JP3811671B2

JP3811671B2 - Intake device for internal combustion engine

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Publication number: JP3811671B2
Application number: JP2002276542A
Authority: JP
Inventors: 純一山口; 大須賀　　稔; 利治野木; 護藤枝; 伸夫栗原; 宜茂大山; 裕之山田; 重行間馬
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2002-09-24
Filing date: 2002-09-24
Publication date: 2006-08-23
Anticipated expiration: 2021-08-23
Also published as: JP2003161155A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は多気筒内燃機関の吸気装置に関し、特にサージタンクと独立ブランチ吸気管を備えた吸気装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば特許文献１には、吸気２弁エンジンにおいて、各々の吸気弁に通じる通路を２つに分け、一方の通路（ストレートポート）に吸気制御弁を設けて、機関の低負荷時にはこれを閉じるものが知られている。
【０００３】
【特許文献１】
特開昭62−48927 号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
少ない容積の吸気装置を得る。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
独立ブランチ吸気管がサージタンクの周囲を囲むようにして吸気装置を構成するとともに、独立ブランチ吸気管を挟んでサージタンクの上部に配置されるエアクリーナとサージタンクとを、内部にスロットル弁が配置された空気通路で接続する。
【０００６】
【実施例】
以下、本発明になる吸気装置の実施例と、その吸気装置が適用される吸気システムの参考例を図に基づき説明する。
【０００７】
図１は本発明になる吸気装置が適用される内燃機関の吸気システムの参考例を示したものである。吸入空気はエアクリーナ２０１より導入され、エア・フローメータ２０８により流量を測定される。主通路２０２を通る空気は、絞り弁２０３によりその量を調節された後、コレクタ２０４から各気筒に分配され、独立吸気管２０５を経てエンジン２０６に入る。本システムでは、これと並行して補助流体通路２１０を設けている。補助流体通路２１０を通る空気の流量は、アクセル開度検出手段２２１からの信号，エンジン補器220からのＯＮ／ＯＦＦ信号，エンジン回転数検出手段２２３からの信号，エア・フローメータ２０７からの吸気量信号をもとに、コンピュータ２２２が吸気制御弁２１１を制御することによって調節される。これとは別に、エンジンの排気管２０７からＥＧＲガス通路２１４を通り、ＥＧＲバルブ２１２を通じて補助流体通路２１０にＥＧＲガスが供給される。補助流体通路の出口２１３は、エンジン２０６の吸気弁（図示しない）近傍の独立吸気管２０５に開口する。このとき、補助流体の流量と、補助流体通路出口２１３の開口面積により、エンジン２０６に流入する吸気の流速が決まる。補助流体通路出口２１３の開口面積を、独立吸気管２０５の断面積よりも小さくすれば、吸気流速を高めることができ、また、出口２１３を吸気管２０５の周囲方向に対して片寄らせて設けることにより、エンジン２０６の燃焼室(図示しない)にスワールを発生させることができる。
【０００８】
図２から図６に、運転領域の変化に伴う図１のシステムの動作を示す。
【０００９】
図２は、運転状態と、吸気制御の領域の関係を示したものである。各運転状態に入っているか否かの判断は、エンジン回転数検出センサ２２３からの信号とアクセル開度検出センサ２２１からの信号により、コンピュータ２２２が図２の領域に当てはめて決定する。この結果より、吸気制御弁２１１とＥＧＲバルブ２１２が制御され、各運転領域に応じた制御が行われる。各運転領域の制御は、図３から図６で示す。
【００１０】
図３に、領域１の運転状態を示す。これは、エンジンの回転数が低く、負荷がほとんど無い場合である。絞り弁２０３およびＥＧＲバルブ２１２は閉じており、吸入空気は吸気制御弁２１１の開閉により調節される。すなわち、補助流体通路２１０を通って空気231が供給される。また、空燃比は理論混合比となる。ここで、エンジン補器２２０のＯＮまたはＯＦＦにより、負荷が変化した場合、また、エンジン２０６の内部状態の微少な変化により、エンジンの回転数が変化した場合、エンジンの円滑な運転を維持するためには、これらの変化に応じて直ちに適切な吸気を供給しなければならない。ここで、補助流体通路２１０全体の内容積が、コレクタ２０４，各気筒の独立吸気管２０５を含む、主通路２０２の合計容積より小さい場合、本システムの空気量変化に対する応答性は主通路２０２を用いて吸気を供給した場合よりも良く、従って、本システムにより、エンジンの回転変動に対して、応答性良くアイドル用の空気を供給することができ、エンジンの安定性を高めることが出来る。
【００１１】
図４に、領域２の運転状態を示す。エンジン回転数は領域１より高く、負荷は低中負荷となる。絞り弁２０３は負荷または回転数に応じて若干開く。ＥＧＲバルブ２１２は閉じたままである。領域２では、空燃比は、例えば２２，２３の希薄空燃比となるので、周囲の他の領域との移行の際に、空燃比の調節が必要になる。本システムでは、領域２に入った際、吸気制御弁２１１の開度を、他の領域にある場合よりも大きくすることにより、吸入空気量の増大を行う。合わせて、補助流体通路出口２１３からエンジン２０６に流入する空気２３１の流量を多くすることにより、吸気流速を高め、エンジン２０６の燃焼室内（図示しない）にスワールを生成させて混合気の燃焼速度を高め、希薄混合気でも良好な燃焼を得ることができる。この際、補助流体通路の出口２１３の面積を変えることにより、スワールの強さを最適にできる。すなわち、スワールを強くしたいときは通路出口213の断面積を小さく設定し、弱くしたいときは大きく設定すればよい。なお、空燃比の制御には、燃料噴射弁（図示しない）からエンジン２０６に供給される燃料量を小さくする手段を併用しても良い。本構成を用いることにより、隣接する他の領域から領域２へ移行する場合、または、領域２から他の領域に移行する場合の双方とも、応答性良く吸入される空気２３１の量を増減できる。
【００１２】
図５に領域３の運転状態を示す。領域３は、エンジン回転数がごく低く、負荷がアイドル状態より大きいか、あるいは領域２よりも高負荷、若しくは高回転になる。この領域では、トルクを得るために理論空燃比とする。絞り弁２０３は負荷または回転数に応じて開く。ＥＧＲガス２３２の量は、運転条件に応じてＥＧＲバルブ２１２により調節され、燃焼温度を低下させ、また、ポンピングロスの低減により燃費向上を図る。吸気制御弁211はＥＧＲガス２３２の逆流を防ぐために閉じられる。このとき、補助流体通路の出口213から高速のＥＧＲガス２３２が供給され、主通路２０２を通ってきた空気２３１と均一に混合されるので、コレクタ部２０４にＥＧＲガスを供給した場合と比べてエンジンの各気筒へのＥＧＲガス２３２の分配が良く、したがって限界ＥＧＲ量を大きくできる。また、補助流体通路の出口２１３を、エンジンの燃焼室（図示しない）の壁面に沿う方向に指向させることにより、燃焼室内にスワールを起こさせ、燃焼を改善すると共に、壁面近くにＥＧＲガス２３２の層をつくり、壁面からの熱損失を低減し、燃費向上を図ることができる。また、ＥＧＲガス通路２１４の内容積を、コレクタ２０４，各気筒の独立吸気管205を含む、主通路２０２の合計容積に比べて小さくすれば、ＥＧＲガスを応答性良くエンジンに供給できる。
【００１３】
図６に領域４および５の運転状態を示す。この領域では、回転数が領域３に比べてさらに高いか、または負荷が大きくなる。空燃比は理論空燃比またはさらに燃料過剰の空燃比であり、トルクの確保に重点がおかれるので、ＥＧＲバルブ２１３は閉じられる。吸気制御弁２１１は開いていても閉じていても良い。主通路２０２の絞り弁２０３は、高負荷側では全開となり、高回転側では要求トルクに応じて開閉する。この時、従来例と異なり、独立吸気管２０５の中には吸気抵抗となる吸気制御弁や吸気管の絞りなどが無いため、出力の低下を防止できる。図７から図１０に、補助流体通路の出口２１３の方向の例を示す。
【００１４】
図７は、補助流体通路出口２１３を、独立吸気管２０５の右側または左側に片寄らせて設置した場合の例である。このように構成すると、補助流体は吸気弁２４１を通り、シリンダ壁２４２に沿って周囲を流れることになり、ピストン頂部に対して平行な方向に強いスワールを発生する。導入した補助流体が空気の場合には、燃料に対して空気が過剰な、いわゆる希薄空燃比の場合であっても、このスワールにより燃焼速度を上げることができ、良好な燃焼が実現できる。また、補助流体としてＥＧＲガスを導入した場合には、スワールを利用してＥＧＲガスと空気の均一な混合を図り、燃焼温度を下げ、シリンダ壁からの熱損失を小さくし、合わせて窒素酸化物の抑制を図ることができる。
【００１５】
または、補助流体通路出口２１３からの空気またはＥＧＲガスをシリンダ壁面２４２に導くことにより、周囲に空気またはＥＧＲガスの層を作り、プラグ２４３のある燃焼室２４４の中心付近で燃焼を行わせ、空気またはＥＧＲガスの断熱効果によりシリンダ壁面２４２からの熱損失を小さくすることができる。
【００１６】
図８は、補助流体出口２１３を独立吸気管２０５の上部に片寄らせて設置した場合の例である。このように構成すると、補助流体は吸気弁２４１を通り、縦方向のスワール（タンブル）を発生する。この際、燃料噴射弁（図示しない）から片側の吸気弁に対してのみ燃料を噴射するようにすると、混合気を燃焼室２４４の片側の吸気弁を含む一部領域にのみ形成することができる。これにより、燃焼室２４４内の混合気の層状化を図ることができ、混合気の希薄化を図ることができる。また、エンジンの圧縮行程でタンブルがつぶれ、微小規模の乱流が多数発生する。これにより、希薄混合気でも燃焼速度の向上が図れる。
【００１７】
図９は、補助流体出口２１３を独立吸気管２０５の下部に片寄らせて設置した場合の例である。このように構成すると、補助流体は吸気弁２４１を通り、図８とは逆向きのタンブルを発生する。この際、燃料噴射弁（図示しない）から片側の吸気弁に対してのみ燃料を噴射するようにすると、混合気を燃焼室２４４の片側の吸気弁を含む一部領域にのみ形成することができる。これにより、燃焼室２４４内の混合気の層状化を図ることができ、混合気の希薄化を図ることができる。また、エンジンの圧縮行程でタンブルがつぶれ、微小規模の乱流が多数発生する。これにより、希薄混合気でも燃焼速度の向上が図れる。
【００１８】
図１０は、補助流体通路出口２１３を、独立吸気管２０５の両端に設置した場合の例である。通路出口２１３は、燃焼室２４４の中心を向くようにする。また、燃料噴射弁245からの噴霧は、補助流体出口２１３からの流れに衝突するようにする。このように構成することにより、燃焼室２４４の中心部に着火しやすい濃い混合気が形成され、この中にプラグ２４３を設置すれば、燃焼室２４４内が全体として希薄空燃比であっても良好な着火，燃焼が得られる。なお、同様に、燃料噴射弁からの噴霧２４６を燃焼室２４４の中心に集めることができれば、補助流体通路出口２１３は必ずしも独立吸気管２０５の両端に設ける必要はなく、独立吸気管２０５の上部に片寄らせて設置したり、あるいは下部に片寄らせて設置しても良い。
【００１９】
図１１から図１３に、補助流体通路の構成の別の例を示す。
【００２０】
図１１では、吸入空気はエアクリーナ２０１より導入され、エア・フローメータ２０８により流量を測定された後、絞り弁２０３によりその量を調節され、吸気制御弁２５１によって主通路２０２と補助流体通路２１０に流れる量の比率を調節される。吸気制御弁２５１は、絞り弁２０３と同期させ、絞り弁より遅れて開かせるか、または、吸気負圧が大気圧に近い一定値になると開くように構成し、スワール強度の調節を行う。このように構成すると、補助空気制御弁２５２に流れるアイドル用空気やエンジン補器を駆動するためのトルクアップ用空気の量を少なくする事ができ、コストの低減が図れる。また、吸気制御弁２５１はコレクタ２０４の上流に設置されるので、従来技術で用いられているように、シリンダの数だけ設置する必要はなく、一つでよい。従って、コストの低減が図れる。この場合でも、補助流体通路２１０の内容積がコレクタ２０４，各気筒の独立吸気管２０５を含む、主流体通路２０２の合計容積に比べて小さいので、本参考例の目的である、補助流体の応答性を良くし、且つ、必要な強度のスワールが生成できることは勿論である。
【００２１】
図１２は、補助流体通路２１０において、吸気制御弁２１１をバイパスするように補助絞り弁２５３を設けた場合の例である。本構成では、アイドル用空気，トルクアップ用空気の制御に吸気制御弁２１１を用い、リーン運転領域におけるスワール生成用空気の流量調節には補助絞り弁２５３を用いるようにしたので、吸気制御弁２１１の容量を小さくでき、コストの低減を図ることができる。この構成でも、本参考例の目的である、応答性の向上、必要な強度のスワールが生成できることは勿論である。
【００２２】
図１３は、補助流体通路の出口２１３に、絞りノズル２５４を設けた場合の例である。基本的な構成及び動作は図２から図６に示したものと同様である。この例では、アイドル域など、絞り弁２０３の開度が小さく、かつ、補助流体の流量が小さい場合に、補助流体通路出口２１３の出口を、絞りノズル２５４により狭めることにより、補助流体の流速を上げ、スワールの強度を上げることができ、希薄混合気で燃焼させた場合でも、安定した燃焼を得ることができる。この場合でも、補助流体通路２１０の内容積がコレクタ２０４，各気筒の独立吸気管２０５を含む、主流体通路２０２の合計容積に比べて小さいので、本参考例の目的である、補助流体の応答性を良くできることは勿論である。
【００２３】
図１４に、燃料噴射弁の取付方法に関する参考技術を示す。
【００２４】
燃料噴射弁の取り付け部２６２，燃料配管２６３，微粒化用空気配管２６４は、いずれも独立吸気管２０５に構造的に一体化されている。燃料噴射弁２６１は、ストッパー265によって吸気管２０５に固定される。燃料噴射弁の取り付け部２６２，燃料配管２６３，微粒化用の空気配管２６４を吸気管２０５に一体化することで、これらを別体で製造した場合よりも燃料噴射弁２６１を吸気管２０５の中心軸に近づけることができ、燃料噴霧の軸と吸気管中心軸とのなす角度ａを小さくできる。また、燃料噴射弁２０５から噴射された燃料噴霧が吸気管の内壁に付着する率が小さくなるよう、燃料噴霧に合わせて吸気管を最適に設計できる。これらにより、吸気管への燃料付着を低減できる。
【００２５】
図１５に本発明になる吸気装置が適用される別の吸気システムのシステム図を示す。空気はエアクリーナ３０１，空気量センサ３０２，絞り弁３０３を通って、コレクタ３０４に吸入される。さらに、各気筒に対応した独立吸気管３０５を通り吸気弁３０６を介してエンジン３０７の燃焼室に吸入される。絞り弁３０３をバイパスする通路３０８を設けて、独立吸気管３０５の吸気ポート部３０９に空気を供給する。この空気は、絞り弁３０３をバイパスしているので、独立吸気管３０５を流れる主空気流速度より速い流速となる。このバイパス通路３０８の出口は吸気ポート部の空気流に偏流を与えるように開口している。また、バイパス通路３０８の上流の入り口部は、絞り弁３０３の上流に開口している。また、バイパス通路は分岐しており、もう一つのバイパス通路３１０が設けられている。この通路３１０は、噴射弁３１１の燃料噴出部３１２に燃料微粒化ようの空気を供給するための通路である。バイパス通路３０８の出口は各気筒の独立ポート部に、それぞれ開口している。バイパス通路３０８，３１０には流量制御弁３１３が設けられており、通路を流れる空気量を運転状態に応じて変化できるようになっている。この流量制御弁３１３は、電気信号により動作する。前述したように、バイパス通路３０８の出口部は吸気ポート３０９に偏しんして配置されているので、空気流に偏流が与えられる。このために、燃焼室内に旋回流が形成され、リーン空燃比運転時の燃焼が安定化する。また、アイドルスピードコントロール，ファーストアイドルコントロール用の空気も制御弁３１３から流すことにより、アイドル時，始動時の燃焼が改善され、未燃炭化水素排出量が低減される。さらに、アイドル時，始動時に空燃比がリーンに設定されるので、燃費，排気低減に効果がある。
【００２６】
図１６には、別のシステム図を示した。図１６（ａ）に、その構成を示した。ここでは、絞り弁を二つ設けて３１３，３１４、それぞれが、吸気ポート３０９に空気を供給するためのバイパス通路３０８と噴射弁の燃料微粒化のためのバイパス通路３１０にそれぞれ空気を供給するように構成されている。バイパス通路３１０の取り入れ口は、絞り弁314の上流に開口している。それぞれの絞り弁は、アクセル３１５と連動している。アクセルを踏んでいくに従って、絞り弁３１３が最初開く。絞り弁３１３が全開になった後、絞り弁３１４が開き始まる。この動作を、図１６（ｂ）に示した。リーン運転時は、絞り弁３１３，バイパス通路３０８から空気が吸入される。このため、吸気には旋回流が形成され、燃焼が安定する。それ以上アクセルを踏み込むと、絞り弁３１４からも空気が吸入される。この時でも、バイパス通路３０８から高速の空気流が供給されるので、リーン燃焼は可能である。すなわち、絞り弁３１４が開き始める条件の時の前後で、リーン運転状態から通常の空燃比に戻る。このような構成にすることにより、機械的な動作により高速の気流を供給できる。アイドルスピードコントロール用の制御弁３１６は、絞り弁３１３か３１４をバイパスする用に配置される。しかし、アイドル時の燃焼を改善するためには、アイドルスピードコントロール用の制御弁３１６を絞り弁３１３をバイパスする用に配置されるのが良い。また、ファーストアイドルコントロール用の空気弁３１７も絞り弁313をバイパスする用に配置されるのが良い。このようにすることによって、始動時，アイドル時の燃焼が改善され、未燃炭化水素排出量が低減する。本方式では、あるアクセル開度になるまで通路３０８を空気が流れるので、リーン運転が可能である。
【００２７】
図１７にさらに別のシステム図を示す。ここでは、絞り弁３１３に接続されているバイパス通路３０８に通路より大きな通路面積をもつ、コレクタ部３１８を設ける。このように構成することによって、バイパス通路３０８で、吸気慣性効果が発生し、低速トルクが増大する。また、絞り弁３１４を通った空気は、コレクタ部３１９に導入される。ここを空気が流れる場合も、コレクタ部３１９の効果により吸気慣性効果が得られる。
【００２８】
図１８にバイパス通路の出口部の状態を示す。バイパス通路３０８の出口は、吸気ポート３０９の片側に空気を供給するように開口する。この高速の空気が吸気弁３０６をかいして燃焼室３２０に流入する。このように空気を供給することにより燃焼室３２０内に旋回流が形成される。図１８（ｂ）に吸気行程が終わった後の燃焼室３２０の状態を示した。燃焼室３２０内では、矢印のように空気の旋回流が形成される。また、ここで、燃料噴射弁３１１で燃料を吸気弁３０６上の点火プラグ３２１側に噴射するように噴霧を形成すると、燃焼室３２０の中心の点火プラグ３２１周りに燃料が集中するので、よりリーン空燃比に設定することができる。
【００２９】
また、図１９に示したように、バイパス通路３０８の出口部を吸気ポート３０９の上方に開口すると、燃焼室３２０内には縦方向の旋回流れが形成される。この縦方向の旋回流により燃焼が安定する。
【００３０】
図２０に空燃比の設定状態を示したマップを示した。アイドル時は、空燃比すなわち空気過剰率λを１近傍に設定する。また、軽付加状態では、λ＞１.０のリーンに設定する。その外側は、出力を重視するために空燃比をλ＝１の理論空燃比に設定する。さらにその外側は出力域となるので、空燃比をλ＜１.０のリッチ空燃比に設定する。燃焼室に旋回流を形成するための空気は、λ＞１.０のリーン空燃比に設定する運転状態で導入する。前述したように、アイドル時にも吸気ポート部に絞り弁をバイパスした空気を、アイドルスピードコントロール（ＩＳＣ）用として導入するように構成されているので、アイドル時、始動後の燃焼が改善される。図２０（ａ）では、λ＝１に設定されているが、この燃焼改善効果によりλ＞１.０のリーン空燃比に設定できる。図２０（ｂ）には、バイパス空気の制御弁のどうさ領域を示した。アイドル運転領域では、ＩＳＣ用の制御弁で空気量を制御する。また、軽負荷時には別の空気制御弁でバイパス空気量を制御する。ここでは、エンジンの要求空気量に応じて制御弁の開度を変化させる。
【００３１】
図２１に、制御弁３１３の動作を示した。図２１（ａ）に運転領域を示した。アクセルを踏んで、リーン空燃比領域に入ったとする。図２１（ｂ）に、動作のフローチャートを示した。θａｃはアクセルの踏み角を示しており、加速状態で踏み角が増大している。リーン空燃比に入った直後は、基本燃料噴射量は前回の値に固定する。しかし、空燃比はリーンに設定されているので、バイパス空気量を増大し、設定の空燃比になるようにする。この時の吸気管を流れるメインの空気量をＱｍ、バイパス空気量をＱｓとし、Ｑｍはエンジンに吸入される空気量からＱｓを引いた値である。リーン空燃比に入った直後はＱｓを増加し、空燃比をリーン化する。Ｑｍはアクセルを踏み込んだ分だけ増加する。Ｑｓはリーン化する分の空気量としても良い。例えば、Ｑｆはアクセルを踏み込む前の空気量に対して理論空燃比になるような燃料量とする。この場合、Ｑｓの増加分は理論空燃比からのリーン化分の空気量とする。このようにすれば、理論空燃比からリーン空燃比への移行はスムーズに行われる。
【００３２】
図２２（ａ）に、この動作の制御フローチャートを示す。始めに、リーン領域に入ったかどうかを判定する。リーン領域に入った場合は、一時燃料量を固定にする。次に、制御弁３１３（以下スワールソレノイドとする）の開度をマップから検索する。この開度に従ってスワールソレノイドを動作させる。以上の動作を終了した後、燃料量の固定を解除する。その後、リーン領域での運転のフローを図２２（ｂ）に示す。リーン運転にいるかどうかを判定して、リーン領域の場合はスワールソレノイド開度マップを検索してその値を出力する。その後、目標空燃比になっているかどうかを判定して、目標空燃比よりリーンになっている場合は、燃料量を増加する。また、目標空燃比よりリッチになっている場合は、燃料量を減少する。つまり、スワールソレノイドを目標開度に開いた後の空燃比制御は、燃料量の増減により行うようにする。
【００３３】
図２３に、空燃比制御の別の方法を示す。図２３（ａ）にリーン領域に入った直後の動作フローを示した。図２２（ａ）に示した動作と同様に、燃料量を固定にして、スワールソレノイドを開け、その後燃料量の固定を解除する。図２２（ｂ）に空燃比の制御法を示した。リーン空燃比域に入っている場合は、燃料噴射量をマップ検索し、噴射弁から噴射する。その後、目標空燃比になっているかを判断して、目標空燃比よりリーンの場合は、スワールソレノイドを閉じて空燃比をリッチにする。また、目標空燃比よりリッチの場合は、スワールソレノイドを開いて、空燃比をリーンにする。つまり、この方法では、スワールソレノイドの開度制御による空気量の変化によって、空燃比を調整する。図２２，図２３の例で示した方法では、目標空燃比になっているかどうかを判定する方法として、排気空燃比センサによる検出値を基に判断する方法がある。また、排気空燃比センサを用いなくても、エンジンラフネスを検出するセンサにより、空燃比を制御する方法がある。
【００３４】
図２４に、エンジンラフネスセンサを用いた空燃比制御法を示した。リーン運転域の場合、エンジンラフネス度の検出値をリードする。この場合、ラフネス度を検出する方法としては、燃焼室に取り付けた燃焼圧力センサによる燃焼圧力の変動がある。また、カム軸に取り付けたクランク角センサやリングギアセンサの回転検出値の変動を検出しラフネス度を判断する方法がある。さらに、エンジンブロックに取り付けたノックセンサの検出値を基に判断する方法もある。このような方法により、ラフネス度を検出して目標値より大きかったら、リーン限界と判断して、スワールソレノイドを閉じて空燃比をリッチ側に移行する。また、ラフネス度が目標値より小さかったら、スワールソレノイドを開いて空燃比をリーン側に移行する。このようにすることによって、常にリーン限界での運転が可能になる。
【００３５】
図２５に、スワールソレノイド開度の学習法のフローを示す。ラフネス度を検出した後、目標値より小さかったら、スワールソレノイドの開度を増加させて、再びラフネス度を判断する。ここで、ラフネス度が目標値より大きくなったら、開度を少量減少させて、その時の開度をマップ上に書き替えて記憶しておく。つまり、このときの開度がリーン限界ぎりぎりの空燃比とゆうことになる。この方法により、エンジン等が経時変化したとしても、常に限界の開度マップとなるようになる。
【００３６】
図２６にリーン空燃比域で、アクセルを踏み込んだ場合の制御動作のフローチャートを示した。この場合は、アクセル角θａｃが増加するに従って、燃料量Ｑｆも増加する。この時の空気量の増加傾向を、メイン吸気管の空気量Ｑｍ，空気通路３０８の空気量Ｑｓでしめした。θａｃが増加するに従って、Ｑｍ，Ｑｓとも一定の比率で増加するようにする。このようにすれば、常に一定のスワール強度が得られる。さらに、回転数によって、ＱｍとＱｓの流量を変化させても良い。いずれの場合も、スワールソレノイドの開度を、回転数、負荷のマップに記憶させておけば良い。
【００３７】
図２７にこの時の制御のフローチャートを示した。リーン領域内での加速かどうかを判断して、加速状態の場合は、スワールソレノイドの開度マップを検索して、スワールソレノイドを開く。燃料量はＱｍとＱｓの和の量に相当した分だけ噴射される。しかし、この場合は空燃比がリーンに設定されているので、この空燃比に対応した量だけ噴射される。
【００３８】
図２８にリーン空燃比領域から別の空燃比領域に、運転状態が変化した場合の制御のフローを示した。図２８（ｂ）に示したように、θａｃが増加してリーン領域をでた直後は、燃料量Ｑｆを固定とする。この場合、空燃比を変化させるのは空気通路３０８の空気量を変化させることにより実行する。つまり、Ｑｍはほぼ一定となるが、Ｑｓを変化させて空燃比を制御する。
【００３９】
この時の制御のフローチャートを、図２９に示した。始めにリーン空燃比領域を出たかどうかを判断して、リーン域を出た場合は、燃料噴射量を一時固定にする。その後、スワールソレノイドの開度を減少させる。この動作が完了したら、燃料噴射量の固定は解除する。このように燃料量を変えることなく、空気量のみを変化することによって、別の空燃比に移行する場合のトルクショックは低減できる。
【００４０】
図３０（ａ）に、燃料量のマップの一例を示した。この場合は、（イ）のアイドル運転領域では、理論空燃比かリーンの空燃比になるように設定する。（ロ）の出力領域は、理論空燃比に設定する。さらに（ハ）のリーン空燃比域では、バイパス空気通路３０８が流れなかったとして、空燃比が理論空燃比になるように燃料量を設定する。実際に運転する場合は、バイパス空気が流入するので実空燃比はリーンとなる。図３０（ｂ）に、制御目標とする空燃比の設定を示す。（イ），（ロ）の領域は図３０（ａ）に示した設定と同じであるが、（ハ）の領域ではリーン空燃比に設定する。この場合は、図３０（ｃ）に示したように、スワールソレノイドを開けることによって、空燃比をリーンにする。このために、回転数，負荷，設定空燃比に応じて、スワールソレノイドの開度を変化させる必要がある。実際の運転状態では、この開度マップを検索しながら、スワールソレノイドを開閉し空燃比を制御する。
【００４１】
図３１は、本発明の一実施例を示す上面図で、図３２は図１の矢視Ａ−Ａ断面図であり、図３３は図１の矢視Ｂ−Ｂ断面図、図３４は図１の矢視Ｃ−Ｃ断面図である。これらの図において、１０１はエアクリーナ、１０２は吸入空気流量計量部、１０３はスロットル弁、１０４はサージタンク、１０５は独立ブランチ吸気管、１０６はコントロールユニット、１０７はインジェクタ、１０８はプレッシャーレギュレータ、１０９は補助空気制御弁、１１０はＥＧＲバルブ、１１は可変吸気長バルブ（実線は開弁時、破線は閉弁時を示す）、１１２は可変吸気長バルブ開閉用アクチュエータ、１１３はエンジン本体を示す。また、図中の矢印は吸入空気の流れを示し、この矢印の内で破線で示されたものは可変吸気長バルブ１１１が閉じた状態での流れを示す。エンジンに吸入される空気は、エアクリーナ１０１の入り口からエアクリーナ１０１内に設けられたエアフィルタ１０１ａにてろ過され、空気流量計量部１０２を通り、運転者の意図により開閉されるスロットル弁103に導かれる。吸入空気流はスロットル弁１０３の開口面積により制御される。スロットル弁１０３を通過した空気は、サージタンク部１０４から独立ブランチ吸気管１０５にてエンジンの各気筒に配分される。独立ブランチ吸気管１０５内には可変吸気長バルブ１１１が設けられており、このバルブはアクチュエータ１１２により開閉される。また、吸入空気は、上記流通経路とは別に空気流量計量部１０２の下流からスロットル弁１０３をバイパスして、補助空気制御弁１０９により吸入空気量を制御されてエンジンに供給される。
【００４２】
エンジンに供給される燃料は、プレッシャレギュレータ１０８により燃料配管中の圧力を一定に保たれ、空気計量部１０２等の信号によりコントロールユニット１０６にて演算された値にて駆動されるインジェクタ１０７から各気筒に噴射される。
【００４３】
本実施例では、上記部品と更に排気ガスの一部をエンジンに供給するためのＥＧＲバルブ１１０を一体構造としている。この一体構造体は、必要に応じて上記部品を削減したり、他の部品を追加することが可能であり、特に部品内容を規定されるものではない。
【００４４】
サージタンク部１０４の上部に独立ブランチ吸気管１０５を挟んでエアークリーナ 101 を取付け、スロットル弁１０３を有する空気通路で両者を接続した、上記構成によれば、従来の吸気装置に設けられていたエアクリーナまたは吸気流量計からスロットル弁部をつないでいたダクトを廃止でき、エアクリーナ・空気流量計をエンジン部に装着することができる。また、本実施例では、独立ブランチ吸気管１０５の間にスロットル弁１０３を配置しているため、少ないスペース内で、多気筒用の独立ブランチ吸気管長をほぼ同等に保ちつつ、サージタンクの容量を大きくすることが可能となっている。従って、小スペース化が図れるとともに、吸気装置全体を１つのユニットとしてとらえることができ、エンジンルーム内の配置設計が容易となり、又標準化することが可能となる。更に、組立工数の低減、エンジン工場での実際の生産品によるエンジン性能チェックが可能となる。また、吸気装置そのものも一体化されているため、実際の生産品によって性能チェックが可能となり、この時点で吸気装置全体の性能を管理することができる。又、空気流量計は、一般的に、エンジンの吸気脈動により出力信号の振れを起こし易く、この振れはエンジンの回転数が吸気管内の固有振動数に一致した時に最も大きくなる。空気流量計を設置される部分の管長はエアクリーナからサージタンクまでの長さとほぼ一致するので、従来のようにダクト等を設けて管長を長くしている場合は固有振動数が低周波数域になり、実仕様状態に置いて空気流量計信号の不具合を発生しやすくなっていた。この現象は、本実施例では、管長が短いため、管内の固有振動数が高周波数域にすることができ(従来に対し約５倍)低減することができる。
【００４５】
また、エンジンの低速時のトルクを増大させるためには、独立ブランチ吸気管長を長くすることが効果的であるが、本実施例では、独立ブランチ吸気管１０５をサージタンク部１０４の外周で、かつ壁面の一部を共用することにより、少ないスペース内にこれを実現することが可能である。また、これに対しエンジンの高速時のトルクを増大させるためには、独立ブランチ吸気管長を短くすることが効果的であり、前記時とは相反するため従来品では様々な可変吸気長システムが提案されているが、本実施例では、図３３に示すように、可変吸気長バルブ１１１にて、容易に実現することが可能である。本実施例では、この可変吸気長バルブ１１１はダイヤフラム機構のアクチュエータ１１２にて、高速時に開弁し、低速時に閉弁する用に制御しているが、モーター等を用いてリニアに制御させることも可能であり、特に制御方法を規定するものではない。
【００４６】
また、エンジンの運転状態を制御するコントロールユニット１０６はエアクリーナ101の外壁に取り付けられている。これにより、コントロールユニットは吸入空気により冷却され、エンジンからの熱の影響を低減することができる。また、市場での交換作業も容易であり、サービス性の向上が図れる。
【００４７】
また、補助空気制御弁１０９を通る管路についても、本実施例の吸気装置内に設置されており、ゴムホース等による配管系を削減しており、低コスト化を図ることができる。
【００４８】
なお、上記吸気装置は、各機能部分に分けて製作したものを組み合わせて構成しても良いが、樹脂等により可能な限りいったい整形にて製作することにより、より一層のコスト低減を図ることができる。
【００４９】
次に、図３５から図３８に他の実施例を示す。これらの図は、それぞれ第一の実施例の図３１から図３４に対応し、符号も第一の実施例と同様である。
【００５０】
本実施例では、スロットル弁１０３は独立ブランチ吸気管１０５の外側に設置されている。この構成により、エアフィルタ１０１ａの容量を大きくすることができ、吸気抵抗が低減されエンジンの出力を向上させることが可能である。又、各部の一体成形がより容易になる。
【００５１】
また、コントロールユニット１０６は、エアクリーナ１０１の内側に取付けられている。これにより、コントロールユニット１０６をより強制的に吸入空気で冷却でき、しかもエアフィルタ１０１ａの下流側に位置される為、水やダスト等の飛沫を受け難くなり、より信頼性を向上させることができる。更に、市場でのサービスはエアフィルタ１０１ａの交換作業と同等以上の容易なものとすることができる。また、上記２つの実施例において、吸気装置を一つのサブ組立体として完成させた後、エンジンにこれを組付けるようにすることにより、組立性の向上を図ることも可能である。
【００５２】
本発明になる吸気装置が適用される吸気システムの参考技術を列挙すると以下の通りである。
【００５３】
従来のリーン運転を行うための吸気装置としては、例えば特開昭62−48927 号公報に記載されているように、吸気２弁エンジンにおいて、各々の吸気弁に通じる通路を２つに分け、一方の通路（ストレートポート）に吸気制御弁を設けて、機関の低負荷時にはこれを閉じることにより、燃焼室に流入する吸気流速を上げ、更に、その際使われる側の通路（スワールポートまたはヘリカルポート）を燃焼室の壁面に沿うように湾曲させることにより、燃焼室内に渦流（スワール）を発生させ、これにより混合気の燃焼速度を上げ、希薄混合気でも安定した燃焼が得られるようにしたものが知られている。
【００５４】
一般に、機関のアイドル時には、機関の円滑な運転を実現するために、少ない空気量を応答性良く機関に送り込む必要がある。また、エアコンなどの補器類を作動させた場合に機関の運転状態を変化させないためには、補器によって消費されるトルクを補うため、空気量を増加させる方法が知られているが、機関の円滑な運転の為には、補器がＯＮ状態になり、トルクアップの必要が生じた場合に、直ちにトルクアップ用の空気を供給できることが望ましい。すなわち、トルクアップ用空気の応答性が良い方が望ましい。
【００５５】
また、機関の部分負荷時に、排気還流により燃焼温度を下げ、燃費改善，排気浄化を行う、いわゆるＥＧＲを行おうとする場合には、吸気管の集合部であるコレクタにＥＧＲガスを導入する方法が広く知られている。燃費向上の為には、ＥＧＲは０〜２０％前後の範囲が適切と言われており、この範囲でなるべく大量のＥＧＲを行うことが望ましい。
【００５６】
ところで、スワール生成を目的とした従来の内燃機関の吸気装置にあっては、吸気弁近傍の主空気通路内に吸気制御弁があるため、機関の全負荷時には吸気抵抗となり、出力が低下するという問題があった。
【００５７】
また、吸気制御弁を閉じている際、これに燃料が付着するため、加速応答性の低下を招くという問題があった。さらに、吸気制御弁が開いている場合でも、従来、燃料噴射弁，その取り付け部，燃料配管，燃料微粒化用の空気配管、および吸気管が別々に設計，製作されていたため、燃料噴射弁が吸気管中心軸から遠く位置し、その結果、燃料噴射弁の噴霧軸方向が吸気管中心軸となす角度が大きくなり、燃料が吸気管内壁に付着し易く、加速応答性の低下を招くという問題があった。
【００５８】
また、吸気の方向が主空気通路の方向によって定まってしまうため、スワールを効率よく生成できず、さらに、構造上、吸入空気が全てスワールポートを通ってしまう。また、吸気２弁エンジンの場合には、構造上、スワールポートの最小面積を主通路の約１／２とするか、スワールポートを他方のストレートポートより絞らなければならず、いずれの場合でもスワールが運転状態によって限定され、機関の回転数によって、スワールが必要とされるものより弱かったり、あるいは、強すぎたりするという問題点があった。一方、全開時には、スワールポートにより吸気通路が狭められ、吸気特性の悪化、すなわち、最高出力の低下をもたらすといった問題があった。
【００５９】
また、機関のアイドル用空気，トルクアップ用空気を吸気管集合部であるコレクタに導入した場合、コレクタの容量が大きいために、吸入空気の応答性が悪くなるという問題点があった。
【００６０】
また、同様に、コレクタにＥＧＲガスを導入する場合には、ＥＧＲガスが燃焼を阻害し、特にスワールによる燃焼促進を行う場合には、ＥＧＲガスを均一に導入することが難しい。また、過渡運転時には、ＥＧＲガスの応答が遅れ、機関の運転状態によっては、混合気の燃焼が著しく悪化するため、大量ＥＧＲを行うことが難しいという問題点があった。
【００６１】
本発明になる吸気装置が適用される吸気システムの他の参考技術を列挙すると以下の通りである。
【００６２】
第１に、機関の回転数，負荷に応じた、適切な強さのスワールを生成する手段を備えた吸気装置を提供するものである。
【００６３】
第２に、機関の全負荷時にも吸気特性が良好で、出力の低下が抑制できるスワールの生成手段を備えた機関の吸気装置を提供するものである。
【００６４】
第３に、機関のアイドル時の安定性が高く、また、補器の作動によるトルクアップを行った際の応答性が高い吸気装置を提供するものである。
【００６５】
第４に、ＥＧＲを行う場合にガスの応答性が高く、且つ大量ＥＧＲの可能な吸気装置を提供するものである。
【００６６】
第５に、吸気管への燃料付着が少なく、燃料の加速応答性が良い吸気装置を提供するものである。
【００６７】
具体的には、吸気管の主通路とは別に補助流体通路を設け、その出口を吸気弁近傍に設ける。導入される流体は、例えば空気，ＥＧＲガスなど、複数種類であり、また、アイドル制御用，トルクアップ用，ＥＧＲ用など、複数の制御用途を持つ。
【００６８】
これらの流体は、補助通路に設けられた制御弁により制御される。
【００６９】
さらに、燃料噴射弁の取り付け部，燃料配管，燃料微粒化用空気配管を吸気弁近傍の吸気管に一体化し、これに燃料噴射弁を取り付ける。
【００７０】
以上のように構成したので、本参考技術の吸気システムでは次のような作用を有する。
【００７１】
まず、補助流体通路の断面積や、補助流体通路が吸気主通路となす方向を任意に設定でき、また、機関の運転中にも補助流体の量を制御弁により制御できるので、生成されるスワールの強さを従来より広い範囲で自由に変えることができる。
【００７２】
また、本構成では主空気通路に吸気制御弁やヘリカルポートを持たないので、機関の全負荷時に主空気通路の吸気抵抗となることがなく、出力の低下を抑えることができる。
【００７３】
また、補助流体通路はその内容積を主空気通路に比べて小さくできるので、必要なだけの流体を迅速に機関に供給でき、これにより、アイドル時，トルクアップ時，ＥＧＲ時などの応答性を向上できる。
【００７４】
また、ＥＧＲを均一に、または、燃焼に影響を及ぼさない方向で機関に導入できるので、大量ＥＧＲ時でも機関を安定に運転できる。
【００７５】
更に、燃料噴射弁の取り付け部，燃料配管，微粒化用の空気配管を吸気管に一体化することで、燃料噴射弁を吸気管の中心軸に近づけることができ、燃料噴霧の軸と吸気管中心軸のなす角度を小さくできる。また、燃料噴射弁から噴射された燃料噴霧が吸気管の内壁に付着する率が小さくなるよう、燃料噴霧に合わせて吸気管を最適に設計できる。これらにより、吸気管への燃料付着を低減できる。
【００７６】
これら参考技術に示した吸気システムにより、以下に示す効果が得られる。
【００７７】
（１）吸気管の主通路とは別に複数のガスを導入する補助流体通路を設け、その出口を吸気弁近傍に設けることで、補助流体通路が吸気主通路となす方向を任意に設定でき、機関の運転中にも補助流体の量を制御弁により制御できるので、生成されるスワールの強さを従来より広い範囲で自由に変えることができる。
【００７８】
（２）本参考例のスワール生成手段は、従来のように主空気通路に吸気制御弁やヘリカルポートを持たないので、機関の全負荷時に主空気通路の吸気抵抗となることがなく、出力の低下を抑えることができる。
【００７９】
（３）補助流体通路はその内容積を主空気通路に比べて小さくできるので、必要なだけの流体を迅速に機関に供給でき、これにより、アイドル時の機関の安定性を高め、アイドル時，トルクアップ時，ＥＧＲ時などの応答性を向上できる。
（４）ＥＧＲを均一に、または、燃焼に影響を及ぼさない方向で機関に導入できるので、大量ＥＧＲ時でも機関を安定に運転できる。
【００８０】
（５）燃料噴射弁の取り付け部，燃料配管，微粒化用の空気配管を吸気管に一体化することで、燃料噴射弁を吸気管の中心軸に近づけることができ、燃料噴霧の軸と吸気管中心軸のなす角度を小さくできる。また、燃料噴射弁から噴射された燃料噴霧が吸気管の内壁に付着する率が小さくなるよう、燃料噴霧に合わせて吸気管を最適に設計できる。これらにより、吸気管への燃料付着を低減し、かつ、燃料の加速応答性が良い吸気装置が得られる。
【００８１】
【発明の効果】
本発明によれば、コンパクトな吸気装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明になる吸気装置が適用される吸気システムの参考例を示す図。
【図２】図１の参考例の動作の状態を表わす図。
【図３】図１の参考例の動作の状態を表わす図。
【図４】図１の参考例の動作の状態を表わす図。
【図５】図１の参考例の動作の状態を表わす図。
【図６】図１の参考例の動作の状態を表わす図。
【図７】補助流体通路出口の方向を変えた参考例を示す図。
【図８】補助流体通路出口の方向を変えた参考例を示す図。
【図９】補助流体通路出口の方向を変えた参考例を示す図。
【図１０】補助流体通路出口の方向を変えた参考例を示す図。
【図１１】補助流体の構成の別の参考例を示す図。
【図１２】補助流体の構成の別の参考例を示す図。
【図１３】補助流体の構成の別の参考例を示す図。
【図１４】燃料噴射弁とその周辺の取付方法に関する参考例を示す図。
【図１５】参考例の構成図。
【図１６】参考例の構成図。
【図１７】参考例の構成図。
【図１８】エンジンを上方から見た図。
【図１９】エンジンを側面から見た図。
【図２０】空燃比，制御弁開度のマップ。
【図２１】動作タイムチャート。
【図２２】制御フローチャート。
【図２３】制御フローチャート。
【図２４】制御フローチャート。
【図２５】制御フローチャート。
【図２６】動作タイムチャート。
【図２７】制御フローチャート。
【図２８】動作タイムチャート。
【図２９】制御フローチャート。
【図３０】空燃比，制御弁開度のマップ。
【図３１】第一の実施例の上面図。
【図３２】図３１の矢視Ａ−Ａ断面図。
【図３３】図３１の矢視Ｂ−Ｂ断面図。
【図３４】図３１の矢視Ｃ−Ｃ断面図。
【図３５】第二の実施例の上面図。
【図３６】図３５の矢視Ａ−Ａ断面図。
【図３７】図３５の矢視Ｂ−Ｂ断面図。
【図３８】図３５の矢視Ｂ−Ｂ断面図。
【符号の説明】
１０１…エアクリーナ、１０２…空気流量計、１０３…スロットル弁、１０４…サージタンク、１０５…独立ブランチ吸気管、１０６…コントロールユニット、１０９…補助空気制御弁、１１１…可変吸気長バルブ、１１３…エンジン本体、２０１…エアクリーナ、２０２…主吸気通路、２０３…主吸気通路絞り弁、２０４…コレクタ、２０５…独立吸気管、２０６…エンジン、２０７…排気管、２０８…空気流量測定手段、２１０…補助流体通路、２１１…吸気制御弁、２１２…ＥＧＲ制御弁、２１３…補助流体通路出口、２１４…ＥＧＲガス通路、２２０…エンジン補器、２２１…アクセル開度検出手段、２２２…コンピュータ、２２３…エンジン回転数計測手段、２３１…空気、２３２…ＥＧＲガス、２４１…吸気弁、２４２…シリンダ壁、２４３…プラグ、２４４…燃焼室、２４５…燃料噴射弁、２４６…燃料噴霧、２５１…吸気制御弁、２５２…補助空気制御弁、２５３…補助絞り弁、２５４…絞りノズル、２６１…燃料噴射弁、２６２…燃料噴射弁取り付け部、２６３…燃料配管、２６４…微粒化用空気配管、２６５…燃料噴射弁固定具、３０２…空気量センサ、３０７…エンジン、３０８…バイパス空気通路、３１０…アシストエア通路、３１３…制御弁、３１６…アイドルスピードコントロールバルブ、３１８…コレクタ。[0001]
[Industrial application fields]
  The present invention relates to an intake device for a multi-cylinder internal combustion engine, and more particularly to an intake device having a surge tank and an independent branch intake pipe.
[0002]
[Prior art]
  For example, in Patent Document 1, in an intake two-valve engine, a passage leading to each intake valve is divided into two, and an intake control valve is provided in one passage (straight port), which is closed when the engine is under a low load. It has been known.
[0003]
[Patent Document 1]
  JP-A 62-48927
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
  Get a small volume intake system.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
  Configure the intake system so that the independent branch intake pipe surrounds the surge tankAt the same time, the air cleaner and the surge tank, which are arranged at the top of the surge tank with the independent branch intake pipe interposed therebetween, are connected by an air passage in which a throttle valve is arranged..
[0006]
【Example】
  Hereinafter, the present inventionExample of an intake device that will be used, and a reference example of an intake system to which the intake device is appliedWill be described with reference to the drawings.
[0007]
  FIG. 1 shows the present invention.Reference example of an intake system for an internal combustion engine to which an intake device is appliedIs shown. The intake air is introduced from the air cleaner 201 and the flow rate is measured by the air flow meter 208. After the amount of air passing through the main passage 202 is adjusted by the throttle valve 203, it is distributed from the collector 204 to each cylinder and enters the engine 206 through the independent intake pipe 205. BooksystemThen, the auxiliary fluid passage 210 is provided in parallel with this. The flow rate of air passing through the auxiliary fluid passage 210 is determined by a signal from the accelerator opening detecting means 221, an ON / OFF signal from the engine auxiliary device 220, a signal from the engine speed detecting means 223, and an intake air from the air flow meter 207. The computer 222 is adjusted by controlling the intake control valve 211 based on the quantity signal. Separately, the EGR gas is supplied from the engine exhaust pipe 207 through the EGR gas passage 214 to the auxiliary fluid passage 210 through the EGR valve 212. The auxiliary fluid passage outlet 213 opens to an independent intake pipe 205 in the vicinity of an intake valve (not shown) of the engine 206. At this time, the flow rate of the auxiliary fluid and the opening area of the auxiliary fluid passage outlet 213 determine the flow velocity of the intake air flowing into the engine 206. If the opening area of the auxiliary fluid passage outlet 213 is made smaller than the cross-sectional area of the independent intake pipe 205, the intake flow velocity can be increased, and the outlet 213 is provided so as to be offset from the peripheral direction of the intake pipe 205. Thus, a swirl can be generated in the combustion chamber (not shown) of the engine 206.
[0008]
  FIG. 2 to FIG. 6 show the changes in FIG.systemThe operation of is shown.
[0009]
  FIG. 2 shows the relationship between the operating state and the area of intake control. The determination as to whether or not the vehicle is in each operating state is made by the computer 222 by applying the signal from the engine speed detection sensor 223 and the signal from the accelerator opening detection sensor 221 to the region shown in FIG. As a result, the intake control valve 211 and the EGR valve 212 are controlled, and control corresponding to each operation region is performed. The control of each operation region is shown in FIGS.
[0010]
  FIG. 3 shows the operating state of region 1. This is the case when the engine speed is low and there is almost no load. The throttle valve 203 and the EGR valve 212 are closed, and the intake air is adjusted by opening and closing the intake control valve 211. That is, the air 231 is supplied through the auxiliary fluid passage 210. Further, the air-fuel ratio becomes a theoretical mixing ratio. Here, in order to maintain smooth operation of the engine when the load changes due to the ON / OFF of the engine auxiliary device 220, or when the engine speed changes due to a slight change in the internal state of the engine 206. In response to these changes, an appropriate intake air must be supplied immediately. Here, when the internal volume of the entire auxiliary fluid passage 210 is smaller than the total volume of the main passage 202 including the collector 204 and the independent intake pipe 205 of each cylinder,systemTherefore, this system can supply idle air with high responsiveness to engine rotation fluctuations. , Can improve the stability of the engine.
[0011]
  FIG. 4 shows the operation state of the region 2. The engine speed is higher than that in region 1 and the load is low and medium. The throttle valve 203 opens slightly according to the load or the rotational speed. The EGR valve 212 remains closed. In the region 2, the air-fuel ratio becomes a lean air-fuel ratio of, for example, 22 and 23. Therefore, it is necessary to adjust the air-fuel ratio when shifting to other surrounding regions. BooksystemThen, when the region 2 is entered, the intake air amount is increased by increasing the opening degree of the intake control valve 211 than in the other region. At the same time, by increasing the flow rate of the air 231 flowing into the engine 206 from the auxiliary fluid passage outlet 213, the intake air flow rate is increased, and swirls are generated in the combustion chamber (not shown) of the engine 206 to increase the combustion speed of the air-fuel mixture. High combustion can be obtained even with a lean mixture. At this time, the strength of the swirl can be optimized by changing the area of the outlet 213 of the auxiliary fluid passage. That is, the cross-sectional area of the passage outlet 213 can be set small when it is desired to increase the swirl, and can be set large when it is desired to decrease the swirl. It should be noted that for controlling the air-fuel ratio, means for reducing the amount of fuel supplied from the fuel injection valve (not shown) to the engine 206 may be used in combination. By using this configuration, it is possible to increase or decrease the amount of the air 231 sucked with good responsiveness in both cases of transition from another adjacent region to region 2 or transition from region 2 to another region.
[0012]
  FIG. 5 shows the operation state of the region 3. In the region 3, the engine speed is very low, and the load is larger than the idle state, or the load is higher than the region 2 or is higher. In this region, the stoichiometric air-fuel ratio is used to obtain torque. The throttle valve 203 opens according to the load or the rotational speed. The amount of the EGR gas 232 is adjusted by the EGR valve 212 according to the operating conditions to lower the combustion temperature, and to improve fuel efficiency by reducing the pumping loss. The intake control valve 211 is closed to prevent the backflow of the EGR gas 232. At this time, since the high-speed EGR gas 232 is supplied from the outlet 213 of the auxiliary fluid passage and is uniformly mixed with the air 231 that has passed through the main passage 202, the engine is compared with the case where the EGR gas is supplied to the collector portion 204. Therefore, the EGR gas 232 can be distributed to each of the cylinders, and therefore, the limit EGR amount can be increased. Further, by directing the outlet 213 of the auxiliary fluid passage in a direction along the wall surface of the combustion chamber (not shown) of the engine, the swirl is caused in the combustion chamber to improve the combustion, and the EGR gas 232 is located near the wall surface. Layers can be created to reduce heat loss from the wall surface and improve fuel efficiency. Further, if the internal volume of the EGR gas passage 214 is made smaller than the total volume of the main passage 202 including the collector 204 and the independent intake pipe 205 of each cylinder, the EGR gas can be supplied to the engine with good responsiveness.
[0013]
  FIG. 6 shows the operating states of regions 4 and 5. In this region, the rotational speed is higher than that in region 3, or the load is increased. The air-fuel ratio is a stoichiometric air-fuel ratio or a fuel-excess air-fuel ratio, and since emphasis is placed on securing torque, the EGR valve 213 is closed. The intake control valve 211 may be open or closed. The throttle valve 203 of the main passage 202 is fully opened on the high load side, and opens and closes according to the required torque on the high rotation side. At this time, unlike the conventional example, the independent intake pipe 205 does not have an intake control valve that serves as an intake resistance or a throttle of the intake pipe, so that a reduction in output can be prevented. FIGS. 7 to 10 show the direction of the outlet 213 of the auxiliary fluid passage.ExampleIndicates.
[0014]
  FIG. 7 shows the case where the auxiliary fluid passage outlet 213 is installed to be shifted to the right or left side of the independent intake pipe 205.ExampleIt is. With this configuration, the auxiliary fluid passes through the intake valve 241 and flows along the cylinder wall 242 to generate a strong swirl in a direction parallel to the top of the piston. When the introduced auxiliary fluid is air, the combustion speed can be increased by the swirl even when the air is excessive with respect to the fuel, that is, the so-called lean air-fuel ratio, and good combustion can be realized. In addition, when EGR gas is introduced as an auxiliary fluid, uniform mixing of EGR gas and air is achieved using swirl, the combustion temperature is lowered, heat loss from the cylinder wall is reduced, and nitrogen oxides are combined. Can be suppressed.
[0015]
  Alternatively, air or EGR gas from the auxiliary fluid passage outlet 213 is guided to the cylinder wall surface 242 to form a layer of air or EGR gas around the air and cause combustion near the center of the combustion chamber 244 where the plug 243 is provided. Alternatively, heat loss from the cylinder wall surface 242 can be reduced by the heat insulating effect of the EGR gas.
[0016]
  FIG. 8 shows the case where the auxiliary fluid outlet 213 is installed on the upper part of the independent intake pipe 205 while being offset.ExampleIt is. With this configuration, the auxiliary fluid passes through the intake valve 241 and generates a vertical swirl (tumble). At this time, if fuel is injected only from one fuel injection valve (not shown) into one intake valve, the air-fuel mixture can be formed only in a partial region of the combustion chamber 244 including the one intake valve. . Thereby, the air-fuel mixture in the combustion chamber 244 can be stratified, and the air-fuel mixture can be diluted. In addition, the tumble is crushed in the compression stroke of the engine, and a lot of minute turbulence is generated. Thereby, the combustion speed can be improved even with a lean air-fuel mixture.
[0017]
  FIG. 9 shows the case where the auxiliary fluid outlet 213 is installed at a position below the independent intake pipe 205.ExampleIt is. With this configuration, the auxiliary fluid passes through the intake valve 241 and generates a tumble opposite to that in FIG. At this time, if fuel is injected only from one fuel injection valve (not shown) into one intake valve, the air-fuel mixture can be formed only in a partial region of the combustion chamber 244 including the one intake valve. . Thereby, the air-fuel mixture in the combustion chamber 244 can be stratified, and the air-fuel mixture can be diluted. In addition, the tumble is crushed in the compression stroke of the engine, and a lot of minute turbulence is generated. Thereby, the combustion speed can be improved even with a lean air-fuel mixture.
[0018]
  FIG. 10 shows the case where the auxiliary fluid passage outlets 213 are installed at both ends of the independent intake pipe 205.ExampleIt is. The passage outlet 213 faces the center of the combustion chamber 244. Further, the spray from the fuel injection valve 245 collides with the flow from the auxiliary fluid outlet 213. By configuring in this way, a rich air-fuel mixture that is easy to ignite is formed in the center of the combustion chamber 244, and if the plug 243 is installed therein, the inside of the combustion chamber 244 is good even if it has a lean air-fuel ratio as a whole. Ignition and combustion can be obtained. Similarly, if the spray 246 from the fuel injection valve can be collected in the center of the combustion chamber 244, the auxiliary fluid passage outlets 213 are not necessarily provided at both ends of the independent intake pipe 205, and are not provided at the upper part of the independent intake pipe 205. You may install it by offsetting it, or you may install it by offsetting it at the bottom.
[0019]
  11 to 13 show different configurations of the auxiliary fluid passage.ExampleIndicates.
[0020]
  In FIG. 11, the intake air is introduced from the air cleaner 201, the flow rate is measured by the air flow meter 208, the amount is adjusted by the throttle valve 203, and the intake control valve 251 supplies the main passage 202 and the auxiliary fluid passage 210. The ratio of flowing amount is adjusted. The intake control valve 251 is configured to be synchronized with the throttle valve 203 and to be opened later than the throttle valve, or to be opened when the intake negative pressure becomes a constant value close to atmospheric pressure, and adjusts the swirl strength. With this configuration, it is possible to reduce the amount of idle air flowing through the auxiliary air control valve 252 and the torque-up air for driving the engine auxiliary devices, and the cost can be reduced. Further, since the intake control valve 251 is installed upstream of the collector 204, it is not necessary to install as many as the number of cylinders as in the prior art, and only one is necessary. Therefore, cost can be reduced. Even in this case, the internal volume of the auxiliary fluid passage 210 is smaller than the total volume of the main fluid passage 202 including the collector 204 and the independent intake pipe 205 of each cylinder.Reference exampleOf course, it is possible to improve the responsiveness of the auxiliary fluid and to generate a swirl having a necessary strength.
[0021]
  FIG. 12 shows a case where an auxiliary throttle valve 253 is provided in the auxiliary fluid passage 210 so as to bypass the intake control valve 211.ExampleIt is. In this configuration, the intake control valve 211 is used to control idle air and torque-up air, and the auxiliary throttle valve 253 is used to adjust the flow rate of the swirl generation air in the lean operation region. The capacity can be reduced, and the cost can be reduced. Even in this configuration, the bookReference exampleOf course, it is possible to improve responsiveness and generate a swirl having a required strength.
[0022]
  FIG. 13 shows a case where a throttle nozzle 254 is provided at the outlet 213 of the auxiliary fluid passageExampleIt is. The basic configuration and operation are the same as those shown in FIGS.thisIn the example, when the opening of the throttle valve 203 is small and the flow rate of the auxiliary fluid is small, such as in an idle region, the flow rate of the auxiliary fluid is increased by narrowing the outlet of the auxiliary fluid passage outlet 213 by the throttle nozzle 254. The strength of the swirl can be increased, and stable combustion can be obtained even when burned with a lean air-fuel mixture. Even in this case, since the internal volume of the auxiliary fluid passage 210 is smaller than the total volume of the main fluid passage 202 including the collector 204 and the independent intake pipe 205 of each cylinder, the response of the auxiliary fluid, which is the object of this reference example, is achieved. Of course, it can improve the nature.
[0023]
  FIG. 14 shows a method for mounting the fuel injection valve.Reference technologyIndicates.
[0024]
  The fuel injection valve mounting portion 262, the fuel pipe 263, and the atomization air pipe 264 are all structurally integrated with the independent intake pipe 205. The fuel injection valve 261 is fixed to the intake pipe 205 by a stopper 265. By integrating the fuel injection valve mounting portion 262, the fuel pipe 263, and the atomizing air pipe 264 into the intake pipe 205, the fuel injection valve 261 is located at the center of the intake pipe 205 as compared with the case where they are manufactured separately. The angle a formed by the fuel spray axis and the intake pipe central axis can be reduced. Further, the intake pipe can be optimally designed in accordance with the fuel spray so that the rate at which the fuel spray injected from the fuel injection valve 205 adheres to the inner wall of the intake pipe is reduced. As a result, fuel adhesion to the intake pipe can be reduced.
[0025]
  FIG. 15 shows the present invention.System diagram of another intake system to which the intake device to becomeIndicates. Air is drawn into the collector 304 through the air cleaner 301, the air amount sensor 302, and the throttle valve 303. Further, the air is taken into the combustion chamber of the engine 307 through the intake valve 306 through the independent intake pipe 305 corresponding to each cylinder. A passage 308 that bypasses the throttle valve 303 is provided to supply air to the intake port portion 309 of the independent intake pipe 305. Since this air bypasses the throttle valve 303, the air flow rate is faster than the main air flow velocity flowing through the independent intake pipe 305. The outlet of the bypass passage 308 is opened so as to give a drift to the air flow in the intake port portion. In addition, an upstream inlet portion of the bypass passage 308 opens upstream of the throttle valve 303. Further, the bypass passage is branched and another bypass passage 310 is provided. The passage 310 is a passage for supplying air for fuel atomization to the fuel ejection portion 312 of the injection valve 311. The outlet of the bypass passage 308 is opened to an independent port portion of each cylinder. The bypass passages 308 and 310 are provided with a flow rate control valve 313 so that the amount of air flowing through the passage can be changed according to the operating state. This flow control valve 313 operates by an electrical signal. As described above, since the outlet portion of the bypass passage 308 is arranged to be biased toward the intake port 309, the air flow is biased. For this reason, a swirl flow is formed in the combustion chamber, and the combustion during the lean air-fuel ratio operation is stabilized. Further, air for idle speed control and fast idle control is also caused to flow from the control valve 313, so that combustion during idling and start-up is improved and unburned hydrocarbon emissions are reduced. Further, since the air-fuel ratio is set to lean at the time of idling and starting, it is effective for reducing fuel consumption and exhaust.
[0026]
  In FIG.Another system diagramshowed that. FIG. 16A shows the configuration. Here, two throttle valves are provided so that 313 and 314 supply air to the bypass passage 308 for supplying air to the intake port 309 and the bypass passage 310 for fuel atomization of the injection valve, respectively. It is configured. The intake port of the bypass passage 310 is opened upstream of the throttle valve 314. Each throttle valve is interlocked with an accelerator 315. As the accelerator is depressed, the throttle valve 313 is first opened. After the throttle valve 313 is fully opened, the throttle valve 314 starts to open. This operation is shown in FIG. During lean operation, air is sucked from the throttle valve 313 and the bypass passage 308. For this reason, a swirl flow is formed in the intake air, and combustion is stabilized. If the accelerator is further depressed, air is also drawn from the throttle valve 314. Even at this time, since a high-speed air flow is supplied from the bypass passage 308, lean combustion is possible. That is, before and after the condition that the throttle valve 314 starts to open, the lean air-fuel ratio returns to the normal air-fuel ratio. With such a configuration, a high-speed air current can be supplied by a mechanical operation. A control valve 316 for idle speed control is arranged to bypass the throttle valve 313 or 314. However, in order to improve combustion during idling, the control valve 316 for idle speed control is preferably arranged to bypass the throttle valve 313. Also, the air valve 317 for fast idle control is preferably arranged to bypass the throttle valve 313. By doing so, combustion at start-up and idling is improved, and unburned hydrocarbon emissions are reduced. In this system, since air flows through the passage 308 until a certain accelerator opening is reached, lean operation is possible.
[0027]
  In FIG.Yet another system diagramIndicates. Here, a collector portion 318 having a larger passage area than the passage is provided in the bypass passage 308 connected to the throttle valve 313. With this configuration, the intake inertia effect is generated in the bypass passage 308, and the low-speed torque is increased. Further, the air that has passed through the throttle valve 314 is introduced into the collector unit 319. Even when air flows here, an intake inertia effect is obtained by the effect of the collector 319.
[0028]
  FIG. 18 shows the state of the outlet portion of the bypass passage. The outlet of the bypass passage 308 opens so as to supply air to one side of the intake port 309. This high-speed air flows into the combustion chamber 320 through the intake valve 306. By supplying air in this way, a swirling flow is formed in the combustion chamber 320. FIG. 18B shows the state of the combustion chamber 320 after the intake stroke is finished. In the combustion chamber 320, a swirling flow of air is formed as indicated by an arrow. Here, if spray is formed so that fuel is injected by the fuel injection valve 311 to the spark plug 321 side on the intake valve 306, the fuel concentrates around the spark plug 321 at the center of the combustion chamber 320, so that leaner The air / fuel ratio can be set.
[0029]
  As shown in FIG. 19, when the outlet portion of the bypass passage 308 is opened above the intake port 309, a vertical swirling flow is formed in the combustion chamber 320. Combustion is stabilized by this vertical swirl flow.
[0030]
  FIG. 20 shows a map showing the setting state of the air-fuel ratio. When idling, the air-fuel ratio, that is, the excess air ratio λ is set to around 1. In the light addition state, a lean of λ> 1.0 is set. On the outside, the air-fuel ratio is set to a theoretical air-fuel ratio of λ = 1 in order to place importance on the output. Further, since the outside is an output region, the air-fuel ratio is set to a rich air-fuel ratio of λ <1.0. Air for forming a swirl flow in the combustion chamber is introduced in an operating state where the lean air-fuel ratio is set to λ> 1.0. As described above, since air that bypasses the throttle valve is introduced into the intake port portion for idling speed control (ISC) even during idling, combustion after start-up is improved during idling. In FIG. 20A, λ = 1 is set, but the lean air-fuel ratio of λ> 1.0 can be set by this combustion improvement effect. FIG. 20B shows how the bypass air control valve is located. In the idle operation region, the air amount is controlled by the ISC control valve. Further, when the load is light, the bypass air amount is controlled by another air control valve. Here, the opening degree of the control valve is changed according to the required air amount of the engine.
[0031]
  FIG. 21 shows the operation of the control valve 313. FIG. 21 (a) shows the operation region. Suppose you step on the accelerator and enter a lean air-fuel ratio region. FIG. 21B shows a flowchart of the operation. θac indicates the stepping angle of the accelerator, and the stepping angle increases in the acceleration state. Immediately after entering the lean air-fuel ratio, the basic fuel injection amount is fixed to the previous value. However, since the air-fuel ratio is set to lean, the amount of bypass air is increased so that the set air-fuel ratio is reached. The amount of main air flowing through the intake pipe at this time is Qm, the amount of bypass air is Qs, and Qm is a value obtained by subtracting Qs from the amount of air taken into the engine. Immediately after entering the lean air-fuel ratio, Qs is increased to make the air-fuel ratio lean. Qm increases as the accelerator is depressed. Qs may be the amount of air for leaning. For example, Qf is set to a fuel amount such that the stoichiometric air-fuel ratio becomes the air amount before the accelerator is depressed. In this case, the increment of Qs is the amount of air that is lean from the stoichiometric air-fuel ratio. In this way, the transition from the stoichiometric air-fuel ratio to the lean air-fuel ratio is performed smoothly.
[0032]
  FIG. 22A shows a control flowchart of this operation. First, it is determined whether the lean area has been entered. When entering the lean region, the temporary fuel amount is fixed. Next, the opening degree of the control valve 313 (hereinafter referred to as a swirl solenoid) is searched from the map. The swirl solenoid is operated according to this opening. After completing the above operation, the fuel amount is released. Thereafter, the operation flow in the lean region is shown in FIG. It is determined whether or not the engine is in the lean operation. If the engine is in the lean region, the swirl solenoid opening degree map is searched and the value is output. Thereafter, it is determined whether or not the target air-fuel ratio is reached. If the target air-fuel ratio is leaner, the fuel amount is increased. Further, when the air-fuel ratio is richer than the target air-fuel ratio, the fuel amount is decreased. That is, the air-fuel ratio control after opening the swirl solenoid to the target opening is performed by increasing or decreasing the fuel amount.
[0033]
  FIG. 23 shows another method of air-fuel ratio control. FIG. 23A shows an operation flow immediately after entering the lean region. Similar to the operation shown in FIG. 22A, the fuel amount is fixed, the swirl solenoid is opened, and then the fuel amount is released. FIG. 22B shows an air-fuel ratio control method. If it is in the lean air-fuel ratio range, the map is searched for the fuel injection amount and the fuel is injected from the injection valve. Thereafter, it is determined whether the target air-fuel ratio is reached. If the air-fuel ratio is leaner than the target air-fuel ratio, the swirl solenoid is closed to make the air-fuel ratio rich. When the air / fuel ratio is richer than the target air / fuel ratio, the swirl solenoid is opened to make the air / fuel ratio lean. That is, in this method, the air-fuel ratio is adjusted by changing the amount of air by controlling the opening of the swirl solenoid. In the methods shown in the examples of FIGS. 22 and 23, there is a method of determining whether or not the target air-fuel ratio has been reached based on the detection value by the exhaust air-fuel ratio sensor. Further, there is a method of controlling the air-fuel ratio by a sensor that detects engine roughness without using an exhaust air-fuel ratio sensor.
[0034]
  FIG. 24 shows an air-fuel ratio control method using an engine roughness sensor. In the case of the lean operation range, the detection value of the engine roughness degree is read. In this case, as a method of detecting the degree of roughness, there is a variation in combustion pressure by a combustion pressure sensor attached to the combustion chamber. There is also a method for judging the degree of roughness by detecting a change in the rotation detection value of a crank angle sensor or a ring gear sensor attached to the camshaft. Further, there is a method of making a determination based on a detection value of a knock sensor attached to the engine block. When the roughness degree is detected and larger than the target value by such a method, it is determined that the lean limit is reached, the swirl solenoid is closed, and the air-fuel ratio is shifted to the rich side. If the degree of roughness is smaller than the target value, the swirl solenoid is opened and the air-fuel ratio is shifted to the lean side. By doing so, it is possible to always operate at the lean limit.
[0035]
  FIG. 25 shows a flow of the learning method of the swirl solenoid opening. After detecting the degree of roughness, if it is smaller than the target value, the degree of roughness is judged again by increasing the opening of the swirl solenoid. Here, when the degree of roughness becomes larger than the target value, the opening is reduced by a small amount, and the opening at that time is rewritten on the map and stored. That is, the opening degree at this time is almost the same as the lean limit air-fuel ratio. By this method, even if the engine or the like changes with time, a limit opening map is always obtained.
[0036]
  FIG. 26 shows a flowchart of the control operation when the accelerator is depressed in the lean air-fuel ratio range. In this case, the fuel amount Qf increases as the accelerator angle θac increases. The increasing tendency of the air amount at this time was shown by the air amount Qm of the main intake pipe and the air amount Qs of the air passage 308. As θac increases, both Qm and Qs increase at a constant ratio. In this way, a constant swirl strength can always be obtained. Further, the flow rates of Qm and Qs may be changed depending on the rotational speed. In either case, the opening degree of the swirl solenoid may be stored in the rotation speed / load map.
[0037]
  FIG. 27 shows a flowchart of the control at this time. It is determined whether or not the acceleration is in the lean region. When the acceleration is in the acceleration state, the opening map of the swirl solenoid is searched and the swirl solenoid is opened. The fuel amount is injected by an amount corresponding to the sum of Qm and Qs. However, in this case, since the air-fuel ratio is set to be lean, an amount corresponding to the air-fuel ratio is injected.
[0038]
  FIG. 28 shows a control flow when the operating state changes from the lean air-fuel ratio region to another air-fuel ratio region. As shown in FIG. 28B, the fuel amount Qf is fixed immediately after θac has increased and left the lean region. In this case, the air-fuel ratio is changed by changing the amount of air in the air passage 308. That is, Qm is substantially constant, but the air-fuel ratio is controlled by changing Qs.
[0039]
  A control flowchart at this time is shown in FIG. First, it is determined whether or not the lean air-fuel ratio region has been exited. If the lean region is exited, the fuel injection amount is temporarily fixed. Thereafter, the opening of the swirl solenoid is decreased. When this operation is completed, the fixed fuel injection amount is released. Thus, by changing only the air amount without changing the fuel amount, the torque shock when shifting to another air-fuel ratio can be reduced.
[0040]
  FIG. 30 (a) shows an example of a fuel amount map. In this case, in the (i) idle operation region, the stoichiometric air-fuel ratio or lean air-fuel ratio is set. The output region (b) is set to the stoichiometric air-fuel ratio. Further, in the lean air-fuel ratio region (c), the fuel amount is set so that the air-fuel ratio becomes the stoichiometric air-fuel ratio, assuming that the bypass air passage 308 does not flow. In actual operation, since the bypass air flows, the actual air-fuel ratio becomes lean. FIG. 30B shows the setting of the air-fuel ratio as a control target. The areas (a) and (b) are the same as the settings shown in FIG. 30A, but in the area (c), the lean air-fuel ratio is set. In this case, as shown in FIG. 30C, the air-fuel ratio is made lean by opening the swirl solenoid. For this purpose, it is necessary to change the opening of the swirl solenoid in accordance with the rotational speed, the load, and the set air-fuel ratio. In an actual operation state, the air-fuel ratio is controlled by opening and closing the swirl solenoid while searching this opening degree map.
[0041]
  31 is a top view showing an embodiment of the present invention, FIG. 32 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 1, FIG. 33 is a cross-sectional view taken along line BB in FIG. FIG. In these drawings, 101 is an air cleaner, 102 is an intake air flow metering unit, 103 is a throttle valve, 104 is a surge tank, 105 is an independent branch intake pipe, 106 is a control unit, 107 is an injector, 108 is a pressure regulator, 109 is An auxiliary air control valve, 110 is an EGR valve, 11 is a variable intake length valve (the solid line indicates when the valve is open, and the broken line indicates when the valve is closed), 112 is a variable intake length valve opening / closing actuator, and 113 is the engine body. In addition, the arrows in the figure indicate the flow of intake air, and the arrows indicated by the broken lines indicate the flow when the variable intake length valve 111 is closed. Air sucked into the engine is filtered from an inlet of the air cleaner 101 by an air filter 101 a provided in the air cleaner 101, passes through an air flow rate measuring unit 102, and is guided to a throttle valve 103 that is opened and closed by the driver's intention. . The intake air flow is controlled by the opening area of the throttle valve 103. The air that has passed through the throttle valve 103 is distributed from the surge tank 104 to each cylinder of the engine through the independent branch intake pipe 105. A variable intake length valve 111 is provided in the independent branch intake pipe 105, and this valve is opened and closed by an actuator 112. In addition, the intake air bypasses the throttle valve 103 from the downstream of the air flow metering unit 102 separately from the above-described flow path, and the intake air amount is controlled by the auxiliary air control valve 109 and is supplied to the engine.
[0042]
  The fuel supplied to the engine is maintained at a constant pressure in the fuel pipe by the pressure regulator 108 and is driven from the injector 107 driven by a value calculated by the control unit 106 according to a signal from the air metering unit 102 or the like. Is injected into.
[0043]
  In this embodiment, the EGR valve for supplying the above-described components and a part of the exhaust gas to the engine110Is an integral structure. This integrated structure can reduce the above-mentioned parts or add other parts as required, and the contents of the parts are not particularly specified.
[0044]
  Air cleaner with an independent branch intake pipe 105 sandwiched between the upper part of the surge tank 104 101 And connected both with an air passage having a throttle valve 103,According to the above configuration, the slot from the air cleaner or the intake flow meter provided in the conventional intake device.Le valveThe duct which connected the part can be abolished, and the air cleaner and the air flow meter can be attached to the engine part. In this embodiment, since the throttle valve 103 is disposed between the independent branch intake pipes 105, the capacity of the surge tank can be increased while keeping the lengths of the independent branch intake pipes for multiple cylinders substantially the same in a small space. It can be enlarged. Therefore, the space can be reduced, and the entire intake device can be regarded as one unit, so that the layout design in the engine room can be facilitated and standardized. Furthermore, it is possible to reduce assembly man-hours and check engine performance with actual production products at the engine factory. Further, since the intake device itself is also integrated, it is possible to check the performance by the actual product, and at this time, the performance of the entire intake device can be managed. In general, an air flow meter is likely to cause a fluctuation of an output signal due to intake air pulsation of the engine, and this fluctuation becomes the largest when the rotation speed of the engine matches the natural frequency in the intake pipe. Since the pipe length of the part where the air flow meter is installed is almost the same as the length from the air cleaner to the surge tank, the natural frequency will be in the low frequency range when the duct length is provided and the pipe length is long as in the past. In the actual specification state, the air flow meter signal is likely to be defective. In this embodiment, since the tube length is short in this embodiment, the natural frequency in the tube can be set to a high frequency region (about 5 times that of the prior art) and can be reduced.
[0045]
  In order to increase the torque at low speed of the engine, it is effective to increase the length of the independent branch intake pipe. In this embodiment, the independent branch intake pipe 105 is disposed on the outer periphery of the surge tank portion 104, and This can be realized in a small space by sharing a part of the wall surface. On the other hand, in order to increase the torque at high speed of the engine, it is effective to shorten the length of the independent branch intake pipe. In contrast to the above time, various variable intake length systems have been proposed in the conventional product. However, in this embodiment, as shown in FIG. 33, the variable intake length valve 111 can be easily realized. In this embodiment, the variable intake length valve 111 is controlled to be opened at high speed and closed at low speed by the actuator 112 of the diaphragm mechanism, but may be controlled linearly by using a motor or the like. It is possible and does not specify a control method.
[0046]
  A control unit 106 that controls the operating state of the engine is attached to the outer wall of the air cleaner 101. As a result, the control unit is cooled by the intake air, and the influence of heat from the engine can be reduced. In addition, replacement work in the market is easy and serviceability can be improved.
[0047]
  Further, the pipe line passing through the auxiliary air control valve 109 is also installed in the intake device of the present embodiment, and the piping system using a rubber hose or the like is reduced, so that the cost can be reduced.
[0048]
  In addition, although the said intake device may be comprised combining what was manufactured separately for each functional part, it can aim at the further cost reduction by manufacturing by shaping as much as possible with resin etc. it can.
[0049]
  Next, another embodiment is shown in FIGS. These figures respectively correspond to FIGS. 31 to 34 of the first embodiment, and the reference numerals are the same as those of the first embodiment.
[0050]
  In this embodiment, the throttle valve 103 is installed outside the independent branch intake pipe 105. With this configuration, the capacity of the air filter 101a can be increased, the intake resistance can be reduced, and the engine output can be improved. Also, the integral molding of each part becomes easier.
[0051]
  The control unit 106 is attached to the inside of the air cleaner 101. As a result, the control unit 106 can be more forcibly cooled by the intake air, and is positioned downstream of the air filter 101a, so that it is less likely to receive splashes of water, dust, etc., and the reliability can be further improved. . Furthermore, the service in the market can be as easy as the replacement work of the air filter 101a. Further, in the above two embodiments, it is possible to improve the assemblability by completing the intake device as one subassembly and then assembling it to the engine.
[0052]
  Reference technology of an intake system to which an intake device according to the present invention is appliedAre listed as follows.
[0053]
  As a conventional intake device for performing lean operation, for example, as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 62-48927, in an intake two-valve engine, a passage leading to each intake valve is divided into two, By installing an intake control valve in the passage (straight port) and closing it when the engine is under low load, the intake flow rate flowing into the combustion chamber is increased, and the passage on the side (swirl port or helical port) used at that time ) Is curved along the wall of the combustion chamber to generate a vortex (swirl) in the combustion chamber, thereby increasing the combustion speed of the mixture and providing stable combustion even with a lean mixture It has been known.
[0054]
  Generally, when the engine is idling, it is necessary to send a small amount of air to the engine with good responsiveness in order to realize smooth operation of the engine. In addition, in order not to change the operating state of the engine when operating auxiliary equipment such as an air conditioner, a method of increasing the amount of air is known to compensate for the torque consumed by the auxiliary equipment. For smooth operation, it is desirable that the torque-up air can be supplied immediately when the auxiliary device is turned on and torque-up is required. That is, it is desirable that the responsiveness of the torque-up air is good.
[0055]
  In addition, when the engine is partially loaded, when the so-called EGR is performed, in which the combustion temperature is lowered by exhaust gas recirculation to improve fuel efficiency and exhaust purification, there is a method of introducing EGR gas into a collector that is a collecting portion of an intake pipe. Widely known. In order to improve fuel efficiency, it is said that the EGR is appropriately in the range of about 0 to 20%, and it is desirable to perform as much EGR as possible in this range.
[0056]
  By the way, in a conventional internal combustion engine intake system intended for swirl generation, since there is an intake control valve in the main air passage near the intake valve, it becomes an intake resistance at the full load of the engine, and the output decreases. There was a problem.
[0057]
  Further, when the intake control valve is closed, there is a problem that fuel adheres to the intake control valve, resulting in a decrease in acceleration response. Furthermore, even when the intake control valve is open, conventionally, the fuel injection valve, its mounting portion, fuel piping, air piping for fuel atomization, and the intake pipe have been separately designed and manufactured. The problem is that it is located far from the central axis of the intake pipe, and as a result, the angle that the spray axis direction of the fuel injection valve makes with the central axis of the intake pipe becomes large, and fuel tends to adhere to the inner wall of the intake pipe, resulting in a decrease in acceleration response. was there.
[0058]
  In addition, since the direction of intake air is determined by the direction of the main air passage, swirl cannot be generated efficiently, and moreover, all of the intake air structurally passes through the swirl port. In the case of an intake two-valve engine, structurally, the minimum area of the swirl port must be about ½ of the main passage, or the swirl port must be throttled from the other straight port. However, there is a problem that the swirl is weaker than the required one or is too strong depending on the engine speed. On the other hand, when fully opened, the intake passage is narrowed by the swirl port, which causes a problem that the intake characteristics are deteriorated, that is, the maximum output is reduced.
[0059]
  In addition, when engine idle air and torque-up air are introduced into a collector, which is an intake pipe assembly, there is a problem in that intake air responsiveness deteriorates due to the large capacity of the collector.
[0060]
  Similarly, when the EGR gas is introduced into the collector, the EGR gas inhibits combustion, and particularly when the combustion is promoted by swirl, it is difficult to introduce the EGR gas uniformly. Further, during the transient operation, the response of the EGR gas is delayed, and depending on the operating state of the engine, the combustion of the air-fuel mixture is remarkably deteriorated, which makes it difficult to perform a large amount of EGR.
[0061]
  Other reference technology of the intake system to which the intake device according to the present invention is appliedAre listed as follows.
[0062]
  A first object of the present invention is to provide an intake device having means for generating a swirl of appropriate strength according to the engine speed and load.
[0063]
  A second object of the present invention is to provide an intake device for an engine provided with a swirl generating means that has good intake characteristics even at the full load of the engine and can suppress a decrease in output.
[0064]
  Thirdly, it is an object of the present invention to provide an intake device that has high stability during idling of the engine and high responsiveness when torque is increased by operating an auxiliary device.
[0065]
  Fourthly, the present invention provides an air intake device that has a high gas responsiveness when EGR is performed and is capable of a large amount of EGR.
[0066]
  Fifth, it is an object of the present invention to provide an intake device with less fuel adhering to the intake pipe and good acceleration response of fuel.
[0067]
  Specifically, an auxiliary fluid passage is provided separately from the main passage of the intake pipe, and its outlet is provided in the vicinity of the intake valve. There are a plurality of types of fluids to be introduced, such as air and EGR gas, and there are a plurality of control applications such as idle control, torque-up, and EGR.
[0068]
  These fluids are controlled by a control valve provided in the auxiliary passage.
[0069]
  Further, the fuel injection valve mounting portion, fuel pipe, and fuel atomization air pipe are integrated into the intake pipe in the vicinity of the intake valve, and the fuel injection valve is attached thereto.
[0070]
  Since it was configured as above,Intake system of this reference technologyThen, it has the following actions.
[0071]
  First, the cross-sectional area of the auxiliary fluid passage and the direction in which the auxiliary fluid passage forms the intake main passage can be set arbitrarily, and the amount of auxiliary fluid can be controlled by the control valve during engine operation. The strength of can be freely changed in a wider range than before.
[0072]
  Further, in this configuration, since the main air passage does not have an intake control valve or a helical port, the intake resistance of the main air passage does not occur at the full load of the engine, and the reduction in output can be suppressed.
[0073]
  In addition, since the auxiliary fluid passage can be smaller in volume than the main air passage, the required amount of fluid can be quickly supplied to the engine, thereby improving responsiveness during idle, torque-up, EGR, etc. It can be improved.
[0074]
  Further, since the EGR can be introduced into the engine uniformly or in a direction that does not affect the combustion, the engine can be stably operated even during a large amount of EGR.
[0075]
  Furthermore, the fuel injection valve can be brought closer to the central axis of the intake pipe by integrating the fuel injection valve mounting part, fuel pipe, and atomization air pipe into the intake pipe. The angle formed by the central axis can be reduced. Further, the intake pipe can be optimally designed in accordance with the fuel spray so that the rate at which the fuel spray injected from the fuel injection valve adheres to the inner wall of the intake pipe is reduced. As a result, fuel adhesion to the intake pipe can be reduced.
[0076]
  theseIntake system shown in the reference technologyAs a result, the following effects can be obtained.
[0077]
  (1) Aside from the main passage of the intake pipe, an auxiliary fluid passage for introducing a plurality of gases is provided, and an outlet thereof is provided in the vicinity of the intake valve so that the direction in which the auxiliary fluid passage forms the intake main passage can be arbitrarily set. Since the amount of the auxiliary fluid can be controlled by the control valve even during operation of the engine, the strength of the generated swirl can be freely changed in a wider range than before.
[0078]
  (2) BooksReference exampleSince the swirl generating means does not have an intake control valve or a helical port in the main air passage as in the prior art, it does not become an intake resistance of the main air passage at the time of full load of the engine and can suppress a decrease in output. .
[0079]
  (3) Since the internal volume of the auxiliary fluid passage can be made smaller than that of the main air passage, the required amount of fluid can be quickly supplied to the engine, thereby improving the stability of the engine during idling. Responsiveness during torque up and EGR can be improved.
  (4) Since the EGR can be introduced into the engine uniformly or in a direction that does not affect the combustion, the engine can be stably operated even during a large amount of EGR.
[0080]
  (5) The fuel injection valve can be brought closer to the central axis of the intake pipe by integrating the fuel injection valve mounting portion, fuel pipe, and atomization air pipe into the intake pipe. The angle formed by the tube center axis can be reduced. Further, the intake pipe can be optimally designed in accordance with the fuel spray so that the rate at which the fuel spray injected from the fuel injection valve adheres to the inner wall of the intake pipe is reduced. As a result, an intake device that reduces fuel adhesion to the intake pipe and has good fuel acceleration response can be obtained.
[0081]
【The invention's effect】
  According to the present invention, a compact intake device can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows the present invention.Reference example of an intake system to which an inspiratory device is appliedFIG.
FIG. 2 of FIG.Reference exampleThe figure showing the state of operation | movement of.
FIG. 3 is a diagram of FIG.Reference exampleThe figure showing the state of operation | movement of.
4 is a diagram of FIG.Reference exampleThe figure showing the state of operation | movement of.
FIG. 5 is a diagram of FIG.Reference exampleThe figure showing the state of operation | movement of.
6 is a diagram of FIG.Reference exampleThe figure showing the state of operation | movement of.
[Fig. 7] The direction of the auxiliary fluid passage outlet is changed.Reference exampleFIG.
[Figure 8] Changed the direction of the auxiliary fluid passage outletReference exampleFIG.
[Fig. 9] The direction of the auxiliary fluid passage outlet is changed.Reference exampleFIG.
[Figure 10] Changed direction of auxiliary fluid passage outletReference exampleFIG.
FIG. 11 shows another configuration of the auxiliary fluid.Reference exampleFIG.
FIG. 12 shows another configuration of the auxiliary fluid.Reference exampleFIG.
FIG. 13 shows another configuration of the auxiliary fluid.Reference exampleFIG.
FIG. 14 relates to a method for mounting the fuel injection valve and its periphery.Reference exampleFIG.
FIG. 15 is a configuration diagram of a reference example.
FIG. 16Reference exampleFIG.
FIG. 17Reference exampleFIG.
FIG. 18 is a view of the engine as viewed from above.
FIG. 19 is a side view of the engine.
FIG. 20 is a map of air-fuel ratio and control valve opening.
FIG. 21 is an operation time chart.
FIG. 22 is a control flowchart.
FIG. 23 is a control flowchart.
FIG. 24 is a control flowchart.
FIG. 25 is a control flowchart.
FIG. 26 is an operation time chart.
FIG. 27 is a control flowchart.
FIG. 28 is an operation time chart.
FIG. 29 is a control flowchart.
FIG. 30 is a map of air-fuel ratio and control valve opening.
FIG. 31 is a top view of the first embodiment.
32 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 31. FIG.
33 is a cross-sectional view taken along the line BB in FIG. 31.
34 is a cross-sectional view taken along the line CC in FIG. 31. FIG.
FIG. 35 is a top view of the second embodiment.
36 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 35.
37 is a cross-sectional view taken along the line BB in FIG. 35.
38 is a cross-sectional view taken along the line BB in FIG. 35.
[Explanation of symbols]
  DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 ... Air cleaner, 102 ... Air flow meter, 103 ... Throttle valve, 104 ... Surge tank, 105 ... Independent branch intake pipe, 106 ... Control unit,109DESCRIPTION OF SYMBOLS ... Auxiliary air control valve, 111 ... Variable intake length valve, 113 ... Engine body, 201 ... Air cleaner, 202 ... Main intake passage, 203 ... Main intake passage throttle valve, 204 ... Collector, 205 ... Independent intake pipe, 206 ... Engine, 207 ... Exhaust pipe, 208 ... Air flow rate measuring means, 210 ... Auxiliary fluid passage, 211 ... Intake control valve, 212 ... EGR control valve, 213 ... Auxiliary fluid passage outlet, 214 ... EGR gas passage, 220 ... Engine accessory, 221 ... accelerator opening detection means, 222 ... computer, 223 ... engine speed measurement means, 231 ... air, 232 ... EGR gas, 241 ... intake valve, 242 ... cylinder wall, 243 ... plug, 244 ... combustion chamber, 245 ... fuel Injection valve, 246 ... fuel spray, 251 ... intake control valve, 252 ... auxiliary air control valve, 253 ... auxiliary throttle valve, 254 ... throttle Nozzle, 261 ... Fuel injection valve, 262 ... Fuel injection valve mounting portion, 263 ... Fuel piping, 264 ... Atomization air piping, 265 ... Fuel injection valve fixture, 302 ... Air quantity sensor, 307 ... Engine, 308 ... Bypass Air passage, 310 ... Assist air passage, 313 ... Control valve, 316 ... Idle speed control valve, 318 ... Collector.

Claims

An intake device for a multi-cylinder internal combustion engine,
Surge tank with one air inlet and multiple air outlets,
An independent branch intake pipe that extends from the plurality of air outlets of the surge tank portion to the air discharge port via a curved portion surrounding the surge tank;
The independent branch intake pipe is disposed through the side of the air inlet,
The air flow that has entered the surge tank from the air inlet port is deflected so that the flow is changed in the longitudinal direction of the surge tank, and further around the surge tank when passing through the independent branch intake pipe,
An air cleaner portion attached to an upper portion of the surge tank portion with the independent branch intake pipe interposed therebetween and an air inlet port of the surge tank are connected by an air passage having a throttle valve therein. An intake device for an internal combustion engine characterized by the above.

Oite to claim 1, an intake system for an internal combustion engine the independent branch intake pipe is characterized in that it is arranged by the same number on either side the air inlet.

Oite to claim 1, an intake system for an internal combustion engine the independent branch intake pipe is characterized in that it is total number disposed on one side of the air inlet.