JPH0953455A

JPH0953455A - エンジンの吸気装置

Info

Publication number: JPH0953455A
Application number: JP7203355A
Authority: JP
Inventors: Kazuaki Umezono; 和明梅園; Toshihide Yamamoto; 寿英山本
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1995-08-09
Filing date: 1995-08-09
Publication date: 1997-02-25
Anticipated expiration: 2015-08-09
Also published as: JP3562047B2

Abstract

(57)【要約】【課題】混合気供給ポートを特設しない簡単な構造で
成層化を有効に行い、良好なリーンバーン運転を実現す
る。【解決手段】略中央部に点火プラグ８が設けられたシ
リンダ１内に、第１吸気ポート３と第２吸気ポート４と
を連通させる。第２吸気ポート４に開閉弁１０を設け、
この開閉弁１０と吸気弁との間にインジェクタ１６の燃
料噴射口を挿入する。目標空燃比が理論空燃比よりも高
いリーン運転領域では、開閉弁１０をほぼ全閉にし、そ
の下流側の第２吸気ポート４内で生成した混合気を点火
プラグ８の近傍に供給することにより、成層化を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、リーンバーン運転
が行われるエンジンの吸気装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、エンジンの吸気装置として、例え
ば実開昭６２−１８３３５号公報に示されるようなもの
が知られている。この装置では、通常の吸気を行うため
の第１および第２の吸気ポートに加え、混合気形成用の
第３吸気ポート（混合気供給ポート）が燃焼室に開口
し、このポートに燃料噴射弁が設けられるとともに、加
圧エア供給用の過給機を備えた連通路が接続されてい
る。このポートの燃焼室への開口部には、一定タイミン
グで開閉作動するタイミング弁（第３吸気弁）が設けら
れ、その開弁時期は第１，第２吸気ポートの吸気弁の開
弁時期よりも遅く設定されている。また、上記第２吸気
ポートには開閉弁（スワールコントロール弁）が設けら
れ、上記第１吸気ポートは常時開通されているのに対
し、第２吸気ポートは上記開閉弁の作動により運転状態
に応じて適宜開閉されるようになっている。

【０００３】このような装置では、上記第３吸気ポート
内で燃料と加圧エアとがミキシングされた上で、その混
合気が、上記第１吸気ポート等から吸入される空気とは
別に、吸気行程後半に燃焼室に送り込まれる。とくに低
負荷領域では、開閉弁によって第２吸気ポートが閉じら
れた状態で第１吸気ポートからの吸気により燃焼室内に
スワールが生成されつつ、第３吸気ポートから混合気が
燃焼室中央部の点火プラグに向けて送り込まれる。この
ようにして、点火プラグまわりに混合気を偏在させる
（すなわち成層化する）ことにより、良好なリーンバー
ンを実現して燃費の節減が図られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記装置では、既設の
第１吸気ポート及び第２吸気ポートに加えて、新たに第
３吸気ポートなるものを特設しなければならず、さらに
これを開閉するための弁やエア加圧手段も必要であり、
構造が複雑でコスト高となる不都合がある。また、開閉
弁が閉じた状態では第２吸気ポートがほとんど機能して
おらず、無駄の多い構造となっている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記事情に鑑
み、開閉弁が閉じた状態での第２吸気ポートを混合気供
給ポートとして有効活用することより、簡単な構造で成
層化を果たさんとするものであり、略中央部に点火プラ
グが設けられたシリンダ内に第１吸気ポートと第２吸気
ポートとが連通し、第２吸気ポートにおいて吸気弁より
も上流側の位置に開閉弁が設けられるとともに、目標空
燃比が理論空燃比よりも大きいリーン運転領域と目標空
燃比が理論空燃比以下のリッチ運転領域とが設定された
エンジンの吸気装置において、上記第２吸気ポートの吸
気弁と開閉弁との間の部分にインジェクタの燃料噴射部
を配置するとともに、上記リーン運転領域で上記開閉弁
をほぼ全閉とし、上記リッチ運転領域で上記開閉弁を開
く開閉制御手段を備えたものである。

【０００６】この構成において、リーン運転領域では、
開閉弁がほぼ全閉とされることにより第２吸気ポートが
混合気供給ポートとしての役割を担うことになり、この
第２吸気ポートにおいて吸気弁と上記開閉弁との間に挟
まれた空間内で燃料とエアとが混合され、この混合気が
シリンダ略中央部の点火プラグに供給されるとともに、
この混合気を取り巻くように第１吸気ポートからの吸気
がシリンダ内に取り込まれることにより、燃焼室内が成
層化され、良好なリーンバーンが確保される。一方、リ
ッチ運転領域では、開閉弁が開かれて両吸気ポートから
の吸気が実行され、十分な吸入空気量と燃料噴射量とに
よる均質燃焼によって高い出力が確保される。

【０００７】特に、上記第１吸気ポートを上記シリンダ
内壁面に沿う方向に指向させ、上記第２吸気ポートを上
記シリンダ内壁面に沿う方向よりも内側に指向させれ
ば、第１吸気ポートからの吸気によってスワールが形成
され、このスワールが第２吸気ポートからの混合気を取
り巻く状態となり、点火プラグ近傍に混合気を偏在させ
る、いわゆる成層化をより確実にできる。

【０００８】さらに、少なくとも開閉弁がほぼ全閉とさ
れるリーン運転領域での第２吸気ポートにおける吸気弁
閉弁時期を、第１吸気ポートにおける閉弁時期よりも遅
い時期でかつ圧縮行程中の時期に設定したものによれ
ば、上記圧縮行程において第２吸気ポート内に燃焼室内
の加圧エアが押し込まれてから第２吸気ポートが閉弁さ
れることにより、この第２吸気ポート内に加圧エアがほ
ぼ閉じ込められた状態とになり、この加圧エアに燃料が
噴射されて混合気が形成されてから第２吸気ポートが開
弁することにより、特別なエア加圧手段を用いずして、
この第２吸気ポートから点火プラグ近傍へ確実に上記混
合気が供給されることになる。

【０００９】この第２吸気ポートのバルブタイミング
は、完全に固定してもよいし、バルブタイミング可変機
構によって変化させるようにしてもよい。

【００１０】バルブタイミングを固定する場合、その閉
弁時期が早すぎると、開閉弁をほぼ全閉にする運転領域
において特に高回転時に第２吸気ポート内に燃焼室内の
圧縮エアを取り込む期間が確保できなくなり、逆に開弁
時期が遅すぎると、開閉弁を開いても第２吸気ポートへ
のエアの吹き返しが生じやすくなって特に高負荷運転時
に必要な出力が確保できなくなるため、この第２吸気ポ
ートにおける閉弁時期は、第１吸気ポートにおける閉弁
時期よりも遅い時期であって圧縮行程前半中の時期に設
定するのが、好ましい。

【００１１】なお、開閉弁をほぼ全閉とする領域すなわ
ちリーンバーン領域は一般に低負荷領域とされるが、高
回転時には、第２吸気ポート内に燃焼室内のエアを取り
込む時間を十分に確保できず、開閉弁をほぼ全閉にする
と第２吸気ポートから燃焼室内にうまく混合気が供給さ
れなくなるおそれがあるので、開閉弁をほぼ全閉とする
領域は低負荷低回転領域に限定し、低負荷高回転領域で
は開閉弁を開いて燃料を吸気とともに燃焼室内へ送り込
むのが、より好ましい。

【００１２】一方、第２吸気ポートのバルブタイミング
を可変とする場合、上記開閉弁をほぼ全閉とする領域で
は第２吸気ポートにおけるバルブタイミングを第１吸気
ポートにおけるバルブタイミングよりも遅いバルブタイ
ミングであって吸気行程から圧縮行程にわたるバルブタ
イミングにし、それ以外の領域では上記開閉弁をほぼ全
閉とする領域よりも第２吸気ポートにおけるバルブタイ
ミングを第１吸気ポートにおけるバルブタイミングに近
づけるバルブタイミング制御手段を備えるのがよい。こ
の構成によれば、開閉弁をほぼ全閉とする領域では、遅
くまで第２吸気ポートを開くことによって、この第２吸
気ポート内に十分エアを取り込むことが可能である一
方、それ以外の領域、すなわち開閉弁を開く領域では、
当該期間を短くして第２吸気ポート内へのエアの取込み
を少なくすることにより、成層化を弱めてＮＯｘ発生量
を減らすことができる。また、第２吸気ポートの閉弁時
期を早めることにより、この第２吸気ポートへのエアの
吹き返しも抑制できる。

【００１３】さらに、上記開閉弁をほぼ全閉とする領域
では、エンジン回転数が高いほど上記第１吸気ポートに
おけるバルブタイミングに対する第２吸気ポートにおけ
るバルブタイミングの遅れ度合を増加させることによ
り、エンジン回転数にかかわらず常に第２吸気ポートへ
エアを取り込むのに十分な期間を確保することが可能に
なる。

【００１４】上記リーン運転領域では、その全域におい
て開閉弁をほぼ全閉としてもよいが、このリーン運転領
域内で目標空燃比を運転状態に応じて変化させる場合、
このリーン運転領域の中でも特に目標空燃比がリーンで
ある（すなわち特に成層化が要求される）第１の領域の
み上記開閉弁をほぼ全閉にし、それ以外の領域、すなわ
ち比較的目標空燃比がリッチ側である第２の領域では第
１の領域よりも開閉弁の開度を大きくするように上記開
閉制御手段を構成するのがよい。このように開閉弁を少
し開くことにより、成層化が弱められ、その分ＮＯｘ発
生量が減ってエミッションが向上することになる。

【００１５】このように成層化を弱めるとＮＯｘ発生量
が減る理由は次の通りである。ＮＯｘは、燃焼温度が高
いほど発生しやすい。ここで、ある程度以上のリーン運
転領域では、リッチ運転領域に比べて燃焼室内の平均温
度は低いが、上記成層燃焼を行うと局部的に高温化し、
この部分でＮＯｘが発生してしまう。従って、成層化を
弱めるとＮＯｘ発生量が減ることになる。

【００１６】ただし、空燃比が非常に高いリーン運転で
は成層化が不可欠であるため、この領域では成層燃焼を
行い、空燃比が低くなるにつれて、燃焼性を確保できる
範囲で成層化を弱めることにより、ＮＯｘ発生量の抑制
が可能となるのである。

【００１７】従って、上記リーン運転領域内では、目標
空燃比が低いほど開閉弁の開度を徐々に増大させるよう
に上記開閉制御手段を構成してもよい。

【００１８】また、上記第２の領域の中でも、目標空燃
比が低い特定領域ではほとんど成層化の必要がないた
め、リッチ運転領域における開閉弁開度と同等の開度ま
で開閉弁開度を増大させるようにしてもよい。これによ
り、上記特定領域でのＮＯｘ発生量はさらに低減する。

【００１９】燃料噴射時期については、上記リーン運転
領域のうちの上記第１の領域では上記第２吸気ポートに
おける開弁時期よりも前の時期に燃料噴射を行わせ、上
記第２の領域では上記第２吸気ポートにおける開弁開始
時に燃料噴射を行わせる燃料噴射制御手段を備えるのが
よい。この構成によれば、上記第１の領域、すなわち開
閉弁がほぼ全閉の領域では、第２吸気ポートの吸気弁の
開弁前にこの吸気弁と開閉弁との間の略閉空間内で燃料
とエアとを確実に予混合でき、この混合気を吸気弁開弁
時に安定した状態で点火プラグ回りに供給できる一方、
上記第２の領域、すなわち開閉弁が少し開かれて第２吸
気ポートからもある程度吸気がなされる領域では、この
第２吸気ポートでの開弁開始時に噴射した燃料を第２吸
気ポートからの吸気に乗せて燃焼室内に運ばせることに
より、ある程度の成層化を確保できる。

【００２０】また、上記リッチ運転領域（第２の領域に
おいて上記特定領域が設けられている場合にはリッチ運
転領域と特定領域）では、上記第２吸気ポートにおける
閉弁直後に燃料噴射を行わせることによって、次の第２
吸気ポート開弁時までに燃料を十分拡散させて均質燃焼
を促進できる。

【００２１】

【発明の実施の形態】本発明の第１の実施の形態を図１
〜図７に基づいて説明する。

【００２２】図１に示すシリンダ１は、エンジンに複数
設けられており、このシリンダ１の上部には、図２にも
示すような燃焼室２が形成されている。燃焼室２の一方
の側には、第１吸気ポート（以下、Ｐポートと称す
る。）３及び第２吸気ポート（以下、Ｓポートと称す
る。）４が設けられ、他方の側には第１排気ポート５及
び第２排気ポート６が設けられている。上記Ｐポート３
及びＳポート４には図略の吸気管が接続され、この吸気
管の途中にスロットル弁等が設けられており、上記両排
気ポート５，６には図略の排気管が接続されている。ま
た、燃焼室２の略中央部には点火プラグ８が配設されて
いる。

【００２３】ここで、Ｐポート３の軸線はシリンダ１の
内壁面に沿う方向に指向され、これによりスワール生成
の促進が図られている。これに対し、Ｓポート４の軸線
はシリンダ１の内壁面に沿う方向よりも内側よりの方向
に指向されている。

【００２４】燃焼室２へのＰポート３及びＳポート４の
開口部には吸気弁１２がそれぞれ設けられ、同様に、燃
焼室２への第１，第２排気ポート５，６の開口部には排
気弁１４がそれぞれ設けられている。Ｓポート４におい
てその吸気弁１２よりも上流側の位置には、このＳポー
ト４を開閉する開閉弁１０が設けられ、この開閉弁１０
と上記吸気弁１２との間の位置に、インジェクタ１６の
燃料噴射口が挿入されている。

【００２５】上記吸気弁１２及び排気弁１４は、カムシ
ャフト等からなる動弁機構によって開閉駆動されるが、
このうち第２吸気ポート４における吸気弁１２の動弁機
構１８にはＶＶＴ（バルブタイミング可変機構）２０が
設けられている。このＶＶＴ２０は、動弁機構１８のカ
ムシャフトとクランクシャフトとの回転位相をずらすこ
とにより、吸気弁１２のバルブタイミングを変化させる
ものであり、従来から用いられているものをそのまま適
用することが可能である。

【００２６】このエンジンには、図３に示すようなクラ
ンク角センサ２２、エンジン回転数センサ２４、吸気圧
センサ２６、スロットルセンサ２８といった各種センサ
が設けられており、これらの検出信号がＥＣＵ（コント
ロールユニット）３０に入力されるようになっている。
このコントロールユニット３０は、領域判別手段３２、
燃料噴射制御手段３４、開閉制御手段３６、及びＶＶＴ
制御手段（バルブタイミング制御手段）３８を備えてい
る。

【００２７】領域判別手段３２は、エンジン回転数セン
サ２４、吸気圧センサ２６、スロットルセンサ２８によ
って検出される運転状態が、図４に示すように主として
エンジン負荷により区画された各領域（Ａ）（Ｂ）
（Ｃ）（Ｄ）のうちのどの領域に属するかを判別するも
のである。

【００２８】燃料噴射制御手段３４は、運転状態に対応
して目標空燃比が設定されたマップから現在の運転状態
に対応する目標空燃比を割り出し、この目標空燃比に基
づいて必要燃料噴射量を算出するとともに、判別された
運転領域に応じてクランク角センサ２８の検出角に基づ
き燃料噴射時期を制御するものである。具体的に、上記
目標空燃比は、図７に示されるようにエンジン負荷が小
さいほど高く設定されるようになっており、各領域での
目標空燃比の範囲は次の通りである（燃料噴射時期につ
いては後に記す）。

【００２９】領域（Ａ）：２５〜４０領域（Ｂ）：２１〜２５領域（Ｃ）：１９〜２１領域（Ｄ）：理論空燃比（≒１４．７）すなわち、領域（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）が本発明にいうリー
ン運転領域とされ、領域（Ｄ）が本発明にいうリッチ運
転領域とされており、理論空燃比から１９までの空燃比
が目標空燃比から外されている。

【００３０】開閉制御手段３６は、開閉弁１０のアクチ
ュエータに適宜制御信号を出力することにより、エンジ
ンの運転状態に基づいて開閉弁１０の開度を制御するも
のであり、具体的には、領域（Ａ）では開閉弁１０をほ
ぼ全閉にし、領域（Ｂ）では開閉弁１０を半開にし、領
域（Ｃ）及び（Ｄ）では開閉弁１０を全開にするように
構成されている。

【００３１】ＶＶＴ制御手段３８は、前記ＶＶＴ２０に
制御信号を出力してバルブタイミングを制御するもので
ある。具体的には、図５（ａ）（ｂ）に示されるＰポー
ト３でのバルブタイミング（図例ではピストン上死点近
傍からピストン下死点近傍）に対し、上記領域（Ａ）で
は同図（ａ）のようにＳポート４でのバルブタイミング
を十分遅らせる（図例では吸気行程後半から圧縮行程前
半までの期間にする）一方、領域（Ｂ）（Ｃ）（Ｄ）で
は同図（ｂ）のようにＳポート４でのバルブタイミング
をＰポート３でのバルブタイミングとほぼ合致させるよ
うに、ＶＶＴ制御手段３８が構成されている。

【００３２】そして、図６に示すように、領域（Ａ）で
は燃料噴射時期をＳポート４の開弁直前の時期（すなわ
ち吸気行程中の時期）にし、領域（Ｂ）では燃料噴射時
期をＳポート４の開弁開始時（すなわち吸気行程開始
時）にし、領域（Ｃ）（Ｄ）では燃料噴射時期をＳポー
ト４の閉弁直後（すなわち圧縮行程中の時期）にするよ
うに、前記燃料噴射制御手段３４が構成されている。

【００３３】次に、この装置の作用を説明する。

【００３４】まず、低負荷領域である（Ａ）領域では、
目標空燃比が非常に高いリーンバーン燃焼が実行される
が、この領域では、開閉弁１０がほぼ全閉とされた上
で、図５（ａ）に示すようにＳポート４でのバルブタイ
ミングがＰポート３でのバルブタイミングよりも十分遅
延されて圧縮行程中期で閉弁がなされ、このＳポート４
での開弁の直前に燃料が噴射される。従って、上記圧縮
行程では、Ｓポート４内に燃焼室２内の加圧エアが押し
込まれてからＳポート４が閉弁されることにより、この
Ｓポート４内に上記加圧エアがほぼ閉じ込められた状態
となり、この加圧エアに燃料が噴射されて両者が予混合
されてから（すなわち混合気が形成されてから）Ｓポー
ト４が開弁されることにより、特別なエア加圧手段を用
いることなく、混合気が確実に燃焼室２内の点火プラグ
８の近傍に供給されることになる。一方、Ｐポート３か
らの吸気はスワールを形成し、上記混合気を取り巻くた
め、点火プラグ８回りに混合気が偏在するいわゆる成層
化状態が達成され、非常に高い空燃比でのリーンバーン
が実現可能となる。特に、図２に示すように、インジェ
クタ１６から噴射される燃料の一部が第２吸気ポート４
の天壁に当るようにその噴射方向を設定することによ
り、点火プラグ８近傍で燃料濃度を局所的により高める
ことが可能になる。

【００３５】すなわち、この装置におけるＳポート４
は、従来の混合気供給ポートと略同等の機能を果たして
おり、このＳポート４の活用によって混合気供給ポート
の省略が可能になる。

【００３６】中負荷領域である領域（Ｂ）もリーン運転
領域であるが、領域（Ａ）よりも目標空燃比は少しリッ
チ側に設定される。この領域（Ｂ）では、図５（ｂ）に
示すように両吸気ポート３，４のバルブタイミングが略
同等とされ、かつ、Ｓポート４が半開されるため、Ｐポ
ート３を通じての吸気と同時にＳポート４を通じてもあ
る程度の吸気が行われる。従って、領域（Ａ）に比べて
燃焼室内の成層度合は弱められる。ただし、この領域
（Ｂ）ではＳポート４での開弁開始時に燃料が噴射さ
れ、この燃料はＳポート４からの吸気に乗って燃焼室２
内に運ばれるため、ある程度の成層化は確保される。

【００３７】高負荷領域である領域（Ｃ）も一応リーン
運転領域であるが、目標空燃比が１９〜２１と理論空燃
比に近くて成層化の必要性が低いため、この領域では、
リッチ運転領域である最高負荷領域（Ｄ）と同様、開閉
弁１０が全開とされる。従って、吸気は両ポート３，４
を通じてフルに行われ、十分な吸入空気量及び燃料噴射
量でもって高い出力が確保される。しかも、燃料噴射は
Ｓポート４の閉弁直後に行われ、次の開弁時までに燃焼
室外で拡散するため、これによって均質燃焼が促進さ
れ、燃焼室内で局部的にオーバーリッチになることが避
けられる。

【００３８】図７は、各種燃焼が行われた時の空燃比と
ＮＯｘ発生量との関係をグラフにしたものであり、同図
の実線は均質燃焼（領域（Ｃ）（Ｄ）で行われる燃焼）
でのＮＯｘ発生量、一点鎖線は成層燃焼（領域（Ａ）で
行われる燃焼）でのＮＯｘ発生量、破線は部分成層燃焼
（領域（Ｂ）で行われる燃焼）でのＮＯｘ発生量をそれ
ぞれ示したものである。

【００３９】同図に示されるように、領域（Ｂ）すなわ
ち目標空燃比が２１〜２５の領域では、成層燃焼を行う
場合に比べて部分成層燃焼を行う場合の方が格段にＮＯ
ｘ発生量が低くなっている。従って、この領域で上記の
ような部分成層燃焼を行うことにより、従来のように混
合気供給ポートで成層燃焼を行う場合よりもＮＯｘ発生
量を大幅に低減させることができ、エミッションを向上
させることができる。また、領域（Ｃ）すなわち目標空
燃比が１９〜２１の領域では、上記部分成層燃焼を行う
よりも均質燃焼を行う方がＮＯｘ発生量がさらに低くな
っており、この領域で上記のように均質燃焼を行うこと
により、ＮＯｘ発生量のさらなる低減が可能になる。

【００４０】なお、領域（Ｄ）では理論空燃比での燃焼
が行われており、領域（Ａ）〜（Ｃ）に比べてＮＯｘ発
生量は多くなっているが、この理論空燃比での運転で
は、排気系に設けた触媒（例えば三元触媒）によってＮ
Ｏｘ排出量を十分低減できるため、特に支承はない。

【００４１】すなわち、この第１の実施の形態のような
運転（図７に太線で示される運転）を行うことにより、
良好なリーンバーン運転を可能にしながら、全領域にお
いてＮＯｘ排出量を最も少ない量に抑え、エミッション
を向上できることになる。

【００４２】また、このエンジンにＥＧＲ装置を付設す
れば、ＮＯｘをさらに低減できることはいうまでもな
い。

【００４３】次に、第２の実施の形態を説明する。上記
の第１の実施の形態では、ＶＶＴ２０によってＳポート
４でのバルブタイミングを可変にしているが、ここでは
同バルブタイミングを図８に示すようなタイミングに固
定している。

【００４４】まず、Ｓポート４での開弁時期は、Ｐポー
ト３でのそれと同様にピストン上死点近傍まで早められ
ている。これにより、Ｓポート４を通じての吸入空気量
が増やされ、高負荷領域でも十分な出力を確保すること
が可能となっている。Ｓポート４での閉弁時期について
は、この閉弁時期が早すぎると、開閉弁１０をほぼ全閉
にする運転領域において特に高回転時にＳポート４内に
エアを取り込む期間が確保できなくなるおそれがあり、
逆に開弁時期が遅すぎると、開閉弁１０を開いても第２
吸気ポートへのエアの吹き返しが生じやすくなって特に
高負荷運転時に必要な出力が得られなくなるおそれがあ
るため、このＳポート４における閉弁時期は、図示のよ
うにＰポート３における閉弁時期よりも遅い時期であっ
て圧縮行程前半中の時期に設定されている。

【００４５】ここで、開閉弁１０の開度設定は図３とほ
ぼ同等で良いが、前記図８に示したようにＳポート４の
開弁期間は圧縮行程前半までとされている関係から、高
回転時にはＳポート４内に燃焼室内のエアを取り込む時
間を十分に確保できず、ここで開閉弁１０をほぼ全閉に
するとＳポート４から燃焼室内にうまく混合気が供給さ
れなくなるおそれがあるので、たとえ低負荷領域といえ
ども、高回転領域では開閉弁１０を開いて燃料を吸気と
ともに燃焼室内へ送り込むのが好ましい。このような理
由から、開閉弁１０をほぼ全閉とする領域は、図９に示
すように低負荷低回転領域に限定されている。

【００４６】第３の実施の形態を図１０に示す。ここで
は、Ｓポート４の軸線Ｘが点火プラグ８を通るまで、Ｓ
ポート４をＰポート３に対して傾斜させている。これに
より、点火プラグ８の周囲での混合気の成層化をより確
実なものにできる。

【００４７】なお、本発明は、上記の他、次のような形
態を取ることも可能である。

【００４８】・前記図２に示したＶＶＴ１６等を用い、
エンジン回転数に応じてＳポート４でのバルブタイミン
グを変えるようにしてもよい。この場合、図３に示した
領域（Ａ）において、エンジン回転数が高いほどＰポー
ト３のバルブタイミングに対するＳポート４のバルブタ
イミングの遅れ度合を増加させることにより、エンジン
回転数にかかわらず、Ｓポート４内に燃焼室２内のエア
を取り込む期間を常に確保することが可能になる。

【００４９】・燃料噴射時期は、運転領域に関係なく常
に一定にしておくことも可能である。

【００５０】・上記第１及び第２の実施の形態では、各
領域について単一の開閉弁角度を設定しているが、本発
明では、リーン運転領域において理論空燃比の変化に応
じて開閉弁角度を徐々に変化させるようにしてもよい。

【００５１】・上記形態ではエンジン負荷に応じてほぼ
連続的に目標空燃比を変化させているが、例えば図３に
示す各領域（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）（Ｄ）について単一の目
標空燃比を設定するようにしてもよい。また本発明は、
運転状態がリーン運転領域とリッチ運転領域との少なく
とも２つの領域に分けられているエンジンについて適用
ができるものである。

【００５２】

【発明の効果】以上のように本発明は、第２吸気ポート
に設けられた開閉弁と吸気弁との間の部分にインジェク
タの燃料噴射部を配置し、リーン運転領域では上記開閉
弁をほぼ全閉とし、上記リッチ運転領域で上記開閉弁を
開くようにしたものであるので、上記リーン運転領域で
は、上記第２吸気ポートを混合気供給ポートとして有効
活用することにより、簡単かつ低廉な構造で燃焼室内を
成層化し、良好なリーンバーン運転を実現できる効果が
ある。

【００５３】特に、上記第１吸気ポートを上記シリンダ
内壁面に沿う方向に指向させ、上記第２吸気ポートを上
記シリンダ内壁面に沿う方向よりも内側に指向させるこ
とにより、上記成層化をより確実なものにできる。

【００５４】さらに、少なくとも開閉弁がほぼ全閉とさ
れるリーン運転領域での第２吸気ポートにおける吸気弁
閉弁時期を、第１吸気ポートにおける閉弁時期よりも遅
い時期でかつ圧縮行程中の時期に設定することにより、
圧縮行程中の燃焼室内の加圧エアを第２吸気ポート内に
閉じ込め、特別なエア加圧手段を用いることなく十分な
圧力で混合気を燃焼室内に供給できる。

【００５５】ここで、第２吸気ポートのバルブタイミン
グを固定する場合、その閉弁時期を第１吸気ポートにお
ける閉弁時期よりも遅い時期であって圧縮行程前半中の
時期に設定したものによれば、開閉弁をほぼ全閉にする
運転領域において、高回転時でも第２吸気ポート内にエ
アを取り込む期間を確保することができる一方、開閉弁
を開く領域では、第２吸気ポートへのエアの吹き返しを
抑制して高負荷運転時でも必要な出力を確保できる効果
がある。

【００５６】さらに、開閉弁をほぼ全閉とする領域を低
負荷低回転領域に限定すれば、高回転領域では開閉弁を
開いて燃料を吸気とともに燃焼室内へ送り込むことがで
きるため、全領域にわたって確実な燃料供給ができる。

【００５７】一方、第２吸気ポートのバルブタイミング
を可変とする場合、上記開閉弁をほぼ全閉とする領域で
は第２吸気ポートにおけるバルブタイミングを第１吸気
ポートにおけるバルブタイミングよりも遅いバルブタイ
ミングであって吸気行程から圧縮行程にわたるバルブタ
イミングにし、それ以外の領域すなわち開閉弁を開く領
域では上記開閉弁をほぼ全閉とする領域よりも第２吸気
ポートにおけるバルブタイミングを第１吸気ポートにお
けるバルブタイミングに近づけるバルブタイミング制御
手段を備えることにより、上記開閉弁をほぼ全閉とする
領域では第２吸気ポート内に十分エアを取り込むことが
できる一方、それ以外の領域では第２吸気ポート内への
エアの取込みを少なくして成層化を弱め、ＮＯｘ発生量
を減らすことができるとともに、第２吸気ポートへのエ
アの吹き返しを抑制して高い出力を確保できる効果が得
られる。

【００５８】さらに、上記開閉弁をほぼ全閉とする領域
において、エンジン回転数が高いほど上記第１吸気ポー
トにおけるバルブタイミングに対する第２吸気ポートに
おけるバルブタイミングの遅れ度合を増加させるものに
よれば、エンジン回転数にかかわらず常に第２吸気ポー
トへエアを取り込むのに十分な期間を確保できる効果が
得られる。

【００５９】上記リーン運転領域内で目標空燃比を運転
状態に応じて変化させる場合、このリーン運転領域の中
でも特に目標空燃比がリーンである（すなわち特に成層
化が要求される）第１の領域のみ上記開閉弁をほぼ全閉
にし、それ以外の領域、すなわち比較的目標空燃比がリ
ッチ側である第２の領域では第１の領域よりも開閉弁の
開度を大きくするように上記開閉制御手段を構成すれ
ば、その分だけ成層化を弱めてＮＯｘ発生量を減らし、
エミッションを向上させることができる。

【００６０】さらに、上記第２の領域の中でも、目標空
燃比が低い特定領域ではリッチ運転領域と同等まで開閉
弁開度を増大させることにより、この特定領域でのＮＯ
ｘ発生量をさらに低減させることができる。

【００６１】また、上記リーン運転領域のうちの上記第
１の領域では上記第２吸気ポートにおける開弁時期より
も前の時期に燃料噴射を行わせ、上記第２の領域では上
記第２吸気ポートにおける開弁開始時に燃料噴射を行わ
せるような燃料噴射時期の制御を行えば、上記第１の領
域では第２吸気ポート内での燃料とエアとの予混合を確
実なものにでき、成層化をより安定した状態で実現でき
る一方、上記第２の領域では、この第２吸気ポートでの
開弁開始時に噴射した燃料を第２吸気ポートからの吸気
に乗せて燃焼室内に運ばせることにより、ある程度の成
層化を確保できる効果が得られる。

【００６２】さらに、上記リッチ運転領域（第２の領域
において上記特定領域が設けられている場合にはリッチ
運転領域と特定領域）では、上記第２吸気ポートにおけ
る閉弁直後に燃料噴射を行わせることによって、均質燃
焼を促進でき、局部的なオーバーリッチ現象を防ぐこと
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態におけるエンジン要
部の平面図である。

【図２】上記エンジン要部の断面正面図である。

【図３】上記エンジンに装備されるＥＣＵの機能構成を
示すブロック図である。

【図４】上記エンジンにおいて設定されている運転領域
を示すグラフである。

【図５】（ａ）（ｂ）は上記エンジンにおいて切換えら
れるバルブタイミングを示した図である。

【図６】上記各運転領域においてて設定されているＳポ
ートのバルブタイミング及び燃料噴射タイミングを示し
た図である。

【図７】各種燃焼を行った時の空燃比とＮＯｘ発生量と
の関係を示すグラフである。

【図８】本発明の第２の実施の形態において設定された
バルブタイミングを示す図である。

【図９】上記形態において設定されている運転領域を示
すグラフである。

【図１０】本発明の第３の実施の形態を示す模式平面図
である。

【符号の説明】

１シリンダ２燃焼室３Ｐポート（第１吸気ポート）４Ｓポート（第２吸気ポート）８点火プラグ１０開閉弁１２吸気弁１６インジェクタ２０ＶＶＴ（バルブタイミング可変手段）３０ＥＣＵ３４燃料噴射制御手段３６開閉制御手段３８ＶＶＴ制御手段（バルブタイミング制御手段）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｆ０２Ｄ 41/04 ３１０Ｆ０２Ｄ 41/04 ３１０ＣＦ０２Ｍ 69/00 ３６０Ｆ０２Ｍ 69/00 ３６０Ｃ 69/04 69/04 Ｒ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】略中央部に点火プラグが設けられたシリ
ンダ内に第１吸気ポートと第２吸気ポートとが連通し、
第２吸気ポートにおいて吸気弁よりも上流側の位置に開
閉弁が設けられるとともに、目標空燃比が理論空燃比よ
りも大きいリーン運転領域と目標空燃比が理論空燃比以
下のリッチ運転領域とが設定されたエンジンの吸気装置
において、上記第２吸気ポートの吸気弁と開閉弁との間
の部分にインジェクタの燃料噴射部を配置するととも
に、上記リーン運転領域で上記開閉弁をほぼ全閉とし、
上記リッチ運転領域で上記開閉弁を開く開閉制御手段を
備えたことを特徴とするエンジンの吸気装置。
【請求項２】請求項１記載のエンジンの吸気装置にお
いて、上記第１吸気ポートを上記シリンダ内壁面に沿う
方向に指向させ、上記第２吸気ポートを上記シリンダ内
壁面に沿う方向よりも内側に指向させたことを特徴とす
るエンジンの吸気装置。
【請求項３】請求項１または２記載のエンジンの吸気
装置において、少なくとも開閉弁がほぼ全閉とされるリ
ーン運転領域での第２吸気ポートにおける吸気弁閉弁時
期を、第１吸気ポートにおける閉弁時期よりも遅い時期
でかつ圧縮行程中の時期に設定したことを特徴とするエ
ンジンの吸気装置。
【請求項４】請求項３記載のエンジンの吸気装置にお
いて、全運転領域において第２吸気ポートにおける閉弁
時期を第１吸気ポートにおける閉弁時期よりも遅い時期
であって圧縮行程前半中の時期に固定したことを特徴と
するエンジンの吸気装置。
【請求項５】請求項４記載のエンジンの吸気装置にお
いて、開閉弁をほぼ全閉とする領域を低負荷低回転領域
としたことを特徴とするエンジンの吸気装置。
【請求項６】請求項３記載のエンジンの吸気装置にお
いて、第２吸気ポートにおけるバルブタイミングを可変
にするバルブタイミング可変機構と、開閉弁をほぼ全閉
とする領域では第２吸気ポートにおけるバルブタイミン
グを第１吸気ポートにおけるバルブタイミングよりも遅
いバルブタイミングであって吸気行程から圧縮行程にわ
たるバルブタイミングにし、それ以外の領域では開閉弁
をほぼ全閉とする領域よりも第２吸気ポートにおけるバ
ルブタイミングを第１吸気ポートにおけるバルブタイミ
ングに近づけるバルブタイミング制御手段とを備えたこ
とを特徴とするエンジンの吸気装置。
【請求項７】請求項６記載のエンジンの吸気装置にお
いて、上記開閉弁をほぼ全閉とする領域でエンジン回転
数が高いほど上記第１吸気ポートにおけるバルブタイミ
ングに対する第２吸気ポートにおけるバルブタイミング
の遅れ度合を増加させるように上記バルブタイミング制
御手段を構成したことを特徴とするエンジンの吸気装
置。
【請求項８】請求項３〜７のいずれかに記載のエンジ
ンの吸気装置において、上記リーン運転領域内で目標空
燃比を運転状態に応じて変化させるとともに、このリー
ン運転領域の中でも目標空燃比が高い第１の領域のみ上
記開閉弁をほぼ全閉にして目標空燃比が低い第２の領域
では第１の領域よりも開閉弁の開度を大きくするように
上記開閉制御手段を構成したことを特徴とするエンジン
の吸気装置。
【請求項９】請求項８記載のエンジンの吸気装置にお
いて、上記リーン運転領域内で目標空燃比が低いほど開
閉弁の開度を徐々に増大させるように上記開閉制御手段
を構成したことを特徴とするエンジンの吸気装置。
【請求項１０】請求項８または９記載のエンジンの吸
気装置において、上記第２の領域の中でも目標空燃比が
低い特定領域ではリッチ運転領域における開閉弁開度と
同等の開度まで開閉弁開度を増大させるように上記開閉
制御手段を構成したことを特徴とするエンジンの吸気装
置。
【請求項１１】請求項８〜１０のいずれかに記載のエ
ンジンの吸気装置において、上記リーン運転領域のうち
の上記第１の領域では上記第２吸気ポートにおける開弁
時期よりも前の時期に燃料噴射を行わせ、上記第２の領
域では上記第２吸気ポートにおける開弁開始時に燃料噴
射を行わせる燃料噴射制御手段を備えたことを特徴とす
るエンジンの吸気装置。
【請求項１２】請求項１１記載のエンジンの吸気装置
において、上記リッチ運転領域では上記第２吸気ポート
における閉弁直後に燃料噴射を行わせるように上記燃料
噴射制御手段を構成したことを特徴とするエンジンの吸
気装置。
【請求項１３】請求項１０記載のエンジンの吸気装置
において、上記リーン運転領域のうちの上記第１の領域
では上記第２吸気ポートにおける開弁時期よりも前の時
期に燃料噴射を行わせ、上記第２の領域のうち上記特定
領域を除く領域では上記第２吸気ポートにおける開弁開
始時に燃料噴射を行わせ、上記特定領域及びリッチ運転
領域では上記第２吸気ポートにおける閉弁直後に燃料噴
射を行わせる燃料噴射制御手段を備えたことを特徴とす
るエンジンの吸気装置。