JPS5823248A - 内燃機関 - 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を具えた
内燃機関に関する。

ヘリカル型吸気ボートは通常吸気弁周シに形成された渦
巻部と、この渦巻部に接線状に接続されかつほぼまっす
ぐに％ｉびる入口通路部とにより構成される。このよう
なヘリカル型吸気ボートを用いて吸入空気量の少ない機
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ポー！・形状が流れ抵抗の太
き方形状になってしま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（ｌこヘリカル覗吸気ポ
ート入口通路部から分岐されてヘリカル型吸気ボート渦
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
りも大きくなったときにアクチー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ｐ既に提案されている。このヘリ
カル型吸気ポ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凰吸気ポ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シ込まれるために吸入空気流に対
する流れ抵抗が低下し、斯くして高い充填効率を得るこ
とができる。このように上述のヘリカル型吸気ボート流
路制御装置を具えた内燃機関では機関高速高負荷運転時
に高い充填効率を得ることができるので高出力が得られ
るが機関低負荷運転時における機関出力は十分に高いと
言え々い。

本発明は機関高速高負荷運転時における高い充填効率を
確保しつつ機関低負荷運転時に強力な旋回流の発生によ
り安定した燃焼を確保すると共に出力を向上せしめるよ
うにした内燃（長間を提供することにある。

以下、添付図面を参照して本発明の詳細な説明するＣ・ 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日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円に形成され
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ｂｙされた排気ポートを夫々示す。なお、
図にＣ：示さ力いが燃焼室４内に点火栓が配置される。

第３図並びに第４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。このヘリカル型吸気ボート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：ｉ＋！ｉ路部人と、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、入口通路部人は渦巻部
Ｂに接線状に接続される。第３図、第４図並びにボア図
に示されるように入口通路部Ａの筒巻軸−ｂ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、
一方側壁面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。なお、渦巻部Ｂ
の土壁面１３は渦巻終房ＩＡ部Ｃにおいて下向きの急傾
斜壁りに接続される８ 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内には入口通路部人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１４の入口開口１５は入口通路Ｂ
ＢＡ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。とのロータリ弁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２
０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によシ回転可能に支承される
。弁軸２０は案内スリーブ２１の頂部から上方に突出し
、この突出端部にアーム２２が固着される。

一方、第２図並びに第５図に示すようにシリンダヘッド
３には圧縮比制御装置３０が取付けられる。この圧縮比
制御装置３０は燃焼室４０頂面に形成された凹所３１内
に嵌着されたライナ３２と、このライナ３２内に摺動可
能に挿入されかつ燃焼室４内に突出可能なピストン３３
とを具備する。

ピストン３３と一体形ルｙされたピストンロッド３４は
シリンダヘッド３に固着されたガイド３５によって支持
される、ピストンロッド３４の上端部にはスプリングリ
テーナ３６が取付けられ、このスプリングリテーナ３６
とシリンダヘッド３間には圧縮ばね３７が挿入される。

更に、ピストンロッド３の頂部にはスプリングリテーナ
３６周υに嵌着されるようにしてパルプキャップ３８が
固定され、このバルブキャップ３８は上方に突出する腕
３９を具備する。ピストン３３は回動支軸４０により枢
動可能に支持されたロッカーアーム４１と偏心カム４２
からなる動弁機構によって駆動される。偏心カム４２は
機関のクランクシャフトに連結されてクランクシャフト
の１／２の回転速度で回転せしめられ、従ってクランク
シャフトが２回転すると偏心カム４２は１回転せしめら
れる。

第１１図にピストン３３の動きを実線Ａで示す。

なお、第１１図において破線Ｂは排気弁７の開弁時期を
示し、破線Ｃは吸気弁５の開弁時期を示し、１、Ｉｒ、
１．ｆｆは夫々爆発行程、排気行程、吸気行程、圧縮行
程を示す。従って第１１図かられかるように爆発性８Ｉ
並びに圧縮行程■時にはピストン３３は第５図に示す後
退位置に保持され、一方排気行程Ｍ時並びに吸気行程■
時にはピストン３３は第２図に示すように燃焼室４内に
突出する。

更に、第１１図かられかるようにピストン３３は排気行
程■から吸気行程■に移るときの上死点ＴＤＣにおいて
最下降位置に達する。一方、バルブキャップ３８上方の
シリンダヘッド３内にはピストンロッド３４の軸線に対
して直角方向に延びる貫通孔４３が形成され、この貫通
孔４３内にストッパ４４が摺動可能に挿入される。この
ストッパ４４は後述するように高負荷運転時には第５図
１に示すように貫通孔４３内に没入しており、従ってこ
のときピストン３３は第１１図の実線Ａで示すように上
下動する。一方、ストッパ４４は低負荷運転時には第２
図に示すように貫通孔４３から突出してバルブキャンプ
３８の腕３９と係合し、それによってピストン３３は最
下降位置に保持される。このとき、ピストン２が上死点
に達するとピストン２の頂面とピストン３３の下面間に
スキッシュエリアＳが形成される。

第１０図を参照すると、各気筒のロータリ弁１８のアー
ム２２の先端部は連結ロンド５０によって互に連結され
、この連結ロッド５０は第１負圧ダイアフラム装置５１
のダイアフラム５２に固定された制御ロッド５３に連結
される。この第１負圧ダイアフラム装に５１はダイアフ
ラム５２によって大気から隔離基れた負圧室５４を具備
し、この負王室５４内にダイアフラム押圧用圧縮ばね５
５が挿入される。一方、吸気ボート６は一部だけ示した
吸気マニホルド５６を介して図示しない気化器に接続さ
れ、第１負圧ダイアフラム装置５１の負圧室５４は負圧
導管５６を介して吸気マニホルド５６内に接続される。

吸気マニホルド５６内の負圧が大きいとき、即ち機関低
負荷運転時にはダイアフラム５２は第１０図に示すよう
に圧縮ばね５５に抗して一ヒ昇しておシ、このときロー
タリ弁１８は分岐路】４を閉鎖している。一方、吸気マ
ニホルド５６内の負圧が小さなとき、即ち機関高負荷運
転時にはダイアフラム５２は圧縮ばね５５のばね力によ
り下降し、このときロータリ弁１８が分岐路１４を全開
する、。

一方、第２図、第５図並びに第１０図に示されるように
圧縮比制御装置３０のストッパ４４はシリンダヘッド３
から外方に突出する部分に互に間隔を隔てた一対の環状
フランジ６０．６１を有する。更に、シリンダヘッド３
にはレバー６２がピボット６３により回動可能に枢着さ
れ、このレバー６２の一端部が環状７ランジ６０．６１
間のストッパ４４上に遊合せしめられる。また、レバー
６２と環状フランジ６０間に圧縮ばね６４が挿入され、
更にレバー６２と環状フランジ６１間に圧縮ばね６４′
が挿入される。一方、各気筒のレバー６２の他端部は互
に連結ロッド６５により連結され、この連結ロッド６５
は８ｇ２負圧ダイアフラム装置６６のダイアフラム６７
に固定された制御ロンドロ８′に連結される。第２負圧
ダイアフラム装置６６はダイアフラム６７によって大気
から隔離された負圧室６９と、この負王室６９内に挿入
された圧縮ばね７０とを具備し、負圧室６９は負圧導管
７１を介して吸気マニホルド５６に接続される。吸気マ
ニホルド５６内の負圧が大きなとき、即ち機関低負荷運
転時には第２負圧ダイアフラム装置６６のダイアフラム
６７は圧縮ばね７０に抗して上昇するために連結ロッド
６５を介してダイアフラム６７に連結されたレバー６２
は反時計回シに回動し、圧縮ばね６４を介してストッパ
４４を右方に押圧する。次いでピストン３３が第２図に
示すようにロッカーアーム４１により押下けられて最下
降位置に達するとストッパ４４は圧縮ばね６４のばね力
により貫通孔４３から突出してバルプキャップ３８の腕
３９の頂部と係合する。従ってその後ピストン３３は偏
心カム４２の回転とは無関係に常時第２図に示す最下降
位置に保持される。このように機関低負荷運転時にはピ
ストン３３が最下隣位ｆαに保持されるので圧縮比が高
められると共に圧縮行程末期にはスキッシュエリアＳか
らスキッシュ流が発生する。一方、吸気マニホルド５６
内の負圧が小さなとき、即ち機関高負荷運転時には第２
負圧ダイアフラム装置６６のダイアフラム６７が圧縮ば
ね７０のばね力により下降するだめにレバー６２は時計
回シに回動し、圧縮ばね６４′を介してストッパ４４を
左方に押圧する。次いでピストン３３が第２図に示すよ
うにロッカーアーム４１によυ押下げられて最下降位置
に達するとストッパ４４は圧縮ばね６４′のばね力によ
り貫通孔４３内に没入する。従ってこのときビス）・ン
３３は第１１図の実線人で示されるように上下動を繰返
す。第１１図かられかるようにピストン３３は圧縮行程
■から爆発行程Ｉにかけて最上昇位置にあるために機関
高負荷運転時には機関低負荷運転時に比べて圧縮比が低
く々る。

上述したように機関低負荷運転時にはロータリ弁１８が
分岐路１４を閉鎖し、ピストン３３が最下降位置に保持
されて圧縮比が高められている。

このとき入口通路部Ａ内に送り込丑れだ混合気は渦巻部
Ｂの土壁面１３に沿って旋回しつつ渦巻部Ｂ内を下降し
、次いで旋回しつつ燃焼室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。仄いて圧縮行
程末ＪｉＪＪになるとスキッシュエリアＳからスキッシ
ュ流が噴出し、このスキッシュ流と上述の旋回流とによ
シ燃焼速１・、ｔが大巾に速められる。従って圧縮比が
高められてもノッキングが発生するのを抑制することが
でき、更に燃焼速度が大巾に速められるのでよシ一層稀
薄な混合気を使用することができる。このように機関低
負荷運転時にはノンキングの発生を抑ｍｌＪ　ｌ、つつ
圧縮比を高めることができるので機関出力を向上できる
と共に圧縮比を高めることによる熱効率の向上と、稀薄
混合気を使用できることによシ燃料消費率を向上させる
ことかで′きる。一方、機関高負荷運転時にはロータリ
弁１８が全開するので入口通路部Ａ内に送りｏすれた混
合気の一部が流れ抵抗の小さな分岐路】４を介して渦巻
部Ｂ内に送シ込１れる。この混合気は入口通路部人から
渦巻部Ｂ内に流入して渦巻部Ｂの上壁面１３に沿って流
れる混合気流と衝突し、渦巻部Ｂの土壁面１３に沿って
流れる混合気を減速せしめるので旋回流が弱められる。

こ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シ
で々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。寸だ、第１１図に示されるように吸気行
程■時にはピストン３３が上昇するのでピストン３３は
吸引ポンプの作用をなし、更に充填効率が向上する。棟
た、入口通路部人に傾斜側壁部９ａを設けることによっ
て入口通路部へに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
入口通路部人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。壕だ、こ
のように機関高負荷運転時にピストン３３を上下動せし
めることによってカーボン等の付着によυピストン３３
がライナ３１に固着するのを阻止することができる。

第り負圧ダイアフラム装置５１の作動負圧、即ちロータ
リ弁】８を開弁せしめるときの負圧、並びに第２負圧ダ
イアフラム装置６６の作動負圧、即ちストッパ４４によ
シピストン３３を最下降位置に保持せしめるときの負圧
は例えば−１００ｍｌｌＨｇから一２００１１！Ｈｇの
同一負圧にすることもできるし、また第】負圧ダイアフ
ラム装置５】の作動負圧を一１００關Ｈｇ程度に、ｉｉ
ｆ＜’２負圧ダイアフラム装置６６の作動負圧を一２０
０１１Ｈｇ程度に設定することもできる。々お、ピスト
ン３３が最下降位置にあるときの圧縮比を１２程度に、
ピストン３３が最上昇位置にあるときの圧縮比を９程度
に設定するのが好捷しい。

以上述べたように本発明によれば機関低負荷運転時には
燃焼室内に強力々旋回流が発生せしめられると共に圧縮
比が高められるので稀薄混合気を用いてもノッキングを
生ずることガく安定した燃焼が得られ、更に機関出力を
向上することができる、一方、機関高負荷運転時には充
填効率が高められるので高出力を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は水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図は筆３図の平面
図、第５図は第３図の分岐路に沿って切断し７だ側面断
面図、第６図は第４図のＶｌ−１１線に沿ってみたｌ断
面図、第７図は第４図のＭｌ−■碌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図は流路制御装置並び
に圧縮比’ｔｉ制御装置の全体図、第１１図は圧縮比制
御装置のピストンの動きを示す線図でおる。 ６・・・ヘリカル型吸気ボート、１４−・・分岐路、１
８−・・ロータリ弁、３０　・圧縮比制御装置、３３・
・ピストン、４４・・・ストッパ、５１・・第１負圧ダ
イアフラム装置、６６・・・第２負圧ダイアフラム装置
。 特許出願人 トヨタ自動車工栗株弐云肚 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

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 吸気弁周シに形成された渦巻部と、該渦巻部に接線状に
   接読されかつほぼまっすぐに延びる入口通路部とによ多
   構成されたヘリカル型吸気ボートを具えた内燃機関にお
   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し、
   該分岐路内に機関負荷に応動する常時閉鎖型開閉弁を設
   けて機関負荷が所定負荷以上になったときに該開閉弁を
   開弁し、更に機関負荷に応動して圧縮比を五化せしめる
   圧縮比制御装置を燃焼室内に設けて機関低負荷運転時の
   圧縮比を機関高負荷運転時の圧縮比よシも高くするよう
   にした内燃機関。