(57)【要約】【課題】  弁の開閉を高速で行うことができるパルス過給制御装置を提供する。【解決手段】  パルス過給制御装置は、内燃機関の吸気の流れを利用して開動作および閉動作を行うパルス過給弁（３）を備え、パルス過給弁は、内燃機関の一吸気行程中に少なくとも開動作および閉動作を１回ずつ行うことを特徴とする。パルス過給制御装置においては、吸気の流れに打ち勝って弁体を移動させる必要がなくなる。それにより、弁の開閉を高速で行うことができる。また、一吸気行程中に開閉動作が行われることから、内燃機関からのガスの逆流を防止することができる。それにより、内燃機関の充填効率が向上する。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の吸気の流れを利用して開動作および閉動作を行うパルス過給弁を備え、
前記パルス過給弁は、前記内燃機関の一吸気行程中に少なくとも開動作および閉動作を１回ずつ行うことを特徴とするパルス過給制御装置。
【請求項２】
前記パルス過給弁は、一部に径が拡張された拡張部を備える吸気経路と、前記拡張部内において前記吸気経路の管軸方向の一端から他端にかけて移動可能に保持された弁体と、吸気の流れと反対向きに前記弁体に所定の押圧を付勢する付勢手段とを備え、
前記吸気経路は、前記拡張部内において前記弁体が前記管軸方向の一端または他端に位置する場合に閉状態になり、前記弁体が前記一端と前記他端との間に位置する場合に開状態になることを特徴とする請求項１記載のパルス過給制御装置。
【請求項３】
前記弁体は、略紡錘形状を有することを特徴とする請求項２記載のパルス過給制御装置。
【請求項４】
前記パルス過給弁は、前記弁体を前記管軸方向に移動させる駆動手段をさらに備えることを特徴とする請求項２または３記載のパルス過給制御装置。
【請求項５】
前記駆動手段は、前記内燃機関の吸気行程が終了した場合に前記弁体をエア流動方向と反対向きに移動させて前記吸気経路を閉塞させることを特徴とする請求項４記載のパルス過給制御装置。
【請求項６】
前記拡張部は、一部に径が縮小された縮径部を備え、
前記弁体は、前記管軸方向の移動途中に前記縮径部と接触し、前記吸気経路を閉塞することを特徴とする請求項２〜５のいずれかに記載のパルス過給制御装置。
【請求項７】
前記弁体は、前記吸気経路との接触箇所に弾性部材を備えることを特徴とする請求項２〜６のいずれかに記載のパルス過給制御装置。
【請求項８】
前記拡張部は、前記弁体との接触箇所に弾性部材を備えることを特徴とする請求項２〜７のいずれかに記載のパルス過給制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関のパルス過給制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関にエアを過給する過給制御装置の開発が進められている。この過給制御装置を用いれば、小さい内燃機関であっても大きいトルクを発生させることができる。近年においては、吸気バルブの上流側を一時的に閉鎖することによってパルス過給するパルス過給制御装置が開発されている。例えば、吸気制御弁をエンジン作動中の吸気行程初期において閉じておき、吸気通路内において吸気制御弁の上流側と下流側との圧力差が大きくなった場合に吸気制御弁を開けて内燃機関への吸入空気量を増加させる技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−２４８９４６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、特許文献１の技術では、制御弁の開閉動作を高速で行うことができない。したがって、シリンダからガスが逆流するおそれがある。
【０００５】
本発明は、弁の開閉を高速で行うことができるパルス過給制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係るパルス過給制御装置は、内燃機関の吸気の流れを利用して開動作および閉動作を行うパルス過給弁を備え、パルス過給弁は、内燃機関の一吸気行程中に少なくとも開動作および閉動作を１回ずつ行うことを特徴とするものである。
【０００７】
本発明に係るパルス過給制御装置においては、内燃機関の吸気の流れを利用してパルス過給弁によって開動作および閉動作が行われる。この場合、吸気の流れに打ち勝って弁体を移動させる必要がなくなる。それにより、弁の開閉を高速で行うことができる。その結果、パルス過給弁の応答性が向上する。また、一吸気行程中に開閉動作が行われることから、内燃機関からのガスの逆流を防止することができる。それにより、内燃機関の充填効率が向上する。さらに、吸気の流れを利用して開閉がなされることから、パルス過給弁を動作させるための駆動手段を設ける必要がない。それにより、構成が簡素化される。
【０００８】
パルス過給弁は、一部に径が拡張された拡張部を備える吸気経路と、拡張部内において吸気経路の管軸方向の一端から他端にかけて移動可能に保持された弁体と、吸気の流れと反対向き記弁体に所定の押圧を付勢する付勢手段とを備え、吸気経路は、拡張部内において弁体が管軸方向の一端または他端に位置する場合に閉状態になり、弁体が一端と他端との間に位置する場合に開状態になってもよい。この場合、付勢手段によって、吸気行程における弁体の上流側と下流側との圧力差を大きくすることができる。それにより、弁体を高速移動させることができる。その結果、パルス過給弁の応答性が向上する。また、多量のエアを燃焼室に供給することができる。また、弁体を一方向に移動させるだけで、吸気経路を閉状態、開状態および閉状態に順に変化させることができる。したがって、弁体を往復移動させる必要がない。この場合、弁体の移動に伴う慣性力に打ち勝って弁体を逆方向に移動させる必要がなくなる。したがって、パルス過給弁の応答性がより向上する。なお、弁体は、略紡錘形状を有していてもよい。
【０００９】
パルス過給弁は、弁体を管軸方向に移動させる駆動手段をさらに備えていてもよい。また、駆動手段は、内燃機関の吸気行程が終了した場合に弁体をエア流動方向と反対向きに移動させて吸気経路を閉塞させてもよい。この場合、次の吸気行程においてパルス過給を行うことができる。
【００１０】
拡張部は、一部に径が縮小された縮径部を備え、弁体は、管軸方向の移動途中に縮径部と接触し、吸気経路を閉塞してもよい。この場合、パルス過給弁の開閉動作を複数回行うことができる。それにより、低いポンプ損失で燃焼室の充填効率を向上させることができる。
【００１１】
弁体は、吸気経路との接触箇所に弾性部材を備えていてもよい。また、拡張部は、弁体との接触箇所に弾性部材を備えていてもよい。この場合、閉状態の密封性が向上する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、弁の開閉を高速で行うことができる。また、内燃機関からのガスの逆流を防止することができる。さらに、弁を動作させるための駆動手段を設ける必要がない。その結果、構成が簡素化される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明を実施するための最良の形態を説明する。
【実施例１】
【００１４】
図１は、本発明の第１実施例に係るパルス過給制御装置１００の全体構成を示す模式図である。図１に示すように、パルス過給制御装置１００は、エアクリーナ１、エアアキュムレータ２、パルス過給機３、シリンダ４、ピストン５、燃焼室６、吸気バルブ７、排気バルブ８および制御部９を含む。
【００１５】
エアクリーナ１は、内部の吸気通路を横断するエアクリーナエレメントを含む。エアクリーナ１の一端は外気に通じ、エアクリーナ１の他端は配管１１を介してエアアキュムレータ２に接続されている。エアアキュムレータ２は、配管１２を介してパルス過給機３に接続されている。パルス過給機３は、配管１３を介してシリンダ４の吸気口に接続されている。シリンダ４の排気口は、配管１４を介して外気に通じている。
【００１６】
ピストン５は、シリンダ４内に設けられている。燃焼室６は、シリンダ４およびピストン５によって形成される空間である。吸気バルブ７は、シリンダ４の吸気口に設けられている。排気バルブ８は、シリンダ４の排気口に設けられている。制御部９は、ＣＰＵ（中央演算処理装置）、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）等から構成される。
【００１７】
続いて、パルス過給制御装置１００の動作の概略を説明する。まず、エアクリーナ１に吸気されたエアは、エアクリーナエレメントによって浄化され、配管１１を介してエアアキュムレータ２に供給される。エアアキュムレータ２に供給されたエアは、エアアキュムレータ２において一時的に蓄えられた後に、配管１２を介してパルス過給機３に供給される。
【００１８】
パルス過給機３に供給されたエアは、圧縮されて配管１３に供給される。吸気バルブ７は、シリンダ４の吸気口の開閉を行う。吸気バルブ７が開くと、圧縮エアがシリンダ４内の燃焼室６に供給される。排気バルブ８は、シリンダ４の排気口の開閉を行う。排気バルブ８が開くと、排気ガスが外部へ排気される。制御部９は、パルス過給機３を制御する。詳細は、後述する。
【００１９】
図２は、パルス過給機３の詳細を示す模式図である。図２に示すように、パルス過給機３は、配管３１、弁体３２、支持棒３３、付勢部材３４およびアクチュエータ３５を含む。配管３１の途中には、径が拡大した拡張部３６が形成されている。弁体３２は、略紡錘形状の弁であり、拡張部３６内に配置されている。弁体３２の径は、拡張部３６の最大径よりも小さく、拡張部３６以外の配管３１の径よりも大きい。したがって、弁体３２が拡張部３６の外部に移動することはない。また、弁体３２は、支持棒３３に固定されている。
【００２０】
支持棒３３は、エアの流動方向とその逆方向とに往復運動可能である。それに伴って、弁体３２は、拡張部３６内をエアの流動方向とその逆方向とに往復運動することができる。この場合、弁体３２が拡張部３６の上流端または下流端に移動することによって、配管３１が閉状態になる。また、弁体３２が拡張部３６の上流端と下流端との間に位置する場合に、配管３１が開状態になる。
【００２１】
支持棒３３は、付勢部材３４によってエア流動方向と反対方向に所定の押圧で付勢されている。したがって、弁体３２は、エアの流動前には拡張部３６の上流端に位置している。付勢部材３４としては、バネ等の弾性部材を用いることができる。また、支持棒３３は、アクチュエータ３５に支持されている。アクチュエータ３５は、例えば、ラックアンドピニオン構造を有する。アクチュエータ３５は、制御部９の指示に従って、ピニオンを回転させることによって支持棒３３をエアの流動方向と逆向きに移動させる。なお、アクチュエータ３５は、電磁力を用いて支持棒を移動させてもよい。
【００２２】
続いて、パルス過給機３の動作について説明する。図３は、パルス過給機３の動作を説明するための図である。図３（ａ）に示すように、図２のアクチュエータ３５は、制御部９の指示に従って、図１の吸気バルブ７が閉じている間に弁体３２を拡張部３６の上流端に移動させる。また、図２の付勢部材３４は、弁体３２を拡張部３６の上流端に押し付けるように所定の力で付勢する。図３（ａ）の場合、配管３１は閉状態である。したがって、エアの流動は停止する。この場合、吸気バルブ７が開くと、弁体３２の下流側では圧力が低下する。それにより、弁体３２の上流側と下流側との間に圧力差が生じる。
【００２３】
この圧力差が付勢部材３４の付勢力よりも大きくなると、図３（ｂ）に示すように、弁体３２は下流側に移動する。したがって、配管３１は開状態になる。この場合、上流側と下流側との圧力差が大きいことから、多量のエアが図１のシリンダ４の燃焼室６に供給される。したがって、弁体３２を設けない場合に比較して多量のエアを燃焼室６に供給することができる。弁体３２は、その後も移動方向の慣性力によって下流側に移動する。弁体３２が拡張部３６の下流端まで移動すると、図３（ｃ）に示すように、配管３１は閉状態になる。この場合、燃焼室６へのエア供給は終了する。
【００２４】
本実施例においては弁体３２の上流側と下流側との間の圧力差が大きいことから、弁体３２は高速で移動する。また、多量のエアを燃焼室６に供給することができる。この圧力差は、付勢部材３４の付勢力を調整することによって変更することができる。また、弁体３２を一方向に移動させるだけで、配管３１を閉状態、開状態および閉状態に順に変化させることができる。したがって、弁体３２を往復移動させる必要がない。この場合、弁体３２の移動に伴う慣性力に打ち勝って弁体３２を逆方向に移動させる必要がなくなる。したがって、パルス過給機３の応答性が向上する。
【００２５】
また、パルス過給機３の応答性が向上することから、吸気バルブ７が開いてから閉じるまでの間に弁体３２の移動を完了させることができる。したがって、燃焼室６からのガスの逆流を防止することができる。その結果、燃焼室６における充填効率を向上させることができる。さらに、エアの圧力差を利用して弁体３２を移動させているので、弁体３２を高速移動させるための駆動源を設ける必要がない。それにより、パルス過給制御装置１００の構成が簡素化される。さらに、吸気行程終了時には拡張部３６の下流側において配管３１が閉じられていることから、パルス過給機３とシリンダ４との間のデッドボリュームを低減させることができる。それにより、吸気行程終了時における吹き戻し防止効果が高まる。
【００２６】
本実施例においては、パルス過給機３がパルス過給弁に相当し、付勢部材３４が付勢手段に相当し、アクチュエータ３５が駆動手段に相当する。
【実施例２】
【００２７】
続いて、本発明の第２実施例に係るパルス過給制御装置１００ａについて説明する。パルス過給制御装置１００ａが図１のパルス過給制御装置１００と異なる点は、パルス過給機３の代わりにパルス過給機３ａが備わっている点である。以下、パルス過給機３ａについて説明し、他の構成については図示および説明を省略する。
【００２８】
図４は、パルス過給機３ａの詳細について説明するための図である。図４に示すように、パルス過給機３ａが図２のパルス過給機３と異なる点は、弁体３２にシート３７がさらに設けられている点である。シート３７は、ゴム等の弾性体からなる。シート３７は、弁体３２と拡張部３６との接触部に設けられている。この場合、弁体３２が拡張部３６の上流端または下流端に位置する場合の配管３１の密封性が向上する。それにより、燃焼室６からのガスの逆流を効率よく防止することができる。したがって、燃焼室６における充填効率をさらに向上させることができる。
【００２９】
図５は、シート３７の他の例であるシート３７ａについて説明するための図である。図５に示すように、シート３７ａは、拡張部３６の内面における弁体３２との接触箇所に設けられていてもよい。
【００３０】
本実施例においては、シート３７が弾性部材に相当する。
【実施例３】
【００３１】
続いて、本発明の第３実施例に係るパルス過給制御装置１００ｂについて説明する。パルス過給制御装置１００ｂが図１のパルス過給制御装置１００と異なる点は、パルス過給機３の代わりにパルス過給機３ｂが備わっている点である。以下、パルス過給機３ｂについて説明し、他の構成については図示および説明を省略する。
【００３２】
図６は、パルス過給機３ｂの詳細について説明するための図である。図６に示すように、パルス過給機３ｂは、弁体３２の代わりに弁体３２ｂを備え、拡張部３６の代わりに拡張部３６ｂを備える。弁体３２ｂは、略紡錘形状の弁であり、エア流動方向と垂直方向の外周部にシート３２１を備える。シート３２１は、ゴム等の弾性体からなる。拡張部３６ｂは、拡張部３６と同様に、配管３１の途中において径が拡大した部分である。拡張部３６ｂは、エア流動方向の中央部付近において、内側に凸となる縮径部３６１を備える。縮径部３６１は、シート３２１と接触しかつ弁体３２ｂの移動に対して摩擦力を発生する程度に内側に張出している。その他の構成は、パルス過給機３と同様である。
【００３３】
続いて、パルス過給機３ｂの動作について説明する。図７は、パルス過給機３ｂの動作を説明するための図である。図７（ａ）に示すように、図６のアクチュエータ３５は、制御部９の指示に従って、弁体３２ｂを拡張部３６ｂの上流端に移動させる。また、図６の付勢部材３４は、弁体３２ｂを拡張部３６ｂの上流端に所定の押圧で付勢する。図７（ａ）の場合、配管３１は閉状態である。したがって、エアの流動は停止する。この場合、図１の吸気バルブ７が開くと、弁体３２ｂの下流側では圧力が低下する。それにより、弁体３２ｂの上流側と下流側との間に圧力差が生じる。
【００３４】
この圧力差が付勢部材３４の付勢力よりも大きくなると、図７（ｂ）に示すように、弁体３２ｂは下流側に移動する。したがって、配管３１は開状態になる。この場合、上流側と下流側との圧力差が大きいことから、多量のエアがシリンダ４の図１の燃焼室６に供給される。したがって、弁体３２ｂを設けない場合に比較して多量のエアを燃焼室６に供給することができる。弁体３２ｂは、その後も移動方向の慣性力によって下流側に移動する。
【００３５】
シート３２１と縮径部３６１とが接触するまで弁体３２ｂが移動すると、図７（ｃ）に示すように、シート３２１と縮径部３６１との摩擦によって弁体３２ｂの移動は一時的に停止する。この場合、配管３１は閉状態になる。また、弁体３２ｂの上流側と下流側との間に圧力差が生じる。
【００３６】
この圧力差がシート３２１と縮径部３６１との摩擦力および付勢部材３４の付勢力よりも大きくなると、図７（ｄ）に示すように、弁体３２ｂは下流側に再度移動する。したがって、配管３１は再度開状態になる。この場合、燃焼室６に多量のエアが再度供給される。弁体３２ｂは、その後も移動方向の慣性力によって下流側に移動する。弁体３２ｂが拡張部３６ｂの下流端まで移動すると、図７（ｅ）に示すように、配管３１は閉状態になる。この場合、燃焼室６へのエア供給は終了する。
【００３７】
本実施例においては、弁体３２ｂを一方向に移動させるだけで配管３１の閉状態および開状態を複数回変化させることができる。したがって、弁体３２ｂを往復移動させる必要がない。この場合、弁体３２ｂの移動に伴う慣性力に打ち勝って弁体３２ｂを逆方向に移動させる必要がなくなる。したがって、パルス過給機３ｂの応答性が向上する。また、複数回にわたって圧縮エアを燃焼室６に供給することができることから、低いポンプ損失で燃焼室６の充填効率を向上させることができる。したがって、燃焼室６におけるスワール比を向上させることができる。また、シート３２１によって配管３１が密閉されることから、燃焼室６からのガスの逆流を防止することができる。
【００３８】
なお、本実施例においては弁体３２ｂは図７（ａ）の閉状態から運動を開始しているが、開状態から運動を開始してもよい。例えば、弁体３２は、図７（ｂ）の状態から開始してもよい。この場合、ポンプ損失を低下させることができる。図８を用いてその詳細を説明する。図８は、ポンプ損失を示す図である。図８の縦軸は弁体３２よりも下流側における配管３１の吸気管内の気圧を示し、図８の横軸は時間を示す。図８において大気圧より小さい気圧のことを負圧と称し、大気圧より大きい気圧のことを正圧と称する。
【００３９】
図８に示すように、吸気行程が開始すると、他の過給手段の影響がない限り気圧がわずかに負圧になる。弁体３２の移動によって配管３１が閉状態になると、気圧は吸気によって減少して負圧になる。さらに弁体３２が移動して配管３１が開状態になると、気圧は増加して正圧になる。このように、図７（ｂ）の状態から弁体３２が運動を開始することによって負圧部分の面積を小さくすることができる。したがって、ポンプ損失を小さくすることができる。
【００４０】
また、弁体３２ｂは、図７（ｄ）の状態で運動を終了してもよい。この場合、吸気バルブ７が閉じるタイミングと図７（ｄ）の状態になるタイミングを合わせれば、燃焼室６からのガスの逆流を防止することができる。なお、アクチュエータ３５によって弁体３２ｂの移動範囲を設定することができる。
【００４１】
本実施例においては、シート３２１が弾性部材に相当する。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の第１実施例に係るパルス過給制御装置の全体構成を示す模式図である。
【図２】第１実施例に係るパルス過給機の詳細を示す模式図である。
【図３】第１実施例に係るパルス過給機の動作を説明するための図である。
【図４】第２実施例に係るパルス過給機の詳細について説明するための図である。
【図５】シートの他の例について説明するための図である。
【図６】第３実施例に係るパルス過給機の詳細について説明するための図である。
【図７】第３実施例に係るパルス過給機の動作を説明するための図である。
【図８】ポンプ損失を示す図である。
【符号の説明】
【００４３】
３，３ａ，３ｂ  パルス過給機
４  シリンダ
６  燃焼室
７  吸気バルブ
８  排気バルブ
９  制御部
３２，３２ｂ  弁体
３４  付勢部材
３５  アクチュエータ
３６，３６ｂ  拡張部
３６１  縮径部
３７，３２１  シート
１００  パルス過給制御装置
【図１】
2007224770.tif 000003
【図２】
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【図３】
2007224770.tif 000005
【図４】
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【図５】
2007224770.tif 000007
【図６】
2007224770.tif 000008
【図７】
2007224770.tif 000009
【図８】
2007224770.tif 000010