JPH021966B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は吸気ポートの流路制御装置に関する。

燃焼室内に強力な旋回流を発生せしめることの
できる吸気ポートとして、吸気弁周りに形成され
た渦巻部と、この渦巻部に接線状に接続されかつ
ほぼまつすぐに延びる入口通路部とにより構成さ
れたヘリカル型吸気ポートが知られている。しか
しながらこのようなヘリカル型吸気ポートを用い
て吸入空気量の少ない機関低速低負荷運転時に機
関燃焼室内に強力な旋回流を発生せしめようとす
ると吸気ポート形状が流れ抵抗の大きな形状にな
つてしまうので吸入空気量の多い機関高速高負荷
運転時に充填効率が低下するという問題を生じ
る。一方、このようなヘリカル型吸気ポートの渦
巻部側壁面は吸気弁弁体の外周縁よりも外方に膨
出するように形成されるので渦巻部の渦巻半径は
吸気弁弁体の半径よりもかなり大きくなり、従つ
て機関の構造上、例えば隣接気筒の吸気ポート域
いは排気ポートと干渉してしまうのでこのような
ヘリカル型吸気ポートを使用できない場合もあ
る。このような場合には渦巻部の渦巻半径を小さ
くせざるを得ないが渦巻半径を小さくすると機関
低速低負荷運転時に燃焼室内に強力な旋回流を発
生させるのが困難となる。

本発明は機関高速高負荷運転時に高い充填効率
を確保できると共に機関吸入空気量が少ないとき
に燃焼室内に強力な旋回流を発生せしめることの
できる吸気ポートを提供することにある。

以下、添付図面を参照して本発明を詳細に説明
する。

第１図並びに第２図を参照すると、１はシリン
ダブロツク、２はシリンダブロツク１内で往復動
するピストン、３はシリンダブロツク１上に固定
されたシリンダヘツド、４はピストン２とシリン
ダヘツド３間に形成された燃焼室、５は吸気弁、
６はシリンダヘツド３内に形成された吸気ポー
ト、７は排気弁、８は排気ポートを夫々示し、図
面には示さないが燃焼室４内には点火栓が配置さ
れる。第１図からわかるように吸気ポート６はヘ
リカル形状を有し、以下ヘリカル型吸気ポート６
に基いて本発明を説明するがここで云うヘリカル
型吸気ポート６とは渦巻部の半径が大きいものか
ら小さいものまで含み、渦巻部において旋回流が
発生せしめられる構造の全ての吸気ポートを指し
ている。従つて渦巻部が吸気弁軸線周りの円筒形
状をなすものまで含んでいることは明らかであ
る。

第３図並びに第４図に第２図のヘリカル型吸気
ポート６の形状を図解的に示す。このヘリカル型
吸気ポート６は第４図に示されるように流路軸線
ａがわずかに彎曲した入口通路部Ａと、吸気弁５
の弁軸周りに形成された渦巻部Ｂとにより構成さ
れ、入口通路部Ａは渦巻部Ｂに接線状に接続され
る。第３図、第４図並びに第７図に示されるよう
に入口通路部Ａの渦巻軸線ｂに近い側の側壁面９
の上方側壁面９ａは下方を向いた傾斜面に形成さ
れ、この傾斜面９ａの巾は渦巻部Ｂに近づくに従
つて広くなり、入口通路部Ａと渦巻部Ｂとの接続
部においては第７図に示されるように側壁面９の
全体が下方に向いた傾斜面９ａに形成される。側
壁面９の上半分は吸気弁ガイド１０（第２図）周
りの吸気ポート上壁面上に形成された円筒状突起
１１の周壁面に滑らかに接続され、一方側壁面９
の下半分は渦巻部Ｂの渦巻終端部Ｃにおいて渦巻
部Ｂの側壁面１２に接続される。

一方、第１図から第５図に示されるように入口
通路部Ａの入口開口近傍から主分岐路１３が分岐
され、この主分岐路１３は更に第１分岐路１４と
第２分岐路１５とに分岐される。主分岐路１３の
入口開口１６は入口通路部Ａの入口開口の近傍に
おいて入口通路部Ａの側壁面９上に形成され、ま
た第１分岐路１４の出口開口１７は渦巻終端部Ｃ
の渦巻部上壁面１８近傍において渦巻部Ｂの側壁
面１２上に形成される。更に、第２分岐路１５の
出口開口１９は渦巻部Ｂの渦巻開始部Ｄにおいて
入口通路部Ａの傾斜側壁面９ａ上に形成される。
第１分岐路１４と第２分岐路１５との分岐部２０
内には弁軸２１により支持された片持ち薄板状流
路制御弁２２が配置される。第４図並びに第５図
からわかるようにこの流路制御弁２２は第１分岐
路１４を全閉したときに第２分岐路１５を全開
し、第１分岐路１４を全開したときに第２分岐路
１５を全閉する。弁軸２１の上端部はシリンダヘ
ツド３から上方に突出し、第９図に示されるよう
に弁軸２１の突出上端部にアーム２３が固着され
る。このアーム２３の先端部は負圧ダイヤフラム
装置３０のダイアフラム３１に固着された制御ロ
ツド３２に連結ロツド２４を介して連結される。

負圧ダイアフラム装置３０はダイアフラム３１
により隔離された負圧室３３と大気圧室３４を具
備し、負圧室３３内にはダイアフラム押圧用圧縮
ばね３５が挿入される。この負圧室３３は負圧導
管３６並びに電磁制御弁３７を介して負圧アキユ
ムレータ２９に接続される。電磁制御弁３７は弁
室３８と、負圧アキユムレータ２９に連通する負
圧ポート３９と、大気に連通する大気ポート４０
と、負圧ポート３９並びに大気ポート４０の閉開
制御をする弁体４１と、弁体４１に連結された可
動プランジヤ４２と、可動プランジヤ吸引用のソ
レノイド４３とを具備し、このソレノイド４３は
電子制御ユニツト５０の出力端子に接続される。
一方、吸気ポート６には吸気管４４が接続され、
この吸気管４４には図示しない気化器が取付けら
れる。負圧アキユムレータ２９は負圧アキユムレ
ータ２９から吸気管４４に向けてのみ流通可能な
逆止弁４５を介して吸気管４４内に接続される。
逆止弁４５は吸気管４４内の負圧が負圧アキユム
レータ２９内の負圧よりも大きくなると開弁し、
吸気管４４内の負圧が負圧アキユムレータ２９内
の負圧よりも小さくなると閉弁するので負圧アキ
ユムレータ２９内の負圧は吸気管４４内に発生し
た最大負圧に維持される。一方、吸気管４４には
吸気管４４の負圧を検出するための負圧センサ４
６が取付けられ、この負圧センサ４６は電子制御
ユニツト５０の入力端子に接続される。また、流
路制御弁２２の弁軸２１には流路制御弁２２の第
１分岐路１４に対する開口面積を検出するための
ポテンシヨメータ４７が取付けられる。このポテ
ンシヨメータ４７は弁軸２１に連結されて弁軸２
１と共に回転する摺動子４７ａと、固定抵抗４７
ｂとにより構成され、摺動子４７ａは固定抵抗４
７ｂ上に接触しつつ摺動する。従つて摺動子４７
ａには流路制御弁２２の第１分岐路１４に対する
開口面積に比例した電圧が発生する。この摺動子
４７ａは電子制御ユニツト５０の入力端子に接続
される。一方、機関クランクシヤフトの回転数を
検出するために回転数センサ４８が電子制御ユニ
ツト５０の入力端子に接続される。

電子制御ユニツト５０はデイジタルコンピユー
タからなり、各種の演算処理を行なうマイクロプ
ロセツサ（MPU）５１、ランダムアクセスメモ
リ（RAM）５２、制御プログラム並びに演算定
数等が予め格納されているリードオンリメモリ
（ROM）５３、入力ポート５４並びに出力ポー
ト５５が双方向性バス５６を介して互に接続され
ている。更に、電子制御ユニツト５０内には各種
のクロツク信号を発生するクロツク発生器５７が
設けられる。第９図に示されるように入力ポート
５４に夫々対応するAD変換器５８，５９を介し
て負圧センサ４６並びにポテンシヨメータ４７が
接続され、更に入力ポート５４には回転数センサ
４８が接続される。負圧センサ４６は吸気管４４
内の負圧に比例した出力電圧を発生し、この電圧
がAD変換器５８において対応する２進数に変換
されてこの２進数が入力ポート５４並びにバス５
６を介してMPU５１に読み込まれる。一方、ポ
テンシヨメータ４７は流路制御弁２２の第１分岐
路１４に対する開口面積に比例した出力電圧を発
生し、この電圧がAD変換器５９において対応す
る２進数に変換されてこの２進数が入力ポート５
４並びにバス５６を介してMPU５１に読み込ま
れる。また、回転数センサ４８はクランクシヤフ
トが所定クランク角度回転する毎にパルスを発生
し、このパルスが入力ポート５４並びにバス５６
を介してMPU５１に読み込まれる。

出力ポート５５は電磁制御弁３７を作動するた
めのデータを出力するために設けられており、こ
の出力ポート５５には２進数のデータがMPU５
１からバス５６を介して書き込まれる。出力ポー
ト５５の各出力端子は、ダウンカウンタ６０の対
応する各入力端子に接続されている。ダウンカウ
ンタ６０はMPU５１から書き込まれた２進数の
データをそれに対応する時間の長さに変換するた
めに設けられており、このダウンカウンタ６０は
出力ポート５５から送り込まれたデータのダウン
カウントをクロツク発生器５７のクロツク信号に
よつて開始し、カウント値が０になるとカウント
を完了して出力端子にカウント完了信号を発生す
る。Ｓ−Ｒフリツプフロツプ６１のリセツト入力
端子Ｒはダウンカウンタ６０の出力端子に接続さ
れ、Ｓ−Ｒフリツプフロツプ６１のセツト入力端
子Ｓはクロツク発生器５７に接続される。Ｓ−Ｒ
フリツプフロツプ６１はクロツク発生器５７のク
ロツク信号によりダウンカウント開始と同時にセ
ツトされ、ダウンカウント完了時にダウンカウン
タ６０のカウント完了信号によつてリセツトされ
る。従つてＳ−Ｒフリツプフロツプ６１の出力端
子Ｑはダウンカウントが行なわれている間高レベ
ルとなる。Ｓ−Ｒフリツプフロツプ６１の出力端
子Ｑは電力増巾回路６２を介して電磁制御弁３７
に接続されている。従つて電磁制御弁３２のソレ
ノイド４３はダウンカウントが行なわれている間
付勢される。

電磁制御弁３７のソレノイド４３が消勢されて
いるときは第９図に示すように弁体４１が大気ポ
ート４０を開口すると共に負圧ポート３９を閉鎖
するので負圧ダイアフラム装置３０の負圧室３３
内は大気圧となる。このときダイアフラム３１は
圧縮ばね３５のばね力により下端位置にあるので
流路制御弁２２が第１分岐路１４を全閉すると共
に第２分岐路１５を全開する。一方、電磁制御弁
３７のソレノイド４３が付勢されると弁体４１が
大気ポート４０を閉鎖すると共に負圧ポート３９
を開口するので負圧ダイアフラム装置３０の負圧
室３３内には負圧アキユムレータ２９内の負圧が
加わる。このときダイアフラム３１は圧縮ばね３
５に抗して上方に移動するために流路制御弁２２
が反時計回りに回動せしめられ、それによつて流
路制御弁２２が第１分岐路１４を全開すると共に
第２分岐路１５を全閉する。前述したように電磁
制御弁３７のソレノイド４３はダウンカウントが
行なわれている間、即ちＳ−Ｒフリツプフロツプ
６１の出力端子Ｑに表われる電圧が高レベルのと
き付勢される。従つて電磁制御弁３７の弁体４１
が負圧ポート３９を開口しかつ大気ポート４０を
閉鎖する時間割合はソレノイド４３に印加される
パルスのデユーテイーサイクルに比例する。弁体
４１が負圧ポート３９を開口しかつ大気ポート４
０を閉鎖する時間が長くなればなるほど負圧ダイ
アフラム装置３０の負圧室３３内の負圧が大きく
なり、第１分岐路１４に対する流路制御弁２２の
開口面積が大きくなる。従つて第１分岐路１４に
対する流路制御弁２２の開口面積はソレノイド４
３に印加されるパルスのデユーテイーサイクルが
大きくなるほど大きくなることがわかる。

第１２図は第１分岐路１４に対する流路制御弁
２２の開口面積と、機関回転数Ｎ並びに吸気管負
圧Ｐとの好ましい関係を示している。第１２図に
おいて縦軸は機関回転数Ｎ（r.p.m）を示し、横軸
は吸気管負圧Ｐ（−mmHg）を示している。また、
ハツチングを付した曲線S₀の上部領域は第１分岐
路１４の全開領域を示し、ハツチングを付した曲
線S₁の下方領域は第１分岐路１４の全閉領域を示
し、代表的に２本のみ示した曲線S₂，S₃は第１分
岐路１４に対する流路制御弁の等開口面積曲線を
示している。なお、第１２図において第１分岐路
１４に対する流路制御弁の開口面積はS₁からS₂，
S₃を経てS₀に向かうに従つて除々に大きくなる。
第１２図に示す機関回転数Ｎ並びに吸気管負圧Ｐ
と、第１分岐路１４に対する流路制御弁の開口面
積Ｓとの好ましい関係は関数或いはデータテーブ
ルの形で予めRO５３内に記憶されている。

第１０図は本発明による流路制御装置の作動を
説明するためのフローチヤートを示している。第
１０図においてステツプ70は流路制御が時間割込
みで行なわれていることを示している。まず始め
にステツプ71において回転数センサ４８の出力信
号をMPU５１内に入力して機関回転数を計算し、
次いでステツプ72において負圧センサ４６の出力
信号をMPU５１内に入力する。次いでステツプ
73では計算された機関回転数Ｎ並びに負圧Ｐに基
いてROM５３内に記憶された第１３図の関係か
ら第１分岐路１４に対する流路制御弁の目標開口
面積SSを計算する。次いでステツプ74において
ポテンシヨメータ４７の出力信号をMPU５１内
に入力して第１分岐路１４に対する現在の流路制
御弁の開口面積Ｓを計算する。次いでステツプ75
において目標開口面積SSが現在の開口面積Ｓよ
りも大きいか否かが判別される。ステツプ75にお
いて目標開口面積SSが現在の開口面積Ｓよりも
大きいと判別されたときはステツプ76において電
磁制御弁３７のソレノイド４３に印加すべきパル
スのパルス巾PLに一定値Ａが加算され、この加
算結果をPLとしてステツプ77に進む。一方、ス
テツプ75において目標開口面積SSが現在の開口
面積Ｓよりも大きくないと判別されたときはステ
ツプ78に進み、ステツプ78において目標開口面積
SSが現在の開口面積Ｓよりも小さいか否かが判
別される。ステツプ78において目標開口面積SS
が現在の開口面積Ｓよりも小さいと判別されたと
きはステツプ79においてパルス巾PLから一定値
Ａを減算し、この減算結果をPLとしてステツプ
77に進む。一方、ステツプ78において目標開口面
積SSが現在の開口面積Ｓよりも小さくないと判
別されたときはステツプ77に進む。ステツプ77で
は斯くして得られたパルス巾PLを表わす２進数
の駆動データを出力ポート５５に書込み、この出
力ポート５５に書込まれた駆動データに基いて電
磁制御弁３７のソレノイド４３の付勢制御が行な
われる。

第１１図は電磁制御弁３７のソレノイド４３に
印加されるパルスを示しており、このパルスが発
生している間ソレノイド４３が付勢される。前述
したように第１分岐路１４に対する流路制御弁の
現在の開口面積Ｓが目標開口面積SSよりも小さ
なときには第１２図に示すように開口面積が目標
開口面積SSに達するまでパルス巾が順次一定巾
づつ増大せしめられる。従つてソレノイド４３に
印加されるパルスのデユーテイーサイクルが次第
に増大するために負圧ダイアフラム装置３０の負
圧室３４内の負圧は次第に大きくなり、斯くして
流路制御弁２２が回動して目標開口面積SSとな
る。なお、第１３図からわかるように機関低負荷
低速運転時、機関高負荷低速運転時並びに機関低
負荷高速運転時にはＳ−Ｒフリツプフロツプ６１
の出力電圧が継続的に低レベルとなるためにソレ
ノイド４３が消勢されつづけ、斯くして流路制御
弁２２が第２分岐路１５を全開し続けると共に第
１分岐路１４を閉鎖し続ける。一方、機関高速高
負荷運転時にはＳ−Ｒフリツプフロツプ６１の出
力電圧が継続的に高レベルとなるためにソレノイ
ド４３が付勢されつづけ、斯くして流路制御弁２
２が第１分岐路１４を全開し続けると共に第２分
岐路１５を全閉し続ける。

上述したように吸入空気量の少ない機関低負荷
低速運転時、機関高負荷低速運転時並びに機関低
負荷高速運転時には流路制御弁２２が第１分岐路
１４を全閉すると共に第２分岐路１５を全開す
る。このとき入口通路部Ａ内に送り込まれた混合
気の一部が主分岐路１３内に流入し、残りの混合
気は入口通路部Ａから渦巻部Ｂ内に流入して渦巻
部Ｂ内に旋回流を発生する。一方、主分岐路１３
内に流入した混合気は第２分岐路１５を介して出
口開口１９か渦巻開始部Ｄ内に流出し、出口開口
１９から流出する混合気によつて渦巻部Ｂ内に発
生した旋回流が増勢される。このようにして増勢
された旋回流は旋回しつつ燃焼室４内に流入し、
斯くして燃焼室４内には強力な旋回流が発生せし
められる。一方、吸入空気量が多い機関高速高負
荷運転時には流路制御弁２２が第１分岐路１４を
全開すると共に第２分岐路１５を全閉する。従つ
てこのとき入口通路部Ａ内に送り込まれた混合気
の一部がまつすぐに延びる流れ抵抗の小さな主分
岐路１３並びに第１分岐路１４を介して渦巻部Ｂ
内に送り込まれ、残りの混合気が入口通路部Ａか
ら渦巻部Ｂ内に流入する。第１分岐路１４の出口
開口１７から流出する混合気は入口通路部Ａから
渦巻部上壁面１８に沿つて流れる混合気流に正面
から衝突してこの混合気流を減速させ、斯くして
旋回流が弱められる。このように機関高速高負荷
運転時には流れ抵抗の小さな主分岐路１３並びに
第１分岐路１４を介して大量の混合気が渦巻部Ｂ
内に送り込まれ、更に入口通路部Ａから渦巻部Ｂ
内に流入した混合気による旋回流が弱められるの
で高い充填効率を確保することができる。また、
入口通路部Ａに傾斜側壁部９ａを設けることによ
つて入口通路部Ａに送り込まれた混合気の一部は
下向きの力を与えられ、その結果この混合気は旋
回することなく入口通路部Ａの下壁面に沿つて渦
巻部Ｂ内に流入するために流入抵抗は小さくな
り、斯くして高速高負荷運転時における充填効率
を更に高めることができる。

一方、第１２図において曲線S₁と曲線S₀の間の
領域では曲線S₁からS₂，S₃を経て曲線S₀に向かう
に従つて、即ち吸入空気量が増大するに従つて第
１分岐路１４に対する流路制御弁２２の開口面積
が徐々に大きくなる。吸入空気量が少ないときに
は安定した燃焼を確保するために強力な乱れを燃
焼室４内に発生せしめることが必要であるが吸入
空気量が増大すると自然発生の乱れが強力となる
ためにむしろ旋回流のような強制的な乱れを抑制
することが必要とされ、更に吸入空気量が増大す
るにつれて出力抵下をひき起こす充填効率の低下
を阻止することが必要となる。従つて吸入空気量
が増大するにつれて第１分岐路１４の開口面積を
徐々に大きくすると共に第２分岐路１５の開口面
積を徐々に小さくすることによつて旋回流の発生
を抑制しつつ充填効率の低下が阻止され、斯くし
て吸入空気量に応じた最適の旋回流と高い充填効
率を確保することができる。

以上述べたように本発明によれば機関低速低負
荷運転時、機関低負荷高速運転時並びに機関高負
荷低速運転時には強力な旋回流を燃焼室内に発生
せしめることができるので安定した燃焼を確保で
きると共に特に機関高負荷低速運転時にノツキン
グの発生を抑制することができる。また機関高速
高負荷運転時には旋回流の発生を抑制しつつ高い
充填効率を確保することができるので高出力を得
ることができる。更に、機関中負荷中速運転時に
は吸入空気量の増大に応じて弱められる最適の旋
回流と高い充填効率を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る内燃機関の平面図、第２
図は第１図の−線に沿つてみた断面図、第３
図はヘリカル型吸気ポートの形状を示す斜視図、
第４図は第３図の平面図、第５図は第４図のヘリ
カル型吸気ポートの平面断面図、第６図は第４図
の−線に沿つてみた断面図、第７図は第４図
の−線に沿つてみた断面図、第８図は第４図
の−線に沿つてみた断面図、第９図は流路制
御装置の全体図、第１０図は流路制御装置の作動
を説明するためのフローチヤート、第１１図は電
磁制御弁のソレノイドに印加されるパルスを示す
線図、第１２図はスライド弁の開口面積を示す図
である。 ５……吸気弁、６……吸気ポート、１３……主
分岐路、１４……第１分岐路、１５……第２分岐
路、２２……流路制御弁、３０……負圧ダイアフ
ラム装置、３７……電磁制御弁、５０……電子制
御ユニツト。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 吸気弁周りに形成された渦巻部と、該渦巻部
   に接線状に接続されかつほぼまつすぐに延びる入
   口通路部とにより構成された吸気ポートにおい
   て、上記入口通路部から分岐された主分岐路を更
   に第１分岐路と第２分岐路に分岐して該第１分岐
   路を上記渦巻部の渦巻終端部に連結すると共に該
   第２分岐路を渦巻開始部に連結し、上記第１分岐
   路と第２分岐路の分岐部に該第１分岐路並びに第
   ２分岐路内に流入する空気量を制御する流路制御
   弁を設けた吸気ポートの流路制御装置。