JPS5828519A - 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弁部りに形成された渦
巻部と、この渦巻部にｗ！縁状番こ接続されかつほぼま
うすぐに延びる入口通路部と番こより構成される。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ボート形状が流れ抵抗Ｑ
）大きな形状番こ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カ
ミある。

このような問題を解決するためにヘリカル戯吸気ボート
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りて作動される常
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
太き（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
置が本出願人により既に提案されている。こＱ〕へＩＪ
カル型吸気ボートでは機関吸入空気量Ｑ）多（１）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５リ力
ル型吸気ボート渦壱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、斯くして高い充填効率を
得ることができる。しかしながらこのような流路制御装
置を具えた内燃機関では変速機がニュートラル位置にあ
るときにアクセルペダルが踏込まねて吸入空気量が増大
すると分岐路が開弁せしめられる。その結果、機関出力
が増大せしめられることになるがこのようなときには機
関出力を増大せしめる必要がなく、このような機関出力
の増大は燃料を無駄に消費するだけである。更に、上述
のように変速機がニュートラル位置にあるときに開閉弁
を作動せしめることは開閉弁作動機構の摩耗をいたずら
ｌこ招くだけである。

本発明は変速機がニュートラル位置にあるときに開閉弁
を閉弁状態番こ保持して燃料の無駄な消費を阻止すると
共に開閉弁の耐久性を向上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。

第１図並びに纂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ｌ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３Ｖ３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。なお、
図には示さないが燃焼室４内に点火栓が配置される。

謳３図から第５図にｇ２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１１ｉｌ紐ａがわずかに彎曲
した入口通路部ムと、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、入口通路部ムは渦巻部Ｂに
接線状に接続される。

ｆｌＥ３図、菖４図並びに籐７図に示＆４るように入口
通路部人の渦巻軸線すに近い側の側壁面９−の上方側壁
面９島は下方を向いた傾斜面に形成され、この傾斜面９
ａの巾は渦巻部Ｂに近づくｌこ従りて広くなり、入口通
路部Ａと渦巻部Ｂとの接続部に詔いては第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１９ａに形
成される。側壁面９の上半分は吸気弁ガイド１０（＠２
図）周り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、−盲側壁面９の下半
分は渦巻部３の渦巻終端部Ｃに２いて渦１１部Ｂの側壁
面１２に接続される。なお、渦巻部Ｂの上壁面１３は渦
巻終端部Ｃにおいて下向きの急傾斜壁りに接続される。

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内には入口通路部ム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１ｌ
ｌＣに接続される。分岐路１４の入口開口１Ｂは入口通
路１１Ａの入口開口近傍に２いて側壁面９上に形成さｆ
％分分岐路４の出口開口１６は渦巻終端部Ｃにおいて側
壁面１２の上端蕩に形成される。更に、シリンダヘッド
３内には分岐路１４を貫通して延びろ開閉弁挿入孔１７
が穿設され、この開閉弁挿入孔１７内には夫々通路開閉
弁の作用をなすロータリ弁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１１９図に示
すよう憂こ薄板状を′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
れる働 １１１０図を参照すると、吸気ボー１−６４；を枝管２
３を介して共通のサージタンク２４に接続され、更にサ
ージタンク２４はエアダクト２５並びにエアフローメー
タ２６を介して大気に連通する◎第２図並びに第１０図
を参照すると各枝管２３には吸気ボート６内に向けて燃
料を噴射するための燃料噴射弁２７が取付けられ、また
エアダクト２５内にはアクセルペダルに連結されたスロ
ットル弁２８が挿入される。一方、各気筒のロータリ弁
１８のアーム２２の先端部は連結ロッド２９によりて互
に連結され、この連結ロッド２９４ｉ負圧ダイアフラム
装置３０のダイアフラム３１に固着された制御ロッド３
２に連結される。負圧ダイアフラム装置３０はダイアフ
ラム３１によって大気力ら隔離された負圧室３３を有し
、この負圧室３３内にダイアフラム押圧用圧縮ばね３４
が挿入される。負圧室３３は導管３５を介して大気連通
制御弁３６の弁室３７に連結される。弁室３７は一方で
は弁室３７からサージタンク２４内憂こ向けてのみ流過
可能な逆止弁３８を介してサージタンク２４に連結され
、他方では大気連通ポート３９並びにエアフィルタ４ｏ
を介して大気番こ連通する。

更に、大気連通制御弁３６は電磁弁４１を具備し、この
電磁弁４１は大気連通ポート３９の開閉制御をする弁体
４２と、弁体４２に連結された可動プランジャ４３と、
可動プランジャ吸引用のソレノイド４４から構成される
。電磁弁４１のソレノイド４４は電子制御ユニット５０
の出力端子に接続される。更に、逆上９３８とサージタ
ンク２４とを連結する負圧導管４５には負圧タンク４６
が接続され、この負圧タンク４６とサージタンク２４間
の負圧導管４５内には電磁遮断弁４７カＳ挿入される。

この電磁遮断弁４７のソレノイド４８は電子制御ユニッ
ト５０の出力端子に接続される。

電子制御ユニット５０はディジタルコンビエータからな
り、各種の演算処理を行な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
力ポート５５が双方向性パス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にはムＤ変換器５８を介してエア７０−
メータ２６が接続される。このエア７０−メータ２６は
吸入空気量−こ比例した出力電圧を発生し、この電圧が
ＡＤ変換器５８に２いて対応する２進数に変換されてこ
の２進数が入力ボート５４並びにパス５６を介してＭＰ
Ｕ５１に入力される。更に、入力ボート５４番こは変速
機５９に取付けられた二、−トラルスイッチ６０が接続
される。この二島−トラルスイッチ６０は変速機５９が
二、−トラル位置にあるときにオンとなるスイッチであ
つてこの二為−トラルスイッチ６０の出力信号は入力ボ
ート５４並びにパスＳ６を介してＭＰＵ！！１に入力さ
れろ。一方、出力ポート３！ｓは一方では電力増巾回路
６１を介して電磁弁４１のソレノイド４０に接続され、
他方では電力増巾回路６２を介して電磁遮断弁４フのソ
レノイド４８に接続される。後述するように吸入空気量
が予め定められた空気量以上になるとＭＰＵ１ｓｌから
出力ポート５！Ｓに電磁弁駆動データが書込まれ、この
ときソレノイド４４が付勢されるために弁体４２が大気
連通ボート３９を開口する。その結果、負圧室３３内は
大気圧となるのでダイアフラム３１は圧縮ばね３４のば
ね力により下方に移動し、斯くして口・−タリ弁ｌＢが
回動せしめられて分岐路１４を全開する。一方、吸入空
気量が予め定められた空気量よりも少なくなると出力ポ
ート５ｓにソレノイドを消勢すべき駆動データが書込ま
れ、それによってソレノイド４４が消勢されるために弁
体４２が弁ボート３９を閉鎖する。このとき逆上弁３８
はサージタンク２４内の負圧が負圧ダイアフラム装置３
０の負圧室３３内の負圧よりも大きくなろと開弁し、サ
ージタンク２４内の負圧が負圧室３３内の負圧よりも小
さくなると閉弁するので弁体４２が閉弁しかつ電磁遮断
弁４７が開弁している限り負圧室３３内の負圧はサージ
タンク２４内に発生した最大負圧に維持される。負圧室
３３内に負圧が加わるとダイアフラム３１は圧縮ばね３
４に抗して上昇し、その結果ロータリ弁１８が回動せし
められて分岐路１４が閉鎖される。

一方、電磁遮断弁４７はソレノイド４８が付勢されると
負圧導管４５を開通せしめ、ソレノイド４８が消勢され
ると負圧導管４５を遮断せしめる。

次に１１１１図に示すフローチャートを参照して本発明
による流路制御装置の作動を説＠する。第１１図を参照
すると、まず始めにステップ７０に２いてニエートラル
スイッチ６０がオンであるか否かが判別される。ステッ
プ７０においてニエートラルスイッチ６０がオンでない
と判別されたときはステップ７１に進んでソレノイド４
８を付勢すべき駆動データを出力ポート５５に書込む。

このとき前述したように電磁遮断弁４７が開弁して負圧
導管４５が開通せしめられる。次いでステップ７２にお
いて吸入空気量ｑを表わすエアフローメータ２６の出力
信号がＭＰ０５１内に読込まれ、次いでステップ７２に
おいて吸入空気量ｑが予め定められた一定量Ｑ０よりも
大きいか否かが判別される。ステップ７３において吸入
空気量Ｑが一定量ｑ・よりも大きいと判別されたときは
ステップ７４に進んでソレノイド４４を付勢すべき駆動
データを出力ポート５５に書込む。このとき前述したよ
うにロータリ弁１８が分岐路１４を全開する。一方、ス
テップ７３において吸入空気量Ｑが一定量Ｑ・よりも大
きくないと判別されたときはステップ７５に進んでソレ
ノイド４４を消勢すべき駆動データを出力ポート５５に
書込む。このとき前述したようにロータリ弁１８が分岐
路１４を閉鎖する。一方、ステップ７ｏにおいて一７瓢
−トラルスイッチ６０がオンでないと判別されたときは
ステップ７６に進んでソレノイド４８を消勢すべき駆動
データを出カポー゛ト５５に書込む。このとき、前述し
たように電磁遮断弁４７が閉弁せしめられて負圧導管４
５が遮断される。次いでステップ７５に２いてソレノイ
ド４４が消勢され、ロータリ弁１８が分岐路１４を閉鎖
する。

第１１図かられかるようにニュートラルスイッチ６０が
オンでないとき、即ち変速機５９が第１速乃至菖５速位
置、或いはドライブ位置にあるときには電磁遮断弁４７
が開弁している。更にこのときには吸入空気量に応じて
ロータリ弁１８による分岐路１４の開閉制御が行なわれ
、上述したように吸入空気量の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ｓＡ内に送り込まれた混合気は渦巻部
Ｂの上壁面１３ζこ沿って旋回しっつ渦巻部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内には強方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
に送り込まれろ。渦巻ＩＳＢの上壁面１３に沿りて進む
混合気流は渦巻終端部Ｃの急傾斜壁Ｄｉこよりて下向き
に流路が偏向せしめられるために渦巻終端部Ｃ１即ち分
岐路１４の出口開口１６には大きな負圧が発生する。従
りて入口通路部Ａと渦巻終端部Ｃとの圧力差が大きいの
でロータリ弁１Ｂが開弁すると大量の混合気が分岐路１
４を介して渦巻部Ｂ内に送り込まれる。このよう憂こ機
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（大量の
吸入空気が流れ抵抗の小さな分岐路１４を介して渦巻部
す内に送り込ま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ｓＡに傾斜側ｍ郁９ａを設ける
ことによりて入口通路部ムに送り込まれた混合気の一部
は下向きの力を与えられ、その結果この混合気は旋回す
ることなく入口通路部ムの下壁面に沿りで渦巻＠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ｔこ高めることができ
る。

一方、ニュートラルスイッチ６０がオン番こなると、即
ち変速機５９がニュートラル位置に切換えられると電磁
弁４１のソレノイド４４並びに電磁切換弁４７のソレノ
イド４８が共に消勢される。

変速機５９がニュートラル位置に切換えられるのは通常
アイドリング運転時或いは低負荷運転時であり、従って
変速機５９がニュートラル位置に切換えられると負圧室
３３内並び番こ負圧タンク４６内は大きな負圧に維持さ
れる。斯くしてロータリ弁１８が分岐路１４を閉鎖し続
けること番こなる。

一方、通常機関を停止するとき番こは変速１ａ５９がニ
ュートラル位置に切換えられた後にイブニラシー璽ンス
イッチをオフにするので機関が停止すると負圧室３３内
並びに負圧タンク４６内は大きな負圧に維持される。機
関が停止している間に例えば電磁弁４１の弁体４２が漏
洩し、それによりて大気が大気連通ボート３９から侵入
しても大容積の負圧タンク４６が設けられているために
負圧室３３内の負圧はさほど小さくならず、斯（して機
関が停止期間中分岐路１４はロータリ弁１８によりて閉
鎖され続ける。次いで機関を始動するときには変速機５
９はニュートラル位置のままであるので横開始動時には
分岐路１４がロータリ弁１８によりて閉鎖されている。

従って横開始動時に燃燃宣４内に旋回流を発生せしめる
ことができるので機関を容易に始動することができる。

更に、機関停止期間中ロータリ弁１８が氷結したとして
も横開始動時並びに機関暖機運転時には分岐路］４が閉
鎖状態に保持されるので良好な始動と安定した暖機運転
を確保することができる。

以上述べたように本発明によれば変速機がニュートラル
位置にあるときにアクセルペダルがＩＩＩ込まれたとし
ても分岐路は閉鎖状態に保持されるので機関出力増大に
よる無駄な燃料の消費を阻止でき、更にロータリ弁が作
動されることがないのでロータリ弁作動機構の摩耗が低
減され、それによりて流量制御装置の耐久性を向上する
ことができる。更に横開始動時分岐路が閉鎖されるので
良好な始動を確保でき、例え機関停止中にロータリ弁が
氷結したとしても良好な始動と安定した暖機運転を確保
することができる。なお、エア７０−メータを用いて吸
入空気量を計測する代りにサージタンク内の負圧と機関
回転数から吸入空気量を求めることもできる。

【図面の簡単な説明】

ＩＦ５図は本発明に係る内燃機関の平面図、第２図は第
１図のＩ−１線に沿りてみた断面図、ｗＫ３図はヘリカ
ル型吸気ボートの形状を示す斜視図、菖４図はに３図の
平面図、謳５図は第３図の分岐路に沿りて切断した側面
断面図、第６図は第４図のｖｔ−ｍ＊に沿りてみた断面
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■−■銀に沿りてみた断面図、第９図は
ロータリ弁の斜視図、第１θ図は流路制御装置の全体図
、［１１図は流路制御装置の作動を説明するためのフロ
ーチャートである。 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、３０・・・負圧
ダイアフラム装置、４１・・・電磁弁、４７・・・電磁
遮断弁、５９・・・変速機、６０・・・二島−トラルス
イッチ。 特許出願人 トヨタ自動車工業株式会社 特許出願式通人 弁理士　　青　木　　　朗 弁理士　西舘和之 弁理士　　實　１）正　行 弁理士　　山　口　昭　之 第５回

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 吸気弁部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り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８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吸入空気量
   が所定量以上に達したときに開弁する常時閉鎖型開閉弁
   を該分岐路内に配置し、更に変速機のニュートラル位置
   を検出する二為−トラルスインチを真備して変速機がニ
   ュートラル位置にあるときに吸入空気量とは無関係に上
   記開閉弁を閉弁するようにしたヘリカル型吸気ポートの
   流路制御装置。