JPH048609B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、二つの吸気バルブと一つの排気バル
ブを有する３弁式内燃機関に関するものである。

（従来の技術） 今後実用化される内燃機関においては、性能な
らびに熱効率を低下することなく、排気ガス中の
一酸化炭素や未燃炭化水素等の有害成分を低減し
つつ、燃費を向上することが重要な課題になつて
いる。

このような有害成分排出の低減および燃費向上
のために、希望混合気を使う方法や、再循環排気
ガスを含んだ混合気を使う方法が取られて来た
が、低負荷運転時、殊に定速低負荷運転時は燃焼
室に吸入される混合気の体積効率が低く、且つ、
残留ガスも多いために、着火性が悪く、また火炎
の燃焼速度が低いために、伝播速度が遅く、燃焼
が安定しない。このため熱効果も低く、運転の円
滑性を欠く問題がある。

排気ガス中の有害成分を低減しつつ、エンジン
の性能、効率および燃費を向上するにはエンジン
本体の燃焼の改善、すなわち、燃焼速度を上げる
ことが最も重要なことである。近年、この課題に
対処するために、混合気に適当な乱れを生じさ
せ、燃焼速度を上げる方法、気化を促進させる方
法、あるいは分配を均一にする方法等が採られる
ようになつた。

そのうちの一つの手法として、混合気の吸入工
程時に燃焼室内にスワールを生成させるために、
副吸気通路を配設したり、吸気通路を一次、二次
の２分割構造にしたり、あるいは吸気バルブに近
接したところに、吸気の偏流を生成させるように
突起またはバルブ等を配設したり、吸気通路を一
次、二次の二分割構造とし、且つ、一次、二次の
各スロツトルバルブを燃焼室に近接させて配設し
たもの等が提案されている。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら副吸気通路方式の場合、空気また
は混合気が副吸気通路から高速度で燃焼室内に噴
流しても、主吸気通路断面積が高速高負荷の性能
指向で設定されているため、低負荷域、すなわ
ち、体積効率の低い領域では、混合気流速が遅い
ために全体流（主吸気と副吸気の合成流）の燃焼
室内でのスワールの生成が弱いし、大気との圧力
差で吸気されるので、スロツトル開度の大きい、
ブーストの低くなる中負荷以上では効果が薄れ
る。またアイドル時のバイパス流量の影響で、ア
イドル時の燃料の微粒化がやや損われる等があ
る。

また、気化器のベンチユリー部を流れる空気の
流速が遅く、噴出燃料と空気流の相対速度が遅い
ために、燃料の充分な微粒化ができず、多量の燃
料が液状で吸気通路を通り、壁流となつて燃焼室
に供給されるので、空気と燃料とが均質な組成に
なりにくいし、気筒間の分配の不均一にもなつ
て、燃焼を悪くする問題もある。

さらに、吸気管に一次、二次の通路を配設した
場合、一般的には一次側（低負荷側）はエンジン
軸に対して遠い位置に配設するため吸気通路が長
く、したがつて表面積も大きい。その結果、部分
負荷領域では吸気抵抗が大きいために加速時のレ
スポンスが悪く、ベンチユリー部の燃料の微粒化
が不完全で、液状のまま吸気通路を壁流となつて
流れるので、空燃比をリーンにできないと同時
に、減速時は吸気管内が高負圧になるため、壁に
附着している燃料が一気に蒸発して、燃焼室に吸
気されるので空燃比が過濃となり、燃焼を悪くし
ている。これは、二次側が作動している領域から
の減速ではさらに顕著になる。

また１個の気化器から多気筒に混合器を分配す
る上で、混合器分配を均一化ならしめるために
は、気化器のスロツトルバルブからブランチまで
の距離もある程度長くする必要がある。あまり短
い場合には流速が高いためにその慣性エネルギー
により、混合気が一方向に偏り分配を悪くする。
また偏流に対する圧力回復が不可能なため、特に
スロー系が不安定になる等の不都合を生ずる。

一方、分配について言えば、エンジンの部分負
荷においては、吸気管内の流れは複雑であり、吸
気管の負圧あるいは吸気加熱によつて燃料が蒸発
し、その蒸発燃料が空気の流れによつて各気筒に
供給されることにより分配が決まる。空気流に対
応する圧力を気筒間でバランスさせる方法もある
が、吸気抵抗が増える等の不都合がある。

本発明は、上述の点に鑑みて成されたものであ
り、二次側のスロツトルバルブの開閉を、分配さ
れた一次側の各気筒毎の吸気負圧で作動するアク
チエータによつて制御することにより、各ブラン
チ間のバランスをとることができるようにし、ス
ロー系の燃焼の安定化や吸気抵抗を減らすように
した、３弁式内燃機関を提供することを目的とす
るものである。

（課題を解決するための手段） 本発明は、上記課題を解決するための手段とし
て、２個の吸気バルブ（一次側の吸気バルブ５と
二次側の吸気バルブ６）と１個の排気バルブを設
けた３弁式内燃機関において、燃料供給系を一次
側と二次側の二つに分け、両燃料供給系を同一の
気化器７の本体内に設けると共に、一次側の吸気
通路を、シリンダヘツド１に設けた一次側の吸気
ポート３と一次側のベンチユリー１１を連通させ
ている一次側の吸気導通路から構成し、且つ、二
次側の吸気通路を、前記シリンダヘツド１に設け
た二次側の吸気ポート４と、該吸気ポート４と二
次側のベンチユリー２７を連通させている二次側
の吸気導通路から構成して該一次側の吸気導通路
を前記二次側の吸気導通路内に形成し、更に、一
次側のスロツトルバルブ２２を前記一次側のベン
チユリー１１に近接させて一次側の吸気導通路内
に装着し、二次側のスロツトルバルブ４４は二次
側の吸気ポート４に近接させて二次側の吸気導通
路内に、各気筒毎に装着し、該二次側のスロツト
ルバルブ４４の各々に、前記一次側の吸気導通路
内の吸気負圧が増加したとき二次側のスロツトル
バルブ４４を同時に閉じるアクチエータ４８をア
ーム４７と作動ロツド４９とを介して結合し、該
アクチエータ４８内の前記一次側の吸気負圧によ
る作動に抗する作動スプリング５２のバネ力を、
一次側の吸気負圧の圧力値に係らしめた値に設定
した構成としたものである。

（作用） スロツトルバルブの位置を上記のように定め、
気筒毎に配したこと、また二次側のスロツトルバ
ルブの開閉を一次側の吸気負圧に係らしめたこと
により、燃料の微粒化が促進され、気筒内の分配
が均一になり、混合気の流速が高まり、且つ、ス
ワールの生成が促進される。そしてこれらにより
燃焼スピードが上つて燃焼の安定化が図られ高速
高負荷域の性能を阻害することなく、熱効率を向
上させることができることになる。また吸気マニ
ホールドの各ブランチの圧力のバランスがとれる
ことになる。

（実施例） 以下、本発明の一実施例を図について説明す
る。第１図において１は４気筒エンジンのシリン
ダヘツド、２は燃焼室、３はシリンダヘツド１に
形成された一次側の吸気ポート、４はシリンダヘ
ツド１に形成された二次側の吸気ポート、５は吸
気ポート３の燃焼室２への開閉をする一次吸気バ
ルブ、６は吸気ポート４の燃焼室２への開口部の
開閉をする二次吸気バルブである。一次吸気バル
ブ５のカムシヤフト（図示せず）による最大リフ
ト量（最大開弁量）は、二次吸気バルブ６のカム
シヤフト（図示せず）による最大リフト量よりも
小さく設定されている。

第２図および第３図において、Ａは排気バルブ
であり、Ｂは点火プラブである。図中、吸気ポー
ト４は周方向に向けて燃焼室２に開口しており、
吸気ポート３は吸気ポート４より下流の位置で吸
気ポート４と同方向に向けて燃焼室２に開口して
いる。しかも、第３図において、燃焼室２の中心
をO₁、一次吸気バルブ５の中心をO₂、点火プラ
グＢの中心をO₃、中心O₁、O₂を結ぶ線をＣ、中
心O₂、O₃を結ぶ線をＤ、中心O₃を通り、且つ、
線Ｄに直交する線をＥ、線Ｅと燃焼室２内壁との
交点をPc、中心O₁と交点Pcとを結ぶ線をＦ、中
心O₁と燃焼室２内壁との交点をPd、中心O₁と交
点Pcより左側における燃焼室２内壁の点Pdとを
結ぶ線をＧとすると、吸気ポート４の開口方向は
次のように設定してある。すなわち、点火プラグ
Ｂと吸気ポート３は、線Ｃ，Ｇの成す角が70°と
線Ｆ，Ｇの成す角が30°となる関係に設定すると
共に、吸気ポート３をこれからの噴流が交点Pc、
Pd間に向かうように設定してある。

第１図に符号７で示すものは気化器である。こ
の気化器７は、第１の本体８ａと第２の本体８ｂ
とスロツトルボデー８ｃとからなる気化器本体８
と、フロート室９と、フロート室９内のフロート
１０とを有する。この気化器７には、さらに次の
各構成からなる一次側の燃料供給系と、この一次
側の燃料供給系と一体に、且つ、外部に位置する
二次側の燃料供給系とが設けられる（一体構造に
ついて第２図参照）。一次側の燃料供給系は、ベ
ンチユリー１１と、メインノズル１２と、フロー
ト室９の底部に設けられたメインジエツト１３
と、メインジエツト１３とメインノズル１２を連
通させている燃料通路である燃料ウエル１４と、
エアクリーナ側に開口するメインエアジエツト１
５およびエアジエツト１６と、メインエアジエツ
ト１５とメインノズル１２を連通させているエア
通路１７と、エアジエツト１６とメインノズル１
２を連通させているエア通路１８と、エア通路１
８の途中に設けられ、その部分の開度調整をさせ
るアジヤストスクリユー１９からなるメイン燃料
供給系を有する。

図中、２０はメインノズル１２の上流側に設け
られたチヨークバルブ、２１はメインノズル１２
の下流側に設けられた通路、２２は通路２１内に
装着された一次側のスロツトルバルブである。さ
らに、一次側の燃料供給系は、バイパスポート２
３と、アイドルポート２４と、これらとエア通路
１８に連通している通路２５と、アイドルポート
２４とエア通路１８との間の開調整をさせるアイ
ドルアジヤスト用のスクリユー２６からなるスロ
ー燃料系を有する。また、二次側の燃料供給系
は、ベンチユリー２７と、メインノズル２８と、
フロート室９の底部に設けられたメインジエツト
２９と、メインジエツト２９とメインノズル２８
を連通させている燃料通路である燃料ウエル３０
と、エアクリーナ側に開口するメインエアジエツ
ト３１と、メインエアジエツト３１とメインノズ
ル２８を連通させているエア通路３２とからなる
メイン燃料供給系を有する。図中、３３はベンチ
ユリー２７の下流の通路である。

一次側のベンチユリー１１は、二次側のベンチ
ユリー２７内に偏心させて設けてある。気化器７
は、吸気マニホールド３４（第２図参照）とアダ
プター３５を介してシリンダヘツド１に取り付け
られている。一次側のベンチユリー１１は後述す
る一次側の吸気通路を介して燃焼室２に連通し、
二次側のベンチユリー２７は後述の二次側の吸気
通路を介して燃焼室に連通している。一次側の吸
気通路は吸気ポート３と一次側の吸気導通路から
構成され、この一次側の吸気導通路は上述した通
路２１と吸気マニホールド３４内の通路３６とス
ロツトルボデー３５内の通路３７から構成されて
いる。また、二次側の吸気通路は吸気ポート４と
二次側の吸気導通路から構成され、この吸気導通
路は上述した通路３３と吸気マニホールド３４内
の通路３８とアダプター３５内の通路３９から構
成されている。通路３７は通路３９内に形成され
ており、通路３６は通路３８内に形成されてい
る。４０は通路３７，３９を区画している壁部、
４１は吸気マニホールド３４の通路３６側に形成
された流路、４２は流路４１と通路３６を区画す
る隔壁、４３は流路４１内に向けて隔壁４２から
突出させた吸気用のフインで、流路４１内には排
気ガスまたはエンジン冷却水を導入する。

二次側の吸気導通路の吸気ポート４側、すなわ
ち、通路３９の各気筒に連通する分岐部内には二
次側のスロツトルバルブ４４が各気筒毎に装着さ
れている。このスロツトルバルブ４４の外側の隔
壁４０には、複数の側路４５が穿設されている。
この側路４５は二次側のスロツトルバルブ４４が
全閉したときに通路３９のスロツトルバルブ４４
の直上流側を通路３７に連通させるものである。
４６は二次側のスロツトルバルブを一体に取り付
けた軸であり、二次側のスロツトルバルブ４４の
回動中心となるものである。この軸４６には通路
３８側に向けてアーム４７が一体に固定されてお
り、このアーム４７にはアクチエータ４８の作動
ロツド４９が連結されている。このアクチエータ
４８の負圧室４８ａは、通路５０を介してアダプ
ター３５に開口するポート５１に連通させてあ
る。

アクチエータ４８のスプリング５２のバネ力は
次のようにして設定してある。すなわち、このバ
ネ力は、一次側のスロツトルバルブ２２が全開近
傍まで開弁したときの通路３７内の圧力（負圧）
に抗して作動ロツド４９を降下させて、スロツト
ルバルブ４４を開弁し得る値に設定する。５３は
アダプター３５に設けられたEGR用のポートで
ある。このポート５３には通路５４とEGRバル
ブ５５を介して図示しない排気源が接続されてい
る。なお、排気源として排気マニホールド等が用
いられる。

次に、このような構成の３弁式内燃機関の作動
を説明する。

(a) 一次側、二次側のスロツトルバルブ２２，４
４が全閉のとき（アイドリング時） スロツトルバルブ２２が全閉のときは、エン
ジンの吸気負圧により、フロート室９内の燃料
が燃料ウエル１４を介して通路２５内に吸入さ
れると共に、エアクリーナ側の空気がエアジエ
ツト１６およびエア通路１８を介して通路２５
内に吸入される。この際さらに、スロツトルバ
ルブ４４の上流のエアが、バイパスポート２３
を介して通路２５内のエアと燃料の混合流体に
混合され、この後、この混合流体は、アイドル
ポート２４から通路３６内に噴霧される。そし
てこの混合気は、流路４１内を流れる冷却水ま
たは排気ガスの熱エネルギーを吸収して、その
霧化が促進された後、通路３７内に吸引され
る。

一方、この際、ベンチユリー２７内では超希
薄混合気（スーパーリーンの混合気）が発生す
る。この混合気は側路４５を通つて通路３７内
に高速で噴出される。したがつて、流路４１内
で霧化が促進された後に通路３７内に吸引され
た混合気は、側路４５から通路３７内に噴霧さ
れる二次側の超希薄混合気により撹拌されて、
その超微粒化が促進される。

このようにして、霧化および超微粒化が促進
された混合気が、一次側の吸気ポート３を介し
て燃焼室２内の周方向に向けて吸入されて、燃
焼室２内に渦流が形成される。この際、この混
合気の噴流により点火プラグＢの周囲が掃気さ
れる。

(b) 一次側のスロツトルバルブ２２のみ作動時
（部分負荷領域＝低体積効率時） スロツトルバルブ２２がアイドリング状態か
ら開いて、エンジンの吸気負圧がベンチユリー
１１に作用するようになると、フロート室９内
の燃料がメインジエツト１３、燃料ウエル１４
を介してベンチユリー１１内に噴霧されてエア
クリーナ側からのエアと混合する。このように
して形成された混合気は、スロツトルバルブ２
２とスロツトルボデー８ｃとの間の狭い間〓を
通過する際、高速化して微粒化された後、アイ
ドリング時と同様に通路３６，３７と一次側の
吸気ポート３を介して燃焼室２内に吸入され
る。

(c) 一次側のスロツトルバルブ２２の作動時 スロツトルバルブ２２を全開付近まで開弁さ
せると、一次側の通路３６内の圧力は、スロツ
トルバルブ２２が閉じていたときの負圧状態か
ら大気圧に近い値になる。この圧力変化は通路
５０を通つてアクチエータ４８の負圧室４８ａ
に作用する。すると、このとき負圧値に抗する
ような力にあらかじめ設定されているスプリン
グ５２が伸長し、作動ロツド４９とアーム４７
を介して二次側の４個のスロツトルバルブ４４
を同時に開弁する。

このようにして二次側のスロツトルバルブ４
４が開弁すると、ベンチユリー２７内では、メ
インノズル２８から噴霧された燃料とエアクリ
ーナ側からの混合器が混合されて混合気が形成
される。この混合気は、通路３３，３８を介し
て通路３９内に吸引された後、スロツトルバル
ブ４４とアダプター３５との狭い間〓を通過す
ることになる。このように間〓を通過する際
に、高速化されてその微粒化が促進され、次
に、二次側の吸気ポート４から燃焼室２の周方
向に向けて吸入される。この吸入方向は、一次
側の吸気ポート３から燃焼室２内に吸入される
混合気と同一方向であるので、この両混合気流
が合流して燃焼室２内には更に強い同一方向へ
の渦流が形成される。

(d) 減速直後の作動 減速直後は、スロツトルバルブ２２，４４が
閉じているので、通路３６内の吸気負圧は非常
に高くなる。このため、通路３６内壁面に付着
した燃料が瞬時に蒸発して燃焼室２内に向けて
流れる。このときの通路３６の混合気は過濃と
なつている。しかし、この過濃の混合気はアイ
ドルポート２４付近で特に発生するため、通路
３７内に過濃の混合気が達するまでは若干のタ
イムラグがある。一方、側路４５からは二次側
の通路３８内の超希薄混合気が通路３７内に噴
出されている。したがつて、減速直後に過濃な
混合気がアイドルポート２４の近傍で発生して
も、この混合気は、通路３７内で超希薄混合気
と混合されて適正な値の混合気となつた後、一
次側の吸気ポート３から燃焼室２内に吸入され
る。この結果、減速直後も安定した燃焼が得ら
れることになる。

(e) EGRの作用 排気マニホールド等からの排気ガスの一部
は、エンジンの作動に伴ない、EGRバルブ５
５を介してポート５３から二次側のスロツトル
バルブ４４の近傍に吸入された後、二次側の吸
気ポート４から燃焼室２内に吸入される。この
ように二次側のスロツトルバルブ４４に近傍し
たところから通路３９内に排気ガスが導入され
るので、混合気とのミキシングが改善され、こ
の結果、低EGRで燃焼温度を低下させてNOx
の生成を抑制する作用をする。

（発明の効果） 本発明は、以上説明したように構成され、作用
する３弁式内燃機関であるが、そのもつとも大き
な特徴となる部分は、一次側のスロツトルバルブ
をベンチユリーに近接させて一次側の吸気導通路
内に装着し、二次側のスロツトルバルブは二次側
の吸気ポートに近接させて二次側の吸気導通路内
に、各気筒毎に装着し、この二次側のスロツトル
バルブの各々に、前記一次側の吸気導通路内の吸
気負圧が増加したとき二次側の各スロツトルバル
ブを同時に閉じるアクチエータを、アームと作動
ロツドとを介して結合してこのアクチエータで二
次側のスロツトルバルブを開閉駆動するように
し、しかもこのアクチエータ内のスプリングのバ
ネ力を、一次側のスロツトルバルブが全開近傍ま
で開弁したときの通路内の圧力（負力）に抗し
て、二次側のスロツトルバルブを開弁し得る値に
設定したことである。

これにより、燃料の微粒化を促進し、気筒内の
分配を均一にし、混合気の流速を高め、且つ、ス
ワールの生成を促進し、燃料スピードを上げて燃
焼の安定化を図り高速高負荷域の性能を阻害する
ことなく、熱効率を向上させることができる上
に、二次側の燃料供給系に設けるスロツトルバル
ブが一次側の吸気通路の圧力値に関係して制御さ
れるので、二次側の燃料供給系におけるスロツト
ルバルブの作動タイミングを適切なものとするこ
とができ、また吸気マニホールドの各ブランチの
圧力のバランスをとることができることになる。
これによりスロー系の燃焼の安定化や吸気抵抗を
減らすことができる。

吸気バルブが一次、二次吸気通路のそれぞれに
専用となるために体積効率が向上することにな
る。一次側吸気通路が二次側吸気通路によつて覆
われることになるので、低温始動性が良好にな
る。さらに一次側の吸気導通路を二次側の吸気導
通路内に形成したことにより、制御のための構成
をコンパクトにできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の断面図、第２図は
第１図に示した内燃機関の要部平面図、第３図は
第１図に示したものの一次、二次吸気ポートと燃
焼室との関係を示す配置図である。 １……シリンダヘツド、２……燃焼室、３……
一次側の吸気ポート、４……二次側の吸気ポー
ト、５……一次吸気バルブ、６……二次吸気バル
ブ、７……気化器、１１，２７……ベンチユリ
ー、２２，４４……スロツトルバルブ、２５，３
６，３７，３８，３９……通路、４０……隔壁、
４５……側路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ ２個の吸気バルブと１個の排気バルブを設け
   た３弁式内燃機関において、燃料供給系を一次側
   と二次側の二つに分け、両燃料供給系を同一の気
   化器本体内に設けると共に、一次側の吸気通路
   を、シリンダヘツドに設けた一次側の吸気ポート
   と一次側のベンチユリーを連通させている一次側
   の吸気導通路から構成し、且つ、二次側の吸気通
   路を、前記シリンダヘツドに設けた二次側の吸気
   ポートと、該吸気ポートと二次側のベンチユリー
   を連通させている二次側の吸気導通路から構成し
   て前記一次側の吸気導通路を該二次側の吸気導通
   路内に形成し、更に、一次側のスロツトルバルブ
   を前記一次側のベンチユリーに近接させて一次側
   の吸気導通路内に装着し、二次側のスロツトルバ
   ルブは二次側の吸気ポートに近接させて二次側の
   吸気導通路内に、各気筒毎に装着し、該二次側の
   スロツトルバルブの各々に、前記一次側の吸気導
   通路内の吸気負圧があ増加したとき二次側の各ス
   ロツトルバルブを同時に閉じるアクチエータをア
   ームと作動ロツドとを介して結合し、該アクチユ
   エータ内の前記一次側の吸気負圧による作動に抗
   する作動スプリングのバネ力を、一次側の吸気負
   圧の圧力値に係らしめた値に設定したことを特徴
   とする３弁式内燃機関。