JPH0574690B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 本発明は、気筒毎に２つの吸気弁を備えた内燃
機関の吸気系の改善技術に関する。

＜従来の技術＞ この種の内燃機関の吸気系としては、例えば、
第４図に示すようなものがある（特願昭59−
60918号）。

これについて説明すると、各気筒毎に備えられ
た低速用吸気弁１及び高速用吸気弁２の開時期を
変え、これら各吸気弁１，２に通じる低速用吸気
ポート３及び高速用吸気ポート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
高速用吸気弁２が装着された高速用吸気ポート４
に開閉弁６が設けてあり、低速用及び高速用の両
吸気ポート３，４上流側の吸気通路７には吸気絞
り弁８が１つ介装されている。

そして、吸入空気流量が所定値未満の運転領域
では、開閉弁６を全閉とすることにより低速用吸
気ポート３のみから燃焼室周壁に沿つて流入する
空気流を利用して燃焼室内に強いスワール流を発
生させて燃焼性改善を図つている。

一方、吸入空気流量が所定値以上になると、該
流量が増大するにしたがつて、即ち、回転速度、
負荷が増大するにしたがつて開閉弁６の開度を
徐々に増大させて高速用吸気ポート４の開口面積
を漸増させ、機関の最大出力域で開閉弁６を略全
開とすることにより、開閉弁６開直後の未燃HC
排出量増大を抑制しつつ吸気充填効率の向上を図
つている。

ところで、上述のものにおいては、開閉弁６の
閉時、その下流側の高速用吸気ポート４部分にオ
リフイスを介装した新気導入通路９を介して吸気
絞り弁８上流側の大気圧に近い新気を高速用吸気
弁２が閉じてから次に開くまでの間に吸入させ、
排気圧との差圧を小さくして続く排気弁５とのオ
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
ス量を大幅に低減して燃焼性能の改善を図つてい
る。

＜発明が解決しようとする問題点＞ しかしながら、上述のように、新気導入によつ
て排気の逆流阻止を図つたものにおいても、以下
に示すように、なお改善の余地があつた。

即ち、前記構成のものは、低速用及び高速用の
吸気ポート３，４が共に吸気絞り弁８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
して該吸気ポート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つてくる。

ところで、複数の気筒の開閉弁６が同一の回転
軸１０によつて開閉性御される場合、開閉弁６の
シール性能を高めていくと次のような問題が発生
する。

一般に、シリンダヘツドはアルミ製であり、ま
た、開閉弁６のハウジングも軽量化のためにはア
ルミ材を用いるのが望ましい。

しかしながら、前記回転軸１０は、その径を十
分大きく採ることが困難である（吸気の抵抗とな
る）上、開閉弁６を取り付けるために平面に削り
落とし、取付ネジの孔まで形成することからアル
ミ材では強度的に困難で、鉄系の材料を用いるこ
とが必要となる。

この場合、機関の運転状態によつて、シリンダ
ヘツドを始めとする各構成部品の温度は、例えば
冬期のスタート時の−20℃から高速走行時の＋
130℃付近まで150゜前後の範囲で変化し、従つて、
前記各構成部品は熱による影響を受けることにな
る。

そして、鉄とアルミとでは熱膨張率は倍程度異
なり、常温で開閉弁６を回転軸１０に高速用吸気
ポート４との間に殆ど隙間のない状態で取り付け
ると、温度の上昇する運転領域である高速時に、
熱膨張による回転軸１０の軸線方向の伸び量と開
閉弁６のハウジングの同方向の伸び量との相違が
大きくなり、それに伴つて開閉弁６が高速用吸気
ポート４の壁面に食い込み、開弁不能となつて機
関の出力が低下してしまうという問題が発生す
る。

このため、開閉弁６と高速用吸気ポート４壁と
の間に予めある程度の隙間を設けておく必要があ
り、どうしてもシール性が低下してしまう。

十分なシール性が得られない場合には、導入さ
れた新気が開閉弁６から上流側の吸気通路７内に
漏れ、各気筒の高速用吸気ポート４内の圧力にバ
ラツキが生じることになる。

この場合、各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。

本発明はこのような従来の問題点に鑑み為され
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、以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。

＜問題点を解決するための手段＞ このため本発明は、吸気通路の下流部分を、低
速用絞り弁を有し低速用吸気弁に通じる低速用吸
気通路と、高速用絞り弁を有し高速用吸気弁に通
じる高速用吸気通路と、に分岐して設け、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閉制御される開閉弁を
高速用吸気通路の各気筒の高速用吸気弁近傍のポ
ート部分に設ける一方、前記開閉弁の最小開度よ
り前記高速用絞り弁の最小開度を大きく設定する
と共に、前記開閉弁の開弁領域において機関吸入
空気流量の増減に応じて前記高速用絞り弁の開度
を増減制御する制御手段を設けた構成とした。

＜作用＞ 次に、かかる構成による作用を説明する。

アイドリング時を含む低速運転時においては、
開閉弁と高速用絞り弁は最小開度となつており、
低速用絞り弁のみが開いている。そして、高速用
絞り弁の最小開度は、開閉弁の最小開度より大き
く設定されている。

この状態で圧縮行程半ば近くで高速用吸気弁が
閉じた時は、開閉弁下流側の高速用吸気ポート内
は負圧状態となつており、一方、開閉弁上流側は
高速用絞り弁を介して大気に通じている。

このため大気圧に近い新気が、開閉弁と高速用
吸気ポートとの間の隙間から高速用吸気ポート内
に流入し、これにより高速用吸気ポート内の圧力
は徐々に上昇して次に高速用吸気弁が開くまでに
大気圧近くまで上昇する。

一方、高速用吸気弁が開かれる時、燃焼室内は
残留排気が略大気圧に近い状態で満たされてい
る。

従つて、引き続き排気行程上死点に至るまでに
燃焼室内の残留排気は開閉弁で封じ込まれた高速
用吸気ポート内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。

また、高速運転時には、開閉弁が閉から開に切
り換えられ、これ以後、吸入空気流量の増大に応
じて高速用絞り弁が制御手段により制御されて
徐々に開き始め、高速用吸気ポートからも吸気が
行われる。

＜実施例＞ 以下に第１図〜第３図に示す実施例の説明を行
う。尚、従来例と同一要素については第４図と同
一符号を附して説明する。

機関の各気筒の燃焼室には、開閉時期の等しい
一対の排気弁５の閉弁時期より早く開弁する高速
用吸気弁２と、これよりも開弁時期を遅らせた低
速用吸気弁１と、が備えられている。

そして、低速用及び高速用吸気弁１，２に至る
吸気通路は次のように構成されている。

即ち、上流端が図示しないエアクリーナに接続
された吸気管１１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１２と
高速用マニホールド１３とが接続される。

吸気管１１の低速用マニホールド１２が接続さ
れる側の下流端部には低速用絞り弁１４が、高速
用マニホールド１３が接続される側の下流端部に
は高速用絞り弁１５がそれぞれ介装される。

また、低速用マニホールド１２と高速用マニホ
ールド１３とから切筒数ずつ分岐する各ブランチ
部が、夫々各気筒の低速用吸気弁１に至る低速用
吸気ポート１６と、高速用吸気弁２に至る高速用
吸気ポート１７とに接続される。

これにより、吸気管１１の分岐部から低速用マ
ニホールド１２及び低速用吸気ポート１６を経て
低速用吸気弁１に至る低速用吸気通路と、同じく
吸気管１１の分岐部から高速用マニホールド１３
及び高速用吸気ポート１７を経て高速用吸気弁２
に至る高速用吸気通路と、が独立して設けられ
る。

また、高速用吸気ポート１７には、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閉制御される開閉弁６が設
けられる。

この開閉弁６は、高速用吸気ポート１７との間
に予め所定の漏れ量（差圧500mmHgで40〜60／
min程度の漏れ量）を与えるように、隙間を形成
して取り付けられている。

ここで、低速用絞り弁１４の支軸２１はアクセ
ルペダルに連動し運転者の意志にしたがつて開度
が調整される。また、高速用絞り弁１５の支軸２
２はステツピングモータ２３に接続され、該ステ
ツピングモータ２３は、機関運転状態を入力した
制御回路２４からの出力信号により例えば第３図
に示すように駆動制御される。

この場合、開閉弁６が閉の低速領域では高速用
絞り弁１５は最小開度（但し、開閉弁６閉時の最
小開度よりは十分に大きな開度とする。）である
が、開閉弁６が半ばON・OFF的に開弁する時点
から開度を徐々に増していき、吸入空気流量の増
大に応じて高速領域で全開となる特性を与える。

尚、ステツピングモータ２３及び制御回路２４
により制御手段が構成される。

次に、かかる構成による作用を説明する。

圧力センサによつて検出される吸気負圧と速度
センサによつて検出される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低速運転時に
おいては、開閉弁６と高速用絞り弁１５は最小開
度となつており、低速用絞り弁１４のみが開いて
いる。そして、高速用絞り弁１５の最小開度は、
開閉弁６の最小開度より大きく設定されている。

この状態で圧縮行程半ば近くで高速用吸気弁２
が閉じた時は、開閉弁６下流側の高速用吸気ポー
ト１７内は負圧状態となつており、一方、開閉弁
６上流側は高速用絞り弁１５を介して図示しない
エアクリーナに通じている。

このため大気圧に近い新気が、開閉弁６と高速
用吸気ポート１７との間の隙間から高速用吸気ポ
ート１７内に流入し、これにより高速用吸気ポー
ト１７内の圧力は徐々に上昇して次に高速用吸気
弁２が開くまでに大気圧近くまで上昇する。

一方、高速用吸気弁２が開かれる時、燃焼室内
は残留排気が略大気圧に近い状態で満たされてい
る。

従つて、引き続き排気行程上死点に至るまでに
燃焼室内の残留排気は開閉弁６で封じ込まれた高
速用吸気ポート１７内への吹き換しを抑制され、
大部分は排気ポートへ排出される。

この結果、引き続く吸気行程において燃焼室内
に混入する残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。

そして、吸気管１１の下流端部を２又に分岐
し、アクセルペダルに連動する低速用絞り弁１４
を低速用吸気通路に設けたことにより、開閉弁６
上流側は低速時でも大気圧近くに保たれ、従つ
て、開閉弁６下流側から上流側への新気の漏出を
防止できる。

このように、開閉弁６の上流側への新気の漏出
防止により下流側の高速用吸気ポート１７内の圧
力のバラツキを抑制でき、以て、気筒毎の残留排
気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、このように高速用マニホールド１３
の開閉弁６上流側を高速用絞り弁１５を介して大
気に連通した場合、吸気行程時には高速用吸気弁
２が開くため、開閉弁６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得
る。また、ある気筒の吸気弁が閉じてから次に開
くまでの間に他の気筒が順次吸気行程となり当該
吸気行程にある気筒の開閉弁６の〓間を介して吸
入負圧の影響を受けることになるが、高速用絞り
弁１５の最小開度を開閉弁６の最小介度より大き
く設定することにより、大気圧の影響を大きくし
て大気圧付近までの上昇を確保することができ
る。更に、開閉弁の上流に高速用絞り弁を備えて
いるので、吹き返しにより堆積物が開閉弁に付着
して最小開度が大きくなつてもその上流の高速用
絞り弁によつて燃焼室内のスワールの生成が乱さ
れることがない。

また、吸気行程時は低速用吸気弁１も開いてい
るから、開閉弁６下流の高速用吸気ポート１７は
低速用マニホールド１２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。

さらに、開閉弁６と高速用吸気ポート１７との
間に隙間を形成しただけで下流側に新気を導入で
きる利点を有し、従来のような連通管を設ける必
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。

また、低速用マニホールド１２及び低速用吸気
ポート１６を長くし、高速用マニホールド１３及
び高速用吸気ポート１７を短くすることにより、
低速時・高速時の吸気脈動特性をそれぞれの運転
領域にマツチさせ、充填率の向上を図ることも可
能であり、これについても高速用絞り弁１５の開
度調整により微妙に制御することができる。

一方、吸気負圧と機関回転速度とにより検出さ
れる所定以上の高速運転時には、図示しないアク
チユエータにより開閉弁６が閉から開に切り換え
られ、これ以後、吸入空気流量の増大に応じて制
御回路２４からステツピングモータ２３に信号が
送られて、高速用絞り弁１５が徐々に開き始め
る。

このようにして、高速用吸気ポート１７が開通
すると、低速用吸気弁１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２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、また、高速用吸気ポー
ト１７の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。

ここで、本実施例においては、高速用絞り弁１
５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、高速用吸気ポー
ト１７からの吸入空気流量が一気に増えることが
抑制されるので、低速用吸気ポート１６の空燃比
が過濃化して未燃HCの発生が増大することを防
止でき、機関のトルク変動は防止され、安定した
特性を得ることができる。

尚、高速用絞り弁１５を省略して開閉弁６を
徐々に開くことも考えられるが、この場合、複数
個の開閉弁６の開度の小さい初期に気筒間の開度
のバラツキを生じ、これにより吸入空気流量のバ
ラツキを生じる。

この点、本実施例では、１個の高速用絞り弁１
５を開度制御するため、気筒間のバラツキが解消
される。

＜発明の効果＞ 以上説明したように本発明によれば、アイドリ
ング時等低速領域では開閉弁を閉じ、高速用吸気
通路を低速用吸気通路とは独立して設けているた
め、低速用吸気通路の負圧の影響を受けることな
く大気圧近傍に維持されている高速用絞り弁上流
の新気が、高速用絞り弁の〓間を介して下流側に
流入し、更に開閉弁の〓間を介して下流側に導入
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。また、ある気筒の吸気弁が閉じ
てから次に開くまでの間に他の気筒が順次吸気行
程となり当該吸気行程にある気筒の開閉弁の〓間
を介して吸入負圧の影響を受けることになるが、
高速用絞り弁の最小開度を開閉弁の最小開度より
大きく設定することにより、大気圧の影響を大き
くして大気圧付近までの上昇を確保することがで
きる。更に、開閉弁の上流に高速用絞り弁を備え
ているので、吹き返しにより堆積物が開閉弁に付
着して最小開度が大きくなつてもその上流の高速
用絞り弁によつて燃焼室内のスワールの生成が乱
されることがない。また、高速用絞り弁を開度制
御することにより、気筒毎の開閉弁下流側圧力の
バラツキ、従つて、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Ａ及びＢは夫々本発明の一実施例を示
し、Ａは機関低速時の状態を示す平面断面図、Ｂ
は機関高速時の状態を示す平面断面図、第２図は
同上実施例において使用される高速用及び低速用
の絞り弁部分の構造を示す図、第３図は高速用絞
り弁の開弁特性を示す図、第４図は従来の内燃機
関の吸気装置を示す平面断面図である。 １……低速用吸気弁、２……高速用吸気弁、５
……排気弁、６……開閉弁、１１……吸気管、１
２……低速用マニホールド、１３……高速用マニ
ホールド、１４……低速用絞り弁、１５……高速
用絞り弁、１６……低速用吸気ポート、１７……
高速用吸気ポート、２３……ステツピングモー
タ、２４……制御回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 各気筒毎に、高速用吸気弁と、低速用吸気弁
   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、低速用絞り弁を有し前
   記低速用吸気弁に通じる低速用吸気通路と、高速
   用絞り弁を有し前記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、 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閉制御される
   開閉弁を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設ける一方、 前記開閉弁の最小開度より前記高速用絞り弁の
   最小開度を大きく設定すると共に、 前記開閉弁の開弁領域において機関吸入空気流
   量の増減に応じて前記高速用絞り弁の開度を増減
   制御する制御手段を設けたことを特徴とする内燃
   機関の吸気装置。