JPH10299497A - エンジンの吸気装置 - Google Patents

エンジンの吸気装置

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JPH10299497A
JPH10299497A JP11160897A JP11160897A JPH10299497A JP H10299497 A JPH10299497 A JP H10299497A JP 11160897 A JP11160897 A JP 11160897A JP 11160897 A JP11160897 A JP 11160897A JP H10299497 A JPH10299497 A JP H10299497A
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swirl
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combustion chamber
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秀俊 工藤
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明 陰山
Takehiko Yasuoka
剛彦 安岡
Toru Shiraishi
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 一対の吸気ポートの下方にインジェクタを配
置する構造において、インジェクタを吸気ポートに近接
させてコンパクトにレイアウトすることができるととも
に、斜めスワールを生成することができる吸気ポート形
状を提供する。 【解決手段】 一対の吸気ポート7A,7Bのスロート
部を横断面円形とするとともに、その上流において上記
吸気ポート7A,7Bの横断面形状を、上辺部74と外
側辺部75と内側から下側にかけての斜辺部76とを有
して、円形断面と比べて横方向中心線Lxより上側及び
縦方向中心線Lyより外側で断面積が増大した概略三角
形状とし、上記一対の吸気ポート7A,7Bの間の下側
にインジェクタを配置する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、一対の吸気ポート
を有するとともにポート近傍にインジェクタが配置され
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、下流端が燃焼室に開口する一対の
吸気ポートをシリンダヘッドに形成するとともに、その
吸気ポートの下方にインジェクタを配置するようにした
エンジンの吸気装置は知られている。例えば特開平7−
286520号公報に示されている筒内噴射式のエンジ
ンでは、吸気ポートの下方に配置したインジェクタの噴
射口を燃焼室の周縁部に臨ませ、このインジェクタから
燃焼室内に直接燃料を噴射するようにしている。この種
のエンジンでは、上記インジェクタから圧縮行程で燃料
が噴射されると、ピストン頂部で反射された燃料が点火
プラグ周りに送られることで成層燃焼が行なわれ、ま
た、吸気行程で燃料が噴射されると、混合気が燃焼室全
体に拡散されて均一燃焼が行なわれる。
【0003】そこで、運転状態に応じて燃料噴射形態を
変更し、例えば低負荷低回転領域では圧縮行程噴射によ
り成層燃焼状態とする一方、高負荷領域や高回転領域で
は吸気行程噴射により均一燃焼状態とするというような
制御が行なわれている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記のように一対の吸
気ポートの下方にインジェクタを配置しようとする場
合、一般的な吸気ポート形状ではシリンダヘッドにおけ
る吸気ポートの下方にスペース的余裕が少ないためイン
ジェクタを吸気ポートと干渉しないように配置すること
が難しいといった問題がある。また、後に詳述するよう
に成層燃焼時やリーン空燃比での均一燃焼時等に、スワ
ール成分とタンブル成分とを含む斜めスワールを生成す
ることが燃焼性向上等に有利となるが、上記公報に示さ
れているような従来のこの種の装置の吸気ポート構造は
斜めスワールの生成に適する構造にはなっていない。
【0005】なお、実用新案登録第2524124号の
登録公報には、シリンダヘッドに形成される吸気ポート
をその途中から分岐壁を介して分岐させ、その分岐した
ポートの下流端を燃焼室に開口させるとともに、分岐し
たポートの横断面形状を、分岐壁を一辺とし、かつ通路
軸線より湾曲の遠心側を横幅方向に拡大し、求心側を横
幅方向に縮小した略三角形状に形成した構造が示されて
いる。しかし、この構造は、吸気ポートが途中から分岐
する構造を前提として分岐した部分の流通抵抗の軽減を
図っているものであり、上記のようなインジェクタの配
置や斜めスワールの生成に有効なものではない。
【0006】本発明は、上記の事情に鑑み、一対の吸気
ポートの下方にインジェクタを配置する構造において、
インジェクタを吸気ポートに近接させてコンパクトにレ
イアウトすることができるとともに、斜めスワールを生
成することができ、スワール成分及びタンブル成分を強
化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。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、上流側がシリンダヘッドの上方側部に位
置し、下流側が燃焼室に向かって延び、シリンダ軸心に
対して横方向からシリンダ軸心方向へ湾曲して、下流端
がシリンダヘッド下面側の燃焼室天井部分に開口する一
対の互いに独立した吸気ポートを備えているエンジンの
吸気装置において、上記一対の吸気ポートのスロート部
を横断面円形とするとともに、その上流において上記吸
気ポートの横断面形状を、シリンダヘッド下面から遠い
側に位置する上辺部と、吸気ポート間側とは反対側に位
置する外側辺部と、吸気ポート間側である内側から下側
にかけての斜辺部とを有して、円形断面と比べ、横方向
中心線より上側及び縦方向中心線より外側で断面積が増
大した概略三角形状とし、上記一対の吸気ポートの間の
下側にインジェクタを配置したものである。
【0008】この構成によると、上記吸気ポートの横断
面において横方向中心線より上側と縦方向中心線より外
側とで断面積が増大していることにより、タンブル成分
及びスワール成分を強化し得、斜めスワールの生成に有
利となる。また、内側から下側にかけて斜辺部となって
いることにより、両吸気ポート間の下方にインジェクタ
配置スペースが確保され、インジェクタを吸気ポートに
近接せて配置することが可能となる。
【0009】この装置において、上記吸気ポートのスロ
ート部より上流側に、シリンダ軸心と直交する方向に対
するポート軸心の傾斜角度が最も小さい区間を設定し、
この区間内の吸気ポート上壁に吸気弁のバルブガイドを
設けるとともに、この区間内で吸気ポートの横断面を概
略三角形状から円形に次第に変化させるように形成する
ことが好ましい。
【0010】この構造によると、吸気ポートに対してイ
ンジェクタ及びバルブガイドをコンパクトにレイアウト
することができるとともに、タンブル成分及びスワール
成分が得られつつ吸気流がスムーズに燃焼室に導入され
る。
【0011】上流側における吸気ポートの横断面形状
は、詳しくは上記上辺部と上記斜辺部との間に短い内側
辺部を有するとともに上記外側辺部と上記斜辺部との間
に短い下辺部を有する略五角形状としておけばよい。
【0012】また、燃焼室をペントルーフ型とし、この
燃焼室の周縁に上記インジェクタを位置させて、インジ
ェクタから燃焼室に直接燃料を噴射するようにしておけ
ばよい。
【0013】このようにすると、燃焼室等の構造を簡単
に保ちつつ、吸気ポート及びインジェクタを合理的にレ
イアウトすることができる。
【0014】また、一方の吸気ポートに対する吸気の流
通を制御する制御弁を設け、少なくともこの制御弁が非
全開状態のときにスワール成分とタンブル成分の両方を
含む斜めスワールが生成されるようにしておくことが好
ましい。
【0015】このようにすると、制御弁の制御によって
斜めスワールをコントロールすることができる。
【0016】この場合に、上記一対の吸気ポートを互い
に対称となる形状に形成することにより、上記制御弁が
全開されたときにスワール成分が打ち消されて、タンブ
ルのみが生成されるようにしておけば、運転状態に応じ
て斜めスワールが生成される状態とタンブルのみが生成
される状態とに変更することができる。
【0017】また、上記制御弁が全閉のときにもタンブ
ル比がスワール比より大きくなるようにしておけば、斜
めスワールの生成が効果的に行なわれる。
【0018】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面に基づ
いて説明する。図1及び図2は筒内噴射型火花点火式エ
ンジンの構造の一例を示している。これらの図におい
て、1はエンジン本体であって、シリンダブロック2及
びシリンダヘッド3等からなり、複数のシリンダを備え
ており、その各シリンダにはピストン4が嵌挿され、こ
のピストン4の頂面とシリンダヘッド3の下面との間に
燃焼室5が形成されている。上記ピストン4の頂部には
キャビティ6が設けられている。
【0019】上記シリンダヘッド3には、燃焼室5に開
口する2つの吸気ポート7A,7Bと、2つの排気ポー
ト8A,8Bとが形成されるとともに、上記両吸気ポー
ト7A,7Bをそれぞれ開閉する2つの吸気弁9と、上
記両排気ポート8A,8Bをそれぞれ開閉する2つの排
気弁10と、点火プラグ11と、インジェクタ12とが
取付けられている。上記インジェクタ12は燃焼室5の
周縁部に配置され、この位置から燃焼室5内に直接燃料
を噴射するようになっている。また、上記点火プラグ1
1は燃焼室5の中央部に配置されている。
【0020】これらの構造を具体的に説明すると、上記
シリンダヘッド3の下面により構成される燃焼室5の天
井部分はペントルーフ型となっており、上記ピストン4
の頂部も上記天井部分に対応して中央部が隆起したペン
トルーフ形状とされている。また、上記キャビティ6
は、図3及び図4にも示すように、ピストン4の頂部を
部分的に凹陥させてなるもので、インジェクタ12側に
オフセットした位置に設けられている。つまり、ピスト
ン4の頂部においてインジェクタ12側の周縁付近から
中央部付近にわたる範囲内でキャビティ6が形成され、
このキャビティ6の周縁部のうちのピストン中央部側の
部分と点火プラグ11とが対応するような位置関係にな
っている。
【0021】上記吸気ポート7A,7Bは互いに独立に
形成されており、その縦断面(軸線に沿った断面)の形
状としては図1に示すように、上流側がシリンダヘッド
3の上方側部に位置し、下流側が燃焼室5に向かって延
び、シリンダ軸心に対して横方向からシリンダ軸心方向
へ湾曲して、下流端がシリンダヘッド下面側の燃焼室天
井部分に開口している。吸気ポート7A,7Bの縦断面
形状をより詳しく説明すると、上流端から所定範囲の部
分71が斜め下方に直線状に延び、その斜め方向直線状
部分71の下流側に、水平方向(シリンダ軸心と直交す
る方向)に対する傾斜が最も緩やかになった区間72を
有し、この緩傾斜区間72より下流側の部分73(下流
端近傍のスロート部から下流端までの部分)は水平方向
に対する傾斜角度が次第に大きくなり、その下流端がペ
ントルーフ型の燃焼室天井部分に開口している。
【0022】上記両吸気ポート7A,7Bの横断面(軸
線の直交する断面)の形状は、互いに対称であって、上
記斜め方向直線状部分71で図5に示すような異形断面
形状となっている。すなわち、図5において、両吸気ポ
ート7A,7Bの横断面形状は、シリンダヘッド下面か
ら遠い側に位置する上辺部74と、吸気ポート間側とは
反対側に位置する外側辺部75と、吸気ポート間側であ
る内側から下側にかけての斜辺部76とを有する概略三
角形状とされ、当実施形態では上記上辺部74、外側辺
部75及び斜辺部76に加えて上辺部74と斜辺部76
との間の短い内側辺部77及び外側辺部75と斜辺部7
6との間の短い下辺部78を有する略五角形状とされて
いる。
【0023】そして、吸気ポート7A,7Bの横方向の
最大幅の中心で、かつ、縦方向の最大幅の中心となる位
置を軸心Oとし、この軸心Oを通って互いに直交する横
方向及び縦方向の2直線をそれぞれの方向の中心線L
x,Lyと呼び、吸気ポート7A,7Bの横方向または
縦方向の最大幅に相当する径の円を基準円C(吸気ポー
トが円形断面の場合の横断面形状に相当)と呼ぶと、ポ
ート断面は上記基準円Cと比べ、横方向中心線Lxより
上側及び縦方向中心線Lyより外側で断面積が増大して
いる。つまり、上辺部74及び外側辺部75はそれぞれ
中心線の両側の部分が基準円Cよりも径方向外方に拡張
されている。また、上記斜辺部76は基準円Cよりも軸
心O側に入り込んでいる。
【0024】ポート形状の説明図である図6にも示すよ
うに、上記斜め方向直線状部分71では概略三角形状で
一定断面とされ、一方、吸気ポート下流側のスロート部
から燃焼室5への開口部にわたる部分73では吸気弁形
状に対応する円形断面とされ、その間の上記緩傾斜区間
72で異形断面から円形断面へ断面形状が次第に変化す
るように形成されている。
【0025】上記インジェクタ12は、燃焼室周縁部か
ら燃焼室5内の斜め下方に向けて燃料を噴射するように
傾斜した状態で、両吸気ポート7A,7Bの間の下方に
設けられたインジェクタ取付孔13に取付けられてい
る。
【0026】また、吸気ポート7A,7Bの緩傾斜区間
72の上部壁には、吸気弁9の弁軸を摺動自在に支持す
るバルブガイド14が設けられている。
【0027】上記エンジン本体1の一側部には吸気マニ
ホールド15が連結され、この吸気マニホールド15に
は、サージタンク16の下流にシリンダ別の分岐管17
が設けられるとともに、その分岐管17に、上記両吸気
ポート7A,7Bに通じる一対の吸気通路17A,17
Bが形成されている。また、一方の吸気ポート7Aに対
する吸気の流通を制御する制御弁18が、この吸気ポー
ト7Aに通じる吸気通路17Aに設けられている。この
制御弁18はステップモータ等のアクチュエータ19に
より作動されるようになっている。
【0028】上記両吸気ポート7A,7Bと制御弁18
とにより、スワール成分とタンブル成分とを有する斜め
スワールの生成が可能で、かつ、上記スワール成分及び
タンブル成分の調節が可能な吸気系が構成されている。
【0029】すなわち、上記制御弁18が全閉もしくは
部分開(全開と全閉との間の開度)とされることによっ
て一方の吸気ポート7Aの吸気流通が制限された状態で
は他方の吸気ポート7Bに多く流れる吸気によって燃焼
室5内にスワール成分(渦流の水平方向成分)を有する
渦流が生成される。また、吸気ポート7A,7Bは斜め
方向直線状部分71及び下流端側の部分73が比較的大
きな傾斜角を有し、かつ、緩傾斜区間72が比較的短く
されることにより、吸気ポート7A,7Bから燃焼室5
に流入する吸気流がタンブル成分(渦流の垂直方向成
分)を含むように形成されている。従って、制御弁が非
全開状態(全閉もしくは部分開の状態)のときは上記ス
ワール成分とタンブル成分との両方が得られ、図7に示
すような斜めスワールSが燃焼室5内に生成される。
【0030】そして、上記スワール成分は制御弁18が
全閉状態のときに最も強くなるが、好ましくはこのとき
にもタンブル比がスワール比以上となって、水平面(シ
リンダボア中心線と直交する面)に対する傾斜角θが4
5°以上の斜めスワールが生成されるように吸気ポート
形状が設定されている。また、上記制御弁18が全閉か
ら開かれていくとその開度が大きくなるにつれて両吸気
ポート7A,7Bからの気流の衝突によりスワール成分
が弱くなり、制御弁18が全開のときにスワール成分が
略0となるが、このときにもタンブル成分は残されるよ
うになっている。
【0031】上記インジェクタ12からの燃料噴射は図
外のECU(コントロールユニット)によりエンジンの
運転状態に応じて制御される。つまり、エンジン負荷等
に応じて燃料噴射量が制御されるとともに、点火プラグ
11周りに混合気を偏在させる成層燃焼状態とすべく圧
縮行程で燃料を噴射する圧縮行程噴射と、燃焼室全体に
混合気を拡散させる均一燃焼状態とすべく吸気行程で燃
料を噴射する吸気行程噴射とに、インジェクタ12から
の燃料噴射の形態が変更される。また、上記制御弁18
及び図外のエレキスロットル(電気的なアクチュエータ
で作動されるスロットル弁)等の吸入空気量調節手段も
上記ECUにより運転状態に応じて制御されるようにな
っている。
【0032】図8は横軸をエンジン回転数、縦軸をエン
ジン負荷(例えば平均有効圧力Pe)として、燃料噴射
形態及び空燃比の制御マップを示している。この図にお
いて、所定負荷以下かつ所定回転数以下の領域が成層燃
焼領域Aとされ、この領域Aで圧縮行程噴射が行なわれ
るとともに空燃比が例えばA/F=40程度というよう
に理論空燃比より大幅にリーンとされる。一方、所定負
荷より高負荷側と所定回転数より高回転側とにわたる領
域が均一燃焼領域Bとされ、この領域Bで吸気行程噴射
が行なわれる。この均一燃焼領域Bのうちで低負荷低回
転側の、成層燃焼領域Aに近い領域B1では、空燃比が
理論空燃比よりリーン(λ>1)とされ、例えばA/F
=20程度とされる。また、均一燃焼領域Bのうちでも
とくに高負荷側及び高回転側の領域B2では、空燃比が
理論空燃比もしくはこれよりリッチ(λ≦1)とされ、
例えばA/F=13〜14.7とされる。
【0033】また、吸気流動の制御としては、成層燃焼
領域Aからリーン空燃比の均一燃焼領域B1にかけて上
記斜めスワールが生成される。そして、少なくともリー
ン空燃比の均一燃焼領域B1で、スワールの傾斜角度θ
がインジェクタ12の設置角αよりも大きくされる。な
お、インジェクタ12の設置角度は35°±5°とされ
る。
【0034】当実施形態では、制御弁18が全閉状態の
ときにもタンブル比がスワール比よりも大きくなって斜
めスワールの傾斜角度θが45°以上となるように吸気
ポート形状が設定された上で、図9及び図10のように
運転状態に応じて制御弁18が制御される。
【0035】すなわち、図9は上記各運転領域でのエン
ジン負荷に応じた吸気流動制御の特性を示している。こ
の図のように、成層燃焼領域Aでは、上記制御弁18が
部分開とされるとともに、低負荷側で制御弁18の開度
が比較的大きくされ、負荷が高くなるにつれ、適度に混
合気を拡散させるべく、制御弁18の開度が小さくされ
ることでスワール比SRi及びタンブル比TRiが大き
くされる。均一燃焼領域Bのうちでリーン空燃比とされ
る領域B1では、制御弁18が全閉とされることによ
り、スワール比SRi及びタンブル比TRiが最も大き
くされる。また、均一燃焼領域Bのうちで空燃比がリッ
チとされる領域B2では、制御弁18が全開とされるこ
とにより、スワール比SRiが0とされる。
【0036】図10は上記各運転領域でのエンジン回転
数に応じた吸気流動制御の特性の一例を示している。こ
の図のように、成層燃焼領域Aでは、上記制御弁18が
部分開とされるとともに、エンジン回転数が高くなるに
つれ、吸気流速そのものが早くなる傾向に対する調整の
ため、制御弁18の開度が大きくされることでスワール
比SRi及びタンブル比TRiが小さくされる。均一燃
焼領域Bのうちの領域B1で制御弁が全閉、領域B2で
制御弁が全開とされるのは、負荷に応じた制御の場合
(図9)と同様である。
【0037】ここで、タンブル比及びスワール比の定義
とその測定の方法を、図11及び図12を参照しつつ説
明する。
【0038】上記タンブル比とは、吸気流縦方向角速度
をバルブリフト毎に測定して積分した値を、エンジン角
速度で除した値であり、その吸気流縦方向角速度は図1
1に示す計測装置を用いた測定に基づいて求められる。
すなわち、同図に示す装置は、シリンダヘッド3を横向
きに設置した状態で、測定のための吸気供給装置31を
シリンダヘッド3の吸気ポートに接続する一方、シリン
ダヘッド3の燃焼室側に、短い接続部を介してタンブル
測定用チューブ32を接続し、そのチューブ32に一端
に、ハニカム状ロータ33を有するインパルスメータ3
4を接続し、チューブ32に一端にダミーハニカム状ロ
ータ35を接続してなる。
【0039】そしてこの装置により、吸気供給に応じて
上記チューブ32内に生じるタンブル(矢印)により上
記ハニカム状ロータ33に作用するトルクをインパルス
メータ34で計測し、それに基づいて吸気流縦方向角速
度を求める。なお、この装置において、計測の安定性及
び精度を確保するため、チューブ径をシリンダボア系と
同一とするとともに、チューブ長さはチューブ径に対し
て充分に大きくし、例えばチューブ径の10倍程度とす
る。
【0040】また、上記スワール比とは、吸気流横方向
角速度をバルブリフト毎に測定して積分した値を、エン
ジン角速度で除した値であり、その吸気流横方向角速度
は図12に示す計測装置を用いた測定に基づいて求めら
れる。すなわち、同図に示す装置は、基台にシリンダヘ
ッド3を上下反転して設置して、吸気ポートを図外の吸
気供給装置接続する一方、そのシリンダヘッド3上にシ
リンダ36を設置するとともに、その上端にハニカム状
ロータ37を有するインパルスメータ38を接続してな
り、シリンダヘッド3とシリンダブロックとの合わせ面
から1.75D(Dはシリンダボア径)の位置にインパ
ルスメータ34の下面を位置させている。
【0041】そしてこの装置により、吸気供給に応じて
上記シリンダ36内に生じるスワール(矢印)によりハ
ニカム状ロータ37に作用するトルクをインパルスメー
タ38で計測し、それに基づいて吸気流横方向角速度を
求める。
【0042】次に、当実施形態のエンジンの吸気装置の
作用を説明する。
【0043】低負荷低回転側の成層燃焼領域では、燃焼
室5の周縁に配置されたインジェクタ12から圧縮行程
で燃料が噴射されて、点火プラグ11周りに混合気が偏
在するように成層化されることにより、空燃比が大幅に
リーンな状態で着火、燃焼が可能となる。また、高負荷
側の領域や高回転側の領域は均一燃焼領域Bとされ、こ
の領域Bでは吸気行程で燃料が噴射されて燃焼室全体に
混合気が拡散されるが、この均一燃焼領域Bのうちの低
負荷側や低回転側の領域B1では空燃比がリーンとされ
ることにより、この領域B1でも燃費改善が図られる。
【0044】このように運転状態に応じて燃焼の形態や
空燃比が変えられるが、これ対応して、成層燃焼領域A
からリーン空燃比の均一燃焼領域B1にかけて斜めスワ
ールが生成されるように吸気流動状態が調節されること
により、成層燃焼及びリーン空燃比で均一燃焼に対して
それぞれ燃焼性を向上する作用が得られる。
【0045】このような作用を具体的に説明すると、先
ず成層燃焼時に、圧縮行程途中まではタンブル成分を含
む斜めスワールが維持されて、インジェクタ12から斜
めに噴射された燃料の方向が上記斜めスワールのタンブ
ル成分によって下方に向けられるため、噴射燃料の多く
が上記キャビティ6内に入り、キャビティ6による燃料
のトラップ性が高められる。
【0046】この場合、タンブルだけでは燃料のトラッ
プ性は高められるものの混合気をキャビティから点火プ
ラグ周りに向かわせる混合気輸送作用が充分に得られ
ず、点火プラグ周りの混合気の空燃比にバラツキが生じ
易い。これに対し、当実施形態の構造によると、噴霧が
キャビティ6内にトラップされた後においてピストン4
がさらに上死点に近づく圧縮行程後期に、上記斜めスワ
ールのうちのタンブル成分がピストン4頂部のキャビテ
ィ外の隆起部により崩壊されて主にスワール成分が残る
状態となり、このスワール成分で混合気がキャビティ6
の周縁に沿って燃焼室中央側に流されつつ、上方へ舞い
上がることにより、点火プラグ11周りへの混合気の輸
送性も良好となる。
【0047】さらに成層燃焼領域では、図9のように負
荷が高くなるにつれてスワール及びタンブルが強められ
るように制御弁18が調節されることにより、成層燃焼
領域Aのうちで比較的燃料噴射量が多い中負荷域では適
度に混合気が拡散され、点火プラグ11周りの混合気の
空燃比が適正に保たれ、燃焼性が向上される。つまり、
タンブルのみが生成される吸気系による場合と斜めスワ
ールが生成される当実施形態による場合とにつき、成層
燃焼領域での燃費率beを比較すると、図13のよう
に、タンブルのみが生成される場合はこれが圧縮行程後
期に減衰、崩壊されて、燃料噴射量が多くなっても混合
気の拡散が図れないため、成層燃焼領域内のうちの高負
荷側の領域である中負荷域で燃費が悪化する(破線)の
対し、斜めスワールが生成される場合は上記のように適
度の拡散作用が得られるため上記中負荷域での燃費が改
善される(実線)。
【0048】また、リーン空燃比での均一燃焼時は、上
記制御弁18が全閉とされることでスワール成分及びタ
ンブル成分が強められ、かつ、この状態でタンブル成分
がスワール成分よりも強くて傾斜角度θの大きい斜めス
ワールが生成されることにより、良好な成層燃焼状態が
得られる。すなわち、燃焼室の周縁部に配置されるイン
ジェクタ12は吸気ポート7A,7Bとの干渉防止等の
制約から設置角度が比較的小さく、この設置角度に対応
した方向に燃料が噴射されるので、燃焼室5内の気流が
弱いと噴射燃料がインジェクタ12に対向する側のシリ
ンダ壁面に付着し易くなるが、上記のように斜めスワー
ルが生成され、とくにインジェクタ12の噴射方向より
も燃焼室下方側に向いた方向に斜めスワールが生成され
ることにより、インジェクタ12から噴射された燃料が
上記斜めスワールにより下方に向けられて、シリンダ壁
面への付着が防止されつつ、燃焼室5全体に拡散され、
燃焼性が向上される。
【0049】ここで、リーン空燃比での均一燃焼時の渦
強さと燃焼期間との関係を、スワール傾斜角度θを種々
変えた場合について、図14に示す。この図のようにス
ワール傾斜角度θが小さい場合(θ=12°の場合やθ
=38°の場合)、混合気が燃焼室周辺に偏在する逆成
層状態となって混合気が均一に拡散し難くなり、このよ
うな混合気分布状態の悪化がスワールの燃焼促進作用を
妨げるため、渦強さを大きくしても燃焼期間はあまり短
縮されない。これに対し、スワール傾斜角度θを大きく
した場合(図示の例ではθ=52°の場合)は、上記の
ような逆成層が防止されて燃焼室5全体に混合気が均一
に拡散されるため、この拡散性の向上とスワールによる
乱流強化との相乗作用により、渦強さが大きくなるにつ
れて燃焼が促進されて大幅に燃焼期間が短縮される。
【0050】このようなリーン空燃比での均一燃焼時の
燃焼促進作用は、タンブル比をスワール比よりも大きく
して、スワール傾斜角度θが45°以上の斜めスワール
を生成することにより有効に得られる。
【0051】また、均一燃焼のうちで空燃比がリッチ
(λ≦1)とされる高負荷、高回転の領域では、制御弁
が全開とされることで吸気ポート開口面積が大きされる
とともにスワール成分が打ち消されるが、この状態でも
タンブル成分が残されることにより混合気の拡散及び燃
焼が良好に行なわれる。
【0052】ところで、当実施形態の吸気装置では、前
述のように、図1に示すような吸気ポート7A,7Bの
縦断面形状によってタンブル成分が得られるとともに、
一対の吸気ポート7A,7Bのうちの一方の吸気流通を
制御弁18によって制御することによりスワール成分が
得られ、そのタンブル成分とスワール成分とで斜めスワ
ールが生成される。
【0053】とくに、図5に示すように、両吸気ポート
7A,7Bは途中箇所の横断面において横方向中心線L
xより上側で断面積が増大していることにより、吸気ポ
ートの上側を空気が多くながれてタンブル成分の生成を
促進し得るとともに、縦方向中心線Lyより外側でも断
面積が増大していることにより、吸気ポートの外側を空
気が多くながれてスワール成分の生成を促進し得る。従
ってタンブル成分及びスワール成分を強め、燃焼促進作
用等を向上することができる。
【0054】また、上記横断面において内側から下側に
かけての斜辺部76が基準円Cより軸心側に入り込んだ
形状とされていることにより、この両吸気ポート7A,
7Bの間の下方にインジェクタ12の配置スペースが確
保され、吸気ポート7A,7Bとインジェクタ12とが
コンパクトに配置される。また、この部分にスペース的
余裕ができることにより、インジェクタ設置角度の自由
度も高められる。
【0055】さらに、吸気ポート下流端近傍に短い緩傾
斜区間72が設けられ、この部分の上壁にバルブガイド
14が設けられるとともに、緩傾斜区間72で吸気ポー
ト断面形状が概略三角形状から円形に次第に変化するよ
うにしているため、両吸気ポート7A,7Bとインジェ
クタ12及び吸気弁9のバルブガイド13が互いに干渉
しないように合理的にレイアウトされ、かつ、タンブル
成分及びスワール成分を生成する気流がスムーズに燃焼
室に導入される。
【0056】なお、吸気ポート7A,7Bの途中の横断
面形状は概略的に前記のような三角形状(図5参照)と
なる範囲で変更可能であり、例えば図15のように内側
から下側にかけての斜辺部76´が軸心O側に凹入した
湾曲状となっていてもよい。
【0057】また、上記実施形態では吸気ポート7A,
7Bの間の下方に配置されるインジェクタ12が燃焼室
5に直接燃料を噴射する筒内噴射タイプとなっている
が、吸気ポートと内に燃料を噴射するようなポート噴射
タイプのものでも、V型エンジン等において一対の吸気
ポートの下側にインジェクタを配置する方がレイアウト
的に都合がよい場合等に、本発明を適用することができ
る。
【0058】
【発明の効果】以上のように本発明は、一対の吸気ポー
トのスロート部を横断面円形とするとともに、その上流
において上記吸気ポートの横断面形状を、上辺部と外側
辺部と内側から下側にかけての斜辺部とを有して、円形
断面と比べて横方向中心線より上側及び縦方向中心線よ
り外側で断面積が増大した概略三角形状とし、上記一対
の吸気ポートの間の下側にインジェクタを配置している
ため、斜めスワールの生成を可能にし、そのタンブル成
分及びスワール成分を強化することができる。しかも、
両吸気ポートの間の下側にインジェクタ配置のためのス
ペースを確保し、インジェクタを両吸気ポートに近接さ
せて配置することができるとともに、スペース的余裕が
できることでインジェクタ設置角度等の自由度を高める
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態による吸気装置を具備した
エンジンの断面図である。
【図2】上記エンジンの燃焼室及び吸気系の概略平面図
である。
【図3】上記エンジンの燃焼室の断面図である。
【図4】ピストンの頂部の平面図である。
【図5】図1のA−A線部分での吸気ポートの横断面形
状を示す図である。
【図6】ポート形状についての説明図である。
【図7】斜めスワールを示す説明図である。
【図8】燃料噴射形態及び空燃比の制御マップを示す図
である。
【図9】エンジン負荷に応じた吸気流動の制御を示す図
である。
【図10】エンジン回転数に応じた吸気流動の制御を示
す図である。
【図11】タンブル比測定のための装置の概略図であ
る。
【図12】スワール比測定のための装置の概略図であ
る。
【図13】吸気流動がタンブルの場合と斜めスワールの
場合とにつき、エンジン負荷に応じた燃費率の変化を示
す図である。
【図14】渦強さと燃焼期間との関係を、スワール傾斜
角を種々変えた場合について示す図である。
【図15】吸気ポートの横断面形状の変形例を示す断面
図である。
【符号の説明】
1 エンジン本体 3 シリンダヘッド 5 燃焼室 7A,7B 吸気ポート 74 上辺部 75 外側辺部 76 斜辺部 12 インジェクタ 14 バルブガイド
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI F02M 69/00 360 F02M 69/00 360B (72)発明者 白石 徹 広島県安芸郡府中町新地3番1号 マツダ 株式会社内

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 上流側がシリンダヘッドの上方側部に位
    置し、下流側が燃焼室に向かって延び、シリンダ軸心に
    対して横方向からシリンダ軸心方向へ湾曲して、下流端
    がシリンダヘッド下面側の燃焼室天井部分に開口する一
    対の互いに独立した吸気ポートを備えているエンジンの
    吸気装置において、上記一対の吸気ポートのスロート部
    を横断面円形とするとともに、その上流において上記吸
    気ポートの横断面形状を、シリンダヘッド下面から遠い
    側に位置する上辺部と、吸気ポート間側とは反対側に位
    置する外側辺部と、吸気ポート間側である内側から下側
    にかけての斜辺部とを有して、円形断面と比べ、横方向
    中心線より上側及び縦方向中心線より外側で断面積が増
    大した概略三角形状とし、上記一対の吸気ポートの間の
    下側にインジェクタを配置したことを特徴とするエンジ
    ンの吸気装置。
  2. 【請求項2】 上記吸気ポートのスロート部より上流側
    に、シリンダ軸心と直交する方向に対するポート軸心の
    傾斜角度が最も小さい区間を設定し、この区間内の吸気
    ポート上壁に吸気弁のバルブガイドを設けるとともに、
    この区間内で吸気ポートの横断面を概略三角形状から円
    形に次第に変化させるように形成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。
  3. 【請求項3】 上流側における吸気ポートの横断面形状
    を、上記上辺部と上記斜辺部との間に短い内側辺部を有
    するとともに上記外側辺部と上記斜辺部との間に短い下
    辺部を有する略五角形状としたことを特徴とする請求項
    1または2記載のエンジンの吸気装置。
  4. 【請求項4】 燃焼室をペントルーフ型とし、この燃焼
    室の周縁に上記インジェクタを位置させて、インジェク
    タから燃焼室に直接燃料を噴射するようにしたことを特
    徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のエンジンの吸
    気装置。
  5. 【請求項5】 一方の吸気ポートに対する吸気の流通を
    制御する制御弁を設け、少なくともこの制御弁が非全開
    状態のときにスワール成分とタンブル成分の両方を含む
    斜めスワールが生成されるようにしたことを特徴とする
    請求項1〜4のいずれかに記載のエンジンの吸気装置。
  6. 【請求項6】 上記一対の吸気ポートを互いに対称とな
    る形状に形成することにより、上記制御弁が全開された
    ときにスワール成分が打ち消されて、タンブルのみが生
    成されるようにしたことを特徴とする請求項5記載のエ
    ンジンの吸気装置。
  7. 【請求項7】 上記制御弁が全閉のときにもタンブル比
    がスワール比より大きくなるようにしたことを特徴する
    請求項5または6記載のエンジンの吸気装置。
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WO2015182191A1 (ja) * 2014-05-26 2015-12-03 愛知機械工業株式会社 シリンダヘッドおよびこれを備える内燃機関ならびに吸気ポート成形用中子
CN113565645A (zh) * 2021-07-30 2021-10-29 江门市大长江集团有限公司 一种摩托车发动机及其缸头进气结构

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