JPH0579404A - エンジンの吸気装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 吸気ポートに加えて燃料供給ポートを備えた
吸気装置において、燃料供給ポートのタイミング弁が開
かれる前にこのポートの壁面に付着している燃料の霧化
を促進することにより、燃費およびエミッションを向上
する。 【構成】 燃料供給ポート７の燃焼室２への開口部に、
吸気行程途中で開くタイミング弁１５を設けるととも
に、上記燃料供給ポート７のインジェクタ１４より下流
の位置と吸気ポート４との間に、上記タイミング弁１５
の開弁時期より前に上記燃料供給ポート７から吸気ポー
ト４へ向かう気流を生じさせる連通路１７を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は吸気ポートに加えて燃料
供給ポートを備え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、成層燃焼により燃費改善を図るた
め、吸気ポートに加えて、インジェクタを具備した燃料
供給ポートを燃焼室に開口させた吸気装置は知られてい
る。例えば特開平２−１８１０６７号公報には、加圧エ
アを導入する通路の一端に燃焼室へ開口するノズル口を
形成し、このノズル口を開閉するタイミング弁（ニード
ル弁）を設けるとともに、上記通路の途中にインジェク
タを接続し、上記加圧エアとインジェクタからの燃料と
による混合気をノズル口から燃焼室内に噴射するように
して、筒内噴射タイプの燃料供給ポートを構成した装置
が示されている。

【０００３】また、実開昭６１−２０４９２２号公報に
は、第１の吸気ポートと、低負荷時に閉じるスワール制
御弁を具備した第２吸気ポートとを並列的に配設すると
ともに、両吸気ポートの間を通って燃焼室の中央部に開
口する第３のポートを設け、この第３のポートにインジ
ェクタを配置し、かつこのポートに吸気行程途中で開く
タイミング弁（第３吸気弁）を設けることにより、吸気
行程途中で燃料が燃焼室中央寄りに供給されるようにし
た装置が示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記のように燃焼室へ
の吸気供給は主に吸気ポートによって行いつつこれとは
別に燃料供給用のポートを設けて、このポートにインジ
ェクタから燃料を噴射するようにした装置は、成層化に
有利である。しかし、インジェクタから噴射された燃料
の霧化促進等の面で、改善の余地が残されている。すな
わち、燃料供給用のポートのタイミング弁が閉じられて
いる間は、燃料供給用のポート内の燃料が充分に霧化さ
れずに壁面に多く付着して、タイミング弁の近傍に溜る
ことがあり、この状態でタイミング弁が開かれると、燃
料が充分に霧化しないまま燃焼室に流れ込むような、い
わゆる液垂れが生じる。そしてこのような液垂れは、特
に低負荷時の燃焼性に悪影響を及ぼし、燃費やエミショ
ンの向上を妨げることとなる。そこで、上記の壁面付着
燃料の霧化を促進することが望まれる。

【０００５】本発明は、上記の事情に鑑み、燃料供給ポ
ートのタイミング弁が開かれる前にこのポートの壁面に
付着している燃料の霧化を促進することにより、上記液
垂れを防止し、燃費およびエミッションを向上すること
ができるエンジンの吸気装置を提供することを目的とす
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に記載の発明は、吸気行程で燃焼室に吸気
を供給する吸気ポートと、インジェクタを具備した燃料
供給ポートとを燃焼室に対して配設したエンジンの吸気
装置において、上記燃料供給ポートの燃焼室への開口部
に、吸気行程途中で開くタイミング弁を設けるととも
に、上記燃料供給ポートのインジェクタ下流の位置と上
記吸気ポートとの間に、上記タイミング弁の開弁時期よ
り前に上記燃料供給ポートから吸気ポートへ向かう気流
を生じさせる連通路を形成したものである。

【０００７】また、請求項２に記載の発明は、第１吸気
ポートと、低負荷時に閉じるスワール制御弁を具備した
第２吸気ポートと、インジェクタを具備した燃料供給ポ
ートとを、燃焼室中央部に燃料供給ポートが開口してそ
の両側に両吸気ポートが開口するように配設したエンジ
ンの吸気装置において、上記燃料供給ポートの燃焼室へ
の開口部に、上記第２吸気ポートの吸気弁開弁期間の途
中で開くタイミング弁を設けるとともに、上記燃料供給
ポートのインジェクタ下流の位置と上記第２吸気ポート
のスワール制御弁下流の位置との間に、これらを連通す
る連通路を形成したものである。

【０００８】上記のような構成において、燃料供給ポー
トの開口部近傍を絞ってスロート部を形成するととも
に、このスロート部付近と第２吸気ポートの弁座近傍と
を互いの近接部で連通するように連通路を形成すること
（請求項３）が好ましい。また、燃料供給ポートのイン
ジェクタ下流に、螺旋状の通路部分を形成する（請求項
４）ことが好ましい。

【０００９】燃料供給ポートの構成およびタイミング弁
の作動の設定の好ましい一例としては、燃料供給ポート
を吸気系に対して独立した副室タイプとするとともに、
タイミング弁を排気行程途中と吸気行程途中とで開くよ
うに設定する（請求項５）。

【００１０】また、燃料供給ポートに加圧エアを供給す
る加圧エア供給手段を設けてもよい（請求項６）。

【００１１】

【作用】請求項１に記載の発明の構成によれば、タイミ
ング弁の開弁時期より前に上記燃料供給ポートから連通
路を通って吸気ポートへ向かう気流が生じることによ
り、壁面付着燃料の霧化を促進する作用が得られる。

【００１２】請求項２に記載の発明の構成によれば、低
負荷時にスワール制御弁が閉じられることでスワールが
生成されるとともに、この状態において、上記のような
壁面付着燃料の霧化促進作用が得られる。

【００１３】請求項２の構成に加えて燃料供給ポートの
開口部近傍にスロート部を形成するとこの部分の気流が
強化される。また、燃料供給ポートのインジェクタ下流
に螺旋状の通路部分を形成すると、壁面に沿った旋回気
流が得られる。

【００１４】燃料供給ポートを吸気系に対して独立した
副室タイプとするとともに、タイミング弁を排気行程途
中と吸気行程途中とで開くように設定すると、排気行程
中に高温ガスが燃料供給ポートに導入される。

【００１５】また、燃料供給ポートに加圧エアが供給さ
れると、タイミング弁の開弁時期より前に上記燃料供給
ポートから連通路を通って吸気ポートへ向かう気流が加
圧エアによって与えられる。

【００１６】

【実施例】本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
図１乃至図３は本発明の一実施例による吸気装置を示し
ている。これらの図において、エンジン１の各気筒の燃
焼室２に対し、吸気ポート３，４および排気ポート５，
６が配設されるとともに、これらとは別に燃料供給ポー
ト７が設けられており、当実施例では、第１および第２
の２つの吸気ポート３，４と、２つの排気ポート５，６
と、燃料供給ポート７とが設けられている。上記エンジ
ン１はシリンダブロック８およびシリンダヘッド９など
で構成され、そのシリンダヘッド９に上記各ポート３〜
７が形成されている。各ポートの配置としては、上記燃
料供給ポート７が燃焼室２の中央部に開口し、上記両吸
気ポート３，４が互いに並列にシリンダヘッド９の一側
部から燃焼室２側へ延びて燃料供給ポート７の両側で燃
焼室２に開口し、両排気ポート５，６は各吸気ポート
３，４に対向する位置で燃焼室２に開口している。

【００１７】各吸気ポート３，４の燃焼室２への開口部
にはそれぞれ吸気弁１１が具備され、各排気ポート５，
６の燃焼室２への開口部にはそれぞれ排気弁１２が具備
されている。また、上記第２吸気ポート４の途中には、
図外のアクチュエータにより開閉作動されてエンジンの
低負荷領域で閉じ、高負荷領域で開かれるスワール制御
弁１３が設けられている。従って、低負荷領域では第２
吸気ポート４が遮断されて第１吸気ポート３のみから吸
気が供給されることにより、燃焼室２内に吸気スワール
が生成され、高負荷領域では両吸気ポート３，４から吸
気が供給されてポート面積が大きくされる構成となって
いる。

【００１８】上記燃料供給ポート７は、燃焼室２への開
口部を有する小室７ａと、この小室７ａに通じる噴射燃
料導入用の通路部７ｂとを有し、上記通路部７ｂにイン
ジェクタ１４が接続されるとともに、燃焼室２への開口
部にタイミング弁１５が設けられている。当実施例にお
いて燃料供給ポート７は吸気系に対して独立した副室タ
イプとされている。また、燃料供給ポート７の小室７ａ
は開口部近傍で絞られ、スロート部７ｃが形成されてい
る。さらに、上記通路部７ｂが上記小室７ａに連なる部
分７ｄは螺旋上に形成され、通路部７ｂから小室７ａへ
混合気が流れるときにスワールが生成されるようになっ
ている。

【００１９】上記タイミング弁１５は、例えば図示のよ
うに吸気弁１１および排気弁１２と同様のポペット弁に
より形成されている。上記吸気弁１１、排気弁１２およ
びタイミング弁１５は、カムシャフト１６ａ，１６ｂ，
１６ｃ等からなる動弁機構により開閉作動される。そし
て、上記タイミング弁１５は、少なくとも吸気行程途中
で開くように作動タイミングが設定され、例えば図４に
実線ＴＶａ，ＴＶｂで示すように、吸気行程中に所定期
間だけ開かれるとともに、排気行程中にも所定期間だけ
開かれるように設定されている。図４において、破線Ｅ
Ｖ，ＩＶはそれぞれ排気弁、吸気弁の作動タイミングを
示している。なお、インジェクタ１４からの燃料噴射時
期は、タイミング弁１５の吸気行程での開弁期間もしく
はそれより前の適当な時期とされ、例えばタイミング弁
１５の排気行程での開弁期間の終了後で、吸気行程での
開弁開始前の時期に設定される。

【００２０】図１乃至図３に示すように、上記燃料供給
ポート７のインジェクタ１４より下流の位置と上記第２
吸気ポート４のスワール制御弁１３より下流の位置との
間に、これらを連通することによりタイミング弁１５の
開弁時期より前に上記燃料供給ポート７から第２吸気ポ
ート４へ向かう気流を生じさせる連通路１７が設けられ
ている。この連通路１７は、上記燃料供給ポート７のス
ロート部７ｃ付近と第２吸気ポート４の弁座近傍とを互
いの近接部で連通するように形成されている。なお、１
８はピストン、１９は点火プラグである。

【００２１】このような当実施例の吸気装置によると、
インジェクタ１４から燃料供給ポート７に噴射された燃
料が、燃料供給ポート７内の空気と混合した状態で、タ
イミング弁１５が開いたときに燃焼室２内に供給され
る。この場合、吸気ポート３，４よりも燃焼室中央寄り
の位置に燃料が供給され、低負荷領域で吸気スワールが
生成されているときはそのスワールの内周側に燃料が供
給されるので、燃料が燃焼室周辺に多く分散してしまう
ことがなく、効果的に成層燃焼が行われる。また、図４
に示すようにタイミング弁１５が排気行程と吸気行程と
で開かれると、排気行程中に高温のガスが燃焼室２から
燃料供給ポート７に導入され、この高温ガスにより、吸
気行程でタイミング弁１５の開作動されるまでの間に、
インジェクタ１４から燃料供給ポート７内に噴射された
燃料の気化、霧化が行われる。

【００２２】また、特に上記連通路１７が設けられてい
ることにより、第２吸気ポート４のスワール制御弁１５
が閉じられている低負荷領域では、第２吸気ポート４の
吸気弁が開いてからタイミング弁が開くまでの期間に、
タイミング弁下流の吸気ポートの圧力が低下するに伴
い、上記燃料供給ポート７から連通路１７を通って第２
吸気ポート４へ向かう気流が生じ、燃料供給ポート７内
にも気流が生じる。これによって燃料の液垂れが防止さ
れる。つまり、インジェクタ１４から噴射された燃料が
燃料供給ポート７の壁面に付着してタイミング弁１５の
開時期直前にタイミング弁１５近傍に溜ることがある
が、上記気流によって壁面に付着した燃料の霧化が促進
されるので、この燃料が充分に霧化しないまま燃焼室２
に流れ込むような液垂れが防止される。そして、液垂れ
が生じると燃焼室の悪化を招き易い低負荷時に、上記気
流が得られることにより燃焼性が向上される。

【００２３】タイミング弁１５の開時期前に気流が生じ
るときに、上記燃料供給ポート７の開口部近傍にスロー
ト部７ｃが設けられていると、この部分の流速が早めら
れることでタイミング弁１５近傍にたまる燃料の霧化が
促進される。また、この部分と第２吸気ポート４の弁座
近傍とを互いの近接部で連通するように連通路１７が形
成されることにより、燃料の一部が第２吸気ポート４に
流れても燃料供給ポート７に近い部分を通って燃焼室２
に送られるので、成層化作用は確保される。

【００２４】さらに燃料供給ポート７に螺旋上の通路部
分７ｄが設けられていると、壁面に沿った旋回流が得ら
れることで壁面付着燃料の霧化を促進する作用がより一
層高められる。

【００２５】なお、当実施例では、燃料供給ポート７を
副室タイプとするとともに、タイミング弁１５を排気行
程途中と吸気行程途中とで開くようにしているが、後記
実施例と同様に燃料供給ポート７に加圧エアを供給し、
あるいはインジェクタ１４に対してエアブリードを設け
ておき、燃料供給ポート７のタイミング弁１５は吸気行
程途中の所定期間だけ開くようにしてもよい。また、吸
気行程でのタイミング弁１５の開時期は、連通路１７を
介して燃料供給ポート７と連通する第２吸気ポート４の
吸気弁開時期より遅く、かつＴＤＣ（上死点）より後で
あればよい。例えば図５のように、第１吸気ポート３の
吸気弁が第２吸気ポート４の吸気弁の開作動よりも遅く
ＴＤＣ以後に開かれるように、各吸気弁作動タイミング
（ＩＶ１，ＩＶ２）が設定されるとともに、タイミング
弁１５の開時期が第２吸気ポート４の吸気弁開時期と一
致するように、タイミング弁作動タイミング（ＴＶ）が
設定されていてもよい。

【００２６】図６は、本発明の別の実施例として、燃料
供給ポート２７に加圧エアを供給する加圧エア供給手段
４１が設けられた構造を示している。この図において、
燃料供給ポート２７には、燃焼室２への開口部にタイミ
ング弁３５が具備され、かつインジェクタ３４が接続さ
れるとともに、加圧エア通路４２が接続されている。ま
た、この加圧エア通路４２を介して燃料供給ポート２７
に加圧エアを供給するためのコンプレッサ４３およびア
キュムレータ４４が設けられ、上記コンプレッサ４３の
吸入口がスロットル弁５１より上流の吸気通路５２に通
路４５を介して接続され、コンプレッサ４３の吐出口に
アキュムレータ４４が接続されている。さらに、アキュ
ムレータ４４に調圧弁４６を介して接続された通路４７
とスロットル弁５１より上流の吸気通路５２に通じるリ
ターン通路４８とが、高速三方ソレノイド弁４９を介し
て選択的に上記加圧エア通路４２に連通されるようにな
っている。

【００２７】この実施例でも、燃料供給ポート２７と吸
気ポート２３との間に連通路３７が設けられている。も
っとも、連通路３７が接続される吸気ポート２３はスワ
ール制御弁を有する第２吸気ポートである必要はなく、
例えば吸気ポート２３が１気筒につき１個だけ設けられ
ているものにおいてその吸気ポート２３に連通路３７が
接続され、あるいは第１，第２の吸気ポートが設けられ
ているものにおいてスワール制御弁を有しない第１吸気
ポートに連通路３７が接続されるようになっていてもよ
い。上記燃料供給ポート２７のタイミング弁３５は、連
通路３７を介して燃料供給ポート２７と連通する吸気ポ
ート２３の吸気弁３１の開時期より遅れて吸気行程途中
で開かれる。また、高速三方ソレノイド弁４９の作動タ
イミングは、タイミング弁３５の開時期より前の吸気弁
３１の開時期付近から、タイミング弁３５の閉時期付近
までにわたる期間に、加圧エアが燃料供給ポート２７に
供給されるように設定されていればよい。

【００２８】４３ａは上記コンプレッサ４３を駆動する
電気モータ、２５は排気ポート、３２は排気弁である。
また、図６に示す例では、吸気通路５２にもインジェク
タ５３が具備され、吸入空気量が多い運転領域では燃料
供給ポート２７のインジェクタ３４に加えて吸気通路の
インジェクタ５３からも燃料が供給されるようになって
いる。

【００２９】この実施例の吸気装置によると、タイミン
グ弁３５が開かれたときに、インジェクタ５３から噴射
された燃料と燃料供給ポート２７に送り込まれる加圧エ
アとが混合されつつ、燃料供給ポート２７から燃焼室２
２に供給される。一方、タイミング弁３５が閉じている
間は、残留燃料が燃料供給ポート２７の壁面に付着、蓄
積されるが、吸気弁３１の開時期付近からタイミング弁
３５の開時期までの間は燃料供給ポート２７に加圧エア
が送りこまれつつ燃料供給ポートから連通路を通って吸
気ポートに向かう気流が生じることにより、壁面付着燃
料の霧化が促進され、液垂れが防止されることとなる。

【００３０】なお、この実施例においても、燃料供給ポ
ート２７にスロート部や螺旋状部分を設けて、壁面付着
燃料の霧化促進作用を高めるようにすることができる。

【００３１】

【発明の効果】請求項１に記載の発明は、燃料供給ポー
トの開口部に設けたタイミング弁を吸気行程途中で開く
ようにするとともに、燃料供給ポートのインジェクタ下
流の位置と吸気ポートとの間に、上記タイミング弁の開
弁時期より前に上記燃料供給ポートから吸気ポートへ向
かう気流を生じさせる連通路を形成しているため、上記
タイミング弁の開弁前に燃料供給ポートに気流を生じさ
せて壁面付着燃料の霧化を促進し、燃焼室への液垂れを
防止することができる。従って、燃焼性を向上し、燃費
およびエミッションを改善することができる。

【００３２】請求項２に記載の発明は、第１吸気ポート
と、低負荷時に閉じるスワール制御弁を具備した第２吸
気ポートと、インジェクタを具備し、かつ燃焼室中央部
に開口する燃料供給ポートとを配設し、燃料供給ポート
のタイミング弁を上記第２吸気ポートの吸気弁開弁期間
の途中で開くようにするとともに、上記燃料供給ポート
のインジェクタ下流の位置と上記第２吸気ポートのスワ
ール制御弁下流の位置との間に連通路を形成しているた
め、低負荷時の吸気スワール生成および成層燃焼を有効
に行いつつ、上記タイミング弁の開弁前に燃料供給ポー
トの壁面付着燃料の霧化を促進し、液垂れを防止して、
燃費およびエミッションを改善することができる。

【００３３】この構成において、請求項３に記載のよう
に、燃料供給ポートの開口部近傍を絞ってスロート部を
形成するとともに、このスロート部付近と第２吸気ポー
トの弁座近傍とを互いの近接部で連通するように連通路
を形成しておくと、上記気流が強化されて霧化促進作用
が高められる。また、請求項４に記載のように、燃料供
給ポートのインジェクタ下流に螺旋状の通路部分を形成
しておくと、壁面に沿った旋回流が生じて霧化促進作用
が高められる。

【００３４】請求項５に記載のように、燃料供給ポート
を吸気系に対して独立した副室タイプとするとともに、
タイミング弁を排気行程途中と吸気行程途中とで開くよ
うに設定しておくと、排気行程中に燃料供給ポートに高
温ガスが導入されることと、上記連通路による作用と
で、燃料供給ポート内での燃料の気化、霧化を促進する
作用が高められる。

【００３５】請求項６に記載のように、燃料供給ポート
に加圧エアを供給する加圧エア供給手段を設けておく
と、燃料供給ポートのタイミング弁開弁前に、燃料供給
ポートに加圧エアが送りこまれつつ連通路を通って吸気
ポートに向かう気流が生じることにより、良好に霧化促
進作用が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例による吸気装置の概略平面図
である。

【図２】図１のＡ−Ａ線に沿った断面図である。

【図３】要部の拡大断面図である。

【図４】吸・排気弁とタイミング弁の作動タイミングの
一例を示す説明図である。

【図５】吸・排気弁とタイミング弁の作動タイミングの
別の例を示す説明図である。

【図６】別の実施例を示す吸気装置全体の一部断面概略
図である。

【符号の説明】

１ エンジン ２，２２ 燃焼室 ３，４，２３ 吸気ポート １３ スワール制御弁 ７，２７ 燃料供給ポート １４，３４ インジェクタ １５，３５ タイミング弁 ４１ 加圧エア供給手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 三角 正法 広島県安芸郡府中町新地３番１号 マツダ 株式会社内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 吸気行程で燃焼室に吸気を供給する吸気
   ポートと、インジェクタを具備した燃料供給ポートとを
   燃焼室に対して配設したエンジンの吸気装置において、
   上記燃料供給ポートの燃焼室への開口部に、吸気行程途
   中で開くタイミング弁を設けるとともに、上記燃料供給
   ポートのインジェクタ下流の位置と上記吸気ポートとの
   間に、上記タイミング弁の開弁時期より前に上記燃料供
   給ポートから吸気ポートへ向かう気流を生じさせる連通
   路を形成したことを特徴とするエンジンの吸気装置。
2. 【請求項２】 第１吸気ポートと、低負荷時に閉じるス
   ワール制御弁を具備した第２吸気ポートと、インジェク
   タを具備した燃料供給ポートとを、燃焼室中央部に燃料
   供給ポートが開口してその両側に両吸気ポートが開口す
   るように配設したエンジンの吸気装置において、上記燃
   料供給ポートの燃焼室への開口部に、上記第２吸気ポー
   トの吸気弁開弁期間の途中で開くタイミング弁を設ける
   とともに、上記燃料供給ポートのインジェクタ下流の位
   置と上記第２吸気ポートのスワール制御弁下流の位置と
   の間に、これらを連通する連通路を形成したことを特徴
   とするエンジンの吸気装置。
3. 【請求項３】 燃料供給ポートの開口部近傍を絞ってス
   ロート部を形成するとともに、このスロート部付近と第
   ２吸気ポートの弁座近傍とを互いの近接部で連通するよ
   うに連通路を形成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。
4. 【請求項４】 燃料供給ポートのインジェクタ下流に、
   螺旋状の通路部分を形成したことを特徴とする請求項１
   乃至３のいずれかに記載のエンジンの吸気装置。
5. 【請求項５】 燃料供給ポートを吸気系に対して独立し
   た副室タイプとするとともに、タイミング弁を排気行程
   途中と吸気行程途中とで開くように設定したことを特徴
   とする請求項１乃至４のいずれかに記載のエンジンの吸
   気装置。
6. 【請求項６】 燃料供給ポートに加圧エアを供給する加
   圧エア供給手段を設けたことを特徴とする請求項１乃至
   ４のいずれかに記載のエンジンの吸気装置。