JPH05223041A

JPH05223041A - 内燃機関の吸気装置

Info

Publication number: JPH05223041A
Application number: JP2491392A
Authority: JP
Inventors: Kikou Ri; 奇衡李; Minoru Imashiro; 実今城
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1992-02-12
Filing date: 1992-02-12
Publication date: 1993-08-31

Abstract

(57)【要約】【目的】燃焼室内へ流入する吸入空気の充填効率を高め
つつ、吸気弁に付着し形成される燃料の壁膜流を微粒化
する。【構成】吸気弁４を介して燃焼室５に連通する吸気通路
８と、吸気弁４の傘部背面１４に向けて燃料を噴射する
燃料噴射弁１３と、吸気弁４のステム部１２を摺動案内
するガイド部材１１と、ガイド部材１１に設けられ、且
つ傘部背面１４に向けてアシストエアを供給するアシス
トエア噴出孔１６と、を備えてなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関の吸気装置に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、内燃機関の吸気装置に関し、例え
ば、図７に示したようなものが知られている（実開昭６
４−３６５６７号公報等参照）。

【０００３】図に示したのは、吸気弁１００を介して燃
焼室１０１に連通する吸気通路１０２の内壁面に、燃料
噴射弁１０３からの燃料が付着し形成された壁膜流１０
４が、吸気通路１０２の内壁面を伝って燃焼室１０１内
へ流れ込むことを防ぐために、吸気通路１０２の吸気弁
近傍にアシストエア噴孔部１０５を形成し、ここから図
中斜め上方に向けてアシストエアを供給することによっ
て、壁膜流１０４の微粒化を促進しようとするものであ
る。

【０００４】一方、吸気弁を介して燃焼室に連通する吸
気通路の内周壁面に燃料噴射弁からの燃料が付着して、
燃料吸入の応答性が悪化（燃料の輸送遅れ）したり、燃
料の霧化が悪化して有害物質の排出が増大することを防
止することを目的とし、燃料噴射弁の取付位置及び噴射
角度を、当該燃料噴射弁からの燃料が主として高温にさ
らされる吸気弁の傘部背面を直撃するよう設定されたも
のも従来より提案されている（実開昭６０−９７３７３
号公報等参照）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】燃料噴射弁から噴射さ
れる燃料の大部分が吸気弁の傘部背面を直撃するよう設
定された従来の吸気装置にあっては、吸入通路の内壁面
に壁膜流が形成されることを有効に防止できるものであ
るが、冷間始動時など吸気弁の温度が低いときにおいて
は、吸気弁に付着した燃料の多くは気化できずに壁膜流
を形成するため、燃料の輸送遅れを生じて燃料吸入の応
答性が悪化したり、この壁膜流が吸気弁を伝って燃焼室
内に流れ込むために適正な混合気の形成が得られず、有
害物質の排出が増大するという問題点があった。

【０００６】また、吸気通路１０２の吸気弁近傍にアシ
ストエア噴孔部１０５を有する従来の吸気装置にあって
は、吸気通路１０２の内壁面に付着し形成される壁膜流
１０４を有効に微粒化できるものであるが、燃焼室１０
１内への吸入空気に逆らう方向へアシストエアを供給す
るために、吸入空気の充填効率が低下してエンジン出力
の低下を否めないという問題点を有するばかりか、吸気
弁１００に向けてアシストエアが供給されないために、
冷間時にあって吸気弁１００に付着し形成される壁膜流
の微粒化が達成されない、という問題点があった。

【０００７】この発明は、このような従来の問題点に着
目してなされたもので、燃焼室内への吸入空気の流入を
助けつつ、吸気弁に付着し形成される壁膜流の微粒化を
促進する内燃機関の吸気装置を提供しようとするもので
ある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明に係る内燃機関
の吸気装置は、吸気弁を介して燃焼室に連通する吸気通
路と、前記吸気弁の傘部背面に向けて燃料を噴射する燃
料噴射弁と、前記吸気弁のステム部を摺動案内するガイ
ド部材と、当該ガイド部材に設けられ、且つ前記傘部背
面に向けてアシストエアを供給するアシストエア噴出孔
と、を備えてなることを特徴とする。

【０００９】

【作用】上記構成に基づき、燃料噴射弁から噴射される
燃料の大部分は吸気弁の傘部背面を直撃するため、吸気
通路の内壁面に壁膜流を形成することはなく、また、機
関の暖機が十分に行われ吸気弁の温度が高くなると、吸
気弁を直撃する燃料は吸気弁の持つ熱の為に気化し、つ
まり、吸気弁を含め吸気通路内に輸送遅れを生じる壁膜
流はほとんど存在せず、燃焼室内へ適正なる混合気を供
給することができる。

【００１０】吸気弁の温度の低い冷間時にあっては、吸
気弁の傘部背面を直撃する燃料は気化できずに壁膜流を
形成するが、前記傘部背面の直上間近にアシストエア噴
出孔が形成され、ここから吸気弁の外形状にほぼ沿うよ
うに傘部背面へアシストエアが供給されるために、この
壁膜流を効率よく浮遊させることが可能であり、つま
り、冷間時にあっても、燃料の微粒化が達成され、燃焼
室に供給される混合気の均一化が得られる。

【００１１】また、アシストエア噴出孔から供給される
アシストエアは、吸気通路内を流れる吸入空気の流れ方
向にほぼ沿うものであるから、燃焼室内への吸入空気の
充填効率をも併せて高めることができる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明に係る第１実施例を図１に基づ
いて説明する。本実施例は、各気筒毎に燃料噴射弁を有
する内燃機関、いわゆるマルチポイントインジェクショ
ン型内燃機関に適用したものである。

【００１３】１はシリンダ２を形成するシリンダブロッ
クであり、３はシリンダブロックの上部を覆うシリンダ
ヘッドである。シリンダヘッド３内には吸気弁４を介し
て燃焼室５に連通する吸気ポート６が形成され、シリン
ダヘッド３の側部には吸気ポート６に連通する中空状の
吸気マニホルド７が接続されている。吸気ポート６と吸
気マニホルド７とで燃焼室５内へ吸入空気を導く吸気通
路８を構成し、この吸気通路８の上流側には吸入空気の
清浄を行うエアクリーナ（図略）や吸入空気量を検出す
るエアフロメータ（図略）等が配設されている。

【００１４】吸気弁４は、吸気ポート６の燃焼室側開口
部に形成されたバルブシート９に着座・離座する傘部１
０と、シリンダヘッド３に配設されたガイド部材１１に
摺動案内されるステム部１２とから構成され、吸気通路
８から燃焼室５内への吸入空気の流れを制御する。

【００１５】吸気マニホルド７には吸気通路８内に向け
て燃料を供給する燃料噴射弁１３が配設されており、機
関の運転状態に応じて適正量の燃料を噴射する。この燃
料噴射弁１３は各気筒に対応して配設されるものであ
り、その取付位置及び噴射角度はここから噴射される大
部分が吸気弁４の傘部背面１４に直撃するよう設定され
ている。

【００１６】吸気通路８内であって、燃料噴射弁１３の
上流側には、燃焼室５内へ導入される吸入空気量を制御
するスロットルバルブ１５が配設されている。

【００１７】ガイド部材１１の先端部には、傘部背面１
４全体にむらなくアシストエアを供給できるアシストエ
ア噴出孔１６が形成されており、図示（Ａ−Ａ矢視拡大
断面図参照）の如く比較的小径な噴孔１６’が比較的多
数、全周にわたって穿設されている。このアシストエア
噴出孔１６は加圧空気通路１７を介してスロットルバル
ブ１５上流側の吸気通路８と連通している。加圧空気通
路１７の途中にはアシストエアを圧搾するエアーポンプ
１８が配設されており、当該エアーポンプ１８を搭載し
た内燃機関を駆動源に常時作動する。従って、アシスト
エア噴出孔１６は傘部背面１４全体に向けてアシストエ
アを常時供給し、ここから供給されるアシストエアの流
れは図示の如くステム部１２並びに傘部背面１４の外形
状にほぼ沿ったものとなる。

【００１８】なお、１９は吸気弁４を閉弁方向へ付勢す
るコイルスプリング、２０は点火プラグ、２１はウォー
タジャケット、２２、２３はガスケットである。

【００１９】このような構成に基づき、次に作用を説明
する。

【００２０】燃料噴射弁１３から噴射される燃料の大部
分は吸気弁４の傘部背面１４を直撃するために、吸気通
路８の内壁面に燃料が付着して壁膜流を形成することは
なく、また、機関の暖機が十分に行われ吸気弁４の温度
が高くなると、傘部背面１４を直撃する燃料は吸気弁４
の持つ熱の為に気化し、つまり、吸気弁４をも含め、吸
気通路８内に輸送遅れを生じる壁膜流はほとんど存在せ
ず、燃焼室５内へ適正なる混合気を供給することができ
る。

【００２１】吸気弁４の温度の低い冷間始動時などにあ
っては、傘部背面１４を直撃する燃料は液滴化して図示
の如く壁膜流Ｆを形成するが、この傘部背面１４直上間
近にアシストエア噴出孔１６が形成され、ここから傘部
背面１４へ向けて吸気弁４の外形状にほぼ沿うようにア
シストエアを供給できるために、壁膜流Ｆを効率よく浮
遊させることが可能となり、燃料の微粒化が達成され
る。この壁膜流の微粒化は、吸気弁４が閉じている状態
においてほぼ完了するものであり、従って、燃焼室５内
へ均一なる混合気の供給が可能となる。

【００２２】このように、冷間始動時であっても、吸気
弁４をも含め、吸気通路８内に輸送遅れを生じる壁膜流
はほとんど存在せず、従って、燃焼室５内へ導入される
混合気の均一化、及び適正なる空燃比（例えば、理論空
燃比）の確保が可能となる。また、吸気弁４の開状態に
おいても、アシストエア噴出孔１６からアシストエアが
供給され、このアシストエアの流れは吸気通路８内を流
れる吸入空気の流れ方向にほぼ沿うものであるから、燃
焼室５内への吸入空気の充填効率をも併せて高めること
ができるという利点がある。

【００２３】なお、図略のエアフロメータで吸入空気量
を検出し、これに基づいて燃料噴射弁１３は適正量だけ
燃料を噴射供給するが、アシストエア噴出孔１６から供
給されるアシストエアは検出後の吸入空気の一部を用い
るものであるから、燃焼室５内へ導入される混合気の空
燃比への影響はない。

【００２４】次に、図２に基づいて第２実施例を説明す
る。本実施例は、上記実施例同様、各気筒毎に燃料噴射
弁を有する内燃機関、いわゆるマルチポイントインジェ
クション型内燃機関に適用したものである。

【００２５】３０はシリンダ３１を形成するシリンダブ
ロックであり、３２はシリンダブロック３０の上部を覆
うシリンダヘッドである。シリンダヘッド３２内には吸
気弁３３を介して燃焼室３４に連通する吸気ポート３５
が形成され、シリンダヘッド３２の側部には吸気ポート
３５に連通する中空状の吸気マニホルド３６が接続され
ている。吸気ポート３５と吸気マニホルド３６とで、燃
焼室３４内へ吸入空気を導く吸気通路３７を構成し、こ
の吸気通路３７の上流側には、吸入空気の清浄を行うエ
アクリーナ（図略）や吸入空気量を検出するエアフロメ
ータ（図略）等が配設されている。

【００２６】吸気弁３３は、吸気ポート３５の燃焼室側
開口部に形成されたバルブシート３８に着座・離座する
傘部３９と、シリンダヘッド３２に配設されたガイド部
材４０に摺動案内されるステム部４１とから構成され、
吸気通路３７から燃焼室３４への吸入空気の流れを制御
するものである。

【００２７】吸気マニホルド３６には吸気通路３７内に
向けて燃料を供給する燃料噴射弁４２が配設されてお
り、機関の運転状態に応じて適正量の燃料を噴射する。
この燃料噴射弁４２は各気筒に対応して配設されるもの
であり、その取付位置及び噴射角度はここから噴射され
る大部分が吸気弁３３の傘部背面４３に直撃するよう設
定されている。

【００２８】吸気通路３７内であって、燃料噴射弁４２
の上流側には、燃焼室３４内への吸入空気量を制御する
スロットルバルブ４４が配設されている。

【００２９】ガイド部材４０の先端部４５は、吸気通路
３７内を流れる吸入空気の抵抗とならぬよう、図示の如
く吸入空気の流れ方向へ緩やかに傾斜する曲面すなわち
流線形を呈している。

【００３０】ガイド部材４０の先端部４５であって燃料
噴射弁４２から遠い側には、燃料噴射弁４２から遠い側
の傘部背面４３ａに向けてアシストエアを供給する第１
アシストエア噴出孔４６が穿設されている。すなわち、
ここからアシストエアを供給することにより、傘部背面
４３ａ付近に形成される壁膜流の微粒化、並びに燃焼室
３４内にタンブル（縦スワール）の形成が得られるもの
となっている。なお、図３には、第１アシストエア噴出
孔４６を表す図２のＢ−Ｂ矢視拡大断面図を示した。

【００３１】前記バルブシート３８には断面略コ字形の
溝部が全周にわたって形成され、この溝部は吸気弁３３
の傘部背面４３全体に向けてアシストエアを供給する第
２アシストエア噴出孔４７をなしている。

【００３２】第１アシストエア噴出孔４６及び第２アシ
ストエア噴出孔４７は、加圧空気通路４８を介してスロ
ットルバルブ４４の上流側と連通している。この加圧空
気通路４８の途中には、その上流側から順に、エアーポ
ンプ４９とＯＮ−ＯＦＦ電磁弁５０と切換弁５１とが配
設されており、切換弁５１の下流側は２方向に分岐して
第１アシストエア噴出孔４６並び第２アシストエア噴出
孔４７と連通する。

【００３３】エアーポンプ４９は第１アシストエア噴出
孔４６及び第２アシストエア噴出孔４７から噴射供給す
るアシストエアの圧搾を行い、ＯＮ−ＯＦＦ電磁弁５０
は加圧空気通路４８の開閉を行い、切換弁５１はアシス
トエアの供給を第１アシストエア噴出孔４６と第２アシ
ストエア噴出孔４７とを択一的に切り換える。なお、エ
アーポンプ４９は、当該エアーポンプ４９を搭載した内
燃機関を駆動源に作動するものである。

【００３４】５３はシリンダブロック３０ないしシリン
ダヘッド３２内を流れる冷却水の温度を検出する水温セ
ンサであり、５４は図略のクランクシャフトのクランク
角を検出するクランク角センサである。マイクロコンピ
ュータ等からなるコントロールユニット５２には、水温
センサ５３からの水温検出信号ａと、クランク角センサ
５４からのクランク角検出信号ｂと、が入力されてい
る。コントロールユニット５２は図４のフローチャート
に従って作動し、エアーポンプ４９、ＯＮ−ＯＦＦ電磁
弁５０、切換弁５１の作動を制御する。

【００３５】なお、５５は吸気弁３３を閉弁方向へ付勢
するコイルスプリング、５６は点火プラグ、５７はウォ
ータジャケット、５８、５９はガスケットである。

【００３６】このような構成に基づき、次に作用を説明
する。

【００３７】まず、図４に基づいてコントロールユニッ
ト５２の制御フローを説明する。Ｓ１では、水温センサ
５３からの水温検出信号ａ及びクランク角センサ５４か
らのクランク角検出信号ｂを読み込み、Ｓ２では、水温
検出信号ａ及びクランク角検出信号ｂに基づいて、水温
Ｔ及びクランク角θを演算する。

【００３８】Ｓ３は、吸気弁３３が開状態にあるのか、
それとも閉状態にあるのか、を判断するステップであ
り、予め記憶している、吸気弁３３が開くクランク角θ
₁及び吸気弁３３が閉じるクランク角θ₂に基づいて、
現在のクランク角θが、θ₁＜θ＜θ₂を満足すれば吸
気弁３３は開状態にあると判断し、否であれば閉状態に
あると判断する。従って、Ｓ３では、Ｓ２にて得られた
クランク角θがθ₁＜θ＜θ₂を満足する場合はＳ４へ進
み、そうでないときはＳ５へ進む。

【００３９】Ｓ４では、加圧空気通路４８を開くように
ＯＮ−ＯＦＦ電磁弁５０を作動させる信号α１と、ガイ
ド部材４０側の第１アシストエア噴出孔４６からアシス
トエアが供給されるよう切換弁５１を作動させる信号β
１と、を出力する。

【００４０】一方、Ｓ５は、吸気弁３３に付着する燃料
が壁膜流を形成せずに気化できるに十分なだけ機関の暖
機が進行したか否かを判断するステップであり、予め記
憶している基準温度Ｔ₀に基づいて、現在シリンダヘッ
ド３２内を流れる冷却水の温度Ｔが、Ｔ＞Ｔ₀を満足す
れば機関の暖機は十分であると判断し、否であれば暖機
は不十分であると判断する。従って、Ｓ５では、Ｔ＞Ｔ
₀を満足する場合はＳ７へ進み、そうでないときはＳ６
へ進む。

【００４１】Ｓ６では、加圧空気通路４８を開くように
ＯＮ−ＯＦＦ電磁弁５１を作動させる信号α１と、バル
ブシート３８側の第２アシストエア噴出孔４７からアシ
ストエアが供給されるよう切換弁５１を作動させる信号
β２と、を出力する。

【００４２】一方、Ｓ７では、加圧空気通路４７を閉じ
るようにＯＮ−ＯＦＦ電磁弁５０を作動させる信号α２
を出力する。

【００４３】つまり、このようにすると、吸気弁３３の
温度の低い冷間始動時などにおいては、傘部背面４３を
直撃する燃料は液摘化し図示の如く壁膜流Ｆを形成する
が、吸気弁３３が閉状態にあるときに、この傘部背面４
３間近に形成された第２アシストエア噴出孔４７から傘
部背面４３全体に向けてアシストエアを供給できるた
め、傘部背面４３全体に付着した燃料をより効果的に浮
遊させることが可能であり、壁膜流の微粒化が得られ
る。

【００４４】そして、冷間始動時などにおいて、吸気弁
３３が開状態になると、第２アシストエア噴出孔４７に
代わって第１アシストエア噴出孔４６から、燃料噴射弁
４２より遠い側の傘部背面４３ａに向けてアシストエア
が供給される。このアシストエアの流れは吸気弁３３の
外形状にほぼ沿うものであるから、前段階で浮遊したも
のの微粒化しきれなかった燃料を、効果的に微粒化する
ことが可能となる。また、同時に、このアシストエアの
流れは吸気通路３７内を流れる吸入空気の流れ方向にほ
ぼ沿うものであるから、燃焼室３４内への吸入空気の充
填効率をも併せて高めることができる。

【００４５】以上説明してきたように、燃料噴射弁３３
から噴射される燃料の大部分は吸気弁３３の傘部背面４
３を直撃するために、吸気通路３７の内壁面に燃料が付
着し壁膜流を形成することはなく、また、冷間始動時な
どであっても、吸気弁３３に付着する壁膜流Ｆを効果的
に微粒化できるため、すなわち、吸気通路３７内に輸送
遅れを生じる壁膜流がほとんど存在しないことになり、
燃焼室３４内へ導入される混合気の均一化、及び適正な
る空燃比（例えば、理論空燃比）の確保がより確実なも
のとなる。

【００４６】また、第１アシストエア噴出孔４６からの
アシストエアは、その近傍の混合気を取り込みながら
も、図５に示した如く、その流れ方向へ強い流速成分Ｘ
を持って燃焼室３４へ流入するために、図６に示した如
く、燃焼室３４内に強いタンブル（縦スワール）を形成
することができ、点火時期において、燃焼室３４内に強
い乱れ状態を得ることができる。

【００４７】また、機関の暖機が十分に行われて吸気弁
３３の温度が高くなると、傘部背面４３を直撃する燃料
は壁膜流を形成することなく気化するために、バルブシ
ート３８側の第２アシストエア噴出孔４７からアシスト
エアを供給する必要はなく、この場合、第２アシストエ
ア噴出孔４７へのアシストエアの供給を停止すると共
に、吸気弁３３が開状態にあるときのみに第１アシスト
エア噴出孔４６からアシストエアを供給する。従って、
燃焼室３４内に強いタンブル（縦スワール）が常に形成
されることになる。

【００４８】なお、ガイド部材４０の先端部４５は、吸
気通路３７内を流れる吸入空気の抵抗とならぬよう図示
の如く流線形を呈しており、充填効率の向上に寄与して
いる。

【００４９】なお、図略のエアフロメータで吸入空気を
検出し、これに基づいて燃料噴射弁４２は適正量だけ燃
料を噴射供給するが、第１及び第２アシストエア噴出孔
４６、４７から供給されるアシストエアは検出後の吸入
空気の一部を用いるものであるから、燃焼室３４内へ導
入される混合気の空燃比への影響はない。

【００５０】

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明によれ
ば、燃料噴射弁から噴射される燃料の大部分は吸気弁の
傘部背面を直撃するために、吸気通路の内壁面に壁膜流
を形成することはなく、また、吸気弁の温度の低い冷間
時にあっては、吸気弁の傘部背面を直撃する燃料は気化
できずに壁膜流を形成するが、前記傘部背面の直上間近
にアシストエア噴出孔が形成され、ここから吸気弁の外
形状にほぼ沿うように傘部背面へアシストエアが供給さ
れるために、この壁膜流を効率よく微粒化することが可
能である。つまり、冷間時であっても、吸気弁を含め吸
気通路内に輸送遅れを生じる壁膜流がほとんど存在しな
くなり、燃料吸入の応答性が向上するばかりか、燃焼室
内に供給される混合気の均一化が達成され、良好な燃焼
状態を得ることが可能となる。

【００５１】また、アシストエア噴出孔から供給される
アシストエアは、吸気通路内を流れる吸入空気の流れ方
向にほぼ沿うものであるから、燃焼室内への吸入空気の
充填効率をも併せて高めることができ、機関の出力向上
が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例を示す全体構成図。

【図２】第２実施例を示す全体構成図。

【図３】図２のＢ−Ｂ矢視拡大断面図。

【図４】コントロールユニットの動作を示すフローチャ
ート。

【図５】燃焼室内へ流入する混合気の流速マップ。

【図６】燃焼室内に形成されるタンブル（縦スワール）
を示す模式図。

【図７】従来の内燃機関の吸気装置を示す構成図。

【符号の説明】

４吸気弁５燃焼室８吸気通路１０傘部１１ガイド部材１２ステム部１３燃料噴射弁１４傘部背面１６アシストエア噴出孔

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｆ０２Ｍ 69/00 Ｘ 9248−3Ｇ 69/04 Ｒ 9248−3Ｇ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】吸気弁を介して燃焼室に連通する吸気通路
と、前記吸気弁の傘部背面に向けて燃料を噴射する燃料
噴射弁と、前記吸気弁のステム部を摺動案内するガイド
部材と、当該ガイド部材に設けられ、且つ前記傘部背面
に向けてアシストエアを供給するアシストエア噴出孔
と、を備えてなることを特徴とする内燃機関の吸気装
置。