JPH0636276Y2 - 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、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、高回転，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
荷低回転時にさらに良好な成層化を達成することのでき
る複吸気弁エンジンを提案した（特願昭60-56126号参
照）。

この本出願人提案によ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、エンジンの高負荷高回転運転域におい
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接続し、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号の複吸気弁エンジンにより、部分
負荷時における良好な成層化は可能となった。一方、全
負荷等の高負荷高回転時においては、出力空燃比及び均
一混合気を得ることが必要であるが、上記のような第３
の吸気ポートへの燃料供給方式では、第３の吸気弁の開
閉時期等に自ずから制約があり、そのため高負荷高回転
時に必要な出力空燃比や均一混合気を得るには未だ十分
でないという問題がある。

また上記の複吸気弁エンジンにおいては第1,第２及び第
３の吸気ポートの燃焼室への開口部は燃焼室の中心に関
して同じ側に設けられ、２個の排気ポートの燃焼室への
開口部が燃焼室の中心に関して前記第１及び第２の吸気
ポート開口部の対向側に設けられる配置となっているた
め、燃料噴射すべき第３の吸気ポート開口部はそのスペ
ースに制約を受け第３の吸気弁は小径とせざるを得ず、
そのため高負荷高回転時に供給燃料が不足するという問
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、エンジンの高負荷高回転
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接続した複吸
気弁エンジンにおいて、前記第３の吸気ポートの燃焼室
への開口部を、燃焼室の中心に関して前記第１の吸気ポ
ートの燃焼室への開口部の対角線側の対向した位置に、
第３の吸気ポートからの吸気が第１の吸気ポートで生じ
たスワールを助長する方向に設けたを特徴とするもので
ある。

なお上記のように第１及び第３の吸気ポートの開口部を
配置するに当り、第２の吸気ポート開口部は第１の吸気
ポート開口部と共にサイアミーズポートの配置となし、
排気ポートは１個としてその燃焼室への開口部を燃焼室
の中心に関して第１の吸気ポート開口部の対向側に設け
るものである。

〔作用〕

本考案は上記のような構成を有することにより、第３の
吸気ポートからの吸気は第１の吸気ポートで発生した燃
焼室内のスワールを助長する作用をし、そのため従来の
第３の吸気弁の開弁時期を早めても前記スワールを破壊
するおそれがなくなる。そのため低負荷低回転時におい
て従来通りの良好な成層混合気を得ることができる。さ
らに第３の吸気弁の弁径を従来のものより大径とするこ
とができ、そのため高負荷高回転時に必要な多量の燃料
をスムーズに吸入させることができ、上記の第３の吸気
弁の開弁時期を早め得ることによる吸入空気量の増大と
相俟って高出力を得ることができ、良好な運転性能を達
成することができる。

〔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は主吸気ポートであってその下
流側で第１の吸気ポート２、第２の吸気ポート３に分岐
し、その先端が第１の吸気弁４と第２の吸気弁５を介し
て燃焼室６にそれぞれ開口している。これら第１及び第
２の吸気ポート2,3の開口位置は図示のように燃焼室６
の中心に関して同じ側に位置し、いわゆるサイアミーズ
ポート形式の配置となっている。第１の吸気ポート２は
ヘリカルポートとして公知のように第１の吸気弁４の近
くで渦巻状に形成され、この吸気ポート２を通って吸入
された空気が矢印Ａで示されるように燃焼室６内にスワ
ールを生じるようになっている。第２の吸気ポート３は
ストレート状である。この第２の吸気ポート３には吸気
制御弁７が配置され、エンジン回転数、負荷が小さい時
には第２の吸気ポート３を閉じ、エンジン回転数、負荷
の大きいときには前記第２の吸気ポート３を開くことが
できるようになっている。こお吸気制御弁７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
ンを低速，低負荷で運転する時、この第２の吸気ポート
３を閉じ、エンジンを高速、高負荷で運転する時、第２
吸気ポート３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（例えば第１の吸気ポー
ト２中の負圧）又は大気圧を導入して吸気制御弁７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）によって制御
される。

８は第３の吸気ポートであって第３の吸気弁９を介して
燃焼室６に開口している。この第３の吸気ポート８の開
口位置は図示のように、燃焼室６の中心に関し、第１及
び第２の吸気ポート2,3の開口位置とは反対側に位置し
かつ第１の吸気ポート２の対角線側の対向した位置に、
第３の吸気ポート８からの吸気が第１の吸気ポート２で
生じたスワールを助長する方向に配置されている。また
第３の吸気ポート８の径は第１及び第２の吸気ポート2,
3の径とほぼ同じ大きさである。この第３の吸気ポート
８には燃料噴射室10が配設され、この燃料噴射弁10はEC
U（図示しない）によって制御される。

11は排気ポートで排気弁12を介して燃焼室６に開口して
いる。13は燃焼室６のほぼ中心部に位置する点火栓であ
る。

したがって第1,第2,第３の各吸気ポート2,3,8と、ただ
１個の吸気ポート11の各開口部の位置関係は、図示のご
とく、燃焼室６の中心（点火栓13）に関して、第３の吸
気ポート８の開口部が第１の吸気ポート２の対角線側
に、また排気ポート11の開口部が第２の吸気ポート３の
対角線側に、それぞれ位置するものとなる。

前記第1,第２及び第３の吸気弁4,5及び９と、燃料噴射
弁10の作動時期は第２図に示されている。

第３の吸気弁９の開弁時期はその動作曲線Ｙに示すよう
に、Ｘでその動作曲線が示される第１及び第２の吸気弁
４及び５よりやや遅く吸気行程前半Ｆで開弁し、第１及
び第２の吸気弁４及び５とほぼ同じ時期Ｅに開弁するよ
うにしている。前掲の特願昭60-56126号（従来装置）に
おける第３の吸気弁の動作曲線Ｙ′と比べればその開弁
時期が早く、したがって長期にわたって開弁しているこ
とがわかる。

また燃料噴射弁10は同図のＺに示すように噴射の開始Ｉ
から同終了Ｈまでの時期Ｉ〜Ｈが第３の吸気弁９の開弁
期間内にあるように、エンジンの回転数，負荷に対して
進退制御される。

本実施例の作用を次に説明する。

エンジンの低負荷低回転域においては、第２図に示すよ
うに、まず第１及び第２の吸気弁４及び５がＤで開弁
し、第２の吸気ポート３は吸気制御弁７で閉じられてい
るので、燃焼室６内には第１吸気弁４から空気が吸入さ
れ安定したスワールＡが発生する。続いて吸気行程の前
半Ｆで第３の吸気弁９が開弁される。第３の吸気ポート
８にはECUからの信号によって燃料噴射弁10から燃料
が、その燃料噴射期間Ｉ〜Ｈが第３の吸気弁９の開弁期
間内となるような噴射時期で噴射される。そのため第３
の吸気弁９からは、吸気行程の後半に濃混合気が燃焼室
６内に流入し、第１の吸気ポート２により生じたスワー
ルＡを助長する方向に進み、このスワールに乗って燃焼
室６の中心部に向う。

吸気行程の前半は第１の吸気弁４から空気のみが吸入さ
れピストン上面付近に滞留し、吸気行程後半には第３の
吸気弁９から濃混合気が吸入され、シリンダヘッド近傍
に滞留することになる。この成層状態はスワールＡ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13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ECRポート（図示しない）から大
量のEGRガスが燃焼室６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。

このように、第３の吸気ポート８の開口部が第１の吸気
ポート２の開口部の対角線側に位置しているため、この
第３の吸気ポート８から吸入された混合気はスワールＡ
を助長する働きをし、そのため低負荷時におけるスワー
ルは増強され、より良好なリーンバーンが達成される。

一方、エンジンの高回転，高負荷時には吸気制御弁７が
開弁されるので、第1,第2,第３の吸気弁4,5,9から大量
の新気を燃焼室６内に吸入することが可能となり、良好
な軸トルク、出力が得られる。特に第３の吸気ポート８
の開口部は燃焼室中心に関し第１の吸気ポート２の開口
部の対角線側に位置しているため、従来の装置のような
配置に比べて第３の吸気ポートの径を大径とすることが
でき吸入空気量が増大するので高負荷時における充填効
率が向上し出力が増大するものとなる。また上記第３の
吸気ポート８の配置によりスワールＡを助長するものと
なるので、第１の吸気ポート２の形状をことさら強力な
スワール形状とすることを要せず、そのためこの第１の
吸気ポート２の吸気抵抗は減少し、これがまた高負荷時
の充填効率の向上をもたらすものとなる。

〔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，低回転域では、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。

またエンジンの高負荷高回転域では、第３の吸気ポート
を従来のものより大径にすることが可能となりしかも第
３の吸気弁の開弁時期を早めることができるので、第３
の吸気ポートかたも大量の空気を供給することができ、
そのため充填効率が向上し出力の増強が得られるものと
なる。また第３の吸気ポートからの吸気によるスワール
の破壊がないので第１の吸気ポートは比較的緩やかなス
ワール形状とすることで足り、そのため吸気抵抗は減少
し、これがまた充填効率を高める要因ともなる。

このようにして、低負荷低回転域から高負荷高回転域に
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概略平面図、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を示
すグラフである。 ２…第１吸気ポート、３…第２吸気ポート、 ４…第１吸気弁、５…第２吸気弁、 ６…燃焼室、７…吸気制御弁、 ８…第３吸気ポート、９…第３吸気弁、 10…燃料噴射弁、11…排気ポート、 13…点火栓。

Claims (2)

【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
   荷高回転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
   口した複吸気弁エンジンにおいて、前記第３の吸気ポー
   トの燃焼室への開口部を、燃焼室の中心に関して前記第
   １の吸気ポートの燃焼室への開口部の対角線側の対向し
   た位置に、第３の吸気ポートからの吸気が第１の吸気ポ
   ートで生じたスワールを助長する方向に設けたことを特
   徴とする複吸気弁エンジン。
2. 【請求項２】前記第１の吸気ポートと前記第２の吸気ポ
   ートの各開口部はサイアミーズポートの配置となし、排
   気ポートは１個となしてその燃焼室への開口部を前記第
   １の吸気ポートの開口部と対向する位置に設けたことを
   特徴とする実用新案登録請求の範囲第１項記載の複吸気
   弁エンジン。