JPH0755330Y2 - ３個の吸気弁を備えた内燃エンジン - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本考案は３個の吸気弁を備えた内燃エンジンに関する。

（従来の技術） 通常の４サイクルエンジンでは、吸入と排気のバルブを
１つのシリンダに１個づつ取り付ける２バルブ方式が一
般的である。バルブはその直径が大きい程吸・排気効率
が高まり、エンジン回転を上げられる訳であるが、燃焼
室は上から見ると円形であるために２個のバルブの大き
さにも限界がある。そこで、エンジンの吸入、排気の効
率を高めるためにバルブの数を増加して吸入、排気孔の
開口面積を大きくする機構が採用されている。

その代表的なものとして、ツインカムシャフトと、４バ
ルブとを組み合わせた４バルブ機構がある。４バルブに
すると、吸排気効率を高くすることにより馬力、トルク
の増大の外に動弁機構の質量が小さくなるために高回転
を可能とし、更に、回転による機械損失を少なくする効
果もあり、また、バルブの開閉タイミングをコントロー
ルすることにより、低、中速トルクを向上することも可
能となり、スポーツカー等の高出力エンジンのみでな
く、実用エンジンにも４バルブエンジンが採用されつつ
ある。

更に、近年ではより高出力化を要求され、吸入効率をよ
り向上させるために１気筒当たり３個の吸入バルブと、
２個の排気バルブとを備えた５バルブエンジンが開発さ
れている。また、エンジンの運転状況に応じて最も適当
な燃料供給量をマイクロコンピュータで演算して噴射弁
を制御し、マニホールドに燃料を噴射して混合気を作る
電子制御燃料噴射装置が普及されている。

１気筒当たり３個の吸気弁を有するエンジンの各吸気ポ
ートに燃料を噴射させる噴射弁として、第５図及び第６
図に示すように噴射弁20に１個の噴口20aを設け、当該
噴口20aから噴射する燃料の噴射流（以下噴霧流とい
う）21を中央の吸気ポート23と外側の吸気ポート22、24
との３個の吸気ポートに供給するようにした１噴霧流噴
射弁、或いは第７図及び第８図に示すように噴射弁25に
２個の噴口25aと25bとを設け、これらの噴口25a、25bか
ら２本の噴霧流26、27を噴射し、一方の噴霧流26により
外側の吸気ポート22と中央の吸気ポート23の半分とに燃
料を供給し、他方の噴霧流27により外側の吸気ポート24
と中央の吸気ポート23の半分とに燃料を供給するように
して３個の吸気ポートに燃料を供給するようにした２噴
霧流噴射弁がある。

（考案が解決しようとする問題点） しかしながら、１噴霧流噴射弁は噴霧が外側の吸気ポー
トに比して中央の吸気ポートに多く供給されるために、
外側の吸気弁の燃料による冷却が十分でなく、また、２
噴霧流噴射弁は外側の吸気ポートと中央の吸気ポートの
半分とに１つの噴霧流で燃料供給するために燃料の分配
のバランスが困難であり、この結果、中央と外側との吸
気弁の冷却が均等になり難く、しかも、吸気ポートの壁
面への燃料の付着が多く、何れも吸気弁の冷却の面にお
いて好ましくない。

また、１噴霧流噴射弁、２噴霧流噴射弁は中央の吸気ポ
ートのみまたは外側のみ混合気が濃厚となり易く、一様
な空燃比を得ることが困難であり、ターボチャージャ等
を使用した高過給圧下の燃料の気化が悪い状態における
全開運転時の出力低下、ススの発生、更に、燃料の気化
の悪い低温時始動、低温運転時における円滑な運転や、
加速、減速、負荷変動時等の過渡状態におけるエンジン
の応答性、安定性が低下する。

更に、１噴霧流噴射弁、２噴霧流噴射弁は各吸気ポート
間の壁面に付着する燃料が多いために、急加速時等に必
要な燃料量が確保されず、反対に減速時等において燃料
をカットしても壁面に付着した燃料がシリンダに流れ込
み、応答性が悪くなる。このため上記従来の１噴霧流噴
射弁、２噴霧流噴射弁では３個の吸気弁を有するエンジ
ンの特徴を十分に引き出し得ないという問題がある。

本考案は上述の問題点を解決するためになされたもの
で、１気筒当たり３個の吸気弁を有するエンジンにおい
て３つの噴霧流を発生させて３個の吸気弁のための各吸
気ポートに各別に噴霧流を供給することにより前記エン
ジンの特徴を十分に引き出すようにした３個の吸気弁を
備えた内燃エンジンを提供することを目的とする。

（問題点を解決するための手段） 上記目的を達成するために本考案によれば、１気筒当た
り３個の吸気弁を有し、吸気ポートの下流を各吸気弁の
ための独立し下流に向かって下方に湾曲したた３つの吸
気ポートに分岐し、各外側の吸気ポートに対応する各吸
気弁の弁軸と傘部平面との第１、第２の各交点を結ぶ直
線に対して下側に中央の吸気ポートに対応する吸気弁の
弁軸と傘部平面との第３の交点が存在し、上記吸気ポー
トの上流に１個の噴射弁を配置して各吸気ポートに燃料
を噴射供給するようにした３個の吸気弁を備えた内燃エ
ンジンにおいて、噴射弁の中心軸と垂直をなし、且つ吸
気ポートを３つに画成する隔壁が存在しこれらの隔壁に
より３つの吸気ポートが完全に分離独立している箇所を
通る平面のうちで最も噴射弁に近い平面を吸気通路規定
面と規定し、噴射弁は各吸気ポートと対応する３つの噴
口を有し、外側の各噴口の噴射方向軸を前記外側の吸気
弁の傘部中心より斜め上方にすべく前記規定面上の各外
側の吸気ポートの開口面内に設定し、中央の噴口の噴射
方向軸を、各外側の噴射方向軸と吸気通路規定面との各
交点を結ぶ直線に対して、前記第３の交点と同じ側且つ
前記中央の吸気弁の傘部中心より斜め上方に向かうよう
に当該中央の噴射方向軸と吸気通路規定面上の中央の吸
気ポートの開口面との交点が存在するように設定した構
成としたものである。

（作用） 噴射弁の３つの噴口から夫々噴射された燃料はこれらの
各噴口に対応し、且つ各吸気弁のための独立した各吸気
ポートに各別に供給される。これにより、各吸気ポート
に略同量の燃料量が供給され、各吸気弁の冷却が略均等
になされ、シリンダ内の空燃比が略一様となり、且つ各
吸気ポートの壁面への燃料の付着が少なくなる。

（実施例） 以下本考案の一実施例を添付図面に基づいて詳述する。

第１図乃至第３図は１気筒当たり３個の吸気弁を備えた
内燃エンジンの吸気系を示し、シリンダヘッド１には吸
気ポート２が形成され、この吸気ポート２は途中から隔
壁2a、2bにより長手方向に沿って３つの吸気ポート３〜
５に画成されている。これらの各吸気ポート３〜５は各
断面が略円形をなし、且つ断面積が略同一に形成されて
おり、外側の２つの吸気ポート３、５は同じ高さ位置
に、中央の吸気ポート４は分岐された位置から徐々に低
くなり外側の吸気ポート３、５よりも僅かに低い位置に
配置されており、吸気ポート３〜５の各開口端3a〜5aは
夫々燃焼室６の上壁の所定箇所に開口している。

噴射弁10は先端面に第４図に示すように３個の噴口10a
〜10cを穿設されている。２つの噴口10a、10cは中心よ
りも上側に、且つ同じ高さ位置に対称に配置されてお
り、噴口10bは中心よりも下側に、且つ噴口10aと10cと
の中間に位置して配置されている。即ち、各噴口10a〜1
0cは、噴口10aと10cを結ぶ直線を底辺とする二等辺三角
形の各頂点に配置されている。そして、各噴口10a〜10c
は前記各吸気ポート３〜５と対応する。また、これらの
噴口10a〜10cは同径に設定されており、同量の燃料が噴
射される。尚、各噴口10a〜10cの配置は上述の配置に限
るものではなく、例えば同一円周上に配置するようにし
てもよい。

この噴射弁10は吸気ポート２の上流側の上壁に配置さ
れ、先端が当該吸気ポート２内、且つ各吸気ポート３〜
５に臨んで嵌挿されている。そして、この噴射弁10は、
中心軸を第１図に示すように吸気ポート２の中心上に、
且つ第２図に示すように水平面と所定の角度をなして傾
斜して配置されている。この取付状態において各噴口10
a〜10cから噴射される燃料の噴射流即ち、噴霧流７〜９
の中心である噴射方向軸は、隔壁2a、2bにより３つの吸
気ポート３〜５が完全に独立した吸気ポートとなったと
きの開口端3b〜5bを通り、且つ噴射弁10の中心軸と垂直
をなす平面11上の各開口3b〜5bの中心Ａ〜Ｃに向けて設
定される。この平面11は噴射弁10の中心軸と垂直をな
し、且つ吸気ポート２を３つに画成する隔壁2a、2bが存
在し、これらの隔壁2a、2bにより３つの吸気ポート３〜
５が完全に分離独立している箇所を通る平面のうちで最
も噴射弁10に近い平面で、本考案においては吸気通路規
定面と称する。

噴射弁10の各噴霧流７〜９の噴射方向軸はこのように各
開口3b〜5bの中心Ａ〜Ｃに設定することが最も好ましい
が、かかる設定は極めて困難であり、これらの各中心Ａ
〜Ｃの近傍に設定されることとなる。このとき、中央の
吸気ポート４は前述したように外側の吸気ポート３、５
よりも下側に位置し、且つ曲率も小さいために、当該吸
気ポート４内に噴射される燃料は吸気ポート３、５の場
合に比して壁面に付着し易くなる。従って、かかる不具
合を少なくするためには噴口10bの噴射方向軸が吸気ポ
ート４の開口端4bにおける吸気通路規定面11と交わる交
点の存在位置を制限することが必要である。

ところで、噴射弁10の噴霧流は各々対応する吸気弁のた
めの吸気ポート３〜５の一部又は全部に対して噴射を行
い、対応しない吸気弁のための吸気通路には殆ど噴霧し
ない。従って、噴霧流７〜９の中心である噴射方向軸は
各々必ず対応する吸入弁のための前記吸気通路規定面11
内に存在する。

そこで、噴射弁10の各噴霧流７〜９の噴射方向軸と吸気
通路規定面11との交点を夫々Ａ′、Ｂ′、Ｃ′とし、各
吸気ポート３〜５に対応する各吸気弁において弁軸と傘
部平面との各交点を夫々Ｄ、Ｅ、Ｆ（第２図、第３図）
とする。一方、吸気通路規定面11上における吸気ポート
４の開口端4bは、吸気ポート３、５の各開口端3b、5bに
対して当該吸気ポート４の燃焼室６における開口端4aが
吸気ポート３、５の開口端3a、5aに対して位置する側と
同じ側に位置している。そこで、吸気ポート４に対する
噴霧流８の噴射方向軸を、前記点ＤとＦとを結ぶ直線DF
に対して点Ｅの存在する側に、且つ点Ａ′とＣ′とを結
ぶ直線Ａ′Ｃ′に対してＥ点と同じ側に点Ｂ′が存在す
るように設定する（第３図）。

以下に作用を説明する。

電子制御燃料噴射装置（図示せず）は、エンジンの運転
状態に応じてマイクロコンピュータにより最適な燃料量
を演算して所定時間噴射弁10を開弁制御する。噴射弁10
は開弁されると各噴口10a〜10cから同時に、且つ同量の
燃料を噴射させる。これらの各噴口10a〜10cから噴射さ
れた燃料即ち、噴霧流７〜９は第１図及び第２図に示す
ように対応する吸気ポート３〜５の吸気通路規定面11の
各中心点Ａ〜Ｃに向かう噴射方向軸を中心として放射状
に拡がりながら各開口端3b〜5bに向かって流れる。そし
て、これらの各噴霧流７〜９は互いに独立して、且つ干
渉し合うことなく各吸気ポート３〜５に流入する。

この結果、これらの各吸気ポート３〜５を経て各吸気弁
からシリンダ内に供給される燃料量が略同量となり、エ
ンジンの運転性能の向上が図られる。しかも、各噴霧流
７〜９は対応する各吸気ポート３〜５のみに向けて供給
されるためにこれらの吸気ポート３〜５の壁面への付着
が少なくなり、噴霧流７〜９の燃料が略そのままシリン
ダ内に供給される。この結果、急加速等の過渡状態にお
けるエンジンの応答性が向上する。

（考案の効果） 以上説明したように本考案によれば、１気筒当たり３個
の吸気弁を有し、吸気ポートの下流を各吸気弁のための
独立し下流に向かって下方に湾曲した３つの吸気ポート
に分岐し、各外側の吸気ポートに対応する各吸気弁の弁
軸と傘部平面との第１、第２の各交点を結ぶ直線に対し
て下側に中央の吸気ポートに対応する吸気弁の弁軸と傘
部平面との第３の交点が存在し、上記吸気ポートの上流
に１個の噴射弁を配置して各吸気ポートに燃料を噴射供
給するようにした３個の吸気弁を備えた内燃エンジンに
おいて、噴射弁の中心軸と垂直をなし、且つ吸気ポート
を３つに画成する隔壁が存在しこれらの隔壁により３つ
の吸気ポートが完全に分離独立している箇所を通る平面
のうちで最も噴射弁に近い平面を吸気通路規定面と規定
し、噴射弁は各吸気ポートと対応する３つの噴口を有
し、外側の各噴口の噴射方向軸を前記外側の吸気弁の傘
部中心より斜め上方にすべく前記規定面上の各外側の吸
気ポートの開口面内に設定し、中央の噴口の噴射方向軸
を、各外側の噴射方向軸と吸気通路規定面との各交点を
結ぶ直線に対して、前記第３の交点と同じ側且つ前記中
央の吸気弁の傘部中心より斜め上方に向かうように当該
中央の噴射方向軸と吸気通路規定面上の中央の吸気ポー
トの開口面との交点が存在するように設定することによ
り、各吸気弁に均等に且つ各吸気ポートの壁面への付着
量を少なくして燃料を供給することが可能となり、各吸
気弁の冷却が略均等且つ良好に行われる。また、各吸気
弁より吸入する空気に対して各々に適切な燃料を噴射す
ることより中央のみ又は外側のみ燃料が過濃となること
がなくなり、この結果、シリンダ内吸気の空燃比が略一
様となり特に、ターボチャージャ等を使用した高過給圧
下の全開運転時における出力の向上、ススの発生防止、
低温始動時及び低温運転時における円滑な運転、加速、
減速等の過渡状態におけるエンジンの応答性及び安定性
の向上が図られる。更に、燃料の吸気ポート壁面への付
着が少なくなるために、低温始動性、低温運転性及び過
渡状態における応答性、安定性が向上する等の優れた効
果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案に係る３個吸気弁を備えた内燃エンジン
の吸気系の概略構成図、第２図は第１図の矢線II−IIに
沿う断面図、第３図は第２図の矢線III−IIIに沿う断面
図、第４図は第１図の噴射弁の端面図、第５図は従来の
１噴霧流噴射弁により３個の吸気弁に燃料を噴射する吸
気系の概略図、第６図は第５図の矢線VI−VIに沿う断面
図、第７図は従来の２噴霧流噴射弁により３個の吸気弁
に燃料を噴射する吸気系の概略構成図、第８図は第７図
の矢線VIII−VIIIに沿う断面図である。 １…シリンダヘッド、２〜５…吸気ポート、2a、2b…隔
壁、６…燃焼室、７〜９…噴霧流、10…噴射弁、10a〜1
0c…噴口、11…吸気通路規定面。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】１気筒当たり３個の吸気弁を有し、吸気ポ
   ートの下流を各吸気弁のための独立し下流に向かって下
   方に湾曲した３つの吸気ポートに分岐し、各外側の吸気
   ポートに対応する各吸気弁の弁軸と傘部平面との第１、
   第２の各交点を結ぶ直線に対して下側に中央の吸気ポー
   トに対応する吸気弁の弁軸と傘部平面との第３の交点が
   存在し、上記吸気ポートの上流に１個の噴射弁を配置し
   て各吸気ポートに燃料を噴射供給するようにした３個の
   吸気弁を備えた内燃エンジンにおいて、 噴射弁の中心軸と垂直をなし、且つ吸気ポートを３つに
   画成する隔壁が存在しこれらの隔壁により３つの吸気ポ
   ートが完全に分離独立している箇所を通る平面のうちで
   最も噴射弁に近い平面を吸気通路規定面と規定し、 噴射弁は各吸気ポートと対応する３つの噴口を有し、外
   側の各噴口の噴射方向軸を前記外側の吸気弁の傘部中心
   より斜め上方にすべく前記規定面上の各外側の吸気ポー
   トの開口面内に設定し、 中央の噴口の噴射方向軸を、各外側の噴射方向軸と吸気
   通路規定面との各交点を結ぶ直線に対して、前記第３の
   交点と同じ側且つ前記中央の吸気弁の傘部中心より斜め
   上方に向かうように当該中央の噴射方向軸と吸気通路規
   定面上の中央の吸気ポートの開口面との交点が存在する
   ように設定することを特徴とする３個の吸気弁を備えた
   内燃エンジン。