JP3240494B2 - エンジンの吸気制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、吸気通路内に通路面積
を可変制御する吸気制御弁を備えたエンジンの吸気制御
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】エンジンの特に低速回転域における燃焼
状態を改善するために、気筒内に導入される吸気流に気
筒軸方向への方向性をもった縦渦、いわゆるタンブルを
発生させることが有効であることが知られている。

【０００３】このタンブルを発生させる手段として、従
来例えば、吸気通路を通路軸方向に延びる隔壁で天壁側
通路と底壁側通路とに分離し、底壁側通路を開閉する切
り換え弁を備えたものがある。この例では、低速回転域
等の吸気量の少ない運転域では、前記切り換え弁を閉じ
ることにより、吸入空気が吸気通路の天壁側に偏って流
れ、気筒内に気筒軸心付近から軸方向に方向付けして導
入され、その結果前記タンブルが発生する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが前記従来装置
の場合、隔壁が必要な分だけ吸気通路の形状が複雑化す
る問題がある。また、タンブルの発生は可能であるもの
の、高速運転域においても前記隔壁および切り換え弁が
吸気通路内に残存する構造であることから、吸気抵抗が
大きく最大吸気量を増大する場合の妨げとなる。

【０００５】本願出願人は、前記吸気通路形状の複雑
化、吸気抵抗の増大を回避できる吸気制御装置として、
円柱体に吸気通路形状に対応した形状の切欠面を有する
弁部を備えた弁体を、前記吸気通路を横切るように形成
された弁穴内に回転可能に挿入配設したものを提案して
いる。

【０００６】この吸気制御装置では、全閉時には前記弁
部が吸気通路面積を縮小して吸気を天壁側に偏って流す
ことができ、この偏流によってタンブルを発生できる。
一方、全開時には前記弁部が吸気通路底壁内に没入して
前記切欠面が吸気通路の内面と連続面をなし、したがっ
て吸気抵抗が増大することはない。

【０００７】しかし、前記提案にかかる吸気制御弁を、
複数気筒を並列配置してなる多気筒エンジンに採用する
場合、シリンダヘッドに、前記弁体を装着するための大
掛かりな機械加工を施す必要があるが、このシリンダヘ
ッドは重量、容積共に大きいことから機械加工における
取り回しが容易ではない。

【０００８】本発明の目的は、吸気通路形状が複雑化し
たり全開時の吸気抵抗が増大することがなく、かつ多気
筒エンジンの場合でも弁体装着のために過大な機械加工
を要することもないエンジンの吸気制御装置を提供する
点にある。また、本発明の別の目的は、吸気制御弁によ
り吸気を吸気通路の天壁側へ偏流させて気筒内にタンブ
ルが発生する構成を採りつつ、気筒内に気筒軸回りの旋
回流からなるスワールをも発生させることができるよう
にする点にある。さらにいえば、タンブルとスワールと
を簡単な構成によって制御できるようにすることをも目
的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】第１の発明に係るエンジ
ンの吸気制御装置は、バルブ内吸気通路が形成された吸
気制御弁用バルブボディをシリンダヘッドに設け、この
バルブボディに、前記バルブ内吸気通路を横切りかつ外
周部の一部分がバルブ内吸気通路の底壁内に没入する略
円柱状の弁体を回動自在に嵌合させ、前記弁体における
バルブ内吸気通路を横切る部分を外径の異なる複数の円
柱体によって構成し、これらの円柱体に、バルブ内吸気
通路の横断面形状に対応した形状の全開用吸気ガイド溝
を形成してなり、この弁体の全開位置を、前記全開用吸
気ガイド溝がバルブ内吸気通路の内面と連続する回動位
置とし、全閉位置を、この弁体における全開状態でバル
ブ内吸気通路の底壁内に没入する部分がバルブ内吸気通
路内に臨み吸気通路面積が減少される回動位置としたも
のである。

【００１０】第２の発明に係るエンジンの吸気制御装置
は、第１の発明に係るエンジンの吸気制御装置におい
て、バルブボディをシリンダヘッドと別体に形成したも
のである。第３の発明に係るエンジンの吸気制御装置
は、第１または第２の発明に係るエンジンの吸気制御装
置において、弁体を全閉としたときに大径円柱体の外周
面がバルブ内吸気通路の天壁に近接し、主に小径円柱体
の外周面と前記天壁との間を吸気が流れる形状としたも
のである。

【００１１】第４の発明に係るエンジンの吸気制御装置
は、第３の発明に係るエンジンの吸気制御装置におい
て、弁体の大径円柱体における小径円柱体側端部となる
角部分であって弁体が全閉状態にあるときに吸気流の上
流側と対向する部位に、吸気流を小径円柱体側へ向ける
ガイド面を形成したものである。

【００１２】

【作用】第１の発明によれば、弁体が全閉位置に回動す
ると、吸気は吸気通路の天壁側に偏って流れて気筒内に
気筒中心付近から縦方向に流入し、タンブルが発生す
る。このときに弁体と前記天壁との間を通る吸気は、大
径円柱体の外周面と前記天壁との間より小径円柱体の外
周面と前記天壁との間の方へ多く流れるので、吸気通路
中を弁体の軸方向に対して小径円柱体側に偏って流れて
気筒内に流入する。このため、気筒内に気筒軸回りの旋
回流からなるスワールをも発生することになる。一方、
弁体が全開位置に回動すると、大径円柱体と小径円柱体
に形成された全開用吸気ガイド溝が吸気通路内面と略連
続面をなすので、吸気抵抗が増加することはない。

【００１３】第２の発明によれば、バルブボディおよび
弁体をユニット化してなるバルブユニットをシリンダヘ
ッドに取付ける構成になるので、大重量，大容積のシリ
ンダヘッドに対する吸気制御弁配設のための機械加工を
最小限にすることができる。なお、前記バルブユニット
自体は比較的軽量小型であり、別の製造ラインにおいて
いわゆるサブアッシーすることができるので、シリンダ
ヘッドに直接弁体を装着する場合に比較して製造組立が
容易である。

【００１４】第３の発明によれば、弁体が全閉位置に回
動すると、吸気流は弁体の軸方向における小径円柱体側
に偏るようになる。このため、気筒内に気筒軸回りの旋
回流からなるスワールが多く生じる。第４の発明によれ
ば、弁体が全閉位置に回動した状態では、大径円柱体に
向けて上流側から流れた吸気はガイド面により円滑に小
径円柱体側へ流されるから、吸気抵抗が小さくなる。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の実施例を添付図面に沿って説
明する。図１ないし図１２は第１〜第３の発明に係る一
実施例によるＶ型エンジンの吸気制御装置を説明するた
めの図である。図１は本実施例装置を備えたエンジンの
全体構成を示す正面概略図、図２，図３は本実施例装置
の断面正面図、図４は底面図で、同図中には図２の断面
位置をII−II線によって示してある。

【００１６】図５はバルブユニットの側面図、図６は図
２におけるVI−VI線断面図、図７は全開時における図６
相当図、図８は弁体を全閉位置に回動させた状態を示す
図で、同図は図２におけるVIII−VIII線断面図である。
図９は弁体を全開位置に回動させた状態を示す図で、同
図は図３におけるIX−IX線断面図である。図１０は弁体
の斜視図、図１１は図６におけるXI−XI線断面図、図１
２は図６におけるXII−XII線断面図である。

【００１７】これらの図において、１は水冷式４サイク
ルＶ型８気筒エンジンであり、このエンジン１はシリン
ダブロック２のクランク室上部を形成するスカート部２
ａの下側合面にクランク室下部を形成するオイルパン３
を結合し、前記シリンダブロック２のＶバンクをなす
左，右シリンダ部２ｂ，２ｃの合面に左，右シリンダヘ
ッド４，５をシリンダボア周囲に配設されたヘッドボル
ト４１で結合し、前記左，右のシリンダヘッド４，５の
上側合面に左，右ヘッドカバー６，７を装着した構造の
ものである。なお、本実施例エンジンは、左，右シリン
ダ部２ｂ，２ｃ、左，右シリンダヘッド４，５、左，右
ヘッドカバー６，７および内部に配置された動弁機構等
は左右対称であるので、以下の説明および図示は左右何
れかについてのみ行う場合がある。

【００１８】前記各シリンダ部２ｂ，２ｃにはそれぞれ
シリンダボア（気筒）２ｄが４つづつ並列に形成されて
おり、各シリンダボア２ｄ内に摺動自在に挿入されたピ
ストン８はコンロッド９を介してクランク軸１０に連結
されている。

【００１９】前記左，右のシリンダヘッド４，５のシリ
ンダブロック側合面４ａ，５ａにはそれぞれ燃焼室を形
成する燃焼凹部１１が４つづつ凹設されている。各燃焼
凹部１１には、中央吸気弁開口１１ａおよび左，右吸気
弁開口１１ｂ，１１ｃと、２つの排気弁開口１１ｄ，１
１ｅが形成されており、これらの弁開口１１ａ〜１１ｅ
の中心は気筒軸線Ｈを中心とする円周上に概ね位置して
いる。また、カム軸直角方向の位置について見ると、
左，右吸気弁開口１１ｂ，１１ｃは中央吸気弁開口１１
ａより気筒軸線Ｈ寄り、つまり気筒中心側寄りに位置し
ている。前記中央吸気弁開口１１ａは中央吸気弁１２ａ
により開閉され、左，右吸気弁開口１１ｂ，１１ｃは
左，右吸気弁１２ｂ，１２ｂによって開閉される。そし
て、これらの吸気弁１２ａ，１２ｂは吸気カム軸１３で
開閉駆動されるように構成されている。また、前記各排
気弁開口１１ｄ，１１ｅは排気弁１４によって開閉され
る。この排気弁１４は排気カム軸１５によって開閉駆動
されるように構成されている。

【００２０】前記中央吸気弁開口１１ａは図４に示すよ
うに、左，右吸気弁開口１１ｂ，１１ｃより小径に形成
されており、これにより中央吸気弁開口１１ａを可能な
限り気筒軸線Ｈ寄りに位置させている。この中央吸気弁
開口１１ａを気筒軸線Ｈ側に寄せることにより、前記中
央吸気弁１２ａの気筒軸線Ｈに対する角度θ2 を左，右
吸気弁１２ｂの気筒軸線Ｈに対する角度θ3 に近似させ
ることができ、その分だけ燃焼室形状の偏平化を抑制し
て燃焼状態を良好にできる。ちなみに中央吸気弁開口１
１ａを左，右吸気弁開口１１ｂ，１１ｃと同径にする
と、各開口の干渉を回避するために中央吸気弁開口１１
ａを外側に配置する必要が生じ、それだけ燃焼室が偏平
化してしまい、燃焼性が悪化する。

【００２１】前記各排気弁開口１１ｄ，１１ｅは２股状
の排気ポート１６で各シリンダシリンダヘッド４，５の
バンク外側壁に導出されており、この各排気ポート１６
の外部接続開口１６ａには排気マニホールド１７が接続
されている。

【００２２】前記吸気弁開口１１ａ〜１１ｃは、シリン
ダヘッド内吸気通路としての吸気ポート１８で各シリン
ダヘッド４，５のバンク内側壁に導出されている。この
吸気ポート１８は、中央吸気弁開口１１ａに連なる中央
通路１８ａと、左，右吸気弁開口１１ｂ，１１ｃに連な
る左，右通路１８ｂ，１８ｃとを各吸気弁開口の直近上
流側で合流させた形状のものである。そして、前記中央
通路１８ａと左，右通路１８ｂ，１８ｃとはその外部接
続口１８ｄ付近では、図１１に示すように楕円状の連続
面をなしているが、ここから下流側へ向かうほど図１２
に示すように中央通路１８ａが左，右通路１８ｂ，１８
ｃに対して前記シリンダブロック側合面５ａ側に偏位す
るように分岐しており、前記外部接続口１８ｄ付近で前
記分岐が開始している。

【００２３】そして、前記吸気ポート１８の外部接続口
１８ｄは、シリンダヘッド５のバンク内側壁を削り込む
ことによって形成されており、この接続口１８ｄに吸気
装置１９が接続されている。この吸気装置１９は、図１
に示すように、左，右シリンダ部２ｂ，２ｃ、左，右シ
リンダヘッド４，５および左，右ヘッドカバー６，７で
形成されるＶバンク空間Ａ内を埋めるように構成されて
いる。

【００２４】この吸気装置１９は、前記外部接続口１８
ｄに接続された左，右のバルブユニット２０，２０と、
これらのバルブユニット２０，２０どうしの間にアーチ
状に掛け渡して配設された吸気マニホールド２１と、こ
の吸気マニホールド２１の下側に吊設されたサージタン
ク２２とを備えている。前記吸気マニホールド２１は、
前記バルブユニット２０に接続された合流通路２３（図
２，図３）と、この合流通路２３の上流端部に分岐接続
され、前記サージタンク２２内に開口する長尺通路２４
および短尺通路２５を備えている。また、短尺通路２５
の分枝部には吸気通路長の切換弁２６が配設されてい
る。

【００２５】前記左，右のバルブユニット２０，２０
は、図２および図３に示すように、左，右シリンダヘッ
ド４，５の各外部接続口１８ｄ部に面一かつクランク軸
１０と平行に形成された接続合面１８ｅにボルト２７に
よって前記吸気マニホールド２１と共締めにより接続固
定されている。このバルブユニット２０は、カム軸方向
（各気筒の並列方向）に延びる角柱状のバルブボディ２
８と、このバルブボディ２８内にカム軸と平行にかつ回
動自在に挿入された弁体２９と、バルブボディ２８に取
付けられた燃料噴射弁３０とを備えている。

【００２６】前記バルブボディ２８は図５に示すように
カム軸方向に２分割されて形成されており、その半部２
８ａ，２８ｂに１気筒当たり１つのバルブ内吸気通路３
１が２つづつ、シリンダヘッド５の各吸気ポート１８と
連続面をなす横長の楕円状に形成されている。このバル
ブ内吸気通路２８ａに図２および図３に示すように吸気
マニホールド２１の合流部２３が連通接続されている。

【００２７】さらに、このバルブボディ２８には断面円
形状の弁穴３２がカム軸方向に貫通形成されている。こ
の弁穴３２は、図５および図６に示すように、バルブボ
ディ２８の各半部２８ａ，２８ｂの各々の両端から機械
加工されて穿設されており、半部２８ａ，２８ｂの両端
から最寄りのバルブ内吸気通路３１と交差するように内
方へ延びる大径穴３２ａ，３２ａと、これらの大径穴３
２ａどうしを連通する小径穴３２ｂとから形成されてい
る。

【００２８】前記弁穴３２の軸線は、図２および図３に
示すように、バルブ内吸気通路３１の底壁３１ａの内面
より若干上方に位置している。また、前記大径穴３２ａ
の内径は、その上縁部がバルブ内吸気通路３１の天壁３
１ｂより若干下方に位置し、かつ前記底壁３１ａ内に後
述する弁体２９の一部を収容する半円状の溝が形成され
るように設定されている。

【００２９】弁体２９は、図１０に示すように、大径円
柱体２９ａと小径円柱体２９ｂとをを同一軸線上に一体
に設けて全体が略円柱状に形成されている。大径円柱体
２９ａ、小径円柱体２９ｂは前記弁穴３２の大径穴３２
ａ、小径穴３２ｂにそれぞれ回動自在に嵌合するように
形成されている。また、これら大径円柱体２９ａおよび
小径円柱体２９ｂには、前記バルブ内吸気通路３１の横
断面形状に対応した形状の切欠面からなる全開用吸気ガ
イド溝２９ｃがこの弁体２９の軸線方向とは直交する方
向に延びるように形成されている。なお、図１０におい
て符号２９ｄは大径円柱体２９ａの軸端部に一体に形成
された軸部、２９ｅは小径円柱体２９ｂの軸端部に一体
に形成された軸部である。

【００３０】そして、この弁体２９はバルブ内吸気通路
３１毎に配置されるように一つのバルブボディ２８に対
して４個形成されている。各弁体２９は、バルブボディ
２８に穿設された弁穴３２に、各半部２８ａ，２８ｂの
端部側から小径円柱体２９ｂを挿入方向前側へ向けて嵌
入されており、各弁体２９の軸部２９ｄ，２９ｅを、弁
穴３２内に嵌合装着された軸受３３，３４に嵌入させる
ことによって、バルブボディ２８に回動自在に支持され
ている。

【００３１】また、互いに隣合う弁体２９どうしは、軸
部２９ｄ，２９ｅに形成された突条と凹溝からなる連結
構造２９ｆによって係脱自在にかつ相対回転が規制され
るように連結されている。図１０では軸部２９ｄ，２９
ｅの両方に突条が形成されている弁体２９を示したが、
図５に示すように弁体２９を４個一列に並べて連結する
関係から、軸部２９ｄ，２９ｅには突条と凹溝が弁体２
９の位置に応じて係合し合うように形成される。

【００３２】ここで、バルブボディ２８をシリンダヘッ
ド５に固定するためのボルト２７は、比較的小径な弁体
２９の連結構造２９ｆと対応する部分に挿通されてお
り、これによって、前記ボルト２７の配置位置を確保す
ることに起因してバルブユニット２０が大型化するのを
回避している。

【００３３】なお、図５に示すように、４個の弁体２９
のうち両端に位置する弁体２９の軸部２９ｄには前記連
結構造２９ｆは設けられておらず、図５において右側端
部に位置する弁体２９の軸部２９ｄには歯車軸２９ｇが
形成されている。この歯車軸２９ｇは歯車３５が固着さ
れ、この歯車３５に噛合する歯車３６を介してサーボモ
ータ３７に連結されている。このサーボモータ３７はバ
ルブボディ２８に支持固定され、図示しないコントロー
ルユニットからの制御信号により弁体２９の回動位置を
後述する全閉位置と全開位置との間で制御するように構
成されている。

【００３４】本実施例の装置では、弁体２９が全開位置
に回動されるのはエンジンが中速回転・中負荷域より高
速回転・高負荷域側で運転される場合とされ、全閉位置
に回動されるのはエンジンが低速回転・低負荷域で運転
される場合とされている。なお、このように全開位置と
全閉位置との２つの開度位置を切り換える構成を採る以
外に、全開位置と全閉位置との間でエンジン運転状態に
応じて徐々に開度を変化させる構成を採ることもでき
る。

【００３５】弁体２９の全開位置とは、図３、図７およ
び図９に示すように前記全開用吸気ガイド溝２９ｃがバ
ルブ内吸気通路３１の内面と連続するような開度位置の
ことである。この全開位置に弁体２９が回動されると、
バルブ内吸気通路３１内に抵抗となるものが残存するこ
とがなくなる。

【００３６】弁体２９の全閉位置とは、図２、図６およ
び図８に示すように、この弁体２９における前記全開状
態でバルブ内吸気通路３１の底壁３１ａ内に没入する部
分（図３においてハッチングを施して示した部分）がバ
ルブ内吸気通路３１内に臨むと共に、大径円柱体２９ａ
に形成された全開用吸気ガイド溝２９ｃの上流側端縁と
なる角部３８が天壁３１ｂに接近して吸気通路面積が減
少するような開度位置のことである。なお、弁体２９が
全閉位置に回動されたときには、前記角部３８と天壁３
１ｂとの間に図８に示すように僅かな隙間Ｇが形成され
るように構成されている。また、この弁体２９を全開位
置から全閉位置へ回動させるときには弁体２９を図２、
図３において右回りに回すことによって行ない、全閉位
置から全開位置に回動させるときには上記とは逆に左回
りに回して行う。

【００３７】このように弁体２９を全閉位置に回動させ
ると、図８に示すようにバルブ内吸気通路３１は前記隙
間Ｇによって形成される空間と、小径円柱体２９ｂの外
周面と天壁３１ｂとの間の空間のみに吸気が流れるよう
に略閉塞される。このときに吸気が流れる空間を以下に
おいて全閉時通気空間Ｓという。隙間Ｇが形成されてい
ると、３つの通路にわたっての吸気量を制御できるの
で、タンブルおよびスワールの制御を３つの通路から気
筒内に流入した吸気によって行うことができる。ここ
で、大径円柱体２９ａと小径円柱体２９ｂとがバルブ内
吸気通路３１内に占める割合（両円柱体の軸方向の長さ
の割合）は、本実施例では大径円柱体２９ａの小径円柱
体側端面３９の位置が、バルブ内吸気通路３１およびこ
の下流側の吸気ポート１８を上流側から見たときに左通
路１８ｂと中央通路１８ａとの間の隔壁部分と略一致す
るように設定されている（図６参照）。なお、前記小径
円柱体側端面３９の位置は、本実施例の位置に対して中
央通路１８ａ寄り、あるいは左通路１８ｂ寄りに位置づ
けることも可能である。

【００３８】すなわち、弁体２９が全閉位置に回動する
と、吸気は前記全閉時通気空間Ｓを通ることによりバル
ブ内吸気通路３１および吸気ポート１８の天壁側に偏っ
て流れることになる。しかも、このときに全閉時通気空
間Ｓを通る吸気は、前記隙間Ｇによって形成される空間
よりも小径円柱体２９ｂの外周面と天壁３１ｂとの間の
空間の方へ多く流れるので、バルブ内吸気通路３１中を
弁体２９の軸方向に対して小径円柱体２９ｂ側に偏って
流れるようになる。言い換えれば、吸気ポート１８の左
通路１８ｂ側により多く吸気が流れるようになる。

【００３９】なお、本実施例では全閉状態において前記
隙間Ｇによって形成される空間内にも吸気が流れる例を
示してあるが、隙間Ｇを狭めて主に小径円柱体２９ｂと
天壁３１ｂとの間を主に吸気が流れるように構成するこ
ともできる。この構成が第２の発明である。このように
構成すると、吸気流は弁体２９の軸方向における小径円
柱体２９ｂ側に偏るようになるので、左通路１８ｂに流
入する吸気がより一層多くなる。なお、隙間Ｇは、生産
性を考慮するとある程度の寸法は確保することが望まし
い。これは、隙間Ｇを小さくすると大径円柱体２９ａに
おける全開用吸気ガイド溝２９ｃの上流端縁および下流
端縁となる角部が尖ることになり、この角部分が組付け
時などにバルブボディ２８に当たると損傷される恐れが
あるからである。

【００４０】また、図６に示すように、弁体２９の大径
円柱体２９ａにおける小径円柱体側端部となる角部分で
あって弁体２９が全閉状態にあるときに吸気流の上流側
と対向する部位には、吸気流を小径円柱体側へ向けるた
めのガイド面４０が形成されている。このガイド面４０
は、本実施例では大径円柱体２９ａの小径円柱体２９ｂ
側となる角部を丸めるようにして形成されている。な
お、ガイド面４０としては、このように曲面によって形
成する以外に、吸気流の上流側から下流側に向かうにし
たがって次第に小径円柱体２９ｂに近づくような傾斜面
によって形成することもできる。ガイド面４０を弁体４
０に形成することによって、大径円柱体２９ａに向けて
上流側から流れた吸気は、ガイド面４０に沿って流れて
流れ方向が小径円柱体２９ｂ側へ向けられるので、抵抗
が少なく円滑に小径円柱体側へ流されるようになる。

【００４１】前記バルブボディ２８の前記天壁３１ｂ部
分には、図２および図３に示すように燃料噴射孔４１が
各吸気通路毎に天壁内面に開口するように形成されてい
る。この各燃料噴射孔４１に前記燃料噴射弁３０が装着
されている。なお、燃料噴射弁３０の上端にはカム軸方
向に延びる１本の共通の燃料供給レール３０ａが装着さ
れている。この燃料供給レール３０ａは前記吸気マニホ
ールド２１の合流部２３に一体形成されたボス部２３ａ
にボルト締め固定されている。

【００４２】前記燃料噴射孔４１は、側面から見ると図
２に示すように左，右の吸気弁開口１１ｂ，１１ｃを指
向している。また平面から見ると図６に示すようにバル
ブ内吸気通路３１の軸線上に位置しており、さらに左，
右の吸気弁開口１１ｂ，１１ｃに向かって円錐状に拡が
っている。燃料噴射弁３０は噴射口を２個有するタイプ
のもので、各噴射口は左，右の吸気弁開口１１ｂ，１１
ｃに向かって燃料を噴射するようになっている。

【００４３】なお、前記燃料噴射弁３０は、吸気通路の
底壁側に配設してもよく、このように配設した場合に
は、吸気通路をより気筒軸側に起立させることができ、
吸気抵抗を低減できる。また、バルブボディ２８の上流
端面に気化器を接続することも可能であり、この場合に
も吸気制御弁まわりのユニット化を図ることができ、組
立性を向上できる。

【００４４】ここで本実施例では、前記バルブユニット
２０を吸気弁開口１１ａ〜１１ｃにより近接させて配置
し、バルブユニット２０により吸気流の偏流制御をより
確実にするために、以下の構成を採用している。図２に
示すように、点火プラグ４２の軸線Ｐを気筒軸線Ｈに対
してθ1 だけバンク外側（排気弁側）に傾斜させ、これ
に応じて吸気弁１２ａ，１２ｂの気筒軸線Ｈに対する角
度θ2，θ3を排気弁１４の気筒軸線Ｈに対する角度θ4
より小さくして吸気弁１２ａ，１２ｂを気筒軸線Ｈ寄り
に起立させる。この吸気弁１２ａ，１２ｂの起立配置に
より気筒軸線Ｈから排気カム軸１５までの距離はＬ1 で
あるのに対し、吸気カム軸１３までの距離はＬ2 と小さ
くする。これによりシリンダヘッド５のバンク内側の外
部接続面１８ｅを可能な限り吸気弁開口１１ａ〜１１ｃ
側に寄せて形成し、前記バルブユニット２０、ひいては
弁体２９を吸気弁開口１１ａ〜１１ｃに近接させる。

【００４５】また、上述した吸気弁１２ａ，１２ｂの起
立配置、ひいては吸気カム軸１３の気筒中心側配置によ
り、燃料噴射弁３０についてもより起立させて配置する
ことが可能となり、その結果、燃料噴射孔４１のバルブ
内吸気通路３１への開口の上流縁４１ａをより下流側に
位置させることが可能となっている。本実施例では、燃
料噴射弁３０の起立配置により、前記上流縁４１ａは弁
体２９の前記角部３８より下流側に位置づけられてい
る。これにより燃料噴射孔４１が吸気通路内に開口して
いることにより、吸気流の偏流が阻害されるのを回避し
ている。

【００４６】ちなみに、シリンダヘッドのバンク内側壁
面部に燃料噴射弁の配置スペースが十分に確保できない
場合は、燃料噴射弁はそれだけバンク内側、すなわち吸
気通路上流側に配置せざるを得ない。このようにした場
合は、仮に弁体を下流側に配置したとしても上述した上
流縁４１ａが弁体２９の角部３８より上流側に移行して
しまい、この角部３８に対向する壁面が無いこととな
り、弁体２９による吸気流の偏流作用が阻害される。

【００４７】次に、本実施例装置の動作を説明する。エ
ンジン回転数２６００ｒｐｍ以下、スロットル開度２０
％以下程度の低速回転・低負荷で吸入空気量の比較的少
ない運転域（低吸入空気量運転域）では、弁体２９は図
２、図６に示す全閉位置に回動し、また吸気通路長切換
弁２６（図１参照）は、短尺通路２５を閉じる。このと
き吸気は、サージタンク２２内から長尺通路２４を通り
バルブ内吸気通路３１、吸気ポート１８を介してシリン
ダボア２ｄ内に導入される。この場合、吸気は、弁体２
９とバルブ内吸気通路３１の天壁３１ｂとの間に形成さ
れた全閉時通気空間Ｓを通ることになり、これによって
バルブ内吸気通路３１の天壁３１ｂおよび吸気ポート１
８の天壁１８ｆ側に偏り、かつ左吸気弁開口１１ｂに連
なる左通路１８ｂに偏りつつ流れ、主としてこの左吸気
弁開口１１ｂからシリンダボア２ｄ内に導入される。

【００４８】上述した吸気流の偏り状況を概念的に説明
すると、吸気通路の上下方向の偏りについては、図２中
に６本の矢印で示すように、全ての吸気が天壁３１ｂ，
１８ｆ側に偏って流れる。一方、吸気通路の幅方向の偏
りについては、図６中に６本の矢印で示すように、吸気
の大部分は小径円柱体２９ｂと天壁３１ｂとの間の空間
を通ることにより左通路１８ｂ側に偏流し、一部は大径
円柱体２９ａと天壁との間の空間（隙間Ｇ）を通って中
央通路１８ａ、右通路１８ｃ側に流れる。この結果、
左，中央，右吸気弁開口１１ｂ，１１ａ，１１ｃへの吸
気量はそれぞれ大，小，小の割合となる。

【００４９】このように本実施例では、吸気流を吸気通
路の天壁側に偏流させ、かつ左吸気弁開口１１ｂに偏ら
せたので、特に、左吸気弁開口１１ｂからの吸気流は、
カム軸方向に見ると、気筒中心側から縦方向に流入し、
いわゆるタンブル流の傾向を有し、かつ気筒軸方向に見
ると図６中に二点鎖線矢印ａで示すようにシリンダボア
２ｄの内周面に沿って流れ、いわゆるスワール流の傾向
を示す。

【００５０】この結果、図２中に二点鎖線矢印ｂで示す
ように、前記左吸気弁開口１１ｂからの吸気流は右吸気
弁開口１１ｃ側ほど低くなるように斜めに流れることと
なり、したがって本実施例では、シリンダボア２ｄ内に
おいてタンブル流とスワール流とを合成したようないわ
ゆる斜めスワール流が発生する。このときの吸気抵抗
は、大径円柱体２９ａの小径円柱体側端部に形成された
ガイド面４０に沿うようにして吸気が流れる関係から、
きわめて小さくなる。すなわち、全閉時通気空間Ｓを吸
気が流れるときに生じる吸気騒音を低く抑えることがで
きる。

【００５１】また、前記燃料噴射弁３０からの燃料は、
図６中に破線で示すように、左，右吸気弁開口１１ｂ，
１１ｃに向けて噴射される。このため、シリンダボア２
ｄ内に導入される混合気の濃度について見ると、右，
左，中央吸気弁開口１１ｃ，１１ｂ，１１ａからの混合
気の濃度はそれぞれ大，中，小の割合となる。

【００５２】このように本実施例では、吸入空気量の比
較的少ない運転域において、シリンダボア２ｄ内に導入
される吸気流にいわゆる斜めスワールを発生させること
ができ、その結果、燃焼状態を改善できる。

【００５３】ここで、弁体２９を全閉位置に回動させた
場合、この弁体２９は吸気抵抗となることから吸気量が
不足する懸念がある。これに対して本実施例では、低速
・低負荷域では、吸気通路長の切換弁２６によって、こ
の運転域において慣性過給効果が得られる長さを有する
長尺通路２４側に切り換えられる。このため、この吸気
通路長による慣性過給効果によって、弁体２９が吸気抵
抗となることに起因して吸気量が不足するのを補うこと
ができ、必要な吸気量を確保できる。

【００５４】また、エンジン回転数が例えば２６００〜
４６００ｒｐｍで、スロットル開度が例えば４０％程度
の中速回転・中負荷域では、弁体２９は全開位置に回動
される。すなわち、図３に示すように、大径円柱体２９
ａ、小径円柱体２９ｂにおける全閉時に吸気通路を塞い
でいた部分が底壁３１ａ内に没入し、全開用吸気ガイド
溝２９ｃがバルブ内吸気通路３１の内面と連続面をなす
ようになる。この結果、吸気通路内に抵抗となるものが
残存することがなくなり、吸気抵抗をなくすことができ
て必要な吸気量が確保される。

【００５５】そして、エンジン回転数が例えば４６００
ｒｐｍ以上で、スロットル開度が略全開の高速回転・高
負荷域では、さらに前記通路長切換弁２６が短尺通路２
５を開く。これにより吸気の大部分は高速回転域におい
て慣性過給効果の得られる長さの短尺通路２５を通っ
て、残りは長尺通路２４を気筒内に導入され、高速回転
域において多量の吸気が確保される。

【００５６】また、本実施例では、吸気ポート１８を構
成する中央通路１８ａと左，右通路１８ｂ，１８ｃとの
気筒軸方向への分岐開始部より上流側にバルブユニット
２０を配設したので、特に弁体２９の構造を簡素化で
き、また弁体２９の直径を最小限にすることができる。
ちなみに、前記分岐開始部より下流側に配置した場合、
弁体の外形および切欠面形状を例えば図１２に示す通路
横断面形状に対応したものとする必要があり、その形状
がきわめて複雑になると共に、その直径が大きくなる。
これに対して、本実施例の弁体２９は単純な円柱体に単
純な楕円状の切欠面（全開用吸気ガイド溝２９ｃ）を形
成するだけでよく、形状が簡単であり、また直径も小さ
くて済む。

【００５７】さらに、本実施例では点火プラグ４２を排
気側に傾斜させ、吸気弁１２ａ，１２ｂを起立させるこ
とにより吸気カム軸１３を気筒中心側に寄せて配置した
ので、シリンダヘッド４，５の吸気側にスペースが得ら
れ、バルブユニット２０を上述した分岐開始部より上流
側でかつ吸気弁開口１１ａ〜１１ｃにより近接させて配
置できる。その結果、上述のバルブ構造を簡単にしなが
ら、吸気流の制御性を向上できる。すなわち、本実施例
構造の吸気制御弁を設ける場合、弁体２９が吸気弁開口
から離れるほど天壁側への偏流が拡散してしまうが、本
実施例では前記点火プラグ４２、吸気カム軸１３等の配
置構造を採用したことにより、弁体２９を吸気弁開口に
近接させることができる。

【００５８】さらにまた、本実施例では、バルブボディ
２８、弁体２９、燃料噴射弁３０および駆動用サーボモ
ータ３７をユニット化してなるバルブユニット２０をシ
リンダヘッドの外部接続面１８ｅに取付ボルト２７で着
脱可能に装着するようにしたので、多数の気筒を有する
エンジンの場合のシリンダヘッドまわりの加工および組
立が容易である。例えば、シリンダヘッドに直接弁体を
挿入する構造を採用した場合は、重量，容積共に大きい
シリンダヘッド４，５の取り回し工数が増加することか
ら加工組立上の負担が大きくなる。これに対して、本実
施例の場合は、別の製造ラインにおいてバルブユニット
２０を加工組立するサブアッシーが可能であり、このバ
ルブユニット２０は軽量小型であるので取り回しは容易
であり、全体として見た場合、製造工数を軽減できる。

【００５９】また、本実施例で示したように弁体２９が
全閉状態のときには小径円柱体２９ｂの外周面と天壁３
１ｂとの間を吸気が通るように構成すると、例えば円柱
状の弁体に吸気を流す溝を全開時用と全閉時用とで２つ
形成する場合に較べ、全開状態と全閉状態との間の回動
角度を小さくすることができる。

【００６０】なお、本実施例では弁体２９にバルブ内吸
気通路３１毎に大径円柱体２９ａと小径円柱体２９ｂと
を１つずつ形成した例を示したが、これらの円柱体の数
量は適宜変更することができる。例えば、大径円柱体と
小径円柱体の間に中間径の円柱体を配設してもよい。こ
れに加えて、大径円柱体や小径円柱体の外周面は本実施
例で示したように吸気流の上流側から見て扁平となるよ
うに形成しなくてもよく、径が軸方向に対して漸次変わ
るようなテーパー面とすることができる。この場合には
大小両円柱体はそれぞれ円錐体に近くなる。

【００６１】また、本実施例ではシリンダヘッド４，５
とバルブボディ２８とを別体に形成した例を示したが、
これらは一体に形成してもよい。この場合、シリンダヘ
ッド４，５に弁体２９を回動自在に嵌合させる構造にな
る。さらにまた、本実施例では燃料噴射装置３０として
燃料を２方向に噴射する構造のものを採用した例を示し
たが、燃料噴射方向は適宜変更することができる。例え
ば３つの吸気通路の全てに１つの燃料噴射口から燃料を
噴射する構造のものであってもよい。

【００６２】

【発明の効果】以上説明したように第１の発明に係るエ
ンジンの吸気制御装置は、バルブ内吸気通路が形成され
た吸気制御弁用バルブボディをシリンダヘッドに設け、
このバルブボディに、前記バルブ内吸気通路を横切りか
つ外周部の一部分がバルブ内吸気通路の底壁内に没入す
る略円柱状の弁体を回動自在に嵌合させ、前記弁体にお
けるバルブ内吸気通路を横切る部分を外径の異なる複数
の円柱体によって構成し、これらの円柱体に、バルブ内
吸気通路の横断面形状に対応した形状の全開用吸気ガイ
ド溝を形成してなり、この弁体の全開位置を、前記全開
用吸気ガイド溝がバルブ内吸気通路の内面と連続する回
動位置とし、全閉位置を、この弁体における全開状態で
バルブ内吸気通路の底壁内に没入する部分がバルブ内吸
気通路内に臨み吸気通路面積が減少される回動位置とし
たため、弁体が全閉位置に回動すると、吸気は吸気通路
の天壁側に偏って流れて気筒内に気筒中心付近から縦方
向に流入し、タンブルが発生する。

【００６３】このときに弁体と前記天壁との間を通る吸
気は、大径円柱体の外周面と前記天壁との間より小径円
柱体の外周面と前記天壁との間の方へ多く流れるので、
吸気通路中を弁体の軸方向に対して小径円柱体側に偏っ
て流れて気筒内に流入する。このため、気筒内に気筒軸
回りの旋回流からなるスワールをも発生することにな
る。すなわち、エンジンの燃焼状態を良好にできる効果
がある。一方、弁体が全開位置に回動すると、大径円柱
体と小径円柱体に形成された全開用吸気ガイド溝が吸気
通路内面と略連続面をなすので、吸気抵抗が増加するこ
とはない。したがって、弁体の開度に応じてタンブルや
スワールの発生量が増減するようになるから、タンブル
およびスワールの両方を簡単な構成によって同時に制御
できるという効果がある。

【００６４】第２の発明に係るエンジンの吸気制御装置
は、バルブボディをシリンダヘッドとは別体に形成した
ため、バルブボディおよび弁体をユニット化してなるバ
ルブユニットをシリンダヘッドに取付ける構成になるの
で、大重量，大容積のシリンダヘッドに対する吸気制御
弁配設のための機械加工を最小限にすることができると
共に、前記バルブユニットをサブアッシーすることがで
き、吸気制御装置の製造組立を容易に行うことができる
という効果がある。

【００６５】第３の発明に係るエンジンの吸気制御装置
は、第１または第２の発明に係るエンジンの吸気制御装
置において、弁体を全閉としたときに大径円柱体の外周
面がバルブ内吸気通路の天壁に近接し、主に小径円柱体
の外周面と前記天壁との間を吸気が流れる形状としたた
め、弁体が全閉位置に回動すると、吸気流は弁体の軸方
向における小径円柱体側に偏るようになる。このため、
気筒内に気筒軸回りの旋回流からなるスワールが多く生
じるようになり、これによっても燃焼状態を良好にでき
る。

【００６６】第４の発明に係るエンジンの吸気制御装置
は、第３の発明に係るエンジンの吸気制御装置におい
て、弁体の大径円柱体における小径円柱体側端部となる
角部分であって弁体が全閉状態にあるときに吸気流の上
流側と対向する部位に、吸気流を小径円柱体側へ向ける
ガイド面を形成したため、弁体が全閉位置に回動した状
態では、大径円柱体に向けて上流側から流れた吸気はガ
イド面により円滑に小径円柱体側へ流される。このた
め、弁体によって吸気流に偏りをもたせるに当たって抵
抗が小さくて済むから、吸気騒音を低く抑えることがで
きると共に全閉時での吸気流量を確保し易くなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本実施例装置を備えたエンジンの全体構成を
示す正面概略図である。

【図２】 本実施例装置の全閉状態の断面正面図であ
る。

【図３】 本実施例装置の全開状態の断面正面図であ
る。

【図４】 本実施例装置の底面図である。

【図５】 バルブユニットの側面図である。

【図６】 図２におけるVI−VI線断面図である。

【図７】 本実施例装置の全開状態を示す断面平面図で
ある。

【図８】 弁体を全閉位置に回動させた状態を示す図
で、同図は図２におけるVIII−VIII線断面図である。

【図９】 弁体を全開位置に回動させた状態を示す図
で、同図は図３におけるIX−IX線断面図である。

【図１０】 弁体の斜視図である。

【図１１】 図６におけるXI−XI線断面図である。

【図１２】 図６におけるXII −XII線断面図である。

【符号の説明】

１…エンジン、２ｄ…シリンダボア、４，５…シリンダ
ヘッド、１２ａ，１２ｂ…吸気弁、１３…吸気カム軸、
１４…排気弁、１５…排気カム軸、１８…吸気ポート、
２０…バルブユニット、２８…バルブボディ、２９…弁
体、２９ａ…大径円柱体、２９ｂ…小径円柱体、２９ｃ
…全開用吸気ガイド溝、３０…燃料噴射弁、３１…バル
ブ内吸気通路、３１ａ…底壁、３１ｂ…天壁。

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シリンダヘッドの吸気通路に連通するバ
   ルブ内吸気通路が形成された吸気制御弁用バルブボディ
   をシリンダヘッドに設け、このバルブボディに、前記バ
   ルブ内吸気通路を横切りかつ外周部の一部分がバルブ内
   吸気通路の底壁内に没入する略円柱状の弁体を吸気カム
   軸と平行な軸線回りに回動自在に嵌合させ、前記弁体に
   おけるバルブ内吸気通路を横切る部分を同一軸線上に位
   置づけられた外径の異なる複数の円柱体によって構成
   し、これらの円柱体に、バルブ内吸気通路の横断面形状
   に対応した形状の切欠面からなる全開用吸気ガイド溝を
   形成してなり、この弁体の全開位置を、前記全開用吸気
   ガイド溝がバルブ内吸気通路の内面と連続する回動位置
   とし、全閉位置を、この弁体における全開状態でバルブ
   内吸気通路の底壁内に没入する部分がバルブ内吸気通路
   内に臨み吸気通路面積が減少される回動位置としたこと
   を特徴とするエンジンの吸気制御装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載のエンジンの吸気制御装置
   において、バルブボディをシリンダヘッドと別体に形成
   したことを特徴とするエンジンの吸気制御装置。
3. 【請求項３】 請求項１または請求項２記載のエンジン
   の吸気制御装置において、弁体を全閉としたときに大径
   円柱体の外周面がバルブ内吸気通路の天壁に近接し、主
   に小径円柱体の外周面と前記天壁との間を吸気が流れる
   形状としたことを特徴とするエンジンの吸気制御装置。
4. 【請求項４】 請求項３記載のエンジンの吸気制御装置
   において、弁体の大径円柱体における小径円柱体側端部
   となる角部分であって弁体が全閉状態にあるときに吸気
   流の上流側と対向する部位に、吸気流を小径円柱体側へ
   向けるガイド面を形成したことを特徴とするエンジンの
   吸気制御装置。