JPH0519010B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〈技術分野〉 本発明は内燃機関のアイドリング時等の燃焼改
善技術に関する。

〈背景技術〉 従来のこの種の公知技術としては、例えば、第
１図〜第３図に示すようなものがある。これは気
筒毎に２個ずつ備えられた吸気弁１，２の開時期
を変え、これら吸気弁１，２に通じる２つの吸気
ポート３，４を独立して設けると共に、排気弁５
とのオーバーラツプの大きな高速用の吸気弁２が
装着された吸気ポート４に開閉弁６を設け、アイ
ドリング時等低速領域では前記開閉弁６を閉じて
実質的なバルブオーバーラツプ期間における排気
の吹き返しを阻止することにより、燃焼の改善を
図つている（参考文献：特公昭47−31724号参
照）。

しかしながら、このような従来の吸気ポートを
遮断する方式にあつては、開閉弁６下流の吸気ポ
ート４の容積を種々の制約から小さくすることは
困難で、シリンダ容積の15〜25％程度になる。こ
の部分の吸気ポート容積が大きいと、特に吸気負
圧の大きなアイドリング時に以下のような問題が
生じる。

吸気行程が終り、圧縮行程の初期に吸気弁２が
閉じた時点で吸気ポート４内には圧縮行程初期の
混合気が閉じ込められるが、該混合気の圧力はア
イドリング時であるから400mmHg程度の負圧の状
態である。このため、排気行程の未期に吸気弁２
が開くと、排圧とこの負圧との差圧により、排気
が吸気ポート４内に流入し、吸気ポート４内は排
圧近くまで圧力上昇し、入り込んだ吸気ポート４
容積の約半分近くを占める排気（既燃ガス）が続
く吸気行程で燃焼室７内の混合気に混じるため、
残留ガス濃度を十分に低減することが出来ず、燃
費の改善効果は期待した程得られない。そこで、
第４図に示すように開閉弁６下流側の高速用吸気
ポート４部分にオリフイス８を介装した連通管９
を介して大気を導入し、高速用吸気弁２が閉じて
から次に開くまでの間にこの負圧によつて新気を
吸入させ、排気圧との差圧を小さくして続くオー
バーラツプ期間に排気が高速用吸気ポート４内に
流入するのを阻止し、混合気に混入する既燃ガス
量を大幅に低減する方式が本願出願人により提案
されている。この図において、開閉弁６はアクチ
ユエータ１０により開閉制御され、アクチユエー
タ１０への制御圧力の供給は電磁弁１１によつて
断続される。この断続の条件は、圧力センサ１２
及び機関回転速度等の機関運転条件をコントロー
ルユニツト１３で検出して行う。１４はアクチユ
エータ１０の作動完了をモニターするリミツトス
イツチである。開閉弁６の下流の高速用吸気ポー
ト４部分は連通管９を介して絞り弁１５の上流に
連通しており、オリフイス８で流量が規制されて
いる。絞り弁１５の上流の圧力は、常時大気圧近
傍であるから、吸気ポート４内が負圧の条件下で
は絞り弁１５上流側の新気がオリフイス８を通つ
て開閉弁６下流の吸気ポート４内に流入する。こ
のように新気を導入すると、高速用の吸気弁２が
閉じた後、開閉弁６下流の吸気ポート４内は徐々
に大気圧に近づく。オリフイス８は大気圧に近い
新気の流入量を制御するものであり、高速用吸気
弁２が閉じているクランク１回転余りの期間（ア
イドリング時600rpmでは1/10秒）に吸気ポート
４内の圧力を大気圧に十分近づけるのに対して必
要十分な大きさに設定してある（オリフイス８口
径は１〜2φ程度）。

このようにすれば、高速用吸気弁２が開かれる
排気行程末期には燃焼室７内には略大気圧（平均
値）の排気が満たされている。この排気の吸気ポ
ート４内への吹き返しを効果的に抑制でき、燃焼
性能の大幅な改善を図れるのである。

尚、比較のために新気導入を行わない場合で
は、高速用吸気弁２が閉じると吸気ポート４内へ
のガスの出入りはないために、次に吸気弁２が開
くまでは開閉弁６下流の吸気ポート４内圧力が大
気圧の半分程度の負圧で一定に保たれる。したが
つて、高速用の吸気弁２が開き始めると、燃焼室
７内に満たされた排気が大きな圧力差により急速
に吸気ポート４内に流入し、開閉弁６下流の吸気
ポート４の容積の約半分近くの排気が大気圧に近
い状態で残留し、続く吸気行程で一気に膨張して
燃焼室７内に混入するため、開閉弁６を設けても
相当量の残留ガスが存在することになり、燃焼の
大幅な改善は望めない。

ところが、新気導入によつて排気の逆流阻止を
図つた前記提案のものにおいても以下に示す如く
なお改善の余地があつた。即ち、前記提案のもの
は第５図に示すように低速用及び高速用の吸気ポ
ート３，４が共に絞り弁１５の下流に設けられて
いるため、アイドリング時には開閉弁６の上流圧
は吸気負圧に等しくなる。このため、高速用吸気
ポート４内に新気を導入して吸気ポート４内を大
気圧近くまで昇圧させると開閉弁６の前後差圧が
大となり、開閉弁６のシール性が問題となる。十
分なシール性が得られない場合、導入された新気
が開閉弁６から上流側の吸気マニホールド１６に
漏れ、各気筒の吸気ポート４内の圧力にバラツキ
が生じることになる。この場合、気筒毎に残留ガ
ス割合が異なることになるため、燃焼にバラツキ
を生じ、回転が不安定となる可能性がある。

〈発明の目的〉 本発明は上記のような実状に鑑みなされたもの
で、開閉弁上下流間の圧力差を減少することによ
り開閉弁下流側に導入された新気の漏出を抑制
し、もつて排気の吹き返し防止効果を高めること
によりアイドリング時などの燃焼性能を可及的に
改善した内燃機関の吸気装置を提供することを目
的とする。

〈発明の概要〉 このため、本発明は、吸気行程の下流部分を低
速用吸気弁に通じる低速用吸気通路と、高速用吸
気弁に通じる高速用吸気通路とに分岐して設け、
低速用吸気通路に絞り弁を設けると共に高速用吸
気通路の高速用吸気弁に近いポート部分にアイド
リング時を含む低速領域で閉じ高速領域で開度制
御される開閉弁を設け、かつ、開閉弁下流の高速
用吸気通路と開閉弁上流の吸気通路とを空気流量
調整手段を介して連通させた構成とする。

これにより、開閉弁下流の高速用吸気通路に大
気圧に近い新気を導入して排気の吹き返しを抑制
することにより、アイドリング時等の出力、燃費
を改善すると共に、開閉弁上流側を大気開放する
ことによつて下流側との圧力差を極力回避し、も
つて、開閉弁のシール性を向上して気筒毎の燃焼
性のバラツキを解消し、安定した回転が行われる
ようにする。

〈実施例〉 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明す
る。

一実施例を示す第６図〜第９図において、内燃
機関２１は各気筒の燃焼室２２に開閉時期の異な
る低速用の吸気弁２３Ａ及び高速用の吸気弁２３
Ｂと、開閉時期の等しい一対の排気弁２４とが設
けられている。

前記低速用の吸気弁２３Ａは低速用のカム２５
Ａに当接従動し、吸気行程上死点近傍で開き始め
て吸気行程下死点近傍で閉じ、一方、高速用の吸
気弁２３Ｂは高速用のカム２５Ｂに当接従動し、
排気行程上死点前30゜付近から開き始め、圧縮行
程半ば付近で閉じる。また、一対の排気弁２４は
夫々同一形状の一対のカム２６に当接従動して膨
張行程後期から開き始め、吸気行程初期に閉じ
る。

そして、低速用及び高速用吸気弁２３Ａ，２３
Ｂに至る吸気通路が次のように形成されている。

上流端が図示しないエアクリーナに接続された
吸気管２７の下流端部が２又に分岐し、その２つ
の下流端に夫々低速用マニホールド２８Ａと高速
用マニホールド２８Ｂが接続される。吸気管２７
の低速用マニホールド２８Ａが接続される側の下
流端部には絞り弁２９が介装される。

そして、低速用マニホールド２８Ａと高速用マ
ニホールド２８Ｂとから気筒数ずつ分岐して、
夫々各気筒の低速用吸気弁２３Ａに至る低速用吸
気ポート３０Ａと、高速用吸気弁２３Ｂに至る高
速用吸気ポート３０Ｂとが形成される。

前記各気筒毎の低速用、高速用の吸気ポート３
０Ａ，３０Ｂには高速用の吸気ポート３０Ｂ側に
バタフライ式の開閉弁３１を装着したバルブチヤ
ンバ３２が介装されている。

開閉弁３１には、後述するように上流側から下
流側へ新気を調量して流入させるためのオリフイ
ス３１ｂが開口されている。

各気筒の開閉弁３１の支軸３１ａは両端部がバ
ルブチヤンバ３２の外方に突出し、そのうち一方
の端部にはレバー３３が固定され、該レバー３３
の端部とバルブチヤンバ３２外壁とに夫々固定さ
れたピン３３ａ，３２ａに引張スプリング３４の
両端が係止して取り付けられる。これにより開閉
弁３１は引張スプリング３４の付勢力によつて開
弁方向に付勢される。

又、支軸３１ａの他方の端部にもレバー３５が
固定され、各気筒のレバー３５を夫々一本のロツ
ド３６に定間隔毎に軸支し、該ロツド２６の一端
部にリンク３７を介してダイヤフラム式アクチユ
エータ３８の出力ロツド３８ａが連結される。

前記アクチユエータ３８は、出力ロツド３８ａ
を固定したダイヤフラム３８ｂにより一側に仕切
られる圧力作動室３８ｃにリターンスプリング３
８ｄが装着されると共に、後述する電磁負圧制御
弁３９から制御負圧が供給されるようになつてい
る。

電磁負圧制御弁３９は、絞り弁２９下流の低速
用マニホールド２８Ｂからチエツクバルブを介し
て吸気負圧を導く負圧導入ポート３９ａをダイヤ
フラム３９ｂで開閉することによつて一定負圧を
形成する定圧弁部３９Ａと、該定圧弁部３９Ａに
よつて形成された一定負圧を希釈するための大気
の導入量を制御するソレノイド弁部３９Ｂとを備
えて構成される。そして、コントロールユニツト
４０からソレノイド弁部３９Ｂに出力されるパル
スのデユーテイ比を制御することにより、制御負
圧取出ポート３９ｃ内に所望の制御負圧を形成
し、該制御負圧を制御負圧供給管４１を介してア
クチユエータ３８の圧力作動室３８ｃに供給する
ようになつている。

前記コントロールユニツト４０は低速用マニホ
ールド２８Ａ内の吸気負圧を検出する圧力センサ
４２からの圧力信号及び図示しないデイストリビ
ユータ等からの機関回転速度信号を入力し、吸気
負圧を機関回転速度に応じてソレノイド弁部３９
Ｂへ出力されるパルスのデユーテイ比を設定す
る。この場合、前記パルスの通電デユーテイ比が
増大すると、制御負圧取出ポート３９ｃ内への大
気の導入量が増大してアクチユエータ３８に供給
される制御負圧の絶対値が減少し、これに伴つて
出力ロツド３８ａがリターンスプリング３８ｄの
付勢力によつて徐々に延び出し、リンク３７、ロ
ツド３６、レバー３５の作動を介して開閉弁３１
の開度が増大する。具体的には、通常の部分負荷
運転時には、ソレノイド弁部３９Ｂへの出力を
OFFとしてポート３９ｃを閉じることにより、
定圧弁部３９Ａで形成された最大負圧を圧力作動
室３８ｃに供給して開閉弁３１を閉じ、絞り弁２
９が所定開度以上開かれる高負荷運転状態となつ
てからソレノイドバルブ３９Ｂへの通電デユーテ
イ比を漸増して開閉弁３１を徐々に開かせる。即
ち、絞り弁２９、開閉弁３１を夫々２バレル式気
化器におけるプライマリバルブ、セカンダリバル
ブと同様に作動させる。

次に、本実施例の一連の作用を説明する。

圧力センサ４２によつて検出される吸気負圧と
機関回転速度とによつて検出されるアイドリング
時を含む部分負荷運転時においては、前記したよ
うにコントロールユニツト４０は電磁負圧制御弁
３９のソレノイド弁３９Ｂへの出力をOFF（通電
デユーテイ比０）とし、アクチユエータ３８及び
リンク３７、ロツド３６、レバー３５を介して開
閉弁３１を全閉状態に保持する。

この状態で圧縮行程半ば近くで高速用吸気弁２
３Ｂが閉じた時は、開閉弁３１下流側の高速用吸
気ポート３０Ｂは負圧状態となつており、一方、
閉閉弁３１上流側は絞り弁２９を介することなく
エアクリーナ（又は排気ターボ過給機のコントロ
ールユニツト吐出側）に通じている。このため、
大気圧に近い新気が開閉弁３１に形成されたオリ
フイス３１ｂ下流側の高速用吸気ポート３０Ｂ内
に流入し、これにより高速用吸気ポート３０Ｂ内
の圧力は徐々に上昇して次に高速用吸気弁２３Ｂ
が開くまでに大気圧近くまで上昇する（第９図に
実線で示す。点線は従来例を示す。）。一方、高速
用吸気弁２３Ｂが開かれる時、燃焼室２２内は残
留排気（既燃ガス）が略大気圧に近い状態で満た
されている。

したがつて、引続き排気行程上死点に至るまで
に燃焼室２２内の残留排気は開閉弁３１で封じ込
まれた高速用吸気ポート３０Ｂへの吹き返しを抑
制され、大部分は排気ポートへ排出される。

この結果、引続く吸気行程において燃焼室２２
内に混入する残留排気の割合を可及的に減少でき
燃焼改善効果を十分高めることができる。

また、本発明に係る構成として、絞り弁２９を
高速用吸気通路とは独立した低速用吸気通路に設
けたため、開閉弁３１上流側は低負荷時でも大気
圧近くに保たれ、開閉弁３１下流側から上流側へ
の新気の漏出を防止でき、十分なシール性が得ら
れる。

このように開閉弁３１のシール性向上により下
流側の高速用吸気ポート３０Ｂ内の圧力のバラツ
キを抑制でき、もつて気筒毎の残留ガス割合が均
一化して燃焼のバラツキを解消でき、アイドリン
グ等の回転の安定性が保たれる。

詳細には、このように高速用吸気通路の開閉弁
３１上流側を大気開放とした場合、吸気行程時に
は高速用吸気弁２３Ｂが開くため、開閉弁３１下
流側は吸気負圧となつて上流側との差圧は大とな
るが吸気行程は全行程の1/4に過ぎず、残り3/4の
行程で差圧を解消してシール性が得られる。

また、吸気行程時は低速用吸気弁２３Ａも開い
ているから、開閉弁３１下流の高速用吸気ポート
３０Ｂは低速用マニホールド２８Ａとは連通して
おり、ガスの出入りがあるため、気筒毎の圧力の
バラツキは解消される。

この点、第４図に示したものは、吸気行程では
逆に開閉弁３１の上・下流側の差圧は小さいが、
その他の3/4の行程で差圧を大きく生じるためシ
ール性に注意を払う必要があり、気筒毎の圧力の
バラツキが生ずるおそれがある。

さらに、本実施例に示すように、開閉弁３１に
オリフイス３１ｂを設けるだけで下流側に新気を
導入できる利点を有し、第４図で示したもののよ
うに連通管９を設ける必要がないため、コスト及
びレイアウトの面でも有利である。このように、
開閉弁３１にオリフイス３１ｂを設ける場合、オ
リフイス３１ｂと開閉弁３１の隙間の双方がシー
ル性を決定するため、該シール性をチエツクした
上でオリフイス３１ａ径を定めればよく、精度の
確保が容易に行える。

また、第７図に示すように、低速用吸気ポート
３０Ａを長くし、高速用吸気ポート３０Ｂを短く
することにより、機関回転速度に応じて慣性過給
を有効に利用することもできる。

一方、吸気負圧と機関回転速度により検出され
る高速高負荷運転時には、コントロールユニツト
４０からソレノイド弁部３９Ｂへの通電デユーテ
イ比が増大してアクチユエータ３８へ供給される
制御負圧が弱められ、開閉弁３１が開き始める。

このようにして、高速用吸気ポート３０Ｂが開
通すると、低速用吸気弁２３Ａに比べて開時期が
早く、閉時期は大幅に遅くした高速用吸気弁２３
Ｂを併用して吸気が行われるため、有効圧縮比の
減少により吸気の圧縮上死点温度、圧力の上昇を
抑制してノツキングの発生を抑制しつつ、慣性過
給の利用と高速用吸気ポート３０Ｂ開通による吸
気流通抵抗減少効果とにより、充填効率を向上さ
せて出力の向上を図ることができる。

尚、前記したように、開閉弁３１は機関運転条
件の変化に対して徐々に開度を変化させるように
しているため、機関のトルクの変動は防止され、
安定した特性を得ることができる。

〈発明の効果〉 以上説明したように、本発明によれば、開時期
が遅い低速用吸気ポート弁に通じる低速用吸気通
路と、開時期が早い高速用吸気弁に通じる高速用
吸気通路とを分岐して設ける一方、低速用吸気通
路に絞り弁、高速用吸気通路の各気筒の高速用吸
気弁近傍に開閉弁を夫々設け、アイドリング時等
低速低負荷領域では開閉弁を閉じると共に、開閉
弁下流側に上流側の新気を導入して大気圧近くま
で上昇させるようにしたため、排気の吹き返しを
防止して燃費、出力特性を高めることができると
共に、気筒毎の開閉弁下流側圧力のバラツキ、し
たがつて燃焼性のバラツキが解消され、安定した
回転性が得られる

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の内燃機関の吸気装置の一例を示
す要部平面図、第２図は同上装置の吸・排気弁の
リフト特性を示すグラフ、第３図は同上装置の要
部縦断面図、第４図は本願出願人により提案済の
内燃機関の吸気装置の全体概要を示す構成図、第
５図は同上装置の要部平面図、第６図は本発明の
一実施例の全体概要を示す構成図、第７図は同上
実施例の要部平面図、第８図Ａは同上実施例のバ
ルブチヤンバ部分の背面図、同図Ｂは平面図、同
図Ｃは右側断面図、同図Ｄは正面図、第９図は同
上実施例の各部の特性を示すグラフである。 ２１…内燃機関、２３Ａ…低速用吸気弁、２３
Ｂ…高速用吸気弁、２７…吸気管、２８Ａ…低速
用マニホールド、２８Ｂ…高速用マニホールド、
２９…絞り弁、３０Ａ…低速用吸気ポート、３０
Ｂ…高速用吸気ポート、３１…開閉弁、３１ｂ…
オリフイス、３５…レバー、３６…ロツド、３７
…リンク、３８…アクチユエータ、３９…電磁負
圧制御弁。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 各気筒毎に、吸気行程上死点近傍で開き始め
   る低速用吸気弁と、これより早く排気行程後期で
   開き始める高速用吸気弁とを備えた内燃機関の吸
   気装置において、吸気通路の下流部分を前記低速
   用吸気弁に通じる低速用吸気通路と、高速用吸気
   弁に通じる高速用吸気通路とに分岐して設け、低
   速用吸気通路に絞り弁を介装すると共に、高速用
   吸気通路の各気筒の高速用吸気弁近傍のポート部
   分に少なくともアイドリングを含む低速領域で閉
   じ、高速領域で運転条件変化に応じて開度制御さ
   れる開閉弁を設け、かつ、該開閉弁下流の高速用
   吸気通路と開閉弁上流側の吸気通路とを空気流量
   調整手段を介して連通させたことを特徴とする内
   燃機関の吸気装置。