JP2005171813A - Intake system for internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、内燃機関の吸気流動を制御する吸気装置に関する。 The present invention relates to an intake device that controls intake air flow of an internal combustion engine.
吸気ポートの通路断面を隔壁によって分割すると共に、分割された一方の通路に弁体中心部に弁軸を有した吸気制御弁を介装し、低負荷条件で前記吸気制御弁を閉じ他方の通路からのみ吸気を流通させて吸気流動を強化し、タンブル流動を生成するようにした内燃機関の吸気装置がある(特許文献1)。
しかしながら、上記従来の吸気装置においては、全開運転条件で、前記吸気制御弁を開いたときでも分割された通路の延長上に位置する吸気制御弁の厚みが抵抗となって吸気充填効率を低下させ、全開性能が損なわれてしまう。
この点を考慮し、隔壁の下流端部近傍に弁軸を有し、該弁軸の片側のみに弁体を有した吸気制御弁とすれば、全開運転時には弁体が隔壁の延長上に位置し、吸気の抵抗となることを抑制できるので、全開性能を確保できる。しかし、この構造では、吸気制御弁により分割された一方の通路を閉じているときに、該閉側の通路から弁体に作用する吸気負圧によって弁軸周りに大きな閉方向のトルクを生じているので、この状態から負荷が増大して吸気制御弁を開こうとするときに開方向の大きな駆動トルクが要求され、大出力のアクチュエータを設ける必要があり、コスト高につき、レイアウトも難しくなる。
However, in the above-described conventional intake device, even when the intake control valve is opened under the fully-open operation condition, the thickness of the intake control valve located on the extension of the divided passage becomes a resistance to reduce the intake charging efficiency. , Fully open performance will be impaired.
Considering this point, if the intake control valve has a valve shaft in the vicinity of the downstream end of the partition wall and a valve body on only one side of the valve shaft, the valve body is positioned on the extension of the partition wall when fully opened. In addition, since it is possible to suppress the intake resistance, the fully open performance can be secured. However, in this structure, when one passage divided by the intake control valve is closed, a large closing torque is generated around the valve shaft by the intake negative pressure acting on the valve body from the closed passage. Therefore, when the load increases from this state to open the intake control valve, a large driving torque in the opening direction is required, and it is necessary to provide a high-power actuator, and the layout becomes difficult due to high cost.
本発明は、このような従来の課題に着目してなされたもので、吸気流動を制御する吸気制御弁の駆動トルクを軽減しつつ全開性能を確保できるようにした内燃機関の吸気装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made paying attention to such a conventional problem, and provides an intake device for an internal combustion engine capable of ensuring fully open performance while reducing the drive torque of an intake control valve that controls intake flow. For the purpose.
このため本発明は、吸気ポートの通路断面を分割壁によって分割すると共に、吸気制御弁を、弁体中心部に設けた弁軸周り回動自由で、かつ、前記弁軸を前記通路断面方向に沿って移動自由に形成し、該吸気制御弁を弁駆動機構によって前記弁軸周りの回動及び弁軸の前記通路断面方向に沿った移動を制御しつつ開閉駆動する構成とした。 For this reason, the present invention divides the passage cross section of the intake port by the dividing wall, allows the intake control valve to freely rotate around the valve shaft provided at the center of the valve body, and moves the valve shaft in the passage cross section direction. The intake control valve is opened and closed while controlling the rotation around the valve shaft and the movement of the valve shaft along the passage cross-sectional direction by a valve drive mechanism.
このようにすれば、弁体中心軸に弁軸が設けられるので、弁軸を挟んで両側の弁体に吸気圧を受けて作用するトルクが逆向きに生じて相殺されるので、開弁時の駆動トルクを軽減できると共に、全開運転時などの高出力時には、弁体を分割壁の延長上に重ねるように弁軸を移動させて全開とすることにより吸気制御弁が抵抗とならず全開出力性能も確保できる。 In this way, since the valve shaft is provided on the central axis of the valve body, the torque acting on the valve body on both sides across the valve shaft due to the intake pressure is generated in the opposite direction and is canceled. The drive torque can be reduced, and at the time of high output such as during fully open operation, the valve stem is moved fully open so that the valve body overlaps the extension of the dividing wall, so that the intake control valve does not become resistance and fully open output Performance can be secured.
以下、図面に基づき、本発明の実施形態について説明する。
図1は、本発明に係る吸気装置を備えた内燃機関のシステム構成を示す。
内燃機関1は、気筒毎に2個ずつ吸気弁2と排気弁3を備え、これら吸気弁2と排気弁3にいたる2本ずつの吸気ポート4と排気ポート5を備える。燃焼室6頂壁の中心に点火栓7を備え、前記2本の吸気ポート4の間で下側に燃料噴射弁8を備え、ピストン9に形成されたキャビティ9aに向けて燃料を噴射し、点火栓7で点火して燃焼するようになっている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a system configuration of an internal combustion engine provided with an intake device according to the present invention.
The
前記吸気ポート4内に上下に仕切る分割プレート(分割壁)10を配設し、該分割プレート10により上側通路11Aと下側通路11Bとに分割する。前記分割プレート10の下流端部に、吸気制御弁12を配設する。該吸気制御弁12は、弁体12Aの中心部に弁軸12aを備え、該弁軸12a周りに回動して開閉するようになっている。前記吸気制御弁12を、その弁軸12aを吸気ポート4の通路断面に沿って移動させながら駆動する弁駆動機構13を配設する。該弁駆動機構13は、エンジンコントロールユニット(ECU)14からの信号によって制御される。
A dividing plate (dividing wall) 10 that is vertically divided is disposed in the
図2は、前記弁駆動機構13の構成を示す。吸気ポート4の側壁両側に外側に突出する円筒状のフランジ部21を形成し、これらフランジ部21にそれぞれ円板状のクランク板(クランク軸部材)22を中心軸周り摺動回転自由に嵌合する。これらのクランク板22には、弁軸取付孔22aが開けられ、これら弁軸取付孔22aに前記吸気制御弁12の弁体12A中心部に設けられる弁軸12aの両端部を通し、該弁軸12aの中心軸周り摺動回転自由に取り付ける。前記弁軸12aの一方の端部は該クランク板22の外側に突出するように弁軸取付孔22aを貫通させる。
FIG. 2 shows the configuration of the
前記弁軸12a端部が外側に突出する側に以下のリンク機構を連結する。フランジ部21側のクランク板22の外側壁には偏心した位置にストッパピン22bを植設し、該ストッパピン22bと、吸気ポート4の外側壁に植設したピン23とに両端を係止したリターンスプリング24を設ける。該リターンスプリング24の引っ張り力により、クランク板22を図で時計周り回転方向に付勢し、前記ストッパピン22bを吸気ポート4の外壁に設けたストッパ壁30に突き当てることにより、該回転方向の回転量を規制する。
The following link mechanism is connected to the side where the end of the
前記クランク板22の外側に突出する弁軸12a端部にはアーム25を連結し、該アーム25の一端部にはリンク26の上端部を揺動自由に軸支し、該リンク26の下端部に上下方向に直進動するラック27を揺動自由に軸支する。該ラック27の歯と噛み合わせたピニオン28を、吸気ポート4の底壁に固定したモータ29によって回転駆動する。
また、吸気ポート4の外側壁に、前記アーム25の下端部両側縁と当接自由な1対のストッパ壁4a,4bを設ける。そして、アーム25下端部の図示左側の側縁がストッパ壁4aに当接して図で時計回り方向の回転を規制される位置で、アーム25と弁軸12aを介して一体の弁体12Aが下側通路11Bを閉じる閉位置となり、アーム25下端部の図示右側の側縁がストッパ壁4bに当接して図で反時計回り方向の回転を規制される位置で、弁体12Aが下側通路11Bの軸方向と平行となって開位置となるように、各部材を連結する。これにより、上記閉位置から開位置までの回転角範囲を、アーム25及び弁体12Aが回転する。
An
Further, a pair of
ここで、前記ストッパ壁4bは、後述するように該ストッパ壁4bにアーム25の下端部側縁を当接させた状態でアーム25の回転位置を維持したまま、該アーム25に連結されたクランク板22を図で反時計周りに回転させることを可能とするように、該クランク板22回転時の弁軸12a中心の回転軌跡に合わせた円弧状に形成されている。この回転を滑らかにするために、アーム25とリンク26との連結部に適度の遊びを持たせる。なお、アーム25を図で時計周り方向に付勢するリターンスプリングを設けてモータ29の停止時には、弁体12Aが閉位置に保持されるようにしてもよい。
Here, the
また、上記アーム25と連結されたクランク板22を、該クランク板22の中心軸周りに回転させると、該クランク板22の弁軸取付孔22aを通る弁軸12aのクランク板22中心軸周りの回転(公転)が反対側のクランク板22に伝達され、該クランク板22も同一量回転する。
次に、上記弁駆動機構による吸気制御弁12の一連の動作を図3も参照して説明する。
Further, when the
Next, a series of operations of the
前記モータ29が停止している状態では、前記リターンスプリング24の付勢力によりクランク板22は、前記ストッパピン22bがフランジ部21に設けたストッパ壁21aに突き当たる回転位置に保持され、弁軸12aは図で最も下側に位置し、下側通路11Bの延長上に位置する[図3(B)参照]。
この状態で、弁体12Aは上記のようにクランク板22の回転位置が保持された状態で弁軸12a周りに回転して下側通路11Bを開閉できる。
In a state where the
In this state, the
そして、前記アーム25の下端部側縁が前記ストッパ壁4aに当接する回転位置つまり弁体12aが開位置にある状態から、モータ29を駆動してピニオン28を図2で反時計回りに回転させると、ラック27が同図で上方に動き、リンク26を介してアーム25、弁体12Aが一体に弁軸12a周りを図で反時計回りに回転し、アーム25の下端部側縁が前記ストッパ壁4bに当接する回転位置、つまり弁体12Aが下側通路11Bの軸と平行に位置し最大の開度となったところで、該アーム25の同一方向の回転が規制される[図3(C)参照]。
Then, the
この状態で、モータ29を更に同一方向に回転駆動すると、アーム25の下端部側縁が円弧状のストッパ壁4bに摺動しつつ該アーム25の弁軸12a周りの回転位置を維持したまま、前記リターンスプリング24の付勢力に抗してクランク板22が図で反時計周りに回転し、同時に弁軸12aが図で上方に移動する。そして、図2に1点鎖線で示すように弁体12Aが分割プレート10の延長上に位置するまで、すなわち、吸気ポート4の開口面積が最大となる全開位置まで回転する。なお、この位置で同方向の回転を規制するストッパを設けてもよい[図3(D)参照]。
In this state, when the
上記全開位置からモータ29を逆方向(図で時計周り方向)に回転駆動させると、上記開弁動作時と同一の経過を辿りながら閉弁する。すなわち、リターンスプリング24の引張り付勢力により弁体12Aは通路軸と平行に最大開度を維持しながらクランク板22の図で時計周り方向の回転と共に下降し、前記ストッパピン22bがストッパ壁21aに当接するクランク板22の回転位置で、同方向の回転が規制され、以降は、アーム25及び弁体12Aが弁軸12a周りに回転し、アーム25の下端部側縁が前記ストッパ壁4aに当接する回転位置で弁体12Aが下側通路11Bを閉じる。
When the
次に、運転状態に応じた吸気制御弁12の制御(弁体12A位置の制御)について、図4,図5を参照して説明する。
低回転低負荷領域(図3のI)では、成層燃焼を行うが、吸入空気量が少なくガス流動が弱いのでガス流動の利用では良好な成層混合気を安定して得ることが難しい。
そこで、図5(A),(B)に示すように燃料噴射弁8から噴射される燃料噴霧の流動エネルギによって混合気を点火栓7周りに送り出し、安定した成層燃焼を得られるようにする。この場合、吸気制御弁12により下側通路11Bを閉じることによって吸気流に乱れを生じさせることは、燃焼のサイクルバラツキ等の影響を生じ、安定した成層燃焼を得られなくなるので好ましくない。すなわち、ガス流動のバラツキを極力無くすように、吸気制御弁12は開とするが、さらに、吸気流の乱れをより無くせるように、弁体12Aを下側通路11Bの延長上で通路軸と平行に位置して開となるように制御する。この位置に弁体12Aを制御すると、下側通路11Bに導入される吸気流が下側通路11Bの通路軸と平行に位置する弁体12Aによって流れの方向が案内付けられて整流化され、サイクルバラツキのない安定した吸気流が得られる。これにより、低回転低負荷領域Iで安定した成層燃焼運転を行うことができる。
Next, the control of the
In the low rotation and low load region (I in FIG. 3), stratified combustion is performed. However, since the intake air amount is small and the gas flow is weak, it is difficult to stably obtain a good stratified mixture by using the gas flow.
Therefore, as shown in FIGS. 5A and 5B, the air-fuel mixture is sent around the
一方、中高回転低負荷領域(図3のII)では、ガス流動が強くなるので、弁体12Aを閉じて下側通路11Bを閉じることにより、吸気を強制的に上側通路4Aのみに導入させる。これにより、図5(C),(D)に示すように、ガス流動が強化されて強いタンブル流動を得ることができ、該タンブル流動によって燃料噴霧を点火栓7周りに輸送しつつ均質な混合気を得て、良好な均質燃焼運転を行うことができる。なお、図でIIAの領域では、EGRを行ない、これより外側の回転、負荷が高い領域IIBでは、EGRを停止する。
On the other hand, in the middle / high rotation / low load region (II in FIG. 3), the gas flow becomes strong, so that the
さらに、全開及び全開に近い高回転高負荷領域(図3のIII)では、吸気制御弁12を弁軸12a及び弁体12Aが分割プレート10の延長上に位置する全開位置に制御する。これにより、弁軸12a及び弁体12Aの厚みが分割プレート10の厚みと重なるので、吸気ポート4の開口面積が最大となり、吸入空気量を最大限大きくして出力性能を確保できる。
Further, in the fully open and high rotation high load region close to full open (III in FIG. 3), the
なお、高回転高負荷領域IIIの図中点線より下側に示される領域は、この領域より図で上側の領域と中高回転低負荷領域との間で吸気制御弁12の制御を切り換える場合に両領域の制御位置が切り換わる過渡領域となる。
次に、上記実施形態で示される本発明の効果を、前記特許文献1に記載されたもの及び弁軸の片側のみに弁体を有した吸気制御弁を供えたもの(以下、比較例という)と比較して説明する。
Note that the region shown below the dotted line in the drawing of the high rotation / high load region III is both when the control of the
Next, the effect of the present invention shown in the above embodiment is the one described in
既述したように、特許文献1では全開運転時に、弁軸位置が下側通路の延長上に固定されたまま最大開度として全開にするため、吸気ポートを分割する分割壁の厚みに加えて、下側通路の延長上に位置する吸気制御弁の厚みが、吸気ポートの通路断面積を減少させて抵抗を増大させることになる。
これに対し、本発明では、上記のように全開運転時には弁軸12a及び弁体12A吸気制御弁12の厚みによる通路抵抗を減らせる分、最大吸入空気量を増大して全開出力性能を向上できる。
As described above, in
On the other hand, in the present invention, as described above, during the fully open operation, the passage resistance due to the thickness of the
また、比較例では、既述したように吸気制御弁が閉じて下側通路を閉じた状態から全開位置まで弁体を回転させるときに、吸気負圧による弁軸周りの大きな閉方向のトルクに抗して開弁させるため、大きな駆動トルクを要し、大型のアクチュエータが必要となってコスト高につき、レイアウトも難しくなる。
これに対し、本発明では、開弁時の駆動トルクを十分小さくすることができる。すなわち、弁体12Aの中心部に弁軸12aを設けたので、まず、閉位置から最大開度まで弁体12Aを弁軸12a回りに回動する際に、弁軸12aを挟んで両側の弁体部に吸気圧を受けて作用するトルクが逆向きに生じて相殺されるので、駆動トルクが十分小さくてすむ。また、全開位置に駆動する際に、上記のように先に弁軸位置を維持して弁体12Aを最大開度まで回転させた後、該最大開度を維持したまま分割プレート11の延長上まで平行移動する構成としたため、弁体12Aに加わる負圧抵抗を最小限に維持しつつ全開位置まで回動され、駆動トルクを十分小さくすることができる。因みに、閉位置から急加速を行って全開位置に切り換える場合に、先に最大開度にすることなく、連続的に開度が増大する(クランク板と弁体とが一体に回転する)ようにしたのでは、弁体12A全体に作用する吸気負圧による閉弁トルクに抗した開弁駆動トルクが要求され、比較例と変わりないことになってしまう。
Further, in the comparative example, as described above, when the valve body is rotated from the state where the intake control valve is closed and the lower passage is closed to the fully opened position, the torque in the closing direction around the valve shaft due to the intake negative pressure is increased. In order to open the valve against this, a large driving torque is required, a large actuator is required, and the layout is difficult due to high cost.
On the other hand, in the present invention, the driving torque when the valve is opened can be made sufficiently small. That is, since the
このように、本発明では、全開運転時の吸気抵抗を小さく抑制して最大出力を向上しつつ開弁トルクを小さく維持して小型のアクチュエータを用いてコストを低減でき、レイアウトも容易である。
なお、実施形態では、吸気ポートを上下に分割して下側通路の閉時にタンブル流動を生成するものを示したが、該タンブル流動を生成するものに限らず、吸気制御弁によって上側の通路を閉じて逆向きのタンブル流動を生成したり、吸気ポートを左右に分割して一方の通路を閉じてスワールを生成するようなものにも適用できる。
As described above, according to the present invention, the intake resistance during the fully open operation is suppressed to be small, the maximum output is improved, the valve opening torque is kept small, the cost can be reduced by using a small actuator, and the layout is also easy.
In the embodiment, the intake port is divided into upper and lower parts to generate the tumble flow when the lower passage is closed, but the upper passage is not limited to the one that generates the tumble flow, and the intake control valve The present invention can also be applied to a case where the tumble flow is generated by closing and the tidal flow is reversed, or the swirl is generated by dividing the intake port into left and right and closing one of the passages.
1…内燃機関
4…吸気ポート
4A…上側通路
4B…下側通路
4a…ストッパ壁
4b…ストッパ壁
7…点火栓
8…燃料噴射弁
10…分割プレート
12…吸気制御弁
12A…弁体
12a…弁軸
13…弁駆動機構
14…エンジンコントロールユニット
22…クランク板
22b…ストッパピン
23…ピン
24…リターンスプリング
25…アーム
26…リンク
27…ラック
28…ピニオン
29…モータ
30…ストッパ壁
DESCRIPTION OF
Claims (7)
The valve drive mechanism supports the crankshaft member on the intake port wall so as to freely rotate, and pivotally supports the valve shaft at an eccentric position of the crankshaft member, thereby providing a rotation range of the valve shaft. A stopper mechanism for restricting is provided, a link mechanism is connected to the end of the valve shaft, and by driving the link mechanism, the valve body is rotated around the valve shaft by a rotation range restricted by the stopper mechanism, The intake device for an internal combustion engine according to claim 6, wherein the valve shaft is moved by rotating the crankshaft member through the valve shaft that is restricted from rotating.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003410519A JP2005171813A (en) | 2003-12-09 | 2003-12-09 | Intake system for internal combustion engine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2003410519A JP2005171813A (en) | 2003-12-09 | 2003-12-09 | Intake system for internal combustion engine |
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Publication Number | Publication Date |
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JP2005171813A true JP2005171813A (en) | 2005-06-30 |
Family
ID=34731591
Family Applications (1)
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JP2003410519A Pending JP2005171813A (en) | 2003-12-09 | 2003-12-09 | Intake system for internal combustion engine |
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Country | Link |
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JP (1) | JP2005171813A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7958863B2 (en) | 2006-05-24 | 2011-06-14 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Intake device for internal combustion engine |
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2003
- 2003-12-09 JP JP2003410519A patent/JP2005171813A/en active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US7958863B2 (en) | 2006-05-24 | 2011-06-14 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Intake device for internal combustion engine |
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