JPH0634582Y2 - 複吸気弁エンジン - Google Patents

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
きるヘリカル型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る
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。

本出願人は上記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、実用新案登録出願している（実願昭61-104
899号参照）。

上記本出願人の出願にかかる複吸気弁エンジンは、第５
図及び第６図に示すように、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３
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13を有しかつ燃焼室内にスレートの吸気を供給す
る第２の吸気ポート４と、燃料噴射弁15を設けた第３の
吸気ポート７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10,12,14を介
して燃焼室11にそれぞれ開口し前記第３の吸気弁14の開
弁時期を前記第１の吸気弁10の開弁時期より遅らせるよ
うにし、また第1,第２の吸気ポート3,4の上流側を共に
第１の吸気通路１に連通させ、第３の吸気ポート７の上
流側を第２の吸気通路５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2,6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２の開度を、前記第２のスロットル弁６の開度よ
り大きく設定したものである。

またさらに、前記実願昭61-104899号の複吸気弁エンジ
ンを改良し、前記第２のスロットル弁５を前記第１のス
ロットル弁２が全開した時から開弁し始めるようにした
複吸気弁エンジンも実用新案登録出願している。（第７
図参照） 〔考案が解決しようとする問題点〕 上記の本出願人の出願にかかる複吸気弁エンジンにおい
ては、第６図及び第７図に示すように、エンジンの低負
荷域では第１のスロットル弁２を第２のスロットル弁６
よりも常に大きく開くようにしており、そのため低負荷
域では第１の吸気ポート３内の圧力が第３の吸気ポート
７内の圧力より高く、吸気制御弁13が閉じている時は強
く安定したスワールと貫徹力の弱い燃料の噴霧が得られ
る。しかし、エンジンの急加速時には、前記のように第
１のスロットル弁２に比べて第２のスロットル弁６の開
弁が遅くあるいはその開度が小さいので、燃料噴霧の貫
徹力が弱く増量された燃料が具合よく燃焼室内へ吸入さ
れず、そのため加速応答性が悪くなるという問題があ
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、その構成とし
て、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
気弁の開弁時期は前記第１の吸気弁の開弁時期より遅ら
せるようにし、また、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、前記第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複吸気弁
エンジンにおいて、エンジンの加速開始時に前記第２の
スロットル弁の開度を一時的に所定時間前記第１のスロ
ットル弁の開度より大きくしたことを特徴とするもので
ある。

〔作用〕

本考案においては、エンジンの平常運転時は第２のスロ
ットル弁の開度は第１のスロットル弁よりも小さく、低
負荷時には安定したスワールと貫徹力の弱い燃料の噴霧
が得られるようにしているが、エンジンの加速時に第１
のスロットル弁の開度が急激に増大すると、それに応じ
て第２のスロットル弁がある一定の時間だけ第１のスロ
ットル弁より大きく開きその後正規の開度に戻る。その
ためこの第２のスロットル弁の開度を大きくした時に第
３の吸気ポート内の圧力は高くなり燃料の噴霧が燃焼室
内に迅速かつ円滑に吸入されるようになる。このように
エンジンの急加速時には必要な燃料が迅速に供給され加
速応答性を高める働きをする。

〔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、
エンジンを低回転低負荷で運転する時、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または大気圧を
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。

前記第１のスロットル弁２にはスロットル開度センサ19
が取付けられ、このセンサ19からの信号がECU14に入力
される。第２のスロットル弁６にはスロットルアクチエ
ータ21が取付けられ、このアクチエータ21はECU20に接
続され、ECU20の指令により作動されるようになってい
る。

ECU20には、第２図に示すような、第１のスロットル弁
２の開度Ａの時間的変化 に対する、第２のスロットル弁６の開度Ｂの増加量△B₂
の関係を設定したマップ（同図上段）と、この時の第２
のスロットル弁６の開度増加△B₂の持続時間t₀を設定し
たマップ（同図下段）とを予め入力しておく。

このようにした、スロットル開度センサ19で第１のスロ
ットル弁２の開度変化を検出してECU20により第２のス
ロットル弁６の開度制御を行ない、エンジンの急加速時
に第２のスロットル弁６の開度が一時的に第１のスロッ
トル弁２の開度より大きくなるようにする。

第３図は第１及び第２のスロットル弁2,6の各開度と時
間との関係を示す線図であり、本実施例では同図に示す
ように、第２のスロットル弁６の開度Ｂは平常時は第１
のスロットル弁２の開度Ａより小さく設定されている
が、エンジンの急加速時、すなわち第１のスロットル弁
２が開度A₁から開度A₃へと急激に増大する開度A₂の段階
では第２のスロットル弁６は開度B₁から一定時間t₀だけ
開度を増加して開度B₂となり、その後、第１のスロット
ル弁２の開度A₃より小さい開度B₃に戻るようにしてい
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、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３図に示すように、第１のスロットル弁
２の開度A₁は第２のスロットル弁６の開度B₁より大きい
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ガス燃焼室1
1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。

次に、エンジンの加速時には、第１のスロットル弁２の
開度が急激に増大して開度A₂となる。この開度の時間的
変化をスロットル開度センサ19が検出し、ECU20にこの
検出信号を送る。ECU20はこの検出信号を、予め入力さ
れている第２図のマップと対照させ開度変化 が所定値αより大であるかどうかを判定し、大であれば
第２のスロットル弁６の開度を増大させ、加速直前の第
１のスロットル弁２の開度より大きな開度B₂とし、この
開度B₂の持続時間を予め設定された時間t₀とする。この
開度B₂は急加速時ほど大きく、またこの持続時間t₀も長
くなる。

この結果第３の吸気ポート７には大量の吸気が供給さ
れ、燃料噴射弁15からの増量された噴霧燃料を迅速かつ
円滑に燃焼室11内に送り込む。そのため、エンジン急加
速時の加速応答性が良好となる。

第４図はこの第２のスロットル弁６の作動制御のフロー
チャートで、上記のように、第１のスロットル弁２の開
度を読み取りその開度微分値を設定値αと比較し、αよ
り大きい場合に第２のスロットル弁６の開度の増加分△
B₂とその持続時間t₀を決定して、加速直前の開度B₁に加
える。ECU20はこの指令をスロットルアクチエータ21に
与えて第２のスロットル弁６の開度を大きくしかつこの
開度B₂をt₀時間持続する。そしてt₀時間経過後、開度は
減少し、B₃となる。

一方、第１のスロットル弁２の開度変化 が所定値αより小さければ、上記の作用は行わず、その
まま第２のスロットル弁６の開度の増加は行わない。

なお、第１のスロットル弁２の全閉状態からの加速時に
も、第２のスロットル弁６を短時間開くようにすれば、
上記の作用と同じように良好な加速応答性が得られる。

一方、エンジンの高負荷時には、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はある一定負荷で全開となり
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。

また第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自体の構造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、エンジンの急加速時には第２のスロッ
トル弁の開度を一時的に所定時間だけ第１のスロットル
弁の開度より大きくなるようにしているので、燃料を噴
射する第３の吸気ポートから一時的に大量の吸気が送ら
れ、そのため、増量された噴霧燃料がこの吸気により迅
速かつ円滑に燃焼室内に導入され、その結果良好な加速
応答性が得られるものとなる。

また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。

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図は同上実施例
におけるECUに入力するマップを示す線図、第３図は同
上実施例における第１及び第２のスロットル弁のエンジ
ン加速時における開度の変化を示す線図、第４図はエン
ジン加速時の第２のスロットル弁の制御動作を示すフロ
ーチャート、第５図は、本考案以前に本出願人の開発し
た複吸気弁エンジンの平面図、第６図は同上装置の第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、第７図は同じく本出願人の開発した他の複
吸気弁エンジンの第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、 19……スロットル開度センサ、 20……ECU、 21……スロットルアクチエータ。

───────────────────────────────────────────────────── 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 9/02 Ｆ 41/02 ３１０ Ｇ 8011−3Ｇ Ｆ０２Ｍ 69/00 ３６０ Ｃ 7825−3Ｇ

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【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は前記第１の吸気弁の開弁時期
   より遅らせるようにし、また、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、前記
   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
   た複吸気弁エンジンにおいて、エンジンの加速開始時に
   前記第２のスロットル弁の開度を一時的に所定時間前記
   第１のスロットル弁の開度より大きくしたことを特徴と
   する複吸気弁エンジン。