JPS5910360Y2 - 内燃機関 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は主吸気弁に加えて設けた副吸気弁のバルブタイ
ミングを可変として吸入空気量を制御し、機関のポンピ
ングロスを低減するようにした内燃機関に関する。

内燃機関の燃費改善に対する一つの障害として、吸気弁
に設置する絞弁の絞り作用に起因してのポンピングロス
の問題がある。

ポンピングロスは、吸気弁の開弁後にピストンに作用す
る吸入負圧にもとづく負の仕事であって、吸入負圧の増
大する低負荷域ほど仕事損失が大きくなる。

したがって、絞弁全開運転時や、絞弁のないディーゼル
機関ではポンピングロスは大幅に低減し、燃費効率は良
好となる。

一般的な内燃機関では、吸気弁の開閉時期は機関運転状
態のいかんにかかわらず固定的に設定され、絞弁によっ
て吸入空気量をコントロールしているため、どうしても
吸気絞り損失を解消することはできなかった。

一方、吸入空気量を制御する方法として、吸気絞弁を全
く設けずに、吸気弁の開弁期間のみ変化して吸入空気量
を制御する場合、級入負圧がほとんどなくなるために、
ポンピングロス低減にとっては有効であるが、特に低負
荷域で燃料の負圧による気化特性が低下し燃焼に不利益
をもたらし、さらには微少吸入空気量の制御がかなり困
難になるなどの問題があった（特開昭５１−１５７１３
号公報参照）。

本案はかかる従来の実状に鑑み創案されたもので、低負
荷域で開動し中負荷域で全開する吸気絞弁と従来の通常
の吸気弁より早く閉じる主吸気弁とを吸気通路に介装し
、かつ主吸気弁上流の吸気通路とシリンダ燃焼室とをバ
イパス的に直接連通する副吸気通路を設け、その副吸気
通路を開閉する副吸気弁を副吸気通路に介装し、副吸気
弁を駆動する動弁機構により、副吸気弁のバルブタイミ
ングを機関運転状態に応じて可変的に制御し、副吸気弁
を吸気絞弁の全開後の吸入行程で開き主吸気弁の閉弁後
に閉じるように構戒することにより、吸入空気量をコン
トロールし、もって吸気絞り作用を減少してポンピング
ロスの少ない燃費効率のすぐれ、かつ低負荷域の気化特
性も良い内燃機関を提供することを目的とする。

以下、本考案の実施例を添付図面にもとづいて説明する
。

第１図において、シリンダ燃焼室（燃焼室）１はシリン
ダ２、シリンダヘッド３およびピストン４によって区画
形戊される。

主吸気弁（吸気弁）５と排気弁６および第３弁として作
動する副吸気弁７がそれぞれ燃焼室１に向けシリンダヘ
ッド３に配設される。

主吸気弁５の上流の吸気通路８には吸気絞弁（絞弁）９
が介装される。

この絞弁９は機関中高負荷域では全開となり、低負荷域
でのみ負荷の増減に応じて相対的に開閉する。

主吸気弁５はカム軸１０に取付けられた吸気カム１１に
従動する吸気弁用ロツカアーム１２によって機関回転に
同期して駆動される。

この主吸気弁５のバルブタイミングは紋弁９が全開直後
の機関が要求する吸気量の確保がなされるように機関運
転状態のいかんにかかわらず固定的に設定される。

すなわち、主吸気弁５は従来の通常の吸気弁より早く吸
入行程下死点前に閉じ、中負荷での最適運転性能確保が
なされるように設定される。

副吸気弁７は副吸気通路１３の燃焼室側開口部１３ａに
介装され、その副吸気通路１３を開閉する。

副吸気通路１３は主吸気弁５の上流の吸気通路８から分
岐し、シリンダヘッド３を貫通して燃焼室１と吸気通路
８とを直接バイパス的に連通し、吸気の一部を燃焼室１
内に導入する。

符号１４は排気弁用ロツカアームを示し、カム軸１０に
取付けられた排気カム１５に従動し、排気弁６を開閉す
る。

また、主吸気弁５、排気弁６および副吸気弁７はポペッ
ト弁であって、それぞれ確動用のリターンスプリング１
６， １７． １８が介装されている。

第２図に示すように、副吸気弁７を可変的に駆動するた
め、副吸気カム１９は回転軸方向に連続的に変化する断
面葉様のプロフィルを備えた３次元カムに形威される。

副吸気弁７を絞弁９の全開後に開弁じ負荷の増大に相対
して吸気量を増大させるようにするため、副吸気カム１
９の一端１９ ａはベースサークルに形或され、他端に
向って副吸気弁７のバルブリフトおよび（または）開弁
期間が増加するようにカムリフトが形威される。

水平方向に固定された副吸気弁７に対し、副吸気カム１
９を運転状態に応じて軸方向に相対的に移動して当接し
、かつ絞弁９が全開する前は副吸気弁７を吸気カム１９
のベースサークル１９ ａに当接させて開弁させないよ
うに構或する。

第３図に示すように、このため副吸気カム１９は吸気カ
ム１１． １５を取付けたカム軸１０（または機関回転
に同期する別体のカム軸）に形威したスプライン２０に
摺動自由に噛合し、カム制御機構２１により機関の負荷
状態に応じて相対的にカム軸１０の軸方向に移動して回
転する。

このカム制御機構２１は機関の負荷状態（例えばアクセ
ル開度）に応じて伸縮駆動するアクチュエータ２２と、
作動ロッド２３を介してアクチュエータ２２に従動して
副吸気カム１９を駆動するコントロールリング２４とか
ら構或される。

紋弁９が全開前は副吸気弁７を開閉させないため、上記
アクチュエータ２２は短縮して副吸気カム１９のベース
サークル１９ ａを副吸気弁７に当接させる。

絞弁９が全開すると共に、負荷の増大に応じてアクチュ
エータ２２は相対的に伸長し、作動ロツド２３、コント
ロールリング２４を介して副吸気カム１９を軸方向前方
（図面上方）に前進させる。

高負荷域に近づくほど機関が要求する吸気量は増大する
ので、副吸気カム１９のベースサークル１９ ａは軸方
向前方に向け配設される。

第４図、第５図に示すように、主吸気弁５のバルブタイ
ミングは絞弁９の全開時に合せて固定されているから、
絞弁９の全開後の負荷の増大に伴い要求される補充吸気
量（追加吸気量）を適切に補給できるように、副吸気弁
７のバルブタイミングを設定する。

このため、副吸気弁７のバルブタイミングは副吸気カム
１９のカムプロフィルにより、主吸気弁５の開弁前の吸
入行程で開き、主吸気弁５の閉弁後に閉じるように設定
される。

また、副吸気弁７は負荷の増大に相対して閉弁時期がお
そくなるようにし、高負荷域では吸気行程下死点後に閉
じるようにして容積効率の向上を図っている。

第６図は前記アクチュエータ２２の駆動機構の一例を示
すものである。

コントロールリング２４の一端はアクチュエータ（油圧
シリンダ）２２のピストン２２ ａが連結し、このピス
トン２２ ａは油圧室２２ ｂに供給される油圧制御装
置２５を介しての制御油圧により、リターンスプリング
２２ Ｃに抗してコントロールリング２４を軸方向に移
動させる。

油圧制御装置２５は、図示しないアクセルペダルに抗し
て連結するスロットルレバー２６と連動して油圧をコン
トロールするもので、アクセル開度に対抗して付勢力が
変化するスプリング２５ａ，２５ｂと、このスプリング
付勢力に応動するピストン２５Ｃ，２５ｄを介して、油
圧ポンプ２７の吐出通路２７ａの開度を増減する弁体２
５ ｅと、その弁体２５ ｅによる絞り下流の油圧を上
記アクチュエータ２２のピストン２２ ａのスプリング
２２ Ｃに対抗的に作用させる圧力補償手段２５ ｆと
を有している。

絞弁９は、アクセル開度に応じて回動するスロットルレ
バー２６と、スプリング２８を介して連結し、絞弁スト
ツパ２９により絞弁全開後にもアクセル開度を増大しう
る。

ここで内側のピストン２５ ｄを押圧するスプリング２
５ Ｈの弾性力は、スロットルレバー２６による外側の
ピストン２５ Ｃの変位量が所定値（すなわち絞弁全開
時の時の値）を越えると、ノターンスプリング２５ ｂ
に打勝ってピストン２５ｄを変位させ始めるように設定
してあり、したがって絞弁全開時までは、調圧室２５
ｇの油圧がタンク圧（低圧）になっており、前述した副
吸気カム１９は副吸気弁７が開弁しない同一位置に保持
される。

次に作用を含めて、さらに上記実施例を説明する。

機関低負荷域でアクセルペダルの踏み量が少ないときは
、スロツ１・ルレバー２６を介して油圧制御装置２５の
ピストン２５ Ｃの変位も少ないため、ピスｌ〜ン２５
ｄはリターンスプリング２５ ｂの働きで弁体２５
ｅを図面右限まで変位して吐出通路（弁口）２７ａを閉
じるか、あるいは微少開度に保つ。

このため、調圧室２５ ｇの圧力は弁口２７ ａを通し
ての供給圧が少ないことからほぼタンク圧になり、した
がってアクチュエータ２２のピストン２２ａはリターン
スプリング２２ Ｃによって、右限へと押し付けられた
短縮状態となり、作動ロツド２３およびコン１ヘロール
リング２４を介して副吸気カム１９を副吸気弁７が開弁
しない位置となるように制御する。

そして、この状態において絞弁９の開度に応じて吸入空
気量が増減するので、微小吸気量の制御は絞弁９によっ
て精度よく行われることになる。

一方、主吸気弁５のバルブタイミングは中負荷での最適
運転性能確保がなされるような吸入行程下死点前で閉じ
るように固定されているから、絞弁９の絞り量は従来機
関に比べ減少し、またこのとき発生する吸入負圧は、ピ
ストン４にもとづくポンピング作用が吸気系に及よ時間
（期間）が相対的に減るのに対応して低下した状態で、
絞弁開度に比例することになる。

つまり、ポンピングロスは絞弁９の開度の割にはそれほ
ど大きくならないのである。

また、絞弁９があるため、燃料の気化が促進され、気化
特性の低下が防止できる。

次に低負荷から中負荷域にかけては、スロットルレバー
２６の図中反時計方向への回動にもとづき、絞弁９がほ
ぼ全開となり、それ以上の回動はストツパ２９により阻
止される。

この全開位置からはスロツｌ・ルレバー２６のみがスプ
リング２８をたわませつつ回動し、油圧制御装置２５の
ピスＩ・ン２５ Ｃを左方に押圧する。

ピストン２５ Ｃの移動に伴いスプリング２５ ａがた
わみ、この弾性力と、もう一方のスプリング２５ ｄ及
び室（圧力補償手段）２５ ｆの油圧の合威力とのバラ
ンスする位置までピストン２５ ｄを変位させる。

この結果、弁口２７ ａが開いて油圧ポンプ２７からの
吐出圧が調圧室２５ｇに作用し、制御圧力Ｐが上昇する
。

この制御圧力Ｐによってアクチュエータ２２のピストン
２２ ａは作動ロツド２３を左方に押圧し、コントロー
ルリング２４を介して副吸気カム１９をカム軸１０上の
左方に摺動させる。

そのため、副吸気弁７は開弁し、制御圧力Ｐの増大に応
じて相対的に開弁期間が伸びリフトが増大する。

副吸気弁７がこのようにバルブタイミングを制御される
と、絞弁９の開度が全開で一定かつ主吸気弁５のバルブ
タイミングが一定であるにもかかわらず、吸入空気量は
負荷の増大に応じて次第に増加し、ほとんど抵抗なく燃
焼室１へ吸込まれる。

この結果、吸入負圧の発生およひ゛これにもとづくポン
ピングロスが中負荷域から高負荷域までの全域に亘って
大幅に減り、燃費が向上する。

また、副吸気弁７を通過して燃焼室１へ導入される混合
気は強い噴流となるため、強いスクールを起すことがで
き、燃焼を促進することができる。

また、副吸気カム１９は軸方向の移動に対して連続的に
プロフィルが変化するから、滑らかな精度のよい流量制
御を実現できる。

なお、副吸気カム１９を吸排気弁５，７を駆動するカム
軸１０と別に設けるカム軸によって回転させ副吸気弁７
を制御するようにすれば制御範囲を広くとることができ
る。

また、副吸気弁７のバルブタイミングはバルブリフトの
み可変としても、あるいは最大リフトを一定として開弁
期間のみ変えても目的を達成できる。

以上のように本考案は、主吸気弁に加えて副吸気弁を設
け、副吸気弁のバルブタイミングと絞弁の開動を運転状
態に応じて制御することにより、燃料の気化を促進させ
るに適切でしかもポンピングロスをそれほど大きくしな
い程度の吸入負圧を発生させつつ、吸入空気量の低量域
がら高量域まで精度のよい流量制御を実現でき、燃費、
運転性能を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の実施例の縦断面図、第２図は第１図の
要部の拡大斜視図、第３図は第１図の平面図、第４図お
よび第５図は第１図に示した実施例の特性図、第６図は
第３図の要部を駆動する機構の断面図である。 １・・・・・・シリンダ燃焼室、５・・・・・・主吸気
弁、７・・・・・・副吸気弁、８・・・・・・吸気通路
、９・・・・・・絞弁、１０・・・・・・カム軸、１１
・・・・・・吸気カム、１３・・・・・・副吸気通路、
１５・・・・・・排気カム、１９・・・・・・副吸気カ
ム、２０・・・・・・スプライン、２１・・・・・・カ
ム制御機構、２２・・・・・・アクチュエータ、２３・
・・・・・作動ロツド、２４・・・・・・コントロール
リング、２５・・・・・・油圧制御装置、２６・・・・
・・スロットルレバー、２７・・・・・・油圧ポンプを
示す。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 低負荷域で開閉し中負荷域で全開する絞弁と、吸入行程
   下死点前に閉じる主吸気弁とを吸気通路に介装し、その
   主吸気弁上流の吸気通路とシリンダ燃焼室とを直接連通
   する副吸気通路を設け、その副吸気通路に主吸気弁の閉
   弁後に閉じる副吸気弁を介装し、かつ副吸気弁のバルブ
   タイミングを機関運転状態に応じて可変的に制御する動
   弁機構を設けた内燃機関。