(57)【要約】【課題】内燃機関の運転状態に応じて適切に吸気を流動させる吸気流動制御装置を提供する。【解決手段】エンジン１の吸気マニホールド１５に設けられ、吸気マニホールドに常時開口する上側開口部２３を形成しつつ吸気マニホールド１５の一部を開閉して、吸気マニホールド１５を通過する吸気の流れを制御するＴＣＶ２０と、吸気マニホールド１５を通過する吸気の全流量を検出する第１の流量センサ２１と、上側開口部２３を通過する吸気の流量を検出する第２の流量センサ２２と、第１の流量センサ２１により検出された全流量と第２の流量センサ２２により検出された上側開口部２３を通過する吸気の流量との比に基づいて、ＴＣＶ２０を制御するＥＣＵ３０と、を含んでエンジン１の吸気流動制御装置を構成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の吸気通路に設けられ、前記吸気通路に常時開口する開口部を形成しつつ前記吸気通路の一部を開閉して、前記吸気通路を通過する吸気の流れを制御する吸気流制御弁と、
前記吸気通路を通過する吸気の全流量またはその相関値を検出する第１の検出手段と、
前記開口部を通過する吸気の流量またはその相関値を検出する第２の検出手段と、
前記第１の検出手段により検出された前記全流量またはその相関値と前記第２の検出手段により検出された前記開口部を通過する吸気の流量またはその相関値との比に基づいて、前記吸気流制御弁を制御する制御手段と、
を含んで構成されることを特徴とする内燃機関の吸気流動制御装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記エンジンの運転状態に基づいて前記吸気流制御弁を制御した後、前記第１の検出手段により検出された前記全流量またはその相関値と前記第２の検出手段により検出された前記開口部を通過する吸気の流量またはその相関値との比に基づいて、前記吸気流制御弁をフィードバック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流動制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の吸気流動制御装置に係り、詳しくは、燃焼室内に流入する吸気の流れを制御する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関（エンジン）の燃焼室内に流入する吸気の流れを制御して、燃焼室内で縦方向に回転するタンブル流を発生させ、燃料の燃焼を促進させる装置が知られている。この装置では、吸気通路に例えばバタフライバルブを設け、その開度を制御し、エンジン低回転時には吸気通路の一部を閉塞して、吸気を吸気通路内で上方に片寄らせて流通させ吸気の流入速度を上昇させている。一方、エンジン高回転時には、このようなタンブル流を発生させる必要がなく、逆にバタフライバルブによって吸気通路の一部を閉塞することで吸気抵抗が増加してしまうので好ましくない。
【０００３】
そこで、吸気通路を絞ることによるタンブル流の発生と吸気抵抗の抑制といった相反する効果を両立させるために、エンジン運転状態に見合った開度制御を行うものもある。このものでは、タンブル流の発生状況を検出するために、バタフライバルブの開度を検出する開度センサを用いることが考えられるが、開度の検出誤差や、吸気通路内に付着したデポジットにより、正確にタンブル流の発生状況を検出することは困難である。これに対し、燃焼室内に流速計を設け、燃焼室内での吸気の流速を検出して、タンブル流の発生状況を検出する装置がある（特許文献１）。
【特許文献１】特許第３７２１９２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、例えば自動車に搭載された内燃機関において、上記特許文献１に開示の装置を適用しようとする場合には、使用環境上の制約からレーザードップラ流速計しか用いることができず、大幅なコスト上昇を招くという問題がある。
本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、安価なセンサを用いて、タンブル流のような吸気の流動状況を検出可能とし、内燃機関の運転状態に応じて適切に吸気を流動させる吸気流動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】
【０００５】
上記の目的を達成するために、請求項１の発明では、内燃機関の吸気通路に設けられ、前記吸気通路に常時開口する開口部を形成しつつ前記吸気通路の一部を開閉して、前記吸気通路を通過する吸気の流れを制御する吸気流制御弁と、前記吸気通路を通過する吸気の全流量またはその相関値を検出する第１の検出手段と、前記開口部を通過する吸気の流量またはその相関値を検出する第２の手段と、前記第１の検出手段により検出された前記全流量またはその相関値と前記第２の検出手段により検出された前記開口部を通過する吸気の流量またはその相関値との比に基づいて、前記吸気流制御弁を制御する制御手段と、を含んで内燃機関の吸気流動制御装置を構成することを特徴とする。
【０００６】
また、請求項２の発明では、請求項１において、前記制御手段は、前記エンジンの運転状態に基づいて前記吸気流制御弁を制御した後、前記第１の検出手段により検出された前記全流量またはその相関値と前記第２の検出手段により検出された前記開口部を通過する吸気の流量またはその相関値との比に基づいて、前記吸気流制御弁をフィードバック制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の請求項１の内燃機関の吸気流動制御装置によれば、第２の検出手段により実際に吸気通路の開口部を流通する吸気の流量またはその相関値が検出され、この流量またはその相関値と吸気通路を通過する吸気の全流量またはその相関値との比に基づいて吸気流制御弁が制御されるので、簡単な構成でありながら内燃機関の燃焼室内での吸気の流動状態を精度よく制御することができる。更に、第１の検出手段及び第２の検出手段として、例えば比較的安価で信頼性の高い流量検出器を用いることができ、部品コストの上昇を抑制できる。
【０００８】
また、請求項２に記載の内燃機関の吸気流動制御装置によれば、吸気流制御弁はフィードバック制御されるので、吸気流制御弁を内燃機関の運転状態に適した流量比に精度よく制御することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて説明する。
図１は、本発明に係る内燃機関の吸排気系の構成図である。
図１に示すように、内燃機関であるエンジン本体（以下、エンジンという）１としては、例えば、吸気ポート２を介した燃料噴射が実施可能なマルチポイントインジェクションエンジン（ＭＰＩ型エンジン）が採用される。
【００１０】
同図に示すように、エンジン１のシリンダヘッド３には、各気筒毎に点火プラグ４が取り付けられており、点火プラグ４は高電圧を出力する点火コイル５に接続されている。
また、シリンダヘッド３には、各気筒毎に吸気ポート２及び排気ポート１０が夫々形成されている。吸気ポート２の燃焼室１１側には吸気ポート２と燃焼室１１との連通と遮断とを行う吸気弁１２が、排気 ポート１０の燃焼室１１側には排気ポート１０と燃焼室１１との連通と遮断とを行う排気弁１３が各気筒毎にそれぞれ設けられている。吸気弁１２及び排気弁１３は、エンジン回転に応じて回転するカムシャフトのカムに倣って作動し、吸気弁１２は吸気ポート２を、排気弁１３は排気ポート１０を開閉する。
【００１１】
各吸気ポート２には吸気マニホールド１５の一端が、排気ポート１０には排気マニホールド１６が夫々接続されている。吸気マニホールド１５の他端には吸気管が、排気マニホールド１６の他端には排気管が接続されている。
吸気マニホールド１５には、吸入空気量を調節する電磁式のスロットル弁１７が設けられている。スロットル弁１７の下流には、各気筒毎に燃料噴射を行う電磁式のインジェクタ１８が取り付けられており、インジェクタ１８には、燃料パイプ１９を介して燃料タンクを擁した燃料供給装置（図示せず）が接続されている。
【００１２】
更に、吸気マニホールド１５には、ＴＣＶ（タンブルコントロールバルブ）２０、第１の流量センサ２１、第２の流量センサ２２が設けられている。ＴＣＶ２０は、例えばバタフライバルブあるいはシャッターバルブのような開閉バルブであって、内蔵するステップモータ２０ａによって作動する。ＴＣＶ２０は、インジェクタ１８の下流側に設けられ、吸気マニホールド１５内の吸気通路の断面の下側半分を開閉する。即ち、吸気通路はＴＣＶ２０が設けられた位置において、その断面の上側半分と下側半分とに夫々開口部が形成され、上側半分の開口部（以下、上側開口部２３という）は常に開口する一方、下側半分の開口部（以下、下側開口部２４という）は、ＴＣＶ２０により、その開口面積が調節される。
【００１３】
第１の流量センサ２１及び第２の流量センサ２２は、例えばカルマン渦式のエアーフローセンサであって、第１の流量センサ２１はＴＣＶ２０の上流側近傍に配置され、吸気通路を通過する吸気の全流量Ｖaを検出する一方、第２の流量センサ２２は上側開口部２３を通過する吸気の流量（上側流量）Ｖuを検出する。
例えば、図２（Ａ）に示すように、ＴＣＶ２０が最も閉じた状態である場合は、吸気通路を通過する吸気の略全てが上側開口部２３を通過する。したがって、上側流量Ｖu≒全流量Ｖaとなり流量比Ｆ（上側流量Ｖu／全流量Ｖa）が略１になる。一方、同図（Ｂ）に示すように、ＴＣＶ２０が開状態である場合は、吸気通路を通過する吸気の一部が下側開口部２４を通過し、残りの分が上側開口部２３を通過する。したがって、上側流量Ｖu＜全流量Ｖaとなり流量比Ｆは１より小さくなる。
【００１４】
ＥＣＵ（電子コントロールユニット）３０は、エンジン１等の制御を行うよう構成され、入出力装置、記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡＭ、不揮発性ＲＡＭ等）、中央処理装置（ＣＰＵ）等を含んで構成されている。
ＥＣＵ３０の入力側には、上述した第１の流量センサ２１及び第２の流量センサ２２の他に、図示しない空燃比センサ等の各種センサ類が接続されており、これらセンサ類からの検出情報が入力される。
【００１５】
一方、ＥＣＵ３０の出力側には、燃料噴射弁１８、点火コイル５、スロットル弁１７等の各種出力デバイスが接続されており、これら各種出力デバイスには各種センサ類からの検出情報に基づきＥＣＵ３０において演算された燃料噴射量、燃料噴射時期、点火時期等がそれぞれ出力され、これにより、適正なタイミングでスロットル弁１７が開閉操作され、燃料噴射弁１８から適正量の燃料が適正なタイミングで噴射されるとともに、点火プラグ４により適正なタイミングで火花点火が実施される。
【００１６】
更に、ＥＣＵ３０は、エンジン１の負荷に基づいて、ＴＣＶ２０を制御して、燃焼室１１内での吸気のタンブル流の強さを調節する（制御手段）。
図３は、ＥＣＵ３０におけるＴＣＶ２０の制御手順を示すフローチャートであり、以下同フローチャートに沿い本発明に係る吸気流動（タンブル流）制御について説明する。
本ルーチンはエンジン１の作動開始に伴い実行が開始される。
【００１７】
先ず、ステップＳ１０では、ＴＣＶ２０を初期作動させる。この初期作動は、エンジン１の負荷Ｌに基づいてＴＣＶ２０の目標開度Ｄ（目標流量比）を演算し、この目標開度Ｄに応じてステップモータ２０ａを作動させる。この目標開度Ｄは、エンジンの負荷Ｌに応じて最適なタンブル流を発生させるために適したＴＣＶ２０の開度であって、具体的には、この目標開度Ｄの演算は、例えばあらかじめＥＣＵ３０の記憶装置に記憶させておいたマップから負荷Ｌに応じて読み出すことによって行えばよい。そして、ステップＳ１２に進む。
【００１８】
ステップＳ１２では、第１の流量センサ２１から全流量Ｖaaを、第２の流量センサ２２から上流側流量Ｖuaを入力し、流量比Ｆa（＝Ｖua／Ｖaa）を演算する。更に、ステップＳ１０において演算した目標開度Ｄに応じて、許容上限値Ｆa１及び許容下限値Ｆa２を演算する。許容上限値Ｆa１及び許容下限値Ｆa２は、目標開度Ｄに対応して定められた目標流量比の許容範囲を示し、具体的には、この許容上限値Ｆa１及び許容下限値Ｆa２の演算は、例えばあらかじめＥＣＵ３０の記憶装置に記憶させておいたマップから目標開度Ｄに応じて読み出すことによって行えばよい。そして、ステップＳ１６に進む。
【００１９】
ステップＳ１６では、ステップＳ１２において演算した流量比Ｆaが許容上限値Ｆa１より大きいか否かを判別する。流量比Ｆaが許容上限値Ｆa１より大きいと判定された場合、即ちＴＣＶ２０が閉じ過ぎていると判定された場合は、ステップＳ１８に進む。
ステップＳ１８では、ＴＣＶ２０が更に開度を大きくできるか否かを判別する。即ち、ＴＣＶ２０が全開の状態であるか否かを判別する。ＴＣＶ２０の全開を検出する方法としては、開度センサや開閉スイッチ等が考えられる。ＴＣＶ２０が更に開度を大きくできると判定された場合、即ちＴＣＶ２０が全開の状態でないと判定された場合は、ステップＳ２０に進む。
【００２０】
ステップＳ２０では、ＴＣＶ２０の開度が所定開度Ｄ１大きくなるように、ステップモータ２０ａに作動信号を出力する。なお、この所定開度Ｄ１は、ステップモータ２０ａの単位移動量に基づいて適宜設定すればよい。そして、ステップＳ２２に進む。
ステップＳ２２では、第１の流量センサ２１から全流量Ｖabを、第２の流量センサ２２から上側流量Ｖubを入力して流量比Ｆbを演算する。そして、この流量比Ｆbが、ステップＳ１２において演算した流量比Ｆaに対して、誤差による変化量以上変化しているか否かを判別する。流量比Ｆbが流量比Ｆaから変化している場合には、ステップＳ１２に戻る。流量比Ｆbが流量比Ｆaから変化していない場合は、ステップＳ２４に進む。  
【００２１】
一方、ステップＳ１８において、ＴＣＶ２０が更に開度を大きくできないと判定された場合、または、ステップＳ２２において、流量比Ｆbが流量比Ｆaに対して変化していないと判定された場合には、ステップＳ２４に進む。
ステップＳ２４では、エラーを出力する。そして、ステップＳ２６に進む。
一方、ステップＳ１６において、流量比Ｆaが許容上限値Ｆa１以下であると判定された場合は、ステップＳ２６に進む。
【００２２】
ステップＳ２６では、ステップＳ１２において演算した流量比Ｆaが許容下限値Ｆa２より小さいか否かを判別する。流量比Ｆaが許容下限値Ｆa２より小さいと判定された場合、即ちＴＣＶ２０が開き過ぎていると判定された場合は、ステップＳ２８に進む。
ステップＳ２８では、ＴＣＶ２０が更に開度を小さくできるか否かを判別する。即ち、ＴＣＶ２０が全閉の状態であるか否かを判別する。ＴＣＶ２０の全閉を検出する方法としては、開度センサや開閉スイッチ等が考えられる。ＴＣＶ２０が更に開度を小さくできると判定された場合、即ちＴＣＶ２０が全閉の状態でないと判定された場合は、ステップＳ３０に進む。
【００２３】
ステップＳ３０では、ＴＣＶ２０の開度が所定開度Ｄ１小さくなるように、ステップモータ２０ａに作動信号を出力する。そして、ステップＳ３２に進む。
ステップＳ３２では、第１の流量センサ２１から全流量Ｖacを、第２の流量センサ２２から上側流量Ｖucを入力して流量比Ｆcを演算する。そして、この流量比Ｆcが、ステップＳ１２において演算した流量比Ｆaに対して、誤差以上変化しているか否かを判別する。流量比Ｆcが流量比Ｆaから変化している場合には、ステップＳ１２に戻る。流量比Ｆcが流量比Ｆaから変化していない場合は、ステップＳ３４に進む。  
【００２４】
一方、ステップＳ２８において、ＴＣＶ２０が更に開度を小さくできないと判定された場合、または、ステップＳ３２において、流量比Ｆcが流量比Ｆaに対して変化していないと判定された場合には、ステップＳ３４に進む。
ステップＳ３４では、エラーを出力する。そして、エンジン１が作動中である限り本ルーチンを繰り返し実行する。これにより、エンジン１の負荷に基づいて、ＴＣＶ２０の開度が設定され、更に、この設定されたＴＣＶ２０の開度、即ちエンジンの負荷に基づいた適正範囲内に流量比がなるように、ＴＣＶ２０がフィードバック制御される。
【００２５】
このように、本発明に係る内燃機関の吸気流動制御装置では、エンジン１の負荷に基づいてＴＣＶ２０が制御され、負荷に見合った流量比になるように調整される。これにより、エンジンの負荷に基づいて燃焼室１１内に供給される吸気に適切なタンブル流を発生させることができ、燃焼性能の向上を図ることができる。ＴＣＶ２０の開度はフィードバック制御されるので、確実に適正な流量比に調整することができる。
【００２６】
本実施形態では、タンブル流の発生状況を検出するために、流量センサのような比較的安価で自動車の吸排気通路に広く用いられている検出器を採用しているので、コスト上昇を抑制しつつ信頼性の高いタンブル流制御を行うことができる。
なお、本実施形態では、エンジン１の負荷に基づいてＴＣＶ２０を制御しているが、エンジン１の負荷の相関値を用いたり、負荷以外にもエンジン１の運転状態を示す相関値を用いて、ＴＣＶ２０を制御してもよい。  
【００２７】
また、本実施形態では、全流量及び上側流量を検出するために流量センサを用いているが、これらの流量の相関値（例えば、流速）を得られるものであれば、他の検出器（例えば、ピトー管のような簡易な構成の流速計）を用いてもよい。特に、全流量については、エンジン回転速度及び吸気圧等から演算して求めてもよい。
また、流速は流量に相関するため、必ずしも流量を検出又は算出することなく、流速値で制御することもできる。例えば、図２（Ａ）に示すように、ＴＣＶ２０が最も閉じた状態である場合は、吸気通路の断面積が変化する（吸気通路の断面積が１／２となる）。したがって、上側開口部２３の流速（上側流速）はＴＣＶ２０の上流の流速（上流流速）の約２倍となり流速比（上側流速／上流流速）が略２となる。一方、同図（Ｂ）に示すように、ＴＣＶ２０が開状態である場合は、吸気通路の断面積が（Ａ）より大きくなる。したがって、上側流速は（Ａ）に比べ遅くなり流速比は２より小さくなり１に近づく。なお、ＴＣＶ２０が最も開いた状態（吸気通路の断面積が変化しない）の場合は、流速比は略１となる。このように、流量を求めずとも流速比によりＴＣＶ２０の制御が可能である。
【００２８】
また、本実施形態では、ＴＣＶ２０を用いてタンブル流の発生を調節しているが、これに限定するものではなく、スワール流を発生させるスワールコントロールバルブのように、内燃機関の燃焼室内での吸気のスワール流を調整する装置を代わりに用いることができるとともに、ＭＰＩ型エンジン以外にも、例えば筒内燃料噴射型エンジンのような他の内燃機関にも本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明に係る内燃機関の吸気系の構成図である。
【図２】ＴＣＶによる吸気の流通状況を示し、Ａ）は最閉時、Ｂ）は中間開度時である。
【図３】ＥＣＵにおけるＴＣＶの開度制御の制御手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００３０】
１  エンジン
１５  吸気マニホールド
２０  タンブルコントロールバルブ（ＴＣＶ）
２１  第１の流量センサ
２２  第２の流量センサ
２３  上側開口部
３０  電子コントロールユニット（ＥＣＵ）
【図１】
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【図２】
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【図３】
2007315350.tif 000005