JP2778369B2

JP2778369B2 - 内燃機関の吸気装置

Info

Publication number: JP2778369B2
Application number: JP23086792A
Authority: JP
Inventors: 裕之山田; 重行間馬; 大須賀　　稔; 純一山口
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1992-08-31
Filing date: 1992-08-31
Publication date: 1998-07-23
Anticipated expiration: 2013-07-23
Also published as: JPH0681735A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関の吸気装置に
係わり、特に電子制御燃料噴射装置を備えた内燃機関の
コンパクト化，高精度化をはかるのに好適な吸気装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の装置は、実開昭61−173747号公
報，実開昭61−192543号公報に記載のように、スロット
ル弁部と空気流量計又はエアクリーナはダクトにより接
続されており、エアクリーナはエンジン側に取付けられ
ず、車体に取付けられていた。また、サージタンク部と
エンジンの各気筒のポート部につながる独立ブランチ吸
気管は、それぞれ独立した状態になっていた。

【０００３】また、これらの図中に示されていないが、
エンジンの運転状態を制御するコントロールユニット
は、車室内に装着されていることが公知となっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、エア
クリーナからはじまる吸気管部を配置するための大きな
スペースが必要なため、エンジンルーム内の各部の配置
設計をするために多くの工数を必要とした。また、車種
毎に変わるエンジンルーム内の余裕空間に合わせて設計
することが必要となり、部品の標準化をはかることが困
難であった。

【０００５】また、エアクリーナ，空気流量計，コント
ロールユニットなどが個別に車体に取り付けられていた
ため、生産時のエンジンの性能試験はエンジン単体の状
態では難しく、またこれら部品のばらつきが積算される
ため、エンジンの性能がばらつくという問題があった。

【０００６】本発明は、エアクリーナから独立ブランチ
までの吸気管を、スペース効率を向上させて、コンパク
トに一体化することにより、エンジンルームの配置設計
の容易化をはかるとともに、標準化・高精度化をはかる
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、エアクリーナ，スロットルチャンバー，サージタン
ク部を隣接させ、各部を接続するダクトを廃止すると共
に、これらの配置空間のデッドスペースに独立ブランチ
吸気管を配設することによって吸気装置全体をさほど大
きくしないで、必要な吸気通路長を確保するようにした
ものである。

【０００８】好ましくは、独立ブランチ吸気管がサージ
タンクの外周に配置されるようにする。

【０００９】また好ましくは、該独立ブランチ吸気管の
間にスロットル弁を配置する。

【００１０】また好ましくは、該独立ブランチ吸気管の
壁面を形成する部材とサージタンク部の外周を形成する
部材を共用する。さらに、この共用壁面の一部に独立ブ
ランチ吸気管とサージタンク部を連通する開口部を設
け、この開口部を開閉するバルブを設けることにより、
独立ブランチ吸気管長を可変にできるようにする。

【００１１】また好ましくは、吸気管部にコントロール
ユニットを配置する。

【００１２】更に、上記吸気管は一体構造化（ユニット
化）して、エンジンに装着できるようにしたものであ
る。

【００１３】

【作用】エアクリーナから独立ブランチまでを一体構造
にすることにより、コンパクト化をはかることができ
る。更に、これにより、ひとつのユニットとして標準化
をはかることができる。

【００１４】また、低速時のトルクｕｐをはかるために
は、独立ブランチ吸気管部を長くすることが効果的であ
り、これはサージタンク部外周部に独立ブランチ吸気管
を巻つけることにより達成できる。高速時のトルクｕｐ
をはかるためには、独立ブランチ吸気管を短くするるこ
とが効果的であり、低速時と相反するため独立ブランチ
吸気管長を可変にすることが必要となる。本発明では、
独立ブランチ吸気管とサージタンク部の壁面を共有化し
ているため、両者を連通する開口部を容易に設けること
ができ、この部分に開閉バルブを設けることにより可変
吸気長を達成できる。

【００１５】更に、この独立ブランチ吸気管の間にスロ
ットル弁を配置することにより、よりスペース効率を向
上できる。

【００１６】また、吸気管及びコントロールユニットを
一体化することによりエンジン制御部品の集約化をはか
れ、この状態にて各部の調整を行なうことにより、部品
間のバラツキを吸収でき、エンジン性能バラツキを低減
することができる。

【００１７】

【実施例】以下、本発明について、図示の実施例により
詳細に説明する。

【００１８】図１は、本発明の一実施例を示す上面図
で、図２は図１の矢視Ａ−Ａ断面図であり、図３は図１
の矢視Ｂ−Ｂ断面図、図４は図１の矢視Ｃ−Ｃ断面図で
ある。これらの図において、１０１はエアクリーナ、１
０２は吸入空気流量計量部、１０３はスロットル弁、１
０４はサージタンク、１０５は独立ブランチ吸気管、１
０６はコントロールユニット、１０７はインジェクタ、
１０８はプレッシャレギュレータ、１０９は補助空気制
御弁、１１０はＥＧＲバルブ、１１１は可変吸気長バル
ブ（実線は開弁時、破線は閉弁時を示す）、１１２は可
変吸気長バルブ開閉用アクチュエータ、１１３はエンジ
ン本体を示す。また図中の矢印は吸入空気の流れを示
し、この矢印の内で破線で示されたものは可変吸気長バ
ルブ１１１が閉じた状態での流れを示す。

【００１９】エンジンに吸入される空気は、エアクリー
ナ１０１の入口からエアクリーナ１０１内に設けられた
エアフィルタ１０１ａにてろ過され、空気流量計部１０
２を通り、運転者の意図により開閉されるスロットル弁
１０３に導かれる。吸入空気流はスロットル弁１０３の
開口面積により制御される。スロットル弁１０３を通過
した空気は、サージタンク部１０４から独立ブランチ吸
気管１０５にてエンジンの各気筒に配分される。独立ブ
ランチ吸気管１０５内には可変吸気長バルブ１１１が設
けられており、このバルブはアクチュエータ１１２によ
り開閉される。また、吸気空気は、上記流通径路とは別
に、空気流量計部１０２の下流からスロットル弁１０３
をバイパスして、補助空気制御弁１０９により吸入空気
量を制御されてエンジンに供給される。

【００２０】エンジンに供給される燃料は、プレッシャ
レギュレータ１０８により燃料配管中の圧力を一定に保
たれ、空気流量計１０２等の信号によりコントロールユ
ニット１０６にて演算された値にて駆動されるインジェ
クタ１０７から各気筒に噴射される。

【００２１】本実施例では、上記部品と更に排気ガスの
一部をエンジンに供給するためのＥＧＲバルブ１１２を
一体構造としている。この一体構造体は、必要に応じて
上記部品を削減したり、他の部品を追加することが可能
であり、特に部品内容を規定されるものではない。

【００２２】上記構成によれば、従来の吸気装置に設け
られていたエアクリーナ又は、空気流量計からスロット
ル弁部をつないでいたダクトを廃止でき、エアクリーナ
・空気流量計をエンジン部に装着することができる。ま
た、本実施例では、独立ブランチ吸気管１０５の間にス
ロットル弁１０３を配置しているため、少ないスペース
内で、各気筒用の独立ブランチ吸気管長をほぼ同等にた
もちつつ、サージタンクの容量を大きくすることが可能
となっている。従って、省スペース化がはかれるととも
に、吸気装置全体を１つのユニットとしてとられること
ができ、エンジンルーム内の配置設計が容易となり、ま
た標準化することが可能となる。更に、組立工数の低減
・エンジン工場での実際の生産品によるエンジン性能チ
ェックが可能となる。また、吸気装置そのものも一体化
されているため、実際の生産品によって性能チェックが
可能となり、この時点で吸気装置全体の性能を管理する
ことができる。また、空気流量計は一般的に、エンジン
の吸気脈動により出力信号の振れを起こしやすく、この
振れはエンジンの回転数が吸気管内の固有振動数に一致
した時に最も大きくなる。空気流量計を設置される部分
の管長はエアクリーナからサージタンクまでの長さとほ
ぼ一致するので、従来の様にダクト等を設けて管長を長
くしている場合は固有振動数が低周波数域になり、実使
用状態において空気流量計信号の不具合を発生しやすく
なっていた。この現象は本実施例では、管長が短いた
め、管内の固有振動数が高周波数域にすることができ
（従来に対し約５倍）低減することができる。

【００２３】また、エンジンの低速時のトルクを増大さ
せるためには、独立ブランチ吸気管長を長くすることが
効果的であるが、本実施例では、独立ブランチ吸気管１
０５をサージタンク部１０４の外周で、かつ壁面の一部
を共用することにより、少ないスペース内にてこれを実
現することが可能である。また、これに対しエンジンの
高速時のトルクを増大させるためには、独立ブランチ吸
気管長を短くすることが効果的であり、前記時とは相反
するため従来品では、さまざまな可変吸気長システムが
提案されているが、本実施例では、図３に示すように、
可変吸気長バルブ１１１にて、容易に実現することが可
能である。本実施例では、この可変吸気長バルブ１１１
はダイヤフラム機構のアクチュエータ１１２にて、高速
時に開弁し、低速時に閉弁する様に制御しているが、モ
ーター等を設けてリニアに作動させることも可能であ
り、特に制御方法を規定するものではない。

【００２４】また、エンジンの運転状態を制御するコン
トロールユニット１０６はエアクリーナ１０１の外壁に
取付けられている。これにより、コントロールユニット
は吸気空気により冷却されることにエンジンからのふく
射熱の影響を低減することができる。また、市場での交
換作業も容易であり、サービス性の向上がはかれる。ま
た、補助空気制御弁１０９を通る管路についても、本実
施例の吸気装置内に設置されており、ゴムホース等によ
る配管系を削減しており、低コスト化をはかることがで
きる。

【００２５】なお、上記吸気装置は、各機能部分に分け
て製作したものを組合わせて構成してもよいが、樹脂等
により可能なかぎり一体成形にて製作することにより、
よりコスト低減をはかることができる。

【００２６】次に、図５から図８に他の実施例を示す。
これらの図は、それぞれ第一の実施例の図１から図４に
対応し、符号も第一の実施例と同様である。

【００２７】本実施例では、スロットル弁１０３は独立
ブランチ吸気管１０５の外側に位置されている。この構
成することにより、エアフィルタ１０１ａの容量を大き
くすることができ、吸気抵抗が低減されエンジンの出力
を向上させることが可能である。また、各部の一体成形
がより容易になる。

【００２８】また、コントロールユニット１０６は、エ
アクリーナ１０１の内側に取付けられている。これによ
り、コントロールユニット１０６をより強制的に吸入空
気で冷却でき、しかもエアフィルタ１０１ａの下流側に
位置されるため、水・ダスト等の飛沫をうけにくくな
り、より信頼性を向上させることができる。更に、市場
でのサービスはエアフィルタ１０１ａの交換作業と同等
以上の容易なものとすることができる。

【００２９】また、上記二つの実施例において、吸気装
置を一つのサブ組立体として完成させた後、エンジンに
これを組付けるようにすることにより、組立性の向上を
はかることも可能である。

【００３０】図９は本発明の一実施例を示したものであ
る。吸入空気はエアクリーナ２０１より導入され、エア
・フローメータ２０８により流量を測定される。主通路
202を通る空気は、絞弁２０３によりその量を調節され
た後、コレクタ２０４から各気筒に分配され、独立吸気
管２０５を経てエンジン２０６に入る。本実施例では、
これと並行して補助流体通路２１０を設けている。補助
流体通路２１０を通る空気の流量は、アクセル開度検出
手段２２１からの信号，エンジン補器２２０からのＯＮ
／ＯＦＦ信号，エンジン回転数検出手段２２３からの信
号，エア・フローメータ２０７からの吸気量信号をもと
に、コンピュータ２２２が吸気制御弁２１１を制御する
ことによって調節される。これとは別に、エンジンの排
気管２０７からＥＧＲガス通路２１４を通り、ＥＧＲバ
ルブ２１２を通じて補助流体通路２１０にＥＧＲガスが
供給される。補助流体通路の出口２１３は、エンジン２
０６の吸気弁（図示しない）近傍の独立吸気管２０５に
開口する。このとき、補助流体の流量と、補助流体通路
出口２１３の開口面積により、エンジン２０６に流入す
る吸気の流速が決まる。補助流体通路出口２１３の開口
面積を、独立吸気管２０５の断面積よりも小さくすれ
ば、吸気流速を高めることができ、また、出口２１３を
吸気管２０５の周囲方向に対して片寄らせて設けること
により、エンジン２０６の燃焼室（図示しない）にスワ
ールを発生させることができる。

【００３１】図１０から図１４に、運転領域の変化に伴
う図９の実施例の動作を示す。

【００３２】図１０は、運転状態と、吸気制御の領域の
関係を示したものである。各運転状態に入っているか否
かの判断は、エンジン回転数検出センサ２２３からの信
号とアクセル開度検出センサ２２１からの信号により、
コンピュータ２２２が図１０の領域に当てはめて決定す
る。この結果より、吸気制御弁２１１とＥＧＲバルブ２
１２が制御され、各運転領域に応じた制御が行なわれ
る。各運転領域の制御は、図１１から図１４で示す。

【００３３】図１１に、領域１の運転状態を示す。これ
は、エンジンの回転数が低く、負荷がほとんど無い場合
である。絞弁２０３およびＥＧＲバルブ２１２は閉じて
おり、吸入空気は吸気制御弁２１１の開閉により調節さ
れる。すなわち、補助流体通路２１０を通って空気２３
１が供給される。また、空燃比は理論混合比となる。こ
こで、エンジン補器２２０のＯＮまたはＯＦＦにより、
負荷が変化した場合、また、エンジン２０６の内部状態
の微少な変化により、エンジンの回転数が変化した場
合、エンジンの円滑な運転を維持するためには、これら
の変化に応じて直ちに適切な吸気を供給しなければなら
ない。ここで、補助流体通路２１０全体の内容積が、コ
レクタ２０４、各気筒の独立吸気管２０５を含む、主通
路２０２の合計容積より小さい場合、本実施例の空気量
変化に対する応答性は主通路２０２を用いて吸気を供給
した場合よりも良く、従って、本実施例により、エンジ
ンの回転変動に対して、応答性良くアイドル用の空気を
供給することができ、エンジンの安定性を高めることが
出来る。

【００３４】図１２に、領域２の運転状態を示す。エン
ジン回転数は領域１より高く、負荷は低中負荷となる。
絞弁２０３は負荷または回転数に応じて若干開く。ＥＧ
Ｒバルブ２１２は閉じたままである。領域２では、空燃
比は、例えば２２〜２３の希薄空燃比となるので、周囲
の他の領域との移行の際に、空燃比の調節が必要にな
る。本実施例では、領域２に入った際、吸気制御弁２１
１の開度を、他の領域にある場合よりも大きくすること
により、吸入空気量の増大を行なう。合わせて、補助流
体通路出口２１３からエンジン２０６に流入する空気２
３１の流量を多くすることにより、吸気流速を高め、エ
ンジン２０６の燃焼室内（図示しない）にスワールを生
成させて混合気の燃焼速度を高め、希薄混合気でも良好
な燃焼を得ることができる。この際、補助流体通路の出
口２１３の面積を変えることにより、スワールの強さを
最適にできる。すなわち、スワールを強くしたいときは
通路出口２１３の断面積を小さく設定し、弱くしたいと
きは大きく設定すればよい。なお、空燃比の制御には、
燃料噴射弁（図示しない）からエンジン２０６に供給さ
れる燃料量を小さくする手段を併用しても良い。本構成
を用いることにより、隣接する他の領域から領域２へ移
行する場合、または、領域２から他の領域に移行する場
合の双方とも、応答性良く吸入される空気２３１の量を
増減できる。

【００３５】図１３に領域３の運転状態を示す。領域３
は、エンジン回転数がごく低く、負荷がアイドル状態よ
り大きいか、あるいは領域２よりも高負荷、若しくは高
回転になる。この領域では、トルクを得るために理論空
燃比とする。絞弁２０３は負荷または回転数に応じて開
く。ＥＧＲガス２３２の量は、運転条件に応じてEGRバ
ルブ２１２により調節され、燃焼温度を低下させ、ま
た、ポンピングロスの低減により燃費向上を図る。吸気
制御弁２１１はＥＧＲガス２３２の逆流を防ぐために閉
じられる。このとき、補助流体通路の出口２１３から高
速のＥＧＲガス２３２が供給され、主通路２０２を通っ
てきた空気２３１と均一に混合されるので、コレクタ部
２０４にＥＧＲガスを供給した場合と比べてエンジンの
各気筒へのＥＧＲガスの分配が良く、従って限界ＥＧＲ
量を大きくできる。また、補助流体通路の出口２１３
を、エンジンの燃焼室(図示しない)の壁面に沿う方向に
指示させることにより、燃料室内にスワールを起こさ
せ、燃焼を改善すると共に、壁面近くにＥＧＲガス２３
２の層をつくり、壁面からの熱損失を低減し、燃費向上
を図ることができる。また、ＥＧＲガス通路２１４の内
容積を、コレクタ２０４、各気筒の独立吸気管２０５を
含む、主通路２０２の合計容積に比べて小さくすれば、
ＥＧＲガスを応答性良くエンジンに供給できる。

【００３６】図１４に領域４および５の運転状態を示
す。この領域では、回転数が領域３に比べてさらに高い
か、または負荷が大きくなる。空燃比は理論空燃比また
はさらに燃料過剰の空燃比であり、トルクの確保に重点
がおかれるので、ＥＧＲバルブ２１３は閉じられる。吸
気制御弁２１１は開いていても閉じていても良い。主通
路２０２の絞弁２０３は、高負荷側では全開となり、高
回転側では要求トルクに応じて開閉する。この時、従来
例と異なり、独立吸気管２０５の中には吸気抵抗となる
吸気制御弁や吸気管の絞りなどが無いため、出力の低下
を防止できる。

【００３７】図１５から図１８に、補助流体通路の出口
２１３の方向の実施例を示す。

【００３８】図１５は、補助流体通路出口２１３を、独
立吸気管２０５の右側または左側に片寄らせて設置した
場合の実施例である。このように構成すると、補助流体
は吸気弁２４１を通り、シリンダ壁２４２に沿って周囲
を流れることになり、ピストン頂部に対して並行な方向
に強いスワールを発生する。導入した補助流体が空気の
場合には、燃料に対して空気が過剰な、いわゆる希薄空
燃比の場合であっても、このスワールにより燃焼速度を
上げることができ、良好な燃焼が実現できる。また、補
助流体としてＥＧＲガスを導入した場合には、スワール
を利用してEGRガスと空気の均一な混合を図り、燃焼温
度を下げ、シリンダ壁からの熱損失を小さくし、合わせ
て窒素酸化物の抑制を図ることができる。

【００３９】または、補助流体通路出口２１３からの空
気またははＥＧＲガスをシリンダ壁面２４２に導くこと
により、周囲に空気またはＥＧＲガスの層を作り、プラ
グ２４３のある燃焼室２４４の中心付近で燃焼を行なわ
せ、空気またはＥＧＲガスの断熱効果によりシリンダ壁
面２４２からの熱損失を小さくすることができる。図１
６は、補助流体出口２１３を独立吸気管２０５の上部に
片寄らせて設置した場合の実施例である。このように構
成すると、補助流体は吸気弁２４１を通り、縦方向のス
ワール(タンブル)を発生する。この際、燃料噴射弁（図
示しない）から片側の吸気弁に対してのみ燃料を噴射す
るようにすると、混合気を燃焼室２４４の片側の吸気弁
を含む一部領域にのみ形成することができる。これによ
り、燃焼室２４４内の混合気の層状化を図ることがで
き、混合気の希薄化を図ることができる。また、エンジ
ンの圧縮行程でタンブルがつぶれ、微少規模の乱流が多
数発生する。これにより、希薄混合気でも燃焼速度の向
上が図れる。

【００４０】図１７は、補助流体出口２１３を独立吸気
管２０５の下部に片寄らせて設置した場合の実施例であ
る。このように構成すると、補助流体は吸気弁２４１を
通り、図１６とは逆向きのタンブルを発生する。この
際、燃料噴射弁（図示しない）から片側の吸気弁に対し
てのみ燃料を噴射するようにすると、混合気を燃焼室２
４４の片側の吸気弁を含む一部領域にのみ形成すること
ができる。これにより、燃焼室２４４内の混合気の層状
化を図ることができ、混合気の希薄化を図ることができ
る。また、エンジンの圧縮行程でタンブルがつぶれ、微
小規模の乱流が多数発生する。これにより、希薄混合気
でも燃焼速度の向上が図れる。

【００４１】図１８は、補助流体通路出口２１３を、独
立吸気管２０５の両端に設置した場合の実施例である。
通路出口２１３は、燃焼室２４４の中心を向くようにす
る。また、燃料噴射弁２４５からの噴霧は、補助流体出
口２１３からの流れに衝突するようにする。このように
構成することにより、燃焼室２４４の中心部に着火しや
すい濃い混合気が形成され、この中にプラグ２４３を設
置すれば、燃焼室244内が全体として希薄空燃比であっ
ても良好な着火，燃焼が得られる。なお、同様に、燃料
噴射弁からの噴霧２４６を燃焼室２４４の中心に集める
ことができれば、補助流体通路出口２１３は必ずしも独
立吸気管２０５の両端に設ける必要はなく、独立吸気管
２０５の上部に片寄らせて設置したり、あるいは下部に
片寄らせて設置しても良い。

【００４２】図１９から図２１に、補助流体通路の構成
の別の実施例を示す。

【００４３】図１９では、吸入空気はエアクリーナ２０
１より導入され、エア・フローメータ２０８により流量
を測定された後、絞弁２０３によりその量を調節され、
吸気制御弁２５１によって主通路２０２と補助流体通路
２１０に流れる量の比率を調節される。吸気制御弁２５
１は、絞弁２０３と同期させ、絞弁より遅れて開かせる
か、または、吸気負圧が大気圧に近い一定値になると開
くように構成し、スワール強度の調節を行なう。このよ
うに構成すると、補助空気制御弁２５２に流れるアイド
ル用空気やエンジン補器を駆動するためのトルクアップ
用空気の量を少なくする事ができ、コストの低減が図れ
る。また、吸気制御弁２５１はコレクタ２０４の上流に
設置されるので、従来技術で用いられているように、シ
リンダの数だけ設置する必要はなく、一つでよい。従っ
て、コストの低減が図れる。この場合でも、補助流体通
路２１０の内容積がコレクタ２０４，各気筒の独立吸気
管２０５を含む、主流体通路２０２の合計容積に比べて
小さいので、本発明の目的である、補助流体の応答性を
良くし、且つ、必要な強度のスワールが生成できること
は勿論である。

【００４４】図２０は、補助流体通路２１０において、
吸気制御弁２１１をバイパスするように補助絞弁２５３
を設けた場合の実施例である。本構成では、アイドル用
空気，トルクアップ用空気の制御に吸気制御弁２１１を
用い、リーン運転領域におけるスワール生成用空気の流
量調節には補助絞弁２５３を用いるようにしたので、吸
気制御弁２１１の容量を小さくでき、コストの低減を図
ることができる。この構成でも、本発明の目的である、
応答性の向上、必要な強度のスワールが生成できること
は勿論である。

【００４５】図２１は、補助流体通路の出口２１３に、
絞りノズル２５４を設けた場合の実施例である。基本的
な構成及び動作図１０から図１４に示したものと同様で
ある。本実施例では、アイドル域など、絞弁２０３の開
度が小さく、かつ、補助流体の流量が小さい場合に、補
助流体通路出口２１３の出口を、絞りノズル２５４によ
り狭めることにより、補助流体の流速を上げ、スワール
の強度を上げることができ、希薄混合気で燃焼させた場
合でも、安定した燃焼を得ることができる。この場合で
も、補助流体通路２１０の内容積がコレクタ２０４，各
気筒の独立吸気管２０５を含む、主流体通路２０２の合
計容積に比べて小さいので、本発明の目的である、補助
流体の応答性を良くできることは勿論である。

【００４６】図２２に、燃料噴射弁の取付方法に関する
実施例を示す。

【００４７】燃料噴射弁の取り付け部２６２，燃料配管
２６３，微粒化用空気配管２６４は、いずれも独立吸気
管２０５に構造的に一体化されている。燃料噴射弁２６
１は、ストッパー２６５によって吸気管２０５に固定さ
れる。燃料噴射弁の取り付け部２６２，燃料配管２６
３，微粒化用の空気配管２６４を吸気管２０５に一体化
することで、これらを別体で製造しした場合よりも燃料
噴射弁２６１を吸気管２０５の中心軸に近づけることが
でき、燃料噴霧の軸と吸気管中心軸とのなす角度αを小
さくできる。また、燃料噴射弁２０５から噴射された燃
料噴霧が吸気管の内壁に付着する率が小さくなるよう、
燃料噴霧に合わせて吸気管を最適に設計できる。これら
により、吸気管への燃料付着を低減できる。

【００４８】図２３に本発明の一実施例を示す。空気は
エアクリーナ３０１，空気量センサ３０２，絞弁３０３
を通って、コレクタ３０４に吸入される。さらに、各気
筒に対応した独立吸気管３０５を通り吸気弁３０６を介
してエンジン３０７の燃焼室に吸入される。絞弁３０３
をバイパスする通路３０８を設けて、独立吸気管305の
吸気ポート部３０９に空気を供給する。この空気は、絞
弁３０３をバイパスしているので、独立吸気管３０５を
流れる主空気流速度より速い流速となる。このバイパス
通路３０８の出口は吸気ポート部の空気流に偏流を与え
るように開口している。また、バイパス通路３０８の上
流の入口部は、絞弁３０３の上流に開口している。ま
た、バイパス通路は分岐しており、もう一つのバイパス
通路３１０が設けられている。この通路３１０は、噴射
弁３１１の燃料噴射部３１２に燃料微粒化ようの空気を
供給するための通路である。バイパス通路３０８の出口
は各気筒の独立ポート部に、それぞれ開口している。バ
イパス通路３０８，３１０には流量制御弁３１３が設け
られており、通路を流れる空気量を運転状態に応じて変
化できるようになっている。この流量制御弁３１３は、
電気信号により動作する。前述したように、バイパス通
路３０８の出口部は吸気ポート３０９に偏しんして配置
されているので、空気流に偏流が与えられる。このため
に、燃焼室内に旋回流が形成され、リーン空燃比運転時
の燃焼が安定化する。また、アイドルスピードコントロ
ール，ファーストアイドルコントロール用の空気も制御
弁３１３から流すことにより、アイドル時，始動時の燃
焼が改善され、未燃炭化水素排出量が低減される。さら
に、アイドル時，始動時に空燃比がリーンに設定される
ので、燃費，排気低減に効果がある。

【００４９】図２４には、本発明の別の実施例を示し
た。図２４（ａ）に、その構成を示した。ここでは、絞
り弁を二つ設けて３１３，３１４、それぞれが、吸気ポ
ート３０９に空気を供給するためのバイパス通路３０８
と噴射弁の燃料微粒化のためのバイパス通路３１０にそ
れぞれ空気を供給するように構成されている。バイパス
通路３１０の取り入れ口は、絞り弁３１４の上流に開口
している。それぞれの絞り弁は、アクセル３１５と連動
している。アクセルを踏んでいくに従って、絞り弁３１
３が最初開く。絞り弁３１３が全開になった後、絞り弁
３１４が開き始まる。この動作を、図２４（ｂ）に示し
た。リーン運転時は、絞り弁３１３，バイパス通路３０
８から空気が吸入される。このため、吸気には、旋回流
が形成され、燃焼が安定する。それ以上アクセルを踏み
込むと、絞り弁３１４からも空気が吸入される。この時
でも、バイパス通路３０８から高速の空気流が供給され
るので、リーン燃焼は可能である。すなわち、絞り弁３
１４が開き始める条件の時の前後で、リーン運転状態か
ら通常の空燃比に戻る。このような構成にすることによ
り、機械的な動作により高速の気流を供給できる。アイ
ドルスピードコントロール用の制御弁３１６は、絞り弁
３１３か３１４をバイパスする用に配置される。しか
し、アイドル時の燃焼を改善するためには、アイドルス
ピードコントロール用の制御弁３１６を絞り弁３１３を
バイパスする用に配置されるのが良い。また、ファース
トアイドルコントロール用の空気弁３１７も絞り弁３１
３をバイパスする用に配置されるのが良い。このように
することによって、始動時，アイドル時の燃焼が改善さ
れ、未燃炭化水素排出量が低減する。本方式では、ある
アクセル開度になるまで通路３０８を空気が流れるの
で、リーン運転が可能である。

【００５０】図２５に本発明の別の実施例を示す。ここ
では、絞り弁３１３に接続されているバイパス通路３０
８に通路より大きな通路面積をもつ、コレクタ部３１８
を設ける。このように構成することによって、バイパス
通路３０８で、吸気慣性効果が発生し、低速トルクが増
大する。また、絞り弁３１４を通った空気は、コレクタ
部３１９に導入される。ここを空気が流れる場合も、コ
レクタ部３１９の効果により吸気慣性効果が得られる。

【００５１】図２６にバイパス通路の出口部の状態を示
す。バイパス通路３０８の出口は、吸気ポート３０９の
片側に空気を供給するように開口する。この高速の空気
が吸気弁３０６をかいして燃焼室３２０に流入する。こ
のように空気を供給することにより燃焼室３２０内に旋
回流が形成される。図２６（ｂ）に吸気行程が終わった
後の燃焼室３２０の状態を示した。燃焼室３２０内で
は、矢印のように空気の旋回流が形成される。また、こ
こで、燃料噴射弁３１１で燃料を吸気弁３０６上の点火
プラグ３２１側に噴射するように噴霧を形成すると、燃
焼室３２０の中心の点火プラグ３２１周りに燃料が集中
するので、よりリーン空燃比に設定することができる。

【００５２】また、図２７に示したように、バイパス通
路３０８の出口部を吸気ポート309の上方に開口する
と、燃焼室３２０内には縦方向の旋回流れが形成され
る。この縦方向の旋回流により燃焼が安定する。

【００５３】図２８に空燃比の設定状態を示したマップ
を示した。アイドル時は、空燃比すなわち空気過剰率λ
を１近傍に設定する。また、軽付加状態では、λ＞１.
０のリーンに設定する。その外側は、出力を重視する
ために空燃比をλ＝１の理論空燃比に設定する。さらに
その外側は出力域となるので、空燃比をλ＜１.０のリ
ッチ空燃比に設定する。燃焼室に旋回流を形成するため
の空気は、λ＞１.０のリーン空燃比に設定する運転状
態で導入する。前述したように、アイドル時にも吸気ポ
ート部に絞り弁をバイパスした空気を、アイドルスピー
ドコントロール（ＩＳＣ）用として導入するように構成
されているので、アイドル時、始動後の燃焼が改善され
る。図２８（ａ）では、λ＝１に設定されているが、こ
の燃焼改善効果によりλ＞１.０のリーン空燃比に設定
できる。図２８（ｂ）には、バイパス空気の制御弁のど
うさ領域を示した。アイドル運転領域では、ＩＳＣ用の
制御弁で空気量を制御する。また、軽負荷時には別の空
気制御弁でバイパス空気量を制御する。ここでは、エン
ジンの要求空気量に応じて制御弁の開度を変化させる。

【００５４】図２９に、制御弁３１３の動作を示した。
図２９（ａ）に運転領域を示した。アクセルを踏んで、
リーン空燃比領域に入ったとする。図２９（ｂ）に、動
作のフローチャートを示した。θａｃはアクセルの踏み
角を示しており、加速状態で踏み角が増大している。リ
ーン空燃比に入った直後は、基本燃料噴射量は前回の値
に固定する。しかし、空燃比はリーンに設定されている
ので、バイパス空気量を増大し、設定の空燃比になるよ
うにする。この時の吸気管を流れるメインの空気量をＱ
ｍ、バイパス空気量をＱｓとし、Ｑｍはエンジンに吸入
される空気量からＱｓを引いた値である。リーン空燃比
に入った直後はＱｓを増加し、空燃比をリーン化する。
Ｑｍはアクセルを踏み込んだ分だけ増加する。Ｑｓはリ
ーン化する分の空気量としても良い。例えば、Ｑｆはア
クセルを踏み込む前の空気量に対して理論空燃比になる
ような燃料量とする。この場合、Ｑｓの増加分は理論空
燃比からのリーン化分の空気量とする。このようにすれ
ば、理論空燃比からリーン空燃比への移行はスムーズに
行なわれる。

【００５５】図３０（ａ）に、この動作の制御フローチ
ャートを示す。始めに、リーン領域に入ったかどうかを
判定する。リーン領域に入った場合は、一時燃料量を固
定にする。次に、制御弁３１３（以下スワールソレノイ
ドとする）の開度をマップから検索する。この開度に従
ってスワールソレノイドを動作させる。以上の動作を終
了した後、燃料量の固定を解除する。その後、リーン領
域での運転のフローを図３０（ｂ）に示す。リーン運転
にいるかどうかを判定して、リーン領域の場合はスワー
ルソレノイド開度マップを検索してその値を出力する。
その後、目標空燃比になっているかどうかを判定して、
目標空燃比よりリーンになっている場合は、燃料量を増
加する。また、目標空燃比よりリッチになっている場合
は、燃料量を減少する。つまり、スワールソレノイドを
目標開度に開いた後の空燃比制御は、燃料量の増減によ
り行なうようにする。

【００５６】図３１に、空燃比制御の別の方法を示す。
図３１(ａ)にリーン領域に入った直後の動作のフローを
示した。図３０(ａ)に示した動作と同様に、燃料量を固
定にして、スワールソレノイドを開け、その後燃料量の
固定を解除する。図３０(ｂ)に空燃比の制御法を示し
た。リーン空燃比域に入っている場合は、燃料噴射量を
マップ検索し、噴射弁から噴射する。その後、目標空燃
比になっているかを判断して、目標空燃比よりリーンの
場合は、スワールソレノイドを閉じて空燃比をリッチに
する。また、目標空燃比よりリッチの場合は、スワール
ソレノイドを開いて、空燃比をリーンにする。つまり、
この方法では、スワールソレノイドの開度制御による空
気量の変化によって、空燃比を調整する。図３０，図３
１の例で示した方法では、目標空燃比になっているかど
うかを判定する方法として、排気空燃比センサによる検
出値を基に判断する方法がある。また、排気空燃比セン
サを用いなくても、エンジンラフネスを検出するセンサ
により、空燃比を制御する方法がある。

【００５７】図３２に、エンジンラフネスセンサを用い
た空燃比制御法を示した。リーン運転域の場合、エンジ
ンラフネス度の検出値をリードする。この場合、ラフネ
ス度を検出する方法としては、燃焼室に取り付けた燃焼
圧力センサによる燃焼圧力の変動がある。また、カム軸
に取り付けたクランク角センサやリングギアセンサの回
転検出値の変動を検出しラフネス度を判断する方法があ
る。さらに、エンジンブロックに取り付けたノックセン
サの検出値を基に判断する方法もある。このような方法
により、ラフネス度を検出して目標値より大きかった
ら、リーン限界と判断して、スワールソレノイドを閉じ
て空燃比をリッチ側に移行する。また、ラフネス度が目
標値より小さかったら、スワールソレノイドを開いて空
燃比をリーン側に移行する。このようにすることによっ
て、常にリーン限界での運転が可能になる。

【００５８】図３３に、スワールソレノイド開度の学習
法のフローを示す。ラフネス度を検出した後、目標値よ
り小さかったら、スワールソレノイドの開度を増加させ
て、再びラフネス度を判断する。ここで、ラフネス度が
目標値より大きくなったら、開度を少量減少させて、そ
の時の開度をマップ上に書き替えて記憶しておく。つま
り、この時の開度がリーン限界ぎりぎりの空燃比という
ことになる。この方法により、エンジン等が経時変化し
たとしても、常に限界の開度マップとなるようになる。

【００５９】図３４にリーン空燃比域で、アクセルを踏
み込んだ場合の制御動作のフローチャートを示した。こ
の場合は、アクセル角θａｃが増加するに従って、燃料
量Ｑｆも増加する。この時の空気量の増加傾向を、メイ
ン吸気管の空気量Ｑｍ，空気通路３０８の空気量Ｑｓで
しめした。θａｃが増加するに従って、Ｑｍ，Ｑｓとも
一定の比率で増加するようにする。このようにすれば、
常に一定のスワール強度が得られる。さらに、回転数に
よって、ＱｍとＱｓの流量を変化させても良い。いずれ
の場合も、スワールソレノイドの開度を、回転数，負荷
のマップに記憶させておけば良い。

【００６０】図３５にこの時の制御のフローチャートを
示した。リーン領域内での加速かどうかを判断して、加
速状態の場合は、スワールソレノイドの開度マップを検
索して、スワールソレノイドを開く。燃料量はＱｍとＱ
ｓの和の量に相当した分だけ噴射される。しかし、この
場合は空燃比がリーンに設定されているので、この空燃
比に対応した量だけ噴射される。

【００６１】図３６にリーン空燃比領域から別の空燃比
領域に、運転状態が変化した場合の制御のフローを示し
た。図３６（ｂ）に示したように、θａｃが増加してリ
ーン領域をでた直後は、燃料量Ｑｆを固定とする。この
場合、空燃比を変化させるのは空気通路３０８の空気量
を変化させることにより実行する。つまり、Ｑｍはほぼ
一定となるが、Ｑｓを変化させて空燃比を制御する。

【００６２】この時の制御のフローチャートを、図３７
に示した。始めにリーン空燃比領域を出たかどうかを判
断して、リーン域を出た場合は、燃料噴射量を一時固定
にする。その後、スワールソレノイドの開度を減少させ
る。この動作が完了したら、燃料噴射量の固定は解除す
る。このように燃料量を変えることなく、空気量のみを
変化することによって、別の空燃比に移行する場合のト
ルクショックは低減できる。

【００６３】図３８（ａ）に、燃料量のマップの一例を
示した。この場合は、（イ）のアイドル運転領域では、
理論空燃比かリーンの空燃比になるように設定する。
（ロ）の出力領域は、理論空燃比に設定する。さらに
（ハ）のリーン空燃比域では、バイパス空気通路３０８
が流れなかったとして、空燃比が理論空燃比になるよう
に燃料量を設定する。実際に運転する場合は、バイパス
空気が流入するので実空燃比はリーンとなる。図３８
(ｂ)に、制御目標とする空燃比の設定を示す。（イ），
（ロ）の領域は図３８（ａ）に示した設定と同じである
が、（ハ）の領域ではリーン空燃比に設定する。この場
合は、図３８（ｃ）に示したように、スワールソレノイ
ドを開けることによって、空燃比をリーンにする。この
ために、回転数，負荷，設定空燃比に応じて、スワール
ソレノイドの開度を変化させる必要がある。実際の運転
状態では、この開度マップを検索しながら、スワールソ
レノイドを開閉し空燃比を制御する。

【００６４】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、吸気装
置全体をコンパクト化でき、１つのユニットとしてとら
えることができ、エンジンの設計・生産工数が低減でき
るとともに、高精度，高出力化をはかることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施例の上面図。

【図２】図１の矢視Ａ−Ａ断面図。

【図３】図１の矢視Ｂ−Ｂ断面図。

【図４】図１の矢視Ｃ−Ｃ断面図。

【図５】第２の実施例の上面図。

【図６】図５の矢視Ａ−Ａ断面図。

【図７】図５の矢視Ｂ−Ｂ断面図。

【図８】図５の矢視Ｃ−Ｃ断面図。

【図９】本発明の一実施例を示す図。

【図１０】図９の実施例の動作の状態を表わす図。

【図１１】図９の実施例の動作の状態を表わす図。

【図１２】図９の実施例の動作の状態を表わす図。

【図１３】図９の実施例の動作の状態を表わす図。

【図１４】図９の実施例の動作の状態を表わす図。

【図１５】補助流体通路出口の方向を変えた本発明の他
の実施例を示す図。

【図１６】補助流体通路出口の方向を変えた本発明の他
の実施例を示す図。

【図１７】補助流体通路出口の方向を変えた本発明の他
の実施例を示す図。

【図１８】補助流体通路出口の方向を変えた本発明の他
の実施例を示す図。

【図１９】補助流体の構成の別の実施例を示す図。

【図２０】補助流体の構成の別の実施例を示す図。

【図２１】補助流体の構成の別の実施例を示す図。

【図２２】燃料噴射弁とその周辺の取付方法に関する実
施例を示す図。

【図２３】実施例の構成図。

【図２４】実施例の構成図。

【図２５】実施例の構成図。

【図２６】エンジンを上方から見た図。

【図２７】エンジンを側面から見た図。

【図２８】空燃比，制御弁開度のマップ。

【図２９】動作タイムチャート。

【図３０】制御フローチャート。

【図３１】制御フローチャート。

【図３２】制御フローチャート。

【図３３】制御フローチャート。

【図３４】動作タイムチャート。

【図３５】制御フローチャート。

【図３６】動作タイムチャート。

【図３７】制御フローチャート。

【図３８】空燃比，制御弁開度のマップ。

【符号の説明】

１０１…エアクリーナ、１０２…空気流量計、１０３…
スロットル弁、１０４…サージタンク、１０５…独立ブ
ランチ吸気管、１０６…コントロールユニット、１０９
…補助空気制御弁、１１１…可変吸気長バルブ、１１３
…エンジン本体、２０１…エアクリーナ、２０２…主吸
気通路、２０３…主吸気通路絞り弁、２０４…コレク
タ、２０５…独立吸気管、２０６…エンジン、２０７…
排気管、２０８…空気流量測定手段、２１０…補助流体
通路、２１１…吸気制御弁、212…ＥＧＲ制御弁、２１
３…補助流体通路出口、２１４…ＥＧＲガス通路、２２
０…エンジン補器、２２１…アクセル開度検出手段、２
２２…コンピュータ、223…エンジン回転数計測手段、
２３１…空気、２３２…ＥＧＲガス、２４１…吸気弁、
２４２…シリンダ壁、２４３…プラグ、２４４…燃焼
室、２４５…燃料噴射弁、２４６…燃料噴霧、２５１…
吸気制御弁、２５２…補助空気制御弁、２５３…補助絞
り弁、２５４…絞りノズル、２６１…燃料噴射弁、２６
２…燃料噴射弁取り付け部、２６３…燃料配管、２６４
…微粒化用空気配管、２６５…燃料噴射弁固定具、３０
２…空気量センサ、３０７…エンジン、３０８…バイパ
ス空気通路、３１０…アシストエア通路、３１３…制御
弁、３１６…アイドルスピードコントロールバルブ、３
１８…コレクタ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＦ０２Ｍ 35/10 １０２ＹＦ０２Ｄ 35/00 ３６６Ｌ (72)発明者山口純一茨城県日立市久慈町4026番地株式会社日立製作所日立研究所内 (56)参考文献特開昭60−224965（ＪＰ，Ａ) 実開昭61−91032（ＪＰ，Ｕ) 実開昭62−128958（ＪＰ，Ｕ) 実開平２−76167（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F02M 35/10 - 35/116

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】エンジンの各気筒に電子式燃料噴射弁を設
けた内燃機関の吸気装置であって、エアクリーナを収容
するエアクリーナハウジング，スロットル弁が配設され
たスロットルチャンバー，独立ブランチ吸気管が接続さ
れたサージタンク部を有するものにおいて、前記エアクリーナハウジングと前記サージタンク部とを
積層し、両者間を前記スロットルチャンバーで接続する
と共に、前記独立ブランチ吸気管が前記エアクリーナハ
ウジングと前記サージタンク部との間の空間を横切っ
て、前記各気筒に接続されていることを特徴とする内燃
機関の吸気装置。
【請求項２】請求項１に記載の内燃機関の吸気装置にお
いて、前記サージタンク部の外周壁と前記エアクリーナ
ハウジングの外周壁との間を区画壁で仕切って前記独立
吸気管を形成したことを特徴とする内燃機関の吸気装
置。
【請求項３】請求項１および２に記載の内燃機関の吸気
装置において、前記スロットルチャンバを挟んで両側に
前記独立ブランチ吸気管が配置されていることを特徴と
する内燃機関の吸気管。
【請求項４】請求項１および２に記載の内燃機関の吸気
装置において、前記エアクリーナハウジングと前記サー
ジタンク部との一端部を前記スロットルチャンバで接続
してＵ字状の吸気通路を形成すると共に、前記独立ブラ
ンチ吸気管が前記エアクリーナハウジングと前記サージ
タンク部との間を通って各気筒に接続されるように構成
したことを特徴とする内燃機関の吸気装置。
【請求項５】請求項１乃至４のいずれかに記載の内燃機
関の吸気装置において、前記独立ブランチ吸気管の途中
にサージタンク部と連通する通路を設け、この連通路を
開閉するバルブを設けたことを特徴とするエンジンの吸
気管。
【請求項６】請求項１乃至５のいずれかに記載の内燃機
関の吸気装置において、機関の運転状態を制御するコン
トロールユニットを前記エアークリーナハウジングの壁
面に取り付けたことを特徴とする内燃機関の吸気装置。