JPS5913299Y2 - 内燃機関 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は通常の吸気弁に加えて設けた吸気還流弁のバル
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、吸気系
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、吸気弁の開弁後のピストンに作用す
る吸入負圧にもとづく負の仕事であって、吸入負圧の増
大する低負荷域は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
態のいかんにかが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がった（特開昭５
１−１５７１３号公報参照）。

そこで、本考案は、いったんシリンダに吸入した混合気
の一部を吸気系に押し戻すための吸気還流通路と、その
吸気還流通路を開閉する吸気還流弁を設け、その吸気還
流弁の閉時期を少なくとも吸気弁の閉弁後の圧縮行程と
なるように設定した動弁機構により、吸気還流弁のバル
ブタイミングを運転状態に応じて可変的に制御すること
により吸入空気量をコントロールし、もって吸気絞り作
用をなくしてポンピングロスの少ない燃費効率のすぐれ
た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、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によって区画形成される。

燃焼室１と吸気通路５との連通は、吸気弁６と吸気還流
弁７とを介して開閉される。

吸気弁６は一般的な吸気弁と略同様な構成であって、カ
ム軸８に取付けられた吸気カム９に従動する吸気弁用ロ
ッカアーム１０によって機関回転に同期して駆動される
。

また、その吸気弁６のバルブタイミングは吸気カム９の
プロフィルにより高負荷域での最大出力の確保がなされ
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。

吸気還流弁７は、シリンダヘッド３を貫通して燃焼室１
・と吸気通路５を連通ずる吸気還流通路１１の燃焼室側
開口部１１ ａに介装され、その吸気還流通路１１を開
閉する。

また、吸気還流弁７は吸気還流カム１２により吸気弁６
の閉じた後の圧縮行程に閉じるように構成され、これに
より燃焼室１にいったん吸入した混合気（吸気）の一部
を吸気通路５へ押し戻す作用をする。

符号１３は排気弁用ロッカアームを示し、カム軸８に取
付けられた排気カム１４（第４図）に従動し、排気弁１
５を開閉する。

また、吸気弁６、吸気還流弁７および排気弁１５は共に
ポペット弁であって、それぞれリターンスプリング１６
．１７．１８が介装されている。

吸気還流通路１１を通って還流される吸気還流量を可変
的にコントロールするため、吸気還流弁７のバルブタイ
ミングは吸気還流カム１２により機関の負荷に応じて可
変的に制御される。

このため、吸気還流カム１２は、第２図、第３図に示す
ように、回転軸方向に連続的に変化する断面葉様の柱状
プロフィルを備えた３次元カムに形成される。

吸気還流弁７のバルブタイミングをこの吸気還流カム１
２のカムプロフィルに応じて相対的に変化させるため、
第４図に示すように、吸気還流カム１２を水平方向に固
定された吸気還流弁７に対し、軸方向に摺動自由に構成
する。

図示のように、吸気還流カム１２は、吸排気カム９．１
４を取付けたカム軸８（または機関回転に同期する別体
のカム軸）に形成したスプライン１９に摺動自由に噛合
し、カム制御機構２０により機関の負荷状態に応じて相
対的にカム軸８の軸方向に移動して回転するのであり、
これらにより吸気還流弁７を可変タイミング的に開閉駆
動する動弁機構を構成する。

このカム制御機構２０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２１と、
作動ロッド２２を介してアクチュエータ２１に従動して
吸気還流カム１２を駆動するコントロールリング２３と
から構成される。

負荷増大に伴って上記アクチュエータ２１は相対的に伸
長し、作動ロッド２２、コントロールリング２３を介し
て吸気還流カム１２を軸方向前方に前進させる。

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、高負荷域に近づくほど吸気還流量を減少させる必
要がある。

このため、吸気還流カム１２のカムリフトは、図示のよ
うに軸方向前方（図面上方）に増加するように形成され
ている。

第５図に示すように、吸気還流カム１２のカムリフト量
の増大に伴い、吸気還流弁７のバルブリフト量は相対的
に増大するので、吸気通路５へ押し戻される吸気還流量
（破線）も増加する。

一方、吸気通路５には吸気絞弁はなく、また吸気弁６の
バルブタイミングは固定的に設定されているから、吸気
量のコントロールは吸気還流弁７のバルブタイミングの
みで行われる。

よって、図の実線で示すように、燃焼室１に残留する吸
気量は、破線で示す吸気還流量の増加に逆比例的に減少
する。

一方、低負荷域に近づくほど、機関が要求する吸気量は
少なくなる。

従って、吸気還流カム１２のカムリフトは低負荷域に近
づくほど増加するように形成される。

また、吸気還流カム１２のカムリフトは、吸気還流弁７
が吸気弁６の閉弁後の機関圧縮行程において閉弁するよ
うに設定される。

次に作用を含めて、さらに上記実施例を説明する。

機関が低負荷状態の時は、アクチュエータ２１は短縮し
ているので、吸気還流弁７は吸気還流カム１２の最大リ
フト部１２ ａに当接して駆動される。

従って、吸気還流弁７を介して、吸気通路５へ押し戻さ
れる吸気還流量は最大となり、その結果燃焼室１に残留
する吸気量は適切に少なくなる。

中負荷状態になると、アクチュエータ２１はアクセル開
度の拡大に相対して伸長し、作動ロッド２２、コントロ
ールリング２３を介して吸気還流カム１２を軸方向に摺
動して前進させる。

その結果、吸気還流弁７は機関の負荷の増大に応じて相
対的に吸気還流カム１２のリフトの小さい方に当接して
駆動される。

また、吸気還流カム１２のプロフィルムは連続的に変化
するように形成されているから、吸気還流量は機関の負
荷の増大に応じて滑らかに減少し、このため燃焼室１に
残留する吸気量は適切に連続的にコントロールされる。

高負荷状態になると、アクチュエータ２１は最大に伸長
し、吸気還流弁７を吸気還流カム１２の最小リフト部１
２ ｂに当接させる。

この最小リフト部１２ ｂをベースサークルに形成すれ
ば、吸気還流弁は開閉しない。

この結果、吸気弁６のみで機関への吸気供給が行われ、
高負荷域での最大出力確保が達成される。

上記実施例は、吸気絞弁によらず吸気還流弁７により吸
気のコントロールを行っているため、吸気弁６の開弁時
にほとんど抵抗なく混合気が吸入まれ、その結果吸入負
圧の発生及びこれにもとづくポンピングロスが低負荷域
から高負荷域までの全域に亘って大幅に減り、燃費改善
が遠戚される。

また、吸気還流通路１１を介して吸気の出入が行われる
ため、各気筒の分配性能が著しく向上する。

かつ、運転状態のいかんにかかわらず、機関吸入行程で
最大限の新気が燃焼室１に送り込まれるので、残留ガス
と新気の置換が促進される。

その結果、アイドリングや低負荷域の燃焼特性が飛躍的
に向上する。

また、吸気弁６、排気弁１５に対して第３弁として作動
する吸気還流弁７により吸気量のコントロールをするよ
うに構成したので、従来のポンピングロス低減機構に比
較して、機構が簡潔小型化し、保守点検も容易となり、
吸気制御の精度も向上する。

更に、３次元カム１２により吸気還流弁７を駆動するよ
うに構成しているので全負荷域に亘ってポンピングロス
の低減が図れ、滑らかな適切な吸気コントロールができ
る。

第６図は上記実施例の特性図である。

図示のように、破線で示す吸気弁６のバルブリフトは機
関負荷状態のいかんにかかわらず常に一定であって、機
関吸入行程上死点前およそ１０’〜２０’にて開き始め
、下死点後およそ５０°〜６０°で閉じる。

一方、吸気還流弁７は吸入行程下死点前に開き始め、吸
気弁６が閉じた後の圧縮行程において閉じる。

しかし、吸気還流弁７の開閉時期は負荷状態のいかんに
かかわらず、クランク角に対して常に一定であり、その
バルブリフトのみ実線で示すように低負荷域に近づくほ
ど増加し、吸気還流量を増加させる。

ところで、吸気還流弁７のバルブタイミングは低負荷に
近づくほど吸気還流量を増加させるように設定すればよ
いので、第６図に示すようなバルブタイミングに限定さ
れない。

例えば、第７図に図示するように、負荷状態に応じて吸
気還流弁７のバルブリフトおよび閉弁時期を可変的に制
御するように、吸気還流カム１２のプロフイムを形成し
てもよい。

すなわち、第７図実線で示すように、吸気還流弁７は吸
入行程下死点直後に開き始め、吸気弁６の閉弁後の圧縮
行程において閉じるが、低負荷域に近づくほど吸気還流
弁７の閉弁時期はおそくなり、そのバルブリフトも増加
する。

また、吸気還流弁７の最大バルブリフトを一定とし、開
弁期間のみ可変とするようにしても、目的が遠戚される
。

本考案は、いったん燃焼室に吸入した混合気の一部を吸
気通路に押し戻すための吸気還流通路と、その吸気還流
通路を開閉する吸気還流弁を設け、動弁機構により吸気
還流弁のバルブタイミングを運転状態に応じて可変的に
制御し、かつ吸気弁の閉弁後の圧縮行程に閉じるように
設定して構成したので、吸入負圧の発生及びこれにもと
づくポンピングロスの発生が全負荷域にわたって低減し
、大幅に燃費が向上する。

【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
要部の斜視図、第３図は第２図のＡ−Ａ線に沿って切断
した横断面図、第４図は第１図の平面図、第５図、第６
図は上記実施例の特性図、第７図は別の実施例の特性図
である。 １・・・・・・燃焼室、３・・・・・・シリンダヘッド
、５・・・・・・吸気通路、６・・・・・・吸気弁、７
・・・・・・吸気還流弁、８・・・・・・カム軸、９・
・・・・・吸気カム、１１・・・・・・吸気還流通路、
１２・・・・・・吸気還流カム、１９・・・・・・スプ
ライン、２０・・・・・・カム制御機構、２１・・・・
・・アクチュエータ、２２・・・・・・作動ロッド、２
３・・・・・・コントロールリングを示す。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 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
   る吸気還流通路を設け、その吸気還流通路を開閉する吸
   気還流弁を吸気通路に介装し、この吸気還流弁を吸気弁
   開弁後の吸気行程で開き吸気弁閉弁後の圧縮行程で閉じ
   、かつ吸気還流弁の開弁リフト量及び開弁区間を機関低
   負荷域で大きく高負荷域で小さくなるように機関負荷に
   応じて連続的に可変制御する動弁機構を設けたことを特
   徴とする内燃機関。