JP4640233B2 - 吸気制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、吸気流路内に設けた吸気流動制御弁を備えた吸気制御装置に関する。

内燃機関の燃焼室に通じる吸気流路に吸気量を制御するスロットル弁とは別に吸気流動制御弁を開閉自在に設ける技術が知られている。この吸気流動制御弁は、吸気流路面積を狭める方向に作動することで燃焼室内にタンブル流やスワール流などの筒内流動を生じさせるように設けられている。この吸気流動制御弁の作動は、内燃機関の始動後のアイドル時やパーシャル時などの、筒内流動が弱く燃焼が不安定になり易い時に行われ、筒内流動を強化させて燃焼の安定性を向上させている。このような吸気流動制御弁を用いて筒内流動を強化する公知例として特許文献１が挙げられる。特許文献１では、吸気流動制御弁の位置を変更するのに回動とスライド機構を用いて行っている。

特開２００５−２４０５９８号公報

特許文献１の構成では、吸気流動制御弁の位置を変更するのに回動とスライド機構の双方を用いているので、構成が複雑となり、吸気流動制御弁が移動途中で引っかかるおそれがある。また、特許文献１の吸気流動制御弁は、それを支持する軸部が吸気流動制御弁から突出しているので吸気抵抗増大の要因となり易い。
本発明は、簡素化を構成で吸気流動制御弁の位置を移動できるとともに、吸気抵抗を低減可能な吸気制御装置を提供することを、その目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１の発明では、吸気ポートに燃料を噴射する燃料噴射弁を有する内燃機関の燃焼室に通じる吸気流路に変位自在に設けられ、吸気流路を狭めることにより吸気流動を促進させる吸気流動制御弁と、吸気流動制御弁の位置を変位させる駆動手段とを備えた吸気制御装置において、吸気流動制御弁は、吸気流路に回動自在に支持されてその回動中心が弁の全長に対してオフセットされていると共に、吸気流路を狭める方向が回動中心周りの異なる２方向で燃料噴射弁に対向する側の吸気通路内壁側の流速が上がる状態と筒内タンブル流が強化される状態とに切換え可能に構成されていることを特徴としている。

請求項２の発明では、吸気流動制御弁は、吸気流路に回動自在に支持され、駆動手段によって回動される軸部と、吸気流路の上流側から下流側に向かって延在して軸部に設けられた弁体とを有し、この弁体が上流端部及び下流端部から軸部に向かって厚肉になり、軸部の最外径部と曲面でつながる流線形とされていることを特徴としている。

請求項３の発明では、吸気流動制御弁は、吸気流路に設けられる燃料噴射弁の上流側に設けられ、異なる２方向が燃料噴射弁に対向する吸気流路内壁面側の流速を上げる方向と、燃焼室内のタンブル流を強化する方向であることを特徴としている。

本発明によれば、内燃機関の燃焼室に通じる吸気流路に変位自在に設けられ、吸気流路を狭めることにより吸気流動を促進させる吸気流動制御弁を、吸気流路に回動自在に支持してその回動中心が弁の全長に対してオフセットすると共に、吸気流路を狭める方向が、回動中心周りの異なる２方向に切換え可能に構成したので、弁を駆動手段で回動させるという簡素な構成で、吸気流路を狭める方向が異なる複数の吸気流動促進位置を実現して、調整範囲を広範囲できる。

本発明によれば、吸気流動制御弁が、吸気流路に回動自在に支持され駆動手段によって回動される軸部と、吸気流路の上流側から下流側に向かって延在して軸部に設けられた弁体とを有し、この弁体が上流端部及び下流端部から軸部に向かって厚肉になり軸部の最外径部と曲面でつながる流線形とされているので、軸部が弁体から突出しないので、吸気の流れがスムーズになり吸気抵抗を低減することができる。

本発明によれば、吸気流動制御弁が、吸気流路に設けられる燃料噴射弁の上流側に設けられ、異なる２方向が燃料噴射弁に対向する吸気流路内壁面側の流速を上げる方向と、燃焼室内のタンブル流を強化する方向とに切換えられるので、燃料噴霧先端の霧化促進と壁面付着低減を図る機能と、タンブル流強化で燃費を低減する機能を簡素な構成で実現することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。図１において、符号１は内燃機関であるエンジンを示す。このエンジン１は、吸気流路１２の先端に位置する吸気ポート１１に燃料を噴射するエンジンとして構成されており、その動弁機構としてはＤＯＨＣ４バルブ式が採用されている。エンジン１を構成するシリンダーブロック２ａの上部には、シリンダーヘッド２が装着されている。吸気側の動弁機構５０は、吸気流路１２と燃焼室４０とを連通するようにシリンダーヘッド２に形成された吸気ポート１１を開閉する吸気弁７ａと、吸気弁７ａの上端に図示しないロッカーアームを介して当接する吸気カム３ａが形成された吸気カムシャフト２１と、吸気弁７ａを閉弁方向に付勢する周知のバルブスプリングとから構成されている。排気側の動弁機構５１は、燃焼室４０に通じるようにシリンダーヘッド２に形成された排気ポート１７を開閉する排気弁７ｂと、排気弁７ｂの上端に図示しないロッカーアームを介して当接する排気カム３ｂが形成された排気カムシャフト２２と、排気弁７ｂを閉弁方向に付勢する周知のバルブスプリングとから構成されている。

吸気カムシャフト２１と排気カムシャフト２２の各端には、タイミングプーリ４ａ，４ｂがそれぞれ装着されている。これらタイミングプーリ４ａ，４ｂは図示しないタイミングベルトを介してクランク軸６に連結されている。タイミングプーリ４ａ，４ｂとカムシャフト２１，２２は、クランク軸６の回転に伴って回転駆動され、これらのカムシャフト２１，２２により吸気弁７ａ及び排気弁７ｂがエンジン１の回転に同期して開閉駆動される。

車室内には、図示しない入出力装置、制御プログラムや制御マップ等の記憶に供される記憶装置（ＲＯＭ，ＲＡＭ等）、中央処理装置（ＣＰＵ）、タイマカウンタ等を備えた制御手段としてのエンジン制御ユニット（以下「ＥＣＵ」と記す）３１が設置されており、エンジン１の総合的な制御を行う。ＥＣＵ３１には、エンジン回転数センサ３２とスロットル開度センサ３３と水温センサ３６が接続されていて、これらセンサから入力される情報に応じてエンジン１の運転状態を判断する。

シリンダーヘッド２には、吸気ポート１１へ燃料を噴射する燃料噴射手段としての電磁式の燃料噴射弁１５と、燃焼室４０に臨み、燃焼室４０内において点火を行う点火手段としての点火プラグ１９が設けられている。点火プラグ１９はＥＣＵ３１と接続されていて、ＥＣＵ３１で制御された点火信号が印加されることで点火する。

吸気経路１２内にはスロットル弁１４と、吸気流路１２を狭める方向に作動することで吸気流動を促進させる吸気流動制御弁（以下「ＦＣＶ」と記す）３７とが設けられている。スロットル弁１４は、図示しないワイヤまたは電子制御機構を介してアクセルペダル３４と連結されていて、アクセルペダル３４の踏込量に応じてその開度が調整されるようになっている。

吸気制御装置３９は、ＦＣＶ３７と、ＦＣＶ３７の位置を変位させる駆動手段となるステッピングモータ３８とを備えている。ＦＣＶ３７は、燃料噴射弁１５とスロットルバルブ１４の間に位置する吸気流路１２に図示しないフランジによって回動自在に支持されていて、その回動中心が弁の全長に対してオフセットされている。すなわち、ＦＣＶ３７は、図２に示すように、吸気流路１２に回動自在に支持され、ステッピングモータ３８によって回動される軸部３７０と、吸気流路１２の上流側から下流側に向かって延在して軸部３７０と一体的に設けられた弁体３７１とを有し、この弁体３７１は、上流端部３７１ａ及び下流端部３７１ｂから軸部３７０に向かってそれぞれ厚肉になり、軸部３７０の最外径部３７０ａと曲面３７２ａ，３７２ｂと曲面３７３ａ，３７３ｂでつながる流線形とされている。本形態において、ＦＣＶ３７の軸部３７０は、下流端部３７１ｂ寄りにオフセットされている。ＦＣＶ３７は、上流側上面の曲面３７２ａ及び下流側上面の曲面３７２ｂが図２において吸気流路１２の上方内壁面１２ａ側に位置し、上流側下面の曲面３７３ａ及び下流側下面の曲面３７３ｂが図２において吸気流路１２の下方内壁面１２ｂ側に位置するように配置されている。

ＦＣＶ３７は、エンジン停止時や通常運転時においては、図２に実線で示す吸気流路１２の流路面積が最も大きくなる吸気流路１２に対して略平行な中立位置を占め、エンジン始動直後などの冷態始動時に図２に一点鎖線で示す第１の位置を占め、燃焼室４０内にタンブル流を生成したい運転領域の場合には、第１の位置とは逆方向に回動させて図２に二点鎖線で示す第２の位置を占めるようにステッピングモータ３８で移動される。これらエンジン１の運転状態は、ＥＣＵ３１によって適宜判断される。ステッピングモータ３８は、ＥＣＵ３１に接続されていて、ＥＣＵ３１で判断された運転状態に対応して出力される駆動信号で駆動されて、ＦＣＶ３７を中立位置、第１の位置、第２の位置の何れかの位置に移動させる。

ＦＣＶ３７は、第１の位置を占めるときに上流端部３７１ａが上方内面１２ａに接触し、下流端部３７１ｂと下方内壁面１２ｂとの間の空間が形成される。この状態では燃料噴射弁１９に対向する側の吸気流路内壁面側の流速が上がるようになり、図３に示す燃料噴霧１９０の先端１９０ａの霧化促進と燃料の壁面付着を低減することができる。また、ＦＣＶ３７は第２の位置を占めると上流端部３７１ａが下方内壁面１２ｂに接触し、下流端部３７１ｂと上方内壁面１２ａとの間を空間が形成される。この状態では、筒内のタンブル流を強化させることができ、燃費向上効果を期待することができる。

ＦＣＶ３７が中立位置を占めるときに、弁体３７１は吸気流路１２に対して略平行になり、弁体３７１と上方内壁面１２ａ及び下方内壁面１２ｂとの間に空間がそれぞれ形成される。この状態は、出力性能向上に有効な状態である。

このような構成において、吸気流路１２内には、エンジン１の始動に伴いシリンダー２ｂ内を図１において上下に往復移動するピストン１６の下降に伴って、エアクリーナ１３から吸入空気が導入され、吸気経路１２内のスロットルバルブ１４の開度に応じて流量調整された後に燃料噴射弁１５からの噴射燃料と混合され、吸気ポート１１を経て吸気弁７ａの開弁時にシリンダー２ｂ内に流入する。燃料噴射弁１５は、エンジン１の運転状態に対応して燃料噴射量が設定され、ＥＣＵ３１から噴射信号が印加されることで燃焼に最適なタイミングで燃料噴射を実行する。点火プラグ１９はエンジン１の運転状態に対応して点火時期が設定され、点火信号が印加されることで最適なタイミングで点火を実行する。排気ポート１７と接続する排気経路１８には、燃焼室４０内での燃焼後の排ガスが、排気弁７ｂの開弁時にピストン１６の上昇に伴って排気ポート１７から案内され、排気経路１８上に設けられた触媒としての三元触媒２０及び図示しない消音器を経て外部に排出される。

このように、吸入空気が流れる吸気通路１２内において、ＦＣＶ３７が図３（ａ）に示すように第１の位置を占めると、上流端部３７１ａが上方内壁面１２ａに接触して矢印で示す吸入空気に対してＦＣＶ３７が傾斜する。このため、吸入空気は、ＦＣＶ３７にぶつかり、その一面を構成する上流端部３７１ａ側の曲面３７３ａから曲面３７３ｂに沿って流れ、下流端部３７１ｂと下方内壁面１２ｂとの間の空間に案内される。ＦＣＶ３７が図３（ｂ）に示す第２の位置を占めると、上流端部３７１ａが下方内壁面１２ｂに接触して吸入空気に対してＦＣＶ３７が傾斜する。このため、吸入空気は、ＦＣＶ３７にぶつかり、その他面を構成する上流端部３７１ａ側の曲面３７２ａから曲面３７２ｂに沿って流れ端部３７１ｂと上方内面１２ａとの間を空間に案内される。ＦＣＶ３７が図３（ｃ）に示す中立位置を占めると、上流端部３７１ａと下流端部３７１ｂが吸気流路１２に対して略平行な位置となる。このため、吸入空気は、上流端部３７１ａから下流端部３７１ｂに向かって、弁体３７１の両面を構成する曲面３７２ａ，曲面３７２ｂ及び曲面３７３ａ，３７３ｂに沿って流れる。

本形態では、ＦＣＶ３７が吸気流路１２に回動自在に支持され、その回動中心を弁体３７１の全長に対してオフセットするように配置しているので、ＦＣＶ３７をステッピングモータ３８で回動させるという簡素な構成により吸気流路１２を狭める方向を容易に変更することができる。また、ＦＣＶ３７は、吸気流路１２に回動自在に支持されステッピングモータ３８によって回動される軸部３７０と、吸気流路１２の上流側から下流側に向かって延在して軸部３７０に設けられた弁体３７１とを有し、弁体３７１が上流両端３７１ａ及び下流端部３７１ｂが軸部３７０に向かって厚肉になり、軸部３７０の最外径部と各曲面でつながる流線形に形成されているので、軸部３７０が弁体３７１から突出しないため、吸入空気の流れがスムーズになり吸気抵抗を低減することができる。

また、ＦＣＶ３７が、燃料噴射弁１９の上流側に設けられ、燃料噴射弁１９に対向する吸気流路内壁面側の流速を上げる方向と、燃焼室４０内のタンブル流を強化する方向とに切換えられるので、燃料噴霧１９０の先端１９０ａの霧化促進と壁面付着低減を図る機能と、タンブル流強化で燃費を低減する機能を簡素な構成で実現することができる。

本発明の第１の実施形態にかかる吸気制御装置を備えた内燃機関の概略構成を示す図である。 吸気流動制御弁の構成と、その吸気流路に対する位置関係を占め拡大図である。 吸気流動制御弁の位置による吸入空気の流れを示す拡大図である。

符号の説明

１ 内燃機関
１２ 吸気流路
１９ 燃料噴射弁
３７ 吸気流動制御弁
３８ 駆動手段
３９ 吸気制御装置
４０ 燃焼室
３７０ 軸部
３７１ 弁体
３７１ａ 上流端部
３７１ｂ 下流端部
３７２ａ，３７２ｂ 曲面
３７３ａ，３７３ｂ 曲面

Claims (3)

1. 吸気ポートに燃料を噴射する燃料噴射弁を有する内燃機関の燃焼室に通じる吸気流路に変位自在に設けられ、前記吸気流路を狭めることにより吸気流動を促進させる吸気流動制御弁と、前記吸気流動制御弁の位置を変位させる駆動手段とを備えた吸気制御装置において、
   前記吸気流動制御弁は、前記吸気流路に回動自在に支持され、その回動中心が弁の全長に対してオフセットされていると共に、前記吸気流路を狭める方向が前記回動中心周りの異なる２方向で前記燃料噴射弁に対向する側の吸気通路内壁側の流速が上がる状態と筒内タンブル流が強化される状態とに切換え可能に構成されていることを特徴とする吸気制御装置。
2. 請求項１記載の吸気制御装置において、
   前記吸気流動制御弁は、前記吸気流路に回動自在に支持され、前記駆動手段によって回動される軸部と、前記吸気流路の上流側から下流側に向かって延在して前記軸部に設けられた弁体とを有し、この弁体は、上流端部及び下流端部から前記軸部に向かって厚肉になり、前記軸部の最外径部と曲面でつながる流線形とされていることを特徴とする吸気制御装置。
3. 請求項１または２記載の吸気制御装置において、
   前記吸気流動制御弁は、前記吸気流路に設けられる燃料噴射弁の上流側に設けられ、前記異なる２方向は、前記燃料噴射弁に対向する吸気流路内壁面側の流速を上げる方向と、前記燃焼室内のタンブル流を強化する方向であることを特徴とする吸気制御装置。

Images