JP2006291797A - 吸気流バルブシステム - Google Patents

Abstract

【課題】 吸気流の流れを制御する可変気流制御弁を備えたシステムにおいて、弁の近傍に滞留した燃料による空燃比の変動、および弁の作動不良を抑止するとともに、筒内にタンブル流を確実に形成すること。
【解決手段】 吸気通路１２の上部を支点として開閉駆動し、内燃機関１０の筒内に送られる吸気流の流れを制御する可変気流制御弁３４と、吸気通路１２に設けられ、可変気流制御弁３４の全開時に可変気流制御弁３４を収納する収納部１２ａと、を備え、可変気流制御弁３４は吸気流が通過する貫通孔３４ｂを有し、可変気流制御弁３４の全閉時に貫通孔３４ｂが吸気通路１２の上側に位置するようにした。
【選択図】 図２

Description

この発明は、吸気流バルブシステムに関し、特に、吸気流の流れを制御する気流制御弁を備えたシステムに適用して好適である。

従来、例えば実開平７−２５２６４号公報には、吸気ポート内の下部に収納型のバルブを設け、筒内にタンブル流を形成する構成が開示されている。同公報に開示された技術では、バルブ駆動用シャフトを吸気ポートの壁面に収納し、全開時にバルブを吸気ポートの凹部に収納して吸気流の圧力損失を抑えるようにしている。

また、特開２００３−１０６１５８号公報には、吸気ポートに気流制御弁を有する構成において、気流制御弁の動作により、吸気ポートの上下に吸気流を流す構成が開示されている。

実開平７−２５２６４号公報 特開２００３−１０６１５８号公報

しかしながら、実開平７−２５２６４号公報に開示されているように、吸気ポートの下部に設けた凹部にバルブを収納する構成では、バルブが収納されていない場合（バルブの全閉時）に凹部が露出し、上流から送られてきた燃料、吹き返しによる燃料、ブローバイガス中のオイルなどが落下して凹部に溜まるという問題が発生する。そして、バルブを凹部に収納した際には、凹部内に溜まっていた燃料、オイルがシリンダー内に吸入されるため、筒内の空燃比がリッチになり、エミッション、ドライバビリティが悪化するという問題が生じる。

更に、バルブ駆動用シャフトに燃料、オイルが付着して、カーボン状に堆積していくと、バルブの作動不良が発生し、バルブが全開又は全閉の位置に到達できなくなるという問題が発生する。また、燃料、オイルがカーボン状に堆積していくと、摺動抵抗の増加によりバルブ開閉時間に遅れが発生するという問題が発生する。また、バルブ収納用の凹部に燃料、オイルが堆積すると、バルブを完全に開くことが困難となり、全開時にバルブの一部が吸気ポート内に突出するという問題が生じる。これにより、吸気ポートに突出したバルブにより吸気流に圧力損失が発生し、ポンピングロスが増加するという問題が発生する。

また、バルブは主として全閉または全開の状態で使用されるが、パーシャル域でバルブを使用することを考慮した場合、バルブを半開きにすることが想定される。ところが、筒内にタンブル流を形成する場合に、バルブを全閉じにした場合と半開きにした場合とでは、吸気ポート内における最適な吸気流の流れ位置が異なる場合がある。より具体的には、バルブを全閉じにした場合は吸気ポートの上側に吸気流を流す方がタンブル流を強化でき、バルブを半開きにした場合は吸気ポートの下側に吸気流を流す方がタンブル流を強化できる。上記従来の技術では、バルブの開度を可変した場合に、吸気ポート内の吸気流の流れ位置を可変することができないため、バルブが全閉じの場合とバルブが半開きの場合の双方において強いタンブル流を形成することは困難である。

特開２００３−１０６１５８号公報に開示された技術では、気流制御弁を作動させることで、吸気流の流れ位置を変化させているが、吸気ポートの中央に気流制御弁を作動させる軸が配置されているため、吸気流に圧力損失が生じてしまう。また、同公報に開示された技術では、吸気ポートの形状を可変気流制御弁の可動範囲に合わせて変形させる必要があり、製造コストが上昇するとともに、変形部において圧力損失が発生するという問題がある。

この発明は、上述のような問題を解決するためになされたものであり、吸気流の流れを制御する可変気流制御弁を備えたシステムにおいて、弁の近傍に滞留した燃料による空燃比の変動、および弁の作動不良を抑止するとともに、筒内にタンブル流を確実に形成することを目的とする。

第１の発明は、上記の目的を達成するため、吸気通路の上部を支点として開閉駆動し、内燃機関の筒内に送られる吸気流の流れを制御する可変気流制御弁と、前記吸気通路に設けられ、前記可変気流制御弁の全開時に前記可変気流制御弁を収納する収納部と、を備え、前記可変気流制御弁は吸気流が通過する貫通孔を有し、前記可変気流制御弁の全閉時に前記貫通孔が吸気通路の上側に位置していることを特徴とする。

第２の発明は、第１の発明において、前記収納部は、前記可変気流制御弁の全開時に前記吸気通路の一部となることを特徴とする。

第３の発明は、第１又は第２の発明において、前記可変気流制御弁は複数の部品から構成されたインテークマニホールドに設けられ、前記複数の部品の接合部が前記可変気流制御弁の可動範囲から離間した位置に配置されていることを特徴とする。

第４の発明は、第１〜第３の発明のいずれかにおいて、前記可変気流制御弁が全閉の場合は、吸気流が前記貫通孔を通過することで前記吸気通路の上側に吸気流を流し、前記可変気流制御弁が半開きの場合は、吸気流が前記可変気流制御弁と前記吸気通路の下側の壁面との間を通過することで前記吸気通路の下側に吸気流を流すことを特徴とする。

第５の発明は、第４の発明において、前記貫通孔は、吸気流の流れ方向に沿った断面形状において、吸気流の上流側に向かって幅広となるテーパー面から構成されることを特徴とする。

第１の発明によれば、可変気流制御弁の全閉時に貫通孔が吸気通路の上側に位置するように構成したため、可変気流制御弁の全閉時に、可変気流制御弁の下流において吸気通路の上側に吸気流を流すことができる。従って、筒内に確実にタンブル流を形成することが可能となる。また、可変気流制御弁が開閉駆動する際の支点、及び可変気流制御弁を収納する収納部を吸気通路の上部に設けたため、上流から流れてきた燃料、オイルが支点または収納部の近傍に滞留してしまうことを抑止できる。これにより、滞留した燃料が筒内に吸入された際に、筒内の空燃比が変動してしまうことを確実に抑止できる。また、滞留した燃料、オイルが支点、収納部の近傍に堆積してしまうことを抑止でき、堆積による可変気流制御弁の作動不良を確実に抑えることが可能となる。

第２の発明によれば、収納部は可変気流制御弁の全開時に吸気通路の一部となるため、可変気流制御弁が吸気通路内に突出することを抑えることができる。従って、可変気流制御弁を全開にした際の圧力損失を抑えることができ、ポンピングロスを最小限に抑えることが可能となる。

第３の発明によれば、可変気流制御弁を複数の部品のから構成されたインテークマニホールドに設け、複数の部品の接合部を可変気流制御弁の可動範囲から離間した位置に配置したため、複数の部品の組み合わせ位置の誤差により可変気流制御弁と吸気通路の内壁との間の隙間が変動してしまうことを抑止できる。従って、可変気流制御弁の全閉時に隙間からの吸気流の漏れ出しを抑えることができる。これにより、タンブル流の低減を確実に抑えることが可能となり、筒内の燃焼状態を良好にすることが可能となる。

第４の発明によれば、可変気流制御弁が全閉の場合は、吸気流が貫通孔を通過することで吸気通路の上側に吸気流を流し、可変気流制御弁が半開きの場合は、吸気流が可変気流制御弁と吸気通路の下側の壁面との間を通過することで吸気通路の下側に吸気流を流すため、従って、可変気流制御弁が半開きの場合、及び全閉の場合の双方において、タンブル流を強化することが可能となる。

第５の発明によれば、吸気流の流れ方向に沿った断面形状において、吸気流の上流側に向かって幅広となるテーパー面から貫通孔を構成したため、可変気流制御弁が半開きの場合に、吸気流が貫通孔を通過することを抑止できる。従って、タンブル流が低減してしまうことを確実に抑止できる。

以下、図面に基づいてこの発明のいくつかの実施の形態について説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。なお、以下の実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明の各実施形態に係る吸気バルブシステムを備えた内燃機関及びその周辺の構造を説明するための図である。内燃機関１０には吸気通路１２および排気通路１４が連通している。吸気通路１２は、上流側の端部にエアフィルタ１６を備えている。エアフィルタ１６には、吸気温ＴＨＡ（すなわち外気温）を検出する吸気温センサ１８が組みつけられている。また、排気通路１４には排気浄化触媒３２が配置されている。

エアフィルタ１６の下流には、エアフロメータ２０が配置されている。エアフロメータ２０の下流には、スロットルバルブ２２が設けられている。スロットルバルブ２２の近傍には、スロットル開度ＴＡを検出するスロットルセンサ２４と、スロットルバルブ２２が全閉となることでオンとなるアイドルスイッチ２６とが配置されている。

スロットルバルブ２２の下流には、サージタンク２８が設けられている。また、サージタンク２８の更に下流には、内燃機関１０の吸気ポートに燃料を噴射するための燃料噴射弁３０が配置されている。

燃料噴射弁３０の上流には、吸気通路１２から内燃機関１０の筒内に入る吸気流の流れを制御する可変気流制御弁３４が設けられている。内燃機関１０の近傍において、吸気通路１２は、シリンダブロックに設けられた吸気ポートと、吸気ポートに接続されたインテークマニホールドにより構成されている。そして、可変気流制御弁３４は、インテークマニホールドの吸気通路１２内に設けられている。可変気流制御弁３４は、後述するアクチュエータ４８によって駆動される。

内燃機関１０は、吸気バルブ３６および排気バルブ３８を備えている。また、内燃機関１０には、点火プラグ４２が設けられている。更に、筒内には、その内部を往復運動するピストン４４が設けられている。

図１に示すように、本実施形態の制御装置はＥＣＵ（Electronic Control Unit）４０を備えている。ＥＣＵ４０には、上述した各種センサおよび燃料噴射弁３０、アクチュエータ４８に加えて、機関回転数を検出する回転数センサ４６、冷却水温を検出する水温センサ５０などが接続されている。

図２は、可変気流制御弁３４の近傍を詳細に示す模式図である。ここで、図２（Ａ）は可変気流制御弁３４が最大に開かれた状態を示している。また、図２（Ｂ）は、可変気流制御弁３４が最も閉じられた状態を示している。

図２に示すように、可変気流制御弁３４にはシャフト３４ａが貫通しており、可変気流制御弁３４とシャフト３４ａは固定されている。シャフト３４ａは吸気通路１２の上部に配置されており、吸気通路１２の外部において回動可能に支持されている。

図３は、可変気流制御弁３４を吸気流の流れ方向の下流側から見た状態を示す模式図である。図３に示すように、シャフト３４ａには、吸気通路１２の外部において、その回転位置を可変するためのアクチュエータ４８が接続されている。また、可変気流制御弁３４には、シャフト３４ａが貫通している位置に沿って、貫通孔（スリット）３４ｂが設けられている。図２（Ｂ）に示すように、可変気流制御弁３４が閉じた状態において、貫通孔３４ｂは、吸気通路１２の上部に位置している。図３に示すように、可変気流制御弁３４は、シャフト３４ａの貫通部の長さが凹部１２ａの幅に対して摺動可能に嵌合することで、スラスト方向の位置決めが成されている。

冷間始動時のアイドリング時など、排気ガス中のエミッションが悪化し易い条件下では、図２（Ｂ）に示すように可変気流制御弁３４が閉じられる。この場合、上流から流れてきた吸気流は可変気流制御弁３４の貫通孔３４ｂを通って下流へ送られる。貫通孔３４ｂは吸気通路１２の上部に位置しているため、可変気流制御弁３４の下流では、吸気通路１２の上側に吸気流が流れる。そして、吸気通路１２の上側から筒内に吸気流を送ることで、筒内にタンブル流を形成することができる。これにより、筒内での燃焼を促進することができ、冷間始動時のエミッションを向上させることができる。また、可変気流制御弁３４を閉じることにより、吸気流速が高まり、吸気負圧が増加するため、吸気通路１２における燃焼の付着を低減することができ、燃料の微粒化を達成することができる。これにより、燃焼改善を行うことができる。

一方、内燃機関１０の暖機が完了した状態では、図２（Ａ）に示すように可変気流制御弁３４が全開とされる。この場合、可変気流制御弁３４は吸気通路１２の上側の壁面に設けられた凹部（収納部）１２ａに収納される。内燃機関１０の暖機が完了した状態では、筒内の燃焼状態が良好になるため、可変気流制御弁３４を全開にすることで吸入空気量を増大することができ、機関出力を向上することができる。

そして、本実施形態によれば、可変気流制御弁３４の回転中心となるシャフト３４ａを吸気通路１２の上部に配置し、全開時に可変気流制御弁３４を吸気通路１２の上側に設けた凹部１２ａに収納するようにしたため、上流から流れてきた燃料、オイル（ブローバイガス）が凹部１２ａまたはシャフト３４ａの近傍に滞留してしまうことを抑止できる。これにより、滞留した燃料が筒内に吸入された際に、筒内の空燃比が変動してしまうことを確実に抑止できる。また、滞留した燃料、オイルがシャフト３４ａ、凹部１２ａの近傍に堆積してしまうことを抑止でき、堆積による可変気流制御弁３４の作動不良を確実に抑えることが可能となる。

図２（Ａ）に示すように、可変気流制御弁３４が凹部１２ａに収納された状態では、可変気流制御弁３４の下面３４ｃは吸気通路１２の上側の壁面１２ｂよりも上部に位置している。すなわち、可変気流制御弁３４が凹部１２ａに収納された状態では、凹部１２ａは吸気通路１２の一部となる。従って、下面３４ｃが吸気通路１２内に突出してしまうことがなく、吸気流の流れに圧力損失が発生してしまうことを確実に抑止できる。これにより、ポンピングロスの発生を最小限に抑えることができ、吸気流の乱れに起因した燃焼悪化を確実に抑止することができる。

図４は、図２（Ｂ）において、貫通孔３４ｂの近傍を拡大して示す模式図である。図４に示すように、貫通孔３４ｂの上側の壁面３４ｄは、吸気通路１２の上側の壁面１２ｂとほぼ同一の高さ位置に形成されている。これにより、吸気流が貫通孔３４ｂを通過する際の圧力損失を最小限に抑えることができる。

図５は、壁面３４ｄを吸気通路１２の壁面１２ｂよりも下側に設けた例を図４の比較例として示している。図５に示すように、貫通孔３４ｂの壁面３４ｄを吸気通路１２の壁面１２ｂよりも下側に設けた場合、貫通孔３４ｂの上部のリブ３４ｅが障害となり、吸気流に圧力損失が生じてしまう。従って、図４のように壁面３４ｄの位置は壁面１２ｂと同一の高さとするか、または壁面１２ｂよりも上側とすることが好適である。これにより、ポンピングロスの発生を最小限に抑えることができ、吸気流の乱れに起因した燃焼悪化を確実に抑止することができる。

以上説明したように実施の形態１によれば、可変気流制御弁３４を収納する凹部１２ａ、および可変気流制御弁３４の回転中心となるシャフト３４ａを吸気通路１２の上部に配置したため、凹部１２ａまたはシャフト３４ａの近傍に燃料、オイルが溜まることを抑止できる。これにより、滞留した燃料による空燃比の変動を確実に抑えるとともに、堆積した燃料、オイルによる可変気流制御弁３４の作動不良を確実に抑止することが可能となる。

実施の形態２．
次に、本発明の実施の形態２について説明する。実施の形態２のシステムの基本的な構成は図１に示したものと同様である。図６は、実施の形態２に係るシステムにおいて、可変気流制御弁３４の近傍を詳細に示す模式図である。

実施の形態１で説明したように、可変気流制御弁３４は、インテークマニホールドに設けられた吸気通路１２の内部に配置されている。実施の形態２では、樹脂成型により形成された３つの部品からインテークマニホールド６０を構成している。

すなわち、図６に示すように、インテークマニホールド６０は、インテークマニホールド６０ａ、インテークマニホールド６０ｂ、インテークマニホールド６０ｃを振動溶着により溶着することで構成されている。ここで、インテークマニホールド６０ａ及びインテークマニホールド６０ｂは、吸気通路１２を含む主要部を構成している。また、インテークマニホールド６０ｃは、可変気流制御弁３４の下流において、凹部１２ａを塞ぐために挿入されている。

樹脂成型部品を溶着してインテークマニホールド６０を形成した場合、図６に示すように、インテークマニホールド６０ａとインテークマニホールド６０ｂとの間に溶着による接合部５２が形成される。

図６に示すように、実施の形態２では、接合部５２が可変気流制御弁３４の可動範囲（図６中において、一点鎖線で囲まれた領域）内に存在することのないように、インテークマニホールド６０ａ及びインテークマニホールド６０ｂの形状を設定している。すなわち、図６に示すように、接合部５２は可変気流制御弁３４の可動範囲よりも上流側に配置されている。

このように、溶着による接合部５２を可変気流制御弁３４の可動範囲から離間させることで、溶着の際のインテークマニホールド６０ａとインテークマニホールド６０ｂの組み付け誤差に起因して、可変気流制御弁３４と吸気通路１２の内壁との隙間が拡大してしまうことを抑止できる。これにより、隙間から吸気流が漏れ出してしまうことを確実に抑えることができる。

図７は、接合部５２を可変気流制御弁３４の可動範囲内に配置した場合の弊害を示す模式図である。ここで、図７（Ｂ）は、図６と同様に吸気流の流れ方向と直交する方向から可変気流制御弁３４の近傍を見た状態を示している。また、図７（Ａ）は、吸気流の流れ方向の下流側から図７（Ｂ）の可変気流制御弁３４を見た状態を示している。

図７の例では、可変気流制御弁３４の可動範囲（図７（Ｂ）中において、一点鎖線で囲まれた領域）内に接合部５２が存在している。この場合、溶着時にインテークマニホールド６０ａとインテークマニホールド６０ｂの組み合わせ位置に誤差が生じると、図７（Ａ）に示すように、接合部５２に沿って吸気通路１２の内壁に段差５４が形成されてしまう。この場合、図７（Ａ）に示すように、可変気流制御弁３４と吸気通路１２の内壁との間に隙間５６が発生し、可変気流制御弁３４の全閉時に隙間５６から吸気流が漏れてしまう。このため、吸気通路１２の上側以外にも吸気流の流れが発生し、筒内のタンブル流が低減してしまう。

また、インテークマニホールド６０ａとインテークマニホールド６０ｂの組み合わせ位置の誤差が更に大きくなると、可変気流制御弁３４と吸気通路１２の内壁が干渉して、可変気流制御弁３４に作動不良が発生することが想定される。これを防ぐためには、可変気流制御弁３４と吸気通路１２の内壁との隙間の設計値を、溶着時の組み合わせ位置の誤差分を考慮して予め大きくしておく必要が生じる。この場合、隙間の設計値が大きくなるため、溶着時の組み合わせ位置に誤差が発生していない場合であっても、隙間から吸気流が漏れ出してしまう。

更に、段差５４の大きさは溶着により製造したインテークマニホールド毎に異なるため、図７の比較例の構成では、製造したインテークマニホールド毎に筒内のタンブル流が異なることとなり、所定の燃焼改善効果を得ることができない。

一方、本実施形態のように接合部５２を可変気流制御弁３４の可動範囲から離間させた場合は、可動範囲内に段差５４が発生することを回避できる。従って、溶着時の組み合わせ位置の誤差による要因を排除することができ、可変気流制御弁３４と吸気通路１２の内壁との間の隙間を最小限に抑えることができる。従って、隙間からの吸気流の漏れ出しを最小限に抑えることができ、タンブル流の低減を確実に抑えることが可能となる。

また、図６に示す本実施形態の構成では、インテークマニホールド６０ａに可変気流制御弁３４が装着されるため、同一射出成型機でインテークマニホールド６０ａのポート形状、可変気流制御弁３４の取り付け部（スラスト受け部）を成型できる。従って、ポート形状、ポート位置と可変気流制御弁３４の相対位置の誤差を最小限に抑えることができる。従って、可変気流制御弁３４を閉じた際の可変気流制御弁３４と吸気通路１２の内壁との隙間の管理が容易となり、隙間を最小限に抑えることができる。これにより、隙間からの漏れを最小限に抑えることができ、タンブル流の低減を確実に抑止することが可能となる。

以上説明したように実施の形態２によれば、樹脂成型により複数の部品からインテークマニホールド６０を構成した場合に、溶着による接合部５２の位置を可変気流制御弁３４の可動範囲から離間させたため、溶着時の組み合わせ位置の誤差により可変気流制御弁３４と吸気通路１２の内壁との間の隙間が変動してしまうことを抑止できる。従って、可変気流制御弁３４と吸気通路１２の内壁との間の隙間を最小限に抑えることができ、可変気流制御弁３４の全閉時に隙間からの吸気流の漏れ出しを抑えることができる。これにより、タンブル流の低減を確実に抑えることが可能となり、筒内の燃焼状態を良好にすることが可能となる。

実施の形態３．
次に、本発明の実施の形態３について説明する。実施の形態３のシステムの基本的な構成は図１に示したものと同様である。実施の形態３は、パーシャル域においても可変気流制御弁３４を所定量閉じることで、燃焼改善を図るものである。

筒内にタンブル流を形成する方法として、吸気通路１２の上側に吸気流を流す方法（上流し）と吸気通路１２の下側に吸気流を流す方法（下流し）がある。実施の形態１で説明したように、可変気流制御弁３４が全閉のときは、吸気通路１２の上側に吸気流を流すことで筒内のタンブル流を強化することができる。一方、パーシャル域で可変気流制御弁３４を所定量閉じることを想定した場合、可変気流制御弁３４が半開きの場合は、吸気通路１２の下側に吸気流を流す方がタンブル流を強化できる場合がある。

図８及び図９は、上流しと下流しのそれぞれの場合において、タンブル流の強さを測定した結果を示す特性図である。ここで、図８は、可変気流制御弁３４を半開きにした場合のタンブル流の強さを示している。より詳細には、図８（Ａ）は、可変気流制御弁３４を半開きの近傍に設定した場合における、可変気流制御弁３４のリフト量（横軸）と、タンブル流のタンブル比（縦軸）との関係を示している。また、図８（Ｂ）は、可変気流制御弁３４を半開きの近傍に設定した場合に、可変気流制御弁３４のリフト量（横軸）と、吸入空気量（縦軸）との関係を示している。

また、図９は、可変気流制御弁３４を全閉にした場合のタンブル流の強さを示している。より詳細には、図９（Ａ）は、全閉時における流量（横軸）と、タンブル流のタンブル回転数（縦軸）との関係を示している。また、図９（Ｂ）は、全閉時における吸入空気量（横軸）と、可変気流制御弁３４の前後の差圧との関係を示している。

図８及び図９の特性は、図１０及び図１１に示すような可変気流制御弁１００を備えたシステムを用いて測定したものである。ここで、図１０は、可変気流制御弁１００の回転中心であるシャフト１００ａを吸気通路１２の下側に配置したシステムを示している。また、図１１は、シャフト１００ａを吸気通路１２の上側に配置したシステムを示している。図１０のシステムによれば、上流しの場合のタンブル流を測定することができ、図１１のシステムによれば、下流しの場合のタンブル流を測定することができる。吸気通路１２の上側又は下側のみに吸気流を流すため、可変気流制御弁１００には、実施の形態１で説明したような貫通孔は設けられていない。

図８（Ａ）に示すように、可変気流制御弁１００を半開きとした状態では、上流しの場合と下流しの場合でタンブル比は同等となる。しかし、図８（Ｂ）に示すように、筒内への吸入空気量は下流しの方が多くなるため、下流しの方が筒内での燃焼状態を良好にすることができる。

一方、可変気流制御弁１００を全閉とした状態では、図９（Ａ）に示すように、上流しの方が下流しよりもタンブル回転数が高くなる。また、図９（Ｂ）に示すように全閉時の吸入空気量は、上流しの場合も下流しの場合も同等である。従って、可変気流制御弁１００を全閉とした場合は、上流しの方がタンブル流を強化することができる。

従って、図８及び図９に示す結果によれば、タンブル流を強化するためには、可変気流制御弁３４が半開きの場合は下流しによりタンブル流を形成し、可変気流制御弁３４が全閉の場合は上流しによりタンブル流を形成することが望ましい。

図１２〜図１４は、実施の形態３に係るシステムにおいて、可変気流制御弁３４の近傍を詳細に示す模式図である。ここで、図１２は、内燃機関１０のアイドリング時の運転状態を示しており、可変気流制御弁３４が最も閉じられた状態を示している。また、図１３は、内燃機関１０のパーシャル時の運転状態を示しており、可変気流制御弁３４が半開きとされた状態を示している。更に、図１４は、内燃機関１０のスロットル全開時の運転状態を示しており、可変気流制御弁３４が最大に開かれた状態を示している。図１２（Ａ）、図１３（Ａ）、及び図１４（Ａ）は、吸気流の流れ方向と直交する方向から可変気流制御弁３４を見た状態を示しており、図１２（Ｂ）、図１３（Ｂ）、図１４（Ｂ）は、吸気流の流れ方向において、上流側から可変気流制御弁３４を見た状態を示している。

実施の形態１と同様に、可変気流制御弁３４には貫通孔３４ｂが設けられており、可変気流制御弁３４が全閉じの状態では、貫通孔３４ｂは吸気通路１２の上部に位置している。

図１２に示すように、可変気流制御弁３４が最も閉じられた状態では、実施の形態１と同様に、吸気流が可変気流制御弁３４の貫通孔３４ｂを通過する。従って、可変気流制御弁３４の下流において、吸気通路１２の上側に吸気流を流すことができ、筒内でのタンブル流を強化することができる。

一方、図１３に示すように、可変気流制御弁３４が半開きとされた状態では、吸気通路１２の上側における吸気流の流れが遮断される。この場合、図１３（Ｂ）に示すように、貫通孔３４ｂが吸気流の流れ方向に相対していないため、貫通孔３４を通過する吸気流の流れは最小限に抑えられる。従って、図１３（Ａ）に示すように、可変気流制御弁３４の下流において、吸気通路１２の下側に吸気流を流すことができる。これにより、図８で説明したように、タンブル流を強化することができる。

また、図１４に示す状態では、内燃機関１０が高回転、高負荷域で運転されているため、可変気流制御弁３４を最大に開くことで、筒内への吸入空気量を増大することができる。すなわち、図１４に示す状態では、筒内への吸入空気量の増大が優先して行われる。

以上のように、実施の形態３によれば、アイドリング時を含めた各運転状態においてタンブル流を強化することができ、運転状態に応じて可変気流制御弁３４を連続的に可変することが可能となる。

図１５は、図１３（Ｂ）の状態における可変気流制御弁３４を拡大して示す模式図である。実施の形態３では、可変気流制御弁３４に設けられた貫通孔３４ｂの上下の壁面にテーパー面３４ｆが設けられている。テーパ−面３４ｆは、吸気流の流れ方向に沿った断面形状において、貫通孔３４の幅が吸気流の上流側に向かって幅広となるように形成されている。このような構成によれば、図１５に示すように可変気流制御弁３４が半開きの場合において、貫通孔３４ｂに向かって流れた吸気流がテーパー面３４ｆにより吸気通路１２の下側に導かれ、吸気流が貫通孔３４ｂを通過することを抑えることができる。これにより、吸気流を吸気通路１２の下側のみに流すことが可能となり、タンブル流の低減を確実に抑えることが可能となる。

なお、実施の形態３において、可変気流制御弁３４のシャフト３４ａを吸気通路１２の下部に配置しても良い。この場合、例えば、可変気流制御弁３４が全閉じの状態では、貫通孔３４ａが吸気通路１２の下部に位置するように構成する。これにより、可変気流制御弁３４が最も閉じられた状態では、可変気流制御弁３４の下流において、吸気通路１２の下側に吸気流を流すことができる。また、可変気流制御弁３４を半開きとした状態では、吸気通路１２の下側における吸気流の流れが遮断されるため、可変気流制御弁３４の下流において、吸気通路１２の上側に吸気流を流すことができる。

以上説明したように実施の形態３によれば、内燃機関１０の運転状態に応じて可変気流制御弁３４の開度を可変し、アイドリング時などの低回転域では、可変気流制御弁３４を閉じて吸気通路１２の上側に吸気流を流すことで、筒内のタンブル流を強化することができる。また、内燃機関１０が低回転〜中回転域、低負荷〜中負荷域で運転される場合は、可変気流制御弁３４を半開きにして吸気通路１２の下側に吸気流を流すことで、筒内のタンブル流を強化することが可能となる。従って、可変気流制御弁３４が半開きの場合、及び全閉の場合の双方において、タンブル流を強化することが可能となる。これにより、強化したタンブル流により燃料と空気を十分に混合することができるため、筒内の燃焼をより速くすることが可能となり、燃費、機関性能を向上することが可能となる。

本発明の各実施形態に係る内燃機関の制御装置及びその周辺の構造を説明するための模式図である。 実施の形態１において、可変気流制御弁の近傍を詳細に示す模式図である。 可変気流制御弁を吸気流の流れ方向の下流側から見た状態を示す模式図である。 図２（Ｂ）において、貫通孔の近傍を拡大して示す模式図である。 貫通孔の上部の壁面を吸気通路の壁面よりも下側に設けた例を図４の比較例として示す模式図である。 実施の形態２に係るシステムにおいて、可変気流制御弁の近傍を詳細に示す模式図である。 接合部を可変気流制御弁の可動範囲内に配置した場合の弊害を示す模式図である。 可変気流制御弁を半開きにした場合に、タンブル流の強さを測定した結果を示す特性図である。 可変気流制御弁を全閉にした場合に、タンブル流の強さを測定した結果を示す特性図である。 図８及び図９の特性を測定するためのシステムを示す模式図である。 図８及び図９の特性を測定するためのシステムを示す模式図である。 実施の形態３に係るシステムにおいて、可変気流制御弁が最も閉じた状態を示す模式図である。 実施の形態３に係るシステムにおいて、可変気流制御弁が半開きの状態を示す模式図である。 実施の形態３に係るシステムにおいて、可変気流制御弁が最大に開かれた状態を示す模式図である。 図１３（Ｂ）の状態における可変気流制御弁を拡大して示す模式図である。

符号の説明

１０ 内燃機関
１２ 吸気通路
１２ａ 凹部
３４ 可変気流制御弁
３４ｂ 貫通孔
３４ａ シャフト
６０ａ，６０ｂ，６０ｃ インテークマニホールド
３４ｆ，３４ｇ テーパー面

Claims (5)

1. 吸気通路の上部を支点として開閉駆動し、内燃機関の筒内に送られる吸気流の流れを制御する可変気流制御弁と、
   前記吸気通路に設けられ、前記可変気流制御弁の全開時に前記可変気流制御弁を収納する収納部と、を備え、
   前記可変気流制御弁は吸気流が通過する貫通孔を有し、前記可変気流制御弁の全閉時に前記貫通孔が吸気通路の上側に位置していることを特徴とする吸気流バルブシステム。
2. 前記収納部は、前記可変気流制御弁の全開時に前記吸気通路の一部となることを特徴とする請求項１記載の吸気流バルブシステム。
3. 前記可変気流制御弁は複数の部品から構成されたインテークマニホールドに設けられ、
   前記複数の部品の接合部が前記可変気流制御弁の可動範囲から離間した位置に配置されていることを特徴とする請求項１又は２記載の吸気流バルブシステム。
4. 前記可変気流制御弁が全閉の場合は、吸気流が前記貫通孔を通過することで前記吸気通路の上側に吸気流を流し、前記可変気流制御弁が半開きの場合は、吸気流が前記可変気流制御弁と前記吸気通路の下側の壁面との間を通過することで前記吸気通路の下側に吸気流を流すことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の吸気流バルブシステム。
5. 前記貫通孔は、吸気流の流れ方向に沿った断面形状において、吸気流の上流側に向かって幅広となるテーパー面から構成されることを特徴とする請求項４記載の吸気流バルブシステム。

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