JPS6229721A - 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〉 本発明は気筒毎に複数の吸気弁を備える内燃機関の吸気
装置に関する。

〈従来の技術〉 内燃機関の吸気装置の従来例として特開昭６０−７９１
２２号公報、特開昭５６−７７５１６号公報、特開昭５
５−１３９２２６号公報及び特開昭５２−１４２１１８
号公報に示すように、機関の各気筒には第１吸気弁、第
２吸気弁及び第１排気弁、第２排気弁が設けられており
、吸気通路は第１吸気通路と第２吸気通路に分岐され、
第２吸気通路には開閉弁が設けられている。開閉弁は低
速成いは部分負荷領域（以下低速域と称す）等機関運転
条件を検出する制御回路により電磁弁からの制御負圧に
より作動するアクチュエータによって開閉制御される。

そして、低速域ではこの開閉弁を閉じることにより第２
吸気弁を事実土間じたのと同様の効果を与え一方から吸
気を導入してスワールを形成すると共に排気の吹返しを
防止している。中〜高速・高負荷領域（以下中・高速域
と称す）ではこの開閉弁を開き、第１及び第２吸気弁の
双方から吸気を導入し、吸気充填効率を確保する。開閉
弁は常用運転領域では開弁する頻度は小さいため、安定
した空燃比、応答性を得るために燃料噴射弁は第１吸気
弁を介して燃焼室に吸気を導入する第１吸気通路側に設
けである。

第１．第２排気弁は同一のリフト特性であるが、第１吸
気弁のリフト特性は第２吸気弁のリフト特性と比較する
と、開時期は遅く、閉時期は早く、作動角、最大リフ１
−ｆｉ共に小さくなっており第１吸気弁を低速用とすれ
ば第２吸気弁は高速用のリフト特性となっている。この
構成によれば、低速域においては開閉弁を閉じて、第１
吸気通路側からのみ吸気を行い、第１吸気弁のリフト特
性を生かしてスワール強化による燃費・安定度向上の他
、低速のトルク向上効果を図ると共に、高速域において
は開閉弁を開弁じて、第２吸気通路側からも吸気を行い
、高速の特性に設定された第２吸気弁のリフト特性を生
かして充分な充填効率を確保するようにしている。

〈発明が解決しようとする問題点〉 ところで、特に開閉弁が閉じるアイドリング運転を含む
低負荷運転時においては吸気行程後期から圧縮行程の初
期に第２吸気弁が閉じた時点で、吸入負圧が開閉弁下流
の第２吸気通路内に封入されて大きな負圧となっている
。この状態から排気行程末期に第２吸気弁が開くと排気
と前記第２吸気通路内との圧力差により排気が第２吸気
通路に逆流し、バルブオーバラップ期間における排気吹
返しを阻止するのは困難である。

また、多気筒内燃機関においては各気筒の排気吹返し流
量が異なると各気筒の空燃比が異なることにより各気筒
の出力が異なり機関振動の増大要因となるため、開閉弁
から第２吸気弁に至る第２吸気通路の容積を各気筒略同
様に設定する必要がある。しかし、各気筒の前記容積を
略同様に設定しても排気の逆流により排気中のカーボン
等の付着物が第２吸気通路内壁に付着し前記容積は経時
と共に変化するため各気筒の容積がばらつき前記機関振
動の増大要因となる。

本発明は、このような現状に鑑みてなされたもので、開
閉弁から吸気弁に至る吸気通路の容積が変化しても排気
吹返し流量がほとんど変化しない前記容積の範囲を設定
し特に多気筒内燃機関において機関振動の増大を抑制で
きる内燃機関の吸気装置を提供することを目的とする。

（問題点を解決するための手段） このため、本発明は機関運転状態に応じて開閉される開
閉弁から吸気弁に至る吸気通路の容積を、ピストンが略
上死点に位置した状態でピストン上方に形成される燃焼
室の容積と等しいか若しくは大きく設定する。

く作用〉 このように設定することにより開閉弁下流の吸気通路の
容積が変化しても排気吹返し流量が変化しない吸気通路
の容積範囲を設定できるようにした。

〈実施例〉 以下に、本発明の一実施例を第１図及び第２図に基づい
て説明する。

図において、排気ターボ過給機付内燃機関の各気筒には
第１及び第２吸気弁ＩＡ、ＩＢを夫々介装した第１及び
第２吸気通路２Ａ、２Ｂが設けられ、第２吸気通路２Ｂ
の上流端部には開閉弁３が設けられている。また、前記
第１及び第２吸気弁ＩＡ、ＩＢに夫々対向させて第１及
び第２排気弁４Ａ、４Ｂが第１及び第２排気通路５Ａ、
５Ｂに夫々介装されている。

前記開閉弁３は、従来例と同様に低速域で閉弁し中・高
速域で開弁するように構成されている。

尚、６は第１吸気通路２Ａに向けて燃料を噴射する燃料
供給装置としての燃料噴射弁、７は燃焼室、８は点火プ
ラグ、９はピストンである。

次に、開閉弁３から第２吸気弁ＩＢに至る第２吸気通路
２Ｂの容積Ｖｓ　　（以下、ポート容積と呼ぶ）変化に
対する排気吹返し流量の変化を、圧縮性流体く排気）の
断熱変化として次式により得られた結果を第３図及び第
４図に基づいて説明する。

すなわち、単位クランク角度に対する第１及び第２排気
通路５Ａ、５Ｂから燃焼室７に流入する排気吹返し流量
Ｑ、は、 により得られ、燃焼室７から第２吸気通路２Ｂに流入す
る排気吹返し流量Ｑ、は により得られる。尚、ａｌは第１及び第２排気弁４Ａ、
４Ｂの有効開口面積＋　　ａｌは第２排気弁ＩＢの有効
開口面積、Ｐｇは排気通路５Ａ、５Ｂの圧力、ＰＣは燃
焼室７の圧力、Ｐｓは第２吸気通路２Ｂの圧力１ｇは重
力加速度、■８は排気の比容積、■８は燃焼ガスの比容
積、には排気の比熱比である。

また、ボート容積Ｖ、変化を、ピストン９が略上死点に
位置したときにピストン９上方に形成される燃焼室７の
容積Ｖ、（以下燃焼室容積と呼ぶ）を基準として燃焼室
容積■。とボート容積■、とまた、第１吸気通路２Ａか
ら吸入される吸気流量の割合が半分以下になると燃料噴
射弁６から供給された燃料を気化・霧化させるために充
分な流速が得られず混合気形成上問題が発荏するので、
第１吸気通路２Ａから吸入される吸気流量の割合を低下
させないためには第１及び第２吸気弁１Δ。

ＩＢの開弁時期及びバルブリフトｆｆｉは概略同様に設
定する必要がある。特に過給を行って大量の燃料を供給
する過給機付内燃機関においては必要となるため、本計
算においても第１及び第２吸気弁ＬＡ、ＩＢは上死点前
２０°にて略同時に開弁じ、第１及び第２排気弁４Ａ、
４Ｂは上死点後１０’にて略同時に閉弁するように設定
した。

そして、第１及び第２吸気弁ＬＡ、ＩＢと第１及び第２
排気弁４Ａ、４Ｂとが共に開弁するオーバラップ期間（
本実施例ではクランク角度で３０°）において、第１及
び第２排気通路５Ａ、５Ｂから燃焼室７に流入する排気
吹返し流量Ｑ８を容積比Ｘを変化させて所定クランク角
度毎に算出した結果を第３図に示す。尚、前記排気吹返
し流量Ｑ８と燃焼室７から第２吸気通路２Ｂに流入する
排気吹返し流量Ｑ、とは略同様な変化を示すため排気吹
返し流量Ｑ。について説明する。第３図によれば特にバ
ルブオーバラップ期間の前期において容積比Ｘの変化に
伴い排気吹返し流ｆｆ１Ｑ、が急激に変化する。またＸ
＜１のときに排気吹返し流［Ｑ。

が容積比Ｘの変化に伴い大きく変化し、Ｘ≧１のときに
容積比Ｘの増加にも拘わらず排気吹返し流ｉＱ、はほと
んど変化しない。

さらに、第４図は第３図に示すバルブオーバラップ３Ｕ
１間における単位クランク角度毎における排気吹返し流
ＩＱ、を容積比Ｘ毎に積分した結果を示し、Ｘ＜１のと
きに総排気吹返し流量ＱＩＩＬは容積比Ｘの変化に伴っ
て急激に変化しＸ≧１のときに総排気吹返し流量Ｑ、Ｌ
は容積比Ｘの変化に拘わらずほとんど変化しない。

したがって、総排気吹返し流ｆｆｉ　Ｑ　−Ｌと燃焼室
７から第２吸気通路２Ｂに流入する排気吹返し流■Ｑ、
は略同様に変化するのでボート容積Ｖ、と燃定すると、
ボート容積Ｖ、が変化しても排気吹返し流量Ｑ、が変化
しないため、例えば多気筒機関において製造上各気筒の
ボート容積が多少異なったり或いは経時変化により各気
筒のボート容積が異なっても各気筒の排気吹返し流ＭＱ
、は略同様に保持される。このため、ボート容積が変化
しても各気筒の空燃比が略同様に維持され各気筒の出力
も略同様に維持され機関振動の増加を防止できる。ここ
で、排気吹返し流量Ｑ、の低減化を図るためには上記関
係を満足させたうえで、第１及び第２排気弁４Ａ、４Ｂ
と第２吸気弁２Ｂとのバルブオーバランプ期間を小さく
することが効果的である。本実施例では、例えば１８０
０ｃｃの４気筒ターボチヤージヤ付エンジンにおいて、
燃焼室容積■。

を約６０ｃｃ、ボート容積Ｖ、を約７０〜８０ｃｃとし
たので、上記効果を奏する。

尚、上記計算上燃焼室容積Ｖ、をバルブオーハラツブ期
間中一定としたが、その期間における燃焼室容積■、の
変化はわずかであるため、実用上問題はない。

また、ボート容積■５をそのまま用いずボート容積■、
と燃焼室容積■。とを比較したのは、ポ−１−容積■、
と燃焼室容積との比例関係を考察するのが設計上量も良
いことと設計上取得るポート容積■、の範囲がピストン
上死点付近の燃焼室容積■。に近いためとであり、この
ように比較検討すれば機関の排気量等の機関の全体的な
大きさに影響されず無次元化した数値でパラメータとし
て取扱うことができる。また、上記計算では、第１及び
第２吸気弁２Ａ、２Ｂの開弁時期を同様に設定したがそ
れら開弁時期に５〜６°の差があっても本計算結果は適
用できる。また、排気弁は気筒毎に一個であってもよい
。

（発明の効果〉 本発明は、以上説明したように、開閉弁から吸気弁に至
る吸気通路のポート容積を、ピストンが略上死点に位置
した状態でピストン上方に形成される燃焼室容積と等し
いか若しくは大きく、設定したので、ポート容積が変化
しても排気吹返し流量は変化せず略一定値に維持される
。このため、ポート容積を上記関係を満足するように設
定すれば多気筒内燃機関において各気筒のポート容積が
異なり或いは経時と共に異なっても、各気筒の排気吹返
し流星は略一定値に維持され、各気筒間の出力変動を防
止でき機関振動の増大を防止できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す平面図、第２図は同上
の断面図、第３図及び第４図は夫々理論特性図である。 ＩＡ・・・第１吸気弁　　ＩＢ・・・第２吸気弁２Ａ・
・・第１吸気通路　　２Ｂ・・・第２吸気通路３・・・
開閉弁　　６・・・燃料噴射弁　　７・・・燃焼室特許
出願人　　日産自動車株式会社 代理人　弁理士　笹　島　　冨二雄 第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １気筒に、複数の吸気通路と、夫々の吸気通路に介装さ
   れる吸気弁と、吸気弁上流の一方の吸気通路に介装され
   機関運転状態に応じて開閉する開閉弁と、を備え、他方
   の吸気通路に燃料を供給する内燃機関の吸気装置におい
   て、前記開閉弁から吸気弁に至る吸気通路の容積を、ピ
   ストンが略上死点に位置した状態でピストン上方に形成
   される燃焼室の容積と等しいか若しくはこれより大きく
   形成したことを特徴とする内燃機関の吸気装置。