JP3401047B2 - エンジンの吸気装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はエンジンの吸気装置に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、エンジンにおいては低回転時あ
るいは低負荷時に混合気の着火性・燃焼性が低下すると
いった問題があり、とくにリーンバーンエンジンではか
かる問題が顕著となる。そこで、近年、低回転時あるい
は低負荷時には点火プラグまわりに燃料を集中させて燃
焼室内の混合気を成層化し、着火性・燃焼性を高めると
いった手法が多用されている。他方、高回転時にはエン
ジンの出力向上を図るため、できるかぎり吸気充填効率
を高めることが要求される。このため、従来より、高回
転時には吸気慣性効果を利用して吸気充填効率を高める
といった手法(慣性過給)が多用されている(例えば、特
開平３−２７９６２０号公報参照)。

【０００３】具体的には、低回転時あるいは低負荷時に
混合気の成層化を促進するため、燃料噴射弁の噴射口を
点火プラグに向けて配置したエンジンが提案されてい
る。しかしながら、かかるエンジンでは燃料噴射弁から
燃料が強い勢いで噴射されるため、燃料が点火プラグ付
近を通り抜けてしまい、有効に混合気の成層化を図るこ
とができないといった問題がある。

【０００４】これを改善するため、燃焼室中心部に配置
された点火プラグ付近に向かって開口する燃料噴射弁を
設ける一方、吸気ポートをスワール生成ポートとし、低
回転時あるいは低負荷時には燃焼室内にスワールを生成
して燃料噴射弁から噴射された燃料をスワールで点火プ
ラグまわりに集めるようにしたエンジンが提案されてい
る。しかしながら、このようにスワールにより成層化を
促進するようにしても、やはり燃料噴射弁から噴射され
た燃料は勢いが強いので点火プラグ付近を通り抜けてし
まう傾向が強い。

【０００５】そこで、点火プラグ付近に向かって開口す
る混合気供給ポートと、該混合気供給ポート内に燃料を
噴射する燃料噴射弁と、吸気行程後半から圧縮行程前半
の間において所定期間だけ混合気供給ポートを開かせる
混合気供給ポート開閉弁とを設け、混合気供給ポートか
ら燃焼室内に流入する勢いの弱い混合気を点火プラグま
わりに集中させて成層化を促進するようにしたエンジン
が提案されている(例えば、実開昭６２−１８３３５号
公報参照)。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
混合気供給ポートを備えた従来のエンジンでは、普通、
吸入行程後半から筒内圧が上昇してくる圧縮行程前半に
かけて、混合気供給ポートから燃焼室内へ混合気を供給
することになるので、混合気供給ポートへ供給するエア
をエアポンプ等を用いて加圧するようにしている。しか
しながら、かかるエアポンプから吐出される加圧エアに
は半ば必然的に脈動が伴われるので、かかる脈動によっ
て混合気供給ポートから燃焼室内への混合気の流出速度
が変動し、これによって燃焼室内での上記混合気の分布
位置が変動し、このため着火性・燃焼性が十分には改善
されないといった問題がある。

【０００７】さらに、混合気供給ポートは、高回転時に
おいては燃焼室への吸気供給力が低下するので、高回転
領域では吸気充填効率の低下すなわちエンジン出力の低
下を招くといった問題がある。なお、前記したとおり、
高回転時には吸気慣性効果を利用して吸気充填効率を高
めるといった手法が多用されているが、従来のエンジン
ではサージタンクを圧力反転部とするようにしているの
で、圧力波の伝播経路長が比較的長くなり、このため慣
性効果が有効となる回転領域をそれほどは高回転側には
もってくることができず、高回転時の吸気充填効率を十
分には高めることができないといった問題がある。

【０００８】本発明は、上記従来の問題点を解決するた
めになされたものであって、低回転時には混合気を十分
に成層化してその着火性・燃焼性を有効に高めることが
でき、高回転時には吸気充填効率を十分に高めることが
できるエンジンの吸気装置を提供することを目的とす
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達するた
め、第１の発明は、燃焼室に開口する一方、加圧エア供
給源から加圧エアが供給されるともに燃料供給源から燃
料が供給されこれらの加圧エアと燃料とで混合気を生成
する混合気供給ポートと、混合気供給ポートの燃焼室へ
の開口部を、吸気行程後半から圧縮行程前半の間におい
て所定期間だけ開く混合気供給ポート開閉弁とが設けら
れたエンジンの吸気装置において、混合気供給ポートの
上流部に接続される拡大室と、該拡大室と吸気ポートの
中途部とを連通させる連通部と、該連通部を開閉する連
通部開閉弁とが設けられ、拡大室と連通部とが、拡大室
から吸気ポート下流端に至る吸気経路長がサージタンク
から吸気ポート下流端に至る吸気経路長よりも短くなる
ように形成され、連通部開閉弁が所定の高回転領域で開
かれるようになっていることを特徴とするエンジンの吸
気装置を提供する。

【００１０】第２の発明は、第１の発明にかかるエンジ
ンの吸気装置において、吸気ポートが、スワール生成ポ
ートである第１吸気ポートと、所定の運転領域で閉じら
れるスワールコントロール弁を備えた第２吸気ポートと
に分けられていて、連通部が拡大室と第２吸気ポートの
中途部とを連通させるように形成されていることを特徴
とするエンジンの吸気装置を提供する。

【００１１】第３の発明は、第１の発明にかかるエンジ
ンの吸気装置において、吸気ポートが、スワール生成ポ
ートである第１吸気ポートと、所定の運転領域で閉じら
れるスワールコントロール弁を備えた第２吸気ポートと
に分けられるとともに、各気筒毎に第１吸気ポートと第
２吸気ポートとが上流側で合流させられていて、連通部
が拡大室と上記合流部とを連通させるように形成され、
連通路開閉弁がスワールコントロール弁が閉じられる領
域で部分的に開かれ、かつスワールコントロール弁が開
かれる領域で全開されるようになっていることを特徴と
するエンジンの吸気装置を提供する。

【００１２】第４の発明は、第１〜第３の発明のいずれ
か１つにかかるエンジンの吸気装置において、連通部開
閉弁が所定の高負荷・高回転領域で開かれ、かつ該高負
荷・高回転領域では混合気供給ポートへの燃料供給が停
止もしくは減少され、吸気ポートからの燃料供給が実質
的に開始されるようになっていることを特徴とするエン
ジンの吸気装置を提供する。

【００１３】第５の発明は、第１〜第３の発明のいずれ
か１つにかかるエンジンの吸気装置において、混合気供
給ポートが、低回転領域における平均マッハ係数が０.
４以上となるように形成され、吸気ポートが、高回転領
域における平均マッハ係数が０.４未満となるように形
成されていることを特徴とするエンジンの吸気装置を提
供する。

【００１４】第６の発明は、第２の発明にかかるエンジ
ンの吸気装置において、加圧エア供給源で加圧されたエ
アを第１吸気ポート側へリリーフするリリーフ通路が設
けられていることを特徴とするエンジンの吸気装置を提
供する。

【００１５】第７の発明は、第２の発明にかかるエンジ
ンの吸気装置において、加圧エア供給源で加圧されたエ
アを両吸気ポート側へリリーフする第１リリーフ通路
と、第１吸気ポート側へのみリリーフする第２リリーフ
通路と、加圧されたエアを第１リリーフ通路へリリーフ
するかそれとも第２リリーフ通路へリリーフするかを切
り替えるリリーフ切替手段とが設けられ、該リリーフ切
替手段が、スワールコントロール弁が開かれているとき
には加圧されたエアを第１リリーフ通路へリリーフさ
せ、スワールコントロール弁が閉じられているときには
加圧されたエアを第２リリーフ通路へリリーフさせるよ
うになっていることを特徴とするエンジンの吸気装置を
提供する。

【００１６】第８の発明は、燃焼室に開口する一方、加
圧エア供給源から加圧エアが供給されるともに燃料供給
源から燃料が供給されこれらの加圧エアと燃料とで混合
気を生成する混合気供給ポートと、混合気供給ポートの
燃焼室への開口部を、吸気行程後半から圧縮行程前半の
間において所定期間だけ開く混合気供給ポート開閉弁と
が設けられたエンジンの吸気装置において、吸気ポート
が、スワール生成ポートである第１吸気ポートと、所定
の運転領域で閉じられるスワールコントロール弁を備え
た第２吸気ポートとに分けられていて、混合気供給ポー
トの上流部に接続される拡大室と、該拡大室と第２吸気
ポートの中途部とを連通させる連通部と、該連通部を開
閉する連通部開閉弁とが設けられ、拡大室と連通部と
が、拡大室から第２吸気ポート下流端に至る吸気経路長
がサージタンクから第２吸気ポート下流端に至る吸気経
路長よりも短くなるように形成され、連通部開閉弁が、
スワールコントロール弁が開かれる運転領域で開かれる
ようになっていることを特徴とするエンジンの吸気装置
を提供する。

【００１７】第９の発明は、第８の発明にかかるエンジ
ンの吸気装置において、混合気供給ポートが、低回転領
域における平均マッハ係数が０.４以上となるように形
成され、吸気ポートが、高回転領域における平均マッハ
係数が０.４未満となるように形成されていることを特
徴とするエンジンの吸気装置を提供する。

【００１８】第１０の発明は、第８の発明にかかるエン
ジンの吸気装置において、加圧エア供給源で加圧された
エアを第１吸気ポート側へリリーフするリリーフ通路が
設けられていることを特徴とするエンジンの吸気装置を
提供する。

【００１９】

【実施例】以下、本発明の実施例を具体的に説明する。 ＜第１実施例＞図１と図２とに示すように、第１〜第４
気筒（＃１〜＃４）を備えた４気筒エンジンＣＥの各シ
リンダ１内には夫々燃焼室２が設けられ、各燃焼室２の
天井部の吸気側半部(図１、図２では左半部)に第１,第
２吸気ポート３,４が開口する一方、排気側半部(図１、
図２では右半部)に第１,第２排気ポート５,６が開口し
ている。さらに、第１吸気ポート３と第２吸気ポート４
の間において燃焼室２の天井部には混合気供給ポート７
が開口している。また、平面視で燃焼室２のほぼ中心部
には点火プラグ８が配置されている。

【００２０】ここで、第１吸気ポート３は、シリンダ１
(燃焼室２)のほぼ周方向に向かって開口するタンジェン
シャルポートとされ、この第１吸気ポート３から燃焼室
２内に流入するエアによって、燃焼室２内にスワールが
生成されるようになっている。すなわち、第１吸気ポー
ト３はスワール生成ポートとされている。なお、第１吸
気ポート３をヘリカル式のスワール生成ポートとしても
よい。

【００２１】そして、第１吸気ポート３は、第１吸気弁
９によって、クランク軸１９と同期する所定のタイミン
グで開閉されるようになっている(例えば、クランク角
でみて上死点前１３°〜下死点後４３°で開弁状態)。
なお、第１吸気弁９は図示していない動弁機構によって
駆動されるようになっている。同様に、第２吸気ポート
４は第２吸気弁１０によって開閉されるようになってい
る。また、第１,第２排気ポート５,６は夫々第１,第２
排気弁１１,１２によって開閉されるようになってい
る。さらに、混合気供給ポート７は、混合気供給ポート
開閉弁２０によって、吸気行程後半から圧縮行程前半の
間において、クランク軸１９と同期する所定のタイミン
グで開閉されるようになっている(例えば、クランク角
でみて上死点後９０°〜下死点後９０°で開弁状態)。

【００２２】また、第１吸気ポート３に臨んで該第１吸
気ポート３内のエア中に燃料を噴射する第１燃料噴射弁
１３が設けられる一方、混合気供給ポート７に臨んで該
混合気供給ポート７内のエア中に燃料を噴射する第２燃
料噴射弁１４が設けられている。第１,第２排気ポート
１１,１２の下流端は夫々独立排気通路１５に接続され
ている。なお、第２燃料噴射弁１４は、特許請求の範囲
に記載された「燃料供給源」に相当する。

【００２３】上記構成において、エンジンＣＥは、基本
的には、第１,第２吸気弁９,１０が開かれたときに第
１,第２吸気ポート３,４から燃焼室２内に混合気を吸入
し、この混合気をピストン１６で圧縮して点火プラグ８
で着火・燃焼させ、第１,第２排気弁１１,１２が開かれ
たときに燃焼ガス(排気ガス)を第１,第２排気ポート５,
６を介して独立排気通路１５に排出するようになってい
る。これに伴って、ピストン１６がシリンダ１内でシリ
ンダ軸線方向に往復運動し、この往復運動がコンロッド
１７とクランクピン１８とを介して回転運動に変換され
てクランク軸１９に伝達されるようになっている。

【００２４】しかしながら、低回転・低負荷領域等、混
合気の着火性・燃焼性が悪くなる所定の運転領域では、
後で説明するように、混合気供給ポート７から燃焼室２
内へ混合気を供給し、この混合気で点火プラグ８の周囲
にリッチな混合気層を形成(成層化)して着火性・燃焼性
を高めるようにしている。具体的には、概ね混合気供給
ポート開閉弁２０が開かれる前に、第２燃料噴射弁１４
から混合気供給ポート７内の加圧エア中に燃料を噴射
し、混合気供給ポート７内に比較的圧力の高いリッチな
混合気を生成し、混合気供給ポート開閉弁２０が開かれ
たときにこの混合気を点火プラグ８付近に流出させるよ
うにしている。この場合、混合気供給ポート７から燃焼
室２内に流出する混合気はそれほど勢いが強くないので
ちょうど点火プラグ８まわりに集中し、燃焼室２内が成
層化されて着火性・燃焼性が高められるわけである。

【００２５】ところで、第１,第２吸気ポート３,４のス
ロート部は、高回転時におけるマッハ係数が０.４未満
となるよう比較的大径とされている。すなわち、一般的
に吸気ポートにおけるマッハ係数はエンジン回転数の上
昇に伴って増加するが、マッハ係数が０.４以上になる
とポート内のエアの流通抵抗が急増し、エアの流れが飽
和状態となり、エンジン回転数を上昇させても単位時間
当たりのエア流量はほとんど増加しなくなる。そこで、
このようにマッハ係数を０.４未満に押さえて、エンジ
ン回転数の上昇に伴ってエア流量すなわちエンジン出力
が有効に上昇するようにしている。これによって、高回
転時のエンジン出力が高められ、かつエンジンの制御性
が高められる。

【００２６】他方、混合気供給ポート７のスロート部
は、低回転時におけるマッハ係数が０.４以上となるよ
う比較的小径とされている。このため、混合気供給ポー
ト７から燃焼室２内に流入するエアないし混合気の単位
時間当たりの流量(流速)はエンジン回転数にかかわらず
ほぼ一定となる。したがって、混合気供給ポート７から
燃焼室２内に流入した混合気が、燃焼室２内において点
火プラグ８まわりでほぼ一定の位置に分布することにな
り、混合気の成層化が安定化される。なお、この場合、
１サイクル当たりの流量はエンジン回転数の上昇に反比
例して減少する。

【００２７】各気筒の燃焼室２にエアを供給するため
に、上流端が大気に開放された共通吸気通路２１が設け
られ、この共通吸気通路２１には上流側から順にエアク
リーナ３０とエアフローセンサ２２とスロットル弁２３
とが設けられている。そして、共通吸気通路２１の下流
端は、エアの流れを安定化させる第１,第２サージタン
ク２４,２５に接続されている。なお、エンジン幅方向
(図１、図２では左右方向)にみて、第２サージタンク２
５は第１サージタンク２４よりもエンジン本体部に近い
位置に配置されている。

【００２８】第１サージタンク２４には各気筒用の第１
独立吸気通路２６の上流端が接続され、この第１独立吸
気通路２６の下流端は夫々対応する第１吸気ポート３に
接続されている。他方、第２サージタンク２５には各気
筒用の第２独立吸気通路２７の上流端が接続され、この
第２独立吸気通路２７の下流端は夫々対応する第２吸気
ポート４に接続されている。ここで、各第２独立吸気通
路２７には夫々スワールコントロール弁２８(以下、こ
れをＳ弁２８と略称する)が設けられている。これらの
Ｓ弁２８はスワール強度を調節するために設けられてい
て、該Ｓ弁２８の開度が小さいときほどスワールが強化
されるようになっている。すなわち、Ｓ弁２８の開度が
小さいときほどスワール生成ポートである第１吸気ポー
ト３を介して燃焼室２内に流入するエアの割合が大きく
なり、スワールが強化されるわけである。

【００２９】混合気供給ポート７にエアを供給するため
に、エアポンプ３３を備えた加圧エア通路３１が設けら
れ、この加圧エア通路３１の上流端は、共通吸気通路２
１の、エアフローセンサ２２より下流側でかつスロット
ル弁２３よりも上流側の部分に接続されている。そし
て、加圧エア通路３１の下流端は所定の容量を備えた拡
大室３２に接続されている。この拡大室３２には各気筒
用の独立加圧エア通路２９が接続され、該独立加圧エア
通路２９の下流端は夫々対応する混合気供給ポート７に
接続されている。ここで、拡大室３２は、エンジン幅方
向にみて第２サージタンク２５よりもエンジン本体部に
近い位置において、第２独立吸気通路２７の上面に隣接
して配設されている。そして、拡大室３２と各第２独立
吸気通路２７とを連通させる連通穴３８(連通部)と、該
連通穴３８を開閉する連通部開閉弁３７(以下、これを
ＶＩＣＳ弁３７と略称する)とが設けられている。な
お、エアポンプ３３は、特許請求の範囲に記載された
「加圧エア供給源」に相当する。

【００３０】拡大室３２は、第一義的にはエアポンプ３
３から吐出される加圧エアの脈動を減衰させ、後で説明
する所定の運転領域(成層燃焼領域)において混合気供給
ポート７から燃焼室２内に流入する混合気の流速の変動
を低減ないし防止し、燃焼室２内における混合気の成層
化を安定させて着火性・燃焼性を高めるために設けられ
ている。しかしながら、この拡大室３２は、後で説明す
るように所定の高回転領域における慣性過給の圧力反転
部としても利用され、これによって高回転領域における
吸気充填効率すなわちエンジン出力が高められるように
なっている。

【００３１】加圧エア通路３１のエアポンプ３３より下
流側の部分と、共通吸気通路２１のスロットル弁２３よ
りやや上流側の部分とを連通する第１リリーフ通路３４
が設けられ、この第１リリーフ通路３４に三方弁である
リリーフ切替弁３５(リリーフ切替手段)が介設されてい
る。そして、リリーフ切替弁３５の第３の端子には、下
流端が第１サージタンク２４に接続された第２リリーフ
通路３６が接続されている。

【００３２】このように混合気供給ポート７に供給する
エアを加圧するのは、前記したとおり、混合気供給ポー
ト開閉弁２０が下死点後において第１,第２吸気弁９,１
０が閉じられた後でも開かれるので、常圧のエアでは混
合気供給ポート７内の混合気を燃焼室２に押し込むこと
ができないからである。また、第１,第２リリーフ通路
３４,３６を介して加圧エアを第１吸気ポート側あるい
は第２吸気ポート側へリリーフするのは、かかる加圧エ
アによって吸気充填効率を高めることができ、かつスワ
ールを強めることができるからである。具体的には、Ｓ
弁２８が開かれているときには第１,第２吸気ポート３,
４から燃焼室２にエアが供給されるので加圧エアを第１
リリーフ通路３４を介して両吸気ポート側へリリーフさ
せて充填効率を高める一方、Ｓ弁２８が閉じられている
ときには第１吸気ポート３のみから燃焼室２にエアが供
給されるので加圧エアを第２リリーフ通路３６を介して
第１吸気ポート側へのみリリーフさせるようにしてい
る。かかるリリーフ経路の切り替えは、コントロールユ
ニットＣから印加される信号に従ってリリーフ切替弁３
５によって行われる。

【００３３】以下、Ｓ弁２８及びＶＩＣＳ弁３７を開閉
駆動するための駆動機構を説明する。各気筒のＳ弁２８
は、１つのＳ弁用弁軸４１に取り付けられこの弁軸４１
を介して、コントロールユニットＣから印加される信号
に従って、負圧応動式の第１アクチュエータ４２によっ
て開閉駆動されるようになっている。具体的には、第１
アクチュエータ４２の圧力室には、上流部にバキューム
ポンプ４３とバキュームチャンバ４４とが介設された第
１負圧供給通路４５の下流端が接続され、さらにこの第
１負圧供給通路４５に第１ソレノイドバルブ４６が介設
されている。ここで、第１ソレノイドバルブ４６は、コ
ントロールユニットＣから印加される信号に従って第１
アクチュエータ４２の圧力室にかけられる負圧を制御し
てＳ弁２８を開閉するようになっている。

【００３４】各気筒のＶＩＣＳ弁３７は、１つのＶＩＣ
Ｓ弁用弁軸４８に取り付けられこの弁軸４８を介して、
コントロールユニットＣから印加される信号に従って、
負圧応動式の第２アクチュエータ４９によって開閉駆動
されるようになっている。ここで、第２アクチュエータ
４９の圧力室には、上流端がバキュームチャンバ４４に
接続された第２負圧供給通路５０が接続され、さらにこ
の第２負圧供給通路５０に第２ソレノイドバルブ５１が
介設されている。ここで、第２ソレノイドバルブ５１
は、コントロールユニットＣから印加される信号に従っ
て第２アクチュエータ４９の圧力室にかけられる負圧を
調節してＶＩＣＳ弁３７を開閉するようになっている。

【００３５】コントロールユニットＣは、エンジン回転
数、エンジン負荷(スロットル開度)等を制御情報とし
て、エンジンＣＥの運転状態に応じてＳ弁２８とＶＩＣ
Ｓ弁３７とを制御して、低回転時には混合気を成層化し
てその着火性・燃焼性を高める一方、高回転時には吸気
充填効率を高めるようになっているが、以下コントロー
ルユニットＣによるＳ弁２８及びＶＩＣＳ弁３７の開閉
制御並びにこれに付随する制御の制御方法を説明する。

【００３６】図５に示すように、Ｓ弁２８は曲線Ｇ₂よ
りも低回転・低負荷側の領域(成層燃焼領域)では閉じら
れ、これ以外の領域では開かれる。他方、ＶＩＣＳ弁３
７はエンジン回転数が所定値Ｎ₁以下である低回転領域
では閉じられ、Ｎ₁を超える高回転領域では開かれる。
ここで、第２燃料噴射弁１４は、コントロールユニット
Ｃからの信号に従って、成層燃焼領域では燃料を噴射す
るが、これ以外の領域では燃料噴射を停止もしくは減少
する。これにより、予混合均一燃焼が行われ、高出力が
得られる。なお、リリーフ切替弁３５は、コントロール
ユニットＣからの信号に従って、Ｓ弁２８が開かれる領
域では加圧エアを第１リリーフ通路３４にリリーフさ
せ、Ｓ弁２８が閉じられる領域では加圧エアを第２リリ
ーフ通路３６にリリーフさせるようになっている。

【００３７】エンジンＣＥの運転状態が成層燃焼領域に
入っている場合は、Ｓ弁２８及びＶＩＣＳ弁３７が閉じ
られる。この場合、吸気ポート側から燃焼室２に供給さ
れるエアはすべて第１吸気ポート３を介して燃焼室２に
流入し、燃焼室２内に強いスワールが生成される。ま
た、第２燃料噴射弁１４から燃料が噴射されるので、混
合気供給ポート７から燃焼室２内に勢いの弱い混合気が
供給され、この混合気が点火プラグ８まわりに集中す
る。したがって、強いスワールと、混合気供給ポート７
から供給される混合気とによって、燃焼室２内の混合気
が十分に成層化され、燃焼室２内での混合気の着火性・
燃焼性が高められる。また、前記したとおりマッハ係数
が０.４以上とされ、かつ拡大室３２によって加圧エア
の脈動が低減ないしは防止されるので、混合気供給ポー
ト７から燃焼室２内に流入する混合気の単位時間当たり
の流量(流速)がエンジン回転数にかかわりなくほぼ一定
化・均一化され、安定した成層化が行われる。なお、こ
の場合第２リリーフ通路３６を介して第１サージタンク
２４内に加圧エアがリリーフされ、これによって吸気充
填効率が高められ、かつスワールが強化される。

【００３８】エンジンの運転状態が、エンジン回転数が
Ｎ₁以下でかつ成層燃焼領域外にある場合はＳ弁２８が
開かれ、第１,第２吸気ポート３,４及び混合気供給ポー
ト７を介して燃焼室２内にエアが供給される。この場
合、ＶＩＣＳ弁３７が閉じられているので、第１,第２
吸気ポート３,４側の吸気系統と混合気供給ポート７側
の吸気系統とは互いに分離され、両者間にはとくには相
互作用は生じない。なお、この場合、第１リリーフ通路
３４を介して両サージタンク２４,２５内に加圧エアが
リリーフされ、吸気充填効率が高められる。

【００３９】エンジン回転数がＮ₁を超える高回転領域
では、Ｓ弁２８及びＶＩＣＳ弁３７がいずれも開かれ、
また第２燃料噴射弁１４からの燃料噴射は停止される。
この場合、ＶＩＣＳ弁３７が開かれているので、第２吸
気ポート４側では、拡大室３２を圧力反転部(容積部)と
する慣性過給が行われる。前記したとおり、拡大室３２
は第２サージタンク２５よりもエンジン本体部に近い位
置に配置されているので、拡大室３２から第２吸気ポー
ト４の下流端(燃焼室２への開口部)までの経路長は比較
的短くなる。このため、拡大室３２を圧力反転部とする
慣性過給の同調固有振動数が高くなり、したがってかか
る高回転領域で高い慣性効果が得られ、吸気充填効率が
高められエンジン出力が高められる。この場合、第１リ
リーフ通路３４を介して両サージタンク２４,２５内に
加圧エアがリリーフされるので、吸気充填効率が一層高
められる。なお、かかる高回転領域において、エンジン
回転数が比較的低いときには、第１サージタンク２４あ
るいは第２サージタンク５を圧力反転部とする慣性過給
も行われるのはもちろんである。

【００４０】Ｓ弁２８とＶＩＣＳ弁３７とがこのように
制御された場合の、エンジンＣＥの出力トルクＴのエン
ジン回転数に対する特性は図５中の曲線Ｇ₁のようにな
る。なお、図５において、矢印Ｘ₁は、エンジン回転数
がＮ₁を超える高回転領域における拡大室３２を圧力反
転部とする慣性過給による全開トルクの向上効果を示し
ている。

【００４１】なお、このようにＶＩＣＳ弁３７をエンジ
ン回転数がＮ₁以下であるか否かによって開閉するので
はなく、Ｓ弁２８が閉じられる領域すなわち成層燃焼領
域でＶＩＣＳ弁３７を閉じ、Ｓ弁２８が開かれる領域で
ＶＩＣＳ弁３７を開くようにしてもよい。図６に、この
ようにした場合の、ＷＯＴ時の吸気充填効率ηvのエン
ジン回転数に対する特性を示す(曲線Ｇ₃)。図６におい
て、曲線Ｇ₄は拡大室３２を設けない場合の吸気充填効
率を示しており、したがって矢印Ｘ₂は拡大室３２を設
けたことによる吸気充填効率の向上効果を示している。
なお、曲線Ｇ₅は成層燃焼領域と他の領域との境界を示
している。

【００４２】前記したとおり、加圧エア通路３１内の加
圧エアを、第１吸気ポート側あるいは第２吸気ポート側
にリリーフさせ、吸気充填効率を高めるようにしている
が、図７に、かかる加圧エアのリリーフによる吸気充填
効率の向上効果を示す。図７において、エンジン回転数
がＮ₁以下の低回転領域で、曲線Ｇ₆は加圧エアのリリー
フが行われる場合のＷＯＴ時のエンジン出力トルクであ
り、曲線Ｇ₇は加圧エアのリリーフが行われない場合の
出力トルクである。図７から明らかなとおり、かかるリ
リーフにより低回転領域でのエンジン出力トルクが高め
られている。なお、図７において、エンジン回転数がＮ
₁を超える高回転領域での出力トルク向上効果は、拡大
室３２を圧力反転部とする慣性過給によるものである。

【００４３】なお、Ｓ弁２８が閉じられているときに、
第２リリーフ通路３６を介して第１サージタンク２４へ
加圧エアをリリーフすることにより、第１吸気ポート３
内でのエアの流速が高められ、これによってスワールが
強化され、燃焼室２内の混合気の着火性・燃焼性が一層
高められる。図８に、エンジン回転数が所定値Ｎ₁以下
の低回転領域でＳ弁２８を閉じるようにした場合の、加
圧エアのリリーフを行う場合のエアの乱れの強さすなわ
ちスワール強度(曲線Ｇ₁₃)と、加圧エアのリリーフを行
わない場合の乱れ強さ(曲線Ｇ₁₄)とを示す。図８から明
らかなとおり、加圧エアのリリーフによって乱れ強さ
(スワール強度)が高められている。図９において、曲線
Ｇ₁₅はエアポンプ３３から吐出される加圧エアの流量で
あり、直線Ｇ₁₆は混合気供給ポート７から燃焼室２内へ
流入するエアの流量である。ここで、Ｇ₁₅とＧ₁₆の差が
加圧エア通路３１から、第１リリーフ通路３４又は第２
リリーフ通路３６へリリーフされる加圧エアの流量を示
している。このようにリリーフされる加圧エアによっ
て、吸気充填効率が高められるとともにスワールが強化
される。

【００４４】＜第２実施例＞以下、図３及び図４を参照
しつつ第２実施例を説明するが、第２実施例の基本部分
は図１及び図２に示す第１実施例と共通であるので、以
下では説明の重複を避けるため第１実施例との相異点に
ついてのみ説明する。なお、図３及び図４において第１
実施例と共通の部材には図１及び図２と同一の番号を付
している。図３及び図４に示すように、第２実施例で
は、共通吸気通路２１の下流端が単一のサージタンク６
０に接続されている。そして、このサージタンク６０に
各気筒用の分岐吸気通路６１が接続され、これらの分岐
吸気通路６１の下流端に第１吸気ポート３と第２吸気ポ
ート４とが接続されている。換言すれば、第１吸気ポー
ト３と第２吸気ポート４とが上流側で合流され、この合
流部が分岐吸気通路６１とされていることになる。

【００４５】そして、拡大室３２が、これらの分岐吸気
通路６１の上面に隣接して配置され、拡大室３２と各分
岐吸気通路６１とを連通する連通穴３８(連通部)が形成
され、この連通穴３８が連通部開閉弁３７(ＶＩＣＳ弁
３７)によって開閉されるようになっている。また、サ
ージタンク６０が単一であるので、第１実施例のような
第２リリーフ通路３６は設けられていない。その他の構
成については第１実施例と同様である。

【００４６】かかる構成において、Ｓ弁２８及びＶＩＣ
Ｓ弁３７は、コントロールユニットＣによって以下のよ
うに制御される。図１０に示すように、第２実施例で
は、Ｓ弁２８はエンジン回転数がＮ₁以下の領域では閉
じられ、Ｎ₁を超える領域では開かれる。他方、ＶＩＣ
Ｓ弁３７は、エンジン回転数がＮ₁よりも低回転側に設
定される所定値Ｎ₁'以下の領域では全閉され、Ｎ₁'〜Ｎ
₁の領域では部分的に開かれ、Ｎ₁を超える領域では全開
される。

【００４７】この場合、エンジン回転数がＮ₁'以下の領
域では、ＶＩＣＳ弁３７が全閉され、混合気供給ポート
７から燃焼室２内に混合気が供給され、成層化が促進さ
れる。また、エンジン回転数がＮ₁'〜Ｎ₁である領域で
はＳ弁２８が閉じられる一方、ＶＩＣＳ弁３７が部分的
に開かれるので、第１吸気ポート３側でのみ拡大室３２
を圧力反転部とする慣性過給が行われ吸気充填効率が高
められる。エンジン回転数がＮ₁を超える領域ではＳ弁
２８が開かれるとともに、ＶＩＣＳ弁３７が全開される
ので、第１,第２吸気ポート３,４側で拡大室３２を圧力
反転部とする慣性過給が行われ、吸気充填効率が高めら
れる。

【００４８】図１０において、曲線Ｇ₁₀はかかる制御が
行われた場合のエンジン出力トルクのエンジン回転数に
対する特性を示し、曲線Ｇ₁₁は拡大室３２を圧力反転部
とする慣性過給を行われない場合の出力トルクを示して
いる。図１０から明らかなとおり、拡大室３２を圧力反
転部とする慣性過給が行われる場合は、エンジン回転数
がＮ₁'を超える領域でエンジン出力トルクが高められて
いる。とくに、エンジン回転数がＮ₁を超える領域で
は、第１実施例の場合とは違って両吸気ポート側で慣性
過給が行われるので、吸気充填効率が一層高められる。
このように、第２実施例によっても、低回転領域で混合
気の着火性・燃焼性を高めることができ、高回転領域で
吸気充填効率を高めることができる。

【００４９】

【発明の作用・効果】第１の発明によれば、低回転領域
では、混合気供給ポートに供給される加圧エアの脈動が
拡大室で減衰させられるので、混合気供給ポートから燃
焼室内に流入する混合気の流速(流量)が均一化され、燃
焼室内での混合気の成層化が安定し、混合気の着火性・
燃焼性が高められる。他方、高回転領域では、吸気ポー
ト内で拡大室を圧力反転部とする慣性過給が行われ、吸
気充填効率が高められ、エンジン出力が高められる。こ
の場合、拡大室から吸気ポート下流端に至る圧力波伝播
経路長が比較的短くなるので、慣性過給における同調固
有振動数が高くなり、このため高回転領域での慣性過給
効果が高められる。

【００５０】第２の発明によれば、基本的には第１の発
明と同様の作用・効果が得られる。さらに、第１吸気ポ
ートがスワール生成ポートとされているので、低回転領
域ではスワールを強化しつつ、混合気供給ポートから燃
焼室内に混合気を供給することができ、燃焼室内での混
合気の成層化を一層促進することができ、着火性・燃焼
室が一層高められる。

【００５１】第３の発明によれば、基本的には第１の発
明と同様の作用・効果が得られる。さらに、連通部が拡
大室と両吸気ポートの合流部とを連通させるので、高回
転領域での慣性過給効果がさらに高められる。また、ス
ワールコントロール弁が閉弁される領域では、連通部開
閉弁が部分的に開かれるので、混合気供給ポート側の過
剰なエアが吸気ポート側にリリーフされ、混合気供給ポ
ートへのエア供給量が一定化・適正化され、混合気の成
層化が一層促進・安定化される。かつ、スワールコント
ロール弁が開かれる領域では、連通部開閉弁が全開され
るので、吸気充填効率が一層高められる。

【００５２】第４の発明によれば、基本的には第１〜第
３の発明のいずれか１つと同様の作用・効果が得られ
る。さらに、高負荷・高回転領域では混合気供給ポート
への燃料供給が停止されるので、該高負荷・高回転領域
では燃焼室内の混合気が均質化されて均一燃焼が行わ
れ、エンジン出力が高められる。

【００５３】第５の発明によれば、基本的には第１〜第
３の発明のいずれか１つと同様の作用・効果が得られ
る。さらに、混合気供給ポートではマッハ係数が全運転
領域で０.４以上となるので、混合気供給ポートから燃
焼室内へ流入するエアの単位時間当たりの流量(流速)が
エンジン回転数にかかわりなくほぼ一定となる。このた
め、混合気供給ポートから燃焼室に流入した混合気の分
布位置が均一化され、成層化が安定し、着火性・燃焼性
が一層高められる。また、吸気ポートではマッハ係数が
全領域で０.４未満となるので、エンジン回転数の上昇
に伴って単位時間当たりのエア流量が増加し、エンジン
出力の制御性が良好となる。

【００５４】第６の発明によれば、基本的には第１の発
明と同様の作用・効果が得られる。さらに、加圧エアが
第１吸気ポート側にリリーフされるので、この加圧エア
によって吸気充填効率が高められるとともに、スワール
が強化されて混合気の着火性・燃焼性が高められる。

【００５５】第７の発明によれば、基本的には第１の発
明と同様の作用・効果が得られる。さらに、スワールコ
ントール弁が閉じられる領域では第２リリーフ通路を介
して第１吸気ポート側に加圧エアがリリーフされ、この
加圧エアによって吸気充填効率が高められるとともに、
スワールが強化されて混合気の着火性・燃焼性が高めら
れる。また、スワールコントール弁が開かれる領域では
第１リリーフ通路を介して両吸気ポート側に加圧エアが
リリーフされ、この加圧エアによって吸気充填効率が高
められる。

【００５６】第８の発明によれば、低回転領域では、混
合気供給ポートに供給されるエアの脈動が拡大室で減衰
させられるので、混合気供給ポートから燃焼室内に流入
する混合気の流速(流量)が均一化され、燃焼室内での混
合気の成層化が安定し、混合気の着火性・燃焼性が高め
られる。他方、高回転領域では、拡大室を圧力反転部と
する慣性過給が行われ、吸気充填効率が高められ、エン
ジン出力が高められる。また、第１吸気ポートがスワー
ル生成ポートとされているので、低回転領域ではスワー
ルを強化しつつ、混合気供給ポートから燃焼室内に混合
気を供給することができ、燃焼室内での混合気の成層化
を一層促進することができ、着火性・燃焼性が一層高め
られる。さらに、拡大室から第２吸気ポート下流端に至
る圧力波伝播経路長が比較的短くなるので、慣性過給に
おける同調固有振動数が高くなり、このため高回転領域
での慣性過給効果が高められる。

【００５７】第９の発明によれば、基本的には第８の発
明と同様の作用・効果が得られる。さらに、混合気供給
ポートではマッハ係数が全運転領域で０.４以上となる
ので、混合気供給ポートから燃焼室内へ流入するエアの
単位時間当たりの流量(流速)がエンジン回転数にかかわ
りなくほぼ一定となる。このため、混合気供給ポートか
ら燃焼室に流入した混合気の分布位置が均一化され、成
層化が安定し、着火性・燃焼性が一層高められる。ま
た、吸気ポートではマッハ係数が全領域で０.４未満と
なるので、エンジン回転数の上昇に伴って単位時間当た
りのエア流量が増加し、エンジン出力の制御性が良好と
なる。

【００５８】第１０の発明によれば、基本的には第８の
発明と同様の作用・効果が得られる。さらに、加圧エア
が第１吸気ポート側にリリーフされるので、この加圧エ
アによって吸気充填効率が高められるとともに、スワー
ルが強化されて混合気の着火性・燃焼性が高められる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１実施例を示すエンジンのシステ
ム構成図である。

【図２】 図１に示すエンジンの縦断面説明図である。

【図３】 本発明の第２実施例を示すエンジンのシステ
ム構成図である。

【図４】 図３に示すエンジンの縦断面説明図である。

【図５】 第１実施例における、エンジン出力トルクの
エンジン回転数に対する特性を示す図である。

【図６】 第１実施例において、ＶＩＣＳ弁をＳ弁の開
閉に伴って開閉するようにした場合の、充填効率のエン
ジン回転数に対する特性を示す図である。

【図７】 第１実施例における、エンジン出力トルクの
エンジン回転数に対する特性を示す図である。

【図８】 第１実施例における、エアの乱れの強さのエ
ンジン回転数に対する特性を示す図である。

【図９】 第１実施例における、エアポンプのエア吐出
量及び混合気供給ポートから燃焼室に流入するエア流量
の、エンジン回転数に対する特性を示す図である。

【図１０】 第２実施例における、エンジン出力トルク
のエンジン回転数に対する特性を示す図である。

【符号の説明】

ＣＥ…エンジン Ｃ…コントロールユニット ２…燃焼室 ３,４…第１,第２吸気ポート ７…混合気供給ポート １４…第２燃料噴射弁 ２０…混合気供給ポート開閉弁 ２４,２５…第１,第２サージタンク ２８…スワールコントール弁(Ｓ弁) ３２…拡大室 ３３…エアポンプ ３４,３６…第１,第２リリーフ通路 ３５…リリーフ切替弁 ３７…連通部開閉弁(ＶＩＣＳ弁) ３８…連通穴 ３０…サージタンク ６１…分岐吸気通路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ Ｆ０２Ｍ 35/104 Ｆ０２Ｍ 35/10 １０２Ｍ 69/00 ３０１Ｐ ３６０ 69/00 ３５０Ｆ ３５０Ｇ (72)発明者 荒木 啓二 広島県安芸郡府中町新地３番１号 マツ ダ株式会社内 (56)参考文献 特開 平５−79404（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−279620（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−38324（ＪＰ，Ａ) 実開 昭63−22341（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭62−18335（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F02B 31/02 F02B 17/00 F02B 27/02 F02D 41/02 325 F02M 35/10 F02M 35/104 F02M 69/00

Claims (10)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 燃焼室に開口する一方、加圧エア供給源
   から加圧エアが供給されるともに燃料供給源から燃料が
   供給されこれらの加圧エアと燃料とで混合気を生成する
   混合気供給ポートと、 混合気供給ポートの燃焼室への開口部を、吸気行程後半
   から圧縮行程前半の間において所定期間だけ開く混合気
   供給ポート開閉弁とが設けられたエンジンの吸気装置に
   おいて、 混合気供給ポートの上流部に接続される拡大室と、該拡
   大室と吸気ポートの中途部とを連通させる連通部と、該
   連通部を開閉する連通部開閉弁とが設けられ、 拡大室と連通部とが、拡大室から吸気ポート下流端に至
   る吸気経路長がサージタンクから吸気ポート下流端に至
   る吸気経路長よりも短くなるように形成され、 連通部開閉弁が所定の高回転領域で開かれるようになっ
   ていることを特徴とするエンジンの吸気装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載されたエンジンの吸気装
   置において、 吸気ポートが、スワール生成ポートである第１吸気ポー
   トと、所定の運転領域で閉じられるスワールコントロー
   ル弁を備えた第２吸気ポートとに分けられていて、 連通部が拡大室と第２吸気ポートの中途部とを連通させ
   るように形成されていることを特徴とするエンジンの吸
   気装置。
3. 【請求項３】 請求項１に記載されたエンジンの吸気装
   置において、 吸気ポートが、スワール生成ポートである第１吸気ポー
   トと、所定の運転領域で閉じられるスワールコントロー
   ル弁を備えた第２吸気ポートとに分けられるとともに、
   各気筒毎に第１吸気ポートと第２吸気ポートとが上流側
   で合流させられていて、 連通部が拡大室と上記合流部とを連通させるように形成
   され、連通路開閉弁がスワールコントロール弁が閉じら
   れる領域で部分的に開かれ、かつスワールコントロール
   弁が開かれる領域で全開されるようになっていることを
   特徴とするエンジンの吸気装置。
4. 【請求項４】 請求項１〜請求項３のいずれか１つに記
   載されたエンジンの吸気装置において、 連通部開閉弁が所定の高負荷・高回転領域で開かれ、か
   つ該高負荷・高回転領域では混合気供給ポートへの燃料
   供給が停止もしくは減少され、吸気ポートからの燃料供
   給が実質的に開始されるようになっていることを特徴と
   するエンジンの吸気装置。
5. 【請求項５】 請求項１〜請求項３のいずれか１つに記
   載されたエンジンの吸気装置において、 混合気供給ポートが、低回転領域における平均マッハ係
   数が０.４以上となるように形成され、 吸気ポートが、高回転領域における平均マッハ係数が
   ０.４未満となるように形成されていることを特徴とす
   るエンジンの吸気装置。
6. 【請求項６】 請求項２に記載されたエンジンの吸気装
   置において、 加圧エア供給源で加圧されたエアを第１吸気ポート側へ
   リリーフするリリーフ通路が設けられていることを特徴
   とするエンジンの吸気装置。
7. 【請求項７】 請求項２に記載されたエンジンの吸気装
   置において、 加圧エア供給源で加圧されたエアを両吸気ポート側へリ
   リーフする第１リリーフ通路と、第１吸気ポート側への
   みリリーフする第２リリーフ通路と、加圧されたエアを
   第１リリーフ通路へリリーフするかそれとも第２リリー
   フ通路へリリーフするかを切り替えるリリーフ切替手段
   とが設けられ、 該リリーフ切替手段が、スワールコントロール弁が開か
   れているときには加圧されたエアを第１リリーフ通路へ
   リリーフさせ、スワールコントロール弁が閉じられてい
   るときには加圧されたエアを第２リリーフ通路へリリー
   フさせるようになっていることを特徴とするエンジンの
   吸気装置。
8. 【請求項８】 燃焼室に開口する一方、加圧エア供給源
   から加圧エアが供給されるともに燃料供給源から燃料が
   供給されこれらの加圧エアと燃料とで混合気を生成する
   混合気供給ポートと、 混合気供給ポートの燃焼室への開口部を、吸気行程後半
   から圧縮行程前半の間において所定期間だけ開く混合気
   供給ポート開閉弁とが設けられたエンジンの吸気装置に
   おいて、 吸気ポートが、スワール生成ポートである第１吸気ポー
   トと、所定の運転領域で閉じられるスワールコントロー
   ル弁を備えた第２吸気ポートとに分けられていて、 混合気供給ポートの上流部に接続される拡大室と、該拡
   大室と第２吸気ポートの中途部とを連通させる連通部
   と、該連通部を開閉する連通部開閉弁とが設けられ、 拡大室と連通部とが、拡大室から第２吸気ポート下流端
   に至る吸気経路長がサージタンクから第２吸気ポート下
   流端に至る吸気経路長よりも短くなるように形成され、 連通部開閉弁が、スワールコントロール弁が開かれる運
   転領域で開かれるようになっていることを特徴とするエ
   ンジンの吸気装置。
9. 【請求項９】 請求項８に記載されたエンジンの吸気装
   置において、 混合気供給ポートが、低回転領域における平均マッハ係
   数が０.４以上となるように形成され、 吸気ポートが、高回転領域における平均マッハ係数が
   ０.４未満となるように形成されていることを特徴とす
   るエンジンの吸気装置。
10. 【請求項１０】 請求項８に記載されたエンジンの吸気
    装置において、 加圧エア供給源で加圧されたエアを第１吸気ポート側へ
    リリーフするリリーフ通路が設けられていることを特徴
    とするエンジンの吸気装置。