JP3937547B2 - エンジンの吸気装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
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】
燃料噴射弁から燃料を供給するようにした火花点火式エンジンの中には、エンジン冷間時、特に冷間始動時において、燃焼性向上のために燃料噴射弁にアシストエアを供給するようにしたものがある（特開平６−２４１１４６号公報参照）。また、燃焼改善の一環として、シリンダ内での吸気流動性を高めるべく、吸気ポ−トを、吸気のスワ−ルを生成するスワ−ルポート形状としたり、あるいはタンブル流を生成するタンブルポート形状とすることも行われている。さらに、燃料噴射弁の上流側の吸気ポ−トに、開閉可能とされると共に周縁部に切欠部を有するシャッタ弁を配置して、所定運転状態においてシャッタ弁を閉弁することにより、切欠部からのみ吸気を通過させてつまり吸気の流れを偏向させて、シリンダ内で強い吸気のスワ−ルを生成することも行われている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、エンジン冷間時における所定運転状態での燃焼性改善のために、燃料噴射弁に燃料微粒化のためのアシストエアを供給することが考えられ、これに加えて、吸気流速向上のために、燃料噴射弁の上流側に配置されて周縁部に切欠部を有するシャッタ弁を閉じることが考えられる。しかしながら、この場合、アシストエアが供給されたときは、燃料が微粒化されるためにその噴霧貫徹力が弱くなり、燃料の多くがシャッタ弁により偏向された吸気に乗って移動されることになるが、シャッタ弁により偏向された吸気は特定の吸気ポ−ト内面やシリンダ壁面に沿うことになるため、燃料が多量に特定の吸気ポ−ト内面やシリンダ壁面に付着してしまうことになる。
【０００４】
とりわけ、吸気ポ−トが、シリンダ内において正タンブル流（吸気弁を挟んで吸気ポ−トとは反対側のシリンダ周縁部から下方に向って流れた後、吸気弁へ向けて上方へと流れる方向の流れ）を生成するタンブルポ−ト形状として設定されたときに、シャッタ弁によりタンブル流を極力阻害しないようにしつつ吸気流速を早めるため、吸気を例えば上方へ偏向させたときに、吸気弁の直上流側に位置されている吸気ポ−ト上壁面に対して吸気が強く当たることになる関係上、この吸気ポ−ト上壁面に燃料が多量に付着してしまうことになる。
【０００５】
閉弁状態にあるシャッタ弁による吸気の偏向を上方にした場合と下方にした場合とでは、吸気のシリンダへの流入態様つまりタンブル流の強さ異なってくるが、いずれにしても、噴霧貫徹力の弱い状態では多量の燃料が吸気に乗って移動することになり、吸気ポ−ト上壁面やシリンダ壁面のうち排気ポ−ト側の壁面に燃料が付着し易いものとなる。
【０００６】
上述のような燃料の付着は、空燃比の変動を生じさせる原因になると共に、加速時等の吸入空気量増大時に燃料の筒内への流入遅れを発生させ、運転性悪化やその対策のために燃料増量を行うとＨＣを増大させることになる。また、燃料の筒内での燃料の壁面付着もＨＣ増大の原因となる。このような問題は、燃料噴射弁が、アシストエアが供給される形式のものに限らず、アシストエア無しで燃料の微粒化を十分促進させる微粒化形式のものにおいても発生することになる。
【０００７】
本発明は以上のような事情を勘案してなされてたもので、吸気ポ−トを正タンブル流を生成するタンブルポート形状として設定したときに、エンジン冷間時における所定運転状態において、燃料噴射弁の上流側に配置されたシャッタ弁を利用して吸気流速を早める場合に、燃料が特定の壁面に多量に付着してしまうような事態を防止あるいは低減できるようにしたエンジンの吸気装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、本発明にあっては次のような解決手法を採択してある。すなわち、特許請求の範囲における請求項１に記載のように、
吸気ポ−トが、シリンダ内で正タンブル流を生成するタンブルポート形状として設定され、
燃料噴射弁の噴口軸線が、吸気弁の弁座下端面において、吸気弁の軸線よりも燃料噴射弁寄りのシリンダ周縁部側に向うように指向され、
前記燃料噴射弁上流側の吸気ポ−トに、開閉可能とされると共に、閉弁状態における上端部または下端部の一方に切欠部を有して、閉弁状態において吸気流速を早めるためのシャッタ弁が配置され、
前記シャッタ弁が、エンジン冷間時における所定運転状態において閉弁され、
前記所定運転状態が、エンジン低回転時として設定され、
エンジンの冷間時には、全エンジン回転域において、前記燃料噴射弁に燃料微粒化のためのアシストエアが供給される構成としてある。上記解決手法を前提とした好ましい態様は、特許請求の範囲における請求項２以下に記載のとおりである。
【０００９】
【発明の効果】
請求項１によれば、エンジン冷間時における所定運転状態において、シャッタ弁が閉じられて吸気流速が早められて、燃焼改善が図られることになる。そして、シャッタ弁により偏向された吸気は、いずれにしても、偏向されない状態よりも、排気ポ−トに近い側からシリンダ内へ導入されることになるが、燃料噴射弁からの噴射燃料は、吸気弁の弁座下端面において吸気弁軸線よりも燃料噴射弁に近い側に向うように指向されているので、噴射燃料がシャッタ弁により偏向された吸気に乗って移動する割合が低減されて、特定の壁面に燃料が多量に付着してしまう事態が防止あるいは低減されることになる。
また、燃焼改善が特に強く要求される冷間時でのエンジン低回転時において、燃焼改善を得ることができる。
【００１０】
請求項２によれば、エンジンの温間時には、エンジン高回転域においてアシストエアを供給して、燃焼改善を得ることができる。また、エンジン低回転時には、シャッタ弁を閉じて吸気流速を早めることによって燃焼改善を得つつ、アシストエアを低減することにより不必要にエンジン回転数が増大してしまう事態が防止される。
【００１１】
請求項３によれば、吸気２ポートの場合に、その隔壁の上流端よりも所定距離上流側にシャッタ弁を配置することにより、分岐吸気ポ−トへはシャッタ弁により十分偏向された後の吸気を供給することができる。
請求項４によれば、吸入空気量を正確に検出しつつ、スロットル弁を境にした圧力差を利用して簡単に、アシストエアを燃料噴射弁へ供給することができる。
請求項５によれば、シャッタ弁により偏向された吸気を、ガイド壁内面によって、排気ポ−ト側のシリンダ周縁部に強く当たらないように、つまり排気ポ−ト側のシリンダ周縁部に燃料が多量に付着してしまう事態を防止する上で好ましいものとなる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１において、１は多気筒とされた火花点火式のエンジン本体、２は吸気通路であり、吸気通路２にはその上流側から下流側へ順次、エアクリーナ３、吸入空気量検出センサ４、スロットル弁５、サ−ジタンク６が配設されている。サ−ジタンク６とエンジン本体１の各気筒とは、個々独立した独立吸気通路７によって接続され、各独立吸気通路７には、その上流側から下流側へ順次、シャッタ弁８、燃料噴射弁９が配置されている。
【００１３】
１１はアシストエア通路であり、その下流端が燃料噴射弁９に連なる一方、その上流端が、センサ４下流でかつスロットル弁５上流の吸気通路２に連なっている。このアシストエア通路１１には、アシストエア量調整手段としての電磁式の制御弁１２が接続されている。
【００１４】
図１中Ｕは、マイクロコンピュ−タを利用して構成された制御ユニット（コントロ−ラ）であり、この制御ユニットＵには、センサ４からの吸入空気量信号の他、スロットル弁５の開度を検出するスロットル開度センサ１３、エンジン回転数を検出する回転数センサ１４、エンジンの冷却水温度を検出する温度センサ１５からの信号が入力される。制御ユニットＵからは、少なくともエンジン回転数と吸入空気量とに基いて決定された燃料噴射信号が燃料噴射弁９に出力され、また制御弁１２に対して所定の開度信号（実施形態では開または閉の信号）が出力され、さらにシャッタ弁８の開閉駆動手段としてのアクチュエ−タ１６に対して開閉信号が出力される。
【００１５】
図２に示すように、エンジン本体１は、１つのシリンダ（気筒）に対して２つの吸気弁２１と２つの排気弁２２とを有する。各吸気弁２１により開閉される吸気ポ−ト２３は、２本に分岐されて個々独立した分岐吸気ポ−ト２４とされている。すなわち、吸気弁２１付近において、吸気ポ−ト２３が隔壁２５によって上記２つの分岐吸気ポ−ト２４に画成されて、一方の分岐吸気ポ−ト２４が一方の吸気弁２１により開閉され、他方の分岐吸気ポ−ト２４が他方の吸気弁２１により開閉される。なお、図中２６は点火プラグである。
【００１６】
吸気ポ−ト２３、つまり各分岐吸気ポ−ト２４はそれぞれ、吸気がシリンダ内で正タンブル流となるようにタンブル形状として設定されている。すなわち、吸気弁２１を通った吸気は、吸気弁２１を挟んで燃料噴射弁９とは反対側のシリンダ周縁部、つまり排気弁２２側のシリンダ周縁部より下方に向うように流れた後、吸気弁２１へ向けて上方に向う方向の流れとされる（図３時計方向の流れ）。
【００１７】
図３において、ＣＨはシリンダヘッド、ＣＢはシリンダブロックであり、この図３に示すように、隔壁２５の上流端の直上流側の吸気ポ−ト上壁部分に、燃料噴射弁９が配置されている。燃料噴射弁９は、２噴口式とされて、各分岐吸気ポ−ト２４へ向かうように、２つの方向に分岐して燃料噴射を行うようになっている。３１は、傘弁式とされた吸気弁２１（の弁体２１ａ）が離着座される弁座であり、３２は吸気弁２１のガイド部材である。
【００１８】
図３において、シリンダ軸線が符号αで示され、吸気弁２１の軸線（吸気弁２１の弁軸２１ｂの軸線）が符号βで示され、吸気弁２１付近の吸気ポ−ト軸線がγで示される。また、吸気弁２１の軸線βがシリンダ軸線αに対してなす傾斜角度がθ１で示され、吸気ポ−ト軸線γがシリンダ軸線αに対してなす傾斜角度がθ２で示される（θ２＞θ１）。
【００１９】
燃料噴射弁９の各噴口の指向方向が、符号Ｎで示される。この指向方向Ｎは、弁座３１の下端面（閉弁状態にある吸気弁２１の下端面と考えられる）において、吸気弁２１の軸線βよりも燃料噴射弁９に近い側（吸気ポ−ト上流側）を通るように設定されているが（軸線βに対してオフセット）、オフセット量は閉弁状態にある吸気弁２１からは外れない範囲に設定されている。なお、燃料噴射は、吸気行程に同期して行うようにされている（吸気弁２１が開弁状態のときに燃料噴射実行）。
【００２０】
前記シャッタ弁８は、バタフライ式とされて、閉弁状態における下端部において、切欠部８ａが形成されている。図３は、シャッタ弁８が閉弁状態にあるときを示しており、このとき吸気は、シャッタ弁８の切欠部８ａのみを通過して吸気弁２１側へと流れるが、このとき、シャッタ弁８が開弁状態のときに比して、吸気はシャッタ弁８下流側において上方へ偏向されることになる。つまり、正タンブル流を強化する方向の偏向作用を行うことになる。
【００２１】
シャッタ弁８の開閉領域とアシストエアの供給領域との設定例が、図４、図５に示される。図４はエンジン冷間時のものを、図５はエンジン温間時のものを示すが、それぞれエンジン回転数とエンジン負荷（実施形態ではスロットル開度）とをパラメ−タとして設定されている。冷間時となる図４において、全運転領域において、アシストエアが供給される。そして、所定回転数以下のエンジン低回転時においてはシャッタ弁８が閉じられ、エンジン高回転時にはシャッタ弁８が開かれる。図４の設定において、シャッタ弁８が閉じられているときにアシストエアが供給される、と考えることもできる。
【００２２】
図５の温間時では、エンジン高回転時では、シャッタ弁８が開かれると共に、アシストエアが供給される。また、エンジン低回転時では、シャッタ弁が閉じられると共に、アシストエアの供給が停止されるが、少量のアシストエアを供給するようにすることもできる（アイドル以外の運転状態のときに比してアシストエアが低減される）。
【００２３】
エンジン冷間時において、シャッタ弁８が閉じられることにより、吸気流速が早められて燃焼改善され、しかもアシストエアによる燃料微粒化によってより一層燃焼改善されることになる。閉弁状態にあるシャッタ弁８により吸気は上方へ偏向されて、吸気弁２１付近の分岐吸気ポ−ト２４上壁面や、排気弁２２側のシリンダ周縁部に強く当たるような傾向を示すことになるが、燃料噴射弁９の噴口の指向方向Ｎが前述のように十分下方へ向かうように設定されているので、上述の上方へ偏向された吸気に噴射燃料が乗る割合が少なくなり、多量の燃料が壁面付着してしまうという事態が防止あるいは低減されることになる。
【００２４】
シャッタ弁８は、燃料噴射弁９よりも上流側に配置されるが、特に隔壁２５の上流端よりも所定距離だけ上流側に位置するように配置される。すなわち、シャッタ弁８を通る吸気は、一旦切欠部８ａを通った後（吸気ポ−ト下壁面側を通った後）、上方に向うように偏向されるが、この上方への偏向が十分行われた状態で分岐吸気ポ−ト２４へ吸気が流れるように、隔壁２５の上流端よりも所定距離だけ上流側にシャッタ弁８が位置される。
【００２５】
図６は、本発明の別の実施形態を示すものであり、前記実施形態と同一構成要素には同一符号を付してその重複した説明は省略する。本実施形態では、シャッタ弁８は、閉弁状態における上端部に切欠部８ａが形成されている。また、吸気ポ−ト周壁のうち、燃料噴射弁９下流側で、かつ吸気弁２１のガイド部材４１を保持するガイド壁４１の内面が、所定の傾斜を有するように設定されている。すなわち、ガイド壁４１の内面は、下流側に向うにつれて徐々に吸気ポ−ト中心側に向うように傾斜設定されており、しかもシリンダ軸線αに対してなす傾斜角度をθ３としたとき、θ３＞θ１とされている。なお、燃料噴射弁９の噴口指向方向Ｎのシリンダ軸線αに対してなす傾斜角度をθ４とし、ガイド壁４１部分での吸気ポ−ト軸線がシリンダ軸線αに対してなす角度をθ２としたとき、θ２＞θ３＞θ４＞θ１とされている。
【００２６】
シャッタ弁８が閉じられたとき、吸気は、図６白抜き矢印で示すように、ガイド壁４１内面によってガイドされつつシリンダ内へ導入されるので、シャッタ弁８が開弁されているときに比して、シリンダ軸線寄りに導入されることになる。つまり、排気弁２２側のシリンダ周縁部に吸気が強く当たらないものとされている。これにより、排気弁２２２側のシリンダ周縁部への多量の燃料付着が防止あるいは低減されることになる。
【００２７】
図破線で示す矢印は、比較のために、閉弁状態にあるシャッタ弁８の下端部に切欠部を形成した場合の吸気の流れを示してある。この場合は、排気弁２２側のシリンダ周縁部に吸気が強く当たることになる。もっとも、燃料噴射弁９の指向方向Ｎが、燃料噴射弁９寄りに設定してあるので、この場合でも、排気弁２２側のシリンダ周縁部に対して多量の燃料が付着してしまう事態が低減されるものである。
【００２８】
以上実施形態について説明したが、本発明はこれに限らず、例えば次のような場合をも含むものである。１つのシリンダに対して吸気弁２１が１つの場合、あるいは３つの場合でも同様に適用できる。燃料噴射弁９が燃料微粒化機能を十分有している場合は、アシストエアを別途供給しない形式のものとすることができる。シャッタ弁８を閉弁する所定運転状態は、実施形態に示す他適宜設定できるものである（例えば冷間始動時のみ閉じる等）。シャッタ弁９を閉じるときの吸気の偏向方向は、必ずしも正タンブル流を強めるような方向に設定する必要ないものである。
【００２９】
センサ等の各種部材は、その機能の上位表現に手段の名称を付して表現することができる。また、本発明の目的は、明記されたものに限らず、実質的に好ましいあるいは利点として表現されたものを提供することをも、暗黙的に含むものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す全体系統図。
【図２】本発明の一実施形態を示すもので、シリンダおよび吸気ポ−ト付近の様子を示す要部簡略平面図。
【図３】本発明の一実施形態を示すもので、シリンダおよび吸気ポ−ト付近の様子を示す要部断面側面図。
【図４】冷間時におけるシャッタ弁の開閉領域とアシストエアの供給領域との設定例を示す図。
【図５】温間時におけるシャッタ弁の開閉領域とアシストエアの供給領域との設定例を示す図。
【図６】本発明の別の実施形態を示す簡略側面図。
【符号の説明】
１：エンジン本体
２：吸気通路
４：吸入空気量センサ
５：スロットル弁
７：独立吸気通路
８：シャッタ弁
８ａ：切欠部
９：燃料噴射弁
１１：アシストエア通路
１２：制御弁
１４：エンジン回転数センサ
１５：エンジン冷却水温度センサ
１６：シャッタ弁駆動用アクチュエ−タ
２１：吸気弁
２２：排気弁
２３：吸気ポ−ト
２４：分岐吸気ポ−ト
２５：隔壁
３１：弁座
３２：吸気弁のガイド部材
４１：ガイド壁
Ｎ：噴口の指向方向
α：シリンダ軸線
β：吸気弁軸線
γ：吸気ポ−ト軸線
θ１〜θ４：シリンダ軸線に対する傾斜角度

Claims (5)

1. 吸気ポ−トが、シリンダ内で正タンブル流を生成するタンブルポート形状として設定され、
   燃料噴射弁の噴口軸線が、吸気弁の弁座下端面において、吸気弁の軸線よりも燃料噴射弁寄りのシリンダ周縁部側に向うように指向され、
   前記燃料噴射弁上流側の吸気ポ−トに、開閉可能とされると共に、閉弁状態における上端部または下端部の一方に切欠部を有して、閉弁状態において吸気流速を早めるためのシャッタ弁が配置され、
   前記シャッタ弁が、エンジン冷間時における所定運転状態において閉弁され、
   前記所定運転状態が、エンジン低回転時として設定され、
   エンジンの冷間時には、全エンジン回転域において、前記燃料噴射弁に燃料微粒化のためのアシストエアが供給される、
   ことを特徴とするエンジンの吸気装置。
2. 請求項１において、
   エンジンの温間時には、エンジン高回転時において前記シャッタ弁が開かれると共に前記アシストエアが供給され、エンジン低回転時において前記シャッタ弁が閉じられると共に前記アシストエアが冷間時のときよりも低減される、
   ことを特徴とするエンジンの吸気装置。
3. 請求項１において、
   １つのシリンダに対して、吸気弁が２つ設けられており、
   吸気ポ−トの少なくとも下流側部分が、隔壁によって２つに分岐されて、該２つに分岐された分岐吸気ポ−トのうち一方の分岐吸気ポ−トが一方の吸気弁によって開閉されると共に、他方の分岐吸気ポ−トが他方の吸気弁によって開閉され、
   前記隔壁の上流側端よりも所定距離だけ上流側において、前記シャッタ弁が配置されている、
   ことを特徴とするエンジンの吸気装置。
4. 請求項１において、
   前記アシストエアが、スロットル弁上流側でかつ吸入空気量検出センサよりも下流側の吸気通路から、前記燃料噴射弁に供給される、
   ことを特徴とするエンジンの吸気装置。
5. 請求項１において、
   前記切欠部が、閉弁状態にある前記シャッタ弁の上端部に形成され、
   吸気ポ−ト周壁のうち、前記シャッタ弁下流側に位置されて吸気弁のガイド部材を保持するガイド壁の内面が、吸気弁の軸線に対して傾斜するように設定されると共に、下流側に向うにつれて徐々に吸気ポ−ト中心側に向うように傾斜設定されている、
   ことを特徴とするエンジンの吸気装置。

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