JPH0692737B2 - 内燃機関のダブル吸気路の片通路休止装置 - Google Patents

内燃機関のダブル吸気路の片通路休止装置

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JPH0692737B2
JPH0692737B2 JP60099977A JP9997785A JPH0692737B2 JP H0692737 B2 JPH0692737 B2 JP H0692737B2 JP 60099977 A JP60099977 A JP 60099977A JP 9997785 A JP9997785 A JP 9997785A JP H0692737 B2 JPH0692737 B2 JP H0692737B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、内燃機関のダブル吸気路の片通路休止装置に
関し、ダブル吸気路の一方を常開用吸気路とし、他方を
低速時休止用吸気路とし、大容量空気室に対して常開用
吸気路の始端部を低速運転時には迂回路を介して連通
し、また、高速時には短絡路で短絡させて、低速運転時
でも常開用吸気路に吸気を集中させて、スワールを強く
するとともに、慣性過給を適正に行なつて体積効率をも
向上できるものを提供する。
〈従来技術〉 内燃機関のダブル吸気路の片通路休止装置の基本構造を
述べると、例えば、第１図および第４図に示すように、
内燃機関Ｅのエアクリーナに連通する大容量空気室72を
シリンダ室１に、常開用吸気路３と低速時休止用吸気路
２とを並列に介して連通し、内燃機関Ｅが低速運転状態
では、吸気路休止装置62の休止弁80が低速時休止用吸気
路２を閉じて、常開用吸気路３のみで吸気を行なうよう
に構成したものである。
一般に、低速運転時には、吸気が少なくなつて吸気速度
が低下し、スワールは弱くなりがちであるので、このス
ワールを強化しようとし、且つ、機関の回転数に応じて
体積効率を向上しようとする従来技術として、例えば、
実開昭59−152138号に係る考案がある。
即ち、この従来技術は、上記基本構造において、ダブル
吸気ポートに、二つの区分通路から成る吸気マニホール
ド及び共鳴管を接続し、当該区分通路の一方に吸気路休
止装置の休止弁を設けて、低速運転時には片方の吸気ポ
ートを閉じるものである。
〈発明が解決しようとする問題点〉 上記従来技術では、次の問題がある。
（イ）高速運転時の未燃焼有害成分の発生率・燃料消費
率が高い 上記従来技術では、上記常開用吸気路も低速時休止用吸
気路も、その基本形状がダイレクトポートなのかヘリカ
ルポートなのか、具体的には記載されていない。
この両吸気路がダイレクトポートである場合には、次の
問題がある。
常開用吸気路内および低速時休止用吸気路内では、吸気
の全部がストレートに通過し、スワールを発生させない
まま、シリンダ室へ流れ込む。
このため、シリンダ室内では充分に強力なスワールが発
生せず、空気と燃料との混合性能が低くて燃焼性能が低
く、燃焼排ガス中のHC・COなどの未燃有害成分の発生率
が高くなるうえ、燃料消費率も高くなる。
（ロ）未燃有害成分の発生率が高い、または低速運転時
の回転が不安定 常開用吸気路がダイレクトポートからなる場合、低速運
転時に回転が不安定になる。
すなわち、常開用吸気路内では、吸気の全部がストレー
トに通過し、スワールを発生させないままシリンダ室へ
流れ込むため、シリンダ室内でつよいスワールが発生し
にくく、空気と燃料との混合性能が悪く、燃焼排ガス中
の未燃有害成分の発生率が高くなるうえ、燃料消費率も
高くなる。
また、常開用吸気路がピュアーヘリカルポートからなる
場合、ここを通過する吸気の全部がスワールを発生させ
るときの吸気抵抗が大きいため、重点効率がさらに低下
して、トルク低下により回転が不安定になる。
（ハ）低速運転時の慣性過給性能の不足 機関に動的効果を及ぼそうとすれば、吸気弁が閉じる寸
前に吸気管内に生じた正の圧力波を吸気弁まで伝播させ
るように、吸気圧振動の周期を吸気弁開閉周期に適合さ
せることが必要である。
一般に、吸気圧力振動の固有振動数に同調する機関の回
転数Ｎは、吸気路の長さをＬ、吸気路の断面積をＡ、大
容量空気室から下流側の吸気路の容積をＶとすると、 で表わされる。
このため、機関の回転数（即ち、（１）式の左辺）が変
化すれば、これに合わせて（１）式の右辺をも変化させ
ねばならない。
従つて、上記従来技術においては、低速時運転時に休止
弁を全閉すると、吸気路断面積が小さくなる分だけ、常
開用吸気路に吸気が集中して吸気流速は大きくなるが、
吸気圧力振動の固有振動数（（１）の右辺）を決定する
変数のうち、吸気路の断面積Ａ及び容積Ｖを変化させ得
るだけなので、回転数に適合するように当該固有振動数
を適正に変えることは容易ではなく、シリンダ室への慣
性過給は不十分なままとなる。
よつて、実際的には、低速回転時において、スワールの
強化と同時に、慣性過給を充分に行なつて体積効率を向
上することには問題がある。
本発明は、上記問題点を解決することを技術的課題とす
る。
〈問題点を解決するための手段〉 上記課題を解決する手段を、実施例に対応する第１図乃
至第10図を用いて以下に説明する。
即ち、常開用吸気路３は、吸気の一部をダイレクトに通
過させるとともに、その残部をスワールにするパーシャ
リーヘリカルポートとして形成し、低速時休止用吸気路
２は吸気の全部をスワールにするピュアーヘリカルポー
トとして形成し、 パーシャリーヘリカルポートからなる常開用吸気路３と
大容量空気室72との間に吸気迂回路73を介在させるとと
もに、大容量空気室72を短絡路20を介して常開用吸気路
３に短絡し、短絡路20を吸気経路切換装置70の切換弁71
で開閉可能に構成し、吸気経路切換装置70は内燃機関Ｅ
が高速運転状態では切換弁71を開き、低速運転状態では
閉じるように構成したものである。
＜作 用＞ 本発明は、次のように作用する。
（イ）高速運転時の未燃有害成分の発生率・燃料消費率
の低減 内燃機関Ｅの高速運転時には、吸気路休止装置62の休止
弁80が開き、吸気の通路断面積は常開用吸気路３に低速
時休止用吸気路３を加えた広いものになるので、通気抵
抗が小さく、充填効率が高くて、高出力が得られる。
また、常開用吸気路３は、パーシャリーヘリカルポート
からなり、ここを通過する吸気の一部がスワールとな
る。しかも、低速時休止用吸気路２は、ピュアーヘリカ
ルポートからなり、ここを通過する吸気の全部がスワー
ルとなる。
これにより、シリンダ室内では充分に強力なスワールが
発生し、空気と燃料との混合性能が高くなり燃焼性能が
高く、燃焼排ガス中のHC・COなどの未燃有害成分の発生
率が小さくなるうえ、燃料消費率も低くなる。
（ロ）低速運転時の回転の安定性向上と未燃有害成分の
発生率の低減との両立 内燃機関Ｅの低速運転時には、休止弁が閉じ、吸気は常
開用吸気路３のみの狭いものになるので、通気抵抗が大
きいため、一般に充填効率が低下し、トルク低下によ
り、内燃機関Ｅの回転が不安定になり易い。
ここでかりに、常開用吸気路３がピュアーヘリカルポー
トからなる場合、ここを通過する吸気の全部がスワール
を発生させるときに吸気抵抗が大きいため、充填効率が
さらに低下して、トルク低下により回転が一層不安定に
なる。
また、常開用吸気路３がダイレクトポートからなる場
合、シリンダ室１内で強いスワールが発生しにくいた
め、空気と燃料との混合性能が悪く、燃焼排ガス中の未
燃有害成分の発生量が多くなるうえ、燃料消費率も高く
なる。
本発明では、常開用吸気路３がパーシャリーヘリカルポ
ートからなり、吸気の一部をダイレクトに通過する分だ
け、充填効率が高まって、トルクが高まり、低速運転時
の回転の安定性が向上する。
しかも、その吸気の残部がスワールになるので、シリン
ダ室１内で強いスワールが発生して、空気と燃料との混
合性能が高まり、燃焼排ガス中の未燃有害成分の発生率
が低減するうえ、燃料消費率も低減する。
（ハ）低速運転時の慣性過給性能の向上 低速運転時には、切換弁71を閉じるので、吸気は大容量
空気室72から迂回路73を大きく迂回して常開用吸気路３
に流入し、また、高速運転時には、切換弁71を開いて短
絡路20と常開用吸気路３を直接接続するので、吸気は大
容量空気室72から短絡路20を介して常開用吸気路３に短
絡する。
従つて、常開用吸気路３の管長は、高速時には短く、低
速時には長くなる。
このため、機関の回転数の増量により、吸気圧力振動の
圧力波の伝播経路を変化させて固有振動数を変えられる 〈発明の効果〉 本発明は、次の効果を奏する。
（イ）高速運転時の未燃有害成分の発生率・燃料消費率
の低減 内燃機関の高速運転時には、パーシャリーヘリカルポー
トからなる常開用吸気路内で、ここを流れる吸気の一部
がスワールとなるうえ、ピュアーヘリカルポートからな
る低速時休止用吸気路内で、これを流れる吸気の全部が
スワールとなるので、シリンダ室内で強いスワールが発
生し、空気と燃料との混合性能を高めて、燃焼排ガス中
のHC・COなどの未燃有害成分を低減できるとともに、燃
料消費率も低減できる。
（ロ）低速運転時の回転の安定性向上と、未燃有害成分
低減との両立 低速運転時において、パーシャリーヘリカルポートから
なる常開用吸気通路内を、吸気の一部がダイレクトに通
過する分だけ、充填効率を高めて、内燃機関の回転を安
定化させることができる。
しかも、その吸気の残部がスワールを発生させる分だ
け、混合性能を高めて燃焼性能を高め、燃焼排ガス中の
有害成分の発生量を低減させるとともに、燃料消費率も
低減させることが出来る。
（ハ）低速運転時の慣性過給性能の向上 低速運転時には一方の吸気路を閉じ、常開用吸気路のみ
に吸気を集中させて吸気流速を高め、もつてスワールを
強くできる。
そのうえ、機関速度の高・低によつて、ダブル吸気路の
容積、断面積に加えて、その長さという三つの要素を同
時に変化させることができるので、吸気圧力振動の固有
振動数を吸気弁の開閉周期に精確にマッチングさせるこ
とができる。
従つて、スワールを高めると同時に、慣性過給を充分に
行なつて、体積効率をも向上できる。
〈実 施 例〉 以下、本発明の実施例を図面に基いて説明する。
第１図は縦型ディーゼルエンジンの要部縦断側面図、第
２図は吸気用ロッカアーム軸周辺の要部縦断正面図、第
３図は同エンジンのシリンダヘッドの要部平面図、第４
図はシリンダヘッドの要部横断平面図であつて、縦型デ
ィーゼルエンジンＥはシリンダブロック16に適当間隔を
隔ててシリンダ室１を複数形成し、各シリンダ室１にピ
ストン17を上下動自在に内嵌する。
上記シリンダブロック16の上方にはシリンダヘッド６及
びヘッドカバー74を順次固定し、シリンダヘッド６の各
シリンダ室１に対応する部位に２本の吸気ポート２・３
と排気ポート22を開口し、シリンダ室１の中心に沿つて
ユニットインジェクタ嵌挿孔24を、また、排気ポート22
寄りにグロープラグ嵌挿孔25を各々空ける。
いま、シリンダ室１内に発生させようとする吸気スワー
ルがダブル吸気ポートの出口11と12とで挟まれる並列部
分間15を流れる方向を符号Ｂで表わすと、この方向Ｂを
基準としてその風上側に位置する吸気ポート２をピュア
ーヘリカルポートに、その風下側に位置する吸気ポート
３をパーシャリーヘリカルポートに各々形成する。
上記ダブル吸気ポートのうち、風上側のピュアーヘリカ
ルポート２は、第６図及び第７図に示すように、ポート
出口11の周辺を円筒状に高く立ち上げて、ポート入口７
から流入した吸気を当該ポート出口11でダイレクト成分
を殺し、円筒内壁11aに沿わせてシリンダ室１に略接線
状に吹き入れてスワールを発生させる。
また、風下側のパーシャリーヘリカルポート３は、第８
図及び第９図に示すように、ポート出口12の一部12aを
円筒状に立ち上げ、他の部分12bをポートの入口から出
口12へ直接的に吹き抜け可能に長孔状に形成して、吸気
の一部を当該長孔状部分12bからダイレクトにシリンダ
室１に入流せしめるとともに、残部吸気を内筒内壁12a
に沿わせてスワールを発生させる。
シリンダ室１に臨むピュアーヘリカルポート２の出口11
に吸気弁40を、パーシャリーヘリカルポート３の出口12
に吸気弁41を設けるとともに、排気ポート22の二つに分
かれたポート入口28・29には排気弁56・57を設ける。
シリンダヘッド６の上端壁35に立設した複数のブラケッ
ト36に吸気ロッカアーム軸37を軸架し、当該ロッカアー
ム軸37に吸気用ロッカアーム32を揺動自在に枢支する。
上記吸気用ロッカアーム32はクラッチ機構より成り吸気
路休止装置62を介して主動アーム32aと従動アーム32bを
係脱自在に連結して構成され、主動アーム32aに入力端3
4及び出力端58を、また、従動アーム32bに出力端59を各
々形成する。
この主動アーム32aの入力端34を後述のプッシュロッド3
1の上端31aに接当させ、その出力端58をパーシャリーヘ
リカルポート３に臨む吸気弁41の上端に接当させる。
また、従動アーム32bの出力端59をピュアーヘリカルポ
ート２に臨む吸気弁40の上端に接当させる。
ここで、上記吸気路休止装置62の構造を第２図に基いて
詳述する。
即ち、吸気ロッカアーム軸37の中央に貫通した通油孔44
の一端をディーゼルエンジンの潤滑油系内に組込んだブ
ースターポンプＰに接続し、通油孔44の中途部をロッカ
アーム軸の径方向に貫通する分岐通油孔45に連通する。
吸気ロッカアーム軸37のうち、二つのブラケット36・36
に挟まれた部位46の中央にユニットインジェクタ用ロッ
カアーム47を枢支し、これを両側から挟む形で主動アー
ム32a及び従動アーム32bを揺動自在に枢支する。
従動アーム32bの左方に油室48を設け、この油室48を上
記ロッカアーム軸の分岐通油孔45に接続するとともに、
当該アーム32bの右端にクラッチ爪50を形成する。
また、主動アーム32aの左端にクラッチ爪51を形成し、
このクラッチ爪51を上記従動アーム32bのクラッチ爪50
に係合可能に構成し、両クラッチ爪50・51の周方向複数
箇所にバネ室52を設ける。
当該バネ室52に弾圧バネ53を収容し、両アーム32a及び3
2bを引き離す方向に付勢する。
尚、符号82はバネ53のずれを矯正する芯材である。
一方、従動アーム32bの左端にはガイド54が外嵌し、ガ
イド54の左方を油室48に臨ませ、その右方をユニットイ
ンジェクタ用ロッカアーム47の係止壁55に接当可能に構
成する。
ここで、縦型ディーゼルエンジンＥの各気筒に設けた吸
気動弁機構の構造を述べると、シリンダブロック16の各
シリンダ室１の前方に沿つてクランク軸83と連動した吸
気動弁カム軸５を軸架し、シリンダブロック16及びシリ
ンダヘッド６に空けた嵌挿孔33にプッシュロッド31を遊
嵌し、プッシュロッド31の上端31aを上記吸気ロッカア
ーム32のうちの主動アーム入力端34に接当し、その下端
31bをタペット30及び進角装置18を介して吸気動弁カム
軸５に接当する。
上記吸気動弁カム軸５の前方で左右方向に亘つて共通伝
播軸19を軸架し、この伝動軸19に刻んだ歯車64をブース
ター65に進退自在に内嵌した駆動棒66の歯車67に噛み合
わせ、吸気動弁カム軸５の一端に取り付けた前述のブー
スターポンプＰを上記ブースター65に接続する。
そして、当該共通伝動軸19に吸気動弁装置４の進角装置
18と吸気経路切換装置70とを連動し、エンジン回転数に
応じて吸気弁の開弁時期を調整するとともに、吸気路の
経路長を変化させるのである。
上記吸気経路切換装置70は、ダブル吸気路の一方、即
ち、常開用吸気路３の途中部に設けた短絡路20と、これ
に臨む切換弁71とからなる。
シリンダヘッド６の前方に張り出した各シリンダ室１毎
のダブル吸気路２・３は、左右方向に亘つて一つの筒状
を成す大容量空気室72、例えば、サージ・タンクを巻き
込む形態に構成され、当該大容量空気室72の一方をエア
ークリーナに連通し、他方を常開用吸気路３の迂回路73
に連通する。
尚、上記迂回路73は、その中間部分75を吸気路本体とは
別体に独立して形成し、中間部分75を所定長を有する各
種管部材で置き換え可能に構成する。
この迂回路73の下流部76に上記吸気経路切換装置70の短
絡路20を空け、この短絡路20に操作棒77の先端に形成し
た切換弁71を臨ませる。
上記切換弁71の操作棒77は迂回路73の上流部78及びシリ
ンダブロック16の前部上壁79を貫いて、共通伝動軸19に
固定した支持板80にその基端部80aが支持される。
操作棒基端部84は、支持板80の先端部85に空けた長孔86
に貫挿し、操作棒77に沿つて移動可能なバネ座87と移動
不能な受座88の間に弾圧バネ90をセットして切換弁71を
短絡路20に対し閉弁付勢する。
斯くしてなる片吸気路休止装置の機能を述べると、 （イ）まず、第一に、高速回路状態においては、ブース
ターポンプＰの油圧が上がり、ブースター65の駆動棒66
を進出させるとともに、吸気ロッカアーム軸37を取り囲
む吸気路休止装置62の油室48の油圧が上昇し、従動アー
ム32bを主動アーム32aの方向に弾圧バネ53のバネ力に抗
して摺動せしめる。
上記ブースター65の駆動棒66がＲ方向に進出すれば共通
伝動軸19は反時計方向に回動し（第１図及び第５図参
照）、同方向に回る支持板80に合わせて操作棒77がＰ方
向に押動し、吸気経路切換装置70の切換弁71が短絡路20
を開いて、大容量空気室72から迂回路73の下流側に吸気
を短絡させ、吸気圧力振動の圧力波の伝播経路を短縮し
て固有振動数を増大する。
従つて、高速運転時における吸気弁41の増大した開閉サ
イクルに上記固有振動数を適正にマッチングさせること
が出来る。
また、一方、吸気ロッカアーム軸37の従動アーム32bが
主動アーム32aに接近して両クラッチ爪50・51が係合す
ると、プッシュロッド31の押動により主・従動の両アー
ム32a・32bが同時に作動し、吸気弁40・41は両弁駆動す
る。
従つて、吸気はダブル吸気路２・３の双方からシリンダ
室１に流入する。
（ロ）次いで、低速運転状態にエンジンが移行すると、
ブースタポンプＰの油圧が下がり、ブースター65の駆動
棒66をＳ方向に後退させるとともに、吸気路休止装置62
の油室48の油圧が低下し、弾圧バネ53のバネ力が油圧力
に勝るようになる。
上記ブースター65の駆動棒67が後退すれば共通伝動軸19
は時計方向に回動し（第１図及び第５図参照）、同方向
に回る支持板80に合わせて操作棒77がＱ方向に押動し、
吸気経路切換装置70の切換弁71が短絡路20を閉じ、大容
量空気室72から迂回路73に吸気を迂回させ、吸気圧力振
動の圧力波の伝播経路を伸長して固有振動数を低減す
る。
従つて、低速運転時における吸気弁41の減少した開閉サ
イクルに上記固有振動数を適正にマッチングさせること
が出来る。
この場合、既述のように、常開用吸気路３の迂回路73を
各種管長の管部材で置き換え可能に構成するので、エン
ジン回転数により良く適合した固有振動数を選択でき
る。
また、一方、吸気ロッカアーム軸37の従動アーム32bが
主動アーム32aから離間し、両クラッチ爪50・51が外れ
ると、プッシュロッド31の押動により主動アーム32aの
みが単独で作動し、吸気弁41は片弁駆動する。
従つて、ダブル吸気路２・３は常開用吸気路３のみが開
き、低速時休止用吸気路２は閉じるので、吸気は常開用
吸気路３に集中し、吸気流速を増してシリンダ室１に流
入するのである。この場合、吸気路２に臨む吸気弁40が
休止装置62の休止弁を兼ねることになる。
以上のように、本発明は、ダブル吸気路の一方に吸気路
休止装置を組込み、他方に迂回路と短絡路を設け、これ
らの経路に切換装置を取り付けたものなので、吸気路休
止装置62は上記実施例のように吸気ロッカアーム軸37を
取囲むクラッチ機構に限らず、エンジン回転数の増減を
検知するセンサー、例えば、排気温や潤滑油温を検知す
る温度センサーと、このセンサーの指令を受けて休止弁
81を駆動する作動子、例えば、ソレノイド弁とを組み合
わせたものでも差し支えない。
また、吸気路休止装置の休止弁を上記実施例のように吸
気弁に兼用させても良いが、別途、独立弁体を休止弁と
して吸気ポートに臨ませても良い。
さらに、吸気経路切換装置70の構造も上記実施例に限ら
ず、上述のように、センサーとその指令を受ける作動子
から構成しても差し支えない。
尚、本発明は、単気筒、多気筒機関を問わず適用でき
る。
【図面の簡単な説明】
図面は本発明の実施例を示すもので、第１図は縦型ディ
ーゼルエンジンの要部縦断側面図、第２図は吸気用ロッ
カアーム軸周辺の要部縦断正面図、第３図は同エンジン
のシリンダヘッドの要部平面図、第４図はシリンダヘッ
ドの要部横断平面図、第５図は同エンジンの作動原理
図、第６図はピュアーヘリカルポートの縦断正面図、第
７図は第６図のVII−VII線断面図、第８図はパーシャリ
ーヘリカルポートの縦断正面図、第９図は第８図のIX−
IX線断面図、第10図はダブル吸気ポートの吸気の流れを
示す概略図である。 １……シリンダ室、２……低速時休止用吸気路、３……
常開用吸気路、20……短絡路、62……吸気路休止装置、
70……吸気経路切換装置、71……切換弁、72……大容量
空気室、73……吸気迂回路。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 畑浦 潔 大阪府堺市石津北町64 久保田鉄工株式会 社堺製造所内 (56)参考文献 特開 昭61−19926（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】内燃機関（Ｅ）のエアクリーナに連通する
    大容量空気室（72）をシリンダ室（１）に、常開用吸気
    路（３）と低速時休止用吸気路（２）とを並列に介して
    連通し、 内燃機関（Ｅ）が低速運転状態では、吸気路休止装置
    （62）の休止弁（80）が低速時休止用吸気路（２）を閉
    じて、常開用吸気路（３）のみで吸気を行なうように構
    成した 内燃機関のダブル吸気路の片通路休止装置において、 常開用吸気路（３）は、吸気の一部をダイレクトに通過
    させるとともに、その残部をスワールにするパーシャリ
    ーヘリカルポートとして形成し、低速時休止用吸気路
    （２）は、吸気の全部をスワールにするピュアーヘリカ
    ルポートとして形成し、 パーシャリーヘリカルポートからなる常開用吸気路
    （３）と大容量空気室（72）との間に吸気迂回路（73）
    を介在させるとともに、大容量空気室（72）を短絡路
    （20）を介して常開用吸気路（３）に短絡し、 短絡路（20）を吸気経路切換装置（70）の切換弁（71）
    で開閉可能に構成し、吸気経路切換装置（70）は内燃機
    関（Ｅ）が高速運転状態では切換弁（71）を開き、低速
    運転状態では閉じるように構成した 事を特徴とする内燃機関のダブル吸気路の片通路休止装
    置。
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