JPS5848713A - 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１１ｇ＆気ボートは通常吸気升周ｐに形成され
た４１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
い機関高速高負荷運転時に機関燃焼−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ｂう問題がある
。

このような問題を解決する九めにヘリカル型吸気ボート
入口通路部から分岐されてヘリカルＩＪｌｊ！に気ポー
ト渦＊ｖｓｏｆＩＡ巻終端ｅｔｃ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ニー＃によ
りて作動される常時閉鎖型開閉升會設けて機関吸入１ｇ
！気量が所定量よりも大きくなったときにアクチェエー
タを作動させて開閉弁１ｒＦｊ！Ｊ９Ｐするようにし九
ヘリカルｆＩｉ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
型吸気ポ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へりカル型Ｑ＆気ポート渦巻部円に
送シ込まれる念めに吸入空気流に対する訛れ抵抗が低下
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［ｉ５制御装置では上述のように吸入空気量が所
定量よりも大きくなり念ときに開閉弁へ開弁すべき信号
が送９込まれるので、アクチェエータ、例えば負圧ダイ
７７ラム装置の応答遅れ時間分だけ実際に開閉弁が開く
タイ５ングが遅くなってしまう。緩やかな加速時のよう
に機関回転数の上昇速度が小さい場合にはこの応答遅れ
時間内における回転上昇量が小さいので開閉弁が閉じら
れていることによる充填効率の低下、韮びにトルクの低
下という問題には至らない。ところが急加速時のように
回転上昇速度が大きい場合には。

この応答遅れ時間内における回転上昇量が大きくなシ、
従って機関回転数が高くなっても開閉弁は閉じたままと
なっている。しかしながらこのような高回転数において
開閉弁が閉じられていると充填効率が本来そのときのス
ロットル間質で得られる充填効率よりも低くなってしま
う念めに機関出力が十分に得られず、斯くして良好な加
速性能を確保できないという問題がある。

本発明は吸入９気量が予め定められ大量より少ないとき
であっても成る加速度以上の加速運転１行なっでいる場
合にはアクチェエータの応答遅れ時間分だけ予め早＜Ｍ
Ｗすべき信号管送り込んで機関回転数が予め足められた
（口）転数よｐも高くなり念ときに開閉弁を開弁し、そ
れによりて良好な加速運転を確保するようにし九ヘリカ
ル型吸気ポー）０［路制御装置會提供することにるる〇
以下、添付図面管参照して本発明の詳細な説明□ する〇 ＠１＠並びに第２図を参照すると、１にシリンダブロッ
ク、２＃２シリンダブロック１円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にピストン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内に形成され九ヘリカル型吸ｆｉ
ポー）、７は排気弁、８はシリンダヘッド３内に形成式
れた排気ボートを夫々示す。なお０図には示さないが燃
焼−４内に点火栓が配置される。

第３図から第５図に第２図のヘリカル型吸気ポート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因に示されるようには路軸４１ｍがわずかに湾曲した
入口通路部Ａと、吸気５Ｐ５の弁軸周りに形成されえｆ
ｉ渦巻部とにより構成され。

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Ａの渦巻軸Ｉｍｂに近い側の側壁面９の上方側壁面９
ａは下方を向いた傾斜面に形成され。

この傾斜面９ａＯｉ７に渦巻部Ｂに近づくに従って広く
なシ、入ロ通路部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次傾
斜面９１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）局りの吸気ボート上ｍ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、一方側
壁面９の下牛分は渦巻部Ｂの渦巻部ｍ部Ｃにおいて渦巻
部８０１１１１１１面１２に接続される。なお、ｆ４巻
１ｆｌＢＯ上壁面１３は渦巻終端部Ｃにおいて下向きの
急傾斜壁ＤＫ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から分岐され九はぼ一様断面の
分岐路１４が形成され、この分岐路１４．は“渦巻終端
ｓＣに接続される。分岐路１４の入口開口１５は入口通
路部Ａの入口開口近傍において鋼壁面９上に形成され１
分岐路１４の出口開口１６は渦巻Ｉ４端ＳＣにおいて側
壁面１２の上趨部に形成される０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内には夫々通路開閉
弁の作用をなすロータリ升１８が挿入される。こ−のロ
ニタ、す９Ｐ１８は分岐路１４内に配置されかつ第９囚
に示すように薄板状をなす弁体１９と、ｆｆ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、この突出肩部にアーム２２が固着
される。

第１０図を参照すると、＠気ボート６は吸気マニホルド
２３のマニホルド枝管２４を介して気化器２５に接続さ
れる。一方、各気筒のロータリ升１８のアーム２２の光
重ｌ！は連結ロッド２９によって互に連結され、この連
結ロッド２９に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３２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
から隔離された負圧ｇ３３′ｆｒ：有し、この負圧率３
３内にダイア７２ム押圧用圧縮ばね３４が挿入される。

負圧１４３３は導管３５を介して大気連通制御弁３６の
ｆｆ１１３７に連結される０升室３７に一方では弁室３
７から吸気マニホルド２５円に向けてのみ流通可能な逆
止弁３８を介して吸気マニホルド２５に連結され、他方
でに大気連通ボート３９並びにエアフィルタ４０會介し
て大気に連通する。

更に、大気連通制御弁３６は電磁９Ｆ４１を具備し。

この電磁弁４１は大気連通ボート３９の開閉制御をする
弁体４２と１升体４２に連結された可動プランジ−ｒ４
３と、可動プラ／ジｆｌ＆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の出口端子に接続される。

電子制御ユニット５０にゲイ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（Ｍ
ＰＵ）５１．　　ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）５
２．制御プログラム、演算ず故郷が予め格納されている
リードオンリメモリ（ＲＯＭ）５３、入力ポート５４並
びに出力ポート５５が双方向性バｊ！、ｇ６ｔ−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
に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。

入力ポート５４にはＡＤ変換器５８ｔ−介して負圧セン
ナ５９が接続され、更に入力ポート５４には回転数噌ン
サ６０が接続される。負圧センサ５９は吸気マニホルド
２５内の負圧に比例した出力電８Ｅｔ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湛びにパス５６ｔ−介して
ＭＰＵ５１に入力される。一方：回転数セン？６０Ｕク
ランクシャフトが所定クランク角度回転する毎にパルス
愛発生し、このパルスが入力ポート５４並ひにパス５６
￥ｒ介してＭＰＵ５１に入力される・一方、気化器２５
のスロットル９Ｐ６１のスロットル軸６２にはスロット
ルスイッチ６３が連結され、このスロットルスイッチ６
３はスロットル升６１がほぼ全開したときにオン状態と
なる。このスロットルスイッチ６３は電子制御ユニット
５０の入力ボート５４に接続される。

出力ポート５５は電磁９Ｐ４１ｉ作動する九めのデー−
を出力するために設けられており、この出力ポート５５
には２進数のデータがＭＰＵ５１　からパス５６ｔ−介
して畳込まれる０出力ボート５５の出力端子は電力増巾
回路６３【介して電ａ９Ｐ４１のソレノイド４４に接続
される。

第１２図に電ａｆｆ４１を作動すべき機関回転数Ｎ　（
ｒ、ｐ、ｍ　）　　と吸気マニホルド内の負圧Ｐ（−ａ
ｍｌ）Ｉｇ）との関係を示している。なお、第１２図の
実＃Ｗよりも上方のハツチングで示される領域Ｒ０にお
いて電磁弁４１のソレノイド４４が付勢される。第１２
図の実１ＩＩＷははげ吸入空気量が一足のところを示し
てお夕、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０第１２図において
実ｆＲＷで示される機関回転数Ｎ＜　ｒ、ｐ−ｍ　）−
と負圧Ｐ（−ｗｍＨｇ）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。

また、第１２図には実＃２が示され、後述するように加
速運転時には吸入空気量が実Ｈｚに対応する吸入空気量
を越えたときにソレノイド４４が付勢される。第１２図
において実線２で示される機関回転数Ｎ　（ｒ、ｐ、ｍ
　）と負圧Ｐ（−■均りとの関係も関数或いにデータテ
ーブルの形で予めＲＯＭ５３　内に記憶されている０第
１θ図において電磁弁４１のソレノイド４４が付勢され
ると弁体４２に大気連通ポート３９ｔ開口する。その結
果、負ｌｌＥ室３３内は大気圧となるのでダイアフラム
３１扛圧縮ばね３４のばね力により下方に移動し、斯く
してロータリｆＰ１８が回動せしめられて分岐路ｌ４ｔ
−全開する。−万。

電磁弁４１のソレノイド４４が消勢されると押体４２が
大気連通ボート３９【閉鎖する。このとき逆止９Ｐ３８
は吸気マニホルド２３内の負圧が負圧ダイアフラム装置
３０の負圧室３３内の負圧よりも大きくなると開弁し、
吸気マニホルド２５内の負圧が負圧室３３内の負圧より
も小ざくなると閉弁するので押体４２が閉ｆｆもている
限多負圧室３３内の負８Ｅは吸気マニホルド２５内に発
生した最大負圧に維持される。負ＥＥＩ！３３内に負圧
が加わるとダイアフラム３１轄王縮ばね３４に抗して上
昇し、その結果ロータ１７９Ｐ１８が回動せしめられて
分岐路１４が閉鎖される。

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
にステップ７Ｇにおいて回転数センｔ６０の出力パルス
間隔からＭＰＵ５１　　内において機関回転数Ｎ　（ｒ
、ｐ、ｎｉ）　ｆｉ計算され、この機関回転数ＮはＲＡ
Ｍ５２内の所定の番地に記憶される０次いでステップ７
１において吸気マニホルド内の負圧ＰＣ−ＩＭＩＨｊｌ
）１１表わす負圧センサ５９０出力信号がＭＰＵ５１内
に入力される。次いでステップ７２では現在の回転数Ｎ
からＲＡＭ５２丙に記憶された前回の処理サイクルにお
ける回転数Ｎｏが減算され、その減算結果をΔＮとする
。次いでステップ７３においてΔＮが正であるか否かが
判別され、ノＮが正でない場合にはステップ７４に進む
。一方、ステップ７３においてΔＮが正であると判別さ
れたときにステップ７５に進んでＪＮが予め定められた
一定値Ｍよりも大きいか否かが判別される。ステップ７
５においてノＮがＭよシも大きくないと判別されたとき
はステップ７４に進み、一方ステップ７５においてノＮ
がＭより％大きいと判別され九ときにステップ７６に進
む。−ステップ７６ではスロットルスイッチ６３の出力
信号からスロットルスイッチ６３がオンで−あるか否か
が判別され、スロットルスイッチ６３がオンの場合には
ステップ７７に進み、スロットルスイッチ６３がオンで
ない場合にはステップ７４に進む。ステップ７４では機
関回転数Ｎと負ＥＥＰとの交点Ｒが９１２図の実＊Ｗよ
りも大きいか否か、即ち領域Ｒ０にあるか否かが判別さ
れる。

ステップ７４において交点Ｒが実ｍｗよりも大きいと判
別されたときにステップ７８に進み、ソレノイド４４を
付勢すべき駆動データが出力ポート５５に書込まれる。

一方、、ステップ７４において交点Ｒが実！ＩＷよりも
大きくないと判別されたときはステップ７９に進み、ソ
レノイド４４ｔ−消勢すべき駆動データが出力ポート５
５に書込まれるＯｆな、ステップ７７では同様に機関回
転数Ｎと負圧Ｐとの交点Ｒが第１２図の実ＳＺよシも大
きいか否かが判別される。ステップ７７において交点Ｒ
が実１ＩＩｚよりも大きいと判別されたときはステップ
７８に進み、ソレノイド４４を付勢すべき駆動データが
出力ポート５５に書込まれる。一方。

ステップ７７において交点Ｒが実ａｚより４ｈ大きくな
いと判別されたときはステップ７９に進み。

ソレノイド４４を消勢すべき駆動データが出力ポート５
５に畳込まれる。第１１図かられかるようにステップ７
７に進むのはΔＮがＭよりも大きくスロットルスイッチ
６３がオンのとき、即ち機関回転数Ｎの単位時間当９の
上昇率ΔＮが予め定められた軍Ｍよシも大きなときであ
る。従って加速度か予め定められた加速度よりも大きな
加速運転時には吸入空気量が実ｍＷよりも小さな実５Ｚ
ｔ−越えるとソレノイド４４が付勢される。その他のと
きはスナップ７９に進むので吸入空気量が実線Ｗｔ−越
えたときにソレノイド４４が付勢される。

従りて加速運転時には吸入９気量が少なくてもロータリ
弁１８が分岐路１４を開口することがわかるＯ 上述したように吸入空気量が、少ケい機関低速低負荷運
転時にはロータリ弁１８が分岐路１４を通断じている。

このとき入口通路部Ａ内に送り込まれた混合気は堝巻１
１１ＢＯ上１１ｉ１［１３に沿って旋回しつつ°渦巻部
′Ｂ内を下降し２次いで旋回しつつ燃焼室４内に厖大す
るので燃焼Ｎ４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ＩＪ９Ｐ１８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内に送り込まれる。この混合気に入口通
路部Ａから渦巻部Ｂ内には大して渦巻部Ｂの上壁面１３
に沿って流れる混合気はに正面から衝突し。

その結果この渦巻部上壁面１３に沿って流ｎる混合気Ｎ
：、ｔ：ｃ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
りでなく旋回流が弱められるので高い充填助″４を確保
することができる。また、入口通路部Ａに傾斜側壁部９
ａｔ−設けることによって入口通路ｓＡ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Ａの下壁面に沿って
渦巻１１８円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、前述したように加速運転時には吸入空気量が予め
定められた量より少なくてもロータリ弁１８が開弁せし
められる。従って加速すべくスロットル９Ｐ６１が開弁
せしめられたときには開閉片の開弁応答遅れｔ子側して
ロー−１ｊｆｆ１８が早めに開弁せしめられるので加速
運転が開始されて機関゛回転数が予め定められた回転数
を越えるとただちに充填効率が高められ、斯くして機関
出力が島められる念めに良好な加速運転を確保すること
がてきる０　　゛ 以上述べたように本発明では機関加速運転時には吸入空
気量が少なくてもロータリ弁が開弁せしめられるので加
速直後から充填効率を高めることができ、斯くして加速
直後から機関出力を増大できるので良好な加速運転を確
保することができる。

【図面の簡単な説明】

第１ｗＪは本発明に係る内燃機関の平面図、第２図は第
一１図のｌ−１１８に沿りてみた断面図、＄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
って切断した側面断面図、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■−■層に沿って
みた断面図、第８図に第４図の■−■縁に沿つてみた断
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７０−
チｆ−ト、第１２図はロータリ弁の開弁領域を示す図で
ある。 ５・・・吸気弁、６・・・ヘリカル型吸気ボート、１４
・・・分岐路、１８・・・ロータリ弁、３０・・・負圧
ダイアフラム装置、４１・・・電磁弁、５９・・・負圧
センサ。 ６３・・・スロットルスイッチ。 特許出願人 トヨタ自動車工業株式会社 特許出願代理人 弁理士　宵木　朗 ９Ｐ珊士　西舘和之 弁理士　吉田正行 弁理士　　山　口　昭　之 第１回 第４０ 第５０ ２

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 吸気弁周シに形成され念渦巻部と、該渦′４！１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ｐ構成されたヘリカル型吸気ボートにおいて、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
   通する分岐路【シリ、ンダヘッド内に形成すると共に該
   分岐路内にアクチェエータによりて作動せしめられる常
   時閉＠ｍ開閉弁を挿入して吸入空気量が予め定められた
   第１の空気量より％多くなったときに該開閉弁を開弁し
   。 更に機関回転数【検出する回転数センサと、＃回転数セ
   ンナの出力信号から機関回転数の単位時間尚ｐの上昇率
   を求めて該上昇率が予め定められた率よりも大きなとき
   であって吸入９気量が上記第１ｇ！気量よりも小さな第
   ２の空気量を越えたときく上記開閉９Ｐｔ開弁すべき出
   力信号を発生する電子制御ユニットとを具備したヘリカ
   ル型吸気ボートの流路制御ａｔ。