(57)【要約】【課題】吸気絞り弁に組み込まれてここに付着する液状の燃料を気化させるための電気ヒータは、コスト増や信頼性などに関する問題をはらむ。【解決手段】吸気ポート１２に臨むように配された燃料噴射弁１１の噴射孔１１ａと、燃焼室１４に臨む吸気ポート１２の下流端を開閉するための吸気弁２８との間の吸気ポート１２を絞ることができる弁体３７を有するタンブル制御弁３８と、このタンブル制御弁３８の弁体３７を吸気ポート１２が絞られる全閉位置ＰCと、吸気ポート１２が全開状態となる全開位置ＰOとに切り替えるためのタンブル制御弁駆動モータ４１とを具えた本発明による吸気制御装置におけるタンブル制御弁３８の弁体３７は、その全閉位置ＰCにおいて燃料噴射弁１１の噴射孔１１ａと対向し、燃料噴射弁１１の噴射孔１１ａから噴射される燃料を受けてその気化を促進させるための微小な凹凸を持った気化促進面３７ａを有する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気ポートに臨むように配された燃料噴射弁の噴射孔と、燃焼室に臨む前記吸気ポートの下流端を開閉するための吸気弁との間の前記吸気ポートを絞ることができる弁体を有する吸気絞り弁と、
この吸気絞り弁の弁体を前記吸気ポートが絞られる第１の位置と、前記吸気ポートが全開状態となる第２の位置とに切り替えるための弁駆動手段と
を具え、前記吸気絞り弁の弁体は、その第１の位置において前記燃料噴射弁の噴射孔と対向し、前記燃料噴射弁の噴射孔から噴射される燃料を受けてその気化を促進させるための凹凸を持った気化促進面を有することを特徴とする吸気制御装置。
【請求項２】
前記気化促進面の凹凸が繊維状部材または網状部材または多孔質部材にて形成されていることを特徴とする請求項１に記載の吸気制御装置。
【請求項３】
前記気化促進面と反対側の面が平滑に形成され、この平滑な面が前記第２の位置において前記吸気ポートに臨むように配されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の吸気制御装置。
【請求項４】
前記弁駆動手段は、前記吸気絞り弁の弁体を前記第１の位置と前記第２の位置との間の第３の位置に保持し得ることを特徴とする請求項１から請求項３の何れかに記載の吸気制御装置。
【請求項５】
前記弁駆動機構は、前記吸気絞り弁の弁体を前記第１の位置と前記第２の位置との間に機械的に付勢する手段を有することを特徴とする請求項４に記載の吸気制御装置。
【請求項６】
前記気化促進面に保持される燃料の量に応じて前記第３の位置を設定する位置設定手段をさらに具え、前記弁駆動手段は、この位置設定手段にて設定された第３の位置に前記吸気絞り弁の弁体を駆動することを特徴とする請求項４または請求項５に記載の吸気制御装置。
【請求項７】
前記吸気ポートは、下壁部と、この下壁部と対向する上壁部と、これら下壁部および上壁部を挟んで対向する一対の側壁部とを含み、前記第３の位置における前記吸気絞り弁の弁体の基端部および先端部と、これら基端部および先端部と対向する前記吸気ポートの下壁部および上壁部との間に隙間がそれぞれ画成されることを特徴とする請求項４から請求項６の何れかに記載の吸気制御装置。
【請求項８】
前記第１の位置における前記吸気絞り弁の弁体は、前記下壁部に当接状態にあることを特徴とする請求項７に記載の吸気制御装置。
【請求項９】
前記吸気ポートは、下壁部と、この下壁部と対向する上壁部と、これら下壁部および上壁部を挟んで対向する一対の側壁部とを含み、前記第１の位置における前記吸気絞り弁の弁体は、前記下壁部に当接状態にあることを特徴とする請求項１から請求項３の何れかに記載の吸気制御装置。
【請求項１０】
請求項４から請求項８の何れかに記載の吸気制御装置を用いた吸気制御方法であって、吸気絞り弁の弁体を第１の位置から第２の位置に駆動する場合、これを第３の位置に一時的に保持して気化促進面に残留している燃料を気化させるステップを具えたことを特徴とする吸気制御方法。
【請求項１１】
燃料噴射弁の噴射孔から燃料の噴射があったか否かを判定するステップをさらに具え、燃料の噴射があったと判断した場合に前記吸気絞り弁の弁体を前記第３の位置に一時的に保持するステップが行われることを特徴とする請求項１０に記載の吸気制御方法。
【請求項１２】
熱機関の燃焼室に供給される吸入空気量に基づいて前記気化促進面に保持される燃料の量を推定するステップと、推定された燃料の量に応じて第３の位置を設定するステップとをさらに具えたことを特徴とする請求項１０または請求項１１に記載の吸気制御方法。
【請求項１３】
請求項８または請求項９に記載の吸気制御装置を用いた吸気制御方法であって、熱機関の停止時に前記吸気絞り弁の弁体を第１の位置に保持し、燃料噴射弁の噴射孔から滴下する燃料を前記吸気ポートの下壁部との間で受けるステップを具えたことを特徴とする吸気制御方法。
【請求項１４】
熱機関の停止後、すべての燃料噴射弁から同量の燃料を噴射させるステップをさらに具えたことを特徴とする請求項１３に記載の吸気制御方法。
【請求項１５】
所定時間経過後、前記吸気絞り弁の弁体を前記第１の位置から前記第２または第３の位置に移動させるステップをさらに具えたことを特徴とする請求項１３または請求項１４に記載の吸気制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、吸気ポートに燃料を噴射する燃料噴射弁と燃焼室を開閉する吸気弁との間に位置する吸気ポートを絞る吸気絞り弁を具えた吸気制御装置およびその方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両に搭載されたエンジンの冷態始動時や始動後の暖機運転時においては、燃焼が安定しにくいため、燃焼室の頂壁とピストンの頂面との間を縦に旋回する強いタンブル流を発生させ、これによって燃焼を安定化させるようにした技術が知られている。
【０００３】
特許文献１には、ポート噴射用の燃料噴射弁よりも下流側の吸気ポート内に電気ヒータを内蔵するシャッタ弁を設け、燃料の霧化と燃焼室内でのタンブル生成とを確実に行えるようにした技術が開示されている。これによると、エンジンの冷態始動時にはシャッタ弁を閉鎖して電気ヒータに通電し、これによってタンブル生成と燃料の霧化とを促進させ、暖機後はシャッタ弁を開放状態にすると共に電気ヒータに対する通電を停止している。
【０００４】
特許文献２には、それぞれ開閉角度が調整可能な第１フラップおよび第２フラップを吸気ポートの内周壁部の上側壁および下側壁に設け、燃焼室内で正タンブル流や逆タンブル流を生成させるようにした技術が開示されている。これによると、燃料の気化を促進させたり、エンジン回転数や負荷などの運転状態に応じて第１フラップおよび第２フラップの開度をそれぞれ制御し、例えば燃料の気化を促進させる場合には第１フラップおよび第２フラップを共に閉じてポート面積を最小にする。
【０００５】
【特許文献１】実開平７−２５２６４号公報
【特許文献２】特開２００６−１８３５６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
燃料を吸気ポート内に噴射するポート噴射形式のエンジンに対して特許文献２の技術を適用した場合、エンジンの冷態始動時や始動後の暖機運転時に下流側の第２フラップを閉じて正タンブル流を燃焼室内に形成させ、これにより燃焼室内での燃焼を安定化させることができる。しかしながら、気化していない液状の燃料の一部が第２フラップに付着しやすくなるため、Ａ/Ｆの制御を正確に行うことが難しくなり、第２フラップに付着した液状の燃料が気化しないまま燃焼室に流入して黒煙が発生してしまう可能性もある。このような問題は、揮発性の悪いエタノールなどを用いた燃料を使用した場合にさらに顕著となり、極低温域におけるエンジンの始動の際の大きな課題となっている。
【０００７】
このような問題に関し、引用文献１ではシャッタ弁に電気ヒータを組み込むことで対処している。つまり、電気ヒータに通電してシャッタ弁を加熱することにより、その表面に付着する液状の燃料の気化を促し、液状の燃料が燃焼室に流入しないように配慮している。しかしながら、引用文献１のようにシャッタ弁に電気ヒータを組み込んだ場合、エンジンの冷態始動時に電源に対する負荷が大きくなる上、シャッタ弁の構造自体も複雑となってしまい、耐久性や信頼性の点で問題が生ずる。
【０００８】
さらに、ポート噴射形式のエンジンにおいては、エンジンの停止時に燃料供給ポンプが停止して燃焼噴射弁に接続する燃料供給配管内に介在する燃料の圧力が保持されたままとなる。このため、燃料噴射弁内に介在する燃料の一部が吸気ポート内に滴下し、吸気ポートを伝わって吸気弁と弁座とのシール部分に溜まり、エンジンの再始動時にこれが未燃ＨＣとして燃焼室から排出されてしまう可能性もあった。
【０００９】
本発明の目的は、燃料噴射弁と吸気弁との間に吸気絞り弁を配したポート噴射形式のエンジンにおいて、上述した種々の不具合を解消し得る吸気制御装置およびその方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の第１の形態は、吸気ポートに臨むように配された燃料噴射弁の噴射孔と、燃焼室に臨む前記吸気ポートの下流端を開閉するための吸気弁との間の前記吸気ポートを絞ることができる弁体を有する吸気絞り弁と、
この吸気絞り弁の弁体を前記吸気ポートが絞られる第１の位置と、前記吸気ポートが全開状態となる第２の位置とに切り替えるための弁駆動手段と
を具え、前記吸気絞り弁の弁体は、その第１の位置において前記燃料噴射弁の噴射孔と対向し、前記燃料噴射弁の噴射孔から噴射される燃料を受けてその気化を促進させるための凹凸を持った気化促進面を有することを特徴とする吸気制御装置にある。
【００１１】
本発明において、吸気絞り弁が第１の位置にある場合、吸気ポートと弁体との隙間を通過する吸気の流速が高められる。また、燃料噴射弁の噴射孔から噴射されて気化の遅れた液状の燃料が吸気絞り弁の弁体の気化促進面に受け止められる。吸気絞り弁の弁体の気化促進面に保持されたこれら液状の燃料は、ここを通過する流速が高められた吸気により気化が促進され、混合気となって燃焼室に供給される。
【００１２】
本発明の第１の形態による吸気制御装置において、気化促進面の凹凸が繊維状部材または網状部材または多孔質部材にて形成されていることが好ましい。
【００１３】
気化促進面と反対側の面が平滑に形成され、この平滑な面が第２の位置において吸気ポートに臨むように配されるものであってよい。
【００１４】
吸気ポートが下壁部と、この下壁部と対向する上壁部と、これら下壁部および上壁部を挟んで対向する一対の側壁部とを含み、第１の位置における吸気絞り弁の弁体が下壁部に当接状態となることが好ましい。
【００１５】
弁駆動手段が吸気絞り弁の弁体を第１の位置と第２の位置との間の第３の位置に保持し得るものであってよい。この場合、弁駆動機構が吸気絞り弁の弁体を第１の位置と第２の位置との間に機械的に付勢する手段を有するものであってよい。また、気化促進面に保持される燃料の量に応じて第３の位置を設定する位置設定手段をさらに具え、弁駆動手段は、この位置設定手段にて設定された第３の位置に吸気絞り弁の弁体を駆動するものであってよい。
【００１６】
吸気ポートが下壁部と、この下壁部と対向する上壁部と、これら下壁部および上壁部を挟んで対向する一対の側壁部とを含み、第３の位置における吸気絞り弁の弁体の基端部および先端部と、これら基端部および先端部と対向する前記吸気ポートの下壁部および上壁部との間に隙間がそれぞれ画成されるものであってよい。この場合、第１の位置における吸気絞り弁の弁体が下壁部に当接状態となることが好ましい。
【００１７】
吸気絞り弁の位置の切り替えを熱機関の運転状態に応じて最適に制御するため、熱機関を冷却するための冷却水の温度を検出する水温センサと、スロットル弁の開度を検出するスロットル開度センサと、これら水温センサ，スロットル開度センサおよびイグニッションキースイッチからの信号を受けて弁駆動手段の作動を制御する制御手段とをさらに具えることができる。
【００１８】
本発明の第２の形態は、弁駆動手段が吸気絞り弁の弁体を第１の位置と第２の位置との間の第３の位置に保持し得る本発明の第１の形態による吸気制御装置を用いた吸気制御方法であって、吸気絞り弁の弁体を第１の位置から第２の位置に駆動する場合、これを第３の位置に一時的に保持して気化促進面に残留している燃料を気化させるステップを具えたことを特徴とするものである。
【００１９】
本発明において、吸気の流速を高める必要がなくなった時点で吸気絞り弁の弁体を第１の位置から第２の位置に移動させ、吸気ポート内を流れる吸気の通路抵抗を減らす。この場合、吸気絞り弁の弁体を第３の位置に一時的に保持し、気化促進面に沿って吸気を流すことにより、気化促進面に残留している燃料を気化させてから第２の位置に移動させる。
【００２０】
本発明の第２の形態による吸気制御方法において、燃料噴射弁の噴射孔から燃料の噴射があったか否かを判定するステップをさらに具え、燃料の噴射があったと判断した場合に吸気絞り弁の弁体を第３の位置に一時的に保持するステップが行われるものであってよい。
【００２１】
熱機関の燃焼室に供給される吸入空気量に基づいて気化促進面に保持される燃料の量を推定するステップと、推定された燃料の量に応じて第３の位置を設定するステップとをさらに具えることができる。
【００２２】
本発明の第３の形態は、吸気ポートが下壁部と、この下壁部と対向する上壁部と、これら下壁部および上壁部を挟んで対向する一対の側壁部とを含み、第１の位置における吸気絞り弁の弁体が下壁部に当接状態にある本発明の第１の形態による吸気制御装置を用いた吸気制御方法であって、熱機関の停止時に吸気絞り弁の弁体を第１の位置に保持し、燃料噴射弁の噴射孔から滴下する燃料を吸気ポートの下壁部との間で受けるステップを具えたことを特徴とするものである。
【００２３】
本発明においては、熱機関の停止時に燃料噴射弁の噴射孔から滴下する燃料が再始動時に燃焼室に流下してしまわないように、熱機関の停止時に吸気絞り弁の弁体を第１の位置に保持し、燃料噴射弁の噴射孔から滴下する燃料を吸気ポートの下壁部との間で受け、毛細管現象を利用して気化促進面に燃料を保持させる。
【００２４】
本発明の第３の形態による吸気制御方法において、熱機関の停止後、すべての燃料噴射弁から同量の燃料を噴射させるステップをさらに具えることができる。
【００２５】
また、所定時間経過後、吸気絞り弁の弁体を第１の位置から第２または第３の位置に移動させるステップをさらに具えることもできる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明の吸気制御装置によると、吸気絞り弁の弁体がその第１の位置において燃料噴射弁の噴射孔と対向し、燃料噴射弁の噴射孔から噴射される燃料を受けてその気化を促進させるための凹凸を持った気化促進面を有するので、液状の燃料が燃焼室内に流入してしまうような不具合を回避することができる。この結果、着火性のよい混合気を形成することができ、とくに熱機関の低温始動時における着火性を改善することが可能となる。
【００２７】
気化促進面の凹凸を繊維状部材または網状部材または多孔質部材にて形成した場合、毛細管現象を利用して液状をなす燃料の保持性を向上させることができ、しかも表面積の増大による気化の促進を図ることができる。
【００２８】
気化促進面と反対側の面が平滑に形成され、この平滑な面が第２の位置において吸気ポートに臨むように配される場合、吸気ポート内を流れる吸気に対する吸気絞り弁の抵抗を最小限に抑えることができる。
【００２９】
弁駆動手段が吸気絞り弁の弁体を第１の位置と第２の位置との間の第３の位置に保持し得る場合、吸気絞り弁を第１の位置から第２の位置へと移動させる際に、気化促進面に保持された燃料が吸気ポートを画成する部材の熱輻射によって急激に気化してしまう。この結果、意図しない燃焼状態をもたらす可能性があるけれども、第３の位置に一時的に保持することにより、気化促進面に保持された燃料の気化が緩やかに行われることとなり、上述した悪影響を回避することができる。
【００３０】
弁駆動機構が吸気絞り弁の弁体を第１の位置と第２の位置との間に機械的に付勢する手段を有する場合、弁体を駆動するために外部から加えられる電力などのエネルギーの消費を抑えることができる。
【００３１】
気化促進面に保持される燃料の量に応じて第３の位置を設定する位置設定手段をさらに具え、弁駆動手段がこの位置設定手段にて設定された第３の位置に吸気絞り弁の弁体を駆動する場合、気化促進面に保持された燃料を確実に気化させることができる。
【００３２】
吸気ポートが下壁部と、この下壁部と対向する上壁部と、これら下壁部および上壁部を挟んで対向する一対の側壁部とを含み、第３の位置における吸気絞り弁の弁体の基端部および先端部と、これら基端部および先端部と対向する吸気ポートの下壁部および上壁部との間に隙間がそれぞれ画成される場合、これら２つの隙間を吸気が通過することとなる。この結果、弁体による吸気抵抗を軽減させることができ、しかも気化促進面に保持された燃料の気化を促進させることができる。
【００３３】
また、第１の位置における吸気絞り弁の弁体が下壁部に当接状態にある場合、液状の燃料が下壁部を伝って燃焼室に到達するような不具合を未然に防止することができる。しかも、燃焼室内での混合気のタンブル流を強めることができる。
【００３４】
本発明の吸気制御方法によると、吸気絞り弁の弁体を第１の位置から第２の位置に駆動する場合、これを第３の位置に一時的に保持して気化促進面に残留している燃料を気化させるステップを具えているので、第２の位置において吸気ポートを画成する部材からの輻射熱による影響を受けずに気化促進面に残留している燃料を気化させることができる。
【００３５】
燃料噴射弁の噴射孔から燃料の噴射があったか否かを判定するステップをさらに具え、燃料の噴射があったと判断した場合に吸気絞り弁の弁体を第３の位置に一時的に保持するステップが行われる場合、吸気絞り弁を無駄に第３の位置に保持する必要がなくなる。
【００３６】
熱機関の燃焼室に供給される吸入空気量に基づいて気化促進面に保持される燃料の量を推定するステップと、推定された燃料の量に応じて第３の位置を設定するステップとをさらに具えた場合、第３の位置に保持された気化促進面に残留している燃料を効率よく気化させることができる。
【００３７】
本発明の吸気制御方法によると、熱機関の停止時に吸気絞り弁の弁体を第１の位置に保持し、燃料噴射弁の噴射孔から滴下する燃料を吸気ポートの下壁部との間で受けるステップを具えているので、液状の燃料が下壁部を伝って燃焼室に到達するような不具合を未然に防止し、熱機関の再始動時に未燃の炭化水素が排出されるような不具合を未然に防止することができる。
【００３８】
熱機関の停止後、すべての燃料噴射弁から同量の燃料を噴射させるステップをさらに具えた場合、個々の燃料噴射弁の噴射孔からの燃料の滴下を防止することができ、吸気制御弁の弁体を長時間に亙って第１の位置に保持する必要がなくなる。しかも、熱機関の再始動時に個々の燃焼室に供給される燃料の量を均等にすることが可能となり、気筒間での空燃比のばらつきを抑制することができる。
【００３９】
所定時間経過後、吸気絞り弁の弁体を第１の位置から第２または第３の位置に移動させるステップをさらに具えた場合、再始動時に吸気絞り弁の駆動源の故障などが起こった場合であっても、吸気絞り弁による吸気ポートの吸気抵抗を最小限に止めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
本発明による吸気制御装置およびその方法を多気筒火花点火内燃機関が搭載された車両に応用した実施形態について、図１〜図８を参照しながら詳細に説明する。しかしながら、このような実施形態のみに限らず、本発明はその精神に帰属する他の任意の類似技術にも応用することができる。
【００４１】
本実施形態におけるエンジンシステムの概念を図１に示し、その主要部を模式的に図２に示し、その吸気絞り弁の外観を模式的に図３に示し、制御ブロックを図４に示す。本実施形態におけるエンジン１０は、ガソリンやアルコールまたはこれらの混合物以外にＬＰＧ（液化天然ガス）などの燃料を燃料噴射弁１１から吸気ポート１２内に噴射して吸気と混合させ、点火プラグ１３によって燃焼室１４内で着火させる型式のものである。燃料は燃料タンク１５内に貯溜され、ＥＣＵ１６を介してイグニッションキースイッチ１７に連動して作動が制御される燃料ポンプ１８により燃料噴射弁１１に圧送される。
【００４２】
ピストン１９が摺動自在に嵌め込まれるシリンダ２０が形成されたシリンダブロック２１には、ピストン１９との間に燃焼室１４を画成するシリンダヘッド２２が取り付けられている。また、このシリンダブロック２１に形成されたウォータジャケット２２内の冷却水の温度を検出してこれをＥＣＵ１６に出力する水温センサ２３や、コンロッド２４を介してピストン１９が連結されるクランク軸２５の回転位相、つまりクランク角を検出してこれをＥＣＵ１６に出力するクランク角センサ２６もシリンダブロック２１に取り付けられている。
【００４３】
シリンダヘッド２２には、先の吸気ポート１２と排気ポート２７とが燃焼室１４に臨むように形成され、これら吸気ポート１２および排気ポート２７の開口端をそれぞれ開閉するための吸気弁２８および排気弁２９を含む動弁機構が組み込まれている。この動弁機構は、ピストン１９の往復運動、つまりコンロッド２４を介してピストン１９に連結されるクランク軸２５の回転運動に連動して所定のタイミングにて吸気弁２８および排気弁２９をそれぞれ往復動させるものである。先の燃料噴射弁１１や、燃焼室１４内の混合気を着火させる点火プラグ１３およびこの点火プラグ１３に火花を発生させるイグニッションコイル３０の他、後述する吸気制御装置の主要部などもシリンダヘッド２２に組み付けられている。
【００４４】
燃料噴射弁１１からの燃料の噴射量およびその噴射時期は、車両の運転状態や、運転者によって操作されるアクセルペダル３１の踏み込み量などに基づき、スロットル弁３２の開度に応じた吸気量に対して所定の割合となるように、ＥＣＵ１６の燃料噴射量設定部３３にて各気筒毎に設定される。ＥＣＵ１６の燃料噴射弁駆動制御部３４は、この燃料噴射量設定部３３にて設定された噴射量の燃料が設定された噴射時期に噴射されるよう、燃料噴射弁１１の作動を制御する。これにより、ピストン１９の往復運動に連動した所定のタイミングにて所定量の燃料が燃料噴射弁１１から吸気ポート１２内に噴射される。
【００４５】
点火プラグ１３の点火時期、つまりイグニッションコイル３０に対する通電時期は、車両の運転状態に応じてＥＣＵ１６の点火時期設定部３５にて各気筒毎に設定される。ＥＣＵ１６のイグニッションコイル駆動制御部３６は、この点火時期設定部３５にて設定された点火時期に点火プラグ１３に火花が発生するよう、各気筒毎のイグニッションコイル３０の作動をそれぞれ制御する。これにより、クランク軸２５の回転運動に連動した所定のタイミングにて高電圧がイグニッションコイル３０を介して点火プラグ１３に印加される。
【００４６】
吸気ポート１２は、燃料噴射弁１１の噴射孔１１ａよりも下流側の領域において、下壁部１２Ｌと、この下壁部１２Ｌと対向する上壁部１２Ｕと、これら下壁部１２Ｌおよび上壁部１２Ｕを挟んで対向する一対の側壁部１２Ｓとを含むほぼ矩形の断面を有する領域を含む。一般的に、下壁部１２Ｌは、曲率半径が小さな凸状に湾曲し、上壁部１２Ｕは、曲率半径が大きな凹状に湾曲している。これらは、燃焼室１４の中心軸線に対して直行する平面において、下壁部１２Ｌが燃焼室１４の中心軸線から上壁部１２Ｕよりも遠くに位置していると定義付けることができる。
【００４７】
吸気ポート１２の上述した矩形断面の領域には、この吸気ポート１２を絞ることができる弁体３７を有する本発明の吸気絞り弁としてのタンブル制御弁３８が配され、これによって燃焼室１４内における混合気のタンブル流の強さを調整することができるようになっている。本実施形態におけるタンブル制御弁３８は、吸気ポート１２外に配されてシリンダヘッド２２に対して回動自在に枢支された支軸３９と、この支軸３９から延在する一対のアーム部４０と、これら一対のアーム部４０と一体の矩形の板状をなす先の弁体３７とを有する。支軸３９にはシリンダヘッド２２に取り付けられたタンブル制御弁駆動モータ４１が連結され、タンブル制御弁３８を図２中、二点鎖線で示す全閉位置ＰCおよび全開位置ＰOの他に、実線で示す中立位置ＰNに弁体３７を移動させることができるようになっている。本実施形態では、支軸３９とシリンダヘッド２２との間には、それぞれ逆方向の回転付勢力を持つ図示しない一対のねじりコイルばねが装着され、タンブル制御弁駆動モータ４１が非通電状態の場合、これら一対のねじりコイルばねのばね力が及ばない中立位置ＰNにタンブル制御弁３８が保持されるように設定されている。このため、タンブル制御弁３８を中立位置ＰNに保持する場合、タンブル制御弁駆動モータ４１に対して通電する必要がなくなり、電力の消費を抑制することが可能となる。
【００４８】
上述した全閉位置ＰCおよび全開位置ＰOが本発明における第１および第２の位置であり、中立位置ＰNが第３の位置に相当する。タンブル制御弁３８の位置、すなわち開度は、車両の運転状態に基づき、ＥＣＵ１６のタンブル制御弁開度設定部４２にて設定される。ＥＣＵ１６のタンブル制御弁駆動モータ駆動制御部４３は、タンブル制御弁３８がこのタンブル制御弁開度設定部４２にて設定された開度となるように、タンブル制御弁駆動モータ４１の作動を制御する。なお、本実施形態ではタンブル制御弁駆動モータ４１としてステッピングモータを使用しており、これによってタンブル制御弁３８の開度を検出するためのセンサを不要としている。
【００４９】
主としてエンジン１０の低温始動時や暖機運転時に選択されるタンブル制御弁３８の全閉位置ＰCにおいては、弁体３７の基端側（アーム部４０側）が下壁部１２Ｌに当接状態となり、弁体３７の先端側と上壁部１２Ｕとの間に絞り通路が画成される。この全閉位置ＰCにおいて、燃料噴射弁１１の噴射孔１１ａから噴射されて気化が遅れた燃料の少なくとも一部が弁体３７の表面に吹き付けられるようになっている。この弁体３７の表面には、燃料を受けてその気化を促進させるための微小な凹凸を持った気化促進面３７ａが形成されている。この気化促進面３７ａは、繊維状部材または網状部材または多孔質部材にて形成することが可能であり、本実施例では弁体３７を構成する基材の表面にセラミックスを溶射することにより形成している。この場合、基材の表面を予め波形や凹凸などの適度な粗面に形成しておくことがさらに有効である。これにより、気化促進面３７ａに沿って吸気ポート１２内を流れる吸気が乱流状態となるため、気化促進面３７ａに保持された液状をなす燃料の気化を促進させることができる。また、このような気化促進面３７ａに燃料が滲み込むと、毛細管現象によって燃料の気化がさらに促進され、液状の燃料が燃焼室１４側に流入するような不具合を未然に防止することができる。この結果、エンジン１０の始動性や応答性が改善され、特にアルコールなどの揮発性の低い燃料での低温始動時に大きな効果を得ることができる。
【００５０】
なお、気化促進面３７ａを形成するための繊維状部材としては、布帛や不織布あるいは植毛シートやフェルトなどを採用することができ、網状部材としては金属編組の積層体など、多孔質部材としては樹脂や金属あるいはセラミックスなどの連続発泡体などを採用することができる。
【００５１】
タンブル制御弁３８の全開位置ＰOは、エンジン１０の低温始動時や暖機運転時を除き、主としてアクセル開度が所定開度以上の場合に選択され、この全開位置ＰOにおいてはタンブル制御弁３８が下壁部１２Ｌ内に完全に収容されるようになっている。この場合、タンブル制御弁３８が下壁部１２Ｌに沿って流れる吸気の抵抗とならないように、下壁部１２Ｌにはタンブル制御弁３８を収容するための窪み４４と、ここから全閉位置までのアーム部４０の移動を可能とするための一対の溝４５とが形成されている。なお、側壁部１２Ｓとつながるこれら一対の溝４５により、一対のアーム部４０の先端側（弁体３７側）は、全開位置ＰO以外で吸気ポート１２内に突出することが可能である。気化促進面３７ａと反対側の弁体３７の裏面３７ｂは下壁部１２Ｌの表面あらさと同程度まで平滑に形成されており、この弁体３７の裏面３７ｂはタンブル制御弁３８の全開位置ＰOにおいて吸気ポート１２に臨む状態となるため、吸気抵抗を減らして吸気流量の減少を抑えることが可能となる。
【００５２】
中立位置ＰNにおけるタンブル制御弁３８の弁体３７の基端部と吸気ポート１２の下壁部１２Ｌとの間には、吸気を通過させるための絞り通路が画成される。この中立位置ＰNは、タンブル制御弁３８を全閉位置ＰCから全開位置ＰOへ移動させる場合に一時的に保持されたり、あるいはエンジン１０の低温始動時や暖機運転時を除き、アクセル開度が所定開度以下の場合に選択される。タンブル制御弁３８を全閉位置ＰCから全開位置ＰOへ移動させる場合に一時的に中立位置ＰNに保持するのは、気化促進面３７ａに付着した燃料の気化速度を適正に調整するためである。つまり、全閉位置ＰCから全開位置ＰOにタンブル制御弁３８を瞬時に移動させた場合、弁体３７の気化促進面３７ａが高温となっている吸気ポート１２の下壁部１２Ｌからの熱を受け、ここに保持されている燃料の気化が一気に起こってしまい、Ａ/Ｆの制御性が一時的に損なわれるためである。このため、本実施形態では気化促進面３７ａに保持された燃料の量とエンジン１０の運転状態とから、タンブル制御弁３８の開度をタンブル制御弁開度設定部４２にて設定してその中立位置ＰNを変更し、所定量の吸気が気化促進面３７ａを通過した時点で、タンブル制御弁３８を全開位置ＰOへと駆動する。タンブル制御弁開度設定部４２は、気化促進面３７ａに対する燃料付着量が多いほど、タンブル制御弁３８の開度を大きく、つまりタンブル制御弁駆動モータ４１が非通電状態となる本来の中立位置ＰNよりも全閉位置ＰO側にタンブル制御弁３８の位置を修正する。
【００５３】
なお、吸気ポート１２の形状やタンブル制御弁３８の構成などに関しては、本実施形態に限定されるわけではなく、従来から周知のものを適宜採用することが可能である。また、本実施形態ではタンブル制御弁３８を吸気ポート１２の下壁部１２Ｌ側に設けたが、上壁部１２Ｕ側に設けることも可能であり、その一例を図５に模式的に示し、上述した実施形態と同じ機能の部分にはこれと同じ符号を記してある。この図５から明らかなように、タンブル制御弁３８を吸気ポート１２の上壁部１２Ｕ側に設けた場合、弁体３７の開度をより少なく設定することが可能となる。
【００５４】
吸気ポート１２に連通するようにシリンダヘッド２２に連結されて吸気ポート１２と共に吸気通路を画成する吸気管４６の上流端側には、大気中に含まれる塵埃などを除去して吸気ポート１２に導くためのエアクリーナ４７が設けられている。このエアクリーナ４７と、吸気管４６の途中に形成されたサージタンク４８との間の吸気管４６の部分には、運転者によって操作されるアクセルペダル３１の踏み込み量に基づき、吸気ポート１２の開度が調整されるスロットル弁３２が組み込まれている。アクセルペダル３１にはその踏み込み量を検出するためのアクセル開度センサ４９が付設され、その検出情報がＥＣＵ１６に出力されるようになっている。本実施形態では、アクセルペダル３１とスロットル弁３２とを機械的に連結しているが、アクセルペダル３１の踏み込み動作と、スロットル弁３２の開閉動作とを切り離し、アクチュエータを用いてスロットル弁３２の開閉動作を電気的に制御できるようにしたものであってもよい。また、アクセル開度センサ４９に代えてスロットル弁３２の開度を検出するスロットル開度センサを利用することも可能である。
【００５５】
スロットル弁３２とエアクリーナ４７との間の吸気管４６の途中には、吸気ポート１２内を流れる吸気流量を検出してこれをＥＣＵ１６に出力するエアフローメータ５０が取り付けられている。なお、吸気管４６におけるエアフローメータ５０の取り付け位置は、スロットル弁３２の取り付け位置よりも上流側であればよい。
【００５６】
排気ポート２７に連通するようにシリンダヘッド２２に連結されて排気ポート２７と共に排気通路を画成する排気管５１の途中には、燃焼室１４内での混合気の燃焼により生成する有害物質を無害化するための三元触媒５２が組み込まれている。なお、この三元触媒５２を排気通路に沿って直列に複数個組み込んだり、排気浄化用の他の触媒などを併設することも有効である。
【００５７】
従って、エアクリーナ４７を通って吸気管４６から燃焼室１４内に供給される吸気は、途中の吸気ポート１２内に燃料噴射弁１１から噴射される燃料と混合気を形成し、点火プラグ１３の火花により着火して燃焼し、これによって生成する排気が三元触媒５２を通って排気管５１から大気中に排出される。
【００５８】
ＥＣＵ１６は、イグニッションキースイッチ１７からの信号や、上述したセンサ２３，２６，４９およびエアフローメータ５０からの検出情報などに基づき、予め設定されたプログラムに従って円滑なエンジン１０の運転がなされるように、燃料噴射弁１１，イグニッションコイル３０，タンブル制御弁３８などの作動を制御するようになっている。
【００５９】
本実施形態におけるタンブル制御弁開度設定部４２は、燃料付着量推定部５３と、積算空気量算出部５４と、比較部５５とを有し、基本的にはエンジン１０の低温始動時や暖機運転時にはタンブル制御弁３８の開度を１００％（全閉）に設定し、それ以外ではスロットル開度θnに応じ、これが所定θR未満の開度の場合、タンブル制御弁駆動モータ４１を非通電状態として中立位置ＰNに保持し、スロットル開度θnが所定θR以上の場合、タンブル制御弁３８の開度を０％（全開）に設定する。また、エンジン１０の停止時においては、燃料噴射弁１１からの燃料の滴下が生ずるため、所定時間だけタンブル制御弁３８の開度を０％（全開）に設定し、下壁部１２Ｌを伝って流れる燃料を弁体３７の気化促進面３７ａに浸透させた後、タンブル制御弁駆動モータ４１を非通電状態とする。
【００６０】
燃料付着量推定部５３は、エアフローメータ５０から検出される吸入空気量と、水温センサ２３によって検出されるエンジン１０の冷却水温Ｔnとに基づき、気化促進面３７ａに付着した燃料の量を推定する。そして、この推定燃料付着量とクランク角センサ２６によって検出されるエンジン回転速度（rpm）とに基づいてタンブル制御弁３８の開度を設定する。このため、燃料付着量推定部５３には吸入空気量および冷却水温Ｔnと燃料付着量との関係を予め設定した図６に示す如きマップと、燃料付着量およびエンジン回転速度とタンブル制御弁３８の開度との関係を予め設定した図７に示す如きマップとが記憶されており、これらのマップからタンブル制御弁３８の開度が読み出される。
【００６１】
積算空気量算出部５４は、タンブル制御弁３８を一時的に中立位置ＰNに保持する場合、その気化促進面３７ａに対して所定量の空気を通過させるためのものであり、エアフローメータ５０によって検出される吸入空気量の積算を行う。
【００６２】
比較部５５は、積算空気量算出部５４にて算出された積算空気量ＶNと、予め記憶された閾値ＶRとを比較し、積算空気量ＶNが閾値ＶR以上となったか否かを判定する。この判定結果は、タンブル制御弁開度設定部４２にて処理されてタンブル制御弁３８を一時的な中立位置ＰNから全開位置ＰOへと駆動する。
【００６３】
このような一連の動作を図８のフローチャートに基づいて説明すると、まずＳ１１のステップにてイグニッションキースイッチ１７のオンによりタンブル制御弁３８を全閉状態にする。次に、Ｓ１２のステップにてエンジン１０が運転中であるか否かを判定し、ここでエンジン１０が運転中、つまりエンジン１０が始動していると判断した場合には、Ｓ１３のステップに移行してエンジン運転フラグがセットされているか否かを判定する。
【００６４】
Ｓ１３のステップにおいて、最初はエンジン運転フラグがセットされていないので、Ｓ１４のステップに移行してエンジン運転フラグをセットし、Ｓ１５のステップにて冷却水温度Ｔnが予め設定した温度ＴR以上であるか否かを判定する。エンジン１０が暖機中の場合には、Ｓ１５のステップが繰り返され、暖機運転が終了した時点でＳ１６のステップに移行し、タンブル制御弁３８の弁体３７に付着した燃料量に基づいたタンブル制御弁３８の開度を設定する。そして、設定された開度となるようにＳ１７のステップにてタンブル制御弁３８を駆動し、Ｓ１８のステップにて積算空気量Ｖnを算出し、この積算空気量Ｖnが予め設定した目標値ＶR以上であるか否かをＳ１９のステップにて判定する。積算空気量Ｖnが目標値ＶRに達するまでＳ１８およびＳ１９のステップが繰り返され、積算空気量Ｖnが目標値ＶR以上になった時点で、つまり、弁体３７に付着した燃料の気化を終えた時点でＳ２０のステップに移行し、スロットル開度θnが閾値θR以上であるか否かを判定し、これが閾値θR以上、つまり高負荷がエンジン１０に作用していると判断した場合には、Ｓ２１のステップに移行してタンブル制御弁３８を全開状態にし、Ｓ１２のステップに戻る。また、スロットル開度θnが閾値θR未満、すなわちエンジン１０が比較的低負荷状態であると判断した場合には、Ｓ２２のステップに移行してタンブル制御弁駆動モータ４１に対する通電を打ち切り、タンブル制御弁３８をばね力で中立位置ＰNに保持して電力の消費を抑え、Ｓ１２のステップに戻る。
【００６５】
Ｓ１３のステップにてエンジン運転フラグがセットされていると判断した場合には、Ｓ２０のステップにジャンプし、上述した処理が繰り返される。
【００６６】
一方、Ｓ１２のステップにてエンジン１０が停止していると判断した場合には、Ｓ２３のステップに移行してエンジン運転フラグがセットされているか否かを判定し、エンジン運転フラグがセットされていないと判断した場合には、Ｓ２４のステップにジャンプしてタンブル制御弁駆動モータ４１に対する通電を打ち切り、タンブル制御弁３８をばね力でその中立位置ＰNに保持して処理を終える。
【００６７】
また、Ｓ２３のステップにてエンジン運転フラグがセットされていると判断した場合には、Ｓ２５のステップに移行してタンブル制御弁３８を全閉位置ＰCに駆動した後、Ｓ２６のステップにて燃料噴射弁１１を駆動してその内部に溜まっている所定量の燃料を噴射し、Ｓ２７のステップにてカウンタのカウントアップを行い、Ｓ２８のステップにてこのカウンタのカウント値Ｃnが閾値ＣR以上であるか否かを判定する。そして、カウント値Ｃnが閾値ＣRに達するまでＳ２７およびＳ２８のステップが繰り返され、カウント値Ｃnが閾値ＣR以上になった時点で、つまりエンジン１０の停止後に噴射した燃料がタンブル制御弁３８にほぼ完全に吸収されたと見なされた時点で、Ｓ２８のステップに移行する。ここではエンジン運転フラグがリセットされ、さらに先のＳ２４のステップにてタンブル制御弁駆動モータ４１に対する通電を打ち切り、タンブル制御弁３８をばね力でその中立位置ＰNに保持して処理を終える。
【００６８】
なお、本発明はその特許請求の範囲に記載された事項のみから解釈されるべきものであり、上述した実施形態においても、本発明の概念に包含されるあらゆる変更や修正が記載した事項以外に可能である。つまり、上述した実施形態におけるすべての事項は、本発明を限定するためのものではなく、本発明とは直接的に関係のないあらゆる構成を含め、その用途や目的などに応じて任意に変更し得るものである。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明による吸気制御装置を火花点火内燃機関が搭載された車両に応用した一実施形態の概念図である。
【図２】図１に示した実施形態における主要部の模式図である。
【図３】図２に示したタンブル制御弁の外観を模式的に表す立体投影図である。
【図４】本発明による吸気制御装置の他の実施形態における模式図である。
【図５】図１に示した実施形態における制御ブロック図である。
【図６】図１に示した実施形態において、吸入空気量とタンブル制御弁への燃料付着量との関係を表すマップである。
【図７】図１に示した実施形態において、タンブル制御弁への燃料付着量とその開度との関係を表すマップである。
【図８】図５に示した制御ブロックに従って行われるタンブル制御弁の制御手順を表すフローチャートである。
【符号の説明】
【００７０】
１０  エンジン
１１  燃料噴射弁
１１ａ  噴射孔
１２  吸気ポート
１２Ｌ  下壁部
１２Ｕ  上壁部
１２Ｓ  側壁部
１３  点火プラグ
１４  燃焼室
１５  燃料タンク
１６  ＥＣＵ
１７  イグニッションキースイッチ
１８  燃料ポンプ
１９  ピストン
２０  シリンダ
２１  シリンダブロック
２２  シリンダヘッド
２３  水温センサ
２４  コンロッド
２５  クランク軸
２６  クランク角センサ
２７  排気ポート
２８  吸気弁
２９  排気弁
３０  イグニッションコイル
３１  アクセルペダル
３２  スロットル弁
３３  燃料噴射量設定部
３４  燃料噴射弁駆動制御部
３５  点火時期設定部
３６  イグニッションコイル駆動制御部
３７  弁体
３７ａ  気化促進面
３７ｂ  裏面
３８  タンブル制御弁
３９  支軸
４０  アーム部
４１  タンブル制御弁駆動モータ
４２  タンブル制御弁開度設定部
４３  タンブル制御弁駆動モータ駆動制御部
４４  窪み
４５  溝
４６  吸気管
４７  エアクリーナ
４８  サージタンク
４９  アクセル開度センサ
５０  エアフローメータ
５１  排気管
５２  三元触媒
５３  燃料付着量推定部
５４  積算空気量算出部
５５  比較部
ＰC  全閉位置
ＰO  全開位置
ＰN  中立位置
【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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