JPS6263131A - 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） 本発明はエンジンの吸気装置に関し、特に低負荷域での
燃焼性の向上とボンピングロスの低減とを図るようにし
たものの改良に関する。

（従来の技術） 従来より、この種のエンジンの吸気装置として、例えば
特開昭５８−２３２４５号公報に開示されるように、ア
クセルペダル開度が所定開成以上で開くシャッタバルブ
を吸気通路に配置するとともに、該シャッタバルブをバ
イパスする小径のバイパス通路に、カム軸の回転に対し
て１／２の回転数比で回転するロータリバルブを配置し
、アクセルペダル同文が所定開度未満の低負荷域では上
記シャッタバルブのｍ作動により吸気通路を閉じてバイ
パス通路のみから吸気を供給することにより、吸気の流
速を速め吸気のスワールを生成させて、燃焼性を向上さ
せると共に、上記ロータリバルブを吸気行程の途中で閉
じることにより、ボンピングロスを低減し、よって燃費
性能の向上を図るようにしたものが知られている。

（発明が解決しようとする問題点） ところで、上記の如くロータリバルブの吸気行程途中で
の閉弁により低負荷域でのボンピングロスを低減する場
合、このボンピングロスの低減効果を効果的に発揮させ
るためには、シャッタバルブによる吸気通路のシール性
を良くしておいて、吸気通路からの吸気の漏れ供給を完
全に遮断する必要がある。

しかるに、その場合、エンジンへの燃料供給を燃料噴射
弁で行い、燃料を吸気通路のシャッタバルブ下流側に噴
射供給するときには、シャッタバルブが閉じる低負荷時
において該シャッタバルブ下流側の燃料噴射弁周りに吸
気流れが無いため、燃料噴射弁から燃焼室への燃料吸入
が困難になる。

しかも、燃焼室に吸入された燃料は、ロータリバルブ閉
弁後の吸気行程時においてピストン下死点以降のピスト
ン上昇時にその一部が燃焼室から燃料噴射弁周りに吹き
返すため、エンジンの低負荷時の空燃比が所定通りに確
保されずにその燃焼性が悪化するという欠点がある。

本発明は斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目
的は、上記の如きエンジンの吸気装置において、燃料噴
射弁により燃料供給を行う場合、燃料噴射弁から噴射さ
れた燃料を燃焼室に導くアシストエアを供給することに
より、シャッタバルブが閉じている低負荷時、燃焼室へ
の燃料供給を容易にして、シャッタバルブのシール性向
上によるボンピングロスの低減と燃料の燃焼室への吸入
向上との両立を可能にするとともに、このアシストエア
の供給により燃料の吹き返しを抑制して、エンジンの空
燃比の変動を防止し良好な燃焼性を確保することにある
。

（問題点を解決するための手段） 上記の目的を達成するため、本発明の解決手段は、吸気
通路に該吸気通路を開閉するシャッタバルブを配置する
と共に、該シャッタバルブをバイパスするバイパス通路
に該バイパス通路を開閉するロータリバルブを配置し、
低負荷域で上記シャッタバルブを閉じると共に上記ロー
タリバルブを吸気行程の途中で閉じるようにしたエンジ
ンの吸気装置を前提とする。そして、上記吸気通路のシ
ャッタバルブ下流側に配設され燃料を噴射供給する燃料
噴射弁と、該燃料噴射弁の噴口周りにアシストエアを供
給するエアアシスト手段とを設ける構成としたものであ
る。

（作用） 以上の構成により、本発明では、シャッタバルブが閉じ
る低負荷域では、バイパス通路のみから吸気が供給され
るので、吸気流速が速くなり吸気スワールが生成されて
燃焼性の向上が図られるとともに、ロータリバルブが吸
気行程途中で閉弁してボンピングロスが軽減され、燃費
性の向上が図られる。また、燃料噴射弁から吸気通路の
シャッタバルブ下流側に噴射供給された燃料は、シャッ
タバルブ下流の吸気通路に吸気流がなくても、エアアシ
スト手段から供給されたアシストエアに乗って微粒化さ
れつつ燃焼室にスムーズに導入されるので、シャッタバ
ルブのシール性を良くしてボンピングロスの低減を図り
ながら、燃料を燃焼室へ良好に吸入することが可能とな
る。しかも、上記アシストエアによって、ロータリバル
ブ閉弁後の吸気行程時におけるピストン上昇による燃焼
室内の燃料の燃料噴射弁周りへの吹き返しが抑制される
ので、低負荷時のエンジンの空燃比が変動せずに所期通
りとなり、良好な燃焼性が確保されることになる。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図および第２図は４気筒４サイクルエンジンの吸気
装置に適用した実施例を示す。同図において、１は第１
〜第４気筒１ａ〜１ｄを有Ｊるエンジン、２はエンジン
１の各気筒１ａ〜１ｄに形成される燃焼室であって、該
各基焼室２には吸気ボート３と排気ボート４とが間口さ
れていて、吸気ボート３の燃焼室２への開口部には吸気
弁５が、排気ボート４の燃焼室２への開口部には排気弁
６が各々配設されている。。

また、１０ａ〜１０ｄは一端が大気に連通し他端が吸気
ボート３を介して各燃焼室２に開口してエンジン１の各
気筒１ａ〜１ｄに吸気を供給する吸気通路であって、該
各吸気通路１０８〜１０ｄの吸気ボート３近傍には、各
吸気通路１０８〜１０　（＋を開閉するシャッタバルブ
１１ａ〜１１ｄが配置されていて、該各シャッタバルブ
ｌｌａ〜１１ｄは、気筒列方向に配置した弁軸１２に」
運に連動可能に連結されている。また、各吸気通路１Ｑ
ａ〜１０ｄのシャッタバルブ１１’ａ〜１１ｄ直下流に
は、それぞれ燃料を噴射供給する燃料噴射弁１３が配設
されていて、該各燃料噴射弁１３は制御１′！ａｆｆｉ
１４により作動制御される。

上記各吸気通路１０ａ〜１０ｄには、各々吸気通路１０
ａ〜１０ｄのシャッタバルブ１１ａ〜１１ｄ上流側と吸
気ボート３とをシャッタバルブ１１８〜１１ｄをバイパ
スして連通する第１ないし第４のバイパス通路１５８〜
１５ｄが設けられている。該各バイパス通路１５ａ〜１
５ｄはその通路断面積が吸気通路１０８〜１０ｄよりも
小に設定され、且つその下流端開口部が燃焼室２の周方
向に向って開口していて、吸入空気をバイパス通路１５
ａ〜１５ｄを通して燃焼室２に吸入させることにより、
燃焼室２内に周方向に沿って旋回する吸気スワールを生
成させるようになされている。

そして、上記各バイパス通路１５８〜１５ｄの途中には
、気筒列方向に配置せしめた円筒部材１６内にスリーブ
１７を介して回転可能に配置した１つのロータリバルブ
１８が共通して介設されている。該ロータリバルブ１８
は中空体のもので構成され、且つその第１気筒１ａ側の
端部は後述する遊星歯車機構２３のサンギヤ３１の回転
軸３１ａを嵌入せしめて閉塞され、またその第４気筒１
ｄ側の端部は閉塞部材１９で閉塞されて、内部に袋形状
の吸気供給用通路２０が形成されているとともに、各ロ
ータリバルブ１８下流側のバイパス通路１５ａ〜１５ｄ
に対向する外周部には、対応する気筒１ａ〜１ｄの吸気
行程に対応する角喰範囲で吸気弁５の開弁期間に相当す
る部分が周方向に切欠かれて開口１８ａが形成されてお
り一１該ロータリパルプ１８の回転に伴いその外周部の
各開口１８ａが該ロータリバルブ１８下流側のバイパス
通路１５ａ〜１５ｄに連通した開弁時には、吸気弁５の
開閉状態に応じて吸気を各バイパス通路１５ａ〜１５ｄ
を通して燃焼室２に供給可能にしている。

また、上記ロータリパル７１８の第１気筒１ａ側の端部
には、遊星歯車機構２３を介して該ロータリバルブ１８
回転駆動用の大径のプーリ２４が接続され、該プーリ２
４には、燃焼室２上方に気筒列方向に・配置せしめたカ
ム軸２５の端部に設けた小径のプーリ２６との間でベル
ト２７が巻掛けられており、カム軸２５の回転によりロ
ータリバルブ１８を回転駆動するようになされている。

上記３１！１里歯車機構２３は、上記大径のプーリ２４
に同軸に連結されたリングギヤ２８と、該リングギヤ２
８に噛合しキャリア２９で相互に連結された３個の遊星
ギヤ３ｏと、該各遊星ギヤ３０に噛合するサンギヤ３１
とから成り、該遊星歯車機構２３の変速比は、カム軸２
５に対するロータリバルブ１８の回転数の比が「１」に
なるように予め設定されている。また、上記ロータリバ
ルブ１８の各開口１８ａは、遊星歯車機構２３の遊星ギ
ヤ３０が各々図示の初期位置にあるアクセルペダルの非
踏込時において、各バイパス通路１５３〜１５ｄをそれ
ぞれその吸気行程途中の所定時期で閉じるよう予め位置
付けられている。さらに、上記遊星歯車機構２３のキャ
リア２９はワイヤ一部材３２を介してアクセルペダル（
図示せず）に接続されていて、アクセルペダルの踏込操
作によりキャリア２９が第２図時計方向に回転して、リ
ングギヤ２８とサンギヤ３１との相対位置をずらすこと
により、ロータリバルブ１８の各開口１８ａの位置を第
２図時計方向に漸次回転変位させて、第３図に示すよう
にロークリバルブ１８の閉弁時期をアクセルペダル開度
の増大に応じて次第に遅らせ、所定アクセルペダル開度
ＯＡでその閉弁時期を吸気行程終了時に一致させてロー
タリバルブ１８の開弁期間を吸気弁５の開弁期間にほば
オーバラップさせるようになされて、いる。

加えて、遊星歯車機構２３の３個の遊星ギヤ３０のうち
上方に位置するものには、シャッタバルブ１１ａ〜１１
ｄの弁軸１２方向に延びる第１リンク３６および、該第
１リンク３６の端部に形成した長手方向の切欠き孔３７
に係合する係合ピン３８を有する第２リンク３９を介し
て上記シャツタバルブ１１ａ〜１１ｄの弁軸１２の端部
が連結されていて、上記第１リンク３６の切欠き孔３７
の長さは、アクセルペダル開度が“ｌ　ＯＩＩ値から上
記所定アクセルペダル開度ＯＡに達するまでに相当する
長さに設定されている。よって、第３図に示すようにア
クセルペダルの踏込時、その初期時には第１リンク３６
が第２図右方に移動するものの、第２リンク３９の係合
ピン３８が上記第１リンク３６の切欠き孔３７内を移動
してシャッタバルブ１１８〜１１ｄは開状態を維持する
一方、所定アクセルペダル開度ＯＡに達すると、第２リ
ンク３９の係合ピン３８が第１リンク３６に係合してシ
ャッタバルブｌｌａ〜１１ｄの弁軸１２が第２図時計方
向に回転して、各シャッタバルブ１１ａ〜１１ｄをアク
セルペダル開度の増大に応じて漸次増大させるようにさ
れている。

そして、第２図において、４１は各燃料噴射弁１３の噴
口１３ａの近傍にアシストエアを供給するためのアシス
トエア通路であって、該アシストエア通路４１の一端は
吸気通路１０ａ〜１０ｄの集合部上流に配置したエアク
リーナ（図示せず）に連通し、他端は燃料噴射弁１３の
先端部に被冠されたキャップ４２に設けた多数の小孔４
２ａ・・・を介して該燃料噴射弁１３の噴口１３ａ近傍
に連通していて、アシストエアを燃料噴射弁１３の噴口
１３ａ周りに供給するようにしたエアアシスト手段４３
が構成されている。

次に、上記制御装ｒｅｌ　１４による燃料噴射弁の作動
制御を第４図のフローチャートに堪づいて説明する。ス
タートして、ステップＳ１でクランク角度を読込むとと
もに、ステップＳ２でエアクリーナ直下流の吸気通路の
吸入空気量を読込み、ステップＳ３でエンジン回転数を
演痒して、ステップＳ４でエンジン運転状態が減速ゾー
ンにあるか否かを判別する。そして、減速ゾーンにある
ＹＥＳの場合には、ステップＳ５で燃料噴射弁１３から
の燃料噴射を停止して、ステップｓ１に戻る。

一方、上記ステップＳ４で減速ゾーンにないＮＯの場合
には燃料噴射弁を作動制御することとし、ステップＳ６
で上記吸入空気量とエンジン回転数とに基づいて燃料噴
射量を決定したのち、ステップＳ７でこの燃料噴ｔＪＪ
ｆ！ｋに基づき燃料噴ｆＡｌｉｌ］間θを決定するとと
もに、ステップＳ８で吸気行程後半での所定燃料噴射開
始時期θ１　（第５図参照）に上記燃料噴射期間θを加
算して噴射終了時期θ２を決定する。

しかる侵、ステップＳ９で燃料噴射時期θ１になるのを
持って、ステップ８１０で燃料噴射弁１３からの燃料噴
射を開始し、ステップＳ　ｎで燃料噴射終了時期θ２に
なるのを侍って、ステップＳ　１２で燃料噴射を終了し
てステップＳ＋に戻る。

したがって、上記実施例においては、シャッタバルブ１
１ａ〜１１ｄが開状態にある低負荷時には、吸気がバイ
パス通路１５ａ〜１５ｄのみからａ！！焼室２に供給さ
れるので、吸気流速が速くなると共に吸気にスワールが
生成されて燃焼性の向上が図られる。また、ロータリバ
ルブ１８によって吸気終了タイミングが吸気行程の途中
に設定されるので、ボンピングロスが低減され、その結
果、燃費性能の向上が図られる。

その際、上記ポンピングロスの低域効果を顕著に発揮さ
せるべく特にシャッタバルブ１１ａ〜１１ｄのシール性
を向上させた場合には、該シャッタバルブ１１ａ〜１１
ｄ下流側の吸気通路１０ａ〜１０ｄでは吸気の漏れ供給
がほぼ完全に遮断されて吸気流がなくなるものの、この
通路部分にはアシストエア通路４１からのアシストエア
が供給されるので、燃料ｌｆ！射弁１３からの燃料はこ
のアシストエアに乗って微粒化されつつ燃焼室２内に吸
入されることになる。また、ロークリバルブ１８閉弁後
の吸気行程時には、上記アシストエアの供給によって、
ピストン下死点後のピストン上昇動作による燃焼室２内
の燃料の吹き返しを押込んで該吹返しが抑υ］される−
０この場合、燃料噴射弁１３からの燃料噴射は吸気行程
の後半で部分的に行われて、燃焼室２内では混合気の−
ａ薄燃焼が行われるものの、上記燃料の吹き返し防止に
より空燃比の制御精面は良好に確保されるので、上記燃
焼室２でのスワールの生成と相俟って、上記混合気の″
８薄燃焼は良好に行われ、燃焼性の向上を確保すること
ができる。

そして、アクセルペダルの踏込時には、アクセルペダル
開度の増大に応じてロータリバルブ１８の閉弁時期が遅
れｉｌｌｊＩＭｌされて吸入空気量が漸次増大し、その
後、所定アクセルペダル開度０＾の時点でロータリバル
ブ１８の閉弁時期が吸気行程終了時に一致してロータリ
バルブ１８の開弁期間が吸気弁５の開弁期間にほぼオー
バラップすると、この時点からシャッタバルブ１１ａ〜
１１ｄの開度がアクセルペダル開度の増大に応じて漸次
増大制御されるので、吸気通路１０ａ〜１０ｄからも吸
気が吸入されて、さらに吸入空気量が次第に増大すると
ともに、燃料噴射弁１３からの燃料が上記吸気通路１０
ａ〜１０ｄを流通する吸入空気により微粒化されつつ燃
焼室２に吸入されて、エンジン出力の向上が図られるこ
とになる。

その際、シャッタバルブ１１ａ〜１１ｄの開弁開始は、
所定アクセルペダル開度０＾の位置でロータリバルブ１
８の閉弁時期が吸気行程終了時に一致した時点で行われ
るので、いわゆるミラーサイクルから通常のサイクル（
オツトーサイクル）への切換えがスムーズに行われてト
ルクショックを防止することができ、よってエンジン出
力のスムーズな増大を確保することができる。

さらに、ロータリバルブ１８はカム軸２５に対して１：
１で回転するので、従来の如くカム軸２５に対して１／
２の回転数比で回転するものに比べて、ロータリバルブ
１８の開弁期間中でのバイパス通路１５８〜１５ｄの有
効開口面積が増大して、吸入空気量の増大を図ることが
できる。しかも、上記カム軸２５に対するロータリバル
ブ１８の１＝１の回転に伴い、ロータリバルブ１８の各
開口１８ａの位置が所定気筒（例えば第１気筒１ａ）と
これより２行程遅れる気筒（第４気筒１ｄ＞との間で回
転角喰で１８０°の位相差を生じた位置にあるので、所
定気筒（例えば第１気筒１ａ）に対応する開口１８ａが
ロータリパルプ１８下流側の第１バイパス通路１５ａに
連通したときには、該第１気筒１ａに対して２行程遅れ
る第４気筒１ｄに対応する開口１８ａがロータリバルブ
１８上流側の第４バイパス通路１５ｄに連通して、吸気
が第４バイパス通路１５ｄからロータリパルプ１８内の
吸気供給用通路２０を介して第１バイパス通路１５ａに
供給されるので、他のパイピングを不要にして構成の筒
易化を図ることができる。

尚、上記実施例では、燃料噴射弁１３の燃料噴射タイミ
ングを特に吸気行程後半に設定して混合気の希薄燃焼を
行わせるようにしたが、その他、理論空燃比近傍で混合
気の燃焼を行わせるようにしてもよいのは勿論である。

しかし、上記実施例の如く混合気の希薄燃焼を行う場合
には、燃料の吸入不足および吹き返しが空燃比に大きな
影響を与える関係上、本発明による燃焼性の向上効果が
顕著なものとなる。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明のエンジンの吸気装置によ
れば、バイパス通路のみから吸気を供給する低負荷時に
は、吸気通路に配置したシャッタバルブのシール性を良
好にしてボンピングロスを顕著に低減しつつ、該シャッ
タバルブ下流側の吸気通路に噴射供給された燃料をアシ
ストエアに乗せて燃焼室に吸入させることができるとと
もに、上記アシストエアの供給によりロータリバルブ閉
弁後の吸気行程時における燃焼室からの燃料の吹き返し
を抑制することができ、よってエンジンの低負荷時の空
燃比を所定通りに確保して燃焼性の向上を図ることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示し、第１図は４気筒エンジン
の吸気装置に適用した場合の横断面図、第２図は第１図
のＩＩ−ＩＩ線断面図、第３図は各々ロータリバルブお
よびシャッタバルブのアクセルペダル開度の増大に対す
る開度特性を示す図、第４図は制御装置による燃−料噴
射弁の作動制御を示すフローチャート図、第５図は燃料
噴射時期を示す説明図である。 １・・・エンジン、２・・・燃焼室、５・・・吸気弁、
１０ａ〜１０ｄ・・・吸気通路、１１ａ〜１１ｄ・・・
シャツ。 タバルブ、１３・・・燃料噴射弁、１３ａ・・・噴口、
１５ａ〜１５ｄ・・・バイパス通路、１８・・・ロータ
リバルブ、１８ａ・・・開口、２０・・・吸気供給用通
路、２３・・・遊Ｍ歯車機構、４１・・・エアアシスト
通路、４３・・・エアアシスト手段。 特許出願人　　　　マツダ株式会社 、可 代　　理　　人　　　　　弁理士　　前　　１）　　弘
　−１、：；１ 第１図 第５図 クランク角度 第４図　。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）吸気通路に配置され該吸気通路を開閉するシャッ
   タバルブと、該シャッタバルブをバイパスするバイパス
   通路に配置され該バイパス通路を開閉するロータリバル
   ブとを有し、低負荷域で上記シャッタバルブを閉じると
   共に上記ロータリバルブを吸気行程途中で閉じるように
   したエンジンの吸気装置において、上記吸気通路のシャ
   ッタバルブ下流側に配設され燃料を噴射供給する燃料噴
   射弁と、該燃料噴射弁の噴口周りにアシストエアを供給
   するエアアシスト手段とを備えたことを特徴とするエン
   ジンの吸気装置。