(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
気筒毎に複数の吸気ポートを有し、これら吸気ポートの分岐点より上流の吸気通路に、何れかの吸気ポートに面する位置に切欠きを有したスワール制御弁を備え、所定の運転条件で該スワール制御弁を閉じることにより前記切欠きに面した吸気ポートを介して吸気を流通させてスワールを生成させる一方、各吸気ポートに燃料を供給するようにした内燃機関の吸気制御装置において、
前記スワール制御弁の切欠きに面した吸気ポートに設けられた吸気弁による吸気導入を切欠きに面しない吸気ポートに設けられた吸気弁による吸気導入よりも遅く設定する吸気導入遅延設定手段を備え、
前記吸気導入遅延設定手段は、スワール制御弁の切欠きに面した吸気ポートに設けられた吸気弁の吸気行程初期におけるリフト量を、切欠きに面しない吸気ポートに設けられた吸気弁のリフト量よりも低く設定する吸気弁リフト量設定手段であることを特徴とする内燃機関の吸気制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、内燃機関のスワール制御弁を備えた吸気制御装置に関し、特に、燃料噴射弁から吸気ポート壁への燃料付着による壁流を抑制する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の内燃機関の吸気制御装置としては、例えば、図１４に示すようなものがある（実開昭６０−４５８２９号公報等参照）。
即ち、このものは、燃料噴射弁６が吸気管の上壁部に装着され、その先端部の噴孔から２つの吸気ポート２，３へ向けて燃料を噴射供給すると共に、吸気スワールを強化する目的で、スワール制御弁９が吸気ポート２，３の上流に設けられている。
【０００３】
このスワール制御弁９は、機関の低速低負荷領域で閉じることにより、吸気流速が増してシリンダ１の燃焼室内で強力なスワールが生成して燃料の微粒化を促進しつつ空気との混合性を高めて燃焼効率を向上させＨＣ，ＣＯ等の低減を図る一方、高速高負荷領域で開くことにより吸気通路面積を増大させて燃焼室内への吸気充填効率を高め出力を向上させるように構成されるものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、かかる従来の内燃機関の吸気制御装置にあっては、スワール制御弁９を開いた状態では、燃料噴射弁９からの燃料噴射量に最適な空気量が各吸気ポート２，３に導入され、吸気流量・流速及び燃料噴射量は左右の吸気ポート２，３で同等であるため、吸気ポート２，３壁面に付着する燃料壁流も両ポート２，３で同等となる。
【０００５】
しかし、図１５に示すように、スワール制御弁９を閉じると、切欠き９ａに面する側の吸気ポート２に対し、その反対側の切欠き９ａに面しない吸気ポート３の吸気流量及び流速は極めて低下しているにもかかわらず、燃料噴射弁９より各吸気ポート２，３に向って噴射される噴射燃料の量は同等であるために、図１５（ｂ）に示すように、吸気ポート３側では噴射された燃料が吸気ポート３壁面に付着して燃料壁流が増大し、ＨＣの排出量を却って増大させ運転性を悪化させるといった問題点があった。
【０００６】
尚、かかる切欠き９ａに面しない吸気ポート３壁面に付着する燃料壁流を減少させるべく、切欠き９ａに面した吸気ポート２側のみに、燃料を噴射供給するように構成することも考えられるが、このものでは、各吸気ポート２，３から導入される吸気の空燃比に差異が生じて均一な混合気の形成がなされず、燃焼が安定せず却って排気エミッションが悪化することになるため採用することはできない。
【０００７】
本発明は、このような従来の問題点に鑑みなされたものであり、スワール制御弁の切欠きに面しない吸気ポート側の燃料の霧化を促進して壁流量を減少することにより、排気浄化性能及び運転性能を改善した内燃機関の吸気制御装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するために、本発明は、気筒毎に複数の吸気ポートを有し、これら吸気ポートの分岐点より上流の吸気通路に、何れかの吸気ポートに面する位置に切欠きを有したスワール制御弁を備え、所定の運転条件で該スワール制御弁を閉じることにより前記切欠きに面した吸気ポートを介して吸気を流通させてスワールを生成させる一方、各吸気ポートに燃料を供給するようにした内燃機関の吸気制御装置において、前記スワール制御弁の切欠きに面した吸気ポートに設けられた吸気弁による吸気導入を切欠きに面しない吸気ポートに設けられた吸気弁による吸気導入よりも遅く設定する吸気導入遅延設定手段を備え、前記吸気導入遅延設定手段は、スワール制御弁の切欠きに面した吸気ポートに設けられた吸気弁の吸気行程初期におけるリフト量を、切欠きに面しない吸気ポートに設けられた吸気弁のリフト量よりも低く設定する吸気弁リフト量設定手段であることを特徴とする。
【００１１】
【作用】
かかる構成によれば、スワール制御弁の閉弁状態では、燃料噴射弁からの燃料噴射量は各吸気ポートで同じであるが、各吸気弁が同時に開弁するとスワール制御弁の切欠きに面した吸気ポートに比べその反対側の切欠きに面していない吸気ポートでは空気流量及び流速が低下するために、該吸気ポートでは噴射された燃料が吸気ポート壁面に付着して壁流が発生しやすくなる。
【００１２】
そこで、吸気導入遅延設定手段によりスワール制御弁の切欠きに面した吸気ポートに設けられた吸気弁による吸気導入を切欠きに面しない吸気ポートに設けられた吸気弁による吸気導入よりも遅く設定する。
【００１６】
特に、前記吸気導入遅延設定手段を、スワール制御弁の切欠きに面した吸気ポートに設けられた吸気弁の吸気行程初期におけるリフト量を、切欠きに面しない吸気ポートに設けられた吸気弁のリフト量よりも低く設定する吸気弁リフト量設定手段とし、スワール制御弁の切欠きに面した吸気ポートに設けられた吸気弁の吸気行程初期における有効開口面積を減少させることにより、該吸気ポート側への吸気導入を妨げ、切欠きに面しない吸気ポート側へ多くの吸気を導入することができるので、切欠きに面しない吸気ポート壁面に付着した壁流ＨＣの低減と共に、燃焼効率の向上を図ることができる。
【００１８】
これによると、スワール制御弁の閉弁時においては、前記発明と同様の作用を奏すると共に、スワール制御弁が開弁する高速・高負荷領域では、閉弁時に比べてバルブオーバーラップが大きくなるので、燃焼ガスの交換が促進される。また、各吸気ポートの吸気流量が等しくなるので、混合気の均一化が促進されることになる。
【００１９】
【実施例】
以下に、本発明の実施例を図に基づいて説明する。
一実施例を示す図１において、内燃機関には各気筒のシリンダ１毎に２つの吸気ポート２，３及び２つの排気ポート４，５が備えられている。この吸気ポート２，３は、その上流側から供給される混合気をシリンダ１の燃焼室内に導くための通路であり、該吸気ポート２，３には、その吸気口２ａ，３ａを開閉する吸気バルブ１１，１２が設けられており、吸気カム機構１５を介してカム１７，１８により開閉されるようになっている。ここで、吸気導入遅延設定手段としての機能は、吸気バルブ１１，１２、吸気カム機構１５及びカム１７，１８が有する。
【００２０】
このカム１７，１８は、図４に示すように、スワール制御弁９の切欠き９ａに面した吸気ポート２に設けられた吸気弁１１の開弁時期（点線示）を、切欠き９ａに面しない吸気ポート３に設けられた吸気弁１２の開弁時期よりも遅くなるように夫々異なるカムプロフィールを有するように設定されている。
また、排気ポート４，５は、燃焼室内で燃焼された既燃焼ガスを外部へ排出するための通路であり、該排気ポート４，５には、その排気口４ａ，５ａを開閉する排気バルブ１３，１４が設けられており、排気カム機構１６を介してカム１９，１９により開閉されるようになっている。
【００２１】
また、吸気ポート２，３の上流には、吸気管２０の上壁部に燃料噴射弁６が装着されており、該燃料噴射弁６は、コントロールユニット７から出力される駆動パルス信号により電磁コイルに通電されて開弁し、通電停止されて閉弁する電磁式燃料噴射弁で、その先端部の噴孔から２つの吸気ポート２，３へ向けて燃料を噴射供給するようになっている。
【００２２】
また、吸気ポート２，３の上流側には、スワール制御弁９（ＳＣＶ）が装着されている。このスワール制御弁９は、ダイヤフラム式のアクチュエータ８を運転状態によりソレノイドバルブ１０を制御して開閉可能に構成され、該スワール制御弁９の吸気ポート２に面した側には切欠き９ａが設けられており、閉弁時には、吸気ポート２側には切欠き９ａを介して十分な吸気が供給されるが、吸気ポート３側への吸気の供給は制限されるようになっている。
【００２３】
コントロールユニット７は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ，Ａ／Ｄ変換器及び入出力インタフェイス等を含んで構成されるマイクロコンピュータを備え、各種センサからの入力信号を受け、演算処理して、燃料噴射弁６及びアクチュエータ８の作動を制御する。
前記各種のセンサとしては、図示しない吸気ダクト中にエアフローメータ２３が設けられていて、機関の吸入空気流量Ｑａに応じた信号を出力する。
【００２４】
また、図１で図示しないディストリビュータには、クランク角センサ２１が内蔵されており、該クランク角センサ２１から機関回転と同期して出力されるクランク単位角信号を一定時間カウントして、または、クランク基準角信号の周期を計測して機関回転速度Ｎｅを検出する。
また、機関の図示しないウオータジャケットの冷却水温度Ｔw を検出する水温センサ２４が設けられている。
【００２５】
また、機関の吸入負圧Ｂｏｏｓｔを検出するブーストセンサ２２が設けられている。
次に、一実施例の作用を図２のフローチャートに基づき説明する。
先ず、ステップ１（以下、Ｓ１という。）では、クランク角センサ２１より検出された機関回転速度Ｎｅ及びブーストセンサ２２より検出された吸入負圧Ｂｏｏｓｔを読み込み、コントロールユニット７に入力する。
【００２６】
Ｓ２では、前記機関回転速度Ｎｅと吸入負圧Ｂｏｏｓｔにより割りつけられたスワール制御弁９（ＳＣＶ）の開閉領域（ＯＮ／ＯＦＦ）を予め記憶されたマップテーブルより検索する。即ち、このマップテーブルは、図３に示すように、機関の低速・低〜中負荷領域でＳＣＶを閉じ（ＯＮ）、それ以外の高速高負荷領域でＳＣＶを開く（ＯＦＦ）ように設定されている。
【００２７】
そして、機関の運転領域が、低速・低〜中負荷領域にあれば、Ｓ３でＳＣＶを閉じる（ＯＮ）ことにより、吸気流速が増して燃焼室内で強力なスワールが生成して燃料の微粒化を促進しつつ空気との混合性を高めて燃焼効率を向上させＨＣ，ＣＯ等の低減を図る。
また、それ以外の高速高負荷領域にあれば、Ｓ４でＳＣＶを開く（ＯＦＦ）ことにより、吸気通路面積を増大させて燃焼室内への吸気充填効率を高め出力を向上させる。
【００２８】
ここで、スワール制御弁９の閉弁状態では、燃料噴射弁６からの燃料噴射量は各吸気ポート２，３で同じであるが、各吸気弁１１，１２が同時に開弁するとスワール制御弁９の切欠き９ａに面した吸気ポート２に比べその反対側の切欠き９ａに面していない吸気ポート３では空気流量及び流速が低下するために、該吸気ポート３では噴射された燃料が吸気ポート３壁面に付着して壁流が発生しやすくなる。
【００２９】
しかし、吸気弁１１，１２を駆動するカム１７，１８のカムプロフィールが、図４に示すように、スワール制御弁９の切欠き９ａに面した吸気ポート２に設けられた吸気弁１１の開弁時期（点線示）を、切欠き９ａに面しない吸気ポート３に設けられた吸気弁１２の開弁時期（実線示）よりも遅くなるように設定されているので、切欠き９ａに面しない吸気ポート３壁面に付着した燃料壁流は、図５（ａ）に示すように、吸気行程初期において該吸気ポート３にのみ導入された空気により先に微粒化され燃焼室内に導入される。その後、図５（ｂ）に示すように、切欠き９ａに面した吸気ポート２に設けられた吸気弁１１による吸気導入が行われ、吸気は両ポート２，３から導入されることになるので、切欠き９ａに面しない吸気ポート３壁面に付着した壁流を微粒化してＨＣの低減と共に、燃焼効率の向上を図ることができる。
【００３０】
また、機関の高速・高負荷運転時には、スワール制御弁９が開に制御される。この場合は、両吸気ポート２，３共に全開となり、吸入空気流量が多いので両ポート共に吸気の流量及び流速は十分強く、燃料が壁流となることはなく空気との混合性も十分に確保されて高出力性能を満たしつつ排気浄化性能も良好に維持できる。
【００３１】
次に、図６により、他の実施例について説明する。
このものは、基本的な構成は図１に示す実施例と同じもので、吸気弁１１，１２を駆動するカム１７，１８のカムプロフィールが、前記図４に示すものと異なり、図６に示すように、スワール制御弁９の切欠き９ａに面した吸気ポート２に設けられた吸気弁１１の吸気行程初期におけるリフト量（Ａ部分）を、切欠き９ａに面しない吸気ポート３に設けられた吸気弁１２のリフト量よりも低くなるように設定した点で相違する。
【００３２】
これによると、スワール制御弁９の切欠き９ａに面した吸気ポート２に設けられた吸気弁１１の吸気行程初期における有効開口面積を減少させることになり、該吸気ポート２側への吸気導入を妨げ、切欠き９ａに面しない吸気ポート３側へ多くの吸気を導入することができるので、吸気弁１１，１２の開弁時期を異ならせることなく、前記実施例と略同様の作用・効果を奏することができる。
【００３３】
次に、図７により、他の実施例について説明する。
このものは、基本的な構成は図１に示す実施例と同じもので、吸気側にバルブ開閉時期可変手段としての可変バルブタイミングリフト機構２０を備え、スワール制御弁９の閉時と開時とで前記可変バルブタイミングリフト機構２０によりバルブタイミングを異ならせた点で相違する。
【００３４】
次に、可変バルブタイミングリフト機構２０の一例を図８及び図９に基づき説明する。
即ち、この可変バルブタイミングリフト機構２０は、油圧式で、内部に作動油通路２５ａを有し、シリンダヘッドに固定的に保持されるロッカシャフト２５に、ＳＣＶ切欠き側の吸気バルブ１１を駆動する第１ロッカアーム２６、ＳＣＶ切欠きと反対側の吸気バルブ１２を駆動する第２ロッカアーム２７、及び第１、第２ロッカアーム２６、２７間に配置される自由ロッカアーム２８を取付け、これら３つのロッカアームの連結及び開放を行う油圧式連結切換手段２９を有する構成となっている。そして、作動油通路２５ａ内の油圧は可変バルブタイミングリフト機構２０により高圧、低圧に切り換わるようになっている。
【００３５】
各ロッカアーム２６〜２８を駆動するカム１７、１８ａ、１８ｂは、例えば図９の様な形状を有しており、カム１７は他の２つのカム１８ａ、１８ｂに比して吸気弁開弁時期が遅くなる様なプロフィールとなっている。
油圧式連結切換手段２９は、第１ロッカアーム２６と自由ロッカアーム２８を連結可能な第１切換ピン３０と、第２ロッカアーム２７と自由ロッカアーム２８を連結可能な第２切換ピン３１と、第１及び第２切換ピン３０、３１の移動を規制する規制ピン３２と、各ピン３０〜３２を連結解除側に付勢する戻しバネ３３とを備え、作動油通路２５ａより導入される油圧により作動する。
【００３６】
即ち、作動油通路２５ａ内の油圧が低圧側の時には、戻しバネ３３の付勢力により前記各ピン３０〜３２が連結解除側に付勢され、各ロッカアーム２６〜２８は互いに独立となり、ＳＣＶ切欠き側の吸気バルブ１１はカム１７によって駆動される第１ロッカアーム２６により開閉し、ＳＣＶ切欠きと反対側の吸気バルブ１２はカム１８ｂによって駆動される第２ロッカアーム２７によって開閉する。この時、カム１８ａによって駆動される自由ロッカアーム２８の運動は第１及び第２ロッカアーム２６、２７には伝達されない。
【００３７】
また、作動油通路２５ａ内の油圧が高圧側の時には、油圧により前記各ピン３０〜３２が戻しバネ３３の付勢力に抗して連結側に移動し、各ロッカアーム２６〜２８は互いに連結される。この時、第１及び第２ロッカアーム２６、２７には、カム１８ａによって駆動される自由ロッカアーム２８の運動が伝達されるので、各吸気バルブ１１、１２はカム１８ａのプロフィールに従って開閉する。
【００３８】
そして、図１０に示すように、ＳＣＶ開時は、作動油通路２５ａ内の油圧を高圧とし各バルブ１１、１２をロッカアーム２６〜２８を介してカム１８ａにより開閉し、ＳＣＶ閉時は、作動油通路２５ａ内の油圧を低圧とすることにより、ＳＣＶ切欠き側の吸気バルブ１１をロッカアーム２６を介してカム１７により開閉すると共に、ＳＣＶ切欠きと反対側の吸気バルブ１２をロッカアーム２７を介してカム１８ｂにより開閉させる。尚、図９及び図１０に示すように、カム１８ａ，１８ｂのプロフィールは、同一であり、ＳＣＶ開閉に連動して行うバルブタイミング制御切換によりＳＣＶ切欠き側の吸気バルブ１１のリフトカーブのみが切り換わる。
【００３９】
尚、以下のフローチャートに示すように、コントロールユニット７がバルブ開閉時期可変手段及び吸気導入遅延設定手段としての一部機能をソフトウエア的に備えている。
次に、上記実施例の作用を図１１のフローチャートに基づき説明する。
先ず、Ｓ１１では、スワール制御弁９の開閉状態を判定する。そして、スワール制御弁９が閉状態にあれば、Ｓ１２で閉時のバルブタイミングを選択し、Ｓ１３でコントロールユニット７より可変バルブタイミングリフト機構２０へ制御信号を出力する。即ち、図１０に示すように、スワール制御弁９の切欠き９ａに面した吸気ポート２に設けられた吸気弁１１の開弁時期（点線示）を、切欠き９ａに面しない吸気ポート３に設けられた吸気弁１２の開弁時期（実線示）よりも遅くなるように設定されたカムプロフィールを選択する。
【００４０】
また、スワール制御弁９が開状態にあれば、Ｓ１２で開時のバルブタイミングを選択し、Ｓ１３でコントロールユニット７より可変バルブタイミングリフト機構２０へ制御信号を出力する。即ち、図１０の実線で示された両吸気弁１１，１２の開弁時期が同じになるように設定されたカムプロフィールを選択する。
これにより、スワール制御弁の閉弁時においては、前記図１の実施例と同様の作用・効果を奏すると共に、スワール制御弁が開弁する高速・高負荷領域では、閉弁時に比べてバルブオーバーラップが大きくなるので、燃焼ガスの交換が促進される。また、各吸気ポートの吸気流量が等しくなるので、混合気の均一化が促進されることになる。
【００４１】
次に、図１２及び図１３により、他の実施例について説明する。
このものは、基本的な構成は図７に示す実施例と同じもので、吸気弁１１，１２のバルブタイミングを図１０に示すものと異なり、図１２に示されるバルブタイミングとなるように設定した点で相違する。
即ち、図に示すように、ＳＣＶ閉時には、各吸気バルブ１１、１２はＳＣＶ開時と異なり、かつ互いに異なるリフトカーブをとるものであるが、これは図１３に示すような各カム１７、１８ａ、１８ｂのプロフィールを設定することにより実現される。
【００４２】
これによると、スワール制御弁の閉弁する低速・低負荷領域においては、バルブオーバーラップが小さくなるので、燃焼が安定し、吸気弁の閉時期が早まるので、高トルクが得られると共に、スワール制御弁が開弁する高速・高負荷領域では、閉弁時に比べてバルブオーバーラップが大きくなるので、燃焼ガスの交換が促進され、吸気弁の閉時期が遅くバルブリフト量が大きいので、高出力が得られる。そして前記図７の実施例と略同様の効果を奏する。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、スワール制御弁の切欠きに面した吸気ポートに設けられた吸気弁による吸気導入を切欠きに面しない吸気ポートに設けられた吸気弁による吸気導入よりも遅く設定する吸気導入遅延設定手段を備え、該吸気導入遅延設定手段を、スワール制御弁の切欠きに面した吸気ポートに設けられた吸気弁の吸気行程初期におけるリフト量を、切欠きに面しない吸気ポートに設けられた吸気弁のリフト量よりも低く設定する吸気弁リフト量設定手段としたので、切欠きに面しない吸気ポート側の壁流を微粒化させることができ、以て、ＨＣの低減化と燃焼性の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施例に係る内燃機関の吸気制御装置の全体構成を示すシステム図。
【図２】  図１の実施例に係る吸気制御装置の作用を説明するためのフローチャート。
【図３】  機関回転速度Ｎｅと吸入負圧とに割りつけられたスワール制御弁の開閉領域を示すマップテーブル。
【図４】  図１の実施例のバルブタイミングを示す図。
【図５】  図１の実施例の作用を説明するための説明図。
【図６】  本発明の他の実施例のバルブタイミングを示す図。
【図７】  本発明の他の実施例に係る内燃機関の吸気制御装置の全体構成を示すシステム図。
【図８】  図７の実施例の可変バルブタイミングリフト機構を示す断面図。
【図９】  図７の実施例のカム形状を示す図。
【図１０】  図７の実施例のバルブタイミングを示す図。
【図１１】  図７の実施例に係る吸気制御装置の作用を説明するためのフローチャート。
【図１２】  本発明の他の実施例のバルブタイミングを示す図。
【図１３】  図12のカムプロフィールを有するカム形状を示す図。
【図１４】  従来の吸気制御装置の構成を示す断面図。
【図１５】  従来の吸気制御装置の欠点を説明するための説明図。
【符号の説明】
１      シリンダ
２，３  吸気ポート
４，５  排気ポート
６      燃料噴射弁
７      コントロールユニット
８      アクチュエータ
９      スワール制御弁
９ａ    切欠き
１０    ソレノイド
１１，１２  吸気弁
１３，１４  排気弁
１５    吸気カム機構
１６    排気カム機構
１７    吸気カム（開弁遅延側）
１８    吸気カム
１９    排気カム
２０    吸気可変バルブタイミング機構
２１    クランク角センサ
２２    ブーストセンサ
２３    エアフローメータ
【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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【図９】
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【図１０】
0003811959.tif 000011
【図１１】
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【図１２】
0003811959.tif 000013
【図１３】
0003811959.tif 000014
【図１４】
0003811959.tif 000015
【図１５】
0003811959.tif 000016