JPH03156168A - 多弁式エンジンの吸気装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本願発明は、１気筒について吸気弁を複数個備えた多弁
式エンジンの吸気装置の構造に関するものである。

（従来の技術） 最近では、吸気多弁構造とすることによって吸気充填効
率を向上させるとともに、それら複数の吸気弁に対応し
た複数の吸気ポートの一部にシャッター弁を設け、エン
ジンの負荷状態に応じて実質的な吸気通路面積を変える
ようしたエンジンの吸気装置が各種提案されている。

その中のひとつとして、例えば特開昭６１−２１５４２
２号公報に示されるものがある。該公報に示されている
エンジンの吸気装置では、一対のサイドポートと、これ
ら一対のサイドポート間に設けられたサイドポートより
は小径のセンターホトとの３組の吸気ポートを備え、そ
れら各吸気ポートに対応して３組の吸気弁が設けられて
いる。

そして、例えば上記一対のサイドポートの一方側にはシ
ャッター弁が設けられていて負荷状態に応じた吸気量の
制御が可能になっている一方、他方側のサイドポートは
スワール生成ポートとして例えばヘルカルに形成され、
又センターポートには燃料供給用のフューエルインジェ
クタが設置されている。そして、上記フューエルインジ
ェクタが設けられているセンターポートは燃焼室の吸気
ポート側シリンダ側壁部方向に寄せて開口され、該開口
部にサイドポート側の吸気弁よりも小径の軽量化された
吸気弁が設置されている。

−１＆にエンジンのシリンダ内に供給される混合気の空
燃比Δ／Ｆを希薄にすればするほど燃料消費率を向」二
（少なく）することができ、従って少なくとも燃料消費
率を向」ニするためには、エンジンのシリンダ内に供給
される混合気の空燃比Δ／Ｆを可能な限り希薄な値にす
ることが望ましい。しかしながら、一方該希薄混合気を
用いた場合には着火性が低下するばかりでなく、たとえ
青火しても火炎伝播速度が遅いために良好な燃焼状態か
得られないという問題がある。

そこで、このような問題を解決するために、例えば吸気
通路を燃焼室の内装面にズ・１して（と線状に延設する
と共に吸気通路内に燃料噴射弁を配置し、燃料噴射弁か
らの燃料噴射を吸気弁が閉弁するすこし前に停止せしめ
るようにしたエンジンが以前より周知である。

このような構造のエンジンでは、部分負荷運転時の吸気
行程前半に空気のみが燃焼室内に供給され、吸気行程の
後半に噴射燃料が燃焼室内に供給されるので、燃焼室頂
部には濃混合気層が形成される一方、燃焼室下方には希
薄混合気層が形成されることになって燃焼室内混合気が
成層化せしめられる。その結果、点火プラグ周りにはａ
混合気が集まるために着火性が向上し、また接線方向に
開口した吸気通路から流入する空気流によって燃焼室内
には旋回流（スワール）が発生せしめられるので４火火
炎を燃焼室内に急速に伝播せしめることができるように
なって燃焼状態が良好となる。

その結束、燃料消費率が向上する。

ところで、このように燃焼室内混合気を成層化した場合
において、該成層化した混合気の空燃比を一定にした場
合には上記成層化の度合を大きくしたほうが燃焼性を更
に大きく向上させることができる。例えば成層化した２
１＝気全体の空燃比が２５であって、濃混合気の空燃比
が２０、希薄混合気の空燃比が３０である場合と、ａ混
合気の空燃比が１５、希薄混合気の空燃比が３５である
場合とを対比して考えると、後者の場合の方が前者の場
合よりも良好な燃焼性が得られる。すなわち、濃混合気
の空燃比が２０の場合であっても、一応点火プラグによ
り着火せしめることはできるが、やはりａ混合気の燃焼
による火炎が弱く、その結果、結局希薄混合気を燃焼せ
しめるのに時間を要することになるために良好な燃焼状
態を得るのは困難である。これに対して濃混合気の空燃
比が１５程度の場合には濃混合気の燃焼による火炎が強
く、従って、この場合には希薄混合気がより希薄であっ
ても同希薄混合気を燃焼せしめるのに要する時間が短（
なり、十分に良好な燃焼状態が得られる。そして、この
ような燃焼状態を得るには上記成層化の度合を可及的に
高めることが必要である。

しかし、上述のエンジンでは、フューエルインジェクタ
が上記旋回流形成用の吸気ポートに設置されていること
から、噴射燃料が吸入空気流と共に高速度で燃焼室内に
流入することになり噴射燃料か燃焼室内に広がりやすく
、従って一応混合気の成層化はおこなわれるものの成層
化の度合が十分でないという問題が残る。

この残された問題を解決するために、例えば第１の吸気
弁と第２の吸気弁との２つの吸気弁を具備し、第１の吸
気弁を介して燃焼室内に連結された第１の吸気通路をヘ
リカル状に形成し、他方第２の吸気弁を介して燃焼室内
に連結された第２の吸気通路内に高負荷運転時に開弁す
る吸気制御弁を設け、さらに同吸気制御弁下流の第２の
吸気通路内に燃料噴射弁を配置したものも既に提案され
ている。また、特に高負荷運転時における吸気充填効率
を向上するために更に第３の吸気弁を具えたものもそれ
に関連して提案されている。これらの内燃機関の構造で
は、部分負荷運転時に上記吸気制御弁が閉弁状態に保持
されるので、吸気行程時に第２の吸気弁が開弁すると同
吸気制御弁下流の第２の吸気通路内の圧力は燃焼室内の
圧力近くまで即座に低下する。その結果、吸気制御弁下
流の第２の吸気通路内の圧力と燃焼室内の圧力との圧力
差か比較的小さな圧力差に維持されるために第２の吸気
通路内に噴射された燃料はゆっくりとした速度で燃焼室
内に流入する。従って、燃焼室ｊｑの噴射作事）は燃焼
室内にさほど広がらず、そのＬ’ｉ果、成層化の度合も
高くすることができる。

しかし、一方これらのエンジンにおいて成層化のＵＮを
高くするために、」二記第２の吸気弁を吸気行程の後半
に開弁せしめると第２の吸気通路内の噴射燃料は、ゆっ
くりした速度でしか燃焼室内に流入しないために全噴射
燃料が燃焼室内に流入しえず、該ＩＡＬ人しえなかった
噴射燃料が次の吸気行程において第２の吸気弁が開弁じ
た瞬間に燃焼室内にＭＥ人するようになる。

ところが、このように第２の吸気弁が開弁じた１瞬間に
１１１回の吸気行程において流入しえなかった噴射燃料
が燃焼室内に流入すると、この噴射燃料は燃焼室の中央
部に集まることとなり、そのために良好な成層化が得ら
れないという問題が発生する。一方、全噴射燃料を吸気
行程中に燃焼室内に供給するために第２の吸気弁の開弁
時期を早めると吸気行程の早い時期から第２の吸気通路
内の噴射燃料が燃焼室内に供給されることになり、結局
良好な成層化を得るのは困難となる。即ち、上記第２の
吸気通路内に設けた吸気制御弁を閉弁することによって
成層化を達成しようとした場合には第２の吸気弁の開弁
時期をどのように設定しても良好な成層化を得ることが
できないことになる。

このような問題を解決するために、さらに上記第２の吸
気通路を常時開放とし、燃料噴射の完了時期を適切に制
御することによって成層化の度合を高め、それによって
良好な燃焼を確保するようにすることが考えられる。

しかし、そのような構成を採用すると、同構成では４　
’６ｔ　’Ｄ気を供給するための第２の吸気弁が燃焼室
頂部の周辺部に配置されているために、第２の吸気弁か
ら流入する濃混合気流によって本来の旋回ｉＡｆ、　（
スワール）が弱められるばかりでなくａ混合気が旋回流
によって拡散せしめられ、逆に成層化の度合を十分に高
めることができな（なるという新たな問題が出てくる。

」−記最用に述へた従来技術（特開昭６１−２５４２２
号公報記載の発明）は、以上のような技術的背景の下に
おいて発明されたものであり、同発明の構１戊では、サ
イドポート側第１、第２の吸気弁よりも小径の上記第３
の吸気弁を可及的に燃焼室の吸気ポート側シリンダ側壁
部方向（スキッシュエリア付近）に寄せて配置するとと
もに、同第３の吸気弁の開弁時期をスワール形成用の第
１の吸気ポートの上記第１の吸気弁よりも遅くするよう
にしているので、同第３の吸気弁から供給された混合気
が拡散するのを阻止することが可能となって成層化の度
合を高めることができ、しかも該第３の吸気弁は吸気行
程の後半でのみ開（ので同第３の吸気弁から供給された
混合気の流れは比較的弱く、該混合気によって旋回流が
弱められるということもないので上記第１の吸気ポート
によって形成される強力な旋回流を圧縮行程末期まで確
実に維持することができる。その結果、平均空燃比が２
５から３０といった希薄混合気を用いても良好な燃焼状
態を得ることができることになる。

従って、同従来技術の構成によれば上述した問題の全て
を略々解決することができるようになる。

（発明が解決しようとする課題） つまり、上記のような３吸気弁方式の吸気システムにお
いて、上記の如く燃料噴射弁が設けられているセンタポ
ートの吸気弁を遅開きとすると、結局エンジンの吸気行
程後半に濃混合気が供給されるようになり、該濃混合気
がシリンダヘッド近傍に滞留するようになることから成
層化が容易となる。

しかも、上記従来技術（特開昭６１−２４５４２２号）
の構成では、上記燃料噴射弁を設けたセンタポートの吸
気弁の開弁時期を吸気負圧が小さくなる吸気行程後半と
し、かつ同センターポートの径を他の吸気ポート（サイ
ドポート）の径よりも小さくしているので、センターポ
ートから導入される吸気の流れは弱く、ヘリカル構造の
サイドポートにより形成されたスワールの流れを乱すこ
ともない。その結果、確かに良好な燃焼性能を実現する
ことができる。

しかし、上記従来技術の構成では、燃料噴射弁を備えた
センタポートの径が小さ（、しがも同ボー）・の開［］
部が吸気ポート側７リンダ側壁部周縁のスキノンユニリ
ア付近に開口しているために、噴射された燃料が壁面に
付むしやすい。そして、そのためにＩＩＧが発生しやす
く排気エミッションが悪化する欠点がある。

特に、−１−記構造におけるセンタポートの吸気弁は、
サイドポート側の２つの吸気弁に完全に囲まれた状態と
なっているので、噴射燃料が同バルブサイド周りのクレ
ビス部に侵入して液４Ｍ状！島でハｉ′Ｉ留しやすく、
そのために燃焼状態が悪化してＨＣが生ヒ易い１ｆ情が
ある。

（課題を解決するための手段） 本願発明は、上記の問題を解決することを目的としてな
されたものであって、１気筒当り２つのサイドポートお
よび該２つのサイドポートの間に設けられたセンタポー
トよりなる３組の吸気ポートと、該３組の吸気ポートの
各吸気ポートの燃焼室側聞口端に各々設けられた３組の
吸気弁とを備え、上記センタポート方向に向けて燃料噴
射弁を設置してなる多弁式エンジンにおいて、上記セン
タポートのエンジン燃焼室側開口端をシリンダボア中心
部の点火プラグ近傍に形成したことを特徴とするもので
ある。

（作　用） 上記本願発明の多弁式エンジンの吸気装置の構成では、
燃料供給ポートであるセンタポートの開口部がシリンダ
ボア中心部の点火プラグ近傍に設けられているので、可
及的にセンターポートのポート径を拡大することができ
、それだけ燃料の流れを良好にして壁面骨！ｆｆｉを低
減することが可能となる一方、燃料の供給効率を高くす
ることかできる。また、その結果、センターポートの吸
気弁の弁径を大きくすることができ、吸気充填効率が高
まる。さらに、燃料供給ポートが点火プラグ付近に移行
することになることから点火プラグ付近の混合気のエン
リッチ化が容易となる。また、センターポートの吸気弁
がサイドポート側の吸気弁に挟まれないようになるから
、液滴燃料がピストンのトノブランドに入りにくくなる
。その結果、１１ｃの発生量が低減される。また、有効
なスキラフユニリアを十分に広く取ることができるよう
になる。

（発明の効果） 従って、本願発明の多弁式エンジンの吸気装置によると
、可及的にＨＣの発生量を抑制し、燃焼性能を改善する
ことができるようになる。その結果、排気エミッション
性能も向上する。

（実施例） 第１図および第２図は本願発明の実施例に係る多弁式エ
ンジンの吸気装置を示している。

先ず、第１図および第２図を参照してその構成を説明す
ると、符号１はエンジン本体、２はシリンダブロック、
３は同シリンダブロック２内で往１す動するピストン、
４は上記シリンダブロック２」二に固定されたシリンダ
ヘッド、５は上記ピストン３と上記シリンダヘッド４と
の間に形成されたエンジン燃焼室、６は同エンジン燃焼
室５の頂部のほぼ中央に配置された点火プラグを夫々示
している。そして、上記シリンダヘッド４の内壁面には
第１の吸気弁７、第２の吸気弁８、第３の吸気弁９から
なる３個の吸気弁と、第１の排気弁１０および第２の排
気弁１１からなる２個の排気弁とが各々配置されている
。第１の吸気弁７および第２の吸気弁８は、はぼ同じ弁
径を有し、第３の吸気弁９は同第１の吸気弁７、第２の
吸気弁８よりも大きな弁径をして形成されている。この
第３の吸気弁９は上記エンジン燃焼室５の頂部中央部付
近（シリンダボア中心付近）に配置され、また同第３の
吸気弁９の近傍（シリンダボア中心軸上）に位置して点
火プラグ６が配置されている。上記シリンダヘッド４内
には、第１の吸気通路１２、第２の吸気通路１３、第３
の吸気通路Ｉ４からなる３個の吸気通路（吸気ポート）
と、上記排気弁１０．１１を介してエンジン燃焼室５内
に連結された排気通路（排気ポート）１５Ａ、１５Ｂと
が各々形成されている。第１の吸気通路１２、第２の吸
気通路１３および第３の吸気通路１４は、燃焼室５人口
部付近では図示のように一対の短い薄肉隔壁１６，１７
により互いに分離されて上記ンリンダヘノド４内を所定
距離互いにほぼ平行に延びている。

また第３の吸気通路１４は、」二記第１の吸気通路１２
、第２の吸気通路１３よりも大きな断面に形成されてい
る。第１の吸気通路１２、第２の吸気通路１３推びに第
３の吸気通路１４は、吸気上流側では第２図に図示の如
く同一の吸気枝管１８に連結されて同吸気技管１８の内
部において互いに合流するようになっている。そして、
第１の吸気通路１２は第１の吸気弁７を介してエンジン
燃焼室５内に連結され、この第１の吸気通路１２はエン
ジン燃焼室５内に縦方向の渦流を発生させてタンブル燃
焼を行わせるために燃焼室５の接線方向下方に開口して
形成されている。また第２の吸気通路１３は、第２の吸
気弁８を介してエンジン燃焼室５内に連結されている。

さらに第３の吸気通路１４は、」二記第３の吸気弁９を
介してエンジン燃焼室５内に連結されている。そして、
この第３の吸気通路１４は真っ直ぐに延びるストレート
ポトとして形成されている。そして、該第３の吸気通路
１４の中心軸を延長した吸気上流側には燃料噴射弁（フ
ューエルインジェクタ）２１が配置され、この燃料噴射
弁２１から燃料が主として上記第３の吸気弁９の傘部９
ａの背面方向に向けて噴射されるようになっている。

該第３の吸気通路１４は、以上のように上記第１および
第２の吸気通路１２．１３の通路径よりも大径のものに
形成されており、しかもその開口端はシリンダボア中心
部の上記点火プラグ６近傍（付近）に設けられている。

一方、符号３０は」１記７リンダヘノド４の燃焼室内吸
気ポート寄り位置に形成されたスキッシュ領域である。

該スキッシュ領域３０は、吸気ポート側シリンダ側壁部
付近の混合気の流速を速くして該領域に於ける燃焼速度
を向上させ、ｌ−（Ｃの低減と耐ノツク性の改善を図る
ためのものである。

従って、該構成によれば先ず燃料が供給される第３の吸
気通路１４の径が大きいために燃料噴射弁２１より噴射
された供給燃料がセンタポートである同第３の吸気通路
１４の壁面に余り付着することなくエンジン燃焼室５内
に供給されるようになり、しかもその開口端は点火プラ
グ６の近傍に開口されているので、当該燃料は同点火プ
ラグ６の近傍に効果的に導入されるようになり、燃焼室
内混合気か点火プラグ周りに効率良く成層化されるよう
になる。

また、第３の吸気通路１４の径が拡大され、それに応じ
て第３の吸気弁の径が拡大された分だけ吸気通路全体の
断面積も拡大されて吸気抵抗が低減される結果、吸気充
填効率自体も向上して出力もアップする。

さらに、第３の吸気通路１４がシリンダボア中心部に寄
せて開口されると、サイドポート側第１、第２の吸気弁
７，８に挟まれないようになる。

その結果、従来のように液滴燃料がエンジン本体のトノ
ブランドに入り込むようなことがなくなり、燃焼性能が
向上する一方、ＨＣの発生量が低減されて排気エミッシ
ョン性能が向上する。

また、同実施例の構成ではシリンダボア上の吸気ポート
側燃焼室上面壁部に所定大のスキッンユ領域３０を形成
しているために、より効果的なタンブル燃焼が可能にな
り、本来燃焼速度が遅く、ＨＣ発生源、ノッキング発生
源となる吸気側領域の燃焼速度を改善してＨＣの発生を
防止すると同時に耐ノツク性を向上させることも可能と
なっている。

なお、上記実施例ではタンブル型の燃焼形態を採用した
エンジンの場合を例にとって説明したが、本願発明は先
に詳述した従来例と同じスワール生成タイプのエンジン
にも全く同様に適用し得ることは言うまでもない。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本願発明の実施例に係る多弁式エンジンの吸
気装置の構成を示す縦断面図、第２図は、同装置の概略
的な水平断面図である。 ■・・・・エンジン本体 ２・・・・シリンダブロック ３・・・・ピストン ４・・・・シリンダヘッド ５　・　・ ６　・　・ ７　・　・ ８　・　・ ９　・　・ ｌ　２　・ １３　・ １４　・ ・エンジン燃焼室 ・点火プラグ ・第１の吸気弁 ・第２の吸気弁 ・第３の吸気弁 ・第１の吸気通路 ・第２の吸気通路 ・第３の吸気通路 第１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、１気筒当り２つのサイドポートおよび該２つのサイ
   ドポートの間に設けられたセンタポートよりなる３組の
   吸気ポートと、該３組の吸気ポートの各吸気ポートの燃
   焼室側開口端に各々設けられた３組の吸気弁とを備え、
   上記センタポート方向に向けて燃料噴射弁を設置してな
   る多弁式エンジンにおいて、上記センタポートのエンジ
   ン燃焼室側開口端をシリンダボア中心部の点火プラグ近
   傍に形成したことを特徴とする多弁式エンジンの吸気装
   置。