JPH1018850A - スワール制御弁制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 エンジンのスワールの強さを、従来のように
回転数や負荷のみによらず、エンジンの温度によっても
制御して最適な燃焼状態を得る。 【解決手段】 スワール制御弁１はダンパ２を介して、
電子式制御装置１３によって作動するアクチュエータ５
に連結される。１１は回転数センサ、１２は負荷センサ
である。冷却水等の熱を受けるダンパ２は、サーモワッ
クスを封入したケーシングの中にバネ３を備えており、
エンジン１０が始動直後で未だ低温のときは、サーモワ
ックスが固体であるからロッド４の長さは長いままで保
持される。従って、スワール制御弁１の開度は小さく、
スワールの強さも弱くなって、その状態での最適燃焼が
得られる。暖機が終わると、サーモワックスが溶融して
ダンパ２が自由に伸縮可能になるので、スワール制御弁
１に作用する吸気の動圧によってバネ３が撓み、開度が
大きくなってスワールの強さも大きくなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば車両用とし
てのディーゼルエンジンのような内燃機関に設けられる
スワール制御弁の開度を制御する制御装置に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】従来より車両用エンジンに設けられてい
るスワール制御弁は、エンジンの回転数及び負荷に応じ
てスワールの強さが最適になるように、制御装置におい
て開度を計算して制御されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、発明者
らの実験、研究によって、エンジンの回転数及び負荷が
それぞれ同一であっても、エンジンの冷間時と温間時と
では最適なスワールの強さが異なるという事実が見出さ
れた。即ち、エンジンの冷間時に、低回転、低負荷の状
態で暖機運転を行っている時は、スワールの強さは低け
れば低いほどよいが、暖機完了後の温間時における低回
転、低負荷の運転状態では、スワールは或る程度強くす
るのがよいというように、同じ低回転、低負荷の運転状
態でもエンジンの温度によって最適のスワールの強さが
変化するのである。

【０００４】従って、スワール制御弁の開度を従来より
も正確に制御しようとすれば、エンジンの暖機状態、即
ち温度を検出する手段がさらに必要となるだけでなく、
最適なスワールの強さ、従ってスワール制御弁の開度を
決定する演算も、エンジン回転数及び負荷の検出値の他
に、暖機状態の検出値をファクターに加えて演算するこ
ととなるので、従来よりも複雑な演算を行うことになる
という問題があった。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記の課題を
解決するための手段として、特許請求の範囲の各請求項
に記載されたスワール制御弁制御装置を提供する。

【０００６】請求項１記載の解決手段においては、スワ
ール制御弁とスワール制御弁制御手段との間をロッドに
よって連結するダンパ手段が設けられ、ダンパ手段がそ
のロッドの長さを内燃機関の暖機状態、即ち機関の温度
に応じて変化させるようになっているので、スワール制
御弁の開度が単に機関の回転数や負荷の大きさによって
変化する従来のものとは異なり、スワール制御弁の開度
が機関の温度に応じて変化する。従って、機関が始動さ
れて未だ十分に暖機が進行していないうちは、スワール
制御弁の開度を小さくして、機関の燃焼室内におけるス
ワールを弱くすることにより燃焼状態を改善し、ＨＣの
排出量を低減させることができる。そして、機関の暖機
が完了すると、機関の温度の上昇によってダンパ手段が
ロッドの長さを変化させるので、それによってスワール
制御弁の開度を大きくし、機関の燃焼室内におけるスワ
ールを強くして、本来のスワール燃焼を行わせることに
より、広い範囲にわたって最適な燃焼状態を維持するこ
とができる。

【０００７】請求項２記載の解決手段においては、スワ
ール制御弁制御手段が、作動手段としてスワール制御弁
に連結されたアクチュエータと、外部から入力される信
号に応じてスワール制御弁の開度を演算し、その演算結
果に応じてアクチュエータを作動させるスワール制御弁
開度演算手段を含んでおり、従来と同様に機関の回転数
や負荷の大きさ等によってスワール制御弁開度演算手段
がスワール制御弁の開度を算出して、制御信号をアクチ
ュエータに送る。そのアクチュエータによってスワール
制御弁を開閉制御する作動の伝達は、機関の温度に応じ
てロッドの長さを変化させるダンパ手段を介して行われ
るので、機関が低回転、低負荷の運転状態にあっても、
機関の温度が低い間はスワールの強さが抑えられて燃焼
状態を良好に保ち、暖機が完了して機関の温度が上昇し
たときに、はじめてスワールの強さを強くするというよ
うに制御するので、広い範囲にわたって最適な燃焼状態
を維持することができる。

【０００８】請求項３記載の解決手段においては、特別
なスワール制御弁制御手段を設けないで、機関に本来設
けられているもので機関の負荷或いは回転数に対応する
動きをする部分を利用して、そのような部分を前述のよ
うなダンパ手段を介してスワール制御弁に連結するの
で、アクチュエータや電子式制御装置のようなものを設
ける必要がなく、システムの構成が簡単で安価なものに
なる。特に、請求項４記載の解決手段においては、燃料
噴射ポンプのアクセルレバーをダンパ手段のロッドを含
むリンク機構によってスワール制御弁に連結するので、
従来のものにダンパ手段を付加するだけで、簡単に本発
明の装置を構成することができる。

【０００９】請求項５記載の解決手段においては、ダン
パ手段を機関本体その他の固定体に取り付けるだけで、
機関の温度に応じて伸縮するダンパ手段のロッドにより
スワール制御弁の開度を変化させる。従って、機構がき
わめて簡単なものとなるにもかかわらず、暖機中のよう
な低温の状態ではスワール制御弁の開度を小さくしてス
ワールの強さを抑えて燃焼状態を良好に保つ一方で、暖
機が終了した時点ではスワール制御弁の開度を大きくし
てスワールの強さを高めるというような制御を行うこと
ができ、機関の温度に応じた最適な燃焼状態を維持して
ＨＣ排出量を低減させることができる。

【００１０】請求項６記載の解決手段においては、ダン
パ手段としてケーシングの中にサーモワックスとバネを
封入したものを用いる。サーモワックスは機関が始動直
後で未だ温度が低い状態では固体であるから、ダンパ手
段が前回の運転停止の際に、ロッドの長さがバネによっ
て延びて最大になっている状態を維持するので、その状
態では高負荷、高回転になってもスワール制御弁の開度
は小さく維持され、スワールの強さを低く抑える。暖機
が完了して機関の温度が上昇したときにサーモワックス
が溶融してダンパ手段のロッドの長さが短縮可能になる
ので、スワール制御弁に吸気流の動圧が加わることによ
って、バネが縮んでスワール制御弁の開度が大きくな
り、スワールの強さも自動的に大きくなる。

【００１１】請求項７記載の解決手段においては、内燃
機関の温度に応答する温度応答手段によってスワール制
御弁を開閉制御するので、スワール制御弁の開度が機関
の温度に応じて変化することになり、暖機中の未だ機関
の温度が低いうちは、スワールの強さを低く抑えて、良
好な燃焼状態を維持すると共に、暖機が終了して機関の
温度が上昇した時に自動的にスワールの強さを高めると
いう最適燃焼の運転を行うことが可能になる。請求項８
記載の解決手段においては、その温度応答手段として、
サーモワックスを封入したものを使用することができ
る。

【００１２】以上のように、本発明の解決手段によれ
ば、機関の温度によって最適なスワールの強さが異なる
という現象に対応して、機関の回転数や負荷等に限ら
ず、機関の温度によってもスワール制御弁の開度を制御
して、最適の燃焼状態を実現し、ＨＣ排出量を低減させ
ることができる。また、機関の暖機状態を検出する特別
の手段を設けることなく、機関の温度に対応するスワー
ル制御弁の制御が可能になるので、スワール制御弁開度
の演算を行う場合でも演算が複雑になることがないし、
システム構成も簡単になってコストの上昇をもたらす恐
れがない。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の最
適な実施形態を説明する。図１は本発明による第１実施
形態の概略的構成を示すシステム構成図であって、１は
各気筒の吸気ポートの流路の一部を開閉して、その気筒
内に生じるスワールの強さを調整することができるスワ
ール制御弁、２はスワール制御弁１の開閉作動機構に介
入するように、エンジンの冷却水の熱を受ける位置に設
けられたサーモワックス入りダンパ、３はダンパ２内に
おいてスワール制御弁１を閉弁方向、即ちスワールを弱
める方向に付勢する弱いバネ、４はダンパ２の前後のロ
ッド、５はスワール制御弁制御手段としての、例えば電
磁式や空圧式のアクチュエータである。

【００１４】またエンジン１０には、スワール制御以外
の目的もあって、通常はエンジン回転数を検出する手段
としての回転数センサ１１と、エンジン負荷検出手段と
しての噴射量検出装置１２が設けられている。この実施
形態においては、上述の各センサ１１，１２の検出信号
は、スワール制御弁開度演算手段としての電子式制御装
置（ＥＣＵ）１３に入力される。従来のスワール制御シ
ステムでは、アクチュエータ５とスワール制御弁１が直
結されており、ＥＣＵ１３が回転数センサ１１及び噴射
量検出装置１２からの検出信号に応じてスワール制御弁
１の開度を演算し、スワール制御弁制御手段であるアク
チュエータ５を駆動するようになっている。

【００１５】しかしながら従来のシステムでは、エンジ
ンの暖機状態を検出する信号がスワール制御弁１の開度
調整の目的でＥＣＵ１３に入力されておらず、エンジン
回転数及び負荷信号のみによってスワールの強さが決定
されていた。ところが、発明者らの行った実験によっ
て、前述のように、同一のエンジン回転数及び負荷であ
っても、エンジンの暖機が十分に終っているかどうかに
よって最適なスワールの強さが異なることが判明した。
即ち、図２に実験結果を線図として示すように、低回
転、低負荷の運転状態においては、冷間時にはスワール
が弱いほどエンジンの燃焼室における燃焼状態は改善さ
れて、排出されるＨＣの量が少なくなるが、暖機が終っ
た温間時においてはスワールをそれほど弱くしなくても
良い。勿論、高負荷時においてはスワールが強いことが
必要である。

【００１６】以下、本発明の特徴であるエンジン１０の
暖機の進行状態に応じてスワールの強さを最適制御する
ための手段、即ちこの実施形態ではスワール制御弁１と
それを開閉操作するアクチュエータ５との間に介在させ
たダンパ２の実施例の構造と作動を図３を用いて詳細に
説明する。この実施例のダンパ２は、円筒状のケーシン
グ２ａの内部にサーモワックスが封入されており、その
一端側と一方のロッド４ａが固定されると共に、他端側
に形成された案内筒２ｂによって摺動自在に、且つ気密
に案内される他方のロッド４ｂを備えていて、ケージン
グ２ａ内にあるそれぞれのロッド４ａ，４ｂの端部に
は、ケーシング２ａの内径よりも十分に小径のバネ受け
４ｃ及び４ｄが取り付けられている。これらのバネ受け
４ｃ，４ｄの間にはバネ定数の低い（弱い）バネ３（こ
の例では圧縮バネ）が装填されている。ダンパ２はエン
ジン１０の冷却水套の中など、ラジエータによって冷却
される前の冷却水と接する位置に取りつけられる。ロッ
ド４ａ，４ｂは図１におけるロッド４を構成するもので
あるから、それぞれスワール制御弁１とアクチュエータ
５に連結される。

【００１７】図３に示すダンパ２の実施例は、このよう
な構造を有するので、エンジン１０の冷間時には、バネ
３が伸びてバネ受け４ｃ，４ｄの間隔が最大となった前
回の運転停止時の状態、即ちロッド４の長さが最長とな
った状態で、ケーシング２ａの中に充填された固形のサ
ーモワックスにより固定されて、一定の長さを有する
が、温間時にはサーモワックスが溶融して液体となるの
で、可動のバネ受け４ｄとロッド４ｂは、バネ３の付勢
力に抗して固定のバネ受け４ｃとロッド４ａに近づくこ
とが可能になり、ロッド４の長さが可変となる。

【００１８】次に、このようなダンパ２を有する第１実
施形態のシステムがスワールの強さを変化させる制御動
作を図４〜図６を用いて説明する。これらの図面は、エ
ンジン１０のそれぞれ異なる運転状態における、ヘリカ
ル状の吸気ポート６に接続する吸気通路７に設けられた
スワール制御弁１の開度を示すものである。

【００１９】図４は、エンジン１０の低回転、低負荷の
運転状態で、かつ暖機が終っていない冷間時におけるス
ワール制御弁１の開度を示すもので、ＥＣＵ１３からの
制御信号により、スワール制御弁１はスワールを弱める
ように閉弁の状態となっている。さらに、冷間時である
ためにアクチュエータ５とスワール制御弁１を連結する
ダンパ２の中のサーモワックスは固体のままで、ダンパ
２の伸びた状態を維持している。従って吸気通路７から
燃焼室８内へ流入する吸気流は吸気弁のステム９に近い
部分を通るので、燃焼室８内のスワールは弱くなる。

【００２０】図５は、エンジン１０の低回転、低負荷時
の運転状態で、かつ暖機の終った温間時におけるスワー
ル制御弁１の開度を示すものである。この時、ダンパ２
の中のサーモワックスは、ダンパ２の外周の高温の冷却
水により温められて固体から液体に変わっているため、
スワール制御弁１は、ダンパ２の中にあるバネ３とロッ
ド４、即ち４ａ，４ｂを介してアクチュエータ５と連結
されることになる。このバネ３は、バネ定数が非常に小
さいものであって、エンジン停止時のようにスワール制
御弁１に吸入空気が衝突しない時には伸びることができ
るが、アイドル運転状態のような低回転時でも、スワー
ル制御弁１に当たる吸入空気流の動圧によりバネ３は押
し縮められる。

【００２１】従って、低回転、低負荷というエンジンの
運転状態において、図４の場合と同様にＥＣＵ１３から
の制御信号によりアクチュエータ５が伸びて、スワール
を弱めるように、即ちスワール制御弁１の開度が小さく
なるように作動しても、温間であるためにダンパ２内の
サーモワックスが溶けているので、ダンパ２は吸気流が
スワール制御弁１に及ぼす動圧により押し縮められるこ
とになるため、冷間時よりもスワール制御弁１の開度が
大きくなり、それによって吸気通路７から燃焼室８の周
辺部へ接線方向に流出する吸気流が増えるため、スワー
ルの強さは冷間時よりも強くなる。

【００２２】図６は、エンジン１０の高負荷運転状態
で、かつ温間時におけるスワール制御弁１の開度を示す
ものである。この時はＥＣＵ１３からの制御信号によ
り、スワールを強めるようにアクチュエータ５を短縮さ
せる。さらに、温間であるためにダンパ２内のサーモワ
ックスが溶けていて、バネ３がスワール制御弁１に作用
する吸気流の動圧による力を受けて押し縮められるの
で、スワール制御弁１の開度は一層大きくなることとな
り、燃焼室８の周辺へ接線方向に流入する吸気流が増加
するため、スワールは最も強くなる。

【００２３】また、図７に示す第２の実施形態では、エ
ンジン１０の回転数がスワールに及ぼす影響が小さく
て、許容レベル以下であるために、負荷と暖機状態から
スワールの強さを決定する場合に、負荷の大きさを検出
するために、燃料噴射ポンプ１４のレバー部１５と、ス
ワール制御弁１に連結される図３に示したものと同様な
ダンパ２のロッド４とをリンク機構１６によって連結す
れば、燃料噴射ポンプ１４のレバー部１５の回転角度、
即ちアクセル開度に応じて、スワール制御弁１の開度を
変更することができる。さらに、このリンク機構１６の
一部を構成するロッド４の長さが暖機状態に応じて前述
のようなダンパ２の作用により長さが変化するので、ス
ワールを負荷及び暖機状態に応じて最適な強さにするこ
とが可能である。

【００２４】第２の実施形態においては、燃料噴射ポン
プ１４のレバー部１５がスワール制御弁制御手段となる
ので、特に、スワールの強さを決定するためのＥＣＵの
ような演算手段や、それによって作動するアクチュエー
タのような制御手段を設ける必要がなく、簡便にスワー
ルの強さを変えるシステムを構成することが可能とな
る。

【００２５】言うまでもなく、エンジンの一部に負荷或
いは回転数に応動する部分があれば、それとスワール制
御弁１とをダンパ２のような手段を介して連結したり、
既に負荷や回転数を検出するセンサが設けられている場
合には、それから検出された負荷或いは回転数の信号を
演算手段に入力して、スワールの強さを決定し、アクチ
ュエータのような制御手段とダンパ手段を介してスワー
ル制御弁１を駆動しても良い。

【００２６】さらに、図８に示す第３の実施形態では、
エンジン１０の暖機状態が最適なスワールの強さの決定
に関して影響が最も強く、エンジンの回転数や負荷の影
響が比較的小さい場合に、スワール制御弁１を、エンジ
ン１０の暖機状態によりロッド４の長さが変化する前述
のようなダンパ２を介してエンジン１０本体のような固
定のものに接続すれば、暖機状態に応じてスワールの強
さを変化させることができる。その結果、各種の検出セ
ンサ及びスワールの強さを演算するＥＣＵのような演算
手段が不要となり、簡単な構成によってスワールを最適
の強さに調整することができる。

【００２７】図９に本発明の第４実施形態を示す。この
例の特徴は、エンジン２０の暖機状態を検出することが
できる温度応答手段として、サーモワックスを封入して
伸縮するようにしたサーマルシリンダ１７を設けて、そ
れによって直接にスワール制御弁１を開閉させるように
した点にある。エンジン１０の冷却水通路等に固定され
たシリンダ１７内にはピストン１８を液密に挿入してス
ワール制御弁１に連結する。エンジン１０の冷間時には
ピストン１８を含むシリンダ１７がサーモワックスの収
縮のために短縮されて、スワール制御弁１の開度が小と
なり、燃焼室内の吸気のスワールが弱くなる。それと反
対に、エンジン１０の温間時にはシリンダ１７がサーモ
ワックスの膨張によって伸長し、スワール制御弁１の開
度を大きくするので、本発明の目的を達成することがで
きる。なお、サーモワックスの代わりに液相と気相の間
で体積が著しく変化するエーテルのような物質を使用し
たり、サーマルシリンダ１７に代えてバイメタルや形状
記憶合金のような他の温度応答手段を用いることもでき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態のシステム構成を示す概
略的構成図である。

【図２】エンジン冷間時及び温間時におけるスワールの
強さと排気ＨＣ濃度の関係を示す線図である。

【図３】ダンパの構造を例示する断面図である。

【図４】低回転、低負荷時で、かつ、エンジンの冷間時
におけるスワール制御弁の開度を示す概念的平面図であ
る。

【図５】低回転、低負荷時で、かつ、エンジンの温間時
におけるスワール制御弁の開度を示す概念的平面図であ
る。

【図６】高回転、高負荷時で、かつ、エンジンの温間時
におけるスワール制御弁の開度を示す概念的平面図であ
る。

【図７】本発明の第２実施形態を示す概略的構成図であ
る。

【図８】本発明の第３実施形態を示す概略的構成図であ
る。

【図９】本発明の第４実施形態を示す概略的構成図であ
る。

【符号の説明】

１…スワール制御弁 ２…ダンパ ２ａ…ケーシング ２ｂ…案内筒 ３…バネ ４，４ａ，４ｂ…ロッド ５…アクチュエータ（スワール制御弁制御手段） ６…ヘリカル状の吸気ポート ８…燃焼室 １０…エンジン １１…回転数センサ（エンジン回転数検出手段） １２…噴射量検出装置（エンジン負荷検出手段） １３…電子式制御装置（スワール制御弁開度演算手段） １４…燃料噴射ポンプ １５…レバー部 １７…シリンダ

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内燃機関の吸気通路に設けられて燃焼室
   内における吸入空気のスワールの強さを変化させ得るス
   ワール制御弁と、前記スワール制御弁の開弁及び閉弁を
   制御するためのスワール制御弁制御手段と、前記スワー
   ル制御弁と前記スワール制御弁制御手段とを連結するロ
   ッドの長さを前記内燃機関の暖機状態に応じて変化させ
   るダンパ手段とを備えていることを特徴とするスワール
   制御弁制御装置。
2. 【請求項２】 前記スワール制御弁制御手段が前記スワ
   ール制御弁に連結されたアクチュエータと、外部から入
   力される信号に応じて前記スワール制御弁の開度を演算
   し、該演算結果に応じて前記アクチュエータを作動させ
   るスワール制御弁開度演算手段とを含んでいることを特
   徴とする請求項１に記載のスワール制御弁制御装置。
3. 【請求項３】 前記スワール制御弁制御手段を、前記内
   燃機関の負荷或いは回転数を示す部分としたことを特徴
   とする請求項１又は２に記載のスワール制御弁制御装
   置。
4. 【請求項４】 前記スワール制御弁と、前記内燃機関の
   負荷或いは回転数を示す部分としての燃料噴射ポンプの
   レバーとをリンク機構によって連結し、前記リンク機構
   に前記ダンパ手段を介在させることによって、負荷に応
   じてスワール制御弁の開度を変更するとともに、前記リ
   ンク機構を構成する前記ダンパ手段のロッドの長さが、
   前記内燃機関の暖機状態に応じて可変となるようにした
   ことを特徴とする請求項３に記載のスワール制御弁制御
   装置。
5. 【請求項５】 前記スワール制御弁制御手段に代えて前
   記内燃機関の本体、或いはそれに付帯する部分からなる
   固定体を用いて、前記スワール制御弁と前記固定体をロ
   ッドを有する前記ダンパ手段を介して連結し、前記ロッ
   ドの長さが前記内燃機関の暖機状態に応じて可変となる
   ように構成したことを特徴とする請求項１に記載のスワ
   ール制御弁制御装置。
6. 【請求項６】 前記ロッドの長さを変化させる前記ダン
   パ手段がそのケーシング内に封入されたサーモワックス
   とバネとを有することを特徴とする請求項１ないし５の
   いずれかに記載のスワール制御弁制御装置。
7. 【請求項７】 内燃機関の吸気通路に設けられて燃焼室
   内における吸入空気のスワールの強さを変化させ得るス
   ワール制御弁を、前記内燃機関の温度に応答する温度応
   答手段によって開閉制御するように構成したことを特徴
   とするスワール制御弁制御装置。
8. 【請求項８】 前記温度応答手段が、前記内燃機関の冷
   却水の熱を受けて伸縮するサーモワックスを封入された
   サーマルシリンダからなることを特徴とする請求項７に
   記載のスワール制御弁制御装置。