(57)【要約】【課題】エンジンの回転数あるいは排気量にかかわらず、吸気流量が流量検出手段の保証流量範囲内に設定され、流量検出手段の精度が向上する吸気装置を提供する。【解決手段】エアクリーナ１０の吸気出口１４とエアフロメータ３０との間に設置されている流量制御部４０は、吸気通路２１を閉塞可能な可動堰４１とアクチュエータ４２とから構成されている。可動堰４１はアクチュエータ４２により駆動されることで吸気通路２１を閉塞する面積を変更する。これにより、アイドリング時のように吸気流量が小さな場合、エアフロメータ３０を通過する吸気の流速が高まり、エアフロメータ３０による流量の検出精度が向上する。また、高回転時のように吸気流量が大きな場合、吸気通路２１の断面積が拡大され、圧力損失が低減される。したがって、エアフロメータ３０の流量検出精度を維持するための最低保証流速の確保とエンジンの出力向上とを両立できる。【選択図】　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エアクリーナの吸気出口側に接続され、前記エアクリーナから排出された吸気が流れる吸気通路を形成する吸気ダクトと、
前記吸気ダクトに設置され、前記吸気ダクトを流れる吸気流量を検出する流量検出手段と、
前記流量検出手段の前記エアクリーナ側において、前記吸気通路の断面積を変更可能な通路面積変更手段と、
を備えることを特徴とする吸気装置。
【請求項２】
前記通路面積変更手段は、前記吸気通路内を流れる吸気流量が低下するにしたがって前記吸気通路の断面積を小さくすることを特徴とする請求項１記載の吸気装置。
【請求項３】
前記通路面積変更手段は、前記吸気通路の一部を閉塞して前記吸気通路の断面積を変更する可動堰を有することを特徴とする請求項１または２記載の吸気装置。
【請求項４】
前記通路面積変更手段は、前記可動堰を前記吸気通路の軸と概ね垂直な方向へ往復駆動可能な駆動手段を有することを特徴とする請求項３記載の吸気装置。
【請求項５】
前記可動堰は、前記吸気ダクトにおいて前記流量検出手段と対向する側に設置されていることを特徴とする請求項３または４記載の吸気装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関（以下、内燃機関を「エンジン」という。）の吸気装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば特開平１０−７３４６５号公報に開示されているように、自動車用エンジンが吸入する吸気流量を検出する流量検出手段として熱式流量センサを用いることが知られている。熱式流量センサは、発熱抵抗体が加熱する部分から吸気流れが奪う熱量の変化または加熱された部分の近傍の温度変化を検出し、空気流量を検出している。
流量検出手段は、一般にエアクリーナ出口側の吸気ダクトに設置されており、エアクリーナで異物が除去された吸気の流量を検出する。そのため、流量検出手段の保証流量範囲に合わせて吸気ダクトの内径を設定する必要がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、近年、エンジンにおける燃料消費量の低減の観点からアイドリング時におけるエンジンの回転数の低下が図られている。エンジンの回転数の低下にともなって、流量検出手段を通過する吸気流量が低下する。そのため、流量検出手段の保証流量範囲を低流量域まで拡大する必要があり、低流量域における流量検出手段の精度を確保する必要がある。
【０００４】
低流量域における流量検出手段の精度を確保する方法として、吸気ダクトの内径を縮小し、吸気ダクト内を流れる吸気の流速を高めることが考えられる。しかし、吸気ダクトの内径を縮小すると、吸気ダクトにおける吸気の圧力損失が増大する。その結果、エンジンの出力の低下、ならびに高回転域における吸気流量の不足を招くという問題がある。
また、エンジンの排気量が複数設定されている場合、エンジンの排気量ごとに流量検出手段の保証流量範囲が異なる。そのため、エンジンの排気量ごとに吸気ダクトの内径をそれぞれ設定する必要があり、吸気装置の設計を変更する必要がある。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、エンジンの回転数あるいは排気量にかかわらず、吸気流量が流量検出手段の保証流量範囲内に設定され、流量検出手段の精度が向上する吸気装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１記載の吸気装置によると、通路面積変更手段により吸気通路の断面積が変更される。これにより、吸気流量に合わせて吸気が通過する吸気通路の断面積が変更される。例えば、アイドリング時のようにエンジンの回転数が低いとき、吸気通路の断面積を縮小することにより、吸気の流速は向上する。そのため、流量検出手段の精度が低い低流量域へ保証流量範囲を拡大する必要がない。その結果、エンジンの回転数あるいは排気量にかかわらず、吸気流量を流量検出手段の保証流量範囲内に設定することができる。したがって、流量検出手段の検出精度を向上することができる。
【０００７】
本発明の請求項２記載の吸気装置によると、通路面積変更手段は吸気通路内の吸気流量が低下するにしたがって吸気通路の断面積を小さくする。そのため、例えばエンジンのアイドリング時など回転数が低く吸気流量が小さなときは吸気通路の断面積が小さくなり、回転数が高く吸気流量が大きなときは吸気通路の断面積が大きくなる。また、エンジンの排気量が小さく吸気流量が小さなときは吸気通路の断面積を小さくでき、エンジンの排気量が大きく吸気流量が大きなときは吸気通路の断面積を大きくすることができる。したがって、流量検出手段を通過する吸気の流速の確保とエンジンの出力向上とを両立することができる。
【０００８】
本発明の請求項３記載の吸気装置によると、通路面積変更手段は可動堰を有している。可動堰は吸気通路の一部を閉塞する。そのため、可動堰により吸気通路の断面積を容易に変更することができる。
本発明の請求項４記載の吸気装置によると、通路面積変更手段は可動堰を駆動する駆動手段を有している。そのため、簡単な構造で吸気通路を流れる吸気流量に応じて吸気通路の断面積を容易に変更することができる。
【０００９】
本発明の請求項５記載の吸気装置によると、可動堰は流量検出手段と対向する側に設置されている。そのため、流量検出手段の近傍の吸気の流れに乱れを生じさせることなく、吸気通路の面積を減少させることができる。したがって、流量検出手段の検出精度を向上することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を示す一実施例を図面に基づいて説明する。
本発明の一実施例による吸気装置を図１および図２に示す。
図１に示すように吸気装置１は、エアクリーナ１０、吸気ダクト２０および流量検出手段としてのエアフロメータ３０を備えている。
【００１１】
エアクリーナ１０は、ケース１１およびエレメント１２を有している。エアクリーナ１０には吸気入口１３および吸気出口１４が形成されている。ケース１１はボディ１５とキャップ１６とから構成されており、ボディ１５とキャップ１６とから形成される空間の内部にエレメント１２が収容されている。吸気入口１３はボディ１５に形成され、吸気出口１４はキャップ１６に形成されている。エアクリーナ１０のケース１１および吸気ダクト２０は、軽量化のため樹脂により形成されている。エレメント１２は、吸気に含まれる異物を除去するフィルタであり、ケース１１の内部に固定されている。吸気入口１３からエアクリーナ１０に流入した吸気は、エレメント１２を通過することにより吸気中に含まれる例えばけい砂あるいはアルミナなどの異物が除去された後、吸気出口１４から吸気ダクト２０へ流出する。
【００１２】
エアクリーナ１０の吸気出口１４には、吸気ダクト２０が接続されている。本実施例の場合、エアクリーナ１０のケース１１を構成するキャップ１６と吸気ダクト２０とは樹脂により一体に形成されている。吸気ダクト２０は、図１および図２に示すように筒状に形成されており、内周側に吸気通路２１を形成している。吸気ダクト２０は、図１に示すように一方の端部がエアクリーナ１０の吸気出口１４に接続され、他方の端部が図示しないスロットルバルブに接続されている。
【００１３】
エアフロメータ３０は、吸気ダクト２０を貫いて設置されている。エアフロメータ３０は、図２に示すように回路モジュール３１およびバイパス部材３２から構成されている。回路モジュール３１は吸気ダクト２０の外周部に固定され、回路モジュール３１と結合されているバイパス部材３２が吸気ダクト２０の内部に挿入されている。
回路モジュール３１は回路部３３および流量測定素子部３４を有している。回路部３３には空気温度を測定するサーミスタ３５、ならびに感温素子および発熱素子からなる流量測定素子部３４が接続されている。エアフロメータ３０は、発熱素子に供給する電力ならびに感温素子で検出する温度に基づいて、バイパス流路３６を流れる空気の流量、ならびに吸気通路２１を流れる吸気流量を測定する熱式流量センサである。
【００１４】
バイパス部材３２は、吸気ダクト２０の中心方向へ突出する流量測定管３７と、流量測定管３７と一体に形成されているベンチュリ管３８とを有している。流量測定管３７およびベンチュリ管３８は吸気の流れに平行に配置されている。ベンチュリ管３８は流量測定管３７の底部に位置し、ベンチュリ管３８から回路モジュール３１に向かって隔壁３９が伸びている。この隔壁３９により、バイパス部材３２内に逆Ｕ字形状のバイパス流路３６が形成されている。このバイパス流路３６内に流量測定素子部３４が配置されている。
【００１５】
吸気ダクト２０には、通路面積変更手段としての流量制御部４０が設置されている。流量制御部４０は、可動堰４１と駆動手段としてのアクチュエータ４２とから構成されている。図２に示すように、可動堰４１は吸気ダクト２０の内部に形成されている吸気通路２１の一部を閉塞する。可動堰４１は、吸気ダクト２０の内周側すなわち吸気通路２１に位置する部分が弓形状に形成されている。可動堰４１のエアフロメータ３０側の端部４１ａは、半径が吸気ダクト２０と同一又は異なる円弧状に形成されている。可動堰４１の端部４１ａを円弧状に形成することにより、可動堰４１により吸気通路２１の一部を閉塞した場合でも、吸気通路２１は円形状に近似される。そのため、吸気通路２１を流れる吸気の可動堰４１による圧力損失が低減される。可動堰４１は、吸気ダクト２０においてエアフロメータ３０と対向する側からエアフロメータ３０方向へ伸びている。また、可動堰４１は、図１に示すようにエアフロメータ３０の入口側すなわちエアフロメータ３０と吸気出口１４との間に設置されている。
【００１６】
アクチュエータ４２は、可動堰４１を吸気ダクト２０の内周側または外周側へ往復駆動すなわち吸気ダクト２０の軸と垂直な方向へ往復駆動することにより、吸気通路２１の断面積を変更している。図３に示すように、アクチュエータ４２は、ＥＣＵ２に接続されている駆動回路３から出力される駆動信号により駆動される。ＥＣＵ２には、吸気装置１が搭載されているエンジン情報が入力される。ＥＣＵ２は、入力されたエンジン情報に基づいて駆動回路３を介してアクチュエータ４２を制御する。ＥＣＵ２に入力されるエンジン情報として、例えば回転数センサ５１から入力されるエンジン回転数、スロットルセンサ５２から入力されるスロットル開度、バルブタイミングセンサ５３から入力されるバルブタイミングの進角量およびバルブリフト量、吸気温センサ５４から入力される吸気温度、ならびに冷却水センサ５５から入力される冷却水温度がある。また、ＥＣＵ２には例えばバッテリ４などの電源から電力が供給され、ＥＣＵ２はアクチュエータ４２へ供給される電力を制御する。
【００１７】
ＥＣＵ２は、入力されたエンジン回転数、スロットル開度、バルブタイミング進角量およびバルブリフト量、吸気温度ならびに冷却水温度に基づいて、駆動回路３へ出力するバッテリ４からの電力を制御する。ＥＣＵ２は、入力された各種の情報からエアフロメータ３０の保証流量範囲に対応する可動堰４１の位置を設定し、可動堰４１が設定された位置に移動するように駆動回路３を介しアクチュエータ４２を駆動する。アクチュエータ４２が駆動されることにより、可動堰４１は吸気通路２１における位置が変更される。
【００１８】
次に、本実施例による吸気装置１における吸気の流れについて説明する。
吸気入口１３からエアクリーナ１０へ流入した吸気は、エレメント１２を通過することにより異物が除去される。異物が除去された吸気は、吸気出口１４から吸気ダクト２０の内周側に形成されている吸気通路２１へ流出する。吸気通路２１には、可動堰４１が設置されているため、吸気出口１４から流出する吸気は可動堰４１により流路面積が絞られる。これにより、吸気の流路面積は、吸気の流量の合わせてエアフロメータ３０の保証流量範囲に応じた面積に調整される。吸気通路２１へ流出した吸気は、流路面積が絞られた状態でエアフロメータ３０へ到達する。
【００１９】
次に、本実施例による吸気装置１の効果について説明する。
図４に示すように、可動堰４１はエンジンの回転数に応じて高さが変化する。可動堰４１の高さとは、図１に示すように吸気ダクト２０の反エアフロメータ側の端部２０ａから可動堰４１の円弧状の端部４１ａのうち最も端部２０ａ側までの距離ｈをいう。可動堰４１は、エンジンの回転数が高くなるにつれて高さが減少する。これにより、吸気通路２１は、エンジンの回転数が高くなるにつれて断面積が拡大される。
【００２０】
可動堰４１により吸気通路２１の断面積を変更することにより、本実施例による吸気装置１は、図５に示すように従来の小排気量エンジン用の特性と大排気量エンジン用の特性とを兼ね備えた特性を有する。例えば回転数が低くエンジンに吸入される吸気量が少ないとき、可動堰４１により吸気通路２１は閉塞される。そのため、吸気通路２１の断面積は減少し、吸気装置１の特性は小排気量エンジン用の特性に近似される。その結果、エアフロメータ３０の最低保証流速すなわち精度を維持しつつ吸気流量を測定可能な最低流速の確保が容易となり、最低保証流速を確保するための吸気流量が低下する。したがって、吸気ダクト２０の内径を変更することなく、精度を維持して測定可能な最低流量を低下させることができる。
【００２１】
また、従来の小排気量エンジン用の特性と大排気量エンジン用の特性とを兼ね備えた特性を有することにより、例えば回転数が高くエンジンに吸入される吸気量が多いとき、可動堰４１により閉塞される部分は減少する。そのため、吸気通路２１の断面積は増大し、吸気装置１の特性は大排気量エンジン用の特性に近似される。その結果、吸気通路２１の断面積は十分に確保され、図６に示すように圧力損失が低下する。
さらに、図５に示すように最低保証流速の確保が容易になるため、図７に示すようにエアフロメータ３０を流れる吸気の流速を安定性の高い範囲内に設定することができる。そのため、吸気流量の検出精度を高めることができる。
【００２２】
以上説明したように、本発明の一実施例では、可動堰４１の位置がエンジンの回転数に応じて変更される。そのため、エンジンの回転数に応じて吸気通路２１の面積が変更される。その結果、エンジンの回転数あるいは排気量にかかわらず、吸気流量がエアフロメータ３０の保証流量範囲内に設定される。したがって、エアフロメータ３０の検出精度を向上することができる。また、エンジンの排気量あるいはエンジンの回転数に合わせて可動堰４１を移動することにより、エンジンの高回転時おける吸気通路２１の断面積を拡大することができる。したがって、吸気の圧力損失を低減することができ、エアフロメータ３０の最低保証流速の確保とエンジンの出力とを両立することができる。
【００２３】
以上説明した本発明の一実施例では、可動堰を弓形状にする例について説明したが、弓形状に限らず半円形状あるいはその他の任意の形状にすることができる。また、可動堰は、吸気の流れに応じて流れに乱れを生じさせにくい任意の位置に設置することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例による吸気装置を示す模式図であって、一部を切断した図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線で切断した断面図である。
【図３】本発明の一実施例による吸気装置のアクチュエータを駆動するための駆動手段を示すブロック図である。
【図４】本発明の一実施例による吸気装置において、エンジンの回転数と可動堰との関係を示す模式図である。
【図５】本発明の一実施例による吸気装置において、吸気流量とエアフロメータの流速との関係を示す模式図である。
【図６】本発明の一実施例による吸気装置において、吸気流量と圧力損失との関係を示す模式図である。
【図７】本発明の一実施例による吸気装置において、吸気流量とエアフロメータの出力安定性との関係を示す模式図である。
【符号の説明】
１　　吸気装置
１４　　吸気出口
２０　　吸気ダクト
２１　　吸気通路
３０　　エアフロメータ（流量検出手段）
４０　　流量制御部（通路面積変更手段）
４１　　可動堰
４２　　アクチュエータ（駆動手段）
【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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