JP2010121552A - Intake device for internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、内燃機関の吸気通路の通路断面積を絞るバタフライ型バルブを備えた内燃機関の吸気装置に関するものである。 The present invention relates to an intake device for an internal combustion engine provided with a butterfly valve that restricts the cross-sectional area of the intake passage of the internal combustion engine.
[従来の技術]
従来より、図4ないし図6に示したように、内燃機関(エンジン)の燃焼室12に連通する空気流路(内燃機関の吸気通路)を形成するインテークマニホールド100の内部に開閉自在に設置された吸気流制御弁を備えた内燃機関の吸気装置が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
このインテークマニホールド100には、エンジンの吸気通路を2つの第1、第2空気流路101、102に気密的に区画する隔壁103が設けられている。なお、第1空気流路101は、インテークマニホールド100の内部に形成される吸気通路の中で上層部側に設けられている。また、第2空気流路102は、インテークマニホールド100の内部に形成される吸気通路の中で第1空気流路101よりも下層部側に設けられている。
[Conventional technology]
Conventionally, as shown in FIG. 4 to FIG. 6, it is installed in an
The
吸気流制御弁は、第2空気流路102の流路断面積を絞る、例えば第2空気流路102を全閉することで、エンジンの燃焼室12に向かう吸気流を第1空気流路101に積極的に流し、エンジンの燃焼室12内において縦方向の旋回流(タンブル流)を発生させるタンブル流制御弁である。そして、吸気流制御弁は、第2空気流路102を開閉する半円形状のバルブ111と、このバルブ111を支持するシャフト112と、バルブ111のネジ締結部113をシャフト112に締め付け固定(締結固定)する締結ネジ114とによって構成されている。
また、吸気流制御弁の弁体として、バルブ111の中心位置に対してシャフト112の中心位置(バルブ111の回転中心位置、バルブ111の回転軸)をオフセット配置し、シャフト112を中心にして回転する片持ち型バルブが使用されている。
The intake flow control valve restricts the cross-sectional area of the second
Further, as the valve body of the intake flow control valve, the center position of the shaft 112 (the rotation center position of the
また、吸気流制御弁には、シャフト112を介して、バルブ111を駆動するモータ、およびシャフト112を全開開度の状態(全開位置)となるように付勢するリターンスプリング等を内蔵するアクチュエータが連結されている。そして、モータは、エンジン制御ユニット(ECU)によりバルブ111の開閉タイミング等が制御されるように構成されている。
吸気流制御弁のバルブ111を全閉する場合には、モータに電力を供給してモータの駆動トルクを利用してバルブ111の開度が全閉開度の状態(全閉位置)となるように駆動する。また、吸気流制御弁のバルブ111を全開する場合には、モータへの電力供給を停止してリターンスプリングのスプリング力を利用してバルブ111の開度が全開開度の状態(全開位置)となるように付勢する。
In addition, the intake flow control valve has an actuator with a built-in motor that drives the
When the
また、図7および図8に示したように、エンジンのインテークマニホールド100に格納されたハウジング104、このハウジング104の内部(空気流路105)を開閉するバルブ121、およびシャフト122を介してバルブ121を駆動するアクチュエータを有するバルブユニット(吸気流制御弁)を備えた内燃機関の吸気装置が提案されている(例えば、特許文献2参照)。
バルブユニットの弁体として、バルブ121の中心位置に対してシャフト122の中心位置をオフセットした片持ち型バルブが使用されている。
また、インテークマニホールド100には、全閉ストッパ106および全開ストッパ107が組み付けられている。また、バルブ121を支持するシャフト122の回転軸方向のアクチュエータ側の端部には、ストッパレバー123が固定されている。ここで、全閉ストッパ106は、バルブ121を全閉した際にストッパレバー123が当接する。また、全開ストッパ107は、バルブ121を全開した際にストッパレバー123が当接する。
Further, as shown in FIGS. 7 and 8, the
A cantilever valve in which the center position of the
Further, the
バルブユニットのバルブ121を全閉する場合には、モータに電力を供給してモータの駆動トルクを利用してバルブ121の開度が全閉開度の状態(全閉位置)となるように駆動する。すると、シャフト122に固定されたストッパレバー123が全閉ストッパ106に当接する。その後、モータに保持電流を流してモータの保持トルクを利用してバルブ121を全閉位置で保持する。
また、バルブユニットのバルブ121を全開する場合には、モータに電力を供給してモータの駆動トルクを利用してバルブ121の開度が全開開度の状態(全開位置)となるように駆動する。すると、ストッパレバー123が全開ストッパ107に当接する。その後、モータに保持電流を流してモータの保持トルクを利用してバルブ121を全開位置で保持する。
ここで、特許文献2に記載の吸気流制御弁は、バルブ121の上端面を切り欠くことで、バルブ121の全閉時にエンジンの燃焼室内において旋回流を発生させるための長方形状の開口部124が形成されている。
When the
Further, when the
Here, the intake flow control valve described in
また、吸気流制御弁の弁体(バルブ)を、板ばね、板状に形成したゴム材等の弾性部材により形成し、吸気流制御弁の弁体の側部中間位置に中間軸を備えた内燃機関の吸気装置が提案されている(例えば、特許文献3参照)。また、吸気流制御弁の弁体は、中央位置からずらした側部中間位置で軸支されているので、吸気流制御弁の弁体を閉弁作動させる際に、吸気流制御弁の弁体の一端がインテークマニホールドの通路壁面に当接し、断面円弧状に弾性変形して吸気通路の下部側を閉塞するように構成されている。
そして、この吸気流制御弁は、弁体を撓ませて吸気通路の下部側の吸気流を閉塞する。一方、上端側には小さな隙間が形成されるので、吸気量を絞って流れの速い吸気流を下流側に供給し、エンジンの燃焼室内に強いタンブル流を形成させることができる。
Further, the valve body (valve) of the intake flow control valve is formed by an elastic member such as a plate spring or a rubber material formed in a plate shape, and an intermediate shaft is provided at a side intermediate position of the valve body of the intake flow control valve. An intake device for an internal combustion engine has been proposed (see, for example, Patent Document 3). Further, since the valve body of the intake flow control valve is pivotally supported at the side intermediate position shifted from the center position, the valve body of the intake flow control valve is operated when the valve body of the intake flow control valve is closed. One end of the intake abuts against the passage wall surface of the intake manifold and is elastically deformed into a circular arc cross section to close the lower side of the intake passage.
The intake flow control valve bends the valve body to close the intake flow on the lower side of the intake passage. On the other hand, since a small gap is formed on the upper end side, it is possible to reduce the amount of intake air and supply a fast intake flow to the downstream side to form a strong tumble flow in the combustion chamber of the engine.
[従来の技術の不具合]
ところが、特許文献1及び2に記載の吸気流制御弁においては、バルブ111の中心位置に対してシャフト112の中心位置をオフセットした片持ち型バルブ、あるいはバルブ121の中心位置に対してシャフト122の中心位置をオフセットした片持ち型バルブを採用している。また、特許文献3に記載の吸気流制御弁においては、弁体を、板ばね、板状に形成したゴム材等の弾性部材により形成し、且つ中央位置からずらした側部中間位置で軸支している。
ここで、特許文献1〜3に記載の吸気流制御弁の弁体(バルブ)は、エンジンのピストンの昇降および吸気バルブの開閉に伴って大きな吸気負圧と小さな大気圧とが繰り返し作用する吸気通路内に設置されている。つまり、エンジンの吸気通路内に設置されたバルブには、エンジンのピストンの昇降および吸気バルブの開閉に伴う吸気負荷が作用する。
[Conventional technical problems]
However, in the intake flow control valves described in
Here, the valve body (valve) of the intake flow control valve described in
例えば吸気流制御弁のバルブを全開している時、つまりバルブを吸気流の流跡線と平行となるように配している時に、吸気流制御弁のバルブに吸気負荷が作用すると、バルブがシャフトを中心にしてバルブ回転方向の閉弁側(バルブ作動方向の閉弁側)に回転する吸気脈動トルクが発生する。これにより、吸気流制御弁のバルブが、エンジンの吸気通路内でばたつき、バルブ戻りが生じる。そして、バルブ戻りが生じると、エンジンの吸気通路の通路断面積を狭めてしまう。
ここで、バルブ戻りに伴ってエンジンの吸気通路の通路断面積が狭まると、バルブ全開時におけるエンジンの燃焼室に導入される吸入空気量(バルブ全開流量)が少なくなり、必要な吸入空気量を得ることができなくなるので、エンジン出力が低下するという問題が生じる。また、エンジン出力の低下に伴ってドライバビリティが悪化するという問題が生じる。
For example, when the intake flow control valve is fully open, that is, when the valve is arranged in parallel with the intake flow trajectory line, if the intake load acts on the intake flow control valve, the valve An intake pulsation torque is generated that rotates about the shaft toward the valve closing side in the valve rotation direction (valve closing side in the valve operation direction). As a result, the valve of the intake flow control valve flutters in the intake passage of the engine, and the valve returns. When the valve returns, the passage sectional area of the intake passage of the engine is narrowed.
Here, if the cross-sectional area of the intake passage of the engine is reduced as the valve returns, the intake air amount (valve full flow rate) introduced into the combustion chamber of the engine when the valve is fully opened decreases, and the required intake air amount is reduced. Since it cannot be obtained, the problem that engine output falls arises. Further, there arises a problem that drivability deteriorates with a decrease in engine output.
そこで、ドライバビリティの悪化を解消するという目的で、吸気流制御弁の弁体(バルブ)を全開位置で保持する方法として、モータ駆動式の場合は、常時モータに保持電流を供給してモータに保持トルクを発生させる必要があるので、モータを含むアクチュエータの大型化またはモータへの消費電力の増加等の不具合が発生するという問題が生じる。さらに、モータへの消費電力の増加に伴って燃費が悪化するという問題が生じる。
また、メカニカル式(メカ式)の場合は、バルブを全開している間中、例えばバルブを支持するシャフトに固定されたストッパレバー等の部品を全開ストッパに押し付ける装置が必要となるが、装置全体の体格が大型化し、エンジンへの搭載性が悪化するという問題が生じる。
Therefore, as a method of holding the valve body (valve) of the intake flow control valve in the fully open position for the purpose of eliminating the deterioration of drivability, in the case of the motor drive type, a holding current is constantly supplied to the motor to the motor. Since it is necessary to generate the holding torque, there arises a problem that problems such as an increase in the size of the actuator including the motor or an increase in power consumption to the motor occur. Furthermore, there arises a problem that fuel consumption deteriorates as power consumption to the motor increases.
In addition, in the case of the mechanical type (mechanical type), while the valve is fully opened, for example, a device that presses parts such as a stopper lever fixed to the shaft that supports the valve against the fully open stopper is required. There is a problem that the physique becomes larger and the mountability to the engine deteriorates.
また、特許文献3に記載の吸気流制御弁の弁体(バルブ)構造を利用して、バルブを全開開度の状態で保持する全開位置を、エンジンの吸気通路を流通する吸気流の流跡線に対してバルブ回転方向のオーバターン側に回転させた位置に変更し、吸気脈動によりバルブに作用する吸気負荷でアシストし、全開ストッパに押し付ける方法が考えられる。この場合、バルブ全開時に回転中心よりも吸気流方向の下流側に配置される下流側バルブ端面が吸気流の流跡線に対して平行にならない。したがって、エンジンの吸気通路を流通する吸気流が下流側バルブ端面に衝突して乱れが発生する。そして、吸気流に乱れが発生すると、エンジンの吸気通路を流通する吸気流の圧力損失が大きくなる。
ここで、吸気流の圧力損失が大きくなると、バルブ全開時におけるエンジンの燃焼室に導入される吸入空気量(バルブ全開流量)が少なくなり、必要な吸入空気量を得ることができなくなるので、エンジン出力が低下するという問題が生じる。また、エンジン出力の低下に伴ってドライバビリティが悪化するという問題が生じる。
Here, if the pressure loss of the intake flow increases, the amount of intake air introduced into the combustion chamber of the engine when the valve is fully opened (valve fully open flow rate) decreases and the required intake air amount cannot be obtained. The problem is that the output is reduced. Further, there arises a problem that drivability deteriorates with a decrease in engine output.
本発明の目的は、構造の簡素化および装置全体の体格の小型化、あるいは消費電力の低減および燃費悪化の抑制を図ることのできる内燃機関の吸気装置を提供することにある。また、バタフライ型バルブの全開時における乱流の発生および圧力損失の増加を抑制することで、内燃機関の出力向上およびドライバビリティ悪化の抑制を図ることのできる内燃機関の吸気装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide an intake device for an internal combustion engine that can simplify the structure and reduce the size of the entire apparatus, reduce power consumption, and suppress deterioration in fuel consumption. Another object of the present invention is to provide an intake device for an internal combustion engine that can improve the output of the internal combustion engine and suppress deterioration of drivability by suppressing the generation of turbulent flow and the increase in pressure loss when the butterfly valve is fully opened. is there.
請求項1に記載の発明によれば、バタフライ型バルブのバルブプレートは、シャフトを境にして2つの第1、第2バルブプレートに区分されている。そして、2つの第1、第2バルブプレートのうちの一方の第1バルブプレートは、バタフライ型バルブを全開した際に、2つの第1、第2バルブプレートのうちの他方の第2バルブプレートよりも空気流方向の上流側に配されている。この第1バルブプレートは、ダクトの空気流路を流通する空気流の流跡線に対してバルブ回転方向の開弁側(つまりバルブ作動方向の開弁側)に屈曲している。
これによって、バタフライ型バルブを全開している時に空気流がその流跡線に沿ってダクトの空気流路内を流通すると、空気流の流跡線に対してバルブ回転方向の開弁側に屈曲している第1バルブプレートに当たる。すると、バタフライ型バルブにシャフトを中心にしたバルブ回転方向の開弁側へのトルクが発生するので、バルブ戻りが発生せず、バタフライ型バルブが全開の状態に維持される。つまり、第1バルブプレートに作用する吸気負荷のアシストにより、バタフライ型バルブが全開の状態に維持される。
According to the first aspect of the present invention, the valve plate of the butterfly valve is divided into two first and second valve plates with the shaft as a boundary. The first valve plate of one of the two first and second valve plates is more than the second valve plate of the other of the two first and second valve plates when the butterfly valve is fully opened. Is also arranged upstream in the air flow direction. The first valve plate is bent toward the valve opening side in the valve rotation direction (that is, the valve opening side in the valve operating direction) with respect to the trace line of the air flow flowing through the air flow path of the duct.
As a result, when the butterfly valve is fully opened and the air flow passes through the air flow path of the duct along the trajectory line, it is bent toward the valve opening side in the valve rotation direction with respect to the air flow trajectory line. It hits the first valve plate. Then, torque is generated in the butterfly valve toward the valve opening side in the valve rotation direction centered on the shaft, so that valve return does not occur and the butterfly valve is maintained in the fully open state. That is, the butterfly valve is maintained in the fully open state by the assist of the intake load acting on the first valve plate.
したがって、バタフライ型バルブをメカ式駆動装置を利用して機械的に駆動するメカ式の場合、バタフライ型バルブを全開ストッパに押し付ける装置が不要となるので、構造の簡素化および内燃機関の吸気装置全体の体格の小型化を図ることができる。これにより、内燃機関への装置の搭載性を向上できるので、搭載スペースを容易に確保することができる。
バタフライ型バルブをモータの駆動トルクを利用して駆動するモータ駆動式(電動式)の場合、バタフライ型バルブを全開の状態に維持するのに必要な保持トルクを低減できるので、モータへの供給電力(保持電流等)を低減することができる。これにより、消費電力を低減することができるので、燃費悪化等の不具合の発生を抑制することができる。
また、バタフライ型バルブを全開の状態に維持する保持トルクを低減できるので、バタフライ型バルブを全開の状態から閉弁作動させる際の負荷トルクを低減することができる。これにより、従来の技術と比べてバタフライ型バルブを全開の状態から閉弁作動させる作動応答性(閉弁応答性)を向上させることができる。
Therefore, in the case of the mechanical type that mechanically drives the butterfly type valve using the mechanical type driving device, a device for pressing the butterfly type valve against the fully open stopper becomes unnecessary, so the structure is simplified and the entire intake device of the internal combustion engine The physique can be downsized. Thereby, since the mounting property of the apparatus to an internal combustion engine can be improved, a mounting space can be secured easily.
In the case of a motor drive type (electric type) that drives the butterfly valve using the drive torque of the motor, the holding torque required to keep the butterfly valve fully open can be reduced, so the power supplied to the motor (Holding current and the like) can be reduced. Thereby, since power consumption can be reduced, generation | occurrence | production of malfunctions, such as a fuel consumption deterioration, can be suppressed.
In addition, since the holding torque for maintaining the butterfly valve in the fully open state can be reduced, the load torque when the butterfly valve is operated to close from the fully open state can be reduced. Thereby, compared with the prior art, the operation responsiveness (valve closing responsiveness) for closing the butterfly valve from the fully opened state can be improved.
請求項2に記載の発明によれば、第1バルブプレートは、バタフライ型バルブを全開した際にシャフトよりも空気流方向の上流側に配されている。
請求項3に記載の発明によれば、第1バルブプレートは、バタフライ型バルブの全開位置よりもバルブ回転方向のオーバターン側(つまりバルブ全開位置よりもバルブ作動方向の開弁側)に屈曲している。
これによって、バタフライ型バルブを全開している時に第1バルブプレートに作用する吸気負荷がより大きくなり、バタフライ型バルブのバルブプレートを全開の状態に確実に維持することができる。
According to the second aspect of the present invention, the first valve plate is disposed upstream of the shaft in the air flow direction when the butterfly valve is fully opened.
According to the third aspect of the present invention, the first valve plate is bent toward the overturn side in the valve rotation direction from the fully open position of the butterfly valve (that is, from the valve fully open position to the valve open side in the valve operating direction). ing.
As a result, the intake load acting on the first valve plate when the butterfly valve is fully opened increases, and the valve plate of the butterfly valve can be reliably maintained in the fully open state.
請求項4に記載の発明によれば、第2バルブプレートは、バタフライ型バルブを全開した際にシャフトよりも空気流方向の下流側に配されている。
請求項5に記載の発明によれば、第2バルブプレートは、バタフライ型バルブを全開した際にダクトの空気流路を流通する空気流の流跡線と平行な方向に延びている。
これによって、ダクトの空気流路を流通する空気流が第2バルブプレートに沿って流通するため、空気流に乱れが発生し難くなる。これにより、ダクトの空気流路を流通する空気流の圧力損失の増加を抑えることができるので、バタフライ型バルブの全開時における内燃機関の燃焼室に導入される吸入空気量(バルブ全開流量)が、必要な吸入空気量となる。したがって、内燃機関の出力の低下を抑えることができるので、ドライバビリティを向上させることができる。
According to the fourth aspect of the present invention, the second valve plate is disposed downstream of the shaft in the air flow direction when the butterfly valve is fully opened.
According to the fifth aspect of the present invention, the second valve plate extends in a direction parallel to the trajectory line of the air flow flowing through the air flow path of the duct when the butterfly valve is fully opened.
As a result, the air flow flowing through the air flow path of the duct flows along the second valve plate, so that the air flow is less likely to be disturbed. As a result, an increase in pressure loss of the air flow flowing through the air flow path of the duct can be suppressed, so that the amount of intake air (valve full open flow rate) introduced into the combustion chamber of the internal combustion engine when the butterfly valve is fully opened is reduced. The required amount of intake air is obtained. Accordingly, a decrease in the output of the internal combustion engine can be suppressed, and drivability can be improved.
請求項6に記載の発明によれば、バルブプレートは、2つの第1、第2バルブプレート間に、シャフトに締結される締結部を有している。
請求項7に記載の発明によれば、第1バルブプレートは、締結部近傍に設けられる屈曲部、およびこの屈曲部からバルブ端面に向かってストレートに延びる平面部を有している。
請求項8に記載の発明によれば、第2バルブプレートは、締結部または締結部近傍からバルブ端面に向かってストレートに延びる平面部を有している。
According to the invention described in
According to the seventh aspect of the present invention, the first valve plate has a bent portion provided in the vicinity of the fastening portion, and a flat portion extending straight from the bent portion toward the valve end surface.
According to invention of
本発明を実施するための最良の形態は、構造の簡素化および装置全体の体格の小型化、あるいは消費電力の低減および燃費悪化の抑制を図るという目的を、バタフライ型バルブを全開した際にシャフトよりも空気流方向の上流側に配される第1バルブプレートに、ダクトの空気流路を流通する空気流の流跡線に対してバルブ回転方向の開弁側に屈曲する屈曲部を設けることで実現した。また、バタフライ型バルブの全開時における乱流の発生および圧力損失の増加を抑制することで、内燃機関の出力向上およびドライバビリティ悪化の抑制を図るという目的を、バタフライ型バルブを全開した際にシャフトよりも空気流方向の下流側に配される第2バルブプレートを、ダクトの空気流路を流通する空気流の流跡線と平行な方向に延ばすことで実現した。 The best mode for carrying out the present invention is to simplify the structure and reduce the overall size of the apparatus, or reduce the power consumption and suppress the deterioration of fuel consumption, when the butterfly valve is fully opened. The first valve plate disposed on the upstream side in the air flow direction is provided with a bent portion that bends toward the valve opening side in the valve rotation direction with respect to the trajectory line of the air flow flowing through the air flow path of the duct. Realized. The purpose of the engine is to improve the output of the internal combustion engine and suppress the deterioration of drivability by suppressing the generation of turbulence and the increase in pressure loss when the butterfly valve is fully opened. This is realized by extending the second valve plate arranged on the downstream side in the air flow direction in a direction parallel to the trajectory line of the air flow flowing through the air flow path of the duct.
[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は吸気流制御弁の全閉状態を示した図で、図2は吸気流制御弁の全開状態を示した図である。
[Configuration of Example 1]
1 and 2 show a first embodiment of the present invention. FIG. 1 is a diagram showing a fully closed state of the intake flow control valve, and FIG. 2 is a diagram showing a fully opened state of the intake flow control valve. is there.
本実施例の内燃機関の吸気装置は、複数の気筒を有する内燃機関(エンジン)の各気筒毎の燃焼室12(図4参照)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旋回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、スロットル装置と共に、エンジンの吸気系統に組み込まれている。
The intake device for an internal combustion engine according to the present embodiment opens and closes an intake passage for supplying intake air (intake air) to the combustion chamber 12 (see FIG. 4) for each cylinder of the internal combustion engine (engine) having a plurality of cylinders. An intake passage opening / closing device (throttle device) and an intake vortex generating device capable of generating a swirling flow for promoting combustion of the air-fuel mixture in each cylinder of the engine are provided.
The intake vortex generator is incorporated in the intake system of the engine together with the throttle device.
ここで、エンジンは、エアクリーナ(内燃機関のエアクリーナ)で濾過された清浄な吸入空気と燃料との混合気を、各気筒の燃焼室12内で燃焼させて得られる熱エネルギーによりエンジン出力を発生するガソリンエンジンである。
エンジンは、複数の気筒(第1〜第4気筒)を有し、第1〜第4気筒が気筒配列方向に直列に配置されたシリンダブロックと、複数の吸気ポート(インテークポート)11および複数の排気ポート(エキゾーストポート)13を有するシリンダヘッドとを備えている(図4参照)。
Here, the engine generates engine output by heat energy obtained by burning the mixture of clean intake air filtered by an air cleaner (air cleaner of an internal combustion engine) and fuel in the
The engine has a plurality of cylinders (first to fourth cylinders), a cylinder block in which the first to fourth cylinders are arranged in series in the cylinder arrangement direction, a plurality of intake ports (intake ports) 11 and a plurality of cylinders. And a cylinder head having an exhaust port (exhaust port) 13 (see FIG. 4).
エンジンの各気筒毎の燃焼室12に独立して接続される複数の吸気ポート11は、ポペット型の吸気バルブ(インテークバルブ)14によって開閉される(図4参照)。また、エンジンの各気筒毎の燃焼室12に独立して接続される複数の排気ポート13は、ポペット型の排気バルブ(エキゾーストバルブ)15によって開閉される(図4参照)。さらに、エンジンのシリンダヘッドには、先端部が各気筒毎の燃焼室12内に露出するようにスパークプラグ16が取り付けられている。そして、シリンダヘッドには、各吸気ポート11内に最適なタイミングで燃料を噴射するインジェクタ(電磁式燃料噴射弁)17が取り付けられている(図4参照)。
The plurality of intake ports 11 that are independently connected to the
また、エンジンのシリンダヘッドには、エンジンの各気筒毎の燃焼室12内に吸入空気を導入するための吸気管(吸気ダクト)と、エンジンの各気筒毎の燃焼室12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管(排気ダクト)とが接続されている。
吸気ダクトの内部には、エアクリーナで濾過された清浄な外気を、電子スロットル装置のスロットルボディ、サージタンク、インテークマニホールド1を経由して、エンジンの各気筒毎の燃焼室12に導入するための空気流路2が形成されている。また、吸気ダクトは、エアクリーナケース、エアクリーナホース(またはインテークパイプ)、スロットルボディおよびインテークマニホールド1等を有している。
Further, an intake pipe (intake duct) for introducing intake air into the
Inside the intake duct, air for introducing clean outside air filtered by an air cleaner into the
また、エンジンのシリンダブロックの内部には、気筒配列方向に4つの燃焼室12が形成されている。また、シリンダブロックの各気筒の内部に形成される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18がその摺動方向に摺動自在に支持されている(図4参照)。
また、エンジンのシリンダヘッドは、インテークマニホールド1を締結ボルト等を用いて締結固定するための結合端面(締結面)を有している。
Further, four
The cylinder head of the engine has a coupling end surface (fastening surface) for fastening and fixing the
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、スロットルバルブを内蔵するスロットルボディよりも吸気流方向の下流側に接続されるインテークマニホールド1と、このインテークマニホールド1の内部(空気流路2)を流れる吸入空気を制御する吸気流制御弁と、この吸気流制御弁の弁体(バタフライ型バルブ)の全開位置を規制する全開ストッパ(図8参照)と、吸気流制御弁のバタフライ型バルブの全閉位置を規制する全閉ストッパ(図8参照)と、吸気流制御弁のバルブ開度(バタフライ型バルブの回転角度)をスロットル装置等の他の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。
The intake vortex generator is installed in the engine room of a vehicle such as an automobile like the engine, and is connected to the
本実施例のインテークマニホールド1は、合成樹脂材料により形成されており、吸入空気の圧力脈動を低減するサージタンクと、このサージタンクの複数の出口に接続する複数の吸気分岐管とを備えたサージタンク一体型のインテークマニホールドである。
また、インテークマニホールド1は、内部に空気流路2が形成された複数の吸気分岐管を有している。これらの吸気分岐管の吸気流方向の下流端には、エンジンのシリンダヘッドに結合する結合面(シリンダヘッド合わせ面)19が形成されている。
そして、複数の吸気分岐管内に形成される各空気流路2は、シリンダヘッドの各吸気ポート11を介して、エンジンの各気筒毎の燃焼室12に互いに独立して接続されている。また、インテークマニホールド1には、バルブシャフト3を介して、複数の吸気流制御弁の各バタフライ型バルブを開閉駆動するアクチュエータが搭載されている。
The
The
Each
本実施例の吸気流制御弁は、エンジンの各気筒毎の燃焼室12内において混合気の燃焼を促進させるための縦方向の旋回流(吸気渦流、タンブル流)を発生させるタンブル流制御弁(TCV)である。この吸気流制御弁は、インテークマニホールド1の空気流路(内燃機関の吸気通路)2を開閉するバタフライ型バルブと、このバタフライ型バルブを駆動するアクチュエータとを備えている。このアクチュエータは、電力の供給を受けると駆動力(駆動トルク)を発生する電動モータ、およびこの電動モータの駆動トルクをバルブシャフト3に伝達する動力伝達機構(例えば歯車減速機構)等を有している。ここで、バルブシャフト3を介して、バタフライ型バルブを駆動する電動モータは、ECUによって電子制御されるモータ駆動回路を介して、自動車等の車両に搭載されたバッテリに電気的に接続されている。
The intake flow control valve of this embodiment is a tumble flow control valve that generates a vertical swirl flow (intake vortex flow, tumble flow) for promoting combustion of the air-fuel mixture in the
バタフライ型バルブは、インテークマニホールド1に回転自在に支持されるバルブシャフト3、およびこのバルブシャフト3と共にインテークマニホールド1に対して相対回転するバルブプレート4等によって構成されて、バルブシャフト3の中心軸線(回転軸心)を中心にして回転する。ここで、本実施例の吸気渦流発生装置は、1組の吸気流制御弁を、インテークマニホールド1の内部にバルブシャフト3の軸線方向(回転軸方向)に一定の間隔で並列的に複数配置した多連一体型の吸気通路開閉装置(バルブ開閉装置)である。
The butterfly type valve includes a
ここで、バタフライ型バルブは、エンジン始動時またはアイドル運転時に、アクチュエータ、特に電動モータの駆動トルクを利用して全閉される。つまりエンジン始動時またはアイドル運転時には、吸気流制御弁のバルブ開度が、全閉開度の状態(バルブ全閉位置)となるように制御(全閉方向に駆動)される。
なお、バルブ全閉位置とは、バタフライ型バルブのバルブプレート4がインテークマニホールド1の空気流路2を全閉したバルブ開度(バルブ回転角度、バルブ位置)のことである。そして、バルブ全閉位置は、バタフライ型バルブのバルブプレート4の作動可能範囲におけるバルブ回転方向の一方側の限界位置、つまり全閉ストッパにより規制される全閉側規制位置のことである。
Here, the butterfly valve is fully closed using the drive torque of the actuator, particularly the electric motor, at the time of engine start or idle operation. That is, at the time of engine start or idle operation, the valve opening of the intake flow control valve is controlled (driven in the fully closed direction) so as to be in the fully closed opening state (valve fully closed position).
The valve fully closed position is a valve opening degree (valve rotation angle, valve position) at which the valve plate 4 of the butterfly valve fully closes the
また、バタフライ型バルブは、エンジンの通常運転時に、電動モータの駆動トルクを利用して全開される。つまりエンジンの通常運転時には、吸気流制御弁のバルブ開度が、全開開度の状態(バルブ全開位置)となるように制御(全開方向に駆動)される。なお、アクチュエータに内蔵されたスプリング等の付勢力(スプリング荷重)によって全てのバタフライ型バルブがバルブ全開位置となるように開弁作動方向に付勢しても良い。
なお、バルブ全開位置とは、バタフライ型バルブのバルブプレート4がインテークマニホールド1の空気流路2を全開したバルブ開度(バルブ回転角度、バルブ位置)のことである。そして、バルブ全開位置は、バタフライ型バルブのバルブプレート4の作動可能範囲におけるバルブ回転方向の他方側の限界位置、つまり全開ストッパにより規制される全開側規制位置のことである。
ここで、複数の吸気流制御弁の各バタフライ型バルブは、エンジン停止時に電動モータへの電力の供給が停止されると、スプリング等の付勢力によってバルブ全開位置(またはバルブ全開位置より僅かに閉じた中間開度の状態(中間位置))に戻される。
The butterfly valve is fully opened using the driving torque of the electric motor during normal operation of the engine. That is, during normal operation of the engine, the valve opening of the intake flow control valve is controlled (driven in the fully open direction) so as to be in the fully open position (valve fully open position). It should be noted that all butterfly valves may be biased in the valve opening operation direction by a biasing force (spring load) such as a spring built in the actuator so that all the butterfly valves are in the fully opened position.
The valve fully open position is a valve opening degree (valve rotation angle, valve position) at which the valve plate 4 of the butterfly valve fully opens the
Here, each of the butterfly valves of the plurality of intake flow control valves closes slightly from the valve fully open position (or from the valve fully open position) by the biasing force of a spring or the like when the supply of electric power to the electric motor is stopped when the engine is stopped. To the intermediate opening state (intermediate position).
本実施例のバルブシャフト3は、複数のバルブプレート4を支持固定することで、全てのバルブプレート4を連動可能に連結する1本の駆動軸である。また、バルブシャフト3は、全ての吸気流制御弁(TCV)のバルブ開度を変更すると共に、インテークマニホールド1の軸線方向に対して直交する垂直方向に真っ直ぐに延びる断面円形状の金属シャフト(回転軸)である。なお、バルブシャフト3の回転中心位置(回転軸心)は、各バルブプレート4の回転中心位置であって、各バルブプレート4の中心位置とほぼ一致している。また、バルブシャフト3は、インテークマニホールド1の空気流路2の中心軸線よりも図示右側(例えば重力方向の下方側)にオフセット配置されている。
そして、バルブシャフト3は、複数のバルブプレート4をそれぞれ支持する複数のバルブ保持部21を複数の空気流路2毎に対応した位置に設けている。そして、各バルブ保持部21には、各バルブプレート4に対応するように平面状のバルブ締結面22が形成されている。なお、各バルブ締結面22の回転軸方向の両側は、断面円形状の摺動部となっている。
The
The
また、各バルブ締結面22には、バルブプレート4をバルブシャフト3に締め付け固定(締結固定)する締結ネジ(スクリュー等の締結部材)8のネジ軸部が螺合するネジ孔23が複数個(例えば2個)形成されている。これらのネジ孔23は、バルブシャフト3のバルブ保持部21を直径方向に貫通するように形成されている。
また、バルブシャフト3は、その回転軸方向の両端部、および隣設する2つのバルブ保持部21間に、インテークマニホールド1の軸受け孔(図示せず)内に挿入される複数の摺動部(図示せず)を有し、インテークマニホールド1に回転自在に支持されている。ここで、インテークマニホールド1の軸受け孔内に、バルブシャフト3の各摺動部を回転自在に軸支するボールベアリングまたは円筒状のベアリング等の軸受け部材を設置しても良い。
Further, each
The
そして、バルブシャフト3の回転軸方向の一端部に設けられる摺動部よりも回転軸方向の一方側(アクチュエータ側)には、全開ストッパまたは全閉ストッパに選択的に係止されるストッパレバー(図8参照)が取り付けられている。
全開ストッパは、複数のバタフライ型バルブの各バルブプレート4の全開位置を規制する全開ストッパスクリューであって、インテークマニホールド1の外壁部にインサート成形されたカラーにナット等の締結具を用いて締め付け固定(締結固定)されている(図8参照)。
全閉ストッパは、複数のバタフライ型バルブの各バルブプレート4の全閉位置を規制する全閉ストッパスクリューであって、インテークマニホールド1の外壁部にインサート成形されたカラーにナット等の締結具を用いて締め付け固定(締結固定)されている(図8参照)。
A stopper lever (selectively latched by a fully open stopper or a fully closed stopper) is provided on one side (actuator side) in the rotational axis direction from the sliding portion provided at one end portion in the rotational axis direction of the
The full-open stopper is a full-open stopper screw that regulates the full-open position of each valve plate 4 of a plurality of butterfly-type valves. The collar is insert-molded on the outer wall of the
The fully closed stopper is a fully closed stopper screw that regulates the fully closed position of each valve plate 4 of a plurality of butterfly type valves, and uses a fastener such as a nut on a collar insert-molded on the outer wall portion of the
そして、バルブシャフト3に固定されるストッパレバーの回転方向の一端側(バルブ作動方向の開弁側)には、複数の吸気流制御弁のバルブ開度が全開開度の状態(バルブ全開位置)となった際に、全開ストッパに当接(係止)される全開ストッパ部が設けられている。また、ストッパレバーの回転方向の他端側(バルブ作動方向の閉弁側)には、複数の吸気流制御弁のバルブ開度が全閉開度の状態(バルブ全閉位置)となった際に、全閉ストッパに当接(係止)される全閉ストッパ部が設けられている。 Then, on one end side in the rotation direction of the stopper lever fixed to the valve shaft 3 (the valve opening side in the valve operating direction), the valve opening degrees of the plurality of intake flow control valves are in the fully open position (valve fully open position). When it becomes, the fully open stopper part contact | abutted (locking) to the fully open stopper is provided. In addition, when the valve opening of multiple intake flow control valves is in the fully closed position (valve fully closed position) on the other end side in the rotation direction of the stopper lever (the valve closing side in the valve operating direction) In addition, a fully closed stopper portion that is brought into contact (locked) with the fully closed stopper is provided.
バルブプレート4は、金属材料または合成樹脂材料により所定の形状に一体的に形成されている。このバルブプレート4は、インテークマニホールド1の空気流路2内を流れる吸入空気の流量が最大となるバルブ全開位置から、空気流路2内を流れる吸入空気の流量が最小となるバルブ全閉位置に至るまでの全バルブ作動範囲にて回転角度(バルブ開度)が変更される。特にバルブ本体としての機能を有するバルブプレート4の回転角度(バルブ開度)が、バルブ全開位置からバルブ全閉位置に至るまでの全バルブ作動範囲にて変更されることで、空気流路2の通路断面積を変更することができる。
The valve plate 4 is integrally formed in a predetermined shape from a metal material or a synthetic resin material. The valve plate 4 moves from a fully open position where the flow rate of intake air flowing through the
バルブプレート4は、バタフライ型バルブのバルブ本体(弁体)としての機能を有する2つの第1、第2バルブプレート5、6に区分されている。また、バルブプレート4は、2つの第1、第2バルブプレート5、6間に、複数の締結ネジ8によりバルブシャフト3に締結固定される平板状のネジ締結部7を有している。つまり、バルブプレート4は、ネジ締結部7を境にして2つの第1、第2バルブプレート5、6に区分されている。
バルブプレート4のネジ締結部7は、バルブシャフト3のバルブ保持部21に形成されるバルブ締結面22と締結ネジ8のネジ頭部の座面との間に挟み込まれてバルブシャフト3のバルブ保持部21に締結固定されている。
ここで、バルブプレート4は、バタフライ型バルブを全閉した際に、バルブプレート4の表裏両側面が、インテークマニホールド1の空気流路2を流通する吸気流の流跡線(空気流路2の中心軸線方向)に垂直な垂線(A)に対してバルブ回転方向の開弁側に所定の回転角度(セット角)分だけ若干傾くように配置される(図1参照)。
The valve plate 4 is divided into two first and
The screw fastening portion 7 of the valve plate 4 is sandwiched between the
Here, when the butterfly valve is fully closed, the valve plate 4 has intake air trace lines (the
2つの第1、第2バルブプレート5、6のうちの一方の第1バルブプレート5は、バタフライ型バルブを全開した際に2つの第1、第2バルブプレート5、6のうちの他方の第2バルブプレート6よりも吸気流方向の上流側に配されている。この第1バルブプレート5は、バタフライ型バルブを全開した際にネジ締結部7よりも吸気流方向の上流側に配されている(図2参照)。また、第1バルブプレート5の延長方向の先端には、バタフライ型バルブを全閉した時にインテークマニホールド1の流路壁面(底壁面)との間に絞り部31を形成するバルブ端面(バルブ下端面)32が一体的に形成されている。この絞り部31は、バタフライ型バルブを全閉した時に少ない吸入空気量の吸入空気が流通する空気流路を形成する。
なお、バタフライ型バルブを全閉した時に、第1バルブプレート5の延長方向の先端がインテークマニホールド1の流路壁面(底壁面)に当接するようにして絞り部31を閉じるようにしても良い。つまり、バタフライ型バルブを全閉した時に、インテークマニホールド1の流路壁面(底壁面)と第1バルブプレート5の延長方向の先端との間に絞り部31が形成されなくても良い。
One
Note that when the butterfly valve is fully closed, the
そして、第1バルブプレート5は、インテークマニホールド1の空気流路2を流通する吸気流の流跡線(空気流路2の中心軸線方向)に対してバルブ回転方向の開弁側に折れ曲がる屈曲部33、およびこの屈曲部33からバルブ端面32に向かってストレートに延びる平面部34を有している。
第1バルブプレート5の屈曲部33は、ネジ締結部7近傍の位置にて、バタフライ型バルブの全開位置よりもバルブ回転方向のオーバターン側に所定の折れ曲がり角度(例えば2°〜8°程度または6°)分だけ屈曲している。また、第1バルブプレート5の平面部34は、屈曲部33から一方側のバルブ端面32に至るまで直線状に真っ直ぐ延びた方形状または矩形状の平面板である。
なお、第1バルブプレート5の平面部34とインテークマニホールド1の結合面19との間に形成される角度(θ1)は、例えば96°である。
The
The
The angle (θ1) formed between the
2つの第1、第2バルブプレート5、6のうちの他方の第2バルブプレート6は、バタフライ型バルブを全開した際に2つの第1、第2バルブプレート5、6のうちの一方の第1バルブプレート5よりも吸気流方向の下流側に配されている。この第2バルブプレート6は、バタフライ型バルブを全開した際にネジ締結部7よりも吸気流方向の下流側に配されている(図2参照)。また、第2バルブプレート6の延長方向の先端には、バタフライ型バルブを全閉した時にインテークマニホールド1の流路壁面(天壁面)との間に絞り部41を形成するバルブ端面(バルブ上端面)42が一体的に形成されている。
この絞り部41は、バタフライ型バルブを全閉した時に絞り部31よりも多い吸入空気量の吸入空気が流通する空気流路を形成する。また、絞り部41は、インテークマニホールド1の各空気流路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12内にガス流動(旋回流、タンブル流)を発生させる機能を有している。なお、絞り部41の通路開口面積を小さくする程、エンジンの各気筒毎の燃焼室12内に発生する旋回流(タンブル流)を強化することができる。
The other
The
そして、第2バルブプレート6は、ネジ締結部7から他方側のバルブ端面42に向かってストレートに延びる平面部44を有している。
第2バルブプレート6の平面部44は、バタフライ型バルブを全開した際にインテークマニホールド1の空気流路2を流通する吸気流の流跡線と平行な方向に延びており、ネジ締結部7から他方側のバルブ端面42に至るまで直線状に真っ直ぐ延びた方形状または矩形状の平面板である。
なお、第2バルブプレート6の平面部44とインテークマニホールド1の結合面19との間に形成される角度(θ2)は、例えば90°である。
The
The
The angle (θ2) formed between the
[実施例1の作用]
次に、本実施例の内燃機関の吸気装置、特に吸気流制御弁の作用を図1および図2に基づいて簡単に説明する。
[Operation of Example 1]
Next, the operation of the intake device for the internal combustion engine of the present embodiment, particularly the intake flow control valve, will be briefly described with reference to FIGS.
ECUは、イグニッションスイッチがオン(IG・ON)されると、電子スロットル装置の電動モータを通電制御すると共に、点火装置(イグニッションコイル、スパークプラグ16等)および燃料噴射装置(電動フューエルポンプ、インジェクタ17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14が開弁し、ピストン18が下降する吸気行程に移行すると、ピストン18の下降に従って当該気筒の燃焼室12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11から燃焼室12に混合気が吸い込まれる。
When the ignition switch is turned on (IG / ON), the ECU controls the energization of the electric motor of the electronic throttle device, as well as the ignition device (ignition coil,
また、ECUは、エンジンが冷えており、吸入空気量が少なくても良い時、つまりエンジン始動時またはアイドル運転時に、複数の吸気流制御弁の電動モータへの供給電力を制御(例えば電動モータを通電)する。このとき、電動モータの駆動トルクを利用してバルブシャフト3が閉弁作動方向に駆動されるため、バタフライ型バルブのバルブプレート4が閉じられる。つまり複数の吸気流制御弁のバルブ開度が、バルブ全閉位置にて閉弁した状態(全閉開度の状態)となるように制御される。
Further, the ECU controls the power supplied to the electric motors of the plurality of intake flow control valves when the engine is cold and the intake air amount may be small, that is, when the engine is started or idling (for example, electric motors are controlled). Energize). At this time, since the
そして、ECUは、バタフライ型バルブのバルブ開度が全閉開度の状態(バルブ全閉位置:図1参照)となってから所定時間が経過した後に、バタフライ型バルブのバルブプレート4を、空気流路2を全閉するバルブ全閉位置で停止状態に保持できる程度のモータ印加電圧または全閉保持電流に変更する。
これによって、バタフライ型バルブのバルブプレート4がバルブ全閉位置に到達した後は、電動モータへの保持通電によりバルブ全閉位置で停止状態に保持される。つまり、バタフライ型バルブは、電動モータの駆動トルクを利用してバルブ全閉位置で安定して停止状態となるように保持される。
The ECU then opens the valve plate 4 of the butterfly valve after the predetermined time has elapsed since the valve opening of the butterfly valve is fully closed (valve fully closed position: see FIG. 1). The voltage is changed to a motor applied voltage or a fully closed holding current that can be held in a stopped state at a valve fully closed position that fully closes the
Thus, after the valve plate 4 of the butterfly valve reaches the valve fully closed position, the electric motor is held in a stopped state at the valve fully closed position by holding energization. In other words, the butterfly valve is held so as to be stably stopped at the valve fully closed position using the driving torque of the electric motor.
以上のように、バタフライ型バルブのバルブプレート4がバルブ全閉位置で保持されると、スロットルボディからインテークマニホールド1の内部(空気流路2)に流入した吸気流の殆どは、インテークマニホールド1の流路壁面とバルブプレート4のバルブ端面42との間の絞り部(開口部)41を通過して、インテークマニホールド1の内部(空気流路2)からシリンダヘッドに設けられる吸気ポート11の上層部内に導入され、吸気ポート11の上層部の天壁面に沿って流れる。そして、吸気ポート11の上層部の天壁面に沿って流れる吸気流は、吸気ポート11の吸気弁口(ポート開口部)から燃焼室12内に供給される。このとき、エンジンの各気筒毎の燃焼室12内において旋回流(タンブル流)が発生するため、エンジン始動時またはアイドル運転時における燃焼室12内での燃焼効率が向上し、燃費やエミッション(例えばHC低減効果)等が改善される。
As described above, when the valve plate 4 of the butterfly valve is held in the valve fully closed position, most of the intake air flow that flows into the intake manifold 1 (air flow path 2) from the throttle body is in the
一方、ECUは、エンジンが温まっており、吸入空気量が多く必要な時、つまりエンジンの通常運転時に、複数の吸気流制御弁の電動モータへの供給電力を制御(例えば電動モータを通電)する。このとき、電動モータの駆動トルクを利用してバルブシャフト3が開弁作動方向に駆動されるため、バルブプレート4が開かれる。つまり複数の吸気流制御弁のバルブ開度が、バルブ全開位置にて開弁した状態(全開開度の状態)となるように制御される。
On the other hand, the ECU controls the power supplied to the electric motors of a plurality of intake flow control valves (for example, energizes the electric motors) when the engine is warm and a large amount of intake air is required, that is, during normal operation of the engine. . At this time, since the
そして、ECUは、バタフライ型バルブのバルブ開度が全開開度の状態(バルブ全開位置:図2参照)となってから所定時間が経過した後に、電動モータへの電力の供給を遮断(OFF)する。
これによって、バタフライ型バルブのバルブプレート4がバルブ全開位置に到達した後は、スプリングの付勢力によりバルブ全開位置で停止状態に保持される。つまり、バタフライ型バルブは、スプリングの付勢力(スプリング力)を利用してバルブ全開位置で安定して停止状態となるように保持される。
なお、吸気負荷の影響によりバタフライ型バルブがばたつく時には、バタフライ型バルブのバルブプレート4を、空気流路2を全開するバルブ全開位置で停止状態に保持できる程度のモータ印加電圧または全開保持電流に変更する。この場合、バタフライ型バルブは、電動モータの駆動トルクを利用してバルブ全開位置で安定して停止状態となるように保持される。
Then, the ECU shuts off the power supply to the electric motor after a predetermined time has elapsed after the butterfly valve has a fully open position (valve fully open position: see FIG. 2). To do.
As a result, after the valve plate 4 of the butterfly valve reaches the valve fully open position, it is held in a stopped state at the valve fully open position by the biasing force of the spring. In other words, the butterfly valve is held so as to be stably stopped at the fully open position of the valve by using the urging force (spring force) of the spring.
When the butterfly valve flutters due to the influence of the intake load, the valve plate 4 of the butterfly valve is changed to a motor applied voltage or a fully opened holding current that can be held in a stopped state at the valve fully opened position where the
以上のように、スロットルボディからインテークマニホールド1の内部(空気流路2)に流入した吸気流は、その流跡線に沿ってインテークマニホールド1の内部(空気流路2)をストレートに通過して吸気ポート11内に導入される。そして、吸気ポート11を通過した吸気流は、吸気ポート11の吸気弁口(ポート開口部)から燃焼室12内に供給される。このとき、エンジンの各気筒毎の燃焼室12内において縦方向の旋回流(タンブル流)は発生しない。
As described above, the intake air flow that flows into the intake manifold 1 (air flow path 2) from the throttle body passes straight through the intake manifold 1 (air flow path 2) along the trajectory line. It is introduced into the intake port 11. The intake air flow that has passed through the intake port 11 is supplied from the intake valve port (port opening) of the intake port 11 into the
[実施例1の効果]
以上のように、本実施例の吸気流制御弁においては、複数の締結ネジ8によりバルブシャフト3に締結固定される平板状のネジ締結部7を境にして2つの第1、第2バルブプレート5、6に区分されたバルブプレート4を有するバタフライ型バルブを備えている。
そして、バタフライ型バルブの全開時にネジ締結部7よりも吸気流方向の上流側に配置される第1バルブプレート5は、ネジ締結部7近傍からバルブ端面32に向かってストレートに延びる平面部34よりもネジ締結部7側に、インテークマニホールド1の空気流路2を流通する空気流の流跡線(空気流路2の軸線方向)に対してバルブ回転方向の開弁側(つまりバルブ作動方向の開弁側)に屈曲する屈曲部33を有している。なお、この屈曲部33は、バタフライ型バルブの全開位置よりもバルブ回転方向のオーバターン側に所定の折れ曲がり角度(例えば2°〜8°程度または6°)分だけ屈曲している。
[Effect of Example 1]
As described above, in the intake flow control valve of the present embodiment, the two first and second valve plates are bounded by the flat screw fastening portion 7 fastened and fixed to the
The
これによって、バタフライ型バルブを全開している時に吸気流がその流跡線に沿ってインテークマニホールド1の空気流路2内を流れると、吸気流の流跡線に対してバルブ回転方向の開弁側に屈曲している第1バルブプレート5の平面部34に当たる。すると、バタフライ型バルブにバルブシャフト3を中心にしたバルブ回転方向の開弁側へのトルクが発生するので、バルブ戻りが発生せず、バタフライ型バルブのバルブプレート4が全開開度の状態に維持される。つまり、第1バルブプレート5に作用する吸気負荷のアシストにより、バルブシャフト3に保持固定されたストッパレバーをインテークマニホールド1に保持固定された全開ストッパに押し付けることが可能となり、バタフライ型バルブのバルブプレート4が、スプリングの付勢力(スプリング力)を利用してバルブ全開位置で安定して停止状態となるように保持される。
Thus, when the intake flow flows in the
したがって、本実施例の場合、つまりバタフライ型バルブを電動モータの駆動トルクを利用して駆動するモータ駆動式(電動式)の場合、バタフライ型バルブのバルブプレート4を全開開度の状態(バルブ全開位置)に維持するのに必要な保持トルクが不要となる。あるいは保持トルクを低減できるので、電動モータへの供給電力(保持電流等)を低減することができる。これにより、消費電力を低減することができるので、燃費悪化等の不具合の発生を抑制することができる。
また、バタフライ型バルブのバルブプレート4をバルブ全開位置に維持する保持トルクを低減できるので、バタフライ型バルブのバルブプレート4をバルブ全開位置からバルブ全閉位置側に閉弁作動させる際の負荷トルクを低減することができる。これにより、従来の技術と比べてバタフライ型バルブのバルブプレート4をバルブ全開位置からバルブ全閉位置側に閉弁作動させる作動応答性(閉弁応答性)を向上させることができる。
Therefore, in the case of the present embodiment, that is, in the case of the motor drive type (electric type) that drives the butterfly type valve by using the drive torque of the electric motor, the valve plate 4 of the butterfly type valve is in the fully open position (valve full open state). The holding torque necessary to maintain the position is not required. Alternatively, since the holding torque can be reduced, the power supplied to the electric motor (holding current or the like) can be reduced. Thereby, since power consumption can be reduced, generation | occurrence | production of malfunctions, such as a fuel consumption deterioration, can be suppressed.
In addition, since the holding torque for maintaining the valve plate 4 of the butterfly valve at the fully open position can be reduced, the load torque when the valve plate 4 of the butterfly valve is closed from the fully open position to the fully closed position side can be reduced. Can be reduced. Thereby, compared with the prior art, it is possible to improve the operation response (valve closing response) for closing the valve plate 4 of the butterfly valve from the valve fully open position to the valve fully closed position side.
なお、モータ駆動式の代わりに、バタフライ型バルブをメカ式駆動装置を利用して機械的に駆動するメカ式を採用した場合、バタフライ型バルブを全開ストッパに押し付ける装置が不要となるので、構造の簡素化および内燃機関の吸気装置(吸気渦流発生装置)全体の体格の小型化を図ることができる。これにより、エンジンの吸気系統への吸気渦流発生装置の搭載性を向上できるので、自動車等の車両のエンジンルーム内における吸気渦流発生装置の搭載スペースを容易に確保することができる。 In addition, when a mechanical type that mechanically drives a butterfly valve using a mechanical drive device instead of a motor driven type is adopted, a device that presses the butterfly valve against the fully open stopper is not required. Simplification and downsizing of the entire intake device (intake vortex generator) of the internal combustion engine can be achieved. As a result, the mountability of the intake vortex generator in the intake system of the engine can be improved, so that a space for mounting the intake vortex generator in the engine room of a vehicle such as an automobile can be easily secured.
バタフライ型バルブの全開時にネジ締結部7よりも吸気流方向の下流側に配置される第2バルブプレート6は、ネジ締結部7からバルブ端面42に向かってストレートに延びる平面部44を有している。この平面部44は、バタフライ型バルブのバルブプレート4を全開した際に吸気流の流跡線(空気流路2の軸線方向)と平行な方向に延びている。
これによって、バタフライ型バルブを全開している時にインテークマニホールド1の空気流路2内を流通する吸気流が第2バルブプレート6の平面部44の表裏両側面に沿って流れるため、インテークマニホールド1の空気流路2内を流通する吸気流に乱れが発生し難くなる。これにより、吸気流の圧力損失の増加を抑えることができるので、バタフライ型バルブの全開時におけるエンジンの各気筒毎の燃焼室12に導入される吸入空気量(バルブ全開流量)が、必要な吸入空気量となる。したがって、エンジン出力の低下を抑えることができるので、ドライバビリティを向上させることができる。
The
Thereby, when the butterfly valve is fully opened, the intake air flowing through the
図3は本発明の実施例2を示したもので、吸気流制御弁の全閉状態を示した図である。 FIG. 3 shows a second embodiment of the present invention and shows a fully closed state of the intake flow control valve.
本実施例のバルブシャフト3は、バタフライ型バルブのバルブプレート4を支持するバルブ保持部21を有している。このバルブ保持部21は、実施例1とは逆側にスリット状の平面部24を有している。
このバタフライ型バルブの場合、実施例1では第1バルブプレート5の屈曲部33の折り曲げ方向がバルブシャフト3側に対して反対側であったのに対し、第1バルブプレート5の屈曲部33の折り曲げ方向がバルブシャフト3側となる。
このようにバルブシャフト3に対するバルブプレート4の組み付け状態を変更した場合でも、実施例1と同様な作用効果を得ることができる。
The
In the case of this butterfly valve, the bending direction of the
Thus, even when the assembly state of the valve plate 4 with respect to the
[変形例]
本実施例では、本発明の内燃機関の吸気装置を、エンジンの各気筒毎の燃焼室12内にて混合気の燃焼を促進させるための縦方向の旋回流(タンブル流)の生成が可能となるように構成したが、本発明の内燃機関の吸気装置を、エンジンの各気筒毎の燃焼室12内にて混合気の燃焼を促進させるための横方向の旋回流(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、本発明の内燃機関の吸気装置を、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。
[Modification]
In this embodiment, the internal combustion engine intake device of the present invention can generate a vertical swirling flow (tumble flow) for promoting combustion of the air-fuel mixture in the
本実施例では、本発明の内燃機関の吸気装置を、吸気渦流発生装置に適用しているが、本発明の内燃機関の吸気装置を、電子スロットル装置(内燃機関のスロットル装置)や、内燃機関の吸気通路長や吸気通路断面積を変更する可変吸気装置に適用しても良い。
本実施例では、バルブシャフト3を介してバタフライ型バルブを駆動するアクチュエータを、電動モータおよび動力伝達機構(例えば歯車減速機構等)によって構成したが、バタフライ型バルブを駆動するアクチュエータを、電磁式または電動式負圧制御弁を備えた負圧作動式アクチュエータによって構成しても良い。
In this embodiment, the intake device for an internal combustion engine of the present invention is applied to an intake vortex generator. However, the intake device for the internal combustion engine of the present invention may be an electronic throttle device (throttle device for an internal combustion engine) or an internal combustion engine. The present invention may be applied to a variable intake device that changes the intake passage length or the intake passage cross-sectional area.
In this embodiment, the actuator that drives the butterfly valve via the
また、吸気ダクトまたはインテークマニホールド1等のケーシング内部に形成される吸気通路に設置されたバルブを有し、エンジンの燃焼室12に吸い込まれる吸入空気(吸気)を制御する吸気制御弁として、本実施例の吸気流制御弁(タンブル流制御弁)の代わりに、スロットルボディ内部に形成される吸気通路に設置されたスロットルバルブを有し、内燃機関の燃焼室に吸い込まれる吸入空気(吸気)の流量を制御する吸気流量制御弁、ハウジング内部に形成される吸気通路に設置されたアイドル回転速度制御バルブを有し、スロットルバルブを迂回する吸入空気(吸気)の流量を制御する吸気流量制御弁等を用いても良い。
In addition, this embodiment is provided as an intake control valve having a valve installed in an intake passage formed inside a casing such as an intake duct or an
また、ダクトとバルブとによって構成される吸気制御弁として、吸気流制御弁または吸気流量制御弁の代わりに、吸気通路開閉弁、吸気通路切替弁、吸気圧力制御弁を用いても良い。また、吸気制御弁を、タンブル流制御弁(実施例1及び2)やスワール流制御弁等の吸気流制御弁、内燃機関の吸気通路の通路長や通路断面積を変更する吸気可変弁等に適用しても良い。また、内燃機関として、ディーゼルエンジンを用いても良い。また、内燃機関として、多気筒エンジンだけでなく、単気筒エンジンを用いても良い。 Further, as an intake control valve constituted by a duct and a valve, an intake passage opening / closing valve, an intake passage switching valve, and an intake pressure control valve may be used instead of the intake flow control valve or the intake flow control valve. In addition, the intake control valve may be an intake flow control valve such as a tumble flow control valve (Examples 1 and 2) or a swirl flow control valve, an intake variable valve that changes the passage length or passage cross-sectional area of the intake passage of the internal combustion engine, or the like. It may be applied. A diesel engine may be used as the internal combustion engine. Further, as the internal combustion engine, not only a multi-cylinder engine but also a single-cylinder engine may be used.
本実施例では、インテークマニホールド1の内部にバタフライ型バルブを直接配置した吸気流制御弁を採用しているが、インテークマニホールド1内に筒状のハウジングを配置し、このハウジングの内部にバタフライ型バルブを開閉自在に組み込んだ吸気流制御弁を採用しても良い。また、ダクト(その他の吸気ダクトまたはエンジンヘッドカバーまたはシリンダヘッド)の内部にバタフライ型バルブを直接配置しても良い。
本実施例では、インテークマニホールド1の軸受け孔内に設置される軸受け部材としてベアリングを採用しているが、インテークマニホールド1等のダクトの軸受け孔内に設置される軸受け部材としてボールベアリング等の他の軸受け部材を採用しても良い。
In this embodiment, an intake flow control valve in which a butterfly type valve is directly arranged inside the
In this embodiment, a bearing is adopted as a bearing member installed in the bearing hole of the
本実施例では、第1バルブプレート5の途中に屈曲部33を有する平面板としているが、第1バルブプレート5の途中に屈曲部を有する曲面板としても、第1バルブプレート5全体を所定の曲率半径を有する曲面板としても構わない。
本実施例では、バタフライ型バルブのバルブプレート4のネジ締結部7をバルブシャフト3のバルブ保持部21に形成されるバルブ締結面22上に載せて、締結ネジ8によりバルブシャフト3とバルブプレート4とを締結固定しているが、ダクトに回転可能に支持された断面円形状のシャフト(回転軸)にその半径方向(直径方向)に貫通するバルブ挿入孔を形成し、このバルブ挿入孔内にバルブプレートを挿入した状態で、締結ネジやスクリュー等の締結部材によりバルブプレートをシャフトに締結固定しても良い。また、バルブプレートとシャフトとを金属材料または樹脂材料により一体的に形成しても良い。
In the present embodiment, a flat plate having a
In this embodiment, the screw fastening portion 7 of the valve plate 4 of the butterfly valve is placed on the
1 インテークマニホールド(ダクト)
2 インテークマニホールドの空気流路(内燃機関の吸気通路)
3 バタフライ型バルブのバルブシャフト(回転軸)
4 バタフライ型バルブのバルブプレート
5 第1バルブプレート
6 第2バルブプレート
7 ネジ締結部
8 締結ネジ
12 エンジン(内燃機関)の燃焼室
32 第1バルブプレートのバルブ端面
33 第1バルブプレートの屈曲部
34 第1バルブプレートの平面部
44 第2バルブプレートの平面部
1 Intake manifold (duct)
2 Air flow path of intake manifold (intake passage of internal combustion engine)
3 Valve shaft (rotary shaft) of butterfly type valve
4 Valve plate of
Claims (8)
(b)このダクトの空気流路を開閉するバルブプレート、およびこのバルブプレートを支持するシャフトを有し、前記シャフトを中心にして回転するバタフライ型バルブと
を備えた内燃機関の吸気装置において、
前記バルブプレートは、前記シャフトを境にして2つの第1、第2バルブプレートに区分されており、
前記2つの第1、第2バルブプレートのうちの一方の第1バルブプレートは、
前記バタフライ型バルブを全開した際に前記2つの第1、第2バルブプレートのうちの他方の第2バルブプレートよりも空気流方向の上流側に配されて、前記ダクトの空気流路を流通する空気流の流跡線に対してバルブ回転方向の開弁側に屈曲していることを特徴とする内燃機関の吸気装置。 (A) a duct forming an air flow path communicating with the combustion chamber of the internal combustion engine;
(B) In an intake device for an internal combustion engine having a valve plate that opens and closes an air flow path of the duct, and a butterfly valve that rotates around the shaft, the shaft supporting the valve plate.
The valve plate is divided into two first and second valve plates with the shaft as a boundary,
One first valve plate of the two first and second valve plates is:
When the butterfly valve is fully opened, it is arranged upstream of the other second valve plate of the two first and second valve plates in the air flow direction and flows through the air flow path of the duct. An intake device for an internal combustion engine, wherein the intake device is bent toward a valve opening side in a valve rotation direction with respect to a trajectory line of an air flow.
前記第1バルブプレートは、前記バタフライ型バルブを全開した際に前記シャフトよりも空気流方向の上流側に配されていることを特徴とする内燃機関の吸気装置。 The intake device for an internal combustion engine according to claim 1,
The intake device for an internal combustion engine, wherein the first valve plate is disposed upstream of the shaft in the air flow direction when the butterfly valve is fully opened.
前記第1バルブプレートは、前記バタフライ型バルブの全開位置よりもバルブ回転方向のオーバターン側に屈曲していることを特徴とする内燃機関の吸気装置。 The intake device for an internal combustion engine according to claim 2,
The intake device for an internal combustion engine, wherein the first valve plate is bent toward an overturn side in a valve rotation direction from a fully open position of the butterfly valve.
前記第2バルブプレートは、前記バタフライ型バルブを全開した際に前記ダクトの空気流路を流通する空気流の流跡線と平行な方向に延びていることを特徴とする内燃機関の吸気装置。 The intake device for an internal combustion engine according to claim 4,
The intake device for an internal combustion engine, wherein the second valve plate extends in a direction parallel to a trajectory line of an air flow flowing through an air flow path of the duct when the butterfly valve is fully opened.
前記第1バルブプレートは、前記締結部近傍に設けられる屈曲部、およびこの屈曲部からバルブ端面に向かってストレートに延びる平面部を有していることを特徴とする内燃機関の吸気装置。 The intake device for an internal combustion engine according to claim 6,
The intake device for an internal combustion engine, wherein the first valve plate has a bent portion provided in the vicinity of the fastening portion, and a flat portion extending straight from the bent portion toward the valve end surface.
前記第2バルブプレートは、前記締結部または前記締結部近傍からバルブ端面に向かってストレートに延びる平面部を有していることを特徴とする内燃機関の吸気装置。 The intake device for an internal combustion engine according to claim 6 or 7,
The intake device for an internal combustion engine, wherein the second valve plate has a flat portion extending straight from the fastening portion or the vicinity of the fastening portion toward a valve end surface.
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