JP2501556Y2 - 内燃機関の吸気装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は内燃機関の吸気装置に係り、特に吸気マニホ
ールド内に主吸気通路と副吸気通路を有してなる内燃機
関の吸気装置に関する。

〔従来の技術〕

一般に自動車用の内燃機関では、吸入した空気をイン
ジェクタが噴射した燃料と共に燃焼室内に供給する吸気
装置が設けられている。この吸気装置は吸気マニホール
ド内に形成された吸気通路と、この吸気通路に設けられ
吸気ポートに向け燃料を噴射するインジェクタとにより
構成されている。

また、近年内燃機関の低負荷運動時における燃焼室内
の火災伝播速度を増大させるため、吸気通路を吸気制御
弁を有する主吸気通路と、燃焼室内にスワールを生成す
る副吸気通路とにより構成した構造が提案されている
（実開昭59-156122号公報）。

この構造を有する吸気装置では、内燃機関が低負荷状
態にある時、吸気制御弁は主吸気通路を閉弁するよう構
成されており、吸入空気は通路面積の小さな副吸気通路
を通り燃焼室内に流入する。この時、副吸気通路は狭い
ため吸入空気は加速されつつ燃焼室内へ流入し、燃焼室
内に縦スワール（旋回流）が生じる。このスワールによ
りインジェクタから噴射された燃料と吸入空気は良好に
混合され燃焼状態が改善される。

第６図は前記した公報に示された従来における内燃機
関の吸気装置を示している。同図中、１は機関本体、２
は燃焼室、３は吸気マニホールド、４は主吸気通路、５
は副吸気通路、６はインジェクタ、７は吸気バルブ、８
は吸気制御弁を夫々示している。同図に示すように、従
来の吸気装置では、主吸気通路４が上側に、また副吸気
通路５が下側に配設されており、またインジェクタ６は
主吸気通路４の上部に設けられた構成とされていた。

〔考案が解決しようとする課題〕

上記のように従来の吸気装置では、主吸気通路４が副
吸気通路５の上側に配設されており、インジェクタ６は
主吸気通路４の上部より吸気ポート９に向け燃料を噴射
する構成とされていた。このため、燃焼室２内に流れ込
む燃料（図中梨地の矢印で示す）と吸入空気（図中白抜
きの矢印で示す）は、同図に示されるように吸入空気が
内側に、その外側に燃料が流れ込む構造の縦スワールと
なる。

このように燃焼室２への流入時に、燃料が外側に、吸
入空気が内側に流れ込む構造では、燃焼室２に流入した
吸入空気はその外側に位置する燃料をボア壁面10に押し
付けるような作用を行なう。このため、ボア壁面10及び
ピストン上面12に燃料が付着してしまい、この部分に消
炎層が生じ炭化水素（HC）の発生量が多くなるという課
題があった。

また、燃料室２内で燃料及び吸入空気は上記のような
流れを行なうため、第７図に示すように点火プラグ11の
近傍には空燃比のリーンな混合気Ａが存在し、その外側
に空燃比のリッチな混合気Ｂが（梨地で行う）が存在す
ることになる。よって、点火性が悪く、また火災伝播も
円滑に行なわれず、燃費が悪化するという課題があっ
た。

本考案は上記の点に鑑みてなされたものであり、燃焼
室内において空燃比のリッチな層が内側に存在し、また
空燃比のリーンな層が外側に存在するよう構成すること
により、炭化水素の発生防止及び空燃比のリーン化、す
なわち燃費の向上を図った内燃機関の吸気装置を提供す
ることを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題を解決するために、本考案では、吸気通路を
主吸気通路と縦スワールを生成する副吸気通路とに分割
し、上記主吸気通路に機関低負荷時に閉弁する吸気制御
弁と燃料噴射を行いインジェクタとを具備し、 吸気バルブの開閉動作に伴い上記主吸気通路を流れる
第１の吸入空気及び副吸気通路を流れる第２の吸気空気
を上記インジェクタから噴射される燃料と共に燃焼室内
に送り込む内燃機関の吸気装置において、 上記主吸気通路と副吸気通路の形状が、上記第１の吸
入空気と該第２の吸入空気とが合流する合流位置より上
流側所定範囲において略直線でかつ略平行となるよう構
成し、 かつ、上記第１の吸入空気の流れが第２の吸入空気の
流れに対して燃料室内流入断面の内側を通過するようシ
リンダに対して主吸気通路の外側に該副吸気通路を配置
し、 かつ、上記インジェクタの燃料噴射方向を第１の吸入
空気の流れ方向に沿うよう指向させたことを特徴とする
ものである。

〔作用〕

内燃機関の吸気装置を上記構成とすることにより、副
吸気通路から流入する第２の吸入空気は、主吸気通路か
ら流入する第１の吸入空気及びインジェクタから噴射さ
れた燃料の外側に流れ込み縦スワールを発生させる。ま
た、主吸気通路及び副吸気通路の形状は、上記合流位置
より上記側所定範囲において互いに略直線でかつ略平行
となるよう構成されているため、主吸気通路を流れる第
１の吸入空気及びインジェクタから噴射される燃料と、
副吸気通路を流れる第２の吸入空気とは、殆ど混ざるこ
となく分離された状態（以下、この状態を成層化された
状態という）で燃焼室内に流入する。

また、主吸気通路の外側に副吸気通路を配置し、第１
の吸入空気の流れが第２の吸入空気の流れに対して内側
を通過するよう構成されているため、副吸気通路から流
入する第２の吸入空気はインジェクタから噴射された燃
料の外側に流れ込むことになる。

よって、上記のように成層化されかつ第２の吸入空気
がインジェクタから噴射された燃料の外側に流れ込むこ
とにより、燃料は吸入空気に包まれたような状態で燃焼
室内へ入るため、燃料がボア壁面に付着することを防止
することができる。また、燃焼室内において、点火プラ
グに近い内側部分に空燃比のリッチな層が存在し、その
外側に空燃比のリーンな層が存在する構成となるため、
点火プラグの点火性及び点火後の火災伝播も良好とな
る。

〔実施例〕

次に本考案の実施例について図面と共に説明する。第
１図は本考案の一実施例である吸気装置20を設けてなる
内燃機関21を示している。

内燃機関21は機関本体22,燃焼室23,ピストン24,吸気
バルブ25,排気バルブ26等を設けており、吸気装置20は
機関本体22の吸気側に配設されている。

吸気装置20は、吸気マニホールド27に主吸気通路28,
副吸気通路29を形成すると共に、インジェクタ30,吸気
制御弁31を設けた構成とされている。本考案では、主吸
気通路28を流れる吸入空気（第１の吸入空気）の流れ
が、副吸気通路29を流れる吸入空気（第２の吸入空気）
の流れに対して内側を通過するよう主吸気通路28の外側
に副吸気通路29を配置した構成とされている。即ち、主
吸気通路28は吸気マニホールド27の下側に配設されてお
り、また副吸気通路29は主吸気通路28の上側に配設され
ている。

また、上記主吸気通路28と副吸気通路29の形状は、上
記第１の吸入空気と第２の吸入空気とが合流する合流位
置（第１図に矢印ａで示す位置）より上流側所定範囲
（第１図に矢印Ｈで示す）において略直線でかつ略平行
となるよう構成されている。

更に、インジェクタ30は主吸気通路28の下側に配設さ
れると共に、インジェクタ30の燃料噴射方向は上記第１
の吸入空気の流れ方向に沿うよう指向させた構成となっ
ている。また吸気マニホールド27は、吸気通路の曲がり
による抵抗を低減し吸気速度を高めると共に、吸入空気
が吸気バルブ25へ当接することにより生じる抵抗を低減
するため、鉛直方向に対する傾き角度（以下、この角度
をポート角という）を40°±10°に設定されている。こ
れにより吸気効率の向上を図っている。

主吸気通路28には吸気制御弁31が設けられており、こ
の吸気制御弁31は内燃機関21に高負荷がかかっている場
合に開弁し、低負荷時に閉弁する構成となっている。よ
って、低負荷時には通路面積の小なる副吸気通路29を通
って吸入空気は燃焼室23に流入する。この際、副吸気通
路29は通路面積が狭いため吸気速度は加速され、低負荷
状態においても吸入空気は勢い良く燃焼室23内に流入
し、よって燃焼室23内では強いスワールが発生する。こ
れにより火災の伝播速度は増加し、低負荷時における燃
焼状態を改善することができる。

また、吸気バルブ25が開弁した時、図中吸気バルブ25
を中心として、その左側から燃焼室23に流入する吸気層
に対し、右側から流入する吸気量の方が多いため、主吸
気通路28と副吸気通路29に分岐する前の吸気マニホール
ド内における吸入空気の流速分布は同図に示されるよう
になる分布となる。即ち、同図中上側の流速が速く、ま
た下側の流速が遅い分布となる。一方、前記したように
本考案に係る吸気装置20では、主吸気通路28は下側に、
副吸気通路29は上側に配設された構造となっている。よ
って、主吸気通路28は吸入空気の速度分布の低い部分
と、また副吸気通路29は速度分布の高い部分と対向する
ことになる。これにより、上記速度分布を有する吸入空
気が流入すると副吸気通路29内における吸入空気の流速
はより高まり、より強いスワールを得ることができるた
め、燃焼改善が更に促進される。

また、前記のようにポート角が40°±10°と鋭角であ
るため、副吸気通路29から燃焼室23に流入する吸入空気
の流速は速くなり、強い縦スワールを発生させることが
でき、これによっても燃焼改善を図ることができる。

続いて、上記構成とされた吸気装置20における、吸入
空気の流れ（図中、白抜きの矢印で示す）及びインジェ
クタ30から噴射された燃料の流れ（図中、梨地の矢印で
示す）に注目し、以下説明する。

本考案に係る吸気装置20では、主吸気通路18を流れる
第１の吸入空気の流れが副吸気通路29を流れる第２の吸
入空気の流れに対して内側を通過するように、即ち副吸
気通路29が主吸気通路28の上側に配設されている。ま
た、インジェクタ30は主吸気通路28の下側に配設される
と共に、インジェクタ30の燃料噴射方向は上記第１の吸
入空気の流れ方向に沿うよう指向させた構成とされてい
る。このため、第１図に白抜き及び梨地の矢印で示され
るように、燃料の流れの外側に第２の吸入空気が流れる
構成となる。

一方、本考案に係る吸気装置20では、主吸気通路28と
副吸気通路29の形状は、上記第１の吸入空気と第２の吸
入空気とが合流する合流位置ａより上流側所定範囲Ｈに
おいて略直線でかつ略平行となるよう構成されている。
このため、主吸気通路28を流れる第１の吸入空気及びイ
ンジェクタ30から噴射される燃料と、副吸気通路29を流
れる第２の吸入空気とは、殆ど混ざることなく成層化さ
れた状態を維持しつつ燃焼室23内に流入する。

従って、燃焼室23内に燃料及び第１及び第２の吸入空
気が流入した時、第１図に示されるように燃料は第２の
吸入空気に包み込まれた状態となる。このように、第２
の吸入空気が燃料の外側を流れることにより、燃料の流
れが燃焼室23のボア壁面34及びピストン上面24aに強く
当たることはなく、各面24a,34に燃料が付着するのを防
止することができる。これにより、燃焼時に各面24a,34
近傍における消炎層の発生は防止され、炭化水素（以
下、HCという）の発生層を減少させることができる。

また、点火プラグ35近傍における混合気の状態に注目
すると、第２図に示すように、本考案に係る吸気装置20
を用いた内燃機関21では、燃焼室23内で燃料は吸入空気
に包まれた様な状態となるため、点火プラグ35の近傍に
空燃比がリッチな層（梨地で示す）が形成され、その外
側に空燃比が点火プラグ近傍に比べグリーンな層が形成
される。このため、点火プラグ35の点火性は良好とな
り、また火災伝播も円滑に行われるため安定した燃焼と
なりり、燃費の低減を図ることができる。

第３図乃至第５図は本考案の効果を実証するため、本
考案者が行なった実験の結果を示している。各図におい
て、破線は本考案に係る吸気装置20を適用した内燃機関
21（以下、本願機関という）についての実験結果を、実
線は従来における吸気装置を適用した内燃機関（以下、
従来機関という）についての実験結果を夫々示してい
る。尚、各図に示される実験の条件としては、機関回転
数2000rpm、負荷63.Nm,水温80とした。

第３図は空燃比とHC排出量との関係を示している。同
図に示すように、本願機関の方が従来機関に比べてHCの
発生量が減少していることが分る。特に空燃比がリーン
となる程、その差は大きくなる。よって、従来機構に比
べて、図中ハッチングで示す部分だけのHC低減効果を奏
することができる。

第４図は空燃比と燃料消費率との関係を示している。
同図に示されるように、燃料消費率も従来機関に比べて
本願機関は低くなっており、図中矢印で示す分の燃費改
善を行ない得る。

更に第５図は空燃比とトルク変動との関係を示してい
る。同図に示すように、本願機関は従来機関に比べて空
燃比の広い範囲で安定したトルク変動となっている。よ
って、本願機関によれば良好なドライバビリティを設け
ることができる。

尚、上記した実施例は本考案の最良と思われる一実施
例を示したものであり、本考案はこの実施例に限定され
るものではなく、インジェクタが噴射した燃料の外側位
置に副吸気通路から吸入空気が流れ込むよう、インジェ
クタ及び副吸気通路の配設位置を設定した構成の吸気装
置であれば本考案の範囲に含まれることは上記の説明よ
り明らかであろう。

〔考案の効果〕

上述の如く、本考案によれば、HCの発生を防止できる
と共に、燃費の向上を図ることができる等の特長を有す
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例である吸気装置を用いてなる
内燃機関を示す図、第２図は本考案に係る吸気装置を用
いた時の点火プラグ近傍の混合気状態を説明するための
図、第３図乃至第５図は本考案に係る吸気装置を用いた
内燃機関の各種特性を従来例と比べつつ示す図、第６図
及び第７図は従来の吸気装置の一例を説明するための図
である。 20……吸気装置、21……内燃機関、22……機関本体、23
……燃焼室、24……ピストン、24a……ピストン上面、2
5……吸気バルブ、27……吸気マニホールド、28……主
吸気通路、29……副吸気通路、30……インジェクタ、24
……ボア壁面、35……点火プラグ。

Claims (1)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】吸気通路を主吸気通路と縦スワールを生成
   する副吸気通路とに分割し、該主吸気通路に機関低負荷
   時に閉弁する吸気制御弁と燃料噴射を行うインジェクタ
   とを具備し、 吸気バルブの開閉動作に伴い該主吸気通路を流れる第１
   の吸入空気及び副吸気通路を流れる第２の吸気空気を該
   インジェクタから噴射される燃料と共に燃焼室内に送り
   込む内燃機関の吸気装置において、 該主吸気通路と副吸気通路の形状が、該第１の吸入空気
   と該第２の吸入空気とが合流する合流位置より上流側所
   定範囲において略直線でかつ略平行となるよう構成し、 かつ、該第１の吸入空気の流れが該第２の吸入空気の流
   れに対して燃料室内流入断面の内側を通過するようシリ
   ンダに対して該主吸気通路の外側に該副吸気通路を配置
   し、 かつ、該インジェクタの燃料噴射方向を該第１の吸入空
   気の流れ方向に沿うよう指向させたことを特徴とする内
   燃機関の吸気装置。