(57)【要約】【課題】インパルス過給の実行時に適した吸気通路の状態と、インパルス過給の停止時に適した吸気通路の状態との切り替えを素早く行うことができる内燃機関の過給システムを提供する。【解決手段】内燃機関１の気筒２を開閉する吸気弁５の上流に設けられた吸気制御弁３０にて吸気通路３を開閉することにより過給を行う。吸気通路３は、共通のエアクリーナ９から気筒２に至る経路が相違する２系統に分けられており、吸気制御弁３０は、吸気通路３の一方の系統に属する第１通路１１に設けられており、かつ、第１通路１１と吸気通路３の他方の系統に属する第２通路１２とを選択的に開通させる通路切替機構１５が設けられている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の気筒を開閉する吸気弁の上流に設けられた吸気制御弁にて吸気通路を開閉することにより過給を行う内燃機関の過給システムにおいて、
前記吸気通路は、共通のエアクリーナから前記気筒に至る経路が相違する２系統に分けられており、前記吸気制御弁は、前記吸気通路の一方の系統に属する第１通路に設けられており、かつ、前記第１通路と前記吸気通路の他方の系統に属する第２通路とを選択的に開通させる通路切替手段が設けられている、ことを特徴とする内燃機関の過給システム。
【請求項２】
前記吸気通路は、前記第１通路の通路面積が前記第２通路の通路面積よりも小さくなるように構成されている、請求項１に記載の過給システム。
【請求項３】
前記内燃機関の排気エネルギーにて駆動されるタービンと、前記タービンと一体回転するコンプレッサとを有するターボチャージャーが設けられており、前記ターボチャージャーの前記コンプレッサが前記通路切替手段の上流に設けられている、請求項１又は２に記載の過給システム。
【請求項４】
前記内燃機関の回転数が低い場合に前記第１通路が開通し、かつ前記内燃機関の回転数が高い場合に前記第２通路が開通するように、前記通路切替手段を制御する過給制御手段が設けられている請求項３に記載の過給システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の気筒を開閉する吸気弁の上流に設けられた吸気制御弁を利用して過給を行う内燃機関の過給システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関に対する過給方法としては、吸気弁の上流に設けた吸気制御弁を閉弁させた状態で吸気行程におけるピストン下降を利用して気筒内の負圧を高めておき、圧縮行程に移行する前に速やかに吸気制御弁を開弁して吸気通路内に吸気圧力波を発生させて慣性過給効果を積極的に活用するようにしたいわゆるインパルス過給が知られている。こうしたインパルス過給を行う過給システムとして、吸気制御弁よりも下流側の吸気通路の容積を変更可能とし、インパルス過給の実行時にその停止時よりも吸気制御弁の下流側容積を小さくするものが知られている（特許文献１）。この過給システムによれば、インパルス過給の停止時に吸気通路の容積をノッキングを防止できる程度に確保しつつ、インパルス過給の実行時に吸気制御弁の下流側容積を小さくすることにより負圧を生じ易くして過給効果を高めることができるため、ノッキングの防止と過給効果の向上とを両立できる。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２００６−１１８３６９号公報
【特許文献２】国際公開第２００６／１０４２７１号
【特許文献３】特開２００３−１９３８４５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の過給システムは、吸気制御弁の下流側容積を変更するための構造が複雑である。このため、インパルス過給を開始する場合又は停止する場合の過渡運転時において、インパルス過給の実行時に適した吸気通路の状態と、インパルス過給の停止時に適した吸気通路の状態との切り替えを素早く行うことが困難になるおそれがある。
【０００５】
そこで、本発明は、インパルス過給の実行時に適した吸気通路の状態と、インパルス過給の停止時に適した吸気通路の状態との切り替えを素早く行うことができる内燃機関の過給システム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】
【０００６】
本発明の過給システムは、内燃機関の気筒を開閉する吸気弁の上流に設けられた吸気制御弁にて吸気通路を開閉することにより過給を行う内燃機関の過給システムにおいて、前記吸気通路は、共通のエアクリーナから前記気筒に至る経路が相違する２系統に分けられており、前記吸気制御弁は、前記吸気通路の一方の系統に属する第１通路に設けられており、かつ、前記第１通路と前記吸気通路の他方の系統に属する第２通路とを選択的に開通させる通路切替手段が設けられているものである（請求項１）。
【０００７】
この過給システムによれば、吸気通路が２系統に分けられていて、一方の系統に属する第１通路に吸気制御弁が設けられている。そして、通路切替手段によって他方の系統に属する第２通路と第１通路とを選択的に開通させることができる。このため、第１通路をインパルス過給の実行時に適した状態に設定し、かつ第２通路をインパルス過給の停止時に適した状態に設定しておくことにより、第１通路と第２通路とを選択的に開通させるだけで吸気通路の状態をインパルス過給の実行時及び停止時のそれぞれに適した状態に変更できる。従って、インパルス過給を開始する場合又は停止する場合の過渡運転時において、インパルス過給の実行時に適した状態と、インパルス過給の停止時に適した状態とを素早く切り替えることができる。
【０００８】
第１通路及び第２通路の構成に特段の制限はなく、インパルス過給の実行条件を考慮して、第１通路がインパルス過給の実行時に適した状態に、第２通路がインパルス過給の停止時に適した状態にそれぞれ適宜構成すればよい。例えば、吸気制御弁から気筒に至る経路長及び容積がインパルス過給の実行条件に見合うように第１通路の長さ及び通路面積を設定することができる。また、本発明の過給システムの一態様において、前記吸気通路は、前記第１通路の通路面積が前記第２通路の通路面積よりも小さくなるように構成されてもよい（請求項２）。一般に、インパルス過給を行う運転領域は高回転域よりも低回転側、つまり低回転域から中回転域に設定される。そのため、インパルス過給を行う際には、容積が小さい吸気系であっても十分な吸気量を確保できる。この態様は、第１通路の通路面積が第２通路の通路面積よりも小さいため、吸気制御弁の大きさを小型化でき、しかも吸気制御弁の下流側の容積を小さくすることができる。これにより、吸気制御弁の応答性を高めることができる。
【０００９】
本発明の過給システムの一態様において、前記内燃機関の排気エネルギーにて駆動されるタービンと、前記タービンと一体回転するコンプレッサとを有するターボチャージャーが設けられており、前記ターボチャージャーの前記コンプレッサが前記通路切替手段の上流に設けられてもよい（請求項３）。この態様によれば、通路切替手段にて第２通路を開通させることにより、インパルス過給とターボチャージャーを利用した過給（ターボ過給）とを併用する状態から、ターボ過給のみを行う状態へ切り替えることができる。この態様においては、前記内燃機関の回転数が低い場合に前記第１通路が開通し、かつ前記内燃機関の回転数が高い場合に前記第２通路が開通するように、前記通路切替手段を制御する過給制御手段が設けられてもよい（請求項４）。この場合には、内燃機関の回転数に対して閾値を適宜設定することにより、内燃機関の回転数が低い場合にインパルス過給とターボ過給とを併用するとともに、ターボチャージャーの能力が十分に発揮される内燃機関の回転数が高い場合にターボチャージャーによって十分な過給効果を得ることができる。
【発明の効果】
【００１０】
以上説明したように、本発明によれば、第１通路と第２通路とを選択的に開通させるだけで吸気通路の状態をインパルス過給の実行時及び停止時のそれぞれに適した状態に変更できるため、インパルス過給を開始する場合又は停止する場合の過渡運転時において、インパルス過給の実行時に適した状態と、インパルス過給の停止時に適した状態とを素早く切り替えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本発明の一形態に係る過給システムが適用された内燃機関の要部を模式的に示した図である。
【図２】図２は、制御ルーチンの一例を示したフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１は本発明の一形態に係る過給システム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は一方向に並ぶ４つの気筒２を有した直列４気筒型の多気筒内燃機関として構成されている。各気筒２には吸気通路３と排気通路４とがそれぞれ接続されている。吸気通路３には気筒２毎に２本ずつ吸気弁５が設けられていて各気筒２は吸気弁５にて開閉される。排気通路４には気筒２毎に２本ずつ排気弁（不図示）が設けられている。これらの弁は不図示の動弁機構にて所定のタイミングで開閉駆動される。
【００１３】
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６が設けられている。ターボチャージャー６は排気通路４に設けられたタービン６ａと、吸気通路３に設けられてタービン６ａと一体回転するコンプレッサ６ｂとを有している。コンプレッサ６ｂの下流には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。また、コンプレッサ６ｂにて加圧された吸気は吸気マニホルド８にて各気筒２に分配される。排気通路４内の排気はタービン６ａの下流に設けられた不図示の排気浄化装置にて浄化されてから大気に放出される。
【００１４】
コンプレッサ６ｂの上流には、空気を濾過するエアクリーナ９が設けられている。吸気通路３は共通のエアクリーナ９から各気筒２に至る経路が相違する２系統に分けられている。一方の系統には第１通路１１が、他方の系統には第２通路１２がそれぞれ属している。吸気通路３は、エアクリーナ９が設けられた第１共通通路１３からインタークーラ７の下流で第１通路１１及び第２通路１２に分かれ、これら各通路１１、１２は吸気マニホルド８に接続される第２共通通路１４に合流する。従って、吸気通路３の一方の系統は第１共通通路１３、第１通路１１及び第２共通通路１４を経て各気筒２に至るものであり、他方の系統は第１共通通路１３、第２通路１２及び第２共通通路１４を経て各気筒２に至るものである。各通路１１、１２の通路面積は流れ方向に略一定であるが、第１通路１１の通路面積は第２通路１２の通路面積よりも小さくなっている。
【００１５】
吸気通路３には、第１通路１１と第２通路１２とを選択的に開通させるため通路切替手段としての通路切替機構１５が設けられている。切替機構１５は第１通路１１と第２通路１２との分岐位置に設けられた第１切替弁２１と、第１通路１１と第２通路１２との合流位置に設けられてた第２切替弁２２とを備えている。各切替弁２１、２２は電磁駆動装置２１ａ、２２ａにて駆動される三方弁として構成されている。
【００１６】
第１切替弁２１は、第２通路１２を閉鎖しつつ第１共通通路１３と第１通路１１とを開通させる第１位置ａ１から、第１通路１１を閉鎖しつつ第１共通通路１３と第２通路１２とを開通させる第２位置ａ２までの間で開度調整可能である。一方、第２切替弁２２も同様に、第２通路１２を閉鎖しつつ第１通路１１と第２共通通路１４とを開通させる第１位置ｂ１から、第１通路１１を閉鎖しつつ第２通路１２と第２共通通路１４とを開通させる第２位置ｂ２までの間で開度調整可能である。
【００１７】
各切替弁２１、２２が第１位置ａ１、ｂ１にそれぞれ保持されることにより、第１通路１１が開通する一方で第２通路１２が閉鎖するので、各気筒２には吸気通路３の一方の系統に従って吸気が導かれる。他方、各切替弁２１、２２が第２位置ａ２、ｂ２にそれぞれ保持されることにより、第１通路１１が閉鎖する一方で第２通路１２が開通するので、各気筒２には吸気通路３の他方の系統に従って吸気が導かれる。なお、第１切替弁２１の第１位置ａ１から第２位置ａ２までの中間開度においては、第１共通通路１３、第１通路１１及び第２通路１２のそれぞれが開度に応じた流量比で相互に開通した状態になる。第２切替え弁２２も同様に、その中間開度においては第２共通通路１３、第１通路１１及び第２通路１２のそれぞれが開度に応じた流量比で相互に開通した状態になる。
【００１８】
第１通路１１にはインパルス過給を行うための吸気制御弁３０が設けられており、その上流には第１通路１１の容積に対して十分に大きな容積を持つサージタンク３１が設けられている。吸気制御弁３０は駆動装置３０ａにて回転駆動されて第１通路１１を開閉する。吸気制御弁３０の開閉タイミングは、各気筒２に設けられたピストン（不図示）のストロークに合わせて設定されており、吸気制御弁３０は内燃機関１のクランク軸が２回転する間に４回開閉動作するようになっている。駆動装置３０ａはクランク軸と同期可能な電気モータを備えているが、このような電動式の駆動装置３０ａに代えてクランク軸の回転を所定の速度比で機械的に伝達する駆動装置を設け、その駆動装置によって吸気制御弁３０を駆動することもできる。駆動装置３０ａは後述のエンジンコントロールユニット４０にてその動作が制御される。
【００１９】
上述したターボチャージャー６によるターボ過給と、吸気制御弁３０を利用したインパルス過給とは内燃機関１の運転状態に応じて使い分けられている。一例として、内燃機関１の回転数（回転速度）が低い側（低回転域から中回転域）では、通路切替機構１５によって第１通路１１を開通させて、ターボ過給とインパルス過給とを併用する低回転モードが実行される。一方、内燃機関１の回転数が高い側（高回転域）では、通路切替機構１５によって第２通路１２を開通させて、ターボ過給を単独で利用する高回転モードが実行される。低回転モードにおいては、第２通路１２よりも通路面積が小さい第１通路１１が利用される。このため、吸気制御弁３０の大きさを小型化でき、しかも吸気制御弁３０の下流側容積を小さくすることができるので吸気制御弁３０の応答性を高めることができる。これにより各モードの切替過渡時における性能が向上する。
【００２０】
こうした各モードを選択的に実行するため、通路切替機構１５の各切替弁２１、２２の動作はエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）４０にて制御される。ＥＣＵ４０は内燃機関１の運転状態を適正に制御するためのコンピュータとして構成されており、図示しないがマイクロプロセッサ及びその動作に必要なＲＯＭやＲＡＭ等の周辺装置を備えている。ＥＣＵ４０は、主として内燃機関１の燃料噴射量や噴射時期及び点火時期等の各種運転パラメータをＲＯＭに保持された所定の制御ルーチンに従って制御する。こうした制御ルーチンを実行するためにＥＣＵ４０は各種センサからの信号を参照するが、図１では本発明に関連するセンサのみを図示する。ＥＣＵ４０に接続されるセンサとしては、内燃機関１の回転数に応じた信号を出力するクランク角センサ４１、第１切替弁２１の駆動装置２１ａに内蔵されて第１切替弁２１の開度に応じた信号を出力する第１開度センサ４２、及び第２切替弁２２の駆動装置２２ａに内蔵されて第２切替弁２２の開度に応じた信号を出力する第２開度センサ４３がそれぞれ設けられている。
【００２１】
図２は、ＥＣＵ４０が行う制御ルーチンの一例を示したフローチャートである。このルーチンのプログラムはＥＣＵ４０のＲＯＭに保持されており、適時に読み出されて所定間隔で繰り返し実行される。
【００２２】
ステップＳ１では、制御に用いるパラメータを取得する。ここでは、内燃機関１の回転数Ｎｅｉ、Ｎｅｉ−１と、各切替弁２１、２２の開度ｐｉとをそれぞれ取得する。なお、添え字ｉは今回のルーチンを、添え字ｉ−１は前回のルーチンをそれぞれ意味する。今回のルーチン実行時の回転数Ｎｅｉはクランク角センサ４１の信号に基づいて取得し、前回のルーチン実行時の回転数Ｎｅｉ−１は後述のステップＳ１２で記憶した情報をＲＡＭから読み出すことによって取得する。開度ｐｉは各開度センサ４２、４３の信号に基づいて取得する。
【００２３】
ステップＳ２では、ステップＳ１で取得した回転数Ｎｅｉが、モード切替時における回転数の閾値Ｎｅｉｍｐ以上であるか否かを判定する。この閾値Ｎｅｉｍｐはインパルス過給を実行する回転数の上限値と言い換えることもできる。回転数Ｎｅｉが閾値Ｎｅｉｍｐを超えて下回る否定的判定の場合はステップＳ３に進み、回転数Ｎｅｉが閾値と同一又はこれを超えて上回る肯定的判定の場合はステップＳ８に進む。
【００２４】
ステップＳ３では、前回のルーチン実行時の回転数Ｎｅｉ−１が閾値Ｎｅｉｍｐ以下であるか否かを判定する。回転数Ｎｅｉ−１が閾値Ｎｅｉｍｐ以下である場合は、高回転モードから低回転モードへ切り替えるための各切替弁２１、２２の切替操作が完了した場合又はその切替操作中の場合のいずれかに該当する。そこで、これらの場合のいずれであるかを特定するためステップＳ４に進む。一方、回転数Ｎｅｉ−１が閾値Ｎｅｉｍｐを超えて上回っている場合は各切替弁２１、２２の切替操作を開始するためステップＳ４をスキップしてステップＳ６へ進む。
【００２５】
ステップＳ４では、各切替弁２１、２２の切替操作完了又は切替操作中のいずれであるかを特定するため、各切替弁２１、２２の開度ｐｉが、第１通路１１を開通させかつ第２通路１２を閉鎖させる第１位置ａ１、ｂ１（図１参照）に対応する開度ｐｌｏｗと等しいか否かを判定する。開度ｐｉが開度ｐｌｏｗに等しい場合は、各切替弁２１の切替操作が完了したことになるので、ステップＳ５に進んで各切替弁２１、２２の弁位置を第１位置ａ１、ｂ１に保持する。開度ｐｉが開度ｐｌｏｗに等しくない場合は、各切替弁２１、２２の切替操作中であるためステップＳ６へ進む。
【００２６】
ステップＳ６では、ルーチンの実行間隔に相当する単位時間当たりの各切替弁２１、２２の移動量である単位移動量ｄｐｌｏｗを算出する。この単位移動量ｄｐｌｏｗは、前回と今回との回転数の差分（加速度）の大きさに応じて算出される。つまり、この差分の大きさが大きいほど単位移動量ｄｐｌｏｗの値は大きな値となるように算出される。これにより、各モードの切り替えが緩慢になることを防止できる。
【００２７】
ステップＳ７では、各切替弁２１、２２の開度が、現在の開度ｐｉに単位移動量ｄｐｌｏｗを加えた開度（ｐｉ＋ｄｐｌｏｗ）となるように、当該開度を各切替弁２１、２２の駆動装置２１ａ、２２ａに対して指令する。
【００２８】
ステップＳ８では、前回のルーチン実行時の回転数Ｎｅｉ−１が閾値Ｎｅｉｍｐ以上であるか否かを判定する。回転数Ｎｅｉ−１が閾値Ｎｅｉｍｐ以上である場合は、低回転モードから高回転モードへ切り替えるための各切替弁２１、２２の切替操作が完了した場合又はその切替操作中の場合のいずれかに該当する。そこで、これらの場合のいずれであるかを特定するためステップＳ９に進む。一方、回転数Ｎｅｉ−１が閾値Ｎｅｉｍｐを超えて下回っている場合は各切替弁２１、２２の切替操作を開始するためステップＳ９をスキップしてステップＳ１０へ進む。
【００２９】
ステップＳ９では、各切替弁２１、２２の切替操作完了又は切替操作中のいずれであるかを特定するため、各切替弁２１、２２の開度ｐｉが、第１通路１１を閉鎖させかつ第２通路１２を開通させる第２位置ａ２、ｂ２（図１参照）に対応する開度ｐｈｉｇｈと等しいか否かを判定する。開度ｐｉが開度ｐｈｉｇｈに等しい場合は、各切替弁２１の切替操作が完了したことになるので、ステップＳ５に進んで各切替弁２１、２２の弁位置を第２位置ａ２、ｂ２に保持する。開度ｐｉが開度ｐｈｉｇｈに等しくない場合は、各切替弁２１、２２の切替操作中であるためステップＳ１０へ進む。
【００３０】
ステップＳ１０では、ルーチンの実行間隔に相当する単位時間当たりの各切替弁２１、２２の移動量である単位移動量ｄｐｈｉｇｈを算出する。この単位移動量ｄｐｈｉｇｈは、上述したステップＳ７の場合と同様に、前回と今回との回転数の差分の大きさに応じて算出される。
【００３１】
ステップＳ１１では、各切替弁２１、２２の開度が現在の開度ｐｉに単位移動量ｄｐｈｉｇｈを加えた開度（ｐｉ＋ｄｐｈｉｇｈ）となるように、当該開度を各切替弁２１、２２の駆動装置２１ａ、２２ａに対して指令する。
【００３２】
ステップＳ１２では、今回のルーチンで取得した回転数ＮｅｉをＲＡＭに記憶する。即ち、今回の回転数Ｎｅｉを前回の回転数Ｎｅｉ−１に代入することにより、前回の回転数Ｎｅｉ−１を更新する。その後、今回のルーチンを終了する。
【００３３】
ＥＣＵ４０は、図２の制御ルーチンを実行することにより、内燃機関１の回転数に応じてインパルス過給とターボ過給とを併用する低回転モードとターボ過給を単独で利用する高回転モードとを切り替えることができ、これによりＥＣＵ４０は本発明に係る過給制御手段として機能する。図２の制御ルーチンでは、モード切替時において各切替弁２１、２２の開度を一気に変化させずに徐々に変化させるようにしている。このため、低回転モードと高回転モードとの間の切り替えが円滑に行われる。
【００３４】
以上の形態によれば、吸気制御弁３０が設けられた第１通路１１の通路面積が第２通路１２の通路面積よりも小さくなっていて、第１通路１１がインパルス過給の実行時に適した状態に、第２通路１２がインパルス過給の停止時に適した状態にそれぞれ設定されている。従って、通路切替機構１５によって第１通路１１と第２通路１２とを選択的に開通させるだけで吸気通路３の状態をインパルス過給の実行時及び停止時のそれぞれに適した状態に変更できる。これにより、インパルス過給を開始する場合又は停止する場合の過渡運転時において、インパルス過給の実行時に適した状態と、インパルス過給の停止時に適した状態とを素早く切り替えることができる。
【００３５】
本発明は上記形態に限定されず、種々の形態にて実施することができる。本発明を適用できる内燃機関の形式には特段の制限はない。従って、火花点火式の内燃機関はもとより、圧縮自着火式の内燃機関に対しても本発明を適用することができる。
【００３６】
また、上記形態はインパルス過給とターボ過給とを併用するものであるが、ターボチャージャーを省略して、インパルス過給を行う過給モードと、過給を行わない自然吸気モードとを切り替える形態に変更することも可能である。
【００３７】
また、上記形態のように、第１通路と第２通路との間で通路面積を相違させることは一例にすぎない。例えば、吸気制御弁から気筒に至る経路長及び容積がインパルス過給の実行条件に見合うように第１通路の長さ及び通路面積を設定することもできる。
【符号の説明】
【００３８】
１  内燃機関
２  気筒
３  吸気通路
５  吸気弁
６  ターボチャージャー
６ａ  タービン
６ｂ  コンプレッサ
９  エアクリーナ
１１  第１通路
１５  通路切替機構（通路切替手段）
３０  吸気制御弁
４０  ＥＣＵ（過給制御手段）
【図１】
2010185373.tif 000003
【図２】
2010185373.tif 000004