JPH03164518A - 多弁式エンジンの吸気装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本願発明は、１つの気筒につき吸気弁を複数個つ１ｕえ
た多弁式エンジンの吸気装置に関するものである。

（従来の技術） 近年のエンジン高出力化の傾向の中で、最近では種々の
タイプの１気筒当り複数の吸気弁を備えた吸気多弁式エ
ンジンが開発されてきている。そのような多弁式エンジ
ンの１つとして、燃焼室内ｔ？７．’７−ルを発生させ
ることのできるヘリカル型吸気ボートを備え、同吸気ボ
ートの構造を下記のように数置したものがある。先ずヘ
リカル型吸気ボートはその名の通りに吸気ボートの形状
が渦巻状に形成されたものであり、該渦巻状の吸気ボー
トによってエンジン燃焼室内にスワールを発生させるこ
とにより燃焼性能を改善するものである。

しかし、一方、吸気ボートが単一のエンジンの場合、高
回転、高負荷運転時には、その特殊なボート形状により
吸気抵抗が増大して却って吸気充填効率が低下する傾向
が認められている。そこで、これを改善するために上記
ヘリカル型（第１の）吸気ボート、（第１の）吸気弁に
加えて更に第２の通常吸気ボート（ストレートボート）
及び第２の吸気弁を設ける一方、この第２の吸気ボート
には、さらに吸気制御弁（スワール制御弁）を設け、低
負荷運転時にはこの吸気制御弁を閉じて上記ヘリカル型
吸気ボートの特徴を生かし、スワールの生成によって燃
焼性を改善するとともに、他方高回転、高負荷運転時に
はこの吸気制御弁を開いてヘリカル型筒１の吸気ボート
及び第２の吸気ボートの両方から空気を燃焼室に導入す
ることによって吸気抵抗を低減し、吸気充填効率を同上
させることができるようにしたものがそれである。

ところで、一般に内燃機関において燃焼性を良好にし燃
費性能を向上させるためには混合気可燃空燃比の最大値
、すなわち燃焼のリーン限界を拡大することが必要であ
り、そのためには燃焼室上部の点火プラグ周りの燃料を
濃くしてピストン側を薄くする（以下これを混合気の成
層化という）と良いことが知られている。

そこで、例えばエンジン燃焼室内へ供給する吸気にスワ
ールを発生させる常時開放の上記第１の吸気ボートと、
エンジンの高負荷・高回転運転域においてのみ開放する
吸気制御弁を有し且つ燃焼室内にストレートに吸気を供
給する」二記第２の吸気ボートに加え、更に、それら２
つの吸気ボートの間に燃料噴射弁を設けたストレートな
小径の第３の吸気ボート、並びに第３の吸気弁を設け、
これら第１、第２及び第３の各吸気ボートを第１、第２
及び第３の吸気弁を介して燃焼室にそれぞれ接続し、例
えば低負荷時においては前記第３の吸気弁の開弁時期を
前記第１の吸気弁の開弁時期よりも所定クランク角遅ら
せることにより、上記混合気の成層化を達成して上記燃
焼性の改善と希薄燃焼による燃費の向上との両方を実現
するようにすることが考えられる。

ところで、このような構成の複吸気弁エンジンにおいて
は燃料の供給が上記第３の吸気ボート、第３の吸気弁の
みから行なわれることになるか、同第３の吸気弁は一般
に弁径が小さく形成され、またその量弁期間も短く設定
されていること、さらに当該第３の吸気弁が設けられる
上記第３の吸気ボートは上記の如く小径であるために断
面積が小さい。従って噴射燃料か吸気ボート内壁面に付
着し易いことなどから、エンジンの高負荷・高回転領域
のように多量の燃料を必要とする場合には所要量の燃料
が円滑に燃焼室内に吸入されないという問題がある。

また上記第３の吸気弁の設定開弁期間は通常吸気行程の
中央付近から吸気行程の下死点付近までであるため全負
荷運転時において、均質な混合気を得るのか困難である
という問題もある。

そこで、このような問題を解決し、エンジンの低負荷・
低回転域においては良好な成層化を達成して燃焼のリー
ン限界を拡大できるようにする一方、他方エンジンの高
負荷・高回転域においては均質な所要量の混合気を円滑
に供給できるようにして運転性能が良好で、かつ高出力
が得られるようにしたものとして、従来例えば実開昭６
３−１４８２８号公報に示される発明がある。

すなわち、該発明のエンジンの吸気装置では、上記の問
題点を解決するために、その構成として、燃焼室内へ供
給する吸気にスワールを発生させる常時開放の第１の吸
気ボートと、エンジンの高負荷・高回転運転域において
のみ開放する吸気制御弁を有しかつ燃焼室内にストレー
トの吸気を供給する第２の吸気ボートと、燃料噴射弁を
設けた第３の吸気ボートとを具備し、これら第１・第２
及び第３の各吸気ボートを相互に独立したものに形成す
るとともに、該第１、第２及び第３の吸気ボートを各々
第１、第２及び第３の吸気弁を介してエンジン燃焼室に
それぞれ接続し、さらに前記第３の吸気弁の開弁時期を
前記第１の吸気弁の開弁時期より遅らせるようにした複
吸気弁エンジンにおいて、前記第３の吸気ボートに加え
前記第１の吸気ボート途中と前記第２の吸気ボートの前
記吸気制御弁下流側との３ケ所に燃料噴射弁をそれぞれ
設け、エンジンの低負荷・低回転域（こおいては、前記
第３の吸気ボートに設けた燃料噴射弁のみから燃料を供
給する一方、エンジンの高負荷高回転域においては、前
記第１、第２及び第３の各吸気ボートに設けた各燃料噴
射弁の全てから燃料を供給するように構成されている。

つまり、該発明の構成ではエンジンの低負荷低回転域に
おいては第３の吸気ボート内の燃料噴射弁のみを作動し
て燃料を吸気行程の後半において供給し、それによって
前述した従来の複吸気弁エンジンと同様に成層化を達成
する。一方、エンジンの高負荷・高回転域においては、
前記第１、第２、第３の各吸気ボート中の各燃料噴射弁
の全てを作動させて多量の燃料を壁面付着を［βくこと
なく効率的に供給し、均質化され゛た所要量の混合気を
燃焼室内に円滑に流入させて運転性能を向上させ、また
高出力が得られるようにしている。

（発明が解決しようとする課題） ところが、上記従来技術の構成によると、先にｔ）述べ
たように第１〜第３の３つの吸気弁に対応する第１〜第
３の３つの吸気ボートの各々が相互に完全に独立した３
本の吸気通路（３本の吸気枝管）となっており、それら
がシリンダ配列方向同一水平面上に並列配置された構造
になっているとともにセンターポートである第３の吸気
ボートを挟んで対向する第１．２の吸気ボート（サイド
ホト）の吸気導入方向がシリンダボアの内周面方向に対
向（衝突）するようになっている。そのため、例えば第
１、第２の吸気ボート（サイドポート）から供給される
燃料がシリンダの周辺壁に液滴状態で付着し、該液滴燃
料がＨＣ発生源であるピストンのトノブランド（ピスト
ンの第１リング溝とシリンダへノド面との間にある段部
）付近に侵入し易くなる問題を含んでいる。

（課題を解決するための手段） 本願発明は、上記の問題を解決することを目的としてな
されたもので、各気筒の７リング配列方向中央部に設け
られるセンターポートと、該センターポートを挟んで上
記シリンダ配列方向両側に設けられる２つのサイドポー
トと、上記センターポートに設けられた燃料噴射弁とを
備えてなる多弁式エンジンにおいて、上記各気筒間の相
互に隣合うサイドポートを相互に連通するコモンボート
に形成するとともに上記センターポートの中心軸延長線
」二に点火プラグが位置するように構成した事を特徴と
するものである。

（作　用） 上記本願発明の多弁式エンジンの吸気装置の構成では、
各気筒のシリンダ配列方向中央部に設けられるセンター
ポートと、該センターポートを挟んで上記シリンダ配列
方向両側に設けられる２つのサイドポートと、上記セン
ターポートに設けられた燃料噴射弁とを備えてなる多弁
式エンジンにおいて、上記各気筒間の相互に隣４合うサ
イドホトを相互に連通するコモンボートに形成するとと
もに上記センターポートの中心軸延長線上に点火プラグ
が位置するように構成されている。

このようにセンターポートと該センターポートを挟む２
つのサイドポートとの３つの吸気ボート、■亡びにそれ
等に対応する３つの吸気弁を備えた吸気３弁構造にする
と、吸気弁の開口面積が増大して吸気抵抗が減少するこ
とは素より、燃焼室の形状が良好となって圧縮比を十分
に高くすることができ、またそれに合わせて排気バルブ
の開口面積も広くすれば排気抵抗も減少するので、吸気
充填効率、掃気性能共に高まって高回転化が可能となり
、かつ出力も向上するようになる。

しかも、このように３つ以上の吸気弁が設けられたエン
ジンにおいては、吸気弁ないし吸気ホトの形状や配設位
置並びに開閉タイミング等の各種仕様を個別的にある程
度自由に設定することができるようになるので、そのよ
うに各吸気弁ないし吸気ボートの仕様を工夫することに
よって、上記エンジン出力特性や燃費性能の向上を更に
図ることができるといった利点が生じる。

例えば、既に述べた上記の実開昭６３−１４８２８号公
報に開示された３吸気弁式エンジンのように、所定の低
負荷・低回転域では所定の１つの吸気ボートを閉止し、
ヘリカル形状に形成された池の吸気ボートからエンジン
燃焼室内に吸気を流入させて同エンジン燃焼室内にスワ
ールを形成し、それによって同低回転域での燃焼性の向
上を図る一方、他方高負荷・高回転域では上記１つの吸
気ボートの閉止を解除して全３つの吸気ボートから燃焼
室内に吸気を効率良く供給してエンジン出力の向上を図
るようにすることなども比較的容易に実現することかで
きる。

しかも、本発明吸気通路の場合、さらに隣合う気筒間の
２つのサイドポート同士を相互に連通させることによっ
てコモンボートに形成しているとともに上記センターポ
ートの中心軸延長線上に点火プラグが位置するようにし
て、センターポートの燃焼室内への入射方向をシリンダ
ボア中心部の点火プラグ方向に設定しているから、燃料
噴射弁より供給される噴射燃料が壁面に付着することな
く効率よく点火プラグ近傍に集められるようになる。

その結果、従来のように噴射燃料が液滴状態で７リング
壁面に付着して圧縮時にピストントップランド付近に同
液滴燃料が侵入するようなことが少なくなってＨＣの発
生量が低減されるとともにコモンボート化されたサイド
ポートが７リンダボアの中心方向に開口してシリンダボ
ア周囲から中心方向に向う渦流が形成されるようになる
ので燃ｔｉｔと空気のミキシングが良好となり、又燃焼
室内中央部では混合気が効率的に成層化され、−段と燃
焼性並びに排気エミノンジン性能が改善される。

また、各気筒の隣接するサイドポートがコモン化された
ことにより吸気マニホールドの水平面方向の配設スペー
スが小さくなり、大きく吸気系のスペースファクターが
改善される。

（発明の効果） 従って、上記本願発明の多弁式エンジンの吸気装置によ
ると、高回転・高負荷時に於ける供給燃料のシリンダ壁
面への付着を防止してＨＣ発生量の低減を図ることがで
き、排気エミッション性能を向上させることができる。

また、コモンボートによるシリンダボア中心方向への渦
流によってエンジン運転時に於ける混合気のミキシング
性が良好となり、かつセンタボートから点火プラグ付近
への燃料の供給によって混合気の成層化ら可能となるの
で同低負荷運転時の燃焼性能、燃費性能の向上を図るこ
とができる。

しかも各気筒間における吸気ボートのコモン化の結果、
多弁構造により大口径の吸気ボート構造を採用したにも
拘わらず、吸気系全体の形態をコンパクトにすることが
でき、ひいてはエンジンの小型化にも寄与し得るように
なる。

（実施例） 第１図および第２図は、複数の気筒を備え、該複数の気
筒の各気筒についてｍ数の吸気弁が設けられた本願発明
の第１実施例に係る多弁式エンジンの吸気装置の構成を
示している。

先ず、第１図および第２図を参照してその構成を説明す
ると、符号１は直列配置された第１〜第４の４つの気筒
を備えたエンジンのエンジン本体、２は各気筒のシリン
ダブロック、３は同各気筒のシリンダブロック２内で各
々往復動するピストン、４は上記各気筒の７リングブロ
ツク２上に固定された各シリンダヘソド、５は上記各気
筒のピストン３と上記同シリンダへラド４との間に各々
形成されたエンジン燃焼室、６は同エンジン燃焼室５の
頂部のほぼ中央に配置された各気筒の点火プラグを夫々
示している。そして、上記各気筒の７リングへ、ド４の
内壁面には第１の吸気弁７、第２の吸気弁８、第３の吸
気弁９からなる３個の吸気弁と、第１の排気弁１０およ
び第２の排気弁１１からなる２個の排気弁とが各々配置
されている。

第１の吸気弁７および第２、第３の吸気弁８．９は、は
ぼ同じ弁径を有して形成されている。上記第１の吸気弁
７は上記エンジン燃焼室５のシリンタ配列方向（第２図
上下方向）中央部に配置され、また同第１の吸気′ｊｆ
−７の延長線上に位置して点火プラグ６か配置されてい
る。上記各気筒のシリフタヘッド４内には、第１の吸気
通路１２、第２の吸気通路１３、第３の吸気通路１４か
らなる３個の吸気通路と、上記第１、第２のの排気弁１
０゜１１を介してエンジン燃焼室５内に連結された排気
通路１５Δ、１５Ｂとが各々形成されている。

第１の吸気通路１２、第２の吸気通路１３および第３の
吸気通路１４は、その吸気ボート人口部では図示のよう
に互いに分離されて上記ンリンタヘッド４内を互いにほ
ぼ略平行に延びている。そして、第１の吸気通路１２、
第２の吸気通路１３並びに第３の吸気通路１４は、後に
詳述するように各気筒間のｔ自互に隣り合う吸気通路同
士は途中で相互に共通化されている一方、図示しないが
吸気上流側では全体としても同一の吸気枝管に連結され
て同吸気技管の内部において全通路が互いに合流するよ
うになっている。そして、上記第３の吸気通路１４は第
３の吸気弁９を介してエンジン燃焼室５内に連結されて
いる。また第２の吸気通路１３は、第２の吸気弁８を介
してエンジン燃焼室Ｓ内に連結されている。さらに第１
の吸気通路１２は、上記第１の吸気弁７を介してエンジ
ン燃焼室５内に連結されている。そして、この第１の吸
気通路１２は上述の如く真っ直ぐに延びるストレートホ
トとして形成されていて、該第１の吸気通路１２の土壁
部には燃料噴射弁（フューエルインジェクタ）２＋が配
置され、この燃料噴射弁２１から燃料が上記第１の吸気
弁７の傘部の背面に向けて噴射されるようになっている
。

ところで、上記第２、第３の吸気通路１３．１４は、例
えば第３図に示すように第１〜第４の各気筒Ｎｏｌ〜Ｎ
ｏ４の相互に隣合う気筒のもの（Ｎ。

１気筒の第３の吸気通路１４とＮＯ２気筒の第２の吸気
通路１３、Ｎｏ２気筒の第３の吸気通路１４とＮｏ３気
筒の第２の吸気通路１３、Ｎｏ３気筒の第３の吸気通路
１４とＮｏ４気筒の第２の吸気通路１３）同士は、吸気
ボート部上流側で相互に連通したコモンボート部（サイ
アミーズ型）１６に形成されている。

そして、該コモンボート部１６には、スワール形成用の
吸気制御弁１９が配置され、外部コントロール手段によ
ってエンジンの運転状態に対応して開閉制御されるよう
になっている。また、上記センターポートである第１の
吸気通路１２のエンジン燃焼室５への入射方向は、シリ
ンダポア中心の点火プラグ６の方向に設定して形成され
ている。

上記のような構造の本実施例のエンジンでは、例えば部
分負荷運転時には吸気行程の前半に空気のみが燃焼室５
内に供給される一方、吸気行程の後半に燃料噴射弁２１
が作動して噴射燃料が燃焼室内に供給されるようになっ
ており、それによって燃焼室頂部の点火プラグ６付近に
ｉａ’ｔｆＪｉ合気層が形成される一方、燃焼室下方に
は希薄混合気層が形成されることになって、燃焼室内混
合気が成層化せしめられる。その結果、点火プラグ６周
りに濃混合気が集まるために着火性が向上する。また該
領域では吸気制御弁１９が閉じられヘリカル構造を有し
て燃焼室５の接線方向に開口した各気筒の吸気通路（Ｎ
ｏ１気筒及びＮＯ３気筒の第２の吸気通路１３．　ｌ　
３とＮｏ２気筒及びＮｏ４気筒の第３の吸気通路１４．
１４）から各々流入する空気流によって当該各気筒の燃
焼室５内には旋回流（スワール）が発生せしめられるの
で上記青火火炎を同燃焼室５内に急速に伝播せしめるこ
とかできるようになって燃焼状態が一段と良好となる。

しかも、上記実施例の構成では、第１〜第４の上記各気
筒Ｎｏ１＝Ｎｏ４の相互に隣合う気筒間の吸気ボート部
（サイドポート）がｔ自互に連通するコモンボート部１
６に形成されており、それらの各吸気ボート（Ｎｏ１気
筒の第３の吸気ボート１４、Ｎｏ２気筒の第２の吸気ポ
ート１３、Ｎｏ３気筒の第３の吸気ボート１４、Ｎｏ４
気筒の第２の吸気ｆ−ト１３）は各々上記エンジン燃焼
室５のシリンダボア中心方向に開口されている。従って
、上記各気筒の第２の吸気ノｍ路１３と第３の吸気通路
Ｉ４の吸気の衝突を生じることがなく第１の吸気通路（
ボート）１２より供給された燃料の液滴状態でのンリン
ク壁面付着を防止することができようになるるとともに
広い運転領域に亘って混合気のミキンング性能の向上を
図ることかできるようになる。

又、コモン化して吸気通路部を共用化したたけ吸気系の
水平面方向の配列スペースが小さくなって燃料供給ボー
トである第１の吸気通路１２の径を拡大できと同時にエ
ンジン自体のコンパクト化をも図ることが可能となる。

また、このように形成されたコモンボート部１６，１６
．１６を利用して吸気制御弁１９を設置するようにする
と、第２図に示すように４つの気筒について２つの吸気
制御弁で足りるようになる。

なお、上記第１の実施例の構成では、センタホードであ
る第１の吸気通路１２をサイドポートである第２、第３
の吸気通路１３．　ｌ　４の間に並設する構成を採用し
、点火プラグ６をシリンダボアの頂部中心に位置して設
けるようにしたが、これは例えば第３図および第４図に
示すように上記第２図とは反対側の上方部からシリンダ
ボア中央部に向けて燃料噴射弁２１を備えた第１の吸気
通路１２を開口させて第１の吸気弁７を設ける一方、点
火プラグ６を２つのサイドポートである第２、第３の吸
気通路１３．１４間の反排気弁側シリンダボア側壁部寄
りに設置する構成に変更することもできる。

このような構成によると、燃料供給ポートである第１の
吸気通路１２の吸気側流入方向と点火プラグ６との関係
を変えることなく、さらに各吸気通路間の並設幅を狭く
することができるようになり、−層のエンジン吸気系の
コンパクト化が図れるようになるとともに第１の吸気通
路１２の通路径の拡大化が可能となり、燃料の壁面付着
をより一層低減することができる。

なお、以上の実施例では、各気筒間のｔ自互に隣合う吸
気通路をコモン化し、該コモン化した吸気通路にスワー
ル形成用の吸気制御弁を設けるようにしたが、上記実施
例の構成の場合、コモン化した吸気通路のポート部がシ
リンダボアの中心方向に向いていることから上述のよう
に比較的混合気のミキシング性能は高くなる。そのため
、仮にスワールを形成しなくても低負荷運転時の燃焼性
は良好なものとなる。従って、上記吸気制御弁は必ずし
も設ける必要はない。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本願発明の第１実施例に係る多弁式エンジン
の吸気装置の構成を示す断面図、第２図は、同装置の概
略水平断面図、第３図は、本願発明の第２実施例に係る
多弁式エンジンの吸気装置の構成を示す縦断面図、第４
図は、第２図と同様の水平断面図である。 １・・・エンジン本体 ２・・・７リンダブロノク ３・・・ピストン ４・・・シリンダヘッド ５・・・エンジン燃焼室 ６・・・点火プラグ ７　・　・ ８　・　・ ９　・　・ １０　　・ ｌ　１　・ １２　・ １３　・ ｌ　４　・ １６　・ ２１　・ ・第１の吸気弁 ・第２の吸気弁 ・第３の吸気弁 ・第１の排気弁 ・第２の排気弁 ・第１の吸気通路（第１の吸気ボート）・第２の吸気通
路（第２の吸気ボート）・第３の吸気通路（第３の吸気
ボート）・コモンボート部 ・燃料噴射弁 第１図 ψエンジン本体 ・７リンダブロツク 嘲ピストン ・／リンダヘッド ・エンジン燃焼室 ・点火プラグ ・第１の吸気弁 ・第２の吸気弁 ・第３の吸気弁 ・第１の排気弁 ・第２の排気弁 １４・・第３の吸気通路（第３の吸気ボート）１６・・
コモンポート部 ２１・・燃料噴１（弁

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、各気筒のシリンダ配列方向中央部に設けられるセン
   ターポートと、該センターポートを挟んで上記シリンダ
   配列方向両側に設けられる２つのサイドポートと、上記
   センターポートに設けられた燃料噴射弁とを備えてなる
   多弁式エンジンにおいて、上記各気筒間の相互に隣合う
   サイドポートを相互に連通するコモンポートに形成する
   とともに上記センターポートの中心軸延長線上に点火プ
   ラグが位置するように構成したことを特徴とする多弁式
   エンジンの吸気装置。