JPH01253526A - 可変面積式吸入系統を含む内燃機関 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は内燃機関に関し、さらにとくには請求項１の前
文に記載され、また、たとえは米国特許第３，８　７　
５，９　１　８号に記載のような個々の内燃機関シリン
ダへ吸入チャージを間欠的に供給する可変面積式吸入系
統に関する。

従来技術 内燃機関に関して、チャンバにその中で燃焼させるため
のチャージ（すなわち混合気ノを間欠的に受入れるため
の開口を備えた吸気ポートを有する１つ以上の燃焼室を
設けることは当業者には既知である。ピストン機関にお
いて、吸気ポートは通常、ポペット弁により制御されか
つ吸気通路を介して給気される吸気開口を含む。これら
の吸気通路は、シリンダ吸気ポートの外側導入部分およ
び付属の吸気マニホルドの結合ランチを含むように形成
することができる。

これらの装置に関連して、フリープリージング（自由呼
吸ノおよび良好な高速性能用に設計されたマニホルドま
たは吸入系統は一般に、低速時に高エンジントルクを与
えたりまたは部分絞りおよびアイドル時に効率のよいエ
ンジン運転を与えたりするのに不十分であることが従来
からわかっている。この条件を改善するための既知の方
法は、吸入される空気または空気一徹料混合気の流速お
よび慣性を増加することである。これはしはしは、各エ
ンジン吸気ポートごとに二重のマニホルドランナを設け
、一方のランナは高速および高負荷時のフリーブリージ
ング用に比較的大きな断面を有し、また他方のランナは
吸気ポートに吐出される混合気の流速および慣性を増加
するようにはるかに小さい断面を有するようにした二重
のマニホルドランナを設けることにより試みられている
。他の提案解決策は運転条件か変ったときその断面を変
化させる可撓壁を有したマニホルドランナを提供するこ
とである。

吸気混合気のマスフローを減少させる運転条件のとき断
面積の小さい吸気通路またはランナを利用して慣性を増
加させることはシリンダ内の乱れを増加しこれにより燃
焼効率を改善するものと考えられる。慣性を大きくする
ことはまた、と《にエンジン速度が低いときに起るよう
にピストンがその圧縮行程を開始しても吸気弁がまだ開
であるときに、新鮮な吸入混合気の逆流に打勝つことに
より容積効率を改善するであろう。

発明の目的 本発明は、低速走行時などにおいても吸気混合気の速度
を増加し、また、慣性を増大することができるようにし
た可変面積式吸気通路を有したエンジンを提供すること
を目的としている。

本発明による内燃機関は請求項１の特徴記載部分に示す
特色を特徴とする。

本発明に係る内燃機関に設けられる可変面積式吸気通路
は、低エンジン速度および低ガス流量条件下では通路の
断面積を小さくして大きい混合気慣性が得られ、一方吸
入混合気流量がかなり大きい高エンジン速度および高，
負荷条件下ではフリープリージングにして高性能を出せ
るように断面積を実質的に大きくするように設計されて
いる。

本発明は、一貫して収斂する内面を備えた包囲壁部分を
有するマニホルドランナおよび／または吸気通路を提供
する。これらはたとえは、マニホルドの外側部分から、
好ましくはエンジン燃焼室に近い点すなわち付属吸気弁
があるときはその点まで達する円錐台面を含む。また、
通路内に、吸気通路の収斂内面と全体的に平行でありか
つそれと対向する外面部分を有する流れ１ｔｉｌｊ　ｍ
　’！素も設けられる。この要素は流体流れの方向に沿
って弁またはポート開口に回かう方向およびそれから離
れる方向に可動であってこれにより有効通路流れ面積を
変化し、かつこれにより通路を通過して吸気ポートに入
り込む流体流れの速度および慣性を変化する。株々の吸
気通路内への流れを同様に制御するように流れ制伽敦素
を調和して作動させるための適切な手段もまた設けられ
ている。

本発明のこれらおよびその他の特色ならびに利点は、添
付図面に示した本発明のある特定実施例に関する以下の
説明からさらに十分に理解されよう。

実施例 ここで図面を詳細に参照すると、番号１ｏは全体的に往
復動ピストン形内燃機関を示すが、本発明はこれに限定
されない。エンジン１０は通常のように複数のシリンダ
１２を含むシリンダブロック１１を含むが、ここにはそ
のうちの１つのシリンダのみが図示されている。シリン
ダはその一端がシリンダヘッド１４により閉鎖され、シ
リンダへラド１４はブロックにより支持される。ピスト
ン１５はシリンダ内に往復動が可能なように支持されブ
ロックおよびシリンダヘッドと協働してシリンダ端部に
容積可変に作業をなす燃焼室１６を形成する。

シリンダヘッド】４は各シリンダ用に排気ポートおよび
吸気ポート１７．１８をさらに含む。吸気ポート１８は
弁座２ｏで終端する燃焼室開口１９を含み、弁座２ｏ上
には吸気ポペット弁２３の弁頭２２が着座可能である。

、弁２３はシリンダへラド１４内に支持されかつ図示さ
れてな（・弁歯車を介して通常の方法で作動されるステ
ム２４を有して周期的に吸気チャージを付属の燃焼案内
に導入する。

吸気ポート１８はさらに、開口１９の上流側で弁を包囲
する吐出室２６と、およびシリンダヘッド側壁上の装着
面２８から付属の弁ステム２ｏの片側付近のそれぞれの
吐出室２６との接続点まで伸長するポート通路２７と、
を含む。

吸気ポートおよび弁はエンジンシリンダ混合気吸入系統
の一部を形成し、混合気吸入系統は全体的に番号３０で
示した吸気マニホルドをさらに含む。マニホルドは、ラ
ンナ部分３１とプレナムおよび結合部分３２との２つの
部分で構成されるので好都合である。

各吸気ポートに１つすつランナ部分３１がシリンダヘッ
ド装着面２８上に装着されかつそこから外方に伸長して
複数のランナ３３を形成する。これらのランナは、第１
図に示すようにポート通路２７と結合して、ポート通路
に入るランチ部分の遠い端部から付属の弁ステムにでき
るだけ近い位置まで伸長する円錐台内壁面３４を形成す
る。

プレナムおよび結合部分３２は、ランナ部の外方端部上
に装着されかつフィルタまたは他の清浄空気源と結合さ
れる人口３６を有した拡大プレナム３５を含む。プレナ
ムはランナまたは吸気通路と組合されてブレナム形マニ
ホルドを提供するように個々の結合膜３８を介してラン
ナ部分３１のランナ３３と結合し、ランナまたは吸気通
路のエンジン結合部分は円錐状でありエンジンに向かう
流れの方向に収斂する。プレナムから吸気ポートまでの
マニホルド通路の長さは、吸入系統を最大出力または最
大効率を出すように同調させるべく選択される。

本発明により吸気弁めすぐ上流側の伸長部分上の吸気通
路の断面積を変化させるために、円錐吸気通路の各々に
可動円錐３９の形状の流れ１釘要素が設けられる。円錐
の各々は円錐台外面４ｏを有し、円錐台外面４ｏは吸入
系統吸気通路の円錐状収斂内面３４と全体的に平行であ
りかつそれと対向するように配置される。

円錐３９はロッド４２上に支持され、ロッド４２はマニ
ホルドの結合部分内のガイド４３内に支持される。ロッ
ドは共通軸４７上でそれと共に作動される付属のピニオ
ン歯車４６と係合するラック歯４４を含むのが好ましく
、これにより制御円錐３９の位置を内方位置と外方位置
との間で同調して移動可能である。その代替として、円
錐を装着しかつ移動するための他の適切な手段を設けて
も、　　よい。

第１図で実線で示すような内方位置においては、吸気通
路の有効流れ断面積は最小である。さらに、有効流れ面
積は円錐の大きな端部からそれらの小さな端部へ減少し
て行き付属の吸気通路の平行テ、−パ面はこの点で終端
するが、半径方向の間隔厚さは一定であることが好まし
いので一定としであるにもかかわらず有効流れ面積が次
第に減少して行（のは環状流れ面積の直径が次第に減少
して行くことによる。

円錐が第１図の鎖線で示すようにそれらの外方位置にあ
るときは、エンジンの高速運転および／または高負荷運
転の間にフリーブリージングを可能にするように通路の
流れ断面積は最大となる。

第１図の実施例において、燃料は、シリンダヘッド内に
装着されるかまたは要求されたときはマニホルド内に装
着された電子式燃料噴射器４８を介して吸気混合気内へ
供給され、ダクト４９を介して弁ステムの位置付近のそ
れらのそれぞれの吸気ポート内へかつ好ましくは弁頭ま
たはその付近に向けて噴霧される。これらの多点燃料噴
射器は現状の燃料系統技術に従って結合されかつ作動さ
れるものでよい。

第２図の実施例は基本的には第１図の実施例に一致する
が、エンジン５０は本来、燃料噴射器およびダクトがな
く吸気マニホルド５１の態様が修正される点で異なって
いる。簡単にするために、同一部品を示すのに同一番号
が使用される。

修正態様吸気マニホルド５１は基本的に第１図の実施例
のものと同一であるランナ部分３１を有するが、噴射器
がないのでシリンダヘッド上で弁に近い位置に装着する
ことが必要であることのみが異る。ランナ部分３１の外
方では、第１図のプレナムおよび結合部分はログ（ｔＯ
ｇ　Ｊ部分５２により置替えられる。ログ部分５２は長
平方向に伸長し、ランナ部分３１の各ランナ３３と接続
して１）る。さらにログ部分５２はフランジ５４を含み
、７ランジ５４上には気化器５５、または絞り本体噴射
装置のような代替混合気形成装置を含む。ログ部分５２
はまた、第１図の実施例と同様に、ビニオン歯車４６と
円錐形法制御要素３９のラック歯ロヴド４２とを支持す
る。

いずれの実施例の場合もその運転において、ブレナム吸
気部分または気化器からマニホルドに入り込む流体は、
流れ制御円錐３９の上流側の円錐形状ランナ３３の各々
に吐出される。各シリンダの吸気弁２３が開いたときＫ
、それぞれのピストンの下向運動はそれぞれのマニホル
ドランナ３３を介して流体混合気を吸入し、流体混合気
は、流れ制御円錐３９とマニホルドの付属内壁面３４お
よび／または付属ポート通路２７との間の可変円錐環を
貫通通過する。

エンジンが高速かつ高負荷運転をするときは円錐３９は
それらの鎖線位置またはその付近に配置され、この位置
では環状間隙厚さは最大となり、その結果有効通過断面
積が最大となってマニホルドおよびポートを通過してエ
ンジンシリンダニ入り込む空気または空気−燃料混合気
の自由な通過を可能にする。しかしながら空気流れ要求
量を減少してエンジンが低速および／または低負荷で運
転されるときは流れ制御円錐３９を第１図および第２図
の実線で示す位置の方向に移動し、これに　　　゛より
有効流れ面積を減少しかつマニホルドを介して吸気ポー
トに入り込む混合気または流体の流速および慣性を増加
することにより、マニホルドを通過する混合気流れは高
速に維持されるかまたは加速される。

流れ制御円錐は、それらのエンジン低速内方位置におい
てはそれらがマニホルドの端部な越えて吸気弁にできる
だけ近いポート内へ伸長するように設計されている。し
たが、って、得られた混合気流れの加速および高慣性は
乱れを発生し、この乱れはポート内へおよび弁を介して
シリンダ内へと持続し、これにより低速運転を改善する
ので好ましい。

低速および中途でのエンジン運転の間におけるこの乱れ
の増加により、混合気の混合か改善され、燃焼効率が向
上し、点火遅れが減少し、希薄混合気運転および燃焼安
定性か改善され、および燃焼圧力上昇度が増加するなど
の結果が得られることが期待される。混合気の慣性の増
加はまた、低速運転における弁の重なりの間の排気の逆
流も減少可能である。可変である吸気断面積はまた、種
々のエンジン速度要求に適合するように町変同−を提供
することも可能にしよう。

マニホルド通路の形状およびオプションではあるか吸気
ポート通路の形状は第１図および第２図に示すように円
錐台とすることか可能であるが、吸気通路および付属の
流れ制御要素に対して本発明に含まれる断念から逸脱す
ることな（他の形状が利用可能であることを理解すべき
である。

したがって、図示のマニホルドランナおよびポートの円
錐部分は流れ制御要素が直線運動をするように直線軸に
沿って配置されているが、たとえば弓形の曲線形状を有
する通路および同様な曲線に沿って移動される流れ制御
要素とを設けることもまた可能であろう。この場合でも
、通路流れ面積か一様に変化されるように、流れ制御要
素とそれらに対応する通路との対向面部分はエンジンの
方向へ収斂する対向面を有して全体的に相互に平行に配
置されよう。

同様に、制御円錐３９およびマニホルドランナ３３の円
錐形状は第３図においては円形断面を有するように図示
されている。しかしながら、他の多（の代替断面形状か
使用可能であろう。

たとえば第４図には、卵形状ランナ５９と卵形断面の流
れｆａｉｎ？素６０と全６０る代替マニホルド５８が図
示されている。同様に第５図には、正方形または矩形断
面のランナ６３および流れ制御要素６４を有するマニホ
ルド６２が図示されているが、この場合対向面は四角錐
錐台をなす。

他の代替形状が第６図に示されているが、ここではマニ
ホルド６６は矩形断面のランナ６７および流れ制御要素
６８を有する。この実施例においては第６図に示すよう
に、ランナおよび制御要素の側面７０．７１は相互に平
行でありランチおよび要素の上面および下面７２．７４
のみがシリンダへ向かう流れ方向に収斂する。したがっ
てランナおよび流れ要素の内面はくさび形状である。

これらの実施例は流れ通路および制御要素に対して可能
性を有する多くの形状の数例にすぎな〜・が、これらは
本発明の概念および範囲から逸脱することなく利用可能
であろう。さらに、ここに開示されたマニホルドおよび
吸気ポート吸入系統は、ロータリエンジンまたはポペッ
ト弁あるいは他の吸気弁の有無とは無関係に吸気ポート
を利用する機械に適用可能であることかわかるであろう
。これは本発明の適用がいずれか１つの適用形状に限定
されるものでないことを意味しているので、本明細誓の
本文および特許請求の範囲に使用されている用語「内燃
機関」または他の類似の用語はすべて、その中で可変面
積式吸気ランナおよび吸入系統が適切に適用可能なすべ
ての形状のエンジンおよび他の同等装置を含むものと考
えるべきである。

【図面の簡単な説明】

第１図は可変面積式吸気通路および燃料噴射手段を有す
る吸入系統の断面形状を示すために一部分を破断した本
発明による内燃機関の部分破断側面図； 第２図は気化器のような一体混合気形成装置により供給
される吸入系統を有するエンジンの代替態様を示した第
１図に類似の図； 第３図は第２図の線３−３により示す平面から得られる
円形断面を示した第２図に示す円錐形状吸気通路の１つ
を貫通する断面図； 第４図は断面が卵形またはだ円形の形状である通路形状
の代替実施例を示した第３図に類似の断面図； 第５図は吸気通路断面が、矩形でありかつ通路か四角錐
錐台をなす代替態様を示した第３図に類似の図；および 第６図は通路断面が矩形でありかつ通路がくさび形であ
る代替態様を示した第３図に類似の図である。 １０・・・内燃機関、　　１８・・・吸気ポート、　　
２３・・・ポペット弁、　２７．３３．５９．６３．６
７・・・吸気通路、３４・・・内面、　　３９．６０．
６４．６８・°°流れ制御要素、４０・・・外面、　　
４２．４３．４４．４６．４７・・・流れ制御要素を移
動させるための手段。 （外４名） Ｆｉｇ、　３ Ｆｉｇ、　５ Ｆｉｇ、　４ ｔ’−ｔｇ、　ｅ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、シリンダ吸気ポート（１８）とそれに接続された可
   変面積式吸入系統とを含む内燃機関（１０）において： 前記可変面積式吸入系統が、前記吸気ポート（１８）に
   接続されかつ一貫して収斂する内面（３４）を有する通
   路（２７、３３）と、吸気通路（２７、３３）内に配置
   されかつ該通路（２７、３３）の前記収斂内面（３４）
   と全体的に平行でありかつそれと対向する外面部分（４
   ０）を有する流れ制御要素（３９）とを含み； 要素（３９）が流体流れの方向に沿ってポート（１８）
   に向かう方向およびそれから離れる方向に可動であって
   これにより要素（３９）と吸気通路（２７、３３）との
   間の流れ面積を変化し、かつこれにより吸気ポート（１
   ８）に入り込む流体流れの速度および慣性を変化するこ
   と； を特徴とする面積可変吸入系統を含む内燃機関。 ２、前記シリンダ吸気ポート（１８）がポペット弁（２
   ３）により制御される開口を有すること；前記吸気通路
   （２７、３３）が弁（２３）の上流側で吸気ポート（１
   ８）に接続すること；および 要素（３９）が流体流れの方向に沿つてポペット弁（２
   ３）の近くの点に向かう方向およびそれから離れる方向
   に可動であってこれにより流れ面積を変化し、かつこれ
   により吸気ポート（１８）に込り込む流体流れの速度お
   よび慣性を変化すること； を特徴とする請求項１記載の内燃機関。 ３、前記通路（３３）および制御要素（３９）の対向面
   （３４、４０）が円形横断面を有することを特徴とする
   請求項２記載の内燃機関。 ４、前記通路（３３）および制御要素（３９）の対向面
   （３４、４０）が円錐台形状であることを特徴とする請
   求項３記載の内燃機関。 ５、前記通路（５９）および制御要素（６０）の対向面
   が卵形横断面を有することを特徴とする請求項２記載の
   内燃機関。 ６、前記通路（６３；６７）および制御要素（６４；６
   ８）の対向面が長方形横断面を有することを特徴とする
   請求項２記載の内燃機関。 ７、前記通路（６３）および制御要素（６４）の対向面
   が四角錐をなすことを特徴とする内燃機関。 ８、前記通路（６７）および制御要素（６８）の対向面
   がくさび形状であることを特徴とする請求項６記載の内
   燃機関。 ９、可変面積式吸入系統が流体流れを制御するために制
   御要素（３９）を移動させるための手段（４２、４３、
   ４４、４６、４７）を含むことを特徴とする前記請求項
   のいずれかに記載の内燃機関。