JPH0650153A - エンジンの吸気制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 吸気制御弁を全閉にして運転できる領域を拡
大でき、もって燃費率改善効果の得られる運転領域を拡
大できるエンジンの吸気制御装置を提供する。 【構成】 吸入空気を加圧供給する過給手段と、吸気通
路１７の面積を可変制御する吸気制御弁２１と、該吸気
制御弁２１を、低吸入空気量時には閉位置に回動させ、
高吸入空気量時には開位置に回動させ、上記過給手段
を、エンジンの低速回転時には低速時過給状態とし、エ
ンジンの高速回転時には高速時過給状態とする切換制御
手段（ＣＰＵ）３５とを備えたエンジンの吸気制御装置
を構成する。この場合に、上記過給手段を、エンジンの
低速回転時に慣性過給効果が得られる低速用通路２９
と、エンジンの高速回転時に慣性過給効果が得られる高
速用通路２８と、該両通路を切り換える切換弁３１と、
これの駆動源３２，３４とで構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、吸気通路面積を可変制
御するようにしたエンジンの吸気制御装置に関し、詳細
には吸気通路面積を絞った場合の吸気抵抗による吸入空
気量の減少を補償できるようにしたものに関する。

【０００２】

【従来の技術】エンジンの燃費率の向上を図るには、吸
気量の少ない運転領域でも吸気の流速を高めることによ
り燃焼室内に例えばタンブル（縦渦）を発生させ、燃焼
を安定化させるのが効果的であることが知られている。
このようなタンブルを発生できる吸気制御装置として、
本出願人は、吸気通路の底壁内に吸気制御弁を回動自在
に配設し、低吸入空気量時には吸気通路の底壁側部分を
絞り込むことにより吸入空気を天壁側に偏らせて流し、
もって吸入空気を燃焼室中心側から縦方向に流入させる
ようにした吸気制御装置を提案している（例えば特願平
３−１１１１８２号）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで上記提案に係
る吸気制御装置は、上述のように低吸入空気量時、つま
りスロットル弁開度の小さい運転領域では吸気制御弁を
閉じることにより吸気通路面積を絞り込んでタンブルを
発生させ、これにより燃焼を安定化させるようにしてい
る。ところがこの吸気制御弁はその作動領域の設定如何
によっては吸気抵抗となり、そのため同じスロットル弁
開度において吸気制御弁を備えていない場合に比較する
と吸気量が少なくなり、エンジン出力が低下する懸念が
ある。

【０００４】この問題を回避するため上記提案に係る吸
気制御装置では、スロットル弁開度が例えば１／１０程
度以下の狭い運転域においてのみ吸気制御弁を全閉にす
るようにしており、その作動領域は狭いものであった。
そこで吸気制御弁の作動領域（全閉にする運転領域）を
拡大することにより、燃費率改善効果の得られる領域を
拡大することが要請される。

【０００５】本発明は、上記実情に鑑みてなされたもの
で、吸気制御弁を全閉にして運転できる領域を拡大で
き、もって燃費率改善効果の得られる運転領域を拡大で
きるエンジンの吸気制御装置を提供することを目的とし
ている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、吸入
空気を加圧供給する過給手段と、吸気通路面積を可変制
御する吸気制御弁と、該吸気制御弁を、低吸入空気量時
には閉位置に回動させ、高吸入空気量時には開位置に回
動させ、上記過給手段を、エンジンの低速回転時には低
速時過給状態とし、エンジンの高速回転時には高速時過
給状態とする切換制御手段とを備えたことを特徴とする
エンジンの吸気制御装置である。

【０００７】請求項２の発明は、請求項１において、上
記過給手段が、エンジンの低速回転時に慣性過給効果が
得られる低速用通路と、エンジンの高速回転時に慣性過
給効果が得られる高速用通路と、該高速，低速用通路を
切り変える切換弁と、該切換弁の駆動源とから構成され
ており、上記切換制御手段が、上記過給手段に、低速回
転時には低速用通路を、高速回転時には高速用通路を選
択させるように構成されていることを特徴としている。

【０００８】ここで本発明における過給手段には、上記
吸気通路長を切り換える構造の他に、スーパーチャージ
ャーが採用可能である。

【０００９】

【作用】本発明に係るエンジンの吸気制御装置によれ
ば、低吸入空気量時には、切換制御手段が、吸気制御弁
を閉側に回動させて吸気通路面積を絞り込むので、吸入
空気量が少ないにもかかわらず吸気流速が速くなり、タ
ンブルの発生を可能にして燃焼の安定化を図り、ひいて
は燃費率を向上できる。

【００１０】そして低速回転時には切換制御手段が過給
手段を低速時過給状態とするので、上記吸気通路面積を
絞り込んだことによる吸気抵抗の増加をこの過給による
吸気量の増加で補償できる。そのため吸気制御弁によっ
て吸気通路面積を絞り込むことのできる運転域が、スロ
ットル弁開度で例えば１／１０程度から１／６程度まで
拡大する。その結果、燃費率改善効果の得られる範囲が
拡大する。

【００１１】また高吸入空気量時には、切換制御手段
が、吸気制御弁を開側に回動させるので、吸気制御弁に
起因する吸気抵抗の増大を回避でき、充分な吸気量を確
保できる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて
説明する。図１及び図２は本発明の一実施例によるエン
ジンの吸気制御装置を説明するための図であり、図１は
該実施例装置の概略構成図、図２は本実施例の効果を説
明するためのエンジン回転数−トルク−スロットル弁開
度の関係を示す特性図である。

【００１３】図１において、１は水冷式４サイクル４バ
ルブエンジンであり、これはクランクケース上にシリン
ダブロック３，シリンダヘッド４を積層してヘッドボル
トで締結し、該シリンダヘッド４のヘッドカバー側合面
４ｉにヘッドカバー５を装着した構造のものである。上
記シリンダブロック３のシリンダボア３ａ内に摺動自在
に挿入されたピストン７はコンロッド８でクランク軸
（図示せず）に連結されている。

【００１４】上記シリンダヘッド４のシリンダブロック
側合面４ａには燃焼室を構成する燃焼凹部４ｂが凹設さ
れている。この燃焼凹部４ｂには吸気弁開口４ｃ，排気
弁開口４ｄがそれぞれ２つずつ開口している。この各排
気弁開口４ｄには排気弁１０が、各吸気弁開口４ｃには
吸気弁１１がそれぞれ各開口を開閉可能に配置されてい
る。この排気，吸気弁１０，１１の上端には排気，吸気
リフタ１２，１３がそれぞれ装着されており、また該各
リフタ１２，１３上には、これを押圧駆動する排気，吸
気カム軸１４，１５が気筒軸と直角方向に向けて、かつ
互いに平行に配設されている。

【００１５】上記２つの排気弁開口４ｄは二股状の排気
通路１６でシリンダヘッド４の前壁４ｆ側に導出されて
おり、また上記各吸気弁開口４ｃは二股状の吸気通路１
７でシリンダヘッド４の後壁４ｇ側に導出されている。
この吸気通路１７はカム軸方向に見ると（図１参照）、
上記吸気弁開口４ｃからシリンダ後壁４ｇ側に円弧状に
屈曲した後、略直線状に延びている。

【００１６】上記吸気通路１７の吸気弁開口近傍の屈曲
部１７ｂには、円形の弁穴１７ｃがカム軸方向に貫通形
成されている。この弁穴１７ｃの軸線は該吸気通路１７
の底壁の表面付近に位置しており、そのため、この弁穴
１７ｃの吸気通路１７内部分は略半円状になっている。

【００１７】上記弁穴１７ｃ内には、吸気通路１７の通
路断面積を変化させるための吸気制御弁２１が回動自在
に挿入配設されている。この吸気制御弁２１は丸棒から
なり、各吸気通路１７の下部内面と連続面をなすよう切
り欠き形成された弁部２１ａを有している。そしてこの
吸気制御弁２１は、上記弁部２１ａが弁穴１７ｃ内に没
入して吸気通路内面と面一となる全開位置と、上記弁部
２１ａが底壁面から略垂直に起立して吸気通路１７を略
１／２に絞り込む全閉位置との間で回動可能となってい
る。この場合、上記弁部２１ａの外周面が上流側に位置
するように回動する。

【００１８】上記吸気制御弁２１の下流側には仕切板２
０が配設されている。この仕切板２０は上記吸気通路１
７の略中心線に沿って吸気弁開口４ｃ直近まで延びてお
り、かつ該吸気通路１７と略同じ幅を有している。また
この仕切板２０の上流端は、全閉位置に回動した吸気制
御弁２１の弁部２１ａの上端部に当接してこれの外周面
と略連続面をなすようになっている。これにより上記仕
切板２０は吸気通路１７の吸気制御弁下流側を天壁側通
路と底壁側通路とに画成している。

【００１９】上記吸気制御弁２１の端部は吸気通路外方
に突出しており、この突出端部には制御プーリ２２が固
着されている。この制御プーリ２２は制御モータ２３に
固着された駆動プーリ２４にケーブル２５で連結されて
いる。

【００２０】上記吸気通路１７の壁面開口には吸気マニ
ホールド２６が接続されている。この吸気マニホールド
２６は、全気筒に共通の１つのサージタンク２７と、各
気筒毎に一対ずつ設けられた高速用通路２８，及び低速
用通路２９とを一体形成してなるものである。上記サー
ジタンク２７には１つの外気導入口２７ａが一体形成さ
れており、該導入口２７ａはスロットル弁３０で開閉可
能となっている。

【００２１】上記高速用通路２８の長さは、通路長Ｌ１
がエンジンの高速回転時において上記低速用通路２９と
協働して慣性過給効果が得られる長さになるように設定
されている。また上記低速用通路２９は上記高速用通路
２８の途中に合流しており、その長さは、通路長Ｌ２が
エンジンの低速回転時において慣性過給効果が得られる
長さになるように設定されている。そして上記高速用通
路２８の低速用通路合流部の上流側には切換弁３１が配
設されている。

【００２２】上記切換弁３１の弁軸の外端に固着された
駆動アーム３１ａには、ダイヤフラム弁３２の駆動ロッ
ド３２ａが連結されている。このダイヤフラム弁３２の
負圧室３２ｂは負圧導入通路３３を介して上記サージタ
ンク２７に連通されている。そしてこの負圧導入通路３
３の途中にはソレノイドバルブ３４が介設されている。

【００２３】３５はＣＰＵ（切換制御手段）であり、こ
れはエンジン回転数信号ａ，スロットル弁開度信号ｂが
入力され、上記制御モータ２３，上記ソレノイドバルブ
３４にそれぞれ制御信号Ａ，Ｂを出力する。この制御信
号Ａは上記吸気制御弁２１を、所定のエンジン回転数，
スロットル弁開度以下の低吸入空気量時には全閉位置に
回動させ、所定回転数，所定開度を越えた高吸入空気量
時には全開位置に回動させるるように設定されている。
また、上記制御信号Ｂはソレノイドバルブ３４を、低吸
入空気量時には閉に、高吸入空気量時には開にするよう
設定されており、これにより切換弁３１は低吸入空気量
時には閉，高吸入空気量時には開となる。

【００２４】次に本実施例装置の作用効果について説明
する。本実施例装置では、ＣＰＵ３５からの制御信号Ａ
によって制御モータ２３が吸気制御弁２１を開閉制御
し、またＣＰＵ３５からの制御信号Ｂによってソレノイ
ドバルブ３４がダイヤフラム弁３２を介して切換弁３１
を開閉制御する。

【００２５】まず低速・低負荷時のような低吸入空気量
時には、制御モータ２３が上記制御信号Ａによって吸気
制御弁２１を図１に示すに全閉位置に回動させ、該吸気
制御弁２１の弁部２１ａが吸気通路１７の底壁側を絞り
込む。またソレノイドバルブ３４が上記制御信号Ｂによ
って閉となり、ダイヤフラム弁３２が切換弁３１を図１
に実線で示す閉位置に回動させる。これにより吸気はサ
ージタンク２７から低速用通路２９を通り、吸気制御弁
２１，及び仕切板２０によって天壁側通路を偏って流
れ、燃焼室内にその中央部がら縦方向に方向性を持って
流入する。これによりタンブルが発生し、その結果低吸
入空気量時にも燃焼が安定化する。

【００２６】またこの場合、上記吸気制御弁２１，及び
仕切板２０によって吸気通路１７を略１／２に絞り込ん
でいるので、それだけ吸気抵抗が増加し、吸気量が減少
することが懸念される。しかし本実施例では、吸気は低
速回転時において慣性過給効果の得られる通路長Ｌ２を
有する低速側通路２９を通って流れるので、慣性過給に
よって吸気量の増加が図れる。この慣性過給による吸気
量の増加によって吸気抵抗による吸気量の減少を補償す
ることが可能である。

【００２７】また高速・高負荷時のような高吸入空気量
時には、制御モータ２３が上記制御信号Ａによって吸気
制御弁２１を全開位置に回動させ、該吸気制御弁２１の
弁部２１ａが吸気通路１７の下部内面と面一となる。ま
たソレノイドバルブ３４が上記制御信号Ｂによって開と
なり、ダイヤフラム弁３２が切換弁３１を図１に二点鎖
線で示す開位置に回動させる。これにより吸気はサージ
タンク２７から低速用通路２９，及び高速用通路２８の
両方を通り、吸気通路１７の全域を偏ることなく流れ、
燃焼室内に流入する。この場合に吸気制御弁２１が吸気
抵抗となることは無く、また吸気の一部が高速時に慣性
過給効果の得られる通路長Ｌ１を有する高速用通路２８
を通って流れることから充分な吸気量が得られる。

【００２８】このように本実施例では、低速回転かつ低
吸入空気量時には吸気制御弁２１を全閉するとともに、
吸気通路を低速用通路２９に切り換えるようにしたの
で、吸気抵抗の増加による吸気量の減少を慣性過給によ
る吸気量の増加で補償できる。

【００２９】図２は本実施例の効果を説明するための特
性図であり、図中、エンジン回転数Ｎは低速用，高速用
吸気通路の切り換えポイントを示し、この回転数以下で
は低速用通路２９が、この回転数を越えた場合は上記低
速用通路２９に加えて高速用通路２８が選択される。

【００３０】また実線で示す特性カーブＣ１，Ｃ２は吸
気制御弁を全開とし、スロットル弁開度をそれぞれ１／
１０，１／６とした場合のトルクカーブであり、破線で
示す特性カーブＣ１′，Ｃ２′は吸気制御弁２１を全閉
とした場合のトルクカーブである。同図から、スロット
ル弁開度を１／６程度に設定した状態で吸気制御弁２１
を全閉にするとトルクが低下していることが判る。この
トルク低下を回避するため上記提案装置ではスロットル
弁開度が１／１０程度以下の場合にのみ吸気制御弁２１
を全閉としていた。

【００３１】これに対して本実施例では、エンジン回転
数Ｎ以下では、吸気通路を低速用通路２９側に切り換え
たので、その慣性過給効果によって吸気量の低下が補償
される。その結果吸気制御弁２１を全閉にしながら特性
カーブＣ２に示すのと同等のトルク特性が得られる。従
って、スロットル弁開度が１／６においてもトルク低下
をきたすことなく吸気制御弁２１を全閉運転でき、それ
だけ燃費率改善効果の得られる運転域が拡大されたこと
となる。

【００３２】また特性カーブＣ３′は吸気制御弁２１を
全開にした状態でのトルクカーブであり、本実施例では
エンジン回転数Ｎ以下では吸気通路を低速用通路２９側
に切り換えたので、その慣性過給効果によって吸気量が
増大し、特性カーブＣ３に示すトルク特性が得られる。

【００３３】図３，図４は上述のタンブルを発生させる
とともに、このタンブルの両側部分に別の空気流を流す
ようにした例であり、図中、図１と同一符号は同一又は
相当部分を示す。

【００３４】吸気通路１７のシリンダ壁開口部にはキャ
ブジョイント４０を介して気化器４１が接続されてお
り、該気化器４１の吸込口にはエアクリーナ４２が接続
されている。上記気化器４１は、スロットルグリップで
開閉操作されるスロットル弁４１ａと、エンジンの吸気
負圧で自動的にベンチュリ通路４１ｂの面積を変化させ
るピストンバルブ４１ｃとを有する自動可変ベンチュリ
式のものである。なお、４１ｄはアイドリング時の燃料
を計量するパイロットノズルである。

【００３５】そして上記ベンチュリ通路４１ｂの上記パ
イロットノズル４１ｄと反対側でかつスロットルバルブ
４１ａより上流側には空気導入通路４３の上流端が開口
している。この導入通路４３は上記キャブジョイント４
０部分で吸気通路１７の左，右側壁に分岐し、吸気制御
弁２１の両側部分まで延び、その下流端は弁部２１ａ部
分に連通可能に開口している。

【００３６】低吸入空気量時には、スロットル弁４１
ａ、ピストンバルブ４１ｃともその開度が小さくなって
おり、燃料は主にパイロットノズル４１ｄから供給され
る。また吸気制御弁２１は全閉位置に回動しており、こ
れにより上記パイロットノズル４１ｄからの燃料が混合
された混合気は吸気通路１７の天壁側に偏って流れ、燃
焼室内にてタンブルが発生する。そしてこのとき、燃料
がほとんど混合されていない空気が空気導入通路４３を
通って吸気制御弁２１の弁部２１ａから上記タンブルの
両側に位置するように流入する。

【００３７】このように燃焼室の中心部には濃いＡ／Ｆ
の混合気が流入し、その両側にはほとんど空気だけの流
れが生じる。その結果、高濃度と低濃度の二層流とな
り、全体として希薄の混合気を安定して燃焼させること
ができる。

【００３８】

【発明の効果】以上のように本発明係るエンジンの吸気
制御装置によれば、低吸入空気量時には、吸気通路面積
を絞り込むとともに過給するようにしたので、吸気通路
面積を絞り込んだことによる吸気抵抗の増加を過給によ
る吸気量の増加で補償でき、そのため吸気制御弁によっ
て吸気通路面積を絞り込むことのできる運転域を拡大で
き、その結果、燃費率改善効果の得られる範囲を拡大で
きる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例による吸気制御装置の概略構
成図である。

【図２】上記実施例の効果を説明するためのエンジン回
転数−トルク特性図である。

【図３】上記実施例の変形例を示す断面側面図である。

【図４】上記変形例の断面平面図である。

【符号の説明】

１ エンジン １７ 吸気通路 ２１ 吸気制御装置 ２６ 吸気マニホールド（過給手段） ２８ 高速用通路 ２９ 低速用通路 ３１ 切換弁 ３５ ＣＰＵ（切換制御手段）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 吸入空気を加圧供給する過給手段と、吸
   気通路面積を可変制御する吸気制御弁と、上記吸気制御
   弁を、必要空気量の少ない低吸入空気量時には閉位置に
   回動させ、必要空気量の多い高吸入空気量時には開位置
   に回動させ、上記過給手段を、エンジンの低速回転時に
   は低速時過給状態とし、エンジンの高速回転時には高速
   時過給状態とする切換制御手段とを備えたことを特徴と
   するエンジンの吸気制御装置。
2. 【請求項２】 請求項１において、過給手段が、エンジ
   ンの低速回転時に慣性過給効果が得られる低速用通路
   と、高速回転時に慣性過給効果が得られる高速用通路
   と、該高速，低速用通路を切り換える切換弁と、該切換
   弁の駆動源とから構成されており、上記切換制御手段
   が、上記過給手段に、低速回転時には低速用通路を、高
   回転時には高速用通路を選択させるように構成されてい
   ることを特徴とするエンジンの吸気制御装置。