JPS60204918A - 内燃機関の吸気装置 - Google Patents

内燃機関の吸気装置

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JPS60204918A
JPS60204918A JP59060918A JP6091884A JPS60204918A JP S60204918 A JPS60204918 A JP S60204918A JP 59060918 A JP59060918 A JP 59060918A JP 6091884 A JP6091884 A JP 6091884A JP S60204918 A JPS60204918 A JP S60204918A
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speed intake
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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

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、内燃機関のアイドリング時等の燃焼改善技術
に関する。
く背景技術〉 従来のこの種の公知技術としては、例えば第１図〜第３
図に示すようなものがある。これは気筒毎に２個ずつ備
えられた吸気弁１．２の開時期を変え、これら吸気弁１
，２に通じる２つの吸気ボー）３．４を独立して設ける
と共に、排気弁５とのオーバラップの大きな高速用の吸
気弁２が装着された吸気ボート４に開閉弁６を設け、ア
イドリング特等低速では前記開閉弁６を閉じて実質的な
バルブオーパラツブ期間における排気の吹き返しを阻止
し、燃焼の改善を図っている（参考文献：特公昭４７−
３１７２４号参照）。
しかしながら、このような従来の吸気ボートを遮断する
方式にあっては、開閉弁６下流の吸気ボート４の容積が
種々の制約から小さくすることは困難で、シリンダ容積
の１５〜２０％程度になる。この部分の吸気ボート４容
積が大きいと特に吸気負圧の大きなアイドリング時に以
下のような問題が住しる。
吸気行程が終り、圧縮行程の初期に吸気弁２が閉じた時
点で吸気ボート４内には圧縮初期の混合気が閉じ込めら
れるが、該混合気の圧力はアイドリング時であるから４
００ｍｄｇ程度の負圧の状態である。このため、排気行
程の末期に吸気弁２が開くと、排圧とこの負圧との差圧
により、排気が吸気ボート４内に流入し、吸気ポート４
内は排圧近くまで圧力上昇し、入り込んだ吸気ボート４
容積の約半分近くを占める排気（既燃ガス）が続く吸気
行程で燃焼室７内の混合気に混じる。特に、アイドリン
グ時は吸気量が少ないため混合気中に含まれる既燃ガス
割合が大きく、これにより燃焼改善効果は大幅に目減り
している。
〈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
、排気の吹き返し防止効果を高めることにより混合気中
に混入する既燃ガス量を大幅に減少させ、もって、アイ
ドリング時の燃焼改善効果を高めた内燃機関の吸気装置
を提供することを目的とする。
〈発明の概要〉 このため、本発明は絞り弁下流の吸気通路から分岐して
、各気筒毎に吸気行程上死点近傍で開き始める低速用吸
気弁を装着した低速用吸気ボートと、これより早く排気
行程後期で開き始める高速用吸気弁を装着した高速用吸
気ボートとを備えると共に、高速用吸気ボートにアイド
リングを含む低速領域で閉じ高速領域で開く開閉弁を備
えた内燃機関の吸気装置において、前記高速用吸気ボー
トの開閉弁下流部分と、絞り弁上流の吸気１ｆｆｉ路部
分とを空気流量調整手段を介装した連通路を介して接続
した構成とする。
そして、かかる構成とすることにより、アイドリング等
の低速領域で低連用吸気弁が開く前に低速用吸気ボート
内を新気の導入によって大気圧近くまで高めて低速用吸
気弁開後の排気の逆流を効果的に抑制し、もって燃焼性
能改善効果を高めるようにしたものである。
〈実施例） 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
第１の実施例を示す第４図〜第７図において図示しない
排気ターボ過給機を搭載した内燃機関１１の吸気通路１
２は絞り弁１３下流において分岐し、各気筒の燃焼室１
４に至る低速用及び高速用の吸気ポー　）１５Ａ、１５
Ｂが形成され、これら吸気ポー目５Ａ。
１５Ｂに夫々後述するように開閉時期を設定した低速用
及び高速用の吸気弁１６Ａ、１６Ｂが介装される。
又、燃焼室１４に接続する排気ボー）１７Ａ、１７Ｂが
形成され、これらは下流側で合流して一本の排気通路と
なる。排気ボー目７Ａ、１７Ｂには夫々排気弁１８Ａ、
１８Ｂが介装されている。そして、第６図に示すように
、前記低速用の吸気弁１６Ａは低速用のカム１９Ａに当
接従動し、吸気行程上死点近傍で開き始め、吸気行程下
死点近傍で閉じ、一方、高速用の吸気弁１６は高速用の
カム１９Ｂに当接従動し、排気行程後期の吸気上死点前
３０°付近から開き始め、圧縮行程半ば付近で閉じる。
又、排気弁１８Ａ。
１８Ｂは夫々同一形状のカム２０Ａ、２０Ｂに当接従動
して膨張行程後期から開き始め吸気行程初期に閉しる。
前記各気筒毎の低速用、高速用の吸気ボート１５Ａ、１
５Ｂには、高速用の吸気ポー）１５Ｂ側にバタフライ式
の開閉弁２１を装着したバルブチャンバ２２が介装され
ている。各気筒毎の開閉弁２１の支軸２１　ａのバルブ
チャンバ２２から突出した一端部にはレバー２３が固定
され、該レバー２３を夫々一本のロンド２４に定間隔毎
に軸支し、該口・ノド２４の一端部にリンク２５を介し
てダイヤフラム式アクチュエータ２６の出力ロット２６
ａが連結される。
前記アクチュエータ２６は出力ロット２６ａを固定した
ダイヤフラム２６ｂにより圧力作動室２６Ｃが電磁弁２
７．チェックバルブ２８を介装した信号空気圧導入管２
９により空気圧力源に接続され、ｔＵｔ弁２７とチェッ
クバルブ２８との間には空気圧力源からの供給空気を音
圧するニアリザーバ３０が介装されている。又、アクチ
ュエータ２６のダイヤフラム２６ｂにより他側に仕切ら
れた大気圧室２６ｄにはリターンスプリング２６ｅが装
着される。
開閉弁２１−ｈ流の吸気通路１２に：よ排気ターホ過給
機のコンプレ、すの過給圧を検出する圧力セン４ノ３１
からの過給圧信号がコントロールニー　ノド３２に入力
される。コントロールユニット３２は過給圧が機関回転
速度の上昇に対して急増するインターセプト点付近（機
関回転速度で２０００ｒｐｍ付近）に設定された所定値
未満の時は前記電磁弁２７への出力をＯＦＦとし、所定
値以上でＯＮとするように切換制御する。
電磁弁２７は、非通電時即ち過給圧が所定値未満の時は
、上流側の信号空気圧導入管２９に接続されたボート２
７ａ−ｔ−遮断しつつ下流側の信号空気圧導入管２９に
接続されたボート２７ｂを大気圧ボート２７ｃと連通さ
せ、過給圧が所定値以上の通電時は大気圧ボート２７ｃ
を遮断しつつ、両ボート２７ａ、２７ｂ間を連通させる
ように切換動作する。
したがって、前記アクチュエータ２６は、過給圧が所定
値未満での低速領域では、圧力作動室２６ｃが電磁弁２
７を介して大気圧と等しくなっているため、リターンス
プリング２６ｅの付勢力により出力ロッド２６ａが最短
位置まで引き込まれ、この位置でリンク２５．ロッド２
４．レバー２３を介して開閉弁２１を全閉状態に保持す
る。又、過給圧が所定値以上の高速領域では、圧力作動
室２６Ｃにｔ磁弁２７を介してニアリザーバ３０内の高
圧空気が導入され、これにより出力ロッド２６ａがリタ
ーンスプリング２６ｅの付勢力に抗して延び出し、リン
ク２５．ロッド２４．レバー２３の作動を介して各気筒
の開閉弁２１を支軸２１ａ回りに回動させて全開とする
ようになっている。
また、アクチュエータ２６の出力ロッド２６ａが延び出
した時に押圧されてＯＮとなるアクチュエータ２６の作
動完了モニター用のりミツトスイッチ３３が設けてあり
、その信号がコントロールユニット３２に入力される。
そして、本発明に係る構成として、前記バルブチャンバ
２２壁を貫通して形成された大気導入孔２２ａと絞り弁
１３上流の吸気通路１２壁を貫通して形成された空気流
出孔１２ａとが下流端部にオリフィス３４を介装した連
通管３５によって接続される。
次に、燃料供給系統について説明すると、各気筒毎の高
速用の吸気ボー目５Ｂに電磁式のフューエルインジェク
タ３６が介装され、前記コントロールユニット３２から
の出力により、第７図に示すように排気行程半ば、した
がって、低速用の吸気弁１６Ａが開く前に開弁じ、機関
運転状態に基づいて演算された量の燃料が噴射される。
尚、噴射タイミングは、図示しないディストリビュータ
からコントロールユニット３２に入力されるクランク角
信号によって設定される。
次に、本実施例の一連の作用を説明する。
圧力センサ３１によって検出される排気ターボ過給機の
過給圧が所定値未満の低速領域においては、電磁弁２７
がＯＦＦとされ、アクチュエータ２６の出力ロッド２６
ａは引き込まれ、各気筒の開閉弁２１は全閉位置にある
。
この状態で、絞り弁１３上流の吸気通路１２は大気圧を
上回り、一方アイドリング等の低負荷条件では絞り弁１
３下流側の高速用吸気ボート１５は負圧となっているた
め、大気圧に近い新気が連通管３５を介してオリフィス
３４により調量されて高連用吸気ボート１５Ｂ内に流入
する。
したがって、高速用吸気ボー目５Ｂ内の圧力は第６図に
示すように、高速用吸気弁１６Ｂが閉じて燃焼室１４か
らの負圧の影響が断たれた後は、新気の流入により徐々
に昇圧して大気圧に近づく。
そして、高連用吸気弁１６Ｂが開くまでに高速用吸気ボ
ー目５Ｂ内圧力は大気圧近くまで」二昇しており、一方
、高速用吸気弁１６Ｂが開かれる時、燃焼室１４内には
残留排気が略大気圧に近い状態で満たされているため、
引続き排気行程−上死点に至るまでに燃焼室１４内の残
留排気は高速用吸気ボート１５Ｂへの吹き返しを抑制さ
れ、大部分は排気ボー）１７Ａ、１７Ｂへ排出される。
この結果、引き続く吸気行程において燃焼室１４内に流
入する排気の割合を可及的に減少でき、燃焼改善効果を
十分に高めることができるのである。
尚、大気の導入量を調整するためのオリフィス３４の口
径は、高速用の吸気弁１６Ｂが閉している機関１回転余
りの期間（アイドリング時の６００ｒｐｍでは０．１秒
程度）で開閉弁２１下流の高速用吸気ボー■５Ｂを大気
圧に十分近づけるのに必要なだけの大きさに設定すれば
よく、開閉弁２１下流の高速用吸気ボート１５Ｂの容積
にもよるが、１〜２φ程度で十分である。オリフィス３
４の口径を大きくし過ぎると、低速用吸気弁１６Ａの閉
時期を高速用吸気ボート１５Ｂより吸気下死点に近づけ
ると共に、低速全負荷時の吸気の高速用吸気ボー）Ｊ５
Ｂへの吹き返しを開閉弁２１を閉じて阻止することによ
り充填効率の向上を図ろうとしても、連通管３５を介し
て絞り弁１３上流の吸気通路１２へ逆流を生じてしまい
、十分な効果が得られない。また、吸気行程中にオリフ
ィス３４を通じて流入する吸気量が大きいと、絞り弁１
３を閉して吸気量を絞ろうとる場合の限度を超えて最小
吸気量を制御することが困難となる。
以上の点を考慮してオリフィス３４の口径は必要最小限
に設定すべきであり、その場合、カーボン等の詰まりが
一般的には問題となり得るが、吸気行程中には空気はオ
リフィス３４を音速で通過するため、汚れに対して自浄
力が強く実際上問題はない。
尚、本実施例のように過給機を備えたものではオリフィ
ス３４の口径の調整だけでは最小吸気量の調整が難しく
なる場合があるため、アイドリング時以外は連通管３５
を遮断する電磁弁等を設ける構成としてもよい。
因みに、連通管３５を設けない場合、開閉弁２１下流の
高速用吸気ボー■５Ｂは第６図に点線で示すように高速
用吸気弁１６Ｂが閉じると高速用吸気ボート１５Ｂへの
ガスの出入りがなくなるため、次に高速用吸気弁１６Ｂ
が開くまでの間、一定の負圧に保たれる。したがって高
速用吸気弁１６Ｂが開くと排気行程末期に有る燃焼室１
４内の大気圧に近い排気が高速用吸気ボー）１５Ｂ内に
急速に逆流し、開閉弁２１下流の高速用吸気ボー）２５
Ｂ容積の半分近くを排気が大気圧に近い状態で残留し、
続く吸気行程で一気に膨張して燃焼室１４内に流入する
。この場合、例えば、開閉弁２１下流の高速用吸気ボー
ト１５Ｂの容積がシリンダ行程容積の２０％、シリンダ
隙間容積が１２％程度である。
したがって、特にアイドリング時等はＰ！焼室】４に吸
入される吸気中に占める残留排気の割合は相当大きなも
のとなり、開閉弁２１を閉じることにょる燃焼改善効果
が小さいことが明らかである。
次に、燃焼系統の作用を説明す条。
第６図に示すようにアイドリング等の低速領域において
は低速用吸気弁１６Ａが開いた直後に燃焼室１４から低
速用吸気ボート１５Ａに吸気が音速で逆流する。これは
、第８図に示すように、アイドリング時には、前記した
ようにオリフィス３４から流入する新気により高連用吸
気ボート１５Ｂ内は大気圧に近い新気で満たされている
が、低速用吸気弁１６Ａが開くと低速用吸気ボー）１５
Ａ内は吸気負圧（５００ａ＋ｍ１１ｇ　）程度に等しく
なっているため、高速用吸気ボー）１５Ｂ内の新気が差
圧により燃焼室１４から低速用吸気ボート１５入内に音
速で瞬間的に吹き返すために生じる新気の逆流現象であ
る。
ここで、この吹き返した新気は続く吸気行程で再び燃焼
室内に吸入されるが、この場合はピストンの下降による
吸入であり、ティド１１ング時には流速は非常に小さい
。
この点に鑑み、本実施例では前記したようにフューエル
インジェクタ３６を低連用吸気ボー１−１５Ａに装着し
、かつ、燃料の噴射時期を低速用吸気弁１６Ａの開弁前
に設定しである。即ち、低速用喚気ボート１５Ａ内に噴
射された燃料はその後に生じる新気の吹き返しにより、
−呈上流方向に吹き戻された後、吸気行程で再び燃焼室
１４内に吸入されることになるため、この間に霧化を著
しく促進されることになる。かかる燃料の霧化促進によ
り、前記排気の吹き返し防止効果と相まってアイドリン
グ特等低速時の燃焼性能を大幅に向上することができる
のである。
尚、この場合、新気の吹き返しを利用するためには低速
用吸気弁１６Ａの開弁時期を避けて燃料噴射を行えばよ
いから、例えば一方の気筒が圧縮行程で他方の気筒が排
気行程にあるときＣコ、両気筒に同時噴射することも可
能であるが、各気筒毎に排気行程下死点近傍で噴射する
のが最もよい。
また、開閉弁２１が閉じた状態で排気の１！５′へｉ反
しを抑制できることにより、排気に、Ｌる開閉弁２１の
支軸２１ａのスティック等の問題も四哨するこ上ができ
る。
一方、過給圧が所定値を上回る高速領域では、電磁弁２
７が通電されてアクチュエータ２６の圧力作動室２６ｃ
に空気圧力源からの高圧空気が供給される。これにより
、アクチュエータ２６の出力ロッド２６ａが延び出し、
リンク２５．ロッド２４．レバー２３の作動を介して開
閉弁２１が支軸２１ａ回りに回動して高速用の吸気ボー
ト１５Ａを開通させる。
この場合、低速用吸気弁１６Ａに比べて開時期が早く閉
時期は大幅に遅くした高速用吸気弁１６Ｂを併用して吸
気が行われるため、有効圧縮比の減少により吸気の圧縮
上死点温度の上昇を抑制してノンキングの発生を抑制し
つつ、慣性過給の利用と高速用吸気ボー目５Ｂ開通によ
る吸気流通抵抗減少とにより充填効率を向上させて最高
出力の増大を図ることができる。
尚、本実施例は過給機付内燃機関に適用したものを示し
たが過給機を備えない機関にも本発明を適用できること
はいうまでもない。
〈発明の効果〉 以上説明したように、本発明によれば低速領域、特にア
イドリング時に開閉弁下流の高速用吸気ボートに大気圧
に近い新気を導入することによって排気の吹き返しを効
果的に防止でき、もって燃焼性能を改善して燃費及び機
関の安定性等を大幅に向上させることができるという効
果が得られる。
【図面の簡単な説明】
第１図は従来の内燃機関の吸気装置の一例を示す要部平
面図、第２図は同上装置の吸・排気弁のリフト特性を示
すグラフ、第３図は同上装置の要部縦断面図、第４図は
本発明の一実施例の全体概要を示す構成図、第５図は同
上実施例の要部平面図、第６図は同上実施例の各部の特
性を示すグラフ、第７図は同じく別の部分の特性を示す
グラフ、第８図（Ａ）、ＣＢ）は同上実施例におけるア
イドリング時の吸気の流れ状態を示す縦断面図及び平断
面図である。 １１・・・内燃機関　１２・・・吸気通路　１３・・・
絞り弁１５Ａ・・・低速用吸気ボー）　１５Ｂ・・・高
速用吸気ボー）　１６Ａ・・・低速用吸気弁　１６Ｂ・
・・高速用吸気弁　２１・・・開閉弁　２３・・・レバ
ー　２４・・・ロッド　２５・・・リンク　２６・・・
ダイヤフラム式アクチュエータ　２７・・・電磁弁　２
９・・・信号空気圧導入管　３０・・・ニアリザーバ　
３１・・・圧力センサ３２・・・コントロールユニット
　３４・・・オリフィス３５・・・連通管 特許出願人　日産自動車株式会社 代理人　弁理士　笹　島　冨二雄

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 絞り弁下流の吸気通路から分岐して各気筒毎に吸気行程
    上死点近傍で開き始める低速用吸気弁を装着した低速用
    吸気ボートと、これより早く排気行程後期に開き始める
    高速用吸気弁を装着した高速用吸気ボートとを備えると
    共に、前記高速用吸気ボートにアイドリングを含む低速
    領域で閉じ、高速領域で開く開閉弁を備えた内燃機関の
    吸気装置において、前記高速用吸気ボートの開閉弁下流
    部分と、絞り弁上流の吸気通路部分とを空気流量調整手
    段を介装した連通路を介して接続したことを特徴とする
    内燃機関の吸気装置。
JP59060918A 1984-03-30 1984-03-30 内燃機関の吸気装置 Granted JPS60204918A (ja)

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