JPH0429054Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は、吸気弁を複数個備えた、いわゆる複
吸気弁エンジンにおける吸気制御に関するもので
ある。

〔従来の技術〕

高出力化の傾向の中で種々のタイプの複吸気弁
エンジンが開発されてきている。そのような複吸
気弁エンジンの一つとして、燃焼室内でスワール
を発生させることのできるヘリカル型吸気ポート
を改善したものがある。ヘリカル型吸気ポートは
その名の通りに渦巻状に形成されたものであり、
燃焼室内にスワールを発生させることにより燃焼
を改善するものである。しかしながら、高負荷時
にはその特殊形状により吸気抵抗が増大して充填
効率が低下する傾向が認められている。これを改
善するために第２の吸気ポート及び第２吸気弁を
設け、この第２吸気ポートにはさらに吸気制御弁
を設けて、低負荷時にはこの吸気制御弁を閉じて
ヘリカル型吸気ポートの特徴を生かし、高負荷、
高回転時にはこの吸気制御弁を開いて第１のヘリ
カル型吸気ポート及び第２ポートの両方から空気
を燃焼室に導入することができるようにしてい
る。

一方、燃焼を良好にし燃費を向上させるために
は可燃空燃比の最大値すなわち燃焼のリーン限界
を拡大することが必要であり、そのためには燃焼
室上部の点火栓周りの燃料を濃くしピストン側を
薄くする（以下これを成層化という）とよいこと
が知られている。

従来、複吸気弁エンジンにおいて成層化を行つ
て燃焼を良好にし燃費を向上させようとする提案
が多くなされている（特公昭47−24041号公報、
特公昭52−16521号公報、特公昭57−52331号公
報、特開昭52−32406号公報、特開昭56−96118号
公報参照）。

上記のような従来公知の装置は、複吸気弁エン
ジンにおける成層化燃焼の基本的条件を示唆して
いるが、実際にエンジンを製作し、実用領域であ
る低負荷低回転時には成層化による稀薄混合気の
燃焼を行なつて低燃費、低エミツシヨンを達成
し、高負荷高回転時には高出力を得るという２つ
の目的を達成するには、上記公知の装置は未だ十
分とは云えないものである。

本出願人は従来公知の複吸気弁エンジンを改良
して、さきに、低負荷低回転域での成層化による
稀薄混合気の燃焼と、高負荷高回転域での高出力
とが両立でき、低燃費、低エミツシヨンの達成と
高出力を得ることのできる、実際的な複吸気弁エ
ンジンを提供した（特願昭60−56126号参照）。

上記特願昭60−56126号の複吸気弁エンジンは、
燃焼室内へ供給する吸気にスワールを発生させる
常時開放の第１の吸気ポートと、エンジンの高負
荷高速運転域においてのみ開放する吸気制御弁を
有しかつ燃焼室内にストレートの吸気を供給する
第２の吸気ポートと、燃料噴射弁を設けた第３の
吸気ポートとを具備し、これら第１、第２及び第
３の各吸気ポートを第１、第２及び第３の吸気弁
を介して燃焼室にそれぞれ接続し前記第３の吸気
弁の開弁時期を吸気行程の中央付近となしたこと
を特徴とするものである。

〔考案が解決しようとする問題点〕

上記特願昭60−56126号の複吸気弁エンジンは、
第３の吸気弁の開弁時期が吸気行程のほぼ中期で
あるため、この第３の吸気弁からは新気を大量に
吸入することが期待できず、そのため、エンジン
の高負荷高回転時にはエンジンの出力性能は第１
及び第２の吸気弁の２つの吸気弁からの吸入空気
量によつて決まつてしまい、必要とする高出力が
必らずしも十分に得られないという問題がある。

本考案は、３つの吸気弁を有する複吸気弁エン
ジンにおいて、エンジンの高負荷高回転時に第３
の吸気弁からも多量の吸気を可能とし十分な高出
力を得ようとするものである。

〔問題点を解決するための手段〕

本考案によれば、上記の問題点を解決するた
め、燃焼室内へ供給する吸気にスワールを発生さ
せる常時開放の第１の吸気ポートと、エンジンの
高負荷高回転運転域においてのみ開放する吸気制
御弁を有しかつ燃焼室内にストレートの吸気を供
給する第２の吸気ポートと、第１及び第２の吸気
ポートの間に位置しかつ燃料噴射弁を設けた第３
の吸気ポートとを具備し、これら第１、第２及び
第３の各吸気ポートを、第１、第２及び第３の吸
気弁を介して燃焼室にそれぞれ接続した複吸気弁
エンジンにおいて、前記第３の吸気弁の開弁及び
閉弁時期を、エンジンの低負荷低回転域におい
て、開弁時期を前記第１及び第２の吸気弁の開弁
時期より遅く吸気行程の中央付近、閉弁時期を前
記第１及び第２の吸気弁の閉弁時期とほぼ同じ時
期とし、エンジンの高負荷高回転域において、開
弁時期及び閉弁時期を前記第１及び第２の吸気弁
の開弁時期及び閉弁時期とそれぞれ同じ時期とな
したことを特徴とする複吸気弁エンジンが提供さ
れる。

〔実施例〕

本考案の実施例を図面に従つて以下に説明す
る。

第１図を参照すると、１は第１の吸気ポートで
あつて第１の吸気弁２を介して燃焼室３に接続さ
れ、スワールを発生させるヘリカルポートとして
公知のように第１の吸気弁２近くで渦巻状に形成
され、このポート１を通つて吸入された空気が矢
印Ａで示されるように燃焼室３内でスワールを生
じるようになつている。４は第２の吸気ポートで
あつて第２の吸気弁５を介して燃焼室３に接続さ
れ、ストレート状である。この第２の吸気ポート
４には吸気制御弁６が配置され、エンジン回転
数、負荷が小さい時には第２の吸気ポート４を閉
じ、エンジン回転数、負荷が大きいときには前記
第２の吸気ポート４を開くことができるようにな
つている。この吸気制御弁６は適宜のアクチエー
タ（図示しない）により開閉駆動され、エンジン
を低速、低負荷で運転する時、この第２の吸気通
路４を閉じ、エンジンを高速、高負荷で運転する
時、第２吸気通路４を開くよう作動する。前記ア
クチエータとしては例えばダイヤフラムにより大
気圧と変圧室とに仕切られたダイヤフラム室を有
し、この変圧室にエンジンの上記運転状態に応じ
て負圧（例えば第１の吸気通路１中の負圧）又は
大気圧を導入して吸気制御弁６の開閉を制御する
負圧制御式アクチエータを用いる。

そしてこのアクチエータは後述のECU（電気制
御装置）によつて制御される。７は第３の吸気ポ
ートであつて第３の吸気弁８を介して燃焼室３に
接続されている。この第３の吸気ポート７は前記
両ポート１，４の間にあつてその通路断面積は比
較的小さく、従つて第３の吸気弁８も他の吸気弁
２，５と比較して小さい。

さらにこの第３の吸気ポート７には燃料噴射弁
９が配設されこの燃料噴射弁９はECU１９によ
つて制御される。

前記第１、第２及び第３の吸気弁２，５及び８
相互間の位置関係は、第１図に示すように、平面
視において、燃焼室３の中心１０に関し第３の吸
気弁８が、第１及び第２の吸気弁２及び５の各中
心を結んだ直線Ｃ，Ｃより外側に位置するように
配置される。１１は点火栓であつて、吸気弁２，
５，８及び２つの排気弁１３，１４に囲まれたほ
ぼシリンダ中央に配置されている。また、第３の
吸気弁８の周囲のシリンダヘツド下面にはそのシ
リンダ壁側にスキツシユを兼ねるマスキング１２
が設けられ、噴射された燃料が点火栓１１の方向
に導びかれその周囲に漂うようにされている。１
５は排気ポートである。排気ポート１５からは
EGRポート１６が分岐されEGR弁１７を介して
第３の吸気通路７に接続されている。

前記第１、第２及び第３の吸気弁２，５，８の
駆動機構を第２図を参照して説明すると、第３の
吸気弁８を駆動するカムはカムプロフイルの異な
る２つのカム２０，２１からなり、これらのカム
２０，２１は共にカム軸２６に沿つてその軸方向
に摺動可能にこのカム軸２６に支持されている。
そしてエンジンの低負荷低回転時にはカム２１が
第３の吸気弁８の直上に位置してこれを駆動し、
エンジンの高負荷高回転時にはカム２０が第３の
吸気弁８の直上に位置してこれを駆動するように
構成されている。なおこの２つのカムの切替え作
動機構としては、例えば実開昭56−103638号公報
に開示されているように、カム軸に平行なロツカ
ー軸を設け、ロツカーアームを油圧制御によつて
このロツカー軸に沿つて移動させることによりこ
のロツカーアームを２つのカムの一方と係合する
ようにした機構を用いることもできる。

一方、第１の吸気弁２はカム２４及びロツカー
アーム２２により駆動され、また第２の吸気弁５
はカム２５及びロツカーアーム２３により駆動さ
れる。

前記第１、第２及び第３の吸気弁２，５及び８
と燃料噴射弁９の作動時期は第３図に示されてい
る。エンジンの低負荷低回転時における第３の吸
気弁８の開弁時期はその動作曲線Ｙに示すよう
に、Ｘでその動作曲線が示される第１及び第２の
吸気弁２及び５よりも遅く、吸気行程の中央付近
Ｆで開弁し、第１及び第２の吸気弁２及び５とほ
ぼ同じ時期Ｇで閉弁するようにしている。また燃
料噴射弁９は同図のＺに示すように噴射終了時期
Ｈが、第３の吸気弁８の開弁時期Ｆの前後となる
ように、回転数、負荷に対して、噴射開始時期Ｉ
が進退制御される。

またエンジンの高負荷高回転域においては、第
３の吸気弁８はその駆動カム２０，２１の切替え
により、開弁時期が変わり、第１及び第２の吸気
弁２及び５の動作曲線Ｘとほぼ同じ動作曲線とな
り、その開弁時期及び閉弁時期が第１及び第２の
吸気弁２及び５の開弁時期及び閉弁時期とそれぞ
れ同じ時期となる。

本実施例の作用を次に説明する。

エンジンの低負荷低回転域においては、第３図
に示すように、まず第１及び第２の吸気弁２及び
５がＤで開弁し、第２の吸気ポート４は吸気制御
弁６で閉じられているので、燃焼室３内には第１
吸気弁２から空気が吸収され安定したスワールＡ
が発生する。続いて吸気行程のほぼ中央付近Ｆで
第13の吸気弁８が開弁される。第３の吸気ポート
７にはECU１９からの信号によつて燃料噴射弁
９から燃料が、その燃料噴射終了時期Ｈが第３の
吸気弁８の開弁時期Ｆとほぼ同じになるような噴
射時期で噴射される。そのため第３の吸気弁８か
らは、吸気行程の後半に濃混合気が燃焼室３内に
流入し、この第３の吸気弁８の周りに設けられて
いるスキツシユを兼ねたマスキング１２の作用に
より、この濃混合気が点火栓１１の方向に向うと
ともにスワールＡに乗つて矢印Ｂの方向へ吸入さ
れる。

吸気行程の前半は第１の吸気弁２から空気のみ
が吸入されピストン上面付近に滞留し、吸気行程
後半には第３の吸気弁８から濃混合気が吸入さ
れ、シリンダヘツド近傍に滞留することになる。
また第３の吸気弁８は吸気行程後半のみ開弁する
のでそこから吸入される流れは比較的弱く、第１
の吸気弁２で発生したスワールＡをほとんど乱す
ことがなく、安定したスワールが保たれ、また良
好な成層化が得られる。この成層状態はスワール
Ａによつて圧縮上死点まで安定して保持されるの
で、点火時には点火栓１１近傍に濃混合気が漂つ
ており、全体の空燃比が薄かつたり、またEGR
ポート１６から大量のEGRガスが燃焼室３内に
導入される場合でも、安定した着火、火炎の伝播
が達成される。

また燃料噴射時期は、その終了時期Ｈが第３吸
気弁８の開弁時期Ｆ近傍になるよう、エンジンの
回転数、負荷に応じてECU１９により進退制御
されるので、噴射燃料のほとんどが、第３の吸気
ポート７内で蒸発してから燃焼室３内へ吸入され
ることになり、エミツシヨンの悪化が防止できる
とともに、最新の吸入空気量の信号に基づいて噴
射時間Ｚを決定できるので良好な加速応答が得ら
れる。

第４図は第３の吸気弁８の開弁時期Ｆと低負荷
低回転域でのリーン限界空燃比（Ａ／Ｆ）との関
係を示すグラフである。同図に示すように、リー
ン限界は第３の吸気弁３の開弁時期に大きく影響
され、その開弁時期がほぼ吸気行程中央〔吸気上
死点（TDC）後90°〕前後で最良となる。したが
つて第３の吸気弁８の開弁時期はその最良時期が
エンジン回転数、負荷で若干変化することを考慮
して、吸気行程中央±20°CA（クランク角）〔吸気
上死点（TDC）後70°〜110°〕付近に設定するこ
とが好ましい。さらに最適制御とするには第３の
吸気弁８のみ可変バブルタイミング機構を持たせ
て、エンジン回転数、負荷によつて可変制御する
こともできる。

第５図は、第３の吸気弁８の閉弁時期Ｇと、低
速トルク、高速トルクとの関係を示したもので、
第１又は第２の吸気弁と同一の閉弁時期とした時
の軸トルクを1.0とした場合の比で示している。
同図によれば、第３の吸気弁８の閉弁時期Ｇを早
くすると第３の吸気弁の作用が小さくなつて十分
なリフトが取れず、遅くなると低速ばかりでなく
高速トルクも低下してしまう。そこで第３吸気弁
３の閉弁時期Ｇは第１、第２吸気弁２，５の閉弁
時期とほぼ同じか、それより遅れても40°クラン
ク角程度以内とすることが好ましい。

なお、エンジン冷間時には水温センサの信号を
用いて燃料噴射時期を吸気行程以外に設定すれ
ば、エミツシヨン悪化を防ぐこともできる。

また、第１の吸気弁２から空気の代わりに稀薄
混合気を吸入しても同様な結果を得ることができ
る。

一方、エンジンの高負荷、高回転域では吸気制
御弁６が開弁されるので、第１、第２吸気弁２，
５から大量の新気を燃焼室内に吸入することが可
能となり、スワールは消滅し、成層化は弱まり均
質の混合気となり、良好な軸トルク、出力が得ら
れる。

さらにこれに加え、本実施例では、第３の吸気
弁８の開弁時期が早くなり、第１及び第２の吸気
弁２及び５とほぼ同じ時期となるので、この第３
の吸気弁８からも大量の新気が吸入され、高負
荷、高回転域で必要な十分の出力が得られるもの
となる。

またこのエンジンの高負荷高回転時には、燃料
噴射時期が吸気行程以外になるよう、前記カム２
０のカムプロフイルを設定すれば、霧化が改善さ
れ過度の成層化が防止されるので、HC排出量を
減少することができる。

〔考案の効果〕

本考案は以上のように、エンジンの低負荷、低
回転域では、混合気が点火栓周りで濃く、ピスト
ン側で稀薄となる、いわゆる成層化が良好かつ安
定した状態で得られ、そのため大量のEGR燃焼
も可能となり、低燃費、低エミツシヨンを達成で
きるものとなる。

特に本考案においては、エンジンの高負荷高回
転域で、第３の吸気弁の開弁時期を早め、第１及
び第２の吸気弁の開弁時期とほぼ同じ時期とする
ので、第３の吸気弁からも大量の新気を吸入する
ことができ、高負荷高回転域に必要とされる十分
な高出力が得られるものとなる。

またエンジンの高負荷高回転域では成層化は弱
まり良好な軸トルク、軸出力が効果的に得られる
ものとなる。

このようにして、低負荷低回転域から高負荷高
回転域に至る全運転域において所期の燃焼状態、
高出力が得られる、実際的な複吸気弁エンジンを
提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例の平面図、第２図は
同上実施例における吸気弁の作動機構の平面図、
第３図は各吸気弁の動作時期及びリフトと、燃料
噴射弁の噴射時期を示すグラフ、第４図は第３の
吸気弁の開弁時期とリーン限界との関係を示すグ
ラフ、第５図は第３の吸気弁の閉弁時期と軸トル
クとの関係を示すグラフである。 １……第１吸気ポート、２……第１吸気弁、３
……燃焼室、４……第２吸気ポート、５……第２
吸気弁、６……吸気制御弁、７……第３吸気ポー
ト、８……第３吸気弁、９……燃料噴射弁、１１
……点火栓、１２……マスキング、１５……排気
ポート、１６……EGRポート、１９……ECU、
２０，２１，２４，２５……カム、２２，２３…
…ロツカーアーム、２６……カム軸。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 １ 燃焼室内へ供給する吸気にスワールを発生さ
   せる常時開放の第１の吸気ポートと、エンジン
   の高負荷高回転運転域においてのみ開放する吸
   気制御弁を有しかつ燃焼室内にストレートの吸
   気を供給する第２の吸気ポートと、第１及び第
   ２の吸気ポートの間に位置しかつ燃料噴射弁を
   設けた第３の吸気ポートとを具備し、これら第
   １、第２及び第３の吸気ポートを、第１、第２
   及び第３の吸気弁を介して燃焼室にそれぞれ接
   続した複吸気弁エンジンにおいて、前記第３の
   吸気弁を、エンジンの低負荷低回転域におい
   て、その開弁時期を前記第１及び第２の吸気弁
   より遅く吸気行程の中央付近、その閉弁時期を
   前記第１及び第２の吸気弁とほぼ同じ時期と
   し、エンジンの高負荷高回転域において、その
   開弁時期及び閉弁時期を前記第１及び第２の吸
   気弁の開弁時期及び閉弁時期とそれぞれほぼ同
   じ時期としたことを特徴とする複吸気エンジ
   ン。 ２ 前記第３の吸気弁の作動を制御する機構がカ
   ムプロフイルの異なる２つのカムを具備し、こ
   れら２つのカムを切替え作動することにより前
   記第３の吸気弁の閉開時期を制御するようにし
   た実用新案登録請求の範囲第１項記載の複吸気
   弁エンジン。 ３ 前記２つのカムがこれらカムを取付けたカム
   軸の軸方向に摺動可能な実用新案登録請求の範
   囲第２項記載の複吸気弁エンジン。