JPH06117251A

JPH06117251A - エンジンの吸気装置

Info

Publication number: JPH06117251A
Application number: JP4262274A
Authority: JP
Inventors: Yoshihisa Nosei; 芳尚乃生; Tsugio Hatsuhira; 次男服平; Tetsushi Marutani; 哲史丸谷; Michihiko Tabata; 道彦田端
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1992-09-30
Filing date: 1992-09-30
Publication date: 1994-04-26

Abstract

(57)【要約】【目的】高負荷時には充填効率を高めることができる
とともに均一燃焼を促進することができ、低負荷時には
成層化を促進することができるエンジンの吸気装置を提
供する。【構成】点火プラグ１２がシリンダ中心部に配置さ
れ、混合気形成ポート開口部がシリンダ周辺部に配置さ
れ、第１,第２吸気ポート７,８が、点火プラグ１２と混
合気形成ポート開口部とを結ぶ直線に対して、互いに線
対称な位置に配置され、これによって吸気ポート開口部
の径を大きく設定することができ、高負荷領域での充填
効率が高められる。ここで、第１,第２吸気ポート７,８
がタンブル生成ポートとされ、高負荷領域ではタンブル
によって充填効率が高められ、かつ均一燃焼が促進され
る。また、低負荷領域では両タンブル間に形成されるよ
どみ部によって成層化が促進される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、エンジンの吸気装置に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、エンジンにおいては、高負荷時
には充填効率を高めるとともに均一燃焼を促進してエン
ジン出力を高め、他方低負荷時には点火プラグまわりに
燃料を集中させて混合気を成層化し、リーンバーンによ
り燃費性能及びエミッション性能を高めるのが好まし
い。

【０００３】そこで、近年、充填効率を高めるために、
各気筒に夫々複数の吸気ポートを設けるといった手法が
多用されている。また、燃焼室内での燃料の分散を促進
して均一燃焼を促進するため、燃焼室内にタンブル(縦
渦)を生成するといった手法も多用されている。そし
て、さらにエンジン出力を高めるために、各気筒に夫々
複数の気筒を設けるとともに、燃焼室内にタンブルを生
成させるようにしたエンジンの吸気装置が提案されてい
る(例えば、実開平２−２０７２９号公報参照)。なお、
実開平２−２０７２９号公報に開示されたエンジンの吸
気装置では、各気筒に夫々３つづつ吸気ポートが設けら
れている。

【０００４】他方、低負荷時に混合気の成層化を図るた
め、燃料噴射弁を点火プラグに向けて配置したエンジン
が提案されているが、かかるエンジンにおいては燃料噴
射弁から燃料がかなりの勢いで噴射されるため、燃料が
点火プラグ付近を突き抜けてしまい、有効に混合気の成
層化を図ることができないといった問題がある。

【０００５】これを改善するため、加圧ガス供給手段か
ら供給される加圧ガスと、燃料噴射弁から噴射される燃
料とを混合して混合気を形成する混合気形成ポートと、
吸気行程後半から圧縮行程前半にかけて所定期間だけ混
合気形成ポートを燃焼室内に開かせるタイミング弁とを
設け、上記所定期間に混合気形成ポートから燃焼室に流
入する勢いの弱い混合気によって、点火プラグまわりに
混合気を集中させて成層化を促進するようにしたエンジ
ンの吸気装置が提案されている(例えば、実開昭６２−
１８３３５号公報参照)。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】そして、かかる混合気
形成ポートを備えたエンジンの吸気装置において、成層
化を有効に促進するには、混合気形成ポートを点火プラ
グ近傍で燃焼室に開口させるのが好ましい。例えば、図
９に示すように、１つの気筒１００に２つの吸気ポート
１０１,１０２と、２つの排気ポート１０３,１０４とを
設け、平面視で気筒１００の中心部付近に点火プラグ１
０５を配置したエンジンにおいては、両吸気ポート１０
１,１０２の間でシリンダボア中心部に接近させて混合
気形成ポート１０６を開口させるのが好ましい。しかし
ながら、混合気形成ポート１０６をこのように開口させ
ると、その分両吸気ポート１０１,１０２の径を小さく
せざるを得ないので、高負荷時に充填効率を十分に高め
ることができないといった問題がある。

【０００７】そこで、例えば図１０に示すように、混合
気形成ポート１０６'をシリンダボア周辺部に配置し
て、両吸気ポート１０１',１０２'の径を大きくし、高
負荷時に充填効率を高められるようにしたエンジンが提
案されている。なお、前記の実開昭６２−１８３３５号
公報に開示されたエンジンでは、混合気形成ポートがシ
リンダボア周辺部で燃焼室に開口されている。しかしな
がら、混合気形成ポート１０６'をこのように開口させ
ると、混合気形成ポート１０６'から燃焼室内に流入す
る混合気は、両吸気ポート１０１',１０２'から燃焼室
に流入するエアによって分散させられてしまい、点火プ
ラグ１０５まわりに混合気を集めることができなくなる
といった問題がある。

【０００８】とくに、高負荷時にエンジン出力を高める
ため、吸気ポートがタンブル生成ポートとされている場
合は、混合気形成ポートから燃焼室内に流入した混合気
がタンブルによって分散させられてしまうといった問題
がある。

【０００９】本発明は、上記従来の問題点を解決するた
めになされたものであって、高負荷時には充填効率を高
めることができるとともに均一燃焼を促進することがで
き、低負荷時には成層化を促進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。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達するた
め、第１の発明は、各気筒に夫々、燃焼室にエアを供給
する２つの吸気ポートと、ガス供給手段から供給される
ガスと燃料噴射弁から噴射される燃料とで混合気を形成
する混合気形成ポートと、上記混合気形成ポートを吸気
行程の後段で燃焼室に開かせるタイミング弁とが設けら
れたエンジンの吸気装置において、点火プラグがシリン
ダボア中心部付近に配置される一方、混合気形成ポート
の燃焼室への開口部がシリンダボア周辺部に配置され、
２つの吸気ポートが夫々、平面視で点火プラグと上記開
口部とを結ぶ直線に対して互いにほぼ線対称となる位置
に配置され、その少なくとも一方の吸気ポートが、上記
開口部側から点火プラグ側に向かうタンブル流を生成さ
せるタンブルポートとされていることを特徴とするエン
ジンの吸気装置を提供する。

【００１１】第２の発明は、第１の発明にかかるエンジ
ンの吸気装置において、２つの吸気ポートが、ともに上
記開口部側から点火プラグ側に向かうタンブル流を生成
させるタンブルポートとされていることを特徴とするエ
ンジンの吸気装置を提供する。

【００１２】第３の発明は、第２の発明にかかるエンジ
ンの吸気装置において、両吸気ポートに夫々、スロット
ル開度が小さいときにはタンブル比を高めるようにエア
の流れを制御するタンブル比制御手段が設けられている
ことを特徴とするエンジンの吸気装置を提供する。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の実施例を具体的に説明する。
図１に示すように、エンジンＣＥにおいては、シリンダ
ブロック１内にシリンダ２(シリンダボア)が形成され、
このシリンダ２内にはピストン３が嵌入されている。そ
して、シリンダブロック１の上端部にはシリンダヘッド
４が締結されている。ここで、シリンダヘッド４の下面
と、シリンダ２の内周面と、ピストン３の上端面とによ
って燃焼室５が画成されている。

【００１４】燃焼室５の天井面(シリンダヘッド下面)に
は、第１,第２吸気ポート７,８と、第１,第２排気ポー
ト９,１０と、混合気形成ポート１１とが開口してい
る。また、燃焼室５の天井面の中心部付近には点火プラ
グ１２が配設されている。そして、第１,第２吸気ポー
ト７,８は、夫々、第１,第２吸気弁１３,１４によって
所定のタイミングで開閉されるようになっている(例え
ば、クランク角上死点前１３°〜下死点後４３°で開
弁)。第１,第２排気ポート９,１０は、夫々、第１,第２
排気弁１５,１６によって所定のタイミングで開閉され
るようになっている。なお、第１,第２吸気弁１３,１４
及び第１,第２排気弁１５,１６は、図示していないカム
シャフト、カム、ＨＬＡ等からなる動弁機構によって作
動させられるようになっている。

【００１５】以下、図４及び図５を参照しつつ、第１,
第２吸気ポート７,８の燃焼室５への開口部(以下、これ
を第１,第２吸気ポート開口部という)、第１,第２排気
ポート９,１０の燃焼室５への開口部(以下、これを第
１,第２排気ポート開口部という)、混合気形成ポート１
１の燃焼室５への開口部(以下、これを混合気形成ポー
ト開口部という)及び点火プラグ１２の配置について説
明する。 a) 点火プラグ１２はシリンダ２(シリンダボア)の中心
部より若干排気側(図５では右側)に偏った位置(ほぼシ
リンダボア中心部)に配置されている。 b) 混合気形成ポート開口部はシリンダ２の吸気側(図５
では左側)の周辺部に配置されている。 c) 第１吸気ポート開口部と第２吸気ポート開口部と
は、点火プラグ１２と混合気形成ポート開口部とを結ぶ
直線Ｌに対して互いに線対称となるようにして、シリン
ダ２の吸気側半部に配置されている。 d) 第１排気ポート開口部と第２排気ポート開口部と
は、直線Ｌに対して互いに線対称となるようにして、シ
リンダ２の排気側半部に配置されている。

【００１６】かかる配置によれば、混合気形成ポート開
口部が、シリンダ２の周辺部に配置されているので、第
１,第２吸気ポート開口部の径を大きく設定することが
できる。このため、高負荷時において燃焼室５に十分な
エアを供給して充填効率を高めることができ、エンジン
出力を高めることができる。なお、混合気形成ポートを
備えた従来の吸気装置では、このように混合気形成ポー
ト開口部をシリンダ周辺部に配置すると低負荷時に燃焼
室５内を十分に成層化することができないといった問題
が生じるが、本実施例では後で説明するとおり、タンブ
ル間に生じるよどみ部Ｈ₁の作用によって、混合気形成
ポート１１から燃焼室５内に流入した混合気が点火プラ
グ１２まわりに集まり、成層化が促進されるようになっ
ている。

【００１７】再び図１に示すように、混合気形成ポート
１１に対しては、これを吸気行程後段ないし圧縮行程前
段で所定期間だけ燃焼室５に開かせるタイミング弁１７
が設けられている。ここで、混合気形成ポート１１は、
第１,第２吸気ポート７,８よりも遅れて開閉されるよう
になっている(図７参照)。また、混合気形成ポート１１
内に燃料を噴射する燃料噴射弁１８が設けられている。

【００１８】ここで、混合気形成ポート１１は、基本的
には低負荷領域において、燃焼室５の中心部付近(点火
プラグ１２付近)に比較的リッチな混合気を形成し、燃
焼室５内を成層化するために設けられている。ここで、
混合気形成ポート１１へは、図示していない加圧ガス供
給手段から加圧ガス(例えば、加圧エア)が供給される一
方、タイミング弁１７が開かれる前に燃料噴射弁１８か
ら加圧ガス中に燃料が噴射され、混合気形成ポート１１
内に比較的圧力の高い混合気が生成される。そして、吸
気行程後段ないし圧縮行程前段でタイミング弁１７が開
かれると、混合気形成ポート１１内の混合気が燃焼室５
内に流入し、後で説明するタンブル間のよどみ部に案内
されて、ちょうど燃焼室中心部付近すなわち点火プラグ
１２付近に集まり、このため燃焼室５内が成層化され
る。これによって、低負荷時には非常にリーン領域でリ
ーンバーンが行われ、燃費性能及びエミッション性能が
高められる。

【００１９】ところで、第１,第２吸気ポート７,８は、
いずれも燃焼室５内にタンブル(縦渦ないしシリンダ軸
方向渦流)を生成するタンブル生成ポートとされてい
る。ここで、第１,第２吸気ポート７,８によって生成さ
れるタンブルは立面視では概ね矢印Ｙ₁のような流れと
なる。そして、第１,第２吸気ポート７,８によって生成
されるタンブルは、平面視では夫々、対向する第１,第
２排気ポート９,１０に向かってほぼ直線的に並行して
進むような流れとなる。換言すれば、混合気形成ポート
開口部から点火プラグ８方向に進むような流れとなる
(図５参照)。かかるタンブルによって、高負荷時には燃
焼室５内の均一燃焼が促進され、エンジン出力が高めら
れる。

【００２０】図２中に、第１,第２吸気ポート７,８によ
って生成されるタンブルの立体的な流れ状態を、夫々矢
印Ｘ₁,Ｘ₂で示す。ここで、第１吸気ポート７によって
生成されるタンブルＸ₁と第２吸気ポート８によって生
成されるタンブルＸ₂との境界部には、両タンブルの相
互干渉により流れの非常に緩やかなよどみ部が形成され
る(図４,図５中のＨ₁)。なお、かかるよどみ部は、タン
ブルを何ら弱めるものではなく、エンジン出力の向上に
悪影響を及ぼすものではない。なお、第１,第２吸気ポ
ート７,８を図６のように配置した場合は、Ｈ₃の部分に
よどみ部が形成される。

【００２１】そして、このよどみ部は、混合気形成ポー
ト１１から燃焼室５内に流入する混合気を点火プラグ１
２まわりに集中させる。すなわち、よどみ部ではエアの
乱れあるいは流れが非常に緩やかので、混合気形成ポー
ト１１から燃焼室５に流入した混合気は、図２中のＺで
示すように、タンブルによって分散させられることな
く、よどみ部に沿って燃焼室周辺部(シリンダ周辺部)か
ら点火プラグ１２付近にまで流れる。このため、第１,
第２吸気ポート７,８がタンブル生成ポートとされ、か
つ混合気形成ポート１１がシリンダ周辺部で燃焼室５に
開口しているのにもかかわらず、成層化が促進されるこ
とになる。

【００２２】また、図３に示すように、第１吸気ポート
７には、タンブル比を制御するためのフラップ２１が設
けられている。このフラップ２１は回転軸２２まわりに
両矢印Ｂ₁〜Ｂ₂のように回動できるとともに任意の位置
で固定できるようになっている。なお、フラップ２１の
回動及び固定は油圧機構２３によって行われる。ここ
で、フラップ２１はＢ₁側に回動すればするほど第１吸
気ポート７の通路断面を絞ってタンブル比を高める(タ
ンブルを強める)ようになっている。なお、フラップ２
１を最もＢ₁側に位置させたときのエアの流れは矢印Ａ
のようになる。図示していないが、第２吸気ポート８に
も、同様のフラップが設けられている。なお、フラップ
２１は、特許請求の範囲に記載された「タンブル比制御
手段」に相当する。

【００２３】このように、フラップ２１を設けるのは、
低負荷時にタンブルの生成を促進するためである。すな
わち、低負荷領域ではエアの流量が少ないので、十分な
タンブル比が得られない。したがって、このままでは十
分なよどみ部が形成されず、成層化が十分には行われな
いおそれがある。そこで、低負荷領域ではフラップ２１
をＢ₁側にセットしてタンブル比を高め、第１,第２吸気
ポート７,８でのタンブルの生成を強めて両タンブル間
に十分なよどみ部を形成させ、成層化を促進するように
している。高負荷領域では、エアの流量が多く、もとも
と十分なタンブルを生成できる状態にあるので、フラッ
プ２１をＢ₂側にセットして、通気抵抗が生じないよう
にしている。

【００２４】以下、かかるエンジンＣＥにおける混合気
の流動特性ないし燃焼特性のコントロール方法の一例を
説明する。 (１)低負荷領域図８中の領域Ａで示すような低負荷・低回転領域では、
フラップ１が図３中のＢ₁側にセットされる(フラップ・
オン)。また、このときタイミング弁１７の開弁タイミ
ングは、図７中のＧ₂のように通常状態すなわち吸気弁
開弁タイミングＧ₁に比べて比較的大きく遅角された状
態にある。このとき、第１,第２吸気ポート７,８でのエ
アの流量は少ないものの、フラップ２１によってタンブ
ル比が高められるので、第１,第２吸気ポート７,８では
十分に強いタンブルが生成され、両タンブル間に十分な
よどみ部が形成されて、成層化が促進され、非常にリー
ンな領域でのリーンバーンが可能となり、燃費性能及び
エミッション性能が高められる。このとき、タイミング
弁１７の開弁タイミングが比較的遅角されているので、
混合気形成ポート１１から燃焼室５内に流入した混合気
の分散が抑制され、成層化が一層促進される。

【００２５】(２)高負荷領域図８中の領域Ｂで示すような高負荷・高回転領域では、
フラップ２１が図３中のＢ₂側にセットされる(フラップ
・オフ)。また、このときタイミング弁１７の開弁タイ
ミングは、図７中のＧ₂'のように、低負荷領域の場合Ｇ
₂に比べてＧ₃だけ進角される。このとき、第１,第２吸
気ポート７,８でのエアの流量が多いので、フラップ・
オフでも十分なタンブルが生成され、かかるタンブルに
よって均一燃焼が促進される。なお、この場合フラップ
２１は何ら通気抵抗とはならず、充填効率に悪影響を与
えない。また、タイミング弁１７の開弁タイミングが進
角されているので、混合気形成ポート１７から燃焼室５
内に流入した混合気は、燃焼室５内でよく分散され、均
一燃焼が一層促進される。この場合、前記したとおり、
第１,第２吸気ポート開口部の径を大きく設定すること
ができるので、これによっても充填効率を高めることが
できる。したがって、均一燃焼の促進と充填効率の向上
とによってエンジン出力が大幅に高められる。以上、本
実施例によれば、低負荷領域では成層化が促進されて燃
費性能およびエミッション性能が高められ、高負荷領域
では、均一燃焼及び充填効率の向上によりエンジン出力
が高められる。

【００２６】

【発明の作用・効果】第１の発明によれば、混合気形成
ポートがシリンダボア周辺部で燃焼室に開口されている
ので、吸気ポートの径を大きく設定することができ、高
負荷領域で充填効率を高めることができる。また少なく
とも一方の吸気ポートがタンブル生成ポートとされるの
で、高負荷領域で充填効率が高められ、かつ均一燃焼が
促進され、エンジン出力が高められる。さらに、タンブ
ル生成ポートから燃焼室に流入するエアと他方の吸気ポ
ートから燃焼室に流入するエアの干渉により、混合気形
成ポート開口部から点火プラグ方面にかけてよどみ部が
生じ、混合気形成ポートから燃焼室に流入した混合気が
よどみ部に沿って流れて点火プラグ付近に集まるので、
低負荷領域では成層化が促進され、リーンリミットが高
められ、燃費性能が高められる。

【００２７】第２の発明によれば、基本的には第１の発
明と同様の作用・効果が得られる。さらに、両吸気ポー
トがタンブル生成ポートとされるので、高負荷領域では
強いタンブルが生成され、充填効率が一層高められる。
また、低負荷領域では、両タンブル間に非常に流れの緩
やかなよどみ部が形成されるので、成層化が一層促進さ
れる。

【００２８】第３の発明によれば、基本的には第２の発
明と同様の作用・効果が得られる。さらに、エア流量の
少ない低負荷領域ではタンブル比制御手段によってタン
ブル比を高めることができるので、エア流量が少ないの
にもかかわらず２つの強いタンブルが生成され、両タン
ブル間に十分なよどみ部が形成され、低負荷領域での成
層化が大幅に促進される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる吸気装置を備えたエンジンの
吸・排気ポートまわりの立面断面説明図である。

【図２】図１に示すエンジンの斜視説明図である。

【図３】図１に示すエンジンのフラップまわりの立面
断面説明図である。

【図４】図１に示すエンジンの吸気弁まわりの一部断
面立面説明図である。

【図５】図１に示すエンジンのシリンダの平面説明図
である。

【図６】エンジンの吸気弁まわりの斜視説明図であ
る。

【図７】混合気形成ポートの開閉タイミングを示す図
である。

【図８】フラップの開閉領域を示す図である。

【図９】従来のエンジンのシリンダの平面説明図であ
る。

【図１０】従来のエンジンのシリンダの平面説明図で
ある。

【符号の説明】

ＣＥ…エンジン２…シリンダ５…燃焼室７,８…第１,第２吸気ポート１１…混合気形成ポート１２…点火プラグ１７…タイミング弁１８…燃焼噴射弁２１…フラップ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者田端道彦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】各気筒に夫々、燃焼室にエアを供給する
２つの吸気ポートと、ガス供給手段から供給されるガス
と燃料噴射弁から噴射される燃料とで混合気を形成する
混合気形成ポートと、上記混合気形成ポートを吸気行程
の後段で燃焼室に開かせるタイミング弁とが設けられた
エンジンの吸気装置において、点火プラグがシリンダボア中心部付近に配置される一
方、混合気形成ポートの燃焼室への開口部がシリンダボ
ア周辺部に配置され、２つの吸気ポートが夫々、平面視で点火プラグと上記開
口部とを結ぶ直線に対して互いにほぼ線対称となる位置
に配置され、その少なくとも一方の吸気ポートが、上記
開口部側から点火プラグ側に向かうタンブル流を生成さ
せるタンブルポートとされていることを特徴とするエン
ジンの吸気装置。
【請求項２】請求項１に記載されたエンジンの吸気装
置において、２つの吸気ポートが、ともに上記開口部側から点火プラ
グ側に向かうタンブル流を生成させるタンブルポートと
されていることを特徴とするエンジンの吸気装置。
【請求項３】請求項２に記載されたエンジンの吸気装
置において、両吸気ポートに夫々、スロットル開度が小さいときには
タンブル比を高めるようにエアの流れを制御するタンブ
ル比制御手段が設けられていることを特徴とするエンジ
ンの吸気装置。