JPS60204919A - 内燃機関の吸気装置 - 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】 く技術分野〉 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。

く背景技術〉 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ｉｌｌを変え、これら吸
気弁１．２に通じる２つの吸気ボート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が装着された吸気ボート４に開閉弁６を
設け、アイドリング特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、燃焼の改善を図ってい
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ボートを遮断する
方式にあっては、開閉弁６下流の吸気ボート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。この部分の吸気ボート容積
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
点で吸気ボート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４００ｍｍ１ｇ程度の負圧の状態である。このため、
排気行程の末期に吸気弁２が開くと、排圧とこの負圧と
の差圧により、排気が吸気ボート４内に流入し、吸気ボ
ート４内は徘圧近くまで圧力上昇し、入り込んだ吸気ボ
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内の混合気に混しるため、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ボート４部分にオリフィス
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（までの間にこの負圧によっ
て新気を吸入させ、排気圧との差圧を小さくして続くオ
ーパーラ、プ朋間に排気が高速用吸気ボート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はアクチュエータ１０により開閉
制御され、アクチュエータｌＯへの制御圧力の供給は電
磁弁１１によって断続される。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・）目３で検出して行う。１４はアクチュエ
ータ１０の作動完了をモニターするリミットスイッチで
ある。

開閉弁６の下流の高速用吸気ボート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、オリフィス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、吸気ボート４内が負圧の条
件下では絞り弁］　５−に流側の新気がオリフィス８を
ｉｌｌって開閉弁６下流の吸気ボート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が閉し
た後、開閉弁６下流の吸気ボート４内は徐々に大気圧に
近づ（。オリフィス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６００ｒｐ−では
１７１０秒）に吸気ボート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である（オ
リフィス８０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。この排気の吸気ボート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が閉じると吸気ボート４内へのガスの出入りは
ないために９次に吸気弁２が開（までは開閉弁６下流の
吸気ボート４内圧力が大気圧の半分程度の負圧で一定に
保たれる。したがって、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
急速に吸気ボート４内に流入し、開閉弁６下流の吸気ボ
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、新気導入によって排気の逆流阻止を図った前
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
があった。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ボート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−Ｆ流圧は吸気負圧に等しくなる。このため、高
速用吸気ボート４内に新気を導入して吸気ボート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］６に漏れ、各気筒の吸気ボー
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ちので、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、もって排気の吹き返
し防止効果を高めることによリ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って下流側との圧力
差を穫力回避し、もって、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２３Ｂ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２５Ａ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、高連用の吸気弁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、ｌＨ１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
しる。

そして、低速用及び高速用吸気弁２３Ａ、２３Ｂ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２
７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、低連用マニホールド２８Ａと高連用マニホール
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に至る低連用吸気ボート３０Ａと、高速
用吸気弁２３Ｂに至る高速用吸気ボート３０Ｂとが形成
される。

前記各気筒毎の低連用、高速用の吸気ボー）３０Ａ。

３０Ｂには高速用の吸気ポート３０Ｂｌ！ｌｊにバタフ
ライ式の開閉弁３１を装着したバルブチャンバ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ィス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ャ
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の端部とノ〈ルブチャ
ンバ３２外壁とに夫々固定されたビン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
付勢力によっ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を夫々一本のロッド３６に定間隔
毎に軸支し、該口・ノド２６の一端部にリンク３７を介
してダイヤフラム式アクチュエータ３８の出力ロッド３
８ａが連結される。

前記アクチュエータ３８は、出力口・ノド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３８ｄ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
されるようになっている。

電磁負圧制御弁３９は、絞り弁２９下流の低連用マニホ
ールド２８Ｂからチェ・ツクバルブを介して吸気負圧を
導く負圧導入ボーＨ９ａをダイヤフラム３９ｂで開閉す
ることによって一定負圧を形成する定圧弁部３９Ａと、
該定圧弁部３９Ａによっ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、コントロールユニット
４０からソレノイド弁部３９　Ｂに出力されるパルスの
デユーティ比を制御することにより、制御負圧取出ボー
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ｊ共給管４１を介してアクチュエータ３８の圧力
作動室３８Ｃに供給するようになっている。

前記コントロールユニット４０４；［ｆｆｉ連用マニホ
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ィストリビュータ等から
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３９Ｂへ出力されるパルスのデ
ユーティ比を設定する。この場合、前記パルスの通電デ
ユーティ比が増大すると、制御負圧取出ボート３９Ｃ内
への大気の導入量が増大してアクチュエータ３８に供給
される制御負圧の絶対値が減少し、これに伴って出力ロ
ッド３８ａがリターンスプリング３８ｄの付勢力によっ
て徐々に延び出し、リンク３７．ロッド３６．レバー３
５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３９
Ｂへの出力をＯＦＦとしてボート３９Ｃを閉しることに
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２９が所
定開度以上開かれる高負荷運転状態となってからソレノ
イドバルブ３９Ｂへの通電デユーティ比を漸増して開閉
弁３１を徐々に開かせる。即ち、絞り弁２９．開閉弁３
１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によって検出される吸気負圧と機関回転
速度とによっ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
ット４０は電磁負圧制御弁３９のソレノイド弁３９Ｂへ
の出力をＯＦＦ　Ｃ通電デユーティ比Ｏ）とし、アクチ
ュエータ３８及びリンク３７゜ロッド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２３Ｂが閉
じた時は、開閉弁３１下流側の高速用吸気ボート３０Ｂ
は負圧状態となっており、一方、開閉弁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ット吐出側）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
たオリフィス３１ｂ下流側の高速用吸気ボー１−３０Ｂ
内に流入し、これにより高速用吸気ボー）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、高連用吸気弁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。

したがって、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
気ボート３０Ｂへの吹き返しを抑制され、大部分は排気
ボートへ排出される。

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
十分筒めることができる。

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
速用吸気ボー）３０Ｂ内の圧力のバラツキを抑制でき、
もって気筒毎の残留ガス割合が均一化して燃焼のバラ′
ンキを解消でき、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、吸気行程時には高連用吸気弁
２３Ｂが開くため、開閉弁３１下流側は吸気負圧となっ
て上流側との差圧は大となるが吸気行程は全行程の１７
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、吸気行程時は低連用吸気弁２３Ａも開いているか
ら、開閉弁３１下流の高連用吸気ボート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３７４
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にオリフィ
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にオリフィス３１ｂを設
ける場合、オリフィス３１ｂと開閉弁３１の隙間の双方
がシール性を決定するため、該シール性をチェックした
上でオリフィス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）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、コントロールユニット４０からソレノ
イド弁部３９Ｂへの１ｉｌｌ電デユーテイ比が増大して
アクチュエータ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、高連用吸気ボート３０Ｂが開１ｆｆｉ
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２３Ｂ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ンキングの発生を
抑制しつつ、慣性過給の利用と高速用吸気ポー）３０Ｂ
開通による吸気流ｊＪＩ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
速用吸気ボ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し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、フィ
トリング特等低速低負荷領域では開閉弁を閉しると共に
、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、したがって燃焼性のバ
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７１
ｚ１は同１゜実施例の要部平面図、第８図（Ａ）は同１
一実施例のバルブチャンバ部分の背面図、同図ＣＢ）は
平面図、同図（Ｃ）は右側断面図、同図（ロ）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　２３八・・・低連用吸気弁２３Ｂ
・・・高速用吸気弁　２７・・・吸気管　２８Ａ・低連
用マニホールド　２８Ｂ・・・高速用マニホールド２９
・・・絞り弁　３０Ａ・・・低速用吸気ボート３０Ｂ・
・・高速用吸気ボート３１・・・開閉弁３１ｂ・・・オ
リフィス　３５・・・レバー　３６・・・ロノＩ′３７
・・・リンク　３８・・・アクチュエータ　３９・・・
電磁負圧制御弁 特許出願人　日産自動車株式会社 代理人　弁理士　笹　島　富二雄

Claims (1)

【特許請求の範囲】
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ボート部分
   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。