(57)【要約】【課題】内燃機関の燃焼室に供給する吸気量と燃焼室内のタンブル流とを一つの弁部材で制御しつつアイドリング運転時のタンブル流の発生を抑制する内燃機関の吸気制御装置を提供する。【解決手段】燃焼室１１ａに供給する吸気量を増減するとともに燃焼室１１ａ内のタンブル流Ｔを制御する弁部材１６ａであって内燃機関１０のアイドリング運転時に吸気通路１９を全閉する弁部材１６ａを備え、弁部材１６ａに吸気通路１９を全閉する状態のとき吸気通路１９の上流側と下流側とを連通する貫通孔１８が形成されている。弁部材１６ａに貫通孔１８を形成すると、アイドリング運転時に供給される吸気は、弁部材１６ａと吸気通路１９の内壁との間に生じる隙間を流れる場合に比べて中央よりに流れるので、上述した隙間を流れる場合に比べてアイドリング運転時のタンブル流の発生を抑制できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の燃焼室に吸気を供給する吸気通路を形成する通路部材と、
前記吸気通路内に設けられ前記燃焼室に供給する吸気量を増減するとともに前記燃焼室内のタンブル流を制御する弁部材であって、前記内燃機関のアイドリング運転時に前記吸気通路を全閉する弁部材とを備え、
前記弁部材に前記吸気通路を全閉する状態のとき前記吸気通路の上流側と下流側とを連通する貫通孔が形成されている内燃機関の吸気制御装置。
【請求項２】
前記弁部材は吸気の流れ方向に垂直な回動軸線周りに回動可能に片持ち支持される板状部材である請求項１に記載の内燃機関の吸気制御装置。
【請求項３】
前記貫通孔は前記弁部材において前記回動軸線に垂直な方向の中央近傍に形成されている請求項２に記載の内燃機関の吸気制御装置。
【請求項４】
前記貫通孔は前記回動軸線に平行な方向に互いに離間して複数形成されている請求項２又は３に記載の内燃機関の吸気制御装置。
【請求項５】
前記貫通孔は前記回動軸線に平行に延びる長穴である請求項２又は３に記載の内燃機関の吸気制御装置。
【請求項６】
前記弁部材に設けられ前記貫通孔を開閉する蓋部材であって、前記弁部材が前記吸気通路を全閉すると前記貫通孔を開き、前記弁部材が前記吸気通路を開くと前記貫通孔を閉じる蓋部材を更に備える請求項１〜５のいずれか一項に記載の内燃機関の吸気制御装置。
【請求項７】
前記蓋部材は前記弁部材の上流側と下流側との気圧差を利用して前記貫通孔を開閉する請求項６に記載の内燃機関の吸気制御装置。
【請求項８】
前記貫通孔は前記弁部材が全閉姿勢のとき吸気の流れ方向に平行に延びるように形成されている請求項１〜７のいずれか一項に記載の内燃機関の吸気制御装置。
【請求項９】
前記弁部材は、前記貫通孔を形成する壁面の上流側の開口縁部にテーパ面が形成されている請求項１〜８のいずれか一項に記載の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、内燃機関の燃焼室に供給する吸気量と燃焼室内のタンブル流とを一つの弁部材で制御する内燃機関の吸気制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関の燃焼室に供給する吸気量と燃焼室内のタンブル流とを一つの弁部材で制御する吸気制御装置が公知である（例えば、特許文献１参照。）。
特許文献１に記載の吸気制御装置では、スロットル弁を開くとスロットル弁とスロットルボアの内壁との間に隙間が生じ、その隙間からシリンダに空気が供給される。特許文献１に記載の吸気制御装置によると、スロットル弁の開度が小さい低中負荷のときは通路断面において偏った位置に隙間が生じるので、空気は吸気ポートの一方に偏ってシリンダ内に流入し、それによりシリンダ内にタンブル流が発生する。
【０００３】
しかしながら、特許文献１に記載の吸気制御装置によると、アイドリング運転時にも偏った空気が流入してしまい、シリンダ内にタンブル流が発生してしまうという問題がある。アイドリング運転時にもタンブル流が発生すると燃焼が不必要に促進され、それによる回転数の上昇によって燃費が悪化する。
【０００４】
【特許文献１】特開平８−３１２３５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上述の問題を解決するために創作されたものであって、内燃機関の燃焼室に供給する吸気量と燃焼室内のタンブル流とを一つの弁部材で制御しつつアイドリング運転時のタンブル流の発生を抑制する内燃機関の吸気制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１〜９に記載の発明によると、弁部材はアイドリング運転時に吸気通路を全閉するので、弁部材と吸気通路の内壁との間に隙間は生じない。このためアイドリング運転時は弁部材と吸気通路の内壁との間の隙間を通過した偏った吸気流が燃焼室内に流入することはなく、隙間を通過した偏った吸気流によるタンブル流は発生しない。
ただし、吸気通路を完全に遮断してしまうとアイドリング運転そのものができなくなるので、請求項１〜９に記載の発明では弁部材に吸気通路を全閉する状態のとき吸気通路の上流側と下流側とを連通する貫通孔が形成されている。弁部材に貫通孔を形成すると、アイドリング運転時に供給される吸気は、弁部材と吸気通路の内壁との間に生じる隙間を流れる場合に比べて中央よりに流れるので、上述した隙間を流れる場合に比べてアイドリング運転時のタンブル流の発生を抑制できる。よって請求項１〜９に記載の発明によると、内燃機関の燃焼室に供給する吸気量と燃焼室内のタンブル流とを一つの弁部材で制御しつつアイドリング運転時のタンブル流の発生を抑制できるので、燃費の悪化を防止できる。
ここで本発明においてアイドリング運転とは、変速機の中立状態又はクラッチの切断状態による無負荷状態で弁部材の開度を最小にした運転、および走行中の減速により有負荷状態で弁部材の開度を最小にした運転のいずれをも含む。すなわち、内燃機関が無負荷状態であるか否か、および走行中であるか否かによらず、弁部材の開度を最小にした運転のことをアイドリング運転という。
【０００７】
請求項２に記載の発明によると、弁部材が片持ち支持されるので、弁部材を全閉姿勢から開方向に回動すると吸気通路の通路断面において偏った位置、より具体的には通路断面において回動軸線とは逆側の位置に隙間が生じ、この隙間を通過することによって生じる偏った吸気流によって燃焼室内にタンブル流が発生する。すなわち請求項２に記載の発明によると、弁部材を片持ち支持することにより、燃焼室内にタンブル流を発生させることができる。
【０００８】
請求項３に記載の発明によると、貫通孔を、弁部材において回動軸線に垂直な方向の中央近傍に形成している。貫通孔を回動軸線に垂直な方向の中央近傍に形成すると、中央を境にして当該垂直な方向のいずれか一方の側に吸気流が偏らないので、アイドリング運転時に燃焼室内にタンブル流が発生し難くなる。
【０００９】
請求項４に記載の発明によると、貫通孔を、回動軸線に平行な方向に互いに離間して複数形成している。貫通孔を回動軸線に平行な方向に互いに離間して複数形成すると、貫通孔が広い範囲に分散して吸気流の偏りが小さくなるので、アイドリング運転時に燃焼室内にタンブル流が発生し難くなる。
【００１０】
請求項５に記載の発明によると、貫通孔を、回動軸線に平行に延びる長穴として形成している。貫通孔を回動軸線に平行に延びる長穴として形成すると、燃焼室に流入する吸気流の偏りが小さくなるので、アイドリング運転時に燃焼室内にタンブル流が発生し難くなる。
【００１１】
請求項６に記載の発明によると、弁部材が吸気通路を全閉するときは蓋部材によって貫通孔が開けられ、アイドリング運転のための吸気を供給できる。一方、弁部材が開くときは蓋部材によって貫通孔が閉じられるので、貫通孔を通過した吸気流によってタンブル流が乱されることを防止できる。
【００１２】
請求項７に記載の発明によると、蓋部材は弁部材の上流側と下流側との気圧差を利用して貫通孔を開閉するので、蓋部材を駆動するためのアクチュエータ、あるいはアクチュエータの動力を蓋部材に伝達する伝達系を備える必要がなく、簡素な構成で蓋部材を開閉できる。
【００１３】
請求項８に記載の発明によると、弁部材が全閉姿勢のとき吸気の流れ方向に平行に延びるように貫通孔を形成するので、貫通孔の内壁が吸気流れの抵抗になることを低減でき、アイドル運転時に吸気を円滑に通過させることができる。
【００１４】
請求項９に記載の発明によると、貫通孔を形成する平面の上流側の開口縁部にテーパ面が形成されているので、貫通孔に吸気が円滑に流入する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態を複数の実施例に基づいて説明する。各実施形態において同一の符号が付された構成要素は、その符号が付されたほかの実施形態の構成要素と対応する。尚、以下の説明では「電子制御ユニット」を「ＥＣＵ」と略記する。
【００１６】
（第一実施形態）
図２は、本発明の第一実施形態に係る吸気制御装置が適用される内燃機関のシステム構成を簡略化して示す模式図である。内燃機関は例えば車両や二輪車に搭載されるガソリンエンジン１０（以下「エンジン」と略す）である。
エンジン１０は４つの燃焼室１１ａ〜１１ｄを備える４気筒エンジンである。エンジン１０には各燃焼室１１ａ〜１１ｄに連通する吸気ポート２６ａ〜２６ｄが形成されており、各吸気ポート２６ａ〜２６ｄにはそれぞれ吸気マニホールド１１の分岐吸気管１３ａ〜１３ｄが接続されている。分岐吸気管１３ａ〜１３ｄの内壁は特許請求の範囲に記載の「吸気通路」を形成している。
【００１７】
図示しない吸気口から取り入れられ図示しないエアクリーナで異物が除去された空気（以下「吸気」という）は吸気管１５からサージタンク１２に流入し、サージタンク１２で分岐吸気管１３ａ〜１３ｄに分配され、分配された吸気は吸気ポート２６ａ〜２６ｄから各燃焼室１１ａ〜１１ｄに吸入される。
複数の吸気制御装置１４ａ〜１４ｄは、それぞれ吸気ポート２６ａ〜２６ｄの近傍で分岐吸気管１３ａ〜１３ｄの内周に嵌合されている。各吸気制御装置１４ａ〜１４ｄは吸気通路を開閉する板状の弁部材１６ａ〜１６ｄ（図１参照）を備えている。各弁部材１６ａ〜１６ｄには図示しないモータアクチュエータの回動駆動力が伝達され、ＥＣＵがアクセル開度やその他の車両情報に応じてモータアクチュエータを制御することにより弁部材１６ａ〜１６ｄが開閉する。
【００１８】
吸気制御装置１４ａ〜１４ｄはそれぞれ弁部材１６ａ〜１６ｄが開閉することにより、燃焼室１１ａ〜１１ｄに供給する吸気量と燃焼室１１ａ〜１１ｄ内のタンブル流とを制御する。すなわち、弁部材１６ａ〜１６ｄは吸気量を増減するスロットル弁の機能とタンブル流を制御するタンブル流制御弁の機能とを統合した機能統合弁である。
【００１９】
次に、吸気制御装置１４ａの詳細について説明する。ここでは吸気制御装置１４ａを例に説明するが、吸気制御装置１４ｃ〜１４ｄも同構造である。
図３（Ａ）は、吸気制御装置１４ａの斜視図である。吸気制御装置１４ａは矩形の筒状の通路部材１７ａと、通路部材１７ａの内壁によって形成される吸気通路を開閉する弁部材１６ａとを備える。
【００２０】
通路部材１７ａは外周が分岐吸気管１３ａの内周に嵌合され、吸気通路の一部を形成する。
弁部材１６ａは樹脂などで概ね矩形の板状に形成されており、吸気の流れ方向に垂直な回動軸線Ｐ周りに回動可能に通路部材１７ａに片持ち支持されている。
【００２１】
図３（Ｂ）は、弁部材１６ａのみを示す斜視図である。図示するように弁部材１６ａには回動軸線Ｐに垂直な方向の中央近傍に貫通孔１８が形成されている。第一実施形態では貫通孔１８は複数形成されており、それら複数の貫通孔１８は回動軸線Ｐに平行に互いに離間して形成されている。各貫通孔１８は弁部材１６ａを板厚方向に貫通している。アイドリング運転時における１秒間当たりの望ましい吸気量をＱ［ｍ3／ｓ］、貫通孔１８の開口面積の合計をＲ［ｍ2］、流速をｖ［ｍ／ｓ］（ｖ≦音速）とすると、貫通孔１８の開口面積の合計Ｒは以下の式１により決定される。
Ｑ＝Ｒｖ［ｍ3／ｓ］  ・・・  式１
図４は弁部材１６ａの形状をより詳しく示す図であって、図４（Ａ）は正面図、図４（Ｂ）は上面図、図４（Ｃ）は下面図である。図４（Ｄ）および図４（Ｅ）は互いに異なる方向から見た側面図である。
【００２２】
次に、貫通孔１８の形状について説明する。
図５は、吸気制御装置１４ａが内周に嵌合された状態の分岐吸気管１３ａを示す模式図である。図５において弁部材１６ａは吸気通路１９を全閉する全閉姿勢にある。図示するように通路部材１７ａには段差部２０が形成されており、弁部材１６ａが全閉姿勢になると弁部材１６ａの回動軸線Ｐとは逆側の端部２１が段差部２０に当接し、弁部材１６ａの端部２１と吸気通路１９の内壁との間の隙間が閉塞される。貫通孔１８は弁部材１６ａが全閉姿勢にあるとき吸気の流れ方向に延びるように形成されている。弁部材１６ａが全閉姿勢にあるとき吸気の流れ方向に延びるように貫通孔１８を形成すると、アイドリング運転のための吸気を通過させる際に貫通孔１８の内壁が吸気流れの抵抗になることを低減でき、アイドリング運転のための吸気が円滑に通過する。
【００２３】
また、図示するように貫通孔１８は上流側の開口縁部が面取り加工され、テーパ面２２が形成されている。貫通孔１８の上流側の開口縁部にテーパ面２２を形成すると、吸気をより円滑に貫通孔１８に導入できるので、アイドリング運転時に安定して吸気を供給できる。
【００２４】
次に、吸気制御装置１４ａの作動について説明する。
始めに、弁部材１６ａが開姿勢のときの作動について説明する。
図１（Ｂ）は弁部材１６ａが開姿勢のときの作動を説明するための模式図である。なお、図中では燃料を噴射する燃料噴射弁や排気ポート２３を開閉する排気バルブなどは省略して示している。ここで開姿勢とは、弁部材１６ａを全閉姿勢から開方向Ｘに任意角度回動した姿勢のことをいう。図中のＹ方向は吸気通路１９を閉じる閉方向である。弁部材１６ａは片持ち支持されているので、弁部材１６ａの開度が小さいとき、ＩＩ−ＩＩ線の通路断面において偏った位置に隙間２４が生じ、この隙間２４を通過することによって吸気流に偏りが生じる。この偏った吸気流が燃焼室内に流入することによって燃焼室１１ａ内にタンブル流Ｔが発生し、良好な燃焼が促進される。すなわち、弁部材１６ａが開姿勢のとき、言い換えるとアイドリング運転以外のときは、弁部材１６ａの開度が小さいときに燃焼室内にタンブル流が発生し、良好な燃焼が促進される。吸気量は弁部材１６ａの開度が大きくなるほど増大し、タンブル流Ｔは弁部材１６ａの開度が大きくなるほど小さくなる。
【００２５】
次に、全閉姿勢のときの作動について説明する。
図１（Ａ）は弁部材１６ａが全閉姿勢のときの作動を説明するための模式図である。弁部材１６ａが全閉姿勢になると弁部材１６ａの端部２１と吸気通路１９の内壁との間の隙間２４が閉塞される。従って、弁部材１６ａが全閉姿勢になるアイドリング運転時には隙間２４を通過する吸気流によるタンブル流は発生しない。
【００２６】
弁部材１６ａが全閉姿勢になっても、アイドリング運転に必要な吸気は矢印２５で示すように貫通孔１８を通過して燃焼室１１ａに供給される。前述したように貫通孔１８は回動軸線Ｐに垂直な方向の中央近傍に形成されているので、吸気流は吸気通路１９の中心近傍を通って吸気ポートに到り、吸気バルブ２７で拡散されて広い範囲から燃焼室１１ａ内に流入する。これにより吸気流が燃焼室１１ａ内に偏りなく、あるいは偏りが小さくなって流入するので、アイドリング運転時のタンブル流の発生が抑制される。
【００２７】
また、前述したように第一実施形態では貫通孔１８を回動軸線Ｐに平行な方向に互いに離間して複数形成しているので、貫通孔１８が広い範囲に分散し、燃焼室１１ａに流入する吸気流の偏りがより小さくなる。従って、アイドリング運転時の燃焼室内のタンブル流をより抑制できる。
【００２８】
（第二実施形態）
図６（Ａ）は本発明の第二実施形態に係る吸気制御装置３０の斜視図、図６（Ｂ）は弁部材３１ａのみを示す斜視図である。第二実施形態の貫通孔３２は弁部材３１ａの回動軸線Ｐに平行な長穴として形成されている。貫通孔３２を長穴として形成すると、中央近傍に一つだけ貫通孔を形成する場合に比べて回動軸線Ｐ方向に吸気流がより分散し、偏りをより小さくできるので、アイドリング運転時のタンブル流の発生をより抑制できる。
図７は弁部材３１ａの形状をより詳しく示す図であって、図７（Ａ）は正面図、図７（Ｂ）は上面図、図７（Ｃ）は下面図である。図７（Ｄ）および図７（Ｅ）は互いに異なる方向から見た側面図である。
【００２９】
（第三実施形態）
図８（Ａ）および図８（Ｂ）は、第三実施形態の吸気制御装置が内周に嵌合された状態の分岐吸気管１３ａを示す模式図である。第三実施形態の弁部材４１ａは貫通孔４２を開閉する蓋部材４３を備えている。貫通孔４２は第一実施形態のように複数の貫通孔であってもよいし第二実施形態のように一つの長穴であってもよい。
【００３０】
蓋部材４３は弾性変形可能な板状の部材であり、弁部材４１ａの下流側の壁に固定されている。蓋部材４３は上端４４のみが弁部材４１ａに固定されており、蓋部材４３が下流側に弾性変形することにより貫通孔４２が開く。
前述したようにアイドリング運転時は弁部材４１ａが全閉姿勢になる。吸気工程時は弁部材４１ａを挟んで下流側の気圧が上流側の気圧よりも相対的に低くなるので、蓋部材４３は負圧によって図８（Ａ）に示すように下流側に弾性変形する。従ってアイドリング運転時は気圧差によって貫通孔４２が開き、燃焼室１１ａに吸気が供給される。
【００３１】
一方、アイドリング運転以外のときは図８（Ｂ）に示すように弁部材４１ａが開姿勢になるので、上流側の気圧と下流側の気圧との差が小さくなり、貫通孔４２が閉じられる。これにより、隙間４５を通過した吸気流によって生じたタンブル流が貫通孔４２を通過した吸気流によって乱されることを防止できる。
すなわち第三実施形態によると、アイドリング運転時のタンブル流の発生を抑制しつつ、アイドリング運転以外のときにタンブル流が乱されることを防止できる。
【００３２】
図９は、第三実施形態の吸気制御装置の別の例を示す模式図である。図示するように蓋部材４３を設ける場合も貫通孔４２は吸気の流れ方向に延びるように形成してもよい。
なお、蓋部材の駆動は気圧差以外の方法で行ってもよい。例えば機械的な機構によって弁部材４１ａの回動に連動させることにより、弁部材４１ａが開方向に回動すると閉じ、閉方向に回動すると開く構成としてもよい。
【００３３】
以上説明した本発明の第一〜三実施形態に係る吸気制御装置によると、弁部材に吸気通路１９を全閉する状態のとき吸気通路１９の上流側と下流側とを連通する貫通孔が形成されている。このため、アイドリング運転時に供給される吸気は、弁部材と吸気通路１９の内壁との間に生じる隙間を流れる場合に比べて中央よりに流れるので、上述した隙間を流れる場合に比べてアイドリング運転時のタンブル流の発生を抑制できる。これにより、アイドリング運転時の燃費の悪化を防止できる。
【００３４】
なお、上記複数の実施形態では貫通孔を複数の穴あるいは一つの長穴とし、それらの貫通孔を弁部材の中央近傍に形成する場合を例に説明したが、貫通孔の個数、位置および形状はタンブル流の発生を抑制できる範囲で適宜調整できる。
また、上記複数の実施形態では吸気制御装置が通路部材１７ａを備える場合を例に説明したが、通路部材１７ａを備えず、分岐吸気管１３ａによって弁部材が軸支される構成でもよい。その場合はインテークマニホールドと弁部材とが吸気制御装置に相当する。
【００３５】
また、上記複数の実施例では弁部材を片持ち支持する例を説明したが、弁部材を中央近傍で回動可能に支持するようにしてもよい。その場合は、弁部材が開方向に所定角度回動するまでは弁部材の一方の端部と吸気通路の壁面との間に隙間が生じないように吸気通路の壁面の形状を形成すればよい。
また、本発明は上記複数の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】（Ａ）及び（Ｂ）は本発明の一実施形態に係る吸気制御装置の作動を説明するための模式図。
【図２】本発明の一実施形態に係る内燃機関のシステム構成を示す模式図。
【図３】（Ａ）は本発明の一実施形態に係る吸気制御装置の斜視図、（Ｂ）は吸気制御装置が備える弁部材の斜視図。
【図４】（Ａ）〜（Ｃ）は本発明の一実施形態に係る弁部材の正面図、上面図、下面図、（Ｄ）および（Ｅ）は弁部材の側面図。
【図５】本発明の一実施形態に係る吸気制御装置が嵌合された分岐吸気管の模式図。
【図６】本発明の一実施形態に係る弁部材の模式図。
【図７】（Ａ）〜（Ｃ）は本発明の一実施形態に係る弁部材の正面図、上面図、下面図、（Ｄ）および（Ｅ）は弁部材の側面図。
【図８】（Ａ）および（Ｂ）は本発明の一実施形態に係る吸気制御装置の模式図。
【図９】本発明の一実施形態に係る吸気制御装置の模式図。
【符号の説明】
【００３７】
１０  ガソリンエンジン（内燃機関）、１１ａ〜１１ｄ  燃焼室、１４ａ〜１４ｃ  吸気制御装置、１６ａ〜１６ｄ  弁部材、１７ａ〜１７ｄ  通路部材、１８  貫通孔、１９  吸気通路、２２  テーパ面、３０  吸気制御装置、３１ａ  弁部材、３２  貫通孔、４１ａ  弁部材、４２  貫通孔、４３  蓋部材、Ｐ  回動軸線
【図１】
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【図２】
2008115771.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2008115771.tif 000007
【図６】
2008115771.tif 000008
【図７】
2008115771.tif 000009
【図８】
2008115771.tif 000010
【図９】
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