JPS5823225A - 内燃機関の吸気装置 - 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】 本発明は内燃機関の吸気装置に関する。

排気ガス中の有害成分ＨＣ，Ｃｏ並びにＮＯｘを同時に
低減する方法として機関排気系に三元触媒コンバータを
取付ける方法が知られている。この三元触媒は機関シリ
ンダ内に供給される混合気の空燃比が理論空燃比のとき
に最も浄化効率が高くなシ、従って三元触媒フンバータ
を使用するときは機関シリンダ内に供給される混合気の
空燃比をできる限シ理鴫空燃比に近づける必要がある。

このように機関シリンダ内に供給される混合気の空燃比
を理論空燃比に近づけることのできる空燃比制御装置と
して、機関排気系に取付けた排気センサの出力信号に応
じて空燃比が理論空燃比よシも小さくなったときには混
合気を薄くし、空燃比が理論空燃比よシも大きくなった
ときには混合気を濃くするようにした空燃比制御装置力
３知られている。

従ってこのような空燃比制御装置を用いた場合には微視
的にみると機関シリンダ内に供給される混合気の空燃比
は理論空燃比を中心とＬ〜て変動し、従って機関シリン
ダ内では稀薄混合気或いは濃混合気が交互に燃焼せしめ
られることになる。しかしながら稀薄混合気は燃焼速度
が遅く、濃混合気は燃焼速度が速いだめに上述のように
稀薄混合気並びに濃混合気が交互に燃焼せしめられると
燃焼速度の差によってトルク変ｋｌＪが生じるという問
題がある。

本発明は上述のような空燃比制御装置を用いた場合にト
ルク変動が生ずるのを１（■止するようにした内燃機関
の吸気装置を提供することにある。

以下、添付図面を参照して本発明を腫紳に説明する。

第１図並びに第２図を参照すると、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
焼寧、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。カお、図
には示さないが燃焼宰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乙の
形状を図解的に示す。このヘリカル型吸気ボート６は第
４図に示されるように流路軸線＆がわずかに彎曲した入
口通路部Ａと、吸気弁５の弁軸周９に形成された渦巻部
Ｂとによシ構成され、入口通路部Ａは渦巻部ＢＫ接線状
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
部Ａ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
１］は渦巻部Ｂに近づくに従って広くなり、入口通路部
Ａと渦巻部Ｂとの接続部においては第７し１に示される
ように側壁面９の全体が下方に向いた＃１斜ｎｊ９ｍ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）周りの吸気ボート上壁α１（上に形成された円筒
状突起１１０歴壁面に滑らかに接続され、一方側壁向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
ドろ内には入口通路部Ａから分岐されたほぼ一様断面の
分岐路１４が形成１され、この分岐路１４は渦巻終端部
Ｃに接Ｍ略れる。分岐路１４の入口開口１５け入口通路
ｉＢ　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１４の出口開口１６は渦巻終端部Ｃにおいて側
壁面１２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１４を貫通して延びる開閉弁挿入孔１７
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、吸気ボート乙には吸気マニホル
ド２３が連結され、この吸気マニホルド２３にはエアク
リーナ２４を具えた気化器２５が取付けられる。エアク
リーナ２４からはバイパス管２６が分岐され、このバイ
パス管２６はｉ　ｌｉ　％ｌＪ御用１セ１磁弁２７を介
して吸気マニホルド２３内に連結される。電磁弁２７は
弁ボート２８の流路面積を制御する弁体２９と、弁体２
９に連結された可動プランジャ３０と、可動プランジャ
吸引用のソレノイド３１と、圧縮げね３２＜！：により
構成され、このソレノイド３１は電子制御ユニット５３
の出力端子に接続される。一方、排気ボート８には排気
マニホルド３４が連結され、この排気マニホルド３４は
図示しない排気管を介して三元餉媒コンバータに接続さ
れる。この排気マニホルド３４内には排気センサ、例え
ば酸素濃度検出器３５が配置され、この酸素濃度検出器
′５５は電子制御ユニット３３の入力端子に接続される
。

一方、各気筒のロータリ弁１８のアーム２２は連結ロッ
ド３６によって互に連結され、この連結ロッド３６の端
部は電磁弁からなるアクチュエータ３７の駆動ロッド３
８に連結される。このアクチュエータ３７は田動ロッド
３８に連結された可動プランジャ３９と、可動プランジ
ャ吸引用ソレノイド４０と、圧縮はね４１とによＨ，“
ｌ成され、ソレノイド４０は７１−ｉ、子制御ユニット
３３の出力端子に接続ばれる。

８ｉＸ　１１図に短、子制御ユニット３６の回路図を示
す。なお、第１１ニジ１においてＶ、は電源’ｆｌ？、
圧を示す。第１１（ヴ１を参照すると第１０図に示した
酸素濃度検出器３５が示される。この酸素濃度検出器６
５けよく知られているように排気ガスが酸化雰囲気のと
き、即ち（ぐφ関シリンダ内に供給はれる混合気の空燃
比が理論空ψ比よりも太き外とき０．１ボルト程度の出
力を発し、一方排シ４ガスか還元雰囲気のとき、即ち機
関シリンダ内に供給される混合ゲ１の空燃比が理論空燃
比よυも小さなとき０９ボルト程度の出力を４ｔ；する
。

第１１図に示されるように、重子制御ユニット３３はボ
ルテージホロワ５０と、ＡＧＣ回路５１と、第１のコン
パレータ５２と、積分回路５３と、反転増１１器からな
る比例回路５４と、加算回路５５と、側波発生回路５６
と、第２のコンパレータ５７、！：、ｉｎｌのトランジ
スタ５８と、第２のトランジスタ５９とを具備する。酸
素濃度検出器３５の出力端子はボルテージホロワ５０の
非反転入力端子に接続され、このボルテージホロワ５０
の出力端子はＡ、　Ｇ　Ｃ回路５１の入力端子に接続さ
れる。

一方、ＡＧＣ回路５１の出力端子は抵抗６０を介して第
１コンパレータ５２の非反転入力端子に接続され、第１
コンパレータ５２の反転入力端子には抵抗６１を介して
０．４ボルト程度の基準電圧が印加される。第１コンパ
レータ５２の出力端子は一方では積分回路５３の入力端
子に接続され、他方では比例回路５４の入力端子に接続
される。また、積分回路５６の出力端子は加算回路５５
の第１の入力端子に接続され、比例回路５４の出力端子
は加算回路５５の第２の入力端子に接続される。

加算回路５５の出力端子は抵抗６２を介して第２コンバ
レー々５７の非反転入力端子に接続され、一方、第２コ
ンパレータ５７の反転入力端子は抵抗６６を介して側波
発生回路５６に接続される。

第２コンパレータ５７の出力端子は夫々抵抗６４゜６５
に介して第１トランジスタ５８のベース！’に第２トラ
ンジスタ５９のベースに接続される。

第１トランジスタ５８のエミッタは接地され、コレクタ
は電磁弁２７のソｌツノイド３１　（第１０図）にｔ８
３続される。一方、第２トランジスタ５９のエミッタｕ
ｓｔ＋ｈされ、コレクタはアクチュエータ３７のソレノ
イド４０（第１０図１）に接続される。

酸素濃度検出器６５の出力信号はボルテージホロワ５０
を介してＡＧＣ回路５１に供給される。

ＡＧＣ回Ｖへ５１は酸素濃度検出器３５の出力信号の平
均値が低下したときに利得が大きくなるように構成され
た増巾器であシ、従ってＡＧＣ回路５１の出力端子には
酸素濃度検出器３５の出力電圧に比例して変化しかつそ
の平均値が一定レベルに誹持された出力電圧が発生する
。第１２図（ａ）はこのＡＧＣ回路５１の出力電圧を示
す。なお、第１２図（、）において電圧ｖｒ　は第１コ
ンパレータ５２の反転入力端子に印加される基準電圧を
示す。第１コンパレータ５２の出力電圧はＡ　Ｇ　Ｃ［
「ｉｌ回路１の出力電圧が基準電圧ｖｒ　　よシも大き
くなったときに高レベルとなシ、斯くして第１コンパレ
ータ５２の出力電圧は第１２図（ｂ）のようになる。第
１コンパレータ５２の出力電圧は積分回路５ろにおいて
積分され、その結集積分回路５３の出力端子には第１２
図（ｅ）に示すような出力電圧が発生する。

一方、第１コンパレータ５２の出力電圧は比例回路５４
において反転増巾され、その結果比例回路５４の出力端
子には第１２図（ｄ）に示すような出力電圧が発生する
。積分回路５３の出力Ｙｑ、圧並びに比例回路５４の出
力電圧は加算回路５５において加算され、その結果加算
回路５５の出力端子には第１２図（・）に示すような出
力璽１圧が発生する。一方、側波発生回路５６は第１２
図（ｆ）に示されるようか一定周波数の出力電圧を発生
している。第１２図（ｇ）に示すように加算回路５５の
出力電圧と側波発生回路５６の出力電圧は第２コンパレ
ータ５７において比較きれ、第２コンパレータ５７の出
力電圧は加算回路５５の出力電圧がＯ植皮発生回路５６
の出力用１圧よりも高くなったときに高レベルとなる。

従って第２コンパレータ５７の出力端子には第１２図（
ｈ）に示すよう７Ｗｋパルスが発生し、このパルス巾は
加算回路５５の出力和、圧に比例する。この連続パルス
によって各ソレノイド３１．４０を流れる電流が制御さ
れ、との沖続パルスのパルス巾が広くなるほど各ソレノ
イド３１゜４０を流れる電流が増大する。第１２図から
れかるようにＡ、　Ｇ　Ｃ回路５１の出力電圧が高レベ
ルとなったとき、即ち機関シリンダ内に１１・給される
混合気の空燃比が理論空燃比よυも小さくなったときに
は第２コンパレータ５７の出力パルス巾が増大し、その
結−東名ソレノイド３１．４０に供給される電流が増大
せしめられる。ソレノイド３１に供給される電、流が増
大せしめられると弁ポート２日の開口面積が増大してバ
イパス管２６かも吸気マニホルド２３内に供給される空
気量が増大し、その結果（へ）門シリンダ内に供給され
る混合気の空燃比が大きくなる。一方、ソレノイド４０
に供相される電流が増大せしめられると連結ロッド３６
がアクチェエータ３７によって引張られ、その結果ロー
タリ弁１８が分岐路１４を開弁する方向に回動せしめら
れる。とれに対してＡＧＣ回路５１の出力電圧が低レベ
ルとなったとき、即ち機関シリンダ内に供給される混合
気の空燃比が理論空燃比よシも大きくなったときには第
２コンパレータ５７の出力パルス巾が減少し、その結果
各ソレノイド３１．４０に供給される電流が減少せしめ
られる。ソレノイド３１に供給される電流が減少せしめ
られると弁ボート２８の開口面積が減少してバイパス管
２６から吸気マニホルド２３内に供給される空気量が減
少し、その結果機関シリンダ内に供給される混合気の空
燃比が小さくなる。一方、ソレノイド４０に供給される
電流が増大せしめられるとアクチュエータ３７の駆動ロ
ンド３８はアクチュエータ３７から押出され、その結果
ロータリ弁１８が分岐路１４を閉弁する方向に回動せし
められる。

上述のように機関シリンダ内に濃混合気が供給されると
バイパス管２６から供給される空気量が増大せしめられ
、一方機関シリンダ内に稀薄混合気が供給せしめられる
とバイパス管２６から供給される空気量が減少せしめら
れて機関シリンダ内に供給される混合気の空燃比が理論
空燃比にｔｌは一敬せしめられる。一方、上述のように
機関シリンダ内に濃混合ゲ、が供給されるとロータリ弁
１８は開弁方向に回動せしめられ、また機関シリンダ内
に稀薄混合気が供給されるとロータリ弁１８は閉弁方向
に回動せしめられる。第１図乃至第５図から明らかなよ
うにロータリ弁１８が開弁すると入口通路Ａ内に送り込
まれた混合気、の一部が分岐路１４を介して渦巻部Ｂ内
に送り込まれる。との混合気は入口通路部Ａ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、その結果この渦巻部上壁面１
３に沿って流れる混合ゲ５流は減速せしめられて旋回流
が弱められる。この旋回流を弱める効果はロータリ弁１
日の開弁量が大きくなるほど増大する。

云い換えるとロータリ弁１８の開弁量が清少するほど旋
回流は強くなる。従って上述のように機関シリンダ内に
稀薄混合気、が供給されたときにロータリ弁１８が閉弁
方向に回動せしめられると旋回流が強められるために燃
焼速度が速くなり、この燃焼速度は機関シリンダ内に濃
混合気が供給されているときの燃焼速度とさほど変らな
くなる。従って機関シリンダ内に供給される混合気が交
互に稀薄並びに過濃となっても燃焼速度が急変すること
がないのでトルク変動が生じるのを阻止するととができ
る。

このように本発明によれば機関シリンダ内に供・給され
る混合気の空燃比を目標空燃比、例えば理論空燃比に近
づけるようにした空燃比制御装置を具えた内燃機関にお
いて空燃比の変動によシ生ずるトルク変動を抑制するこ
とができ、斯くして円滑な機関の運転を確保するととが
できる。なお、空燃比制御装置としては気化器に代えて
燃料噴射弁を用いることができることは云うまでもない
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る内燃機関の平面図、第２図は第１
図の■−■線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１１ｒシた側面
断面図、第６図は第４図のＶｌ　−Ｖｌ線に沿ってみた
断面図、第７図は第４図の■−Ｖｌｌわシ」に沿ってみ
た断面図、第８図は第４図１のＶｌｌ−＼細線に沿って
みた断面図、第９図はロータリ弁の斜視図、第１０図は
吸気、装置の全体図、第１１図は電子制御ユニットの回
路図、第１２図は電子制御ユニットの作動を示すタイム
チャートである。 ６・・・ヘリカル型吸気ボート、１４・・・分岐路、１
日・・・ロータリ弁、２６・・・バイパス管、２７・・
・電？ｉ＋、３７・・・アクチュエータ、３３・・・電
子制御ユニット。 α９ 第１０ 第４回 第５ＴｆＪ ２ ８２０ ２１＜、４６ ５　　　　　１９ ６ 佳 ５ ３６

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 吸気弁開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、ボートを具備し、更に機関
   排気通路に取付けた排気センサの出力信号に応動して機
   関シリンダ内に供給される混合気の空燃比を理論空燃比
   に近づけるための空燃比制御装置を具備した内燃機関に
   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アクチュエータによって作動され
   る開閉弁を挿入し、該アクチュエータを上記排気センサ
   の出力信号に応じて作動せしめて機関シリンダ内に供給
   される混合気が稀薄混合気となったときに上記開閉弁を
   閉弁方向に駆動すると共に機関シリンダ内に供給される
   混合気が濃混合気となったときに上記開閉弁を開弁方向
   に駆動するようにした内燃機関の吸気装置。