JPS5922251Y2 - 内燃機関 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は機関の吸気通路を１つの吸気弁に対して低負荷
用と高負荷用との２系統とし、広い運転条件においてそ
の性能を向上させるようにした内燃機関の吸気装置に関
する。

従来この種の内燃機関においては、吸気通路に隔壁を設
けて、低負荷時にはそのうちの一方の通路から吸気を導
入し、高負荷時には他方の通路からも吸気を導入するよ
うにする装置が各種提案されている（特開昭５４−７４
０２１号公報参照）。

しかるにこれらの装置は、低負荷域ではその性能を発揮
するが、高負荷域では吸気通路断面積が不足して最大出
力の低下を招いたり、あるいは高負荷特性を満足するよ
うにすると、本来の低負荷条件での吸気渦流（スワール
）の生成が不完全であったり、さらに各気筒に吸気弁が
２つ必要となり部品点数が増大するなどの欠点か゛あっ
た。

このような実情に鑑み、例えば特開昭５４−６９６１９
号公報にみられるように高負荷用吸気通路の断面積を吸
気弁に対し十分に大きくとってその一側端を吸気弁部に
連通させることにより、吸入効率を高めて機関の最大出
力をできるだけ大きくする一方、低負荷用吸気通路を前
記高負荷用吸気通路に連通開口させ、この際高負荷用吸
気通路の断面積を減することがないようにし、また低負
荷用吸気通路の中心線を高負荷用吸気通路の中心線より
シリンダヘッドのテ゛ツキ面側に配し、さらにその連通
開口を該開口から流出する吸気により燃焼室内の渦流が
助長されるような方向と位置に設定することにより、低
負荷域での機関の性能を大巾に向上させるようにしたも
のもある。

しかし従来装置の上記構成のみによると、点火栓の取付
位置によっては、低負荷用吸気通路から導入された混合
気主流が直接点火栓に当ってしまい、燃焼室内の吸気渦
流の生成を阻害して、ＥＧＲ時及び希薄燃焼時の燃焼悪
化並びに部分負荷条件における機関安定度が悪化し、或
いは始動等低負荷時に比較的高温にない点火栓の電極に
混合気が直撃してその燃料により該電極をぬらし、点火
栓の過冷却又はくすぶりを生じて失火に至るおそれがあ
る。

一方高負荷運転領域にあっては、点火栓電極が一般に温
度上昇しプリイグニッションの原因になったり溶損する
おそれも生じていた。

また、そのために点火栓を放熱の良い高熱価のものに選
択せざるを得す、これによりアイドリング及び部分負荷
条件下において失火し易くなり、くすぶりを生じて燃焼
が悪化するという不都合もあった。

本考案はかかる従来装置の不都合を防止することを目的
として、点火栓の燃焼室内配設位置を、低負荷用吸気通
路の混合気の主流を避けて、低負荷運転領域の点火栓冷
却を防止すると同時に高負荷用吸気通路の混合気の主流
が直撃するように配設して、高負荷運転領域の点火栓冷
却を効果的に行うように、したことを特徴とする。

以下に本考案の実施例を図面に基づいて詳述する。

尚、それぞれの実施例において同一要素のものには図で
同一符号を付しである。

第１図及び゛第２図において、１はシリンダヘッド、２
はシリンダブロック、３はピストン、４はペントルーフ
燃焼室、５は点火栓、６は吸気弁、７は吸気弁座、８は
吸気マニホールドを示し、さらに９は高負荷用吸気通路
、１０は低負荷用吸気通路、１１は高負荷用吸気通路９
の一部に設けられた絞り弁を示している。

高負荷用吸気通路９の一側端は吸気弁座７部に連通し、
該通路９の断面積は吸気弁座７の内断面積と同等若しく
はこれよりやや大きく形成され、これにより最大出力時
の吸気抵抗を少なくし出力低下を防いでいる。

低負荷用吸気通路１０は高負荷用吸気通路９より小径に
形成され、その人口１０ａが絞り弁１１上流側の高負荷
用吸気通路９に開口する一方、その出口１０ ｂは絞り
弁１１をバイパスして高負荷用吸気通路９の吸気弁６よ
り上流で且つその近傍位置に該通路９の断面積を減する
ことなく連通開口し、低負荷用吸気通路１０の中心線ｌ
は高負荷用吸気通路９の中心線りよりシリンダヘッド１
のデツキ面１ａ側寄りに配される。

また、低負荷用吸気通路１０の連通関口（出口１０ｂ）
を、該開口からの吸気の流出方向の中心即ち中心線ｌの
延長線ｌ′が第２図に示されるように吸気弁６の軸心即
ちステム部を逸れ、且つ吸気弁６が開いたときに吸気弁
６の傘部と吸気弁座７との間を通って燃焼室４に達し、
且つ燃焼室４内においてシリンダ中心軸Ｃに垂直な面上
あるいはそれに近い面内にて吸気渦流を助長する方向、
例えばシリンダ円周壁の接線方向に、向わしめである。

点火栓５は低負荷用吸気通路１０から燃焼室４内に導か
れる吸気の主流方向即ち該通路１０の出口１０ ｂ付近
の中心線ｌの燃焼室内における延長線ｌ′を避けてオフ
セットし、低負荷条件において低負荷用吸気通路１０か
ら導かれる吸気の主流が直接点火栓５に当らないように
したものである。

一方高負荷用吸気通路９の延長領域斜線部内には点火栓
５を含むように構成してあり、高負荷条件においては高
負荷用吸気通路９から導入される吸気が直接点火栓５の
電極に当たり電極の温度上昇を防ぐような構造とする。

尚、第１図において１２は高負荷用吸気通路９に設けら
れ吸気弁６傘部に向けて燃料噴射する燃料噴射弁、１３
は排気弁、１４は排気通路を示している。

上記の如き構成によれば、アイドリング運転時を含む低
負荷条件においては、吸気は低負荷用吸気通路１０を通
り、吸気弁６と吸気弁座７との間より燃焼室４内に直接
向かつて吸気渦流を生成させ、吸気弁６傘部に燃料噴射
弁１２から供給された燃料および燃焼室４内の残留ガス
との混合を促進し、均一な混合気を形成して点火栓５に
より点火燃焼する。

また低負荷用吸気通路１０から燃焼室４に導入される混
合気の主流が吸入行程にて直接点火栓５間隙に当らない
ので渦流の阻害にならないと共に燃料粒が電極部をぬら
すことがないため、始動時等の高電圧のリークによる失
火もなく確実な点火作用をするとともに、点火栓電極を
過度に冷却することのないようにして中心電極温度を高
め初期火炎核の生長を促がす。

このような点火特性の改善並びに点火栓５による渦流生
成の阻害がないことにより、着火性能を向上し、希薄混
合気の燃焼（希薄限界の拡大）、高ＥＧＲ時の燃焼を安
定（ＥＧＲ限界の拡大）にするとともに渦流促進により
燃焼を短縮化し熱効率を向上する。

ここで、低負荷用吸気通路１０の高負荷用吸気通路９へ
の連通関口付近の中心線ｌがシリンダ中心軸Ｃに垂直な
平面すなわちシリンダヘッド１のデツキ面１ａとなす角
度αはできるだけ小さくする方が燃焼室４内に生成され
る吸気渦流の水平成分が強くなり望ましい。

一方高負荷条件において絞り弁１１が開き吸気の主流は
高負荷用吸気通路９より、燃焼室４内に流入するが本考
案では吸気の主流が直接点火栓５にあたるので点火栓電
極を冷却し、高負荷時に発生しやすいプリイグニッショ
ン、点火栓溶損等を防止する作用をする。

そしてこのように高負荷時の点火栓の放熱が良いことか
ら、低熱価点火栓を使用でき、アイドリング及び部分負
荷条件下の燃焼を安定にする。

高負荷用吸気通路９の中心線りは低負荷用吸気通路１０
の中心線ｌよりもシリンダ中心軸Ｃ寄りに設けられるわ
けであり、これによりその曲率が小さくなって流路が絞
られずかつ渦流等を発生する構造となっていないため、
吸入抵抗が小さくなって吸入効率が高く絞り弁１１全開
時の最大出力を低下させない作用をする。

尚、上記において更に詳細に考察を加えれば次のように
なる。

ａ、低負荷条件下において吸入行程から圧縮、膨張行程
における渦流の減衰作用は垂直成分の方が減衰しやすく
、水平成分は減衰しにくい。

従ってαを小さくすることにより吸気渦流の混合気均一
化作用、急速燃焼作用により燃焼をサイクル毎に安定さ
せ、燃費率を向上することは既述した。

ところで低負荷条件、アイドリング等では点火栓に吸気
混合気が直接当たらないため、電極近傍に残留ガスが滞
在し燃焼の不安定化を招き易い。

しかしここにおいて上記の如く吸気渦流の水平成分を強
めることにより残留ガスをふきはらい均一な混合気が供
給され安定した着火火炎の生長を促し、もって点火栓に
吸気を直接当てないことにした欠点を補うことができる
。

進入角度αは吸気弁６中心軸がシリンダ中心軸Ｃとなす
角βが大きい方が吸気弁６傘部と吸気弁座７の間を通っ
て燃焼室４に流入しやすいため大きくとれるが渦流の水
平成分が小さくなるため、 の範囲が望ましい。

ｂ、上記実施例では高負荷用吸気通路９に設けた絞り弁
１１上流位置に低負荷用吸気通路１０人口１０ ａを開
口させ、該入口１０ａ部より上流を負荷の高低にかかわ
らずｌ系統の吸気系にしたことにより通路を簡潔化でき
る。

このため電子燃料供給装置等では吸気流量センサを１個
にすることができまた排気還流系も１系統にできる等の
効果がある。

Ｃ０本実施例では燃料噴射弁１２をその燃料噴霧が低負
荷用吸気通路１０出口１０ ｂ付近を通って吸気弁座並
びに吸気弁傘部に当るような位置に設けた。

これにより、低負荷時の吸気の主流と燃料噴霧が当たり
かつまた吸気弁傘部に当たり蒸発した燃料とも混合して
空気と燃料の混合を促進し混合気性状の改善をはかる作
用をする。

ｄ、低負荷時には高負荷用吸気通路９に設けた絞り弁１
１を全閉にして吸気の主流を低負荷用吸気通路１０から
供給するが、同時に絞り弁１１より下流側の高負荷用吸
気通路９に滞在する吸気もともに供給される。

又、多気筒機関では他気筒の吸気もまわり込み低負荷用
吸気の渦流促進のための流れを減殺する作用をする。

かかる不都合を回避するには絞り弁１１の位置をシリン
ダヘッド内の吸気弁６に可及的に近い位置に設けること
により、上記容積を小さくすればよい。

また多気筒機関においては気筒毎に高負荷用吸気通路９
を設は該通路９に絞り弁を設けて該絞り弁から吸気弁６
に至る容積をできるだけ小さくすればよい。

或いはまた、吸気マニホールドブランチ部に絞り弁を設
けてもよい ｅ、低負荷用吸気通路１０の断面積Ｓ１は小さい方がそ
こを通過する流速が増大し、燃焼室内の渦流を強化する
が、一方、作動流量に限界が生じる。

従つて一定の負荷以上では高負荷用吸気通路９の絞り弁
１１を開ける必要があり、そのようにすれば吸気渦流の
生成効果を減じることになる。

逆に前記断面積Ｓ１を大きくして、高負荷用吸気通路９
の断面積Ｓ２に近づけると、中負荷での渦流生成作用は
期待できるが低負荷条件では絞り効果が少なくなり強い
渦流を生成し得なくなる。

そこで比較的広い運転範囲でスワールの生成を効果的に
するためには Ｓｌ／Ｓ２＜０．６特に０．４〜０．５に選ぶのが良い ｆ、また低負荷用吸気通路１０が高負荷用吸気通路９に
開口する出口１０ ｂは付近の断面形状は第３図Ａに示
すように長円とし、かつその長軸ｍを吸気行程等の吸気
弁６傘部と吸気弁座７により形成される平たい通路に平
行に沿わせるとよい。

このようにすれば低負荷時に燃焼室に流入する噴流が通
路壁面あるいは吸気弁傘部に当ることなく有効に渦流を
生成する作用をし、燃焼改善の効果が大となる。

加工上は一般に上記長軸ｍは、第３図Ｂに示すようにシ
リンダ中心軸Ｃに垂直な平面にほぼ平行とするのが容易
であり、これによって水平方向成分の強い渦流を生成す
る作用をさせる。

また低負荷用吸気通路１０の断面形状は一様に長円（第
３図Ｂ）としてもよくあるいは円形としてもよい。

ｇ０部分負荷条件においては、気化器方式の場合混合気
の気化、混合を促進するため低負荷用吸気通路１０をウ
ォータジャケット１５で囲み温水加熱をして気化の促進
を図ることが有効である。

ところで高負荷用吸気通路９の紋り弁１１を、機関の負
荷制御絞り弁が部分負荷条件では全閉とし、特定の負荷
より高い条件では負荷制御絞り弁に連動して開くように
構成して、各運転条件に最適強さの吸気渦流を生成させ
るのがよい。

即ちアイドリング、高ＥＧＲ時、希薄空燃比等の条件で
はガスの混合促進、乱流強化による急速燃焼をはかるた
め吸気渦流を強めることが必要であり、このようなとこ
ろでは低負荷用吸気通路のみから混合気を吸入させる。

一方高負荷条件では一般に圧力上昇率が高くガス流動を
むしろ弱めて急速燃焼を避けることが必要であるから高
負荷用吸気通路の絞り弁を開き、むしろ吸気渦流が生成
しないような作用をする。

そしてこの中間の条件では高負荷用吸気通路の絞り弁を
開ける割合を制御して渦流強さを最適に制御する。

かかる制御を行う実施例を第４図に例示する。

このものは複胴気化器の負荷制御用絞り弁を高負荷用通
路に設けた絞り弁との連動装置を示す。

図において２１はプライマリ側吸気通路、２２はセカン
ダリ側吸気通路、２３はプライマリ側の部分負荷制御弁
、２４はセカンダリ側高負荷用絞り弁である。

部分負荷制御弁２３の弁軸に固着されたケーブルガイド
２５を回動するケーブル２６の先端ピン；２７を、アク
セルペダルと連動するリンク２８の長（Ｌ２９に嵌入し
、該リング２８の他所に設けたピン３０．３１を夫々高
負荷用絞り弁２４及び高負荷用吸気通路９の絞り弁１１
の弁レバー３２．３３の長孔３４．３５に嵌入する。

今アクセルペダルを踏み込むとケーブル２６を介してケ
ーブルガイド２５が回転し部分負荷制御弁２３を開く。

ケーブル２６の先端ピン２７がリンク２８の長孔２９内
を滑動しその左端に当たると部分負荷制御弁２３が所定
開度まで開弁する。

ケーブル２６を更に引くと、リンク２８は気化器の高負
荷用絞り弁２４と連動する弁レバー３２および高負荷用
吸気通路９に設けた絞り弁１１と連動する弁レバー３３
を作動させ両絞り弁２４，１１を開弁じ高負荷条件に必
要な混合気を吸入する。

尚、気化器の代りに燃料噴射弁１２を用いる場合を図で
一点鎖線により示した。

更に高負荷用吸気通路９に設けた絞り弁１１の上流に低
負荷用吸気通路１０を開口させ、ＥＧＲガスをこの絞り
弁１１より上流にＥＧＲパイプ４０を介して導入し、部
分負荷および高負荷条件でもＥＧＲガスを一系統の通路
から還流しＥＧＲ系を簡潔化した場合、低負荷用吸気通
路１０を通過する混合気流速が速いためＥＧＲガスと混
合気の混合が促進され高ＥＧＲ時のエンジン安定度を向
上させる効果がある。

以上説明したように本考案によれば、低負荷域での吸気
に効果的に渦流を与えて乱れを生起させることにより混
合気性状を改善して燃焼を早°め、希薄限界やＥＧＲ限
界を改善し、燃費の向上、排気の清浄化及び運転性の向
上を図ることができる。

また、低負荷用吸気通路から燃焼室内に導入された吸気
が点火栓に直接当たらないように吸気渦流を生成したた
め始動時の点火栓のかぶりもなく始動性が向上し、燃料
付着による点火栓電極の冷却がなく初期火炎核の生長を
促し燃焼の急速化を促して燃費を改善すると共に部分負
荷条件の機関安定性を向上する。

更にその結果として希薄限界。ＥＧＲ限界を拡大しＮＯ
ｘ 、ＨＣ、Ｃｏ等の排気エミッションを低減する。

一方高負荷）域では混合気の主流が直接点火栓を直撃す
る配置として点火栓を冷却しプリイグニッション、点火
栓の溶損等を防止することができる。

このように高負荷時の点火栓の放熱が良いことから低熱
価の点火栓を実用でき、アイドリング及び部分負荷条件
下の燃焼を安定にする。

更に吸気弁径を一定とした場合その大きさを最大限活用
し吸気抵抗を少なくして最大出力の増大が図れる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例を示す縦断面図、第２図は第
１図の概略平面図、第３図Ａ、Ｂは夫々低負荷用吸気通
路の断面形状の例を示す図、第４図は本考案の弁制御機
構の一実施例を示す縦断面図である。 １・・・・・・シリンダヘッド、１ａ・・・・・・テ゛
ツキ面、４・・・・・・燃焼室、５・・・・・・点火栓
、６・・・・・・吸気弁、７・・・・・・吸気弁座、９
・・・・・・高負荷用吸気通路、１０・・・・・・低負
荷用吸気通路、１１・・・・・・絞り弁、１２・・・・
・・燃料噴射弁、ｌ、ｈ・・・・・・通路中心線。

Claims (3)

【実用新案登録請求の範囲】
1. （１）低負荷用吸気通路と高負荷用吸気通路とを有する
   内燃機関において、高負荷用吸気通路の一側端が吸気弁
   部に連通し、該通路の断面積が吸気弁座の内断面積と同
   等若しくはやや大きく形成される一方、低負荷用吸気通
   路は、高負荷用吸気通路より小径に形成されると共に、
   高負荷用吸気通路に該通路断面積を減することなく連通
   開口し、また低負荷用吸気通路の中心線が高負荷用吸気
   通路の中心線よりシリンダヘッドのデツキ面側にあり、
   さらにその連通開口を、該開口からの吸気の流出方向の
   中心が吸気弁軸心を逸れ且つ吸気弁開時吸気弁の傘部と
   吸気弁座との間を通って燃焼室に達し燃焼室内の渦流を
   助長する方向に向わしめるように構成する一方、点火栓
   を前記低負荷用吸気通路から導入される吸気の主流が直
   流当らない燃焼室内位置に臨ませると共に、前記高負荷
   用吸気通路は、該通路から燃焼室へ導入される吸気の主
   流が点火栓に直撃して高負荷時点火栓を冷却するように
   構成されたことを特徴とする内燃機関。
2. （２）高負荷用吸気通路は、途中に絞り弁が設けられ、
   該絞り弁上流の前記通路に低負荷用吸気通路の入口を開
   口させてなる実用新案登録請求の範囲第１項記載の内燃
   機関。
3. （３）高負荷用吸気通路は、該通路の途中に設けられた
   絞り弁の上流には排気還流用通路が開口してなる実用新
   案登録請求の範囲第２項記載の内燃機関。