(57)【要約】【課題】簡易な構成かつ制御方法にてポンピング仕事を低減することができ、コスト削減と搭載性向上を実現すること。【解決手段】吸気弁１４よりも上流側の吸気通路１３内に設けられ、吸気通路１３を開放・遮断する吸気制御弁１５を備え、各気筒毎に吸気量を制御する内燃機関の吸気制御装置において、吸気制御弁１５から吸気弁１４に至る吸気通路容積を必要な吸気量に応じて調節する吸気通路容積調節手段を備えた。この手段は、吸気制御弁１５の下流の吸気通路１３と連通路１７を介して連通する吸気制御タンク１６と、連通路１７を開放・遮断する吸気通路容積調節用制御弁２０とから構成され、軽負荷時には、吸気行程開始までに吸気制御弁１５および吸気通路容積調節用制御弁２０を閉弁し、吸気制御容積を減少させる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気弁よりも上流側の吸気通路内に設けられ、この吸気通路を開放または遮断する吸気制御弁を備え、各気筒毎に吸気量を制御する内燃機関の吸気制御装置において、
前記吸気制御弁から前記吸気弁に至る吸気通路容積を必要な前記吸気量に応じて調節する吸気通路容積調節手段を備えたことを特徴とする内燃機関の吸気制御装置。
【請求項２】
前記吸気通路容積調節手段は、前記吸気制御弁の下流の前記吸気通路と連通する吸気制御タンクと、
前記吸気制御タンクと前記吸気通路との連通を開放または遮断する吸気通路容積調節用制御弁と、
を備えた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】
前記吸気通路容積調節手段は、前記吸気制御弁の下流の前記吸気通路と連通する吸気制御タンクと、
前記吸気制御タンクの容積を可変とする吸気通路容積調節用制御弁と、
を備えた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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、内燃機関の吸気制御装置に関し、更に詳しくは、簡易な構成かつ制御方法にてポンピング仕事を低減することができ、コスト削減と搭載性向上を実現することができる内燃機関の吸気制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関の吸気通路に吸気制御弁を設け、これを開閉制御することにより、内燃機関に設けられたスロットルバルブとは別に、吸入空気量を各気筒毎に制御できるようにした吸気制御装置が知られている。
【０００３】
この種の吸気制御装置では、各気筒の吸気通路に設けた吸気制御弁を各々アクチュエータで独立して開閉制御できるので、内燃機関の回転速度や負荷に応じて吸気制御弁の開閉時期を制御することによって内燃機関の低回転域において吸気行程中に発生する吸入空気の逆流を防止して出力を向上させたり、内燃機関の部分負荷時、特にアイドリング時のポンピングロスを低減させることにより、燃費を向上させることができることが知られている。
【０００４】
このような従来技術として、たとえば、高回転域において最高トルクが得られるようにインテークバルブならびにエキゾーストバルブのバルブ開閉タイミングが設定されている内燃機関の各気筒と１対１に対応する各吸気通路に設けられ、この吸気通路を開放・遮断する吸気制御弁と、その吸気制御弁を駆動するアクチュエータと、機関回転数を表す信号を出力する回転数信号出力手段と、上記アクチュエータを制御し、上記吸気制御弁の開閉タイミングを機関回転数に応じた開閉タイミングとなるように制御する制御手段とを備え、この制御手段は、機関回転数の低回転域において、上記吸気制御弁の開タイミングを上記インテークバルブの開タイミングより遅くするとともに、上記吸気制御弁の閉タイミングを上記インテークバルブの閉タイミングより早くするようにした技術が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００５】
また、複数の気筒を有する内燃機関の各気筒に接続される吸気流路毎に配設される気筒数と同一数の吸気制御弁と、この吸気制御弁のそれぞれを対応する気筒の吸気弁開弁以前の早期に開弁し、対応する気筒の吸気弁の吸気弁開弁中に閉弁させる吸気制御弁開閉制御手段と、を具備する４サイクル内燃機関の吸気制御装置において、相互のサイクルの位相差が内燃機関回転角で３６０度相違する２つの気筒の対応する２つの吸気制御弁毎に１つの吸気制御弁開閉制御手段を設け、吸気制御弁を排気行程の早期に開弁し、吸気弁の開弁中に閉弁することにより吸気充填効率を高め、吸気行程のポンピング損失を低減し、吸気弁閉弁直前の吹き返しを防止することを可能とした技術が提案されている（たとえば、特許文献２参照）。
【０００６】
また、内燃機関の各気筒の吸気通路に設けられた吸気制御弁を所定のタイミングで開閉して吸入空気量を制御する内燃機関の吸気制御装置において、吸気制御弁が、気筒に設けられた吸気弁と排気弁のオーバーラップ期間が過ぎた後に全閉状態から全開状態に作動され、必要な吸気の終了後に、吸気弁が閉じるよりも先に全開状態から全閉状態に作動される第１回目の開閉動作と、吸気弁が閉じた後に、再度全閉状態から全開状態に作動され、吸気通路内を大気圧にし、吸気弁が開くより前に再び全開状態から全閉状態に作動される第２回目の開閉動作とを、内燃機関の１サイクル中に行うこととし、吸気行程でのポンピングロスの低減を図ると同時に、排ガスの吸気通路への逆流を防止して、燃焼の悪化を防ぎ、燃費改善を可能とした技術が提案されている（たとえば、特許文献３参照）。
【０００７】
【特許文献１】特許第２５５０５５０号公報
【特許文献２】特開平６−２２１１６６号公報
【特許文献３】特開２００３−１６１１８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、従来の内燃機関の吸気制御装置は、空気量の調量を主に吸気制御弁の閉弁時期で行っているため、クランク角と同期した高精度の開弁・閉弁制御を行う必要がある。このため、応答性が非常に高いアクチュエータが必要となり、コスト面および体格面で実用化しにくいという課題があった。
【０００９】
この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、簡易な構成かつ制御方法にてポンピング仕事を低減することができ、コスト削減と搭載性向上を実現することができる内燃機関の吸気制御装置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】
【００１０】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、この発明の請求項１に係る内燃機関の吸気制御装置は、吸気弁よりも上流側の吸気通路内に設けられ、この吸気通路を開放または遮断する吸気制御弁を備え、各気筒毎に吸気量を制御する内燃機関の吸気制御装置において、前記吸気制御弁から前記吸気弁に至る吸気通路容積を必要な前記吸気量に応じて調節する吸気通路容積調節手段を備えたことを特徴とするものである。
【００１１】
また、この発明の請求項２に係る内燃機関の吸気制御装置は、請求項１に記載の発明において、前記吸気通路容積調節手段は、前記吸気制御弁の下流の前記吸気通路と連通する吸気制御タンクと、前記吸気制御タンクと前記吸気通路との連通を開放または遮断する吸気通路容積調節用制御弁と、を備えたことを特徴とするものである。
【００１２】
また、この発明の請求項３に係る内燃機関の吸気制御装置は、請求項１に記載の発明において、前記吸気通路容積調節手段は、前記吸気制御弁の下流の前記吸気通路と連通する吸気制御タンクと、前記吸気制御タンクの容積を可変とする吸気通路容積調節用制御弁と、を備えたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１３】
この発明に係る内燃機関の吸気制御装置（請求項１）によれば、簡易な構成かつ制御方法にてポンピング仕事を低減することができ、コスト削減と搭載性向上を実現することができる。
【００１４】
また、この発明に係る内燃機関の吸気制御装置（請求項２）によれば、必要空気量が減少するにしたがって吸気通路容積調節用制御弁を段階的に制御することで吸気通路容積を減少させることができ、種々の条件でポンピング仕事を低減することができる。
【００１５】
また、この発明に係る内燃機関の吸気制御装置（請求項３）によれば、必要空気量が減少するにしたがって吸気通路容積調節用制御弁を連続的に制御することで吸気通路容積をきめ細かく減少させることができ、種々の条件でポンピング仕事を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下に、この発明に係る内燃機関の吸気制御装置の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。
【実施例１】
【００１７】
図１は、この発明の実施例１に係る内燃機関の吸気制御装置を示す模式図であり、吸気制御容積を２段階に可変できる構成を示したものである。また、図２は、負荷が所定値になった時に吸気制御容積ＶCTRLを変化させた様子を示すグラフである。
【００１８】
また、図３は、従来の内燃機関のＰＶ線図を示すグラフ、図４は、吸気制御タンクを備えた場合のＰＶ線図を示すグラフ、図５は、吸気制御容積を可変としない場合のＰＶ線図を示すグラフ、図６は、吸気制御容積を可変とした場合のＰＶ線図を示すグラフである。
【００１９】
図１に示すように、内燃機関１０の吸気通路１３に設けられた吸気制御弁１５は、吸気弁１４よりも上流側の吸気通路１３内に配置され、この吸気通路１３を開放または遮断するように構成されている。なお、図中の符号１１は燃焼室を示し、符号１２はピストンを示し、排気系の構成部材の図示を省略してある。
【００２０】
また、内燃機関１０は、吸気制御弁１５から吸気弁１４に至る吸気通路容積ＶCTRLを必要な吸気量に応じて調節する吸気通路容積調節手段として、吸気制御弁１５の下流の吸気通路１３と連通路１７を介して連通する吸気制御タンク１６と、この連通路１７を開放または遮断する吸気通路容積調節用制御弁２０とを備えている。
【００２１】
すなわち、必要吸気量が少ない時にこの吸気通路容積調節用制御弁２０を開弁状態から閉弁することにより、吸気制御タンク１６と連通路１７の容積分だけ吸気通路容積ＶCTRLを減少できるように構成したものである。たとえば、図２に示すように、軽負荷となった時に、吸気通路容積調節用制御弁２０を閉弁することにより、吸気制御容積ＶCTRLを減少させる。
【００２２】
従来の内燃機関では、吸気行程においてピストンの下降により圧力が低下する容積が非常に大きく、吸気行程における筒内の圧力はほとんど変化しないが、本実施例１に係る構成では、吸気制御容積ＶCTRLを減少させることにより、吸気行程に要するポンピング仕事を特に軽負荷側で低減することができる。
【００２３】
すなわち、図３に示すように、従来の内燃機関では、吸気行程においてピストンの下降により圧力が低下する容積が非常に大きく、吸気マニホルド圧力Ｐinと圧縮開始圧力Ｐcsがほぼ等しい。所望の圧縮開始圧力Ｐcsを得るためにスロットリングにより吸気マニホルド圧力Ｐinを調整するので、図３中にハッチングで示すように、大きなポンピング仕事が必要となる。
【００２４】
これに対して、本実施例１に係る構成では、吸気通路１３内に吸気制御弁１５を配設し、これを吸気行程中に閉弁しておくことにより、図４に示すように、ピストン１２の下降に伴い圧力が低下する容積が小さくなるため、高い吸気マニホルド圧力Ｐinでも所望の圧縮開始圧力Ｐcsを得ることができ、ポンピング仕事が低減する。
【００２５】
また、図５に示すように、吸気通路容積ＶCTRLを可変としない場合には、図４の状態から更に空気量を減らす、すなわち圧縮開始圧力Ｐcsを低下させるには、吸気マニホルド圧力Ｐinも低下させる必要がある。
【００２６】
図６に示すように、吸気通路容積ＶCTRLを可変とすることにより、吸気マニホルド圧力Ｐinを低下させずに圧縮開始圧力Ｐcsを低下させることが可能となり、上記図５に示した吸気通路容積ＶCTRLを可変としない場合と比較して、更にポンピング仕事を低減することができる。
【００２７】
以上のように、従来技術では空気量の調量のためにクランク角と同期した高精度の開弁・閉弁制御を行う必要があり、応答性が非常に高いアクチュエータが必要となるが、本実施例１に係る内燃機関の吸気制御装置によれば、吸気行程開始（吸気弁１４の開弁）までに吸気制御弁１５および吸気通路容積調節用制御弁２０を閉弁しておけばよく、吸気制御弁１５のアクチュエータに対する要求性能を飛躍的に緩和できるため、コスト削減と搭載性向上を実現することができる。
【実施例２】
【００２８】
本実施例２は、必要空気量が減少するにしたがって吸気通路容積ＶCTRLを減少させることにより、種々の条件でポンピング仕事を低減することができるように構成したものである。
【００２９】
図７は、この発明の実施例２に係る内燃機関の吸気制御装置を示す模式図であり、吸気制御容積を連続的に可変できる構成を示す模式図である。図８は、負荷に応じて吸気制御容積ＶCTRLを連続的に変化させた様子を示すグラフ、図９は、制御方法を示すフローチャートである。なお、以下の説明において、すでに説明した部材と同一もしくは相当する部材には、同一の符号を付して重複説明を省略または簡略化する。
【００３０】
図７に示すように、本実施例２では、吸気制御タンク１６内を区画する連続可動式の吸気通路容積調節用制御弁３０を吸気制御タンク１６内に備えている。この吸気通路容積調節用制御弁３０を必要時に可動制御することにより、吸気制御タンク１６の容積を負荷に応じて連続的に可変とすることができるので、図８に示すように、吸気通路容積ＶCTRLも可変とすることができる。
【００３１】
つぎに制御方法について図９に基づいて説明する。図９に示すように、先ず、現在の運転に必要な空気量（吸気量）を算出し（ステップＳ１０）、要求されている圧縮開始圧力Ｐcsを算出する（ステップＳ１１）。
【００３２】
つぎに、要求されている吸気制御容積ＶCTRLを算出する（ステップＳ１２）。ポンピング仕事の低減量は、この吸気制御容積ＶCTRLの値によって変化する。自然吸気式の内燃機関の場合、吸気マニホルド圧力Ｐinが大気圧と等しくなるようにするのが最適であり、そのように吸気制御容積ＶCTRLを調節することにより、種々の条件下でポンピング仕事を最大限に低減することができる。
【００３３】
この吸気制御容積ＶCTRLの値は、たとえば下記の数式１によって算出することができる。ここで、ＶHは行程容積、Ｖcは燃焼室容積（ＴＤＣでの筒内容積）、Ｐcsは圧縮開始圧力、ＰAは大気圧、κは空気の比熱比を示している。
【００３４】
【数１】
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【００３５】
つぎに、上記ステップＳ１２で算出された要求値である吸気制御容積ＶCTRLが、所定の最小値よりも小さいか否かを判断する（ステップＳ１３）。なお、この最小値は、予め実験等により最適値が求められている。
【００３６】
算出された吸気制御容積ＶCTRLが所定の最小値よりも小さい場合には（ステップＳ１３肯定）、その吸気制御容積ＶCTRLに設定することが実現不可能であるので、吸気制御容積ＶCTRLができるだけ小さくなるように、スロットリングによる吸気マニホルド圧力Ｐinの調整を併用し、吸気通路容積調節用制御弁３０を可変制御して吸気制御容積ＶCTRLの調整を実行する（ステップＳ１５）。
【００３７】
一方、算出された吸気制御容積ＶCTRLが所定の最小値よりも小さくない場合には（ステップＳ１３否定）、その算出値となるように吸気通路容積調節用制御弁３０を可変制御して吸気制御容積ＶCTRLの調整を実行する（ステップＳ１４）。
【００３８】
以上のように、この実施例２に係る内燃機関の吸気制御装置によれば、必要空気量が減少するにしたがって吸気通路容積ＶCTRLを減少させることにより、種々の条件でポンピング仕事を低減することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
以上のように、この発明に係る内燃機関の吸気制御装置は、内燃機関の吸気通路に吸気制御弁を設け、これを開閉制御することにより、内燃機関に設けられたスロットルバルブとは別に、吸入空気量を各気筒毎に制御できるようにした吸気制御装置を備えた内燃機関に有用であり、特に、簡易な構成かつ制御方法にてポンピング仕事を低減することができ、コスト削減と搭載性向上を実現することを目指す内燃機関に適している。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】この発明の実施例１に係る内燃機関の吸気制御装置を示す模式図である。
【図２】負荷が所定値になった時に吸気制御容積ＶCTRLを変化させた様子を示すグラフである。
【図３】従来の内燃機関のＰＶ線図を示すグラフである。
【図４】吸気制御タンクを備えた場合のＰＶ線図を示すグラフである。
【図５】吸気制御容積を可変としない場合のＰＶ線図を示すグラフである。
【図６】吸気制御容積を可変とした場合のＰＶ線図を示すグラフである。
【図７】この発明の実施例２に係る内燃機関の吸気制御装置を示す模式図である。
【図８】負荷に応じて吸気制御容積ＶCTRLを連続的に変化させた様子を示すグラフである。
【図９】制御方法を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００４１】
１０  内燃機関
１３  吸気通路
１４  吸気弁
１５  吸気制御弁
１６  吸気制御タンク（吸気通路容積調節手段）
１７  連通路（吸気通路容積調節手段）
２０  吸気通路容積調節用制御弁（吸気通路容積調節手段）
３０  吸気通路容積調節用制御弁（吸気通路容積調節手段）
Ｖin  吸気行程容積
Ｐin  吸気マニホルド圧力
Ｐex  排気マニホルド圧力
Ｐcs  圧縮開始圧力
【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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【図８】
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【図９】
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