JPS5828527A - 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】 本発明は吸気／−）の流路制御装置に関する。

燃焼室内に強力な旋回流を発生せしめることのできる吸
気−一部として、吸気弁脚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まつすぐに延び
る入口通路部とによシ構成されたヘリカル減吸気？−ト
が知られている。しかしながらこのようなヘリカルＷｉ
吸気−−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−一部形状が流れ抵抗の大きな形状にな−
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を生じる・一方、この
ようなヘリカル飄吸気−−トの渦巻部側壁面は吸気弁弁
体の外局縁よシも外方に膨出するように形成されるので
渦巻部の渦巻半径線吸気弁弁体の半径よシもかなシ大き
くなシ、従って機関の構造上、例えばｌｌ＆！気筒の吸
気４−ト或いは排気ポートと干渉してしまうのでこのよ
うなヘリ・カル製吸気−一部を使用できない場合もある
。このような場合には渦巻部の渦巻半径を小さくせざる
を得ないが渦壱半径管小さくすると機関低速低負荷運転
時に燃焼室内に強力な旋回流管発生させるのが困難とな
る。

本発明は機関高速高負荷運転時に高い充填効率を確保で
きると共に機関吸入空気量が少ないときに燃焼室内に強
力な旋回流を発生せしめることのできる吸気４−トを提
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とシリンダへ、２３間に形成された燃
焼室、５は吸気弁、６はシリンダヘッド≦内に形成され
た吸気ポート、７は排気弁、８は排気／−）を夫々示し
、図面には示さないが燃焼室４内に社点火栓が配置され
る。

第１図かられかるように吸気−一部６はヘリカル形状を
有し、以下ヘリカル型吸気／−）６に基いて本発明を説
明するがここで云うヘリカル製吸気／−）６とは渦巻部
の半径が大きいものから小さ。

いものまで含み、渦巻部において旋回流が発生せしめら
れる構造の全ての吸気ポートを指している、。

従って渦巻部が吸気弁軸線周シの円筒形状をなすものま
で含んでいることは明らかである。

第３図並びに第４図に第２図のヘリカル製吸気−一部６
の形状を図解的に示す。このヘリカル型吸気ポート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
入口通路部Ａと、吸気弁５の弁軸間シに形成された渦巻
部Ｂとによシ構成され、入口通路部Ａは渦巻部Ｂ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側のｉｕｉ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９＆の巾は渦巻＠Ｂに近づくに従って広くな
シ、入口通路部人と渦巻部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／−）土壁面上に形成され
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入口通路部Ａ
の入口開口近傍から主分岐路１３が分岐され、この主分
岐路１３は更に第１分岐路１４と第２分岐路１５とに分
岐される。主分岐路１３の入口開口１６は入口通路部Ａ
の入口開口の近傍において入口通路部Ａの側壁面９上に
形成され、また第１分岐路１４の出口開口１７は渦巻終
端部Ｃの渦巻部上壁面１８近傍において渦巻部Ｂの側壁
面１２上に形成される。更に、第２分岐路１５の出口開
口１９は渦巻部Ｂの渦巻開始部りにおいて入口通路部Ａ
の傾斜側壁面９ａ上に形成される。

第１分岐路１４と第２分岐路１５との分岐部２０内には
弁軸２１によシ支持された片持ち薄板状流路制御弁２２
が配置される。第４図並びに第５図かられかるようにこ
の流路制御弁２２は第１分岐路１４を全閉したときに第
２分岐路１５を全開し、第１分岐路１４を全開し九′と
きに第２分岐路１５を全閉する・弁軸２１の上端部はシ
リンダへ、ド３から上方に突出し、第９図に示されるよ
うに弁軸２１の突出上端部にアーム２３が固着される。

このアーム２３の先端部は負圧ダイヤフラム装置３０の
ダイアフラム３１に固着された制御口、ド３２に連結ロ
ッド２４を介して連結される。

負圧ダイアフラム装置３０はダイアフラム３１によシ隔
離された負圧室３３と大気圧室３４を具備し、負圧室３
３内に紘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３３は負圧導管３６並びに電磁制御弁３７
を介して負圧アキュムレータ２９に接続される。電磁制
御弁３７は弁室３８と、負圧アキュムレータ２９に連通
する負圧／　−）　３９と、大気に連通ずる大気／−）
４０と、負圧／　−）　３９並びに大気／−）４０の開
閉制御をする弁体４１と、弁体４１に連結された可動プ
ランジャ４２と、可動グランジャ吸引用のソレノイｒ４
３とを具備し、このソレノイド４３は電子制御ユニット
５０の出力端子に接続される。一方、吸気−一部６には
吸気管４４が接続され、この吸気管４４には図示しない
気化器が取付けられる。

負圧アキュムレータ２９は負圧アキ、ムレータ２９から
吸気管４４に向けてのみ流通可能な逆止弁４５を介して
吸気管４４内に接続される。逆止弁４！Ｓは吸気管４４
内の負圧が負圧アキ、ムレータ２９内の負圧よシも大き
くなると開弁し、吸気管４４内の負圧が負圧アキュムレ
ータ２９内の負圧よシも小さくなると閉弁するので負圧
アキュムレータ２９内の負圧は吸気管４４内に発生、し
九最、大負圧に維持される。一方、吸気管４４には吸気
管４４の負圧を検出するための負圧センサ４６が堆付け
られ、との負圧センサ４６は電子制御ユニット５０の入
力端子に接続される。また、流路制御弁２２の弁軸２１
には流路制御弁２２の第１分岐路１４に対する開口面積
を検出するためのｆテンシ、メータ４７が取付けられる
。この４テンシ、メータ４７は弁軸２１に連結されて弁
軸２１と共に回転する摺動子４７＆と、固定抵抗４７ｂ
とによシ構成され、摺動子４７１は固定抵抗４７ｂ上を
接触しつグ摺動する。従って摺動子４７ｍには流路制御
弁２２の第１分岐路１′４に対する開口面積に比例し九
電圧が発生する。この摺動子４７＆は電子制御エニｙ）
５０の入力端子に接続される。

一方、機関クランクシャフトの回転数を検出するために
回転数センサ４８が電子制御ユニツ）５０の入力端子に
接続される。

電子制御ユニット５０はディジタルコンビ、−タからな
シ、各種の演算処理を行なうマイクロフロセッサ（ＭＰ
Ｕ）５１、ランダムアクセスメモリ　。

（ＲＡＭ）　５２　、制御プログラム並びに演算定数等
が予め格納されているリードオンリメモリ（ＲＯＭ）５
３、入力ポート５４並びに出力ｌ−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。

第９図に示されるように入力ｌ−ト５４には夫々対応す
るＡＤ変換器５８．５９を介して負圧センサ４６並びに
？テンシ、メータ４７が接続され、更に入力ポート５４
には回転数センサ４８が接続される・負圧センサ４６は
吸気管４４内の負圧に比例した出力電圧を発生し、この
電圧がムＤ変換器５Ｂ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／　−）　５４並びにパス５６を
介してＭＰＵ５１に読み込まれる。一方、−テンシ嘗メ
ータ４７は流路制御弁２２の第１分岐路１４に対する開
口面積に比例した出力電圧を発生し、この電圧がムＤ変
換器５９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／　−）　５４並びにパス５６を介してＭＰＵ
５１に読み込まれる。を九、回転数センナ４８はクラン
クシャフトが所定クランク角度回転する毎にノ４ルスを
発生し、このノ々ルスが入力ｌ−ト５４並びにパス５６
を介してＭＰＵ５１に読み込まれる・ 出力ｌ−ト５５は電磁制御弁３７な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ｌ−ト５
５には２進数のデータがＭＰＵ５１からパス５６を介し
て書き込まれる。出力ｌ−ト５５の各出力端子は、ダウ
ンカウンタ６０の対応する各入力端子に接続されている
。ダウンカウンタ６０はＭＰＵ５１から書き込まれ九２
進数のデータをそれに対応する時間の長さに変換するた
めに設けられており、このダウンカウンタ６０は出力／
−）５５から送り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って開始し、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
ント完了信号を発生する。

Ｓ−Ｒフリップフロップ６１のリセット入力端子８はダ
ウンカウンタ６０の出力端子に接続され、Ｓ−１アリツ
ブフロツプ６１のセット入力端子Ｓはクロック発生器５
７に接続される。Ｓ−Ｒフリッデフロッｆ６１はクロ、
り発生器５７のクロック信号によシダランカウント開始
と同時にセットされ、ダウンカウント完了時にダウンカ
ウンタ６０のカウント完了信号によってリセットされる
。従ってｓ−ｎフリップフロ、ｆ６１の出力端子Ｑはダ
ウンカウントが行なわれている間高レベルとなる。ト］
フリップフロ、ゾロ１の出力端子Ｑは電力増巾回路６２
を介して電磁制御弁３７に接続されている。従って電磁
制御弁３２のソレノイド４３はダウンカウンタが行なわ
れている関付勢される。

電磁制御弁３７のソレノイド４３が消勢されているとき
は第９図に示すように弁体４１が大気１−）４０′を開
口すると共に負圧／　−）　３９を閉鎖するので負圧ダ
イアフラム装置３０の負圧室３３内は大気圧となる。こ
のときダイアフラム３１は圧縮ばね３５のばね力にょシ
下端位置にあるので流路制御弁２２が第１分岐路１４を
全閉すると共に第２分岐路１５を全開する。一方、電磁
制御弁３７のソレノイド４３が付勢されると弁体４１が
大気／　−）　４０を閉鎖すると共に負圧ポート３９を
開口するので負圧ダイアフラム装置３ｏの負圧室３３内
には負圧アキ、ムレータ２９内の負圧が加わる。このと
きダイアフラム３１は圧縮ばね３５に抗して上方に移動
するために流路制御弁２２が反時計回シに回動せしめら
れ、それによって流路制御弁２２が第１分岐路１４を全
開すると共に第２分岐路１５を全閉する。前述したよう
に電磁制御弁３７のソレノイド４３はダウンカウントが
行なわれている間、即ち８−Ｒフリ、プフロッデ６１の
出力端子Ｑに表われる電圧が高レベルのとき付勢される
。従りて電磁制御弁３７の弁体４１が負８Ｅｙｊ！−ト
３９を開口しかつ大気ｌ−ト４０を閉鎖する時間割合は
ソレノイド４３に印加されるパルスのデユーティ−サイ
クルに比例する。。

弁体４１が負圧＃　−）　３９を開口しかつ大気ｌ−ト
４０を閉鎖する時間が長くなればなるほど負圧ダイアフ
ラム装置３０の負圧室３３内の負圧が大きくなシ、第１
分岐路１４に対する流路制御弁２２の開口面積が大きく
なる。従って第１°分岐路１４に対する流路制御弁２２
の開口面積はソレノイド４３に印加されるパルスのデユ
ーティ−サイクルが大きくなるほど大きくなることがわ
かる。

第１２図は第１分岐路１４に対する流路制御弁２２の開
口面積と、機関回転数Ｎ並びに吸気管負圧Ｐとの好まし
い関係を示している。第１２図において縦軸は機関回転
数Ｎ（ｒ、ｐ−ｍ）を示し、横軸は吸気管負圧Ｐ　（−
ｍｓ＋）Ｉｇ）を示している。また、ハツチングを付し
九曲線８．の上部領域は第１分岐路１４の全開領域を示
し、八ツチングを付し九曲°線Ｓ１の下方領域は第１分
岐路１４の全閉領域を示し、代表的に２本のみ示した曲
線ｓ雪　ｅＢｓＢ第１分岐路１４に対する流路制御弁の
等開口面積曲線を示している。なお、第１２図において
第１分岐路１４に対するＩｆｔＭ制御弁の開口面積はＳ
。

から８Ｈｒ８Ｂを経てＳ・に向かうに従って徐々に大き
くなる。第１２図に示す機関回転数Ｎ並びＶこ吸気管負
圧Ｐと、第１分岐路１４に対する流路制御弁の開口面積
Ｓとの好ましい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。

第１０図は本発明による流路制御装置の作動を観、明す
るためのフローチャートを示している。第１０図におい
てステラｆ７０は流路制御が時間割込みで行なわれてい
ることを示している。まず始めにステップ７１において
回転数センサ４８の出力信号をＭＰＵ５１内に入力して
機関回転数を計算し、次いでステ、プ７２において負圧
センサ４６の出力信号をＭＰＵ５１内に入力する。次い
でステップ７３では計算され九機関回転数Ｎ並びに負圧
Ｐに基いてＲＯＭ５３内に記憶された１Ｅ１３図の関係
から１１分岐路１４に対する流路制御弁の目標開口面積
ＳＳを計算する・次いでステラ７’７４１ＣおいてＩテ
ンシ璽メータ４７の出力信号をＭＰＵ５１内に入力して
第１分岐路１４に対する現在の流路制御弁の開口面積Ｓ
を計算する。次いでステ、グア５において目標開口面積
ＳＳが現在の開口面積Ｓよシも大きいか否かが判別され
る。ステップ７５において目標開口面積ＳＳが現在の開
口面積Ｓよシを大きいと判別されたときはステ、ｆ７６
において電磁制御弁３７のソレノイド４３に印加すべき
／臂ルスのパルス巾ＰＬに一定値ムが加算され、この加
算結果をＰＬとしてステ、グア７に進む。一方、ステ、
シフ５において目標開口面積ＳＳが現在の開口面積Ｓよ
シも大きくないと判別、されたときはステ、プ７８に進
み、ステップ７８において目Ｓ開口面積ＳＳが現在の開
口面積Ｓよりも小さいか否かが判別される。ステップ７
８において目標開口面積ＳＳが現在の開口面積Ｓよυも
小さいと判別されたときはステップ７９においてパルス
巾ＰＬから一定値Ａを減算し、この減算結果をＰＬとし
てステップ７７に進む。一方、ステップ７８において目
標開口面積ＳＳが現在の開口面積８よりも小さくないと
判別されたときはステップ７７に進む。ステップ７７で
は斯くして得られた／４ルス巾ＰＬを表わす２進数の駆
動データを出力ポート５５に書込み、この出力？−ト５
５に書込まれた駆動データに基いて電磁制御弁３７のソ
レノイド４３の付勢制御が行なわれる。

第１１図は電磁制御弁３７のソレノイド４３に印加され
るパルスを示しておシ、このパルスが発生している間ソ
レノイド４３が付勢される。前述し次ように第１分岐路
１４に対する流路制御弁の現在の開口面積Ｓが目標開口
面積ＳＳよシも小さなときには第１２図に示すように開
口面積が目標開口面積ＳＳをで達するまでノダルス巾が
順次一定巾づつ増大せしめられる。従ってソレノイド４
３に印加されるｔｅルスのデユーティ−サイクルが次第
に増大するために負圧ダイアフラム装置３０の負圧室３
４内の負圧は次第に大きくなシ、斯くして流路制御弁２
２が回動して目標開口面積ＳＳとなる。なお、第１３図
かられかるように機関低負荷低速運転時、機関高負荷低
速運転時並びに機関低負荷高速運転時にはＳ−Ｒフリッ
デフロッ７’６１の出力電圧が継続的に低レベルとなる
ためにソレノイド４３が消勢されつらけ、斯くして流路
制御弁２２が第２分岐路１５を全開し続けると共に第１
分岐路１４を閉鎖し続ける。一方、機関高速高負荷運転
時にはＳ−Ｒフリップフル２ゾロ１の出力電圧が継続的
に高レベルとなる九めにソレノイド４３が付勢されつづ
け、斯くして流路制御弁２２が第１分岐路１４を全開し
続けると共に第２分岐路１５を全閉し続ける。

上述したように吸入空気量の少ない機関低負荷低速運転
時、機関高負荷低速運転時並びに機関低負荷高速運転時
には流路制御弁２２が第１分岐路１４を全閉すると共に
第２分岐路１５を全開する。

このと鳶入口通路部Ａ内に送シ込まれた混合気の一部が
主分岐路１３内に流入し、残シ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内に旋回流を発生す
る。一方、主分岐路１３内に流入した混合気祉第２分岐
路１５を介して出口開口１９から渦巻開始部り内に流出
し、出口開口１９から流出する混合気によって渦巻部Ｂ
内に発生した旋回流が増勢される。このようにして増勢
された旋回流は旋回しつつ燃焼室４内に流入し、斯くし
て燃焼室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流路制
御弁２２が第１分岐路１４を全開する°と共に第２分岐
路１５を全閉する。従ってこのとき入口通路郁Ａ内に送
シ込まれた混合気の一部がｔ−ｐすぐに延びる流れ抵抗
の小さな主分岐路１３並びに第１分岐路１４を介して渦
巻部Ｂ内に送シ込まれ、残りの混合気が入口通路部Ａか
ら渦巻部Ｂ内に流入する。第１分岐路１４の出口開口１
７から流出する混合気は入口通路部ムから渦巻部上壁面
１８に沿って流れる混合気流に正面から衝突してこの混
合気流を減速させ、斯くして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流れ抵抗の小さな主分
岐路１３並びに第１分岐路１４を介して大量の混合気が
渦巻部Ｂ内に送シ込まれ、更に入口通路部ムから渦巻部
Ｂ内に流入し要理金気による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
Ａに傾斜側壁ｉｐ９ｍを設けることによって入口通路部
Ａに送シ込まれた混合気の一部は下向きの力を与えられ
、その結果この混合気は旋回することなく入口通路部Ａ
Ｃ）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。

一方、第１２図において曲線８１　と曲ｌ１ｌＳｏの間
の領域では曲線Ｓ１から８．ＩＳ、を経て曲線Ｓ、に向
かうに従って、即ち吸入空気量が増大するに従って第１
分岐路１４に対する流路制御弁２２の開口面積が徐々に
大きくなる。吸入空気量が少ないときには安定した燃焼
を確保するために強力な乱れを燃焼室４内に発生せしめ
ることが必要であるが吸入空気量が増大すると自然発生
の乱れが強力となるためにむしろ旋回流のような強制的
な乱れを抑制することが必要とされ、更に吸入空気量が
増大するにつれて出力低下をひき起こす充填効率の低下
を阻止することが必要となる。従って吸入空気量が増大
するにつれて第１分岐路１４の開口面積を徐々に大きく
すると共に第２分−岐路１５の開口面積を徐々に小さく
することによって旋回流の発生を抑制しつつ充填効率の
低下が阻止され、斯（して吸入空気量に応じた最適の旋
回流と高い充填効率を確保することがてきる。

以上述べたように本発明によれは機関低速低負荷運転時
、機関低負荷高速運転時並びに機関高負荷低速運転時に
は強力な旋回流を燃焼室内に発生せしめることができる
ので安定した燃焼を確保できると共に特に機関高負荷低
速運転時にノッキングの発生を抑制することができる。

ｉた機関高速高負荷運転時には旋回流の発生を抑制しつ
つ高い充填効率を確保することができるので高出力を得
ることができる。更に、機関中負荷中速運転時には吸入
空気量の増大に応じて弱められる最適の旋回流と高い充
填効率を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係ゐ内燃機関の平面図、第２図は館１
図の■−■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４図のヘリカル！！！！吸気−−トの平
面断面図、第６図は第４図の■−■線に沿ってみた断面
図、第７図は第４図の■−■線に沿りてみた断面図、第
８図は第４図の■−■線に沿りてみた断面図、第９図は
流路制御装置の全体図、第１０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１１図は電磁制御
弁のンレノイドに印加されるパルスを示す線図、第１２
図はスライド弁の開口面積を示す図である。 ５・・・吸気弁、６・・・吸気／−）、１３・・・主分
岐路、１４・・・第１分岐路、１５・・・ＷＪ２分岐路
、２２・・・流路制御弁、３０・・・負圧ダイアフラム
装置、３７・・・電磁制御弁、５０・・・電子制御ユニ
ｙ）。 特許出願人 ト１夕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 第１回 第３回

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 吸気弁脚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シ
   構成された吸気−一部において、上記入口通路部から分
   岐された主分岐路を更に第１分岐路と第２分岐路に分岐
   して該第１分岐路を上記渦巻部の渦巻終端部に連結する
   と共に該第２分岐路を渦巻開始部に連結し、上記第１分
   岐路と第２分岐路の分岐部に該第１分岐路並びに第２分
   岐−内に流入する空気量を制御する流路制御弁を設けた
   吸気デートの流路制御装置。