JP2003293778A

JP2003293778A - 内燃機関の吸気装置

Info

Publication number: JP2003293778A
Application number: JP2002101661A
Authority: JP
Inventors: Yuichi Kato; 雄一加藤; Hiroki Ichinose; 宏樹一瀬; Kazuhiro Wakao; 和弘若尾; Masahiro Ozawa; 正弘小澤; Sunao Murase; 直村瀬
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2002-04-03
Filing date: 2002-04-03
Publication date: 2003-10-15
Anticipated expiration: 2022-04-03
Also published as: JP4051985B2

Abstract

(57)【要約】【課題】液溜まりした燃料が燃焼室に一気に流れ込ま
ないようにして、燃料がオーバーリッチとならないよう
にした内燃機関の吸気装置を提供する。【解決手段】吸気管２には、吸気流制御バルブ４が設
けられており、吸気流制御バルブ４の上方位置には空気
が主に通過する開口部４Ａが形成されている。エンジン
ＥＣＵは、吸気流制御バルブ４を開閉する制御を行う。
吸気流制御バルブ４の下流側に燃料Ｆの液溜まりが生じ
ているときに、吸気流制御バルブ４を微少開閉動作させ
ることにより、液溜まりした燃料を序々に、燃焼室１４
に流し込むことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、吸気管に配置され
た吸気流制御バルブを備え、吸気流制御バルブを開閉制
御することによって燃焼室内に形成される気流を制御す
る内燃機関の吸気装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、吸気管内に配置された吸気流制御
バルブを備え、この吸気流制御バルブを開閉制御するこ
とによって燃焼室へ導入する気流を制御する内燃機関の
吸気装置が知られている。このような内燃機関の吸気装
置においては、燃料の燃焼効率を向上させるために、燃
焼室に供給される空気にスワールやタンブルなどの渦流
を生じさせている。かかる吸気装置の例として、特開平
８−１６５９２９号公報開示されたエンジンの吸気制御
装置がある。この吸気制御装置は、燃焼室に供給する吸
気流を制御する吸気制御弁を備えており、エンジンが暖
機中であるか否かによって吸気制御弁が開閉のいずれか
の状態になるかの閾値を移行させるというものである。
そして、エンジンの回転・負荷の状態に応じて、吸気流
制御弁を適切に制御しようとするものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、渦流を生じ
させる吸気装置のうち、タンブル流を生じさせるもので
は、吸気流制御バルブの上方に開口部が形成されている
ものがあるが、この場合、吸気流制御バルブの近傍に燃
料の液溜まりが生じることがある。液溜まりが生じた状
態で吸気流制御バルブを速く開くようにすると、液溜ま
りした燃料が一気に燃焼室に流れ込み、燃料がオーバー
リッチとなって、ドライバビリティやエミッションの悪
化などの不具合を生じることがあった。しかし、上記従
来の公報に開示されている空気制御装置では、このよう
な燃料のオーバーリッチを防止することができないもの
であった。

【０００４】そこで、本発明の課題は、内燃機関の燃焼
室に供給する吸気流にタンブル流を生じさせる吸気流制
御バルブを備える吸気装置において、液溜まりした燃料
が燃焼室に一気に流れ込まないようにして、燃料がオー
バーリッチとならないようにした内燃機関の吸気装置を
提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決した本発
明に係る内燃機関の吸気装置は、吸気管に配置された吸
気流制御バルブを備え、吸気流制御バルブを開閉制御す
ることによって燃焼室へ導入する気流を制御する内燃機
関の吸気装置であって、内燃機関の始動動作が終了した
後、吸気流制御バルブの微少開閉動作を繰り返す制御を
行う制御装置が設けられているものである。

【０００６】吸気流制御バルブの下流側に燃料が液溜ま
りをしている際に、吸気流制御バルブをすばやく開放す
ると、液溜まりした燃料が一気に燃焼室に流れこみ、燃
料がオーバーリッチとなる。この液溜まりは、吸気流制
御バルブが微少開閉動作を繰り返すことにより、序々に
解消されるので、こうして燃料がオーバーリッチになる
ことを防止することができる。ここで、内燃機関の始動
動作が行われている間に、液溜まりした燃料が燃焼室に
流れ込むと、燃焼変動が大きくなり、回転変動が増大す
るという不具合が生じる。そこで、内燃機関の始動動作
中は、吸気流制御バルブを閉じておき、始動動作が終了
した後、吸気流制御バルブの微少開閉動作を繰り返すよ
うに制御する。したがって、内燃機関の始動動作時の回
転変動を増大させることなく、液溜まりを解消すること
ができ、もって燃料がオーバーリッチとなることを防止
することができる。

【０００７】ここで、制御装置は、内燃機関の温度に応
じて微少開閉動作を行う回数を決定し、内燃機関の温度
が高いときに、微少開閉動作を少なくする制御を行うの
が好適である。

【０００８】内燃機関の温度が高いときには、燃料は蒸
発しやすいので、液溜まりが生じていることは少なく、
液溜まりしていたとしても、その量は少量である。そこ
で、内燃機関の温度が高く、液溜まりした燃料が少ない
ときには吸気流制御バルブの開閉動作の回数を少なく
し、内燃機関の温度が低く、液溜まりした燃料が多いと
きには吸気流制御バルブの開閉動作の回数を多くする。
こうして、燃料の液溜まりを解消し、燃料がオーバーリ
ッチになることを好適に防止するとともに、その後早期
に吸気流制御バルブを開くことができる。

【０００９】また、制御装置は、エンジン温度に応じて
微少開閉動作中における吸気流制御バルブの開度を調整
し、エンジン温度が高いときに、開閉動作中における吸
気流制御バルブの開度を小さくする制御を行う態様とす
るのが好適である。

【００１０】エンジン温度が高く、液溜まりした燃料が
少ないときには、吸気流制御バルブの開度を小さくし、
エンジン温度が低く液溜まりした燃料が多いときには、
吸気流制御バルブの開度を大きくする。こうして、燃料
の液溜まりを解消し、燃料がオーバーリッチになること
を好適に防止するとともに、その後早期に吸気流制御バ
ルブを開くことができる。

【００１１】また、上記課題を解決した本発明に係る内
燃機関の制御装置は、吸気管に配置された吸気流制御バ
ルブを備え、吸気流制御バルブを開閉制御することによ
って燃焼室へ導入する気流を制御する内燃機関の吸気装
置であって、内燃機関が始動し、内燃機関の回転数が安
定した後、吸気流制御バルブの微少開閉動作を繰り返す
制御を行う制御装置が設けられているものである。

【００１２】内燃機関の回転数が安定する前に、液溜ま
りした燃料が燃焼室に流れ込むと、燃焼変動が大きくな
り、回転変動が増大するという不具合が生じる。そこ
で、内燃機関の回転数が安定する前は、吸気流制御バル
ブを閉じておき、内燃機関の回転数が暗影した後、吸気
流制御バルブの微少開閉動作を繰り返すように制御す
る。したがって、内燃機関の回転変動の増大を招くこと
なく、液溜まりを解消することができ、もって燃料がオ
ーバーリッチとなることを防止することができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明の
好適な実施形態について詳細に説明する。

【００１４】図１は、本発明の実施形態に係る内燃機関
の吸気装置を示す概略側断面図である。図１に示すよう
に、内燃機関であるガソリン多気筒エンジン（以下「エ
ンジン」という）１には、吸気管２および排気管３が接
続されており、吸気管２には吸気流制御バルブ４が設け
られている。吸気管２は、エンジン１に接続される吸気
ポート２１と、吸気流路２２を備えている。吸気ポート
２１は、エンジン１におけるシリンダヘッド１１に形成
されており、吸気流路２２は、シリンダヘッド１１に接
続されるインテークマニホールド５に形成されている。
また、吸気ポート２１には、電磁駆動式のインジェクタ
（燃料噴射装置）５が設けられており、インジェクタ６
には、図示しない燃料タンクから燃料Ｆが供給され、イ
ンジェクタ６は供給された燃料Ｆを吸気ポート２１に向
けて噴出する。

【００１５】吸気流制御バルブ４は、吸気管２における
インテークマニホールド５に形成された吸気流路２２に
設けられている。この吸気流制御バルブ４には、図２に
示すように、シャフト７が取り付けられており、シャフ
ト７を中心として回動可能となっている。このシャフト
７は、吸気流路２２における空気の流路に直交する方向
に延在して設けられており、このため、吸気流制御バル
ブ４は、吸気流路２２における空気が流れる方向に直交
する軸回りに回動し、図２に実線で示す状態のときに、
閉となり、破線で示す状態のときに開となる。

【００１６】また、吸気流制御バルブ４の正面形状は、
図３に示すように、四隅に四半円形状のコーナ部を有す
る長円形をなし、その上方中央部が切り欠かれて開口部
４Ａが形成されている。この開口部４Ａの両端部に隔壁
４Ｂ，４Ｂが設けられており、隔壁４Ｂ，４Ｂの間に開
口部４Ａが形成された状態となっている。

【００１７】さらに、吸気流制御バルブ４は、アクチュ
エータ８を介してエンジンＥＣＵ９に接続されている。
エンジンＥＣＵ９は、マイクロコンピュータを中心に構
成されており、アクチュエータ８を駆動させることによ
って吸気流制御バルブ４の開度の制御を行っている。

【００１８】また、図１に示す吸気流路２２のうち、吸
気流制御バルブ４が設けられている位置の断面形状は、
吸気流制御バルブ４の正面形状に隔壁４Ｂ，４Ｂの上端
部をつないで形成される、略四半円形のコーナ部を有す
る形状をなしている。したがって、吸気流制御バルブ４
が閉じている状態のときには、図示しないサージタンク
から供給される空気は、開口部４Ａを通じて吸気ポート
２１に供給され、さらに吸気バルブ１５を介して燃焼室
１４に導入される。燃焼室１４に導入される空気のほと
んどは吸気流制御バルブ４の開口部４Ａを通過している
ので、燃焼室１４に導入される気流は、図１に示すよう
なタンブル流Ｔが強く生じることになる。

【００１９】エンジン１におけるシリンダ１２には、図
１の上下方向に往復動するピストン１３が設けられてい
る。ピストン１３の上方には、シリンダ１２とシリンダ
ヘッド１１によって区画された燃焼室１４が形成されて
いる。この燃焼室１４の上部には、図示しない点火プラ
グが配置されるとともに、燃焼室１４は、開閉可能な吸
気バルブ１５と排気バルブ１６を介してそれぞれ吸気管
２と排気管３に接続されている。また、吸気流路２２
は、サージタンク１７に接続されており、サージタンク
１７の下流側にはスロットル弁１８が設けられている。
スロットル弁１８には、図示しない運転席に設けられた
アクセルペダルＰが接続されており、運転者がアクセル
ペダルＰを操作することにより、スロットル弁１８が開
閉するようになっている。

【００２０】さらに、吸気管２におけるスロットル弁１
８の近傍位置には、スロットル弁１８の開度を検出する
スロットル開度センサ３１が設けられており、スロット
ル弁１８の上流側には、吸入空気量を検出するエアフロ
ーメータ３２が配設されている。また、アクセルペダル
Ｐにはアクセル開度センサ３３が設けられており、図示
しないラジエータには水温センサ３４が設けられてい
る。これらスロットル開度センサ３１、エアフローメー
タ３２、アクセル開度センサ３３、および水温センサ３
４は、いずれもエンジンＥＣＵ９に接続されている、エ
ンジンＥＣＵ９においては、各センサから出力された各
種の信号に基づいて、吸気流制御バルブ４の開度を算出
して制御している。

【００２１】次に、本実施形態に係るエンジンの吸気装
置の動作について説明する。本実施形態に係る吸気装置
においては、エンジン１が温まっている通常時や、吸入
空気量が多い場合など、タンブルを生じさせることが要
求されないときには、吸気流制御バルブ４を開いて、燃
焼室１４に対してタンブル流Ｔを生じさせないようにし
て空気を導入する。一方、エンジン１が冷えており、吸
入空気量が少ない場合などには、吸気流制御バルブ４を
閉じて燃焼室１４にタンブル流Ｔを生じさせる気流を供
給する。ここで、吸気流制御バルブ４を閉じると、吸気
ポート２１内で空気が巻き戻され、巻き戻し空気ＡＢが
生じる。このような巻き戻し空気ＡＢが生じることによ
り、インジェクタ６から噴射された燃料Ｆが吸気流制御
バルブ４の方向に空気とともに巻き戻される。この燃料
Ｆが吸気流制御バルブ４の近傍に溜まって液溜まりＦＣ
となると、たとえばエンジン１が傾いたときなどに燃焼
室１４に燃料Ｆが一気に流れ込んでしまうと、燃料がオ
ーバーリッチとなって不完全燃焼を起こすなどの不具合
が生じることが考えられる。このような事態を防止する
ため、エンジンＥＣＵ９においては、次に示す制御を行
っている。

【００２２】図４は、エンジンＥＣＵ９における制御動
作を説明するフローチャートである。

【００２３】エンジンＥＣＵ９においては、吸気流制御
バルブ４を開く要求があるか否かを判定する（Ｓ１）。
吸気流制御バルブ４を開くか否かの判断は、冷却水の水
温、空気温、エンジンの回転数、負荷、吸入空気量、ス
ロットル開度等の適宜の条件に基づいて算出される。そ
の結果、吸気流制御バルブ４を開く要求があった場合に
は、吸気流制御バルブ４を全開にして（Ｓ６）、制御が
終了する。一方、吸気流制御バルブ４を開く要求がなか
った場合には、エンジン１が始動動作中であるか否かを
判定する（Ｓ２）。エンジン１が始動動作中であるか否
かは、たとえばエンジン回転数から判定することができ
る。その結果、エンジン１が始動動作中であった場合に
は、エンジン１の回転変動の増大を防止するために、吸
気流制御バルブ４を全閉にして（Ｓ３）、制御が終了す
る。一方、エンジン１が始動動作中でなかった場合に
は、始動後の経過時間が所定値以上であるか否かを判定
する（Ｓ４）。その結果、始動後の経過時間が所定値以
上であった場合には、吸気流制御バルブ４に微少開閉動
作をさせ、全閉状態と微開状態とを交互に繰り返すよう
にする（Ｓ５）。このような微少開閉動作を繰り返すこ
とにより、吸気流制御バルブ４の下流側に液溜まりした
燃料Ｆを燃焼室１４に少しずつ送り出す。こうして、燃
料Ｆを一気に燃焼室１４に流入させることなく、吸気流
制御バルブ４の下流側に生じた液溜まりを解消すること
ができる。

【００２４】一方、ステップＳ４において、始動後の経
過時間が所定値よりも小さいと判断された場合には、吸
気流制御バルブ４を全閉にして（Ｓ３）、制御が終了す
る。このようにして、吸気流制御バルブ４の下流側に生
じた燃料Ｆによる液溜まりを解消して、燃焼室１４に燃
料Ｆが大量に供給されることによる燃料がオーバーリッ
チとなる問題を解消することができる。

【００２５】ここで、吸気流制御バルブ４の微少開閉動
作について説明する。図５は、吸気流制御バルブ４の開
速度と、スロットル開度ＴＡと、エンジン回転数ＮＥと
の時間関係を示すグラフである。図示しないイグニッシ
ョンスイッチがＯＮとなってエンジン１が始動すると、
エンジン回転数ＮＥは、不安定な状態で上昇する。この
とき、スロットル開度は０であり、吸気流制御バルブ４
は全閉の状態となっている。そして、一旦上昇したエン
ジン回転数ＮＥが下降し、エンジン１が自立し、回転数
が安定した状態となり、この状態でエンジン１の始動動
作が終了する。エンジン１の始動動作が終了すると、吸
気流制御バルブ４が微少開閉動作を一定の回数繰り返
す。この吸気流制御バルブ４の開閉動作により、吸気流
制御バルブ４の下流側に液溜まりした燃料Ｆが燃焼室１
４に送られる。それから、アクセルペダルＰを踏んでア
クセル開度が大きくなると、アクセル開度の増大に伴っ
て吸気流制御バルブ４を一気に開く。このとき、吸気流
制御バルブ４の下流側における燃料Ｆの液溜まりは解消
しているので、吸気流制御バルブ４を一気に開いたとし
ても、燃焼室１４に大量の燃料Ｆが一気に流入すること
がないようにすることができる。

【００２６】また、上記制御フローのステップＳ５にお
いて、吸気流制御バルブ４の微少開閉動作を行うにあた
り、エンジン温度に応じて微少開閉動作を行う回数を調
整することができる。図６は、エンジン温度と吸気流制
御バルブの開閉回数の関係を示すグラフである。

【００２７】図６に示すように、エンジン温度が高くな
るにつれて、吸気流制御バルブ４の開閉回数を少なくす
る制御を行うことができる。エンジン温度が高いときに
は、燃料Ｆは蒸発しやすい状態にあるので、液溜まりは
生じないか、生じてもその液溜まりを形成する燃料Ｆの
量は少量であるので、少ない開閉回数で液溜まりを解消
することができ、早期に吸気流制御バルブ４を全開にす
ることができる。

【００２８】また、吸気流制御バルブ４の微少開閉動作
を行うにあたり、エンジン温度に応じて微少開閉動作時
の微開開度を調整することができる。図７は、エンジン
温度と吸気流制御バルブ４の微開開度の関係を示すグラ
フである。

【００２９】図７に示すように、エンジン温度が高くな
るにつれて、吸気流制御バルブ４の微開開度を小さくす
ることができる。エンジン温度が高いときには、燃料Ｆ
は蒸発しやすい状態にあるので、液溜まりは生じない
か、生じてもその液溜まりを形成する燃料Ｆの量は少量
であるので、吸気流制御バルブ４を小さく開くことで液
溜まりを解消することができ、早期に吸気流制御バルブ
４を全開にすることができる。

【００３０】

【発明の効果】以上のとおり、本発明によれば、内燃機
関の燃焼室に供給する吸気流にタンブル流を生じさせる
吸気流制御バルブを備える吸気装置において、液溜まり
した燃料が燃焼室に一気に流れ込まないようにして、燃
料がオーバーリッチとならないようにした内燃機関の吸
気装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係る内燃機関の吸気装置を
示す概略側断面図である。

【図２】吸気流路における吸気流制御バルブが設けられ
た位置の拡大側断面図である。

【図３】吸気流制御バルブの正面図である。

【図４】エンジンＥＣＵにおける制御動作を説明するフ
ローチャートである。

【図５】吸気流制御バルブ４の開速度と、スロットル開
度ＴＡと、エンジン回転数ＮＥとの時間関係を示すグラ
フである。

【図６】エンジン温度と吸気流制御バルブの開閉回数の
関係を示すグラフである。

【図７】エンジン温度と吸気流制御バルブの微開開度の
関係を示すグラフである。

【符号の説明】

１…エンジン、２…吸気管、３…排気管、４…吸気流制
御バルブ、４Ａ…開口部、４Ｂ…隔壁、５…インテーク
マニホールド、６…インジェクタ、７…シャフト、８…
アクチュエータ、９…エンジンＥＣＵ、１１…シリンダ
ヘッド、１２…シリンダ、１３…ピストン、１４…燃焼
室、１５…吸気バルブ、１６…排気バルブ、１７…サー
ジタンク、１８…スロットル弁、２１…吸気ポート、２
２…吸気流路、３１…スロットル開度センサ、３２…エ
アフローメータ、３３…アクセル開度センサ、３４…水
温センサ、ＡＢ…空気、Ｆ…燃料、ＮＥ…エンジン回転
数、Ｐ…アクセルペダル、Ｔ…タンブル流、ＴＡ…スロ
ットル開度。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者若尾和弘愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内 (72)発明者小澤正弘愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内 (72)発明者村瀬直愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】吸気管に配置された吸気流制御バルブを
備え、前記吸気流制御バルブを開閉制御することによっ
て燃焼室へ導入する気流を制御する内燃機関の吸気装置
であって、前記内燃機関の始動動作が終了した後、前記吸気流制御
バルブの微少開閉動作を繰り返す制御を行う制御装置が
設けられていることを特徴とする内燃機関の吸気装置。
【請求項２】前記制御装置は、内燃機関の温度に応じ
て前記微少開閉動作を行う回数を決定し、前記内燃機関の温度が高いときに、前記微少開閉動作を
少なくする制御を行う請求項１に記載の内燃機関の吸気
装置。
【請求項３】前記制御装置は、エンジン温度に応じて
前記微少開閉動作中における前記吸気流制御バルブの開
度を調整し、前記エンジン温度が高いときに、前記開閉動作中におけ
る前記吸気流制御バルブの開度を大きくする制御を行う
請求項１に記載の内燃機関の吸気装置。
【請求項４】吸気管に配置された吸気流制御バルブを
備え、前記吸気流制御バルブを開閉制御することによっ
て燃焼室へ導入する気流を制御する内燃機関の吸気装置
であって、前記内燃機関が始動し、前記内燃機関の回転数が安定し
た後、前記吸気流制御バルブの微少開閉動作を繰り返す
制御を行う制御装置が設けられていることを特徴とする
内燃機関の吸気装置。