JP3811671B2 - 内燃機関の吸気装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は多気筒内燃機関の吸気装置に関し、特にサージタンクと独立ブランチ吸気管を備えた吸気装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば特許文献１には、吸気２弁エンジンにおいて、各々の吸気弁に通じる通路を２つに分け、一方の通路（ストレートポート）に吸気制御弁を設けて、機関の低負荷時にはこれを閉じるものが知られている。
【０００３】
【特許文献１】
特開昭62−48927 号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
少ない容積の吸気装置を得る。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
独立ブランチ吸気管がサージタンクの周囲を囲むようにして吸気装置を構成するとともに、独立ブランチ吸気管を挟んでサージタンクの上部に配置されるエアクリーナとサージタンクとを、内部にスロットル弁が配置された空気通路で接続する。
【０００６】
【実施例】
以下、本発明になる吸気装置の実施例と、その吸気装置が適用される吸気システムの参考例を図に基づき説明する。
【０００７】
図１は本発明になる吸気装置が適用される内燃機関の吸気システムの参考例を示したものである。吸入空気はエアクリーナ２０１より導入され、エア・フローメータ２０８により流量を測定される。主通路２０２を通る空気は、絞り弁２０３によりその量を調節された後、コレクタ２０４から各気筒に分配され、独立吸気管２０５を経てエンジン２０６に入る。本システムでは、これと並行して補助流体通路２１０を設けている。補助流体通路２１０を通る空気の流量は、アクセル開度検出手段２２１からの信号，エンジン補器220からのＯＮ／ＯＦＦ信号，エンジン回転数検出手段２２３からの信号，エア・フローメータ２０７からの吸気量信号をもとに、コンピュータ２２２が吸気制御弁２１１を制御することによって調節される。これとは別に、エンジンの排気管２０７からＥＧＲガス通路２１４を通り、ＥＧＲバルブ２１２を通じて補助流体通路２１０にＥＧＲガスが供給される。補助流体通路の出口２１３は、エンジン２０６の吸気弁（図示しない）近傍の独立吸気管２０５に開口する。このとき、補助流体の流量と、補助流体通路出口２１３の開口面積により、エンジン２０６に流入する吸気の流速が決まる。補助流体通路出口２１３の開口面積を、独立吸気管２０５の断面積よりも小さくすれば、吸気流速を高めることができ、また、出口２１３を吸気管２０５の周囲方向に対して片寄らせて設けることにより、エンジン２０６の燃焼室(図示しない)にスワールを発生させることができる。
【０００８】
図２から図６に、運転領域の変化に伴う図１のシステムの動作を示す。
【０００９】
図２は、運転状態と、吸気制御の領域の関係を示したものである。各運転状態に入っているか否かの判断は、エンジン回転数検出センサ２２３からの信号とアクセル開度検出センサ２２１からの信号により、コンピュータ２２２が図２の領域に当てはめて決定する。この結果より、吸気制御弁２１１とＥＧＲバルブ２１２が制御され、各運転領域に応じた制御が行われる。各運転領域の制御は、図３から図６で示す。
【００１０】
図３に、領域１の運転状態を示す。これは、エンジンの回転数が低く、負荷がほとんど無い場合である。絞り弁２０３およびＥＧＲバルブ２１２は閉じており、吸入空気は吸気制御弁２１１の開閉により調節される。すなわち、補助流体通路２１０を通って空気231が供給される。また、空燃比は理論混合比となる。ここで、エンジン補器２２０のＯＮまたはＯＦＦにより、負荷が変化した場合、また、エンジン２０６の内部状態の微少な変化により、エンジンの回転数が変化した場合、エンジンの円滑な運転を維持するためには、これらの変化に応じて直ちに適切な吸気を供給しなければならない。ここで、補助流体通路２１０全体の内容積が、コレクタ２０４，各気筒の独立吸気管２０５を含む、主通路２０２の合計容積より小さい場合、本システムの空気量変化に対する応答性は主通路２０２を用いて吸気を供給した場合よりも良く、従って、本システムにより、エンジンの回転変動に対して、応答性良くアイドル用の空気を供給することができ、エンジンの安定性を高めることが出来る。
【００１１】
図４に、領域２の運転状態を示す。エンジン回転数は領域１より高く、負荷は低中負荷となる。絞り弁２０３は負荷または回転数に応じて若干開く。ＥＧＲバルブ２１２は閉じたままである。領域２では、空燃比は、例えば２２，２３の希薄空燃比となるので、周囲の他の領域との移行の際に、空燃比の調節が必要になる。本システムでは、領域２に入った際、吸気制御弁２１１の開度を、他の領域にある場合よりも大きくすることにより、吸入空気量の増大を行う。合わせて、補助流体通路出口２１３からエンジン２０６に流入する空気２３１の流量を多くすることにより、吸気流速を高め、エンジン２０６の燃焼室内（図示しない）にスワールを生成させて混合気の燃焼速度を高め、希薄混合気でも良好な燃焼を得ることができる。この際、補助流体通路の出口２１３の面積を変えることにより、スワールの強さを最適にできる。すなわち、スワールを強くしたいときは通路出口213の断面積を小さく設定し、弱くしたいときは大きく設定すればよい。なお、空燃比の制御には、燃料噴射弁（図示しない）からエンジン２０６に供給される燃料量を小さくする手段を併用しても良い。本構成を用いることにより、隣接する他の領域から領域２へ移行する場合、または、領域２から他の領域に移行する場合の双方とも、応答性良く吸入される空気２３１の量を増減できる。
【００１２】
図５に領域３の運転状態を示す。領域３は、エンジン回転数がごく低く、負荷がアイドル状態より大きいか、あるいは領域２よりも高負荷、若しくは高回転になる。この領域では、トルクを得るために理論空燃比とする。絞り弁２０３は負荷または回転数に応じて開く。ＥＧＲガス２３２の量は、運転条件に応じてＥＧＲバルブ２１２により調節され、燃焼温度を低下させ、また、ポンピングロスの低減により燃費向上を図る。吸気制御弁211はＥＧＲガス２３２の逆流を防ぐために閉じられる。このとき、補助流体通路の出口213から高速のＥＧＲガス２３２が供給され、主通路２０２を通ってきた空気２３１と均一に混合されるので、コレクタ部２０４にＥＧＲガスを供給した場合と比べてエンジンの各気筒へのＥＧＲガス２３２の分配が良く、したがって限界ＥＧＲ量を大きくできる。また、補助流体通路の出口２１３を、エンジンの燃焼室（図示しない）の壁面に沿う方向に指向させることにより、燃焼室内にスワールを起こさせ、燃焼を改善すると共に、壁面近くにＥＧＲガス２３２の層をつくり、壁面からの熱損失を低減し、燃費向上を図ることができる。また、ＥＧＲガス通路２１４の内容積を、コレクタ２０４，各気筒の独立吸気管205を含む、主通路２０２の合計容積に比べて小さくすれば、ＥＧＲガスを応答性良くエンジンに供給できる。
【００１３】
図６に領域４および５の運転状態を示す。この領域では、回転数が領域３に比べてさらに高いか、または負荷が大きくなる。空燃比は理論空燃比またはさらに燃料過剰の空燃比であり、トルクの確保に重点がおかれるので、ＥＧＲバルブ ２１３は閉じられる。吸気制御弁２１１は開いていても閉じていても良い。主通路２０２の絞り弁２０３は、高負荷側では全開となり、高回転側では要求トルクに応じて開閉する。この時、従来例と異なり、独立吸気管２０５の中には吸気抵抗となる吸気制御弁や吸気管の絞りなどが無いため、出力の低下を防止できる。図７から図１０に、補助流体通路の出口２１３の方向の例を示す。
【００１４】
図７は、補助流体通路出口２１３を、独立吸気管２０５の右側または左側に片寄らせて設置した場合の例である。このように構成すると、補助流体は吸気弁２４１を通り、シリンダ壁２４２に沿って周囲を流れることになり、ピストン頂部に対して平行な方向に強いスワールを発生する。導入した補助流体が空気の場合には、燃料に対して空気が過剰な、いわゆる希薄空燃比の場合であっても、このスワールにより燃焼速度を上げることができ、良好な燃焼が実現できる。また、補助流体としてＥＧＲガスを導入した場合には、スワールを利用してＥＧＲガスと空気の均一な混合を図り、燃焼温度を下げ、シリンダ壁からの熱損失を小さくし、合わせて窒素酸化物の抑制を図ることができる。
【００１５】
または、補助流体通路出口２１３からの空気またはＥＧＲガスをシリンダ壁面２４２に導くことにより、周囲に空気またはＥＧＲガスの層を作り、プラグ２４３のある燃焼室２４４の中心付近で燃焼を行わせ、空気またはＥＧＲガスの断熱効果によりシリンダ壁面２４２からの熱損失を小さくすることができる。
【００１６】
図８は、補助流体出口２１３を独立吸気管２０５の上部に片寄らせて設置した場合の例である。このように構成すると、補助流体は吸気弁２４１を通り、縦方向のスワール（タンブル）を発生する。この際、燃料噴射弁（図示しない）から片側の吸気弁に対してのみ燃料を噴射するようにすると、混合気を燃焼室２４４の片側の吸気弁を含む一部領域にのみ形成することができる。これにより、燃焼室２４４内の混合気の層状化を図ることができ、混合気の希薄化を図ることができる。また、エンジンの圧縮行程でタンブルがつぶれ、微小規模の乱流が多数発生する。これにより、希薄混合気でも燃焼速度の向上が図れる。
【００１７】
図９は、補助流体出口２１３を独立吸気管２０５の下部に片寄らせて設置した場合の例である。このように構成すると、補助流体は吸気弁２４１を通り、図８とは逆向きのタンブルを発生する。この際、燃料噴射弁（図示しない）から片側の吸気弁に対してのみ燃料を噴射するようにすると、混合気を燃焼室２４４の片側の吸気弁を含む一部領域にのみ形成することができる。これにより、燃焼室２４４内の混合気の層状化を図ることができ、混合気の希薄化を図ることができる。また、エンジンの圧縮行程でタンブルがつぶれ、微小規模の乱流が多数発生する。これにより、希薄混合気でも燃焼速度の向上が図れる。
【００１８】
図１０は、補助流体通路出口２１３を、独立吸気管２０５の両端に設置した場合の例である。通路出口２１３は、燃焼室２４４の中心を向くようにする。また、燃料噴射弁245からの噴霧は、補助流体出口２１３からの流れに衝突するようにする。このように構成することにより、燃焼室２４４の中心部に着火しやすい濃い混合気が形成され、この中にプラグ２４３を設置すれば、燃焼室２４４内が全体として希薄空燃比であっても良好な着火，燃焼が得られる。なお、同様に、燃料噴射弁からの噴霧２４６を燃焼室２４４の中心に集めることができれば、補助流体通路出口２１３は必ずしも独立吸気管２０５の両端に設ける必要はなく、独立吸気管２０５の上部に片寄らせて設置したり、あるいは下部に片寄らせて設置しても良い。
【００１９】
図１１から図１３に、補助流体通路の構成の別の例を示す。
【００２０】
図１１では、吸入空気はエアクリーナ２０１より導入され、エア・フローメータ２０８により流量を測定された後、絞り弁２０３によりその量を調節され、吸気制御弁２５１によって主通路２０２と補助流体通路２１０に流れる量の比率を調節される。吸気制御弁２５１は、絞り弁２０３と同期させ、絞り弁より遅れて開かせるか、または、吸気負圧が大気圧に近い一定値になると開くように構成し、スワール強度の調節を行う。このように構成すると、補助空気制御弁２５２に流れるアイドル用空気やエンジン補器を駆動するためのトルクアップ用空気の量を少なくする事ができ、コストの低減が図れる。また、吸気制御弁２５１はコレクタ２０４の上流に設置されるので、従来技術で用いられているように、シリンダの数だけ設置する必要はなく、一つでよい。従って、コストの低減が図れる。この場合でも、補助流体通路２１０の内容積がコレクタ２０４，各気筒の独立吸気管２０５を含む、主流体通路２０２の合計容積に比べて小さいので、本参考例の目的である、補助流体の応答性を良くし、且つ、必要な強度のスワールが生成できることは勿論である。
【００２１】
図１２は、補助流体通路２１０において、吸気制御弁２１１をバイパスするように補助絞り弁２５３を設けた場合の例である。本構成では、アイドル用空気，トルクアップ用空気の制御に吸気制御弁２１１を用い、リーン運転領域におけるスワール生成用空気の流量調節には補助絞り弁２５３を用いるようにしたので、吸気制御弁２１１の容量を小さくでき、コストの低減を図ることができる。この構成でも、本参考例の目的である、応答性の向上、必要な強度のスワールが生成できることは勿論である。
【００２２】
図１３は、補助流体通路の出口２１３に、絞りノズル２５４を設けた場合の例である。基本的な構成及び動作は図２から図６に示したものと同様である。この例では、アイドル域など、絞り弁２０３の開度が小さく、かつ、補助流体の流量が小さい場合に、補助流体通路出口２１３の出口を、絞りノズル２５４により狭めることにより、補助流体の流速を上げ、スワールの強度を上げることができ、希薄混合気で燃焼させた場合でも、安定した燃焼を得ることができる。この場合でも、補助流体通路２１０の内容積がコレクタ２０４，各気筒の独立吸気管２０５を含む、主流体通路２０２の合計容積に比べて小さいので、本参考例の目的である、補助流体の応答性を良くできることは勿論である。
【００２３】
図１４に、燃料噴射弁の取付方法に関する参考技術を示す。
【００２４】
燃料噴射弁の取り付け部２６２，燃料配管２６３，微粒化用空気配管２６４は、いずれも独立吸気管２０５に構造的に一体化されている。燃料噴射弁２６１は、ストッパー265によって吸気管２０５に固定される。燃料噴射弁の取り付け部２６２，燃料配管２６３，微粒化用の空気配管２６４を吸気管２０５に一体化することで、これらを別体で製造した場合よりも燃料噴射弁２６１を吸気管２０５の中心軸に近づけることができ、燃料噴霧の軸と吸気管中心軸とのなす角度ａを小さくできる。また、燃料噴射弁２０５から噴射された燃料噴霧が吸気管の内壁に付着する率が小さくなるよう、燃料噴霧に合わせて吸気管を最適に設計できる。これらにより、吸気管への燃料付着を低減できる。
【００２５】
図１５に本発明になる吸気装置が適用される別の吸気システムのシステム図を示す。空気はエアクリーナ３０１，空気量センサ３０２，絞り弁３０３を通って、コレクタ３０４に吸入される。さらに、各気筒に対応した独立吸気管３０５を通り吸気弁３０６を介してエンジン３０７の燃焼室に吸入される。絞り弁３０３をバイパスする通路３０８を設けて、独立吸気管３０５の吸気ポート部３０９に空気を供給する。この空気は、絞り弁３０３をバイパスしているので、独立吸気管３０５を流れる主空気流速度より速い流速となる。このバイパス通路３０８の出口は吸気ポート部の空気流に偏流を与えるように開口している。また、バイパス通路３０８の上流の入り口部は、絞り弁３０３の上流に開口している。また、バイパス通路は分岐しており、もう一つのバイパス通路３１０が設けられている。この通路３１０は、噴射弁３１１の燃料噴出部３１２に燃料微粒化ようの空気を供給するための通路である。バイパス通路３０８の出口は各気筒の独立ポート部に、それぞれ開口している。バイパス通路３０８，３１０には流量制御弁３１３が設けられており、通路を流れる空気量を運転状態に応じて変化できるようになっている。この流量制御弁３１３は、電気信号により動作する。前述したように、バイパス通路３０８の出口部は吸気ポート３０９に偏しんして配置されているので、空気流に偏流が与えられる。このために、燃焼室内に旋回流が形成され、リーン空燃比運転時の燃焼が安定化する。また、アイドルスピードコントロール，ファーストアイドルコントロール用の空気も制御弁３１３から流すことにより、アイドル時，始動時の燃焼が改善され、未燃炭化水素排出量が低減される。さらに、アイドル時，始動時に空燃比がリーンに設定されるので、燃費，排気低減に効果がある。
【００２６】
図１６には、別のシステム図を示した。図１６（ａ）に、その構成を示した。ここでは、絞り弁を二つ設けて３１３，３１４、それぞれが、吸気ポート３０９に空気を供給するためのバイパス通路３０８と噴射弁の燃料微粒化のためのバイパス通路３１０にそれぞれ空気を供給するように構成されている。バイパス通路３１０の取り入れ口は、絞り弁314の上流に開口している。それぞれの絞り弁は、アクセル３１５と連動している。アクセルを踏んでいくに従って、絞り弁３１３が最初開く。絞り弁３１３が全開になった後、絞り弁３１４が開き始まる。この動作を、図１６（ｂ）に示した。リーン運転時は、絞り弁３１３，バイパス通路３０８から空気が吸入される。このため、吸気には旋回流が形成され、燃焼が安定する。それ以上アクセルを踏み込むと、絞り弁３１４からも空気が吸入される。この時でも、バイパス通路３０８から高速の空気流が供給されるので、リーン燃焼は可能である。すなわち、絞り弁３１４が開き始める条件の時の前後で、リーン運転状態から通常の空燃比に戻る。このような構成にすることにより、機械的な動作により高速の気流を供給できる。アイドルスピードコントロール用の制御弁３１６は、絞り弁３１３か３１４をバイパスする用に配置される。しかし、アイドル時の燃焼を改善するためには、アイドルスピードコントロール用の制御弁３１６を絞り弁３１３をバイパスする用に配置されるのが良い。また、ファーストアイドルコントロール用の空気弁３１７も絞り弁313をバイパスする用に配置されるのが良い。このようにすることによって、始動時，アイドル時の燃焼が改善され、未燃炭化水素排出量が低減する。本方式では、あるアクセル開度になるまで通路３０８を空気が流れるので、リーン運転が可能である。
【００２７】
図１７にさらに別のシステム図を示す。ここでは、絞り弁３１３に接続されているバイパス通路３０８に通路より大きな通路面積をもつ、コレクタ部３１８を設ける。このように構成することによって、バイパス通路３０８で、吸気慣性効果が発生し、低速トルクが増大する。また、絞り弁３１４を通った空気は、コレクタ部３１９に導入される。ここを空気が流れる場合も、コレクタ部３１９の効果により吸気慣性効果が得られる。
【００２８】
図１８にバイパス通路の出口部の状態を示す。バイパス通路３０８の出口は、吸気ポート３０９の片側に空気を供給するように開口する。この高速の空気が吸気弁３０６をかいして燃焼室３２０に流入する。このように空気を供給することにより燃焼室３２０内に旋回流が形成される。図１８（ｂ）に吸気行程が終わった後の燃焼室３２０の状態を示した。燃焼室３２０内では、矢印のように空気の旋回流が形成される。また、ここで、燃料噴射弁３１１で燃料を吸気弁３０６上の点火プラグ３２１側に噴射するように噴霧を形成すると、燃焼室３２０の中心の点火プラグ３２１周りに燃料が集中するので、よりリーン空燃比に設定することができる。
【００２９】
また、図１９に示したように、バイパス通路３０８の出口部を吸気ポート３０９の上方に開口すると、燃焼室３２０内には縦方向の旋回流れが形成される。この縦方向の旋回流により燃焼が安定する。
【００３０】
図２０に空燃比の設定状態を示したマップを示した。アイドル時は、空燃比すなわち空気過剰率λを１近傍に設定する。また、軽付加状態では、λ＞１.０ のリーンに設定する。その外側は、出力を重視するために空燃比をλ＝１の理論空燃比に設定する。さらにその外側は出力域となるので、空燃比をλ＜１.０ のリッチ空燃比に設定する。燃焼室に旋回流を形成するための空気は、λ＞１.０ のリーン空燃比に設定する運転状態で導入する。前述したように、アイドル時にも吸気ポート部に絞り弁をバイパスした空気を、アイドルスピードコントロール（ＩＳＣ）用として導入するように構成されているので、アイドル時、始動後の燃焼が改善される。図２０（ａ）では、λ＝１に設定されているが、この燃焼改善効果によりλ＞１.０ のリーン空燃比に設定できる。図２０（ｂ）には、バイパス空気の制御弁のどうさ領域を示した。アイドル運転領域では、ＩＳＣ用の制御弁で空気量を制御する。また、軽負荷時には別の空気制御弁でバイパス空気量を制御する。ここでは、エンジンの要求空気量に応じて制御弁の開度を変化させる。
【００３１】
図２１に、制御弁３１３の動作を示した。図２１（ａ）に運転領域を示した。アクセルを踏んで、リーン空燃比領域に入ったとする。図２１（ｂ）に、動作のフローチャートを示した。θａｃはアクセルの踏み角を示しており、加速状態で踏み角が増大している。リーン空燃比に入った直後は、基本燃料噴射量は前回の値に固定する。しかし、空燃比はリーンに設定されているので、バイパス空気量を増大し、設定の空燃比になるようにする。この時の吸気管を流れるメインの空気量をＱｍ、バイパス空気量をＱｓとし、Ｑｍはエンジンに吸入される空気量からＱｓを引いた値である。リーン空燃比に入った直後はＱｓを増加し、空燃比をリーン化する。Ｑｍはアクセルを踏み込んだ分だけ増加する。Ｑｓはリーン化する分の空気量としても良い。例えば、Ｑｆはアクセルを踏み込む前の空気量に対して理論空燃比になるような燃料量とする。この場合、Ｑｓの増加分は理論空燃比からのリーン化分の空気量とする。このようにすれば、理論空燃比からリーン空燃比への移行はスムーズに行われる。
【００３２】
図２２（ａ）に、この動作の制御フローチャートを示す。始めに、リーン領域に入ったかどうかを判定する。リーン領域に入った場合は、一時燃料量を固定にする。次に、制御弁３１３（以下スワールソレノイドとする）の開度をマップから検索する。この開度に従ってスワールソレノイドを動作させる。以上の動作を終了した後、燃料量の固定を解除する。その後、リーン領域での運転のフローを図２２（ｂ）に示す。リーン運転にいるかどうかを判定して、リーン領域の場合はスワールソレノイド開度マップを検索してその値を出力する。その後、目標空燃比になっているかどうかを判定して、目標空燃比よりリーンになっている場合は、燃料量を増加する。また、目標空燃比よりリッチになっている場合は、燃料量を減少する。つまり、スワールソレノイドを目標開度に開いた後の空燃比制御は、燃料量の増減により行うようにする。
【００３３】
図２３に、空燃比制御の別の方法を示す。図２３（ａ）にリーン領域に入った直後の動作フローを示した。図２２（ａ）に示した動作と同様に、燃料量を固定にして、スワールソレノイドを開け、その後燃料量の固定を解除する。図２２（ｂ）に空燃比の制御法を示した。リーン空燃比域に入っている場合は、燃料噴射量をマップ検索し、噴射弁から噴射する。その後、目標空燃比になっているかを判断して、目標空燃比よりリーンの場合は、スワールソレノイドを閉じて空燃比をリッチにする。また、目標空燃比よりリッチの場合は、スワールソレノイドを開いて、空燃比をリーンにする。つまり、この方法では、スワールソレノイドの開度制御による空気量の変化によって、空燃比を調整する。図２２，図２３の例で示した方法では、目標空燃比になっているかどうかを判定する方法として、排気空燃比センサによる検出値を基に判断する方法がある。また、排気空燃比センサを用いなくても、エンジンラフネスを検出するセンサにより、空燃比を制御する方法がある。
【００３４】
図２４に、エンジンラフネスセンサを用いた空燃比制御法を示した。リーン運転域の場合、エンジンラフネス度の検出値をリードする。この場合、ラフネス度を検出する方法としては、燃焼室に取り付けた燃焼圧力センサによる燃焼圧力の変動がある。また、カム軸に取り付けたクランク角センサやリングギアセンサの回転検出値の変動を検出しラフネス度を判断する方法がある。さらに、エンジンブロックに取り付けたノックセンサの検出値を基に判断する方法もある。このような方法により、ラフネス度を検出して目標値より大きかったら、リーン限界と判断して、スワールソレノイドを閉じて空燃比をリッチ側に移行する。また、ラフネス度が目標値より小さかったら、スワールソレノイドを開いて空燃比をリーン側に移行する。このようにすることによって、常にリーン限界での運転が可能になる。
【００３５】
図２５に、スワールソレノイド開度の学習法のフローを示す。ラフネス度を検出した後、目標値より小さかったら、スワールソレノイドの開度を増加させて、再びラフネス度を判断する。ここで、ラフネス度が目標値より大きくなったら、開度を少量減少させて、その時の開度をマップ上に書き替えて記憶しておく。つまり、このときの開度がリーン限界ぎりぎりの空燃比とゆうことになる。この方法により、エンジン等が経時変化したとしても、常に限界の開度マップとなるようになる。
【００３６】
図２６にリーン空燃比域で、アクセルを踏み込んだ場合の制御動作のフローチャートを示した。この場合は、アクセル角θａｃが増加するに従って、燃料量 Ｑｆも増加する。この時の空気量の増加傾向を、メイン吸気管の空気量Ｑｍ，空気通路３０８の空気量Ｑｓでしめした。θａｃが増加するに従って、Ｑｍ，Ｑｓとも一定の比率で増加するようにする。このようにすれば、常に一定のスワール強度が得られる。さらに、回転数によって、ＱｍとＱｓの流量を変化させても良い。いずれの場合も、スワールソレノイドの開度を、回転数、負荷のマップに記憶させておけば良い。
【００３７】
図２７にこの時の制御のフローチャートを示した。リーン領域内での加速かどうかを判断して、加速状態の場合は、スワールソレノイドの開度マップを検索して、スワールソレノイドを開く。燃料量はＱｍとＱｓの和の量に相当した分だけ噴射される。しかし、この場合は空燃比がリーンに設定されているので、この空燃比に対応した量だけ噴射される。
【００３８】
図２８にリーン空燃比領域から別の空燃比領域に、運転状態が変化した場合の制御のフローを示した。図２８（ｂ）に示したように、θａｃが増加してリーン領域をでた直後は、燃料量Ｑｆを固定とする。この場合、空燃比を変化させるのは空気通路３０８の空気量を変化させることにより実行する。つまり、Ｑｍはほぼ一定となるが、Ｑｓを変化させて空燃比を制御する。
【００３９】
この時の制御のフローチャートを、図２９に示した。始めにリーン空燃比領域を出たかどうかを判断して、リーン域を出た場合は、燃料噴射量を一時固定にする。その後、スワールソレノイドの開度を減少させる。この動作が完了したら、燃料噴射量の固定は解除する。このように燃料量を変えることなく、空気量のみを変化することによって、別の空燃比に移行する場合のトルクショックは低減できる。
【００４０】
図３０（ａ）に、燃料量のマップの一例を示した。この場合は、（イ）のアイドル運転領域では、理論空燃比かリーンの空燃比になるように設定する。（ロ）の出力領域は、理論空燃比に設定する。さらに（ハ）のリーン空燃比域では、バイパス空気通路３０８が流れなかったとして、空燃比が理論空燃比になるように燃料量を設定する。実際に運転する場合は、バイパス空気が流入するので実空燃比はリーンとなる。図３０（ｂ）に、制御目標とする空燃比の設定を示す。（イ），（ロ）の領域は図３０（ａ）に示した設定と同じであるが、（ハ）の領域ではリーン空燃比に設定する。この場合は、図３０（ｃ）に示したように、スワールソレノイドを開けることによって、空燃比をリーンにする。このために、回転数，負荷，設定空燃比に応じて、スワールソレノイドの開度を変化させる必要がある。実際の運転状態では、この開度マップを検索しながら、スワールソレノイドを開閉し空燃比を制御する。
【００４１】
図３１は、本発明の一実施例を示す上面図で、図３２は図１の矢視Ａ−Ａ断面図であり、図３３は図１の矢視Ｂ−Ｂ断面図、図３４は図１の矢視Ｃ−Ｃ断面図である。これらの図において、１０１はエアクリーナ、１０２は吸入空気流量計量部、１０３はスロットル弁、１０４はサージタンク、１０５は独立ブランチ吸気管、１０６はコントロールユニット、１０７はインジェクタ、１０８はプレッシャーレギュレータ、１０９は補助空気制御弁、１１０はＥＧＲバルブ、１１は可変吸気長バルブ（実線は開弁時、破線は閉弁時を示す）、１１２は可変吸気長バルブ開閉用アクチュエータ、１１３はエンジン本体を示す。また、図中の矢印は吸入空気の流れを示し、この矢印の内で破線で示されたものは可変吸気長バルブ１１１が閉じた状態での流れを示す。エンジンに吸入される空気は、エアクリーナ１０１の入り口からエアクリーナ１０１内に設けられたエアフィルタ１０１ａにてろ過され、空気流量計量部１０２を通り、運転者の意図により開閉されるスロットル弁103に導かれる。吸入空気流はスロットル弁１０３の開口面積により制御される。スロットル弁１０３を通過した空気は、サージタンク部１０４から独立ブランチ吸気管１０５にてエンジンの各気筒に配分される。独立ブランチ吸気管１０５内には可変吸気長バルブ１１１が設けられており、このバルブはアクチュエータ１１２により開閉される。また、吸入空気は、上記流通経路とは別に空気流量計量部１０２の下流からスロットル弁１０３をバイパスして、補助空気制御弁１０９により吸入空気量を制御されてエンジンに供給される。
【００４２】
エンジンに供給される燃料は、プレッシャレギュレータ１０８により燃料配管中の圧力を一定に保たれ、空気計量部１０２等の信号によりコントロールユニット１０６にて演算された値にて駆動されるインジェクタ１０７から各気筒に噴射される。
【００４３】
本実施例では、上記部品と更に排気ガスの一部をエンジンに供給するためのＥＧＲバルブ１１０を一体構造としている。この一体構造体は、必要に応じて上記部品を削減したり、他の部品を追加することが可能であり、特に部品内容を規定されるものではない。
【００４４】
サージタンク部１０４の上部に独立ブランチ吸気管１０５を挟んでエアークリーナ 101 を取付け、スロットル弁１０３を有する空気通路で両者を接続した、上記構成によれば、従来の吸気装置に設けられていたエアクリーナまたは吸気流量計からスロットル弁部をつないでいたダクトを廃止でき、エアクリーナ・空気流量計をエンジン部に装着することができる。また、本実施例では、独立ブランチ吸気管１０５の間にスロットル弁１０３を配置しているため、少ないスペース内で、多気筒用の独立ブランチ吸気管長をほぼ同等に保ちつつ、サージタンクの容量を大きくすることが可能となっている。従って、小スペース化が図れるとともに、吸気装置全体を１つのユニットとしてとらえることができ、エンジンルーム内の配置設計が容易となり、又標準化することが可能となる。更に、組立工数の低減、エンジン工場での実際の生産品によるエンジン性能チェックが可能となる。また、吸気装置そのものも一体化されているため、実際の生産品によって性能チェックが可能となり、この時点で吸気装置全体の性能を管理することができる。又、空気流量計は、一般的に、エンジンの吸気脈動により出力信号の振れを起こし易く、この振れはエンジンの回転数が吸気管内の固有振動数に一致した時に最も大きくなる。空気流量計を設置される部分の管長はエアクリーナからサージタンクまでの長さとほぼ一致するので、従来のようにダクト等を設けて管長を長くしている場合は固有振動数が低周波数域になり、実仕様状態に置いて空気流量計信号の不具合を発生しやすくなっていた。この現象は、本実施例では、管長が短いため、管内の固有振動数が高周波数域にすることができ(従来に対し約５倍)低減することができる。
【００４５】
また、エンジンの低速時のトルクを増大させるためには、独立ブランチ吸気管長を長くすることが効果的であるが、本実施例では、独立ブランチ吸気管１０５をサージタンク部１０４の外周で、かつ壁面の一部を共用することにより、少ないスペース内にこれを実現することが可能である。また、これに対しエンジンの高速時のトルクを増大させるためには、独立ブランチ吸気管長を短くすることが効果的であり、前記時とは相反するため従来品では様々な可変吸気長システムが提案されているが、本実施例では、図３３に示すように、可変吸気長バルブ１１１にて、容易に実現することが可能である。本実施例では、この可変吸気長バルブ１１１はダイヤフラム機構のアクチュエータ１１２にて、高速時に開弁し、低速時に閉弁する用に制御しているが、モーター等を用いてリニアに制御させることも可能であり、特に制御方法を規定するものではない。
【００４６】
また、エンジンの運転状態を制御するコントロールユニット１０６はエアクリーナ101の外壁に取り付けられている。これにより、コントロールユニットは吸入空気により冷却され、エンジンからの熱の影響を低減することができる。また、市場での交換作業も容易であり、サービス性の向上が図れる。
【００４７】
また、補助空気制御弁１０９を通る管路についても、本実施例の吸気装置内に設置されており、ゴムホース等による配管系を削減しており、低コスト化を図ることができる。
【００４８】
なお、上記吸気装置は、各機能部分に分けて製作したものを組み合わせて構成しても良いが、樹脂等により可能な限りいったい整形にて製作することにより、より一層のコスト低減を図ることができる。
【００４９】
次に、図３５から図３８に他の実施例を示す。これらの図は、それぞれ第一の実施例の図３１から図３４に対応し、符号も第一の実施例と同様である。
【００５０】
本実施例では、スロットル弁１０３は独立ブランチ吸気管１０５の外側に設置されている。この構成により、エアフィルタ１０１ａの容量を大きくすることができ、吸気抵抗が低減されエンジンの出力を向上させることが可能である。又、各部の一体成形がより容易になる。
【００５１】
また、コントロールユニット１０６は、エアクリーナ１０１の内側に取付けられている。これにより、コントロールユニット１０６をより強制的に吸入空気で冷却でき、しかもエアフィルタ１０１ａの下流側に位置される為、水やダスト等の飛沫を受け難くなり、より信頼性を向上させることができる。更に、市場でのサービスはエアフィルタ１０１ａの交換作業と同等以上の容易なものとすることができる。また、上記２つの実施例において、吸気装置を一つのサブ組立体として完成させた後、エンジンにこれを組付けるようにすることにより、組立性の向上を図ることも可能である。
【００５２】
本発明になる吸気装置が適用される吸気システムの参考技術を列挙すると以下の通りである。
【００５３】
従来のリーン運転を行うための吸気装置としては、例えば特開昭62−48927 号公報に記載されているように、吸気２弁エンジンにおいて、各々の吸気弁に通じる通路を２つに分け、一方の通路（ストレートポート）に吸気制御弁を設けて、機関の低負荷時にはこれを閉じることにより、燃焼室に流入する吸気流速を上げ、更に、その際使われる側の通路（スワールポートまたはヘリカルポート）を燃焼室の壁面に沿うように湾曲させることにより、燃焼室内に渦流（スワール）を発生させ、これにより混合気の燃焼速度を上げ、希薄混合気でも安定した燃焼が得られるようにしたものが知られている。
【００５４】
一般に、機関のアイドル時には、機関の円滑な運転を実現するために、少ない空気量を応答性良く機関に送り込む必要がある。また、エアコンなどの補器類を作動させた場合に機関の運転状態を変化させないためには、補器によって消費されるトルクを補うため、空気量を増加させる方法が知られているが、機関の円滑な運転の為には、補器がＯＮ状態になり、トルクアップの必要が生じた場合に、直ちにトルクアップ用の空気を供給できることが望ましい。すなわち、トルクアップ用空気の応答性が良い方が望ましい。
【００５５】
また、機関の部分負荷時に、排気還流により燃焼温度を下げ、燃費改善，排気浄化を行う、いわゆるＥＧＲを行おうとする場合には、吸気管の集合部であるコレクタにＥＧＲガスを導入する方法が広く知られている。燃費向上の為には、ＥＧＲは０〜２０％前後の範囲が適切と言われており、この範囲でなるべく大量のＥＧＲを行うことが望ましい。
【００５６】
ところで、スワール生成を目的とした従来の内燃機関の吸気装置にあっては、吸気弁近傍の主空気通路内に吸気制御弁があるため、機関の全負荷時には吸気抵抗となり、出力が低下するという問題があった。
【００５７】
また、吸気制御弁を閉じている際、これに燃料が付着するため、加速応答性の低下を招くという問題があった。さらに、吸気制御弁が開いている場合でも、従来、燃料噴射弁，その取り付け部，燃料配管，燃料微粒化用の空気配管、および吸気管が別々に設計，製作されていたため、燃料噴射弁が吸気管中心軸から遠く位置し、その結果、燃料噴射弁の噴霧軸方向が吸気管中心軸となす角度が大きくなり、燃料が吸気管内壁に付着し易く、加速応答性の低下を招くという問題があった。
【００５８】
また、吸気の方向が主空気通路の方向によって定まってしまうため、スワールを効率よく生成できず、さらに、構造上、吸入空気が全てスワールポートを通ってしまう。また、吸気２弁エンジンの場合には、構造上、スワールポートの最小面積を主通路の約１／２とするか、スワールポートを他方のストレートポートより絞らなければならず、いずれの場合でもスワールが運転状態によって限定され、機関の回転数によって、スワールが必要とされるものより弱かったり、あるいは、強すぎたりするという問題点があった。一方、全開時には、スワールポートにより吸気通路が狭められ、吸気特性の悪化、すなわち、最高出力の低下をもたらすといった問題があった。
【００５９】
また、機関のアイドル用空気，トルクアップ用空気を吸気管集合部であるコレクタに導入した場合、コレクタの容量が大きいために、吸入空気の応答性が悪くなるという問題点があった。
【００６０】
また、同様に、コレクタにＥＧＲガスを導入する場合には、ＥＧＲガスが燃焼を阻害し、特にスワールによる燃焼促進を行う場合には、ＥＧＲガスを均一に導入することが難しい。また、過渡運転時には、ＥＧＲガスの応答が遅れ、機関の運転状態によっては、混合気の燃焼が著しく悪化するため、大量ＥＧＲを行うことが難しいという問題点があった。
【００６１】
本発明になる吸気装置が適用される吸気システムの他の参考技術を列挙すると以下の通りである。
【００６２】
第１に、機関の回転数，負荷に応じた、適切な強さのスワールを生成する手段を備えた吸気装置を提供するものである。
【００６３】
第２に、機関の全負荷時にも吸気特性が良好で、出力の低下が抑制できるスワールの生成手段を備えた機関の吸気装置を提供するものである。
【００６４】
第３に、機関のアイドル時の安定性が高く、また、補器の作動によるトルクアップを行った際の応答性が高い吸気装置を提供するものである。
【００６５】
第４に、ＥＧＲを行う場合にガスの応答性が高く、且つ大量ＥＧＲの可能な吸気装置を提供するものである。
【００６６】
第５に、吸気管への燃料付着が少なく、燃料の加速応答性が良い吸気装置を提供するものである。
【００６７】
具体的には、吸気管の主通路とは別に補助流体通路を設け、その出口を吸気弁近傍に設ける。導入される流体は、例えば空気，ＥＧＲガスなど、複数種類であり、また、アイドル制御用，トルクアップ用，ＥＧＲ用など、複数の制御用途を持つ。
【００６８】
これらの流体は、補助通路に設けられた制御弁により制御される。
【００６９】
さらに、燃料噴射弁の取り付け部，燃料配管，燃料微粒化用空気配管を吸気弁近傍の吸気管に一体化し、これに燃料噴射弁を取り付ける。
【００７０】
以上のように構成したので、本参考技術の吸気システムでは次のような作用を有する。
【００７１】
まず、補助流体通路の断面積や、補助流体通路が吸気主通路となす方向を任意に設定でき、また、機関の運転中にも補助流体の量を制御弁により制御できるので、生成されるスワールの強さを従来より広い範囲で自由に変えることができる。
【００７２】
また、本構成では主空気通路に吸気制御弁やヘリカルポートを持たないので、機関の全負荷時に主空気通路の吸気抵抗となることがなく、出力の低下を抑えることができる。
【００７３】
また、補助流体通路はその内容積を主空気通路に比べて小さくできるので、必要なだけの流体を迅速に機関に供給でき、これにより、アイドル時，トルクアップ時，ＥＧＲ時などの応答性を向上できる。
【００７４】
また、ＥＧＲを均一に、または、燃焼に影響を及ぼさない方向で機関に導入できるので、大量ＥＧＲ時でも機関を安定に運転できる。
【００７５】
更に、燃料噴射弁の取り付け部，燃料配管，微粒化用の空気配管を吸気管に一体化することで、燃料噴射弁を吸気管の中心軸に近づけることができ、燃料噴霧の軸と吸気管中心軸のなす角度を小さくできる。また、燃料噴射弁から噴射された燃料噴霧が吸気管の内壁に付着する率が小さくなるよう、燃料噴霧に合わせて吸気管を最適に設計できる。これらにより、吸気管への燃料付着を低減できる。
【００７６】
これら参考技術に示した吸気システムにより、以下に示す効果が得られる。
【００７７】
（１）吸気管の主通路とは別に複数のガスを導入する補助流体通路を設け、その出口を吸気弁近傍に設けることで、補助流体通路が吸気主通路となす方向を任意に設定でき、機関の運転中にも補助流体の量を制御弁により制御できるので、生成されるスワールの強さを従来より広い範囲で自由に変えることができる。
【００７８】
（２）本参考例のスワール生成手段は、従来のように主空気通路に吸気制御弁やヘリカルポートを持たないので、機関の全負荷時に主空気通路の吸気抵抗となることがなく、出力の低下を抑えることができる。
【００７９】
（３）補助流体通路はその内容積を主空気通路に比べて小さくできるので、必要なだけの流体を迅速に機関に供給でき、これにより、アイドル時の機関の安定性を高め、アイドル時，トルクアップ時，ＥＧＲ時などの応答性を向上できる。
（４）ＥＧＲを均一に、または、燃焼に影響を及ぼさない方向で機関に導入できるので、大量ＥＧＲ時でも機関を安定に運転できる。
【００８０】
（５）燃料噴射弁の取り付け部，燃料配管，微粒化用の空気配管を吸気管に一体化することで、燃料噴射弁を吸気管の中心軸に近づけることができ、燃料噴霧の軸と吸気管中心軸のなす角度を小さくできる。また、燃料噴射弁から噴射された燃料噴霧が吸気管の内壁に付着する率が小さくなるよう、燃料噴霧に合わせて吸気管を最適に設計できる。これらにより、吸気管への燃料付着を低減し、かつ、燃料の加速応答性が良い吸気装置が得られる。
【００８１】
【発明の効果】
本発明によれば、コンパクトな吸気装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明になる吸気装置が適用される吸気システムの参考例を示す図。
【図２】 図１の参考例の動作の状態を表わす図。
【図３】 図１の参考例の動作の状態を表わす図。
【図４】 図１の参考例の動作の状態を表わす図。
【図５】 図１の参考例の動作の状態を表わす図。
【図６】 図１の参考例の動作の状態を表わす図。
【図７】 補助流体通路出口の方向を変えた参考例を示す図。
【図８】 補助流体通路出口の方向を変えた参考例を示す図。
【図９】 補助流体通路出口の方向を変えた参考例を示す図。
【図１０】 補助流体通路出口の方向を変えた参考例を示す図。
【図１１】 補助流体の構成の別の参考例を示す図。
【図１２】 補助流体の構成の別の参考例を示す図。
【図１３】 補助流体の構成の別の参考例を示す図。
【図１４】 燃料噴射弁とその周辺の取付方法に関する参考例を示す図。
【図１５】 参考例の構成図。
【図１６】 参考例の構成図。
【図１７】 参考例の構成図。
【図１８】 エンジンを上方から見た図。
【図１９】 エンジンを側面から見た図。
【図２０】 空燃比，制御弁開度のマップ。
【図２１】 動作タイムチャート。
【図２２】 制御フローチャート。
【図２３】 制御フローチャート。
【図２４】 制御フローチャート。
【図２５】 制御フローチャート。
【図２６】 動作タイムチャート。
【図２７】 制御フローチャート。
【図２８】 動作タイムチャート。
【図２９】 制御フローチャート。
【図３０】 空燃比，制御弁開度のマップ。
【図３１】 第一の実施例の上面図。
【図３２】 図３１の矢視Ａ−Ａ断面図。
【図３３】 図３１の矢視Ｂ−Ｂ断面図。
【図３４】 図３１の矢視Ｃ−Ｃ断面図。
【図３５】 第二の実施例の上面図。
【図３６】 図３５の矢視Ａ−Ａ断面図。
【図３７】 図３５の矢視Ｂ−Ｂ断面図。
【図３８】 図３５の矢視Ｂ−Ｂ断面図。
【符号の説明】
１０１…エアクリーナ、１０２…空気流量計、１０３…スロットル弁、１０４…サージタンク、１０５…独立ブランチ吸気管、１０６…コントロールユニット、１０９…補助空気制御弁、１１１…可変吸気長バルブ、１１３…エンジン本体、２０１…エアクリーナ、２０２…主吸気通路、２０３…主吸気通路絞り弁、２０４…コレクタ、２０５…独立吸気管、２０６…エンジン、２０７…排気管、２０８…空気流量測定手段、２１０…補助流体通路、２１１…吸気制御弁、２１２…ＥＧＲ制御弁、２１３…補助流体通路出口、２１４…ＥＧＲガス通路、２２０…エンジン補器、２２１…アクセル開度検出手段、２２２…コンピュータ、２２３…エンジン回転数計測手段、２３１…空気、２３２…ＥＧＲガス、２４１…吸気弁、２４２…シリンダ壁、２４３…プラグ、２４４…燃焼室、２４５…燃料噴射弁、２４６…燃料噴霧、２５１…吸気制御弁、２５２…補助空気制御弁、２５３…補助絞り弁、２５４…絞りノズル、２６１…燃料噴射弁、２６２…燃料噴射弁取り付け部、２６３…燃料配管、２６４…微粒化用空気配管、２６５…燃料噴射弁固定具、３０２…空気量センサ、３０７…エンジン、３０８…バイパス空気通路、３１０…アシストエア通路、３１３…制御弁、３１６…アイドルスピードコントロールバルブ、３１８…コレクタ。

Claims (3)

1. 多気筒内燃機関の吸気装置であって、
   一つの空気導入口と複数の空気出口を備えたサージタンク部、
   当該サージタンク部の前記複数の空気出口から前記サージタンクの周りを取り囲む湾曲部を経由して空気吐出口に至る独立ブランチ吸気管を備え、
   前記空気導入口の脇を通って前記独立ブランチ吸気管が配設されており、
   前記空気導入口からサージタンクに入った空気流は当該サージタンクの長手方向に流れが方向転換し、さらに前記独立ブランチ吸気管を通る際に前記サージタンクの周りをまわるように偏向され、
   前記独立ブランチ吸気管を挟んで前記サージタンク部の上部に取付けられるエアクリーナ部と前記サージタンクの空気導入口とが、内部にスロットル弁を備えた空気通路によって接続されるものである
   ことを特徴とする内燃機関の吸気装置。
2. 請求項１において、前記独立ブランチ吸気管が前記空気導入口両側に同じ数だけ配設されていることを特徴とする内燃機関の吸気装置。
3. 請求項１において、前記独立ブランチ吸気管が前記空気導入口の片側に全数が配設されていることを特徴とする内燃機関の吸気装置。

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