JPS62107228A - 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） 本発明はエンジンの吸気＃Ａ置に関し、特に吸気行程の
途中から吸気を導入することにより吸気慣性効果を高め
て吸気充填効率の向上を図るようにしたものの改良に関
する。

（従来の技術） 従来より、この種のエンジンの吸気装置として、例えば
特開昭６０−６５２３０号公報に開示されるように、吸
気ポート直上流にロータリバルブを配置し、このロータ
リバルブの開弁時期をエンジン回転数に応じて制御し、
低、中回転数域では吸気行程の途中まで閉弁状態を維持
することにより、燃焼室内の負圧をピストン下降動に伴
い増大させて、ロータリバルブ上下流の圧力差を＾めた
のら、吸気行程途中から開弁させることにより、上記高
い圧力差でもって吸気流速を速めて吸気慣性効果を大に
して、吸気充填効率を高める一方、＾回転数域では吸気
弁の開弁時期に一致させることにより、空気吸入期間を
最大限に確保して、高出力を発生し得るようにしたもの
が知られている。

（発明が解決しようとする問題点） ところで、上記の如きエンジンの吸気装置において、例
えば、直噴ディーゼルエンジンにおいて吸気ポート形状
をヘリカルポートとして、吸気に対してシリンダ軸周り
のスワールを生成させ燃焼性の向上を図る場合、この生
成されるスワールは圧縮行程終期、すなわら燃料を噴射
する時期まで維持させることが燃焼性の向上を図る上で
好ましい。特に、低速時では、高速時に比べてスワール
が弱く、かつ高負荷時には空気過剰率が小さく、ミキシ
ングを向上させる必要があり、この低速烏口荷時におい
て特にスワールを強化することが望まれる。

しかるに、このようなヘリカル吸気ポートを備えたエン
ジンの吸気装置に対して上記従来のものを単に適用する
場合には、ロータリバルブの開弁期間前半ではその上下
流の圧力差が未だ高いことから、吸気流速は速くてスワ
ールは強いものの、ロータリバルブの開弁期間後半では
、吸気の導入に伴いロータリバルブ上下流の圧力差が次
第に減少する関係上、吸気流速が低下してスワールが弱
くなり、このため圧縮行程終期までスワール強さを強く
維持し得す、燃焼性の向上をさほど期待し得ないことに
なる。

本発明は斯かる点に鑑みてなされたものであり、ヘリカ
ル吸気ポートの上側と下側とではスワールの生成強さが
異なり、上側の方が下側に対して強いことに着目し、そ
の目的とするところは、ロータリバルブの開弁期間前半
では吸気をヘリカル吸気ポートの下側に、ロータリバル
ブの開弁期間後半では吸気を上側にそれぞれ供給するよ
うにすることにより、高負荷時、特に低速高負荷時吸気
慣性効果向上による吸気充填効率の向上とスワール強化
による燃焼性の向上を同時に効果的に図ることにある。

（問題点を解決するための手段） 上記目的を達成するため、本発明の解決手段は、ヘリカ
ル吸気ポートを備えたエンジンの吸気′！Ａａを前提と
する。そして、高負荷時に吸気行程の途中から開くロー
タリバルブを吸気通路に配置する。

また、上記ロータリバルブ下流の吸気通路をヘリカル吸
気ポートのヘリカル部′Ｉｉ傍まで仕切壁で上下に仕切
るとともに、上記ロータリバルブの回転方向を上記仕切
壁に対峙する側が仕切壁の下方から上方に向って回転す
る方向に設定する構成としたものである。

（作用） 上記の構成により、本発明では、高負荷時、ロータリバ
ルブは吸気行程途中まで閉弁して、燃焼室の負圧が増大
しロータリバルブ上下流の圧力差が大になったのら、吸
気行程後半から開くので、吸気はロータリバルブ上下流
の大きな圧力差でもって吸気流速が速められ、このこと
により吸気慣性効果が大になって、吸気充填効率が高く
なる。

その際、ロータリバルブ上下流の圧力差が大きいロータ
リバルブの開弁期間前半では、ロータリバルブ上流が仕
切壁下側に連通して吸気が十分に速い吸気流速でもって
ヘリカル吸気ポート下側に供給されて、強いスワールが
生成される一方、ロータリバルブの開弁期間後半では、
上記開弁期間前半での吸気の導入に伴い圧力差は小さく
なるものの、ロータリパルプ上流がロータリバルブの回
転に伴い仕切壁上側に連通してヘリカル吸気ポート上側
に供給され、このことにより吸気流速はバいものの可及
的にスワールが強化されるので、圧縮行程終期まで強い
スワールを維持することができ、燃焼性の向上が効果的
に図られることになる。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は本発明をディーゼルエンジンの吸気装置に適用
した実施例を示し、１はエンジン、２はピストン３の上
下動により容積が大小変化する燃焼室、４は該燃焼室２
に開口し、燃焼室２上方に位置する部分がうず巻状に形
成されたヘリカル吸気ポート、５は一端が大気に連通し
、他端がヘリカル吸気ポート４に連通して吸気を燃焼室
２に供給するための吸気管である。上記ヘリカル吸気ポ
ート４の燃焼室２への開口部には吸気弁６が配；すされ
ている。

そして、上記ヘリカル吸気ポート４上流の吸気管５内に
は、該吸気管５内の吸気通路を開閉するロータリバルブ
９が介設されている。該ロータリバルブ９は、バルブ中
心を通る連通路９ａを有しており、その間開タイミング
は、負荷状態の高低に拘らず吸気弁６の閉弁期間（つま
り吸気行程）の途中までは閉弁し、吸気行程の途中から
連通路９ａがバルブ９＃侵の吸気通路に連通して閉弁す
るように設定されていて、燃焼室２内の負圧が十分に増
大したのち、吸気をこの大きな負圧下の燃焼室２内に勢
い良く導入するようにしている。

また、上記ロータリバルブ９下流側の吸気管５およびヘ
リカル吸気ポート４内には、吸気通路を上下に分割する
仕切壁１０が配置されていて、該仕切壁１０の下方に下
側吸気通路１１ａが、仕切壁１０の上方に上側吸気通路
１１ｂがそれぞれ形成されている。

さらに、上記ロータリバルブ９の回転方向は、図中実線
矢印で示す時計方向、つまり上記仕切壁１０に対峙する
側が仕切壁１０下方の下側吸気通路１１ａから仕切壁１
０上方の上側吸気通路１１１）に向って回転する方向に
設定されている。

また、上記下側吸気通路１１ａの上流端には該下側吸気
通路１１ａを開閉する第１開閏弁１２が配置されている
とともに、上記仕切壁１０には下側吸気通路１１ａと上
側吸気通路１１ｂとを連通する連通口１０ａが設（プら
れていて、該仕切壁１０の連通口１０ａには該連通口１
０ａを開閉する第２開閉弁１３が配置されている。さら
に、吸気管５の下流端部分の下方には、気筒列方向に延
びて各気筒の下側吸気通路１１ａと連通する気筒間連通
路１４が設けられていて、該気筒間連通路１４の各下側
吸気通路１１ａへの間口部１４ａには該開口部１４ａを
開閉する第３開閉弁１５が配置されている。そして、上
記第１〜第３間開弁１２゜１３．１５には各開閉弁のア
クチュエータとしての第１〜第３ダイＡ７フラム装置１
６．１７．１８がそれぞれ連結されている。該各ダイヤ
フラム装置１６〜１８は互いに同一構成であり、以下第
１ダイヤフラム装置１６について説明し、他のダイヤフ
ラム装置１７．１８については同一部分に同一の添付号
を付してその説明を省略する。すなわち、第１ダイヤフ
ラム装置１６は、上記第１間閉弁１２に連結されたダイ
ヤフラム１６ａと、該ダイヤフラム１６ａにより図中上
下に仕切られた大気室１６ｂＪ５よび負圧室１６Ｇと、
該負圧室１６Ｃｋ：縮装されたスプリング１６ｄとから
なり、上記負圧室１６Ｇには負圧通路１９を介して真空
ポンプ２０が連通接続されている。そして、上記第１〜
第３ダイヤフラム装置１６〜１８に対応する３つの負圧
通路１つには各々上記第１〜第３ダイヤフラム装置１６
〜１８の負圧室１６ｃ〜１８Ｇをそれぞれ真空ポンプ２
０側と大気側とに選択的に連通する三方電磁弁２２〜２
４が介設されている。而して、各三方電磁弁２２〜２４
により第１〜第３ダイヤフラム装置１６〜１８の負圧室
１６Ｃ〜１８ｃが大気側に連通したときには、スプリン
グ１６６〜１８ｄの付勢力により第１〜第３開閉弁１６
〜１８を図中仮想線で示づ閉位置に位置付けて閉作動さ
せる一方、口圧室１６Ｃ〜１８ｃが真空ポンプ２０側に
連通して負圧が導入されたときには、その負圧によりダ
イヤフラム１６ａ〜１８ａをスプリング１６ｄ〜１８ｄ
の付勢力に抗して（偏倚させて、第１〜第３開閉弁１６
〜１８を図中実線で示す開位置に位置付は閉作動させる
ようになされている。

そして、上記三方ｆｆｌ磁弁２２〜２４は、エンジン回
転数信号とアクセル開度信号とが入力可能なＣＰＵ２５
により作動制御されるものである。すなわら、ＣＰＵ　
２５は、第２図に示す低回転？：Ｓ負荷域等、多嘘の吸
気充填量が要求される領域で第１ダイヤフラム装置１６
の負圧室１６Ｃに負圧を導入するよう第１の三方電磁弁
２２を作動制１２１Ｉシて、第１の開閉弁１２を開位置
に位置付けると共に、第２および第３ｒＭ閉弁１３．１
５を開位置に位置付けることにより、下側吸気通路１１
ａのみを開いて、吸気通路面積を拡大しながらスワール
を強化するとともに、高回転高負荷時には第２ダイ１７
フラム装［１７の負圧室１７Ｇに負圧を導入するよう第
２の三方電…４？　２３を作動制御して第２の開閉弁１
３を開位置に位置付（〕ると共に、第１および第３　Ｕ
ｆｌ閉弁１２，１５を閉位置に位置付けることにより、
下側吸気通路１１ａと上側吸気通路１１ｂとを連通して
、スワール生成力を弱めて燃費性能の向上を図り、また
低負荷時には第３ダイヤフラム装置１８の負圧室１８ｃ
に負圧を導入するよう第３の三方電磁弁２４を作動制御
して第３の開閉弁１５を開位置に位置付けると共に、第
１および第２開閉弁１２．．１３を閉位置に位置付ける
ことにより、各気筒の下側吸気通路１１ａを相互に連通
して、吸気行程前半でもロータリバルブ９の閉弁状態に
拘らず燃焼室２内に負圧を発生させないこととして、エ
ンジンのボンピングロスを低減するようにしている。

したがって、上記実施例においては、吸気行程時、その
前半ではロータリバルブ９が閉弁して、燃焼室２内の９
圧がピストン３の下降動に伴い増大し、これによりロー
タリバルブ９上下流の吸気通路の圧力差が増大したのら
、吸気行程後半でロータリバルブ９が開弁するので、吸
気流速が上記ロータリバルブ９上下流の大きな圧力差で
もって速まり、このことにより吸気慣性効果が大になっ
て、吸気充填率が高められることになる。

その際、ロータリバルブ９の回転方向は、仕切壁１０に
対峙する側が仕切壁１０下方の下側吸気通路１１ａから
仕切壁１０上方の上側吸気通路１１ｂに向って回転する
方向に設定されていて、上記圧力差の高い開弁期間前半
では、ロータリバルブ９の連通路９ａが下側吸気通路１
１ａに連通ずるので、吸気はその流速が上記高圧力差で
もって速められながら下側吸気通路１１ａを桂てヘリカ
ル吸気ポート４下側から強いスワールを生成して燃焼室
２内に導入されるとともに、その後の量弁期間後半では
、上記の如ぎ吸気の導入に伴いロータリバルブ９上下流
の圧力差が次第に減少するものの、ロータリバルブ９の
連通路９ａが上側吸気通路１１ｂに連通ずるので、吸気
は流速が遅いものの上側吸気通路１１ｂを経てヘリカル
吸気ポート４の上側に導かれ、このことによりこのヘリ
カル吸気ポート４上鋼でスワールを強化されつつ燃焼室
２内に導入されるので、この量弁期間後半でも開弁期間
前半とほぼ同−強さのスワールを得ることができる。そ
の結果、圧縮行程終期まで強いスワールを維持でき燃料
と空気とのミキシング性が高くなって、燃焼性の向上が
図られることになる。

尚、上記実施例では、気筒間連通路１４を設けたが、そ
の一端に排気通路を開口させてＥＧＲ通路としてもよい
。この場合、還流排気によっても低負荷域のポンピング
ロスを低減できる効果に加えて、還流排気がヘリカル吸
気ポート４の下側から燃焼室２に導入されることから、
ＥＧＲ時のスワール生成力を可及的に弱めて燃焼性の向
上を図ることができる効果を併有する。

また、第１〜第３間閉弁１２．１３．１５は運転状態に
応じて以下の如く開閉制御してもよい。

■　低速低負荷時では、多量の吸気量と強いスワールと
を要し、且つ吸気温度は低いことが望ましいことから、
第１開閉弁１２を間き、第２および第３開閉弁１３．１
５を閉じる。この場合、吸気量の増大に対応して燃料噴
銅量は増量補正される。

■　低速低負荷時には、少量の吸気量と弱いスワールで
足り、吸気温度は高いのがＨＣを低減する上で望ましい
ことから、第１間閉弁１２を閉じ、第２開閏弁１３を開
き、第３開閉弁１５を閉じる。この場合、ロータリバル
ブ９の間タイミングはより遡れ側に補正するのが望まし
い。

■　低エンジン冷却水温時に半失火が発生した場合には
、多量の吸気量を要するもののスワールは弱（てよく、
吸気温度は高いのが好ましいことから、第１および第２
開閑弁１２．１３を開き、第３開閉弁１５を閉じる。こ
の場合、ロータリバルブ９の間タイミングはより遅れ側
に補正するのが望ましい。

■　ＥＧＲ域では、少量の吸気量で、弱いスワールでよ
く、吸気温度は高いのが望ましいことから、第１１７７
１閏弁１２を閉じ、第２および第３開閉弁１３．１５を
開く。

■　＾地走行時等での気、圧低下時には、多量の吸気量
と強いスワールと畠い吸気温度が望まれることから、第
１開閉弁１２を開き、第２開ｍ弁１３を閉じ、第３開閉
弁１５を低回転低負荷域では閉じる。この場合、燃料噴
射量は高地補正されるとともに、ロータリバルブ９の間
タイミンクはより遅れ側に補正するのが望ましい。

■　エンジン始動時（クランキング時）には、吸気量は
多いこと、スワールは弱いこと、吸気温度は高いことが
望ましいので、第１〜第３開閉弁１２，１３．１５を全
て開く。

■　急加速時には、多量の吸気量と強いスワールとを要
し、吸気温度は高いのが望ましいことから、第１間開弁
１２を間き、第２および第３開閉弁１３．１５を閉じる
。

■　減速時には、少量の吸気量と弱いスワールでよく、
吸気温度は＾いのが望ましいことから、第１間閉弁１２
を閏じ、第２および第３開閉弁１３．１５を開く。この
場合、ロータリバルブ９の間タイミングはより遅れ側に
補正して、吸気量をより減少させるのが好ましい。

■　故障時には、第３間開弁１５を閉じロータリバルブ
の機能を停止させる。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明のエンジンの吸気装置によ
れば、吸気行程の途中から開弁するロータリバルブの間
弁明間後半、つまり吸気流速が遅くなる期間では、吸気
をヘリカル吸気ポートの上側から燃焼室内に導入してス
ワールを強化したので、充填効率の向上による出力向上
とスワール強化による燃料と空気とのミキシング性の向
上による燃焼性の向上とを同時に図ることができるもの
である。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示し、第１図は全体概略構成図
、第２図は低回転高負荷域、高回転高負荷域および低負
荷域での第１〜第３開閉弁の開閉状態を説明するための
説明図である。 １・・・エンジン、４・・・ヘリカル吸気ポート、６・
・・吸気弁、９・・・ロータリバルブ、９ａ・・・連通
路、１０・・・仕切壁、１１ａ・・・下側吸気通路、１
１ｂ・・・上側吸気通路。 特許出願人　　　　マツダ株式会社　　、−１３−、、
。 代　　理　　人　　　　　弁理士　　前　　１）　　弘
　　；′二、ユ―−−−

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）ヘリカル吸気ポートを備えたエンジンの吸気装置
   において、吸気通路に配置され、高負荷時に吸気行程の
   途中から開くロータリバルブを備えるとともに、該ロー
   タリバルブ下流の吸気通路は仕切壁でヘリカル吸気ポー
   トのヘリカル部近傍まで上下に仕切られていて、上記ロ
   ータリバルブの回転方向は該仕切壁に対峙する側が仕切
   壁の下方から上方に向って回転する方向に設定されてい
   ることを特徴とするエンジンの吸気装置。