(57)【要約】【課題】過給専用のコンプレッサを別途用意することなく過給できる内燃機関を提供する。【解決手段】内燃機関１は、貯留タンク２と取込通路３と輸送通路４と供給通路５と開閉切替機構６と切替制御部７とを備える。取込通路３は、ピストン１１の下降に伴うシリンダ１０内の負圧を利用して燃焼室１２内に空気を導入させる。輸送通路４は、ピストン１１の上昇に伴い燃焼室１２内の空気を貯留タンク２に送る。供給通路５は、貯留タンク２内の空気を燃焼室１２に供給する。開閉切替機構６は、取込通路３と燃焼室１２との開閉と、燃焼室１２と輸送通路４との開閉と、供給通路５と燃焼室１２との開閉とを切り替える。切替制御部７は、燃料停止時に、取込通路３から燃焼室１２内に空気を導入させ、燃焼室１２内の空気を輸送通路４から貯留タンク２に輸送し、燃料噴射時に、貯留タンク２内の空気を供給通路５から燃焼室１２に供給するように開閉切替機構を動作させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
貯留タンクと、
ピストンの下降に伴うシリンダ内の負圧を利用して燃焼室内に空気を導入させる取込通路と、
前記ピストンの上昇に伴い前記燃焼室内の前記空気を前記貯留タンクに送る輸送通路と、
前記貯留タンク内の前記空気を前記燃焼室に供給する供給通路と、
前記取込通路と前記燃焼室との開閉と、前記燃焼室と前記輸送通路との開閉と、前記供給通路と前記燃焼室との開閉とを切り替える開閉切替機構と、
前記シリンダ内で前記ピストンが昇降するが燃料の噴射は行わない燃料停止時に、前記取込通路から燃焼室内に空気を導入させ、前記燃焼室内の前記空気を前記輸送通路から前記タンクに輸送し、燃料噴射時に、前記貯留タンク内の前記空気を前記供給通路から前記燃焼室に供給するように前記開閉切替機構を動作させる切替制御部とを備える内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関に関する。特に、過給専用のコンプレッサを別途備えることなく過給できる内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
過給機は、排気ガスを利用して圧縮した高密度な空気を内燃機関内に送り込むことで内燃機関の出力を高める。例えば、特許文献１には、排気経路に設けられるタービンと、タービンに連結されて吸気経路に設けられるコンプレッサとを有するターボ過給機を備える内燃機関が記載されている。一方、特許文献２には、特許文献１のようなターボ過給機を用いることなく過給する多気筒内燃機関の過給装置が記載されている。この多気筒内燃機関の過給装置は、多気筒内燃機関の少なくとも一つをコンプレッサ専用気筒として利用し、そこで発生した加圧空気を他の燃焼用気筒に過給している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１１４８７６号公報
【特許文献２】実開平５７−１５９２７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では、過給専用のターボ過給機を別途備えているため、内燃機関が大型化・重量化し、コストが高くなり易い。一方、特許文献２では、特許文献１のような過給専用のターボ過給機を備えていないものの、燃焼用ではないコンプレッサ専用気筒を備えていることから、内燃機関が大型化・重量化し、コストが高くなり易い。
【０００５】
本発明の目的の一つは、過給専用のコンプレッサを別途用意することなく過給できる内燃機関を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様に係る内燃機関は、
貯留タンクと、
ピストンの下降に伴うシリンダ内の負圧を利用して燃焼室内に空気を導入させる取込通路と、
前記ピストンの上昇に伴い前記燃焼室内の前記空気を前記貯留タンクに送る輸送通路と、
前記貯留タンク内の前記空気を前記燃焼室に供給する供給通路と、
前記取込通路と前記燃焼室との開閉と、前記燃焼室と前記輸送通路との開閉と、前記貯留タンクと前記供給通路との開閉とを切り替える開閉切替機構と、
前記シリンダ内で前記ピストンが昇降するが燃料の噴射は行わない燃料停止時に、前記取込通路から燃焼室内に空気を導入させ、前記燃焼室内の前記空気を前記輸送通路から前記タンクに輸送し、燃料噴射時に、前記貯留タンク内の前記空気を前記供給通路から前記燃焼室に供給するように前記開閉切替機構を動作させる切替制御部とを備える。
【発明の効果】
【０００７】
上記内燃機関は、燃料噴射時には燃焼室として使用するシリンダ内のピストンを、燃料停止時に空気を貯めて圧縮するコンプレッサ代わりに利用するため、過給専用のコンプレッサを備えることなく貯留タンク内に空気を貯められて圧縮空気を作製できる。貯留タンク内に貯めた空気（圧縮空気）は、燃料噴射時に利用できて過給できる。従って、上記内燃機関は、過給専用のコンプレッサを別途用意しなくてもよいため、大型化・重量化を招き難い。その上、低コスト化を図り易い。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施形態１に係る内燃機関を示す概略構成図である。
【図２】実施形態１に係る内燃機関に備わるエアインジェクタの噴射時期の一例を示すタイミングダイヤグラムである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の内燃機関の実施形態を、図１，図２を参照しつつ以下に説明する。図中の同一符号は同一名称物を示す。
【００１０】
《実施形態１》
〔内燃機関〕
実施形態に係る内燃機関１は、貯留タンク２と、空気の燃焼室１２への流通路である取込通路３と、貯留タンク２と燃焼室１２との間における空気の流通路として、輸送通路４及び供給通路５と、各通路の開閉を切り替える開閉切替機構６と、開閉切替機構６を動作させる切替制御部７とを備える。この内燃機関１の特徴の一つは、燃料停止時にシリンダ１０内のピストン１１の昇降を利用して空気を吸排気することで、空気を貯留タンク２に貯留し、燃料噴射時の所定の時期に貯留タンク２内の空気を利用することで、過給専用のコンプレッサを別途用意することなく過給する点にある。以下、各構成を詳細に説明する。ここでは、内燃機関１は、４ストロークの自然吸気エンジンを例に説明する。
【００１１】
［貯留タンク］
貯留タンク２は、空気を貯留する。この空気は、未燃焼であり、ピストン１１の昇降を利用して燃焼室１２内から輸送される。貯留タンク２の形状は、所定の容積を確保できれば特に限定されない。貯留タンク２の形状は、本例のように容器状とする場合の他、管状とする場合が挙げられる。
【００１２】
［取込通路］
取込通路３は、ピストン１１の下降に伴うシリンダ１０内の負圧を利用して燃焼室１２に空気を導入させる。取込通路３は、本例のように、スロットルバルブ３２が途中に設けられ、燃焼室１２に直接接続される取込本通路３１と、取込本通路３１のスロットルバルブ３２をバイパスするバイパス通路３３とを備える場合の他、バイパス通路３３を備えず取込本通路３１を備える場合が挙げられる。バイパス通路３３の上流端は、取込本通路３１のスロットルバルブ３２の上流に連結され、バイパス通路３３の下流端は、燃焼室１２に直接連結される。スロットルバルブ３２には、開度を検出するスロットルポジションセンサ（図示略）が設けられている。このセンサの検出結果は、ＥＣＵ（Ｅｎｇｉｎｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）１００に送られる。
【００１３】
［輸送通路］
輸送通路４は、ピストン１１の上昇に伴い燃焼室１２内の空気を貯留タンク２に送る。輸送通路４は、本例のようにバイパス通路３３（取込通路３）の一部を共有する場合の他、共有せず燃焼室１２に直接連結される場合がある。輸送通路４は、バイパス通路３３（取込通路３）の燃焼室１２に連結される下流端部を含む下流側部分（以下、共有通路４１）と、共有通路４１に連結される上流端、及び貯留タンク２に連結される下流端を有する輸送本通路４２とを備える。その他、輸送通路４は、共有通路４１を備えない場合には、燃焼室１２に連結される上流端と、貯留タンク２に連結される下流端とを有する。
【００１４】
［供給通路］
供給通路５は、貯留タンク２内の空気を燃焼室１２に供給する。貯留タンク２内の空気の燃焼室１２への供給は、本例のように貯留タンク２から燃焼室１２へ直接行われる場合の他、例えば、吸気通路のスロットルバルブ３２の下流を介して間接的に行ってもよい。前者の場合、供給通路５の一端は、貯留タンク２に連結され、供給通路５の他端は、燃焼室１２に連結される。後者の場合、供給通路５の一端は、貯留タンク２に連結され、供給通路５の他端は、吸気通路のスロットルバルブ３２の下に連結される。
【００１５】
［開閉切替機構］
開閉切替機構６は、取込通路３と燃焼室１２との開閉と、燃焼室１２と輸送通路４との開閉と、貯留タンク２と供給通路５との開閉とを切り替える。取込通路３と燃焼室１２との開閉の切り替えは、ここでは、バイパス通路３３と燃焼室１２との開閉とを切り替える。各切替は、種々の弁（バルブ）を利用できる。ここでは、開閉切替機構６は、バイパス通路３３に設けられるバイパス側逆止弁６１と、バイパス通路３３（共有通路４１）に設けられる電動弁６２と、輸送本通路４２（輸送通路４）に設けられる輸送側逆止弁６３と、供給通路５に設けられるエアインジェクタ６４とを備える。バイパス側逆止弁６１と輸送側逆止弁６３はそれぞれ、空気をバイパス通路３３と輸送通路４のそれぞれの上流から下流に向かって一方向にのみ流すことを許容し、それぞれの下流側から上流側への逆流を防止する。電動弁６２の配置箇所は、バイパス通路３３における下流側（共有通路４１の途中）で、特に燃焼室１２に近い箇所とすることが挙げられる。このように電動弁６２は共有通路４１に設けられているため、電動弁６２を開いた状態では、バイパス通路３３及び輸送通路４の両方とも空気の流通を許容し、電動弁６２を閉じた状態では、バイパス通路３３及び輸送通路４の両方とも空気の流通を許容しない。即ち、取込通路３と燃焼室１２との開閉と、燃焼室１２と輸送通路４との開閉とは、共通の電動弁６２で行われる。輸送側逆止弁６３（電動弁６２）の配置箇所は、電動弁６２（輸送側逆止弁６３）よりも下流（上流）側としている。エアインジェクタ６４は、その噴射口を燃焼室１２内に開口させている。そうして、貯留タンク２内の空気を燃焼室１２内に直接噴射できるようにしている。
【００１６】
［切替制御部］
切替制御部７は、燃料停止時と、燃料噴射時とで開閉切替機構６を所定の状態に動作させる。燃料噴射時は、特定の燃料噴射時と通常の燃料噴射時とで開閉切替機構６を同じ状態に動作させてもよいし、異なる状態に動作させてもよい。切替制御部７は、例えば、ＥＣＵ１００を利用できる。
【００１７】
（燃料停止時）
燃料停止時とは、一般的にフューエルカットと呼ばれたりする動作時をいい、シリンダ１０内でピストン１１が昇降するが燃料の噴射は行わない時期で、代表的には、アクセルペダルを離してエンジンブレーキが作用しているときが挙げられる。このとき、切替制御部７は、取込通路３から燃焼室１２内に空気を導入させ、燃焼室１２内の空気を輸送通路４からタンクに輸送するように開閉切替機構６を動作させる。ここでは、切替制御部７は、電動弁６２を開いてエアインジェクタ６４を閉じる。
【００１８】
（特定の燃料噴射時）
特定の燃料噴射時とは、代表的には、発進時などの低回転時や加速時（特に、減速後の再加速時の低回転時）などが挙げられる。このとき、切替制御部７は、貯留タンク２内の空気を供給通路５から燃焼室１２に供給するように開閉切替機構６を動作させる。ここでは、切替制御部７は、電動弁６２を閉じてエアインジェクタ６４を開く。
【００１９】
エアインジェクタ６４の開弁時間は、インジェクタの所定時間当たりの噴射量と、貯留タンク２から燃焼室１２内へ供給する空気の必要量とに応じて適宜選択するとよい。エアインジェクタ６４の開弁のタイミングは、吸気バルブ１３と排気バルブ１４の開閉が吸入行程に相当するタイミング、即ち、排気バルブ１４が閉じられていて、吸気バルブ１３が開いてから吸気バルブ１３が閉じるまでの間（図２のＩＯとＩＣの間の細矢印で示す）が挙げられる。図２のＩＯは吸気バルブ１３の開放を示し、図２のＩＣは吸気バルブ１３の閉鎖を示す。そうすれば、排気バルブ１４が閉じられているため、貯留タンク２から供給される空気が排気通路１５から排出されない。エアインジェクタ６４の開弁のタイミングは、吸入行程に相当するタイミングのうち、例えば、図２の太矢印に示すように、吸気バルブ１３が閉じる（ＩＣ）少し前、即ち、ピストン１１が下降して下死点に近づく少し前が好ましい。そうすれば、シリンダ１０の内圧が最も低くなるタイミングで貯留タンク２内の空気を燃焼室１２内に噴射し易い。そのため、貯留タンク２内の空気を燃焼室１２内に効率よく供給し易い。エアインジェクタ６４の閉弁のタイミングは、開弁時期などにもよる。例えば、開弁のタイミングが上述のように吸気バルブ１３が閉じる少し前の場合、エアインジェクタ６４の閉弁のタイミングは、図２の太矢印に示すように、吸気バルブ１３が閉じる（ＩＣ）タイミングに合わせることが好ましい。そうすれば、燃焼室１２内に十分に貯留タンク２内の空気を供給し易い。
【００２０】
（通常の燃料噴射時）
通常の燃料噴射時とは、上記特定の燃料噴射時以外の燃料噴射時を言い、通常走行時が挙げられる。このとき、切替制御部７は、取込通路３から燃焼室１２内に空気を導入させることなく、貯留タンク２内の空気を供給通路５から燃焼室１２に供給させないように開閉切替機構６を動作させることが挙げられる。ここでは、切替制御部７は、電動弁６２を閉じてエアインジェクタ６４を閉じる。なお、特定の燃料噴射時と同様に、貯留タンク２内の空気を供給通路５から燃焼室１２に供給するように開閉切替機構６を動作させてもよい。その場合、上述の特定の燃料噴射時と同様、切替制御部７は、電動弁６２を閉じてエアインジェクタ６４を開く。
【００２１】
［動作手順］
燃料停止時、特定の燃料噴射時、及び通常の燃料噴射時における内燃機関１の動作手順を順に説明する。白抜き矢印は、取込通路３から燃焼室１２への空気の流れを示し、黒塗り矢印は、燃焼室１２から貯留タンク２への空気の流れを示し、破線の白抜き矢印は、貯留タンク２から燃焼室１２への空気の流れを示す。
【００２２】
（燃料停止時）
例えば、ドライバーがアクセルペダルから足を離すと、スロットルバルブ３２が閉じてエンジンブレーキが作用する。このスロットルバルブ３２の閉鎖をスロットルポジションセンサが検出し、その結果がＥＣＵ１００に送られると、ＥＣＵ１００はフューエルインジェクタを閉じて燃料の噴射を停止する。このとき、ピストン１１は昇降し続けている。そして、切替制御部７は、電動弁６２を開け、エアインジェクタ６４を閉じる。ピストン１１が下降してシリンダ１０内が負圧になると、空気がバイパス通路３３（取込通路３）を流通して燃焼室１２内へ取り込まれる。取込本通路３１（取込通路３）はスロットルバルブ３２に閉じられているため、空気は取込本通路３１を介して燃焼室１２に流通しない。ピストン１１が上昇すると、燃焼室１２内の空気が押し出されて輸送通路４（共有通路４１と輸送本通路４２）を流通して貯留タンク２に送られる。燃焼室１２から押し出された空気は、バイパス通路３３及び取込本通路３１を逆流しない。バイパス通路３３はバイパス側逆止弁６１が設けられていて、取込本通路３１はスロットルバルブ３２に閉じられているからである。そうして、貯留タンク２に空気が貯められ、ピストン１１が昇降を繰り返すと貯留タンク２内に圧縮空気が作製される。
【００２３】
（特定の燃料噴射時）
発進時や減速後の加速時にドライバーがアクセルペダルを踏み込むと踏込量に応じてスロットルバルブ３２が開く。このスロットルバルブ３２の開きをスロットルポジションセンサが検出し、その結果がＥＣＵ１００に送られると、切替制御部７は、電動弁６２を閉じる。その状態で、吸入行程時、ピストン１１が下降してシリンダ１０内が負圧になると、空気が取込本通路３１（取込通路３）を流通して燃焼室１２内へ取り込まれる。バイパス通路３３は電動弁６２により閉じられているため空気は流通しない。切替制御部７は、ピストン１１が下降して下死点に近づく少し手前になったら、エアインジェクタ６４を開いて供給通路５を介して貯留タンク２内の空気（圧縮空気）を燃焼室１２に供給する。エアインジェクタ６４による貯留タンク２内の空気（圧縮空気）の供給は、吸気バルブ１３が閉じるまで（下死点を過ぎてピストン１１が少し昇降するまで）の間行われる。切替制御部７は、吸気バルブ１３が閉じたら、エアインジェクタ６４を閉じて、貯留タンク２内からの空気（圧縮空気）の供給を停止する。ＥＣＵ１００は、これら空気の取り込みに合わせて、フューエルインジェクタを開いて燃料を噴射させる。その後、圧縮行程と、膨張行程と、排気行程とを経る。
【００２４】
（通常の燃料噴射時）
発進後や加速後、切替制御部７は、エアインジェクタ６４を閉じる。
【００２５】
〔作用効果〕
上述した実施形態１の内燃機関１は、以下の効果を奏することができる。
【００２６】
（１）燃料噴射時には燃焼室１２として使用するシリンダ１０内のピストン１１を、燃料停止時に空気を貯めて圧縮するコンプレッサ代わりに利用するため、過給専用のコンプレッサを備えることなく貯留タンク２内に空気を貯められて圧縮空気を作製できる。この貯留タンク２内に貯めた空気（圧縮空気）を燃料噴射時に利用できて過給できる。従って、過給専用のコンプレッサを別途用意しなくてもよいため、内燃機関１の大型化・重量化を招き難い。その上、低コスト化を図り易い。
【００２７】
（２）ターボ過給機を備えていないものの、上述のように過給できるため、一般的な自然吸気エンジンに比べて走行性能を向上し易い。
【００２８】
（３）貯留タンク２内に貯めた空気（圧縮空気）は、通常の燃料噴射時に利用せず、特定の燃料噴射時にのみ利用できるため、必要なとき必要な量だけ利用できる。従って、ターボ過給機を備える内燃機関に比べて低燃費化を図り易い。
【００２９】
（４）取込通路３がスロットルバルブ３２をバイパスするバイパス通路３３を備えることで、燃料停止時にピストン１１の下降を利用して燃焼室内に空気を取り込む際、スロットルバルブ３２が設けられた取込本通路３１を介さずにバイパス通路３３を介することができる。そのため、スロットルバルブ３２を開かなくてよいので、燃料停止時から燃料噴射時に移行する際、スロットルバルブ３２が一端閉じて再度開くスロットルバルブ３２のばたつきを防止できる。
【００３０】
本発明は、これらの例示に限定されず、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。例えば、燃料停止時に燃焼室内に空気を導入する際、電動弁とスロットルバルブの両方を開いてもよい。また、取込通路がバイパス通路を備えず取込本通路を備える場合には、燃料停止時に切替制御部（ＥＣＵ）によりスロットルバルブを開くとよい。それにより、ピストンの下降に伴うシリンダ内の負圧を利用して燃焼室内に空気を導入させられる。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明の内燃機関は、自然吸気エンジンを備える自動車などの車両に好適に利用できる。
【符号の説明】
【００３２】
１  内燃機関
２  貯留タンク
３  取込通路
３１  取込本通路  ３２  スロットルバルブ  ３３  バイパス通路
４  輸送通路
４１  共有通路  ４２  輸送本通路
５  供給通路
６  開閉切替機構
６１  バイパス側逆止弁  ６２  電動弁
６３  輸送側逆止弁  ６４  エアインジェクタ
７  切替制御部
１０  シリンダ  １１  ピストン  １２  燃焼室
１３  吸気バルブ  １４  排気バルブ  １５  排気通路
１００  ＥＣＵ
【図１】
2018035707.tif 000003
【図２】
2018035707.tif 000004