JP4352618B2

JP4352618B2 - 吸気渦流発生装置

Info

Publication number: JP4352618B2
Application number: JP2001040527A
Authority: JP
Inventors: 泰祐村田
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2001-02-16
Filing date: 2001-02-16
Publication date: 2009-10-28
Anticipated expiration: 2021-02-16
Also published as: JP2002242683A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の吸気系に設けられ、シリンダ内にスワール（渦流）を発生させる吸気渦流発生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、内燃機関の吸気系において、スロットルバルブの下流側の吸気管内に、スワールコントロールバルブを配設し、機関の起動時やアイドル時に当該バルブを絞って吸気通路のメイン部分を閉じ、壁面寄りの部分のみを開口することにより、吸気ポート付近に吸気偏流を生じさせて、シリンダ内に吸気渦流を発生させ、これによってシリンダ室での燃焼効率をよくし、燃費の改善や有害排気成分の低減を図る吸気渦流発生装置が、知られている（例えば特開平１１−２４７６６１号公報等参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
この種の吸気渦流発生装置は、従来一般に、機関の起動時やアイドル時に、吸気管に設けたスワールコントロールバルブを全閉（吸気通路のメイン部分を閉じて壁面よりの部分のみを開口）としてシリンダ内に渦流を発生させ、通常運転時には、そのスワールコントロールバルブを全開として吸気をストレートに通過させ、渦流の発生を停止するように制御が行なわれるが、機関の低速回転域（例えば２０００〜３０００ｒｐｍ）においても、吸気に渦流を生じさせて、燃費等を改善することが検討されている。
【０００４】
しかし、このような機関の低速回転域で、吸気にスワールを生じさせるためには、スワールコントロールバルブを半開きつまり中間開度の状態に制御して、吸気量をある程度増しながら渦流を生じさせるように制御するが、吸気渦流発生装置のスワールコントロールバルブの開度は僅かでも変化すると、吸気ポートに流れる吸気流量や渦流の発生状態が大きく変化する。
【０００５】
このため、低速回転域においては、スワールコントロールバルブの開度が渦流の発生に大きく影響を与えるという現状から、低速回転域におけるスワールコントロールバルブの制御には高い精度を必要とし、また、通常回転以上の回転域においては、バルブ開度を直ちに増大させて必要な吸気流量を確保すると共に、渦流の発生を停止するような優れた応答性をもって、バルブを全開状態に制御することが必要であり、通常のモータアクチュエータやコントローラでは良好な制御が難しいという課題があった。
【０００６】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、スワールコントロールバルブをその全閉付近で高精度に制御でき、その全開付近では応答性良く制御することができる吸気渦流発生装置を提供することを目的とする。
【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、本発明の吸気渦流発生装置は、スロットルバルブの下流側の吸気管内にスワールコントロールバルブを設けてなる吸気渦流発生装置において、スワールコントロールバルブを開閉駆動する駆動モータと、駆動モータにより駆動される減速機と、減速機の出力軸の回転をスワールコントロールバルブの弁体の弁軸に伝達するスライダリンク機構と、を備え、スライダリンク機構は、減速機の出力軸に軸着される第一レバーと、スワールコントロールバルブの弁体の弁軸に軸着された第二レバーと、第一レバーと第二レバーとを連結軸で連結するリンクと、リンクと第二レバーの連結軸を係合させて摺動させる直線状のガイド溝を設けたスライダと、を備える一方、スライダリンク機構は、第一レバーと第二レバーが約９０°の範囲で回動し、スワールコントロールバルブの全閉時には第一レバーの長手方向がスライダのガイド溝の長手方向と一致し、スワールコントロールバルブの全開時には第一レバーの長手方向がスライダのガイド溝の長手方向に対し略直角になるように構成され、スワールコントロールバルブの全閉付近でバルブの弁体を全開付近より低速で回動させ、スワールコントロールバルブの全開付近で弁体を全閉付近より高速で回動させることを特徴とする。
【００１０】
【作用】
上記構成の吸気渦流発生装置では、内燃機関の始動時及びアイドル時に、スワールコントロールバルブを全閉状態とし、これによって吸気通路のメイン部分を閉じ、壁面寄りの部分のみを開口させ、吸気ポート付近に吸気偏流を生じさせて、シリンダ内に吸気渦流を発生させる。この吸気渦流の発生によって、シリンダ内での燃焼効率が向上し、燃費の改善や有害排気成分の低減が促進される。さらに、低速回転時（例えば２０００〜３０００ｒｐｍ）には、スワールコントロールバルブが中間開度（例えば約２０°程度の半開き状態）に制御され、機関の低速回転に必要な吸気量を確保しながら、シリンダ内に有効な渦流を発生させる。
【００１１】
このとき、スワールコントロールバルブは、駆動モータ、減速機、及び入力軸の回動に対し出力軸の回動が一方の回動端付近で遅く他方の回動端付近で速くなるように構成されたスライダリンク機構により駆動され、バルブの全閉付近でバルブの弁体を全開付近より低速で回動するから、高精度モータを用いずに通常モータを使用して微妙なバルブ開度の制御を行なうことができ、シリンダ内に効果的な渦流を発生させることができる。
【００１２】
また、低速回転時から増速して通常運転に入ると、スワールコントロールバルブは開放側に制御されるが、スライダリンク機構が、バルブの全開付近で弁体を全閉付近より高速で回動させるように作用するため、機関の回転速度を増速或は減速する際には、応答性良くスワールコントロールバルブを制御することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は内燃機関の吸気系に設けられる吸気渦流発生装置１の部分断面付平面図を示している。２は内燃機関のシリンダヘッドの吸気ポート上に固定される吸気管ブロックであり、吸気管ブロック２内には吸気通路２ａが形成され、吸気通路２ａ内に吸気渦流発生装置１のスワールコントロールバルブ１０が設けられる。
【００１４】
スワールコントロールバルブ１０は、弁軸１１にバタフライ形の弁体１２を軸着して形成され、吸気管ブロック２の吸気通路２ａ内に配設される。円形断面の吸気通路２ａに対し、弁体１２の平面形状は先端部に平坦な部分を有して形成され、スワールコントロールバルブ１０の全閉時には、吸気通路のメイン部分を閉じて壁面寄りの部分のみを開口させる。これにより、吸気ポート付近に吸気偏流を生じさせて、シリンダ内に吸気渦流を発生させる構造である。
【００１５】
弁軸１１は吸気通路２ａを横断方向に貫通し、軸受によって回転可能に支持される。その弁軸１１の末端部には図示しない戻りばねが係止され、スワールコントロールバルブ１０を常時開放側に付勢する。なお、図例では、１本の吸気通路に配設されたバルブのみを示したが、内燃機関の２気筒或はそれ以上の気筒の吸気通路を一台の装置で制御することもでき、その場合には複数本の吸気通路の各々に、同じ弁軸に固定した弁体を設けることができる。さらに、吸気管ブロック２の側部に取り付けたケース内に、駆動モータ１４と、駆動モータ１４により駆動され回転を減速する減速機１５が収納され、減速機１５の出力軸１６の回転を弁軸１１に伝えるためのスライダリンク機構３が配設される。
【００１６】
スライダリンク機構３は、減速機１５の出力軸１６に軸着される第一レバー４と、スワールコントロールバルブ１０の弁体１２の弁軸１１に軸着された第二レバー５と、第一レバー４と第二レバー５とを連結するリンク６と、リンク６と第二レバー５の連結軸６ａを係合させて摺動させる直線状のガイド溝７ａを設けたスライダ７と、を備えて構成される。リンク６の一端は第一レバー４の先端に連結軸６ｂを介して回動可能に連結され、リンク６の他端は第二レバー５の先端に、その先端に設けた長孔５ａ内に係合する連結軸６ａを介して連結される。また、連結軸６ａは、スライダ７のガイド溝７ａにも係合しており、ガイド溝７ａは矩形の金属板に設けた直線状の長孔として形成される。
【００１７】
スワールコントロールバルブ１０の弁軸１１の先端に第二レバー５が軸着されるが、図３、図５に示すごとく、弁体１２の全閉位置で第二レバー５の先端に係合した連結軸６ａがガイド溝７ａの左端付近に位置し、弁体１２の全開位置で連結軸６ａがガイド溝７ａの右端付近に位置する関係となるように軸着され、第二レバー５は約９０°の範囲で回動する。また、減速機１５の出力軸１６の先端に第一レバー４は軸着されるが、図３、図５に示すように、第一レバー４は吸気管ブロック２の略水平位置から略垂直位置まで、約９０°の範囲で回動駆動されるように、出力軸１６に軸着される。
【００１８】
第一レバー４と第二レバー５の長孔５ａ間にリンク６が連結軸６ａ，６ｂを介して連結される。このリンク６による連結によって、第一レバー４の約９０°の回転駆動により、第二レバー５が同じ角度（約９０°）だけ同じ側に回動する。この時、第二レバー５は、連結軸６ａが係合する直線状のスライダ７のガイド溝７ａの作用を受けて、第一レバー４が水平位置の状態から中間位置近傍まで回動する範囲で、第二レバー５の回動速度が遅くなり、第一レバー４が中間位置近傍から垂直位置まで回動する範囲では、第二レバー５の回動速度が速くなる。
【００１９】
図５のように、第一レバー４が図の水平位置まで回動したとき、スワールコントロールバルブ１０は全閉状態となり、図３のように、第一レバー４が図の垂直位置まで回動したとき、スワールコントロールバルブ１０は全開状態となる。つまり、スワールコントロールバルブ１０の全閉時には、図５のように、第一レバー４が水平状態となって、リンク６と第一レバー４の長手方向がスライダ７のガイド溝７ａの長手方向と一致し、スワールコントロールバルブ１０の全開時には、図３のように、第一レバー４の長手方向がスライダ７のガイド溝７ａの長手方向に対し略直角になる。
【００２０】
このように、出力軸１６に軸着された第一レバー４と、リンク６を介して第一レバー４に連結されると共に弁軸１１に軸着された第二レバー５と、リンク６の端部の連結軸６ａを直線状に摺動ガイドするスライダ７と、を備えたスライダリンク機構３が、スワールコントロールバルブ１０の弁軸１１を駆動するために使用される。
【００２１】
図３〜図５に示すごとく、このようなスライダリンク機構３を使用することにより、スワールコントロールバルブ１０が全閉付近から半開きの状態（約２０°の中間開度の状態）に開く際、駆動側の第一レバー４の回転角度に比べて弁体１２側の第二レバー５の回転角度が少なく、回転速度が低下するように動作する。また、スワールコントロールバルブ１０が半開きの状態（約２０°の中間開度の状態）から全開状態まで開く際には、図４から図３に示すごとく、駆動側の第一レバー４の回転角度に比べて弁体側の第二レバー５の回転角度が大きく、回転速度が速くなるように動作する。
【００２２】
駆動モータ１４はコントローラ２０に接続され、コントローラ２０は、内燃機関の始動時及びアイドル時に、スワールコントロールバルブ１０を閉じるように駆動モータ１４を制御し、低速回転域（例えば回転数が約２０００〜３０００ｒｐｍの状態）においては、スワールコントロールバルブ１０を中間開度に保持してシリンダ内に渦流を生じさせると共に、機関の低速回転に必要な吸気量を確保するようにスワールコントロールバルブ１０を制御する。
【００２３】
次に、上記構成の吸気渦流発生装置の動作を説明する。コントローラ２０は、内燃機関の始動時及びアイドル時、スワールコントロールバルブ１０を閉じるように駆動モータ１４を制御する。駆動モータ１４の回転は減速機１５を介して出力軸１６に軸着された第一レバー４に伝達され、第一レバー４からリンク６を介して第二レバー５に伝達され、弁軸１１が図５に示す位置まで回転駆動される。このような駆動モータ１４とスライダリンク機構３によって、スワールコントロールバルブ１０が、始動時及びアイドル時には全閉状態とされ、吸気通路２ａを流れる吸気は、弁体１２の先端側の壁面寄りに開口した部分のみを流れる。その結果、吸気ポート付近に吸気偏流が生じ、これによって、シリンダ内に吸気渦流が発生する。この渦流の発生によりシリンダ４内の燃焼速度が促進され、燃焼効率が向上して、アイドル時の燃費や有害排気成分が改善される。
【００２４】
一方、機関がアイドル状態から低速回転域（例えば約２０００〜３０００ｒｐｍの状態）に増速されると、スワールコントロールバルブ１０は、全閉状態から中間開度（図４に示すように例えば約２０°）に、その回転速度に応じて開くように動作する。この際、駆動モータ１４によって駆動されるスライダリンク機構３の第一レバー４と第二レバー５は、図５の全閉状態から図４の中間開度状態まで回転するが、駆動側の第一レバー４の回転角度（例えば４５°）に対し、従動側（弁軸側）の第二レバー５の回転角度は約２０°と小さく、減速した状態で、スワールコントロールバルブ１０が全閉状態から適度な中間開度まで開くように駆動される。
【００２５】
このとき、コントローラ２０は、低速回転域で必要とする吸気量を確保しながら、効果的な渦流をシリンダ内で発生させるようにスワールコントロールバルブ１０の開度を制御するように動作するが、上記のごとく、スライダリンク機構３の作用により、微妙なバルブの開度制御を必要とする機関の低速回転域において、スワールコントロールバルブ１０の開度が減速して駆動制御されるから、高精度モータや高性能なコントローラを使用しなくても、通常のモータと通常のコントローラを使用して、スワールコントロールバルブ１０の開度を適正に制御することができる。
【００２６】
このように、スワールコントロールバルブ１０が中間開度（半開き）状態に制御されることにより、吸気通路２ａを流れる吸気は、弁体１２の先端側の壁面寄りに開口した部分を適度に絞られて流れ、アイドル時と同様に、吸気ポート付近に吸気偏流が生じてシリンダ内に渦流が発生し、この渦流の発生により、低速回転時においてもシリンダ内の燃焼速度が促進され、燃焼効率が向上して、燃費や有害排気成分が改善される。
【００２７】
さらに、機関が低速回転域から増速して通常運転に入ると、スワールコントロールバルブ１０は開放状態に制御されるが、この時、駆動モータ１４によって駆動されるスライダリンク機構３の第一レバー４と第二レバー５は、図４の中間開度の状態から図３の全開状態のように回転する。この際、図に示すごとく、駆動側の第一レバー４が約４５°回転する間に弁体１２側の第二レバー５が約７０°回転し、第一レバー４の回転角度に比べて弁体１２側の第二レバー５の回転角度が大きく、増速されて回転が伝達される。このため、バルブ１０の全開付近では、弁体１２がその全閉付近より速い速度で回動するように動作し、機関の回転速度の増速に伴い、応答性良くスワールコントロールバルブ１０を開放側に制御することができる。また、逆に通常運転状態から低速回転域に機関を減速制御する際にも、スライダリンク機構３の同様な作用により、弁体１２がその全閉付近より速い速度で回動し、応答性良くスワールコントロールバルブ１０を中間開度側に制御することができる。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の吸気渦流発生装置によれば、スワールコントロールバルブが駆動モータによりスライダリンク機構を介して回転駆動され、バルブの全閉付近で弁体を全開付近より低速で回動させるから、機関の低速回転域においてバルブを全閉状態から僅かに開いた中間開度状態に制御する際、アイドル時と同様に通常のモータを使用して、微妙なバルブ開度の制御を行ない、シリンダ内に効果的な渦流を発生させることができる。また、低速回転時から増速して通常運転に移行する際、スワールコントロールバルブは中間開度状態から開放側に制御されるが、スライダリンク機構がバルブの全開付近で弁体を全閉付近より速く回動させるように作用するため、機関の回転速度を増速或は減速する際には、応答性良くスワールコントロールバルブを制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す吸気渦流発生装置の正面図である。
【図２】同吸気渦流発生装置の平面図である。
【図３】バルブの全閉時のスライダリンク機構の動作を示す概略正面図である。
【図４】バルブの中間開度時のスライダリンク機構の動作を示す概略正面図である。
【図５】バルブの全開時のスライダリンク機構の動作を示す概略正面図である。
【符号の説明】
１−吸気渦流発生装置
３−スライダリンク機構
４−第一レバー
５−第二レバー
６−リンク
７−スライダ
１０−スワールコントロールバルブ
１１−弁軸
１２−弁体
１４−駆動モータ
１５−減速機
１６−出力軸

Claims

スロットルバルブの下流側の吸気管内にスワールコントロールバルブを設けてなる吸気渦流発生装置において、
該スワールコントロールバルブを開閉駆動する駆動モータと、
該駆動モータにより駆動される減速機と、
該減速機の出力軸の回転を該スワールコントロールバルブの弁体の弁軸に伝達するスライダリンク機構と、
を備え、
該スライダリンク機構は、前記減速機の出力軸に軸着される第一レバーと、前記スワールコントロールバルブの該弁体の弁軸に軸着された第二レバーと、該第一レバーと該第二レバーとを連結軸で連結するリンクと、該リンクと該第二レバーの連結軸を係合させて摺動させる直線状のガイド溝を設けたスライダと、を備える一方、
該スライダリンク機構は、該第一レバーと該第二レバーが約９０°の範囲で回動し、該スワールコントロールバルブの全閉時には該第一レバーの長手方向が該スライダのガイド溝の長手方向と一致し、該スワールコントロールバルブの全開時には該第一レバーの長手方向が該スライダのガイド溝の長手方向に対し略直角になるように構成され、
該スワールコントロールバルブの全閉付近で該バルブの該弁体を全開付近より低速で回動させ、該スワールコントロールバルブの全開付近で該弁体を全閉付近より高速で回動させることを特徴とする吸気渦流発生装置。