JPH03156111A - 多弁式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） 本願発明は、１気筒に付き吸気弁を腹数個備えた多弁式
エンジンの吸気装置の構造に関するものである。

（従来の技術） 最近では、吸気多弁構造とすることによって吸気充填効
率を向上させるとともに、それら複数の吸気弁に対応し
た複数の吸気ポートの一部にシャ。

ター弁を設け、エンジンの負荷状態に応じて実質的な吸
気通路面積を変えるようしたエンジンの吸気装置が各種
提案されている。

その中のひとつとして、例えば実開昭６１−２０４９２
２号公報に示されるものがある。該公報に示されている
エンジンの吸気装置では、一対のサイドポートと、これ
ら一対のサイドポート間に設けられたセンターポートと
の３組の吸気ポートを備え、それら各吸気ポートに対応
して３組の吸気弁が設けられている。そして、例えば上
記一対のサイドポートの一方側にはシャッター弁が設け
られていて負荷状態に応じた吸気量の制御が可能になっ
ている一方、他方側のサイドポートはスワル生成ポート
としてヘルカルに形成され、又センターポートにはフュ
ーエルインジェクタが設置されている。そして、上記フ
ユーエルインジェク夕が設けられているセンターボート
は燃焼室の頂部中央部に開口され、該開口部に吸気弁が
設置されている。

一般にエンジンの７リング内に供給される混合気の空燃
比Ａ／Ｆを希薄にすればするほど燃料消費率を向」ニす
ることができ、従って少なくとも燃ＩＩＩ費率を向上す
るためには、エンジンの７リング内に供給される混合気
の空燃比Ａ／Ｆを可能な限り希薄な値にすることが望ま
しい。しかしながら、一方該希薄混合気を用いた場合に
は着火性が低下するばかりでなく、たとえ青火しても火
炎伝播達文が遅いために良好な燃焼状態が得られないと
いう問題がある。

そこで、このような問題を解決するために、例えば吸気
通路を燃焼室内に内壁面に対して接線状（又はヘリカル
状）に延設すると共に同吸気通路内に燃料噴Ｑ、Ｊ弁を
配置し、燃料噴射弁からの燃料噴射を吸気弁が閉弁する
すこし前に停止せしめるようにしたエンジンが以前より
周知である。

このような構造のエンジンでは、部分負荷運転時の吸気
行程前半に空気のみが燃焼室内に供給され、吸気行程の
後半に噴射燃料が燃焼室内に供給されるので、燃焼室頂
部には濃混合気層が形成される一方、燃焼室下方には希
薄混合気層が形成されることになって燃焼室内混合気が
成層化せしめられる。その結果、点火プラグ周りには濃
混合気が集まるようになるために着火性が向上し、また
接線方向に開口した吸気通路から高流速で流入する空気
流によって燃焼室内には旋回流（スワール）が発生せし
められるので着火火炎を燃焼室内に急速に伝播せしめる
ことができるようになって燃焼状態が良好となる。

ところで、このように燃焼室内混合気を成層化した場合
において、該成層化した混合気の空燃比を一定にした場
合には上記成層化の度合を大きくしたほうが燃焼性を向
上させることができる。例えば成層化した混合気全体の
空燃比が２５であって、濃混合気の空燃比が２０．希薄
混合気の空燃比が３０である場合と、濃混合気の空燃比
が１５、希薄混合気の空燃比が３５である場合とを対比
して考えると、後者の場合の方が前者の場合よりも良好
な燃焼性が得られる。すなわち、濃混合気の空燃比が２
０の場合であっても、一応点火プラグにより着火せしめ
ることはできるが、やはり濃混合気の燃焼による火炎が
弱く、その結果、結局希薄混合気を燃焼せしめるのに時
間を要することになるために良好な燃焼状態を得るのは
困難である。

これに対して濃混合気の空燃比が１５程度の場合には濃
混合気の燃焼による火炎が強く、従って、この場合には
希薄混合気がより希薄であっても同希薄混合気を燃焼せ
しめるのに要する時間が短くなり、十分に良好な燃焼状
態が得られる。また、燃費性能も向上する。そして、こ
のような良好な燃焼状態を得るには上記燃焼室内混合気
の成層化の度合を可及的に高めることが必要である。

しかし、上述の周知のエンジンでは、フューエルインジ
ェクタが上記旋回流形成用の吸気ボート自体に設置され
ていることから、噴射燃料が吸入空気流と共に高速度で
燃焼室内に流入することになり噴射燃料が燃焼室内全域
に広がりやすく、従つて一応混合気の成層化はおこなわ
れるものの成層化の度合が十分でないという問題が残る
。

この残された問題を解決するために、例えば第１の吸気
弁と第２の吸気弁との２つの吸気弁を具備し、第１の吸
気弁を介して燃焼室内に連結された第１の吸気通路をヘ
リカル状に形成し、他方筒２の吸気弁を介して燃焼室内
に連結された第２の吸気通路内に高負荷運転時に開弁す
る吸気制御弁を設け、さらに同吸気制御弁下流の第２の
吸気通路内に燃料噴射弁を配置したものも既に提案され
ている。また、特に高負荷運転時における吸気充填効率
を向上するために更に第３の吸気弁を具えたものもそれ
に関連して提案されている。これらの内燃機関の構造で
は、部分負荷運転時に上記吸気制御弁が閉弁状態に保持
されるので、吸気行程時に第２の吸気弁が開弁すると同
吸気制御弁下流の第２の吸気通路内の圧力は燃焼室内混
合気（まで即座に低下する。その結果、吸気制御弁下流
の第２の吸気通路内の圧力と燃焼室内の圧力との圧力差
が比較的小さな圧力差に維持されるために第２の吸気通
路内に噴射された燃料はゆっくりとした速度で燃焼室内
に流入するようになる。従って、燃焼室内の噴射燃料は
燃焼室内にさほど広がらず、その結果、成層化の度合も
高くすることができる。

しかし、これらのエンジンにおいて成層化の度合を更に
高くするために、上記第２の吸気弁を吸気行程の後半に
開弁せしめるようにすると、第２の吸気通路内の噴射燃
料は、ゆっくりとした速度でしか燃焼室内に流入しない
ために全噴射燃料が燃焼室内に流入しえず、流入しえな
かった噴射燃料が次の吸気行程において第２の吸気弁が
開弁じた瞬間に燃焼室内に急激に流入するようになる。

ところが、このように第２の吸気弁が開弁じた瞬間に前
回の吸気行程において流入しえなかった噴射燃料が燃焼
室内に流入すると、この噴射燃料は燃焼室の中央部に集
まることとなり、そのために良好な成層化が得られない
という問題が発生する。一方、全噴射燃料を吸気行程中
に燃焼室内に供給するために第２の吸気弁の開弁時期を
早めると吸気行程の早い時期から第２の吸気通路内の噴
射燃料が燃焼室内に供給されることになり、結局良好な
成層化を得るのは困難となる。即ち、上記第２の吸気通
路内に設けた吸気制御弁を閉弁することによって成層化
を達成しようとした場合には第２の吸気弁の開弁時期を
どのように設定したとしても良好な成層化を得ることが
できないことになる。

このような問題を解決するために、さらに上記第２の吸
気通路を常時開放とし、燃料噴射の完了時期を適切に制
御することによって成層化の度合を高め、それによって
良好な燃焼を確保するようにすることが考えられる。

しかし、そのような構成を採用すると、同構成では濃混
合気を供給するための第２の吸気弁が燃焼室頂部の周辺
部に配置されているために、第２の吸気弁から流入する
濃混合気流によって本来の旋回流（スワール）が弱めら
れるばかりでなく濃混合気が旋回流によって外周方向に
拡散せしめられ、逆に成層化の度合を十分に高めること
ができなくなるという新たな問題が出てくる。

上記最初に述べた従来技術（実開昭６１−２０４９２２
号公報記載の発明）は、以上のような技術的背景の下に
おいて発明されたものであり、同発明の構成では、上記
燃料供給ボート側第３の吸気弁を燃焼室の頂部中央部に
配置しているので同第３の吸気弁から供給された混合気
が外周方向に拡散するのを阻止することができるように
なり成層化の度合を高めることができ、しかも該第３の
吸気弁は吸気行程中央から圧縮行程始めまでの間で開弁
され、比較的低流速で上下方向に燃料が流入するように
なるから該供給された混合気によっては余り旋回流が弱
められることもないので強力な旋回流を圧縮行程末期ま
で維持することができるようになる。その結果、平均空
燃比が２５から３０といった希薄混合気を用いても良好
な燃焼状態を得ることができることになる訳である。

従って、同従来技術の構成によれば上述した問題の全て
を略々解決することができる。

（発明が解決しようとする問題点） ところが、上記従来技術の構成では、軽負荷時には第２
の吸気通路に設けられているシャツタ弁が閉じられるこ
とになる。その結果、残された第１、第３の２つの吸気
通路から吸気が供給されるようになるが、該２つの吸気
通路の断面積は大きく、しかも軽負荷状態であるために
吸気の絶対量そのものも少ないから、センターポートで
ある第３の吸気通路からの吸気の供給流速は本来低い。

したがって、フューエルインジェクタで噴射された燃料
がスムーズに燃焼室内に供給されず、第３の吸気通路の
壁面に付着し易くなるととＬに同吸気通路の第３の吸気
弁のバルブ傘角度がフラットなこともあって同吸気通路
のポート開口部の周縁に液滴状態で付着してしまってＨ
Ｃ発生源となってしまう問題がある。また、その結果、
点火プラグ付近を濃混合気層化することが困難となるな
どの問題が未だ未解決のまま残されている。

（課題を解決するための手段） 本願発明は、上記未解決の問題を解決することを目的と
してなされたものであって、１気筒に付き複数の吸気弁
とそれらに対応した複数の吸気ポートとを備え、上記複
数の吸気ポートの何れかにフューエルインジェクタを設
けてなる吸気多弁式エンジンにおいて、上記フューエル
インジェクタを有する吸気ポートを同エンジンの７リン
グへノド中央部付近に開口させるとともに該吸気ボート
の吸気弁のステム部から傘部周縁に到る傾斜面角度を他
の吸気ボートの吸気弁の同傾斜面角度よりも大きく設定
したことを特徴とするものである。

（作　用） 上記本願発明の多弁式エンジンの吸気装置の構成では、
−１−述の従来技術同様フューエルインジェクタが設け
られているセンターポートをエンジン燃焼室中央部付近
に開口させる一方、それに加えて当該開口部に設けられ
る吸気弁のステムから傘部周縁に到る傾斜面の傾斜角を
池の吸気ポートの吸気弁の同傾斜角よりも大きく形成し
て構成されている。

そのため、吸気弁開弁時のセンターポートの吸気流速が
特に速くなり、傘部周縁に付着している液滴燃料を効果
的に掻き取って燃焼室内に流入するようになり、噴射燃
料の壁面付着量を大きく減少させることができる。そし
て、それにより燃焼室中央部の点火プラグ付近の混合気
を有効にリッチ化して成層化を促進する。

（発明の効果） 従って、本願発明の多弁式エンジンの吸気装置によると
、特にフューエルインジェクタを備えたセンターポート
の開口部付近のみの吸気流速が効果的に向上し、燃料の
壁面付着量が減少する結果、ＨＣ発生量も低下し、排気
エミッションの改善に寄与し得るようになる。

（実施例） 第１図〜第３図は、本願発明の実施例に係る多弁式エン
ジンの吸気装置の構成を示している。

先ず、第１図ないし第３図を参照してその構成を説明す
ると、符号ｌはエンジン本体、２はシリンダブロック、
３は同シリンダブロック２内で往復動するピストン、４
は上記シリンダブロック２上に固定されたシリンダヘッ
ド、５は上記ピストン３と」１記シリンダヘッド４との
間に形成されたエンジン燃焼室、６は同エンジン燃焼室
５の頂部のほぼ中央に配置された点火プラグを夫々示し
ている。そして、上記シリンダヘッド４の内壁面には第
１の吸気弁７、第２の吸気弁８、第３の吸気弁９からな
る３個の吸気弁と、第１の排気弁１０および第２の排気
弁１１からなる２個の排気弁とが各々配置されている。

第１の吸気弁７および第２の吸気弁８は、はぼ同じ弁径
を有し、第３の吸気弁９は第１の吸気弁７、第２の吸気
弁８よりも小さな弁径をして形成されている。この第３
の吸気弁９は上記エンジン燃焼室５の頂部中央部に配置
され、また同第３の吸気弁９の近傍に位置して点火プラ
グ６が配置されている。上記シリンダへラド４内には、
第１の吸気通路１２、第２の吸気通路１３、第３の吸気
通路１４からなる３個の吸気通路と、上記排気弁１０．
１１を介してエンジン燃焼室５内に連結された排気通路
１５Ａ、１５Ｂとが各々形成されている。第１の吸気通
路１２、第２の吸気通路１３および第３の吸気通路１４
は、図示のように一対の薄肉隔壁１６．１７により互い
に分離されて上記シリンダヘッド４内を吸気上流側に互
いにほぼ平行に延びている。また第３の吸気通路１４は
、各運転領域に応じた適正な吸気量と燃料供給量を確保
できる範囲で上記第１の吸気通路１２、第２の吸気通路
１３よりも小さな断面に形成し、特に軽負荷時に適度な
吸気流速が得られるように構成されている。第１の吸気
通路１２、第２の吸気通路１３並びに第３の吸気通路１
４は、第１図に図示の如く同一の吸気枝管１８に連結さ
れて同吸気技管１８の内部において互いに合流するよう
になっている。そして、第１の吸気通路１２は第１の吸
気弁７を介してエンジン燃焼室５内に連結され、この第
１の吸気通路１２はエンジン燃焼室５内に旋回流（スワ
ール）を発生させるためにヘリカル形状に形成されてい
る。また第２の吸気通路１３は、第２の吸気弁８を介し
てエンジン燃焼室５内に連結され、この第２の吸気通路
１３は略真っ直ぐに延びるストレートポートとして形成
されている。第２の吸気通路１３の入口部には吸気制御
弁１９が配置され、該吸気制御弁１９の弁軸２０は、第
１の吸気通路１２、第２の吸気通路Ｉ３および第３の吸
気通路１４内を各々賞通して外部に延びている。そして
、同弁軸２０は、図示はしないがエンジンの吸気負圧に
応じて作動する負圧アクチュエータの駆動軸に連結され
ており、上記吸気制御弁１９はエンジン軽負荷時には、
閉弁制御される。さらに第３の吸気通路１４は、に記第
３の吸気弁９を介してエンジン燃焼室５内に連結されて
いる。そして、この第３の吸気通路１４は真っ直くに延
びるストレートボートとして形成されている。該第３の
吸気通路１４の−１−壁部には燃料噴射弁（フューエル
インジェクタ）２１が配置され、この燃料噴射弁２１か
ら燃料が第３の吸気弁９の傘部９ａの背面に向けて噴射
されるようになっている。

該第３の吸気弁９の傘部９ａは、例えば第３図に特に詳
細に示すように、そのステム９ｂの下部から延びる延設
面Ｆの傾斜角θ、が仮想線で示した従来一般の同延設面
の傾斜角θ、よりも相当に大きなものに形成され、また
曲率も小さなものに設定されている。

そして、この結果、上記第３の吸気弁９開弁時に第３の
吸気通路１４より供給される吸気は、上記のように傘部
９ａのステム９ｂとなす傾斜面の傾斜角θ、が大きいこ
とにより抵抗な〈従来よりも速い速度で傘部９ａ周縁お
よびボート開口縁の付着燃料（液滴）を掻き取ってエン
ジン燃焼室５内点火プラグ６付近に進入するようになる
。

この結果、適正に成層化が促進されて燃焼性が向上する
ことになり出力が向上するとともに、他方液滴燃料の霧
化が促進されてＨＣの発生量も低減されるので排気エミ
ッション性能も良好となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本願考案の実施例に係る多弁式エンジンの吸
気装置の構成を示すエンジンシリンダヘッド部の水平断
面図、第２図は、同中央縦断面図、第３図は、第２図の
要部の拡大図である。 １　・　・ ２　・　・ ４　・　・ ５　・　・ ６　・　・ ７　・　・ ８　・　・ ９　・　・ ９ａ　・ ９ｂ　・ ｌ　２　・ ｌ　３　・ ｌ　４　・ ２　ｌ　・ ・エンジン本体 ・シリンダブロック ・シリンダへノド ・エンジン燃焼室 ・点火プラグ ・第１の吸気弁 ・第２の吸気弁 ・第３の吸気弁 ・傘部 ・ステム ・第１の吸気通路 ・第２の吸気通路 ・第３の吸気通路 ・燃料噴射弁 −７０− 第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、１気筒に付き複数の吸気弁とそれらに対応した複数
   の吸気ポートとを備え、上記複数の吸気ポートの何れか
   にフューエルインジェクタを設けてなる吸気多弁式エン
   ジンにおいて、上記フューエルインジェクタを有する吸
   気ポートを同エンジンのシリンダヘッド中央部付近に開
   口させるとともに該吸気ポートの吸気弁のステム部から
   傘部周縁に到る傾斜面角度を他の吸気ポートの吸気弁の
   同傾斜面角度よりも大きく設定したことを特徴とする多
   弁式エンジンの吸気装置。