(57)【要約】【課題】  燃焼室での燃焼においてより大きな燃焼エネルギを得ることができるようにする。【解決手段】  本発明の内燃機関の吸気装置では、一つの吸気通路から分岐する少なくとも二つの分岐吸気通路が一つのシリンダ頂面に開口し、これら分岐吸気通路のうちの一方の分岐吸気通路の断面積が他方の分岐吸気通路の断面積よりも小さく、分岐部よりも上流側の吸気通路に吸気通路内を通過する吸気ガス中に燃料を噴射する主燃料噴射装置６が設けられる。断面積の小さい分岐吸気通路はシリンダ頂面の外周領域に開口し、断面積の小さい分岐吸気通路内を通過する吸気ガスのみに燃料を噴射する副燃料噴射装置６３が設けられる。【選択図】      図４
2006009644.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一つの吸気通路から分岐する少なくとも二つの分岐吸気通路が一つのシリンダ頂面に開口し、これら分岐吸気通路のうちの一方の分岐吸気通路の断面積が他方の分岐吸気通路の断面積よりも小さく、上記分岐部よりも上流側の吸気通路に該吸気通路内を通過する吸気ガス中に燃料を噴射する主燃料噴射装置が設けられる内燃機関の吸気装置において、
上記断面積の小さい分岐吸気通路は上記シリンダ頂面の外周領域に開口すると共に該断面積の小さい分岐吸気通路内を通過する吸気ガスのみに燃料を噴射する副燃料噴射装置が設けられる内燃機関の吸気装置。
【請求項２】
上記断面積の大きい分岐吸気通路が少なくとも二つ設けられ、上記断面積の小さい分岐吸気通路のシリンダ頂面における開口は、上記断面積の大きい二つの分岐吸気通路のシリンダ頂面における開口の間であって上記シリンダ頂面の外周領域に設けられる請求項１に記載の内燃機関の吸気装置。
【請求項３】
一つの吸気通路から分岐する少なくとも二つの分岐吸気通路が一つのシリンダ頂面に開口し、これら分岐吸気通路のうちの一方の分岐吸気通路の断面積が他方の分岐吸気通路の断面積よりも小さく、上記断面積の小さい分岐吸気通路のシリンダ頂面における開口が小吸気弁によって開閉されると共に上記断面積の大きい分岐吸気通路のシリンダ頂面における開口が大吸気弁によって開閉される内燃機関の吸気装置において、
上記小吸気弁の開弁時期が上記大吸気弁の開弁時期よりも遅く、且つ上記小吸気弁の閉弁時期が上記大吸気弁の閉弁時期よりも早い内燃機関の吸気装置。
【請求項４】
上記小吸気弁の開弁時期および閉弁時期は上記断面積の小さい分岐吸気通路内の吸気ガスに生じる圧力脈動の周波数に応じて異なる請求項３に記載の内燃機関の吸気装置。
【請求項５】
一つの吸気通路から分岐する少なくとも二つの分岐吸気通路が一つのシリンダ頂面に開口し、これら分岐吸気通路のうちの一方の分岐吸気通路の断面積が他方の分岐吸気通路の断面積よりも小さく、少なくとも二つの排気通路が一つのシリンダ頂面に並んで開口している内燃機関の吸気装置において、
上記断面積の小さい分岐吸気通路は上記シリンダ頂面の外周領域であって上記二つの排気通路のシリンダ頂面における開口の間に開口し、上記断面積の大きい分岐吸気通路内を通過する吸気ガスのみに燃料を噴射可能な燃料噴射装置が設けられると共に上記断面積の小さい分岐吸気通路内を通過する吸気ガスには燃料が噴射されない内燃機関の吸気装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は内燃機関の吸気装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の出力は燃焼室内での混合気の燃焼による燃焼エネルギに応じて変わり、燃焼エネルギが大きいほど内燃機関の出力は大きい。このため、大きな出力を得るためには、大きな燃焼エネルギを得ることが必要である。大きな燃焼エネルギを得るための方法としては、例えば、燃焼室内への吸入吸気量を多くすることや、燃焼室内の混合気の空燃比を均質にすることや、混合気の燃焼の広がりを早めることが挙げられる。
【０００３】
このうち、特許文献１に記載の装置では、吸入空気量を多くすることにより燃焼エネルギを高めるようにしている。すなわち、特許文献１に記載の装置では、吸気開口を三つにすると共に、二つの吸気開口の間に配置される吸気開口の面積を他の二つの吸気開口の面積よりも小さくしている。このような構成にすることで吸気開口の総面積が大きくなり、よって燃焼室への吸入空気量が多くなり、結果的に大きな燃焼エネルギを得ることができる。
【０００４】
【特許文献１】特開平８−４５０３号公報
【特許文献２】特開平７−５４６１８号公報
【特許文献３】特開平８−７４５４０号公報
【特許文献４】特開平２−１７６１０６号公報
【特許文献５】特開平６−１０８８１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述したように上記特許文献１に記載の装置では、吸気開口の総面積を大きくとことで、大きな燃焼エネルギを得られるが、改善の余地がある。例えば、面積が小さい吸気開口に通じる吸気通路の断面積は、面積が大きい吸気開口に通じる吸気通路の断面積よりも小さい。したがって、これら吸気通路内の吸気ガスに生じる圧力脈動はこれら吸気通路間で異なる。吸気通路内の圧力脈動は燃焼室への吸入吸気量に影響を及ぼすため、吸入空気量を多くするためには圧力脈動を考慮しなければならないが、上記特許文献１に記載の装置では圧力脈動が考慮されていない。
【０００６】
また、均質燃焼を行う場合、基本的に混合気の燃焼は燃焼室内での混合気の空燃比が燃焼室内全体に亘って均一であるほど良好であり、得られる燃焼エネルギも大きい。このため、より大きな燃焼エネルギを得るためには燃焼室内での混合気の空燃比が均一であることが必要である。しかしながら、特許文献１に記載の装置を含む多くの内燃機関では吸気通路が燃焼室上方で湾曲しているため、湾曲部よりも吸気上流にて燃料噴射が行われた場合、湾曲部外側を通過する吸気ガスの方が湾曲部内側を通過する吸気ガスよりも流量が多く、また噴射された燃料も湾曲部外側を通過する吸気ガス中により多く混入される。このため、燃焼室内では混合気の空燃比に差ができ、結果的に得られる燃焼エネルギが低いものとなってしまう。
【０００７】
このように、特許文献１に記載の装置においても大きな燃焼エネルギを得ることについて改善の余地がある。そこで、本発明の目的は、燃焼室での燃焼においてより大きな燃焼エネルギを得ることができるようにする内燃機関の吸気装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、第１の発明では、一つの吸気通路から分岐する少なくとも二つの分岐吸気通路が一つのシリンダ頂面に開口し、これら分岐吸気通路のうちの一方の分岐吸気通路の断面積が他方の分岐吸気通路の断面積よりも小さく、上記分岐部よりも上流側の吸気通路に該吸気通路内を通過する吸気ガス中に燃料を噴射する主燃料噴射装置が設けられる内燃機関の吸気装置において、上記断面積の小さい分岐吸気通路は上記シリンダ頂面の外周領域に開口すると共に該断面積の小さい分岐吸気通路内を通過する吸気ガスのみに燃料を噴射する副燃料噴射装置が設けられる。
断面積の大きい分岐吸気通路と断面積の小さい分岐吸気通路との上流に燃料噴射装置を設けた場合、断面積の大きい分岐吸気通路を流れる吸気ガスの空燃比と断面積の小さい分岐吸気通路を流れる吸気ガスの空燃比との間に差ができることがある。本発明によれば、断面積の小さい分岐吸気通路を流れる吸気ガスのみに燃料を噴射する副噴射装置が設けられることで、各分岐吸気通路を流れる吸気ガスの空燃比間の差を是正することができる。
【０００９】
第２の発明では、第１の発明において、上記断面積の大きい分岐吸気通路が少なくとも二つ設けられ、上記断面積の小さい分岐吸気通路のシリンダ頂面における開口は、上記断面積の大きい二つの分岐吸気通路のシリンダ頂面における開口の間であって上記シリンダ頂面の外周領域に設けられる。
【００１０】
上記課題を解決するために、第３の発明では、一つの吸気通路から分岐する少なくとも二つの分岐吸気通路が一つのシリンダ頂面に開口し、これら分岐吸気通路のうちの一方の分岐吸気通路の断面積が他方の分岐吸気通路の断面積よりも小さく、上記断面積の小さい分岐吸気通路のシリンダ頂面における開口が小吸気弁によって開閉されると共に上記断面積の大きい分岐吸気通路のシリンダ頂面における開口が大吸気弁によって開閉される内燃機関の吸気装置において、上記小吸気弁の開弁時期が上記大吸気弁の開弁時期よりも遅く、且つ上記小吸気弁の閉弁時期が上記大吸気弁の閉弁時期よりも早い。
断面積の大きい分岐吸気通路と断面積の小さい分岐吸気通路とには異なる圧力脈動が生じ、大吸気弁の閉弁時に小吸気弁が開弁されると断面積の大きい分岐吸気通路の圧力脈動に影響が生じ、結果として燃焼室への吸入吸気量が少ないものとなってしまう場合がある。第３の発明によれば、大吸気弁の閉弁時に小吸気弁が開弁されることを防止することにより、小吸気弁の開閉弁が断面積の大きい分岐吸気通路の圧力脈動に影響を及ぼすことが回避される。
【００１１】
第４の発明では、第３の発明において、上記小吸気弁の開弁時期および閉弁時期は上記断面積の小さい分岐吸気通路内の吸気ガスに生じる圧力脈動の周波数に応じて異なる。
なお、断面積の小さい吸気通路内の吸気ガスに生じる圧力脈動は、当該断面積の小さい吸気通路に起因して生じる周波数の高い脈動と、断面積の大きい吸気通路に起因して生じる周波数の低い脈動とを合成したものである。そこで、上記断面積の小さい吸気通路内の吸気ガスに生じる圧力脈動の周波数とは、断面積の小さい吸気通路に起因して生じる脈動の周波数、または上記二つの脈動が合成された圧力脈動の周波数を意味する。
【００１２】
上記課題を解決するために、第５の発明では、一つの吸気通路から分岐する少なくとも二つの分岐吸気通路が一つのシリンダ頂面に開口し、これら分岐吸気通路のうちの一方の分岐吸気通路の断面積が他方の分岐吸気通路の断面積よりも小さく、少なくとも二つの排気通路が一つのシリンダ頂面に並んで開口している内燃機関の吸気装置において、上記断面積の小さい分岐吸気通路は上記シリンダ頂面の外周領域であって上記二つの排気通路のシリンダ頂面における開口の間に開口し、上記断面積の大きい分岐吸気通路内を通過する吸気ガスのみに燃料を噴射可能な燃料噴射装置が設けられると共に上記断面積の小さい分岐吸気通路内を通過する吸気ガスには燃料が噴射されない。
上述したように吸気通路の湾曲により燃焼室内では吸気ガスの空燃比に差ができてしまうことが多い。このような空燃比の差は、断面積の大きな分岐吸気通路のシリンダ頂面上の開口近傍と、排気通路のシリンダ頂面における開口近傍との間で生じることが多い。これに対して、第５の発明によれば、排気通路のシリンダ頂面における開口の間に配置された開口から燃料が添加されていない吸気ガスが導入されることにより、上記燃焼室内の吸気ガスに生じる空燃比の差を是正することができる。
【発明の効果】
【００１３】
第１、第２および第５の発明によれば、燃焼室内の吸気ガスの空燃比が均一化されることにより、燃焼室内での混合気の均質燃焼によって得られる燃料エネルギが大きいものとなる。
【００１４】
第３および第４の発明によれば、燃焼室への吸入空気量が増大することにより、燃焼室内での混合気の燃焼によって得られる燃焼エネルギが大きいものとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１は、本発明が適用される内燃機関の全体図である。なお、図示した内燃機関は、ポート噴射タイプの４サイクルガソリンエンジンであるが、本発明の一部は、例えば、直噴タイプ（燃焼室に燃料を直接噴射するタイプ）のガソリンエンジンやディーゼルエンジンといったその他の内燃機関にも適用可能である。
【００１６】
図１において、１は機関本体、２はシリンダブロック、３はシリンダヘッド、４はピストン、５は燃焼室、６は燃料噴射装置、６ａは点火栓、７は吸気弁、８は吸気ポート、９は排気弁、１０は排気ポートを示している。吸気ポート８は吸気枝管１１を介してサージタンク１２に接続されている。サージタンク１２は吸気管１３およびインタークーラ１４を介して過給機（例えば、排気ターボチャージャ）１５のコンプレッサ１６の出口部に連結される。コンプレッサ１６の入口部は吸気管１７を介してエアクリーナ１８に連結される。吸気管１７内には、ステップモータ１９によって駆動されるスロットル弁２０が配置される。また、スロットル弁２０上流の吸気管１７には、燃焼室５に吸入される空気（吸気）の流量を検出するためのエアフロメータ２１が配置される。なお、以下の説明では、吸気ポート８、吸気枝管１１、サージタンク１２および吸気管１３、１７によって形成される通路を吸気通路と称する。
【００１７】
一方、排気ポート１０は、排気枝管２２を介して排気ターボチャージャ１５の排気タービン２３の入口部に連結される。排気タービン２３の出口部は、排気管２４を介して触媒２５を内蔵したケーシング２６に連結される。排気枝管２２には、空燃比センサ２７ａが取り付けられている。一方、ケーシング下流の排気管２８にも、空燃比センサ２７ｂが取り付けられている。なお、以下の説明では、排気ポート１０、排気枝管２２および排気管２４、２８によって形成される通路を排気通路と称する。
【００１８】
ケーシング２６の出口部に連結された排気管２８とスロットル弁２０下流の吸気管１７とは、排気ガス再循環（以下、ＥＧＲ）通路２９を介して互いに連結される。ＥＧＲ通路２９内には、ステップモータ３０によって駆動されるＥＧＲ制御弁３１が配置される。また、ＥＧＲ通路２９内には、そこを流れるＥＧＲガスを冷却するためのインタークーラ３２が配置される。インタークーラ３２には、機関冷却水が導かれ、この機関冷却水によってＥＧＲガスが冷却される。一方、燃料噴射装置６は燃料供給管３３を介して燃料ポンプ３５に接続されている。
【００１９】
電子制御ユニット４０はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス４１により互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）４２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）４３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）４４、入力ポート４５、および、出力ポート４６を具備する。エアフロメータ２１、および、空燃比センサ２７ａ、２７ｂの出力信号は、それぞれ、対応するＡＤ変換器４７を介して入力ポート４５に入力される。
【００２０】
アクセルペダル５０には、その踏込量に比例した出力電圧を発生するトルクセンサ５１が接続される。トルクセンサ５１の出力電圧は対応するＡＤ変換器４７を介して入力ポート４５に入力される。また、入力ポート４５にはクランクシャフトが、例えば、３０°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ５２が接続される。一方、出力ポート４６は対応する駆動回路４８を介して燃料噴射装置６、点火栓６ａ、スロットル弁制御用ステップモータ１９、および、ＥＧＲ制御弁制御用ステップモータ３０に接続され、これらの作動は電子制御ユニット４０によって制御される。
【００２１】
図２は、一つのシリンダの頂面を概略的に示す図である。図２に示したように、各シリンダの頂面上には、その中心付近に点火栓６ａが配置されると共に、三つの吸気開口（図中、「ＩＮ」と表示する）６１ａ〜６１ｃおよび二つの排気開口（図中、「ＥＸ」と表示する）６２ａ、６２ｂが設けられる。三つの吸気開口６１ａ〜６１ｃはそれぞれ吸気ポート８ａ〜８ｃに連通する。各吸気開口６１ａ〜６１ｃはそれぞれ対応する吸気弁７によって開閉される（図２には図示せず）。
【００２２】
吸気開口６１ａ〜６１ｃはいずれもほぼ円形であり、また、吸気開口６１ａ〜６１ｃのうちの二つの吸気開口６１ａ、６１ｂの開口面積は、残りの吸気開口６１ｃの開口面積よりも大きい（以下、開口面積の大きい吸気開口６１ａ、６１ｂを「大径吸気開口」と称し、開口面積の小さい吸気開口６１ｃを「小径吸気開口」と称す）。小径吸気開口６１ｃは、シリンダ頂面の外周領域であって隣り合う二つの大径吸気開口６１ａ、６１ｂの間に配置される。なお、シリンダ頂面の外周領域とは、シリンダ筒面に近接したシリンダ頂面上の領域を意味する。
【００２３】
すべての吸気開口をシリンダ頂面のうちのほぼ半円領域に配置するような場合、上述したように三つの吸気開口のうち一つの吸気開口６１ｃの開口面積を他の二つの吸気開口６１ａ、６１ｂの開口面積よりも小さくすると、三つの吸気開口の開口面積を全て同一にした場合に比べて、全ての吸気開口の総開口面積を大きくとることができる。各吸気開口６１ａ〜６１ｃに連通する吸気ポート８ａ〜８ｃ等の吸気通路の断面積は各吸気開口６１ａ〜６１ｃの開口面積に応じて設定されるため、一つの燃焼室５に連通する全ての吸気通路の総断面積も大きくせしめられる。
【００２４】
このように、吸気開口６１ａ〜６１ｃを上記構成にすることで吸気開口の総開口面積および吸気通路の総断面積を大きくすることができるため、吸気弁７が開弁しているときに燃焼室５内に充填される吸気ガスの量（以下、「筒内充填ガス量」と称す）を多くすることができる。なお、「吸気ガス」は、燃焼室内に充填される気体を意味し、具体的には空気のみまたは空気と燃料との混合気を表す。
【００２５】
ところで、吸気弁７を開閉することにより吸気ポート８等の吸気通路内の吸気ガスには圧力脈動が生じることが知られている。この圧力脈動は、吸気開口６１ａ〜６１ｃの開口面積および吸気通路（吸気ポート８、吸気枝管１１等）の断面積や、一つのシリンダに対応する複数の吸気開口６１ａ〜６１ｃへ通じる吸気通路が集合して一つの吸気通路を形成している吸気通路（以下、「集合吸気通路」と称す）から各吸気開口へ通じる吸気通路が分岐する分岐部から吸気開口６１ａ〜６１ｃまでの吸気通路（以下、「分岐吸気通路」と称す）の長さ等の要素に支配され、これら要素に応じて脈動周波数や位相等が異なる。したがって、例えば、一つのシリンダに対応する三つの吸気開口の開口面積が等しく、これら三つの吸気開口に通じる各分岐吸気通路の長さおよび断面積が等しい場合には、これら各分岐吸気通路内に生じる吸気ガスの圧力脈動の周波数や位相は等しい。
【００２６】
ところが、本実施形態のように、各シリンダに開口する吸気開口６１ａ〜６１ｃの開口面積が吸気開口毎に異なり、且つ、吸気開口６１ａ〜６１ｃに通じる各分岐吸気通路の長さおよび断面積が分岐吸気通路毎に異なる場合、分岐吸気通路内に生じる吸気ガスの圧力脈動の固有振動数は分岐吸気通路毎に異なるものとなる。一般的には、分岐吸気通路の有効長さが短いほど固有振動数が高い。小径吸気開口６１ｃに連通する断面積の小さい分岐吸気通路（以下、「小径分岐吸気通路」と称す）の有効長さは、小径分岐吸気通路が大径吸気開口６１ａ、６１ｂに連通する断面積の大きい分岐吸気通路（以下、「大径分岐吸気通路」と称す）から分岐する地点から小径吸気開口６１ｃまでの長さであり比較的短く、よって小径分岐吸気通路に起因して生じる小径分岐吸気通路内の吸気ガスの固有振動数は高い。一方、大径分岐吸気通路の有効長さは、各気筒へ通じる吸気通路が分岐する地点（例えば、サージタンクの出口地点）から大径吸気開口６１ａ、６１までの長さであり比較的長く、よって大径分岐吸気通路に起因して生じる大径分岐吸気通路内の吸気ガスの固有振動数は低い。
【００２７】
図３（ａ）に、クランク角（または時間）に応じた大径分岐吸気通路および小径分岐吸気通路内の吸気ガスの圧力の推移をそれぞれ示す。大径分岐吸気通路は小径分岐吸気通路よりもその断面積が大きく、よって大径分岐吸気通路を介して流れる吸気ガスの流量が小径分岐吸気通路を介して流れる吸気ガスの流量に比べて非常に多いため、大径分岐吸気通路内の吸気ガスの圧力は小径分岐吸気通路内の吸気ガスの圧力の影響をほとんど受けない。したがって、大径分岐吸気通路内の吸気ガスの圧力は、図３（ａ）に示したように、大径分岐吸気通路に起因して生じる圧力脈動のみに基づいて脈動し、その脈動は大径分岐吸気通路の固有振動にほぼ一致する。
【００２８】
一方、小径分岐吸気通路内においても小径分岐吸気通路に起因して圧力脈動が生じるが、小径分岐吸気通路を介して流れる吸気ガスの流量が大径分岐吸気通路を介して流れる吸気ガスの流量に比べて非常に少ないため、小径分岐吸気通路内の吸気ガスの圧力は上記小径分岐吸気通路に起因して生じる圧力脈動に加えて大径分岐吸気通路内に生じる吸気ガスの圧力変動の影響を受ける。その結果、小径分岐吸気通路内の吸気ガスの圧力は、図３（ａ）に示したように、大径分岐吸気通路内の吸気ガスの圧力脈動と、小径分岐吸気通路に起因して生じる圧力脈動とを合成した脈動となる。すなわち、小径分岐吸気通路内に発生する脈動は、大径分岐吸気通路に発生する脈動の上に小径分岐吸気通路の固有振動が重なった脈動波形となる。より詳細には、小径分岐吸気通路内の吸気ガスの圧力脈動は、脈動周波数が大きく且つその振幅の大きい脈動（大径分岐吸気通路内の吸気ガスの圧力脈動）と、脈動周波数が小さく且つその振幅の小さい脈動（小径分岐吸気通路に起因して生じる圧力脈動）とを重ね合わせたものとなる。
【００２９】
筒内充填ガス量を多いものとするためには、各分岐吸気通路内の吸気ガスの圧力脈動に合わせて、対応する吸気弁７の開閉タイミングを決定する必要がある。これは、各分岐吸気通路内の吸気ガスの圧力脈動と無関係に吸気弁７の開閉タイミングを定めると、各分岐吸気通路内で吸気ガスの流れに乱れが生じ、結果的に燃焼室５内へと向かう吸気ガスの流量が低下してしまうからである。
【００３０】
そこで、本実施形態では、図３（ｂ）に示したように、分岐吸気通路内の吸気ガスの圧力脈動に合わせて吸気弁の開閉タイミングを定めている。なお、図３（ｂ）は、クランク角に対する吸気弁のバルブリフトを示す。
【００３１】
まず、大径分岐吸気通路については、当該大径分岐吸気通路内の吸気ガスの圧力が脈動により基準となる圧力（以下、「基準圧力」と称す）を超えて低下するとき（図３（ａ）中の時期ａ）に、大径分岐吸気通路に対応する吸気開口６１ａ、６１ｂを開閉する吸気弁（以下、「大吸気弁」と称す）のリフトを開始、すなわち大吸気弁を開弁する。そして、大吸気弁の開弁後、当該大径分岐吸気通路内の吸気ガスの圧力が一旦基準圧力以上に上昇してから再び基準圧力を超えて低下するとき（図中の時期ｄ）に、大吸気弁のリフト量を零に、すなわち大吸気弁を閉弁する。このように大吸気弁の開閉タイミングを定めることにより、一回の大吸気弁の開閉による筒内充填ガス量を多いものとすることができる。なお、「基準圧力」とは、例えば大気圧である。
【００３２】
一方、小径分岐吸気通路についても、基本的には、当該小径分岐吸気通路内の吸気ガスの圧力が脈動により基準圧力を超えて低下するとき（図中の時期ｂ）に、小径分岐吸気通路に対応する吸気開口６１ｃを開閉する吸気弁（以下、「小吸気弁」と称す）を開弁する。そして、小吸気弁の開弁後、当該小径分岐吸気通路内の吸気ガスの圧力が一旦基準圧力以上に上昇してから再び基準圧力を超えて低下するとき（図中の時期ｃ）に、大吸気弁を閉弁する。上述したように、小径分岐吸気通路内の吸気ガスの圧力は大径分岐吸気通路内の吸気ガスの圧力脈動と小径分岐吸気通路に起因して生じる圧力脈動とを合成した脈動となっており、小径分岐吸気通路内の吸気ガスの圧力が基準圧力を超えて低下するのが上記大吸気弁の開弁タイミングよりも遅く、且つ小径分岐吸気通路内の吸気ガスの圧力が再び基準圧力を超えて低下するのが上記大吸気弁の閉弁タイミングよりも早い場合がある。したがってこの場合、小吸気弁の開弁タイミングは大吸気弁の開弁タイミングよりも遅く且つ小吸気弁の閉弁タイミングは大吸気弁の閉弁タイミングよりも早い。
【００３３】
ただし、小径分岐吸気通路内の吸気ガスの圧力が基準圧力を超えて低下するのが上記大吸気弁の開弁タイミングよりも早く、且つ小径分岐吸気通路内の吸気ガスの圧力が再び基準圧力を超えて低下するのが上記大吸気弁の閉弁タイミングよりも遅い場合であっても、小吸気弁の開弁タイミングを大吸気弁の開弁タイミングよりも早くしてはならず、小吸気弁の閉弁タイミングを大吸気弁の開弁タイミングよりも遅くしてはならない。これは、大吸気弁の閉弁中に小吸気弁を開弁すると、大吸気弁閉弁中に大径分岐吸気通路内の吸気ガスに生じている圧力脈動を乱し、結果的にその後の大吸気弁開弁中に燃焼室内に流入する吸気ガスが減少してしまうことも考えられるためである。したがって、このような場合には、小吸気弁の開弁タイミングを大吸気弁の開弁タイミングと同時にするかそれよりも遅くし、小吸気弁の閉弁タイミングを大吸気弁の閉弁タイミングと同時にするかそれよりも早くする。
【００３４】
特に、製造時のばらつき等を考慮すると、多少のばらつきがあっても小吸気弁の開弁タイミングが第吸気弁の開弁タイミングよりも早くならず且つ小吸気弁の閉弁タイミングが大吸気弁の閉弁タイミングよりも遅くならないようにするためには、小吸気弁の開弁タイミングを大吸気弁の開弁タイミングよりも遅くし、小吸気弁の閉弁タイミングを大吸気弁の閉弁タイミングよりも早くするのが好ましい。
【００３５】
このように小吸気弁の開閉タイミングを調整することにより、小吸気弁の開閉弁タイミングを常に大吸気弁の開閉弁タイミングと同時に行う場合に比べて、筒内充填ガス量を多いものとすることができるようになる。
【００３６】
ところで、吸気通路が各分岐吸気通路に分岐する分岐部よりも上流に、吸気通路内を流れる吸気ガス中に燃料を噴射する燃料噴射装置６を設けた場合、燃焼室５内に充填された混合気の空燃比は燃焼室５全体に亘って均一とならず、ばらつきが生じる。このように、燃焼室５内の吸気ガスの空燃比が均一でないと、燃焼が悪化する。空燃比のばらつきが生じる理由は以下の通りである。
【００３７】
図４に示したように、小径分岐吸気通路（吸気ポート８ｃ等）および大径分岐吸気通路（吸気ポート８ａ、８ｂ等）共に燃焼室５近傍において湾曲しており、その曲率半径は小径分岐吸気通路よりも大径分岐吸気通路の方が大きい。このため吸気ガスにとっては小径分岐吸気通路を通過するよりも大径分岐吸気通路を通過する方が流抵抗が小さく、その結果、大径分岐吸気通路内を流れる吸気ガスの流速は早い。よって、燃料噴射装置６から噴射された燃料は小径分岐吸気通路を通過する吸気ガスよりも大径分岐吸気通路を通過する吸気ガスに混入され易く、大径分岐吸気通路を通過する吸気ガスの空燃比は小径分岐吸気通路を通過する吸気ガスの空燃比よりも小さいものとなる。また、大径分岐吸気通路を流れる吸気ガスに関しては湾曲部外側を流れる吸気ガスの流速が最も早く、よって当該湾曲部外側を流れる吸気ガスの空燃比が最も小さいものとなる。
【００３８】
上記湾曲部外側を流れる吸気ガスは燃焼室５内に流入すると、図４中に矢印αで示したように排気開口６２ａ、６２ｂ近傍の領域に流入する。この結果、燃焼室５内の排気開口６２ａ、６２ｂ近傍の領域に充填される吸気ガスの空燃比は小さく、一方、燃焼室５内の吸気開口８ａ〜８ｃ近傍の領域に充填される吸気ガスの空燃比は大きい。このように、吸気通路が各分岐吸気通路に分岐する分岐部よりも上流に、吸気通路内を流れる吸気ガス中に燃料を噴射する燃料噴射装置６を設けた場合、燃焼室５内の混合気の空燃比は均一とならない。
【００３９】
そこで、本発明では、図４に示したように、分岐部よりも上流に設けられた燃料噴射装置（以下、「主燃料噴射装置」と称す）６の他に、分岐部よりも下流であって小径分岐吸気通路に当該小径分岐吸気通路内を流れる吸気ガス中に燃料を噴射するための燃料噴射装置（以下、「副燃料噴射装置」と称す）６３が設けられる。副燃料噴射装置６３は、小径分岐吸気通路内を流れる吸気ガス中のみに燃料を噴射し、大径分岐吸気通路内を流れる吸気ガス中に燃料を噴射することはない。
【００４０】
上述したように、小径分岐吸気通路内を流れる吸気ガスの空燃比は大きくなる傾向が強い。しかし、当該吸気ガスの空燃比が大きい場合であっても副燃料噴射装置６３から燃料を噴射することによって、小径分岐吸気通路内を流れる吸気ガスの空燃比を高め、ひいては燃焼室５内の吸気ガスの空燃比を均一に近づけることができる。したがって、副燃料噴射装置６３からの燃料噴射量は、小径分岐吸気通路内を流れる吸気ガスに燃料を噴射することによって燃焼室５内に充填された吸気ガスの空燃比が燃焼室５内に亘って均一になるような量、あるいは小径分岐吸気通路内を流れる吸気ガスの空燃比が大径分岐吸気通路内を流れる吸気ガスの空燃比とほぼ同一となるような量とされる。
【００４１】
なお、副燃料噴射装置６３からの燃料噴射時期は、例えば、主燃料噴射装置６の燃料噴射時期とほぼ同時期または主燃料噴射装置６の燃料噴射時期よりも僅かに遅い時期とされる。より詳細には、小吸気弁の開弁時期よりも僅かに早い時期に燃料噴射が開始されると共に、少なくとも小吸気弁の閉弁時期よりも早い時期に燃料噴射が中止される。
【００４２】
なお、上記実施形態では、シリンダ頂面に二つの大径吸気開口および一つの小径吸気開口が設けられているが、吸気開口の総開口面積を大きくとることができれば大径吸気開口および小径吸気開口の数はこれと異なる数であってもよい。この場合でも、小径吸気開口はシリンダ頂面の外周領域に配置されることが好ましい。
【００４３】
図５は、本発明の第二実施形態の吸気装置における一つのシリンダ頂面の概略図を示す。図５中、第一実施形態と同様な構成要素には同じ参照番号を付す。第二実施形態の吸気装置の構成は基本的に第一実施形態の吸気装置の構成とほぼ同様であるが、図５に示したように、第二実施形態では第一実施形態の吸気開口６１ａ〜６１ｃに加えて、並んだ二つの排気開口６２ａ、６２ｂの間であってシリンダ頂面の外周領域に吸気開口（以下、「離間吸気開口」と称す）６４が設けられる。
【００４４】
また、離間吸気開口６４に連通する分岐吸気通路（図示せず。以下、「離間分岐吸気通路」と称す）は、主燃料噴射装置６が配置された地点よりも上流側の地点において他の分岐吸気通路に連通する吸気通路から分岐している。すなわち、主燃料噴射装置６は離間分岐吸気通路を除く吸気通路（小径分岐吸気通路および大径分岐吸気通路）内を通過する吸気ガスのみに燃料を噴射し、離間分岐吸気通路内を通過する吸気ガスには燃料を噴射しない。したがって、本実施形態によれば、主燃料噴射装置６から燃料が噴射されると、離間分岐吸気通路を除く吸気通路を通って燃焼室５に流入する吸気ガスには燃料が含まれているが、離間分岐吸気通路を通って燃焼室５に流入する吸気ガスは空気であり、基本的に燃料は含まれていない。
【００４５】
上述したように、吸気通路が小径分岐吸気通路および大径吸気分岐通路に分岐する分岐部よりも上流に主燃料噴射装置６を設けた場合、燃焼室５内の排気開口６２ａ、６２ｂ近傍の領域に充填される吸気ガスの空燃比は小さく、一方、燃焼室５内の離間吸気開口６４を除く吸気開口６１ａ〜６１ｃ近傍の領域に充填される吸気ガスの空燃比は大きくなる傾向が強い。しかしながら、本実施形態によれば、離間分岐吸気通路を設けて燃焼室５内の排気開口６２ａ、６２ｂ近傍の領域に燃料をほとんどまたは全く含まない吸気ガスを導入することによって、燃焼室５内の排気開口６２ａ、６２ｂ近傍の領域の吸気ガスの空燃比を大きくすることができ、ひいては燃焼室５内の吸気ガスの空燃比を均一にすることができるようになる。
【００４６】
なお、上記実施形態では、シリンダ頂面上に二つの排気開口６２ａ、６２ｂが並んで設けられると共にこれら排気開口６２ａ、６２ｂの間に一つの離間吸気開口が設けられる場合について説明したが、このような場合に限られず、シリンダ頂面上に複数の排気開口が並んで設けられると共にこれら排気開口の間に一つまたはそれ以上の離間吸気開口が設けられてもよい。この場合でも、離間吸気開口はシリンダ頂面の外周領域に配置されるのが好ましい。
【００４７】
また、本実施形態では、副燃料噴射装置６３は配置されなくてもよい。離間分岐吸気通路および離間吸気開口から燃料をほとんどまたは全く含まない吸気ガスが導入されるため、副燃料噴射装置６３によって小径分岐吸気通路内を通過する吸気ガスに燃料を噴射しなくても、燃焼室５内の吸気ガスの空燃比を均一にすることができるためである。さらには、本実施形態では、離間吸気開口および離間分岐吸気通路が設けられれば、小径吸気開口および小径分岐吸気通路を設けなくてもよい。
【００４８】
図６は、本発明の第三実施形態の吸気装置における一つのシリンダ頂面の概略図を示す。図６中、第一実施形態と同様な構成要素には同じ参照番号を付す。第三実施形態の吸気装置の構成は基本的に第一実施形態の吸気装置の構成とほぼ同様であるが、図６に示したように、第三実施形態では第一実施形態の開口面積の大きい排気開口（以下、「大径吸気開口」と称す）６２ａ、６２ｂに加えて、これら二つの大径排気開口６２ａ、６２ｂの間であってシリンダ頂面の外周領域に開口面積の小さい排気開口（以下、「小径排気開口」と称す）６５が設けられる。
【００４９】
大径排気開口６２ａ、６２ｂは断面積の大きい分岐排気通路（以下、「大径分岐排気通路」と称す）にそれぞれ連通し、小径排気開口６５は断面積の小さい分岐排気通路（以下、「小径分岐排気通路」と称す）に連通する。各シリンダに連通する二つの大径分岐排気通路および小径分岐排気通路は互いに合流し、一つの排気通路を形成する。このような排気開口の構成とすることで、排気開口の総開口面積および排気通路の総断面積が大きくなるため、吸気弁８が開弁しているときに燃焼室５から排出される排気ガスの量を多くすることができる。したがって、排気行程等に燃焼室５内からの排気ガスの排出をより完全なもにすることができると共に、燃焼室５からの排気ガスの排出時におけるピストン４に対する抵抗を低減することができる。
【００５０】
また、図６に示したように、本実施形態では、シリンダ頂面上に三つの点火栓６６ａ〜６６ｃが設けられている。一つの点火栓６６ａはシリンダ頂面のほぼ中央に配置され、他の二つの点火栓６６ｂ、６６ｃは隣り合う吸気開口６１ａ、６１ｂと排気開口６２ａ、６２ｂとの間であってシリンダ頂面の外周領域に配置される。すなわち、複数の点火栓６６ａ〜６６ｃはシリンダ頂面上に分散して配置される。このように、シリンダ頂面に複数の点火栓６６ａ〜６６ｃを分散させて設け、これら点火栓６６ａ〜６６ｃをほぼ同時にまたは適切なタイミングで点火させることにより、燃焼室５内全体に亘って吸気ガスを迅速に燃焼させることができ、よって燃焼室５内での燃焼による燃料エネルギを大きなものとすることができる。
【００５１】
図７は、本発明の第四実施形態の吸気装置における一つのシリンダ頂面の概略図を示す。図７中、第一実施形態と同様な構成要素には同じ参照番号を付す。第四実施形態の吸気装置の構成は基本的に第一〜第三実施形態の吸気装置の構成とほぼ同様であるが、図７に示したように、第四実施形態では第一実施形態の三つの吸気開口の構成とは異なる。すなわち、上記第一実施形態では、三つの吸気開口６１ａ〜６１ｃのうち二つの吸気開口６１ａ、６１ｂの開口面積が大きかったが、本実施形態では三つの吸気開口６７ａ〜６７ｃのうち一つの吸気開口６７ａのみの開口面積が残りの二つの吸気開口６７ｂ、６７ｃの開口面積よりも大きい。この場合、開口面積の小さい吸気開口（小径吸気開口）６７ｂ、６７ｃは、開口面積の大きい吸気開口（大径吸気開口）６７ａの両側であってシリンダ頂面の外周領域に配置される。
【００５２】
吸気開口をこのような構成とした場合にも、三つの吸気開口の開口面積を全て同一にした場合に比べて、全ての吸気開口の総開口面積を大きくとることができる。また、これに伴って、各吸気開口に通じる吸気通路の断面積は各吸気開口の開口面積に応じて設定され、よって各燃焼室に通じる全ての吸気通路の総断面積も大きくせしめられる。
【００５３】
また、図７に示したように、本実施形態では、シリンダ頂面上に三つの点火栓６８ａ〜６８ｃが設けられており、これら三つの点火栓６８ａ〜６８ｃはシリンダ頂面の外周領域に互いに等角度間隔で配置される。すなわち、複数の点火栓６８ａ〜６８ｃはシリンダ頂面上に分散して配置される。これにより、第三実施形態の点火栓６６ａ〜６６ｃと同様に、燃焼室５内全体に亘って吸気ガスを迅速に燃焼させることができ、よって燃焼室５内での燃焼による燃料エネルギを大きなものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明が適用される内燃機関の全体図である。
【図２】本発明の吸気装置における一つのシリンダの頂面の概略図である。
【図３】クランク角に対する吸気通路内圧力およびバルブリフトの関係を示した図である。
【図４】図２のIV−IV線に沿って見た吸気ポートの概略断面図である。
【図５】本発明の第二実施形態の吸気装置における一つのシリンダ頂面の概略図である。
【図６】本発明の第三実施形態の吸気装置における一つのシリンダ頂面の概略図である。
【図７】本発明の第四実施形態の吸気装置における一つのシリンダ頂面の概略図である。
【符号の説明】
【００５５】
５    燃焼室
６    燃料噴射装置（主燃料噴射装置）
６ａ    点火栓
７    吸気弁
８    吸気ポート
９    排気弁
１０    排気ポート
１１    吸気枝管
６１ａ、６１ｂ    大径吸気開口
６１ｃ    小径吸気開口
６２ａ、６２ｂ    排気開口
６３    副燃料噴射装置
【図１】
2006009644.tif 000003
【図２】
2006009644.tif 000004
【図３】
2006009644.tif 000005
【図４】
2006009644.tif 000006
【図５】
2006009644.tif 000007
【図６】
2006009644.tif 000008
【図７】
2006009644.tif 000009