(57)【要約】【課題】コンパクトな構造でポンプ損失を低減すると共に装置の省力化を図ること。【解決手段】エンジン１には吸気通路４と排気通路５が接続される。筒内圧制御装置は、複数の気筒２のそれぞれに一端が連通し、他端が吸気通路４に連通する連通ポート２４及び連通管２５と、各連通ポート２４に設けられた電磁弁２５と、各気筒２の作動行程を検出する回転速度センサ３３と、コントロールユニット４０とを備える。コントロールユニット４０は、作動行程の検出結果に基づきある気筒２が圧縮行程にあると判断したとき、その気筒２の燃焼室１４内の圧力を低減させるために対応する電磁弁２５を制御する。コントロールユニット４０は各種センサ３１〜３４で検出される運転状態に基づき各電磁弁２５の開時期及び閉時期を算出し、それらの時期に基づき各電磁２５の開期間を制御する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気通路を接続してなる内燃機関において気筒内の圧力を制御する筒内圧制御装置であって、
前記気筒に一端が連通し、他端が前記吸気通路に連通する連通路と、
前記連通路を開閉するために設けられる開閉手段と、
前記内燃機関の作動行程を検出するための作動行程検出手段と、
前記検出される作動行程に基づき前記気筒が圧縮行程にあると判断したとき、その気筒内の圧力を低減させるために前記開閉手段を制御する制御手段と
を備えたことを特徴とする内燃機関の筒内圧制御装置。
【請求項２】
前記内燃機関の運転状態を検出するための運転状態検出手段と、
前記検出される運転状態に基づき前記開閉手段の開時期及び閉時期を算出するための開閉時期算出手段と
を備え、前記制御手段は、前記算出された開時期及び閉時期に基づき前記開閉手段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筒内圧制御装置。
【請求項３】
前記内燃機関は、複数の気筒を有することと、
前記連通路は、前記各気筒のそれぞれに対して設けられることと、
前記開閉手段は、前記各連通路のそれぞれに対して設けられることと
を備え、前記制御手段は、前記各気筒の圧縮行程において前記各開閉手段を制御することを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の筒内圧制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ポンプ損失を低減させるために、内燃機関の気筒内の圧力を制御する筒内圧制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のガソリンエンジンでは、ポンプ損失が発生する。ポンプ損失とは、エンジンが外部へ仕事をするために必要な空気を吸い込むときに生じる吸気損失と、既燃焼ガスを外部へ排出するときに生じる排気損失とを合わせたものを言う。図６に、全負荷時のＰ−Ｖ線図を示す。図７に、部分負荷時のＰ−Ｖ線図を示す。両図６，７とも、斜線部分がポンプ損失に相当する。
【０００３】
ここで、下記の非特許文献１には、ポンプ損失について次のように記載されている。すなわち、ガソリンエンジンでは、出力の制御を絞り弁により行っているため、この弁における絞り損失によりポンプ損失が発生する。特に負荷が小さくなるほどポンプ損失は大きくなり、低負荷時の燃焼効率が低下する原因になっている。
一方、ディーゼルエンジンは、空気量一定（絞り弁なし）で燃料噴射量により負荷を制御するため、低負荷でもポンプ損失がなく、高い効率を得ている（高負荷では、混合気が濃くなるためん熱効率は低下する）。
【０００４】
そこで、ガソリンエンジンでも、吸気通路の絞り弁（スロットルバルブ）を廃止することが考えられる。この場合、スロットルバルブを廃止する代わりに、吸気量を調節する別の構成が必要になる。下記の特許文献１には、動弁系機構に電磁駆動吸気弁を設けて、内燃機関の運転状態に応じて、電磁駆動吸気弁の開弁期間をきめ細かく制御することにより、ポンプ損失を低減させることが記載されている。電磁駆動吸気弁とは、ソレノイドで発生する電磁力により開閉駆動可能な吸気弁である。従って、吸気通路からスロットルバルブを廃止した内燃機関において、動弁系機構に電磁駆動吸気弁を設けて開弁期間を制御することも考えられる。
【０００５】
【特許文献１】特開平９−８８６４５号公報（第３頁、図２）
【非特許文献１】中島泰夫・中村重夫  編集，“新・自動車用ガソリンエンジン”，山海堂，平成８年３月３１日発行，ｐ．４７−４８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、特許文献１に記載の電磁駆動弁制御装置では、その電磁駆動吸気弁を作動させるために必要な吸引力が比較的大きいので、ソレノイドに供給される電力も多大となる。このため、電力確保のために電源に大きな負荷がかかり、そのときに内燃機関にトルク損失が生じるおそれがあった。また、吸気弁のそれぞれにソレノイドを設けなければならず、装置が大型化し、重量化する。特に、多気筒の内燃機関では、多数の吸気弁にソレノイドなどを設けなければならず、装置の内燃機関における占有スペースも問題なる。
【０００７】
この発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、コンパクトな構造でポンプ損失を低減すると共に、省力化を図ることを可能とした内燃機関の筒内圧制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、吸気通路を接続してなる内燃機関において気筒内の圧力を制御する筒内圧制御装置であって、気筒に一端が連通し、他端が吸気通路に連通する連通路と、連通路を開閉するために設けられる開閉手段と、内燃機関の作動行程を検出するための作動行程検出手段と、検出される作動行程に基づき気筒が圧縮行程にあると判断したとき、その気筒内の圧力を低減させるために開閉手段を制御する制御手段とを備えたことを趣旨とする。
【０００９】
上記発明の構成によれば、制御手段は、作動行程検出手段により検出される内燃機関の作動行程に基づき、気筒が圧縮行程にあると判断したとき、その気筒に連通する連通路に設けられた開閉手段を制御して開く。従って、圧縮行程となる気筒内の圧力が吸気通路へ抜け、気筒内の圧力が下がる。
【００１０】
上記目的を達成するために、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、内燃機関の運転状態を検出するための運転状態検出手段と、検出される運転状態に基づき開閉手段の開時期及び閉時期を算出するための開閉時期算出手段とを備え、制御手段は、算出された開時期及び閉時期に基づき開閉手段を制御することを趣旨とする。
【００１１】
上記発明の構成によれば、請求項１に記載の発明の作用に加え、内燃機関の運転状態を運転状態検出手段が検出することにより、その検出された運転状態に基づき、開閉時期算出手段が開時期及び閉時期を算出する。そして、算出された開時期及び閉時期に基づき、制御手段が開閉手段を制御する。ここで、圧縮行程における気筒内の圧力は、内燃機関の運転状態によって異なる。従って、開閉手段の開時期及び閉時期が運転状態に応じて制御されるので、運転状態に応じて気筒内の圧力が効率良く吸気通路へ抜けることになる。
【００１２】
上記目的を達成するために、請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、内燃機関は、複数の気筒を有することと、連通路は、各気筒のそれぞれに対して設けられることと、開閉手段は、各連通路のそれぞれに対して設けられることとを備え、制御手段は、各気筒の圧縮行程において各開閉手段を制御することを趣旨とする。
【００１３】
上記発明の構成によれば、複数の気筒を有する内燃機関につき、請求項１又は２に記載の発明の作用が得られる。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１に記載の発明によれば、コンパクトな構造でポンプ損失を低減することができ、装置の省力化を図ることができる。
【００１５】
請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明の効果に加え、内燃機関の運転状態に合わせてポンプ損失を効率良く低減することができる。
【００１６】
請求項３に記載の発明によれば、複数の気筒を有する内燃機関において、請求項１又は２に記載の発明の効果を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、この発明の内燃機関の筒内圧制御装置を具体化した一実施形態を図面を参照して詳細に説明する。
【００１８】
図１に、この実施形態におけるエンジンシステムの概略構成を示す。内燃機関であるレシプロタイプのエンジン１は、複数の気筒２と、クランクシャフト３とを含む。エンジン１には、吸気通路４と排気通路５が接続される。吸気通路４は、サージタンク６と、その上流に位置するエアクリーナ７とを含む。この実施形態では、サージタンク６の上流にて従来設けられるスロットルバルブが廃止されている。排気通路５の途中には、直列に配置された二つの触媒コンバータ８Ａ，８Ｂが設けられる。
【００１９】
エンジン１は、シリンダブロック１１とシリンダヘッド１２とを含む。シリンダブロック１１には、前述した各気筒２が設けられる。各気筒２にそれぞれ設けられたピストン１３は、前述したクランクシャフト３に連結される。各気筒２にて、ピストン１３とシリンダヘッド１２との間に燃焼室１４が形成される。シリンダヘッド１２には、各燃焼室１４に連通する吸気ポート１５及び排気ポート１６がそれぞれ形成される。各吸気ポート１５は、それぞれ吸気通路４に通じる。各排気ポート１６は、それぞれ排気通路５に通じる。各吸気ポート１５にそれぞれ設けられた吸気バルブ１７と、各排気ポート１６にそれぞれ設けられた排気バルブ１８とは、クランクシャフト３の回転に連動して、つまり、各ピストン１３の上下動に連動して、ひいてはエンジン１の４行程に連動して、カムシャフト１９などを含む動弁機構２０により開閉駆動される。各気筒２にそれぞれ設けられたインジェクタ２１は、燃料供給装置（図示略）から供給される燃料を、対応する吸気ポート１５へ噴射供給する。各インジェクタ２１から噴射される燃料と、エアクリーナ７を通じて吸気通路４に吸入される空気とは、可燃混合気を形成して各燃焼室１４に吸入される。
【００２０】
各燃焼室１４にそれぞれ設けられた点火プラグ２２は、イグニションコイル２３から出力される点火信号を受けてスパーク動作する。両部品２２，２３は、各燃焼室１４に吸入される可燃混合気に点火する点火装置を構成する。各燃焼室１４に吸入された可燃混合気は、各点火プラグ２２のスパーク動作により爆発・燃焼する。燃焼後の排気ガスは、各燃焼室１４から排気ポート１６、排気通路５及び触媒コンバータ８Ａ，８Ｂなどを通じて外部へ排出される。各燃焼室１４における可燃混合気の燃焼に伴い、各ピストン１３が上下運動してクランクシャフト３が回転することにより、エンジン１で動力が得られる。
【００２１】
図１に示すように、シリンダブロック１１には、各気筒２の燃焼室１４のそれぞれに対応して、連通ポート２４が形成される。各連通ポート２４のそれぞれに対応して、シリンダブロック１１には、電磁弁２５が設けられる。各電磁弁２５とサージタンク６との間には、連通管２６が接続される。つまり、各気筒２のそれぞれに対して電磁弁２５が設けられ、各電磁弁２５のそれぞれに対して連通管２６が設けられる。この実施形態では、連通ポート２４と連通管２６とにより、各気筒２に一端が連通し、他端が吸気通路４に連通する本発明の連通路が構成される。また、各電磁弁２５により、各連通路を開閉するための本発明の開閉手段が構成される。これら連通ポート２４、電磁弁２５及び連通管２６が、本発明の筒内圧制御装置の機械的構成をなす。
【００２２】
図１に示すように、エンジン１に対応して設けられる各種センサ３１，３２，３３，３４は、エンジン１の運転状態を検出するための本発明の運転状態検出手段を構成する。すなわち、運転席に設けられたアクセルペダルモジュール２７のアクセルセンサ３１は、アクセルペダル２７ａの踏み込み角度をアクセル開度ＡＣＣＰとして検出し、その検出値に応じた電気信号を出力する。エンジン１に設けられた水温センサ３２は、シリンダブロック１１の内部を流れる冷却水の温度（冷却水温）ＴＨＷを検出し、その検出値に応じた電気信号を出力する。エンジン１に設けられた回転速度センサ３３は、クランクシャフト３の回転速度（エンジン回転速度）ＮＥを検出し、その検出値に応じた電気信号を出力する。このセンサ３３は、クランクシャフト３に設けられたタイミングプーリ２８を介して、同シャフト３の回転を所定角度ごとに検出するように構成される。このセンサ３３は、エンジン１の作動行程を検出するための本発明の作動行程検出手段に相当する。排気通路５に設けられた酸素センサ３４は、排気通路５へ排出された排気ガス中の酸素濃度（出力電圧）Ｏｘを検出し、その検出値に応じた電気信号を出力する。このセンサ３４は、エンジン１の各燃焼室１４に供給される可燃混合気の空燃比Ａ／Ｆを得るために使用される。
【００２３】
このエンジンシステムは、各種制御をつかさどるコントロールユニット４０を備える。コントロールユニット４０には、各種センサ３１〜３４及び各電磁弁２５が接続される。また、コントロールユニット４０には、各インジェクタ２１及び各イグニションコイル２３が接続される。
【００２４】
この実施形態で、コントロールユニット４０は、各種センサ３１〜３４から出力される信号を入力する。コントロールユニット４０は、これら入力信号に基づき燃料噴射制御、点火時期制御及び筒内圧制御などを実行するために、各インジェクタ２１、各イグニションコイル２３及び各電磁弁２５などをそれぞれ制御する。この実施形態で、コントロールユニット４０は、本発明の制御手段及び開閉時期算出手段を構成する。
【００２５】
ここで、燃料噴射制御とは、エンジン１の運転状態に応じて各インジェクタ２１による燃料噴射量及びその噴射タイミングを制御することである。点火時期制御とは、エンジン１の運転状態に応じて各イグニションコイル２３を制御することにより、各点火プラグ２２による点火時期を制御することである。筒内圧制御とは、各気筒２が圧縮行程にあることが検出されたとき、その検出された気筒２（燃焼室１４）内の圧力を、サージタンク６へ抜くことにより、その気筒２（燃焼室１４）内の圧力を低減させて制御することである。そのために、コントロールユニット４０は、各気筒２が圧縮行程にあることが検出されたときに、各電磁弁２５を制御する。
【００２６】
周知のようにコントロールユニット４０は、中央処理装置（ＣＰＵ）、各種メモリ、外部入力回路及び外部出力回路等を備える。メモリには、エンジン１の各種制御に関する所定の制御プログラムが格納される。ＣＰＵは、入力回路を介して入力される各種センサ３１〜３４の検出信号に基づき、所定の制御プログラムにしたがい前述した各種制御を実行する。
【００２７】
次に、各種制御のうちの筒内圧制御の処理内容について説明する。図２にその制御プログラムをフローチャートに示す。コントロールユニット４０は、図２に示すルーチンを所定期間ごとに周期的に実行する。
【００２８】
まず、ステップ１００で、コントロールユニット４０は、回転速度センサ３３で検出されるエンジン回転速度ＮＥに基づき、エンジン１が始動後であるか否かを判断する。この判断が否定である場合、コントロールユニット４０は、処理をそのまま一旦終了する。上記判断が肯定である場合、コントロールユニット４０は、ステップ１１０で、各センサ３１〜３４で検出されるアクセル開度ＡＣＣＰ、冷却水温ＴＨＷ、エンジン回転速度ＮＥ及び酸素濃度Ｏｘの値をそれぞれ読み込む。
【００２９】
次に、ステップ１２０で、コントロールユニット４０は、読み込まれたアクセル開度ＡＣＣＰ、冷却水温ＴＨＷ及びエンジン回転速度ＮＥの各値に基づき、各点火プラグ２２をスパーク動作させるための点火時期を算出する。
【００３０】
ステップ１３０で、コントロールユニット４０は、読み込まれた酸素濃度Ｏｘの値に基づき、エンジン１の空燃比を算出する。
【００３１】
ステップ１４０で、コントロールユニット４０は、算出された点火時期及び空燃比に基づき、各電磁弁２５についてエンジン１の運転状態に応じた開時期及び閉時期を算出する。
【００３２】
ステップ１５０で、コントロールユニット４０は、回転速度センサ３３の検出値に基づき現在のクランク角度を算出する。このクランク角度は、エンジン１の４サイクルの作動行程、すなわち、吸入行程、圧縮行程、爆発行程及び排出行程に対応して、各行程の変化を示している。
【００３３】
そして、ステップ１６０で、コントロールユニット４０は、算出されるクランク角度に基づき、各気筒２における吸気バルブ１７の閉弁時期であるか否かを判断する。各気筒２の吸気バルブ１７が閉弁時期となるとき、各気筒２が圧縮行程に入ることを意味する。この判断結果が否定である場合、各気筒２が圧縮行程ではないものとして、コントロールユニット４０は、処理をそのまま一旦終了する。上記判断結果が肯定である場合、各気筒２が圧縮行程であるものとして、ステップ１７０で、コントロールユニット４０は、該当する気筒２の電磁弁２５を開駆動する。すなわち、圧縮行程となる気筒２に対応する電磁弁２５を開駆動する。
【００３４】
次に、ステップ１８０で、コントロールユニット４０は、上記該当する気筒２の電磁弁２５についての閉時期であるか否かを判断する。この判断結果が否定である場合、コントロールユニット４０は、処理をそのまま一旦終了する。上記判断結果が肯定である場合、コントロールユニット４０は、ステップ１９０で、該当する気筒２の電磁弁２５を閉駆動する。すなわち、圧縮行程となる気筒２に対応する電磁弁２５を閉駆動する。そして、その後の処理を一旦終了する。
【００３５】
この実施形態では、上記のような筒内圧制御を実行するコントロールユニット４０と、上記した各連通ポート２４、各電磁弁２５及び各連通管２６などにより筒内圧制御装置が構成される。
【００３６】
図３に、ある気筒２における点火時期、吸気バルブ１７及び排気バルブ１８の開期間、並びに圧縮行程に対する電磁弁２５の開閉の関係をタイムチャートに示す。図４に、アイドル時と部分負荷時における吸気バルブ１７の開閉に対する電磁弁２５の開期間の違いをグラフに示す。図３，４に示すように、クランク角度が「１８０°ＣＡ」を過ぎた「ａ°ＣＡ」になると、吸気バルブ１７が閉じて圧縮行程が始まる。この「ａ°ＣＡ」から「３６０°ＣＡ」までが圧縮行程となる。ここで、エンジン１のアイドル時に、吸気バルブ１７の閉時期である「ａ°ＣＡ」が検出されると、その「ａ°ＣＡ」から「ｃ°ＣＡ」まで電磁弁２５が開かれる。また、エンジン１の部分負荷時に、吸気バルブ１７の閉時期である「ａ°ＣＡ」が検出されると、その「ａ°ＣＡ」から「ｂ°ＣＡ」まで電磁弁２５が開かれる。このアイドル時と部分負荷時の電磁弁２５の開期間（角度）は、アイドル時の方が部分負荷時よりも大きい。一方、エンジン１のＷＯＴ時（全負荷時）には、吸気バルブ１７の閉時期である「ａ°ＣＡ」が検出されても電磁弁２５は開かれない。
【００３７】
以上説明したこの実施形態の筒内圧制御装置によれば、コントロールユニット４０は、エンジン１のアイドル時又は部分負荷時に、回転速度センサ３３により検出されるエンジン１の作動行程を示すエンジン回転速度ＮＥの信号に基づき、エンジン１の各気筒２が圧縮行程にあるか否かを判断する。そして、コントロールユニット４０は、各気筒２が圧縮行程にあると判断したとき、その気筒２に連通する連通ポート２４及び連通管２６に設けられた電磁弁２５を制御して開駆動する。従って、圧縮行程となる気筒２の燃焼室１４内の圧力が吸気通路４のサージタンク６へ抜け、その燃焼室１４内の圧力が下がる。このとき要求されるエンジン１の発生トルクは、吸気行程に燃焼室１４内に導入される吸気量ではなく、圧縮行程に連通ポート２４から電磁弁２５及び連通管２６を通じて抜ける吸気流量で調整される。このため、複数の気筒２を有するエンジン１のアイドル時又は部分負荷時に、エンジン１の発生トルクが、従来のスロットルバルブを使用しないで調整されるので、各気筒２でポンプ損失を低減することができる。これにより、エンジン１の燃費を向上させることができる。
【００３８】
図５に、エンジン１の部分負荷時のＰ−Ｖ線図を示す。この線図で、斜線部分はポンプ損失の大きさを示す。図７の従来例のＰ−Ｖ線図との比較からも明らかように、同じ部分負荷時でも、本実施形態の方が従来例に比べてポンプ損失が少なくなることが分かる。
【００３９】
また、この実施形態の筒内圧制御装置では、機械的な構成として、各気筒２の数だけ連通ポート２４、連通管２６及び電磁弁２５が設けられるだけなので、比較的簡易でコンパクトで軽量な構造とすることができ、それらの構成部品に関する占有スペースを比較的小さくすることができる。さらに、この筒内圧制御装置では、各電磁弁２５を電気的に個別に制御するだけなので、大きな駆動力が必要とされず、装置としての省力化を図ることができる。この結果、各電磁弁２５の作動時に、電源に大きな負荷がかからず、エンジン１にトルク損失を生じさせることがなく、エンジン１の燃費悪化を防ぐことができる。
【００４０】
この実施形態では、コントロールユニット４０が、各種センサ３１〜３４で検出される運転状態（アイドル時、部分負荷時）に基づき各電磁弁２５の開時期及び閉時期を算出する。そして、その算出された開時期及び閉時期に基づき、コントロールユニット４０が各電磁弁２５を制御する。ここで、圧縮行程における各気筒２（燃焼室１４）内の圧力は、エンジン１の運転状態（アイドル時、部分負荷時）によって異なる。従って、各電磁弁２５の開時期及び閉時期がエンジン１の運転状態（アイドル時、部分負荷時）に応じて制御されるので、その運転状態に応じて各気筒２（燃焼室１４）内の圧力が効率良くサージタンク６へ抜ける。このため、エンジン１の運転状態に合わせて各気筒２のポンプ損失を効率良く低減することができる。
【００４１】
尚、この発明は前記実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱することのない範囲で以下のように実施することもできる。
【００４２】
例えば、前記実施形態では、複数の気筒２を有するエンジン１に合わせて複数の連通ポート２４と、複数の電磁弁２５と、複数の連通管２６を設けたが、エンジンが１気筒である場合には、一つの連通ポートと、一つの電磁弁と、一本の連通管とを設ければよい。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】エンジンシステムを示す概略構成図。
【図２】制御プログラムを示すフローチャート。
【図３】吸気・排気バルブ開期間などと電磁弁開閉との関係を示すタイムチャート。
【図４】吸気バルブの開閉に対する電磁弁の開期間の違いを示すグラフ。
【図５】部分負荷時のＰ−Ｖ線図。
【図６】従来例の全負荷時のＰ−Ｖ線図。
【図７】従来例の部分荷時のＰ−Ｖ線図。
【符号の説明】
【００４４】
１    エンジン
２    気筒
４    吸気通路
２４  連通ポート
２５  電磁弁（開閉手段）
２６  連通管（２４，２６：連通路）
３１  アクセルセンサ
３２  水温センサ
３３  回転速度センサ（作動行程検出手段）
３４  酸素センサ（３１〜３４：運転状態検出手段）
４０  コントロールユニット（制御手段、開閉時期算出手段）
【図１】
2005155526.tif 000003
【図２】
2005155526.tif 000004
【図３】
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【図４】
2005155526.tif 000006
【図５】
2005155526.tif 000007
【図６】
2005155526.tif 000008
【図７】
2005155526.tif 000009