(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダ内に空気を導く吸気管主通路と、この吸気管主通路を所定開度で開閉し空気流量を制御する吸気制御弁と、前記シリンダに設けられる２つの吸気弁と、この２つの吸気弁毎に設けられ、前記吸気管制御弁及び吸気管主通路をバイパスして対応する吸気弁の近傍から前記シリンダ内に空気を導き、吸気渦流を形成する２本の副吸気通路とを備え、これら吸気管主通路、吸気制御弁、吸気弁、副吸気通路が、各シリンダごとに設けられた内燃機関の吸気装置において、
前記２本の副吸気通路は互いに略平行に配置されており、
前記シリンダ内を、該２本の副吸気通路中心線の延長線を含みピストンの運動方向に垂直な面で分割して形成される３つの空間のうち、中央の空間の体積をＶ2、その両側の２つの空間の体積をそれぞれＶ1及びＶ3としたとき、Ｖ1：Ｖ2：Ｖ3＝１：１：１〜１：４：１となるように、前記２本の副吸気通路の間隔が設定されており、
前記吸気制御弁が閉じ状態にあるときの、前記２本の副吸気通路を流れる空気量の吸入空気流量全体に対する比率が、５０％以上９５％以下であることを特徴とする内燃機関の吸気装置。
【請求項２】
請求項１記載の内燃機関の吸気装置において、前記吸気制御弁はすべて共通の開閉軸に固定されており、各吸気制御弁に切り欠き及び通気孔のうち一方を設け、各切り欠きまたは通気孔は、前記開閉軸からみて、対応するシリンダと同じ側に配列されていることを特徴とする内燃機関の吸気装置。
【請求項３】
請求項２記載の内燃機関の吸気装置において、各吸気管主通路内における対応する前記吸気制御弁より上流側に、対応するシリンダに燃料を噴射する燃料噴射弁を設けるとともに、この燃料噴射弁から噴射された噴霧のうち少なくとも一部が、該吸気制御弁に設けられた切り欠き及び通気孔のうち一方を通過するように構成したことを特徴とする内燃機関の吸気装置。
【請求項４】
請求項１記載の内燃機関の吸気装置において、前記吸気制御弁はすべて共通の開閉軸に固定されており、各吸気制御弁の外径は、対応する吸気管主通路のうち該吸気制御弁が取り付けられる位置の内径より小さくしたことを特徴とする内燃機関の吸気装置。
【請求項５】
請求項４記載の内燃機関の吸気装置において、各吸気制御弁は、前記開閉軸の軸心に対して軸対称となるように、該開閉軸に固定されていることを特徴とする内燃機関の吸気装置。
【請求項６】
請求項４記載の内燃機関の吸気装置において、各吸気制御弁は、前記開閉軸の軸心から対応するシリンダ側に偏心させるように、該開閉軸に固定されていることを特徴とする内燃機関の吸気装置。
【請求項７】
請求項１記載の内燃機関の吸気装置において、各吸気制御弁と、対応するシリンダに設けられる吸気弁との距離が、吸気流路に沿って３００ｍｍ以内となっていることを特徴とする内燃機関の吸気装置。
【請求項８】
請求項１記載の内燃機関の吸気装置において、各吸気制御弁が取り付けられる部分の吸気管主通路と、対応する副吸気通路とを一体に構成したことを特徴とする内燃機関の吸気装置。
【請求項９】
請求項１記載の内燃機関の吸気装置において、各吸気制御弁を構成する材質の線膨張率と、該吸気制御弁が取り付けられる部分の吸気管主通路の線膨張率とが、略同一であることを特徴とする内燃機関の吸気装置。
【請求項１０】
請求項１記載の内燃機関の吸気装置において、Ｖ1：Ｖ2：Ｖ3＝１：２：１となるように、前記２本の副吸気通路の間隔が設定されていることを特徴とする内燃機関の吸気装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、運転状態に応じて内燃機関の燃焼室内に吸気渦流を発生させて希薄空燃比でも燃焼促進を図り、運転性を保つようにしたリーンバーンエンジンシステムに係わり、特に、このようなシステムにおいて用いられる内燃機関の吸気装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、エンジンのシリンダ内に吸気渦流を発生させ、燃焼性を向上させる技術が知られている。また、エンジンの低負荷時に希薄空燃比とすることにより、エンジンのポンピングロスを低減し、燃料消費率の向上を図ろうとする技術が知られている。
【０００３】
これらを組み合わせて、エンジンの低負荷時には希薄混合気とし、かつ、吸気渦流を発生させて、燃焼性を向上させて燃費低減を図り、同時にＣＯ、ＨＣ、ＮＯｘ等の有害排出ガスの低減を図った、いわゆるリーンバーンエンジンの技術が公知である。
【０００４】
この方式においては、吸気渦流を運転状態に合わせて最適な強さにする事が望ましい。具体的には、エンジンの低負荷時にはより高吸気渦流とし、燃焼性の向上を図り、高負荷時には吸気渦流を弱めて多量の空気を吸入し、出力を向上するような構成が望まれる。
【０００５】
これを実現するための公知技術として、例えば、以下のものがある。
特開平６−８１７１９号公報
この公知技術は、断面積の大きい主通路と、主通路の流量を制御する吸気制御弁と、これらをバイパスする、主通路より合計断面積の小さい複数の副吸気通路を設けるものである。そして、主として低負荷時には、吸気制御弁を閉じたり、または中間的な開度にセットし、副吸気通路に流れる吸気の割合を増すことにより、主吸気管内に偏らせて設けられた副吸気通路の開口部より、高速の吸気流を吹き出させ、これによりシリンダ内にスワールまたはタンブルを発生させ、主として高負荷時には、吸気制御弁を開き、主通路からの吸気量を増やして吸気渦流を弱めるとともに吸入空気量を増加させ、出力を増大させている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の構成を多気筒の内燃機関に応用したり、また、様々な温度条件で運転しようとする場合には、以下に示すような課題が存在する。
すなわち、第１に、副吸気通路を流れる吸気量の、吸入空気流量全体に対する比率（以下適宜、分流比という）が低すぎたり、高すぎたりすると、希薄燃焼に好適な吸気渦流を確実に生成するのが困難となる。例えば分流比が低すぎると、吸気渦流が弱くなり過ぎ、必要な強さの吸気渦流を生成させにくくなる。また逆に、分流比が高すぎると、吸気渦流が強くなり過ぎる。また、吸気制御弁から副吸気通路までの部分が閉鎖された閉管となり、燃料の吹き返し等により燃料がシリンダに正常に送られにくくなったり、汚れやすくなったりする可能性もある。また、第２に、２本の副吸気通路と、シリンダとの位置関係に関し、副吸気通路からの吸気によりシリンダ内に生成される吸気渦流を、なるべく高い効率でタンブル（縦渦）として生成させるように配置し、これによって吸気渦流の早期の減衰を防止し、安定した着火性・燃焼性を維持する点について配慮されていなかった。
【０００７】
本発明の第１の目的は、希薄燃焼に対して適切な吸気渦流強度を確実に得られる内燃機関の吸気装置を提供することにある。
【０００８】
本発明の第２の目的は、吸気渦流中にタンブルを高効率で生成することができる、内燃機関の吸気装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記第１及び第２の目的を達成するために、本発明によれば、シリンダ内に空気を導く吸気管主通路と、この吸気管主通路を所定開度で開閉し空気流量を制御する吸気制御弁と、前記シリンダに設けられる２つの吸気弁と、この２つの吸気弁毎に設けられ、前記吸気管制御弁及び吸気管主通路をバイパスして対応する吸気弁の近傍から前記シリンダ内に空気を導き、吸気渦流を形成する２本の副吸気通路とを備え、これら吸気管主通路、吸気制御弁、吸気弁、副吸気通路が、各シリンダごとに設けられた内燃機関の吸気装置において、前記２本の副吸気通路は互いに略平行に配置されており、前記シリンダ内を、該２本の副吸気通路中心線の延長線を含みピストンの運動方向に垂直な面で分割して形成される３つの空間のうち、中央の空間の体積をＶ2、その両側の２つの空間の体積をそれぞれＶ1及びＶ3としたとき、Ｖ1：Ｖ2：Ｖ3＝１：１：１〜１：４：１となるように、前記２本の副吸気通路の間隔が設定されており、前記吸気制御弁が閉じ状態にあるときの、前記２本の副吸気通路を流れる空気量の吸入空気流量全体に対する比率が、５０％以上９５％以下であることを特徴とする内燃機関の吸気装置が提供される。
これにより２本の副吸気通路を流れる空気量の吸入空気流量全体に対する比率（＝分流比）が５０％未満の場合のように、吸気渦流が弱くなり過ぎ、必要な強さの吸気渦流を生成できなくなるのを防止する。また、分流比９５％を超える場合のように吸気渦流が強くなり過ぎたり、また吸気制御弁から吸気弁までの部分が閉管となり、燃料の吹き返し等により、燃料がシリンダに正常に送られにくくなるのを防止する。これによって希薄燃焼に対し適切な吸気渦流強度を確実に得ることができる。よって、希薄空燃比で運転できる領域が広くなる。
また、２本の副吸気通路からの吸気渦流両側の体積のバランスがよく、これら吸気渦流がほぼ平行にシリンダ内に流入するとき、この流れによって生じる旋回流のそれぞれ両側に等しい吸気容積が存在することになるので、旋回流がシリンダの外側に偏ったり、内側に偏ったりして減衰することがなく、吸気行程後の圧縮行程でも強い渦流を維持することができる。しかもこのとき、その流れは、それぞれ副吸気通路の中心線の延長線上にその主流を置いたまま、横方向の渦（スワール）成分がほとんどなく安定した縦渦（タンブル）のみの渦流となった状態で旋回し続ける。したがって、エンジンの吸気行程から圧縮行程、点火時期まで、長時間にわたって渦流の回転方向を安定的に保ち、渦の残存期間が長いので、シリンダ中心付近の点火プラグ近傍に濃い混合気を集める作用が大きく、希薄混合気の条件下でも、従来の構成よりも安定した着火性・燃焼性を確保することができる。
【００１０】
好ましくは、前記内燃機関の吸気装置において、前記吸気制御弁はすべて共通の開閉軸に固定されており、各吸気制御弁に切り欠き及び通気孔のうち一方を設け、各切り欠きまたは通気孔は、前記開閉軸からみて、対応するシリンダと同じ側に配列されていることを特徴とする内燃機関の吸気装置が提供される。
すなわち、各吸気制御弁に切り欠き及び通気孔のうち一方を設けることにより、各吸気制御弁が閉じ状態にあるときでも分流比を１００％より小さくできる構成を実現することができる。また、吸気制御弁の切り欠き部や通気孔が開閉軸ダからみてシリンダと同じ側に配列しているので、吸気制御弁の閉じ状態においてこれらを通過する吸気流も各気筒でほぼ同様となり、これらが気筒間の吸気渦流強度のばらつきに及ぼす影響を小さくすることができ、よって安定した燃焼を得ることができる。これにより、従来より希薄な空燃比でも、一部気筒の燃焼悪化による不具合を防ぐことができ、全気筒にわたる安定した運転状態を得ることができる。
【００１１】
さらに好ましくは、前記内燃機関の吸気装置において、各吸気管主通路内における対応する前記吸気制御弁より上流側に、対応するシリンダに燃料を噴射する燃料噴射弁を設けるとともに、この燃料噴射弁から噴射された噴霧のうち少なくとも一部が、該吸気制御弁に設けられた切り欠き及び通気孔のうち一方を通過するように構成したことを特徴とする内燃機関の吸気装置が提供される。
これにより、燃料噴射弁からの噴霧が吸気制御弁の切り欠き又は通気孔を通過するとき、吸気流速が速くなっていることから噴霧が微粒化されてシリンダ内に流入するので、空気と燃料の混合すなわち混合気形成を促進することができる。また噴霧が高速となるので、燃料噴射弁が燃焼室から離れていても、応答性よく燃料を供給できる。また、燃料系が高温の燃焼室から離れているので、燃料の加熱により燃料内に気泡が混入する可能性が少なく、燃料噴射量のばらつき等の不具合を防げるという効果もある。
【００１２】
また好ましくは、前記内燃機関の吸気装置において、前記吸気制御弁はすべて共通の開閉軸に固定されており、各吸気制御弁の外径は、対応する吸気管主通路のうち該吸気制御弁が取り付けられる位置の内径より小さくしたことを特徴とする内燃機関の吸気装置が提供される。
すなわち、各吸気制御弁の外径を、取り付けられる吸気管主通路の内径より、例えば１％以上小さくすることにより、吸気制御弁が閉じ状態にあるときでも分流比を１００％より小さくできる構成を実現することができる。また、温度変化により、吸気制御弁が吸気管主通路と干渉したりして動作不良をおこす恐れがなくなる効果もある。
【００１３】
さらに好ましくは、前記内燃機関の吸気装置において、各吸気制御弁は、前記開閉軸の軸心に対して軸対称となるように、該開閉軸に固定されていることを特徴とする内燃機関の吸気装置が提供される。
【００１４】
また好ましくは、前記内燃機関の吸気装置において、各吸気制御弁は、前記開閉軸の軸心から対応するシリンダ側に偏心させるように、該開閉軸に固定されていることを特徴とする内燃機関の吸気装置が提供される。
すなわちこれらにより、吸気制御弁と取り付け部吸気管主通路とのすき間が、シリンダからみて同方向に位置するようにできるので、これらを通過する吸気流も各気筒でほぼ同様となり、これらが気筒間の吸気渦流強度のばらつきに及ぼす影響をさらに小さくできる。
【００１５】
また好ましくは、前記内燃機関の吸気装置において、各吸気制御弁と、対応するシリンダに設けられる吸気弁との距離が、吸気流路に沿って３００ｍｍ以内となっていることを特徴とする内燃機関の吸気装置が提供される。
これにより、必然的にこの間の容積が小さくなり、１気筒について、低負荷時に吸気行程から次の吸気行程までの間に、副吸気通路または主空気通路を通って各吸気制御弁と吸気弁との部分に滞留する吸気の量が少なくなる。よって、吸気行程時に吸気弁が開いたとき、副吸気通路を通って流入する、吸気渦流生成に有効な空気の量を多くでき、効率良く吸気渦流を生成できる。
【００１６】
また好ましくは、前記内燃機関の吸気装置において、各吸気制御弁が取り付けられる部分の吸気管主通路と、対応する副吸気通路とを一体に構成したことを特徴とする内燃機関の吸気装置が提供される。
これにより、吸気主通路、副吸気通路を、それぞれ独立の部品で実現する場合に比し、吸気管全体のコンパクト化・軽量化を図ることができ、併せて組立の手数を少なくし、コスト低減を図ることができる。また、各吸気制御弁と、対応するシリンダに設けられる吸気弁との距離を小さくできるので、必然的にこの間の容積が小さくなり、１気筒について、低負荷時に吸気行程から次の吸気行程までの間にこの部分に滞留する吸気の量が少なくなる。よって、相対的に副吸気通路からの吸気流の減衰を抑制し、吸気行程時に副吸気通路を通って流入する、吸気渦流生成に有効な空気の量を多くでき、効率良く吸気渦流を生成できる。また、小型軽量で低コストな吸気系とすることができる。
【００１７】
また好ましくは、前記内燃機関の吸気装置において、各吸気制御弁を構成する材質の線膨張率と、該吸気制御弁が取り付けられる部分の吸気管主通路の線膨張率とが、略同一であることを特徴とする内燃機関の吸気装置が提供される。
これにより、周囲環境温度が変化した場合でも、吸気制御弁及び吸気管主通路の大きさは温度が変化する前と相似の関係を保つので、従来の構成と比較して構造材とそのすき間の寸法の比率に変化が少なく、従って両吸気通路間の断面積比率の変化が少なく、分流比の変化も少ない吸気系とすることができ、吸気渦流強度を確実に同一に保つことができる。また、温度変化により、吸気制御弁が吸気管主通路と干渉したりして動作不良をおこすのをさらに確実に防止する効果もあり、吸気系の信頼性を高めることができる。
【００１９】
さらに好ましくは、前記内燃機関の吸気装置において、Ｖ１：Ｖ２：Ｖ３＝１：２：１となるように、前記２本の副吸気通路の間隔が設定されていることを特徴とする内燃機関の吸気装置が提供される。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を参照しつつ説明する。
本発明の第１の実施形態を図１〜図１０により説明する。
本実施形態によるエンジン吸気装置は、Ｖ型６気筒エンジンの吸気管に適用される場合の例である。６気筒のうちの１気筒に係る構成を表す上面図を図１に、側断面図を図２に示す。
図１および図２において、独立吸気管である主通路１１０は、２つの吸気弁１０２を備えたエンジンのシリンダ燃焼室１０３内に空気（吸気流）１０８を導くようになっている。この主通路１１０の入口近傍に主通路１１０を所定開度で開閉し空気流量を制御する吸気制御弁１０７を設けるとともに、その上流から副吸気通路１０１ａおよび１０１ｂを、主通路１１０及び吸気制御弁１０７をバイパスして空気を燃焼室１０３内に導くように設置する。２つの副吸気通路１０１ａと１０１ｂの断面積の総和は、主通路１１０の、副吸気通路との分岐部近傍における断面積の１／５〜１／２となるようにする。なおこれらの構成のうち、主通路１１０、吸気制御弁１０７、及び副吸気通路１０１ａ，ｂが、吸気渦流発生機構を構成する。
【００２１】
副吸気通路１０１ａおよび１０１ｂの出口は、燃焼室１０３に２つ設けられた吸気弁１０２の近傍にそれぞれ開口する。副吸気通路１０１ａ、１０１ｂを通る空気は噴流となり、２つの吸気弁１０２のシリンダ壁面に近い側から、吸気弁とその弁座の間隙を通って燃焼室１０３に流入し、２つの吸気渦流１１１ａ、１１１ｂを生成する。この２つの吸気渦流１１１ａ、１１１ｂは、図２に示したように燃焼室１０３の上側を通り、ピストン１１２の表面に沿うように旋回する。このとき、燃料噴射弁１０５より、主通路１１０から燃焼室１０３の中心部に向かうような２方向の噴霧１０６ａおよび１０６ｂが噴出され、これら噴霧１０６ａ、１０６ｂは２つの吸気渦流１１１ａおよび１１１ｂによって燃焼室１０３の中心付近に集められる。
またこのとき、２本の副吸気通路１０１ａ、ｂの間隔は、希薄混合気の条件下でも安定した着火性・燃焼性を確保できるように決定されている。このことを図３により説明する。
図３は、ある気筒における、副吸気通路１０１ａ，ｂからの吸気の流入状態を示す図である。２本の副吸気通路１０１ａおよび１０１ｂは互いに平行になるように配置されている。そして、それらの間隔は、燃焼室１０３内を、副吸気通路１０１ａ，１０１ｂの中心線の延長線を含みピストンの運動方向に垂直な面で分割して形成される３つの空間１０３Ａ，Ｂ，Ｃのそれぞれの堆積をＶ1、Ｖ2、Ｖ3としたとき、Ｖ1：Ｖ2：Ｖ3＝１：２：１になるように、定められている。
このように構成すると、吸気渦流１１１ａ，ｂ両側の体積のバランスがよく、２本の副吸気通路１０１ａ，ｂからの吸気渦流１１１ａ，ｂがほぼ平行に燃焼室１０３内に流入するとき、この流れによって生じる旋回流のそれぞれ両側に等しい吸気容積が存在することになるので、旋回流が燃焼室１０３の外側に偏ったり、内側に偏ったりして減衰することがなく、吸気行程後の圧縮行程でも強い渦流を維持することができる。しかもこのとき、吸気渦流１１１ａ，１１１ｂは、図示したように、それぞれ副吸気通路１０１ａ、１０１ｂの中心線の延長線上にその主流を置いたまま、横方向の渦（スワール）成分がほとんどなく安定した縦渦（タンブル）のみの渦流となった状態で旋回し続ける。したがって、エンジンの吸気行程から圧縮行程、点火時期まで、長時間にわたって渦流の回転方向を安定的に保ち、渦の残存期間が長いので、燃焼室１０３中心付近の点火プラグ１０４近傍に濃い混合気を集める作用が大きく、希薄混合気の条件下でも、従来の構成よりも安定した着火性・燃焼性を確保することができる。
【００２２】
なお、もっともＶ１、Ｖ２、Ｖ３の体積のバランスが理想的であるのは、Ｖ１：Ｖ２：Ｖ３＝１：２：１の場合であるが、本願発明者等はこれらの値を種々変えた構成で実験を行った結果、１：１：１〜１：４：１の範囲において、ある程度安定した着火性・燃焼性を確保できることを確認した。このことを以下に図４及び図５を用いて詳細に説明する。
（１）Ｖ２が小さすぎる（副吸気通路１０１ａ，ｂの間隔が狭い）場合
第１の比較例として、副吸気通路１０１ａ，ｂの間隔が狭い場合の、副吸気通路１０１ａ，ｂからの吸気の流入状態を図４に示す。この図４は、前述した図３に相当する図である。
【００２３】
図４において、２本の副吸気通路１０１ａおよび１０１ｂは、互いに平行になるように配置されている。しかし、それら副吸気通路１０１ａ，１０１ｂの間隔が図３の構成よりやや狭くなっており、この結果、燃焼室１０３内を、副吸気通路１０１ａ，１０１ｂの中心線の延長線を含みピストンの運動方向に垂直な面で分割して形成される３つの空間１０３Ａ，Ｂ，Ｃのそれぞれの堆積をＶ１、Ｖ２、Ｖ３としたとき、これらの大きさの比は、Ｖ１＝Ｖ３＝１とするとＶ２＜１となっている。
このような構成の場合、吸気渦流１１１ａ、１１１ｂは、図示するように、上から見て、それぞれ副吸気通路１０１ａ、１０１ｂの延長線から外側に吹き出し、シリンダを縦にしたとき、横方向成分を持った縦渦、すなわち斜め渦として旋回する。このような構成では、時間経過に伴う渦流の減衰が大きく、流入する吸気流量が図３の構成と同じ場合には、図３の構成よりも燃焼促進効果は小さくなる。また、燃焼室中心は横渦（スワール）の流れの影響を受けるので、燃焼室１０３中心付近に濃い混合気を安定して配置するのが困難となる。よって、希薄混合気では安定した着火性・燃焼性を確保するのが困難となる。
【００２４】
（２）Ｖ２が大きすぎる（副吸気通路１０１ａ，ｂの間隔が広い）場合
第２の比較例として、副吸気通路１０１ａ，ｂの間隔が広い場合の、副吸気通路１０１ａ，ｂからの吸気の流入状態を図５に示す。この図５も、前述した図３に相当する図である。
【００２５】
図５において、２本の副吸気通路１０１ａおよび１０１ｂは、互いに平行になるように配置されている。しかし、それら副吸気通路１０１ａ，ｂの間隔が図３の構成よりもやや広くなっており、この結果、燃焼室１０３内を、副吸気通路１０１ａ，１０１ｂの中心線の延長線を含みピストンの運動方向に垂直な面で分割して形成される３つの空間１０３Ａ，Ｂ，Ｃのそれぞれの堆積をＶ１、Ｖ２、Ｖ３としたとき、これらの大きさの比は、Ｖ１＝Ｖ３＝１とするとＶ２＞４となっている。
このような構成の場合、吸気渦流１１１ａ、１１１ｂは、図示するように、上から見て、それぞれ副吸気通路１０１ａ、１０１ｂの延長線から内側に吹き出し、シリンダを縦にしたとき、横方向成分を持った縦渦、すなわち斜め渦として旋回する。このような構成では、時間経過に伴う渦流の減衰が大きく、流入する吸気流量が図３の構成と同じ場合には、図３の構成よりも燃焼促進効果は小さくなる。また、燃焼室中心は横渦（スワール）の流れの影響を受けるので、燃焼室１０３中心付近に濃い混合気を安定して配置するのが困難となる。よって、希薄混合気では安定した着火性・燃焼性を確保するのが困難となる。
【００２６】
一方、図１及び図２に戻り、吸気制御弁１０７の外径は、吸気制御弁１０７を閉じ状態にしたときにおいて、
0003557314.tif 000002
となるように、すなわち主通路１１０のうち吸気制御弁１０７が取り付けられる部分の内径より小さく設定される。このように小さく設定することにより、温度変化による熱膨張によって吸気制御弁１０７と主通路１１０との干渉や動作不良を防止することができる。
このような設定を実現する具体的な構造としては、例えば、
（副吸気通路１０１ａ，ｂの断面積の合計値）／｛（副吸気通路１０１ａ，ｂの断面積の合計値）＋（すき間部分１０７ａの主通路１１０に垂直な断面への投影面積）｝＝０．５〜０．９５となるように構成されている。このことによる作用効果を、図６を用いて、以下詳細に説明する。
この図６は、分流比を変えた場合のエンジンのリーン限界の変化を検討した実験結果を表したものであり、横軸に分流比を、縦軸にリーン限界空燃比をとって表したものである。図６において、分流比０％（つまり吸気管主通路１１０のみから吸気される状態）近傍から分流比を徐々に大きくしていくと、吸気渦流の強さが増し、これにともなってリーン限界空燃比も向上する。すなわち、高い空燃比でのエンジンの運転が可能になる。そして、分流比≒５０％（つまり主通路１１０の流量と副吸気通路１０１ａ，ｂの流量が等しい状態）で、法定の燃費・排気規制適合空燃比に達する。さらに分流比を大きくしていくとさらにリーン限界空燃比は向上するが、分流比≒８０％でピークを迎え、これを超えると、分流比の増加にともなってリーン限界空燃比は低下する。そして分流比≒９０％で再び法定排気規制適合空燃比の下限に等しくなり、分流比１００％（つまり副吸気通路１０１ａ，ｂのみから吸気される状態）では、法定の燃費・排気規制適合空燃比より小さくなる。
以上の実験結果に示されるように、希薄燃焼に好適な吸気渦流１１１ａ，ｂを生成できる分流比は、約５０〜９５％の間であることがわかる。これは、分流比が５０％以下では吸気渦流１１１ａ，ｂが弱くなり過ぎ、必要な強さの吸気渦流１１１ａ，ｂを生成できないこと、また、分流比９５％以上では吸気渦流１１１ａ，ｂが強くなり過ぎることと、吸気制御弁１０７から吸気弁１０２までの部分が閉管となり、燃料の吹き返し等によって燃焼室１０３への正常な燃料供給が行われにくくなることが原因である。
ここにおいて、従来構造では、吸気制御弁１０７と、これが取り付けられる吸気管主通路１１０の内面に全く隙間がない構成の場合があり、このとき吸気制御弁１０７を閉じると分流比が約１００％となって、上記の適切な分流比の範囲（５０％〜９５％）を外れていた。また、Ｖ型でない、直列に気筒が配列したエンジンにあっても、吸気制御弁１０７全閉時の分流比を１００％近くに設定しており、適切な分流比範囲を外れていた。そしてこのとき、各々の気筒に流入する吸気の分流比を約１００％に揃えるためには高い加工精度が必要であるので、コストの高騰を招くという課題もあった。
これに対して、本実施形態においては、分流比を０．５〜０．９５とすることで、副吸気通路１０１ａ，ｂを流れる空気量の吸入空気流量全体に対する比率（＝分流比）が０．５未満の場合のように、吸気渦流１１１ａ，ｂが弱くなり過ぎ、必要な強さの吸気渦流を生成できなくなるのを防止することができ、また、分流比０．９５を超える場合のように吸気渦流１１１ａ，ｂが強くなり過ぎたり、また吸気制御弁１０７から吸気弁１０２までの部分が閉管となり、燃料の吹き返し等により、燃料が燃焼室１０３内に正常に送られにくくなるのを防止することができる。これによって希薄燃焼に対し適切な吸気渦流強度を確実に得ることができるので、希薄空燃比で運転できる領域が広くなる。
【００２７】
また、吸気制御弁１０７と吸気弁１０２の距離は、吸気管の中心部に沿って３００ｍｍ以内になるように構成されている。これにより、必然的に吸気制御弁１０７と吸気弁１０２との間の容積が小さくなるので、低負荷時において、吸気行程から次の吸気行程までの間に、この容積に滞留する吸気の量が少なくなる。よって次の吸気行程時に吸気弁１０２が開いたとき、相対的に副吸気通路１０１ａ、１０１ｂからの吸気流の減衰を抑え、必要な強度の吸気渦流１１１ａ、１１１ｂをシリンダ燃焼室１０３内に効率よく生成することができる。
【００２８】
また、主通路１１０と、副吸気通路１０１ａ、１０１ｂは、アルミ鋳物、または樹脂などの、同一の構造材で形成する。これにより、これらをそれぞれ独立の部品で構成する場合に比し、吸気管全体のコンパクト化、軽量化を図ることができ、併せて組立の手数を少なくし、コスト低減を図ることができる。またさらに進んでこれらを一体に構成してもよい。この場合は、上記同様吸気制御弁１０７と吸気弁１０２との間の容積が小さくなるので、相対的に副吸気通路１０１ａ、１０１ｂからの吸気流の減衰を抑え、必要な強度の吸気渦流１１１ａ、１１１ｂをシリンダ燃焼室１０３内に効率よく生成することができる効果もある。
さらに、吸気制御弁１０７、主通路１１０（さらには副吸気通路１１０ａ、１１０ｂ）を、同一材料または同一の線膨張係数を持つ材質で構成する。例えば、主通路１１０が樹脂の場合は吸気制御弁１０７も樹脂に、主通路１１０がアルミで構成される場合は吸気制御弁１０７もアルミとする。これにより、吸気管の周囲環境温度が変化しても、吸気制御弁１０７まわりのすき間１０７ａ、副吸気通路１０１ａ、１０１ｂの大きさは、温度が変化する前と相似の関係を保つので、大きさの比率も変わらない。したがって、温度が変化しても、吸気渦流１１１ａ、１１１ｂの強度を同一に保つことができる。また温度変化により、吸気制御弁１０７が主通路１１０と干渉したりして動作不良を起こすのを確実に防止する効果もある。
【００２９】
以上のような構成を６気筒分備えた本実施形態のエンジン吸気装置は、Ｖ型エンジン（図示しない）の左右バンクの間に置かれている。そのうち、６つの吸気制御弁１０７近傍の構成を示す上面図を図７に示す。
図７及び図１において、吸気管主通路１１０は、図中上方から、第１、第３、第５気筒用には図面に向かって右側へ、第２、第４、第６気筒用には図面に向かって左側に向かっており、各気筒において、吸気制御弁１０７の外径は、主通路１１０の内径より小さくなっている。
また、６つの吸気制御弁１０７は、全て共通の開閉用シャフト１１５に固定されており、このとき、各吸気制御弁１０７はシャフト１１５の軸心に対して軸対象となるように（言い換えれば、その中心を通る軸線が、吸気管主通路の中心線１１０ａと一致するように）配置されている。これによって、すき間１０７ａの大きさが、吸気制御弁１０７の周方向の各位置でほぼ一定になる。これにより、図１および図２でも示したように、吸気制御弁１０７を閉じた状態で、６気筒への吸気系をそれぞれ同一形状にすることができる。
【００３０】
また、吸気制御弁１０７およびこれを開閉するシャフト１１５の作動は、電磁バルブ（図示しない）によって動作する負圧ダイヤフラム２０１（図１参照）により行われ、その開閉の指令はコントロールユニット２０２によって行われる。
【００３１】
この吸気制御弁１０７の開閉動作を含む吸気系全体の制御フローチャートを図８に示す。
図８において、まず、運転者の意図を検出し、エンジン水温及び回転数とを検出し、必要とするエンジンの回転数およびトルクを算出する。このとき運転者の意図は、例えばアクセルペダルの踏み込みの程度、または踏み込み具合の変化量から、必要な軸出力として算出される値とする。
次に、この値と、車速及びギヤ位置（場合によっては道路状況も）に関する情報から、エンジンの運転条件、すなわち現在必要な回転数およびトルクが計算され、さらにこれらに基づき目標空燃比が算出される。
そして、これらの情報をもとに、設定された条件では、燃焼室１０３内に吸気渦流１１１ａ，ｂを発生させるべきか否か、マップを参照することにより調べる。吸気渦流の必要な条件であった場合、吸気制御弁１０７は全閉に、吸気渦流に適さない条件であった場合、吸気制御弁１０７は全開に設定される。
その後、空燃比に応じたスロットル開度、燃料量、燃料噴射時期が順次設定される。
上記の手順によって、運転状態にあった吸気渦流１１１ａ，ｂを燃焼室１０３内に生成し、また、希薄燃焼領域、従来の理論空燃比近傍の領域とも、適切な燃料量・空気量をエンジンに供給する。
【００３２】
以上説明したように、本実施形態によれば、分流比を５０〜９５％に設定するので、希薄燃焼に対し適切な強度の吸気渦流１１１ａ，ｂを確実に得ることができる。よって、希薄空燃比で運転できる領域が広くなる。
またこのとき、吸気制御弁１０７の閉じ状態で全閉となる従来構造、特に多気筒Ｖ型や水平対抗型のように隣接する気筒の吸気の方向がほとんど反対方向になるような多気筒エンジンにあっては、適切な分流比を得るために吸気制御弁１０７の中間開度を用いる必要があり、この場合、エンジンの左右バンクにおいて、シリンダ側からみて吸気制御弁１０７の開き方向が逆になり、分流比が強くなりすぎたり弱くなりすぎたりして各気筒で吸気渦流強度の気筒間ばらつきが生じる場合があった。しかしながら、上記実施形態においては、例えば、吸気制御弁１０７の閉じ状態において吸気制御弁１０７の周囲に隙間１０７ａがあく構成とするので、全閉状態にしてもある程度の分流比を得ることができるので、中間開度におけるこのようなばらつきを生じにくくすることができる。
【００３３】
また本実施形態によれば、燃焼室１０３内を、２本の副吸気通路１０１ａ，ｂ中心線の延長線を含みピストン１１２の運動方向に垂直な面で分割して形成される３つの空間１０３Ａ，Ｂ，Ｃの体積をＶ１，Ｖ２，Ｖ３としたとき、Ｖ１：Ｖ２：Ｖ３＝１：１：１〜１：４：１となるように、２本の副吸気通路１０１ａ，ｂの間隔が設定されているので、点火プラグ１０４の近傍である燃焼室１０３中心付近に濃い混合気を集めることができる。よって、希薄混合気の条件下でも、従来の構成より安定した着火性・燃焼性を確保することができるので、希薄空燃比で運転できる領域が広くなる。
【００３４】
上記したような、希薄空燃比運転領域拡大の作用効果を、図９及び図１０を用いてさらに具体的に説明する。
図９に、本実施形態の吸気装置の構成における、エンジン回転数およびトルクに対する希薄空燃比限界の領域図およびその運転範囲を示し、従来の、吸気渦流生成機構を持たないエンジンの希薄空燃比限界の領域図及びその運転範囲を図１０に示す。なお図９及び図１０中において、枠外の領域は、その回転数またはトルクで運転できない領域を示しており、図中の数字は、その領域における希薄空燃比限界を示している。
図９において、太線Ａ−Ａより上側の領域では、吸気制御弁１０７が開いて吸気渦流１１１ａ，ｂが弱められ、エンジンは、理論空燃比近傍の空燃比１４〜１６で運転される。これに対して、図１３の太線Ａ−Ａより下側の領域では、吸気制御弁１０７が閉じて吸気渦流１１１ａ，ｂが強まるので、エンジンは空燃比２２以上の希薄混合気で運転される。図示するように、エンジンが希薄空燃比で運転できる領域が広くなってることがわかる。
また、図９と図１０とを比較することにより、本実施形態の吸気装置は、スワール生成機構を持たない従来のエンジンと同様の最高出力を確保できることがわかる。
【００３５】
本発明の第２の実施形態を図１１により説明する。本実施形態は第１の実施形態同様、Ｖ型６気筒エンジンの吸気管に適用した例である。
【００３６】
本実施形態のエンジン吸気装置の、６つの吸気制御弁２０７近傍の構成を示す上面図を図１１に示す。この図１１は第１の実施形態の図７に対応する図であり、同等の部材については同一の符号を付す。
図１１において、第１の実施形態と異なる点は、各気筒とも、各吸気制御弁２０７は、シャフト１１５の軸心から対応する燃焼室１０３側に偏心させるように、シャフト１１５に固定され、吸気制御弁２０７の周方向において、すき間２０７ａの大きさが流入する気筒に近い側で大きく、遠い側で小さくなるように取り付けられていることである。
【００３７】
その他の構造は、各気筒について吸気制御弁２０７の外径が主通路１１０の内径より小さくなっていることや、吸気制御弁２０７の中心を通る軸線が、吸気管主通路の中心線１１０ａと一致するようにシャフト１１５に取り付けられることや、吸気制御弁２０７の外径が吸気制御弁２０７を閉じたときに分流比５０〜９５％となるような大きさに設定されていること等を含み、第１の実施形態とほぼ同様である。
【００３８】
本実施形態によっても、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。
またこれに加えて、吸気制御弁２０７と取り付け部吸気管主通路１１０とのすき間２０７ａが、燃焼室１０３からみて同方向に位置するようにできるので、これらを通過する吸気流１０８も各気筒でほぼ同様となり、これらが気筒間の吸気渦流１１１ａ，ｂの強度のばらつきに及ぼす影響をさらに小さくすることができる。
【００３９】
なお、上記第２の実施形態においては、吸気制御弁２０７を、流入する気筒と反対側へ偏心させたが、実際には、各気筒の相似性が変わらなければ、気筒と同じ側へ偏心させたり、あるいは横方向の吸気制御弁２０７の中心線（図示しない）を基準として、それぞれ横方向に偏心させることもできる。これらの場合も、同様の効果を得る。
【００４０】
本発明の第３の実施形態を図１２により説明する。本実施形態も第１の実施形態同様、Ｖ型６気筒エンジンの吸気管に適用した例である。
【００４１】
本実施形態のエンジン吸気装置の、６つの吸気制御弁３０７近傍の構成を示す上面図を図１１に示す。この図１２は第１の実施形態の図７、第２の実施形態の図１１に対応する図であり、同等の部材については同一の符号を付す。
図１２において、第１及び第２の実施形態と異なる点は、各気筒とも、各吸気制御弁３０７に切り欠き３０７Ａを設け、各切り欠き３０７Ａが、シャフト１１５からみて対応する燃焼室１０３と同じ側（言い換えれば、吸気制御弁３０７の周方向において流入する気筒に近い側）に配列されていることである。
【００４２】
その他の構造は、各気筒について吸気制御弁３０７の外径が主通路１１０の内径より小さくなっていることや、吸気制御弁３０７の中心を通る軸線が、吸気管主通路の中心線１１０ａと一致するようにシャフト１１５に取り付けられることや、吸気制御弁２０７の外径及び切り欠き３０７Ａの大きさが、吸気制御弁３０７を閉じたときに分流比５０〜９５％となるような大きさに設定されていること等を含み、第１及び第２の実施形態とほぼ同様である。
【００４３】
本実施形態によっても、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。
またこれに加え、第２の実施形態と同様、気筒間の吸気渦流１１１ａ，ｂの強度のばらつきをさらに小さくすることができる。
【００４４】
本発明の第４の実施形態を図１３により説明する。本実施形態も第１の実施形態同様、Ｖ型６気筒エンジンの吸気管に適用した例である。
【００４５】
本実施形態のエンジン吸気装置の、６つの吸気制御弁４０７近傍の構成を示す上面図を図１３に示す。この図１３は第１の実施形態の図７、第２の実施形態の図１１、第３の実施形態の図１２に対応する図であり、同等の部材については同一の符号を付す。
図１３において、第１〜第３の実施形態と異なる点は、各気筒とも、各吸気制御弁４０７に通気孔４０７Ａを設け、各通気孔４０７Ａが、シャフト１１５からみて対応する燃焼室１０３と同じ側（言い換えれば、吸気制御弁４０７の周方向において流入する気筒に近い側）に配列されていることである。
【００４６】
その他の構造は、各気筒について吸気制御弁４０７の外径が主通路１１０の内径より小さくなっていることや、吸気制御弁４０７の中心を通る軸線が、吸気管主通路の中心線１１０ａと一致するようにシャフト１１５に取り付けられることや、吸気制御弁４０７の外径及び通気孔４０７Ａの大きさが、吸気制御弁４０７を閉じたときに分流比５０〜９５％となるような大きさに設定されていること等を含み、第１〜第３の実施形態とほぼ同様である。
【００４７】
本実施形態によっても、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。
またこれに加え、第２及び第３の実施形態と同様、気筒間の吸気渦流１１１ａ，ｂの強度のばらつきをさらに小さくすることができる。
【００４８】
なお、上記第３及び第４の実施形態では、切り欠き部３０７Ａまたは通気孔４０７Ａを、流入する気筒に近い側に設けたが、実際には、各気筒の相似性が変わらなければ、気筒から遠い側であってもよい。これらの場合も、同様の効果を得る。
【００４９】
本発明の第５の実施形態を図１４により説明する。本実施形態は、第３の実施形態に示された切り欠き３０７Ａを備えた吸気制御弁３０７を主通路１１０の下流よりに設ける場合の実施形態である。
本実施形態によるエンジン吸気装置も、第１〜第４の実施形態同様、Ｖ型６気筒エンジンの吸気管に適用されるものであり、その６気筒のうちの１気筒に係る構成を表す側断面図を図１４に示す。この図１４は、第１の実施形態の図２に対応する図である。第３の実施形態と同等の部材には同一の符号を付す。
【００５０】
図１４において、本実施形態が第３の実施形態と異なる点は、吸気制御弁３０７を主通路１１０の下流よりに設け、そしてこの吸気制御弁３０７より上流側に燃料噴射弁１０５を設け、この燃料噴射弁１０５から噴射される噴霧１０６ａ，ｂが、吸気制御弁３０７の切り欠き部３０７Ａを通り、さらに、吸気弁１０２とその弁座の間隙部（または吸気弁１０２そのもの）を指向するように構成した点である。
またこのとき、燃料噴射弁１０５の噴射期間は、吸気制御弁３０７が閉じられ吸気弁１０２が開くことにより燃焼室１０３に吸気が行われている時期とオーバーラップするように制御される。
その他の点は、第３の実施形態とほぼ同様である。
【００５１】
本実施形態によっても、第３の実施形態と同様の効果を得る。
またこれに加え、燃料噴射弁１０５からの噴霧１０６ａ，ｂが吸気制御弁３０７の切り欠き３０７Ａを通過するとき、吸気流速が速くなっていることから噴霧が微粒化されて燃焼室１０３内に流入するので、空気と燃料の混合すなわち混合気形成を促進することができる。また噴霧１０６ａ，ｂが高速となるので、燃料噴射弁１０５が燃焼室１０３から離れていても、応答性よく燃料を供給できる。また、燃料系が高温の燃焼室１０３から離れているので、燃料の加熱により燃料内に気泡が混入する可能性が少なく、燃料噴射量のばらつき等の不具合を防げるという効果もある。
【００５２】
なお、上記第５の実施形態において、噴霧１０６は、吸気制御弁３０７の切り欠き部３０７Ａを通過させたが、これに限定されるものではない。例えば、第４の実施形態の吸気制御弁４０７の通過孔４０７Ａを通過させる構成や、または第２の実施形態の吸気制御弁２０７における周囲の間隙部２０７Ａが広くなった部分であってもよい。
また、上記第１〜第５の実施形態では、副吸気通路１０１が２本の場合の場合について示したが、この本数に限定されるものではなく、任意の本数の副吸気通路を用いてもよい。また、副吸気通路１０１の途中に弁を設け、運転条件により使用する副吸気通路１０１の本数を変化させてもよい。ただし、副吸気通路１０１の本数が変化した場合でも、副吸気通路１０１の断面積の合計は、吸気通路の全断面積に対し５０〜９５％の範囲の割合を保つようにすることが望ましい。
【００５３】
【発明の効果】
本発明によれば、吸気渦流が弱くなり過ぎたり強くなりすぎたりするのを防止し、希薄燃焼に対し適切な吸気渦流強度を確実に得ることができるので、希薄空燃比で運転できる領域が広くなる。また、吸気制御弁を全閉状態にしてもある程度の分流比を得ることができるので、吸気制御弁の閉じ状態で全閉となる従来構造のような、中間開度における各気筒での吸気渦流強度の気筒間ばらつきを生じにくくすることができる。
【００５４】
また本発明によれば、長時間に渡って渦流の回転方向を安定的に保ち、点火プラグの近傍である燃焼室中心付近に濃い混合気を集めることができる。よって、希薄混合気の条件下でも、従来の構成より安定した着火性・燃焼性を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態によるエンジン吸気装置のうち、６気筒のうちの１気筒に係る構成を表す上面図である。
【図２】図１に示された構成の側断面図である。
【図３】ある気筒における、副吸気通路からの吸気の流入状態を示す図である。
【図４】副吸気通路の間隔が狭い第１の比較例における、副吸気通路からの吸気の流入状態を表す図である。
【図５】副吸気通路の間隔が広い第２の比較例における、副吸気通路からの吸気の流入状態を表す図である。
【図６】分流比を変えた場合のエンジンのリーン限界の変化を検討した実験結果を表した図である。
【図７】６つの吸気制御弁近傍の構成を示す上面図である。
【図８】吸気制御弁の開閉動作を含む吸気系全体の制御フローチャートである。
【図９】希薄空燃比運転領域拡大の作用効果を表す図である。
【図１０】希薄空燃比運転領域拡大の作用効果を表す図である。
【図１１】本発明の第２の実施形態によるエンジン吸気装置の、６つの吸気制御弁近傍の構成を示す上面図である。
【図１２】本発明の第３の実施形態によるエンジン吸気装置の、６つの吸気制御弁近傍の構成を示す上面図である。
【図１３】本発明の第４の実施形態によるエンジン吸気装置の、６つの吸気制御弁近傍の構成を示す上面図である。
【図１４】本発明の第５の実施形態によるエンジン吸気装置のうち、６気筒のうちの１気筒に係る構成の側断面図である。
【符号の説明】
１０１ａ，ｂ  副吸気通路
１０２        吸気弁
１０３        シリンダ燃焼室
１０４        点火プラグ
１０５        燃焼噴射弁
１０６        噴霧
１０７        吸気制御弁
１０７ａ      吸気制御弁と吸気管主通路のすき間
１０８        主通路を通る吸入空気
１１０        吸気管主通路
１１０ａ      吸気管主通路の中心線
１１１ａ，ｂ  吸気渦流
１１２        ピストン
１１５        吸気制御弁用シャフト（開閉軸）
２０１        負圧ダイヤフラム
２０２        コントロールユニット
２０７        吸気制御弁
３０７        吸気制御弁
３０７ａ      吸気制御弁と吸気管主通路のすき間
３０７Ａ      吸気制御弁切り欠き部
４０７        吸気制御弁
４０７ａ      吸気制御弁と吸気管主通路のすき間
４０７Ａ      吸気制御弁の通過孔
【図１】
0003557314.tif 000003
【図２】
0003557314.tif 000004
【図３】
0003557314.tif 000005
【図４】
0003557314.tif 000006
【図５】
0003557314.tif 000007
【図６】
0003557314.tif 000008
【図７】
0003557314.tif 000009
【図８】
0003557314.tif 000010
【図９】
0003557314.tif 000011
【図１０】
0003557314.tif 000012
【図１１】
0003557314.tif 000013
【図１２】
0003557314.tif 000014
【図１３】
0003557314.tif 000015
【図１４】
0003557314.tif 000016