JPS62253917A - 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装置、特に吸気通路が、エンジ
ンの低負荷領域から高負荷領域に至る全領域で吸気を燃
焼室に供給する１次吸気通路と、高負荷領域においての
み吸気を供給する２次吸気通路とで構成されているエン
ジンの吸気装置に関する。

（従　　来　　の　　技　　術） エンジンの吸気装置として、例えば特開昭６０−１０１
２２４号公報に示されているように、吸気通路を通路断
面積の小さい１次吸気通路と通路断面積の大きい２次吸
気通路とで構成すると共に、２次吸気通路にエンジンの
低負荷時には閉じ且つ高負荷時には開く制御弁を備えた
ものがある。これは、吸入空気ｍの少ないエンジンの低
負荷時に通路断面積の小さい１次吸気通路のみから吸気
を燃焼室に供給することにより、該吸気の流速を高め或
いは燃焼室内に該吸気によるスワールを形成して、燃料
の気化霧化や該燃料の着火後における火炎の伝幡を促進
し、これにより低負荷時の燃焼性を向上させると共に、
高出力が要求されるエンジンの高負荷時には、上記１次
、２次吸気通路の両者から吸気を供給することにより所
要の吸気充填量を確保し得るようにしたものである。

ところで、この種のスワール生成手段を備えたエンジン
にあっては、点火プラグの着火部が燃焼室の中心部から
上記スワール方向にオフセットして配設されることがあ
る。これは、上記のようにして１次吸気通路からの吸気
により形成されるスワールの旋回軌跡上に点火プラグの
着火部を略位置させて、燃焼室内における該プラグ周辺
部の掃気を良好に行い得るようにする等の理由によるも
のであるが、このような点火プラグの配置構成は１、通
例、１気筒に吸、排気弁を各々１個ずつ有する２弁式エ
ンジンや２個の吸気弁及び１個の排気弁を有する３弁式
エンジンに採用される。

一方、エンジンの吸気装置には燃焼室への燃料供給手段
として燃料噴射弁が設置されることがあるが、該噴射弁
の燃料噴射時期に関″しては、各気筒の作動サイクルに
無関係に噴射する方式と、例えば特開昭５７−１０８４
２８号公報に示されているように、各気筒毎に燃料噴射
弁を備えて当該気筒の例えば吸気行程終了時に燃料を噴
射する方式（タイムドインジエクション方式）とがあり
、後者の方式によれば、各気筒への燃料供給状態が均一
化される利点がある。

更に、近年においては、エンジンの燃費性能や排気性能
を一層向上させるため、上記の如き吸気方式及び燃料供
給方式の採用に加えて、稀薄燃焼化の試みが行われてい
る。これは、燃焼室内における混合気を成層化させて、
該燃焼室上部における点火プラグの周辺に比較的リッチ
（燃料の濃度が大きい状Ｂ）な混合気を遍在させること
により、良好な着火性を確保しながら混合気全体として
の空燃比をリーン（燃料の濃度が小さい状ｇ）化させる
ことを目的とするものである。これによれば、燃費が低
減され且つ排気中の有害成分の含有量が減少されること
になるが、この稀薄燃焼化に際しては、点火プラグによ
る着火時にその周辺に燃料を遍在させておく必要上、燃
料噴射方式として上記のタイムドインジエクション方式
が用いられることになる。

（発明が解決しようとする問題点） 然して、稀薄燃焼化を図るべくタイムドインジ１クショ
ン方式を採用して混合気を成層化させようとした場合、
燃料噴射弁を燃焼室に対してどのような位置関係で設置
するのが最適であるかが問題となる。つまり、従来にお
いては、上記特開昭５７−１０８４２８号公報に図示さ
れているように、燃料噴射弁は吸気マニホルドに設置さ
れており、この場合、吸気行程の所定の時期に燃料噴射
弁から燃料を噴射しても、燃料噴霧はシリンダヘッドに
設けられた吸気ボート内を通り汰けなければならないの
で、その間に該燃料噴霧が吸気ボートの内壁面等に衝突
して拡散され、或いは該壁面に付着することになる。そ
のため、燃焼室内への燃料供給時期や供給状態が不安定
となって該燃焼室内で混合気を良好に成層化することが
困難となり、その結果、稀薄燃焼化が十分に遠戚されな
いのである。

このような問題に対処するには燃料噴射弁を燃焼室に近
づけて配置すればよいが、その場合、燃料が噴射弁から
噴射されてから燃焼室に至るまでの時間及び距離が短く
なるため、該燃料が十分に気化霧化されないうちに燃焼
室に導入されて該至上部の点火プラグに当ることとなり
、その結果、点火プラグの着火部が濡れて失火現象を招
くことになる。特に、吸気通路が１次吸気通路と２次吸
気通路とで構成され且つ点火プラグの着火部が燃焼室中
心からスワール方向にオフセット配置されているエンジ
ンにおいて上記のように燃料噴射弁を燃焼室に近づけて
配置した場合は、吸気流母の少ない低負荷時に上記燃料
の未気化状態ないし未霧化状態が生じ易く、しかも該燃
料がスワール流に乗って点火プラグ着火部に当り易くな
るため、上記のような所謂プラグ濡れによる失火現象が
一層起こり易くなるのである。

尚、上記特開昭６０−１０１２２４号公報辷示されてい
るように、吸気通路が１次吸気通路と２次吸気通路とで
構成されている場合にも、燃料噴射弁は吸気マニホルド
に設置されるが、この場合、該噴射弁は２次吸気通路に
おける制御弁の下流側に設置されることになる。

（問題点を解決するための手段） 本発明はエンジンの吸気装置、特に吸気通路が１次吸気
通路と２次吸気通路とで構成され且つ１次吸気通路から
の吸気により形成されるスワールの旋回軌跡上に略位置
するように点火プラグ着火部が燃焼室中心からオフセッ
トして配設されたエンジンの吸気装置において、燃料噴
射弁の設置位置に改善を加えることによって、燃焼室内
における混合気の成層化と上記噴射弁から噴射された燃
料の気化霧化とを良好に行わせることを目的とするもの
であり、この目的達成のため次のように構成したことを
特徴とする。

即ち、本発明に係るエンジンの吸気装置は、吸気通路を
１次吸気通路と２次吸気通路とで構成すると共に、２次
吸気通路にエンジンの低負荷時には該通路を閉じ且つ高
負荷時には該通路を開く制御弁を備え、且つ１次吸気通
路からの吸気により形成されるスワールの旋回軌跡上に
略位置するように点火プラグを燃焼室中心からオフセッ
トして配設した構成において、上記１次吸気通路の２次
吸気通路への合流部近傍に、噴口部を上記点火プラグよ
り燃焼室中心側へ指向させて燃料噴射弁を設置したこと
を特徴とする。

（作　　　用） 上記の構成によれば、燃料噴射弁が１次吸気通路の２次
吸気通路への合流部、即ちシリンダヘッドにおける吸気
ボートの燃焼室への開口部近傍に噴口部を燃焼室におけ
る点火プラグより該室中心側の方向に指向させて設置さ
れることになるので、吸気行程中の所定の時期に該噴射
弁から燃料が噴射されると、燃料噴霧は、あまり拡散さ
れることなく、また吸気ボートの内壁面等に付着するこ
となく、しかもスワールを形成する流速の高い１次吸気
通路からの吸気流と交差して良好に気化霧化された上で
空間的及び時間的に集中して燃焼室の上部における点火
プラグより中心部寄りに導入されることになる。従って
、該燃焼至上部の中心からオフセットした箇所に位置す
る点火プラグの周辺に良好に気化霧化された燃料がリッ
チな状態で遍在することになって、該燃焼室内における
混合気の成層化が確実且つ速かに実現されることになり
、これに伴って混合気全体としての空燃比をリーン化し
ても、良好な着火性が得られることになる。

（実　　施　　例） 以下、本発明の実施例を図面に基いて説明する。

第１図及び第２図に示すようにエンジン１はシリンダブ
ロック２に形成されたシリンダボア２ａと、該ボア２ａ
内に１ｉｉｌ！挿されたピストン３の上面と、シリンダ
ブロック２の上方に取付、けられたシリンダヘッド４の
下面とで構成された燃焼室５を有すると共に、上記シリ
ンダヘッド４には、その一方の側面４ａから燃焼室５に
通じる吸気ボート６と、他方の側面４ｂから燃焼室５に
通じる排気ボート７とが設けられている。

また、シリンダヘッド４には、これら各ボート６．７の
燃焼￥５への開口部に夫々装着されたバルブシート８，
９に対して密接離反して、これらの開口部を夫々開閉す
る吸気弁１０及び排気弁１１が備えられていると共に、
該シリンダヘッド４の上部にはこれらの弁１０．１１を
開閉駆動する動弁ＩＩＩ構１２が配備されている。この
動弁機構１２は、シリンダヘッド４の上部中央にシリン
ダ列方向に配設されて図示しないクランクシャフトによ
り回転駆動されるカム軸１３と、ロッカアーム軸１４．
１５に夫々揺動自在に支持された吸気弁用ロッカアーム
１６及び排気弁用ロッカアーム１７とで構成されている
。そして、吸気弁用ロッカアーム１６は、一端が上記カ
ム軸１３に設けられた吸気カム１３ａに、他端が上記吸
気弁１０のステム上端に夫々対設され、また排気弁用ロ
ッカアーム１７は、一端がカム軸１３に設けられた排気
カム１３ｂに、他端が上記排気弁１１のステム上端に夫
々対設されて、カム軸１３の回転によりこれらの吸気弁
１０及び排気弁１１がバルブスプリング１８．１９に抗
して夫々所定の時期に開動されるようになっている。

更に、シリンダヘッド４には、排気ボーｉ〜７側の側部
上方から上記燃焼室５の上面に通じるプラグ挿入孔４Ｃ
が設けられ、該孔４ｄに点火プラグ２０が装着されてい
る。その場合、該点火プラグ２０は、後述する１次吸気
通路からの吸気により形成されるスワール（第２図に矢
印へで示す）の旋回軌跡上に当該着火部２０ａが略位置
するように、燃焼室５の中心Ｘからオフセットした位置
に配設されている。

一方、上記シリンダヘッド４の両側面４ａ、４ｂには吸
気マニホルド２１及び排気マニホルド２２が夫々接続さ
れ、吸気マニホルド２１の内部通路２１ａと上記吸気ボ
ート６とで構成されて吸気を燃焼室５に供給する吸気通
路２３と、排気マニホルド２２の内部通路２２ａと上記
排気ボート７とで構成されて燃焼室５内で発生する排気
ガスを外部に導く排気通路２４とが設けられている。そ
して、上記吸気通路２３の下方には、吸気マニホルド２
１の内部通路２１ａから分岐されてシリンダヘッド４の
吸気ボート６における燃焼室５への開口部直上流位置に
合流する通路断面積の小さい通路が設けられ、この通路
がエンジン１の低負荷領域から高負荷領域に至る全領域
で吸気を燃焼室５に供給する１次吸気通路２５とされて
いる。また、上記吸気マニホルド２１の内部通路２１ａ
における１次吸気通路２５の分岐部の直下流側には、当
該エンジン１の低負荷時に閉じ且つ高負荷時に開く制御
弁２６が設置されて、上記吸気通路２３における該制御
弁２６より下流側がエンジン１の高負荷時にのみ吸気を
燃焼室５に供給する２次吸気通路２７とされている。

上記１次吸気通路２５は、吸気マニホルド２１の内部通
路２７ａの通路下壁部から分岐して吸気ボート６におけ
る燃焼室５への開口部直上流位置に開口しているために
２次吸気通路２７からの吸気流に対して１次吸気通路２
５からの吸気流は、エンジンの出力軸方向から見て、水
平速度成分を多く有するようになっている。

然して、このエンジン１においては、燃焼室５に燃料を
噴射供給する燃料噴射弁２８がシリンダヘッド４の吸気
ボート６側の側部下方に装着されている。即ち、シリン
ダヘッド４における上記１次吸気通路２５の側方には該
１次吸気通路２５の２次吸気通路２７への合流部近傍に
開口する燃料噴射弁取付孔４ｄが形成されて、該孔４ｄ
に燃料噴射弁２８が装着されている。この燃料噴射弁２
８は、その中心軸がエンジン出力軸方向から見て、上記
１次吸気通路２５での吸気流方向と、略同一方向となる
ように設置されてい゛る。また、この燃料噴射弁２８は
、その先端の噴口部２８ａが上記点火プラグ２０の着火
部２０ａよりも燃焼室５の中心Ｘ側を指向するように装
着されているが、その場合、該噴口部２８ａが１次吸気
通路２５内に突出すると、その突出部分によって該通路
２５内の吸気の流れが急変させられて乱流が生じ、ひい
てはスワールの生成が悪化する等の問題が生じることに
なる。そこで、この実施例においては、上記１次吸気通
路２５の２次吸気通路２７への合流部近傍に、上記噴射
弁取付孔４ｄが開口する凹部４ｅを設け、この凹部４ｅ
に上記噴射弁２８の噴口部２８ａの先端を臨ませること
により、該噴口部２８ａを１次吸気通路２５内に突出さ
せないように構成されており、これにより上記スワール
生成の阻害要因となる乱流の発生を未然に防止して燃焼
の安定化が図られるようになされている。尚、上記四部
４ｅの１次吸気通路２５側の側部に第２図に鎖線で示す
ようなガイド部４ｅ’　を設ければ、１次吸気通路２５
内における乱流の発生を防止し得るだけでなく、該凹部
４ｅ内に生じる乱流によって噴射燃料の微粒化を向上さ
せることができる。

また、このような構成に加えて１次吸気通路２５の出口
形状を所謂ヘリカル式にすれば、スワールの生成効率が
大幅に向上し、燃焼性が一層改善されるようになる。こ
こで上記燃料噴射弁２８は、第３図に斜線部で示すよう
に当該気筒における吸気行程の終了時に燃料を噴射する
ように噴射時期が制器されるようになっている。

次に、この実施例の作用を説明する。

先ず、エンジン１の低負荷時においては、２次吸気通路
２７における制御弁２６が閉じているので、吸気弁１０
が開く吸気行程時に、吸気は１次吸気通路２５のみから
吸気ボート６の開口部を通って燃焼室５に供給されるこ
とになる。その場合に、該１次吸気通路２５は通路断面
積が小さいので、吸気量が少ない低負荷時であるにも拘
らず、吸気は流速が高められて勢い良く燃焼室５に供給
されると共に、該１次吸気通路２５は、第２図に明らか
なように燃焼室５に対して略接線方向に開口されており
、従って該通路２５からの吸気により燃焼室５内に第２
図に示す方向のスワールＡが形成されることになる。ま
た、エンジン１の高負荷時には上記制御弁２６が開くの
で、吸気は上記１次吸気通路２５と２次吸気通路２７の
両者から吸気ボート６を通って燃焼室５に供給されるこ
とになり、従って所要の出力を得るのに必要な多量の吸
気が燃焼室５に供給されることになる。

そして、いずれの場合にも、吸気行程の終了時には燃料
噴射弁２Ｂから燃料が噴射されて燃焼室５内に混合気が
生成されると共に、圧縮行程から膨張行程への移行時に
は点火プラグ２０が点火され、これにより上記混合気が
着火されて燃焼が行ねれることになる。

然して、上記燃料噴射弁２８は上記１次吸気通路２５の
２次吸気通路２７への合流部の近傍に先端の噴口部２８
ａが位置されていると共に、該噴口部２８ａが燃焼室５
の点火プラグ着火部２０ａより中心Ｘ側を指向している
ので、吸気弁１０が問いている吸気行程の終了時に該噴
射弁２８から燃料が噴射されると、第２図に示すように
燃料噴１Ｂはボート内壁面等に付着することなく、吸気
ボート６の開口部におけるバルブシート８と吸気弁１ｏ
との間を通って燃焼室５の上部中央、即ら点火プラグ２
０の着火部２０ａよりも燃焼！中心Ｘ側に位置する部分
に至近距離から集中的に噴射供給されることになる。そ
のため、燃料噴霧が点火プラグ２０の着火部２０ａを濡
らすことなく燃焼室５の上部中央にリッチな状態で遍在
することになって、燃焼室５内で混合気が良好に成層化
されることになる。これにより、吸気量に対して燃料噴
射量を相対的に少なくしても、上記点火プラグ２０によ
る混合気の着火が良好に行われ、これに伴って混合気全
体としての空燃比をリーン化させることが可能となる。

そして、このようにして混合気が着火されると、特にエ
ンジン１の低負荷時には、燃焼室５内に形成されている
スワール八により火炎が該燃焼室５内の全領域に速かに
伝播され、低負荷時における燃焼状態が改善されること
になる。

更に、上記構成によれば、第２図に示すように燃料噴射
弁２８から噴射される燃料噴霧Ｂは燃焼室５の中央部を
指向するのでスワールＡと交差することになり、その交
差の際に燃料の微粒化ないし霧化が促進されると共に、
該噴霧ＢがスワールＡと共に燃焼￥５の周辺部を旋回す
ることが防止されて、該至５の中央部に集中的に分布さ
れることにより、混合気の成層化が一層向上されること
になる。

また、燃料噴射弁２８は１次吸気通路２５の側方から挿
入されかつ、エンジン出力軸方向から児て、１次吸気通
路２５と燃料噴射弁２８の中心軸とが同一方向となるよ
う設置されているので、該ｖＡ射弁２８からの噴射燃料
自体に水平速度成分が大きく、また１次吸気通、、路２
５からの吸気流も水平速度成分が大きいこともあり、該
噴射燃料は燃焼ｖ５上方、即ち点火プラグ２０の着火部
２０ａまわりに遍在しやすくなることからも、上記混合
気の成層化が向上されることになる。

また、この実施例の場合、燃料は吸気行程の終了時、即
ら吸気弁１０のリフト母が減少して該弁１０の傘部とバ
ルブシート８との間の間隙が狭くなって来た時に噴射さ
れるので、該弁１０の傘部により燃料噴霧の下方への拡
散が阻止され、これによっても混合気の成層化が一囮効
果的に行われることになる。また、一部の燃料はバルブ
シート８における点火プラグ２０側の高温となっている
箇所に接することにより気化が促進されることになり、
このようにして混合気の空燃比をリーン化させながら、
良好な着火性ないし燃焼性が得られることになる。

尚、第４図は２個の吸気弁１０＋’　、１０２’と１個
の排気弁１１′とを有する３弁式エンジンに本発明を適
用した他の実施例を示すもので、この実施例においては
特に吸気ボート６′の燃焼室５′側が二叉状に分岐され
て、第１、第２吸気ボーｈ６ｔ　’　、６２’　とされ
ている。そして、この実施例においても、吸気通路はエ
ンジンの低負荷領域から高負荷領域に至る全領域で吸気
を燃焼室５′に供給する１次吸気通路２５′と、制御弁
（図示せず）が備えられてエンジンの高負荷時のみ吸気
を燃焼室５′に供給する２次吸気路２７′とで構成され
ていると共に、１次吸気通路２５′からの吸気により形
成されるスワールの旋回軌跡上に肖該着火部２０ａ′が
略位置するように燃焼室中心Ｘ′からオフセットした位
置に点火プラグ２０′が配設されており、更には燃料噴
射弁２８′がシリンダヘッド４′における上記１次吸気
通路２５′の側方において、先端の噴口部２８ａ′が該
１次吸気通路２５′における２次吸気通路２７′との合
流部近傍から上記点火プラグ着火部２Ｑａ’より燃焼ｖ
５′の中心Ｘ′側を指向するように配置されている。従
って、この実施例のような３弁式エンジンにおいても、
上記第１実施例と同様にして、噴射燃料の管壁付着や、
点火プラグの濡れによる失火現象を未然に防止すること
ができ、しかも燃料の気化霧化性が改善されて成層化が
良好に行われることになる。

（発明の効果） 以上のように本発明は、吸気通路が１次吸気通路と制御
弁を備えた２次吸気通路とで構成され且つ点火プラグの
着火部が燃焼室の中心からスワール方向にオフセットし
た位置に配置されているエンジンの吸気装置において、
上記１次吸気通路における２次吸気通路への合流部近傍
に、噴口部を点火プラグ着火部より燃焼！中心側に指向
させて燃料噴射弁を設置するようにしたから、吸気行程
中の所定時期に該噴射弁から燃料が噴射されると、燃料
噴霧は上記スワールを形成する流速の高い１次吸気通路
からの吸気流と交差して微粒化が・一層促進された上で
燃焼室の上部中央に集中的に供給されることになる。そ
のため、点火プラグの濡れを生じることなく該プラグの
着火部周辺に燃料が良好な気化霧化状態で、しかもリッ
チな状態で遍在することになって混合気が効果的に成層
化されることになる。これにより、良好な着火性を確保
しながら混合気全体としての空懲比のリーン化ないし稀
薄燃焼化が達成されることになり、その結果、燃費性能
や排気性能が効果的に改善されることになる。

【図面の簡単な説明】

第１〜３図は本発明の第１実施例を示すもので、第１図
はエンジンにおける燃焼室周辺を示すシリンダヘッドの
縦断面図、第２図は第１図ＩＩ−Ｉｆ線に従って見たシ
リンダヘッドの横断平面図、第３図は燃料噴射時期を示
すグラフである。また第４図は本発明の第２実施例を示
すもので、シリンダヘッドの横断平面図である。 ５．５′・・・燃焼室、２０．２０’・・・点火プラグ
、２５．２５’・・・１次吸気通路、２６・・・制御弁
、２７．２７’・・・２次吸気通路、２８゜２８′・・
・燃料噴射弁、２８ａ　、２８ａ　’　・・・噴口部、
ｘ、ｘ’・・・燃焼室中心。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）吸気通路を１次吸気通路と２次吸気通路とで構成
   すると共に２次吸気通路に該通路を開閉する制御弁を備
   え、エンジンの低負荷時には上記１次吸気通路のみから
   、高負荷時には上記制御弁の開動により１次吸気通路と
   ２次吸気通路との両通路から吸気を燃焼室に供給する一
   方、１次吸気通路からの吸気により形成されるスワール
   の旋回軌跡上に略位置するように点火プラグを燃焼室中
   心からオフセットして配設したエンジンにおいて、上記
   １次吸気通路の２次吸気通路への合流部近傍に、噴口部
   を上記点火プラグより燃焼室中心側へ指向させて燃料噴
   射弁が設置されていることを特徴とするエンジンの吸気
   装置。