JP3392907B2 - ４サイクル内燃機関の吸気装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【産業上の利用分野】本発明は、４サイクル内燃機関の
吸気装置に関し、詳細には吸気弁開口に連なる吸気通路
と該吸気通路の通路面積を制御する絞り弁とを備えた４
サイクル内燃機関において燃料の霧化を促進できるよう
にした吸気装置の改良に関する。 【０００２】 【従来の技術】４サイクル内燃機関において、燃費向上
の観点等から吸気通路内に燃料を噴射する燃料噴射弁を
備えたものが提案されている。この種の４サイクル内燃
機関では、エンジン負荷に応じて燃料噴射弁の駆動時間
等を制御することにより燃料量を調節しているが、エン
ジン始動から低負荷域にかけての運転領域では吸気通路
内の流速が遅いため燃料の霧化はあまり行われておら
ず、また燃料が壁面に付着し易い。この結果失火が発生
する恐れがある。この傾向は、燃料が霧化しにくい冷間
始動時にとくに生じやすい。そこで、低負荷域において
も着火可能な空燃比の混合気を燃焼室内の火花発生位置
に形成すべく、低負荷運転時においては理論空燃比より
過濃となるように、より多量の燃料を吸気通路内に供給
するようにしている。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】ところが、この余分な
燃料の供給により、燃費が低下するばかりか、一酸化炭
素（ＣＯ），炭化水素（ＨＣ）等の有害な排気ガスが排
出されることになる。 【０００４】本発明は、上記従来の実情に鑑みてなされ
たもので、とくに低負荷域での燃料の霧化を促進でき、
排気ガスの低公害化と燃費改善を図れる４サイクル内燃
機関の吸気装置を提供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】本発明は、吸気弁で開閉
される吸気弁開口に連なる吸気通路と、該吸気通路の通
路面積を制御する絞り弁とを各気筒毎に備えた４サイク
ル内燃機関の吸気装置において、上記吸気通路途中部分
と吸気弁開口近傍とを該吸気通路より小径の副吸気通路
で連通し、上記吸気通路途中部分の上記副吸気通路開口
近傍に上記絞り弁の開度に応じてピストンを進退させる
ことにより上記吸気通路を開閉する可変ベンチュリバル
ブを設け、該可変ベンチュリバルブのピストンに上記副
吸気通路開口側に燃料を導くための傾斜面からなるガイ
ド部を形成し、上記吸気通路内の上記可変ベンリュリバ
ルブより上流側でかつ上記絞り弁より下流側に燃料を供
給する燃料噴射弁を配設するとともに該燃料噴射弁の噴
射口を上記ガイド部に指向させ、隣接する気筒の副吸気
通路同士をバランス管で連結したことを特徴としてい
る。 【０００６】 【０００７】 【作用】本発明に係る吸気装置によれば、吸気通路より
小径の副吸気通路が設けられ、該副吸気通路開口近傍に
吸気通路を開閉する可変ベンチュリバルブが設けられて
いるので、低負荷運転域では絞り弁の開度に対応して可
変ベンチュリバルブが閉じ、これにより、空気と燃料の
混合気は吸気通路から副吸気通路内に導入され、該副吸
気通路を通ってシリンダに供給される。この副吸気通路
は吸気通路より小径となっているため混合気の流速が増
し、副吸気通路内において燃料の霧化が促進できる。ま
た、燃料の壁面付着量が減少することから空燃比を過濃
に設定する必要もなく、その結果排気ガスの低公害化と
燃費の改善が図られる。 【０００８】また、燃料噴射弁から噴射された燃料は可
変ベンチュリバルブのガイド部に衝突するため、これに
より吸気通路内において燃料の霧化が促進できる。この
霧化された燃料はガイド部から副吸気通路開口に導か
れ、該副吸気通路内で流速を増してさらに霧化が促進で
きる。これにより排気ガスの低公害化と燃費の改善が図
られる。さらにガイド部に残留した燃料はバランス管に
より次の吸気行程の気筒用の副吸気通路内に導入され
る。 【０００９】 【実施例】以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて
説明する。図１ないし図４は本発明の一実施例による４
サイクルエンジンの吸気装置を説明するため図であり、
図１は本実施例装置が適用された４サイクルエンジンの
平面模式図、図２はその断面側面部分図、図３は本実施
例装置の可変ベンチュリバルブの縦断面図、図４は図３
のIV-IV 線矢視図である。 【００１０】図１において、１は水冷式４サイクル４気
筒４バルブエンジンであり、これは、クランクケース２
上にシリンダブロック３，シリンダヘッド４を積層して
ヘッドボルトで締結し、該シリンダヘッド４の上側合面
にヘッドカバー５を装着した構造のものである。上記シ
リンダブロック３に形成された４つのシリンダボア３ａ
内にはそれぞれピストン７が摺動自在に挿入配置されて
おり、該各ピストン７はコンロッド８で図示しないクラ
ンク軸に連結されている。 【００１１】上記シリンダヘッド４のシリンダブロック
３側の下側合面４ａには燃焼室を構成する燃焼凹部４ｂ
が凹設されている。該燃焼凹部４ｂの中央には点火プラ
グ９が螺挿されており、また該点火プラグ９の周囲には
吸気弁開口４ｃ，排気弁開口４ｄがそれぞれ２つずつ開
口している。なお、上記各開口４ｃ，４ｄは、これらの
部分に装着された概ねリング状のバルブシート２８，２
９の各開口によってそれぞれ形成されている。また、各
排気弁開口４ｄには排気弁１０のバルブヘッド１０ａ
が、各吸気弁開口４ｃには吸気弁１１のバルブヘッド１
１ａがそれぞれ各開口を開閉可能に、すなわち上記バル
ブシート２８，２９の各シート面に当接可能に配置され
ている。この排気，吸気弁１０，１１のバルブステム１
０ｂ，１１ｂはカム軸方向に見て所定の挟み角をなすよ
うに気筒軸方向に斜め上方に延びており、その上端には
排気，吸気リフタ１２，１３がそれぞれ装着されてい
る。また該各リフタ１２，１３上には、これを押圧駆動
する排気，吸気カム軸１４，１５が気筒軸方向と直角方
向に向けて、かつ互いに平行に配置されている。 【００１２】上記各排気弁開口４ｄは排気通路１６でシ
リンダヘッド４の前壁４ｆ側に導出されており、該排気
通路１６の壁面開口１６ａには排気管１６ｂが接続され
ている。上記各吸気弁開口４ｃは吸気通路１７でシリン
ダヘッド４の後壁４ｇ側に導出されており、該吸気通路
１７の壁面開口１７ａには吸気管２２が接続されてい
る。 【００１３】上記吸気管２２の上流端にはエア導入口２
３が形成され、該エア導入口２３の下流側にはエアクリ
ーナ２４が接続されている。またエアクリーナ２４の下
流側には吸気管２２の通路面積を制御するスロットル弁
２５が配設されている。 【００１４】上記吸気管２２の中途部分には、可変ベン
チュリバルブ（開閉弁）３０が設けられている。この可
変ベンチュリバルブ３０は、図２に示すように、吸気管
２２の天壁に固定されたチャンバ３１と、該チャンバ３
１内に摺動自在に設けられ、上記吸気管２２内に突出す
るピストン３２とを備えている。 【００１５】上記ピストン３２により上記チャンバ３１
内には２つの隔室３１ａ，３１ｂが形成されている。上
記隔室３１ａ内には、上記ピストン３２を上記吸気管２
２の閉方向に付勢するコイルばね３３が縮設されてい
る。なお該隔室３１ａは上端開口に装着されたボルト３
６により閉塞されている。また上記ピストン３２には上
下方向に延びる貫通孔３４が形成され、該貫通孔３４に
より上記隔室３１ａ内と上記吸気管２２内とが連通して
いる。さらに上記吸気管２２の上部には孔３５が形成さ
れ、該孔３５により上記隔室３１ｂ内と吸気管２２内と
を連通している。 【００１６】上記吸気管２２の底壁の上記ピストン３２
と対向する部分には、該吸気管２２よりも小径の副吸気
管４０が接続されている。該副吸気管４０の下流端開口
４０ｂは上記吸気弁開口４ｃ近傍の吸気通路１７内に開
口している。また上記ピストン３２の上流側（図２右
側）側部には傾斜面３６が形成されており、該傾斜面３
６の下縁部分３６ａは上記副吸気管４０の上流端開口４
０ａの略中央上方に位置し、該開口４０ａの径と略同一
の長さ（幅）を有している（図３参照）。 【００１７】また上記吸気管２２の可変ベンチュリバル
ブ３０上流側には、吸気管２２内に燃料を噴射する単孔
式燃料噴射弁４５が装着されている。該燃料噴射弁４５
の噴出孔４５ａは上記可変ベンチュリバルブ３０のピス
トン傾斜面３６に指向している。また該噴出孔４５ａか
ら噴出される燃料流は、図３に示すように、燃料流先端
部分の幅が上記傾斜面３６の下縁３６ａ部分の幅よりも
少し広くなるように噴射角θが設定されている。 【００１８】次に上記実施例の動作について説明する。
低負荷運転域においては、スロットル弁２５が全閉位置
（図１実線位置）におかれる。これにより、吸気管２２
内においてスロットル弁下流側にはほとんど流速が生じ
ず負圧状態となる。可変ベンチュリバルブ３０の各隔室
３１ａ，３１ｂはそれぞれ孔３４，３５を介して吸気管
２２内と連通しているため、各隔室３１ａ，３１ｂ内も
同様の負圧状態になる。従ってピストン３２はコイルば
ね３３のばね力により下方に付勢されて、吸気管２２内
を閉塞する全閉位置（図２実線位置）または小開度位置
に移動する。 【００１９】この状態から燃料噴射弁４５より燃料が噴
射されると、該燃料は吸気管２２内を進んで可変ベンチ
ュリバルブ３０のピストン傾斜面３６に衝突する。する
と燃料は該傾斜面３６で薄膜状に拡がり、傾斜面３６に
沿って下方に移動する空気流と共に、副吸気管４０の上
流端開口４０ａを通って該副吸気管４０内に流入する。 【００２０】副吸気管４０は吸気管２２よりも小径とな
っているため、副吸気管４０内に流入した燃料及び空気
は該副吸気管４０内で流速を増し、これにより燃料の霧
化が促進されるとともに、壁面への付着が防止される。
そして該燃料は副吸気管４０の下流端開口４０ｂから吸
気弁開口２８近傍の吸気通路１７内に流入し、該吸気弁
開口２８を通って燃焼室内に流入する。このように吸気
管２２における壁面流が防止されるので、壁面付着燃料
を補うために必要な余分な燃料を供給することなく、燃
焼室内の火花発生位置に着火可能な空燃比の混合気を供
給でき、これにより一酸化炭素（ＣＯ），炭化水素（Ｈ
Ｃ）等の有害な排気ガスの排出を抑制でき、排気ガスの
低公害化と燃費の改善を図ることができる。 【００２１】なお上記低負荷運転域における燃料の噴射
開始時期は吸気行程の直前かあるいは吸気行程中に行う
のが好ましい。これは吸気流速が速まることを利用して
燃料の霧化を促進できるからである。 【００２２】中負荷運転域においては、スロットル弁２
５が若干開位置（図１一点鎖線位置）におかれ、これに
より吸気管２２内においてスロットル弁下流側に流速が
生じる。吸気管２２内において可変ベンチュリバルブ３
０の取付部分はピストン３２により通路面積が底壁側に
絞られているため、吸気管２２内の流速は底壁側の方が
天壁側よりも大きくなり、この結果、底壁側の負圧が大
きくなる。 【００２３】一方、可変ベンチュリバルブ３０の各隔室
３１ａ，３１ｂはそれぞれ孔３４，３５を介して吸気管
２２内と連通しており、このため隔室３１ａ内の負圧が
大きくなり、隔室３１ｂ内はそれよりも高い圧力状態に
なる。この結果、ピストン３２がコイルばね３３のばね
力に抗して上方に移動し、吸気管２２内の通路を少し開
く（図２一点鎖線参照）。この状態においてピストン３
２の傾斜面３６の下方への延長線は依然として副吸気管
４０の開口４０ａ内に位置している。燃料噴射弁４５か
ら噴射された燃料はピストン傾斜面３６に衝突して霧化
されるとともに下方に移動し、一部は副吸気管４０の上
流端開口４０ａを通って該副吸気管４０内に流入して霧
化が促進され、残りは吸気管２２の底壁側を通る高速の
空気流により霧化，微粒化が促進されて吸気通路１７か
ら燃焼室内に流入する。 【００２４】さらに高負荷運転域においては、スロット
ル弁２５が全開位置におかれ、これにより吸気管２２内
の流速がさらに増して、吸気管２２内の底壁（ピストン
対向部）側の負圧が他の部分に比べてさらに高まる。こ
れによりピストン３２はピストン傾斜面３６の下端面が
吸気管２２の天壁面と一致する、あるいは傾斜面３６が
わずかに突出する全開位置に上昇する。その結果、燃料
噴射弁４５から噴射された燃料の一部はピストン傾斜面
３６に衝突して霧化されつつ下方に移動し、上記噴射燃
料の大部分は通常のエンジンと同様に吸気管２２内を高
速で流れつつ霧化されながら吸気通路１７から燃焼室内
に流入する。 【００２５】このように本実施例では、低負荷運転域に
おいては吸気管２２よりも小径の副吸気管４０内を燃料
が通るようにしたので、燃料の霧化を促進でき、これに
より有害な排気ガスの排出を抑制でき、燃費を改善でき
る。さらに吸気管２２の開閉をピストンタイプの可変ベ
ンチュリバルブ３０により行うようにしたので、エンジ
ン負荷に応じた、吸気管２２，副吸気管４０への燃料配
分を良好に行える。 【００２６】また上記副吸気管４０の上流端開口４０ａ
を吸気管２２の底壁側に開口させるとともに、該副吸気
管４０を吸気管２２の下方に配設するようにしたので、
上記霧化した燃料を副吸気管４０内に確実に導入でき
る。 【００２７】さらにまた本実施例では、隣接する気筒の
各副吸気管４０をバランス管４１（図１）により連結し
たので、例えば、１つの気筒用の燃料がピストン傾斜面
に付着残留した場合には、次の吸気行程の気筒用副吸気
管に導入され、この点からも燃料の霧化がさらに促進さ
れることになる。 【００２８】なお上記実施例では、可変ベンチュリバル
ブ３０の駆動について吸気管２２内の負圧を利用したも
のを示したが、本発明の適用はこれに限定されない。例
えばスロットル弁２５の開動と連動するリンク機構を設
け、該リンク機構により可変ベンチュリバルブ３０を駆
動するようにしてもよい。さらにピストン３２のアクチ
ュエータ（例えばステッピングモータ）を設けるととも
に、スロットル弁２５の開度に対応するピストン３２の
開度を予め制御部（ＥＣＵ）に登録しておき、スロット
ル弁２５の開度に応じた所望のピストン開度になるよう
上記アクチュエータを駆動するようにしてもよい。 【００２９】また上記実施例では可変ベンチュリバルブ
３０のピストン傾斜面３６の形状を図４に示すようなも
のにしたが、これは図５または図６に示すようなもので
あってもよい。なお図５，図６において図４と同一符号
は同一または相当部分を示している。図６は傾斜面３６
の両側壁３６ｂが互いに平行に形成されている点が図３
と異なっており、また図５は傾斜面３６に側壁が形成さ
れておらず他の二例に比較して傾斜面の面積が最も広く
なっている。従って、燃料を霧化させる点では図５が優
れているが、霧化した燃料を副吸気管開口４０ａに導く
作用をも考慮すると図４の実施例が最も好ましいと考え
られる。 【００３０】なお、燃料噴射弁４５とは別に高負荷専用
の燃料噴射弁として燃料噴射弁４８（図１）をシリンダ
ヘッド４の後壁４ｇに、吸気弁開口に直接噴射するよう
に設けてもよい。この高負荷専用の燃料噴射弁４８は、
高負荷時に単独噴射し、又は上述の燃料噴射弁４５と共
に作動させることとなる。またこの噴射弁４８は、吸気
弁開口に近接配置されているので噴射応答性を向上でき
る。また、燃料供給手段は噴射弁に限定されるものでは
なく、例えば気化器を設けても良い。さらにまた、噴射
弁あるいは気化器を各気筒共通のものとし、分配管によ
り分配するようにしても良い。 【００３１】 【発明の効果】以上のように、本発明に係る４サイクル
内燃機関の吸気装置によれば、吸気通路より小径の副吸
気通路と、副吸気通路開口近傍の吸気通路を開閉する可
変ベンチュリバルブと、上記吸気通路の可変ベンチュリ
バルブより上流側に燃料を供給する燃料供給手段とを設
けたので、副吸気通路内において燃料の霧化が促進で
き、これにより排気ガスの低公害化と燃費の改善を図る
ことができる効果がある。 【００３２】また、副吸気通路開口側に燃料を導くため
のガイド部を可変ベンチュリバルブのピストンに設ける
とともに、燃料噴射弁の噴射口を上記ガイド部に指向さ
せるようにしたので、該ガイド部により吸気通路内にお
いて燃料の霧化が促進できる。またこの霧化された燃料
はガイド部から副吸気通路開口に導かれるので、該副吸
気通路内でさらに霧化が促進でき、これにより排気ガス
の低公害化と燃費の改善を図ることができる効果があ
る。さらにまた、ガイド部に残留した燃料はバランス管
により次の吸気行程の気筒用副吸気通路に導入され、こ
こで霧化される。

【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が適用された
４サイクルエンジンの平面模式図である。 【図２】上記実施例エンジンの断面側面部分図である。 【図３】上記吸気装置の可変ベンチュリバルブの縦断面
図（図４のIII−III 線断面図）である。 【図４】図３のIV-IV 線矢視図である。 【図５】図４の変形例を示す図である。 【図６】図４の変形例を示す図である。 【符号の説明】 １ エンジン １１ 吸気弁 １７ 吸気通路 ２２ 吸気管（吸気通路） ２５ スロットル弁 ２８ 吸気弁開口 ３０ 可変ベンチュリバルブ（開閉弁） ３６ 傾斜面（ガイド部） ４０ 副吸気管（副吸気通路） ４０ａ 副吸気管開口 ４５ 燃料噴射弁

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ Ｆ０２Ｍ 69/04 Ｆ０２Ｍ 69/00 ３２０Ｆ (56)参考文献 特開 平５−86871（ＪＰ，Ａ) 実開 昭59−99173（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭63−69771（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭62−110576（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭60−107330（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭60−15944（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F02M 69/00 F02B 29/08 F02M 23/12 F02M 69/04

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 吸気弁で開閉される吸気弁開口に連なる
   吸気通路と、該吸気通路の通路面積を制御する絞り弁と
   を各気筒毎に備えた４サイクル内燃機関の吸気装置にお
   いて、上記吸気通路途中部分と吸気弁開口近傍とを該吸
   気通路より小径の副吸気通路で連通し、上記吸気通路途
   中部分の上記副吸気通路開口近傍に上記絞り弁の開度に
   応じてピストンを進退させることにより上記吸気通路を
   開閉する可変ベンチュリバルブを設け、該可変ベンチュ
   リバルブのピストンに上記副吸気通路開口側に燃料を導
   くための傾斜面からなるガイド部を形成し、上記吸気通
   路内の上記可変ベンリュリバルブより上流側でかつ上記
   絞り弁より下流側に燃料を供給する燃料噴射弁を配設す
   るとともに該燃料噴射弁の噴射口を上記ガイド部に指向
   させ、隣接する気筒の副吸気通路同士をバランス管で連
   結したことを特徴とする４サイクル内燃機関の吸気装
   置。