(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気通路の通路面積を変化させる吸気制御弁を備えたエンジンの吸気制御装置において、上記吸気制御弁を、吸気通路側壁の弁穴で軸支された横断面円形の回転軸部と、該回転軸部の軸方向投影面内に納まる大きさで吸気通路内に位置する板状の弁板とを固定した構造のものとし、該弁板は、全開時に上記吸気通路の軸線の近傍に位置し、かつ上記回転軸部の回転軸線から偏心しており、上記弁板を全閉位置に回動させると、該弁板が吸気通路の底壁側を絞り込んで吸気を天壁側に偏流させるとともに、底壁との間に隙間を開けて底壁側吸気流を生じさせることを特徴とするエンジンの吸気制御装置。
【請求項２】
吸気通路の通路面積を変化させる吸気制御弁を備えたエンジンの吸気制御装置において、上記吸気制御弁を、吸気通路側壁の弁穴で軸支された横断面円形の回転軸部と、該回転軸部の軸方向投影面内に納まる大きさで吸気通路内に位置する板状の弁板とを固定した構造のものとし、該弁板は、全開時に上記吸気通路の軸線の近傍に位置し、かつ上記回転軸部の回転軸線から偏心しており、エンジンの運転状態に応じて上記弁板の回動方向を、全開位置と吸気を天壁側に偏流させるとともに底壁側吸気流を生じさせる順タンブル位置との間で回動する順方向又は全開位置と吸気を底壁側に偏流させるとともに天壁側吸気流を生じさせる逆タンブル位置との間で回動する逆方向の何れかに選定する回動方向制御手段を設けたことを特徴とするエンジンの吸気制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、吸気通路面積を変化させる吸気制御弁を備えたエンジンの吸気制御装置に関し、詳細には吸気通路への組付が容易であり、また燃焼室中心側から気筒軸方向に流れる縦渦（順タンブル）及び燃焼室の外縁側（反排気弁側）から気筒軸方向に流れる逆タンブルの何れをも発生させることができるようにした吸気制御弁の構造及びその制御方法の改善に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、燃費率向上を目的としたいわゆるリーンバーン（希薄空燃比燃焼）エンジンが各種提案されている。希薄空燃比での燃焼を安定化するためには、燃焼室に導入された混合気が気筒軸方向に回転する、いわゆるタンブルが効果的であることが知られている。
【０００３】
上記タンブルを発生させるために、吸気を吸気通路の例えば天壁側又は底壁側に偏らせて流す吸気制御弁を設けた吸気制御装置が提案されている（例えば実開昭６１−１３２４４２号公報参照）。この従来装置の吸気制御弁は、吸気通路をカム軸方向に横切るように駆動軸を配設し、該駆動軸の嵌合凹部を板状の弁体の嵌合溝に嵌め合わせ、両者をボルト締め固定し、また上記弁板の底壁側部分に切り欠きを設けた構造のものである。この従来装置では、吸気制御弁を閉位置に位置させることにより吸気は上記切り欠き部分を通って底壁側に偏って流れる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで上記従来装置では、吸気制御弁の吸気通路内への組み付けを可能にするために、駆動軸と弁板との２部品で構成し、かつ両者をボルト締め固定する構造を採用しており、その結果、吸気通路内で駆動軸と弁板とを組み立てるというように組立作業が煩雑であるという問題がある。
【０００５】
また上記従来装置では、弁板を全開位置と全閉位置との間で、かつその切欠が下流側に位置するように回動させることにより吸気を底壁側に偏らせるようにしており、これにより吸気を底壁側、つまり燃焼室の外縁側から流入させるようしている。従ってこの従来装置では順方向又は逆方向の何れかのタンブルのみを発生させるようにしている。
【０００６】
本発明は、上記従来の状況に鑑みてなされたもので、吸気通路への組付が容易であり、また順方向及び逆方向のタンブルを発生できるエンジンの吸気制御装置を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、吸気通路の通路面積を変化させる吸気制御弁を備えたエンジンの吸気制御装置において、上記吸気制御弁を、吸気通路側壁の弁穴で軸支された横断面円形の回転軸部と、該回転軸部の軸方向投影面内に納まる大きさで吸気通路内に位置する板状の弁板とを固定した構造のものとし、該弁板は、全開時に上記吸気通路の軸線の近傍に位置し、かつ上記回転軸部の回転軸線から偏心しており、上記弁板を全閉位置に回動させると、該弁板が吸気通路の底壁側を絞り込んで吸気を天壁側に偏流させるとともに、底壁との間に隙間を開けて底壁側吸気流を生じさせることを特徴としている。
【０００９】
また請求項２の発明は、吸気通路の通路面積を変化させる吸気制御弁を備えたエンジンの吸気制御装置において、上記吸気制御弁を、吸気通路側壁の弁穴で軸支された横断面円形の回転軸部と、該回転軸部の軸方向投影面内に納まる大きさで吸気通路内に位置する板状の弁板とを固定した構造のものとし、該弁板は、全開時に上記吸気通路の軸線の近傍に位置し、かつ上記回転軸部の回転軸線から偏心しており、エンジンの運転状態に応じて上記弁板の回動方向を、全開位置と吸気を天壁側に偏流させるとともに底壁側吸気流を生じさせる順タンブル位置との間で回動する順方向又は全開位置と吸気を底壁側に偏流させるとともに天壁側吸気流を生じさせる逆タンブル位置との間で回動する逆方向の何れかに選定する回動方向制御手段を設けたことを特徴としている。
【００１０】
【作用】
本発明に係るエンジンの吸気制御装置によれば、吸気制御弁の組み付けに当たっては、吸気通路をカム軸方向に横切るように形成された弁穴に挿入するだけでよく、従来のような吸気通路内での駆動軸と弁板とのボルト締め作業は不要であり、それだけ吸気通路への組付を容易にできる。
【００１１】
また吸気制御弁を、弁板を回転軸部の軸線から偏心させた構造としたので、吸気制御弁を回動させることにより吸気を天壁側又は底壁側に偏流させることができ、タンブルを発生できる。また吸気の偏流と反対側に底壁側又は天壁側吸気流を生じさせたので、燃料が壁面に付着するのを抑制できる。
【００１２】
さらににまた請求項２の発明によれば、吸気制御弁をエンジンの運転状態に応じて正方向又は逆方向に回動制御するようにしたので、吸気を吸気通路の天壁側又は底壁側に偏らせて流すことができ、１つの吸気制御弁で順方向タンブル，及び逆方向タンブルを発生することができる。
【００１３】
【実施例】
以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて説明する。
図１ないし図６は本発明の第１実施例による４サイクルエンジンの吸気制御装置を説明するための図であり、図１は本実施例エンジンの断面側面図、図２は吸気制御弁回りの断面平面図、図３は吸気制御弁の斜視図、図４はシンリンダヘッドの底面図、図５は吸気制御弁回りの拡大断面側面図、図６はエンジン回転数−スロットル開度−吸気制御弁開度の関係を示す三次元マップ図である。
【００１４】
図において、１は本実施例装置を備えた水冷式４サイクル直列４気筒４バルブエンジンであり、これはクランクケース（図示せず）にシリンダブロック２，シリンダヘッド３を積層してヘッドボルトで締結し、さらにシリンダヘッド３にヘッドカバー４を装着した構造となっている。
【００１５】
上記シリンダブロック２のシリンダライナ２ａ内にはピストン５が摺動自在に挿入され、該ピストン５はコンロッド６でクランク軸（図示せず）に連結されている。また上記シリンダヘッド３のブロック側合面には上記ピストン５の上面とで燃焼室を構成する燃焼凹部３ａが４組凹設されている。該各燃焼凹部３ａには２つの吸気弁開口７ａ，７ａ、２つの排気弁開口８ａ，８ａが形成されており、それぞれ二股状の吸気通路７，排気通路８でシリンダヘッド外壁に導出されている。
【００１６】
上記吸気弁開口７ａ，排気弁開口８ａはそれぞれ吸気弁９，排気弁１０で開閉可能となっており、該各吸気弁９，排気弁１０は弁ばね１１で閉方向に付勢され、かつリフタ１２を介して吸気，排気カム軸１３，１４で開方向に駆動される。
【００１７】
上記吸気通路７の接続開口７ｂにはキャブジョイント１５を介して気化器１６が接続されている。この気化器１６は、スロットル弁１７の開度に応じてピストン弁１６ａが上下移動してベンチュリ径を変化させ、もって該ベンチュリ部分の吸気負圧を一定に保つ可変ベンリュリ型のものである。
【００１８】
上記吸気通路７は、カム軸方向に見ると（図１参照）、上記吸気弁開口７ａの直上流部分においてシリンダヘッド後壁側に屈曲し、そのまま略直線状に伸びていく。またこの吸気通路７は、気筒軸方向に見ると（図２参照）、２つの分岐通路７ｅ，７ｅを上記屈曲部の少し上流側において１つにに合流した構造となっている。
【００１９】
そして上記吸気通路７の上記屈曲部に本発明の特徴をなす吸気制御弁１８が配設されている。この吸気制御弁１８は、円形棒体に弁部を切削加工によって一体形成した構造のものであり、横断面円形の回転軸部１８ａと翼形の弁部（弁板）１８ｂとを有している。上記回転軸部１８ａは、上記各分岐通路７ｅの左，右側壁７ｂ及び中央の仕切壁７ｃをカム軸方向に貫通するように直線状に形成された弁穴７ｄ内に挿通され、回転可能に支持されている。またこの回転軸部１８ａの回転軸線ａは上記吸気通路７の軸線ｃと直交している。
【００２０】
上記弁部１８ｂは、吸気通路７の各分岐通路７ｅの通路面積を変化させるためのものであり、全開状態においてその図心ｂが底壁側にｒだけ偏位するように配置されている。また上記各弁部１８ｂには吸気弁９との干渉を回避するための切り欠き１８ｃが形成されている。これにより上記弁部１８ｂは、上記回転軸部１８ａを上記回転軸線ａ回りに回転させると、上記吸気通路の軸線ｃに略沿った全開位置（図５に二点鎖線で示す）と、各分岐通路７ｅの底壁側部分を絞り込む全閉位置（図５に実線で示す）との間で回転移動する。
【００２１】
次に本実施例の作用効果について説明する。
本実施例装置の吸気制御弁１８は、図６の制御マップに示すように、スロットル開度，及びエンジン回転数に応じた開度に制御される。即ち、吸気制御弁１８の弁部１８ｂの開度は、スロットル全閉，アイドル回転数の運転状態では、図５に実線で示す最小開度（図６の開度ｃ１）に制御される。これにより吸気は各分岐通路７ｅの天壁７ｇ側に偏って流れ、その結果図５に実線の矢印で示すように、燃焼室中心側から気筒軸方向に流れる順方向タンブルが発生する。なおこの場合、弁部１８ｂは底壁７ｆ側を完全に閉塞することはなく、若干の隙間があいている。そのため図５に破線で示すように若干の吸気がこの底壁７ｆ側を通って流れる。この底壁側吸気流により、底壁部分に燃料が付着するのを抑制でき、壁面流による空燃比の変動を回避できる。
【００２２】
そして例えば加速時のようにスロットル開度が大きくなるにつれて、またエンジン回転数が高くなるにつれて、上記吸気制御弁１８はその弁部１８ｂの開度が大きくなるように制御され、図５に二点鎖線で示す最大開度（図６の開度ｃ２）まで時計回りに回転する。またこの最大開度から減速する場合のようにスロットル開度，エンジン回転数が小さくなると二点鎖線の開度から実線の開度に反時計回りに回転する。
【００２３】
このように本実施例では、吸気制御弁１８を、円形棒状の回転軸部１８ａと、翼形状で回転軸部１８ａの軸方向投影面内に納まる大きさの弁部１８ｂとで構成したので、該吸気制御弁１８の吸気通路への組付にあたっては、該吸気制御弁１８を弁穴７ｄ内に挿入するだけでよく、従来のような吸気通路内では駆動軸と弁板とのボルト締め作業は不要であり、部品点数を削減できるとともに、組立を容易に行うことができる。
【００２４】
また弁部１８ｂを回転軸線ａから半径ｒだけ底壁側に偏心させたので、該吸気制御弁１８を回動させることにより各分岐通路７ｅの底壁側を絞って吸気を天壁側に偏らせて流すことができ、吸気を燃焼室中心側から縦方向に導入して順方向のタンブルを発生させることができる。またこの場合、吸気の一部が底壁側に沿って流れるので、燃料が底壁表面に付着するのを防止でき、壁面流による空燃比の変動を回避できる。
【００２５】
図７，図８は請求項２の発明に係る第２実施例を説明するための図であり、図中、図５と同一符号は同一又は相当部分を示す。
【００２６】
本第２実施例では、吸気制御弁２８は、その全開状態で弁部２８ｂの図心が回転軸部２８ａの回転軸線ａからｒだけ天壁７ｇ側に偏心するように構成されている。従って本実施例でも、吸気制御弁２８を回動させることにより、各分岐通路７ｅの通路面積を変化させて吸気を偏流させることができ、気筒内でタンブルを発生させることができる。
【００２７】
そして本実施例では、スロットル開度，エンジン回転数が大きい高吸入空気量運転域では、第１実施例と同様に、弁部２８ｂを図７に二点鎖線で示す全開位置に位置させるが、この全開状態から低吸入空気量になった場合は、その運転状態に応じて、実線で示す逆最小開度位置（逆タンブル位置）に、又は破線で示す順最小開度位置（順タンブル位置）に回動させる。上記逆タンブル位置に位置させた場合は、実線の矢印で示すように逆方向のタンブルが発生し、上記順タンブル位置に位置させた場合は、破線の矢印で示すように順方向のタンブルが発生する。
【００２８】
ここで上記吸気制御弁２８の回動方向については、エンジン運転状態に応じて適宜使い分けることとなるが、例えば図８にフローチャートで示す例が採用できる。図８において、プログラムがスタートすると、エンジンの運転状態を示す検出値、例えばスロットル弁開度，スロットル弁開速度，エンジン回転数等が読み込まれ、例えばスロットル弁開速度からエンジン運転状態が過渡運転域（例えば急加速状態，急減速状態等）か否かが判定され、過渡域でない場合は、内蔵する定常運転域用マップから吸気制御弁開度が読み出され、該開度に吸気制御弁の開度が制御される（ステップＳ１〜Ｓ４）。
【００２９】
一方、過渡運転域であると判定された場合は、例えば上記スロットル弁開速度の正負から加速状態か又は減速状態かが判定され（ステップＳ５）、加速状態の場合は、内蔵する過渡運転域用マップから吸気制御弁開度が読み出され、該開度になるように吸気制御弁２８が、上記全開位置と順タンブル位置との間で順方向（矢印Ａ方向）に回動制御される（ステップＳ６，Ｓ７）。また減速状態の場合は、読み出された開度になるように、上記全開位置と逆タンブル位置との間で逆方向（矢印Ｂ方向）に回動制御される（ステップＳ８，Ｓ９）。
【００３０】
このような開度制御を行った場合、弁部２８ｂは、エンジン始動時のアイドリング状態では図７に破線で示す順タンブル位置に位置し、これにより吸気が天壁７ｇ側に偏って流れ、燃焼室の中心側から気筒内に流入し、同図に破線の矢印で示すように順タンブルが発生する。この状態から加速すると、弁部２８ｂは矢印Ａ方向時計回りに回動してその開度が増加し、スロットル開度，エンジン回転数によっては同図に二点鎖線で示す全開状態となる。またこの全開状態から徐々に速度を落とすと、上記弁部２８ｂは順タンブル位置（破線で示す位置）側に矢印Ａ方向反時計回りに回動する。
【００３１】
また、上記全開状態から急減速した場合は、弁部２８ｂは同図に実線で示す逆タンブル位置側に矢印Ｂ方向時計回りに回動してその開度が減少し、これにより逆タンブルが発生する。なお、この急減速時には燃料カットを行っても良い。また上記急減速状態から再び加速する場合は、吸気制御弁２８は上記全開状態に矢印Ｂ方向反時計回りに回動し、その開度が増加する。
【００３２】
このように本第２実施例によれば、第１実施例と同様に吸気制御弁２８の部品点数を削減でき、組付作業を容易化できる効果があり、また吸気を偏らせて流すことによりタンブルを発生させることができる。
【００３３】
そして本実施例では、弁部２８ｂを回転軸線ａから天壁７ｇ側に偏心させるとともに、エンジンの運転状態に応じて、弁部２８ｂを全開位置と順タンブル位置との間で正方向（矢印Ａ方向）に、又は全開位置と逆タンブル位置との間で逆方向（矢印Ｂ方向）に回動させるようにしたので、１つの吸気制御弁２８によって順タンブル及び逆タンブルの何れでも発生させることができる。
【００３４】
また加速時には順タンブル位置と全開位置との間で弁部２８ｂを順方向（矢印Ａ方向）に回動させるようにしたので、点火プラグ近傍を通って流れる順タンブルが発生し、燃焼速度が速くなることから点火時期を遅らせることができ、ノッキングの発生を抑制でき、ＮＯｘの発生量を軽減できる。
【００３５】
また減速時には逆タンブル位置と全開位置との間で弁部２８ｂを逆方向（矢印Ｂ方向）に回動させ、逆タンブルを発生させるようにしたので、燃料の吹き抜けを抑制できる。
【００３６】
なお上記実施例では、吸気制御弁を加速時には順方向に、減速時には逆方向に回動させるようにしたが、本発明の回動方向はこれと逆に設定してもよい。
【００３７】
また上記実施例では、吸気制御弁が、棒体を切削加工することにより回転軸部と弁部とを一体形成した構造のものである場合を説明したが、本発明の吸気制御弁には、回転軸部と弁部とを鋳造によって一体化したもの、あるいは溶接，ろー付けによって一体化したもの、あるいはボルト締めによって組み立てたもの等、各種の構造が採用できる。
【００３８】
また上記実施例では、気化器を備えたエンジンの場合を説明したが、本発明は燃料噴射弁を備えたエンジンにも勿論適用できる。この場合、例えば図９に示すように、燃料噴射位置を逆タンブル位置に位置する弁部２８ｂの上流側面に向かうように設定することもできる。このようにした場合は、逆タンブル流に燃料を集中させることにより、高燃料濃度の流れと略空気だけの流れとに成層化することができ、希薄空燃比燃焼の安定化に有効である。なお、この場合、順タンブル流に燃料を集中させるようにしても良く、また燃料噴射弁を天壁側に配設してもよい。
【００３９】
【発明の効果】
以上のように本発明に係るエンジンの吸気制御装置によれば、吸気制御弁を円形断面の回転軸部と板状の弁部とで構成し、弁部を回転軸部の回転軸線から偏心させたので、吸気制御弁の吸気通路への組付を容易化でき、かつタンブルを確実に発生させることができる効果がある。また吸気の偏流と反対側に底壁側又は天壁側吸気流を生じさせたので、燃料が壁面に付着するのを抑制できる。
【００４０】また請求項２の発明によれば、弁部の回動方向をエンジン運転状態に応じて、全開位置と順タンブル位置との間で回動する順方向と、全開位置と逆タンブル位置との間で回動する逆方向との何れかに選択して制御するようにしたので、１つの吸気制御弁によって順タンブルと逆タンブルとの何れでも発生できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例による吸気制御装置を備えたエンジンの断面側面図である。
【図２】上記第１実施例エンジンの吸気制御弁部分の断面平面図である。
【図３】上記第１実施例装置の吸気制御弁の斜視図である。
【図４】上記第１実施例エンジンのシリンダヘッドの底面図である。
【図５】上記第１実施例装置の吸気制御弁回りを示す拡大断面側面図である。
【図６】上記第１実施例装置の制御マップ図である。
【図７】本発明の第２実施例による吸気制御装置の吸気制御弁回りを示す拡大断面側面図である。
【図８】上記第２実施例装置の動作を説明するためのフローチャート図である。
【図９】上記第２実施例装置の変形例を示す断面側面図である。
【符号の説明】
１  エンジン
７  吸気通路
７ｇ  天壁
１８，２８  吸気制御弁
１８ａ，２８ａ  回転軸部
１８ｂ，２８ｂ  弁部（弁板）
ａ  回転軸線
【図１】
0003558658.tif 000002
【図２】
0003558658.tif 000003
【図３】
0003558658.tif 000004
【図４】
0003558658.tif 000005
【図５】
0003558658.tif 000006
【図６】
0003558658.tif 000007
【図７】
0003558658.tif 000008
【図８】
0003558658.tif 000009
【図９】
0003558658.tif 000010