JP2009102994A - 内燃機関の吸気制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ＴＣＶの吸気流制御バルブ３を所定の中間位置に長期間安定して保持することを課題とする。
【解決手段】 ＴＣＶの吸気流制御バルブ３を開弁作動方向に付勢する薄膜状弾性体６を、吸気流制御バルブ３よりも吸気流方向の下流側の壁面（ポート壁面１６）と吸気流制御バルブ３よりも吸気流方向の上流側の壁面（ポート壁面１４）との間を繋ぐように設置している。これにより、通常の吸気流方向と通常の吸気流方向に対して逆流方向とのいずれの流れ（通常の吸気流と吹き返しガス流）においても、薄膜状弾性体６により吸気流制御バルブ３が一定方向に付勢されているので、吸気流制御バルブ３がバタつくことはない。これによって、吸気流制御バルブ３を所定の中間位置に長期間安定して保持することができるので、タンブル性能（エミッション改善および燃費改善効果）を向上できる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、内燃機関の吸気制御装置に関するもので、特に内燃機関の燃焼室内においてガス流動または吸気渦流を生じさせる吸気流制御弁を設置した内燃機関の吸気制御装置に係わる。

［従来の技術］
従来より、内燃機関の燃焼室に連通する吸気通路に、燃焼室内に供給される吸入空気に渦流（タンブル流）を発生させる吸気流制御弁（タンブル制御弁）を設置した内燃機関の吸気制御装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。これは、図３に示したように、シリンダヘッドに一体的に設けられる吸気導入ダクト１０１内に形成される吸気通路（内燃機関の吸気通路）１０２の内部に、回転軸（吸気流制御弁の弁軸）１０３を中心にして回転するバルブ（吸気流制御弁の弁体）１０４と、吸気流方向に延長された第１、第２吸気整流体１０５、１０６とを有している。また、回転軸１０３は、アクチュエータ（図示せず）により回転可能となっている。

この内燃機関の吸気制御装置は、バルブ１０４の複数の開閉位置に合わせた位置に２つの板状部材により構成された第１、第２吸気整流体１０５、１０６を配設することで、バルブ１０４の開度（回転角度）が複数に変化する場合でも、各バルブ位置においてガス流動を安定して生成することができるので、エミッション改善および燃費改善効果がある。

ここで、アクチュエータは、動力源としてのモータと、このモータのモータ軸の回転速度を所定の減速比となるように２段減速し、モータの駆動力（モータトルク）を増大させて回転軸１０３を駆動する歯車減速機構とを備えている。そして、歯車減速機構は、３つの第１〜第３ギヤによって構成されている。なお、一般的に、歯車減速機構の構造上、各ギヤの歯面間に、所定の隙間（バックラッシ）がないと、各ギヤが円滑に作動しないようになっている。

［従来の技術の不具合］
ところが、従来の内燃機関の吸気制御装置においては、内燃機関の燃焼室側からのガスの吹き返しによる流れの影響により、バルブ１０４に両方向のトルク（脈動トルク）が作用するため、各ギヤの歯面間のバックラッシ等のガタ分だけ、バルブ１０４が回転方向に動く（バタつく）。特に、バルブ１０４が全閉位置と全開位置との間の中間位置、すなわち、バルブ１０４を全閉位置から開弁作動方向に僅かに開弁させた際（半開き時）に、そのバルブ１０４の中間開度が安定しない。したがって、バルブ１０４を所定の中間位置に長期間安定して保持することができないので、タンブル性能が悪化し、エミッション改善および燃費改善効果が少なくなるという問題があった。

また、従来の内燃機関の吸気制御装置においては、内燃機関の燃焼室からバルブ１０４側に吹き返される吹き返しガス中に含まれる粒子状物質（特に油分）等のデポジット（図３に斜線で示す）が、吸気導入ダクト１０１の通路壁面、回転軸１０３の外径面、バルブ１０４の表面に付着して堆積し、吹き返しガス中に含まれる油分が高粘度化する可能性がある。
特に、吸気導入ダクト１０１に支持固定される軸受け部材（ベアリング等）と回転軸１０３との摺動部にデポジットが堆積し、しかもそのデポジットが高粘度化すると、軸受け部材に対する回転軸１０３の摺動抵抗が大きくなる。これにより、バルブ１０４の回転変位が妨げられて動作不良が発生するという問題があった。また、バルブ１０４の動作不良を改善するためには、モータの駆動力（モータトルク）を増大化させる必要があるため、コストアップとなるという問題があった。

また、従来の内燃機関の吸気制御装置においては、内燃機関の吸気通路１０２が、第１、第２吸気整流体１０５、１０６よりも吸気流方向の下流側において急拡大となるため、内燃機関の吸気通路１０２内で吸入空気の圧力損失が増加し、燃費改善効果を低下させる原因となるという問題があった。
特開２００６−７７５８９号公報

本発明の目的は、ダクトと吸気流制御弁の回転軸との摺動部へのデポジット堆積を防止することで、吸気流制御弁のバルブの動作不良を防止し、且つコストアップを抑制することのできる内燃機関の吸気制御装置を提供することにある。また、内燃機関の吸気通路における通路断面積の急拡大を防止することで、吸入空気の圧力損失の増加を抑制することのできる内燃機関の吸気制御装置を提供することにある。さらに、吸気流制御弁のバルブを所定の中間位置に長期間安定して保持することのできる内燃機関の吸気制御装置を提供することにある。

請求項１に記載の発明によれば、吸気流制御弁のバルブを、内燃機関の燃焼室に連通する吸気通路に回転自在に収容している。これにより、アクチュエータを作動させることで、吸気流制御弁のバルブが回転軸を介して駆動されて、吸気流制御弁のバルブがダクトに対して相対回転し、吸気流制御弁のバルブが例えば所定の中間位置または全開位置または全閉位置に設定される。また、吸気流制御弁は、少なくともバルブよりも吸気流方向の下流側の壁面とバルブの外周端面との間を繋ぐように設置された膜状部材を有している。そして、膜状部材は、バルブよりもバルブの回転軸方向に対して垂直な方向の一方側の壁面に対向する膜面を有している。

そして、吸気流制御弁の膜状部材を、少なくともバルブよりも吸気流方向の下流側の壁面とバルブの外周端面との間を繋ぐように設置することにより、吸気流制御弁のバルブの表面および回転軸の近傍が膜状部材によって被覆されるので、内燃機関の燃焼室から吸気流制御弁のバルブ側に吹き返される吹き返しガスに含まれる粒子状物質（特に油分）等のデポジットが吸気流制御弁のバルブの表面、吸気流制御弁の回転軸の近傍およびダクトと回転軸との摺動部に付着したり堆積したりすることはない。
これによって、吸気流制御弁のバルブの表面、吸気流制御弁の回転軸の近傍およびダクトと回転軸との摺動部へのデポジット堆積を防止することができるので、吸気流制御弁のバルブの動作不良を防止することができる。これにより、アクチュエータの負担が軽減されるため、アクチュエータ（特にモータ）の駆動力を増大化させる必要がなくなるので、コストアップを抑制することができる。

また、吸気流制御弁のバルブを全閉位置から開弁作動方向に開弁させた中間開度の状態の時、あるいは吸気流制御弁のバルブを全開位置から閉弁作動方向に閉弁させた中間開度の状態の時に、吸気流制御弁の膜状部材によって、バルブよりも吸気流方向の下流側の壁面とバルブの外周端面との間が滑らかに繋がるので、内燃機関の吸気通路における通路断面積の急拡大を防止することができる。これにより、内燃機関の吸気通路を流れる吸入空気の圧力損失が小さくなり、燃費が向上する。

請求項２に記載の発明によれば、吸気流制御弁は、バルブよりもバルブの回転軸方向に対して垂直な方向の一方側の壁面と膜状部材の膜面との間に形成される絞り部を有している。そして、吸気流制御弁は、そのバルブの開度（つまりダクトに対するバルブの相対回転角度）を変更することで、絞り部の開口面積を調整する。これにより、内燃機関の吸気通路の通路断面積が所定の通路断面積となるように絞られるので、内燃機関の燃焼室に向かう吸気流が所望の吸気流となるように制御される。
請求項３に記載の発明によれば、吸気流制御弁は、バルブを全閉位置から開弁作動方向に開弁させた際（中間開度の状態の時）に、バルブよりもバルブの回転軸方向に対して垂直な方向の一方側の壁面と膜状部材の膜面との間に形成される絞り部を有している。

請求項４に記載の発明によれば、吸気流制御弁は、バルブを全開位置から閉弁作動方向に閉弁させた際（中間開度の状態の時）に、バルブよりもバルブの回転軸方向に対して垂直な方向の一方側の壁面と膜状部材の膜面との間に形成される絞り部を有している。
請求項５に記載の発明によれば、本発明の吸気流制御弁としては、絞り部の開口面積を変化させることで内燃機関の燃焼室内においてガス流動または吸気渦流を生じさせる吸気流制御弁を採用している。ここで、吸気流制御弁は、内燃機関の吸入空気量を制御するスロットルバルブよりも吸気流方向の下流側（例えばインテークマニホールドまたはエンジンヘッド）に設置されている。

請求項６に記載の発明によれば、吸気流制御弁のバルブを開弁作動方向に付勢する膜状弾性体（ゴム等の弾性体よりなる膜：例えば薄膜状のゴムシート）を、少なくともバルブよりも吸気流方向の下流側の壁面とバルブの外周端面との間を繋ぐように設置することにより、通常の吸気流方向とこの通常の吸気流方向に対して逆流方向とのいずれの流れ（通常の吸気流と吹き返しガス流）においても、膜状弾性体により吸気流制御弁のバルブが一定方向（バルブの開弁作動方向）に付勢されているので、吸気流制御弁のバルブがその回転方向に動く（バタつく）ことはない。これによって、吸気流制御弁のバルブを所定の中間位置に長期間安定して保持することができるので、エミッション改善および燃費改善効果を向上（または維持）することができる。
請求項７に記載の発明によれば、上記の膜状弾性体（ゴム等の弾性体よりなる膜：例えば薄膜状のゴムシート）は、吸気流制御弁のバルブの作動時に、吸気流制御弁のバルブの外周端面が接触する摺接部を有している。なお、吸気流制御弁のバルブの外周端面を固定する固定部を膜状部材（膜状弾性体）に設けても良い。

請求項８に記載の発明によれば、吸気流制御弁のバルブよりも吸気流方向の下流側の壁面とは、吸気流制御弁のバルブよりも吸気流方向の下流側で、且つ内燃機関の吸気通路の重力方向における下方側の壁面のことである。
請求項９に記載の発明によれば、吸気流制御弁のバルブよりもバルブの回転軸方向に対して垂直な方向の一方側の壁面とは、内燃機関の吸気通路の重力方向における上方側の壁面のことである。
請求項１０に記載の発明によれば、吸気流制御弁のバルブの外周端面とは、吸気流制御弁のバルブの回転軸から最も離れた位置に設けられたバルブ端面のことである。

請求項１１に記載の発明によれば、吸気流制御弁のバルブの回転軸は、内燃機関の吸気通路の軸線方向に対して垂直な方向に延びるように設置され、ダクトに回転自在に支持されている。
請求項１２に記載の発明によれば、吸気流制御弁のアクチュエータは、吸気流制御弁のバルブの回転軸を駆動する駆動力を発生するモータ、およびこのモータの駆動力をバルブの回転軸に伝達する複数のギヤを有している。この場合には、内燃機関の燃焼室側からのガスの吹き返しによる流れの影響により、吸気流制御弁のバルブに両方向の脈動トルクが作用しても、吸気流制御弁のバルブが回転方向に動く（バタつく）ことはない。

本発明を実施するための最良の形態は、吸気流制御弁のバルブの動作不良を防止し、且つコストアップを抑制するという目的を、ダクトと吸気流制御弁の回転軸との摺動部へのデポジット堆積を防止することで実現した。また、吸入空気の圧力損失の増加を抑制するという目的を、内燃機関の吸気通路における通路断面積の急拡大を防止することで実現した。さらに、吸気流制御弁のバルブを所定の中間位置に長期間安定して保持するという目的を、吸気流制御弁のバルブを一定方向（バルブの開弁作動方向）に付勢させることで実現した。

［実施例１の構成］
図１および図２は本発明の実施例１を示したもので、図１および図２は内燃機関の吸気制御装置（吸気渦流発生装置）を示した図である。

本実施例の内燃機関の吸気制御装置は、内燃機関（例えば４気筒ガソリンエンジン：以下エンジンと言う）の各気筒毎の燃焼室に吸入空気（吸気）を供給するための吸気通路を開閉する吸気通路開閉装置（スロットル制御装置）と、エンジンの各気筒（シリンダ）内において混合気の燃焼を促進させるための吸気渦流を生成することが可能な吸気渦流発生装置とを備えている。
吸気渦流発生装置は、スロットル制御装置と共に、エンジンの吸気系統に組み込まれている。

ここで、エンジンは、吸入空気と燃料との混合気を燃焼室内で燃焼させて得られる熱エネルギーにより出力を発生するもので、吸気行程、圧縮行程、膨張（燃焼）行程、排気行程の４つの行程（ストローク）を周期（サイクル）として繰り返す４サイクルエンジンが採用されている。このエンジンは、例えば自動車等の車両のエンジンルームに搭載されている。そして、エンジンは、エンジンの各気筒毎の燃焼室内に吸入空気（吸気）を導入するための吸気管と、エンジンの各気筒毎の燃焼室より排気ガスを排出するための排気管とを備えている。

エンジンの吸気管は、エンジンの各気筒毎の燃焼室内に吸入空気（吸気）を供給するための吸気通路を形成するケーシング（インテークダクト）である。この吸気管は、エアクリーナケース、インテークパイプ、サージタンクおよびインテークマニホールド（吸気導入ダクト）等を有している。また、エンジンの排気管は、エンジンの各気筒毎の燃焼室より流出する排気ガスを排気浄化装置を経由して外部に排出するための排気通路を形成するケーシング（エキゾーストダクト）である。この排気管は、エキゾーストマニホールドおよびエキゾーストパイプ等を有している。
エンジンは、インテークマニホールドの下流端に気密的に結合されるシリンダヘッド１と、このシリンダヘッド１に設けられる３次元的な吸気通路形状の吸気ポート（インテークポート）２より混合気が吸入される燃焼室を形成するシリンダブロック（図示せず）とを備えている。

ここで、本実施例の内燃機関の吸気制御装置（吸気渦流発生装置）は、エンジンと同様に自動車等の車両のエンジンルームに設置されて、エンジンの各気筒内において混合気の燃焼を促進させるための縦方向の吸気渦流（タンブル流）を発生させるシステムである。 この吸気渦流発生装置は、スロットルボディおよびインテークマニホールドよりも吸気流方向の下流側に接続されるシリンダヘッド１と、このシリンダヘッド１の内部（吸気ポート２）を流れる吸入空気にタンブル流を発生させるタンブル制御弁（以下ＴＣＶと呼ぶ）と、このＴＣＶのバルブ開度をスロットル制御装置等の各システムと関連して制御するエンジン制御ユニット（エンジン制御装置：以下ＥＣＵと呼ぶ）とによって構成されている。

なお、ＴＣＶは、シリンダヘッド１に対して相対回転する吸気流制御バルブ（弁体）３と、この吸気流制御バルブ３のシャフト（回転軸）４を回転駆動するアクチュエータ５と、吸気流制御バルブ３を開弁作動方向に付勢する薄膜状弾性体６と、シリンダヘッド１の吸気ポート壁面と薄膜状弾性体６の膜面との間に形成される吸気絞り部７とを有している。また、ＴＣＶは、エンジンの運転状態に応じて各吸気ポート２の通路断面積を絞ることで、エンジンの各気筒毎の燃焼室に向かう吸気流を制御する吸気流制御弁であって、特にエンジンの運転状態に応じて各吸気ポート２における吸気絞り部７の開口面積を変化させることで、エンジンの各気筒毎の燃焼室内においてガス流動または吸気渦流を発生させる吸気流制御弁である。

ここで、本実施例のスロットル制御装置は、スロットルバルブのバルブ開度に相当するスロットル開度に応じて、エンジンの各気筒毎の燃焼室内に吸い込まれる吸入空気の流量を制御するシステムである。
このスロットル制御装置は、エンジンの吸気管の途中に設置されたスロットルボディ（図示せず）、吸気管の内部（吸気通路）を流れる吸入空気の流量（吸入空気量、吸気流量：以下空気流量と略す）を可変するバタフライ型のスロットルバルブ（図示せず）、およびこのスロットルバルブを閉弁作動方向（または開弁作動方向）に付勢するリターンスプリング（またはデフォルトスプリング：図示せず）等によって構成されている。
また、スロットルボディには、スロットルバルブを支持固定するシャフト（スロットルバルブの回転軸）を開弁作動方向（または閉弁作動方向）に駆動する駆動力を発生する電動モータを有するアクチュエータが取り付けられている。
ここで、スロットルバルブを駆動する電動モータは、ＥＣＵによって通電制御されるように構成されている。

シリンダヘッド１には、先端部が各気筒毎の燃焼室内に露出するようにスパークプラグ（図示せず）が取り付けられている。また、シリンダヘッド１には、先端部が各吸気ポート２における重力方向の上方側のポート壁面に臨むようにインジェクタ（内燃機関用燃料噴射弁、電磁式燃料噴射弁：図示せず）８が取り付けられている。
そして、シリンダヘッド１の一方側に形成される複数の吸気ポート２は、吸気通路の一部を構成するもので、ポペット型の吸気バルブ（インテークバルブ）９によって開閉される。

吸気ポート２は、図示しない入口部から燃焼室で開口する吸気ポート開口部（吸気弁口）１１に向けて円弧状に滑らかに湾曲する湾曲通路である。シリンダヘッド１の吸気ポート開口部１１には、吸気バルブ９のバルブフェース１２が着座可能な円環状のバルブシート（図示せず）が圧入固定されている。
また、シリンダヘッド１の他方側に形成される複数の排気ポート（図示せず）は、ポペット型の排気バルブ（エキゾーストバルブ：図示せず）によって開閉される。そして、エンジンのシリンダブロックの内部に形成される複数のシリンダボア内には、連接棒を介してクランクシャフトに連結されたピストンが摺動自在に支持されている。

シリンダヘッド１は、内部に吸気ポート２が形成された円筒部（または角筒部）を有している。このシリンダヘッド１は、エンジンの各気筒毎に対応して設置された複数のＴＣＶを開閉自在に収容するダクトを構成している。また、シリンダヘッド１は、吸気ポート２の重力方向における下方側、つまり吸気ポート２の重力方向における下面側（吸気ポート２の下面側）に、吸気流制御バルブ３の全開時に吸気流制御バルブ３が吸気ポート２内に突き出ないように吸気流制御バルブ３を収納（格納）するためのバルブ収納空間１３を有している。

このバルブ収納空間１３の両側壁部には、バルブ収納空間１３を隔てて対向する２つのバルブ軸受け部がそれぞれ設けられている。これらのバルブ軸受け部の内部には、２つの支持孔がそれぞれ形成されている。なお、これらの支持孔の内周には、２つの軸受け部材（例えば円筒状のベアリング等）が嵌合保持されている。
すなわち、シリンダヘッド１のバルブ軸受け部は、２つのベアリングを介して、ＴＣＶのシャフト４の回転軸方向の両端部（２つの摺動面）を回転方向に摺動自在に支持している。なお、これらのベアリングはなくても良い。

吸気流制御バルブ３は、吸気ポート２に開閉自在（回転自在）に設置されており、シャフト４の回転に伴ってシリンダヘッド１に対して相対回転する回転型のバルブである。この吸気流制御バルブ３は、全開位置から全閉位置に至るまでのバルブ作動範囲にて回転角度（バルブ開度）が変更されることで、吸気絞り部７の開口面積を変更する。また、吸気流制御バルブ３は、吸気ポート２の通路断面積を絞ることで、エンジンの各気筒毎の燃焼室内にタンブル流を発生させるタンブル制御バルブである。
ここで、吸気流制御バルブ３の全開位置とは、吸気流制御バルブ３を全開（開弁）した全開開度の状態のことである。そして、全開位置は、吸気流制御バルブ３の作動可能範囲の一方側の限界位置である。また、吸気流制御バルブ３の全閉位置とは、吸気流制御バルブ３を全閉（閉弁）した全閉開度の状態のことである。そして、全閉位置は、吸気流制御バルブ３の作動可能範囲の他方側の限界位置である。

そして、吸気流制御バルブ３は、金属材料または樹脂材料によって形成され、方形板状（または矩形板状）のバルブ本体を有している。そして、吸気流制御バルブ３は、バルブ本体を全閉した全閉状態の時、つまり吸気流制御バルブ３の全閉時に、バルブ本体を支持固定するシャフト４が、バルブ本体の板厚方向に対して垂直なバルブ表面方向の片側端部（吸気ポート２の重力方向における下方側、図示下方側）に偏った位置に配置されている。すなわち、吸気流制御バルブ３は、回転中心を成すシャフト４の中心軸線（回転軸線）が、吸気流制御バルブ３の中心よりも一端側（吸気ポート２の重力方向における下方側、図示下方側）にズレた片持ち式のバルブを構成している。

なお、本実施例の吸気流制御バルブ３は、その全閉時に、吸気ポート２の軸線方向（吸気流方向）に垂直な垂線に対して開弁作動方向に所定の傾斜角度（回転角度）だけ若干傾くように配置される。
また、吸気流制御バルブ３は、バルブ本体を全開した全開状態の時、つまり吸気流制御バルブ３の全開時に、吸気ポート２の重力方向における下面側に形成される凹状のバルブ収納空間１３に収容保持される。
なお、本実施例の吸気流制御バルブ３は、その全開時に、吸気ポート２の軸線方向（吸気流方向）に対して平行する方向に配置される。

アクチュエータ５は、吸気流制御バルブ３のシャフト４を開弁作動方向または閉弁作動方向に駆動する動力源としてのモータ、およびこのモータのモータ軸の回転速度を所定の減速比となるように減速し、モータの駆動力（モータトルク）を増大させて吸気流制御バルブ３のシャフト４に伝達する動力伝達機構（歯車減速機構）を有している。
歯車減速機構は、モータのモータ軸に回転駆動されるウォームギヤ（モータ側ギヤ：図示せず）、およびこのウォームギヤに噛み合うウォームホイール（バルブ側ギヤ：図示せず）等によって構成されている。そして、ウォームホイールは、ＴＣＶのシャフト４に連結されている。なお、モータのモータ軸に回転駆動される第１ギヤ（モータ側ギヤ、ピニオンギヤ）、この第１ギヤに噛み合う第２ギヤ（中間減速ギヤ）、およびこの第２ギヤに噛み合う第３ギヤ（最終減速ギヤ、バルブ側ギヤ）等によって歯車減速機構を構成しても良い。

ここで、アクチュエータ５、特に電力の供給を受けると吸気流制御バルブ３のシャフト４を駆動する駆動力を発生するモータは、ＥＣＵによって通電制御（駆動）されるように構成されている。このＥＣＵには、制御処理や演算処理を行なうＣＰＵ、制御プログラムまたは制御ロジックや各種データを保存する記憶装置（ＲＡＭ、ＲＯＭ等のメモリ）、入力回路（入力部）、出力回路（出力部）、電源回路、タイマー等の機能を含んで構成される周知の構造のマイクロコンピュータが設けられている。そして、ＥＣＵは、図示しないイグニッションスイッチをオン（ＩＧ・ＯＮ）すると、メモリ内に格納された制御プログラムまたは制御ロジックに基づいて、スロットル制御装置（モータ）および吸気渦流発生装置（アクチュエータ５のモータ）等を電子制御する。
なお、ＥＣＵは、イグニッションスイッチがオフ（ＩＧ・ＯＦＦ）されると、メモリ内に格納された制御プログラムまたは制御ロジックに基づくエンジン制御が強制的に終了されるように構成されている。
ＥＣＵは、エンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段を有している。エンジンの運転状態は、エンジン回転速度、エンジン負荷（アクセル開度）、エンジン冷却水温度、吸気温度等によって検出することができる。

薄膜状弾性体６は、長方形状に形成されて、吸気流制御バルブ３よりも吸気流方向の下流側のポート壁面と吸気流制御バルブ３の外周端面を経て吸気流制御バルブ３よりも吸気流方向の上流側のポート壁面との間を繋ぐように設置されたフィルム状のゴムシート（弾性体シート）である。
この薄膜状弾性体６は、吸気流制御バルブ３よりも吸気流制御バルブ３の回転軸方向に対して垂直な方向の一方側のポート壁面に対向する膜面を有している。そして、薄膜状弾性体６は、吸気ポート２または吸気流制御バルブ３の幅方向全体に渡る幅を有している。

ここで、吸気流制御バルブ３よりも吸気流方向の上流側のポート壁面とは、吸気流制御バルブ３よりも吸気流方向の上流側で、且つ吸気ポート２の重力方向における下方側のポート壁面１４のことである。また、吸気流制御バルブ３の外周端面とは、吸気流制御バルブ３のシャフト４から最も離れた位置に設けられたバルブ上端面（平坦面）１５のことである。また、吸気流制御バルブ３よりも吸気流方向の下流側のポート壁面とは、吸気流制御バルブ３よりも吸気流方向の下流側で、且つ吸気ポート２の重力方向における下方側のポート壁面１６のことである。また、吸気流制御バルブ３よりも吸気流制御バルブ３の回転軸方向に対して垂直な方向の一方側のポート壁面とは、吸気ポート２の重力方向における上方側のポート壁面１７のことである。

また、薄膜状弾性体６は、吸気流制御バルブ３における開弁作動方向または閉弁作動方向への作動時に、吸気流制御バルブ３のバルブ上端面１５が摺動接触する摺接部１９を有している。この薄膜状弾性体６の摺接部１９は、吸気流制御バルブ３の回転変位と共に移動する。
また、薄膜状弾性体６は、シリンダヘッド１のポート壁面１４に支持固定される第１固定部２１、およびシリンダヘッド１のポート壁面１６に支持固定される第２固定部２２を有している。
また、薄膜状弾性体６は、シリンダヘッド１のポート壁面１４と吸気流制御バルブ３のバルブ上端面１５または摺接部１９との間を結ぶように設置される薄膜状の第１弾性変形部２３、および吸気流制御バルブ３のバルブ上端面１５または摺接部１９とシリンダヘッド１のポート壁面１６との間を結ぶように設置される薄膜状の第２弾性変形部２４を有している。

吸気絞り部７は、各吸気ポート２の通路断面積を所定値以下となるように絞ることで、エンジンの各気筒毎の燃焼室内にガス流動（タンブル流）を発生させる機能を有している。この吸気絞り部７は、吸気流制御バルブ３を全閉位置から開弁作動方向に僅かに開弁させた（半開きした）中間開度の状態の時に、シリンダヘッド１のポート壁面１７と薄膜状弾性体６の膜面との間に形成されている。また、吸気絞り部７は、吸気流制御バルブ３を全開位置から閉弁作動方向に僅かに閉弁させた（半開きした）中間開度の状態の時に、シリンダヘッド１のポート壁面１７と薄膜状弾性体６の膜面との間に形成されている。

また、吸気絞り部７は、全閉位置と全開位置との間の中間位置にて半開きした中間開度の状態となるように保持されている時に、図１に示したように、中間絞り部２９および２つの第１、第２絞り部３１、３２を有している。
中間絞り部２９は、２つの第１、第２絞り部３１、３２間に設けられて、全ての吸気絞り部７のうちで吸気ポート２の通路断面積を最も絞る可変絞り部である。この中間絞り部２９は、シリンダヘッド１のポート壁面１７と薄膜状弾性体６の摺接部１９の膜面との間に形成される。

また、第１絞り部３１は、中間絞り部２９よりも吸気流方向の上流側に設けられて、第１絞り部３１の入口部から中間絞り部２９に向かって吸気ポート２の通路断面積が徐々に小さくなる可変絞り部である。この第１絞り部３１は、吸気流制御バルブ３よりも吸気流方向の上流側のポート壁面１７と薄膜状弾性体６の第１弾性変形部２３の膜面との間に形成される。
また、第２絞り部３２は、中間絞り部２９よりも吸気流方向の下流側に設けられて、中間絞り部２９から第２絞り部３２の出口部に向かって吸気ポート２の通路断面積が徐々に大きくなる可変絞り部である。この第２絞り部３２は、吸気流制御バルブ３よりも吸気流方向の下流側のポート壁面１７と薄膜状弾性体６の第２弾性変形部２４の膜面との間に形成される。

［実施例１の作用］
次に、本実施例の内燃機関の吸気制御装置（吸気渦流発生装置）の作用を図１および図２に基づいて簡単に説明する。

ＥＣＵは、イグニッションスイッチがオン（ＩＧ・ＯＮ）されると、スロットル制御装置（モータ）、点火装置（スパークプラグ等）および燃料噴射装置（インジェクタ８等）を駆動する。これにより、エンジンが運転される。
このとき、エンジンの特定気筒が排気行程から、吸気バルブ９が開弁し、ピストンが下降する吸気行程に移行する。吸気行程に移行すると、ピストンの下降に従って当該気筒の燃焼室内の負圧（大気圧よりも低い圧力）が大きくなり、開弁している吸気ポート２から燃焼室にインジェクタ８より噴射された燃料と吸気管から導入された吸入空気との混合気が吸い込まれる。

ここで、ＥＣＵは、エンジン回転速度、エンジン負荷（アクセル開度）、エンジン冷却水温度、吸気温度等によってエンジンの運転状態を検出する。そして、ＥＣＵは、エンジンが温まっており、燃焼室内への空気流量を多く必要とする時、すなわち、エンジンの運転領域が高速回転領域または高負荷領域の時に、吸気流制御バルブ３のシャフト４を駆動するアクチュエータ５への供給電力を制御（モータを通電）する。このとき、吸気流制御バルブ３は、モータの駆動力を利用して開弁作動方向に駆動されるため、開かれる。すなわち、吸気流制御バルブ３は、吸気ポート２内に突き出ないようにバルブ収納空間１３に収容保持される。

このとき、薄膜状弾性体６は、吸気流制御バルブ３が吸気ポート２内に突き出ないようにバルブ収納空間１３に収容保持されているので、吸気流制御バルブ３のバルブ上端面１５によって吸気ポート２の重力方向における上方側に押し上げられることはなく、シリンダヘッド１のポート壁面１４、１６に張り付くように平面形状となる。これにより、シリンダヘッド１のポート壁面１７と薄膜状弾性体６の膜面との間に、吸気ポート２の通路断面積を所定値以下に絞る吸気絞り部７が形成されない。
この場合、エンジンの吸気管、特にインテークマニホールドからシリンダヘッド１の吸気ポート２に流入した吸気流は、吸気ポート２をストレートに通過して、吸気ポート２の吸気ポート開口部１１から燃焼室内に供給される。このとき、燃焼室内において縦方向の吸気渦流（タンブル流）の発生は少ない。

また、ＥＣＵは、エンジンが冷えており、燃焼室内への空気流量を多く必要としない時、すなわち、エンジンの運転領域が中低速回転領域または中低負荷領域の時（例えばエンジン始動時またはアイドル運転時等）に、吸気流制御バルブ３のシャフト４を駆動するアクチュエータ５への供給電力を制御（モータを通電）する。このとき、吸気流制御バルブ３は、モータの駆動力を利用して閉弁作動方向に駆動されるため、半開きされる。すなわち、吸気流制御バルブ３は、図１および図２に示したように、中間位置にて半開きした中間開度の状態となるように保持（設定）される。
このとき、薄膜状弾性体６は、吸気流制御バルブ３が閉弁作動方向に回転変位するに従って吸気流制御バルブ３のバルブ上端面１５によって吸気ポート２の重力方向における上方側に押し上げられる。これにより、シリンダヘッド１のポート壁面１７と薄膜状弾性体６の膜面との間に、吸気ポート２の通路断面積を所定値以下に絞る吸気絞り部７（中間絞り部２９および２つの第１、第２絞り部３１、３２）が形成される。

この場合、エンジンの吸気管、特にインテークマニホールドからシリンダヘッド１の吸気ポート２に流入した吸気流は、図１に示したように、先ずシリンダヘッド１のポート壁面１７と薄膜状弾性体６の第１弾性変形部２３の膜面との間に形成される第１絞り部３１を通過する。そして、第１絞り部３１を通過した吸気流は、シリンダヘッド１のポート壁面１７と薄膜状弾性体６の摺接部１９の膜面との間に形成される中間絞り部２９を通過した後に、シリンダヘッド１のポート壁面１７と薄膜状弾性体６の第２弾性変形部２４の膜面との間に形成される第２絞り部３２を通過して、スパークプラグ側の吸気ポート開口部１１に向かう。すなわち、吸気ポート２から燃焼室内に流れ込む吸気流は、吸気ポート２の吸気ポート開口部１１のスパークプラグ側に偏った状態で燃焼室内に流れ込むため、燃焼室内においてタンブル流が形成され易くなる。
したがって、エンジンの各気筒毎の燃焼室内において強いタンブル流が生成されるため、吸入空気と共に燃焼室内に導入される燃料が燃焼室内の全域に略均等に拡がって燃焼が効率良く行なわれる。これにより、エンジンの低回転速度領域または低負荷領域の時における燃焼室内での燃焼効率を向上させることができるので、燃費、出力およびエミッション（例えばＨＣ低減効果）等を大幅に向上させることができる。

［実施例１の効果］
以上のように、本実施例の内燃機関の吸気制御装置（吸気渦流発生装置）においては、薄膜状弾性体６を、シリンダヘッド１のポート壁面１６と吸気流制御バルブ３のバルブ上端面１５を経てシリンダヘッド１のポート壁面１４との間を繋ぐように設置することにより、吸気流制御バルブ３の表面およびシャフト４の近傍が薄膜状弾性体６によって被覆されている。
これにより、エンジンの各気筒毎の燃焼室から吸気流制御バルブ３側に吹き返される吹き返しガスに含まれる粒子状物質（特に油分）等のデポジットが、吸気流制御バルブ３の表面、ＴＣＶのシャフト４の近傍およびシリンダヘッド１に保持された軸受け部材（ベアリング）とシャフト４との摺動部に付着したり堆積したりすることはない。
これによって、吸気流制御バルブ３の表面、シャフト４の近傍および軸受け部材（ベアリング）とシャフト４との摺動部へのデポジット堆積を防止することができるので、吸気流制御バルブ３の動作不良を防止することができる。これにより、アクチュエータ５の負担が軽減されるため、アクチュエータ５、特にモータの駆動力（モータトルク）を増大化させたり、モータを大型化したりする必要がなくなるので、コストアップを抑制することができる。

また、吸気流制御バルブ３を全閉位置から開弁作動方向に開弁させた中間開度の状態の時、あるいは吸気流制御バルブ３を全開位置から閉弁作動方向に閉弁させた中間開度の状態の時に、薄膜状弾性体６によって、シリンダヘッド１のポート壁面１６と吸気流制御バルブ３のバルブ上端面１５との間が滑らかに繋がるので、吸気ポート２における通路断面積の急拡大を防止することができる。これにより、吸気ポート２を流れる吸入空気の圧力損失の増加を抑制することができるので、燃費改善効果を向上することができる。
ここで、本実施例の内燃機関の吸気制御装置（吸気渦流発生装置）においては、薄膜状弾性体６を、シリンダヘッド１のポート壁面１６とシリンダヘッド１のポート壁面１４との間を繋ぐように設置しているので、吸気流制御バルブ３よりも吸気流方向の上流側に形成される第１絞り部３１の通路断面積が滑らかに変化し、また、吸気流制御バルブ３よりも吸気流方向の下流側に形成される第２絞り部３２の通路断面積が滑らかに変化する。これにより、エンジンの各気筒毎の燃焼室内においてタンブル流を発生させる吸気流制御バルブ３の前後の吸気ポート２（２つの第１、第２絞り部３１、３２）の通路断面積の変化が滑らかになるので、吸気ポート２を流れる吸入空気の圧力損失を低減することができる。

また、吸気流制御バルブ３を開弁作動方向に付勢する薄膜状弾性体６を、シリンダヘッド１のポート壁面１６とシリンダヘッド１のポート壁面１４との間を繋ぐように設置している。また、薄膜状弾性体６の摺接部１９を、吸気流制御バルブ３における開弁作動方向または閉弁作動方向への作動時に、吸気流制御バルブ３のバルブ上端面１５に摺動接触するように設置している。これにより、吸気流制御バルブ３が、薄膜状弾性体６によって常に開弁作動方向に付勢される。
このため、図１および図２に示したように、通常の吸気流方向とこの通常の吸気流方向に対して逆流方向とのいずれの流れ（通常の吸気流と吹き返しガス流）においても、薄膜状弾性体６により吸気流制御バルブ３が一定方向（吸気流制御バルブ３の開弁作動方向）に付勢されているので、吸気流制御バルブ３がその回転方向に動く（バタつく）ことはない。これによって、吸気流制御バルブ３を所定の中間位置に長期間安定して保持することができるので、タンブル性能（エミッション改善および燃費改善効果）を向上（または維持）することができる。

［変形例］
本実施例では、吸気渦流発生装置を、内燃機関の燃焼室内にて混合気の燃焼を促進させるための縦方向の吸気渦流（タンブル流）の生成が可能となるように構成したが、吸気渦流発生装置を、内燃機関の燃焼室内にて混合気の燃焼を促進させるための横方向の吸気渦流（スワール流）の生成が可能となるように構成しても良い。また、吸気渦流発生装置を、エンジンの燃焼を促進させるためのスキッシュ渦の生成が可能となるように構成しても良い。

また、複数のアクチュエータで、複数のバルブユニット（吸気流制御バルブ３およびシャフト４等によって構成される）を個別に駆動できるようにしても良い。
また、１つのアクチュエータで、複数のバルブユニット（吸気流制御バルブ３およびシャフト４等によって構成される）を駆動できるようにしても良い。
また、バルブは、多連一体型のバルブ、あるいは１個の片持ち式のバルブまたは１個の両持ち式のバルブのいずれでも良い。
また、ダクトとして、内燃機関のシリンダヘッド１だけでなく、インテークマニホールド自体、インテークマニホールドに格納されるハウジング、インテークマニホールドを除く吸気管を用いても良い。

本実施例では、薄膜状弾性体６を、吸気流制御バルブ３よりも吸気流方向の下流側の壁面（ポート壁面１６）と吸気流制御バルブ３の外周端面（バルブ上端面１５）を経て吸気流制御バルブ３よりも吸気流方向の上流側の壁面（ポート壁面１４）との間を繋ぐように設置しているが、薄膜状弾性体６を、少なくとも吸気流制御バルブ３よりも吸気流方向の下流側の壁面（ポート壁面１６）と吸気流制御バルブ３の外周端面（バルブ上端面１５）との間を繋ぐように設置しても良い。
本実施例では、エンジンの運転領域が中低速回転領域または中低負荷領域の時（例えばエンジン始動時またはアイドル運転時等）に、吸気流制御バルブ３を、中間位置にて半開きした中間開度の状態となるように保持しているが、この中間位置を吸気流制御バルブ３の全閉位置としても良い。

内燃機関の吸気制御装置（吸気渦流発生装置）を示した概略図である（実施例１）。 内燃機関の吸気制御装置（吸気渦流発生装置）を示した概略図である（実施例１）。 内燃機関の吸気制御装置を示した概略図である（従来の技術）。

符号の説明

１ シリンダヘッド（ダクト）
２ 吸気ポート（吸気通路）
３ 吸気流制御バルブ（吸気流制御弁の弁体）
４ シャフト（バルブの回転軸）
５ アクチュエータ
６ 薄膜状弾性体（膜状部材）
７ 吸気絞り部
１４ シリンダヘッドのポート壁面
１５ 吸気流制御バルブのバルブ上端面（バルブの外周端面）
１６ シリンダヘッドのポート壁面
１７ シリンダヘッドのポート壁面
１９ 薄膜状弾性体の摺接部
２９ 中間絞り部
３１ 第１絞り部
３２ 第２絞り部

Claims (12)

1. （ａ）内燃機関の燃焼室に連通する吸気通路を形成するダクトと、
   （ｂ）前記吸気通路に回転自在に収容された板状のバルブ、およびこのバルブの回転軸に連結されたアクチュエータを有し、
   前記吸気通路の通路断面積を絞ることで前記内燃機関の燃焼室に向かう吸気流を制御する吸気流制御弁と
   を備えた内燃機関の吸気制御装置において、
   前記吸気流制御弁は、少なくとも前記バルブよりも吸気流方向の下流側の壁面と前記バルブの外周端面との間を繋ぐように設置されて、前記バルブよりも前記バルブの回転軸方向に対して垂直な方向の一方側の壁面に対向する膜面を有する膜状部材を有していることを特徴とする内燃機関の吸気制御装置。
2. 請求項１に記載の内燃機関の吸気制御装置において、
   前記吸気流制御弁は、前記バルブよりも前記バルブの回転軸方向に対して垂直な方向の一方側の壁面と前記膜状部材の膜面との間に形成される絞り部を有していることを特徴とする内燃機関の吸気制御装置。
3. 請求項２に記載の内燃機関の吸気制御装置において、
   前記バルブを全閉した全閉開度の状態を全閉位置としたとき、
   前記絞り部は、前記バルブを前記全閉位置から開弁作動方向に開弁させた際に、前記バルブよりも前記バルブの回転軸方向に対して垂直な方向の一方側の壁面と前記膜状部材の膜面との間に形成されることを特徴とする内燃機関の吸気制御装置。
4. 請求項２または請求項３に記載の内燃機関の吸気制御装置において、
   前記バルブを全開した全開開度の状態を全開位置としたとき、
   前記絞り部は、前記バルブを前記全開位置から閉弁作動方向に閉弁させた際に、前記バルブよりも前記バルブの回転軸方向に対して垂直な方向の一方側の壁面と前記膜状部材の膜面との間に形成されることを特徴とする内燃機関の吸気制御装置。
5. 請求項２ないし請求項４のうちのいずれか１つに記載の内燃機関の吸気制御装置において、
   前記吸気流制御弁は、前記絞り部の開口面積を変化させることで前記内燃機関の燃焼室内にガス流動または吸気渦流を発生させることを特徴とする内燃機関の吸気制御装置。
6. 請求項１ないし請求項５のうちのいずれか１つに記載の内燃機関の吸気制御装置において、
   前記膜状部材とは、前記バルブを開弁作動方向に付勢する膜状弾性体のことであることを特徴とする内燃機関の吸気制御装置。
7. 請求項６に記載の内燃機関の吸気制御装置において、
   前記膜状弾性体は、前記バルブの作動時に、前記バルブの外周端面が接触する摺接部を有していることを特徴とする内燃機関の吸気制御装置。
8. 請求項１ないし請求項７のうちのいずれか１つに記載の内燃機関の吸気制御装置において、
   前記バルブよりも吸気流方向の下流側の壁面とは、前記バルブよりも吸気流方向の下流側で、且つ前記吸気通路の重力方向における下方側の壁面のことであることを特徴とする内燃機関の吸気制御装置。
9. 請求項１ないし請求項８のうちのいずれか１つに記載の内燃機関の吸気制御装置において、
   前記バルブよりも前記バルブの回転軸方向に対して垂直な方向の一方側の壁面とは、前記吸気通路の重力方向における上方側の壁面のことであることを特徴とする内燃機関の吸気制御装置。
10. 請求項１ないし請求項９のうちのいずれか１つに記載の内燃機関の吸気制御装置において、
    前記バルブの外周端面とは、前記バルブの回転軸から最も離れた位置に設けられたバルブ端面のことであることを特徴とする内燃機関の吸気制御装置。
11. 請求項１ないし請求項１０のうちのいずれか１つに記載の内燃機関の吸気制御装置において、
    前記バルブの回転軸は、前記吸気通路の軸線方向に対して垂直な方向に延びるように設置され、前記ダクトに回転自在に支持されていることを特徴とする内燃機関の吸気制御装置。
12. 請求項１ないし請求項１１のうちのいずれか１つに記載の内燃機関の吸気制御装置において、
    前記アクチュエータは、前記バルブの回転軸を駆動する駆動力を発生するモータ、およびこのモータの駆動力を前記バルブの回転軸に伝達する複数のギヤを有していることを特徴とする内燃機関の吸気制御装置。

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