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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-07-10
(45)【発行日】2023-07-19
(54)【発明の名称】内燃機関の吸気装置
(51)【国際特許分類】
F02B 31/02 20060101AFI20230711BHJP
F02D 13/02 20060101ALI20230711BHJP
F02B 23/10 20060101ALI20230711BHJP
F02D 43/00 20060101ALI20230711BHJP
F01N 3/023 20060101ALI20230711BHJP
【ＦＩ】
F02B31/02 A
F02D13/02 E
F02B23/10 310A
F02B23/10 310E
F02D43/00 301T
F02D43/00 301U
F01N3/023 K
【請求項の数】
4
(21)【出願番号】P 2019123720
(22)【出願日】2019-07-02
(65)【公開番号】P2021008862
(43)【公開日】2021-01-28
【審査請求日】2022-06-24
(73)【特許権者】
【識別番号】000006286
【氏名又は名称】三菱自動車工業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100089875
【弁理士】
【氏名又は名称】野田 茂
(72)【発明者】
【氏名】久保 雅彦
【審査官】津田 真吾
(56)【参考文献】
【文献】特開２００３－１４８１５１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１３－１４４９４４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００４－２８６０２６（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｆ０２Ｂ ３１／００
Ｆ０２Ｄ １３／００
Ｆ０１Ｎ ３／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
ヘリカルポートおよびタンジェンシャルポートを備える内燃機関の吸気装置であって、前記内燃機関のエンジン回転数が所定の回転数以下および負荷が所定の負荷以下の低回転域において、前記ヘリカルポートから前記気筒内への吸気量を低減する吸気量制御部を設け、
前記内燃機関は、該内燃機関から排出される排気ガスに含まれるスートを捕集するフィルタを備え、
前記吸気量制御部は、前記エンジン回転数および前記負荷に応じて、前記吸気量の低減を行なう低減領域と前記吸気量の低減を行わない非低減領域とが規定された制御マップに基づいて前記吸気量の低減を行い、
前記吸気量制御部は、前記スートの堆積量が増加するほど前記低減領域の範囲を拡大することで前記スートの堆積を抑制する、
ことを特徴とする内燃機関の吸気装置。
【請求項2】
前記吸気量制御部は、前記ヘリカルポートを開閉する第１吸気バルブよりも上流の前記ヘリカルポートに配置されたスワールコントロールバルブを含んで構成され、前記吸気量制御部による前記吸気量の低減は、前記スワールコントロールバルブを閉弁することでなされる、
ことを特徴とする請求項１記載の内燃機関の吸気装置。
【請求項3】
前記吸気量制御部による前記吸気量の低減は、前記エンジン回転数および前記負荷の少なくとも一方が低下するほど前記スワールコントロールバルブの開度を絞ることでなされる、ことを特徴とする請求項２記載の内燃機関の吸気装置。
【請求項4】
前記吸気量制御部は、前記スートの堆積量が所定のしきい値を上回った時に、前記低減領域の範囲を最大に拡大することで前記フィルタの再生処理を行ない、前記再生処理後に前記低減領域および前記非低減領域の範囲を初期値に戻す、ことを特徴とする請求項１から３の何れか１項記載の内燃機関の吸気装置。
【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する。
【背景技術】
【0002】
内燃機関の低回転領域においては気筒内のスワールが弱くなり、燃焼効率が低下する傾向にある。
そこで、吸気ポートを構成するヘリカルポートとタンジェンシャルポート（ストレートポート）のうちタンジェンシャルポートの吸気量を制御する開閉弁を設け、内燃機関の低回転領域においてタンジェンシャルポートの吸気量を低下させることで気筒内のスワールを強化する技術が提案されている（特許文献１参照）。
そこで、吸気ポートを構成するヘリカルポートとタンジェンシャルポート（ストレートポート）のうちタンジェンシャルポートの吸気量を制御する開閉弁を設け、内燃機関の低回転領域においてタンジェンシャルポートの吸気量を低下させることで気筒内のスワールを強化する技術が提案されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】実開２００２－１８８４５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
本発明者は、燃焼効率とスワールとの関係を鋭意研究し、内燃機関の低回転領域においてタンジェンシャルポートの吸気量を低下させても気筒内のスワールを強化する効果が必ずしも得られず、逆にヘリカルポートの吸気量を低下させた方が気筒内のスワールを強化し燃焼効率を高める効果が得られることを見出した。
本発明は、上記知見に着目してなされたものであり、内燃機関の低回転領域において気筒内のスワールを強化し燃焼効率を高めて内燃機関の性能向上を図る上で有利な内燃機関の吸気装置を提供することを目的とする。
本発明は、上記知見に着目してなされたものであり、内燃機関の低回転領域において気筒内のスワールを強化し燃焼効率を高めて内燃機関の性能向上を図る上で有利な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】
【0005】
上記目的を達成するために、本発明は、ヘリカルポートおよびタンジェンシャルポートを備える内燃機関の吸気装置であって、前記内燃機関のエンジン回転数が所定の回転数以下および負荷が所定の負荷以下の低回転域において、前記ヘリカルポートから前記気筒内への吸気量を低減する吸気量制御部を設け、前記内燃機関は、該内燃機関から排出される排気ガスに含まれるスートを捕集するフィルタを備え、前記吸気量制御部は、前記エンジン回転数および前記負荷に応じて、前記吸気量の低減を行なう低減領域と前記吸気量の低減を行わない非低減領域とが規定された制御マップに基づいて前記吸気量の低減を行い、前記吸気量制御部は、前記スートの堆積量が増加するほど前記低減領域の範囲を拡大することで前記スートの堆積を抑制することを特徴とする。
【発明の効果】
【0006】
本発明によれば、内燃機関の低回転域においてヘリカルポートから気筒内への吸気量を低減するようにしたので、気筒内のスワールを強化し燃焼効率を高めて内燃機関の性能向上を図る上で有利となる。
【図面の簡単な説明】
【0007】
【図1】第１の実施の形態に係る吸気装置が適用された内燃機関の構成図である。
【図2】第１の実施の形態に係る吸気装置の要部を示す説明図である。
【図3】第１の実施の形態におけるエンジン回転数および負荷に対する第１吸気バルブの開閉特性を示す制御マップを示す線図である。
【図4】ヘリカルポートおよびタンジェンシャルポートの双方を開弁した状態、ヘリカルポートを閉弁した状態、タンジェンシャルポートを閉弁した状態におけるスワール比のシミュレーション結果を示す線図である。
【図5】内燃機関における燃料の燃焼状態のシミュレーション結果を示す線図であり、（Ａ）は燃料燃焼率の線図、（Ｂ）はＩＭＥＰの線図、（Ｃ）はＮＯｘの線図、（Ｄ）はスート（煤）の線図である。
【図6】気筒内のスワールの強度のシミュレーション結果を示す図であり、（Ａ）はケースＡ、（Ｂ）はケースＢ、（Ｃ）はケースＣに対応している。
【図7】第２の実施の形態におけるエンジン回転数および負荷に対する第１吸気バルブの開閉特性を示す制御マップを示す線図である。
【図8】第３の実施の形態に係る内燃機関の吸気装置の要部の概略構成を示す平面図である。
【図9】第５の実施の形態に係る内燃機関の構成を示す構成図である。
【図10】第５の実施の形態に係る内燃機関の吸気装置の動作フローチャートである。
【図11】第５の実施の形態におけるエンジン回転数および負荷に対する第１吸気バルブの開閉特性を示す制御マップを示す線図である。
【発明を実施するための形態】
【0008】
（第１の実施の形態）
以下、本発明の実施の形態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（内燃機関）１０はディーゼルエンジンであり、複数のシリンダ室（気筒）１２が形成されたシリンダブロック１４と、シリンダブロック１４の上側に設けられたシリンダヘッド１６と、シリンダ室１２に配設されたピストン１８と、ＥＣＵ２２とを含んで構成されている。
なお、図１において符号２８はクランクシャフト、符号３０はコンロッドを示す。
以下、本発明の実施の形態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（内燃機関）１０はディーゼルエンジンであり、複数のシリンダ室（気筒）１２が形成されたシリンダブロック１４と、シリンダブロック１４の上側に設けられたシリンダヘッド１６と、シリンダ室１２に配設されたピストン１８と、ＥＣＵ２２とを含んで構成されている。
なお、図１において符号２８はクランクシャフト、符号３０はコンロッドを示す。
【0009】
図１、図２に示すように、シリンダヘッド１６には、２つの吸気ポート３２と、吸気ポート３２を開閉する吸気バルブ２４と、吸気バルブ２４をリフト動作させる吸気バルブ用の動弁装置２０と、２つの排気ポート３４と、各排気ポート３４を開閉する排気バルブ２６と、排気バルブ２６をリフト動作させる不図示の排気バルブ用の動弁装置と、シリンダ室１２に燃料を噴射する不図示の燃料噴射弁が設けられている。なお、図２において、吸気バルブ２４、排気ポート３４、排気バルブ２６の図示は省略している。
吸気ポート３２は、ヘリカルポート３２Ａとタンジェンシャルポート３２Ｂとで構成されている。
ヘリカルポート３２Ａおよびタンジェンシャルポート３２Ｂの上流側は不図示のインテークマニホールドに連通している。
ヘリカルポート３２Ａは、シリンダ室１２内にシリンダ室１２の軸線回りのスワールを生じさせるように形成され、タンジェンシャルポート３２Ｂは、シリンダ室１２内にシリンダ室１２の軸線と直交する軸線回りのタンブルを生じさせるように形成されている。
本実施の形態では、シリンダ室１２をその上方から見て、シリンダ室１２内でそれらスワールとタンブルが合流することによって、最終的に矢印Ｆで示すように反時計方向に旋回するスワールが形成されるようにヘリカルポート３２Ａおよびタンジェンシャルポート３２Ｂが構成されている。
吸気ポート３２は、ヘリカルポート３２Ａとタンジェンシャルポート３２Ｂとで構成されている。
ヘリカルポート３２Ａおよびタンジェンシャルポート３２Ｂの上流側は不図示のインテークマニホールドに連通している。
ヘリカルポート３２Ａは、シリンダ室１２内にシリンダ室１２の軸線回りのスワールを生じさせるように形成され、タンジェンシャルポート３２Ｂは、シリンダ室１２内にシリンダ室１２の軸線と直交する軸線回りのタンブルを生じさせるように形成されている。
本実施の形態では、シリンダ室１２をその上方から見て、シリンダ室１２内でそれらスワールとタンブルが合流することによって、最終的に矢印Ｆで示すように反時計方向に旋回するスワールが形成されるようにヘリカルポート３２Ａおよびタンジェンシャルポート３２Ｂが構成されている。
【0010】
吸気バルブ２４は、ヘリカルポート３２Ａを開閉する第１吸気バルブ２４Ａと、タンジェンシャルポート３２Ｂを開閉する第２吸気バルブ２４Ｂとで構成されている。
動弁装置２０は、ＥＣＵ２２の制御によって第１、第２吸気バルブ２４Ａ、２４Ｂをリフト動作させてヘリカルポート３２Ａ、タンジェンシャルポート３２Ｂを開閉させるものである。
本実施の形態では、動弁装置２０は、第１、第２吸気バルブ２４Ａ、２４Ｂの双方を可動とする（開閉させる）両弁可動動作と、第１吸気バルブ２４Ａを閉弁状態で停止し第２吸気バルブ２４Ｂを可動とする（開閉させる）片弁停止動作とを選択的に切り替えることが可能に構成されている。このような動弁装置２０としてカム、ロッカーアームを用いたものなど従来公知の様々な動弁装置が使用可能である。
動弁装置２０は、ＥＣＵ２２の制御によって第１、第２吸気バルブ２４Ａ、２４Ｂをリフト動作させてヘリカルポート３２Ａ、タンジェンシャルポート３２Ｂを開閉させるものである。
本実施の形態では、動弁装置２０は、第１、第２吸気バルブ２４Ａ、２４Ｂの双方を可動とする（開閉させる）両弁可動動作と、第１吸気バルブ２４Ａを閉弁状態で停止し第２吸気バルブ２４Ｂを可動とする（開閉させる）片弁停止動作とを選択的に切り替えることが可能に構成されている。このような動弁装置２０としてカム、ロッカーアームを用いたものなど従来公知の様々な動弁装置が使用可能である。
【0011】
ＥＣＵ２２は、エンジン１０の制御を行なうものであり、車両の運転状態を検出する検出部から供給されるエンジン回転数および負荷の情報を取得すると共に、吸気バルブ用の動弁装置２０を介して吸気バルブ２４の開閉を制御し、排気バルブ用の動弁装置を介して排気バルブの開閉を制御する機能を有している。
本実施の形態では、ＥＣＵ２２は、エンジン１０のエンジン回転数が所定の回転数以下および負荷が所定の負荷以下の低回転域において、動弁装置２０を制御して両弁可動動作から片弁停止動作に切り替えて、第１吸気バルブ２４Ａを閉弁することでヘリカルポート３２Ａからシリンダ室１２内への吸気量を低減させる。
なお、ＥＣＵ２２は、上記検出部から供給されたエンジン回転数が所定のしきい値を下回った場合にエンジン１０が低回転域にあると判断する。
したがって、本実施の形態では、ＥＣＵ２２および動弁装置２０によって吸気量制御部が構成されている。
また、本実施の形態では、内燃機関の吸気装置は、動弁装置２０、ＥＣＵ２２、第１、第２吸気バルブ２４Ａ、２４Ｂ、ヘリカルポート３２Ａおよびタンジェンシャルポート３２Ｂを備えて構成されている。
本実施の形態では、ＥＣＵ２２は、エンジン１０のエンジン回転数が所定の回転数以下および負荷が所定の負荷以下の低回転域において、動弁装置２０を制御して両弁可動動作から片弁停止動作に切り替えて、第１吸気バルブ２４Ａを閉弁することでヘリカルポート３２Ａからシリンダ室１２内への吸気量を低減させる。
なお、ＥＣＵ２２は、上記検出部から供給されたエンジン回転数が所定のしきい値を下回った場合にエンジン１０が低回転域にあると判断する。
したがって、本実施の形態では、ＥＣＵ２２および動弁装置２０によって吸気量制御部が構成されている。
また、本実施の形態では、内燃機関の吸気装置は、動弁装置２０、ＥＣＵ２２、第１、第２吸気バルブ２４Ａ、２４Ｂ、ヘリカルポート３２Ａおよびタンジェンシャルポート３２Ｂを備えて構成されている。
【0012】
ＥＣＵ２２は、図３に示す制御マップに基づいて動弁装置２０の両弁可動動作と片弁停止動作とを切り替えることで第１吸気バルブ２４Ａの開閉制御、すなわち、ヘリカルポート３２Ａからシリンダ室１２内への吸気量を低減する制御を行なう。
図３に示すように、制御マップは、エンジン回転数および負荷に対する第１吸気バルブ２４Ａの開閉特性を示しており、エンジン回転数および負荷に応じて、吸気量の低減を行なう低減領域Ｓ１と、吸気量の低減を行わない非低減領域Ｓ２とが規定されている。
具体的に説明すると、低減領域Ｓ１は、エンジン１０の回転数および負荷が低い場合、すなわち、エンジン回転数が所定の回転数以下および負荷が所定の負荷以下である場合に対応しており、エンジン１０の吸気行程において第１吸気バルブ２４Ａを閉弁し、かつ、第２吸気バルブ２４Ｂを開弁する領域（片弁停止動作を行なう領域）を示しており、したがって、非低減領域Ｓ２では、シリンダ室１２内にはタンジェンシャルポート３２Ｂから供給される吸気のみによりスワールが形成される。
非低減領域Ｓ２は、エンジン１０の回転数および負荷が中程度以上の場合に対応しており、エンジン１０の吸気行程において第１吸気バルブ２４Ａおよび第２吸気バルブ２４Ｂの双方を開弁する領域（両弁可動動作を行なう領域）を示しており、したがって、非低減領域Ｓ２では、シリンダ室１２内にはヘリカルポート３２Ａおよびタンジェンシャルポート３２Ｂの双方から供給される吸気によりスワールが形成される。
図３に示すように、制御マップは、エンジン回転数および負荷に対する第１吸気バルブ２４Ａの開閉特性を示しており、エンジン回転数および負荷に応じて、吸気量の低減を行なう低減領域Ｓ１と、吸気量の低減を行わない非低減領域Ｓ２とが規定されている。
具体的に説明すると、低減領域Ｓ１は、エンジン１０の回転数および負荷が低い場合、すなわち、エンジン回転数が所定の回転数以下および負荷が所定の負荷以下である場合に対応しており、エンジン１０の吸気行程において第１吸気バルブ２４Ａを閉弁し、かつ、第２吸気バルブ２４Ｂを開弁する領域（片弁停止動作を行なう領域）を示しており、したがって、非低減領域Ｓ２では、シリンダ室１２内にはタンジェンシャルポート３２Ｂから供給される吸気のみによりスワールが形成される。
非低減領域Ｓ２は、エンジン１０の回転数および負荷が中程度以上の場合に対応しており、エンジン１０の吸気行程において第１吸気バルブ２４Ａおよび第２吸気バルブ２４Ｂの双方を開弁する領域（両弁可動動作を行なう領域）を示しており、したがって、非低減領域Ｓ２では、シリンダ室１２内にはヘリカルポート３２Ａおよびタンジェンシャルポート３２Ｂの双方から供給される吸気によりスワールが形成される。
【0013】
したがって、制御マップは、エンジン１０の回転数および負荷が低減領域Ｓ１に該当する場合にヘリカルポート３２Ａの吸気量を低減させる一方、エンジン１０の回転数および負荷が非低減領域Ｓ２に該当する場合にヘリカルポート３２Ａの吸気量を確保するように構成されている。
この理由は、ヘリカルポート３２Ａを閉じると、吸気に対する抵抗が増加するため、同じ体積効率を維持するには過給圧を上げる必要があり、高負荷、高回転域となるほどヘリカルポート３２Ａを閉じるとエンジン１０の性能が発揮できなくなる不利が生じる一方、低負荷、低回転域では、ヘリカルポート３２Ａを閉じて吸気に対する抵抗が多少増加しても同じ体積効率を維持するために必要な過給圧の増加分がそれほど高くなく、後述するように、ヘリカルポート３２Ａを閉じることでシリンダ室１２内のスワールを強化することによる利点が大きいためである。
この理由は、ヘリカルポート３２Ａを閉じると、吸気に対する抵抗が増加するため、同じ体積効率を維持するには過給圧を上げる必要があり、高負荷、高回転域となるほどヘリカルポート３２Ａを閉じるとエンジン１０の性能が発揮できなくなる不利が生じる一方、低負荷、低回転域では、ヘリカルポート３２Ａを閉じて吸気に対する抵抗が多少増加しても同じ体積効率を維持するために必要な過給圧の増加分がそれほど高くなく、後述するように、ヘリカルポート３２Ａを閉じることでシリンダ室１２内のスワールを強化することによる利点が大きいためである。
【0014】
次に本実施の形態の内燃機関の吸気装置による作用効果について説明する。
図４は、エンジン１０の低回転域において、以下のケースＡ、Ｂ、Ｃの３つの条件でシリンダ室１２内のスワール比を測定した結果を示している。なお、スワール比とはスワールの回転速度とエンジン１０の回転速度との比であり、スワール比が高いほどスワールが強いことを示す。
ケースＡは、動弁装置２０によって第１、第２吸気バルブ２４Ａ、２４Ｂの双方を可動とした場合であり、前述した両弁可動動作を行った場合である。
ケースＢは、第１吸気バルブ２４Ａのみを停止させ第２バルブを可動とした場合であり、ヘリカルポート３２Ａのみを閉じており、第１吸気バルブ２４Ａを停止させる片弁停止動作を行った場合である。
ケースＣは、ケースＢとは逆に、第１吸気バルブ２４Ａを可動させ第２吸気バルブ２４Ｂを停止させた場合であり、タンジェンシャルポート３２Ｂのみを閉じており、第２吸気バルブ２４Ｂを停止させる片弁停止動作を行った場合である。
図４は、エンジン１０の低回転域において、以下のケースＡ、Ｂ、Ｃの３つの条件でシリンダ室１２内のスワール比を測定した結果を示している。なお、スワール比とはスワールの回転速度とエンジン１０の回転速度との比であり、スワール比が高いほどスワールが強いことを示す。
ケースＡは、動弁装置２０によって第１、第２吸気バルブ２４Ａ、２４Ｂの双方を可動とした場合であり、前述した両弁可動動作を行った場合である。
ケースＢは、第１吸気バルブ２４Ａのみを停止させ第２バルブを可動とした場合であり、ヘリカルポート３２Ａのみを閉じており、第１吸気バルブ２４Ａを停止させる片弁停止動作を行った場合である。
ケースＣは、ケースＢとは逆に、第１吸気バルブ２４Ａを可動させ第２吸気バルブ２４Ｂを停止させた場合であり、タンジェンシャルポート３２Ｂのみを閉じており、第２吸気バルブ２４Ｂを停止させる片弁停止動作を行った場合である。
【0015】
図４から明らかなように、ケースＢのスワール比が最も高くスワールが強化されている一方、ケースＡ、Ｃのスワール比は低くスワールの強化が不十分である。
したがって、エンジン１０の低回転域においては、ヘリカルポート３２Ａからシリンダ室１２内への吸気量を低減することがシリンダ室１２内のスワールを強化するために最も有利であることがわかる。
したがって、エンジン１０の低回転域においては、ヘリカルポート３２Ａからシリンダ室１２内への吸気量を低減することがシリンダ室１２内のスワールを強化するために最も有利であることがわかる。
【0016】
図５（Ａ）は、ケースＡ、Ｂ、ＣにおいてＥＧＲ率を４０％、５０％としたときの燃料燃焼率を比較した図である。なお、燃料燃焼率とは、シリンダ室１２内に供給された燃料の量に対する実際に燃焼した燃料の量の割合であり、燃料燃焼率が高いほどエンジン１０の性能が高いことを示す。
ケースＢの燃料燃焼率が最も高く、ケースＡ、Ｃの燃料燃焼率は低い。
これは、ケースＢではスワールが最も強化されるため、燃料と空気とが十分に混合されているからである。
ケースＢの燃料燃焼率が最も高く、ケースＡ、Ｃの燃料燃焼率は低い。
これは、ケースＢではスワールが最も強化されるため、燃料と空気とが十分に混合されているからである。
【0017】
図５（Ｂ）は、ケースＡ、Ｂ、ＣにおいてＥＧＲ率を４０％、５０％としたときの図示平均有効圧(Indicated mean effective pressure:IMEP)を比較した図である。なお、図示平均有効圧は、１サイクル当たりの仕事量をエンジン１０が持つ行程容積で除した値であり、図示平均有効圧が高いほどエンジン１０の性能が高いことを示す。
ケースＢの図示平均有効圧が最も高く、ケースＡ、Ｃの図示平均有効圧は低い。
これは、ケースＢではスワールが最も強化されるため、燃料と空気とが十分に混合されているからである。
ケースＢの図示平均有効圧が最も高く、ケースＡ、Ｃの図示平均有効圧は低い。
これは、ケースＢではスワールが最も強化されるため、燃料と空気とが十分に混合されているからである。
【0018】
図５（Ｃ）は、ケースＡ、Ｂ、ＣにおいてＥＧＲ率を４０％、５０％としたときの排気に含まれるＮＯｘの発生量を比較した図である。
ＥＧＲ率にもよるが、ケースＢのＮＯｘの発生量が、ケースＡ、または、ケースＣのＮＯｘの発生量よりも若干多い。
これは、ケースＢではスワールが最も強化されるため、燃料と空気とが十分に混合されるため、燃料の燃焼温度が最も上昇することでＮＯｘの発生量が増加するためである。
ＥＧＲ率にもよるが、ケースＢのＮＯｘの発生量が、ケースＡ、または、ケースＣのＮＯｘの発生量よりも若干多い。
これは、ケースＢではスワールが最も強化されるため、燃料と空気とが十分に混合されるため、燃料の燃焼温度が最も上昇することでＮＯｘの発生量が増加するためである。
【0019】
図５（Ｄ）は、ケースＡ、Ｂ、ＣにおいてＥＧＲ率を４０％、５０％としたときの排気に含まれるスート（煤）の発生量を比較した図である。
ケースＢのスートの発生量が最も少なく、ケースＡ、ケースＣのスートの発生量は多い。
これは、ケースＢでは燃料の燃焼温度が上昇するため、スートの発生量が抑制されるためである。
以上のことから、ケースＢのようにスワールが強化されることで、エンジン１０の性能が向上し、また、ＮＯｘの発生量は若干増えるものの、スートの発生量を抑制する上で有利となっていることがわかる。
ケースＢのスートの発生量が最も少なく、ケースＡ、ケースＣのスートの発生量は多い。
これは、ケースＢでは燃料の燃焼温度が上昇するため、スートの発生量が抑制されるためである。
以上のことから、ケースＢのようにスワールが強化されることで、エンジン１０の性能が向上し、また、ＮＯｘの発生量は若干増えるものの、スートの発生量を抑制する上で有利となっていることがわかる。
【0020】
図６は、シリンダをシリンダの軸線と直交する平面で破断した際のシリンダ室１２内のスワールの強度のシミュレーション結果を示す図であり、（Ａ）はケースＡ、（Ｂ）はケースＢ、（Ｃ）はケースＣに対応している。
図中符号１３Ａ、１３Ｂは、それぞれヘリカルポート３２Ａ、タンジェンシャルポート３２Ｂがシリンダ室１２に接続する開口部を示している。
上方からシリンダ室１２内を見てスワールは反時計回りに旋回しており、スワールの流速が速いほど濃度が濃いハッチングを施している。
また、符号Ｘはスワールの旋回中心を示している。
ケースＢは、ケースＡ、ケースＣに比較してスワールが強化されていることがわかる。また、ケースＢ、ケースＡは共にスワールの旋回中心Ｘが形成されているのに対してケースＣでは旋回中心Ｘが形成されておらずスワールが弱いことがわかる。
図中符号１３Ａ、１３Ｂは、それぞれヘリカルポート３２Ａ、タンジェンシャルポート３２Ｂがシリンダ室１２に接続する開口部を示している。
上方からシリンダ室１２内を見てスワールは反時計回りに旋回しており、スワールの流速が速いほど濃度が濃いハッチングを施している。
また、符号Ｘはスワールの旋回中心を示している。
ケースＢは、ケースＡ、ケースＣに比較してスワールが強化されていることがわかる。また、ケースＢ、ケースＡは共にスワールの旋回中心Ｘが形成されているのに対してケースＣでは旋回中心Ｘが形成されておらずスワールが弱いことがわかる。
【0021】
本実施の形態によれば、エンジン１０の低回転域において、ヘリカルポート３２Ａからシリンダ室１２内への吸気量を低減するようにしたので、シリンダ室１２内のスワールを強化することができ、スワールを強化し燃焼効率を高めて内燃機関の性能向上を図る上で有利となる。
また、本実施の形態では、吸気量制御部による吸気量の低減を、動弁装置２０を用いて第１吸気バルブ２４Ａを閉弁することで行なうようにしたので、制御を単純化する上で有利となる。
また、本実施の形態では、吸気量制御部による吸気量の低減を、動弁装置２０を用いて第１吸気バルブ２４Ａを閉弁することで行なうようにしたので、制御を単純化する上で有利となる。
【0022】
なお、第１吸気バルブ２４Ａを動作させる動弁装置２０に代えて第１吸気バルブ２４Ａのバルブリフト量を可変制御する可変動弁装置を用いてもよいことは無論である。
また、可変動弁装置を用いた場合は、第１吸気バルブ２４Ａの閉弁時、閉じ制御を行いゆっくりと第１吸気ポート３２を閉じるようにすると、エンジン１０の運転状態（トルク）の変化を抑制できるため、乗り心地を維持する上で有利となる。
また、可変動弁装置を用いた場合は、第１吸気バルブ２４Ａの閉弁時、閉じ制御を行いゆっくりと第１吸気ポート３２を閉じるようにすると、エンジン１０の運転状態（トルク）の変化を抑制できるため、乗り心地を維持する上で有利となる。
【0023】
（第２の実施の形態）
次に第２の実施の形態について説明する。
なお、以下の実施の形態では、第１の実施の形態と同様の部分、部材については第１の実施の形態と同一の符号を付してその説明を省略し異なる部分について重点的に説明する。
第２の実施の形態は、吸気量制御部による吸気量の低減を、エンジン回転数および負荷の少なくとも一方が低下するほど第１吸気バルブ２４Ａの開度を絞ることでなされるようにした点が第１の実施の形態と異なる。
第２の実施の形態では、第１の実施の形態の動弁装置２０に代えて、ＥＣＵ２２の制御によって第１吸気バルブ２４Ａのバルブリフト量を可変制御する可変動弁装置を用い、したがって、ＥＣＵ２２と可変動弁装置により特許請求の範囲の吸気量制御部が構成されている。
なお、可変動弁装置として、カムを切り替える方式、ロッカーアームのレバー比を変化させる方式、アクチュエータを用いる方式など従来公知の様々な可変動弁装置が使用可能である。
次に第２の実施の形態について説明する。
なお、以下の実施の形態では、第１の実施の形態と同様の部分、部材については第１の実施の形態と同一の符号を付してその説明を省略し異なる部分について重点的に説明する。
第２の実施の形態は、吸気量制御部による吸気量の低減を、エンジン回転数および負荷の少なくとも一方が低下するほど第１吸気バルブ２４Ａの開度を絞ることでなされるようにした点が第１の実施の形態と異なる。
第２の実施の形態では、第１の実施の形態の動弁装置２０に代えて、ＥＣＵ２２の制御によって第１吸気バルブ２４Ａのバルブリフト量を可変制御する可変動弁装置を用い、したがって、ＥＣＵ２２と可変動弁装置により特許請求の範囲の吸気量制御部が構成されている。
なお、可変動弁装置として、カムを切り替える方式、ロッカーアームのレバー比を変化させる方式、アクチュエータを用いる方式など従来公知の様々な可変動弁装置が使用可能である。
【0024】
第２の実施の形態では、ＥＣＵ２２は、図７に示す制御マップに従って可変動弁装置を制御して第１吸気バルブ２４Ａの制御を行なう。
制御マップは、第１の実施の形態と同様に低減領域Ｓ１、非低減領域Ｓ２を備えているが、低減領域Ｓ１が片弁停止動作を行なう吸気停止部分と、第１吸気バルブ２４Ａの開度を絞る開度絞り部分とで構成されている点が第１の実施の形態と異なっている。
吸気停止部分は、エンジン１０の吸気行程において第１吸気バルブ２４Ａを閉弁し、かつ、第２吸気バルブ２４Ｂを開弁する領域（片弁停止動作を行なう領域）を示しており、したがって、シリンダ室１２内にはタンジェンシャルポート３２Ｂから供給される吸気のみによりスワールが形成される。
開度絞り部分は、エンジン１０の吸気行程において第１吸気バルブ２４Ａの開度が絞られ、かつ、第２吸気バルブ２４Ｂを開弁する領域を示しており、非低減領域Ｓ２と同様に第２吸気バルブ２４Ｂは可動となっている。
したがって、開度絞り部分では、シリンダ室１２内にはタンジェンシャルポート３２Ｂから供給される吸気に加えてヘリカルポート３２Ａから供給される吸気によってもスワールが形成される。
さらに、開度絞り部分は、エンジン回転数および負荷の少なくとも一方が低下するほど第１吸気バルブ２４Ａの開度を絞る領域となっている。
制御マップは、第１の実施の形態と同様に低減領域Ｓ１、非低減領域Ｓ２を備えているが、低減領域Ｓ１が片弁停止動作を行なう吸気停止部分と、第１吸気バルブ２４Ａの開度を絞る開度絞り部分とで構成されている点が第１の実施の形態と異なっている。
吸気停止部分は、エンジン１０の吸気行程において第１吸気バルブ２４Ａを閉弁し、かつ、第２吸気バルブ２４Ｂを開弁する領域（片弁停止動作を行なう領域）を示しており、したがって、シリンダ室１２内にはタンジェンシャルポート３２Ｂから供給される吸気のみによりスワールが形成される。
開度絞り部分は、エンジン１０の吸気行程において第１吸気バルブ２４Ａの開度が絞られ、かつ、第２吸気バルブ２４Ｂを開弁する領域を示しており、非低減領域Ｓ２と同様に第２吸気バルブ２４Ｂは可動となっている。
したがって、開度絞り部分では、シリンダ室１２内にはタンジェンシャルポート３２Ｂから供給される吸気に加えてヘリカルポート３２Ａから供給される吸気によってもスワールが形成される。
さらに、開度絞り部分は、エンジン回転数および負荷の少なくとも一方が低下するほど第１吸気バルブ２４Ａの開度を絞る領域となっている。
【0025】
第２の実施の形態では、第１の実施の形態と同様の効果が奏されることは無論のこと、負荷あるいはエンジン回転数に応じて第１吸気バルブ２４Ａの開度が連続的に変化するので、第１吸気バルブ２４Ａが開弁、閉弁の２段階に切り替わる場合に比較して、シリンダ室１２内に供給される吸気量の変化を抑制できるため、エンジン１０のトルクの変化を抑制でき、乗り心地の向上を図る上で有利となる。
【0026】
（第３の実施の形態）
次に第３の実施の形態について図８を参照して説明する。
第３の実施の形態は、ヘリカルポート３２Ａを開閉する第１吸気バルブ２４Ａよりも上流のヘリカルポート３２Ａの箇所にスワールコントロールバルブ３４を設けたものである。
ＥＣＵ２２は、不図示のアクチュエータを介してスワールコントロールバルブ３４をヘリカルポート３２Ａを閉じる全閉位置とヘリカルポート３２Ａを開く全開位置とに切り替える。
このような切り替え制御は、第１の実施の形態と同様に図３に示す制御マップに従ってなされる。
したがって、吸気量制御部はＥＣＵ２２とスワールコントロールバルブ３４を含んで構成され、吸気量制御部による吸気量の低減は、スワールコントロールバルブ３４を閉弁することでなされる。
このような第３の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様の効果が奏される。
次に第３の実施の形態について図８を参照して説明する。
第３の実施の形態は、ヘリカルポート３２Ａを開閉する第１吸気バルブ２４Ａよりも上流のヘリカルポート３２Ａの箇所にスワールコントロールバルブ３４を設けたものである。
ＥＣＵ２２は、不図示のアクチュエータを介してスワールコントロールバルブ３４をヘリカルポート３２Ａを閉じる全閉位置とヘリカルポート３２Ａを開く全開位置とに切り替える。
このような切り替え制御は、第１の実施の形態と同様に図３に示す制御マップに従ってなされる。
したがって、吸気量制御部はＥＣＵ２２とスワールコントロールバルブ３４を含んで構成され、吸気量制御部による吸気量の低減は、スワールコントロールバルブ３４を閉弁することでなされる。
このような第３の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様の効果が奏される。
【0027】
（第４の実施の形態）
次に第４の実施の形態について説明する。
第４の実施の形態は、第３の実施の形態の変形例であり、ＥＣＵ２２は、不図示のアクチュエータを介してスワールコントロールバルブ３４を全閉位置と全開位置との間で連続的に変化させ、言い換えると、スワールコントロールバルブ３４の開度を可変させる。
すなわち、吸気量制御部による吸気量の低減は、エンジン回転数および負荷の少なくとも一方が低下するほどスワールコントロールバルブ３４の開度を絞ることでなされる。
このようなスワールコントロールバルブ３４の開度の制御は、第２の実施の形態と同様に図７の制御マップに従ってなされる。
第４の実施の形態によれば、第２の実施の形態と同様の効果が奏される。
次に第４の実施の形態について説明する。
第４の実施の形態は、第３の実施の形態の変形例であり、ＥＣＵ２２は、不図示のアクチュエータを介してスワールコントロールバルブ３４を全閉位置と全開位置との間で連続的に変化させ、言い換えると、スワールコントロールバルブ３４の開度を可変させる。
すなわち、吸気量制御部による吸気量の低減は、エンジン回転数および負荷の少なくとも一方が低下するほどスワールコントロールバルブ３４の開度を絞ることでなされる。
このようなスワールコントロールバルブ３４の開度の制御は、第２の実施の形態と同様に図７の制御マップに従ってなされる。
第４の実施の形態によれば、第２の実施の形態と同様の効果が奏される。
【0028】
（第５の実施の形態）
次に第５の実施の形態について説明する。
第５の実施の形態は、排気ガスに含まれるスートを捕集するフィルタ（ＤＰＦ：ディーゼルパテキュレートフィルタ）が設けられ、吸気量制御部により吸気量の制御を行なうことでスートの堆積の抑制およびフィルタの再生を行なうようにしたものである。
次に第５の実施の形態について説明する。
第５の実施の形態は、排気ガスに含まれるスートを捕集するフィルタ（ＤＰＦ：ディーゼルパテキュレートフィルタ）が設けられ、吸気量制御部により吸気量の制御を行なうことでスートの堆積の抑制およびフィルタの再生を行なうようにしたものである。
【0029】
図９に示すように、エンジン１０のエキゾーストマニホールドに接続された排気管３６には、フィルタ３８（ＤＰＦ）と差圧センサ４０が設けられている。
フィルタ３８は、内燃機関から排出される排気ガスに含まれるスートを捕集するものである。
フィルタ３８に堆積したスートは、排気ガスの温度を上昇させることにより燃焼され、これによりフィルタ３８は再生される。
差圧センサ４０は、フィルタ３８の前後の圧力差を検出してＥＣＵ２２に供給するものである。
フィルタ３８は、内燃機関から排出される排気ガスに含まれるスートを捕集するものである。
フィルタ３８に堆積したスートは、排気ガスの温度を上昇させることにより燃焼され、これによりフィルタ３８は再生される。
差圧センサ４０は、フィルタ３８の前後の圧力差を検出してＥＣＵ２２に供給するものである。
【0030】
ＥＣＵ２２は、差圧センサ４０で検出された圧力差に基づいてフィルタ３８に堆積したスートの堆積量を推定すると共に、その推定量が所定のしきい値を上回ったならば、吸気量の制御を行なう。
吸気量制御部は、第１の実施の形態と同様にＥＣＵ２２と動弁装置２０で構成されている。
具体的に説明すると、ＥＣＵ２２は、図１１に示すように、エンジン回転数および負荷に応じて吸気量の低減を行なう低減領域Ｓ１と低減を行わない非低減領域Ｓ２とが規定された制御マップに基づいて吸気量の制御を行なう。
ＥＣＵ２２は、スートの堆積量が増加するほど、図１１に矢印で示すように、制御マップで規定された低減領域Ｓ１の範囲を段階的あるいは無段階的に拡大する。
低減領域Ｓ１の範囲が拡大されると、負荷およびエンジン回転数が低減領域Ｓ１に該当する可能性が高くなり、したがって、第１吸気バルブ２４Ａが閉弁されてヘリカルポート３２Ａへの吸気が低減されやすくなる。
そのため、スワールが強化されることで燃料の燃焼が促進され、排気ガスの温度が上昇されるためスートが発生しにくくなり、スートの堆積が抑制される。
また、ＥＣＵ２２は、スートの堆積量が所定のしきい値を上回ったときに、低減領域Ｓ１の範囲を最大に拡大することで、ヘリカルポート３２Ａへの吸気がより一層低減されやすくなる。
そのため、スワールが一層強化されることで燃料の燃焼がより一層促進され、排気ガスの温度が最大限上昇されるため、フィルタ３８に堆積されていたスートが焼却除去され、フィルタ３８の再生処理がなされる。
また、ＥＣＵ２２は、フィルタ３８の再生処理後に制御マップの低減領域Ｓ１および非低減領域Ｓ２の範囲を初期値に戻す。
吸気量制御部は、第１の実施の形態と同様にＥＣＵ２２と動弁装置２０で構成されている。
具体的に説明すると、ＥＣＵ２２は、図１１に示すように、エンジン回転数および負荷に応じて吸気量の低減を行なう低減領域Ｓ１と低減を行わない非低減領域Ｓ２とが規定された制御マップに基づいて吸気量の制御を行なう。
ＥＣＵ２２は、スートの堆積量が増加するほど、図１１に矢印で示すように、制御マップで規定された低減領域Ｓ１の範囲を段階的あるいは無段階的に拡大する。
低減領域Ｓ１の範囲が拡大されると、負荷およびエンジン回転数が低減領域Ｓ１に該当する可能性が高くなり、したがって、第１吸気バルブ２４Ａが閉弁されてヘリカルポート３２Ａへの吸気が低減されやすくなる。
そのため、スワールが強化されることで燃料の燃焼が促進され、排気ガスの温度が上昇されるためスートが発生しにくくなり、スートの堆積が抑制される。
また、ＥＣＵ２２は、スートの堆積量が所定のしきい値を上回ったときに、低減領域Ｓ１の範囲を最大に拡大することで、ヘリカルポート３２Ａへの吸気がより一層低減されやすくなる。
そのため、スワールが一層強化されることで燃料の燃焼がより一層促進され、排気ガスの温度が最大限上昇されるため、フィルタ３８に堆積されていたスートが焼却除去され、フィルタ３８の再生処理がなされる。
また、ＥＣＵ２２は、フィルタ３８の再生処理後に制御マップの低減領域Ｓ１および非低減領域Ｓ２の範囲を初期値に戻す。
【0031】
次に図１０のフローチャートを参照して吸気装置の動作について説明する。
ＥＣＵ２２は、エンジン１０の動作中、図１０のフローチャートで示される処理を繰り返して実行する。
すなわち、ＥＣＵ２２は差圧センサ４０から検出される差圧データを取得すると（ステップＳ１０），差圧データからフィルタ３８のスートの堆積量を推定する（ステップＳ１２）。
次に、ＥＣＵ２２は、推定した堆積量が所定のしきい値を上回ったか否かを判定する（ステップＳ１４）。
ステップＳ１４が否定ならば、図１１に示すように、低減領域Ｓ１の範囲を段階的にあるいは無段階的に拡大し（ステップＳ１６）、ステップＳ１０に戻る。
ステップＳ１４が肯定ならば、図１１に示すように、低減領域Ｓ１を最大（符号Ｓ１ｍａｘ）に拡大する（ステップＳ１８）。
これにより、シリンダ室１２内のスワールを最大限強化して燃焼を最大限促進し排気ガスの温度を上昇させフィルタ３８に堆積されていたスートを燃焼除去しフィルタ３８を再生させる（ステップＳ２０）。
フィルタ３８の再生が終了したならば、ＥＣＵ２２は、制御マップの低減領域Ｓ１、非低減領域Ｓ２を初期値に戻し（ステップＳ２２）、ステップＳ１０に戻る。
ＥＣＵ２２は、エンジン１０の動作中、図１０のフローチャートで示される処理を繰り返して実行する。
すなわち、ＥＣＵ２２は差圧センサ４０から検出される差圧データを取得すると（ステップＳ１０），差圧データからフィルタ３８のスートの堆積量を推定する（ステップＳ１２）。
次に、ＥＣＵ２２は、推定した堆積量が所定のしきい値を上回ったか否かを判定する（ステップＳ１４）。
ステップＳ１４が否定ならば、図１１に示すように、低減領域Ｓ１の範囲を段階的にあるいは無段階的に拡大し（ステップＳ１６）、ステップＳ１０に戻る。
ステップＳ１４が肯定ならば、図１１に示すように、低減領域Ｓ１を最大（符号Ｓ１ｍａｘ）に拡大する（ステップＳ１８）。
これにより、シリンダ室１２内のスワールを最大限強化して燃焼を最大限促進し排気ガスの温度を上昇させフィルタ３８に堆積されていたスートを燃焼除去しフィルタ３８を再生させる（ステップＳ２０）。
フィルタ３８の再生が終了したならば、ＥＣＵ２２は、制御マップの低減領域Ｓ１、非低減領域Ｓ２を初期値に戻し（ステップＳ２２）、ステップＳ１０に戻る。
【0032】
第５の実施の形態によれば、第１の実施の形態の効果を奏することは無論のこと、スートがフィルタ３８に堆積することを抑制できるので、フィルタ３８の再生を行なう頻度を低減させる上で有利となり、フィルタ３８の再生に伴うフィルタ３８の劣化を抑制する上で有利となる。
また、制御マップの低減領域Ｓ１の範囲を拡大するといった簡単な操作でフィルタ３８の再生を行なうので、フィルタ３８の再生に伴うエンジン１０の制御動作の簡素化を図る上で有利となる。
また、制御マップの低減領域Ｓ１の範囲を拡大するといった簡単な操作でフィルタ３８の再生を行なうので、フィルタ３８の再生に伴うエンジン１０の制御動作の簡素化を図る上で有利となる。
【0033】
なお、第５の実施の形態では、第１の実施の形態と同様に、第１吸気バルブ２４Ａを閉弁することでヘリカルポート３２Ａの吸気量を低減する場合について説明した。
しかしながら、第２の実施の形態のように、第１吸気バルブ２４Ａの開度を絞ることでヘリカルポート３２Ａの吸気量を低減してもよいし、第３の実施の形態のようにスワールコントロールバルブ３４を閉じることでヘリカルポート３２Ａの吸気量を低減してもよいし、第４の実施の形態のようにスワールコントロールバルブ３４の開度を絞ることでヘリカルポート３２Ａの吸気量を低減してもよい。
しかしながら、第２の実施の形態のように、第１吸気バルブ２４Ａの開度を絞ることでヘリカルポート３２Ａの吸気量を低減してもよいし、第３の実施の形態のようにスワールコントロールバルブ３４を閉じることでヘリカルポート３２Ａの吸気量を低減してもよいし、第４の実施の形態のようにスワールコントロールバルブ３４の開度を絞ることでヘリカルポート３２Ａの吸気量を低減してもよい。
【0034】
なお、実施の形態では、本発明の吸気装置がディーゼルエンジンに適用される場合について説明したが、本発明はガソリンエンジンにも適用可能である。
【符号の説明】
【0035】
１０ エンジン（内燃機関）
１２ シリンダ室（気筒）
２０ 動弁装置（吸気量制御部）
２２ ＥＣＵ（吸気量制御部）
２４Ａ 第１吸気バルブ
２４Ｂ 第２吸気バルブ
３２Ａ ヘリカルポート
３２Ｂ タンジェンシャルポート
３４ スワールコントロールバルブ（吸気量制御部）
３８ フィルタ
４０ 差圧センサ
Ｓ１ 低減領域
Ｓ２ 非低減領域
１２ シリンダ室（気筒）
２０ 動弁装置（吸気量制御部）
２２ ＥＣＵ（吸気量制御部）
２４Ａ 第１吸気バルブ
２４Ｂ 第２吸気バルブ
３２Ａ ヘリカルポート
３２Ｂ タンジェンシャルポート
３４ スワールコントロールバルブ（吸気量制御部）
３８ フィルタ
４０ 差圧センサ
Ｓ１ 低減領域
Ｓ２ 非低減領域
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】