(57)【要約】【課題】運転状態に応じて共鳴過給と慣性過給とを切り換える多気筒内燃機関において、運転状態変化時のトルク段差を抑制する。【解決手段】２つの気筒群と、気筒群毎の容積室４Ｌ、４Ｒを有するコレクタタンク４及びスロットルバルブ５と、各容積室と各気筒を連結する分岐管２０と、容積室４Ｌ、４Ｒを連通させる連通口２３を開閉するコレクタ開閉弁２１と、容積室４Ｌ、４Ｒから気筒までの分岐管長の長短を切り換える分岐管長切換手段２２と、コレクタ開閉弁２１及び分岐管長切換弁２２の開閉制御を行う開閉制御手段２５とを備え、少なくとも高負荷高回転領域から低負荷低回転領域への移行時には、コレクタ開閉弁２１及び分岐管長切換弁２２を開弁する第１の状態から、コレクタ開閉弁２１を閉弁し分岐管長切換弁２２を開弁する第２の状態を経て、コレクタ開閉弁２１及び分岐管長切換弁２２を閉弁する第３の状態に変化させる。【選択図】図４
2010168906.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の気筒が２つの気筒群に分けられ、
内部を仕切壁によって２つの容積室に区画されたコレクタタンクと、
前記容積室毎に設けたスロットルバルブと、
前記２つの容積室に接続され各容積室と対応する各気筒群の気筒とをそれぞれ連結する分岐管と、
前記仕切壁に開口形成され、前記容積室を互いに連通させる連通口と、
前記連通口を開閉可能なコレクタ開閉弁と、
前記容積室から気筒までの実質的な経路長である分岐管長を、開弁時には相対的に短く、閉弁時には相対的に長くする分岐管長切換手段と、
前記コレクタ開閉弁及び前記分岐管長切換弁を運転状態に応じて開閉する開閉制御手段と、
を備える内燃機関の吸気制御装置において、
前記開閉制御手段は、少なくとも高負荷高回転領域から低負荷低回転領域へ移行する場合には、前記コレクタ開閉弁及び前記分岐管長切換弁を開弁する第１の状態から、前記コレクタ開閉弁を閉弁し前記分岐管長切換弁を開弁する第２の状態を経て、前記コレクタ開閉弁及び前記分岐管長切換弁を閉弁する第３の状態に変化させることを特徴とする内燃機関の吸気制御装置。
【請求項２】
前記開閉制御手段は、前記第３の状態で運転中に加速する場合には、前記コレクタ開閉弁を開弁し前記分岐管長切換弁を閉弁する第４の状態を経て、前記第１の状態へと変化させることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の吸気制御装置。
【請求項３】
前記運転条件としてエンジン回転速度及びスロットル開度を用い、
前記開閉制御手段は、高回転かつ大スロットル開度の場合は前記第１に状態、高回転かつ小中スロットル開度の場合は前記第２の状態、低中回転かつ小中スロットル開度及び低回転かつ大スロットル開度の場合には前記第３の状態、中回転かつ大スロットル開度の場合には前記第４の状態、とすることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の吸気制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の吸気制御装置に関し、特に複数の気筒群を有する多気筒内燃機関の吸気制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の体積効率を高めるための手段として、共鳴過給及び慣性過給が知られている。そして、低回転低負荷域から高回転高負荷域までの幅広い運転領域で高い体積効率を得ようとする構成が特許文献１に開示されている。具体的には、多気筒内燃機関のコレクタタンクに隔壁を設けて内部を２分割し、この隔壁に、運転状態に応じて開閉することによって共鳴過給と慣性過給のいずれを利用するかを切り替えるバルブを備える。さらに、各エンジン回転速度域で慣性過給効果を得るために、エンジン回転速度に応じて吸気通路長を変化させるバルブを備え、これらのバルブをエンジン回転速度に応じて開閉制御する構成となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平５−８６８６９号公報
【発明の概要】
【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に開示された構成では、すべての運転領域で体積効率を最大にすることを目的とする制御となっており、また、各バルブの開閉制御はエンジン回転速度にのみ基づいて行われている。
【０００５】
このため、運転領域の変化に伴って各バルブを開閉する際、例えば、高回転高負荷域で走行中にアクセルが緩められて減速運転に移行する場合は、これに伴って上記各バルブの開閉が切り替えられたときに、ドライバにとって不要なトルク段差が発生することになる。
【０００６】
そこで、本発明では、共鳴過給と慣性過給とを切り替えて行うためのバルブを有する多気筒内燃機関において、運転領域の変化に伴うバルブ開閉時のトルク段差を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の吸気制御装置は、複数の気筒が２つの気筒群に分けられ、内部を仕切壁によって容積が略等しい２つの容積室に区画されたコレクタタンクと、容積室毎に設けたスロットルバルブと、２つの容積室に接続され各容積室と対応する各気筒群の気筒とをそれぞれ連結する分岐管と、仕切壁に開口形成され、容積室を互いに連通させる連通口と、連通口を開閉可能なコレクタ開閉弁と、容積室から気筒までの実質的な経路長である分岐管長を、開弁時には相対的に短く、閉弁時には相対的に長くする分岐管長切換手段と、コレクタ開閉弁及び分岐管長切換弁を運転状態に応じて開閉する開閉制御手段と、を備える。さらに、開閉制御手段は、少なくとも高負荷高回転領域から低負荷低回転領域へ移行する場合には、コレクタ開閉弁及び分岐管長切換弁を開弁する第１の状態から、コレクタ開閉弁を閉弁し分岐管長切換弁を開弁する第２の状態を経て、コレクタ開閉弁及び分岐管長切換弁を閉弁する第３の状態に変化させる。
【発明の効果】
【０００８】
各気筒の慣性効果を高めるために分岐管長切換弁はエンジン回転速度に応じて最適な分岐通路長となるように切り替えられるのだが、その切換時にはトルクショックが発生する。そのとき発生するトルクショックの大きさは、コレクタタンクの容積に比例するのである。
【０００９】
本発明によれば、高負荷高回転領域から低負荷低回転領域への移行時に、コレクタ開閉弁を閉弁した後に、分岐管長切換弁を閉弁することになっている。このため、分岐管長切換弁が切り替えられる際には、コレクタタンクの容積は小さくなっている（コレクタ開閉弁が閉弁されている）ので、減速運転時に発生するトルク段差を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】吸気装置の概略斜視図である。
【図２】コレクタタンクの正面断面図である。
【図３】コレクタタンクの上面断面図である。
【図４】吸気システムを模式的に表した図である。
【図５】共鳴−慣性切換バルブ及び長短切換バルブの開閉状態を決定するためのマップである。
【図６】運転領域ごとの共鳴−慣性切換バルブ及び長短切換バルブの開閉状態及び反射波の反射強度を表わす図である。
【図７】トルク段差の大きさを示す図である。
【図８】比較のための共鳴−慣性切換バルブ及び長短切換バルブの開閉状態決定用のマップである。
【００１１】
以下本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１２】
図１は、本実施形態に係る内燃機関の吸気装置の概略斜視図である。１はシリンダブロック、２Ｌは左バンクのシリンダヘッド、２Ｒは右バンクのシリンダヘッド、３Ｌは左バンクのカムカバー、３Ｒは右バンクのカムカバー、４はコレクタタンク、５Ｌ及び５Ｒはスロットルチャンバである。図１に示すように、コレクタタンク４は左右バンクに挟まれる位置に配置される。
【００１３】
左右のバンクには、それぞれ１以上の気筒が設けられており、各気筒へは後述する構造のコレクタタンク４から吸気が供給される。
【００１４】
なお、図１はＶ型内燃機関について示しているが、２つの気筒群を有する多気筒内燃機関であればよく、例えばＶ型６気筒であっても、Ｖ型８気筒等であってもよい。
【００１５】
図２は、コレクタタンク４の左バンクの気筒に繋がる部分の断面を機関前方から見た図である。図３は、図２のII−II線に沿った断面図である。なお、本説明においては、＃１、＃３、＃５気筒からなるバンクを左バンク、＃２、＃４、＃６気筒からなるバンクを右バンクとする。
【００１６】
コレクタタンク４は、内部が隔壁２５及び共鳴−慣性切換バルブ２１によって左コレクタ室４Ｌと右コレクタ室４Ｒに区画されている。そして右コレクタ室４Ｒの右端側から左右のコレクタ室４Ｌ、４Ｒの上部を経由して左バンクの気筒に繋がるポート部２０が形成されている。
【００１７】
また、右コレクタ室４Ｒの上部にも、右コレクタ室４Ｒとポート部２０との連通部２４があり、この連通部２４は長短切換バルブ２２により開閉される。
【００１８】
長短切換バルブ２２は、弁体２２ａと、弁体２２ａの回転軸となるシャフト２２ｂとからなる。シャフト２２ｂは連通部２４の吸気流上流側に配置されており、弁体２２ａは図２中で時計回りに回転し、開弁状態ではポート部２０内に張り出して右コレクタ室４Ｒの右側端部からの吸気流を遮断する。
【００１９】
すなわち、長短切換バルブ２２が閉弁状態のときは、連通部２４は閉鎖され、吸気は右コレクタ室４Ｒの右側端部からポート部２０へ流入する（図２中の破線Ｌ）。一方、長短切換バルブ２２が開弁状態のときは、連通部２４が開放され、右コレクタ室４Ｒの右側端部からの吸気流が遮断されるので、吸気は連通部２４からポート部２０へ流入する（図２中の破線Ｓ）。つまり、長短切換バルブ２２が開弁すると吸気径路は短く、閉弁すると吸気径路は長くなる。
【００２０】
共鳴−慣性切換バルブ２１は、弁体２１ａ及び気筒列と平行なシャフト２１ｂからなり、弁体２１ａはシャフト２１ｂを中心として回転する。
【００２１】
共鳴−慣性切換バルブ２１が閉弁状態のときは、左バンクの気筒へは右スロットルチャンバ５Ｒを通過して右コレクタ室４Ｒに流入した吸気が、右バンクの気筒へは左スロットルチャンバ５Ｌを通過して左コレクタ室４Ｌに流入した吸気が、それぞれ流入する。
【００２２】
一方、共鳴−慣性切換バルブ２１が開弁状態のときは、左コレクタ室４Ｌと右コレクタ室４Ｒとが一体となるので、左右のスロットルチャンバ５Ｌ、５Ｒを通過した吸気は一つのコレクタ室に流入することとなり、そこから左バンクの気筒及び右バンクの気筒に流入する。
【００２３】
なお、右バンクに繋がる部分の断面は図２と左右対称の形状となり、ポート部２０は左コレクタ室４Ｌの左端側から右バンクの気筒に繋がる。
【００２４】
ここで、吸気行程開始に伴い発生する圧力波（負圧波）の反射波の反射強度について、図４を参照して説明する。図４は図１から図３に示したシステムを模式的に表した図である。２５は共鳴−慣性切換バルブ２１、長短切換バルブ２２の開閉を制御するコントロールユニットである。以下の説明では、左コレクタ室４Ｌ、右コレクタ室４Ｒの流路断面積を、それぞれコレクタ断面積Ｓｃ２、Ｓｃ１とし、ポート部２０の流路断面積をポート断面積Ｓｐとし、吸気圧をＰ、吸気流速をＵとする。
【００２５】
共鳴−慣性切換バルブ２１を閉弁したときのインピーダンスＺ０は式（１）のようにして求まる。
【００２６】
なお、インピーダンスは、吸気脈動の伝わり易さを表わすもので、具体的には吸気圧Ｐを体積速度、つまり流路断面積Ｓと流速Ｕの積で除したものである。
【００２７】
Ｚ０＝Ｐ／（Ｓｃ１×Ｕ）      ・・・（１）
【００２８】
同様に、共鳴−慣性切換バルブ２１を開弁したときのインピーダンスＺ１は式（２）、ポート部２０のインピーダンスＺ２は式（３）のようにして求まる。
【００２９】
Ｚ１＝Ｐ／[（Ｓｃ１+Ｓｃ２）×Ｕ]      ・・・（２）
【００３０】
Ｚ２＝Ｐ／（Ｓｐ×Ｕ）                ・・・（３）
【００３１】
式（１）、（２）から、インピーダンスＺ０の方がインピーダンスＺ１より大きいことが分かる。すなわち、共鳴−慣性切換バルブ２１を閉弁状態から開弁状態にすると、インピーダンスがＺ０からＺ１に、つまりインピーダンスが小さくなる。
【００３２】
そして、共鳴−慣性切換バルブ２１が閉弁状態、開弁状態における反射波の強度は、それぞれ式（４）、（５）のようになる。
【００３３】
【数１】
2010168906.tif 000003
【００３４】
【数２】
2010168906.tif 000004
【００３５】
式（４）、（５）から、反射強度Ｒｃｌｏｓｅより反射強度Ｒｏｐｅｎの方が大きいことがわかる。すなわち、共鳴−慣性切換バルブ２１を閉弁状態から開弁状態にすることによって、反射強度が大きくなる。
【００３６】
次に、上述した共鳴−慣性切換バルブ２１及び長短切換バルブ２２の開閉制御について説明する。
【００３７】
図５は、共鳴−慣性切換バルブ２１及び長短切換バルブ２２の開閉状態を決定するために用いる、スロットル開度ＴＶＯとエンジン回転速度に割り付けたマップである。
【００３８】
一般的に、共鳴効果と慣性効果とを切り換えて利用可能な場合には、低回転域では主に共鳴効果を利用し、中高回転域では主に慣性効果を利用するよう切り換えることが多い。また、慣性効果を利用する場合には、低回転域ほど吸気管長を長く、高回転域ほど吸気管長を短くすることが効果的であることが知られている。そして、上記のように切り換えを行う場合には、エンジン回転速度のみに応じて切り換えを行い、反射波の反射強度については、スロットル開度によらず常にアクセル開度全開時の発生トルクが最大となるように制御されていた。これを共鳴−慣性切換バルブ２１及び長短切換バルブ２２の開閉状態で表わすと図８のようになる。
【００３９】
本実施形態でも、基本的には同様の使い分けをするが、中高回転域、つまり慣性効果を利用する領域（慣性過給領域）の、スロットル開度が小〜中開度の領域では、反射波の反射強度が小さくなるように設定する。
【００４０】
つまり、図５に示すように、低回転域ではスロットル開度によらず共鳴−慣性切換バルブ２１及び長短切換バルブ２２は閉弁とする（第３の状態）。中回転域では、スロットル開度が小〜中開度の領域では低回転域と同様の設定とし、スロットル開度が大開度の領域では、共鳴−慣性切換バルブ２１は開弁、長短切換バルブ２２は閉弁とする（第４の状態）。高回転域では、スロットル開度が小〜中開度の領域では共鳴−慣性切換バルブ２１は閉弁、長短切換バルブ２２は開弁とし（第２の状態）、スロットル開度が大開度の領域では共鳴−慣性切換バルブ２１及び長短切換バルブ２２は開弁とする（第１の状態）。
【００４１】
図６は、運転領域ごとの共鳴−慣性切換バルブ２１及び長短切換バルブ２２の開閉状態及び反射波の反射強度を表わす図である。なお、縦軸は機関負荷、横軸はエンジン回転速度である。
【００４２】
図６に示すように、中高回転域は機関負荷が最大付近となる領域（図６中の領域IV、I）を除いて反射強度が小さくなるので、スロットル開度変化に対するトルク変化が小さくなる。すなわち、スロットル開度に対するトルクの分解精度（トルク分解能）が向上する。このため、トルク変動を小さくしたい領域、例えば一定速度の高速走行時に微妙なアクセルコントロールを行う場合等、における運転性を向上させることができる。
【００４３】
また、領域Iで走行中にアクセルをオフにすると、スロットル開度は急激に低下するがエンジン回転速度は徐々に低下する。このため、運転点はまず図６の領域IIに移動し、その後エンジン回転速度の低下にともなって領域IIIに移動する。つまり、慣性過給領域で吸気管長が短いまま反射強度が高い状態から低い状態に変化し、そこから共鳴過給領域へ移行する。
【００４４】
逆に、領域IIIで走行中にアクセル踏み込み量を増すと、スロットル開度は急激に増大するがエンジン回転速度は徐々に上昇する。このため、運転点はまず図６の領域IVに移動し、その後エンジン回転速度の上昇にともなって領域IIIに移動する。つまり、共鳴過給領域から慣性過給領域の反射強度が高く吸気管長が短い状態に変化し、そこから吸気管長が長くなる。
【００４５】
一方、図８に示すような設定になっている場合には、同様の状況において、共鳴−慣性切換バルブ２１及び長短切換バルブ２２がともに開弁している状態から、共鳴−慣性切換バルブ２１が開弁、長短切換バルブ２２が閉弁している状態へと変化する。つまり、反射強度が高い状態のまま吸気管長が長くなり、そこから共鳴過給領域へ移行する。これは領域Iから領域IVを経て領域IIIへ移行するのに相当する。
【００４６】
図７は、アクセルオフに伴って領域Iから領域IIへ移行する場合と、領域Iから領域IVと同様の設定になっている領域へ移行する場合について、アクセルオフに伴うエンジントルクの変化量を比較した図である。縦軸はトルク変化量、横軸はエンジン回転速度であり、実線Ａは領域Iから領域IVと同様の設定になっている領域へ移行する場合、実線Ｂは領域Iから領域IIへ移行する場合について示している。なお、図７はエンジン回転速度が高回転域の場合についてのみ示している。
【００４７】
この図７によれば、高回転域では全体的に、アクセルオフとともに反射強度を小さくする方が、トルク変動が小さくなっている。運転者が感じるトルクショックは、エンジンで発生したトルクが運転者に伝達されるまでに、様々な部品、例えばエンジンマウントやサスペンション等、の振動により増幅される。したがって、アクセルオフに伴うエンジントルクの変化量を小さくすることは、運転者が感じるトルクショックを低減するのに有効である。
【００４８】
なお、上記説明では、共鳴−慣性切換バルブ２１及び長短切換バルブ２２の開閉状態を、予め設定したマップをエンジン回転速度及びスロットル開度といった運転条件で検索することによって設定しているが、必ずしもマップ検索により設定する必要はない。結果的に上述した開閉状態になればよいので、例えば、演算の結果、上述した開閉状態に設定されるような制御ロジックを作成し、これを実行するようにしてもよい。
【００４９】
また、図５では中回転域かつスロットル開度大の領域で、共鳴−慣性切換バルブ２１を開、長短切換バルブ２２を閉、に設定している。これは、加速時にはトルクショックの低減よりも高トルクを発生させることを優先するため、反射強度が高くなる設定にしているものである。したがって、加速時においてもトルクショックの低減を優先させる場合には、図５の当該領域も、共鳴−慣性切換バルブ２１を閉、長短切換バルブ２２を開、に設定すればよい。
【００５０】
以上により本実施形態では、次のような効果を得ることができる。
【００５１】
（１）少なくとも高負荷高回転領域から低負荷低回転領域へ移行する場合には、共鳴−慣性切換バルブ２１及び長短切換バルブ２２を開弁する第１の状態から、共鳴−慣性切換バルブ２１を閉弁し長短切換バルブ２２を開弁する第２の状態を経て、共鳴−慣性切換バルブ２１及び長短切換バルブ２２を閉弁する第３の状態に変化させるので、各バルブ開閉に伴うトルク段差を抑制することができる。より、詳述すると、次のとおりである。各気筒の慣性効果を高めるために長短切換バルブ２２はエンジン回転速度に応じて最適な分岐通路長となるように切り替えられるのだが、その切換時にはトルクショックが発生する。そのとき発生するトルクショックの大きさは、コレクタタンクの容積に比例するのである。
【００５２】
本実施形態によれば、高負荷高回転領域から低負荷低回転領域への移行時に、共鳴−慣性切換バルブ２１を閉弁した後に、長短切換バルブ２２を閉弁することになっている。このため、長短切換バルブ２２が切り替えられる際には、コレクタタンクの容積は小さくなっている（共鳴−慣性切換バルブ２１が閉弁されている）ので、減速運転時に発生するトルク段差を抑制することができる。
【００５３】
（２）第３の状態で運転中に加速する場合には、共鳴−慣性切換バルブ２１を開弁し長短切換バルブ２２を閉弁する第４の状態を経て、第１の状態へと変化させるので、加速に応じた要求出力性能を満足することができる。
【００５４】
（３）エンジン回転速度及びスロットル開度を用いて、高回転かつ大スロットル開度の場合は第１の状態、高回転かつ小中スロットル開度の場合は前記第２の状態、低中回転かつ小中スロットル開度及び低回転かつ大スロットル開度の場合には第３の状態、中回転かつ大スロットル開度の場合には第４の状態に設定するので、要求出力性能を満足しながら、各バルブ開閉によるトルク段差を抑制できる。また、スロットルバルブ５が小中開度のときのトルク分解能が向上し、エンジン回転が中高回転時の微妙なアクセルコントロールによるトルク変動を精度よく制御できる。
【００５５】
なお、本発明は上記の実施の形態に限定されるわけではなく、特許請求の範囲に記載の技術的思想の範囲内で様々な変更を成し得ることは言うまでもない。
【符号の説明】
【００５６】
１    シリンダブロック
２    シリンダヘッド
３    カムカバー
４    コレクタタンク
５    スロットルチャンバ
２０  ポート部
２１  共鳴−慣性切換バルブ
２２  長短切換バルブ
２５  コントロールユニット
【図１】
2010168906.tif 000005
【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】
2010168906.tif 000011
【図８】
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