JPS5828512A - 内燃機関 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発ＩＰｌ紘内燃機関の吸気装置に関する。

燃料消費率を向上する丸めの一つの方法として稀薄混合
気を用いる方法がある。しかしながら稀薄混合気は本来
火炎の伝播速度が遅く、従って燃焼速度が遅い丸めに安
定した燃焼を得るのが困難となりている０％に空燃比が
２０以上の、いわゆる超種薄混合気を用い九場合には更
に燃焼速度が遅くなるために安定した燃焼を得るのが一
層困難となる。燃焼速度を速める方法として従来よシ燃
焼室内に旋回流を発仝せしめることが知られているが、
この旋回流は強すぎるとシリンメ内壁面から逃げる熱が
多くなるために熱効率が低下し、一方弱すぎると燃焼速
度を十分に速められないために良好な燃焼が得られず、
従って旋回流には機関の種類に応じた最適の旋回流の強
さが存在することが４１明している。

本発明は空燃比が２０以上の越権薄混合気を安定して燃
焼させるのに適した強さの旋回流を燃焼室内に発生せし
めることのできる内燃機関の吸気装置を提供することに
ある。

以下、添附図面を参照して本発明の詳細な説明する。

第１図並びに第２図を参照すると、１はシリンダブロッ
ク、２はシリンダグ口、り１内で往復動するｆストン、
３紘シリンメプＤｙり１上に固定されたシリン〆へψド
、４はピストン２とシリンダへ、ド３関く形成された燃
焼室、５は吸気弁、傷はシリンダヘッド３内に形成され
たヘリカル型吸気Ｊ−）、７は排気弁、８紘シリンダヘ
ツド３内に形成された排気／−トを夫々示す。なお、図
には示さないが燃焼室４内に点火役が配置される。

第３図から第５図に第２図のヘリカルｉｍａ気−−ＦＳ
Ｏｙ＃秋を図解的に示す、このヘリカル製吸気−一ト６
は第４１ｉＫ示されるように流路軸１１ｍがわずかに彎
−した入口通路部人と、吸気弁５の弁軸周シに形成され
九渦巻ｌＩｌとによシ構成され、入ロ通路部ム杜渦巻部
ＩＫｍ線状に接続部れる。

第ｓｇ、第４ＩＱ並びに第７図に承部れるように入ロ通
路部ムＯ渦巻軸線ｂＫ近い側の側壁面９０上方側壁ＷＯ
ａ状下方を向いえ傾斜衛に形成され、ζＯ傾斜ｉ１９　
ａ　Ｏ中線渦巻ＩＩｌに近づくに従って瓜くなシ、入口
通路部ムと渦巻部ｌとの接続部において拡第７１１に承
部れるように側壁面９の全体が下方に向い九傾斜＠９ｍ
に形成される。側１１面９の上半公社吸気弁ガイド１０
（第２図）周シの吸気４−ト上壁面上に形成された円筒
状突起１１の周壁間に滑らかに接続され、−刃側壁面９
の下半分は渦巻部Ｂの渦り＃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１
３は渦巻終端部Ｃにおいて下向きの急傾斜壁ＤＫ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へ、
ド３内には入口通路部Ａから分枝されたほぼ一様断爾の
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１４の入口開口！５は入口通路部
ムの入口開口近傍において側壁１［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。更に、シリンダへ、ド３内
には分岐路１４を貫通して延びる開閉弁挿入孔１７が穿
設され、この開閉弁挿入孔１７内には夫々通路開閉弁の
作用をなすロータリ弁１８が挿入される。このロータリ
弁１８は分岐路１４内に配置されかつ第９図に示すよう
に薄板状をなす弁体１９と、弁体１９と一体形成された
弁軸２０とを具備し、この弁軸２（ｌ開閉弁挿入孔１７
内に嵌着された案内スリーブ２１によシ圓転可能に支承
される。弁軸２０は案内スリーブｚｔｏｌ［ｉｌから上
方に央出し、この央出端部にアーム２２が固着される・ 第１Ｏ図を参照すると、吸気Ｉ−トロは枝管２３を介し
て共通のサージタンク２４に接続され、更にサージタン
ク２４はエアダクト２５並びにエアクリーナ２６を介し
て大気に連通する。第２１１並びＫＩＩｉｌｏＥを参照
すると各枝管２３には吸気−一ト６内に向けて燃料を噴
射する丸めの燃料噴射弁２７が取付けられ、またエアダ
クト２５内にはアクセルペダルに連結されたスロｖ）ル
弁２Ｂが挿入される。一方、各気筒のロータリ弁１８の
アーム２２０先端部は連結ロッド２９によって互に連結
され、この連結ロッド２９は負圧メイアフラ＾装置３０
のメイア７ツム３１に固着され大制御−ツド３２に連結
基れる。負圧メイアフラム装置３０社〆イア７ラム３１
によって大気から隔離された負圧室３３を有し、との負
圧１ｉ３３内にダイアフラム押圧用圧縮ばね３４が挿入
δれる。負圧室３３Ｆｉ導管３５を介して大気漣通制御
弁３６の弁室３７に連結される。弁室３７は一方では弁
室３７からサージタンク２４内に向けてのみ流通可能な
逆止弁３８を介してサージタンク２４に連結され、他方
では大気連通ポート３９並びにエアフィルタ４０を介し
て大気に連通する。更に、大気遅過制御弁３６は電磁弁
４１を具備し、この電磁弁４１紘大気連通ｙｊ！−）３
９の開閉制御をする弁体４２と、弁体４２に連結された
可動シランジャ４３と、可動シランジャ吸引用のソレノ
イド４４から構成される。電磁弁４１のソレノイド４４
社電子制御ユニｙ）５０の出力端子に接続される。ｊ！
に、スロットル弁２ＢにはＩテンシ、メータ４５が取付
けられる。このポテンショメータ４５はスロットル弁２
８に連結されてスロットル弁２８と共に回動する摺動子
４５ｍと、固定抵抗４１５％からな）、摺動子４５＆に
はスａｙ）ル弁２８の開ｆＫ比例しえ出力電圧が発生す
る。

電子制御エニット５０はディジタルコンビ、−タからな
シ、各種の演算処理を行なうｉイクログ四セッｔ（ＭＰ
Ｕ）５１、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）５２、制
御！ログラム、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／　−）　５４並
びに出力ポート５５が双方向性パスｓ６を介して互に！
！続されている。更に、電子制御具ニット５０内には各
種のクロ、り信号を発生する夕ｏ、り発生器５７が設け
られる。

入力／　−）　５４にはサージタンク２４内の負圧を検
出するための負圧センサ５８がムＤ変換器５９を介して
接続され、更に入力／−）５４にはポテンショメータ４
５がムＤ変換器６０を介して接続される。また、入力デ
−）Ｒ５４には回転数センサ６１が接続される。負圧セ
ンサ５ｓＦｉサージタンタ２４内の負圧に比例した出力
電圧を発生し、この電圧がムＤ変換器６０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１−）５４並
びにパス５６を介してＭＰＵ　５１に入力される。ＩＩ
Ｉ！テンシ、メータ４５は前述したようにスロットル弁
２８の開直に比例した出力電圧を発生し、この電圧がム
Ｄ変換器６０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／　−）　５４並びにパス５６を介してＭ
ＰＵ　５１に入力される。一方、回転数センサ６１は機
関クランクシャフトが所定クランク角ＷＩＬ回転する毎
にノぐパスを発生し、このＩクルスが入力ポート５４並
びにパス５６を介してＭＰＵ５１に入力される。

出力／−）５５は燃料噴射弁２７と電磁弁４１とを作動
するためのデータを出力するために設けられておル、こ
の出力？−ト５５には２進数のデータがＭＰＵ　５１か
らパス５６を介して書込まれる・出力／−）５５の出力
端子は一方では電力増幅回路６２を介して電磁弁４１の
ソレノイド４４に接続され、他方ではダウンカウンタ６
３の対応する入力端子に接続される。この〆つｙカウン
タ６３はＭＰＵ　５１から書込まれた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
おシ、このダウンカウンタ６３は出力ポート５５カラ送
シ込まれたデータのダウンカウントをクロ、り発生器５
７のクロ、り信号によりて開始し、カウント値がＯ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。８−Ｒフリ。

ｆ７０．ｆ・４のリセット入力端子翼はダウンカウンタ
６３の出力端子に接続され、８−１ツリツグフ四ツブ６
４０セツト入力端子８はクロ、り発生器５７に接続され
る。このトｌフリ、プ７Ｉ２．ｆ６４はりｐ、夕発生器
５７のクロ、り信号によシメウンカウント開始と同時に
セットされ、ダウンカウント完了時に／ランカウンタ６
３のカウント完了信号によってリセットされる。従って
８−Ｒ７す、デフ０．ｆ６４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−ｉフリ
ップフＯ，ｆ＠４の出力端子Ｑは電力増幅回路６５を介
して燃料噴射弁２７に接続されておシ、従って燃料噴射
弁２７はダウンカウンタ６３がダウンカウントしている
関付勢されることがわかる。

一方、前述したように出力ポート５５の出力端子は電磁
弁４１に接続される。電磁弁４１のソレノイＹ４４−！
ｆｉ付勢されると弁体４２は大気連通／−）３９を開口
する。その結果、負圧室３３内は大気圧となるのでメイ
ア７２ム３１は圧縮ばね３４のばね力によシ下方に移動
し、斯くしてロータリ弁１８が回動せしめられて分岐路
１４を全開する。一方、電磁弁４１のソレノイド４４が
消勢されると弁体４２が大気連通／−）３９を閉鎖する
。仁のとき逆止弁３８拡吸気マ三ホルト２３内の負圧が
負圧メイアフラム装置３０の負圧室３３内の負圧よりも
大きくなると開弁じ、吸気マニホルド２ｓ内の負圧が負
圧室３３内の負圧よシも小さくなると閉弁するので弁体
４２が閉弁している限〉負圧室３３内の負圧は吸気！ニ
ホルド２５内に発生した最大負圧に一持される。負圧室
３３内に負圧が加わるとダイアフラム３１は圧縮ばね３
４に抗して上昇し、その結果ロータリ弁１８が回動せし
められて分岐路１４が閉鎖される。

第１１図はサージタリク２４内の負圧Ｐ（−一＆）と機
関回転１１ｋＮ　（ｒｐｍ　）　Ｋ対する空燃比〜乍を
示している。第１１図において図中に記載された数値は
空燃比を示しているが実際には第１１図は図中Ｋｌｅ載
され大空燃比となるような燃料噴射時間が書込まれた！
、ｆとなっている。従って機関回転数Ｎと負圧デが定壕
ると第１１図から燃料噴射時間が定まル、そのと自機間
シリンダ内に供給されゐ空燃比ｄｌｌ１１図中に記載さ
れ九数値のようｋｔｋゐ・第１１１１に示す燃料噴射時
間のマツｆＦｉ予めＲＯＭ５Ｓ内に記憶されている。第
１１ＷＡかられかるように燃料噴射量は機関回転数Ｎか
はぼ１４００１％からｆｉｆｆ３２００ｒｐｍｏ間でか
っ負圧デが＃を埋３！！Ｏｓｍ−よシ亀小畜なときに空
燃比が２雪となるように設定されている。更に、機関回
転数）ｌがＰｌば６００　ｒｐｍからほば１４００ｒシ
ーの間で唸橡関−転数Ｎが低くなるＫつれて空燃比が１
０Ｏｒνｍ轟）１２器〜２．７５づつ小さくなるように
設定されている。これ拡機関圏転数Ｎが小さくなう九場
合に空燃比が大きいとトルク変動を生じ、このトルク変
動を抑制するために機関回転黴買が小さくなるにつれて
空燃比を小さくするようにしている・一方、負圧Ｐが一
３５０ｓｗｚＨｇよ〕も大暑なときには負圧Ｐが大きく
なるにつれて空燃比が１００■Ｈｇ！！ｋｊ）１〜２づ
つ小さくなるように設定されている。これ祉負圧Ｐが大
きくなった場合に空燃比が大暑いとトルク変動を生じ、
このトルク変動を抑制するために負圧Ｐが大きくなるに
つれて空燃比を小さくするようにしている。また、機関
回転数Ｎがは）！’３２００ｒｐｍ以上では空燃比は１
００　ｒｐｍ尚シ０．５〜１．５づつ小さくなるように
設定され、それによって機関回転数Ｎが高いときに藁出
力が得られるようにしている。

第１１図の”Ｙｙグによる燃料噴射量の制御はスロット
ル弁２８の開度が第１２図の４よシも小さいときに行な
われ、スロットル弁２８の開度が第１２図の４よ〉も大
きいときにはスロットル弁２８０開度によりて燃料噴射
量の制御が行なわれる。

なお、第１２図において縦軸４はスロｔ　）ル弁２Ｂの
開度−を示しておシ、スロットル開度ｓｏ＠ａ全開状態
を示している。第１２図かられかるように一度一・紘機
関回転数Ｎが１００　Ｏｒｐｍのとき３０’〜４０・で
あ〉、機関回転数Ｎが４０００　ｒｐｒ＊のと＠ＳＯ・
〜６枦である。この開ｌＬ＃・に対応する負圧Ｐが第１
１Ｅにおいて破線Ｔで示される。従りて第１１図Ｏ破−
テよシも負圧Ｐが小さなとき、即ち第１２ｒＩＡＯ開度
４よりもスロットル弁２８の開度−が大きなときに祉ス
ロ、トル弁２８０一度にようて燃料噴射量が制御されゐ
、第１１図Ｏ破線テよ〕も負圧Ｐが小さなときに紘高出
力を得るために負圧デが小さくなるに従って空燃比が急
１ｋＫ減少せしめられ、従って負圧Ｐかわずかげか〕変
化すると空燃比が大きく変化するので空燃比を負圧デに
応じて炭化させると細か々制御が難かしくなる。斯くし
て第１１１図の破線〒よシも負圧Ｐが小さなときにはス
ロットル弁２８の開度−によって燃料噴射量の制御が行
なわれる。なお、第１２１１において実線４で示される
機関回転数Ｘとスロットル弁開度−の関係は予めＲＯＭ
５３内に記憶されている。

第１３図紘スｐットル弁２８のｌ１ｆ１に−と機関回転
数ＮＫ対する空燃比〜乍を示している。第１３図におい
て図中に記載され良数値は空燃比を示しているが実際に
は第１３図は図中に記載され大空燃比となるような燃料
噴射時間が書込まれたマ。

ゾとなりている。従って機関回転数Ｎとスロットル弁開
度−が定まると第１３図から燃料噴射時間が定マシ、そ
のとき機関シリンダ内に供給される空燃比は第１３図中
に記載された数値のようになる。第１３図に示す燃料噴
射時間のマ、′ｆは予めＲＯＭ　５３内に記憶されてい
る。第１３図かられかるように燃料噴射量はスロットル
弁開度θが大きくなるにつれて空燃比が小さくなるよう
に設定されておシ、スロットル弁２８が全開したときに
は空燃比は１２．５程度となる。

次いで第１５図を参照して燃料噴射制御について説明す
る。第１５図を参照すると、まず始めにステップフＯに
おいて回転数センサ６１の出力信号がＭＰＵ　５１に入
力されて機関回転数Ｎが計算される。次いでステラ７”
７１においてスロットル弁開度−を表わすＩテンシ、メ
ータ４５の出力信号が野υ５１に入力され、次いでステ
、グア２において負圧Ｐを聚わす負圧センサ５８の出力
信号がＭＰｏ　５１　Ｋ入力される０次いでステ、プ７
３においてス賞、トル開度−と機関回転数ＮとＫよシ定
まる第１２Ｅの点Ｑ　（Ｎ）が菖１２図の開度４よシも
大きいか否かが判別される。ステ、ｆ７３においてｅ　
（Ｎ）が開Ｊ［ａｏよシも大きくないと判別されたとき
祉ステ、ｆ７４に進んで第１１ｗＪＫ示すマツダから燃
料噴射時間丁が計算され、次い、でステ、ｆ７５ＫＩＩ
ｉむ、一方、ステツブ７３においテＱ（Ｎ）が開度０ｏ
よシも大きいと判別されたときはステ、ｆ７６に進んで
館１３図に示すマ、ｆから燃料噴射時間〒が計算され、
次いでステ、ｆ７５に進む、ステ、プ７５ではステ、ｆ
７４或いはステ９ｆ’１６において求められた燃料噴射
時間テに対応する駆動データを出力４−　ト５５に書込
み１この燃料噴射時間〒だけ燃料噴射弁２７から燃料が
噴射される。従って機関シリンダ内には第１１図或いは
第１３図に示すような空燃比の混合気が供給逼れる。

第１４図は電磁弁４１を作動すべき機関回転数Ｎ　（ｒ
ｐｍ　）とサージタンク２４内の負圧ｐ（−ｓｍＩ［ｇ
）との関係を示してお）、この関係鉱予めＲＯＭ　５３
内に記憶されている。電磁弁４１は１８１４図の実線Ｗ
よりも上方゛のハツチングで示される領域で付勢される
。第１４図の実１ＩｉｌＷはほぼ吸入空気量が一定のと
ころを示しており、従って吸入空気量が所定量以上にな
るとソレノイド４４を付勢すべきデータが出力−一部５
５に書込まれてソレノイド４４が付勢される。ソレノイ
ｌ’４４が付勢されるとロータリ弁１８が分岐路１４を
全開する。

従うて吸入空気量が多いときにはロータリ弁１８が分岐
路１４を全開し、一方吸入空気量が少ないとＩＫはロー
タリ弁１８が分岐路１４を閉鎖することがわかる。

上述した、ように吸入９気量の少ない機関低速低負荷運
転時にはロータリ弁１８が分岐路１４を鐘断している。

とのとき入口通路部Ａ内に送シ込まれた吸入空気は渦巻
部ＢＯ上壁面１３に沿って旋回しりつ渦巻部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。第１６図は
スワール比ｇ（クランク角ｆ３６０度娼シの燃焼室内に
おける旋回流の旋回数）と燃料消費率Ｑとの関係を示す
・第１６図かられかるように空燃比が２２のよ５な超種
薄混合気を用いた場合にはスワール比がほぼ１．５から
３の範囲て燃料消費率ｑが低く、ヒれ以上スワール比８
が大きくなっても小さくなっても燃料消費率が悪化する
０本発明に係るヘリカルｍ吸気／−）では１．５から３
の範囲のスワール比が得られ、斯くして超種薄混合気で
も安定した燃焼を得ることができる。

一方、吸入空気量が多い機関高速高負荷運転時にはｐ−
タリク１８が開弁するので入ロ通路部ム内に送ル込まれ
た吸入空気の一部が流れ抵抗の小さな分岐路１４を介し
て渦巻部Ｂ内に送シ込まれ石０分岐路１４から渦巻部す
内に流入した吸入空気は入口通路部Ａから渦巻部Ｂ内に
流入して旋回しつつ流れる吸入空気流を減速させる作用
をなすので旋回流が弱められる。このように機関高速高
負荷運転時にはロータリ弁１８が開弁することによりて
全体の流路面積が増大するばかシでなく旋回流が弱めら
れるので高い充填効率を確保でき、斯くして高出力を得
ることができる。また、入口通路部ムに傾斜側壁部９ａ
を設けることによって入ロ通路部ム内に送シ込まれ九吸
入空気の一部は下向きの力を与えられ、その結果この吸
入空気は旋回するととなく入口通路部ムの下壁面に沿っ
て渦巻部Ｂ内に流入するために流入抵抗は小さくなシ、
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。

以上述べたように本発明によれば燃焼室内にスワール比
が１．５から３の最適な旋回流が発生せしめられるので
空燃比が２２程度の超檜薄混合気を用いても安定した燃
焼を得ることができる。更に機関回転数が低いとき、並
びに吸気通路内負圧が大きいときＫは空燃比が減少せし
められるのでトルク変動を抑制でき、良好な運転性を確
保することができる。また、機関高速高負荷運転時には
空燃比が減少せしめられるので高出力を得ることができ
、更にロータリ弁が開弁することによって充填効率が高
くなるので機関出力を一層高めることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る内燃機関の平面図、第２図は第１
図の１−１線に沿ってみた断面図、第３図はヘリカル置
吸気−−トの形状をす斜視図、第４ｍは第３＠（１）平
面図、第５図唸第３図の分岐路に沿りて切断し九個面断
面図、第６図は第４図のＶｌ−１１１１１に沿ってみえ
断面図、第７図は第４図の■−■線に沿りてみた断面図
、第８図は第４図の■−■−に沿りてみ九断藺図、第９
図はロータリ弁Ｏ斜視図、第１０図は吸気装置の全体図
、第１１図はサージタンク内の負圧と機関回転数によっ
て定まる空燃比を示す図、第１２図はスロヂトル弁開度
制御に切換わるスｓｗｙ）ル開度を示す図、第１＄１ｉ
はスロートル弁開度と機関回転数によって定ま為空燃比
を示す図、第１４５！ｌは開閉弁Ｏ開弁領域を示す図、
第１５図線燃料噴射制御の作動を示す７−−チヤート、
第１６図は燃料消費率とスワール比とＯ関係を示すグラ
フである。 ６−ヘリカル臘吸気４−ト、２４−・サージタンク、２
７−・燃料噴射弁、２８・・・スロットル弁、５８・・
・負圧センサ、６１−・・回転数センサ。 特許出願人 ト目夕自動車工業株式会社 特許出原代理人 弁理士　　青　木　　　朗 弁理士　　西；舘　和　之 弁理士　　★　１）正　行 弁理士　　山　口　昭　之 第１回 η１ 第４回 第５回 第６０　　　　第７回 第８１！ｌ　　　第９回 第１２０ Ｎ（ｒ、ｐ、ｍ） 第１３ｙＪ 第１４回 第１５Ｔ：ｆＪ −一一一一」 第１６回 １　　　２　　５　　　　ｓ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ４１ｇ１関回転数並びに吸気通路内負圧に応動して機関
   回転数がほぼ１４００　ｒｐｍ以上でかつ吸気通路内負
   圧’ｌ）’ａ＃′！１′−５０ｍ１１ｇかｂＦｔｊ’！
   Ｉ’−３５０ｍｕｇのときに一定空燃比の稀薄混合気を
   形成し、機関−転数がほぼ１４０Ｏｒｐｍ以下のときに
   は機関１転数が減少するにつれて、混合気の空燃□比を
   小さくシ、吸気通路内負圧がは埋−５０ｍＨｇよシ亀小
   さなときＫＦｉ吸気通路内員圧が小さくなるにつれて混
   合気Ｏ空燃比を小さくするようＫした燃料供給装置を具
   備し、更に吸気／−）をヘリカル型に形成した内燃機関
   の吸気装置。