JPS60164618A - 内燃機関の吸気装置 - Google Patents

内燃機関の吸気装置

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JPS60164618A
JPS60164618A JP59017661A JP1766184A JPS60164618A JP S60164618 A JPS60164618 A JP S60164618A JP 59017661 A JP59017661 A JP 59017661A JP 1766184 A JP1766184 A JP 1766184A JP S60164618 A JPS60164618 A JP S60164618A
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valve
intake passage
intake
main
engine
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Tokuta Inoue
井上　悳太
Kiyohiko Oishi
大石　清彦
Takamitsu Okamoto
高光 岡本
Keiso Takeda
啓壮 武田
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Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
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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】 産業上の利用分野 本発明は内燃機関の吸気装置に関する。
従来技術 内燃機関においては吸気弁が閉弁すると吸入空気流が急
激にせき止められるために吸気弁背面の吸気ボート内に
は正圧が発生する。吸気ボート内に正圧が発生すると吸
気ボート内の吸入空気は吸気通路の開放端に向かって流
れるために吸気ボート内の圧力は低下して負圧となる。
吸気ボート内が負圧になると今度は吸入空気が吸気ボー
ト内に向かって流れ、斯くして吸気ボート内は再び正圧
となる。このようにして吸気ボート内の圧力は正圧と負
圧を繰返し、いわゆる吸気脈動を生じることになる。こ
の場合吸気弁の開弁間隔が正圧と負圧の繰返し周波数に
一致すると吸気通路内に吸気通路の開放端を節とする定
在波が発生する。このような定在波が発生すると吸気弁
が開弁じたときに吸気ボート内は正圧となっており、斯
くして充填効率が向上する。機関回転数が低いときに吸
気弁の開弁間隔が正圧と負圧の繰返し周波数に一致する
と１次の定在波が生じ、機関回転数が高いときに吸気弁
の開弁間隔が正圧と負圧の繰返し周波数に一致すると２
次の定在波が発生する。従って特定の回転数において定
在波が生じるのでこのときに充填効率が向上する。
ところでいかなる回転数においてこのような定在波を生
じるかは吸気通路の長さに依存している。
そこで定在波の発生に関して吸気通路と等価な真直管を
考え、この真直管の管長を等価管長と称している。通常
の内燃機関では等価管長は一定であり、従って特定の回
転数において充填効率が向上するが全機関回転数領域に
亙って充填効率を向上することはできない。しかしなが
ら機関回転数に応じて等価管長を変化させれば全機関回
転数領域に亙って吸気脈動により充填効率を高めること
ができる。
等価管長を変化させて充填効率を高めるためにエアクリ
ーナと機関燃焼室とを連結する主吸気通路を具備すると
共に主吸気通路の等価管長と等しい等価管長を有する副
吸気通路を具備し、副吸気通路の一端部をエアクリーナ
に連結すると共に副吸気通路の他端部を主吸気通路に連
結し、副吸気通路の他端部に開閉弁を挿入して機関回転
数が予め定められた回転数範囲にあるときに開閉弁を開
弁するようにした内燃機関が本出願人による先願である
特願昭５８−１８８５３２号において既に提案されてい
る。この内燃機関では開閉弁を開閉することによって等
価管長が変化し、斯くして全機関回転数領域に亙って充
填効率を高めることができる。
このように吸気脈動を利用して充填効率を高めるように
した場合において高い充填効率を得るためには吸気脈動
をできるだけ減衰させないことが必要であり、そのため
には吸気通路の抵抗をできるだけ小さくすることが必要
となる。しかしながら上述の内燃機関では開閉弁が流れ
抵抗の大きな形状に形成されているために開閉弁が開弁
じたときに吸気脈動が開閉弁において減衰せしめられ、
斯くして開閉弁が開弁したときに十分高い充填効率が得
られないという問題がある。
発明の目的 本発明の目的は開閉弁の形状を吸気脈動が減衰しにくい
形状に形成し、それによって開閉弁開弁時に高い充填効
率を得るようにした内燃機関の吸気装置を提供す′るこ
とにある。
発明の構成 本発明の構成は、エアクリーナと機関燃焼室とを連結す
る主吸気通路を具備すると共に主吸気通路の等価管長と
等しい等価管長を有する副吸気通路を具備し、副吸気通
路の一端部をエアクリーナに連結すると共に副吸気通路
の他端部を主吸気通路に連結し、副吸気通路の他端部に
開閉弁を挿入して機関回転数が予め定められた回転数範
囲にあるときに開閉弁を開弁するようにした内燃機関で
あって、開閉弁が副吸気通路内に形成された弁ボートと
、弁ボートを閉鎖可能に副吸気通路内に配置されたディ
スク状弁体と、弁体を駆動するためのアクチュエータか
らなり、ディスク状弁体の前面および背面が外方に向け
て凸状をなす円錐面から形成されていることにある。
実施例 第１図を参照すると、１は機関本体、２は吸気マニホル
ド、３は吸気マニホルド枝管、４は機関本体１内に形成
された吸気ボート、５は吸気弁、６は吸気マニホルド２
に取付けられた空気ダクト、７は主吸気管、８は空気ダ
クト６と主吸気管７とを連結する可撓性ホース、９はエ
アクリーナ、１０はエレメント、１１は主吸気管７とエ
アクリーナ９とを連結する可撓性ホースを夫々示す。可
撓性ホース１１．主吸気管７、可撓性ホース８゜空気ダ
クト６、吸気マニホルド２．吸気マニホルド枝管３およ
び吸気ボート４はエアクリーナ９と機関シリンダとを連
結する主吸気通路１２を形成する。一方、エアクリーナ
９は可撓性ホース１３を介して一定容積のタンク１４に
連結され、このタンク１４は連通管１５を介して主吸気
管７に連結される。これらの可撓性ホース１３．タンク
１４および連通管１５は副吸気通路１６を形成する。連
通管１５の端部には副吸気通路１６の開閉制御をする開
閉弁１．７が取付けられ、この開閉弁１７は副吸気通路
１６内に形成された弁ボート１８と、弁ボート１８の開
閉制御をする弁体１９と、この弁体１９を駆動するアク
チュエータ２０から構成される。アクチュエータ２０は
ダイアフラム２１によって隔離された負王室２２と大気
圧室２３とを具備し、負圧室２２内にはダイアフラム押
圧用圧縮ばね２４が挿入される。また、ダイアフラム２
１は弁ロッド２５を介して弁体１９に連結される。
次に第２図を参照して開閉弁１７の構造について詳細に
説明する。第２図を参照すると、連通管１５は円錐状を
なすフランジ２６を具備し、フランジ２６の上端部が主
吸気管７に固定される。フランジ２６の内部には円錐台
形状の弁室２７が形成され、弁室２７の下壁面２８上に
環状をなす弁ボート１８が形成される。連通管１５の下
壁面上には上方に突出する弁ガイド２９が一体形成され
、この弁ガイド２９は弁ボート１８内まで延びる。
こ・の弁ガイド２９内には弁ロッド２５が摺動可能に挿
入される。アクチュエータ２０の負圧室２２内に負圧が
加わるとダイアフラム２１は圧縮ばね２４に抗して下降
する。このとき弁体１９は破線で示すように弁ガイド２
９の上端面に当接するまで下降して弁ボート１８を閉鎖
する。一方、負圧室２２内に大気圧が加わるとダイアフ
ラム２Ｉは圧縮ばね２４のばね力により上昇し、弁体１
９が弁ボート１８を開口する。このとき弁体】９は第２
図において実線で示すように弁室２７内に位置しており
、主吸気管７内には突出しない。従ってこのとき弁体１
９が主吸気管７内を流れる吸入空気の抵抗となることは
ない。弁体１９はディスク状をなしており、弁体１９の
前面１９ａおよび背面１９ｂは外方に向けて凸状をなす
円錐面から形成されている。更にこれら前面１９ａおよ
び背面１９ｂの円錐形状は弁体１９の中央断面１９ｃに
対して対称となっている。従って弁体１９の周りを上方
から下方に向けて流れる空気流および下方から上方に向
けて流れる空気流に対してさほど抵抗とはならず、また
前面１９ａおよび背面１９ｂがこれら空気流に対して与
える抵抗は等しくなる。
再び第１図を参照すると、アクチュエータ２０の負圧室
２２は導管３０を介して負圧タンク３１に連結され、負
圧タンク３１は負圧タンク３１から吸気マニホルド２に
向けてのみ流通可能な逆止弁３２を介して吸気マニホル
ド２内に連結される。
導管３０内には大気に連通可能な電磁切換弁３３が挿入
され、この電磁切換弁３３のソレノイドは電子制御ユニ
ット３４に接続される。電子制御ユニット３４はディジ
タルコンピュータからなり、双方向性バス３５によって
互いに接続されたＲＡ？１（ランダムアクセスメモリ）
３６．ＲＯＭ（リードオンリメモリ）３７．ＭＰＵ（マ
イクロプロセッサ）３８、入力ポート３９および出力ポ
ート４０からなる。出力ポート４０は電磁切換弁３３の
ソレノイドに連結される。一方、空気ダクト６内にはス
ロットル弁４１が挿入され、スロットル弁４１上流の空
気ダクト６内壁面上にはスロットル弁４１に向けて燃料
を噴射するための燃料噴射弁４２が取付けられる。スロ
ットル弁４１にはスロットル弁４１の開度が所定開度、
例えば５０度以上になったことを検出するスロットルス
イッチ４３が取付けられ、このスロットルスイッチ４３
は入力ポート３９に接続される。更に入力ポート３９に
は機関回転数に比例したパルスを発生する回転数センサ
４４が接続される。
次に第４図を参照して本発明の吸気装置による吸気脈動
の制御について説明する。主吸気通路１２および副吸気
通路１６は夫々複雑な通路形状を有するがこれら主吸気
通路１２および副吸気通路１６は吸気脈動に対して等価
な真直管におき換えてみたときの主吸気通路１２の等価
管長１１と副吸気通路１６の等価管長１２とが等しくな
るように形成されている。即ち、等価管長ｐ、とβ２と
を等しくするには本来主吸気通路１２と副吸気通路１６
の長さをほぼ等しくしなければならないが副吸気通路１
６内にタンク１４設けることによって副吸気通路１６を
主吸気通路１２よりも短くしても等価管長β、と１２と
を等しくすることができる。
まず始めに開閉弁１７が閉弁している場合を考えるとこ
のときにはエアクリーナ９に主吸気通路１２と等価管長
が等しく先端部が閉鎖された副吸気遣路１６が連結され
ている形となる。この場合には主吸気通路１２のエアク
リーナ９内への開口端４５に発生する吸気脈動による圧
力と副吸気通路１６のエアクリーナ９内への開口端４６
に発生する脈動による圧力が互いに相殺するために主吸
気通路１２の開口端４５は主吸気通路１２と等価な真直
管の大気への開放端と同じ作用を果す。即ち、実際には
主吸気通路１２はエアクリーナ９のエアノーズ４７を介
して大気に連通しているのでエアノーズ４７の開口端４
８が大気への開放端となるがエアクリーナ９に先端部が
閉鎖された副吸気通路１６を連結することによって主吸
気通路１２の開口端４５が大気への開放端となる。従っ
てエアクリーナ９およびエアノーズ４７の構造を。
どのようにしようとも主吸気通路１２の開口端４５が大
気への開放端として作用し、このことはエアクリーナ９
およびエアノーズ４７の構造を任意に選択できることを
意味している。このように開閉弁１７が閉弁していると
きには主吸気通路１２の開口端４５が大気への開放端と
同じ作用をなし、従って特定の回転数において等価管長
ｌ。
によって定まる１次又は２次の定在波が発生することに
なる。
第５図は充填効率ηνと機関回転数Ｎとの関係を示す。
第５図において曲ｖＡＡは開閉弁１７を閉弁したときを
示しており、曲線Ｂは開閉弁１７を開弁じたときを示し
ている。第５図に示されるように開閉弁１７を閉弁した
場合には機関回転数ＮがＮ１のときに２次の定在波が発
生し、従って機関回転数ＮがＮ、のときに充填効率η替
が高められる。
次に開閉弁１７が開弁じた場合には大気への開放端と同
じ作用をなす位置が変化する。即ち、開閉弁１７が開弁
すると吸気弁５の閉弁動作によって発生した圧力波が一
方では主吸気通路１２内を通ってエアクリーナ９に向け
て伝播し、他方では開閉弁１７を通過した後に副吸気通
路１６を通ってエアクリーナ９に向けて伝播する。この
とき主吸気通路１２の開口端４５における脈動の位相と
副吸気通路１６の開口端４６における脈動の位相との間
に位相差を生じるためにもはや主吸気通路１２の開口端
４５は大気への開放端としての作用を果さなくなる。こ
の場合、大気への開放端の役目を果す位置は第４図のに
点付近になることが判明している。その結果、主吸気通
路１２の等価管長は若干短くなり、斯くして第５図にお
いて曲線Ｂで示すように機関同性数Ｎ　１３＜Ｎ　１お
よびＮ２のときに充填効率ηＶが高くなる。機関回転数
Ｎ２において充填効率ηνが高くなるのは１次の定在波
が発生しているからであり、一方、機関回転数Ｎｓにお
いて充填効率ηνが高くなるのは２次の定在波が発生し
ているからである。従って第５図かられかるように機関
回転数ＮがＮｘよりも小さいとき、又はＮｙよりも大き
いときは開閉弁１７を開弁させ、機関回転数ＮがＮｘ　
、！：Ｎｙの間のときに開閉弁１７を閉弁させれば機関
回転数Ｎにかかわらずに高い充填効率が得られる。
次に第１図を参照しつつ第６図を参照して本発明による
吸気装置の作動を説明する。
第６図においてまず始めにステップ５０においてスロッ
トルスイッチ４３の出力信号を取込む。
このスロットルスイッチ４３は前述したようにスロット
ル弁４１が５０度以上開弁したことを示す出力信号を発
する。スロットル弁４１の開度はおおよそ機関負荷を表
わしており、従ってスロットル弁４１が５０度以上開弁
したことはおおよそ機関負荷が予め定められた負荷より
も大きいことを示している。ステップ５１ではスロット
ル弁４１が５０度以上であるか否か、即ち機関負荷が予
め定められた負荷しよりも大きいか否かが判別され、負
荷りよりも小さいときにはステップ５２に進んで電磁切
換弁３３のソレノイドが消勢される。ソレノイドが消勢
されるとアクチュエータ２０の負圧室２２は負圧タンク
３１に連結され、その結果弁体１９が弁ボート１８を閉
鎖する。一方、機関負荷が負荷りよりも大きいときには
ステップ５３に進む。ステップ５３では回転数センサ４
４の出力信号を取込み、次いでステップ５４において機
関回転数Ｎが第５図のＮｘとＮｙの中間にあるか否かが
判別される。機関回転数ＮがＮｘとＮＹの間にあるとき
にはステ・ノブ５２に進んで電磁切換弁３３の゛ソレノ
イドが消勢され、斯くして弁体１９が弁ポ′−ト１８を
閉鎖する。従ってこのときには第５図の曲線Ａで示され
るように高い充填効率ηＶが得られる。一方、機関回転
数ＮがＮｘよりも小さいか、又はＮＹよりも大きいとき
しこ番よステップ５５に進んで電磁切換弁３３のソレノ
イド３３が付勢される。このときアクチュエータ２０の
負圧室２２は大気に開放され、その結果弁体。
１９が弁ボート１日を開口する。従ってこのときには第
５図の曲線Ｂで示すように充填効率ηＶが高められる。
第３図ｆａ）は開閉弁１７の開閉領域を示してしする。
第３図（ａｌにおいて縦軸θはスロ・ノトル弁４１の開
度を示し、横軸Ｎは機関回転数を示す。なお、縦軸にお
いてＦはスロットル弁全開を示し、θ０は５０度を示す
。第３図＋ａ＋に示されるように開閉弁１７はスロット
ル弁開度θが５０度以上であって機関回転数ＮがＮｘよ
りも小さいか、又はＮｙよりも大きいときに開弁せしめ
られる。また、第３図ｆａｌに示すようにスロ・ノトル
弁開度が５０度以下のときには開閉弁１７が閉弁せしめ
られているがこのとき開閉弁１７を開弁じてもよい。即
ち、スロットル弁開度が小さいときにはスロ・ノトル弁
によって吸気脈動が抑制されるために脈動効果による充
填効率の向上が期待できず、斯くしてスロ・ノトル弁開
度が５０度以下のときには開閉弁１７を開弁しても閉弁
しても同しである。
一方、吸気マニホルド２内の負圧はおおよそ機関負荷を
表わすので第１図において破線で示すように負圧スイッ
チ５０を吸気マニホルド２に取付けてこの負圧スイッチ
５０を人力ボート３９に接続し、この負圧スイッチ５０
の出力信号に基し）て開閉弁１７を制御するようにして
もよい。第３図（ｂｌは負圧スイッチ５０の出力信号に
暴いて開閉弁１７を制御する場合を示している。第３図
（ｂｌにおいて縦軸Ｐは吸気マニホルド２内の絶対圧を
示し、横軸Ｎは機関回転数を示す。また、縦軸におし）
てＦは大気圧を示し、Ｐｏは　６０ｍＨｇａｂｓを示す
。
この場合には吸気マニホルド２内の絶対圧Ｐが６６０　
ｗＨｇａｂｓ以上であって機関回転数ＮがＮｘよりも小
さいか、又はＮｙよりも大きいときに開閉弁１７が開弁
せしめられる。
一方、第３図ＦＣ＋は本発明をディーゼル機関に適用し
た場合を示す。この場合は第１図に示すスロットル弁４
１および燃料噴射弁４２が除去され、これに代えて各気
筒のシリンダに燃料噴射弁が取付けられる。この場合に
は第１図において破線で示すようにアクセルペダルに応
動するスイッチ５１が取付けられ、このスイッチ５１の
出力信号に基いて開閉弁１７の開閉制御が行なわれる。
第３図（Ｃ１において縦軸りはアクセルペダルの踏込み
量を示し、横軸Ｎは機関回転数を示す。また、縦軸りに
おいてＦはアクセルペダルの最大踏込み量を示し、Ｌｏ
は予め定められた踏込み量を示す。
本発明をディーゼル機関に適用した場合には第３図（Ｃ
１に示すようにアクセルペダルの踏込み量りが予め定め
られた踏込み量Ｌｏ以上であって機関回転数ＮがＮｘよ
りも小さいか、又はＮｙよりも大きいときに開閉弁１７
が開弁せしめられる。
一方、第１図に示す実施例において負圧タンク３１を除
去することもできる。この場合スロットル弁４１の開度
が小さいときにはアクチュエータ２０の負圧室２２が逆
止弁３２を介して吸気マニホルド２内に連結されている
ので負圧室２２内は吸気マニホルド２内に発生する最大
負圧に維持され、斯くして弁体１９が弁ボート１８を閉
鎖する。
次いでスロットル弁４１の開度が５０度以上になって機
関回転数ＮがＮｘよりも小さいか、又はＮｙよりも大き
くなると負圧室２２が大気に開放されるために弁体１９
が弁ボート１８を開口する。しかしながらこのように負
圧タンク３１を除去した場合にはスロットル弁開度が５
０度以上であって機関回転数ＮがＮｘとＸｙとの間にあ
るときに弁体１９が弁ポート１８を閉鎖しな（なる危険
性がある。即ち、スロットル弁４１が全開して機関回転
数ＮがＮｘよりも低いとすると上述したように負圧室２
２が大気に開放され、斯くして弁体１９が弁ボートド８
を開口する。次いでスロットル弁４１が全開された状態
で機関回転数ＮがＮｘよりも高くなると電磁切換弁３３
のソレノイドが消勢され、斯くして負圧室２２が逆止弁
３２を介して吸気マニホルド２内に連結される。しかし
ながらこのときスロットル弁４１が全開しているので吸
気マニホルド２内の負圧は極めて小さく、斯くして弁体
１９が弁ボート１８を開口し続けることになる。従って
負圧タンク３１を除去した場合には第３図（ｄｌに示す
ようにスロットル弁開度が５０度以上であって機関回転
数Ｎがｘｙ以上のときに開閉弁１７を開弁せしめること
が好ましい。
発明の効果 上述したように本発明によれば機関負荷が予め定められ
た負荷以上であって機関回転数が予め定められた回転数
範囲にあるときには開閉弁が開弁せしめられる。このと
き圧力波は開閉弁の弁体の周りを主吸気通路から副吸気
通路に向け、或いは副吸気通路から主吸気通路に向けて
交互に伝播する。しかしながら本発明では弁体の前面お
よび後面が円錐状に形成されているので弁体が吸入空気
流に対して与える抵抗は小さく、斯くして圧力波の減衰
を抑制することができる。その結果、吸気脈動を利用し
て高い充填効率を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明による吸気装置の全体図、第２図は第１
図の一部拡大側面断面図、第３図は開閉弁の開閉領域を
示す図、第４Ｍは吸気装置を図解的に示す図、第５図は
充填効率を示す線図、第６図はフローチャートである。 ２　吸気マニホルド、　９−エアクリーナ、１２−主吸
気通路、　１４　タンク、 １６　副吸気通路、　１７　開閉弁、 １９　弁体、　２ｏ　アクチュエータ。 第１回 ニニ］ ４ 第２ＴｉＪ 第３０ 第４反 第５回

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. エアクリーナと機関燃焼室とを連結する主吸気通路を具
    備すると共に咳主吸気通路の等価管長と等しい等価管長
    を有する副吸気通路を具備し、該副吸気通路の一端部を
    エアクリーナに連結すると共に該副吸気通路の他端部を
    主吸気通路に連結し、該副吸気通路の他端部に開閉弁を
    挿入して機関回転数が予め定められた回転数範囲にある
    ときに該開閉弁を開弁するようにした内燃機関であって
    、上記開閉弁が副吸気通路内に形成された弁ボートと、
    該弁ボートを閉鎖可能に副吸気通路内に配置されたディ
    スク状弁体と、該弁体を駆動するためのアクチュエータ
    からなり、上記ディスク状弁体の前面および背面が外方
    に向けて凸状をなす円錐面から形成されている内燃機関
    の吸気装置。
JP59017661A 1984-02-04 1984-02-04 内燃機関の吸気装置 Pending JPS60164618A (ja)

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