(57)【要約】【課題】樹脂材料製の弁体を有する吸気流制御弁についてその弁体の破損を適切に検出することができる内燃機関の吸気制御装置を提供する。【解決手段】インテークマニホールド２０の壁面に形成されるとともに、吸気流制御弁の弁体２１ａを格納する格納部２３において、弁体２１ａと対向する位置にはインテークマニホールド２０内に連通する連通孔２５が形成されている。連通孔２５には圧力センサ２６が接続されている。弁体２１ａが開弁位置とされたときに圧力センサ２６にて検出される検出圧に基づいて弁体２１ａの破損を検出する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の吸気通路に設けられるとともに、前記吸気通路の流路断面積を大きくする開弁位置と前記吸気通路の流路断面積を小さくする閉弁位置との間を変位して吸気流の偏向度合を制御する樹脂材料製の弁体を有する吸気流制御弁を備えた内燃機関の吸気制御装置であって、
前記吸気通路の壁面には、前記弁体が開弁位置とされたときの当該弁体を格納する格納部が形成されており、同格納部にあって前記弁体が開弁位置とされたときの当該弁体と対向する部位には前記吸気通路内に連通された連通孔が形成されており、同連通孔には圧力センサが接続されており、
前記弁体が前記開弁位置とされたときに前記圧力センサにて検出される検出圧に基づいて前記弁体の破損を検出することを特徴とする内燃機関の吸気制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の吸気通路に設けられるとともに、前記吸気通路の流路断面積を大きくする開弁位置と前記吸気通路の流路断面積を小さくする閉弁位置との間を変位して吸気流の偏向度合を制御する樹脂材料製の弁体を有する吸気流制御弁を備えた内燃機関の吸気制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
筒内噴射式を始めとする内燃機関の多くには、スワール流やタンブル流といった気筒内の吸気流をコントロールするための吸気制御装置が搭載されている。例えば特許文献１に記載の内燃機関の吸気制御装置は、内燃機関の吸気通路に設置された吸気流制御弁を備え、この吸気流制御弁の弁体の開閉を通じて吸気通路内の流路断面積を変更することで吸気通路内での吸気流の偏向度合を変更し、これにより気筒内の吸気流の流動態様を可変とするものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−２４０７０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、このような内燃機関の吸気制御装置において、吸気流制御弁の弁体が樹脂材料製であると、その弁体の一部が破損して欠けてしまうおそれがあり、この場合には吸気流制御弁による吸気流の制御を適切に行うことが困難となる。
【０００５】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、樹脂材料製の弁体を有する吸気流制御弁についてその弁体の破損を適切に検出することができる内燃機関の吸気制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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。
請求項１に記載の発明は、内燃機関の吸気通路に設けられるとともに、前記吸気通路の流路断面積を大きくする開弁位置と前記吸気通路の流路断面積を小さくする閉弁位置との間を変位して吸気流の偏向度合を制御する樹脂材料製の弁体を有する吸気流制御弁を備えた内燃機関の吸気制御装置であって、前記吸気通路の壁面には、前記弁体が開弁位置とされたときの当該弁体を格納する格納部が形成されており、同格納部にあって前記弁体が開弁位置とされたときの当該弁体と対向する部位には前記吸気通路内に連通された連通孔が形成されており、同連通孔には圧力センサが接続されており、前記弁体が前記開弁位置とされたときに前記圧力センサにて検出される検出圧に基づいて前記弁体の破損を検出することを要旨とする。
【０００７】
通常、吸気通路内の吸気圧は、吸気バルブの開閉動作に応じて変動する。ここで、上記構成によれば、吸気流制御弁の弁体が破損していない状態で開弁位置になったときには、上記連通孔が弁体によって塞がれるため、上記圧力センサにて検出される検出圧は、吸気通路内の吸気圧と比べて高くなり、これにより同検出圧の変動幅も吸気通路内の吸気圧の変動幅と比較して小さくなる。一方、吸気流制御弁の弁体が破損している状態で開弁位置になったときには、上記連通孔が吸気通路内に露出した状態になるため、圧力センサにて検出される検出圧は、吸気通路内の吸気圧と同等になり、これにより同検出圧の変動幅も吸気通路内の吸気圧の変動幅と同等になる。このように上記構成によれば、弁体が破損していない状態と破損している状態とでは、弁体が開弁位置にあるときに上記圧力センサにて検出される検出圧の値や変動幅が異なるようになるため、その検出圧に基づいて樹脂材料製の弁体の破損を検出することができる。
【０００８】
なお、同構成においては、弁体が開弁位置になっているときの上記検出圧の値（例えば最低値など）が所定値よりも低い場合や、同検出圧の変動幅が所定値よりも大きい場合に、弁体が破損していると判定することが可能である。
【０００９】
また、開弁位置での弁体と連通孔の開口部との間に隙間があると、弁体破損時と非破損時とにおける検出圧の変化が小さくなり、弁体の破損を検出する際の精度が低下するおそれがある。そこで、上記弁体にあって上記連通孔に対向する位置を囲む部位、又は上記格納部にあって上記連通孔を囲む部位のうちの少なくとも一方に、上記弁体が開弁位置になった状態において同弁体と上記連通孔の開口部周辺との間をシールするシール部材を配設するようにするとよい。この場合には、開弁位置での弁体と連通孔の開口部周辺との間の気密性がシール部材によって高められるため、弁体破損時と非破損時とにおける検出圧の変化が明確に現れるようになり、弁体の破損を検出する際の精度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１の実施形態におけるエンジン本体の一部を示す縦断面図。
【図２】インテークマニホールド内に配置された吸気流制御弁及びその周辺の構造を示す拡大断面図。
【図３】吸気流制御弁が破損した状態を示す拡大断面図。
【図４】圧力センサによって検出される検出圧と時間との関係を示すグラフ。
【図５】（ａ）は第２の実施形態においてインテークマニホールド内に配置された吸気流制御弁及びその周辺の構造を示す拡大断面図、（ｂ）はシール部材の平断面図。
【図６】第１の実施形態の変形例における吸気流制御弁及びその周辺の構造を示す拡大断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
（第１の実施形態）
以下、本発明にかかる内燃機関の吸気制御装置を具体化した第１の実施形態を図１〜図４を参照して説明する。
【００１２】
まず、内燃機関におけるエンジン本体Ｅについて説明する。図１に示すように、シリンダヘッド１１には、複数（図１では一つのみ図示）の吸気ポート１２及び排気ポート１３がそれぞれ間隔を隔てて形成されている。また、シリンダヘッド１１の下部には、シリンダブロック１４が取り付けられている。シリンダブロック１４内には、複数（図１では一つのみ図示）の気筒１５が形成されている。各気筒１５内にはピストン１６がそれぞれ往復動可能に収容されるとともに、それらピストン１６の頂面、気筒１５の内壁面等によって燃焼室１７がそれぞれ区画形成されている。各吸気ポート１２各燃焼室１７にはこれに対応する吸気ポート１２及び排気ポート１３がそれぞれ接続されている。吸気ポート１２にあって燃焼室１７に開口している部位は吸気バルブ１２ｂによって開閉され、排気ポート１３にあって燃焼室１７に開口している部位は排気バルブ１３ｂによって開閉される。
【００１３】
次に、上記吸気ポート１２を含む内燃機関の吸気系について説明する。
吸気ポート１２における上流側（燃焼室１７とは反対側）の開口部分には、インテークマニホールド２０が接続されている。そして、インテークマニホールド２０内へ流入した空気は、インテークマニホールド２０を通過するとともに各吸気ポート１２へ流入し、各吸気ポート１２を介して各燃焼室１７へ吸入される。すなわち、インテークマニホールド２０及び吸気ポート１２によって内燃機関の吸気通路の一部が構成されている。
【００１４】
図２に示すように、この内燃機関には、燃焼室１７における燃料の微粒化、燃料と空気との混合促進、及び燃料の燃焼速度向上等による燃料の燃焼安定化を目的として、燃焼室１７内にタンブル流といった空気の流れ（吸気流）を生じさせるために吸気流をコントロールする吸気制御装置が搭載されている。この吸気制御装置は、インテークマニホールド２０内に設けられるとともに吸気流の偏向度合を制御する吸気流制御弁２１と、吸気流制御弁２１を開閉動作させるためのアクチュエータ２２と、アクチュエータ２２を制御する制御装置５０等を備えている。
【００１５】
吸気流制御弁２１の弁体２１ａは、樹脂材料製であって略矩形の板状に形成されている。また、弁体２１ａの端部には、インテークマニホールド２０に回転支持されるシャフト２４が固定されている。シャフト２４は、アクチュエータ２２に接続されており、アクチュエータ２２によって軸線周りに回動される。インテークマニホールド２０の内壁面には、インテークマニホールド２０の内壁面の他の部位よりも外側に突出した格納部２３が形成されている。弁体２１ａは、格納部２３に対応して配置されている。
【００１６】
吸気流制御弁２１の弁体２１ａは、アクチュエータ２２でシャフト２４を回動させて、格納部２３に格納されてインテークマニホールド２０内の流路断面積を大きくする開弁位置と、図２において二点鎖線で示すように、格納部２３に対して立設されてインテークマニホールド２０内の流路断面積を偏倚させつつ小さくする閉弁位置との間で変位する。
【００１７】
そして、弁体２１ａが開弁位置から閉弁位置（図２の二点鎖線）に変位されると、インテークマニホールド２０内が部分的に閉塞されて吸気流の偏向度合が最大になり、インテークマニホールド２０及び吸気ポート１２を介して燃焼室１７内へ流入する空気は偏った状態で同燃焼室１７内に吸入される。これにより燃焼室１７内には空気の渦流であるタンブル流が生じる。一方、弁体２１ａが閉弁位置（図２の二点鎖線）から開弁位置に変位されると、インテークマニホールド２０が開放されて吸気流の偏向度合が最小になり、インテークマニホールド２０及び吸気ポート１２を介して燃焼室１７内へ流入する空気は、偏った状態での吸入は中止される。これにより、燃焼室１７内でのタンブル流の発生も中止される。
【００１８】
上記格納部２３において、弁体２１ａが開弁位置にされたときの当該弁体２１ａに対向する部位には、インテークマニホールド２０内に連通する連通孔２５が形成されている。この連通孔２５は、格納部２３において弁体２１ａの先端部２１ｂ（シャフト２４が固定された端部とは反対の端部）近傍の面と対向する位置に形成されている。連通孔２５は平面視すると円孔形状となっている。連通孔２５には、圧力センサ２６が接続されており、この圧力センサ２６の検出圧Ｐは、制御装置５０に入力される。
【００１９】
図３に示すように、樹脂材料製である弁体２１ａにあっては、金属材料製の弁体と異なり、例えばその先端部２１ｂが破損して欠けてしまうおそれがある（図３において破線で示す状態）。先端部２１ｂが欠けてしまうと、吸気流制御弁２１による吸気流のコントロールを適切に行うことが困難になる。
【００２０】
そこで本実施形態では、以下のような態様で弁体２１ａの破損を検出するようにしている。
通常、インテークマニホールド２０内では、吸気バルブ１２ｂの開閉動作に応じて吸気脈動が発生しており、その吸気脈動に応じてインテークマニホールド２０内の吸気圧も変動する。
【００２１】
ここで、弁体２１ａが破損しておらず正常な状態である場合には、弁体２１ａが開弁位置になっている状態において、先の図２に示されるように、弁体２１ａと、同弁体２１ａに対向する上記連通孔２５の開口部との間は僅かな隙間しか空いておらず、連通孔２５は弁体２１ａによって塞がれたような状態になる。そのため、連通孔２５へ導かれる吸気脈動の変動は僅かになる。よって、圧力センサ２６にて検出される検出圧Ｐは、図４において実線Ｌ１に示すように、吸気脈動に対応するように緩やかな波形を描くように変位する。より具体的には、図４において一点鎖線Ｌ２にて示すインテークマニホールド２０内の吸気圧の変化に比較して、検出圧Ｐの値（特に最低値）は高くなり、これにより検出圧Ｐの変動幅もインテークマニホールド２０内の吸気圧の変動幅と比較して小さくなる。
【００２２】
一方、吸気流制御弁２１が破損して正常な状態でない場合には、弁体２１ａが開弁位置になっている状態において、先の図３に示されるように、連通孔２５がインテークマニホールド２０内に露出した状態になるため、連通孔２５へ導かれる吸気脈動の変動は、弁体２１ａが正常な状態である場合と比較して大きくなる。より具体的には、この弁体２１ａ破損時の検出圧Ｐは、先の図４に一点鎖線Ｌ２にて示したように、インテークマニホールド２０内の吸気圧と同等の変化をし、これにより検出圧Ｐの変動幅もインテークマニホールド２０内の吸気圧の変動幅と同等になる。
【００２３】
このように弁体２１ａが破損していない状態と破損している状態とでは、弁体２１ａが開弁位置にあるときに上記圧力センサ２６にて検出される検出圧Ｐの値や変動幅が大きく異なるようになるため、その検出圧Ｐに基づいて弁体２１ａの破損を検出することが可能である。
【００２４】
そこで、上記制御装置５０にて、弁体２１ａが開弁位置にあるときの検出圧Ｐを読み込み、その検出圧Ｐ（例えば最低値）が所定値よりも低い場合には、弁体２１ａが破損している旨の判定を行うようにしている。なお、上記所定値としては、弁体２１ａの破損を適切に検出することのできる値が予め設定されている。
【００２５】
ちなみに、弁体２１ａが開弁位置にあるときの検出圧Ｐを読み込み、その検出圧Ｐの変動幅が所定値よりも大きい場合に、弁体２１ａが破損している旨の判定を行うようにしてもよい。このときの所定値も、弁体２１ａの破損を適切に検出することのできる値を予め設定しておく。
【００２６】
上記実施形態では以下の効果を得ることができる。
（１）インテークマニホールド２０内に連通する連通孔２５を格納部２３に形成するとともに、連通孔２５には圧力センサ２６を接続した。よって、弁体２１ａが破損していない状態で開弁位置になったときには、連通孔２５が弁体２１ａによって塞がれるため、圧力センサ２６にて検出される検出圧Ｐは、インテークマニホールド２０内の吸気圧と比べて高くなり、これにより検出圧Ｐの変動幅もインテークマニホールド２０内の吸気圧の変動幅と比較して小さくなる。一方、弁体２１ａが破損している状態で開弁位置になったときには、連通孔２５がインテークマニホールド２０内に露出した状態になるため、圧力センサ２６にて検出される検出圧Ｐは、インテークマニホールド２０内の吸気圧と同等になり、これにより検出圧Ｐの変動幅もインテークマニホールド２０内の吸気圧の変動幅と同等になる。このように弁体２１ａが破損していない状態と破損している状態とでは、弁体２１ａが開弁位置にあるときに検出される検出圧Ｐの値や変動幅が異なるようになる。そこで、弁体２１ａが開弁位置とされたときに圧力センサ２６にて検出される検出圧Ｐに基づいて弁体２１ａの破損を検出するようにした。そのため、樹脂材料製の弁体２１ａの破損を検出することができる。
【００２７】
（第２の実施形態）
次に、本発明にかかる内燃機関の吸気制御装置を具体化した第２の実施形態について、図５を参照して説明する。なお、以下に説明する第２の実施形態では、既に説明した第１の実施形態と同一構成について同一符号を付すなどして、その重複する説明を省略又は簡略する。
【００２８】
図５（ａ）に示すように、本実施形態における弁体２１ａも、第１の実施形態における弁体２１ａと基本的には同一のものであって、樹脂材料製であり、略矩形の板状に形成されている。
【００２９】
弁体２１ａにあって連通孔２５と対向する位置を囲む部位には、シール部材３１が配設されている。シール部材３１は、図５（ｂ）に示すように、平断面視すると円状をしているとともに、中央部には連通孔２５よりも僅かに大きい孔３１ａが形成されている。シール部材３１は、弁体２１ａが開弁位置になっている状態において、弁体２１ａと連通孔２５の開口部周辺との間をシールするようになっている。
【００３０】
したがって、第２の実施形態によれば、第１の実施形態の効果（１）と同様の効果に加えて、以下に示す効果を得ることができる。
（２）開弁位置での弁体２１ａと連通孔２５の開口部との間に隙間があると、弁体２１ａ破損時と非破損時（破損していない状態）とにおける検出圧Ｐの変化が小さくなり、弁体２１ａの破損を検出する際の判定精度が低下するおそれがある。この点、本実施形態では、弁体２１ａにあって連通孔２５と対向する位置を囲む部位に、弁体２１ａが開弁位置になった状態において同弁体２１ａと上記連通孔２５の開口部周辺との間をシールするシール部材３１を配設した。よって、開弁位置での弁体２１ａと連通孔２５の開口部周辺との間の気密性がシール部材３１によって高められるため、弁体２１ａ破損時と非破損時とにおける検出圧Ｐの変化が明確に現れるようになり、弁体２１ａの破損を検出する際の判定精度が向上するようになる。
【００３１】
なお、上記各実施形態は以下のように変更してもよい。
○  第１の実施形態において、吸気流制御弁２１の弁体２１ａは、略矩形の板状のものであり、いわゆるバタフライ式のバルブであったが、この他のバルブ、例えばロータリ式のバルブであってもよい。その一例を図６に示す。この図６に示すように、インテークマニホールド２０内には、吸気流制御弁としての樹脂材料製のロータリーバルブ４１が配設されている。ロータリーバルブ４１は円筒状であるとともに、インテークマニホールド２０の壁面に形成される格納部４２に対応して配置されている。格納部４２には上述したような連通孔２５が形成されており、この連通孔２５には圧力センサ２６が接続されている。ロータリーバルブ４１は、ロータリーバルブ４１の周方向（図６に示す矢印Ｒの方向）へ回転可能であり、図６に示す開弁位置と、図６において二点鎖線で示す閉弁位置との間で変位する。このような構成における内燃機関の吸気制御装置においても、ロータリーバルブ４１が破損してその一部が欠損した場合、ロータリーバルブ４１が開弁位置となっている状態では連通孔２５がインテークマニホールド２０内に露出するようになるため、第１の実施形態の効果（１）と同様の効果を得ることができる。
【００３２】
○  第１の実施形態においては、弁体２１ａの先端部２１ｂと対向する部位に連通孔２５を形成したが、格納部２３における連通孔２５の形成部位は、そうした部位に限定されるものでなく、適宜変更することができる。ただし、その形成部位の変更に際しては、破損した弁体２１ａが開弁位置になっている状態において、連通孔２５がインテークマニホールド２０内に露出される部位に形成する必要がある。よって、連通孔２５は、格納部２３において、弁体２１ａが破損して欠けてしまう可能性の高い部分と対向する位置に形成するのが好ましい。
【００３３】
○  第２の実施形態において、シール部材３１を、格納部２３にあって連通孔２５を囲む部位に配設してもよい。
○  吸気流制御弁２１はタンブル流を形成するために設けられていたが、スワール流を形成するために設けられるものでもよい。
【符号の説明】
【００３４】
１２…吸気通路を構成する吸気ポート、２０…吸気通路を構成するインテークマニホールド、２１…吸気流制御弁、２１ａ…弁体、２３，４２…格納部、２５…連通孔、２６…圧力センサ、４１…吸気流制御弁としてのロータリーバルブ、Ｅ…エンジン本体。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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