JPH07166926A

JPH07166926A - 内燃機関の吸気装置

Info

Publication number: JPH07166926A
Application number: JP5315676A
Authority: JP
Inventors: Yuuichi Iriya; 祐一入矢; Akihiro Iiyama; 明裕飯山; Kazuyoshi Aramaki; 和喜荒巻
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1993-12-16
Filing date: 1993-12-16
Publication date: 1995-06-27

Abstract

(57)【要約】【目的】点火栓の周囲に理論空燃比よりも濃い混合気
を供給し、ＥＧＲ制御時の燃焼安定性を向上する。【構成】機関が所定の運転条件に達すると、コントロ
ールユニット２２はスワール制御弁６を閉弁して第２の
吸気ポート４Ｂへの空気量を制限する。また、燃料噴射
弁８は、第２の吸気ポート４Ｂを指向する第２の噴射孔
１０Ｂにのみ補助空気通路１７からのアシストエアを供
給する。第１の吸気弁５Ａは、第２の吸気弁５Ｂよりも
開時期，閉時期が早くなるように設定され、燃料噴射弁
８の燃料噴射時期は、第２の噴射孔１０Ｂから噴射され
た燃料が第２の吸気弁５Ｂの閉じ間際に第２の吸気ポー
ト４Ｂ内に到達するよう設定されている。これにより、
気筒１内には、中央部から外側にかけて順番に、空燃比
の高い混合気層、理論空燃比近傍の混合気層、ＥＧＲガ
ス層の３層が形成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、所定の運転条件下で層
状給気を行う内燃機関の吸気装置に関し、特に、混合気
とＥＧＲガスとの成層化を図り、燃焼安定性を改善する
吸気装置の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】燃焼温度を下げてＮＯ_Xを低減すると共
に燃費の向上を図るべく、所定の運転条件で、吸気通路
にＥＧＲガスを導入すると共に、各吸気弁の開閉時期を
調節することにより、混合気とＥＧＲガスとの成層化を
図る装置が、例えば実開昭６２−１５４２３３号公報等
によって知られている。

【０００３】すなわち、前記公報に開示されたものは、
各気筒にそれぞれ独立した第１の吸気弁，第２の吸気弁
を備えた装置において、第１の吸気弁に連通する第１の
吸気ポートに燃料噴射弁を設ける一方、第２の吸気弁に
連通する第２の吸気ポートにはスワール制御弁の下流側
にＥＧＲ通路を接続し、第２の吸気弁の開時期を第１の
吸気弁の開時期よりも早めている。

【０００４】そして、気筒内に第２の吸気ポートを介し
てＥＧＲガスを供給した後に、両吸気ポートを介して新
気、すなわち混合気を供給することにより、ＥＧＲガス
の上方に混合気を案内して軸方向の成層化を図ってい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
装置では、単に、ＥＧＲ通路が接続された側の吸気弁の
開時期を燃料噴射弁側の吸気弁の開時期よりも早めるに
すぎないため、吸入行程の初期にはＥＧＲガスと混合気
との成層化が実現したとしても、点火前には両者が混合
してしまい、成層化が崩れる可能性がある。

【０００６】すなわち、吸入行程が終了して圧縮行程に
入ると、ピストンが上昇して気筒内の軸方向の寸法が小
さくなるため、軸方向の成層化を保持することができ
ず、ＥＧＲガスと混合気とが点火前に混じってしまい、
燃焼の安定性を損なう可能性がある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明は、燃料
噴射弁の燃料噴射時期と各吸気ポートへ燃料が到達する
時期とを調整することにより、ＥＧＲガスと混合気との
成層化を行うこととした。すなわち、本発明に係る内燃
機関の吸気装置は、内燃機関の各気筒毎に設けられ、そ
の先端側が第１の吸気ポートと第２の吸気ポートとに分
岐した吸気通路と、機関の回転に同期して前記第１の吸
気ポート，第２の吸気ポートをそれぞれ開閉する第１の
吸気弁，第２の吸気弁と、前記吸気通路の途中に設けら
れ、各吸気ポートに向けて燃料を噴射する燃料噴射弁と
を備え、前記気筒の中央付近に点火栓が配設された内燃
機関の吸気装置において、前記吸気通路の途中には、所
定の運転条件で閉弁することにより第２の吸気ポートへ
流入する空気量を制限する吸気制御弁を設け、かつ、第
１の吸気弁の開時期を第２の吸気弁の開時期よりも早く
設定し、さらに、前記所定の運転条件のときに、第１の
吸気ポートへの燃料到達時期よりも第２の吸気ポートへ
の燃料到達時期を遅らせる到達時期遅延手段を設けると
共に、燃料噴射弁の燃料噴射時期を第２の吸気ポートへ
の燃料到達時期が第２の吸気弁の閉じ間際となるように
設定したことを特徴としている。

【０００８】また、請求項２の構成では、内燃機関の
各気筒毎に設けられ、その先端側が第１の吸気ポートと
第２の吸気ポートとに分岐した吸気通路と、機関の回転
に同期して前記第１の吸気ポート，第２の吸気ポートを
それぞれ開閉する第１の吸気弁，第２の吸気弁とを備
え、前記気筒の中央付近に点火栓が配設された内燃機関
の吸気装置において、前記吸気通路の途中には、所定の
運転条件で閉弁することにより第２の吸気ポートへ流入
する空気量を制限する吸気制御弁を設け、かつ、第１の
吸気弁の開時期を第２の吸気弁の開時期よりも早く設定
し、さらに、前記吸気通路の途中には、第１の吸気ポー
トに指向する第１の噴射孔，第２の吸気ポートに指向す
る第２の噴射孔から第１の吸気ポート，第２の吸気ポー
トに向けてそれぞれ燃料を噴射すると共に、前記所定の
運転条件では第２の噴射孔にのみ空気源からのアシスト
エアを供給する燃料噴射弁を設け、前記所定の運転条件
では、この燃料噴射弁の燃料噴射時期を第２の吸気ポー
トへの燃料到達時期が第２の吸気弁の閉じ間際となるよ
うに設定したことを特徴としている。

【０００９】さらに、請求項３の構成では、内燃機関の
各気筒毎に設けられ、その先端側が第１の吸気ポートと
第２の吸気ポートとに分岐した吸気通路と、機関の回転
に同期して前記第１の吸気ポート，第２の吸気ポートを
それぞれ開閉する第１の吸気弁，第２の吸気弁とを備
え、前記気筒の中央付近に点火栓が配設された内燃機関
の吸気装置において、前記吸気通路の途中には、所定の
運転条件で閉弁することにより第２の吸気ポートへ流入
する空気量を制限する吸気制御弁を設け、かつ、第１の
吸気弁の開時期を第２の吸気弁の開時期よりも早く設定
し、さらに、前記吸気通路の途中には、第１の吸気ポー
トに向けて延びるノズルを介して当該ポートに指向する
第１の噴射孔，第２の吸気ポートに指向する第２の噴射
孔から第１の吸気ポート，第２の吸気ポートに向けてそ
れぞれ燃料を噴射すると共に、前記所定の運転条件では
第１の噴射孔，第２の噴射孔に空気源からのアシストエ
アを供給する燃料噴射弁を設け、前記所定の運転条件で
は、この燃料噴射弁の燃料噴射時期を第２の吸気ポート
への燃料到達時期が第２の吸気弁の閉じ間際となるよう
に設定したことを特徴としている。

【００１０】また、請求項４では、前記各請求項１〜３
のいずれかにおいて、前記燃料噴射弁は、第１の吸気ポ
ートに供給する燃料を、該第１の吸気ポートの気筒中心
寄りに指向して噴射する構成としたことを特徴としてい
る。

【００１１】

【作用】機関がＥＧＲ制御可能な所定の運転条件下に入
ると、吸気制御弁が閉弁すると共に、燃料噴射時期が第
２の吸気弁の閉じ間際に設定される。

【００１２】ここで、吸入行程の初期においては、第２
の吸気弁よりも先に第１の吸気弁が開くことにより、こ
の第１の吸気弁の周囲から気筒内の燃焼ガス（ＥＧＲガ
ス）が第１の吸気ポート内に吹き返す。

【００１３】そして、吸入行程が進むと、第１の吸気ポ
ート内に逆流した燃焼ガスは、吸入空気と共に気筒内に
流入する。ここで、所定の運転条件では、吸気制御弁が
閉弁して第２の吸気ポートへの空気量が制限されている
ため、吸入空気の大部分が燃焼ガスと共に第１の吸気ポ
ートから気筒内に流れ込み、スワールを形成する。

【００１４】一方、到達時期遅延手段により、第１の吸
気ポートへの燃料到達時期よりも第２の吸気ポートへの
燃料到達時期の方が遅くなるため、この第２の吸気ポー
トへの燃料到達時期が第２の吸気弁の閉じ間際となるよ
うに燃料噴射時期を設定すれば、第１の吸気ポート側の
燃料が吸入行程の半ばに気筒内に流入するのに対し、第
２の吸気ポート側の燃料は吸入行程の末期に気筒内に流
入する。

【００１５】従って、吸入行程半ばに第１の吸気ポート
から気筒内に流入した燃料は、燃焼ガスと吸入空気とが
形成するスワールに乗り、主として気筒の周辺部近傍に
案内される。

【００１６】一方、吸入行程の末期にはピストンの移動
速度が低下する上に、吸気制御弁によって第２の吸気ポ
ート側の空気量が制限されるため、第２の吸気ポートか
らの燃料は、比較的緩やかな速度で気筒内に流れ込み、
スワールの渦中心に引き寄せられて、気筒内の略中央部
に案内される。

【００１７】ここで、吸気制御弁によって第２の吸気ポ
ートへの空気量が制限されることにより、第２の吸気ポ
ートから気筒内に流れ込む混合気は、その空燃比が比較
的濃いものとなっている。

【００１８】これにより、気筒内では、その周辺部に燃
焼ガスと混合気との層が形成される一方、点火栓に対応
した中央部には空燃比の濃い混合気の層が形成され、気
筒半径方向の成層化が実現する。

【００１９】また、請求項２の構成によれば、所定の運
転条件において、燃料噴射弁は、第２の噴射孔にのみア
シストエアを供給するため、この第２の噴射孔から噴射
される燃料のみがアシストエアによって微粒化される。

【００２０】ここで、噴射された燃料粒子の粒径が大き
い場合は、空気抵抗に打ち勝ち易いため、減速度は小さ
くなる。これに対し、燃料粒子の粒径が小さい場合に
は、空気抵抗を強く受けるため、減速度が大きくなり、
やがて自身の速度を失い、吸入空気の流れに乗って気筒
まで運ばれることになる。

【００２１】従って、吸気制御弁によって第２の吸気ポ
ート側の空気量を制限しつつ、アシストエアによって第
２の吸気ポートへ向かう燃料を微粒化することにより、
この微粒化された燃料が第２の吸気ポートに到達する燃
料到達時期を第１の吸気ポートへの燃料到達時期よりも
遅らせることができる。これにより、請求項１の作用と
同様に、燃焼ガスと混合気との成層化を実現することが
できる。

【００２２】さらに、請求項３の構成によれば、吸気制
御弁が閉弁する所定の運転条件において、燃料噴射弁
は、アシストエアにより第１の噴射孔，第２の噴射孔か
ら噴射される燃料をそれぞれ微粒化するため、請求項２
の作用と同様に、第２の噴射孔から噴射された燃料は、
空気抵抗の影響を受けて速度が低下する。

【００２３】ここで、第１の噴射孔は、第１の吸気ポー
トに向けて延びるノズルを介して第１の吸気ポートに指
向するため、第１の噴射孔から噴射された燃料がアシス
トエアにより微粒化されても、ノズル内での減速度は小
さい。すなわち、燃料はほぼ同時にノズルの先端と第２
の噴射孔とから噴射されることになり、より遠くから噴
射される第２の噴射孔からの燃料が微粒化による速度低
下の影響をより大きく受けて、第２の吸気ポートへの燃
料到達時期の方が第１の吸気ポートへの燃料到達時期よ
りも遅れることになる。これにより、請求項１の作用と
同様に、燃焼ガスと混合気との成層化を実現することが
できる。

【００２４】また、請求項４の構成によれば、第１の吸
気ポートに供給する燃料を第１の吸気ポートの気筒中心
寄りに指向して噴射するため、この第１の吸気ポート側
の燃料は、燃焼ガス等により形成されたスワールの内周
側に乗ることになる。

【００２５】これにより、気筒内には、その外周側に形
成される燃焼ガスの存在比が高いＥＧＲガス層と、この
ＥＧＲガス層の内周側に形成される第１の吸気ポートか
らの燃料が主体をなす第１の混合気層と、この第１の混
合気層の内周側、すなわち、気筒の略中央部に形成され
る第２の吸気ポートからの燃料が主体をなす高濃度の第
２の混合気層との計３種類の層が形成される。

【００２６】

【実施例】以下、本発明の実施例を図１〜図１１に基づ
いて詳細に説明する。

【００２７】まず、図１は本発明の第１の実施例に係る
内燃機関の吸気装置の構成説明図であって、内燃機関に
は複数の気筒１（１個のみ図示）が設けられ、各気筒１
のシリンダヘッド略中央部には燃焼室２内に臨む点火栓
３が配設されている。

【００２８】吸気通路４は、各気筒１毎にそれぞれ設け
られ、この吸気通路４の上流側はコレクタに集合してエ
アクリーナ（いずれも図示せず）に接続されていると共
に、吸気通路４の下流側は二股に分岐して第１の吸気ポ
ート４Ａ，第２の吸気ポート４Ｂとなり、各吸気ポート
４Ａ，４Ｂは同一の燃焼室２に連通している。

【００２９】吸気通路４の各吸気ポート４Ａ，４Ｂに
は、第１の吸気弁５Ａ，第２の吸気弁５Ｂがそれぞれ設
けられている。これら各吸気弁５Ａ，５Ｂは、図示せぬ
動弁機構にそれぞれ連結され、この動弁機構により機関
の回転に連動して各吸気ポート４Ａ，４Ｂを開閉するよ
うになっている。また、図４と共に後述する如く、第１
の吸気弁５Ａの方が第２の吸気弁５Ｂよりも、その開時
期、閉時期が共に早められている。

【００３０】吸気制御弁としてのスワール制御弁６は、
図示せぬスロットル弁よりも下流側であって、かつ、後
述の燃料噴射弁８よりも上流側に設けられ、スワール制
御弁駆動機構７に接続されている。このスワール制御弁
６のうち燃料噴射弁８側の部分は、第１の吸気ポート４
Ａに対応する部分から第２の吸気ポート４Ｂに対応する
部分の略中間部までの範囲に亘って方形状に切り欠か
れ、切欠部６Ａとなっている。

【００３１】燃料噴射弁８は、吸気通路４の各吸気ポー
ト４Ａ，４Ｂの分岐部よりも上流側であって、かつ、ス
ワール制御弁６よりも下流側に設けられている。また、
燃料噴射弁８は、シリンダヘッド側に取り付けられてい
る。

【００３２】この燃料噴射弁８は、図２に示す如く、先
端に形成された噴孔を弁体（いずれも図示せず）によっ
て開閉することにより燃料を噴出させる噴射弁本体９
と、この噴射弁本体９の先端に設けられた噴射ノズル１
０と、噴射ノズル１０の先端を除く外側を覆って設けら
れたカバー１１とから大略構成され、カバー１１と噴射
ノズル１０との間には略段付筒状のエアチャンバ１２が
画成されている。

【００３３】また、噴射ノズル１０には、各吸気ポート
４Ａ，４Ｂにそれぞれ独立して指向する第１の噴射孔１
０Ａ，第２の噴射孔１０Ｂが形成され、これら各噴射孔
１０Ａ，１０Ｂは、その上流端が噴射弁本体９の噴孔に
連通しており、弁体が開弁すると、両者同時に略等量の
燃料がそれぞれ流入するようになっている。

【００３４】さらに、噴射ノズル１０には、第２の噴射
孔１０Ｂとエアチャンバ１２との間を連通するエア通路
１３が燃料の進行方向に沿って斜めに形成されており、
このエア通路１３から供給されたアシストエアによっ
て、第２の噴射孔１０Ｂからの噴射燃料のみが微粒化さ
れるようになっている。なお、図２中に示す１４はカバ
ー１１と噴射弁本体９との間をシールするシール部材、
１５は噴射ノズル１０と噴射弁本体９との間をシールす
るシール部材、１６は噴射ノズル１０とカバー１１との
間をシールするシール部材である。

【００３５】ここで、噴射ノズル１０の各噴射孔１０
Ａ，１０Ｂは、燃料噴射弁８の軸線Ｏ−Ｏに対してそれ
ぞれ所定の指向角度θ_A，θ_Bだけ傾斜して、各吸気ポー
ト４Ａ，４Ｂを指向している。すなわち、第２の噴射孔
１０Ｂの指向角度θ_Bは、第２の吸気ポート４Ｂの略中
央部を目指して設定され、第１の噴射孔１０Ａの指向角
度θ_Aは、前記角度θ_Bよりも小さく、これにより、第１
の吸気ポート４Ａの中心部よりも気筒１の中心寄りを指
向している。

【００３６】燃料噴射弁８のエアチャンバ１２と吸気制
御弁６より上流の吸気通路４とは補助空気通路１７によ
って連通され、補助空気通路１７の途中には開閉弁１８
が設けられている。そして、補助空気通路１７と、開閉
弁１８と、エアチャンバ１２と、エア通路１３とによっ
て、到達時期遅延手段たるアシストエア供給機構が構成
されている。ここで、補助空気通路１７の上流端は、ス
ワール制御弁６の切欠部６Ａ以外の背面側、すなわち、
スワール制御弁６の遮蔽部背面側で開口し、ここから空
気を取り入れるようになっている。

【００３７】そして、後述するコントロールユニット２
２からの制御信号によって開閉弁１８が開弁すると、吸
気制御弁６より上流の吸入空気の一部が補助空気通路１
７を介してエアチャンバ１２内に流入し、このエアチャ
ンバ１２からエア通路１３を介して第２の噴射孔１０Ｂ
の途中に供給されるようになっている。

【００３８】１９は機関のクランク角を検出するクラン
ク角センサ、２０はスロットル弁の開度を検出するスロ
ットルセンサ、２１はスロットル弁より上流に設けら
れ、吸入空気量を計測するエアフローメータをそれぞれ
示し、これらクランク角センサ１９，スロットルセンサ
２０，エアフローメータ２１は、図示せぬ酸素センサ，
水温センサ，イグニッションスイッチ等と共に、コント
ロールユニット２２に接続されている。

【００３９】機関を電気的に集中制御するコントロール
ユニット２２は、マイクロコンピュータシステムとして
構築されている。そして、コントロールユニット２２
は、クランク角センサ１９，スロットルセンサ２０，エ
アフローメータ２１からの検出信号によって機関の運転
状態を検出し、図３と共に後述する如く、低負荷域等の
ＥＧＲ制御が可能な所定の運転条件下に入ったと判断し
た場合には、スワール制御弁６を閉弁し、後述の如く、
燃料噴射弁８の燃料噴射時期等を制御するようになって
いる。

【００４０】なお、２３は排気通路であって、該排気通
路２３の上流側は二股に分岐して第１の排気ポート２３
Ａ，第２の排気ポート２３Ｂとなり、排気通路２３の下
流側には触媒コンバータ（図示せず）が設けられてい
る。また、各排気ポート２３Ａ，２３Ｂは第１の排気弁
２４Ａ，第２の排気弁２４Ｂによってそれぞれ開閉され
るようになっている。なお、排気ポートは２個である必
要はなく、単一であってもよい。

【００４１】次に、本実施例の構成による作用について
図３〜図７を参照しつつ詳細に説明する。

【００４２】まず、図３に基づきコントロールユニット
２２によるスワール制御弁６，開閉弁１８等の制御につ
いて説明する。

【００４３】すなわち、図３は、通常の制御とＥＧＲ制
御との間で制御状態を変更するための制御動作切換マッ
プであって、所定の回転数Ｎａおよび所定のトルクＴａ
以下のＥＧＲ制御領域Ａでは、スワール制御弁６を閉弁
させると共に、開閉弁１８を開いて噴射ノズル１０の第
２の噴射孔１０Ｂにアシストエアを供給する。

【００４４】また、所定のトルクＴａからトルクＴｂま
での範囲を含むその他の部分は通常制御領域Ｂとなり、
この領域Ｂでは、スワール制御弁６を開弁してスワール
を停止すると共に、開閉弁１８を閉じてアシストエアの
供給も停止させる。なお、図３中のＷＯＴとは、スロッ
トル弁全開域であることを示す。

【００４５】以上をまとめると、下記表１の如くにな
る。

【００４６】

【表１】

【００４７】次に、各吸気弁５Ａ，５Ｂの開閉時期と燃
料噴射弁８の燃料噴射時期との関係について、図４を参
照しつつ説明する。

【００４８】第１の吸気弁５Ａの開時期は、第２の吸気
弁５Ｂの開時期よりも所定の位相差Δθ₁だけ早められ
ていると共に、第１の吸気弁５Ａの閉時期も第２の吸気
弁５Ｂの閉時期より所定の位相差Δθ₂だけ早められて
いる。

【００４９】燃料噴射弁８の燃料噴射時期は、通常制御
領域Ｂでは吸気行程の前に設定されるが、ＥＧＲ制御領
域Ａでは予めコントロールユニット２２に記憶された噴
射時期マップ（図示せず）から機関の回転数に応じて読
み出される。

【００５０】この噴射時期マップは、図４中に示す如
く、第２の噴射孔１０Ｂから噴射された燃料が第２の吸
気弁５Ｂの閉じ間際に第２の吸気ポート４Ｂに到達すべ
く、設定されるものである。すなわち、第２の噴射孔１
０Ｂから噴射された燃料は、後述の理由によって速度が
低下するため、遅れ時間ｔが経過した後に第２の吸気ポ
ート４Ｂに到達するが、この噴射燃料の全てが第２の吸
気弁５Ｂの全閉前に到達するよう、設定される。

【００５１】次に、図４中の各時刻に沿ってＥＧＲ制御
時の制御動作を説明する。

【００５２】まず、吸入行程開始直後の時刻Ｔ₁では、
第１の吸気弁５Ａの方が第２の吸気弁５Ｂよりも早く開
弁し、また、吸気通路４内の圧力が低くなっているた
め、図５に示す如く、燃焼室２や排気通路２３内の燃焼
ガス（ＥＧＲガス）がＦ方向に吹き返し、内部ＥＧＲが
発生する。

【００５３】次に、時刻Ｔ₂では、燃料噴射弁８から燃
料が噴射されている。ここで、第２の噴射孔１０Ｂにの
みアシストエアが供給され、当該噴射孔１０Ｂから噴射
される燃料が微粒化されるため、第１の噴射孔１０Ａか
ら噴射される燃料よりも第２の噴射孔１０Ｂから噴射さ
れる燃料の方が速度が遅くなる。

【００５４】すなわち、燃料粒子の粒径が大きいほど空
気抵抗の影響が小さくなって減速されにくいのに対し、
燃料粒子の粒径が小さくなるほど空気抵抗の影響を強く
受けて減速され易い。これに加えて、ＥＧＲ制御領域Ａ
ではスワール制御弁６が閉弁するため、第２の吸気ポー
ト４Ｂへ流れる空気量は少なくなっている。

【００５５】従って、各噴射孔１０Ａ，１０Ｂから噴射
された粒径の異なる燃料間に速度差が生じ、第１の噴射
孔１０Ａから噴射された相対的高速度の燃料は、図６中
の斜線模様矢印に示す如く、第１の吸気ポート４Ａ内に
逆流してきた燃焼ガス（点模様矢印）と共に燃焼室２内
に流入する。

【００５６】ここで、第１の噴射孔１０Ａは、第１の吸
気ポート４Ａの中心部よりも気筒２の中心寄りを指向す
るよう所定の指向角度θ_Aをもって形成されているた
め、この第１の噴射孔１０Ａから噴射された燃料は、燃
焼ガスの内側から燃焼室２内に流入し、この燃焼ガスと
共にスワール流Ｓを形成する。

【００５７】一方、第２の噴射孔１０Ｂから噴射された
相対的低速度の燃料は、図６中の網目模様部に示す如
く、噴射直後にその初速を殆ど失い、第２の吸気ポート
４Ｂに向けて流れる少ない空気流に乗って運ばれる。

【００５８】次に、図４中の時刻Ｔ₃では、第２の噴射
孔１０Ｂから噴射された低速度の燃料が空気流によって
第２の吸気ポート４Ｂ内に到達し、第２の吸気弁５Ｂの
周囲から燃焼室２内に混合気として流れ込む。

【００５９】ここで、この低速度の混合気が第２の吸気
ポート４Ｂ内に到達したときは、既に、第２の吸気弁５
Ｂの閉じ間際、すなわち吸入行程の末期であるため、ピ
ストンの移動速度が小さく、また、スワール制御弁６に
よって第２の吸気ポート４Ｂに向かう空気量は制限され
ている。従って、この低速度の混合気は、その空燃比が
例えば理論空燃比よりも濃くなる。

【００６０】そして、燃焼室２内には第１の吸気ポート
４Ａからの混合気と燃焼ガスとによるスワール流Ｓが形
成され、このスワール流Ｓの渦中心は周囲より相対的に
圧力が低いため、渦中心に略対面する第２の吸気ポート
４Ｂから燃焼室２内に流れ込んだ濃い混合気は、図７に
示す如く、この渦中心に引き寄せられ、点火栓３に対応
した略中央部に案内される。

【００６１】これにより、燃焼室２内には、燃焼ガスに
よって最外周側に形成されるＥＧＲガス層（点模様）
と、第１の吸気ポート４Ａからの混合気によって中間部
に形成される第１の混合気層（斜線模様）と、第２の吸
気ポート４Ｂからの濃い混合気によって略中央部に形成
される第２の混合気層（網目模様）との３層の成層化が
実現する。なお、第１の混合気層の空燃比は理論空燃比
程度になる。

【００６２】さらに、通常制御領域Ｂにある場合につい
て説明すると、スワール制御弁６は開弁してスワールが
停止し、燃料噴射時期は、通常の燃料噴射時期である吸
気行程の前に設定される。

【００６３】ここで、各吸気弁５Ａ，５Ｂの開閉時期
は、ＥＧＲ制御領域Ａにある場合と同様で、第１の吸気
弁５Ａの方が開時期，閉時期共に、第２の吸気弁５Ｂよ
りも早くなっている。しかし、この通常制御領域Ｂで
は、スロットル弁の弁開度も大きいため、吸気通路４内
の負圧が小さくなり、内部ＥＧＲは生じにくい。また、
アシストエアの供給も停止されるため、各噴射孔１０
Ａ，１０Ｂから噴射される燃料速度に差異はなくなり、
出力が低下するおそれもなくなる。

【００６４】このように、本実施例によれば、所定のＥ
ＧＲ制御領域Ａにおいて、スワール制御弁６を閉弁して
第２の吸気ポート４Ｂへの空気量を制限すると共に、第
２の噴射孔１０Ａから微粒化されつつ噴射された低速度
の燃料が第２の吸気弁５Ｂの閉じ間際に第２の吸気ポー
ト４Ｂに到達するよう燃料噴射時期を設定し、第１の吸
気弁５Ａの開時期を第２の吸気弁５Ｂの開時期よりも位
相差Δθ₁だけ早める構成としたため、燃料噴射弁８か
らの１回の燃料噴射によって、成層化を達成することが
できる。

【００６５】また、点火時期に比較的近い吸入行程の末
期に濃い混合気を導入し、燃焼ガス等によるスワール流
Ｓを利用して略中央部に導く構成のため、この濃い混合
気が拡散するのを防止しつつ成層化を点火直前まで維持
することができ、燃焼の安定性を向上することができ
る。

【００６６】さらに、第１の噴射孔１０Ａは、第１の吸
気ポート４Ａの中心部よりも気筒１の中心寄りを狙うよ
うに、狭い指向角度θ_Aをもって形成する構成としたた
め、第１の噴射孔１０Ａから噴射された燃料（混合気）
を、燃焼ガスの内側から燃焼室２内に流入させることが
できる。従って、図７に示す如く、点火栓３の近傍から
外側に移るにつれて、空燃比の高い第２の混合気層、空
燃比が理論空燃比程度の第１の混合気層、可燃成分が少
ないＥＧＲ層の３層を、空燃比の大小に応じて順番に形
成することができ、燃焼の安定性を向上することができ
る。

【００６７】また、燃料粒子の粒径の大小によって速度
が異なる点に着目し、第２の噴射孔１０Ｂにのみアシス
トエアを供給して燃料を微粒化する構成のため、比較的
簡易な構造でありながら、確実に燃料到達時期を遅らせ
ることができ、成層化を容易に実現することができる。

【００６８】一方、補助空気通路１７の上流端を、スワ
ール制御弁６の切欠部６Ａ以外の背面側に開口させる構
成としたため、スワール制御弁６が閉弁するＥＧＲ制御
領域Ａにおいて、補助空気通路１７の上流端と下流端と
の間に容易に差圧を発生させることができ、微粒化に必
要なアシストエアを確保することができる。

【００６９】次に、図８，図９に基づき本発明の第２の
実施例を説明する。なお、本実施例では、前述した第１
の実施例と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説
明を省略するものとする。

【００７０】図８は、本実施例の全体構成を示す構成説
明図であって、スワール制御弁６の上流側と排気通路２
３との間にはＥＧＲ通路３１が設けられ、このＥＧＲ通
路３１の途中には、ＥＧＲ制御弁３２が設けられてい
る。

【００７１】また、図９は、本実施例による制御動作切
換マップであって、この制御動作切換マップは、所定の
回転数Ｎ_a1および所定のトルクＴ_a1以下の部分が第１の
ＥＧＲ制御領域Ａ₁となり、この第１のＥＧＲ制御領域
Ａ₁を除いた所定の回転数Ｎ_a2および所定のトルクＴ_a2
以下の部分が第２のＥＧＲ制御領域Ａ₂となり、所定の
トルクＴ_a2からトルクＴ_bまでの範囲を含むその他の部
分が通常制御領域Ｂとなっている。

【００７２】そして、各ＥＧＲ制御領域Ａ₁，Ａ₂では、
スワール制御弁６を閉弁させると共に、開閉弁１８を開
いてアシストエアを供給する。また、第１のＥＧＲ制御
領域Ａ₁ではＥＧＲ制御弁３２を開いて外部からＥＧＲ
ガスを吸気通路４に導入し、内部ＥＧＲに加えて外部Ｅ
ＧＲも作動させる。

【００７３】一方、通常制御領域Ｂでは、スワール制御
弁６を開弁してスワール生成を停止すると共に開閉弁１
８を閉弁してアシストエアの供給を止め、かつＥＧＲ制
御弁３２を閉じて外部ＥＧＲも停止する。

【００７４】以上の結果をまとめると、下記表２とな
る。

【００７５】

【表２】

【００７６】このように構成される本実施例でも、上述
した第１の実施例とほぼ同様の効果を得ることができ
る。

【００７７】次に、図１０，図１１に基づき本発明の第
３の実施例について説明する。

【００７８】まず、図１０は、本発明の第３の実施例に
係る吸気装置の全体を示す構成説明図であって、本実施
例による燃料噴射弁８には、各吸気ポート４Ａ，４Ｂを
指向するノズル４１Ａ，４１Ｂが設けられている。

【００７９】すなわち、図１１に示す如く、噴射ノズル
１０の先端には、第１の噴射孔１０Ａ，第２の噴射孔１
０Ｂに対応して第１のノズル４１Ａ，第２のノズル４１
Ｂが設けられている。第１のノズル４１Ａは、第１の噴
射孔１０Ａを気筒１に向けて延長すべく、その先端が所
定の指向角度θ_Aをもって第１の吸気ポート４Ａ内に長
く伸長している。また、第２のノズル４１Ｂは、第２の
噴射孔１０Ｂを若干延長するように所定の指向角度θ_B
をもって各吸気ポート４Ａ，４Ｂの分岐部より上流側に
伸長している。

【００８０】さらに、噴射ノズル１０には、第１の噴射
孔１０Ａに連通する第１のエア通路１３Ａと、第２の噴
射孔１０Ｂに連通する第２のエア通路１３Ｂとが燃料の
噴射方向に沿って斜めに形成され、これら各エア通路１
３Ａ，１３Ｂを介してエアチャンバ１２内の空気がアシ
ストエアとして各噴射孔１０Ａ，１０Ｂに供給されるよ
うになっている。

【００８１】このように構成される本実施例では、各エ
ア通路１３Ａ，１３Ｂを介して各噴射孔１０Ａ，１０Ｂ
にアシストエアがそれぞれ供給される結果、各噴射孔１
０Ａ，１０Ｂから噴射される燃料は共に微粒化される。

【００８２】しかし、第１の噴射孔１０Ａは、長寸な第
１のノズル４１Ａによって第１の吸気ポート４Ａまで延
長されているため、実際の噴射点が第１の吸気ポート４
Ａに近く、燃料微粒化による速度低下の影響を受ける距
離が短く、さほど第１の吸気ポート４Ａへの燃料到達時
期に遅れが生じない。一方、第２の噴射孔１０Ｂは短寸
な第２のノズル４１Ｂによって各吸気ポート４Ａ，４Ｂ
の分岐部上流まで延長されているだけで、噴射点が相対
的に遠いため、第２のノズル４１Ｂから噴出した微粒化
燃料は、すぐに、その初速を失った後、速度の小さい空
気流に乗って第２の吸気ポート４Ｂまで運ばれることに
なる。

【００８３】従って、第１の吸気ポート４Ａに燃料が到
達する時期よりも第２の吸気ポート４Ｂに燃料が到達す
る時期の方が遅くなる。

【００８４】この結果、このように構成される本実施例
でも、上述した第１の実施例とほぼ同様の効果を得るこ
とができる。特に、本実施例では、各噴射孔１０Ａ，１
０Ｂから噴射される燃料を共に微粒化する構成のため、
燃焼の安定性をより一層向上することができる。

【００８５】なお、前記各実施例では、燃料噴射弁８か
ら各吸気ポート４Ａ，４Ｂに向けて略等量の燃料を噴射
するものとして述べたが、本発明はこれに限らず、例え
ば噴射孔の穴径を違える等により、燃料を適宜分配する
構成としてもよい。

【００８６】また、前記第３の実施例では、第２の噴射
孔１０Ｂにも短寸なノズル４１Ｂを設ける場合を例示し
たが、第２のノズル４１Ｂを除いてもほぼ同様の効果を
得られる。

【００８７】

【発明の効果】以上詳述した通り、本発明に係る内燃機
関の吸気装置によれば、１回の燃料噴射によって、燃焼
ガスと第１の吸気ポートからの混合気よりなる層を気筒
の周辺部に形成し、第２の吸気ポートからの混合気より
なる空燃比の濃い層を気筒の略中央部に形成して、成層
化を実現することができ、点火時期直前まで維持するこ
とができる。

【００８８】また、請求項２では、第２の噴射孔から噴
射される燃料のみをアシストエアによって微粒化する構
成のため、第２の噴射孔から噴射される燃料の速度を低
下させることができ、この微粒化された燃料が第２の吸
気ポートに到達する燃料到達時期を第１の吸気ポートへ
の燃料到達時期よりも遅らせることができる。これによ
り、請求項１の効果と同様に成層化を実現することがで
きる。

【００８９】さらに、請求項３では、第１の噴射孔，第
２の噴射孔から噴射される燃料をアシストエアによって
それぞれ微粒化すると共に、第１の噴射孔を第１の吸気
ポートに向けて延びるノズルを介して指向させる構成の
ため、実際の噴射点から各ポートまでの距離に差が生
じ、第２の吸気ポートへの燃料到達時期の方が第１の吸
気ポートへの燃料到達時期よりも遅れることになる。こ
れにより、請求項１の効果と同様に成層化を実現するこ
とができる。

【００９０】また、請求項４では、第１の吸気ポートに
供給する燃料を第１の吸気ポートの気筒中心寄りに指向
して噴射する構成のため、この第１の吸気ポート側の燃
料を燃焼ガス等により形成されたスワールの内周側に乗
せることができ、燃焼ガスの存在比が高いＥＧＲガス層
と、このＥＧＲガス層の内周側に形成される第１の吸気
ポートからの燃料が主体をなす第１の混合気層と、この
第１の混合気層の内周側、すなわち、気筒の略中央部に
形成される第２の吸気ポートからの燃料が主体をなす高
濃度の第２の混合気層との計３種類の層を形成すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例に係る内燃機関の吸気装
置を示す構成説明図。

【図２】燃料噴射弁の要部を示す断面図。

【図３】ＥＧＲ制御と通常制御との動作切換を行うため
の制御動作切換マップ。

【図４】吸気弁の開閉時期等を示す開閉特性図。

【図５】第１の吸気弁が開弁して内部ＥＧＲが生じた状
態を示す説明図。

【図６】燃料が噴射された状態を示す説明図。

【図７】空燃比の高い混合気が気筒の略中央部に案内さ
れて成層化が実現した状態を示す説明図。

【図８】本発明の第２の実施例に係る内燃機関の吸気装
置を示す構成説明図。

【図９】第２の実施例による制御動作切換マップの説明
図。

【図１０】本発明の第３の実施例に係る内燃機関の吸気
装置を示す構成説明図。

【図１１】第３の実施例に係る燃料噴射弁の要部を示す
断面図。

【符号の説明】

１…気筒２…燃焼室３…点火栓４…吸気通路４Ａ…第１の吸気ポート４Ｂ…第２の吸気ポート５Ａ…第１の吸気弁５Ｂ…第２の吸気弁６…スワール制御弁（吸気制御弁）８…燃料噴射弁１０…噴射ノズル１０Ａ…第１の噴射孔１０Ｂ…第２の噴射孔４１Ａ…第１のノズル４１Ｂ…第２のノズル

───────────────────────────────────────────────────── 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 21/08 ３０１ＡＣ 43/00 ３０１ＪＮＺＦ０２Ｍ 25/07 ５５０Ｒ 69/00 ３１０Ｅ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内燃機関の各気筒毎に設けられ、その先
端側が第１の吸気ポートと第２の吸気ポートとに分岐し
た吸気通路と、機関の回転に同期して前記第１の吸気ポ
ート，第２の吸気ポートをそれぞれ開閉する第１の吸気
弁，第２の吸気弁と、前記吸気通路の途中に設けられ、
各吸気ポートに向けて燃料を噴射する燃料噴射弁とを備
え、前記気筒の中央付近に点火栓が配設された内燃機関
の吸気装置において、前記吸気通路の途中には、所定の運転条件で閉弁するこ
とにより第２の吸気ポートへ流入する空気量を制限する
吸気制御弁を設け、かつ、第１の吸気弁の開時期を第２の吸気弁の開時期よ
りも早く設定し、さらに、前記所定の運転条件のときに、第１の吸気ポー
トへの燃料到達時期よりも第２の吸気ポートへの燃料到
達時期を遅らせる到達時期遅延手段を設けると共に、燃
料噴射弁の燃料噴射時期を第２の吸気ポートへの燃料到
達時期が第２の吸気弁の閉じ間際となるように設定し
た、ことを特徴とする内燃機関の吸気装置。
【請求項２】内燃機関の各気筒毎に設けられ、その先
端側が第１の吸気ポートと第２の吸気ポートとに分岐し
た吸気通路と、機関の回転に同期して前記第１の吸気ポ
ート，第２の吸気ポートをそれぞれ開閉する第１の吸気
弁，第２の吸気弁とを備え、前記気筒の中央付近に点火
栓が配設された内燃機関の吸気装置において、前記吸気通路の途中には、所定の運転条件で閉弁するこ
とにより第２の吸気ポートへ流入する空気量を制限する
吸気制御弁を設け、かつ、第１の吸気弁の開時期を第２の吸気弁の開時期よ
りも早く設定し、さらに、前記吸気通路の途中には、第１の吸気ポートに
指向する第１の噴射孔，第２の吸気ポートに指向する第
２の噴射孔から第１の吸気ポート，第２の吸気ポートに
向けてそれぞれ燃料を噴射すると共に、前記所定の運転
条件では第２の噴射孔にのみ空気源からのアシストエア
を供給する燃料噴射弁を設け、前記所定の運転条件では、この燃料噴射弁の燃料噴射時
期を第２の吸気ポートへの燃料到達時期が第２の吸気弁
の閉じ間際となるように設定し、たことを特徴とする内燃機関の吸気装置。
【請求項３】内燃機関の各気筒毎に設けられ、その先
端側が第１の吸気ポートと第２の吸気ポートとに分岐し
た吸気通路と、機関の回転に同期して前記第１の吸気ポ
ート，第２の吸気ポートをそれぞれ開閉する第１の吸気
弁，第２の吸気弁とを備え、前記気筒の中央付近に点火
栓が配設された内燃機関の吸気装置において、前記吸気通路の途中には、所定の運転条件で閉弁するこ
とにより第２の吸気ポートへ流入する空気量を制限する
吸気制御弁を設け、かつ、第１の吸気弁の開時期を第２の吸気弁の開時期よ
りも早く設定し、さらに、前記吸気通路の途中には、第１の吸気ポートに
向けて延びるノズルを介して当該ポートに指向する第１
の噴射孔，第２の吸気ポートに指向する第２の噴射孔か
ら第１の吸気ポート，第２の吸気ポートに向けてそれぞ
れ燃料を噴射すると共に、前記所定の運転条件では第１
の噴射孔，第２の噴射孔に空気源からのアシストエアを
供給する燃料噴射弁を設け、前記所定の運転条件では、この燃料噴射弁の燃料噴射時
期を第２の吸気ポートへの燃料到達時期が第２の吸気弁
の閉じ間際となるように設定し、たことを特徴とする内燃機関の吸気装置。
【請求項４】前記燃料噴射弁は、第１の吸気ポートに
供給する燃料を、該第１の吸気ポートの気筒中心寄りに
指向して噴射する構成としたことを特徴とする請求項１
〜３のいずれかに記載の内燃機関の吸気装置。