JPS6116226A - 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】 〈産業上の利用分野〉 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。

〈従来の技術〉 従来のこの種の公知技術としては、例えば、第５図〜第
７図に示すようなものがある。これは気筒毎に２個づつ
備えられた吸気弁１，２の開時期をこれらに係合するカ
ムのプロフィルを変えることによって変え、これら吸気
弁１，２に通じる２つの吸気ポート３．４を独立して設
けると共に、排気弁５とのオーバーランプの大きな高速
用吸気弁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領域では前記開閉弁６を閉して
実質的なバルブオーバーランプ期間における排気の吹き
返しを阻止することにより、燃焼の改善を図っている（
参考文献：特公昭４７−３１７２４号公報）。

〈発明が解決しようとする問題点〉 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の容積を
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。この部分の吸気ポート容積
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内には圧縮行程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４００ｍｍＨｇ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ため、残留ガ
ス濃度を充分に低減することが出来ず、燃費の改善効果
は期待した程得られない。

そこで、第８図に示すように、開閉弁６下流側の高速用
吸気ポート４部分にオリフィス８を介装した新気導入通
路９を介して大気圧に近い新気を導入し、高速用吸気弁
２が閉じてから次に開くまでの間にこの負圧によって新
気を吸入させ、排気圧との差圧を小さくして続くオーバ
ーランプ期間に排気が高速用吸気ポート４内に流入する
のを阻止し、混合気に混入する既燃ガス量を大幅に低減
する方式が本願出願人により提案されている。この図に
おいて、開閉弁６はアクチュエータ１０により開閉制御
され、アクチュエータ１０への制御圧力の供給は電磁弁
１１によって断続される。この断続の条件は、圧力セン
サ１２及び機関回転速度等の機関運転条件をコントロー
ルユニット１３で検出して行う。１４はアクチュエータ
１０の作動完了をモニターするりミノトスインチである
。開閉弁６の下流の高速用吸気ポート４部分は新気導入
通路９を介して絞り弁１５の上流の吸気通路１６に連通
しており、オリフィス８で流量が規制されている。絞り
弁１５の上流の圧力は、常時大気圧近傍であるから、吸
気ボート４内が負圧の条件下士は絞り弁１５上流側の新
気がオリフィス８を通って開閉弁６下流の吸気ボート４
内に流入する。

このように新気を導入すると、第９図に実線で示すよう
に、高速用の吸気弁２が閉じた後、開閉弁６下流の吸気
ボート４内は徐々に大気圧に近づく。オリフィス８は、
大気圧に近い新気の流入量を制御するものであり、高速
用吸気弁２が閉しているクランク１回転余りの期間（ア
イドリング時６００ｒｐｍでは１７１０秒）に吸気ボー
ト４内の圧力を大気圧に十分近づけるのに対して必要十
分な大きさに設定しである（オリフィス８０径は１〜２
φ程度）。

このようにすれば高速用吸気弁２が開かれる排気行程末
期に燃焼室７内に満たされた大気圧（平均値）に近い排
気が吸気ボート４内へ吹き返すことを効果的に抑制でき
、燃焼性能の大幅な改善を図れるのである。

尚、比較のために新気導入を行わない場合を第９図に破
線で示し、この場合は、高速用吸気弁２を閉じると吸気
ボート４内へのガスの出入りはないため、次に吸気弁２
が開くまでは開閉弁６下流の吸気ポート４内圧力が大気
圧の半分程度の負圧で一定に保たれる。したがって、高
速用吸気弁２が開き始める、と、燃焼室７内に満たされ
た排気が大きな圧力差により急速に吸気ボート４内に流
入し、開閉弁６下流の吸気ポート４の容積の約半分近く
の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７内に混入するため、開閉弁６を設
ＬＪても相当量の残響ガスが存在することになり、燃焼
の大幅な改善は望めない。

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６の下流の高速用吸気ポート４の容積が比較的大で
ある場合、オリフィス８径が小さいと高速用吸気弁２が
閉弁している間に流入する新気量では不足して、高速用
吸気ポート４内の負圧は十分に解消しない。

しかしながら、オリフィス８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８は新気を
導入しつづけ、しかも開閉弁６の前後差圧は最大となる
ため、このオリフィス８経由（４気筒の場合４個）で導
入される新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た。

しかも、上記のように新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
に有効であるが、回転数を下げてもオリフィス８から導
入される新気の量の減少は少なく、機関の率・要吸入空
気量が回転数に比例して減少するため、導入新気の占め
る割合はどんどん増大して、燃焼改善効果が有効に生か
されないこととなる。

本発明は、上記の問題点に鑑みなされたもので、吸気行
程開始時の高速用吸気ボートの圧力を確保して排気の吹
き返しの抑制を図りつつ１．吸気行程中に導入される新
気量は可及的に減少し、もって吸入空気量が必要以上に
増大することを防止して、真にアイドリング回転数が下
げられ、燃費低減効果を十分に促進できるようにするこ
とを目的とすに。

く問題点を解決するための手段〉 このため、本発明は、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
高速用吸気ポートとを備えると共に、前記高速用吸気ポ
ートにアイドリングを含む低速領域で閉し、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、各気
筒の高速用吸気ポートの開閉弁下流部分に大気圧に近い
新気を導く新気導入１Ｊｆ１路とを設けると共に、該新
気導入通路に流量調整用のラバルノズルを介設した構成
とする。

く作用〉 ラバルノズル上流側圧力は、略大気圧で一定であるため
、ラパルノ、ズルの特性により、下流側圧力が上流側圧
力に対して所定割合以下の比較的弱い吸気負圧でも該負
圧の変動に影響されることなく、ラバルノズルを通過す
る新気の流量は一定に保たれる。

したがって、高速用吸気ポート圧力が圧縮行程開始後、
所定値に上昇す４までは、新気の流量が減少することな
く一定値に保たれるので、この間に高速用吸気ボート内
の圧力を十分に高めておくことかでき、一方、これによ
り新気流量の設定値を小さくすることができるため、吸
気行程中に導入される新気の量が減少する。

〈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５図〜第８図に示した従来及び先願
例と同一の構成要素（実施例間に示されないものを含む
）には同一符号を付して説明する。一実施例の構成を示
す第１図において、４サイクル４気筒内燃機関の各気筒
毎ｐこ吸気行程上死点近傍で開き始める低速用吸気弁１
を装着した低速用吸気ボート３と、これより早く、排気
行程後期には開き始める高速用吸気弁２を装着した高速
用吸気ポート４とを備えると共に、高速用吸気ポート４
には開閉弁６を備え、開閉弁６がアイドリング時を含む
低速領域で閉し、高速領域で開くように制御されること
及び排気弁５の特性等については前記先願例と同様であ
る。

そして、本発明に係る構成として、絞り弁１５上流の喚
気通路１６と各気筒の開閉弁６下流の高速用吸気ポート
４とを結ぶ新気導入通路２１を設けると共に、該新気導
入通路２１の下流端部にラバルノズル２２を介設する。

次に本実施例の作用を第２図〜第４図に示す特性図を参
照して説明する。

まずラバルノズルの流量特性について説明すると、第２
図に示すようにノズルの上流側の圧力が一定値Ｐ０の場
合、下流側の圧力が所定値ｐｄ以下の比較的小さな圧力
差でラバルノズルのスロート部の流速がマツハ数Ｍ＝１
に達して流量は最大値一定となる（参考文献二「圧縮性
流体の力学」社発行「圧縮性流体の力学」の７６、７７
頁）。

これに対し、第３図に示すような一般的な先細ノズル（
先行願のオリフィスを含む）の場合は、上流側圧力Ｐ０
に対し下流側圧力ｐｂが臨界圧（０，５２８Ｐ、　）以
下の大きな圧力差を生じたときに一定流量となり、下流
側圧力Ｐｂが臨界圧より上昇すると速やかに流量が減少
する。

このようにう・＼ルノズルは先細ノズルに比べて上流側
圧力が同一の条件では流量が一定に保たれる下流側圧力
の上限が大幅に高（なる。

したがって、第１図に示すように、上記特性を持つラバ
ルノズル２２を新気導入通路２１に介装した本実施例に
おいては、圧縮行程開始後、機関のピストンによる圧縮
と新気導入とにより高速用吸気ボート４内の圧力が上昇
しても、この圧力が大気圧の０．９倍近くに達するまで
は、一定の最大流量で導入され、この期間がオリフィス
を用いた場合に比べて大幅に増大する。このため、ラバ
ルノズル２２の最大流量値をオリフィスの場合より相当
小さく設定しても吸気行程が開始されるまでに高速用吸
気ボート４内の圧力を大気圧近くまで高めておくことが
でき、これにより排気の吹き返し防止効果を維持できる
一方、吸気行程時に最大流量で導入される新気の量を大
幅に減少できる。この結果、アイドリング時の吸入空気
量が必要以上に増加することを極力抑制でき、もって前
記排気吹き返し防止効果に伴う燃焼性改善と相俟って吸
入空気量を減少してアイドリング回転数を低く設定する
ことが可能となり、真に燃費低減を促進することができ
るのである。

第４図にオリフィスを使用した先願例の場合を比較のた
めに破線で示しである。

特に、開閉弁６下流の高速用吸気ボート４容積が大きい
ものに対してもラハルノズル２２の最大流量を少し大き
くするだりで高速用吸気ボート４内を大気圧近くに高め
るに足りる十分の新気を専大さ廿るごとができるため、
オリフィスを用いる場合に最大流量を相当大きくする必
要があるのに比べて有利である。

尚、本実施例では、新気導入通路２１の上流端を絞り弁
１５の上流の吸気通路１６に接続する構成としたが、上
流端を大気開放としてもよい。

〈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
速用吸気ボートに新気を導く新気導入通路に２ｉｔｆｆ
ｉｉｌｌ整用のラハルノズルを介設した構成としたため
、ラハルノズルの特性により最大流量を減少させても最
大流量に保たれる期間が長いので、開閉弁下流の高速用
吸気ボート容積が大きいものに対しても吸気行程開始時
に高速用吸気ボートを大気圧近くまで高めるに足りる十
分な新気量を導入させることができ、これにより吸気行
程時における新気の導入量を減少させてアイドリング時
の機関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。

また、簡単な構成の改良で上記の効果が得られるため、
コスト的にも有利である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例の全体構成を示す断面図、
第２図は、ラハルノズルの特性を説明するだめの図、第
３図は、先細ノズルの特性を説明するための図、第４図
は前記実施例の各部の特性を示すタイムチャート、第５
図は、従来公知の内燃機関の吸気装置を示す要部断面図
、第６図は、同上機関の吸・排気弁のリフト特性を示す
グラフ、第７図は、同上装置の要部縦断面図、第８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９図は、同上装置の各部の特性を
示すタイムチャートである。 １・・・低速用吸気弁　　２・・・高速用吸気弁３・・
・低速用吸気ボート　　４・・・高速用吸気ボート６・
・・開閉弁　　２１・・・新気導入通路　　　２２・・
・ラハルノズル 第２図 第３図

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
   た低速用吸気ポートと、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ポートとを
   備えると共に、前記高速用吸気ポ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、各気筒の高速用吸気ポート
   の開閉弁下流部分に大気圧に近い新気を導く新気導入通
   路を設けると共に、該新気導入通路にラバルノズルを介
   設したことを特徴とする内燃機関の吸気装置。