JP4051985B2 - 内燃機関の吸気装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、吸気管に配置された吸気流制御バルブを備え、吸気流制御バルブを開閉制御することによって燃焼室内に形成される気流を制御する内燃機関の吸気装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、吸気管内に配置された吸気流制御バルブを備え、この吸気流制御バルブを開閉制御することによって燃焼室へ導入する気流を制御する内燃機関の吸気装置が知られている。このような内燃機関の吸気装置においては、燃料の燃焼効率を向上させるために、燃焼室に供給される空気にスワールやタンブルなどの渦流を生じさせている。かかる吸気装置の例として、特開平８−１６５９２９号公報開示されたエンジンの吸気制御装置がある。この吸気制御装置は、燃焼室に供給する吸気流を制御する吸気制御弁を備えており、エンジンが暖機中であるか否かによって吸気制御弁が開閉のいずれかの状態になるかの閾値を移行させるというものである。そして、エンジンの回転・負荷の状態に応じて、吸気流制御弁を適切に制御しようとするものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、渦流を生じさせる吸気装置のうち、タンブル流を生じさせるものでは、吸気流制御バルブの上方に開口部が形成されているものがあるが、この場合、吸気流制御バルブの近傍に燃料の液溜まりが生じることがある。液溜まりが生じた状態で吸気流制御バルブを速く開くようにすると、液溜まりした燃料が一気に燃焼室に流れ込み、燃料がオーバーリッチとなって、ドライバビリティやエミッションの悪化などの不具合を生じることがあった。しかし、上記従来の公報に開示されている空気制御装置では、このような燃料のオーバーリッチを防止することができないものであった。
【０００４】
そこで、本発明の課題は、内燃機関の燃焼室に供給する吸気流にタンブル流を生じさせる吸気流制御バルブを備える吸気装置において、液溜まりした燃料が燃焼室に一気に流れ込まないようにして、燃料がオーバーリッチとならないようにした内燃機関の吸気装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決した本発明に係る内燃機関の吸気装置は、吸気管に配置された吸気流制御バルブを備え、吸気流制御バルブを開閉制御することによって燃焼室へ導入する気流を制御する内燃機関の吸気装置であって、内燃機関の始動動作が終了した後、吸気流制御バルブの微少開閉動作を繰り返す制御を行う制御装置が設けられており、制御装置が吸気流制御バルブの微少開閉動作を繰り返すことにより、吸気流制御バルブの下流側に液溜まりした燃料を燃焼室に送り出すものである。
【０００６】
吸気流制御バルブの下流側に燃料が液溜まりをしている際に、吸気流制御バルブをすばやく開放すると、液溜まりした燃料が一気に燃焼室に流れこみ、燃料がオーバーリッチとなる。この液溜まりは、吸気流制御バルブが微少開閉動作を繰り返すことにより、序々に解消されるので、こうして燃料がオーバーリッチになることを防止することができる。ここで、内燃機関の始動動作が行われている間に、液溜まりした燃料が燃焼室に流れ込むと、燃焼変動が大きくなり、回転変動が増大するという不具合が生じる。そこで、内燃機関の始動動作中は、吸気流制御バルブを閉じておき、始動動作が終了した後、吸気流制御バルブの微少開閉動作を繰り返すように制御する。したがって、内燃機関の始動動作時の回転変動を増大させることなく、液溜まりを解消することができ、もって燃料がオーバーリッチとなることを防止することができる。
【０００７】
ここで、制御装置は、内燃機関の温度に応じて微少開閉動作を行う回数を決定し、内燃機関の温度が高いときに、微少開閉動作を少なくする制御を行うのが好適である。
【０００８】
内燃機関の温度が高いときには、燃料は蒸発しやすいので、液溜まりが生じていることは少なく、液溜まりしていたとしても、その量は少量である。そこで、内燃機関の温度が高く、液溜まりした燃料が少ないときには吸気流制御バルブの開閉動作の回数を少なくし、内燃機関の温度が低く、液溜まりした燃料が多いときには吸気流制御バルブの開閉動作の回数を多くする。こうして、燃料の液溜まりを解消し、燃料がオーバーリッチになることを好適に防止するとともに、その後早期に吸気流制御バルブを開くことができる。
【０００９】
また、制御装置は、エンジン温度に応じて微少開閉動作中における吸気流制御バルブの開度を調整し、エンジン温度が高いときに、開閉動作中における吸気流制御バルブの開度を小さくする制御を行う態様とするのが好適である。
【００１０】
エンジン温度が高く、液溜まりした燃料が少ないときには、吸気流制御バルブの開度を小さくし、エンジン温度が低く液溜まりした燃料が多いときには、吸気流制御バルブの開度を大きくする。こうして、燃料の液溜まりを解消し、燃料がオーバーリッチになることを好適に防止するとともに、その後早期に吸気流制御バルブを開くことができる。
【００１１】
また、上記課題を解決した本発明に係る内燃機関の制御装置は、吸気管に配置された吸気流制御バルブを備え、吸気流制御バルブを開閉制御することによって燃焼室へ導入する気流を制御する内燃機関の吸気装置であって、内燃機関の始動時に吸気流制御バルブを閉じておき、内燃機関の回転数が安定した後、吸気流制御バルブの微少開閉動作を繰り返す制御を行う制御装置が設けられているものである。
【００１２】
内燃機関の回転数が安定する前に、液溜まりした燃料が燃焼室に流れ込むと、燃焼変動が大きくなり、回転変動が増大するという不具合が生じる。そこで、内燃機関の回転数が安定する前は、吸気流制御バルブを閉じておき、内燃機関の回転数が安定した後、吸気流制御バルブの微少開閉動作を繰り返すように制御する。したがって、内燃機関の回転変動の増大を招くことなく、液溜まりを解消することができ、もって燃料がオーバーリッチとなることを防止することができる。
また、上記課題を解決した本発明に係る内燃機関の吸気制御装置は、吸気管に配置された吸気流制御バルブを備え、吸気流制御バルブを開閉制御することによって燃焼室へ導入する気流を制御する内燃機関の吸気装置であって、内燃機関の始動時に吸気流制御バルブを閉じておき、内燃機関の始動後の経過時間が所定値以上となった後、吸気流制御バルブの微少開閉動作を繰り返す制御を行う制御装置が設けられているものである。
さらに、上記課題を解決した本発明に係る内燃機関の吸気制御方法は、吸気管に配置された吸気流制御バルブを開閉制御することによって燃焼室へ導入する気流を制御する内燃機関の吸気制御方法であって、内燃機関の始動動作が終了した後、吸気流制御バルブの微少開閉動作を繰り返す制御を行い、吸気流制御バルブの下流側に液溜まりした燃料を燃焼室に送り出すことを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。
【００１４】
図１は、本発明の実施形態に係る内燃機関の吸気装置を示す概略側断面図である。
図１に示すように、内燃機関であるガソリン多気筒エンジン（以下「エンジン」という）１には、吸気管２および排気管３が接続されており、吸気管２には吸気流制御バルブ４が設けられている。吸気管２は、エンジン１に接続される吸気ポート２１と、吸気流路２２を備えている。吸気ポート２１は、エンジン１におけるシリンダヘッド１１に形成されており、吸気流路２２は、シリンダヘッド１１に接続されるインテークマニホールド５に形成されている。また、吸気ポート２１には、電磁駆動式のインジェクタ（燃料噴射装置）５が設けられており、インジェクタ６には、図示しない燃料タンクから燃料Ｆが供給され、インジェクタ６は供給された燃料Ｆを吸気ポート２１に向けて噴出する。
【００１５】
吸気流制御バルブ４は、吸気管２におけるインテークマニホールド５に形成された吸気流路２２に設けられている。この吸気流制御バルブ４には、図２に示すように、シャフト７が取り付けられており、シャフト７を中心として回動可能となっている。このシャフト７は、吸気流路２２における空気の流路に直交する方向に延在して設けられており、このため、吸気流制御バルブ４は、吸気流路２２における空気が流れる方向に直交する軸回りに回動し、図２に実線で示す状態のときに、閉となり、破線で示す状態のときに開となる。
【００１６】
また、吸気流制御バルブ４の正面形状は、図３に示すように、四隅に四半円形状のコーナ部を有する長円形をなし、その上方中央部が切り欠かれて開口部４Ａが形成されている。この開口部４Ａの両端部に隔壁４Ｂ，４Ｂが設けられており、隔壁４Ｂ，４Ｂの間に開口部４Ａが形成された状態となっている。
【００１７】
さらに、吸気流制御バルブ４は、アクチュエータ８を介してエンジンＥＣＵ９に接続されている。エンジンＥＣＵ９は、マイクロコンピュータを中心に構成されており、アクチュエータ８を駆動させることによって吸気流制御バルブ４の開度の制御を行っている。
【００１８】
また、図１に示す吸気流路２２のうち、吸気流制御バルブ４が設けられている位置の断面形状は、吸気流制御バルブ４の正面形状に隔壁４Ｂ，４Ｂの上端部をつないで形成される、略四半円形のコーナ部を有する形状をなしている。したがって、吸気流制御バルブ４が閉じている状態のときには、図示しないサージタンクから供給される空気は、開口部４Ａを通じて吸気ポート２１に供給され、さらに吸気バルブ１５を介して燃焼室１４に導入される。燃焼室１４に導入される空気のほとんどは吸気流制御バルブ４の開口部４Ａを通過しているので、燃焼室１４に導入される気流は、図１に示すようなタンブル流Ｔが強く生じることになる。
【００１９】
エンジン１におけるシリンダ１２には、図１の上下方向に往復動するピストン１３が設けられている。ピストン１３の上方には、シリンダ１２とシリンダヘッド１１によって区画された燃焼室１４が形成されている。この燃焼室１４の上部には、図示しない点火プラグが配置されるとともに、燃焼室１４は、開閉可能な吸気バルブ１５と排気バルブ１６を介してそれぞれ吸気管２と排気管３に接続されている。また、吸気流路２２は、サージタンク１７に接続されており、
サージタンク１７の下流側にはスロットル弁１８が設けられている。スロットル弁１８には、図示しない運転席に設けられたアクセルペダルＰが接続されており、運転者がアクセルペダルＰを操作することにより、スロットル弁１８が開閉するようになっている。
【００２０】
さらに、吸気管２におけるスロットル弁１８の近傍位置には、スロットル弁１８の開度を検出するスロットル開度センサ３１が設けられており、スロットル弁１８の上流側には、吸入空気量を検出するエアフローメータ３２が配設されている。また、アクセルペダルＰにはアクセル開度センサ３３が設けられており、図示しないラジエータには水温センサ３４が設けられている。これらスロットル開度センサ３１、エアフローメータ３２、アクセル開度センサ３３、および水温センサ３４は、いずれもエンジンＥＣＵ９に接続されている、エンジンＥＣＵ９においては、各センサから出力された各種の信号に基づいて、吸気流制御バルブ４の開度を算出して制御している。
【００２１】
次に、本実施形態に係るエンジンの吸気装置の動作について説明する。本実施形態に係る吸気装置においては、エンジン１が温まっている通常時や、吸入空気量が多い場合など、タンブルを生じさせることが要求されないときには、吸気流制御バルブ４を開いて、燃焼室１４に対してタンブル流Ｔを生じさせないようにして空気を導入する。一方、エンジン１が冷えており、吸入空気量が少ない場合などには、吸気流制御バルブ４を閉じて燃焼室１４にタンブル流Ｔを生じさせる気流を供給する。ここで、吸気流制御バルブ４を閉じると、吸気ポート２１内で空気が巻き戻され、巻き戻し空気ＡＢが生じる。このような巻き戻し空気ＡＢが生じることにより、インジェクタ６から噴射された燃料Ｆが吸気流制御バルブ４の方向に空気とともに巻き戻される。この燃料Ｆが吸気流制御バルブ４の近傍に溜まって液溜まりＦＣとなると、たとえばエンジン１が傾いたときなどに燃焼室１４に燃料Ｆが一気に流れ込んでしまうと、燃料がオーバーリッチとなって不完全燃焼を起こすなどの不具合が生じることが考えられる。このような事態を防止するため、エンジンＥＣＵ９においては、次に示す制御を行っている。
【００２２】
図４は、エンジンＥＣＵ９における制御動作を説明するフローチャートである。
【００２３】
エンジンＥＣＵ９においては、吸気流制御バルブ４を開く要求があるか否かを判定する（Ｓ１）。吸気流制御バルブ４を開くか否かの判断は、冷却水の水温、空気温、エンジンの回転数、負荷、吸入空気量、スロットル開度等の適宜の条件に基づいて算出される。その結果、吸気流制御バルブ４を開く要求があった場合には、吸気流制御バルブ４を全開にして（Ｓ６）、制御が終了する。一方、吸気流制御バルブ４を開く要求がなかった場合には、エンジン１が始動動作中であるか否かを判定する（Ｓ２）。エンジン１が始動動作中であるか否かは、たとえばエンジン回転数から判定することができる。その結果、エンジン１が始動動作中であった場合には、エンジン１の回転変動の増大を防止するために、吸気流制御バルブ４を全閉にして（Ｓ３）、制御が終了する。一方、エンジン１が始動動作中でなかった場合には、始動後の経過時間が所定値以上であるか否かを判定する（Ｓ４）。その結果、始動後の経過時間が所定値以上であった場合には、吸気流制御バルブ４に微少開閉動作をさせ、全閉状態と微開状態とを交互に繰り返すようにする（Ｓ５）。このような微少開閉動作を繰り返すことにより、吸気流制御バルブ４の下流側に液溜まりした燃料Ｆを燃焼室１４に少しずつ送り出す。こうして、燃料Ｆを一気に燃焼室１４に流入させることなく、吸気流制御バルブ４の下流側に生じた液溜まりを解消することができる。
【００２４】
一方、ステップＳ４において、始動後の経過時間が所定値よりも小さいと判断された場合には、吸気流制御バルブ４を全閉にして（Ｓ３）、制御が終了する。このようにして、吸気流制御バルブ４の下流側に生じた燃料Ｆによる液溜まりを解消して、燃焼室１４に燃料Ｆが大量に供給されることによる燃料がオーバーリッチとなる問題を解消することができる。
【００２５】
ここで、吸気流制御バルブ４の微少開閉動作について説明する。図５は、吸気流制御バルブ４の開速度と、スロットル開度ＴＡと、エンジン回転数ＮＥとの時間関係を示すグラフである。図示しないイグニッションスイッチがＯＮとなってエンジン１が始動すると、エンジン回転数ＮＥは、不安定な状態で上昇する。このとき、スロットル開度は０であり、吸気流制御バルブ４は全閉の状態となっている。そして、一旦上昇したエンジン回転数ＮＥが下降し、エンジン１が自立し、回転数が安定した状態となり、この状態でエンジン１の始動動作が終了する。エンジン１の始動動作が終了すると、吸気流制御バルブ４が微少開閉動作を一定の回数繰り返す。この吸気流制御バルブ４の開閉動作により、吸気流制御バルブ４の下流側に液溜まりした燃料Ｆが燃焼室１４に送られる。それから、アクセルペダルＰを踏んでアクセル開度が大きくなると、アクセル開度の増大に伴って吸気流制御バルブ４を一気に開く。このとき、吸気流制御バルブ４の下流側における燃料Ｆの液溜まりは解消しているので、吸気流制御バルブ４を一気に開いたとしても、燃焼室１４に大量の燃料Ｆが一気に流入することがないようにすることができる。
【００２６】
また、上記制御フローのステップＳ５において、吸気流制御バルブ４の微少開閉動作を行うにあたり、エンジン温度に応じて微少開閉動作を行う回数を調整することができる。図６は、エンジン温度と吸気流制御バルブの開閉回数の関係を示すグラフである。
【００２７】
図６に示すように、エンジン温度が高くなるにつれて、吸気流制御バルブ４の開閉回数を少なくする制御を行うことができる。エンジン温度が高いときには、燃料Ｆは蒸発しやすい状態にあるので、液溜まりは生じないか、生じてもその液溜まりを形成する燃料Ｆの量は少量であるので、少ない開閉回数で液溜まりを解消することができ、早期に吸気流制御バルブ４を全開にすることができる。
【００２８】
また、吸気流制御バルブ４の微少開閉動作を行うにあたり、エンジン温度に応じて微少開閉動作時の微開開度を調整することができる。図７は、エンジン温度と吸気流制御バルブ４の微開開度の関係を示すグラフである。
【００２９】
図７に示すように、エンジン温度が高くなるにつれて、吸気流制御バルブ４の微開開度を小さくすることができる。エンジン温度が高いときには、燃料Ｆは蒸発しやすい状態にあるので、液溜まりは生じないか、生じてもその液溜まりを形成する燃料Ｆの量は少量であるので、吸気流制御バルブ４を小さく開くことで液溜まりを解消することができ、早期に吸気流制御バルブ４を全開にすることができる。
【００３０】
【発明の効果】
以上のとおり、本発明によれば、内燃機関の燃焼室に供給する吸気流にタンブル流を生じさせる吸気流制御バルブを備える吸気装置において、液溜まりした燃料が燃焼室に一気に流れ込まないようにして、燃料がオーバーリッチとならないようにした内燃機関の吸気装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る内燃機関の吸気装置を示す概略側断面図である。
【図２】吸気流路における吸気流制御バルブが設けられた位置の拡大側断面図である。
【図３】吸気流制御バルブの正面図である。
【図４】エンジンＥＣＵにおける制御動作を説明するフローチャートである。
【図５】吸気流制御バルブ４の開速度と、スロットル開度ＴＡと、エンジン回転数ＮＥとの時間関係を示すグラフである。
【図６】エンジン温度と吸気流制御バルブの開閉回数の関係を示すグラフである。
【図７】エンジン温度と吸気流制御バルブの微開開度の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１…エンジン、２…吸気管、３…排気管、４…吸気流制御バルブ、４Ａ…開口部、４Ｂ…隔壁、５…インテークマニホールド、６…インジェクタ、７…シャフト、８…アクチュエータ、９…エンジンＥＣＵ、１１…シリンダヘッド、１２…シリンダ、１３…ピストン、１４…燃焼室、１５…吸気バルブ、１６…排気バルブ、１７…サージタンク、１８…スロットル弁、２１…吸気ポート、２２…吸気流路、３１…スロットル開度センサ、３２…エアフローメータ、３３…アクセル開度センサ、３４…水温センサ、ＡＢ…空気、Ｆ…燃料、ＮＥ…エンジン回転数、Ｐ…アクセルペダル、Ｔ…タンブル流、ＴＡ…スロットル開度。

Claims (6)

1. 吸気管に配置された吸気流制御バルブを備え、前記吸気流制御バルブを開閉制御することによって燃焼室へ導入する気流を制御する内燃機関の吸気装置であって、
   前記内燃機関の始動動作が終了した後、前記吸気流制御バルブの微少開閉動作を繰り返す制御を行う制御装置が設けられており、
   前記制御装置が前記吸気流制御バルブの微少開閉動作を繰り返すことにより、前記吸気流制御バルブの下流側に液溜まりした燃料を燃焼室に送り出すことを特徴とする内燃機関の吸気装置。
2. 前記制御装置は、内燃機関の温度に応じて前記微少開閉動作を行う回数を決定し、
   前記内燃機関の温度が高いときに、前記微少開閉動作を少なくする制御を行う請求項１に記載の内燃機関の吸気装置。
3. 前記制御装置は、エンジン温度に応じて前記微少開閉動作中における前記吸気流制御バルブの開度を調整し、
   前記エンジン温度が高いときに、前記開閉動作中における前記吸気流制御バルブの開度を小さくする制御を行う請求項１に記載の内燃機関の吸気装置。
4. 吸気管に配置された吸気流制御バルブを備え、前記吸気流制御バルブを開閉制御することによって燃焼室へ導入する気流を制御する内燃機関の吸気装置であって、
   前記内燃機関の始動時に前記吸気流制御バルブを閉じておき、前記内燃機関の回転数が安定した後、前記吸気流制御バルブの微少開閉動作を繰り返す制御を行う制御装置が設けられていることを特徴とする内燃機関の吸気装置。
5. 吸気管に配置された吸気流制御バルブを備え、前記吸気流制御バルブを開閉制御することによって燃焼室へ導入する気流を制御する内燃機関の吸気装置であって、
   前記内燃機関の始動時に前記吸気流制御バルブを閉じておき、前記内燃機関の始動後の経過時間が所定値以上となった後、前記吸気流制御バルブの微少開閉動作を繰り返す制御を行う制御装置が設けられていることを特徴とする内燃機関の吸気装置。
6. 吸気管に配置された吸気流制御バルブを開閉制御することによって燃焼室へ導入する気流を制御する内燃機関の吸気制御方法であって、
   前記内燃機関の始動動作が終了した後、前記吸気流制御バルブの微少開閉動作を繰り返す制御を行い、
   前記吸気流制御バルブの下流側に液溜まりした燃料を燃焼室に送り出すことを特徴とする内燃機関の吸気制御方法。

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