JPS589254B2 - 多気筒内燃機関の吸気装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明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お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、従がって
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
、吸気ポートをヘ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
増大するために高速高負荷運転時における充填効率が低
下するという問題がある。

一方、米国特許第３，５ ０ ５，９ ８ ３号明細書
には各気筒の吸気管内に夫々スロットル弁を設け、各ス
ロットル弁下流の吸気管内を共通の連通路を介して互に
連通した内燃機関が開示されている。

この内燃機関では各吸気通路内の混合気が共通の連通路
を介して往来するために各気筒内に供給される混合気の
空燃比を一様にすることができる。

しかしながらこの内燃機関では共通の連通路は単に各吸
気管内の混合気の空燃比を均一化することを目的として
おり、共通の連通路から混合気が各吸気管内に高速度で
流出することもないので低速低負荷運転時に強力な乱れ
を発生させることは困難である。

本発明は簡単な構造でも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必要時に強力な乱れを燃焼室
内に発生することのできる内燃機関の吸気装置を提供す
ることにある。

以下、添附図面を参照して本発明を詳細に説明する。

第１図を参照すると、１は機関本体、２ａ，２ｂ，２ｃ
，２ｄは夫々１番気筒、２番気筒、３番気筒、４番気筒
、３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄは吸気弁、４ａ，４ｂ，４ｃ
，４ｄは排気弁、５ａ，５ ｂ ｔ ５ ｃ ，５ ｄ
は吸気ポート、６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄは排気ポートを
夫々示す。

なお、これら吸気ポート５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄは後に
詳細に説明するようにいわゆるセミヘリカルポートから
形成される。

第２図は第１図の■一■線に沿ってみた２番気筒２ｂの
断面図を示し、第２図において７はシリンダブロック、
８はシリンダブロック７内で往復動するピストン、９は
シリンダブロック７上に固締されたシリンダヘッド、１
０は２番気筒の燃焼室を夫々示す。

なお図には示さないが燃焼室１０内には点火栓が配置さ
れる。

第１図並びに第２図を参照すると、一対の気化器ハウジ
ング１１．１２が機関本体１に取付けられ、これら気化
器ハウジング１１．１２には夫々可変ベンチュリ型気化
器本体１３．１４が設けられる。

気化器ハウジング１１，１２内の各混合気通路１５．１
６は一対の混合気枝通路１７，１８１９，２０に夫々分
岐され、これら各混合気枝通路１７，１８，１９，２０
は夫々吸気ポート５ａ５ｂ，５ｃ，５ｄに連結される。

また、これら各混合気枝通路１７，１８，１９，２０内
には夫々気化器スロットル弁２１，２２，２３．２４が
配置され、これら各スロットル弁２１，２２，２３２４
はリンク機構により互いに連結されて同時に開弁制御さ
れるがこれを第１図では簡略化して共通のスロットル軸
２５に固定されているように示す。

第２図に示すように可変ベンチュリ型気化器本体１３は
可動サクションピストン２６と可動ニードル２７並びに
計量ジェット２８とを有し、よく知られているように可
動サクションピストン２６はスロットル弁２２の上流で
かつサクションピストン２６下流の混合気通路１５内の
負圧が常時一定負圧になるように上下動する。

各スロットル弁２１ ，２２，２３．２４の下方には機
関本体１の長手方向に延びる共通連通路２９が設けられ
、この共通連通路２９から各吸気ポート５ａ，５ｂ，５
ｃ，５ｄ内に通ずる４本の連通枝路３０ａ，３０ｂ，３
０ｃ，３０ａがシリンダヘッド９内に形成される。

これら各連通枝路３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄは対
応する吸気弁背面近傍の吸気ポート５ａ，５ｂ，５ｃ，
５ｄ内壁面上に吸気ポート断面の周辺方向に向けて接線
状に開口し、しかも各連通枝路３０ａ，３０ｂ，３０ｃ
，３０ｄは各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。

第１０図並びに第１１図に通常のヘリカル吸気ポート５
を示す。

第１０図並びに第１１図に示されるようにヘリカル吸気
ポート５はヘリカル状に湾曲しはじめる吸気ポート内壁
面上の点Ｋと吸気弁３の軸線との間隔Ｌがかなり大きく
、従がって吸気ポート５の縦断面をみると第１０図にお
いてＰに示すように吸気弁３の軸回りにおいて拡大形成
されている。

このような通常のヘリカル吸気ポート５では低負荷運転
時であってもかなり強力な旋回流がヘリカル吸気ポート
を通過する混合気に与えられるが高速高負荷運転時には
流体抵抗が大きなために充填効率が低下する。

一方、本発明において採用されている吸気ポートでは第
３図に示されるようにヘリカル状に湾曲しはじめる吸気
ポート内壁面上の点Ｋ′と吸気弁３ｂの軸線との間隔１
が第１１図の間隔Ｌに比べてかなり小さく、また第２図
に示されるように第１０図の拡大部分Ｐに相当する部分
がない。

このような形状の吸気ポートでは低負荷運転時に第１１
図に示される通常のヘリカル吸気ポートに比べて弱い旋
回流しか混合気に与えることはできないが流体抵抗が小
さなために高速高負荷運転時において充填効率はほとん
ど低下することはない。

このように高速高負荷運転時においてほとんど充填効率
を低下せしめることのない第２図並びに第３図に示され
る吸気ポート５ｂの形状を本明細書ではセミヘリカルポ
ートと称す。

第９図は機関運転時における各気筒のセミヘリカル吸気
ポート５ａ，ｓｂ，５ｃ，ｓｄ内の圧力変化を示す。

なお、第９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おけるセミヘリカル吸気ポ
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，０，Ｄは大気圧を示す。

また、曲線Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈは各セミヘリカル吸気ポート
５ａ ，ｓｂ，５ｃ，５ｄ内における吸気ポート内圧力
の変化を示し、各矢印Ｉ，Ｊ，Ｋ，Ｌは対応するセミヘ
リカル吸気ポートの各吸気弁３ ａ、 ３ ｂ 、 ３
ｃ 、３ｄの開弁期間を示す。

第９図における１番気筒に注目すると、吸気弁が開弁し
た直後のクランク角度範囲Ｍにお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にお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９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番気筒の吸気ポート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番気筒の吸気ポート５ｂ内圧力が負圧のとき４番
気筒の吸気ポート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においては４番気筒の吸
気ポート５ｂ内圧力が負圧であるとき３番気筒の吸気ポ
ート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番気筒の吸気ポート５ｃ
内圧力が負圧であるとき１番気筒の吸気ポート５ａ内圧
力が正圧になることもわかる。

従がって１番気筒と２番気筒に注目すると、１番気筒に
おいて吸気行程の前半に１番気筒のセミヘリカル吸気ボ
ート５ａ内と２番気筒のセミヘリカル吸気ポート５ｂ内
との圧力差によりセミヘリカル吸気ポート５ｂより連通
枝路３０ｂ、共通連通路２９並びに連通枝路３０ａを介
してセミヘリカル吸気ポート５ａ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番気筒のセミヘリカ
ル吸気ポート５ａから連通枝路３０ｄ、共通連通路２９
、連通枝路３０ｂを介してセミヘリカル吸気ポート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
気筒のセミヘリカル吸気ポート５ｃから４番気筒のセミ
ヘリカル吸気ポート５ｄ内に混合気が供給され、３番気
筒の吸気行程時には１番気筒のセミヘリカル吸気ポート
５ａから３番気筒のセミヘリカル吸気ポート５ｃ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３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄから各セミヘリ
カル吸気ポート５ａ，５ｂ，５ｃ，Ｓｄ内に吸気ポート
内圧力差によって混合気が高速度で噴出することになる
。

機関運転時、各気化器本体１３，１４において形成され
た混合気は各混合気通路１５．１６を介して各セミヘリ
カル吸気ポート５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ内に供給される
。

今、２番気筒２ｂが吸気行程時であるとするとセミヘリ
カル吸気ポート５ｂ内に流入した混合気はセミヘリカル
吸気ポート内壁面に沿って旋回しつつ進行し、次いで旋
回しつつ燃焼室１０内に流入して燃焼室１０内に矢印Ｗ
（第３図）で示すような旋回流を発生せしめる。

一方吸気行程時には前述したように連通枝路３０ｂから
混合気がセミへリカル吸気ポート５ｂ内に高速度で噴出
する。

更に前述したように連通枝路３０ｂは吸気弁３ｂ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
３０ｂから噴出した混合気は該間隙を通って燃焼室１０
内に噴出し、この噴出混合気によって燃焼室１０内に発
生している旋回流Ｗは増勢されることになる。

その結果、低負荷運転時であっても第１１図に示される
ような通常のヘリカル吸気ポートによって発生せしめら
れる旋回流よりも強力な旋回流が燃焼室１０内に発生す
ることになる。

また高速高負荷運転時においても各吸気ポート間には圧
力差が生じるために連通枝路３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，
３０ｄから混合気が噴出し、この噴出混合気によって燃
焼室１０内に発生している旋回流が増勢されることにな
る。

斯くして機関負荷に拘わらず安定した燃焼を得ることが
できる。

第４図並びに第５図は別の実施例を示す。

第４図並びに第５図に示す実施例では共通連通路２９が
第２図に比べて下方に配置され、連通枝路３０ｂが吸気
弁３ｂの軸線に対してほぼ垂直な平面内に沿って延びる
ように傾斜配置されると共に連通枝路３０ｂが吸気ポー
ト５ｂの内壁面上にほぼ接線状に開口する。

この実施例では吸気行程時に連通枝路３０ｂから噴出す
る混合気によって矢印Ｚで示されるようにセミへリカル
吸気ポート５ｂの内壁面に沿う旋回流が発生せしめられ
る。

従がってセミヘリカル吸気ポート５ｂ内を旋回しつつ流
れる混合気はこの連通枝路３０ｂから噴出する混合気流
によって旋回運動が増勢され、斯くして強力な旋回流が
燃焼室１０内に発生することになる。

第６図は更に別の実施例を示す。

この実施例では気化器ハウジング３３に第２図の気化器
本体１３と同様の構造を有する１個の可変ベンチュリ型
気化器本体３４が取付けられる。

気化器本体３４下流の混合気通路は一対の混合気通路３
５，３６に分岐され、これら各混合気通路３５．３６は
更に混合気枝通路１７，１８：１９．２０に分岐されて
これら各混合気枝通路１７，１８，１９．２０内に夫々
気化器スロットル弁２１ ， ２２ ，２３，２４が配
置される。

この実施例は気化器本体３４が１個ですむという利点が
ある。

第７図並びに第８図に更に別の実施例を示す。

第７図並びに第８図を参照すると、機関本体１には吸気
マニホルド４０が固締され、この吸気マニホルド４０は
気化器スロットル弁４１を有する気化器４２を具備する
。

一方、吸気マニホルド４０の各マニホルド枝管４３，４
４，４５，４６内には各吸気ボード５ａ，５ｂ，５ｃ，
５ａの混合気入口部近傍に夫々第２スロットル弁４７，
４８，４９，５０が設けられ、これら各第２スロットル
弁４７，４８，４９，５０は共通のスロットル軸５１上
に固定される。

第８図に示されるように気化器スロットル弁４１のスロ
ットル軸５２に固定されたアーム５３とスロットル軸５
１に固定されたアーム５４とは互いにリンク５５により
連結され、それによって第２スロットル弁４７．４８，
４９．５０は気化器スロットル弁４１が開弁するにつれ
て開弁する。

この実施例でも各セミヘリカル吸気ポート５ａ，５ｂ，
５ｃ，５ｄ内の圧力変化は第９図に示されるようになり
、従がって吸気行程時に各連通枝路３０ａ，３０ｂ，３
０ｃ，３０ｄから混合気が高速度で吸気ポート内に噴出
するため強力な旋回流が燃焼室内に発生することになる
。

また、各実施例において共通連通路２９内に排気ガスを
再循環することもできる。

これまで参照した各実施例に示されるように気化器スロ
ットル弁２１ ，２２，２３，２４或いは第２スロット
ル弁４７，４８，４９．５０を各吸気ポートの混合気入
口部近傍に配置することによって燃焼室内からセミヘリ
カル吸気ポート内への吹返しによる正圧が減圧されるこ
となくそのまま保持されるので各連通枝管内の圧力差は
更に長期間に亘って大きな圧力差の状態下に保持される
ことになり、斯くして一層強力な旋回流を燃焼室内に発
生することができる。

また上述したように共通連通路２９内を或る気筒から他
の気筒へ混合気が往復動するので混合気のミキシングが
向上しかつ各気筒間の燃料の分配が均一化することは云
うまでもない。

以上述べたように各吸気ポートをセミヘリカル状に形成
すると共に各セミヘリカル吸気ポート内に通ずる各連通
枝路を共通連通路に連結するという極めて簡単な構造で
もって強力な旋回流を燃焼室内に発生せしめることがで
き、それによって高速高負荷運転時における高い充填効
率を確保しつつ特に低速低負荷並びに低速高負荷運転時
における燃焼速度を大巾に速めることができる。

【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■一■線に沿ってみた断面側面図、第３図は第２図
の■一■線にそってみた断面図、第４図は別の実施例の
側面断面図、第５図は第４図のＶ一■線に沿ってみた断
面図、第６図は更に別の実施例の平面図、第７図は更に
別の実施例の平面図、第８図は第７図の■−■線に沿っ
てみた側面断面図、第９図は各吸気ポート内における圧
力変化を示すグラフ、第１０図は通常のヘリカル吸気ポ
ートを示す内燃機関の側面断面図、第１１図は第１０図
のＸＩ−ＸＩ線に沿ってみた断面図である。 ３ ａ ， ３ ｂ ， ３ ｃ ， ３ ｄ−・・吸
気弁、４ａ，４ ｂ ， ４ ｃ ， ４ ｄ−−排気
弁、５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ・・・・・・吸気ポート、
１１，１２・・・・・・気化器ハウジング、１３，１４
・・・・・・気化器本体、２１，２２，２３ ， ２４
． ４ １・・・・・・気化器スロットル弁、２９・
・・・・・共通連通路、３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０
ｄ・・・・・・連通枝路、４０・・・・・・吸気マニホ
ルド、４２・・・・・・気化器、４７，４８，４９，５
０・・・・・・第２スロットル弁。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ シリンダヘッド内に形成されたヘリカル型吸気ポー
   トの混合気入口部近傍の混合気通路内に夫夫スロットル
   弁を配置し、各吸気ポートに対して該吸気ポートとは別
   個に連通枝路を設けて各連通枝路の一端部を吸気ポート
   内壁面上に接線状に開口せしめると共に各連通枝路の他
   端部を共通の連通路に連結し、該共通連通路を上記連通
   枝路を介して吸気ポート内にのみ連通せしめた多気筒内
   燃機関の吸気装置。