JPS6364616B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 近時、内燃機関に於ては、出力性能及び熱効率
を低下させることなく、排出ガス中の有害成分
（一酸化炭素、未燃炭化水素、窒素酸化物等）を
減少させつつ、燃費を向上することが重要な課題
となつてきている。

前記有害成分の低減及び燃費の向上のために
は、希薄混合気を使用する方法、再循環排気
ガスを含んだ混合気を用いる方法、酸化触媒と
還元触媒を組合せて使用する三元触媒を使用する
方法、等が利用されている。

しかし、上記の方法では、有害成分を効果的
に除去するためには、機関に供給される空気と燃
料の混合比の範囲が当量比付近の狭い部分（Ａ／
Ｆ≒14.7±0.2）に限定されるため、必然的に混
合比を制御する制御装置（例へばO₂センサーを
もつフイードバツク気化器）が高価、複雑となる
と共に、燃焼効率向上に有効な希薄混合気の利用
ができない欠点が有る。

また、前記及びの手法によれば、低負荷、
特に低負荷低回転運転時は、燃焼室内に吸入され
る混合気が少なくかつ残留ガスも多いため、着火
性が悪く、火炎の伝ぱん速度が遅いため燃焼速度
が遅くて燃焼も安定しない。このため熱効率も低
く、運転の円滑性に欠ける欠点が有る。

近年この様な不具合を改善する目的で混合気に
適当な乱れを生成して、燃焼速度を向上させる手
法が採用される様になつた。その手法の中には、
○イ混合気吸入行程中に燃焼室内にスワールを発生
させる副吸入通路を設ける○ロ吸気バルブの近くに
吸気の偏流を生成する様に突起またはバルブ等を
配置する。○ハ吸入通路を湾曲させて吸気に方向性
を与へる、等が有る。

しかしながら、上記○ロ及び○ハの手法では充分な
燃焼室内乱れを生成させるには、吸入抵抗を増大
させる結果になり、全開での体積効率が低下し
て、出力が低下する欠点が有る。また前記○イの手
法は、必ずしも広範囲で十分な効果が得られてい
ない。

また前記○イの方法では空気又は混合気が副吸入
通路を通つて高速で燃焼室内に噴出しても、主吸
入通路断面積が高回転、高負荷時の出力性能を満
足する様に設定されている為、低負荷域即ち体積
効率の低い運転域では、吸入通路を通る混合気の
流速が遅く、全体流（主吸入通路と副吸入通路と
の合成流）の燃焼室内の乱れの生成が充分でな
い。また充分な乱れを生成するには主吸入に対す
る副吸入の割合を大きく取る必要を生じる。この
ため、混合比の設定に困難を生じたり、副吸入通
路の燃焼室側出口の方向性について大きな制約が
有る等の欠点が有つた。

そして、以上述べた従来手法による改良効果
は、混合気の生成する燃料室内乱れが不充分で、
窒素酸化物を充分低減するには、点火時期を最良
燃費を与へる時期（MBT）より遅く設定する必
要が生じ、燃費の改良が充分行なわれない欠点が
あつた。

本発明は以上の点に鑑み、混合気の流速を早
め、且つ吸入スワールの生成を強力になし、燃焼
速度を上げて、非常に希薄な混合気や多量の再循
環排気ガスを含む混合気による運転の安定を図つ
て、窒素酸化物の充分な低減を行うと共に、点火
時期をMBT付近に設定可能として燃費を向上さ
せると共に、高速高負荷域の性能を阻害しない吸
入装置を提供するものである。

以下に本発明の実施例を図面に基いて説明す
る。

第１実施例を示す第１図において、１はシリン
ダ、２はシリンダヘツド、３はピストン、４は燃
焼室であり、燃焼室４には、全負荷域用吸気通路
５と高負荷域用吸気通路６とが独立して開口され
ている。この全負荷域用吸気通路５は、シリンダ
ヘツド２に形成した吸気ポート７Ａ、一気筒当り
２本の分岐路を有する吸気マニホルド８の一方側
分岐路８ａ、２バレル気化器９一次側通路１０Ａ
を経て、エアクリーナ１１へ連なる一連の通路と
して構成されている。また、高負荷域用吸気通路
６は、シリンダヘツド２に形成した他の吸気ポー
ト７Ｂ、吸気マニホルド８の他方の分岐路８ｂ、
気化器９の二次側通路１０Ｂを経て、エアクリー
ト１１へ連なる一連の通路として構成されてい
る。

上記両吸気通路５，６の有効開口面積は、通路
５よりも通路６の方が大きくなつている。また両
通路５，６すなわち吸気ボート７Ａ，７Ｂの燃焼
室４へ開口方向は、第２図に示すように、ここか
ら給気される混合気が該燃焼室４内で共にスワー
ルを発生させる方向となつており、かつ、発生し
たスワールの旋回方向が共に同じ方向となるよう
にして、燃焼室４内で発生するスワールの勢い
を、単独で給気した場合よりも強くなるように設
定されている。勿論、このスワールの旋回方向
は、第２図に示すように、先ず点火プラグ１２を
掃過した後、排気ポート１３へと流れる方向にな
つている。

前記両通路５，６開閉用バルブ、すなわち全員
荷域用吸入バルブ１４と、高負荷域用吸入バルブ
１５とは、そのステム１６，１７が吸気ポート７
Ａ，７の設定方向と交差するように伸び、これに
より、両吸入バルブ１４，１５が開弁したときに
該バルブ１４，１５が、スワール発生のために吸
気ポート７Ａ，７Ｂで指向された混合気の流れを
極力阻害しないようになされている。勿論、両バ
ルブ１４，１５は、共に図示を略すカム、ロツカ
ーアーム等からなる開閉制御機構により、その開
閉のタイミングが制御される。そして、両バルブ
１４，１５のリフト（全閉から全開に必要なスト
ローク）は、高負荷特に高負荷高回転運転時に十
分な混合気を吸引できるように、バルブ１５の方
がバルブ１４よりも大きくなつている。

前記吸入バルブ１４の直上流側には、気体噴射
通路１８の出口端１８ａが開口され、その入口端
１８ｂは、気化器９の両スロツトル弁１９Ａ，１
９Ｂをバイパスして、エアクリーナ１１に接続さ
れている。この気体噴射路１８の出口端１８ａに
は、流速を速めるための噴射ノズルを形成すべく
絞り２０が形成されている。このような気体噴射
路１８の出口側端部は、ここから噴射された気体
が、前記吸気ポート７Ａ，７Ｂ（特に７Ａ）の設
定方向に応じて燃焼室４内で混合気の乱れを助長
するような方向に設定され、実施例ではスワール
発生方向に設定されている。

次に、上記構成の作用について、機関の運転状
態毎に区別して説明する。

(1) 低負荷転時 この場合は、気化器９二次側スロツトル弁１
９Ｂが閉じ、一次側スロツトル弁１９Ａがわず
かに開いた状態となつている。このとき、気体
噴射通路１８の両端に生じる圧力差は、一次側
スロツトル弁１９Ａの上、下流側すなわち燃焼
室４（負圧）とエアクリーナ１１（大気圧）と
の間に生じる圧力差に等しくなり、この圧力差
は極めて大きい。

したがつて、エアクリーナ１１により清浄化
された空気は、気体噴射通路１８を通り、絞り
２０で加速された後、燃焼室４内に噴射され
る。この空気噴射により、吸気通路５より燃焼
室４内に吸入された混合気は、十分に撹拌され
ていわゆる乱れ効果が高くなる。したがつて、
混合気に着火してから燃焼を完了するまでの時
間が短縮され、機関の運転が安定すると共に、
燃料の燃え残りが少なくなつつて、燃費の向上
と未燃炭火水素の放出を低減できる。また、混
合気を希薄に設定できるため、一酸化炭素や窒
素酸化物の放出を低減できる。

(2) 高負荷低回転運転時、 この場合は、一次側スロツトル弁１９Ａは大
きく、二次側スロツトル弁１９Ｂはわずかに開
いており、混合気の大部分は、全負荷域用通路
５側から供給される。このとき、気体噴射通路
１８の両端における圧力差が小さくなるため、
ここから燃焼室４へ噴射される空気の量は少な
くなる。

しかしながら、比較的小さい有効開口面積を
有する通路５側から多量の混合気が供給される
ため、燃焼室４内で十分なスワールが発生し、
前述した(1)の効果が得られる。また、吸入混合
気は、その大部分が小さな有効開口面積を有す
る全負荷域用通路５側から供給されるので、低
回転にあつても吸気の慣性効果を利用でき、こ
の結果体積効率が向上して出力の向上となる。

(3) 高負荷高回転運転時 この場合は、一次側スロツトル弁１９Ａが全
開し、二次側スロツトル弁１９Ｂも大きく開い
ており、混合気は、両通路５，６側から多量に
供給される。このとき、高負荷域用通路６の有
効開口面積は大きいので、十分な量の混合気を
吸引でき、したがつて体積効率の低下を防止で
きて出力性能が阻害されることはない。

なお、この場合は、前述した(2)の場合と同様
に気体噴射通路１８からの空気噴射による効果
はあまり期待できないが、両通路５，６が共に
スワール発生方向に指向されており、かつ両通
路５，６を共に多量の吸気が流れるので、前述
した(1)効果を有する。

第３図は本発明の第２実施例を示すもので、前
記実施例と同一構成要素には同一符号を付してそ
の説明を省略する（このことは以下の実施例につ
いても同様である）。本実施例では、前記第１実
施例のものにおいて、気体噴射通路１８の入口端
１８ｂを、気化器９の一次側通路１０Ａ内におい
て、スロツトル弁１９Ａとこの上流側に位置する
ベンチユリ２１Ａとの間に開口させてある。この
ような構成とすると、気体噴射通路１８の両端で
の圧力差は第１実施例の場合に比して小さくなる
が、気体噴射通路１８への吸入空気量はベンチユ
リ２１Ａで計算されることとなるので、混合比を
制御するのが容易になるという利点を有する。

第４図は本発明の第３実施例を示す。本実施例
では、気体噴射通路１８の入口側端部付近に、流
量制御用の絞り弁２２、及び該絞り弁２２の上流
位置に混合気生成装置２３を接続してあり、絞り
弁２２は、気化器９の一次側スロツトル弁１９Ａ
と連動されている。このような構成によれば、気
体噴射通路１８からの気体噴射量を、機関の運転
状態に応じた最適値とすることができる。また、
気体噴射通路１８からは混合気が噴射されるの
で、その均質化が一層促進されて先述の効果をさ
らに向上させることができる。なお、両要素２
２，２３のうち、絞り弁２２のみを設けてもよ
い。また、絞り弁Ｂ２２は、吸気管負圧によつて
作動する単純な開閉弁としてもよい。さらに、混
合気生成装置２３は、気化器９のスロー燃料糸を
そのまま適用してもよく、この場合は絞り弁２２
が不用となる。

第５図は本発明の第４実施例を示し、いままで
の実施例における燃料供給装置としての気化器９
に代えて、電子燃料噴射装置を用いたものを示
す。本実施例では、機関ポート７Ａ，７Ｂより上
流側において両通路５と６とが合流しており、該
合流部分の若干上流側において、メインスロツト
ル弁１９Ａが配置され、吸気ポー７Ｂにはこれ専
用のサブスロツトル弁１９Ｂが配置され、両スロ
ツトル弁１９Ａ，１９Ｂは、リンク２４により連
動されている。そして、メインスロツトル弁１９
Ａの上流側においてエアフローメータ２５が配置
され、かつこの上流側において、気体噴射通路１
８入口端１８ｂが開口され、前記合流部分に電子
燃料噴射ノズル２６が設けられている。

このような構成によれば、エアフローメータ２
５での計測値を一つの制御因子として、燃料噴射
ノズル２６より燃料が吐出される。そして、この
吐出された燃料は、混合気となつて、低負荷のと
きは、メインスロツトル弁１９Ａのみが開となる
ため吸気ポート７Ａのみを通つて燃焼室４内へ供
給される一方、高負荷のときは、その大きさに応
じてサブスロツトル弁１９Ｂも開くため、両吸気
ポート７Ａ，７Ｂより燃焼室４内へ供給される。

なお、気体噴射通路１８の作用そのものは、第
１実施例の場合と同様である。また、気体噴射通
路１８の入口端１８Ａを、エアフローメータ２５
とメインスロツトル弁１９Ａとの間に開口させれ
ば、第３図に示す実施例と同様に該通路１８を通
る流路を知ることができるので、混合比の制御を
容易に行える。

第６図、第７図は本発明の第５実施例を示す。
本実施例では、気体噴射通路１８の出口端１８ａ
を直接燃焼室４に開口する一方、気体噴射通路１
８の途中に、吸入バルブ１４，１５の開閉と同期
して開閉するバルブ２７を設け、機関が吸入行程
中にあるときのみ、気体噴射通路１８より燃焼室
４内に気体（空気又は混合気）を噴射するように
したものである。この開閉バルブ２７は、ケーシ
ング２７ａとこの内部に回転自在に装備された回
転弁体２７ｂとを備え、回転弁体２７ｂに設けた
通路２７ｃがケーシング２７ａに設けた通路２７
ｄと合致したときに開となるように構成され、回
転弁体２７ｂは、吸、排バルブ制御用のカムシヤ
フト３０と連動回転するようになつている。

本実施例では、少ない量の気体を有効に利用し
て、燃焼室４内における混合気の乱れを生成する
ことができる。

第８図は本発明の第６実施例を示し、前記第５
実施例における開閉弁２７と同一の作用をなす開
閉弁２８を、吸入バルブ１４のステム１６とこの
ガイド２９との間に形成したものである。すなわ
ち、ステム１６の外周には、その周回り方向に伸
びる環状の通路２８ａが該ステム１６の軸方向に
所定長さたけ形成され、ステム１６が、吸入バル
ブ１４が開となつたときの変位位置に変位したと
きにのみ、開となるように構成されている。

本発明の効果を図式的に示したのが第９図、第
１０図である。第９図は、希薄燃焼限界を示すも
ので、Ｒ−L40K／Ｈ相当トルク以上のトルクを
得るのにどれ位希薄な混合気を使用できるか否か
を示す。第９図中、α線が従来の一般的な機関の
場合（−の吸気通路及び−の吸入バルブを有する
もの）を、β線が上記一般の機関に気体噴射通路
を付加した機関の場合を、γ線が本発明の機関か
ら気体噴射を通路をいた構成の機関の場合（全負
荷域用吸気通路と高負荷用吸気通路とを有する
が、気体噴射通路のないもの）を、δ線が本発明
の機関の場合を示す。この第９図から明らかなよ
うに、本発明によれば、かなり希薄の混合気を使
用できる。

また、第１０図は、点火時期に対する燃費率の
良し悪しと排ガス中のNOx放出量の大小とを比
較した図であり、図中、α、β、γ、δで示す線
に対応する機関は第９図の場合と同様である。こ
の第１０図から明らかなように、本発明によれ
ば、最適点火時期を採用しても、燃費率が良く、
またNOx放出量も少ないものとなる。なお、第
１０図中、MBTは最適点火時期を、またθ、
θ′（θ′＞θ）は点火遅角度を示す。

本発明は以上述べたことから明らかなように、
低負荷、低回転域の燃焼速度が非常に向上するの
で、従来の一般的な機関（第９図、第１０図でα
線の特性を有するもの）や、絞り弁をバイパスし
て高速の空気、又は混合気を燃焼室内に噴出する
機関（第９図、第１０図でβ線の特性を有するも
の）や、吸入弁を２個備えて、低負荷時には専ら
一方の弁より吸入する機関（第９図、第１０図で
γ線の特性を有するもの）などに比較して、空燃
比が希薄な混合気や多量の再循環排気ガスを含む
混合気でも安定した運転が可能となる。

このため点火時期を最適点火時期に設定して
も、NOxは充分低減可能となる。従来の考案で、
NOxを充分低減させるには、最適点火時期から
の遅角を必要としたため、燃費改良の効果は少な
かつたが、本考案は、遅角を必要としないため、
大きな改良効果が得られる。勿論、高負荷用とし
て、有効開口面積の大きな高負荷域用吸気通路が
設けられているので、高負荷運転時における体積
効率が悪化することもない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す断面図、第２
図は、第１図に示すシリンダヘツドの内面図、第
３図〜第６図及び第８図は本発明の他の実施例を
示す断面図、第７図は第６図−線断面図、第
９図、第１０図は本発明の効果を図式的に表わし
た図である。 ４……燃焼室、５……全負荷域用吸気通路、６
……高負荷域用吸気通路、９……気化器、１４…
…（全負荷域用）吸入バルブ、１５……（高負荷
域用）吸入バルブ、１６……（全負荷域用）バル
ブステム、１８……気体噴射通路、１８ａ……出
口端、１８ｂ……入口端、１９Ａ，１９Ｂ……ス
ロツトル弁、２２……（気体噴射通路用）絞り
弁、２５……エアーフローメータ、２６……電子
燃料噴射ノズル、２７……（回転型）開閉バル
ブ、２８……（ステム型）開閉バルブ、３０……
カムシヤフト。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 燃焼室にスワールを発生させる方向に指向し
   て開口され、低負荷から高負荷のほぼ全域に渡つ
   て混合気を供給するための全負荷域吸気通路と、 前記全負荷域吸気通路とは独立して、前記燃焼
   室にスワールを発生させる方向に指向して開口さ
   れ、該全負荷域吸気通路よりも大きな有効開口面
   積を有して、高負荷時のみ混合気を供給するため
   の高負荷域吸気通路と、 前記全負荷域吸気通路開閉用の吸入バルブと、 前記高負荷域吸気通路開閉用の吸入バルブと、 前記全負荷域吸気通路用吸入バルブ近傍にその
   出口端が開口され、該全負荷域吸気通路よりも小
   さな有効開口面積を有して、スロツトル弁をバイ
   パスする気体噴射通路と、 からなる内燃機関の吸気装置。 ２ 特許請求の範囲第１項において、前記気体噴
   射通路の入口端を、前記スロツトル弁を有する気
   化器のベンチユリ部よりも上流側に開口させたも
   の。 ３ 特許請求の範囲第１項において、前記気体噴
   射通路の入口端を、前記スロツトル弁を有する気
   化器のベンチユリ部よりも下流側に開口させたも
   の。 ４ 特許請求の範囲第１項において、前記両吸気
   通路に対する燃料供給装置が電子燃料噴射ノズル
   とされ、前記気体噴射通路の入口端を、上記電子
   燃料噴射ノズル制御用のエアーフローメータより
   も上流側に開口させたもの。 ５ 特許請求の範囲第１項において、前記両吸気
   通路に対する燃料供給装置が電子燃料噴射ノズル
   とされ、前記気体噴射通路の入口端を、上記電子
   燃料噴射ノズル制御用のエアーフローメータより
   も下流側に開口させたもの。 ６ 特許請求の範囲第１項ないし第５項のいずれ
   か１項において、前記気体噴射通路の出口端に絞
   りを設けて、該出口端を流速を速めるための噴射
   ノズルとして構成したもの。 ７ 特許請求の範囲第１項ないし第６項のいずれ
   か１項において、前記気体噴射通路に、機関の運
   転条件に応じて該気体噴射通路の有効開口面積を
   可変とする弁機構を接続したもの。 ８ 特許請求の範囲第１項ないし第７項のいずれ
   か１項において、前記気体噴射通路に、前記全負
   荷域用吸入バルブのステム部分に形成され該ステ
   ムの変位に伴つて開閉される開閉バルブを接続し
   たもの。 ９ 特許請求の範囲第１項ないし第７項のいずれ
   か１項において、前記気体噴射通路に、前記吸入
   バルブ開閉制御用カムシヤフトと連動して回転す
   る回転弁体を備えた開閉バルブを接続したもの。