吸気流制御装置
【課題】エンジンの冷却水が低温の状態であっても、燃料のシリンダボア内壁面への付着を抑制することができる吸気流制御装置を提供すること。
【解決手段】吸気通路８ａ内に配置された吸気流制御弁１１と、吸気流制御弁１１の開閉を制御することにより、エンジン１に吸入される吸入空気の気流を制御するＥＣＵ１２と、アルコール濃度センサ１３と、水温センサ１４とを備えている。そして、ＥＣＵ１２が、アルコール濃度センサ１３により検出されたアルコール濃度が予め設定された設定濃度ｎよりも高い濃度であって、水温センサ１４により検出された冷却水の温度が予め設定された設定温度ｔよりも低い温度であるとき、吸気流制御弁１１を全開状態にするよう構成される。
【解決手段】吸気通路８ａ内に配置された吸気流制御弁１１と、吸気流制御弁１１の開閉を制御することにより、エンジン１に吸入される吸入空気の気流を制御するＥＣＵ１２と、アルコール濃度センサ１３と、水温センサ１４とを備えている。そして、ＥＣＵ１２が、アルコール濃度センサ１３により検出されたアルコール濃度が予め設定された設定濃度ｎよりも高い濃度であって、水温センサ１４により検出された冷却水の温度が予め設定された設定温度ｔよりも低い温度であるとき、吸気流制御弁１１を全開状態にするよう構成される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンに吸入される吸入空気の気流を制御する吸気流制御装置に関する。特に、少なくともアルコールを含有するアルコール燃料を使用可能なアルコール対応エンジンの吸気流制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、自動車燃料が多様化され、ガソリンにエタノール等のアルコールを混合した燃料を使用するフレキシブルフューエル車（ＦＦＶ：Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｆｕｅｌ Ｖｅｈｉｃｌｅ）が実用化されている。このＦＦＶは、アルコールとガソリンを選択的に使用するもの、アルコールとガソリンを所定割合で混合して使用するものや、アルコールのみ使用するものが知られており、アルコール対応エンジンを備えている。
【０００３】
このようなアルコール対応エンジンにおいて、例えば、エタノールが８５％程度含まれるいわゆるＥ８５燃料を使用する場合、アルコールが含まれないＥ０燃料と比較して、燃料の霧化が良好に行われ難い。特に、エンジンの冷却水が低温の冷間始動時に顕著に現れる。
そのため、燃料がシリンダボア内壁面に付着し易くなり、付着した燃料は、ピストンリング外周面とシリンダボア内壁面との間を通って、下部のオイルパン内のオイルに混入することがある。
オイル中に燃料が混入してしまうと、オイルが希釈化されるとともに劣化してしまうことになる。また、オイル中のアルコールが蒸発して吸入空気中に混入すると、燃料の空燃比に悪影響を及ぼし、例えば、シリンダ内の混合気が過リッチになってしまい、いわゆるリッチ失火を起こしてしまう懸念もある。
【０００４】
このような弊害の発生を抑制するため、従来の吸気流制御装置において、燃焼室に向けて開弁する第１および第２吸気バルブと、バルブのリフト量を変更するリフト量変更手段と、第１および第２吸気バルブの方向に燃料を噴射して扇状の噴霧を生じさせる燃料噴射手段と、燃料のアルコール濃度を検出するセンサと、アルコール濃度が判定値よりも高いか否かを判定する判定手段とを備えたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
この吸気流制御装置においては、リフト量変更手段が、アルコール濃度が判定値以下の場合に、噴霧が第１吸気バルブの傘部下方空間と第２吸気バルブの傘部上方空間との間を通過するように、第１および第２吸気バルブのリフト量を変更するようにしている。
一方、アルコール濃度が前記判定値よりも高い場合に、噴霧が第１および第２吸気バルブの傘部と衝突するように、第１および第２吸気バルブのリフト量を変更するようにしている。
【０００５】
この構成により、アルコール濃度が判定値よりも高い場合に、第１および第２吸気バルブの傘部に噴霧を積極的に当てることができ、傘部と噴霧との干渉により、シリンダボア内壁面に到達する噴霧を低減することができる。このように、シリンダボア内壁面への燃料付着を低減することで、オイルの希釈化を抑制することができる。
【０００６】
一方、アルコール濃度が判定値以下の低い場合には、第１吸気バルブの傘部と第２吸気バルブの傘部との間に噴霧を通過させることができる。その結果、噴霧と第１および第２吸気バルブとの干渉を抑制することができる。干渉を抑制することで、ＰＭ（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｍａｔｔｅｒ）粒子数の増加を抑制することができる。さらに、第１および第２吸気バルブのリフト量に差を設けるとともに、噴霧の形状を、第１吸気バルブの傘部下方空間から第２吸気バルブの傘部上方空間にかけて広がった扇状としているため、積極的にシリンダ上方に向けて燃料を噴射することができる。シリンダ上方に多く燃料を噴射することができるため、噴霧は吸気流の流れに乗り易くなり、混合気の均質性を高めることができる。このため、混合気の均質性を悪化させることなく、ＰＭ粒子数の増加を抑制することができる。
【特許文献１】特開２０１０−１８５４３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来の吸気流制御装置においては、燃料噴射手段が、第１および第２吸気バルブの傘部に燃料の噴霧を積極的に当てるようにしているので、燃料が傘部に付着し、燃料と吸入空気との空燃比が変動しエンジンに悪影響を及ぼしてしまうという可能性があった。また、燃料が傘部に付着してしまうと、特にエンジンの冷却水が低温のとき、燃料の損失となり燃費が低下してしまうという問題があった。
また、アルコール濃度の高低に応じて、リフト量変更手段が第１吸気バルブおよび第２吸気バルブのリフト量を変更し、第１および第２吸気バルブのリフト量に差を設けるようにしている。そのため、運転者の出力要求や運転状態に応じた各バルブのリフト量の制御と、アルコール濃度に応じた各バルブのリフト量の制御との双方が関係し、制御が複雑化してしまう可能性がある。
【０００８】
また、吸気通路内に吸気流を制御する吸気流制御弁を設け、吸気通路からシリンダ内に流入する際の吸気流に縦方向の渦流、いわゆるタンブル流を起こし、燃焼を促進させる構造のエンジンでは、特に冷却水が低温のとき、タンブル流によってシリンダボア内壁面に燃料が付着し易くなるという問題があった。
【０００９】
本発明は、前述のような従来の問題を解決するためになされたもので、エンジンの冷却水が低温の状態であっても、燃料のシリンダボア内壁面への付着を抑制することができる吸気流制御装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る吸気流制御装置は、上記課題を解決するため、（１）吸気通路内に配置された吸気流制御弁と、吸気流制御弁の開閉を制御することにより、少なくとも内燃機関に吸入される吸入空気の気流を制御する気流制御手段とを備えた吸気流制御装置において、吸入空気に混合される燃料中のアルコール濃度を検出する濃度検出手段と、内燃機関を冷却する冷却媒体の温度を検出する温度検出手段とを備え、気流制御手段が、濃度検出手段により検出された前記アルコール濃度が予め設定された設定濃度よりも高い濃度であって、温度検出手段により検出された冷却媒体の温度が予め設定された設定温度よりも低い温度であるとき、吸気流制御弁を全開状態にすることを特徴とする。
【００１１】
この構成により、本発明に係る吸気流制御装置においては、内燃機関の冷却水が低温の状態であっても、燃料のシリンダボア内壁面への付着を抑制することができる。
すなわち、アルコール濃度が予め設定された設定濃度よりも高い濃度であるときを必須条件としているので、シリンダボア内壁面へのオイルの付着が最も多くなるアルコール濃度が高いときにおける付着を抑制することができる。
また、冷却水の温度が予め設定された設定温度よりも低い温度であるときを必須条件としているので、シリンダボア内壁面へのオイルの付着が最も多くなるエンジンの冷間始動時における付着を抑制することができる。
【００１２】
このように、シリンダボア内壁面への燃料の付着を抑制することができるので、燃料がオイルパン内のオイルに混入するという問題が解消される。その結果、オイルが希釈化されるとともに劣化してしまうという問題が解消されるとともに、オイル中のアルコールが蒸発して吸入空気中に混入して生ずる、いわゆるリッチ失火の懸念も解消される。
【００１３】
また、吸気流制御弁の開閉を、濃度検出手段および温度検出手段の検出情報によって実行させているので、バルブ開閉制御が簡便になり処理を速やかに実行することができる。
また、吸気流制御装置におけるバルブ開閉制御と、他の制御との優先関係を明確化することにより、制御の複雑化を回避することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、エンジンの冷却水が低温の状態であっても、燃料のシリンダボア内壁面への付着を抑制することができる吸気流制御装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施形態に係る吸気流制御装置を適用したエンジンの部分断面図である。
【図２】実施形態に係る吸気流制御装置の断面図であり、図２（ａ）は、図２（ｂ）のＡ−Ａ断面を示す断面図であり吸気流制御弁を閉じた状態を示し、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＢ−Ｂ断面を示す断面図であり吸気流制御弁を閉じた状態を示し、図２（ｃ）は、図２（ａ）のＢ−Ｂ断面を示す断面図であり吸気流制御弁を開いた状態を示す。
【図３】実施形態に係る吸気流制御装置を適用したエンジンの部分断面図であり、燃料の噴射および吸入空気の気流の状態を示す。
【図４】実施形態に係る吸気流制御装置における制御内容を示すフローチャートである。
【図５】実施形態に係る吸気流制御装置における制御に使う燃料のアルコール濃度とエンジン冷却水の温度との関係を示すグラフである。
【図６】実施形態に係る他の構造を有する吸気流制御装置の断面図であり、図６（ａ）は、図６（ｂ）のＣ−Ｃ断面を示す断面図であり吸気流制御弁を閉じた状態を示し、図６（ｂ）は、図６（ａ）のＤ−Ｄ断面を示す断面図であり吸気流制御弁を閉じた状態を示し、図６（ｃ）は、図６（ａ）のＤ−Ｄ断面を示す断面図であり吸気流制御弁を開いた状態を示す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下の実施形態は、本発明に係る吸気流制御装置をエンジン１に適用したもので、まず、エンジン１の構成について図面を参照して説明する。
図１に示すように、エンジン１は、シリンダブロック２と、シリンダヘッド３と、ピストン４と、吸気バルブ５と、排気バルブ６と、インジェクタ７と、吸気管８と、吸気流制御装置１０とを含んで構成されている。
【００１７】
本実施形態におけるエンジン１は、公知のものと同様、自動車に搭載される単気筒または多気筒の内燃機関で、例えば、Ｅ８５などのアルコール燃料を使用可能なアルコール対応エンジンで構成されている。なお、単気筒の内燃機関であってもよく、アルコール燃料を使用可能なアルコール対応のディーゼルエンジンやアルコール対応のその他の内燃機関であってもよい。
【００１８】
シリンダブロック２は、往復運動するピストン４が収容された複数の気筒２ａを有している。各気筒２ａには、シリンダボア内壁面２ｂ、シリンダヘッド３の下部３ａ、ピストン４の上部４ａ、吸気バルブ５の傘部５ａおよび排気バルブ６の傘部６ａにより燃焼室２ｃが画成されている。ピストン４の上部４ａには、スワール流などの混合気の気流を起こさせるための凹凸が形成されている。
【００１９】
シリンダヘッド３は、各気筒２ａに吸気するための吸気ポート部３ｂと、各気筒２ａから排気するための排気ポート部３ｃとを有している。吸気ポート部３ｂの入口部分には、吸気流制御装置１０が設けられており、排気ポート部３ｃの出口部分には、図示しない排気管が取り付けられている。
【００２０】
また、各燃焼室２ｃの吸入空気の入口部には、吸気バルブ５の傘部５ａが着座するようになっており、図示しない吸気側カムシャフトを介して入口部が所定のタイミングで開閉されるようになっている。各燃焼室２ｃの排気ガスの出口部には、排気バルブ６の傘部６ａが着座するようになっており、図示しない排気側カムシャフトを介して出口部が所定のタイミングで開閉されるようになっている。また、図示しない点火プラグが、各燃焼室２ｃ内に露出するようシリンダヘッド３の下部に設けられている。
【００２１】
インジェクタ７は、吸気ポート部３ｂの入口部分の近傍に設けられており、エンジン１の運転状態に応じて、燃料が噴射口から吸気ポート部３ｂ内に霧状に噴射されるようになっている。なお、燃料は、前述のようなガソリンにエタノールやメタノールなどのアルコールを含有させたアルコール燃料であるが、アルコールのみからなるアルコール燃料であってもよい。
【００２２】
吸気管８は、樹脂または金属などの成形された中空のパイプからなり、一端部で図示しないエアクリーナに連結され、他端部で各吸気ポート部３ｂの入口部分に連結されている。吸気管８の内側には、吸気通路８ａが形成されており、エアクリーナから流入した吸入空気を流通させ吸気ポート部３ｂに供給するようになっている。
吸気通路８ａの途中には、図示しないスロットルバルブが設けられており、エアクリーナから流入した吸入空気の各気筒２ａに供給される吸入空気量が、図示しないアクセルの踏み込み量に応じて調整されるようになっている。
【００２３】
図２（ａ）に示すように、吸気流制御装置１０は、吸気流制御弁１１と、電子制御ユニット（ＥＣＵ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）１２と、アルコール濃度センサ１３と、水温センサ１４とを含んで構成されている。この吸気流制御装置１０は、吸気通路８ａや吸気ポート部３ｂ内を流通する吸入空気にタンブル流を起こさせるようなっており、いわゆるＴＣＶ（Ｔｕｍｂｌｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｖａｌｖｅ）を構成している。
【００２４】
なお、本実施形態のＥＣＵ１２は、本発明に係る吸気流制御装置における気流制御手段を構成し、同様に、アルコール濃度センサ１３は、濃度検出手段を構成し、水温センサ１４は、温度検出手段を構成している。
【００２５】
吸気流制御弁１１は、弁体２１と、回動軸２２と、アクチュエータ２３とを含んで構成されている。
弁体２１は、図２（ａ）に示すように、樹脂または金属などの平板からなり、吸気管８の断面の内側部分とほぼ同様の外形を有しており、回動軸２２に溶接などの接合手段またはねじ止めなどの締結手段により固定されている。弁体２１は、回動軸２２の回動により回動するようになっている。
【００２６】
弁体２１は、図２（ｂ）に示すように、閉状態のとき、吸気通路８ａの軸線に対して、例えば、３０度以上８０度未満の交差角θ１で交差し、吸気通路８ａを遮断するようになっている。また、弁体２１の上部には、切欠部２１ａが形成されており、弁体２１が閉状態のとき、吸気管８の上部内壁面８ｄとの間に吸入空気を通過させるための開口部１０ａが形成されるようになっている。この開口部１０ａにより、弁体２１が閉状態のときに、吸気通路８ａ内を流通するタンブル流の流速が最も高くなるよう構成されている。
【００２７】
また、エンジン１の運転状態に応じて、弁体２１が開かれると、弁体２１と吸気管８の上部内壁面８ｄとの間の開口面積を増大し、タンブル流を含む吸気流が増大するようになっている。また、エンジン１が暖まっている通常運転時や、吸入空気量が多いときなど、タンブル流を必要としない運転状態のときは、図２（ｃ）に示すように、弁体２１が開状態となり、吸入空気に弁体２１によるタンブル流が生じることなく、吸入空気は、吸気ポート部３ｂ内に供給されるようになっている。
【００２８】
弁体２１が開状態となり、吸気ポート部３ｂ内に供給された吸入空気は、図３の破線の矢印で示すように、インジェクタ７から霧状に噴射された燃料と混合されて混合気となり、燃焼室２ｃの吸気ポート部３ｂからの入口を通って、速やかにピストン４の上部４ａに到達する。この混合気には、タンブル流が起こっていないので、混合気のシリンダボア内壁面２ｂへの付着が抑制され、シリンダボア内壁面２ｂへの燃料の付着量が著しく低減される。
【００２９】
回動軸２２は、樹脂または金属などの円柱からなり、端部がアクチュエータ２３に連結され、吸気管８の側面部８ｂに設けられた図示しない軸受と、吸気管８の側面部８ｃに設けられた図示しない軸受とを介して吸気管８に回動可能に保持されている。
【００３０】
アクチュエータ２３は、サーボモータなどの回転電機で構成されており、図示しないブラケットにより吸気管８に取り付けられている。このアクチュエータ２３は、ＥＣＵ１２および図示しないバッテリに接続されており、ＥＣＵ１２から出力される制御信号によって駆動されるようになっている。
【００３１】
ＥＣＵ１２は、図示しないＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、処理プログラムやデータなどの情報を記憶するＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、一時的にデータを記憶するＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、電気的に書換え可能なメモリからなるＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃａｌｌｙ Ｅｒａｓａｂｌｅ ａｎｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、Ａ／Ｄ変換器やバッファなどを含む入力インターフェース回路、および駆動回路などを含む出力インターフェース回路を含んで構成されている。
【００３２】
ＥＣＵ１２には、アルコール濃度センサ１３および水温センサ１４を含むセンサ群が接続されている。これらのセンサ群から出力される情報は、入力インターフェース回路を介してＥＣＵ１２に取り込まれるようになっている。
【００３３】
アルコール濃度センサ１３は、例えば、電極間の静電容量を検出するもので構成されており、燃料に浸漬された一対の電極を有している。このアルコール濃度センサ１３は、燃料のアルコール濃度（％）に応じて電極間の比誘電率が変化することを利用し、変化した比誘電率を検出してＥＣＵ１２に出力するようになっている。ＥＣＵ１２に入力された比誘電率に基づいてアルコール濃度が算出されるようになっている。
【００３４】
なお、アルコール濃度センサ１３は、静電容量を検出するもの以外のものでもよく、例えば、光の強度を検出するセンサであってもよい。この場合、光を散乱する散乱体と、この散乱体の両側を挟むようにして、散乱体に光を照射する光照射体で構成され、散乱体を透過した光の強度に基づいてアルコール濃度が算出される。
【００３５】
水温センサ１４は、エンジン１を冷却する冷却媒体としての冷却水の温度（℃）を検出する公知のセンサで、例えば、温度によって抵抗値（Ω）が変化するサーミスタで構成されている。この水温センサ１４は、例えば、冷却水に感温部分を接触させるようシリンダブロック２内に取り付けられており、検出した抵抗値をＥＣＵ１２に出力するようになっている。
【００３６】
次いで、実施の形態に係る吸気流制御装置１０のバルブ開閉制御について図４を参照して説明する。
【００３７】
まず、ＥＣＵ１２は、エンジン１が始動されたか否かを、所定の条件に基づいて判定する（ステップＳ１）。
前述のように構成された本実施の形態においては、ＥＣＵ１２により、エンジン１の運転状態や運転環境に応じて、吸気流制御弁１１の開度およびインジェクタ７の燃料の噴射量などの制御が所定の条件が満たされたときに実行される。
【００３８】
所定の条件としては、車種、エンジン仕様その他の設計条件により異なるが、例えば、エンジン１のスタータモータの始動や、スタータモータが始動する前であって、自動車に外部から何らかのアクセスがあったときなどのトリガーが挙げられる。
なお、自動車のドアロックがメカニカルキーにより解除されたとき、または電子キーから微弱電波が送信されＥＣＵ１２でＩＤコードなどが照合されたとき、プッシュボタンなどのエンジンスイッチが押されたときなどのトリガーを条件としてもよい。
【００３９】
ＥＣＵ１２は、ステップＳ１でエンジン１が始動されたと判定したときは、アルコール濃度センサ１３から出力された比誘電率を取り込みアルコール濃度（％）を検出する（ステップＳ２）。このアルコール濃度の検出は、本バルブ開閉制御の処理の都度実行してもよく、一度検出したアルコール濃度をＲＡＭに一時的に記憶させるようにし、ここに記憶させたアルコール濃度を読み出して使用するようにしてもよい。この場合、燃料タンクに新たな燃料が補充されたときに、新たにアルコール濃度を検出しＲＡＭに記憶するようにすれば、的確なアルコール濃度を使用することができる。
【００４０】
次いで、ＥＣＵ１２は、水温センサ１４から出力された抵抗値（Ω）を取り込み冷却水の温度（℃）を検出する（ステップＳ３）。
ＥＣＵ１２は、検出したアルコール濃度（％）と予めＲＯＭに記憶されている設定濃度ｎ（％）とを比較する。続いて、検出した冷却水の温度（℃）と予めＲＯＭに記憶されている設定温度ｔ（℃）とを比較する（ステップＳ４）。
そして、ＥＣＵ１２は、検出したアルコール濃度が設定濃度ｎ以上であって、かつ、検出した冷却水の温度が設定温度ｔ以下であったとき、アクチュエータ２３を駆動させて弁体２１を全開状態に切り替える（ステップＳ５）。
【００４１】
このステップＳ５においては、図５に示すように、設定濃度ｎ以上であって、設定温度ｔ以下である斜線で示した領域のみ弁体２１を開くことになる。
設定濃度ｎおよび設定温度ｔは、車種、エンジン仕様その他の設計条件により異なるが、吸気流制御装置に適合するよう適宜選択され、例えば、設定濃度ｎは、１０％ないし３０％程度のものである。また、設定温度ｔは、１０℃ないし２０℃程度のものである。
【００４２】
この吸気流制御装置１０のバルブ開閉制御を、運転状態に応じた他の吸気流制御弁１１の開閉制御に優先して、実行するよう設定しておくことにより、吸気流制御装置１０のバルブ開閉制御を確実に実行させることができ、さらに、制御を簡便にすることができる。
他方、ＥＣＵ１２は、検出したアルコール濃度が設定濃度ｎ未満であるか、または、検出した冷却水の温度が設定温度ｔ未満のいずれかであったとき、アクチュエータ２３を駆動させて弁体２１を全閉状態に切り替える（ステップＳ６）。
【００４３】
この場合には、運転状態に応じた他の弁体２１の開閉制御を優先させて、他の弁体２１の開閉制御を実行するよう設定しておくことにより、他の弁体２１の開閉制御を確実に実行させ、制御を簡便にすることができる。
【００４４】
ＥＣＵ１２は、車種、エンジン仕様その他の設計条件により異なるが、ステップＳ５における弁体２１の全開状態を所定時間維持した後、エンジン１が停止したか否かを判定する（ステップＳ７）。
また、ＥＣＵ１２は、ステップＳ６における弁体２１の全閉状態にした後、エンジン１が停止したか否かを判定する（ステップＳ７）。
ＥＣＵ１２は、ステップＳ７において、エンジン１が停止したと判定したときは、本バルブ開閉制御を終了させる。他方、エンジン１が停止していないと判定したときは、ステップＳ２に戻る。
【００４５】
このように、本実施の形態に係る吸気流制御装置１０は、前述のように構成されているので、以下のような効果が得られる。
【００４６】
すなわち、吸気流制御装置１０は、吸気通路８ａ内に配置された吸気流制御弁１１と、吸気流制御弁１１の開閉を制御することにより、エンジン１に吸入される吸入空気の気流を制御するＥＣＵ１２と、アルコール濃度センサ１３と、水温センサ１４とを備えている。そして、ＥＣＵ１２が、アルコール濃度センサ１３により検出されたアルコール濃度が予め設定された設定濃度ｎよりも高い濃度であって、水温センサ１４により検出された冷却水の温度が予め設定された設定温度ｔよりも低い温度であるとき、吸気流制御弁１１を全開状態にするよう構成されている。
【００４７】
この構成により、本実施の形態に係る吸気流制御装置１０においては、エンジン１の冷却水が低温の状態であっても、燃料のシリンダボア内壁面２ｂへの付着を抑制することができるという効果が得られる。
【００４８】
すなわち、アルコール濃度が予め設定された設定濃度ｎよりも高い濃度であるときを必須条件としているので、シリンダボア内壁面へのオイルの付着が最も多くなるアルコール濃度が高いときにおける付着を抑制することができるという効果が得られる。
また、冷却水の温度が予め設定された設定温度ｔよりも低い温度であるときを必須条件としているので、シリンダボア内壁面へのオイルの付着が最も多くなるエンジンの冷間始動時における付着を抑制することができるという効果が得られる。
【００４９】
このように、シリンダボア内壁面への燃料の付着を抑制することができるので、燃料がオイルパン内のオイルに混入するという問題が解消されるという効果が得られる。その結果、オイルが希釈化されるとともに劣化してしまうという問題が解消されるとともに、オイル中のアルコールが蒸発して吸入空気中に混入して生ずる、いわゆるリッチ失火の懸念も解消される。
【００５０】
また、吸気流制御弁１１の開閉を、アルコール濃度センサ１３および水温センサ１４の検出情報のみによって実行させているので、バルブ開閉制御が簡便になり処理を速やかに実行することができるという効果が得られる。
また、吸気流制御装置１０におけるバルブ開閉制御と、他の制御との優先関係を明確化することにより、制御の複雑化を回避することができる。
【００５１】
例えば、吸気流制御装置１０のバルブ開閉制御を、運転状態に応じた他の吸気流制御弁１１の開閉制御に優先して、実行するよう設定しておくことにより、制御を簡便にすることができ、吸気流制御装置１０のバルブ開閉制御を確実に実行させることができる。
他方、場合によっては、運転状態に応じた他の吸気流制御弁１１の開閉制御を吸気流制御装置１０のバルブ開閉制御に優先して実行するようにしてもよい。
【００５２】
次いで、本実施形態に係る吸気流制御装置１０における変形例について説明する。
吸気流制御装置１０においては、吸気流制御弁１１を弁体２１および回動軸２２からなる片持ち形式の構造で構成した場合について説明した。
しかしながら、本発明に係る吸気流制御装置においては、片持ち形式の構造以外の他の構造で構成するようにしてもよい。例えば、回動軸が弁体の中央部分を支持するバタフライ形式の構造で構成するようにしてもよい。
吸気流制御装置１０の変形例に係る吸気流制御装置１１０の構成について説明する。
【００５３】
図６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、吸気流制御装置１１０は、吸気流制御装置１０と同様、吸気流制御弁１１１と、ＥＣＵ１２と、アルコール濃度センサ１３と、水温センサ１４とを含んで構成されている。すなわち、吸気流制御装置１１０は、吸気流制御装置１０に対して吸気流制御弁１１１が異なっており、他の構成要素は同一のもので構成されている。
【００５４】
吸気流制御弁１１１は、弁体１２１と、回動軸１２２と、アクチュエータ２３とを含んで構成されている。
弁体１２１は、図６（ａ）に示すように、樹脂または金属などの平板からなり、吸気管１０８の断面の内側部分とほぼ同様の外形を有しており、回動軸１２２に溶接などの接合手段またはねじ止めなどの締結手段により固定されている。弁体１２１は、回動軸１２２の回動により回動するようになっている。
【００５５】
弁体１２１は、図６（ｂ）に示すように、閉状態のとき、吸気通路１０８ａの軸線に対して、例えば、３０度以上８０度未満の交差角θ２で交差し、吸気通路１０８ａを遮断するようになっている。
【００５６】
また、弁体１２１の上部には、実施形態と同様に切欠部１２１ａが形成されており、弁体１２１が閉状態のとき、吸気管１０８の上部内壁面１０８ｄとの間に吸入空気を通過させるための開口部１１０ａが形成されるようになっている。この開口部１１０ａにより、弁体１２１が閉状態のときに、吸気通路１０８ａ内を流通するタンブル流の流速が最も高くなるよう構成されている。
【００５７】
また、実施形態と同様、エンジン１の運転状態に応じて、弁体１２１が開かれると、弁体１２１と吸気管１０８の上部内壁面１０８ｄとの間の開口面積を増大し、タンブル流を含む吸気流が増大するようになっている。また、エンジン１が暖まっている通常運転時や、吸入空気量が多いときなど、タンブル流を必要としない運転状態のときは、図６（ｃ）に示すように、弁体１２１が開状態となり、吸入空気に弁体１２１によるタンブル流が生じることなく、吸入空気は、図１に示す吸気ポート部３ｂ内に供給されるようになっている。
【００５８】
弁体１２１が開状態となり、吸気ポート部３ｂ内に供給された吸入空気は、実施形態と同様、図３の破線の矢印で示すように、インジェクタ７から霧状に噴射された燃料と混合されて混合気となり、燃焼室２ｃの吸気ポート部３ｂからの入口を通って、速やかにピストン４の上部４ａに到達する。この混合気には、タンブル流が起こっていないので、混合気のシリンダボア内壁面２ｂへの付着が抑制され、シリンダボア内壁面２ｂへの燃料の付着量が著しく低減される。
【００５９】
回動軸１２２は、樹脂または金属などの円柱からなり、端部がアクチュエータ２３に連結され、吸気管１０８の側面部１０８ｂに設けられた図示しない軸受と、吸気管１０８の側面部１０８ｃに設けられた図示しない軸受とを介して吸気管１０８に回動可能に保持されている。
この構成により、変形例に係る吸気流制御装置１１０においては、実施形態に係る吸気流制御装置１０と同様の効果が得られる。すなわち、エンジン１の冷却水が低温の状態であっても、燃料のシリンダボア内壁面２ｂへの付着を抑制することができるという効果が得られる。
【００６０】
また、本実施形態に係る吸気流制御装置１０および変形例に係る吸気流制御装置１１０においては、吸気流制御弁１１、１１１を、それぞれ吸気管８、１０８内に設けた場合について説明した。しかしながら、本発明に係る吸気流制御装置においては、吸気流制御弁を吸気管以外の他の部材に設けるようにしてもよい。例えば、内燃機関の吸気ポート部内に吸気流制御弁を設けるようにしてもよい。
【００６１】
他方、エンジンの冷間始動時に、吸気流制御弁１１、１１１が全開であって、タンブル流が生じない状態の吸気流を、吸気ホート部内で起こさせるよう、吸気ポート部の内壁面を形成するようにしてもよい。例えば、吸気ホート部内を流通し、燃焼室に流入する際、混合気の流通方向をシリンダボア内壁面から離隔した燃焼室の中央付近に向かうよう吸気ポート部の内壁面を形成するようにしてもよい。
この場合、特にアルコールのみからなる燃料やアルコールを含有するガソリン燃料に対応するエンジンの構造として有効となる。
【００６２】
以上説明したように、本発明によれば、エンジンの冷却水が低温の状態であっても、燃料のシリンダボア内壁面への付着を抑制することができるという効果を奏し、広く吸気流制御装置全般に有用である。
【符号の説明】
【００６３】
１ エンジン（内燃機関）
２ シリンダブロック
２ａ 気筒
２ｂ シリンダボア内壁面
３ シリンダヘッド
４ ピストン
５ 吸気バルブ
６ 排気バルブ
７ インジェクタ
８、１０８ 吸気管
８ａ、１０８ａ 吸気通路
１０、１１０ 吸気流制御装置
１０ａ 開口部
１１、１１１ 吸気流制御弁
１２ ＥＣＵ（電子制御ユニット、気流制御手段）
１３ アルコール濃度センサ（濃度検出手段）
１４ 水温センサ（温度検出手段）
２１、１２１ 弁体
２２、１２２ 回動軸
２３ アクチュエータ
ｎ 設定濃度
ｔ 設定温度
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンに吸入される吸入空気の気流を制御する吸気流制御装置に関する。特に、少なくともアルコールを含有するアルコール燃料を使用可能なアルコール対応エンジンの吸気流制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、自動車燃料が多様化され、ガソリンにエタノール等のアルコールを混合した燃料を使用するフレキシブルフューエル車（ＦＦＶ：Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｆｕｅｌ Ｖｅｈｉｃｌｅ）が実用化されている。このＦＦＶは、アルコールとガソリンを選択的に使用するもの、アルコールとガソリンを所定割合で混合して使用するものや、アルコールのみ使用するものが知られており、アルコール対応エンジンを備えている。
【０００３】
このようなアルコール対応エンジンにおいて、例えば、エタノールが８５％程度含まれるいわゆるＥ８５燃料を使用する場合、アルコールが含まれないＥ０燃料と比較して、燃料の霧化が良好に行われ難い。特に、エンジンの冷却水が低温の冷間始動時に顕著に現れる。
そのため、燃料がシリンダボア内壁面に付着し易くなり、付着した燃料は、ピストンリング外周面とシリンダボア内壁面との間を通って、下部のオイルパン内のオイルに混入することがある。
オイル中に燃料が混入してしまうと、オイルが希釈化されるとともに劣化してしまうことになる。また、オイル中のアルコールが蒸発して吸入空気中に混入すると、燃料の空燃比に悪影響を及ぼし、例えば、シリンダ内の混合気が過リッチになってしまい、いわゆるリッチ失火を起こしてしまう懸念もある。
【０００４】
このような弊害の発生を抑制するため、従来の吸気流制御装置において、燃焼室に向けて開弁する第１および第２吸気バルブと、バルブのリフト量を変更するリフト量変更手段と、第１および第２吸気バルブの方向に燃料を噴射して扇状の噴霧を生じさせる燃料噴射手段と、燃料のアルコール濃度を検出するセンサと、アルコール濃度が判定値よりも高いか否かを判定する判定手段とを備えたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
この吸気流制御装置においては、リフト量変更手段が、アルコール濃度が判定値以下の場合に、噴霧が第１吸気バルブの傘部下方空間と第２吸気バルブの傘部上方空間との間を通過するように、第１および第２吸気バルブのリフト量を変更するようにしている。
一方、アルコール濃度が前記判定値よりも高い場合に、噴霧が第１および第２吸気バルブの傘部と衝突するように、第１および第２吸気バルブのリフト量を変更するようにしている。
【０００５】
この構成により、アルコール濃度が判定値よりも高い場合に、第１および第２吸気バルブの傘部に噴霧を積極的に当てることができ、傘部と噴霧との干渉により、シリンダボア内壁面に到達する噴霧を低減することができる。このように、シリンダボア内壁面への燃料付着を低減することで、オイルの希釈化を抑制することができる。
【０００６】
一方、アルコール濃度が判定値以下の低い場合には、第１吸気バルブの傘部と第２吸気バルブの傘部との間に噴霧を通過させることができる。その結果、噴霧と第１および第２吸気バルブとの干渉を抑制することができる。干渉を抑制することで、ＰＭ（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｍａｔｔｅｒ）粒子数の増加を抑制することができる。さらに、第１および第２吸気バルブのリフト量に差を設けるとともに、噴霧の形状を、第１吸気バルブの傘部下方空間から第２吸気バルブの傘部上方空間にかけて広がった扇状としているため、積極的にシリンダ上方に向けて燃料を噴射することができる。シリンダ上方に多く燃料を噴射することができるため、噴霧は吸気流の流れに乗り易くなり、混合気の均質性を高めることができる。このため、混合気の均質性を悪化させることなく、ＰＭ粒子数の増加を抑制することができる。
【特許文献１】特開２０１０−１８５４３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来の吸気流制御装置においては、燃料噴射手段が、第１および第２吸気バルブの傘部に燃料の噴霧を積極的に当てるようにしているので、燃料が傘部に付着し、燃料と吸入空気との空燃比が変動しエンジンに悪影響を及ぼしてしまうという可能性があった。また、燃料が傘部に付着してしまうと、特にエンジンの冷却水が低温のとき、燃料の損失となり燃費が低下してしまうという問題があった。
また、アルコール濃度の高低に応じて、リフト量変更手段が第１吸気バルブおよび第２吸気バルブのリフト量を変更し、第１および第２吸気バルブのリフト量に差を設けるようにしている。そのため、運転者の出力要求や運転状態に応じた各バルブのリフト量の制御と、アルコール濃度に応じた各バルブのリフト量の制御との双方が関係し、制御が複雑化してしまう可能性がある。
【０００８】
また、吸気通路内に吸気流を制御する吸気流制御弁を設け、吸気通路からシリンダ内に流入する際の吸気流に縦方向の渦流、いわゆるタンブル流を起こし、燃焼を促進させる構造のエンジンでは、特に冷却水が低温のとき、タンブル流によってシリンダボア内壁面に燃料が付着し易くなるという問題があった。
【０００９】
本発明は、前述のような従来の問題を解決するためになされたもので、エンジンの冷却水が低温の状態であっても、燃料のシリンダボア内壁面への付着を抑制することができる吸気流制御装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る吸気流制御装置は、上記課題を解決するため、（１）吸気通路内に配置された吸気流制御弁と、吸気流制御弁の開閉を制御することにより、少なくとも内燃機関に吸入される吸入空気の気流を制御する気流制御手段とを備えた吸気流制御装置において、吸入空気に混合される燃料中のアルコール濃度を検出する濃度検出手段と、内燃機関を冷却する冷却媒体の温度を検出する温度検出手段とを備え、気流制御手段が、濃度検出手段により検出された前記アルコール濃度が予め設定された設定濃度よりも高い濃度であって、温度検出手段により検出された冷却媒体の温度が予め設定された設定温度よりも低い温度であるとき、吸気流制御弁を全開状態にすることを特徴とする。
【００１１】
この構成により、本発明に係る吸気流制御装置においては、内燃機関の冷却水が低温の状態であっても、燃料のシリンダボア内壁面への付着を抑制することができる。
すなわち、アルコール濃度が予め設定された設定濃度よりも高い濃度であるときを必須条件としているので、シリンダボア内壁面へのオイルの付着が最も多くなるアルコール濃度が高いときにおける付着を抑制することができる。
また、冷却水の温度が予め設定された設定温度よりも低い温度であるときを必須条件としているので、シリンダボア内壁面へのオイルの付着が最も多くなるエンジンの冷間始動時における付着を抑制することができる。
【００１２】
このように、シリンダボア内壁面への燃料の付着を抑制することができるので、燃料がオイルパン内のオイルに混入するという問題が解消される。その結果、オイルが希釈化されるとともに劣化してしまうという問題が解消されるとともに、オイル中のアルコールが蒸発して吸入空気中に混入して生ずる、いわゆるリッチ失火の懸念も解消される。
【００１３】
また、吸気流制御弁の開閉を、濃度検出手段および温度検出手段の検出情報によって実行させているので、バルブ開閉制御が簡便になり処理を速やかに実行することができる。
また、吸気流制御装置におけるバルブ開閉制御と、他の制御との優先関係を明確化することにより、制御の複雑化を回避することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、エンジンの冷却水が低温の状態であっても、燃料のシリンダボア内壁面への付着を抑制することができる吸気流制御装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施形態に係る吸気流制御装置を適用したエンジンの部分断面図である。
【図２】実施形態に係る吸気流制御装置の断面図であり、図２（ａ）は、図２（ｂ）のＡ−Ａ断面を示す断面図であり吸気流制御弁を閉じた状態を示し、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＢ−Ｂ断面を示す断面図であり吸気流制御弁を閉じた状態を示し、図２（ｃ）は、図２（ａ）のＢ−Ｂ断面を示す断面図であり吸気流制御弁を開いた状態を示す。
【図３】実施形態に係る吸気流制御装置を適用したエンジンの部分断面図であり、燃料の噴射および吸入空気の気流の状態を示す。
【図４】実施形態に係る吸気流制御装置における制御内容を示すフローチャートである。
【図５】実施形態に係る吸気流制御装置における制御に使う燃料のアルコール濃度とエンジン冷却水の温度との関係を示すグラフである。
【図６】実施形態に係る他の構造を有する吸気流制御装置の断面図であり、図６（ａ）は、図６（ｂ）のＣ−Ｃ断面を示す断面図であり吸気流制御弁を閉じた状態を示し、図６（ｂ）は、図６（ａ）のＤ−Ｄ断面を示す断面図であり吸気流制御弁を閉じた状態を示し、図６（ｃ）は、図６（ａ）のＤ−Ｄ断面を示す断面図であり吸気流制御弁を開いた状態を示す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下の実施形態は、本発明に係る吸気流制御装置をエンジン１に適用したもので、まず、エンジン１の構成について図面を参照して説明する。
図１に示すように、エンジン１は、シリンダブロック２と、シリンダヘッド３と、ピストン４と、吸気バルブ５と、排気バルブ６と、インジェクタ７と、吸気管８と、吸気流制御装置１０とを含んで構成されている。
【００１７】
本実施形態におけるエンジン１は、公知のものと同様、自動車に搭載される単気筒または多気筒の内燃機関で、例えば、Ｅ８５などのアルコール燃料を使用可能なアルコール対応エンジンで構成されている。なお、単気筒の内燃機関であってもよく、アルコール燃料を使用可能なアルコール対応のディーゼルエンジンやアルコール対応のその他の内燃機関であってもよい。
【００１８】
シリンダブロック２は、往復運動するピストン４が収容された複数の気筒２ａを有している。各気筒２ａには、シリンダボア内壁面２ｂ、シリンダヘッド３の下部３ａ、ピストン４の上部４ａ、吸気バルブ５の傘部５ａおよび排気バルブ６の傘部６ａにより燃焼室２ｃが画成されている。ピストン４の上部４ａには、スワール流などの混合気の気流を起こさせるための凹凸が形成されている。
【００１９】
シリンダヘッド３は、各気筒２ａに吸気するための吸気ポート部３ｂと、各気筒２ａから排気するための排気ポート部３ｃとを有している。吸気ポート部３ｂの入口部分には、吸気流制御装置１０が設けられており、排気ポート部３ｃの出口部分には、図示しない排気管が取り付けられている。
【００２０】
また、各燃焼室２ｃの吸入空気の入口部には、吸気バルブ５の傘部５ａが着座するようになっており、図示しない吸気側カムシャフトを介して入口部が所定のタイミングで開閉されるようになっている。各燃焼室２ｃの排気ガスの出口部には、排気バルブ６の傘部６ａが着座するようになっており、図示しない排気側カムシャフトを介して出口部が所定のタイミングで開閉されるようになっている。また、図示しない点火プラグが、各燃焼室２ｃ内に露出するようシリンダヘッド３の下部に設けられている。
【００２１】
インジェクタ７は、吸気ポート部３ｂの入口部分の近傍に設けられており、エンジン１の運転状態に応じて、燃料が噴射口から吸気ポート部３ｂ内に霧状に噴射されるようになっている。なお、燃料は、前述のようなガソリンにエタノールやメタノールなどのアルコールを含有させたアルコール燃料であるが、アルコールのみからなるアルコール燃料であってもよい。
【００２２】
吸気管８は、樹脂または金属などの成形された中空のパイプからなり、一端部で図示しないエアクリーナに連結され、他端部で各吸気ポート部３ｂの入口部分に連結されている。吸気管８の内側には、吸気通路８ａが形成されており、エアクリーナから流入した吸入空気を流通させ吸気ポート部３ｂに供給するようになっている。
吸気通路８ａの途中には、図示しないスロットルバルブが設けられており、エアクリーナから流入した吸入空気の各気筒２ａに供給される吸入空気量が、図示しないアクセルの踏み込み量に応じて調整されるようになっている。
【００２３】
図２（ａ）に示すように、吸気流制御装置１０は、吸気流制御弁１１と、電子制御ユニット（ＥＣＵ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）１２と、アルコール濃度センサ１３と、水温センサ１４とを含んで構成されている。この吸気流制御装置１０は、吸気通路８ａや吸気ポート部３ｂ内を流通する吸入空気にタンブル流を起こさせるようなっており、いわゆるＴＣＶ（Ｔｕｍｂｌｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｖａｌｖｅ）を構成している。
【００２４】
なお、本実施形態のＥＣＵ１２は、本発明に係る吸気流制御装置における気流制御手段を構成し、同様に、アルコール濃度センサ１３は、濃度検出手段を構成し、水温センサ１４は、温度検出手段を構成している。
【００２５】
吸気流制御弁１１は、弁体２１と、回動軸２２と、アクチュエータ２３とを含んで構成されている。
弁体２１は、図２（ａ）に示すように、樹脂または金属などの平板からなり、吸気管８の断面の内側部分とほぼ同様の外形を有しており、回動軸２２に溶接などの接合手段またはねじ止めなどの締結手段により固定されている。弁体２１は、回動軸２２の回動により回動するようになっている。
【００２６】
弁体２１は、図２（ｂ）に示すように、閉状態のとき、吸気通路８ａの軸線に対して、例えば、３０度以上８０度未満の交差角θ１で交差し、吸気通路８ａを遮断するようになっている。また、弁体２１の上部には、切欠部２１ａが形成されており、弁体２１が閉状態のとき、吸気管８の上部内壁面８ｄとの間に吸入空気を通過させるための開口部１０ａが形成されるようになっている。この開口部１０ａにより、弁体２１が閉状態のときに、吸気通路８ａ内を流通するタンブル流の流速が最も高くなるよう構成されている。
【００２７】
また、エンジン１の運転状態に応じて、弁体２１が開かれると、弁体２１と吸気管８の上部内壁面８ｄとの間の開口面積を増大し、タンブル流を含む吸気流が増大するようになっている。また、エンジン１が暖まっている通常運転時や、吸入空気量が多いときなど、タンブル流を必要としない運転状態のときは、図２（ｃ）に示すように、弁体２１が開状態となり、吸入空気に弁体２１によるタンブル流が生じることなく、吸入空気は、吸気ポート部３ｂ内に供給されるようになっている。
【００２８】
弁体２１が開状態となり、吸気ポート部３ｂ内に供給された吸入空気は、図３の破線の矢印で示すように、インジェクタ７から霧状に噴射された燃料と混合されて混合気となり、燃焼室２ｃの吸気ポート部３ｂからの入口を通って、速やかにピストン４の上部４ａに到達する。この混合気には、タンブル流が起こっていないので、混合気のシリンダボア内壁面２ｂへの付着が抑制され、シリンダボア内壁面２ｂへの燃料の付着量が著しく低減される。
【００２９】
回動軸２２は、樹脂または金属などの円柱からなり、端部がアクチュエータ２３に連結され、吸気管８の側面部８ｂに設けられた図示しない軸受と、吸気管８の側面部８ｃに設けられた図示しない軸受とを介して吸気管８に回動可能に保持されている。
【００３０】
アクチュエータ２３は、サーボモータなどの回転電機で構成されており、図示しないブラケットにより吸気管８に取り付けられている。このアクチュエータ２３は、ＥＣＵ１２および図示しないバッテリに接続されており、ＥＣＵ１２から出力される制御信号によって駆動されるようになっている。
【００３１】
ＥＣＵ１２は、図示しないＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、処理プログラムやデータなどの情報を記憶するＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、一時的にデータを記憶するＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、電気的に書換え可能なメモリからなるＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃａｌｌｙ Ｅｒａｓａｂｌｅ ａｎｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、Ａ／Ｄ変換器やバッファなどを含む入力インターフェース回路、および駆動回路などを含む出力インターフェース回路を含んで構成されている。
【００３２】
ＥＣＵ１２には、アルコール濃度センサ１３および水温センサ１４を含むセンサ群が接続されている。これらのセンサ群から出力される情報は、入力インターフェース回路を介してＥＣＵ１２に取り込まれるようになっている。
【００３３】
アルコール濃度センサ１３は、例えば、電極間の静電容量を検出するもので構成されており、燃料に浸漬された一対の電極を有している。このアルコール濃度センサ１３は、燃料のアルコール濃度（％）に応じて電極間の比誘電率が変化することを利用し、変化した比誘電率を検出してＥＣＵ１２に出力するようになっている。ＥＣＵ１２に入力された比誘電率に基づいてアルコール濃度が算出されるようになっている。
【００３４】
なお、アルコール濃度センサ１３は、静電容量を検出するもの以外のものでもよく、例えば、光の強度を検出するセンサであってもよい。この場合、光を散乱する散乱体と、この散乱体の両側を挟むようにして、散乱体に光を照射する光照射体で構成され、散乱体を透過した光の強度に基づいてアルコール濃度が算出される。
【００３５】
水温センサ１４は、エンジン１を冷却する冷却媒体としての冷却水の温度（℃）を検出する公知のセンサで、例えば、温度によって抵抗値（Ω）が変化するサーミスタで構成されている。この水温センサ１４は、例えば、冷却水に感温部分を接触させるようシリンダブロック２内に取り付けられており、検出した抵抗値をＥＣＵ１２に出力するようになっている。
【００３６】
次いで、実施の形態に係る吸気流制御装置１０のバルブ開閉制御について図４を参照して説明する。
【００３７】
まず、ＥＣＵ１２は、エンジン１が始動されたか否かを、所定の条件に基づいて判定する（ステップＳ１）。
前述のように構成された本実施の形態においては、ＥＣＵ１２により、エンジン１の運転状態や運転環境に応じて、吸気流制御弁１１の開度およびインジェクタ７の燃料の噴射量などの制御が所定の条件が満たされたときに実行される。
【００３８】
所定の条件としては、車種、エンジン仕様その他の設計条件により異なるが、例えば、エンジン１のスタータモータの始動や、スタータモータが始動する前であって、自動車に外部から何らかのアクセスがあったときなどのトリガーが挙げられる。
なお、自動車のドアロックがメカニカルキーにより解除されたとき、または電子キーから微弱電波が送信されＥＣＵ１２でＩＤコードなどが照合されたとき、プッシュボタンなどのエンジンスイッチが押されたときなどのトリガーを条件としてもよい。
【００３９】
ＥＣＵ１２は、ステップＳ１でエンジン１が始動されたと判定したときは、アルコール濃度センサ１３から出力された比誘電率を取り込みアルコール濃度（％）を検出する（ステップＳ２）。このアルコール濃度の検出は、本バルブ開閉制御の処理の都度実行してもよく、一度検出したアルコール濃度をＲＡＭに一時的に記憶させるようにし、ここに記憶させたアルコール濃度を読み出して使用するようにしてもよい。この場合、燃料タンクに新たな燃料が補充されたときに、新たにアルコール濃度を検出しＲＡＭに記憶するようにすれば、的確なアルコール濃度を使用することができる。
【００４０】
次いで、ＥＣＵ１２は、水温センサ１４から出力された抵抗値（Ω）を取り込み冷却水の温度（℃）を検出する（ステップＳ３）。
ＥＣＵ１２は、検出したアルコール濃度（％）と予めＲＯＭに記憶されている設定濃度ｎ（％）とを比較する。続いて、検出した冷却水の温度（℃）と予めＲＯＭに記憶されている設定温度ｔ（℃）とを比較する（ステップＳ４）。
そして、ＥＣＵ１２は、検出したアルコール濃度が設定濃度ｎ以上であって、かつ、検出した冷却水の温度が設定温度ｔ以下であったとき、アクチュエータ２３を駆動させて弁体２１を全開状態に切り替える（ステップＳ５）。
【００４１】
このステップＳ５においては、図５に示すように、設定濃度ｎ以上であって、設定温度ｔ以下である斜線で示した領域のみ弁体２１を開くことになる。
設定濃度ｎおよび設定温度ｔは、車種、エンジン仕様その他の設計条件により異なるが、吸気流制御装置に適合するよう適宜選択され、例えば、設定濃度ｎは、１０％ないし３０％程度のものである。また、設定温度ｔは、１０℃ないし２０℃程度のものである。
【００４２】
この吸気流制御装置１０のバルブ開閉制御を、運転状態に応じた他の吸気流制御弁１１の開閉制御に優先して、実行するよう設定しておくことにより、吸気流制御装置１０のバルブ開閉制御を確実に実行させることができ、さらに、制御を簡便にすることができる。
他方、ＥＣＵ１２は、検出したアルコール濃度が設定濃度ｎ未満であるか、または、検出した冷却水の温度が設定温度ｔ未満のいずれかであったとき、アクチュエータ２３を駆動させて弁体２１を全閉状態に切り替える（ステップＳ６）。
【００４３】
この場合には、運転状態に応じた他の弁体２１の開閉制御を優先させて、他の弁体２１の開閉制御を実行するよう設定しておくことにより、他の弁体２１の開閉制御を確実に実行させ、制御を簡便にすることができる。
【００４４】
ＥＣＵ１２は、車種、エンジン仕様その他の設計条件により異なるが、ステップＳ５における弁体２１の全開状態を所定時間維持した後、エンジン１が停止したか否かを判定する（ステップＳ７）。
また、ＥＣＵ１２は、ステップＳ６における弁体２１の全閉状態にした後、エンジン１が停止したか否かを判定する（ステップＳ７）。
ＥＣＵ１２は、ステップＳ７において、エンジン１が停止したと判定したときは、本バルブ開閉制御を終了させる。他方、エンジン１が停止していないと判定したときは、ステップＳ２に戻る。
【００４５】
このように、本実施の形態に係る吸気流制御装置１０は、前述のように構成されているので、以下のような効果が得られる。
【００４６】
すなわち、吸気流制御装置１０は、吸気通路８ａ内に配置された吸気流制御弁１１と、吸気流制御弁１１の開閉を制御することにより、エンジン１に吸入される吸入空気の気流を制御するＥＣＵ１２と、アルコール濃度センサ１３と、水温センサ１４とを備えている。そして、ＥＣＵ１２が、アルコール濃度センサ１３により検出されたアルコール濃度が予め設定された設定濃度ｎよりも高い濃度であって、水温センサ１４により検出された冷却水の温度が予め設定された設定温度ｔよりも低い温度であるとき、吸気流制御弁１１を全開状態にするよう構成されている。
【００４７】
この構成により、本実施の形態に係る吸気流制御装置１０においては、エンジン１の冷却水が低温の状態であっても、燃料のシリンダボア内壁面２ｂへの付着を抑制することができるという効果が得られる。
【００４８】
すなわち、アルコール濃度が予め設定された設定濃度ｎよりも高い濃度であるときを必須条件としているので、シリンダボア内壁面へのオイルの付着が最も多くなるアルコール濃度が高いときにおける付着を抑制することができるという効果が得られる。
また、冷却水の温度が予め設定された設定温度ｔよりも低い温度であるときを必須条件としているので、シリンダボア内壁面へのオイルの付着が最も多くなるエンジンの冷間始動時における付着を抑制することができるという効果が得られる。
【００４９】
このように、シリンダボア内壁面への燃料の付着を抑制することができるので、燃料がオイルパン内のオイルに混入するという問題が解消されるという効果が得られる。その結果、オイルが希釈化されるとともに劣化してしまうという問題が解消されるとともに、オイル中のアルコールが蒸発して吸入空気中に混入して生ずる、いわゆるリッチ失火の懸念も解消される。
【００５０】
また、吸気流制御弁１１の開閉を、アルコール濃度センサ１３および水温センサ１４の検出情報のみによって実行させているので、バルブ開閉制御が簡便になり処理を速やかに実行することができるという効果が得られる。
また、吸気流制御装置１０におけるバルブ開閉制御と、他の制御との優先関係を明確化することにより、制御の複雑化を回避することができる。
【００５１】
例えば、吸気流制御装置１０のバルブ開閉制御を、運転状態に応じた他の吸気流制御弁１１の開閉制御に優先して、実行するよう設定しておくことにより、制御を簡便にすることができ、吸気流制御装置１０のバルブ開閉制御を確実に実行させることができる。
他方、場合によっては、運転状態に応じた他の吸気流制御弁１１の開閉制御を吸気流制御装置１０のバルブ開閉制御に優先して実行するようにしてもよい。
【００５２】
次いで、本実施形態に係る吸気流制御装置１０における変形例について説明する。
吸気流制御装置１０においては、吸気流制御弁１１を弁体２１および回動軸２２からなる片持ち形式の構造で構成した場合について説明した。
しかしながら、本発明に係る吸気流制御装置においては、片持ち形式の構造以外の他の構造で構成するようにしてもよい。例えば、回動軸が弁体の中央部分を支持するバタフライ形式の構造で構成するようにしてもよい。
吸気流制御装置１０の変形例に係る吸気流制御装置１１０の構成について説明する。
【００５３】
図６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、吸気流制御装置１１０は、吸気流制御装置１０と同様、吸気流制御弁１１１と、ＥＣＵ１２と、アルコール濃度センサ１３と、水温センサ１４とを含んで構成されている。すなわち、吸気流制御装置１１０は、吸気流制御装置１０に対して吸気流制御弁１１１が異なっており、他の構成要素は同一のもので構成されている。
【００５４】
吸気流制御弁１１１は、弁体１２１と、回動軸１２２と、アクチュエータ２３とを含んで構成されている。
弁体１２１は、図６（ａ）に示すように、樹脂または金属などの平板からなり、吸気管１０８の断面の内側部分とほぼ同様の外形を有しており、回動軸１２２に溶接などの接合手段またはねじ止めなどの締結手段により固定されている。弁体１２１は、回動軸１２２の回動により回動するようになっている。
【００５５】
弁体１２１は、図６（ｂ）に示すように、閉状態のとき、吸気通路１０８ａの軸線に対して、例えば、３０度以上８０度未満の交差角θ２で交差し、吸気通路１０８ａを遮断するようになっている。
【００５６】
また、弁体１２１の上部には、実施形態と同様に切欠部１２１ａが形成されており、弁体１２１が閉状態のとき、吸気管１０８の上部内壁面１０８ｄとの間に吸入空気を通過させるための開口部１１０ａが形成されるようになっている。この開口部１１０ａにより、弁体１２１が閉状態のときに、吸気通路１０８ａ内を流通するタンブル流の流速が最も高くなるよう構成されている。
【００５７】
また、実施形態と同様、エンジン１の運転状態に応じて、弁体１２１が開かれると、弁体１２１と吸気管１０８の上部内壁面１０８ｄとの間の開口面積を増大し、タンブル流を含む吸気流が増大するようになっている。また、エンジン１が暖まっている通常運転時や、吸入空気量が多いときなど、タンブル流を必要としない運転状態のときは、図６（ｃ）に示すように、弁体１２１が開状態となり、吸入空気に弁体１２１によるタンブル流が生じることなく、吸入空気は、図１に示す吸気ポート部３ｂ内に供給されるようになっている。
【００５８】
弁体１２１が開状態となり、吸気ポート部３ｂ内に供給された吸入空気は、実施形態と同様、図３の破線の矢印で示すように、インジェクタ７から霧状に噴射された燃料と混合されて混合気となり、燃焼室２ｃの吸気ポート部３ｂからの入口を通って、速やかにピストン４の上部４ａに到達する。この混合気には、タンブル流が起こっていないので、混合気のシリンダボア内壁面２ｂへの付着が抑制され、シリンダボア内壁面２ｂへの燃料の付着量が著しく低減される。
【００５９】
回動軸１２２は、樹脂または金属などの円柱からなり、端部がアクチュエータ２３に連結され、吸気管１０８の側面部１０８ｂに設けられた図示しない軸受と、吸気管１０８の側面部１０８ｃに設けられた図示しない軸受とを介して吸気管１０８に回動可能に保持されている。
この構成により、変形例に係る吸気流制御装置１１０においては、実施形態に係る吸気流制御装置１０と同様の効果が得られる。すなわち、エンジン１の冷却水が低温の状態であっても、燃料のシリンダボア内壁面２ｂへの付着を抑制することができるという効果が得られる。
【００６０】
また、本実施形態に係る吸気流制御装置１０および変形例に係る吸気流制御装置１１０においては、吸気流制御弁１１、１１１を、それぞれ吸気管８、１０８内に設けた場合について説明した。しかしながら、本発明に係る吸気流制御装置においては、吸気流制御弁を吸気管以外の他の部材に設けるようにしてもよい。例えば、内燃機関の吸気ポート部内に吸気流制御弁を設けるようにしてもよい。
【００６１】
他方、エンジンの冷間始動時に、吸気流制御弁１１、１１１が全開であって、タンブル流が生じない状態の吸気流を、吸気ホート部内で起こさせるよう、吸気ポート部の内壁面を形成するようにしてもよい。例えば、吸気ホート部内を流通し、燃焼室に流入する際、混合気の流通方向をシリンダボア内壁面から離隔した燃焼室の中央付近に向かうよう吸気ポート部の内壁面を形成するようにしてもよい。
この場合、特にアルコールのみからなる燃料やアルコールを含有するガソリン燃料に対応するエンジンの構造として有効となる。
【００６２】
以上説明したように、本発明によれば、エンジンの冷却水が低温の状態であっても、燃料のシリンダボア内壁面への付着を抑制することができるという効果を奏し、広く吸気流制御装置全般に有用である。
【符号の説明】
【００６３】
１ エンジン（内燃機関）
２ シリンダブロック
２ａ 気筒
２ｂ シリンダボア内壁面
３ シリンダヘッド
４ ピストン
５ 吸気バルブ
６ 排気バルブ
７ インジェクタ
８、１０８ 吸気管
８ａ、１０８ａ 吸気通路
１０、１１０ 吸気流制御装置
１０ａ 開口部
１１、１１１ 吸気流制御弁
１２ ＥＣＵ（電子制御ユニット、気流制御手段）
１３ アルコール濃度センサ（濃度検出手段）
１４ 水温センサ（温度検出手段）
２１、１２１ 弁体
２２、１２２ 回動軸
２３ アクチュエータ
ｎ 設定濃度
ｔ 設定温度
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気通路内に配置された吸気流制御弁と、前記吸気流制御弁の開閉を制御することにより、少なくとも内燃機関に吸入される吸入空気の気流を制御する気流制御手段とを備えた吸気流制御装置において、
前記吸入空気に混合される燃料中のアルコール濃度を検出する濃度検出手段と、前記内燃機関を冷却する冷却媒体の温度を検出する温度検出手段とを備え、
前記気流制御手段が、前記濃度検出手段により検出された前記アルコール濃度が予め設定された設定濃度よりも高い濃度であって、前記温度検出手段により検出された前記冷却媒体の温度が予め設定された設定温度よりも低い温度であるとき、前記吸気流制御弁を全開状態にすることを特徴とする吸気流制御装置。
【請求項１】
吸気通路内に配置された吸気流制御弁と、前記吸気流制御弁の開閉を制御することにより、少なくとも内燃機関に吸入される吸入空気の気流を制御する気流制御手段とを備えた吸気流制御装置において、
前記吸入空気に混合される燃料中のアルコール濃度を検出する濃度検出手段と、前記内燃機関を冷却する冷却媒体の温度を検出する温度検出手段とを備え、
前記気流制御手段が、前記濃度検出手段により検出された前記アルコール濃度が予め設定された設定濃度よりも高い濃度であって、前記温度検出手段により検出された前記冷却媒体の温度が予め設定された設定温度よりも低い温度であるとき、前記吸気流制御弁を全開状態にすることを特徴とする吸気流制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１３−９２１３９（Ｐ２０１３−９２１３９Ａ）
【公開日】平成２５年５月１６日（２０１３．５．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２３６２０６（Ｐ２０１１−２３６２０６）
【出願日】平成２３年１０月２７日（２０１１．１０．２７）
【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５月１６日（２０１３．５．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月２７日（２０１１．１０．２７）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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