JP3786050B2 - 内燃機関の吸気装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
エンジンの燃焼室に空気，燃料を供給する吸気装置の構成に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の吸気管においては、燃焼の効率を高めるために機関の特定の運転状態で燃焼室内に旋回流を積極的に発生させる試みがなされている。具体的には吸気主通路に補助弁と補助弁をバイパスするバイパス通路を設け、この補助弁を機関の特定の運転状態で閉じて、バイパス通路から燃焼室内に入る空気が燃焼室の入口に対して特定の偏った位置から入るようにすることで燃焼室内に旋回流を形成している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
然るに従来の装置では、このバイパス通路が成形し難いという問題があった。
【０００４】
本発明の目的は、燃焼室内に旋回流を発生させるための分割通路，補助弁，バイパス通路の配置構成を工夫して成形しやすい構成とすることを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、一端が前記コレクタに開口し、他端が補助弁をバイパスして燃料噴射弁が取付けられた独立吸気管通路部に開口する２本のバイパス吸気通路が、独立吸気管筐体を貫通して形成されており、２本のバイパス吸気通路は燃料噴射弁の噴射口が独立吸気管通路に臨む位置の近傍の両側において独立吸気管通路に開口し、且つ燃料噴射弁の取付け方向に沿って吸気弁に向けて空気を噴射するよう形成されている、ことによって達成される。
【０００６】
好適には、独立吸気管内に設置された２個の吸気通路の上流側開口部と下流側開口部との間の距離が、独立吸気管の上流側開口部と下流側開口部との間の距離に略等しくする。
【０００７】
また好適には、２個の吸気通路から噴出する空気の流れと、燃料噴射弁から噴出する燃料の流れとが略並行に構成する。
【０００８】
さらに好適には、２個の吸気通路から噴出する空気の流れと、燃料噴射弁から噴出する燃料の流れとが、内燃機関の吸気弁の表面上で衝突するよう構成する。
【０００９】
また好適には、２個の吸気通路の上流側開口部が、２個の吸気通路の下流側開口部が開口する前記独立吸気管が接続された前記コレクタ内に開口するよう構成する。
【００１０】
さらに好適には、補助弁の開度を前記内燃機関の運転状態によって変化させるよう構成する。
【００１１】
またさらに好適には、補助弁をバイパスする２個の吸気通路は、独立吸気管を形成する吸気通路壁面を貫通する真直ぐな通路で構成される。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１，図２に本発明の第一実施例を示す。絞り弁１を通過した吸気は上部コレクタ２を通過したあと、左右に仕切られたコレクタ３ａ，３ｂに別れる。さらに、これらのコレクタから独立吸気管４に分岐されて、吸気弁５を通過しシリンダ６に吸入される。ここで、シリンダ内に旋回流を作るために補助弁７とこれをバイパスした吸気通路８を設けている。通常は補助弁７は開いているが、リーン燃焼をする場合や、アイドルや低温時のように燃焼を改善したい場合は、補助弁７を閉じて、吸気を吸気通路８の方からシリンダ６内に供給する。このようにすると、図１に一点鎖線で示した方向に、指向性のある空気流を吸気弁５のある位置に供給すると、独立吸気管４内に偏流ができ、シリンダ６内に旋回流９が形成される。燃料は燃料噴射弁１０から供給される。図１ではＶ型のエンジンへの適用例を示しているが、直列エンジンにも適用できる。
【００１３】
図２に図１で示した空気流と燃料噴霧の方向を示す。図２に示した（イ）の点線の右側が吸気管２０で左側がエンジンヘッド１５である。補助弁７をバイパスした吸気通路８から吸気を供給しシリンダ６内に旋回流９を形成する。ここで、燃料噴射弁は図示されていないが、吸気通路８から噴出する空気流１２の方向を燃料噴霧１１の方向に一致させ、空気流１２と燃料噴霧１１は吸気弁５に至るまで交差することがないように構成する。このように構成することにより、燃料噴霧１１が高速の空気流１２により偏向されることなく、吸気弁５を直撃する。もし、燃料噴霧１１に高速気流が衝突するように構成されていると、吸気管の壁面１５に燃料噴霧１１が衝突し液膜が形成され燃焼が悪化する。このように空気流１２と燃料噴霧１１の方向をほぼ平行にすることにより燃料噴霧１１性状を悪化することなく、シリンダ６内に旋回流を形成できる。吸気通路８の出口１３は境界（イ）に開口しており、ヘッド側には突き出ていない。また、ヘッド側には吸気通路８から噴き出る空気流１２を邪魔しないように、切欠き１４が形成されている。図２のように、燃料噴射弁と吸気通路８の出口の位置はほぼ同じ高さになっている。この実施例では、空気流１２は吸気弁５の開いた場合の隙間を狙っており、燃料噴霧１１は吸気弁５上を狙って噴射される。このような構成により、エンジンからの未燃焼炭化水素の排出量を低減し、リーン状態での燃焼を安定化することができる。
【００１４】
図３，図４は第二実施例であり、吸気通路８の構成を示す。図３では燃料噴射弁１０の先端部に吸気通路８の出口１３が開口している。その状態を（ロ）の矢印の方向から見た図を図４に示す。ここでは吸気通路８を燃料噴射弁１０の両サイドに設けている。つまり、ひとつのシリンダ当り２個の吸気通路８が設けられている。このため、吸気通路８の出口部１３は２か所となる。図３に示す通り、吸気通路８の入口はコレクタ３ａに開口しており、吸気通路８は燃料噴射弁１０を取付ける孔と共に独立吸気管４を構成する筐体を貫通して形成されている。２１は燃料噴射弁１０からの燃料噴霧１１が噴出するために設けられた開口部である。この出口１３はこの開口部２１の両側に設けられることになる。図３ではＶ型エンジンの例を示したが、図２に示した様に直列エンジンの場合も同様に適用できる。このように本発明は、直列エンジン，水平対向エンジン，Ｖ型エンジンなどすべてのエンジンに適応できる。
【００１５】
図５は第三実施例であり、Ｖ型エンジンでの実施例を示す。補助弁７をバイパスした吸気通路８の上流側の開口部２２がコレクタ３ｂに開口しているが、Ｖ型エンジンの場合は、コレクタ３ａ，３ｂの二つに隔壁２３で別れている。この場合、独立吸気管４での圧力変動で吸気慣性過給が生じ、シリンダ６内に空気が充填される。しかし、吸気通路８が図１に示したように、独立吸気管４に対応していない別のバンクのコレクタ３ａに開口していたのでは、独立吸気管４内の圧力波が別バンクのコレクタ３ａに逃げてしまい慣性過給効果が減少してしまう。そこで、図５に示すように、独立吸気管４に設けられた吸気通路８の開口部２２は、その独立吸気管４に対応したコレクタ３ｂに開口するようにした。この場合、圧力波は吸気通路８内と独立吸気管４内を同じように伝搬するので、慣性過給効果は減少しない。また、この圧力波の伝搬が時間的に同じになるように、通路の両端の開口部間の距離（Ａ〜Ｂ）と、それに対応する独立吸気管４での距離（Ａ〜Ｂ）を同じにする必要がある。同じにすると、両者の圧力波のピーク時間が一致するので、効果が大きくなる。
【００１６】
図６，図７は第四実施例であり、図６は上方から見た吸気管の構成を、図７は図６の縦断面を示す。燃料噴射弁１０の両側に設けられた吸気通路８ａ，８ｂからの空気流１２は、燃料噴射弁１０からの燃料噴霧１１を挟むように構成される。さらに、燃料噴霧１１は吸気弁５上の空気流１２の当たる位置より内側に当たるようにする。このようにすると、燃料噴霧１１が吸気弁５の外側に分散することなく、中心に集められる。つまり、空気流１２がエアカーテンのような効果を示し、燃料噴霧１１の分散を防止する。シリンダ５に流入した燃料噴霧２５は点火プラグ２４付近に集中し、供給空燃比をリーンに設定した場合でも点火プラグ２４の周りはリッチになるので、失火することなく安定した燃焼が可能となる。
【００１７】
また、図２のように燃料噴射弁１０と吸気通路８の位置を同じ高さにするとエンジンヘッドに切欠き１４を設ける加工が必要となるが、図６のように独立吸気管２７側の燃料噴射弁１０の下流に吸気通路８を設けることにより、エンジンヘッド２６を加工しなくても吸気通路８を形成することができる。
【００１８】
図８，図９は第五実施例であり、シリンダ６内に旋回流を形成するための別の手段の実施例を示す。独立吸気管４内に補助弁２９を設けて、空気流に偏流を与える方法である。この場合、図９に示すように補助弁２９の一部を切り欠くことにより空気流に偏流を与えるようにする。この切り欠き部２８ａ，２８ｂの形状を、燃料噴射弁１０の噴射口の両側に位置するようにした。このようにすることにより、図６に示したように、空気流で燃料噴射弁１０からの燃料噴霧を挟むようになるので、燃料噴霧はシリンダの中心に集中するようになる。
【００１９】
一般に自動車では、吸気の量，燃料の量，空燃比の量等をマイクロコンピュータを使用して制御している。本発明でも空燃比，補助弁７，２９の開度をマップ状にメモリ素子に書き込み、制御値を読み出している。図１０に空燃比のマップの一例を、図１１に補助弁開度のマップの一例を示す。これらのマップは縦軸がエンジン回転数Ｎｅ、横軸が燃料噴射量ＴＰになっている。図１０の例はリーン燃焼エンジンの制御用の設定目標空燃比のマップであり、運転状態によって目標空燃比が異なっている。また、図１１は、補助弁７，２９の開度の設定値のマップであり、数値が大きい方が開度が小さい。つまり、数値が大きい方が吸気通路８を流れる空気量が多い。このように運転状態によってこの補助弁７，２９の開度を変えることにより、最適な旋回流を得ることができ、各運転状態で最適な空燃比を得ることができる。
【００２０】
図１２に第六実施例を示す。図１２は、二つの吸気通路８が吸気弁５の内側を狙った場合で、シリンダ６内に縦方向の旋回流を形成する。吸気通路８は独立吸気管４の端に設けているので、主の空気流の邪魔にならない。吸気通路８の上流側の開口部３０は、独立吸気管４の上流のコレクタに開口している。
【００２１】
図１３に第七実施例を示す。図１３は、二つの吸気通路８を並行に構成した例である。このようにすると、シリンダ６内で空気流が衝突することなく、縦方向の旋回流が確実に形成される。
【００２２】
図１４は、第八実施例であり、吸気通路の一方８ａが吸気弁５ａの内側を狙って燃料を噴射するように構成されており、もう一方の吸気通路８ｂは吸気弁５ｂの外側を狙って燃料を噴射するように構成されている。これによりシリンダ６内に横の旋回流を形成できる。また、吸気通路８ａ，８ｂを図の紙面に垂直な方向に傾斜させることにより、斜めの旋回流をシリンダ６内に形成することもできる。
【００２３】
図１５は、第九実施例であり、吸気通路８ａ，８ｂともそれぞれ吸気弁５ａ，５ｂの外側を狙って燃料を噴射するように構成している。これによりシリンダ６内に二重の旋回流を形成できる。
【００２４】
図１６は、第十実施例であり、吸気通路８ａは吸気弁５ｂの外側、吸気通路８ｂは吸気弁５ｂの外側を狙う燃料を噴射するようにした構成である。これは、シリンダ内に横または斜めの旋回流を形成するためのものである。以上のように吸気通路８の方向を選定することにより、シリンダ６内に所望の旋回流を形成できる。図１７から図１９は独立吸気管４を側方から見た例で、独立吸気管４内に吸気に偏流を与える補助弁を用いた場合の実施例を示す。図中の上方に補助弁の正面から見た形状も示してある。
【００２５】
図１７は、第十一実施例であり、補助弁４０の下部が切り欠かれており、空気はこの切欠き４１を通って偏流される。しかし、この偏流された空気流は高速なために、燃料噴射弁１０からの燃料噴霧４３は偏向されて、壁面４４に付着してしまう。そこで補助弁４０の上部に切欠き４２を設け、燃料噴霧方向補正用の空気流４５を流し、燃料噴霧４３が曲がるのを防止する。
【００２６】
図１８は、第十二実施例であり、独立吸気管４に隔壁４６を設け、その上部に補助弁４７を設ける。この隔壁４６の下部を吸気偏流用の高速空気流が流れ、燃料噴霧４３には吸気弁５の近傍で衝突するので燃料噴霧４３が偏向されることはない。
【００２７】
図１９は、第十三実施例であり、補助弁４８の下部４９に燃料噴射弁１０からの燃料噴霧４３を衝突させて微粒化させる構造になっている。このように、燃料が微粒化されていると、たとえ偏向されても独立吸気管４内の壁面に付着することなく吸気と一緒に燃焼室内に流入する。
【００２８】
図２０から図２２は独立吸気管４を側方から見た例で、独立吸気管４内に補助弁を設けた場合の別の実施例を示す。
【００２９】
図２０は、第十四実施例であり、補助弁５０の一部を切り欠いて吸気に偏流を与える。さらに、この偏流した高速の空気流に対し、燃料噴霧４３と反対側に吸気通路５１から、高速の空気流５２を供給する。この高速の空気流５２により燃料噴霧４３が偏向されるのが防止できる。この高速の空気流５２は絞り弁または補助弁５０をバイパスした通路によって得ることができる。
【００３０】
図２１は、第十五実施例であり、独立吸気管４に隔壁５４を設け、その下部に補助弁５３を設け、上部を空気流５５が流れるように構成した。この時の空気流５５は吸気弁５の近傍で燃料噴霧４３と衝突するために、燃料噴霧４３は偏向されることはない。
【００３１】
図２２は、第十六実施例であり、補助弁５６に燃料噴霧４３の通過位置に対応した位置に切欠き５７を設けた。この切欠き５７を燃料噴霧４３と高速の偏流用空気流とが一緒に通過するために、燃料噴霧４３は偏向されることなく空気流と同じ方向に飛翔する。この空気流と燃料噴霧４３の飛翔方向を吸気弁５の所望の位置に設定することにより、シリンダ内に旋回流を形成しつつ、良好な混合気分布を得ることができる。
【００３２】
なお、図１７，図１９，図２０，図２２では補助弁の切欠き部を下部に設けた構成を示したが、補助弁の上部に切欠きを設けた構成にしても良い。また、図１７では、切欠きを上部に設け、燃料噴霧偏向防止用の空気流を作るための切欠きを下部に設けても良い。図１９では、補助弁の切欠きを上部に設けて、その上端に燃料噴霧を衝突させ微粒化するようにしても良い。図２０では、切欠きを上部に設け、燃料噴霧補正用の空気流を作る通路を下部から供給しても良い。さらに、図２２では、切欠きを補助弁の上部に設けても良い。さらに、図１７から図２２の例では、燃料噴射弁からの燃料噴霧が二方向の場合を示したが、一方向の燃料噴霧の場合も、同様の構成として同様の効果を得ることができる。
【００３３】
【発明の効果】
本発明によれば、２本のバイパス吸気通路は独立吸気管筐体を貫通する通路だけで形成されるので、吸気通路の形成が容易である。
また、２本のバイパス吸気通路は燃料噴射弁の先端部の両サイドに開口させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一実施例を示し、吸気系全体の構成図。
【図２】図１の吸気管の構成図。
【図３】本発明の第二実施例を示し、Ｖ型エンジンの吸気通路の構成図。
【図４】図３の（ロ）矢視図。
【図５】本発明の第三実施例を示し、吸気系全体の構成図。
【図６】本発明の第四実施例を示し、上方から見た吸気管の構成図。
【図７】図６の縦断面図。
【図８】本発明の第五実施例を示し、吸気管の構成図。
【図９】補助弁の正面図。
【図１０】エンジン制御用の空燃比のマップ図。
【図１１】エンジン制御用の補助弁開度のマップ図。
【図１２】本発明の第六実施例を示し、上方から見た吸気管の構成図。
【図１３】本発明の第七実施例を示し、上方から見た吸気管の構成図。
【図１４】本発明の第八実施例を示し、上方から見た吸気管の構成図。
【図１５】本発明の第九実施例を示し、上方から見た吸気管の構成図。
【図１６】本発明の第十実施例を示し、上方から見た吸気管の構成図。
【図１７】本発明の第十一実施例を示し、側方から見た吸気管の構成図。
【図１８】本発明の第十二実施例を示し、側方から見た吸気管の構成図。
【図１９】本発明の第十三実施例を示し、側方から見た吸気管の構成図。
【図２０】本発明の第十四実施例を示し、側方から見た吸気管の構成図。
【図２１】本発明の第十五実施例を示し、側方から見た吸気管の構成図。
【図２２】本発明の第十六実施例を示し、側方から見た吸気管の構成図。
【符号の説明】
１…絞り弁、３ａ，３ｂ…コレクタ、４…独立吸気管、５…吸気弁、６…シリンダ、７，２９，４０，４７，４８，５０，５３，５６…補助弁、８，８ａ，８ｂ…吸気通路、９…旋回流、１０…燃料噴射弁、１１…燃料噴霧、１２…空気流。

Claims (4)

1. 内燃機関の燃焼室入口の吸気弁部に接続され、空気を内燃機関の燃焼室に導入する複数個の独立吸気管、
   当該独立吸気管に接続されるとともに導入された前記空気を前記独立吸気管に分配するコレクタ、
   前記独立吸気管の壁面に設置され前記空気に燃料を供給する燃料噴射弁、
   前記独立吸気管に設けられリーン燃焼時やアイドル時や低温時に閉じる補助弁を備えたものにおいて、
   一端が前記コレクタに開口し、他端が前記補助弁をバイパスして前記燃料噴射弁が取付けられた独立吸気管通路部に開口する２本のバイパス吸気通路が、前記独立吸気管筐体を貫通して形成されており、
   前記２本のバイパス吸気通路は前記燃料噴射弁の噴射口が前記独立吸気管通路に臨む位置の近傍の両側において前記独立吸気管通路に開口し、且つ前記燃料噴射弁の取付け方向に沿って前記吸気弁に向けて空気を噴射するよう形成されている
   内燃機関の吸気装置。
2. 請求項１に記載したものにおいて、前記燃料噴射弁の噴射開口と前記２本の吸気通路の開口部が前記独立吸気管の壁面の切欠き部に並んで開口している
   内燃機関の吸気装置。
3. 請求項１もしくは２のいずれかに記載したものにおいて、
   前記吸気弁が２つ備えられており、
   前記燃料噴射弁はそれぞれの吸気弁を指向する２本の噴霧を噴出する
   内燃機関の吸気装置。
4. 請求項３に記載したものにおいて、
   前記２本のバイパス吸気通路から噴出する空気の流れと、前記燃料噴射弁から噴出する２本の燃料噴霧とが、前記内燃機関の吸気弁の表面上で衝突する
   内燃機関の吸気装置。

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