JP2680893B2 - 内燃機関の排気装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は自動車のエンジン等の内燃機関の排気装置に
関する。

（従来の技術） 自動車のレシプロエンジン等の内燃機関は、周知のよ
うに、開閉自在な吸気弁及び排気弁を介してそれぞれ吸
気通路及び排気通路に連通された燃焼室に、該吸気弁を
開いて燃料及び空気等から成る混合気を吸気通路から吸
気し、次いで、該混合気を燃焼させた後に排気弁を開い
て排気ガスを排気通路に排出するようにしており、これ
らの吸気弁及び排気弁は通常、それぞれ内燃機関のクラ
ンク軸の回転に同期した吸気カム及び排気カムのカム駆
動により上記の吸気行程及び排気行程時に適当な開度で
開かれる。

この種の内燃機関においては、その出力性能等を向上
させるためには、前記燃焼室への吸排気効率、特に吸気
効率を向上させることが好ましいことはいうまでもない
が、この吸排気効率を向上させる方法としては、吸排気
通路の断面積を大きくしたり、或いは該吸排気通路を吸
排気バルブと共に複数設けてそのトータルの断面積を大
きくすることにより吸排気抵抗を減少させて吸排気効率
を向上させる方法が知られている。例えば、本出願人に
より提案されているエンジンでは、吸気通路の断面積を
大きくすると共に排気通路を排気弁と共に二つ設けてそ
のトータルの断面積を大きくすることによって吸排気効
率を向上させ、優れた出力性能等を得ている。

しかしながら、かかる方法では、特に吸気効率をさら
に向上させて燃焼室への混合気の充填量を増加させよう
とする場合には、内燃機関の大きさや燃焼室の形状等の
制約により吸気通路の断面積を大きくするのにも限界が
あり、従って、さらに吸気効率を向上させて内燃機関の
出力性能等を向上させることが困難であった。

（解決しようとする課題） 本発明はかかる不都合を解消し、少なくとも一つの吸
気通路及び吸気弁と、少なくとも二つの排気通路及び排
気弁とを備えた内燃機関において、吸排気通路の断面積
を変更することなく吸気効率を向上させることができる
装置を提供することを目的とする。

（課題を解決する手段） 本発明の発明者等は、種々の検討の結果に、前記内燃
機関の排気行程の直後では、前記排気通路の排気弁の近
傍位置において、前記排気ガスの排出慣性により一定期
間負圧が発生し、その後に排気ガスの戻りにより一定期
間正圧が発生することを考慮し、該排気行程後の吸気行
程において、上記負圧の発生時に排気弁を適当な開度で
開けば該負圧が燃焼室に作用して混合気の吸気が促進さ
れ、更にその後の上記正圧の発生時に排気弁を適当な開
度で開けば前記負圧の発生時に排気通路に流入しようと
する混合気が該正圧により燃焼室に押し戻されて燃焼室
への混合気の充填量が増加するという知見を得た。

そこで、上記目的を達成するための本発明の内燃機関
の排出装置は、燃焼室に開閉自在な吸気弁を介して連通
された少なくとも一つの吸気通路と、該燃焼室に開閉自
在な第１及び第２排気弁をそれぞれ介して連通された少
なくとも二つの排気通路と、吸気行程において前記吸気
弁を開かせる吸気カムと、排気行程において前記第１及
び第２排気弁を開かせる排気カムとを備えた内燃機関に
おいて、該両排気通路が両排気弁の近傍位置で集合さ
れ、前記排気カムが前記排気行程において第１排気弁を
開かせ、かつ前記吸気行程における所定の時点で該第１
排気弁を所定の開度で開かせ、更に、前記排気行程にお
いて該第２排気弁を第１排気弁の開度よりも小さい開度
で開かせ、かつ、前記吸気行程において該第１排気弁が
開かれる前の所定の時点で該第２排気弁を所定の開度で
開かせることを特徴とする。

（作用） かかる手段によれば、前記排気行程においては、前記
排気カムにより第１排気弁及び第２排気弁が開かれて前
記燃焼室から排気ガスが前記第１及び第２排気通路に排
気される。この時、第２排気弁はその開度が第１排気弁
のそれより小さいので、該第１排気弁よりも早い時点で
閉じられ、第１排気弁は前記吸気行程の開始とほぼ同時
点で閉じられる。

次いで、該吸気行程において前記吸気カムにより前記
吸気弁が開かれて混合気が前記吸気通路から燃焼室に吸
気される。そして、まず、該吸気行程の開始直後、従っ
て前記排気行程の終了直後において、前記排気カムによ
り第２排気弁が所定の開度で開かれるが、この開状態の
間は、前記両排気通路の前記両排気弁の近傍で集合され
た位置において、排気慣性による負圧が発生しており、
該負圧が開かれた第２排気弁を介して燃焼室に作用する
ので、混合気が吸気通路から燃焼室を通って第２排気弁
から流出しようとして吸気が促進される。次いで、該第
２排気弁が閉じられた後に前記吸気弁が閉じる吸気行程
の終了近くにおいて、前記排気カムにより第１排気弁が
所定の開度で開かれるが、この開状態の間は、前記両排
気通路の前記両排気弁の近傍で集合された位置におい
て、排気ガスの戻りによる正圧が発生しており、第２排
気弁から流出した混合気が該正圧により燃焼室に押し戻
されて充填される。

従って、吸気行程においては、上記負圧により吸気が
促進されると共に、該吸気行程の終了近くにおいて前記
両排気通路側に流出した混合気が上記正圧により燃焼室
に押し戻されるので、該燃焼室への吸気量が増加する。

（実施例） 本発明の内燃機関の排気装置の一例として、自動車の
４サイクルのレシプロエンジンの排気装置を第１図及び
第２図（ａ）〜（ｃ）に従って説明する。第１図はレシ
プロエンジンの）要部の説明的斜視図、第２図（ａ）〜
（ｃ）は該エンジンの要部の排気行程における説明的側
面図である。

第１図及び第２図（ａ）〜（ｃ）は、１はシリンダブ
ロック２内を摺動自在なピストン３とシリンダヘッド４
との間に形成された燃焼室、５は燃焼室１に吸気弁であ
る吸気バルブ６を介して連通して設けられた吸気通路、
7a,7bはそれぞれ燃焼室１に第１排気弁である第１排気
バルブ8a及び第２排気弁である第２排気バルブ8bを介し
て連通して設けられた第１排気通路及び第２排気通路、
9,10a,10bはそれぞれ吸気バルブ６、第１排気バルブ8a
及び第２排気バルブ8bを開閉させるために図示しないエ
ンジンのクランク軸に同期して４サイクルで一回転され
るカムシャフト11に一体に回動自在に設けられた吸気カ
ム、第１排気カム及び第２排気カムである。吸気バルブ
６と両排気バルブ8a,8bとは第１図示のように、シリン
ダヘッド４側にＶ字型に配設され、これらの間をカムシ
ャフト11が通っている。また、第１排気通路7a及び第２
排気通路7bは第１図示のように両排気バルブ8a,8bの近
傍の位置Ｐ（以下集合位置Ｐという）において集合され
ている。

吸気バルブ６は、第２図（ａ）示のように、その下端
部が吸気通路５及び燃焼室１の境界位置で該吸気通路５
を閉塞し、その軸方向での燃焼室１に向かう移動により
該吸気通路５を開くようにしている。そして、吸気バル
ブ５はその上部に外挿されたバルブスプリング12により
吸気通路５を閉塞するように上方に向かって付勢され、
その上端面には該吸気バルブ６及びカムシャフト11間を
通るロッカシャフト13に揺動自在に支承されたロッカア
ーム14の後端部が圧接されている。

このロッカアーム14は、第２図（ａ）示のようにその
先端部が前記吸気カム９の上側の位置でその外周面に摺
接され、該吸気カム９の回動に伴って該吸気カム９の形
状に応じてロッカシャフト13の回りに揺動される。そし
て、吸気カム９の外周面の一部分には凸形状の主カム9a
が形成されると共に他の部分はカムシャフト11と同心円
状に形成され、該主カム9aはエンジンの吸気行程時にロ
ッカアーム14の先端部に摺接する位置に設けられてい
る。

従って、ロッカアーム14はその先端部が吸気行程時に
主カム9aに摺接してその形状に沿って押し上げられてロ
ッカシャフト13の回りに揺動し、該揺動に伴ってロッカ
アーム14の後端部が吸気バルブ６を燃焼室１に向かって
バルブスプリング12を介して押圧し、これによって吸気
バルブ６の先端部が燃焼室１内に移動して吸気通路５が
開かれる。この時、吸気バルブ６は主カム9aの突出量に
応じた開度で開かれる。

第１排気バルブ8a及び第２排気バルブ8bは、それぞれ
第２図（ｂ），（ｃ）示のように、前記した吸気バルブ
６と同様に第１排気カム10a及び第２排気カム10bの形状
に応じて第１排気通路7a及び第２排気通路7bを開閉する
構成となっている。

すなわち、該両排気バルブ8a,8bはそれぞれスプリン
グ15a,15bにより第１排気通路7a及び第２排気通路7bを
閉塞するように上方に向かって付勢されていると共に、
該両排気バルブ8a,8bとカムシャフト11との間を通るロ
ッカシャフト16に揺動自在に支承されたロッカアーム17
a,17bの後端部が該両排気バルブ8a,8bのそれぞれの上端
面に圧接され、更に、該ロッカアーム17a,17bの先端部
がそれぞれ第１排気カム10a及び第２排気カム10bの外周
面に摺接されている。そして、該両排気カム10a,10bの
外周面の排気行程時にロッカアーム17a,17bに摺接する
位置には、吸気カム９と同様にそれぞれ凸形状の主カム
10a₁,10b₁が形成され、主カム10b₁は主カム10a₁よりも
その突出量が小さく形成されている。

従って、両排気バルブ8a,8bはそれぞれ排気行程にお
いて、上記と同様に主カム10a₁,10b₁によりロッカアー
ム16a,16bが揺動されて燃焼室１に向かって押圧される
ことにより、該主カム10a₁,10b₁の突出量に応じた開度
で第１排気通路7a及び第２排気通路7bを開き、この時、
第２排気バルブ8bは第１排気バルブ8aよりも開度が小さ
くなるので、該第１バルブ8aよりも先に閉じられる。

また、第１排気カム10aの外周面の吸気行程における
終了近くの時点でロッカアーム16aに摺接する位置に
は、突出量の小さい凸形状の副カム10a₂が形成されてお
り、これによって、吸気行程の終了近くの時点で第１排
気バルブ8aを比較的小さな開度で開くようにしている。

さらに、第２排気カム10bの外周面の吸気行程の開始
直後でロッカアーム16bに摺接する位置にも、突出量の
小さい凸形状の副カム10b₂が形成されており、これによ
って、吸気行程の開始直後で第２排気バルブ8bを比較的
小さな開度で開くようにしている。

次に、かかるエンジンの作動を第２図（ａ）〜（ｃ）
及び第３図に従って説明する。第３図はその吸気行程及
び排気行程における吸気バルブ６及び両排気バルブ7a,7
bの開度を示す線図であり、該吸気バルブ６、第１排気
バルブ7a及び第２排気バルブ7bの開度はそれぞれ一点鎖
線、実線及び破線で示されている。

かかるエンジンでは、通常の４サイクルエンジンと同
様に、まず吸気行程において吸気バルブ６が開かれて燃
料及び空気から成る混合気が吸気通路５から燃焼室１に
吸気された後に、圧縮行程において吸気バルブ６が閉じ
られて混合気が圧縮され、次いで燃焼行程において該混
合気が点火されて燃焼された後に、両排気バルブ7a,7b
が開かれて排気ガスが排気通路7a,7bに排出され、これ
らの行程が繰り返される。

ここで、排出行程においては、両排気バルブ7a,7bが
それぞれ前記第１排気カム10aの主カム10a₁及び第２排
気カム10bの主カム10b₁により第３図示のような開度で
開かれ、前記したように第２排気カム10bが閉じられた
後に第１排気カム10aが閉じられて排気行程が終了し、
これとほぼ同時に吸気バルブ６が前記吸気カム９の主カ
ム9aにより第３図示のような開度で開かれ、再び吸気行
程が開始される。

そして、この吸気行程においては、その開始直後に第
２排気バルブ8bが前記第２排気カム10bの副カム10b₂に
より第３図示のような開度で開かれる。この時、上記排
気行程において両排気通路7a,7bに排出された排気ガス
はそれらが集合される前記集合位置Ｐにおいて排気慣性
による負圧が短時間発生しており、この負圧の発生期間
だけ第２排気バルブ8bが開くように上記副カム10b₂が形
成されている。このため、その負圧が第２排気通路7bを
介して燃焼室１に作用して吸気通路５から燃焼室１に吸
気される混合気は第２排気通路7b側に流動しようとし、
その吸気が促進される。

一方、吸気行程は吸気バルブ６が閉じられると終了す
るが、その終了直前において第１排気バルブ8aが前記第
１排気カム10aの副カム10a₂により第３図示のような開
度で開かれる。この時、上記集合位置Ｐにおいて前記負
圧発生後の排気ガスの燃焼室１側への戻りにより短時間
正圧が発生しており、その正圧の発生期間だけ第２排気
バルブ8bが開くように上記副カム10a₂が形成されてい
る。このため、前記負圧により集合位置Ｐまで流出した
混合気が、この正圧により第１排気通路7aを介して燃焼
室１に向かって押し返され、燃焼室１に充填される。

従って、吸気行程においては、前記集合位置Ｐにおけ
る負圧の発生時に第２排気バルブ8bを開くことによって
吸気が促進されると共に、該集合位置Ｐにおける正圧の
発生時に第１排気バルブ8aを開くことによって第２排気
バルブ8bを開いた時に該集合位置Ｐまで流出した混合気
が燃焼室１に押し返されて充填されるので、多量の混合
気を該燃焼室１に充填することができ、吸気効率を向上
させることができる。

そして、上記負圧及び正圧は比較的短い時間間隔で発
生するため、第３図示のように第２排気バルブ8b及び第
１排気バルブ8aを短い時間間隔で開閉させなければなら
ないが、第２排気バルブ8bを開かせるための前記副カム
10b₂と、上記正圧の発生時に第１排気バルブ8aを開かせ
るための前記副カム10a₂とがそれぞれ第２排気カム10b
及び第１排気カム10aに各別に設けられているのでこれ
らの両排気バルブ8a,8bを第３図示のように支障なく確
実に開閉させることができる。しかしながら、仮に該両
排気バルブ8a,8bを一つの排気カムで第３図示のように
開閉させようとすると、副カム10a₂,10b₂を近接した位
置で排気カムに形成しなければならず、このような場合
には、両排気バルブ8a,8bが排気カムの形状のままに追
従することができず、従って、両排気バルブ8a,8bを第
３図示のようなタイミングで開閉させることができな
い。

尚、本実施例では、吸気バルブ６が一つ、排気バルブ
8a,8bが二つの構成としたが、さらに複数の吸気バルブ
及び排気バルブを設けた構成とすることもできることは
もちろんである。

（効果） 上記の説明から明らかなように、本発明の内燃機関の
排気装置によれば、排気カムに吸入行程における所定の
時点で第１排気弁を所定の開度で開かせ、吸気行程にお
ける第１排気弁の開く前の所定の時点で第２排気弁を所
定の開度で開かせ、排気行程後の吸気行程の開始直後に
第１排気通路及び第２排気通路の集合箇所において発生
する負圧により吸気を促進することができると共に、該
負圧の発生後の吸気行程の終了直前に該集合箇所におい
て発生する正圧により、上記負圧の発生時に該集合箇所
まで流出した混合気を燃焼室に充填することができ、従
って、吸気通路の断面積を増加させなくとも燃焼室への
混合気の充填量を増加させて吸気効率を向上させること
ができ、内燃機関の出力性能を向上させることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の内燃機関の排気装置の一例の要部の説
明的斜視図、第２図（ａ）〜（ｃ）は該要部の説明的側
面図、第３図はその作動を説明するための線図である。 １……燃焼室、５……吸気通路 ６……吸気弁、7a……第１排気通路 7b……第２排気通路、8a……第１排気弁 8b……第２排気弁、９……吸気カム 10a……第１排気カム、10b……第２排気カム 10a₁,10b₁……主カム 10a₂,10b₂……副カム

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 篠田 桂 埼玉県和光市中央１丁目４番１号 株式 会社本田枝術研究所内 (56)参考文献 特開 昭64−63628（ＪＰ，Ａ) 実開 昭64−49638（ＪＰ，Ｕ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】燃焼室に開閉自在な吸気弁を介して連通さ
   れた少なくとも一つの吸気通路と、該燃焼室に開閉自在
   な第１及び第２排気弁をそれぞれ介して連通された少な
   くとも二つの排気通路と、吸気行程において前記吸気弁
   を開かせる吸気カムと、排気行程において前記第１及び
   第２排気弁を開かせる排気カムとを備えた内燃機関にお
   いて、該両排気通路が両排気弁の近傍位置で集合され、
   前記排気カムが前記排気行程において第１排気弁を開か
   せ、かつ前記吸気行程における所定の時点で該第１排気
   弁を所定の開度で開かせ、更に、前記排気行程において
   該第２排気弁を第１排気弁の開度よりも小さい開度で開
   かせ、かつ、前記吸気行程において該第１排気弁が開か
   れる前の所定の時点で該第２排気弁を所定の開度で開か
   せることを特徴とする内燃機関の排気装置。