JP2591384B2 - エンジンの吸気系構造 - Google Patents

エンジンの吸気系構造

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、５バルブエンジンに
おける吸気系構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】吸入側に３つの吸入バルブを有し、排気
側に２つの排気バルブを有する５バルブエンジンは既に
知られている。図４及び図５において、ペントルーフ型
の燃焼室１の天井には、３つの吸入ポート２，３，４
と、３つの排気ポート５，６のそれぞれの一端が開口さ
れている。これら各ポートは図示されない吸入バルブと
排気バルブで適期に開閉される。吸入ポート２，３，４
は、燃焼室近傍において分岐されていて、これら各ポー
トが合流している分岐部７には、燃料噴射ノズル８が配
設されている。燃料噴射ノズル８は、３つの吸気ポート
に略均等に燃料を噴射できる構造を有している。
【０００３】燃料噴射ノズル８から供給される混合気
は、略理論空燃費となるように制御されていて、各吸入
ポート２，３，４から吸入される混合気の流れ２Ａ，３
Ａ，４Ａは、図４に示すように、燃焼室全体において渦
巻き状に流れて撹拌される。かかる吸気系構造によれ
ば、トリプルタンブルフローの撹拌効果によって、理想
的な瞬間燃焼を達成できて高い燃焼効率とそれに伴う高
出力を得られるという特徴を有している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、最近は、省
エネルギーの観点から省燃費型エンジンの開発が急務と
なっている。図４に示すエンジンは、高い燃焼効率によ
り高い出力を得られる特徴を有するも、低燃費性の点で
はいま少し問題を残している。
【０００５】そこで、本発明の目的は、５バルブエンジ
ンにおける燃費向上を実現できる吸気系構造の提供にあ
る。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明のエンジンの吸気
系構造は、吸入側の３つの吸入ポートを、燃料噴射位置
から燃焼室の間でそれぞれ独立して形成すると共に吸入
される吸気がポート上壁に沿って流れ、燃焼室内におい
て縦方向に層状に流れる縦渦層状流となるような断面逆
三角形状に形成し、 上記３つの吸気ポートのうち中央
部に位置していて、燃焼室天井に配設された点火プラグ
に対向している吸入ポートを混合気吸入ポートとし、こ
の混合気吸入ポートの両側に配設された吸入ポートをそ
れぞれ空気吸入ポートとし、上記混合気吸入ポートに対
してのみ燃料を供給する燃料供給手段を設けたことを特
徴とする。
【０００７】
【作用】エンジンの吸入工程において、混合気吸入ポー
トからは、理論空燃費より希薄な混合気が吸入され、こ
の混合気は、燃焼室内において縦方向の渦流として流れ
る。一方、混合気吸入ポートの両側にそれぞれ配設され
ている空気吸入ポートからは、空気のみが吸入され、混
合気の縦渦流を両側から挾む位置で縦方向の渦流として
流れる。従って、燃焼室内においては、希薄な混合気の
縦渦流を中心にしてその両側に空気から成る縦渦流が３
層の層状となって流れることになり、この層の混合気の
渦流に向けて点火プラグが点火する。
【０００８】
【実施例】以下、図示の実施例に基づいて本発明を詳細
に説明する。
【０００９】図１乃至図３において、コンベックス状ペ
ントルーフ型の燃焼室１０には、吸気バルブで開閉され
る３つの吸入ポート１１，１２，１３と、排気バルブで
開閉される排気ポート１４，１５がそれぞれ開口させら
れている。燃焼室天井の中央部には、点火プラグ１６が
配設されている。吸気通路の適宜の位置には、燃料供給
手段としての燃料噴射ノズル１７が設けられている。各
吸入ポートは、これから吸入された吸気が燃焼室のペン
トルーフ型壁面１０ａに向かうような向きに形成されて
いる。
【００１０】燃料噴射ノズル１７と燃焼室１０との間の
吸入ポート１１，１２，１３は、隔壁１９で互いに離隔
された独立ポートとして形成されている。また、各吸入
ポートは、吸気の流れが各ポートの上壁１２ａ（ポート
１２の上壁のみ示す）に沿うように、その断面を逆三角
形（図１の破線参照）に形成されている。ペントルーフ
型壁面１０ａと各吸入ポートの断面形状によって、燃焼
室１０に供給された吸気の流れは、縦方向の渦流とな
る。
【００１１】燃料噴射ノズル１７は、３つの吸入ポート
のうち、中央部に位置する吸入ポート１２に対してのみ
制御された量の燃料を噴射する。以下、吸入ポート１２
を混合気吸入ポートと称す。混合気吸入ポート１２は、
点火プラグ１６の点火領域に向けて混合気の縦渦流１２
Ａを供給する位置に設けられている。一方、混合気吸入
ポート１２の両側に位置する吸入ポート１１，１３は、
空気のみを吸入するので、以下、これらポートを空気吸
入ポート１１，１３と称す。混合気の縦渦流１２Ａと、
これの両側に生じる空気から成る縦渦流１１Ａ，１３Ａ
とで３層状の縦渦流が発生することになる。
【００１２】さて、以上のように構成された実施例の作
用を説明する。吸気バルブが開いてピストンが下がる吸
入行程になると、混合気吸入ポート１２からは燃料噴射
ノズル１７により噴射された燃料を含む混合気（１２
Ａ）が、空気吸入ポート１１，１３からは空気のみの吸
気（１１Ａ，１３Ａ）が燃焼室１０内に吸入される。
【００１３】このとき、各ポート１１，１２，１３の断
面形状が逆三角形であるから、吸気の流れは、ポートの
中で上側の方の量が多くなり、その方向性を保ったまま
で燃焼室１０内に流れ込む。方向性を持たされた吸気の
流れ（１１Ａ，１２Ａ，１３Ａ）は、先ずペントルーフ
型壁面１０ａに沿ってその向きを変えられ、次いでシリ
ンダ壁面１０ｂに沿って下方に向かい、ピストン頂部，
シリンダ壁面に衝突して上方に向かう。 すなわち、燃
焼室１０に流れ込む吸気は、縦方向の渦流１１Ａ，１２
Ａ，１３Ａとなって流れることになる。
【００１４】さて、これら吸気の縦方向の流れ１１Ａ，
１２Ａ，１３Ａを別の視点から見てみると、燃焼室１０
内においては、燃料と空気から成る混合気の層（１２
Ａ）を中心としてその層の両側に燃料を含まない空気だ
けの層（１１Ａ，１３Ａ）が存在しており、３層構造の
縦渦流が発生していることになる。この層状の縦渦流
は、圧縮行程の最後まで可及的に混じり合わないことが
肝心であり、そのために各吸気ポートは適宜の向きに設
定される。
【００１５】３層からなる縦渦流１１ａ，１２Ａ，１３
Ａは、それぞれの方向性を保って存在するが、ピストン
が上昇して圧縮行程の終期になると、 ３つの縦渦流
は、圧縮された燃焼室１０内で多数の細かな渦になる。
このとき、混合気の渦流１２Ａは、燃料を含まない渦流
１１Ａ，１３Ａよりも高い混合比の状態で圧縮される。
【００１６】そして、渦流１１Ａ，１３Ａに比べて濃い
目の混合気の渦流１２Ａ中には、点火プラグ１６が位置
しており、適期にこの混合気が点火されると、その火炎
は燃焼室全体に広がる。しかも、点火時の混合気は燃焼
室全体に広がっていない状態であるから、これが燃焼す
る時間は、 極めて短いものとなり、全体として希薄な
混合気であるにも拘らず安定した燃焼状態が得られ且つ
燃焼効率も良い。従って、全体的に希薄な混合気を用い
得ることによって、燃料の消費率が小さくて済むことに
なる。
【００１７】希薄な混合気が燃焼室全体に広がっている
と、全部の混合気が燃焼するのに時間がかかることが知
られている。しかし、上述したように、方向性を持って
吸入される燃料を含まない空気の縦渦流１１Ａ，１３Ａ
で挾まれ、これ自体も方向性を与えられている混合気の
縦渦流１２Ａは、燃焼室全体に拡散されない状態に置か
れて着火されるので、その燃焼は時間が短かくしかも安
定するのである。
【００１８】希薄な混合気を得るには、エンジンの運転
状態に応じた燃料噴射量を選択する必要がある。そこ
で、エンジンの運転状態に最適な空燃比（理論空燃比を
含むが多くはこれより希薄なＡ／Ｆ比）を制御装置に目
標設定空燃比のマップとして記憶させておく。また、排
出ガスの空燃比の変化に連れて直線的に変化する特性を
有する空燃比センサを用いる。そして、この空燃比セン
サでエンジンの運転状態を検出し、このときの最適な空
燃比を上記マップから導き出して燃料噴射量を決定す
る。
【００１９】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、燃焼室
内で吸気の縦渦流が発生するような形状に吸入ポートを
形成し、中央に位置する吸入ポートにのみ燃料を噴射
し、その両側に位置する吸入ポートは空気のみを吸入す
るようにしたから、燃焼室には空気のみの渦流に比べて
濃い混合気の層状流が発生し、燃焼室全体に拡散してい
ない状態の混合気に点火するので、理論空燃比よりも希
薄な燃料であっても燃焼効率が良く、５バルブエンジン
本来の高出力と燃焼効率に加えて低燃費性が実現され
る。また、また、３つある吸気ポートのうち点火プラグ
に向けて縦渦流を発生させる吸入ポートにのみ燃料を噴
射すれば足りるので、燃料噴射ノズルとしては安価で単
純な構造のものを使用できる、という効果もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示すエンジンの吸気系構造
を示す概略斜視図である。
【図２】燃焼室で発生する縦渦流を説明するための側面
図である。
【図３】吸入ポート，燃料噴射ノズル，点火プラグの相
対位置を示す平面図である。
【図４】従来の５バルブエンジンの吸気系構造を示す概
略斜視図である。
【図５】同上の平面図である。
【符号の説明】
１０・・・燃焼室 １１，１３・・・空気吸入ポート １２・・・混合気吸入ポート １４，１５・・・排気ポート １６・・・点火プラグ １７・・・燃料噴射ノズル １１Ａ，１３Ａ・・・空気の縦渦流 １２Ａ・・・混合気の縦渦流
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−136418（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−261639（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−215422（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−171218（ＪＰ，Ａ) 実開 平３−129726（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭62−76237（ＪＰ，Ｕ)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】吸入側に３つのバルブを有し、排気側に２
    つのバルブを有するエンジンにおいて、 上記３つの吸入バルブに連通する吸入ポートを、燃料噴
    射位置から燃焼室の間でそれぞれ独立して形成すると共
    に吸入される吸気がポート上壁に沿って流れ、燃焼室内
    において縦方向に層状に流れる縦渦層状流となるような
    断面逆三角形状に形成し、 上記３つの吸気ポートのうち中央部に位置していて、燃
    焼室天井に配設された点火プラグに対向している吸入ポ
    ートを混合気吸入ポートとし、この混合気吸入ポートの
    両側に配設された吸入ポートをそれぞれ空気吸入ポート
    とし、 上記混合気吸入ポートに対してのみ燃料を供給する燃料
    供給手段を設け、 燃焼室に吸入された混合気が、上記混合気吸入ポートか
    ら吸入される混合気の縦渦流と、上記２つの空気吸入ポ
    ートからそれぞれ吸入される空気の縦渦流が上記混合気
    の縦渦流を挾んで３層状の縦渦流を成して流れることを
    特徴とするエンジンの吸気系構造。
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