JPS6242100Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案はヘリカル型吸気ポートの流路制御装置
に関する。

ヘリカル型吸気ポートは通常吸気弁周りに形成
された渦巻部と、この渦巻部に接線状に接続され
かつほぼまつすぐに延びる入口通路部とにより構
成される。このようなヘリカル型吸気ポートを用
いて吸入空気量の少ない機関低速低負荷運転時に
機関燃焼室内に強力な旋回流を発生せしめようと
すると吸気ポート形状が流れ抵抗の大きな形状に
なつてしまうので吸入空気量の多い機関高速高負
荷運転時に充填効率が低下するという問題があ
る。このような問題を解決するためにヘリカル型
吸気ポート入口通路部から分岐されてヘリカル型
吸気ポート渦巻部の渦巻終端部に連通する分岐路
をシリンダヘツド内に形成し、分岐路内にアクチ
ユエータによつて作動される常時閉鎖型開閉弁を
設けて機関吸入空気量が所定量よりも大きくなつ
たときにアクチユエータを作動させて開閉弁を開
弁するようにしたヘリカル型吸気ポート流路制御
装置が本出願人より既に提案されている。このヘ
リカル型吸気ポートでは機関吸入空気量の多い機
関高速高負荷運転時にヘリカル型吸気ポート入口
通路部内に送り込まれた吸入空気の一部が分岐路
を介してヘリカル型吸気ポート渦巻部内に送り込
まれるために吸入空気流に対する流れ抵抗が低下
し、斯くして高い充填効率を得ることができる。
しかしながらこの流路制御装置は基本作動原理を
示しているにすぎず、従つて高い充填効率を確保
しつつ機関燃焼室内に最適な旋回流を発生せしめ
るには分岐路から供給される吸入空気のより一層
細かな制御が必要となる。

本考案は高い充填効率を確保しつつ機関燃焼室
内に最適な旋回流を発生せしめることのできる流
路制御装置を提供することにある。

以下、添附図面を参照して本考案を詳細に説明
する。

第１図並びに第２図を参照すると、１はシリン
ダブロツク、２はシリンダブロツク１内で往復動
するピストン、３はシリンダブロツク１上に固定
されたシリンダヘツド、４はピストン２とシリン
ダヘツド３間に形成された燃焼室、５は吸気弁、
６はシリンダヘツド３内に形成されたヘリカル型
吸気ポート、７は排気弁、８はシリンダヘツド３
内に形成された排気ポートを夫々示す。なお、図
には示さないが燃焼室４内に点火栓が配置され
る。

第３図並びに第４図に第２図のヘリカル型吸気
ポート６の形状を図解的に示す。このヘリカル型
吸気ポート６は第４図に示されるように流路軸線
ａがわずかに彎曲した入口通路部Ａと、吸気弁５
の弁軸周りに形成された渦巻部Ｂとにより構成さ
れ、入口通路部Ａは渦巻部Ｂに接線状に接続され
る。第３図、第４図並びに第７図に示されるよう
に入口通路部Ａの渦巻軸線ｂに近い側の側壁面９
の上方側壁面９ａは下方を向いた傾斜面に形成さ
れ、この傾斜面９ａの巾は渦巻部Ｂに近づくに従
つて広くなり、入口通路部Ａと渦巻部Ｂとの接続
部においては第７図に示されるように側壁面９の
全体が下方に向いた傾斜面９ａに形成される。側
壁面９の上半分は吸気弁ガイド１０（第２図）周
りの吸気ポート上壁面上に形成された円筒状突起
１１の周壁面に滑らかに接続され、一方側壁面９
の下半分は渦巻部Ｂの渦巻終端部Ｃにおいて渦巻
部Ｂの側壁面１２に接続される。なお、渦巻部Ｂ
の上壁面１３は渦巻終端部Ｃにおいて下向きの急
傾斜壁Ｄに接続される。

一方、第１図から第５図に示されるようにシリ
ンダヘツド３内には入口通路部Ａから分岐された
倒置三角形状断面を有する分岐路１４が形成さ
れ、この分岐路１４は渦巻終端部Ｃに接続され
る。分岐路１４の入口開口１５は入口通路部Ａの
入口開口近傍において側壁面９上に形成され、分
岐路１４の出口開口１６は渦巻終端部Ｃにおいて
側壁面１２の上端部に形成される。この分岐路１
４内には分岐路１４の流通面積を制御するスライ
ド弁１７が摺動可能に挿入される。スライド弁１
７の上端部には弁ロツド１８が一体形成され、こ
の弁ロツド１８の上端部はシリンダヘツド３内に
嵌着された案内スリーブ１９を貫通して上方に突
出する。一方、シリンダヘツド３には図示しない
軸受を介してアームロツド２０が回動可能に取付
けられ、このアームロツド２０上には各気筒のス
ライド弁１７に対して夫々設けられたアーム２１
が固着される。これらの各アーム２１の先端部は
夫々対応する弁ロツド１８の頭部にピボツトピン
２２を介して枢着される。また、アームロツド２
０には別のアーム２３が固着され、このアーム２
３の先端部は負圧ダイアフラム装置３０のダイア
フラム３１に固着された制御ロツド３２に連結さ
れる。負圧ダイアフラム装置３０はダイアフラム
３１により隔離された負圧室３４と大気圧室３３
を具備し、負圧室３４内にはダイアフラム押圧用
圧縮ばね３５が挿入される。この負圧室３４は負
圧導管３６並びに電磁制御弁３７を介して負圧ア
キユムレータ２９に接続される。電磁制御弁３７
は弁室３８と、負圧アキユムレータ２９に連通す
る負圧ポート３９と、大気に連通する大気ポート
４０と、負圧ポート３９並びに大気ポート４０の
開閉制御をする弁体４１と、弁体４１に連結され
た可動プランジヤ４２と、可動プランジヤ吸引用
のソレノイド４３とを具備し、このソレノイド４
３は電子制御ユニツト５０の出力端子に接続され
る。一方、吸気ポート６には吸気管４４が接続さ
れ、この吸気管４４には図示しない気化器が取付
けられる。負圧アキユムレータ２９は負圧アキユ
ムレータ２９から吸気管４４に向けてのみ流通可
能な逆止弁４５を介して吸気管４４内に接続され
る。逆止弁４５は吸気管４４内の負圧が負圧アキ
ユムレータ２９内の負圧よりも大きくなると開弁
し、吸気管４４内の負圧が負圧アキユムレータ２
９内の負圧よりも小さくなると閉弁するので負圧
アキユムレータ２９内の負圧は吸気管４４内に発
生した最大負圧に維持される。一方、吸気管４４
には吸気管４４の負圧を検出するための負圧セン
サ４６が取付けられ、この負圧センサ４６は電子
制御ユニツト５０の入力端子に接続される。ま
た、アームロツド２０にはスライド弁１７の開口
面積を検出するためのポテンシヨメータ４７が取
付けられる。このポテンシヨメータ４７はアーム
ロツド２０に連結されてアームロツド２０と共に
回転する摺動子４７ａと、固定抵抗４７ｂとによ
り構成され、摺動子４７ａは固定抵抗４７ｂ上を
接触しつつ摺動する。従つて摺動子４７ａにはス
ライド弁１７の開口面積に比例した電圧が発生す
る。この摺動子４７ａは電子制御ユニツト５０の
入力端子に接続される。一方、機関クランクシヤ
フトの回転数を検出するために回転数センサ４８
が電子制御ユニツト５０の入力端子に接続され
る。

電子制御ユニツト５０はデイジタルコンピユー
タからなり、各種の演算処理を行なうマイクロプ
ロセツサ（MPU）５１、ランダムアクセスメモ
リ（RAM）５２、制御プログラム並びに演算定
数等が予め格納されているリードオンリメモリ
（ROM）５３、入力ポート５４並びに出力ポート
５５が双方向性バス５６を介して互に接続されて
いる。更に、電子制御ユニツト５０内には各種の
クロツク信号を発生するクロツク発生器５７が設
けられる。第１０図に示されるように入力ポート
５４には夫々対応するAD変換器５８，５９を介
して負圧センサ４６並びにポテンシヨメータ４７
が接続され、更に入力ポート５４には回転数セン
サ４８が接続される。負圧センサ４６は吸気管４
４内の負圧に比例した出力電圧を発生し、この電
圧がAD変換器５８において対応する２進数に変
換されてこの２進数が入力ポート５４並びにバス
５６を介してMPU５１に読み込まれる。一方、
ポテンシヨメータ４７はスライド弁１７の開口面
積に比例した出力電圧を発生し、この電圧がAD
変換器５９において対応する２進数に変換されて
この２進数が入力ポート５４並びにバス５６を介
してMPU５１に読み込まれる。また、回転数セ
ンサ４８はクランクシヤフトが所定クランク角度
回転する毎にパルスを発生し、このパルスが入力
ポート５４並びにバス５６を介してMPU５１に
読み込まれる。

出力ポート５５は電磁制御弁３７を作動するた
めのデータを出力するために設けられており、こ
の出力ポート５５には２進数のデータがMPU５
１からバス５６を介して書き込まれる。出力ポー
ト５５の各出力端子はダウンカウンタ６０の対応
する各入力端子に接続されている。ダウンカウン
タ６０はMPU５１から書き込まれた２進数のデ
ータをそれに対応する時間の長さに変換するため
に設けられており、このダウンカウンタ６０は出
力ポート５５から送り込まれたデータのダウンカ
ウントをクロツク発生器５７のクロツク信号によ
つて開始し、カウント値が０になるとカウントを
完了して出力端子にカウント完了信号を発生す
る。Ｓ−Ｒフリツプフロツプ６１のリセツト入力
端子Ｒはダウンカウンタ６０の出力端子に接続さ
れ、Ｓ−Ｒフリツプフロツプ６１のセツト入力端
子Ｓはクロツク発生器５７に接続される。Ｓ−Ｒ
フリツプフロツプ６１はクロツク発生器５７のク
ロツク信号によりダウンカウント開始と同時にセ
ツトされ、ダウンカウント完了時にダウンカウン
タ６０のカウント完了信号によつてリセツトされ
る。従つてＳ−Ｒフリツプフロツプ６１の出力端
子Ｑはダウンカウントが行なわれている間高レベ
ルとなる。Ｓ−Ｒフリツプフロツプ６１の出力Ｑ
子Ｑは電力増巾回路６２を介して電磁制御弁３７
に接続されている。従つて電磁制御弁３２のソレ
ノイド４３はダウンカウントが行なわれている間
付勢される。

電磁制御弁３７のソレノイド４３が消勢されて
いるときは第１０図に示すように弁体４１が大気
ポート４０を開口すると共に負圧ポート３９を閉
鎖するので負圧ダイアフラム装置３０の負圧室３
４内は大気圧となる。このときダイアフラム３１
は圧縮ばね３５のばね力により左端位置にあるの
でスライド弁１７が分岐路１４を閉鎖している。
一方、電磁制御弁３７のソレノイド４３が付勢さ
れると弁体４１が大気ポート４０を閉鎖すると共
に負圧ポート３９を開口するので負圧ダイアフラ
ム装置３０の負圧室３４内には負圧アキユムレー
タ２９内の負圧が加わる。このときダイアフラム
３１は圧縮ばね３５に抗して右方に移動するため
にスライド弁１７は上昇せしめられ、それによつ
てスライド弁１７が分岐路１４を全開する。前述
したように電磁制御弁３７のソレノイド４３はダ
ウンカウントが行なわれている間、既ちＳ−Ｒフ
リツプフロツプ６１の出力端子Ｑに表われる電圧
が高レベルのとき付勢される。従つて電磁制御弁
３７の弁体４１が負圧ポート３９を開口しかつ大
気ポート４０を閉鎖する時間割合はソレノイド４
３に印加されるパルスのデユーテイーサイクルに
比例する。弁体４１が負圧ポート３９を開口しか
つ大気ポート４０を閉鎖する時間が長くなればな
るほど負圧ダイアフラム装置３０の負圧室３４内
の負圧が大きくなり、スライド弁１７の開口面積
が大きくなる。従つてスライド弁１７の開口面積
はソレノイド４３に印加されるパルスのデユーテ
イーサイクルが大きくなるほど大きくなることが
わかる。

第１３図はスライド弁１７の開口面積と、機関
回転数Ｎ並びに吸気管負圧Ｐとの好ましい関係を
示している。第１３図において縦軸は機関回転数
Ｎ（r.p.m）を示し、横軸は吸気管負圧Ｐ（−mm
Ｈｇ）を示している。また、ハツチングを付した
曲線S₀の上部領域はスライド弁全開領域を示し、
ハツチングを付した曲線S₁の下方領域はスライド
弁全閉領域を示し、代表的に２本のみ示した曲線
S₂，S₃はスライド弁の等開口面積曲線を示してい
る。なお、第１３図においてスライド弁の開口面
積はS₁からS₂，S₃を経てS₀に向かうに従つて徐々
に大きくなる。第１３図に示す機関回転数Ｎ並び
に吸気管負圧Ｐと、スライド弁の開口面積Ｓとの
好ましい開係は関数或いはデータテーブルの形で
予めROM５３内に記憶されている。

第１１図は本考案による流路制御装置の作動を
説明するためのフローチヤートを示している。第
１１図においてステツプ７０は流路制御が時間割
込みで行なわれていることを示している。まず始
めにステツプ７１において回転数センサ４８の出
力信号をMPU５１内に入力して機関回転数を計
算し、次いでステツプ７２において負圧センサ４
６の出力信号をMPU５１内に入力する。次いで
ステツプ７３では計算された機関回転数Ｎ並びに
負圧Ｐに基いてROM５３内に記憶された第１３
図の関係からスライド弁１７の目標開口面積SS
を計算する。次いでステツプ７４においてポテン
シヨメータ４７の出力信号をMPU５１内に入力
して現在のスライド弁１７の開口面積Ｓを計算す
る。次いでステツプ７５において目標開口面積
SSが現在の開口面積Ｓよりも大きいか否かが判
別される。ステツプ７５において目標開口面積
SSが現在の開口面積Ｓよりも大きいと判別され
たときはステツプ７６において電磁制御弁３７の
ソレノイド４３に印加すべきパルスのパルス巾
PLに一定値Ａが加算され、この加算結果をPLと
してステツプ７７に進む。一方、ステツプ７５に
おいて目標開口面積SSが現在の開口面積Ｓより
も大きくないと判別されたときはステツプ７８に
進み、ステツプ７８において目標開口面積SSが
現在の開口面積Ｓよりも小さいか否かが判別され
る。ステツプ７８において目標開口面積SSが現
在の開口面積Ｓよりも小さいと判別されたときは
ステツプ７９においてパルス巾PLから一定値Ａ
を減算し、この減算結果をPLとしてステツプ７
７に進む。一方、ステツプ７８において目標開口
面積SSが現在の開口面積Ｓよりも小さくないと
判別されたときはステツプ７７に進む。ステツプ
７７では斯くして得られたパルス巾PLを表わす
２進数の駆動データを出力ポート５５に書込み、
この出力ポート５５に書込まれた駆動データに基
いて電磁制御弁３７のソレノイド４３の付勢制御
が行なわれる。

第１２図は電磁制御弁３７のソレノイド４３に
印加されるパルスを示しており、このパルスが発
生している間ソレノイド４３が付勢される。前述
したようにスライド弁１７の現在の開口面積Ｓが
目標開口面積SSよりも小さなときには第１２図
に示すように開口面積が目標開口面積SSに達す
るまでパルス巾が順次一定巾ずつ増大せしめられ
る。従つてソレノイド４３に印加されるパルスの
デユーテイーサイクルが次第に増大するために負
圧ダイアフラム装置３０の負圧室３４内の負圧は
次第に大きくなり、斯くしてスライド弁１７が上
昇して目標開口面積SSとなる。なお、第１３図
からわかるように機関低負荷低速運転時、機関高
負荷低速運転時並びに機関低負荷高速運転時には
Ｓ−Ｒフリツプフロツプ６１の出力電圧が継続的
に低レベルとなるためにソレノイド４３が消勢さ
れつづけ、斯くしてスライド弁１７が分岐路１４
を閉鎖し続ける。一方、機関高速高負荷運転時に
はＳ−Ｒフリツプフロツプ６１の出力電圧が継続
的に高レベルとなるためにソレノイド４３が付勢
されつづけ、斯くしてスライド弁１７が分岐路１
４を全開し続ける。

上述したように吸入空気量の少ない機関低負荷
低速運転時、機関高負荷低速運転時並びに機関低
負荷高速運転時にはスライド弁１７が分岐路１４
を遮断している。このとき入口通路部Ａ内に送り
込まれた混合気は渦巻部Ｂの上壁面１３に沿つて
旋回しつつ渦巻部Ｂ内を下降し、次いで旋回しつ
つ燃焼室４内に流入するので燃焼室４内には強力
な旋回流が発生せしめられる。一方、吸入空気量
が多い機関高速高負荷運転時にはスライド弁１７
が開弁するので入口通路部Ａ内に送り込まれた混
合気の一部が流れ抵抗の小さな分岐路１４を介し
て渦巻部Ｂ内に送り込まれる。このとき前述した
ように分岐路１４は倒置三角形状断面を有するの
で分岐路１４の出口開口１６から流出する混合気
の運動量分布は第１４図において矢印で示される
ように上方に向かつて大きくなる三角形状分布と
なる。このような三角形状の運転量分布になると
この運動量分布の先端を結ぶ下向き傾斜面Ｐが渦
巻部Ｂの上壁面１３に沿つて進む混合気流に対し
てあたかも固定壁のように作用し、その結果渦巻
部Ｂの上壁面１３に沿つて進む混合気流は第１４
図において矢印Ｆで示されるように傾斜面Ｐによ
つて流れ方向を下向きに偏向せしめられる。この
ように渦巻部Ｂの上壁面１３に沿つて進む混合気
が下向きに偏向せしめられると旋回流の発生が抑
制され、同時に流れ抵抗が小さくなるために充填
効率が向上する。また、入口通路部Ａが傾斜側壁
面９ａを有する場合には第７図からわかるように
分岐路１４の断面形状を倒置三角形状にすること
によつて例えば円形断面に比べて断面積を大きく
することができ、斯くして分岐路１４から供給さ
れる混合気量を増大せしめることができる。この
ように機関高負荷高速運転時には入口通路部Ａか
ら渦巻部Ｂ内に流入した主混合気に対する流れ抵
抗を減少させることができると共に分岐路１４内
を流れる副混合気量を増大できるので高い充填効
率を確保することができる。また、入口通路部Ａ
に傾斜側壁部９ａを設けることによつて入口通路
部Ａに送り込まれた混合気の一部は下向きの力を
与えられ、その結果この混合気は旋回することな
く入口通路部Ａの下壁面に沿つて渦巻部Ｂ内に流
入するために流入抵抗は小さくなり、斯くして高
速高負荷運転時における充填効率を更に高めるこ
とができる。

一方、第１３図において曲線S₁と曲線S₀の間の
領域では曲線S₁からS₂，S₃を経て曲線S₀に向かう
に従つて、即ち吸入空気量が増大するに従つてス
ライド弁１７の開口面積が徐々に大きくなる。吸
入空気量が少ないときには安定した燃焼を確保す
るために強力な乱れを燃焼室４内に発生せしめる
ことが必要であるが吸入空気量が増大すると自然
発生の乱れが強力となるためにむしろ旋回流のよ
うな強制的な乱れを制御することが必要とされ、
更に吸入空気量が増大するにつれて出力低下をひ
き起こす充填効率の低下を阻止することが必要と
なる。従つて吸入空気量が増大するにつれてスラ
イド弁１７の開口面積を徐々に大きくすることに
よつて旋回流の発生を抑制しつつ充填効率の低下
が阻止され、斯くして吸入空気量に応じた最適の
旋回流と高い充填効率を確保することができる。

以上述べたように本考案によれば機関低速低負
荷運転時、機関低負荷高速運転時並びに機関高負
荷低速運転時には強力な旋回流を燃焼室内に発生
せしめることができるので安定した燃焼を確保で
きると共に特に機関高負荷低速運転時にノツキン
グの発生を抑生することができる。また機関高速
高負荷運転時には旋回流の発生を抑制しつつ高い
充填効率を確保することができるので高出力を得
ることができる。更に、機関中負荷中速運転時に
は吸入空気量の増大に応じて弱められる最適の旋
回流と高い充填効率を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案に係る内燃機関の平面図、第２
図は第１図の−線に沿つてみた断面図、第３
図はヘリカル型吸気ポートの形状を示す斜視図、
第４図は第３図の平面図、第５図は第３図の分岐
路に沿つて切断した側面断面図、第６図は第４図
の−線に沿つてみた断面図、第７図は第４図
の−線に沿つてみた断面図、第８図は第４図
の−線に沿つてみた断面図、第９図は第５図
の−線に沿つてみた断面図、第１０図は流路
制御装置の全体図、第１１図は流路制御装置の作
動を説明するためのフローチヤート、第１２図は
電磁制御弁のソレノイドに印加されるパルスを示
す線図、第１３図はスライド弁の開口面積を示す
図、第１４図は第８図の−線に沿つてみ
た断面図である。 ５……吸気弁、６……ヘリカル型吸気ポート、
１４……分岐路、１７……スライド弁、１８……
弁軸、３０……負圧ダイアフラム装置、３７……
電磁制御弁、５０……電子制御ユニツト。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 吸気弁周りに形成された渦巻部と、該渦巻部に
   接線状に接続されかつほぼまつすぐに延びる入口
   通路部とにより構成されたヘリカル型吸気ポート
   において、上記入口通路部から分岐されて上記渦
   巻部の渦巻終端部に連通する分岐路をシリンダヘ
   ツド内に形成し、該分岐路の断面形状を倒置三角
   形状に形成すると共に該分岐路内に上下方向に摺
   動可能なスライド弁を挿入し、機関吸入空気量が
   増大するに従つて該スライド弁を上昇させて該分
   岐路を開口せしめるようにしたヘリカル型吸気ポ
   ートの流路制御装置。