JPS61286526A - 内燃機関の吸・排気弁装置 - 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】 〈産業上の利用分野〉 本発明は気筒毎に２つの吸気弁を備える内燃機関の吸・
排気弁装置に関する。

〈従来の技術〉 内燃機関の吸・排気弁装置の従来例として、第７図及び
第８図に示すようなものがある（特公昭４７−３１７２
４号公報及び特願昭５８−２２５３５６号参照）。

すなわち、機関の各気筒には第１吸気弁ＬＡ。

第２吸気弁ＩＢ及び第１．第２排気弁２Ａ、２Ｂが設け
られており、吸気ポートは第１吸気ポート３Ａと第２吸
気ボー１−３Ｂに分けられ、第２吸気ポート３Ｂには開
閉弁４が設けられている。開閉弁４は低速あるいは部分
負荷領域（以下低速域と称す）等機関運転条件を検出す
る制御回路（図示せず）により電磁弁（図示せず）から
の制御負圧により作動するアクチュエータ（図示せず）
によって開閉制御される。そして、低速域ではこの開閉
弁４を閉じることにより第２吸気弁ＩＢを事実上聞じた
のと同様の効果を与え一方から吸気を導入してスワール
を形成すると共に排気の吹返しを防止している。中・高
速・高負荷領域（以下中・高速域と称す）ではこの開閉
弁４を開き、第１及び第２吸気弁ＬＡ、ＩＢの双方から
吸気を導入し、吸気充填効率を確保する。開閉弁４は常
用運転領域では開弁する頻度は小さいため、安定した空
燃比、応答性を得るために燃料噴射弁５は常時第１吸気
弁ＩＡを介して燃焼室６に吸気を導入する第１吸気ポー
ト３Ａ側に設けである。７は点火プラグである。第８図
は第１．第２吸気弁ＩＡ、ＩＢ及び第１．第２排気弁２
Ａ、２Ｂのリフト特性である。第１．第２排気弁２Ａ、
２Ｂは同一のリフト特性であるが、第１吸気弁ＩＡのリ
フト特性は第２吸気弁ＩＢのリフト特性と比較すると、
開時期は遅（、閉時期は早く、作動角、最大リフト量共
に小さくなっており第１吸気弁ＩＡを低速用とすれば第
２吸気弁ＩＢは高速用のリフト特性となっている。

この構成によれば、低速域においては開閉弁４を閉じて
、第１吸気ポー）３Ａ側からのみ吸気を行い、第１吸気
弁ＩＡのリフト特性を生かしてスワール強化による燃費
・安定度向上の他、低速のトルク向上効果を図ると共に
、高速域においては開閉弁４を開弁して、第２吸気ポー
ト３Ｂ側からも吸気を行い、高速の特性に設定された第
２吸気弁ＩＢのリフト特性を生かして充分な充填効率を
確保するようにしている。

〈発明が解決しようとする問題点〉 ところで、上記従来の吸・排気弁装置においては、開閉
弁４下流の容積を種々の制約から小さくすることができ
ずその容積がシリンダ容積の１５〜２０％程度になるし
、特にアイドリング運転時等においては圧縮行程の初期
に第２吸気弁ＩＢが閉じた時点で開閉弁４下流の第２吸
気ポート３Ｂ内が４００ｍｍ＋Ｉ（ｇ程度の負圧となっ
て排気行程末期に第２吸気弁ＩＢが開くと、排気と前記
混合気との圧力差により排気が第２吸気ボー）３Ｂ内に
流入してしまう。このため開閉弁４による排気吹返しの
抑制効果が少ない。このとき開閉弁４はスワールによる
燃焼速度の向上に効果的なだけである。

一方、開閉弁４が開く中・高速域においては第８図に示
すように第１吸気弁ＩＡのバルブリフト量が第２吸気弁
ＩＢのリフ）！より小さく設定されかつ第１吸気弁ＩＡ
の開弁時期が第２吸気弁ＩＢより遅（設定されているた
め、第１吸気弁ＩＡを介して燃焼室６に導入される吸気
量は第２吸気弁ＩＢ側に比べて極めて小さくなり特に燃
料噴射弁５からの燃料を供給する第１吸気ポート３Ａの
吸気流速が燃料の気化、霧化に充分な流速とならず混合
気形成上好ましくない。

ところで、良好な混合気形成を確保するには第１吸気弁
ＩＡを第２吸気弁ＩＢより早く開弁させるのが好ましい
が、それら吸気弁ＩＡ、ＩＢの開弁時期の差を大きくす
ると、吸気充填効率が低下する。また、排気吹返し量が
大きいと吸気充填効率も低下する。

本発明はこのような実状に鑑みてなされたもので２つの
吸気弁の開弁時期を逆にして混合気形成を図ると共に排
気吹返し量を低減して吸気充填効率を高めるためにそれ
ら吸気弁の開弁時期と排気弁とが共に開弁するバルブオ
ーバーラツプ期間及び第１吸気弁と第２吸気弁の開弁時
期の差とに関し、それらの限度を知ることを目的とする
。

く問題点を解決するための手段〉 このため、本発明は主として燃料が供給される吸気ポー
トに介装される第１吸気弁の開弁時期を第２吸気弁の開
弁時期より位相差αをもって早く開弁させ、かつ第１吸
気弁と排気弁とが共に開弁するバルブオーバーラツプ期
間θ。に対しα≦１／２θ０を満足する位相差αに設定
するようにした。

く作用〉 このように２つの吸気弁の位相差αを設定することによ
り、残留ガス濃度の低減化を図りつつ、両吸気弁を介し
て充分な吸気を燃焼室に導入させ、充分な吸気充填効率
を図り、また燃料が供給される第１吸気弁を早く開弁さ
せ良好な混合気形成とを確保するようにした。

〈実施例〉 以下に、本発明の一実施例を第１図及び第２図に基づい
て説明する。

図において、内燃機関の各気筒には第１及び第２吸気弁
１１Ａ、ＩＩＢを夫々介装した第１及び第２吸気ボー）
１２Ａ、１２Ｂが設けられ、第２吸気ポート１２Ｂの上
流端部には開閉弁１３が設けられている。

また、前記第１及び第２吸気弁１１Ａ、ＩＩＢに夫々対
向させて第１及び第２排気弁１４Ａ、１４Ｂが第１及び
第２排気ポート１５Ａ、１５Ｂに夫々介装されている。

前記開閉弁１３は、従来例と同様に低速域で閉弁し中・
高速域で開弁するように構成されている。

前記第１吸気弁１１Ａの開・閉時期は吸入行程の上死点
前２０”付近で開き始め圧縮行程の下死点後５０°付近
で閉じるように設定され、第２吸気弁１１Ｂの開・閉時
期は吸入行程の上死点前１６°付近で開き始め圧縮行程
の下死点後５８°付近で閉じるように設定されている（
第２図参照）、また、第１及び第２排気弁１４Ａ、１４
Ｂの開・閉時期は共に膨張行程の下死点前５０°付近で
開き始め吸入行程の上死点後４°付近で閉じるように設
定されている（第２図参照）。また、第１及び第２吸気
弁１１Ａ。

１１Ｂのカム特性曲線はカム特性上略相似形となってい
るため第１吸気弁１１Ａの最大リフト量は第２吸気弁１
１Ｂに較べ大きくなっている。

尚、１６は第１吸気ポート１２Ａに向けて燃料を噴射す
る燃料供給装置としての燃料噴射弁、１７は燃焼室、１
８は点火プラグである。

次に、第１吸気弁１１Ａと第２吸気弁１１Ｂとの開弁時
期の位相差と、早く開弁する第１吸気弁１１Ａと第１及
び第２排気弁１４Ａ、１４Ｂが共に開弁するバルブオー
バーラツプ期間と、の変化に対する排気吹返し流量の変
化を、圧縮性流体（排気）の断熱変化として次式により
得られた結果を第３図〜第６図に基づいて説明する。

すなわち、単位クランク角度に対する排気吹返し流量Ｇ
は により得られる。

上式において、ａ、は第１及び第２排気弁１４Ａ。

１４Ｂの有効開口面積、ａ２は第１及び第２吸気弁１１
Ａ、ＩＩＢの有効開口面積、Ｐｌは第１及び第２排気ポ
ー）１５Ａ、１５Ｂの排気圧力（ここでは大気圧力に設
定する）、Ｐ２は燃焼室１７の圧力、Ｐ３は第１及び第
２吸気ポート１２Ａ、１２Ｂの吸気圧力（ここでは−５
００＋＋１ｌＨＨに設定する）、ｇは重力加速度、ｋは
排気の比熱比、ｖ、、ｖｚは夫々燃焼室と各ポートとの
比容積である。

まず、かかる計算において、第１吸気弁１１Ａの開弁時
期と第１及び第２排気弁１４Ａ、　１４Ｂの閉弁時期と
を略一定に保持させそれらのバルブオーバーラツプ期間
をθ。（第２図参照）とし、また第２吸気弁１１Ｂの開
弁時期を前記パルプオーバーラツプ期間の範囲で変化さ
せるようにした。そして、第１吸気弁１１Ａと第１及び
第２排気弁１４Ａ、　１４Ｂが共に開弁するバルブオー
バーラツプ期間θ。（第２図参照）内における排気吹返
し流量Ｇの変化を求める。

第３図は第２吸気弁１１Ｂの開弁時期を変化させたとき
の第２吸気弁１１Ｂと第１及び第２排気弁１４Ａ、１４
Ｂとのバルブリフト量の変化を示す。また、第４図は同
上の変化時における燃焼室１７の圧力変化を示し、また
、第５図は前記バルブオーバーラツプ期間θ０に対して
前記第１及び第２吸気弁１１Ａ、ＩＩＢのバルブオーバ
ーラツプ期間θを変化させたときの排気吹返し流量Ｇの
変化を示す。

ここで、第３図〜第５図において、位相差α（第２図参
照）が同位相とは、第１及び第２吸気弁１１Ａ、ＩＩＢ
が前記バルブオーバーラツプ期間θ。をもって同時に開
弁する場合であり、位相差αが０．５０゜とは第２吸気
弁１１Ｂが前記バルブオーバーラツプ期間の半ばから開
弁するものであり、位相差αがθ。とは第２吸気弁１１
Ｂが第１及び第２排気弁１４Ａ、　１４Ｂの閉弁と同時
に開弁するものである。

第５図から明らかなように排気吹返し流ｉｌＧはパルプ
オーバーラツプの半ばで最大となり前期と後期で略Ｏと
なる。これは第１及び第２吸気弁１１Ａ、ＩＩＢと第１
及び第２排気弁１４Ａ、１４Ｂとの有効開口面積の変化
により決定されそれら吸気弁１１Ａ、ＩＩＢと排気弁１
４Ａ、１４Ｂとの一方が共に閉弁しているときに排気吹
返し流量ＧはＯとなる。また、第５図から明らかなよう
に位相差α（第２図参照）が増大するに伴ってバルブオ
ーバーラツプ期間前期では排気吹返し流量Ｇが減少した
後位相差αが０．５０゜を超えた時点から減少率が少な
くなりθ／θ。〉０．５の後期では位相差αの変化に拘
わらず排気吹き返し流量Ｇはほとんど変化しない。これ
は燃焼室１７の圧力Ｐ２がθ／θ。〉０．５では吸入行
程前期であるため急激に大きな負圧となるので、吸気弁
１１Ａ、ＩＩＢの有効開口面積の変化に拘わらず排気吹
返し流量Ｇに変化がないのである。

したがって、位相差αが０．５θ。を超えたときには位
相差αが増加しても、排気吹返し流量Ｇはほとんど変化
しない、これは各位相差における単位クランク角度当り
の排気吹返し流量Ｇを全オーバーラツプ期間において積
分して得られた総排気吹返し流量比Ｑ／Ｑ（１（Ｑ６は
同位相時の排気吹返し流ｉｔ）を示す第６図から明らか
なように位相差αが０．５θ。を超えた付近から総排気
吹返し流量Ｑは殆ど減少せず略一定となる。この結果、
α〉０．５θ。では排気吹返し流量の低減化には効果的
でないばかりか第２吸気弁１１Ｂの開弁遅れによる吸気
充填効率の低下を招くことになるので吸気充填効率を高
めるために、第１吸気弁１１Ａと第２吸気弁１１Ｂとの
位相差αはα≦０．５θ。の範囲に設定することが望ま
しいことが明らかである。

なお、この計算においては開閉弁１３の存在を考慮に入
れなかったが、開閉弁１３下流の吸気ポート容積が比較
的大きくかつ開閉弁１３を備えない第１吸気弁１１Ａの
バルブオーバーランプ期間θ。が第２吸気弁１１Ｂのそ
れよりも大であるため、第２吸気ポート１２Ｂに排気が
流入するタイミングが遅れるために第２吸気ポート１２
Ｂに排気が満たされることがなくなるためである。バル
ブオーバーラツプ期間θ０が比較的小さい場合は、さら
に開閉弁１３の影響は小さくなり無視できるものとして
良い。

なお、この現象は排気弁を１個（吸気弁は２個）備える
機関であっても成立する。

以上説明したように第１吸気弁１１Ａと第２ｒＩ＆気弁
１１Ｂとの位相差αをα≦１／２θ０に設定すると充分
な吸気充填効率を確保できるわけであるが、本実施例で
は第２図に示すように第１吸気弁１１Ａと第２吸気弁１
１Ｂとの開弁時期の位相差を４°に設定すると共に先に
開弁する第１吸気弁１１Ａと第１及び第２排気弁１４Ａ
、１４Ｂとのバルブオーバーラツプ期間θ。を２４°に
設定しであるので、位相差が上記範囲（α≦２θ。）に
属するため充分な吸気充填効率を確保できる。また、燃
料が供給される側の第１吸気弁１１Ａを第２吸気弁１１
Ｂより先に開弁さ廿かつそのバルブリフト量を大きく設
定したので、吸入行程初期に第１吸気ポート１２Ａから
充分な吸気が導入されるためその流速が大きくなり燃料
噴射弁１６から供給された燃料と吸気が充分に混合され
混合気形成上有利となる。

〈発明の効果〉 本発明は、以上説明したように主として燃料の供給され
る第１吸気弁の開弁時期を位相差αをもって第２吸気弁
より早く開弁させ第１吸気弁と排気弁とのバルブオーバ
ーラツプ期間θ。に対しα≦２θ。を満足するようにし
たので、充分な吸気充填効率を確保できると共に良好な
混合気形成が確保できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す吸・排気弁装置の平面
図、第２図は同上のバルブ特性図、第３図〜第６図は夫
々上記理論特性図、第７図は吸・排気弁装置の従来例を
示す平面図、第８図は同上のバルブ特性図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ２つの吸気ポートに夫々介装される第１及び第２吸気弁
   と、第１吸気弁が介装される吸気ポートに主として燃料
   を供給する燃料供給装置と、第２吸気弁が介装される吸
   気ポートに介装され機関運転状態に応じて開閉する開閉
   弁と、少なくとも１つの排気弁と、を備える内燃機関の
   吸・排気弁装置において、前記第１吸気弁の開弁時期を
   第２吸気弁の開弁時期より位相差αをもって早く開弁さ
   せ、かつ第１吸気弁と前記排気弁とが共に開弁するバル
   ブオーバーラップ期間θ＿０に対し、α≦１／２θ＿０
   を満足する位相差αに設定したことを特徴とする内燃機
   関の吸・排気弁装置。