JP3445294B2 - エンジンの吸気制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、吸気通路内に配設され
た吸気制御弁により吸気通路面積を可変制御するように
したエンジンの吸気制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】エンジンの燃費率の向上を図るために、
Ａ／Ｆ（空燃比）を高く設定した希薄空燃比型のエンジ
ンが実用に供されている。このようなエンジンにおいて
燃費率をさらに向上させるためには、吸気量の少ない運
転領域でも吸気の流速を高めることにより燃焼室内に例
えばタンブル（縦渦）を発生させ、希薄燃焼を安定化さ
せることが効果的であることが知られている。このよう
なタンブルを発生できる吸気制御装置として、本件出願
人は、先に吸気通路の底壁内に吸気制御弁を回動自在に
配設し、低吸入空気量時に吸気通路の底壁側部分を絞り
込むことにより吸入空気を天壁側に偏らせて流し、さら
に吸気制御弁の下流側に吸気の方向付けを行う整流部材
を配設し、もって吸入空気を燃焼室中心側から縦方向に
流入させるようにした吸気制御装置を提案している（例
えば特願平３−３６０１２９号参照）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで上記提案に係
る吸気制御装置は、上述のように低吸入空気量時には吸
気制御弁を閉じて吸気通路面積を絞り込むとともに整流
部材によって吸気流を方向付けすることによりタンブル
を発生させ、かつ高吸入空気量時には吸気制御弁を開く
ことにより吸気抵抗を軽減するように構成されている。
ところが、上記整流部材の形状，配置位置のいかんによ
っては、気筒軸方向に流れるタンブルをより確実に発生
させる点でまだ充分でないことが判明した。

【０００４】例えば上記提案装置では、整流部材は吸気
弁より反気筒中心側に位置していることから断面Ｖ字状
になっていた。そのため、吸気流はカム軸直角方向に長
い長円状となり、気筒内で反転流と干渉し易い問題があ
った。

【０００５】また提案装置では整流部材が横断面Ｖ字状
をなしており、しかもこのＶ字形の中に吸気弁が位置し
ているので、それだけ吸気の流路抵抗が大きいという問
題があった。

【０００６】本発明は、上記実情に鑑みてなされたもの
で、吸気通路を絞り込んだときのタンブルをより強力確
実に発生させて燃費をより向上できるエンジンの吸気制
御装置を提供することを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、底壁，左右内
側壁及び天壁を有する吸気通路の底壁内に、低吸入空気
量時に該吸気通路の上記底壁側部分を絞り込むことによ
り吸入空気を吸気通路の上記天壁側に偏らせて流す吸気
制御弁を回動可能に配設し、上記吸気通路の上記吸気制
御弁より下流側部分にて吸気を天壁側流れと底壁側流れ
とに整流するための整流部材を、該整流部材の長手方向
左右縁部と吸気通路の上記左右内側壁との間に隙間をあ
けて設けるとともに、該整流部材の吸気弁開口近傍部分
を吸気弁のバルブステムより気筒中心側に位置させたこ
とを特徴としている。

【０００８】また請求項２の発明は、吸気通路の底壁内
に、低吸入空気量時に該吸気通路の底壁側部分を絞り込
むことにより吸入空気を吸気通路の天壁側に偏らせて流
す吸気制御弁を回動可能に配設し、上記吸気通路の上記
吸気制御弁より下流側部分にて吸気を天壁側流れと底壁
側流れとに整流するための整流部材を設けるとともに、
該整流部材と上記吸気通路内壁とでなす通路面積を、上
記吸気制御弁が全閉位置に回動したときの該吸気制御弁
と上記整流部材とでなす隙間面積より大きくしたことを
特徴とするエンジンの吸気制御装置である。

【０００９】

【作用】請求項１の発明に係る吸気制御装置によれば、
整流部材を吸気弁のバルブステムより気筒中心側に位置
させたので、この整流部材と吸気通路内壁とで囲まれる
通路断面形状がカム軸方向に長い長円状となり、吸気が
燃焼室内に気筒軸方向に流入した際の反転流との干渉が
抑制され、それだけタンブルの発生を確実にできる。

【００１０】また本発明では流路形状が横長の長円状を
なしており、しかもこの流路内に吸気弁は位置していな
いので、吸気通路を絞り込んだときの天壁側を流れる吸
気の流路抵抗を小さくすることができ、この点からも気
筒軸方向のタンブルをより強力に発生させることができ
る。

【００１１】さらにまた上記整流部材と吸気通路の左右
内側壁との間に隙間をあけたので、この隙間から流入し
た吸気により、吸気制御弁下流側の底壁側部分に生じる
負圧を緩和でき、吸気流の乱れを防止できる。これらの
相乗効果によってタンブルを強化でき、燃焼性をさらに
向上でき、燃費の改善が図れる。

【００１２】また、請求項２の発明に係る吸気制御装置
によれば、整流部材と吸気通路内壁とでなす通路面積
を、全閉時における吸気制御弁と整流部材と吸気通路内
壁とでなす隙間面積より大きく設定したので、この隙間
面積から流入した吸気により底壁側部分の負圧を緩和し
て吸気流の乱れを防止しながら、天壁側を流れる吸入空
気の必要量を確保してタンブルを確実に発生させること
ができる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の実施例を図について説明す
る。図１ないし図６は本発明の一実施例によるエンジン
の吸気制御装置を説明するための図であり、図１ないし
図５は本実施例装置の構造を説明するための図、図６は
エンジン回転数−スロトッル弁開度−吸気制御弁開度の
関係を示す三次元マップ図である。

【００１４】図１において、１は水冷式４サイクル４バ
ルブエンジンであり、これはクランクケース２上にシリ
ンダブロック３，シリンダヘッド４を積層してヘッドボ
ルトで締結し、該シリンダヘッド４のヘッドガバー側合
面４ｉにヘッドガバー５を装着した構造のものである。
上記シリンダブロック３に形成されたシリンダボア３ａ
内にはピストン７が摺動自在に挿入配置されており、該
ピストン７はコンロッド８でクランク軸（図示せず）に
連結されている。

【００１５】上記シリンダヘッド４のシリンダブロック
側合面４ａには燃焼室を構成する燃焼凹部４ｂが凹設さ
れている。この燃焼凹部４ｂには吸気弁開口４ｃ，排気
弁開口４ｄがそれぞれ２つずつ開口している。この各排
気弁開口４ｄには排気弁１０のバルブヘッド１０ａが、
各吸気弁開口４ｃには吸気弁１１のバルブヘッド１１ａ
がそれぞれ開閉可能に配設されている。この排気，吸気
弁１０，１１のバルブステム１０ｂ，１１ｂはカム軸方
向に見て所定の挟み角をなすように斜め上方に延びてお
り、その上端には排気，吸気リフタ１２，１３がそれぞ
れ装着されている。また該各リフタ１２，１３上には、
これを押圧駆動する排気，吸気カム軸１４，１５が気筒
軸と直角方向に向けて、かつ互いに平行に配設されてい
る。なお、１２ａ，１３ａは各弁を閉方向に付勢するバ
ルブスプリング、２９は点火プラグである。

【００１６】上記２つの排気弁開口４ｄは二股状の排気
通路１６でシリンダヘッド４の前壁４ｆ側に導出されて
おり、該排気通路１６の壁面開口１６ａには排気管（図
示せず）が接続されている。また上記各吸気弁開口４
ｃ，４ｃ´はそれぞれ吸気通路１７，１７´によりシリ
ンダヘッド４の後壁４ｇ側に導出されている。この各吸
気通路１７，１７´は気筒軸方向に見ると（図４参照）
互いに平行になっており、またカム軸方向に見ると（図
１参照）上記吸気弁開口４ｃからシリンダ後壁４ｇ側に
円弧状に屈曲した後、略直線状に延びている。そしてこ
の各吸気通路１７，１７´の各壁面開口１７ａには共通
のキャブジョイント１８が接続されており、該ジョイン
ト１８内で１つの通路に合流している。このキャブジョ
イント１８には１つの気化器１９が接続されている。該
気化器１９はスロトッル操作によって開閉するバタフラ
イ式スロットル弁１９ａと、エンジンの吸気負圧で自動
的に開閉するピストン弁１９ｂとを有する自動可変ベン
チュリ式のものである。

【００１７】上記吸気通路１７の吸気弁開口近傍の屈曲
部１７ｂには、弁穴１７ｃがカム軸方向に貫通形成され
ている。この弁穴１７ｃは、その軸線が該吸気通路１７
の底壁１７ｄの表面付近に位置し、吸気通路１７内部分
は略半円状に形成されており、隣接する２つの気筒用吸
気通路を連通している。

【００１８】上記弁穴１７ｃ内には、各吸気通路１７，
１７´の通路断面積を変化させるための吸気制御弁２１
が回動自在に挿入配置されている。この吸気制御弁２１
は、丸棒の一部を吸気通路１７の下部内面と連続面をな
すよう切り欠くことにより各吸気通路１７，１７´を開
閉する弁部２１ａを形成してなるものであり、この弁部
２１ａが弁穴１７ｃ内に没入して吸気通路内面と面一と
なる全開位置と、上記弁部２１ａが底壁１７ｄ面から略
垂直に起立して吸気通路１７を５０〜７０％、好ましく
は６７％程度絞り込む全閉位置との間で回動可能となっ
ている。この場合、上記弁部２１ａの外周面が上流側に
位置するように回動する。

【００１９】また上記キャブジョイント１８内には、切
換弁２６が配設されている。この切換弁２６は、該ジョ
イント１８を上記吸気制御弁２１と平行に貫通するよう
に配設された弁軸２６ａと、該弁軸２６ａに固着され上
記一方の吸気通路１７´を開閉する弁板２６ｂとから構
成されている。

【００２０】上記吸気制御弁２１の外方突出部は制御モ
ータ３０にプーリ，ケーブルを介して連結されている。
また上記切換弁２６の外方突出部は切換モータ３１にプ
ーリ，ケーブルを介して連結されている。上記制御モー
タ３０，切換モータ３１はＥＣＵ２３によってその回転
が制御される。

【００２１】上記ＥＣＵ２３は、スロットル開度センサ
２４によるスロットル弁１９ａの開度信号ａ，及び回転
センサ２５によるエンジン回転数信号ｂが入力され、上
記吸気制御弁２１を、図６に示すマップに従って制御す
るための制御信号Ａを上記制御モータ３０に出力し、ま
た上記切換弁２６を吸入空気量が所定以下の運転域では
閉とし、上記所定量を越える運転域では開とする制御信
号Ｂを上記切換モータ３１に出力する。

【００２２】上記切換弁２６の弁板２６ｂが設けられて
いない吸気通路１７側の、吸気制御弁２１より下流側に
は整流部材２０が配設されている。この整流部材２０
は、図２，図３(a) 及び図３(b) に示すように、舌片状
の整流板２０ａの下流端部に環状の保持リング２０ｂを
溶接，ロウ付けにより接続固定し、この保持リング２０
ｂの外周面に凸状の係止部２０ｃを突設して構成されて
おり、この係止部２０ｃは上記吸気弁開口４ｃに圧入さ
れたバルブシート１１ｄの内周面の凹部に嵌合してい
る。

【００２３】上記整流板２０ａは上記吸気通路１７の略
中心線に沿って延び、これの下流端部２０ｅは上記バル
ブシート１１ｄの圧入端ｐより燃焼室側に位置してい
る。また上記整流板２０ａの上部には上記吸気弁１１の
バルブステム１１ｂが挿通する挿通孔２０ｄが両者の間
に隙間を設けて形成されている。

【００２４】そして上記整流板２０ａの長手方向の両縁
部と吸気通路１７の内側壁との間には若干の隙間ｔが設
けられている（図３(a) 参照) 。また上記整流板２０ａ
の下流端部２０ｅ部分はバルブステム１１ｂより気筒中
心の点火プラグ２９側に位置している。

【００２５】さらにまた、上記整流板２０ａの上流端部
２０ｆは、吸気制御弁２１が全閉位置にある場合の弁部
２１ａの上方に位置している。この上流端部２０ｆと上
記吸気通路１７の天壁１７ｆ側内面とでなす通路面積Ｃ
は、上記全閉位置における吸気制御弁２１と上記整流板
２０ａとでなす隙間面積Ｄより大きく設定されている
（図２，図５参照）。

【００２６】次に本実施例装置の作用効果について説明
する。本実施例装置では、ＥＣＵ２３からの制御信号Ａ
によって制御モータ３０が吸気制御弁２１を開閉制御
し、またＥＣＵ２３からの制御信号Ｂによって切換モー
タ３１が切換弁２６を開閉制御する。

【００２７】上記切換弁２６は上記ＥＣＵ２３によって
開閉制御され、一方の吸気通路１７´を、要求吸気量の
少ない低速・低負荷運転域，及び要求吸気量が中程度の
中速・中負荷運転域では全閉する。これにより吸気は他
方の吸気通路１７のみに偏って流れる。また要求吸気量
の多い高速・高負荷運転域では、切換弁２６は吸気通路
１７´を全開とする。これにより吸気は吸気通路１７，
１７´の両方を通って流れる。

【００２８】また上記上記ＥＣＵ２３は、エンジン回転
数信号ｂ及びスロットル開度信号ａを読み込み、内蔵す
る図６の三次元マップから現運転状態における最適の吸
気制御弁開度を演算し、該開度に応じて制御モータ３０
を駆動する。即ち、吸気制御弁２１は、エンジン回転数
が、ｂ３より高い高速側運転域ではスロットル弁開度の
如何にかかわらず常に全開となっており、アイドル回転
数からｂ３の間の低，中速運転域ではスロットル弁開度
に応じて開閉制御される。

【００２９】上記吸気制御弁２１の開度は、上記低，中
速運転域ではスロットル弁開度がａ１を越えるまで全閉
に保持され、ここからスロットル弁開度がａ２〜ａ４に
達するまで緩やかに大きくなり、これらの開度を越える
と急撃に全開まで開かられ、全開に保持される。この場
合、上記隙間面積Ｄは吸気制御弁２１が全閉時に最小で
かつＤ＜Ｃとなり、該制御弁２１を開いていくとＤ＝Ｃ
の状態を経てＤ＞Ｃとなる。

【００３０】このように本実施例によれば、低中速・低
負荷時のような吸入空気量の少ない運転域では、吸気制
御弁２１を図１，図２に示す全閉位置に回動させ、かつ
切換弁２６を閉位置に回動させて吸気を他方の吸気通路
１７のみ流すとともに、該吸気を整流部材２０で天壁側
流れと底壁側流れとに整流したので、吸気量が少ない場
合でも気筒軸方向に沿って流れるタンブルを確実に発生
させることができ、安定した希薄燃焼を確保でき、燃費
率を向上できる。

【００３１】また、上記整流部材２０の整流板２０ａの
下流側を吸気弁１１より気筒中心側に位置させたので、
吸気流をカム軸方向に横長の断面形状にすることがで
き、気筒内に流入する吸気流とピストン面から反転して
くる反転流との干渉を抑制でき、それだけタンブルを確
実に発生させることができる。

【００３２】また本実施例では整流板２０ａを吸気弁よ
り気筒中心側に配置したので上記整流部材を例えばＶ字
状に形成して吸気弁を囲むように配置した場合に比べて
絞り込み時の流路抵抗を小さくすることができ、それだ
け吸入空気の流速を向上でき、この点からもタンブルを
より強力に発生させることができる。

【００３３】ここで本実施例では上記整流板２０ａの上
流端部２０ｆを吸気制御弁２１の全閉位置の弁部２１ａ
の上方に位置させたが、上記整流板２０ａは、これの挿
通孔２０ｄの上端部で切断してバルブステム１１ｂの通
る穴をＵ字状としてもよく、あるいは上記挿通穴２０ｄ
の下部で切断してもよい。

【００３４】また本実施例では、上記整流板２０ａの両
縁部と吸気通路１７との間に隙間ｔを設けたので、該隙
間ｔから流入した吸気により底壁側に生じる負圧を緩和
でき、吸気の巻き込みによる乱流を防止できる。この場
合、上記整流板２０ａの挿通孔２０ｄ，及び該整流板２
０ａの上流端部２０ｆと吸気制御弁２１との隙間からも
吸気は流入することから、この点からも負圧による吸気
の乱れを防止できる。

【００３５】また上記整流板２０ａの上流端部２０ｆと
吸気通路１７の天壁１７ｆ内面とでなす通路面積Ｃを、
上記上流端部２０ｆと閉時の吸気制御弁２１とでなす隙
間面積Ｄより大きく設定したので、底壁側が負圧になる
のを防止しながら天壁１７ｆ側を流れる吸気の流速を確
保でき、タンブルを確実に発生させることができる。な
お、上記上流端部２０ｆを吸気制御弁２１に当接させて
隙間面積Ｄを略ゼロにしてもよい。

【００３６】さらにまた上記整流板２０ａの下流端部２
０ｅを上記バルブシート１１ｄの圧入端ｐより燃焼室側
に位置させたので、バルブ開口まで吸気に方向性を持た
せることができ、さらに強力なタンブルを発生させるこ
とができる。また上記下流端部２０ｅを燃焼室側に延長
したことにより、整流板２０ａを保持リング２０ｂに溶
接，ロウ付けする場合の接続代を長くできることから、
保持力を向上でき、エンジン振動，吸入負圧等による整
流板２０ａの倒れ，脱落を防止できる。

【００３７】また上記整流部材２０の保持リング２０ｂ
に係止部２０ｃを突設し、該係止部２０ｃをバルブシー
ト１１ｄの内周面の凹部に嵌合して固定するようにした
ので、簡単な形状で組付け性，及び保持力を向上でき
る。ここで、本実施例では、保持リング２０ｂの係止部
２０ｃをバルブシート１１ｄの凹部に嵌合させて固定し
た場合を例にとって説明したが、例えば図７ないし図１
１に示すような固定構造を採用してもよい。図中、図２
及び図３と同一符号は同一又は相当部分を示す。

【００３８】図７に示す整流部材３５は、保持リング３
５ｂの外周面に係止部３５ｃを突設し、この係止部３５
ｃをバルブシート１１ｄの圧入端ｐに嵌合して構成した
例である。また図８に示す整流部材３６は、保持リング
３６ｂの下縁にフランジ部３６ｃを折り曲げ形成し、こ
のフランジ部３６ｃをバルブシート１１ｄと吸気通路１
７の縁部とで挟持した例である。

【００３９】また、図９(a),(b) に示す整流部材３７
は、保持リング３７ｂに一対の係止部３７ｃを外方に切
り起こして形成し、この係止部３７ｃをバルブシート１
１ｄの凹部１１ｅに嵌合して構成した例である。図１０
(a),(b) に示す整流部材３８は、保持リング３８ｂの外
周面に３つの係止片３８ｃを外方に切り起こして形成
し、各係止片３８ｃをバルブシート１１ｄの内周面に嵌
合させて構成した例である。

【００４０】さらに図１１(a),(b) に示す整流部材３９
は、整流板３９ａと保持リング３９ｂとを一体に形成し
てなるもので、この保持リング３９ｂは略Ｃ字状に形成
されており、これの両端部の屈曲部３９ｃをバルブシー
ト１１ｄの溝１１ｆに係合するとともに、上記保持リン
グ３９ｂに形成された係止片３９ｃ´を上記バルブシー
ト１１ｄの凹部１１ｅに嵌合して構成されている。上記
何れの構造においても、組付け性，保持力を向上でき、
整流部材の倒れ，脱落を防止できる。

【００４１】

【発明の効果】以上のように請求項１の発明に係るエン
ジンの吸気制御装置によれば、吸気通路の吸気制御弁よ
り下流側に配置された整流部材を吸気通路の左右内側壁
との間に隙間をあけて設けるとともに、該整流部材の吸
気弁開口近傍部分を吸気弁のバルブステムより気筒中心
側に位置させたので、吸気流の反転流との干渉を抑制で
き、また吸入抵抗を小さくして吸入空気の流速を向上で
き、さらに底壁側部分の負圧を緩和して吸気流の乱れを
防止できる。その結果、気筒軸方向のタンブルをより強
力に発生させることができ、燃焼性をさらに向上して燃
費を改善できる効果がある。

【００４２】また請求項２の発明では、整流部材と吸気
通路の天壁とでなす通路面積を、吸気制御弁が全閉位置
に回動したときの該吸気制御弁と上記整流部材とでなす
隙間面積より大きくしたので、底壁側部分の負圧を抑制
し、かつ吸気流速を確保でき、タンブルを確実に発生さ
せて燃焼性を向上できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例による吸気制御装置を備えた
エンジンの断面側面図である。

【図２】上記実施例の吸気制御弁，整流部材部分の拡大
図である。

【図３】上記実施例の吸気制御弁，整流部材部分の拡大
図である。

【図４】上記実施例の吸気通路の断面平面図である。

【図５】上記実施例の吸気制御弁の閉時における通路面
積を示す図である。

【図６】上記実施例におけるエンジン回転数−スロット
ル弁開度−吸気制御弁開度の関係を示すマップ図であ
る。

【図７】上記実施例の変形例による整流部材を示す拡大
図である。

【図８】上記実施例の変形例による整流部材を示す拡大
図である。

【図９】上記実施例の変形例による整流部材を示す拡大
図である。

【図１０】上記実施例の変形例による整流部材を示す拡
大図である。

【図１１】上記実施例の変形例による整流部材を示す拡
大図である。

【符号の説明】

１ エンジン １１ 吸気弁 １７ 吸気通路 １７ｄ 底壁 １７ｆ 天壁 ２０，３５，３６，３７，３８，３９ 整流部材 ２１ 吸気制御弁 Ｃ 通路面積 Ｄ 隙間面積

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 底壁，左右内側壁及び天壁を有する吸気
   通路の底壁内に、低吸入空気量時に該吸気通路の上記底
   壁側部分を絞り込むことにより吸入空気を吸気通路の上
   記天壁側に偏らせて流す吸気制御弁を回動可能に配設
   し、上記吸気通路の上記吸気制御弁より下流側部分にて
   吸気を天壁側流れと底壁側流れとに整流するための整流
   部材を、該整流部材の長手方向左右縁部と吸気通路の上
   記左右内側壁との間に隙間をあけて設けるとともに、該
   整流部材の吸気弁開口近傍部分を吸気弁のバルブステム
   より気筒中心側に位置させたことを特徴とするエンジン
   の吸気装置。
2. 【請求項２】 吸気通路の底壁内に、低吸入空気量時に
   該吸気通路の底壁側部分を絞り込むことにより吸入空気
   を吸気通路の天壁側に偏らせて流す吸気制御弁を回動可
   能に配設し、上記吸気通路の上記吸気制御弁より下流側
   部分にて吸気を天壁側流れと底壁側流れとに整流するた
   めの整流部材を設けるとともに、該整流部材と上記吸気
   通路内壁とでなす通路面積を、上記吸気制御弁が全閉位
   置に回動したときの該吸気制御弁と上記整流部材とでな
   す隙間面積より大きく設定したことを特徴とするエンジ
   ンの吸気制御装置。