JPH04321717A - ４サイクル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】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、自動車等に用いられ
るガソリンやガス燃料（ＬＰＧ）を燃料とする４サイク
ルエンジンの吸気装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】火花点火式のエンジンでは、通常、空気
と燃料とによる混合気が吸気通路を通って燃焼室に吸入
され、ここで放電点火により着火、燃焼させられるよう
になっている。ところで、安定した燃焼を得ると共に火
炎伝播を速くしてエンジン性能を向上させるためには、
上記燃焼室において乱れ、もしくは乱流（タービュラン
ス）（以下、これを単に乱れという）を起こすことが望
まれる。そこで、従来では、燃焼室において吸気による
スワールあるいはタンブル（縦スワール）を生じさせる
ことが工夫されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
スワールは、円筒形燃焼室内での旋回流であるため、燃
焼室中心での混合気の流速が弱く、燃焼室中心近くに点
火栓を設けたエンジンでは効果が少ないという問題があ
る。また、従来のタンブルでは、上記スワールの持つ問
題をある程度解消できるが、特に吸入空気量の少ない低
負荷運転域では、十分な強さのタンブルが形成できない
という問題がある。

【０００４】

【発明の目的】この発明は、上記のような事情に注目し
てなされたもので、燃焼室に吸入された混合気に十分な
、かつ、強い乱れを生じさせて、エンジン性能を向上さ
せることを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
のこの発明の特徴とするところは、燃焼室に向って吸気
通路が開口する部分を吸気弁によりそれぞれ開閉される
複数の吸気弁口とした４サイクルエンジンの吸気装置に
おいて、上記吸気通路とは別に設けられ上記吸気弁より
も上流側で各吸気弁口近傍の吸気通路に開口する補助吸
気通路を設け、これら補助吸気通路をその下流側に向う
に従い互いに接近させながら各吸気弁口を介し燃焼室に
向って開口させ、かつ、上記燃焼室側に向う補助吸気通
路の仮想延長線が互いに交わるようにした点にある。

【０００６】

【作　　用】上記構成による作用は次の如くである。エ
ンジン１が作動するときには、吸気は吸気ポート（吸気
通路）７を通って燃焼室５に吸入されると共に（図１中
矢印Ｈ）、複数の補助吸気通路７５を通っても同上燃焼
室５に吸入される（図１、図２中矢印Ｋ）。この場合、
上記補助吸気通路７５は上記吸気ポート（吸気通路）７
とは別に設けられたものであり、かつ、この吸気ポート
（吸気通路）７が燃焼室５に向って開口する部分である
吸気弁口７ａ近傍の吸気ポート（吸気通路）７に開口し
ている。更に、上記各補助吸気通路７５はその下流側に
向うに従い互いに接近しながら各吸気弁口７ａを介し燃
焼室５に向って開口し、かつ、上記燃焼室５側に向う補
助吸気通路７５の仮想延長線７７が互いに交わるように
なっている。

【０００７】このため、各吸気弁口７ａを通して燃焼室
５に吸入される吸気は、この燃焼室５に吸入されると、
仮想延長線７７同士が交わる位置の近傍で互いに衝突し
て乱流を生じることとなる。しかも、上記各吸気弁口７
ａを通して燃焼室５に吸入された吸気が互いに衝突する
と、その主流は合力の方向に流れの方向が変わりタンブ
ルが生じることともなる。

【０００８】

【実施例】以下、この発明の実施例を図面により説明す
る。 （第１実施例）図１から図３は第１実施例を示している
。図１と図２とにおいて、符号１は自動車用の直列多気
筒のエンジンである。このエンジン１はガス燃料たるＬ
ＰＧを燃料とし、シリンダ２、ピストン３、およびシリ
ンダヘッド４を有し、これらで囲まれた空間が燃焼室５
となっている。また、６は点火プラグである。

【０００９】上記シリンダヘッド４にはエンジン１の吸
気通路である吸気ポート７と、排気ポート８とが形成さ
れ、上記吸気ポート７の下流端が二又に分かれて燃焼室
５に向って開口し、これが左右一対の吸気弁口７ａとな
っている。そして、これら各吸気弁口７ａを開閉する吸
気弁９と、上記排気ポート８を開閉する排気弁１０とが
設けられている。そして、これら吸気弁９と排気弁１０
とはエンジン１の作動に伴い動弁機構１１により適宜開
閉弁動作させられるようになっている。

【００１０】上記吸気ポート７には同上エンジン１の吸
気通路である吸気マニホールド１３が連設されている。 この吸気マニホールド１３は、並設された各シリンダ２
に沿って延びる常用サージタンク１４と、この常用サー
ジタンク１４を上記吸気ポート７のそれぞれに個別に連
通させる吸気管１６とを備えている。

【００１１】前記排気ポート８のそれぞれには排気管２
０が連結され、この排気管２０の中途部には触媒２１が
内有されている。この触媒２１は、窒素酸化物（ＮＯｘ
　）を還元する一方、一酸化炭素（ＣＯ）や炭化水素（
ＨＣ）を酸化して、排気をできるだけ無害にさせるもの
で、いわゆる三元触媒といわれている。

【００１２】図２と図３とにおいて、上記エンジン１の
燃焼室５にガス燃料を供給する燃料供給装置２３が設け
られている。この燃料供給装置２３は液化ガスボンベ（
図示せず）に連なる調圧装置２４と、この調圧装置２４
に連なる混合器２５とで構成され、この混合器２５から
前記吸気マニホールド１３や吸気ポート７を通しエンジ
ン１の燃焼室５にガス燃料が供給される。

【００１３】図３により、上記調圧装置２４について説
明する。この調圧装置２４はハウジング２７を有し、こ
のハウジング２７には燃料導入通路２８、この燃料導入
通路２８に第１開口２９を通して連通する第１減圧室３
０、この第１減圧室３０に第２開口３１を通して連通す
る第２減圧室３２が形成されている。上記第１開口２９
を開閉する第１弁体３３が設けられ、この第１弁体３３
は第１開口２９を閉じるように第１ばね３４により付勢
され、この付勢力は調整可能とされている。また、上記
第１弁体３３は、ガス燃料が燃料導入通路２８から第１
減圧室３０へ向ってのみ流入することを許容する。

【００１４】一方、上記第２開口３１を開閉する第２弁
体３６が設けられ、この第２弁体３６は第２開口３１を
閉じるように第２ばね３７により付勢されている。また
、上記第２弁体３６は、ガス燃料が第１減圧室３０から
第２減圧室３２へ向ってのみ流入することを許容する。 そして、上記第２減圧室３２にはメイン燃料通路３８の
一端が連結されている。上記ハウジング２７には、上記
第１減圧室３０から外部に向って延びる燃料送出路３９
と、この燃料送出路３９から分岐する径細の第１分岐路
４０と、径太の第２分岐路４１とが形成され、これら第
１分岐路４０と第２分岐路４１とにスロー燃料通路４２
の一端が連結されている。また、上記第１分岐路４０の
開度を調整する第１ニードル弁４４が設けられると共に
、上記第２分岐路４１の開度を調整する第２ニードル弁
４５が設けられている。上記燃料送出路３９を開閉する
ソレノイド式の緊急弁４６が設けられ、また、第２分岐
路４１を開閉するソレノイド式の始動弁４７が設けられ
、これら緊急弁４６と始動弁４７は共に電子制御手段４
９に接続されている。

【００１５】また、前記ハウジング２７には、燃料導入
通路２８の近傍に温水を通過させる加温路５０が形成さ
れている。そして、上記燃料導入通路２８に導入された
ガス燃料（矢印Ａ）は加温路５０の温水により加温され
て気化され、このガス燃料は第１開口２９を通過して第
１減圧室３０に達し、このとき、上記第１開口２９を閉
じようとする第１弁体３３により約Ｏ．３Ｋｇ／ｃｍ２
Ｇにまで減圧させられる。更に、上記第１減圧室３０か
ら第２開口３１を通過して第２減圧室３２に達し（矢印
Ｂ）、このとき、上記第２開口３１を閉じようとする第
２弁体３６によりほぼ大気圧にまで減圧させられる。そ
して、上記第２減圧室３２のガス燃料がメイン燃料通路
３８を通り前記混合器２５に送り込まれる（矢印Ｃ）。

【００１６】一方、前記緊急弁４６は制御手段４９によ
り常時は開弁させられている。このため、第１減圧室３
０から燃料送出路３９、第１分岐路４０、およびスロー
燃料通路４２を通って同上混合器２５にガス燃料が送り
込まれる（矢印Ｄ，Ｅ）。また、前記始動弁４７はエン
ジン１の始動時のみに、制御手段４９により開弁させら
れ、第１減圧室３０から燃料送出路３９、第２分岐路４
１、およびスロー燃料通路４２を通って同上混合器２５
にガス燃料が送り込まれる（矢印Ｆ，Ｅ）。上記緊急弁
４６は、自動車の衝突等の緊急時に、制御手段４９によ
り直ちに閉弁され、スロー燃料通路４２を通しての混合
器２５へのガス燃料の供給が停止させられる。

【００１７】図２により、前記混合器２５について説明
する。この混合器２５は円筒状のスロットルボディー５
２を有し、このスロットルボディー５２の一端が前記常
用サージタンク１４に連結されている。このスロットル
ボディー５２の内孔が吸気通路５３となっており、外気
がこの吸気通路５３、および前記吸気マニホールド１３
を通って前記燃焼室５に吸入される（矢印Ｇ，Ｈ）。上
記吸気通路５３にはベンチュリ部５４が形成され、この
ベンチュリ部５４に前記メイン燃料通路３８の他端が開
口し、その開口近傍のメイン燃料通路３８の開度を調整
する燃料調整弁たるメーンニードル弁５５が設けられて
いる。そして、前記調圧装置２４からのガス燃料が上記
メイン燃料通路３８を通りベンチュリ部５４内に吸引さ
れる。

【００１８】上記ベンチュリ部５４よりも下流側の吸気
通路５３を開閉するスロットル弁５６が上記スロットル
ボディー５２に枢支されている。前記スロー燃料通路４
２の他端は、上記吸気通路５３におけるスロットル弁５
６の上、下流側に跨って同上吸気通路５３に開口し、同
上スロットル弁５６よりも上流側における同上スロー燃
料通路４２の開度を調整するスローニードル弁５７が設
けられている。そして、同上調圧装置２４からのガス燃
料が上記スロー燃料通路４２を通り吸気通路５３内に吸
引され、このように吸引されたガス燃料と空気とがスロ
ットルボディー５２内や吸気マニホールド１３内で混合
されて、その混合気が吸気ポート７を通って前記したよ
うに燃焼室５に吸引される（矢印Ｈ）。

【００１９】図２において、上記ベンチュリ部５４より
も上流側の吸気通路５３内の空気を、上記メイン燃料通
路３８の中途部に吸入させる空気導入通路５９が設けら
れている。また、この空気導入通路５９の空気の流量を
ほぼ無段階に調整する空気調整弁６０が設けられ、この
空気調整弁６０は上記空気導入通路５９の中途部に介在
するケーシング６１と、このケーシング６１に取り付け
られ上記空気導入通路５９を開閉するニードル弁６２と
、このニードル弁６２をほぼ無段階に開、閉弁動作させ
るステップモータ６３とで構成されている。一方、図１
と図２とで示すように、排気管２０にはエンジン１の排
気の成分濃度のうち酸素濃度を検出する酸素検出センサ
ー６４が設けられている。

【００２０】そして、上記検出センサー６４の出力信号
に応じて前記制御手段４９を介し上記ニードル弁６２の
開度が自動的に調整され、その開度に応じた空気量がメ
イン燃料通路３８内のガス燃料に供給されるようになっ
ている（矢印Ｉ）。これを具体的に説明すると、予め、
メイン燃料通路３８によりガス燃料の供給がストイキよ
りも少しリッチとなるようにメーンニードル弁５５が設
定される。そして、検出センサー６４により酸素濃度が
ある設定値よりも過多であると出力されれば、ニードル
弁６２による開度が小さくされて空気の供給が少なくな
り、その分燃料が増量される。また、これとは逆に、酸
素濃度が過少であれば、ニードル弁６２による開度が大
きくされて空気の供給が大きくなり、その分燃料が減量
される。これにより、空燃比が所定の値の範囲に保たれ
る。

【００２１】上記の場合、空気導入通路５９はメーンニ
ードル弁５５よりも上流側のメイン燃料通路３８に連通
している。このため、上記メーンニードル弁５５は上記
メイン燃料通路３８を通るガス燃料と、上記メイン燃料
通路３８内に空気導入通路５９を通し供給される空気と
による混合気の流量を調整することとなる。このため、
任意のベンチュリ負圧に対し上記メイン燃料通路３８内
に対する空気の供給量が変化した時、上記混合気自体の
流量はほぼ一定であることから、燃料流量の制御に必要
な空気の流量が燃料流量に比し過大に必要になることは
防止される。

【００２２】上記ベンチュリ部５４よりも下流側の吸気
通路５３内の空気を前記スロー燃料通路４２の中途部に
吸入させる他の空気導入通路６６が設けられている。ま
た、他の空気導入通路６６に対し、上記空気調整弁６０
と同構成の他の空気調整弁６７が設けられ、他の空気調
整弁６７は上記ケーシング６１を共有し、このケーシン
グ６１に他のニードル弁６８が取り付けられ、他のニー
ドル弁６８は上記ステップモータ６３により開閉動作さ
せられるようになっている。そして、他の空気調整弁６
７は前記空気調整弁６０と同じ作用をして、他のニード
ル弁６８の開度に応じた空気量がスロー燃料通路４２内
のガス燃料に供給されるようになっている（矢印Ｊ）。 なお、上記空気調整弁６０と他の空気調整弁６７とは別
体にして、ニードル弁６２と他のニードル弁６８とが個
々に開閉動作するようにしてもよい。また、図３中仮想
線で示すようにメイン燃料通路３８とスロー燃料通路４
２の中途部同士を連通路６９で連通させてもよい。その
他、７０は温度検出センサーで、この温度検出センサー
７０はシリンダ２やシリンダヘッド４に形成されたジャ
ケット７１内の冷却水の温度を検出する。そして、その
出力信号により、制御手段４９を介し空気調整弁６０に
バイアスを加えるようになっている。より具体的には、
上記温度が低いときには、上記空気調整弁６０を閉じて
吸気に対し燃料を増量させるようになっている。

【００２３】図１と図２において、前記吸気管１６の下
流端にバタフライ式の吸気量調整弁７３が設けられてい
る。また、上記吸気管１６における吸気量調整弁７３の
上流側近傍で、この吸気管１６の下部には、この吸気管
１６の内部から下方に向って分岐する分岐路７４が形成
されている。また、この分岐路７４から前記各吸気弁口
７ａに向ってそれぞれ延びる一対の補助吸気通路７５，
７５が形成され、これら各補助吸気通路７５の下流端開
口７６は、前記吸気弁９よりも上流側で対応する吸気弁
口７ａ近傍の吸気ポート７にそれぞれ開口している。

【００２４】同上図１と図２において、上記両補助吸気
通路７５，７５は吸気弁口７ａの近傍までは互いにほぼ
平行に直線的に延びており、ここから開口７６に至るま
では、互いに漸次接近するように折り曲げられている。 上記各開口７６は各吸気弁口７ａを介し燃焼室５に向い
、かつ、シリンダ２の軸心２ａの方向からみて点火プラ
グ６に向っており、しかも、上記燃焼室５側に向う補助
吸気通路７５，７５の各仮想延長線７７，７７が互いに
交わるように構成され、この交わる位置は図２中Ｐ１　
で示されるところである。また、同上両補助吸気通路７
５，７５はシリンダ２の軸心２ａの方向からみて左右に
並設されている。

【００２５】そして、エンジン１が作動するときには、
吸気は吸気ポート７を通って燃焼室５に吸入されると共
に（図１中矢印Ｈ）、補助吸気通路７５を通っても同上
燃焼室５に吸入される（図１、図２中矢印Ｋ）。この場
合、上記補助吸気通路７５は上記吸気ポート７とは別に
設けられたものであり、かつ、この吸気ポート７が燃焼
室５に向って開口する部分である吸気弁口７ａ近傍の吸
気ポート７に開口している。更に、上記各補助吸気通路
７５，７５はその下流側に向うに従い互いに接近しなが
ら各吸気弁口７ａを介し燃焼室５に向って開口し、かつ
、上記燃焼室５側に向う補助吸気通路７５，７５の仮想
延長線７７，７７が互いに交わるようになっている。

【００２６】このため、各吸気弁口７ａを通して燃焼室
５に吸入される吸気は、この燃焼室５に吸入されると、
仮想延長線７７同士が交わる位置の近傍で互いに衝突し
て乱流を生じることとなる。

【００２７】更に、上記両補助吸気通路７５，７５はシ
リンダ２の軸心２ａの方向からみて左右に並設された状
態になっているため、これら補助吸気通路７５，７５を
通る両吸気が燃焼室５内で衝突したときには、この両吸
気の衝突により合流した流れは上記軸心２ａを通り、軸
心２ａ方向に見て燃焼室を左右対称に二分する中心面に
ほぼ沿いながらピストン３の上面側に向って流れ、その
後、このピストン３の上面に案内されて上方に反転させ
られ、ここにタンブルが生じることとなる（図１中矢印
Ｌ）。なお、前記中心面に対して補助吸気通路７５を左
右非対称に設けることにより、タンブルが前記中心面か
らずれた流れとなるようにしてもよい。上記の場合、ピ
ストン３が上死点近くになると、上記タンブルが上下に
押しつぶされて細かい乱れに変わり、燃焼室５の中心域
にも十分の乱れが形成される。また、特に低負荷運転域
では、吸気量調整弁７３を閉じて各補助吸気通路７５を
通る吸気速度が速められるようになっており、このため
、上記低負荷運転域においても、これら吸気の衝突によ
る乱れが、十分にかつ強く得られることとなる。なお、
上記吸気同士の衝突は点火時期よりも以前に起こるよう
にしておけば、この衝突による乱れが混合気の燃焼に極
めて有効に利用されることとなって好ましい。

【００２８】また、前記吸気量調整弁７３を制御手段４
９により、適宜開度調整することにより、吸気ポート７
と分岐路７４とを通る吸気量の配分が定められる。なお
、以上は図示の例によるが、エンジン１の燃料はガソリ
ンであってもよく、この場合、上記実施例における燃料
供給装置２３を気化器、もしくは燃料噴射装置に置き換
えてもよい。また、吸気ポート７における吸気弁口７ａ
を三つにしてこれらにそれぞれ補助吸気通路７５を開口
させてもよい。また、本発明はポペット弁使用のエンジ
ンにも適用可である。更に、両仮想延長線７７，７７の
交角を適当に定めることによって吸気同士の衝突から点
火に至る時間を適正にすることができる。また、始動弁
４７は、前記した始動時の燃料増量の他に、低温時の燃
料増量や、スロットル弁５６を開弁するときなど出力増
大時の燃料増量に用いられる。

【００２９】（第２実施例）図４と図５とは第２実施例
を示している。なお、この実施例の構成と作用のうち上
記第１実施例と共通するものについては、その説明を省
略し、異なる点についてのみ説明する。

【００３０】図において、前記仮想延長線７７，７７が
互いに交わる位置Ｐ１　はシリンダ２の外側方に位置し
ている。そして、補助吸気通路７５を通って燃焼室５に
吸入される吸気の軌跡（図４中矢印Ｋ，Ｌ）上に上記Ｐ
１を移し替えると、これはＰ２に合致する。従って、こ
のＰ２　近傍で上記各吸気同士の衝突が生じることとな
る。 前記常用サージタンク１４には高速用サージタンク７８
が並設され、この高速用サージタンク７８は、前記吸気
管１６の中途部上面に形成された連通孔７９を通してこ
の吸気管１６に連結され、この連通孔７９を開閉する開
閉弁８０が設けられている。この開閉弁８０は、エンジ
ン１が高速回転するときのみ、図４中仮想線で示すよう
に自動的に開弁し、これによる吸気脈動の利用によりエ
ンジン性能が向上させられるようになっている。一方、
スロー燃料通路４２の下流端は吸気管１６の下流端下部
にまで延出し、この延出端から左右一対の補助吸気通路
７５，７５が吸気弁口７ａに向って延びている。この場
合、これら補助吸気通路７５，７５は吸気弁口７ａまで
ほぼ直線的に延び、かつ、これら吸気弁口７ａに近づく
に従い互いに漸次接近するように形成されている。

【００３１】

【発明の効果】この発明によれば、燃焼室に向って吸気
通路が開口する部分を吸気弁によりそれぞれ開閉される
複数の吸気弁口とした４サイクルエンジンの吸気装置に
おいて、上記吸気通路とは別に設けられ上記吸気弁より
も上流側で各吸気弁口近傍の吸気通路に開口する補助吸
気通路を設け、これら補助吸気通路をその下流側に向う
に従い互いに接近させながら各吸気弁口を介し燃焼室に
向って開口させ、かつ、上記燃焼室側に向う補助吸気通
路の仮想延長線が互いに交わるようにしたため、各吸気
弁口を通して燃焼室に吸入される吸気は、この燃焼室に
吸入されると、仮想延長線同士が互いに交わる位置の近
傍で互いに衝突して乱流を生じることとなる。しかも、
上記各吸気弁口を通して燃焼室に吸入された吸気が互い
に衝突すると、タンブルが生じることになる。

【００３２】よって、上記乱れとタンブルとにより、上
記燃焼室への吸気が十分に混合され、この結果、燃焼室
における燃焼が安定すると共に火炎伝播が速やかに行わ
れ、もって、エンジン性能の向上が達成される。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例を示し、エンジンの側面断面図であ
る。

【図２】第１実施例を示し、エンジンとシリンダの平面
部分断面図である。

【図３】第１実施例を示し、調圧装置の断面図である。

【図４】第２実施例を示し、図１に相当する図である。

【図５】第２実施例を示し、図２に相当する図である。

【符号の説明】

１　　　　エンジン ２　　　　シリンダ ２ａ　　軸心 ５　　　　燃焼室 ７　　　　吸気ポート（吸気通路） ７ａ　　吸気弁口 ９　　　　吸気弁 １６　　吸気管（吸気通路） ７５　　補助吸気通路 ７７　　仮想延長線

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　燃焼室に向って吸気通路が開口する部
   分を吸気弁によりそれぞれ開閉される複数の吸気弁口と
   した４サイクルエンジンの吸気装置において、上記吸気
   通路とは別に設けられ上記吸気弁よりも上流側で各吸気
   弁口近傍の吸気通路に開口する補助吸気通路を設け、こ
   れら補助吸気通路をその下流側に向うに従い互いに接近
   させながら各吸気弁口を介し燃焼室に向って開口させ、
   かつ、上記燃焼室側に向う補助吸気通路の仮想延長線が
   互いに交わるようにした４サイクルエンジンの吸気装置
   。