JP2020029831A

JP2020029831A - 内燃機関の吸気装置

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Publication number: JP2020029831A
Application number: JP2018156921A
Authority: JP
Inventors: 和人目時; Kazuto Meji
Original assignee: Subaru Corp
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2018-08-24
Filing date: 2018-08-24
Publication date: 2020-02-27
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Also published as: JP7256617B2

Abstract

【課題】吸気バルブおよび吸気ポートへのデポジットの堆積の抑制効果を高くする。【解決手段】内燃機関２の吸気装置３は、吸気流路４２と、吸気流路４２の下流において燃焼室１８に臨む開口部２６を開閉する吸気バルブ２２と、圧縮された空気を吸気バルブ２２に噴射する空気噴射部５３と、吸気流路４２の下流側と、吸気流路４２の下流側よりも圧力が低くされた吸気流路４２の上流側とを連通する還流路６３と、を備える。吸気流路４２の下流側の未燃焼燃料を含む流体は、還流路６３を通じて吸気流路４２の上流側へ移動する。【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の吸気装置に関する。

特許文献１には、吸気ポートにおける吸気バルブに対向する弁座面に空気噴出口を形成し、この空気噴出口から吸気バルブの着座面に空気を噴出する技術が開示されている。かかる技術によれば、吸気バルブの着座面と弁座面との間に煤などのデポジットが堆積することを抑制することができる。

特開昭６０−１１６０６号公報

吸気バルブおよび吸気ポートにデポジットが堆積することを、より効果的に抑制する技術が望まれている。

そこで、本発明は、吸気バルブおよび吸気ポートへのデポジットの堆積の抑制効果が高い内燃機関の吸気装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の内燃機関の吸気装置は、吸気流路と、吸気流路の下流において燃焼室に臨む開口部を開閉する吸気バルブと、圧縮された空気を吸気バルブに噴射する空気噴射部と、吸気流路の下流側と、吸気流路の下流側よりも圧力が低くされた吸気流路の上流側とを連通する還流路と、を備える。

また、吸気バルブは、棒状の軸部と、軸部の先端において軸部の長手に交差する方向に突出し、開口部に接触する傘部と、を有し、空気噴射部は、軸部の周囲に設けられて傘部に臨む空気噴射口を有してもよい。

また、吸気流路の下流側において吸気流路と還流路とを連通する回収口は、空気噴射部における空気を噴射する空気噴射口と、吸気流路の開口部との間に位置してもよい。

また、開状態となることで圧縮された空気を空気噴射部に供給し、閉状態となることで空気噴射部への圧縮された空気の供給を停止する第１バルブと、吸気行程の終了から吸気バルブが吸気流路の開口部を完全に閉じるまでの期間のうちの少なくとも一部の期間において、第１バルブを開状態とさせて、空気噴射部に圧縮された空気を噴射させる第１のバルブ制御部と、を備えてもよい。

また、還流路を開閉する第２バルブと、吸気行程の終了から吸気バルブが吸気流路の開口部を完全に閉じるまでの期間のうちの少なくとも一部の期間において、第２バルブを開状態とさせて、還流路を通じて吸気流路の下流側の流体を吸気流路の上流側へ移動させる第２のバルブ制御部と、を備えてもよい。

本発明によれば、吸気バルブおよび吸気ポートへのデポジットの堆積の抑制効果を高くすることが可能である。

内燃機関システムの構成を示す概略図である。吸気ポートの部分拡大図である。吸気バルブの斜視図である。吸気装置の動作タイミングを説明する説明図である。バルブ制御部の動作を説明するフローチャートである。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の実施形態の一態様について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易にするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

図１は、内燃機関システム１の構成を示す概略図である。図１では、信号の流れを破線の矢印で示している。以下では、本実施形態に関係する構成や処理について詳細に説明し、本実施形態と無関係の構成や処理については説明を省略する。

内燃機関システム１は、内燃機関２、吸気装置３および制御装置４を含んで構成される。内燃機関２は、例えば、レシプロエンジンである。また、内燃機関２は、例えば、吸気行程、圧縮行程、燃焼行程、排気行程が繰り返し行われる４ストロークエンジンである。内燃機関２は、シリンダブロック１０、シリンダヘッド１１およびピストン１２を含んで構成される。

シリンダブロック１０には、円筒形状のシリンダ１３が形成されている。シリンダ１３には、ピストン１２が摺動可能に収容されている。クランクケース１４は、シリンダブロック１０と一体成形される。クランクケース１４には、シリンダ１３に連通するクランク室１５が形成されている。クランク室１５には、クランクシャフト１６が収容されている。ピストン１２は、コネクティングロッド１７に連結されている。コネクティングロッド１７は、クランクシャフト１６に連結されている。

シリンダブロック１０には、シリンダ１３の開口を覆うようにシリンダヘッド１１が接合されている。シリンダ１３、シリンダヘッド１１およびピストン１２に囲まれた空間は、燃焼室１８となる。

シリンダヘッド１１には、燃焼室１８に開口する吸気ポート２０および排気ポート２１が形成されている。図示を省略するが、吸気ポート２０および排気ポート２１は、１個のシリンダ１３に対してそれぞれ２個設けられている。また、シリンダヘッド１１には、吸気バルブ２２、吸気カム２３、排気バルブ２４および排気カム２５が設けられている。吸気バルブ２２および吸気カム２３は、吸気ポート２０ごとに設けられている。排気バルブ２４および排気カム２５は、排気ポート２１ごとに設けられている。

吸気カム２３は、クランクシャフト１６の回転に基づいて吸気バルブ２２を往復移動させる。吸気バルブ２２は、吸気カム２３にしたがって、吸気ポート２０における燃焼室１８に臨む開口部２６を開閉する。吸気バルブ２２については、後に詳述する。

排気カム２５は、クランクシャフト１６の回転に基づいて排気バルブ２４を往復移動させる。排気バルブ２４は、排気カム２５にしたがって、排気ポート２１における燃焼室１８に臨む開口部２７を開閉する。

また、シリンダヘッド１１には、インジェクタ３０および点火プラグ３１が設けられている。インジェクタ３０は、燃焼室１８に燃料を噴射する。なお、インジェクタ３０は、吸気ポート２０に設けられてもよい。点火プラグ３１は、空気と燃料との混合気に点火する。ピストン１２は、混合気の燃焼によりシリンダ１３内で往復運動をする。ピストン１２の往復運動は、コネクティングロッド１７を通じて、クランクシャフト１６の回転運動に変換される。

吸気装置３は、吸気ポート２０を含む吸気流路４２、吸気バルブ２２、空気圧縮部５１、第１バルブ５２、空気噴射部５３、圧縮空気流路５４、回収ポート６０を含む還流路６３、第２バルブ６２を含んで構成される。

吸気ポート２０には、インテークマニホールド４０が接続されている。インテークマニホールド４０は、集合部で複数の分岐路に分岐している。インテークマニホールド４０の各分岐路は、複数の吸気ポート２０にそれぞれ接続される。インテークマニホールド４０の集合部は、吸気管４１に接続される。吸気ポート２０、インテークマニホールド４０、吸気管４１は、シリンダ１３（燃焼室１８）に吸気（空気）を導入する吸気流路４２を形成する。以下では、吸気流路４２を通る吸気の流れに沿って、内燃機関２から遠い方を上流と呼び、内燃機関２に近い方を下流と呼ぶ。

吸気管４１には、上流側から順に、エアクリーナ４３、スロットルバルブ４４が設けられる。エアクリーナ４３は、外部から吸入された空気に混合されている異物を除去する。スロットルバルブ４４は、アクセル開度に応じてアクチュエータ４５によって開閉される。燃焼室１８に送られる吸気量は、スロットルバルブ４４の開閉に応じて調整される。

吸気管４１におけるエアクリーナ４３とスロットルバルブ４４との間には、第１流通管５０が接続されている。第１流通管５０は、空気圧縮部５１および第１バルブ５２を介して空気噴射部５３に接続されている。第１流通管５０は、吸気流路４２から分岐される圧縮空気流路５４を形成する。以下では、圧縮空気流路５４において、空気噴射部５３から遠い方を上流と呼び、空気噴射部５３に近い方を下流と呼ぶ。

空気圧縮部５１は、例えば、高圧ポンプである。空気圧縮部５１は、空気圧縮部５１よりも上流側の第１流通管５０を通じて吸気流路４２内の空気を取得して圧縮する。空気圧縮部５１は、圧縮した空気を、空気圧縮部５１よりも下流側の第１流通管５０を通じて空気噴射部５３に供給する。以後、空気圧縮部５１によって圧縮された空気を圧縮空気と呼ぶことがある。

第１バルブ５２は、空気圧縮部５１と空気噴射部５３との間に設けられている。第１バルブ５２は、例えば、電磁弁であり、圧縮空気流路５４を開閉する。第１バルブ５２は、開状態となることで圧縮空気を空気噴射部５３に供給し、閉状態となることで空気噴射部５３への圧縮空気の供給を停止する。

空気噴射部５３は、吸気ポート２０に設けられる。空気噴射部５３は、圧縮空気を吸気バルブ２２に噴射する。具体的には、空気噴射部５３は、第１バルブ５２が開状態となると、圧縮空気を吸気バルブ２２に噴射し、第１バルブ５２が閉状態となると、圧縮空気の噴射を停止する。空気噴射部５３については、後に詳述する。

また、シリンダヘッド１１には、吸気ポート２０に連通する回収ポート６０が形成されている。回収ポート６０には、第２流通管６１が接続されている。第２流通管６１は、第２バルブ６２を介して、エアクリーナ４３とスロットルバルブ４４との間に接続されている。回収ポート６０および第２流通管６１は、吸気流路４２の下流側と上流側とを連通する還流路６３を形成する。還流路６３は、吸気流路４２の下流側の流体を吸気流路４２の上流側に還流させる。以下では、還流路６３において、吸気ポート２０に近い方を上流と呼び、吸気ポート２０から遠い方を下流と呼ぶ。

第２バルブ６２は、例えば、還流路６３における比較的下流側（吸気ポート２０から遠い方）に設けられている。第２バルブ６２は、例えば、電磁弁であり、還流路６３を開閉する。

ここで、吸気流路４２におけるスロットルバルブ４４よりも上流側は、内燃機関システム１外から空気を吸い込み易くするため、常に負圧となるように制御される。また、吸気流路４２におけるスロットルバルブ４４よりも上流側は、吸気ポート２０内に比べ、圧力が低くなるように制御される。

このため、第２バルブ６２が開状態となると、吸気ポート２０内の流体が還流路６３を通じて、吸気流路４２のうちスロットルバルブ４４よりも上流側に移動する。一方、第２バルブ６２が閉じられると、還流路６３を通じた流体の移動は起こらない。

排気ポート２１には、エキゾーストマニホールド７０が接続されている。エキゾーストマニホールド７０は、複数の分岐路が集合部で１つにまとめられる。エキゾーストマニホールド７０の各分岐路は、複数の排気ポート２１にそれぞれ接続される。エキゾーストマニホールド７０の集合部は、排気管７１に接続される。排気ポート２１、エキゾーストマニホールド７０、排気管７１は、シリンダ１３（燃焼室１８）から排出される排気が通る排気流路７２を形成する。排気管７１には、触媒７３が設けられる。触媒７３は、例えば、三元触媒などであり、排気に含まれる炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）を除去する。

また、内燃機関システム１には、アクセル開度センサ８０、クランク角センサ８１、フローメータ８２が設けられている。アクセル開度センサ８０は、アクセルペダルの踏込み量に応じたアクセル開度を検出する。クランク角センサ８１は、クランクシャフト１６の回転角度であるクランク角を検出する。フローメータ８２は、吸気管４１におけるスロットルバルブ４４の下流側に設けられており、燃焼室１８へ供給される吸気量を検出する。

制御装置４は、例えば、ＥＣＵ（Engine Control Unit）である。制御装置４は、中央処理装置（ＣＰＵ）、プログラム等が格納されたＲＯＭ、ワークエリアとしてのＲＡＭ等を含む半導体集積回路から構成され、内燃機関システム１を統括制御する。制御装置４は、プログラムを実行することで、駆動制御部９０およびバルブ制御部９１として機能する。

駆動制御部９０は、クランク角センサ８１によって検出されたクランク角に基づいて現時点のエンジン回転数を導出する。駆動制御部９０は、現時点のエンジン回転数およびアクセル開度センサによって検出されたアクセル開度に基づいて、目標トルクおよび目標エンジン回転数を導出する。駆動制御部９０は、目標トルクおよび目標エンジン回転数に基づいて目標空気量を決定し、目標空気量に基づいて目標スロットル開度を決定する。そして、駆動制御部９０は、目標スロットル開度でスロットルバルブ４４が開閉されるようにアクチュエータ４５を駆動させる。

また、駆動制御部９０は、目標空気量に基づいて燃料の目標噴射量を決定し、目標噴射量に基づいて目標噴射時期および目標噴射期間を決定する。駆動制御部９０は、インジェクタ３０を目標噴射時期および目標噴射期間で駆動させ、目標噴射量の燃料を噴射させる。また、駆動制御部９０は、目標エンジン回転数およびクランク角に基づいて目標点火時期を決定し、点火プラグ３１を目標点火時期で駆動させて点火させる。

バルブ制御部９１は、クランク角センサ８１によって検出されたクランク角にしたがって、第１バルブ５２および第２バルブ６２の開閉を制御する。バルブ制御部９１は、吸気行程の終了から吸気バルブ２２が吸気ポート２０の開口部２６を完全に閉じるまでの期間、第１バルブ５２および第２バルブ６２を開状態にさせ、その他の期間、第１バルブ５２および第２バルブ６２を閉状態にさせる。また、バルブ制御部９１は、内燃機関２の始動時に空気圧縮部５１の運転を開始させ、内燃機関２の停止時に空気圧縮部５１の運転を停止させる。バルブ制御部９１については、後に詳述する。

図２は、吸気ポート２０の部分拡大図である。図３は、吸気バルブ２２の斜視図である。図２および図３では、圧縮空気の流れを実線の矢印Ａ１で示している。また、図２では、混合気などの未燃焼燃料を含む流体の流れを一点鎖線の矢印Ａ２で示している。なお、図２では、排気バルブ２４の表記を省略している。

吸気バルブ２２は、軸部１０１および傘部１０２から構成される。軸部１０１は、棒状に形成されている。傘部１０２は、略円盤状に形成されている。軸部１０１の先端は、傘部１０２の中央に連続している。換言すると、傘部１０２は、軸部１０１の先端において軸部１０１の長手に交差する方向に突出している。吸気バルブ２２は、軸部１０１が吸気ポート２０側に位置し、傘部１０２が燃焼室１８側に位置するように配置される。また、吸気バルブ２２は、軸部１０１の長手方向が開口部２６における開口面の法線方向に一致するように配置される。

シリンダヘッド１１の吸気ポート２０付近には、バルブガイド１０３が設けられている。バルブガイド１０３は、略円筒状に形成されている。バルブガイド１０３には、吸気バルブ２２の軸部１０１が挿通される。バルブガイド１０３の中心軸は、軸部１０１の中心軸に重なる。バルブガイド１０３は、吸気バルブ２２を、軸部１０１の長手方向に摺動可能に支持する。

軸部１０１における傘部１０２とは反対側端には、吸気カム２３（図２および図３では図示略）が設けられている。吸気バルブ２２は、吸気カム２３の回転にしたがって、軸部１０１の長手方向（換言すると、開口部２６における開口面の法線方向）に往復移動する。吸気ポート２０の開口部２６は、傘部１０２が吸気ポート２０側へ移動して接触すると閉じられ、傘部１０２が燃焼室１８側へ移動して離れると開かれる。

吸気ポート２０の開口部２６には、バルブシート１０４が設けられている。バルブシート１０４は、例えば、リング状に形成される。バルブシート１０４は、開口部２６が吸気バルブ２２によって閉じられたとき、開口部２６と傘部１０２との間に隙間が生じることを防止する。

空気噴射部５３は、略円筒状に形成されており、バルブガイド１０３の周囲に設けられている。つまり、空気噴射部５３は、吸気バルブ２２の軸部１０１の周囲に設けられている。空気噴射部５３には、圧縮空気が噴射される空気噴射口１０５が設けられている。空気噴射口１０５は、傘部１０２における軸部１０１側の面（裏面）である傘裏部１０６に臨むように設けられている。空気噴射口１０５の開口面は、軸部１０１を囲むリング状となっている。

空気噴射部５３は、空気噴射口１０５から圧縮空気を噴射する。空気噴射口１０５から噴射された圧縮空気は、軸部１０１に沿って傘裏部１０６に向かって移動する。そして、傘裏部１０６に到達した圧縮空気は、傘裏部１０６に沿って傘部１０２の周縁に向かって移動する。つまり、空気噴射部５３は、軸部１０１および傘裏部１０６を覆うように圧縮空気を噴射する。

回収ポート６０には、吸気ポート２０に開口する回収口１０７が設けられている。回収口１０７は、吸気流路４２と還流路６３とを連通させる。回収口１０７は、バルブシート１０４の近傍、すなわち、吸気ポート２０の開口部２６の近傍に設けられる。具体的には、回収口１０７は、空気噴射口１０５と吸気ポート２０の開口部２６との間（さらに具体的には、空気噴射口１０５とバルブシート１０４との間）に設けられる。回収口１０７の開口面積は、例えば、空気噴射口１０５の開口面積よりも大きい。

なお、回収ポート６０は、吸気ポート２０の周囲に複数設けられてもよい。この場合、複数の回収口１０７は、吸気ポート２０の開口部２６の周方向に分散して設けられてもよい。また、この場合、複数の回収ポート６０は、第２流通管６１に集合される。

図４は、吸気装置３の動作タイミングを説明する説明図である。図４では、吸気行程の開始時点のクランク角を０度としている。また、各行程は、クランク角が１８０度進むごとに切り替わる。

吸気バルブ２２は、排気行程から吸気行程へ移る少し前に開き始め、吸気行程中に開口部２６を開状態に維持する。このため、吸気行程では、吸気流路４２および開口部２６を通じてシリンダ１３内に空気が導入される。

また、吸気行程では、インジェクタ３０から燃料がシリンダ１３内に噴射される。このため、吸気行程では、燃焼室１８において、空気と燃料とからなる混合気が生成される。混合気は、未燃焼燃料を含む流体である。

吸気バルブ２２は、吸気行程から圧縮行程へ移った直後には開口部２６を完全に閉じていない。そして、吸気バルブ２２は、吸気行程の終了（圧縮行程の開始）から所定クランク角分の時間の経過後に開口部２６を完全に閉じる。図４では、吸気バルブ２２が開口部２６を完全に閉じるときのクランク角をクランク角ＣＡ１で示している。クランク角ＣＡ１は、例えば、１８０度から２７０度の間に設定される。

吸気行程から圧縮行程へ移ると、ピストン１２は、下死点から上死点へ移動する。また、上述のように、圧縮行程へ移った直後から所定クランク角分の時間が経過するまでは、開口部２６が開いている。このため、圧縮行程へ移った直後から開口部２６が完全に閉じるまでの間、燃焼室１８内の未燃焼燃料を含む流体の一部は、ピストン１２の上死点への移動に応じて、開口部２６を通じて吸気ポート２０へ押し出される（図２の一点鎖線の矢印Ａ２を参照）。

つまり、吸気行程の終了から吸気バルブ２２が開口部２６を完全に閉じるまでの期間は、未燃焼燃料を含む流体が燃焼室１８から吸気ポート２０に押し出される期間に相当する。以後、吸気行程の終了から吸気バルブ２２が開口部２６を完全に閉じるまでの期間のことを吹き戻し期間と呼ぶことがある。また、未燃焼燃料を含む流体のことを、未燃焼流体と呼ぶことがある。なお、未燃焼流体は、混合気に限らず、例えば、エンジンオイルが混ざったブローバイガスであってもよい。

また、吸気バルブ２２の傘裏部１０６付近や吸気ポート２０の開口部２６付近の温度は、燃焼室１８内の温度よりも低く、かつ、吸気流路４２の上流側（例えば、スロットルバルブよりも上流側）の温度よりも高い。

このため、吸気バルブ２２の傘裏部１０６付近や吸気ポート２０の開口部２６付近では、燃焼室１８から押し出された未燃焼流体の不完全燃焼が生じる。つまり、吸気バルブ２２の傘裏部１０６付近や吸気ポート２０の開口部２６付近は、不完全燃焼を生じ易い所定の温度範囲内の温度となっている。その結果、吸気バルブ２２の傘裏部１０６および吸気ポート２０の開口部２６には、煤などのデポジットが堆積する。吸気バルブ２２および吸気ポート２０にデポジットが堆積すると、吸気抵抗が増加し、内燃機関２の性能が低下するおそれがある。

そこで、本実施形態の吸気装置３は、軸部１０１および傘裏部１０６を覆うように空気噴射部５３から圧縮空気を噴射する（図２および図３の実線の矢印Ａ１を参照）。

具体的には、バルブ制御部９１は、吸気行程中、第１バルブ５２を閉状態にさせる。例えば、バルブ制御部９１は、第１バルブ５２に閉弁を示す信号を送信し、第１バルブ５２は、その閉弁を示す信号にしたがって閉状態となる。なお、バルブ制御部９１は、第１バルブ５２に信号を送信しないことをもって、第１バルブ５２を閉状態としてもよい。第１バルブ５２が閉状態になると、圧縮空気は噴射されない。

バルブ制御部９１は、吸気行程から圧縮行程へ切り替わると、第１バルブ５２を開状態にさせる。例えば、バルブ制御部９１は、第１バルブ５２に開弁を示す信号を送信し、第１バルブ５２は、その開弁を示す信号にしたがって開状態となる。第１バルブ５２が開状態になると、空気噴射口１０５から圧縮空気が噴射される。

バルブ制御部９１は、開口部２６が吸気バルブ２２によって完全に閉じられるまで（クランク角がクランク角ＣＡ１以上になるまで）、第１バルブ５２を開状態に維持させる。第１バルブ５２が開状態に維持されている間、圧縮空気は噴射され続ける。

バルブ制御部９１は、開口部２６が吸気バルブ２２によって完全に閉じられると（クランク角がクランク角ＣＡ１以上になると）、第１バルブ５２を閉状態にさせる。つまり、開口部２６が吸気バルブ２２によって完全に閉じられると、圧縮空気の噴射が停止される。そして、バルブ制御部９１は、次の吸気行程が終了するまで、第１バルブ５２を閉状態に維持させる。つまり、開口部２６が吸気バルブ２２によって完全に閉じられてから次の吸気行程が終了するまでの期間、圧縮空気は噴射されない。

このように、バルブ制御部９１は、吹き戻し期間に、第１バルブ５２を開状態にさせて、空気噴射部５３に圧縮空気を噴射させる。

本実施形態の吸気装置３は、吹き戻し期間に傘裏部１０６に圧縮空気を噴射するため、傘裏部１０６が圧縮空気の層（換言すると、エアカーテン）によって保護され、燃焼室１８から押し出される未燃焼流体が傘裏部１０６に接触することを防止することができる。このため、本実施形態の吸気装置３は、吸気バルブ２２の傘裏部１０６にデポジットが堆積することを防止することができる。

なお、多気筒の内燃機関２の場合、空気噴射部５３および第１バルブ５２は、吸気バルブ２２ごとに設けられる。そして、バルブ制御部９１は、シリンダ１３ごとに第１バルブ５２の開閉制御を行う。なお、空気圧縮部５１は、複数の第１バルブ５２（空気噴射部５３）について共用されてもよい。

また、本実施形態の吸気装置３は、圧縮空気の噴射に加え、還流路６３を通じて未燃焼流体を吸気流路４２の上流に移動させる。

具体的には、バルブ制御部９１は、吸気行程中、第２バルブ６２を閉状態にさせる。例えば、バルブ制御部９１は、第２バルブ６２に閉弁を示す信号を送信し、第２バルブ６２は、その閉弁を示す信号にしたがって閉状態となる。なお、バルブ制御部９１は、第２バルブ６２に信号を送信しないことをもって、第２バルブ６２を閉状態としてもよい。第２バルブ６２が閉状態になると、還流路６３を通じた未燃焼流体の移動は起こらない。

バルブ制御部９１は、吸気行程から圧縮行程へ切り替わると、第２バルブ６２を開状態にさせる。例えば、バルブ制御部９１は、第２バルブ６２に開弁を示す信号を送信し、第２バルブ６２は、その開弁を示す信号にしたがって開状態となる。

第２バルブ６２が開状態になると、吸気ポート２０内の圧力よりもスロットルバルブの上流側の圧力の方が低いため、燃焼室１８から押し出された未燃焼流体が、回収口１０７を介して還流路６３に導かれる（図２の一点鎖線の矢印Ａ２を参照）。そして、還流路６３に導かれた未燃焼流体は、還流路６３を通じて、スロットルバルブ４４の上流側の吸気管４１内に移動する。

バルブ制御部９１は、開口部２６が吸気バルブ２２によって完全に閉じられるまで（クランク角がクランク角ＣＡ１以上になるまで）、第２バルブ６２を開状態に維持させる。第２バルブ６２が開状態に維持されている間、燃焼室１８から押し出された未燃焼流体は、還流路６３を通じてスロットルバルブ４４の上流側に移動し続ける。

バルブ制御部９１は、開口部２６が吸気バルブ２２によって完全に閉じられると（クランク角がクランク角ＣＡ１以上になると）、第２バルブ６２を閉状態にさせる。つまり、開口部２６が吸気バルブ２２によって完全に閉じられると、還流路６３を通じた未燃焼流体の移動が停止される。そして、バルブ制御部９１は、次の吸気行程が終了するまで、第２バルブ６２を閉状態に維持させる。つまり、開口部２６が吸気バルブ２２によって完全に閉じられてから次の吸気行程が終了するまでの期間、還流路６３を通じた未燃焼流体の移動は起こらない。

このように、バルブ制御部９１は、吹き戻し期間に第２バルブ６２を開状態にさせて、吸気ポート２０の開口部２６付近に存在する未燃焼流体を、還流路６３を通じて吸気流路４２の上流側に移動させる。

本実施形態の吸気装置３は、吹き戻し期間に未燃焼流体を吸気流路４２の上流側へ移動させることで、温度が不完全燃焼を生じ易い温度範囲内にある吸気ポート２０の開口部２６付近に未燃焼流体が滞留することを防止することができる。このため、本実施形態の吸気装置３は、吸気バルブ２２の傘裏部１０６および吸気ポート２０の開口部２６にデポジットが堆積することを、より効果的に防止することができる。

なお、還流路６３を通じて吸気流路４２の上流側に移動される流体は、未燃焼流体に限らない。例えば、空気噴射部５３から噴射された圧縮空気も、還流路６３を通じて吸気流路４２の上流側に移動されてもよい。

また、吸気流路４２の上流側の温度は、上述のように吸気ポート２０の開口部２６付近の温度に比べて低く、不完全燃焼が生じる温度よりも低い。このため、吸気流路４２の上流側に移動された未燃焼流体の不完全燃焼は起こらない。その結果、吸気流路４２の上流側では、移動された未燃焼流体に起因するデポジットが堆積しない。

なお、多気筒の内燃機関２の場合、回収ポート６０および第２バルブ６２は、吸気ポート２０ごとに設けられる。そして、バルブ制御部９１は、シリンダ１３ごとに第２バルブ６２の開閉制御を行う。

図５は、バルブ制御部９１の動作を説明するフローチャートである。バルブ制御部９１は、所定時間間隔ごとにクランク角センサ８１からクランク角を取得する（Ｓ１００）。次に、バルブ制御部９１は、クランク角が、吸気行程の終了を示す１８０度よりも小さいか否かを判定する（Ｓ１１０）。

クランク角が１８０度よりも小さい場合（Ｓ１１０におけるＹＥＳ）、バルブ制御部９１は、第１バルブ５２を閉状態とし（Ｓ１２０）、第２バルブ６２を閉状態とする（Ｓ１３０）。なお、直前の第１バルブ５２および第２バルブ６２が閉状態である場合には、バルブ制御部９１は、第１バルブ５２および第２バルブ６２の閉状態を維持させる。

一方、クランク角が１８０度よりも小さくない（１８０度以上の）場合（Ｓ１１０におけるＮＯ）、バルブ制御部９１は、クランク角が、吸気バルブ２２により開口部２６が完全に閉じる時点を示すクランク角ＣＡ１よりも大きいか否かを判定する（Ｓ１４０）。

クランク角がクランク角ＣＡ１よりも大きくない（クランク角ＣＡ１以下の）場合（Ｓ１４０におけるＮＯ）、バルブ制御部９１は、第１バルブ５２を開状態とし（Ｓ１５０）、第２バルブ６２を開状態とする（Ｓ１６０）。なお、直前の第１バルブ５２および第２バルブ６２が開状態である場合には、バルブ制御部９１は、第１バルブ５２および第２バルブ６２の開状態を維持させる。

一方、クランク角がクランク角ＣＡ１よりも大きい場合（Ｓ１４０におけるＹＥＳ）、バルブ制御部９１は、第１バルブ５２を閉状態とし（Ｓ１２０）、第２バルブ６２を閉状態とする（Ｓ１３０）。なお、直前の第１バルブ５２および第２バルブ６２が閉状態である場合には、バルブ制御部９１は、第１バルブ５２および第２バルブ６２の閉状態を維持させる。

以上のように、本実施形態の吸気装置３は、圧縮空気を吸気バルブ２２に噴射することに加え、還流路６３を通じて未燃焼流体を吸気流路４２の下流側から上流側に還流させる。

したがって、本実施形態の吸気装置３によれば、吸気バルブ２２および吸気ポート２０へのデポジットの堆積の抑制効果を高くすることが可能である。

また、本実施形態の吸気装置３では、空気噴射部５３の空気噴射口１０５が、傘部１０２に臨むように軸部１０１の周囲に設けられている。このため、本実施形態の吸気装置３は、圧縮空気によって傘裏部１０６を効率よく保護することができる。

また、本実施形態の吸気装置３では、還流路６３の上流側の回収口１０７が、空気噴射口１０５と吸気流路４２の開口部２６との間に位置するように設けられている。このため、本実施形態の吸気装置３は、燃焼室１８から押し出された未燃焼流体を、還流路６３を通じて効率よく移動させることができる。

また、本実施形態の吸気装置３のバルブ制御部９１は、吸気行程の終了から吸気バルブ２２が吸気流路４２の開口部２６を完全に閉じるまでの期間（吹き戻し期間）、第１バルブ５２を開状態にさせて、空気噴射部５３に圧縮空気を噴射させる。このため、本実施形態の吸気装置３は、傘裏部１０６をより効率よく保護することができる。

また、本実施形態の吸気装置３のバルブ制御部９１は、吹き戻し期間以外の期間において、第１バルブ５２を閉状態にさせて、空気噴射部５３に圧縮空気の噴射を停止させる。これにより、吸気行程では、余分に圧縮空気が噴射されない。このため、本実施形態の吸気装置３は、混合気の空燃比の制御に影響が生じることを抑制することができる。

また、本実施形態の吸気装置３のバルブ制御部９１は、吸気行程の終了から吸気バルブ２２が吸気流路４２の開口部２６を完全に閉じるまでの期間（吹き戻し期間）、第２バルブ６２を開状態にさせて、還流路６３を通じて未燃焼流体を移動させる。このため、本実施形態の吸気装置３は、燃焼室１８から押し出された未燃焼流体をより効率よく移動させることができる。

また、本実施形態の吸気装置３のバルブ制御部９１は、吹き戻し期間以外の期間において、第２バルブ６２を閉状態にさせて、還流路６３を通じた未燃焼流体の移動を停止させる。これにより、吸気行程では、吸気流路４２の下流側の空気が還流路６３を通じて吸気流路４２の上流側に移動しない。このため、本実施形態の吸気装置３は、吸気行程における吸込み効率が低下することを防止することができる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、上記実施形態では、第１バルブ５２および第２バルブ６２の両方が、吹き戻し期間において開状態となっていた。しかし、吹き戻し期間の全期間にわたって第１バルブ５２および第２バルブ６２の両方を開状態にさせる態様に限らない。例えば、バルブ制御部９１は、吹き戻し期間のうちの一部の期間において第１バルブ５２および第２バルブ６２を開状態にさせてもよい。この態様においても、吸気バルブ２２および吸気ポート２０へのデポジットの堆積を抑制することができる。

また、上記実施形態では、第１バルブ５２の開閉タイミングと第２バルブ６２の開閉タイミングとが一致していた。しかし、第１バルブ５２の開閉タイミングと、第２バルブ６２の開閉タイミングとがずれてもよい。例えば、吹き戻し期間の前半において第１バルブ５２を開状態とするとともに第２バルブ６２を閉状態とし、吹き戻し期間の後半において第２バルブ６２を開状態とするとともに第１バルブ５２を閉状態としてもよい。この態様においても、吸気バルブ２２および吸気ポート２０へのデポジットの堆積を抑制することができる。ただし、第１バルブ５２の開閉タイミングと第２バルブの開閉タイミングを一致させる方が、吸気バルブ２２および吸気ポート２０へのデポジットの堆積をより効果的に抑制することができる。

なお、上記実施形態において、バルブ制御部９１が、本発明の第１のバルブ制御部および第２のバルブ制御部に相当する。

本発明は、内燃機関の吸気装置に利用できる。

２内燃機関
３吸気装置
１３シリンダ
１８燃焼室
２０吸気ポート
２２吸気バルブ
２６開口部
４２吸気流路
５２第１バルブ
５３空気噴射部
６２第２バルブ
６３還流路
９１バルブ制御部
１０１軸部
１０２傘部
１０５空気噴射口
１０７回収口

Claims

吸気流路と、
前記吸気流路の下流において燃焼室に臨む開口部を開閉する吸気バルブと、
圧縮された空気を前記吸気バルブに噴射する空気噴射部と、
前記吸気流路の下流側と、前記吸気流路の下流側よりも圧力が低くされた前記吸気流路の上流側とを連通する還流路と、
を備える内燃機関の吸気装置。
前記吸気バルブは、
棒状の軸部と、
前記軸部の先端において前記軸部の長手に交差する方向に突出し、前記開口部に接触する傘部と、
を有し、
前記空気噴射部は、前記軸部の周囲に設けられて前記傘部に臨む空気噴射口を有する
請求項１に記載の内燃機関の吸気装置。
前記吸気流路の下流側において前記吸気流路と前記還流路とを連通する回収口は、前記空気噴射部における空気を噴射する空気噴射口と、前記吸気流路の前記開口部との間に位置する請求項１または２に記載の内燃機関の吸気装置。
開状態となることで圧縮された空気を前記空気噴射部に供給し、閉状態となることで前記空気噴射部への圧縮された空気の供給を停止する第１バルブと、
吸気行程の終了から前記吸気バルブが前記吸気流路の前記開口部を完全に閉じるまでの期間のうちの少なくとも一部の期間において、前記第１バルブを開状態とさせて、前記空気噴射部に圧縮された空気を噴射させる第１のバルブ制御部と、
を備える請求項１から３のいずれか１項に記載の内燃機関の吸気装置。
前記還流路を開閉する第２バルブと、
吸気行程の終了から前記吸気バルブが前記吸気流路の前記開口部を完全に閉じるまでの期間のうちの少なくとも一部の期間において、前記第２バルブを開状態とさせて、前記還流路を通じて前記吸気流路の下流側の流体を前記吸気流路の上流側へ移動させる第２のバルブ制御部と、
を備える請求項１から４のいずれか１項に記載の内燃機関の吸気装置。