JP2009144659A - Intake device of internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、エンジンに吸入される吸入空気の気流および温度を制御する内燃機関の吸気装置に関する。 The present invention relates to an intake device for an internal combustion engine that controls the airflow and temperature of intake air taken into the engine.
一般に、エンジンが低温で始動された直後は、エンジンのシリンダ内壁および吸入空気の温度が低いために、噴射された燃料が十分に気化しないことから、空燃比を改善するため通常よりも多めの燃料を噴射している。その結果、燃焼室内に導入された燃料が完全に燃焼せず、通常の燃焼よりも多い未燃HC(Hydro Carbon)などの有害物質が排気ガスとともに燃焼室から排出されてしまう。
また、排気ガスに混入した未燃HCなどを除去するための排気ガス後処理装置においても、エンジンが低温で始動された直後は、この排気ガス後処理装置中の触媒が低温で不活性であるため未燃HCなどの除去が不十分である。このようなエンジン低温始動時における排気ガス中の有害物質を低減させるため、燃焼室に導入する吸入空気の気流や温度を制御する内燃機関の吸気装置が提案されている。
Generally, immediately after the engine is started at a low temperature, the temperature of the cylinder inner wall of the engine and the intake air is low, so that the injected fuel is not sufficiently vaporized. Therefore, more fuel than usual is used to improve the air-fuel ratio. Is sprayed. As a result, the fuel introduced into the combustion chamber does not completely burn, and more harmful substances such as unburned HC (Hydro Carbon) than normal combustion are discharged from the combustion chamber together with the exhaust gas.
Also, in an exhaust gas aftertreatment device for removing unburned HC and the like mixed in the exhaust gas, immediately after the engine is started at a low temperature, the catalyst in the exhaust gas aftertreatment device is inactive at a low temperature. Therefore, removal of unburned HC and the like is insufficient. In order to reduce harmful substances in the exhaust gas at the time of such engine cold start, an intake device for an internal combustion engine that controls the flow and temperature of the intake air introduced into the combustion chamber has been proposed.
従来、この種の内燃機関の吸気装置として、吸気管に配置された吸気流制御バルブを備え、この吸気流制御バルブを開閉制御することによって燃焼室へ導入する吸入空気の気流を制御するものが知られている(例えば、特許文献1参照)。
この従来の内燃機関の吸気装置においては、吸気流制御バルブの回動端の一方である上端部に、空気を通過させる主開口部を形成するとともに、吸気流制御バルブの下端部に、主開口部の開口面積よりも小さい開口面積の副開口部を形成している。そして、この吸気流制御バルブにより、吸入空気の流速や吸入空気の筒内タンブル流を増大させるとともに、吸気ポート部に負圧を発生させて、燃料の気化を促進するようにしている。すなわち、吸入空気の気流の高速化と負圧による燃料の減圧沸騰との相乗効果により適切な混合気を形成するようにして、燃料の燃焼を改善し排気ガス中の有害物質を低減するようにしている。
Conventionally, as an intake device of this type of internal combustion engine, an intake flow control valve disposed in an intake pipe is provided, and the intake air flow introduced into the combustion chamber is controlled by opening and closing the intake flow control valve. It is known (see, for example, Patent Document 1).
In the conventional intake device for an internal combustion engine, a main opening that allows air to pass is formed at the upper end that is one of the rotational ends of the intake flow control valve, and the main opening is formed at the lower end of the intake flow control valve. A sub-opening having an opening area smaller than the opening area of the part is formed. The intake air flow control valve increases the flow rate of the intake air and the in-cylinder tumble flow of the intake air, and generates a negative pressure in the intake port portion to promote fuel vaporization. That is, an appropriate air-fuel mixture is formed by synergistic effect of high-speed intake air flow and reduced-pressure boiling of fuel due to negative pressure to improve fuel combustion and reduce harmful substances in exhaust gas. ing.
また、従来の内燃機関の吸気装置として、加熱手段と強制冷却手段とを備え、エンジンの吸入空気の温度を調整するようにしたものも知られている(例えば、特許文献2参照)。
この従来の内燃機関の吸気装置は、エンジンの吸気ポートに送られる吸入空気と接触して熱交換する吸気コアと、吸気コアを加熱する加熱手段と、吸気コアを強制冷却する強制冷却手段と、加熱手段及び強制冷却手段を制御する制御装置とを含んで構成されている。この制御装置は、低温始動時などのエンジンの負荷が小さいときには、加熱手段により吸入空気を加熱して燃料の気化を促進するようにし、エンジンの負荷が大きい方に移行したときには、強制冷却手段で吸気コアを冷却してノッキングの発生を抑制するようにしている。このように、制御装置により吸入空気の温度を調整することにより、特に低温始動時などのエンジンの負荷が小さいときにおいて、排気ガスの有害成分の低減を図るようにしている。
This conventional internal combustion engine intake device includes an intake core that exchanges heat in contact with intake air sent to an intake port of the engine, a heating unit that heats the intake core, a forced cooling unit that forcibly cools the intake core, And a control device that controls the heating means and the forced cooling means. When the engine load is small, such as during cold start, the control device is configured to heat the intake air by the heating means to promote fuel vaporization. When the engine load is shifted to the larger one, the forced cooling means The intake core is cooled to suppress the occurrence of knocking. In this way, by adjusting the temperature of the intake air by the control device, harmful components of the exhaust gas are reduced particularly when the engine load is small, such as during cold start.
しかしながら、吸入空気の気流を制御するようにした従来の内燃機関の吸気装置においては、吸入空気の気流の高速化と負圧による燃料の減圧沸騰との相乗効果により混合気は改善されるものの、エンジン低温始動時には、エンジンのシリンダ内壁および吸入空気の温度が低いことに加えて、吸気流制御バルブの温度が低下しているため、特に吸入空気より吸気流制御バルブの温度が低くなっている場合に気流増大による混合気の改善効果が低減されてしまうという問題があった。 However, in the conventional intake device of the internal combustion engine that controls the air flow of the intake air, although the mixture is improved by the synergistic effect of the high speed of the air flow of the intake air and the reduced pressure boiling of the fuel due to the negative pressure, When starting the engine at a low temperature, the temperature of the intake air flow control valve is lower than the intake air because the temperature of the cylinder inner wall of the engine and the intake air are low, and the temperature of the intake air flow control valve is low. In addition, there is a problem that the effect of improving the air-fuel mixture due to the increase in airflow is reduced.
また、吸入空気の温度を調整するようにした従来の内燃機関の吸気装置においては、吸気通路に配置された吸気コア内にエンジンの冷却水を供給し、冷却水から吸気コアを介して吸入空気に熱交換することにより吸入空気の温度を調整している。そのため、エンジンの冷却水を吸気コアに供給するための、ラジエータに並列に接続された循環通路と、ラジエータを迂回するよう接続されたバイパス通路と、冷却水を供給するためのポンプと、循環通路とバイパス通路との接続部に配置された制御弁とを設けるというように、装置全体が大型で複雑な構造になってしまうという問題があった。また、吸気コアの下流側に吸気流制御弁が設けられている場合には、吸気コア内で加熱された吸入空気が、吸気流制御弁により冷却されてしまうことにより、吸気コアによる吸入空気の加熱効果が半減してしまうという問題があった。 In a conventional internal combustion engine intake system that adjusts the temperature of intake air, engine cooling water is supplied into the intake core disposed in the intake passage, and the intake air passes through the intake core from the cooling water. The temperature of the intake air is adjusted by exchanging heat. Therefore, a circulation passage connected in parallel to the radiator for supplying engine cooling water to the intake core, a bypass passage connected to bypass the radiator, a pump for supplying cooling water, and a circulation passage There is a problem that the entire apparatus becomes a large and complicated structure, such as providing a control valve arranged at a connection portion between the bypass passage and the bypass passage. Further, when the intake flow control valve is provided on the downstream side of the intake core, the intake air heated in the intake core is cooled by the intake flow control valve. There was a problem that the heating effect was halved.
本発明は、前述のような従来の問題を解決するためになされたもので、エンジンの低温始動時に、燃料の気化を促進し、吸入空気と気化燃料とを十分に混合することができ、簡単な構造で排気ガス中の有害成分を低減することができる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 to solve the above-described conventional problems, and facilitates the vaporization of fuel when starting the engine at a low temperature, and can sufficiently mix the intake air and the vaporized fuel. An object of the present invention is to provide an intake device for an internal combustion engine that can reduce harmful components in exhaust gas with a simple structure.
本発明に係る内燃機関の吸気装置は、上記目的達成のため、(1)吸気管に配置された吸気流制御バルブを有し前記吸気流制御バルブを制御することによって燃焼室へ導入する気流を制御する吸気流制御手段と、前記吸気管内に吸入された吸入空気の温度を制御する吸気温度制御手段と、を備えた内燃機関の吸気装置において、前記吸気温度制御手段が、前記吸気流制御バルブに装着された吸気ヒータを有するとともに、前記吸気ヒータから前記吸入空気に熱を伝達させるようにしたことを特徴とする。 In order to achieve the above object, an intake system for an internal combustion engine according to the present invention includes (1) an intake air flow control valve disposed in an intake pipe, and an air flow introduced into a combustion chamber by controlling the intake air flow control valve. An intake device for an internal combustion engine, comprising: an intake air flow control means for controlling; and an intake air temperature control means for controlling the temperature of the intake air drawn into the intake pipe. The intake air temperature control means comprises the intake air flow control valve. And an intake heater mounted on the intake heater, and heat is transmitted from the intake heater to the intake air.
この構成により、気流制御バルブに吸気ヒータを装着するという簡単な構造で、吸気流制御バルブにより吸入空気の流速が増大されて吸入空気のタンブル流などが生成され、燃料の気化が促進される。また、吸気流制御バルブに装着された吸気ヒータから吸入空気に熱が伝達され、少なくとも吸入空気の温度が吸気流制御バルブの近傍で低下することが防止され、吸入空気への有効な熱伝達によって燃料の気化が促進される。 With this structure, the intake air flow rate is increased by the intake air flow control valve to generate a tumble flow of the intake air, and the vaporization of the fuel is promoted. In addition, heat is transferred from the intake heater attached to the intake flow control valve to the intake air, and at least the temperature of the intake air is prevented from decreasing in the vicinity of the intake flow control valve, and effective heat transfer to the intake air Fuel vaporization is promoted.
上記(1)に記載の内燃機関の吸気装置は、好ましくは、(2)前記吸気流制御バルブが、前記吸入空気を受ける上流側の側面部を有し、前記吸気ヒータが、前記上流側の側面部に装着される。 In the intake device for an internal combustion engine described in (1) above, preferably, (2) the intake flow control valve has an upstream side surface portion that receives the intake air, and the intake heater is disposed on the upstream side. Mounted on the side.
この構成により、吸気ヒータの表面が吸入空気と直接接触するので、発熱した吸気ヒータから吸入空気に直接熱伝達される。 With this configuration, since the surface of the intake heater is in direct contact with the intake air, heat is directly transferred from the generated intake heater to the intake air.
上記(1)または(2)に記載の内燃機関の吸気装置は、好ましくは、(3)前記吸気ヒータが、前記吸気流制御バルブの上流側の吸入空気と接触する伝熱フィンを有するよう構成される。 In the internal combustion engine intake device according to (1) or (2), preferably, (3) the intake heater has a heat transfer fin that contacts intake air upstream of the intake flow control valve. Is done.
この構成により、伝熱フィンの表面が吸入空気と直接接触するので、発熱した吸気ヒータから吸入空気に確実に熱伝達される。 With this configuration, the surface of the heat transfer fin is in direct contact with the intake air, so that heat is reliably transferred from the heated intake heater to the intake air.
上記(1)ないし(3)に記載の内燃機関の吸気装置は、好ましくは、(4)前記吸気流制御バルブが、平板状に形成された吸気流制御バルブからなり、前記吸気流制御バルブが閉状態のとき、前記吸気流制御バルブが前記吸気管内の吸気通路の軸線に対し30度以上80度未満の交差角をなして交差するよう構成される。 In the intake device for an internal combustion engine according to the above (1) to (3), preferably, (4) the intake flow control valve is formed of a flat plate-shaped intake flow control valve, and the intake flow control valve is When in the closed state, the intake flow control valve is configured to intersect with the axis of the intake passage in the intake pipe at an intersection angle of 30 degrees or more and less than 80 degrees.
この構成により、吸気流制御バルブが閉状態のとき、交差角が30度以上80度未満で吸気流制御バルブが吸気通路の軸線に対し交差するので、交差角が90度に近い場合よりも、吸気流制御バルブに装着された吸気ヒータの表面積が伝熱に有効な程度に増大し、発熱した吸気ヒータから吸入空気への熱伝達がより確実になる。 With this configuration, when the intake flow control valve is in the closed state, the crossing angle is 30 degrees or more and less than 80 degrees and the intake flow control valve intersects the axis of the intake passage, so that the crossing angle is close to 90 degrees, The surface area of the intake heater mounted on the intake flow control valve is increased to an extent effective for heat transfer, and heat transfer from the generated intake heater to the intake air becomes more reliable.
上記(1)ないし(4)に記載の内燃機関の吸気装置は、(5)前記吸気温度制御手段が、前記吸気流制御バルブより上流側の吸入空気の温度を検知する吸気温度センサと、前記吸気流制御バルブの温度を検知する吸気流制御バルブ温度センサと、前記内燃機関のエンジンの回転数を検知するエンジン回転数センサとを含んで構成され、前記吸気温度センサおよび前記吸気流制御バルブ温度センサが検知した検知温度に基づいて、前記吸気ヒータの加熱を開始し、前記エンジン回転数センサが検知した検知回転数に基づいて加熱を停止するよう構成される。 (1) The intake device for an internal combustion engine according to (1) to (4), wherein (5) the intake air temperature control means detects an intake air temperature upstream of the intake air flow control valve; An intake air flow control valve temperature sensor for detecting the temperature of the intake air flow control valve; and an engine speed sensor for detecting the rotational speed of the engine of the internal combustion engine, the intake air temperature sensor and the intake air flow control valve temperature. The heating of the intake heater is started based on the detected temperature detected by the sensor, and the heating is stopped based on the detected rotational speed detected by the engine speed sensor.
この構成により、両温度センサが検知した検知温度に基づいて、エンジン始動時などの必要時に確実に吸気ヒータが加熱される。 With this configuration, the intake heater is reliably heated when necessary, such as when the engine is started, based on the detected temperature detected by both temperature sensors.
上記(5)に記載の内燃機関の吸気装置は、好ましくは、(6)前記吸気温度制御手段が、前記吸気流制御バルブ温度センサの検知温度に比べ、前記吸気温度センサの検知温度が高いときに、前記吸気ヒータの加熱を開始するよう構成される。 In the intake device for an internal combustion engine according to (5), preferably, (6) when the intake temperature control means has a detected temperature of the intake air temperature sensor higher than a detected temperature of the intake air flow control valve temperature sensor. And the heating of the intake heater is started.
この構成により、吸気流制御バルブの温度に比べ、吸入吸気の温度が高く、吸気流制御の効果が低下し易いときに、吸気ヒータを加熱し、吸気流制御バルブによる混合気の改善効果を十分に発揮させることができる。 With this configuration, when the intake air temperature is higher than the intake flow control valve temperature and the effect of intake flow control is likely to be reduced, the intake heater is heated, and the air-fuel mixture improvement effect by the intake flow control valve is sufficient. Can be demonstrated.
本発明によれば、吸気流制御バルブに装着された吸気ヒータによって吸気流制御バルブに熱を伝達し、さらに吸気流制御の効果をエンジン始動時などにも確実に発揮させるようにしているので、燃料の気化をより促進することができる。その結果、簡単な構造で燃料の燃焼が改善され排気ガス中の有害物質を低減することができる。 According to the present invention, heat is transmitted to the intake flow control valve by the intake heater attached to the intake flow control valve, and the effect of intake flow control is surely exhibited even at the time of engine start, etc. Fuel vaporization can be further promoted. As a result, combustion of the fuel is improved with a simple structure, and harmful substances in the exhaust gas can be reduced.
以下、本発明の第1の実施の形態について、図面を参照して説明する。 Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
(第1の実施の形態)
図1は、本発明の第1の実施の形態に係る内燃機関の吸気装置を適用したエンジンの部分断面図である。
(First embodiment)
FIG. 1 is a partial cross-sectional view of an engine to which an intake device for an internal combustion engine according to a first embodiment of the present invention is applied.
まず、内燃機関の吸気装置の構成について説明する。
図1に示すように、本実施の形態に係る吸気装置10は、エンジン1を構成しており、エンジン1は、シリンダブロック2と、シリンダヘッド3と、ピストン4と、吸気バルブ5と、排気バルブ6と、インジェクタ7と、吸気装置10とを含んで構成されている。本実施形態におけるエンジン1は、公知のものと同様に、自動車に搭載される多気筒内燃機関で、例えば、ガソリンエンジンである。なお、ディーゼルエンジンその他の多気筒内燃機関であってもよい。
First, the configuration of an intake device for an internal combustion engine will be described.
As shown in FIG. 1, an
シリンダブロック2は、往復運動するピストン4が収容された複数の気筒2aを有しており、気筒2aとシリンダヘッド3の下部3aおよびピストン4の上部4aとにより燃焼室2bが画成されている。ピストン4の上部4aには、スワール流などの混合気の気流を起こさせるための凹凸が形成されている。
The
シリンダヘッド3は、各気筒2aに吸気するための吸気ポート部3bと、各気筒2aから排気するための排気ポート部3cとを有している。吸気ポート部3bの入口部分には、吸気装置10が取り付けられており、排気ポート部3cの出口部分には、図示しない排気管が取り付けられている。また、各燃焼室2bの吸入空気の入口部には、吸気バルブ5が設けられており、図示しない吸気側カムシャフトを介して入口部が所定のタイミングで開閉されるようになっている。各燃焼室2bの排気ガスの出口部には、排気バルブ6が設けられており、図示しない排気側カムシャフトを介して出口部が所定のタイミングで開閉されるようになっている。また、図示しない点火プラグが、各燃焼室2b内に露出するようシリンダヘッド3の下部に配置されている。
The
さらに、吸気ポート部3bの入口部分の近傍には、インジェクタ7が設けられており、エンジン1の運転状態に応じて、燃料が噴射口から吸気ポート部3b内に霧状に噴射されるようになっている。なお、燃料は、例えばガソリンであるが、エタノールやメタノールからなるアルコール燃料、ガソリンとアルコールとを混合した混合燃料であってもよい。
Further, an
図2は、本発明の第1の実施の形態に係る内燃機関の吸気装置の断面図であり、図2(a)は、図2(b)のB−B矢視断面を示す断面図であり吸気流制御バルブを閉じた状態を示し、図2(b)は、図2(a)のA−A矢視断面を示す断面図であり吸気流制御バルブを閉じた状態を示し、図2(c)は、図2(a)のA−A矢視断面を示す断面図であり吸気流制御バルブを開いた状態を示す。 FIG. 2 is a cross-sectional view of the intake device for the internal combustion engine according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 2A is a cross-sectional view showing a cross section taken along the line BB in FIG. 2B shows a state in which the intake flow control valve is closed, and FIG. 2B is a cross-sectional view showing a cross section taken along line AA in FIG. 2A, and shows a state in which the intake flow control valve is closed. (C) is sectional drawing which shows the AA arrow cross section of Fig.2 (a), and shows the state which opened the intake flow control valve.
図2(a)に示すように、吸気装置10は、吸気管11と、回動軸12と、吸気流制御バルブ13と、吸気ヒータ14と、サーボモータ15と、エンジン電子制御ユニット(ECU)16とを含んで構成されている。
図1に示すように、吸気装置10は、吸気流制御バルブ13が吸気ポート部3bの入口部分の近傍に位置するよう配置されている。
As shown in FIG. 2A, the
As shown in FIG. 1, the
吸気管11は、樹脂または金属などの成形された中空のパイプからなり、一端部で図示しないエアクリーナに連結され、他端部で各吸気ポート部3bの入口部分に連結されている。吸気管11の内側には、吸気通路11aが形成されており、エアクリーナから流入した吸入空気を流通させ吸気ポート部3bに供給するようになっている。
吸気通路11aの途中には、図示しないスロットルバルブが設けられており、エアクリーナから流入した吸入空気の各気筒2aに供給される吸入空気量が、図示しないアクセルの踏み込み量に応じて調整されるようになっている。
The
A throttle valve (not shown) is provided in the middle of the
回動軸12は、樹脂または金属などの円柱からなり、端部がサーボモータ15に連結され、吸気管11の側面部11bに設けられた図示しない軸受と、吸気管11の側面部11cに設けられた図示しない軸受とを介して吸気管11に回転可能に保持されている。回動軸12には、吸気流制御バルブ13が溶接などの接合手段またはねじ止めなどの締結手段により固定されている。
The
吸気流制御バルブ13は、樹脂または金属などの平板からなり、吸気管11の断面の内側部分とほぼ同様の外形を有しており、図2(b)に示すように、吸気流制御バルブ13が閉状態のとき、吸気流制御バルブ13が吸気通路11aの軸線に対して80度ないし90度の交差角θ1で交差し、吸気通路11aを遮断するようになっている。
The intake
また、吸気流制御バルブ13には、閉状態のとき、吸気管11の上部内壁面11dとの間に吸入空気を通過させるための開口部17が形成されている。この開口部17により、吸気流制御バルブ13が閉状態のときでも、筒内タンブル流を起こさせるようになっている。また、エンジン1の運転状態に応じて、吸気流制御バルブ13を開くことにより、吸気管11の上部内壁面11dとの間の開口面積を増大させ、開口部分を通過する吸入空気の流速を速くしてタンブル流を増大させるようになっている。また、エンジン1が暖まっている通常運転時や、吸入空気量が多いときなどのタンブル流を必要としない運転状態のときは、図2(c)に示すように、吸気流制御バルブ13が開状態となり、吸入空気が吸気ポート部3b内に供給されるようになっている。
In addition, the intake
図3は、本発明の第1の実施の形態に係る内燃機関の吸気装置における吸気流制御バルブの斜視図である。 FIG. 3 is a perspective view of the intake air flow control valve in the intake device for the internal combustion engine according to the first embodiment of the present invention.
図3に示すように、吸気温度制御手段としての吸気ヒータ14は、例えば、面状のシリコンラバーヒータからなり、吸気流制御バルブ13の外形とほぼ同様の外形を有しており、吸気流制御バルブ13の上流側の側面部に接合されている。吸気ヒータ14は、屈曲して形成された発熱パターン部14a、端子部14b、14cを有しており、端子部14bには導線14dが接続されており、導線14dは、回動軸12の内部を通って回動軸12の端部から図示しない外部の通電部に接続されるようになっている。端子部14cにも同様に、導線14eが接続されており、導線14eは、回動軸12の内部を通って回動軸12の端部から図示しない外部の通電部に接続されている。この通電部は、変圧器およびスイッチを含んで構成されており、バッテリを電源としてエンジン電子制御ユニット16の指令に基づいて、吸気ヒータ14のONおよびOFFのタイミングや吸気ヒータ14への通電量などを制御するようになっている。
As shown in FIG. 3, the
吸気ヒータ14は、例えば、所定のワット密度(W/cm2)で形成され、最大200℃ないし250℃まで加熱できるようになっている。所定のワット密度(W/cm2)および最大加熱温度(℃)などの加熱特性は、車種や、エンジン仕様、吸気流制御バルブ13の大きさなどの設計条件に基づいて適宜選択される。
The
サーボモータ15は、例えば、電気式や油圧式などの電動機からなり、回動軸12の端部に連結されており、エンジン電子制御ユニット16から出力される制御信号によって回動軸12の回動角度や回動速度が制御されるようになっている。
The
エンジン電子制御ユニット16は、図示しないCPU(Central Processing Unit)、処理プログラムなどを記憶するROM(Read Only Memory)、一時的にデータを記憶するRAM(Random Access Memory)、バッテリを電源として作動し書換え可能な不揮発性のメモリからなるEEPROM(Electronically Erasable and Programmable Read Only Memory)、A/D変換器やバッファなどを含む入力インターフェース回路、および駆動回路などを含む出力インターフェース回路を含んで構成されている。
The engine
エンジン電子制御ユニット16には、外気温度を検知する外気温度センサ16a、吸気流制御バルブ13の近傍に配置され吸気流制御バルブ13の温度を検知する吸気流制御バルブ温度センサ16b、クランクポジションセンサなどからなりエンジンの回転数を検知するエンジン回転数センサ16c、図外のアクセルペダルの踏み込みを検出するアクセル開度センサなどのセンサ群と接続されており、これらのセンサ群から出力される情報は、入力インターフェース回路を介してエンジン電子制御ユニット16に取り込まれるようになっている。
The engine
なお、外気温度については、吸気管11における吸気流制御バルブよりも上流側に設けられた吸気温度センサが検知した吸気温度を適用してもよい。また、吸気流制御バルブ13の温度については、エンジン1を冷却する冷却水の温度を検知する冷却水温度センサの検知温度を適用し、所定の演算処理を行い吸気流制御バルブ13の温度を推定するようにし、推定された温度を吸気流制御バルブ13の温度としてもよい。
As the outside air temperature, an intake air temperature detected by an intake air temperature sensor provided on the upstream side of the intake air flow control valve in the
また、このエンジン電子制御ユニット16は、外気温度センサ16aにより検知された外気温度、吸気流制御バルブ温度センサ16bにより検知された吸気流制御バルブ温度に基づいて、吸気ヒータ14を動作させるよう制御し、エンジン回転数センサ16cにより検知されたエンジン回転数に基づいて、吸気ヒータ14を停止させるよう制御するようになっている。また、エンジン電子制御ユニット16は、アクセル開度センサが検知したアクセル開度などの運転状態に応じて、スロットルバルブを通過する吸入空気量やインジェクタ7から噴射する燃料の噴射量を調整し、良好な空燃比になるよう制御するようになっている。
The engine
エンジン電子制御ユニット16のCPUは、集積回路などの電子回路からなり、ROMおよびRAMなどとともに、本発明の内燃機関の吸気装置における燃焼室へ導入する気流を制御する吸気流制御手段および吸入空気の温度を制御する吸気温制御手段を構成している。
The CPU of the engine
次いで、本実施の形態に係る内燃機関の吸気装置10における吸気流制御バルブ13の吸気ヒータ14の動作について説明する。
図4は、本発明の第1の実施の形態に係る内燃機関の吸気装置における制御内容を示すフローチャートであり、図5は、本発明の第1の実施の形態に係る内燃機関の吸気装置における制御内容を示すタイムチャートである。
Next, the operation of the
FIG. 4 is a flowchart showing the control contents in the intake device for the internal combustion engine according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 5 is for the intake device for the internal combustion engine according to the first embodiment of the present invention. It is a time chart which shows the contents of control.
図5において、左側の縦軸は、吸気流制御バルブ13の温度(℃)および外気温度(℃)を示し、横軸は、時間(秒)を示しており、中央の水平な直線は外気温度の変化を示し中央の曲線は吸気流制御バルブ13の温度の変化を示している。また、右側の縦軸は、エンジン回転数(rpm)を示し、下部の曲線はエンジン回転数の変化を示している。また、上部の折れ線は、吸気ヒータ14のONおよびOFFの状態を示している。
In FIG. 5, the left vertical axis indicates the temperature (° C.) and the outside air temperature (° C.) of the intake
前述のように構成された本実施の形態においては、エンジン電子制御ユニット16により、図4および図5に示す制御ロジックで、エンジン1の運転状態や運転環境に応じて、吸気流制御バルブ13の開度、吸気ヒータ14の温度およびインジェクタ7の燃料の噴射量などの制御が所定の条件が満たされたときに実行される。
In the present embodiment configured as described above, the engine
所定の条件は、車種、エンジン仕様その他の設計条件により異なるが、エンジン1のスタータモータが始動する前であって、自動車に外部から何らかのアクセスがあったときに満たされるよう設定される。例えば、自動車のドアロックがメカニカルキーにより解除されたとき、または電子キーから微弱電波が送信されエンジン電子制御ユニット16でIDコードなどが照合されたとき、プッシュボタンなどのエンジンスイッチが押されたときなどに満たされるよう設定される。
The predetermined condition varies depending on the vehicle type, engine specifications, and other design conditions, but is set to be satisfied before the starter motor of the
まず、図4および図5に示すように、外気温度センサ16aにより外気温度(℃)の測定が開始され、吸気流制御バルブ温度センサ16bにより吸気流制御バルブ13の温度(℃)の測定が開始される(ステップS11)。それぞれの測定で得られた温度情報が所定の間隔でエンジン電子制御ユニット16に取り込まれ、エンジン電子制御ユニット16内のCPUにより外気温度および吸気流制御バルブ13の温度の高低が比較される(ステップS12)。
First, as shown in FIGS. 4 and 5, the outside
外気温度が吸気流制御バルブ13の温度よりも、所定の温度だけ低い場合には(ステップS12でNOの場合)、ステップS11に戻る。所定の温度は、車種や、エンジン仕様、吸気流制御バルブ13の大きさ、吸気ヒータ14の加熱特性などの設計条件に基づいて適宜選択される。
If the outside air temperature is lower than the temperature of the intake air
外気温度が吸気流制御バルブ13の温度よりも高い場合には(ステップS12でYESの場合)、吸気流制御バルブ13の吸気ヒータ14が通電される(ステップS13)。この通電により、タイマーのカウントが開始し、所定時間t(秒)が経過したかが判定される(ステップS14)。所定時間tは、吸気流制御バルブ13の温度が、外気温度よりも高い温度に上昇させるのに十分な時間を意味し、測定された外気温度、測定された吸気流制御バルブ13の温度、および測定された外気温度と測定された吸気流制御バルブ13の温度との温度差、吸気ヒータ14の加熱特性などの諸条件に基づいて適宜選択される。
If the outside air temperature is higher than the temperature of the intake flow control valve 13 (YES in step S12), the
吸気ヒータ14が通電されると、吸気ヒータ14が加熱され、吸気ヒータ14の熱量が吸気流制御バルブ13に熱伝導するとともに、吸気ヒータ14の熱量は、吸気ヒータ14と接触する吸入空気に熱伝達され、吸入空気が暖められる。このとき、吸気ヒータ14と吸入空気との温度差、すなわち温度勾配が大きい程、吸気ヒータ14から吸入空気への熱伝達が速くなり、吸気ヒータ14と吸入空気との接触面積が大きい程、吸気ヒータ14から吸入空気への熱伝達が速くなる。
When the
このように、外気温度が吸気流制御バルブ13の温度よりも高い場合に、吸気ヒータ14が加熱されるので、少なくとも吸気流制御バルブ13の近傍で吸入空気の温度が低下することが防止されるとともに、吸入空気の温度が吸気ヒータ14により暖められる。
この吸入空気は吸気ヒータ14により暖められると同時に、吸気流制御バルブ13の開口部17を通過することにより、流速が増大して吸入空気に筒内タンブル流が発生し、インジェクタ7の噴射口から燃料が噴射され、吸気ポート部3b内で均一に混合され、吸入空気と燃料の良好な混合気が、燃焼室2bに導入される。このとき、吸入空気が吸気ヒータ14により暖められて膨張し酸素濃度が低下している場合、良好な空燃比を保つため、スロットルバルブを通過する吸入空気量やインジェクタ7の噴射口から噴射される燃料の噴射量がエンジン電子制御ユニット16により制御されている。
In this way, when the outside air temperature is higher than the temperature of the intake
The intake air is warmed by the
所定時間tが経過すると、エンジン1の始動が許可され、エンジン1のスタータの動作が許容される(ステップS15)。このエンジン始動が許容されたことを、例えば、運転席のコンビネーションメータなどの表示器に表示するようにしてもよい。
次いで、エンジン1が始動されると、エンジンの回転数(rpm)がエンジン回転数センサ16cにより測定され、測定情報がエンジン電子制御ユニット16に取り込まれる。続いて、エンジン電子制御ユニット16内のCPUにより、測定したエンジン1の回転数とROMなどの記憶媒体に記憶された基準回転数(rpm)が読み出され、エンジン1の回転数と基準回転数とが比較される(ステップS16)。
When the predetermined time t has elapsed, the start of the
Next, when the
この基準回転数は、車種、エンジン仕様および吸気ヒータ14の加熱特性などの諸条件により異なるが、例えば、700rpmないし1,200rpmの範囲で適宜選択される。基準回転数は、例えば、アイドリングの回転数が安定する状態になる時の回転数を予め設定したものである。この状態においては、燃焼室2b内の混合気の良好な燃焼が得られ排気ガス中の未燃HCなどの有害物質の発生が抑制される。
このエンジン1の回転数が基準回転数に到達したとき、吸気ヒータ14による吸入空気の加熱の必要がなくなり、吸気流制御バルブ13の吸気ヒータ14の通電が遮断され(ステップS17)、ステップS11に戻る。
The reference rotational speed varies depending on various conditions such as the vehicle type, the engine specifications, and the heating characteristics of the
When the rotational speed of the
このように、本実施の形態に係る内燃機関の吸気装置10においては、吸気管11に配置された吸気流制御バルブ13を有し、吸気流制御バルブ13を制御することによって燃焼室2bへ導入する気流を制御し、吸気管11内に吸入された吸入空気の温度を制御するエンジン電子制御ユニット16と、吸気流制御バルブ13に装着され吸入空気を加熱する吸気ヒータ14とを備え、エンジン電子制御ユニット16が、吸気ヒータ14から吸入空気に熱伝達させるよう吸気ヒータ14の温度を制御するよう構成されている。
As described above, the
図6は、本発明の第1の実施の形態に係る内燃機関の吸気装置を適用したエンジンの部分断面図であり、吸気装置を動作させた状態を示し、図7は、本発明の第1の実施の形態に係る内燃機関の吸気装置を動作させたときの効果を示すグラフである。 FIG. 6 is a partial cross-sectional view of an engine to which the intake device for an internal combustion engine according to the first embodiment of the present invention is applied, showing a state in which the intake device is operated, and FIG. 7 is the first embodiment of the present invention. It is a graph which shows the effect when operating the intake device of the internal combustion engine which concerns on this embodiment.
本実施の形態に係る内燃機関の吸気装置10においては、エンジン1を低温時に始動させようとするとき、外気温度が吸気流制御バルブ13の温度よりも、所定の温度だけ低い場合には、吸気ヒータ14に通電せずに吸気流制御バルブ13の熱量により吸入空気が暖められるので、吸気ヒータ14に通電する際に必要とする電力の消費を抑制することができる。
In the
図6に示すように、外気温度が吸気流制御バルブ13の温度よりも高い場合には、吸気流制御バルブ13の吸気ヒータ14が所定時間tだけ通電され、吸気ヒータ14から吸入空気に熱伝達されるので、確実に吸入空気が暖められる。この吸入空気は吸気ヒータ14により暖められると同時に、吸気流制御バルブ13の開口部17を通過し、吸入空気にタンブル流が発生し、インジェクタ7の噴射口から燃料が噴射されるので、吸気ポート部3b内で均一に混合された良好な混合気が、燃焼室2bに導入される。このとき、良好な空燃比を保つため、インジェクタ7の噴射口から噴射される燃料の噴射量が減少するよう、エンジン電子制御ユニット16により制御されているので、エンジン始動時の燃費が向上する。
As shown in FIG. 6, when the outside air temperature is higher than the temperature of the intake
また、暖められた吸入空気にタンブル流を起こさせているので、暖められた混合気が燃焼室2bに導入される。その結果、混合気は気化し易くなっており、従来、エンジン1の低温始動時に生じていた燃料の粒子の吸気バルブへの付着がなくなり、燃焼室2b内で混合気の燃焼が改善され、排気ガス中の未燃HCなどの有害物質の発生が抑制される。
Further, since the tumble flow is caused in the warmed intake air, the warmed air-fuel mixture is introduced into the
図7に示すように、始動時のエンジン回転数が上昇し、アイドル状態になるタイミングにおいて、点線で示す従来技術の吸気装置から排出される排気ガス中の未燃HCの濃度よりも、実線で示す本実施の形態に係る吸気装置10の排気ガス中の未燃HCの濃度が、著しく減少していることが予想される。
As shown in FIG. 7, at the timing when the engine speed at start-up increases and the engine enters an idle state, the solid line indicates the concentration of unburned HC in the exhaust gas discharged from the prior art intake device indicated by the dotted line. It is expected that the concentration of unburned HC in the exhaust gas of the
本実施の形態に係る内燃機関の吸気装置10においては、吸気流制御バルブ13に吸気ヒータ14を装着するという簡単な構造で、吸入空気を暖気することができるとともに、暖められた吸入空気の気流を制御することができるので、良好な混合気を得ることができ、燃焼室2b内の混合気の気化を促進することができる。
In the
次いで、本第1の実施の形態に係る内燃機関の吸気装置10における変形例について説明する。
図8は、本発明の第1の実施の形態に係る内燃機関の吸気装置における変形例を示す部分斜視図である。
Next, a modified example of the
FIG. 8 is a partial perspective view showing a modification of the intake device for the internal combustion engine according to the first embodiment of the present invention.
本実施の形態の内燃機関の吸気装置10においては、吸気ヒータ14を面状のシリコンラバーヒータで形成した場合について説明したが、本発明に係る内燃機関の吸気装置においては、吸気ヒータはシリコンラバーヒータ以外の加熱部材で形成してもよい。
例えば、図8に示すように、吸気流制御バルブ13の外形とほぼ同様の外形を有しており、吸気流制御バルブ13の上流側の側面部に接合された面状の高周波誘導ヒータからなる吸気ヒータ24で形成してもよい。
In the
For example, as shown in FIG. 8, the outer shape of the intake
この吸気ヒータ24は、渦巻き状に形成された導体コイル部24a、端子部24b、24cを有しており、端子部24bには導線24dが接続され、導線24dは、回動軸12の内部を通って回動軸12の端部から図示しない外部の交流電源部に接続されるようになっている。端子部24cにも同様に、導線24eが接続されており、導線24eは、回動軸12の内部を通って回動軸12の端部から図示しない外部の交流電源部に接続されている。この交流電源部は、エンジン電子制御ユニット16の指令に基づいて、自動車のバッテリから供給される直流電源を、例えば、100KHzないし400KHzの高周波の交流電流に変換し、導線24d、24eを介して導体コイル部24aに通電するようになっている。導体コイル部24aに高周波の交流電流が通電されると、導体コイル部24aに対向して配置され金属で形成された吸気流制御バルブ13中に渦電流が発生し、吸気流制御バルブ13の電気抵抗によって、吸気流制御バルブ13にジュール熱が発生し、吸気流制御バルブ13が誘導加熱されるようになっている。この誘導加熱による吸気流制御バルブ13の熱量を吸入空気に熱伝達させ吸入空気を暖めるようにしてもよい。
この場合、吸気ヒータ24が高周波誘導ヒータで形成されているので、前述のシリコンラバーヒータで形成した吸気ヒータ14よりも加熱速度を速くすることができ、前述の所定時間tを短縮することができる。
The
In this case, since the
なお、吸気ヒータ24を吸気流制御バルブ13の上流側の側面部に配置したものについて説明したが、吸気ヒータ24を吸気流制御バルブ13の下流側の側面部に配置し、吸気流制御バルブ13に生じたジュール熱を直接吸入空気に熱伝達させてもよい。
The
また、本実施の形態の内燃機関の吸気装置10においては、吸気流制御バルブ13が閉状態のとき、吸気流制御バルブ13が吸気通路11aの軸線に対して80度ないし90度の交差角θ1で交差し、吸気通路11aを遮断する場合について説明したが、本発明に係る内燃機関の吸気装置においては、吸気流制御バルブが閉状態のとき、吸気流制御バルブが吸気通路の軸線に対して交差角θ1以外の交差角で交差し、吸気通路を遮断するよう構成してもよい。
Further, in the
図9は、本発明の第1の実施の形態に係る内燃機関の吸気装置における変形例の断面図であり、図9(a)は、図9(b)のD−D矢視断面を示す断面図であり吸気流制御バルブを閉じた状態を示し、図9(b)は、図9(a)のC−C矢視断面を示す断面図であり吸気流制御バルブを閉じた状態を示し、図9(c)は、図9(a)のC−C矢視断面を示す断面図であり吸気流制御バルブを開いた状態を示す。 FIG. 9 is a cross-sectional view of a modification of the intake device for the internal combustion engine according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 9A shows a cross-section taken along the line DD in FIG. 9B. FIG. 9B is a cross-sectional view showing a state in which the intake flow control valve is closed, and FIG. 9B is a cross-sectional view showing a cross-section taken along the line CC in FIG. 9A and showing a state in which the intake flow control valve is closed. FIG. 9C is a cross-sectional view taken along the line CC in FIG. 9A and shows a state in which the intake flow control valve is opened.
図9(a)に示すように、本実施の形態の変形例に係る吸気装置20は、吸気管11と、回動軸12と、吸気流制御バルブ33と、吸気ヒータ34と、サーボモータ15と、エンジン電子制御ユニット16とを含んで構成されている。
As shown in FIG. 9A, an
吸気流制御バルブ33は、樹脂または金属などの平板からなり、吸気管11の断面の内側部分とほぼ同様の外形を有しており、図9(b)に示すように、吸気流制御バルブ33が閉状態のとき、吸気流制御バルブ33が吸気通路11aの軸線に対して30度以上80度未満の交差角θ2で交差し、吸気通路11aを遮断するようになっている。交差角θ2が30度以上80度未満であると、吸気流制御バルブ33と吸入空気との接触面積を、90度に近い場合と比較して広くすることができ、吸気流制御バルブ33から吸入空気への熱伝達を速めることができる。
The intake air
また、吸気流制御バルブ33には、閉状態のとき、吸気管11の上部内壁面11dとの間に吸入空気を通過させるための開口部37が形成されている。また、エンジン1が暖まっている通常運転時や、吸入空気量が多いときなどのタンブル流を必要としない運転状態のときは、図9(c)に示すように、吸気流制御バルブ33が開状態となり、吸入空気が吸気ポート部3b内に供給されるようになっている。
In addition, the intake
吸気ヒータ34は、吸気ヒータ14とほぼ同様に構成されており、面状のシリコンラバーヒータからなり、吸気流制御バルブ33の外形とほぼ同様の外形を有している。吸気ヒータ34は、吸気流制御バルブ13の上流側の側面部に接合されている。吸気ヒータ34には、屈曲して形成された発熱パターン部、端子部34b、34cを有しており、端子部34bには導線34dが接続されており、導線34dは、回動軸12の内部を通って回動軸12の端部から図示しない外部の通電部に接続されるようになっている。端子部34cにも同様に、導線34eが接続されており、導線34eは、回動軸12の内部を通って回動軸12の端部から前述した通電部に接続されている。
The
本発明の第1の実施の形態に係る内燃機関の吸気装置10および吸気装置20においては、回動軸12が吸気流制御バルブ13または吸気流制御バルブ33の中央部分を支持するバタフライ形式の構造について説明したが、バタフライ形式に代えて片持ち形式の構造で形成してもよい。片持ち形式の構造で形成した第2の実施の形態に係る吸気装置30について説明する。
In the
(第2の実施の形態)
図10は、本発明の第2の実施の形態に係る内燃機関の吸気装置の断面図であり、図10(a)は、図10(b)のF−F矢視断面を示す断面図であり吸気流制御バルブを閉じた状態を示し、図10(b)は、図10(a)のE−E矢視断面を示す断面図であり吸気流制御バルブを閉じた状態を示し、図10(c)は、図10(a)のE−E矢視断面を示す断面図であり吸気流制御バルブを開いた状態を示す。
(Second Embodiment)
FIG. 10 is a cross-sectional view of an intake device for an internal combustion engine according to a second embodiment of the present invention, and FIG. 10 (a) is a cross-sectional view showing a cross section taken along the line FF in FIG. 10 (b). 10B shows a state in which the intake flow control valve is closed, and FIG. 10B is a cross-sectional view showing a cross section taken along line EE in FIG. 10A, and shows a state in which the intake flow control valve is closed. (C) is sectional drawing which shows the EE arrow cross section of Fig.10 (a), and shows the state which opened the intake flow control valve.
なお、第2の実施の形態に係る内燃機関の吸気装置30においては、第1の実施の形態に係る内燃機関の吸気装置10のバタフライ形式に代えて片持ち形式の構造にした点が異なっているが、他の構成は同様に構成されている。したがって、同一の構成については、図1から図7に示した第1の実施の形態と同一の符号を用いて説明し、特に相違点についてのみ詳述する。
The
まず、本第2の実施の形態に係る内燃機関の吸気装置30の構成について説明する。
本実施の形態に係る内燃機関の吸気装置30は、エンジン1を構成しており、エンジン1は、シリンダブロック2と、シリンダヘッド3と、ピストン4と、吸気バルブ5と、排気バルブ6と、インジェクタ7と、吸気装置30とを含んで構成されている。
First, the structure of the
An
図10(a)に示すように、吸気装置30は、吸気管41と、回動軸42と、吸気流制御バルブ43と、吸気ヒータ44と、サーボモータ15と、エンジン電子制御ユニット16とを含んで構成されている。
吸気管41は、樹脂または金属などの成形された中空のパイプからなり、一端部で図示しないエアクリーナに連結され、他端部で各吸気ポート部3bの入口部分に連結されている。吸気管41の内側には、吸気通路41aが形成されており、エアクリーナから流入した吸入空気を流通させ吸気ポート部3bに供給するようになっている。
As shown in FIG. 10A, the
The
吸気管41の底面部41eには、回動軸42と、吸気流制御バルブ43と、吸気ヒータ44とを収容する収容部45が形成されており、図10(c)に示すように、吸気流制御バルブ43が開状態のとき、回動軸42と、吸気流制御バルブ43と、吸気ヒータ44とが収容部45に収容され、吸気管41の底面部41eが平坦になるよう構成されている。
The
回動軸42は、樹脂または金属などの円柱からなり、端部がサーボモータ15に連結され、吸気管41の側面部41bに設けられた図示しない軸受と、吸気管41の側面部41cに設けられた図示しない軸受とを介して吸気管41に回転可能に保持されている。回動軸42には、吸気流制御バルブ43が溶接などの接合手段またはねじ止めなどの締結手段により固定されている。
The
吸気流制御バルブ43は、樹脂または金属などの平板からなり、吸気管41の断面の内側部分とほぼ同様の外形を有しており、図10(b)に示すように、吸気流制御バルブ43が閉状態のとき、吸気流制御バルブ43が吸気通路41aの軸線に対して30度以上80度未満の交差角θ2で交差し、吸気通路41aを遮断するようになっている。
The intake air
また、吸気流制御バルブ43には、閉状態のとき、吸気管41の上部内壁面41dとの間に吸入空気を通過させるための開口部47が形成されている。この開口部47により、吸気流制御バルブ43が閉状態のときでも、筒内タンブル流を起こさせるようになっている。また、エンジン1の運転状態に応じて、吸気流制御バルブ43を開くことにより、吸気管41の上部内壁面41dとの間の開口面積を増大させ、タンブル流を増大させるようになっている。また、エンジン1が暖まっている通常運転時や、吸入空気量が多いときなどのタンブル流を必要としない運転状態のときは、図10(c)に示すように、吸気流制御バルブ43が開状態となり、吸入空気が吸気ポート部3b内に供給されるようになっている。
Further, the intake
吸気ヒータ44は、第1の実施の形態と同様、面状のシリコンラバーヒータからなり、吸気流制御バルブ43の外形とほぼ同様の外形を有しており、吸気流制御バルブ43の上流側の側面部に接合されている。吸気ヒータ44には、屈曲して形成された発熱パターン部44a、端子部44b、44cを有しており、端子部44bには導線44dが接続されており、導線44dは、回動軸42の内部を通って回動軸42の端部から図示しない外部の通電部に接続されるようになっている。端子部44cにも同様に、導線44eが接続されており、導線44eは、回動軸42の内部を通って回動軸42の端部から図示しない外部の通電部に接続されている。この通電部は、変圧器およびスイッチからなり、バッテリを電源としてエンジン電子制御ユニット16の指令に基づいて、吸気ヒータ44のONおよびOFFのタイミング、吸気ヒータ44への通電量などを制御するようになっている。
As in the first embodiment, the
次いで、本実施の形態に係る内燃機関の吸気装置30における吸気流制御バルブ43の吸気ヒータ44の動作について説明する。
吸気装置30の吸気流制御バルブ43の吸気ヒータ44の動作については、図4において、ステップS12における吸気流制御バルブ13が本実施の形態では吸気流制御バルブ43に代わり、ステップS13における吸気流制御バルブ13の吸気ヒータ14が本実施の形態では、吸気流制御バルブ43の吸気ヒータ44に代わり、ステップS17における吸気流制御バルブ13の吸気ヒータ14が本実施の形態では吸気流制御バルブ43の吸気ヒータ44に代わった以外は、同様に構成されているので、吸気装置30における吸気流制御バルブ43の吸気ヒータ44の動作も、図4に示すステップS11ないしステップS17まで、第1の実施の形態に係る吸気装置10の制御内容と同様の制御内容の処理が実行される。
Next, the operation of the
Regarding the operation of the
このように、本実施の形態に係る内燃機関の吸気装置30においては、吸気管41に配置された吸気流制御バルブ43を有し、吸気流制御バルブ43を制御することによって燃焼室2bへ導入する気流を制御し、吸気管41内に吸入された吸入空気の温度を制御するエンジン電子制御ユニット16と、吸気流制御バルブ43に装着され吸入空気を加熱する吸気ヒータ44とを備え、エンジン電子制御ユニット16が、吸気ヒータ44から吸入空気に熱伝達させるよう吸気ヒータ44の温度を制御するよう構成されている。
As described above, the
この場合、第1の実施の形態と同様に、エンジン1を低温時に始動させようとするとき、外気温度が吸気流制御バルブ43の温度よりも、所定の温度だけ低い場合には、吸気ヒータ44に通電せずに吸気流制御バルブ43の熱量により吸入空気が暖められるので、吸気ヒータ44に通電する際に必要とする消費電力を節約することができる。
In this case, as in the first embodiment, when the
外気温度が吸気流制御バルブ43の温度よりも高い場合には、吸気流制御バルブ43の吸気ヒータ44が所定時間tだけ通電され、吸気ヒータ44の熱量が吸入空気に熱伝達されるので、確実に吸入空気が暖められる。この吸入空気は吸気ヒータ44により暖められると同時に、吸気流制御バルブ43の開口部47を通過することにより、吸入空気にタンブル流が発生し、インジェクタ7の噴射口から燃料が噴射され、吸気ポート部3b内で均一に混合された良好な混合気が、燃焼室2bに導入される。このとき、良好な空燃比を保つため、インジェクタ7の噴射口から噴射される燃料の噴射量が減少するよう、エンジン電子制御ユニット16により制御されているので、エンジン始動時の燃費が向上する。
When the outside air temperature is higher than the temperature of the intake
また、暖められた吸入空気にタンブル流を起こさせているので、暖められた混合気が燃焼室2bに導入される。その結果、混合気は気化し易くなっており、従来、エンジン1の低温始動時に生じていた燃料の粒子の吸気バルブ5への付着がなくなり、燃焼室2b内で混合気の燃焼が改善され、排気ガス中の未燃HCなどの有害物質の発生が抑制される。
Further, since the tumble flow is caused in the warmed intake air, the warmed air-fuel mixture is introduced into the
第1の実施の形態の吸気装置10と同様に、始動時のエンジン回転数が上昇し、アイドル状態になるタイミングにおいて、従来技術の吸気装置から排出される排気ガス中の未燃HCの濃度よりも、本実施の形態に係る吸気装置30の排気ガス中の未燃HCの濃度を著しく減少させることが予想される。
Similar to the
本実施の形態に係る内燃機関の吸気装置30においても、吸気流制御バルブ43に吸気ヒータ44を装着するという簡単な構造で、吸入空気を暖気することができるとともに、吸入空気の気流を制御することができるので、良好な混合気を得ることができ、燃焼室2b内の混合気の気化を促進することができる。
Also in the
本発明の第2の実施の形態に係る内燃機関の吸気装置30においては、吸気ヒータ44を面状のシリコンラバーヒータのみで形成した場合について説明したが、吸気ヒータ44に伝熱フィンを装着するようにしてもよい。吸気ヒータ44に伝熱フィンを装着した第3の実施の形態に係る吸気装置40について説明する。
In the
(第3の実施の形態)
図11は、本発明の第3の実施の形態に係る内燃機関の吸気装置の断面図であり、図11(a)は、図11(b)のH−H矢視断面を示す断面図であり吸気流制御バルブを閉じた状態を示し、図11(b)は、図11(a)のG−G矢視断面を示す断面図であり吸気流制御バルブを閉じた状態を示し、図11(c)は、図11(a)のG−G矢視断面を示す断面図であり吸気流制御バルブを開いた状態を示す。また、図12は、本発明の第3の実施の形態に係る内燃機関の吸気装置の部分斜視図である。
(Third embodiment)
FIG. 11 is a cross-sectional view of an intake device for an internal combustion engine according to a third embodiment of the present invention, and FIG. 11 (a) is a cross-sectional view taken along the line HH in FIG. 11 (b). 11B shows a state in which the intake flow control valve is closed, and FIG. 11B is a cross-sectional view showing a cross section taken along line GG in FIG. 11A, and shows a state in which the intake flow control valve is closed. (C) is sectional drawing which shows the GG arrow cross section of Fig.11 (a), and shows the state which opened the intake flow control valve. FIG. 12 is a partial perspective view of an intake device for an internal combustion engine according to the third embodiment of the present invention.
なお、第3の実施の形態に係る内燃機関の吸気装置40においては、第3の実施の形態に係る内燃機関の吸気装置30の吸気ヒータ44に伝熱フィンを装着した点が異なっているが、他の構成は同様に構成されている。したがって、同一の構成については、図10に示した第3の実施の形態と同一の符号を用いて説明し、特に相違点についてのみ詳述する。
The
まず、本第3の実施の形態に係る内燃機関の吸気装置40の構成について説明する。
本実施の形態に係る内燃機関の吸気装置40は、エンジン1を構成しており、エンジン1は、シリンダブロック2と、シリンダヘッド3と、ピストン4と、吸気バルブ5と、排気バルブ6と、インジェクタ7と、吸気装置40とを含んで構成されている。
First, the configuration of the
An
図11(a)、(b)、(c)および図12に示すように、吸気装置40は、吸気管41と、回動軸42と、吸気流制御バルブ43と、吸気ヒータ44と、伝熱フィン54と、サーボモータ15と、エンジン電子制御ユニット16とを含んで構成されている。
As shown in FIGS. 11 (a), 11 (b), 11 (c) and 12, the
伝熱フィン54は、例えば、高い熱伝導率を有するアルミ合金からなり、吸気ヒータ44とほぼ同様の外形を有しており、吸気ヒータ44から吸入空気に熱伝達するよう構成されている。吸入空気に接触する側の表面部54aには、複数の突起54bが吸気通路41aの軸方向と平行になるよう形成されており、吸入空気が表面部54aおよび複数の突起54bの間を流通するようになっている。
The
次いで、本実施の形態に係る内燃機関の吸気装置40における吸気流制御バルブ43の吸気ヒータ44および伝熱フィン54の動作について説明する。
吸気装置40の吸気流制御バルブ43の吸気ヒータ44および伝熱フィン54の動作については、図4において、ステップS12における吸気流制御バルブ13が本実施の形態では吸気流制御バルブ43に代わり、ステップS13における吸気流制御バルブ13の吸気ヒータ14が本実施の形態では吸気流制御バルブ43の吸気ヒータ44および伝熱フィン54に代わり、ステップS17における吸気流制御バルブ13の吸気ヒータ14が本実施の形態では吸気流制御バルブ43の吸気ヒータ44および伝熱フィン54に代わった以外は、同様に構成されているので、吸気装置40における吸気流制御バルブ43の吸気ヒータ44および伝熱フィン54の動作も、図4に示すステップS11ないしステップS17まで、第1の実施の形態に係る吸気装置10の制御内容と同様の制御内容の処理が実行される。
Next, operations of the
Regarding the operation of the
このように、本実施の形態に係る内燃機関の吸気装置40においては、吸気管41に配置された吸気流制御バルブ43を有し、吸気流制御バルブ43を制御することによって燃焼室2bへ導入する気流を制御し、吸気管41内に吸入された吸入空気の温度を制御するエンジン電子制御ユニット16と、吸気流制御バルブ43に装着され吸入空気を加熱する吸気ヒータ44および伝熱フィン54とを備え、エンジン電子制御ユニット16が、伝熱フィン54から吸入空気に熱伝達させるよう吸気ヒータ44の温度を制御するよう構成されている。
As described above, the
この場合、第1の実施の形態と同様に、エンジン1を低温時に始動させようとするとき、外気温度が吸気流制御バルブ43の温度よりも、所定の温度だけ低い場合には、吸気ヒータ44に通電せずに伝熱フィン54および吸気流制御バルブ43の熱量により吸入空気が暖められるので、吸気ヒータ44に通電する際に必要とする消費電力を節約することができる。
In this case, as in the first embodiment, when the
外気温度が吸気流制御バルブ43の温度よりも高い場合には、吸気流制御バルブ43の吸気ヒータ44が所定時間tだけ通電され、吸気ヒータ44の熱量が伝熱フィン54に熱伝導されて、伝熱フィン54の熱量が吸入空気に熱伝達されるので、より確実に吸入空気が暖められる。この吸入空気は伝熱フィン54により効果的に暖められると同時に、吸気流制御バルブ43の開口部47を通過し、吸入空気にタンブル流が発生し、インジェクタ7の噴射口から燃料が噴射されるので、吸気ポート部3b内で均一に混合された良好な混合気が、燃焼室2bに導入される。このとき、良好な空燃比を保つため、インジェクタ7の噴射口から噴射される燃料の噴射量が減少するよう、エンジン電子制御ユニット16により制御されているので、エンジン始動時の燃費が向上する。
When the outside air temperature is higher than the temperature of the intake
また、暖められた吸入空気にタンブル流を起こさせているので、暖められた混合気が燃焼室2bに導入される。その結果、混合気は気化し易くなっており、従来、エンジン1の低温始動時に生じていた燃料の粒子の吸気バルブへの付着がなくなり、燃焼室2b内で混合気の燃焼が改善され、排気ガス中の未燃HCなどの有害物質の発生が抑制される。
Further, since the tumble flow is caused in the warmed intake air, the warmed air-fuel mixture is introduced into the
第1の実施の形態の吸気装置10と同様に、始動時のエンジン回転数が上昇し、アイドル状態になるタイミングにおいて、従来技術の吸気装置から排出される排気ガス中の未燃HCの濃度よりも、本実施の形態に係る吸気装置40の排気ガス中の未燃HCの濃度を著しく減少させることが予想される。
Similar to the
本実施の形態に係る内燃機関の吸気装置40においては、吸気流制御バルブ43に吸気ヒータ44を装着するという簡単な構造で、吸入空気を暖気することができるとともに、吸入空気の気流を制御することができるので、良好な混合気を得ることができ、燃焼室2b内の混合気の気化を促進することができる。
In the
本第1の実施の形態に係る内燃機関の吸気装置10においては、吸気流制御バルブ13をバタフライ形式で構成し、本第2の実施の形態に係る内燃機関の吸気装置30においては、吸気流制御バルブ43を片持ち形式で構成した場合について説明したが、本発明に係る内燃機関の吸気装置においては、吸気流制御バルブを他の形式の構造で構成してもよい。例えば、吸気通路に直交するよう、中央部に貫通孔を有する円筒を回転可能に配置し、所定の角度になるとき、貫通孔と吸気通路とを連通するようにして、吸気通路を開閉するロータリー形式で形成し、この貫通孔の内壁部に吸気ヒータを配置し、貫通孔を流通する吸入空気を暖めるようにしてもよい。
In the
また、吸気管内の吸気通路の軸線方向に直交するようカーテン状の吸気流制御バルブを配置し、カーテン状の吸気流制御バルブの両側端部分を吸気管に形成したガイド溝で案内するようにして、吸気管内をスライドさせるようスライド形式の構造で構成してもよい。この場合には、吸気管における上流側の吸気流制御バルブの表面部に吸気ヒータを接合し、この吸気ヒータにより吸入空気を暖めるようにしてもよい。 Also, a curtain-like intake flow control valve is arranged so as to be orthogonal to the axial direction of the intake passage in the intake pipe, and both end portions of the curtain-like intake flow control valve are guided by guide grooves formed in the intake pipe. Alternatively, a slide-type structure may be configured to slide in the intake pipe. In this case, an intake heater may be joined to the surface portion of the upstream side intake flow control valve in the intake pipe, and the intake air may be warmed by the intake heater.
本第1の実施の形態に係る内燃機関の吸気装置10においては、吸気ヒータ14をシリコンラバーヒータ、高周波誘導ヒータで構成する場合について説明したが、本発明に係る内燃機関の吸気装置においては、吸気ヒータは他の加熱部材で構成してもよい。例えば、ステンレス箔を発熱体とする面状ヒータで構成してもよく、この場合ステンレス箔を絶縁する絶縁物をレスポンスが速いマイカ板や、形状の自由度が高いポリイミドシートで形成してもよい。また、ニクロム線を平面上で螺旋状に巻回して形成したコード状ヒータで形成してもよい。
In the
また、本第1の実施の形態に係る内燃機関の吸気装置10、20、30、40においては、吸気流制御バルブ13、33、43をそれぞれ吸気管11、41内に設けた場合について説明したが、本発明に係る内燃機関の吸気装置においては、吸気流制御バルブを吸気ポート部内に設けてもよい。
Further, in the
以上説明したように、本発明によれば、簡単な構造で、吸気流制御バルブに装着された吸気ヒータによって吸気流制御バルブに熱を伝達し、さらに吸気流制御の効果をエンジン始動時などにも確実に発揮させるようにしているので、燃料の気化をより促進することができる。その結果、燃料の燃焼が改善され排気ガス中の有害物質を低減することができるという効果を奏し、広く内燃機関の吸気装置全般に有用である。 As described above, according to the present invention, heat is transferred to the intake flow control valve by the intake heater attached to the intake flow control valve with a simple structure, and the effect of the intake flow control is further improved when the engine is started. The fuel vaporization can be further promoted because the fuel vapor is surely exerted. As a result, the combustion of the fuel is improved and the harmful substances in the exhaust gas can be reduced, which is widely useful for the whole intake system of the internal combustion engine.
1 エンジン
2 シリンダブロック
2a 気筒
2b 燃焼室
3 シリンダヘッド
3b 吸気ポート部
3c 排気ポート部
4 ピストン
5 吸気バルブ
6 排気バルブ
7 インジェクタ
10、20、30、40 吸気装置
11、41 吸気管
11a、41a 吸気通路
12、42 回動軸
13、33、43 吸気流制御バルブ
14、24、34、44 吸気ヒータ(吸気温度制御手段)
15 サーボモータ
16 エンジン電子制御ユニット(吸気流制御手段、吸気温度制御手段)
16a 外気温度センサ
16b 吸気流制御バルブ温度センサ
16c エンジン回転数センサ
17、37、47 開口部
45 収容部
54 伝熱フィン
DESCRIPTION OF
15
16a Outside
Claims (6)
前記吸気管内に吸入された吸入空気の温度を制御する吸気温度制御手段と、
を備えた内燃機関の吸気装置において、
前記吸気温度制御手段が、前記吸気流制御バルブに装着された吸気ヒータを有するとともに、前記吸気ヒータから前記吸入空気に熱を伝達させるようにしたことを特徴とする内燃機関の吸気装置。 An intake air flow control means which has an intake air flow control valve disposed in the intake pipe and controls the air flow introduced into the combustion chamber by controlling the intake air flow control valve;
Intake air temperature control means for controlling the temperature of the intake air sucked into the intake pipe;
In an internal combustion engine intake device comprising:
An intake system for an internal combustion engine, wherein the intake temperature control means includes an intake heater mounted on the intake flow control valve, and heat is transferred from the intake heater to the intake air.
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US9890737B2 (en) | 2014-10-16 | 2018-02-13 | Dr. Ing. H.C.F. Porsche Aktiengesellschaft | Cylinder head assembly |
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- 2007-12-17 JP JP2007324993A patent/JP2009144659A/en not_active Withdrawn
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