JP2008128186A - 内燃機関の気流生成装置及び内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 単一のアクチュエータで弁軸に軸支された気流制御弁各々を一律に駆動する構造で、弁軸の捩れに起因して内燃機関の燃焼状態が悪化することを抑制可能な内燃機関の気流生成装置、及び内燃機関の気流生成装置を備える内燃機関システムの内燃機関を制御することにより、弁軸の捩れに起因して内燃機関の燃焼状態が悪化することを抑制できる内燃機関の制御装置を提供する。
【解決手段】 内燃機関５０の燃焼室５７に連通する吸気ポート５２ａに気筒毎に配設された気流制御弁４１Ａと、気流制御弁４１Ａ各々を軸支する弁軸４２Ａと、弁軸４２Ａを介して気流制御弁４１Ａを駆動するアクチュエータ４３とを有して構成される内燃機関の気流生成装置４０Ａであって、弁軸４２Ａに軸支されている位置がシャフト拘束部Ｐから離れるほど、吸気が作用していない状態で閉弁時の開口面積Ｓが小さくなるように、気流制御弁４１Ａ各々に開口部Ｋが形成されている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、内燃機関の気流生成装置及び内燃機関の気流生成装置を備える内燃機関システムの内燃機関を制御する内燃機関の制御装置に関し、特に単一のアクチュエータで弁軸に軸支された気流制御弁各々を一律に駆動する構造を備える内燃機関の気流生成装置、及び係る内燃機関の気流生成装置を備える内燃機関システムの内燃機関を制御する内燃機関の制御装置に関する。

従来、燃焼室に連通する吸気通路に気流制御弁が配設された内燃機関システムが知られている。例えば特許文献１では以下に示すエンジンの吸気装置が提案されている。このエンジンの吸気装置は制御弁（気流制御弁に相当）を備えており、制御弁には、全閉時に開口部が吸気通路の下部壁面近傍に形成されるように、開口形成部が形成されている。この装置によれば、開口部を介して導入された吸気の一部が制御弁側に回り込んで吸気通路の上部壁面近傍に渦流を形成する。このため、吸気通路の下部壁面近傍から導入された吸気がこの渦流に引き寄せられつつ吸気通路の上部壁面に沿って流れることとなり、これにより、吸気が燃焼室の上部壁面から側部壁面に沿って導入され易くなる。また特許文献１ではこのとき、全閉時における制御弁の弁面の角度を、吸気通路の軸線に直交する面を基準として、開口形成部が下流側に位置する方向に１０°以内、または開口形成部が上流側に位置する方向に２５°以内の範囲内で設定することが好ましいとしている。

特許文献２では以下に示す内燃機関のガス流動強化装置が提案されている。この装置は、弁体の一方の端縁に開口部を設けてなるバタフライバルブ型の吸気流制御弁（気流制御弁に相当）を備え、この吸気流制御弁の開閉によってシリンダ内のガス流動を可変的に制御するものであり、弁体の回転軸を挟んで開口部と反対側の端縁の形状が、弁体の全閉位置において吸気通路内壁面との間で所定の間隙が残存するように形成されており、かつ、全閉位置から所定角度開いた状態で使用される。この装置は、一方に開口部を備えた吸気流制御弁を用いてガス流動の強化を図る際に、この吸気流制御弁を全閉状態として開口部のみから吸気流を流すのではなく、開口部と反対側となる吸気流制御弁の端縁側から少量の吸気流を分流させることがガス流動を強化する上で非常に有効である、という知見に基づき提案されたものである。

特開平１１−１０７７６４号公報 ２００１−２４８４５０号公報

ところで、単一のアクチュエータで弁軸に軸支された気流制御弁各々を一律に駆動する構造の場合、以下に示す課題が存在する。例えば全閉状態の気流制御弁に吸気が衝突すると、気流制御弁を介して弁軸に力が作用する。このとき、弁軸はアクチュエータによって回動が拘束されるため、弁軸には捩り応力が発生する。そして弁軸は、アクチュエータによって回動が拘束される部分（以下、単にシャフト拘束部とも称す）から離れるほど捩られ易くなる。したがって、気流制御弁の開度は、軸支されている位置がシャフト拘束部から離れるほど開き側に変位し易くなる。これは、シャフト拘束部から離れた位置で軸支されている気流制御弁に対応する気筒（以下、単にシャフト拘束部から離れた気筒とも称す）ほど、筒内に生成される旋回気流の強度が低下してしまうことを意味し、このようにして旋回気流の強度が低下すると、気筒間で燃焼状態のアンバランスが生じるほか、排気エミッションが増大する。そして、係る内燃機関の燃焼状態の悪化は、特に弁軸の一端側から弁軸をアクチュエータで駆動する構造の場合に発生しやすくなり、また気流制御弁が弁軸に片持ち状に軸支されている構造の場合に発生しやすくなる。

これに対して例えば、気流制御弁を閉じる方向に力を発生させるリターンスプリングなどを弁軸に取付け、このリターンスプリングによって弁軸に発生する捩り応力を相殺する構造を採用することなども考えられる。しかしながら、この場合には全開時に気流制御弁がリターンスプリングによって閉じ方向に移動しないよう、アクチュエータを開き方向に駆動させておく必要などが生じる。このため、係る構造を採用した場合には、使用電流の増加によりオルタネータの負荷が増大することから、燃費の悪化を招く虞があるほか、アクチュエータの耐久性が低下する虞などがある。

そこで、本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、単一のアクチュエータで弁軸に軸支された気流制御弁各々を一律に駆動する構造で、弁軸の捩れに起因して内燃機関の燃焼状態が悪化することを抑制可能な内燃機関の気流生成装置、及び内燃機関の気流生成装置を備える内燃機関システムの内燃機関を制御することにより、弁軸の捩れに起因して内燃機関の燃焼状態が悪化することを抑制できる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、内燃機関の燃焼室に連通する吸気通路に気筒毎に配設された気流制御弁と、該気流制御弁各々を軸支する弁軸と、該弁軸を介して前記気流制御弁を駆動するアクチュエータとを有して構成される内燃機関の気流生成装置であって、前記弁軸に軸支されている位置が前記弁軸のうち、前記アクチュエータによって回動が拘束される部分から離れるほど、吸気が作用していない状態で閉弁時の開口面積が小さくなるように、前記気流制御弁各々に開口部が形成されていることを特徴とする。

すなわち本発明は、換言すれば吸気が気流制御弁に作用している状態で弁軸が捩られる結果、気流制御弁各々の閉弁時の開口面積が略等しくなるように開口部を形成しようとするものであり、本発明によれば、筒内に生成される旋回気流の強度を気筒間で略等しくできることから、弁軸の捩れに起因して内燃機関の燃焼状態が悪化することを抑制できる。なお、シャフト拘束部は一般には弁軸の端部となるが、これに限られず適宜の位置であってよい。また閉弁時とは気流制御弁が全閉状態になっているときを意味するが、これは気流制御弁が機械的に設定された可動範囲内で最も閉じた位置に駆動されたような状態だけでなく、制御的に設定された可動範囲内で最も閉じた位置に駆動されたような状態も含むものであり、以下に示す発明においても同様である。

また本発明は、内燃機関の燃焼室に連通する吸気通路に気筒毎に配設された気流制御弁と、該気流制御弁各々を軸支する弁軸と、該弁軸を介して前記気流制御弁を駆動するアクチュエータとを有して構成される内燃機関の気流生成装置であって、前記弁軸に軸支されている位置が前記弁軸のうち、前記アクチュエータによって回動が拘束される部分から離れるほど、前記気流制御弁の閉弁時の開度が開き側に設定されていることを特徴とする。

本発明によれば、気流制御弁を介して弁軸に直接作用する吸気の分力を低減することができることから、弁軸の捩れが発生すること自体を抑制できる。このため本発明によれば、弁軸の捩れに起因して内燃機関の燃焼状態が悪化することを抑制できる。なお、弁軸の捩れが発生すること自体を抑制するという本発明の性質上、気流制御弁各々は、閉弁時の開口面積が互いに略等しくなるように形成されていることが好ましいが、本発明は例えば前述した発明と組み合わされてもよい。また、本発明は気流制御弁各々の間で閉弁時の開度の関係を規定している点で、前述した特許文献１または２が提案する技術とは異なるものとなっている。

また本発明は、内燃機関の燃焼室に連通する吸気通路に気筒毎に配設された気流制御弁と、該気流制御弁各々を軸支する弁軸と、該弁軸を介して前記気流制御弁を駆動するアクチュエータとを有して構成される内燃機関の気流生成装置であって、前記弁軸に軸支されている位置が前記弁軸のうち、前記アクチュエータによって回動が拘束される部分から離れるほど、前記気流制御弁の上流側の面が、同一の開度で比較した場合に開き側に傾斜していることを特徴とする。

本発明によっても、気流制御弁を介して弁軸に直接作用する吸気の分力を低減することができることから、弁軸の捩れが発生すること自体を抑制できる。このため本発明によれば、弁軸の捩れに起因して内燃機関の燃焼状態が悪化することを抑制できる。なお、同一の開度で比較した場合に、とは前述の発明のように、閉弁時の開度が気流制御弁毎に異なるように設定されている場合を鑑みたものである。

また本発明は、内燃機関の燃焼室に連通する吸気通路に気筒毎に配設された気流制御弁と、該気流制御弁各々を軸支する弁軸と、該弁軸を介して前記気流制御弁を駆動するアクチュエータとを有して構成される内燃機関の気流生成装置であって、前記弁軸の剛性が、前記アクチュエータによって回動が拘束される部分から離れるほど高められていることを特徴とする。本発明によっても、弁軸の捩れが発生すること自体を抑制できることから、弁軸の捩れに起因して内燃機関の燃焼状態が悪化することを抑制できる。

また本発明は、内燃機関の燃焼室に連通する吸気通路に気筒毎に配設された気流制御弁と、該気流制御弁各々を軸支する弁軸と、該弁軸を介して前記気流制御弁を駆動するアクチュエータとを有して構成される内燃機関の気流生成装置を備える内燃機関システムの前記内燃機関を制御する内燃機関の制御装置であって、前記アクチュエータから離れた位置で前記弁軸に軸支されている前記気流制御弁に対応する気筒ほど、点火時期を進角させる、または燃料噴射量を増量する燃焼安定手段を備えることを特徴とする。本発明によれば、気筒間の燃焼状態が略等しくなるように燃焼状態を安定させることができることから、弁軸の捩れに起因して内燃機関の燃焼状態が悪化することを抑制できる。

本発明によれば、単一のアクチュエータで弁軸に軸支された気流制御弁各々を一律に駆動する構造で、弁軸の捩れに起因して内燃機関の燃焼状態が悪化することを抑制可能な内燃機関の気流生成装置、及び内燃機関の気流生成装置を備える内燃機関システムの内燃機関を制御することにより、弁軸の捩れに起因して内燃機関の燃焼状態が悪化することを抑制できる内燃機関の制御装置を提供できる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面と共に詳細に説明する。

図１は、本実施例に係る内燃機関の気流生成装置（以下、単に気流生成装置と称す）４０Ａを備える内燃機関システム１００ＡをＥＣＵ１とともに模式的に示す図である。内燃機関システム１００Ａは、吸気系１０と、排気系２０と、燃料噴射系３０と、気流生成装置４０Ａと、内燃機関５０とを有して構成されている。吸気系１０は内燃機関５０に空気を導入するための構成であり、吸気を濾過するためのエアクリーナ１１や、空気量を計測するエアフロメータ１２や、吸気の流量を調節するスロットル弁１３や、吸気を一時的に貯蔵するサージタンク１４や、吸気を内燃機関５０の各気筒に分配するインテークマニホールド１５や、これらの間に適宜配設される吸気管などを有して構成されている。

排気系２０は、エキゾーストマニホールド２１と、三元触媒２２と、図示しない消音器と、これらの構成の間に適宜配設される吸気管などを有して構成されている。エキゾーストマニホールド２１は各気筒からの排気を合流させるための構成であり、各気筒に対応させて分岐させた排気通路を、下流側で一つの排気通路に集合させている。三元触媒２２は排気を浄化するための構成であり、炭化水素ＨＣ及び一酸化炭素ＣＯの酸化と窒素酸化物ＮＯｘの還元を行う。排気系２０には、排気中の酸素濃度に基づき空燃比をリニアに検出するためのＡ／Ｆセンサ２３が三元触媒２２の上流に、排気中の酸素濃度に基づき空燃比が理論空燃比よりもリッチかリーンかを検出するための酸素センサ２４が三元触媒２２の下流に夫々空燃比センサとして配設されている。

燃料噴射系３０は燃料を供給及び噴射するための構成であり、燃料噴射弁３１や燃料噴射ポンプ３２や燃料タンク３３などを有して構成されている。燃料噴射弁３１は燃料を噴射するための構成であり、ＥＣＵ１の制御のもと、適宜の噴射時期に開弁されて燃料を噴射する。また燃料噴射量は、ＥＣＵ１の制御のもと燃料噴射弁３１が閉弁されるまでの間の開弁期間の長さで調節される。燃料噴射ポンプ３２は燃料を加圧して噴射圧を発生させるための構成であり、ＥＣＵ１の制御のもと噴射圧を適宜の噴射圧に調節する。

内燃機関５０は、シリンダブロック５１と、シリンダヘッド５２と、ピストン５３と、点火プラグ５４と、吸気弁５５と、排気弁５６とを有して構成されている。本実施例に示す内燃機関５０は直列４気筒のガソリンエンジンである。但し内燃機関５０は本発明を実施可能な内燃機関であれば特に限定されず、また他の適宜の気筒配列構造及び気筒数を有していてもよい。また図１では内燃機関５０に関し、各気筒の代表としてシリンダ５１ａについて要部を示しているが本実施例では他の気筒についても同様の構造となっている。シリンダブロック５１には、略円筒状のシリンダ５１ａが形成されている。シリンダ５１ａ内には、ピストン５３が収容されている。シリンダブロック５１の上面にはシリンダヘッド５２が固定されている。燃焼室５７は、シリンダブロック５１、シリンダヘッド５２及びピストン５３に囲まれた空間として形成されている。

シリンダヘッド５２には燃焼室５７に吸気を導くための吸気ポート５２ａのほか、燃焼したガスを燃焼室５７から排気するための排気ポート５２ｂが形成され、さらにこれら吸排気ポート５２ａ及び５２ｂを開閉するための吸排気弁５５及び５６が配設されている。なお、内燃機関５０の吸排気弁構造は１気筒あたりに適宜の数量の吸排気弁５５及び５６を備えた吸排気弁構造であってよい。点火プラグ５４は、燃焼室５７の上方略中央に電極を突出させた状態でシリンダヘッド５２に配設されている。燃料噴射弁３１は所謂ポート噴射を行えるように、吸気ポート５２ａ内に燃料噴射孔を突出させた状態でシリンダヘッド５２に配設されている。なお、燃料噴射弁３１は例えば筒内に直接燃料を噴射できるように配設されてもよい。そのほか内燃機関５０には、回転数Ｎｅに比例した出力パルスを発生するクランク角センサ７１や、内燃機関５０の水温を検出するための水温センサ７２などの各種のセンサが配設されている。

ＥＣＵ１は、図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit：中央演算処理装置）と、ＲＯＭ（Read Only Memory）と、ＲＡＭ（Random Access Memory）と、入出力回路などを有して構成されている。ＥＣＵ１は主として内燃機関５０を制御するための構成であり、本実施例では具体的には燃料噴射弁３１や燃料噴射ポンプ３２や点火プラグ５４（より具体的には図示しないイグナイタ）のほか、気流生成装置４０Ａ（より具体的にはアクチュエータ４３）なども制御している。ＥＣＵ１にはこれら燃料噴射弁３１などのほか、各種の制御対象が駆動回路（図示省略）を介して接続されている。また、ＥＣＵ１にはエアフロメータ１２や、クランク角センサ７１や、水温センサ７２や、アクセルペダル（図示省略）の踏み込み量（アクセル開度）を検知するためのアクセルセンサ７３などの各種のセンサが接続されている。

気流生成装置４０Ａは、気流制御弁４１Ａと、弁軸４２Ａと、アクチュエータ４３と、減速ギア４４とを有して構成されている。気流制御弁４１Ａは吸気を偏流させて燃焼室５７内にタンブル流を生成するための構成であり、燃焼室５７に連通する吸気ポート５２ａに配設されている。弁軸４２Ａは気流制御弁４１Ａを軸支するための構成であり、気流制御弁４１Ａは弁軸４２Ａに片持ち状に軸支されている。なお、気流制御弁４１Ａは例えばインテークマニホールド１５が形成する吸気通路に配設されていてもよい。また、気流制御弁４１Ａは旋回気流としてタンブル流を生成するものに限られず、逆タンブル流やスワール流やタンブル流とスワール流とを合成して形成される斜めタンブル流を生成するものなどであってもよい。

図２は気流生成装置４０Ａを模式的に示す図である。アクチュエータ４３は、弁軸４２Ａの一端部に減速ギヤセット４４を介して連結されている。本実施例ではこの一端部がシャフト拘束部Ｐとなっている。アクチュエータ４３は例えばステップモータで実現できる。気流制御弁４１Ａ各々は１本の弁軸４２Ａに連なるように軸支されており、気流制御弁４１Ａａが＃４気筒、気流制御弁４１Ａｂが＃３気筒、気流制御弁４１Ａｃが＃２気筒、気流制御弁４１Ａｄが＃１気筒に夫々対応している。また気流制御弁４１Ａ各々は、閉弁時の開度が略同一になるように設定されている。このように気流生成装置４０Ａは、単一のアクチュエータ４３で弁軸４２Ａに軸支された気流制御弁４１Ａ各々を一律に駆動する構造になっている。気流制御弁４１Ａ各々の先端には切欠き部（開口部）Ｋが形成されている。具体的には気流制御弁４１Ａａには切欠き部Ｋａ、気流制御弁４１Ａｂには切欠き部Ｋｂ、気流制御弁４１Ａｃには切欠き部Ｋｃ、気流制御弁４１Ａｄには切欠き部Ｋｄが夫々形成されている。この切欠き部Ｋにより特に気流制御弁４１Ａ閉弁時に吸気の流速が高められる。なお、本実施例ではこれら気流制御弁４１Ａ各々は切欠き部Ｋの大きさが異なる以外、互いに略同一のものとなっている。

本実施例では、切欠き部Ｋ夫々の大きさが式（Ｋａ＞Ｋｂ＞Ｋｃ＞Ｋｄ）を満たすように形成されている。これにより、気流制御弁４１Ａａ、４１Ａｂ、４１Ａｃ及び４１Ａｄが形成する開口面積Ｓを夫々Ｓａ、Ｓｂ、Ｓｃ及びＳｄとしたとき、開口面積Ｓ夫々が、閉弁時に吸気が作用していない状態（例えば内燃機関５０停止時）で式（Ｓａ＞Ｓｂ＞Ｓｃ＞Ｓｄ）を満たすようになる。すなわち、切欠き部Ｋは、シャフト拘束部Ｐから離れた位置で軸支されている気流制御弁４１Ａほど、吸気が作用していない状態で閉弁時の開口面積Ｓが小さくなるように形成されている。このため、吸気が作用している状態では、すなわち内燃機関５０運転時には、逆に弁軸４２Ａが捩られることによって気流制御弁４１Ａ各々の閉弁時の開口面積Ｓ夫々が互いに略等しくなる。なお、このようにして開口面積Ｓ夫々が互いに等しくなる切欠き部Ｋ夫々のより具体的な大きさは台上試験などで求めることができる。これにより、筒内に生成されるタンブル流の強度も気筒間で略等しくなることから、弁軸４２の捩れに起因して内燃機関５０の燃焼状態が悪化することを抑制できる。以上により、単一のアクチュエータ４３で弁軸４２Ａに軸支された気流制御弁４１Ａ各々を一律に駆動する構造で、弁軸４２Ａの捩れに起因して内燃機関５０の燃焼状態が悪化することを抑制可能な気流生成装置４０Ａを実現できる。

本実施例に係る気流生成装置４０Ｂは、気流制御弁４１Ａが気流制御弁４１Ｂに変更されている以外、実施例１に係る気流生成装置４０Ａと同一のものとなっている。気流制御弁４１Ｂは、弁軸４２Ｂに軸支されている位置がシャフト拘束部Ｐから離れるほど、閉弁時の開度が開き側に設定されている点と、閉弁時に吸気が作用していない状態で気流制御弁４１Ｂ各々が形成する開口面積Ｓが互いに略等しくなるように（以下、単に設計上開口面積Ｓが互いに略等しくなるように、と称す）、切欠き部Ｋを含め気流制御弁４１Ｂ各々が形成されている点以外、気流制御弁４１Ａと同一のものとなっている。なお、気流生成装置４０Ｂは気流生成装置４０Ａの代わりに、内燃機関システム１００Ａに適用でき、気流生成装置４０Ａの代わりに気流生成装置４０Ｂを適用した場合の内燃機関システム１００を内燃機関システム１００Ｂと称す。また本実施例では説明の便宜上、気流生成装置４０Ｂが備える弁軸４２を弁軸４２Ｂと称するが、弁軸４２Ｂは弁軸４２Ａと同一のものとなっている。

図３は閉弁時の気流制御弁４１Ｂａ及び４１Ｂｄを模式的に示す図である。なお、気流制御弁４１Ｂの添字（例えばａ）と内燃機関５０の気筒（例えば＃４気筒）との対応は、実施例１に係る気流生成装置４０Ａと同様になっている。ここで、気流制御弁４１Ｂの上流側の面が吸気ポート５２ａの延伸方向に直交する面Ｌとなす角度をθと定義し、図３に示すように閉弁時に気流制御弁４１Ｂａの上流側の面が面Ｌとなす角度をθａ、気流制御弁４１Ｂｄの上流側の面が面Ｌとなす角度をθｄとする。このとき本実施例ではθａ及びθｄは式（θａ＜θｄ）を満たす。すなわち、気流制御弁４１Ｂｄは気流制御弁４１Ｂａよりも閉弁時の開度が開き側に設定されている。さらにこの状態で、気流制御弁４１Ｂａ及び４１Ｂｄは、ともに開口面積Ｓが互いに略等しくなるように形成されている。このため、本実施例では気流制御弁４１Ｂｄのほうが気流制御弁４１Ｂａよりも全長が長くなるように形成されている。

これにより、気流制御弁４１Ｂａに作用する吸気の力Ｆは、気流制御弁４１Ｂｄの上流側の面に平行な方向にＦ１ａ、気流制御弁４１Ｂａの上流側の面に直交する方向にＦ２ａに夫々分力される。同様に、気流制御弁４１Ｂｄに作用する吸気の力Ｆも、気流制御弁４１Ｂｄの上流側の面に平行な方向にＦ１ｄ、気流制御弁４１Ｂｄの上流側の面に直交する方向にＦ２ｄに夫々分力される。そしてこのとき、θａ及びθｄは式（θａ＜θｄ）を満たしていることから、分力Ｆ２ａ及びＦ２ｄは式（Ｆ２ａ＞Ｆ２ｄ）を満たす。すなわちアクチュエータ４３から離れた位置で弁軸４２Ｂに軸支されている気流制御弁４１Ｂｄのほうが、気流制御弁４１Ｂａよりも分力Ｆ２が小さくなる。

本実施例では、同様にして気流制御弁４１Ｂｂ及び４１Ｂｃを含めて気流制御弁４１Ｂ各々の閉弁時の開度が、式（θａ＜θｂ＜θｃ＜θｄ）を満たすように設定されている。このため分力Ｆ２は、気流制御弁４１Ｂｂ及び４１Ｂｃを含めて式（Ｆ２ａ＞Ｆ２ｂ＞Ｆ２ｃ＞Ｆ２ｄ）を満たすことになる。これにより、気流制御弁４１Ｂを介して弁軸４２Ｂに直接作用する分力Ｆ２を低減することができることから、弁軸４２Ｂの捩れが発生すること自体を抑制できる。このため、弁軸４２Ｂの捩れに起因して内燃機関５０の燃焼状態が悪化することを抑制できる。以上により、単一のアクチュエータ４３で弁軸４２Ｂに軸支された気流制御弁４１Ｂ各々を一律に駆動する構造で、弁軸４２Ｂの捩れに起因して内燃機関５０の燃焼状態が悪化することを抑制可能な気流生成装置４０Ｂを実現できる。

本実施例に係る気流生成装置４０Ｃは、気流制御弁４１Ａが気流制御弁４１Ｃに変更されている以外、実施例１に係る気流生成装置４０Ａと同一のものとなっている。気流制御弁４１Ｃは、弁軸４２Ｃに軸支されている位置がシャフト拘束部Ｐから離れるほど、上流側の面が、同一の開度で比較した場合に開き側に傾斜している点と、設計上開口面積Ｓが互いに略等しくなるように切欠き部Ｋを含め気流制御弁４１Ｃ各々が形成されている点以外、気流制御弁４１Ａと同一のものとなっている。なお、気流生成装置４０Ｃは気流生成装置４０Ａの代わりに、内燃機関システム１００に適用でき、気流生成装置４０Ａの代わりに気流生成装置４０Ｃを適用した場合の内燃機関システム１００を内燃機関システム１００Ｃと称す。また本実施例では説明の便宜上、気流生成装置４０Ｃが備える弁軸４２を弁軸４２Ｃと称するが、弁軸４２Ｃは弁軸４２Ａと同一のものとなっている。

図４は閉弁時の気流制御弁４１Ｃａ及び４１Ｃｄを模式的に示す図である。なお、気流制御弁４１Ｃの添字と内燃機関５０の気筒との対応は、実施例１に係る気流生成装置４０Ａと同様になっている。ここで、気流制御弁４１Ｃの上流側の面が面Ｌとなす角度をθと定義し、図４に示すように、閉弁時に気流制御弁４１Ｃａの上流側の面が面Ｌとなす角度をθａ、気流制御弁４１Ｃｄの上流側の面が面Ｌとなす角度をθｄとする。このとき本実施例ではθａ及びθｄは式（θａ＜θｄ）を満たす。すなわち、気流制御弁４１Ｃｄは気流制御弁４１Ｃａよりも、同一の開度で比較した場合に上流側の面が開き側に傾斜している。さらにこの状態で、気流制御弁４１Ｃａ及び４１Ｃｄは、ともに開口面積Ｓが互いに略等しくなるように形成されている。

これにより、気流制御弁４１Ｃａに作用する吸気の力Ｆは、気流制御弁４１Ｃａの上流側の面に平行な方向にＦ１ａ、気流制御弁４１Ｃａの上流側の面に直交する方向にＦ２ａに夫々分力される。同様に、気流制御弁４１Ｃｄに作用する吸気の力Ｆも、気流制御弁４１Ｃｄの上流側の面に平行な方向にＦ１ｄ、気流制御弁４１Ｃｄの上流側の面に直交する方向にＦ２ｄに夫々分力される。そしてこのとき、θａ及びθｄは式（θａ＜θｄ）を満たしていることから、分力Ｆ２ａ及びＦ２ｄは式（Ｆ２ａ＞Ｆ２ｄ）を満たす。すなわちシャフト拘束部Ｐから離れた位置で弁軸４２Ｃに軸支されている気流制御弁４１Ｃｄのほうが、気流制御弁４１Ｃａよりも分力Ｆ２が小さくなる。

本実施例では同様にして、気流制御弁４１Ｃｂ及び４１Ｃｃを含めて気流制御弁４１Ｃの上流側の面が、式（θａ＜θｂ＜θｃ＜θｄ）を満たすように開き側に傾斜されている。このため分力Ｆ２は、気流制御弁４１Ｃｂ及び４１Ｃｃを含めて式（Ｆ２ａ＞Ｆ２ｂ＞Ｆ２ｃ＞Ｆ２ｄ）を満たすことになる。これにより、気流制御弁４１Ｃを介して弁軸４２Ｃに直接作用する分力Ｆ２を低減することができることから、弁軸４２Ｃの捩れが発生すること自体を抑制できる。このため、弁軸４２Ｃの捩れに起因して内燃機関５０の燃焼状態が悪化することを抑制できる。以上により、単一のアクチュエータ４３で弁軸４２Ｃに軸支された気流制御弁４１Ｃ各々を一律に駆動する構造で、弁軸４２Ｃの捩れに起因して内燃機関５０の燃焼状態が悪化することを抑制可能な気流生成装置４０Ｃを実現できる。

本実施例に係る気流生成装置４０Ｄは、弁軸４２Ａが弁軸４２Ｄに変更されている点と、気流制御弁４１Ａが気流制御弁４１Ｄに変更されている点を除き、実施例１に係る気流生成装置４０Ａと同一のものとなっている。弁軸４２Ｄは、その剛性がシャフト拘束部Ｐから離れるほど高められている点以外、弁軸４２Ａと同一のものとなっている。また、気流制御弁４１Ｄは、設計上開口面積Ｓが互いに略等しくなるように、切欠き部Ｋを含めて気流制御弁４１Ｄ各々が形成されている点と、弁軸４２Ｄに軸支されるように形成されている点以外、気流制御弁４１Ａと同一のものとなっている。なお、気流生成装置４０Ｄは、気流生成装置４０Ａの代わりに内燃機関システム１００Ａに適用でき、気流生成装置４０Ａの代わりに気流生成装置４０Ｄを適用した内燃機関システムを内燃機関システム１００Ｄと称す。

図５は気流生成装置４０Ｄを模式的に示す図である。図５（ａ）では弁軸４２ＤＡを備える気流生成装置４０ＤＡを示し、図５（ｂ）では弁軸４２ＤＢを備える気流生成装置４０ＤＢを示している。弁軸４２Ｄは、具体的には例えば図５（ａ）に示す弁軸４２ＤＡのようにシャフト拘束部Ｐから離れるほど、気流制御弁４１ＤＡ各々を軸支する部分が太くなるように形成したもので実現できる。また弁軸４２Ｄは、具体的には例えば図５（ｂ）に示す弁軸４２ＤＢのように、シャフト拘束部Ｐから離れるほど、気流制御弁４１ＤＢ各々を軸支する部分に対応する軸芯が太くなるように形成したもので実現できる。なお、この弁軸４２ＤＢは、軸芯が樹脂でコーティングされたものとなっている。これにより、弁軸４２ＤＡ及び４２ＤＢは気流制御弁４１ＤＡ及び４１ＤＢを軸支する部分の剛性がシャフト拘束部Ｐから離れるほど高められるため、捩れが発生すること自体が抑制される。このため、弁軸４２Ｄの捩れに起因して内燃機関５０の燃焼状態が悪化することを抑制できる。以上により、単一のアクチュエータ４３で弁軸４２Ｄに軸支された気流制御弁４１Ｄ各々を一律に駆動する構造で、弁軸４２Ｄの捩れに起因して内燃機関５０の燃焼状態が悪化することを抑制可能な気流生成装置４０Ｄを実現できる。

本実施例では、実施例１で前述したＥＣＵ１で実現されている内燃機関の制御装置について詳述する。本実施例に示す内燃機関システム１００Ｅは、気流生成装置４０Ａの代わりに、気流生成装置４０Ｅを備えている以外、実施例１に係る内燃機関システム１００Ａと同一のものとなっている。また気流生成装置４０Ｅは、気流制御弁４１Ａの代わりに気流制御弁４１Ｅを備えている以外、気流生成装置４０Ａと同一のものとなっている。この気流制御弁４１Ｅは、設計上開口面積Ｓが互いに略等しくなるように、切欠き部Ｋを含めて気流制御弁４１Ｅ各々が形成されている点以外、気流制御弁４１Ａと同一のものとなっている。すなわち気流制御弁４１Ｅ各々は互いに略同一の形状に形成されるとともに、閉弁時の開度が互いに略同一に設定されている。なお、本実施例では説明の便宜上、気流生成装置４０Ｅが備える弁軸４２を弁軸４２Ｅと称するが、弁軸４２Ｅは弁軸４２Ａと同一のものとなっている。

ＥＣＵ１が備えるＲＯＭは、ＣＰＵが実行する種々の処理が記述されたプログラムを格納するための構成であり、本実施例では内燃機関５０制御用プログラムのほか、燃料噴射弁３１を制御するための燃料噴射弁制御用プログラムや、点火時期を制御するための点火時期制御用プログラムや、Ａ／Ｆセンサ２３や酸素センサ２４を利用して空燃比をＦ／Ｂ制御するための空燃比Ｆ／Ｂ制御用プログラムや、シャフト拘束部Ｐから離れた気筒ほど、点火時期を進角させる、または空燃比がよりリッチになるように燃料噴射量を増量するための燃焼安定用プログラムなども格納している。なお、これらのプログラムは内燃機関５０制御用プログラムの一部として構成されていてもよい。また、燃焼安定用プログラムは、点火時期制御用プログラムや、燃料噴射弁制御用プログラムの一部として構成されていてもよい。本実施例では、ＣＰＵとＲＯＭとＲＡＭ（以下、単にＣＰＵ等と称す）と内燃機関５０制御用のプログラムとで、各種の検出手段や判定手段や制御手段などが実現されており、特にＣＰＵ等と燃焼安定用プログラムとで燃焼安定手段が実現されている。

図６は気筒間の燃焼状態のばらつきと、タンブル流の強度が目論見よりも低下している気筒の点火時期または燃料噴射量との関係を模式的に示す図である。図６に示すように、タンブル流の強度が目論見よりも低下している気筒の点火時期を進角させる、或いは燃料噴射量を増量することによって、気筒間の燃焼状態のばらつきが低減される傾向にある。このため燃焼安定用プログラムは具体的には、ＣＰＵが図７に示す燃焼安定用マップデータを参照することによって点火時期を進角させたり、燃料噴射量を増量したりするように作成されている。このマップデータでは、気筒毎に閉弁時の開口面積Ｓの大きさに対応する点火時期の進角度合い、或いは燃料噴射量の増量度合いが設定されている。そしてこのマップデータでは、シャフト拘束部Ｐから離れた気筒ほど、弁軸４２Ｅの捩れによって燃焼状態が悪化することに鑑み、シャフト拘束部Ｐから離れた気筒ほど、点火時期の進角度合い、或いは燃料噴射量の増量度合いが大きくなるように設定されている。なお、各気筒の閉弁時の開口面積Ｓの大きさとしては、例えば台上試験などで内燃機関５０毎に予め把握したものを用いることができるほか、演算などによって推定した開口面積Ｓの推定値を用いることができる。

これにより、点火を行う際にＣＰＵが読み込む点火時期や、燃料を噴射する際にＣＰＵが読み込む燃料噴射量が、シャフト拘束部Ｐから離れた気筒ほど、進角或いは増量される。この結果、燃焼が行われた際に気筒間の燃焼状態が略等しくなるように燃焼状態が安定することから、弁軸４２Ｅの捩れに起因して内燃機関５０の燃焼状態が悪化することを抑制できる。なお、燃焼安定用マップデータは台上試験などで作成することができ、本実施例ではこのマップデータも予めＲＯＭに格納されている。また、点火時期と燃料噴射量とのうち、いずれか一方だけでなく、点火時期を進角させるとともに燃料噴射量を増量するように燃焼安定用マップデータを個別に、或いは一体的に作成してもよい。また、気筒毎に基本燃料噴射量のマップデータや、点火時期のマップデータを備えている場合には、これらのマップデータに閉弁時の開口面積Ｓの大きさに対応する点火時期の進角度合い、或いは燃料噴射量の増量度合いを加えて、これを燃焼安定用マップデータとしてもよい。以上により、気流生成装置Ｅを備える内燃機関システム１００Ｅの内燃機関５０を制御することにより、弁軸４２Ｅの捩れに起因して内燃機関５０の燃焼状態が悪化することを抑制できるＥＣＵ１を実現できる。

上述した実施例は本発明の好適な実施の例である。但し、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施可能である。例えば請求項１から４までに記載した発明を適宜組み合わせて実施することも可能である。また請求項１から４までに記載した発明に対して請求項５記載の発明を組み合わせて実施することも可能である。すなわち、組み合わせ的な手法により、夫々の効果を発揮させて弁軸の捩れに起因して内燃機関の燃焼状態が悪化することを抑制することも可能である。

気流生成装置４０Ａを備える内燃機関システム１００ＡをＥＣＵ１とともに模式的に示す図である。 気流生成装置４０Ａを模式的に示す図である。 閉弁時の気流制御弁４１Ｂａ及び４１Ｂｄを模式的に示す図である。 閉弁時の気流制御弁４１Ｃａ及び４１Ｃｄを模式的に示す図である。 気流生成装置４０Ｄを模式的に示す図である。 気筒間の燃焼状態のばらつきと、タンブル流の強度が目論見よりも低下している気筒の点火時期または燃料噴射量との関係を模式的に示す図である。 燃焼安定用マップデータを模式的に図である。

符号の説明

１ ＥＣＵ
１０ 吸気系
２０ 排気系
３０ 燃料噴射系
４０ 気流生成装置
４１ 気流制御弁
４２ 弁軸
４３ アクチュエータ
５０ 内燃機関
１００ 内燃機関システム

Claims (5)

1. 内燃機関の燃焼室に連通する吸気通路に気筒毎に配設された気流制御弁と、該気流制御弁各々を軸支する弁軸と、該弁軸を介して前記気流制御弁を駆動するアクチュエータとを有して構成される内燃機関の気流生成装置であって、
   前記弁軸に軸支されている位置が前記弁軸のうち、前記アクチュエータによって回動が拘束される部分から離れるほど、吸気が作用していない状態で閉弁時の開口面積が小さくなるように、前記気流制御弁各々に開口部が形成されていることを特徴とする内燃機関の気流生成装置。
2. 内燃機関の燃焼室に連通する吸気通路に気筒毎に配設された気流制御弁と、該気流制御弁各々を軸支する弁軸と、該弁軸を介して前記気流制御弁を駆動するアクチュエータとを有して構成される内燃機関の気流生成装置であって、
   前記弁軸に軸支されている位置が前記弁軸のうち、前記アクチュエータによって回動が拘束される部分から離れるほど、前記気流制御弁の閉弁時の開度が開き側に設定されていることを特徴とする内燃機関の気流生成装置。
3. 内燃機関の燃焼室に連通する吸気通路に気筒毎に配設された気流制御弁と、該気流制御弁各々を軸支する弁軸と、該弁軸を介して前記気流制御弁を駆動するアクチュエータとを有して構成される内燃機関の気流生成装置であって、
   前記弁軸に軸支されている位置が前記弁軸のうち、前記アクチュエータによって回動が拘束される部分から離れるほど、前記気流制御弁の上流側の面が、同一の開度で比較した場合に開き側に傾斜していることを特徴とする内燃機関の気流生成装置。
4. 内燃機関の燃焼室に連通する吸気通路に気筒毎に配設された気流制御弁と、該気流制御弁各々を軸支する弁軸と、該弁軸を介して前記気流制御弁を駆動するアクチュエータとを有して構成される内燃機関の気流生成装置であって、
   前記弁軸の剛性が、前記アクチュエータによって回動が拘束される部分から離れるほど高められていることを特徴とする内燃機関の気流生成装置。
5. 内燃機関の燃焼室に連通する吸気通路に気筒毎に配設された気流制御弁と、該気流制御弁各々を軸支する弁軸と、該弁軸を介して前記気流制御弁を駆動するアクチュエータとを有して構成される内燃機関の気流生成装置を備える内燃機関システムの前記内燃機関を制御する内燃機関の制御装置であって、
   前記アクチュエータから離れた位置で前記弁軸に軸支されている前記気流制御弁に対応する気筒ほど、点火時期を進角させる、または燃料噴射量を増量する燃焼安定手段を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
   

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