JPH112134A - 内燃機関の吸気装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 スワール燃焼をして良好な燃費が得られる内
燃機関において、燃焼室のシリンダ壁面近傍の燃料を減
少させてＨＣ排出量をも低減させる。 【解決手段】 スワール燃焼をする通常の内燃機関のよ
うに、第１吸気ポート３には低負荷運転において閉弁さ
れるスワール制御弁６が設けられ、第２吸気ポート４に
は吸気の流れを転向させて燃焼室５のシリンダ壁面５ａ
に対して接線方向に導く突起１３が設けられる。本発明
の特徴として、突起１３には点火プラグ１４に指向する
貫通孔１６が設けられて、燃料噴射弁９から噴射された
燃料噴霧の一部を点火プラグ１４の近傍へ直接に導く。
また、段差１７を形成して、積極的に吸入空気や燃料噴
霧を貫通孔１６の入口へ導くこともできる。それによっ
て、点火プラグ１４近傍の燃料が増加し、着火性や燃焼
状態が改善され、シリンダ壁面５ａ近傍の燃料が減少し
てＨＣ排出量が減少する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は内燃機関の吸気装置
に係り、特に燃焼室内に吸気と燃料の混合気のスワール
流を発生させる吸気ポートの形状、構造に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】例えば特開平３−２３７２１６号公報に
記載されているように、１つの気筒に２つの吸気ポート
を形成し、一方の吸気ポートにスワール制御弁（ＳＣ
Ｖ）を設けると共に、他方の吸気ポートにスワール生成
用の突起を設けた内燃機関においては、スワール制御弁
を閉じることによって前記一方の吸気ポートにおける吸
気の流れを止めることにより、突起を有する前記他方の
吸気ポートから吸気を燃焼室内に流入させて、燃焼室内
にスワール流を発生させることにより混合気の燃焼速度
を高め、理論空燃比よりも希薄な空燃比による燃焼を実
現している。

【０００３】上記内燃機関の混合気は、吸気ポート内の
突起によってシリンダ壁面に対して接線方向に導かれ、
燃焼室内にスワール流を形成する。このスワール流によ
り、燃焼室内にはシリンダ壁面に沿う混合気の流れが発
生するため、主として燃料噴霧に作用する遠心力によ
り、燃焼室の中心の点火プラグの近傍の混合気の空燃比
が大きく（薄く）なる。その結果、スワール流によって
点火プラグ近傍の混合気の燃焼速度が高くなる反面、シ
リンダ壁面の近傍に存在する燃料噴霧が多くなるため
に、燃焼しないで燃焼室から排出される燃料が増えて、
大気を汚染するＨＣ排出量が増大するという問題があ
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来技術に
おける前述のような問題に対処して、スワール流による
高い燃焼速度がもたらす燃費の低い良好な燃焼状態と、
シリンダ壁面近傍の燃料を減少させて点火プラグ近傍の
燃料を増加させることによる着火性が良好でＨＣ排出量
の少ない燃焼状態という、従来技術によっては同時に実
現することができなかった理想的な燃焼状態を簡単な手
段によって両立させて、従来技術の問題を解消すること
を目的としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、特許請求の範囲の各請求項に記載された手段を採
用することができる。これらの手段によると、第２の吸
気ポート内に設けた突起によって吸気のスワール流を発
生させると共に、突起に形成された貫通孔から燃料噴霧
を直接に点火プラグ近傍へ流入させることが可能になる
ために、スワール流による良好な燃焼状態によって得ら
れる燃費の低減と、シリンダ壁面近傍の燃料の減少、従
って点火プラグ近傍の燃料の増加によるＨＣ排出量の低
減を両立させることができる。

【０００６】更に、突起に設けられた貫通孔の付近に段
差を形成することにより、吸気及び燃料噴霧の流れの一
部を貫通孔の入口へ導くように構成すれば、第２の吸気
ポートを流れる吸気の流速が高いときだけ、吸気と燃料
噴霧の流れを段差によって転向させて貫通孔へ入口へ流
入させ、効率よく点火プラグの周辺へ導くことが可能に
なる。

【０００７】

【発明の実施の形態】本発明の一実施形態を図面に基づ
いて説明する。図１は本発明の吸気装置を具えた内燃機
関のシステム構成図であって、多気筒の内燃機関の１つ
の気筒について示したものである。図１のシステムにお
いては、吸入空気はスロットル弁１を通ってサージタン
ク２に流入する。そして吸入空気は、サージタンク２か
ら各気筒毎に設けられた第１の吸気ポート３と第２の吸
気ポート４に分流し、それぞれの吸気ポートに設けられ
た吸気弁８（８ａ，８ｂ）の開口部から燃焼室５内へ流
入する。

【０００８】第１吸気ポート３と第２吸気ポート４をそ
れぞれ通過する空気量は機関の運転状態に応じて変化
し、無負荷から軽負荷の運転状態では、第１吸気ポート
３に設けられたスワール制御弁６が電子式制御装置（Ｅ
ＣＵ）から出力される信号によりアクチュエータ７が作
動して閉弁するので、殆ど全ての吸入空気は第２吸気ポ
ート４から燃焼室５内に流入する。このとき、吸入空気
は第２吸気ポート４内に設けられた突起１３によって流
れの方向を変えられて、燃焼室５を形成するシリンダ壁
面５ａに対して接線方向に流入するために、燃焼室５内
にはスワール流が形成される。

【０００９】中程度の負荷から高負荷の運転状態では、
ＥＣＵからの信号がアクチュエータ７に入力されないの
で、スワール制御弁６が開弁していることにより、負荷
の大きさに応じた大量の吸入空気が第１吸気ポート３と
第２吸気ポート４の双方から燃焼室５内へ流入する。

【００１０】燃料は、燃料噴射弁９から第１吸気ポート
３及び第２吸気ポート４内へ噴射され、吸入空気と共に
吸気弁８の開口部より燃焼室５内へ流入する。供給され
る燃料の量は、吸入空気量を検出するためにサージタン
ク２に設けられた圧力センサ１５の信号と、点火プラグ
１４の放電により燃焼室５内で着火して燃焼し排気弁１
０を通って排気ポート１１へ排出されたガスの空燃比を
測定する空燃比センサ１２の信号とから、機関の運転状
態に応じてＥＣＵにより決定される。決定された燃料量
は、燃料噴射弁９を開弁させるためにＥＣＵから出力さ
れるパルス信号の幅（信号の継続時間）として制御され
る。

【００１１】次に、本発明の特徴に対応する突起１３の
形状、構造について説明する。図２は吸気ポート３及び
４の部分の詳細図であって、図２の（ａ）は図１の一部
を拡大した断面の平面図であり、図２の（ｂ）は第２吸
気ポート４の断面を横方向から見た側面図である。突起
１３は第２吸気ポート４から点火プラグ１４の方向へ貫
通する貫通孔１６を形成されており、更に、貫通孔１６
の入口部の吸気弁８ｂ側に、壁面を突出させた段差１７
を具えている。

【００１２】このような構成により、実施形態の内燃機
関においては、スワール制御弁６が閉弁していて、吸入
空気が実質的に第２吸気ポート４のみから流入している
状態において、吸入空気が第２吸気ポート４内の突起１
３の壁面によって転向され、シリンダ壁面５ａに対して
接線方向に燃焼室５へ流入することにより発生するスワ
ール流を維持しながら、併せて、突起１３に設けられた
貫通孔１６を通って直接に点火プラグ１４の周辺に向か
う吸入空気と燃料噴霧の一部の流れを形成することによ
って、スワール流による速い燃焼を維持しながらも、点
火プラグ１４の近傍の混合気の濃度を高めることがで
き、シリンダ壁面５ａ付近の燃料噴霧の量を減少させる
ことができる。それによって着火性の向上及び火焔伝播
範囲の拡大が達成される。従って、燃費とＨＣ排出量の
低減を両立させることが可能になる。

【００１３】更に、突起１３に設けられた段差１７の形
状を変更することによって、貫通孔１６を介して点火プ
ラグ１４の近傍へ直接に流入する燃料の量を第２吸気ポ
ート４の吸入空気量に応じて制御することができる。

【００１４】この作動の詳細を、図３によって更に具体
的に説明する。図３の（ａ）は第２吸気ポート４を流れ
る吸気の流速が高い（速い）場合を示しており、（ｂ）
は同じく吸気の流速が低い（遅い）場合を示している。
図３（ａ）のように吸気の流速が高く、スワール流が強
くなって、点火プラグ１４近傍の混合気濃度が低くなる
（薄くなる）という状態では、燃料噴射弁９から噴射さ
れた燃料噴霧の流れが吸気の流れと共に突起１３によっ
て転向される際に、かなり多くの部分が貫通孔１６内へ
流入する。また、第２吸気ポート４を流れる吸気の流れ
が強いために、段差１７に衝突して貫通孔１６に流入す
る空気量が増大するという作用によっても貫通孔１６を
通過する燃料噴霧の量が増大するので、貫通孔１６の出
口付近から点火プラグ１４にかけての部位では、その他
の部位に比べて燃料噴霧の量が増加する。

【００１５】これに対して図３の（ｂ）のように、吸気
の流速が低いためにスワール流が弱くなる結果、点火プ
ラグ１４近傍の混合気濃度が低く（薄く）ならない状態
においては、吸気の流速が高い図３の（ａ）の状態に比
べて、燃料噴射弁９から噴射された燃料噴霧が吸気の流
れと共に突起１３によって流れの方向が曲げられ難くな
るので、貫通孔１６の入口付近を流れる燃料噴霧の量が
減少する。更にこの場合は、段差１７に衝突して貫通孔
１６へ流入する空気量も減少するので、このようにスワ
ール流が弱くて点火プラグ１４近傍に比較的多くの燃料
噴霧が存在するという状態では、貫通孔１６を通過する
混合気の量が減少した分だけ第２吸気ポート４側から燃
焼室５内へ流入する混合気量を増大させて、点火プラグ
１４の近傍に過濃な混合気が形成されるのを避けること
ができる。

【００１６】以上のように、本発明の内燃機関の吸気装
置によれば、燃焼室５内にスワール流を発生させる運転
状態において、点火プラグ１４の周囲に機関の吸気の流
速に応じた最適の濃度の混合気を形成することが可能に
なるので、燃費の向上とＨＣ排出量の低減を同時に達成
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態としての吸気装置の断面の平
面図を中心としてシステム全体を概括的に示すシステム
構成図である。

【図２】吸気ポートの部分の詳細図であって、（ａ）は
図１の一部を拡大した断面の平面図であり、（ｂ）は第
２吸気ポートの断面の側面図である。

【図３】実施形態の吸気装置の作動状態を示す平面図で
あって、（ａ）は吸気の流速が高い場合、（ｂ）は吸気
の流速が低い場合をそれぞれ示している。

【符号の説明】

３…第１吸気ポート ４…第２吸気ポート ５…燃焼室 ５ａ…シリンダ壁面 ６…スワール制御弁 ８（８ａ，８ｂ）…吸気弁 ９…燃料噴射弁 １３…突起 １４…点火プラグ １６…貫通孔 １７…段差

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小浜 時男 愛知県西尾市下羽角町岩谷14番地 株式会 社日本自動車部品総合研究所内 (72)発明者 端山 均 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 １つの気筒に設けられた第１の吸気ポー
   ト及び第２の吸気ポートと、前記第１の吸気ポート内に
   設けられて吸気の流れを実質的に遮断することができる
   スワール制御弁と、前記第２の吸気ポート内に設けられ
   て吸気の流れを転向させることにより燃焼室内に吸気の
   スワール流を発生させることができる突起とを備えてい
   る内燃機関において、前記突起に点火プラグに向かって
   開口する貫通孔を設けることにより、前記突起の上流側
   へ噴射された燃料噴霧の一部が前記貫通孔を通過して直
   接に前記点火プラグの周辺へ供給され得るように構成し
   たことを特徴とする内燃機関の吸気装置。
2. 【請求項２】 前記突起に設けられた貫通孔の入口付近
   に段差を形成することにより、吸気及び燃料噴霧の流れ
   の一部を前記貫通孔の入口へ導くように構成したことを
   特徴とする請求項１に記載された内燃機関の吸気装置。