JP3498445B2

JP3498445B2 - 内燃機関の吸気制御装置

Info

Publication number: JP3498445B2
Application number: JP27137495A
Authority: JP
Inventors: 信彦杉江
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1995-10-19
Filing date: 1995-10-19
Publication date: 2004-02-16
Anticipated expiration: 2015-10-19
Also published as: JPH09112282A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、内燃機関の吸気
制御装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、ポンピング損失の低減、吸気
の吹き返し防止や燃焼ガスの逆流防止等を目的として、
内燃機関の各気筒の吸気通路毎に吸気制御弁を設け、気
筒毎又はサイクル毎に吸気を制御する装置が提案されて
いる（例えば、特開平４−８６３２６号公報，特開平７
−７１２７７号公報）。かかる装置では、高速揺動する
吸気弁の応答性が速い程、又は吸気制御弁の閉弁状態で
の空気の洩れ量が少ない程、ポンピング損失の低減によ
る燃費向上や、吸気の吹き返し防止及び燃焼ガスの逆流
防止によるトルク向上といった効果が高められる。

【０００３】また、吸気制御弁を高速揺動させるには、
吸気制御弁とハウジングの内周とを非接触とし、また一
方で、吸気制御弁の閉弁状態での空気の洩れ量を少なく
するには、吸気制御弁の外周とハウジングの内周との間
のクリアランスをできる限り小さくするのが望ましい。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記従来よ
り提案されている吸気制御装置においては、吸気制御弁
の外周とハウジングの内周との間のクリアランスに、Ｐ
ＣＶ（ポジティブクランクケースベンチレーション）バ
ルブを介してクランクケース内から還流されたエンジン
オイルやその他デポジット等が堆積すると、吸気制御弁
の作動特性が悪化するという問題を招く。

【０００５】特に、ハウジングの内周面に吸気制御弁の
回動軸を中心とする円弧状の吸気制御弁閉鎖域（不感
帯）を設けた場合には、同閉鎖域に前記オイルやデポジ
ットが堆積し易く、上記不都合を招くおそれがあった。
より具体的には、図１５に示すように、多気筒内燃機関
４１のインテークマニホールド４２には、吸気通路４３
ａを有するバルブハウジング４３が連結され、同バルブ
ハウジング４３内には吸気制御弁４４が配設されてい
る。バルブハウジング４３には凹状の吸気制御弁閉鎖域
（不感帯）４５が設けられ、この吸気制御弁閉鎖域４５
では、図の角度θ’で表す範囲内で吸気制御弁４４が閉
弁状態で維持される。この場合、吸気制御弁閉鎖域４５
にオイルやデポジットが侵入すると、吸気制御弁４５の
作動不良を招くおそれがあった。

【０００６】この発明は、上記問題に着目してなされた
ものであって、その目的とするところは、良好なる吸気
制御弁の作動特性を常に維持することができる内燃機関
の吸気制御装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に記載の発明では、吸気制御弁の弁体が所
定範囲で閉鎖状態となるように、吸気制御弁の回動軸を
中心とする円弧状の吸気制御弁閉鎖域を吸気通路の内周
面に設ける一方、前記吸気制御弁閉鎖域よりも下流側に
おいて該閉鎖域の底部（最深部）から気筒の燃焼室に通
じる吸気通路を、水平面よりも下方を向くように連設し
た。かかる場合、例えば凹状に形成された吸気制御弁閉
鎖域にオイルやデポジット等が侵入しても、当該オイル
やデポジットは前記閉鎖域の燃焼室に通じる底部及びそ
れに連設された吸気通路を通って燃焼室側に送り出され
る。そのため、吸気制御弁の作動特性を常に良好に維持
することができる。また、前記オイルやデポジット等に
よる吸気制御弁の作動抵抗が低減されるため、吸気制御
弁の駆動源としてのモータトルクを軽減でき、モータ体
格の大型化を防ぐことができる。

【０００８】上記作用及び効果は、請求項２に記載した
ように、内燃機関の燃焼室に向かう程、閉鎖域の底部を
下方に傾斜させることで、より簡易的な構成によって前
記吸気制御弁閉鎖域からオイルやデポジット等を排出で
きる。つまり、吸気通路が水平方向に設けられている
と、吸気制御弁閉鎖域の底部にオイルやデポジット等が
堆積し易くなるが（図１５参照）、この閉鎖域の底部を
傾斜させることにより吸気制御弁閉鎖域の底部が当該閉
鎖域の燃焼室側の縁部となり、その底部の縁部及び吸気
通路を介して堆積物が燃焼室側に排出される。

【０００９】

【００１０】一方、請求項３に記載の発明では、吸気制
御弁の回動軸を略水平方向に配設すると共に、吸気制御
弁閉鎖域を吸気通路の上面及び下面に設けている。つま
り、吸気制御弁の回動軸を上下方向に配設した場合に
は、下側に位置する回動軸の周囲に前記オイルやデポジ
ットが侵入して吸気制御弁の作動特性が悪化することが
考えられるが、上記請求項４の構成によれば、回動軸の
周囲にオイルやデポジットが侵入することはない。その
結果、回動軸の回動動作に支障を来すことはなく、上述
した請求項１又は請求項２の如く吸気制御弁の作動特性
が良好に維持される。

【００１１】

【発明の実施の形態】

（第１の実施形態）以下、この発明をダブルオーバーヘ
ッドカムシャフト（ＤＯＨＣ）４カム方式の直列４気筒
ガソリン内燃機関（以下、エンジンという）の制御シス
テムに具体化した第１の実施形態を図面に従って説明す
る。

【００１２】図１は、本実施形態における吸気制御シス
テムの概略を示す構成図であり、図２は、エンジン１の
一気筒についてその詳細な構成を示す断面図である。図
１，図２において、エンジン１は４個の気筒Ｓ１〜Ｓ４
を備え、各気筒Ｓ１〜Ｓ４には高速適合カム２Ａ，２Ｂ
によって開閉されるインテークバルブ３及びエキゾース
トバルブ４が配設されている。また、各気筒Ｓ１〜Ｓ４
には、インテークバルブ３、エキゾーストバルブ４、シ
リンダ５、シリンダヘッド６及びピストン７による区画
される燃焼室８が設けられている。

【００１３】ここで、図６に示すように、インテークバ
ルブ３及びエキゾーストバルブ４は１気筒に対して２個
ずつ設けられている。また、図７はシリンダヘッド６に
おける吸気ポート６ａの断面形状を示す図であり、図７
（ａ）は図６のＡ−Ａ線断面を、図７（ｂ）は図６のＢ
−Ｂ線断面を、図７（ｃ）は図６のＣ−Ｃ線断面を示
す。同図に示すように、吸気ポート６ａの断面形状は、
インテークバルブ３における吸気抵抗を軽減させるべく
楕円状に形成されている。

【００１４】また、図１，図２において、エンジン１の
吸気側にはインテークマニホールド９が接続され、同イ
ンテークマニホールド９の集合部１０よりも上流側に
は、図示しないアクセルペダルの踏み込み操作量に応じ
て開閉動作するスロットルバルブ１１が配設されている
（スロットルバルブ１１は電子制御されるリンクレス式
でも可）。スロットルバルブ１１の開度は、スロットル
ポジションセンサ２１により検出されるようになってい
る。

【００１５】インテークマニホールド９の集合部１０か
ら各気筒Ｓ１〜Ｓ４に分岐する吸気分岐管１２には、吸
気ポート６ａと同様に楕円状の吸気通路１３ａを有する
バルブハウジング１３が連結されており、同バルブハウ
ジング１３には円形弁板型の吸気制御弁１４が配設され
ている。吸気制御弁１４は電磁コイルを有するモータ１
５のＯＮ（通電）又はＯＦＦ（非通電）状態に応じて動
作し、前記吸気通路１３ａを開放又は閉鎖する。かかる
場合、図２はエンジン１を車両に搭載した実際の状態を
示しており、同図に示すように、インテークマニホール
ド９は上流側に向かって上方に傾けて配置され、同様に
バルブハウジング１３も上流側に向かって上方に傾けて
配置されている。

【００１６】ここで、吸気制御弁１４の詳細な構成を説
明する。図２において、吸気制御弁１４は紙面に直交す
る方向、即ち水平方向に延びる回動軸１６と、同回動軸
１６に取り付けられた弁体１７とを有する。また、図３
（図２のIII −III 線断面図），図４に示すように、弁
体１７は、左右一対の円板部１７ａ，１７ｂと、両円板
部１７ａ，１７ｂの間に一体形成された弁板部１７ｃと
からなり、円板部１７ａの外側には回動軸１６と同軸上
に延びる軸支部１８が形成されている。弁板部１７ｃ
は、楕円状の吸気通路１３ａに合わせた形状を有し、吸
気制御弁１４の径方向の寸法よりも軸方向の寸法の方が
大きくなるように構成されている。

【００１７】さらに、弁体１７の一端である軸支部１８
はベアリング１９にて回動自在に支持され、他端はモー
タ１５に連結されている。なお、弁体１７を回動可能に
収容する吸気制御弁取付部２５は円筒状をなし、当該取
付部２５の開口端（図３の右端）から弁体１７が組み付
けられている。そして、弁体１７の回動時において、弁
体１７の円板部１７ａ，１７ｂと吸気制御弁取付部２５
の内周面とは常に僅かなクリアランスを保持する。

【００１８】図５はバルブハウジング１３及び吸気制御
弁１４を拡大して示す断面図である。なお、図中、実線
は吸気制御弁１４の全開状態を示し、二点鎖線は吸気制
御弁１４の全閉状態を示す。同図において、ハウジング
１３の吸気通路１３ａの途中には、回動軸１６を中心と
する所定角度θの範囲において吸気制御弁１４の弁体１
７を閉弁状態で維持するための円弧状の”吸気制御弁閉
鎖域”が設けられている（以下、この吸気制御弁閉鎖域
を吸気制御弁１４の不感帯２０と称する）。つまり、不
感帯２０においては、吸気通路１３ａの内壁と弁体１７
の弁板部１７ｃとの間で僅かなクリアランスが維持さ
れ、この不感帯の範囲内では弁体１７がある程度オーバ
ーシュート又はアンダーシュートしても同弁体１７の閉
弁状態が確保できる。

【００１９】なお、前記弁体１７の外径は、同弁体１７
の回動軸中心に回転させながら加工される。また、前記
吸気制御弁取付部２５の円筒形状は、回転刃具の一方向
の切削加工により加工される。かかる場合、弁体１７及
び吸気制御弁取付部２５は容易に且つ精度良く加工する
ことができ、弁体１７の外周とバルブハウジング１３
（吸気制御弁取付部２５）の内周とは、非接触で且つ最
小限のクリアランスを保つことができる。つまり、吸気
制御弁１４の閉弁状態における空気の洩れ量は最小限に
維持される。

【００２０】一方、図１において、電子制御装置（以
下、ＥＣＵという）３０は、周知のＣＰＵ３１，ＲＯＭ
３２，ＲＡＭ３３，入出力部３４等からなるマイクロコ
ンピュータを中心に構成され、同ＥＣＵ３０には、前記
スロットルポジションセンサ２１の検出信号の他に、気
筒判別センサ２２及び回転数センサ２３の検出信号が入
力される。ここで、気筒判別センサ２２は、エンジン１
の運転に伴って例えば特定気筒の圧縮ＴＤＣで１つのパ
ルス信号を出力する。また、回転数センサ２３は、エン
ジン１の運転に伴って所定のクランク角度毎（例えば３
０°ＣＡ毎）にパルス信号を出力する。そして、ＥＣＵ
３０は、各種センサの検出信号に基づいて、各気筒Ｓ１
〜Ｓ４の吸気行程における所定のタイミングで前記モー
タ１５を駆動させる。即ち、吸気制御弁１４を開動作さ
せて、吸気分岐管１３を開放させる。

【００２１】詳しくは、上記制御システムにおいて、Ｅ
ＣＵ３０は、以下の如く吸気制御弁１４の開閉動作を制
御する。つまり、ＥＣＵ３０は、各気筒Ｓ１〜Ｓ４の吸
入行程に同期して気筒毎の吸気制御弁１４を独立して開
閉動作させる。かかる場合、吸気制御弁１４の開弁時期
は、例えばエンジン回転数に基づいて決定され、同回転
数が高くなる程、進角側に設定される。また、吸気制御
弁１４は、インテークバルブ３が開弁している期間中は
開弁するように制御されるが、例えば低負荷時には閉弁
のタイミングが早まるように閉弁時期が変更される。

【００２２】以上詳述した本実施形態によれば、以下に
示す特有の効果が得られる。つまり、本実施形態では、
吸気制御弁１４の弁体１７が所定範囲で閉鎖状態となる
ように、不感帯２０（吸気制御弁閉鎖域）をバルブハウ
ジング１３の吸気通路１３ａの内周面に設ける一方、燃
焼室８に向かう程、吸気通路１３ａが下方に傾斜するよ
うに構成した。そのため、不感帯２０の底部から各気筒
の燃焼室８に通じる吸気通路１３ａが水平面よりも下方
を向き、不感帯２０にオイルやデポジット等が侵入して
も、当該オイルやデポジットは不感帯２０の燃焼室８に
通じる縁部から吸気通路１３ａを通って燃焼室８側に送
り出される。その結果、吸気制御弁１４の作動不良を招
く要因が取り除かれ、同吸気制御弁１４の作動特性を常
に良好に維持することができる。

【００２３】また、前記オイルやデポジット等による吸
気制御弁１４の作動抵抗が低減されるため、吸気制御弁
１４の駆動源としてのモータトルクを軽減でき、モータ
体格の大型化を防ぐことができる。

【００２４】また、本実施形態では、吸気制御弁１４
（弁体１７）の回動軸１６を略水平方向に配設すると共
に、バルブハウジング１３の吸気通路１３ａの上面及び
下面に不感帯２０を設けた。そのため、回動軸１６の周
囲にオイルやデポジットが堆積することはなく、回動軸
１６の回動不良による吸気制御弁１４の作動特性の悪化
が回避できる。

【００２５】さらに、本実施形態では、弁体１７を楕円
状の吸気通路１３ａに合わせた形状とすべく、吸気制御
弁１４の径方向よりも軸方向の方が大きくなるように弁
板部１７ｃを構成した。そのため、弁体１７のイナーシ
ャ（慣性モーメント）が低減され、モータ１５による弁
体１７の応答性を向上させることができる。また、この
ことからもモータ１５の小型化を可能にすることができ
る。

【００２６】（第２の実施形態）以下、第２の実施形態
について上記第１の実施形態との相違点を中心に説明す
る。つまり、上記第１の実施形態では、上流側が上を向
くようにインテークマニホールド９の吸気分岐管１２を
傾斜させて配置し、それと同様に傾斜状態でバルブハウ
ジング１３を吸気分岐管１２に連結していたが、本実施
形態ではバルブハウジング１３を水平に配置する。以
下、その詳細を図８及び図９を用いて説明する。図８に
おいて、バルブハウジング１３は、シリンダヘッド６の
吸気ポート６ａとインテークマニホールド９の吸気分岐
管１２との間において水平に設けられている。かかる場
合、バルブハウジング１３の吸気通路１３ａも水平にな
っている。

【００２７】また、バルブハウジング１３及び吸気制御
弁１４を拡大して示す図９において、吸気通路１３ａに
は上記実施形態と同様に、所定角度θの範囲で不感帯２
０が設けられている。つまり、角度θで表す範囲内で吸
気制御弁１４は全閉状態を維持することができる。な
お、図中、実線は吸気制御弁１４の全開状態を示し、二
点鎖線は吸気制御弁１４の全閉状態を示す。また、吸気
通路１３ａには、不感帯２０の上流側と下流側とで所定
寸法Ｄ１の段差が設けられており、不感帯２０の底部と
同不感帯２０の下流側の吸気通路１３ａとは同じ高さで
連設されている。

【００２８】かかる実施形態によれば、不感帯２０の底
部から各気筒の燃焼室８に通じる吸気通路１３ａが、水
平方向を向くことになる。そのため、不感帯２０にオイ
ルやデポジット等が侵入しても、当該オイルやデポジッ
トは不感帯２０の段差によって下流側に送り出されると
共に、不感帯２０の底部から吸気通路１３ａを通って燃
焼室側に排出される。その結果、不感帯２０にオイルや
デポジット等が堆積することはなく、吸気制御弁の作動
特性を常に良好に維持することができる。また、前記第
１の実施形態と同様に、多大なモータトルクが不要とな
りモータ体格の大型化を防止することができる。

【００２９】一方で、図１０〜図１４は、上記第２の実
施形態の一部構成を変更した他の実施形態を示す断面図
である。図１０に示す実施形態では、不感帯２０の底部
に連続して傾斜面３６が設けられており、これにより、
吸気通路１３ａの下面には、不感帯２０の上流側と下流
側とで所定寸法Ｄ２の段差が形成されている（但し、Ｄ
２＞Ｄ１）。この場合、不感帯２０に侵入したオイルや
デポジット等が傾斜面３６に沿って流れ落ち、同オイル
やデポジット等がより確実に排出できる。

【００３０】また、図１１に示す実施形態において、吸
気通路１３ａには、不感帯２０の上流側と下流側とで所
定寸法Ｄ１の段差が設けられると共に（前記図９と同
様）、下流側の吸気通路１３ａを所定の角度δで傾斜さ
せている。この場合、不感帯２０よりも下流側の吸気通
路１３ａを通って、前記オイルやデポジット等が確実に
燃焼室側に排出される。

【００３１】さらに、図１２に示す実施形態において、
吸気通路１３ａには、不感帯２０の上流側と下流側とで
所定寸法Ｄ１の段差が設けられると共に（前記図９と同
様）、バルブハウジング１３には、不感帯２０の底部と
燃焼室８等の負圧源とを連通するための負圧通路３７が
設けられている。具体的には、負圧通路３７には燃焼室
８の吸気行程でのみ負圧が作用し、この負圧の作用によ
り不感帯２０に堆積したオイル等が排出される。

【００３２】また、図１３に示す実施形態では、不感帯
２０の上流側と下流側とで吸気通路１３ａの段差はな
く、不感帯２０の底部に負圧通路３７が設けられてい
る。この負圧通路３７は、不感帯２０の底部と燃焼室８
等の負圧源とを連通し、上記図１２と同様に負圧の作用
により不感帯２０に堆積したオイル等が排出される。

【００３３】図１４に示す実施形態では、バルブハウジ
ング１３に排出管３８が分岐して設けられ、同排出管３
８には不感帯２０の底部に連通する負圧通路３９が形成
されている。負圧通路３９は、不感帯２０の底部と燃焼
室８等の負圧源とを連通し、上記図１２，１３と同様に
負圧の作用により不感帯２０に堆積したオイル等が排出
される。

【００３４】なお、上記図１２〜図１４で示した負圧通
路３７，３９には、燃焼室８以外の負圧源から負圧を作
用させるようにしてもよい。以上記載したように、図１
０〜図１４の実施形態においても、良好なる吸気制御弁
１４の作動特性を常に維持して本発明の目的を達成する
ことができる。また、第１，第２の実施形態と同様に、
吸気制御弁１４の作動抵抗が低減でき、モータ体格の大
型化を防ぐことができる。

【００３５】さらに、本発明は、上記各実施形態の他に
も次の様態にて具体化することができる。（１）上記実施形態では、本発明を直列４気筒エンジン
に適用したが、直列６気筒エンジン、Ｖ型６気筒エンジ
ン、直列８気筒エンジン、Ｖ型８気筒エンジン等、他の
多気筒エンジンに適用してもよい。

【００３６】（２）上記実施形態では、各気筒の吸気制
御弁毎にＤＣモータを配設し、個々の吸気制御弁につい
て独立して開閉制御する構成を採ったが、多数気筒の吸
気制御弁についてその回動軸を共用し、多数の吸気制御
弁を同時に開閉制御する構成としてもよい。かかる場
合、複数気筒の吸気制御弁が開放されたとしても、イン
テークバルブが開放されている気筒に対してのみ吸気が
行われる。

【００３７】（３）吸気制御弁１４の弁体１７の形状を
変更してもよい。上記実施形態の弁板１７は回動軸１６
の周囲に円柱状の凸部を有していたが、この凸部をなく
し、弁板１７を平板状に形成してもよい。その他、弁板
１７の断面（軸方向に直交する断面）を菱形状に形成し
たり、弁板１７の外径付近で薄肉にする等、任意に変更
してもよい。また、上記実施形態では、弁体１７を円形
弁板型で構成していたが（図４参照）、円板状の弁板に
変更してもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】吸気制御システムの概略を示す構成図。

【図２】エンジン及びその周辺部の構成を示す断面図。

【図３】図２のIII −III 線断面図。

【図４】弁体の形状を示す斜視図。

【図５】バルブハウジング及び吸気制御弁を拡大して示
す断面図。

【図６】シリンダヘッド部分の構成を説明するための平
断面図。

【図７】吸気ポートの形状を示す断面図。

【図８】第２の実施形態におけるエンジン及びその周辺
部の構成を示す断面図。

【図９】第２の実施形態におけるバルブハウジング及び
吸気制御弁を拡大して示す断面図。

【図１０】他の実施形態におけるバルブハウジング及び
吸気制御弁を拡大して示す断面図。

【図１１】他の実施形態におけるバルブハウジング及び
吸気制御弁を拡大して示す断面図。

【図１２】他の実施形態におけるバルブハウジング及び
吸気制御弁を拡大して示す断面図。

【図１３】他の実施形態におけるバルブハウジング及び
吸気制御弁を拡大して示す断面図。

【図１４】他の実施形態におけるバルブハウジング及び
吸気制御弁を拡大して示す断面図。

【図１５】従来技術を説明するためのエンジン及びその
周辺部の構成を示す断面図。

【符号の説明】

１…エンジン（４気筒ガソリン内燃機関）、８…燃焼
室、１３ａ…吸気通路、１４…吸気制御弁、１６…回動
軸、１７…弁体、２０…吸気制御弁閉鎖域としての不感
帯、３７，３９…負圧通路。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】内燃機関の気筒に連通する吸気通路に配設
され、回動軸を中心とする弁体の回動動作によって当該
吸気通路を閉鎖又は開放状態に制御する吸気制御弁を備
えた内燃機関の吸気制御装置において、前記吸気制御弁の弁体が所定範囲で閉鎖状態となるよう
に、前記回動軸を中心とする円弧状の吸気制御弁閉鎖域
を前記吸気通路の内周面に設ける一方、前記吸気制御弁
閉鎖域よりも下流側において該閉鎖域の底部から前記気
筒の燃焼室に通じる吸気通路を、水平面よりも下方を向
くように連設したことを特徴とする内燃機関の吸気制御
装置。
【請求項２】内燃機関の気筒に連通する吸気通路に配設
され、回動軸を中心とする弁体の回動動作によって当該
吸気通路を閉鎖又は開放状態に制御する吸気制御弁を備
えた内燃機関の吸気制御装置において、前記吸気制御弁の弁体が所定範囲で閉鎖状態となるよう
に、前記回動軸を中心とする円弧状の吸気制御弁閉鎖域
を前記吸気通路の内周面に設ける一方、前記吸気制御弁
閉鎖域よりも下流側において該閉鎖域の底部から前記気
筒の燃焼室に通じる吸気通路を、水平面若しくは水平面
よりも下方を向くように連設し、前記内燃機関の燃焼室に向かう程、前記閉鎖域の底部を
下方に傾斜させたことを特徴とする内燃機関の吸気制御
装置。
【請求項３】前記回動軸を略水平方向に配設すると共
に、前記吸気制御弁閉鎖域を吸気通路の上面及び下面に
設けた請求項１又は請求項２に記載の内燃機関の吸気制
御装置。