JP2007239565A - 吸気装置及び吸気方法 - Google Patents

Abstract

【課題】吸気通路のガス流動を制御する吸気制御弁より下流側の吸気通路底壁におけるデポジットの堆積を低減して吸気制御弁のデポジットによる固着を防止する。
【解決手段】スライド式の吸気制御弁２０の基端部に開口部２４を設け、デポジット吹き飛ばしモードの時に、吸気制御弁２０先端部が吸気通路１３の上壁の当接するように全閉位置近傍まで突出させた時に、開口部２４が格納部２５から突出開通し、吸気制御弁２０上流側から開口部２４を通って吸気制御弁２０下流側の吸気通路底壁に吸入空気が流れる構成とした。
【選択図】図３

Description

本発明は、内燃機関の吸気通路内のガス流動を制御する吸気制御弁を有する吸気装置及び吸気方法に関する。

従来、特許文献１に記載のように、吸気ポートの通路内を隔壁により２つの通路に区画形成し、一方の通路を開閉する吸気制御弁を設け、この吸気制御弁を閉弁動作させることにより、タンブルやスワール等の旋回流を生成する内燃機関の吸気装置が知られている。
実開平７−２５２６４号公報

しかしながら、吸気制御弁の閉弁時は吸気流速が速いために、シリンダへ噴射した燃料の未燃成分がシリンダ側から吸気通路側へ吹き返され、この吹き返された未燃成分が吸気制御弁の基端部近傍の吸気通路壁面に付着易い。そして、排気還流ガス（ＥＧＲガス）の流通等により吸気通路壁が高温になると、付着した未燃燃料に多く含まれるＨＣ成分が酸化されてタール状のデポジットとなる。このため、吸気制御弁の基端部近傍の吸気通路壁面にデポジットが堆積し易く、堆積したデポジットにより吸気制御弁が固着する虞れがある。また、壁流の増加も招く。

本発明は上記問題点に着目してなされたもので、デポジットの堆積し易い場所に空気流を案内してデポジットの堆積を抑制することにより、吸気制御弁の固着を防止することを目的とする。

このため、本発明の吸気装置は、閉弁動作に伴って吸気通路断面を制限してガス流動を高める吸気装置であって、前記吸気制御弁の開閉動作に応じて開通・遮断される通路部を設け、吸気制御弁を全閉位置近傍まで駆動した時のみ、前記通路部を開通させて吸気制御弁より下流で吸気制御弁全開時に当該吸気制御弁と吸気通路内壁との間に形成される閉塞部に吸気の一部を流す構成としたことを特徴とする。

また、本発明の吸気方法は、閉弁動作に伴って吸気通路断面を制限してガス流動を高める吸気制御弁を有する吸気装置の吸気方法であって、吸気制御弁を全閉位置近傍まで駆動した時のみ、吸気制御弁より下流で吸気制御弁全開時に当該吸気制御弁と吸気通路内壁との間に形成される閉塞部に吸気の一部を流すようにしたことを特徴とする。

本発明によれば、吸気制御弁下流側で吸気制御弁全開時に吸気制御弁と吸気通路内壁との間に形成されるデポジットの堆積し易い閉塞部に、吸気制御弁の全閉位置近傍で吸気の一部を流す通路部を形成したので、通路部を通過する吸気の勢いが強くなりデポジットを吹き飛ばす効果が大きい。従って、デポジットの堆積を抑制でき、デポジット堆積に起因する吸気制御弁の固着を防止でき、吸気制御弁によるガス流動制御の信頼性を向上できる。また、通路部を開通させるのが吸気制御弁の全閉位置近傍であるので、通常の吸気制御弁によるガス流動制御時にガス流動を弱めることがない。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係る吸気装置の構成を示す図である。
図１において、シリンダ１内には、ピストン２が往復動可能に配置され、該ピストン２の冠面とシリンダヘッド３とにより燃焼室４が画成されている。燃焼室４上部のシリンダヘッドには、点火プラグ５が配置されている。

燃焼室４には、吸気バルブ６及び排気バルブ７が設けられ、それぞれの動弁機構８，９により開閉駆動される。
更に、燃焼室４には、吸気ポート１０及び排気ポート１１が設けられ、吸気ポート１０には、排気マニホールド１２が接続されて吸気通路１３を構成している。排気ポート１１には図示しないが排気マニホールドが接続されて排気通路を構成する。

吸気通路１３には、上流側から順次エアクリーナ１４、エアフローメータ１５、スロットルバルブ１６が配置され、スロットルバルブ１６の開閉制御により燃焼室４内に供給する吸入空気量が制御される。
吸気通路１３のスロットルバルブ１６下流側に、閉弁動作に伴って吸気通路断面を制限してガス流動を高めるための吸気制御弁２０が配置されている。本実施形態の吸気制御弁２０は、例えば、吸気通路底壁側に形成した格納部２１に図１の矢印方向に出没可能に設けられたスライド式弁であり、アクチュエータ２２によりリンク機構２３を介して、閉弁時に格納部２１から突出し、開弁時に格納部２１に没入するようスライド駆動される。この吸気制御弁２０は、図２に示すように、弁基端側に、当該吸気制御弁２０の開閉動作に応じて開通・遮断される通路部として開口部２４を設けてあり、吸気制御弁２０が全閉位置近傍までスライド駆動した時に開口部２４が格納部から突出して吸気制御弁２０の上下流が開通して吸気の一部を、吸気制御弁２０より下流の吸気通路１３の底壁側に流すことができる構成である。

吸気通路１３には、吸入空気を整流するための部材として吸気通路１３を例えば上下に画成するポートスリット２５が設けられている。
エンジンコントロールユニット（以下、ＥＣＵとする）２６は、エアフローメータ１５からの吸入空気量信号やクランク角センサ２７からのエンジン回転数信号等に基づいて、点火プラグ５の点火時期制御、スロットルバルブ１６の開度制御、吸気制御弁２０を開閉駆動するアクチュエータ２２の駆動制御、燃料噴射弁２８による燃料噴射制御等を行う。

次に、本実施形態の吸気制御弁２０の制御動作について図３を参照して説明する。
内燃機関の低回転低負荷時には、図３（Ａ）に示すように、吸気制御弁２０の先端部がポートスリット２５の上流端部まで到達するようにアクチュエータ２２により吸気制御弁２０を閉弁動作させて格納部２１から突出させる。この場合、ポートスリット２５下側の吸気通路１３は吸気制御弁２０により遮断されて吸気通路断面が制限される。このため、ポートスリット２５上側の吸気通路１３を流れる吸入空気流は流速が速められて燃焼室４に供給され旋回流を形成する。この際に、燃焼室４側から吸気制御弁２０側に未燃燃料の吹き返しが生じ、吸気通路１３底壁側に付着し、図に示すようにデポジットＤが形成される。

内燃機関の高回転高負荷時には、図３（Ｂ）に示すように、吸気制御弁２０を全開にして格納部２１内に没入させる。この場合は、吸気通路１３内の吸入空気流は図の矢印のようにポートスリット２５の上下の吸気通路１３を通って燃焼室４に供給される。高回転高負荷時に吸気制御弁２０を格納部２１内に没入させることにより、吸気通路内方側に突出するものがなく、通気抵抗の増加がないので、機関出力を低下させることがない。

デポジット飛ばしモード時は、図３（Ｃ）に示すように、吸気制御弁２０の先端部が吸気通路１３の上壁に到達するようにアクチュエータ２２により吸気制御弁２０を全閉動作させる。この場合、吸気制御弁２０が全閉位置近傍まで突出した時に、開口部２４が格納部２１から突出し、開口部２４を介して吸気制御弁２０の上下流の吸気通路１３が開通する。これにより、開口部２４を通って吸入空気が吸気制御弁２０下流側の吸気通路底壁側に流れるので、図３（Ａ）に示す機関低回転低負荷時にこの部位に堆積したデポジットＤを吹き飛ばすことができる。また、小さな開口部２４を介して吸入空気を流通させるので、吸入空気の流速がより強化され、デポジットの飛ばし効果が増大する。従って、デポジットの堆積に起因する吸気制御弁２０の固着を防止できると共に、壁流の低減によりコールド始動時等のエミッション低減が可能となる。更に、図３（Ａ）及び（Ｂ）に示す吸気制御弁２０による通常のガス流動制御時には、開口部２４が吸気通路１３内に突出することがないので、ガス流動を弱めることがなく、吸気制御弁２０の本来のガス流動制御機能が損なわれることがない。そして、このような作用効果を得るのに、新たなデバイスを追加する必要がない。

次に、本発明の第２実施形態について説明する。尚、第１実施形態と同一要素には同一符号を付して説明を省略する。
図４において、本実施形態の吸気制御弁３０は、吸気通路１３底壁側に吸気流れ方向と直交する方向に軸支された弁軸３１と、弁軸３１の回動により吸気通路１３底壁に対して起立する閉弁位置と吸気通路１３底壁側に倒伏する開弁位置との間を図中の矢印で示すように回動する弁体３２とを有する回動弁で構成した。そして、弁体３２が全閉位置近傍まで回動した時のみ、吸気制御弁下流側で吸気制御弁３０全開時にその弁体３２と吸気通路底壁との間に形成される閉塞空間に吸入空気を流す通路部が開通するように、弁軸３１の回動動作に連係して通路部を遮断・開通する構成である。具体的には、弁軸３１と吸気通路１３底壁との間に隙間３３を設けて通路部とする。更に、弁体３２が前記開弁位置にあるときに隙間３３の内部に位置して通路部を遮断し、弁体３２の閉弁方向への回動動作に伴って隙間３３内部を移動し、弁体３２が全閉位置近傍まで回動した時に隙間３３の外部に位置して通路部を開通するように、弁軸３１の周縁部に板状のシャッタ部材３４を取付ける。尚、その他の構成は、図１に示す第１実施形態と同様の構成である。

かかる構成の第２実施形態の吸気制御弁３０の制御動作について図５を参照して説明する。
内燃機関の低回転低負荷時には、図５（Ａ）に示すように、吸気制御弁３０の弁体３２の先端部がポートスリット２５の上流端部まで到達するようにアクチュエータ２２により弁軸３１を回動して弁体３２を起立させる。これにより、第１実施形態と同様に、ポートスリット２５下側の吸気通路１３は吸気制御弁３０により遮断されて吸気通路断面が制限され、ポートスリット２５上側の吸気通路１３から流速の速い吸入空気が燃焼室４に供給され旋回流を形成する。この際に、燃焼室４側から吸気制御弁３０側に未燃燃料の吹き返しが生じて吸気通路１３底壁側に付着し、図に示すようにデポジットＤが形成される。また、この状態では、シャッタ部材３４は、図示のように隙間３３の内部に位置している。

内燃機関の高回転高負荷時には、図５（Ｂ）に示すように、吸気制御弁３０の弁体３２が吸気通路１３底壁に倒伏する全開位置まで弁軸３１の回動により弁体３２を回動する。これにより、吸気通路１３内の吸入空気流は図の矢印のようにポートスリット２５の上下の吸気通路１３を通って燃焼室４に供給される。シャッタ部材３４は、弁軸３１の回動動作に伴って隙間３３内を移動するが、図（Ａ）と同様で隙間３３の内部に位置している。

デポジット飛ばしモード時は、図５（Ｃ）に示すように、吸気制御弁３０の先端部が吸気通路１３の上壁に到達する位置までアクチュエータ２２により弁軸３１を回動して弁体３２を起立させる。この状態では、シャッタ部材３４が隙間３３の外部に位置して通路部が開通する。これにより、図の矢印で示すように吸気制御弁３０上流側の吸入空気が隙間３３を通ってシャッタ部材３４に衝突し、シャッタ部材３４によって案内されて吸気制御弁３０下流側の吸気通路１３底壁方向に向かって流れる。従って、機関低回転低負荷時にこの部位に堆積したデポジットを吹き飛ばすことができ、デポジットの堆積に起因する吸気制御弁２０の固着を防止できる。

次に、本発明の第３実施形態を説明する。尚、第２実施形態と同一要素には同一符号を付して説明を省略する。
図６において、本実施形態も、第２実施形態と同様に吸気制御弁３０が回動弁であり、弁体３２が全閉位置近傍まで回動した時のみ、吸気制御弁３０の下流側吸気通路１３底壁に吸入空気を流す通路部が開通するように、弁軸３１の回動動作に連係して通路部を遮断・開通する構成である。具体的には、弁体３２の表側から裏側に向けて弁軸３１部分を貫通する通路部としての貫通孔３５を設ける。そして、弁体３２が開弁位置にあるときに貫通孔３５の弁体３２裏面側開口端が吸気通路１３底壁に形成した格納部３６の弁軸部分の壁面に対面して閉塞され、弁体３２の閉弁方向への回動動作に伴って貫通孔３５の弁体３２裏面側開口端が前記格納部３６の壁面に沿って移動し、弁体３２が全閉位置近傍まで回動した時に貫通孔３５の弁体３２裏面側開口端が格納部３６内空間に面して貫通孔３５が開通する構成である。

かかる構成の第３実施形態の吸気制御弁３０の制御動作について図６及び図７を参照して説明する。
内燃機関の低回転低負荷時（図６の状態）及び高回転高負荷時（図７（Ｂ）の状態）の吸気制御弁３０の動作は、第２実施形態と同様である。第３実施形態では、これらの状態のとき、貫通孔３５の弁体３２裏面側開口端は、それぞれ図示されているように、格納部３６の弁軸部分の壁面に対面して閉塞されている。

デポジット飛ばしモード時は、図７（Ａ）に示すように、吸気制御弁３０の先端部が吸気通路１３の上壁に到達する位置までアクチュエータ２２により弁軸３１を回動して弁体３２を起立させる。この状態では、貫通孔３５の弁体３２裏面側開口端が図７（Ａ）に示すように格納部３６内の空間に開放されて開通する。これにより、図の矢印で示すように吸気制御弁３０上流側の吸入空気が貫通孔３５を通って吸気制御弁３０下流側の格納部３６を介して吸気通路１３底壁側に流れる。これにより、吸気制御弁３０全開時に吸気制御弁３０と吸気通路底壁との間に形成される閉塞部である格納部に堆積したデポジットを吹き飛ばすことができ、デポジットの堆積に起因する吸気制御弁２０の固着を防止できる。

また、高回転高負荷時には、吸気制御弁３０が格納部３６内に倒伏格納されるので、吸気通路１３内方側に突出するものがなく、通気抵抗の増加がなく、高回転高負荷時における機関出力を低下させることがない。

本発明の吸気装置の第１実施形態を示す構成図 同上実施形態の吸気制御弁の平面図 同上実施形態の動作説明図 本発明の第２実施形態の要部を示す図 第２実施形態の動作説明図 本発明の第３実施形態の要部を示す図 第２実施形態の動作説明図

符号の説明

４ 燃焼室
１３ 吸気通路
２０，３０ 吸気制御弁
２２ アクチュエータ
２３ リンク機構
２４ 開口部（通路部）
２５ ポートスリット
２６ ＥＣＵ
３１ 弁軸
３２ 弁体
３３ 隙間（通路部）
３４ シャッタ部材
３５ 貫通孔（通路部）

Claims (6)

1. 閉弁動作に伴って吸気通路断面を制限してガス流動を高める吸気制御弁を有する吸気装置であって、
   前記吸気制御弁の開閉動作に応じて開通・遮断される通路部を設け、吸気制御弁を全閉位置近傍まで駆動した時のみ、前記通路部を開通させて吸気制御弁より下流で吸気制御弁全開時に当該吸気制御弁と吸気通路内壁との間に形成される閉塞部に吸気の一部を流す構成としたことを特徴とする吸気装置。
2. 前記吸気制御弁が、前記閉塞部が形成される吸気通路底壁側に吸気流れ方向と直交する方向に軸支された弁軸と、該弁軸の回動により吸気通路底壁に対して起立する閉弁位置と吸気通路底壁側に倒伏する開弁位置との間を回動する弁体とを有する回動弁である時、前記弁体が前記全閉位置近傍まで回動した時のみ開通するように前記弁軸の回動動作に連係して前記通路部を遮断・開通する構成である請求項１に記載の吸気装置。
3. 前記弁軸と吸気通路底壁との間に隙間を設けて当該隙間を前記通路部とし、前記弁体が前記開弁位置にあるときに前記通路部の内部に位置して当該通路部を遮断し、前記弁体の閉弁方向への回動動作に伴って前記通路部の内部を移動し、前記弁体が前記全閉位置近傍まで回動した時に前記通路部の外部に位置して当該通路部を開通するように、前記弁軸の周縁部にシャッタ部材を取付ける構成とした請求項２に記載の吸気装置。
4. 前記弁体の表側から裏側に向けて前記弁軸を貫通する貫通孔を設けて当該貫通孔を前記通路部とし、前記弁体が前記開弁位置にあるときに前記貫通孔の弁体裏面側開口端が吸気通路底壁に対面して閉塞され、前記弁体の閉弁方向への回動動作に伴って前記貫通孔の弁体裏面側開口端が吸気通路底壁に沿って移動し、前記弁体が前記全閉位置近傍まで回動した時に前記貫通孔の弁体裏面側開口端が吸気通路内空間に面して前記貫通孔が開通する構成とした請求項２に記載の吸気装置。
5. 前記吸気制御弁が、スライド動作により、閉弁時に前記閉塞部が形成される吸気通路底壁側に形成した格納部から突出し、開弁時に前記格納部に没入するスライド式弁である時、前記吸気制御弁の基端側に開口部を設けて前記通路部とし、前記吸気制御弁を前記全閉位置近傍までスライド駆動した時に前記開口部が前記格納部から突出して開通する構成とした請求項１に記載の吸気装置。
6. 閉弁動作に伴って吸気通路断面を制限してガス流動を高める吸気制御弁を有する吸気装置の吸気方法であって、
   吸気制御弁を全閉位置近傍まで駆動した時のみ、吸気制御弁より下流で吸気制御弁全開時に当該吸気制御弁と吸気通路内壁との間に形成される閉塞部に吸気の一部を流すようにしたことを特徴とする吸気方法。

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