JP4412118B2 - 内燃機関の吸気装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の吸気装置に関する。

従来、特許文献１に記載のように、吸気ポートの通路内を隔壁により第１通路と第２通路とに区画形成し、第２通路を開閉する吸気制御弁（シャッタ弁）を設け、吸気制御弁の閉状態では吸気制御弁の前縁を隔壁と当接させてタンブル生成を確実に行うことが知られている。
実開平７−２５２６４号公報

しかしながら、特許文献１に記載の装置では隔壁が１つであったため、吸気制御弁の開閉状態は、第２通路を全開にする状態と、第２通路を全閉にする状態との２つの状態しかなかった。このため、機関の運転状態に応じて種々の強度のガス流動を得ることが困難であった。
本発明は、上記問題に鑑みなされたものであり、吸気制御弁の開閉状態を変化させることで種々の強度のガス流動を得ることを可能にすると共に、吸気制御弁の開閉状態を変化させた場合においても、安定したガス流動を確保することを目的とする。

そのため本発明では、吸気通路内に吸入空気の流れ方向と平行に配置された仕切り板と、この仕切り板を吸入空気の流れ方向と交差する方向に平行移動させる仕切り板移動装置と、仕切り板に一端部を揺動自在に連結し、仕切り板により仕切られる吸気通路の一方の側を閉止する吸気制御弁と、を有する。

本発明によれば、仕切り板移動装置によって仕切り板を連続的に平行移動させることでこれと連動する吸気制御弁の開度を制御でき、安定したガス流動を確保することで大幅なエミッション低減および燃費向上が可能となるという効果がある。

以下、図面に基づき、本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る内燃機関の吸気装置の全体構成を示す図である。図２は、吸気通路１３を示す図であり、（イ）は吸気通路１３の断面図、（ロ）は（イ）のＡ−Ａ線を矢印方向から見た断面図である。
複数個（例えば４個）設けられた各シリンダ１（１個のみ図示）内にピストン２が移動可能に配置されている。シリンダ１と、ピストン２の冠面２ａと、シリンダ１の上側に配設されたシリンダヘッド３とにより燃焼室４が画成されている。燃焼室４の上部のシリンダヘッド３には、点火プラグ５が配設されている。

各燃焼室４には、吸気バルブ６および排気バルブ７が２個ずつ配置されている。吸気バルブ６および排気バルブ７は、それぞれに設けられた動弁機構８，９により開閉駆動される。
更に各燃焼室４には、二股の吸気ポート１０および排気ポート１１が互いに対向して設けられている（各１個のみ図示）。これら各吸気ポート１０には、吸気マニホールド１２が接続されて吸気通路１３を構成している。各排気ポート１１には、排気マニホールド（図示せず）が接続されて排気通路１５を構成する。

吸気通路１３には、上流側にスロットルバルブ１６が配置されている。スロットルバルブ１６の開閉制御により、スロットルバルブ１６の上流側に配置されたエアクリーナー１７を介して新気が吸入される。
スロットルバルブ１６の下流側には、コレクタ１８が配置されており、このコレクタ１８に接続された吸気マニホールド１２を介して各シリンダ１に吸入空気を分配する。

吸気通路１３（例えば、吸気マニホールド１２）には、吸入空気の整流作用を持つ仕切り板２０が吸入空気の流れ方向（吸気通路１３の上壁）と平行に配置されている。仕切り板２０は、これを吸入空気の流れ方向と交差（直交）する方向に平行移動させる仕切り板移動装置と接続されている。
仕切り板移動装置は、仕切り板２０に固定されたシャフト部材２１と、このシャフト部材２１の軸方向の移動を可変するアクチュエータ２２と、から構成される。シャフト部材２１は、吸気通路１３の底壁を貫通して配置されており、一端部２１ａにおいて仕切り板２０の底面と固定されている一方、他端部２１ｂにおいてアクチュエータとしてのサーボモータに接続されている。

仕切り板２０の上流側の端部２０ａには、長方形板状の吸気制御弁２３（本実施形態では、タンブル制御弁）の一端部２３ａを揺動自在に連結している。すなわち、仕切り板２０の上流側の端部２０ａは、吸気制御弁２３の一端部２３ａとの連結部になっており、仕切り板２０と吸気制御弁２３とが連動する。これによりシャフト部材２１による仕切り板２０の平行移動で、仕切り板２０により仕切られる吸気通路１３の底壁側を閉止する。吸気制御弁２３の他端部２３ｂの両側には、図２（ロ）に示すように、幅方向に突出するガイド部２３ｃが形成されている。

ここで、図２（イ）に示すように、吸気通路１３の底壁には、その一部を切り欠いて、仕切り板２０及び吸気制御弁２３を格納する格納部２４を形成している。そして図２（ロ）に示すように、格納部２４の両側部には、吸気制御弁２３のガイド部２３ｃと対応するように深さを持たせたガイド溝２５が形成されている。ガイド溝２５は、吸入空気の流れ方向（吸気通路１３）に所定長さだけ形成されており（図２（イ）参照）、吸気制御弁２３のガイド部２３ｃを吸入空気の流れ方向に移動（摺動）させる。

また、シャフト部材２１が軸方向に移動した場合、これに一体に固定された仕切り板２０が吸入空気の流れ方向と交差（直交）する方向（吸気通路１３の上壁）に平行移動する。仕切り板２０の上流側の端部２０ａは、吸気制御弁２３の一端部２３ａと連結しているため、吸気制御弁２３の他端部２３ｂに形成されたガイド部２３ｃが、格納部２４に形成されたガイド溝２５に沿って吸入空気の流れ方向に移動する。これにより、シャフト部材２１の軸方向の移動位置（仕切り板２０の位置）に応じて吸気制御弁２３の開閉が行われ、ガス流動が制御される。

例えば、図２（ロ）に示すように、吸気制御弁２３が半開きの状態の場合には、吸気通路１３の上壁と、吸気制御弁２３の一端部２３ａとの間の開口部から吸入空気が導入され、仕切り板２０と吸気通路１３の上壁とにより吸入空気が整流された状態でシリンダ１内に導入されるため、強いタンブル流を生成する。
一方、吸気制御弁２３が全開の場合、すなわち吸気制御弁２３が吸気通路１３の上壁と平行な状態にある場合には、仕切り板２０および吸気制御弁２３が格納部２１に格納される状態となる。このため、吸入空気の流動抵抗が低減する。

吸気制御弁２０の下流側の吸気通路１３（吸気ポート１０）には、燃料噴射弁２７がシリンダ１に向けて配設されている。
また、内燃機関の運転状態を検出するため、各種センサが配設されている。例えば、図示のように、スロットルバルブ１６の上流の吸気通路１３に設けられたエアフロメータ２８（吸入空気検出センサ）や、エンジン回転数に応じた信号を出力するクランク角センサ２９などが配設されている。

これらのセンサ２８，２９からの出力信号がＥＣＵ３０に入力され、各種演算・制御を行う。ＥＣＵ３０は、点火プラグ５の点火時期制御、スロットルバルブ１６の開度制御、アクチュエータ２２の制御（仕切り板２０の上下位置制御）、燃料噴射弁２７からの燃料噴射制御などを行う。
これらの構成において、内燃機関の運転条件（負荷）と仕切り板２０の上下位置による吸気制御弁２３の開閉との関係について説明する。

内燃機関が低回転低負荷から中回転中負荷の間にある時には、仕切り板２０を吸気通路１３の上壁に近づけるようシャフト部材２１を軸方向に伸ばして、吸気制御弁２３を半開きにする。この時の仕切り板２０の上下位置は、回転数および負荷の程度に応じて決定する。そして、仕切り板２０が運転状態に応じた位置に配置され、これに応じて吸気制御弁２３の開度が決定される。このため、安定したガス流動を確保し、適切な排気、燃費および出力を両立させる。特に、低回転低負荷域においてタンブル流の強化を図ることができる。

内燃機関が高回転高負荷にある時には、仕切り板２０を格納部２４に格納するようシャフト部材２１を軸方向に縮めて、吸気制御弁２３を全閉にする。この時、吸気通路１３の底壁に形成された格納部２４に仕切り板２０および吸気制御弁２３が格納されるため、吸入空気の流動抵抗を減少させる。
なお、仕切り板２０の上下位置、すなわち吸気制御弁２３の開度は、機関冷却水の温度に応じて決定してもよい。この場合、冷却水温度が低い時（冷間時）には、仕切り板２０を吸気通路１３の上壁に近づくように位置させ、吸気制御弁２３を半開きにすることで強いタンブル流を生成させる一方、冷却水温が高い時（暖機時）には、仕切り板２０を格納部２４に格納させ、吸気制御弁２３を開き、吸入空気の流動抵抗を減少させる。

本実施形態では、吸気通路１３内に吸入空気の流れ方向と平行に配置された仕切り板２０と、この仕切り板２０を吸入空気の流れ方向と交差する方向に平行移動させる仕切り板移動装置と、仕切り板２０に一端部２３ａを揺動自在に連結し、仕切り板により仕切られる吸気通路１３の一方の側（底壁側）を閉止する吸気制御弁２３と、を有する。このため、運転状況に応じて仕切り板移動装置によって仕切り板２０を連続的に平行移動させることでこれと連動する吸気制御弁２３の開度を制御でき、安定したガス流動を確保することで大幅なエミッション低減および燃費向上が可能となる。

また本実施形態によれば、吸気制御弁２３の他端部２３ｂ（ガイド部２３ｃ）は、吸気通路壁近傍（格納部２４）において吸入空気の流れ方向に設けられたガイド溝２５に沿って移動する。このため、複雑なリンク機構は不要であり、構造が簡素化できる。
また本実施形態によれば、仕切り板移動装置は、仕切り板２０に固定されるシャフト部材２１と、このシャフト部材２１の軸方向の移動を可変するアクチュエータ２２と、を有する。このため、仕切り板２０を安定した状態で吸気通路１３の上壁（吸入空気の流れ方向）と平行移動させることができる。

次に、本発明の第２の実施形態について、図３を用いて説明する。
本実施形態では、図３（ロ）に示すように、吸気制御弁２３として、吸気制御弁２３の一端部２３ａに、中心位置（Ｂ−Ｂ線）から右側半分を切り欠いたスワール発生用切り欠き２３ｄが形成され、スワール発生用切り欠き２３ｄが形成されていない一端部２３ａの前縁である第１前縁２３ｅと、スワール発生用切り欠き２３ｄが形成されている一端部２３ａの前縁である第２前縁２３ｆと、を有するスワール制御弁を用いている。

仕切り板２０は、図３（イ）に示すように、仕切り板２０の端部２０ａを吸気制御弁２３の一端部２３ａの前縁である第２前縁２３ｆに揺動自在に連結している。
本実施形態の構成において、内燃機関の運転条件（負荷）と仕切り板２０の上下位置による吸気制御弁２３の開閉との関係ついて説明する。
内燃機関が低回転低負荷から中回転中負荷の間にある時には、仕切り板２０を吸気通路１３の上壁に近づけるようシャフト部材２１を軸方向に伸ばして、吸気制御弁２３を半開きにする。この時の仕切り板２０の上下位置は、回転数および負荷の程度に応じて決定する。例えば、図３に示すように、吸気制御弁２３を全閉（吸気制御弁２３を最大傾斜角度）にする。この時、吸気制御弁２３のスワール発生用切り欠き２３ｄが形成されていない他端側の前縁２３ｅは、吸気通路１３の上壁に当接する。そして、吸気制御弁２３のスワール発生用切り欠き２３ｄを通過した吸入空気は、仕切り板２０によりガス流動が乱されることなくシリンダ１内に供給されるため、強いスワール流を形成する。

内燃機関が高回転高負荷にある時には、仕切り板２０を格納部２４に格納するようシャフト部材２１を軸方向に縮めて、吸気制御弁２３を全開にする。この時、吸気通路１３の下側壁面に形成された格納部２４に仕切り板２０および吸気制御弁２３が格納され、吸入空気の流動抵抗を減少させる。
なお、本実施形態においても、仕切り板２０の上下位置、すなわち吸気制御弁２３の開度は、機関冷却水の温度に応じて決定してもよい。この場合、冷却水温度が低い時（冷間時）には、仕切り板２０を吸気通路１３の上壁に近づくように位置させ、吸気制御弁２３を半開きにすることで強いタンブル流を生成させる一方、冷却水温が高い時（暖機時）には、仕切り板２０を格納部２４に格納させ、吸気制御弁２３を開き、吸入空気の流動抵抗を減少させる。

第１の実施形態に係る吸気装置を示す構成図 第１の実施形態における吸気通路の断面図 第２の実施形態における吸気通路の断面図

符号の説明

１０ 吸気ポート
１２ 吸気マニホールド
１３ 吸気通路
２０ 仕切り板
２０ａ 上流側端部（連結部）
２１ シャフト部材
２２ アクチュエータ（サーボモータ）
２３ 吸気制御弁
２３ａ 一端部
２３ｂ 他端部
２３ｃ ガイド部
２３ｄ スワール発生用切り欠き
２４ 格納部
２５ ガイド溝
２７ 燃料噴射弁
２８ エアフロメータ
２９ クランク角センサ
３０ ＥＣＵ

Claims (3)

1. 吸気通路内に吸入空気の流れ方向と平行に配置された仕切り板と、
   前記仕切り板を吸入空気の流れ方向と交差する方向に平行移動させる仕切り板移動装置と、
   前記仕切り板に一端部を揺動自在に連結し、前記仕切り板により仕切られる吸気通路の一方の側を閉止する吸気制御弁と、
   を有し、
   前記吸気制御弁の他端部は、前記吸気通路壁近傍において吸入空気の流れ方向に設けられたガイド溝に沿って移動することを特徴とする内燃機関の吸気装置。
2. 吸気通路内に吸入空気の流れ方向と平行に配置された仕切り板と、
   前記仕切り板を吸入空気の流れ方向と交差する方向に平行移動させる仕切り板移動装置と、
   前記仕切り板に一端部を揺動自在に連結し、前記仕切り板により仕切られる吸気通路の一方の側を閉止する吸気制御弁と、
   を有し、
   前記吸気制御弁は、その一端部における幅方向のいずれか一方にスワール発生用切り欠きが形成され、前記スワール発生用切り欠きが形成されていない一端部の前縁である第１前縁と、前記スワール発生用切り欠きが形成されている一端部の前縁である第２前縁と、を有するスワール制御弁であることを特徴とする内燃機関の吸気装置。
3. 前記仕切り板移動装置は、前記仕切り板に固定されるシャフト部材と、このシャフト部材の軸方向の移動を可変するアクチュエータと、を有することを特徴とする請求項１または請求項２記載の内燃機関の吸気装置。

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