JPH0518250A - エンジンの吸気制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高速運転時等における吸気抵抗の問題を回避
でき、かつ吸気通路断面積の急激な変化を回避して低速
トルク及び低速時の燃費を向上できるエンジンの吸気制
御装置を提供する。 【構成】 吸気弁開口４ｃをシリンダ外壁４ｇに導出す
る吸気通路１７内に、低速回転又は低負荷時に通路断面
積を減少させる吸気制御弁２１を設けた場合に、上記制
御弁２１を、横断面円形の棒体に軸方向に延びる吸気凹
部２１ａを形成してなるものとする。そしてこの制御弁
２１を上記吸気通路１７のシリンダブロックとの合面４
ａ側の壁面部分に該吸気通路１７と略平行にかつ軸線回
りに回動可能に配置する。さらに該制御弁２１を閉位置
に回動させたとき通路断面積が吸気弁開口４ｃ側ほど狭
小化し、全開位置に回動させたとき上記吸気凹部２１ａ
が吸気通路１７の壁面と略連続面をなすようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、エンジンの低速回転時
等に吸気通路断面積を減少させる吸気制御弁を備えた吸
気制御装置に関し、特に上記吸気通路断面積を吸気弁開
口側（下流側）ほど徐々に狭小化できるようにした吸気
制御弁の形状及び配置構造の改善に関する。

【０００２】

【従来の技術】エンジンの吸気制御装置は、低速回転時
又は低負荷運転時等の吸気量の少ない場合でも流速を高
めることにより、吸気を方向性をもって燃焼室内に吹き
込み、希薄空燃比燃焼を安定化し、もって燃料消費率
（以下燃費と記す）を改善するための装置である。この
ような吸気制御装置として、従来、例えば特公昭59-576
7 号公報に開示されているように、吸気通路の吸気弁開
口近傍に吸気制御板を起伏可能に配置し、低速回転又は
低負荷運転時に上記制御板を起立させて吸気通路面積を
絞るようにしたものがある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の吸気制御装置では、制御板を起伏させるという構造
上、全開時においても制御板が吸気通路内に残留するこ
ととなり、その分だけ高速回転時等の吸気量の多い状態
での吸気抵抗が大きくなるという問題がある。また上記
従来装置では、吸気通路の一部のみを絞る構造であるか
ら吸気通路断面積が急激に変化することとなり、低速ト
ルク，低速時の燃費を向上させるうえで不利であるとい
う問題もある。

【０００４】本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなさ
れたもので、高速運転時等における吸気抵抗の問題を回
避でき、かつ吸気通路断面積の急激な変化を回避して低
速トルク及び低速時の燃費を向上できるエンジンの吸気
制御装置を提供することを目的としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、吸気弁開口を
シリンダ外壁に導出する吸気通路内に、低速回転時又は
低負荷運転時に通路断面積を減少させる吸気制御弁を備
えたエンジンの吸気制御装置において、上記制御弁を、
横断面円形の棒体に軸方向に延びる吸気凹部を形成して
なるものとするとともに、上記吸気通路のシリンダブロ
ックとの合面側の壁面部分に該吸気通路と略平行にかつ
軸線回りに回動可能に配置し、該制御弁を閉位置に回動
させたとき通路断面積が吸気弁開口側ほど狭小化し、全
開位置に回動させたとき上記吸気凹部が吸気通路の壁面
と略連続面をなすことを特徴としている。

【０００６】

【作用】本発明に係る吸気制御装置によれば、低速回転
時等のように吸気量の少ない場合は、吸気制御弁が閉位
置に回動し、これにより吸気通路断面積は吸気弁開口側
ほど徐々に狭小化される。従ってそれだけ等価管長が長
くなり、低速回転時等における充填効率が向上し、低速
トルクが向上する。また吸気量が少ない場合でも、吸気
はその流速が高められた状態で燃焼室内に吹き込まれる
ので、希薄空燃比燃焼が安定化し、低速回転時等におけ
る燃費が向上する。また高速回転時等のように吸気量が
多い場合は、吸気制御弁が開位置に回動し、これの吸気
凹部が吸気通路の壁面と略面一となり、吸気制御弁を設
けたことにより高速回転時等における吸気抵抗が増大す
るのを回避できる。

【０００７】

【実施例】以下、本発明の実施例を図について説明す
る。図１ないし図８は本発明の一実施例による４バルブ
エンジンの吸気制御装置を説明するための図である。

【０００８】図において、１は水冷式４サイクル並列４
気筒４バルブエンジンであり、これはクランクケース２
上にシリンダブロック３，シリンダヘッド４を前傾状態
に積層してヘッドボルトで結合し、該シリンダヘッド４
の上側合面にヘッドカバー５を被せた構造のものであ
る。上記シリンダブロック３に形成された４つのシリン
ダボア３ａ内にはそれぞれピストン７が摺動自在に挿入
されており、該各ピストン７はコンロッド８でクランク
軸（図示せず）に連結されている。

【０００９】上記シリンダヘッド４のシリンダブロック
３側の下側合面４ａには燃焼室を構成する燃焼凹部４ｂ
が凹設されている。該燃焼凹部４ｂの中央には点火プラ
グ９が螺挿されており、また該プラグ９の周囲には吸気
弁開口４ｃ，排気弁開口４ｄがそれぞれ２つづつ開口し
ている。この各排気弁開口４ｄには排気弁１０の弁板１
０ａが、吸気弁開口４ｃには吸気弁１１の弁板１１ａが
それぞれ各開口４ｄ，４ｃを開閉可能に配置されてい
る。該排気，吸気弁１０，１１の弁軸１０ｂ，１１ｂは
カム軸方向に見ると所定の挟み角をなすように気筒軸方
向に斜めに延びており、その上端には排気，吸気リフタ
１２，１３がそれぞれ装着されている。該各リフタ１
２，１３上には、これを駆動する排気，吸気カム軸１
４，１５が気筒軸と直角方向に向けて、かつ相互に平行
に配設されている。なお、図示していないが上記排気，
吸気カム軸１４，１５とクランク軸とを接続するカムチ
ェンは上記４つのシリンダボア３ａの中央に形成された
チェン室内に配置されている。

【００１０】上記２つの排気弁開口４ｄは二叉状の排気
通路１６でシリンダヘッド４の前壁４ｆ側に導出されて
おり、該排気通路１６の壁面開口１６ａには排気装置２
７の排気マニホールド２７ｆが接続されている。図５に
示すように、上記排気マニホールド２７ｆの合流部２７
ａには、排気通路断面積を制御するための排気制御弁２
７ｃが配設されており、該排気制御弁２７ｃの一端には
駆動プーリ２７ｂが固定されている。

【００１１】また上記２つの吸気弁開口４ｃは二叉状の
吸気通路１７，１７でシリンダヘッド４の後壁４ｇ側に
導出されている。該各吸気通路１７は気筒軸方向に見る
と、カム軸と直角な線に対してわずかに内方に斜めに延
びており、またカム軸方向に見ると、上記吸気弁開口４
ｃからシリンダ後壁４ｇ側に円弧状に屈曲した後、略直
線状に延びている。そしてこの吸気通路１７の壁面開口
１７ａには吸気マニホールド１８を介して気化器１９が
接続されている。この吸気マニホールド１８は、後述の
吸気制御弁駆動機構を保持するための保持ブラケット１
８ａとキャブジョイント１８ｂとを一体化したものであ
り、保持ブラケット１８ａが上記壁面開口１７ａに接続
固定され、キャブジョイント１８ｂに上記気化器１９の
吐出口が接続固定されている。この気化器１９はスロッ
トル操作によって開閉するバタフライ式スロットルバル
ブ１９ａと、エンジンの吸気負圧で自動的に開閉するピ
ストンバルブ１９ｂとを有する自動可変ベンチュリ式の
ものである。またこの気化器１９の吸込口１９ｃにはエ
アクリーナ２０が接続されている。

【００１２】そして上記各吸気通路１７の底壁部分には
弁穴１７ｃが該底壁面に開口するように形成されてい
る。この弁穴１７ｃは、気筒軸方向に見ると、上記各吸
気通路１７が外側ほど内側に位置するように僅かに内側
に斜めになっているのに対して、気筒軸同士を結ぶ直線
と直角になっている（図２参照）。一方、カム軸方向に
見ると、吸気通路１７に対して吸気弁開口４ｃ側ほど吸
気通路内方に位置するように僅かに斜めになっている。

【００１３】上記各弁穴１７ｃ内には、吸気通路１７の
通路断面積を変化させるための吸気制御弁２１がその軸
回りに回動可能に配設されている。この吸気制御弁２１
は丸棒にＵ溝状の吸気凹部２１ａをその全長に渡って切
り欠き形成するとともに、その先端に傾斜面２１ｃを、
後端にピニオン２１ｂをそれぞれ形成してなるものであ
る。上記吸気凹部２１ａは、該制御弁２１を全開位置に
回動させると上記吸気通路１７の内壁面と連続面をなす
ようになっている（図６，図７参照）。また上記制御弁
２１を全閉位置に回動させると、上述のように弁穴１７
ｃが吸気通路１７に対して斜めになっていることから、
吸気通路１７の通路断面積を下流側ほど徐々に狭くする
ようになっている（図１，図３，図４参照）。

【００１４】また上記吸気マニホールド１８の保持ブラ
ケット１８ａ内には、スライド穴１８ｃが、上記各制御
弁２１と直角方向に貫通形成されており、該スライド穴
１８ｃの先端開口にはプラグ１８ｄがねじ込まれてい
る。そしてこのスライド穴１８ｃ内にはラック２２ａを
有する駆動軸２２がスライド可能に挿入されており、こ
のラック２２ａに上記制御弁２１のピニオン２１ｂが噛
合している。また上記駆動軸２２の外端部には上記保持
ブラケット１８ａで軸支された駆動アーム２２ｂの一端
が連結さており、該駆動アーム２２ｂの他端には駆動ケ
ーブル２５ａが接続されている。

【００１５】上記吸気制御弁２１用駆動ケーブル２５ａ
及び上記排気制御弁２７ｃの駆動プーリ２７ｂに接続さ
れた駆動ケーブル２５ｂは、駆動モータ２３ａに接続さ
れており、この駆動モータ２３ａは、コントロールユニ
ット２３ｂでその駆動が制御される。なお２３ｃはメイ
ンスイッチ、２３ｄはバッテリである。

【００１６】次に本実施例の作用効果について説明す
る。エンジンの低速回転，又は低負荷運転時のように吸
気量が少ない場合は、図１，図３，図４に示すように、
上記吸気制御弁２１は全閉位置に回動される。そのため
吸気通路１７はその底壁面側から絞られ、天壁面側のみ
が開口することとなる。この場合、カム軸方向に見て吸
気制御弁２１が吸気通路１７に対して通路内方に斜めに
なっていることから、吸気弁開口４ｃ側ほど徐々に大き
く絞られる。また気筒軸方向に見た場合、気筒軸同士を
結ぶ線に対して、吸気通路１７は斜めになっているのに
対し、吸気制御弁２１は直角になっており、この点から
も吸気通路面積が徐々に絞られる。これらにより吸気通
路１７の等価管長が長くなり、低速回転時における体積
効率が向上し（図８参照）、それだけ低速トルクが増大
する。また吸気は上記吸気制御弁２１によって流速が徐
々に高められ、燃焼室内に高速で方向性をもって吹き込
まれ、図１に矢印で示すように縦スワールが発生する。
その結果、空燃比を希薄にしても燃焼を安定化でき、燃
費の向上を図ることができる。また、各吸気制御弁２１
を互いに平行に配置したので、多気筒エンジンにおいて
も構造をそれほど複雑化することなく対応できる。さら
にまた低速回転時等においては、排気マニホールド２７
ｆの集合部２７ａ内に配設された排気制御弁２７ｃが上
記吸気制御弁２１と連動して回動して排気通路面積を絞
る。これにより排気効率が向上し、この点からも上記充
填効率を向上させて低速トルクの向上を図ることができ
る。

【００１７】そしてエンジンの高速回転時，又は高負荷
運転時のように吸気量が多い場合は、上記吸気制御弁２
１は全開位置に回動され、これにより吸気凹部２１ａが
吸気通路１７の壁面と連続面をなし（図６，図７参
照）、吸気制御弁２１が吸気抵抗となることはない。

【００１８】図９，図１０は、上記吸気制御弁の吸気凹
部部分の変形例を示し、図中、図３，図４と同一符号は
同一又は相当部分を示す。この変形例では、吸気制御弁
２１の吸気凹部２１ａの裏側部分に、傾斜面２１ｄを形
成している。この傾斜面２１ｄは、吸気通路方向に見る
と、隣接する吸気通路１７，１７の境界部分、つまり気
筒中心部分が低くなるように形成されている。これによ
り、吸気制御弁２１を全閉位置に回動させた場合に、吸
気通路の気筒中央に対応する部分がより大きく開口し、
従って燃焼室中央により多くの吸気が流入することとな
る。

【００１９】図１１，及び図１２は本発明を燃料噴射式
エンジンに適用した実施例であり、図中、図１と同一符
号は同一又は相当部分を示す。本実施例では、吸気通路
１７の天壁部分に燃料噴射弁２６が装着されており、こ
れの噴射ノズルは、噴射孔２６ａを介して吸気制御弁２
１の先端部、つまり吸気通路面積の最も絞られた部分か
ら吸気弁１１の弁板１１ａの裏面に渡る部分に向いてい
る。また吸気通路１７の後壁開口１７ａには吸気マニホ
ールド１８を介してスロットルボディ２４が接続されて
おり、該ボディ２４内にはスロットル弁２４ａが回動可
能に配設されている。なお、図示していないが、上記ス
ロットル弁２４ａは上記駆動軸２２と連動して駆動制御
される。本実施例では、上記燃料噴射弁２６から噴射さ
れた燃料が、吸気制御弁２１にも当たるので、該制御弁
２１を冷却できる。また、吸気通路面積の最も絞られた
部分に燃料を噴射するので、燃料の移送遅れが小さく、
かつ霧化が良好となる。

【００２０】ところで本発明では、吸気通路面積を制御
する吸気制御弁を設けたので、希薄空燃比燃焼を安定化
でき、ＣＯの低減と燃費の向上を図ることができるもの
の、排気温度が低下し、触媒によるＨＣの処理が行い難
くくなる懸念がある。特に高速型エンジンの場合、排気
の抵抗を低減するために触媒をエンジンからできるだけ
離して配置することから、排気温度がさらに低下し、上
記問題がより顕著になると考えられる。一方、単に排気
管を短くすることにより触媒をエンジンに近接させた場
合は、低速回転時に排気効率が悪化してエンジン性能が
低下する懸念がある。

【００２１】図１３，図１４は上記排気温度低下による
問題を解消するために、触媒をエンジンにできるだけ近
接させて配置できるようにした触媒配置構造である。図
中、２７は排気装置であり、これは、各気筒の排気口に
接続された排気マニホールド（図１の符号２７ｆ参照）
を、これに接続された各排気管２７ｇで１つの集合部２
７ａに集合させ、該集合部２７ａに触媒チャンバ２７ｅ
を一体形成するとともに、該チャンバ２７ｅに消音器２
７ｄを接続した構造となっている。上記集合部２７ａ内
には、上記各排気管２７ｇの集合部内開口２７ｈの面
積、つまり排気通路面積を制御する排気制御弁２７ｃが
配設されており、また上記集合部２７ａに続く上記触媒
チャンバ２７ｅ内には触媒ユニット２８が配設されてい
る。なお、上記排気制御弁２７ｃは、プーリ２７ｂに巻
回されたワイヤケーブル（図示せず）を介して、上記吸
気制御弁と連動して制御される。

【００２２】本配置構造では、エンジンの低速回転時に
排気通路面積を絞る排気制御弁２７ｃを設けたので、排
気管長を短くしても低速回転時の運転を安定化できる。
上述のように、排気管長を短くすると、高速回転時には
排気の負圧波が排気弁開口に作用して排気効率を向上で
きるものの、低速回転時には排気の正圧波が排気弁開口
に作用することから排気効率が低下する。しかし本実施
例では排気制御弁２７ｃによって上記排気の正圧波を打
ち消すことができ、上述の安定化が可能となる。従って
排気制御弁を設けない場合に比較して触媒２８をエンジ
ンの排気口に近接させることができ、それだけ排気温度
の低下を抑制でき、ＨＣの処理上有利となる。また排気
管長を短くした分だけ排気管の熱容量が小さくなり、エ
ンジン始動時の活性開始までの時間が短くなる。

【００２３】このように、排気制御弁２７ｃを設け、こ
れの下流側直近に触媒２８を配設するという本配置構造
は、上記実施例の如く吸気通路面積を制御することによ
り希薄燃焼を安定化できるようにしたエンジンに有効で
ある。

【００２４】図１５ないし図１８は、排気管長を、エン
ジンの低中速回転時には長く、高回転時には短くでき、
かつ排気温度の低下を抑制できるようにした別の触媒配
置構造であり、図中、図１３，図１４と同一符号は同一
又は相当部分を示す。本配置構造では、各排気管を前部
排気管２７ｇと後部排気管２７ｉとに分離し、その間に
弁室２７ｊと触媒チャンバ２７ｅとを介設している。こ
の触媒チャンバ２７ｅ内には、触媒２８が配設されてい
る。この触媒２８は、格子状をなす多数の通路２８ａが
上流側が下流側に貫通したモノリス型のものである。な
お、上記後部排気管２７ｉは図示左方において集合して
おり、また上記弁室２７ｊは上方に膨出した形状になっ
ている。

【００２５】そして上記弁室２７ｊ内には仕切弁３０
が、上記膨出部内に位置する待機位置と各前部排気管２
７ｇの延長上に位置する仕切位置との間で上下方向に回
動可能に配設されている。この仕切弁３０は、弁軸３０
ａに５枚の弁板３０ｂを固定するとともに、該各弁板３
０ｂの上面をカバー板３０ｄで覆った構造のものであ
る。また上記仕切弁３０は、上記弁軸３０ａの外方突出
端部に装着された駆動プーリ３０ｃ，及びこれに巻回さ
れた駆動ケーブル３０ｅを介して図示しない制御モータ
によって開閉制御される。

【００２６】低速回転時には、上記仕切弁３０が仕切位
置に回動し、これにより上記前部排気管２７ｇは、仕切
板３０ｂ，カバー板３０ｄ及び弁室２７ｊの底面で構成
される通路と、触媒２８で構成される通路とを介して後
部排気管２７ｉと連通する。また、高速回転時には、上
記仕切弁３０が待機位置に回動し、これにより上記各前
部排気管２７ｇは弁室２７ｊによって集合し、従って排
気管長が上記低速回転時より短くなる。

【００２７】このように本配置構造では、各排気管を
前，後に分離し、その間に触媒２８を配置したので、該
触媒２８は排気口に近くなり、それだけ排気ガスの温度
低下を抑制できる。また低速回転時には、仕切弁３０，
及び触媒２８によって前，後の排気管を接続することに
より排気管長を長くでき、かつ高速回転時には前部排気
管２７ｇを弁室２７ｊで集合させることにより排気管長
を短くできる。その結果、低速回転時，高速回転時の両
方において出力向上を図ることができる。

【発明の効果】以上のように本発明に係るエンジンの吸
気制御装置によれば、吸気制御弁を棒状体とし、吸気通
路の底壁面部分に該通路方向に配置したので、低速回転
時等には吸気通路断面積を下流側ほど徐々に狭小化で
き、そのため低速回転時等における等価管長が長くな
り、充填効率を向上して低速トルクを改善できる効果が
あり、また吸気量が少ない場合にも吸気を流速を高めて
燃焼室内に吹き込むことができ、希薄空燃比燃焼を安定
化でき、低速燃費を向上できる効果がある。さらにま
た、高速回転時等には、吸気制御弁の吸気凹部が吸気通
路の壁面と略連続面をなすので、吸気抵抗が大きくなる
こともない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例によるエンジンの吸気制御装
置の断面側面図である。

【図２】図１のII-II 線断面図である。

【図３】図１のIII-III 線断面図である。

【図４】図１のIV-IV 線断面図である。

【図５】図１のV-V 線断面図である。

【図６】上記実施例の吸気制御弁の高速回転時等の状態
を示す断面図である。

【図７】上記実施例の吸気制御弁の高速回転時等の状態
を示す断面図である。

【図８】上記実施例の作用効果を説明するためのエンジ
ン回転数−体積効率特性図である。

【図９】上記実施例の吸気制御弁部分の変形例を示す断
面図である。

【図１０】上記実施例の吸気制御弁部分の変形例を示す
断面図である。

【図１１】本発明を燃焼噴射式エンジンに適用した場合
の実施例を示す断面側面図である。

【図１２】図１１のXII-XII 線断面図である。

【図１３】上記実施例の吸気制御装置を備えたエンジン
に好適な触媒配置構造を示す断面平面図である。

【図１４】上記触媒配置構造の断面側面図である。

【図１５】上記実施例の吸気制御装置を備えたエンジン
に好適の別の触媒配置構造を示す断面側面図である。

【図１６】上記別の触媒配置構造の断面平面図である。

【図１７】図１６のXVII-XVII 線断面図である。

【図１８】図１６のXVIII-XVIII 線断面図である。

【符号の説明】

１ エンジン ４ａ 合面 ４ｃ 吸気弁開口 ４ｇ シリンダ外壁 １７ 吸気通路 ２１ 吸気制御弁 ２１ａ 吸気凹部

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 吸気弁開口をシリンダ外壁に導出する吸
   気通路内に、低速回転時又は低負荷運転時に通路断面積
   を減少させる吸気制御弁を備えたエンジンの吸気制御装
   置において、上記制御弁を、横断面円形の棒体に軸方向
   に延びる吸気凹部を形成してなるものとするとともに、
   上記吸気通路のシリンダブロックとの合面側の壁面部分
   に該吸気通路と略平行にかつ軸線回りに回動可能に配置
   し、該制御弁を閉位置に回動させたとき通路断面積が吸
   気弁開口側ほど狭小化し、全開位置に回動させたとき上
   記吸気凹部が吸気通路の壁面と略連続面をなすことを特
   徴とするエンジンの吸気制御装置。