(57)【要約】【課題】高圧縮比状態におけるピストン頂部のウェット量の増大に対処する技術を提供する。【解決手段】気流制御弁制御回路３２は、高圧縮比のときに気流制御弁６１の開度を小さくして、燃焼室への吸気流の乱れを増大させ、これによってピストン頂部のウェット量の増大を緩和する。気流制御弁６１の開度調整の代わりに、吸気弁４１のリフト量の減少や、吸気弁４１の開弁期間の遅角によっても、吸気流の乱れを増大させることができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関であって、
燃焼室を構成するシリンダおよびピストンと、
前記燃焼室の圧縮比を変更可能な可変圧縮比機構と、
前記圧縮比を示す指標値に応じて前記燃焼室への吸気流の乱れ状態を変更可能な気流変更手段と、
を備える内燃機関。
【請求項２】
請求項１記載の内燃機関であって、
前記気流変更手段は、圧縮比が第１の判定値よりも大きい場合に、前記燃焼室への吸気流の乱れを増大させる、内燃機関。
【請求項３】
請求項１記載の内燃機関であって、
前記気流変更手段は、圧縮比が第１の判定値よりも大きく、かつ、前記内燃機関の負荷率が第２の判定値よりも小さい場合に、前記燃焼室への吸気流の乱れを増大させる、内燃機関。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載の内燃機関であって、
前記気流変更手段は、前記燃焼室に吸気を導く吸気管内に設けられ前記吸気管の流路抵抗を変更可能な気流制御機構を含む、内燃機関。
【請求項５】
請求項４記載の内燃機関であって、
前記気流制御機構は、開度が調節可能な調整弁を含む、内燃機関。
【請求項６】
請求項５記載の内燃機関であって、
前記燃焼室は２つの吸気口を有し、前記燃焼室に吸気を導く吸気管は前記２つの吸気口に接続された２つの分岐管を含んでおり、
前記調整弁は前記２つの分岐管の一方のみに設けられている、内燃機関。
【請求項７】
請求項１ないし３のいずれかに記載の内燃機関であって、
前記気流変更手段は、前記燃焼室の吸気弁のリフト量と開弁期間のタイミングとのうちの少なくとも一方を変更可能な吸気弁制御機構を含む、内燃機関。
【請求項８】
請求項７記載の内燃機関であって、
前記吸気弁制御機構は、前記吸気弁のリフト量を小さくすることによって前記燃焼室への吸気流の乱れを増大させる、内燃機関。
【請求項９】
請求項７記載の内燃機関であって、
前記吸気弁制御機構は、前記吸気弁の開弁期間のタイミングを遅角することによって前記燃焼室への吸気流の乱れを増大させる、内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、可変圧縮比機構を有する内燃機関に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、圧縮比を変更可能な可変圧縮比機構を有する内燃機関が知られている（例えば特許文献１〜４）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−５４８７３号公報
【特許文献２】
特開昭６３−１８１４２号公報
【特許文献３】
特開平７−２０８２２０号公報
【特許文献４】
特開昭６３−１２０８２０号公報
【０００４】
一般に、圧縮比が高い方が熱効率が良いので燃費が向上するが、ノッキングが発生し易い傾向にある。そこで、内燃機関の負荷が小さい時には、ノッキングの可能性が低いので、圧縮比を高く設定することによって燃費を向上させることができる。一方、負荷が大きいときには、圧縮率を低く設定することによってノッキングを防止する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このような内燃機関において高圧縮比に設定された場合には、ピストン頂面に付着する燃料量（ウェット量）が増加することが知られている。この理由は、高圧縮比では、上死点におけるピストン頂面とシリンダヘッドとの間の距離が小さくなり、吸気ポートから吸入される燃料粒子、または、燃焼室内に直接噴射される燃料粒子がピストン頂面に付着し易くなるからであると推測される。ピストン頂部のウェット量が増加すると、燃焼が悪化するので好ましくない。しかし、従来は、高圧縮比状態におけるピストン頂部のウェット量の増大に対処する工夫が十分になされていなかった。
【０００６】
本発明は、上述した従来の課題を解決するためになされたものであり、高圧縮比状態におけるピストン頂部のウェット量の増大に対処する技術を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
上記目的の少なくとも一部を達成するために、本発明の内燃機関は、
燃焼室を構成するシリンダおよびピストンと、
前記燃焼室の圧縮比を変更可能な可変圧縮比機構と、
前記圧縮比を示す指標値に応じて前記燃焼室への吸気流の乱れ状態を変更可能な気流変更手段と、
を備える。
【０００８】
この内燃機関では、圧縮比を示す指標値に応じて前記燃焼室への吸気流の乱れ状態を変更可能なので、高圧縮比状態におけるピストン頂部のウェット量の増大を防止することが可能である。
【０００９】
前記気流変更手段は、圧縮比が第１の判定値よりも大きい場合に、前記燃焼室への吸気流の乱れを増大させることが好ましい。
【００１０】
また、前記気流変更手段は、圧縮比が第１の判定値よりも大きく、かつ、前記内燃機関の負荷率が第２の判定値よりも小さい場合に、前記燃焼室への吸気流の乱れを増大させることが好ましい。
【００１１】
高圧縮比で低負荷率のときには、ピストン頂部のウェット量が増大しやすい傾向にあるので、この場合に吸気流の乱れを増大させれば、この傾向を緩和することが可能である。
【００１２】
前記気流変更手段は、前記燃焼室に吸気を導く吸気管内に設けられ前記吸気管の流路抵抗を変更可能な気流制御機構を含むものとしてもよい。また、前記気流制御機構は、開度が調節可能な調整弁を含むものとしてもよい。さらに、前記燃焼室は２つの吸気口を有し、前記燃焼室に吸気を導く吸気管は前記２つの吸気口に接続された２つの分岐管を含んでおり、前記調整弁は前記２つの分岐管の一方のみに設けられているものとしてもよい。
【００１３】
このような気流制御機構を用いれば、燃焼室への吸気流の乱れを容易に増大させることができる。
【００１４】
あるいは、前記気流変更手段は、前記燃焼室の吸気弁のリフト量と開弁期間のタイミングとのうちの少なくとも一方を変更可能な吸気弁制御機構を含むものとしてもよい。例えば、前記吸気弁制御機構は、前記吸気弁のリフト量を小さくすることによって前記燃焼室への吸気流の乱れを増大させてもよい。また、前記吸気弁制御機構は、前記吸気弁の開弁期間のタイミングを遅角することによって前記燃焼室への吸気流の乱れを増大させてもよい。
【００１５】
このような吸気弁制御機構を用いることによっても、燃焼室への吸気流の乱れを容易に増大させることができる。
【００１６】
なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能であり、例えば、内燃機関や、内燃機関の制御方法、その制御方法を実現するためのコンピュータプログラム、そのコンピュータプログラムを記録した記録媒体、そのコンピュータプログラムを含み搬送波内に具現化されたデータ信号、等の態様で実現することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
Ａ．第１実施例：
次に、本発明の実施の形態を実施例に基づいて説明する。図１（Ａ）は、本発明の第１実施例としての内燃機関１０の構成を示す概念図である。この内燃機関１０は、シリンダ２０と、ピストン２１とで構成される燃焼室を有している。シリンダヘッド２２には、点火プラグ５１と、吸気弁４１と、排気弁４２とが設けられている。
【００１８】
図１（Ｂ）に示すように、この内燃機関１０は２つの吸気口１１１，１１２と２つの排気口１２１，１２２を有している。吸気口１１１，１１２には、吸気管１００の２つの分岐管１０１，１０２がそれぞれ接続されている。第１の分岐管１０１には、気流制御弁６１が設けられている。気流制御弁６１は、その開度が調整可能な調節弁であり、その開度が小さいときに、燃焼室に導入される吸気流の乱れを増大させる機能を有している。
【００１９】
ピストン２１は、コンロッド２３に連結されている。このコンロッド２３は、第１と第２のコンロッド部材２３１，２３３が接続ピン２３２で連結された構成を有しており、その連結部において屈曲自在である。第１のコンロッド部材２３１の上端はピストンピン２４によってピストン２１に連結されており、第２のコンロッド部材２３３の下端はクランク１１に連結されている。第１のコンロッド部材２３１の下端は、さらに、接続ピン２５によってコントロールロッド２６に接続されている。コントロールロッド２６の他端は、回動可能なコントロール円板２８の周縁部に設けられたコントロールシャフト２７に連結されている。このコントロールシャフト２７は、コントロール円板２８の中心軸２９から偏心した位置において、中心軸２９と平行に設置されている。従って、コントロール円板２８を中心軸２９回りに回転させると、コントロールシャフト２７は中心軸２９回りを公転する。コントロール円板２８には、円板２８の回転位置を検出するための回転位置センサ３３が設けられている。
【００２０】
ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）３０内に設けられた可変圧縮比制御回路３１は、駆動部３４を用いて、コントロールシャフト２７の位置を略３時の位置から略６時の位置の区間で位置決めすることによって、コンロッド２３の屈曲度を調整可能である。コンロッド２３の屈曲度が変化すると、シリンダ２０内におけるピストン２１の上死点と下死点の位置も変化する。従って、コンロッド２３の屈曲度の調整によって、燃焼室の圧縮比を変更することが可能である。この説明から理解できるように、コンロッド２３と、コントロールロッド２６と、コントロール円板２８と、可変圧縮比制御回路３１と、駆動部３４とは、全体として可変圧縮比機構を構成している。
【００２１】
この可変圧縮比機構は、本出願人によって開示された特開２０００−５４８７３号公報に開示されたものと同じである。但し、可変圧縮比機構としては、これ以外の任意の機構を採用することが可能である。
【００２２】
ＥＣＵ３０は、さらに、気流制御弁６１の開度を制御するための気流制御弁制御回路３２を含んでいる。ＥＣＵ３０には、エンジン回転数や、スロットル開度（アクセルペダルの踏込量）、吸入空気量、シリンダの冷却水温、などの各種のパラメータを示す信号が、各種のセンサから供給されている。ＥＣＵ３０は、これらの各種のパラメータに応じて、圧縮比と気流制御弁の開度とを制御している。
【００２３】
図２は、本発明の第１実施例におけるエンジンの制御手順を示すフローチャートである。ステップＳ１では、ＥＣＵ３０が、エンジン回転数や、スロットル開度、吸入空気量、シリンダの冷却水温などのエンジンの運転状態を検出する。ステップＳ２では、可変圧縮比制御回路３１が、ステップＳ１で検出されたエンジンの運転状態に対して適切な圧縮比ＣＲの目標値を演算する。この演算は、例えば、運転状態を規定する複数のパラメータの値の組合せを入力とし、圧縮比の目標値を出力とするマップやルックアップテーブルを用いて実現することができる。ステップＳ３では、可変圧縮比制御回路３１が、回転位置センサ３３の検出信号を監視しながらコントロール円板２８を回転させて、圧縮比を目標値に設定する。
【００２４】
ステップＳ４では、気流制御弁制御回路３２が、現在の圧縮比ＣＲに対応する負荷率ＬＲを算出し、ステップＳ５でこの値ＬＲを判定値αと比較する。ここで、負荷率ＬＲとは、燃焼室内の最大空気収容量に対する実際の空気吸入量の割合を意味している。燃焼室内の最大空気収容量は、ピストンが下死点にあるときの燃焼室の容量に等しいので、最大空気収容量は圧縮比によって決まり、圧縮比が小さいほど大きな値となる。実際の空気吸入量は、図示しないエアフローメータによって測定される。
【００２５】
負荷率ＬＲの値が判定値αよりも大きいとき（圧縮比が小さいとき）には、ピストン頂部のウェット量の増大による燃焼の悪化の可能性が少ないので、気流制御弁６１の開度を大きく設定する（ステップＳ６）。例えば、ステップＳ６では、気流制御弁６１を１００％開度に設定することが好ましい。一方、負荷率ＬＲの値が判定値αよりも小さいとき（圧縮比が大きいとき）には、ピストン頂部のウェット量の増大による燃焼の悪化の可能性があるので、気流制御弁の開度を小さな値に設定して、燃焼室に導入される吸気流の乱れを増大させる（ステップＳ７）。図１（Ｂ）に示したように、気流制御弁６１は、燃焼室に吸気を導く２つの分岐管１０１，１０２のうちの一方にのみ設けられているので、この弁６１の開度を小さくすることによって、２つの分岐管１０１，１０２から導入される吸気量のバランスが崩れる。この結果、気流制御弁６１の開度が大きな場合に比べて、燃焼室内における吸気流の乱れが大きくなり、ピストン頂部のウェット量を減少させることができる。
【００２６】
なお、気流制御弁６１の開度を小さくすると、気流制御弁６１が設けられている分岐管１０１内における吸気流の乱れ自体も増大する。従って、２つの分岐管１０１，１０２の両方に気流制御弁６１を設けるようにしても、気流制御弁６１の開度を小さくすることによって吸気流の乱れを増大させることが可能である。この場合には、気流制御弁６１は、シリンダヘッド２２の吸気口１１１の近傍に設けることが好ましい。例えば、吸気口１１１から、吸気口１１１に接続された分岐管１０１の直径Ｄの１０倍以内の距離の位置に気流制御弁６１を設けることが好ましく、分岐管１０１の直径Ｄの５倍以内の距離の位置に設けることがさらに好ましい。但し、２つの分岐管１０１，１０２の一方にのみ気流制御弁６１を設ける方が、吸気流の乱れを大きくする上ではより効果的である。
【００２７】
ステップＳ７では、ＥＣＵ３０が、気流制御弁６１の開度に応じてスロットル弁（図示せず）の開度を補正して、吸入吸気量を調整する。
【００２８】
以上のように、第１実施例では、負荷率ＬＲが判定値αよりも小さいとき（すなわち高圧縮比のとき）に、気流制御弁６１の開度を小さくして吸気流の乱れを大きくするようにしたので、圧縮比の増大によるピストン頂部のウェット量の増大を緩和することが可能である。
【００２９】
なお、負荷率ＬＲは圧縮比ＣＲに依存するので、負荷率ＬＲの値は、圧縮比を表す指標値と考えることができる。なお、負荷率ＬＲの代わりに圧縮比ＣＲを用いて図２の制御を実行することも可能である。
【００３０】
Ｂ．第２実施例：
図３は、本発明の第２実施例におけるエンジンの制御手順を示すフローチャートである。第１実施例との差異はステップＳ５ａのみであり、他の手順およびエンジンの構成は第１実施例と同じである。
【００３１】
第２実施例のステップＳ５ａでは、負荷率ＬＲの値が第１の判定値αよりも小さいという第１の条件と、圧縮比ＣＲの値が第２の判定値βよりも大きいという第２の条件が、同時に満足されているか否かが判断される。この両方の条件が満足されているときには、ピストン頂部のウェット量の増大による燃焼の悪化の可能性が高いので、気流制御弁６１の開度を小さく設定する（ステップＳ７）。一方、２つの条件のいずれか一方でも満足されていないときには、気流制御弁６１の開度を大きく設定する。この理由は、高圧縮比で低負荷率のときには、ピストン頂部のウェット量が増大しやすい傾向にあるからである。また、ウェット量が過度に大きくないときには、なるべく気流制御弁６１の開度を大きく設定した方が、ポンプ損失が少なくなるので燃費を向上できるからである。
【００３２】
なお、判定値α，βの適切な値は、吸気温度や、シリンダの冷却水温、エンジン回転数などに応じて変化する。従って、判定値α、βの値は、これらのパラメータに応じて変更することが好ましい。
【００３３】
このように、第１および第２実施例では、圧縮比ＣＲが高いときに吸気流の乱れを大きくするようにしたので、圧縮比の増大に伴うピストン頂部のウェット量の増大を緩和して、燃焼の悪化を防止することが可能である。
【００３４】
Ｃ．第３実施例：
図４は、本発明の第３実施例における内燃機関１０ａの構成を示す概念図である。この内燃機関１０ａは、図１の気流制御弁６１の代わりに、可変バルブリフト機構７１と、スプール弁７２と、油圧ポンプ７３とを設けた構成を有している。また、ＥＣＵ３０ａは、気流制御弁制御回路３２の代わりにバルブリフト制御回路７０を含んでいる。他の構成は上述した第１実施例と同じである。
【００３５】
バルブリフト制御回路７０は、スプール弁７２を切り換えることによって、可変バルブリフト機構７１で設定される吸気弁４１のリフト量を変更することが可能である。このような機構７１，７２は周知なので、詳細な説明は省略する。
【００３６】
図５は、第３実施例におけるエンジンの制御手順を示すフローチャートである。第１実施例との差異はステップＳ６ａ，Ｓ７ａのみである。すなわち、第３実施例では、低負荷で高圧縮比のときに、吸気弁４１のリフト量を小さくすることによって吸気流の乱れを増大させ、これによってピストン頂部のウェット量の増大を防止している（ステップＳ７ａ）。すなわち、吸気弁４１のリフト量を小さくすると、シリンダヘッドの吸気口と吸気弁４１との間の隙間が小さくなるので、燃焼室内における吸気流の乱れが増大する。なお、吸気弁４１のリフト量を小さくしたときには、吸気管の流路抵抗が増大するので、ステップＳ８においてスロットル弁の開度を増大させる。なお、図５のステップＳ５を図３のステップＳ５ａに置き換えることも可能である。
【００３７】
このように、吸気弁４１のリフト量を小さくすることによっても、吸気流の乱れを大きくし、ピストン頂部のウェット量の増大を防止することができる。
【００３８】
Ｄ．第４実施例：
図６は、本発明の第４実施例における内燃機関１０ｂの構成を示す概念図である。この内燃機関１０ｂは、図４のバルブリフト量調整用の構成要素７１〜７３の代わりに、可変バルブタイミング機構８１と、スプール弁８２と、油圧ポンプ８３とを設けた構成を有している。また、ＥＣＵ３０ｂは、バルブリフト制御回路７０の代わりにバルブタイミング制御回路８０を含んでいる。他の構成は上述した第２実施例と同じである。
【００３９】
バルブタイミング制御回路８０は、スプール弁８２を切り換えることによって、可変バルブタイミング機構８１で設定される吸気弁４１の開弁時期のタイミングを変更することが可能である。このような機構８１，８２は周知なので、詳細な説明は省略する。
【００４０】
図７は、第４実施例におけるエンジンの制御手順を示すフローチャートである。図５に示した第３実施例との差異はステップＳ６ｂ，Ｓ７ｂのみである。すなわち、第４実施例では、高負荷で低圧縮比のときには第１のバルブタイミング制御マップＭ１を使用し（ステップＳ６ｂ）、低負荷で高圧縮比のときには第２のバルブタイミング制御マップＭ２を用いる（ステップＳ７ｂ）。これらのマップＭ１，Ｍ２は、エンジン回転数や、スロットル開度、吸入空気量、シリンダの冷却水温などに応じて、吸気弁４１の開弁時期のタイミングを決定するためのマップである。低負荷・高圧縮比で使用される第２のバルブタイミング制御マップＭ２は、第１のマップＭ１に比べて吸気弁４１の開弁期間が遅角されている。
【００４１】
図８は、第４実施例におけるバルブタイミング遅角化の一例を示す説明図である。この例では、負荷率ＬＲが判定値αより大きいときにはピストンの上死点ＴＤＣの前から開弁が始まっており、一方、負荷率ＬＲが判定値α以下のときには吸気弁４１の開弁時期を全体として遅角している。具体的には、遅角した開弁時期では、吸気弁４１がピストンの上死点ＴＤＣよりも遅く開弁する。吸気弁４１を上死点ＴＤＣよりも遅く開弁するようにすれば、燃焼室内に負圧が発生してから新気が導入されるので、燃焼室内の吸気流の乱れがより大きくなるという効果がある。また、図８の例のように、閉弁時期を下死点ＢＤＣよりも遅くすると、吸気吹き戻し効果（圧縮行程で吸気弁が開いていると吸気が燃焼室から吸気管に吹き戻される効果）によって燃焼室内の吸気流の乱れが一層大きくなるので、さらに好ましい。
【００４２】
このように、吸気弁４１の開弁期間を遅角することによっても、吸気流の乱れを大きくしてピストン頂部のウェット量の増大を防止することができる。
【００４３】
なお、第１実施例で利用した気流制御弁６１の開度調整と、第３実施例で利用した吸気弁４１のリフト量調整と、第４実施例で利用した吸気弁４１の開弁期間調整とのうちのいくつかを組合せて採用することも可能である。
【００４４】
Ｅ．変形例：
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
【００４５】
Ｅ１．変形例１：
上記第１実施例では、気流制御弁６１を用いて吸気流の乱れを調整していたが、この代わりに、吸気管の流路抵抗を変更するような他の機構を利用することも可能であり、例えば、可変オリフィスなどを用いることが可能である。
【００４６】
また、吸気弁４１のリフト量調整のための機構７１〜７３や、開弁タイミング調整のための機構８１〜８３は単なる一例であり、他の種々の構成を採用することができる。例えば、吸気弁４１として、リフト量と開弁タイミングとをそれぞれ任意に調整できる電動弁を利用することも可能である。
【００４７】
これらの説明から理解できるように、本発明は、圧縮比を示す指標値に応じて燃焼室への吸気流の乱れ状態を変更可能な気流変更手段を備えていればよい。なお、圧縮比を示す指標値としては、圧縮比そのものや、負荷率などの種々のパラメータを使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施例の内燃機関１０の構成を示す概念図。
【図２】第１実施例におけるエンジンの制御手順を示すフローチャート。
【図３】第２実施例におけるエンジンの制御手順を示すフローチャート。
【図４】第３実施例における内燃機関１０ａの構成を示す概念図。
【図５】第３実施例におけるエンジンの制御手順を示すフローチャート。
【図６】第４実施例における内燃機関１０ｂの構成を示す概念図。
【図７】第４実施例におけるエンジンの制御手順を示すフローチャート。
【図８】第４実施例におけるバルブタイミング遅角化の一例を示す説明図。
【符号の説明】
１０…内燃機関
１１…クランク
２０…シリンダ
２１…ピストン
２２…シリンダヘッド
２３…コンロッド
２４…ピストンピン
２５…接続ピン
２６…コントロールロッド
２７…コントロールシャフト
２８…コントロール円板
２９…中心軸
３０…ＥＣＵ
３１…可変圧縮比制御回路
３２…気流制御弁制御回路
３３…回転位置センサ
３４…駆動部
４１…吸気弁
４２…排気弁
５１…点火プラグ
６１…気流制御弁
７０…バルブリフト制御回路
７１…可変バルブリフト機構
７２…スプール弁
７３…油圧ポンプ
８０…バルブタイミング制御回路
８１…可変バルブタイミング機構
８２…スプール弁
８３…油圧ポンプ
１００…吸気管
１０１，１０２…分岐管
１１１，１１２…吸気口
１２１，１２２…排気口
２３１，２３３…コンロッド部材
２３２…接続ピン
【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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