JPS5849385Y2 - 多気筒内燃機関の吸気装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は多気筒内燃機関の吸気装置に関する。

通常特にガソリン機関にむいては高速高負荷運転時にお
ける充填効率を高め、それによって十分な出力を得られ
るように吸気ポートは流体抵抗が小さなポート形状に形
成される。

しかしながらこのようなポート形状にした場合、高速高
負荷運転時には自然発生のかなり強力な乱れが燃焼室内
に生ずるので燃焼速度は十分に速められるが低速低負荷
運転時には燃焼室内に十分な乱れが発生せず、従って燃
焼速度を十分に速めることができないという問題がある
。

低速低負荷運転時に強力な乱れを発生させる方法として
、吸気ポートを−＼リカル形状にしたり或いはシュラウ
ド弁を用いて燃焼室内に強制的に旋回流を発生させる方
法があるがこれらの方法では吸入混合気流に対する抵抗
が増大するため高速高負荷運転時１／ｌ−ける充填効率
が低下するという問題がある。

従って高速高負荷運転時における高い充填効率を確保し
つつ低速低負荷運転時における燃焼速度を増大せしめる
には吸気ポートを流体抵抗の小さなポート形状から形成
すると共に低速低負荷運転時に燃焼室内に強力な乱れを
発生させるようにしなければならない。

また低速低負荷運転時における燃焼を改善する方法とし
て燃焼室内に強力な乱れを発生させる以外に燃料の気化
を促進させることが挙げられる。

即ち、低速低負荷運転時には気化器ベンチュリ部を流れ
る空気の流速が遅く、従って噴出燃料と空気流との相対
速度が遅いために燃料を十分に微粒化することができず
、その結果多量の燃料が液状の１１で燃焼室内に供給さ
れ、これが燃焼を悪化させしかも排気エミッションを悪
化させる一原因となっている。

一方、機関低速高負荷運転時にはよく知られているよう
にノッキングが発生しやすくなるのでこのノッキングの
発生を阻止するために通常低速高負荷運転時Ｋｉ−いて
点火時期を遅らせるようにしている。

しかしながらこのように点火時期を遅らせると燃料消費
率が悪化するばかりでなく機関出力が低下する。

このようなノッキングの発生を阻止する他の方法として
低速高負荷運転時に燃焼室内に強力な乱れを発生せしめ
る方法がある。

このように吸入空気量の少ない低速低負荷運転時に卦け
る燃焼速度を増大せしめ、更に吸入空気量が比較的少な
い高速低負荷運転時に卦けるノッキングの発生を阻止す
るには吸入空気量が少ないときに燃焼室内に強力な乱れ
を発生させることが必要とされる。

このように吸入空気量の多い機関高速高負荷運転時にお
ける高い充填効率を確保しつつ吸入空気量の少ないとき
に燃焼室内に強力な乱れを発生させることのできる内燃
機関として、気化器スロットル弁後流の吸気通路内に第
２スロツトル弁を設けると共に気化器スロットル弁と第
２スロットル弁間の吸気通路から小断面積の副吸気通路
を分岐してこれを第２スロットル弁後流の吸気通路内に
連結し、第２スロツトル弁を第２スロツトル弁駆動用負
圧ダイヤフラム装置に連結すると共に第２スロツトル弁
の上流側と下流側の吸気通路内の圧力差が一定となるよ
うに第２スロツトル弁駆動用負圧ダイヤフラム装置の負
圧室に加える負圧を制御するための該圧力差に応動する
負圧ダイヤフラム式負圧切換弁を具えた内燃機関が本出
願人により提案されている。

この内燃機関では上述のように第２スロツトル弁の上流
側と下流側との圧力差が一定となるように第２スロット
ル弁開度が制御されるために吸入空気量が少ないときに
は第２スロツトル弁の開度は小さく、従ってこのとき混
合気は断面積の小さな副吸気通路を介して燃焼室内に供
給される。

斯く【−で混合気は副吸気通路内を高速度で流れる間に
燃料の気化が促進され、更に副吸気通路から高速度で噴
出する混合気により燃焼室内に強力な乱れが発生せしめ
られる。

一方、吸入空気量が増大すると第２スロットル弁開度が
大きくなるために大部分の混合気は流れ抵抗の小さな吸
気通路を介して燃焼室内に供給され、斯くして高い充填
効率を確保することができる。

よく知られているように吸気通路内に発生する負圧は吸
気行程時に一時的に低くなり、次いで吸気行程末期には
吹き返し作用により正圧となる脈動負圧である。

従って上述のように第２スロツトル弁の上流側と下流側
との圧力差に応動して負圧ダイヤフラム式切換制御弁の
切換え制御が行なわれる場合には第２スロツトル弁下流
側の負圧が脈動するためにこれに応動して負圧ダイヤフ
ラム式切換制御弁の切換弁が振動し、大きな騒音を発す
ることになる。

また、このように負圧ダイヤフラム式切換制御弁の切換
弁が吸気通路内の一時的な負圧変動に応じて切換制御を
行なうと安定した第２スロツトル弁の開弁制御が得られ
ないばかりでなく切換弁自体の寿命が短かくなるという
問題がある。

本考案は吸入空気量が多いときにおける高い充填効率を
確保しつつ吸入空気量が少ないときに強力な乱れを燃焼
室内に発生させるように安定して制御できる吸気装置を
提供することにある。

以下、添附図面を参照して本考案を詳細に説明する。

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上に固締されたシリンダヘッド
、４は燃焼室、５ａ、５ｂ。

５ｃ、５ｄは吸気ポート、６ ａ 、５ ｂ ｔ ６
ｅ ｔ ６ ｄ ＋は吸気弁、７ａ 、７ｂ 、７ｃ
、７ｄは排気ポート、８ａ 、ａｂ 、８ｅ 、ｓｃｉ
は排気弁を夫々示し、燃焼室４内には図示しない点火栓
が配置される。

なお、第２図に釦いて９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄは夫夫１
番気筒、２番気筒、３番気筒、４番気筒を示す。

第１図並びに第２図に示すように、吸気マニホルド１０
のマニホルド集合部１０ａ上には気化器スロットル弁１
２を具えた気化器１１が取付けられ、この気化器スロッ
トル弁１２は車両運転室内に設けられたアクセルペタル
に連結される。

一方、吸気マニホルド１０はスペーサ１３を介してシリ
ンダヘッド３に固締され、このスペーサ１３内に各気筒
に対応して夫々第２スロツトル弁１４が設けられる。

これら各第２スロツトル弁１４は共通のスロットル軸１
５に固定され、第１図に示すようにこのスロットル軸１
５の端部に固定されたアーム１６の先端部はダイヤフラ
ム式スロットル弁駆動装置１７の制御ロッド１８に連結
される。

このスロットル弁駆動装置１７はダイヤフラム１９によ
り隔成された負圧室２０と大気圧室２１とを有し、ダイ
ヤフラム１９に制御ロッド１８が固定される。

また、負圧室２０内にはダイヤフラム押圧用圧縮ばね２
２が挿入される。

更に第１図に示すようにスロットル弁駆動装置１７にダ
イヤフラム式負圧制御弁２３が併設される。

この負圧制御弁２３はダイヤフラム２４により隔成され
た高圧室２５と低圧室２６とを有し、低圧室２６内にダ
イヤフラム押圧用圧縮ばね２７が挿入される。

ｌた第１図に示すように、負圧制御弁２３は弁室２９と
、この弁室２９内に配置されかつダイヤフラム２４に連
結された弁体３０を有する。

この弁室２９内には弁体３０に対面して大気孔３１と負
圧ポート３２とが開口し、この負圧ポート３２並びに高
圧室２５は負圧導管３３を介して第２スロツトル弁１４
の上流側に連結される。

一方、弁室２９は導管２８を介して負圧室２０に連結さ
れる。

一方、第１図並びに第２図に示すように、スペーサ１３
の下側部内にはシリンダヘッド３の長手方向に延びる共
通連通路３４が形成され、この共通連通路３４と各気筒
の吸気ポー）５ａ 、 ｓｂ 。

５ｃ、Ｓｄ内とを連結する４本の連通枝路３５ａ。

３５ｂ 、３５ｃ 、３５ｄがシリンダヘッド３内に形
成される。

これらの各連通枝路３５ａ 、３５ｂ。３５ｃ 、３５
ｄは吸気弁開弁時に吸気弁とその弁座間に形成される間
隙に指向される。

また、負圧制御弁２３の低圧室２６は負圧導管３６を介
して共通連通路３４内に連結される。

第３図は機関運転時に釦ける各気筒の吸気ポート５ａ
、ｓｂ 、５ｃ 、ｓｃｉ内の圧力変化を示す。

なお、第３図において横軸θはクランク角度を示し縦軸
は吸気弁かさ部背面近傍に卦ける吸気ポート内の圧力（
以下、吸気ポート内圧力と称す）を示し、各基準線Ａ、
Ｂ、Ｃ，Ｄは大気圧を示す。

また、曲線Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈは各吸気ポート５ａ。

５ｂ、５ｃ、５ｄ内Ｋｉ−ける吸気ポート内圧力の変化
を示し、各矢印Ｉ、Ｊ、に、Ｌは対応する吸気ポートの
各吸気弁６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄの開弁期間を示す。

第３図における１番気筒に注目すると、吸気弁が開弁じ
た直後のクランク角度範囲Ｍにかいて吸気ポート内圧力
は正圧となり、次いでピストンが下降しているクランク
角度範囲Ｎに釦いて吸気ポート内圧力は負圧となり、次
いでピストンが上昇を開始すると吸気ポート内圧力は再
び正圧となることがわかる。

従って第３図において１番気筒と２番気筒のクランク角
度範囲Ｐに注目すると、１番気筒の吸気ポー）５ａ内圧
力は負圧となっているのに対して２番気筒の吸気ポート
５ｂ内圧力は正圧となっていることがわかる。

更に、２番気筒と４番気筒のクランク角度範囲Ｑにおい
ては２番気筒の吸気ポー）５ｂ内圧力が負圧のとき４番
気筒の吸気ポー）５ｄ内圧力は正圧となり、３番気筒と
４番気筒のクランク角度範囲Ｒに釦いては４番気筒の吸
気ポー）５ｂ内圧力が負圧であるとき３番気筒の吸気ポ
ー）５ｃ内圧力は正圧となり、１番気筒と３番気筒のク
ランク角度範囲Ｓにおいては３番気筒の吸気ポー）５ｃ
内圧力が負圧であるとき１番気筒の吸気ポートＳａ内圧
力が正圧になることがわかる。

従って１番気筒と２番気筒に注目すると、１番気筒に釦
いて吸気行程の前半に１番気筒の吸気ポー）Ｓａ内と２
番気筒の吸気ポー）５ｂとの圧力差により吸気ポート５
ｂより連通枝路３５ｂ１共通連通路３４並びに連通枝路
３５ａを介して吸気ポー）Ｓａ内に混合気が供給される
ことがわかる。

同様に２番気筒の吸気行程時には４番気筒の吸気ポー）
５ｄから連通枝路３５ｄ、、共通連通路３４、連通枝路
３５ｂを介して吸気ポート５ｂ内に混合気が供給され、
４番気筒の吸気行程時には３番気筒の吸気ポート５ｃか
ら４番気筒の吸気ポー）Ｓｄ内に混合気が供給され、３
番気筒の吸気行程時には１番気筒の吸気ポー）５ａから
３番気筒の吸気ポー）Ｓｃ内に混合気が供給される。

このようにして各気筒の吸気行程時には夫々対応する連
通枝路３５ａ。

３５ｂ 、３５ｃ 、３５ｄから各吸気ポート５ａ。

ｓｂ 、５ｃ 、５ｄ内に吸気ポート内圧力差によって
混合気が供給されることになる。

上述のように吸気ポート内に発生する正圧と負圧との圧
力差によって負圧の発生している吸気ボート内に混合気
が供給されるが吸気ポート内に発生する正圧は第２スロ
ツトル弁１４の開度の大きな影響を受ける。

即ち、第２スロツトル弁１４の開度が大きなときは吹返
し作用により吸気ボート５ａ内に発生した正圧は即座に
吸気マニホルド１０内に逃げてし４５ために即座に減衰
し、従って第２スロツトル弁１４の開度が大きな場合に
吸気ポー）Ｓａ内に発生する正圧は極めて小さくなる。

一方、第２スロツトル弁１４の開度が小さなときは第２
スロツトル弁１４の絞り作用によって吸気ポー）５ａ内
に発生した正圧は吸気ポート５ａ内にさほど減衰するこ
となく保持されることになる。

従って第２スロツトル弁１４の開度が小さなときには例
えば吸気ポー）５ｂ内の正圧が減衰することなく保持さ
れるので吸気行程下にある気筒の吸気ポー）Ｓａ内の負
圧との圧力差が大きくなり、斯くして連通枝路３５ａか
ら吸気ボート５ａ内に混合気が高速度で噴出せしめられ
る。

一方、各気筒の吸気ポート５ａｔ５ｂ、５ｃｔ５ｄ内に
発生する負圧は第３図に示すように変動するが共通連通
路３４内に発生する負圧は各吸気ポート５ａ 、ｓｂ
、５ｃ 、、ｓｄ内に釦ける圧力変動が互いに重なり合
って第４図において曲線Ｙで示すように圧力変動巾は極
めて小さくなる。

な訃、第４図において縦軸Ｐは共通連通路３４内の圧力
を示し、横軸θはクランク角度を示し、基準線Ｘは大気
圧を示す。

機関運転時、気化器スロットル弁１２後流の吸気マニホ
ルド１０内には負圧が発生し、この負圧が負圧導管３３
を介して負圧制御弁２３の高圧室２５に加わる。

一方、第２スロツトル弁１４後流の吸気ポート５ａ 、
ｓｂ 、５ｃ 、ｓａに連結された共通連通路３４内に
は第２スロツトル弁１４の上流側よりも大きな負圧が発
生し、この大きな負圧が負圧導管３６を介して負圧制御
弁２３の低圧室２６に加わる。

このとき、第２スロツトル弁１４上流の吸気マニホルド
１０内の圧力と共通連通路３４内の圧力との圧力差、即
ち高圧室２５と低圧室２６との圧力差が圧縮ばね２７の
ばね力により定する設定圧力差より大きいと第１図に示
すようにダイヤフラム２４が圧縮ばね２１に抗して左方
に移動し、その結果弁体３０が弁ポート３２を閉鎖する
と共に大気孔３１を開口する。

その結果空気がスロットル弁駆動装置１７の負圧室２０
内に流入して負圧室２０内の負圧が小さくなるとダイヤ
フラム１９は圧縮ばね２２のばね力により下降し、斯く
して第２スロツトル弁１４は矢印Ａ方向に回転する。

その結果、第２スロツトル弁１４後流の負圧が小さくな
ると共に共通連通路３４内の負圧が小さくなり、それに
伴って高圧室２５と低圧室２６との圧力差が設定圧力差
より小さくなるとダイヤフラム２４は圧縮ばね２７のば
ね力により右方に移動し、その結果弁体３０は大気孔３
１を閉鎖すると共に負圧ポート３２を開口する。

従ってこのとき負圧室２０内の負圧が大きくなるために
ダイヤフラム１９は圧縮ばね２２に抗して上昇し、斯し
て第２スロットル弁１．４は矢印Ａと反対向きに回転す
る。

第２スロツトル弁１４が矢印Ａと反対向きに回転すると
再び第２スロツトル弁１４の後流側の負圧が大きくなる
ために弁体３０が弁ポート３２を閉鎖すると共に大気孔
３１を開口し、その結果第２スロツトル弁１４は再び矢
印Ａ方向に回転せしめられる。

このような動作が繰返されて第２スロツトル弁１４の上
流側と共通連通路３４内の圧力差が一定に保持される。

なお、第２スロツトル弁１４の上流側と共通連通路３４
内との保持すべき圧力差は負圧制御弁２３の圧縮ばね２
７のばね力によって任意に設定することができる。

上述のように第２スロツトル弁１４の上流側と共通連通
路３４内の圧力差は一定に保持されるので吸入空気量の
少ないときは第２スロツトル弁１４の開度は小さく、吸
入空気量が増大するとそれに伴って第２スロツトル弁１
４の開弁量が増大することがわかる。

一方、気化器スロットル弁１２が大きく開弁している高
負荷運転時には気化器スロットル弁１２後流の吸気マニ
ホルド１０内の負圧が極めて小さくなるために負圧制御
弁２３の高圧室２５と低圧室２６との圧力差は常時、設
定圧力差より小さくなり、斯くして弁体３０は大気孔３
１を閉鎖すると共に負圧ポート３２を開口する。

従ってこのときスロットル弁駆動装置１７の負圧室２０
内には常時気化器スロットル弁１２後流の吸気マニホル
ド１０内の負圧が加わるがこの負圧は上述のように極め
て小さなためにダイヤフラム１９は圧縮ばね２２のばね
力によりその最下端位置まで下降し、その結果第２スロ
ツトル弁１４は全開状態に保持されることになる。

このように吸入空気量の少ないときには第２スロツトル
弁１４の開度は小さくなるがこのとき前述したように吸
気ポート間の正圧と負圧との圧力差が大きくなるために
例えば連通枝路３５ｄから吸気ボー）Ｓｄ内に混合気が
高速度で噴出せしめられる。

前述したように連通枝路３５ｄの開口は吸気弁開弁時に
吸気弁６ｄとその弁座間に形成される間隙に指向されて
いるので連通枝路３５ｄから噴出した混合気は該間隙を
通って燃焼室４内に高速度で流入する。

その結果、燃焼室４内には第２図において矢印Ｗで示す
ような強力な旋回流が発生せしめられ、斯くして燃焼速
度が大巾に速められることになる。

一方、吸入空気量が多くなると第２スロツトル弁１４は
全開するので高い充填効率を確保することができる。

第５図並びに第６図に別の実施例を示す。

この実施例では共通連通路３４の中央部が副吸気通路３
１を介して吸気マニホルド１０ａ内に開口する開孔３８
に連結される。

一方、第５図に示されるようにスペーサ１３の上側部内
には第２の共通連通路３９が形成され、この第２共通連
通路３９は連通枝路４０を介して第２スロットル弁１４
後流の各吸気ポート５ａ、５ｂ、５ｃ、Ｓｄ内に連結さ
れる。

この第２共通連通路３９は負圧導管４１を介して負圧制
御弁２３の低圧室２６内に連結され、斯くしてこの実施
例においても吸入空気量が少ないときは第２スロツトル
弁１４の開度が小さく、一方吸入空気量が増大すると第
２スロツトル弁１４は全開する。

従って吸入空気量の少ないときは気化器１１にかいて形
成された混合気の一部は副吸気通路３７、共通連通路３
４並びに連通枝路３５ａ 、３５ｂ 、３５ｃ 、３５
ｄを介して吸気ポート５ａ 、５ｂ 、５ｅ 、ｓａ内
に噴出する。

第５図並びに第６図に示されるようにこれら副吸気通路
３７、共通連通路３４並びに連通枝路３５ａ。

３５ｂ 、３５ｅ 、３５ｄの断面積は吸気ポート５ａ
、５ｂｔ５ｃｔ５ｄの断面積よりもはるかに小さく、従
って混合気はこれら通路内を高速度で流れるためにこの
間に燃料の気化が促進される。

一方、各連通枝路３５ａ、３５ｂ 、３５ｃ 、３５ｄ
から高速度で噴出する混合気流により燃焼室４内には第
６図において矢印Ｗで示すような強力な旋回流が発生せ
しめられ、その結果燃焼度が大巾に速められることにな
る。

一方、吸入空気量が増大すると第２スロツトル弁１４が
全開するために大部分の混合気は流れ抵抗の小さな吸気
マニホルド枝管並びに吸気ポート５ａ 、ｓｂ 、５ｃ
、ｓａを介して燃焼室４内に供給されるために高い充
填効率を確保することができる。

以上述べたように本考案によれば機関高速高負荷運転時
における高い充填効率を確保しつつ機関低速低負荷運転
時に釦ける燃焼速度を大巾に速めることができる。

更に機関高速低負荷運転時ＶＣ訃いても燃焼室内に強力
な乱れを発生できるのでノッキングの発生を阻止するこ
とができる。

また、負圧制御弁２３の低圧室２６内に加わる負圧は第
４図に示されるように変動中が小さく、従って吸気ポー
ト内に負圧が発生する毎に弁体３０が激しく振動するこ
とがないので騒音を防止することができると共に寿命を
向上でき、しかも安定した第２スロツトル弁の開弁制御
を行なうことができる。

な卦、第１図においても第５図に示すような第２共通連
通路３９を共通連通路３４に加えて更に設け、この第２
共通連通路に負圧制御弁２３の低圧室２６を連結するこ
ともできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は第２図のＩ−Ｉ線に沿ってみた本考案に係る内
燃機関の側面断面図、第２図は第１図の平面図、第３図
は吸気ポート内圧力の変化を示すグラフ、第４図は共通
連通路内の圧力変化を示すグラフ、第５図は第６図のＶ
−ｖ線に沿ってみた別の実施例の側面断面図、第６図は
第５図の平面図である。 ５ ａ 、 ｓｂ 、 ５ ｃ 、 ５ｄ・＊−・吸気
ポート、６ａ。 ６ｂ 、６ｃ 、６ｄ・・・・・・吸気弁、１０・・・
・・・吸気マニホルド、１２・・・・・・気化器スロッ
トル弁、１４・・・・・・第２スロツトル弁、１７・・
・・・・スロットル弁駆動装置、２０・・・・・・負圧
室、２３・・・・・・負圧制御弁、２５・・・・・・高
圧室、２６・・・・・・低圧室、３４・・・・・・共通
連通路、３５ａ 、３５ｂ 、３５ｃ 、 ３５ａ−−
−−−一連連枝路、３７・・・・・・副吸気通路、３９
・・・・・・第２共通連通路。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 気化器スロットル弁後流の各吸気枝通路内に夫夫第２ス
   ロツトル弁を設けると共に該第２スロツトル弁後流の各
   吸気枝通路内に夫々連通ずる各連通枝通路を共通の連通
   路に連通した多気筒内燃機関であって、上記第２スロツ
   トル弁に連結された負圧応動型スロットル弁駆動装置を
   具備すると共に気化器スロットル弁と第２スロットル弁
   間ノ吸気通路内に発生する負圧と上記共通連通路内に発
   生する負圧との圧力差に応動して該圧力差が一定となる
   ように上記負圧応動型スロットル弁駆動装置の負圧室に
   加える負圧を制御する負圧制御弁を具備する多気筒内燃
   機関の吸気装置。