(57)【要約】【課題】内燃機関に吸入する空気を燃焼室内に効率よく導入し、エミッション低減および燃費を向上させる内燃機関の吸気装置を提供する。【解決手段】第１制御弁１３は、内燃機関１の吸気管３０の一方の内壁１１側を中心に回転駆動される。第２制御弁１４は、吸気管３０の他方の内壁１１１側を中心に回転駆動される。第１制御弁１３および第２制御弁１４は、吸気通路３１１内で対向して設けられ、協働して吸気通路３１１の断面積を小さくする。第１制御弁１３および第２制御弁１４によって作出される気流は、内壁から離されて燃焼室２３に導入する。この結果、吸気管３０内の内壁面での摩擦損失が低減でき、圧力損失が低減されるので、内燃機関１のポンプ損失が低減する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気管の一方の内壁側を中心に回転駆動される第１制御弁と、
前記吸気管の他方の内壁側を中心に回転駆動される第２制御弁と、
を備え、
前記第１制御弁および前記第２制御弁は、前記吸気管の形成する吸気通路内で対向して設けられ、協働して前記吸気通路の断面積を縮小することを特徴とする内燃機関の吸気装置。
【請求項２】
前記第１制御弁の弁体と前記第２制御弁の弁体とのなす角の中心線は、吸気ポートと吸気バルブとの開口を通るように設定されることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の吸気装置。
【請求項３】
前記第１制御弁は、回転中心と先端部との距離を、前記一方の内壁と前記他方の内壁との距離より大きく形成され、前記第１制御弁の弁体と気流上流側の前記一方の内壁となす角を鈍角にして設けられることを特徴とする請求項１または２記載の内燃機関の吸気装置。
【請求項４】
前記第２制御弁は、回転中心と先端部との距離を、前記一方の内壁と前記他方の内壁との距離より大きく形成され、前記第２制御弁の弁体と気流上流側の前記他方の内壁となす角を鈍角にして設けられることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載の内燃機関の吸気装置。
【請求項５】
前記第１制御弁および前記第２制御弁の下流側に燃料噴射装置が設けられることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項記載の内燃機関の吸気装置。
【請求項６】
前記第１制御弁および前記第２制御弁は、それぞれ単独で駆動制御されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項記載の内燃機関の吸気装置。
【請求項７】
前記第１制御弁および前記第２制御弁は、連動するよう駆動制御されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項記載の内燃機関の吸気装置。
【請求項８】
前記第１制御弁は、吸気管の一方の内壁に形成された第１凹部に格納可能であり、前記第２制御弁は、吸気管の他方の内壁に形成された第２凹部に格納可能であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項記載の内燃機関の吸気装置。
【請求項９】
内燃機関の吸気装置に用いられる気流制御ユニットであって、
内部に吸気通路を形成するハウジングと、
前記吸気通路内に設けられ、前記ハウジングの一方の内壁側を中心に回転駆動される第１制御弁と、
前記吸気通路内に設けられ、前記ハウジングの他方の内壁側を中心に回転駆動される第２制御弁と、
を備え、
前記第１制御弁および前記第２制御弁は、前記吸気管の形成する吸気通路内で対向して設けられ、協働して前記吸気通路の断面積を縮小することを特徴とする気流制御ユニット。
【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、内燃機関の吸気管の内壁に制御弁を設け、内燃機関の運転状態に応じて燃焼室に導入する気流を制御する内燃機関の吸気装置が知られている。
しかし、特許文献１では、制御弁よりも気流の上流側に燃料噴射弁を設けているので、燃料噴射弁から噴射された燃料が制御弁に付着する虞がある。特許文献２では、吸気管内に固定されている仕切り板が吸気抵抗となり、燃焼室に効率よく空気を導入することができず、エミッションおよび燃費を悪化させる虞がある。
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１８３５６７号公報
【特許文献２】特開２００４−１１４４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、内燃機関に吸入する空気を燃焼室内に効率よく導入し、エミッション低減および燃費を向上する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】
【０００５】
請求項１に記載の発明によると、第１制御弁は内燃機関の吸気管の一方の内壁側を中心に回転駆動され、第２制御弁は吸気管の他方の内壁側を中心に回転駆動される。第１制御弁および第２制御弁は、吸気管の形成する吸気通路内で対向して設けられ、協働して吸気通路の断面積を縮小する。このため、第１制御弁および第２制御弁によって作出される気流は吸気抵抗となる内壁側から離されて燃焼室に導入する。これにより、吸気管内の内壁面での摩擦損失が低減でき、圧力損失が低減し、燃焼室内に効率よく空気が導入されるので、内燃機関のポンプ損失が低減する。この結果、エミッションの低減および燃費を向上することができる。
【０００６】
請求項２に記載の発明によると、第１制御弁の弁体と第２制御弁の弁体とのなす角の中心線は、吸気ポートと吸気バルブとの開口を通るように設定される。このため、第１制御弁および第２制御弁によって作出される気流は流れを阻害されることなく燃焼室に導入し、燃焼室内に強いタンブル流を形成する。
【０００７】
請求項３に記載の発明によると、第１制御弁は、回転中心と先端部との距離を、一方の内壁と他方の内壁との距離より大きく形成される。第１制御弁の弁体と気流上流側の一方の内壁とのなす角は鈍角にして設けられる。このため、第１制御弁上流の空気を速やかに通過させ、吸気管内の圧力損失を低減することができる。
【０００８】
請求項４に記載の発明によると、第２制御弁は、回転中心と先端部との距離を、一方の内壁と他方の内壁との距離より大きく形成される。第２制御弁の弁体と気流上流側の他方の内壁とのなす角は鈍角にして設けられる。このため、第２制御弁上流の空気を速やかに通過させ、吸気管内の圧力損失を低減することができる。
【０００９】
請求項５に記載の発明によると、第１制御弁および第２制御弁の下流側に燃料噴射装置が設けられる。このため、制御弁に燃料が付着することを防止し、燃費を向上することができる。
【００１０】
請求項６に記載の発明によると、第１制御弁および第２制御弁は、それぞれ単独で駆動制御される。このため、内燃機関の始動時および部分負荷時、吸気管の一方の内壁と他方の内壁との間のいずれの位置へも気流を制御することができる。
【００１１】
請求項７に記載の発明によると、第１制御弁および第２制御弁は、連動して駆動制御される。このため、単一の駆動装置による制御が可能となる。
【００１２】
請求項８に記載の発明によると、第１制御弁は、吸気管の一方の内壁に形成された第１凹部に格納可能であり、第２制御弁は、吸気管の他方の内壁に形成された第２凹部に格納可能である。このため、内燃機関の全負荷時、第１制御弁および第２制御弁が吸気抵抗とならず、燃焼室に効率よく空気を導入することができる。
【００１３】
請求項９に記載の発明によると、内燃機関の吸気装置に用いられる気流制御ユニットは、ハウジングと、ハウジングの一方の内壁側を中心に回転駆動される第１制御弁と、ハウジングの他方の内壁側を中心に回転駆動される第２制御弁とを備える。第１制御弁および第２制御弁は、吸気管の形成する吸気通路内で対向して設けられ、協働して吸気通路の断面積を縮小する。このため、各種の内燃機関に対応し、燃焼室内に強いタンブル流を形成することができる。
なお、この気流制御弁ユニットに対し、上記吸気装置と同様、請求項２〜８に示す構成を採用しても良い。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態による内燃機関の吸気装置を図１〜図４に示す。まず、内燃機関１の全体構成を図２に基づき説明する。内燃機関１は、エンジン本体２、吸気装置３、排気装置４、高圧排気ガス再循環装置（高圧ＥＧＲ装置）５、低圧排気ガス再循環装置（低圧ＥＧＲ装置）６および電子制御装置（ＥＣＵ）７等を備える。
エンジン本体２は、シリンダ２１およびピストン２２を有する。シリンダ２１とピストン２２との間には燃焼室２３が形成される。
【００１５】
吸気装置３は、吸気通路３１を形成する吸気管３０を設ける。吸気装置３は、吸気管３０の吸入口３２から吸気通路３１を通してエンジン本体２の燃焼室２３へ空気を導入する。吸気装置３は、過給機３５、インタークーラー３６、スロットル３７、サージタンク３８、気流制御ユニット１０および燃料噴射装置（インジェクタ）３９等を設ける。
排気装置４は、排気通路４１を形成する排気管４０を設ける。排気装置４は、エンジン本体２から排出される排気を排気通路４１を通して排気管４０の排出口４２へ導く。排気装置４は、過給機３５および排気浄化部４３等を設ける。
【００１６】
高圧ＥＧＲ装置５は、高圧ＥＧＲ通路５１を形成する高圧ＥＧＲ通路部材５０と、高圧ＥＧＲ弁５２とを設ける。高圧ＥＧＲ通路部材５０は過給機３５の上流側の排気管４０とスロットル３７の下流側の吸気管３０とを接続し、排気通路４１と吸気通路３１とを高圧ＥＧＲ通路５１が連通する。高圧ＥＧＲ弁５２は、高圧ＥＧＲ通路５１を開閉し、排気通路４１から吸気通路３１へ還流する高圧ＥＧＲガスの流量を制御する。
【００１７】
低圧ＥＧＲ装置６は、低圧ＥＧＲ通路５１を形成する低圧ＥＧＲ通路部材６０と低圧ＥＧＲ弁６２とを有する。低圧ＥＧＲ通路部材６０は排気浄化部４３の下流側の排気管４０と過給機３５の上流側の吸気管３０とを接続し、排気通路４１と吸気通路３１とを低圧ＥＧＲ通路６１が連通する。低圧ＥＧＲ弁６２は、低圧ＥＧＲ通路６１を開閉し、排気通路４１から吸気通路３１へ還流する低圧ＥＧＲガスの流量を制御する。
ＥＣＵ７は、図示しないアクセルセンサ、吸気圧センサ、速度センサ、エンジン回転数センサ、冷却水水温センサ等から出力される情報に基づき車両の運転状態を検出し、車両の各部を制御する。
【００１８】
以下、本実施形態による吸気装置３について詳細に説明する。
吸気装置３は、図１に示すように、シリンダヘッド２４、インテークマニホールド３３、気流制御ユニット１０、インジェクタ３９等を含んで構成される。
シリンダヘッド２４は、燃焼室２３へ空気を導入する吸気ポート２５を形成する。インテークマニホールド３３は、吸気通路３４を形成し、シリンダに空気を配分する。気流制御ユニット１０は、吸気通路３１１を形成する。吸気通路３１１は、断面が四隅に丸みのある矩形状に形成され、吸気ポート２５と吸気通路３４とを連通する。
吸気管３０は、シリンダヘッド２４、インテークマニホールド３３および気流制御ユニット１０を含んで構成される。吸気通路３１は、吸気通路３４、吸気ポート２５および吸気通路３１１を含んで構成される。
【００１９】
シリンダヘッド２４は、吸気ポート２５の径外方向へ凹むインジェクタ取付部２９および吸気バルブ取付部２８を形成する。インジェクタ取付部２９にはインジェクタ３９が設けられる。このため、インジェクタ３９から噴射される燃料が、第１、第２制御弁１３、１４に付着することを防止できる。
吸気バルブ取付部２８には吸気バルブ２６が設けられる。吸気バルブ２６は、図示しないカムシャフトの回転によって吸気ポート２５に設けられるバルブシート２７から燃焼室２３の方向へ離間し、燃焼室２３と吸気ポート２５との間の開閉を行う。
【００２０】
気流制御ユニット１０は、ハウジング１２、第１制御弁１３および第２制御弁１４等から構成される。第１制御弁１３および第２制御弁１４は、吸気通路３１１内で対抗して設けられる。第１制御弁１３は弁体１３１および回転軸１５を有する。回転軸１５は、ハウジング１２の一方の内壁１１側で空気の流れに直交する方向に延びて設けられる。第２制御弁１４は弁体１４１および回転軸１６を有する。回転軸１６は、ハウジング１２の一方の内壁１１１側で空気の流れに直交する方向に延びて設けられる。弁体１３１、１４１は、回転軸方向の大きさを吸気通路３１１の幅より僅かに小さく形成され、回転軸１５、１６を中心として吸気通路３１１内を回転可能である。弁体１３１、１４１は、回転軸１５、１６から先端部１９、２０に行くに従って細くなり、質量を小さくしている。
【００２１】
第１、第２制御弁１３、１４は、ＥＣＵ７からの駆動信号により駆動される駆動モータ８によって回転角度を制御される。第１制御弁１３と第２制御弁１４とは、協働して吸気通路３１１の開口断面積を縮小する。このため、第１制御弁１３および第２制御弁１４によって作出される気流は、インジェクタ取付部２９および吸気バルブ取付部２８から離されて燃焼室２３へ流入する。
【００２２】
図４に示すように、第１制御弁１３の回転軸１５と先端部１９との間の距離Ｌ１は、ハウジング１２の一方の内壁１１と他方の内壁１１１との間の距離Ｈより大きい。このため、第１制御弁１３の弁体１３１と、第１制御弁１３より上流の内壁１１とのなす角ｃは鈍角となる。
第２制御弁１４の回転軸１６と先端部２０との間の距離Ｌ２は、距離Ｈより大きい。このため、第２制御弁１４の弁体１４１と、第２制御弁１４より上流の内壁１１１とのなす角ｄは鈍角となる。
ハウジング１２の内壁１１には第１凹部１７が形成され、内壁１１１には第２凹部１８が形成される。図３に示すように、第１、第２制御弁１３、１４は、それぞれ第１、第２凹部１７、１８に格納可能である。
【００２３】
次に、本実施形態による内燃機関の吸気装置の作動について説明する。
＜内燃機関始動時＞
内燃機関の始動時、図１に示すように、ＥＣＵ７は、駆動モータ８に駆動信号を伝送する。駆動モータ８は、第１、第２制御弁１３、１４を回転駆動する。
ＥＣＵ７は、弁体１３１と、弁体１４１とによって作出する吸気通路の開口断面積を吸気通路の断面積の５％〜２０％に制御する。このとき、第１制御弁１３および第２制御弁１４の回転角度は、弁体１３１と弁体１４１とのなす狭角（ａ＋ｂ）の中心線Ｓが、吸気バルブ２６の開時にできる吸気バルブ２６とバルブシート２７との開口を通るように設定される。このため、第１制御弁１３および第２制御弁１４によって作出される気流は、吸気ポート２５の内壁で流れを阻害されることなく燃焼室に導入し、燃焼室内で強いタンブル流を形成する。このとき、角度ａと角度ｂとは同じ大きさである。
【００２４】
＜内燃機関部分負荷時＞
内燃機関の部分負荷時、ＥＣＵ７は、内燃機関の回転数、負荷により、弁体１３１の先端部１９と、弁体１４１の先端部２０とによって作出する吸気通路の開口断面積を吸気通路の断面積の１０％〜５０％の範囲で制御する。第１制御弁１３および第２制御弁１４の回転角度は、内燃機関の運転条件によって最適な角度に制御される。
【００２５】
＜内燃機関全負荷時＞
内燃機関の全負荷時、図３に示すように、ＥＣＵ７は、第１、第２制御弁１３、１４をそれぞれ第１、第２凹部１７、１８に格納するよう制御する。このため、第１、第２制御弁１３、１４は吸気通路３１１内で吸気抵抗になることなく、燃焼室２３に空気が導入される。
【００２６】
本実施形態では、第１制御弁１３の弁体１３１と、第１制御弁１３より上流の内壁１１とのなす角ｃを鈍角とする。第２制御弁１４の弁体１４１と、第２制御弁１４より上流の内壁１１１とのなす角ｄを鈍角とする。このため、第１、第２制御弁１３、１４上流の空気は、弁体１３１、１４１の間を速やかに通過するので、吸気ポート２５の内壁面による壁面摩擦損失を低減でき、吸気管３０内の圧力損失が低減する。これにより、燃焼室２３内に効率よく空気が導入され、内燃機関１のポンプ損失が低減し、燃費を向上することができる。
また、本実施形態では、弁体１３１と弁体１４１とのなす狭角（ａ＋ｂ）の中心線Ｓが、吸気バルブ２６の開時にできる吸気バルブ２６と吸気ポート２５との開口を通るように制御される。このため、第１、第２制御弁１３、１４によって作出される気流は、速い流れを保ったまま最短距離で燃焼室２３に流入する。これにより、燃焼室２３内で強いタンブル流が形成される。この結果、燃焼室２３内の安定燃焼を実現し、エミッションを低減することができる。
【００２７】
また、本実施形態では、内燃機関１の全負荷時では、第１、第２制御弁１３、１４がそれぞれ第１、第２凹部１７、１８に格納される。このため、第１、第２制御弁１３、１４が吸気通路３１１内で吸気抵抗になることを防止することができる。
また、本実施形態では、インジェクタ３９が第１、第２制御弁１３、１４より気流の下流側に設けられる。このため、インジェクタ３９から噴射された燃料が第１、第２制御弁１３、１４に付着することが防止され、燃費を向上することができる。
【００２８】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態による内燃機関の吸気装置を図５に示す。第１実施形態と実質的に同一の構成要素については同一の符号を付して説明を省略する。
第２実施形態では、２つの駆動装置８、９により第１制御弁１３および第２制御弁１４が独立して駆動される。ＥＣＵ７は、駆動モータ８、９に駆動信号を伝送する。駆動モータ８は第１制御弁１３に設けられる第１歯車８１を回転駆動し、駆動モータ９は第２制御弁１４に設けられる第２歯車９１を回転駆動する。
【００２９】
第２実施形態では、内燃機関の始動時および部分負荷時、内燃機関１の回転数、負荷により吸気バルブ２６と吸気ポート２５との開口の最適な位置に気流を制御することができる。例えば、内燃機関始動時、内壁１１、１１１、吸気ポート２５近傍に付着した燃料を燃焼室に導くため、内壁１１、１１１または吸気ポート２５の壁面近傍の気流を形成することができる。
【００３０】
（第３実施形態）
本発明の第３実施形態による内燃機関の吸気装置を図６に示す。第１および第２実施形態と実質的に同一の構成要素については同一の符号を付して説明を省略する。
第３実施形態では、第１制御弁１３と第２歯車９２とが噛合い、連動して駆動する。駆動モータ８は、ＥＣＵ７からの駆動信号により、第２制御弁１４に設けられる第２歯車９２を回転駆動する。第２歯車９２は、第１制御弁１３に設けられる第１歯車８２を駆動する。第１制御弁１３と第２制御弁１４とが協働して吸気バルブ２６と吸気ポート２５との開口の最適な位置に気流を制御することができるよう第１歯車８２と第２歯車９２とのギア比が設定される。
第３実施形態では、単一の駆動モータ８により第１、第２制御弁１３、１４が回転駆動するので、組付けを容易にすることができる。さらに、ＥＣＵの負担を軽減できる。
【００３１】
（第４実施形態）
本発明の第４実施形態による内燃機関の吸気装置を図７に示す。第１〜第３実施形態と実質的に同一の構成要素については同一の符号を付して説明を省略する。
第４実施形態では、第２歯車９３と第３歯車９４とが噛合い、第３歯車９４と第１歯車８３とがコグドベルト８５により連結されている。駆動モータ８は、ＥＣＵ７からの駆動信号により、第２制御弁１４に設けられる第２歯車９３を回転駆動する。第２歯車９３は第１制御弁１３に設けられる第１歯車８３を回転駆動する。このため、第２歯車９３と第１歯車８３とは同期して回転し、第１制御弁１３と第２制御弁１４とは協働して気流を制御する。第１制御弁１３と第２制御弁１４とが、吸気バルブ２６と吸気ポート２５との開口の最適な位置に気流を制御することができるよう第１歯車８３、第２歯車９３および第３歯車９４のギア比が設定される。
第４実施形態においても、単一の駆動モータ８により第１、第２制御弁１３、１４が回転駆動されるので、組付けを容易にし、ＥＣＵの負担を軽減することができる。さらに、３個の歯車８３、９３、９４のギア比を設定することで気流の制御を精密にすることができる。
【００３２】
（他の実施形態）
上記第１実施形態の内燃機関１の全体構成では、高圧ＥＧＲ装置５の高圧ＥＧＲ通路部材５０は排気管４０の過給機３５の上流側と吸気管３０のスロットル３７の下流側とを接続し、高圧ＥＧＲ通路５１は排気通路４１と吸気通路３１とを連通した。これに対し、高圧ＥＧＲ通路部材を第１、第２制御弁の下流側に接続し、高圧ＥＧＲ通路を気流制御ユニットの吸気通路または吸気ポートに連通してもよい。第１、第２制御弁を制御し、高圧ＥＧＲ通路の開口部近傍へ流れの速い気流を通過させ、ＥＧＲガスの取出し量を多くすることができる。さらに、燃焼室内で強いタンブル流を形成し、安定燃焼させることができる。この結果、エミッションを低減し、かつ、燃費を向上することができる。
また、上記第１実施形態において、低圧ＥＧＲ装置６および過給機３５、インタークーラ３６等がない内燃機関であってもよい。
以上説明したように、本発明は上記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】
【００３３】
【図１】本発明の第１実施形態による内燃機関の吸気装置を示す要部断面図。
【図２】本発明の第１実施形態による内燃機関の全体構成図。
【図３】本発明の第１実施形態による内燃機関の吸気装置を示す要部断面図。
【図４】図１のＩＶ部分の拡大図。
【図５】本発明の第２実施形態による内燃機関の吸気装置を示す要部断面図。
【図６】本発明の第３実施形態による内燃機関の吸気装置を示す要部断面図。
【図７】本発明の第４実施形態による内燃機関の吸気装置を示す要部断面図。
【符号の説明】
【００３４】
１：内燃機関、３：吸気装置、１１：内壁、１３：第１制御弁、１４：第２制御弁、１５：回転軸、１６：回転軸、１７：第１凹部、１８：第２凹部、２３：燃焼室、２６：吸気バルブ、３０：吸気管、３１：吸気通路、３９：燃料噴射装置（インジェクタ）１１１：内壁、１３１：弁体、１４１：弁体、３１１：吸気通路
【図１】
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【図２】
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【図３】
2009275593.tif 000005
【図４】
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【図５】
2009275593.tif 000007
【図６】
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【図７】
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