JPH0261325A - 内燃機関の充填効率向上方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は内燃機関の充填効率向上方法に関する。

〔従来の技術〕

主吸気弁を介して燃焼室内に連結された主吸気通路と、
副吸気弁を介して燃焼室内に連結された副吸気通路を具
備し、副吸気弁と排気弁のオーバーラツプ期間を主吸気
弁と排気弁のオーバーラップ期間よりも長く設定し、機
関高負荷運転時に開弁する吸気制御弁を副吸気通路内に
配置した内燃機関が公知である（特公昭４７−３１７２
４号公報参照）。

この内燃機関では機関低負荷運転時に排気弁とのオーバ
ーラップ期間が短かい主吸気弁を介して混合気を燃焼室
内に供給することにより充填効率を高めるようにし、機
関高負荷運転時には排気弁とのオーバーラツプ期間が長
い副吸気弁からも混合気を燃焼室内に供給することによ
り充填効率を高めるようにしている。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで−船釣に機関低速運転時にはオーバーラツプ期
間が短かいほど充填効率が向上し、機関高速運転時には
オーバーラツプ期間が長いほど充填効率が向上すると云
われており、従って上述の内燃機関では機関負荷に応じ
てオーバーラップ期間を変えることにより機関の低負荷
運転時および高負荷運転時においてできる限り充填効率
を高めようとしている。

ところが実際にはオーバーラツプ期間を長くしたときの
充填効率は基本的にはオーバーラップ時における排気ポ
ート内の圧力に依存しており、オーバーラツプ時に排気
ポート内に負圧が発生するときのみオーバーラツプ期間
を長くすることによって充填効率を向上せしめることが
できる。即ぢ、オーバーラップ時に排気ポート内に負圧
が発生していればオーバーラツプ期間を長くすることに
よって燃焼室内の多量の既燃ガスが排気ポート内に吸い
出されるのでそれだけ燃焼室内への吸入空気の流入量が
増大し、斯くして充填効率を高めることができる。これ
に対してオーバーラツプ時に排気ポート内に正圧が発生
していればオーハーラ。

プ朋間を長くすると多量の排気ガスが排気ポートから燃
焼室内に逆流し、かえって充填効率が低下する。このよ
うにオーバーラップ期間を長くすることによって充填効
率を高めることができるのはオーバーラツプ時に排気ポ
ート内に負圧が発生しているときである。従って上述の
内燃機関のように排気ポート内における圧力変動を考慮
せず、単に機関高負荷運転時に排気弁とのオーバーラッ
プ期間が長い副吸気弁から混合気を供給せしめても必ず
しも充填効率を高めることはできない。

〔課題を解決するための手段〕

上記問題点を解決するために本発明によれば吸気通路長
により定まる周期で吸気ポート内に正圧と負圧とが交互
に発生し、排気通路長により定まる周期で排気ポート内
に正圧と負圧とが交互に発生ずる内燃機関において、吸
気弁と排気弁のオーバーラツプ時に排気ポート内に正圧
が発生する機関回転数のときには吸気弁と排気弁のオー
バーラツプ期間を短かくすると共に吸気弁開弁期間中に
吸気ポート内に正圧が発生するようにし、吸気弁と排気
弁のオーバーラップ時に排気ポート内に負圧が発生する
機関回転数のときには吸気弁と排気弁のオーバーラツプ
期間を長くするようにしている。

〔作　用〕

オーバーラップ時に排気ポート内に正圧が発生している
ときにはオーバーラツプ期間を短がくして排気ポートか
ら燃焼室内への排気ガスの逆流を防止すると共に吸気弁
開弁期間中に吸気ボ、−ト内に正圧が発生するようにし
て充填効率を高め、オーバーラツプ時に排気ポート内に
負圧が発生しているときにはオーバーラツプ期間を長く
して排気ガスの吸い出し作用により充填効率を高める。

〔実施例〕

第３図を参照すると、■は機関本体、Ａは１番気筒、Ｂ
は２番気筒、Ｃは３番気筒、Ｄは４番気筒を夫々示す。

第１図および第２図に４番気筒りの拡大図を示す。なお
、他の気筒Ａ、Ｂ、Ｃも４番気筒りと同じ構造を有する
。第１図および第２図を参照すると、２はピストン、３
は燃焼室、４は点火栓、５は第１吸気弁、６は第１吸気
弁５を介して燃焼室３内に連結された主吸気ポート、７
は第２吸気弁、８は第３吸気弁、９は第２吸気弁７およ
び第３吸気弁８を介して燃焼室３内に連結された副吸気
ポート、１０．１１は排気弁、１２は排気ポートを夫々
示す。主吸気ポート６は主吸気枝管１３を介してサージ
タンク１４に連結され、副吸気ポート９は副吸気枝管１
５を介してサージタンク１４に連結される。第３図に示
されるようにサージタンク１４は吸気ダクト１６および
エアフローメータ１７を介してエアクリーナ１日に連結
され、吸気ダクト１６内にはスロットル弁１９が配置さ
れる。

第１図および第２図に示されるように各気筒Ａ。

Ｂ、Ｃ，Ｄの副吸気枝管１５内には夫々吸気制御弁２０
が配置され、これらの各吸気制御弁２０は共通の弁軸２
１上に固定される。第１図に示されるように弁軸２１の
端部にはアーム２２が固着され、アーム２２の先端部は
負圧ダイアフラム装置２３に連結される。負圧ダイアフ
ラム装置２３のダイアフラム負圧室は大気に連通可能な
電磁切換弁２４を介して負圧タンク２５に連結され、こ
の電磁切換弁２４は電子制御ユニット３０に接続される
。電子制御ユニット３０はディジタルコンピュータから
なり、双方向性バス３１によって相互に接続されたＲＯ
Ｍ　（リードオンリメモリ）３２、ＲＡＭ　（ランダム
アクセスメモリ）３３、ｃｐｕ（マイクロプロセッサ）
３４、入力ポート３５および出力ポート３６を具備する
。エアフローメータ１７は吸入空気量に比例した出力電
圧を発生し、この出力電圧はＡＤ変換器３７を介して入
力ポート３５に入力される。また、入力ポート３５には
機関回転数を表わす出力パルスを発生する回転数センサ
３８が接続される。一方、出力ポート３６は駆動回路３
９を介して電磁切換弁２４に接続される。電磁切換弁２
４の切換作用によって例えば負圧ダイアフラム装置２３
のダイアフラム負圧室が大気に開放されれば吸気制御弁
２０が全開せしめられ、負圧タンク２５に接続されれば
吸気制御弁２０が全閉せしめられる。第１図に示される
ように主吸気枝管１３内には主吸気ポート６内に向けて
燃料噴射を行なう主燃料噴射弁４０が取付けられ、副吸
気枝管１５内には副吸気ポート９内に向けて燃料噴射を
行なう副燃料噴射弁４１が取付けられる。主燃料噴射弁
４０からは常時燃料が噴射され、副燃料噴射弁４１から
は吸気制御弁２０が開弁したときに燃料が噴射される。

第３図に示す実施例では点火順序が１−３−４−２とな
っている。第３図に示されるように点火順序が一つおき
の１香気筒Ａと４番気筒りは夫々対応する排気管５０ａ
、５０ｄを介して共通の排気管５１に接続され、点火順
序が一つおきの２番気筒Ｂと３香気筒Ｃは夫々対応する
排気管５Ｑｂ、ｓｏｃを介して共通の排気管５２に接続
される。更に、各排気管５１　、５２は共通の排気管５
３に接続される。

各排気管５０ａ　、　５０ｂ　、　５０ｃ　、　５０ｄ
の長さはほぼ等しく、各排気管５１　、５２の長さはほ
ぼ等しい。従って排気管５１　、５２の合流部５４から
各排気管を経て各気筒Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄの排気弁１０　、
１１までの距離Ｍは全気筒Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄにおいて等し
くなる。

各気筒Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄの排気ポート１２内には点火順序
に従って順次排気ガスが排出され、従って各排気ポート
１２内には順次正圧が発生する。この正圧は各排気管を
経て順次下流側に伝播していく。第３図に示す実施例で
は各気筒Ａ、Ｂ、Ｃ。

Ｄから伝播する正圧波が合流部５４において互いに合流
するために各正圧波が合流部５４において互いに重畳せ
しめられ、その結果合流部５４はほぼ一定の正圧に維持
される。このように排気通路内に一定圧力となる場所が
存在すると一定圧力となる場所、即ち合流部５４を節と
し、排気弁１０゜１１周りの排気ポート１２内を腹とす
る一次定在波が発生する。従って排気ポート１２内に排
気ガスが排出されて排気ポート１２内が正圧になるとそ
の後排気通路長Ｍにより定まる一定の周期でもって排気
ポート１２内に負圧および正圧が交互に発生する。即ち
、各気筒Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄの排気ポート１２内の圧力は排
気脈動により一定の周期でもって正圧および負圧を繰返
すことになる。

同様なことが吸気側についても云える。即ち、各気筒Ａ
、Ｂ、Ｃ，Ｄの主吸気弁５が閉弁すると主吸気ポート６
内を第１吸気弁５に向けて流れていた吸入空気流が第１
吸気弁５により急にせき止められるために第１吸気弁５
周りの主吸気ポート６内の圧力は正圧となる。この正圧
は主吸気ポート６および主吸気枝管１３を介してサージ
タンク１４内に向けて伝播する。従って各気筒Ａ、Ｂ。

Ｃ，Ｄの主吸気ポート６内に順次発生した正圧波がサー
ジタンク１４内において合流して互いに重畳せしめられ
、その結果サージタンク１４内はほぼ一定圧となる。従
って吸気側では各主吸気枝管１３のサージタンク１４内
への開口部を節とし、第１吸気弁５周りの主吸気ポート
６を腹とする一次定在波が発生する。従って第１吸気弁
５が閉弁して主吸気ポート６内が正圧になるとその後主
吸気ポート６と主吸気枝管１３からなる吸気通路長りに
より定まる一定の周期でもって主吸気ポート６内に負圧
および正圧が交互に発生する。即ち、各気筒Ａ、Ｂ、Ｃ
，Ｄの主吸気ポート６内の圧力は吸気脈動により一定の
周期でもって正圧と負圧を繰返すことになる。

第４図は第１吸気弁５、第２吸気弁７、第３吸気弁８、
排気弁１０　、１１の開弁期間と、各気筒Ａ。

Ｂ、Ｃ，Ｄの排気ポート１２内に発生する圧力Ｐの変化
を示している。第４図かられかるように第１図から第３
図に示す実施例では第２吸気弁７および第３吸気弁８が
第１吸気弁５よりも先に開弁じ、第１吸気弁５よりも後
で閉弁する、従って第２、第３吸気弁７，８と排気弁１
０．１１とのオーバーラツプ期間は第１吸気弁５と排気
弁１０．１１とのオーバーラツプ期間よりも長くなる。

一方、第４図に示されるように排気弁１０．１１が開弁
すると排気ポート１２内の圧力は正圧となり、その後排
気ポート１２内の圧力は負圧と正圧を繰返す。これら負
圧と正圧は前述したように排気通路長Ｍにより定まる一
定の周期で発生し、従って機関回転数が低くなるほど、
即ち排気弁１０　、１１の開弁じている時間が長くなる
ほど正圧と負圧の繰返し数が多くなる。従ってオーパー
ラ、７プ時に排気ポート１２内に発生している圧力は機
関回転数に応じて変わってくる。第４図に示す実施例で
は機関低速運転時および機関高速運転時のオーバーラツ
プ時に排気ポート１２内に負圧が発生し、機関中速運転
時のオーバーラツプ時に排気ポート１２内に正圧が発生
するように排気通路長Ｍが定められている。

オーバーラップ時に排気ポート１２内に負圧が発生する
と燃焼室３内の既燃ガスが排気ポート１２内に吸い出さ
れ、それだけ燃焼室３内に供給される吸入空気量は増大
する。このときオーバーラツプ期間が長いほど（ノド気
ポート１２内に吸い出される既燃ガス量が増大し、斯く
して燃焼室３内に供給される吸入空気量が増大する。従
って第１図から第３図に示す実施例では第５図に示すよ
うに機関負荷Ｑ／Ｎ　（吸入空気量Ｑ／機関回転数Ｎ）
がＸよりも高い機関低速運転時（Ｎｌ　＜Ｎ＜Ｎ２）お
よび機関高速運転時（Ｎ３　＜Ｎ）には吸気制御弁２０
を開弁せしめてオーバーラツプ期間を長くするようにし
ており、その他の運転領域では吸気制御弁２０を閉弁せ
しめてオーバーラツプ期間を短かくするようにしている
。なお、第５図において横軸Ｎは機関回転数を示す。機
関負荷Ｑ／ＮがＸよりも小さいとき、即ち負荷Ｑ／Ｎが
小さいときには燃焼圧が低いために排気ポート１２内に
発生する正圧および負圧は小さく、従って既燃ガスの吸
い出し作用はあまり期待てきない。従って機関負荷Ｑ／
ＮがＸよりも小さいときは吸気制御弁２０を閉弁するよ
うにしている。また、第１図に示されるように主吸気ポ
ート６は燃焼室３の周辺部に接線状に連結されているの
で主吸気ポート６から流入する吸入空気によって燃焼室
３内には旋回流が発生せしめられる。従って機関負荷Ｑ
／ＮがＸよりも小さいときには吸気制御弁２０を閉弁せ
しめることによって強力な旋回流を燃焼室３内に発生せ
しめることができ、斯くして機関負荷が小さいときであ
っても良好な燃焼が得られるという利点がある。

第６図は吸気制御弁２０を制御するためのルーチンを示
しており、このルーチンは一定時間毎の割込みによって
実行される。

第６図を参照するとまず始めにステップ６０においてエ
アフローメータ１７および回転数センサ３８の出力信号
から機関負荷Ｑ／ＮがＸよりも大きいか否か。が判別さ
れる。Ｑ／Ｎ＜Ｘであればステップ６１に進んで吸気制
御弁２０が閉弁せしめられる。Ｑ／Ｎ＞Ｎであればステ
ップ６２に進んで機関回転数ＮがＮｌとＮ２の間にある
か否かが判別される。Ｎ　＋　＜　Ｎ　＜　Ｎ　ｚであ
ればステ・ンプ６４に進んで吸気制御弁２０が開弁せし
められる。

一方、Ｎ　＜　Ｎ　ｒ又はＮ、＞Ｎｚであればステップ
６３に進んで機関回転数ＮがＮ３よりも大きいか否かが
判別される。Ｎ＞Ｎｉであればステ・ツブ６４に進んで
吸気制御弁２０が開弁せしめられ、Ｎ　＜　Ｎ　３であ
ればステップ６１に進んで吸気制御弁２０が閉弁せしめ
られる。

第４図に示されるように機関中速運転時にはオーバーラ
ップ時に排気ポート１２内の圧力が正圧となり、このと
きには第５図のＮＺ　＜Ｎ＜Ｎ：ｌでかつＱ／Ｎ＞Ｘで
ある領域に示されるように吸気制御弁２０が閉弁せしめ
られる。このときには第１吸気弁１３のみから吸気空気
が燃焼室３内に供給されるためにオーバーラツプ期間は
短かくなる。

即ち、このときオーバーラツプ期間を長くすると排気ポ
ート１２から多量の排気ガスが燃焼室３内に逆流し、こ
れを防止するために吸気制御弁２０を閉弁せしめてオー
バーラツプ期間を短かくするようにしている。従ってこ
のときには既燃ガスの吸い出し作用による充填効率の向
上が図られない。

従って本発明ではこのときには吸気脈動を利用して充填
効率を高めるようにしている。即ち、前述したように主
吸気ポート６内には吸気通路長しにより定まる一定の周
期で正圧と負圧が繰返し発生しており、第１吸気弁５の
開弁期間中（特に吸気行程後半）に主吸気ポート６内に
正圧が発生すると主吸気ポート６内の圧力と燃焼室３内
の圧力との圧力差が大きくなるために燃焼室３内に供給
される吸入空気量が増大せしめられる。主吸気ポート６
内に正圧が発生する時期は機関回転数に依存しており、
従って第１図から第３図に示す実施例では機関回転数Ｎ
がＮｚ　＜Ｎ＜Ｎ３のときに第１吸気弁５の開弁期間中
に主吸気ポート６内に正圧が発生するように吸気通路長
しが定められている。

従ってＱ／Ｎ＞ＸでかつＮｚ　＜Ｎ＜Ｎ３である機関中
速高負荷運転時には既燃ガスの吸い出し作用ではなく、
吸気脈動によって充填効率が高められる。第５図に第１
吸気弁５のみから吸入空気を供給したときの充填効率η
９と機関回転数Ｎとの関係を示す。第５図かられかるよ
うに吸気脈動により充填効率η、がＮ２　＜Ｎ＜Ｎ３で
最大となる。

実際の内燃機関を考えると主吸気ポート６および主吸気
枝管１３が機関中速運転時に吸気脈動による充填効率η
９が最大となるような吸気通路長りを有することが構造
的にみて適切であり、従って第１図から第３図に示す実
施例では機関低高速運転時のオーバーラツプ時に排気ポ
ート１２内に負圧が発生するように排気通路長Ｍが定め
られている。なお、第５図に示されるようにＱ／Ｎ　＞
　ＸでかつＮ＜Ｎｌである低回転時およびアイドリング
運転時には吸気制御弁２０を閉弁せしめるようにしてい
る。これは吸気制御弁２０を閉弁することによって強力
な旋回流を燃焼室３内に発生せしめ、それによって良好
な燃焼を確保するためである。

本発明はオーバーラツプ時に排気ポート内に負圧が発生
するときにはオーバーラツプ期間を長くして既燃ガスの
吸い出し作用により充填効率を向上せしめ、オーバーラ
ツプ時に排気ポート内に正圧が発生するときにはオーバ
ーラップ期間を短かくすることにより燃焼室３内への排
気ガスの逆流を防止すると共に吸気脈動によって充填効
率を高めるようにしたことにある。従って各気筒が唯一
の吸気通路を有すると共に吸気弁の開弁時期を変更しう
る可変バルブタイミング装置を用いた場合にも本発明を
適用しうる。

〔発明の効果〕 排気脈動による既燃ガスの吸い出し作用と吸気脈動によ
る吸入空気の充填作用とを機関回転故に応じて選択的に
用いることにより機関高負荷運転時の全回転数領域に亘
って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図は内燃機関の一部の平面断面図、第２図は第１図
の内燃機関の側面断面図、第３図は第１図の内燃機関の
平面図、第４図は吸排気弁の開弁期間と排気ポート内の
圧力変化を示す線図、第５図は吸気制御弁の開閉領域と
体積効率を示す線図、第６図は吸気制御弁の制御ルーチ
ンを示すフローチャートである。 ５・・・第１吸気弁、　　　　６・・・主吸気ポート、
７・・・第２吸気弁、　　　８・・・第３吸気弁、９・
・・副吸気ポート、　　１０．１１・・・排気弁、１２
・・・排気ポート、　　２０・・・吸気制御弁。 処 第 図 口 第 図 Ｊ″ ヤ　　〉 トゝ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　吸気通路長により定まる周期で吸気ポート内に正圧と
   負圧とが交互に発生し、排気通路長により定まる周期で
   排気ポート内に正圧と負圧とが交互に発生する内燃機関
   において、吸気弁と排気弁のオーバーラップ時に排気ポ
   ート内に正圧が発生する機関回転数のときには吸気弁と
   排気弁のオーバーラップ期間を短かくすると共に吸気弁
   開弁期間中に吸気ポート内に正圧が発生するようにし、
   吸気弁と排気弁のオーバーラップ時に排気ポート内に負
   圧が発生する機関回転数のときには吸気弁と排気弁のオ
   ーバーラップ期間を長くするようにした内燃機関の充填
   効率向上方法。