JPS58195048A - 内燃機関の吸気−空燃比−点火時期制御方法 - 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】 本発明は、内燃機関の吸気−空燃比−点火時期制御方法
に係り、特に可変吸気スワール方式の吸気ポート構造を
有する内燃機関の吸気−空燃比一点火時期制御方法に係
る。

内燃機関に用いられる可変吸気スワール方式気ポート構
造の一つとして、燃焼室への開口端に対するポート内壁
部に膨出されたガイドベーンを有し、咳ガイドベーンに
より吸気ポート断面の一部が前記開口端の周りに旋回し
たヘリカル通路と前記開口端に直線状に通ずるストレー
ト通路とに区分され、前記ストレート通路の途中に該ス
トレート通路を開閉する吸気制御弁が設けられた吸気ポ
ート構造が本願出願人と同一の出願人により特願昭５６
−１２０６３４号に於て提案されている。

どの吸気ポート構造を備えた内燃機関に於ては、暖気−
制御弁によりストレート通路が閉じられている時には吸
気（混合気）の全てがヘリカル通路を流れ１ｍ焼室内へ
流入することにより燃焼室内に強力な吸気スワールが生
じ、これにより見掛は上の火炎速喚が速まり、卑情混合
気による運転が可能になり、これに対し吸気制御弁によ
りストレート通路が開かれている時には吸気がヘリカル
通路に加えてストレート通路を流れて燃焼室内に流入す
ることにより燃焼室内に強力な吸気スワールが生じなく
なるが、吸気ポートの吸気流に対ブる流れ抵抗が低下し
、充填効率が低下することが回避される。上述の如き吸
気ポート構造はこれを有効に利用するために、即ち機関
の最高出力を低下することなく低り至中負向運転時の燃
焼を改善するために、内燃機関が低乃至中負荷にて運転
されている時には吸気制御弁によりストレート通路を閉
じ、内燃機関が高負荷にて運転されている時には吸気制
御弁を開弁してストレート通路を開くと云う制御を行う
制御装置と組合せて用いられる。

本発明は上述の如き吸気ポート構造が備えている特徴を
利用して内燃機関の運転性を阻害することなく燃費を改
善寸べく、内燃機関の負荷に応じて内燃機関の開閉を上
述の如く制御し、しかもこの吸気制御弁の開閉に関連し
て内燃機関へ供給する混合気の空燃比と点火時期を適切
に制御する内燃機関の吸気−空燃比−点火時期制御方法
を提供することを目的としている。

かかる目的は、本発明によれば、上述の如き吸気ポート
構造を有する内燃機関の吸気−空燃比−点火時期制御方
法にして、内燃機関の負荷の増大に応じて前あ吸気制御
弁の開度を増大し且内燃機関へ供給する混合気の空燃比
を小さく４ると共に前記吸気制御弁の開度に応じて変化
する許容進角度に合せて点火時期の進角度を設定する如
き吸気−空燃比一森火時期制御方法によって達成される
。

本発明による制御方法にあっては、内燃機関の負荷の増
大に応じて吸気制御弁の開度が増大し、即ちストレート
通路が開かれ、且それに応じて内燃機関へ供給する混合
気の空燃比が小さくなるから、内燃機関が低乃至中負荷
にて運転されている時には吸気制御弁が閉弁してストレ
ート通路が閉じられ、希薄混合気が供給され、内燃機関
が高負荷運転された時には吸気制御弁が開弁してストレ
ート通路が開かれ、これにより内燃機関の充填効率の低
下が防止され、また高負荷運転のための出力空燃比によ
る濃混合気が内燃機関に供給される。

またこの時には燃焼速度の低下に伴い内燃機関の点火時
期の許容進角度が増大することに基いて飛火時期の進角
度が増大され、これにより高負荷運転時の燃費の高騰が
回避される。これにより上述の如き吸気ポート構造を有
効に利用して他の障害を生じることなく内燃機関の燃費
を効果的に改善することができる。

以下に添付の図を参照して本発明を実施例について詳細
に説明する。

まず第１図乃至第７図を参照して本発明による吸気−空
燃比一点火時期制御方法の実施に使用する吸気ポート構
造の一実施例を説明する。第１図乃至第７図に於て、１
は内燃機関のシリンダヘッドを示しており、該シリンダ
ヘッドは燃焼室２へ空気と燃料との混合気を導く吸気ポ
ート３を有している。吸気ポート３はその一端にてシリ
ンダヘッド１の側雫部に開口し、他端にてシリンダヘッ
ド１の上底壁より燃焼室２へ開口している。ここで吸気
ポート３の前記一端を入口開口端４と称し、また他端を
出口開口端５と称する。入口開口端４は図示されていな
い吸気マニホールドに接続され、出口開口端５は該開口
端に取付けられた円環状の弁座部材６と吸気弁７とによ
り選択的に開閉されるようになっている。

吸気ポート３は入［１開口端４より出口開口端５へ向か
うに従いその出口開口端５の側へ輌斜し、出口開口端５
の近くにて大きく折曲してこれに通じている。出口開口
端５に対向するポート内壁部（ポート天井壁部）にはガ
イドベーン１０が膨出形成されている。このガイドベー
ンの膨出量はその入口開口端４の側より出口開口端５へ
向かうに従い次第に多くなっており、出口開口端５の中
心軸線に対応する部分にてその膨出量が最大になってい
る。この最大膨出部分には吸気弁７のステム８が貫通し
ており、またこの部分には弁リテーナ９が装着されてい
る。

ガイドベーン１０はその一側部に吸気ポート３の延在方
向に対し入口開口端４より出口開口端５へ向かうに従い
吸気ポート３の外側へ向けて傾斜した傾斜壁部１１を有
し、また他側部に吸気ポート３の延在方向に対し平行な
直線甲部１２を有している。このガイドベーン１０によ
り吸気ポート３はその断面の一部、即ち図にて上部空間
領域が傾斜壁部１１により一側を郭定されて出ロ開口端
５の周りに旋回したヘリカル通路１３と直線壁部１２に
より一側を郭定されて出口開口端５に直線状に通ずるス
トレート通路１４とに区分されている。

シリンダヘッド１には吸気制御弁組立体１５が取付けら
れている。吸気制御弁組立体１５は、シリンダヘッド１
にねじ結合された弁ケース１６と該弁ケースに回転可能
に支持されストレート通路１４の途中を横切って延在す
る板状の弁要素１７と、弁要素１７の弁軸１８に取付け
られた駆動レバー１９とを含んでいる。弁要素１７は図
示されている如き開度位置にあるときスレート通路１４
を全閉とし、この開度位置よりほぼ９０度回動された位
置にあるときストレート通路１４を全開に４る。

ストレート通路１４が全閉状態にあるときには混合気の
実質的に全てがヘリカル通路１３を流れて出口開口端５
より燃焼室２内に吸入されることにより燃焼室２内に強
力な吸気スワールが生じる。

このときにはその吸気スワールに乗って火炎が伝播する
ことにより見掛け上の火炎速度が速まり、燃焼速度が速
くなる。

弁要素１７が開弁し、ストレート通路１４が開いている
ときにはその開度に応じて混合気の一部がストレート通
路１４を流れて出口開口端５より燃焼室２内へ流入する
ようになり、これにより吸気ポート３の吸気流に対する
流れ抵抗が低下すると共にヘリカル通路１３を流れる混
合気のヘリカル流が減少し、また減衰され、これに応じ
て燃焼室２内に生じる吸気スワールが減少し、燃焼室２
内に於ける見掛け上の火災速度が低下し、燃焼速度が遅
くなる。

本発明方法は弁要素１７の開閉制御とこれに関連した空
燃比及び点火時期制御に関するものであり、本発明方法
の実施に使用する装置の一つの実施例が第８図に示され
ている。吸気制御弁組立体１５の駆動レバー１９はダイ
ヤフラム装置２０のロッド２１に駆動連結され、該ダイ
ヤフラム装置により回動駆動されるようになっている。

ダイヤフラム装置１２０はダイヤフラム２２を有し、そ
のダイヤフラム室２３に負圧が導入されていない時には
圧縮コイルばね２４のばね力によりダイヤフラム２２が
図にて下方へ付勢されることにより弁要素１７を図示さ
れている如き全開位置にもたらし、これに対しダイヤフ
ラム室２３に所定値以−Ｆの負圧が導入されている時に
はダイヤフラム２２が圧縮コイルばね２４のばね力に抗
して図にてＦ方へ移動することにより弁要素１７を前記
全需憤習よりほぼ９０°回動させた全閉位置にもたらす
ようになっている。

ダイヤフラム室２３のポート２５は導管２６を経て後述
する切換制御弁２７のポートａに接続されている。

切換制御弁２７はポートａ以外に一つのポーＩ・ｂ及び
Ｃを有しており、ソレノイド２８に通電が行われていな
いときにはポートａをポートＣに接続し、これに対しソ
レノイド２８に通電が行われでいるときにはポートａを
ポートｂに接続づるようになっている。ポートｂは導管
２９を軽て負圧タンク３０に接続されている。また負圧
タンク３０は逆止弁３１，導管３２を軽て喚気マニホー
ルド４２に設けらねｉこ吸気管負圧取出ポート３３に接
続され（いる。ポー［・Ｃは大気に開成されている。

燃焼室２は気化器４１、吸気マ二ホールド４２及び吸気
ポート３を経て空気と燃料との混合気を吸入し、排気ポ
ート４３より排気マニホールド４４へ既燃焼の排気ガス
を排出する。排気ポート４３は排気弁４５により選択的
に開閉される。

気化器４１はその吸気通路内にラージベンチュリ４６及
びスモールベンチュリ４７と弁軸４８により担持された
スロットル弁４９とを含んでいる、スモールベンチュリ
４７の喉部には燃料ノズル５Ｏが設けられており、この
燃料ノズル５０にはフロート室５１の燃料がメインジェ
ット５２によつてその流量を計量されつつ燃料通路５３
を経て供給されるようになっている。また気化器４１は
ノロート室５１より弁ポート５４、エンリッヂジェット
５５を経て燃料通路５３の途中に通電る燃料通路を有し
ている。弁ポート５４は弁要素５６により開閉される。

弁要素５６はロッド５７を介してカップ状のピストン要
素５８の接続され、ぞのピストン要素５８を受入れる作
動室５９に所定値以上の負圧が導入されている′時には
圧縮コイルばね６０のばね力に抗して図にて上方へ変位
することにより弁ポート５４を閉じ、これに対し前記作
動室５９に所定値以上の負圧が導入されていない時は圧
縮」イルばね６０のばね力によって図にてト方へ変位し
て弁ポート５４を開くようになっている。作動室５９の
ポート６１は導管３４を経て切換制御弁２７のポートａ
に接続されている。

７０は排気ガス再循環制御弁を示している。排気ガス再
循環制御弁７０はその入口ポート７１を導管７２によっ
て排気マニホールド４４の排気ガス取入れポート７３に
接続され、出口ポート７４を導管７２によって吸気マニ
ホールド４２に設けられた排気ガス注入ポート７６に接
続されている。

排気ガス再循環制御弁７０は弁要素７７を含み、該弁要
素７７は入口ポート７１を開閉し、その実効開口面積を
制御するようになっている。弁要素７７はロッド７８に
よってダイヤフラム７９に接続され、ダイヤフラム室８
０に所定値以上の負圧が導入されていないときには圧縮
コイルばね８１のばね力によって押下げられて開弁し、
これに対しダイヤフラム室８０に所定値以上の負圧が導
入されているときには圧縮コイルばね８１のばね力に抗
して図にて上方へ移動することにより開弁するようにな
っている。ダイヤフラム室８０のポート８２は導管８３
を経て切換制御弁８４のポートａに接続されている。切
換制御弁８４はポートａ以外に二つのｐートｂとｃを有
５１おりソレノイド８５に通電が行われていないときに
はポートａをポートＣに接続し、これに対しソレノイド
８５に通電が行われれているときにはポートａをポート
ｂに接＠するようになっている。ポートｂは導管８６を
経て気化器４１に設Ｕられた吸気管負圧取出ポート８７
に接続されている。この吸気管負圧取出ポート８７はス
ロットル弁４９がアイドル位置にあるときにはそれの上
流側に位置し、該スロットル弁が比較的小さい所定開演
以上開かれたときそれの下流側に位置するようになって
いる。

ポートｃは大気に開放されている。

９０は内燃機関の点火装置のディストリビュータを示し
ており、該ディストリビュータには内圧進角装置９１が
組込まれている。負圧進角装置２９１はアドバンサＤツ
ド９２を備えており、該アドバンサロツドはディストリ
ビュータ９０内の図示されていないカム機構に作用し、
図にて右方へ移動することにより点火時期の進角度を増
大づるようになっている。アドバンサロッド９２はダブ
ルダイヤフラム装置９３に接続され、これによ−）て駆
動されるようになっている。ダブルダイレノラム装置９
２は−でのケーシング９０内に互に隔習して設けられた
二枚のダイヤフラム９５．９６を備えており、ダイヤフ
ラム９５はその図にて６１５（ケーシング９４と共働し
てダイヤフラム室９７を、図にて左方にケーシング９４
及びダイヤフラム９６と共働してダイヤフラム室９８を
各々郭定している。ダイヤフラム９５は係合具９９によ
りアドバンサロツド９２に所定曇だけ軸線方向に移動で
きる態様にて係合し、またダイヤフラム９６はアドバン
サＯツド９２に固定的に係合している。ダイヤフラム９
６はダイヤフラム室９７内に設けられた汗縮二１イルば
ね１００のばね力により図にてに方へ付勢され、ダイヤ
フラム９７に負圧が導入されていないとぎにはケーシン
グ９４のストッパ１０１に当接する位置に保持されてい
る。またダイヤフラム９５と９６との間には圧縮」イル
ばね１０２が設けらねている。この圧縮コイルばね１０
２は圧縮」イルばね１００より小さいばね力になってい
る。ダブルダイヤフラム装置９３はイのダイヤフラム室
９７に負圧が導入されているときにはダイヤフラム９５
が圧縮コイルばね１００のばね力に抗しく図に右方へ移
動することによりアドバンリロツド９２を右方へ移動さ
せて所定の進角を行い、またダイヤフラム室９７に加え
てダイヤフラム、室９８に負圧が導入されているどきに
はダイヤフラム室９６が圧縮コイルばね１０２の作用に
抗して図にて右方へ変位することに誹りアドドバンサロ
ツド９２を更に右方へ移動させて大きい進角を行うよう
（なっている。

ダイヤフラム室９７は専管１０３を経て気化器４１に設
けられた吸気管負圧取出ポート１０４に接続されている
。吸気管負圧取出ポート１０４はスロットル弁４９がア
イドル位−にあるときそれより上流側に位置し、スロッ
トル弁４９が比較的小さい所定開痩以−Ｆ開かれたとき
それの下流側に位置するよう設けられ、このポートは一
般にアドバンスポートと称されている。

ダイヤフラム室９８は導管１０５を経て切換制御弁１０
６のポートａに接続されている。切換制御弁１０６はポ
ートａをポートｃとを有しており、ソレノイド１０７に
通電が行なわれいないときにはポートａをポートｃに接
続し、ソレノイド１０７に通電が行われているときには
ポートａをポートｂに接続するようになっている。ポト
ａは専管１０８を軒で吸気管負圧取出ポート３３に接続
され、ポートｂは大気に開放されている。

切換制御弁２７．８４．１０６のソレノイド２８．８５
．１０７に対する通電は制御装置１１０により行われる
ようになっている。制御装置１１０はマイクロコンピュ
ータ等を含む電気式の６のであり、回転数センサ１１１
により検出された内燃機関の回転数と負圧センサ１１２
により検出された吸気負圧とに基いて吸入空気量を算出
し、その吸入空気流が所定値以下であるときにはソレノ
イド２８．８５及び１０７に対し通電を行い、これに対
し吸入空気量が所定値以上であるときには前記ソレノイ
ドに対する通電を停止するようになっている。

吸入空気量が所定値以下であるときには各ソレノイド２
８、８５．１０７に通電が行われることにより、ダイヤ
フラム室２３及び作動室５９に負圧タンク３０の負圧が
導入され、このため弁要素１７はストレート通路１４の
連通を遮断すろ全閉位−にもたらされ、また弁要素５６
は弁ポート５４を閏じる位置にもたらされる。従ってこ
のときには混合気の全てがヘリカル通路１３を経て燃焼
室２内に流れ、燃焼室２内に強力な吸気スワールが生じ
、これによって見掛は上の火炎速度が遠くなる。このと
きには上述した如く弁ポート５４が閉じられているから
燃料増量が行われず、これにより気化器４１は理論空燃
比より大きい空燃比の＊＊ｉ合気を作り、この混合気が
Ｓ焼室２内に供給される。この希ＷＩ混合気の空燃比が
大きくてｔ）強力な吸気スワールによる渦流燃焼により
内燃機関は失火を生じることなく良好な燃焼作動を行う
。

またこのときにはダイヤフラム室９８が大気に開放され
、ダイヤフラム室９７にのみ吸気管負圧取用ポート１０
４に現わねる負圧が導入されることにより、このときの
速い撚焼速度に見合ったさほど大きくない点火時期の進
角度が設定される。

またこのときには排気ガス再循環制御弁７０のダイヤフ
ラム室８０に吸気管内圧取出ポート８６の負圧が導入さ
れ、排気ガス再循環が行われる。

これに対し吸入空気嗣が所定値以上のときにはソレノイ
ド２８．８５．１０７に対する通電が停止される。この
ためこのときにはダイヤフラム室２３及び作動室５９に
大気圧が導入される。これにより弁要素１７は図示され
（いる如き全開位置にわたらされ、また弁要素５６が降
下して弁ポート５４が開かれる。このときには混合気が
ヘリカル通路１３とストレート通路１３の双方を流れ°
く燃焼室２内に流入することにより吸気ポートがその混
合気の流れに対して大きい流れ抵抗を与えなくなり、機
関の充用効率の低下が回避される。従って内燃機関の出
力が低下することがない。このときには弁ポート５４が
開いていることにより燃料増量が行われ、気化器４１は
弁ポート５４が閉じられていたときに比して空燃比が小
さい濃混合気を作るようになる。このときの混合気の空
燃比は　般的な出力空燃比であってよい。このようにス
トレート通路１４が開かれて燃焼室２内に強力な吸気ス
ワールが発生しなくなったときには内燃機関の燃焼室に
濃い混合気が供給されることにより内燃機関の運転性が
確保される。またこのどさには負圧進角装置９１のダイ
ヤフラム室９８に負圧が導入されることにより点火時期
の進角度が増大され、このときの燃焼速痕に見合った点
火時期の進角度が設定される。

尚、このときｋは排気ガス再循環制御弁７０のダイヤフ
ラム室８０が大気中に開放されることにより排気ガス再
循環が停止される。

本発明による制御方法は内燃機関の負萄に応じて行われ
ればよく、これはベンチュリ負圧、吸気管負圧、スロッ
トル開度、排気ガス圧力等に応じて行われてもよい。空
燃比制御は気化器の燃料増量装置によるものに限定され
るものではなく、この空燃比制御はそれ自身周知の種々
の態様にて行われてよく、また本発明方法は燃料噴射式
内燃機関にも適応され得るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による吸気制御方法を適用する吸気ポー
ト構造の一つの実施例を示す縦断面図、第２図乃至第７
図は各々第１図の線■−■〜×■〜Ｘ■に沿う断面図、
第８図は本発明による吸気−空燃比−点火時期制御方法
の実施に使用する装置の実施例を示す概略構成図である
。 １・・・シリンダヘッド、２・・・燃焼室、３・・・吸
気ポート、４・・・入口開口端、５・・・出口開口端、
６・・・弁座部材、７・・・吸気弁、８・・・弁ステム
、９・・・弁リテーナ、１０・・・ガイドベーン、１１
・・・傾斜壁部、１２・・・直線壁部、１３・・・ヘリ
カル通路、１４・・・ストレート通路、１５・・・吸気
制御弁組立体、１６・・・弁ケース、１７・・・弁要素
、１８・・・弁軸、１９・・・駆動レバー、２０・・・
ダイヤフラム装置、２１・・・ロッド。 ２２・・・ダイヤフラム、２３・・・ダイヤフラム室、
２４・・・圧縮コイルばね、２５・・・ポート、２６・
・・導管。 ２７・・・切換制御弁、２８・・・ソレノイド、２９・
・・導管、３０・・・負圧タンク、３１・・・逆止弁、
３２・・・導管、３３・・・吸気管負圧取出ポート、３
４・・・導管。 ４１・・・気化器、４２・・・吸気マニホールド、４３
・・・排気ポート、４４・・・排気マニホールド、４５
・・・排気弁、４６・・・ラージベンチュリ、４７・・
・スモールベンチュリ、４８・・・弁軸、４９・・・ス
ロットル弁。 ５０・・・熱料ノズル、５１・・・フロート室、５２・
・・メインジェット、５３・・・燃料通路、５４・・・
弁ポート。 ５５・・・エンリップジェット、５６・・・弁要素、５
７・・・ロッド、５８・・・ピストン要素、５９・・・
作動室。 ６０・・・圧縮コイルばね、６１・・・ポート、７０・
・・排気ガス再循環制御弁、７１・・・入口ポート、７
２・・・導管、７３・・・排気ガス取入れポート、７４
・・・出口ポート、７５・・・導管、７６・・・排気ガ
ス注入ポート。 ７７・・・弁要素、７８・・・ロッド、７９・・・ダイ
ヤフラム、８０・・・ダイヤフラム室、８２・・・ポー
ト，８３・・・導管、８４・・・切換制御弁、８５・・
・ソレノイド。 ８６・・・導管、８７・・・吸気管負圧取出ポート、９
０・・・ディストリビュータ、９１・・・負圧進角装置
、９０２・・・アドバンサロッド、９３・・・ダブルダ
イヤフラム装置、９４・・・ケーシング、９５．９６・
・・ダイヤフラム、９７．９８・・・ダイヤフラム室、
９９・・・係合具、１００・・・圧縮コイルばね、１０
１・・・ストッパ、１０２・・圧縮コイルばね、１０３
・・・導管、１０４・・吸気管負圧取出ポート、１０５
・・導管、１０６・・切換制御弁、１０７・・・ソレノ
イド、１０８・・・導管、１１０・・・制御装置、１１
１・・・回転数センサ、１１２・・・負圧センサ 特許出願人　　　　トヨタ自動串■業株式会社代　　即
　　人　　　　　　　弁理士　　　　明　　ｈ　　８　
　毅（自　発） 手続補正書 昭和５７年１０月１３０ １、事件の表示　昭和５７年特許願１０７９４５９号２
、発明の名称 内燃機関の吸気−空燃比一点火時期制御方法３、補正を
する者 事何との関係　　特許出願人 住　所　　愛知県豊田市トヨタ町１ｍ地名　称　　（３
２０）ト１夕自動車工業株式会社４、代理人 居　所　　＠１０４東京都中央区新川１丁目５番１９号
（１）明細書第３頁第１８行の［内燃機関１を１吸気制
御弁１と補正する。 （２）同第２０ＪＪ第１行〜第２行のｒＸＩｌ−Ｘｌｌ
ｌをｒＶＩＩ−ＶＩＩＪと補正する。 （３）図面の第８図を添付の図の（１（補正する。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 燃焼室への開口端に対向するポート内壁部に膨出された
   ガイドベーンを有し、該ガイドベーンにより吸気ポート
   断面の一部が前記開口端の周りに旋回したヘリカル通路
   と前記開口端に直線状（通ずるストレート通路とに区分
   され、前記ストレート通路の途中に該ストレート通路を
   開閉する吸気制御弁が設けられている如き吸気ポート構
   造を有する内燃機関の吸気−空燃比一点火時期制御方法
   にして、内燃機関の負荷の増大に応じて前記吸気制御弁
   の開陳を増大し且内燃機関へ供給する混合気の空燃比を
   小さくすると共に前記吸気制御弁の一度に応じて変化す
   る許容進角度に合せて点火時期の進角度を設定すること
   を特徴とする吸気−空燃比一点火時期制御方法。