JPH06193456A - エンジンの吸気装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 冷間時にＨＣを低減し温間時に燃焼安定性を
確保する。 【構成】 気筒毎に二つの吸気ポートを備えたエンジン
のそれぞれの吸気ポート上流にシャッタ弁を設け、この
うちプライマリ側のシャッタ弁は上下方向の片側に切欠
部を設けたものとする。そして、冷間アイドル及び低負
荷時にはセカンダリ側のシャッタ弁を全閉としプライマ
リ側のシャッタ弁は切欠部が下になるよう全閉制御して
スワールを生成させるようにし（ａ）、温間アイドル及
び低負荷時にはセカンダリ側のシャッタ弁１１を全閉と
しプライマリ側のシャッタ弁を切欠部が上になるよう全
閉制御してタンブル流を生成させるようにする（ｂ）。 【効果】 冷間時には燃焼室周縁に濃混合気を分布させ
て後燃えを生じさせＨＣを低減できる。また、温間時に
はタンブル流により混合気の乱れを大きくして燃焼安定
性を確保できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明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】従来から、例えば特開昭６１−８５５３
５号公報に記載されているように、気筒毎に低速側と高
速側の二つの吸気ポートを備えたエンジンにおいて、低
速運転領域では低速側の吸気ポートのみを使用するよう
高速側吸気ポート上流の独立通路部分にシャッタ弁を設
けたものが知られており、また、実開昭６１−８４１３
８号公報等に記載されているように、各吸気ポートへつ
ながる独立通路部分の集合部に切欠部を有するシャッタ
弁を設けたものが知られている。

【０００３】また、これらの技術の応用として、気筒毎
に吸気ポートを二つ備えたエンジンにおいて各吸気ポー
ト上流の独立通路部分に各々シャッタ弁を設け、そのう
ちの低速側吸気ポート上流のシャッタ弁には閉弁時に半
開きとなるよう切欠部を設けて、アイドル時及び低負荷
時に両シャッタ弁を全閉制御することにより上記切欠部
で吸気を絞り流速を高めて燃焼室内に強いスワールを生
成させ燃焼安定性を高めようという試みが従来からなさ
れている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】燃焼安定性を高めるに
はアイドル時及び低負荷時に流入する吸気の流速を高め
て燃焼室内に強い乱れを生じさせることが必要である
が、本発明者らの研究によれば燃焼安定性のために燃焼
室内に乱れを生じさせる手段としてスワールは必ずしも
最適なものではなく、むしろシリンダ軸方向のタンブル
流（縦渦）を生成させる方が効果が大きいことが判明し
た。筒内ガス流動がタンブル成分の大きいものである
と、圧縮上死点付近でタンブル流が崩壊することで燃焼
室内に大きな乱れ生じ、これが燃焼速度を増大させ、燃
焼安定性の向上に大きく寄与する。

【０００５】そこで、例えば上記のような吸気２ポート
のエンジンにおいてアイドル時及び低負荷時に燃焼室内
にタンブル流を生成させるよう吸気装置を構成すること
が考えられる。しかしながら、このようになタンブル流
によって燃焼安定性を高めることができるのは温間時で
あって、冷間時には、燃料をリッチにしてまず着火性を
確保するのことが先決である。その場合、燃料リッチに
よるＨＣ（未燃焼炭化水素）の増大が大きな問題とな
り、タンブル流はＨＣ低減の手段とはならない。

【０００６】本発明は上記問題点に鑑みてなされたもの
であって、冷間時に着火性を確保しながらＨＣを低減し
温間時にアイドル及び低負荷時の燃焼安定性を確保する
よう筒内ガス流動を制御することの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】本発明に係るエンジンの
吸気装置は、少なくとも低負荷領域においてエンジン温
度の低い時には筒内ガス流動を周方向のスワール成分の
大きいものとしエンジン温度の高い時には筒内ガス流動
をシリンダ軸方向のタンブル成分の大きいものとする手
段を備えたことを特徴とする。

【０００８】また、本発明に係るエンジンの吸気装置
は、気筒毎に燃焼室上部に吸気ポートが二つ設けられ
て、各吸気ポート上流に側方へ向けて各独立吸気通路が
延設され、一方の吸気ポート上流の独立吸気通路に第１
のシャッタ弁が設けられるとともに、他方の吸気ポート
上流の独立吸気通路に第２のシャッタ弁が設けられたエ
ンジンの場合に、第１のシャッタ弁を閉弁時に上下いず
れかの部分が選択的に半開きとなるよう切欠部を備えた
ものとし、かつ、アイドル時及び低負荷時に第２のシャ
ッタ弁を全閉作動させるとともに第１のシャッタ弁をエ
ンジン温度の低い冷間時に切欠部が下になるよう全閉作
動させエンジン温度の高い時に切欠部が上になるよう全
閉作動させる手段を設けたことを特徴とする。

【０００９】

【作用】本発明によれば、少なくとも低負荷領域におい
て冷間時に燃焼室内にスワールが生成され、その周方向
成分が大きいことによって燃焼室周縁のエンドガスゾー
ンに濃い混合気が分布するようになる。その際、排気行
程で未燃ガスが多量に排気系に流れ、後燃えが生じて酸
化が促進され、また、後燃えにより排気温度が高くなっ
て触媒の暖機が促進され、その結果、ＨＣが低減され
る。特に、アイドル時及び低負荷時においては冷間時の
燃焼安定性を確保するため燃料を元々リッチにするの
で、エンドガスゾーンに分布する混合気が一層濃くなっ
て確実に後燃えが発生する。また、少なくとも低負荷領
域において温間時にはタンブル流が生成され、それが圧
縮上死点付近で崩壊することによって筒内ガス流動に大
きな乱れが生じ、そのため燃焼速度が大きくなって燃焼
安定性が向上する。

【００１０】また、請求項２のものにおいては、二つの
吸気ポート上流のそれぞれの独立吸気通路に設けられた
第１および第２のシャッタ弁がアイドル時及び低負荷時
に全閉とされ、その際、第１のシャッタ弁は冷間時には
切欠部が下になるよう制御され、温間時には切欠部が上
になるよう制御される。その結果、冷間時には第１のシ
ャッタ弁の切欠部で絞られて流速の増した吸気流が独立
吸気通路の底壁側を流れ、燃焼室上部に設けられた吸気
ポートの開口部を側方から素通りする形でそのまま周方
向成分の大きい流れとなって流入し、燃焼室内にスワー
ルを生成させる。そして、このようにスワールが生成さ
れると、燃焼室周縁のエンドガスゾーンに濃い混合気が
分布し、排気系で後燃えが生じてＨＣが低減される。ま
た、温間時には第１のシャッタ弁の切欠部で絞られて流
速の増した吸気流が独立吸気通路の頂壁側を流れ、吸気
ポートの開口部に向けて湾曲する通路壁面により案内さ
れてシリンダ軸方向の成分の大きい流れとなって流入
し、それにより筒内にタンブル流が生成される。そし
て、このようにしてタンブル流が生成されることにより
上記のように燃焼室内に大きな乱れが生じ、燃焼速度の
増大等によって燃焼安定性が向上する。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。

【００１２】図１は本発明の一実施例に係るエンジンの
吸気装置を示す要部断面図、図２は同吸気装置の温間ア
イドル時及び低負荷時の作動状態を示す模式図、図３は
同吸気装置の冷間アイドル時及び低負荷時の作動状態を
示す模式図である。この実施例のエンジンは、吸気２ポ
ート・排気２ポートの多気筒エンジンであって、気筒毎
に燃焼室１の上部に所定の角度をもって開口する二つの
吸気ポート２，３と二つの排気ポート４，５を備え、ま
た燃焼室１中央に点火プラグ６を備えている。上記吸気
ポート２，３は燃焼室１の片側に二つ並んで配置され、
排気ポート４，５は燃焼室の他側に並んで配置されてい
る。

【００１３】上記吸気ポート２，３は、一方が低速から
高速まで使用するプライマリ側の吸気ポート２であり、
他方が高速で使用するセカンダリ側の吸気ポート３であ
って、それぞれに吸気弁７が配設されている。そして、
各吸気ポート２，３の上流には側方へ向けて独立吸気通
路８，９が延設され、プライマリ側の吸気ポート２上流
の独立吸気通路８にシャッタ弁１０が、また、セカンダ
リ吸気ポート３上流の独立吸気通路９にシャッタ弁１１
がそれぞれ介設されている。これらシャッタ弁１０，１
１は、各独立吸気通路８，９を気筒列方向に貫通するよ
うシャッタバルブボディ１４に回転自在に支持されたプ
ライマリ側およびセカンダリ側の回転軸１２，１３にそ
れぞれ固定されたものであって、このうち、プライマリ
側の独立吸気通路８に介設されたシャッタ弁１０は回転
軸１２を挟んで上下方向の片側が切欠部１５で全閉作動
時に半開きとなるよう構成され、セカンダリ側の独立吸
気通路９に介設されたシャッタ弁１１は上下が対称な通
常のシャッタ弁とされている。そして、プライマリ側の
回転軸１２の一端部には吸気負圧によって作動させるよ
う構成された第１のアクチュエータ１６が連結され、セ
カンダリ側の回転軸１３の一端部には同じく吸気負圧に
よって作動させる第２のアクチュエータ１７が連結され
ている。また、各独立吸気通路８，９は上流で気筒毎に
一つの吸気通路１８に集合し、その上流はサージタンク
（図示せず）に接続されている。また、プライマリ側の
シャッタ弁１０の下流には燃料噴射弁２０が設けられて
いる。

【００１４】プライマリ側およびセカンダリ側の二つの
シャッタ弁１０，１１はそれぞれのアクチュエータ１
６，１７を介してコントローラ（図示せず）により図４
の（ａ）〜（ｄ）に示す４パターンで制御される。この
うち、図４で（ａ）および（ｂ）はアイドルを含む低負
荷時の制御を示すものであって、（ａ）が冷間時、
（ｂ）が温間時である。また、（ｃ）は中負荷時の状態
であり、（ｄ）は高負荷時の状態である。また、図のＰ
はプライマリ側のシャッタ弁１０の開閉状態を示し、Ｓ
はセカンダリ側のシャッタ弁１１の開閉状態を示すもの
であって、Ｐの場合に、白抜きの円は全開状態を示し、
上半分に斜線が入った円は切欠部１５を下にして全閉作
動した状態を示し、下半分に斜線が入った円は切欠部１
５を上にして全閉作動した状態をそれぞれ示す。また、
Ｓの場合に、斜線入りの円は全閉状態を示し、白抜きの
円は全開状態を示す。

【００１５】アイドルを含む低負荷時であって、かつ、
エンジン温度が所定温度に達しない冷間時には、図４の
（ａ）に示すようにプライマリ側のシャッタ弁１０は切
欠部１５を下にして全閉作動するよう制御され、セカン
ダリ側のシャッタ弁１１は全閉作動するよう制御され
る。この状態では、吸気は図３に示すようにプライマリ
側のシャッタ弁１０の切欠部１５を通ってプライマリ側
の独立吸気通路８の底壁側を流れ、プライマリ側の吸気
ポート２の開口部を側方から素通りする形でそのまま周
方向成分の大きい流れとなって燃焼室１に流入する。そ
の結果、燃焼室１内にスワールが生成され、エンドガス
ゾーンに濃い混合気が分布して排気系で後燃えが生じ、
ＨＣが低減される。

【００１６】また、アイドルを含む低負荷時で、かつ、
エンジン温度が所定温度以上の温間時には、図４の
（ｂ）に示すようにプライマリ側のシャッタ弁１０は切
欠部１５を上にして全閉制御され、セカンダリ側のシャ
ッタ弁１１は全閉制御される。この状態では、図２に示
すように吸気はプライマリ側のシャッタ弁１０の切欠部
１５を通ってプライマリ側の独立吸気通路８の頂壁側を
流れ、吸気ポートの開口部に向けて湾曲する通路壁面に
より案内されつつシリンダ軸方向の成分の大きい流れと
なって燃焼室１内に流入する。その結果、シリンダ１９
内にタンブル流が生成され、それが圧縮上死点で崩壊す
ることによって燃焼室１内に大きな乱れが生じ、燃焼速
度が増大して燃焼安定性が向上する。

【００１７】また、中負荷時には図４の（ｃ）に示すよ
うにプライマリ側のシャッタ弁１０は全開とされ、セカ
ンダリ側のシャッタ弁１１は全閉とされる。この時、吸
気はプライマリ側の吸気ポート２のみから燃焼室１内に
流入して中程度のスワールを生成させる。また、高負荷
時には図４の（ｄ）に示すように両シャッタ弁１０，１
１が共に全開に制御される。この時、吸気は両吸気ポー
ト２，３からシリンダ１９内に流入する。

【００１８】

【発明の効果】本発明は以上のように構成されているの
で、冷間時にはスワールにより燃焼室周縁に濃い混合気
を分布させて未燃ガスによる後燃えを生じさせ、この後
燃えによる酸化と排気温度の上昇による触媒活性化によ
ってＨＣの排出量を低減でき、また、温間時にはタンブ
ル流により混合気の乱れを大きくして燃焼安定性を確保
するようにできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係るエンジンの吸気装置を
示す要部断面図

【図２】本発明の一実施例に係るエンジンの吸気装置の
温間アイドル時及び低負荷時の作動状態を示す模式図

【図３】本発明の一実施例に係るエンジンの吸気装置の
冷間アイドル時及び低負荷時の作動状態を示す模式図

【図４】本発明の一実施例におけるシャッタ弁制御のパ
ターン説明図

【符号の説明】

１ 燃焼室 ２，３ 吸気ポート ６ 点火プラグ ８，９ 独立吸気通路 １０，１１ シャッタ弁 １５ 切欠部 １９ シリンダ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松田 和明 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)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも低負荷領域においてエンジン
   温度の低い時には筒内ガス流動を周方向のスワール成分
   の大きいものとしエンジン温度の高い時には筒内ガス流
   動をシリンダ軸方向のタンブル成分の大きいものとする
   手段を備えたことを特徴とするエンジンの吸気装置。
2. 【請求項２】 気筒毎に燃焼室上部に吸気ポートが二つ
   設けられて、各吸気ポート上流に側方へ向けて各独立吸
   気通路が延設され、一方の吸気ポート上流の独立吸気通
   路に第１のシャッタ弁が設けられるとともに、他方の吸
   気ポート上流の独立吸気通路に第２のシャッタ弁が設け
   られたエンジンの吸気装置において、前記第１のシャッ
   タ弁を閉弁時に上下いずれかの部分が選択的に半開きと
   なるよう切欠部を備えたものとし、かつ、アイドル時及
   び低負荷時に前記第２のシャッタ弁を全閉作動させると
   ともに前記第１のシャッタ弁をエンジン温度の低い時に
   前記切欠部が下になるよう全閉作動させエンジン温度の
   高い時に前記切欠部が上になるよう全閉作動させる手段
   を設けたことを特徴とするエンジンの吸気装置。