(57)【要約】【課題】燃機関の吸気流動制御装置において、シリンダ内のガス流動を制御するために吸気通路に設置される弁を、小さなトルクで駆動することを可能とする。【解決手段】吸気系のポート部に仕切り板１２を設置し、吸気通路を上下２つに区画する。そして、この仕切り板１２により区画された下側の通路ｃ２に、この下側の通路ｃ２を開閉するための蝶型の２つの制御弁１３ａ，１３ｂを設置する。これらの制御弁１３ａ，１３ｂは、弁開時に互いに離れる方向に回転させるようにし、両者をともに閉じた状態から開くときに、上流側制御弁１３ａを開いた後、下流側制御弁１３ｂを開く。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気系のポート部に空気の流れに沿って設置された、吸気通路を区画する仕切り板と、
この仕切り板により区画された一側の通路に設置された、この一側の通路を開閉するための弁と、
この弁を駆動して、前記一側の通路を開閉させる駆動手段とを含んで構成され、
前記弁として、蝶型の第１の弁と、この第１の弁よりも下流側に設置された蝶型の第２の弁とを備え、
前記駆動手段が、これら第１及び第２の弁を互いに反対方向に回転させる内燃機関の吸気流動制御装置。
【請求項２】
前記仕切り板が、吸気通路を上下に区画し、前記第１及び第２の弁が、仕切り板により区画された下側の通路に設置された請求項１に記載の内燃機関の吸気流動制御装置。
【請求項３】
前記駆動手段が、前記第１及び第２の弁を、弁開時にこれらの弁が互いに離れる方向に回転させる請求項１又は２に記載の内燃機関の吸気流動制御装置。
【請求項４】
前記駆動手段が、前記第１及び第２の弁をともに閉じている状態から開くときに、第１の弁を開いた後、第２の弁を開く請求項３に記載の内燃機関の吸気流動制御装置。
【請求項５】
前記駆動手段が、前記第１及び第２の弁をともに開いている状態から閉じるときに、第２の弁を閉じた後、第１の弁を閉じる請求項４に記載の内燃機関の吸気流動制御装置。
【請求項６】
前記駆動手段が、前記第１及び第２の弁の駆動モードとして、これらの弁をともに閉じたままとする第１のモードと、第２の弁を閉じた状態で第１の弁の開度を変化させる第２のモードと、第１の弁を開いた状態で第２の弁の開度を変化させる第３のモードと、第１及び第２の弁をともに開いたままとする第４のモードとを有する請求項３に記載の内燃機関の吸気流動制御装置。
【請求項７】
前記駆動手段が、前記第１及び第２の弁を、機関負荷の増大に応じ、前記第１、第２、第３、第４のモードの順で駆動する請求項６に記載の内燃機関の吸気流動制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、内燃機関の吸気流動制御装置に関し、詳細には、シリンダ内で空気の強いタンブル流動を発生させるための、吸気通路を狭める弁を備える吸気流動制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
シリンダ内で空気の強いタンブル流動を発生させるための装置として、吸気系のポート部に仕切り板を設置して吸気通路を上下に区画し、この仕切り板により区画された下側の通路に、この下側の通路を開閉するための蝶型の弁を設置したものがある。このようなタンブル流動制御装置では、前記弁により下側の通路を閉じ、空気を仕切り板の上側の通路のみからシリンダに流入させることで、空気のタンブル流動を強めることができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の装置では、仕切り板の下側の通路に設置された弁に対し、吸入負圧とともに空気の流れによる圧力が作用する。従って、この弁を空気の流れに抗して駆動する際（一般的には、弁開時）には、これら吸入負圧及び圧力を合わせた力を上回るだけのトルクが必要となる。このため、弁のモータが大型となるとともに、コストがかさむという問題があった。
【０００４】
ここで、空気のスワール流動を制御するための装置として、ポート部を仕切り板により区画し、この仕切り板により区画された通路のそれぞれに弁を設置したものが知られている（特開平０７−１０２９８３号公報）。このように仕切り板の各側の通路に弁を設置したとしても、１つの弁に吸入負圧と空気の流れによる圧力との双方が作用することに変わりがないので、上記の課題を解決することはできない。
【０００５】
そこで、本発明は、内燃機関の吸気流動制御装置において、シリンダ内のガス流動を制御するために吸気通路に設置される弁を、小さなトルクで駆動することを可能とすることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項１に記載の発明では、内燃機関の吸気流動制御装置を、吸気系のポート部に空気の流れに沿って設置された、吸気通路を区画する仕切り板と、この仕切り板により区画された一側の通路に設置された、この一側の通路を開閉するための弁と、この弁を駆動して、前記一側の通路を開閉させる駆動手段とを含んで構成し、前記弁として、蝶型の第１の弁と、この第１の弁よりも下流側に設置された蝶型の第２の弁とを設け、前記駆動手段により、これら第１及び第２の弁を互いに反対方向に回転させることとした。
【０００７】
請求項２に記載の発明では、前記仕切り板により吸気通路を上下に区画し、前記第１及び第２の弁を、仕切り板により区画された下側の通路に設置することとした。
請求項３に記載の発明では、前記第１及び第２の弁を、弁開時にこれらの弁が互いに離れる方向に回転させることとした。
【０００８】
請求項４に記載の発明では、前記第１及び第２の弁をともに閉じている状態から開くときに、第１の弁を開いた後、第２の弁を開くこととした。
請求項５に記載の発明では、前記第１及び第２の弁をともに開いている状態から閉じるときに、第２の弁を閉じた後、第１の弁を閉じることとした。
請求項６に記載の発明では、前記第１及び第２の弁の駆動モードとして、これらの弁をともに閉じたままとする第１のモードと、第２の弁を閉じた状態で第１の弁の開度を変化させる第２のモードと、第１の弁を開いた状態で第２の弁の開度を変化させる第３のモードと、第１及び第２の弁をともに開いたままとする第４のモードとを設けた。
【０００９】
請求項７に記載の発明では、前記第１及び第２の弁を、機関負荷の増大に応じ、前記第１、第２、第３、第４のモードの順で駆動することとした。
【００１０】
【発明の効果】
請求項１に係る発明によれば、仕切り板により区画された一側の通路を開閉するための弁として、蝶型の第１の弁とともに、この第１の弁よりも下流側に蝶型の第２の弁を設け、駆動手段によりこれらの弁を反対方向に回転させることとした。このため、第１及び第２の弁の開くタイミングを先後にずらし、空気の流れに抗して駆動されるものを開いた後、他方の弁を開くことで、吸入負圧及び空気の流れによる圧力のうち一方からの力を殆ど受けずに、これらの弁を開くことができる。
【００１１】
請求項２に係る発明によれば、仕切り板により吸気通路を上下に区画し、下側の通路に第１及び第２の弁を設置したので、空気のタンブル流動を強めることができる。
請求項３に係る発明によれば、第１及び第２の弁がともに開いた状態で、これらの弁が仕切り板に重ならないようにすることができるので、流路抵抗を抑えることができる。
【００１２】
請求項４に係る発明によれば、第１及び第２の弁をともに閉じた状態から開くときに、第１の弁を先に開くことで、吸入負圧からの力を受けずに第１の弁を開くことができる。
請求項５に係る発明によれば、第１及び第２の弁をともに開いた状態から閉じるときに、第２の弁を先に閉じることで、双方の弁が閉じたときにこれらの弁の間の空間に負圧が残らないようにし、次に第１の弁を開くときに必要となるトルクが増大することを防止することができる。
【００１３】
請求項６に係る発明によれば、第２の弁を閉じた状態で第１の弁の開度を変化させる第２のモードにより、仕切り板の一側の通路を遮断し、シリンダへの空気の流入速度を高く維持したまま、吸入空気量を増大させることができる。また、第１の弁を開いた状態で第２の弁の開度を変化させる第３のモードにより、吸入空気量をさらに増大させることができる。
【００１４】
請求項７に係る発明によれば、負荷の増大に対し、エンジンに必要な量の空気を吸入させることができるとともに、安定した燃焼に必要なガス流動を形成することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る直噴ガソリンエンジン（以下「エンジン」という。）１の断面図であり、燃焼室周辺の構成を示している。シリンダブロック２上に固定されたシリンダヘッド３には、吸気系のポート部４と、排気系のポート部５とが、気筒配列方向に並んで各２つ形成されている。吸気系のポート部４には、このポート部４を開閉するための吸気弁６が介装されており、一方、排気系のポート部５には、このポート部５を開閉するための排気弁７が介装されている。シリンダヘッド３には、シリンダヘッド３と、シリンダブロック２に挿入されたピストン８とで形成される燃焼室９の上部中央に臨ませて、点火プラグ１０が設置されている。これらに加え、シリンダヘッド２には、２つの吸気弁６の間に高圧インジェクタ（図示せず）が設置されている。
【００１６】
ここで、吸気系のポート部４には、本実施形態に係る吸気流動制御装置としてのタンブル流動制御装置１１が設置されている。このタンブル流動制御装置１１により空気の流速が高められることで、シリンダ内に空気の強いタンブル流動Ｆｔが形成される。上記のインジェクタは、成層燃焼時において圧縮行程に、均質燃焼時において吸気行程に燃料をシリンダ内に直接噴射する。後述するエンジンコントローラは、これらの燃焼方式を運転状態に応じて切り換え、インジェクタの噴射時期を制御する。
【００１７】
図２は、本実施形態に係るタンブル流動制御装置１１の構成図である。このタンブル流動制御装置１１は、仕切り板としての矩形状の平板１２と、第１及び第２の弁としての蝶型の２つの制御弁１３ａ，１３ｂとを含んで構成される。平板１２は、吸気系のポート部４に空気の流れに沿うように設置され、吸気通路を上下２つの部分通路ｃ１，ｃ２に区画している。そして、平板１２により区画された下側の通路ｃ２には、上流側に第１の弁としての上流側制御弁１３ａが、下流側に第２の弁としての下流側制御弁１３ｂが設置されている。これらの制御弁１３ａ，１３ｂは、いずれも半円状の弁体１３１ａ，１３１ｂに、回転軸１３２ａ，１３２ｂを結合して構成されている。上流側制御弁１３ａは、平板１２の上流側に隣接して設置され、回転軸１３２ａがポート部側壁を貫通して外部に伸びている。一方、下流側制御弁１３ｂは、平板１２の下流側に隣接して設置され、回転軸１３２ｂがポート部側壁を貫通して外部に伸びている。
【００１８】
各制御弁１３ａ，１３ｂの回転軸１３２ａ，１３２ｂは、駆動手段としてのモータ１４ａ，１４ｂの出力軸（図示せず）に連結され、それぞれ独立に、かつ０〜９０°の範囲で任意の角度に変位させることが可能とされている。これらのモータ１４ａ，１４ｂは、エンジンコントローラ１５からの指令信号に基づいて作動する。エンジンコントローラ１５へは、クランク角センサ１６のクランク角位置検出信号と、アクセルセンサ１７のアクセル位置検出信号とが入力される。エンジンコントローラ１５は、制御回路１５１において、これらの入力信号に基づいてエンジン１の回転数ＮＥ及び負荷Ｔｑを算出するとともに、駆動回路１５２から、算出したＮＥ及びＴｑに応じたモータ１４ａ，１４ｂの指令信号を出力する。
【００１９】
図３は、本実施形態に係るタンブル流動制御装置１１によるガス流動制御の概念図である。同図を参照し、エンジンコントローラ１５の動作と併せて、ガス流動制御について説明する。
本実施形態では、エンジンコントローラ１５の制御回路１５１に、図４に示す制御弁１３ａ，１３ｂの駆動モードマップを記憶させている。エンジンコントローラ１５は、エンジン１の回転数ＮＥ及び負荷Ｔｑにより定められる現在の運転状態が、このマップ上の領域Ａ〜Ｄのいずれにあるかを判断し、その領域に対応する駆動モードを選択する。
【００２０】
エンジンコントローラ１５は、エンジン１の運転状態が低回転低負荷域Ａにあると判断すると、駆動モードとして第１のモードを選択する。第１のモードを選択すると、エンジンコントローラ１５は、モータ１４ａ，１４ｂに対し、上流側制御弁１３ａと下流側制御弁１３ｂとをともに全閉に保持させる指令信号を出力する。これにより、図３（ａ）に示すように、各制御弁１３ａ，１３ｂがともに閉ざされ、吸気通路が平板１２の上側の通路ｃ１に狭められる。この状態では、上流側制御弁１３ａに対向する空気の流れが、この制御弁１３ａの手前でポート部上壁に向けて急激に方向を変えられ、制御弁１３ａを通過するときに大きく剥離する。このため、空気の実質的な流路がさらに狭められることになり、低回転時であってもシリンダへの空気の流入速度を高め、充分に強いタンブル流動を形成することができる。
【００２１】
エンジンコントローラ１５は、エンジン１の運転状態が低回転中負荷域、中回転低及び中負荷域、高回転低及び中負荷域からなる領域Ｂにあると判断すると、駆動モードとして第２のモードを選択する。第２のモードを選択すると、エンジンコントローラ１５は、モータ１４ａ，１４ｂに対し、下流側制御弁１３ｂを全閉に保ったまま上流側制御弁１３ａを開かせる指令信号を出力する。これにより、図３（ｂ）に示すように、平板１２の下側の通路ｃ２が下流側制御弁１３ｂにより遮断されたまま、上流側制御弁１３ａが開いていく。この状態では、上流側制御弁１３ａの手前で上向きに方向を変えられた空気が、上側の通路ｃ１に滑らかに流入するので、制御弁１３ａを通過する際の流れの剥離が小さくなる。このため、空気が平板１２に沿って上側の通路ｃ１のほぼ全体を流れ、第１のモードの場合と比較して、流路が実質的に拡大する。従って、低回転時には、タンブル流動の強さを維持したまま、吸入空気量を増大させることができ、高回転時には、空気を滑らかに流すことができる。
【００２２】
エンジンコントローラ１５は、エンジン１の運転状態が低及び中回転高負荷域Ｃにあると判断すると、駆動モードとして第３のモードを選択する。第３のモードを選択すると、エンジンコントローラ１５は、モータ１４ａ，１４ｂに対し、上流側制御弁１３ａを全開に保ったまま下流側制御弁１３ｂを開かせる指令信号を出力する。これにより、図３（ｃ）に示すように、平板１２の上下双方で通路ｃ１，ｃ２が開放され、これらの通路ｃ１，ｃ２に空気が流れるようになる。下側の通路ｃ２にも空気が流れることで、負荷Ｔｑの増大に対し、吸入空気量を更に増大させることができる。ここで、下側の通路ｃ２を通過した空気がシリンダ内で逆流方向のタンブル流動成分を形成するが、下流側制御弁１３ｂが完全には開いておらず、空気が下側よりも上側の通路ｃ１を積極的に流れるので、安定した燃焼に必要な強さのタンブル流動を形成することができる。そして、回転数ＮＥの上昇に応じて下流側制御弁１３ｂをさらに開いていき、下側の通路ｃ２を流れる空気の全体に対する比率を上げていく。この比率の上昇に伴って逆流方向のタンブル流動成分が強さを増すが、回転数ＮＥの上昇により空気の流入速度が充分に高められるので、全体としてのタンブル流動の強さを保つことができる。
【００２３】
エンジンコントローラ１５は、エンジン１の運転状態が高回転高負荷域Ｄにあると判断すると、駆動モードとして第４のモードを選択する。第４のモードを選択すると、エンジンコントローラ１５は、モータ１４ａ，１４ｂに対し、上流側制御弁１３ａと下流側制御弁１３ｂとをともに全開に保持させる指令信号を出力する。これにより、図３（ｄ）に示すように、各制御弁１３ａ，１３ｂがともに開かれ、空気は、平板１２の上下双方の通路ｃ１，ｃ２を流れる。このため、吸入空気量を最大限増大させることができる。
【００２４】
以上のように、本実施形態では、吸気通路を上下に区画する平板１２の下側の通路ｃ２を、２つの制御弁１３ａ，１３ｂで開閉させるようにし、これらの制御弁１３ａ，１３ｂをともに閉じた状態から開くときに、上流側制御弁１３ａを開いた後、下流側制御弁１３ｂを開くこととした。ここで、各制御弁１３ａ，１３ｂの回転方向は、これらが弁開時に相対的に離れる方向に設定されている。このため、上流側制御弁１３ａを開くときに、下流側制御弁１３ｂにより下側の通路ｃ２が遮断されたままとなり、上流側制御弁１３ａが吸気負圧からの力を殆ど受けずに済むので、この制御弁１３ａを開く際のトルクは、空気の流れによる圧力を上回るだけの大きさで足りる。このため、モータ１４ａとして、比較的に小型のものを使用することができる。一方、下流側制御弁１３ｂを開くときには、この制御弁１３ｂが開く方向に上記の吸気負圧及び圧力が作用するので、モータ１４ｂに要求されるトルクも、非常に小さなもので済む。
【００２５】
そして、各制御弁１３ａ，１３ｂをともに開いている状態から閉じるには、下流側制御弁１３ｂを閉じた後、上流側制御弁１３ａを閉じるとよい。これにより、双方の制御弁１３ａ，１３ｂを閉じたときに、これらの制御弁１３ａ，１３ｂの間の空間に負圧が残らないようにし、次に上流側制御弁１３ａを開くときに、残存負圧により必要なトルクが増大することを防止することができる。
【００２６】
また、本実施形態では、運転状態に応じて制御弁１３ａ，１３ｂの駆動モードを切り換え、この駆動モードとして、下流側制御弁１３ｂを全閉に保ったまま上流側制御弁１３ａの開度を変化させる第２のモードと、上流側制御弁１３ａを全開に保ったまま下流側制御弁１３ｂの開度を変化させる第３のモードとを設けた。このため、安定した燃焼に必要な強さのタンブル流動を形成しつつ、吸入空気量を増大させることができる。
【００２７】
図５は、仕切り板１１２と、その下側の通路ｃ２を開閉するための制御弁１１３とで構成される、直噴ガソリンエンジンの一般的なタンブル流動制御装置１０１を示している。この装置１０１では、下側の通路ｃ２が１つの制御弁１１３で開閉されるので、低回転時にもかかわらず負荷の増大に合わせて制御弁１１３を開くと、空気が下側の通路ｃ２にも流れ、シリンダへの空気の流入速度が急激に低下してしまう。そして、下側の通路ｃ２を通過した空気がシリンダ内で逆流方向のタンブル流動成分を形成するので、全体としてのタンブル流動がさらに弱められてしまう。
【００２８】
本実施形態では、低回転時において、負荷が比較的に低い領域で第２のモードを選択することで、下流側制御弁１３ｂにより下側の通路ｃ２を遮断して吸気通路を狭め、タンブル流動の強さを維持しながら、上側の通路ｃ１を流れる空気を増量させることができる。また、負荷の増大に対し、吸入空気量をさらに増大させる必要がある場合には、第３のモードに切り換えることでこれに対応することができる。このような細かな制御により、安定した燃焼に必要な強さのタンブル流動を形成しつつ、エンジン１に必要な量の空気を吸入させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る直噴ガソリンエンジンの断面図
【図２】同上実施形態に係るタンブル流動制御装置の構成図
【図３】同上タンブル流動制御装置によるガス流動制御の概念図
【図４】制御弁の駆動モードマップ
【図５】直噴ガソリンエンジンの一般的なタンブル流動制御装置によるガス流動制御の概念図
【符号の説明】
１…エンジン、４…吸気系のポート部、５…排気系のポート部、１１…吸気流動制御装置としてのタンブル流動制御装置、１２…仕切り板としての平板、１３ａ…第１の弁としての上流側制御弁、１３ｂ…第２の弁としての下流側制御弁、１４ａ，１４ｂ…駆動手段としてのモータ、１５…エンジンコントローラ、ｃ１…上側の通路、ｃ２…下側の通路。
【図１】
2004011540.tif 000003
【図２】
2004011540.tif 000004
【図３】
2004011540.tif 000005
【図４】
2004011540.tif 000006
【図５】
2004011540.tif 000007