からシリン
ダ中心付近に向けて燃焼室５内に流入するのに対し、排
気ガス等は燃焼室５の内壁の接線方向に流入し、これに
より混合気と排気ガス等が成層をなし、その結果、燃焼
を確実に行いながら排気ガス等の供給量を増加でき、火
炎伝播不良や失火等の問題を生じることなくポンピング
ロスを低減でき、ひいては燃費を向上できる。

また供給時期制御手段を、排気ガス回収通路23を開閉
するバルブ30が吸気カム軸12の回転に同期するように構
成したので、簡単な構造により排気ガス等を吸入行程に
おいて確実に流入させることができる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図について説明する。

第１図ないし第４図は本発明の一実施例による４サイ
クルエンジンの吸気装置を説明するための図である。本
実施例では、NO_Xを低減するための排気ガス再循環装置
（EGR）をポンピングロス用排気ガス供給装置に兼用し
た場合を例にとって説明する。

図において、１はプロパン等のガスを燃料とする４サ
イクルエンジンであり、これはシリンダブロック２の上
面にシリンダヘッド３を載置するとともに、該ヘッド３
の上面をヘッドカバー（図示せず）で覆った構成となっ
ている。上記シリンダブロック２内にはピストン４が往
復自在に配置されており、該ピストン４とシリンダヘッ
ド３の合面に形成された凹部とで燃焼室５が形成されて
いる。なお、5aは点火プラグである。上記シリンダヘッ
ド３にはそれぞれ燃焼室５に連通する排気通路６及び吸
気通路７が形成されており、該各通路6,7にはこれの燃
焼室５側に開口する排気，吸気バルブ開口6a,7aを傘部8
a,9aで開閉する排気バルブ８及び吸気バルブ９が配設さ
れている。また、この各バルブ8,9はコイルスプリング1
0により閉方向に付勢されている。さらに、上記各バル
ブ8,9の上端には円筒状のバルブリフタ11を介してカム
シャフト12が配設されており、該カムシャフト12は、図
示していないが、クランクシャフトにタイミングベルト
を介して連結されている。

上記排気通路６にはエキゾーストマニホルド13の一端
が接続されており、これの他端は図示していないが、三
元触媒コンバータを介してマフラーに接続されている。
また、上記吸気通路７にはインテークマニホルド14の一
端が接続されており、これの他端にはキャブレタ15が接
続されている。このキャブレタ15は燃料供給管15cが接
続されたベンチュリ部15aと、該ベンチュリ部15aの下流
に配設されたスロットルバルブ15bとからなり、該キャ
ブレタ15の上流端にはエアクリーナ16が接続されてい
る。

18は本実施例の吸気装置であり、これは排気ガス回収
パイプ（排気ガス回収通路）23の途中に介設されたコン
トロールバルブ20と、排気ガスを上記エンジン１の吸入
行程に同期して噴射させる供給時期制御手段としてのロ
ータリバルブ30とから構成されている。上記コントロー
ルバルブ20は、バルブ本体20aに回収通路20b及び供給通
路20cを連通形成し、該回収通路20bに開閉弁21を配設す
るとともに、該開閉弁21にダイヤフラム22を接続して構
成されている。また上記排気ガス回収パイプ23の上流端
は上記エキゾーストマニホルド13に形成された回収口13
aに接続されており、下流端は上記ロータリバルブ30の
導入口31に接続されている。また上記ダイヤフラム22に
は連通管24の一端が接続されており、これの他端は上記
インテークマニホルド14に形成された連通口14aに接続
されている。またこの連通管24の途中にはコントロール
バルブ38が介設されている。このコントロールバルブ38
はエンジン負荷及びエンジン回転数に応じて開閉弁21を
開閉するためのもので、例えばエンジン負荷が低い時は
開閉弁21を絞って排気ガス流量を少なくして燃焼の安定
化を図る。また負荷一定時は、エンジン回転速度が高い
ほど開閉弁21を絞って排気ガス流量を一定にするように
構成されている。

上記ロータリバルブ30はインテークマニホルド14上に
固定されたバルブ本体30aに回転弁30bを挿入して構成さ
れている。上記バルブ本体30aには上記導入口31と直交
するように供給口32が形成されており、この導入口31,
供給口32は上記回転弁30bの回転により連通又は閉塞さ
れるようになっている。また、上記回転弁30bの回転軸
にはスプロケット33が固着されており、このスプロケッ
ト33は上記カムシャフト12に固着されたスプロケット34
にタイミングベルト35により連結されている。そして上
記回転弁30bは上記カムシャフト12が吸気バルブ９を押
圧して開いた時、これと同期して上記導入口31と供給口
32とを連通するようになっている。

上記ロータリバルブ30の供給口32には排気ガス供給パ
イプ37の一端が接続されており、これの他端には供給ノ
ズル37aが接続されている。この供給ノズル37aは上記シ
リンダヘッド３の吸気通路７の吸気バルブ９を臨む部分
に配設されており、該ノズル37aの先端は上記燃焼室５
の内壁の接線方向に向けられている（第４図参照）。こ
れにより、上記エンジン１の吸入行程に同期して上記供
給ノズル37aから排気ガスを噴出させる吸気装置18が構
成されている。

次に本実施例の作用効果について説明する。

本実施例の４サイクルエンジン１の吸気装置18の動作
を第２図ないし第４図について説明する。

上記エンジン１の吸入行程において、ピストン４の下
降運動に同期してカムシャフト12が吸気バルブ９を開く
とともに、ロータリバルブ30の回転弁30bが導入口31と
供給口32とを連通させ、これにより燃焼室５内に燃料混
合気Ｆと排気ガスＧとが吸入される。この場合、供給ノ
ズル37aから噴出された排気ガスＧはコントロールバル
ブ38による開閉弁21の開度及び燃焼室５内の負圧に応じ
た量が供給されるとともに、該燃焼室５の内壁に沿って
スワールし、該燃焼室５の内周壁部分に偏在することと
なる。一方、燃料混合気Ｆはスロットルバルブ15bの開
度に応じた量が供給されるとともに、燃焼室５の中央部
に偏在し、これにより排気ガスＧと燃料混合気Ｆとは外
周層と中央層との二層状に供給されることとなる。

このように本実施例によれば、エンジン１の吸入行程
に同期して排気ガスＧを集中して、かつ燃焼室５の内周
壁に沿って旋回するよう噴出したので、排気ガスＧと燃
料混合気Ｆとを層状に偏在させることができ、これによ
り多量の排気ガスＧを供給しても、着火，火炎伝播への
影響をほとんど回避できる。その結果、排気ガスＧの供
給量を増大できる分だけポンプ損失を低減でき、燃費を
向上できる。しかも本実施例では排気ガスを再循環させ
るので、燃焼温度が低下し、NO_Xを低減できる。また、
排気ガスを供給する方式であるからA/Fを三元触媒の作
動領域（理論空燃比）に設定でき、この三元触媒を有効
に作用させることができる。

なお、上記実施例では吸入行程において排気ガスを供
給した場合を例にとって説明したが、本発明では空気を
供給してもよく、この場合においても吸入行程に同期さ
せることにより層状に供給することができ、上記実施例
と同様の効果が得られる。

また、上記実施例では、吸気バルブ９の開き始めと同
時に回転弁30bが開き始めるようにしたが、この開き始
めの時期は必ずしも同じタイミングにする必要はなく、
要は吸入行程中のいずれかの期間に排気ガスを吸入バル
ブの近傍に集中して噴出できるようにタイミングを合わ
せればよい。

〔発明の効果〕

以上のように、本発明に係る内燃機関の吸気装置によ
れば、吸気通路を平面視でクランク軸と略直角方向に延
びるように形成し、供給ノズルを上記吸気通路の天壁
に、かつその軸線が吸気バルブの傘部と吸気バルブ開口
との間を通って燃焼室の内壁の接線方向に指向するよう
に配置したので、簡単な構造により、燃焼室内に排気ガ
ス，又は空気と燃料混合気とを層状に供給することがで
き、燃料混合気の燃焼を確実に行いながら排気ガス等の
供給量を増大でき、その結果ポンピングロスを低減で
き、燃費を向上できる効果がある。

【図面の簡単な説明】 第１図ないし第４図は本発明の一実施例による４サイク
ルエンジンの吸気装置を説明するための図であり、第１
図はその概略構成図、第２図はその吸入行程時を示す概
略構成図、第３図はその排気ガスの吸入を示す模式図、
第４図はその燃焼室内の模式図である。 図において、１は４サイクルエンジン（内燃機関）、５
は燃焼室、７は吸気通路、９は吸気バルブ、18は吸気装
置、30はロータリバルブ（供給時期制御手段）、37a,41
は供給ノズル、Ｇは排気ガスである。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】燃焼室に連通する吸気通路の吸気バルブ近
   傍に、排気ガス又は空気（以下、排気ガス等と記す）を
   供給する供給ノズルを形成するとともに、該供給ノズル
   から上記排気ガス等を該内燃機関の吸入行程に同期する
   ように噴出させる供給時期制御手段を設けた内燃機関の
   吸気装置において、上記吸気通路を平面視で吸気バルブ
   開口からクランク軸と略直角方向に延びるように形成
   し、上記供給ノズルを上記吸気通路の天壁に、その軸線
   が吸気バルブの傘部と吸気バルブ開口との間を通って燃
   焼室の内壁の接線方向に指向するように配置し、上記供
   給時期制御手段を、上記供給ノズルに排気ガス等を導く
   排気ガス回収通路を開閉するバルブが吸気カム軸の回転
   に同期するように構成したことを特徴とする内燃機関の
   吸気装置。