JP3402640B2 - エンジンの吸気制御装置 - Google Patents

エンジンの吸気制御装置

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JP3402640B2 JP00519993A JP519993A JP3402640B2 JP 3402640 B2 JP3402640 B2 JP 3402640B2 JP 00519993 A JP00519993 A JP 00519993A JP 519993 A JP519993 A JP 519993A JP 3402640 B2 JP3402640 B2 JP 3402640B2
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Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【産業上の利用分野】本発明は、吸気通路面積を変化さ
せる吸気制御弁を備えたエンジンの吸気制御装置に関
し、詳細には吸気弁を３本備えている場合に、吸気流が
気筒軸方向に回転するいわゆる縦渦（タンブル）を確実
に、かつ燃焼室全体に渡って均一に発生させることがで
きるようにした各吸気通路の吸気制御弁による絞り量の
設定に関する。 【０００２】 【従来の技術】従来から、燃費率向上を目的としたいわ
ゆるリーンバーン（希薄空燃比燃焼）エンジンが各種提
案されている。希薄空燃比での燃焼を安定化するために
は、吸気流を気筒軸方向に回転させるいわゆる縦渦（タ
ンブル）を発生させるのが効果的であることが知られて
いる。 【０００３】上記タンブルを発生させるために、吸気を
吸気通路の例えば天壁側又は底壁側に偏らせて流す吸気
制御弁を設けた吸気制御装置が提案されている（例えば
実開昭６１−１３２４４２号公報参照）。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】ところで最近では、５
バルブエンジンのように吸気弁を３本設ける場合があ
る。この５バルブエンジンのセンタの吸気弁開口から導
入される吸気流とサイドの吸気弁開口から導入される吸
気流とは、その流量，流入方向等において差異を有する
ので、単純に上述の吸気制御弁を採用した場合は、タン
ブルと逆方向の流れによってタンブルの発生が阻害され
たり、あるいは発生するタンブルが燃焼室全体で見た場
合に不均一となり、期待したほどの燃焼性の改善が図れ
ないことが懸念される。 【０００５】本発明は、上記従来の状況に鑑みてなされ
たもので、タンブルを確実に、かつ燃焼室全体に渡って
均一に発生させることのできるエンジンの吸気制御装置
を提供することを目的としている。 【０００６】 【課題を解決するための手段】本発明は、燃焼室に開口
するセンタ吸気弁開口をシリンダヘッド外壁に導出する
センタ吸気通路と、上記センタ吸気弁開口両側に開口す
る２つのサイド吸気弁開口をそれぞれシリンダヘッド外
壁に導出する左，右サイド吸気通路と、上記各吸気通路
の底壁側を絞り込むことにより通路面積を変化させる吸
気制御弁とを備えたエンジンの吸気制御装置において、
上記吸気制御弁によるセンタ吸気通路の絞り量をサイド
吸気通路の絞り量より大きく設定したことを特徴として
いる。ここで本発明では、センタ吸気通路の絞り量を１
００％とする場合、及びサイド吸気通路の絞り量を０％
とする場合を含む。 【０００７】 【作用】左，右のサイド吸気弁開口はカム軸方向に見た
場合、燃焼室中心からカム軸直角方向に近い位置（排気
弁側寄り）に位置しているので、該サイド吸気弁開口か
らの吸気流はその大部分が燃焼室中心付近から排気弁側
を通って気筒軸方向に流入し、従っていわゆる順タンブ
ルを発生し易い。 【０００８】一方、センタ吸気弁開口はカム軸方向に見
た場合、燃焼室中心からカム軸直角方向に離れた位置
（反排気弁側寄り）に位置しているので、該センタ吸気
弁開口からの吸気の一部は燃焼室外縁から流入して逆タ
ンブルを発生し、上記順タンブルを阻害するように作用
する。 【０００９】またセンタ吸気通路は、左，右のサイド吸
気通路の中央に位置してシリンダヘッド外壁の外部接続
開口から略直線状に延びていることから、左，右のサイ
ド吸気通路より吸気抵抗が小さく、従ってセンタ吸気弁
開口からの吸気量が左，右の各吸気弁開口からの吸気量
より多いのが一般的である。ちなみに従来の５バルブエ
ンジンではセンタ吸気弁開口からの吸気量が全体の吸気
量の約５０％であり、また左，右の各サイド吸気弁開口
からの吸気量はそれぞれ全体の約２５％である、といっ
た例がある。 【００１０】そこで本発明では、吸気制御弁によるセン
タ吸気通路の底壁側の絞り込み量を、サイド吸気通路の
絞り込み量より大きく設定した。例えばセンタ吸気通路
は約３０〜１００％絞り込むのに対し、サイド吸気通路
は約０〜７０％絞り込むようにした。これによりセンタ
吸気通路の逆タンブルの原因となる燃焼室外縁からの吸
気流を抑制でき、またサイド吸気通路からの吸気による
順タンブルの発生を助長でき、上述の順タンブルをより
確実に発生できる。 【００１１】またセンタ吸気通路の絞り込み量の増大に
より該センタ吸気通路からの吸気量が減少した分だけサ
イド吸気通路からの吸気量が増加し、各吸気通路からの
吸気量が均一化する。この吸気量の均一化と上述の順タ
ンブルの確実化によってタンブルの発生が燃焼室全体に
均一化される。 【００１２】 【実施例】以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて
説明する。図１ないし図５は本発明の第１実施例による
４サイクルエンジンの吸気制御装置を説明するための図
であり、図１は本実施例エンジンの断面側面図、図２は
その拡大側面図、図３は本実施例の作用効果を説明する
ための模式図、図４，図５は図２のIV-IV 線,V-V線断面
図、図６はシリンダヘッドの底面図（右側１／２のみを
示す）である。 【００１３】図において、１は本実施例装置を備えた水
冷式４サイクル直列４気筒５バルブエンジンであり、こ
れはクランクケース（図示せず）にシリンダブロック
２，上下二分割式シリンダヘッド３を積層してヘッドボ
ルトで締結し、さらにシリンダヘッド３にヘッドカバー
４を装着した構造となっている。 【００１４】上記シリンダブロック２のシリンダライナ
２ａ内にはピストン５が摺動自在に挿入され、該ピスト
ン５はコンロッド６でクランク軸（図示せず）に連結さ
れている。また上記シリンダヘッド３のブロック側合面
には上記ピストン５の上面とで燃焼室を構成する燃焼凹
部３ａが４組凹設されている（図６参照）。 【００１５】上記各燃焼凹部３ａには３つの吸気弁開口
７ａ〜７ｃと、２つの排気弁開口８ａ，８ｂが該燃焼凹
部３ａの周縁に沿って配置形成されている。図６に示す
ように、上記各気筒軸Ｘ同士を結ぶ直線Ｌから排気弁開
口８ａ，８ｂまでのカム軸直角方向距離はいずれもＬ１
であり、該各排気弁開口８ａ，８ｂは分岐通路８ｃ，８
ｄからなる二股状の排気通路８でシリンダヘッド３の前
側壁に導出されている。また図１に示すようにカム軸方
向に見ると、上記各排気分岐通路８ｃ，８ｄは互いに重
なっている。 【００１６】一方、図６に示すように、上記直線Ｌから
センタ吸気弁開口７ｂまでの距離はＬ３であるのに対
し、左，右のサイド吸気弁開口７ａ，７ｃまでの距離は
Ｌ３より小さいＬ２となっている。またセンタ吸気弁開
口７ｂにはセンタ分岐通路（センタ吸気通路）７ｅが、
サイド吸気弁開口７ａ，７ｃには左，右のサイド分岐通
路（サイド吸気通路）７ｄ，７ｆがそれぞれ連通されて
おり、これらの分岐通路７ｄ〜７ｆはシリンダヘッド３
の後側壁の外部接続開口７ｈで三股状に合流している。 【００１７】図１，図２に示すようにカム軸方向に見る
と、上記センタ分岐通路７ｅは吸気弁開口７ｂ直近で屈
曲し、外部接続開口７ｈまで略直線的に延びており、該
屈曲部より下流側の直線部の長さはバルブシートの長さ
に略等しいＨ１に過ぎない。一方、左，右のサイド分岐
通路７ｄ，７ｆは、上記Ｈ１より長いＨ２の直線部を経
て屈曲し、ここから外部接続口７ｈまで略直線的に延び
ている。またセンタ分岐通路７ｅの屈曲部下流部分（Ｈ
１部分）の気筒軸Ｘとなす流入角度はθ１であるのに対
し、サイド分岐通路７ｄ，７ｆの屈曲部下流部分（Ｈ２
部分）の気筒軸Ｘとなす流入角度は上記θ１より大きい
θ２となっている。つまりセンタ分岐通路７ｅはその流
入角度が気筒軸Ｘと、より平行に近く設定されている。 【００１８】また上記各吸気弁開口のカム軸直角方向位
置，流入角度を上述のように設定したことから、センタ
分岐通路７ｅはサイドの分岐通路７ｄ，７ｆよりクラン
ク軸側（シリンダブロック合面側）に偏位している。な
お、上記外部接続開口７ｈには、キャブジョイント１５
を介して気化器１６が接続されている。この気化器１６
はスロットル弁１７の開度に応じてピストンバルブ１６
ａが移動してベンチュリ通路面積を変化させる可変ベン
リュリ型のものである。 【００１９】上記吸気弁開口７ａ〜７ｃ，排気弁開口８
ａ，８ｂはそれぞれ吸気弁９ａ〜９ｃ，排気弁１０，１
０で開閉可能となっており、該各吸気弁９ａ〜９ｃ，排
気弁１０，１０は弁ばね１１で閉方向に付勢され、かつ
リフタ１２を介して吸気，排気カム軸１３，１４で開方
向に駆動される。またカム軸方向に見ると、左，右サイ
ド吸気弁開口７ａ，７ｃがセンタの吸気弁開口７ｂより
燃焼室中心側に位置しており、かつ流入角度θ２がθ１
より多く設定されていることから、左，右サイド吸気弁
９ａ，９ｃはセンタ吸気弁９ｂより気筒軸Ｘに対して大
きく傾斜している。なお上記センタ，サイド吸気弁軸の
両軸線はカム軸１３の軸線部分で交差している。 【００２０】また上記シリンダヘッド３のブロック合面
側には、カム軸と平行に弁穴７ｇが形成されている。こ
の弁穴７ｇは各分岐通路７ｄ〜７ｆ内を通り、かつ各分
岐通路７ｄ〜７ｆの底壁を一部えぐるように形成されて
いる。上述のようにセンタ分岐通路７ｅがクランク軸側
に偏位していることから、上記弁穴７ｇのセンタ分岐通
路７ｅ内部分は、左，右サイド分岐通路７ｄ，７ｆ内部
分より大きくなっており、従ってセンタ分岐通路７ｅの
えぐり量は左，右サイド分岐通路７ｄ，７ｆのえぐり量
より小さくなっている。 【００２１】そして上記弁穴７ｇ内には吸気制御弁１８
が回動可能に挿入配置されている。この吸気制御弁１８
は丸棒にセンタ弁部１８ｂ，及び左，右のサイド弁部１
８ａ，１８ｃをそれぞれセンタ分岐通路７ｅ及び左，右
分岐通路７ｄ，７ｆの内面形状に合わせて形成してなる
ものである。この吸気制御弁１８は、上記各弁部１８ａ
〜１８ｃが上記各分岐通路７ｄ〜７ｆの底壁えぐり部分
内に没入する全開位置と、上記各弁部１８ａ〜１８ｃが
各分岐通路７ｄ〜７ｆの底壁側部分を絞り込む全閉位置
との間で回動可能となっている。 【００２２】ここで上記センタ分岐通路７ｅとサイド分
岐通路７ｄ，７ｆとの偏位量，吸気制御弁１８の直径，
及び各弁部１８ａ〜１８ｃの切欠量等は、上記吸気制御
弁１８を全閉位置に回動させたとき、センタ弁部１８ｂ
がセンタ分岐通路７ｅの底壁側を約３０〜１００％絞り
こむのに対し、左，右サイド弁部１８ａ，１８ｃがサイ
ド分岐通路７ｄ，７ｆの底壁側を約０〜７０％絞り込む
ように設定されている。 【００２３】次に本実施例の作用効果について説明す
る。低速回転・低負荷時のような低吸入空気量時には、
吸気制御弁１８が図１〜図３に示す全閉位置に回動し、
これによりセンタ分岐通路７ｅの底壁側部分はセンタ弁
部１８ｂで約３０〜１００％絞り込まれ、またサイド分
岐通路７ｄ，７ｆの底壁側部分はサイド弁部１８ａ，１
８ｃで約０〜７０％絞り込まれる。 【００２４】上記吸気制御弁１８によって各分岐通路７
ｄ〜７ｆの底壁側部分を絞り込んだ状態での吸気の流れ
について詳述する。左，右のサイド吸気弁開口７ａ，７
ｃは燃焼室中心寄りに位置しており、また屈曲部より下
流側部分はＨ２と長く設定されている（図３(b) 参照)
ので、該各サイド吸気弁開口７ａ，７ｃからの吸気流は
吸気制御弁を設けなくてもその大部分が燃焼室中心付近
から排気弁寄りを通って気筒軸方向に流入し、従ってい
わゆる順タンブルを発生し易い。 【００２５】一方、センタ吸気弁開口７ｂは、燃焼室中
心からカム軸直角方向に離れた位置（反排気弁側）に位
置しており、また流入角度θ１がより気筒軸Ｘに沿うよ
うに設定されている( 図３(a) 参照) ので、吸気制御弁
を設けない場合は、該センタ吸気弁開口７ｂからの吸気
の一部は燃焼室外縁から流入して逆タンブルを発生し、
上記順タンブルを阻害するように作用する（同図の破線
の矢印参照） 【００２６】また図４に示すように、上記センタ吸気通
路７ｅは左，右のサイド吸気通路７ｄ，７ｆの中央に位
置し、かつ略直線状をなしていることから、左，右のサ
イド吸気通路７ｄ，７ｆより吸気抵抗が小さく、従って
センタ吸気弁開口７ｂからの吸気量は左，右の吸気弁開
口７ａ，７ｃからの吸気量より多い。 【００２７】本実施例では、センタ弁部１８ｂによりセ
ンタ吸気通路７ｅの底壁側をより大きく絞り込み、サイ
ド弁部１８ａ，１８ｃによるサイド吸気通路７ｄ，７ｆ
の絞り込み量を比較的小さく設定した。そのためセンタ
吸気通路７ｅでは吸気は天壁側により偏って流れ、逆タ
ンブルの原因となる燃焼室外側からの吸気流が抑制され
る。またサイド吸気通路７ｄ，７ｆについても比較的絞
り量が小さいとは言え底壁側を絞ったので、該通路の吸
気も天壁側に偏って流れ、順タンブルの発生が助長され
る。その結果、上記順タンブルをより確実に発生でき
る。 【００２８】またセンタ分岐通路７ｅの絞り込み量を大
きくするとともに、サイド分岐通路７ｄ，７ｆの絞り込
み量を比較的小さく設定したので、センタ分岐通路７ｅ
の吸気量が減少し、この減少分だけサイド分岐通路７
ｄ，７ｆからの吸気量が増加する。従って各分岐通路か
らの吸気量が均一化し、上述の順タンブルの確実化とあ
いまってタンブルが燃焼室全体に均一に発生することと
なる。 【００２９】そして高速回転・高負荷時のような高吸入
空気量時には、吸気制御弁１８がその全開位置に回動
し、各弁部１８ａ〜１８ｃは弁穴７ｇの底壁えぐり部分
内に没入して該各分岐通路７ｄ〜７ｆの内面と面一にな
り、吸気は抵抗なく燃焼室内に流入することとなる。 【００３０】また本実施例では、センタ分岐通路７ｅと
サイド分岐通路７ｄ，７ｆの絞り量を変えるための構造
として、センタ分岐通路７ｅとサイド分岐通路７ｄ，７
ｆとを偏位させ、かつ各弁部１８ａ〜１８ｃの切欠量を
変えるだけでよく、構造が極めて簡単である。 【００３１】なお、本実施例では弁部１８ａ〜１８ｃが
上流側に位置するように吸気制御弁１８を回動させた
が、図３（ａ）に破線で示すように、弁部１８ｂが下流
側に位置するように上記回動方向を設定してもよい。こ
のようにすれば燃焼室外縁側からの逆タンブル流をより
低減でき、順タンブルをより確実に発生させることがで
きる。 【００３２】図７は、センタ吸気弁開口７ｂの燃焼室外
縁側から流入する吸気（図示破線で示す）の量をより低
減することにより逆タンブルの発生をより確実に抑制で
きるようにした例である。この例では、センタ吸気弁開
口７ｂを構成するバルブシート２３を上流側に移動させ
て配置し、該バルブシート２３の燃焼室外縁部分にマス
キング部３ｂを形成した。これによりこのマスキング部
３ｂが燃焼室外縁から流入する吸気の抵抗となり、それ
だけ該部分から吸気量が減少する。 【００３３】図８は、上記燃焼室外縁側からの吸気の量
を低減するための他の例を示す。この例では、吸気弁開
口３ｃ（バルブシート）を硬質物質の溶射によって構成
し、それだけ吸気制御弁１８をこの吸気弁開口３ｃに近
づけて配設する。また弁部１８ａが下流側に位置するよ
うに回動方向を設定し、かつ該弁部１８ａに吸気弁９ａ
との干渉を回避する切欠１８ｄを設けた。これにより吸
気をより確実に燃焼室中心側から流入させ、上述の逆タ
ンブルを抑制する。 【００３４】なお、上記実施例では、各分岐通路がシリ
ンダヘッド外壁付近で１つに合流している場合を説明し
たが、本発明は各分岐通路が外部接続開口まで独立に設
けられている場合にも勿論適用できる。 【００３５】 【発明の効果】以上のように本発明に係るエンジンの吸
気制御装置によれば、吸気制御弁によるセンタ吸気通路
の絞り量をサイド吸気通路の絞り量より大きく設定した
ので、センタ吸気通路からの逆タンブル流を低減して順
タンブルをより確実に発生させることができ、また各通
路からの吸気流量を均一化してタンブルを燃焼室全体に
均一に発生できる効果がある。
【図面の簡単な説明】 【図１】本発明の第一実施例による吸気制御装置を備え
たエンジンの断面側面図である。 【図２】上記実施例エンジンの吸気制御弁部分の拡大断
面側面図である。 【図３】上記実施例装置の作用効果を説明するための模
式図である。 【図４】図２のIV-IV 線断面図である。 【図５】図２のV-V 線断面図である。 【図６】上記実施例エンジンのシリンダヘッドの底面図
である。 【図７】上記実施例装置の変形例の吸気制御弁回りの拡
大断面側面図である。 【図８】上記実施例装置の他の変形例の吸気制御弁回り
の拡大断面側面図である。 【符号の説明】 １ エンジン ３ シリンダヘッド ３ａ 燃焼凹部 ７ａ，７ｃ サイド吸気弁開口 ７ｂ センタ吸気弁開口 ７ｄ，７ｆ サイド分岐通路（センタ吸気通路） ７ｅ センタ分岐通路（センタ吸気通路） １８ 吸気制御弁

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 燃焼室に開口するセンタ吸気弁開口をシ
    リンダヘッド外壁に導出するセンタ吸気通路と、上記セ
    ンタ吸気弁開口両側に開口する２つのサイド吸気弁開口
    をそれぞれシリンダヘッド外壁に導出する左，右サイド
    吸気通路と、上記各吸気通路の底壁側を絞り込むことに
    より通路面積を変化させる吸気制御弁とを備えたエンジ
    ンの吸気制御装置において、上記吸気制御弁によるセン
    タ吸気通路の絞り量をサイド吸気通路の絞り量より大き
    く設定したことを特徴とするエンジンの吸気制御装置。
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