JPS5828520A - 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】 本発明はヘリカル臘吸気−−トの流路制御装置Ｋ１ｍす
る。

ヘリカル型吸気ポ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纜ぼｔつす
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／−）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
せしめようとす番と吸気／−）形状が流れ抵抗の大きな
形状になってしまうＯ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んこのよ
うな問題を解決するためにヘリカル型吸気ｄ？−）入口
通路部から分岐されてヘリカル蓋甑気４−ト渦巻部Ｏ渦
巻終端部に連通する分岐路をシＶｙ／ヘッド内に形成し
、分岐路内にアクテ島エータによって作動される常時閉
鎖ＩＩＷＩａ閉弁を設けて機関吸入空気量が所定量よ）
も大きくなったと１１にアクテ鼻二一タを作動させて開
閉弁を開弁するようにしたヘリカル１ｉｌＩｒＩｋ気−
−１流路制御装置が本出願人により既に提案されている
。このヘリカル臘吸気−−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ｍＩｌ気−−シ入日通
路部内に送）込まれ九吸入空気の一部が分岐路を介して
ヘリカル臘吸気−−Ｆ渦壱部内に送）込まれる丸めＫＩ
ＩＬ人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。この流路制御装置では機関
が高速高負荷運転から急速に低負荷運転に移ったとして
も開閉弁が恒速に閉弁して燃焼室内に強カカ旋回流を発
生せしめることができるＯで失火を生ずることなく安定
した燃焼を確保することができる。しかしながら吸入空
気量がわずかばか）減少して開閉弁が閉弁せしめられふ
と自でも開閉弁が急速に閉弁せしめられるために急激な
トルクの変化が生じ、斯くして車両運＠性が悪化すると
いう問題を生ずる。

本発明は機関負荷が急激に減少し九ときに安定し九燃焼
が得られると共と機関負荷がわずかに変化したとｔＩｉ
に出力シルクが急激に変化するＯ！阻止するようにした
ヘリカル型吸気／−）の流路制御装置を提供すゐことに
ある。

以下、添附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図を参照すると、１はシリンＩｆ京、
夕、２はシリンダブロックｉ内で往復動するピストン、
３はシリンダプロ、りｌ上に固定されたシリンダへ、ド
、４はピストン２とシリンダヘッド３間に形成され九燃
焼室、５は吸気弁、６はシリンダヘッド３内に形成され
九ヘリカル聾吸気ポート、γは排気弁、８はシリンダヘ
ッド３内に形成された排気−一部を夫々示す。なお、図
には示さなｈが燃磯塞４内に点火栓が配置される。

第３図から第５図に第２図のヘリカル鳳吸気ポー）６の
形状を図解的に示す。このヘリカル型吸気／−）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
口逸路部人と、吸気弁５の弁軸周りに形成された渦巻部
Ｂとによシ構成さね。

入口通路部ムは渦巻部１に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ムの
渦巻軸線すに近い＠４ｃ）１１ｍ面９の上方側壁面９＆
は下方を向い九傾斜面に形成され、この傾斜面９ａＯ中
は渦巻部Ｂに近づくに従って広くなシ、入口通路部ムと
渦巻部Ｂとの接続部にシいては第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の上半公社吸気弁ｆイド１０（第２図）周）
の吸気ポート上壁面上に形成された円筒状突起１１０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ｌの渦巻終端部Ｃにおいて渦巻部ｌの側壁面１２に接
続される。なお、渦巻部ｌの上壁面１３は渦巻終端部Ｃ
において下向きの免傾偶壁りに接続される。

一部、第１ＷＡから第５図に示されるようにシリンダへ
、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１！ｓ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ＩＩＫ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１γ
が穿設され、この開閉弁挿入孔１７内には夫々通路開閉
弁の作用をますロータリ弁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１１ｍ１転可
能に支承される。弁軸２０は案内スリーｆ２１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、吸気ポート６は吸気マニホルド
２３（Ｏｆｆニホルド枝管２４を介して気化器２！ｓに
接続される。一方、各気筒のロータリ弁１８のアーム２
２の先端部は連結口−ｐＹ２９によって互に連結され、
この連結口、ド２９は負圧ダイアフラム装置３０のＩイ
ア７ラム３１に固着された制御口、ド３２に連結される
。負圧メイア７ラム装置３０はダイアフラム３１によっ
て大気から隔離され良質圧室３３を有し、この負圧室３
３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
吸気！二ホルト２５内に向けてのみ流通可隻な逆止弁３
８を介して吸気ｉニホル）Ｐ２５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４０ｔ−介して
大気に連通する。

艶に、大気連通制御弁３６は電磁弁４１を真備しこの電
磁弁４１は大気連通／　−）　３９の開閉制御をする弁
体４２と、弁体４２に連結された可動グランジャ４３と
、可動プランジャ吸引用のソレノイＰ４４から構成され
る。電磁弁４１のソレノイ１’４４は電子制御具＝ｙト
ｓｏの出力端子に接続される。

電子制御ユニットｓＯはディジタルプンビ＆−タからな
シ、各種の演算処理を行なうマイクロプロセラ−？（Ｍ
ＰＵ）５１、ランダムアク令スメモリ（ＲＡＭ　）　５
２　、制御グロダラム、演算定数等が予め格納されてい
るリードオンリメモリ（１１０Ｍ　）　５　Ｂ、入力？
−トＳ４並びに出力−一部ｓ！Ｓ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５
０内には各種のクロック信号を発生するクロ、り発生器
５７が設けられる。入力／−）５４にはムＤ変換器５８
を介して負圧センサ５９が接続され、更に入力／　−ト
５４には回転数センサ６０が接続される。負圧センサ５
９は吸気マニホルド２５内の負圧に比例し九出力電圧を
発生し、この電圧がＡＤ変換器５８において対応する２
進数に変換されてこの２進数が入力ポート５４並びにパ
ス５６を介して纏り５１に入力される。一方、回転数セ
ンサ６０はクラジクシャフトが所定クランク角度回転す
る毎にノ豐ルスを発生し、このノクルスが入カチート５
４並びにパス５６を介してＭＰＵ５１に入力される。

出力＆　−）　５５は電磁弁４１を作動するためのデー
タを出力するために設けられておシ、この出力ポート５
５には２進数Ｏｒ−夕がＭＰＵ５１からΔス５６を介し
て書き込まれる。出力ポート５５の各出力端子は〆り／
カウンタ６１の対応する各入力端子に接続されている。

ダウ／カウンタ６１はＭＰＵ　５１から書き込まれた２
進数の一一夕をそれに対応する時間の長さに変換するた
めに設けられておシ、このダウンカウンタ６１は出力ポ
ート５５から送〕込まれたデータのダウンカウントをク
ロック発生器５７のクロック信号によりて開始し、カウ
ント値が０になるとカウントを完了して出力端子にカウ
ンシ完了信号を発生する。／ウンカクンタロ１の出力端
子はアンドダート・２の一方の入力端子１に接続され、
アンドｒ−）６２の他方の入力端子すは出力／−）５５
に接続される。

一方、Ｓ−ａフリップフロｙｆ６３ｏリセット入力端子
８はアンドｒ−）６２Ｄ出力熾子に接続され、８−Ｒフ
リ、プフロッ７’６３Ｏセット入力端子露はクロック発
生器５７に接続される＊　８　”　Ｂフリッグ７０ッデ
６３はクロ、り発生器５７のクロック信号によシダラン
カウンタ６１０／ウンカクント開始と同時にセッシされ
、アンドダート６２０入力端子ａが高レベルであるとす
るとダウンカウンシ完了時にダウンカウント完了信号に
よってリセットされる。従ってこの場合、８−Ｒツリ、
ｆフロ、ｆ６３の出力端子Ｑは〆り／カウントが行なわ
れている間高レベルとなる。一方、アンドｒ−）６２０
入力端子すが低レベルの場合には８−Ｂフリッグ７０ッ
グ６３はセットされ続けるので８−Ｒ７リツゾ７０．ｆ
６３の出力端子Ｑは高レベルになｐ続ける。８−Ｒ７リ
ツグフロツｆ６３Ｏ出力端子Ｑはアンドｆｆ　−）　６
４の一方の入力端子１に接続され、アンドｆ−）６４の
他方の入力端子すは出力Ｉ−ト５５に接続される。更に
、アンド？−）６４Ｏ出力端子は電力増巾回路６５管介
して電磁弁４１のソレノイド４４に接続される。従って
アンドｆ−）６４Ｃ）入力端子すが低レベルのときには
電磁弁４１のソレノイド４４は消勢され、アンドｒ−）
６２の入力端子す並びにアンドダート６２０入力端子す
が茜に高レベルであれば電磁弁４１のソレノイド４４は
ダウンカウントが行なわれている閲付勢される。一方、
アンド？−）６２０入力端子すが低レベルでありてアン
ドゲート６４の入力端子すが高レベルの場合には電磁弁
４１のソレノイド４４が付勢され続ける。

電磁弁４１のソレノイＰ４４が付勢されると弁体４２は
大気連通／　−）　３９を開口する。その結果、負圧室
３３内拡大気圧となるのでダイアフラム３１は圧縮ばね
３４のばね力によシ下方に移動し、斯くしてロータリ弁
１８が目動せしめられて分岐路１４を全開する。一方、
電磁弁４１のソレノイＰ４４が消勢されると弁体４２が
大気連通−−ト３９を閉鎖する。このとき逆止弁３８は
吸気マニホルド２３内の負圧が負圧ダイア７ラム装置３
０の負圧室３３内の負圧よ〕も大きくなると開弁し、吸
気マニホルｙ２５内Ｏ負圧が負圧室３３内の負圧よ〕も
小さくなると閉弁するので弁体４２が閉弁している隈シ
負圧室３３内の負圧は吸気マニホルＰ２５内に発生した
最大負圧に維持される。負圧１ｉ１３３内に負圧が加わ
るとダイアフラムｓ１は圧縮ばね３４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。ｔた、両アンドｒ−）６２，６４の入力
端子すが共に高レベルである場合には前述したように電
磁弁４１のソレノイド４４はダウンカクントが行なわれ
ている間、即ち８−８７リツプフロツプ６３の出力端子
Ｑに表われる電圧が高レベルのときに付勢される。従っ
て電磁弁ｊ１の弁体４２が大気連通／−）３９ｔ−開口
する時間割合はソレノイド４４に印加されるノルスのデ
異−ティ比に比例する。弁体４２が大気連通／　−）　
３９ｔ−開口する時間が長くなればなるｔｈｌど負圧ダ
イア７ツム装置３０の負圧室３３内の負圧が小さくなり
、ロータリ弁１８の開口面積が大きくなる。従ってロー
タリ弁１８の開口面積はソレノイド４４に印加される／
４ルスのデ為−ティ比が大きくなるほど大きくなること
がわかる。

第１２図は電磁弁４１を作動すべき機関回転数Ｎ　（ｒ
、ｐ、ｙｘ　）と吸気マニホルド内の負圧Ｐ（−ＷＨｇ
）との関係を示している。なお、第１２図の実線Ｗよ〕
も上方のハツチングで示される領域Ｒ０において電磁ｆ
ｆ４１のソレノイド４４が付勢される。

第１２図の実線Ｗははぼ吸入空気量が一定のところを示
してお９、従って吸入空気量が所定量以上になるとソレ
ノイド４４が付勢されることがわかる。第１２図におい
て実線Ｗで示される機関回転数Ｎ（ｒ、ｐ＊ｍ）と負圧
Ｐ　（−ｉａＨｇ　）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。

次に第１１図を参照して本発明による流路制御装置の作
動について説明する。第１１図を参照すると、まず始め
にステラｆ７０において回転数センナ６Ｇの出力Δルス
間隔からＭＰＵ５１内において機関回転数Ｎ　（ｗｅν
ａｍ　）が計算され、次いでステラ７”７１において吸
気！ニホルド内の負圧Ｐ　（−１ｇ　）を表わす負圧セ
ンサ５９の出力信号がＭＰＵ５１内に入力される。次い
でステラ７”７２において機関回転数Ｎと負圧Ｐとの交
点Ｒが第１２図の曲線Ｗよ〕も大きいか否か、即ち領域
８゜内にあるか否かが判別される。ステップ７２におい
て機関回転数Ｎと負圧Ｐとの交点８が曲線Ｗよ〕も大き
いと判別されたときはステップ７３に進んで閉弁中７ラ
グが立てられ、次いでステップ７４においてソレノイド
を付勢すぺ龜駆動信号が出力＆−）！Ｓ５に書込まれる
。このときアンドｆｆ−）６２（Ｄ入力端子すが低レベ
ルになると共にアンドグートロ４０入力端子すが高レベ
ルになるためにソレノイド４４が付勢され、斯くして前
述したようにロータリ弁１８が分岐路１４を全開する。

一方、ステラｆ７２において機関回転数Ｎと負圧Ｐとの
交点が第１２図の曲線Ｗよりも大きくないと判別された
ときはステップ７５に進んで閉弁中フラグが立っている
か否かが判別される。ステラ７’７５において閉弁中フ
ラグが立っていないと判別されたときはステップ７６に
進んでソレノイドを消勢すべき駆動データを出力が一部
５５に書込む。このときアンドゲート６４０入力端子す
が低レベルとなるためにソレノイド４４は消勢され、斯
くしてロータリ弁１８が分岐路１４ｆ：全閉する。

一方、ステップ７５において閉弁中７ラグが立っている
と判別された場合、即ち前回の処理サイクルでは機関回
転数Ｎと負圧Ｐとの交点Ｂが第１２図において領域Ｒ０
内にあり、今回の地理サイクルでは交点Ｒが第１２図の
実＠Ｗよりも小さくなりた場合にはステラｆ７７に進む
。ステップ７７ではステップ７１で求められた現在の吸
気！エホルド内負圧Ｐから前回の処理ザイクルで求めら
れ１１Ｍ　５２内に記憶された前回の吸気！品ホルト内
負圧Ｐ１が減算され、この減算結果Ｐ−ｐ、、即ち単位
時間当〕の負圧の変化量ｐ−ｐ、が予め定められた一定
値ｙよりも大きいか否かが判別される。ステラｆ７５に
おいて負圧変化量Ｐ−ｐｍが一定値Ｍよ〕も大きいと判
別されたときはステラｆ７Ｂに進んで閉弁中７ラグが降
ろされ、次いでステラｆ７６に進んでソレノイドを付勢
すべき駆動データを出力／−）５５に書込む、従りて負
圧変化量ｐ−Ｐｉが一定量Ｍよシも大きな場合にはロー
タリ弁１Ｂが即座に閉まぜしめられる。

一方、ステ、ｆ７７において負圧変化量Ｐ−ｐｉが一定
値Ｍよりも大きくないと判別されたときはステ、ｆ７９
に進む。ステ、ｆ７９ではソレノイド４４ｉＣ印加され
るべきノ譬ルス巾Ｋかｂ一定ｍ人が減算され、この減算
結果を／々ルス巾Ｘとする。

次いでステ、ｆ８０においてΔルス巾Ｋが一定値Ｂよシ
も小さいか否かが判別され、ノルス巾Ｋが一定値Ｂよル
も小さくない場合にはステラ７’８１に進んでソレノイ
ドの駆動データが出力テート５５に書込まれる。このと
き両アンド？−）６２゜６４の入力端子すは共に高レベ
ルとなシ、ノ臂ルス巾Ｘに相当する時間だけダウンカウ
ンタ６１のダウンカウンタ作用が行なわれる。ステ、グ
ア９を通過する毎にノタルス巾には一定値Ａずつ減算さ
れるのでソレノイド４４に印加されるノ譬ルス巾には第
１３図に示すように徐々に狭くなる。従って前述したよ
うに負圧室３３内の負圧が徐々に大きくなるために四−
タリ弁１８が分岐路１４を徐々に閉弁する。一方、ステ
ラｆ８０において／ｌルス巾区が一定値Ｂよシも小さい
と判別されたときはステラｆＢ２に進んでΔルス巾Ｋに
初期値に０が入れられる。次いでステラｆ８３において
閉弁中７ラグが降ろされた後ステ、プ７６に進んでルノ
イＹを消勢すべき駆動データが出カポ−）５５に書込ま
れる。

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を速断している。こ
のとき入口通路部Ａ内に送シ込まれた混令気拡渦巻部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。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
弁するので入ロ通路部ム内に送シ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。渦巻部Ｂの上壁面１３に沿って進む混合気
流は渦を終端部Ｃの急傾斜壁ＤＫよって下向きに流路が
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。従って入口
通路部人と渦巻終端部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１４を介し
て渦巻部Ｂ内に送シ込まれる。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りて全
体の流路面積が増大するにかシでなく大量の吸入空気が
流れ抵抗の小さな分岐路１４を介して渦巻部Ｂ内に送シ
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、入口通路部ムに傾斜側壁部９ａを設けることによっ
て入口通路部ムに送）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表く
入日通路部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シ、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。また、機
関負荷が急激に減少したときにはロータリ弁が急速に閉
弁して燃焼室内に強力な旋回流が発生せしめられるので
失火を生じることなく安定した燃焼を得ることができ、
機関負荷がわずかに変化したときにはロータリ弁が徐々
に閉弁せしめられるので出力トルクの急激な変化を阻止
することができ、斯くして艮好な運転性を確保すること
ができる。

以上述べたように本発明によれば機関負荷が急激に減少
して低負荷運転になっても安定した燃焼を確保できると
共に機関負荷がわずかばかル減少したときにはロータリ
弁が徐々に閉弁せしめられるので急激表トルクの変動を
阻止でき、斯くして良好表運転性を確保することができ
る。−ｊ５．ｒ！！１゜大空気量が急激に増大せしめら
れたときにはロータリ弁は即座に開弁するので良好外加
速を得ることができる。なお、本発明では吸入空気量を
吸気マニホルド負圧と機関回転数から求めているがエア
７０−メータを用いて吸入空気量を計測することができ
る。

【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１−１線に沿ってみた断面図、第３図はヘリカル型
吸気／−）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素側面断面
図、第６図は第４図ｏｖｒ−ｗ線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図は流路制御装置の作動を説明するためのフローチ
ャート、第１２図はロータリ弁の開弁領域を示す図、第
１３図はソレノイドに印加される／臂ルスを示す線図で
ある。 ５・−吸気弁、６・・・ヘリカル型吸気／−）、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。 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　吉田正行 弁理士　　山　口　昭　之 第１回 ス 第４０ 第５回 第６０　　　　第７回 第８０　　　　　゛第９回

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 吸気弁周ル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〕構
   成され九ヘリカルｍ吸気／−）において、上記入口通路
   部から分岐されて上記渦巻ｔＳＯ渦巻終端部に連通する
   分岐路をシリンダへ。 ド内に形成すると共に該分岐路内に吸入空気量が所定量
   以上に達しえときに開弁する常時閉鎖型開閉弁を設け、
   更に吸気マニホルド内の負圧を検出する負圧センナを＾
   備して鋏負圧が単位時間当シ予め電められた一定値以上
   大きくなっ九ときには上Ｉ！−閉弁を急速に閉弁すると
   共に該負圧の単位時間！！Ｉｎの変化量が誼一定値以下
   のと亀に線該開閉弁を徐々に閉弁するようにしたヘリカ
   ル型吸気１−）Ｏ流路制御装置。