説明

内燃機関の吸気装置

【課題】タンブルコントロールバルブの弁体そのものの欠損を的確に検知できるようにする。
【解決手段】気筒ごとに独立している吸気11のブランチ部11aにおいて、タンブルコントロールバルブ8の弁体12の近傍に圧力取出穴14を形成する。それぞれの圧力取出穴14を共通の共有通路15に開口させるとともに、共有通路15には負圧センサを臨ませる。負圧センサによって検出したタンブル流生成時の負圧実測値を監視し、その負圧変化から弁体12の欠損(欠損箇所Q1)を的確に検知する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、内燃機関の吸気装置に関し、特に吸気行程において気筒内にタンブル流あるいはスワール流のような旋回流を発生させるための気流制御バルブを備えた吸気装置に関するものである。
【背景技術】
【0002】
気筒内にタンブル流あるいはスワール流のような旋回流を発生させるための気流制御バルブ(タンブルコントロールバルブあるいはスワールコントロールバルブ)を備えた内燃機関の吸気装置において、その気流制御バルブの故障を検知するようにした技術が特許文献1および特許文献2で知られている。
【0003】
これらの特許文献1,2においては、気流制御バルブを開閉駆動するためのモータとは別に気流制御バルブの開度を検出する開度センサを備えていて、その開度センサの出力と設定値とを比較することで気流制御バルブの故障を判定するようになっている。
【特許文献1】特開2000−73843号公報
【特許文献2】特開2008−138550号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、特許文献1,2に代表されるような従来の技術では、気流制御バルブの駆動応答性不良あるいは作動不良等の故障(異常)は検知することができても、例えば気流制御バルブそのものの欠損(破損や折損)については的確に検知することができず、なおも改善の余地を残している。
【0005】
本発明はこのような課題に着目してなされたものであり、気流制御バルブそのものの欠損(破損や折損)といった機械的な故障あるいは異常を的確に検知できるようにした内燃機関の吸気装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【0006】
請求項1に記載の発明は、気筒に接続された吸気管に気流制御バルブを設け、この気流制御バルブを開閉操作して吸気管の開口面積を可変制御することで気筒内に旋回流を発生させるようにした内燃機関の吸気装置であって、上記吸気管のうち気流制御バルブの近傍の圧力を検出する圧力検出手段を設け、この圧力検出手段による実測値と設定値との比較に基づいて気流制御バルブの異常を判定するようにしたことを特徴とする。
【0007】
上記圧力検出手段は、例えば請求項2に記載のように負圧センサであって、且つ気流制御バルブの最小開度時の負圧を検出するものとする。
【0008】
より具体的には、請求項3に記載のように、複数の気筒毎に独立しているそれぞれ吸気管のうち気流制御バルブの近傍に圧力取出穴を個別に設けるとともに、それらの複数の吸気管の圧力取出穴を共通の通路に集約し、その通路の圧力を負圧センサによって検出するようになっているものとする。
【0009】
望ましくは、請求項4に記載のように、上記複数の圧力取出穴を集約するための通路を形成する通路用カバーを複数の吸気管にまたがるように架橋的に配置し、その通路用カバーによって形成される通路の端部に負圧センサを臨ませてあるものとする。
【0010】
そして、請求項5に記載のように、上記吸気管のうち少なくとも気流制御バルブが設けられる部分が樹脂製のものである場合には、その樹脂製の吸気管に対して同じく樹脂製の通路用カバーを溶着固定するものとする。
【0011】
したがって、少なくとも請求項1に記載の発明では、例えば気流制御バルブの弁体の一部が欠損(破損あるいは折損)した場合に、吸気管のうちその気流制御バルブの近傍では流量変化または流速変化による圧力変化が発生することになる。そして、この圧力変化を圧力検出手段で検出し、その実測値と予め設定してある設定値と比較することで、上記気流制御バルブの欠損に基づく異常判定または検知を行うことが可能となる。
【発明の効果】
【0012】
請求項1,2に記載の発明によれば、気流制御バルブの弁体そのものが欠損した場合にこれを的確に検知することができる。
【0013】
請求項3〜5に記載の発明によれば、複数の気筒ごとに独立している気流制御弁の欠損を共通の負圧センサによって検知できるため、各気流制御弁ごとに負圧センサを設ける場合と比べて構造の簡素化とコスト低減を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0014】
図1はガソリンエンジンにおけるタンブルコントロールシステムの概略説明図であって、このシステムでは気流制御バルブとしてタンブルコントロールバルブ8を備えている。
【0015】
同図において、1は気筒(シリンダ室)を、2は吸気ポートを、3は吸気バルブをそれぞれに示す。また、4はインジェクタである。さらに、5は排気ポートを、6は排気バルブを、7は点火栓をそれぞれに示す。
【0016】
吸気ポート2には後述する吸気管11のブランチ部11aを接続してあるとともに、ブランチ部11aのうち吸気ポート2に近い位置には開閉式のタンブルコントロールバルブ8を設けてある。このタンブルコントロールバルブ8の閉状態(図4に示した状態)では全閉状態とならないまでも、通路開口面積の下側を閉塞することでブランチ部11aの通路開口面積を縮小し、もってその通路開口面積を最小開度とするようになっている。
【0017】
そして、タンブルコントロールバルブ8の開閉制御は制御装置であるECU(電子制御コントロールユニット)9またはECU9の一部であるECM(エンジンコントロールモジュール)からの指令に基づくタンブルコントロールバルブアクチュエータ、例えばタンブルコントロールバルブモータ10の作動によって行われるようになっている。
【0018】
すなわち、吸気行程において図1のようにタンブルコントロールバルブ8を閉じると、吸気通路面積が縮小されることで気筒1内に強いタンブル流(縦旋回流)Sが発生して、空気と燃料の撹拌を促し、もって燃費の改善に寄与することが可能となる。
【0019】
図2は図1のシステムを前提とした4気筒エンジンにおける例えば樹脂製の吸気管(インテークマニホールド)11の要部を示し、図3は図2のA部相当部の拡大断面図であって、且つ図1と異なりタンブルコントロールバルブ8の開状態を示している。また、図4は図2のA部相当部の拡大断面図であって、且つ図1と同様にタンブルコントロールバルブ8の閉状態を示している。
【0020】
図2,3に示すように、吸気管11の各ブランチ部11aのうち図1の吸気ポート2との接続端に近い部分にはいわゆるフラップタイプのタンブルコントロールバルブ8を配置してある。このタンブルコントロールバルブ8は、各ブランチ部11aの通路内にそれぞれに独立した弁体12を収容配置するとともに、それらの弁体12をブランチ部11aの並設方向に当該各ブランチ部11aを横断するように貫通配置した共通のシャフト13に支持させたものである。そして、そのシャフト13がタンブルコントロールバルブアクチュエータであるタンブルコントロールバルブモータ10によって回転駆動されるようになっている。
【0021】
すなわち、各ブランチ部11aごとに独立しているタンブルコントロールバルブ8の弁体12の閉動作または開動作はタンブルコントロールバルブモータ10の起動により一斉に且つ同時に行われるようになっている。また、タンブルコントロールバルブモータ10の正転または逆転動作は図1のECU9からの指令に基づいて行われる。なお、従来と同様に、タンブルコントロールバルブモータ10に付帯している開度センサ(回転センサ)、またはタンブルコントロールバルブモータ10とは反対側のシャフト端側に設置されるを開度センサ(回転センサ)により、タンブルコントロールバルブ8が開状態にあるか閉状態にあるかが検出される。また、タンブルコントロールバルブモータ10は吸気管11のうちブランチ部11aの並設方向端部に装着してある。
【0022】
ここで、図3に示すように、タンブルコントロールバルブ8の弁体12が開位置P1にある時には各ブランチ部11aの全ての弁体12が開位置P1にあり、逆にタンブルコントロールバルブ8の弁体12が閉位置P2にある時には各ブランチ部11aの全ての弁体12が閉位置P2にあり、各ブランチ部11aでの弁体12の開度に差が生じないように設定してある。そして、図4に示すように、各弁体12の閉状態においてもブランチ部11aの通路の開口面積が全閉状態となることはなく、同図に示すように通路の上部に所定の隙間Gが確保されて最小開度となるように設定してある。
【0023】
図2,3において、各ブランチ部11aの上部であって各弁体12と近接する位置には直径が数ミリ程度の大きさの圧力取出穴14を個別に形成してある。ここでは、図4のような弁体12の閉状態において、その弁体12とブランチ部11aの内壁面との間に形成される隙間Gの上流側直近位置に圧力取出穴14を形成してある。さらに、各ブランチ部11aの上面には、それらの複数の圧力取出穴14が共有する溝状の共有通路15を形成するべく、複数の圧力取出穴14を囲繞するようにして閉ループ状の隔壁16を各ブランチ部11a間にまたがるように架橋的に形成してある。そして、共有通路15を形成している隔壁16の上から上記隔壁16とほぼ同形状をなす樹脂製の通路用カバー17を各ブランチ部11a間にまたがるように架橋的にかぶせて溶着してあり、それによってその共有通路15を密閉してある。
【0024】
この隔壁16と通路用カバー17とによって形成される共有通路15の端部には円筒状のボス部18を形成してあり、このボス部18に対して圧力検出手段としての負圧センサ19を挿入し、取付ボルト20と取付ナット21にて着脱可能に固定してある。なお、取付ナット21はボス部18に隣接するセンサ取付用ボス部22に予め熱圧入される。
【0025】
この構造のために、各ブランチ部11aごとに独立している圧力取出穴14は共通の共有通路15に開口していて、その共有通路15に臨ませてある負圧センサ19は各圧力取出穴14が共有していることになる。そして、負圧センサ19の出力は図1のECU9に取り込まれるようになっている。
【0026】
なお、図3,4において、吸気ポート2と接続されることになる各ブランチ部11aの開放端にはシール部材23を装着してある。
【0027】
したがって、このような構造によれば、図1に示したようなタンブル流Sを必要としない場合には、図3に示すようにタンブルコントロールバルブ8は開位置P1、すなわちタンブルコントロールバルブ8の弁体12がブランチ部11aの管路の長手方向とほぼ平行となる開位置P1に置かれ、結果としてその弁体12が各ブランチ部11aの通路面積を制限することはなく、図1のようなタンブル流Sが発生することはない。
【0028】
これに対して、タンブル流Sを積極的に生成するべく、図4に示すようにタンブルコントロールバルブ8を閉位置P2とすると、各ブランチ部11aにおける通路面積の大部分が弁体12にて閉塞されて、通路の上部にわずかな隙間Gが確保されているだけの最小開度の状態となる。このため、弁体12によるいわゆる絞り効果のために図1の気筒1側に供給される吸入空気の流速が高められるとともに、その圧力が高くなる。その結果として、図1に示すように気筒1内では強いタンブル流(縦旋回流)Sが発生することになる。
【0029】
なお、上記のようなタンブルコントロールバルブ8の開閉は、先に述べたように図1のECU9からの指令に基づくタンブルコントロールバルブモータ10の起動によって行われる。
【0030】
このようなタンブルコントロールバルブ8の開閉制御において、万が一弁体12が欠損(破損または折損)した場合、タンブルコントロールバルブ8の開状態においてはタンブルコントロールバルブ8の機能上問題とならないものの、タンブルコントロールバルブ8の閉状態においては本来のバルブ開度制御または気流制御が行えなくなり、その結果として必要十分なタンブル流Sを発生することができなくなる。
【0031】
そこで、タンブルコントロールバルブ8の弁体12の欠損を検知するために、上記負圧センサ19の出力である実測圧力(負圧実測値)をECU9に取り込んでこれを監視し、弁体12の欠損とみなし得る負圧変化が認められた場合には、例えば警告灯の点灯もしくは点滅または音声出力等をもって告知するものとする。
【0032】
より具体的には、図4に示すように、タンブルコントロールバルブ8が閉位置P2にある場合、そのタンブルコントロールバルブ8の弁体12が欠損していなければ(正常時)、その弁体12による開度制御または気流制御によって該当する気筒1内には図1に示すようなタンブル流Sが発生することになる。そして、タンブル流Sの発生に伴うタンブルコントロールバルブ8の弁体12近傍の負圧変化は圧力取出穴14を通して共有通路15側にも及び、その負圧は共有通路15に臨ませてある負圧センサ19によって検出されて、その負圧の実測値がECU9に取り込まれることになる。
【0033】
その一方、タンブルコントロールバルブ8が閉位置P2にある場合において、例えば図5に示すようにそのタンブルコントロールバルブ8の弁体12の下部が欠損(欠損箇所を符号Q1で示す)しているものとすると(弁体欠損による異常時)、その弁体12の上部の本来の隙間Gに加えて弁体12の下部にも隙間gができるため、図1に示したようなタンブル流Sの生成が十分なものでなくなるだけでなく、本来の隙間G側での流量が低下してそれに伴う負圧も小さいものとなる。その結果、共有通路15に臨ませてある負圧センサ19によって検出される負圧の実測値も図4の弁体正常時と比べて小さいものとなる。
【0034】
そこで、先に述べた図1のECU9の負圧監視部に図4のような弁体正常時と同等の負圧の設定値または基準値(しきい値)を予め設定しておき、図6に示すように各気筒1ごとの吸気行程において負圧センサ19による負圧実測値と上記負圧設定値とを比較して、その適否判定を行うものとする。
【0035】
より詳しくは、図6に示すように、エンジンの始動を条件に、タンブルコントロールバルブ8がECU9からの指令に基づいて開閉作動することから、そのときの開度センサの実測値を読み込む(ステップS1〜S3)。そして、ECU9からのタンブルコントロールバルブ8の開指令信号または閉指令信号と上記開度センサの実測値とをもって、タンブルコントロールバルブ8の開指令信号または閉指令信号とタンブルコントロールバルブ8の実際の開状態または閉状態とがマッチングしているか否かを判定する(ステップS4)。
【0036】
そして、マッチングしている場合には次のステップS5に進み、マッチングしていない場合にはシステム異常としてステップS10の異常処理を実行する。この異常処理は、例えば警告灯の点灯もしくは点滅または音声出力等をもって警報を発して運転者に告知する。
【0037】
ステップS5およびステップS6では、タンブルコントロールバルブ8が閉状態にあることを条件に、予め設定されているエンジン回転数(例えば、アイドル回転数)のもとでの負圧センサ19による負圧実測値を読み込む。この場合において、ステップS7のように各気筒ごとの点火時期情報を同時に読み込み、負圧実測値の読み込み(検出)タイミングと点火時期とを同期させることで、バルブ欠損等の異常検出の信頼性が高いものとなる。
【0038】
ステップS8では、上記負圧実測値と負圧設定値とを比較し、負圧センサ19による負圧実測値が上記負圧基準値の許容限界内にある場合には、該当する気筒1におけるタンブルコントロールバルブ8の弁体12が正常であると判定し、次のステップS9に進む。そして、ステップS9では、エンジンが稼働中であるかぎりにおいてステップS3以降の処理を繰り返す。
【0039】
他方、負圧センサ19による負圧実測値が上記負圧基準値の許容限界を逸脱している場合には、該当する気筒1におけるタンブルコントロールバルブ8の弁体12が欠損しているものと判定する。そして、その判定結果を受けて、先にも述べたステップS10の異常処理として、例えば警告灯の点灯もしくは点滅または音声出力等をもって警報を発して告知するものとする。
【0040】
なお、上記判定処理は一例にすぎず、例えば複数の気筒における負圧実測値の最大値と最小値との差を求め、その差分が設定値の許容範囲を逸脱した場合に、負圧実測値が最小のタンブルコントロールバルブ8に欠損等が発生したものとみなして異常処理を行うようにしても良い。あるいは、例えば所定時間内における複数の気筒における負圧実測値の平均値を求め、その平均値と正常値(設定値)との差が所定値異常となった場合に、少なくともいずれかのタンブルコントロールバルブ8に欠損等が発生したものとみなして異常処理を行うようにしても良い。
【0041】
ここで、図5に示すように、タンブルコントロールバルブ8の弁体12の下部が破損または折損している場合だけでなく、図7に示すように、タンブルコントロールバルブ8の弁体12の上部が欠損している場合でも同様に検出することができる。
【0042】
つまり、タンブルコントロールバルブ8が閉位置P2にある場合において、図7に示すようにそのタンブルコントロールバルブ8の弁体12の上部が欠損(欠損箇所を符号Q2で示す)しているものとすると、その弁体12の上部の隙間Gの大きさが図4の弁体正常時よりも大きくなるため、図1に示したようなタンブル流Sの生成が十分なものでなくなるだけでなく、その隙間G側での流速が低下してそれに伴う負圧も小さいものとなる。その結果、共有通路15に臨ませてある負圧センサ19によって検出される負圧の実測値も図4の弁体正常時と比べて小さいものとなるからである。
【0043】
図8は、特定の気筒1について上記負圧センサ19によって検出された負圧変化を弁体正常時と弁体欠損時とで比較したグラフであり、弁体正常時と弁体欠損時での負圧変化が顕著に表れている。したがって、その負圧変化に基づいて先に述べたような弁体12の欠損を検知できることが理解できる。
【0044】
そして、図2に示したように、複数の気筒1の圧力取出穴14を共通の共有通路15に集約した上で同じく共通の負圧センサ19にて検知する場合でも、図8の弁体正常時と弁体欠損時での負圧変化の差がわずかに小さくなるもの、図8とほぼ同じ特性となることから、この場合にも弁体12の欠損を的確に検知することができる。
【0045】
このように本実施の形態によれば、タンブルコントロールバルブ8の弁体12そのものが万が一欠損した場合でも、これを的確に検知することができ、システム全体の信頼性が高いものとなる。
【0046】
ここで、上記実施の形態では、気流制御バルブとしてタンブルコントロールバルブ8を例にとって説明しているが、タンブルコントロールバルブ8と同等または類似の機能を有する気流制御バルブ、例えばスワール(横旋回流)コントロールバルブ等にも本発明を適用することができる。
【0047】
また、図4に示した圧力取出穴14に代えて、同図のb1位置あるいはb2位置に圧力取出穴を形成しても、上記実施の形態と同様の機能が達成できることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【0048】
【図1】本発明のより具体的な実施の形態としてタンブルコントロールシステムの概略構造を示す説明図。
【図2】図1のシステムに適用される吸気管の要部分解説明図。
【図3】図1のA部相当部の拡大図であって、タンブルコントロールバルブ開状態の断面説明図。
【図4】図1のA部相当部の拡大図であって、タンブルコントロールバルブ閉状態の断面説明図。
【図5】図1のA部相当部の拡大図であって、タンブルコントロールバルブの欠損時の断面説明図。
【図6】タンブルコントロールバルブの欠損時の処理手順を示すフローチャート。
【図7】同じく図1のA部相当部の拡大図であって、タンブルコントロールバルブの欠損時の断面説明図。
【図8】タンブル流の生成に伴う負圧の大きさをタンブルコントロールバルブの弁体正常時と弁体欠損時とで比較したグラフ。
【符号の説明】
【0049】
1…気筒
8…タンブルコントロールバルブ(気流制御バルブ)
10…タンブルコントロールバルブモータ
11…吸気管
11a…ブランチ部
12…弁体
14…圧力取出穴
15…共有通路
17…通路用カバー
19…負圧センサ(圧力検出手段)
G…隙間
P1…弁体の開位置
P2…弁体の閉位置
Q1…欠損箇所
Q2…欠損箇所
S…タンブル流

【特許請求の範囲】
【請求項1】
気筒に接続された吸気管に気流制御バルブを設け、この気流制御バルブを開閉操作して吸気管の開口面積を可変制御することで気筒内に旋回流を発生させるようにした内燃機関の吸気装置であって、
上記吸気管のうち気流制御バルブの近傍の圧力を検出する圧力検出手段を設け、
この圧力検出手段による実測値と設定値との比較に基づいて気流制御バルブの異常を判定するようにしたことを特徴とする内燃機関の吸気装置。
【請求項2】
上記圧力検出手段が負圧センサであって、且つ気流制御バルブの最小開度時の負圧を検出するものであることを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の吸気装置。
【請求項3】
複数の気筒毎に独立しているそれぞれ吸気管のうち気流制御バルブの近傍に圧力取出穴を個別に設けるとともに、
それらの複数の吸気管の圧力取出穴を共通の通路に集約し、
その通路の圧力を負圧センサによって検出するようになっていることを特徴とする請求項2に記載の内燃機関の吸気装置。
【請求項4】
上記複数の圧力取出穴を集約するための通路を形成する通路用カバーを複数の吸気管にまたがるように架橋的に配置し、
その通路用カバーによって形成される通路の端部に負圧センサを臨ませてあることを特徴とする請求項3に記載の内燃機関の吸気装置。
【請求項5】
上記吸気管のうち少なくとも気流制御バルブが設けられる部分が樹脂製のものであって、
その樹脂製の吸気管に対して同じく樹脂製の通路用カバーを溶着固定してあることを特徴とする請求項4に記載の内燃機関の吸気装置。

【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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