(57)【要約】【課題】吸気早閉じ制御において、負圧の確保と燃費の向上の両立が実現できる内燃機関の吸気制御装置を提供する。【解決手段】燃焼室１に吸気弁２を介して連通される吸気通路４を一時的に遮断して内燃機関１０の吸気行程の期間を変更する吸気早閉じ制御を行う内燃機関の吸気制御装置であって、前記吸気通路に設けられ前記吸気通路を開閉する吸気制御弁１１と、前記吸気通路に接続されたバキュームタンク１７とを備え、前記吸気制御弁は、前記吸気通路における前記吸気制御弁よりも上流側の部分に対して、前記バキュームタンク及び前記吸気通路における前記吸気制御弁の下流側の部分を遮断する第１の開度Ｃに制御される。更に、前記バキュームタンクの圧力を求める手段を備え、前記バキュームタンクの圧力に基づいて、前記吸気制御弁が前記第１の開度に制御されるか否かが決定されることができる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室に吸気弁を介して連通される吸気通路を一時的に遮断して内燃機関の吸気行程の期間を変更する吸気早閉じ制御を行う内燃機関の吸気制御装置であって、
前記吸気通路に設けられ前記吸気通路を開閉する吸気制御弁と、
前記吸気通路に接続されたバキュームタンクとを備え、
前記吸気制御弁は、前記吸気通路における前記吸気制御弁よりも上流側の部分に対して、前記バキュームタンク及び前記吸気通路における前記吸気制御弁の下流側の部分を遮断する第１の開度に制御される
ことを特徴とする内燃機関の吸気制御装置。
【請求項２】
請求項１記載の内燃機関の吸気制御装置において、
更に、
前記バキュームタンクの圧力を求める手段を備え、
前記バキュームタンクの圧力に基づいて、前記吸気制御弁が前記第１の開度に制御されるか否かが決定される
ことを特徴とする内燃機関の吸気制御装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の内燃機関の吸気制御装置において、
前記吸気制御弁は、前記吸気弁が閉じた後に、前記第１の開度に制御される
ことを特徴とする内燃機関の吸気制御装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載の内燃機関の吸気制御装置において、
前記吸気早閉じ制御には、前記吸気制御弁が、前記吸気通路における前記吸気制御弁よりも上流側の部分及び前記バキュームタンクに対して、前記吸気通路における前記吸気制御弁の下流側の部分が遮断される第２の開度に制御されることが含まれる
ことを特徴とする内燃機関の吸気制御装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項に記載の内燃機関の吸気制御装置において、
前記吸気制御弁は、前記吸気弁が開く前に、前記吸気通路における前記吸気制御弁よりも上流側の部分と、前記吸気通路における前記吸気制御弁の下流側の部分とを連通させる第３の開度に制御される
ことを特徴とする内燃機関の吸気制御装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１項に記載の内燃機関の吸気制御装置において、
前記吸気制御弁は、前記吸気通路における前記吸気制御弁よりも上流側の部分と、前記吸気通路における前記吸気制御弁の下流側の部分とを遮断させた状態で、前記バキュームタンクを前記吸気通路における前記吸気制御弁の下流側の部分に対して連通させるか否かを選択可能な構成とされている
ことを特徴とする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する。
【背景技術】
【０００２】
通常、内燃機関に対する吸入空気量を制限する場合には、サージタンク上流にあるスロットルバルブを絞る制御（以下、通常制御という）が行われる。これに対して、可変動弁系や吸気制御弁のように吸気行程の期間を変更できる手段を用いて、吸気時間を制限することで吸入空気量を制限する制御（吸気早閉じ制御）が知られている。
【０００３】
通常制御に比べて、吸気早閉じ制御は、ポンプ損失を減らすことができるという長所がある反面、ブレーキやキャニスタのパージなどに有効利用される負圧を十分に確保できない場合あるという短所がある。
【０００４】
特開平５−１８７２３７号公報（特許文献１）には、吸気早閉じ制御中、バキュームタンクの負圧が不足したら、吸気弁の早閉じ量を減らし、スロットル弁を絞ることでバキュームタンクに負圧を供給する技術が開示されている。
【０００５】
特開２００４−８４５１３号公報（特許文献２）には、燃料カット、減速時、アイドルの何れかの時に、バルブリフト量を増やすとともにスロットル開度を絞る技術が開示されている。
【０００６】
特許第２９８３３９５号公報（特許文献３）には、ノンスロットル運転領域であっても、負圧確保要求があるときは、スロットル弁を絞る技術が開示されている。
【０００７】
特開２００２−２６６６６３号公報（特許文献４）には、負圧確保のため、（負荷制御に用いない）吸気制御弁を絞ることで若干の負圧を作る技術が開示されている。
【０００８】
【特許文献１】特開平５−１８７２３７号公報
【特許文献２】特開２００４−８４５１３号公報
【特許文献３】特許第２９８３３９５号公報
【特許文献４】特開２００２−２６６６６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
吸気早閉じ制御において、負圧の確保と燃費の向上の両立が実現できることが望まれている。例えば、吸気早閉じ制御において、負圧の確保が要求されたときに、スロットル弁を絞る制御が行われたり、また、吸気弁の早閉じ量を減らされると、ポンプ損失の減少が見込めず、燃費改善効果が減少する。
【００１０】
本発明の目的は、吸気早閉じ制御において、負圧の確保と燃費の向上の両立が実現できる内燃機関の吸気制御装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の内燃機関の吸気制御装置は、燃焼室に吸気弁を介して連通される吸気通路を一時的に遮断して内燃機関の吸気行程の期間を変更する吸気早閉じ制御を行う内燃機関の吸気制御装置であって、前記吸気通路に設けられ前記吸気通路を開閉する吸気制御弁と、前記吸気通路に接続されたバキュームタンクとを備え、前記吸気制御弁は、前記吸気通路における前記吸気制御弁よりも上流側の部分に対して、前記バキュームタンク及び前記吸気通路における前記吸気制御弁の下流側の部分を遮断する第１の開度に制御されることを特徴としている。
【００１２】
本発明の内燃機関の吸気制御装置において、更に、前記バキュームタンクの圧力を求める手段を備え、前記バキュームタンクの圧力に基づいて、前記吸気制御弁が前記第１の開度に制御されるか否かが決定されることを特徴としている。
【００１３】
本発明の内燃機関の吸気制御装置において、前記吸気制御弁は、前記吸気弁が閉じた後に、前記第１の開度に制御されることを特徴としている。
【００１４】
本発明の内燃機関の吸気制御装置において、前記吸気早閉じ制御には、前記吸気制御弁が、前記吸気通路における前記吸気制御弁よりも上流側の部分及び前記バキュームタンクに対して、前記吸気通路における前記吸気制御弁の下流側の部分が遮断される第２の開度に制御されることが含まれることを特徴としている。
【００１５】
本発明の内燃機関の吸気制御装置において、前記吸気制御弁は、前記吸気弁が開く前に、前記吸気通路における前記吸気制御弁よりも上流側の部分と、前記吸気通路における前記吸気制御弁の下流側の部分とを連通させる第３の開度に制御されることを特徴としている。
【００１６】
本発明の内燃機関の吸気制御装置において、前記吸気制御弁は、前記吸気通路における前記吸気制御弁よりも上流側の部分と、前記吸気通路における前記吸気制御弁の下流側の部分とを遮断させた状態で、前記バキュームタンクを前記吸気通路における前記吸気制御弁の下流側の部分に対して連通させるか否かを選択可能な構成とされていることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、吸気早閉じ制御において、負圧の確保と燃費の向上を両立させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の内燃機関の吸気制御装置の一実施形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００１９】
（第１実施形態）
図１において、符号１０は内燃機関であり、１は燃焼室、２は吸気弁、３は排気弁、４は吸気ポート、５は排気ポートをそれぞれ示している。吸気ポート４内において、吸気弁２に比較的近い位置には、吸気制御弁１１が設けられている。
【００２０】
吸気制御弁１１は、内燃機関１０の１サイクル（７２０°ＣＡ）のうち少なくとも１回の開弁（吸気ポート４のサージタンク１４側と吸気ポート４の吸気弁２側を連通させる）動作と、少なくとも１回の閉弁（吸気ポート４のサージタンク１４側と吸気ポート４の吸気弁２側を遮断する）動作が可能な弁である。
【００２１】
吸気ポート４には、凹部１５が形成されている。凹部１５は、吸気制御弁１１が所定の作動角度（例えば±２０ｄｅｇ）の間であれば、どこでも閉弁状態が作られるための形状に形成されている。凹部１５は、吸気制御弁１１の閉弁不感帯を作るためのものである。
【００２２】
開口部１６は、凹部１５（閉弁不感帯）にあり、バキュームタンク１７に通じている。開口部１６とバキュームタンク１７との間には、逆止弁１８が設けられている。この逆止弁１８により、空気の流れは、バキュームタンク１７から吸気ポート４へのみに制限される。
【００２３】
吸気制御弁１１は、制御手段（図示せず）により、図１の符号（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）のそれぞれに示す位置に制御される。（Ａ）は、吸気制御弁１１の全開位置である。（Ｂ）は、全閉不感帯内でかつバキュームタンク１７へ通じる開口部１６を吸気ポート４の吸気弁２側と隔離する、吸気制御弁１１の全閉位置である。（Ｃ）は、全閉不感帯内でかつバキュームタンク１７へ通じる開口部１６を吸気ポート４のサージタンク１４側と隔離する、吸気制御弁１１の全閉位置である。
【００２４】
上記制御手段は、内燃機関１０への要求負荷が比較的軽負荷であるとき、吸気弁２が開弁する前に吸気制御弁１１を開弁位置（Ａ）へ制御し、吸気弁２の開弁期間中に吸気制御弁１１を閉弁位置（Ｂ）に制御し、吸気弁２が閉弁した後に吸気制御弁１１を閉弁位置（Ｃ）へ制御する。
【００２５】
次に、吸気早閉じ制御の功罪について説明する。
【００２６】
ガソリンエンジンにてエンジンの発生トルクを絞る場合には、通常、サージタンク１４の上流にあるスロットルバルブ（図示せず）を絞り、吸入空気量を制限する方法がとられる。この操作により、サージタンク１４内圧力は、大きく低下するので、「薄い空気を所定の期間だけ吸気することで空気量を制限する方法」であるといえる（図２−１に示す通常制御）。
【００２７】
これに対し、可変動弁系や吸気制御弁１１のように吸気行程の期間を変更できる手段があれば、「吸気圧力を変更せず、吸気時間を制限することで空気量を制限する方法」が利用できる。これが吸気早閉じ制御（ノンスロットル制御）である（図２−２参照）。
【００２８】
上記通常制御、及び上記吸気早閉じ制御のそれぞれの制御を実施したときのＰ−Ｖ線図を図２−１及び図２−２に示す。これらの図において、斜線部の面積がポンプ損失を示すので、吸気早閉じ制御（図２−２）の方がポンプ損失を減らすのに有効であることがわかる。
【００２９】
一方、通常制御（図２−１）では、サージタンク１４の圧力が大気圧よりも低い「負圧状態」にあり、この負圧はブレーキ（図示せず）やキャニスタのパージなどに有効利用されている。これに対し、図２−２に示す吸気早閉じ制御では、負圧があまり発生せず、この負圧を期待している装置にとっては欠点といえる。
【００３０】
図３及び図４を参照して、本実施形態の動作について説明する。
図３は、吸気弁２の開度と、吸気制御弁１１の開度と、デッドボリューム内の圧力と、バキュームタンク１７の圧力の変化を示している。ここで、デッドボリュームとは、吸気制御弁１１と吸気弁２にはさまれた吸気ポート４の部分を示している。図４は、吸気制御弁１１の制御動作を示す制御フローである。図３における（１）〜（７）は、図５に示すように、燃焼室、デッドボリューム、バキュームタンクの３つの部分が連通しているか遮断されているかにより分類されており、図４のフローチャートのＭＯＤ（ｍｏｄ１，ｍｏｄ２，ｍｏｄ３）とは対応していない。
【００３１】
以下に説明するように、本実施形態では、吸気制御弁１１で吸気早閉じ制御を実施したときにデッドボリュームに残る負圧を、吸気弁２の閉弁中にバキュームタンク１７へ貯めることで、負圧の確保と燃費向上を両立させるものである。
【００３２】
［ステップＳ１］
まず、図４のステップＳ１に示すように、吸気制御弁１１が（Ａ）の位置に移動するのを待っている状態である（（Ｃ）の位置にある）か否かが判定され、その判定結果が肯定的なものであれば、図４のステップＳ２に進む。吸気制御弁１１は位置（Ｃ）にあるため、デッドボリュームとバキュームタンク１７は連通している。よって、図３に示すように、デッドボリューム及びバキュームタンク１７は、同じ圧力Ｐ１となっている。なお、ステップＳ１の判定が否定的なものであれば、ステップＳ５に進む。
【００３３】
［ステップＳ２］
ステップＳ２では、吸気弁２が開弁する前の所定のタイミング（ｃｒｎｋ＝ＣＲ１）であるか否かが判定される。ステップＳ２の判定が肯定的なものになるまで、ステップＳ２は繰り返され、ステップＳ２の判定が肯定的なものになれば、ステップＳ３に進む。
【００３４】
［ステップＳ３］〜［ステップＳ５］
図３に示すように、吸気弁２が開弁する前の所定のタイミング（ｃｒｎｋ＝ＣＲ１）になったときに（ステップＳ２−Ｙ）、吸気制御弁１１を開弁位置（Ａ）に移動させ（ステップＳ３）、期間（２）に移る（ステップＳ４）。ステップＳ４の次に本制御フローが終了し、次サイクルの制御フローでは、ステップＳ１否定→ステップＳ５肯定と判定される（ステップＳ５）。ステップＳ５の次に、ステップＳ６が行われる。
【００３５】
［ステップＳ６］
ステップＳ６では、吸気弁２が開弁している間の所定のタイミング（ｃｒｎｋ＝ＣＲ２）であるか否かが判定され、ステップＳ６の判定結果が肯定的なものになるまで繰り返される。
【００３６】
期間（２）では、デッドボリュームは、サージタンク１４と連通しているので、デッドボリューム内圧は、ほぼ大気圧まで回復する。
【００３７】
吸気弁２が開弁を開始して、期間（３）へ移る。期間（３）では、ピストン（図示せず）の下降に合わせて吸気弁２から燃焼室１へ空気が流れるので、デッドボリュームとサージタンク１４の内圧は、ともに少し下がる。
【００３８】
［ステップＳ７］〜［ステップＳ１０］
吸気弁２が開弁している間の所定のタイミング（ｃｒｎｋ＝ＣＲ２）になると（ステップＳ６−Ｙ）、吸気制御弁１１を閉弁位置（Ｂ）に移動して（ステップＳ７）、期間（４）へ移る（ステップＳ８）。ステップＳ８の次に本制御フローが終了し、次サイクルの制御フローでは、ステップＳ１否定→ステップＳ５否定→ステップＳ８肯定と判定される（ステップＳ９）。ステップＳ９の次に、ステップＳ１０が行われる。
【００３９】
［ステップＳ１０］
ステップＳ１０では、吸気弁２が閉弁した後の所定のタイミング（ｃｒｎｋ＝ＣＲ３）であるか否かが判定され、ステップＳ１０の判定結果が肯定的なものになるまで繰り返される。
【００４０】
期間（４）では、ピストンの下降とともに燃焼室１とデッドボリュームとを合わせた部分が膨張をすることになるので、圧力が低下し、ピストンの上昇とともに圧力は上昇する。この圧力の下降度合いは、サージタンク１４と分離されているため、期間（３）より大きくなる。
【００４１】
吸気弁２が閉弁して期間（５）へ移る。期間（５）では、デッドボリュームは、どことも連通していないため、比較的低圧（Ｐ３とする）のままの状態を続ける。この圧力Ｐ３は、通常制御を実施したときのサージタンク１４の圧力にほぼ等しい。
【００４２】
［ステップＳ１１］〜［ステップＳ１２］
吸気弁２が閉弁した後の所定のタイミング（ｃｒｎｋ＝ＣＲ３）になると（ステップＳ１０−Ｙ）、吸気制御弁１１を位置（Ｂ）から位置（Ｃ）へ移動させ（ステップＳ１１）、期間（６）へ移る（ステップＳ１２）。
【００４３】
期間（６）では、圧力がＰ１であるバキュームタンク１７と圧力がＰ３であるデッドボリュームが逆止弁１８を介して連通している。Ｐ１とＰ３の関係は、Ｐ１＞Ｐ３であるので、バキュームタンク１７からデッドボリュームへ空気が流れ、その結果、デッドボリュームとバキュームタンク１７の圧力は、ともに、Ｐ２へ推移する。このＰ２はＰ１＞Ｐ２＞Ｐ３を満たす。
【００４４】
その後、吸気弁２が開弁を開始するまでの所定のタイミング（ｃｒｎｋ＝ＣＲ１）で（ステップＳ２−Ｙ）吸気制御弁１１を開弁位置（Ａ）に移動させ（ステップＳ３）、期間（７）へ移るが、これは期間（２）と同じである。
【００４５】
上記（１）〜（５）の状態を繰り返すことで、吸気弁２が開弁している期間（３）、（４）には、バキュームタンク１７の影響を燃焼室１側には伝えず、バキュームタンク１７に負圧を貯める（Ｐ３に収束していく）ことが可能になる。即ち、吸気制御弁１１で吸気早閉じ制御を実施したときにデッドボリュームに残る負圧（Ｐ３）を、吸気弁２の閉弁中（期間（６）または（１））にバキュームタンク１７に貯めることで負圧（Ｐ３）の確保と、燃費向上を両立させる。
【００４６】
（第２実施形態）
次に、図６を参照して、第２実施形態について説明する。
第２実施形態において、上記第１実施形態と共通する部分についての説明は省略する。
【００４７】
第２実施形態は、バキュームタンク１７の内部の圧力をモニタして吸気制御弁１１の閉弁後の制御方法を変更する。
【００４８】
第２実施形態では、バキュームタンク１７の圧力を計測するバキュームタンク圧力計測手段（図示せず）が設けられている。第２実施形態の制御手段は、そのバキュームタンク圧力計測手段による計測結果が、予め定められた所定値よりも高い（負圧量が小さい）か否かを判断し（図６のステップＳ１３）、その判断結果に基づいて、吸気制御弁１１の不感帯内での制御方法を切り替える。
【００４９】
上記制御手段は、バキュームタンク圧力計測手段による計測結果が、上記所定値よりも高いときに（ステップＳ１３−Ｙ）、バキュームタンク１７に対する負圧の供給のための制御を行う（ステップＳ８）。
【００５０】
上記制御手段は、上記バキュームタンク圧力計測手段の計測結果が上記所定値よりも高いときに（ステップＳ１３−Ｙ）、上記バキュームタンク１７に対する負圧の供給のための制御が必要と判定して、３段階の制御（吸気制御弁１１の位置（Ａ）→（Ｂ）→（Ｃ）→（Ａ））を行う（ステップＳ８）。
【００５１】
一方、上記バキュームタンク圧力計測手段の計測結果が上記所定値よりも高くないときには（ステップＳ１３−Ｎ）、上記バキュームタンク１７に対する負圧の供給のための制御が不要と判定され、２段階（（Ａ）→（Ｂ）→（Ａ））の制御となる（ステップＳ１４）。このように、負圧供給のための制御が必要と判定されないときには、上記２段階の制御となるので、消費電力が節約できる。
【００５２】
バキュームタンク１７の圧力がＰ３よりも低い場合、即ち、十分な負圧が存在する場合には、吸気制御弁１１を位置（Ｃ）に制御しても逆止弁１８により空気の流れは発生しないので、吸気制御弁１１を（Ｂ）→（Ｃ）へ移動させるのに必要なエネルギー（例えば電力）が無駄になる。
【００５３】
そこで、バキュームタンク１７の圧力が所定値以上、すなわち負圧が所定値以下であるときのみ上記第１実施形態のような（Ａ）→（Ｂ）→（Ｃ）→（Ａ）の３段階の制御を実施し、それ以外は、閉弁位置（Ｃ）を用いずに（Ａ）→（Ｂ）→（Ａ）のような２段階制御にすることで消費電力の低減を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の内燃機関の吸気制御装置の一実施形態の構成を示す側断面図である。
【図２−１】スロットルバルブで吸入空気量を絞る制御をしたときのＰ−Ｖ線図である。
【図２−２】吸気早閉じ制御をしたときのＰ−Ｖ線図である。
【図３】本発明の内燃機関の吸気制御装置の一実施形態の動作を示すチャートである。
【図４】本発明の内燃機関の吸気制御装置の第１実施形態の動作を示すフローチャートである。
【図５】図３の（１）〜（７）の期間を説明するための図である。
【図６】本発明の内燃機関の吸気制御装置の第２実施形態の動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００５５】
１  燃焼室
２  吸気弁
３  排気弁
４  吸気ポート
５  排気ポート
１０  内燃機関
１１  吸気制御弁
１４  サージタンク
１５  凹部
１６  開口部
１７  バキュームタンク
１８  逆止弁
【図１】
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【図２−１】
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【図２−２】
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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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