(57)【要約】【課題】内燃機関の吸気行程における吸気圧の低下を抑制してポンプ損失を低減し、内燃機関の燃費を改善できる技術を提供する。【解決手段】内燃機関１の各気筒２における第１吸気ポート３には、過給機２１のコンプレッサ２１ａを通過した後の吸気が通過する第１吸気マニホールド７が接続される。第２吸気ポート４には、コンプレッサ２１ａを通過する前の吸気が通過する第２吸気マニホールド８が接続される。それらの２種類の吸気マニホールド７，８における圧力差に基づいて、第１吸気ポート３から各気筒２に吸気を導入し、余剰の吸気を第２吸気ポート４から排出する。第１スロットル弁２７は全開とし、各気筒２への吸気量は第２スロットル弁２８で制御する。第２マニホールド８と第１マニホールド７を連通する連通管２３は連通管制御弁２６で閉鎖する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気のエネルギでタービンを回転させ、該タービンに連結されたコンプレッサによって前記内燃機関への吸気を過給する過給機と、
前記内燃機関の気筒毎に複数設けられた吸気ポートと、
前記吸気ポートの各々と該吸気ポートが接続された気筒の燃焼室との間を開放及び遮断する吸気弁と、
前記過給機のコンプレッサの上流側の吸気通路である上流吸気通路と、
前記過給機のコンプレッサの下流側の吸気通路であり、各気筒において前記複数の吸気ポートの一部と接続された第１吸気通路と、
前記上流吸気通路から分岐し、各気筒において前記第１吸気通路と接続されていない吸気ポートと接続された第２吸気通路と、
前記第１吸気通路に設けられ、該第１吸気通路の流路断面積を変化させて該第１吸気通路を通過する吸気の流量を制御する第１流量制御手段と、
前記第２吸気通路に設けられ、該第２吸気通路の流路断面積を変化させて該第２吸気通路を通過する吸気の流量を制御する第２流量制御手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の吸気システム。
【請求項２】
前記第１流量制御手段によって前記第１吸気通路の流路断面積を略最大とし、
前記第２流量制御手段によって前記第２吸気通路の流路断面積を変化させ、前記第１吸気通路から内燃機関へ流入した後に第２吸気通路に流出する吸気の流量を制御することで、前記気筒への吸気量を制御することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の吸気システム。
【請求項３】
前記内燃機関の運転状態が低負荷低回転数の所定の小吸気量領域に属する場合には、
前記第２流量制御手段によって前記第２吸気通路の流路断面積を略零とし、
前記第１流量制御手段によって前記第１吸気通路の流路断面積を変化させることで、前記気筒への吸気量を制御することを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の吸気システム。
【請求項４】
前記第１吸気通路と前記第２吸気通路における前記第２流量制御手段の下流側とを連通する連通路と、
前記連通路の流路断面積を変化させ、前記連通路を通過する吸気の流量を制御する連通流量制御手段と、
をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の吸気システム。
【請求項５】
前記第１流量制御手段によって前記第１吸気通路の流路断面積を略最大とし、
前記連通流量制御手段によって前記連通路の流路断面積を略零とし、
前記第２流量制御手段によって前記第２吸気通路の流路断面積を変化させ、前記第１吸気通路から内燃機関へ流入した後に第２吸気通路に流出する吸気の流量を制御することにより、前記気筒への吸気量を制御することを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の吸気システム。
【請求項６】
前記内燃機関の運転状態が低負荷低回転数の所定の小吸気量領域に属する場合には、
前記第２流量制御手段によって前記第２吸気通路の流路断面積を略零とし、
前記連通流量制御手段によって前記連通路の流路断面積を略零とし、
前記第１流量制御手段によって前記第１吸気通路の流路断面積を変化させることで、前記気筒への吸気量を制御することを特徴とする請求項４または５に記載の内燃機関の吸気システム。
【請求項７】
前記内燃機関の運転状態が高負荷または高回転数の所定の大吸気量領域に属する場合には、
前記第２流量制御手段によって前記第２吸気通路の流路断面積を略零とし、
前記連通流量制御手段によって前記連通路の流路断面積を最大とし、
前記第１流量制御手段によって前記第１吸気通路の流路断面積を変化させ、前記第１吸気通路から及び、前記第１吸気通路及び前記連通路を経由して前記第２吸気通路から前記気筒に流入する吸気量を制御することを特徴とする請求項４から６のいずれかに記載の内燃機関の吸気システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は内燃機関の吸気量を制御する内燃機関の吸気システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の内燃機関においては、内燃機関への吸気量を制御する際に、スロットル弁によって吸気管圧を調圧し、必要な量の吸気を気筒内に導入していた。しかし、その場合には吸気圧力をスロットル弁によって低下させることによりポンプ損失が増加するので、上記の吸気量の制御は必ずしも効率がよい制御とは言えなかった。
【０００３】
それに対し、作用角を変更可能とした動弁系を有し、吸気弁を吸気行程における下死点より遅く閉じることによって実圧縮比に対して膨張比を多くし、また、スロットル弁による吸気圧力の低下の度合いを抑制することで燃費を改善する、アトキンソンサイクルを採用した技術が提案されている。しかし、この技術においては、一度気筒に導入された吸気を吸気ポートに吹き返すこととなるので、気筒内で受熱して昇温した吸気が次のサイクルで再度吸入され、気筒内の温度が上昇してノッキングの原因となる場合があった。
【０００４】
また、吸気弁を吸気行程における下死点より早く閉じることも考えられるが、この場合は吸気弁を閉弁してから圧縮開始までの時間が長くなるので、この間に吸気の温度が上昇してしまう場合があった。
【特許文献１】実公平３−５５７８６号公報
【特許文献２】特開平５−１８７２３４号公報
【特許文献３】特許第３３１５４１６号公報
【特許文献４】特開平３−３９２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、内燃機関の吸気行程における吸気圧の低下を抑制してポンプ損失を低減し、内燃機関の燃費を改善できる技術を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するための本発明においては、以下の点を最大の特徴とする。すなわち、内燃機関の各気筒における複数の吸気ポートのうちの一部には、過給機のコンプレッサを通過した後の吸気通路が接続される。また、前記複数の吸気ポートのうちの残りには、前記コンプレッサを通過する前の吸気通路が接続される。そして、それらの２種類の吸気通路における圧力差に基づいて、前記一部の吸気ポートから各気筒に吸気を導入し、余剰の吸気を前記残りの吸気ポートから排出することで、前記各気筒内の吸気量を制御する。
【０００７】
より詳しくは、内燃機関の排気のエネルギでタービンを回転させ、該タービンに連結されたコンプレッサによって前記内燃機関への吸気を過給する過給機と、
前記内燃機関の気筒毎に複数設けられた吸気ポートと、
前記吸気ポートの各々と該吸気ポートが接続された気筒の燃焼室との間を開放及び遮断する吸気弁と、
前記過給機のコンプレッサの上流側の吸気通路である上流吸気通路と、
前記過給機のコンプレッサの下流側の吸気通路であり、各気筒において前記複数の吸気ポートの一部と接続された第１吸気通路と、
前記上流吸気通路から分岐し、各気筒において前記第１吸気通路と接続されていない吸
気ポートと接続された第２吸気通路と、
前記第１吸気通路に設けられ、該第１吸気通路の流路断面積を変化させて該第１吸気通路を通過する吸気の流量を制御する第１流量制御手段と、
前記第２吸気通路に設けられ、該第２吸気通路の流路断面積を変化させて該第２吸気通路を通過する吸気の流量を制御する第２流量制御手段と、
を備えることを特徴とする。
【０００８】
これによれば、各気筒における複数の吸気ポートのうち、一部の吸気ポートから吸気を気筒内に導入し、残りの吸気ポートから余剰の吸気を排出させることにより、必要量の吸気を気筒内に供給することができる。すなわち、第１吸気通路と第２吸気通路の間の圧力差を利用して吸気量を制御することができる。ここで、前述の圧力差は、第１流量制御手段の他、第２流量制御手段によっても制御可能であるので、第１流量制御手段だけで前記各気筒に導入される吸気の流量を絞る必要がない。従って、第１流量制御手段によって吸気圧を低下させることに起因するポンプ損失を低減できるので、内燃機関の燃費を向上させることができる。
【０００９】
また、前記一部の吸気ポートから導入された吸気のうちの余剰分は、前記残りの吸気ポートから第２吸気通路に排出され、次のサイクルで再度気筒内に導入されない。従って、筒内温度の上昇を抑制することができ、ノッキングの発生を抑制することができる。
【００１０】
また、本発明においては、第１流量制御手段によって第１吸気通路の流路断面積を略最大とした上で、第２流量制御手段によって第２吸気通路の流路断面積を変化させ、第１吸気通路から内燃機関へ流入した後に第２吸気通路に流出する吸気の流量を制御することで、各気筒への吸気量を制御するようにしてもよい。
【００１１】
すなわち、第１吸気通路において各気筒への吸気量は全く絞らず、吸気流量最大の状態とする。そして、各気筒へ導入された吸気の余剰分を第２吸気通路に排出する。さらに、その際の排出量を第２流量制御手段によって制御することで所望の吸気量を得ることとしている。これによれば、吸気圧を可及的に高くすることができ、ポンプ損失を可及的に小さく抑えることができる。
【００１２】
また、本発明においては、内燃機関の運転状態が低負荷低回転数の所定の小吸気量領域に属する場合には、第２流量制御手段によって第２吸気通路における流路断面積を略零とし、第１流量制御手段によって第１吸気通路の流路断面積を制御することで、各気筒への吸気量を制御するようにしてもよい。
【００１３】
ここで、内燃機関の運転状態が低負荷低回転数の領域においては、内燃機関の要求空気量自体が非常に小さく、要求吸気量が、大気圧以下の吸気管圧力で実現できる場合がある。このような場合には、余剰の吸気を第２吸気通路に排出できず、第２流量制御手段で第２吸気通路における流路断面積を制御したのでは吸気量の制御が困難になるおそれがある。
【００１４】
そこで、そのような低負荷低回転数の運転状態においては、第１流量制御手段によって第１吸気通路の流路断面積を制御することで、従来の内燃機関におけるスロットル弁による制御と同様の吸気量制御を行うこととした。そうすれば、余剰の吸気を第２吸気通路に排出できなくなるような低負荷低回転数の運転状態においても、各気筒への吸気量を良好に制御することができる。また、この場合は各気筒における前記一部の吸気ポートのみから吸気が気筒内に導入され、前記残りの気筒からは吸気が導入されないので、気筒内にスワールを発生させることができ、燃焼の悪化を抑制することができる。
【００１５】
なお、上記において小吸気量領域とは、前述のように要求吸気量が小さいために、第１吸気通路から吸気を導入するとともに余剰の吸気を第２吸気通路に排出し、排出量を第２流量制御手段によって制御するという吸気量制御が困難になる運転状態である。小吸気量領域に属する機関回転数及び機関負荷の範囲は予め実験的に求められる。
【００１６】
また、本発明においては、第１吸気通路と、第２吸気通路における第２流量制御手段の下流側との間に連通路と設け、この連通路には、該連通路の流路断面積を連制御する連通流量制御手段を設けるようにしてもよい。すなわち、第１吸気通路と第２吸気通路とを連通路で連通し、さらに連通路には連通流量制御手段を供えて、第１吸気通路と第２吸気通路との間の吸気のやり取りを可能とする。これにより、内燃機関１への吸気量の制御の自由度をさらに高めることができる。
【００１７】
例えば、連通流量制御手段によって連通路を遮断した上で、上述したように、第１流量制御手段によって第１吸気通路の流路断面積を略最大とし、第２流量制御手段によって第２吸気通路の流路断面積を変化させてもよい。これにより、第１吸気通路から内燃機関へ流入した後に第２吸気通路に流出する吸気の流量を制御することができ、各気筒への吸気量を制御することができる。また、内燃機関の運転状態が小吸気量領域に属する場合には、連通流量制御手段と第２流量制御手段によって連通路と第２吸気通路の流路断面積を略零とし、第１流量制御手段によって第１吸気通路の流路断面積を制御することで、気筒への吸気量を制御してもよい。さらに、これらの制御中における連通流量制御手段による連通路の流路断面積を変化させれば、そのことによっても各気筒への吸気量を変化させることができる。
【００１８】
また、本発明においては、上記の制御に加えて、内燃機関の運転状態が高負荷または高回転数の所定の大吸気量領域に属する場合には、第２流量制御手段によって前記第２吸気通路の流路断面積を略零とし、連通流量制御手段によって前記連通路の流路断面積を最大とし、第１流量制御手段によって第１吸気通路の流路断面積を変化させ、第１吸気通路から及び、第１吸気通路及び連通路を経由して第２吸気通路から各気筒に流入する吸気量を制御するようにしてもよい。
【００１９】
この制御によれば、高出力が要求される運転状態においては、第２流量制御手段によってコンプレッサの上流の吸気通路と第２吸気通路とを遮断し、その上で、第１吸気通路から気筒内に高圧の吸気を導入させると同時に、第１吸気通路から高圧の吸気を連通路及び第２吸気通路を経由して気筒内に導入させることができる。
【００２０】
すなわち、全ての吸気ポートから各気筒に高圧の吸気を導入させることにより、要求する出力をより確実に実現することができる。
【００２１】
なお、上記において高負荷または高回転数の所定の大吸気量領域とは、運転状態が高負荷かまたは高回転数の状態であって要求吸気量が大きく、全ての吸気ポートから各気筒に高圧の吸気を導入させることによって要求出力の実現が可能となる運転状態を示し、予め実験的に求めてもよい。
【００２２】
なお、本発明における課題を解決するための手段は、可能な限り組み合わせて使用することができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明にあっては、内燃機関の吸気行程における吸気圧の低下を抑制してポンプ損失を低減し、内燃機関の燃費を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下に図面を参照して、この発明を実施するための最良の形態を例示的に詳しく説明する。
【実施例１】
【００２５】
図１は本発明を適用する内燃機関及び吸排気系、制御系の概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、４つの気筒２を有する。また、各気筒２には第１吸気ポート３及び第２吸気ポート４が接続されている。第１吸気ポート３及び第２吸気ポート４の各気筒２の燃焼室への開口部には、それぞれ吸気弁５、６が設けられており、吸気弁５、６が開閉することにより、第１吸気ポート３及び第２吸気ポート４と燃焼室との間を開放または遮断するようになっている。
【００２６】
内燃機関１には、第１吸気マニホールド７及び第２吸気マニホールド８が接続されており、第１吸気マニホールド７の各枝管は第１吸気ポート３を介して各気筒２の燃焼室と接続されている。また、第２吸気マニホールド８の各枝管は第２吸気ポート４を介して各気筒２の燃焼室と接続されている。第１吸気マニホールド７と第２吸気マニホールド８とは、連通管２３によって連通されている。この連通管２３には、連通管２３を通過する吸気の流量を制御する連通管制御弁２６が備えられている。
【００２７】
第１吸気マニホールド７と第１吸気管９との接続部近傍には、第１吸気マニホールド７の集合部の流路断面積を変更可能な第１スロットル弁２７が設けられている。第２吸気マニホールド８と第２吸気管１０との接続部近傍には、第２吸気マニホールド８の集合部の流路断面積を変更可能な第２スロットル弁２８が設けられている。連通管制御弁２６、第１スロットル弁２７及び第２スロットル弁２８は電気配線を介して後述するＥＣＵ３５に接続されており、ＥＣＵ３５からの制御信号に基づいてその弁開度が制御される事で、それぞれ連通管２３、第１吸気管９及び第２吸気管１０を流れる吸気の流量を調節する事ができる。
【００２８】
また、第１吸気マニホールド７には第１圧力センサ３０が備えられ、第２吸気マニホールド８には第２圧力センサ３１が備えられている。この第１圧力センサ３０及び第２圧力センサ３１は後述のＥＣＵ３５に電気配線を介して接続されており、第１吸気マニホールド７及び第２吸気マニホールド８における圧力を検出可能となっている。
【００２９】
第１スロットル弁２７より上流には、第１吸気管９を流れるガスを冷却するインタークーラ２９が設けられている。第１吸気管９におけるインタークーラ２９より上流には、排気のエネルギを駆動源として作動する遠心過給機２１のコンプレッサ２１ａが設けられている。コンプレッサ２１ａのさらに上流側には上流吸気管２２が接続されている。この上流吸気管２２には、通過する吸気の量を検出するエアフローメータ１８と、新気に浮遊するゴミを除去するエアクリーナ１２が備えられている。また、上流空気管２２におけるエアフローメータ１８とコンプレッサ２１ａとの間には第２吸気管１０が接続されている。
【００３０】
一方、各気筒２には第１排気ポート１３及び第２排気ポート１４が接続されている。第１排気ポート１３及び第２排気ポート１４の各気筒２の燃焼室への開口部には、それぞれ排気弁１５、１６が設けられており、排気弁１５、１６が開閉することにより、第１排気ポート１３及び第２排気ポート１４と燃焼室との間を開放または遮断するようになっている。
【００３１】
内燃機関１には、排気マニホールド１７が接続されており、排気マニホールド１７の各枝管は第１排気ポート１３及び第２排気ポート１４を介して各気筒２の燃焼室と連通されている。排気マニホールド１７には集合管１１を介して遠心過給機２１のタービン２１ｂ
が接続されている。タービン２１ｂを回転させた後の排気が流出する開口部には排気管１９が接続されている。排気管１９には排気中の微粒子物質やＮＯxを浄化する排気浄化装
置２０が設けられている。
【００３２】
また、内燃機関１には、内燃機関１を制御する電子制御コンピュータであるＥＣＵ３５が併設されている。ＥＣＵ３５は図示しないＲＯＭ、ＲＡＭ、ＣＰＵ、入力ポート、出力ポート等を備え、前記各種センサによって検出される内燃機関１の運転状態や運転者による要求に応じて、燃料噴射等の既知の制御を行うとともに、第１スロットル弁２７、第２スロットル弁２８、連通管制御弁２６に対して開度指令信号を出力する。
【００３３】
上記において、上流吸気管２２は上流吸気通路に相当する。第１吸気管９及び第１吸気マニホールド７は第１吸気通路に相当する。第２吸気管１０及び第２マニホールド８は第２吸気通路に相当する。第１スロットル弁２７は第１流量制御手段に相当する。第２スロットル弁２８は第２流量制御手段に相当する。連通管２３は連通路に相当する。連通管制御弁２６は連通流量制御手段に相当する。
【００３４】
上記の構成において、上流吸気管２２に導入された吸気は、エアクリーナ１２でゴミが除去された後エアフローメータ１８を通過する。そして、コンプレッサ２１ａを通過する前の略大気圧の吸気は第２吸気管１０に流入可能である。従って、第２吸気管１０及び第２吸気マニホールド８における吸気圧は基本的に大気圧となっている。一方、コンプレッサ２１ａを通過して過給された吸気は、第１吸気管９に流入し、インタークーラ２９、第１吸気マニホールド７、第１吸気ポート３を経由して各気筒２に導入される。なお、第１吸気管９を通過する吸気の流量は第１スロットル弁２７によって制御可能である。
【００３５】
また、第１吸気マニホールド７、第１吸気ポート３を経由して各気筒２に導入された吸気は、気筒２から第２吸気ポート４を経由して第２吸気マニホールド８に排出可能である。これは第１吸気マニホールド７におけるコンプレッサ２１ａを通過後の吸気圧が通常第２吸気マニホールド８における吸気圧より高いことに基づく。気筒２から第２吸気マニホールド８に排出する吸気の流量は、第２スロットル弁２８によって制御可能である。
【００３６】
また、第１吸気マニホールド７を通過する吸気は、必要に応じて連通管２３を通じて第２吸気マニホールド８に流入可能である。これについても、第１吸気マニホールド７におけるコンプレッサ２１ａを通過後の吸気圧が通常第２吸気マニホールド８における吸気圧より高いことに基づく。その際の流入量は連通管制御弁２６によって制御される。
【００３７】
一方、各気筒２から排出された排気は第１排気ポート１３及び第２排気ポート１４、排気マニホールド１７、集合管１１を経由し、タービン２１ｂを駆動する。その後排気管１９を通過し、排気浄化装置２０において排気中の微粒子物質やＮＯxが除去され、最終的
に大気中に排出される。
【００３８】
ここで、本実施例に係る内燃機関の吸気システムにおいては、前述のように、吸気弁５、６の開弁時における第１吸気マニホールド７と第２吸気マニホールド８の間の圧力の違いに基づいて、第１吸気ポート３から各気筒２に吸気を導入し、余剰分の吸気を第２吸気ポート４から排出することが可能である。その際、第１吸気マニホールド７と第２吸気マニホールド８の圧力、機関回転数などに応じて所望の吸気量が気筒２内に残存するように第２スロットル弁８の開度を制御することが可能である。
【００３９】
このような吸気量の制御を行えば、内燃機関１の吸気行程において、第１スロットル弁７によって第１吸気マニホールド７を通過する吸気の吸気圧を低下させることなく吸気量の制御を行うことができるので、サイクルのポンプ損失を低減することができ、燃費を向
上させることができる。
【００４０】
ここで、内燃機関１の運転状態が低負荷低回転数の領域に属し、要求吸気量が少ない場合には、要求吸気量を第１吸気マニホールド７の圧力が大気圧以下の状態で充足させることができる場合がある。この場合には第１吸気マニホールド７と第２吸気マニホールド８との圧力差が小さくなるので、余剰の吸気を各気筒２から第２吸気通路８に戻せない場合がある。このような場合には、上述したような、第１吸気ポート３から各気筒２に吸気を絞らずに導入し、余剰分の吸気を第２吸気ポート４から排出するという制御が困難となることがある。
【００４１】
本実施例に係る内燃機関の吸気システムおいては、このような場合には、第２スロットル弁２８及び連通管制御弁２６を全閉とし、第１スロットル弁２７の開度を変更して内燃機関１への吸気量を制御することとした。すなわち、要求吸気量が少ない場合には通常の内燃機関と同様の吸気の制御を行う。
【００４２】
また、内燃機関１の運転状態が高負荷または高回転数の領域に属し、要求吸気量が多い場合であって、全ての吸気ポートから気筒２内に吸気を導入したい場合には、第２スロットル弁２８を全閉とし、連通管制御弁２６を全開にし、第１スロットル弁２７によって吸気量を制御する。そうすることによって、コンプレッサ２１ａによって過給された吸気を第１吸気ポート３から直接気筒２に導入可能であるとともに、第１吸気マニホールド７から連通管２３、第２吸気マニホールド８を経由して第２吸気ポート４からも気筒２内に過給された吸気を導入可能である。
【００４３】
このように、本実施例に係る内燃機関の吸気システムにおいては、内燃機関１の運転状態に応じて、上記した３つの吸気量の制御の態様を使い分けることとした。これにより、全ての運転状態において良好に要求吸気量を満足させつつ、ポンプ損失を低減して燃費を向上させることができる。
【００４４】
図２には、本実施例における吸気量制御ルーチンについてのフローチャートを示す。本ルーチンはＥＣＵ３５のＲＯＭに記憶されたプログラムであり、内燃機関１の稼動中はＥＣＵ３５によって所定期間毎に実行される。本ルーチンにおいては、上述のように、内燃機関１の運転状態によって内燃機関１への吸気量の制御態様を変更している。また図３には、本ルーチンにおいて内燃機関１への吸気量の制御方法を変更すべき３つの運転状態の領域について図示する。
【００４５】
図３において、領域１は低負荷低回転数の運転状態であって、要求吸気量が少なく、第１吸気ポート３から各気筒２に導入された吸気のうち、余剰の吸気を第２吸気ポート４から第２吸気マニホールド８に排出することが困難な領域である。領域２は日常の運転で最も多く用いられる領域であり、モード走行にも用いられる領域である。領域３は、高負荷または高回転数の領域であって要求吸気量が多く、全ての吸気ポートから気筒２内に吸気を導入することが求められる領域である。
【００４６】
図２の説明に戻る。本ルーチンが実行されると、まずＳ１０１において、内燃機関１の運転状態及び、第１吸気マニホールド７及び第２吸気マニホールド８内の圧力が取得される。具体的には、図示しないアクセルポジションセンサ及びクランクポジションセンサの出力信号をＥＣＵ３５に読み込むことによって内燃機関１の機関負荷及び機関回転数が取得される。また、第１圧力センサ３０及び第２圧力センサ３１の出力信号をＥＣＵ３５に読み込むことによって第１吸気マニホールド７及び第２吸気マニホールド８内の圧力が取得される。Ｓ１０１の処理が終了するとＳ１０２に進む。
【００４７】
Ｓ１０２においては、内燃機関１の運転状態が領域１に属するかどうかが判定される。ここで運転状態が領域１に属すると判定された場合にはＳ１０３に進む。一方、運転状態が領域１に属さないと判定された場合にはＳ１０４に進む。
【００４８】
Ｓ１０３においては、内燃機関１の吸気量の制御を領域１制御モードに切換え、または領域１モードを継続する。ここで領域１制御モードとは、第２スロットル弁２８及び連通管制御弁２６を全閉とし、第１スロットル弁２７の開度を制御して内燃機関１への吸気量を制御する制御態様である。Ｓ１０３の処理が終了すると本ルーチンを一旦終了する。
【００４９】
Ｓ１０４においては、内燃機関１の運転状態が領域２に属するかどうかが判定される。ここで運転状態が領域２に属すると判定された場合にはＳ１０５に進む。一方、運転状態が領域２に属さないと判定された場合には、内燃機関１の運転状態が領域３に属すると判定されるのでＳ１０６に進む。
【００５０】
Ｓ１０５においては、内燃機関１の吸気量の制御を領域２制御モードに切換え、または領域２モードを継続する。ここで領域２制御モードとは、第１スロットル弁２７を全開とし、連通管制御弁２６を全閉とし、第２スロットル弁２８の開度を制御して内燃機関１への吸気量を制御する制御態様である。Ｓ１０５の処理が終了すると本ルーチンを一旦終了する。
【００５１】
Ｓ１０６においては、内燃機関１の吸気量の制御を領域３制御モードに切換え、または領域３モードを継続する。ここで領域３制御モードとは、第２スロットル弁２８を全閉とし、連通管制御弁２６を全開とし、第１スロットル弁２７の開度を制御して内燃機関１への吸気量を制御する制御態様である。Ｓ１０６の処理が終了すると本ルーチンを一旦終了する。
【００５２】
以上、説明したように本ルーチンにおいては、内燃機関１の運転状態が低負荷低回転数の領域１に属する場合には、第２吸気マニホールド８と連通管２３を閉鎖し、第１スロットル弁２７を用いて第１吸気マニホールド７を通過する吸気量を変化させ、通常の内燃機関と同様の吸気量の制御を行う。これにより、要求吸気量が少なく、第１吸気マニホールド７と第２吸気マニホールド８とにおける圧力の差が小さい場合にも、良好に吸気量の制御を行うことができる。
【００５３】
また、内燃機関１の運転状態が通常最も頻繁に用いられる領域２に属する場合には、第１吸気マニホールド７の流路断面積を最大とし、連通管２３を閉鎖し、吸気圧を低下させることなく吸気を各気筒２に導入する。そして、余剰の吸気を第２吸気ポート４に排出し、その排出量を第２スロットル弁２８で制御して吸気量の制御を行う。これにより、ポンプ損失を低減でき、内燃機関１の燃費を向上させることができる。
【００５４】
さらに、内燃機関１の運転状態が高負荷または高回転数の領域３に属する場合には、第１吸気マニホールド７を通過する過給された吸気を、連通管２３を介して第２吸気マニホールド８にも流入させ、第１吸気ポート３及び第２吸気ポート４の両方から高圧の吸気を各気筒２に導入する。これにより、要求吸気量が多い場合には全ての吸気ポートを有効に用いて効率よく各気筒２に吸気を導入することができる。
【００５５】
ここで、領域１は本実施例における小吸気量領域に相当する。領域３は大吸気量領域に相当する。
【００５６】
次に、領域２制御モードにおける吸気量の制御の詳細について説明する。図４には、本実施例における領域２吸気量制御ルーチンについてのフローチャートを示す。本ルーチン
は、前述の吸気量制御ルーチンにおいて領域２制御モードが選択されている期間中に、所定期間毎に実行されるルーチンであり、第２スロットル弁２８の開度を適正に制御するルーチンである。
【００５７】
本ルーチンが実行されるとまずＳ２０１において要求吸気量がアクセル開度から導出される。具体的には、図示しないアクセルポジションセンサの出力信号がＥＣＵ３５に読み込まれ、予め準備されたマップからアクセルポジションセンサの出力信号に対応する要求吸気量が読み出されることによって導出される。Ｓ２０１の処理が終了するとＳ２０２に進む。
【００５８】
Ｓ２０２においては、第１吸気マニホールド７及び、第２吸気マニホールド８における圧力を取得する。具体的には、第１圧力センサ３０、第２圧力センサ３１の出力信号がＥＣＵ３５に読み込まれることにより取得される。Ｓ２０２の処理が終了するとＳ２０３に進む。
【００５９】
Ｓ２０３においては、この時点における実際の各気筒２への吸入空気量を推定する。具体的には、吸入空気量は、Ｃ１×第１吸気マニホールド７の圧力−Ｃ２という一次式によって推定される。ここで、Ｃ１及びＣ２は、機関回転数と、（可変動弁機構が備えられている場合には）図示しない可変動弁機構の変位角と、Ｃ１とＣ２との関係を格納した係数マップから、この時点における機関回転数と可変動弁機構の変位角の値に対応するＣ１とＣ２とを読み出して導出する。Ｓ２０３の処理が終了するとＳ２０４に進む。
【００６０】
Ｓ２０４においては、余剰空気量ｍｔが算出される。具体的には、Ｓ２０１で導出された要求吸気量からＳ２０３で推定された実際の吸入空気量を減じることによって算出される。Ｓ２０４の処理が終了するとＳ２０５に進む。
【００６１】
Ｓ２０５においては、第２スロットル弁２８の開度を制御すべき目標開度が算出される。ここで、Ｓ２０４で求められた余剰空気量ｍｔは、大気圧Ｐａと、流量係数１であるＢ(θ)と、流量整数２であるφ（Ｐｍ／Ｐａ）との積Ｐａ×Ｂ（θ）×φ（Ｐｍ／Ｐａ）によって算出されることが分かっている（ノズルの式）。ここで、流量係数１であるＢ(θ)とは、第２スロットル弁２８の開度θの値に応じて予め実験的に求められた係数である。流量係数２であるφ（Ｐｍ／Ｐａ）は、第２吸気マニホールド８の圧力Ｐｍと大気圧Ｐａとの比の値に応じて予め実験的に求められた係数である。
【００６２】
図５には、流量係数１及び流量係数２の実験式に基づいたグラフを示す。図５（ａ）は、流量係数１の値のスロットル開度θ（ｄｅｇ）による変化を示す。図５（ｂ）は、流量係数２の圧力比（Ｐｍ／Ｐａ）による変化を示す。ここで、上述のノズルの式を変形することにより、流量係数１であるＢ(θ)は、ｍｔ／（Ｐａ×φ（Ｐｍ／Ｐａ））と表すことができる。そして、この式によってＢ(θ)の値が分かれば、図５（ａ）のグラフから第２スロットル弁２８の開度θの値を求めることができる。Ｓ２０５の処理が終了すると本ルーチンを一旦終了する。
【００６３】
図６は、本実施例の領域２制御モードにおける吸気量の制御を行った場合の、吸気行程における吸気流量の変化及び、従来の制御と比較した場合の吸気圧力について説明するためのグラフである。
【００６４】
図６の上段に示すように、第１吸気ポート３を通過して気筒２内に導入される吸気の一部が第２吸気ポート４から排出される。従って、各気筒２内には、図中斜線で表された部分の面積に相当する空気が残留し、この空気の量によってトルクの量が決定される。
【００６５】
また、図６の下段に示すように、本実施例の領域２制御モードにおける吸気量の制御によれば、第１吸気マニホールド７の圧力を、従来の制御と比較して高く維持することができ、吸気圧力を上昇させることができる。そのことにより、ポンプ損失を低減でき、内燃機関１の燃費を向上させることができる。
【００６６】
次に、上述のポンプ損失の低減効果についてＰ−Ｖ線図によって説明する。図７は、本実施例の領域２制御モードにおける吸気量の制御を実行した場合と、従来の吸気量制御を実行した場合のＰ−Ｖ線図を比較したものである。図中実線で示したものが領域２制御モードにおける吸気量の制御に関するＰ−Ｖ線図、破線で示したものが従来の吸気量制御に関するＰ−Ｖ線図である。
【００６７】
図７に示すように、本実施例に係る領域２制御モードにおける吸気量の制御では、吸気行程における吸気圧を上昇させることができるので、図中斜線の面積で示すポンプ損失を小さくすることができる。
【００６８】
なお、上記の実施例においては第１流量制御手段、第２流量制御手段、連通流量制御手段として、それぞれ第１スロットル弁２７、第２スロットル弁２８、連通管制御弁２６を例示した。これに対し、第１吸気マニホールド７、第２吸気マニホールド８、連通管２３の流路断面積を変化可能なものであれば、これらの制御弁の代わりに、シャッターなど他の機構を用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明の実施例における内燃機関と、その吸排気系及び制御系の概略構成を示す図である。
【図２】本発明の実施例における吸気量制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図３】本発明の実施例における運転状態の領域１、領域２及び領域３を示すグラフである。
【図４】本発明の実施例における領域２吸気量制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図５】本発明の実施例における流量係数１とスロットル開度との関係及び、流量係数２と圧力比との関係を示すグラフである。
【図６】本発明の実施例における空気流量及び吸気圧力について説明するためのグラフである。
【図７】本発明の実施例と従来例におけるＰ−Ｖ線図である。
【符号の説明】
【００７０】
１・・・内燃機関
２・・・気筒
３・・・第１吸気ポート
４・・・第２吸気ポート
５、６・・・吸気弁
７・・・第１吸気マニホールド
８・・・第２吸気マニホールド
９・・・第１吸気管
１０・・・第２吸気管
１１・・・集合管
１３、１４・・・排気ポート
１５、１６・・・排気弁
１７・・・排気マニホールド
１９・・・排気管
２１・・・遠心過給機
２１ａ・・・コンプレッサ
２１ｂ・・・タービン
２３・・・連通管
２６・・・連通管制御弁
２７・・・第１スロットル弁
２８・・・第２スロットル弁
３０・・・第１圧力センサ
３１・・・第２圧力センサ
３５・・・ＥＣＵ
【図１】
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【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】
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