JP5075103B2 - 内燃機関の吸気装置 - Google Patents

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Description

本発明は、吸気管内の通路面積を変更する弁体及びこの弁体の回転中心となる弁軸により構成される吸気流制御弁について、これを備える内燃機関の吸気装置に関する。
内燃機関においては、燃焼室に供給される吸気に渦流を発生させることにより燃焼効率の向上を図ることができる。過流は一般に、シリンダ周方向において旋回する横渦であるスワール流と、シリンダ軸方向において旋回する縦渦であるタンブル流とに区別される。
吸気流にタンブル流を発生させる方法としては、吸気管の途中にタンブルコントロールバルブ(以下、「TCV」)を設ける技術が知られている。このTCVを備える内燃機関においては、TCVの操作により吸気管の通路面積が変更される。TCVの周囲を通過する吸気の流れは同通路面積の大きさによって変化するとともに偏りを持つようになる。そして、この偏りを持った吸気流が燃焼室へと流入することでタンブル流が発生する。例えば特許文献1に記載のTCVは、TCVの弁体を吸気管に設置されて吸気管の中心線と直交するように弁軸が設けられるとともに、それぞれ通路面積の異なる第1開度と第2開度との間で使用される。吸気流はTCVの弁体と吸気管壁との間隙を流通するとともに同間隙側に偏ったものとなる。偏りを持った吸気流は燃焼室に導入された後、燃焼室壁と衝突して燃焼室内にタンブル流を発生させる。このタンブル流によって燃焼室内の気体に成層が構成されるため、効率の良い燃焼が起きて燃焼効率が見込めるようになる。
特開2001−248450号公報
ところが、特許文献1のようなTCVでは、弁体は常に吸気の流れに逆らう態様となっているため、アクチュエータで開度を保持しようとしても十分に安定させることができない。また、吸気流と、アクチュエータの駆動による弁体の位置調節とによって常に弁体位置が変動すると考えられるため、理想開度に保持することが難しくなってしまう。なお、このような問題は、特許文献1のTCVに限らず、弁体の開度を第1開度及び第2開度のそれぞれに保持するTCVを備える吸気装置であれば同様に生じるものであると考えられる。
本発明はこのような実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、吸気流制御弁の弁体の開度を第1開度及び第2開度のそれぞれに保持する際の安定性を高めることのできる内燃機関の吸気装置を提供することにある。
以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
(1)請求項1に記載の発明は、吸気管内の通路面積を変更する弁体及びこの弁体の回転中心となる弁軸により構成される吸気流制御弁と、この制御弁の開度である弁開度を変更して渦流の大きさを調整するとともに前記弁開度を第1開度と第2開度との間で変更する制御手段とを備える内燃機関の吸気装置において、前記弁開度が前記第1開度にあるときに前記弁体が前記第1開度を超える方向に駆動することを前記吸気流制御弁との接触により規制する第1規制手段と、前記弁開度が前記第2開度にあるときに前記弁体がこの第2開度を超える方向に駆動することを前記吸気流制御弁との接触により規制する第2規制手段とを備え、前記弁体は、前記弁軸を基準として長弁部及び短弁部に区分され、前記長弁部は前記弁軸から先端までの長さが前記弁軸から前記短弁部の先端までの長さよりも大きく設定されて、前記弁軸に対して前記短弁部よりも上流側に設けられるものであり、前記第1規制手段は、前記第1開度にあるときに吸気管内の吸気流により前記吸気流制御弁が押し付けられるものであり、前記第2規制手段は、前記第2開度にあるときに吸気管内の吸気流により前記吸気流制御弁が押し付けられるものであり、前記吸気管のうち、燃焼室と接続される側の端部における径方向の断面である接続断面において、この接続断面の中心を通りかつこの接続断面を前記燃焼室の中央側につながる領域と前記燃焼室の外周側に繋がる領域とに分割する線分を線分Aとし、前記吸気管のうち、前記弁体が配置される部分よりも上流側の部分における前記吸気管の径方向の断面である上流断面において、この上流断面の中心を通る線分を線分Bとし、前記線分Aの全部および前記線分Bの全部を含みかつ前記吸気管の長手方向に延びる断面を基準断面として、前記基準断面を前記吸気管の長手方向に延びる中心線により、吸気通路の下流が前記燃焼室の中央側につながる上部領域と、前記吸気通路の下流が前記燃焼室の外周側につながる下部領域に区分し、前記弁軸はその中心軸が、前記基準断面上において前記吸気管の長手方向に延びる中心線とは異なる位置、すなわち前記上部領域及び前記下部領域のいずれかに位置する態様で設けられるものであることを要旨としている。
この発明では、弁体及び弁軸の一方が吸気により第1規制手段に押し付けられるときを第1開度として設定し、弁体及び弁軸の一方が吸気により第2規制手段に押し付けられるときを第2開度として設定しているため、弁開度が第1開度及び第2開度のいずれにあるときにも吸気の流れがこれを維持する方向に作用するようになる。従って、吸気流制御弁の弁体の開度を第1開度及び第2開度のそれぞれに保持する際の安定性を高めることができるようになる。
(2)請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の内燃機関の吸気装置において、前記弁軸は、その軸方向において前記基準断面に投影されたときに得られる投影図の全体が前記上部領域及び前記下部領域のいずれかに属する態様で設けられるものであることを要旨としている。
(3)請求項3に記載の発明は、請求項1または2に記載の内燃機関の吸気装置において、前記弁軸は、その中心軸が前記基準断面に直交する態様で設けられるものであることを要旨としている。
(4)請求項4に記載の発明は、吸気管内の通路面積を変更する弁体及びこの弁体の回転中心となる弁軸により構成される吸気流制御弁と、この制御弁の開度である弁開度を変更して渦流の大きさを調整するとともに前記弁開度を第1開度と第2開度との間で変更する制御手段とを備える内燃機関の吸気装置において、前記弁開度が前記第1開度にあるときに前記弁体が前記第1開度を超える方向に駆動することを前記吸気流制御弁との接触により規制する第1規制手段と、前記弁開度が前記第2開度にあるときに前記弁体がこの第2開度を超える方向に駆動することを前記吸気流制御弁との接触により規制する第2規制手段とを備え、前記弁体は、前記弁軸を基準として長弁部及び短弁部に区分され、前記長弁部は前記弁軸から先端までの長さが前記弁軸から前記短弁部の先端までの長さよりも大きく設定されて、前記弁軸に対して前記短弁部よりも上流側に設けられるものであり、前記第1規制手段は、前記第1開度にあるときに吸気管内の吸気流により前記吸気流制御弁が押し付けられるものであり、前記第2規制手段は、前記第2開度にあるときに吸気管内の吸気流により前記吸気流制御弁が押し付けられるものであり、前記弁開度が前記第1開度にあるとき、前記短弁部の先端と前記吸気管の壁面との間に吸気通路の一部としての第1短弁側通路が形成されるとともに前記長弁部の先端と前記吸気管の壁面との間を通過する吸気の流れが遮断され、前記弁開度が前記第2開度にあるとき、前記短弁部の先端と前記吸気管の壁面との間に吸気通路の一部としての第2短弁側通路が形成されるとともに前記長弁部の先端と前記吸気管の壁面との間を通過する吸気の流れが遮断され、前記第1短弁側通路の通路面積は、前記第2短弁側通路の通路面積よりも小さいものに維持され、これにより前記弁開度が前記第1開度にあるときに燃焼室に生じる渦流の強さは前記弁開度が前記第2開度にあるときに燃焼室に生じる渦流の強さよりも大きいものに維持され、当該吸気装置は、前記弁開度を検出する開度検出手段と前記吸気流制御弁のアクチュエータへの供給電流値を検出する電流検出手段とをさらに備えるものであり、前記制御手段は、前記吸気管内の通路面積が最大となる前記弁開度すなわち前記弁体が吸気から受ける抵抗が最小となる前記弁開度を第3開度として前記弁体を操作するものであり、前記弁開度を前記第3開度に変更する旨の要求があるときには前記開度検出手段の示す弁開度及び前記電流検出手段の示す電流値に基づいて前記弁開度を操作するものであることを要旨としている。
開度検出手段の示す弁開度と実際の弁開度との間には乖離が生じることもあるため、同検出手段の示す開度のみに基づいては実際の弁開度を的確に第3開度に維持することが困難な状況が生じることもある。一方、第3弁開度は吸気から受ける抵抗が最小となる弁開度であることにより、実際の弁開度を同第3弁開度に維持するために必要となる供給電流値は予め把握することができる。すなわち、実際の弁開度が第3開度にあるか否かについては、開度検出手段の示す弁開度及びアクチュエータの供給電流値の少なくとも一方に基づいて確認することができる。
上記発明ではこうしたことに鑑み、弁開度を第3開度に変更する旨の要求があるとき、開度検出手段の示す弁開度及び電流検出手段の示す電流値に基づいて弁開度を操作するようにしているため、実際の弁開度をより好適に第3弁開度に維持することができるようになる。
(5)請求項5に記載の発明は、請求項4に記載の内燃機関の吸気装置において、前記制御手段は、前記供給電流値について実際の弁開度が前記第3開度にある状態のもとで弁開度を保持する力を弱める方向に変更しても同状態が維持される電流値を最小電流値として、前記開度検出手段の弁開度が前記第3開度を示すときに前記供給電流値を前記最小電流値に向けて操作し、この操作にともない前記開度検出手段の示す弁開度が前記第3開度から離れることに基づいて実際の弁開度が前記第3開度に維持されていない旨判定することを要旨としている。
開度検出手段が第3開度を示す状態のもとで実際の弁開度が第3開度とは異なる弁開度にある場合において、供給電流値を最小電流値に向けて変更したことにともない、アクチュエータによる弁開度を保持する力が吸気による弁体を押す力を下回るとき、実際の弁開度は第1開度及び第2開度のいずれかに向けて変化するようになる。
そして、上記発明ではこうしたことに鑑み、開度検出手段の弁開度が第3開度を示しているときに供給電流値の操作を行うことにより、実際の弁開度が第3開度にあるか否か、すなわち開度検出手段の示す弁開度と実際の開度との間に乖離が生じていないか否かを判定するようにしている。これにより、開度検出手段の弁開度が実際の開度から乖離したものであるときには、これを考慮のうえ実際の弁開度を第3開度に変更することができるようになる。
(6)請求項6に記載の発明は、請求項4または5に記載の内燃機関の吸気装置において、前記制御手段は、前記供給電流値について実際の弁開度が前記第3開度にある状態のもとで弁開度を保持する力を弱める方向に変更しても同状態が維持される電流値を最小電流値として、前記弁開度を前記第3開度に変更する旨の要求がある状態において前記開度検出手段の弁開度が目標値を示すときに前記供給電流値を前記最小電流値に向けて操作し、この操作にともない前記供給電流値が前記最小電流値に到達したときに前記開度検出手段の示す弁開度が依然として前記目標値にあることに基づいて実際の弁開度が前記第3開度に維持されている旨判定することを要旨としている。
実際の弁開度が第3開度にあるとき、アクチュエータへの供給電流値を最小電流値に設定しても実際の弁開度は第3開度に維持される、すなわち実際の開度は一定の大きさに維持される。従ってこの場合には、開度検出手段の弁開度と実際の弁開度との間に乖離が生じていたとしても、開度検出手段の弁開度は実際の弁開度に応じて一定の値を示すようになる。一方、開度検出手段の示す弁開度及び電流検出手段の示す電流値に基づいて弁開度を操作するものにおいては、開度検出手段の弁開度と実際の弁開度との乖離度合が弁開度の目標値に反映されるため、弁開度を第3開度に変更する要求がある状態において開度検出手段の弁開度が同目標値を示すとき、実際の弁開度が第3開度にあると推定される。
そして、上記発明ではこうしたことに鑑み、開度検出手段の弁開度が目標値を示しているときに供給電流値の操作を行うことにより、実際の弁開度が第3開度にあるか否かを判定するようにしているため、開度検出手段の弁開度が実際の開度から乖離した状態のもとでも、実際の弁開度が第3開度にあることを確認することができるようになる。
(7)請求項7に記載の発明は、請求項5または6に記載の内燃機関の吸気装置において、前記制御手段は、前記最小電流値に向けての供給電流値の操作にともない前記開度検出手段の示す弁開度が前記第1開度に向けて変化することに基づいて実際の弁開度が前記第3開度よりも前記第1開度側にある旨判定し、前記最小電流値に向けての供給電流値の操作にともない前記開度検出手段の示す弁開度が前記第2開度に向けて変化することに基づいて実際の弁開度が前記第3開度よりも前記第2開度側にある旨判定することを要旨としている。
開度検出手段が第3開度を示す状態のもとで実際の弁開度が第3開度とは異なる弁開度にある場合において、供給電流値を最小電流値に向けて変更したことにともない、アクチュエータによる弁開度を保持する力が吸気による弁体を押す力を下回るとき、実際の弁開度は第1開度及び第2開度のいずれかに向けて変化するようになる。すなわち供給電流値の操作開始前において、実際の弁開度が第3開度に対して第1開度側にあるときには弁開度は第1開度に向けて変化し、反対に実際の弁開度が第3開度に対して第2開度側にあるときには弁開度は第2開度に向けて変化する。
そして、上記発明ではこうしたことに鑑み、供給電流値の操作にともなう開度検出手段の示す弁開度に基づいて実際の弁開度が第3開度よりも第1開度側にある旨判定するようにしているため、開度検出手段の示す弁開度が実際の弁開度に対していずれの方向に乖離しているかを適切に把握することができるようになる。
(8)請求項8に記載の発明は、請求項7に記載の内燃機関の吸気装置において、前記制御手段は、実際の弁開度が前記第3開度よりも前記第1開度側にある旨判定したとき、前記電流検出手段の示す供給電流値と前記最小電流値との差に基づいて前記第3開度とは別の値を前記弁開度の目標値として設定し、そのうえで前記開度検出手段の示す弁開度を同目標値に一致させるべく前記供給電流値を操作するとともに、実際の弁開度が前記第3開度よりも前記第2開度側にある旨判定したとき、前記電流検出手段の示す供給電流値と前記最小電流値との差に基づいて前記第3開度とは別の値を前記弁開度の目標値として設定し、そのうえで前記開度検出手段の示す弁開度を同目標値に一致させるべく前記供給電流値を操作することを要旨としている。
実際の開度が第3開度よりも第1開度側または第2開度側にある旨判定されたとき、ここでの供給電流値と最小電流値との差は開度検出手段の示す弁開度と実際の弁開度とのずれを反映したものとなる。
そこで上記発明では、供給電流値と最小電流値との差に基づいて第3開度とは別の値を弁開度の新たな目標値として設定したことにより、開度検出手段の示す弁開度と実際の弁開度との間に乖離が生じている状態のもとにおいても、実際の弁開度を第3開度に変更することができるようになる。
(9)請求項9に記載の発明は、請求項8に記載の内燃機関の吸気装置において、前記制御手段は、前記供給電流値の操作にともない前記開度検出手段の弁開度が前記目標値に到達したとき、前記供給電流値を前記最小電流値に向けて操作し、この操作にともない前記供給電流値が前記最小電流値に到達したときに前記開度検出手段の示す弁開度が依然として前記目標値にあることに基づいて実際の弁開度が前記第3開度に維持されている旨判定することを要旨としている。
開度検出手段の示す弁開度が供給電流値と最小電流値との差に基づく目標値にあるとき、実際の弁開度が第3開度にあると推定される。
そこで上記発明では、開度検出手段の示す弁開度が目標値にあるときに再び供給電流値を最小電流値に向けて操作し、これにともない開度検出手段の示す弁開度が同目標値にあることに基づいて実際の弁開度が第3開度にある旨を判定するようにしている。これにより、実際の弁開度が第3開度にあることをより好適に確認することができるようになる。
(10)請求項10に記載の発明は、請求項8または9に記載の内燃機関の吸気装置において、前記制御手段は、前記最小電流値に向けての前記供給電流値の操作にともない前記開度検出手段の示す弁開度が前記目標値から離れることに基づいて実際の弁開度が前記第3開度に維持されていない旨判定し、そのうえで次の一連の処理、すなわち前記供給電流値と前記最小電流値との差に基づく前記弁開度の目標値の設定、及び前記開度検出手段の示す弁開度をこの目標値に一致させる前記供給電流値の操作、及び前記開度検出手段の弁開度が前記目標値を示す状態での前記最小電流値に向けての前記供給電流値の操作、及びこの操作にともなう前記開度検出手段の弁開度の変化傾向に基づく実際の弁開度と前記第3開度との関係の判定について、これら処理を再び行うことを要旨としている。
(11)請求項11に記載の発明は、請求項1〜10のいずれか一項に記載の内燃機関の吸気装置において、前記第1規制手段は、前記弁開度が前記第1開度にあるときに前記弁軸との接触により前記弁軸の回転を規制するものであり、前記第2規制手段は、前記弁開度が前記第2開度にあるときに前記弁軸との接触により前記弁軸の回転を規制するものであり、前記弁体は、前記第1開度にあるときに吸気管内を流れる吸気により前記弁軸が前記第1規制手段に押し付けられた状態にて前記第1開度に維持され、前記第2開度にあるときに吸気管内を流れる吸気により前記弁軸が前記第2規制手段に押し付けられた状態にて前記第2開度に維持されるものであることを要旨としている。
この発明では、弁開度が第1開度または第2開度にあるとき、第1規制手段または第2規制手段と弁軸とが接触して弁軸の回転を規制するようにしている。例えば、弁体を壁面に押し付けると、弁体の破損を招くおそれがある。一方、弁軸にはこのようなおそれが小さいため、弁軸と規制手段とを接触させることで、弁軸の回転を好適に規制することができるようになる。
(12)請求項12に記載の発明は、請求項11に記載の内燃機関の吸気装置において、前記制御手段は、前記長弁部の先端が前記吸気管の壁面の一部である第1壁面近傍にある弁開度を前記第1開度とし、前記長弁部の先端が前記第1壁面に対向する前記吸気管の壁面の一部である第2壁面に接触近傍にある弁開度を前記第2開度として前記弁体を操作するものであり、前記弁開度を前記第1開度に変更する旨の要求があるときには前記弁軸が前記第1規制手段に突き当たるまで前記吸気流制御弁を操作し、前記弁開度を前記第2開度に変更する旨の要求があるときには前記弁軸が前記第2規制手段に突き当たるまで前記吸気流制御弁を操作するものであることを要旨としている。
(13)請求項13に記載の発明は、請求項1〜10のいずれか一項に記載の内燃機関の吸気装置において、前記第1規制手段は、前記吸気管の壁面において前記長弁部の先端と対応するところにある第1壁面であり、前記第2規制手段は、前記吸気管の壁面において前記第1壁面と対向するところにある第2壁面であり、前記弁体は、前記第1開度にあるときに吸気管内を流れる吸気により前記第1壁面に押し付けられた状態にて前記第1開度に維持され、前記第2開度にあるときに吸気管内を流れる吸気により前記第2壁面に押し付けられた状態にて前記第2開度に維持されることを要旨としている。
この発明では、弁開度が第1開度または第2開度にあるとき、第1壁面または第2壁面と弁体の長弁部の先端とが接触して弁軸の回転を規制するようにしている。弁体と規制手段とを接触させて開度を維持するようにすると、吸気管内壁である第1壁面及び第2壁面をそれぞれ第1規制手段及び第2規制手段として利用できるため、弁軸と規制手段とを接触させるときと比較して、従来の吸気管からの変更を少なくできる。
(14)請求項14に記載の発明は、請求項13に記載の内燃機関の吸気装置において、前記制御手段は、前記長弁部の先端が前記吸気管の壁面の一部である第1壁面に接触する弁開度を前記第1開度とし、前記長弁部の先端が前記第1壁面に対向する前記吸気管の壁面の一部である第2壁面に接触する弁開度を前記第2開度として前記弁体を操作するものであり、前記弁開度を前記第1開度に変更する旨の要求があるときには前記長弁部の先端が前記第1壁面に突き当たるまで前記吸気流制御弁を操作し、前記弁開度を前記第2開度に変更する旨の要求があるときには前記長弁部の先端が前記第2壁面に突き当たるまで前記吸気流制御弁を操作するものであることを要旨としている。
(15)請求項15に記載の発明は、請求項1〜14のいずれか一項に記載の内燃機関の吸気装置において、前記制御手段は、前記第1開度と前記第2開度との間にある弁開度のうち前記吸気管内の通路面積が最大となる弁開度を第3開度として前記吸気流制御弁を操作するものであり、前記弁開度を前記第3開度に変更する旨の要求があるときには前記弁開度を大きくする方向に前記吸気流制御弁を操作するものであることを要旨としている。
この発明によれば、吸気管内の通路面積が最大となる弁開度を第3開度としているため、吸気流制御弁の制御において弁開度をこの第3開度に設定することにより、吸気管内を流れる吸気に対する吸気流制御弁の抵抗を十分に小さくすることができるようになる。
(16)請求項16に記載の発明は、請求項1〜15のいずれか一項に記載の内燃機関の吸気装置において、前記制御手段は、前記弁開度を前記第1開度に変更する旨の要求に基づいて前記弁体及び前記弁軸の一方を前記第1規制手段に突き当てた後、前記弁開度を前記第1開度に保持する旨の指令を吸気流制御弁に対して送信しないことを要旨としている。
この発明では、弁開度が第1開度にあるときに弁体が吸気により吸気管の壁面側すなわち第1規制手段に押し付けられることを利用して、弁体を第1開度に保持する指令を吸気流制御弁に送信しないようにしている。これにより、吸気流制御弁の制御のために消費される電力を少なくすることができるようになる。
(17)請求項17に記載の発明は、請求項1〜16のいずれか一項に記載の内燃機関の吸気装置において、前記制御手段は、前記弁開度を前記第2開度に変更する旨の要求に基づいて前記弁体及び前記弁軸の一方を前記第2規制手段に突き当てた後、前記弁開度を前記第2開度に保持する旨の指令を吸気流制御弁に対して送信しないことを要旨としている。
この発明によれば、弁開度が第2開度にあるときに弁体が吸気により吸気管の壁面側すなわち第2規制手段側に押し付けられることを利用して、弁体を第2開度に保持する指令を吸気流制御弁に送信しないようにしている。これにより、吸気流制御弁の制御のために消費される電力を少なくすることができるようになる。
図1〜図4を参照して、本発明の内燃機関の吸気装置について、吸気流制御弁としてタンブル流の大きさを調整するタンブルコントロールバルブ(以下、「TCV」)を備える内燃機関の吸気装置20として具体化した一実施形態について説明する。
図1に示されるように、内燃機関1の吸気管21は、機関本体10に備えられた燃焼室11近傍であって、燃料噴射弁25よりも上流となる位置にTCV31を備えている。吸気管21の取込み口から取り込まれた吸気は、TCV31設置部を経て燃料噴射弁25からの燃料噴射によって燃料と混合した混合気となり、吸気弁12の開弁にともなって燃焼室11へと流入する。
また、内燃機関1は制御装置40によって統括的に制御されており、制御装置40はTCV31の開度センサ34をはじめとする各種センサ及び電子制御装置41より構成されている。
吸気管21の流路は、図1に示される吸気流れ方向の中心線を含みかつ気筒の中心線に対して平行する吸気管21の断面(基準断面)において、吸気管21の中心線CIによって、上部領域22U及び下部領域22Dの2つの領域に区分することができる。上部領域22Uは、その下流が燃焼室11中央側につながる領域であり、下部領域22Dはその下流が燃焼室11外周側につながる領域である。
吸気流制御装置30は、TCV31と、これを駆動させるためのモータ35を備えている。TCV31は弁軸32と弁体33とから構成されている。弁軸32はその中心軸が、基準断面において吸気管21の中心線CIとは異なる位置、すなわち上部領域22Uに位置するとともに、同中心軸が基準断面に直交する態様で設けられている。そして、図2(b)にて示されるように弁軸32は吸気管21を貫通するとともにその端部32Tが吸気管21の外側に突出している。また、端部32Tの外周に突出するように設けられた当接部32Aが吸気管21の外壁であって、端部32Tの外周に凸設された2つの第1規制部23(第1規制手段)または第2規制部24(第2規制手段)のいずれかと当接することで弁軸32の回転角度を限定している。
さらに弁軸32は、その軸方向において全体が上部領域22Uに属する態様で設けられる。弁体33は扁平な形状をしているとともに、弁軸32を回転中心として開閉駆動する。また、弁体33は弁軸32によって長弁部33Lと短弁部33Sとに区分されるとともに、弁軸32から長弁部33Lの先端までの長さが弁軸32から短弁部33Sの先端までの長さよりも大きく設定されている。
弁軸32にはアクチュエータとしてのモータ35及び開度センサ34が接続されるとともに、モータ35及び開度センサ34は電子制御装置41に接続されている。電子制御装置41からの指令によるモータ35の駆動によって弁軸32が駆動し、弁体33を開閉駆動する。弁体33の位置は開度センサ34によって監視されており、その検出値が電子制御装置41に送信される。また、開度センサ34の値に基づいてモータ35を駆動するための電流である電流要求値が電子制御装置41によって決定されるとともに、モータ35へと出力される。
さて、長弁部33LはTCV31が弁軸32の駆動によって開閉駆動したとき、その駆動方向においてそれぞれ吸気管21の上部領域22Uまたは下部領域22Dの壁と長弁部33Lの先端が吸気管21壁に僅かな間隙を残して最接近する大きさとなっている。短弁部33Sは長弁部33Lの先端が吸気管21の壁に最接近したときには吸気管21の壁から離間して、短弁部33Sと吸気管21壁の間に吸気通路としての間隙を形成する大きさとなっている。弁軸32は吸気管21の中心線CIよりも上部領域22Uに設置されるとともに、弁軸32の軸中心が基準断面と直交している。このため、TCV31が、長弁部33Lが吸気管21の壁に最接近すべく駆動したとき、長弁部33Lの2つの吸気管21壁の最接近位置それぞれにおいて、吸気の通路面積の大きさ及び吸気流の偏向方向が異なる態様となる。
図2(a)〜(f)を参照して、TCV31の駆動と吸気流について詳述する。各左図(a),(c)及び(e)は吸気管21の基準断面を示しており、右図(b),(d)及び(f)はTCV31位置がそれぞれの左図の位置と対応するときの基準断面と平行な面の弁軸32の端部32Tの側面図を示している。
図2(a)はTCV31が開度最大である第3開度にあるときを示している。このときTCV31は、弁体33が吸気流及び吸気管21の中心線CIと平行となる状態となっているため、吸気流は弁体33よりも上部領域22U側及び下部領域22D側を流通することが可能である。また、弁体33が吸気流と平行となっているため、吸気流の圧力損失が他の開度と比較して最も少ない。そして、図2(b)に示されるように、このとき吸気管21外部に突出した弁軸32の端部32Tの当接部32Aは、第1規制部23または第2規制部24のいずれとも接触していない。
図2(c)に示されるように、弁開度が第1開度にあるとき、TCV31の短弁部33Sの先端と第2壁面21Uとの間に吸気通路の一部としての第1短弁側通路Aが形成されるとともに長弁部33Lの先端と第1壁面21Dとの間を通過する吸気の流れが遮断される。すなわち、弁体33が駆動して、長弁部33Lの先端が吸気管21の下部領域22D側の壁(第1壁面21D)と最接近する第1開度位置となったとき、吸気流は弁体33の短弁部33Sと上部領域22U側の壁(第2壁面21U)との間に形成された第1短弁側通路Aを通じて吸気管21上流側から燃焼室11側である下流側へと流れる。そして、図2(d)に示されるように、このとき、端部32Tの当接部32Aが第1規制部23と接触していることで弁軸32の回転方向が規制されている。また、長弁部33Lは吸気流によって第1壁面21D側に押されているが、長弁部33Lの先端が第1壁面21Dに接触する前に、当接部32Aと第1規制部23が接触するために、第1壁面21Dと長弁部33Lの先端との間に僅かな間隙を残す状態となっている。
図2(e)に示されるように、弁開度が第2開度にあるとき、TCV31の短弁部33Sの先端と第1壁面との間に吸気通路の一部としての第2短弁側通路Bが形成されるとともに長弁部の先端と第2壁面との間を通過する吸気の流れが遮断される。すなわち、弁体33が駆動して、長弁部33Lが吸気管21の第2壁面21Uと最接近する第2開度位置となったときには、吸気流は弁体33の短弁部33Sと第1壁面21Dとの間に形成された第2短弁側通路Bを通じて上流側から下流側へと流れることになる。そして、図2(f)に示されるように、このとき、端部32Tの当接部32Aが第2規制部24と接触していることで弁軸32の回転方向が規制されている。また、長弁部33Lは吸気流によって第2壁面21U側に押されているが、長弁部33Lの先端が第2壁面21Uに接触する前に、当接部32Aと第2規制部24が接触するために、第1壁面21Dと長弁部33Lの先端との間に僅かな間隙を残す状態となっている。
ところで、弁軸32が上部領域22Uにオフセットされているため、第1短弁側通路Aの通路面積は、第2短弁側通路Bの通路面積よりも小さいものに維持される。すなわち、第1開度位置と第2開度位置とでは通路面積が異なるため、第1開度位置にあるときは開度中、第2開度位置にあるときは開度小となる。これにより弁開度が第1開度にあるときに燃焼室11に生じる渦流の強さは弁開度が第2開度にあるときに燃焼室11に生じる渦流の強さよりも大きいものに維持される。
さらに、第1開度位置及び第2開度位置は当接部32Aと第1規制部23または第2規制部24との当接をもって同位置に弁体33が正しく設定されるため、位置の誤差すなわち開度に誤差が十分に小さくなる。第1開度位置及び第2開度位置において吸気管21壁に最接近する長弁部33L先端は弁体33のうちで最上流部に位置しているため、吸気流によって長弁部33Lが吸気管21壁側に押しつけられる状態となる。すなわち、吸気管21外壁においては当接部32Aが第1規制部23または第2規制部24に押し当てられている。このため、両位置において弁体33を保持させるためにモータ35を駆動させる必要がなくなる。さらに、第3開度位置においては、弁体は吸気管21の中心軸と平行になるために、吸気流によって弁体33にかかる圧力が小さくなるとともにモータ35の駆動にかかる電力も小さく抑えられるようになる。
次に図3を参照して、各開度位置における吸気の通路面積について詳述する。TCV31は弁軸32及び吸気管21上流側に位置する長弁部33Lと下流側に位置する短弁部33Sとから構成される弁体33を備えている。TCV31が第3開度位置にあるとき、弁体33の図中長手方向において弁軸32の中心軸を通りかつ中心線CIと平行な弁体軸CVが、吸気管21の中心線CIに対してオフセット量ΔCだけ上部領域22U側にオフセットされている。この構成によって、長弁部33Lが吸気管21の上部領域22Uの壁である第2壁面21Uに最接近したときには、下部領域22Dに短弁部33S先端と吸気管21の第1壁面21Dとの間に第1短弁側通路Aが形成される。また、長弁部33Lが吸気管21の第1壁面21Dに最接近したときには、上部領域22Uに短弁部33S先端と第2壁面21Uとの間に第2短弁側通路Bが形成される。
弁軸32が吸気管21の上部領域22U側にオフセット量ΔCだけオフセットしていることにより、第2短弁側通路Bの通路面積SDは第1短弁側通路Aの通路面積SUよりも大きくなる。吸気管21の最大通路面積を通路面積SIとしたとき、通路面積SIに対する通路面積SD及び通路面積SU、すなわち各開度位置におけるTCV31開度は、短弁部33S及び長弁部33Lの大きさ及びオフセット量ΔCを変更することによって、変更可能である。
TCV31が第3開度位置への移動あるいは第3開度位置での保持要求を受けた場合、モータ35の駆動によってTCV31は第3開度位置に保持されることになる。TCV31の弁体33には常に吸気流による力が加わっているため、開度センサ34の値が第3開度位置と等しくなるようにフィードバック制御が行われている。ところが、開度センサ34の値は実際の開度に対して誤差が生じることがあり、フィードバック制御だけではTCV31を第3開度位置に的確に保持することは困難である。そこで、以下の「TCV第3開度位置要求時の開度調節処理」を行うことによりTCV31が好適に第3開度位置に保持されるようにしている。
図4を参照して、「TCV第3開度位置要求時の開度調節処理」について説明する。同処理においては、弁開度を検出する開度検出手段として開度センサ34の値を利用し、モータ35への供給電流値を検出する電流検出手段として、モータ35に出力される電流要求値を利用している。
「TCV第3開度位置要求時の開度調節処理」は、吸気管21内の通路面積が最大となる弁開度すなわち弁体33が吸気から受ける抵抗が最小となる弁開度を第3開度として弁体を操作するものである。弁開度を第3開度に変更する旨の要求があるとき、すなわち弁体33を第3開度位置に変更する旨の要求があるときは、開度センサ34の値及び電流要求値に基づいて弁開度を操作する。
TCV31第3開度位置要求によって、まずステップS1のTCV31第3開度位置開度フィードバック制御が開始される。フィードバック制御は検出値を目標値と一致させる制御であり、一例としてPID制御が挙げられる。本処理においては、TCV31の弁軸32を駆動するモータ35の電流要求値を操作してTCV31の開度センサ34の値を目標開度としての目標値に一致させる制御を行う。
フィードバック制御によって開度センサ34の値が目標開度と一致したか否かをステップS2にて判定する。一致した旨判定されなかった場合はTCV31の開度が目標開度に達していないと考えられるため、一旦本処理は終了し、一致の旨が判定されるまでは次の処理へは進まない。一致の旨判定したときにはステップS3へと進み、開度センサ34の値と目標開度が一致してから所定時間が経過したか、すなわち開度センサ34の値が目標開度に保持されている状態か否かの判定を行う。なお、開度センサ34の値に一致させる目標開度は範囲を持つものとしても良い。このときは、開度センサ34の値が目標開度として設定された範囲内となれば、ステップS2において一致した旨判定される。
所定時間が経過していない旨判定した場合には、一旦本処理は終了する。所定時間が経過している旨判定した場合には、弁体33をそのときの位置に保持するための電流要求値が最小電流値としての「0」であるか否かの判定を行う。ここで電流要求値の最小電流値とは、実際の弁体33の位置が第3開度位置にある状態のもとで弁体33の位置を保持する力を弱める方向に変更しても同状態が維持される最小の電流要求値である。電流要求値が「0」の旨判定した場合には、そのときの弁体33の実際の位置及び開度センサ34の値がともに第3開度位置にあるとして、一旦本処理は終了する。
一方、ステップS4にて電流要求値が「0」でない旨判定した場合には、ステップS5へと進む。ステップS5〜S7では、開度センサ34の値が第3開度位置を示すときに電流要求値を「0」に向けて操作し、この操作にともない開度センサ34の値が第3開度から離れることに基づいて実際の弁開度が第3開度に維持されていない旨判定する。詳しくは、そのときの電流要求値が「0」より大きいときには、同電流要求値よりも補正値ΔIを減算した電流をモータ35に出力する。電流要求値が「0」よりも小さいときには、同電流要求値よりも補正値ΔIを加算した電流をモータ35に出力する。すなわち、そのときの電流要求値よりも補正値ΔI分だけ「0」に近い新たな電流要求値でモータを駆動させる操作を繰り返して、電流要求値を「0」に近づけていく。
そして、ステップS6及びステップS7において開度センサ34の値が変化しておらず依然として目標開度を示し続けており、さらに電流要求値が「0」に達しないとの旨をもって、ステップS5に戻って前回の電流要求値よりも補正値ΔIだけ「0」に近い電流要求値をモータ35から出力する。この操作を繰り返し、開度センサ34の値が目標開度を示しかつ電流要求値が「0」となった場合には、そのときのTCV31の実際の開度が第3開度であるとして、本処理は終了する。
ステップS6にて開度センサ34の値が変化した、すなわち開度センサ34の値と目標開度とが一致していない旨判定した場合には、ステップS8へと進み目標開度を補正する。これは、電流要求値を「0」に近づけていくことで、TCV31の開度位置を保持するためのモータ35の力が弱くなるためである。実際のTCV31の開度位置が第3開度位置からずれていると、吸気流によってTCV31の位置がさらに第3開度位置から遠ざかる方向への力が付与される。従って、この吸気流の力に抗して開度を保持しているモータ35の駆動力が吸気流の力に抗せないほど弱いものになると、TCV31の位置は第3開度位置から遠ざかることになる。すなわち、電流要求値を「0」に向けての操作にともない開度センサ34の値が第1開度位置側に向けて変化することに基づいて実際の弁体33の位置が第3開度位置よりも第1開度位置側にある旨判定される。また、開度センサ34の値が第2開度位置側に向けて変化することに基づいて実際の弁体33の位置が第3開度位置よりも第2開度位置側にある旨判定される。
従って、ステップS8において、実際の弁体33の位置が第3開度位置よりも第1開度位置側または第2開度位置側にある旨判定したときの電流要求値に基づいて第3開度とは別の値を弁開度の目標開度として設定する。詳しくは、ステップS6の時点にて検出された開度センサ34のずれ方向とは逆の位置側に補正した新たな目標開度を設定する。すなわち、ステップS6の時点にて検出された開度センサ34のずれ方向が目標開度よりも第2開度位置側にあった場合には目標開度を補正開度Δθだけ第1開度位置側に補正する。ずれ方向が第1開度位置側にあった場合には目標開度を補正開度Δθだけ第2開度位置側に補正する。補正開度Δθは電流要求値を補正値ΔIずつ「0」へと近づけていく繰り返し処理において、目標開度と開度センサ34の値の不一致が検出された時点の電流要求値に基づいて決定される。補正開度Δθの算出に際しては、図5に示すマップが用いられる。すなわち、目標開度と開度センサ34の値の不一致が検出された時点の電流要求値が小さくなるほど、補正開度Δθは小さなものとなる。
そして、目標開度の補正をもって本処理は一旦終了し、再び開度センサ34の値と新たに設定された目標開度においてステップS1のフィードバック制御が行われる。フィードバック制御によって開度センサ34の値が新たに設定された目標開度に到達し、所定時間が経過した旨判定されると、ステップS4にて電流要求値を「0」に向けて操作する。電流要求値が「0」に到達したときに開度センサ34の値が依然として新たに設定された目標開度にあることに基づいて実際の弁開度が第3開度に維持されている旨判定する。最小電流値に向けての電流要求値の操作にともない開度センサ34の値が新たに設定された目標開度から離れることに基づいて実際の弁開度が第3開度に維持されていない旨判定する。そのうえで次の一連の処理、すなわち電流要求値に基づく目標開度の設定、開度センサ34の値をこの目標開度に一致させる電流要求値の操作、開度センサ34の値が目標開度を示す状態での電流要求値の操作、及びこの操作にともなう開度センサ34の変化傾向に基づく実際の弁開度と第3開度との関係の判定を再び行う。これら一連の処理が行われる度に、実際の弁体33の位置は第3開度位置に近づいていくため、目標開度と開度センサ34の値の不一致が検出された時点の電流要求値も、これら処理が行われる度に小さなものになっていく。このため、補正開度Δθも電流要求値に関連して小さなものとなっていく。従って、繰り返し「TCV第3開度位置要求時の開度調節処理」を行うことで、実際の弁体33の位置を第3開度位置に保持することができる、すなわち実際の弁開度を第3開度に維持することができるようになる。
なお、本処理はTCV31第3開度位置要求がある限り繰り返し行われる。
図6を参照して、「TCV第3開度位置要求時の開度調節処理」の実行態様の一例について説明する。
時刻t0にてTCV31第3開度位置要求がなされると、TCV31開度を目標開度(第3開度位置)にすべく開度センサ34の値に基づいてフィードバック制御が行われる。そして、時刻t1において開度センサ34の値が目標開度と一致する。このとき、電流要求値が「0」でないことに基づいて開度センサ34の値と実際の開度とに誤差がある可能性を判定し、開度調節処理としての電流要求値を「0」に近づける操作が行われる。時刻t1においては、電流要求値は「0」よりも大きいため、時刻t1の時点の電流要求値に補正値ΔIを減算した値の電流をモータ35へと出力する。次にさらに電流要求値を補正値ΔIだけ「0」に近づけることを繰り返して、電流要求値を「0」へと近づけていく。この操作は、目標開度と開度センサ34の値が一致しかつ電流要求値が「0」になる限りは続けられる。そして、時刻t2において電流値が「0」に達する前に開度センサ34の値が目標開度より第2開度位置側にずれたことが検出されると、TCV31の実際の弁体33の位置が第2開度位置側にずれていることが判定される。従って、時刻t2時点における電流要求値に基づいて目標開度を補正開度Δθ1だけ第1開度位置側に補正した新たな目標開度を設定し、開度センサ34の値と目標開度の不一致に基づいて再度フィードバック制御が開始される。
フィードバック制御の後、時刻t3にて開度センサ34の値と目標開度が一致したこと及び電流要求値が「0」でないことをもって、再び電流要求値の操作が行われる。時刻t3おいて、電流要求値は「0」よりも大きいため、時刻t3の電流要求値に補正値ΔIを減算した値の電流をモータ35へと出力し、次にさらに電流要求値を補正値ΔIだけ「0」に近づけることを繰り返して、電流要求値を「0」へと近づけていく。この処理中に時刻t4において電流要求値が「0」に達する前に開度センサ34の値が目標開度から第1開度位置側にずれたことが検出されると、TCV31の実際の弁体33の位置が第2開度位置側にずれていることが判定される。従って、時刻t4時点における電流要求値に基づいて目標開度を補正開度Δθ2だけ第2開度位置側に補正する。なお、時刻t2における要求電流値よりも時刻t4における要求電流値が小さくなることによって「θ2<θ1」となる。
この後、新たな目標開度と開度センサ34の値が一致するまで再度フィードバック制御が行われ、時刻t5において目標開度と開度センサ34の値が一致したことが検出されると、時刻t5における電流要求値を「0」へと近づけるべく電流要求値の操作が行われる。時刻t5においては電流要求値が「0」よりも小さいため、時刻t3の電流要求値に補正値ΔIを加算した値の電流をモータ35へと出力し、次にさらに電流要求値を補正値ΔIだけ「0」に近づけることを繰り返して、電流要求値を「0」へと近づけていく。この操作の後、時刻t6において電流要求値は「0」を示すようになるため、この時点をもって実際のTCV31開度が第3開度にあると判断して、フィードバック制御によってTCV31開度位置が保持されることになる。
本実施形態の内燃機関の吸気装置によれば、以下に示す効果を奏することができる。
(1)本実施形態のTCV31は、吸気管21内の通路面積を変更する弁体33及びこの弁体33の回転中心となる弁軸32により構成されている。さらに、このTCV31の開度である弁開度を変更して渦流の大きさを調整するとともにTCV31開度を第1開度と第2開度との間で変更する。
TCV31が第1開度にあるときに弁体33が第1開度を超える方向に駆動することを弁軸32の当接部32Aとの接触により規制する吸気管21の第1規制部23と、TCV31が第2開度にあるときに弁体33がこの第2開度を超える方向に駆動することを当接部32Aとの接触により規制する第2規制部24とを備えている。また、弁体33は、弁軸32を基準として長弁部33L及び短弁部33Sに区分され、弁軸32から長弁部33Lの先端までの長さが弁軸32から短弁部33Sの先端までの長さよりも大きく設定されて、長弁部33Lが弁軸32に対して短弁部33Sよりも上流側に設けられるようにしている。さらに、第1規制部23は第1開度にあるときに吸気流により弁体33及び弁軸32の一方が押し付けられ、第2規制部24は第2開度にあるときに吸気流により弁軸32が押し付けられるようにしている。
弁体33及び弁軸32の一方が吸気により第1規制部23に押し付けられるときを第1開度として設定し、弁体33及び弁軸32の一方が吸気により第2規制部24に押し付けられるときを第2開度として設定しているため、弁開度が第1開度及び第2開度のいずれにあるときにも吸気の流れがこれを維持する方向に作用するようになる。従って、TCV31の弁体33の開度を第1開度及び第2開度のそれぞれに保持する際の安定性を高めることができるようになる。
(2)本実施形態では、弁体33は、第1開度にあるときに吸気管21内を流れる吸気により弁軸32が第1規制部23に押し付けられた状態にて第1開度に維持されるようにしている。また、第2開度にあるときに吸気管21内を流れる吸気により弁軸32が第2規制部24に押し付けられた状態にて第2開度に維持されるようにしている。
弁開度が第1開度または第2開度にあるとき、第1規制部23または第2規制部24と弁軸32の当接部32Aとが接触して弁軸32の回転を規制するようにしている。例えば弁体33を吸気管21の壁面に押し付けて回転を規制すると、弁体33の破損を招くおそれがある。一方、弁軸32にはこのようなおそれが小さいため、弁軸32と規制手段とを接触させて弁軸32の回転を規制することで、弁軸32の回転を好適に規制できるようになる。
(3)本実施形態では、第1開度と第2開度との間にある弁開度のうち吸気管21内の通路面積が最大となる弁開度を第3開度としてTCV31を操作するものであり、弁開度を第3開度に変更する旨の要求があるときには弁開度を大きくする方向にTCV31を操作するようにしている。すなわち吸気管21内の通路面積が最大となる弁開度を第3開度としているため、TCV31の制御において弁開度をこの第3開度、すなわち弁体33を第3開度位置に設定することにより、吸気管21内を流れる吸気に対するTCV31の抵抗を十分に小さくすることができるようになる。
(4)本実施形態では、弁開度を第1開度に変更する旨の要求に基づいて当接部32Aを第1規制部23に突き当てた後、弁開度を第1開度に保持する旨の指令をTCV31に対して送信しないようにしている。弁開度が第1開度にあるときに弁体33が吸気により吸気管21の第1壁面21D側すなわち弁軸32の端部32Tが第1規制部23に押し付けられることを利用して、弁体33を第1開度位置に保持する指令をTCV31に送信しないようにしている。これにより、TCV31の制御のために消費される電力を少なくすることができるようになる。
(5)本実施形態では、弁開度を第2開度に変更する旨の要求に基づいて当接部32Aを第2規制部24に突き当てた後、弁開度を第2開度に保持する旨の指令をTCV31に対して送信しないようにしている。弁開度が第2開度にあるときに弁体33が吸気により吸気管21の第2壁面21U側すなわち弁軸32の端部32Tが第2規制部24に押し付けられることを利用して、弁体33を第2開度位置に保持する指令をTCV31に送信しないようにしている。これにより、TCV31の制御のために消費される電力を少なくすることができるようになる。
(6)開度センサ34の値と実際の弁体33の位置との間には乖離が生じることもあるため、開度センサ34の値のみに基づいては実際の弁体33の位置を的確に第3開度位置に維持することが困難な状況が生じることもある。一方、第3弁開度位置は吸気から受ける抵抗が最小となる弁体33の位置であることにより、実際の弁体33の位置を同第3弁開度位置に維持するために必要となるモータ35の電流要求値は予め把握することができる。すなわち、実際の弁開度が第3開度にあるか否かについては、開度センサ34の値及びモータ35の電流要求値の少なくとも一方に基づいて確認することができる。
本実施形態では、こうしたことに鑑み、弁開度を第3開度に変更する旨の要求があるとき、開度センサ34の値及びモータ35に出力される電流要求値に基づいて弁体33の位置を操作するようにしているため、実際の弁体33の位置をより好適に第3弁開度位置に維持することができるようになる。
(7)開度センサ34の値が第3開度位置を示す状態のもとで実際の弁体33の位置が第3開度位置とは異なる位置にある場合において、電流要求値を最小電流値「0」に向けて変更する。そして、モータ35による弁体33の位置を保持する力が吸気による弁体33を押す力を下回ると、実際の弁体33の位置は第1開度位置及び第3開度位置のいずれかに向けて変化するようになる。
そして、上記実施形態ではこうしたことに鑑み、開度センサ34の値が第3開度位置を示しているときに電流要求値の操作を行うことにより、実際の弁体33の位置が第3開度位置にあるか否か、すなわち開度センサ34の値と実際の弁体33の位置との間に乖離が生じていないか否かを判定するようにしている。これにより、開度センサ34の値が実際の弁体33の位置から乖離したものであるときには、これを考慮のうえ実際の弁体33の位置を第3開度位置に変更することができるようになる。
(8)実際の弁体33の位置が第3開度位置にあるとき、モータ35への電流要求値を最小電流値「0」に設定しても実際の弁体33の位置は第3開度位置に維持される、すなわち実際の開度は一定の大きさに維持される。従ってこの場合には、開度センサ34の値と実際の弁体33の位置との間に乖離が生じていたとしても、開度センサ34の値は実際の弁体33の位置に応じて一定の値を示すようになる。一方、開度センサ34の値及びモータ35の電流要求値に基づいて弁体33の位置を操作するものにおいては、開度センサ34の値と実際の弁体33の位置との乖離度合が目標開度に反映される。このため、弁体33の位置を第3開度位置に変更する要求がある状態において開度センサ34の値が同目標開度を示すとき、実際の弁体33の位置が第3開度位置にあると推定される。
そして、上記実施形態ではこうしたことに鑑み、開度センサ34の値が目標開度を示しているときに電流要求値の操作を行うことにより、実際の弁体33の位置が第3開度位置にあるか否かを判定するようにしている。このため、開度センサ34の値が実際の開度から乖離した状態のもとでも、実際の弁開度が第3開度位置にあることを確認することができるようになる。
(9)開度センサ34の値が第3開度位置を示す状態のもとで実際の弁体33の位置が第3開度位置とは異なる位置にある場合において、電流要求値を最小電流値「0」に向けて変更したことにともなって、実際の弁体33の位置は変化する。詳しくは、モータ35による弁体33の位置を保持する力が吸気による弁体33を押す力を下回ると、実際の弁体33の位置は第1開度位置及び第3開度位置のいずれかに向けて変化するようになる。電流要求値の操作開始前において、実際の弁体33の位置が第3開度位置に対して第1開度位置側にあるときには弁体33の位置は第1開度位置に向けて変化し、反対に実際の弁開度が第3開度位置に対して第3開度位置側にあるときには弁開度は第3開度位置に向けて変化する。
そして、本実施形態ではこうしたことに鑑み、電流要求値の操作にともなう開度センサ34の値に基づいて実際の弁体33の位置が第3開度位置よりも第1開度位置側にある旨判定するようにしているため、開度センサ34の値が実際の弁体33の位置に対していずれの方向に乖離しているかを適切に把握することができるようになる。
(10)弁体33の位置が第3開度位置よりも第1開度位置側または第3開度位置側にある旨判定されたとき、ここでの電流要求値は開度センサ34の値と実際の弁体33の位置とのずれを反映したものとなる。
そこで本実施形態では、電流要求値に基づいて第3開度とは別の値を弁開度の新たな目標開度として設定したことにより、開度センサ34の値と実際の弁体33の位置との間に乖離が生じている状態のもとにおいても、実際の弁体33の位置を第3開度位置に変更することができるようになる。
(11)開度センサ34の値が電流要求値に基づく目標開度にあるとき、実際の弁体33の位置が第3開度位置にあると推定される。
そこで上記実施形態では、開度センサ34の値が目標開度にあるときに再び電流要求値を最小電流値に向けて操作し、これにともない開度センサ34の値が同目標開度にあることに基づいて実際の弁開度が第3開度位置にある旨を判定するようにしている。これにより、実際の弁開度が第3開度位置にあることをより好適に確認することができるようになる。
(12)本実施形態では、実際の弁体33の位置を第3開度位置に調節することができる。このため、第3開度位置の調節後は、弁体33の位置を第3開度位置に保持するために電力が浪費されることを的確に抑制することができるようになる。
(その他の実施形態)
なお、本発明の実施態様は上記実施形態に限られるものではなく、例えば以下に示す態様をもって実施することもできる。
・上記実施形態では、弁軸32の当接部32Aと第1規制部23または第2規制部24との接触によって弁軸32の回転を規制するとともに第1開度または第2開度を実現するようにした。しかし、これは弁体33の長弁部33Lと第1壁面21Dまたは第2壁面21Uとの当接によって弁軸32の回転を規制するとともに第1開度または第2開度を実現するようにしても良い。この場合も、上記実施形態の(1)及び(3)〜(12)の効果を奏することが可能である。さらに、吸気管21内壁である第1壁面21Dまたは第2壁面21Uを回転規制手段として利用できるため、弁軸32の当接部32Aと第1規制部23または第2規制部24とを接触させるときと比較して、従来の吸気管からの変更を少なくできる。
さらにこのとき、吸気管21壁に長弁部33Lの先端を収納できる収納部や、長弁部33Lの先端が固定されるような固定部などを設けるなどして、第2開度位置及び第1開度位置における保持状態をより確固なものとするようにしても良い。
また、このとき、第2開度位置においては第2短弁側通路B、第1開度位置においては第1短弁側通路Aによってのみ吸気が流通するようになるが、第2開度位置において上部領域22Uの一部を開放または第1開度位置において下部領域22Dの一部を開放するようにしても良い。すなわち、長弁部33Lと第1壁面21Dまたは第2壁面21Uとの各当接状態において、TCVの長弁部の外周と吸気管の壁の間に隙間ができるような弁体33の外周形状または吸気管21の内周形状に変更しても良いし、弁体33に吸気流が流通可能な孔が開いていても良い。
・上記実施形態では、長弁部33LはTCV31が弁軸32の駆動によって開閉駆動したとき、その駆動方向においてそれぞれ吸気管21の上部領域22Uまたは下部領域22Dの壁と長弁部33Lの先端が吸気管21壁に僅かな間隙を残して最接近する大きさとなるようにした。しかし、これは長弁部33Lの先端が吸気管21壁と接触するようにしても良い。この場合も、少なくとも上記実施形態の(1)及び(3)〜(12)の効果を奏することが可能である。
・上記実施形態では、弁軸32の当接部32Aを端部32Tの外周上に突出するように設け、第1規制部23及び第2規制部24を弁軸32の同心円状に配置するようにしたが、当接部及び各規制部は実施形態の形状に限定されるものではない。要するに、当接部と第1規制部及び第2規制部との接触によって弁体の回転角度を規制するようなものであれば、いずれの当接部と第1規制部及び第2規制部に対しても本発明を適用することはできる。
・上記実施形態では、「TCV第3開度位置要求時の開度調節処理」において、電流要求値が最小電流値「0」になったことをもって弁体33の位置が第3開度位置となっているかを判定したが、この判定態様はこれに限られるものではない。例えば、実際の状態に合わせて判定に用いる最小電流値を「0」以外の所定の値とすることも可能であり、さらには最小電流値を特定の値とせずに所定の範囲を備えたものとすることも可能である。
・上記実施形態では、「TCV第3開度位置要求時の開度調節処理」において、電流要求値が「0」になったことをもって弁体33の位置が第3開度位置となっているかを判定したが、電流要求値以外の指標に基づいて弁体33の第3開度位置に関する判定を行うこともできる。例えば、モータ35の制御としてPWM制御を採用したときには、デューティ比50%を指標にすることが考えられる。
・上記実施携帯では、モータ35を駆動させる電流要求値を用いて実際の弁体33の位置が第3開度位置にあるか否かの判定を行った。しかし、これはモータに出力される電流値を直接検出するセンサを設け、このセンサの検出値を用いるようにすることも可能である。
・上記実施形態では、弁軸32を吸気管21の中心線CIと直交する方向に設けたが、弁軸32の配置態様はこれに限られるものではない。中心線CIと平行ではない状態、すなわち中心線CIに対して傾斜している状態に変更することも可能である。
・上記実施形態では、弁軸32を吸気管の上部領域22Uに配置したが、弁軸32を下部領域22Dに配置するようにしても良い。また、基準断面において弁軸32全体が上部領域22U内に配置されるものとしたが、弁軸32の一部が下部領域22Dに含まれる構成としても良い。
・上記実施形態では、基準断面において、第3開度位置における弁体33の弁体軸CVを吸気管21の中心線CIと平行になるように設定したが、弁体33の配置態様はこれに限られるものではない。すなわち、弁体軸CVを中心線CIと平行とはならない態様で配置することも可能である。
・本発明の適用対象となる弁体は、上記実施形態にて例示した内燃機関の吸気流装置の弁体に限られるものではない。要するに、流体の流路断面を変更する弁体であって、複数の設定開度を必要とするものであり、そのうち弁体が流体と平行の態様をもって全開とするようなものであれば、いずれの弁体に対しても本発明を適用することはできる。
本発明の内燃機関の吸気装置を具体化した一実施形態について、その断面構造を示す断面図。 (a)同実施形態の吸気装置について、その断面構造を示す断面図。(b)同吸気装置について、その側面構造を示す側面図。(c)同実施形態の吸気装置について、その断面構造を示す断面図。(d)同吸気装置について、その側面構造を示す側面図。(e)同実施形態の吸気装置について、その断面構造を示す断面図。(f)同吸気装置について、その正面構造を示す側面図。 (a)同実施形態の吸気装置について、その断面構造を示す断面図。(b)同吸気装置について、その側面構造を示す側面図。 同実施形態において実行される「TCV第3開度位置要求時の開度調節処理」について、その処理手順を示すフローチャート。 同実施形態において実行される「TCV第3開度位置要求時の開度調節処理」に用いる電流要求値と補正開度Δθとの関係を示すマップ。 同実施形態の「TCV第3開度位置要求時の開度調節処理」について、その実行態様の一例を示すタイミングチャート。
符号の説明
1…内燃機関、10…機関本体、11…燃焼室、12…吸気弁、20…吸気装置、21…吸気管、21U…第2壁面、21D…第1壁面、22U…上部領域、22D…下部領域、23…第1規制部(第1規制手段)、24…第2規制部(第2規制手段)、25…燃料噴射弁、30…吸気流制御装置、31…TCV(吸気流制御弁)、32…弁軸、32T…端部、32A…当接部、33…弁体、33S…短弁部、33L…長弁部、34…開度センサ、35…モータ(アクチュエータ)、40…制御装置、41…電子制御装置。

Claims (17)

  1. 吸気管内の通路面積を変更する弁体及びこの弁体の回転中心となる弁軸により構成される吸気流制御弁と、この制御弁の開度である弁開度を変更して渦流の大きさを調整するとともに前記弁開度を第1開度と第2開度との間で変更する制御手段とを備える内燃機関の吸気装置において、
    前記弁開度が前記第1開度にあるときに前記弁体が前記第1開度を超える方向に駆動することを前記吸気流制御弁との接触により規制する第1規制手段と、前記弁開度が前記第2開度にあるときに前記弁体がこの第2開度を超える方向に駆動することを前記吸気流制御弁との接触により規制する第2規制手段とを備え、
    前記弁体は、前記弁軸を基準として長弁部及び短弁部に区分され、前記長弁部は前記弁軸から先端までの長さが前記弁軸から前記短弁部の先端までの長さよりも大きく設定されて、前記弁軸に対して前記短弁部よりも上流側に設けられるものであり、
    前記第1規制手段は、前記第1開度にあるときに吸気管内の吸気流により前記吸気流制御弁が押し付けられるものであり、
    前記第2規制手段は、前記第2開度にあるときに吸気管内の吸気流により前記吸気流制御弁が押し付けられるものであり、
    前記吸気管のうち、燃焼室と接続される側の端部における径方向の断面である接続断面において、この接続断面の中心を通りかつこの接続断面を前記燃焼室の中央側につながる領域と前記燃焼室の外周側に繋がる領域とに分割する線分を線分Aとし、前記吸気管のうち、前記弁体が配置される部分よりも上流側の部分における前記吸気管の径方向の断面である上流断面において、この上流断面の中心を通る線分を線分Bとし、前記線分Aの全部および前記線分Bの全部を含みかつ前記吸気管の長手方向に延びる断面を基準断面として、
    前記基準断面を前記吸気管の長手方向に延びる中心線により、吸気通路の下流が前記燃焼室の中央側につながる上部領域と、前記吸気通路の下流が前記燃焼室の外周側につながる下部領域に区分し、
    前記弁軸はその中心軸が、前記基準断面上において前記吸気管の長手方向に延びる中心線とは異なる位置、すなわち前記上部領域及び前記下部領域のいずれかに位置する態様で設けられるものである
    ことを特徴とする内燃機関の吸気装置。
  2. 請求項1に記載の内燃機関の吸気装置において、
    前記弁軸は、その軸方向において前記基準断面に投影されたときに得られる投影図の全体が前記上部領域及び前記下部領域のいずれかに属する態様で設けられるものである
    ことを特徴とする内燃機関の吸気装置。
  3. 請求項1または2に記載の内燃機関の吸気装置において、
    前記弁軸は、その中心軸が前記基準断面に直交する態様で設けられるものである
    ことを特徴とする内燃機関の吸気装置。
  4. 吸気管内の通路面積を変更する弁体及びこの弁体の回転中心となる弁軸により構成される吸気流制御弁と、この制御弁の開度である弁開度を変更して渦流の大きさを調整するとともに前記弁開度を第1開度と第2開度との間で変更する制御手段とを備える内燃機関の吸気装置において、
    前記弁開度が前記第1開度にあるときに前記弁体が前記第1開度を超える方向に駆動することを前記吸気流制御弁との接触により規制する第1規制手段と、前記弁開度が前記第2開度にあるときに前記弁体がこの第2開度を超える方向に駆動することを前記吸気流制御弁との接触により規制する第2規制手段とを備え、
    前記弁体は、前記弁軸を基準として長弁部及び短弁部に区分され、前記長弁部は前記弁軸から先端までの長さが前記弁軸から前記短弁部の先端までの長さよりも大きく設定されて、前記弁軸に対して前記短弁部よりも上流側に設けられるものであり、
    前記第1規制手段は、前記第1開度にあるときに吸気管内の吸気流により前記吸気流制御弁が押し付けられるものであり、
    前記第2規制手段は、前記第2開度にあるときに吸気管内の吸気流により前記吸気流制御弁が押し付けられるものであり、
    前記弁開度が前記第1開度にあるとき、前記短弁部の先端と前記吸気管の壁面との間に吸気通路の一部としての第1短弁側通路が形成されるとともに前記長弁部の先端と前記吸気管の壁面との間を通過する吸気の流れが遮断され、
    前記弁開度が前記第2開度にあるとき、前記短弁部の先端と前記吸気管の壁面との間に吸気通路の一部としての第2短弁側通路が形成されるとともに前記長弁部の先端と前記吸気管の壁面との間を通過する吸気の流れが遮断され、
    前記第1短弁側通路の通路面積は、前記第2短弁側通路の通路面積よりも小さいものに維持され、これにより前記弁開度が前記第1開度にあるときに燃焼室に生じる渦流の強さは前記弁開度が前記第2開度にあるときに燃焼室に生じる渦流の強さよりも大きいものに維持され、
    当該吸気装置は、前記弁開度を検出する開度検出手段と前記吸気流制御弁のアクチュエータへの供給電流値を検出する電流検出手段とをさらに備えるものであり、
    前記制御手段は、前記吸気管内の通路面積が最大となる前記弁開度すなわち前記弁体が吸気から受ける抵抗が最小となる前記弁開度を第3開度として前記弁体を操作するものであり、前記弁開度を前記第3開度に変更する旨の要求があるときには前記開度検出手段の示す弁開度及び前記電流検出手段の示す電流値に基づいて前記弁開度を操作するものである
    ことを特徴とする内燃機関の吸気装置。
  5. 請求項4に記載の内燃機関の吸気装置において、
    前記制御手段は、前記供給電流値について実際の弁開度が前記第3開度にある状態のもとで弁開度を保持する力を弱める方向に変更しても同状態が維持される電流値を最小電流値として、前記開度検出手段の弁開度が前記第3開度を示すときに前記供給電流値を前記最小電流値に向けて操作し、この操作にともない前記開度検出手段の示す弁開度が前記第3開度から離れることに基づいて実際の弁開度が前記第3開度に維持されていない旨判定する
    ことを特徴とする内燃機関の吸気装置。
  6. 請求項4または5に記載の内燃機関の吸気装置において、
    前記制御手段は、前記供給電流値について実際の弁開度が前記第3開度にある状態のもとで弁開度を保持する力を弱める方向に変更しても同状態が維持される電流値を最小電流値として、前記弁開度を前記第3開度に変更する旨の要求がある状態において前記開度検出手段の弁開度が目標値を示すときに前記供給電流値を前記最小電流値に向けて操作し、この操作にともない前記供給電流値が前記最小電流値に到達したときに前記開度検出手段の示す弁開度が依然として前記目標値にあることに基づいて実際の弁開度が前記第3開度に維持されている旨判定する
    ことを特徴とする内燃機関の吸気装置。
  7. 請求項5または6に記載の内燃機関の吸気装置において、
    前記制御手段は、前記最小電流値に向けての供給電流値の操作にともない前記開度検出手段の示す弁開度が前記第1開度に向けて変化することに基づいて実際の弁開度が前記第3開度よりも前記第1開度側にある旨判定し、前記最小電流値に向けての供給電流値の操作にともない前記開度検出手段の示す弁開度が前記第2開度に向けて変化することに基づいて実際の弁開度が前記第3開度よりも前記第2開度側にある旨判定する
    ことを特徴とする内燃機関の吸気装置。
  8. 請求項7に記載の内燃機関の吸気装置において、
    前記制御手段は、実際の弁開度が前記第3開度よりも前記第1開度側にある旨判定したとき、前記電流検出手段の示す供給電流値と前記最小電流値との差に基づいて前記第3開度とは別の値を前記弁開度の目標値として設定し、そのうえで前記開度検出手段の示す弁開度を同目標値に一致させるべく前記供給電流値を操作するとともに、実際の弁開度が前記第3開度よりも前記第2開度側にある旨判定したとき、前記電流検出手段の示す供給電流値と前記最小電流値との差に基づいて前記第3開度とは別の値を前記弁開度の目標値として設定し、そのうえで前記開度検出手段の示す弁開度を同目標値に一致させるべく前記供給電流値を操作する
    ことを特徴とする内燃機関の吸気装置。
  9. 請求項8に記載の内燃機関の吸気装置において、
    前記制御手段は、前記供給電流値の操作にともない前記開度検出手段の弁開度が前記目標値に到達したとき、前記供給電流値を前記最小電流値に向けて操作し、この操作にともない前記供給電流値が前記最小電流値に到達したときに前記開度検出手段の示す弁開度が依然として前記目標値にあることに基づいて実際の弁開度が前記第3開度に維持されている旨判定する
    ことを特徴とする内燃機関の吸気装置。
  10. 請求項8または9に記載の内燃機関の吸気装置において、
    前記制御手段は、前記最小電流値に向けての前記供給電流値の操作にともない前記開度検出手段の示す弁開度が前記目標値から離れることに基づいて実際の弁開度が前記第3開度に維持されていない旨判定し、そのうえで次の一連の処理、すなわち前記供給電流値と前記最小電流値との差に基づく前記弁開度の目標値の設定、及び前記開度検出手段の示す弁開度をこの目標値に一致させる前記供給電流値の操作、及び前記開度検出手段の弁開度が前記目標値を示す状態での前記最小電流値に向けての前記供給電流値の操作、及びこの操作にともなう前記開度検出手段の弁開度の変化傾向に基づく実際の弁開度と前記第3開度との関係の判定について、これら処理を再び行う
    ことを特徴とする内燃機関の吸気装置。
  11. 請求項1〜10のいずれか一項に記載の内燃機関の吸気装置において、
    前記第1規制手段は、前記弁開度が前記第1開度にあるときに前記弁軸との接触により前記弁軸の回転を規制するものであり、
    前記第2規制手段は、前記弁開度が前記第2開度にあるときに前記弁軸との接触により前記弁軸の回転を規制するものであり、
    前記弁体は、前記第1開度にあるときに吸気管内を流れる吸気により前記弁軸が前記第1規制手段に押し付けられた状態にて前記第1開度に維持され、前記第2開度にあるときに吸気管内を流れる吸気により前記弁軸が前記第2規制手段に押し付けられた状態にて前記第2開度に維持されるものである
    ことを特徴とする内燃機関の吸気装置。
  12. 請求項11に記載の内燃機関の吸気装置において、
    前記制御手段は、前記長弁部の先端が前記吸気管の壁面の一部である第1壁面近傍にある弁開度を前記第1開度とし、前記長弁部の先端が前記第1壁面に対向する前記吸気管の壁面の一部である第2壁面に接触近傍にある弁開度を前記第2開度として前記弁体を操作するものであり、前記弁開度を前記第1開度に変更する旨の要求があるときには前記弁軸が前記第1規制手段に突き当たるまで前記吸気流制御弁を操作し、前記弁開度を前記第2開度に変更する旨の要求があるときには前記弁軸が前記第2規制手段に突き当たるまで前記吸気流制御弁を操作するものである
    ことを特徴とする内燃機関の吸気装置。
  13. 請求項1〜10のいずれか一項に記載の内燃機関の吸気装置において、
    前記第1規制手段は、前記吸気管の壁面において前記長弁部の先端と対応するところにある第1壁面であり、
    前記第2規制手段は、前記吸気管の壁面において前記第1壁面と対向するところにある第2壁面であり、
    前記弁体は、前記第1開度にあるときに吸気管内を流れる吸気により前記第1壁面に押し付けられた状態にて前記第1開度に維持され、前記第2開度にあるときに吸気管内を流れる吸気により前記第2壁面に押し付けられた状態にて前記第2開度に維持される
    ことを特徴とする内燃機関の吸気装置。
  14. 請求項13に記載の内燃機関の吸気装置において、
    前記制御手段は、前記長弁部の先端が前記吸気管の壁面の一部である第1壁面に接触する弁開度を前記第1開度とし、前記長弁部の先端が前記第1壁面に対向する前記吸気管の壁面の一部である第2壁面に接触する弁開度を前記第2開度として前記弁体を操作するものであり、前記弁開度を前記第1開度に変更する旨の要求があるときには前記長弁部の先端が前記第1壁面に突き当たるまで前記吸気流制御弁を操作し、前記弁開度を前記第2開度に変更する旨の要求があるときには前記長弁部の先端が前記第2壁面に突き当たるまで前記吸気流制御弁を操作するものである
    ことを特徴とする内燃機関の吸気装置。
  15. 請求項1〜14のいずれか一項に記載の内燃機関の吸気装置において、
    前記制御手段は、前記第1開度と前記第2開度との間にある弁開度のうち前記吸気管内の通路面積が最大となる弁開度を第3開度として前記吸気流制御弁を操作するものであり、前記弁開度を前記第3開度に変更する旨の要求があるときには前記弁開度を大きくする方向に前記吸気流制御弁を操作するものである
    ことを特徴とする内燃機関の吸気装置。
  16. 請求項1〜15のいずれか一項に記載の内燃機関の吸気装置において、
    前記制御手段は、前記弁開度を前記第1開度に変更する旨の要求に基づいて前記弁体及び前記弁軸の一方を前記第1規制手段に突き当てた後、前記弁開度を前記第1開度に保持する旨の指令を前記吸気流制御弁に対して送信しない
    ことを特徴とする内燃機関の吸気装置。
  17. 請求項1〜16のいずれか一項に記載の内燃機関の吸気装置において、
    前記制御手段は、前記弁開度を前記第2開度に変更する旨の要求に基づいて前記弁体及び前記弁軸の一方を前記第2規制手段に突き当てた後、前記弁開度を前記第2開度に保持する旨の指令を前記吸気流制御弁に対して送信しない
    ことを特徴とする内燃機関の吸気装置。
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