JPH0557319U - エンジンの吸気装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 低負荷時に、各気筒へのＥＧＲガスの分配を
均一化することができ、かつ強力なスワールを生成する
ことができ、リーンバーンを行なった場合でも、着火性
・燃焼性を高めることができるエンジンの吸気装置を提
供する。 【構成】 燃焼室８に吸気を供給する第１分岐吸気通路
２４に、切欠部３０を備えた第１制御弁２７が設けら
れ、低負荷時には第１制御弁２７が閉じられ、切欠部３
０によってエアの流速が高められ、スワールが生成され
る。かつ、第１制御弁２７下流の第１吸気ポート６に、
切欠部３０から燃焼室８側に流入するエアを整流するポ
ートインサート３１が設けられている。そして、吸気系
にＥＧＲガスを供給する独立ＥＧＲ通路３５が、ポート
インサート３１より上流側、かつ第１制御弁２７より下
流側で、第１分岐吸気通路２４に開口し、第１制御弁２
７の閉弁時に、ＥＧＲガスがエアの流れを乱さないよう
になっている。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、エンジンの吸気装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

近年、燃費性能の向上とエミッション性能の向上とを図るために、所定の運転 領域例えば低負荷領域では、混合気の空燃比を理論空燃比よりはリーンにして希 薄燃焼(リーンバーン)を行なうようにしたエンジン、いわゆるリーンバーンエン ジンが多用されている。しかしながら、かかるリーンバーンエンジンでは、リー ンバーン時に混合気の着火性・燃焼性が悪くなり、失火が発生しやすくなるとい った問題がある。

【０００３】 また、一般に自動車用エンジンには、混合気の燃焼温度を低下させてエミッシ ョン性能の向上を図るために(ＮＯx低減)、排気ガスの一部をＥＧＲガスとして 吸気系統、例えばサージタンクに還流させるＥＧＲ機構(排気ガス再循環機構)が 設けられる。そして、かかるＥＧＲ機構を備えたエンジンでは、低負荷領域では ＥＧＲガスと吸入エアの混合が不十分となるので、各気筒へのＥＧＲガスの分配 が不均一となり、ＥＧＲガスが多く分配された気筒では混合気の着火性・燃焼性 が悪くなるといった不具合が生じる。 そして、前記したようなリーンバーンエンジンにおいては、低負荷領域ではも ともと着火性・燃焼性が悪いので、かかる不具合がとくに顕著となる。

【０００４】 そこで、ＥＧＲ機構を備えたリーンバーンエンジンには、普通、混合気の着火 性・燃焼性が低下する運転領域例えば低負荷領域で燃焼室内にスワールを生成さ せ、混合気の層状化により着火性・燃焼性を高める層状化手段が設けられる。こ こで、燃焼室内に強力なスワールを生成させるには、流速の大きいエアを燃焼室 の外周に向けて供給する必要があるが、通常、スワールを必要とする低負荷領域 ではエア流量が少ないので、十分な流速が得られないといった問題がある。

【０００５】 そこで、各気筒の燃焼室にエアを供給する吸気通路に、夫々、シリンダボア外 周側に切欠部を有する開閉弁を設け、低負荷領域等では該開閉弁を閉じ、切欠部 で流通断面を絞ってエアの流速を高めるとともに、エアの流れ方向をシリンダボ ア外周方向に向け、スワールの生成を強化するようにしたエンジンの吸気装置が 提案されている(例えば、実開平１−１２７９３４号公報参照)。

【０００６】

【考案が解決しようとする課題】

しかしながら、例えば実開平１−１２７９３４号公報に記載されたような、切 欠部を有する開閉弁が吸気通路に設けられた従来のエンジンの吸気装置では、開 閉弁閉弁時に切欠部下流で強い乱流が発生し、燃焼室に流入するエアの流速が十 分には高められないといった問題がある。また、各気筒へのＥＧＲガスの分配性 の悪さが依然改善されていないといった問題がある。 本考案は、上記従来の問題点を解決するためになされたものであって、低負荷 領域等において、各気筒へのＥＧＲガスの分配を均一化することができるととも に、燃焼室に供給されるエアの流速を十分に高めて強力なスワールを生成するこ とができ、リーンバーンエンジンにおいても、混合気の着火性・燃焼性を十分に 高めることができるエンジンの吸気装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】

上記の目的を達するため、第１の考案は、燃焼室と連通する吸気経路に、切欠 部を備え上記吸気経路を開閉する制御弁と、該制御弁下流で上記吸気経路の上記 切欠部に対応する部分を、その他の部分と仕切るインサート部材とが設けられた エンジンの吸気装置であって、排気ガスの一部を吸気経路に還流させる排気ガス 還流手段が設けられ、該排気ガス還流手段が、上記インサート部材の吸気経路仕 切部よりも上流側の吸気経路に、排気ガスを還流させるようになっていることを 特徴とするエンジンの吸気装置を提供する。

【０００８】 また、第２の考案は、第１の考案にかかるエンジンの吸気装置において、所定 の運転領域で混合気をリーンに設定する希薄燃焼手段が設けられ、かつ上記制御 弁が、その切欠部がシリンダボア外周側に形成されていて閉弁時には混合気の層 状化手段をなすように形成されていることを特徴とするエンジンの吸気装置を提 供する。

【０００９】

【実施例】

以下、本考案の実施例を具体的に説明する。 図１と図２とに示すように、吸気２弁・排気２弁式の多気筒ＤＯＨＣエンジン ＣＥのシリンダブロック１の上側にはシリンダヘッド２が締結され、このシリン ダヘッド２の上端部にはシリンダヘッドカバー３が取り付けられている。 そして、エンジンＣＥの各気筒(１つの気筒のみ図示)においては、夫々、第１ ,第２吸気弁４,５が開かれたときに、第１,第２吸気ポート６,７から燃焼室８内 に混合気を吸入し、この混合気をピストン９で圧縮して点火プラグ１０で着火・ 燃焼させ、第１,第２排気弁１１,１２が開かれたときに燃焼ガスを第１,第２排 気ポート１３,１４を介して外部に排出するようになっている。 ここで、第１,第２吸気弁４,５は、吸気側カムシャフト１６に取り付けられた 吸気弁用カム１７によって所定のタイミングで開閉され、第１,第２排気弁１３, １４は、排気側カムシャフト１８に取り付けられた排気弁用カム１９によって所 定のタイミングで開閉されるようになっている。

【００１０】 また、第１吸気ポート６に臨んで、吸入エア中に燃料を噴射する燃料噴射弁２ １が設けられている。この燃料噴射弁２１は、図示していないコントロールユニ ットによって制御され、吸入エア量に応じて燃料を噴射し、混合気の空燃比を所 定値に保持するようになっている。ここで、コントロールユニットは、所定の運 転領域、例えば低負荷領域等では、空燃比を理論空燃比よりリーン側の所定値に 設定してリーンバーンを行なわせ、燃費性能とエミッション性能とを高めるよう になっている。すなわち、エンジンＣＥはいわゆるリーンバーンエンジンである 。なお、コントロールユニット(図示せず)及び燃料噴射弁２１は、請求項２に記 載された「希薄燃焼手段」に相当する。

【００１１】 シリンダヘッド２の吸気側側部(図１では左側)には、シャッタバルブボディ２ ２が締結されている。そして、このシャッタバルブボディ２２内には、各気筒毎 の独立吸気通路２３が設けられ、この独立吸気通路２３は途中で、分岐壁２０に よって、第１吸気ポート６に接続される第１分岐吸気通路２４と、第２吸気ポー ト７に接続される第２分岐吸気通路２５とに分岐している。 そして、第１分岐吸気通路２４には、第１弁軸２６に取り付けられた第１制御 弁２７が設けられ、第２分岐吸気通路２５には、第２弁軸２８に取り付けられた 第２制御弁２９が設けられている。

【００１２】 図３に示すように、第１制御弁２７は、広がり面が略楕円形となるように形成 され、第１弁軸２６の軸線方向の径(以下、これを短径という)は、第１分岐吸気 通路２４の内径とほぼ同一値に設定され、第１弁軸２６の軸線と直交する方向の 径(以下、これを長径という)は、上記短径より長く設定されている。ここで、第 １制御弁２７は、短径すなわち第１弁軸軸線が気筒配列方向(図１,２では紙面と 直交する方向)を向くようにして配置される。したがって、第１制御弁２７が閉 弁されたときには、気筒配列方向前側から立面図でみれば(図１,２はこの状態を 示している)、第１制御弁２７と第１分岐気筒通路２４の底面とが、所定の角度 θ(例えば４５°)をなすようになっている。 なお、第１制御弁２７が全開されたときには、仮想線で示しているように、第 １制御弁２７は第１分岐吸気通路２４の軸線方向を向く。

【００１３】 そして、第１制御弁２７には、長径方向の半径と短径方向の半径とが境界とな るようにして、その１／４を略扇型に切り欠いた切欠部３０が形成されている。 ここで、切欠部３０は、第１制御弁２７が第１分岐吸気通路２４内に配置された ときには、第１分岐吸気通路２４の上半部においてシリンダボア外周側に位置す るように形成されている。 なお、第２分岐吸気通路２５に介設される第２制御弁２９は、略円形の広がり 面をもつ、切欠部を備えていない普通のバタフライ弁である。

【００１４】 第１制御弁２７の下流において、第１吸気ポート６(第１分岐吸気通路２４)に は、第１制御弁２７の閉弁時に、切欠部３０を通して燃焼室８側に流入するエア を整流するポートインサート３１が装着されている。なお、ポートインサート３ １は、請求項１に記載された「インサート部材」に相当する。 図４(a),(b)に示すように、ポートインサート３１は、仕切部４１と筒部４２ とからなり、仕切部４１は略Ｌ字形の断面形状をもつように形成され、筒部４２ は第１吸気ポート６内に嵌入しうる略円筒形に形成されている。なお、以下では 便宜上、仕切部４１の、筒部４２とは反対側となる方の面、すなわち図４(b)に おいて９０°をなす方の面を仕切部表面といい、筒部４２側となる方の面、すな わち図４(b)において２７０°をなす方の面を仕切部裏面という。

【００１５】 そして、ポートインサート３１が第１吸気ポート６内(第１分岐吸気通路２４) の所定の位置に挿入・配置されたときには、仕切部表面と第１吸気ポート６の上 部内周面とによって、中心角９０°の扇型の流通断面をもつ通路６a(以下、これ をポートインサート表面通路６aという)が形成される。ここで、ポートインサー ト表面通路６aは、第１制御弁２７の閉弁時において、切欠部３０と対応する断 面形状をもつようになっており、したがって第１制御弁２７の閉弁時においては 、切欠部３０とポートインサート表面通路６aとは、エア流通断面形状がほぼ同 一となる。したがって、切欠部３０を介して燃焼室８側に流入するエアの流れが 乱されず、エアの流速が高められる。 また、ポートインサート３１の仕切部裏面と筒部４２ないし第１吸気ポート６ の内周面とによって、中心角２７０°の扇型の流通断面をもつ通路６b(以下、こ れをポートインサート裏面通路６bという)が形成される。このポートインサート 裏面通路６bは、第１制御弁２７の閉弁時には基本的にはデッドスペースとなる が(ＥＧＲガスのみ流通する)、第１制御弁２７の開弁時にはポートインサート表 面通路６aとともにエア流通経路となる。

【００１６】 第１制御弁２７は、燃焼室８側に近いほどポートインサート３１の長さを短縮 することができ、かつ第１制御弁２７の閉弁時のエアの流速を高めることができ るので、燃焼室８側に配置するのが好ましいが、燃焼室８に接近しすぎると燃焼 室８側からの熱負荷によってオイルシールの耐久性を低下させることになる。こ のため、本実施例では、オイルシールの耐久性を低下させないように、シャッタ バルブボディ２２の前端部近傍に配置している。 第１弁軸２６と第２弁軸２８の間隔Ｌ₂は、第１制御弁２７と第２弁軸２８と の干渉を避けるため、あるいは両弁軸２６,２８のオイルシール間の干渉を避け るため、ある程度離間して配置する必要があるが、Ｌ₂を必要以上に大きくする と、シャッタバルブボディ２２のエア流れ方向の長さ(厚み)が大きくなり、シャ ッタバルブボディ２２の大型化を招くことになる。また、シャッタバルブ２２の 上流端と分岐壁２０との間隔Ｌ₁は、独立吸気通路２３から第１,第２分岐吸気通 路２４,２５へのエアの分岐ないし流入を円滑化するために、ある程度以上の長 さが必要である。このため、本実施例では、第１制御弁２７と第２弁軸２８との 干渉が生じない限度で、Ｌ₂をできるだけ小さく設定し、シャッタバルブボディ ２２のコンパクト化を図っている。 なお、本実施例では、第１制御弁２７を第１弁軸２６に対してdだけオフセッ トさせ、第１制御弁開弁時において、第１制御弁２７と第２弁軸２８の干渉が生 じにくくなるようにしている。

【００１７】 ところで、エンジンＣＥには、燃焼温度を低下させてＮＯx発生量を低減する ためにＥＧＲ機構Ｒが設けられている。このＥＧＲ機構Ｒは、基本的には、排気 ポート１３,１４内の排気ガスの一部を吸気系に案内する一連のＥＧＲ通路、Ｅ ＧＲガス量を制御するＥＧＲ弁等で構成されている。なお、ＥＧＲ機構Ｒは、請 求項１に記載された「排気ガス還流手段」に相当する。 このＥＧＲ機構Ｒにおいては、排気ポート１３,１４内の排気ガスの一部(ＥＧ Ｒガス)が、順に、ＥＧＲ抽出通路３０と、第１,第２ＥＧＲ通路３２,３３とを 通してＥＧＲガス分配室３４に供給されるようになっている。そして、ＥＧＲ分 配室３４内のＥＧＲガスは、各気筒毎に設けられた独立ＥＧＲ通路３５を通して 第１分岐吸気通路２４に供給されるようになっている。ここで、独立ＥＧＲ通路 ３５の下流端は、ポートインサート３１より上流側で、かつ閉弁時において第１ 制御弁２７の下端部より下流側となる位置で、第１分岐供給通路２４に開口して いる。 このＥＧＲ機構Ｒでは、ＥＧＲガスが各気筒に個別的に供給されるので、各気 筒へのＥＧＲガスの分配が均一化され、低負荷領域でリーンバーンを行なう場合 でも燃焼性が安定化される。なお、ＥＧＲガス流量は、ＥＧＲ弁(図示せず)によ ってエンジン負荷に応じて制御されるようになっている。

【００１８】 以下、適宜図１〜図４を参照しつつ、各種運転状態における第１,第２制御弁 ２７,２９の開閉方法と、各開閉パターンにおける吸気特性とを説明する。 (１)低負荷時 図５(a)に示すように、低負荷時には、第１,第２制御弁２７,２９が閉じられ る。このとき、エアは、第１分岐吸気通路２４側において、切欠部３０とポート インサート表面通路６aとを通して燃焼室８に供給される。この場合、切欠部３ ０によって、エアの流通断面が絞られるので、エアの流速が高められる。さらに 切欠部３０の下流には、切欠部３０の流通断面と同一の流通断面をもつポートイ ンサート表面通路６aが形成されているので、切欠部３０下流でのエアの流れが 整流され、乱流が発生せず、エアの流速が一層高められる。そして、切欠部３０ がシリンダボア外周側に配置されているので、第１吸気ポート６(ポートインサ ート表面通路６a)から燃焼室８内の流入するエアが燃焼室８内に強いスワールを 生成する。このため、燃焼室８内で混合気が層状化され、リーンバーンを行った 場合でも、混合気の着火性・燃焼性が十分に高められる。 また、第１吸気ポート６(ポートインサート表面通路６a)から燃焼室８内に流 入するエアが、燃焼室８の中心部に配置されている点火プラグ１０方向を向かな いので、点火プラグ１０まわりに強い渦流が発生せず、リーンバーンを行った場 合でも火炎の吹き消しが起こらず、燃焼安定性が高められる。 かつ、前記したとおり、閉弁時には第１制御弁２７が第１分岐吸気通路２４の 軸線方向に対して所定の角度θ(例えば４５°)の傾斜をもつので、第１分岐吸気 通路２４から切欠部３０ないしポートインサート表面通路６aへのエアの流入が 円滑化され、エアの流速がさらに高められる。

【００１９】 さらに、このとき独立ＥＧＲ通路３５内のＥＧＲガスが、第１制御弁２７とポ ートインサート３１の間となる位置で第１分岐吸気通路２４に流入し、この後ポ ートインサート裏面通路６bを通して燃焼室８内に流入する。したがって、ポー トインサート表面通路６a内のエアの流れが、ＥＧＲガスによって何ら乱されな いので、スワールの生成がなお一層促進される。また、このときポートインサー ト裏面通路６b内を流れるＥＧＲガスによってポートインサート３１の仕切部４ １が加熱されるので、燃料噴射弁２１からポートインサート表面通路６a内に噴 射された燃料の気化・霧化が促進され、混合気の燃焼性が高められる。

【００２０】 (２)中負荷時 図５(b)に示すように、第１制御弁２７が開かれ、第２制御弁２９が閉じられ る。このとき、エアが、ポートインサート表面通路６aとポートインサート裏面 通路６bとを通して満遍なく流れ、ポートインサート３１は格別の作用を及ぼさ ない。この場合、燃焼室８内には、弱いスワールが生成される。また、ＥＧＲガ スは、第１吸気ポート６全体に満遍なく分散される。 (３)高負荷時 図５(c)に示すように、第１,第２制御弁２７,２９が開かれる。このとき、第 １,第２吸気ポート６,７を通して、燃焼室８内に十分にエア(混合気)が供給され 、エンジン出力が高められる。

【００２１】

【考案の作用・効果】

第１の考案によれば、低負荷時等において制御弁が閉じられたときには、切欠 部によってエア流通経路が絞られ、燃焼室に流入するエアの流速が高められる。 そして、切欠部から燃焼室側に流入するエアはインサート部材によって整流され るので、切欠部下流に乱流が発生せず、エアの流速が一層高められる。このため 、燃焼室内に強いスワールが生成され、燃焼室内の混合気が層状化され、着火性 ・燃焼性が高められる。 また、制御弁閉弁時には、ＥＧＲガスが、吸気経路中の切欠部とは連通しない 部分を通して燃焼室内に供給されるので、エアの流れがＥＧＲガスによって乱さ れず、スワールの生成が促進される。さらに、ＥＧＲガスによってインサート部 材が加熱されるので、切欠部下流での燃料の気化・霧化が促進され、燃焼性が高 められる。

【００２２】 第２の考案によれば、基本的には第１の考案と同様の作用・効果が得られる。 さらに、切欠部がシリンダボア外周側に形成されているので、制御弁閉弁時には 、吸気経路から燃焼室内に流入するエア(混合気)の周方向成分が強まり、スワー ルの生成が強化される。また、エンジンがリーンバーンタイプであるので、着火 性・燃焼性の向上効果が一層効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本考案にかかる吸気装置を備えたエンジンの
立面断面説明図である。

【図２】 図１に示すエンジンの、吸気側の拡大立面断
面説明図である。

【図３】 第１制御弁の模式図である。

【図４】 (a)はポートインサートの斜視説明図であ
り、(b)はポートインサートを上流側からみた立面説明
図である。

【図５】 (a),(b),(c)は、夫々、低負荷時、中負荷
時、高負荷時における、第１,第２制御弁の開閉状態を
示す模式図である。

【符号の説明】

ＣＥ…エンジン Ｒ…ＥＧＲ機構 ６,７…第１,第２吸気ポート ８…燃焼室 ２１…燃料噴射弁 ２４,２５…第１,第２分岐吸気通路 ２７,２９…第１,第２制御弁 ３０…切欠部 ３１…ポートインサート ３５…独立ＥＧＲ通路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者 原田 政樹 広島県安芸郡府中町新地３番１号 マツダ 株式会社内 (72)考案者 井口 勇 広島県安芸郡府中町新地３番１号 マツダ 株式会社内

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 燃焼室と連通する吸気経路に、切欠部を
   備え上記吸気経路を開閉する制御弁と、該制御弁下流で
   上記吸気経路の上記切欠部に対応する部分を、その他の
   部分と仕切るインサート部材とが設けられたエンジンの
   吸気装置であって、 排気ガスの一部を吸気経路に還流させる排気ガス還流手
   段が設けられ、該排気ガス還流手段が、上記インサート
   部材の吸気経路仕切部よりも上流側の吸気経路に、排気
   ガスを還流させるようになっていることを特徴とするエ
   ンジンの吸気装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載されたエンジンの吸気装
   置において、 所定の運転領域で混合気をリーンに設定する希薄燃焼手
   段が設けられ、かつ上記制御弁が、その切欠部がシリン
   ダボア外周側に形成されていて閉弁時には混合気の層状
   化手段をなすように形成されていることを特徴とするエ
   ンジンの吸気装置。