JPH11107764A

JPH11107764A - エンジンの吸気装置

Info

Publication number: JPH11107764A
Application number: JP9267086A
Authority: JP
Inventors: Osamu Aoki; 理青木; Motokimi Fujii; 幹公藤井; Masakazu Matsumoto; 正和松本; Fumihiko Saito; 史彦斉藤; Toshihide Yamamoto; 寿英山本; Yoshihisa Nooi; 芳尚乃生
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1997-09-30
Filing date: 1997-09-30
Publication date: 1999-04-20

Abstract

(57)【要約】【課題】燃焼室内により強力なタンブルを形成する。【解決手段】シリンダヘッド３の吸気ポート６及びマ
ニホールド１１の通路１２とにより吸気通路を構成し、
吸気流動を制御して燃焼室５内にタンブルを生成する制
御弁１５をこの吸気通路に設けた。吸気通路は、制御弁
１５の上流から吸気弁８の近傍までの部分をストレート
状に形成し、また、制御弁１５から燃焼室５までの距離
Ｌａが制御弁１５の配設位置における通路径Ｄの３〜５
倍の長さになるようにした。制御弁１５には切欠１７を
形成し、これにより制御弁１５の全閉時には、吸気通路
の下部壁面側に開口部１８を形成するようにした。ま
た、吸気通路の上部に膨出部６ｅを形成し、ここに燃料
噴射バルブ１０の噴口部分を配設するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、エンジンの吸気装
置において、とくに、吸気通路に設けた制御弁により吸
気流動を制御することにより燃焼室にタンブルを生成す
るようにしたエンジンの吸気装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、上記のようなエンジンの吸気装置
として、特開平８−２１８８８１号公報に開示されるよ
うな装置が知られている。

【０００３】この公報に開示される吸気装置は、理論空
燃比よりも薄い空燃比で燃焼を行う希薄燃焼（リーンバ
ーン）エンジンに適用される吸気装置である。この吸気
装置では、吸気制御弁（以下、制御弁と略す）を具備し
た吸気通路が前記制御弁の下流側、つまり吸気の流れ方
向における下流側で二股に分岐し、これらの分岐通路が
それぞれ燃焼室に至っている。上記制御弁には、その上
部に一方側の分岐通路に対応して切欠が形成されてお
り、所定の運転状態下で、制御弁が全閉されることによ
り、上記切欠を介して主に一方側の分岐通路に吸気が導
入されるように構成されている。

【０００４】つまり、一方側の分岐通路を介して吸気を
燃焼室に導入することにより、燃焼室内にスワール及び
タンブルによる複合的な渦流を形成し、これによって混
合気の流動促進を図るように構成されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来から、
タンブルとスワールとを比較すると、圧縮行程で流れが
崩壊するタンブルに比べて、持続性が高いスワールの方
が混合気の流動を促進する上で有利と考えられ、主にス
ワールを強化することが行われていた。しかし、タンブ
ルによれば、上述のような圧縮行程での崩壊により、タ
ンブルの有する運動エネルギーの減少分が混合気の乱れ
エネルギーに変換され、これにより点火時における混合
気の着火性がスワールに比べて効果的に促進されること
が実験的に認められるに至り、近年では、混合気の流動
を促進する手段としてタンブルのみを形成することが主
流となりつつある。そのため、より強力なタンブルを燃
焼室内で形成することが課題となっている。

【０００６】ところで、強力なタンブルを形成する場合
には、燃焼室の上壁部分から排気弁側の壁面に沿ってよ
り多くの吸気が流れるように燃焼室内に吸気を流入させ
る必要があり、そのため、従来では、上記公報に示すよ
うに、制御弁の上部に形成した切欠を介して吸気を導入
することによって吸気通路の上部壁面に沿った吸気の偏
流を形成して燃焼室の上壁部分に吸気が流入し易くする
ようにしている。

【０００７】しかし、上記のように制御弁の一部に切欠
を形成し、これを介して吸気を導入するだけでは適切な
吸気の偏流を形成するのは難しく、タンブル強化を図る
上で必ずしも充分ではない。すなわち、上記公報の装置
のように、制御弁の上部に切欠を形成するだけでは、例
えば、図１５に示すように、制御弁５１の切欠５２を介
して吸気通路の上部壁面に沿って導入された吸気の一部
が切欠５２が形成されていない側の制御弁下流側に回り
込んで渦流を形成し、この渦流に吸気の主流が引き寄せ
られて吸気通路５０の下部壁面に向かって進路を変える
こととなる（図中、吸気流はベクトル（矢印）で表して
おり、矢印が密である程、吸気流が強いことを示してい
る）。そのため、燃焼室５３の上壁部分に沿って多くの
吸気を流入させることが難しく、充分にタンブルを強化
することができない。

【０００８】そのため、制御弁により吸気流動を制御し
て強力なタンブルを生成しようとする場合には、制御弁
の下流側に生じる上記のような渦流を充分に考慮した上
で吸気通路や制御弁を構成する必要がある。

【０００９】本発明は、上記問題を解決するためになさ
れたものであり、吸気通路に設けた制御弁により吸気流
動を制御することにより燃焼室にタンブルを生成するよ
うにした吸気装置において、燃焼室内により強力なタン
ブルを形成することができるエンジンの吸気装置を提供
することを目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、下流端部が燃焼室に開口する吸気通路
に、吸気流動を制御することにより燃焼室内にタンブル
を生成する制御弁を設けるとともに、全閉時に開口部を
形成する開口形成部をこの制御弁に設け、所定の運転域
で上記制御弁を全閉することにより上記開口部を介して
吸気を流通させつつ燃料を上記制御弁の下流側に噴射す
るようにしたエンジンの吸気装置において、上記吸気通
路の制御弁下流側にストレート部分を形成するととも
に、該ストレート部分の上部に燃料噴射弁配置用の膨出
部分を連設する一方、上記開口部が吸気通路の下部壁面
近傍に形成されるように上記開口形成部を制御弁に設け
たものである（請求項１）。

【００１１】この装置によれば、開口部を介して導入さ
れた吸気の一部が制御弁側に回り込んで吸気通路の上部
壁面近傍に渦流を形成する。そのため、吸気通路の下部
壁面近傍から導入された吸気がこの渦流に引き寄せられ
つつ吸気通路の上部壁面に沿って流れることとなり、こ
れにより、吸気が燃焼室の上部壁面から側部壁面に沿っ
て導入され易くなる。なお、請求項の記載中「上部」、
「下部」とは、燃焼室に対する相対的な位置概念であっ
て、必ずしも物理的な位置と一致するものではない。ま
た、請求項の記載中「上流」、「下流」とは、吸気の流
れ方向における「上流」、「下流」を意味するものであ
る。

【００１２】上記のような装置においては、上記制御弁
から上記吸気通路の下流端部までの距離が、上記制御弁
の配設部分における吸気通路径の３〜５倍の範囲内とな
るように上記吸気通路を形成するのが望ましく（請求項
２）、特に、吸気通路径は２４〜３２mmの範囲内で設定
する（請求項３）のが有効である。このような範囲内で
吸気通路を構成すればより確実に上記の作用効果を得る
ことができる。

【００１３】また、請求項１記載の装置においては、全
閉時における制御弁の弁面の角度を、上記吸気通路の軸
線に直交する面を基準として、上記開口形成部が下流側
に位置する方向に１０°以内、または開口形成部が上流
側に位置する方向に２５°以内の範囲内で設定するのが
好ましい（請求項４）。

【００１４】制御弁の下流側に形成される渦は、上記の
弁面の角度によってその性状が大きく変化するが、上記
の範囲内で弁面の角度を設定すれば、吸気通路の上壁部
分に沿って流れる偏流を形成する上で有効な渦流が形成
される。特に、制御弁の組み付け誤差等を考慮すれば、
開口形成部が上流側に位置する方向に０°〜１０°の範
囲内で設定するのが望ましい（請求項５）。

【００１５】なお、請求項１記載の装置において、上記
制御弁の全閉時における制御弁の弁面の角度を、上記吸
気通路の軸線に略直交する角度に設定し、上記エンジン
の高回転、高負荷側であって、かつ空燃比が理論空燃比
近傍よりも薄い空燃比となる運転域において、上記制御
弁を開口形成部が上流側に位置する方向に開操作するよ
うにすれば（請求項６）、制御弁の全閉時のみならず、
制御弁が多少開いた状態でも上記のような吸気の偏流が
形成される。そのため、高回転、高負荷で、かつ空燃比
がリーンな運転が要求されるような場合には、制御弁で
のタンブル形成を促進して混合気の流動を促進すること
が可能となる。

【００１６】また、請求項１又は２の装置において、上
記吸気通路の下流側が二つの分岐通路に分岐するコモン
部を有し、上記両分岐通路の各下流端が燃焼室に開口す
るように構成されたものである場合には、該コモン部の
下流端位置から上記制御弁までの距離が、コモン部の下
流端位置から上記吸気通路の下流端部までの距離に比し
て長くなるように上記吸気通路を形成するのが（請求項
７）、上記のような吸気の偏流を形成をする上で効果的
である。

【００１７】この場合、上記分岐通路における上壁部分
のうち、少なくとも吸気弁の弁軸支持位置近傍までの部
分をストレート状に形成するようにしたり（請求項
８）、また、上記コモン部の下流端位置から上記制御弁
に至る吸気通路をストレート状に形成するようにすれば
（請求項９）、上記のように通路の上部壁面に沿って流
れる吸気偏流の指向性が効果的に持続されることとな
り、より確実に吸気を燃焼室の上壁部分に沿って導入す
ることが可能となる。

【００１８】また、請求項２，７，８のいずれかに記載
の装置において、上記吸気通路の下流側が二つの分岐通
路に分岐するコモン部を有し、上記両分岐通路の各下流
端が燃焼室に開口するように構成されたものである場合
には、該コモン部の上流端位置から上記制御弁に至る吸
気通路の断面を、各分岐通路の配列方向に幅広の偏平形
状に形成するとともに、上記開口形成部を、上記配列方
向中心を通る軸に対して該配列方向に対称な形状に形成
するのが好ましい（請求項１０）。このようにすれば、
双方の分岐通路に均等に吸気が流入することとなる。つ
まり、不均等に吸気が導入されることによる燃焼室内で
の吸気の乱れが抑えられ、強力なタンブルを形成する上
で有利となる。

【００１９】この場合、上記制御弁が分岐通路の配列方
向に延びる回動軸回りに回動可能に支持され、該回動軸
回りに回動して吸気通路を開閉するものである場合に
は、上記制御弁の開口形成部として、上記回動軸と平行
に制御弁の周辺部を切欠いた欠切部を形成するのが好ま
しく（請求項１１）、また、全閉状態において、上記開
口部の大きさが、制御弁の配設部分における吸気通路面
積の３５％以下となるように上記開口形成部を設けるの
が好ましい（請求項１２）。このようにすれば、上記の
ような吸気の偏流をより確実に形成することが可能とな
る。

【００２０】また、上記課題を解決するために、本発明
は、下流側が二つの分岐通路に分岐してそれぞれ燃焼室
に開口するコモン部を有する吸気通路の上流側に、吸気
流動を制御することにより燃焼室内にタンブルを生成す
る制御弁を設けるとともに、全閉時に開口部を形成する
開口形成部をこの制御弁に設け、所定の運転域で上記制
御弁を全閉することにより上記開口部を介して吸気を流
通させつつ燃料を上記制御弁の下流側に噴射するように
したエンジンの吸気装置において、上記制御弁の配設位
置における吸気通路径を２４〜３２mmの範囲内で設定
し、制御弁から上記吸気通路の下流端部までの距離が上
記吸気通路径の３〜５倍の範囲内となるように吸気通路
を形成するとともに、上記コモン部の下流端位置から制
御弁までの距離を、コモン部の下流端位置から吸気通路
の下流端部までの距離に比して長く、かつストレート状
にし、さらに、上記コモン部の上流端位置から制御弁に
至る吸気通路の断面が各分岐通路の配列方向に幅広の偏
平形状となるように上記吸気通路を形成する一方、上記
分岐通路の配列方向に延びる回動軸回りに回転して吸気
通路を開閉するように上記制御弁を構成するとともに、
上記開口形成部として、上記回動軸と平行に制御弁の下
部側の周辺部を切欠いた切欠部を制御弁に設けたもので
ある（請求項１３）。

【００２１】この装置によれば、開口部を介して導入さ
れた吸気の一部が制御弁側に回り込んで吸気通路の上部
壁面近傍に渦流を形成する。そのため、吸気通路の下部
壁面近傍から導入された吸気がこの渦流に引き寄せられ
つつ吸気通路の上部壁面に沿って流れることとなり、こ
れにより、吸気が燃焼室の上部壁面から側部壁面に沿っ
導入され易くなる。

【００２２】上記の装置においては、上記制御弁の全閉
状態において、上記開口部の大きさが制御弁の配設部分
における吸気通路面積の３５％以下となるように、上記
開口形成部を設けるのが望ましい（請求項１４）。この
ようにすれば、より効果的に上記のような吸気の偏流を
形成することが可能となる。

【００２３】さらに、上記課題を解決するために、本発
明は、下流側が二つの分岐通路に分岐してそれぞれ燃焼
室に開口するコモン部を有する吸気通路の上流側に、吸
気流動を制御することにより燃焼室内にタンブルを生成
する制御弁を設けるとともに、全閉時に開口部を形成す
る開口形成部をこの制御弁に設け、所定の運転域で上記
制御弁を全閉することにより上記開口部を介して吸気を
流通させつつ燃料を上記制御弁の下流側に噴射するよう
にしたエンジンの吸気装置において、上記コモン部の下
流端位置から上記制御弁までの距離が、コモン部の下流
端位置から上記吸気通路の下流端部までの距離に比して
短くなり、かつコモン部の上流端位置から制御弁に至る
吸気通路の断面が上記各分岐通路の配列方向に幅広の偏
平形状となるように上記吸気通路を形成する一方、上記
開口部が吸気通路の上部壁面近傍に形成されるように上
記開口形成部を制御弁に設けたものである（請求項１
５）。

【００２４】この装置によれば、開口部を介して導入さ
れた吸気の一部が制御弁側に回り込んで吸気通路の下部
壁面近傍に渦流が形成されるが、上部壁面近傍より導入
された吸気は、この渦流に完全に引き寄せられる前に吸
気通路の下流端部に到達することとなる。そのため、吸
気通路の上部壁面近傍から吸気を導入しながらも、吸気
が燃焼室の上部壁面から側部壁面に沿って導入され易く
なる。

【００２５】この装置においては、上記コモン部の下流
端位置よりも下流側に上記燃料噴射弁の噴口部分を設け
るのが好ましい（請求項１６）。このようにすれば、上
記膨出部分を各分岐通路の間に介設することができ、ス
ペース効率を高めることが可能となる。

【００２６】また、請求項１５の装置においては、上記
制御弁の全閉状態において、上記開口部の大きさが制御
弁の配設部分における吸気通路面積の３５％以下となる
ように、上記開口形成部を設けるように上記切欠部を形
成したり（請求項１７）、また、上記コモン部の下流端
位置から上記制御弁に至る吸気通路をストレート状に形
成するのが望ましい（請求項１８）。このようにすれ
ば、より効果的に吸気を燃焼室内において燃焼室の上部
壁面に沿って流入させることが可能となる。

【００２７】

【発明の実施の形態】本発明の第１の実施の形態につい
て図面を用いて説明する。

【００２８】図１及び図２は、本発明の実施の形態に係
る吸気装置が適用されるエンジン本体の概略的に示して
いる。これらの図において、エンジン本体１は、シリン
ダブロック２及びシリンダヘッド３からなり、このエン
ジン本体１に複数のシリンダ４を備えている。各シリン
ダ４には図外のピストンが嵌挿され、このピストンとシ
リンダヘッド３の下面との間に燃焼室５が形成されてい
る。そして、この燃焼室５に、吸気ポート６の下流端部
と排気ポート７の上流端部が開口している。

【００２９】上記吸気ポート６は、上記シリンダヘッド
３に一体に形成される吸気のための通路で、上流ポート
部から２つの下流ポート部６ａ，６ｂ（分岐通路）へ分
岐するコモン部６ｃを有しており、これら下流ポート部
６ａ，６ｂがシリンダ列方向（図２の上下方向）に並ん
だ状態で燃焼室５に開口している。そして、両下流ポー
ト部６ａ，６ｂがそれぞれ吸気弁８により開閉されるよ
うになっている。また、吸気ポート６には、上流ポート
部からコモン部６ｃにわたって上方に膨出する膨出部６
ｅ（膨出部分）が形成されており、この膨出部６ｅに燃
料噴射バルブ１０の噴口部分が介設されている。一方、
排気ポート７は、２つの上流ポート部７ａ，７ｂを有
し、これら上流ポート部７ａ，７ｂが上記燃焼室５に開
口するとともに、排気弁９によって開閉されるようにな
っている。なお、燃焼室５の中央上部には図外の点火プ
ラグが配設されている。

【００３０】上記エンジン本体１には、さらにシリンダ
ヘッド３に対してマニホールド１１が取付けられてい
る。マニホールド１１には、図外のサージタンクに連な
るシリンダ別の通路１２が形成され、これら通路１２が
それぞれ上記各吸気ポート６に連通している。つまり、
このマニホールド１１の通路１２と上記シリンダヘッド
３の吸気ポート６とにより燃焼室５に吸気を導入する本
願の吸気通路が構成されている。なお、以下の説明にお
いては、吸気ポート６及び通路１２により構成される通
路を上記の通り「吸気通路」と呼ぶことにする。

【００３１】上記吸気通路には、吸気流動を制御するこ
とにより燃焼室５内にタンブルを生成する制御弁１５が
設けられている。この制御弁１５は、上記通路１２の下
流端部分に配置され、シリンダ列方向（各下流ポート部
６ａ，６ｂが並ぶ方向）に延びる回動軸１６を中心に全
閉状態から全開状態にわたり回動可能となっている。

【００３２】ここで、上記吸気通路および制御弁１５の
構成についてより詳細に説明する。

【００３３】吸気通路は、少なくとも制御弁１５の配置
箇所からコモン部６ｃの下流端６ｄ（両下流ポート部６
ａ，６ｂが完全に分離する位置）までにわたってストレ
ート状に形成され、とくに同図に示す実施形態では、制
御弁１５より上流側の位置から吸気弁８の近傍位置まで
にわたって吸気通路がストレート状に形成されている。
そして、吸気弁８の近傍位置から下方に湾曲して燃焼室
５に連通している。

【００３４】各下流ポート部６ａ，６ｂは同一形状の円
形断面とされており、コモン部６ｃから上流側の部分で
は、例えば、吸気通路の軸線（図１及び図２中の二点鎖
線）に直交する断面が横長、つまり、各下流ポート部６
ａ，６ｂの配列方向に長い楕円形状とされている。この
楕円は、上記軸線に直交する軸に対して左右に相対称な
形状とされ、このような断面形状とされることによって
上流ポート部分から各下流ポート部６ａ，６ｂに対して
均等に吸気が導入され得るようになっている。なお、吸
気ポート６の上流部分では、このような楕円形状を基本
として、これに上記膨出部６ｄが連設された断面形状と
なっている。

【００３５】また、上記吸気通路においては、上記コモ
ン部６ｃの下流端６ｄから制御弁１５までの距離Ｌｂが
コモン部６ｃの下流端６ｄから吸気通路の下流端部まで
の距離Ｌｃに比べて長く設定されるとともに、制御弁１
５から吸気通路の下流端部までの距離Ｌａが制御弁１５
の配置部分における通路断面の径Ｄ、具体的には上記楕
円形状における短径の３〜５倍の長さとなるように上記
吸気通路が構成されている。なお、一般的なエンジンの
仕様では、上記径Ｄを２４〜３２mmの範囲内で設定する
のが望ましい。

【００３６】上記制御弁１５は、図３に示すように、上
記吸気通路の断面形状に対応した横長の楕円形状とさ
れ、その下部周辺には上記回動軸１６と平行な切欠１７
（開口形成部）が形成されている。これにより、制御弁
１５の全閉状態において上記通路１２の下部に半月状の
開口部１８を形成するようになっている。この切欠１７
による開口部１８の大きさは、好ましくは、制御弁１５
の配置部分の吸気通路面積の３５％以下の範囲に設定さ
れる。なお、上記切欠１７の形状は、図３に限定される
ものではなく、例えば、図４に示すように、制御弁１５
の回転軸方向における中間部分だけに切欠１７を設けた
ものや、あるいは図５に示すように、周辺部を残して切
欠を設けたもの等も考えられる。

【００３７】上記制御弁１５の全閉時の弁面の角度は、
図１に示すように、上記吸気通路の軸線に対して略直角
となるように設定されている。そして、この全閉状態
と、制御弁１５の弁面が上記軸線と略同方向となる全開
状態とにわたって制御弁１５が開閉可能となっている。

【００３８】以上のような当実施形態の吸気装置による
と、低負荷側の運転域において上記制御弁１５が全閉と
されたとき、制御弁１５の切欠１７による開口部１８を
通って下流側に流れる吸気により、上記燃焼室５内にタ
ンブルが生成される。この場合、上記開口部１８が吸気
通路の下部壁面側に形成されていることによってタンブ
ルの生成機能が高められ、より強力なタンブルを燃焼室
５内に生成することが可能となる。

【００３９】すなわち、上記のような吸気装置よれば、
開口部１８を介して吸気ポート６に吸気が導入される
と、図６に示すように、その一部が制御弁１５の下流側
において開口部１８が形成されていない上部壁面側に回
り込み、吸気通路の上部壁面部近傍に渦流を形成する。
そのため、吸気の主流はこの渦流の影響を受けて、すな
わち、渦流に引き寄せられて吸気ポート６の上部壁面側
に向かって流れ、該壁面に沿って燃焼室５に至ることと
なる。この場合、開口部通過直後の吸気の主流は下部壁
面側を通る一方、上述のように膨出部６ｅが吸気通路の
上部に設けられているので、開口部１８を通過した直後
に吸気が膨出部６ｅに分散されて弱まるということがな
く、吸気ポート６の下部壁面側から上部壁面側に向かう
流れが良好に得られる。また、吸気通路のうち吸気弁８
の近傍に至る制御弁下流側の大部分がストレート状に形
成されているので、上部壁面に沿って流れる吸気の流
れ、すなわち吸気の偏流が適切に維持されることとな
る。そのため、燃焼室５に導入される吸気の大部分が燃
焼室５の上部壁面から排気弁側のシリンダ側面に沿って
流入し、これにより強力なタンブルが形成されることと
なる。なお、図６では、吸気流をベクトル（矢印）で表
しており、矢印が密である程、吸気流が強いことを示し
ている。

【００４０】ところで、上記の吸気装置では、上述のよ
うに制御弁１５から燃焼室５までの距離Ｌａが制御弁１
５の配置部分における通路断面の径Ｄの３〜５倍（Ｌａ
／Ｄ＝３〜５）となるように吸気通路を構成している
が、これは図７に示すように、Ｌａ／Ｄが３未満又は５
を超えるような吸気通路の構成ではタンブル比が急激に
低下する、つまりタンブルが弱まり、タンブル強化が期
待できないためである。

【００４１】これは次のように考察することができる。
すなわち、吸気通路内での吸気の流れは、図８に示すよ
うに、渦流（符号αで示す渦流）の影響を受けて吸気通
路の下部壁面側から上部壁面側へと指向するが、このよ
うに吸気通路の上部壁面に流れが偏ると、この流れと吸
気通路の下部壁面との間に渦流（符号βで示す渦流）が
形成され、同図に示すように、吸気通路の上部壁面に沿
って流れる吸気がこの渦流の影響を受けて再び吸気通路
の上部壁面側から下部壁面側へと指向する。

【００４２】従って、通路断面の径Ｄと上記距離Ｌａと
の相対的な関係においてＬａ／Ｄが５を超える場合に
は、吸気の流れと燃焼室５の開口位置との関係におい
て、吸気通路の上部壁面に沿って流れる吸気が再び下部
壁面側へ指向する位置に吸気通路の下流端部分が位置す
る、換言すれば、吸気通路の下流端部分において吸気が
吸気通路の下部壁面あるいはその近傍を流動するような
通路構成となる。そのため、Ｌａ／Ｄが５を超えるとタ
ンブルが弱まると考えられる。

【００４３】逆に、Ｌａ／Ｄが３未満の場合には、吸気
通路の上部壁面に吸気の偏流が形成される位置よりも上
流側に吸気通路の下流端部分が位置し、上記同様に、燃
焼室５の開口部分において吸気が吸気通路の下部あるい
はその近傍を流動するような通路構成となる。そのた
め、Ｌａ／Ｄが３未満の場合にも同様にタンブルが弱ま
ると考えられる。

【００４４】また、図９は、Ｌａ／Ｄの値と燃焼室５の
近傍における吸気通路の上半分の平均流速と下半分の平
均流速との差を測定した結果であるが、同図に示すよう
に、Ｌａ／Ｄが３未満では、上記平均流速の差が負の
値、つまり上半分が下半分側より低流速となっている。
従って、Ｌａ／Ｄが３未満となる吸気通路の構成では、
吸気通路の下流側端部の近傍において上部側の流れが弱
くなり、場合によっては上部側で逆流が生じるようなこ
ともあり得る。つまり、これにより燃焼室５の上部壁面
に沿って流入する吸気が減少してタンブルが弱まると考
えられる。

【００４５】従って、強力なタンブルを生じさせるため
には、Ｌａ／Ｄ＝３〜５となるように上記吸気通路を構
成するが有効となる。

【００４６】また、上記の吸気装置では、上述のように
制御弁１５の全閉状態において、上記開口部１８の大き
さが制御弁１５の配置部分の吸気通路面積の３５％以下
となるように設定されているが、これは、図１０に示す
ように、開口部面積比を３５％以下に設定した場合に
は、燃焼室５内での混合気の乱れエネルギーが急激に高
まる、すなわち強力なタンブルが生じるためである。こ
れは、タンブルの生成においては吸気速度が速い方が有
利であり、この点、開口部１８の開口部面積比を３５％
以下に設定すれば、効果的に吸気速度が高められると考
察できる。従って、強力なタンブルを生成する上では開
口部面積比を３５％以下となるように制御弁１５を構成
するのが有利である。

【００４７】なお、上記実施形態のエンジン本体１で
は、上記制御弁１５の全閉時の弁面の角度が、上記吸気
通路の軸線に対して直角となるように設定されている
が、必ずしも直角である必要はなく、図１１に示すよう
に、吸気通路の軸線に対して直角の場合を基準として
（実線に示す）、上記切欠１７が下流側（同図では左
側）に位置する正方向（破線に示す方向）、あるいは切
欠１７が上流側に位置する負方向（二点鎖線に示す方
向）に傾くように全閉時の弁面の角度を設定してもよ
い。この場合、吸気通路の軸線に対して直角の場合を基
準として、正方向へ１０°（＋１０°）以内、負方向へ
２５°（−２５°）以内の範囲で弁面の角度を設定する
のが好ましい。

【００４８】すなわち、上記角度範囲外の角度に設定す
ると、燃焼室５内の混合気の乱れエネルギーが著しく減
少するためである。これは、＋１０°を超える角度で
は、制御弁１５の直下流側に形成される渦流が制御弁１
５から吸気弁８の近傍に至る大型の渦流となって、開口
部１８を介して流入した吸気が充分に吸気通路の上部に
引き寄せられないためであり、逆に、−２５°より負方
向に大きい角度では、図８の符号βに示したような渦流
が制御弁１５に比較的近い場所に形成される結果、吸気
通路の上部壁面に沿って流れる吸気が再び吸気通路の下
流端部分で下部壁面側に指向してしまうためであると考
えられる。

【００４９】この場合、上述のように負方向への許容範
囲が大きく、また、負方向の許容角度範囲内では図１２
に示すように乱れエネルギーの変化が緩慢であるため、
制御弁１５の組付け誤差等を考慮して、上記角度を−１
０°〜０°の範囲で設定するのが望ましい。

【００５０】また、上記装置では、制御弁１５の全閉時
の弁面の角度が、上記吸気通路の軸線に対して直角とな
るように設定されているため、制御弁１５を上記負方
向、あるいは正方向に回動させることが可能であり、上
記実施形態では、制御弁１５を負方向に回動させて吸気
通路を開閉するようにしているが、逆に、制御弁１５を
正方向に回動させて吸気通路を開閉するようにしてもよ
い。但し、制御弁１５を負方向に回動させて吸気通路を
開閉するようにすれば、上述のように制御弁１５の角度
が−２５°〜０°の角度であれば、制御弁１５が開かれ
た状態であっても上記のように吸気通路の上部壁面に沿
った吸気の偏流を形成することができる。従って、例え
ば、エンジンの高回転、高負荷側の運転領域であって、
かつ空燃比がリーンとなる運転域のように多少制御弁１
５を開くような場合には、強力なタンブルを生成して燃
焼性を高めることができるという利点がある。

【００５１】なお、上記の吸気装置において、吸気弁８
の弁軸支持位置近傍から下流側では吸気通路が下方に湾
曲しており、該弁軸支持位置において吸気が上部壁面に
沿って流れていれば、これより下流側では自ずと吸気が
吸気通路の上部壁面に沿って流れることとなる。そのた
め、例えば、制御弁１５からコモン部６ｃの下流端６ｄ
までの吸気通路をストレート状に形成するとともに、コ
モン部６ｃの下流端６ｄから吸気弁８の弁軸支持位置近
傍までの部分において吸気通路の上部壁面をストレート
状に形成しておけば、コモン部下流側で吸気通路の上部
面に沿った偏流に対する抵抗を極力低減し、強力なタン
ブルを生成することができる。

【００５２】次に、本発明の第２の実施の形態について
説明する。

【００５３】図１３は、第２の実施の形態に係るエンジ
ン本体の概略的に示している。なお、このエンジン本体
１′も、基本構成は第１の実施の形態のエンジン本体１
と同一であり、共通する箇所には同一の符号付して説明
を省略し、以下に、上記エンジン本体１との相違点につ
いて詳細に説明することとする。

【００５４】第２の実施の形態に係るエンジン本体１′
では、上記エンジン本体１に比して制御弁１５から燃焼
室５に至る吸気通路が比較的短く設定されており、例え
ば、上記Ｌａ／Ｄが３未満となるように吸気通路が形成
されている。また、上記吸気通路においては、コモン部
６ｃの下流端６ｄから吸気通路の下流端部までの距離Ｌ
ｃが下流端６ｄから制御弁１５までの距離Ｌｂに比べて
長く設定されている。

【００５５】さらに、制御弁１５には、外制御弁１５の
全閉状態において上記通路１２の上部に半月状の開口部
１８を形成するように切欠１７が制御弁１５に形成され
ている。なお、同図においては、便宜上、吸気ポート６
の膨出部及び燃料噴射バルブ等は省略している。

【００５６】以上のような第２の実施の形態の場合に
も、低負荷側の運転域において上記制御弁１５が全閉と
されたとき、制御弁１５の切欠１７による開口部１８を
通って下流側に流れる吸気により、上記燃焼室５内にタ
ンブルが生成される。

【００５７】より詳しくは、通路１２の上部に形成され
た開口部１８を介して吸気ポート６に吸気が導入される
と、図１４に示すように、その一部が制御弁１５の下流
側において開口部１８が形成されていない下部壁面部分
に回り込み、吸気ポート６の下部壁面部分に渦流を形成
する。そのため、吸気の主流はこの渦流の影響を受けて
吸気ポート６の下部壁面に向かって流れようとする。と
ころが、Ｌａ／Ｄが３未満とされて制御弁１５から燃焼
室５に至る吸気通路が比較的短く設定されているため、
吸気の主流が吸気ポート６の下部壁面に至る前に吸気ポ
ート６の湾曲部分に達することとなり、その結果、吸気
ポート６の上部壁面に沿って燃焼室５へと流入すること
となる。そのため、シリンダ４に導入される吸気の大部
分が燃焼室５の上部壁面から排気弁側の側壁面に沿って
流入し、これにより強力なタンブルが形成されることと
なる。

【００５８】従って、このような第２の実施の形態のエ
ンジン本体１′においても、上述の第１の実施の形態の
エンジン本体１と同様に、燃焼室５内に強力なタンブル
を形成することができる。

【００５９】なお、上記エンジン本体１′の構成におい
ては、上述のように制御弁１５から燃焼室５に至る吸気
通路が比較的短く、かつ、コモン部６ｃの下流端６ｄか
ら燃焼室５の開口部分までの距離Ｌｃが下流端６ｄから
制御弁１５までの距離Ｌｂに比べて長くなるように吸気
通路が構成されているので、燃料噴射バルブとして２つ
の噴口部分を有した噴射バルブを採用し、これを各下流
ポート部６ａ，６ｂの間のスペースに配設して各噴口部
分を下流ポート部６ａ，６ｂ内に臨ませるようにするの
が好ましい。このようにすれば各下流ポート部６ａ，６
ｂの間のスペースを有効利用した合理的な配置となり、
吸気ポート６周辺部分をコンパクトな構成とすることが
できる。

【００６０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、吸気流
動を制御することにより燃焼室内にタンブルを生成する
制御弁を吸気通路に備え、所定の運転域で上記制御弁を
全閉することにより制御弁の開口部を介して吸気を流通
させつつ燃料を噴射するようにした吸気装置において、
上記開口部が吸気通路の下部壁面近傍に形成されるよう
に制御弁を構成し、これにより吸気通路の下部壁面に沿
って導入した吸気を、制御弁の直下流側に形成される吸
気の渦流により吸気通路の上部壁面に指向させて吸気通
路の上部壁面に沿って流れる吸気の偏流を形成するよう
にする一方、吸気通路の制御弁下流側をストレート状に
形成するとともに、該ストレート部分の上部に燃料噴射
用の膨出部分を連設し、こうすることで、上記の偏流を
乱すことなく燃焼室に流入し得るようにしたので、吸気
の大部分を燃焼室の上部壁面から側部壁面に沿って効果
的に導入することができる。そのため、燃焼室内におい
て効果的に強力なタンブルを形成することができる。

【００６１】特に、上記構成において、上記制御弁から
上記吸気通路の下流端部までの距離が、上記制御弁の配
設部分における吸気通路径の３〜５倍の範囲内となるよ
うに上記吸気通路を形成するようにすれば、強力なタン
ブルをより効果的に生成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の吸気装置（第１の実施の形態）が適用
されるエンジン本体を示す断面略図である。

【図２】吸気通路を示す平面概略図である。

【図３】制御弁の構成を示す側面図である。

【図４】制御弁の他の例を示す側面図である。

【図５】制御弁の他の例を示す側面図である。

【図６】吸気通路における吸気の流量を示す図である。

【図７】吸気通路径（Ｄ）と制御弁から燃焼室までの距
離（Ｌａ）との比（Ｌａ／Ｄ）とタンブル比との関係を
示す図である。

【図８】吸気通路での吸気の流れを説明する模式図であ
る。

【図９】上記Ｌａ／Ｄと吸気通路における上半分の平均
流速と下半分の平均流速との差との関係を示す図であ
る。

【図１０】制御弁の開口比率と燃焼室内の乱れエネルギ
ーの関係を示す図である。

【図１１】全閉時の制御弁の弁面角度を説明する図であ
る。

【図１２】全閉時の制御弁の弁面角度と燃焼室内の乱れ
エネルギーの関係を示す図である。

【図１３】本発明の吸気装置（第１の実施の形態）が適
用されるエンジン本体を示す断面略図である。

【図１４】吸気通路における吸気の流量を示す図であ
る。

【図１５】従来の吸気装置における吸気通路での吸気の
流量を示す図である。

【符号の説明】

１エンジン本体２シリンダブロック３シリンダヘッド４シリンダ５燃焼室６吸気ポート６ａ，６ｂ下流ポート部６ｃコモン部６ｄ下流端７排気ポート７ａ，７ｂ上流ポート部８吸気弁９排気弁１０燃料噴射弁１１マニホールド１２通路１５制御弁１６回動軸１７切欠１８開口部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者斉藤史彦広島県安芸郡府中町新地３番１号マツダ株式会社内 (72)発明者山本寿英広島県安芸郡府中町新地３番１号マツダ株式会社内 (72)発明者乃生芳尚広島県安芸郡府中町新地３番１号マツダ株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】下流端部が燃焼室に開口する吸気通路
に、吸気流動を制御することにより燃焼室内にタンブル
を生成する制御弁を設けるとともに、全閉時に開口部を
形成する開口形成部をこの制御弁に設け、所定の運転域
で上記制御弁を全閉することにより上記開口部を介して
吸気を流通させつつ燃料を上記制御弁の下流側に噴射す
るようにしたエンジンの吸気装置において、上記吸気通
路の制御弁下流側にストレート部分を形成するととも
に、該ストレート部分の上部に燃料噴射弁配置用の膨出
部分を連設する一方、上記開口部が吸気通路の下部壁面
近傍に形成されるように上記開口形成部を制御弁に設け
たことを特徴とするエンジンの吸気装置。
【請求項２】上記制御弁から上記吸気通路の下流端部
までの距離が、上記制御弁の配設部分における吸気通路
径の３〜５倍の範囲内となるように上記吸気通路を形成
したことを特徴とする請求項１記載のエンジンの吸気装
置。
【請求項３】上記吸気通路径を２４〜３２mmの範囲内
で設定したことを特徴とする請求項２記載のエンジンの
吸気装置。
【請求項４】全閉時における制御弁の弁面の角度を、
上記吸気通路の軸線に直交する面を基準として、上記開
口形成部が下流側に位置する方向に１０°以内、または
開口形成部が上流側に位置する方向に２５°以内の範囲
内で設定したことを特徴とする請求項１記載のエンジン
の吸気装置。
【請求項５】全閉時における制御弁の弁面の角度を、
上記吸気通路の軸線に直交する面を基準として、開口形
成部が上流側に位置する方向に０°〜１０°の範囲内で
設定したことを特徴とする請求項４記載のエンジンの吸
気装置。
【請求項６】上記制御弁の全閉時における制御弁の弁
面の角度を、上記吸気通路の軸線に略直交する角度に設
定し、上記エンジンの高回転、高負荷側であって、かつ
空燃比が理論空燃比近傍よりも薄い空燃比となる運転域
において、上記制御弁を開口形成部が上流側に位置する
方向に開操作するようにしたことを特徴とする請求項１
記載のエンジンの吸気装置。
【請求項７】上記吸気通路は、下流側が二つの分岐通
路に分岐するコモン部を有し、上記両分岐通路の各下流
端が燃焼室に開口するように構成されたものであって、
該コモン部の下流端位置から上記制御弁までの距離が、
コモン部の下流端位置から上記吸気通路の下流端部まで
の距離に比して長くなるように上記吸気通路を形成した
ことを特徴とする請求項１又は２記載のエンジンの吸気
装置。
【請求項８】上記分岐通路における上壁部分のうち、
少なくとも吸気弁の弁軸支持位置近傍までの部分をスト
レート状に形成したことを特徴とする請求項７記載のエ
ンジンの吸気装置。
【請求項９】上記コモン部の下流端位置から上記制御
弁に至る吸気通路をストレート状に形成したことを特徴
とする請求項７記載のエンジンの吸気装置。
【請求項１０】上記吸気通路は、下流側が二つの分岐
通路に分岐するコモン部を有し、上記両分岐通路の各下
流端が燃焼室に開口するように構成されたものであっ
て、該コモン部の上流端位置から上記制御弁に至る吸気
通路の断面を、各分岐通路の配列方向に幅広の偏平形状
に形成するとともに、上記開口形成部を、上記配列方向
中心を通る軸に対して該配列方向に対称な形状に形成し
たことを特徴とする請求項２，７，８のいずれかに記載
のエンジンの吸気装置。
【請求項１１】上記制御弁は分岐通路の配列方向に延
びる回動軸回りに回動可能に支持され、上記回動軸回り
に回動して吸気通路を開閉するものであって、上記制御
弁の開口形成部として、上記回動軸と平行に制御弁の周
辺部を切欠いた切欠部を設けたことを特徴とする請求項
１０記載のエンジンの吸気装置。
【請求項１２】上記制御弁の全閉状態において、上記
開口部の大きさが制御弁の配設部分における吸気通路面
積の３５％以下となるように、上記開口形成部を設けた
ことをことを特徴とする請求項１０又は１１記載のエン
ジンの吸気装置。
【請求項１３】下流側が二つの分岐通路に分岐してそ
れぞれ燃焼室に開口するコモン部を有する吸気通路の上
流側に、吸気流動を制御することにより燃焼室内にタン
ブルを生成する制御弁を設けるとともに、全閉時に開口
部を形成する開口形成部をこの制御弁に設け、所定の運
転域で上記制御弁を全閉することにより上記開口部を介
して吸気を流通させつつ燃料を上記制御弁の下流側に噴
射するようにしたエンジンの吸気装置において、上記制
御弁の配設位置における吸気通路径を２４〜３２mmの範
囲内で設定し、制御弁から上記吸気通路の下流端部まで
の距離が上記吸気通路径の３〜５倍の範囲内となるよう
に吸気通路を形成するとともに、上記コモン部の下流端
位置から制御弁までの距離を、コモン部の下流端位置か
ら吸気通路の下流端部までの距離に比して長く、かつス
トレート状にし、さらに、上記コモン部の上流端位置か
ら制御弁に至る吸気通路の断面が各分岐通路の配列方向
に幅広の偏平形状となるように上記吸気通路を形成する
一方、上記分岐通路の配列方向に延びる回動軸回りに回
転して吸気通路を開閉するように上記制御弁を構成する
とともに、上記開口形成部として、上記回動軸と平行に
制御弁の下部側の周辺部を切欠いた切欠部を制御弁に設
けたことを特徴とするエンジンの吸気装置。
【請求項１４】上記制御弁の全閉状態において、上記
開口部の大きさが制御弁の配設部分における吸気通路面
積の３５％以下となるように、上記開口形成部を設けた
ことを特徴とする請求項１３記載のエンジンの吸気装
置。
【請求項１５】下流側が二つの分岐通路に分岐してそ
れぞれ燃焼室に開口するコモン部を有する吸気通路の上
流側に、吸気流動を制御することにより燃焼室内にタン
ブルを生成する制御弁を設けるとともに、全閉時に開口
部を形成する開口形成部をこの制御弁に設け、所定の運
転域で上記制御弁を全閉することにより上記開口部を介
して吸気を流通させつつ燃料を上記制御弁の下流側に噴
射するようにしたエンジンの吸気装置において、上記コ
モン部の下流端位置から上記制御弁までの距離が、コモ
ン部の下流端位置から上記吸気通路の下流端部までの距
離に比して短くなり、かつコモン部の上流端位置から制
御弁に至る吸気通路の断面が上記各分岐通路の配列方向
に幅広の偏平形状となるように上記吸気通路を形成する
一方、上記開口部が吸気通路の上部壁面近傍に形成され
るように上記開口形成部を制御弁に設けたことを特徴と
するエンジンの吸気装置。
【請求項１６】上記吸気通路において、上記コモン部
の下流端位置よりも下流側に上記燃料噴射弁の噴口部分
を配設したことを特徴とする請求項１５記載のエンジン
の吸気装置。
【請求項１７】上記制御弁の全閉状態において、上記
開口部の大きさが制御弁の配設部分における吸気通路面
積の３５％以下となるように、上記開口形成部を設けた
ことを特徴とする請求項１５記載のエンジンの吸気装
置。
【請求項１８】上記コモン部の下流端位置から上記制
御弁に至る吸気通路をストレート状に形成したことを特
徴とする請求項１５記載のエンジンの吸気装置。