JPS5943922A - ２吸気弁式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】 本発明は各気筒に対して２個の吸気弁を具えた２吸気弁
式内燃機関、特にその吸気装置に関する。

２吸気弁式内燃機関は各気筒の燃焼室に対し２個の吸気
弁を設けだものであシ、両吸気弁は夫々の吸気通路を介
してサージタンクに連結される。

吸気通路の一方には吸入空気量の少いとき（部分負荷時
あるいは高負荷低回転数時）に閉弁し、吸入空気量の多
いと、き（高負荷高回転時）に開弁する吸気制御弁が設
けられ、部分負荷時あるいは高負荷中、低回転数時にお
ける出力トルクの向上（吸入空気流速の増大による燃焼
速度の増大と吸気慣性効果利用による体積効率の増大）
と、高負荷高回転時における吸入空気の体積効率の向上
とを同時に達成するものである。

即ち、このような２吸気弁式内燃機関においては、高負
荷高回転運転時に制御弁を開放したときに最大トルクを
発生する回転数は非常に高回転数側にあるが、制御弁を
閉じることにより最大トルクを発生する回転数が中速域
側にずれる訳である。

このように制御弁の開閉によりトルク特性曲線が変化す
るのは吸気通路が吸気弁の近傍において相互に連通され
ている場合だけに生じることが判明している。即ち、吸
気通路が完全に相互に独立分Ｆ７１ｎ　している場合に
は制御弁を開閉してもトルク特性は変化しない。そのだ
めに吸気通路の吸気弁近傍部には合流部が設けられるの
が常である。

このようにして吸気制御弁の開閉制御による吸気制御に
より中、低速域のトルクを回復することができることが
知られている。

一方、これとは別に、部分負荷域で安定した希薄燃焼を
達成する手段の１つとして吸入スワールを発生さぜた上
で燃料を吸気行程後半に吸気ポート内に噴射することに
ょシ燃焼室内を成層化する方法が知られている。

従来上述の如き高負荷（全負荷）中、低速域でのトルク
の回復を企図した２吸気弁式内燃機関において部分負荷
域での安定した希薄燃焼という構想を絹み入れたものは
なく、実際この２つの要求を共に充足することはできな
かった。

本発明は特殊な吸気制御弁装置を用いることにより高負
荷中、低速域でのトルク向上という本来の目的を持った
２吸気弁式内燃機関において本発明により開発した特殊
な吸気制御弁装置を用いることにより部分負荷域での安
定した希薄燃焼という要求も可能ならしめる吸気装置を
提供せんとするものである。

以下添付図面を参照して説明する。

第１図においてシリンダヘッド８に形成される燃焼室１
５には２個の吸気弁３ａ　、３ｂと、２個の排気弁１０
ａ、１０ｂとが設けられる。各吸気弁３ａ、３ｂは吸気
管１４の夫々の吸気通路２ａ。

２ｂを介してサージタンク（図示せず）に連結される。

吸気通路２ａ、２ｂは隔壁６によ砂分離せしめられるが
吸気弁の近傍において合流部５により連通せしめられる
。燃料噴射弁４は合流部においてその噴射方向が両吸気
弁の中心に向くようにして吸気管１４に取り付けられる
。

尚、１１は点火栓、１３は排気管を夫々示す。

吸気通路の一方、例えば２ｂ内には吸気制御弁２７が設
けられる。この吸気制御弁２７は本発明における吸気制
御弁装置を構成するものであるが、本発明における特別
な制御態様について説明する前に吸気制御弁２７の一般
的な制御態様並びに機能についてＮＩＩ明する。

′ｌｉｉ制御弁２７は一般に高負荷中、低回転時の如く
吸入空気量が少いときに閉じられ（第１図（ｂ）に示す
第２位置に相当）吸気通路面積を絞ることにより吸気流
速を高めそれによシ燃焼速度の増大を計るとともに吸気
慣性効果により低中速の軸トルクを向上さぜる。他方、
制御弁２７１よ高負荷、高回転時の如く吸入空気量の多
いときに開放せしめられ（第１図（ｃ）に示す第３位置
に相当）吸気通路面積を最大にして体積効率の増大をは
かる。

第７図は機関回転数Ｎと軸トルク（出力）Ｔｅとの関係
を示す一般的なトルク特性線図である。

制御弁２７を全開にすると一般には第７図のＡｌで示す
如き軸トルクが得られる。Ａ、で示す如く回転数ＮがＮ
。（Ｎ＝Ｎｏ）で軸トルクは最大値をとるが一般にはＮ
、は５０００　ｒｐｍ以上の大きな値である。吸気弁３
ａ、３ｂが第１図に示す如く２個設けられている場合に
は最大軸トルク値も相当大きな値となシいわゆる“よく
廻る機関”となるが、反面、中、低回転域の軸トルクは
むしろ吸気弁を１個しかもだない場合よシも更に低下し
てし捷い、通常走行時はかえって好ましからざるものと
なる。そこでこのような状態のときに制御弁２７を第２
位置に制御して吸気通路面積を絞るとトルク特性曲線が
第７図のＡ２で示す如くなることが判明している。即ち
、１抽トルク最大値を与えるＮがＮ、から低回転数側の
Ｎｌに移行する。

これは吸気制御弁２７を第２の位置に制御することによ
り吸気管の等価管長が長くなったことによるものである
。

従って吸気制御弁２７を予じめ定めた所定の回転数Ｎｓ
で閉弁するように開閉切替制御することにより全負荷時
における中速あるいは低速軸トルクが回復、向上せしめ
られる。

以上の如き従来の２吸気弁式内燃憬関において本発明は
更に部分負荷時（第７図にＡ３で示す領域に相当）にお
ける良好なリーンバーン（希薄燃焼）又は大量Ｅ（ｄｔ
を可能ならしめんとするものである。このような部分負
荷時におけるリーンバーンの達成という目的を有しない
従来技術においては吸気制御弁２７は一般に合流部５の
上流側（燃焼室から遠い方の側）に配設され、全閉と全
開の２つの弁位置を占めるだけである。これに対し、本
発明においては吸気制御弁２７は３つの弁位置を占める
。即ち、合流部５から吸気弁の一方、例えば第２吸気弁
３ｂに至る吸気通路を遮断して混合気を第１吸気弁３ａ
のみから燃焼室に導入する第１位置（第１図（ａ）に相
当）と、第２吸気通路２ｂを閉鎖しかつ合流部５から第
２吸気弁３ｂに至る吸気通路を開放して第１．第２吸気
弁３　ａ　＋３ｂの双方から混合気を導入する第２位置
（第１図（ｂ）に相当）と、第２吸気通路を開放して第
１゜第２吸気弁３ａ、３ｂの双方から混合気を導入する
第３位置（第１図（Ｃ）に相当）の３種Ｍの位置をとる
ことができる。第２位置及び第３位１６は夫々従来の吸
気制御弁全閉位置及び全開位置に相当するものである。

従って本発明は従来技術に対し更に第１位置の制御態様
が付加されたものであると梶うことができる。まだ上述
の３種類の位置は夫夫第１位置では第２吸気弁の働きが
無効にされ第２吸気通路の働きは有効であシ、第２位１
行では第２吸気通路の働きが無効にされ第２吸気弁の働
きは有効であシ、第３位置では第２吸気弁、第２吸気通
路は共に有効であると言い換えることができる。尚、第
１吸気弁及び第１吸気通路は′帛に有効である。

吸気制御弁２７は上述の如く高負荷高回転時には第３位
置を、また高負荷中、低回転時には第２位置をとυ高負
荷時の高出力トルクを確保するものであると同時に部分
負荷時には第１位置をとりリーンバーン又は大量ＥＧＲ
を保証するものである。

第１位置においては、第２吸気通路２ｂからの空気は合
流部５を介して第１吸気弁３ａから燃焼室に導入される
ことになるが、合流部５を通る際にその方向が曲げられ
るので燃料噴射弁４からの噴射燃料１２は第１図（ａ）
に示す如く曲げられ、第１吸気弁３ａから燃焼室１．５
内に吸入さ些る混合気には矢印で示す如く強力なスワー
ルが伺与される。

これとは別に、更に積極的に吸気スワールを発生させる
だめに第１吸気通路２ａをへりカルポートと・すること
も可能である。このようにして混合気の成層化によるリ
ーンバーンの前提条件である吸気スワールの発生が確保
される。更にまた混合気の成層化を生じさせるために公
知の如く燃料噴射開始時期を噴射燃料のすべてが吸気行
程の後半に燃焼室に吸入されるように機関回転数及び負
荷に応じて制御すればよい。このように制御することに
より点火栓１１の付近がリッチ、ピストン（図示せず）
付近がり一ンになり混合気の成層化がなされることが知
られている。この成層化により第８図に示す如く燃焼可
能なリーン限界空燃比Ａ／Ｆが従来、即ち点火と同時に
燃料噴射する場合（破線で図示）に比し本発明（実線で
図示）ではＶＦの値にして３〜５リーン化でき、良好な
燃費及び排気エミッションを得ることができる。

吸気制御弁２７が上述の３つａ位置をとり得るだめの種
々の配置構成が第１図〜第６図に示される。いずれの図
においても（、）が第１位置、（ｂ）が第２位置、（Ｃ
）が第３位置を夫々示す。またいずれの図においても部
分参照番号は（ａ）図のみに示し、（ｂ）。

（ｃ）図においては図を明瞭にするだめに省略しある。

各図において共通する部品は同一番号で示し説明を省略
する。

第１図においては制御弁２７を回転自在に軸支する支軸
２６は合流部５のほぼ中央でかつ第２吸気通路２ｂの中
央に設けられている。制御弁２７は第１位置においては
その上端縁が合流部下流の隔壁６に接しかつ下端壁が第
２吸気通路側ａ吸気管内壁に接する。また第２位置にお
いては制御弁２７の上端縁が第２吸気通路側の吸気管内
壁に、そして下端縁が合流部上流の隔壁６に夫々接する
。

第２図においては支軸２６は合流部５のほぼ中央に相当
する位置で吸気管１４の第２吸気通路側内壁に設けられ
制御弁２７は片開き式の弁板となっている。

第３図においては制御弁装置は２つの第１．第２制御弁
２７ａ、２７ｂから構成され、その一方２７ａは合流部
５の下流において第２吸気通路２ｂ内に設けられ、他方
の制御弁２７ｂは合流部５の上流において第２吸気通路
２ｂ内に設けられている。第２吸気制御弁２７ｂはその
第１位置（第３図（ａ））においては想像綜で示す如く
閉弁位１トｔにあってもほとんど同様の効果が得られる
。何となれば吸気スワール自体は第１吸気通路２ａから
の吸気のみでも燃焼室の形状自体によシ発生するからで
ある。

第４図においても２つの吸気制御弁２７ａ、２７ｂが設
けられており、第１制御弁２７ａの支軸２６ａは合流部
５の上流側の隔壁６の端部に取シ付けられ、第２制御弁
２７ｂの支軸２６ｂは合流部５の上流の第２吸気通路２
ｂ内に設けられる。まだ第４図においては燃料噴射弁４
は合流部５の近傍において第１吸気通路２ａ内に設けら
れている。勿論本発明を実施する上では燃料噴射弁４を
このように配置することも可能であるが、特に第３位置
における混合気の均一ミキシングという点からはｔ４゛
ル１〜３図に示すものより劣ることに々ろう。

第５図は第４図の実施例とほぼ同様であるが、第２制御
弁２７ｂが合流部５の下流において第２吸気通路内に配
置されている点のみが第４図と相異する。

第６図は第１．第２制御弁２７ａ　、２７ｂを合流部上
流側の隔壁６の端部に設けられる共通の支軸２６に取付
けた実施例を示すもので第１　：ｌｊ制御弁２７ａは合
流部５の開閉制御を、そして第２制御弁２７ｂは第２吸
気通路２ｂの開閉制御を受は持つ。

以上に示す各実施例において各制御弁装置はいずれも上
述の３つの位置を選択的にとり得るということは容易に
理解されよう。

また制御弁装置を図示の各実施例とは反対に第１吸気通
路側に設けても全く同様の効果が得られるということも
理解されよう。

第９図は第１図の実施例の場合を例にとり制御弁２７の
アクチーエータの一例を示す断面図解図である。

吸気制御弁２７は支軸２６を介し゛Ｃパルブレ・々−３
４に固定される。バルブレバー３４はロッド３５に長孔
３６を介して連結され、ロッド３５の長手方向運動に伴
って支軸２６を中心として支軸２６と共に回転し、制御
弁２７を支軸２６と共に時計方向及び反時計方向に回転
せしめ、斯くして第１図（ａ）　、（ｂ）　、　（ｃ）
の３つの状態に制御する。ロッド３５はダイヤフラム装
置４０の第１ダイヤフラム４１に固着される。第２ダイ
ヤプラム４２によって仕切られるダイヤフラム室４７．
４８は夫々の負圧切替弁（ＶＳＶ）４４．４５を介して
大気または負圧領域に選択的に連結せしめられる。ＶＳ
Ｖ４４．４５は夫々電気的制御装置ＥＣＵ３Ｏからの制
御信号により、ＥＣＵ３Ｏに入力される機関回転数信号
ＳＮ及び負荷信号ＳＬに応じてオン、オフ制御される。

ＳＮ及びＳＬは夫々公知のセンサにより検出し得る（Ｓ
Ｌは実際は例えば吸気負圧信号が利用される）。

１ず、部分負荷時に第１位置を占める場合には第１　Ｖ
ＳＶ　４４は大気側に、そして第２　ＶＳＶ　４５は負
圧側に夫々切替られる。その結果第１ダイヤフラム室（
副ダイヤプラム室）４７には大気が、第２ダイヤプラム
室（主ダイヤプラム室）４８には負圧が夫々作用しロッ
ド３５は第２ダイヤフラム４２によって第９図において
右方にフルストローク引っ張られ制御弁２７は第１図（
、）の第１位置に゛くる。なおこの場合第１ダイヤフラ
ム室４７には負圧を作用させるようにしてもよい。

次いで全負荷中、低回転時には第１ＶＳＶ４４゜第２　
ＶＳＶ　４５は共に大気側に連通せしめられ、その結果
ロッド３５は第１はね４３により第９図において左方に
押し返され制御弁２７を第１図（ｂ）の第２位置にもた
らす。

全負荷高回転時には第１ＶＳＶ４４は負圧側に、そして
第２ＶＳＶ４５は大気側に夫々連通せしめられる。その
結果第１ダイヤフラム室４７には負圧が、そして第２ダ
イヤフラム室４８には大気が夫夫作用し、ロッド３５は
副ダイヤプラム室４７内の有効ストローク０分だけ右方
に引かれ制御弁２７を第１図（ｃ）の第３位置にもたら
す。

以上の如く本発明によれば全負荷時の高回転域及び中、
低回転域全域に亘って出力トルクの向上を計υつつ部分
負荷時の吸入スワールを改善することによシ燃焼の改善
を計シかつ燃焼室内での吸気の成層化により安定した希
薄燃焼を達成することができる。

【図面の簡単な説明】

第２図＜ａ）　、　（ｂ）　ｔ　（ｅ）〜第６図（ａ）
　、　（ｂ）　＃　（ｅ）は第１図（ａ）。 （ｂ）　ｆ　（ｅ）とは別の５個の実施例を示す第１図
（ａ）　ｌ　（ｂ）　。 （Ｃ）と同様の図、第７図は一般的な２吸気弁式内燃機
関におけるトルク特性線図、第８図は従来技術上の比較
において本発明の希薄燃焼効果を示す空燃比線図、第９
図は第１図（ａ）　、　（ｂ）　、　（ｅ）に示す吸気
制御弁のアクチーエータの一例を示す要部断面図１１゛
６図。 ２ａ＋２ｂ・・・吸気通路、３ａ、３ｂ・・・吸気弁、
４・・・燃料噴射弁、５・・・合流部、２７・・・吸気
制御弁。 ｌ 第１図 第２図（ａ）　　　　（ｂ）　　　　（ｃ）（Ｑ）　　
　　（ｂ）　　　　（Ｃ） 第３図 第６　図 （ａ）　　　　　　　（ｂ）　　　　　　　（ｃ）ＮＩ
ＮＳＮＯＮ ：ｒ、８　　口 Ａ／Ｆ 第９図 部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　各気筒に対し２個の吸気弁（第１．第２吸気弁）と
   これら吸気弁に連通ずる２個の独立吸気通路（第１．第
   ２吸気通路）とを有し、これら第１、第２吸気通路は吸
   気弁の近傍に形成される合流部によシ相互に連通せしめ
   られ、かつ該合流部ないしはその近傍に燃料噴射弁が設
   けられる型の２吸気弁式内燃機関において、第２吸気通
   路に機関の回転数及び負荷に応じて、第２吸気通路を閉
   鎖しかつ合流部から第２吸気弁に至る吸気通路を遮断し
   て第１吸気弁のみから混合気を導入する第１位置と、第
   ２吸気通路を閉鎖しかつ合流部から第２吸気弁に至る吸
   気通路を開放して第１．第２吸気弁の双方から混合気を
   導入する第２位置と、第２吸気通路を開放して第１．第
   ２吸気通路の双方から第１．第２吸気弁の双方を介して
   混合気を脚２人する第３位置とを選択的に占める吸気制
   御弁装置を設けたことを特徴とする２吸気弁式内燃機関
   の吸気装置。 ２　」５記吸気制御弁装置は合流部中央付近において第
   ２吸気通路の中央に配置される支軸を中心として回転可
   能な単一の制御弁により構成されることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載の吸気装置。 ３、上記吸気制御弁装置は合流部中央付近において第２
   吸気通路の内周壁に取付けられる支軸を中心として回転
   可能な単一の制御弁により構成されることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載の吸気装置。 ４　上記吸気弁制御装置は合流部の下流において第２吸
   気通路の中央に配置される支軸を中心として回転可能な
   第１の制御弁と合流部上流において第２吸気通路の中央
   に配置される支軸を中心として回転可能な第２の制御弁
   とから構成されることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載の吸気装置。 ２５、上記吸気弁制御装置は合流部の上流側端部におい
   て合流部内に配置される支軸を中心として回転可能な第
   １の制御弁と合流部上流において第２吸気通路の中央に
   配置される支軸を中心として回転可能な第２の制御弁と
   から構成されることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載の吸気装置。 ６　上記吸気弁制御装置は合流部の上流側端部において
   合流部内に配置される支軸を中心として回転０工能な第
   １の制御弁と合流部下流において第２吸気通路の中央に
   配置される支軸を中心として回転可能な第２の制御弁と
   から構成されることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載の吸気装置。 ７、上記吸気制御弁装置は合流部の上流側端部において
   合流部内に配置される共通の支軸を中心として回転可能
   な第１．第２制御弁により構成されることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載の吸気装置。