JPH0627799Y2 - 内燃機関の吸気装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［考案の目的］ （産業上の利用分野） この考案は、絞り弁下流の吸気通路に燃焼室内のスワー
ルを制御する制御弁が設けられた内燃機関の吸気装置に
関する。

（従来の技術） 一般に、内燃機関においては、吸気量の少ないアイドリ
ング等低・中負荷運転域では燃焼室内にスワールを生成
させて燃焼効率を向上させる一方、吸気量の多くなる高
負荷運転域ではスワールを抑えて吸気充填効率を向上さ
せる必要がある。このため、従来では絞り弁下流の吸気
通路で吸気弁の直前に制御弁を設け、低負荷域にはこの
弁を閉じて吸気にスワールを与え、高負荷域にはこの弁
を開いてスワールを抑えるように構成したものがある。

ところが、このものは、暖機時に比べ濃混合気で且つ燃
料の粒径が大きい冷機時に低負荷状態となっている場合
には、燃焼室内のスワールによって燃料が燃焼室壁に飛
ばされてしまい、クウェンチ部分が増大し、また、点火
プラグ近傍は逆に燃料分布が希薄となるため失火しやす
いものとなり、運転性はもとより、未然ガスが増大する
という課題がある。

このため、従来では、実開昭６１−７３０２５号公報に
示すように、制御弁が閉じる機関の低負荷域において、
機関冷機時には制御弁を暖機後の弁開度より開き方向に
設定するよう構成し、燃焼室内のスワールを弱めてい
る。

（考案が解決しようとする課題） しかしながら、このような従来の内燃機関の吸気装置
は、制御弁を中負荷域に最適なスワールを生成すべく半
開状態付近に設定した場合、制御弁と吸気通路内壁との
上下の隙間から流出した吸気同志が、燃焼室に入る前に
衝突してスワールは弱まり、吸気充填効率が低下すると
いう課題がある。

そこでこの考案は、低温低負荷域での燃焼室内壁への燃
料付着を抑制し、且つ中負荷域でのスワールが弱められ
ることを防止した内燃機関の吸気装置の提供を目的とす
る。

［考案の構成］ （課題を解決するための手段） 前述した課題を解決するために、この考案は、絞り弁下
流の吸気通路に、この吸気通路を概ね機関の低負荷域で
閉じ中・高負荷域で開き比較的小さい面積の切欠部を有
する第１の制御弁と、該第１の制御弁上流に位置し、同
じく前記吸気通路を概ね機関の低・中負荷域で閉じ高負
荷域で開き比較的大きい面積の切欠部を有する第２の制
御弁とを互いに直列に設け、前記第１，第２の各制御弁
を機関温度に対応して制御する制御手段を設ける構成と
した。

（作用） このような構成において、機関の低負荷域には第１，第
２の両制御弁は共に全閉となり、吸気は両制御弁の切欠
部を通って燃焼室内に強力なスワールを生成させ、中負
荷域には小さい面積の切欠部を有する第１の制御弁が開
き吸気は閉じたままの第２の制御弁の切欠部を通って低
負荷域より弱い中負荷領域に最適なスワールを生成させ
る。高負荷域に達すると第１，第２の両制御弁は共に開
き吸気は多量に燃焼室に供給され、吸気充填効率が向上
する。そして、第１，第２の各制御弁の開閉制御は機関
温度に対応して行われるので、例えば機関の冷機時低負
荷域に、第１，第２の各制御弁を暖機時低負荷域に比べ
て開き方向に設定することでスワールが弱まり、燃料の
壁流化が防止される。

（実施例） 以下、図面に基づきこの考案の実施例を説明する。

第１図はこの考案の一実施例の吸気装置を示すものであ
る。シリンダヘッド３には、吸気ポート５および排気ポ
ート７がそれぞれ形成され、各ポート５，７は吸気弁
９，排気弁１１によってそれぞれ開閉される。

シリンダヘッド３に装着される吸気マニホールド１３近
傍の吸気ポート５内には、シリンダヘッド３に対し回動
可能に取付けられる弁軸１５に固定され燃焼室内のスワ
ールを制御する第１の制御弁１７が設けられている。第
１の制御弁１７の全閉時での吸気ポート上壁側には、比
較的小さい面積の切欠部１７ａが形成されている。一
方、吸気マニホールド１３内の通路１９内の第１の制御
弁１７に近接した位置には、吸気マニホールド１３に対
し回動可能に取付けられる弁軸２１に固定され燃焼室内
のスワールを制御する第２の制御弁２３が設けられてい
る。上記吸気ポート５および通路１９により吸気通路を
構成する。第１，第２の両制御弁１７，２３の全閉時で
の第１の制御弁１７の切欠部１７ａと吸気通路方向略同
一部位の第２の制御弁２３には、比較的大きい面積の切
欠部２３ａが形成されている。

第１，第２の各制御弁１７，２３が固定されている弁軸
１５，２１はアクチュエータ２５に連結されて回動制御
され、アクチュエータ２５はマイクロコンピュータ等か
らなる制御手段としてのコントロールユニット２７によ
って作動制御される。コントロールユニット２７は機関
温度としての冷却水温度を検出する図示しない水温セン
サの出力信号Ｔ_Ｗおよび負荷センサとしての絞り弁開度
センサの出力信号Ａが入力される。なお、符号２８にて
示すものは点火プラグである。

このような構成の内燃機関の吸気装置における第１，第
２の各制御弁１７，２３の制御動作を第２図のフローチ
ャートに基づいて説明する。まず、冷却水温Ｔ_Ｗが所定
値Ｔ以下か否かが判断され（ステップ３０１）、Ｔ_Ｗ≦
Ｔ即ち冷却水温度が低く機関が冷機状態のときは、ステ
ップ３０３に進んで絞り弁開度Ｐｄが所定値Ｐ_２以下か
否が判断される。ここでＰｄ≦Ｐ_２即ち機関が低・中負
荷域のときは、第１の制御弁１７を全開にする一方、第
２の制御弁２３を全閉にする（ステップ３０５）。この
結果、吸気は閉弁状態の第２の制御弁２３の比較的大き
な切欠部２３ａを通って吸気ポート５に導かれるので、
燃焼室内で低スワールが生成される。これにより、暖機
時に比べて濃混合気で且つ燃料粒径の大きい冷機時であ
っても、燃料は燃焼室内壁面にスワールによって飛ばさ
れにくくなり付着しにくくなる。また、スワールが弱ま
ることで点火プラグ２８近傍も燃料の希薄化が生じにく
くなるため、大幅な燃焼改善が可能となり、運転性，燃
費，排出ガス特性が大きく向上する。

前記ステップ３０３でＰｄ＞Ｐ_２即ち機関が高負荷域の
ときには、第１，第２の両制御弁１７，２３を全開とし
（ステップ３０７）、これにより吸気充填効率が向上す
る。

また、前記ステップ３０１でＴ_Ｗ＞Ｔ即ち冷却水温度が
高まり機関が暖機された後は、絞り弁開度Ｐｄが所定値
Ｐ_１以下か否かが判断される（ステップ３０９）。ここ
でＰｄ≦Ｐ_１即ち絞り弁開度が小さく低負荷域のとき
は、第１，第２の両制御弁１７，２３を全閉とする（ス
テップ３１１）。この結果、吸気は第２の制御弁２３の
切欠部２３ａから第１の制御弁１７の比較的小さな切欠
部１７ａを経て吸気ポート５に導かれるので、暖機後低
負荷域に見合った強力なスワールが燃焼室内に生成さ
れ、燃焼効率が向上する。

前記ステップ３０９でＰｄ＞Ｐ_１即ち絞り弁開度が大き
くなり低負荷域でないときは、Ｐｄ≧Ｐ_３か否か即ち高
負荷域か否かが判断され（ステップ３１３）、ここでＰ
ｄ≧Ｐ_３であれば第１，第２の両制御弁１７，２３を全
開として（ステップ３１５）、高負荷域での吸気充填効
率を向上させる。また、Ｐｄ＜Ｐ_３即ち中負荷域のとき
は、前述した冷機時低負荷域と同様に、第１の制御弁１
７を全開にする一方、第２の制御弁２３を全閉にする
（ステップ３０５）。この結果、吸気は第２の制御弁２
３の切欠部２３ａを通って中負荷域に最適なスワールが
燃焼室内に生成され、従来のようにこの中負荷域におい
て、半開状態での制御弁と吸気通路壁との隙間から流出
する吸気同志の衝突によるようなスワールの減衰はな
く、中負荷域に最適なスワールが得られ燃焼が改善され
る。

第３図は他の実施例の制御動作を示すフローチャートで
ある。この例は、機関の極低温時には負荷条件によらず
第１，第２の両制御弁１７，２３を全開にするものであ
る。即ち、ステップ４０１で冷却水温Ｔ_Ｗが極めて低い
と判断されたとき（Ｔ_Ｗ≦Ｔ_１）には、第１、第２の両
制御弁１７，２３を全開にし（ステップ３０７）、冷機
時より更にスワールを弱めて冷機時より更に増量され且
つ粒径の大きくなる燃料の燃焼室壁への付着が防止され
ると共に、点火プラグ２８近傍での燃料の希薄化も防止
される。機関が極低温でないとき（Ｔ_Ｗ＞Ｔ_１）は、ス
テップ３０１に進み第２図と同様の制御動作を行う。

第４図は更に他の制御動作例を示すフローチャートであ
り、冷却水温Ｔ_Ｗが機関の冷機時に相当する所定水温Ｔ
以下では第１，第２の両制御弁１７，２３を全開にする
一方、所定水温Ｔ未満では負荷に応じた制御を行うよう
にしたものである。即ち、まずＴ_Ｗ≦Ｔか否かが判断さ
れ（ステップ５０１）、Ｔ_Ｗ≦Ｔであれば、第１，第２
の両制御弁１７，２３を全開にし（ステップ５０３）て
スワールを弱め、増量され且つ粒径が大きくなる燃料の
燃焼室壁への付着および点火プラグ２８近傍の燃料の希
薄化が防止される。

前記ステップ５０１でＴ_Ｗ＞Ｔ即ち機関の暖機後には、
Ｐｄ≦Ｐ_１か否かが判断され（ステップ５０５）、Ｐｄ
≦Ｐ_１即ち低負荷域であれば第１，第２の両制御弁１
７，２３を全閉にし（ステップ５０７）、燃焼室内に強
力なスワールを生成させ燃焼効率を向上させる。

前記ステップ５０５でＰｄ＞Ｐ_１のとき（低負荷域でな
いとき）は、Ｐｄ≧Ｐ_３か否かが判断され（ステップ５
０９）、Ｐｄ≧Ｐ_３即ち高負荷域であれば第１，第２の
両制御弁１７，２３を全開にする（ステップ５０３）。
これにより、多量の吸気が流れ吸気充填効率が向上す
る。Ｐｄ＜Ｐ_３のとき即ち中負荷域のときには、第１の
制御弁１７を全開にする一方、第２の制御弁２３を全閉
にする（ステップ５１１）。これにより、吸気は第２の
制御弁２３の比較的大きな切欠部２３ａを通り、燃焼室
内には中負荷域に最適なスワールが生成される。

第５図および第６図は他の実施例を示している。この実
施例は第１の制御弁１８の切欠部１８ａの面積は、第２
の制御弁２３の切欠部２３ａの面積より小さいままであ
るが、前述の実施例中の第１の制御弁１７の切欠部１７
ａの面積より大きく形成したものである。その他の構成
は前述の実施例と同様であり、前述の実施例と同一構成
要素には同一符号を付してある。

この場合は、機関暖機時の低負荷域には、第１の制御弁
１８および第２の制御弁２３は共に全閉となる。このた
め、吸気は第２の制御弁２３の切欠部２３ａを通った後
第１の制御弁１８の比較的小さな面積の切欠部１８ａか
ら吸気ポート５に流出し、燃焼室内に強力なスワールを
生成する。これにより燃焼効率が向上する。一方、冷機
時の低・中負荷域にあっては、第１の制御弁１８は全開
で、第２の制御弁２３は全閉となる。このため、吸気は
第２の制御弁２３の比較的面積の大きな切欠部２３ａか
ら吸気ポート５に流出し、燃焼室内には前述した暖機時
に比べて弱いスワールが生成される。この結果、暖機時
に比べて増量され粒径の大きくなる冷機時の燃料が、ス
ワールによって燃焼室壁側へ飛ばされにくくなり、燃焼
室壁への付着も抑制される。また、スワールが弱まるこ
とで点プラグ２８近傍も燃料の希薄化が生じにくくなる
ため、大幅な燃焼改善が可能となる等、前述の実施例と
同様の効果を奏する。

暖機後の中負荷域には、前述した冷機時低負荷域同様、
第１の制御弁１８は全開、第２の制御弁２３は全閉とな
る。このため、吸気は第２の制御弁２３の切欠部２３ａ
を通って中負荷域に最適なスワールが燃焼室内に生成さ
れ、従来のようにこの中負荷域でのスワールが最適状態
より弱まるようなことはなく、燃焼が改善される。

高負荷域には第１，第２の両制御弁１８，２３は共に全
開となり、多量の吸気が流入して吸気充填効率が向上す
る。

なお、第２の制御弁２３は第６図に示すように全閉時α
°傾いた状態となっているが、第１の制御弁１８同様吸
気通路に対して直角となるようにしてもよい。但し、実
験結果によれば、傾けた方が燃焼室内のスワールは均一
となり、より一層の燃焼改善が図られ、特に冷機時での
効果が大きいことが確認されている。これは第１図に示
した実施例および後述する第７図に示す実施例について
も同様である。

第７図は独立の吸気ポート５ａ，５ｂおよびこれに連通
する通路１９ａ，１９ｂをそれぞれ２つ備えると共に、
吸気弁９ａ，９ｂを２つ備えた機関にこの考案を適用し
たものである。この実施例は、第２の制御弁２３が固定
された弁軸２１に、通路１９ｂを開閉する第３の制御弁
２９を設けてある。この場合も第１，第２の制御弁１
８，２３は、前述の実施例と同様に開閉制御され、同様
の効果を奏する。また、第３の制御弁２９は第２の制御
弁２３と同様に開閉制御される。

なお、前述の各実施例において、運転条件は負荷センサ
に加えて機関回転数センサとの組み合せでもよく、ま
た、水温センサに代えて壁温センサとしてもよい。

更に、冷機時低・中負荷域にあっては、第２の制御手段
２３を全開するとともに第１の制御１７，１８を全開と
して弱いスワールを生成するのであるが、第１の制御弁
１７，１８は半開にしても同様の作用効果を奏する。

［考案の効果］ 以上説明してきたようにこの考案によれば、共に切欠部
を有する第１，第２の各制御弁を冷機時低負荷域には燃
焼室内のスワールを弱めるよう開閉制御するようにした
ので、増量され粒径の大きくなる冷機時での燃料の壁流
化は抑制され、燃燃が改善される。また、中負荷域には
第１の制御弁を全開にする一方、第２の制御弁を全閉に
し、吸気を第２の制御弁の比較的大きな切欠部を通過さ
せるようにしたので、従来のように半開状態での制御弁
と吸気通路壁との隙間から流出する吸気同志の衝突によ
るようなスワールの減衰はなく、中負荷域に最適なスワ
ールが得られ、良好な燃焼が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの考案の一実施例の内燃機関の吸気装置の平
断面図、第２図は同制御動作を示すフローチャート、第
３図および第４図は他の制御動作例を示すフローチャー
ト、第５図は他の実施例の内燃機関の吸気装置の平断面
図、第６図は同縦断面図、第７図は更に他の実施例の内
燃機関の吸気装置の平断面図である。 ５……吸気ポート（吸気通路） １７……第１の制御弁 １７ａ……切欠部、１９……通路（吸気通路） ２３……第２の制御弁、２３ａ……切欠部 ２７……コントロールユニット（制御手段）

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】絞り弁下流の吸気通路に、この吸気通路を
   概ね機関の低負荷域で閉じ中・高負荷域で開き比較的小
   さい面積の切欠部を有する第１の制御弁と、該第１の制
   御弁上流に位置し、同じく前記吸気通路を概ね機関の低
   ・中負荷域で閉じ高負荷域で開き比較的大きい面積の切
   欠部を有する第２の制御弁とを互いに直列に設け、前記
   第１，第２の各制御弁を機関温度に対応して制御する制
   御手段を設けたことを特徴とする内燃機関の吸気装置。