JPS5838356A - 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ケ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升周りに形成された渦
巻部と、この渦巻部に接線状に接続されかつほぼまっす
ぐに延びる入口通ＩＮ１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金用いて吸入９気量の少ない
機関高速高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り問題がある。

このような問題を解決するためにヘリカル型吸気ボート
入口通路部ｆｉ−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する分岐路をシリンダヘッド内
に形成し１分岐路内にアクチェエ−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葉よ
りも大きくなったときにアクチェエータ全作動させて開
閉９Ｆを開弁するようにしたヘリカルＩＪＪ１吸気ボー
ト流路制御装置が本出願人によシ既に提案されている。

このヘリカル型吸気ボ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型吸気ボート入口通路部
内に送り込まれた吸入９気の一部が分岐路を介してヘリ
カル盟吸気ボート渦巻部内に送り込まれるために吸入空
気流に対するほれ抵抗が低下し。

斯くして高い充填助″４を得ることができる。しかしな
がら上述のように開閉９Ｐ’を開弁或いは閉弁するとそ
ｈに伴なって燃焼速度が変化するので開閉弁の開弁時運
びに閉弁時に対して夫々適した空燃比、再循環排気ガス
（以下、ＥＧＲと称す）ｉ！−並びに点火時期が存在す
ることになるが上述の流路制御装置を具えた内燃機関で
はこのような空燃比。

ＥＧＲガス量並びに点火時期について考慮していないＯ 本発ＢＡは分岐路内に設けられた開閉弁の閉弁時並びに
閉弁時に対して夫々最適な窒燃比並ひに点火時期に設定
し、場合によってはＥＧＲガス量も最適な量に設定する
ようにした内燃機関を提供することにある。

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、ｌ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はシリンダブ四ツク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３内に形成されたヘリカル型吸気ボ
ート、７は排気９Ｐ、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１図には示さないが燃
ａ室４内に点火栓か配置される。

第３図から第５図に第２内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６ｔ−
１８４図に示されるように流路軸ｉ［１ａがわずかに湾
曲した入口通路部Ａと、吸気弁５の弁軸周ｐ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＠７図に示されるように入口通路
部Ａの渦巻軸、＠ｂに近い側の側壁面９の上方側壁１１
９ｍに下方を向いた傾斜間に形成され。

この傾斜面９ａの巾は渦巻部Ｂに近づくに従りて広くな
り、入口通路１１Ａ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念傾
斜ｒｆＪＱ１に形成される。ｇＡ＠ＡｓＯ２半分は吸気
弁ガイド１０（第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、
一方側壁Ｗｉ９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＠噌面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
Ｋ接続される。分岐路１４０入口開口１５は入口通路部
人の入口開口近傍においてａｍ面９上に形成され２分岐
路１４の出口開口１６は渦巻終端部Ｃにおいて側壁面１
２の上Ｍ部に形成される。更に、シリンダヘッド３内に
は分岐路１４ｔ−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内には夫々開閉押金構成
するロータリー９１８が挿入される。このロータリ弁１
８に分岐路１４内に配置されかつ第９図に示すように薄
板状金なす弁体１９と１升体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６は吸気マニホルド
２３ｔ−介して気化器２４に接糾され、一方排気ポート
８線排気マニホルド２５を介して大気に連結される。気
化器２４はメインノズル２６と、フロート重２７と、こ
れらメインノズル２６と７０−ト室２７と全連通するメ
イン燃料通路２８と、このメイン燃料通路２８内に挿入
されたメインジェット２９と、更にメイン燃料通路２８
並びにフロート室２７間に設けられた窒燃比制御装置３
０とを具備する。この空燃比制御装置３０は一方では升
ボート３２を介してフロー）ｍ２７内に連通し他方でに
計量ジェッ）３３ｔ−介してメイン燃料通路２８に連通
した弁室３１と２升ボート３２の開閉制御をする弁体３
４と、Ｆｆ体３４の上層部に固定されたピストン３５と
、負８Ｅ寛３６とｋＡ備し、負圧Ｎ３６内にピストン抑
圧用圧縮ばね３７が挿入される。この負圧ｍ３６は一方
では吸気マニホルド２３内に開口する負圧ボート４０に
絞９３８並びに負圧導管３９を介して連結され、他方で
は大気開放制御９Ｐ４１’ｉ介して大気に連結される。

この大気開放制御弁４１のソレノイド４２は電子制御ユ
ニット４３の出力端子に接続される。

一方、吸気マニホルド２３と排気マニホルド２５とを連
通するＥＧＲ導管５０内にはＥＧＲ制御升５１が設けら
れる。このＥＧＲ制御升５１はダイアフラム５２によっ
て分離された負圧室５３と大気圧室５４とを具備し、負
圧室５３内にはダイアフラム押圧用圧縮ばね５５が挿入
される。更に、ＥＧＲ制御９Ｐ５１け升ボー）・５６　
ｉ有する押室５７１Ａ備し、ダイアフラム５２に達結芒
れて升ボート５６の開Ｍ制ｍをする弁体５８が一７Ｐ室
５７内に配置される。負１１１Ｅ室５３は気化器エアホ
ーン６１内に開口する負圧ボート６２に電磁切換弁５９
並ひに負圧導管６０ｔ−介して連結される。この負圧ボ
ート６２はスロットル弁６３がアイドリンク位置にある
ときにスロッ＋ルｆＰ６３上はのエアホーン６１内に開
口する。なお、ｔｔ磁切換升５９のソレノイド６４は電
子制御ユニット４３のｊｌＪ力端子に接続される。

一方、スロットル９Ｐ６３がアイドリング位＋ＷＶＣあ
るときにはスロットル升６３上流のエアホーン６１内に
開口しかつ負圧ボート６２の下流に配置された別の負圧
ボート７０が気化器２４に設けられ、この負圧ボート７
０は負圧導管７１ｉ介して点火時期制＠装置ｆ７２に接
続きれる。この点火時期制Ｗ装置７２は一対のダイアフ
ラム７３　、７４によって３分割さｎた大気８Ｅ室７５
と、第１負圧室７６と、第２負圧室７７とを具備し、ダ
イアフラム７３はディストリピユータフ８０点火進角軸
７９に連結される。第１負圧室７６内にはダイア７２ム
７３押圧用圧縮ばね８０が挿入され、この第１負１１ｆ
１．ｍ７６は負圧導管７１を介して負圧ボー）７０に＠
続される。ま之、ダイア７ラム７４にはダイア７ラム７
３と係合可能なストッパ８１が固定される。更に、第２
負ｌｌＥ室７７内にはダイア７ラム７４押圧用圧縮ばね
８２が挿入され、この第２負圧室７７蝶導管８３並びに
大気に連通可能な電磁切換弁８４ｔ−介して負圧ボート
４０に接続される。この電磁切換弁８４のソレノイド８
５は電子制御ユニット４３の出力端子に接続される。

一方、各気筒のｐ−タリ升１８のアーム２２は連結四ツ
ド９０ｉ介して互に連結され、この連結ロッド９０はア
クチェエータ９１のダイアフラム９２に固着され九制御
ロッド９３に連結される。

このアクチェエータ９１はダイアフラム９２によって大
気から隔離された負圧室９４を有し、負圧１１９４には
ダイアフラム押圧用圧縮ばね９５が挿入される。この負
王室９４は負圧導管９６並びに大気に連通可能な電磁切
換弁９７を介して負圧タンク９８に接続され、この電磁
切換弁９７のソレノイド９９は電子制御ユニット４３の
出力端子に接続される。一方、負圧タンク９８扛負王タ
ンク９８から吸気マニホルド２３内に向けてのみ流通可
能な逆止９Ｐ１００並びに負圧導管１０１を介して負圧
ボート４０に接続される。この逆止弁１００は吸気マニ
ホルド２３内の負圧が負圧タンク９８内の負圧よりも大
きくなり念ときに開弁し、吸気マニホルド２３内の負圧
が負圧タンク９８内の負圧よりも小さくな−）九ときに
閉弁するので負圧タンク９８内の負圧は吸気マニホルド
２３内に発生する最大負圧に維持される。吸気マニホル
ド２３には吸気マニホルド２３内の負圧を検出するため
の負圧センサ１０２が設けられ、この負圧センサ１０２
ｔｊ電子制御ユニツト４３０入力端子に接続される。更
に９機関回転数１−検出する回転数センサ１０３が電子
制御ユニット４３の入力端子に接続される。

第１１図に電子制御ユニット４３の回路図を示す。第１
１図を参照すると、ｍ子制御ユニット４３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（ＭＰＵ）１１０、　ランダムアクセスメ
モリ（ＲＡＭ）１１１゜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リメモリ（ＲＯＭ）１１
２．入カポ−）１１３並びに出力ポート１１４が双方向
性パス１１５を介して互に接続されている。更に、電子
制御ユニット４３内ＶＣは各種のクロック信号を発生す
るクラック発生器１１６が設けられる。入力ポート１１
３にはＡＤ変換器１１７を介して負圧センサ１０２が接
続され、更に入力ポート１１３には回転数センサ１０３
が接続される。負圧センｔ１０２は吸気ｗ＝ホルト２３
内の負圧に比例し九出力電圧全発生し、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
進数が入力ボート１１３並ひにパス１１５を介してＭＰ
ＵＩ　１０に入力される。一方１回転数センサ１０３は
クランクシャフトが所定クランク角度同転する毎にパル
スを発生し、このパルスが入力ボート１１３並ひにパス
１１５を介してＭＰＵ１１０に入力される。一方、出カ
ポ−）１１４は対応する電力増巾回路１１８，１１９，
１２０，１２１金介して大気開放制御９Ｐ４１並びに電
磁切換弁５９．８４．９７に炭続される。

第１２図に大気開放制御弁４１並びに電磁切換９Ｐ５９
，８４．９７の作動領域金示し、これら大気開放側＠９
ｆ４１並びに電磁切換弁５９．８４゜９７のソレノイド
は第１２図の実線Ｗよりｖｂ上方のハツチング領域にお
いて付勢される０なお、第１２図において縦軸Ｎは機関
回転数（ｒ、ｐ、ｍ、）　ｋ示し、横軸Ｐは吸気マニホ
ルド２３内の負圧（−ｒｔｍ　１（ｐ）　ｆ示す。第１
１図のＭＰＵｌｌ０内では回転数センサ１０３の出力信
号から機関回転数Ｎが計算され、更に負圧センサ１０２
の出力イｇ号から負ａＥＰが計算される。第１２図に示
す機関回転数Ｎと負圧Ｐとの関係は予めＲＯＭＩ　１２
内にＮＱ憶されており、従ってＭＰＵｌｌ０内ではＲＯ
Ｍ１１２内に記憶された上述の関係から各ルノイド金付
勢すべきか否かが判別され、その結果に基いて出力ポー
ト１１４にソレノイドを付勢すべき。

或いにソレノイドを消勢すべき駆動データが書込まれる
。第１２図において笑ＩｍＷは吸入空気量がほぼ一定の
ところｔ示しており、従ワて第１２図に示す実施例では
吸入空気量が一定量以上になるとソレノイドが付勢され
る。しかしながらこの実！ｌは機関負荷が一定値以上に
なったときくソレノイドが付勢される亡うに設定するこ
とができる０吸入孕気量が多いとき、即ち機関回転数Ｎ
と負圧Ｐとの関係が第１２図のノ・ツチング領域にある
ときには前述したように大気開放制御弁４１並びに電磁
切換弁５９，８４，９７０ソレノイドが付勢される。電
磁切換９Ｐ９７のソレノイド９９が付勢されると負８Ｅ
ｆｉ９４は負圧導管９６ｉ介して負圧タンク９８内に接
続され、その結果負圧室９４内には負圧が印加される。

このときダイアフラム９２が圧縮ばね９５に抗して負王
室９４＠に移動する念めにロータ１３９Ｐ１８が回動せ
しめられ、それによつてロータリ升１８が分岐路１４を
全開する。一方、大気開放制御１４１のソレノイド４２
が付勢されると大気開放制御弁４１が開弁する。

その結果、空燃比制御装置３０の負王室３６が大気に開
放される念めにピストン３５が８ＥＪＩはね３７のばね
力により下降し１升体３４が開ボート３２ｔ−開弁する
。従ってこのときフロート室２７内の燃料はメインジェ
ット２９並ひに計量ジェット３３ｔ−介してメイン燃料
通ｗ！２８内に送り込まれ０次いでメインノズル２６か
ら流出せしめられる。一方、電磁切換弁５９のソレノイ
ド６４が付勢されるとＥＧＲ制御弁５１の負圧室５３は
大気に連通され、その結果ダイアフラム５２が圧縮ばね
５５のはね力によフ下降せしめられるために弁体５８が
弁ボート５６を閉鎖し、ＥＧＲガスの再循環が停止され
る。一方、電磁切換弁８４のソレノイド８５が付勢され
ると点火時期制御装置ｔ７２の第２負８Ｅ室７７は吸気
マニホルド２３内に連結される。その結果、ダイア７ラ
ム７４は圧縮ばね８２に抗して右方に移動するためにス
トッパ８１が後退する。このとき、＠１負圧室７６内に
加わる負圧によりて点火進角制御が行なわれる。

吸入９気量が少ないとき、即ち機関回転数Ｎと負圧Ｐと
の関係が第１２図の寮線Ｗの下方領域にあるときには前
述したように大気開放制御１９Ｆ４１並びに電磁切換弁
５９，８４．９７のソレノイドが消勢される。電磁切換
９Ｐ９７のソレノイド９９が消勢されると負王室９４は
大気に開放せしめられ、その結果ダイアフラム９２が圧
縮ばね９５のばね力により負ＢＥ室９４から離れる方向
に移動せしめられる九めにロータリ９Ｐ１８が回動せし
められてロータリ弁１８が分岐＠１４Ｙｔ閉鎖する。一
方、大気開放制御９Ｐ４１のソレノイド４２が消勢され
ると大気開放制御弁４１が閉弁する。このとき９燃比制
御装置３０の負８Ｅ室３６には絞り３８並びに負圧導管
３９を介して吸気マニホルド２３内の負圧が加わるため
にピストン３５は圧縮ばね３７に抗して上昇し、９Ｐ体
３４が升ボート３２を閉鎖する。従ってメインノズル２
６から供給される慾料が減少するために機関シリンダ内
に供給される混合気の９燃比は吸入空気量が多い場合に
比べて大きくなる。一方、電磁切換９Ｐ５９のソレノイ
ド６４が消勢されるとＥＧＲ制御升５１の負圧室５３＃
２負ＥＥ４’ｆｉ６０を介して負圧ボート６２に接続さ
れる。従ってスロットル−ｙＰ６３が開弁して貝ＥＥｙ
ｉ’−）６２に負圧がガロわるとダイアフラム５２が圧
縮ばね５５に抗して上昇するために５ｆ体５８が弁ボー
ト５６を開口し、斯くしてこのときＥＧＲガスがＥＧＲ
導［５０から吸気マニホルド２３内に供給される。一方
、電磁切換弁８４のソレノイド８５が消勢されると点火
時期制御装置７２の第２負圧室７７は大気に開放され、
その結果ダイア７：７ム７４が圧縮ばね８２に抗して左
方に移動する。このとき第１負王室７６内（（負圧が作
用してダイアフラム７３が右方に移動するとこのダイア
７２ム７３の右方移′＠はストッパ８１によって規制さ
れる。従って第１負王室７６内にカ０わる負圧が同じ大
きさであるとすると牧人空気量が多いときに比べて吸入
空気量の少ないときの方が点火進角量が少なくなる。斯
くしてストッパ８１を作動せしめる念めのダイアフラム
７４と第２負圧室７７は点火進角量を減少させるための
点火時期遅角装置を構成する。この点火時期遅角制御装
置はＷｃｚ負８Ｅ室７７内が大気に開放されたときに遅
角作用を行なう、即ちこの点火時期遅角制御装置は吸入
空気量が少さな低負荷運転時に作動せしめられて点火時
期ｔ−遅らせる作用をなす。なお、低負荷運転時に点火
時期を遅らせるといってもこれは点火時期制御装置が行
なわれていない場合と比べて遅らせるという意味であっ
て、低負荷運転時に点火時期を遅らせても高負荷運転時
に比べて点火時期は進角されていることに注意すべきで
ある。

上述し九ように吸入９気量が多い機関高速高負荷運転時
にはロータ１Ｊ９Ｐ１８が開弁するので入口通路部Ａ内
に送ｐ込まれた混合気の一部が流れ抵抗の小さな分岐路
１４ｔ−介して渦巻部Ｂ内に送り込まれる。この混合気
は入口通路部Ａから渦巻部Ｂ内に流入して員巻部Ｂの上
壁面１３に沿り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１３に沿って流れる混合気流は
減速せしめられ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ロータ１Ｊ９Ｐ１８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。また、入口通路部ＡＫ傾斜側壁部９＆ｔ−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の
下壁面に沿って渦巻部Ｂ内に流入するためＫｔＩｔ人抵
抗は小さくな］、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、上述したように吸入受気ｉが少ない機関低速低負
荷運転時にμロータ１Ｊ４１８が分岐路１４１Ｒ断して
いる。このとき入口通路部Ａ内に送シ込まれた混合気は
渦巻部Ｂの上壁面１３に沿って旋回しつつ渦巻部Ｂ内？
下降し１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Ｒが発生せしめられる。このよ
うに牧人空気量が少ないときには強力な旋（ロ）尤の発
生によって燃焼速度が速められるので最大トルク？得る
のに必要な点火進角蓋が小きくなる。本発明でほこのよ
うな吸入空気量が少ないときに点火時期が遅角されるの
で高い機関出力トルク金得ることができる。更に、ｌ＆
大空党量が少ないときには前述したように機関シリンダ
内に供給される混合気の空燃比が増大せしめられ、更に
ＥＧＲガスの供給が開始される。これは燃焼速度が速め
られるので空燃比を大きくすることにより混合気を薄く
しても、或いはＥＧＲガスを供給することにより混合気
を薄くしても、或いは空燃比を大きくしかつＥＧＲガス
金供給することにより混合気管薄くしても安定した燃焼
が確保できるからである０以上述べたように本発明によ
ればロータリ弁閉弁時には点火時期遅角装置を作動させ
て点火時期ＬＰ運角させることによって出力トルクを向
上し。

更にロータリ升閉弁時における混合気をロータリ弁＃９
Ｆ時に比べて薄くすることによって燃料消費率を向上で
きると共に排気ガス中の有害成分を低減することができ
る。なお、ここで混合気が薄いか饋いかということはｇ
ＧＲガスを含めた吸入空気量中の燃料の濃度を示してお
ジン従って混合気會薄くするということは例えば気化器
において形成される混合気の空燃比を変えることな（Ｅ
ＧＲガスを供給することによって混合気を薄くする場合
、並びに気化器におりて形成される混合気の空燃比を大
巾に増大してＥＧＲガスの供給量を減少せしめるか、或
いはＥＧＲガスの供給を停止することによって混合気を
薄くする場合等を指している０

【図面の簡単な説明】

第１図は１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デ示す斜視図。 第４図は第３図の平１面図、第５図は第３図の分岐路に
沿って切断した側面断面図、第６図は１ｇ４図のＷ−■
紐に沿ってみた断面図、第７図は第４図の■−■組に沿
ってみた断面図、第８図は第４図の■−■線に沿って与
た断面図、第９図μロータリ升の斜視図、第１０図は内
燃機関の制御装置の全体図、第１１図は電子制御ユニッ
トの（ロ）略図。 第１２図は［磁切換弁並びに大気連通制御弁の開弁領域
を示す線図である。 ５・・・吸気弁、６・・・ヘリカル型吸気ボート、１４
・・・分岐路、１８・・・ロータリ升、３０・・・空燃
比制御装置、５１・・・ＥＧＲ制御升、７２・・・点火
時期制御装置、９１・・・アクチェエータ。 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　青水　朗 弁理士　西舘和之 弁理士　吉田正行 弁理士　　山　口　昭　之 第１０ 第４回 第５０ ２

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 吸気升周夕に形成された渦巻部と、皺渦巻ｓＫ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
   構成されたヘリカル型吸気ボートを具備し、更に機関シ
   リンダ内に供給される混合気の空燃比を制御する空燃比
   制御装置と１点火時期を遅角させるための点火時期遅角
   装置を内斌した点火時期制御装置を具備する内燃機関に
   おいて。 上記入口通路部から分岐されて上記渦４１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７クチエエータによって作動される常時
   閉鎖型開閉弁を挿入し、更に機関負荷或いは吸入空気量
   を検出する検出器を具備して該検出器の出力信号によシ
   上記窒燃比制御装置１点火時期制御装置並びにアクチユ
   エータを作動させ０機関負荷或いは吸入空気量が予め定
   められた所定量以上になりたときに上記開閉ｆｆｔ″開
   升せ開弁ると共に機関シリンダ内に供給される空燃比を
   小さくシ、同時に上記点火時期遅角装置による点火時期
   の遅角作用を停止するようにし九内燃機関。