JPS60209624A - 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、内＠機関のアイドリング時等の燃焼性改善を
図った吸気装置に関する。

く背景技術〉 従来アイドリング時等の燃焼性改善を図った公知技術と
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
ボート３，４を独立して設けると共に、排気弁５とのオ
ーハラツブ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、アイドリング時等低速領域
では前記開閉弁６を閉じて実質的なバルブオーハラツブ
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
下のような問題が生じる。

吸気行程が終り、圧縮行程の初期に吸気弁２が閉じた時
点で吸気ポート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
００ｍｍ１１ｇ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、吸気ボー
ト４内は排圧近くまで圧力上昇し、入り込んだ吸気ポー
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。そこで、排気の吸気ボートへの吹き返し
を抑制してアイドリングの燃焼改善効果を高めたものが
本願出願人によって提案されている。

このものを第４図及び第５図に基づいて説明する。

内燃機関１１の吸気通路１２は絞り弁１３下流において
分岐し、各気筒の燃焼室１４に至る低速用及び高連用の
吸気ポー１−１５Ａ、１５Ｂに夫々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
接続する排気ポート７Ａ、１７Ｂには夫々排気弁１８Ａ
、１８Ｂが介装されている。そして、第５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１６Ｂ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２
ＯＡ、２０Ｂに当接従動して膨張行程後期から開き始め
吸気行程初期に閉じる。前記各気筒毎の低速用、高速用
の吸気ポート１５Ａ、１５Ｂには、高速用の吸気ポート
１５Ｂ側にバタフライ弐の開閉弁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２１ａ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
ロッド２４に定間隔毎に軸支し、該ロッド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２
６の出力ロッド２６ａが連結される。

前記アクチュエータ２６は出力ロッド２６ａを固定した
ダイヤフラム２６ｂにより一側に仕切られた圧力作動室
２６Ｇが電磁弁２７．チェックバルブ２８を介装した信
号空気圧導入管２９により空気圧ツノ源に接続され、電
磁弁２７とチェックバルブ２８との間には空気圧力源か
らの供給空気を高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上流の吸気通路１２には吸気負圧を検出する
圧力センサ３１からの信号がコントロールユニット３２
に入力される。コントロールユニソ１〜３２は吸気負圧
に応じて、アイドリングを含む低速領域で前記電磁弁２
７への出力をＯＦＦとし、高速領域でＯＮとするように
切換制御する。

電磁弁２７は、非通電時即ぢ低速領域では、信号空気圧
導入管２９に接続されたポート２７ａを遮断しつつ下流
側の信号空気圧導入管２９に接続されたポート２７ｂを
大気圧ポー）２７ｃと連通させ、高速領域では通電して
大気圧ポー）２７ｃを遮断しつつ、両ポー１−２７ａ、
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、低速領域では
、圧力作動室２６Ｃが電磁弁２７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２４゜レバー２３を介して
開閉弁２１を全閉状態に保持する。

又、高速領域では、圧力作動室２６Ｃに電磁弁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リミットスイッチ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、前記バルブチャンバ２２壁を貫通して形成され
た空気導入孔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。

尚、２６は各気筒の低速用吸気ポート１５Ａに装着され
たフューエルインジェクタである。

次に、このものの作用を説明する。

圧力センザ３１からの吸気負圧信号によって検出される
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２６ａ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は大気圧に
近く、一方アイドリング等の低負荷条件では絞り弁１３
下流側の高速用吸気ポート１５は負圧となっているため
、大気圧に近い空気が連通管３５を介してオリフィス３
４により調量されて高速用吸気ポート１５Ｂ内に流入す
る。

したがって、高速用吸気ボー）１５Ｂ内の圧力は高速用
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、空気の流入により徐々に昇圧して大気圧に
近づく　（第６図参照）。

そして、高速用吸気弁１６Ｂが開くまでに間遠用吸気ポ
ー）１５Ｂ内圧力は大気圧近くまで上昇しており、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１−１７Ａ、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。

因みに、連通管３５を設けない場合、開閉弁２１下流の
高速用吸気ポー目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目５Ｂ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５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をる燃焼室１
４内の大気圧に近い排気が高速用吸気ポート１５Ｂ内に
急速に逆流し、開閉弁２１下流の高速用吸気ボー目５Ｂ
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下流の高速用吸気ポー目
５Ｂ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燃焼室１４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を閉じることによる燃焼改善効果が
小さいことが明らかである。

一方、高速領域では、電磁弁２７が通電されてアクチュ
エータ２６の出力ロット２６ａが延び出し、開閉弁２１
が支軸２１ａ回りに回動して高速用の吸気ボーｌ−１５
Ａ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・７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ト１５Ｂ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。

このように上記のものは、アイドリング時において排気
の吹き返しが防止され、燃焼は大幅に改善されるが、開
閉弁２１下流の高速用吸気ボー）１５Ｂの容積が比較的
大である場合、オリフィス３４径が小さいと高速用吸気
弁１６Ｂが開弁じている間に流入する空気量では不足し
て高速用吸気ボー）１５Ｂ内の負圧は十分に解消しない
。

しかしながら、オリフィス３４の径を大にすると、負圧
は解消するが、吸気行程途中もこのオリフィス３４は空
気を導入しつづけ、しかも開閉弁２１の前後差圧は最大
となるため、このオリフィス３４経由（４気筒の場合４
個）で導入される空気量が機関のアイドリング時の必要
吸入空気量を上回ってしまうという問題が考えられる。

しかも、上記のように空気導入によって燃焼が改善され
ると、燃費低減のためにアイドリング回転数を下げるの
が有効であるが、回転を下げてもオリフィス３４から導
入される空気の量の減少は少なく、機関の必要吸入空気
量が回転に比例して減少するため、導入空気の占める割
合はどんどん増大して回転を下げることが出来なくなり
、せっかくの燃焼改善効果が有効に生かされないことと
なる。

〈発明の目的〉 本発明は上記の問題点に鑑みなされたもので、高速用吸
気ポート容積が増大した場合でも、アイドリング時等の
低負荷時に排気の吹き返しを良好に抑制して燃焼改善を
図りつつ、空気導入によって吸入空気量が必要以上増大
することを防止して燃費低減をさらに十分促進できるよ
うにした内燃機関の吸気装置を提供することを目的とす
る。

（発明の効果〉 このため本発明は、気筒毎に低速用の吸気弁と吸気ポー
ト及び高速用の吸気ポートとを備え、高速用吸気ポート
にアイドリング時を含む低速領域で閉、高速領域で開と
なる開閉弁を備えた内燃機関の吸気装置において、開閉
弁下流の高速用吸気ポートに大気圧に近い空気を導く空
気導入通路と、該空気導入通路に介装され、機関回転に
同期して作動し高速用吸気弁の閉時期に開くタイミング
制御弁を設けた構成とする。

これにより、アイドリング時等では吸気行程以外の行程
で十分な量の空気を導入して高速用吸気弁の開く前に高
速用吸気ポート内を大気圧を近くまで高め、排気の吹き
返しを防止して燃焼改善を図れると共に、吸気行程では
空気の導入が停止されて必要以上に吸入空気量が増大す
ることを防止でき、燃費低減を促進できる。

〈実施例〉 以下本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

但し、以下の実施例で第４図に示したものと同一の構成
要素については同一符号を付して説明する。

第７図に示す第１の実施例においては、開閉弁２１下流
の高速用吸気ポー）１５Ｂに形成された空気導入口４１
に空気導入通路４２を接続し、その上流端は大気開放す
るか又は絞り弁１３上流の吸気通路１２に接続する。

そして、前記空気導入通路４２の途中にタイミング制御
弁４３が介装される。タイミング制御弁４３はハウジン
グ４３Ａ内に機関回転に同期して摺動回転する弁体４３
Ｂを備え、該弁体４３Ｂには、対応する気筒において高
速用吸気弁１６Ｂの閉時期、例えば本実施例の場合は第
８図に示すように排気行程の初期から高速用吸気弁１６
Ｂが開く直前までの間開く弁孔４３ａが形成されている
。

その他の構成は第４図に示したものと同様である。

次に本実施例の作用を第８図に示す各部の特性を参照し
つつ説明する。

前記したように、圧力センサ３１からの吸気負圧信号に
よって検出される低速領域においては、電磁弁２７がＯ
ＦＦ、アクチュエータ２６の出力口・ノド２６ａが引き
込まれた位置にあって各気筒の開閉弁２１は全開となっ
ている。

この状態で、開閉弁２１下流の高速用吸気ポート１５Ｂ
内は、高速用吸気弁１６Ｂが閉じた直後、その時の燃焼
室１４内の吸入負圧と等しくなり、タイミング制御弁４
３が開となるまでこの負圧一定に保たれる。タイミング
制御弁４３が開くと空気導入通路４２を介して大気又は
絞り弁１３上流の吸気通路１２からの大気圧に近い空気
が空気導入口４２から開閉弁２１下流の高速用吸気ボー
ト１５Ｂ内に導入される。

そして、高速用吸気弁１６Ｂが開くまでの間導入された
空気によって高速用吸気ボート１５Ｂ内は大気圧近くま
で昇圧するため、高速用吸気弁１６Ｂ開後の排気の高速
用吸気ポート１５Ｂへの吹き返しを抑制してアイドリン
グ時の燃焼改善効果を十分に高めることができる。ここ
で、空気導入口４１の開口面積は、タイミング制御弁４
３の開期間中に開閉弁２１下流の高速用吸気ボー１−１
５Ｂ内に十分量の大気が尋人されて大気圧近くに達する
大きさに設定されている。

これは、後述するように吸気行程中にタイミング制御弁
４３が閉じて、空気導入通路４２からの空気の４人を防
止できるため、開閉弁２１下流の高速用吸気ポート１５
Ｂ容積が大きいものに対しても十分太き目に設定するこ
とが可能である。

高速用吸気弁１６Ｂが開かれるとタイミング制御弁４３
は閉じ、圧縮行程半ばで高速用吸気弁１６Ｂが閉じるま
での吸気行程中、タイミング制御弁４３は閉状態に維持
される。したがって、空気導入通路４２を介しての空気
の導入が遮断されるため、アイドリング時の必要吸入空
気量を上回ることが防止される。この結果、前記空気導
入により排気の吹き返しを防止して燃焼性能を促進した
ことに伴って、吸入空気量を減少してアイドリング回転
数を減少させることが可能となり、もって燃費低減を促
進することができるのである。

また、高速用吸気弁１６Ｂが閉じる前に高速用吸気ポー
ト１５Ｂ内が大気圧近くまで昇圧したとしても、空気導
入通路４２が開かれその開度が大きい場合には、燃焼室
１４内の残留排気の一部は冑連用吸気ポート１５Ｂにも
流れ込むことになるが、タイミング制御弁４３によって
空気導入通路４２が閉じられるため、排気吹き返し防止
効果が高められ燃焼改善効果もより高められる。

尚、タイミング割符１弁４３による開閉が行われない場
合は、空気導入量及び高速用吸気ポート圧力は第８図に
点線で示すようになり、吸気行程中、空気導入通路４２
を通じての空気の導入量が多くなる結果、アイドリング
時の吸入空気量を調整することが難しくなることがわか
る。

第９図は、本発明の第２の実施例を示し、高速用吸気弁
１６Ｂの閉時高速用吸気ボー）１５Ｂに臨むバルブステ
ム部分に周＃１６ａを形成すると共に、シリンダヘッド
４４及びバルブガイド４５に大気と連通ずる空気導入通
路４６を形成する。そして、空気導入通路４６を高速用
吸気弁１６Ｂの閉時期のみ周溝１６ａを介して高速用吸
気ポート１５Ｂと連通させることにより大気を高速用吸
気ポーｈｌｓＢ内に導入し、高速用吸気弁１６Ｂの開時
は、バルブステム部分によって空気導入通路１６が閉じ
るように構成する。

即ち、周溝１６ａを形成したバルブステム部分がタイミ
ング制御弁として機能し、前記第１の実施例と同様の効
果が得られる。

この他、前記第２実施例と同様の構造を排気弁１８Ｂ（
又は１８Ａ）に適用して排気弁１８Ａが開弁じている間
に空気導入通路が開通して高速用吸気ボート１５Ｂ内に
空気を導入する構成としてもよい。

さらに電磁弁を用いて燃料噴射タイミングに同期させて
空気を導入させるようにしてもよく、要は、高速用吸気
弁１６Ｂの開期間以外で大気圧に近い空気を高速用吸気
ボート１５Ｂ内にに導入する構成であればよい。

〈発明の効果〉 以上説明したように、本発明によれば、開閉弁下流の高
速用吸気ポート内に高速用吸気弁の閉時期にタイミング
をとって大気圧に近い空気を導入する構成としたため、
ポート容積の増大に応じて空気の導入量を増大できると
共に、吸気行程中に空気導入を停止してアイドリング時
の回転数を低く設定することが可能となり、燃費を大幅
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
は本願出願人により提案済の内燃機関の吸気装置の全体
概要を示す構成図、第５図は同上装置の要部平面図、第
６図は同上装置のアイドリング時の各部特性を示すグラ
フ、第７図は本発明の第１の実施例の要部を示す縦断面
図、第８図は同上実施例の各部の特性を示すグラフ、第
９図は本発明の第２の実施例の要部縦断面図である。 １１・・・内燃機関　１２・・・吸気通路　１３・・・
絞り弁１５Ａ・・・低速用吸気ポート　１５Ｂ・・・高
速用吸気ボー）　１６Ａ・・・低速用吸気弁　１６Ｂ・
・・高速用吸気弁　１６ａ・・・周′ａ２１・・・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ニエータ　２７
・・・電磁弁　２９・・・信号空気圧導入管　４１・・
・空気導入口　４２・・・空気導入通路　４３・・・タ
イミング制御弁　４６・・・空気導入通路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 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
   閉弁下流部分に大気圧に近い空気を導く空気導入通路と
   、該空気導入通路に介装され、機関回転に同期して作動
   し前記高速用吸気弁の閉時期に開くタイミング制御弁と
   を設けたことを特徴とする内燃機関の吸気装置。