JPS5823222A - ヘリカル型吸気ポ−トの流路制御装置 - 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】 本発明はヘリカル型吸気ボートの流路制御装置に関する
。

ヘリカル型吸気ボートは通常吸気グ周りに形成された渦
巻部と、この渦巻部に接線状に接続されかつほぼ塘っす
ぐに延びる入口通路部とによシ構成される。このような
ヘリカル型吸気ボートを用いて暇人空気量の少々い機関
低速低負荷運転時に機関燃焼室内に強力な旋回流を発生
せしめようとすると吸気ボート形状が流れ抵抗の大きな
形状になってし壕うので吸入空気量の多い機関高速高負
荷運転時に充填効率が低下するという問題がある。

このような問題を解決するためにヘリカル型吸気ボート
入口通路部から分岐されてヘリカル型吸気ボード渦巻部
の渦巻終端部に連通する分岐路をシリンダヘッド内に形
成し、分岐路内にアクチュエータによって作動される常
時閉鎖型開閉弁を設けて機関吸入空気量が所定量よシも
大きくなったときにアクチュエータを作動させて開閉弁
を開弁するようにしたヘリカル型吸気ボート流路制御装
置が本出願人によシ既に提案されている。このヘリカル
型吸気ボートでは機関吸入空気量の多い機関高速高負荷
運転時にヘリカル型吸気ボート入口通路部内に送り込ま
れた吸入空気の一部が分岐路を介してヘリカル型吸気ボ
ート渦巻部内に送り込まれるために吸入空気流に対する
流れ抵抗が低下し、斯くして晶い充填効率を得ることが
できる。しかしながらこの流路制御装置は基本動作を示
しているにすぎず、高い充填効率を確保しつつ必要時に
最適な旋回流を燃焼室内に発生せしめるには分岐路内に
設けられた開閉弁のより一層の精密力制御が必要となる
。

本発明は分岐路内に設けられた開閉弁を精密に制御して
必要時に最適な旋回流を燃焼室内に発生することのでき
るヘリカル型吸気ボート流路制御装置を提供することに
ある。

以下、添伺図面を参照して本発明の詳細な説明する。

第１図並びに第２図を紗照すると、１はシリンダブロッ
ク、２はシリンダブロック１内で往復動するピストン、
３はシリンダブロック１上に固定されたシリンダヘッド
、４はピストン２とシリンダヘッド３間に形成された燃
焼室、５は吸気弁、６はシリンダヘッド３内に形成され
たヘリカル型吸気ボート、７は排気弁、８はシリンダヘ
ッド３内に形成された排気ボートを夫々示す。々お、図
には示さないが燃焼室４内に点火栓が配置される。

第３図から第５図に第２図のヘリカル型吸気ボート６の
形状を図解的に示す。このヘリカル整吸気ボート６は第
４図に示されるように流路軸線ａがわずかに彎曲した入
口通路邦人と、吸気弁５の弁軸周りに形成された渦巻部
Ｂとにより構成され、入口通路邦人は震巻部Ｂに接緋状
に接続される。

第３図、第４図並びに第７図に示されるように入口通路
邦人の渦巻軸線すに近い側の側壁面９の上方側壁面９ａ
は下方を向いた傾斜面に形成され、この傾斜面９ａの巾
は渦巻部Ｂに近づくに従って広くなシ、入口通路部Ａと
渦巻部Ｂとの接続部においては第７図に示されるように
側壁面９の全体が下方に向いた傾斜面９ａに形成される
。側壁面９の上半分は吸気弁ガイド１０（第２図）周シ
の吸気ボート上壁面上に形成された円筒状突起１１の周
壁面に滑らかに接続され、一方何壁面９の下半分は渦巻
部Ｂの渦巻終端部Ｃにおいて渦巻部Ｂの側壁面１２に接
続される。

一方、第１図から第５図に示されるようにシリンダヘッ
ド３内には入口通路部Ａから分岐されたほぼ一様断面の
分岐路１４が形成され、この分岐路１４は渦巻終端部Ｃ
に接続される。分岐路１４０入口開口１５は入口通路部
Ａの入口開口近傍において側壁面９上に形成され、分岐
路］４の出口開口１６は渦巻終端部Ｃにおいて側壁面１
２の上端部に形成される。更に、シリンダヘッド３内に
は分岐路】４を貫通して延びる開閉弁挿入孔】７が穿設
され、この開閉弁挿入孔１７内には夫々開閉弁を構成す
るロータリ弁１８が挿入される。このロータリ弁１８は
分岐路１４内に配置されかつ第９図に示すように薄板状
をなす弁体１９と、弁体１９と一体形成された弁軸２０
とを具備し、この弁軸２０は開閉弁挿入孔１７内に嵌着
された案内スリーブ２１により回転可能に支承される。

弁軸２０は案内スリーブ２１の頂面から上方に突出し、
この突出端部にアーム２２が固着される。

第１０図を参照すると、各気筒のロータリ弁１８のアー
ム２２は連結ロッド３０によって互に連結され、この連
結ロッド３０は負圧ダイアフラム装置３１のダイアフラ
ム３２に固定された制御ロッド３３に連結される。負圧
ダイアフラム装置３１はダイアフラム３２によりて大気
から隔離された負圧室３４を有し、との負王室３４内に
ダイアフラム押圧用圧縮ばね３５が挿入される。この負
圧室３４は負圧導管３６並びに大気に連通可能な電磁切
換弁３７を介して負圧タンク３８に接続され、電磁切換
弁３７のソレノイド３９は電子制御ユニット５０の出力
端子に接続される。−万、吸気ボート６には気化器４０
を具えた吸気マニホルド４１が接続され、負圧タンク３
８は負圧タンク３８から吸気マニホルド４１内に向けて
のみ流通可能な逆止弁４２を介して吸気マニホルド４１
内に接続される。逆止弁４２は吸気マニホルド４１内の
負圧が負圧タンク３８内の負圧よシも大きくなるとＱ目
弁し、吸気マニホルド４１内の負圧が負圧タンク３８内
の負圧よシも小さくなると閉弁するので負圧タンク３８
内の負圧は吸気マニホルビ４１内に発生した最大負圧に
維持される。

一方、機関本体に取付けられたクラッチ装置４３と変速
装置４４を連結する機関出力軸４５にはトルクセンサ４
６が取付けられ、このトルクセンサ４６は互に間隔ｌを
隔てて出力軸４５に近接配置された一対の検出ヘッド４
６ａ、４６ｂを具備する。図には示さないが各検出ヘッ
ド４６＆。

４６ｂに対面する出力軸４５の外周面上には凹溝、或い
は突起が形成され、各検出ヘッド４６ａ。

４６　ｂ　（ＩＪ：これらの凹溝、或いは突起と対面す
る毎にパルスを発生する。なお、出力軸４５に回転モー
メントが加わっていガいときには各検出ヘッド４６ａ、
４６ｂから同時にパルスが発生するように検出ヘッド４
６ａ、４６ｂを配置するのが好ましい。このトルクセン
サ４６は電子制御ユニット５０の入力端子に接続される
。

電子制御ユニット５０はディジタルコンピュータからな
り、各種の演算処理を行軽うマイクロプロセッサ（ＭＰ
Ｕ）５１、ランダムアクセスメモＩＪ（ＲＡＭ）５２、
制御プログラム、演算定数等が予め格納されているリー
ドオンメモリ（ＲＯＭ）５３、入力ボート５４並びに出
力ボート５５が双方向性バス５６を介して互に接続され
ている。更に、電子制御ユニット５０内には各種のクロ
ック信号を発生するクロック発生器５７が設けられる。

入力ボート５４にはｌ・ルクセンサ４６の各検出ヘッド
４６ａ、４６ｂが高周波成分を除去するために設けられ
た対応するローパスフィルタ５８．５９を介して接続さ
れ、更に入力ポート５４には回転数センサ６０が接続さ
れる。検出ヘッド４６ａ、４６ｂは検出ヘッド４６ａ、
４６ｂが出力軸４５上の凹溝、或いは凸起と対面したと
き出力信号を発生し、この出力信号がローパスフィルタ
５８．５９、入力ポート５４並びにバス５６を介してＭ
ＰＵ５１に入力される。一方、回転数センサ６０はクラ
ンクシャフトが所定クランク角度回転する毎にパルスを
発生し、とのパルスが入力ポート５４並びにバス５６を
介してＭＰＵ５１に入力される。一方、出力ボート５５
は電力増巾回路６１を介して電磁切換弁３７のソレノイ
ド３９に接続される。

ＭＰＵ５１内では回転数センサ６０の出力パルスの発生
間隔から機関回転数Ｎが計算される。一方、トルクセン
サ４６は出力軸４５に加わる捩シモーメント、即ちトル
クを検出するだめに設けられており、出力軸４５に加わ
るトルクＴは次式で示される。

θ Ｔ＝Ｇ−Ｉｐ−７・・・・・（１） θ＝に、Ｎ・（ｔｂ−ｔ、）　　　・・・・・（２）と
こで　Ｇ：出力軸４５の横弾性係数 Ｉｐ：出力軸４５の軸心に対する断面２次極モーメント θ：検出ヘッド４６ａ位置に対する検出ヘッド４６ｂ位
蜂における出力軸 ４５の捩れ角 ｌ：第１０図における雨検出ヘッド４６ａ、４６ｂ間の
距離 Ｎ：機関回転数 ｔａ：検出ヘッド４６ｍの出力信号発生時ｔｂ：検出ヘ
ッド４６ｂの出力信号発生時刻 に：比例定数 上式（１）においてＧ　、　Ｉ、　、　Ｊは予めわかっ
ておシ、従って上式（１）において捩れ角θがわかると
トルクＴがわかる。一方、捩れ角θは上式（２）に示さ
れるように雨検出ヘッド４６ａ　、４６ｂの出力信号発
生時刻の差に機関回転数Ｎを乗じたものである。

従ってＭＰＵ５１においては検出ヘッド４６ａ。

４６ｂの出力信号から雨検出ヘッド４６ａ、４６ｂの出
力信号発生時刻の差を求め、次いでこの差に機関回転数
Ｎを乗じてトルクＴを求めている。

第１１図は電磁切換弁３７を作動すべき機関回転数Ｎ　
（ｒ、ｐ、ｍ　）とトルクＴとの関係を示している。な
お、第１１図の実線Ｗよりも上のハツチング領域におい
て電磁切換弁３７が作動せしめられる。第１１図かられ
かるように電磁切換弁３７が作動するトルクＴの下限値
は機関回転ａＮが一定値Ｎ。よシも低いときはほぼ一定
値であシ、機関回転′３Ｎが一定値Ｎ。よりも高くなる
とｔａ　＋Ｓ＊回転数Ｎが上昇するにつれて下降する。

なお、第１１図に示すトルクＴと機関回転数Ｎとの関係
は関数、或いはデータテーブルの形で予めＲＯＭ５３内
に記憶されている。ＭＰＵ５１内ではまず始めに回転数
センサ６０の出力信号から機関回転数Ｎが計算され、次
いでトルクセンザ４６の出力信号と機関回転数Ｎ′ｉＪ
′−ｒっトルクＴが＝ｒ算される。次いで第１１ｉＪｌ
に示す関係からトルクＴと機関回転数Ｎが実線Ｗよりも
上方のハツチング領域にあるか否かが判別される。トル
クＴと機関回転数Ｎかり４＆　Ｗよりも下方の領域にあ
るとき、即ち吸入空気、工りの少ない機関低連低負荷運
転時にはＭＰＵ５１から出力ボート５５にソレノイドを
消勢すべきソレノイド駆動データが書込まれ、それによ
って電磁切換弁３７のソレノイド３９が消勢される。ソ
レノイド３９が消勢されると負圧ダイアフラ、装置３１
の負圧室３４が負圧タンク３８に接続され、その結果ダ
イアフラム３２が圧縮ばね３５のばね力に抗して上昇す
るのでロータリ弁１８が分岐路１４を閉鎖する。一方、
トルクＴと機関回転数Ｎが第１１図の実線Ｗよりも上方
のハツチング領域にあるとき、叩ち吸入空気量の多い機
関高速高負荷運転時にはＭ　Ｐ　Ｕ　５１から出力ボー
ト５５にソレノイドを付勢すべき駆動データが書込まれ
、それによって電磁切換弁３７のソレノイド３９が付勢
される。ソレノイド３９が付勢されると負圧ダイアフラ
ム装置３１の負圧室３４が大気に開放され、その結果ダ
イアフラム３２が圧縮ばね３５のばね力により上昇する
のでロータリ弁１８が分岐路１４を全１じ；１する。

上述したように吸入空気量が少ない機関低速低負荷運転
時にはロータリ弁１８が分岐路１４を遮断している。こ
のとき入口通路部Ａ内に送り込壕れだ混合気は渦巻部Ｂ
の上壁面１３に沿って旋回しつつ渦巻部Ｂ内を下降し、
次いて旋回しつつ燃焼室４内に流入するので燃焼室４内
には強力な旋回流が発生せしめられる。一方、吸入空気
量が多い機関高速高負荷運転時にはロータリ弁１８が開
弁するので入口通路部Ａ内に送り込まれた混合気の一部
が流れ抵抗の小さな分岐路１４を介して渦巻部Ｂ内に送
り込まれる。この混合気は入口、Ｉｎ路部人から渦巻部
Ｂ内に流入して渦巻部Ｂの上壁面１３に沿って流れる混
合気流に正面から衝突し、その結果との渦巻部上壁面１
３に沿って流れる混合気流は減速せしめられて旋回流が
弱められる。

とのように機関高速高負荷運転時にはロータリ弁１８が
開弁することによって全体の流路面積が増大するばかり
でなく旋回流が弱められるので高い充填効率を確保する
ことができる。また、入口通路部人に傾斜側壁部９ａを
設けることによって入ロ通路部ＡＫ送シ込まれた混合気
の一部は下向きの力を与えられ、その結果との混合気は
旋回することなく入口通路部Ａの下壁面に沿って渦巻部
Ｂ内に流入するために流入抵抗は小さくなり、斯くして
高速高負荷運転時における充填効率を更に高めることが
できる。

以上述べたように本発明では機関出力軸のトルクと機関
回転数との関係から分岐路のロータリ弁の開閉弁制御を
行なうようにしている。ロータリ弁を開弁せしめて充填
効率を高める時期は機関負荷に依存しており、従って本
発明のように機関負荷を最も適切に表わす機関出力軸の
トルクを直接検出してこの検出トルクによってロータリ
弁の開弁制御をすることによシロータリ弁の最適な開弁
制御が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る内燃講関の平面図、第２図は第１
図のＩ［−ＩＩ　＋ｔａに沿ってみた断面図、第３図は
ヘリカル型吸気ボートの形状を示す斜視図、第４図は第
３図の平面図、第５図は第３図の分岐路に沿って切断し
た側面断面図、第６図は第４図のＶｌ　−ＶＩ　ＨＡに
沿ってみた断面図、第７図は第４図の■−■線に沿って
みた断面図、第８図は第４図の■−■線に沿ってみた断
面図、第９図はロータリ弁の斜視図、第１０図は流路制
御装置の全体図、第１１図はトルクと機関回転数との関
係を示す線図である。 ５・・吸気弁、６−・・ヘリカル型吸気ボート、１４・
・・分岐路、１８・・・ロータリ弁、３１・・負圧ダイ
アフラム装置、３７・・・電磁切換弁、４６−・・トル
クセンサ、６０・・回転数センサ。 特許出願人 トヨタ自動車工業株式会社 特許出願代理人 弁理士　　青　木　　　朗 弁理士　西舘和之 弁理士　　吉　１）正　行 弁理士　　山　口　昭　之 （１５１ 第１０ 第４０ 第５回 ２２ｏ− ２１’＜、４６ １９ ＼　　　　　　　＼ ／　／ ６ 佳 ５ ６ （

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 吸気弁層りに形成された渦巻部と、該渦巻部に接線状に
   接続されかつほぼまっすぐに延びる入口通路部とにより
   構成されたヘリカル型吸気ボートにおいて、上記入口通
   路部から分岐されて上記渦巻部の渦巻終端部に連通ずる
   分岐路をシリンダヘッド内に形成すると共に該分岐路内
   に常時閉鎖型開閉弁を挿入し、更に機関回転数を検出す
   る回転数センサと機関の出力トルクを検出するトルクセ
   ンサとを具備して該出力トルクが機関回転数によって定
   まる予め定められた設定トルクよりも大きくなったとき
   に上記開閉弁を開弁せしめるようにしたヘリカル型吸気
   ボートの流路制御装置。