(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気系に、エアアシストインジェクタを設置すると共に、所定の切欠きを設けたスワールコントロールバルブを有する内燃機関において、機関の運転条件を検出する手段と、スワールコントロールバルブを全開、半開、全閉の各位置に駆動可能なアクチュエータと、機関温度が所定値より低い機関低負荷域にエアアシストインジェクタのエアアシストを行い、スワールコントロールバルブを全閉位置に、機関温度が所定値以上の機関低負荷域から部分負荷域にエアアシストインジェクタのエアアシストを停止し、スワールコントロールバルブを半開位置に、これら以外の運転域にスワールコントロールバルブを全開位置に制御する制御手段とを設けると共に、スワールコントロールバルブの少なくとも非切欠き側に対する吸気通路内面をスワールコントロールバルブの全閉位置から半開位置までバルブの回転軌跡に沿って形成したことを特徴とする内燃機関の吸気装置。
【請求項２】
前記スワールコントロールバルブのアクチュエータに全閉位置を規制する温度感応型のサーモワックスを設けた請求項１に記載の内燃機関の吸気装置
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、内燃機関の吸気装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関の吸気装置に、吸気ポート近傍にスワールコントロールバルブを、また燃料噴口近傍に補助空気（アシストエア）を導入するエアアシストインジェクタを設けたものがある。
【０００３】
スワールコントロールバルブを閉じると、バルブに形成した所定の切欠部のみから吸気が流入するようになり、燃焼室内に強いスワール（ガス流動）が発生する。
【０００４】
エアアシストインジェクタの燃料噴口近傍に、スロットル弁上流からエアアシスト通路を介してアシストエアを導き、燃料噴霧の微粒化を促進する。
【０００５】
このようなガス流動の強化、燃料の微粒化の促進により、ＮＯｘの増加を抑えつつ、希薄燃焼を行うようになっている（実開平１ー７６５５８号公報等参照）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、こうした従来装置では、スワールコントロールバルブの切欠部の大きさが固定であるため、機関の低負荷域から高負荷域まで広範囲の運転域で、必ずしも要求のガス流動は得られない。
【０００７】
例えば、スワールコントロールバルブの切欠きが大きいと、機関の冷却水温が低く、エアアシストインジェクタからエアアシストが行われるときは、低負荷域にバルブが全閉状態でも、吸気の速度が弱くなって要求通りのガス流動を保てない。
【０００８】
また、スワールコントロールバルブの切欠きが小さいと、暖機が進めば、部分負荷域等にバルブが全閉状態だと、切欠部からしか吸気が流入しないため、その分抵抗となってしまう。このとき、バルブを全開したのでは、ガス流動が極端に低下する。
【０００９】
半面、切欠きの大きさによらず、スワールコントロールバルブを開いていくと、切欠部だけでなくバルブの周囲から吸気が流入する。このため、バルブを開いた状態では、バルブの開口率を下げても吸気の流れが分散して、運転域に合ったガス流動が得にくいのである。
【００１０】
したがって、燃焼の改善に限界があった。
【００１１】
この発明は、このような問題点を解決することを目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、吸気系に、エアアシストインジェクタを設置すると共に、所定の切欠きを設けたスワールコントロールバルブを有する内燃機関において、機関の運転条件を検出する手段と、スワールコントロールバルブを全開、半開、全閉の各位置に駆動可能なアクチュエータと、機関温度が所定値より低い機関低負荷域にエアアシストインジェクタのエアアシストを行い、スワールコントロールバルブを全閉位置に、機関温度が所定値以上の機関低負荷域から部分負荷域にエアアシストインジェクタのエアアシストを停止し、スワールコントロールバルブを半開位置に、これら以外の運転域にスワールコントロールバルブを全開位置に制御する制御手段とを設けると共に、スワールコントロールバルブの少なくとも非切欠き側に対する吸気通路内面をスワールコントロールバルブの全閉位置から半開位置までバルブの回転軌跡に沿って形成する。
【００１３】
第２の発明は、前記スワールコントロールバルブのアクチュエータに全閉位置を規制する温度感応型のサーモワックスを設ける。
【００１４】
【作用】
第１の発明は、エアアシストインジェクタからエアアシストを行うとき、機関の低負荷域にスワールコントロールバルブを全閉、それ以外の負荷域にスワールコントロールバルブを全開する。即ち、エアアシストによって燃料の微粒化を図り、低負荷域にスワールコントロールバルブの小さな切欠きから吸気を流入させることで、燃焼室内に所定のガス流動を生成する一方、それほどガス流動を必要としない運転域は、スワールコントロールバルブを全開することで、吸気の抵抗を抑える。
【００１５】
機関温度が高く、非エアアシスト時は、部分負荷域以下でスワールコントロールバルブを半開、それ以外の高負荷域にスワールコントロールバルブを全開する。これにより、低負荷域から部分負荷域に要求のガス流動を確保すると共に、高負荷域に吸気をスムーズに流入させる。
【００１６】
この場合、スワールコントロールバルブの少なくとも非切欠き側に対する吸気通路内面を、スワールコントロールバルブの全閉位置から半開位置までスワールコントロールバルブの回転軌跡に沿って形成、つまりスワールコントロールバルブの半開以下では吸気はすべて切欠き側から流入する。したがって、スワールコントロールバルブの開口率を高くしながらも、吸気が一方向からのみ流入するため、部分負荷域に吸気のスムーズな流入を保ちつつ、低負荷域から要求通りのガス流動が確保される。
【００１７】
第２の発明は、機関温度に応動するサーモワックスによりスワールコントロールバルブの全閉位置を規制、即ち機関温度の極低温時にスワールコントロールバルブの全閉位置を保ち、機関温度の上昇に応じてスワールコントロールバルブを開いていき、機関温度が所定値ではスワールコントロールバルブの半開位置を保つ。
【００１８】
これにより、スワールコントロールバルブの開閉は全閉、全開の動作ですむ。また、この場合機関温度の低温時にも温度の上昇に伴ってスワールコントロールバルブの開口率が高くなり、吸気のスムーズな流入が確保される。
【００１９】
【実施例】
図１〜図３は本発明の実施例を示すもので、１０はエンジン本体、１１は吸気通路、１２はスロットル弁である。エアアシストインジェクタ１３は吸気通路１１の吸気ポート１４側に設置され、スワールコントロールバルブ（ＳＣＶ）１５はその直上流の吸気ポート１４近傍に介装される。
【００２０】
エアアシストインジェクタ１３には、スロットル弁１２の上流から燃料噴口近傍に補助空気を導くエアアシスト通路１６が設けられ、エアアシスト通路１６にカットオフソレノイド１７が設置される。
【００２１】
カットオフソレノイド１７が開かれると、エアアシスト通路１６からのアシストエアにより、エアアシストインジェクタ１３からの燃料噴霧の微粒化が進められる。
【００２２】
スワールコントロールバルブ１５には、エアアシストインジェクタ１３側に所定の大きさの切欠部１８が形成され、その回動軸１９を中心に非切欠き側の吸気通路１１内面が、スワールコントロールバルブ１５の全閉位置（図２の実線で示す）から半開位置（図２の点線で示す）までスワールコントロールバルブ１５の回転軌跡に沿う湾曲部２０に形成される。
【００２３】
スワールコントロールバルブ１５が開かれても、半開以内では、図４のように吸気は切欠部１８および切欠き側のバルブ周囲のみから流入される。
【００２４】
この場合、図５、図６のようにスワールコントロールバルブ１５の非切欠き部分に対するすべての吸気通路１１内面を、スワールコントロールバルブ１５の全閉位置から半開位置までスワールコントロールバルブ１５の回転軌跡に沿う湾曲部２０に形成しても良い。
【００２５】
スワールコントロールバルブ１５の回動軸１９は、レバー２１を介してダイヤフラム装置２２に連結される。ダイヤフラム装置２２の負圧室には負圧通路２３を介してスロットル弁１２の下流から吸入負圧が導かれ、負圧通路２３の途中にその負圧を希釈制御するデューティソレノイド２４が設置される。
【００２６】
デューティソレノイド２４を介してダイヤフラム装置２２への負圧を制御することにより、スワールコントロールバルブ１５は全閉位置から全開位置まで任意の開度に駆動される。
【００２７】
ここで、スワールコントロールバルブ１５の切欠部１８の大きさは、全閉位置にて開口率が約１０％になるように、またスワールコントロールバルブ１５の半開位置は、開口率が約４０％になるように設定される。
【００２８】
エンジンの運転条件検出手段として、図示しないがエンジンの吸入空気量を検出する空気量センサ、スロットル弁１２の開度を検出するスロットル開度センサ、ならびにエンジンの冷却水温（機関温度）を検出する水温センサ２５等が設けられる。
【００２９】
これらの信号はコントロールユニット２６に入力され、コントロールユニット２６によりこれらの信号に基づいて、前記カットオフソレノイド１７、デューティソレノイド２４が制御、つまりエアアシストインジェクタ１３のエアアシスト、スワールコントロールバルブ１５の開度が制御される。
【００３０】
次に、その制御および作用を説明する。
【００３１】
図７のフローチャートに示すように、まず冷却水温Ｔｗを読込み、所定値Ｔ1と比較する（ステップ１０１，１０２）。
【００３２】
冷却ステップＴｗが所定値Ｔ1より低いときは、アシストエアバルブ（カットオフソレノイド１７）を開くと共に、吸入空気量Ｑａを所定値Ｑ1と比較し、このとき吸入空気量Ｑａが所定値Ｑ1以下であれば（低負荷域）、スワールコントロールバルブ１５を全閉し、吸入空気量Ｑａが所定値Ｑ1を越えていれば（部分負荷域以上）、スワールコントロールバルブ１５を全開する（ステップ１０３〜１０６，１１３）。
【００３３】
冷却水温Ｔｗが所定値Ｔ1以上のときは、アシストエアバルブ１７を閉じる（エアアシストを停止する）と共に、このとき吸入空気量Ｑａが所定値Ｑ2以下であれば（部分負荷域以下）、スワールコントロールバルブ１５を半開し、吸入空気量Ｑａが所定値Ｑ2を越えていれば（高負荷域）、スワールコントロールバルブ１５を全開する（ステップ１０７〜１１０，１１３）。
【００３４】
図８に制御条件、制御領域を示す。
【００３５】
なお、スロットル弁１２が急開される急加速時等には、スワールコントロールバルブ１５を全開する（図７のステップ１１１〜１１３）。
【００３６】
即ち、冷却水温が低いときは、エアアシストインジェクタ１３からエアアシストが行われる。
【００３７】
このとき、低負荷域ではスワールコントロールバルブ１５が全閉され、その小さな切欠部１８から吸気が流入される。
【００３８】
このため、エアアシストインジェクタ１３からの燃料の微粒化が促進されると共に、燃焼室内のガス流動が強化され、その燃料の微粒化とガス流動とによって良好な燃焼が維持され、低温時の排気エミッションが低減される。
【００３９】
低温始動直後は排気系に設置された三元触媒の活性化が十分でなく、したがってこの時点で排気バルブから流出するエミッションの低減は、暖機後に比べて大きな効果が得られ、この場合エアアシスト量に関係して開口率（切欠部１８）約１０％が適正である。
【００４０】
低負荷域以外では、スワールコントロールバルブ１５は全開され、このため吸気の抵抗となることはない。
【００４１】
一方、暖機が進み、冷却水温が所定値以上になると、エアアシストインジェクタ１３からのエアアシストは行われない。
【００４２】
このとき、部分負荷域以下ではスワールコントロールバルブ１５が半開され、開口率が約４０％にされる。
【００４３】
このため、燃焼室内に要求のガス流動が確保され、低負荷域から部分負荷域にかけて良好な燃焼が得られる。
【００４４】
スワールコントロールバルブ１５の開口率とエンジン出力の関係を図９に示すと、開口率が４０％であれば、ほとんどの領域で運転可能であり、特に中回転以下ではほぼ全開トルク（スワールコントロールバルブ全開時）と同等のトルクが維持され、高回転時にも最高出力の８０％以上はカバーされる。開口率が３０％以下では、中負荷付近からトルクが低下するため、実用運転域でスワールコントロールバルブ１５を開閉する頻度が多くなって、トルクの段差感等、運転性の悪化を招く。
【００４５】
これにより、運転性を損なうことなく、希薄燃焼が可能になり、燃費が改善されると共に、排気エミッションが十分に低減される。
【００４６】
高負荷域では、スワールコントロールバルブ１５は全開され、もちろん高出力が確保される。
【００４７】
なお、低負荷域から部分負荷域にかけて、公知のＥＧＲ（排気還流）装置のＥＧＲ率を大きくすることで、より燃費が向上される。
【００４８】
また、スワールコントロールバルブ１５を開いていくと、従来の構造では、切欠部だけでなくバルブの周囲から吸気が流入するため、低負荷域から部分負荷域に開口率を下げても、要求のガス流動は得られないが、この場合図２〜図６のようにスワールコントロールバルブ１５の非切欠き側あるいは非切欠き部分に対する吸気通路１１内面を、全閉位置から半開位置までバルブ１５の回転軌跡に沿って形成したので、半開以内では、吸気は切欠部１８あるいはその切欠き側の周囲の一方向のみから流入するのである。
【００４９】
したがって、図１０のように開口率が４０％の場合、従来構造では理想的な形状と比べて得られるスワール比が半減しているが、図２〜図４の形状のものでは良好なスワール比が得られ、さらに図５、図６のものでは理想に近いスワール比が確保される。これにより、十分なトルクを得る開口率４０％にあって、要求に合ったガス流動が維持される。
【００５０】
図１１は本発明の他の実施例を示すもので、スワールコントロールバルブ１５の回動軸１９のレバー２１に、全閉位置を規制するサーモワックス３０を設けている。
【００５１】
サーモワックス３０には、周囲に配管３１を介してエンジンの冷却水が導入され、冷却水温の上昇に応じサーモワックス３０が膨張し、先端のステー３２が伸動される。冷却水温の極温時にはスワールコントロールバルブ１５の初期全閉位置が維持され、冷却水温の上昇に応じ全閉位置が開側に変化され、冷却水温が所定値になると、半開位置に切替えられる。
【００５２】
なお、２２はレバー２１を介してスワールコントロールバルブ１５を駆動するダイヤフラム装置である。
【００５３】
即ち、図１２のように冷却水温の上昇に応じてスワールコントロールバルブ１５が開かれ、冷却水温が所定値以上ではスワールコントロールバルブ１５は半開位置にセットされる（ただし、ダイヤフラム装置２２の非駆動時）。
【００５４】
これによれば、スワールコントロールバルブ１５の駆動が全閉、全開動作ですみ、デューティソレノイドが不要になる。また、冷却水温がそれほど低くないとき、開口率が増加され、吸気の抵抗が抑えられる。
【００５５】
【発明の効果】
以上のように第１の発明は、吸気系に、エアアシストインジェクタを設置すると共に、所定の切欠きを設けたスワールコントロールバルブを有する内燃機関において、機関の運転条件を検出する手段と、スワールコントロールバルブを全開、半開、全閉の各位置に駆動可能なアクチュエータと、機関温度が所定値より低い機関低負荷域にエアアシストインジェクタのエアアシストを行い、スワールコントロールバルブを全閉位置に、機関温度が所定値以上の機関低負荷域から部分負荷域にエアアシストインジェクタのエアアシストを停止し、スワールコントロールバルブを半開位置に、これら以外の運転域にスワールコントロールバルブを全開位置に制御する制御手段とを設けると共に、スワールコントロールバルブの少なくとも非切欠き側に対する吸気通路内面をスワールコントロールバルブの全閉位置から半開位置までバルブの回転軌跡に沿って形成したので、機関低温時から運転状態に合った燃焼室内のガス流動を確保して、良好な燃焼を維持することができ、排気エミッションを十分に低減できると共に、燃費を大幅に向上できる。
【００５６】
また、第２の発明は、スワールコントロールバルブのアクチュエータに全閉位置を規制する温度感応型のサーモワックスを設けたので、スワールコントロールバルブの駆動が簡単な構造になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例の断面図である。
【図２】要部断面図である。
【図３】その縦断面図である。
【図４】その動作説明図である。
【図５】他の実施例の要部断面図である。
【図６】そのＡ−Ａ線断面図である。
【図７】制御フローチャートである。
【図８】制御条件、制御領域の設定図である。
【図９】開口率とエンジン出力の関係を示すグラフである。
【図１０】開口形状とスワール比の関係を示すグラフである。
【図１１】他の実施例の要部断面図である。
【図１２】その制御条件、制御領域の設定図である。
【符号の説明】
１１  吸気通路
１２  スロットル弁
１３  エアアシストインジェクタ
１４  吸気ポート
１５  スワールコントロールバルブ
１６  エアアシスト通路
１７  カットオフソレノイド
１８  切欠部
２０  湾曲部
２２  ダイヤフラム装置
２３  負圧通路
２４  デューティソレノイド
２５  水温センサ
２６  コントロールユニット
３０  サーモワックス
【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】
0003748575.tif 000009
【図９】
0003748575.tif 000010
【図１０】
0003748575.tif 000011
【図１１】
0003748575.tif 000012
【図１２】
0003748575.tif 000013