JPH0235133B2 - - Google Patents

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JPH0235133B2
JPH0235133B2 JP59060918A JP6091884A JPH0235133B2 JP H0235133 B2 JPH0235133 B2 JP H0235133B2 JP 59060918 A JP59060918 A JP 59060918A JP 6091884 A JP6091884 A JP 6091884A JP H0235133 B2 JPH0235133 B2 JP H0235133B2
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valve
speed
low
intake port
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Shunichi Aoyama
Takashi Fujii
Manabu Kato
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Nissan Motor Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 ＜技術分野＞ 本発明は、内燃機関のアイドリング時等の燃焼
改善技術に関する。
＜背景技術＞ 従来のこの種の公知技術としては、例えば第１
図〜第３図に示すようなものがある。これは気筒
毎に２個ずつ備えられた吸気弁１，２の開時期を
変え、これら吸気弁１，２に通じる２つの吸気ポ
ート３，４を独立して設けると共に、排気弁５と
のオーバラツプの大きな高速用の吸気弁２が装着
された吸気ポート４に開閉弁６を設け、アイドリ
ング時等低速では前記開閉弁６を閉じて実質的な
バルブオーバラツプ期間における排気の吹き返し
を阻止し、燃焼の改善を図つている（参考文献：
特公昭47−31724号参照）。
しかしながら、このような従来の吸気ポートを
遮断する方式にあつては、開閉弁６下流の吸気ポ
ート４の容積が種々の制約から小さくすることは
困難で、シリンダ容積の15〜20％程度になる。こ
の部分の吸気ポート４容積が大きいと特に吸気負
圧の大きなアイドリング時に以下のような問題が
生じる。
吸気行程が終り、圧縮行程の初期に吸気弁２が
閉じた時点で吸気ポート４内には圧縮初期の混合
気が閉じ込められるが、該混合気の圧力はアイド
リング時であるから400mmHg程度の負圧の状態で
ある。このため、排気行程の期に吸気弁２が開く
と、排圧とこの負圧との差圧により、排気が吸気
ポート４内に流入し、吸気ポート４内は排圧近く
まで圧力上昇し、入り込んだ吸気ポート４容積の
約半分近くを占める排気（既燃ガス）が続く吸気
行程で燃焼室７内の混合気に混じる。特に、アイ
ドリング時は吸気量が少ないため混合気中に含ま
れる既燃ガス割合が大きく、これにより燃焼改善
効果は大幅に目減りしている。
＜発明の目的＞ 本発明はこのような従来の問題点に鑑みなされ
たもので、排気の吹き返し防止効果を高めること
により混合気中に混入する既燃ガス量を大幅に減
少させ、もつて、アイドリング時の燃焼改善効果
を高めた内燃機関の吸気装置を提供することを目
的とする。
＜発明の概要＞ このため、本発明は絞り弁下流の吸気通路から
分岐して、各気筒毎に吸気行程上死点近傍で開き
始める低速用吸気弁を装着した低速用吸気ポート
と、これより早く排気行程後期で開き始める高速
用吸気弁を装着した高速用吸気ポートとを備える
と共に、高速用吸気ポートにアイドリングを含む
低速領域で閉じ高速領域で開く開閉弁を備えた内
燃機関の吸気装置において、前記高速用吸気ポー
トの開閉弁下流部分と、絞り弁上流の吸気通路部
分とを空気流量調整手段を介装した連通路を介し
て接続した構成とする。
そして、かかる構成とすることにより、アイド
リング等の低速領域で低速用吸気弁が開く前に高
速用吸気ポート内を新気の導入によつて大気圧近
くまで高めて低速用吸気弁開後の排気の逆流を効
果的に抑制し、もつて燃焼性能改善効果を高める
ようにしたものである。
＜実施例＞ 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明す
る。
第１の実施例を示す第４図〜第７図において図
示しない排気ターボ過給機を搭載した内燃機関１
１の吸気通路１２は絞り弁１３下流において分岐
し、各気筒の燃焼室１４に至る低速用及高速用の
吸気ポート１５Ａ，１５Ｂが形成され、これら吸
気ポート１５Ａ，１５Ｂに夫々後述するように開
閉時期を設定した低速用及び高速用の吸気弁１６
Ａ，１６Ｂが介装される。又、燃焼室１４に接続
する排気ポート１７Ａ，１７Ｂが形成され、これ
らは下流側で合流して一本の排気通路となる。排
気ポート１７Ａ，１７Ｂには夫々排気弁１８Ａ，
１８Ｂが介装されている。そして、第６図に示す
ように、前記低速用の吸気弁１６Ａは低速用のカ
ム１９Ａに当接従動し、吸気行程上死点近傍で開
き始め、吸気行程下死点近傍で閉じ、一方、高速
用の吸気弁１６は高速用のカム１９Ｂに当接従動
し、排気行程期の吸気上死点前30゜付近から開き
始め、圧縮行程半ば付近で閉じる。又、排気弁１
８Ａ，１８Ｂは夫々同一形状のカム２０Ａ，２０
Ｂに当接従動して膨張行程後期から開き始め吸気
行程初期に閉じる。前記各気筒毎の低速用、高速
用の吸気ポート１５Ａ，１５Ｂには、高速用の吸
気ポート１５Ｂ側にバタフライ式の開閉弁２１を
装着したバルブチヤンバ２２が介装されている。
各気筒毎の開閉弁２１の支軸２１ａのバルブチヤ
ンバ２２から突出した一端部にはレバー２３が固
定され、該レバー２３を夫々一本のロツド２４に
定間隔毎に軸支し、該ロツド２４の一端部にリン
ク２５を介してダイヤフラム式アクチユエータ２
６の出力ロツド２６ａが連結される。
前記アクチユエータ２６は出力ロツド２６ａを
固定したダイヤフラム２６ｂにより圧力作動室２
６ｃが電磁弁２７、チエツクバルブ２８を介装し
た信号空気圧導入管２９により空気圧力源に接続
され、電磁弁２７とチエツクバルブ２８との間に
は空気圧力源からの供給空気を畜圧するエアリザ
ーバ３０が介装されている。又、アクチユエータ
２６のダイヤフラム２６ｂにより他側に仕切られ
た大気圧室２６ｄにはリターンスプリング２６ｅ
が装着される。
開閉弁２１上流の吸気通路１２には排気ターボ
過給機のコンプレツサの過給圧を検出する圧力セ
ンサ３１からの過給圧信号がコントロールユニツ
ト３２に入力される。コントロールユニツト３２
は過給圧が機関回転速度の上昇に対して急増する
インターセプト点付近（機関回転速度で2000rpm
付近）に設定された所定値未満の時は前記電磁弁
２７への出力OFFとし、所定値以上でONとする
ように切換制御する。
電磁弁２７は、非通電時即ち過給圧が所定値未
満の時は、上流側の信号空気圧導入管２９に接続
されたポート２７ａを遮断しつつ下流側の信号空
気圧導入管２９に接続されたポート２７ｂを大気
圧ポート２７ｃと連通させ、過給圧が所定値以上
の通電時は大気圧ポート２７ｃを遮断しつつ、両
ポート２７ａ，２７ｂ間を連通させるように切換
動作する。
したがつて、前記アクチユエータ２６は、過給
圧が所定値未満での低速領域では、圧力作動室２
６ｃが電磁弁２７を介して大気圧と等しくなつて
いるため、リターンスプリング２６ｅの付勢力に
より出力ロツド２６ａが最短位置まで引き込ま
れ、この位置でリンク２５、ロツド２４、レバー
２３を介して開閉弁２１を全閉状態に保持する。
又、過給圧が所定値以上の高速領域では、圧力作
動室２６ｃに電磁弁２７を介してエアリザーバ３
０内の高圧空気が導入され、これにより出力ロツ
ド２６ａがリターンスプリング２６ｅの付勢力に
抗して延び出し、リンク２５、ロツド２４、レバ
ー２３の作動を介して各気筒の開閉弁２１を支軸
２１ａ回りに回動させて全開とするようになつて
いる。
また、アクチユエータ２６の出力ロツド２６ａ
が延び出した時に押圧されてONとなるアクチユ
エータ２６の作動完了モニター用のリミツトスイ
ツチ３３が設けてあり、その信号がコントロール
ユニツト３２に入力される。
そして、本発明に係る構成として、前記バルブ
チヤンバ２２壁を貫通して形成された大気導入孔
２２ａと絞り弁１３上流の吸気通路１２壁を貫通
して形成された空気流出孔１２ａとが下流端部に
オリフイス３４を介装した連通管３５によつて接
続される。
次に、燃料供給系統について説明すると、各気
筒毎の低速用の吸気ポート１５Ａに電磁式のフユ
ーエルインジエクタ３６が介装され、前記コント
ロールユニツト３２からの出力により、第７図に
示すように排気行程半ば、したがつて、低速用の
吸気弁１６Ａが開く前に開弁し、機関運転状態に
基づいて演算された量の燃料が噴射される。
尚、噴射タイミングは、図示しないデイストリ
ビユータからコントロールユニツト３２に入力さ
れるクランク角信号によつて設定される。
次に、本実施例の一連の作用を説明する。
圧力センサ３１によつて検出される排気ターボ
過給機の過給圧が所定値未満の低速領域において
は、電磁弁２７がOFFとされ、アクチユエータ
２６の出力ロツド２６ａは引き込まれ、各気筒の
開閉弁２１は全閉位置にある。
この状態で、絞り弁１３上流の吸気通路１２は
大気圧を上回り、一方アイドリング等の低負荷条
件では絞り弁１３下流側の高速用吸気ポート１５
Ｂは負圧となつているため、大気圧に近い新気が
連通管３５を介してオリフイス３４により調量さ
れて高速用吸気ポート１５Ｂ内に流入する。
したがつて、高速用吸気ポート１５Ｂ内の圧力
は第６図に示すように、高速用吸気弁１６Ｂが閉
じて燃焼室１４からの負圧の影響が断たれた後
は、新気の流入により徐々に昇圧して大気圧に近
づく。
そして、高速用吸気弁１６Ｂが開くまでに高速
用吸気ポート１５Ｂ内圧力は大気圧近くまで上昇
しており、一方、高速用吸気弁１６Ｂが開かれる
時、燃焼室１４内には残留排気が略大気圧に近い
状態で満たされているため、引続き排気行程上死
点に至るまでに燃焼室１４内の残留排気は高速用
吸気ポート１５Ｂへの吹き返しを抑制され、大部
分は排気ポート、１７Ａ，１７Ｂへ排出される。
この結果、引き続く吸気行程において燃焼室１
４内に流入する排気の割合を可及的に減少でき、
燃焼改善効果を十分に高めることができるのであ
る。
尚、大気の導入量を調整するためのオリフイス
３４の口径は、高速用の吸気弁１６Ｂが閉じてい
る機関１回転余りの期間（アイドリング時の
600rpmでは0.1秒程度）で開閉弁２１下流の高速
用吸気ポート１５Ｂを大気圧に十分近づけるのに
必要なだけの大きさに設定すればよく、開閉弁２
１下流の高速用吸気ポート１５Ｂの容積にもよる
が、１〜2φ程度で十分である。オリフイス３４
の口径を大きくし過ぎると、低速用吸気弁１６Ａ
の閉時期を高速用吸気ポート１５Ｂより吸気下死
点に近づけると共に、低速全負荷時の吸気の高速
用吸気ポート１５Ｂへの吹き返しを開閉弁２１を
閉じて阻止することにより充填効率の向上を図ろ
うとしても、連通管３５を介して絞り弁１３上流
の吸気通路１２へ逆流を生じてしまい、十分な効
果が得られない。また、吸気行程中にオリフイス
３４を通じて流入する吸気量が大きいと、絞り弁
１３を閉じて吸気量を絞ろうとる場合の限度を超
えて最小吸気量を制御することが困難となる。
以上の点を考慮してオリフイス３４の口径は必
要最小限に設定すべきであり、その場合、カーボ
ン等の詰まりが一般的には問題となり得るが、吸
気行程中には空気はオリフイス３４を音速で通過
するため、汚れに対して自浄力が強く実際上問題
はない。
尚、本実施例のように過給機を備えたものでは
オリフイス３４の口径の調整だけでは最小吸気量
の調整が難しくなる場合があるため、アイドリン
グ時以外は連通管３５を遮断する電磁弁等を設け
る構成としてもよい。
因みに、連通管３５を設けない場合、開閉弁２
１下流の高速用吸気ポート１５Ｂは第６図に点線
で示すように高速用吸気弁１６Ｂが閉じると高速
用吸気ポート１５Ｂへのガスの出入りがなくなる
ため、次に高速用吸気弁１６Ｂが開くまでの間、
一定の負圧に保たれる。したがつて高速用吸気弁
１６Ｂが開くと排気行程末期に有る燃焼室１４内
の大気圧に近い排気が高速用吸気ポート１５Ｂ内
に急速に逆流し、開閉弁２１下流の高速用吸気ポ
ート１５Ｂ容積の半分近くを排気が大気圧に近い
状態で残留し、続く吸気行程で一気に膨張して燃
焼室１４内に流入する。この場合、例えば、開閉
弁２１下流の高速用吸気ポート１５Ｂの容積がシ
リンダ行程容積の20％、シリンダ隙間容積が12％
程度である。
したがつて、特にアイドリング時等は燃焼室１
４に吸入される吸気中に占める残留排気の割合は
相当大きなものとなり、開閉弁２１を閉じること
による燃焼改善効果が小さいことが明らかであ
る。
次に、燃焼系統の作用を説明する。
第６図に示すようにアイドリング等の低速領域
においては低速用吸気弁１６Ａが開いた直後に燃
焼室１４から低速用吸気ポート１５Ａに吸気が音
速で逆流する。これは、第８図に示すように、ア
イドリング時には、前記したようにオリフイス３
４から流入する新気により高速用吸気ポート１５
Ｂ内は大気圧に近い新気で満たされているが、低
速用吸気弁１６Ａが開くと低速用吸気ポート１５
Ａ内は吸気負圧（500mmHg）程度に等しくなつて
いるため、高速用吸気ポート１５Ｂ内の新気が差
圧により燃焼室１４から低速用吸気ポート１５Ａ
内に音速で瞬間的に吹き返すために生じる新気の
逆流現象である。
ここで、この吹き返した新気は続く吸気行程で
再び燃焼室内に吸入されるが、この場合はピスト
ンの下降による吸入であり、アイドリング時には
流速は非常に小さい。
この点に鑑み、本実施例では前記したようにフ
ユーエルインジエクタ３６を低速用吸気ポート１
５Ａに装着し、かつ、燃料の噴射時期を低速用吸
気弁１６Ａの開弁前に設定してある。即ち、低速
用吸気ポート１５Ａ内に噴射された燃料はその後
に生じる新気の吹き返しにより、一旦上流方向に
吹き戻された後、吸気行程で再び燃焼室１４内に
吸入されることになるため、この間に霧化を著し
く促進されることになる。かかる燃料の霧化促進
により、前記排気の吹き返し防止効果と相まつて
アイドリング時等低速時の燃焼性能を大幅に向上
することができるのである。
尚、この場合、新気の吹き返しを利用するため
には低速用絞り弁１６Ａの開弁時期を避けて燃料
噴射を行えばよいから、例えば一方の気筒が圧縮
行程で他方の気筒が排気行程にあるときに、両気
筒に同時噴射することも可能であるが、各気筒毎
に排気行程下死点近傍で噴射するのが最もよい。
また、開閉弁２１が閉じた状態で排気の吹き返
しを抑制できることにより、排気による開閉弁２
１の支軸２１ａのステイツク等の問題も回避する
ことができる。
一方、過給圧が所定値を上回る高速領域では、
電磁弁２７が通電されてアクチユエータ２６の圧
力作動室２６ｃに空気圧力源からの高圧空気が供
給される。これにより、アクチユエータ２６の出
力ロツド２６ａが延び出し、リンク２５、ロツド
２４、レバー２３の作動を介して開閉弁２１が支
軸２１ａ回りに回動して高速用の吸気ポート１５
Ａを開通させる。
この場合、低速用吸気弁１６Ａに比べて開時期
が早く閉時期は大幅に遅くした高速用吸気弁１６
Ｂを併用して吸気が行われるため、有効圧縮比の
減少により吸気の圧縮上死点温度の上昇を抑制し
てノツキングの発生を抑制しつつ、慣性過給の利
用と高速用吸気ポート１５Ｂ開通による吸気流通
抵抗減少とにより充填効率を向上させて最高出力
の増大を図ることができる。
尚、本実施例は過給機付内燃機関に適用したも
のを示したが過給機を備えない機関にも本発明を
適用できることはいうまでもない。
＜発明の効果＞ 以上説明したように、本発明によれば低速領
域、特にアイドリング時に開閉弁下流の高速用吸
気ポートに大気圧に近い新気を導入することによ
つて排気の吹き返しを効果的に防止でき、もつて
燃焼性能を改善して燃費及び機関の安定性等を大
幅に向上させることができるという効果が得られ
る。
【図面の簡単な説明】
第１図は従来の内燃機関の吸気装置の一例を示
す要部平面図、第２図は同上装置の吸・排気弁の
リフト特性を示すグラフ、第３図は同上装置の要
部縦断面図、第４図は本発明の一実施例の全体概
要を示す構成図、第５図は同上実施例の要部平面
図、第６図は同上実施例の各部の特性を示すグラ
フ、第７図は同じく別の部分の特性を示すグラ
フ、第８図Ａ，Ｂは同上実施例におけるアイドリ
ング時の吸気の流れ状態を示す縦断面図及び平断
面図である。 １１……内燃機関、１２……吸気通路、１３…
…絞り弁、１５Ａ……低速用吸気ポート、１５Ｂ
……高速用吸気ポート、１６Ａ……低速用吸気
弁、１６Ｂ……高速用吸気弁、２１……開閉弁、
２３……レバー、２４……ロツド、２５……リン
ク、２６……ダイヤフラム式アクチユエータ、２
７……電磁弁、２９……信号空気圧導入管、３０
……エアリザーバ、３１……圧力センサ、３２…
…コントロールユニツト、３４……オリフイス、
３５……連通管。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. １ 絞り弁下流の吸気通路から分岐して各気筒毎
    に吸気行程上死点近傍で開き始める低速用吸気弁
    を装着した低速用吸気ポートと、これより早く排
    気行程後期で開き始める高速用吸気弁を装着した
    高速用吸気ポートとを備えると共に、前記高速用
    吸気ポートにアイドリングを含む低速領域で閉
    じ、高速領域で開く開閉弁を備えた内燃機関の吸
    気装置において、前記高速用吸気ポートの開閉弁
    下流部分と、絞り弁上流の吸気通路部分とを空気
    流量調整手段を介装した連通路を介して接続した
    ことを特徴とする内燃機関の吸気装置。
JP59060918A 1984-03-30 1984-03-30 内燃機関の吸気装置 Granted JPS60204918A (ja)

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