JPS60147534A - 内燃機関の吸気装置 - 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】 く技術分野〉 本発明は、気筒毎に複数個の吸気ポートと吸気弁を備え
た内燃機間において、一部の吸気ポートを吸気弁開閉に
拘シなく閉じる開閉弁を備えた吸気装置に関する。

〈背景技術〉 各気筒に複数個（通常２個）の吸気弁を備えた機関にあ
っては、吸気通路抵抗が小さいため充填効率が大きく、
吸気弁の冷却作用により耐ノツク性が良く、また点火栓
がシリンダ中心付近に設けられるため燃焼距離が等しく
なってノッキングが発生しにくい等の特長を有する。

かかる機関において、第１図に示すように２゛りＤ吸気
ボー）ＩＡ、ＩＢのうち、一方、例えば吸気ボート１人
にバタフライ式の開閉弁５を設け、該開閉弁５を低速時
に閉じることにより他方の吸気ポートＩＢのみから燃焼
室内壁に対し接線方向に流入する吸気流を利用して燃焼
室内にスワールを大きく発生させることにより、低速時
の燃焼性改善を図るようにしたものがある（参考文献１
％開昭５２〜１４２１１８号公報、実開昭５５−１．３
９２２６号公報）。

そして、多気筒機関の場合は、第２図に示すように前記
開閉弁５を気筒数個（図は４気筒の場合を示す）一本の
シャフト６に固定し、該シャフト６を図示しないアクチ
ュエータを介して軸回シに回転駆動させることにより開
閉弁５を開閉駆動するようにしている。

ところで、前記開閉弁５は全閉時のシール性が要求され
、特に多気筒機関の場合は各気筒毎の運転性のバラツキ
に影響するため、全ての開閉弁５が良好にシールされて
いることが要求される。

しかしながら、前記従来構造では各開閉弁５がシャフト
６に一体的に同定して取り付けられているため、シャフ
ト６回りの取付角度にバラツキがあると、シャフト６を
閉方向に回動していった場合、最初に１個の開閉弁５が
全閉に達す石とシャフト６の回転が固定されてしまうた
め他の開閉弁５はそれ以上閉じることができず、僅かに
開いた状態に保持されてしまう。

これを防止するため全ての開閉弁５をシャフト６に対し
て同一角度で取り付けることは、取付精度の管理が大変
であシ、たとえ組立当初は高精度に取り付けられても経
時変化によりバラツキを生じてしまうこともある。

〈発明の目的〉 本発明はこのような従来の問題点に鑑みなされたもので
、各気筒の開閉弁が全閉時バラツキなくシールされる構
造とすることにより上記問題点を解決した内燃機関の吸
気装置を提供することを目的とする。

〈発明の構成〉 このため本発明は、気筒毎に桟数個の吸気弁とこれら吸
気弁に至る複数個の吸気ポートとを備え、かつ、一部の
吸気ボートに介装され、機関運転条件に応じて開閉する
開閉弁と、各気筒の開閉弁を連動して開閉駆動する手段
とを備えてなる内燃機関の吸気装置において、各気筒の
開閉弁を夫々閉弁方向に付勢するリターンスプリングを
設けると共に、各開閉弁と前記開閉、駆動手段との連結
部に各開閉弁の若干の相対動きを許容する遊隙を設けた
構成とする。

〈実施例〉 以下、本発明の詳細な説明する。

一実施例を示す第３図〜第６図において、図示しない排
気ターボ過給機を備えた内燃機関の燃焼室１１には第１
．第２の２つの吸気弁１２Ａ、１２Ｂと２つの排気弁１
３Ａ、１３Ｂとが設けられている。

前記第１及び第２の吸気弁１２Ａ、１２Ｂ並びに排気弁
１３Ａ、１３Ｂは、夫々当接作動するカム１４　（１４
Ａ、　１４Ｂ）並びに１５（１５Ａ。

１５Ｂ）に従動して開閉される。ここで第７図に示すよ
うに第１の吸気弁１２Ａ用の第１のカム１４Ａは、吸気
弁１２Ａの閉時期を大きく遅らせて圧縮行程中ば近くと
し、第２の吸気弁１２Ｂ用の第２のカム１４Ｂは吸気弁
１２Ｂの閉時期を上記よυ早めて下列・点近傍とするカ
ム形状に設定しである。

また排気弁１３Ａ’、１３Ｂとのオーバラップ量を決定
する吸気弁１２Ａ、１２Ｂの開時期は第１の吸気弁１２
Ａの開時期を第２の吸気弁１２Ｂの開時期に比べて早め
となるように第１．第２のカム１４Ａ、１４Ｂのカム形
状を設定している。

一方、排気弁１３Ａ、１３Ｂの開時期は例えば下死点前
４０°〜５σ、閉時期は上死点１０′〜２０゜と共に等
しくなるようにカム１５の形状の設定してあシ、シたが
って、第１の吸気弁１２Ａとはオーバラップ量がかな９
大きいが、第２の吸気弁のとはオーバラップ量が極力小
さくなるようにしである。

又、吸気通路１６は第４図に示すように、これら吸気弁
１２Ａ、１２Ｂに独立して夫々連通する　・第１．第２
の吸気ボート１６Ａ、１６Ｂを有し、排気通路１７は排
気弁１３Ａ、１３Ｂに独立して夫々連通する排気ポート
１７Ａ、１７Ｂを有する。

そして、前記各気筒毎の第１．第２の吸気ボー）１６Ａ
、１６Ｂには、第１の吸気ポート１６Ａ側にバタフライ
式の開閉弁１Ｂを装着したパルプチャンバ１９が、介装
されている。

各気筒の開閉弁１Ｂの支軸１８ａは両端部がパルプチャ
ンバ１９の外方に突出し、そのうち一端部にはレバー２
０が固定され、該レバー２０の端部とバルブチャンバ１
９外壁とに夫々固定されたビン２０ａ１１９ａに引張ス
プリング２１０両端が係止して取シ付けられる。これに
より開閉弁１８は第５図（Ａ）に示すように引張スプリ
ング２１の付勢力によって閉弁方向に付勢される。

又、支軸１ａ＆の他端部にもレバー２２が固定され、各
気筒のレバー２２の先端部に固定されたピン２２ａを夫
々一本のロッド２３に定間隔毎に形成された孔２３ａに
挿通して連結し、該ロッド２３の一端部にリンク２４を
介してダイヤフラム式アクチュエータ２５の出力ロット
２５＆が連結される。

ここで、前記各気筒毎のピン２２ａと孔２３ａとの間に
は、第５図（Ｄ）に示すように遊隙Ｃが設けられておシ
、該遊隙Ｃによって各開閉弁１８は若干の相互回動が許
容されるようになっている。

前記アクチュエータ２５は、出力ロッ）”２５ａを固定
したダイヤフラム２５ｂにょシー側に仕切られる圧力作
動室２５ｃが過給圧導入管２６を介して排気ターボ過給
機のコンプレッサ下流の吸気通路１６に連通接続され、
他側に仕切られる大気圧室２５ｄにはリターンスプリン
グ２５ｅが介装される。そして、コンプレッサによる過
給圧が機関回転速度が急増するインターセプト点付近の
圧力に達すると、リターンスプリング２５　ｅ　ｌ！し
縮めつつ出力ロット２５＆が伸張し、ＩＪ／り２４、ロ
ッド２３のストローク、レバー２２の回動を介して各気
筒の開閉弁１８を閉から開に回動させるようになってい
る。

又、吸入行程末期から圧縮行程初期にかけて過給を行う
だめのエアポンプ２７を設ケ、該エアポンプ２７の吐出
口２７ａと前記バルブチャンバ１９壁を貫通して形成さ
れた吸入孔１９ｂとをロータリ一式のタイミング制御弁
２８を介装した過給通路２９によって接続する。エアポ
ンプ２７は例えばカムプーリに連動して機関駆動される
ようになっておシ、吸入口２７ｂは、図示しないスロッ
トルバルブ下流の吸気通路１６に接続されるが、又は直
接大気に解放されている。前記タイミング制御弁２８は
カムシャフトの猪の回転速度で回転する弁体２８Ａに弁
孔２８＆が設けられ、第７図に示すように該弁孔２８＆
が第２の吸気弁１２Ｂの閉じる吸気行程下死点近傍か牧
←第１の吸気弁１２Ａが閉じる圧縮行程近傍までの間だ
け開となるように設定されている。

次に本実施例の作用を輯明する。

機関回転速度が例えば１６００ｒｐｍ以下の低速領域で
は、コンプレッサ下流の過給圧が小さいため、アクチュ
エータ２５の出力ロット２５ａはリターンスプリング２
５ｅの付勢力によって最短長さまで引込まれておシ、こ
の状態でリンク２４゜ロッド２３．レバー２２を介して
連結される各気筒の開閉弁１８は全閉となっている。

ここで、本発明では、各開閉弁１Ｂに若干の相互回動が
許容されると共に、リターンスプリング２１によって閉
弁方向へ付勢されているため、該付勢力によって各開閉
弁１８は吸気ボート１６Ａ内壁に圧接し、確実にシール
されている。

かかる低速領域では、吸入空気はまず第２の吸気弁１２
Ｂが開かれる吸気行程上死点近傍から同下死点近傍まで
第２の吸気ボート１６Ｂのみを通じて燃焼室１１内に供
給され、燃焼室１１内にスワールが大きく形成される。

次いで、吸気下死点から開となるタイミング制御弁２８
によシェアポンプ２７から吐出される高圧空気が過給通
路２Ｂを介して開閉弁１８下流の第１の吸気ボート１６
Ａから燃焼室１１に過給される。

この場合第７図に示すように、第２の吸気弁１２Ｂが閉
じる時点では、第１の吸気弁１２Ａはまだ相当量リフト
があり（最大リフトｉｉ８　ｒｍとすれば半分の４飾程
度、第８図にタイミング制御弁としてポペット式の弁を
用いた場合の従来例、例えば特開昭５５−１３９９２５
号に示されるものと比較して示す）、過給のだめの高圧
空気は大きな抵抗を受けることなく速やかに充填される
。又、第２の吸気弁１２Ｂはエアポンプ２Ｔからの過給
開始と略同時に閉じられるので、過給空気の第２の吸気
ボート１６Ｂへの吹き返しを防止できる。

このように、当該低速領域では排気エネルギが小さいた
め、排気ターボ過給機の過給圧力は小さいが、慣性の小
さな吸入空気を吸気行程下死点近傍まで十分に導入した
上で、さらにエアポンプ２７によって圧力行程半ばまで
過給が行なわれるので、排気ターボ過給機の過給不足を
十二分に補うことができ、高い充填効率が得られ出力を
高めることができる。

そして、本発明では、前記したように各開閉弁１８がリ
ターンスプリング２１の付勢力によって全閉状態で確実
にシールされているため、過給機からの高圧空気の開閉
弁１８からの漏出を防止して十分な過給圧を確保できる
。

又、第１の吸気弁１２Ａは前記したように排気弁１３Ａ
、１３Ｂが閉じる以前にオーバラップをもって開き、か
つ、第２の吸気弁１２Ｂよシ早く開くため、第２の吸気
弁１２Ｂが開く前に第１の吸気ボー）１６Ａ内の高圧空
気は排圧まで膨張し、低圧側の第２の吸気ポート１６Ｂ
に逆流することなく燃焼室１１内に残留している燃焼ガ
スを排気ボー）１７Ａ、１７Ｂに押し出して効果的に掃
気することができるので掃気効率も高くこの面からも新
気の充填効率を高めて出方向上に寄与できる（第３図に
掃気の流れの矢印で示す）。

そして、この場合も、本発明では、開閉弁１８のシール
性を高めて過給圧を十分に確保できるため掃気効率を一
層高めて出方向上を促進できるのである。尚、第１の吸
気ポート１６Ａの容積は通常の機関ではピストン上死点
でのトップボリュームよりも若干大きい程度のものであ
り、第１の吸気ポー）１６Ａ内に２気圧程度の新気が保
持されていれば、燃焼ガスは殆んど掃気される。因に、
圧縮上死点での燃焼室１１内容積は、例えば２．（６）
ｃｃ、圧縮比８の４気筒内燃機関の場合、５００×（８
−１，）中７１．４ｃｃであり、この部分に残留した燃
焼ガスが掃気されただけでも新気の充填効率は（５ｏ　
Ｏ＋　７１　、４）　１５００　ｘ　１００　＝１１４
となって、１４％程度の向上をみることができる。

一方、機関回転速度が増大して１６００ｒｐｍを超え排
気ターボ過給機の過給圧が約２００　ｔａｎＨ？以上に
達すると、アクチュエータ２５の出力ロット２５ａが伸
長ストロークを開始し、リンク２４、ロッド２３のスト
ロークを介して、レバー２３が第５図（Ｄ）及び第６図
（Ｂ）で反時計、（ロ）少に回動し、これに支軸１８＆
を介して連結された各気筒の開閉弁１８が同方向に回動
して開き始め、過給圧が３００ｍｍＨｒ程度に達すると
全閉となり第１の吸気バスポー）１６Ａを開通させる。

このように、高速領域に移行して第１の吸気ボー）１６
Ａが開通すると、該第１の吸気ポー）１６Ａと常時開通
されている第２の吸気ポート１６Ｂの双方から吸入空気
が供給されるため、通路抵抗が減少すると共に、第１の
吸気弁１２Ｂのみが開いている吸気行程下死点近傍から
圧縮行程中ばにかけては、高速回転によシ排気ターボ過
給機の過給圧が増大することに加えて慣性の増大により
慣性効果を利用した過給も良好に行えるので、該過給圧
はエアポンプ２７からの過給圧を上回シ、吸気充填効率
を最大限にまで高めることができる。又、２つの吸気弁
１２Ａ、１２Ｂが吸気流によって冷却され、かつ、点火
栓からの火炎伝播距離が等しいこと等によりホットスポ
ットができに＜＜、ノッキング発生傾向が減少するとい
ういわゆる４パルプ機関の特長を十分に享有することが
でき、一方、前記慣性効果を利用した過給は外部からの
仕事を受けないため、吸気温度の昇温につながらずノッ
キング発生傾向を助長させることはない。従って、高速
領域においてはノッキングの発生を抑制しつつ、可及的
に吸気充填効率を高めて出力を向上させることができ、
燃費の悪化を防止できるのである。

又、掃気効率については、掃気作用は低速領域と同様で
あシ、かつ、高速領域では排気ターボ過給機及び慣性効
果により過給圧が大きく上昇するだめの低速領域にも勝
る掃気効率が得られる。

尚、本実施例は排気ターボ過給機及びエアポンプを備え
た機関に適用したため、全速度領域に亘って出力を向上
できるが、これら過給機を備えない機関にも適用できる
ことは勿論であシ、特にエアポンプを備えない場合、低
速領域において、吸気下死点後閉時期の遅れが大きな高
速用の吸気弁が介装された吸気ポートへの吸気の吹き返
しを開閉弁によって防止するわけであるが、本発明では
開閉弁のシール性が高いため吸気の吹き返し防止機能が
高く、この場合も吸気充填効率を可及的に高めることが
できる。又、スワール生成時開閉弁の機能を高めること
によって、開閉弁介装側の吸気ボートからの吸気の流入
を確実に防止してスワール生成機能を高めることができ
る。

〈発明の効果〉 以上説明したように、本発明によれば各気筒の一部の吸
気ボートに備えられた開閉弁を閉弁方向に付勢するリタ
ーンスプリングを設けると共に、各開閉弁を若干の相対
動きを許容する遊隙を介して開閉駆動手段に連結した構
成としたため、開閉弁毎の取付のバラツキを吸収して全
閉位置において確′実にシールすることができる。

この結果、低速域で開閉弁を通じての吸気の吹き返しを
防止でき、スワール生威力を確保できると共に、過給機
を設けた場合の過給圧を確保でき、かつ、掃気効率を高
めることができること等により機関の出方向上を十分に
促進できるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は先行技術の多弁式内燃機関の一例の要部横断面
図、第２図は同上機関に使用される開閉弁とその回転軸
部を示す斜視図、第３図は本発明の一実施例の燃焼室部
の横断面図、第４図は同上実施例の縦断面図、第５図（
Ａ）は同上実施例の開閉弁装着部の正面図、同図（Ｂ）
は同じく平面図、同図（Ｃ）は同図（Ｂ）のｘ−ｘ断面
図、同図（Ｄ）は同じく背面図、第６図（Ａ）は同上実
施例の開閉弁駆動機構の平面図、同図（Ｂ）は同じく正
面図、第７図は同上実施例の各部の作動及び作用特性を
示す線図、第８図は同上実施例の過給圧導入時における
２つの吸気弁のリフト特性を従来例と比較して示す線図
である。 １２Ａ・・・第１の吸気弁　１２Ｂ・・・第２の吸気弁
　１６Ａ・・・第１の吸気ボート　１６Ｂ・・・第２の
吸気ボート　１８・・・開閉弁　１ａ＆・・・支軸　１
９ａ、２０ａ・・・ピン　２１・・・リターンスフリン
グ　２０．２２・・・レバー　２３・・・ロッド　２４
・・・リンク　２５・・・アクチュエータ特許出願人　
日産自動車株式会社 代理人弁理士笹　島　富二雄 第５図（Ａ） 第５１！’Ｉ（Ｂ） 第５図（Ｃ） ２３　２２ 第５図（Ｄ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 気筒毎に複数個の吸気弁とこれら吸気弁に至るイｙ数個
   の吸気ボートとを備え、かつ、一部の吸気ポートに介装
   され、機関運転条件に応じて開閉す′　る開閉弁と、各
   気筒の開閉弁を連動して開閉駆動する手段とを備えてな
   る内燃機関の吸気装置において、前記各気筒の開閉弁を
   夫々閉弁方向に付勢するリターンスプリングを設けると
   共に、各開閉弁と前記開閉駆動手段との連結部に各開閉
   弁の若干の相対動きを許容する遊隙を設けたことを特徴
   とする内燃機関の吸気装置。