JPH0658104B2 - エンジンの吸気装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はエンジンの吸気通路、特に吸気通路が、エンジ
ンの低負荷領域から高負荷領域に至る全領域で吸気を燃
焼室に供給する１次吸気通路と、高負荷領域においての
み吸気を供給する２次吸気通路とで構成されているエン
ジンの吸気装置に関する。

（従来の技術） エンジンの吸気装置として、例えばば特開昭６０−１０
１２２４号公報に示されているように、吸気通路を通路
断面積の小さい１次吸気通路と通路断面積の大きい２次
吸気通路とで構成すると共に、２次吸気通路にエンジン
の低負荷時には閉じ且つ高負荷時には開く制御弁を備え
たものがある。これは、吸入空気量の少ないエンジンの
低負荷時に通路断面積の小さい１次吸気通路のみから吸
気を燃焼室に供給することにより、該吸気の流速を高め
或いは燃焼室内に該吸気によるスワールを形成して、燃
料の気化霧化や該燃料の着火後における火炎の伝播を促
進し、これにより低負荷時の燃焼性を向上させると共
に、高出力が要求されるエンジンの高負荷時には、上記
１次、２次吸気通路の両者から吸気を供給することによ
り所要の吸気充填量を確保し得るようにしたものであ
る。

一方、エンジンの吸気装置には燃焼室への燃料供給手段
として燃料噴射弁が設置されることがあるが、該噴射弁
の燃料噴射時期に関しては、各気筒の作動サイクルに無
関係に噴射する方式と、例えば特開昭５７−１０８４２
８号公報に示されているように、各気筒毎に燃料噴射弁
を備えて当該気筒の例えば吸気行程終了時に燃料を噴射
する方式（タイムドインジェクション方式）とがあり、
後者の方式によれば、各気筒への燃料供給状態が均一化
される利点がある。

更に、近年においては、エンジンの燃費性能や排気性能
を一層向上させるため、上記の如き吸気方式及び燃料供
給方式の採用に加えて、稀薄燃焼化の試みが行われいて
る。これは、燃焼室内における混合気を成層化させて、
該燃焼室上部における点火プラグの周辺に比較的リッチ
（燃料の濃度が大きい状態）な混合気を遍在させること
により、良好な着火性を確保しながら混合気全体として
の空燃比をリーン（燃料の濃度が小さい状態）化させる
ことを目的とするものである。これによれば、燃費が低
減され且つ排気中の有害成分の含有量が減少されること
になるが、この稀薄燃焼化に際しては、点火プラグによ
る着火時にその周辺に燃料を遍在させておく必要上、燃
料噴射方式として上記のタイムドインジェクション方式
が用いられることになる。

（発明が解決しようする問題点） 然して、稀薄燃焼化を図るべくタイムドインジェクショ
ン方式を採用して混合気を成層化させようとした場合、
燃料噴射弁を燃焼室に対してどのような位置関係で設置
するのが最適であるかが問題となる。つまり、従来にお
いては、上記特開昭５７−１０８４２８号公報に図示さ
れているように、燃料噴射弁は吸気マニホルドに設置さ
れており、この場合、吸気行程の所定の時期に燃料噴射
弁から燃料を噴射しても、燃料噴霧はシリンダヘッドに
設けられた吸気ポート内を通り抜けなければらないの
で、その間に該燃料噴霧が吸気ポートの内壁面等に衝突
して拡散され、或いは該壁面に付着することになる。そ
のため、燃焼室内への燃料供給状態が不安定となって該
燃焼室内で混合気を良好に成層化することが困難とな
り、その結果、稀薄燃焼化が十分に達成されないのであ
る。

この問題に対しては、上記１次吸気通路の２次吸気通路
への合流部近傍に燃料噴射弁を配置して、燃焼室上部の
点火プラグ近傍にリッチな混合気を遍在させるべき該噴
射弁の噴口部を点火プラグ方向へ指向させることが考え
られる。しかし、このようにした場合、低負荷時におけ
る成層化は可能となっても、燃焼室内で混合気を均一に
分布させる（ミキシング性を高める）必要がある高負荷
時には次のような問題が生じる。即ち、上記のようにし
た場合には、燃料噴射弁の噴口部から燃焼室までの距離
が短くなる関係で、高負荷時に該噴口部から噴射される
燃料の気化霧化状態が悪化する上に、所定量の燃料の全
量が点火プラグの着火部に向けて噴射されるため該着火
部に燃料が過剰に付着し、その結果、該プラグの着火性
が悪くなると共に、高負荷時に必要とされる十分なミキ
シング性が得られなくなるのである。

（問題点を解決するための手段） 本発明はエンジンの吸気装置、特に吸気通路が１次吸気
通路と２次吸気通路とで構成された吸気装置において、
燃料噴射弁の噴口部及びその設置位置に改善を加えるこ
とによって、燃焼室内の特に点火プラグ近傍における混
合気の成層化を良好に行わせると共に、高負荷時には燃
料霧化の促進及び点火プラグへの燃料の過剰付着防止を
実現して全体のミキシング性を向上させることを目的と
するものであり、この目的達成のため次のように構成し
たことを特徴とする。

即ち、本発明に係るエンジンの吸気装置は、吸気通路を
１次吸気通路と２次吸気通路とで構成し、２次吸気通路
にエンジンの低負荷時には該通路を閉じ且つ高負荷時に
は該通路を開く制御弁を備えると共に、１次吸気通路の
下流端を２次吸気通路の制御弁の下流で且つ吸気弁の直
上流に開口させた構成において、上記１次吸気通路の２
次吸気通路への合流部近傍に、所定の２方向に燃料を夫
々噴射する２つの噴口部を有する燃料噴射弁を配置した
ことを特徴とする。その場合、一方の燃料噴射方向は燃
焼室内における点火プラグ近傍に向けられ、他方の噴射
方向は２次吸気通路からの吸気流方向に向けられる。

（作 用） 上記の構成によれば、２つの噴口部を有する燃料噴射弁
が１次吸気通路の２次吸気通路への合流部近傍、即ち２
次吸気通路の制御弁の下流で且つ吸気弁の直上流（シリ
ンダヘッドにおける吸気ポートの燃焼室への開口部近
傍）に配置されて、燃焼室内における点火プラグ近傍と
２次吸気通路からの吸気流方向とに夫々向けて燃料が噴
射されることになるので、燃焼室に１次吸気通路のみか
ら吸気が供給される（即ち２次吸気通路からの吸気流が
殆ど存在しない）エンジンの低負荷時には、上記の２方
向に夫々噴射された燃料噴霧は、あまり拡散されること
なく、また吸気ポートの内壁面等に付着することなく、
空間的及び時間的に集中して燃焼室内における点火プラ
グ近傍及び該室内上部に導入されることになる。従っ
て、該燃焼室上部に位置する点火プラグの周辺に燃料が
リッチな状態で遍在することになって、該燃焼室内にお
ける混合気の成層化が確実且つ速かに実現されることに
なる。

また、上記制御弁の開動により１次吸気通路及び２次吸
気通路の両通路から吸気が燃焼室に供給される高負荷時
には、上記２方向に噴射された所定量の燃料噴霧のうち
２次吸気通路からの吸気流方向を指向するものについて
は該吸気流に乗って燃焼室内全体に拡散される一方、点
火プラグ近傍を指向する燃料噴霧の一部については燃焼
室内における点火プラグ周辺に至るまでに２次吸気通路
からの吸気流と交差して、該燃料の微粒化ないし霧化が
促進されると共に、その進路が変更又は分散されること
になる。これにより、高負荷時における燃料霧化等が向
上されると共に、点火プラグへの燃料の過剰付着が防止
され、更には燃焼室内に燃料ないし混合気が均一に分布
するようになってミキシング性が向上されることにな
る。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面に基いて説明する。

第１図及び第２図に示すように、エンジン１はシリンダ
ブロック２に形成されたシリリンダボア２ａと、該ボア
２ａ内に嵌挿されたピストン３の上面と、シリンダブロ
ツク２の上方に取付けられたシリンダヘッド４の下面と
で構成された燃焼室５を有すると共に、上記シリンダヘ
ッド４には、その一方の側面４ａから燃焼室５に通じる
吸気ポート６と、他方の側面４ｂから燃焼室５に通じる
排気ポート７とが設けられている。

また、シリンダヘッド４には、上記各ポート６、７の燃
焼室５への開口部に夫々装着されたバルブシート８，９
に対して密接離反して、これらの開口部を夫々開閉する
吸気弁１０及び排気弁１１が備えられていると共に、該
シリンダヘッド４の上部にはこれらの弁１０，１１を開
閉駆動する動弁機構１２が配備されている。この動弁機
構１２は、シリンダヘッド４の上部中央にシリンダ列方
向に配設されて図示しないクランクシャフトにより回転
駆動されるカム軸１３と、ロッカアーム軸１４、１５に
夫々揺動自在に支持された吸気弁用ロッカアーム１６及
び排気弁用ロッカアーム１７とで構成されている。そし
て、吸気弁用ロッカアーム１６は、一端が上記カム軸１
３に設けられた吸気カム１３ａに、他端が上記吸気弁１
０のステム上端に夫々対設され、また排気弁用ロッカア
ーム１７は、一端がカム軸１３に設けられた排気カム１
３ｂに、他端が上記排気弁１１のステム上端に夫々対設
されて、カム軸１３の回転によりこれらの吸気弁１０及
び１１がバルブスプリング１８，１９に抗して夫々所定
の時期に開動されるようになっている。

更に、シリンダヘッド４には、排気ポート７側の側部上
方から燃焼室上面の中央部に通じるプラグ挿入孔４ｃが
設けられていると共に、該孔４ｃに点火プラグ２０が装
着され、その先端の着火部２０ａが上記燃焼室上面の中
央部から若干オフセットされた位置で燃焼室５内へ突出
されている。

一方、上記シリンダヘッド４の両側面４ａ，４ｂには吸
気マニホルド２１及び排気マニホルド２２が夫々接続さ
れ、吸気マニホルド２１の内部通路２１ａと上記吸気ポ
ート６とで構成されて吸気を燃焼室５に供給する吸気通
路２３と、排気マニホルド２２の内部通路２２ａと上記
排気ポート７とで構成されて燃焼室５内で発生する排気
ガスを外部に導く排気通路２４とが設けられている。そ
して、上記吸気通路２３の下方には、吸気マニホルド２
１の内部通路２１ａから分岐されてシリンダヘッド４の
吸気ポート６における燃焼室５への開口部直上流位置に
合流する通路断面積の小さい通路が設けられ、この通路
がエンジン１の低負荷領域から高負荷領域に至る全領域
で吸気を燃焼室５に供給する１次吸気通路２５とされて
いる。また、上記吸気マニホルド２１の内部通路２１ａ
における１次吸気通路２５の分岐部の直下流側には、当
該エンジン１の低負荷時に閉じ且つ高負荷時に開く制御
弁２６が設置されて、上記吸気通路２３における該制御
弁２６より下流側がエンジン１の高負荷時にのみ吸気を
燃焼室５に供給する２次吸気通路２７とされている。

然して、このエンジン１においては、燃焼室５に燃料を
噴射供給する燃料噴射弁２８がシリンダヘッド４の吸気
ポート６側の側部下方に装着されている。即ち、シリン
ダヘッド４における上記１次吸気通路２５の側方には該
１次吸気通路２５の２次吸気通路２７への合流部近傍に
開口する燃料噴射弁取付孔４ｄが形成されて、該孔４ｄ
に燃料噴射弁２８が装着されている。この燃料噴射弁２
８は、その先端に第１及び第２の２つの噴口部２８ａ，
２８ｂを有しており、そのうちの第１噴口部２８ａの燃
料噴射方向（矢印ｂ_１方向）が点火プラグ２０の着火部
２０ａの近傍に向けて設定されていると共に、他方の第
２噴口部２８ｂの燃料噴射方向（矢印ｂ_２方向）が上記
２次吸気通路２７からの吸気流方向に設定されている。

次に、この実施例の作用を説明する。

先ず、エンジン１の低負荷時においては、２次吸気通路
２７における制御弁２６が閉じているので、吸気弁１０
が開く吸気行程時に、吸気は１次吸気通路２５のみから
吸気ポート６の開口部を通って燃焼室５に供給されるこ
とになる。その場合に、該１次吸気通路２５は通路断面
積が小さいので、吸気量が少ない低負荷時であるにも拘
らず、吸気は流速が高めれて勢い良く燃焼室５に供給さ
れると共に、該１次吸気通路２５は、第２図に明らかな
ように燃焼室５に対して略接線方向に開口されており、
従つて該通路２５からの吸気により燃焼室５内に第２図
に示す方向のスワールＡが形されることになる。また、
エンジン１の高負荷時には上記制御弁２６が開くので、
吸気は上記１次吸気通路２５と２次吸気通路２７の両者
から吸気ポート６を通って燃焼室５に供給されることに
なり、従って所要の出力を得るのに必要な多量の吸気が
燃焼室５に供給されることになる。

そして、いずれの場合にも、吸気行程時の終了時には燃
料噴射弁２８から燃料が噴射されて燃焼室５内に混合気
が生成されると共に、圧縮行程から膨張行程への移行時
には点火プラグ２０が点火され、これにより上記混合気
が着火されて燃焼が行われることになる。

然して、上記燃料噴射弁２８は上記１次吸気通路２５の
２次吸気通路２７への合流部の近傍に先端の第１、第２
噴口部２８ａ，２８ｂが位置されていると共に、そのう
ちの第１噴口部２８ａの燃料噴射方向ｂ_１が燃焼室５内
における点火プラグ２０の着火部２０ａの近傍に向けら
れ且つ他方の第２噴口部２８ｂの噴射方向ｂ_２が２次吸
気通路２７からの吸気流方向に向けられているので、２
次吸気通路２７からの吸気流が存在しない低負荷時の場
合において、吸気弁１０が開いている吸気行程の所定時
に該噴射弁２８から燃料が噴射されると、第１噴口部２
８ａからの燃料噴霧Ｂ_１はポート内壁面等に付着するこ
となく、吸気ポート６の開口部におけるバルブシート８
と吸気弁１０との間を通って燃焼室５の点火プラグ２０
における着火部２０ａの周辺に至近距離から集中的に素
早く噴射供給され、また第２噴口部２８ｂからの燃料噴
霧Ｂ_２も燃焼室５の上部に集中的に素早く噴射供給され
ることになる。そのため、燃料噴霧が燃焼室５内の上
部、特に点火プラグ２０の着火部周辺にリッチな状態で
遍在することになって、該燃焼室５内で混合気が良好に
成層化されることになる。これにより、吸気量に対して
燃料噴射量を相対的に少なくしても、上記点火プラグ２
０による混合気の着火が良好に行われ、これに伴って混
合気全体としての空燃比をリーン化させることが可能と
なる。そして、このようにして混合気が着火されると、
特にエンジン１の低負荷時には、燃焼室５内に形成され
ているスワールＡにより火炎が該燃焼室５内の全領域に
速かに伝播され、低負荷時における燃焼状態が改善され
ることになる。

尚、この実施例の場合、第２図に示すように燃料噴射弁
２８の第１噴口部２８ａから噴射される燃料噴霧Ｂ_１は
或る程度スワールＡと交差することになり、その交差の
際に燃料の微粉化ないし霧化が促進されると共に、該噴
霧Ｂ_１がスワールＡと共に燃焼室５の周辺部を旋回する
ことが防止されて、該室５の中央部における点火プラグ
２０の着火部近傍に集中的に分布されることにより、混
合気の成層化ないし着火性が一層向上されることにな
る。また、上記第１噴口部２８ａからの燃料はバルブシ
ート８における点火プラグ２０側の高温となっている箇
所に接することにより気化が促進されることになり、こ
のようにして混合気の空燃比をリーン化させながら、良
好な着火性ないし燃焼性が得られることになる。

一方、２次吸気通路２７における制御弁２６の開時、つ
まり１次吸気通路２５及び２次吸気通路２７の両通路か
ら燃焼室５内に吸気が導入されるエンジン１の高負荷時
には、上記第２噴口部２８ｂからの燃料噴霧Ｂ_２につい
ては２次吸気通路２７からの吸気流に乗って燃焼室５の
内部全体に拡散され、また第１噴口部２８ａからの燃料
噴霧Ｂ_１の一部については上記点火プラグ２０の着火部
近傍に至るまでに２次吸気通路からの吸気流と交差し
て、該燃料の微粒化ないし霧化が促進された上で、その
進路が変更又は分散されることになる。従って、エンジ
ンが高負荷領域にある吸気行程時には、燃料の霧化が促
進されるだけでなく、所定量の燃料量を上記のように２
方向に分けて噴射したことに加えて更に上記第１噴口部
２８ａからの燃料噴霧の進路変更分ないし分散分だけ点
火プラグ着火部２０ａへの燃料の過剰付着が防止される
ことになる。そして、この事と上記第２噴口部２８ｂか
らの燃料の燃焼室全体への拡散とが相俟って燃焼室５内
におけるミキシング性が向上されることになる。

（発明の効果） 以上のように本発明は、吸気通路が１次吸気通路と制御
弁を備えた２次吸気通路とで構成されているエンジンの
吸気装置において、上記１次吸気通路における２次吸気
通路への合流部近傍に２つの噴口部を有する燃料噴射弁
を配置し、その一方の噴口部の燃料噴射方向を点火プラ
グの着火部近傍に向け、他方の噴口部の噴射方向を２次
吸気通路からの吸気流方向に向けるようにしたから、エ
ンジンが低負荷領域にある場合、吸気行程中の所定時期
に該噴射弁から燃料が噴射されると、燃料噴霧は燃焼室
の点火プラグ周辺及び該室の上部中央に集中的に供給さ
れることになる。そのため、点火プラグの着火部周辺に
燃料がリッチな状態で遍在することになって混合気が効
果的に成層化されることになり、これにより良好な着火
性を確保しながら混合気全体としての空燃比のリーン化
ないし稀薄燃焼化が達成され、ひいては燃費性能や排気
性能が著しく改善されることになる。また、エンジンが
高負荷領域にある場合は、所定量の燃料が２方向に分散
され、そのうちの一方の燃料噴霧が２次吸気通路からの
吸気流によって燃焼室全体に拡散されると共に、他方の
燃料噴霧も霧化を促進されながらその一部が分散される
ことになる。これにより、高負荷時に燃料霧化を向上さ
せた上で更に点火プラグ着火部への燃料の過剰付着を防
止することができ、しかも燃焼室内における混合気の均
一化つまりミキシング性の向上が図れることになる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示すもので、第１図はエンジン
における燃焼室周辺を示すシンダヘッドの縦断面図、第
２図は第１図II−II線に従って見たシリンダヘッドの横
断平面図である。 １……エンジン、１０……吸気弁、２０……点火プラ
グ、２３……吸気通路、２５……１次吸気通路、２６…
…制御弁、２７……２次吸気通路、２８……燃料噴射
弁、２８ａ……一方の噴口部（第１噴口部）、２８ｂ…
…他方の噴口部（第２噴口部）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】吸気通路を１次吸気通路と２次吸気通路と
   で構成し、２次吸気通路に該通路を開閉する制御弁を備
   えると共に、１次吸気通路の下流端を２次吸気通路の制
   御弁の下流で且つ吸気弁の直上流に開口させ、エンジン
   の低負荷時には上記１次吸気通路のみから、高負荷時に
   は上記制御弁の開動により１次吸気通路と２次吸気通路
   との両通路から吸気を燃焼室に供給するようにしたエン
   ジンの吸気装置であって、上記１次吸気通路の２次吸気
   通路への合流部近傍に燃料噴射弁が配置されていると共
   に、該噴射弁には、一方の燃料噴射方向を燃焼室内にお
   ける点火プラグ近傍に、他方の燃料噴射方向を２次吸気
   通路からの吸気流方向に夫々向けた２つの噴口部が備え
   られていることを特徴とするエンジンの吸気装置。