JPS6341539Y2 - - 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
装置が本出願人に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、添付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がわずかに湾曲した入口通路部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
短形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１
４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１４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。第２図、第３図並びに第５
図に示されるように分岐路１４はスライド弁１７
の上流側に位置する分岐路部分１４ａと、スライ
ド弁１７の下流側に位置する分岐路部分１４ｂか
らなる。分岐路部分１４ａはその全長に亘つてほ
ぼ一様な断面形状を有し、一方、分岐路部分１４
ｂは渦巻終端部Ｃに向けて上下方向に拡開するラ
ツパ状に形成される。従つて分岐路１４の出口開
口１６は渦巻部Ｂの側壁面１２のほぼ全高さに亘
つて延びる。なお、分岐路部分１４ａの上壁面と
分岐路部分１４ｂの上壁面はほぼ同一平面内にあ
り、従つてラツパ状分岐路部分１４ｂは斜め下方
に向かつて拡開している。また、分岐路１４の出
口開口１６の上端縁は渦巻部Ｂの上壁面１３にほ
ぼ面一に連結され、更にこの出口開口１６は渦巻
部Ｂの上壁面１３に沿つて旋回する旋回流に対向
するように形成される。

一方、第５図並びに第１０図に示されるように
スライド弁１７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２
１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２０には別のアーム２３が固着され、
このアーム２３の先端部はアクチユエータを構成
する負圧ダイアフラム装置３０のダイアフラム３
１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４３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２９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４
６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４
７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
４４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の出力端
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
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、即ち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
好ましい関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を基いて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づつ増大せしめられ
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第１５図に示す
ようにスライド弁１７が分岐路１４を全開する。
このとき入口通路部Ａ内に送り込まれた混合気の
一部が分岐路部分１４ａ内に流入し、残りの混合
気が入口通路部Ａから渦巻部Ｂ内に流入する。分
岐路部分１４ａ内に流入した混合気は慣性によつ
て第１５図の矢印で示すようにまつすぐに流れ、
次いで出口開口１６から渦巻部Ｂ内に流入する。
前述したように分岐路１４の出口開口１６の上端
縁は渦巻部Ｂの上壁面１３にほぼ面一に連結され
ているので分岐路１４から流出した混合気は渦巻
部Ｂの上壁面１３に沿つて旋回する全混合気流と
正面衝突して渦巻部Ｂの上壁面１３に沿う全混合
気流を減速せしめる。即ち、渦巻部Ｂ内に発生す
る旋回流のうちで渦巻部Ｂの上壁面１３に沿う旋
回流が最も強力であり、この強力な旋回力をもつ
全混合気流が減速せしめられる。このように機関
高速高負荷運転時にはスライド弁１７が全開する
ことによつて全体の流路面積が増大するばかりで
なく強力な旋回力をもつ全混合気流が減速せしめ
られることにより旋回流が大巾に弱められるので
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に傾斜面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。第
１４図に示されるようにスライド弁１７がわずか
ばかり開弁したときには入口通路部Ａから分岐路
部分１４ａ内に流入した混合気は矢印で示すよう
に分岐路部分１４ｂの下壁面に沿つて下向きに流
れて渦巻部Ｂ内に流入する。渦巻部Ｂ内において
旋回流の発生に大きく寄与する混合気流は渦巻部
Ｂの上壁面１３に沿つて流れる混合気流であるの
で第１４図の矢印で示すように分岐路１４から渦
巻部Ｂの下方部に混合気が流入する場合には分岐
路１４から流入する混合気流が旋回流にさほど影
響を与えない。スライド弁１７が開弁するにつれ
て分岐路１４から流出する混合気流は渦巻部Ｂの
上壁面１３に近づくので分岐路１４から流出する
混合気流による旋回流の抑制作用が次第に強くな
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抑制することが必要さ
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
とによつて上述のように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
グの発生を抑制することができる。また、分岐路
の出口開口上端縁が渦巻部の上壁面にほぼ面一に
連結されているのでスライド弁が全開したときに
分岐路から流出する混合気により渦巻部の上壁面
に沿つて強力な旋回力をもつて旋回する全混合気
流を減速せしめることができ、斯くして旋回流を
大巾に弱めることができるので機関高速高負荷運
転時に高い充填効率を確保することができる。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図はスライド弁半開状態を示す分岐路
の拡大側面断面図、第１５図はスライド弁全開状
態を示す分岐路の拡大側面断面図である。 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た分岐路
   の出口開口を該渦巻部の渦巻終端部に連通せし
   め、該出口開口を渦巻部の上壁面に沿う旋回流に
   対向するように渦巻部側壁面の上端部に形成する
   と共に該出口開口の上端縁を渦巻部上壁部にほぼ
   面一に連結せしめ、該分岐路を該渦巻終端部に向
   けて上下方向に広がるラツパ状に形成して該分岐
   路内に上下方向に摺動可能なスライド弁を挿入
   し、該スライド弁を機関吸入空気量に応動するア
   クチユエータに連結して機関吸入空気量が増大す
   るに従い該スライド弁を上昇させて該分岐路の開
   口面積を増大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。