JPS61234266A - エンジンの吸気装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、１つの燃焼室に対して、それぞれ吸気弁によ
り開閉される２つの吸気通路すなわち２つの吸気ポート
を開口させてなるエンジンの吸気装置に関するものであ
る。

（従来技術） エンジンの吸気装置のなかには、吸気通路面積を大きく
して特に高負荷時の充填効率を向上させるため、１つの
燃焼室に対して、それぞれ吸気弁により開閉される２つ
の吸気通路すなわち２つの吸気ポートを開口させるよう
にしたものがある（特開昭５８−１７８４５４号公報参
照）。

このような１つの燃焼室に対して２つの吸気通路を設け
たものにあっては、高負荷時の充填効率向上の点では有
利な反面、低負荷時における十分な吸気流速を得る点に
おいて不利となる。このため、一方の吸気ボート側の吸
気通路に開閉弁を設けて、この開閉弁を低負荷時には閉
とすることにより、上記低負荷時における吸気流速を速
めるようにすることも考えられているが（特開昭５６−
４４４１９４公報参照）、元々吸気ボートそのものが高
負荷時の充填効率向上のためにその開口面積がかなり大
きく設定されているため、十分な吸気流速を得るには限
度がある。

ところで、このような２つの吸気通路を有するものに対
し燃料を供給する場合、燃料噴射弁の数を極力少なくす
る一方、燃料と吸入空気との混合性すなわち燃料の気化
、霧化を図るため、この燃料噴射弁からの燃料拡散作用
を利用して、当該２つの吸気通路を開閉する各吸気弁す
なわち閉弁時における吸気弁のバルブフェイスに向けて
燃料を噴射、分配することが提案されている（実開昭５
９−１１６５７０号公報）。そして、このような燃料噴
射弁として、一方の吸気弁に対する第１噴孔と他方の吸
気弁に対する第２噴孔との２つの噴孔を有するものが、
上記公報に開示されている。

（発明が解決しようとする問題点） ここで、エンジン（の燃焼室）に対する吸気の供給態様
および燃料の供給態様は、エンジンの性能に大きく影響
を及ぼすものであり、したがって、この両供給悪様をど
のように行うかが問題となる。

したがって、いま１つの燃焼室に対して２つの吸気通路
を開口させた場合における要求を、エンジン負荷に応じ
て場合分けして考えてみると、次のとおりとなる。すな
わち、高負荷時には充分な出力の確保が必要であり、こ
のためには、充填効率向上は勿論のこと、空気利用率の
向上、換言すれば燃焼室内において燃焼に関与する空気
の割合を多くする必要があり、このためには燃料を燃焼
室内において部分的に偏在させることなく全体的に分散
させることが好ましいものとなる。そして、このような
要求は、前述した２つの吸気通路を設けること（充填量
確保）、および両吸気通路からそれぞれ燃料を供給する
こと（空気利用率向上）、の２点においてほぼ満足され
ることになる。

一方、低負荷時には、特に燃焼安定性の確保が重要とな
り、特に空燃比の大きなリーン運転を行う場合にはこの
燃焼安定性をいかに確保できるかが、リーン化を行う上
での限界となる。そして、この燃焼安定性の確保には、
吸気流速の向上が特にスワールを生成するために必要で
あり、また燃料の充分な気化、霧化が必要となる。

上述のようなエンジン負荷に応じた要求を考えてみると
、従来のものでは、低負荷時と高負荷時との要求を共に
満足させることが不可能であった。すなわち、吸気流速
の増大は既に述べたように限界がある。

また、低負荷時の燃焼安定性の点についてみると、１本
の燃料噴射弁により２つの吸気通路に対して燃料を分配
することを前提とすれば、高負荷時の空気利用率向上と
、低負荷時の気化、霧化促進の両方を同時に満足させる
ことが不可能となっていた０例えば、低負荷時に開とさ
れている一方の吸気通路に対してのみ燃料を供給するよ
うにすれば、低負荷時には全ての吸入空気に対して全て
の燃料が乗る格好となって、気化、霧化促進の点では有
利となる反面、高負荷時には空気利用率が極端に悪いも
のになってしまう。

したがって、本発明の目的は、高負荷時において充分な
出力を確保しつつ、低負荷時における燃焼安定性をより
高め得るようにしたエンジンの吸気装置を提供すること
にある。

（問題点を解決する手段、作用） 前述の目的を達成するため、本発明にあっては、基本的
には、高負荷時の充分な充填量を確保すべく、１つの燃
焼室に対してそれぞれ吸気弁により開閉される２つの主
吸気通路を設けるようにしである。この主吸気通路は、
高負荷時における吸気供給用として作用するもので、こ
のため主吸気通路には、高負荷時には閉（全閉または微
小開度に閉じられる）となり、低負荷時に開となる開閉
弁が設けである。

また、本発明にあっては、低負荷時における充分な吸気
流速を得るべく、少なくとも低負荷時に吸気を供給する
ための補助吸気通路をさらに設けである。この補助吸気
通路は、上記開閉弁上流における主吸気通路より分岐さ
れて、その出口端が、２つの主吸気通路のうち一方の主
吸気通路に対して、その吸気弁近傍において開口させで
ある。すなわち、２つの吸気弁のうち一方の吸気弁は、
主吸気通路開閉用のみならず、実質的に補助吸気通路開
閉用としても機能するようになっている。そして、この
補助吸気通路の通路面積は、主吸気通路の通路面積より
も小さくされて、これにより充分な吸気流速が得られる
ようにしである。

さらに、本発明にあっては、１つの燃焼室に対して１つ
の燃料噴射弁を設けであるが、この燃料噴射弁は２つの
噴孔を有するものとされて、一方の噴孔の噴射路（噴射
燃料の軌跡）が一方の吸気弁に指向され、他方の噴孔が
他方の吸気弁に指向されている。

このように、２つの吸気弁を通してすなわち２つの吸気
から共に燃料が供給されるので、高負荷時の空気利用率
が向上されて充分な出力が確保される。また、低負荷時
には、吸気流速が早められると共に、この速い吸気流速
に対しても燃料が供給されるので燃料の気化、霧化が促
進され、燃焼安定性が大きく向上されることになる。

なお、燃料噴射弁は、１つの噴孔のみを有するものにあ
っても両吸気弁に向けて燃料分配、供給することもでき
るが、この場合は必然的に燃料の拡散角度を大きくせざ
るを得ないことになる。これに対して、２つの噴孔を有
するものにあっては、その各指向方向および拡散角度お
互いに独立して自由に設定することができ、この結果、
２つの吸気弁へ向けての噴射路の拡散角度、指向位置、
噴射量などを互いに自由に設定して、燃料の供給態様に
対する自由度が高められることになる。

（実施例） 以下本発明の実施例を添付した図面に基づいて説明する
。

第１図は本発明の第１実施例を示すもので、この第１図
および第２図において、１はエンジン本体であって、シ
リンダブロック２、シリンダへラド３およびシリンダヘ
ッドカバー４等で構成されており、このエンジン本体ｌ
の各気筒５内にはピストン６が装備され、このピストン
６の上方に燃焼室７が形成されている。この燃焼室７に
は第１および第２の２つの吸気ボート８．９と第１、第
２の２つの排気ポート１Ｏ１１０’とが開口している。

上記両吸気ポート８．９にはそれぞれ吸気弁１１（第２
吸気ボート９偶の吸気弁は図示せず）が装備され、また
各排気ポート１Ｏ１１０’にはそれぞれ排気弁１２（第
２排気ボート１０’の排気弁は図示せず）が装備されて
おり、これらの弁は動弁機構１３によって作動され、そ
れぞれ所定のタイミングで各ボート８．９．１Ｏ１ｌＯ
′を開閉するようなっている。また燃焼室７には点火プ
ラグ１４が具備されている。

１６はサージタンク、１７はサージタンク１６に接続さ
れた気筒別の吸気管であり、上記サージタンク１６には
、エアクリーナ１８、エアフローメータ１５、スロット
ル弁１９を介して外気が導入されるようになっている。

上記吸気管１７はシリンダヘッド３に連結され、これに
より、エアクリーナ１８から吸気ボート８あるいは９を
経て燃焼室７に至る吸気通路が構成される。

吸気管１７とシリンダヘッド３との内部所定範囲とにわ
たっては、共通吸気通路２１とされており、シリンダへ
ラド３内において、仕切壁２０によりこの共通吸気通路
２１の下流端側か分岐されて、それぞれ高負荷用吸気通
路となる第１および第２の主吸気通路２２．２３とされ
ている。上記供給通吸気通路２１の所定位置には、開閉
弁２４が設けられており、この開閉弁２４は、図外の７
クチユエータにより、所定負荷未満の低負荷運転領域で
閉じられすなわち全閉もしくは微小開度に閉じられ、逆
に高負荷運転領域では開かれるようになっている。

上記開閉弁２４より上流の共通吸気通路２１所定箇所か
らは、低負荷用吸気通路としての補助吸気通路２５が分
岐している。この補助吸気通路２５は、その通路面積が
、第１、第２の主吸気通路２２．２３の各通路面積より
も小さく形成されて、共通吸気通路２１の下側に沿って
設けられており、その上流側の入口端２５ａが上記共通
吸気通路２１の底壁に開口する一方、下流端側の出口端
２５ｂが、第１吸気ボート８開閉用の第１吸気弁１１の
近傍において、第１の主吸気通路２２の下流側部分と合
流されている。すなわち、補助吸気通路２５は、開閉弁
２４をバイパスして、吸気を第１＠気ポート８から燃焼
室７へ供給するようになっている。そして、この出口端
２５ｂは、燃焼室７のほぼ接線方向に開口、すなわち、
燃焼室７内に吸気のスワールＳを構成すべく開口されて
いる。

上記開閉弁２４より下流の共通吸気通路２１には、その
上壁部分において１つの燃料噴射弁２６が装備されてい
る。この燃料噴射弁２６は、第１図に示すように両生吸
気通路２２と２３とを仕切る仕切壁２１の若干上流側に
おいて配設されている。この燃料噴射弁２６は、第１、
第２の２つの噴孔を有するもので、その−例について第
３図を参照して説明する。

燃料噴射弁２６は、その本体３１内に油通路３２が形成
され、油通路３２の入口３３にはフィルタ３４が装着さ
れており、油通路３２の下流側には、ニードルホルダ３
５が密に嵌入されている。

ニードルホルダ３５には、前記本体３１の油通路３２に
連通ずる油通路３６と、該油通路３６の下流側端に形成
された計量オリフィス３７と、計量オリフィス３７の直
上流に形成されシート面３８が設けられており、油通路
３６内にニードル弁３９が収容されている。ニードル弁
３９の先端部には先細りとされたテーパ部４０が形成さ
れて、該テーパ部４０と前記シート面３８とで油通路３
６を開閉する弁体が構成されている。

また、本体３１には、電磁ソレノイド４１と、本体３１
の油通路３２に収容されて電磁ソレノイド４１を励磁す
ることによって上流側へ移行するコア４２と、該コア４
２の上流側への移行量な規制するストッパ４３と、コア
４２を下流方向に付勢するリターンスプリング４４とが
設けられており、ニードル弁３９の上流端はコア４２と
一体的に結合されている。これにより、ニードル弁３９
は、電磁ソレノイド４１を励磁することによって一定量
リフトして、テーパ部４０がシート面３８から離間する
ことによって油通路３６を開成する可動弁体とされてい
る。第３図中、符号４５は給電用コネクタを示すもので
ある。

第１、第２の２つの噴孔４６．４７は、ニードルホルダ
３５に外装された外筒４８に形成されている。外筒４８
には、分配室４９が計量オリフィス３７の下流において
これと同心に設けられており、２つの噴孔４６．４７は
分配室４９から外筒４８を貫通して外部に開口するもの
とされている。

したがって、電磁ソレノイド４１を励磁することによっ
て、この励磁時間に比例した量の燃料が計量オリ゛フィ
ス３７を通過した後、分配室４９で分配されて、２つの
噴孔４６．４７から噴射されることになり、その噴射路
をｘ、、ｘ２として第１　’ｌ１ｆｆｌ、第３図に示し
である。なお、第３図に示す実施例では、上記２つの噴
孔４６．４７の開口面積が等しくされて、互いに同量の
燃料が噴射されるようになっている。

さて次に、燃焼室７に対する吸・排気ポート８．９．１
Ｏ１１０’点火プラグ１４の配置関係、燃料噴射弁２６
特に噴孔４６．４７の指向方向等について説明すること
とするが、説明の都合上、第１図において、気筒５の軸
心すなわち燃焼室７の中心を０とし、この中心０を通っ
て気筒配列方向すなわちエンジンの長手方向中心線をｍ
、中心Ｏを通ってエンジンの幅方向中心線を文とする。

先ず、２つの吸気ボート８，９は、それぞれはぼ等しい
開口面積とされて、中心線ｍよりもエンジン本体ｌ（シ
リンダヘッド３）の−側面ｌａ側に位置すると共に、互
いに中心線文を挟んだ位置に形成されている。そして、
互いにほぼ平行に伸びて、上記−側面ｌａ側において吸
気管１７と接続されている。また、２つの排気ボー）１
０．１　　　　Ｏ′はそれぞれほぼ等しい開口面積とさ
れて、中心線ｍよりもエンジン本体１の他側面ｌｂ側に
位置している。このような排気ポート１０．１０’は、
互いにほぼ平行とされて、上記他側面ｌｂ側において、
図示を略す排気管と接続されている。

そして点火プラグ１４（の着火部）は、燃焼室７の中心
０に配置されている。

一方、燃料噴射弁２６は、両吸気ボート８と９とを仕切
る仕切壁２０の若干上流側において、共通吸気通路２１
の土壁部分に配置されている。そして、燃料噴射弁２６
は、共通吸気通路２１の幅方向中間部分、すなわち中心
線見上（第１図で見た場合）に位置されている。

このように配置された燃料噴射弁２６は、その第１噴孔
４６が、第１吸気ポート８開閉用となる第１吸気弁１１
のバルブフェイス（閉弁時のバルブフェイス）に指向さ
れ、また第２噴孔４７が、第２吸気ポート９開閉用とな
る第２吸気弁のバルブフェイスに指向されている。そし
て、本実施例では、第１．第２の噴孔４６．４７の噴射
路ｘ１　、ｘ２は、その燃料拡散作用が共に比較的大き
く設定されて、各吸気弁１１のバルブフェイスのほぼ全
面積に対して噴射するようになっている。

なお、第１図中１１Ａ、１１’Ａ、１２Ａ、１２’Ａは
、それぞれ吸、排気弁１１．１２のバルブステム（弁軸
）である。

以上のような構成において、低負荷時には、開閉弁２４
が全閉あるいは微小開度とされるため、少なくとも吸入
空気量の多くは、補助吸気通路２５を通して燃焼室７へ
供給される。このとき、補助吸気通路２５からの吸入空
気は、吸気流速が速いと共に、この補助吸気通路２５の
指向作用によって、燃焼室７で強い吸気のスワールＳを
生成することになる。また、燃料は、両吸気ボート８．
９を通して燃焼室７へ供給されるが、第１吸気ボート８
を通して供給される燃料は、上記スワールＳとほぼ同方
向であるため、このスワールＳに乗って燃料の気化・霧
化が促進される。このように、低負荷時には、スワール
Ｓの生成および燃料の気化、霧化促進がなされて、燃焼
安定性が大きく向上されることになる。

また一方、高負荷時には、開閉弁２４が開くため、吸入
空気は、高負荷用吸気通路２２あるいは２３からも、両
吸気ポート８，９を通して燃焼室７へ供給されることに
なって、その充填効果が十分に確保される。このとき、
燃料は、両吸気ポート８，９を通して燃焼室７に供給さ
れるので、燃料が燃焼室７の一部分に偏在することがな
く、その気化、霧化が十分に行なわれる。このように、
高負荷時には、充填効率向上と空気の利用率とが向上さ
れることになって、十分な出力か確保される。

さらに、低負荷、高負荷いずれにあっても、噴射燃料は
仕切壁２０に付着することがないので、応答性向上の点
でも有利なものとなっている。

なお、開閉弁２４は、低負荷時にあっても微小開度だけ
開いておくのが、主吸気通路２２．２３からの燃料の気
化、霧化を行う上で好ましい、特に、第２図に示すよう
に、燃料噴射弁２６の直上流に位置する部分を切欠かく
等により、この燃料噴射弁２６の噴孔４６．４７から噴
射された直後の燃料に対して空気が混合されるようにす
るのが好ましい。また１点火プラグ１４を燃焼室７のほ
ぼ中心に設けておくのが、燃焼速度の向上の点で、また
吸・排気ポート８，９．１０．１０’に対する配置関係
の上からも好ましいものである。

さらに、・燃料噴射弁２６は、各気筒の吸気行程に合わ
せて燃料を噴射するいわゆるタイムインジェクションタ
イプのものでもよく、あるいは各気筒に対して同時に燃
料を噴射する同時噴射タイプでのよい。

ｉ４図、第５図は本発明の第２実施例を示すもので、前
記実施例と同一構成要素には同一符号を付してその説明
は省略する（このことは以下のさらに別の実施例につい
ても同様である）。

本実施例では、第１噴孔４６における噴射路ｘ１の拡散
角度を第１図のものと同様にする一方、第２噴孔４７に
おける噴射路ｘ２の拡散角度が小さくなるように設定し
て、第１噴孔４６からの燃料噴射篭が、第２噴孔４７か
らの燃料噴射量よりも大きくなるようにしである。そし
て、第２噴孔４７における噴射路ｘ２を、第２吸気ポー
ト９開閉用の吸気弁のバルブステム１１′Ａよりも、燃
焼室７の縁方向内側に向けて指向させである。なお、両
噴孔４６．４７との燃料噴射量を異ならせるには１例え
ば第５図に示すように、両噴孔４６と４７との開口面積
を異ならせるようにすればよい。

このように、第１吸気ポート８側への噴射燃料量を多く
かつ極力拡散させることによって、低負荷時における燃
料のより一層の気化、霧化促進がなされて、燃焼安定性
をより向上させることができる。また、噴射路ｘ２を上
述のように設定することによって、燃焼室７の中心付近
すなわち点火プラグ１４の回りの空燃比がリッチになっ
て、着火性が向上される。

第６図は本発明の第３実施例を示すもので、第１噴孔４
６における噴射路ｘ１を、吸気弁１１のバルブステムＩ
ＩＡよりも燃焼室７の径方向外方側へ向かうように指向
させる一方、噴射路ｘ２を第４図に示すように設定しで
ある。なお、両噴孔４６．４７からの燃料噴射量は等し
くしである。

このような構成とすることにより、低負荷時には、噴射
路Ｘ１のように設定された第１噴孔４６からの燃料が、
補助吸気通路２５からの吸入空気とほぼ同一方向となっ
て、この吸入空気に対して第１噴孔４６からの燃料が十
分に乗って、その気化、霧化がより促進されることにな
る。勿論、第４図についての説明からも明らかなように
、着火性も向上される。

第７図は本発明の第４実施例を示すもので１両噴孔４６
．４７における噴射路Ｘｔ　、ｘ２共に、バルブステム
ＩＩＡあるいは１１′Ａよりも燃焼室７の径方向内方側
を通るようにして、着火性を重点的に向上させたもので
ある。

第８図は本発明の第５実施例を示すもので、排気ポート
１０が１つのみ存在する３バルブ型式の場合を示す、な
お、燃料供給態様は、第１図のものと同じにしである。

第９図は本発明の第６実施例を示すもので、排気ポート
１０が１つのみの３バルブ型式としである。そして、両
噴孔４６．４７における噴射路Ｘｉ　、ｘ２の指向方向
は、第６図のものと同じとする一方、第１噴孔４６から
の燃料噴射量を、第２噴孔４７からの燃料噴射量よりも
大きくしたものである。すなわち、第６図のものに比し
て低負荷時の燃焼安定性をより重視したものとなってい
る。

以上実施例について説明したが、第１図、第４図、第６
〜第９図に示されたバルブ配置、燃料の指向方向、両噴
孔４６，４７からの燃料噴射量割合などは、互いに適宜
組合わせて変更し得るものであることは、言うまでもな
い。

（発明の効果） 本発明は以上述べたことから明らかなように、高負荷時
の空気利用率すなわち出力を損なうことなく、低負荷時
の燃焼安定性を大幅に向上させることができる。

また、補助吸気通路専用の吸気弁を別途要しないので、
構造上の点からも有利となる他、２つの高負荷用吸気通
路はもっばら高負荷時における要求を満たすような形状
あるいは通路面積に設定することが可能となって、大幅
な出力向丘を期待し得るものとなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例を示す平面図。 第２図は第１図の側面断面図。 第３図は２つの噴孔を有する燃料噴射弁の一例を示す断
面図。 第４図は本発明の第２実施例を示すもので第１図に対応
した平面図。 第５図は第４図の実施例に用いた燃料噴射弁の要部断面
図。 第６図〜第９図はそれぞれ本発明の第３〜第６実施例を
示すもので、第１図に対応した平面図。 １：エンジン本体 ７：燃焼室 ８：第１吸気ポート ９：第２吸気ボート １１：吸気弁 ２１：共通吸気通路 ２２．２３：主吸気通路 ２４：開閉弁 ２５：補助吸気通路 ２５ａ：出口端 ２６：燃料噴射弁 ４６．４７：噴孔 Ｘｌ　、　Ｘ２　：噴射路 Ｓニスワール 第２図 第３図 り 第４図 第５図 Ｘ２　　　　　　Ｘ＋

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）それぞれエンジンの１つの燃焼室に対して開口さ
   れ、第１吸気弁により開閉される第１主吸気通路および
   第２吸気弁により開閉される第２主吸気通路と、 前記主吸気通路内に配設され、低負荷時には閉とされる
   と共に高負荷時には開とされる開閉弁と、 前記開閉弁よりも上流の前記主吸気通路より分岐されて
   その出口端が上記第１吸気弁近傍において前記第１主吸
   気通路に開口され、通路面積が該主吸気通路の面積より
   も小さくされた補助吸気通路と、 前記開閉弁よりも下流において前記主吸気通路に配設さ
   れ、第１、第２の噴孔を有して、該第１噴孔の噴射路が
   前記第１吸気弁に、また該第２噴孔の噴射路が前記第２
   吸気弁に向かうように指向された燃料噴射弁と、 を備えていることを特徴とするエンジンの吸気装置。