JPH07133727A - 内燃機関の吸気装置 - Google Patents

内燃機関の吸気装置

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Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明では、筒内の混合気分布が不均一になる
のを防止し、均一化し、燃料噴霧の供給方向を選定する
ことで、筒内の点火プラグ位置付近に混合気を集中さ
せ、希薄燃焼時の着火性を向上させる。また、燃焼を促
進するための筒内の旋回流を生成し、リーン運転を達成
し、燃費，排気を低減する。 【構成】燃料噴射装置２１から噴射され、吸気バルブ１
４に衝突して微粒化した燃料２３は、吸気バルブ１４の
手前側から燃焼室１９に流入する。一方、バイパス通路
１０からの高速の空気流は吸気バルブ１４の点火プラグ
１６側から燃焼室１９に流入し、燃焼室１９内にタンブ
ル流２４を形成する。 【効果】本発明によれば、筒内の混合気分布を均一、ま
たは層状化することができるので着火性が良く、さらに
筒内に生成される旋回流により燃焼が促進されるので、
希薄混合気での安定した燃焼が得られる。このため、燃
費が低減され、さらにＨＣ，ＮＯｘが大幅に低減でき
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】内燃機関の吸気ポートに燃料を噴
射する燃料噴射弁を備え、さらに吸気を偏流させて筒内
に旋回流を生成する吸気機構を備えている吸気装置に関
し特に、希薄燃焼に適した方式に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の装置では特開平1−115843 号公報
に示されているように、吸気に偏流を与えているが、指
向性がないために筒内に強い旋回流が生成されない。ま
た、燃料噴霧はこの偏向された空気流中に噴射されてい
るので、飛散方向が変えられ所望の位置に供給すること
ができない。このため、燃料が吸気管壁に付着し、この
燃料は筒内に液状で流入し筒内混合気分布が不均一にな
り、希薄燃焼が達成できない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明では、従来技術
のように筒内の混合気分布が不均一になるのを防止し、
均一化する。さらに、燃料噴霧の供給方向を選定するこ
とで、筒内の点火プラグ位置付近に混合気を集中させ、
希薄燃焼時の着火性を向上する。
【０００４】さらに、燃焼を促進するための筒内の旋回
流を生成する必要がある。この場合、この旋回を生成す
るための高速の空気流で燃料が吹き飛ばされないように
する必要がある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】筒内に旋回流を生成する
ための空気は、吸気ポート部に吸気流を止める弁を設
け、さらにこれをバイパスする通路を設けて、この通路
を吸気が流れるようにしこの通路の方向を選定すること
により吸気弁部の所望の位置に指向性のある空気流を供
給し、筒内に強い旋回流を生成する。この指向性のある
空気流は、燃料を吹き飛ばさないような位置から噴出す
るように、噴口の位置を選定する。更に燃料は、噴霧が
広がって指向性のある空気流で吹き飛ばされたり、吸気
管の壁に付着しないように、噴霧が広がらない噴霧角の
小さいものになるように噴射弁の燃料噴出口を構成す
る。
【０００６】
【作用】指向性のある空気流は吸気弁と弁シートの隙間
から吸気行程中に流入し、筒内に強力な旋回流が生成さ
れる。この旋回流が圧縮行程中まで保存され、着火後の
燃焼を促進する。更に燃料を吸気弁上に供給しているの
で、指向性のある空気流と吸気弁上で衝突し、微粒化さ
れる。この微粒化された燃料は筒内の旋回流に搬送され
ながら筒内で分散し、均一な混合気分布を形成する。
【０００７】
【実施例】以下に本発明を図面に基づいて説明する。
【０００８】本発明の第一実施例の構成を図１に示す。
図１において、１はＶ型エンジンの片方（例えば左バン
ク）のエンジンであり、吸入空気２は吸気側カム１２の
作用により吸気バルブ１４が開きピストン２０が下降す
ると共に、空気中のゴミや埃を取り除くエアクリーナ
３，吸入された空気量を計測する空気計量部５，機関の
運転状態を制御する絞り弁６を通り、さらにコレクタ７
および、各気筒の吸気ポート１７と接続されている独立
吸気管８を通り各気筒の燃焼室１９に供給される。この
時、燃料噴射装置２１から燃焼室１９に向けて燃料が噴
射される。空気が燃焼室１９に吸入された後に吸気バル
ブ１４は閉じピストン２０は上昇し空気と燃料の混合気
を圧縮し点火プラグ１６によって混合気を爆発させ、ピ
ストン２０を押し下げる。排気側カム１３の作用によっ
て排気バルブ１５が開くと燃焼後の排気ガスは排気ポー
ト１８を通り排出される。各気筒の吸気ポート１７と接
続されている独立吸気管８には、分流弁９および分流弁
９の上流コレクタ７より吸入空気２をバイパスさせる通
路１０が設置されている。バイパス通路１０は分流弁９
が閉じているときにコレクタ７から吸気ポート１７に空
気を流す通路であり、分流弁径（直径約４０mm）に比べ
て十分に小さい直径８mmの通路（二つ）を空気が通過す
ることによって吸入空気２の速度が高められる。すなわ
ち、吸気ポート１７および吸気バルブ１４を通過する空
気速度が高められ燃焼室１９内に空気の流れを作ること
ができる。分流弁９はコントロールユニット４からの制
御信号によりステップモーター１１を駆動することによ
り開閉することができる。絞り弁１６の開度が大きいと
きは分流弁９の開度も大きくなり高い充填効率を得る。
【０００９】各気筒の独立吸気管８および吸気ポート１
７近傍の詳細を図２に示す。図２はエンジン１の燃焼室
１９（破線より右側）および独立吸気管８（破線より左
側）を上から見たものであり、排気バルブ１５および排
気ポート１８は省略されている。コレクタ７からの吸入
空気２は吸気行程中に主吸気通路２２またはバイパス通
路１０を通り燃焼室１９に導かれる。機関低負荷運転時
には分流弁９は閉じられていて、分流弁９をバイパスし
た空気が高速で吸気ポート１７，燃焼室１９に流入し、
燃焼室１９内でタンブルやスワールと呼ばれる空気流を
形成する。分流弁９はコントロールユニット４からの制
御信号によりステップモーター１１を駆動することによ
り開閉する。機関高負荷運転時には分流弁９を開き高い
充填効率を得ることができる。また、機関中負荷運転時
には分流弁９を半開しバイパス通路１０から流入する空
気流量Ｑｂおよび主吸気通路２２から流入する空気流量
Ｑｍの割合（分流比）を調整する。
【００１０】図３はエンジン１の燃焼室１９を主吸気通
路２２方向から見たものであり、１４は吸気バルブ、１
６は点火プラグである。排気バルブ１５および排気ポー
ト１８は省略されている。独立吸気管８に付属している
バイパス通路１０（図３では省略されている）の噴口
は、図３に示す方向１，方向２、または方向３などに予
め調整されている。方向１は中央隔壁２６と吸気バルブ
１４のステムの間で、吸気バルブ１４が最大リフトした
ときにできる弁隙間の方向である。方向２は吸気ポート
１７の外側の壁と吸気バルブ１４のステムの間で、吸気
バルブ１４が最大リフトしたときにできる弁隙間の方向
である。方向３は吸気バルブ１４のステムの根元の方向
である。方向１ではバイパス通路１０より流入した高速
の空気流が燃焼室１９内でタンブルと呼ばれる縦方向の
渦を形成する。方向２ではバイパス通路１０より流入し
た高速の空気流が燃焼室１９内の壁に沿うように旋回
し、燃焼室１９内にスワールと呼ばれる横方向の渦を形
成する。方向３は前記の方向１および方向２の両方の作
用を狙ったものである。これらは燃焼室１９内で空気と
燃料の混合を良くする効果がある。
【００１１】図４は図３と同様に主吸気通路２２から燃
焼室１９を見たものであり、１４は吸気バルブ、１６は
点火プラグである。排気バルブ１５および排気ポート１
８は省略されている。バイパス通路１０の噴口を方向１
に調整したものについて説明する。機関低負荷運転時に
は分流弁９（図４では省略）が閉じられているので、コ
レクタ７内の空気はバイパス通路１０を通る。バイパス
通路１０の噴口は方向１に向いているので、前述したよ
うに高速の空気流が燃焼室１９内に流入しタンブル流を
形成する。この時、燃料噴射装置２１はコントロールユ
ニット４からの制御信号に基づいて燃料２３を噴射す
る。噴射された燃料２３の気化や微粒化を促進するため
に燃料２３の噴射方向は吸気バルブ１４の傘部を狙って
いる。吸気バルブ１４の傘部に衝突した燃料２３の一部
は蒸発，拡散して空気と混合し、残りは液体の状態のま
ま燃焼室１９に流入し、燃焼室１９内で蒸発，拡散す
る。
【００１２】図５は吸気行程中のエンジン１を横方向か
ら見たものであり、排気バルブ１５および排気ポート１
８は省略されている。２０はピストンである。燃料噴射
装置２１から噴射され、吸気バルブ１４に衝突して微粒
化した燃料２３は、バイパス通路１０からの高速の空気
流に流されて吸気バルブ１４の点火プラグ１６側から燃
焼室１９に流入する。燃焼室１９内にはタンブル流２４
が形成されている。
【００１３】図６は圧縮行程中のエンジン１を横方向か
ら見たものであり、排気バルブ１５および排気ポート１
８は省略されている。２０はピストンである。吸気行程
中に燃焼室１９内に形成されたタンブル流２４は圧縮行
程中にも存続しているので、燃料噴霧２３はタンブル流
２４の外側に吹き飛ばされる。
【００１４】図７は図６と同様に圧縮行程中のエンジン
１を横方向から見たものである。圧縮行程後期にはタン
ブル流２４に吹き飛ばされた燃料噴霧２３は燃焼室１９
の外側に偏る。この様な燃料分布は、不着火や失火を起
こしやすく希薄燃焼には不向きである。
【００１５】本発明の第二実施例を図８に示す。図８は
エンジン１の燃焼室１９を主吸気通路２２方向から見た
ものであり、１４は吸気バルブ、１６は点火プラグであ
る。排気バルブ１５および排気ポート１８は省略されて
いる。独立吸気管８に付属しているバイパス通路１０
（図８では省略されている）の噴口を図３に示す方向１
に、燃料噴射装置２１の方向を中央隔壁２６と吸気バル
ブ１４のステムの間で、吸気バルブ１４の傘部に衝突す
る方向としたものについて説明する。
【００１６】図９は本実施例において、吸気行程中のエ
ンジン１を横方向から見たもので、排気バルブは省略さ
れている。燃料噴射装置２１から噴射された燃料２３は
吸気バルブ１４の傘部に衝突し、微粒化される。微粒化
した燃料２３はバイパス通路１０を通った高速の空気流
によって、燃焼室１９に流れ込む。この時、燃料２３は
吸気バルブ１４に衝突するので、弁隙間から直接流入し
燃焼室１９内の壁に液状のまま到達する燃料２３が少な
くなる。また、燃焼室１９内にはタンブル流２４が形成
されているので微粒化した燃料２３と空気が良く混合さ
れ、均一化される。
【００１７】本発明の第三実施例を図１０に示す。図１
０はエンジン１を横方向から見たものであり、排気バル
ブ１５および排気ポート１８は省略されている。２０は
ピストンである。燃料噴射装置２１をエンジンヘッド２
５に装着し、燃焼室１９の近くに角度を立てて設置す
る。
【００１８】図１１は吸気行程中のエンジン１を横方向
から見たものであり、排気バルブ１５および排気ポート
１８は省略されている。２０はピストンである。燃料噴
射装置２１から噴射され、吸気バルブ１４に衝突して微
粒化した燃料２３は、吸気バルブ１４の手前側から燃焼
室１９に流入する。一方、バイパス通路１０からの高速
の空気流は吸気バルブ１４の点火プラグ１６側から燃焼
室１９に流入し、燃焼室１９内にタンブル流２４を形成
する。
【００１９】図１２は圧縮行程中のエンジン１を横方向
から見たものであり、排気バルブ１５および排気ポート
１８は省略されている。２０はピストンである。燃料噴
射装置２１から噴射され吸気バルブ１４に衝突して微粒
化した燃料２３が、吸気行程中に形成されたタンブル流
２４の中に取り込まれる。
【００２０】図１３は圧縮行程後期のエンジン１を横方
向から見たものであり、圧縮行程中にタンブル流２４の
中に取り込まれた燃料噴霧２３が、タンブル流２４が崩
壊した後にも点火プラグ１６近傍に分布している。これ
は希薄燃焼において確実な着火をするために有利であ
る。
【００２１】また、第四実施例を図１４〜図１７に示
す。図１４はエンジンを横方向から見たものであり排気
バルブは省略されている。インジェクタ１２を従来の装
着位置に設置した場合にも前記の効果、すなわち燃料噴
霧を吸気バルブの吸気ポート側に衝突させ燃料噴霧をタ
ンブル流の中に取り込み希薄燃焼時の着火性を良くする
ために、図１５〜図１７に示すようにインジェクタ１２
の燃料噴射方向を、噴射弁１２の中心軸方向と変えたイ
ンジェクタを使用する。図１５（イ）は噴射口１２０が
一つのインジェクタである。（ロ）は噴出口１２０の部
分の拡大図である。こちらから見た場合は、燃料の噴出
方向は噴射弁の中心軸１２１と同じ方向である。しか
し、（ハ）の方からから見た場合、噴射弁の中心軸１２
１と燃料の噴出方向１２２は異なっている。このように
燃料の噴出口の方向を噴射弁の中心軸と異なった方向に
することにより、吸気管，噴射弁のレイアウトを気にせ
ずに、所望の位置に燃料噴霧を供給することができる。
【００２２】図１６は噴射口が二つ１２３（ａ），
（ｂ）のインジェクタである。２吸気弁エンジンに対応
した２方向噴霧の噴射弁の構造である。２方向の噴射口
をわきから見た図が（ロ）である。ここでも、噴射弁の
中心軸１２１と噴射口の向いている方向１２２は異なっ
ている。この場合は、二つの噴射口とも同じように方向
が１２２の方を向いている。
【００２３】さらに図１７に空気１２３を噴射口１２４
に導き燃料噴霧１２５を微粒化する噴射弁の構造を示
す。この場合は、（ロ）に示したように噴射弁本体の燃
料の噴出口、または計量口１２７の方向は噴射弁の中心
軸方向１２１と一致している。しかし、空気を導入しさ
らに噴霧を２方向にわけるためのアダプタ１２６の噴出
口１２４の方向は、噴射弁の中心軸方向１２１とは異な
っている。このようにすることにより、微粒化した燃料
を噴射弁の方向とは異なった所望の位置に供給すること
ができる。
【００２４】図１８に第五実施例を示す。吸気ポートの
吸気通路１０７を閉鎖する分流弁１０６を設け、これを
閉鎖することにより通路１００から高速の指向性のある
空気流を噴出させる。ここで、吸気弁の隙間で、中央隔
壁１０８と吸気弁１０１のステム１０９の位置１１０を
狙う場合は、通路１００の出口１０５をそちらの方向に
開口させる。しかしこの出口が、吸気管壁１０５に近い
と壁側に負圧の領域ができ、空気流が壁側に偏向してし
まう。このような状態では、空気流が拡散し指向性がな
くなり位置１１０を狙うことができなくなる。そこで、
この壁側の流れを防止するために、通路１００の出口１
０４を壁１０５から離して設けるようにする。このよう
にすると出口１０４から噴出した空気流は方向性を保っ
たまま所定の位置１１０に供給される。このため、筒内
に旋回流が形成される。ここでは、出口１０４を壁から
離すために通路１００の出口１０４を空気流方向に突き
出している。
【００２５】図１９はエンジンを横から見た図である。
通路１００から噴出した空気流111は吸気弁１０１と弁
座１０２の間から筒内１１２に流入するようにする。こ
の場合、空気流１１１はシリンダ壁１０３に衝突するよ
うにした方が筒内１１２の旋回流は形成しやすい。
【００２６】図２０に第六実施例を示す。通路１００の
出口１０４を壁１０５から離すのに図１８のように出口
１０４を突き出すのではなく壁側に突出部１１３を設け
るようにした。このようにすることにより、吸気通路１
１４に余分に突き出すことなく、空気流の指向性を保つ
ことができる。
【００２７】図２１に第七実施例を示す。筒内に空気の
旋回流を形成するために、吸気通路に弁１１５を設け
た。このような装置において噴射弁１１６の向いている
方向は吸気管のレイアウト上制限されるため、所望の位
置に噴霧を供給することが困難である。しかし、図１
５，図１６，図１７のような噴射弁を用いることによ
り、噴霧方向が自由に変えられるので、所望の位置に噴
射弁を取り付けることができる。図２１では、噴射弁の
中心軸方向は（イ）を向いているが、噴霧の噴出方向は
（ロ）の方向になっている。
【００２８】
【発明の効果】本発明によれば、筒内の混合気分布を均
一、または層状化することができるので着火性が良く、
さらに筒内に生成される旋回流により燃焼が促進される
ので、希薄混合気での安定した燃焼が得られる。このた
め、燃費が低減され、さらにＨＣ，ＮＯｘが大幅に低減
できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例の全体の構成図。
【図２】実施例の吸気ポート部の構成図。
【図３】実施例の吸気ポート部の構成図。
【図４】実施例の吸気ポート部の構成図。
【図５】燃焼室を含めた構成図。
【図６】燃焼室を含めた構成図。
【図７】圧縮行程時の動作図。
【図８】実施例の吸気ポート部の構成図。
【図９】燃焼室を含めた構成図。
【図１０】燃焼室を含めた構成図。
【図１１】燃焼室を含めた構成図。
【図１２】燃焼室を含めた構成図。
【図１３】圧縮行程時の動作図。
【図１４】燃焼室を含めた構成図。
【図１５】噴射弁の構造図。
【図１６】噴射弁の燃料噴出口の拡大図。
【図１７】噴射弁の燃料噴出口の拡大図。
【図１８】実施例の吸気ポート部の構成図。
【図１９】燃焼室を含めた構成図。
【図２０】実施例の吸気ポート部の構成図。
【図２１】実施例の吸気ポート部の構成図。
【符号の説明】
９…分流弁、１０…バイパス通路、１１…ステップモー
ター、２１…燃料噴射装置、２５…エンジンヘッド。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 古室 亮一 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 桃野 正吉 茨城県勝田市大字高場2520番地 株式会社 日立製作所自動車機器事業部内

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】内燃機関で吸気をシリンダに供給する吸気
    管において、指向性のある空気流を生成し吸気ポートま
    たは吸気弁または吸気弁座と吸気弁の隙間の所定の位置
    に高速の空気流を供給する装置を備え、さらに燃料噴霧
    を噴射する噴射弁において、噴霧を所定の位置に供給す
    ることを特徴とした内燃機関の吸気装置。
  2. 【請求項２】請求項１において、燃料噴霧の指向性を持
    たせ吸気弁の所定の位置に供給し、指向性のある空気流
    で吸気弁上の燃料を搬送または微粒化することを特徴と
    した内燃機関の吸気装置。
  3. 【請求項３】請求項２において指向性のある空気流の当
    たる吸気弁上の位置近傍に、燃料を供給し微粒化するこ
    とを特徴とした内燃機関の吸気装置。
  4. 【請求項４】請求項１において、燃料を吸気弁のステム
    の根本で、点火プラグとは反対の位置に供給することを
    特徴とした内燃機関の吸気装置。
  5. 【請求項５】請求項１において、燃料を噴射する噴射弁
    をエンジンのブロックに装着し燃料が吸気弁を狙い易く
    したことを特徴とする内燃機関の吸気装置。
  6. 【請求項６】請求項１において、吸気ポートに燃料を供
    給する燃料噴射弁において、噴射弁の中心軸方向と燃料
    の噴射方向が異なっており、燃料は吸気弁方向に噴射さ
    れることを特徴とする内燃機関の吸気装置。
  7. 【請求項７】請求項１において、指向性のある空気流を
    噴出する通路の出口を吸気管壁から離して指向性を確保
    することを特徴とする内燃機関の吸気装置。
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