(57)【要約】【課題】燃焼室内のタンブル流の強化を図る制御弁の作動領域を拡大することにより燃焼室内のガス流動の制御性を向上可能な内燃機関の吸気装置を提供する。【解決手段】吸気装置は、制御弁と、制御弁を回転駆動するアクチュエータと、制御弁の下流側の吸気通路内に連通する副室と、副室内に配置されアクチュエータの回転駆動に伴って回転するモーメント調整用弁と、を備え、制御弁の下流側に負圧が生じる場合に、制御弁に対して第１の回転モーメントが作用するとともに、副室内に負圧が導入され、モーメント調整用弁は、副室内に導入される負圧により、第１の回転モーメントとは逆向きの第２の回転モーメントを制御弁に対して作用させる。【選択図】図７
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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た制御弁と、
前記制御弁を回転駆動するアクチュエータと、
前記制御弁の下流側の吸気通路内に連通する副室と、
前記副室内に配置され前記アクチュエータの回転駆動に伴って回転するモーメント調整用弁と、を備え、
前記制御弁の下流側に負圧が生じる場合に、前記制御弁に対して第１の回転モーメントが作用するとともに、前記副室内に負圧が導入され、
前記モーメント調整用弁は、前記副室内に導入される負圧により、前記第１の回転モーメントとは逆向きの第２の回転モーメントを前記制御弁に対して作用させる、内燃機関の吸気装置。
【請求項２】
前記副室は、前記モーメント調整用弁により第１の領域及び第２の領域に区分され、
前記第１の領域及び前記第２の領域のうち、前記制御弁が前記吸気通路の流路断面積を大きくするように回転する際の前記モーメント調整用弁の回転方向の前方側に位置する前記第１の領域に前記負圧が導入される、請求項１に記載の内燃機関の吸気装置。
【請求項３】
前記モーメント調整用弁が片持ち式の弁であり、前記モーメント調整用弁の回転軸の軸方向に沿う弁の幅よりも交差方向に沿う弁の長さが長い、請求項１又は２に記載の内燃機関の吸気装置。
【請求項４】
前記副室は、負圧導入通路を介して前記制御弁の下流側の前記吸気通路に連通する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の内燃機関の吸気装置。
【請求項５】
前記制御弁及び前記モーメント調整用弁は共通の回転軸に固定される、請求項１〜４のいずれか１項に記載の内燃機関の吸気装置。
【請求項６】
前記制御弁が固定された第１の回転軸が、ギヤを介して前記モーメント調整用弁が固定された第２の回転軸に接続される、請求項１〜４のいずれか１項に記載の内燃機関の吸気装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の吸気装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、燃焼室内のガス流動を制御するため、燃焼室に接続する吸気通路の内部を第１通路と第２通路に区画する隔壁と、第１通路を開閉可能な制御弁とを備えた内燃機関の吸気装置が知られている。例えば、特許文献１に記載の吸気装置は、燃焼室内に発生するタンブル流を強化するため、第１通路を閉じる方向に制御弁を作動させることで、気体が第２通路を通過して燃焼室内に吸入されるように整流する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−３０９２７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記の内燃機関の吸気装置は、主として吸気量が少ない内燃機関の運転状態において燃焼室内でのガス流動を強化するように制御される。これにより燃焼効率が向上し、燃料消費量の低減及び排気エミッションの低減を図ることができる。上記の制御弁は、第１通路を開閉可能な弁が固定された回転軸と、回転軸を回転駆動する電動モータ等のアクチュエータとを備えて構成され、回転軸を回転させることにより制御弁の開閉動作が行われる。
【０００５】
ここで、制御弁により第１通路が閉じられた状態において、制御弁の上流側と下流側との差圧（以下、この差圧を「前後差圧」ともいう。）が発生する。具体的に、第１通路が閉じられた状態では、制御弁の下流側に発生する負圧は、制御弁の上流側に発生する負圧よりも大きくなる。このため、第１通路が閉じられた状態では制御弁を閉じる方向へのモーメントが発生する。第１通路を開く際に、制御弁を回転駆動するアクチュエータは、前後差圧によるモーメントを上回るトルクを生成しなければならない。
【０００６】
上記の前後差圧は、吸気量が多いほど大きくなる。つまり、吸気量が多いほど制御弁を閉じる方向へのモーメントが大きくなる。このため、制御弁により第１通路を閉じる作動領域は、アクチュエータにより出力可能なトルク量によって制限される。内燃機関の吸気装置において、タンブル流の強化は主として吸気量の少ない状態で行われるが、吸気量が多い領域へと制御弁の作動領域を拡大することができれば、燃料消費量あるいは排気エミッションにとってより優位になる。
【０００７】
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、燃焼室内のタンブル流の強化を図る制御弁の作動領域を拡大することにより燃焼室内のガス流動の制御性を向上することが可能な、新規かつ改良された内燃機関の吸気装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、内燃機関の吸気通路に設けられた制御弁と、制御弁を回転駆動するアクチュエータと、制御弁の下流側の吸気通路内に連通する副室と、副室内に配置されアクチュエータの回転駆動に伴って回転するモーメント調整用弁と、を備え、制御弁の下流側に負圧が生じる場合に、制御弁に対して第１の回転モーメントが作用するとともに、副室内に負圧が導入され、モーメント調整用弁は、副室内に導入される負圧により、第１の回転モーメントとは逆向きの第２の回転モーメントを制御弁に対して作用させる、内燃機関の吸気装置が提供される。
【０００９】
副室は、モーメント調整用弁により第１の領域及び第２の領域に区分され、第１の領域及び第２の領域のうち、制御弁が吸気通路の流路断面積を大きくするように回転する際のモーメント調整用弁の回転方向の前方側に位置する第１の領域に負圧が導入されてもよい。
【００１０】
モーメント調整用弁が片持ち式の弁であり、モーメント調整用弁の回転軸の軸方向に沿う弁の幅よりも交差方向に沿う弁の長さが長くてもよい。
【００１１】
副室は、負圧導入通路を介して制御弁の下流側の吸気通路に連通してもよい。
【００１２】
制御弁及びモーメント調整用弁は共通の回転軸に固定されてもよい。
【００１３】
制御弁が固定された第１の回転軸が、ギヤを介してモーメント調整用弁が固定された第２の回転軸に接続されてもよい。
【発明の効果】
【００１４】
以上説明したように本発明によれば、燃焼室内のタンブル流の強化を図る制御弁の作動領域を拡大することにより燃焼室内のガス流動の制御性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施の形態に係るエンジンの概略構成を示す断面図である。
【図２】同実施形態に係るエンジンの吸気行程を示す断面図である。
【図３】モーメント低減機構を備えていない比較例の吸気通路を示す説明図である。
【図４】比較例における吸気流量と回転モーメントとの関係を示す説明図である。
【図５】本実施形態に係るエンジンの吸気装置の構成例を示す模式図である。
【図６】同実施形態に係るエンジンの吸気装置の構成例を示す模式図である。
【図７】同実施形態に係るエンジンの吸気装置の構成例を示す模式図である。
【図８】本実施形態に係るエンジンにおける吸気流量と回転モーメントとの関係を示す説明図である。
【図９】参考例のモーメント調整用弁を示す模式図である。
【図１０】本実施形態によるＴＧＶを作動可能なエンジンの運転領域を示す説明図である。
【図１１】第１の変形例に係るエンジンの吸気装置の構成例を示す模式図である。
【図１２】第２の変形例に係るエンジンの吸気装置の構成例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。
【００１７】
＜内燃機関の全体構成＞
まず、図１を参照して、本発明の実施の形態に係る内燃機関（以下、「エンジン」ともいう。）の全体構成の一例について説明する。図１は、本実施形態に係る吸気装置２を適用可能なエンジン１における１つの気筒の断面を示す。
【００１８】
エンジン１は、いわゆる４ストロークの火花点火式ガソリンエンジンであり、自動車に搭載され、自動車の動力源として機能する。エンジン１は、シリンダブロック２０、シリンダヘッド３０、バルブユニット６０、吸気バルブ１５、排気バルブ１７、点火プラグ１３及びピストン１１を有している。
【００１９】
シリンダブロック２０には、略円筒状のシリンダボア２１が形成されている。シリンダブロック２０には、シリンダヘッド３０が設置されている。また、シリンダブロック２０には、クランクケース２３がシリンダブロック２０と一体に設けられている。クランクケース２３の内部には、クランク室が形成されている。クランク室には、クランクシャフト２５が回転自在に収容されている。
【００２０】
シリンダボア２１には、ピストン１１が摺動自在に収容されている。シリンダヘッド３０、シリンダボア２１及びピストン１１により区画された空間が燃焼室５として機能する。シリンダヘッド３０の側における燃焼室５の形状は、いわゆるペントルーフ型である。コンロッド１９の小端部は、ピンを介してピストン１１に支持されている。コンロッド１９の大端部は、クランクシャフト２５に回転自在に支持されている。ピストン１１は、コンロッド１９を介してクランクシャフト２５に連結されている。
【００２１】
シリンダヘッド３０には、吸気ポート３１及び排気ポート３３が形成されている。両ポート３１，３３は管状であり、それぞれ２つに分岐して燃焼室５に接続する。シリンダヘッド３０には、２つの吸気バルブ１５と２つの排気バルブ１７が設置されている。吸気カムシャフト４２は、２つの吸気バルブ１５が並ぶ方向に、クランクシャフト２５と略平行に延びる。排気カムシャフト４６は、２つの排気バルブ１７が並ぶ方向に、クランクシャフト２５と略平行に延びる。
【００２２】
各吸気バルブ１５の一端は、燃焼室５の内部であって吸気ポート３１（の分岐）が燃焼室５へ開口する部位又はその近傍に位置する。各吸気バルブ１５の他端には、吸気カム４１が当接している。吸気カム４１は吸気カムシャフト４２により回転駆動される。吸気カム４１が回転することで、吸気バルブ１５が往復移動する。これにより、吸気バルブ１５は、吸気ポート３１（の分岐）と燃焼室５との間を開閉する。同様に、排気カム４５が排気カムシャフト４６により回転駆動されることで、排気バルブ１７が往復移動する。これにより、排気バルブ１７は、排気ポート３３（の分岐）と燃焼室５との間を開閉する。
【００２３】
シリンダヘッド３０には、点火プラグ１３が設置されている。点火プラグ１３の先端は、シリンダボア２１の軸心に略重なる位置であって吸気ポート３１と排気ポート３３に囲まれた位置で、燃焼室５の内部に突出する。
【００２４】
エンジン１の吸気行程では、吸気バルブ１５が開くとともに燃焼室５の体積が増加することで、空気と燃料との混合気が、吸気ポート３１を介して燃焼室５に流入する。吸気ポート３１は、吸気通路５１として機能する。吸気行程後の圧縮行程で、燃焼室５の混合気が圧縮される。点火プラグ１３が所定のタイミングで火花を発生すると、混合気が点火されて燃焼する。これにより燃焼室５の体積が増加する（燃焼行程）。その後、排気バルブ１７が開くとともに燃焼室５の体積が減少することで、燃焼後の混合気が、排気ポート３３を介して燃焼室５から流出する（排気行程）。排気ポート３３は、排気管３９として機能する。このように、燃焼によりピストン１１が往復運動を行う。往復運動は、コンロッド１９を介してクランクシャフト２５の回転運動に変換される。
【００２５】
＜吸気装置の基本構成＞
図１に示すように、吸気ポート３１の燃焼室５側とは反対側の開口部には、バルブユニット６０が設置されている。バルブユニット６０は、通路部材６１とＴＧＶ（Tumble  Generation  Valve）７１を有している。本実施形態において、ＴＧＶ７１は、制御弁として機能する。通路部材６１の内部には、通路６３が形成されている。通路６３は、吸気ポート３１と接続しており、吸気通路５１として機能する。ＴＧＶ７１は、通路６３に設置されている。ＴＧＶ７１は、いわゆるバタフライバルブであり、板状の部材（弁体）が回転軸７３の周りに回転することで通路６３の開度を調整する。回転軸７３は、図示しない電動モータにより回転駆動される。
【００２６】
バルブユニット６０には、図示しないインテークマニホールドが取り付けられている。インテークマニホールドの内部の通路は、通路部材６１の通路６３と接続しており、吸気通路５１として機能する。インテークマニホールドには図示しないスロットルボディが設置されており、インテークマニホールドの通路の開度はスロットル弁により調整される。
【００２７】
吸気通路５１には、隔壁７９が設置されている。吸気通路５１及び隔壁７９は、エンジン１の吸気装置２として機能する。隔壁７９は、金属材料から形成されており、板状である。隔壁７９は、バルブユニット６０の通路６３の内部を通路６３の軸方向（長手方向）に延び、途中折れ曲がった後、吸気ポート３１の内部を吸気ポート３１の軸方向（長手方向）に延びている。つまり、隔壁７９は、吸気の流れ方向に沿って延びている。
【００２８】
吸気通路５１（具体的にはＴＧＶ７１及び隔壁７９が設けられる箇所）を径方向に切った断面は、例えば略矩形状である。本実施形態において、隔壁７９は、吸気通路５１におけるシリンダブロック２０の側の面に対し略平行に延びている。隔壁７９は、吸気通路５１を第１通路３１ａと第２通路３１ｂに区画している。吸気通路５１の内部において吸気カムシャフト４２の側に第１通路３１ａがあり、シリンダブロック２０の側に第２通路３１ｂがある。
【００２９】
隔壁７９は、吸気通路５１の径方向において吸気通路５１の軸心よりもシリンダブロック２０の側に偏った位置にある。第１通路３１ａの流路断面積（径方向における断面積）は、第２通路３１ｂの流路断面積よりも大きい。ＴＧＶ７１は、隔壁７９よりも上流側の吸気通路５１にあり、第１通路３１ａを開閉することが可能である。
【００３０】
＜吸気装置の作用＞
次に、図２を参照して、吸気装置２の作用を説明する。図２は、図１におけるエンジン１の一部分を拡大した図である。図２において、吸気行程における吸気（主流）の流れを二点鎖線の矢印３で示す。
【００３１】
吸気行程で、吸気は吸気通路５１を通って燃焼室５に吸入される。燃焼室５に流入した吸気は、シリンダボア２１に沿ってピストン１１の頂面に向かった後、この頂面に沿ってシリンダヘッド３０の側へ流れる。これにより、吸気が燃焼室５の内部で縦渦流（タンブル流）を形成する。例えば、エンジン１の負荷が小さく吸気量が少量のとき、ＴＧＶ７１により第１通路３１ａの流路断面積を絞ることで、吸気を第２通路３１ｂの側を通過させる。ＴＧＶ７１の開度が最小となり、ＴＧＶ７１の弁体によって第１通路３１ａが閉じられると、吸気通路５１に導かれた吸気のほとんどは、第２通路３１ｂを通って燃焼室５へ向かう。このように、吸気が通過する流路が狭まり、吸気通路５１の流路断面積が小さくなることで、吸気の流速が高められる。
【００３２】
この流速が高まった吸気（混合気）が燃焼室５に流入することで、タンブル流が強められる。圧縮行程でピストン１１が上死点付近までストロークすると、タンブル流が崩壊して小さな乱流渦が複数生成し、点火直前の燃焼室５の内部における吸気の流速変動（ガス流の乱れ強さ）が大きくなる。この状態で点火プラグ１３により混合気に点火されることで、希薄燃焼時にも燃料の急速燃焼が実現され、燃費改善や燃焼安定性の向上が可能になる。このように、ＴＧＶ７１は、第１通路３１ａを開閉することで、タンブル流を強化するための制御弁として機能する。なお、ピストン１１の頂面は、ガス流動の強化や成層燃焼等に適した形状であってよい。
【００３３】
＜モーメント低減機構＞
次に、本実施形態に係る吸気装置２に備えられたモーメント低減機構について説明する。
【００３４】
まず、吸気装置がモーメント低減機構を備えていない場合の課題を詳述する。図３は、ＴＧＶ７１を備えた吸気通路５１を示す説明図である。図３において、ＴＧＶ７１は、隔壁７９により区画された第１通路３１ａを閉じている。
【００３５】
ＴＧＶ７１が第１通路３１ａを閉じた状態にある場合、ＴＧＶ７１によって吸気通路５１の流路断面積が小さくされて吸気が第２通路３１ｂを通過する際に、ＴＧＶ７１の上流側には相対的に小さい負圧が発生する一方、ＴＧＶ７１の下流側には相対的に大きい負圧が発生する。この前後差圧により、ＴＧＶ７１には、ＴＧＶ７１が第１通路３１ａを閉じる方向への第１の回転モーメントＭ１が作用する。つまり、ＴＧＶ７１を回転駆動する電動モータには、ＴＧＶ７１を回転させて第１通路３１ａを開く際に、少なくとも前後差圧による第１の回転モーメントＭ１を上回るトルクを出力することが求められる。
【００３６】
図４は、吸気流量Ｆ＿ａｉｒと前後差圧により発生する第１の回転モーメントＭ１との関係を示している。吸気の流れにより発生する前後差圧は、吸気流量Ｆ＿ａｉｒの増大に伴って比例的に増大する。つまり、ＴＧＶ７１に作用する第１の回転モーメントＭ１は、吸気流量の増大に伴って比例的に増大する。この前後差圧による第１の回転モーメントＭ１が、電動モータにより出力可能な最大トルクmax_Trq_mtrを超えると、電動モータにより、第１通路３１ａを開く方向へとＴＧＶ７１を回転駆動させることができない。このため、ＴＧＶ７１により第１通路３１ａを閉じる運転領域は、第１の回転モーメントＭ１が電動モータの最大トルクmax_Trq_mtr以下となる吸気流量Ｆ＿ａｉｒ＿Ａでの運転領域に制限される。
【００３７】
なお、本明細書において、ＴＧＶ７１を作動させることは、ＴＧＶ７１により第１通路３１ａを閉じることを意味する。また、ＴＧＶ７１を作動可能なエンジン１の運転領域を、ＴＧＶの作動領域ともいう。
【００３８】
前後差圧によりＴＧＶ７１に作用する回転モーメントＭを小さくすることができれば、同じ出力の電動モータを用いつつ、ＴＧＶ７１の作動領域を、吸気流量Ｆａｉｒ＿Ａが増える方向に拡大することができる。その結果、ＴＧＶ７１を作動可能なエンジン１の運転領域が拡大し、燃料消費量の低減や排気エミッションの低減にとってさらに有利となる。このような課題を踏まえ、本実施形態に係る吸気装置２は、各吸気通路５１に設けられたＴＧＶ７１に対して、ＴＧＶ７１の前後差圧によりＴＧＶ７１に作用する回転モーメントＭを低減するモーメント低減機構を備えている。
【００３９】
図５〜図７を参照して、４気筒のエンジン１の吸気装置２に備えられたモーメント低減機構の構成例を説明する。図５は、４気筒のエンジンの吸気系を示す模式図である。図６は、モーメント低減機構の構成例を示す模式図であり、４つの燃焼室５ａ〜５ｄに接続された４つの吸気通路５１ａ〜５１ｄを軸方向沿って見た状態を表している。図７は、図６のＩ−Ｉ断面及びＩＩ−ＩＩ断面を並べて示した模式図である。図７では、理解を容易にするために、ＴＧＶ７１ａが取り付けられた回転軸７３と、モーメント調整用弁８１が取り付けられた回転軸７３とが分けて示されている。
【００４０】
図５及び図６に示したように、吸気装置２は、４つの燃焼室５ａ〜５ｄに連通する４つの吸気通路５１ａ〜５１ｄに備えられたＴＧＶ７１ａ〜７１ｄ、ＴＧＶ７１ａ〜７１ｄを回転駆動するアクチュエータ７５、ＴＧＶ７１ａ〜７１ｄの下流側の吸気通路５１に連通する副室８３及び副室８３内に配置されたモーメント調整用弁８１を備えている。
【００４１】
各吸気通路５１ａ〜５１ｄに備えられた４つのＴＧＶ７１ａ〜７１ｄは、共通の回転軸７３に固定されている。アクチュエータ７５は、回転軸７３を回転させることにより、４つのＴＧＶ７１ａ〜７１ｄを同時に回転させる。つまり、エンジン１の要求トルクが小さい場合には、すべての燃焼室５ａ〜５ｄに通じる吸気通路５１ａ〜５１ｄの第１通路３１ａがＴＧＶ７１ａ〜７１ｄにより閉じられて、吸気通路５１の流路断面積が小さくされる。アクチュエータ７５としては、例えば電動モータが用いられるが、これ以外にも回転トルクを出力可能なアクチュエータであってもよい。
【００４２】
副室８３は、負圧導入通路８５ａ〜８５ｄを介して、各吸気通路５１ａ〜５１ｄにおけるＴＧＶ７１ａ〜７１ｄの下流側に連通している。つまり、副室８３には、ＴＧＶ７１ａ〜７１ｄが第１通路３１ａを閉じた状態で吸気が流れる際にＴＧＶ７１ａ〜７１ｄの下流側に発生する負圧が導入可能になっている。
【００４３】
副室８３内に配置されたモーメント調整用弁８１は、４つのＴＧＶ７１ａ〜７１ｄが固定された回転軸７３に固定されている。モーメント調整用弁８１は、いわゆるバタフライバルブであり、板状の部材（弁体）が回転軸７３の周りに回転する。回転軸７３は、図示しない電動モータにより回転駆動される。
【００４４】
モーメント調整用弁８１は、副室８３を第１の領域と第２の領域とに区分する。副室８３内に導入される負圧は、モーメント調整用弁８１により区画された２つの領域のうちの第１の領域に導入される。第１の領域は、ＴＧＶ７１ａ〜７１ｄが吸気通路５１ａ〜５１ｄの流路断面積を大きくするように回転する際のモーメント調整用弁８１の回転方向の前方側に位置する。このため、副室８３内に導入される負圧により、モーメント調整用弁８１を第１の領域側に回転させる回転モーメントが生じる。
【００４５】
副室８３内に負圧が導入されることにより生成される回転モーメントの向きは、上記前後差圧によりＴＧＶ７１ａ〜７１ｄに作用する第１の回転モーメントＭ１の向きとは逆向きとなっている。ＴＧＶ７１ａ〜７１ｄとモーメント調整用弁８１とは共通の回転軸７３に固定されているため、回転モーメントは、回転軸７３に作用する第１の回転モーメントＭ１を打ち消す方向に作用する。
【００４６】
具体的に、図７に示したように、副室８３は、モーメント調整用弁８１によって第１の領域Ｓ１と第２の領域Ｓ２とに区分されている。このうちの第１の領域Ｓ１が、負圧導入通路８５ａを介して、ＴＧＶ７１ａの下流側の吸気通路５１ａに連通している。
【００４７】
ＴＧＶ７１ａが第１通路３１ａを閉じた状態で、ＴＧＶ７１ａの上流側及び下流側に生じる負圧の差である前後差圧により、回転軸７３には、ＴＧＶ７１ａが第１通路３１ａを閉じる方向への第１の回転モーメントＭ１が生じる。このとき、ＴＧＶ７１ａの下流側に生じる相対的に大きい負圧は、負圧導入通路８５ａを介して副室８３の第１の領域Ｓ１に導入される。そうすると、モーメント調整用弁８１を第２の領域Ｓ２側から第１の領域Ｓ１側へと回転させる第２の回転モーメントＭ２が生じる。この第２の回転モーメントＭ２の向きは、ＴＧＶ７１ａの前後差圧により生じる第１の回転モーメントＭ１の向きとは逆向きとなっている。したがって、回転軸７３に作用する合計の回転モーメントＭは、回転モーメントＭ２の分だけ低減される。
【００４８】
図８は、本実施形態に係る吸気装置２における吸気流量Ｆ＿ａｉｒと前後差圧により回転軸７３に作用する合計の回転モーメントＭとの関係を示している。本実施形態に係る吸気装置２では、モーメント低減機構により、前後差圧によりＴＧＶ７１ａ〜７１ｄを介して回転軸７３に作用する第１の回転モーメントＭ１とは逆向きの第２の回転モーメントＭ２がモーメント調整用弁８１を介して回転軸７３に作用する。このため、回転軸７３に作用する合計の回転モーメントＭの傾きが、第１の回転モーメントＭ１の傾きよりも小さくなる。したがって、回転軸７３を駆動するアクチュエータ７５の最大トルクmax_Trq_mtrが同じであっても、吸気流量Ｆ＿ａｉｒが増える方向にＴＧＶ７１ａ〜７１ｄの作動領域を拡大することができる。
【００４９】
副室８３に導入される負圧によりモーメント調整用弁８１に作用する第２の回転モーメントＭ２の大きさは、モーメント調整用弁８１の軸回りの回転方向を向く面の面積の大きさを変えることにより調節することができる。かかる面積が大きいほど、負圧の大きさが同じであっても、より大きな第２の回転モーメントＭ２を発生させることができる。
【００５０】
また、図６及び図７に示したように、モーメント調整用弁８１は、いわゆる片持ち式のバタフライバルブであることが好ましい。図９は、モーメント調整用弁８１の幅方向の中央側に回転軸７３が固定された参考例を示している。参考例では、ＴＧＶ７１に作用する第１の回転モーメントＭ１とは逆向きの第２の回転モーメントＭ２が発生するものの、第１の回転モーメントＭ１と同じ向きの回転モーメントＭ３によって、モーメント調整用弁８１を介して回転軸７３に作用する合計の回転モーメントが小さくされる。これに対して、モーメント調整用弁８１が片持ち式のバタフライバルブであれば、モーメント調整用弁８１に対して、第２の回転モーメントＭ２とは逆向きの回転モーメントが生じることを抑制することができ、効率的に第１の回転モーメントＭ１を低減することができる。
【００５１】
また、モーメント調整用弁８１を片持ち式のバタフライバルブとする場合に、モーメント調整用弁８１の回転軸７３に交差する方向に沿う弁の長さが、回転軸７３の軸方向に沿う弁の幅よりも長いことが好ましい。これにより、モーメント調整用弁８１の弁体における回転軸７３からより離れた位置に対しても負圧による回転モーメントを作用させることができる。したがって、同じ大きさの負圧を利用して、より大きな第２の回転モーメントＭ２を発生させることができる。
【００５２】
図１０は、吸気装置２にモーメント低減機構を備えることによりＴＧＶ７１を作動可能なエンジン１の運転領域が拡大することを示す説明図である。図中の領域Ｘは、モーメント低減機構を備えていない場合におけるＴＧＶ７１を作動可能な運転領域を示し、領域Ｙは、モーメント低減機構を備えることによって拡大された運転領域を示す。ＴＧＶ７１を作動可能な吸気流量Ｆ＿ａｉｒの上限が拡大することにより、ＴＧＶ７１を作動可能なエンジン回転数及びエンジントルクの上限がそれぞれ大きくなる。したがって、ＴＧＶ７１を作動可能なエンジン１の運転領域が拡大し、燃料消費率あるいは排気エミッションの低減にとって有利になる。
【００５３】
以上説明したように、本実施形態に係るエンジン１の吸気装置２は、ＴＧＶ７１の下流側の吸気通路５１に発生する比較的大きい負圧を利用して、ＴＧＶ７１の前後差圧によりＴＧＶ７１が固定された回転軸７３に作用する第１の回転モーメントＭ１を低減するモーメント低減機構を備えている。このため、ＴＧＶ７１により第１通路３１ａを閉じる方向に向かって回転軸７３に作用する合計の回転モーメントＭが低減され、ＴＧＶ７１を作動可能な吸気流量Ｆ＿ａｉｒの上限を拡大することができる。これにより、ＴＧＶ７１を作動可能なエンジン１の運転領域が拡大され、燃料消費率あるいは排気エミッションの低減効果を向上させることができる。
【００５４】
また、本実施形態に係るエンジン１の吸気装置２によれば、電子制御部品を用いることなく、ＴＧＶ７１の下流側の吸気通路５１に発生する負圧を利用して回転軸７３に作用する合計の回転モーメントＭを低減することができる。したがって、制御装置による追加の電子制御を要することなく、回転モーメントＭを低減することができる。
【００５５】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例又は修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００５６】
例えば、上記実施形態では、ＴＧＶとモーメント調整用弁とが共通の回転軸に固定されていたが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、ＴＧＶが固定された回転軸とは異なる回転軸にモーメント調整用弁が固定され、２つの回転軸が、ギヤを介して接続されていてもよい。図１１及び図１２は、ＴＧＶ７１が第１の回転軸７３に固定され、モーメント調整用弁８１が第２の回転軸７４に固定された例を示す模式図である。
【００５７】
図１１は、第１の回転軸７３と第２の回転軸７４とが、３つのギヤ９１，９３，９５を介して接続された第１の変形例を示す。第１の変形例では、ＴＧＶ７１の回転方向に対するモーメント調整用弁８１の回転方向が、上記実施形態に係る吸気装置２と同一である（図７を参照。）。このため、副室８３、負圧導入通路８５及びモーメント調整用弁８１の接続構成は、上記実施形態と同様とすることができる。第１の変形例によっても、ＴＧＶ７１の下流側の吸気通路５１に発生する比較的大きい負圧を利用して、ＴＧＶ７１の前後差圧によりＴＧＶ７１が固定された回転軸７３に作用する第１の回転モーメントＭ１を低減することができる。
【００５８】
図１２は、第１の回転軸７３と第２の回転軸７４とが、２つのギヤ９７，９９を介して接続された第２の変形例を示す。第２の変形例では、ＴＧＶ７１の回転方向に対するモーメント調整用弁８１の回転方向が、上記実施形態に係る吸気装置２とは逆になる。このため、上記実施形態では、負圧導入通路８５がモーメント調整用弁８１の上方の空間に接続されていたが、第２の変形例では、負圧導入通路８５がモーメント調整用弁８１の下方の空間に接続されている。第２の変形例によっても、ＴＧＶ７１の下流側の吸気通路５１に発生する比較的大きい負圧を利用して、ＴＧＶ７１の前後差圧によりＴＧＶ７１が固定された回転軸７３に作用する第１の回転モーメントＭ１を低減することができる。
【００５９】
また、ＴＧＶ７１の駆動軸は、吸気通路の壁面に埋め込まれる構成であってもよい。また、上記実施形態では、ＴＧＶ７１を開弁する際にＴＧＶ７１が上流側に回転するが、ＴＧＶが下流側に回転する構成であってもよい。この場合、第１通路を閉じる際にＴＧＶに作用する回転モーメントとは逆向きの回転モーメントがモーメント調整用弁により生成され、アクチュエータの出力トルクを軽減することができる。
【００６０】
また、上記実施形態では、吸気通路の内部にある制御弁は、タンブル流を強化するためのＴＧＶであるとしたが、横渦流（スワール流）を強化するためのスワール制御弁その他の弁であってもよい。また、スロットル弁がＴＧＶやスワール制御弁の機能を兼ね備えてもよい。また、制御弁を構成する部品は、内燃機関の吸気通路に形成されるものであればよく、インテークマニホールドとは別体になっていてもよい。
【００６１】
また、上記実施形態では、４気筒エンジンの４つの燃焼室に連通する４つの吸気通路に対して連通する１つの副室を有していたが、本発明はかかる例に限定されない。モーメント調整用弁を備える副室が、１つ又は２つ等の適宜の数の吸気通路に対して連通していてもよい。また、上記実施形態では、直列４気筒エンジンへの適用例を説明したが、本発明はかかる例に限定されない。エンジンにおける気筒の数及び配置に限らず、本発明を適用することができる。
【００６２】
また、上記実施形態では、内燃機関は４ストローク・エンジンとしたが、２ストローク・エンジンの吸気装置に本発明を適用してもよい。吸気通路において燃料を噴射する位置は、隔壁より上流側であってもよいし、下流側であってもよい。また、燃料を吸気通路に噴射するエンジンに限らず、燃料を燃焼室に直接噴射するエンジンの吸気装置に本発明を適用してもよい。すなわち、吸気通路を通るガスは混合気に限らず空気でもよい。また、燃料としてガソリンや軽油を用いるエンジンだけでなく、天然ガス等を用いるエンジンの吸気装置にも本発明を適用可能である。また、本発明を適用可能な内燃機関は、火花点火式又は圧縮自着火式等の点火様式を問わない。さらに、自動車のエンジンだけでなく、船舶や飛行機のエンジンの吸気装置に本発明を適用可能である。
【符号の説明】
【００６３】
１      エンジン
２      吸気装置
５      燃焼室
１５    吸気バルブ
３１    吸気ポート
３１ａ  第１通路
３１ｂ  第２通路
５１    吸気通路
７１    ＴＧＶ（制御弁）
７３    回転軸（第１の回転軸）
７４    第２の回転軸
７５    アクチュエータ（電動モータ）
７９    隔壁
８１    モーメント調整用弁
８３    副室
８５    負圧導入通路
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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