JPH0629562B2 - エンジンの吸気装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、吸入空気を供給する複数の吸気ポートを有し
且つ該各吸気ポートにそれぞれ吸気弁を配置してなるエ
ンジンの吸気装置に関するものである。

（従来技術） 従来より、レシプロエンジンにおいて、各燃焼室に対し
て、ほぼ均等な開口面積を有する２つの吸気ポートを開
口させて大きな開口面積を確保するとともに、シリンダ
ヘッド内に形成する吸気通路を各吸気ポートに燃焼室の
軸方向に沿った大角度で接続して吸気を燃焼室にストレ
ートに流入させることにより、吸気の充填効率を向上さ
せてエンジンの高出力化を図ったエンジンの吸気構造は
よく知られている。

かかる２ポート形式の吸気構造は、高負荷運転時の高出
力化を図るという点で有利であるが、その反面、吸気量
の少ない低負荷運転時には、吸気流速が弱まり、燃焼性
が低下し、燃費の面でも、エミッションの面でも不利で
ある。

かかる欠点を解消するため、低負荷用吸気通路とシャッ
ターバルブを介設した高負荷用吸気通路とを上記２つの
吸気ポートに夫々接続し、エンジンの低負荷運転時に
は、シャッターバルブを閉じて、低負荷用吸気通路のみ
から吸気を行なうようにしたものが知られている（例え
ば、特開昭５６ー４４４１９号公報参照）。

しかしながら、かかる対策は低負荷対策として必ずしも
有効ではない。即ち、もともと高出力化のため２つの吸
気ポートの開口面積を最大限確保するようにしたもので
あるため、１つの吸気ポートのみを使用するとしても吸
気量が少ない極低負荷運転時には、開口面積が依然大き
すぎて吸気流速を有効に向上させることができず、燃焼
性の向上に不可欠な燃焼室内における吸気の乱れを有効
に形成できない。

一方、吸気ポートに接続される吸気通路の吸気上流側端
を比較的大容積を有するサージタンクに接続して該サー
ジタンクによる吸気の貫性効果を利用して吸気の充填効
率を高めてエンジンの高出力化を図る技術思想も従来公
知である（例えば、特開昭５８−１２６４２２号公
報）。

ところが、この公知の吸気装置においては、吸気慣性効
果により吸気の充填効率は高められるものの、特に吸入
空気量の少ない低負荷運時においては、上記従来例と同
様に吸気流速が低下し、このため燃焼室内における吸気
の乱れの形成作用が減殺されて燃焼性が悪化することに
なる。

（発明の目的） 本発明は、上記の如き従来のエンジンの吸気装置におけ
る問題に鑑み、各気筒毎に複数の吸気ポートを有するエ
ンジンの吸気装置において、吸気慣性効果による充填効
率の向上と、燃焼室内における吸気の乱れの形成作用
（特に低負荷運転時）による吸気と燃料とのミキシング
性の向上とを図り、もってエンジンの燃焼性と出力特性
とを全運転領域において良好ならしめんとしてなされた
ものである。

（発明の構成） 本発明のエンジンの吸気装置は、各気筒毎にそれぞれの
燃焼室に臨んで開口する複数の吸気ポートを形成すると
ともに該各吸気ポートにそれぞれ吸気弁を配置してなる
エンジンの吸気装置において、その吸気下流端が上記複
数の吸気ポートに、またその吸気上流端がサージタンク
にそれぞれ接続される高負荷用吸気通路を各気筒毎に独
立させて形成し、且つ該高負荷用吸気通路内に、低負荷
運転時には上記高負荷用吸気通路を絞り高負荷運転時に
は上記高負荷用吸気通路を開くように制御される開閉弁
を配置するとともに、該開閉弁よりも下流側位置には燃
料噴射弁を上記吸気弁の近傍に燃料を噴射し得るように
して設け、さらに上記高負荷用吸気通路よりも小さな通
路面積をもつ低負荷用吸気通路を各気筒毎に独立させて
形成し、且つ該低負荷用吸気通路の吸気下流端を上記複
数の吸気ポートのうちのいずれか一方の近傍位置に開口
させるとともに、吸気上流端を上記高負荷用吸気通路と
独立させて上記サージタンクに接続させたことを特徴と
している。

（実施例） 以下、本発明のエンジンの吸気装置を自動車用ガソリン
エンジンの吸気装置に適用した場合を実施例として説明
すると、第１図及び第２図には本発明の第１実施例に係
るエンジン１の吸気装置が示されており、各図において
符号４は複数個（例えば４個）の気筒２を有するシリン
ダブロック、５はシリンダヘッドである。このエンジン
１の各気筒２の燃焼室３には、第１図に示す如くシリン
ダブロック４の幅方向中心線Ｌ₁をはさんでその両側に
ほぼ同径の第１吸気ポート６と第２吸気ポート７が開口
され、またシリンダブロック４の長手方向中心線Ｌ₂を
はさんで第２吸気ポート７とほぼ対向する位置には排気
ポート８が開口されている。この第１、第２吸気ポート
６，７には吸気弁１７（第２吸気ポート７側の吸気弁の
図示は省略）が、また排気ポート８には排気弁１８が装
着されている。尚、この吸気弁１７と排気弁１８は、動
弁カム装置２３によって開閉駆動される。

各気筒２，２，……の第１吸気ポート６と第２吸気ポー
ト７には、各気筒毎に独立して形成され且つその吸気上
流側端部９ａをサージタンク１４に開口せしめた高負荷
用吸気通路９が、そのポート接続端９ｂの軸方向を気筒
２の軸線にほぼ沿わせた状態で接続されている。この高
負荷用吸気通路９は、シリンダヘッド５内において徐々
に相互離間する如くして２つの分岐通路即ち、第１吸気
ポート６に連通する第１吸気通路１０と第２吸気ポート
７に連通する第２吸気通路１１に分岐形成されている。
この際、高負荷用吸気通路９の中心線Ｌ₃は、第１図に
示す如く前記シリンダブロック幅方向中心線Ｌ₁に対し
て第１吸気ポート６側にわずかに偏心させられており、
該高負荷用吸気通路９は第２吸気ポート７よりも第１吸
気ポート６側にストレート気味に接続する構成とされて
いる。

高負荷用吸気通路９における前記第１吸気通路１０と第
２吸気通路１１の分岐点より適宜寸法だけ吸気上流側位
置には、図示しない適宜の駆動機構によりエンジン１の
高負荷運転時には開弁し、低負荷運転時には閉弁する如
く開閉制御される開閉弁２１が上記高負荷用吸気通路９
を貫通し回動自在に支持された弁軸２２に取付けられて
いる。さらに、該開閉弁２１より直下流側の通路上壁部
２５には、燃料噴射弁２０が取付けられている。この燃
料噴射弁２０は、第１図に示す如く平面上においては吸
気通路中心線Ｌ₃上に位置せしめられており、燃料噴射
口２４を介して第１、第２吸気ポート６，７に臨ましめ
られている。

さらに、第１吸気ポート６に近接した位置には、後述す
る低負荷用吸気通路１２の下流側端部１２ｂが開口せし
められている。この低負荷用吸気通路１２は、前記高負
荷用吸気通路９よりも小さい通路面積を有しており、従
ってこの低負荷用吸気通路１２から吸入される吸気の流
速は、吸入空気量が同じ場合には前記高負荷用吸気通路
９を通して吸入される吸気の流速よりも早められること
になり、それだけ特に低負荷運転時における燃焼室内で
の吸気の乱れの形成作用が増長されることになる 又、この低負荷用吸気通路１２は、高負荷用吸気通路９
の低壁２６に沿って且つ該高負荷用吸気通路９と独立し
た状態でその下方側に形成されている。このため、この
低負荷用吸気通路１２の軸線は必然的に燃焼室３の軸線
に対して前記第１吸気通路１０よりも大きい交差角をも
つことになる。従って、吸気が該低負荷用吸気通路１２
から燃焼室３内により水平に近い方向から流入し、この
吸気流によって該燃焼室３内においてスワールが有効に
形成されることになる。

さらに、この低負荷用吸気通路１２は、その吸気上流側
端部１２ａを上記高負荷用吸気通路９の上流側端部９ａ
とは独立して前記サージタンク１４内に開口せしめてい
る。従って、該低負荷用吸気通路１２を通して吸入され
る吸気に対してサージタンク１４による吸気慣性効果が
有効に作用し、それだけ吸気は効率的に燃焼室３内に吸
入されることになる（充填効率の向上）。

つまり、吸気慣性効果を有効に得るためには、吸気行程
初期においてシリンダ内に発生する負圧波を反転して正
圧波とするための設定容積以上の吸気ポートに連通する
空間が必要なのである。

さらに、この低負荷用吸気通路１２は、その平面位置に
おいては、第１図に示す如く吸気上流側から吸気下流側
に進むに従ってシリンダブロック幅方向中心線Ｌ₁より
第２吸気ポート７寄り位置から該シリンダブロック幅方
向中心線Ｌ₁を横切ってなめらかに湾曲しながら第１吸
気ポート６に至る如く湾曲形成されており、しかも燃焼
室３への流入方向は、該燃焼室３の周方向（換言すれば
スワールの形成を助長する方向）とされている。又、こ
の低負荷用吸気通路１２からの吸気流の旋回方向前方側
には点火栓１９が取付けられており、従って、この低負
荷用吸気通路１２から吸入される吸気のスワールは点火
栓１９部分の掃気効率を高める作用をも行うことにな
る。

尚、第２図において符号１５はスロットルバルブ、１６
はエアクリーナである。

続いて、上記第１実施例の吸気装置の作用を説明する
と、先ず、低負荷運転時であるが、この場合には開閉弁
２１によって高負荷用吸気通路９が閉じられているた
め、吸気は低負荷用吸気通路１２からのみ吸入される。
この場合、吸入空気量は少なくても通路面積が小さいの
で空気流速が高くしかも低負荷用吸気通路１２がその途
中で通路面積を拡大させることなくそのまま吸気ポート
６の近傍に開口していることでこの高い空気流速が該吸
気ポート６部分まで維持され、さらに吸気流が燃焼室３
内に略水平方向からしかも燃焼室３の周方向に向けて流
動せしめられるため該燃焼室３内においてスワールが有
効に形成され、燃焼性が向上せしめられることになる。
又、低負荷用吸気通路１２の吸気上流側端部１２ａがサ
ージタンク１４に開口しているところから該サージタン
ク１４による吸気慣性効果によって吸気が燃焼室３内に
効率良く吸入され、吸気の充填効率の向上により低負荷
運転域における燃費特性あるいは出力特性が向上せしめ
られることになる。この場合、低負荷用吸気通路１２の
上流側端部１２ａが各気筒毎に独立してサージタンク１
４に接続されていることから、気筒間干渉によって吸気
慣性効果が減殺されることがなく、高い吸気慣性効果を
確実に得ることができるものである。

尚、この低負荷運転時においては、燃料噴射弁２０から
噴射された燃料は第１吸気ポート６と第２吸気ポート７
の両方に供給されるが、この場合、燃料噴射弁２０が第
１図に示す如く吸気通路中心線Ｌ₃上に位置せしめられ
ているため、第２吸気ポート７側へ供給される燃料量よ
りも第１吸気ポート６側へ供給される燃料量が多く、そ
れだけ燃料と第１吸気ポート６側へ供給される吸気との
ミキシング作用が、燃料を第１吸気ポート６と第２吸気
ポート７の両方へほぼ同量ずつ供給するようにした場合
に比して一層良好となる。

一方、吸入空気量の多い高負荷運転時であるが、この場
合には高負荷用吸気通路９が開かれているため、吸気は
その大部分がこの高負荷用吸気通路９から燃焼室３内に
吸入される。この場合、この高負荷用吸気通路９の吸気
通路面積が大きいため吸気の吸入抵抗が少なく、しかも
その吸気上流側端部９ａがサージタンク１４に開口せし
められているため該サージタンク１４による吸気慣性効
果が期待でき、その結果、吸気は燃焼室３内に素早くし
かも多量に吸入され、吸気の充填効率の向上によりエン
ジン出力が向上せしめられることになる。この場合、高
負荷用吸気通路９が各気筒毎に独立してサージタンク１
４に接続されていることで気筒間干渉による吸気慣性効
果の減殺という問題が生じないことは低負荷用吸気通路
１２の場合と同様である。尚、この高負荷用運転時にお
いても低負荷用吸気通路１２からは吸気が吸入されてい
るため、この低負荷用吸気通路１２から吸入される吸気
によってもスワール形成が助長され、燃焼性向上に寄与
することになる。

第３図には本発明の第２実施例に係るエンジンの吸気装
置が示されている。この吸気装置は、低負荷用吸気通路
３７を、第１吸気ポート６に接続される第１吸気通路１
０の延長線に沿う如くほぼ直線状に形成し、その吸気上
流側端部３７ａをサージタンク１４に開口せしめてい
る。このようにした場合には、低負荷運転時におけるサ
ージタンク１４による吸気慣性効果が前記第１実施例の
場合と同水準に維持されることは勿論であるが、スワー
ルの形成効果についても、第１実施例の如く低負荷用吸
気通路１２の吸気下流側端部１２ｂを燃焼室３の周方向
に向けて開口するようにした場合に比して若干スワール
形成作用は劣るものの、低負荷用吸気通路３７の吸気下
流側端部３７ｂを燃焼室３に対して偏心させてしかも略
水平方向に向けて形成したこととによってスワール形成
効果は十分に確保されている。尚、この第２実施例の如
く低負荷用吸気通路３７をほぼ直線状に形成すると、第
１実施例の如く低負荷用吸気通路１２を湾曲通路状とす
る場合に比して製作が容易であり、それだけ製造コスト
の低廉化を図り得るという利点がある。

第４図には本発明の第３実施例に係るエンジンの吸気装
置が示されている。この吸気装置は、高負荷用吸気通路
２９を、第１吸気ポート６に接続され且つ第１開閉弁３
３によって開閉路される第１吸気通路３０と第２吸気ポ
ート７に接続され且つ第２開閉弁３４によって開閉路さ
れる第２吸気通路３１の２本の独立した通路で構成し、
これら第１、第２吸気通路３０，３１の各吸気上流側端
部３０ａ，３１ａをそれぞれサージタンク１４に開口せ
しめる一方、低負荷用吸気通路３２を第１吸気通路３０
に沿う如くほぼ直線状に形成し且つその吸気上流側端部
３２ａをサージタンク１４に開口せしめている。

この場合にも、前記第２実施例の場合と同様に吸気慣性
効果及びスワール形成作用が高水準に維持される。

第５図には本発明の第４実施例に係るエンジンの吸気が
示されている。この吸気装置は、第１吸気ポート６に接
続され且つ第１開閉弁４４によって開閉路される第１吸
気通路４１と、第２吸気ポート７に接続され且つ第２開
閉弁４５によって開閉路される第２吸気通路４２とで高
負荷用吸気通路４０を構成したことは前記第３実施例の
場合と同様であるが、低負荷用吸気通路４３を第２吸気
通路４２側から第１吸気通路４１側に湾曲させて形成し
たことが前記第３実施例の場合と異なっている。この第
４実施例のものは、低負荷用吸気通路４３を湾曲形成し
て吸気流を燃焼室３の周方向に流出させるようにした分
だけ前記第３実施例の場合よりもより良好なスワール形
成効果を得ることができる。

なお、上記開閉弁は低負荷運転時において全閉に保持す
るのではなく、上記開閉弁の作動範囲内においてスワー
ル比の変化率を小さく抑える目的から設定量開弁した状
態で保持するようにしてもよい。

（発明の効果） 本発明のエンジンの吸気装置は、複数の吸気ポートを備
えたエンジンにおいて、上記複数の吸気ポートに、開閉
弁によって低負荷運転時には絞られ高負荷運転時には開
口される高負荷用吸気通路を接続するとともに、該高負
荷用吸気通路よりも通路面積が小さい低負荷用吸気通路
を前記複数の吸気ポートのうちのひとつに接続して該低
負荷用吸気通路から吸入される吸気流を高速で燃焼室内
に流出させることにより低負荷運転時における燃焼室内
での吸気の乱れの形成作用を促進させ、さらに前記高負
荷用吸気通路と低負荷用吸気通路の吸気上流端部をそれ
ぞれ独立してサージタンクに接続させることにより該サ
ージタンクによる吸気慣性効果を有効に利用するように
しているため、特に低負荷運転時における燃焼室内での
吸気の乱れの形成作用の促進と全運転領域を通しての充
填効率の向上とが同時に実現され、それだけエンジンの
燃料性と出力特性が向上するという効果がある。

また、この場合、低負荷用吸気通路の吸気下流端を吸気
ポートの近傍位置に直接開口させているので、低負荷運
転時に該低負荷用吸気通路内を流れる高い空気流速がそ
の流通途中で低下されることなく吸気ポート部分まで維
持されることから、該空気流速によるスワール生成がよ
り確実ならしめられ、エンジンの燃焼性がより一層高め
られるものである。

さらに、高負荷用吸気通路及び低負荷用吸気通路が相互
に独立してサージタンクに接続され、しかもこれら各吸
気通路が他の気筒のそれと独立していることから、高負
荷運転時及び低負荷運転時ともに気筒間干渉による吸気
慣性効果の減殺ということがなく、それだけ高い吸気慣
性効果を確保して充填効率のより一層の向上を図ること
が可能となるものである。

また、燃料噴射弁が吸気ポートの近傍へ燃料を噴射し得
るようにして設けられていることから、吸気と燃料との
ミキシング作用が促進され、より一層良好な燃焼性能が
確保されるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例に係るエンジンの要部断面
図、第２図は第１図のII−II縦断面図、第３図は本発明
の第２実施例に係るエンジンの要部断面図、第４図は本
発明の第３実施例に係るエンジンの要部断面図、第５図
は本発明の第４実施例に係るエンジンの要部断面図であ
る。 １……エンジン ２……気筒 ３……燃焼室 ４……シリンダブロック ５……シリンダヘッド ６……第１吸気ポート ７……第２吸気ポート ８……排気ポート ９，２９，４０……高負荷用吸気通路 １０，３０，４１……第１吸気通路 １１，３１，４２……第２吸気通路 １２，３２，３７，４３……低負荷用吸気通路 １４……サージタンク １５……スロットルバルブ １６……エアクリーナ １７……吸気弁 １８……排気弁 １９……点火栓 ２０……燃料噴射弁 ２１，３３，３４，３８，４４，４５……開閉弁 ２３……動弁カム装置

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】各気筒毎にそれぞれその燃焼室に臨んで開
   口する複数の吸気ポートを形成するとともに該各吸気ポ
   ートにそれぞれ吸気弁を配置してなるエンジンの吸気装
   置において、 その吸気下流端が上記複数の吸気ポートに、またその吸
   気上流端がサージタンクにそれぞれ接続される高負荷用
   吸気通路を各気筒毎に独立させて形成し、且つ該高負荷
   用吸気通路内に、低負荷運転時には上記高負荷用吸気通
   路を絞り高負荷運転時には上記高負荷用吸気通路を開く
   ように制御される開閉弁を配置するとともに、該開閉弁
   よりも下流側位置には燃料噴射弁を上記吸気弁の近傍に
   燃料を噴射し得るようにして設け、 さらに上記高負荷用吸気通路よりも小さな通路面積をも
   つ低負荷用吸気通路を各気筒毎に独立させて形成し、且
   つ該低負荷用吸気通路の吸気下流端を上記複数の吸気ポ
   ートのうちのいずれか一方の近傍位置に開口させるとと
   もに、吸気上流端を上記高負荷用吸気通路と独立させて
   上記サージタンクに接続させたことを特徴とするエンジ
   ンの吸気装置。