JPH0634579Y2

JPH0634579Y2 - 複吸気弁エンジン

Info

Publication number: JPH0634579Y2
Application number: JP10489986U
Authority: JP
Inventors: 大洋河合; 清中西; 徳久中川
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1986-07-10
Filing date: 1986-07-10
Publication date: 1994-09-07
Anticipated expiration: 2001-07-10
Also published as: JPS6312634U

Description

【考案の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本考案は、吸気弁を複数個備えた、いわゆる複吸気弁エ
ンジンにおける吸気制御に関するものである。

〔従来の技術〕

高出力化の傾向の中で種々のタイプの複吸気弁エンジン
が開発されてきている。そのような複吸気弁エンジンの
一つとして、燃焼室内でスワールを発生させることので
きるヘリカル側吸気ポートを改善したものがある。ヘリ
カル型吸気ポートはその名の通りに渦巻状に形成された
ものであり、燃焼室内にスワールを発生させることによ
り燃焼を改善するものである。しかしながら、エンジン
の高負荷時にはその特殊形状により吸気抵抗が増大して
充填効率が低下する傾向が認められている。これを改善
するために第２の吸気ポート及び第２吸気弁を設け、こ
の第２吸気ポートにはさらに吸気制御弁を設けて、低負
荷時にはこの吸気制御弁を閉じてヘリカル型吸気ポート
の特徴を生かし、高負荷時にはこの吸気制御弁を開いて
第１のヘリカル型吸気ポート及び第２ポートの両方から
空気を燃焼室に導入することができるようにしている。

一方、燃焼を良好にし燃費を向上させるためには可燃空
燃比の最大値すなわち燃焼のリーン限界を拡大すること
が必要であり、そのためには燃焼室上部の点火栓周りの
燃料を濃くしピストン側を薄くする（以下これを成層化
という）とよいことが知られている。

従来、複吸気弁エンジンにおいて成層化を行って燃焼を
良好にし燃費を向上させようとする提案が多くなされて
いる。（特公昭47-24041号公報、特公昭52-16521号公
報、実公昭57-52331号公報、特開昭52-32406号公報、特
開昭56-96118号公報参照）。

本出願人は上記公知の複吸気弁エンジンを改良し、低負
荷域での成層化による稀薄混合気の燃焼と、高負荷域で
の高出力とが両立でき、低燃費、低エミッションの達成
と高出力を得ることのできる、より実際的な複吸気弁エ
ンジンを提案し、特許出願している（特願昭60-56126号
参照）。

上記本出願人の特許出願にかかる複吸気弁エンジンは、
燃焼室内へ供給する吸気にスワールを発生させる常時開
放の第１の吸気ポートと、エンジンの高負荷運転域にお
いてのみ開放する吸気制御弁を有しかつ燃焼室内にスト
レートの吸気を供給する第２の吸気ポートと、燃料噴射
弁を設けた第３の吸気ポートとを具備し、これら第1,第
２及び第３の各吸気ポートを、第1,第２及び第３の吸気
弁を介して燃焼室にそれぞれ開口し前記第３の吸気弁の
開弁時期を前記第１の吸気弁の開弁時期より遅らせたこ
とを特徴とするものである。

〔考案が解決しようとする問題点〕

上記特願昭60-56126号の３つの吸気ポートを有する複吸
気弁エンジンにおいては、第３の吸気ポートから十分な
濃混合気を供給して良好な成層化を達成するためには、
吸気スワールを十分強くかつ安定な状態とするとともに
濃混合気は貫徹力を弱くするためにゆっくりと緩やかに
燃焼室内に供給される必要がある。そのためには第３の
吸気弁は十分な開弁期間を持つとともにそこを通過する
気流は十分遅くしなければならない。しかしながら、上
記特願昭60-56126号の複吸気弁エンジンにおいては、第
１、第２吸気ポートと燃料噴射弁を備えた第３の吸気ポ
ートの吸気負圧力が等しいため、第３の吸気弁を通過す
る気流が比較的速くなり、従って第３の吸気弁をあまり
早く開弁すると、第１吸気ポートにより発生したスワー
ル流を破壊するとともに、濃混合気と空気の混合を促進
してしまい、濃混合気を吸気行程後半の短期間に集中し
て供給することにより成層化を達成するという本来の目
的が達成されないことになる。そのため第３の吸気弁の
開弁時期は制約を受け、前掲特願昭60-56126号の複吸気
弁エンジンでは実際上は第３の吸気弁は吸気行程中央付
近から開弁するようにしており、点火栓周りに濃混合気
を効率よく集中させ良好な成層化を達成するには限界が
ある。

本考案はエンジンの低負荷時において、良好な成層化を
達成するのに必要な、安定したスワールと貫徹力の弱い
燃料噴霧とが得られるようにして成層化を達成し、エン
ジンの高負荷時には充填効率が向上し高出力が得られる
ような、複吸気弁エンジンを提供しようとするものであ
る。

〔問題点を解決するための手段〕

本考案は、上記の問題点を解決するため、その構成を、
燃焼室内へ供給する吸気にスワールを発生させる常時開
放の第１の吸気ポートと、エンジンの高負荷運転域にお
いてのみ開放する吸気制御弁を有しかつ燃焼室内にスト
レートの吸気を供給する第２の吸気ポートと、燃料噴射
弁を設けた第３の吸気ポートとの各吸気ポートを具備
し、これら第1,第２及び第３の各吸気ポートを、第1,第
２及び第３の吸気弁を介して燃焼室にそれぞれ開口し前
記第３の吸気弁の開弁時期を前記第１の吸気弁の開弁時
期より遅らせた複吸気弁エンジンにおいて、前記第１及
び第２の吸気ポートの上流側を共に第１の吸気通路に連
通させ、前記第３の吸気ポートの上流側を第２の吸気通
路に連通させ、前記第１及び第２の吸気通路に第１及び
第２のスロットル弁をそれぞれ設け、エンジンの低負荷
時における前記第１のスロットル弁の開度を、前記第２
のスロットル弁の開度より大きく設定したことを特徴と
するものである。

〔作用〕

本考案は、エンジンの低負荷時においては、第１のスロ
ットル弁の開度が第２のスロットル弁の開度より大きく
なるように設定されているので、スワールを発生すべき
第１の吸気ポート内の圧力が、燃料を供給すべき第３の
吸気ポート内の圧力より高くなり、そのため第１の吸気
ポートは強力かつ安定したスワールが得られ、一方第３
の吸気ポートから供給される燃料は貫徹力の弱いゆるや
かな燃料噴霧となり、これにより良好な成層化が達成さ
れる。

そして上記の圧力差による安定したスワールが得られる
ことにより、第１の吸気ポート自体は強力なヘリカル形
状とすることを要しないため通気抵抗が減少し高い流量
係数の第１の吸気ポートとすることが可能となり、その
ためエンジンの高負荷時において充填効率が向上し、こ
れがまた高出力をもたらすものとなる。

〔実施例〕

本考案の実施例を図面に従って以下に説明する。

第１図を参照すると、１は第１の吸気通路又はサージタ
ンクであって第１のスロットル弁２が設けられ、その下
流側は第１の吸気ポート３と第２の吸気ポート４とに分
岐している。５は前記第１の吸気通路１とは独立した第
２の吸気通路又はサージタンクであって第２のスロット
ル弁６が設けられその下流側は第３の吸気ポート７に連
通している。

第１の吸気ポート３は第１の吸気弁10を介して燃焼室11
に開口し、ヘリカルポートとして公知のように第１の吸
気弁10近くで渦巻状に形成され、この第１の吸気ポート
３を通って吸入された空気が矢印Ｓで示されるように燃
焼室11内でスワールを生じるようになっている。第２の
吸気ポート４は、第２の吸気弁12を介して燃焼室11に開
口し、ストレート状である。この第２の吸気ポート４に
は吸気制御弁13が配置され、エンジンの回転数負荷が小
さい時には第２の吸気ポート４を閉じ、エンジンの回転
数負荷が大きいときには前記第２の吸気ポート４を開く
ことができるようになっている。この吸気制御弁13は適
宜のアクチエータ（図示しない）により開閉駆動され、
エンジンを低回転負荷で運転する時、この第２の吸気ポ
ート４を閉じ、エンジンを高回転高負荷で運転する時、
第２吸気ポート４を開くように作動する。前記アクチエ
ータとしては例えばダイヤフラムにより大気圧室と変圧
室とに仕切られたダイヤフラム室を有し、この変圧室に
エンジンの上記運転状態に応じて負圧又は大気圧を導入
して吸気制御弁13の開閉を制御する負圧制御式アクチエ
ータを用いる。そしてこのアクチエータは図示しない電
子制御装置（ECU）により制御される。第３の吸気ポー
ト７は第３の吸気弁14を介して燃焼室11に開口してい
る。この第３の吸気ポート７は前記両ポート3,4の間に
あってその通路断面積は比較的小さく、従って第３の吸
気弁14も他の吸気弁10,12と比較して小さい。

この第３の吸気ポート７には燃料噴射弁15が配設され、
この燃料噴射弁15はECUによって制御される。

前記第1,第２及び第３の吸気弁10,12及び14相互間の位
置関係は、第１図に示すように、平面視において、燃焼
室11の中心に関し第３の吸気弁14が、第１及び第２の吸
気弁10及び12の各中心を結んだ直線より外側に位置する
ように配置される。16は点火栓であって、吸気弁10,12,
14及び２つの排気弁17,18に囲まれたほぼシリンダ中央
に配設されている。

なお前記第１及び第２のスロットル弁2,6にはそれぞれ
図示しないスロットル開度センサとスロットルアクチエ
ータが取付けられ、これらスロットル開度センサとスロ
ットルアクチエータは図示しないECUに接続され、エン
ジンの低負荷時においては第１のスロットル弁２の開度
が第２のスロットル弁６の開度より大きくなるよう制御
する。

前記第１、第２及び第３の吸気弁10,12及び14と燃料噴
射弁15の作動時期は第２図に示されている。

第１及び第２の吸気弁10,12はその動作曲線Ａで示され
るように吸気行程上死点の少し手前で開弁し吸気行程下
死点を少し過ぎたところで閉弁する。第３の吸気弁14は
その動作曲線Ｂで示されるように、吸気行程の前半で開
弁し、第１及び第２の吸気弁10,12とほぼ同じ時期に閉
弁する。同図においてＢ′は前掲特願昭60-56126号の複
吸気弁エンジンにおける第３の吸気弁の動作曲線を示し
ており、これから明らかなように、本実施例における第
３の吸気弁14の開弁時期が従来のものより大幅に早くな
っていることがわかる。

また燃料噴射弁15は同図のＦに示すように、その噴射終
了時期Ｅが第３の吸気弁14の開弁期間の中に収まるよう
に噴射開始時Ｄをエンジン回転数、負荷に対して進退制
御させ、かつこの燃料噴射終了時期をエンジンの回転
数、負荷にかかわらず第３の吸気弁の開弁期間中の予め
定められたクランク角にほぼ固定するようにしている。

第３図は第１及び第２のスロットル弁2,6の各開度とエ
ンジンの負荷との関係を示す線図であり、本実施例にお
いては、同図に示すごとく、第１のスロットル弁２はエ
ンジン負荷が増加するに従ってその開度を増し負荷Ｇに
達した時に全開となる。これに対し、第２のスロットル
弁６はエンジン負荷の増加に従って開度を増して行くが
第１のスロットル弁２の開度より常に小さく、全負荷に
達した時全開となるようにしている。

本実施例の作用を次に説明する。

エンジンの低負荷時においては、第２図に示すように、
まず第１及び第２の吸気弁10,12が吸気行程上死点付近
で開弁し、第２の吸気ポート４は吸気制御弁13で閉じら
れているので、燃焼室11内には第１の吸気弁10からのみ
空気が吸入されスワールＳが発生する。続いて吸気行程
の前半で第３の吸気弁14が開弁される。第３の吸気ポー
ト７にはECUからの信号により燃料噴射弁15から燃料
が、その噴射終了時期が第３の吸気弁14の開弁期間中に
収まるように噴射される。

この際第１のスロットル弁２の開度は第２のスロットル
弁６の開度より常に大きいので、第１の吸気ポート３内
の圧力は第３の吸気ポート７内の圧力より高く、そのた
め第１の吸気ポート３で発生するスワールＳは強力かつ
安定したものとなる。一方第３の吸気ポート７内の圧力
は第１の吸気ポート３内の圧力より低いため、噴射され
た燃料は貫徹力の弱い噴霧が形成され燃焼室11内にゆる
やかに吸入される。このようにして第１の吸気ポート３
からは安定したスワールＳが得られしかも第３の吸気ポ
ートから供給された燃料の流れは弱いのでこのスワール
を破壊することなく、濃混合気は吸気行程後半に燃焼室
11内に流入し点火栓16の周りに漂い、成層状態が得られ
る。この成層状態はスワールＳによって、圧縮上死点ま
で安定して保持されるので、点火時には点火栓16近傍に
濃混合気が漂っており、全体の空燃比が薄かったり、ま
た大量のEGRガスが燃焼室11内に導入される場合でも、
安定した着火、火炎の伝播が達成される。

一方、エンジンの高負荷時には、第３図に示すように、
負荷の増大につれて第１及び第２のスロットル弁2,6が
その開度を増大して行き、第１のスロットル弁２は負荷
Ｇで全開となり第２のスロットル弁６は全負荷で全開と
なる。また第２の吸気ポート４内の吸気制御弁13も開弁
する。このため第１、第２及び第３の吸気ポートから大
量の空気が供給され燃料噴射の増量と相俟って高出力が
得られる。

特に第１の吸気ポートにより発生するスワールＳは前記
のごとく強力かつ安定したものとなるため、第１の吸気
ポート１は強いヘリカル形状とすることを要せず、その
ため通気抵抗が少なく高い流量係数のポートとすること
ができ、さらに第３の吸気弁14の開弁時期を従来のもの
より早めることができるので、エンジン高負荷時におけ
る充填効率は向上し、所期の高出力を得ることができ
る。

〔考案の効果〕

本考案は以上のような構成、作用を有するものであるか
ら、エンジンの低負荷域では、混合気が点火栓周りで濃
く、ピストン側で稀薄となる、いわゆる成層化が良好か
つ安定した状態で得られ、そのため大量のEGR燃焼も可
能となり、低燃費、低エミッションを達成できるものと
なる。

特に本考案ではエンジンの低負荷時においては、第１の
吸気ポート内の圧力が第３の吸気ポート内の圧力より高
いので、第１の吸気ポートで得られるスワールは安定し
たものとなるとともに、第３の吸気ポートから供給され
る燃料は貫徹力の弱い流れとなるためこのスワールを破
壊することがなく、良好な成層化を達成することができ
る。

またエンジン高負荷時においては、前記のように安定し
たスワールが得られることにより、第１の吸気ポートは
強いヘリカル形状とすることを要しないため、流量係数
の高いものとすることが可能となり、これが第３の吸気
弁の開弁時期を早めることのできることと相俟って充填
効率を高めることになり、高負荷時に対応した高出力が
得られるものとなる。

このようにして、低負荷域から高負荷域に至る全運転域
において所期の燃焼状態、高出力が得られる、実際的な
複吸気弁エンジンを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の実施例の平面図、第２図は各吸気弁の
動作時期及びリフトと、燃料噴射弁の噴射時期とを示す
線図、第３図は第１及び第２のスロットル弁の開度とエ
ンジン負荷との関係を示す線図である。１……第１吸気通路、２……第１スロットル弁、３……第１吸気ポート、４……第２吸気ポート、５……第２吸気通路、６……第２スロットル弁、７……第３吸気ポート、10……第１吸気弁、 11……燃焼室、12……第２吸気弁、 13……吸気制御弁、14……第３吸気弁、 15……燃料噴射弁、16……点火栓。

───────────────────────────────────────────────────── 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Ｆ０２Ｄ 41/02 ３１０Ｇ 8011−3ＧＦ０２Ｍ 69/00 ３６０Ｃ 7825−3Ｇ

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】燃焼室内へ供給する吸気にスワールを発生
させる常時開放の第１の吸気ポートと、エンジンの高負
荷運転域においてのみ開放する吸気制御弁を有しかつ燃
焼室内にストレートの吸気を供給する第２の吸気ポート
と、燃料噴射弁を設けた第３の吸気ポートとを具備し、
これら第1,第２及び第３の各吸気ポートを、第1,第２及
び第３の吸気弁を介して燃焼室にそれぞれ開口し前記第
３の吸気弁の開弁時期を前記第１の吸気弁の開弁時期よ
り遅らせた複吸気弁エンジンにおいて、前記第１及び第
２の吸気ポートの上流側を共に第１の吸気通路に連通さ
せ、前記第３の吸気ポートの上流側を第２の吸気通路に
連通させ、前記第１の吸気通路に第１のスロットル弁
を、第２の吸気通路に第２のスロットル弁をそれぞれ設
け、エンジンの低負荷時における前記第１のスロットル
弁の開度を、前記第２のスロットル弁の開度より大きく
設定したことを特徴とする複吸気弁エンジン。