(57)【要約】【課題】ノックの発生を抑制することができる内燃機関を提供すること。【解決手段】内燃機関１−１の有する吸気弁３６ａおよび排気弁３６ｂがともに開弁するバルブオーバーラップ時間を算出するバルブオーバーラップ時間算出部７４と、この内燃機関１−１の燃焼室Ａ内の残留ガスの掃気を補助する掃気ガスを発生する掃気ガス発生装置６とを備え、掃気ガス発生装置６は、バルブオーバーラップが開始される前に、算出されたバルブオーバーラップ時間の減少に応じて増加する発生時間の間、掃気ガスを発生する。バルブオーバーラップ開始時に確実に掃気ガスを燃焼室Ａ内に導入することで、燃焼室Ａ内の残留ガスを確実に掃気し、ノックの発生を抑制する。【選択図】        図１
2006214382.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の有する吸気弁および排気弁がともに開弁するバルブオーバーラップ時間を算出するバルブオーバーラップ時間算出手段と、
前記内燃機関の燃焼室内の残留ガスの掃気を補助する掃気ガスを発生する当該掃気ガス発生手段と、
を備え、前記掃気ガス発生手段は、前記バルブオーバーラップが開始される前に、前記算出されたバルブオーバーラップ時間の減少に応じて増加する発生時間の間、前記掃気ガスを発生することを特徴とする内燃機関。
【請求項２】
前記内燃機関の吸気温度を取得する吸気温度取得手段をさらに備え、
前記掃気ガス発生手段は、前記取得された吸気温度の増加に応じて前記発生時間を増加することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
【請求項３】
前記内燃機関の有する吸気弁および排気弁がともに開弁するバルブオーバーラップ時間を算出するバルブオーバーラップ時間算出手段と、
前記内燃機関の燃焼室内の残留ガスの掃気を補助する掃気ガスを発生する当該掃気ガス発生手段と、
を備え、前記掃気ガス発生手段は、少なくとも前記バルブオーバーラップが開始される際に、前記算出されたバルブオーバーラップ時間の減少に応じて増加する発生圧力の前記掃気ガスを発生することを特徴とする内燃機関。
【請求項４】
前記内燃機関の吸気温度を取得する吸気温度取得手段をさらに備え、
前記掃気ガス発生手段は、前記取得された吸気温度の増加に応じて前記発生圧力を増加することを特徴とする請求項３に記載の内燃機関。
【請求項５】
前記内燃機関のノックの発生を取得するノック発生取得手段をさらに備え、
前記掃気ガス発生手段は、前記ノック発生取得手段により前記内燃機関のノックの発生が取得された場合に、前記掃気ガスを発生することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の内燃機関。
【請求項６】
内燃機関の有する吸気弁および排気弁がともに開弁するバルブオーバーラップ時間を算出する手順と、
前記算出されたバルブオーバーラップ時間の減少に応じて増加する発生時間を算出する手順と、
前記バルブオーバーラップが開始される前に、前記算出された発生時間の間、前記内燃機関の燃焼室内の残留ガスの掃気を補助する掃気ガスを発生する手順と、
を含むことを特徴とする内燃機関の運転方法。
【請求項７】
内燃機関の有する吸気弁および排気弁がともに開弁するバルブオーバーラップ時間を算出する手順と、
前記算出されたバルブオーバーラップ時間の減少に応じて増加する発生圧力を算出する手順と、
少なくとも、前記バルブオーバーラップが開始される際に、前記内燃機関の燃焼室内の残留ガスの掃気を補助する掃気ガスを前記算出された発生圧力で発生する手順と、
を含むことを特徴とする内燃機関の運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、内燃機関および内燃機関の運転方法に関し、更に詳しくは、吸気弁および排気弁がともに開弁するバルブオーバーラップ時に燃焼室内に残留する残留ガスを掃気する内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、乗用車、トラックなどの車両に搭載されるガソリンエンジンなどの内燃機関では、圧縮端温度、すなわち着火直前の燃焼室内の空気と燃料との混合ガスのガス温度が上昇するとノックが発生する虞がある。この圧縮端温度が上昇する原因としては、内燃機関の排気行程において燃焼室内から排気されずにこの燃焼室内に残留する排気ガス、すなわち残留ガスがある。この燃焼室内の残留ガスの残留ガス量が増加すると圧縮端温度が上昇し、内燃機関にノックが発生する虞が生じる。
【０００３】
そこで、従来の内燃機関では、この内燃機関の排気行程と吸気行程との間に、バルブオーバーラップが設けられている。このバルブオーバーラップ時には、内燃機関の吸気経路と燃焼室との連通を行う吸気弁および内燃機関の排気経路と燃焼室との連通を行う排気弁がともに開弁する。これにより、このバルブオーバーラップでは、吸気経路内の空気が燃焼室内に導入され、この燃焼室内の残留ガスが排気経路に掃気され、燃焼室内の残留ガス量が低下する。
【０００４】
しかし、このバルブオーバーラップのみでは、燃焼室内の残留ガスを排気経路に十分に掃気することができない。そこで、特許文献１に示すように、バルブオーバーラップ時に内燃機関の燃焼室内の残留ガスの掃気を補助する掃気ガスを発生させ、この発生した掃気ガスを燃焼室内に導入する技術が提案されている。この特許文献１に示す従来の内燃機関は、バルブオーバーラップ時に、加圧された掃気ガスである空気を発生させ、吸気経路の吸気ポートと吸気弁とにより形成される開口部の排気経路の排気ポートに対して最も遠い位置から燃焼室内に導入する。これにより、燃焼室内の残留ガスの掃気をより効率的に行うものである。
【０００５】
【特許文献１】特開平１−９２５２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、内燃機関の運転状態に応じて、このバルブオーバーラップのバルブオーバーラップ時間を変化させる内燃機関がある。ここで、上記従来の内燃機関のように吸気経路から燃焼室内に掃気ガスを導入する場合は、燃焼室と掃気ガスの発生位置との距離に応じて、掃気ガスが燃焼室に到達するまでに時間を要することとなる。従って、バルブオーバーラップ時間が長い場合には、燃焼室内の残留ガスを掃気するための掃気ガスを吸気経路内に発生させても、この掃気ガスは燃焼室に到達し、燃焼室内に十分に導入する。しかしながら、バルブオーバーラップ期間が短い場合には、燃焼室内の残留ガスを掃気するための掃気ガスを吸気経路内に発生させても、この掃気ガスが燃焼室に到達する前に、あるいは掃気ガスが燃焼室内に十分に導入される前にバルブオーバーラップが終了する虞がある。これにより、燃焼室内に残留する残留ガスの十分な掃気が行えない虞がある。
【０００７】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ノックの発生を抑制することができる内燃機関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】
【０００８】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、この発明では、内燃機関において、内燃機関の有する吸気弁および排気弁がともに開弁するバルブオーバーラップ時間を算出するバルブオーバーラップ時間算出手段と、前記内燃機関の燃焼室内の残留ガスの掃気を補助する掃気ガスを発生する当該掃気ガス発生手段と、を備え、前記掃気ガス発生手段は、前記バルブオーバーラップが開始される前に、前記算出されたバルブオーバーラップ時間の減少に応じて増加する発生時間の間、前記掃気ガスを発生することを特徴とする。
【０００９】
また、この発明では、内燃機関の運転方法において、前記内燃機関の有する吸気弁および排気弁がともに開弁するバルブオーバーラップ時間を算出する手順と、前記算出されたバルブオーバーラップ時間の減少に応じて増加する発生時間を算出する手順と、前記バルブオーバーラップが開始される前に、前記算出された発生時間の間、前記内燃機関の燃焼室内の残留ガスの掃気を補助する掃気ガスを発生する手順とを含むことを特徴とする。
【００１０】
これらの発明によれば、掃気ガス発生手段は、バルブオーバーラップの開始前に、算出されたバルブオーバーラップ時間に応じた発生時間の間、掃気ガスを発生させる。このとき、この発生時間は、算出されたバルブオーバーラップ時間の減少に伴い増加する。従って、掃気ガス発生手段は、バルブオーバーラップが短時間の場合に、バルブオーバーラップの開始前に予め多くの掃気ガスを発生させる。これにより、バルブオーバーラップが短時間でも、このバルブオーバーラップの開始時に十分な掃気ガスを燃焼室に到達させることができるため、バルブオーバーラップの開始時に確実に掃気ガスを燃焼室内に導入することができる。
【００１１】
また、この発明では、内燃機関において、前記内燃機関の有する吸気弁および排気弁がともに開弁するバルブオーバーラップ時間を算出するバルブオーバーラップ時間算出手段と、前記内燃機関の燃焼室内の残留ガスの掃気を補助する掃気ガスを発生する当該掃気ガス発生手段とを備え、前記掃気ガス発生手段は、少なくとも前記バルブオーバーラップが開始される際に、前記算出されたバルブオーバーラップ時間の減少に応じて増加する発生圧力の前記掃気ガスを発生することを特徴とする。
【００１２】
また、この発明では、内燃機関の運転方法において、前記内燃機関の有する吸気弁および排気弁がともに開弁するバルブオーバーラップ時間を算出する手順と、前記算出されたバルブオーバーラップ時間の減少に応じて増加する発生圧力を算出する手順と、少なくとも、前記バルブオーバーラップが開始される際に、前記内燃機関の燃焼室内の残留ガスの掃気を補助する掃気ガスを前記算出された発生圧力で発生する手順とを含むことを特徴とする。
【００１３】
これらの発明によれば、掃気ガス発生手段は、算出されたバルブオーバーラップ時間に応じた発生圧力の掃気ガスを発生させる。このとき、この発生圧力は、算出されたバルブオーバーラップ時間の減少に伴い増加する。つまり、掃気ガス発生手段は、バルブオーバーラップが短時間の場合に、バルブオーバーラップの開始時に高圧力の掃気ガスを発生させる。従って、バルブオーバーラップの開始時における掃気ガスの発生圧力と燃焼室内の圧力との差圧が大きくなり、発生した掃気ガスが燃焼室内に導入され易くなる。これにより、バルブオーバーラップが短時間でも、バルブオーバーラップの開始時に確実に掃気ガスを燃焼室内に導入することができる。
【００１４】
また、この発明では、上記内燃機関において、前記内燃機関の吸気温度を取得する吸気温度取得手段をさらに備え、前記掃気ガス発生手段は、前記取得された吸気温度の増加に応じて前記発生時間あるいは前記発生圧力を増加することを特徴とする。
【００１５】
過給機を備えた内燃機関においては、内燃機関のノックが発生し易くなる。これは、吸気された空気の吸気温度が過給されることで上昇すると、圧縮端温度が上昇するためである。この発明によれば、取得された吸気温度の増加に応じて、発生時間あるいは発生圧力を増加させ、バルブオーバーラップの開始前に多くの掃気ガスを発生させ、あるいはバルブオーバーラップの開始時における掃気ガスの発生圧力と燃焼室内の圧力との差圧をさらに大きくさせる。従って、バルブオーバーラップの開始時に多くの掃気ガスが燃焼室内に導入されるため、燃焼室内に残留する残留ガスは、吸気温度の増加に応じて減少する。これにより、圧縮端温度の上昇を抑制することができ、ノックの発生を抑制することができる。
【００１６】
また、この発明では、上記内燃機関において、前記内燃機関のノックの発生を取得するノック発生取得手段をさらに備え、前記掃気ガス発生手段は、前記ノック発生取得手段により前記内燃機関のノックの発生が取得された場合に、前記掃気ガスを発生することを特徴とする。
【００１７】
これらの発明によれば、ノック発生検出手段により内燃機関のノックの発生を取得しなければ、掃気ガス発生手段により掃気ガスが発生せず、燃焼室内に掃気ガスが導入されない。つまり、バルブオーバーラップ時であっても、内燃機関のノックの発生を取得しなければ、燃焼室内に掃気ガスは導入されない。従って、圧縮端温度が内燃機関にノックが発生する温度まで上昇していない場合に、燃焼室内に掃気ガスを導入しないので、圧縮端温度の下降が抑制され、圧縮端温度が極端に低くなることを抑制することができる。これにより、内燃機関に供給された燃料の燃焼の悪化を抑制することができる。
【発明の効果】
【００１８】
この発明にかかる内燃機関および内燃機関の運転方法は、バルブオーバーラップ開始時に確実に掃気ガスを燃焼室内に導入することで、燃焼室内の残留ガスを確実に掃気し、ノックの発生を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、下記の実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記の実施例における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの或いは実質的に同一のものが含まれる。
【実施例１】
【００２０】
図１は、実施例１にかかる内燃機関の構成例を示す図である。図１に示すように、この実施例１にかかる内燃機関１−１は、内燃機関１−１に燃料を供給する燃料供給手段である燃料供給装置２と、複数の気筒（例えば、４気筒）により構成される内燃機関本体３と、内燃機関本体３に接続される吸気経路４と、この内燃機関本体３に接続される排気経路５と、掃気ガス発生手段である掃気ガス発生装置６と、内燃機関１−１の運転を制御する運転制御装置であるＥＣＵ（Engine Control Unit）７とにより構成されている。なお、８は、図示しないアクセルペダルのアクセル開度を検出するアクセルペダルセンサである。
【００２１】
燃料供給装置２は、燃料タンク２２内に貯留されている燃料であるガソリンを内燃機関１−１に供給するものである。この燃料供給装置２は、燃料噴射弁２１と、燃料タンク２２と、燃料ポンプ２３と、図示しない燃料配管とにより構成されている。燃料タンク２２内に貯留されているガソリンは、ＥＣＵ７からの燃料ポンプ駆動信号により駆動する燃料ポンプ２３により加圧され、図示しない燃料配管を介して燃料噴射弁２１に圧送される。燃料噴射弁２１は、後述する内燃機関本体３の図示しない各気筒の吸気ポート３２ａにそれぞれ配置されており、燃料ポンプ２３から圧送されたガソリンを後述する内燃機関本体３の吸気ポート３２ａ内に噴射するものである。燃料噴射弁２１の燃料噴射量や噴射タイミングなどの制御、すなわち噴射制御は、後述するＥＣＵ７により行われる。なお、燃料供給装置２は、上述のように、吸気経路４に燃料噴射弁２１から燃料を噴射することで、内燃機関１−１に燃料を供給する場合に限られず、燃焼室Ａに直接燃料を噴射しても良い。また、燃料供給装置２は、吸気経路４および燃焼室Ａに燃料を噴射する燃料噴射弁２１をそれぞれ有していても良い。
【００２２】
内燃機関本体３は、シリンダブロック３１と、このシリンダブロック３１に固定されたシリンダヘッド３２と、気筒ごとに設けられるピストン３３およびコンロッド３４と、クランクシャフト３５と、バルブ装置３６と、気筒ごとに設けられる点火プラグ３７とにより構成されている。ここで、内燃機関本体３の各気筒には、少なくとも各気筒のピストン３３と、シリンダヘッド３２とにより燃焼室Ａが形成されている。シリンダヘッド３２には、吸気ポート３２ａおよび排気ポート３２ｂが気筒ごとに形成されており、それぞれ吸気経路４および排気経路５に接続されている。ピストン３３は、コンロッド３４に回転自在に支持されており、このコンロッド３４は、クランクシャフト３５に回転自在に支持されている。つまり、クランクシャフト３５は、燃焼室Ａ内の空気と燃料の混合ガスの燃焼によりピストン３３がシリンダブロック３１内を往復運動することで回転するものである。
【００２３】
バルブ装置３６は、後述する吸気弁３６ａおよび排気弁３６ｂの開閉を行い、吸気弁３６ａおよび排気弁３６ｂがともに開弁しているバルブオーバーラップ時間を内燃機関の運転状態に応じて変化させるものである。このバルブ装置３６は、気筒ごとに設けられる吸気弁３６ａおよび排気弁３６ｂと、インテークカムシャフト３６ｃと、エキゾーストカムシャフト３６ｄと、吸気弁タイミング機構３６ｅと、排気弁タイミング機構３６ｆとにより構成されている。吸気弁３６ａは、吸気ポート３２ａと燃焼室Ａとの間に配置され、インテークカムシャフト３６ｃが回転することにより開閉が行われる。また、排気ポート３２ｂは、排気ポート３２ｂと燃焼室Ａとの間に配置され、エキゾーストカムシャフト３６ｄが回転することにより開閉が行われる。インテークカムシャフト３６ｃおよびエキゾーストカムシャフト３６ｄは、タイミングチェーンを介してクランクシャフト３５に連結されており、このクランクシャフト３５の回転力が伝達され回転するものである。
【００２４】
ここで、インテークカムシャフト３６ｃとクランクシャフト３５との間およびエキゾーストカムシャフト３６ｄとクランクシャフト３５との間には、それぞれバルブ調整手段を構成する吸気弁タイミング機構３６ｅおよび排気弁タイミング機構３６ｆが介在する。吸気弁タイミング機構３６ｅおよび排気弁タイミング機構３６ｆは、連続可変バルブタイミング機構であり、それぞれインテークカムシャフト３６ｃおよびエキゾーストカムシャフト３６ｄの位相を連続的に変化させるものである。
【００２５】
具体的には、吸気弁タイミング機構３６ｅおよび排気弁タイミング機構３６ｆには、その内部に図示しない進角室および遅角室がそれぞれ形成されている。この進角室あるいは遅角室のいずれか一方には、このバルブ装置３６の図示しないオイルコントロールバルブからオイルが供給される。インテークカムシャフト３６ｃおよびエキゾーストカムシャフト３６ｄは、進角室にオイルが供給されると進角方向に、遅角室にオイルが供給されると遅角方向にそれぞれの位相が変化する。バルブ装置３６は、インテークカムシャフト３６ｃおよびエキゾーストカムシャフト３６ｄの位相が変化することで、吸気弁３６ａおよび排気弁３６ｂの開閉時期を調整する。
【００２６】
なお、図示しない吸気弁タイミング機構３６ｅおよび排気弁タイミング機構３６ｆに対応する２つのオイルコントロールバルブは、その内部に設けられたスプール弁の位置が移動することで、吸気弁タイミング機構３６ｅおよび排気弁タイミング機構３６ｆのそれぞれの進角室あるいは遅角室のいずれか一方にオイルを供給する。この２つのスプール弁の位置の制御、すなわち吸気弁３６ａの開閉時期および排気弁３６ｂの開閉時期の制御である吸排気弁タイミング制御は、後述するＥＣＵ７により行われる。また、バルブ装置３６には、図示しないカムポジションセンサが２つ備えられており、この２つのカムポジションセンサは、それぞれインテークカムシャフト３６ｃおよびエキゾーストカムシャフト３６ｄの位置を検出し、ＥＣＵ７に出力する。また、このバルブ装置３６は、吸気弁タイミング機構３６ｅおよび排気弁タイミング機構３６ｆにより、吸気弁３６ａおよび排気弁３６ｂの両方の開閉時期を調整するが、これに限定されるものではなく、例えば吸気弁タイミング機構３６ｅのみを備え、吸気弁３６ａのみの開閉時期を調整するものであっても良い。
【００２７】
点火プラグ３７は、気筒ごとに設けられており、ＥＣＵ７からの点火信号により、点火し、各気筒の燃焼室Ａ内の混合ガスを着火させるものである。点火プラグ３７の点火タイミングなどの制御、すなわち点火制御は、後述するＥＣＵ７により行われる。なお、３８は、ノック発生検出手段であるノックセンサである。このノックセンサ３８は、内燃機関１−１のノックの発生を例えばシリンダブロック３１の振動により電圧が変化する圧電素子に基づいて検出し、ＥＣＵ７に出力するものである。また、３９は、クランクシャフト３５の角度を検出し、ＥＣＵ７に出力するクランク角度センサである。
【００２８】
吸気経路４は、外部から空気を吸気し、この導入された空気を内燃機関本体３の各気筒の燃焼室Ａに導入するものである。この吸気経路４は、エアクリーナー４１と、エアフロメータ４２と、スロットルバルブ４３と、吸気温度センサ４４と、エアクリーナー４１から内燃機関本体３の吸気ポート３２ａまでを連通する吸気通路４５とにより構成されている。エアクリーナー４１により粉塵が除去された空気は、吸気通路４５および吸気ポート３２ａを介して、内燃機関本体３の燃焼室Ａに導入される。エアフロメータ４２は、この内燃機関本体３に導入、すなわち吸入される空気の吸入空気量を検出し、ＥＣＵ７に出力するものである。スロットルバルブ４３は、ステッピングモータなどのアクチュエータ４３ａにより駆動され、内燃機関本体３の各気筒の燃焼室Ａに吸気される吸入空気量を調整するものである。このスロットルバルブ４３の開度の制御、すなわちスロットルバルブ開度制御は、後述するＥＣＵ７により行われる。吸気温度センサ４４は、この内燃機関本体３に導入、すなわち吸入される空気の吸気温度を検出し、ＥＣＵ７に出力するものである。
【００２９】
また、排気経路５は、浄化触媒５１と、図示しない消音装置と、内燃機関本体３の排気ポート３２ｂから浄化触媒５１を介して消音装置までを連通する排気通路５２とにより構成されている。浄化触媒５１は、排気通路５２を介して導入された排気ガスに含まれる有害物質を浄化するものであり、有害物質が浄化された排気ガスは、消音装置を介して外部に排気される。なお、図示は省略するが浄化触媒５１の上流側に位置する排気通路５２には、この排気通路５２に排気される排気ガスの空燃比を検出し、後述するＥＣＵ７に出力するＡ／Ｆセンサ、あるいはこの排気通路５２に排気される排気ガスの酸素濃度を検出し、後述するＥＣＵ７に出力するＯ2センサが設けられている。
【００３０】
掃気ガス発生装置６は、掃気ガス発生手段であり、外部の空気を加圧して、内燃機関１−１の燃焼室Ａ内の残留ガスの掃気を補助する掃気ガスを発生させるものである。この掃気ガス発生装置６は、掃気ガス発生ポンプ６１と、発生時間調整弁６２と、掃気ガス発生ポンプ６１から内燃機関本体３の各気筒の吸気ポート３２ａまでを連通する連通通路６３とにより構成されている。掃気ガス発生ポンプ６１は、ＥＣＵ７からの発生ポンプ駆動信号により駆動し、外部から空気を吸引し、この吸引した空気を加圧するものである。
【００３１】
発生時間調整弁６２は、ステッピングモータなどのアクチュエータ６２ａにより駆動され、開閉弁動作により、掃気ガスを発生させるとともに、この掃気ガスの発生時間を調整するものである。この発生時間調整弁６２による発生時間の調整、すなわち発生時間制御は、後述するＥＣＵ７により行われる。この掃気ガス発生装置６により発生した掃気ガスは、連通通路６３および吸気ポート３２ａを介して、バルブオーバーラップ時に内燃機関１−１の燃焼室Ａ内に導入される。なお、この掃気ガス発生装置６は、吸気ポート３２ａに掃気ガスを導入する場合に限られず、吸気経路４の吸気通路４４に掃気ガスを導入しても良い。また、掃気ガス発生ポンプ６１は、例えば、ベルトやチェーンなどの連結手段によりクランクシャフト３５に連結することで、クランクシャフト３５の回転により回転するように構成しても良い。
【００３２】
ＥＣＵ７は、内燃機関１−１を運転制御することで、この内燃機関１−１を運転するものであり、少なくともバルブオーバーラップ時間算出手段、発生時間算出手段、ノック発生取得手段、掃気ガス発生制御手段としての機能を備える。このＥＣＵ７には、内燃機関１−１が搭載された車両の各所に取り付けられたセンサから、各種入力信号が入力される。具体的には、クランクシャフト３５に取り付けられたクランク角度センサ３９により検出されたクランク角度、エアフロメータ４２により検出された吸入空気量、吸気温度センサ４４により検出された吸気温度、アクセルペダルセンサ８により検出されたアクセル開度、図示しない２つのカムポジションセンサにより検出されたインテークカムシャフト３６ｃの位置およびエキゾーストカムシャフト３６ｄの位置、図示しないＡ／Ｆセンサにより検出された空燃比、ノックセンサ３８により検出された内燃機関１−１のノックの発生状態などがある。ＥＣＵ７は、これら入力信号および記憶部７３に記憶されている各種マップに基づいて各種出力信号を出力する。具体的には、燃料噴射弁２１の噴射制御を行う噴射信号、バルブ装置３６の吸排気弁タイミング制御を行う吸気弁タイミング信号および排気弁タイミング信号、点火プラグ３７の点火制御を行う点火信号、スロットルバルブ４３のスロットルバルブ開度制御を行うスロットルバルブ開度信号、発生時間調整弁６２の発生時間制御を行う調整弁開弁信号、燃料ポンプ２３の駆動制御を行う燃料ポンプ駆動信号、掃気ガス発生ポンプ６１の駆動制御を行う発生ポンプ駆動信号などの出力信号などがある。
【００３３】
なお、燃料噴射弁２１から内燃機関１−１に供給される燃料噴射量は、これら入力信号のうちクランク角度から取得される機関回転数、吸入空気量、アクセル開度などに基づいて算出される。具体的には、ＥＣＵ７は、この燃料噴射量を上記入力信号と記憶部７３に記憶されている燃料噴射量マップとに基づいて、あるいは上記入力信号と図示しないＡ／Ｆセンサにより検出された空燃比とに基づいて算出する。
【００３４】
このＥＣＵ７は、上記入力信号や出力信号の入出力を行う入出力ポート（Ｉ／Ｏ）７１と、処理部７２と、上記燃料噴射量マップなどの各種マップなどを格納する記憶部７３とにより構成されている。処理部７２は、メモリおよびＣＰＵ（Central Processing Unit）により構成され、少なくともバルブオーバーラップ時間算出手段であるバルブオーバーラップ時間算出部７４と、ノック発生取得手段であるノック発生取得部７５と、発生時間算出手段である発生時間算出部７６と、掃気ガス発生制御手段である掃気ガス発生制御部７７とにより構成されている。この処理部７２は、後述する掃気ガス発生装置６の制御方法を含む内燃機関１−１の運転方法などに基づくプログラムをメモリにロードして実行することにより、この内燃機関１−１の運転方法などを実現させるものであっても良い。また、記憶部７３は、フラッシュメモリ等の不揮発性のメモリ、ＲＯＭ（Read Only Memory）のような読み出しのみが可能な揮発性のメモリあるいはＲＡＭ（Random Access Memory）のような読み書きが可能な揮発性のメモリ、あるいはこれらの組み合わせにより構成することができる。また、この実施例１では、内燃機関１−１の運転方法、特に掃気ガス発生装置６の制御方法をＥＣＵ７により実現させるが、これに限定されるものではなく、このＥＣＵ７とは個別に形成された制御装置により実現しても良い。
【００３５】
次に、実施例１にかかる内燃機関１−１の運転方法、すなわち掃気ガス発生装置６の制御方法について説明する。図２は、実施例１にかかる内燃機関の運転方法のフローを示す図である。まず、ＥＣＵ７の処理部７２のノック発生取得部７５は、この実施例１にかかる内燃機関１−１のノックの発生を取得したか否かを判断する（ステップＳＴ１０１）。具体的には、ノックセンサ３８が、内燃機関１−１のシリンダブロック３１の振動を検出し、ＥＣＵ７に出力する。そして、ノック発生取得部７５は、このノックセンサ３８から出力されるノック発生信号の特定周波数の強度に基づいて、内燃機関１−１にノックが発生したか否かを判断する。なお、ノック発生取得部７５は、内燃機関１−１のノックの発生を検出するまで、このステップＳＴ１０１を繰り返す。
【００３６】
次に、処理部７２のバルブオーバーラップ時間算出部７４は、上記ノック発生取得部７５により内燃機関１−１のノックの発生が取得されたと判断した場合、バルブオーバーラップ時間Ｔを算出する（ステップＳＴ１０２）。ここで、バルブ装置３６の吸排気弁タイミング制御は、内燃機関の運転状態に応じて行われる。具体的には、ＥＣＵ７は、上記入力信号のうちクランク角度から取得される機関回転数、吸入空気量、アクセル開度などに基づいて吸排気弁タイミングの制御を行う。従って、バルブオーバーラップ時間は、内燃機関の運転状態に応じて変化する。そこで、バルブオーバーラップ時間算出部７４は、上記図示しない２つのカムポジションセンサにより検出されたインテークカムシャフト３６ｃおよびエキゾーストカムシャフト３６ｄの位置および上記取得される機関回転数に基づいてバルブオーバーラップ時間を算出する。
【００３７】
次に、処理部７２の発生時間算出部７６は、バルブオーバーラップ時間算出部７４により算出されたバルブオーバーラップ時間Ｔを取得し、この取得したバルブオーバーラップ時間Ｔが所定時間Ｔ１以上であるか否かを判断する（ステップＳＴ１０３）。ここで、所定時間Ｔ１とは、燃焼室Ａ内の残留ガスを掃気するための掃気ガスを発生時間調整弁６２が開弁することで発生させても、この掃気ガスが燃焼室Ａに到達する前に、あるいは掃気ガスが燃焼室Ａ内に十分に導入され前にバルブオーバーラップが終了する時間である。
【００３８】
次に、処理部７２の発生時間算出部７６は、取得したバルブオーバーラップ時間Ｔが所定時間Ｔ１以上である、すなわちバルブオーバーラップが長時間であると判断した場合、通常の発生時間Ｔ２を算出する（ステップＳＴ１０４）。ここで、通常の発生時間Ｔ２とは、燃焼室Ａ内に残留する残留ガスを十分に掃気、すなわち排気経路５に流出させることができる量の掃気ガスをバルブオーバーラップの開始前までに発生することができる時間をいう。
【００３９】
次に、処理部７２の掃気ガス発生制御部７７は、バルブオーバーラップの開始より、算出された発生時間であるＴ２時間前から掃気ガスの発生を開始する（ステップＳＴ１０５）。具体的には、掃気ガス発生制御部７７は、バルブオーバーラップの開始よりＴ２時間前となると、発生時間調整弁６２に調整弁開弁信号を出力する。この調整弁開弁信号により、アクチュエータ６２ａが駆動され、発生時間調整弁６２が開弁され、掃気ガス発生ポンプ６１により加圧された外部の空気を掃気ガスとして発生させる。この発生した掃気ガスは、連通通路６３を通り、吸気ポート３２ａ内に流入し、燃焼室Ａに到達する。発生時間Ｔ２が経過するとバルブオーバーラップが開始され、吸気弁３６ａが開弁されると、掃気ガスは、その圧力と燃焼室Ａ内との圧力の差圧により、燃焼室Ａ内に導入される。燃焼室Ａ内に導入された掃気ガスは、排気弁３６ｂが開弁しているため、この燃焼室Ａ内に残留する残留ガスを排気経路５に排気され、燃焼室Ａ内に残留する残留ガスを掃気する。このとき、発生時間Ｔ２が短いために、十分な掃気ガスが燃焼室Ａに到達していなくても、バルブオーバーラップ時間Ｔが所定時間Ｔ１以上であるため、発生時間Ｔ２内に発生した掃気ガスは、燃焼室Ａ内に確実に導入される。なお、処理部７２の掃気ガス発生制御部７７は、バルブオーバーラップの開始のタイミングを上記図示しない２つのカムポジションセンサにより検出されたインテークカムシャフト３６ｃおよびエキゾーストカムシャフト３６ｄの位置に基づいて判断する。
【００４０】
次に、処理部７２の発生時間算出部７６は、取得したバルブオーバーラップ時間Ｔが所定時間Ｔ１未満である、すなわちバルブオーバーラップが短時間であると判断した場合、通常の発生時間Ｔ２よりも長い発生時間Ｔ３を算出する（ステップＳＴ１０６）。ここで、発生時間Ｔ３は、上記取得したバルブオーバーラップ時間Ｔが所定時間Ｔ１以上である場合に算出される発生時間Ｔ２よりも長い時間をいい、バルブオーバーラップの開始前まで、燃焼室Ａに十分に到達させることができるだけの掃気ガスを発生することができる時間をいう。
【００４１】
次に、処理部７２の掃気ガス発生制御部７７は、バルブオーバーラップの開始より、算出された発生時間であるＴ３時間前から掃気ガスの発生を開始する（ステップＳＴ１０７）。具体的には、掃気ガス発生制御部７７は、バルブオーバーラップの開始よりＴ３時間前となると、アクチュエータ６２ａを駆動させ、発生時間調整弁６２を開弁し、掃気ガス発生ポンプ６１により加圧された外部の空気を掃気ガスとして発生させる。この発生した掃気ガスは、バルブオーバーラップの開始前までに、連通通路６３を通り、吸気ポート３２ａ内に流入し、燃焼室Ａに十分に到達する。発生時間Ｔ３が経過するとバルブオーバーラップが開始し、吸気弁３６ａが開弁すると、燃焼室Ａに到達した十分な掃気ガスは、その圧力と燃焼室Ａ内との圧力の差圧により、燃焼室Ａ内に導入される。燃焼室Ａ内に導入された掃気ガスは、この燃焼室Ａ内に残留する残留ガスを排気弁３６ｂが開弁しているため、排気経路５に流出させ、燃焼室Ａ内に残留する残留ガスを掃気する。
【００４２】
以上のように、掃気ガス発生装置６は、バルブオーバーラップの開始前、実施例では、バルブオーバーラップの開始前までに、算出されたバルブオーバーラップ時間Ｔに応じた発生時間の間、掃気ガスを発生させる。このとき、バルブオーバーラップが短時間の場合における発生時間Ｔ３をバルブオーバーラップが長時間の場合における発生時間Ｔ２よりも長くする。従って、掃気ガス発生装置６は、バルブオーバーラップが短時間の場合に、バルブオーバーラップの開始前に予め多くの掃気ガスを発生させる。これにより、バルブオーバーラップが短時間でも、このバルブオーバーラップの開始時に十分な掃気ガスを燃焼室Ａに到達させることができるため、バルブオーバーラップの開始時に確実に掃気ガスを燃焼室Ａ内に導入することができ、燃焼室Ａ内の残留ガスを確実に掃気し、ノックの発生を抑制することができる。
【００４３】
また、上記実施例１にかかる内燃機関１−１では、ノック発生取得部７５により内燃機関１−１のノックの発生を取得しなければ、掃気ガス装置６により掃気ガスが発生せず、燃焼室Ａ内に掃気ガスが導入されない。つまり、バルブオーバーラップ時であっても、内燃機関１−１のノックの発生を取得しなければ、燃焼室Ａ内に掃気ガスは導入されない。従って、圧縮端温度が内燃機関１−１にノックが発生する温度まで上昇していない場合には、燃焼室Ａ内に掃気ガスが導入されないので、圧縮端温度の極端な下降が抑制され、圧縮端温度が極端に低くなることが抑制される。これにより、内燃機関１−１に供給された燃料の燃焼の悪化を抑制することができる。また、ノック発生取得部７５により内燃機関１−１のノックの発生を取得しなければ、すなわち内燃機関１−１にノックが発生していない場合は、掃気ガス発生装置６の掃気ガス発生ポンプ６１を駆動する必要がないため、燃費の向上を図ることができる。
【実施例２】
【００４４】
図３は、実施例２にかかる内燃機関の構成例を示す図である。図３に示す内燃機関１−２が図１に示す内燃機関１−１との異なる点は、掃気ガス発生装置６が掃気ガス発生ポンプ６１の代わりに、掃気ガスの発生圧力を変化させることができる発生圧力調整ポンプ６４を備え、ＥＣＵ７の処理部７２が発生時間算出部７６の代わりに発生圧力算出手段である発生圧力算出部７８を有する点である。なお、図３に示す内燃機関１−２の基本的構成は、図１に示す内燃機関１−１の基本的構成と同様であるため、その説明は省略する。
【００４５】
発生圧力調整ポンプ６４は、吐出圧力を変化、すなわち外部から吸引した空気を任意の圧力に加圧することができるものである。この加圧される外部の空気である掃気ガスの発生圧力調整ポンプ６４による発生圧力の調整、すなわち発生圧力調整制御は、ＥＣＵ７により行われる。具体的には、発生圧力調整ポンプ６４は、ＥＣＵ７から出力された調整ポンプ駆動信号により発生圧力調整制御を行う。
【００４６】
ここで、実施例２にかかる内燃機関１−２の運転方法、すなわち掃気ガス発生装置６の制御方法について説明する。図４は、実施例２にかかる内燃機関の運転方法のフローを示す図である。なお、同図に示す内燃機関１−２の運転方法は、図２に示す内燃機関１−１の運転方法と同一部分は簡略化して説明する。まず、ＥＣＵ７の処理部７２のノック発生取得部７５は、この実施例２にかかる内燃機関１−２のノックの発生を取得したか否かを判断する（ステップＳＴ２０１）。
【００４７】
次に、処理部７２のバルブオーバーラップ時間算出部７４は、上記ノック発生取得部７５により内燃機関１−２のノックの発生が取得されたと判断した場合、バルブオーバーラップ時間Ｔを算出する（ステップＳＴ２０２）。次に、処理部７２の発生圧力算出部７８は、バルブオーバーラップ時間算出部７４により算出されたバルブオーバーラップ時間Ｔを取得し、この取得したバルブオーバーラップ時間Ｔが所定時間Ｔ１以上であるか否かを判断する（ステップＳＴ２０３）。
【００４８】
次に、処理部７２の発生圧力算出部７８は、取得したバルブオーバーラップ時間Ｔが所定時間Ｔ１以上である、すなわちバルブオーバーラップが長時間であると判断した場合、通常の発生圧力Ｐ１を算出する（ステップＳＴ２０４）。ここで、通常の発生圧力Ｐ１とは、掃気ガスの発生圧力と燃焼室内の圧力との差圧により、バルブオーバーラップの開始から終了までに、燃焼室Ａ内に十分にこの掃気ガスが導入することができる圧力をいう。
【００４９】
次に、処理部７２の掃気ガス発生制御部７７は、バルブオーバーラップの開始時に、算出された発生圧力Ｐ１の掃気ガスの発生を開始する（ステップＳＴ２０５）。具体的には、掃気ガス発生制御部７７は、バルブオーバーラップの開始前に、発生圧力Ｐ１に基づいた調整ポンプ駆動信号を発生圧力調整ポンプ６４に出力する。発生圧量調整ポンプ６４は、この調整ポンプ駆動信号により、バルブオーバーラップの開始前に予め外部からの空気を発生圧力Ｐ１まで加圧しておく。そして、掃気ガス発生制御部７７は、バルブオーバーラップの開始時に、調整弁開弁信号を発生時間調整弁６２に出力する。この調整弁開弁信号により、アクチュエータ６２ａが駆動され、発生時間調整弁６２が開弁され、掃気ガス発生ポンプ６１により発生圧力Ｐ１まで加圧された外部の空気を掃気ガスとして発生させる。この発生した掃気ガスは、発生圧力Ｐ１と燃焼室Ａ内との圧力の差圧により、連通通路６３を通り、吸気ポート３２ａ内に流入し、燃焼室Ａに到達し、燃焼室Ａ内に導入される。燃焼室Ａ内に導入された掃気ガスは、排気弁３６ｂが開弁しているため、この燃焼室Ａ内に残留する残留ガスを排気経路５に排気され、燃焼室Ａ内に残留する残留ガスを掃気する。このとき、発生圧力Ｐ１が低いために、発生圧力Ｐ１と燃焼室Ａ内との圧力の差圧により、掃気ガスが内燃機関Ａに到達するまでに時間がかかっても、バルブオーバーラップ時間Ｔが所定時間Ｔ１以上であるため、発生圧力Ｐ１の掃気ガスは、燃焼室Ａ内に確実に導入される。
【００５０】
次に、処理部７２の発生圧力算出部７８は、取得したバルブオーバーラップ時間Ｔが所定時間Ｔ１未満である、すなわちバルブオーバーラップが短時間であると判断した場合、通常の発生圧力Ｐ１よりも高い発生時間Ｐ２を算出する（ステップＳＴ２０６）。ここで、発生圧力Ｐ２は、上記取得したバルブオーバーラップ時間Ｔが所定時間Ｔ１以上である場合に算出される発生圧力Ｐ１よりも高い圧力をいい、掃気ガスの発生圧力と燃焼室内の圧力との差圧により、バルブオーバーラップの開始から終了までに、燃焼室Ａ内に十分にこの掃気ガスが導入することができる圧力をいう。
【００５１】
次に、処理部７２の掃気ガス発生制御部７７は、バルブオーバーラップの開始時に、算出された発生圧力Ｐ１の掃気ガスの発生を開始する（ステップＳＴ２０７）。具体的には、掃気ガス発生制御部７７は、バルブオーバーラップの開始前に、発生圧力Ｐ２に基づいた調整ポンプ駆動信号を出力し、発生圧量調整ポンプ６４は、この調整ポンプ駆動信号により、バルブオーバーラップの開始前に予め外部からの空気を発生圧力Ｐ２まで加圧しておく。そして、掃気ガス発生制御部７７は、バルブオーバーラップの開始時に、アクチュエータ６２ａが駆動され、発生時間調整弁６２が開弁され、掃気ガス発生ポンプ６１により発生圧力Ｐ２まで加圧された外部の空気を掃気ガスとして発生させる。この発生した掃気ガスは、発生圧力Ｐ２と燃焼室Ａ内との圧力の差圧により、連通通路６３を通り、吸気ポート３２ａ内に流入し、燃焼室Ａに到達し、燃焼室Ａ内に導入される。燃焼室Ａ内に導入された掃気ガスは、排気弁３６ｂが開弁しているため、この燃焼室Ａ内に残留する残留ガスを排気経路５に排気され、燃焼室Ａ内に残留する残留ガスを掃気する。
【００５２】
以上のように、掃気ガス発生装置６は、算出されたバルブオーバーラップ時間に応じた発生圧力の掃気ガスを少なくともバルブオーバーラップの開始時に発生させる。このとき、バルブオーバーラップが短時間の場合における発生圧力Ｐ２をバルブオーバーラップが長時間の場合における発生圧力Ｐ１よりも高くする。従って、掃気ガス発生装置６は、バルブオーバーラップが短時間の場合に、バルブオーバーラップの開始時に高圧力の掃気ガスを発生させる。これにより、バルブオーバーラップが短時間でも、バルブオーバーラップの開始時における掃気ガスの発生圧力と燃焼室内の圧力との差圧が大きくなり、発生した掃気ガスが燃焼室Ａ内に導入され易くなるため、バルブオーバーラップの開始時に確実に掃気ガスを燃焼室Ａ内に導入することができ、燃焼室Ａ内の残留ガスを確実に掃気し、ノックの発生を抑制することができる。
【００５３】
また、上記実施例２にかかる内燃機関１−２では、ノック発生取得部７５により内燃機関１−１のノックの発生を取得しなければ、燃焼室Ａ内に掃気ガスを導入しないことで、内燃機関１−２に供給された燃料の燃焼の悪化を抑制することができる。また、ノック発生取得部７５により内燃機関１−１のノックの発生を取得しなければ、掃気ガス発生装置６の掃気ガス発生ポンプ６１を駆動する必要がないため、燃費の向上を図ることができる。
【００５４】
なお、上記実施例２において、掃気ガス発生装置６は、発生した掃気ガスを吸気ポート３６ａを介して、燃焼室Ａ内に導入するが、この発明はこれに限定されるものではない。例えば、連通通路６３を介して直接掃気ガスを燃焼室Ａ内に導入しても良い。
【００５５】
また、上記実施例１，２において、掃気ガス発生装置６は、バルブオーバーラップ時間にのみ基づいた発生時間の間、掃気ガスを発生、あるいはバルブオーバーラップ時間にのみ基づいた発生圧力の掃気ガスを発生するが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、掃気ガス発生装置６の発生時間算出部７６あるいは発生圧力算出部７８は、算出されたバルブオーバーラップ時間および吸気温度センサ４４により検出され吸気温度取得手段である処理部７２の図示しない吸気温度取得部により取得された吸気温度に基づいて、発生時間あるいは発生圧力を算出しても良い。具体的には、発生時間算出部７６は、この吸気温度取得部により取得された吸気温度が所定の吸気温度以上の場合に、バルブオーバーラップ時間取得部７１により算出されたバルブオーバーラップ時間に基づき算出された発生時間（通常の発生時間Ｔ１、通常より長い発生時間Ｔ２）よりも長い発生時間を算出する。また、発生圧力算出部７８は、温度取得部により取得された吸気温度が所定の吸気温度以上の場合に、バルブオーバーラップ時間取得部７１により算出されたバルブオーバーラップ時間に基づき算出された発生圧力（通常の発生圧力Ｐ１、通常より高い発生圧力Ｐ２）よりも高い発生圧力を算出する。
【００５６】
従って、発生時間算出部７６あるいは発生圧力算出部７８は、取得された吸気温度の増加に応じて発生時間あるいは発生圧力を増加する。つまり、取得された吸気温度の増加に応じて発生時間を長くすることで、バルブオーバーラップの開始前に、多くの掃気ガスを発生させ、バルブオーバーラップ開始時に多くの掃気ガスが燃焼室Ａ内に導入できるようにする。あるいは取得された吸気温度の増加に応じて発生圧力を高くすることで、掃気ガスの発生圧力と燃焼室Ａ内の圧力との差圧をさらに大きくし、バルブオーバーラップ開始時に発生した掃気ガスが燃焼室Ａ内に導入され易くする。これにより、燃焼室Ａ内に残留する残留ガスは、吸気温度の増加に応じて減少し、圧縮端温度の上昇を抑制することができ、ノックの発生を抑制することができる。
【００５７】
また、上記実施例１，２において、発生時間および発生圧力をバルブオーバーラップ時間Ｔが所定時間Ｔ１以上であるか否かで、変化させているがこれに限定されるものではない。例えば、発生時間算出部７６および発生圧力算出部７８は、基準となるバルブオーバーラップ時間に対する内燃機関１−１，１−２の運転状態に応じたバルブオーバーラップ時間の変化量に基づいて、基準となる発生時間および発生圧力に対する発生時間および発生圧力を算出するようにしても良い。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
以上のように、この発明にかかる内燃機関および内燃機関の運転方法は、バルブオーバーラップ時に燃焼室内に残留する残留ガスの掃気を行う内燃機関に有用であり、特に、ノックの発生を抑制するのに適している。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】実施例１にかかる内燃機関の構成例を示す図である。
【図２】実施例１にかかる内燃機関の運転方法のフローを示す図である。
【図３】実施例２にかかる内燃機関の構成例を示す図である。
【図４】実施例２にかかる内燃機関の運転方法のフローを示す図である。
【符号の説明】
【００６０】
１−１，１−２  内燃機関
２  燃料供給装置
２１  燃料噴射弁
３  内燃機関本体
３２ａ  吸気ポート
３２ｂ  排気ポート
３５  クランクシャフト
３６  バルブ装置
３６ａ  吸気弁
３６ｂ  排気弁
３６ｃ  インテークカムシャフト
３６ｄ  エキゾーストカムシャフト
３６ｅ  吸気弁タイミング機構
３６ｆ  排気弁タイミング機構
３７  点火プラグ
３８  ノックセンサ
３９  クランク角度センサ
４  吸気経路
４４  吸気温度センサ
５  排気経路
６  掃気ガス発生装置（掃気ガス発生手段）
６１  掃気ガス発生ポンプ
６２  発生時間調整弁
６３  連通通路
６４  発生圧力調整ポンプ
７  ＥＣＵ（ノック発生取得手段、燃焼性状判断手段、バルブオーバーラップ判断手段）
７１  入出力ポート
７２  処理部
７３  記憶部
７４  バルブオーバーラップ時間算出部（バルブオーバーラップ時間算出手段）
７５  ノック発生取得部（ノック発生取得手段）
７６  発生時間算出部（発生時間算出手段）
７７  掃気ガス発生制御部
７８  発生圧力算出部（発生圧力算出手段）
８  アクセルペダルセンサ
【図１】
2006214382.tif 000003
【図２】
2006214382.tif 000004
【図３】
2006214382.tif 000005
【図４】
2006214382.tif 000006