JP3916313B2 - ４サイクル多気筒エンジン - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、各吸気通路にスロットルバルブを各々設けて成る４サイクル多気筒エンジンに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に４サイクル多気筒エンジンにおいては、各気筒での混合気の燃焼安定化を図るためにシリンダ内にスワールやタンブル等を発生させる工夫がなされている。
【０００３】
又、排気ガスの一部をＥＧＲガス（排気再循環ガス）として吸気に還流させて燃費の改善とＮＯX の低減を図る試みもなされている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、高負荷域に対して吸気量が相対的に少ない低・中負荷域においては各気筒のシリンダ内に十分強いスワール等を発生させることができず、混合気の燃焼安定化及びＥＧＲガスの増量による燃費の改善とＮＯX の低減を十分達成することができないという問題があった。
【０００５】
又、インジェクタによって各吸気通路に燃料を噴射する４サイクル多気筒エンジンにおいては、各吸気通路において燃料噴射量にバラツキが発生するという問題があった。
【０００６】
本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、その目的とする処は、低・中負荷域においても混合気の燃焼安定化とＥＧＲガスの増量による燃費の改善とＮＯX の低減を図ることができるとともに、気筒間での燃料噴射量のバラツキを解消することができる４サイクル多気筒エンジンを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、サージタンクから導出して各気筒に接続された吸気通路にスロットルバルブを各々設けて成る４サイクル２気筒エンジンにおいて、隣接する吸気通路の吸気バルブとインジェクタとの間の部位を気筒間連通路によって連通せしめ、前記サージタンクから分岐して前記スロットルバルブをバイパスする副吸気通路を前記気筒間連通路に接続するとともに、前記気筒間連通路の前記副吸気通路との接続部分から一方の前記吸気通路までの長さと他方の前記吸気通路までの長さとを等しくし、該副吸気通路の途中に副サージタンクを１つ介設し、同副吸気通路の前記サージタンクと副サージタンクとの間にアイドル回転数制御バルブを設けたことを特徴とする。
【０００８】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記気筒間連通路の各吸気通路への開口部は各気筒の燃焼室を指向していることを特徴とする。
【０００９】
請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の発明において、前記第２サージタンクの容量を各気筒の排気量と同等若しくはそれ以上に設定したことを特徴とする。
【００１０】
請求項４記載の発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載の発明において、前記第２サージタンクを排気通路に連通させて該第２サージタンクにＥＧＲガスを導入することを特徴とする。
【００１１】
請求項５記載の発明は、請求項１乃至４のいずれかに記載の発明において、少なくとも前記吸気バルブの開閉タイミングを可変する可変バルブタイミング装置を設けたことを特徴とする。
【００１２】
従って、請求項１記載の発明によれば、吸気量の少ない低・中負荷域においてはアイドル回転数制御バルブを開いて新気を副吸気通路を流して副サージタンクに導き、該副サージタンクからスロットルバルブをバイパスして気筒間連通路を通って各気筒に導入すれば、この新気によって各気筒のシリンダ内に強いスワールやタンブルが発生し、シリンダ内での混合気の燃焼が安定化できる。又、他気筒の吸気通路での残存燃料や混合気が吸気行程にある気筒に吸引されて各気筒間で燃料を補完し合うために燃料噴射量の気筒間でのバラツキが解消される。
【００１３】
請求項２記載の発明によれば、気筒間連通路の各吸気通路への開口部は各気筒の燃焼室を指向しているため、低・中負荷域において各気筒のシリンダ内には一層強いスワールやタンブルが発生して混合気の燃焼が一層安定化する。
【００１４】
請求項３記載の発明によれば、副サージタンクの容量を各気筒の排気量と同等若しくはそれ以上に設定したため、副吸入通路からの吸入空気量が増大して部分負荷域でのポンピングロス及び吸気脈動の低減化が図られる。
【００１５】
請求項４記載の発明によれば、副サージタンクを排気通路に連通させて該副サージタンクにＥＧＲガスを導入するようにしたため、低・中負荷域において副サージタンクから空気と共にＥＧＲガスが各気筒に吸入され、燃費の改善とＮＯX の低減化が図られる。
【００１６】
請求項５記載の発明によれば、少なくとも吸気バルブの開閉タイミングを可変する可変バルブタイミング装置を設けたため、吸・排気バルブのオーバラップを大きくすることによって各シリンダでの残留ガス量を増やすことができ、内部ＥＧＲ量を増やして燃費の改善とＮＯX の低減化を図ることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１８】
＜実施の形態１＞
図１は本発明の実施の形態１に係る４サイクル２気筒エンジンの縦断面図、図２は同エンジンの平断面図、図３は同エンジンの模式的構成図、図４は同エンジンのアクセル開度と吸気流量との関係を示す図である。
【００１９】
本実施の形態に係る４サイクル２気筒エンジン１のシリンダボディ２には２つのシリンダ３が並設されており、各シリンダ３にはピストン４が上下自在に嵌装されている。そして、各ピストン４はコンロッド５を介してクランク軸６に連結されている。
【００２０】
又、上記シリンダボディ２の上部に被着されたシリンダヘッド７には各気筒について各２つの吸気通路８と排気通路９が形成されており、吸気通路８同士及び排気通路９同士は合流して各１つの吸気通路８と排気通路９を形成している。そして、シリンダヘッド７には、各気筒の吸気通路８に燃料を噴射するためのインジェクタ１０が取り付けられている。
【００２１】
而して、各吸気通路８と排気通路９の燃焼室Ｓに開口する吸気ポート８ａと排気ポート９ａ（図２参照）は吸気バルブ１１と排気バルブ１２によってそれぞれ適当なタイミングで開閉され、これによって各シリンダ３において所要のガス交換がなされる。
【００２２】
即ち、上記各吸気バルブ１１と排気バルブ１２はバルブスプリング１３，１４によってそれぞれ閉じ側に付勢されており、これらは吸気カム軸１５と排気カム軸１６に一体に形成された吸気カム１５ａと排気カム１６ａによってそれぞれ適当なタイミングで開閉される。
【００２３】
ところで、図２に示すように、上記吸気カム軸１５と排気カム軸１６の端部にはスプロケット１７，１８がそれぞれ結着されており、これらのスプロケット１７，１８と前記クランク軸６（図１参照）の端部に結着された不図示のスプロケットには無端状のカムチェーン１９が巻装されている。従って、クランク軸６の回転は不図示のスプロケットとカムチェーン１９及びスプロケット１７，１８によって１／２に減速されて吸気カム軸１５と排気カム軸１６にそれぞれ伝達され、吸気カム軸１５と排気カム軸１６がクランク軸６の１／２の速度で回転駆動され、前述のように吸気バルブ１１と排気バルブ１２が適当なタイミングで開閉される。
【００２４】
一方、図１に示すように、シリンダヘッド７の上方にはサージタンク２０が配設されており、このサージタンク２０からは２つの吸気通路２１が導出しており、これらの吸気通路２１は横Ｕ字状に曲げられ、その端部はシリンダヘッド７に形成された各気筒の前記吸気通路８にそれぞれ接続されている。そして、各吸気通路２１の水平部分にはスロットルバルブ２２がそれぞれ設けられており、両スロットルバルブ２２は弁軸２３によって一体に連結されており、これらはサーボモータ等のアクチュエータ２４（図３参照）によって同時に開閉される。
【００２５】
又、上記２つの吸気通路２１の横Ｕ字状を成す部分の内側には副サージタンク２５が一体的に形成されており、この副サージタンク２５には前記サージタンク２０の下流側から分岐する副吸気通路２６がアイドル回転数制御バルブ（以下、ＩＳＣＶと称する）２７を介して接続されている。そして、副サージタンク２５の下部からは副吸気通路２８が導出しており、この副吸気通路２８は直角に折り曲げられてシリンダヘッド７に向かって略水平に延びている。尚、副サージタンク２５の容量は各気筒の排気量と同等若しくはそれ以上に設定されている。
【００２６】
一方、図２及び図３に示すように、隣接する前記２つの吸気通路８の吸気バルブ１１に近い部位は気筒間連通路２９によって連通せしめられており、該気筒間連通路２９の各吸気通路８への開口部は各気筒の燃焼室Ｓ（図１参照）を指向している。そして、この気筒間連通路２９には前記副吸気通路２８が接続されている。
【００２７】
従って、図３に模式的に示すように、副吸気通路２６，２８はスロットルバルブ２２をバイパスして気筒間連通路２９に接続されており、その途中に副サージタンク２５とＩＳＣＶ２７が介設されている。尚、ＩＳＣＶ２７とアクチュエータ２４はエンジン制御装置（以下、ＥＣＵと称する）３０に接続されており、これらはＥＣＵ３０からの制御信号によって駆動制御される。
【００２８】
他方、図１及び図２に示すように、シリンダヘッド７には各排気通路９に連なる排気管３１が接続されており、各排気管３１には触媒３２が接続されており、触媒３２には大気中に開口する１つの排気管３３が接続されている。尚、図中、３４は排気温センサである。
【００２９】
ところで、一方の排気管３１からはＥＧＲパイプ３５が導出しており、このＥＧＲパイプ３５は前記副サージタンク２５に接続されており、その途中にはＥＧＲバルブ３７が介設されている。尚、図３に示すように、副サージタンク２５には不図示のブレーキブースタに接続されている。
【００３０】
次に、本実施の形態に係る４サイクル２気筒エンジン１の作用を説明する。
【００３１】
図４にＩＳＣＶ２７とスロットルバルブ２２のアクセル開度（アクセルペダルの操作量）αに対する流量特性を示すが、エンジン１が始動され、アクセル開度αが図４に示すα1 以下の低負荷域においてはＥＣＵ３０によってＩＳＣＶ２７のみが開かれ、スロットルバルブ２２は全閉状態に保たれる。
【００３２】
従って、低負荷域においてはサージタンク２０に吸引された吸入空気はスロットルバルブ２２をバイパスして副吸気通路２６側へ流れ、ＩＳＣＶ２７を通過して副サージタンク２５に導入される。同時に副サージタンク２５には前のサイクルにおいて発生した排気ガスの一部がＥＧＲガスとしてＥＧＲパイプ３５及びＥＧＲバルブ３７を通って導入される。
【００３３】
従って、副サージタンク２５からは吸入空気とＥＧＲガスが副吸気通路２８を通って気筒間連通路２９を流れ、これらは吸気行程に移行した気筒（例えば、図３に示す右側の気筒）に吸引される。この過程でインジェクタ１０から所定量の燃料が吸気通路８内に噴射され、この燃料が吸入空気と混合されて所定の空燃比の混合気が形成される。
【００３４】
而して、前述のように気筒間連通路２９の吸気通路８への開口部は気筒の燃焼室Ｓを指向しているため、吸気行程にある気筒のシリンダ３内には図３に矢印にて示すように強いスワールが発生し、このスワールによってシリンダ３内での混合気の燃焼が安定化し、この結果、ＥＧＲガス量を増やして燃費の改善とＮＯX の低減化を図ることができる。又、他気筒の吸気通路８での残存燃料や混合気が吸気行程にある気筒に吸引されて各気筒間で燃料を補完し合うためにインジェクタ１０からの燃料噴射量の気筒間でのバラツキが解消される。尚、燃焼室Ｓでの混合気の燃焼によって発生した排気ガスの一部はＥＧＲパイプ３５及びＥＧＲバルブ３７を通って副サージタンク２５に導入される。
【００３５】
そして、アクセル開度αが図４に示すα1 を超える中負荷域に達すると、ＥＣＵ３０によってアクチュエータ２４が駆動されてスロットルバルブ２２が徐々に開かれ、サージタンク２０に吸引された吸入空気は吸気行程にある気筒の吸気通路２１にも流れ、混合気は気筒間連通路２９と吸気通路２１の双方からシリンダ３内に導入されて燃焼に供される。従って、この中負荷域においても、気筒間連通路２９から燃焼室Ｓを指向して混合気がシリンダ３内に導入されるためにシリンダ３内にスワールが発生し、このスワールによってシリンダ３内での混合気の燃焼が安定化し、この結果、ＥＧＲガス量を増やして燃費の改善とＮＯX の低減化を図ることができる。
【００３６】
その後、アクセル開度αが図４に示すα2 に達すると、ＩＳＣＶ２７が閉じられるため、アクセル開度αがα2 よりも大きな高負荷域においては、サージタンク２０に吸引された吸入空気の全ては吸気行程にある気筒の吸気通路２１を流れ、混合気は吸気通路２１，８からシリンダ３内に導入されて燃焼に供される。
【００３７】
而して、この高負荷域においては図４に示すように多量の吸入空気が吸気通路２１，８内を流れるために、吸入空気の流速は低・中負荷域におけるそれよりも大きく、従って、高速の混合気が各気筒のシリンダ３内に導入される。従って、シリンダ３内での混合気は均一化され、燃焼室Ｓでの安定した混合気の燃焼が実現される。尚、この高負荷域においてはＩＳＣＶ２７が全閉状態にあるため、混合気の燃焼によって発生した排気ガスは副サージタンク２５には導入されず、その全てが排気管３１及び触媒３２を通過して浄化された後、排気管３３から大気中に排出される。
【００３８】
ところで、以上は各気筒について吸気バルブと排気バルブを２つずつ備える４バルブエンジンについて述べたが、３つの排気バルブと２つの排気バルブを備える５バルブエンジンにおいては、図５に示すように気筒間連通路２９は吸気通路８の端部に燃焼室を指向して開口せしめる必要がある。尚、図５において、９は排気通路、８ａは吸気ポート、９ａは排気ポートである。
【００３９】
又、以上はスロットルバルブ２２がＥＣＵ３０によって電子制御される例について述べたが、アクセルペダルとスロットルバルブをワイヤーによって連結しているタイプのエンジンにおいては、図６に示すように、アイドリング運転時のみＩＳＣＶを開いて吸入空気をスロットルバルブをバイパスして副サージタンク、副吸気通路及び気筒間連通路を通って各気筒のシリンダ内に導入してスワールやタンブルの発生に寄与させることができる。尚、図６において横軸はスロットル開度（アクセルペダルの開度）である。
【００４０】
＜実施の形態２＞
次に、本発明の実施の形態２を図７〜図１０に基づいて説明する。尚、図７は本実施の形態に係る４サイクル２気筒エンジンの縦断面図、図８は同エンジンの平断面図、図９は同エンジンの模式的構成図、図１０は吸・排気バルブの開閉タイミングを示す図であり、これらの図においては図１〜図３に示したと同一要素には同一符号を付しており、以下、それらについての説明は省略する。
【００４１】
本実施の形態に係る４サイクル２気筒エンジン１の基本構成は前記実施の形態１に係る４サイクル２気筒エンジン１のそれと同じであるが、本実施の形態に係るエンジン１には吸気バルブ１１の開閉タイミングを変化させる可変バルブタイミング装置３６が吸気カム軸１５の端部に設けられている。又、本実施の形態に係るエンジン１には実施の形態１において設けられたＥＧＲパイプ３５及びＥＧＲバルブ３７（図２及び図３参照）は設けられていない。
【００４２】
而して、本実施の形態に係るエンジン１も基本的には前記実施の形態１に係るエンジン１と同様に作用するが、低・中負荷域においては前記可変バルブタイミング装置３６が駆動（ＯＮ）されて吸気バルブ１１の開閉タイミングが図１０（ａ）に示すように進角されて吸・排気バルブ１１，１２のオーバーラップが大きくなるため、各シリンダ３での残留ガス量を増やすことができ、内部ＥＧＲ量を増やして燃費の改善とＮＯX の低減化を図ることができ、前記実施の形態１におけるＥＧＲパイプ３５を省略することができる。
【００４３】
そして、高負荷域においては可変バルブタイミング装置３６が停止（ＯＦＦ）されて図１０（ｂ）に示すように吸・排気バルブ１１，１２のオーバーラップが小さく設定される。尚、図１０において、横軸はクランク角であり、ＴＤＣは上死点を示す。
【００４４】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、請求項１記載の発明によれば、吸気量の少ない低・中負荷域においてはアイドル回転数制御バルブを開いて新気を副吸気通路を流して副サージタンクに導き、該副サージタンクからスロットルバルブをバイパスして気筒間連通路を通って各気筒に導入すれば、この新気によって各気筒のシリンダ内に強いスワールやタンブルが発生し、シリンダ内での混合気の燃焼が安定化できる。又、他気筒の吸気通路での残存燃料や混合気が吸気行程にある気筒に吸引されて各気筒間で燃料を補完し合うために燃料噴射量の気筒間でのバラツキが解消されるという効果が得られる。
【００４５】
請求項２記載の発明によれば、気筒間連通路の各吸気通路への開口部は各気筒の燃焼室を指向しているため、低・中負荷域において各気筒のシリンダ内には一層強いスワールやタンブルが発生して混合気の燃焼が一層安定化するという効果が得られる。
【００４６】
請求項３記載の発明によれば、副サージタンクの容量を各気筒の排気量と同等若しくはそれ以上に設定したため、副吸入通路からの吸入空気量が増大して部分負荷域でのポンピングロス及び吸気脈動の低減化が図られるという効果が得られる。
【００４７】
請求項４記載の発明によれば、副サージタンクを排気通路に連通させて該副サージタンクにＥＧＲガスを導入するようにしたため、低・中負荷域において副サージタンクから空気と共にＥＧＲガスが各気筒に吸入され、燃費の改善とＮＯX の低減化が図られるという効果が得られる。
【００４８】
請求項５記載の発明によれば、少なくとも吸気バルブの開閉タイミングを可変する可変バルブタイミング装置を設けたため、吸・排気バルブのオーバラップを大きくすることによって各シリンダでの残留ガス量を増やすことができ、内部ＥＧＲ量を増やして燃費の改善とＮＯX の低減化を図ることができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係る４サイクル２気筒エンジンの縦断面図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る４サイクル２気筒エンジンの平断面図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る４サイクル２気筒エンジンの模式的構成図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係る４サイクル２気筒エンジンのアクセル開度と吸気流量との関係を示す図である。
【図５】５バルブエンジンにおける気筒間連通路の配置を示す模式図である。
【図６】本発明の別形態に係る４サイクル２気筒エンジンのスロットル開度と吸気流量との関係を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態２に係る４サイクル２気筒エンジンの縦断面図である。
【図８】本発明の実施の形態２に係る４サイクル２気筒エンジンの縦断面図である。
【図９】本発明の実施の形態２に係る４サイクル２気筒エンジンの模式的構成図である。
【図１０】本実施の形態に係る４サイクル２気筒エンジンの吸・排気バルブの開閉タイミングを示す図である。
【符号の説明】
１ ４サイクル２気筒エンジン（４サイクル多気筒エンジン）
８ 吸気通路
９ 排気通路
１１ 吸気バルブ
１２ 排気バルブ
２０ サージタンク
２１ 吸気通路
２２ スロットルバルブ
２５ 副サージタンク
２６，２８ 副吸気通路
２７ アイドル回転数制御バルブ（ＩＳＣＶ）
２９ 気筒間連通路
３５ ＥＧＲパイプ
３６ 可変バルブタイミング装置
Ｓ 燃焼室

Claims (5)

  1. サージタンクから導出して各気筒に接続された吸気通路にスロットルバルブを各々設けて成る４サイクル２気筒エンジンにおいて、
    隣接する吸気通路の吸気バルブとインジェクタとの間の部位を気筒間連通路によって連通せしめ、
    前記サージタンクから分岐して前記スロットルバルブをバイパスする副吸気通路を前記気筒間連通路に接続するとともに、
    前記気筒間連通路の前記副吸気通路との接続部分から一方の前記吸気通路までの長さと他方の前記吸気通路までの長さとを等しくし、
    該副吸気通路の途中に副サージタンクを１つ介設し、
    同副吸気通路の前記サージタンクと副サージタンクとの間にアイドル回転数制御バルブを設けた
    ことを特徴とする４サイクル２気筒エンジン。
  2. 前記気筒間連通路の各吸気通路への開口部は各気筒の燃焼室を指向している
    ことを特徴とする請求項１記載の４サイクル２気筒エンジン。
  3. 前記副サージタンクの容量を各気筒の排気量と同等若しくはそれ以上に設定した
    ことを特徴とする請求項１又は２記載の４サイクル２気筒エンジン。
  4. 前記副サージタンクを排気通路に連通させて該副サージタンクにＥＧＲガスを導入する
    ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の４サイクル２気筒エンジン。
  5. 少なくとも前記吸気バルブの開閉タイミングを可変する可変バルブタイミング装置を設けた
    ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の４サイクル２気筒エンジン。
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