JPH061053B2 - エンジンの吸気装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は燃焼室内に燃焼用混合気を成層充填させるよう
にしたエンジンの吸気装置に関し、特に低負荷領域にお
ける成層化を確実とするものである。

（従来技術） このようなエンジンの吸気装置の従来例としては、実開
昭５８−９４８２０号公報に示されるように、ピストン
の吸気行程の初期に空気のみもしくは希薄（リーン）な
混合気を燃焼室に供給し、後期に濃（リッチ）混合気を
供給することにより、燃焼室内において点火栓に近い上
層部でリッチな成層化混合気を形成することができ、も
って全体としてはリーンな混合気であっても確実な着火
を図ったものがある。

そして上記成層化のために、一方は濃混合気を供給し、
他方は希薄混合気もしくは空気を供給する主、副吸気通
路を備え、かつ、これらの吸気通路を所定のタイミング
でもって開閉する主、副吸気弁を備え、かつ、副吸気通
路の下流端は主吸気通路の主吸気弁の上流に開口してい
る。

このような成層化を図るものにおいては、確実な点火特
性の維持および燃料のリーン化による燃費の向上のため
には、低負荷領域において、特に確実な成層化が要求さ
れるが、従来のものではそのような対策は施されていな
い。

つまり、上記公報に記載のものについて説明すると、こ
のものは、吸気弁開弁期間の異なる主，副吸気通路を用
いて吸気行程初期に希薄混合気（または空気）を供給
し、吸気行程後期に濃混合気を供給するようにしている
が、負荷に応じた吸気流量調節は主，副吸気通路におい
て同様に行われる。従って、負荷が変わっても、吸気行
程初期の希薄混合気と吸気行程後期の濃混合気との割合
を変えるような手段を有するわけではない。よって、低
負荷時に成層化を高めて高負荷時に成層化を抑えるとい
うような工夫は格別に施されていない。

（発明の目的） 本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、主吸気通路
を一次、二次吸気通路とにより形成するとともに、副吸
気通路を一次吸気通路に開口させたことにより、低負荷
領域での確実な成層化を行うことを目的とする。

（発明の構成） 本発明は燃焼室に接続された主吸気通路と、この主吸気
通路をエンジンの吸気行程で開く主吸気弁と、上記主吸
気弁上流の主吸気通路に下流端が開口する副吸気通路
と、上記主副いずれか一方の吸気通路に濃混合気を供給
するとともに、他方の吸気通路に希薄混合気または空気
を供給する混合気供給装置と、上記副吸気通路を開閉す
る副吸気弁とからなり、上記副吸気弁は上記主吸気弁の
開弁期間の少なくとも初期に上記燃焼室に希薄混合気も
しくは空気が供給され、燃焼用混合気が成層化供給され
るように開閉する構成としたエンジンの吸気装置におい
て、上記主吸気通路を一次吸気通路と低負荷時に閉じら
れる二次吸気通路とにより形成すると共に、上記一次吸
気通路は上記二次吸気通路に比し通路径が絞られ、しか
も上記燃焼室に供給される混合気にスワールを生じさせ
る構成とし、かつ上記副吸気通路を上記一次吸気通路に
開口させたものである。

この構成により通路径が絞られた一次吸気通路から濃混
合気と希薄混合気もしくは空気とを燃焼室に成層、供給
することができ、したがって、特に二次吸気通路が閉じ
られて一次吸気通路から主に吸気が行われる低負荷時に
その作用が顕著になる。

（実施例） 以下、本発明の一実施例について第１図〜第４図により
説明する。

第１図はエンジンの吸気装置の構成を示し、１はエンジ
ン、２はシリンダ、３はピストン、４はシリンダヘッド
で、このシリンダヘッド４の下側に燃焼室５が形成され
ている。６は点火栓、７は燃焼室５に接続された主吸気
通路で、本実施例では濃混合気が供給されるようになっ
ている。８は主吸気通路７をエンジンの吸気行程で開く
主吸気弁、９はこの主吸気弁８の上流の主吸気通路７に
下流端が開口し、希薄混合気もしくは空気が供給される
副吸気通路で、本実施例では空気が供給されるようにな
っている。１０はエンジンのクランク軸と同期して副吸
気通路９を開閉するソレノイドバルブで構成した副吸気
弁で、この副吸気弁１０は上記副吸気通路９の開口部下
流の主吸気通路７に主吸気弁８の開弁期間の初期および
後期に空気（もしくは希薄混合気…以下、同様）が供給
され、主吸気弁８の開弁期間中期に濃混合気が供給され
るように副吸気通路９を開閉する。また上記副吸気弁１
０は後記一次吸気通路１４に開口している。

１１は主吸気通路７に濃混合気を供給する気化器（混合
気供給装置）、１２は排気通路、１３は排気弁、１４、
１５は主吸気通路７に形成された一次および二次吸気通
路で、一次吸気通路１４は二次吸気通路１５よりも通路
径が絞られており、かつ燃焼室５に対して接線方向に開
口し混合気をスワールさせて成層化が容易に得られるよ
うに構成されており、また、二次吸気通路１５はシリン
ダ２の中心とほぼ平行にピストンの上面に向かって開口
しスワールを付与することなく吸気を導入するように構
成されている。

１６はスワールコントロールバルブで主スロットルバル
ブ１７の開度がある一定以下の時すなわち低負荷時には
閉じるように連動しており、その時には主吸気通路７に
よる吸気の全部が通路径の絞られた一次吸気通路１４か
ら供給されスワールの効果を上げている。１８は副スロ
ットルバルブ、１９は主吸気通路７および副吸気通路９
の上流側に設けられたエアークリーナで、本実施例では
副吸気通路９には空気のみが供給されるようになってい
る。２０は燃料の霧化状態を上げるため主吸気通路７か
ら供給される濃混合気を加熱するプリヒート手段、２
１、２２はそれぞれ副吸気通路９からの希薄混合気また
は空気を冷却もしくは加熱するヒータとクーラで、これ
らはプリヒート手段２０の温度を検知する温度センサ２
３の信号に基づいて作動する切替手段２４により駆動さ
れるダンパー２４ａにより選択的に使用される。すなわ
ちエンジンの温間時には副吸気通路９からの希薄混合気
もしくは空気をクーラ２２により冷却し比熱比を上げて
出力の向上を図り、冷間時にはヒータ２１により加熱
し、霧化の促進を図る。

２５はマイクロコンピユータを用いた制御手段で、排気
通路１２に設けられた酸素センサ２６、主スロットルバ
ルブ１７の全開スイッチ信号、エンジンのクランク角信
号等が入力され、主吸気弁８、副吸気弁１０などを上述
のように制御する。この具体例については後述する。２
７は流れをスムースにするための副吸気弁１０のもらし
通路である。

上記主吸気弁８と副吸気弁１０の開閉タイミングを第２
図により説明する。第２図において、ＢＤＣは下死点、
ＴＤＣは上死点、１０８は主吸気弁８の開度を、１１
０、１１０Ｈ、１１０Ｌは副吸気弁１０の開度を、１１
３は排気弁１３の開度を示す。１１０Ｈは高負荷のも
の、１１０Ｌは低負荷のもので、低負荷時には主吸気弁
８からの濃混合気の吹き返しを防ぐため副吸気弁１０の
開タイミングを進ませている。副吸気弁１０の開動作
（１１０、１１０Ｈなど）は主吸気弁８の開弁期間の初
期および後期に開くようになっている。そして燃焼室５
には、主吸気弁８の開弁期間の初期に、副吸気弁１０の
開（１１０）により副吸気通路９より主吸気通路７の一
次吸気通路１４に導入された空気が気化器１１より主吸
気通路７を通して供給されている濃混合気と混合され希
薄混合気（リーン）となって供給され、主吸気弁８の開
弁期間の中期には、主吸気通路７から濃混合気（リッ
チ）のみが供給され、主吸気弁８の開弁期間の後期に
は、副吸気弁１０の開（１１０Ｈ、１１０Ｌ）により上
述と同様にして空気が混入され希薄混合気（リーン）が
供給される。

ここで後期に導入される空気はリーンな混合気として燃
焼室５には入らず、副吸気通路開口部下流の主吸気通路
７内にとどまる量の範囲にする。

このように副吸気弁１０を開閉することにより、燃焼室
５内には下方よりリーン、リッチの成層化が成される。
そして次行程においても、その初期に前行程における主
吸気通路７内に溜っていたリーンな混合気が先に入り上
述と同様の成層化が成される。

そして副吸気通路９は主吸気通路７の通路径が絞られ、
かつスワール作用をもたらす構成の一次吸気通路１４に
開口しているため、低負荷時には、二次吸気通路１５中
にあるスワールコントロールバルブ１６は閉じて、副吸
気弁１０が開いている時、通路面積の狭い一次吸気通路
１４において濃混合気と空気とが確実に成層化され、こ
の成層化された混合気がスワールを付与されて燃焼室５
に供給される。また、副吸気弁１０が閉じられている時
には濃混合気のみが一次吸気通路１４よりスワールを付
与されて燃焼室５に供給される。このように、低負荷時
には、上記二次吸気通路１５が閉じられた状態で、上記
一次吸気通路１４と副吸気通路９とにより良好に成層化
が行われる。

一方、高負荷時には、二次吸気通路１５が開かれ、気化
器１１から二次吸気通路１５を通る一定空燃比の混合気
の流量の割合が増加するため、上記一次吸気通路１４と
副吸気通路９とによって空燃比を変化させる作用が相対
的に低下し、成層化作用が抑制される。

次に第３図、第４図により副吸気弁１０の開閉タイミン
グを制御する具体構成を説明する。第３図は制御手段２
５の具体例を示し、第４図は第３図における各部の信号
波形を示す。これらの図において、２８はクランク角信
号発生手段、２９は基準信号発生手段で、クランク角信
号はパルスカウンタ３０に入力され、所定の基準信号に
よりリセット回路３１でリセットされる。パルスカウン
タ３０の出力ＡはＤ／Ａコンバータ３２を介して比較回
路３３，３４，３５，３６に入力され、設定値３７，３
８，３９，４０と比較され、それぞれ出力Ｂ，Ｃ，Ｅ，
Ｆを得る。出力Ｂは設定値３７の値以下でＯＮ、出力Ｃ
は設定値３８の値以上でＯＮとなり、ＡＮＤ回路４１に
より出力Ｄを得る。同様にして出力Ｅ，ＦよりＡＮＤ回
路４２により出力Ｇを得る。そして出力Ｄ，ＧよりＯＲ
回路４３により出力Ｈを得る。この出力Ｈがゲート回路
４４、ＯＲ回路４５を介し副吸気弁１０を駆動するソレ
ノイド１０ａに入力される。前半の出力Ｈにより主吸気
弁８の開弁期間の初期における副吸気弁１０の開弁タイ
ミングが、後半の出力Ｈにより主吸気弁８の開弁期間の
後期における副吸気弁１０の開弁タイミングが定まる。

なお、ゲート回路４４には始動スイッチ４６、スロット
ルバルブ全開スイッチ４７のＯＲ回路４８の出力が入力
され、ＯＲ回路４５には減速スイッチ４９と、イグニシ
ヨンスイッチ５０のタイマー５１を通した信号とのＯＲ
回路５２からの信号を入力している。ゲート回路４４は
始動時および高負荷時に濃混合気（リッチ）とするため
副吸気弁１０を閉じるためのものであり、ＯＲ回路４５
は減速時およびイグニションを切った後の一定時間、混
合気を希薄にするため副吸気弁１０を開くためのもので
ある。

５３はエンジンの負荷を検出するブースト信号で、この
信号を設定値補正回路５４を介して設定値３９，４０に
入力し、出力Ｅ，Ｆつまり後半の出力Ｈのタイミングを
変更している。これでもってエンジンの負荷状態に応じ
て適正な成層化がなされるようにしている。

また酸素センサ２６の信号が比較回路５５に入力され、
設定値５６と比較され、積分回路５７および設定値補正
回路５８を経て設定値３７へ入力されている。これでも
って排気通路１２における排気ガスの酸素濃度に応じて
副吸気弁１０を開く前半のパルスＨの閉タイミングを変
える。これでもって、排気ガスの状態をフイードバック
させて、副吸気弁を電気的に制御することができ、もっ
て空燃比制御を行うことができる。

なお、上記実施例では、主吸気弁８の開弁期間の初期と
後期に副吸気弁１０が開弁するものについて説明した
が、後期の副吸気弁１０の開弁によっては燃焼室の上部
に希薄混合気もしくは空気が供給されないように微量な
ものとしなければならず、燃焼室内での拡散作用を考慮
すれば、成層化のためには少なくとも初期の副吸気弁１
０の開弁があればよい。

また、上記実施例では主吸気通路７に濃混合気を、副吸
気通路９には空気を供給しているが、これとは逆に主吸
気通路７に空気を、副吸気通路９に濃混合気を供給する
ようにして、副吸気弁１０の開タイミングを主吸気弁８
の開弁期間の中期に開くようにしても、上述と同様の作
用が得られる。

（発明の効果） 以上のように本発明のエンジンの吸気装置によれば、主
吸気通路を開閉する主吸気弁上流に副吸気弁により開閉
される副吸気通路を連結し、燃焼室内で混合気が上下方
向に成層化されるようにしたものにおいて、主吸気通路
を一次吸気通路と低負荷時に閉じられる二次吸気通路と
で形成し、一次吸気通路は二次吸気通路に比し通路径が
絞られ、しかも燃焼室に供給される混合気にスワールを
生じさせるようにし、この一次吸気通路に副吸気通路を
開口したものであるので、上記二次吸気通路が閉じられ
た状態で上記一次吸気通路から燃焼室へ吸気が供給され
る低負荷時に、一次吸気通路を通して濃混合気と希薄混
合気もしくは空気を成層供給することが確実になされ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例によるエンジンの吸気装置の
構成図、第２図は同吸気装置における主吸気弁と副吸気
弁の開度状態を示すタイミングチャート、第３図は同副
吸気弁を制御する制御手段の構成図、第４図は上記制御
手段における出力パルスの波形図である。 １…エンジン、２…シリンダ、５…燃焼室、７…主吸気
通路、８…主吸気弁、９…副吸気通路、１０…副吸気
弁、１１…気化器（混合気供給装置）、１４…一次吸気
通路、１５…二次吸気通路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】燃焼室に接続された主吸気通路と、この主
   吸気通路をエンジンの吸気行程で開く主吸気弁と、上記
   主吸気弁上流の主吸気通路に下流端が開口する副吸気通
   路と、上記主副いずれか一方の吸気通路に濃混合気を供
   給するとともに、他方の吸気通路に希薄混合気または空
   気を供給する混合気供給装置と、上記副吸気通路を開閉
   する副吸気弁とからなり、上記副吸気弁は上記主吸気弁
   の開弁期間の少なくとも初期に上記燃焼室に希薄混合気
   もしくは空気が供給され、燃焼用混合気が成層化供給さ
   れるように開閉する構成としたエンジンの吸気通路にお
   いて、上記主吸気通路を一次吸気通路と低負荷時に閉じ
   られる二次吸気通路とにより形成すると共に、上記一次
   吸気通路は上記二次吸気通路に比し通路径が絞られ、し
   かも上記燃焼室に供給される混合気にスワールを生じさ
   せる構成とし、かつ上記副吸気通路を上記一次吸気通路
   に開口させたことを特徴としたエンジンの吸気装置。