(57)【要約】【課題】吸気通路の流路断面積を適宜に変化させることが可能であって、断面積を増加させた場合でもガス類が筒内に急激に流入するおそれがなく、かつ吸気抵抗も小さく抑えることが可能な内燃機関の吸気装置を提供する。【解決手段】吸気ポート２内にて吸気の流れ方向に沿って延びる仕切板４と、仕切板４の一方の側と吸気ポート２の底壁２ａとの間の空間Ｓを閉じるようにして仕切板４の流れ方向に関する両端部に連結された一対の閉鎖部材５、６とをリンクとしてそれぞれ含み、仕切板４を吸気ポート２内にて概略平行運動させるように構成されたリンク機構３と、リンク機構３を動作させるリンク駆動機構１５とを内燃機関の吸気装置１に設ける。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気通路内にて吸気の流れ方向に沿って延びる仕切板と、前記仕切板の一方の側と前記吸気通路の内壁との間の空間を閉じるようにして前記仕切板の前記流れ方向に関する両端部に連結された一対の閉鎖部材とをリンクとしてそれぞれ含み、前記仕切板が前記内壁に対して接近及び離間する方向に概略平行移動するように構成されたリンク機構と、
前記リンク機構を動作させるリンク駆動手段と、
を備えた内燃機関の吸気装置。
【請求項２】
前記仕切板と前記一対の閉鎖部材のそれぞれの一端部とが、前記吸気通路の前記内壁を底辺側とする台形状のリンク機構を形成するように互いに回転自在に連結され、一方の閉鎖部材の他端部が前記吸気通路の内壁に回転自在に取り付けられ、他方の閉鎖部材の他端部は前記内壁に回転自在かつ前記流れ方向に移動自在に取り付けられ、
前記リンク駆動機構は、前記他方の閉鎖部材の他端部を前記流れ方向に操作することにより前記リンク機構を動作させる請求項１に記載の吸気装置。
【請求項３】
前記仕切板の吸気流れ方向における下流側の端部が前記吸気通路の終端部に臨む位置にある請求項１又は２に記載の吸気装置。
【請求項４】
前記内燃機関の要求空気量に応じて前記仕切板の位置が変化するように前記リンク駆動手段の動作を制御するリンク制御手段をさらに備えた請求項１〜３のいずれか一項に記載の吸気装置。
【請求項５】
前記吸気通路の終端部に向かって燃料を噴射する燃料噴射弁が、前記吸気通路の前記仕切板及び前記一対の閉鎖部材によっては塞がれない領域に設けられている請求項１〜４のいずれか一項に記載の吸気装置。
【請求項６】
ＥＧＲガスを導入するためＥＧＲ管の終端部が、前記吸気通路の前記仕切板及び前記一対の閉鎖部材によっては塞がれない領域に接続されている請求項１〜５のいずれか一項に記載の吸気装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、吸気通路の断面積を変化させることが可能な内燃機関の吸気装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
吸気通路の終端部付近に、吸気の流れ方向に沿って延びる仕切板を配置し、その仕切板の両端部には板状の弁体を回転可能に連結し、それらの弁体を回転駆動して仕切板の一方の側の流路の開度を変化させることにより、タンブル流といった特定の吸気流を筒内に生じさせる状態と、吸気抵抗を抑えて吸気量の増大に対応させた状態とを切り替え可能とした吸気装置が知られている（例えば特許文献１参照）。吸気通路内に配置される仕切板を、吸気通路の側壁に設けられた摺動溝に沿って略平行に移動可能とし、その仕切板の上流側の端部に弁体の一端部を回転自在に連結し、その弁体の他端部を軸として当該弁体を回転駆動することにより、仕切板の位置を変化させる吸気装置も知られている（例えば特許文献２参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１１５４０号公報
【特許文献２】特開２００６−７７６４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載の吸気装置では、仕切板が吸気通路の中心線付近に固定されているため、弁体を開いても仕切板の周囲にて比較的大きな吸気抵抗が生じる。特許文献２の吸気装置では、仕切板を吸気通路の底部に後退させているので吸気抵抗が減少する。しかし、仕切板を吸気通路の中央付近に移動させた状態では、仕切板の流れ方向後端側が開放されている。このため、弁体を起こして仕切板を吸気通路の底壁から離した場合、その仕切板と吸気通路の底壁との間に、流れ方向上流側に向かって袋小路状の空間が生じる。従って、冷間始動時の非同期噴射制御によって燃料噴射弁からポート内に燃料を噴射した場合、その噴射された燃料が袋小路状の空間に回り込み、その燃料が暖機完了まで滞留することがある。この場合、暖機完了後に、流路の断面積を増加させるべく仕切板を吸気通路の底壁側に後退させると、上記の袋小路状の空間に残留した燃料が急激に筒内に流入する。また、広範囲の運転領域で吸気通路にＥＧＲガスを導入する内燃機関の場合には、過渡運転時にて仕切板と吸気通路の底壁との間の空間に一時的に高濃度のＥＧＲガスが残留することがある。この場合も、断面積を増加させるべく仕切板を後退させると、袋小路の空間に残留したＥＧＲガスが急激に筒内に流入する。仕切板と吸気通路の底壁との間の空間に溜ったガス類（ここでは燃焼に影響を与えるガスであって、燃料噴霧、ＥＧＲガス等を含む。）の残留量の予測は困難なため、その急激な流入により空燃比制御が乱れるといった不都合が生じるおそれがある。
【０００５】
そこで、本発明は、吸気通路の流路断面積を適宜に変化させることが可能であって、断面積を増加させた場合でもガス類が筒内に急激に流入するおそれがなく、かつ吸気抵抗も小さく抑えることが可能な内燃機関の吸気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】
本発明に係る内燃機関の吸気装置は、吸気通路内にて吸気の流れ方向に沿って延びる仕切板と、前記仕切板の一方の側と前記吸気通路の内壁との間の空間を閉じるようにして前記仕切板の前記流れ方向に関する両端部に連結された一対の閉鎖部材とをリンクとしてそれぞれ含み、前記仕切板が前記内壁に対して接近及び離間する方向に概略平行移動するように構成されたリンク機構と、前記リンク機構を動作させるリンク駆動手段とを備えたものである（請求項１）。
【０００７】
本発明の吸気装置においては、仕切板の両端部が一対の閉鎖部材によって閉じられ、しかも仕切板と閉鎖部材とがリンク機構のリンクを構成しているため、リンク駆動手段にてリンク機構を動作させることにより、仕切板の裏面側の空間を閉鎖部材で閉鎖したまま仕切板を吸気通路の内壁と接近又は離間する方向に概略平行移動させて流路断面積を変化させることができる。仕切板の裏面側の空間が閉鎖部材で閉じられていることから、吸気通路内に袋小路状の空間が生じない。このため、吸気通路内に燃料、ＥＧＲガス等が導入されても、それらが仕切板と閉鎖部材とで囲まれた空間に回り込んで残留せず、吸気弁が開く毎にそれらのガス類が吸気に押し出されて筒内に流入する。従って、燃料、あるいはＥＧＲガス等のガス類が吸気通路内に蓄積されて流路断面積の増加時にそれらのガス類が筒内に筒内に急激に流入するおそれもない。仕切板を吸気通路の内壁に向かって後退させることにより、仕切板が吸気の流れに与える抵抗を十分に低減し、吸気量の増大に容易に対応することができる。
【０００８】
本発明の吸気装置の一形態においては、前記仕切板と前記一対の閉鎖部材のそれぞれの一端部とが、前記吸気通路の前記内壁を底辺側とする台形状のリンク機構を形成するように互いに回転自在に連結され、一方の閉鎖部材の他端部が前記吸気通路の内壁に回転自在に取り付けられ、他方の閉鎖部材の他端部は前記内壁に回転自在かつ前記流れ方向に移動自在に取り付けられ、前記リンク駆動機構は、前記他方の閉鎖部材の他端部を前記流れ方向に操作することにより前記リンク機構を動作させるものとしてもよい（請求項２）。この形態によれば、他方の閉鎖部材の他端部を吸気の流れ方向に操作することにより、仕切板を吸気通路内で概略平行に移動させて流路の断面積を変化させることができる。仕切板と一対の閉鎖部材とを略直線的に連なるようにリンク機構を変形させることが可能であり、それによりリンク機構の通気抵抗を顕著に低減させることができる。
【０００９】
本発明の吸気装置の一形態においては、前記仕切板の吸気流れ方向における下流側の端部が前記吸気通路の終端部に臨む位置にあってもよい（請求項３）。この形態によれば、仕切板を吸気通路の中央に向かって移動させることにより、吸気通路の終端部付近まで流路を狭めて筒内に特定の吸気流を確実に生じさせることができる。
【００１０】
本発明の吸気装置の一形態においては、前記内燃機関の要求空気量に応じて前記仕切板の位置が変化するように前記リンク駆動手段の動作を制御するリンク制御手段をさらに備えてもよい（請求項４）。この形態によれば、要求空気量に応じて仕切板が移動して流路断面積が変化する。これにより、内燃機関の負荷に対して流路断面積を適正化することができる。
【００１１】
本発明の吸気装置の一形態においては、前記吸気通路の終端部に向かって燃料を噴射する燃料噴射弁が、前記吸気通路の前記仕切板及び前記一対の閉鎖部材によっては塞がれない領域に設けられていてもよい（請求項５）。あるいは、ＥＧＲガスを導入するためＥＧＲ管の終端部が、前記吸気通路の前記仕切板及び前記一対の閉鎖部材によっては塞がれない領域に接続されていてもよい（請求項６）。これらの形態によれば、吸気通路に燃料、あるいはＥＧＲガスを導入しても、吸気弁が開く毎にそれらのガス類を吸気通路に残留させることなく筒内に流入させることができる。
【発明の効果】
【００１２】
以上に説明したように、本発明の内燃機関の吸気装置においては、リンク機構を動作っさせて仕切板を概略平行に移動させることにより、吸気通路の流路断面積を適宜に変化させることが可能である。吸気弁が開く毎に吸気通路内のガス類を筒内に流入させることができるので、流路断面積の増加時にそれらのガス類が筒内に筒内に急激に流入するおそれを排除することができる。しかも、吸気通路の内壁に向かって仕切板を後退させた場合には、その仕切板が吸気の流れに与える抵抗を十分に低減することが可能であり、吸気量の増大に容易に対応することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１は本発明の一形態に係る吸気装置が適用された内燃機関の吸気系の要部を示す縦断面図である。なお、図１は、内燃機関のシリンダ軸線が上下方向に向けられ、かつシリンダヘッドが燃焼室の上方に位置している状態で描かれている。図示の吸気装置１においては、内燃機関の吸気通路の一部である吸気ポート２の内部にリンク機構３が配置されている。リンク機構３は、吸気ポート２内における吸気の流れ方向に沿って設けられた仕切板４と、その仕切板４の吸気流れ方向に関する両端部に連結された一対の板状の閉鎖部材５、６とをリンクとして含んでいる。閉鎖部材５、６は、仕切板４と吸気ポート２の底面２ａとの間に生じる空間を閉じるように設けられている。閉鎖部材５、６は、それぞれの一端部が仕切板４に対して連結軸７、８を介して連結されることにより、それらの連結軸７、８を中心として回転自在である。しかも、仕切板４と閉鎖部材５、６とは吸気ポート２の底壁２ａを底辺側とする台形状のリンク機構を形成するように互いに連結されている。
【００１４】
上流側の閉鎖部材５の他端部は吸気ポート２の底面２ａに対して連結軸９を介して回転自在に連結されている。下流側の閉鎖部材６の他端部は、案内軸１０と回転自在に連結されている。案内軸１０は、吸気ポート２の側壁２ｂに設けられた案内溝１１に対して摺動自在に嵌め合わされている。案内溝１１はその長手方向が仕切板４と平行となるように設けられている。従って、吸気ポート２の側壁２ｂがリンク機構３のリンクの一つとして機能する。閉鎖部材６は、その側壁２ｂに対して案内軸１０の回りに回転可能かつ案内溝１１の長手方向に平行にスライド可能な状態で取り付けられている。
【００１５】
案内軸１０の先端は吸気ポート２の側壁２ｂを貫いて外部に突出している。その突出部分がリンク駆動機構１５にて操作されることにより、リンク機構３が動作する。リンク駆動機構１５は、駆動源としての電動モータ１６と、その電動モータ１６の出力軸１６ａに一体回転可能に取り付けられた駆動プーリ１７と、吸気ポート２の近傍に配置されたリンク駆動板１８と、その駆動板１８と同軸かつ一体回転可能に連結された従動プーリ１９と、駆動プーリ１７と従動プーリ１９との間に掛け回されたベルト２０とを備えている。リンク駆動板１８は、円板の一部に切欠部１８ａを形成した形状であり、その切欠部１８ａには案内軸１０の吸気ポート２外への突出部分が嵌め合わされている。従って、電動モータ１６の回転運動をベルト２０を介してリンク駆動板１８に伝達すると、案内軸１０が案内溝１１に沿って移動し、それに伴ってリンク機構３が仕切板４を平行移動させるように動作する。モータ１６の駆動方向を切り替えることにより、案内軸１０を両方向に移動させることができる。
【００１６】
吸気ポート２の終端部（吸気通路の終端部に相当。）２ｃには吸気弁２１の弁軸２１ａが通されている。仕切板４は、その流れ方向下流側の端部が、弁軸２１ａよりも吸気の流れ方向上流側（図１では右側）に幾らか後退した位置で終端部２ｃに臨むように設けられている。なお、吸気ポート２はシリンダヘッドの内部に設けられるが、仕切板４は、その一部がインテークマニホールドの分岐管内に位置するものであってもよい。また、内燃機関には気筒数に応じて複数の吸気ポートが設けられているが、他の吸気ポートに関しても図１と同様の構成の吸気装置が適用される。
【００１７】
吸気ポート２の上部の流路２ｄ、すなわち、仕切板４及び閉鎖部材５、６によっては塞がれない領域にはポート噴射用の燃料噴射弁２２が設けられている。燃料噴射弁２２は、吸気ポート２の終端部２ｃに向かって燃料を噴射する。吸気ポート２の流路２ｄには、ＥＧＲ管２３の終端部２３ａがさらに接続されている。内燃機関の排気通路から戻されるＥＧＲガスは、ＥＧＲデリバリ２４を経由してＥＧＲ管２３から流路２ｄに導入される。
【００１８】
リンク駆動機構１５のモータ１６の動作はエンジンコントロールユニット（以下、ＥＣＵと表記する。）２５にて制御される。ＥＣＵ２５は、内燃機関の機関回転数、負荷といった情報に基づいて燃料噴射弁２２からの燃料噴射量等を制御することにより、内燃機関を目標とする運転状態に制御するコンピュータユニットである。ＥＣＵ２５によるモータ１６の制御については後述する。
【００１９】
次に、図２及び図３を参照して吸気装置１の動作を説明する。図２は、燃料噴射弁２２から吸気ポート２内に燃料３０が非同期噴射された場合のその燃料３０の挙動、及び、ＥＧＲ管２３から流路２ｄにＥＧＲガス３１が導入された場合のそのＥＧＲガス３１の挙動をそれぞれ示している。但し、図２において、リンク機構３は、図中の矢印方向に駆動されて仕切板４が吸気ポート２の底壁２ａから持ち上げられている。非同期噴射された燃料は吸気弁２１が開くまで吸気ポート２の終端部２ｃ付近で拡散する。また、ＥＧＲ管２３から導入されたＥＧＲガス３１も、同様に吸気弁２１が開くまで吸気ポート２の終端部２ｃ付近で拡散する。これらの場合、仕切板４と底壁２ａとの間の空間Ｓが閉鎖部材５、６で閉じられているため、燃料３０やＥＧＲガス３１がその空間Ｓに回り込むおそれはない。従って、吸気弁２１が開けば、燃料３０やＥＧＲガス３１は吸気に押し出されてシリンダ１３内に流入する。このため、吸気弁２１が開かれているにも拘わらず、吸気ポート２の内部に燃料３０やＥＧＲガス３１が残留するおそれを排除することができる。つまり、吸気弁２１が開く毎に、吸気ポート２内の燃料３０やＥＧＲガス３１がほぼ完全にシリンダ１３内に流入する。このため、吸気ポート２の内部に残留ガスが蓄積され、仕切板４を後退させて流路２ｄの断面積を増加させたときにその残留ガスがシリンダ１３内に急激に流入して空燃比制御が乱れるといった不都合が生じるおそれを排除することができる。
【００２０】
図２の状態では、吸気ポート２の下半分の空間が仕切板４と閉鎖部材５、６とで塞がれて流路２ｄが吸気ポート２概略上半分の範囲に狭められているため、吸気がシリンダ１３の中心寄りに偏って流入する。それにより、シリンダ１３内には比較的強いタンブル流が形成される。図３に破線で示すように、仕切板４を底壁２ａに向かって後退させることにより、流路２ｄの断面積を拡大して吸気量を増加させることができる。仕切板４を底壁２ａに接する程度まで後退させた場合には、仕切板４が吸気の流れに与える抵抗が十分に小さく、仕切板４等が吸気ポート２内に残る従来例に比して、吸気量の増大に容易に対応することができる。なお、案内軸１０を案内溝１１の左端（つまり吸気ポート２の終端部２ｃ側の端部）まで移動させることにより、仕切板４と閉鎖部材５、６とがほぼ一直線に連なるようにリンク機構３が変形する。これにより、通気抵抗が最小限に抑えられる。
【００２１】
次に、ＥＣＵ２５による仕切板４の位置の調整手順について説明する。ＥＣＵ２５は、内燃機関の運転状態を制御するために各種のルーチンを実行するが、その一つとして図４の流路断面積制御ルーチンを所定の周期で繰り返し実行する。流路断面積制御ルーチンは、吸気ポート２の流路２ｄの断面積を内燃機関の運転状態に応じて制御するための処理である。図４の流路断面積制御ルーチンを開始すると、ＥＣＵ２５はまずステップＳ１で内燃機関の運転状態を判別する。運転状態は、公知の内燃機関の制御と同様に、機関回転数、アクセルペダルの開度といった情報に基づいて判別してよい。続くステップＳ２にて、ＥＣＵ２５は運転状態に応じた要求空気量、すなわち内燃機関を目標とする運転状態に制御するために必要な吸気量を演算する。その演算手法も公知の内燃機関の運転制御と同様に行えばよい。次のステップＳ３にて、ＥＣＵ２５は要求空気量に応じたリンク機構３の位置、言い換えれば仕切板４の位置を決定する。この場合、要求空気量が大きいほど仕切板４が底壁２ａに接近するようにリンク位置が定められる。なお、ステップＳ３の処理を実行するためには、要求空気量と仕切板４の位置との関係を対応付けたマップを予めベンチ適合試験等で作成してＥＣＵ２５のＲＯＭに格納し、そのマップを参照して要求空気量に対応するリンク位置を目標位置として取得すればよい。仕切板４の位置に代え、リンク駆動板１８の回転位置、あるいはモータ１６の出力軸１６ａの回転位置と要求空気量とを対応付けたマップを用意し、そのマップに従ってモータ１６の駆動量及び駆動方向を決定してもよい。
【００２２】
続くステップＳ４にて、ＥＣＵ２５は、リンク位置がステップＳ３で決定した目標位置となるようにモータ１６を駆動する。ステップＳ４にてモータを駆動した後、ＥＣＵ２５は今回のルーチンを終了する。以上のルーチンを実行することにより、ＥＣＵ２５はリンク制御手段として機能する。
【００２３】
図５は、内燃機関の要求空気量とタンブル比との関係を示すグラフであって、図中の実線は本形態の吸気装置１の場合を示し、図中の破線は吸気ポート２内に従来の固定型の仕切板を有する吸気装置の場合を示している。図５から明らかなように、本形態では要求空気量が増加するほど仕切板４の位置が底壁２ａに近付くように制御されて吸気量が増加し、その吸気量の増加に伴ってタンブル比も増大する。従来例でも同様の関係ではあるが、要求空気量が増加するに従って吸気ポート内の仕切板等が抵抗となり、本形態に比して空気量が早期に頭打ちとなる。その結果、タンブル比の上限も従来例では小さい。一方、本形態の吸気装置１によれば、仕切板４を底壁２ａ上に後退させることによって吸気抵抗を従来例よりも小さく抑えられるため、要求空気量の上限が拡大し、それによりタンブル比の上限も従来例と比してより大きくなる。
【００２４】
本発明は上述した形態に限定されることなく、種々の形態にて実施することができる。例えば、上記の形態ではタンブル流の形成を目的として吸気ポート２の下半分の領域を仕切板４及び閉鎖部材５、６にて閉じるようにしたが、リンク機構３を吸気ポートの左右いずれか一方の空間に配置してスワール流を制御するようにしてもよい。リンク機構の構成は仕切板を概略平行移動できる限りにおいて適宜に変更してよい。リンク駆動手段の構成についても、図示のリンク駆動機構１５に限らず、リンク機構の一部を操作して各リンクの位置を変化させ得る限りにおいて適宜に変更可能である。リンク駆動源も電動モータに限らず、各種のアクチュエータを利用してよい。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の一形態に係る吸気装置が適用された吸気系の要部を示す縦断面図。
【図２】燃料噴射弁から吸気ポート内に非同期噴射された燃料、及び吸気ポート内に導入されたＥＧＲガスのそれぞれの挙動を示す図。
【図３】仕切板を吸気ポートの底壁に向かって後退させるときの各リンクの動作を示す図。
【図４】図１のＥＣＵが実行する流路断面積制御ルーチンを示すフローチャート。
【図５】内燃機関の要求空気量とタンブル比との関係を示す図。
【符号の説明】
【００２６】
１  吸気装置
２  吸気ポート
２ａ  吸気ポートの底壁
２ｃ  吸気ポートの終端部
２ｄ  吸気ポート内の流路
３  リンク機構
４  仕切板
５、６  閉鎖部材
７、８  
１３  シリンダ
１５  リンク駆動機構（リンク駆動手段）
２１  吸気弁
２２  燃料噴射弁
２３  ＥＧＲ管
２４  ＥＧＲデリバリ
２５  エンジンコントロールユニット（圧力制御手段）
３０  燃料
３１  ＥＧＲガス
【図１】
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【図２】
2009257174.tif 000004
【図３】
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【図４】
2009257174.tif 000006
【図５】
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