(57)【要約】【課題】高負荷時に慣性過給効果を得るとともに、低負荷時の機関騒音の増加を回避する。【解決手段】吸気通路５の吸気弁７上流側に、吸気行程の途中で吸気通路５を開閉可能な吸気制御弁１２を備えている。要求負荷ｔＴｅが所定の負荷Ｔｅ１より大きいときには、吸気制御弁１２の開閉制御を行う。吸気弁７が開弁するときに吸気制御弁１２を閉じておき、吸気行程の途中で開くことにより、吸気流が加速され、慣性過給効果が得られる。所定負荷Ｔｅ１以下では、吸気制御弁１２は、常時開状態に保持され、慣性過給は行われない。低負荷時には、機関騒音全体が低いので、吸気騒音が顕著となるが、高負荷域では、機関騒音全体が大となるので、吸気流の加速による吸気騒音の影響は小さい。【選択図】図１
2005090330.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の回転に同期して開閉する吸気弁の上流側において吸気通路を開閉する吸気制御弁を備え、上記吸気弁の開弁期間の途中で上記吸気制御弁を開弁させることにより慣性過給効果を得る内燃機関の吸気装置において、
内燃機関の負荷が所定値以下の場合には、少なくとも吸気弁の開弁中は上記吸気制御弁を開状態とし、
内燃機関の負荷が所定値より大きい場合には、少なくとも吸気弁の開弁時期には上記吸気制御弁を閉状態とし、かつ吸気弁の開弁期間の途中で上記吸気制御弁を開弁することを特徴とする内燃機関の吸気装置。
【請求項２】
上記吸気制御弁の開弁時期を、内燃機関の負荷と回転速度とに応じて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装置。
【請求項３】
内燃機関の負荷が最大となるときの吸気制御弁の開弁時期に比較して、負荷が低いほど吸気制御弁の開弁時期が進角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装置。
【請求項４】
内燃機関の負荷が最大となるときの吸気制御弁の開弁時期に比較して、負荷が低いほど吸気制御弁の開弁時期が遅角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装置。
【請求項５】
上記吸気制御弁は、各気筒毎に独立した吸気通路の各々に設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の内燃機関の吸気装置。
【請求項６】
運転者により開閉操作されるスロットル弁を上記吸気制御弁の上流側に備え、このスロットル弁の開度と機関回転速度とから機関の要求負荷を求めることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の内燃機関の吸気装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、慣性過給効果を得るための吸気制御弁を備えた内燃機関の吸気装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１および特許文献２には、各気筒に至る吸気通路の燃焼室側開口端を開閉する吸気弁の上流側に、慣性過給効果を得るための吸気制御弁を設けた内燃機関の吸気装置が開示されている。上記吸気弁は、周知のように、内燃機関の回転に同期して所定のクランク角度の間、開弁するが、上記吸気制御弁を、吸気弁が開弁するときには閉じておき、かつ負圧が発達した吸気弁の開弁期間の途中で開放することにより、吸気流が加速されてシリンダ内に流入し、慣性過給効果を得ることができる。
【０００３】
そして、特に特許文献２には、内燃機関の部分負荷時に、吸気制御弁の開弁時期を吸気弁の開弁時期よりも遅らせて、慣性過給効果を得るようにすることが開示されている。
【特許文献１】特開２０００−２４８９４６号公報
【特許文献２】特開昭６２−５８０１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般に、内燃機関が低負荷条件で運転されている場合には、燃焼騒音や機械的騒音等を含む機関の騒音が全体的に低い。従って、このときに、上記吸気制御弁によって吸気流速を早めると、これに伴う吸気騒音の増大の影響が相対的に大きく、低負荷時の機関騒音が顕著に悪化する、という不具合がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この発明に係る内燃機関の吸気装置は、内燃機関の回転に同期して開閉する吸気弁の上流側において吸気通路を開閉する吸気制御弁を備えており、上記吸気弁の開弁期間の途中で上記吸気制御弁を開弁させることにより慣性過給効果を得るようになっている。そして、特に、内燃機関の負荷が所定値以下の場合には、少なくとも吸気弁の開弁中は上記吸気制御弁を開状態とする。また、内燃機関の負荷が所定値より大きい場合には、少なくとも吸気弁の開弁時期には上記吸気制御弁を閉状態とし、かつ吸気弁の開弁期間の途中で上記吸気制御弁を開弁する。
【０００６】
つまり、所定負荷以下では吸気制御弁により吸気流速を早める作用はなく、過給効果は得られない。従って吸気騒音の増大はなく、機関騒音の悪化が生じることはない。一方、所定負荷より大きい領域では、吸気制御弁の動作により慣性過給効果が得られ、体積効率の増大ひいてはエンジントルクの向上が達成される。このとき、機関騒音は燃焼騒音等の増大により低負荷時に比較して全体的に大きくなっており、吸気流速の増大による吸気騒音が機関騒音の悪化に与える影響は相対的に小さい。
【発明の効果】
【０００７】
この発明によれば、慣性過給効果を得るための吸気制御弁を適切に制御することにより、低負荷時の機関騒音を悪化させることなく、要求負荷の大きな領域でのトルク向上を達成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、この発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
【０００９】
図１は、この発明を、内燃機関１として４サイクルガソリン機関の吸気装置に適用した一実施例を示している。内燃機関１は、シリンダ２内を摺動するピストン３によって画成された燃焼室４に対し、吸気通路５および排気通路６が接続されており、吸気通路５の燃焼室４側の開口端を、ポペット弁からなる吸気弁７が開閉し、かつ排気通路６の燃焼室４側の開口端を、同じくポペット弁からなる排気弁８が開閉している。これらの吸気弁７および排気弁８は、クランクシャフト１０の回転に同期して回転する図示せぬカムシャフトによってそれぞれ開閉駆動され、従って、クランクシャフト１０の回転に同期して開閉される。これらの開閉時期は、一般的な４サイクルガソリン機関と特に変わりはなく、吸気弁７は、吸気上死点の少し前に開弁し、吸気下死点の少し後に閉弁する。燃焼室４の中心部には、点火プラグ９が配置されている。また、上記クランクシャフト１０のクランク角度を検出するクランク角センサ１１が設けられている。このクランク角センサ１１の検出信号に基づいて、機関回転速度Ｎｅが求められる。
【００１０】
上記吸気通路５の吸気弁７上流側には、慣性過給効果を得るために吸気通路５を開閉し得る吸気制御弁１２が設けられている。この吸気制御弁１２は、前述した特開２０００−２４８９４６号公報に開示されているものと同様の構成であり、一対のフラップを電磁石により開閉する応答性に優れた構成となっている。なお、この吸気制御弁１２は、各気筒毎に独立した吸気通路５の各々に設けられているものであり、吸気制御弁１２の配設位置は、該吸気制御弁１２と吸気弁７との間の距離が慣性過給効果を得る上で最適となるように設定されている。
【００１１】
各気筒毎に独立した吸気通路５は、上記吸気制御弁１２の上流側において１本の吸気通路５として集合しており、かつこの１本に集合した部分に、運転者により操作されるアクセルペダル１８に機械的に連動して吸気通路面積を調整するバタフライバルブ型のスロットル弁１３が配設されている。そして、このスロットル弁１３の開度ＴＶＯを検出するスロットル開度センサ１５が設けられている。
【００１２】
また、燃料噴射弁１６が各気筒毎に吸気通路５に配設されており、負荷つまり吸入空気量に応じた量の燃料が噴射される。なお、実際に流入する空気量を検出するように、適宜な吸入空気量センサ（例えばエアフロメータ等）をスロットル弁１３上流側等に配設するようにしてもよい。上記燃料噴射弁１６は、上記吸気制御弁１２の下流側において、吸気弁７を指向するように配置されている。
【００１３】
上記吸気制御弁１２の開閉、上記燃料噴射弁１６からの燃料噴射量、点火プラグ９の点火時期、等は、エンジンコントローラ１７によって制御される。このエンジンコントローラ１７には、クランク角センサ１１の検出信号やスロットル開度センサ１５の検出信号（スロットル開度ＴＶＯ）などが入力されている。
【００１４】
次に、上記構成における吸気制御弁１２の制御について説明する。
【００１５】
図２は、上記吸気制御弁１２の開弁時期を決定するための基本制御ルーチンを示すフローチャートである。このルーチンは、例えば１０ｍｓ周期で繰り返し実行される。なお、フローチャート中では、吸気制御弁１２を「遮断弁」と略記する。
【００１６】
まずステップ１で、スロットル開度ＴＶＯと機関回転速度Ｎｅとを読み込み、ステップ２で、このスロットル開度ＴＶＯと機関回転速度Ｎｅとをパラメータとして、図４に示すような特性の三次元のマップに基づき、要求負荷ｔＴｅを検索する。なお、要求負荷ｔＴｅが負となる領域は、いわゆるエンジンブレーキが必要な領域となる。
【００１７】
一方、ステップ３では、機関回転速度Ｎｅをパラメータとして、図５に示すような特性のマップに基づき、遮断弁動作判定負荷Ｔｅ１を検索する。この遮断弁動作判定負荷Ｔｅ１は、遮断弁つまり吸気制御弁１２による慣性過給効果の付与を行うか否かの閾値となる負荷の大きさを示す。
【００１８】
ステップ４で、要求負荷ｔＴｅが上記遮断弁動作判定負荷Ｔｅ１よりも大きいか否かを判定し、要求負荷ｔＴｅが遮断弁動作判定負荷Ｔｅ１よりも大きければ、ステップ５へ分岐し、要求負荷ｔＴｅが遮断弁動作判定負荷Ｔｅ１以下であれば、ステップ６へ分岐する。ステップ５では、遮断弁つまり吸気制御弁１２の開閉制御を行うものとして、遮断弁制御フラグＦを「１」にセットし、ステップ７へ進む。ステップ６では、遮断弁つまり吸気制御弁１２を常時開状態に維持するものとして、遮断弁制御フラグＦを「０」にクリアし、一連のルーチンを終了する。
【００１９】
ステップ７では、要求負荷ｔＴｅと機関回転速度Ｎｅとをパラメータとして、図６に示すような特性のマップに基づき、遮断弁開弁クランク位置Ｐ１を検索する。この遮断弁開弁クランク位置Ｐ１は、遮断弁つまり吸気制御弁１２を開弁するタイミングを、吸気上死点（排気上死点）からのクランク角度でもって表したものであり、図示するように、要求負荷ｔＴｅが大きいほど、また機関回転速度Ｎｅが高いほど、小さくなり、つまり、吸気上死点に近付くように進角する。機関回転速度Ｎｅが一定（例えば図の直線Ａ−Ｂ）の条件で見た場合、最大負荷条件（図のＡ点）における遮断弁開弁クランク位置Ｐ１は、当該回転速度Ｎｅにおいて最大の慣性過給効果が得られるタイミングとなっており、要求負荷ｔＴｅがこれよりも小さくなるほど、吸気制御弁１２の開弁のタイミングは遅角側に変化し、最小負荷条件（図のＢ点：遮断弁動作判定負荷Ｔｅ１）では、慣性過給効果が殆ど得られないタイミングとなる。つまり、Ｂ点では、吸気制御弁１２を常開とした場合と殆ど変わらない吸入空気量となる。
【００２０】
なお、図６の特性に代えて、要求負荷ｔＴｅが最大負荷条件から小さくなるのに従って、遮断弁開弁クランク位置Ｐ１を小さくする（つまり慣性過給効果が最大となるタイミングから徐々に進角側へ変化させる）ような特性のマップ設定としてもよい。
【００２１】
ステップ８では、上記のように検索した遮断弁開弁クランク位置Ｐ１を出力し、一連のルーチンを終了する。
【００２２】
次に、図３は、上記のように決定した遮断弁開弁クランク位置Ｐ１に基づく遮断弁つまり吸気制御弁１２の開閉制御の処理を示すフローチャートである。
【００２３】
これは、例えばクランク角度に同期して繰り返し実行されるもので、ステップ１１で、上記の遮断弁制御フラグＦの状態と遮断弁開弁クランク位置Ｐ１の値とを読み込み、かつそのときのクランク位置（吸気上死点を０としたクランク角度）Ｐを読み込む。
【００２４】
ステップ１２では、遮断弁制御フラグＦが「０」であるか否かを判断し、遮断弁制御フラグＦが「０」の場合は、吸気制御弁１２を常時開状態とする負荷条件であるので、ステップ１６に進み、遮断弁つまり吸気制御弁１２を「開」として、終了する。遮断弁制御フラグＦが「１」の場合は、慣性過給のために吸気制御弁１２を開閉制御することになり、ステップ１３へ進む。
【００２５】
ステップ１３では、そのときのクランク位置Ｐが、遮断弁開弁クランク位置Ｐ１を越えたか、つまりＰ＞Ｐ１であるか否かを判定する。クランク位置Ｐが遮断弁開弁クランク位置Ｐ１を越えていなければ、ステップ１５へ分岐し、遮断弁つまり吸気制御弁１２を閉状態として、終了する。クランク位置Ｐが遮断弁開弁クランク位置Ｐ１を越えていれば、遮断弁つまり吸気制御弁１２を開弁するものとして、ステップ１４へ進む。
【００２６】
ステップ１４では、そのときのクランク位置Ｐが吸気下死点前か否かを判断する。吸気下死点前であれば、ステップ１６へ進み、遮断弁つまり吸気制御弁１２を「開」として、終了する。クランク位置Ｐが吸気下死点に達していれば、ステップ１５へ進み、吸気制御弁１２を閉状態として終了する。
【００２７】
つまり、遮断弁制御フラグＦが「１」の場合、クランク位置Ｐが遮断弁開弁クランク位置Ｐ１に達するまでは吸気制御弁１２が閉じており、遮断弁開弁クランク位置Ｐ１から吸気下死点までの間、開状態となる。上記遮断弁開弁クランク位置Ｐ１は、吸気弁７の開弁期間の途中に設定されている。従って、吸気行程の作用を説明すると、吸気上死点の少し前に吸気弁７が開弁するが、この段階では、吸気制御弁１２は閉じている。そのため、ピストン３が下降するに伴って、燃焼室４および吸気制御弁１２下流の吸気通路５内で負圧が発達する。そして、ピストン３の下降中に遮断弁開弁クランク位置Ｐ１に達したときに、吸気制御弁１２が開弁するため、上流側から吸気が加速されてシリンダ２内へと流入し、高い慣性過給効果が得られる。ピストン３が下死点に達すると、吸気弁７が閉じる前に、吸気制御弁１２が閉じられ、吸気流の逆流による体積効率の低下が回避される。
【００２８】
図７は、ある１つの気筒について、吸気制御弁（遮断弁）１２の開閉のタイミングを示したものであり、クランク位置（クランク角度）の「０°」および「７２０°」が、吸気上死点（排気上死点）となり、「１８０°」が吸気下死点に相当する。図示するように、クランク位置がＰ１から吸気下死点までの間、吸気制御弁１２が開状態となり、それ以外の期間では、吸気制御弁１２が閉状態に保たれる。
【００２９】
このように、上記実施例においては、要求負荷ｔＴｅが所定の負荷Ｔｅ１よりも大きい場合には、吸気制御弁１２の開閉制御により慣性過給効果が得られ、体積効率の増大つまりトルクの増大を図ることができる。
【００３０】
ここで、上記のように吸気制御弁１２を用いて慣性過給を行うと、吸気流速が高くなることから、吸気騒音の点では不利となる。しかしながら、このように負荷が高い条件下では、燃焼騒音等により機関騒音全体が低負荷時に比較して大きくなっているので、吸気騒音の増加が機関騒音の悪化に与える影響は相対的に小さい。
【００３１】
一方、要求負荷ｔＴｅが所定の負荷Ｔｅ１以下のときには、吸気制御弁１２は常時開状態となるので、吸気騒音は低く、機関騒音全体が低い中で吸気騒音が目立つようなことがない。
【００３２】
図８は、上述した吸気制御弁１２の開閉制御による吸気ポートの圧力（吸気通路５の吸気制御弁１２と吸気弁７との間の圧力）の時間的変化を示しており、特に、実時間ではなく当該気筒のクランク角位置を横軸として示したものである。ここで、一点鎖線は、吸気弁７が開いた後、最大負荷となるタイミングで吸気制御弁１２を開弁した場合の特性を示しており、図示するように、吸気制御弁１２の開弁に伴って吸気弁７直前の圧力が急激に増加するが、このように高い圧力が吸気制御弁１２の閉弁まで保持されるので、大きな慣性過給効果が得られる。実線の特性は、最大負荷となるタイミングよりも進角したタイミングで吸気制御弁１２を開弁した場合の特性を示しており、このように進角することにより、吸気制御弁１２の閉弁時には、吸気ポート圧力が低下したものとなる。従って、シリンダ２内に入る吸気量が最大負荷時よりも低減し、略一定の空燃比で運転するガソリンエンジンにおいては、それだけトルクが低減する。
【００３３】
図９は、逆に、要求負荷が低いときに、最大負荷となるタイミングよりも遅角させた場合の特性を実線で示している。一点鎖線は、図８と同じく最大負荷となるタイミングで吸気制御弁１２を開弁した場合の特性である。実線のように吸気制御弁１２の開弁タイミングを遅角することにより、吸気ポート圧力の上昇が遅れ、やはり吸気制御弁１２閉弁時の吸気ポート圧力が低下したものとなる。従って、図８の場合と同様に、シリンダ２内に入る吸気量が最大負荷時よりも低減し、略一定の空燃比で運転するガソリンエンジンにおいては、それだけトルクが低減する。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】この発明に係る内燃機関の吸気装置の一実施例を示す構成説明図。
【図２】この実施例における基本制御ルーチンを示すフローチャート。
【図３】吸気制御弁の開閉制御の処理の流れを示すフローチャート。
【図４】機関回転速度Ｎｅとスロットル開度ＴＶＯとに対する要求負荷ｔＴｅの特性を示す特性図。
【図５】慣性過給制御の閾値となる負荷Ｔｅ１の特性を示す特性図。
【図６】要求負荷ｔＴｅと機関回転速度Ｎｅとに対する遮断弁開弁クランク位置Ｐ１の特性を示す特性図。
【図７】クランク位置に対する吸気制御弁の開閉を示すタイムチャート。
【図８】吸気制御弁の開閉制御による吸気ポートの圧力変化を示し、特に開弁クランクを最大負荷時より進角させた場合の特性を示す特性図。
【図９】吸気制御弁の開閉制御による吸気ポートの圧力変化を示し、特に開弁クランクを最大負荷時より遅角させた場合の特性を示す特性図。
【符号の説明】
【００３５】
１…内燃機関
５…吸気通路
７…吸気弁
１２…吸気制御弁
１３…スロットル弁
【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】
2005090330.tif 000009
【図８】
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【図９】
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