JPS6025604B2 - 内燃機関の吸気制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、吸気弁を介して燃焼室へ連なる主吸気通路
の吸気弁近傍に閉口する比較的小蓬の副吸気通路を設け
、そこから燃焼室内へ噴出する高速の気流によって燃焼
室の吸気に激しい乱れを与えて燃焼を改良する方法に関
する。

従来、吸気弁近傍の主吸気通路内に開口する副吸気通路
を備えた機関は数多く知られている（例えば実関昭５２
−１３５７０５号公報、実関昭５２−１４１５０４号公
報、及び実閥昭５２一１４７８０７号公報など）。

然しながら、これらの機関の大部分は層状給気を得るこ
と、低温始動性を向上させること、或し、は吸気遍路の
壁面へ付着する燃料を減ずることを目的とするものであ
った。本発明は副吸気通路を通して燃焼室へ送られる細
く且つ高速の吸気流が燃焼室内に高速の渦流や乱流を生
じる点に着目して、副吸気通路を燃焼の改善の目的で再
構成し、しかも自動車用内燃機関のように負荷の大きさ
や運転速度が大きく変化する機関として用いたとき燃料
の消費が少〈且つ燃焼が安定した円滑な運転が得られる
構成が簡単な機関を得ることを目的とする。

以下、本発明を実施例によって説明すると、１はエンジ
ン本体でシリンダ２、シリンダヘッド３及びピストン４
によってピストン頂面に燃焼室５を構成している。

６は排気弁７を通して燃焼室５から導かれる排気通路、
８は吸気弁９を介して燃焼室５に薫る主吸気通路である
。

なお、動弁機構は従来と何等異るところがないので説明
を省略する。１ １は副吸気通路で一端は主吸気通路８
内の吸気弁９近傍に燃焼室５方向へ指向して閉口してい
る。

副吸気速路１ １には人為的に開閉操作される絞り弁１
２が設けられている。１３は制御弁で主吸気運路に設け
られており、機関負荷の大小に関連して開閉制御される
。

即ち、第１４図に示すように絞り弁１２下流の吸気員圧
によって制御されるのが好ましい。制御弁１３はその支
軸１３ａにアーム１３ｂを固設し、アーム１３ｂはロッ
ド１４を介して制御弁１３を開閉制御する作動手段たる
ダイアフラム装置１５に連結してある。ダイアフラム装
置１５は第３図に示すように容器１５ａ内を弾膜１５ｂ
によって区画し、その一側に負圧室１５ｃと他側に大気
室１５ｄとが設けられている。負圧室１５ｃは通路１６
を通して絞り弁１２下流の副吸気通路１１内の圧力を受
ける。

一方、大気室１５ｄはダクト１７を通して圧力応動切換
弁１８に連なる。

圧力応動切換弁１８はその信号ボート２２に通路１６か
ら絞り弁１２下流の吸気負圧を受け、エンジンの停止中
あるいは高負荷運転時には前記ダクト１７を負圧ボート
１８ａに接続し、アィドリング運転を含む低中負荷運転
時には大気に通じる大気ボート１８ｂに接続する。なお
、負圧ボート１８ａは逆止弁１９を介して副吸気通路１
１のエンジン本体１側に接近した部分に接続される。

従って、第１４図に示すように本例では−４５仇奴Ｈｇ
より大きい吸気員圧が発生する低負荷運転城では制御弁
１３の関度は全閉に保たれる。そして負荷が増加し吸気
負圧が低下すると、一１３０〜一４５比吻Ｈｇの間では
制御弁１ ３は吸気負圧に応じて開閉されるが、絞り弁
１２が全開近くの高開度に開弁されると吸気負圧が極端
に低下するので圧力応動切換弁１８が作動して、大気室
１５ｄに通じるダクト１７を大気ボート１８ｂから、負
圧ボート１８ａに選択切襖するため、大気室１５ｄ内に
吸気弁９近くの吸気負圧が作用し、弾膜１５ｂはばね１
５ｇの弾力で制御弁１３を急速に全開する。

制御弁１３を吸気員圧に関連させて第１４図に示す特性
に開閉する手段はこの例に限らない。

即ち、第１５図ａに示すような普通の形式のダイアフラ
ム装置を用い、そのばね１酸の特性を非線型としてもよ
い。非線型とする手段もコイルバネのピッチを不等ピッ
チとしたりコイルバネ径を不等径とするなど自由に選択
できる。

なお、第１５図ｂはリンク機構を用いて所望の特性を得
るようにしたもので、同図中アーム１３ｂはばね１酸と
共働するコイルバネ１３ｃが連結されている。ばね１３
ｃはストツパ１０１こ一端を固定され、アーム１３ｂに
連結された他端が、アーム１３ｂの回動に伴って、アー
ム１３ｂの軸１３ａを横断し、従って第１５図ｂ中一点
鎖線Ｌ−Ｌより左側に他端が位置するときはばね１３ｃ
はその弾力によりアーム１３ｂを反時計方向に回動する
よう作用し、Ｌ−Ｌより右側に他端が位置するときはア
ーム１３ｂを時計方向に回敷するよう作用する。

従って絞り弁下流の吸気負圧が第１４図の例で−１３０
〜４５仇舷Ｈｇにあるときは磯膜１５ｂの作用でコイル
バネ１３ｃの他端は鎖線Ｌ−Ｌより左側に位置し、従っ
てばね１錐による制御弁１３の関弁力はコイルバネ１３
ｃによって減殺されている。そして負荷が更に増し吸気
負圧が−１３仇舷Ｈｇまで低下すると、それまで鎖線Ｌ
−Ｌの左側にあったコイルバネ１３ｃの池端が右側に移
り１まね１５ｇの弾力にコイルバネ１３ｃの弾力が重畳
され吸気負圧の僅かな低下で制御弁１３は急速に開かれ
る。

この状態を第１５図ｂ中に二点鎖線でアーム１３ｂによ
って示してある。次に、副吸気通路１１と主吸気通路８
の構成を説明する。

副吸気通路１１は各気筒毎に分岐された断面積の小さい
ノズル部１１ａと気筒の配列方向に伸びる分岐部１１ｂ
及びその上流に蓮る吸気部１１ｃとからなり、吸気部１
１ｃは吸入空気量を計量する流量計２３を通して大気中
に閉口している。なお、２０‘ま副吸気通路１１に設け
た絞り弁１２の弁胴２０と流量計２３との間はゴムなど
弾性材からなる連結管２４で連結してある。主吸気通路
８は制御弁１３の上流側において副吸気通路１１の絞り
弁下流側に連結されている。従って制御弁１３の開閉は
吸入空気量に大きく関係しないので、副吸気通路１１を
流れる吸気の制御にのみ用いられると考えて大きな誤り
はない。４３は制御弁１３の弁胴で絞り弁下流の吸気負
圧取出口１６ａと排気通路６から既燃ガスの一部を還流
させるための通路５１が設けられている。

８ａは主吸気通路８を制御弁下流において各気筒毎に分
岐するマニホ−ルドを兼ねた吸気膨張室である。

８ｂは各主吸気通路毎に燃料噴射ノズル２５を付設する
吸気管ブロックで、副吸気通路の分岐部１ １ｂも設け
てある。

第１〜２図において燃焼室５は２球式燃焼室でスキッシ
ュ効果によって燃焼室内の乱流を増強することができる
。

しかし、副吸気運路のノズル部１１ａから高速で吹き出
す副吸気の速度が燃焼室内で急速に減衰することのない
ように第４図ａ，ｂに示すように、ノズル部１１ａの噴
出方向に位置するスキッシュェリアは除去してもよい。
また同図ｂのように点火栓を配置すると吸気弁９を通し
て燃焼室５内へ流入した混合気が、燃焼室内において図
中矢印で示すように反時計方向に旋回し、高温に熱せら
れた排気弁の表面に沿って流れるため、排気弁７の熱で
混合気中の燃料微粒の気化が促進せられ、次いで点火栓
２６に達するので、着火性が向上し、且つ空燃比も安定
性が増す。以上に燃料噴射式機関へ本発明を実施した例
について説明したが、必ずしもそれに限らず気化器式の
機関にも実施することができる。

その例を第７図に示した。

同図において４１は吸気マニホールド、４２は気化器で
、両者間に制御弁１３の弁耳同４３が挟持されている。
気化器４２はいわゆるコンパウンド形であり、上部８同
４２ａと下部胴４２ｂとからなる。

両胴４２ａ，４２ｂには人為的に開閉操作される一次絞
り弁１２を備えたプラィマリ通路４４と二次絞り弁１２
ａを備えたセコンダリ通路４５とが形成されている。４
６はチョーク弁、４７，４７は燃料暖□である。

５１は排気通路６と吸気通路８との間を排気還流制御弁
５２を介して蓮適する排気還流路である。

排気還流制御弁５２は弁部５３、ダイアフラム式の作動
部５４からなっている。作動部５４は通路５５を通して
負圧源５６に連結されている。５６ａは負圧源５６内へ
吸気負圧を導入するための逆止弁である。

５７は通路５５に設けた制御弁装置で従来”ＥＣＲ増幅
器″と呼ばれる公知の装置であり、詳細な説明は省略す
る。

５８は制御弁装置５７の入力信号通路である。

装置５７は信号通路５８によって導かれる負圧の大小に
応じて通路５５を断続する。即ちアィドリング運転と高
出力運転中還流制御弁５２を閉じるように制御する。ま
た５９も信号通路でこれによって導かれる吸気負圧の大
小に応じて通路５５の通路低抗を変化させ、弁部５３の
関度を調節して吸気中に所望の割合の既燃ガスが混入す
るよう制御する。以上既燃ガスの一部を排気通路６から
吸気通路８へ還流する技術は特に新しいものではないが
、既燃ガスの還流量は制御弁１３の作動、換言すれば副
吸気の流量の大小を考慮する必要がある。第６図ａ，ｂ
は絞り弁１２と制御弁１３との距離も短縮し、吸気系が
制御弁１３の付設に伴って長大化しないように工夫した
もので、両弁１２，１３の開弁時に蝶弁の片側が互に重
合するよう構成したものでａは両軸が上下方向にもｈだ
けオフセツトしたもの、ｂはオフセットのないものであ
る。

第８図は本発明の他の実施例を示すものである。

既に説明した部分と共通する点は図中同一符号を付し、
その説明を省略する。同図に示す機関は先に説明した機
関と比べ主吸気通路８の上流端が副吸気通路とは全て独
立して大気に通じている点が大きく相違している。

従って本例では制御弁１３の開閉は副吸気の流量に影響
を及ぼすのみならず総吸入空気量にも影響が及ぶ。そこ
で本例では絞り弁１２の開度に比し制御弁１３の開度が
過大とならないように関度制限手段が設けてある。関度
制限手段は絞り弁１２の弁軸１２ａに固設したアーム１
２ｂと制御弁１３の弁軸１３ａに固設したアーム１３ｃ
との間に稿架したロッド６１からなり、。ツド６１はア
ーム１３ｃに穿設した長孔１３ｄ内に遊動可動に固定さ
れ、いわゆるロストモーション機構を構成している。そ
して制御弁１３は絞り弁１２の関度に応じて設定される
範囲内にて独自に開閉するが、それを越えて大きく開弁
することはできない。次に上記実施例に示した機関の作
動を説明する。

第１図、第７図及び第８図に示した各種機関はいづれも
アィドリング運転状態を示している。

即ち、エンジンは停止中ダイアフラム装置１５に吸気負
圧を及ぼすことがないので、弾膜１５ｂを押圧するばね
１斑の弾力で制御弁１３は開弁状態に保たれる。そして
冷間始動時に供給された燃料が壁面に沿って燃焼室５へ
流れるのを遮えぎることがないようにし、短時間のクラ
ンキングで機関を始動できるようにした。エンジンが始
動すると絞り弁１２下流の副吸気通路１１内負圧が通路
１６を通してダイアフラム装置１５の負圧室１５ｃ内に
作用する。このとき吸気負圧は氏力応動切襖弁１８にも
作用し大気室１５ｄ内には大気圧が作用している。その
ため弾膜１５ｂはばね１舷に抗して制御弁１３を閉じて
いる。そしてこの状態は所定の低負荷運転中継線する。
そのため少〈とも吸気の一部は副吸気通路１１を経て、
その出口側である小断面積のノズル部１１ａから主吸気
通路８内に噴出し、吸気弁９が関弁する吸気行程中燃焼
室５内へ高速で流入する。このとき制御弁１３の最小関
度はノズル部１１ａとの関連により、制御弁全開時に燃
焼室５内に生じる渦流より高速となるよう設定するのが
好ましく、具体的には２０ｏ以下であることが望ましい
。

この副吸気流によって、燃焼室５内に渦流や乱流が生成
され、あるいは高速化される結果燃焼が安定し、失火や
燃焼不良が少なくなる。このことは本願発明者の発明に
係る持関昭５４一６９６１９号の明細書で説明してある
。その結果燃料の無用の消費が減少する効果も生じる。
機関出力を増すべく絞り弁１２の開度を増大すると副吸
気通路１１を通して燃焼室へ供給される吸気の流量が増
加し、渦流や乱流は一層強化される。

然しながら前記したようにノズル部１１ａの断面積はア
ィドリング運転中でも燃焼室５内にかなり高速な船流を
生じるよう絞られているので、副吸気流量の増大ととも
にノズル部１１ａにおける絞り損失が増し、副吸気の流
速上昇の割合に比して燃料消費量が減少しなくなる。そ
こでこのような状態まで出力が高められたところで制御
弁１３の関度を増すべくダイアフラム装置１５が設けら
れている。即ち、絞り弁１２が開かれると絞り弁１２下
流の吸気負圧は低下し、それが通路１６を通して負圧室
１５ｃに作用し、弾膜１５ｂはばね１５ｇと釣合う位置
まで制御弁１３を開き、副吸気通路１１の絞り損失の影
響が少くなる。こ）で制御弁１３の閥度が少な過ぎると
きは燃料消費量の低下は免れず大き過ぎるときは副吸気
流による燃焼改善の効果が弱化して燃焼の安定が損われ
る傾向を生じる。この関係を第１３図によって説明する
と図中破線Ａは燃料消費と燃焼安定とを同時に満足する
負荷と制御弁１３の関度との関係を示す。この例におい
て、機関に自動車を４０物／日で走行させるのに必要な
量の負荷、いわゆる４０舵／Ｈ道路負荷を議したとき制
御弁１３の関度が９ｏより大きく開く程燃料消費が向上
する反面燃焼の安定性が低下する傾向を生じ、逆に９ｏ
より小さく開く程燃料消費が増加する反面、燃焼が安定
する傾向を生じる。そして制御弁を３５ｏ以上に大きく
開くときは副吸気通路１１による渦流や乱流の生成作用
が燃料消費や燃焼安定に影響を及ぼさなくなることがわ
かる。もっともこの図は特定の機関について得たもので
、一例に過ぎず破線の懐きや曲りは設計される鏡に相違
するものである。次に高速走行中や登坂中の加速のよう
に機関に大きな負荷が課せられる場合を説明する。絞り
弁１２が大きく開かれ、絞り弁１２下流の吸気負圧が減
少して大気圧に近くなると、前記したように圧力応動弁
１８の作用によって制御弁１３が全開する。その結果主
吸気通路８の通気抵抗が最少となり、大量の吸気が流れ
ても制御弁１３を付設したことに伴う損失が少ないので
燃料消費の悪化が回避できる。本発明は以上説明したよ
うに吸気弁を介して燃焼室へ連なる主吸気通路に手動操
作される絞り弁と、その下流側に設けられ作動手段によ
り機関負荷の大小に関連して自動的に開閉制御される制
御弁とを備え、絞り弁と制御弁その間の主吸気通路を分
岐して前記制御弁を側路し、吸気弁近傍の吸気通路内壁
に燃焼室方向を指向して開□する副吸気通路を設けた内
燃機関において、前記制御弁をアィドリング運転から低
負荷運転域にかけて一定の最少関度に保つと共に、前記
作動手段により、エンジンに予定以上の負荷がかけられ
たときに、絞り弁に先立って全開するように制御するも
のである。

よって機関のアィドリング運転から低負荷運転城にかけ
ての、副吸気通路の断面積に比し副吸気流量が少ない間
は主吸気通路の気流が遮断され、高速の副吸気流が得ら
れるので、それが細い高速の気流となって燃焼室内へ吹
き込み、燃焼室内の渦流や乱流を高速に加速して燃焼の
安定を図り、もって燃料消費の向上が図られる。また、
予定以上の高負荷域では充填効率の向上に伴い燃焼室内
に高速の渦流や乱流が生じ、燃焼の安定や燃料消費の向
上がなされるから、このときは、出力増大のため制御弁
を急速に開き、絞り弁に先立って全開させるから、制御
弁の存在に起因する吸気通路の通気抵抗を減ずることが
出来、出力の損失が減少して燃料消費量が向上する。

従って自動車機関のようにアィドリング運転から全力運
転まで広く変化する出力域と速度城とを有する機関にお
いて、その全域において安定な燃焼と燃焼改善に伴う燃
料消費の低減が果し得る効果を有する。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例を示すもので第１図は本発明を
実施した内燃機関の断面図、第２図はその０−ロ断面、
第３図は要部の拡大図である。 第４図は第２図と同様の断面を示す部分裁断図である。
第５図は第１図中Ｖ−Ｖ断面を示す。第６図は第１図に
示した内燃機関の要部の変形例を示す断面図である。第
７図は本発明を実施した他の内燃機関を示す断面図であ
り、第８図は本発明を実施した更に他の内燃機関を示す
断面図であり、第９図はその要部の作動を示す断面図で
ある。第１０図は第９図中Ｘ−Ｘ断面図であり、第１１
図は第１０図に示した機関の平面図であり、第１２図は
その要部を示す一部の側面図である。第１３図及び第１
４図は本発明機関の作動を説明するグラフである。第１
５図は第１図に示す機関の要部の変形例を示す側面図で
ある。１・・・・・・エンジン本体、５・・・・・・燃
焼室、８・・・・・・吸気通路、９・・・・・・吸気弁
、１１・・・・・・副吸気通路、１２・・・・・・絞り
弁、１３・・・…制御弁、１５・・・・・・ダイアフラ
ム装置。 第３図 図 妃 第２図 第４図 第／３図 弟ノ４図 第４図 策？図 図 い 駅 第６図 図 ト 船 図 瓜 験 図 〇 船 図 球 図 Ｎ 職 兼！５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 吸気弁を介して燃焼室へ連なる主吸気通路に手動操
   作される絞り弁と、その下流側に設けられ作動手段によ
   り機関負荷の大小に関係して自動的に開閉制御される制
   御弁とを備え、絞り弁と制御弁との間の主吸気通路を分
   岐して前記制御弁を側路し、吸気弁近傍の吸気通路内壁
   に燃焼室方向を指向して開口する副吸気通路を設けた内
   燃機関において、前記制御弁をアイドリング運転から低
   負荷運転域にかけて一定の最少開度に保つと共に、前記
   作動手段により、エンジンに予定以上の負荷がかけられ
   たときに、絞り弁に先立つて全開するように制御するこ
   とを特徴とする内燃機関の吸気制御方法。 ２ 作動手段は絞り弁下流の吸気負圧に応動するダイア
   フラムである特許請求の範囲第１項記載の内燃機関の吸
   気制御方法。