(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの各シリンダーの吸気ポート（１４）に２つのガス流れを供給するように構成された分岐管（２２、３２）を有する２つの吸気マニフォールド（２４、３４）を有し、
上記２つの流れは各シリンダーに別々にしかし平行に入り、燃焼室で渦を巻いて、渦の軸に対して半径方向に層状となる空気充填を生じさせ、
上記第１マニフォールド（２４）はその中で燃焼されるべき燃料が分散される調整された量の空気を供給し、
上記第２マニフォールド（３４）はダイリューション・ガスを供給し、
上記第１マニフォールド（２４）の分岐管（２２）を流れるガス流の全抵抗を上記第２マニフォールド（３４）の分岐管（３２）を流れるガス流の全抵抗とほぼ等しくするために、エンジンが層状充填状態で作動する際には付加的な圧力降下が上記第１マニフォールド（２４）の分岐管（２２）で生じるように、流れを部分的に妨げる手段（２３）が上記第１マニフォールドに設けられ、
該流れ妨害手段（２３）は、該流れ妨害手段（２３）において増加した流速の増分が、上記吸気ポート（１４）において消失するのに充分な距離だけ上記吸気ポート１４から上流に位置している、
ことを特徴とする層状充填内燃機関。
【請求項２】
上記第２マニフォールド（３４）の上記分岐管（３２）は上記吸気ポートの位置において、エンジンシリンダーの吸気ポート（１４）の全面積の４分の１以上の断面積を有していることを特徴とする請求の範囲第１項記載の内燃機関。
【請求項３】
上記第１と第２のマニフォールドの分岐管（２２、３２）は上記吸気ポート（１４）の位置においてほぼ等しい断面積を有していることを特徴とする請求の範囲第２項記載の内燃機関。
【請求項４】
上記第１と第２のマニフォールドの分岐管（２２、３２）のガス流は上記吸気ポート（１４）において、上記吸気バルブ（１２）の近傍に達するまでは上記吸気ポートの物理的な仕切りによって分離させられていることを特徴とする、上述の請求範囲のいずれかに記載の内燃機関。
【請求項５】
上記吸気ポート（１４）における上記第１と第２の吸気マニフォールド（２４、３４）の分岐管（２２、３２）はシリンダー・ボアの周方向に異なった速度で移動する実質的に平行な流れを発生してシリンダー軸周りにスワール運動を起こすようにように設計されることを特徴とする、上述の請求範囲のいずれかに記載の内燃機関。
【請求項６】
燃料が上記第１マニフォールド（２４）を通って吸われる空気の量に応じて計量されることを特徴とする、上述の請求の範囲のいずれかに記載の内燃機関。
【請求項７】
燃料は、上記第１マニフォールドのプレナム・チャンバー（２４）に供給され計測された供給空気と混合される噴霧として計量されることを特徴とする、請求の範囲第６項に記載の内燃機関。
【請求項８】
燃料は、対応する上記流れ妨害手段（２３）より下流の上記第１吸気マニフォールドの各分岐管への噴霧として別々に計量されることを特徴とする、請求の範囲第６項に記載の内燃機関。
【請求項９】
上記第２マニフォールドから導入されるガスはＥＧＲを含んでいることを特徴とする、上述の請求の範囲のいずれかに記載の内燃機関。
【請求項１０】
上記層状充填吸気の平均空燃比は理論空然比であることを特徴とする、請求の範囲第９項に記載の内燃機関。
【請求項１１】
上記第２吸気マニフォールドから吸い込まれるガスは大気を含んでいることを特徴とする、請求の範囲第１項から第８項までのいずれかに記載の内燃機関。
【請求項１２】
上記第１と第２のマニフォールド（２４、３４）の供給ガスを制限する供給絞り弁（５０、５４）が設けられ、該供給絞り弁（５０、５４）は同調して動作するように組み合わせられていることを特徴とする、上述の請求範囲のいずれかに記載の内燃機関。
【請求項１３】
上記第２マニフォールド（３４）に連通する供給絞り弁（５４）の上流に分流調整弁（９０）が設けられており、該分流調整弁（９０）は第１位置においては空気を上記第２マニフォールド（３４）に空気を供給し、第２位置においては上記第２マニフォールドにＥＧＲを供給することを特徴とする、請求の範囲第１２項記載の内燃機関。
【請求項１４】
上記第２マニフォールド（３４）に連通する供給絞り弁（５４）に直列に、遮断弁５６が設けられており、それが閉じた時には上記第２マニフォールド（３４）を大気とＥＧＲとから遮断することを特徴とする、請求の範囲第１２項または第１３項に記載の内燃機関。
【請求項１５】
上記流れ妨害手段（２３）は、穴明き板を有するバタフライ絞りを有しており、閉じ位置においてはガス流れを所定量妨げ、開位置においては実質的にガス流れを妨げないことを特徴とする、上述の請求の範囲のいずれかに記載の内燃機関。
【請求項１６】
上記流れ妨害手段は上記第１マニフォールドの分岐管の口部において上記第１マニフォールドのプレナム・チャンバーの中で移動可能なバッフルを有することを特徴とする、請求の範囲第１項から第１４項までのいずれかに記載の内燃機関。
【請求項１７】
上記ベタフライ絞り（２３）またはバッフルは上記供給絞り弁（５０、５４）と組み合わせられて動作することを特徴とする、請求の範囲第１２項に従属する請求の範囲第１５項または第１６項に記載の内燃機関。
【請求項１８】
上記バタフライ絞り（２３）またはバッフルは上記遮断弁（５６）と組み合わせられて動作することを特徴とする、請求の範囲第１４項に従属する請求の範囲第１５項または第２６項に記載の内燃機関。
【請求項１９】
上記エンジンが層状充填状態で運転されるエンジンの負荷と速度範囲にわたって、上記第１と第２のマニフォールドから供給される流れ量は互いにほぼ一定の比率に固定されており、上記流れ妨害手段は一定の妨害比率を有すことを特徴とする、上述の請求の範囲のいずれかに記載の内燃機関。
【請求項２０】
各シリンダーは開タイミングが互いに異なる２つの吸気バルブを有しており、吸気工程における各タイミングにおいてシリンダーに供給される２つの流れの流量の瞬間的な比率は変化することを特徴とする、請求の範囲第１９項に記載の内燃機関。
【請求項２１】
エンジンの各シリンダーの吸気ポート（１４）に２つのガス流れを供給するように構成された分岐管（２２、３２）を有する２つの吸気マニフォールド（２４、３４）を有し、
上記２つの流れは各シリンダーに別々にしかし平行に入り、燃焼室で渦を巻いて、渦の軸に対して半径方向に層状となる空気充填を生じさせる内燃機関を作動させる方法であって、
その中で燃焼されるべき燃料が分散される空気である第１の流れを上記第１吸気マニフォールドを経由して供給する工程と、
上記第２吸気マニフォールドを経由してダイリューション・ガスである第２の流れを供給する工程と、
上記２つの流れの間の上記吸気ポートにおける体積流量比と速度比とを、エンジンの速度と負荷の運転条件の所定範囲にわたってゼロではないほぼ一定の値に固定する工程とを有し、
この固定する工程が、
上記２つのマニフォールドの各々に設けられたプレナム・チャンバーの両方を負荷に応じる同じ圧力に維持する工程と、
２つの流れの間の体積流量比率を所望のものにするために上記エンジン運転条件範囲内での作動時に上記第１マニフォールドの各分岐管を制限して、該分岐管が所定量の断面積の制限部を用いて制限される工程と、
該制限部を通過する高速ジェット流が上記吸気ポートに達する前に上記第１マニフォールドの断面全体に分散することを許容するように各制限部（２３）を対応する吸気ポート（１４）から充分な距離だけ離間して、分岐管の中の流れを均一なものとしその速度を減少して、上記エンジン運転条件範囲における動作時の吸気ポートにおける２つの流れの速度比を好ましいものにする工程と、によって実現される
ことを特徴とする内燃機関の作動方法。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明はエンジンの各シリンダーの吸気ポートの２つのガス流れを供給するように設けられた分岐管を持つ２本の吸気マニフォールドに適応した層状吸気エンジンに関する。２つのガス流れは各シリンダーに別々に入りシリンダーで層状充填状態を形成する。第１のマニフォールドはその中で燃焼されるべき燃料が分散される調整された量の空気を供給し、第２のマニフォールドはダイリューション・ガスを供給する。以下にこのようなエンジンを「最初に述べた種類のエンジン」と呼ぶことにする。
背景技術
各シリンダーの吸気ポートの２つのガス流れを供給するように設けられた分岐管を持つ２本の吸気マニフォールドを有し、第１のマニフォールドがその中で燃焼されるべき燃料が分散される調整された量の空気を供給し、第２のマニフォールドがダイリューション・ガスとして機能する再循環排気（ＥＧＲ）を供給するエンジンは知られている。
通常のエンジンは、２つの流れがシリンダーに入る際に良く混合されるために層状充填状態を達成していない。吸気バルブの閉時に第２マニフォールドから供給されるＥＧＲは、吸気ポートと第１吸気マニフォールドに入り続けて、そこに貯留する。吸気バルブが再び開いた時に、最初にシリンダーに導かれる充填吸気はほとんど酸素を含んでいないが、湿った吸気ポート壁からの高い割合の燃料成分を含んでいる。この状態は、通常のエンジンの場合のように圧縮工程において充填吸気を充分に混合するように燃焼室が設計されている場合には問題とならない。しかしながら、層状充填エンジンの場合には、第１のマニフォールドの分岐管にＥＧＲが貯留すると、層状状態が燃焼品質の悪化を招くことになるので、このような貯留状態は避けなければならない。
最初に述べた種類のエンジンにおいては、燃焼室に入る２つの流れの流速を制御して、点火時期までの間層状状態を保持するために、吸気工程と圧縮工程の間２つの流れの間に生じる混合状態を最小限に留める必要がある。これが理由で、燃焼室におけるスワール流動において、混合状態を最小限とするために角速度が略等しくなるように渦の外流の線速度は渦の内流の線速度よりも早くすべきである。
このような速度を発生するために、速い流れの分岐管と遅い流れの分岐管との間に大きな圧力差が生じなければならない。吸気ポートの負圧は各分岐管に等しいため、必要とされる圧力差を生じさせるためには、各分岐管上流の吸気マニフォールドにおけるプレナムチャンバの負圧を不均等にしなければならない。
各シリンダーの内の一つの吸気工程において、対応する吸気分岐管の吸い込み動作は、２つのプレナムチャンバーにおける不均等な圧力を生じさせ、吸い込み動作を行なっていない他のシリンダーの分岐管に沿って圧力を均等にする方向の釣り合い流れを生じるであろう。一方の流れの状態が他方の流れの状態で置き換えられて、平行する流れの違いがなくなることが有り得るために、この釣り合い流れは好ましくない。
ＷＯ９６／１０６８８には、最初に述べた種類のエンジンが開示されており、分岐管内において吸気バルブ方向へのみガス流を許容する逆止弁を第１マニフォールドの分岐管に設けることが開示されている。
これは２つの流れが燃焼室に達する前には常に２つの流れを分離し続けるという要求を満たすことができるが、逆止弁がエンジン全負荷時の吸気の障害となり、最大エンジン出力を低下させてしまう。これを和らげるためには、逆止弁をできるだけ大きくしなければならないが、そうするとコスト高になりそして配置するのが困難になる。
発明の概要
前述の問題点を軽減するために、本発明は、第一の観点によれば、各エンジンシリンダの吸気口（１４）に、燃焼室の中で渦を巻き、それによって渦の軸から放射状に層状に充填状態を形成するように、各シリンダーに別々に、しかし、お互いに平行に入る２つのガス流を供給するように構成された２つの分岐管（２２，３２）を有する２つの吸気マニホルド（２４，３４）が組付けられた内燃機関を作動させる方法を提供するもので、その方法は、以下の工程からなる。
第一のマニホルドを経由して燃やされる燃料が分散させられる範囲の空気の第一の流れを供給する工程と、
第２のマニホルドを経由してダイリューション・ガスである第２の流れを供給する工程と、
吸気ポートにおける２つの流れの間での体積流量比率と速度比率を、広範なエンジン速度と負荷の運転状態の範囲にわたって、ゼロでない、略一定の値に維持する工程とからなり、この工程は、
1.２つのマニホールドのプレナムチャンバーを負荷に応じて変化する同じ圧力に維持する工程と、
2.２つの流れの間の体積流量比率を所望のものにするためにエンジン運転条件範囲内での作動時に第１マニフォールドの各分岐管を制限して、該分岐管が所定量の断面積の制限部を用いて制限される工程と、
制限部を通過する高速ジェット流が吸気ポートに達する前に第１マニフォールドの断面全体に分散することを許容するように各制限部（２３）を対応する吸気ポート（１４）から充分な距離だけ離間して、分岐管の中の流れを均一なものとしその速度を減少して、上記エンジン運転条件範囲における作動時の吸気ポートにおける２つの流れの速度比を好ましいものにする工程とによって実現されるものである。
本発明の第２の観点によると、エンジンの各シリンダーの吸気ポートに２つのガス流れを供給するように構成された分岐管を有する２つの吸気マニフォールドを有し、
２つの流れは各シリンダーに別々にしかし平行に入り、燃焼室で渦を巻いて、この渦の軸に対して半径方向に層状となる空気充填を生じさせ、上記第１マニフォールド（２４）はその中で燃焼されるべき燃料が分散される調整された量の空気を供給し、
第２マニフォールドはダイリューション・ガスを供給し、
第１マニフォールドの分岐管を流れるガス流の全抵抗を第２マニフォールドの分岐管を流れるガス流の全抵抗とほぼ等しくするために、エンジンが層状充填状態で作動する際には付加的な圧力降下が上記第１マニフォールドの分岐管で生じるように、流れを部分的に妨げる手段が第１マニフォールドに設けられ、
この流れ妨害手段は、流れ妨害手段において増加した流速の増分が、吸気ポートにおいて消失するのに充分な距離だけ上記吸気ポート１４から上流に位置しているものである。
より低速の流れを供給している分岐管の中の流れ妨害手段は、２つのマニホルドのプレナム・チャンバによって供給された２つの流れの間の体積流量比率のために、流れ妨害手段の所で増加された速度がより高速の流れを供給する他方の分岐管に沿ったいかなるポイントでの最高速度にもほぼ等しくなるように、２つのマニホルドでの圧力の平衡をとる妨害比率を持たなければならない。
ＷＯ９６／１０６８８にあるように、本発明の中の空気／燃料混合気とダイリューション・ガスは、別々にエンジンシリンダに引き込まれ、吸気ポートの異なる部位上を通り過ぎ、エンジンの吸気及び圧縮行程の間、燃焼室の内で別々の吸気充填の二つの流れを維持するように制御される。
しかしながら、第１吸気マニフォールドの分岐管の中の流れ妨害手段が、ダイリューション・ガスの逆流を防ぐためにの逆止弁の代わりに使われる。逆止弁を使うと、２つのマニフォールドの２つのプレナムチャンバの中の圧力は、お互いに異なる可能性があるが、第１マニフォールドの分岐管の逆流は逆止弁によって防がれる。一方で本発明においては、第１及び第２のマニフォールドの分岐管に沿う流路抵抗は、２つのマニフォールドのプレナムチャンバの中の圧力を、互いに略等しくするように釣り合わせられる。シリンダーに連通するマニフォールド分岐管の端部における圧力差がないことで、高くてかさばる逆止弁に頼ることを必要とせず、これらの分岐管における逆流が生じるリスクを排除することができる。
第１マニフォールドの分岐管を部分的に妨害することは、低負荷及び部分負荷運転条件下だけで必要とされ、その時に層状充填を実現することで、有害物質排出量を低減して燃料消費量を低減することができる。高負荷時には、均一充填状態に戻すことが、好ましい。その状態では、、第１マニフォールドを通るエンジンの吸引が妨害されないように流れ妨害を中止しても良い。したがって、層状充填動作のために妨害動作する所定の角度である閉位置と、均一な充填状態のために最低限の妨害を提供する開位置の２ポジションの流れ妨害絞り弁を提供することが望ましい。そのような２ポジション・スロットルは、一つ以上の流れ開口を提供するスロットル板であるバタフライ弁として形成されるのが一般的である。
第１マニフォーホルドの分岐管の長さ方向に沿って、独立した流れ妨害絞り弁を置く代わりに、第１マニフォールドの共通のプレナムチャンバへの接合部の口を妨害するようにしても良い。この場合、一つの移動可能なバッフルが、全ての分岐を妨害するように使われ、構造を簡略化して、異なるエンジンシリンダへの正確にバランス取りされた流れを実現する。
流れ妨害絞り弁において、第１マニフォールドの分岐管の中の各部の速度は、第２マニフォールドの吸気ポート終端部での第２マニフォールドの分岐管の中の流速とほぼ等しくなるように意図的に増加される。しかし、吸気ポート終端部での第１マニホルドの分岐管の中の流速をより低い値に戻すことが重要であり、これは吸気が吸気ポートに達する前に増加した速度が減少するように流れ妨害絞り弁を充分に上流に位置させることで達成できる。
流れ妨害絞り弁が単一開口によって形づくられるならば、マニフォールド分岐管のかなりの範囲でガス流速が減少する。これが理由で、流れ妨害絞り弁は複数の小さな開口として形成するのが好ましい、例えば、ワイアーメッシュや格子でバタフライバルブのプレートを形成する。この場合、ガスの平均流速は、急速に流れ妨害絞り弁スロットルの上流の値に戻り、それによって、後者のスロットルは比較的吸気ポートの近くに置くことが可能となる。
充填を層状にする狙いを有し、第１吸気マニフォールドの分岐管の中の妨害手段を除けば現在の発明とほぼ同じ構成要素を有するエンジンがＷＯ９５／２２６８７の中で提案されている。後者の特許明細書の中で、第１マニフォールドは、特に、吸気弁が閉じている間、第２マニフォールドを通して供給されるガスを貯蔵するように機能するように設計されている。第１マニフォールドの分岐の範囲にわたって、その範囲にわたって層状化され、妨害されること無くシリンダの中に引き込まれたならば、エンジンシリンダ内部で軸状の層状充填を生じさせる。
後者の出願の実施例の一つは吸気バルブが閉じている間の吸気ポートの端部の完全掃気を実現して空気燃料混合気が清浄なままであることを確実にする。ダイリューション・ガスの逆流は、未だ柱状であって後の吸気工程中にシリンダーに吸い込まれてシリンダー中に軸状の層状態を実現する層状充填吸気を第１吸気マニフォールドの分岐管に貯留するのに用いられる。完全掃気は混合気の主な部分から分離してシリンダーに吸い込まれる燃料空気混合気の隔離部分をなくすことができる。
上記出願はまた、吸気工程中に第１の吸気ダクトからの燃料空気混合気と第２吸気ダクトからのダイリューション・ガスとの平行流れを実現して、エンジン・シリンダーを横切る層状態を実現する。両実施例を組み合わせた効果としては、主に軸方向の成層状態とシリンダーを横切る成層状態のうちの一つが得られる。
上記システムは、層状充填の柱を収めるのに充分な長さの吸気ダクトが必要である。また、ダイリューション・ガスである第２の吸気流れがＥＧＲを形成している場合には、第１の吸気ダクトは燃料空気混合気とＥＧＲとを含むことになる。その場合には吸気ポートに付着燃料がないことを確認する必要がある。そうでなければ、酸素を含まず燃焼に寄与しないＥＧＲにより燃料が導かれることになる。このことは、乾燥しているべき第１のっ吸気ダクトに供給される前に充分に微粒化または完全に気化している予混合気に層状のＥＧＲを適用することを制限することになる。これは、吸気ポート壁へウェット燃料を付着させる吸気ポート燃料噴射の使用を妨げることになる。
本発明は吸気バルブ閉時において吸気ポートの閉塞端における完全掃気に頼るのを止め、ダイリューション・ガスの第１吸気マニフォールドへの逆流を防止するものである。分岐管はその時には吸気バルブに近い方の端部から充填されることなく、柱状の層状充填吸気を貯えることもない。代わりに吸気バルブが開くとすぐに吸い込まれる空気燃料混合気によって満たされる。これにより燃焼室内の成層化が平行流れによって実現され、吸気ダクトの長さとウェット燃料の存在が許容される燃料供給システムの品質の選択自由度が向上する。
吸気ポートに連通する第２マニフォールドの分岐管の直径は、第１マニフォールドの分岐管の直径に対して、その全断面積が４分の１から半分となるように設定するのが好ましい。第２マニフォールドの分岐管を吸気ポートにおいて大きくすると、ダイリューション・ガスの第２マニフォールドへの供給を遮断する時にエンジンの吸気効率を妨げて全負荷能力を減少させることを考慮すべきである。しかしながら、第２マニフォールドの分岐管に沿って両方向の流れが生じるので、２つのマニフォールドの圧力が不均等である場合には、第２のマニフォールドは吸気バルブが閉じている時に第１マニフォールドの分岐管を通って吸い込まれるガスを貯流し第１のマニフォールドの各分岐管の間のガスを移動するように機能する。この結果として、第２のマニフォールドへのダイリューション・ガスの供給遮断時には、両マニフォールドは吸気弁に対して可燃混合気を供給することになる。
ダイリューション・ガスは空気、ＥＧＲまたは両者の混合気のいずれであっても構わない。ＥＧＲだけの成層化の場合には第１マニフォールドだけに供給される空気量を計測して燃料量を設定することにより、充填吸気の可燃部分の混合状態が理論値であることを確実にして、排気浄化用に三元触媒を用いることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
以下に添付の図面を参照しつつ、例を用いて本発明を説明する。第１図は半径方向の層状となる充填状態を実現するように設計され、吸気と排気マニフォールドを有する４気筒火花点火式内燃機関の概略図である。第２図は第１図の吸気システムによって燃焼室内で生成される燃料空気混合気とダイリューション・ガスの分布を示す水平及び垂直断面図である。
好ましい実施例の詳細な説明
第１図において、エンジン１０は燃焼室を有している。各燃焼室は２つづつの吸気バルブ１２と吸気ポート１４と、点火プラグ１６と、２つの排気バルブ１８とを有している。吸気ポート１４はプレナム・チャンバー２４と個別のシリンダーに連通する分岐管２２とを有する第１マニフォールドから空気が供給される。プレナム・チャンバー２４は流量計５２と供給スロットル５０とを介して外気を吸入する。燃料は燃料噴射弁６０により吸気ポート近傍から第１マニフォールドに供給される。燃料量は第１マニフォールドを通って吸入される空気流に基づいて計算される。
プレナム・チャンバー３４とシリンダーの吸気ポート１４に連通する分岐管３２とを有する第２マニフォールドが備えられ、所定の運転状態においてダイリューション・ガスを供給するようになっている。プレナム・チャンバー３４の端部には排気マニフォールド８０がＥＧＲパイプ８２を介して接続されており、ここには供給絞り弁５４を用いてエンジンに吸入されるＥＧＲの流量を制限するようにしても良い。さらに図示の実施例においては第２マニフォールド３４は分流調整弁９０を介して外気と連通している。このバルブ９０は１００％ＥＧＲから１００％空気までの範囲のいかなるＥＧＲ／空気比率でのダイリューション・ガスの使用を可能とする。
ここまでの記述の範囲では、このエンジンはＷＯ９６／１０６８８に記載のエンジンとほぼ同じである。しかしながら本発明においては流れ妨害絞り弁２３が分岐管２２に設けられダイリューション・ガスの逆流を避けるようになっている。これら流れ妨害絞り弁２３は第１マニフォールドのの分岐管２２の長手方向に沿って付加的な圧力低下を招き、これら分岐管の全長にわたる圧力低下を第２マニフォールドの分岐管３２の全長にわたる圧力低下とほぼ等しくする。言い換えると、より遅い流れを生じる分岐管２２の全流路抵抗は流れ妨害絞り弁２３の追加により増加して、より速い流れを生じる分岐管３２に沿っての流路抵抗に一致することになる。
第２マニフォールドの分岐管３２は吸気ポート１４においては周方向に向いており、ダイリューション・ガスが燃焼室に入る時にシリンダーの外周側により速い速度で進むことになる。他方で、第１マニフォールドの分岐管２２は吸気ポート１４において、シリンダーの中心に向いており、より低い速度で空気と燃料の混合気を供給する。２つの流れの方向と相対速度によって生じる強い渦は第２図に示す充填物の分布を起こす。この図において影付き部分１５は可燃混合気を示し影なし部分１７はダイリューション・ガスを示している。２つの流れの速度差により、結合された流れは吸入工程と圧縮工程にわたって層状を保持する固体として燃焼室内を回転する傾向となる。
第２図の可燃混合気１５の筒形状は、２つの吸気バルブが同時に開いて同じリフト量である場合である。一方のバルブの動作状態を他方とは変えることにより、吸気工程における各タイミングにおけるバルブ開度の相対面積を変化させることが可能である。例えば、可燃混合気１５を吸入工程の最初では狭い開口部を介して導入しても良い。そうすることによって、吸入工程が進むにつれてダイリューションガスの相対比率が下がり、筒の代わりに下向きの円錐台状をした可燃物が形成される。この場合には、点火時期においてスパークプラグ近傍のシリンダー頂部により多＜の燃料が集中し、与えられた全燃料量でより強力な燃焼を実現するという利点がある。
エンジン運転状態にかかわらず層状充填度合を一定にするために、第１と第２のマニフォールドにより供給される体積流量を互いに一定の比率に保持する必要がある。これは、供給絞り弁５０と５４を所望の体積流量を実現するのに正しい大きさに設定することと、絞り弁の位置にかかわらずこの比率が一定になるように同期して動作するように２つの絞り弁を連結することとによつて達成できる。本発明においては、流れ妨害絞り弁２３の固定妨害率もまた、層状充填作動状態全域にわたって２つのプレナム・チャンバー２４、３４の圧力を同じに維持するために、２つの流れの体積流量比が一定となるように選択される。
例えば第１図においては、２つの流れの有効断面積は比率は吸気ポート１４において１：３である。もし、流れの間の３：１の速度比が良好な層状態を維持するのに必要であれば、吸気ポート１４における３：１の速度比を達成するために供給絞り弁５４、５０の大きさは１：１にしなければならない。流れ妨害絞り弁２３は、絞り弁２３において増加した速度が吸気ポート１４における分岐管３２中の最大流速に等しくなり、分岐管２２の圧力降下が分岐管３２のそれと等しくなるように、設定しなければならない。流れ妨害絞り弁２３は分岐管２２中において吸気ポート１４よりも充分に上流に配置されるので、増加した流速は吸気ポート１４に達する前に減少して、２つのプレナム・チャンバーの圧力は平衡となるが吸気ポートにおける２つの流れの出口速度比は３：１となる。
上述の例において考慮しなければならないのは、供給絞り弁５４、５０を通る体積流量比と、吸気ポート１４における出口速度比と、流れ妨害絞り弁２３の妨害率とは相互依存関係にあって、互いに関連させつつ最適化させなければならない。そのようにして、各システムの設計を最適にすることで、これらの比率を一定にするエンジンの負荷と速度条件の広い範囲にわたって、層状充填度合を一定にしてエンジンを作動させることが可能となる。
第１図に示す長い分岐管２２について明確にするために述べなければならない。これらの分岐管は、ガスが流れ妨害絞り弁２３を通過した後の浸入速度を回復するのに充分な程長ければ良い。この絞り弁を網または多数の小孔を持つ格子で形成する場合には、短い距離で速度が回復するので、流れ妨害スロットルを吸気ポートに近づけることができる。
第１図において、遮断弁５６は供給絞り弁５４と直列にその下流側に位置している。この遮断弁５６が開いている時には、エンジンは層状充填状態で作動する。例えば高負荷などの均一充填状態においては、プレナム・チャンバー３４を大気とＥＧＲパイプ８２の両方から遮断するために、遮断弁５６は閉じられる。この状態において、プレナム・チャンバー２４と３４との間には大きな圧力差が存在して分岐管２２と３２とを通って大きな平衡流れが生じると思われる。第２マニフォールドは空気と燃料の混合気を貯留するように機能して、混合物の一部は各シリンダーに間接的に届くのではあるが、シリンダーは両方のマニフォールドから可燃混合物を受け入れるようになろう。この位置において、流れ妨害絞り弁２３は、その妨害位置に位置しても良いが、これはエンジンの吸気動作を妨げることになるので、全負荷時には流れ妨害絞り弁２３を完全に開くのが好ましい。エンジンが均一混合気で動作する時には流れ妨害絞り弁２３が開き、エンジンが層状充填状態で作動する時には閉じるように、流れ妨害絞り弁２３を遮断弁５６と同期して動作するようにすることができる。
その代わりに、供給絞り弁５０が全開位置近くまで動いた時にのみ開くように、流れ妨害絞り弁２３を供給絞り弁５０に接続することもできる。こうするためには、全負荷運転になるまで流れ妨害絞り弁２３がその妨害位置にあり続けるように、絞り弁５０と２３との間の接続にから動き機構を持たせる必要がある。
流れ妨害絞り弁２３の妨害率を最初に計算するために、２つのプレナム・チャンバー２４と３４との間を連結する差圧計７０を用いて、差圧がゼロになるまで妨害率を調整することが可能である。一度所望の妨害率が判れば、供給絞り弁５４、５０を通る体積流量比が同じである限り、計算中のさらに精密な調整は不要である。実際には、供給絞り弁５０と５４の同調ずれと吸気ポート１４の２つの流れの分離部の寸法誤差により個々のエンジン毎の変化が生じるが、これは、２つの供給流れを細密に調整したり流れ妨害絞り弁２３の妨害率を変化させたりして２つのプレナム・チャンバーの間の圧力平衡をとる閉ループ制御に頼ることで修正することができる。
図示の実施例はマルチ・ポイントの燃料噴射を有している。しかしながら、この発明は吸気マニフォールドが乾燥していることが必須条件ではないので、代わりにプレナム・チャンバー２４に直接燃料を供給するキャブレターやセントラル燃料噴射システムを用いることもできる。
【図１】
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【図２】
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