JPS6060010B2 - 多気筒内燃機関の吸気装置 - Google Patents

多気筒内燃機関の吸気装置

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JPS6060010B2
JPS6060010B2 JP55169048A JP16904880A JPS6060010B2 JP S6060010 B2 JPS6060010 B2 JP S6060010B2 JP 55169048 A JP55169048 A JP 55169048A JP 16904880 A JP16904880 A JP 16904880A JP S6060010 B2 JPS6060010 B2 JP S6060010B2
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valve
boat
cylinder
throttle valve
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勝彦 本杉
義男 佐々木
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は多気筒内燃機関の吸気装置に関する。
高出力を得るために各気筒が夫々低速用第１吸気弁を
有する低速用第１吸気ポートと、高速用第２吸気弁を有
する高速用第２吸気ポートとを具備し、第１吸気ポート
並びに第２吸気ポートを共通の第１スロットル弁を介し
て大気に連結し、第１スロットル弁後流の第２吸気ポー
ト内に夫々常時閉鎖型第２スロットル弁を設けて機関負
荷或いは機関回転数が所定値よりも大きくなつたときに
第２スロットル弁を開弁するようにした多気筒内燃機関
が知られている。このような多気筒内燃機関ては機関低
中負荷運転時或いは機関低中速運転時には第２スロット
ル弁が閉鎖されているために吸入空気は第１吸気弁のみ
を介して機関シリンダ゛内に供給され、一方機関高負荷
運転時或いは機関高速運転時には第２スロットル弁が開
弁しているので吸入空気は第１吸気弁並びに第２吸気弁
を介して機関シリンダ内に供給される。このようにこの
種の内燃機関では上述のように機関高負荷運転時或いは
機関高速運転時に吸入空気が第１吸気弁並びに第２吸気
弁を介して機関シリンダ内に供給されるために充填効率
が高くなり、斯くして唯一個の吸気弁しか有さない場合
に比べて高出力を得ることができる。しかしながら第１
吸気弁しか開弁しない低中負荷運転時には機関シリンダ
内に発生する乱れが弱いために燃焼速度が遅く、その結
果安定した燃焼が得られないために燃料消費率は低下し
、しかも着火が不安定になるという問題がある。このよ
うな問題を解決するために第１吸気ポートをヘリカル型
にしたり、或いは第１吸気弁にシユラウドを設けて燃焼
室内に強力な旋回流を発生せしめるようにした内燃機関
が知られているがこのようなヘリカル型吸気ポート、或
いはシユラウド弁は吸入空気に対して大きな抵抗となり
、斯くして機関高負荷運転時或いは桟関高速運転時に充
填効率が低下するために高出力が得られないという問題
がある。 一方、機関高速高負荷運転時における高い充
填効率を確保しつつ機関低負荷運転時に強力な旋回流を
発生させるために各吸気ボートの入口部に夫々スロット
ル弁を配置し、スロットル弁後流の各吸気ボート内に夫
々連通する各連通枝路を共通連通路に連結した内燃機関
が公知である（特開昭５５−２５５３４号公報参照）。
この内燃機関ではスロットル弁開度が小さなときには吸
気行程下にある気筒の吸気ボート内の負圧が他の気筒の
吸気ボート内の負圧よりも大きくなるために他の気筒の
吸気ボート内の混合気が共通連通路を介して吸気行程下
にある気筒の吸気ボート内に高速度で噴出し、この噴出
混合気によつて燃焼室内に強力な旋回流が発生せしめら
れる。また、吸気行程下にある気筒が吸気行程末期にな
ると他のいずれかの気筒の吸気弁が開弁し、吸気ボート
内に既燃ガスが吹き返して吸気ボート内の圧力は正圧と
なる。その結果、正圧となつた吸気ボートと吸気行程末
期の気筒の吸気ボートとの間に大きな圧力差が生じるの
で正圧となつた吸気ボート内の既燃ガスが吸気行程末期
の気筒の吸気ボート内に高速度で噴出し、この噴出既燃
ガスによつて燃焼室内に強力な旋回流が発生せしめられ
る。しかしながらこの内燃機関ではスロットル弁がわす
かはかり開弁すると吸気ボート内の圧力変化が吸気マニ
ホルド内部を介してただちに他の吸気ボート内に伝達さ
れるために吸気ボート間において圧力差を生しす、斯く
して連通枝路から混合気が噴出しなくなる。
また、既燃ガスが吹き返しても吸気ボート内の圧力が上
昇せず、従つて吸気ボート間の圧力差が大きくならない
。従つてこの内燃機関ではスロットル弁がアイドリング
開度に近い低負荷運転時のみしか連通枝路から混合気或
いは既燃ガスを噴出しえず、斯くして低負荷運転時しか
強力な旋回流を燃焼室内に発生せしめることができない
という問題がある。本発明は機関高出力を確保しつつ機
関低中負荷運転時に強力な乱れを燃焼室内に発生せしめ
て燃焼を改善するようにした多気筒内燃機関の吸気装置
を提供することにある。
以下、添附図面を参照して本発明の詳細な説明する。
第１図から第５図を参照すると、１は機関本体、２はシ
リンダブロック、３はシリンダブロック２内で往復動す
るピストン、４はシリンダブロック１上に固締されたシ
リンダヘッド、５はピストン２の頂面とシリンダヘッド
４の内壁面間に形成された燃焼室、６は点火栓、７は低
速用第１吸気弁、８はシリンダヘッド４内に形成されか
つ第１吸気弁７を介して燃焼室５内に連結された低速用
第１吸気ボート、９は高速用第２吸気弁、１０はシリン
ダヘッド４内に形成されかつ第２吸気弁９を介して燃焼
室５内に連結された高速用第２吸気ボート、１１は排気
弁、１２は排気ボート、１３は各排気ボート１２に連結
された排気マニホルドを夫々示す。
なお、第１図においてＩは１番気筒、■は２番気筒、■
は３番気筒、■は４番気筒を夫々示す。第２図から第５
図に示されるようにシリンダヘッド４の内壁面上には細
長の凹溝１４が形成され、この凹溝１４を除くシリンダ
ヘッド４の内壁面１５は平坦面に形成される。第４図並
びに第５図に示されるように凹溝１４の頂面には第１吸
気弁７と排気弁１１が配置され、第２図並びに第４図に
示すようにシリンダヘッド４の平坦内壁面１５には第２
吸気弁９が配置される。一方、ピストン３の頂面上には
凹溝１４に対向して凹所１６が形成され、更にシリンダ
ヘッド４の平坦内壁面１５に対面したピストン３の頂面
部１７は平坦面に形成される。斯くして第２図に示すよ
うにピストン３が上死点に達したときにピストン平坦頂
面部１７とシリンダヘッド平坦内壁面１５間にほぼピス
トン３の断面積の１１３から１１２のほぼ半月状のスキ
ツシユエリアＳが形成される。第４図に示されるように
スキツシユエリアＳと反対側に位置しかつ第１吸気弁７
と排気弁１１との間に位置する凹溝１４の周壁面１４ａ
上には点火栓６が配置される。第１吸気弁７、第２吸気
弁９並びに排気弁１１は図示しないカム機構により駆動
され、第２吸気弁９の開弁期間は第１吸気弁７の開弁期
間よりも長く設定されている。
第６図において曲線Ａは第１吸気弁７の弁揚程を示し、
曲線Ｂは第２吸気弁９の弁揚程を示す。なお、第６図に
おいて縦軸Ｌは弁揚程を示し、横軸０はクランク角を示
す。第６図を参照すると、第１吸気弁７の開弁時期ＡＯ
”並びに第２吸気弁９の開弁時期ＢＯは共に上死点丑℃
の前であるが第２吸気弁９の開弁時期ＢＯは第１吸気弁
７の開弁時期ＡＯに比べて早いことがわかる。また、第
２吸気弁９の閉弁時期ＢＣは第１吸気弁７の閉弁時Ｊｔ
８Ａｃに比べて遅いことがわかる。なお、第６図におい
て破線は排気弁１１の弁揚程を示している。従つて期間
Ｔａでは第１吸気弁７と排気弁１１とが共に開弁し、期
間Ｔ，では第２吸気弁９と排気弁１１とが共に開弁する
。斯くして第２吸気弁９の弁重合期間は第１吸気弁重合
期間よりも長いことがわかる。一方、第１図から第３図
を参照すると、第２吸気弁９は第１吸気弁７に比べて大
きく、更に第２吸気ボート１０の断面積は第１吸気ボー
ト８の断面積に比べて大きいことがわかる。
また、第２吸気ボート１０は滑らかに彎曲して延びてお
り、一方第１吸気ボート８はヘリカル状に形成されてい
ることがわかる。なお、このヘリカル型第１吸気ボート
８は通常のヘリカル型吸気ボートに比べて流路抵抗の小
さな形状をなしており、従つてこのヘリカル型第１吸気
ボート８によつて燃焼室５内に形成される乱れは通常の
ヘリカル型吸気ボートに比べて若干弱いが機関高速高負
時に充填効率はわずかしか低下しない。第１吸気ボート
８に対応する第１枝管１８を介してサージタンク１９に
連結され、第２吸気ボート１０は第２枝管２０を介して
サージタンク１９に連結される。サージタンク１９は吸
気管２１を介して図示しないエアクリーナに連結され、
この吸気管２１内に第１スロットル弁２２が設けられる
。この第１スロットル弁２２は機関運転室に設けられた
図示しないアクセルペタルに連結される。第１枝管１８
には夫々燃料噴射弁２３が設けられ、これらの各燃料噴
射弁２３から対応する第１吸気ボート８内に向けて燃料
が噴射される。一方、各第２枝管２０内の出口には夫々
第２スロットル弁２４が設けられ、これらの各第２スロ
ットル弁２４は共通のスロットル軸２５上に固定される
。このスロットル軸２５にはアーム２６が固着され、ア
ーム２６の先端部は負圧ダイヤフラム装置２７のダイヤ
フラム２８に固定された制御ロッド２９に連結される。
負圧ダイヤフラム装置２７はダイヤフラム２８によつて
隔離された負圧室３０と大気圧室３１とを有する。この
負圧室３０内にはダイヤフラム押圧用圧縮ばね３２が挿
入され、更に負圧室３００は負圧導管３３を介してサー
ジタンク１９内に連結される。−ー方、シリンダヘッド
４内にはシリンダヘッド４の長手方向に延びる共通連通
路３４が形成され、この共通連通路３４は第２吸気ボー
ト１０よりもかるかに断面積の小さな枝路３５を介して
夫々第２吸気ボート１０内に連結される。第１図並びに
第２図に示されるようにこれらの枝路３５の開口３６は
第２吸気弁９のかさ部背面近傍に配置され、更に各開口
３６は第２吸気弁開弁時に第２吸気弁９とその弁座間に
形成される間隙に指向される。更に、例えば１番気筒１
において吸気行程時には第１吸気ボート８から燃焼室５
内に流入する混合気によつて燃焼室５内に矢印Ｗで示す
方向の旋回流が発生せしめられるが枝路３５の開口３６
はこの旋回流Ｗの方向と同一周辺方向に向けて燃焼室５
の周壁面に接線状に指向される。また、共通連通路３４
の中央部は排気ガス再循環導管３７並びに排気ガス再循
環制御弁３８を介して排気マニホルド１３に連結される
。従つて共通連通路３４内には排気マニホルド１３内の
排気ガスが排気ガス再循環導管３７を介して供給される
。第２図に示すように第１スロットル弁２２の開度が小
さな中低負荷運転時にはサージタンク１９内の負圧は大
きく、従つてこのときダイヤフラム２８は圧縮ばね３２
に抗して下降する。その結果、第２スロットル弁２４は
時計回りに回動せしめられて第２図に示すように全閉状
態に保持される。従つてこのときサージタンク１９内に
吸入された空気は第１吸気ボート１８並びに第１吸気弁
７のみを介して燃焼室５内に流入する。前述したように
燃料噴射弁２３から第１吸気ボート８内に向けて燃料が
噴射されるので第１吸気ボート８内には混合気が形成さ
れ、斯くして形成された混合″気が第１吸気弁７を介し
て燃焼室５内に流入する。更に、前述したように第１吸
気ボート８はヘリカル状に形成されているのて今１番気
筒１が吸気行程であると１番気筒１の燃焼室５内には第
１吸気ボート８から流入する混合気によつて矢印Ｗ−で
示されるような旋回流が発生せしめられる。一方、点火
順序が１−３−４−２てあり、１番気筒１が吸気行程で
あるとすると２番気筒■は排気行程にある。吸気行程時
には第２吸気弁９が開弁する第２スロットル弁２４が全
閉状態に保持さｌれているために１番気筒１の第２吸気
ボート１０内の圧力は燃焼室５内の圧力とほぼ等しくな
つている。機関低中負荷運転時の吸気行程時における燃
焼室５内の負圧は大きく、従つてこのとき１番気筒１の
第２吸気ボート１０内には他の気筒■，■，■の第２吸
気ボート１０内の負圧に比べてはるかに大きくなる。そ
の結果、他の気筒■，■，■の第２吸気ボート１０内の
混合気は対応する枝路３５を介して共通連通路３４内に
流入し、次いでこの混合気は１番気筒１の枝路３５から
第２吸気ボート１０内に高速度で噴出する。前述したよ
うに枝路３５の開口３６は第２吸気弁９とその弁座との
間隙に指向され、かつ燃焼室５の周辺方向に指向されて
いるので枝路３５から噴出した混合気は第２吸気弁９と
その弁座との間隙を通つて高速度で燃焼室５内に流入し
、その結果旋回流ｗが増勢されることになる。第６図か
られかるように１番気筒１の吸気行程末期になると排気
行程にある２番気筒■の第２吸気弁９が開弁し、その結
果燃焼室５内の既燃ガスが２番気筒■の第２吸気ボート
１０内に吹き返す。このとき第２スロットル弁２４は全
閉状態に保持されているので２番気筒■の第２吸気ボー
ト１０内には大きな正圧が発生する。その結果、２番気
筒■の第２吸気ボート１０内と１番気筒１の第２吸気ボ
ート１０内の圧力差が大きくなるために２番気筒■の既
燃ガス或いは混合気が共通連通路３４を介して１番気筒
１の枝路３５から噴出し、斯くして燃焼室５内の旋回流
Ｗは一層増勢される。このように機関低中負荷運転時に
は枝路３５の開口３６から噴出する混合気によつて燃焼
室５内には強力な旋回流が発生せしめられることになる
。次いでピストン３が上死点に近づくと第４図において
矢印Ｆで示すようにスキツシユエリア５からスキツシユ
流が噴出して燃焼室５内に強力な乱．れを発生する。
次いで混合気が点火栓６によつて着火されると燃焼室５
内には上述したように強力な旋回流Ｗとスキツシユ流Ｆ
による強力な乱れが発生しているために火炎は急速に燃
焼室５内に広がる。ピストン３が上死点に達するとスキ
ツシユ！エリアＳはクエンチ距離よりも小さくなるので
このときスキツシユエリアＳ内に火炎は伝播しない。次
いでピストン３が下降するとスキツシユエリアＳ内は１
時的に圧力降下を生ずるために燃焼室５内の火炎がスキ
ツシユエリアＳ内に引き込ま・れ、斯くしてスキツシユ
エリアＳ内の未然混合気が燃焼せしめられる。なお、点
火栓６がスキツシユエリアＳと反対側に設けられている
ので点火栓６により着火された混合気の火炎はスキツシ
ユエリアＳに向かつて伝播する。従つて上述のようにス
キツシユエリアＳ内に１時的に圧力降下をすると火炎は
即座にスキツシユエリアＳ内に広がることができる。そ
の結果、燃焼速度が速くなり、斯くして安定した燃焼を
確保することができる。ノッキングは点火栓６から離れ
た所に位置する未燃混合気が燃焼圧の上昇によつて圧縮
され自己着火して生じるが点火栓６から離れた所に低温
の第２吸気弁９を配置し、かつ消炎機能を有するスキツ
ノシユエリアＳを設けることによつてノッキングの発生
を阻止することができる。一方、第１スロットル弁２２
の開度が大きな高負荷運転時にはサージタンク１９内の
負圧が小さくなるためにダイヤフラム２８は圧縮ばね３
２のばね力により上昇し、その結果第２スロットル弁２
４は反時計回りに回動せしめられて全関する。
従つてこのときサージタンク１９内の空気は第１吸気ボ
ート８並びに第２吸気ボート１０を介して燃焼室５内に
供給される。前述したように第１吸気ボート８は流れ抵
抗が小さな形状に形成されており、しかも第２吸気弁９
の開弁開始時期が第１吸気弁７よりも早められているの
て機関高負荷高速運転時に高い充填効率を確保てき、斯
くして高出力を得ることができる。第２スロットル弁２
４はサージタンク１９内の負圧が−６０ｗｒｍＨｇ〜−
９０ｗｒｍＨｇよりも小さなときに開弁するのが好まし
く、従つてサージタンク１９内の負圧が−６０ＴｒｒＪ
ｎＨｇ〜−９−Ｈｇよりも小さくなつたときに第２スロ
ットル弁２４が開弁するようにダイヤフラム２８の面積
並びに圧縮ばね３２のばね力が設定されている。なお、
第２図に示す実施例では第２スロットル弁２４をサージ
タンク１９内の負圧変化に応じて制御しているがこの第
２スロットル弁２４を機関回転数或いは車速の変化に応
じて制御させることもできる。また、各気筒の第２吸気
ボート１０内の混合気は互に共通連通路３４を通つて混
合するので各気筒間における空燃比のばらつきが小さく
なり、更にこのような共通連通路３４に排気ガスを再循
環することによつて気筒間における再循環排気ガスの良
好な分配を確保することができる。前述したように第２
スロットル弁が閉弁しているときには吸気行程下にある
気筒の吸気ボートと他の気筒の吸気ボート間において大
きな圧力差が生じ、その結果混合気或いは既燃ガスが連
通枝路から吸気行程下にある気筒の吸気ボート内に高速
度で噴出する。ところで本発明では第２スロットル弁を
機関負荷がかなり高くなるまで閉弁させておくことがで
きるので機関負荷がかなり高くなるまて連通枝路から混
合気或いは既燃ガスを噴出せしめることができ、斯くし
て機関負荷がかなり高くなるまで強力な旋回流を燃焼室
内に発生せしめることができる。なお、゛これまで本発
明を燃料噴射式内燃機関を参照して説明してきたが本発
明を気化器式機関に適用できることは云うまでもない。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明に係る内燃機関の一部断面平面図、第２
図は第１図の■−■線に沿つてみた側面断面図、第３図
は第１図の■−■線に沿つてみた側面断面図、第４図は
第２図のシリンダヘッドの底面図、第５図は第２図の■
−■線に沿つてみた側面断面図、第６図は吸排気弁の開
弁時期を示す線図である。 ５・・・・・・燃焼室、７・・・・・・第１吸気弁、８
・・・・・・第１吸気ボート、９・・・・・・第２吸気
弁、１０・・・・・・第２吸気ボート、１１・・・・・
・排気弁、２２・・・・・・第１スロットル弁、２４・
・・・・・第２スロットル弁、３４・・・・・・共通連
通路、３５・・・・・・枝路。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. １ 各気筒が夫々低速用第１吸気弁を有する低速用第１
    吸気ポートと、高速用第２吸気弁を有する高速用第２吸
    気ポートとを具備し、該第１吸気ポート並びに第２吸気
    ポートを共通の第１スロットル弁を介して大気に連結し
    、該第１スロットル弁後流の第２吸気ポート内に夫々常
    時閉鎖型第２スロットル弁を設けて機関負荷或いは機関
    回転数が所定値よりも大きくなつたときに該第２スロッ
    トル弁を開弁するようにした多気筒内燃機関において、
    共通連通路により互いに連結された各連通枝路を上記第
    ２スロットル弁後流の各第２吸気ポート内に開口せしめ
    るようにした多気筒内燃機関の吸気装置。
JP55169048A 1980-12-02 1980-12-02 多気筒内燃機関の吸気装置 Expired JPS6060010B2 (ja)

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