(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
下流端が燃焼室内に開口する吸気ポートと、この吸気ポートを開閉する吸気弁と、エンジンの低回転領域で吸気ポートの周辺部の一部を閉塞して吸気の流れを偏向するシャッター弁とを有し、吸気ポートの燃焼室中心側に位置する上方壁に、上記吸気弁を支持するバルブガイド壁の一部が吸気ポート内に突出するように設けられた火花点火式エンジンにおいて、上記吸気ポートの最下流部に設けられたスロート部よりも上流側に位置する吸気ポートの横断面形状を、その開口部の上下中心線よりも上方壁側または下方壁側のいずれか一方に位置する開口部の開口面積が他方よりも相対的に小さくなるように形成するとともに、開口面積の小さい開口部を、その開口部の重心が吸気ポートの開口部全体の重心位置よりも外側方側に位置する偏心形状とし、かつ開口面積の大きい開口部側に上記シャッター弁を配設して、この部分を開閉するように構成したことを特徴とする火花点火式エンジンの吸気装置。
【請求項２】
シリンダ軸線に沿った吸気ポートの縦断面と直交する方向から見て、バルブガイドの設置部の上流側に位置する吸気ポートの軸線を略ストレート状に形成するとともに、吸気ポートの燃焼室外周側に位置する下方壁側の開口部の開口面積が燃焼室中心側に位置する上方壁側の開口部よりも相対的に小さくなるように吸気ポートの横断面を形成したことを特徴とする請求項１記載の火花点火式エンジンの吸気装置。
【請求項３】
下流端が燃焼室内に開口する一対の吸気ポートを備え、両吸気ポート間の燃焼室外周側にインジェクタを配設するとともに、両吸気ポート間の燃焼室中心側に点火プラグを配設し、吸気ポートの下方壁側の開口部を、その開口部の重心が吸気ポートの開口部全体の重心位置よりも、隣接する吸気ポートの反対側に位置する偏心形状としたことを特徴とする請求項２記載の火花点火式エンジンの吸気装置。
【請求項４】
吸気ポートの上方壁側の開口部を略長方形状に形成するとともに、下方壁側の開口部を下窄まりの略三角形状に形成したことを特徴とする請求項３記載の火花点火式エンジンの吸気装置。
【請求項５】
下流端が燃焼室内に開口する一対の吸気ポートと、単一の吸気通路から上記一対の吸気ポートに向けて分岐するコモン部とを備えるとともに、シリンダ軸線に沿った吸気ポートの縦断面と直交する方向から見て、吸気ポートのバルブガイドの設置部から上記コモン部までを略ストレート状に形成したことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の火花点火式エンジンの吸気装置。
【請求項６】
シャッター弁の設置部とコモン部とを吸気マニホールドに設けるとともに、シリンダ軸線に沿った吸気ポートの縦断面と直交する方向から見て、上記吸気マニホールドと、シリンダヘッドに形成された吸気ポートとを略ストレート状に接続したことを特徴とする請求項５記載の火花点火式エンジンの吸気装置。
【請求項７】
下流端が燃焼室内に開口する一対の吸気ポートと、単一の吸気通路から上記一対の吸気ポートに向けて分岐するコモン部とを備えるとともに、このコモン部の下流端部にシャッター弁を配設し、かつスロート部の直上流部から上記コモン部までの間における吸気通路の上方壁側の開口部を略長方形状に形成するとともに、下方壁側の開口部を下窄まりの略三角形状に形成したことを特徴とする請求項２〜６のいずれかに記載の火花点火式エンジンの吸気装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、下流端が燃焼室内に開口する吸気ポートと、この吸気ポートを開閉する吸気弁と、エンジンの低回転領域で吸気ポートの周辺部の一部を閉塞して吸気の流れを偏向するシャッター弁とを有する火花点火式エンジンの吸気装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば、特開平２００１−１７３５１３号公報に示されるように、吸気ポートの下流側部の開口面積を上流側部に比べて小さくする絞り部を設け、燃焼室内に導入される吸気流によってタンブル流を生成するように構成されたエンジンの吸気装置において、上記吸気ポートの燃焼室入口部に装着されたバルブシートの内周面の中心軸を外周面の中心軸に対して吸気ポートの流路に沿って傾斜させることにより、吸気ポートを介して供給された吸気流を上記バルブシートの案内面に沿って円滑に燃焼室内に流入させることが行われている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように吸気ポートの下流側部の開口面積を上流側部に比べて小さくする絞り部を設けた場合には、エンジンの低速運転時に、上記絞り部において吸気の流速を増大させることができるため、燃焼室内で生成されるタンブル流を強化して混合気の成層化を促進することにより、燃焼性を向上させることができるという利点がある。この反面、上記絞り部における吸気の通気抵抗が大きいため、要求吸気量および燃料噴射量が多いエンジンの高速運転時等に、吸気量が不足して燃焼性が低下し易いという問題があった。
【０００４】
なお、エンジンの低速運転時にタンブル流の強度を増大させるとともに、高速運転時に多量の吸気を燃焼室内に供給することができるようにするため、例えば特開２００１−５５９２５号公報に示されるように、吸気ポートを上側ポート部と下側ポート部とに仕切る隔壁と、燃焼室内に生成されるタンブル流動を調節するタンブル制御弁とを設け、エンジン回転数の低い成層燃焼運転時には、上記タンブル制御弁によって下側ポート部を閉止する等により、吸気の流速を速めてタンブル流の強度を増大させ、またエンジン回転数の高い均一燃焼運転時には、上記タンブル制御弁を中立位置に保持させることにより、吸気の通気抵抗を極力小さくすることが行われている。
【０００５】
しかし、上記のようにエンジンの高速運転時に、タンブル制御弁を中立位置に保持したとしても、所定の長さを有する上記隔壁によって吸気の流動が妨げられるために、充分な吸気量を確保することが困難であるという問題があった。
【０００６】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、エンジンの低速運転時に吸気の流速を効果的に速めることができるとともに、高速運転時に吸気の通気抵抗を効果的に小さくすることができる火花点火式エンジンの吸気装置を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、下流端が燃焼室内に開口する吸気ポートと、この吸気ポートを開閉する吸気弁と、エンジンの低回転領域で吸気ポートの周辺部の一部を閉塞して吸気の流れを偏向するシャッター弁とを有し、吸気ポートの燃焼室中心側に位置する上方壁に、上記吸気弁を支持するバルブガイド壁の一部が吸気ポート内に突出するように設けられた火花点火式エンジンにおいて、上記吸気ポートの最下流部に設けられたスロート部よりも上流側に位置する吸気ポートの横断面形状を、その開口部の上下中心線よりも上方壁側または下方壁側のいずれか一方に位置する開口部の開口面積が他方よりも相対的に小さくなるように形成するとともに、開口面積の小さい開口部を、その開口部の重心が吸気ポートの開口部全体の重心位置よりも外側方側に位置する偏心形状とし、かつ開口面積の大きい開口部側に上記シャッター弁を配設して、この部分を開閉するように構成したものである。
【０００８】
上記構成によれば、エンジンが高回転の運転領域にある場合に、上記シャッター弁が開放状態とされることにより、多量の吸気が燃焼室内にスムーズに流入し、かつエンジンが低回転の運転領域にある場合に、上記シャッター弁が閉止状態とされることにより、吸気の流れが、上方壁側または下方壁側のいずれか一方側に偏向されて吸気の流速が速められるとともに、上記通路中心側に案内されることにより、上記上方壁側または下方壁側のいずれか一方側から側壁部内面に沿って旋回し、吸気弁の設置部を迂回しつつ燃焼室内に吸気が流入して適正なタンブル流が生成されることになる。
【０００９】
請求項２に係る発明は、請求項１記載の火花点火式エンジンの吸気装置において、シリンダ軸線に沿った吸気ポートの縦断面と直交する方向から見て、バルブガイドの設置部の上流側に位置する吸気ポートの軸線を略ストレート状に形成するとともに、吸気ポートの燃焼室外周側に位置する下方壁側の開口部の開口面積が燃焼室中心側に位置する上方壁側の開口部よりも相対的に小さくなるように吸気ポートの横断面を形成したものである。
【００１０】
上記構成によれば、吸気ポートの軸線に沿って吸気がスムーズに流通するとともに、エンジンが低回転の運転領域にある場合に、上記シャッター弁により下方壁側に偏向された吸気流が、上記通路中心側に案内されることにより、上記下方壁側から側壁部内面に沿って吸気が旋回しつつ、吸気弁の設置部を迂回して燃焼室内に吸気が流入することになる。
【００１１】
請求項３に係る発明は、上記請求項２に記載の火花点火式エンジンの吸気装置において、下流端が燃焼室内に開口する一対の吸気ポートを備え、両吸気ポート間の燃焼室外周側にインジェクタを配設するとともに、両吸気ポート間の燃焼室中心側に点火プラグを配設し、吸気ポートの下方壁側の開口部を、その開口部の重心が吸気ポートの開口部全体の重心位置よりも、隣接する吸気ポートの反対側に位置する偏心形状としたものである。
【００１２】
上記構成によれば、インジェクタが点火プラグおよび吸気弁の設置部に干渉するのを防止した状態で、両吸気ポート間の下方壁側に形成されたスペースを有効に利用してインジェクタを適正位置に配設することが可能となる。
【００１３】
請求項４に係る発明は、上記請求項３記載の火花点火式エンジンの吸気装置において、吸気ポートの上方壁側の開口部を略長方形状に形成するとともに、下方壁側の開口部を下窄まりの略三角形状に形成したものである。
【００１４】
上記構成によれば、両吸気ポート間の下方壁側にインジェクタを配設するスペースが形成されるとともに、エンジンが低回転の運転領域にある場合に、略長方形状に形成された上方壁側の開口部がシャッター弁によって閉止されることにより、吸気の流れが略三角形状に形成された下方壁側の開口部に偏向された後、側壁部内面に沿って吸気が旋回しつつ、吸気弁の設置部を迂回して燃焼室内に流入することになる。
【００１５】
請求項５に係る発明は、上記請求項１〜４のいずれかに記載の火花点火式エンジンの吸気装置において、下流端が燃焼室内に開口する一対の吸気ポートと、単一の吸気通路から上記一対の吸気ポートに向けて分岐するコモン部とを備えるとともに、シリンダ軸線に沿った吸気ポートの縦断面と直交する方向から見て、吸気ポートのバルブガイドの設置部から上記コモン部までを略ストレート状に形成したものである。
【００１６】
上記構成によれば、吸気がコモン部から吸気ポートを通ってスムーズに流通するとともに、エンジンが低回転の運転領域にある場合に、上記シャッター弁により下方壁側に偏向された吸気流が、下方壁側の開口部の通路中心側に案内されることにより、上記下方壁側から側壁部内面に沿って吸気が旋回しつつ、吸気弁の設置部を迂回して燃焼室内に流入することになる。
【００１７】
請求項６に係る発明は、請求項５記載の火花点火式エンジンの吸気装置において、シャッター弁の設置部とコモン部とを吸気マニホールドに設けるとともに、シリンダ軸線に沿った吸気ポートの縦断面と直交する方向から見て、上記吸気マニホールドと、シリンダヘッドに形成された吸気ポートとを略ストレート状に接続したものである。
【００１８】
上記構成によれば、エンジンが低回転の運転領域にある場合に、上記コモン部等が設けられた吸気マニホールドを有効に利用して、吸気の流速を速めることができるとともに、吸気の旋回を効果的に促進することが可能となる。
【００１９】
請求項７に係る発明は、請求項２〜６のいずれかに記載の火花点火式エンジンの吸気装置において、下流端が燃焼室内に開口する一対の吸気ポートと、単一の吸気通路から上記一対の吸気ポートに向けて分岐するコモン部とを備えるとともに、このコモン部の下流端部にシャッター弁を配設し、かつスロート部の直上流部から上記コモン部までの間における吸気通路の上方壁側の開口部を略長方形状に形成するとともに、下方壁側の開口部を下窄まりの略三角形状に形成したものである。
【００２０】
上記構成によれば、吸気流が上記単一の吸気通路からコモン部に至る際に発生する外向きのベクトルに応じ、上記吸気流の旋回が効果的に促進されることになる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
図１および図２は、本発明に係るエンジンの吸気装置の実施形態を示している。これらの図において、１はシリンダブロック２およびシリンダヘッド３等により構成されるとともに、複数のシリンダを備えたエンジン本体である。このエンジン本体１の各シリンダには、ピストン４が嵌挿され、このピストン４の頂面とシリンダヘッド３の下面との間に燃焼室５が形成されている。また、上記ピストン４の頂面には、キャビティ６が設けられている。
【００２２】
上記シリンダヘッド３には、燃焼室５に開口する二つの吸気ポート７，７と、二つの排気ポート８，８とが相対向して形成されるとともに、上記両吸気ポート７，７および排気ポート８，８をそれぞれ開閉する吸気弁９，９および排気弁１０，１０と、点火プラグ１１と、インジェクタ１２とが設けられている。このインジェクタ１２は、燃焼室５の周縁部に配設され、この位置から燃焼室５内に燃料を直接噴射するように構成されている。また、点火プラグ１１は、上記両吸気ポート７，７間の燃焼室中央側、つまり燃焼室５の上面略中央部に配設されている。
【００２３】
上記両吸気ポート７，７は、それぞれ独立して形成され、図３に示すように、吸気ポート７の縦断面と直交する方向から見た場合、つまり鉛直方向に延びるシリンダ軸線２Ａに沿った吸気ポート７の縦断面と直交する方向から見た場合に、上流側がシリンダヘッド３の上方側部に位置するとともに、下流側が燃焼室５に向かって斜め下方に延びるように形成され、かつ吸気ポート７，７の下流端が燃焼室５の天井部分に開口している。
【００２４】
上記吸気ポート７には、吸気弁９の弁軸を摺動自在に支持するバルブガイド１３の一部（下端部）が、燃焼室５の中央側に位置する上方壁７ａの所定位置に臨むように突出して設けられている。そして、上記縦断面において、吸気ポート７は、バルブガイド１３の設置部を境にしてその上流側部７１と、下流側部７２とに区画されるとともに、吸気ポート７の最下流部、つまり弁座１４の直上流側部には、スロート部７３が設けられている。上記吸気ポート７の上流側部７１には、バルブガイド１３の設置部に向けて徐々に突出量が増大するガイド壁１３ａが、上記上方壁７ａに形成されている。
【００２５】
吸気ポート７の少なくとも上記上流側部７１における軸線７Ａは、略ストレート状に形成されている。そして、上記吸気ポート７の上方壁７ａは、バルブガイド設置部の下流側部７２のシリンダ軸線２Ａに対する傾斜角度が、下流側部７２の上流部７２ａにおいて最も大きく（寝ており）、この上流部７２ａから下流側のスロート部７３に向かって徐々に小さくなる（立つ）ように湾曲して形成され、この下流側部７２のシリンダ軸線２Ａに対する傾斜角度は、バルブガイド設置部の上流側部７１の同傾斜角度に対して、上流部７２ａは大きく、スロート部７３に近い下流部７２ｂでは小さくなっている。
【００２６】
また、上記吸気ポート７の下方壁７ｂは、バルブガイド設置部の上流側部７１のシリンダ軸線２Ａに対する傾斜角度が、下流側部７２の下流部よりも大きくなるように略ストレート状に形成されているとともに、この下流側部７２と、上記スロート部７３との下方壁７ｂにおける接続部に角部７４が形成されている。さらに、上記バルブガイド設置部の下流側部７２における下方壁７ｂの傾斜角度は、その延長線７２Ｂと、最大リフト状態（最大開放状態）の吸気弁９の傘部底面との交点Ｐが、吸気弁９の軸線９Ａよりも燃焼室５の中央側（排気ポート８側）に位置するように設定されている。
【００２７】
また、上記スロート部７３よりも上流側に位置する吸気ポート７の横断面（吸気ポート７の軸線７Ａと直交する断面）の形状は、図４（ａ），（ｂ）に示すように、横断面の上下中心線（上下方向の最大幅の中心を通る水平方向線）Ｃよりも下方壁７ｂ側の開口面積が、上方壁７ａ側の開口面積よりも小さくなるとともに、上記下方壁７ｂ側に位置する開口部の通路中心（下方壁側開口部の重心）Ｏｂが上記開口部全体の重心Ｏよりも外方側、つまり隣接する吸気ポート７の設置部と反対側に位置するように形成されている。
【００２８】
具体的には、上記上下中心線Ｃよりも上方壁７ａ側の開口部が略長方形に形成されるとともに、上下中心線Ｃよりも下方壁７ｂ側の開口部が下窄まりの略三角形状に形成されることにより、横断面の上下中心線Ｃよりも下方壁７ｂ側の開口面積が、上方壁７ａ側の開口面積よりも小さくなるように構成されている。また、上記上下中心線Ｃよりも下方壁７ｂ側の開口部が隣接する吸気ポート７側の側辺部を斜辺とする略直角三角形状に形成されることにより、上記下方壁７ｂ側に位置する開口部の通路中心（下方壁側開口部の重心）Ｏｂが、隣接する吸気ポート７の設置部と反対側に位置した偏心形状に形成され、これによって吸気ポート７が略五角形の異形断面形状を呈している。
【００２９】
また、図４（ａ）に示す吸気ポート７の有効通路面積、つまりバルブガイド１３の設置部の下流側部７２における吸気ポート７の通路開口面積から、吸気弁９の軸面積を減算した面積が、図４（ｂ）に示す吸気ポート７の有効通路面積、つまりバルブガイド１３の設置部の上流側部７１における吸気ポート７の流通開口面積よりも大きくなるように吸気ポート７が形成されている。
【００３０】
上記有効通路面積の変化状態を図示すると、図５に示すようになり、吸気ポート７の上流側からガイド壁１３ａの始端部αまでの間では、上記吸気ポート７の有効通路面積が略一定に形成されている（図例では下流側に至るに従い稍減少するように形成されている）。また、上記ガイド壁１３ａの始端部αから終端部（バルブガイド１３の設置部）βまでの間では、下流側に至るに従い有効通路面積が次第に減少し、上記バルブガイド１３の設置部（β）よりも下流側では、その上流側に比べて有効通路面積が増大するようになっている。
【００３１】
上記両吸気ポート７，７間の燃焼室外周側には、燃焼室５内の斜め下方に向けて延びるインジェクタ１２の取付孔が形成され、この取付孔に取り付けられたインジェクタ１２から斜め下方に向けて、つまり後述するエンジンの成層燃焼運転時に、図６に示すように、燃焼室５内で生成されたタンブル流Ｔに向けて燃料が噴射されるように構成されている。
【００３２】
上記エンジン本体１の一側部には、吸気マニホールド１５が連結され、この吸気マニホールド１５の下流部には、図２に示すように、単一の吸気通路１５ａを上記両吸気ポート７，７に向けて分岐するコモン部１６が設けられている。また、図３に示すように、シリンダ軸線２Ａに沿った吸気ポート７の縦断面と直交する方向から見て、上記吸気マニホールド１５と、上記吸気ポート７とが略ストレート状に接続されている。
【００３３】
そして、シリンダ軸線２Ａに沿った吸気ポート７の縦断面と直交する方向から見て、少なくとも吸気ポート７の上記バルブガイド１３の設置部から上記コモン部１６までは、その軸線７Ａが略ストレート状に形成されている（図３参照）。さらに、上記コモン部１６の横断面形状は、上記吸気ポート７と同様に、図７に示すように、上方壁１６ａ側の開口部が略長方形状に形成されるとともに、下方壁１６ｂ側の開口部が先窄まりの略三角形状に形成されることにより、横断面の上下中心線よりも下方壁１６ｂ側の開口面積が、上方壁１６ａ側の開口面積よりも小さくなるように構成されている。
【００３４】
上記コモン部１６の下流端部、つまりシリンダヘッド３に形成された上記吸気ポート７の直上流部には、吸気の流れを開口通路の下方壁１６ｂ側に偏向させるシャッター弁１７が設けられている。このシャッター弁１７は、図７（ａ）に示すように、コモン部１６の上方壁１６ａ側の開口部を閉止可能に設置されるとともに、コモン部１６の下方壁１６ｂ側の開口部に対応した切欠きを有している。
【００３５】
そして、上記シャッター弁１７、吸気マニホールド１５および吸気ポート７により、燃焼室５内にタンブル流Ｔを生成するとともに、その強度を調節するタンブル強度調節手段が構成されている。具体的には、上記シャッター弁１７の駆動軸１７ａを図外のアクチュエータにより回転駆動して、上記コモン部１６の上方壁１６ａ側の開口部をシャッター弁１７で閉止すると、有効通路面積が狭められて吸気の流速が速くなることにより、燃焼室５内において生成されるタンブル流Ｔの強度が増大される。また、図７（ｂ）に示すように、上記シャッター弁１７を開放状態に移行させてコモン部１６の有効通路面積を増大させると、吸気の流速が遅くなることにより、タンブル流Ｔの強度が弱められるようになっている。
【００３６】
上記インジェクタ１２からの燃料噴射量は、図外のＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）によりエンジンの運転状態に応じて制御される。つまり、エンジン負荷およびエンジン回転数等に応じて燃料噴射量が制御されるとともに、点火プラグ１１周りに混合気を偏在させて成層燃焼状態とするために圧縮行程で燃料を噴射する圧縮行程噴射と、燃焼室５内の全体に混合気を拡散させて均一燃焼状態とするために吸気行程で燃料を噴射する吸気行程噴射とにインジェクタ１２の燃料噴射形態が変更される。また、上記シャッター弁１７および図外のエレキスロットル（電気的なアクチュエータで作動されるスロットル弁）等の吸入空気量調節手段が上記ＥＣＵにより運転状態に応じて制御されるようになっている。
【００３７】
図８は、横軸をエンジン回転数Ｎｅ、縦軸をエンジン負荷に対応した平均有効圧力Ｐｅとして設定された燃料の噴射形態および空燃比の制御マップを示している。この図において、所定負荷以下および所定回転数以下の領域が成層燃焼領域Ｓとされ、この領域Ｓで圧縮行程噴射が行われるとともに、空燃比が例えばＡ／Ｆ＝４０程度というように理論空燃比よりも大幅にリーンとされる。一方、所定負荷よりも高負荷側と所定回転数よりも高回転側とに亘る領域が均一燃焼領域Ｋとされ、この領域Ｋで吸気行程噴射が行われるとともに、空燃比が略理論空燃比またはこれによりリッチ（λ≦１）とされ、例えばＡ／Ｆ＝１３〜１４．７とされる。
【００３８】
上記均一燃焼領域Ｋでは、吸気の通気抵抗を小さくするために、シャッター弁１７を全開状態とし、成層燃焼領域Ｓでは、エンジン負荷およびエンジン回転数が低下するのに伴いシャッター弁１７を閉止状態に移行させて、吸気の流れを吸気ポート７の下方壁７ｂ側に偏向させることにより、次第に吸気の流速を速めてタンブル強度を増大させる制御が実行されるようなっている。
【００３９】
上記構成において、低負荷低回転側の成層燃焼領域Ｓでは、燃焼室５の周縁に配設されたインジェクタ１２から圧縮行程で燃料が噴射されて、点火プラグ１１の周りに混合気が偏在するように成層化されることにより、空燃比が大幅にリーンな状態で着火、燃焼が可能となる。また、高負荷高回転側の均一燃焼領域Ｋでは、吸気行程で燃料が噴射されて、燃焼室５内の全体に混合気が拡散されることにより、空燃比が略理論空燃比または稍リッチな値に設定された状態で、混合気の着火および燃焼が行われることになる。
【００４０】
このようにエンジンの運転状態に応じて燃料の噴射形態や空燃比が変えられるが、これに対応して上記成層燃焼領域Ｓでは、エンジン回転数が低いほど、シャッター弁１７が閉止方向に駆動されることにより、タンブル流Ｔの強度が増大されることになる。このため、図６に示すように、インジェクタ１２から噴射された燃料噴霧Ｆａのエネルギーと、上記タンブル流Ｔのエネルギーとが適正にバランスした状態で、燃焼室５内において衝突し、燃料の微粒化が促進されるとともに、上記タンブル流Ｔにより燃料噴霧Ｆａが減速されつつ、空気と混合されるとともに、この混合気が上方に巻き上げられて点火プラグ１１の周りに漂う状態となり、この点火プラグ１１の周りに混合気が適正に成層化されることになる。
【００４１】
上記のように吸気ポート７の横断面の上下中心線Ｃよりも上方壁７ａ側の開口部を略長方形に形成するとともに、上記上下中心線Ｃよりも下方壁７ｂ側の開口部を下窄まりの略三角形状に形成する等により、上記下方壁側７ｂ側の開口部の開口面積が上方壁７ａ側よりも相対的に小さくなるように形成したため、低負荷低回転の成層燃焼運転時に、上記シャッター弁１７を閉止状態として吸気流Ｎを下方壁７ｂ側に偏向させることにより、吸気流Ｎを下方壁側の開口部に集中させてその流速を効果的に速めることができる。したがって、燃焼室５内において生成されるタンブル流Ｔの強度を効果的に増大させることができるとともに、このタンブル流Ｔが早期に消滅するのを防止して圧縮行程の後半までタンブル流Ｔを残存させることができ、上記混合気の成層化を促進して燃焼安定性を効果的に向上させることができる。
【００４２】
また、吸気ポート７の開口面積の小さい下方壁７ｂ側の開口部を、その通路中心（下方壁側開口部の重心）Ｏｂが、吸気ポート７の開口部全体における重心Ｏの位置よりも外側方側に位置する偏心形状とし、かつ開口面積の大きい開口部側（上方壁７ａ側）に上記シャッター弁１７を配設して、この部分を開閉するように構成したため、上記シャッター弁１７の設置部に到達した吸気流Ｎを下方壁７ｂ側に偏向させるのと同時に、上記通路中心Ｏｂ側に吸気流Ｎの主流が案内されることにより、図２に示すように、吸気流Ｎを外向きに変位させるベクトルＮ１が発生する。そして、図９に示すように、上記ベクトルＮ１に応じ、吸気流Ｎが下方壁７ｂ側から側壁部内面に沿って旋回しつつ、上記吸気流Ｎの主流（Ｎ２）が吸気弁９の設置部を迂回して燃焼室５内に流入することになる。したがって、エンジンの成層燃焼運転時に、吸気弁９の弁軸や点火プラグ１１等に吸気流Ｎが衝突することに起因して吸気の流速が弱められることが防止され、燃焼室５内において適正なタンブル流Ｔが生成されることになる。
【００４３】
一方、高負荷高回転の均一燃焼領域Ｋでは、上記シャッター弁１７が開放状態とされることにより、吸気ポート７内における吸気の通気抵抗を小さな値に抑えて吸気をスムーズに流通させ、燃焼室５内に導入される吸気量を充分に確保することができる。
【００４４】
また、上記実施形態では、シリンダ軸線２Ｂに沿った吸気ポート７の縦断面と直交する方向から見て、上記バルブガイド１３の設置部の上流側部７１における吸気ポート７の軸線７Ａを略ストレート状に形成するとともに、吸気ポート７の燃焼室外周側に位置する下方壁７ｂ側の開口部の開口面積が上方壁７ａ側の開口部よりも相対的に小さくなるように吸気ポート７の横断面形状を形成したため、エンジンの成層燃焼運転時に、上記上方壁７ａ側に配設されたシャッター弁１７を閉止状態とすることにより、吸気ポート７の下方に偏向された吸気流Ｎを下方壁部７ｂに沿ってスムーズに流通させることができる。
【００４５】
なお、吸気ポート７内において大きな吸気の乱流が生じない程度に、上記軸線７Ａを緩やかに湾曲させた構造としてもよい。また、上記スロート部７３の上流側に位置する吸気ポート７の横断面形状を、上記上下中心線Ｃよりも上方壁７ａ側に位置する開口部の開口面積が、下方壁７ｂ側よりも相対的に小さくなるように形成するとともに、この下方壁７ｂ側の開口部をシャッター弁１７により開閉するように構成してもよい。
【００４６】
上記実施形態では、下流端が燃焼室５内に開口する一対の吸気ポート７，７を備えたエンジンにおいて、両吸気ポート７，７間の燃焼室外周側にインジェクタ１２を配設するとともに、両吸気ポート７，７間の燃焼室中央側に点火プラグ１１を配設し、吸気ポート７の下方壁７ｂ側に位置する開口部を、その通路中心（下方壁側開口部の重心）Ｏｂが開口部全体の重心Ｏの位置よりも隣接する吸気ポート７の反対側に位置する偏心形状としたため、点火プラグ１１および吸気弁９の設置部にインジェクタ１２が干渉するという問題を生じることなく、両吸気ポート７，７間の下方壁側７ｂに形成されたスペースを有効に利用して、この部分にインジェクタ１２を配設することができる。したがって、成層燃焼運転時に、吸気の流れを下方壁７ｂ側に偏向させてタンブル流Ｔの強度を増大させるという上記作用効果を損なうことなく、インジェクタ１２を適正位置に配設できるという利点がある。
【００４７】
特に、上記実施形態に示すように、吸気ポート７の上方壁７ａ側の開口部を略長方形状に形成するとともに、下方壁７ｂ側の開口部を下窄まりの略三角形状に形成した場合には、簡単な構成で両吸気ポート７，７間の下方壁７ｂ側にインジェクタ１２を配設するためのスペースを形成できるため、上記吸気ポート７，７にインジェクタ１２を近接させた状態でコンパクトに配設することができる。そして、エンジンが低回転の運転領域にある場合に、略長方形状に形成された上方壁７ａ側の開口部をシャッター弁１７によって閉止し、吸気の流れを略三角形状に形成された下方壁７ｂ側の開口部に偏向させることにより、吸気の流速を効果的に速めることができるとともに、吸気ポート７の側壁部内面に沿って吸気流を効率よく旋回させることができる。
【００４８】
また、上記実施形態に示すように、下流端が燃焼室５内に開口する一対の吸気ポート７，７と、単一の吸気通路１５ａから上記一対の吸気ポート７，７に向けて分岐するコモン部１６とを備えた火花点火式エンジンにおいて、シリンダ軸線２Ａに沿った吸気ポート７の縦断面と直交する方向から見て、吸気ポート７のバルブガイド１３の設置部から上記コモン部１６までを略ストレート状に形成した場合には、上記コモン部１６から吸気ポート７に沿って吸気をスムーズに流通させることができるとともに、エンジンが低回転の運転領域にある場合に、上記シャッター弁により下方壁７ｂ側に偏向された吸気流を、この下方壁７ｂ側の開口部の通路中心（下方壁側開口部の重心）Ｏｂ側に案内することにより、上記下方壁７側から側壁部内面に沿って吸気を効果的に旋回させることができる。
【００４９】
しかも、上記実施形態では、シャッター弁１７の設置部とコモン部１６とを吸気マニホールド１５に設けるとともに、この吸気マニホールド１５と、シリンダヘッド３に形成された吸気ポート７とを、シリンダ軸線２Ａに沿った吸気ポート７の縦断面と直交する方向から見て略ストレート状に接続したため、エンジンが低回転の運転領域にある場合に、上記コモン部１６等が設けられた吸気マニホールド１５を有効に利用して吸気の流速を増大させることができるとともに、吸気の旋回を効果的に促進することができる。
【００５０】
特に、上記実施形態に示すように、下流端が燃焼室内に開口する一対の吸気ポート７，７と、単一の吸気通路１５ａから上記一対の吸気ポート７，７に向けて分岐するコモン部１６とを備えたエンジンにおいて、このコモン部１６の下流端部にシャッター弁１７を配設し、かつスロート部７３の直上流部から上記コモン部１６までの間における吸気通路の上方壁７ａ，１６ａ側の開口部を略長方形状に形成するとともに、下方壁７ｂ，１６ｂ側の開口部を下窄まりの略三角形状に形成したため、吸気流が上記単一の吸気通路１５ａからコモン部１６に至る際に発生する外向きのベクトルＮ１に応じ、上記吸気流の旋回を、さらに効果的に促進することができるため、エンジンの成層燃焼運転時に、上記吸気流Ｎが吸気弁９の傘部上面に衝突するのを、より効果的に抑制できるという利点がある。
【００５１】
また、上記実施形態では、シリンダ軸線２Ａに対する吸気ポート７の上方壁７ａの傾斜角度を、上記バルブガイド１３の設置部の上流側部７１に比べて、上記バルブガイド１３の下流側部７２が、その上流部７２ａは大きく、その下流部７２ｂは小さくなるように形成するとともに、シリンダ軸線２Ａに対する吸気ポートの下方壁７ｂの傾斜角度を、上記バルブガイド１３の設置部の上流側部７１に比べて下流側部７２が大きくなるように形成したため、低負荷低回転の成層燃焼運転時に、図１０に示すように、上記シャッター弁１７が閉止されることにより、吸気ポート７の下方壁７ｂ側に偏向した吸気流Ｎが、上記下流側部７２に到達した時点で、その下方壁７ｂに沿って上方壁７ａ側（排気ポート８側）に案内されることになる。
【００５２】
したがって、吸気流Ｎの主流が吸気弁９の傘部上面９ａの燃焼室外周側部位９ｂに衝突するのを抑制しつつ、吸気弁９の傘部上面の燃焼室中央側部位９ａないし上記上方壁７ａに沿って所定角度で燃焼室５内に吸気を流入させることにより適正なタンブル流Ｔを生成し、このタンブル流Ｔが早期に消滅するのを防止して圧縮行程の後半までタンブル流Ｔを残存させることができるため、上記混合気の成層化を促進して燃焼安定性を効果的に向上させることができる。
【００５３】
上記のように構成した本発明例と、図１１に示すように、シリンダ軸線２Ａに対する吸気ポート７の上方壁および下方壁の傾斜角度を略ストレート上に形成した比較例とにおいて、吸気の通気抵抗の変化を測定する実験を行ったところ、図１２に示すようなデータが得られた。上記データは、縦軸に通気抵抗を表す流量係数Ｃｆをとるとともに、横軸にタンブル比Ｔｒをとったものである。このタンブル比Ｔｒとは、吸気流の縦方向の角速度をバルブリフト毎に測定して積分した値を、エンジン角速度で除した値である。
【００５４】
上記データから、シャッター弁（Ｓ弁）７を全閉状態とした成層燃焼領域において、比較例では、破線で示すように、タンブル比Ｔｒをそれ程大きくすることができないのに対し、本発明例では、実線で示すようにタンブル比Ｔｒを充分に大きくすることができ、上記比較例に比べてタンブル比Ｔｒの最大値がΔＴｒ１だけ大きくなることが確認された。
【００５５】
さらに、上記実施形態では、バルブガイド１３の設置部の下流側部７２における吸気ポート７の有効通路面積がその上流側部よりも大きくなるように吸気ポート７を形成したため、要求吸気量および燃料噴射量の多い均一燃焼運転時に、吸気の通気抵抗が増大することに起因して吸気量が不足するという事態の発生を効果的に防止できるという利点がある。上記下流側部７２における吸気ポート７の有効通路面積を上流側部７１よりも大きくした本発明例と、図１１に示すように、下流側部７２における吸気ポート７の有効通路面積を上流側部７１よりも小さくした比較例とにおいて、吸気の通気抵抗の変化を測定する実験を行ったところ、図１２に示すようなデータが得られた。
【００５６】
上記データから、シャッター弁（Ｓ弁）７を全開状態とした均一燃焼領域において、比較例では、シャッター弁を破線で示すように、流量係数Ｃｒをそれ程小さくすることができないのに対し、本発明例では、実線で示すようにシャッター弁（Ｓ弁）７を全開状態とすることにより、流量係数Ｃｒを充分に減少させることができ、上記比較例に比べて吸気抵抗の最小値をΔＣｆだけ小さくできることが確認された。
【００５７】
しかも、下流側部７２における吸気ポート７の有効通路面積を上流側部７１よりも小さくした上記比較例（図１１）では、要求吸気量および燃料噴射量の多い均一燃焼運転時に、シャッター弁（Ｓ弁）を最大開放状態としても、上記下流側部７２における吸気の流速がある程度高くなることが避けられないので、不必要に大きなタンブル流Ｔが生成されるオーバタンブル状態となり易い傾向がある。このため、均一燃焼運転時に、インジェクタ１２から噴射された燃料の一部が上記タンブル流Ｔにより運ばれて燃焼室５の天井部、シリンダ内壁面およびピストン上面等に付着して未燃焼状態となり易く、スモークおよびＨＣの発生量が増大してエミッション性が悪化するとともに、燃焼温度が高いことと相まってノッキング等の異常燃焼が発生し易いという問題がある。
【００５８】
これに対して上記実施形態のようにバルブガイド１３の設置部の下流側部７２における吸気ポート７の有効通路面積がその上流側部７１よりも大きくなるように吸気ポート７を形成した場合には、要求吸気量および燃料噴射量の多い均一燃焼運転時に、上記下流部７２における吸気の流速が過度に速くなることがないので、図１２に示すように、上記比較例に比べてタンブル比ＴｒをΔＴｒ２だけ小さくすることができる。したがって、上記オーバタンブルの発生を防止することにより、エミッション性を良好状態に維持することができるとともに、ノッキングの発生を効果的に防止できるという利点がある。
【００５９】
しかも、図１１に示すように、下流側部７２における吸気ポート７の有効通路面積を上流側部７１よりも小さくした比較例では、要求吸気量および燃料噴射量の多い均一燃焼運転時に、シャッター弁（Ｓ弁）を最大開放状態としても、上記下流部７２において吸気の流速を顕著に低下させることができないので、不必要に大きなタンブル流Ｔが生成されるオーバタンブル状態となり易い傾向がある。このため、均一燃焼運転時に、燃料噴霧が上記タンブル流Ｔにより運ばれて燃焼室５の天井部、シリンダ内壁面およびピストン上面等に付着し易く、スモークおよびＨＣの発生量が増大してエミッション性が悪化するとともに、上記オーバタンブルに起因して燃焼性がよくなり過ぎることにより、ノッキングが発生し易いという問題がある。
【００６０】
これに対して上記実施形態に示すようにバルブガイド１３の設置部の下流側部７２における吸気ポート７の有効通路面積がその上流側部７１よりも大きくなるように吸気ポート７を形成した場合には、要求吸気量および燃料噴射量の多い均一燃焼運転時に、上記下流部７２における吸気の流速が過度に速くなることがないので、上記オーバタンブルの発生を防止して、エミッション性を良好状態に維持することができるとともに、ノッキングの発生を効果的に防止できるという利点がある。
【００６１】
さらに、上記実施形態では、吸気弁９の最大リフト時に、バルブガイド１３の設置部の下流側部７２における下方壁７ｂの延長線７２Ｂと、上記吸気弁９の底面との交点Ｐが、吸気弁９の軸線９Ａよりも燃焼室５の中央側に位置するように、上記下方壁７ｂの傾斜角度を設定したため、低負荷低回転の成層燃焼運転時に、上記吸気流Ｎの主流が吸気弁９の傘部上面に衝突するのを効果的に抑制できるという利点がある。
【００６２】
また、上記実施形態に示すように、吸気ポート７の下方壁７ｂ側におけるバルブガイド１３の設置部の下流側部７２とスロート部７３との接続部に角部７４を形成した場合には、エンジンの成層燃焼運転時に、上記下方壁７に沿った吸気流Ｎが乱されて小さな渦流からなる乱流が形成され、この乱流によって上記吸気流Ｎを上方壁７ａ側（排気ポート８の設置部側）に案内する作用が促進されることになる。したがって、上記のように下流側部７２とスロート部７３との接続部に、上記角部７４等からなる乱流形成用のガイド部を設けることにより、上記吸気流Ｎの主流が吸気弁９の傘部上面の燃焼室外周側部位９ｂに衝突するのを抑制しつつ、吸気弁９の過疎部上面の燃焼し地中が側部位９ａないし上記上方壁７ａに沿って所定角度で燃焼室５内に吸気を流入させることにより、適正なタンブル流Ｔを略三角形状するという作用が効果的に得られるという利点がある。
【００６３】
なお、上記実施形態では、燃焼室５の周縁部に配設されたインジェクタ１２から燃焼室５内に燃料を直接噴射する直憤式のエンジンについて説明したが、吸気ポート７内に燃料を噴射するように構成されたポート噴射式のエンジンについても、本発明を適用可能である。
【００６４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、下流端が燃焼室内に開口する吸気ポートと、この吸気ポートを開閉する吸気弁と、エンジンの低回転領域で吸気ポートの周辺部の一部を閉塞して吸気の流れを偏向するシャッター弁とを有し、吸気ポートの燃焼室中心側に位置する上方壁に、上記吸気弁を支持するバルブガイド壁の一部が吸気ポート内に突出するように設けられた火花点火式エンジンにおいて、上記吸気ポートの最下流部に設けられたスロート部よりも上流側に位置する吸気ポートの横断面形状を、その開口部の上下中心線よりも上方壁側または下方壁側のいずれか一方に位置する開口部の開口面積が他方よりも相対的に小さくなるように形成するとともに、開口面積の小さい開口部を、その開口部の重心が上記重心位置よりも外側方側に位置する偏心形状とし、かつ開口面積の大きい開口部側に上記シャッター弁を配設して、この部分を開閉するように構成したため、エンジンの低回転領域において、吸気流の主流が吸気弁の傘部上面に衝突するのを防止しつつ、燃焼室内に吸気を流入させることにより、適正なタンブル流を生成し、燃焼室内における混合気の成層化を促進して燃焼安定性を効果的に向上できるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る吸気装置を備えたエンジンの要部構成を示す断面図である。
【図２】エンジンの燃焼室および吸気系の概略平面図である。
【図３】吸気ポートの縦断面形状を示す説明図である。
【図４】吸気ポートの横断面形状を示す説明図である。
【図５】吸気ポートの有効通路面積の変化状態を示すグラフである。
【図６】燃料の噴射状態を示す説明図である。
【図７】シャッター弁の具体的構造を示す説明図である。
【図８】エンジンの燃焼領域を示すマップである。
【図９】吸気の流動状態を示す説明図である。
【図１０】吸気の流動状態を示す説明図である。
【図１１】本発明に対する比較例の構成を示す説明図である。
【図１２】タンブル比と流量抵抗との対応関係を示すデータ図である。
【符号の説明】
２Ａ  シリンダ軸線
５  燃焼室
７  吸気ポート
７ａ  上方壁
７ｂ  下方壁
７Ａ  吸気ポートの軸線
７Ｂ  下方壁の延長線
９  吸気弁
１１  点火プラグ
１２  インジェクタ
１３  バルブガイド
１７  シャッター弁
Ｃ  上下中心線
７１  上流側部
７２  下流側部
７３  スロート部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
0004048814.tif 000010
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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