(57)【要約】【課題】内燃機関の可変吸気装置において、吸気効率を向上させる一方で最適な点火時期制御を可能とする。【解決手段】吸気管２２にサージタンク３２を連通すると共にサブタンク３２を連通して吸気制御弁３３を設け、また、排気ガスをサージタンク２２に再循環させるＥＧＲ通路３４及びＥＧＲ弁３５を設け、エンジン１１が高負荷状態から低負荷状態に移行したとき、吸気制御弁３３が閉から開に切換るとき、所定の作動遅延時間はＥＧＲ弁３５の開度を切換前の開度、つまり、閉状態に保持し、この作動遅延時間が経過した後にＥＧＲ弁３５を開く。【選択図】        図１
2004245062.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端部が内燃機関の燃焼室に連通して他端部がサージタンクに連通する吸気管と、前記燃焼室に対する連通距離が前記サージタンクより短くなるように前記吸気管に連通するサブタンクと、前記吸気管と前記サブタンクとの連通部に設けられて該連通部を開閉する制御弁と、前記連通部より上流側の前記吸気管へ排気を再循環させるＥＧＲ通路及び該ＥＧＲ通路に設けられたＥＧＲ弁を有するＥＧＲ機構と、前記内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、少なくとも前記ＥＧＲ弁の作動状態に応じて点火時期を補正する点火時期補正手段と、前記運転状態検出手段の検出結果に基づいて前記制御弁及び前記ＥＧＲ弁の作動を制御すると共に該制御弁を閉から開に切換えてから所定期間は前記ＥＧＲ弁の開度を切換前の開度に保持する制御手段とを具えたことを特徴とする内燃機関の可変吸気装置。
【請求項２】
請求項１記載の内燃機関の可変吸気装置において、前記制御手段は、前記制御弁が閉のときは前記ＥＧＲ弁を閉とし、前記制御弁を閉から開に切換えてから所定期間は前記ＥＧＲ弁を閉状態に保持することを特徴とする内燃機関の可変吸気装置。
【請求項３】
請求項１または２記載の内燃機関の可変吸気装置において、前記所定期間は、前記内燃機関の負荷が高いほど短く設定されることを特徴とする内燃機関の可変吸気装置。
【請求項４】
請求項１または２記載の内燃機関の可変吸気装置において、前記所定期間は、前記内燃機関の回転数が高いほど短く設定されることを特徴とする内燃機関の可変吸気装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の運転状態に応じて吸気管長を変更することで、吸気効率を向上させるようにした内燃機関の可変吸気装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関の運転状態に応じて吸気管長を変更して吸気効率を向上させる可変吸気装置としては、特許文献１がある。また、可変吸気エンジンの排気ガス再循環制御装置として、特許文献２がある。
【０００３】
【特許文献１】
実公平２−０４７２３５号公報
【特許文献２】
特開平９−３２４７０５号公報
【０００４】
この特許文献１に記載された「多気筒内燃機関の吸気装置」は、吸気管にサージタンクを設けると共に、このサージタンクの下流側に連通路及び吸気制御弁を設け、この吸気制御弁を機関の高負荷・低中速回転域で閉じ、その他の運転域で開くように制御し、機関の広範囲な運転域にわたって吸気脈動を利用した高い体積効率を得ることで、吸気効率を向上させるものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
近年、排ガスの一部を吸気側に還流させて未燃焼ガスを新しい空気と共に燃焼させるＥＧＲ（排気ガス再循環）装置が多く採用されている。ところが、上述した従来の「多気筒内燃機関の吸気装置」にこのＥＧＲ装置を適用した場合、機関の高負荷・低中速回転域で閉じていた吸気制御弁を、低負荷・高速回転域になって開いたときに、一時的に連通路の空気が吸気管に流入して実際のＥＧＲ率が変化し、最適な点火時期制御ができなくなってしまう。
【０００６】
図６に従来の内燃機関の可変吸気装置における運転状態変化を表すグラフを示す。図６に示すように、スロットル開度が大きいと内燃機関は高負荷状態であるため、吸気管及び連通路の内圧は高く、吸気制御弁及びＥＧＲ弁は閉じている。この状態からスロットル開度が閉じていくと、機関は低負荷となるために吸気管の内圧が下がり、吸気制御弁が開くと共にＥＧＲ弁が開いて吸気管に排ガスが導入される。このとき、吸気制御弁の開放動作により比較的高圧の連通路と低圧の吸気管が連通するため、吸気管の排ガスに対して連通路内の空気が吸気管に流入して混合されるため、ＥＧＲ弁開度から推定される目標ＥＧＲ率（連通路の上流側のＥＧＲ率）と連通路の下流側のＥＧＲ率とが異なり、最適な点火時期制御ができないという問題がある。また、この吸気制御弁の開放動作には制御遅れが生じるため、この制御遅れによっても排ガスに連通路からの空気が混入しやすく最適な点火時期制御を実施できない要因となっている。
【０００７】
なお、前述した特許文献２に記載された「可変吸気エンジンの排気ガス再循環制御装置」には、可変吸気バルブとＥＧＲの作動タイミングに起因する燃焼悪化を防止する技術が開示されているが、この装置では、可変吸気バルブが閉じられて所定時間経過後から排気再循環を可能とするものであり、単に可変吸気バルブの閉止直後のＥＧＲ作動を制限しているに過ぎず、上述したような吸気制御弁の開放直後に連通路から吸気管に空気が流出してＥＧＲ率が変化してしまうという問題には対処することはできない。
【０００８】
本発明はこのような問題を解決するものであって、吸気効率を向上させる一方で最適な点火時期制御を可能とした内燃機関の可変吸気装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために請求項１の発明の内燃機関の可変吸気装置では、吸気管にサージタンクを連通すると共に燃焼室との連通距離がサージタンクより短くなるようにサブタンクを連通し、吸気管とサブタンクとの連通部に制御弁を設け、また、この連通部より上流側の吸気管へ排気を再循環させるＥＧＲ機構を設けると共に、ＥＧＲ弁の作動状態に応じて点火時期を補正する点火時期補正手段を設け、制御手段が、運転状態検出手段が検出した内燃機関の運転状態に基づいて制御弁及びＥＧＲ弁の作動を制御すると共に、この制御弁を閉から開に切換えてから所定期間はＥＧＲ弁の開度を切換前の開度に保持するようにしている。
【００１０】
従って、機関の運転状態に応じて制御弁が閉から開に切換えられたとき、所定期間はＥＧＲ弁の開度を切換前の開度に保持しており、制御弁の開動作に伴ってサブタンクから吸気管へ空気が流入する時期には、ＥＧＲ弁の開度が変化しないため、点火時期が不適切になる現象を確実に防止することができる。
【００１１】
請求項２の発明の内燃機関の可変吸気装置では、制御手段は、制御弁が閉のときはＥＧＲ弁を閉とし、制御弁を閉から開に切換えてから所定期間はＥＧＲ弁を閉状態に保持している。従って、制御弁が閉から開に切換えられたとき、所定期間はＥＧＲ弁を閉状態として排ガスの再循環を停止しており、サブタンクから吸気管への空気の流入によりＥＧＲ率が変動する現象は全く問題にならず、点火時期が不適切になる現象を確実に防止することができる。
【００１２】
請求項３の発明の内燃機関の可変吸気装置では、所定期間は、内燃機関の負荷が高いほど短く設定されるようにしている。従って、所定期間を、サブタンクからの空気の流入による影響が発生する期間に応じた適切なものに設定することができ、点火時期が不適切になる現象を確実に防止しながら、ＥＧＲ弁の作動遅れを短縮することができる。
【００１３】
請求項４の発明の内燃機関の可変吸気装置では、所定期間は、内燃機関の回転数が高いほど短く設定されるようにしている。従って、所定期間を、サブタンクからの空気の流入による影響が発生する期間に応じた適切なものに設定することができ、点火時期が不適切になる現象を確実に防止しながら、ＥＧＲ弁の作動遅れを短縮することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００１５】
図１に本発明の一実施形態に係る内燃機関の可変吸気装置の概略構成、図２に吸気制御弁の開閉領域を表すグラフ、図３にＥＧＲ弁の作動遅延時間を表すグラフ、図４に本実施形態の内燃機関の可変吸気装置による制御のフローチャート、図５に本実施形態の内燃機関の可変吸気装置における制御のタイムチャートを示す。
【００１６】
本実施形態の内燃機関の可変吸気装置において、図１に示すように、車両に搭載されるエンジン１１は火花点火式ガソリンエンジンであって、シリンダブロック１２上にはシリンダヘッド１３が締結され、このシリンダブロック１２にピストン１４が上下動自在に嵌合している。そして、シリンダブロック１２の下部にはクランクシャフト１５が回転自在に支持され、このクランクシャフト１５とピストン１４とがコネクティングロッド１６により連結されている。
【００１７】
シリンダブロック１２とシリンダヘッド１３とピストン１４によって燃焼室１７が構成され、この燃焼室１７の両側に吸気ポート１８及び排気ポート１９が連通されており、この吸気ポート１８及び排気ポート１９に吸気バルブ２０と排気バルブ２１の先端部が臨み、燃焼室１７と各ポート１８，１９との開閉を行うことができるようになっている。そして、吸気ポート１８には吸気管２２が、排気ポート１９には水平な排気管２３がそれぞれ連結されている。
【００１８】
各吸気管２２には気筒ごとにインジェクタ２４が装着されると共に、シリンダヘッド１３に点火プラグ２５が装着されている。そして、このエンジン１１には各気筒の所定のクランク位置でクランク角信号を出力するクランク角センサ２６が設けられ、クランク角センサ２６はエンジン回転速度を検出可能となっている。更に、吸気管２２の上流端部にはエアクリーナ２７が取付けられており、この吸気管２２には電子制御スロットル弁２８が取付けられると共に、このスロットル弁２８の開度を検出するスロットルポジションセンサ２９が取付けられ、スロットル弁２８の上流側には吸入空気量を検出するエアフローセンサ３０が取付けられている。
【００１９】
また、吸気管２２の中途部にはサージタンク３１が設けられると共に、この吸気管２２にはサージタンク３１の上流側に位置して燃焼室１７に対する連通距離がこのサージタンク３１より短くなるようにサブタンク３２が連結されている。そして、吸気管２２とサブタンク３２との連通部にはこの連通部を開閉する吸気制御弁３３が設けられている。
【００２０】
更に、エンジン１１には、ＥＧＲ機構として、排気管２３と吸気管２２のサージタンクとを連結して排気を吸気へ再循環させるＥＧＲ通路３４が設けられると共に、このＥＧＲ通路３４にＥＧＲ弁３５が設けられている。
【００２１】
車両にはエンジン１１などを制御するエンジンの電子制御ユニット（ＥＣＵ）３６が設けられ、このＥＣＵ３６には、入出力装置、制御プログラムや制御マップ等の記憶を行う記憶装置、中央処理装置及びタイマやカウンタ類が具備されており、このＥＣＵ３６によりエンジン１１の総合的な制御が実施される。
【００２２】
即ち、前述したクランク角センサ２６が検出したエンジン回転数、スロットルポジションセンサ２９が検出したスロットル開度、エアフローセンサ３０が検出した吸入空気量などの運転状態情報がＥＣＵ３６に入力される。ＥＣＵ３６は、このエンジン回転数、スロットル開度、吸入空気量などの運転状態情報に基づいて燃料噴射量、点火時期、排ガス還流時期等を決定し、インジェクタ２４、点火プラグ２５、スロットル弁２８、ＥＧＲ弁３５等を駆動制御する。この場合、クランク角センサ２６、スロットルポジションセンサ２９、エアフローセンサ３０が運転状態検出手段として機能し、ＥＣＵ３６が点火時期補正手段として機能する。
【００２３】
また、本実施形態にて、エンジン１１の高負荷・低中速回転域では吸気制御弁３３を閉じることで実質的な吸気管長を長くし、吸気脈動の干渉を発生させずに体積効率を上昇させる一方、その他の運転域で吸気制御弁３３を開くことで実質的な吸気管長を短くし、吸気脈動の干渉を利用して閉じたときより体積効率を高くし、エンジン１１の広範囲な運転領域にわたって吸気効率を向上させるようにしている。
【００２４】
即ち、図２（ａ）に示すように、エンジン回転数に対する体積効率（行程容積に対する１サイクル中に吸入した新気の体積の割合）を表すマップから吸気制御弁３３の開領域と閉領域が設定されている。この場合、吸気制御弁３３の閉領域は、エンジン回転数の上昇に応じて体積効率が上昇する領域となっている。
【００２５】
また、図２（ｂ）に示すように、エンジン回転数に対するスロットル開度を表すマップから吸気制御弁３３の開領域と閉領域を設定するようにしてもよい。この場合も、吸気制御弁３３の閉領域は、エンジン回転数の上昇に応じてスロットル開度が上昇する領域となっている。
【００２６】
なお、吸気制御弁３３の開領域と閉領域を設定するマップは、上述した２つのマップの形態に限らず、エンジン回転数に対するエンジン負荷のマップであればよく、エンジン負荷としては、前述した体積効率やスロットル開度の他、吸入空気量や筒内圧などであってもよい。
【００２７】
また、エンジン１１が高負荷状態から低負荷状態に移行したとき、前述したように、吸気制御弁３３が閉から開に切換って吸気管長が短くなると共に、ＥＧＲ弁３５が開いて吸気管２２に排気が導入されるが、このとき、サブタンク３２から吸気管２２に空気が流入し、ＥＧＲ率が変動してしまう。そこで、本実施形態では、ＥＣＵ（制御手段）３６は、吸気制御弁３３を閉から開に切換えてから所定期間はＥＧＲ弁３５の開度を切換前の開度、つまり、閉状態に保持するようにしている。即ち、ＥＣＵ３６は、吸気制御弁３３を開に切換えてから所定の作動遅延時間（所定期間）が経過した後にＥＧＲ弁３５を開くようにしている
【００２８】
このとき、図３（ａ）に示すように、作動遅延時間を行程数で設定する場合、エンジン負荷（エンジン回転数、体積効率、スロットル開度、吸入空気量、筒内圧など）に対する行程数を表すマップからＥＧＲ弁３５の作動遅延時間が作動遅延行程数として設定されている。また、図３（ｂ）に示すように、作動遅延時間を時間として設定する場合、エンジン回転数に対するエンジン負荷（体積効率、スロットル開度、吸入空気量、筒内圧など）を表すマップからＥＧＲ弁３５の作動遅延時間を設定してもよい。
【００２９】
ここで、上述した本実施形態の内燃機関の可変吸気装置におけるＥＣＵ３６の制御を図４のフローチャート並びに図５のタイムチャートに基づいて詳細に説明する。
【００３０】
図４に示すように、ステップＳ１にて、ＥＣＵ３６は、クランク角センサ２６が検出したエンジン回転数を取り込み、ステップＳ２にて、ＥＣＵ３６は、エアフローセンサ３０が検出した吸入空気量などに基づいて算出した体積効率を読み込み、ステップＳ３にて、ＥＣＵ３６は、エンジン回転数及びスロットルポジションセンサ２９が検出したスロットル開度に基づいて算出したエンジン負荷を読み込む。
【００３１】
ステップＳ４では、図２（ａ）に示すエンジン回転数に対する体積効率のマップから吸気制御弁３３の開閉領域を設定し、ＥＣＵ３６はこの吸気制御弁３３に開指示または閉指示を出す。ステップＳ５では、吸気制御弁３３に開指示が出されたかどうかを判定し、閉指示が出されていれば、何もしないでこのルーチンを抜ける。
【００３２】
一方、ステップＳ５にて、吸気制御弁３３に開指示が出されていれば、ステップＳ６にて、図３（ａ）に示すエンジン負荷に対する行程数のマップからＥＧＲ弁３５の作動遅延時間を作動遅延行程数として設定する。そして、ステップＳ７にて、タイマーなどを用いて吸気制御弁３３の開指示から所定の作動遅延時間が経過しているかどうかを判定し、作動遅延時間が経過していなければ、ステップＳ８に移行し、ＥＧＲ弁３５の開度を０、つまり閉じたままとする。
【００３３】
そして、作動遅延時間が経過するまでステップＳ７、Ｓ８の処理を繰り返し行い、作動遅延時間が経過したらステップＳ９に移行し、エンジン回転数と負荷に基づいてＥＧＲ弁３５の開度を算出し、ＥＣＵ３６は、ＥＧＲ弁３５の開度を算出した運転状態に基づく開度に制御すると共に、ＥＧＲ弁３５開度に応じて点火時期を進角制御する。
【００３４】
従って、吸気制御弁３３が閉から開に切換えられたとき、所定の作動遅延時間はＥＧＲ弁３５の開度を切換前の開度に保持しており、吸気制御弁３３の開動作に伴ってサブタンク３２から吸気管２２へ空気が流入する時期には、ＥＧＲ弁３５の開度が変化しない、つまり、ＥＧＲ弁３５を閉状態として排ガスの再循環を停止しているため、サブタンク３２から吸気管２２への空気の流入によりＥＧＲ率が変動する現象は全く問題にならず、点火時期が不適切になる現象を確実に防止することができる。
【００３５】
この現象を詳細に説明すると、図５に示すように、ドライバがアクセルペダルを踏み込んでスロットル開度が大きいとき、エンジン１１は高負荷状態であるため、吸気管２２及びサブタンク３２の内圧は比較的高く、吸気制御弁３３及びＥＧＲ弁３５は閉じている。この状態からドライバがアクセルペダルの踏み込みを少なくしてスロットル開度が閉じていくと、エンジン１１は低負荷となるために吸気管２２の内圧が下がり、吸気制御弁３３が開くが、ＥＧＲ弁３５は所定の作動遅延時間が経過してから開き、吸気管２２に排ガスが導入される。
【００３６】
この場合、吸気制御弁３３の開放時にサブタンク３２内の比較的高圧の空気が吸気管２２に一時的に流入するが、この吸気管２２への空気流入現象はＥＧＲ弁３５が閉止状態にある作動遅延時間内に発生し、サブタンク３２内の空気が吸気管２２に流入した後にＥＧＲ弁３５が開いて排ガスが導入される。そのため、サブタンク３２から吸気管２２への空気の流入現象はＥＧＲ率には全く関与せず、作動遅延時間が経過した後にＥＧＲ弁３５が開いて吸気管２２に排ガスが導入されても、ＥＧＲ弁３５の開度から推定される目標ＥＧＲ率（サブタンク３２の上流側のＥＧＲ率）と、サブタンク３２の下流側のＥＧＲ率とは同じであり、最適な点火時期制御が可能となる。
【００３７】
このように本実施形態の内燃機関の可変吸気装置にあっては、吸気管２２にサージタンク３２を連通すると共にサブタンク３２を連通して吸気制御弁３３を設け、また、排気ガスをサージタンク２２に再循環させるＥＧＲ通路３４及びＥＧＲ弁３５を設け、エンジン１１が高負荷状態から低負荷状態に移行したとき、吸気制御弁３３が閉から開に切換るとき、所定の作動遅延時間はＥＧＲ弁３５の開度を切換前の開度、つまり、閉状態に保持し、この作動遅延時間が経過した後にＥＧＲ弁３５を開くようにしている。
【００３８】
従って、吸気制御弁３３が閉から開に切換えられたとき、サブタンク３２から吸気管２２へ空気が流入するが、ＥＧＲ弁３５は所定の作動遅延時間を経過して開くため、ＥＧＲ弁３５の開放時は吸気管２２とサブタンク３２の内圧は同様となり、吸気管２２への流入空気がＥＧＲ率の変動に影響を与えることはなく、点火時期は不適切にならず、安定して適切な点火時期制御を可能とすることができる。また、ＥＧＲ弁３５の開放動作に対して、吸気制御弁３３の開放動作に制御遅れが生じても、所定の作動遅延時間を制御遅れ時間を考慮して設定することで、前述と同様に、サブタンク３２から吸気管２２へ空気が流入した後にＥＧＲ弁３５を開放することとなり、制御遅れがＥＧＲ率に影響を与えることはなく、最適な点火時期制御を実施できる。
【００３９】
なお、上述の実施形態では、吸気制御弁３３が閉から開に切換るとき、所定の作動遅延時間だけＥＧＲ弁３５の開度を０としたが、既にＥＧＲ弁３５が開いていたときは所定の作動遅延時間だけ切換前の開度とすればよい。この場合、吸気制御弁３３が開に切換るとき、ＥＧＲ弁３５の開度は大きくなるように変更されるが、所定の作動遅延時間だけ現在の小さい開度に保持されることで、サブタンク３２から吸気管２２へ流入する空気がＥＧＲ率に与える影響を最小限にすることができる。
【００４０】
【発明の効果】
以上、実施形態において詳細に説明したように請求項１の発明の内燃機関の可変吸気装置によれば、吸気管にサージタンクを連通すると共に燃焼室との連通距離がサージタンクより短くなるようにサブタンクを連通し、吸気管とサブタンクとの連通部に制御弁を設け、また、この連通部より上流側の吸気管へ排気を再循環させるＥＧＲ機構を設けると共に、ＥＧＲ弁の作動状態に応じて点火時期を補正する点火時期補正手段を設け、制御手段が、運転状態検出手段が検出した内燃機関の運転状態に基づいて制御弁及びＥＧＲ弁の作動を制御すると共に、この制御弁を閉から開に切換えてから所定期間はＥＧＲ弁の開度を切換前の開度に保持するので、機関の運転状態に応じて制御弁が閉から開に切換えられたとき、所定期間はＥＧＲ弁の開度を切換前の開度に保持しており、制御弁の開動作に伴ってサブタンクから吸気管へ空気が流入する時期には、ＥＧＲ弁の開度が変化しないため、点火時期が不適切になる現象を確実に防止することができる。
【００４１】
請求項２の発明の内燃機関の可変吸気装置によれば、制御手段は、制御弁が閉のときはＥＧＲ弁を閉とし、制御弁を閉から開に切換えてから所定期間はＥＧＲ弁を閉状態に保持するので、制御弁が閉から開に切換えられたとき、所定期間はＥＧＲ弁を閉状態として排ガスの再循環を停止しており、サブタンクから吸気管への空気の流入によりＥＧＲ率が変動する現象は全く問題にならず、点火時期が不適切になる現象を確実に防止することができる。
【００４２】
請求項３の発明の内燃機関の可変吸気装置によれば、所定期間を内燃機関の負荷が高いほど短く設定するので、所定期間を、サブタンクからの空気の流入による影響が発生する期間に応じた適切なものに設定することができ、点火時期が不適切になる現象を確実に防止しながら、ＥＧＲ弁の作動遅れを短縮することができる。
【００４３】
請求項４の発明の内燃機関の可変吸気装置によれば、所定期間を内燃機関の回転数が高いほど短く設定するので、所定期間を、サブタンクからの空気の流入による影響が発生する期間に応じた適切なものに設定することができ、点火時期が不適切になる現象を確実に防止しながら、ＥＧＲ弁の作動遅れを短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る内燃機関の可変吸気装置の概略構成図である。
【図２】吸気制御弁の開閉領域を表すグラフである。
【図３】ＥＧＲ弁の作動遅延時間を表すグラフである。
【図４】本実施形態の内燃機関の可変吸気装置による制御のフローチャートである。
【図５】本実施形態の内燃機関の可変吸気装置における制御のタイムチャートである。
【図６】従来の内燃機関の可変吸気装置における運転状態変化を表すグラフである。
【符号の説明】
１１  エンジン（内燃機関）
１７  燃焼室
１２  点火プラグ
２２  吸気管
２４  インジェクション
２６  クランク角センサ（運転状態検出手段）
２８  スロットル弁
２９  スロットルポジションセンサ（運転状態検出手段）
３０  エアフローセンサ（運転状態検出手段）
３１  サージタンク
３２  サブタンク
３３  吸気制御弁
３４  ＥＧＲ通路
３５  ＥＧＲ弁
３６  電子制御ユニット、ＥＣＵ（点火時期補正手段、制御手段）
【図１】
2004245062.tif 000003
【図２】
2004245062.tif 000004
【図３】
2004245062.tif 000005
【図４】
2004245062.tif 000006
【図５】
2004245062.tif 000007
【図６】
2004245062.tif 000008