JPH0882218A

JPH0882218A - エンジンの吸気装置

Info

Publication number: JPH0882218A
Application number: JP6219116A
Authority: JP
Inventors: Toshihide Yamamoto; 寿英山本; Yoshihisa Nooi; 芳尚乃生; Kazuaki Umezono; 和明梅園; Masakazu Matsumoto; 正和松本
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1994-09-13
Filing date: 1994-09-13
Publication date: 1996-03-26
Anticipated expiration: 2018-02-04
Also published as: JP3372670B2

Abstract

(57)【要約】【目的】混合気供給ポートに対して加圧エア供給手段
を必要とせず構造を簡略化しつつ、成層燃焼を良好に行
なわせて燃費及びエミッションを改善する。【構成】吸気ポートからの吸気によって燃焼室１４内
にスワールを生成させるようにするとともに、混合気供
給ポート２５をシリンダボアの略中心部における点火プ
ラグの近傍の位置で燃焼室に開口させ、この混合気供給
ポート２５を開閉するセンター弁２７を吸気行程後半に
開かせるようにするとともに、このセンター弁２７の閉
時期を圧縮行程の後期に設定することにより、圧縮行程
後期に燃焼室内のエアが混合気供給ポートに導入される
ように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、通常の吸気ポートとは
別に、加圧エアと燃料との混合により混合気を形成して
燃焼室内に供給するための混合気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、燃費改善等に効果的な成層燃焼を
良好に行なわせる手段として、例えば特開平５−２０２
７５３号公報に示されるように、低負荷時等に燃焼室内
にスワールを生成するように吸気ポートを配設するとと
もに、この吸気ポートとは別に、シリンダボアの略中心
部における点火プラグの近傍の位置で燃焼室に開口する
混合気供給ポートを設け、この混合気供給ポートを開閉
弁により吸気行程終期から圧縮行程初期にわたる期間に
開くようにし、この混合気供給ポートに対し、燃料を供
給するインジェクタと外部から加圧エアを供給する加圧
エア供給手段とを設けた吸気装置が知られている。この
吸気装置によると、吸気行程終期から圧縮行程初期の期
間に、混合気供給ポート内で加圧エアと燃料とが混合さ
れ、その加圧混合気が吸気行程終期から圧縮行程初期の
期間に混合気供給ポートから燃焼室に噴出する。これに
より、燃料の気化・霧化が促進されるとともに、スワー
ルの内方の点火プラグ付近に混合気が成層化され、成層
燃焼が良好に行なわれる。このため、空燃比の大幅なリ
ーン化が可能となるとともに燃焼性が向上され、燃費及
びエミッションが改善される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、混合気
供給ポート内を加圧して上記のような所定のタイミング
で燃焼室内に混合気を噴出させるべく、混合気供給ポー
トに外部から加圧エアを供給するようにしたものでは、
エアポンプや加圧エア供給ようの通路等が必要となり、
構造が複雑になるというような問題が残されていた。

【０００４】本発明は、このような事情に鑑み、混合気
供給ポートに対して加圧エア供給手段を必要とせず構造
を簡略化しつつ、燃費及びエミッションを改善すること
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。

【０００５】

【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、吸気ポートとは別に、加圧状
態の混合気を燃焼室に供給する混合気供給ポートを備
え、この混合気供給ポートをシリンダボアの略中心部に
おける点火プラグの近傍の位置で燃焼室に開口させ、か
つ、その開口方向を略シリンダ軸線方向に設定する一
方、吸気ポートからの吸気によって燃焼室内にスワール
を生成させるようにするとともに、上記混合気供給ポー
トを開閉する開閉弁を吸気行程後半に開かせるようにし
たエンジンの吸気装置において、上記混合気供給ポート
を袋状の閉空間とし、上記開閉弁による混合気供給ポー
トの閉時期を、圧縮行程の初期、中期、後期のうちの後
期に設定することにより、上記混合気供給ポートの開口
期間においてその途中時期までの期間に混合気供給ポー
トから燃焼室内へ混合気が噴出されるとともに圧縮行程
後期に燃焼室内のエアが混合気供給ポートに導入される
ように構成したものである（請求項１）。

【０００６】この発明において、上記混合気供給ポート
の開口部の径をシリンダボア径の１／１０以下で１／１
５以上の範囲に設定することが好ましい（請求項２）。

【０００７】また、燃焼室に対する上記混合気供給ポー
トの開口面積を吸気ポートの総開口面積の１／５以下に
設定することが好ましい（請求項３）。

【０００８】また、上記混合気供給ポートをスロート部
での平均マッハ係数が０．４程度となるように設定し、
上記混合気供給ポートから燃焼室への混合気噴出流量が
チョークするように上記混合気供給ポート閉時期を設定
することが効果的である（請求項４）。

【０００９】具体的には、上記混合気供給ポート閉時期
をクランク角で下死点後１２０〜１４０degの範囲に設
定する（請求項５）。

【００１０】また、上記混合気供給ポート開時期の直前
の時点における混合気供給ポート内の圧力と燃焼室内の
圧力との差圧を０．３〜２．０kg／cm²の範囲に設定す
る（請求項６）。

【００１１】上記開閉弁を作動する機構としては、カム
シャフトの回転により上記混合気供給ポートの開閉弁を
開閉する動弁機構を備え、この動弁機構に油圧式ラッシ
ュアジャスタを組み込むことが好ましい（請求項７）。

【００１２】また、上記混合気供給ポートの開閉弁を、
吸気ポートを開閉する吸気弁と共通のカムシャフトを用
いた動弁機構により、一定の開閉タイミングで開閉作動
するように構成することが効果的である（請求項８）。

【００１３】あるいは、上記混合気供給ポートの開閉弁
を、排気ポートを開閉する排気弁と共通のカムシャフト
を用いた動弁機構により開閉作動するように構成すると
ともに、この動弁機構に、クランクシャフトに対するカ
ムシャフトの回転の位相を変更することにより上記開閉
弁及び上記排気弁の開閉タイミングを変更するバルブタ
イミング可変手段を設けるようにすることも効果的であ
る（請求項９）。

【００１４】

【作用】請求項１に記載の装置によると、上記混合気供
給ポートの開口期間の途中時期までの期間に、混合気供
給ポートから加圧された混合気が噴出し、この混合気が
燃焼室内のスワールの内方の点火プラグまわりに供給さ
れることにより、燃料の気化・霧化が促進されるととも
に混合気の成層化が良好に行なわれる。しかも、上記混
合気噴出のために必要な高圧のエアを圧縮行程後期の燃
焼室内から取り込むようにしていることにより、混合気
供給ポートに対する加圧エア供給のためのポンプや配管
などを必要とせず、構造が簡略化される。

【００１５】この発明において、請求項２に記載のよう
に混合気供給ポートの開口部の径を設定することによ
り、良好な成層化を行なうための混合気噴出流速、流量
の確保に有利となる。

【００１６】また、請求項３に記載のように混合気供給
ポートの開口面積と吸気ポートの総開口面積の比率を設
定することにより、吸気ポート開口面積が確保されつ
つ、混合気供給ポートからの混合気の噴出が効果的に行
なわれる。

【００１７】また、上記混合気供給ポートから燃焼室へ
の混合気噴出流速の平均マッハ係数０．４程度となるよ
うに設定することにより（請求項４）、混合気噴出流速
が高められて成層化が良好に行なわれる。

【００１８】具体的には、上記混合気供給ポート閉時期
をクランク角で下死点後１２０〜１４０degの範囲に設
定し（請求項５）、混合気供給ポート開時期の直前の時
点における混合気供給ポート内の圧力と燃焼室内の圧力
との差圧を０．３〜２．０kg／cm²の範囲に設定する
（請求項６）ことにより、上記のように混合気噴射流速
が高められ、成層化が良好に行なわれる。

【００１９】混合気供給ポートの開閉弁を開閉する動弁
機構に油圧式ラッシュアジャスタを組み込むと（請求項
７）、センター弁の閉時期にずれが防止されることによ
り、圧縮行程後期において混合気供給ポートに取り込ま
れるエアの圧力、エア導入量に大きな誤差が生じること
が避けられる。

【００２０】上記開閉弁を吸気弁と共通のカムシャフト
で開閉作動するように動弁機構を構成すると（請求項
８）、動弁機構が簡略化され、かつ、混合気供給ポート
への燃料供給部分が排気ポートから遠ざかって熱害が防
止される。

【００２１】上記開閉弁を排気弁と共通のカムシャフト
で開閉作動するように構成するとともに、このカムシャ
フトの回転の位相を変更するバルブタイミング可変手段
を設けると（請求項９）、１つのバルブタイミング可変
手段によりながら、上記開閉弁と排気弁の各開閉タイミ
ングをそれぞれ要求に適合するように運転状態に応じて
変更することが可能となる。

【００２２】

【実施例】本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

【００２３】図１において、エンジン本体１０はシリン
ダブロック１１及びシリンダヘッド１２等からなり、複
数のシリンダを備え、その各シリンダ内にはピストン１
３が昇降可能に収納され、その上方に燃焼室１４が形成
されている。この燃焼室１４内には、第１吸気ポート１
５、第２吸気ポート１６、及び２つの排気ポート１７が
開口している。図２に示すように、燃焼室１４の中心部
を境に一方の側（図１，２では右側）に上記両吸気ポー
ト１５，１６が配され、他方の側（図１，２では左側）
に上記両排気ポート１７は配されており、シリンダボア
の略中心部には点火プラグ２０が配設されている。両吸
気ポート１５，１６は、それぞれ吸気弁１８の作動によ
り開閉され、両排気ポート１７は、それぞれ排気弁１９
の作動により開閉されるようになっている。

【００２４】上記第１吸気ポート１５及び第２吸気ポー
ト１６には、吸気マニホールドに設けられた第１吸気管
２１及び第２吸気管２２がそれぞれ接続されている。上
記第２吸気ポート１６もしくはこれに通じる第２吸気管
２２にはスワールコントロール弁２３が設けられてお
り、このスワールコントロール２３は図外のアクチュエ
ータにより運転状態に応じて作動され、低回転域で閉
じ、高回転域で開かれるようになっている。上記第１吸
気ポート１５は、第２吸気ポート１６よりも水平に近い
方向から燃焼室１４に入射しており、上記スワールコン
トロール弁２３が閉じた状態で第１吸気ポート１５から
の吸気により燃焼室１４内にスワール（横スワール）が
生成されるようになっている。

【００２５】また、上記吸気ポート１５，１６とは別の
混合気供給ポート２５が、上記点火プラグ２０の近傍の
ボア中心部に開口しており、その開口方向は略シリンダ
軸線方向（図では上下方向）に設定されている。この混
合気供給ポート２５は、燃焼室１４に開口する側とは反
対側の端部が閉塞されることにより、袋状の閉空間とさ
れており、この混合気供給ポート２５の内部にインジェ
クタ２６から燃料が噴射されるようになっている。混合
気供給ポート２５はセンター弁（開閉弁）２７の作動に
より開閉されるようになっている。そして、後に詳述す
るように、センター弁２７の開弁期間中に、混合気供給
ポート２５から燃焼室１４への混合気の噴出と、圧縮行
程後期の燃焼室内のエアの取り込みとが行われるよう
に、センター弁２７の開閉タイミングが設定されてい
る。

【００２６】上記混合気供給ポート２５の開口部の径
（スロート径）Ｄｍは、シリンダボア径Ｄｓの１／１０
以下で１／１５以上の範囲に設定されている。また、混
合気供給ポート２５の開口部と吸気ポート１５，１６の
開口部との寸法比率としては、燃焼室１４に対する混合
気供給ポート２５の開口面積Ｓｍが、両吸気ポート１
５，１６の開口面積Ｓａ，Ｓｂを合わせた吸気ポート総
開口面積の１／５以下に設定されている。

【００２７】上記センター弁２７、吸気弁１８及び排気
弁１９は、カムシャフト等からなる動弁機構により、ク
ランクシャフトの回転に同期して開閉作動される。当実
施例では、上記センター弁２７が、吸気弁１８と共通の
カムシャフト３１によって作動されるようになってい
る。すなわち、シリンダヘッド上には一対のカムシャフ
ト３１，３２が配設され、その一方（図１で右側）のカ
ムシャフト３１には吸気弁用カム３３とセンター弁用カ
ム３４とが設けられ、他方（図１で左側）のカムシャフ
ト３２には排気弁用カム３５が設けられている。そし
て、上記一方のカムシャフト３１によりスイングアーム
式の吸気弁用ロッカアーム３６及びセンター弁用ロッカ
アーム３７を介して吸気弁１８及びセンター弁２７がそ
れぞれ作動され、上記他方のカムシャフト３２により排
気弁用ロッカアーム３８を介して排気弁１９が作動され
るようになっている。

【００２８】上記各ロッカアーム３６〜３８のピボット
部分には、自動的にバルブクリアランスをゼロに調整す
るＨＬＡ（油圧式ラッシュアジャスタ）３９，４０，４
１が設けられている。

【００２９】図３は、上記吸気弁18及びセンター弁27の
バルブタイミングを示したものである。図示のように、
吸気弁１８の開弁期間は、ピストン上死点手前からピス
トン下死点直後までとされている。一方、センター弁２
７は、吸気行程後半（下死点の手前）から開かれる。そ
して、センター弁２７の閉時期は、圧縮行程を初期、中
期、後期に３等分するとその後期の期間内（圧縮上死点
の手前）とされている。これにより、センター弁２７の
開弁期間（混合気供給ポートの開口期間）の前半側では
混合気供給ポート２５から燃焼室１４に混合気が噴出さ
れ、後半側では圧縮行程後期の燃焼室内の高圧エアが混
合気供給ポート２５に導入されるようになっている。

【００３０】上記センター弁２７の閉時期は、具体的に
は、クランク角で下死点後１２０〜１４０deg の範囲に
設定されている。このようなセンター弁閉時期の設定と
上記のような混合気供給ポート２５の開口部の径、面積
などの設定により、センター弁開時期直前の時点におけ
る混合気供給ポート２５内の圧力と燃焼室１４内の圧力
との差圧が０．３〜２．０kg／cm² の範囲となり、混合
気供給ポート２５はスロート部での平均マッハ係数０．
４程度となるように構成され、混合気供給ポート２５か
ら燃焼室１４への混合気噴出流量はチョークするように
なっている。

【００３１】次に、この吸気装置の作用を説明する。

【００３２】少なくとも低速低負荷領域では、上記スワ
ールコントロール弁２３が閉弁され、第１吸気ポート１
５からのみ吸気がなされ、この吸気により、吸気行程後
半から圧縮行程にわたる期間に、燃焼室１４内にスワー
ル流動が生じる。

【００３３】一方、混合気供給ポート２５では、前サイ
クルの圧縮行程で燃焼室１４から圧入されたエアにイン
ジェクタ２６から燃料が噴射されて混合気が形成され
る。そして、吸気行程後半でセンター弁２７が開弁され
た当初は、混合気供給ポート２５内の圧力と燃焼室１４
内の圧力との差圧により、上記混合気が混合気供給ポー
ト２５から燃焼室１４内に噴出される。その後、圧縮行
程が進行して燃焼室１４内の圧力が上昇すると、その中
のエアが逆に混合気供給ポート２５内に押し込まれて、
センター弁２７が閉弁した時点で閉じ込められる。とく
に、圧縮行程の後期にセンター弁２７が閉じられること
により、混合気供給ポート２５内の圧力が充分に高めら
れ、この圧力が次サイクルで混合気供給ポート２５から
混合気を噴出させる圧力となる。

【００３４】混合気供給ポート２５から噴出された混合
気は、燃焼室１４内に生成されたスワールの内方に供給
され、ボア中心部の点火プラグ２６のまわりに偏在する
ように成層化され、良好に燃焼が行われる。

【００３５】このように、吸気行程の後半以降に、シリ
ンダボアの略中心部に開口する混合気供給ポート２５か
ら加圧された混合気が供給されて、その混合気噴出の際
に燃料の気化・霧化が促進されるとともに、混合気の成
層化が良好に行われることにより、空燃比の大幅なリー
ン化が可能となる。

【００３６】このような混合気供給を良好に行わせるた
め、上記混合気供給ポート２５の開口部の径Ｄｍはシリ
ンダボア径の１／１０以下、１／１５以上の範囲とする
ことが好ましい。上記混合気供給ポート２５の開口部の
径が上記範囲より大きくなると燃料の分散や混合気噴射
流速の低下により成層化が損なわれ易くなり、上記範囲
より小さくなると必要な混合気供給量の確保が難しくな
るからである。また、混合気供給ポート２５からの混合
気噴射流速を高めるとともに吸気ポート１５，１６の必
要な開口面積を確保するため、燃焼室１４に対する混合
気供給ポート２５の開口面積は吸気ポート総開口面積の
１／５以下であることが好ましい。

【００３７】そして、このように混合気供給ポート２５
の開口部の大きさを設定し、混合気供給ポート２５のス
ロート部での平均マッハ係数が０．４程度となるように
するとともに、上記センター弁２７の閉時期をクランク
角で下死点後１２０〜１４０deg の範囲に設定すると、
混合気供給ポート２５内の圧力と燃焼室１４内の圧力と
の差圧が０．３〜２．０kg／cm² の範囲となり、混合気
供給ポート２５から燃焼室１４への混合気噴出流量はチ
ョークし、混合気噴出流速が充分に高められる。これに
より、混合気噴出の際の燃料の気化・霧化が充分に促進
され、混合気の成層化が効果的に行われる。

【００３８】当実施例と比較例とにつき、本発明者が行
った燃焼性等に関する実験の結果を図４〜図７に示す。
なお、これらの図に示す実験結果は、ボア径７８mm、ピ
ストンストローク８３．６mmのエンジンを用い、本発明
の実施例の場合は混合気供給ポートの開時期ＡＴＤＣ１
３０deg 、同閉時期をＡＢＤＣ１３０deg とし、外部か
ら加圧エアを供給する比較例の場合は混合気供給ポート
の開時期ＡＴＤＣ１３０deg 、同閉時期をＡＢＤＣ９０
deg とし、一定運転状態（Ｎ＝１５００ｒｐｍ、ＢＭＥ
Ｐ＝０．２９ＭＰａ）の下で実験を行なったものであ
る。

【００３９】図４は、燃焼室内圧力と、センター弁開弁
前の混合気供給ポート内の圧力が５０ｋＰａとなるよう
に外部から加圧エアを供給した場合の混合気供給ポート
内圧力と、圧縮行程後期の燃焼室内エアを混合気供給ポ
ートに取り込むようにした本発明の実施例による場合の
混合気供給ポート内圧力とを、吸気行程から圧縮行程に
わたって示している。この図のように、本発明の実施例
による場合、圧縮行程後期に混合気供給ポート内圧力が
高められ、その圧力がセンター弁の閉弁期間中維持され
ることにより、センター弁が開かれる吸気行程後半には
燃焼室内圧力よりも混合気供給ポート内圧力が充分に高
くなり、混合気噴出に必要な差圧が得られる。

【００４０】図５は、吸気ポートにインジェクタを設け
て燃料噴射を行った場合と、外部からの加圧エア供給に
よりセンター弁開弁前の混合気供給ポート内の圧力を５
０ｋＰａとした上で混合気供給ポートから混合気噴射を
行った場合と、圧縮行程後期の燃焼室内エアを混合気供
給ポートに取り込むようにして混合気供給ポートから混
合気噴射を行った本発明の実施例による場合とについて
それぞれ、各種空燃比における平均有効圧力変動及び質
量燃料割合９０％までの燃焼期間を示している。また、
図６は、上記各場合についてそれぞれ、各種空燃比にお
ける燃料消費率、ＨＣ排出量、ＮＯｘ排出量を示してい
る。

【００４１】図５に示すように、吸気ポートに燃料を噴
射するポート噴射の場合は、空燃比が大きくなるにつれ
て燃焼期間が長くなるとともに、空燃比が２５程度にな
れば平均有効圧力変動が急激に増加し、この程度の空燃
比が燃焼安定限界（リーン限界）となる。これに対し、
混合気供給ポートからの混合気噴射による場合、上記ポ
ート噴射と比べて燃焼期間が短く、ポート噴射の場合の
燃焼安定限界の空燃比よりもかなり大きな空燃比まで、
急速かつ安定した燃焼状態が得られる。つまり、混合気
供給ポートからの混合気噴射による成層燃焼により、リ
ーン状態での燃焼性が向上され、リーン限界が大幅に高
められる。

【００４２】また、図６に示すように、上記ポート噴射
によるとその燃焼安定限界（Ａ／Ｆ＝２５）付近の空燃
比で燃焼性の悪化により燃費及びＨＣが急増するが、混
合気供給ポートからの混合気噴射による場合はより大き
な空燃比（３５程度）まで燃費が低減され、かつＨＣの
増加が抑制される。また、混合気供給ポートからの混合
気噴射による場合、リーン領域での燃焼性が高められる
ことから、ＮＯｘ排出量は空燃比１８付近で最大とな
り、これよりリーン側でのＮＯｘ排出量の減少はポート
噴射の場合と比べて緩やかになるが、空燃比を大きくす
ることでＮＯｘ排出量は充分に抑制される。

【００４３】このように、本発明の実施例による場合や
外部から加圧エアを供給しつつ混合気供給ポートから混
合気噴射を行った場合は、リーン限界が高められ、リー
ン領域での燃焼性、燃費、エミッションが向上される。

【００４４】しかも、本発明では、上記混合気噴出のた
めに必要な高圧のエアを圧縮行程後期の燃焼室１４内か
ら取り込むようにしているため、混合気供給ポートに対
する加圧エア供給のためのポンプや配管などを必要とせ
ず、簡単な構造で良好な成層燃焼を行うことができる。

【００４５】なお、上記実施例では、混合気供給ポート
２５のセンター弁２７を駆動する動弁機構にＨＬＡ４０
が設けられていることにより、圧縮行程後期における混
合気供給ポート２５へのエア導入が精度良く行なわれ
る。つまり、圧縮行程後期には燃焼室１４内の圧力が急
激に変化するため、センター弁２７の閉時期にずれが生
じると混合気供給ポート２５へのエア導入量が大きく変
化するが、ＨＬＡ４０を設けておけばセンター弁２７の
閉時期のずれが防止され、混合気供給ポート２５へのエ
ア導入量に大きな誤差が生じることが避けられる。

【００４６】また、混合気供給ポート２５のセンター弁
２７が、吸気ポート１５，１６を開閉する吸気弁１８と
共通のカムシャフト３１で作動されることにより、セン
ター弁作動用のカムシャフトを別個に設けるような場合
と比べて動弁機構が簡略化され、かつ、混合気供給ポー
ト２５及びインジェクタ２７が排気ポート１７から遠ざ
かるため熱害が確実に防止される。

【００４７】図７は本発明の別の実施例を示す。この実
施例でも、吸気ポート１５，１６、排気ポート１７、混
合気供給ポート２５等の構成は図１に示した実施例と同
様であるが、上記混合気供給ポート２５のセンター弁２
７が排気弁１９と共通のカムシャフト５２を用いた動弁
機構により作動されるとともに、この動弁機構にバルブ
タイミング可変手段６０が設けられている。

【００４８】すなわち、シリンダヘッド１２上には一対
のカムシャフト５１，５２が配設され、その一方のカム
シャフト５１には吸気弁用カム５３が設けられ、他方の
カムシャフト５２にはセンター弁用カム５４と排気弁用
カム５５とが設けられている。そして、上記一方のカム
シャフト５１により吸気弁用ロッカアーム５６を介して
吸気弁１８が作動されるとともに、上記他方のカムシャ
フト５２によりセンター弁用ロッカアーム５７及び排気
弁用ロッカアーム５８を介してセンター弁２７及び排気
弁１９が作動されるようになっている。

【００４９】また、上記バルブタイミング可変手段６０
は、クランクシャフトに対するカムシャフト５２の回転
の位相を変更することにより、上記センター弁２７及び
排気弁１９の開閉タイミングを変更するようになってい
る。そして、上記バルブタイミング可変手段６０が運転
状態に応じて制御されることにより、上記センター弁２
７及び排気弁１９の開閉タイミングが低速時には図８中
の実線、低速時には図８中の二点鎖線のように変更さ
れ、つまり高速時は低速時よりも開閉タイミングが早め
られるようになっている。

【００５０】この実施例によると、１つのバルブタイミ
ング可変手段６０によりながら、センター弁２７と排気
弁１９の各開閉タイミングをそれぞれ要求に適合するよ
うに運転状態に応じて変更することができる。つまり、
高出力が必要な高速高負荷時には混合気供給ポート２５
から噴出される混合気の成層化を弱めて混合気を分散さ
せるべく、センター弁２７の開閉タイミングを早めるこ
とが望ましい。また、高速時における排気行程でのポン
ピングロスを低減するため、排気弁１９の開閉タイミン
グは高速時に早めることが望ましい。このようにセンタ
ー弁２７及び排気弁１９はともに高速時に開閉タイミン
グを早めるようにすればよいため、これらの弁１９，２
７を共通のカムシャフト５５で作動するようにして、こ
のカムシャフト５５に対してバルブタイミング可変手段
６０を設けることにより、簡単な構造によりながらこれ
らの弁１９，２７の開閉タイミングの制御を適切に行な
うことができる。

【００５１】

【発明の効果】以上のように本発明は、シリンダボアの
略中心部における点火プラグの近傍に開口する混合気供
給ポートを袋状の閉空間とするとともに、混合気供給ポ
ートの閉時期を圧縮行程の後期に設定しているため、混
合気供給ポートの開口期間の途中時期までの期間に混合
気供給ポートから混合気を噴出させて混合気を成層化
し、リーン状態での燃焼性を向上することができる。し
かも、上記混合気噴出のために必要な高圧のエアを圧縮
行程後期の燃焼室内から取り込むことができ、混合気供
給ポートに対する加圧エア供給のためのポンプや配管な
どを必要とせず、構造を簡略化することができる。

【００５２】とくに、混合気供給ポートの開口部の径を
シリンダボア径の１／１０以下で１／１５以上の範囲に
設定し、燃焼室に対する上記混合気供給ポートの開口面
積を吸気ポートの総開口面積の１／５以下に設定すれ
ば、圧縮行程後期の燃焼室内から取り込んだエアの圧力
による混合気供給ポートからの混合気の噴射を効果的に
行なわせることができる。

【００５３】また、上記混合気供給ポートをスロート部
での平均マッハ係数が０．４程度となるように設定する
とともに、混合気供給ポートから燃焼室への混合気噴出
流量がチョークするように混合気供給ポート閉時期を設
定し、具体的には、上記混合気供給ポート閉時期をクラ
ンク角で下死点後１２０〜１４０deg の範囲に設定する
ことにより、混合気供給ポートからの混合気噴出流速を
高めて気化・霧化を促進するとともに良好に成層化を行
なうことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例による吸気装置を備えたエン
ジンの断面図である。

【図２】上記エンジンにおける各ポートの配置等を示す
模式平面図である。

【図３】上記エンジンにおける吸気弁及びセンター弁の
開閉タイミングを示す図である。

【図４】上記エンジンにおける燃焼室内圧力及び混合気
供給ポート内圧力を示すグラフである。

【図５】空燃比と平均有効圧力変動及び質量燃焼割合９
０％までの燃焼期間との関係を示すグラフである。

【図６】空燃比と燃料消費率、ＨＣ排出量、ＮＯｘ排出
量との関係を示すグラフである。

【図７】本発明の別の実施例を示すエンジンの断面図で
ある。

【図８】図７に示す実施例による場合の排気弁、吸気弁
及びセンター弁の開閉タイミングを示す図である。

【符号の説明】

１０エンジン本体１４燃焼室１５，１６吸気ポート１７排気ポート１８吸気弁１９排気弁２０点火プラグ２３スワールコントロール弁２５混合気供給ポート２７センター弁３１，３２，５１，５２カムシャフト６０バルブタイミング可変手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｆ０２Ｄ 13/02 ＪＦ０２Ｍ 69/04 Ｒ (72)発明者松本正和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】吸気ポートとは別に、加圧状態の混合気
を燃焼室に供給する混合気供給ポートを備え、この混合
気供給ポートをシリンダボアの略中心部における点火プ
ラグの近傍の位置で燃焼室に開口させ、かつ、その開口
方向を略シリンダ軸線方向に設定する一方、吸気ポート
からの吸気によって燃焼室内にスワールを生成させるよ
うにするとともに、上記混合気供給ポートを開閉する開
閉弁を吸気行程後半に開かせるようにしたエンジンの吸
気装置において、上記混合気供給ポートを袋状の閉空間
とし、上記開閉弁による混合気供給ポートの閉時期を、
圧縮行程の初期、中期、後期のうちの後期に設定するこ
とにより、上記混合気供給ポートの開口期間においてそ
の途中時期までの期間に混合気供給ポートから燃焼室内
へ混合気が噴出されるとともに圧縮行程後期に燃焼室内
のエアが混合気供給ポートに導入されるように構成した
ことを特徴とするエンジンの吸気装置。
【請求項２】上記混合気供給ポートの開口部の径をシ
リンダボア径の１／１０以下で１／１５以上の範囲に設
定したことを特徴とする請求項１記載のエンジンの吸気
装置。
【請求項３】燃焼室に対する上記混合気供給ポートの
開口面積を吸気ポートの総開口面積の１／５以下に設定
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。
【請求項４】上記混合気供給ポートをスロート部での
平均マッハ係数が０．４程度となるように設定し、上記
混合気供給ポートから燃焼室への混合気噴出流量がチョ
ークするように上記混合気供給ポート閉時期を設定した
ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の
エンジンの吸気装置。
【請求項５】上記混合気供給ポート閉時期をクランク
角で下死点後１２０〜１４０degの範囲に設定したこと
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。
【請求項６】上記混合気供給ポート開時期の直前の時
点における混合気供給ポート内の圧力と燃焼室内の圧力
との差圧を０．３〜２．０kg／cm²の範囲に設定したこ
とを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のエン
ジンの吸気装置。
【請求項７】カムシャフトの回転により上記混合気供
給ポートの開閉弁を開閉する動弁機構を備え、この動弁
機構に油圧式ラッシュアジャスタを組み込んだことを特
徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載のエンジンの
吸気装置。
【請求項８】上記混合気供給ポートの開閉弁を、吸気
ポートを開閉する吸気弁と共通のカムシャフトを用いた
動弁機構により、一定の開閉タイミングで開閉作動する
ように構成したことを特徴とする請求項１乃至７のいず
れかに記載のエンジンの吸気装置。
【請求項９】上記混合気供給ポートの開閉弁を、排気
ポートを開閉する排気弁と共通のカムシャフトを用いた
動弁機構により開閉作動するように構成するとともに、
この動弁機構に、クランクシャフトに対するカムシャフ
トの回転の位相を変更することにより上記開閉弁及び上
記排気弁の開閉タイミングを変更するバルブタイミング
可変手段を設けたことを特徴とする請求項１乃至７のい
ずれかに記載のエンジンの吸気装置。