JPH07310564A

JPH07310564A - エンジンの吸気装置

Info

Publication number: JPH07310564A
Application number: JP6102492A
Authority: JP
Inventors: Yoshihisa Nooi; 芳尚乃生; Masashi Maruhara; 正志丸原; Masakazu Matsumoto; 正和松本
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1994-05-17
Filing date: 1994-05-17
Publication date: 1995-11-28
Anticipated expiration: 2018-01-14
Also published as: JP3365681B2

Abstract

(57)【要約】【目的】特別なエア加圧手段を用いることなく、燃焼
室内成層化用の混合気を良好に供給する。【構成】センターポート７内に混合気形成用のセンタ
ーインジェクタ２５を設け、このセンターポート７等か
らなる混合気供給部内の空間を閉鎖空間とする。上記セ
ンターポート７を開閉するタイミング弁１５の開弁時期
を吸気弁１１，１２の開弁時期よりも遅らせ、閉弁時期
を圧縮行程途中に設定して、このタイミング弁１５の開
弁期間中、上記センターポート７内に形成された混合気
を燃焼室２内に供給してからこの燃焼室２内の燃焼ガス
をセンターポート７側に取り込むようにする。さらに、
エンジンの高速運転時には低速運転時よりも上記タイミ
ング弁１５の閉弁時期を遅らせ、より高圧の燃焼ガスが
センターポート７内に導入されるようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、主吸気ポートとは別
に、エアと燃料との混合気を燃焼室内に供給するための
混合気供給部が上記燃焼室内に開口するエンジンの吸気
装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、エンジンの吸気装置として、例え
ば特開昭６２−１８３３５号公報に示されるものが知ら
れている。この装置では、通常の吸気弁をもつ主吸気ポ
ート（公報では第１吸気ポート及び第２吸気ポート）と
は別に、エアと燃料とを予め混合した混合気を上記燃焼
室内に供給するための混合気供給部（第３吸気ポート）
がこの燃焼室内に開口している。この混合気供給部には
上記吸気弁と同様の開閉弁が設けられ、その開弁時期は
上記吸気弁の開弁時期よりも遅い時期に設定されてい
る。このような装置によれば、上記主吸気ポートを通じ
ての吸気開始後、これと独立して上記混合気供給部から
燃焼室内に予め生成された混合気が供給されることによ
り、燃焼室内が成層化され、良好なリーン燃焼が実現さ
れる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記公報の装置では、
混合気供給部である第３吸気ポートが吸気通路に連通さ
れ、この吸気通路上流側に設けられている過給機を利用
して上記第３吸気ポートに混合気形成用の加圧エアが導
入され、このエアの圧力と燃焼室内圧力との圧力差によ
って混合気が燃焼室内に供給される。しかし、このよう
に混合気供給ポート（第３吸気ポート）と主吸気ポート
（第１吸気ポート及び第２吸気ポート）とを共通の吸気
通路に接続する場合には、上記混合気供給ポート内の混
合気圧と、上記主吸気ポートから過給が行われる燃焼室
内の圧力との間に十分な圧力差を確保しにくく、また、
吸気通路のレイアウトに著しい制約を受ける不都合が発
生する。

【０００４】このような不都合を解消する手段として、
上記混合気供給ポートにエアポンプ等のエア加圧手段を
接続し、このエア加圧手段で強制的に加圧したエアと燃
料とを混合することが考えられるが、このような特別な
エア加圧手段を付加すると、装置全体の構造が複雑化す
るとともに、上記エア加圧手段の駆動によりエンジン負
荷が増大し、燃費の悪化を招くことになる。

【０００５】本発明は、このような事情に鑑み、簡単な
構造で、エンジン負荷を特に増大させることなく、混合
気供給による燃焼室内の成層化を行うことができるエン
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】上記課題を解決するため
の手段として、本発明は、燃焼室内に開口し、かつ吸気
弁により開閉される主吸気ポートと、上記燃焼室内に開
口し、かつ開閉弁により開閉され、この開閉弁が開いた
状態で燃焼室内にエアと燃料との混合気を供給する混合
気供給部とを有し、上記開閉弁の開弁時期が上記吸気弁
の開弁時期よりも遅い時期に設定されたエンジンにおい
て、上記混合気供給部内の空間を閉鎖空間とするととも
に、上記開閉弁の閉弁時期を圧縮行程内の範囲で変化さ
せる時期可変手段と、エンジン高速運転時には低速運転
時よりも上記開閉弁の閉弁時期を遅らせるように上記時
期可変手段を制御する時期制御手段とを備えたものであ
る（請求項１）。

【０００７】この装置では、エンジン回転数が一定以下
の領域では高負荷運転時に低負荷運転時よりも上記開閉
弁の閉弁時期を遅らせるように上記時期制御手段を構成
するのが、より好ましい（請求項２）。

【０００８】また、エンジン回転数が予め設定された所
定回転数未満である低速運転領域では混合気供給部内で
燃料噴射を行わせ、上記低速運転領域よりもエンジン回
転数の高い中高速運転領域では上記混合気供給部内での
燃料噴射を停止させて上記主吸気ポートで燃料噴射を行
わせる燃料噴射制御手段を備えることにより、後述のよ
うなより優れた効果が得られる（請求項３）。

【０００９】また、エンジン回転数が予め設定された所
定回転数未満である低速運転領域では混合気供給部内で
燃料噴射を行わせ、上記低速運転領域よりもエンジン回
転数が高い中高速運転領域では原則的に上記混合気供給
部内での燃料噴射を停止させて上記主吸気ポートで燃料
噴射を行わせ、上記中高速運転領域にあってもエンジン
の運転状態が予め設定された要冷却条件にある場合には
例外的に上記混合気供給部内で燃料噴射を行わせる燃料
噴射制御手段を備えたものであってもよい（請求項
４）。この場合、上記要冷却条件としては、エンジン回
転数が上記中高速運転領域中の高速運転領域にあること
や（請求項５）、所定強度以上のノッキングが検出され
ていること（請求項６）等があげられる。

【００１０】また、上記各装置では、複数の主吸気ポー
トを備え、そのうちの一部の主吸気ポートにのみスワー
ルコントロール弁を設け、このスワールコントロール弁
の開度を制御するスワール制御手段を備えるとともに、
エンジンが燃焼安定状態にある場合にはエンジンが燃焼
不安定状態にある場合よりも上記スワールコントロール
弁の開度を増大させるように上記スワール制御手段を構
成したり（請求項７）、エンジンに所定強度以上のノッ
キングが発生している場合には他の場合よりも上記スワ
ールコントロール弁の開度を減少させるように上記スワ
ール制御手段を構成したりする（請求項８）ことによ
り、さらに好ましいものとなる。

【００１１】

【作用】請求項１記載の装置によれば、混合気供給部内
の空間が閉鎖空間とされているので、上記開閉弁の開弁
時、まず混合気供給部内の混合気が燃焼室内に供給され
てから逆に燃焼室内の燃焼ガスが混合気供給部内に取り
込まれ、この状態で圧縮行程途中に開閉弁が閉じること
により、混合気供給部内の圧力が開閉弁開弁時の燃焼室
内圧力よりも高い圧力に保持され、このような圧力差を
利用することにより、特別なエア加圧手段を用いること
なく次の開閉弁開弁時に混合気供給を行うことができ
る。なお、エンジン高速運転時には１サイクル時間が短
くなって上記混合気供給部から燃焼室内への混合気供給
が行いにくくなるが、この装置では、上記高速運転時に
低速運転時よりも上記開閉弁の閉弁時期が遅延され、そ
の分より高い圧力の燃焼ガスが混合気供給部内に導入さ
れてこの混合気供給部内圧力と燃焼室内圧力との圧力差
が増加されるため、エンジン回転数にかかわらず混合気
供給部から燃焼室内への良好な混合気供給が保証され
る。

【００１２】また、請求項２記載の装置では、上記低速
運転時であってもエンジン負荷が高い場合、すなわち比
較的ノッキングが発生しやすい低速高負荷運転領域にあ
る場合には、開閉弁の閉弁時期が低速低負荷領域より遅
らされることにより、より高温高圧の燃焼ガスが混合気
供給部に導入される。これにより、混合気供給部のいわ
ゆるクーリングチャンバとしての機能、すなわち高温の
燃焼ガスを一旦貯留してこれを冷却した後に次のサイク
ルで燃焼室内に戻すという機能が高められる。従って、
上記低速高負荷領域で燃焼室内温度の上昇が効果的に抑
えられ、ノッキングが抑制される。

【００１３】請求項３記載の装置では、低速運転領域で
は混合気供給部内で燃料が噴射され、上記混合気供給が
行われることにより、燃焼室内の成層化によって燃焼性
が高められる一方、上記低速運転領域よりもエンジン回
転数の高い中高速運転領域、すなわち成層燃焼が困難で
均一燃焼の方が却って燃焼性が向上する領域では、上記
混合気供給部内での燃料噴射が停止されて通常の吸気装
置と同様に上記主吸気ポートで燃料噴射が行われること
により、エンジン回転数にかかわらず常にその運転状態
に適した燃料噴射が実行される。また、上記中高速運転
領域では上述のように混合気供給部内へ導入される燃焼
ガスの圧力が高いので、このような中高速運転領域で上
記混合気供給部内での燃料噴射が止められることによ
り、高圧雰囲気中での燃料噴射が可能な高価なインジェ
クタを使用する必要がなくなる。しかも、このように燃
料噴射を停止させても、上記混合気供給部内には燃焼室
内の高温燃焼ガスが取り込まれるため、この混合気供給
部のいわゆるクーリングチャンバとしての燃焼室内冷却
機能は確保される。

【００１４】これに対して請求項４記載の装置では、上
記中高速運転領域であっても、エンジンの運転状態が予
め設定された要冷却条件にある場合、例えばエンジン回
転数が非常に高い高速運転領域にある場合や（請求項
５）、ノッキングの発生が著しい場合（請求項６）に
は、例外的に上記混合気供給部内で燃料噴射が実行され
ることにより、この燃料の気化熱で混合気供給部内のエ
アが冷却され、エンジン温度の過度の上昇やノッキング
の発生がより顕著に抑制される。

【００１５】以上の各装置において、複数の主吸気ポー
トのうちの一部にスワールコントロール弁が設けられて
いる場合、その開度変化によって燃焼室内の燃焼状態及
び圧力状態がコントロールされる。具体的には、上記ス
ワールコントロール弁の開度が絞られることにより、図
４（ａ）に示すように主吸気ポートの通気抵抗が増大し
て燃焼室内圧力が低下し、その分同図（ｂ）に示すよう
に混合気供給部（センターポート）から燃焼室内へ混合
気が入りやすくなる。そして、このような一部の主吸気
ポートのみからの吸気によって燃焼室内のスワール形成
が促進され、成層化が促される。

【００１６】ここで、請求項７記載の装置では、エンジ
ンが燃焼安定状態にある場合、すなわち混合気供給及び
スワール生成による燃焼室内の成層化の必要性が比較的
少ない場合には、エンジンが燃焼不安定状態にある場合
よりも上記スワールコントロール弁の開度が増加されて
上記混合気供給量が抑制されるため、その分混合気供給
部と燃焼室内との間のガスの出入りに伴うエネルギー損
失が軽減される。

【００１７】また、請求項８記載の装置では、エンジン
に著しいノッキングが発生している場合には、上記スワ
ールコントロール弁の開度が絞られることにより、スワ
ール形成が促進されるとともに上記混合気供給部から燃
焼室内へのエア供給量が増加されて燃焼室内温度が下げ
られ、これにより上記ノッキングが効果的に抑制され
る。

【００１８】

【実施例】本発明の一実施例を図面に基づいて説明す
る。

【００１９】図１，２に示すエンジンは、複数のシリン
ダ１を備え、各シリンダ１には、図外のピストンの作動
に伴って容積変化する燃焼室２が形成されている。各燃
焼室２には、主吸気ポートである左右一対の第１サイド
ポート３及び第２サイドポート４と、同じく左右一対の
第１排気ポート５及び第２排気ポート６と、単一のセン
ターポート７とが開口し、各燃焼室２の略中央部には図
略の点火プラグが設けられている。

【００２０】上記両サイドポート３，４は、図略のシリ
ンダヘッドの一側部から燃焼室２にわたって形成され、
両排気ポート５，６は、上記シリンダヘッドの他側部か
ら燃焼室２にわたって形成されている。センターポート
７は、上記両サイドポート３，４同士の間に位置し、上
記点火プラグに近い位置で燃焼室２内に開口している。

【００２１】上記燃焼室２に対する上記第１，第２サイ
ドポート３，４の開口部分は、それぞれ第１，第２吸気
弁１１，１２により開閉され、燃焼室２に対する第１，
第２排気ポート５，６の開口部分は、それぞれ第１，第
２排気弁１３，１４により開閉されるようになってお
り、上記燃焼室２に対するセンターポート７の開口部分
は、タイミング弁（開閉弁）１５で開閉されるようにな
っている。これらの弁１１〜１５はカムシャフト等から
なる図略の動弁機構で開閉駆動されている。ここで、上
記開閉弁１５の駆動用カムシャフト８及び吸気カムシャ
フト９は互いに連動するように構成され、開閉弁１５の
駆動用カムシャフト８にはバルブタイミング可変機構
（時期可変手段；以下、ＶＴＣと称する。）１０が連結
されており、このＶＴＣ１０の作動によって、上記各弁
１１，１２，１５の開弁期間の位相が同時に等しい角度
量だけずらされるようになっている。このＶＴＣ１０
は、油圧回路２３からの油圧供給を受けてオフからオン
に切換えられるようになっており、この油圧供給の切換
は、上記油圧回路２３に設けられた切換ソレノイド２３
ａのオンオフにより行われるようになっている。

【００２２】上記排気弁１３，１４の開弁期間は、曲線
４２で示される期間、すなわちピストン下死点近傍から
次のピストン上死点を少し過ぎた時点までの期間に設定
されている。吸気弁１１，１２の開弁期間は、上記ＶＴ
Ｃ１０がオフの状態では、図２の曲線４４Ａで示される
期間、すなわち上記ピストン上死点より手前の時点から
次のピストン下死点を少し過ぎた時点（圧縮行程初期の
時点）までの期間に切換えられ、逆にＶＴＣ１０がオン
の状態では、曲線４４Ｂで示される期間、すなわち、上
記ピストン上死点近傍の時点から次のピストン上死点を
十分過ぎた時点（圧縮行程中期の時点）までの期間に切
換えられる。

【００２３】タイミング弁１５の開弁期間は、上記ＶＴ
Ｃ１０がオフの状態では、図２の曲線４６Ａで示される
期間、すなわち吸気行程中期の時点から圧縮行程中期の
時点までの期間に切換えられ、逆にＶＴＣ１０がオンの
状態では、曲線４６Ｂで示される期間、すなわち、吸気
行程後期の時点から圧縮行程後期までの期間に切換えら
れる。従って、このタイミング弁１５の開弁時期は常に
上記吸気弁１１，１２の開弁時期よりも遅く、閉弁時期
は圧縮行程中期と後期との間で切換えられるようになっ
ている。

【００２４】上記各サイドポート３，４へのエア導入
は、吸気管１６を通して行われる。この吸気管１６は、
吸気上流側の共通吸気管１６ａと、その下流側のサージ
タンク１６ｂとを有し、このサージタンク１６ｂに上記
各サイドポート３，４が接続されている。上記共通吸気
管１６ａには、アクセル操作に応じて作動するスロット
ル弁１７と、このスロットル弁１７の開度を検出するス
ロットルセンサ２０とが設けられている。

【００２５】上記両サイドポート３，４及びセンターポ
ート７のうち、第１サイドポート３及びセンターポート
７には、サイドインジェクタ２４及びセンターインジェ
クタ２５がそれぞれ配設され、第２サイドポート４には
これを開閉するスワールコントロール弁１８が設けられ
ており、各スワールコントロール弁１８は図略のアクチ
ュエータにより開閉駆動されるようになっている。そし
て、このスワールコントロール弁１８が閉じた状態で
は、上記第１サイドポート３からのみ吸気が行われるこ
とにより、燃焼室２内にスワールが形成されるようにな
っている。

【００２６】各センターポート７は、共通のサージタン
ク２２に接続され、これらセンターポート７と上記サー
ジタンク２２とで本発明における混合気供給部が構成さ
れており、その内部空間は閉鎖されている。そして、上
記センターインジェクタ２５から噴射された燃料が、こ
のセンターポート７内でエアと混合され、これにより混
合気が形成されるようになっている。

【００２７】前記排気ポート５，６は排気マニホールド
２８を介して共通の排気管３０に接続されており、これ
らによって排気通路が構成されている。

【００２８】このエンジンには、上記エアフローセンサ
１９やスロットルセンサ２０の他、エンジン回転数３
２、ノックセンサ等の各種センサ類が装備されており、
これらの検出信号は、ＥＣＵ（コントロールユニット；
時期制御手段、燃料噴射制御手段、及びスワール制御手
段を構成）４０に入力され、このＥＣＵ４０により、上
記ＶＴＣ１０のオンオフ制御（すなわち切換ソレノイド
２３ａのオンオフ制御）、スワールコントロール弁１８
の開度制御、各インジェクタ２４，２５の燃料噴射制御
等が実行されるようになっている。具体的に、このＥＣ
Ｕ４０は、次のような制御動作を行うように構成されて
いる。

【００２９】１）スワールコントロール弁１８の開閉制
御：図３に示すように、エンジン回転数Ｎが予め設定さ
れた回転数Ｎ２未満の領域では、スワールコントロール
弁１８の開度を最小にし、上記エンジン回転数Ｎが上記
回転数Ｎ２以上の領域では、スワールコントロール弁１
８の開度を増加させる。さらに、エンジン回転数センサ
３２やノックセンサ３４の検出信号に基づいてエンジン
が燃焼安定状態にあると判定した場合には、エンジンが
燃焼不安定状態にあると判定した場合よりも上記スワー
ルコントロール弁１８の開度を微小量増加させ、逆に、
ノックセンサ３４で検出されているノッキングが所定強
度以上である場合には、それ以外の場合よりも上記スワ
ールコントロール弁１８の開度を微小量減少させる。

【００３０】２）ＶＴＣ１０のオンオフ制御：上記エン
ジン回転数Ｎが予め設定された回転数Ｎ１未満の領域で
は、上記ＶＴＣ１０をオフに切換え、上記回転数Ｎ１以
上の領域（所定運転領域）では、ＶＴＣ１０をオンに切
換える。

【００３１】３）燃料噴射制御：センターインジェクタ
２５からの燃料噴射については、図３に実線５１で示す
ように、エンジン回転数Ｎが所定回転数Ｎ３（＞Ｎ１）
未満の低速運転領域では、上記エンジン回転数Ｎ１に至
るまではエンジン回転数の上昇とともに燃料噴射流量を
増加させ、エンジン回転数Ｎ１よりも高い領域ではエン
ジン回転数の上昇とともに燃料噴射流量を減少させる。
エンジン回転数Ｎ３よりも高い中高速運転領域では、燃
料噴射を停止させる。同図実線５２に示すように、サイ
ドインジェクタ２５からの燃料噴射は所定回転数以上の
領域でのみ行わせ、エンジン回転数Ｎの上昇に伴って燃
料噴射量を増加させる。

【００３２】次に、この装置の作用を説明する。

【００３３】まず、エンジン回転数Ｎが一定回転数Ｎ１
の所定運転領域では、ＶＴＣ１０はオフであり、吸気弁
１１，１２及びタイミング弁１５の開弁期間はそれぞれ
図２の曲線４４Ａ，４６Ａに示されるように進み側に切
換えられる。このため、各サイクルでは、爆発後のピス
トン下死点手前から排気弁１３，１４が開いて燃焼室２
内の燃焼ガスが排気ポート５，６等を通じて排出され、
次いで吸気弁１１，１２が開いて燃焼室２内にサイドポ
ート３を通じて（サイドポート４はスワールコントロー
ル弁１８でほぼ閉じられている。）を通じて新気が導入
される。さらに、この吸気行程が終了する前にタイミン
グ弁１５が開かれることにより、センターポート７内で
形成されている混合気が燃焼室２内に導出される。そし
て、ピストン下死点を通過すると、吸気弁１１，１２が
閉じるとともに、今度は上記と逆にピストン上昇に伴っ
て燃焼室２内のガスがセンターポート７内に導入され、
この導入後、圧縮行程の途中でタイミング弁１５が閉じ
られる。ここで、各センターポート７及びサージタンク
２２からなる混合気供給部内の空間は閉鎖空間とされて
いるので、上記のように圧縮行程の途中でタイミング弁
１５が閉じられることにより、センターポート７内の圧
力は次のタイミング弁１５の開弁時における燃焼室２内
圧力よりも高い圧力に保持されることになり、この圧力
差によって上記タイミング弁１５の次の開弁時にセンタ
ーポート７内の混合気が再び燃焼室２内に導入される。
すなわち、特別なエア加圧手段を用いることなく、セン
ターポート７から燃焼室２内への混合気供給がなされる
ことになり、このようにエア加圧手段が不要になる分、
装置の構造が簡略化されるとともに、エア加圧手段の駆
動によるエンジン負荷の増大がなくなる。

【００３４】ところで、このような装置では、エンジン
回転数Ｎが上昇して１サイクル時間が短くなると、タイ
ミング弁１５の開弁時間も短くなるため、何らの手段も
講じないと、センターポート７から燃焼室２内への混合
気供給あるいはエア供給が難しくなる。しかし、この装
置では、エンジン回転数Ｎが回転数Ｎ１以上の所定領域
に入ると、ＶＴＣ１０がオンに切換えられて図２の曲線
４４Ｂ，４６Ｂに示すように吸気弁１１，１２及びタイ
ミング弁１５の開弁期間が遅延されるため、その分セン
ターポート７内の圧力がより高められてセンターポート
７内の燃焼室２内との間の圧力差が増加され、このため
エンジン回転数がＮ１未満の領域と同様に上記混合気供
給あるいはエア供給が良好に保たれる。

【００３５】その理由は次の通りである。図５は、エン
ジンのクランク進角と筒内圧（燃焼室内圧）及びセンタ
ーポート７内圧との関係を示したものである。この図に
示すように、上記クランク進角が大きいほど（すなわち
次のピストン上死点に近づくほど）筒内圧は上昇する。
これに対し、上記ピストン下死点以前の吸気行程期間中
は、クランク角が変わっても筒内圧はさほど変化しな
い。よって、上記のようにエンジン回転数がＮ１以上の
領域ではタイミング弁１５の開弁期間を遅らせることに
より、この開弁期間中に上記センターポート７内へより
高圧の燃焼ガスを導入することができ、たとえこの開弁
期間が短くてもセンターポート７内圧力を十分高い圧力
に保持することが可能となるのである。

【００３６】さらに、この実施例では、次のような効果
を得ることができる。

【００３７】(a) エンジン回転数がＮ３以上の中高速運
転領域、すなわち成層燃焼が困難で均一燃焼の方が却っ
て燃焼性が向上する領域では、センターインジェクタ２
５による燃料噴射を止めて通常の吸気装置と同様にサイ
ドインジェクタ２４のみから燃料を噴射するようにして
いるので、エンジン回転数に適した燃料噴射を実行でき
る。また、上記中高速運転領域では上述のようにセンタ
ーポート７内へ導入される燃焼ガスの圧力が高いので、
このような中高速運転領域で上記センターインジェクタ
２５による燃料噴射を停止させることにより、このセン
ターインジェクタ２５として高圧雰囲気中での燃料噴射
が可能な高価なインジェクタを使用する必要がなくなる
利点がある。しかも、このように燃料噴射を停止させて
も、センターポート７のいわゆるクーリングチャンバと
しての機能、すなわちこのセンターポート７に燃焼室２
内の高圧高温燃焼ガスを取り込んで一旦貯留、冷却し、
その後に燃焼室２内へ還元するという機能は十分に確保
される。

【００３８】(b) 上記装置では、図４（ａ）に示すよう
に、スワールコントロール弁１８の開度が絞られるほど
サイドポート４内の通気抵抗が増大して燃焼室内圧力が
低下し、その分同図（ｂ）に示すように混合気供給部
（センターポート）から燃焼室内へ混合気が入りやすく
なるが、ここで上記実施例では、エンジンが燃焼安定状
態にある場合、すなわち混合気供給及びスワール生成に
よる燃焼室内の成層化の必要性が比較的少ない場合に
は、エンジンが燃焼不安定状態にある場合よりも上記ス
ワールコントロール弁１８の開度を増加しているので、
これによって混合気供給量を抑制することにより、セン
ターポート７と燃焼室２との間のガスの出入りによるエ
ネルギー損失を軽減することができる。逆に、著しいノ
ッキングが発生している場合には、上記スワールコント
ロール弁１８の開度を絞るようにしているので、これに
よりスワール形成を促進するとともに、燃焼室２内圧力
を下げて上記センターポート７から燃焼室２へのエア供
給量を増加して燃焼室内温度を下げることができ、この
ようなスワール促進及び燃焼室内温度低下によって上記
ノッキングを効果的に抑制することが可能になる。

【００３９】なお、本発明はこのような実施例に限定さ
れず、例として次のような態様を採ることも可能であ
る。

【００４０】(1) 上記実施例では、エンジン負荷にかか
わらず、エンジン回転数が一定以上の領域を所定運転領
域としてそれ以外の領域でのタイミング弁１５の開弁期
間を遅らせるようにしているが、低速運転領域のうち比
較的エンジン負荷の高い領域ではノッキングが発生しや
すいので、このような低速高負荷領域でもタイミング弁
１５の開弁期間を遅らせてセンターポート７内により高
温高圧の燃焼ガスを取込み、センターポート７のいわゆ
るクーリングチャンバとしての燃焼室内冷却機能を高め
させることにより、上記ノッキングを未然に回避するこ
とが可能になる。

【００４１】(2) 前記第１実施例では、ＶＴＣ１０の作
動によりタイミング弁１５の閉弁時期及び開弁時期の双
方を遅らせるものを示したが、例えばカムの切換などに
よりタイミング弁１５の閉弁時期のみを遅らせるように
してもよい。また、上記実施例ではタイミング弁１５と
ともに吸気弁１１，１２の開弁期間も変化させている
が、これら吸気弁１１，１２の開弁期間を変化させずに
本発明の効果を得ることも可能である。

【００４２】(3) 上記実施例では、エンジン回転数Ｎが
Ｎ３以上の中高速運転領域では、一律にセンターインジ
ェクタ２５からの燃料噴射を停止させているが、このよ
うな中高速運転領域であっても、エンジンの運転状態が
予め設定された要冷却条件にある場合、例えばエンジン
回転数が非常に高い高速運転領域にある場合や、ノッキ
ングの発生が著しい場合には、例外的に上記センターポ
ート７内でセンターインジェクタ２５から燃料を噴射さ
せるようにＥＣＵ４０を構成することにより、この噴射
された燃料の気化熱で混合気供給部内のエアを冷却し
て、エンジン温度の過度の上昇やノッキングの発生を効
果的に抑制することが可能である。また、上記実施例の
ようにスワールコントロール弁１８の開度減少によりあ
る程度のノッキング抑制を行い、それでも不十分な場合
に上記センターインジェクタ２５から燃料を噴射してさ
らにノッキングを抑制するといった制御を行うようにす
れば、ノッキング抑制を複数の段階にわたって効果的に
行うことが可能になる。

【００４３】(4) 本発明では主吸気ポートの数を問わ
ず、これを３つ以上形成してもよいし、スワールコント
ロール弁１８を設けない場合には単一であってもよい。

【００４４】

【発明の効果】以上のように本発明は、燃焼室内に開口
する混合気供給部内の空間を閉鎖空間とし、この混合気
供給部の開閉弁の開弁時期を主吸気ポートにおける吸気
弁の開弁時期よりも遅らせ、閉弁時期を圧縮行程途中に
設定したものであるので、上記混合気供給部内に十分高
い圧力を蓄えることができ、この混合気供給部内の圧力
と燃焼室内圧力との圧力差を利用することにより、特別
なエア加圧手段を用いることなく良好な混合気供給を行
うことができ、このようなエア加圧手段の省略により、
装置の構造を簡略化し、またエンジン負荷を軽減して燃
費を向上させることができる効果がある。

【００４５】さらに、この装置では、エンジンの高速運
転時には低速運転時よりも上記開閉弁の閉弁時期を遅ら
せるようにしているので、この領域でより高い圧力の燃
焼ガスを混合気供給部内に導入することにより、上記高
速運転時に開閉弁の開弁期間が短縮されるにもかかわら
ず混合気供給部から燃焼室への良好な混合気供給を低速
運転時と同様に確保することができる。

【００４６】また、請求項２記載の装置では、エンジン
回転数が一定以下の領域であっても高負荷運転時には低
負荷運転時に比べて上記開閉弁の閉弁時期を遅らせるよ
うにしているので、このような遅延によってより高温高
圧の燃焼ガスを混合気供給部に導入してこの混合気供給
部のいわゆるクーリングチャンバとしての機能を高める
ことにより、上記低速高負荷領域でのエンジン温度の上
昇を抑え、この領域で特に発生しやすいノッキングを未
然に防ぐことができる効果がある。

【００４７】請求項３記載の装置では、低速運転領域で
は混合気供給部内で燃料噴射を行わせて上記混合気供給
を行うことにより、燃焼室内での成層化により燃焼性を
向上させる一方、上記低速運転領域よりもエンジン回転
数の高い中高速運転領域、すなわち成層燃焼が困難で均
一燃焼の方が却って燃焼性が向上する領域では、上記混
合気供給部内での燃料噴射を止めて通常の吸気装置と同
様に上記主吸気ポートで燃料噴射させることにより、エ
ンジン回転数にかかわらず常にその運転状態に適した燃
料噴射を実行できる。また、上記中高速運転領域では上
述のように混合気供給部内へ導入される燃焼ガスの圧力
が高いので、このような中高速運転領域で上記混合気供
給部内での燃料噴射を止めることにより、高圧雰囲気中
での燃料噴射が可能な高価なインジェクタを使用する必
要をなくし、コストをさらに低減させることができる。
しかも、このように燃料噴射を停止させても、この混合
気供給部のいわゆるクーリングチャンバとしての燃焼室
内冷却機能、すなわち上記燃焼室内の高温燃焼ガスを一
旦貯留して冷却してから燃焼室内に戻すという機能を確
保することができる。

【００４８】これに対して請求項４記載の装置では、上
記中高速運転領域であっても、エンジンの運転状態が予
め設定された要冷却条件にある場合、例えばエンジン回
転数が非常に高い高速運転領域にある場合や（請求項
５）、ノッキングの発生が著しい場合（請求項６）に
は、例外的に上記混合気供給部内で燃料噴射するように
しているので、この燃料の気化熱で混合気供給部内のエ
アを冷却することにより、エンジン温度の過度の上昇や
ノッキングの発生をより効果的に抑制することができ
る。

【００４９】請求項７記載の装置では、エンジンが燃焼
安定状態にある場合、すなわち混合気供給及びスワール
生成による燃焼室内の成層化の必要性が比較的少ない場
合には、エンジンが燃焼不安定状態にある場合よりも上
記スワールコントロール弁の開度を増加するようにして
いるので、このようなスワールコントロール弁の開度増
加に伴う燃焼室内の圧力上昇によってこの燃焼室内への
混合気供給量を抑制することにより、上記混合気供給部
と燃焼室との間のガスの出入りによるエネルギー損失を
軽減することができる効果がある。

【００５０】また、請求項８記載の装置では、エンジン
に著しいノッキングが発生している場合には、上記スワ
ールコントロール弁の開度を絞るようにしているので、
これにより、スワール形成を促進するとともに、上記混
合気供給量を増加させて燃焼室内温度を下げることがで
き、総じて上記ノッキングを効果的に抑制することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例におけるエンジンの全体構成
図である。

【図２】上記エンジンにおいて設定される各弁の開弁タ
イミングを示すグラフである。

【図３】上記エンジンにおけるエンジン回転数と燃料噴
射流量との関係を示すグラフである。

【図４】（ａ）は上記エンジンにおけるスワールコント
ロール弁の開度と吸気通路の通気抵抗との関係を示すグ
ラフ、（ｂ）は上記スワールコントロール弁の開度とセ
ンターポートからの混合気供給流量との関係を示すグラ
フである。

【図５】上記エンジンにおけるクランク角と筒内圧及び
センターポート内圧との関係を示すグラフである。

【符号の説明】

１シリンダ２燃焼室３第１サイドポート（主吸気ポート）４第２サイドポート（主吸気ポート）７センターポート（混合気供給部を構成）１０ＶＴＣ（時期可変手段）１１，１２吸気弁１８スワールコントロール弁２２サージタンク（混合気供給部を構成）２５センターインジェクタ３２エンジン回転数センサ３４ノックセンサ４０ＥＣＵ（時期制御手段、燃料噴射制御手段、及び
スワール制御手段）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】燃焼室内に開口し、かつ吸気弁により開
閉される主吸気ポートと、上記燃焼室内に開口し、かつ
開閉弁により開閉され、この開閉弁が開いた状態で燃焼
室内にエアと燃料との混合気を供給する混合気供給部と
を有し、上記開閉弁の開弁時期が上記吸気弁の開弁時期
よりも遅い時期に設定されたエンジンにおいて、上記混
合気供給部内の空間を閉鎖空間とするとともに、上記開
閉弁の閉弁時期を圧縮行程内の範囲で変化させる時期可
変手段と、エンジン高速運転時には低速運転時よりも上
記開閉弁の閉弁時期を遅らせるように上記時期可変手段
を制御する時期制御手段とを備えた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記載のエンジンの吸気装置にお
いて、エンジン回転数が一定以下の領域では高負荷運転
時に低負荷運転時よりも上記開閉弁の閉弁時期を遅らせ
るように上記時期制御手段を構成したことを特徴とする
エンジンの吸気装置。
【請求項３】請求項１または２記載のエンジンの吸気
装置において、エンジン回転数が予め設定された所定回
転数未満である低速運転領域では混合気供給部内で燃料
噴射を行わせ、上記低速運転領域よりもエンジン回転数
の高い中高速運転領域では上記混合気供給部内での燃料
噴射を停止させて上記主吸気ポートで燃料噴射を行わせ
る燃料噴射制御手段を備えたことを特徴とするエンジン
の吸気装置。
【請求項４】請求項１または２記載のエンジンの吸気
装置において、エンジン回転数が予め設定された所定回
転数未満である低速運転領域では混合気供給部内で燃料
噴射を行わせ、上記低速運転領域よりもエンジン回転数
が高い中高速運転領域では原則的に上記混合気供給部内
での燃料噴射を停止させて上記主吸気ポートで燃料噴射
を行わせ、上記中高速運転領域にあってもエンジンの運
転状態が予め設定された要冷却条件にある場合には例外
的に上記混合気供給部内で燃料噴射を行わせる燃料噴射
制御手段を備えたことを特徴とするエンジンの吸気装
置。
【請求項５】請求項４記載のエンジンの吸気装置にお
いて、上記要冷却条件はエンジンの運転状態が上記中高
速運転領域のうちの高速運転領域にあることであること
を特徴とするエンジンの吸気装置。
【請求項６】請求項４または５記載のエンジンの吸気
装置において、上記要冷却条件は所定強度以上のノッキ
ングが検出されていることであることを特徴とするエン
ジンの吸気装置。
【請求項７】請求項１〜６のいずれかに記載のエンジ
ンの吸気装置において、複数の主吸気ポートを備え、そ
のうちの一部の主吸気ポートにのみスワールコントロー
ル弁を設け、このスワールコントロール弁の開度を制御
するスワール制御手段を備えるとともに、エンジンが燃
焼安定状態にある場合にはエンジンが燃焼不安定状態に
ある場合よりも上記スワールコントロール弁の開度を増
大させるように上記スワール制御手段を構成したことを
特徴とするエンジンの吸気装置。
【請求項８】請求項１〜６のいずれかに記載のエンジ
ンの吸気装置において、複数の主吸気ポートを備え、そ
のうちの一部の吸気ポートにのみスワールコントロール
弁を設け、このスワールコントロール弁の開度を制御す
るスワール制御手段を備えるとともに、エンジンに所定
強度以上のノッキングが発生している場合には他の場合
よりも上記スワールコントロール弁の開度を減少させる
ように上記スワール制御手段を構成したことを特徴とす
るエンジンの吸気装置。