JPH0722029U - 自動車用エンジンの吸気システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 エンジンの運転条件に応じて有効なタンブル
を確実に生起させることのできるエンジンの吸気システ
ムの提供。 【構成】 スロットル弁４下流の吸気通路５と連通され
る気筒の曲り部を有した吸入ポート２に、吸気流の流れ
方向と逆らう方向へ向けて制御エア流の噴口１０を設
け、この噴口１０に接続されるエア通路１１に、エンジ
ン制御系に具備するＥＣＵ１５によって制御され、エン
ジン運転条件に適したタンブルの生成に必要とする流量
の制御エア流を発生させる電動エアポンプ１３と、同じ
くＥＣＵによって制御され、エンジン運転条件を制御因
子としてエンジン運転中、エアポンプ１３からのエア流
量を、運転条件に応じ、所望するタンブルの発生条件に
適合するように流量調整する流量制御弁１２とを設け
る。これによりエアポンプ１３による制御エア流の発生
と、流量制御弁１２による流量調整作用とにより噴口１
０より流入させる制御エア流を、エンジンの吸入条件に
よらず、強制的に安定して流入させるように構成してな
る。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、自動車用エンジンの吸気システムに関し、さらに詳しくはエンジン の燃焼改善のため吸気通路下流の吸入ポート内に制御エア流を流入して気筒内に タンブルを生起させる形式の吸気システムに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

従来、エンジンの燃焼改善のため、主吸気通路の下流の吸入ポート内にアシス トエア（制御エア流）を流入させてシリンダ内に吸入される吸気流に、円周方向 へ旋回するスワールや、縦方向に旋回するタンブルを生起させる技術は従来より 知られている。

【０００３】 この種の先行技術の１例として、本出願人は、先に、実開平１−４７９７１号 公報に記載されている先行技術を提案した。この先行技術では、図６にみられる ように、スロットル弁６１を備えた主吸気通路６２の下流に燃料噴射用のインジ ェクタ６４が吸入ポート６３へ向けて設けられ、各気筒の吸入ポート６３にイン ジェクタ６４から噴射される吸気流の流れ方向と逆らう向きにアシストエア通路 ６５の噴口６６が開口されている。 アシストエア通路６５は、その吸入口６７をスロットル弁６１近傍の主吸気通 路内に開口させ、スロットル開度が所定開度以下の低負荷時にのみスロットル弁 ６１の上流側に位置して吸気の一部が、アシストエアとして上記噴口６６より吸 入ポート６３内に噴入するようにしている。

【０００４】 この先行技術においては、図７に示すように、アシストエア（制御エア流）が 噴口６６より吸入ポート６３内に噴入される際、その制御流によって吸入ポート ６３内に偏流６８が発生し、この結果として吸気流がシリンダ７０内で縦方向に 旋回してタンブル７１が生成される。

【０００５】

【考案が解決しようとする課題】

ところで、上述のようなアシストエア（制御エア流）を吸入ポート内に流入さ せる従来技術では、次のような問題点があった。 すなわちポートに吸入される吸気の主流，制御流は、エンジン行程中、各気筒 の吸気バルブが開かれた吸気行程中にのみ流れが生起するもので、この際に主流 の流れに対して制御流が遅れて吸入されたり、吸入空気量が少ないため制御流の みが流れて主流が流れなくなったり、逆に主流のみが流れて制御流の吸入が行わ れなくなったりする等の問題が派生する。 さらにアクセル開度によっては、制御エア流の吸入口が開いたり閉じられたり して、制御流が安定して流れないという問題も派生する。

【０００６】 このため、本出願人が先に提案した前述の先行技術を含むこの種の従来技術で は、吸気行程中に、主流，制御流の流れの同期が取り難く、この結果、短時間で 終了するエンジン吸気行程中に、確実に吸気流に偏流を生起させ得ず、タンブル の生起が不安定になって期待する燃焼改善効果が達成できないという問題点があ った。

【０００７】 本考案は、上述の問題点に鑑み、吸気流に確実に偏流を生起させてタンブルの 生成を確実化でき、エンジンの燃焼改善効果を確実に達成できる吸気システムを 提供することを目的とするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】

上記の目的を達成するため、本考案によるシステムは、先に提案した先行技術 と同様に、スロットル弁下流の吸気通路と連通される曲り部を有した吸入ポート に、弯曲して流れる吸気流の流れ方向と逆らう方向へ向けて制御エア流の噴口を 設け、該噴口より流入させる制御エア流により吸気流に偏流を与えて気筒内にタ ンブルを生起させるエンジンの吸気システムを前提とする。

【０００９】 本考案では、上記噴口に接続されるエア通路に、エンジン制御系に具備するＥ ＣＵによって制御され、エンジン運転条件に適したタンブルの生成に必要とする 流量の制御エア流を発生させる電動エアポンプと、同じくＥＣＵによって制御さ れ、エンジン運転条件を制御因子としてエンジン運転中、上記エアポンプからの エア流量を、運転条件に応じ、所望するタンブルの発生条件に適合するように流 量調整する流量制御弁とを設け、上記エアポンプによる制御エア流の発生と流量 制御弁による流量調整作用とにより前記噴口より流入させる制御エア流を、エン ジンの吸入条件によらず強制的に安定して流入させるように構成してなることを 特徴とする。

【００１０】 また本考案は、他の特徴として、前記噴口に接続されるタンブル生起用のエア 通路を、エンジンの排気系に備えた触媒に２次空気を供給するエア通路と兼用さ せる構成としてなる。 この手段としては、触媒の上流側に接続される２次空気供給用エア通路に第１ の３方向切換弁を介してタンブル発生用のエア通路を分岐接続させ、上記２次空 気供給用のエア通路に、ＥＣＵによって制御され、エンジン運転時に触媒に供給 する必要量の２次空気供給流量，タンブル生成に必要とする制御エア流量とを発 生させる電動エアポンプと、該エアポンプの上流側を吸気通路の上流に備えたエ アフロメータの上流，下流に切換える第２の３方向切換弁とを有し、エンジン運 転時に、触媒への２次空気供給を必要とする運転条件では、第１の３方向切換弁 を触媒方向へ、第２の３方向切換弁をエアフロメータの上流側に切換えて電動エ アポンプにより設定された流量の２次空気を触媒に供給し、また触媒への２次空 気供給を必要としない運転条件では、第１の３方向切換弁をタンブル生起用のエ ア通路方向へ、第２の３方向切換弁をエアフロメータ下流側に切換えて電動エア ポンプにより設定されたタンブル生成に必要な流量の制御エア流を吸入ポートに 流入させるように構成してなることを特徴とする。

【００１１】

【作用】

上述の構成よりなる本考案の吸気システムでは、エアポンプにより制御エア流 を発生し、このポンプからの制御エア流を、エンジンの運転条件に応じ所望する タンブルの発生条件に適合するように流量制御弁で流量調整して噴口より吸入ポ ート内に流入させる構成であるから、エンジンの吸入条件によらず、強制的に安 定した制御エア流をポート内に流すことができ、この結果、吸気流の偏流が確実 になって気筒内におけるタンブルの生起が確実化し、エンジンの燃焼改善効果が 確実に達成されるようになる。

【００１２】 またタンブル生起用のエア通路を、エンジンの排気系に備えた触媒に２次空気 を供給するエア通路と兼用させた構成のものでも、エアポンプにより制御エア流 を発生しているので、エンジンの吸入条件によらず強制的に安定した制御エア流 が得られて上述のタンブル生起を確実化できる作用が得られる上、エア通路の通 路構成も簡略化でき、さらに、触媒への２次空気供給を行わない運転条件を利用 してタンブル生起用の制御エア流を供給できるので電動エアポンプが共用でき、 コストの低減が図られる。

【００１３】

【実施例】

図１は本考案の第１実施例に係るエンジン吸気システムの構成図である。図に おいて、１はエンジン本体であり、２はそのシリンダヘッドに開通された気筒の 吸入ポート、３は排気ポートを示す。 上記吸入ポート２には、スロットル弁４を備えた吸気通路５が接続され、吸気 通路５の上流にはエアフロメータ６が備えられている。また吸気通路５にはスロ ットル弁４の上流側と下流側とを連通するバイパス通路７が備えられ、この通路 ７に、アイドル回転数を予め設定しておいた目標回転数に自動的に調整する機能 をもったアイドル・スピード・コントロール・バルブ８（ＩＳＣバルブ）が設け てあり、さらに吸気通路５の下流には吸入ポート２の曲り部に向けて燃料噴射用 のインジェクタ９が設けられている。これらの構成を備える吸気系は従来より公 知のものである。

【００１４】 本考案においては、上記曲り部を有する吸入ポート２に対し、そのポート内を 流通する吸気流の流れ方向と逆らう斜め方向に向けて制御エア流の噴口１０が開 口されてあり、この噴口１０に連通するエア通路１１には、制御エア流を発生さ せる電動式のエアポンプ１３と、このエアポンプからの流量を後述のように流量 調整する流量制御弁１２とが設けられてあり、エア通路１１の上流は、前記エア フロメータ６の下流に接続されている。 なお、エア通路１１には、エアポンプ１３の上流と下流とを連通するバイパス 通路１５が設けられていて、この通路に備えた調圧弁１６により、制御エア流の 流量を流量制御弁１２により制御した際に派生する圧力を逃す手段が設けられて いる。

【００１５】 上記流量制御弁１２は、バタフライ弁あるいはデューティ・ソレノイド弁など により構成され、エンジンの制御系に備えている電子コントロール・ユニット１ ４（ＥＣＵ）からの制御信号によりポンプ１３からのエア流量を以下のように調 整できる構成としてある。 ここに流量制御弁１２による流量の制御は、エアフロメータ６によるエンジン の吸入空気量，エンジン回転速度，スロットル開度，冷却水温等の検出信号を制 御因子として、例えば、水温によりエンジン始動直後と判別された時は吸入空気 量とエンジン回転速度との関係からＥＣＵ１４に備える制御マップにより弁１２ の開度を算出し、またスロットル開度センサによりスロットル全開と判断した時 には同じく制御マップにより弁１２の開度を算出して、これらの算出値に基づい て、アイドリング時のように吸入空気量が少い時や、全開時のように吸入空気量 が多く必要で制御エア流が吸気流の吸入抵抗となる時などには、制御エア流の流 量を少く、また、エンジン始動直後や低，中負荷時の運転領域で気筒内に強力な タンブルの生起を必要とする時には制御エア流を増大するように流量制御弁１２ の開度を大，小に制御するようにしている。

【００１６】 また電動式エアポンプ１３は、ルーツ式，タービン式等が使用でき、このエア ポンプ１３においても、これをＥＣＵ１４に接続して、そのＥＣＵ１４からの制 御信号によりエアポンプ１３の回転数を変えたり、ポンプに加える電圧を変えて ポンプ１３により発生するエア流量を、予めエンジン運転条件に適した値に設定 されている。

【００１７】 上述の図１に示す第１実施例の制御動作を、図３に示すフローチャートにより 説明する。図３において、 Ｔ：流量制御弁１２の開度、 Ｔ_S ：エンジン始動時に必要なＴの開度、 Ｔ_o ：スロットル全開時に制御エア流が吸入抵抗とならないための必要なＴ の開度＝全閉、 Ｔ_AS：エンジン始動直後に必要なＴの開度、 Ｔ_X ：低，中負荷時に必要なＴの開度、 ＩＳＣ：ＩＳＣバルブ８の開度、 ＩＳＣ_S ：エンジン始動時に必要なＩＳＣの開度を示す。

【００１８】 ステップＳ１でイグニションスイッチをＯＮにし、ステップＳ２でエアポンプ １３を起動させる。ステップＳ３に進んで流量制御弁１２の開度ＴがＴ＝Ｔ_S と なると、ステップＳ４に進んでＩＳＣバルブ８の開度が判断され、そのＩＳＣバ ルブ８の開度がＩＳＣ＝ＩＳＣ_S となれば、ステップＳ５に進んでスータスイッ チがＯＮとなり始動する。

【００１９】 次いで、ステップＳ７において、エアフロメータ６によるエンジンの吸入空気 量、エンジンの回転速度、スロットル弁４のスロットル開度、エンジン冷却水の 水温等が各センサにより検出され、ステップＳ８でその検出値からスロットル弁 ４の開度がチェツクされて、全開であればステップＳ９で制御エア流が吸入抵抗 とならないように流量制御弁１２の開度ＴをＴ_o （全閉）とする。 スロットル弁４が全開でなければ、ステップＳ１０でエンジン始動直後である かどうかチェックし、始動直後であればステップＳ１１で流量制御弁１２の開度 ＴをＴ＝Ｔ_ASとし、始動直後でなければステップＳ１２でエンジン負荷が低、中 負荷であるか否かをチェックし、低、中負荷であれば流量制御弁１２の開度Ｔを Ｔ＝Ｔ_X とする。

【００２０】 上述の制御動作により、エンジン運転中、気筒内にタンブルを生起させる必要 のあるアイドリング時には流量の少ない制御エア流が、またスロットル全開時の ように吸入空気量が多く必要で制御エア流が吸入抵抗となる時には制御エア流の 流入がカットされ、さらにエンジン始動直後や低，中負荷時において強力なタン ブルを生起させる必要とする時には大量の制御エア流が、噴口１０を介して吸入 ポート２内に流入される。 この制御エア流の流入により、図２に示すように吸入ポート２内を通る吸気流 に偏流が起り、気筒内に運転状態に対応して所望する強，弱のタンブルが生起し これにより気筒内のガス流動が強められて燃焼が改善される。

【００２１】 この場合、エアポンプ１３によって制御エア流を発生させ、これを流量制御弁 １２によりエンジン運転条件に対応した所望するタンブルの発生条件に適合する ように流量調整して吸入ポート２内に流入させる構成であるから、エンジンの吸 入条件によらず、強制的に安定した制御エア流の流入が行われ、従来のように制 御エア流が、主流の流れに遅れて流入されたり、主流が流れを阻害するような現 象が派生しなくなる。

【００２２】 図４は本考案の第２実施例に係る吸気システムの構成図であり、この実施例は エンジンの排気系に備える触媒に２次空気を供給するシステムが設けられている 場合に、この２次空気供給システムを活用してタンブル生起用のエア通路を構成 したものである。 よって図４に示す実施例では、エンジン本体１の排気ポート３に連通される排 気通路３１には、触媒３２が設けられてあり、この触媒３２の上流側に２次空気 の供給口３３が備えられ、これに２次空気供給用のエア通路３４が接続されてい る。 この２次空気供給用のエア通路３４には、電動式のエアポンプ３６が設けてあ り、エアポンプ３６の下流に電磁弁で構成される第１の３方向切換弁３５と、上 流側に同じく電磁弁で構成される第２の３方向切換弁３７とが設けられ、上流側 の第２の３方向切換弁３７は、２又のエア通路３４ａ，３４ｂを介してエアフロ メータ６の上流側と下流側とに接続されている。

【００２３】 本実施例においては、上記エアポンプ３６の下流に配置される第１の３方向切 換弁３５を介して、これにタンブル生成用のエア通路１１が分岐接続されてあり 、このエア通路１１は、前例で説明した吸入ポート２に開口する噴口１０に接続 されている。なお吸入ポート２に連通する吸気通路５には、前例と同様に燃料噴 射用インジェクタ９と、スロットル弁４と、ＩＳＣバルブ８およびエアフロメー タ６とが備えられてあり、これらの構成は前例の説明したものと同様であるので 同一部材には同一符号を付してその説明を省略する。

【００２４】 上記電動式のエアポンプ３６、第１の３方向切換弁３５、第２の３方向切換弁 ３７は、いずれもエンジンの制御系に備えるＥＣＵ１５によってエンジン運転中 次のように制御される。 エンジン始動時および始動後設定時間内あるいはエンジン温度が設定温度以下 のエンジン運転条件では、触媒３２に２次空気を供給する必要があるので、第１ の３方向切換弁３５を触媒３２の方向に切換え、同時に第２の３方向切換弁３７ を通路３４ａによりエアフロメータ６の上流側に切換えるように制御する。 またエアポンプ３６も、これを２次空気供給用に切換え、排気系に供給する必 要流量の２次空気を発生させる。これにより必要流量の２次空気流がポンプ３６ により発生されて触媒３２の上流に供給される。

【００２５】 またエンジン運転条件が、上述の触媒３２に２次空気を供給する必要がなくな ると、第１の３方向切換弁３５をタンブル生起用のエア通路１１に切換え、同時 に第２の３方向切換弁３７を通路３４ｂによりエアフロメータ６の下流側に切換 えるよう制御する。 またエアポンプ３６も、これをタンブル生起用として切換え、タンブルの発生 条件に適合した必要流量の制御エア流を発生させる。これにより、エンジン運転 条件に応じ、所望するタンブルを発生させたい条件に適合した流量の制御エア流 が噴口１０を介して吸入ポート２内に流入される。

【００２６】 なお図４に示す実施例では、エアポンプ３６の下流のタンブル生起用経路には 前例に説明した流量制御弁１２が図示されていないが、前例と同様にタンブル生 起用のエア通路に流量制御弁１２を設け、これによりエアポンプ３６の制御を簡 略化してもよい。

【００２７】 図５は、図４に示す第２実施例の制御動作のフローチャートであり、この制御 動作を説明すると、イグニションスイッチのＯＮ（ステップＳ１）により、第１ の３方向切換弁３５は触媒３２の方向に、第２の３方向切換弁３７はエアフロメ ータ６の上流側へ接続し、エアポンプ３６はＯＮとなる（ステップＳ２）。次い でエアポンプ３６の回転数Ｎは、２次空気供給時の回転数Ｎ_STとなり（ステップ Ｓ３），スタータスイッチがＯＮとなる（ステップＳ４）。

【００２８】 次いで始動しているか否かをチェックし（ステップＳ５）、始動していなけれ ばエアポンプ３６を停止させ（ステップＳ６）、始動していればタイマをＯＮと する（ステップＳ７）。次いでタイマのカウント時間Ｔが、２次空気供給時の時 間Ｔ_STをオーバーしているか否かをチェックし（ステップＳ８）、オーバーして いればエンジン回転速度Ｖを検出し（ステップＳ９）、Ｖが所定速度Ｖ_o に達し ているか否かをチェックし（ステップＳ１０）、ＶがＶ_o をオーバーしている場 合はエアポンプ３６を停止させる（ステップＳ１１）。またＶがＶ_o 以下であれ ば吸入空気量Ｑを検出し（ステップＳ１２）、Ｑを所定空気量Ｑ_o と比較し（ス テップＳ１３）、ＱがＱ_o をオーバーしているときは、エアポンプ３６を停止す る（ステップＳ１４）。ＱがＱ_o に達していないときは、第１の３方向切換弁３ ５をタンブル生起用のエア通路１１に、第２の３方向切換弁３７をエアフロメー タ６の下流側に切換えてエアポンプ３６によりタンブル生起用の制御エア流を発 生させる（ステップＳ１５）。エアポンプ３６の回転数Ｎは、予め設定された制 御エア流を得るに必要な回転数Ｎ_o になるように制御し（ステップＳ１６）、以 下エンジン速度Ｖを検出し（ステップＳ９）、以降のステップを繰り返す。

【００２９】

【考案の効果】

以上に説明したように、本考案によれば、エアポンプにより制御エア流を発生 し、このポンプからの制御エア流を、エンジンの運転条件に応じ所望するタンブ ルの発生条件に適合するように流量制御弁で流量調整して噴口より吸入ポート内 に流入させる構成としたから、エンジンの吸入条件によらず、強制的に安定した 制御エア流を吸入ポート内に流すことができ、この結果、吸気流の偏流が確実に なって気筒内におけるタンブルの生起が確実化しエンジンの燃焼改善効果が確実 に達成できるという効果が得られる。

【００３０】 またタンブル生起用のエア通路を、エンジンの排気系に備えた触媒に２次空気 を供給するエア通路と兼用させた構成とする場合、この場合でもエアポンプによ り制御エア流を発生しているのでエンジンの吸入条件によらず、強制的に安定し た制御エア流が得られて上述のタンブル生起を確実化できる作用が得られる上、 この場合には、エア通路が一部共用されているので通路構成を簡略化することが でき、さらに、触媒への２次空気供給を行わない運転条件を利用してタンブル生 起用の制御エア流を供給できるので、電動エアポンプが共用でき、システムの構 成コストの低減を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の第１実施例に係るエンジン吸気システ
ムの構成図

【図２】上記実施例の作用を説明する断面図

【図３】上記実施例の制御動作を示すフローチャート

【図４】本考案の第２実施例に係るエンジン吸気システ
ムの構成図

【図５】上記実施例の制御動作を示すフローチャート

【図６】従来のエンジン吸気システムの構成図

【図７】タンブルの生成を示す作用説明図

【符号の説明】

１ エンジン本体 ２ 吸気ポート ３ 排気ポート ４ スロットル弁 ５ 吸気通路 ６ エアフロメータ ７ バイパス通路 ８ ＩＳＣバルブ ９ インジェクタ １０ 噴口 １１ タンブル生起用エア通路 １２ 流量制御弁 １３ 電動式エアポンプ １４ ＥＣＵ １５ バイパス通路 １６ 調圧弁 ３１ 排気通路 ３２ 触媒 ３３ ２次空気供給口 ３４ ２次空気供給用エア通路 ３５ 第１の３方向切換弁 ３６ 電動式エアポンプ ３７ 第２の３方向切換弁

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 スロットル弁下流の吸気通路と連通され
   る曲り部を有した吸入ポートに、弯曲して流れる吸気流
   の流れ方向と逆らう方向へ向けて制御エア流の噴口を設
   け、該噴口より流入させる制御エア流により吸気流に偏
   流を与えて気筒内にタンブルを生起させるエンジンの吸
   気システムにおいて、 上記噴口に接続されるエア通路に、エンジン制御系に具
   備するＥＣＵによって制御され、エンジン運転条件に適
   したタンブルの生成に必要とする流量の制御エア流を発
   生させる電動エアポンプと、同じくＥＣＵによって制御
   され、エンジン運転条件を制御因子としてエンジン運転
   中、上記エアポンプからのエア流量を、運転条件に応
   じ、所望するタンブルの発生条件に適合するように流量
   調整する流量制御弁とを設け、 上記エアポンプによる制御エア流の発生と流量制御弁に
   よる流量調整作用とにより前記噴口より流入させる制御
   エア流を、エンジンの吸入条件によらず強制的に安定し
   て流入させるように構成してなることを特徴とする自動
   車用エンジンの吸気システム。
2. 【請求項２】 前記噴口に接続されるタンブル生起用の
   エア通路を、エンジンの排気系に備えた触媒の上流側に
   ２次空気を供給するエア通路と兼用するように、触媒の
   上流側に接続される２次空気供給用エア通路に第１の３
   方向切換弁を介してタンブル発生用のエア通路を分岐接
   続させ、 上記２次空気供給用のエア通路に、ＥＣＵによって制御
   され、エンジン運転時に触媒に供給する必要量の２次空
   気供給流量，タンブル生成に必要とする制御エア流量と
   を発生させる電動エアポンプと、該エアポンプの上流側
   を吸気通路の上流に備えたエアフロメータの上流，下流
   に切換える第２の３方向切換弁とを有し、 エンジン運転時に、触媒への２次空気供給を必要とする
   運転条件では、第１の３方向切換弁を触媒方向へ、第２
   の３方向切換弁をエアフロメータの上流側に切換えて電
   動エアポンプにより設定された流量の２次空気を触媒に
   供給し、また触媒への２次空気供給を必要としない運転
   条件では、第１の３方向切換弁をタンブル生起用のエア
   通路方向へ、第２の３方向切換弁をエアフロメータ下流
   側に切換えて電動エアポンプにより設定されたタンブル
   生成に必要な流量の制御エア流を吸入ポートに流入させ
   るように構成してなることを特徴とする請求項１記載の
   自動車用エンジンの吸気システム。