内燃機関の吸気装置
【課題】装置構成の複雑化を招くことなく高温の空気をシリンダ内に偏在させることができる内燃機関の吸気装置を提供する。
【解決手段】シリンダ２の壁面に沿う方向の気流ｆ１を形成できる吸気ポート１１と、シリンダ２の中心線の方向の気流ｆ２を形成できる吸気ポート１２とを備え、バイパス通路１５にてインタークーラ７をバイパスさせたバイパス空気が吸気ポート１１を経由してシリンダ２へ導かれる流量と、バイパス空気が吸気ポート１２を経由してシリンダ２へ導かれる流量とが内燃機関１の運転状態に応じて変化するように、バイパス通路１５に設けられた第１調整バルブ１８及び第２調整バルブ１９をそれぞれ制御する。
【解決手段】シリンダ２の壁面に沿う方向の気流ｆ１を形成できる吸気ポート１１と、シリンダ２の中心線の方向の気流ｆ２を形成できる吸気ポート１２とを備え、バイパス通路１５にてインタークーラ７をバイパスさせたバイパス空気が吸気ポート１１を経由してシリンダ２へ導かれる流量と、バイパス空気が吸気ポート１２を経由してシリンダ２へ導かれる流量とが内燃機関１の運転状態に応じて変化するように、バイパス通路１５に設けられた第１調整バルブ１８及び第２調整バルブ１９をそれぞれ制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加圧手段にて加圧した空気をシリンダへ導く過給システムが設けられた内燃機関に適用される内燃機関の吸気装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
吸気通路に設けられた燃料噴射弁の噴孔の近くにヒータで加熱した高温空気を供給することにより、燃料噴射弁からの噴射燃料と高温空気とを混合した状態で吸気通路に供給する燃料供給装置が知られている（特許文献１）。その他、本発明に関連する先行技術文献として特許文献２及び３が存在する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−２６４３１９号公報
【特許文献２】特開２００５−３３０８４２号公報
【特許文献３】特開平５−２８０３５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の装置は噴射燃料と高温空気とを混合することにより噴射燃料の微粒化を図りエミッションを改善することを目的としているが、高温空気を生成する専用のヒータを用意することが不可欠であるので装置構成の複雑化を招き、しかもヒータを駆動するエネルギーが必要になるから燃費が悪化する。
【０００５】
特許文献１の装置は吸気通路に噴射する燃料を高温空気にて微粒化してシリンダ内における均質な混合気の形成に寄与できる。しかしながら、シリンダ内に燃料を直接噴射する形式の内燃機関の場合にはシリンダ壁面やピストン頂面への燃料付着等の特有の問題があるので、未燃物質の排出量を低減するにはシリンダ内に噴射される燃料の微粒化を図るだけでは不十分である。
【０００６】
そこで、本発明は、装置構成の複雑化を招くことなく未燃物質の排出量を低減できる内燃機関の吸気装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の内燃機関の吸気装置は、加圧手段にて加圧した空気をインタークーラで冷却し、吸気ポートを介してシリンダへ導く過給システムが設けられ、かつ前記シリンダ内に噴射された燃料を燃焼させる内燃機関に適用され、前記加圧手段の下流側で前記インタークーラをバイパスするバイパス通路を備え、前記バイパス通路にてバイパスされたバイパス空気を前記吸気ポートへ導くことができる内燃機関の吸気装置において、前記吸気ポートとして、前記シリンダの壁面に沿う方向の気流を形成できる第１吸気ポートと前記シリンダの中心線の方向の気流を形成できる第２吸気ポートとが共通の前記シリンダにそれぞれ設けられており、前記バイパス空気が前記第１吸気ポートを経由して前記シリンダへ導かれる第１流入量と、前記バイパス空気が前記第２吸気ポートを経由して前記シリンダへ導かれる第２流入量とを調整できる流入量調整手段と、前記第１流入量と前記第２流入量とが前記内燃機関の運転状態に応じて変化するように、前記流入量調整手段を制御する流入量制御手段と、を更に備えることにより上述した課題を解決する（請求項１）。
【０００８】
本発明の吸気装置によれば、空気をシリンダに導く過程で第１吸気ポートにてシリンダの壁面に沿う方向の気流が形成されるとともに、第２吸気ポートにてシリンダの中心線方向の気流が形成される。これにより、第１吸気ポートにて形成された気流によりシリンダの壁面に沿う方向に流れるスワールが生成されるとともに、第２吸気ポートにて形成された気流によりシリンダの中央部にスワールよりも速度が遅い停滞流が生成される。インタークーラをバイパスしたバイパス空気はインタークーラにて冷却された空気よりも高温である。例えば、バイパス空気を第１吸気ポートのみを経由させた場合には、高温のバイパス空気がスワールに乗るため、シリンダの壁面に近い領域、換言すればシリンダの中心から遠い領域に高温のバイパス空気が偏在することになる。その一方で、バイパス空気を第２吸気ポートのみを経由させた場合には、高温のバイパス空気が停滞流に乗るため、シリンダの中央部に高温のバイパス空気が偏在することになる。そのため、バイパス空気が第１吸気ポートを経由してシリンダへ導かれる第１流入量と第２吸気ポートを経由してシリンダへ導かれる流入量とを変化させることにより、高温のバイパス空気がシリンダ内に偏在する位置を変えることができる。本発明の吸気装置によれば、第１流入量と第２流入量とが内燃機関の運転状態に応じて変えられるので、高温のバイパス空気を偏在させる位置を運転状態に応じて変化させることができる。本発明の吸気装置が適用される内燃機関はシリンダ内に燃料を噴射するものであって未燃物質の発生原因が生じる場所が運転状態によって異なるが、本発明の吸気装置はそのような領域に合わせて高温のバイパス空気を偏在させることができる。これにより、シリンダ内に噴射された燃料の蒸発を促進して未燃物質の排出量を低減できる。しかも、内燃機関に適用された過給システムが持っているインタークーラをバイパスすることにより、高温のバイパス空気を生成することができるため、装置構成の複雑化を招くことがない。なお、本発明において、第１流入量と第２流入量とを調整することには、これらの流量のうちのいずれか一方の流入量を０にすることも含まれる。
【０００９】
本発明の吸気装置の一態様において、前記内燃機関には、前記シリンダ内に燃料を噴射する燃料噴射弁が設けられており、前記流入量制御手段は、前記燃料噴射弁にて噴射された燃料の燃焼が行われる領域にバイパス空気が偏在するように前記流入量調整手段を制御してもよい（請求項２）。この態様によれば、燃焼が行われる領域に高温のバイパス空気を偏在させることができる。これにより、燃焼が行われる領域を高温にすることができるため噴射燃料の蒸発が促進される。その結果、燃料状態が良好になり未燃物質を削減することができる。この態様において、前記流入量制御手段は、前記内燃機関の負荷が低いほど、前記第１流入量と前記第２流入量との合計に対して前記第２流入量の占める割合が増加するように前記流入量調整手段を制御してもよい（請求項３）。内燃機関の負荷が低くなるほど燃料噴射量が少なくなるので、燃料噴射弁から噴射された燃料はシリンダの中央部で着火燃焼する。この場合には、内燃機関の負荷が低いほど、第２吸気ポートを経由する第２流入量の割合が相対的に増加するので、シリンダの中央部により多くのバイパス空気を偏在させることができる。そのため、内燃機関の低負荷時に燃焼が行われる領域をバイパス空気にて高温にすることができる。
【００１０】
また、前記流入量制御手段は、前記内燃機関の負荷が高いほど、前記第１流入量と前記第２流入量との合計に対して前記第１流入量の占める割合が増加するように、前記流入量調整手段を制御してもよい（請求項４）。内燃機関の負荷が高くなるほど燃料噴射量が多くなり噴射燃料の貫徹力が強くなるため、シリンダの壁面の近くで着火燃焼する。この場合には、内燃機関の負荷が高いほど、第１吸気ポートを経由する第１流入量の割合が相対的に増加するので、シリンダの壁面近くにより多くのバイパス空気を偏在させることができる。それにより、内燃機関の高負荷時に燃焼が行われる領域をバイパス空気にて高温にすることができる。
【００１１】
また、前記流入量制御手段は、前記シリンダ内の温度が低いほど、前記第１流入量と前記第２流入量との合計に対して前記第２流入量の占める割合が増加するように、前記流入量調整手段を制御してもよい（請求項５）。シリンダ内の温度が低いほど噴射燃料の着火性が悪化するので噴射燃料が壁面に到達して未燃物質が排出されやすい。この態様によれば、シリンダ内の温度が低いほど、第２吸気ポートを経由する第２流入量の割合が相対的に増加するので、シリンダ中央部により多くのバイパス空気を偏在させることができる。これにより、燃料噴射弁から噴射された直後の燃料を加熱して噴射燃料の貫徹力を弱めることができるため、噴射燃料の壁面への到達を抑制できる。その結果、未燃物質の排出を抑制することができる。
【発明の効果】
【００１２】
以上説明したように、本発明によれば、第１流入量と第２流入量とが内燃機関の運転状態に応じて変えられるので、高温のバイパス空気を偏在させる位置を運転状態に応じて変化させることができる。そして、内燃機関に適用された過給システムが持っているインタークーラをバイパスすることにより、高温のバイパス空気を生成することができるため、装置構成の複雑化を招かずにエミッションを改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一形態に係る吸気装置が適用された内燃機関の要部を模式的に示した図。
【図２】第１の形態に係るバイパス制御の制御ルーチンの一例を示したフローチャート。
【図３】中間開度を設定する例を説明する説明図。
【図４】第２の形態に係るバイパス制御の制御ルーチンの一例を示したフローチャート。
【図５】吸気ポートの構成を変更した変形例を示した図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
（第１の形態）
図１は本発明の一形態に係る吸気装置が適用された内燃機関の要部を模式的に示している。内燃機関１は不図示の車両に走行用動力源として搭載され、４つ（図では１つ）のシリンダ２が一列に並べられた直列４気筒のディーゼルエンジンとして構成されている。周知のように、ディーゼルエンジンはシリンダ２内に噴射された噴射燃料を圧縮行程で自着火させる内燃機関である。内燃機関１には排気エネルギーを利用して過給を行うターボチャージャー３が設けられている。各シリンダ２の天井面には燃料噴射弁４がその先端をシリンダ２内に臨ませるようにして中央部に設けられており、その燃料噴射弁４はシリンダ２の中央部から放射状に燃料を噴射する。燃料噴射弁４は不図示のコモンレールに接続されて所定燃圧の燃料が供給される。各シリンダ２には不図示のピストンが往復動可能に設けられている。
【００１５】
各シリンダ２には吸気通路５及び排気通路６がそれぞれ接続されている。吸気通路５にはターボチャージャー３の加圧手段としてのコンプレッサ３ａが設けられている。そのコンプレッサ３ａの下流側の吸気通路５にはコンプレッサ３ａにて加圧された空気を冷却するインタークーラ７が設けられている。インタークーラ７にて冷却された空気は一つのシリンダ２に対して二つずつ設けられた一組の吸気ポート１１、１２を介して各シリンダ２へ導かれる。これらの吸気ポート１１、１２は吸気通路５の一部を構成する。排気通路６はシリンダ２に接続された二つの排気ポート８を含んでおり、各排気ポート８はシリンダ２に開口する開口部８ａを備えている。排気ポート８の下流側の排気通路６にはターボチャージャー３のタービン３ｂが設けられており、そのタービン３ｂを通過した排気は不図示の排気浄化装置にて有害成分が浄化されてから大気に放出される。ターボチャージャー３とインタークーラ７との組み合わせは本発明に係る過給システムに相当する。
【００１６】
各シリンダ２に設けられた吸気ポート１１、１２は互いに構造が異なっており、一方の吸気ポート１１は周知のタンジェンシャルポートして構成されており、他方の吸気ポート１２は周知のヘリカルポートとして構成されている。一方の吸気ポート１１は本発明に係る第１吸気ポートに、他方の吸気ポート１２は本発明に係る第２吸気ポートにそれぞれ相当する。これらの吸気ポート１１、１２は、シリンダ２に開口する開口部１１ａ、１２ａを含んでおり、各開口部１１ａ、１２ａは吸気バルブ１３にて開閉される。また、排気ポート８の各開口部８ａは排気バルブ９にて開閉される。これらのバルブ９、１３は周知の動弁装置（不図示）にて開閉駆動される。
【００１７】
一方の吸気ポート１１は吸気行程時に空気をシリンダ２へ導く過程でシリンダ２の壁面に沿う方向の気流ｆ１を形成できるようにシリンダ２に対する接続位置、形状等の構造が設計されている。他方の吸気ポート１２は吸気行程時に空気をシリンダ２へ導く過程でシリンダ２の中心線の方向（図の紙面と直交する方向）の気流ｆ２を形成できるようにシリンダ２に対する接続位置、形状等の構造が設計されている。このような吸気ポート１１、１２の構成により、一方の吸気ポート１１が形成する気流ｆ１によってシリンダ２内にはその壁面に沿って図１の時計方向に旋回するスワールＦｓｗが生成される。それと同時に、他方の吸気ポート１２が形成する気流ｆ２によってシリンダ２内にはその中央部に速度の遅い停滞流Ｆｓｔが生成される。なお、以下の説明では、これらの吸気ポート１１、１２を互いに区別するためタンジェンシャル吸気ポート１１、ヘリカル吸気ポート１２と表示する場合がある。
【００１８】
内燃機関１にはコンプレッサ３ａの下流においてインタークーラ７をバイパスするためのバイパス通路１５が設けられている。バイパス通路１５はコンプレッサ３ａとインタークーラ７との間に設けられたバイパス位置ＢＰとタンジェンシャル吸気ポート１１とを結ぶ第１通路１６と、そのバイパス位置ＢＰとヘリカル吸気ポート１２とを結ぶ第２通路１７とを備えている。これらの通路１６、１７はインタークーラ７をバイパスした高温のバイパス空気をタンジェンシャル吸気ポート１１及びヘリカル吸気ポート１２へ導くことができる。
【００１９】
第１通路１６にはタンジェンシャル吸気ポート１１を経由してシリンダ２へ導かれるバイパス空気の流量（第１流量）を調整するための第１調整バルブ１８が設けられており、第２通路１７にはヘリカル吸気ポート１２を経由してシリンダ２へ導かれるバイパス空気の流量（第２流量）を調整するための第２調整バルブ１９が設けられている。各調整バルブ１８、１９は互いに同一構成であり、各通路１６、１７を閉鎖する全閉位置から全開位置までの間で開度を連続的に設定できるように構成されている。そのため、各調整バルブ１８、１９の開度を設定することにより、第１流量と第２流量とをそれぞれ調整することができる。従って、第１調整バルブ１８と第２調整バルブ１９とによって本発明に係る流量調整手段が構成される。タンジェンシャル吸気ポート１１を経由する第１流量が第２流量に比べて相対的に多くなると、シリンダ２内に導かれたバイパス空気はスワールＦｓｗの流れに乗ることが支配的となるためバイパス空気をシリンダ２の壁面の近くに偏在させることができる。一方、ヘリカル吸気ポート１２を経由する第２流量が第１流量に比べて相対的に多くなると、シリンダ２内に導かれたバイパス空気は停滞流Ｆｓｔに乗ることが支配的となるためバイパス空気をシリンダ２の中央部に偏在させることができる。
【００２０】
各調整バルブ１８、１９の開度は内燃機関１の運転状態を制御するコンピュータとして設けられたエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）２０にて制御される。ＥＣＵ２０はマイクロプロセッサ及びその動作に必要なＲＡＭ、ＲＯＭ等の周辺装置を備えており、ＲＯＭ等に保持された各種のプログラムに基づいて内燃機関１の各部に対する制御を実行する。例えば、ＥＣＵ２０は各種センサからの情報に基づいて燃料噴射量を演算し、その燃料噴射量が実現されるように燃料噴射弁４の動作制御等を行っている。ＥＣＵ２０には、内燃機関１の制御に必要な各種の物理量を演算又は取得するため、各種のセンサが電気的に接続されている。各種のセンサとしては、内燃機関１のクランク位置に応じた信号を出力するクランク位置センサ２１、不図示のアクセルペダルの踏み込み量に応じた信号を出力するアクセル開度センサ２２、内燃機関１の冷却水の温度に応じた信号を出力する水温センサ２３等がある。なお、以下の説明では、本発明の要旨と関連するＥＣＵ２０の制御を例示する。
【００２１】
図２はＥＣＵ２０が実行するバイパス制御の制御ルーチンの一例を示したフローチャートである。バイパス制御は上述した二つの調整バルブ１８、１９の開度を内燃機関１の運転状態に応じて制御するものである。図２に示した制御ルーチンのプログラムはＥＣＵ２０にて保持されており、ＥＣＵ２０はそのプログラムを適時に読み出して所定周期で繰り返し実行する。まず、ＥＣＵ２０はステップＳ１において、本制御に必要な各種情報を取得する。具体的には、クランク位置センサ２１からの出力信号に基づいて内燃機関１の機関回転数Ｎｅを演算により取得するとともにクランク位置θを取得する。また、アクセル開度センサ２２の出力信号に基づいて内燃機関１の負荷Ｋを演算により取得する。更に、水温センサ２３の出力信号に基づいて冷却水温Ｔｗを取得する。
【００２２】
次に、ステップＳ２では、インタークーラ７のバイパスの要否を冷却水温Ｔｗに基づいて判定し、冷却水温Ｔｗが所定基準よりも低くバイパスが必要であればステップＳ３に、冷却水温Ｔｗが所定基準以上でありバイパスが不要であればステップＳ７に処理を進める。
【００２３】
ステップＳ７ではインタークーラ７のバイパスを禁止するためバイパス通路１５を閉鎖する。即ち、ＥＣＵ２０は第１通路１６及び第２通路１７のそれぞれが閉鎖されるように、第１調整バルブ１８及び第２調整バルブ１９のそれぞれを全閉位置に操作する。そして、今回のルーチンを終了する。
【００２４】
ステップＳ３では、クランク位置θを参照して吸気行程が開始したか否かを判定する。吸気行程が開始している場合はステップＳ４に進み、そうでない場合はステップＳ７に進んでバイパス通路１５を閉鎖して今回のルーチンを終了する。
【００２５】
ステップＳ４では、負荷Ｋに基づいて内燃機関１が低負荷であるか否かを判定する。なお、負荷Ｋが大きいほど燃料噴射量が多くなるので、低負荷か否かを別ルーチンで演算される燃料噴射量に基づいて判定することも可能である。低負荷の場合は、ステップＳ５に進み、そうでない場合、即ち中負荷及び高負荷の場合はステップＳ６に進む。
【００２６】
ステップＳ５ではバイパス通路１５の第１通路１６を閉鎖し、かつ第２通路１７を開放する。即ち、ＥＣＵ２０は第１調整バルブ１８を全閉位置に操作する一方で、第２調整バルブ１９を全開位置に操作し、その後、今回のルーチンを終了する。ステップＳ５を実行することにより、第１流量が０になり第２流量が最大値になる。つまり、バイパス空気の全てがヘリカル吸気ポート１２へ導かれることになる。それにより、シリンダ２の中央部に高温のバイパス空気が偏在する。低負荷の場合は燃料噴射量が少なく、燃料が着火燃焼する領域はシリンダ２の中央部に位置する。従って、バイパス空気をシリンダ２の中央部に偏在させることにより、噴射燃料の蒸発が促進されて未燃物質を低減することができる。
【００２７】
ステップＳ６ではバイパス通路１５の第１通路１６を開放し、かつ第２通路１７を閉鎖する。即ち、ＥＣＵ２０は第１調整バルブ１８を全開位置に操作する一方で、第２調整バルブ１９を全閉位置に操作し、その後、今回のルーチンを終了する。ステップＳ６を実行することにより、第１流量が最大値になり第２流量が０となる。つまり、バイパス空気の全てがタンジェンシャル吸気ポート１１へ導かれることになる。それにより、シリンダ２の壁面の近くに高温のバイパス空気が偏在する。中負荷又は高負荷の場合は燃料噴射量が多く、燃料が着火燃焼する領域はシリンダ２の壁面の近くに位置する。従って、バイパス空気をシリンダ２の壁面の近くに偏在させることにより、噴射燃料の蒸発が促進されて未燃物質を低減することができる。
【００２８】
このように、本形態では、内燃機関１が低負荷の場合にヘリカル吸気ポート１２のみを経由させてバイパス空気を導く状態と、低負荷以外の中負荷又は高負荷の場合にタンジェンシャル吸気ポート１１のみを経由させてバイパス空気を導く状態とを第１調整バルブ１８、第２調整バルブ１９の開度を全開位置と全閉位置との間で操作することにより切り替えている。つまり、内燃機関１の負荷が低いほど第２流量の割合を大きく、負荷が高いほど第１流量の割合が大きくなるように各調整バルブ１８、１９が操作される。その意味では、これらの調整バルブ１８、１９の中間開度を使用することもできる。図３は中間開度を設定する例を説明する説明図である。この図に示すように、低負荷と高負荷との間において、第１流量と第２流量との配分が連続的に変更されるように調整バルブ１８、１９の開度を設定することもできる。図３の開度制御は、負荷を変数として各調整バルブ１８、１９の開度を与える図３と同様なマップをＥＣＵ２０に記憶させておき、負荷に基づいてそのマップを検索して各調整バルブ１８、１９の開度を特定する処理と、その開度を実現するために各調整バルブ１８、１９を操作する処理とを、図２のステップＳ４〜ステップＳ６に置き換えてＥＣＵ２０が実行することにより実現できる。ＥＣＵ２０は、図３の制御ルーチン又はこのように置き換えた制御ルーチンを実行することにより、本発明に係る流入量制御手段として機能する。
【００２９】
（第２の形態）
次に、本発明の第２の形態を説明する。本形態は制御内容を除いて第１の形態と共通するので、本形態が適用される内燃機関等の物理的構成に関しては図１が適宜参照される。本形態はシリンダ２内の温度（筒内温度）に応じてバイパス空気の供給経路を変更することにより噴射燃料の着火性の悪化に伴う未燃物質の排出を抑制することに特徴がある。図４は第２の形態に係るバイパス制御の制御ルーチンの一例を示したフローチャートである。なお、以下、図２と共通の処理については図４に同一の符号を付して説明を省略ないし簡略化する。図４に示すように、この形態の制御ルーチンはステップＳ３とステップＳ４との間に筒内温度を判定するステップＳ２０の処理が追加されている。このステップＳ２０では、筒内温度が閾値よりも低いか否か、つまり筒内温度が低筒内温度か否かを判定する。この形態においては、水温センサ２３の出力信号に基づいて筒内温度が推定されている。もっとも、筒内温度はシリンダ２内の温度を直接検出するためのセンサを設けることにより取得してもよいし、また筒内温度を外気温から推定することもできる。
【００３０】
筒内温度は噴射燃料の着火性に相関し筒内温度が低いほど着火性が悪化する傾向を示す。そこで、ステップＳ２０において低筒内温度か否かを判定する閾値は良好な着火性が確保できる温度範囲の下限値に設定される。従って、ステップＳ２０において、筒内温度が低筒内温度の場合は着火性が悪化することが予想されるので、ステップＳ５に処理を進めてバイパス通路１５の第１通路１６を閉鎖し、かつ第２通路１７を開放する。即ち、ＥＣＵ２０は第１調整バルブ１８を全閉位置に操作する一方で、第２調整バルブ１９を全開位置に操作し、その後、今回のルーチンを終了する。これにより、高温のバイパス空気の全てがヘリカル吸気ポート１２を経由してシリンダ２内に導入され、シリンダ２の中央部にバイパス空気を偏在させることができる。これにより、燃料噴射弁４から噴射された直後の燃料を加熱して噴射燃料の貫徹力を弱めることができるため、噴射燃料の壁面への到達を抑制できる。その結果、未燃物質の排出を抑制することができる。
【００３１】
一方、ステップＳ２０で低筒内温度でない場合はステップＳ４に処理を進める。図２で説明した負荷に応じたバイパス空気の供給経路の切り替えを実行する。ＥＣＵ２０は図４の制御ルーチンを実行することにより、本発明に係る流入量制御手段として機能する。なお、図４のように、負荷に応じた供給経路の切り替えと組み合わせることは一例にすぎない。従って、低筒内温度のときにバイパス空気をヘリカル吸気ポート１２のみを経由させてシリンダ２内に導入することを単独で実施することも可能である。また、筒内温度に応じて第１調整バルブ１８と第２調整バルブ１９とを中間開度に設定することもできる。要するに、筒内温度が低いほど第１流入量と第２流入量との合計に対して第２流入量の占める割合が増加するようにこれらの調整バルブ１８、１９を操作することによって、着火性の悪化に伴う未燃物質の排出を抑制できる。
【００３２】
本発明は以上の各形態に限定されず、種々の形態にて実施できる。二つの吸気ポートの形態は上述したタンジェンシャル吸気ポートとヘリカル吸気ポートとの組み合わせに限らない。即ち、シリンダの壁面に沿う方向の気流とシリンダの中心線の方向の気流とを形成できる吸気ポートの組み合わせであれば十分である。従って、上述した二つの吸気ポートをそのような機能を持つ公知ないし周知の吸気ポートに置き換えることができる。例えば、図５に示すように一組のタンジェンシャル吸気ポート３１、３２をシリンダ２に設けることにより本発明を実施してもよい。これらの吸気ポート３１、３２はシリンダ２に開口する開口部３１ａ、３１ｂを含んでいる。図５に示すように、一方の吸気ポート３１は吸気行程でシリンダ２の壁面に沿う方向の気流気流ｆ１を形成し、他方の吸気ポート３２は吸気行程でシリンダ２の中心線の方向の気流ｆ２を形成することができる。これにより、一方の吸気ポート３１は本発明に係る第１吸気ポートとして、他方の吸気ポート３２は本発明に係る第２吸気ポートとしてそれぞれ機能する。なお、本発明の実施に際して内燃機関の排気ポートの構成は特に制限されない。
【００３３】
また、本発明の適用対象になる内燃機関はディーゼル機関に限らず、シリンダ内に燃料を噴射してその噴射燃料を火花点火にて燃焼させる筒内直接噴射型の火花点火内燃機関に対しても本発明を適用することができる。
【符号の説明】
【００３４】
１ 内燃機関
２ シリンダ
３ ターボチャージャー
３ａ コンプレッサ（加圧手段）
４ 燃料噴射弁
７ インタークーラ
１１ タンジェンシャル吸気ポート（第１吸気ポート）
１２ ヘリカル吸気ポート（第２吸気ポート）
１５ バイパス通路
１８ 第１調整バルブ（流入量調整手段）
１９ 第２調整バルブ（流入量調整手段）
２０ ＥＣＵ（流入量制御手段）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加圧手段にて加圧した空気をシリンダへ導く過給システムが設けられた内燃機関に適用される内燃機関の吸気装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
吸気通路に設けられた燃料噴射弁の噴孔の近くにヒータで加熱した高温空気を供給することにより、燃料噴射弁からの噴射燃料と高温空気とを混合した状態で吸気通路に供給する燃料供給装置が知られている（特許文献１）。その他、本発明に関連する先行技術文献として特許文献２及び３が存在する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−２６４３１９号公報
【特許文献２】特開２００５−３３０８４２号公報
【特許文献３】特開平５−２８０３５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の装置は噴射燃料と高温空気とを混合することにより噴射燃料の微粒化を図りエミッションを改善することを目的としているが、高温空気を生成する専用のヒータを用意することが不可欠であるので装置構成の複雑化を招き、しかもヒータを駆動するエネルギーが必要になるから燃費が悪化する。
【０００５】
特許文献１の装置は吸気通路に噴射する燃料を高温空気にて微粒化してシリンダ内における均質な混合気の形成に寄与できる。しかしながら、シリンダ内に燃料を直接噴射する形式の内燃機関の場合にはシリンダ壁面やピストン頂面への燃料付着等の特有の問題があるので、未燃物質の排出量を低減するにはシリンダ内に噴射される燃料の微粒化を図るだけでは不十分である。
【０００６】
そこで、本発明は、装置構成の複雑化を招くことなく未燃物質の排出量を低減できる内燃機関の吸気装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の内燃機関の吸気装置は、加圧手段にて加圧した空気をインタークーラで冷却し、吸気ポートを介してシリンダへ導く過給システムが設けられ、かつ前記シリンダ内に噴射された燃料を燃焼させる内燃機関に適用され、前記加圧手段の下流側で前記インタークーラをバイパスするバイパス通路を備え、前記バイパス通路にてバイパスされたバイパス空気を前記吸気ポートへ導くことができる内燃機関の吸気装置において、前記吸気ポートとして、前記シリンダの壁面に沿う方向の気流を形成できる第１吸気ポートと前記シリンダの中心線の方向の気流を形成できる第２吸気ポートとが共通の前記シリンダにそれぞれ設けられており、前記バイパス空気が前記第１吸気ポートを経由して前記シリンダへ導かれる第１流入量と、前記バイパス空気が前記第２吸気ポートを経由して前記シリンダへ導かれる第２流入量とを調整できる流入量調整手段と、前記第１流入量と前記第２流入量とが前記内燃機関の運転状態に応じて変化するように、前記流入量調整手段を制御する流入量制御手段と、を更に備えることにより上述した課題を解決する（請求項１）。
【０００８】
本発明の吸気装置によれば、空気をシリンダに導く過程で第１吸気ポートにてシリンダの壁面に沿う方向の気流が形成されるとともに、第２吸気ポートにてシリンダの中心線方向の気流が形成される。これにより、第１吸気ポートにて形成された気流によりシリンダの壁面に沿う方向に流れるスワールが生成されるとともに、第２吸気ポートにて形成された気流によりシリンダの中央部にスワールよりも速度が遅い停滞流が生成される。インタークーラをバイパスしたバイパス空気はインタークーラにて冷却された空気よりも高温である。例えば、バイパス空気を第１吸気ポートのみを経由させた場合には、高温のバイパス空気がスワールに乗るため、シリンダの壁面に近い領域、換言すればシリンダの中心から遠い領域に高温のバイパス空気が偏在することになる。その一方で、バイパス空気を第２吸気ポートのみを経由させた場合には、高温のバイパス空気が停滞流に乗るため、シリンダの中央部に高温のバイパス空気が偏在することになる。そのため、バイパス空気が第１吸気ポートを経由してシリンダへ導かれる第１流入量と第２吸気ポートを経由してシリンダへ導かれる流入量とを変化させることにより、高温のバイパス空気がシリンダ内に偏在する位置を変えることができる。本発明の吸気装置によれば、第１流入量と第２流入量とが内燃機関の運転状態に応じて変えられるので、高温のバイパス空気を偏在させる位置を運転状態に応じて変化させることができる。本発明の吸気装置が適用される内燃機関はシリンダ内に燃料を噴射するものであって未燃物質の発生原因が生じる場所が運転状態によって異なるが、本発明の吸気装置はそのような領域に合わせて高温のバイパス空気を偏在させることができる。これにより、シリンダ内に噴射された燃料の蒸発を促進して未燃物質の排出量を低減できる。しかも、内燃機関に適用された過給システムが持っているインタークーラをバイパスすることにより、高温のバイパス空気を生成することができるため、装置構成の複雑化を招くことがない。なお、本発明において、第１流入量と第２流入量とを調整することには、これらの流量のうちのいずれか一方の流入量を０にすることも含まれる。
【０００９】
本発明の吸気装置の一態様において、前記内燃機関には、前記シリンダ内に燃料を噴射する燃料噴射弁が設けられており、前記流入量制御手段は、前記燃料噴射弁にて噴射された燃料の燃焼が行われる領域にバイパス空気が偏在するように前記流入量調整手段を制御してもよい（請求項２）。この態様によれば、燃焼が行われる領域に高温のバイパス空気を偏在させることができる。これにより、燃焼が行われる領域を高温にすることができるため噴射燃料の蒸発が促進される。その結果、燃料状態が良好になり未燃物質を削減することができる。この態様において、前記流入量制御手段は、前記内燃機関の負荷が低いほど、前記第１流入量と前記第２流入量との合計に対して前記第２流入量の占める割合が増加するように前記流入量調整手段を制御してもよい（請求項３）。内燃機関の負荷が低くなるほど燃料噴射量が少なくなるので、燃料噴射弁から噴射された燃料はシリンダの中央部で着火燃焼する。この場合には、内燃機関の負荷が低いほど、第２吸気ポートを経由する第２流入量の割合が相対的に増加するので、シリンダの中央部により多くのバイパス空気を偏在させることができる。そのため、内燃機関の低負荷時に燃焼が行われる領域をバイパス空気にて高温にすることができる。
【００１０】
また、前記流入量制御手段は、前記内燃機関の負荷が高いほど、前記第１流入量と前記第２流入量との合計に対して前記第１流入量の占める割合が増加するように、前記流入量調整手段を制御してもよい（請求項４）。内燃機関の負荷が高くなるほど燃料噴射量が多くなり噴射燃料の貫徹力が強くなるため、シリンダの壁面の近くで着火燃焼する。この場合には、内燃機関の負荷が高いほど、第１吸気ポートを経由する第１流入量の割合が相対的に増加するので、シリンダの壁面近くにより多くのバイパス空気を偏在させることができる。それにより、内燃機関の高負荷時に燃焼が行われる領域をバイパス空気にて高温にすることができる。
【００１１】
また、前記流入量制御手段は、前記シリンダ内の温度が低いほど、前記第１流入量と前記第２流入量との合計に対して前記第２流入量の占める割合が増加するように、前記流入量調整手段を制御してもよい（請求項５）。シリンダ内の温度が低いほど噴射燃料の着火性が悪化するので噴射燃料が壁面に到達して未燃物質が排出されやすい。この態様によれば、シリンダ内の温度が低いほど、第２吸気ポートを経由する第２流入量の割合が相対的に増加するので、シリンダ中央部により多くのバイパス空気を偏在させることができる。これにより、燃料噴射弁から噴射された直後の燃料を加熱して噴射燃料の貫徹力を弱めることができるため、噴射燃料の壁面への到達を抑制できる。その結果、未燃物質の排出を抑制することができる。
【発明の効果】
【００１２】
以上説明したように、本発明によれば、第１流入量と第２流入量とが内燃機関の運転状態に応じて変えられるので、高温のバイパス空気を偏在させる位置を運転状態に応じて変化させることができる。そして、内燃機関に適用された過給システムが持っているインタークーラをバイパスすることにより、高温のバイパス空気を生成することができるため、装置構成の複雑化を招かずにエミッションを改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一形態に係る吸気装置が適用された内燃機関の要部を模式的に示した図。
【図２】第１の形態に係るバイパス制御の制御ルーチンの一例を示したフローチャート。
【図３】中間開度を設定する例を説明する説明図。
【図４】第２の形態に係るバイパス制御の制御ルーチンの一例を示したフローチャート。
【図５】吸気ポートの構成を変更した変形例を示した図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
（第１の形態）
図１は本発明の一形態に係る吸気装置が適用された内燃機関の要部を模式的に示している。内燃機関１は不図示の車両に走行用動力源として搭載され、４つ（図では１つ）のシリンダ２が一列に並べられた直列４気筒のディーゼルエンジンとして構成されている。周知のように、ディーゼルエンジンはシリンダ２内に噴射された噴射燃料を圧縮行程で自着火させる内燃機関である。内燃機関１には排気エネルギーを利用して過給を行うターボチャージャー３が設けられている。各シリンダ２の天井面には燃料噴射弁４がその先端をシリンダ２内に臨ませるようにして中央部に設けられており、その燃料噴射弁４はシリンダ２の中央部から放射状に燃料を噴射する。燃料噴射弁４は不図示のコモンレールに接続されて所定燃圧の燃料が供給される。各シリンダ２には不図示のピストンが往復動可能に設けられている。
【００１５】
各シリンダ２には吸気通路５及び排気通路６がそれぞれ接続されている。吸気通路５にはターボチャージャー３の加圧手段としてのコンプレッサ３ａが設けられている。そのコンプレッサ３ａの下流側の吸気通路５にはコンプレッサ３ａにて加圧された空気を冷却するインタークーラ７が設けられている。インタークーラ７にて冷却された空気は一つのシリンダ２に対して二つずつ設けられた一組の吸気ポート１１、１２を介して各シリンダ２へ導かれる。これらの吸気ポート１１、１２は吸気通路５の一部を構成する。排気通路６はシリンダ２に接続された二つの排気ポート８を含んでおり、各排気ポート８はシリンダ２に開口する開口部８ａを備えている。排気ポート８の下流側の排気通路６にはターボチャージャー３のタービン３ｂが設けられており、そのタービン３ｂを通過した排気は不図示の排気浄化装置にて有害成分が浄化されてから大気に放出される。ターボチャージャー３とインタークーラ７との組み合わせは本発明に係る過給システムに相当する。
【００１６】
各シリンダ２に設けられた吸気ポート１１、１２は互いに構造が異なっており、一方の吸気ポート１１は周知のタンジェンシャルポートして構成されており、他方の吸気ポート１２は周知のヘリカルポートとして構成されている。一方の吸気ポート１１は本発明に係る第１吸気ポートに、他方の吸気ポート１２は本発明に係る第２吸気ポートにそれぞれ相当する。これらの吸気ポート１１、１２は、シリンダ２に開口する開口部１１ａ、１２ａを含んでおり、各開口部１１ａ、１２ａは吸気バルブ１３にて開閉される。また、排気ポート８の各開口部８ａは排気バルブ９にて開閉される。これらのバルブ９、１３は周知の動弁装置（不図示）にて開閉駆動される。
【００１７】
一方の吸気ポート１１は吸気行程時に空気をシリンダ２へ導く過程でシリンダ２の壁面に沿う方向の気流ｆ１を形成できるようにシリンダ２に対する接続位置、形状等の構造が設計されている。他方の吸気ポート１２は吸気行程時に空気をシリンダ２へ導く過程でシリンダ２の中心線の方向（図の紙面と直交する方向）の気流ｆ２を形成できるようにシリンダ２に対する接続位置、形状等の構造が設計されている。このような吸気ポート１１、１２の構成により、一方の吸気ポート１１が形成する気流ｆ１によってシリンダ２内にはその壁面に沿って図１の時計方向に旋回するスワールＦｓｗが生成される。それと同時に、他方の吸気ポート１２が形成する気流ｆ２によってシリンダ２内にはその中央部に速度の遅い停滞流Ｆｓｔが生成される。なお、以下の説明では、これらの吸気ポート１１、１２を互いに区別するためタンジェンシャル吸気ポート１１、ヘリカル吸気ポート１２と表示する場合がある。
【００１８】
内燃機関１にはコンプレッサ３ａの下流においてインタークーラ７をバイパスするためのバイパス通路１５が設けられている。バイパス通路１５はコンプレッサ３ａとインタークーラ７との間に設けられたバイパス位置ＢＰとタンジェンシャル吸気ポート１１とを結ぶ第１通路１６と、そのバイパス位置ＢＰとヘリカル吸気ポート１２とを結ぶ第２通路１７とを備えている。これらの通路１６、１７はインタークーラ７をバイパスした高温のバイパス空気をタンジェンシャル吸気ポート１１及びヘリカル吸気ポート１２へ導くことができる。
【００１９】
第１通路１６にはタンジェンシャル吸気ポート１１を経由してシリンダ２へ導かれるバイパス空気の流量（第１流量）を調整するための第１調整バルブ１８が設けられており、第２通路１７にはヘリカル吸気ポート１２を経由してシリンダ２へ導かれるバイパス空気の流量（第２流量）を調整するための第２調整バルブ１９が設けられている。各調整バルブ１８、１９は互いに同一構成であり、各通路１６、１７を閉鎖する全閉位置から全開位置までの間で開度を連続的に設定できるように構成されている。そのため、各調整バルブ１８、１９の開度を設定することにより、第１流量と第２流量とをそれぞれ調整することができる。従って、第１調整バルブ１８と第２調整バルブ１９とによって本発明に係る流量調整手段が構成される。タンジェンシャル吸気ポート１１を経由する第１流量が第２流量に比べて相対的に多くなると、シリンダ２内に導かれたバイパス空気はスワールＦｓｗの流れに乗ることが支配的となるためバイパス空気をシリンダ２の壁面の近くに偏在させることができる。一方、ヘリカル吸気ポート１２を経由する第２流量が第１流量に比べて相対的に多くなると、シリンダ２内に導かれたバイパス空気は停滞流Ｆｓｔに乗ることが支配的となるためバイパス空気をシリンダ２の中央部に偏在させることができる。
【００２０】
各調整バルブ１８、１９の開度は内燃機関１の運転状態を制御するコンピュータとして設けられたエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）２０にて制御される。ＥＣＵ２０はマイクロプロセッサ及びその動作に必要なＲＡＭ、ＲＯＭ等の周辺装置を備えており、ＲＯＭ等に保持された各種のプログラムに基づいて内燃機関１の各部に対する制御を実行する。例えば、ＥＣＵ２０は各種センサからの情報に基づいて燃料噴射量を演算し、その燃料噴射量が実現されるように燃料噴射弁４の動作制御等を行っている。ＥＣＵ２０には、内燃機関１の制御に必要な各種の物理量を演算又は取得するため、各種のセンサが電気的に接続されている。各種のセンサとしては、内燃機関１のクランク位置に応じた信号を出力するクランク位置センサ２１、不図示のアクセルペダルの踏み込み量に応じた信号を出力するアクセル開度センサ２２、内燃機関１の冷却水の温度に応じた信号を出力する水温センサ２３等がある。なお、以下の説明では、本発明の要旨と関連するＥＣＵ２０の制御を例示する。
【００２１】
図２はＥＣＵ２０が実行するバイパス制御の制御ルーチンの一例を示したフローチャートである。バイパス制御は上述した二つの調整バルブ１８、１９の開度を内燃機関１の運転状態に応じて制御するものである。図２に示した制御ルーチンのプログラムはＥＣＵ２０にて保持されており、ＥＣＵ２０はそのプログラムを適時に読み出して所定周期で繰り返し実行する。まず、ＥＣＵ２０はステップＳ１において、本制御に必要な各種情報を取得する。具体的には、クランク位置センサ２１からの出力信号に基づいて内燃機関１の機関回転数Ｎｅを演算により取得するとともにクランク位置θを取得する。また、アクセル開度センサ２２の出力信号に基づいて内燃機関１の負荷Ｋを演算により取得する。更に、水温センサ２３の出力信号に基づいて冷却水温Ｔｗを取得する。
【００２２】
次に、ステップＳ２では、インタークーラ７のバイパスの要否を冷却水温Ｔｗに基づいて判定し、冷却水温Ｔｗが所定基準よりも低くバイパスが必要であればステップＳ３に、冷却水温Ｔｗが所定基準以上でありバイパスが不要であればステップＳ７に処理を進める。
【００２３】
ステップＳ７ではインタークーラ７のバイパスを禁止するためバイパス通路１５を閉鎖する。即ち、ＥＣＵ２０は第１通路１６及び第２通路１７のそれぞれが閉鎖されるように、第１調整バルブ１８及び第２調整バルブ１９のそれぞれを全閉位置に操作する。そして、今回のルーチンを終了する。
【００２４】
ステップＳ３では、クランク位置θを参照して吸気行程が開始したか否かを判定する。吸気行程が開始している場合はステップＳ４に進み、そうでない場合はステップＳ７に進んでバイパス通路１５を閉鎖して今回のルーチンを終了する。
【００２５】
ステップＳ４では、負荷Ｋに基づいて内燃機関１が低負荷であるか否かを判定する。なお、負荷Ｋが大きいほど燃料噴射量が多くなるので、低負荷か否かを別ルーチンで演算される燃料噴射量に基づいて判定することも可能である。低負荷の場合は、ステップＳ５に進み、そうでない場合、即ち中負荷及び高負荷の場合はステップＳ６に進む。
【００２６】
ステップＳ５ではバイパス通路１５の第１通路１６を閉鎖し、かつ第２通路１７を開放する。即ち、ＥＣＵ２０は第１調整バルブ１８を全閉位置に操作する一方で、第２調整バルブ１９を全開位置に操作し、その後、今回のルーチンを終了する。ステップＳ５を実行することにより、第１流量が０になり第２流量が最大値になる。つまり、バイパス空気の全てがヘリカル吸気ポート１２へ導かれることになる。それにより、シリンダ２の中央部に高温のバイパス空気が偏在する。低負荷の場合は燃料噴射量が少なく、燃料が着火燃焼する領域はシリンダ２の中央部に位置する。従って、バイパス空気をシリンダ２の中央部に偏在させることにより、噴射燃料の蒸発が促進されて未燃物質を低減することができる。
【００２７】
ステップＳ６ではバイパス通路１５の第１通路１６を開放し、かつ第２通路１７を閉鎖する。即ち、ＥＣＵ２０は第１調整バルブ１８を全開位置に操作する一方で、第２調整バルブ１９を全閉位置に操作し、その後、今回のルーチンを終了する。ステップＳ６を実行することにより、第１流量が最大値になり第２流量が０となる。つまり、バイパス空気の全てがタンジェンシャル吸気ポート１１へ導かれることになる。それにより、シリンダ２の壁面の近くに高温のバイパス空気が偏在する。中負荷又は高負荷の場合は燃料噴射量が多く、燃料が着火燃焼する領域はシリンダ２の壁面の近くに位置する。従って、バイパス空気をシリンダ２の壁面の近くに偏在させることにより、噴射燃料の蒸発が促進されて未燃物質を低減することができる。
【００２８】
このように、本形態では、内燃機関１が低負荷の場合にヘリカル吸気ポート１２のみを経由させてバイパス空気を導く状態と、低負荷以外の中負荷又は高負荷の場合にタンジェンシャル吸気ポート１１のみを経由させてバイパス空気を導く状態とを第１調整バルブ１８、第２調整バルブ１９の開度を全開位置と全閉位置との間で操作することにより切り替えている。つまり、内燃機関１の負荷が低いほど第２流量の割合を大きく、負荷が高いほど第１流量の割合が大きくなるように各調整バルブ１８、１９が操作される。その意味では、これらの調整バルブ１８、１９の中間開度を使用することもできる。図３は中間開度を設定する例を説明する説明図である。この図に示すように、低負荷と高負荷との間において、第１流量と第２流量との配分が連続的に変更されるように調整バルブ１８、１９の開度を設定することもできる。図３の開度制御は、負荷を変数として各調整バルブ１８、１９の開度を与える図３と同様なマップをＥＣＵ２０に記憶させておき、負荷に基づいてそのマップを検索して各調整バルブ１８、１９の開度を特定する処理と、その開度を実現するために各調整バルブ１８、１９を操作する処理とを、図２のステップＳ４〜ステップＳ６に置き換えてＥＣＵ２０が実行することにより実現できる。ＥＣＵ２０は、図３の制御ルーチン又はこのように置き換えた制御ルーチンを実行することにより、本発明に係る流入量制御手段として機能する。
【００２９】
（第２の形態）
次に、本発明の第２の形態を説明する。本形態は制御内容を除いて第１の形態と共通するので、本形態が適用される内燃機関等の物理的構成に関しては図１が適宜参照される。本形態はシリンダ２内の温度（筒内温度）に応じてバイパス空気の供給経路を変更することにより噴射燃料の着火性の悪化に伴う未燃物質の排出を抑制することに特徴がある。図４は第２の形態に係るバイパス制御の制御ルーチンの一例を示したフローチャートである。なお、以下、図２と共通の処理については図４に同一の符号を付して説明を省略ないし簡略化する。図４に示すように、この形態の制御ルーチンはステップＳ３とステップＳ４との間に筒内温度を判定するステップＳ２０の処理が追加されている。このステップＳ２０では、筒内温度が閾値よりも低いか否か、つまり筒内温度が低筒内温度か否かを判定する。この形態においては、水温センサ２３の出力信号に基づいて筒内温度が推定されている。もっとも、筒内温度はシリンダ２内の温度を直接検出するためのセンサを設けることにより取得してもよいし、また筒内温度を外気温から推定することもできる。
【００３０】
筒内温度は噴射燃料の着火性に相関し筒内温度が低いほど着火性が悪化する傾向を示す。そこで、ステップＳ２０において低筒内温度か否かを判定する閾値は良好な着火性が確保できる温度範囲の下限値に設定される。従って、ステップＳ２０において、筒内温度が低筒内温度の場合は着火性が悪化することが予想されるので、ステップＳ５に処理を進めてバイパス通路１５の第１通路１６を閉鎖し、かつ第２通路１７を開放する。即ち、ＥＣＵ２０は第１調整バルブ１８を全閉位置に操作する一方で、第２調整バルブ１９を全開位置に操作し、その後、今回のルーチンを終了する。これにより、高温のバイパス空気の全てがヘリカル吸気ポート１２を経由してシリンダ２内に導入され、シリンダ２の中央部にバイパス空気を偏在させることができる。これにより、燃料噴射弁４から噴射された直後の燃料を加熱して噴射燃料の貫徹力を弱めることができるため、噴射燃料の壁面への到達を抑制できる。その結果、未燃物質の排出を抑制することができる。
【００３１】
一方、ステップＳ２０で低筒内温度でない場合はステップＳ４に処理を進める。図２で説明した負荷に応じたバイパス空気の供給経路の切り替えを実行する。ＥＣＵ２０は図４の制御ルーチンを実行することにより、本発明に係る流入量制御手段として機能する。なお、図４のように、負荷に応じた供給経路の切り替えと組み合わせることは一例にすぎない。従って、低筒内温度のときにバイパス空気をヘリカル吸気ポート１２のみを経由させてシリンダ２内に導入することを単独で実施することも可能である。また、筒内温度に応じて第１調整バルブ１８と第２調整バルブ１９とを中間開度に設定することもできる。要するに、筒内温度が低いほど第１流入量と第２流入量との合計に対して第２流入量の占める割合が増加するようにこれらの調整バルブ１８、１９を操作することによって、着火性の悪化に伴う未燃物質の排出を抑制できる。
【００３２】
本発明は以上の各形態に限定されず、種々の形態にて実施できる。二つの吸気ポートの形態は上述したタンジェンシャル吸気ポートとヘリカル吸気ポートとの組み合わせに限らない。即ち、シリンダの壁面に沿う方向の気流とシリンダの中心線の方向の気流とを形成できる吸気ポートの組み合わせであれば十分である。従って、上述した二つの吸気ポートをそのような機能を持つ公知ないし周知の吸気ポートに置き換えることができる。例えば、図５に示すように一組のタンジェンシャル吸気ポート３１、３２をシリンダ２に設けることにより本発明を実施してもよい。これらの吸気ポート３１、３２はシリンダ２に開口する開口部３１ａ、３１ｂを含んでいる。図５に示すように、一方の吸気ポート３１は吸気行程でシリンダ２の壁面に沿う方向の気流気流ｆ１を形成し、他方の吸気ポート３２は吸気行程でシリンダ２の中心線の方向の気流ｆ２を形成することができる。これにより、一方の吸気ポート３１は本発明に係る第１吸気ポートとして、他方の吸気ポート３２は本発明に係る第２吸気ポートとしてそれぞれ機能する。なお、本発明の実施に際して内燃機関の排気ポートの構成は特に制限されない。
【００３３】
また、本発明の適用対象になる内燃機関はディーゼル機関に限らず、シリンダ内に燃料を噴射してその噴射燃料を火花点火にて燃焼させる筒内直接噴射型の火花点火内燃機関に対しても本発明を適用することができる。
【符号の説明】
【００３４】
１ 内燃機関
２ シリンダ
３ ターボチャージャー
３ａ コンプレッサ（加圧手段）
４ 燃料噴射弁
７ インタークーラ
１１ タンジェンシャル吸気ポート（第１吸気ポート）
１２ ヘリカル吸気ポート（第２吸気ポート）
１５ バイパス通路
１８ 第１調整バルブ（流入量調整手段）
１９ 第２調整バルブ（流入量調整手段）
２０ ＥＣＵ（流入量制御手段）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加圧手段にて加圧した空気をインタークーラで冷却し、吸気ポートを介してシリンダへ導く過給システムが設けられ、かつ前記シリンダ内に噴射された燃料を燃焼させる内燃機関に適用され、前記加圧手段の下流側で前記インタークーラをバイパスするバイパス通路を備え、前記バイパス通路にてバイパスされたバイパス空気を前記吸気ポートへ導くことができる内燃機関の吸気装置において、
前記吸気ポートとして、前記シリンダの壁面に沿う方向の気流を形成できる第１吸気ポートと前記シリンダの中心線の方向の気流を形成できる第２吸気ポートとが共通の前記シリンダにそれぞれ設けられており、
前記バイパス空気が前記第１吸気ポートを経由して前記シリンダへ導かれる第１流入量と、前記バイパス空気が前記第２吸気ポートを経由して前記シリンダへ導かれる第２流入量とを調整できる流入量調整手段と、前記第１流入量と前記第２流入量とが前記内燃機関の運転状態に応じて変化するように、前記流入量調整手段を制御する流入量制御手段と、を更に備えることを特徴とする内燃機関の吸気装置。
【請求項２】
前記内燃機関には、前記シリンダ内に燃料を噴射する燃料噴射弁が設けられており、
前記流入量制御手段は、前記燃料噴射弁にて噴射された燃料の燃焼が行われる領域にバイパス空気が偏在するように前記流入量調整手段を制御する請求項１に記載の吸気装置。
【請求項３】
前記流入量制御手段は、前記内燃機関の負荷が低いほど、前記第１流入量と前記第２流入量との合計に対して前記第２流入量の占める割合が増加するように前記流入量調整手段を制御する請求項２に記載の吸気装置。
【請求項４】
前記流入量制御手段は、前記内燃機関の負荷が高いほど、前記第１流入量と前記第２流入量との合計に対して前記第１流入量の占める割合が増加するように前記流入量調整手段を制御する請求項２に記載の吸気装置。
【請求項５】
前記流入量制御手段は、前記シリンダ内の温度が低いほど、前記第１流入量と前記第２流入量との合計に対して前記第２流入量の占める割合が増加するように前記流入量調整手段を制御する請求項２〜４のいずれか一項に記載の吸気装置。
【請求項１】
加圧手段にて加圧した空気をインタークーラで冷却し、吸気ポートを介してシリンダへ導く過給システムが設けられ、かつ前記シリンダ内に噴射された燃料を燃焼させる内燃機関に適用され、前記加圧手段の下流側で前記インタークーラをバイパスするバイパス通路を備え、前記バイパス通路にてバイパスされたバイパス空気を前記吸気ポートへ導くことができる内燃機関の吸気装置において、
前記吸気ポートとして、前記シリンダの壁面に沿う方向の気流を形成できる第１吸気ポートと前記シリンダの中心線の方向の気流を形成できる第２吸気ポートとが共通の前記シリンダにそれぞれ設けられており、
前記バイパス空気が前記第１吸気ポートを経由して前記シリンダへ導かれる第１流入量と、前記バイパス空気が前記第２吸気ポートを経由して前記シリンダへ導かれる第２流入量とを調整できる流入量調整手段と、前記第１流入量と前記第２流入量とが前記内燃機関の運転状態に応じて変化するように、前記流入量調整手段を制御する流入量制御手段と、を更に備えることを特徴とする内燃機関の吸気装置。
【請求項２】
前記内燃機関には、前記シリンダ内に燃料を噴射する燃料噴射弁が設けられており、
前記流入量制御手段は、前記燃料噴射弁にて噴射された燃料の燃焼が行われる領域にバイパス空気が偏在するように前記流入量調整手段を制御する請求項１に記載の吸気装置。
【請求項３】
前記流入量制御手段は、前記内燃機関の負荷が低いほど、前記第１流入量と前記第２流入量との合計に対して前記第２流入量の占める割合が増加するように前記流入量調整手段を制御する請求項２に記載の吸気装置。
【請求項４】
前記流入量制御手段は、前記内燃機関の負荷が高いほど、前記第１流入量と前記第２流入量との合計に対して前記第１流入量の占める割合が増加するように前記流入量調整手段を制御する請求項２に記載の吸気装置。
【請求項５】
前記流入量制御手段は、前記シリンダ内の温度が低いほど、前記第１流入量と前記第２流入量との合計に対して前記第２流入量の占める割合が増加するように前記流入量調整手段を制御する請求項２〜４のいずれか一項に記載の吸気装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１３−３２７８６（Ｐ２０１３−３２７８６Ａ）
【公開日】平成２５年２月１４日（２０１３．２．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−２５５０８２（Ｐ２０１２−２５５０８２）
【出願日】平成２４年１１月２１日（２０１２．１１．２１）
【分割の表示】特願２００７−３０９６９５（Ｐ２００７−３０９６９５）の分割
【原出願日】平成１９年１１月３０日（２００７．１１．３０）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月１４日（２０１３．２．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年１１月２１日（２０１２．１１．２１）
【分割の表示】特願２００７−３０９６９５（Ｐ２００７−３０９６９５）の分割
【原出願日】平成１９年１１月３０日（２００７．１１．３０）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]