(57)【要約】【課題】内燃機関１の各気筒に連通連結される個別吸気路１１ａ〜１１ｄの上流側にサージタンク１２を設けた吸気装置１０において、内燃機関１の始動時における回転数のオーバーシュートならびにバックファイアによる二次的弊害を共に効果的に回避する。【解決手段】サージタンク１２に一体または別体に連通連結される負圧タンク１６と、負圧タンク１６とサージタンク１２とを連通状態または非連通状態とするバルブ１８と、このバルブ１８の開閉動作を制御する制御手段２０とを含む。制御手段２０は、内燃機関１の運転中でサージタンク１２内が負圧状態のときにバルブ１８を開いて所定時間後に閉じることにより負圧タンク１６内を負圧状態に保持させる処理と、内燃機関１を始動するための条件成立時にバルブ１８を所定時間だけ開いてサージタンク１２内を減圧する処理と、内燃機関１を始動させるときにバルブ１８を閉じる処理とを行う。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の各気筒に連通連結される個別吸気路の上流側にサージタンクを設けた吸気装置であって、
前記サージタンクに一体または別体に連通連結される負圧タンクと、この負圧タンクとサージタンクとを連通状態または非連通状態とするバルブと、このバルブの開閉動作を制御する制御手段とを含み、
かつ、前記制御手段は、内燃機関の運転中で前記サージタンク内が負圧状態のときに前記バルブを開いて所定時間後に閉じることにより負圧タンク内を負圧状態に保持させる処理と、内燃機関を始動するための条件成立時に前記バルブを所定時間だけ開いてサージタンク内を減圧する処理と、内燃機関を始動させるときに前記バルブを閉じる処理とを行うことを特徴とする内燃機関の吸気装置。
【請求項２】
請求項１において、前記制御手段は、イグニッションスイッチからのオン信号出力を検知したときに始動条件が成立したと判断することを特徴とする内燃機関の吸気装置。
【請求項３】
請求項１または２において、前記制御手段は、スタータスイッチがオンされたときに内燃機関を始動させるものとして判断することを特徴とする内燃機関の吸気装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の各気筒に連通連結される個別吸気路の上流側にサージタンクを設けた吸気装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車等の車両に搭載される内燃機関の吸気装置は、一般的に、内燃機関の各気筒に連通連結される個別吸気路にサージタンクを設け、このサージタンクに外気導入路を連通連結し、この外気導入路にエアクリーナやスロットルボディ等を設けた構造になっている（例えば特許文献１参照。）。
【０００３】
例えば個別吸気路にそれぞれインジェクタを取り付けたタイプの内燃機関では、内燃機関を運転停止した状態において、時間経過に伴い外気導入路からサージタンク内へ空気が流入して吸気経路全体が大気圧になるうえ、例えばインジェクタの噴射ノズルから燃料が僅かながらも滴下する等して個別吸気路内で気化しているような状態になっていると、この個別吸気路から外気導入路に至るまでの吸気経路におけるＨＣ濃度が高くなってしまう。
【０００４】
ところで、上記のような状況において、内燃機関を始動したときに、例えばバックファイアが発生すると、燃焼室内の火炎が吸気系の上流まで伝播するおそれがあり、吸気系各部の耐久性を低下させる一因となる。
【０００５】
これに対し、前記のバックファイア発生時にエアクリーナへの火炎伝播を阻止するようにした提案がある（特許文献２参照。）。
【０００６】
この従来例では、内燃機関への空気導入路においてスロットルボディまたはキャブレタとエアクリーナとの間にノーマリオープンタイプの逆止弁を設け、バックファイアが発生したときに逆止弁を閉じるような構成にしている。
【０００７】
また、吸気系にサージタンクおよびレゾネータを設けた内燃機関において、その始動時にバックファイアが発生したとしてもレゾネータへの火炎伝播を阻止するようにした提案がある（特許文献３参照。）。
【０００８】
この従来例では、サージタンクとレゾネータとを仕切る隔壁に開閉バルブを設け、内燃機関の始動時に開閉バルブを閉じて、内燃機関が始動すると開閉バルブを開くようにしている。
【０００９】
さらに、吸気系に所定容量の空間を有するインテークマニホールドを装備した内燃機関において、その始動時に内燃機関のオーバーシュート（内燃機関の回転数が急激に吹き上がる現象）を抑制または防止するようにした提案がある（特許文献４参照。）。
【００１０】
この従来例では、インテークマニホールドにおける所定容量の空間に負圧タンクを連通連結し、この連通部分に開閉バルブを設け、内燃機関の始動時に開閉バルブを開いて、内燃機関が始動すると開閉バルブを閉じるようにしている。
【特許文献１】特開平１１−１１７８１９号公報
【特許文献２】実開昭５９−１３７３６８号公報
【特許文献３】特開２００５−１８８２９２号公報
【特許文献４】特開２００３−１７２２３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上記特許文献２の従来例では、バックファイアが発生したときに逆止弁を閉じることによって、エアクリーナへの火炎伝播を阻止することが可能であるが、仮に、個別吸気路の吸気方向上流側でスロットルボディよりも吸気方向下流側にサージタンクを配置する場合には、このサージタンク内へ火炎が伝播するおそれがあると言える。
【００１２】
上記特許文献３の従来例では、内燃機関の始動時にバックファイアが発生しても、開閉バルブを閉じることによって、レゾネータへの火炎伝播を阻止することが可能であるが、個別吸気路とサージタンクとが連通したままの状態になっているから、サージタンク内へ火炎が伝播するおそれがあると言える。
【００１３】
上記特許文献４の従来例では、内燃機関の始動時における回転数のオーバーシュートを抑制することは可能であるが、バックファイアの発生を考慮していない。というのは、内燃機関の始動時には、オーバーシュート対策のために開閉バルブを開いていてインテークマニホールドと負圧タンクとが連通したままの状態になっているので、バックファイアが発生すると、インテークマニホールドから負圧タンクを含む吸気系上流への火炎伝播を阻止することは無理である。
【００１４】
このようにいずれの従来例にも改良の余地がある。
【００１５】
本発明は、サージタンクを装備する内燃機関の吸気装置において、内燃機関の始動時に、回転数のオーバーシュートを抑制して車両搭乗者の不快感を軽減するとともに、バックファイアが発生しても個別吸気路からサージタンクへの火炎伝播を抑制または防止して吸気経路の耐久性向上を図ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は、内燃機関の各気筒に連通連結される個別吸気路の上流側にサージタンクを設けた吸気装置であって、前記サージタンクに一体または別体に連通連結される負圧タンクと、この負圧タンクとサージタンクとを連通状態または非連通状態とするバルブと、このバルブの開閉動作を制御する制御手段とを含み、かつ、前記制御手段は、内燃機関の運転中で前記サージタンク内が負圧状態のときに前記バルブを開いて所定時間後に閉じることにより負圧タンク内を負圧状態に保持させる処理と、内燃機関を始動するための条件成立時に前記バルブを所定時間だけ開いてサージタンク内を減圧する処理と、内燃機関を始動させるときに前記バルブを閉じる処理とを行うことを特徴としている。
【００１７】
なお、負圧タンクをサージタンクと別体としてサージタンクに連通路を介して連結する場合には、連通路にバルブを設けることができる。また、負圧タンクをサージタンクと一体的に隔壁を介して設ける場合には、隔壁にバルブを設けることができる。
【００１８】
この構成によれば、例えば内燃機関のアイドリング運転中にサージタンク内が負圧大状態になるので、そのときに負圧タンク内の空気がサージタンク内に吸引されることになり、内燃機関へ供給される。その状態で内燃機関の運転が一旦停止されると、サージタンク内が負圧状態になっていても、外気導入路から外気が少しずつサージタンク内に吸入されることになり、サージタンク内が大気圧に近づく。このような状態で内燃機関を始動させたとき、その始動前にサージタンク内および個別吸気路内を減圧して空気を排除しているから、従来例のようにサージタンク内および個別吸気路内から燃焼室へ大量の空気が導入されなくなる。これにより、内燃機関の回転数のオーバーシュート（回転数が必要以上に上昇する吹き上がり現象）が抑制または防止されることになり、車両搭乗者が不快感を受けずに済むようになる。
【００１９】
しかも、前記内燃機関の停止中、つまり始動前において、仮に、個別吸気路内およびサージタンク内に存在している空気に、例えばインジェクタの噴射ノズルから滴下して気化した燃料等が混じっていて、ＨＣ濃度が高くなっているような状況であっても、上述したような内燃機関の始動前の処理によって、サージタンク内および個別吸気路内の燃料混じりの空気が負圧タンクに吸引されることになって、サージタンク内のＨＣ濃度がゼロまたは低い状態とされるので、内燃機関を始動させたときに、バックファイアが発生しても、燃焼室内の火炎が個別吸気路内およびサージタンク内へ伝播しにくくなる。
【００２０】
好ましくは、前記制御手段は、イグニッションスイッチからのオン信号出力を検知したときに始動条件が成立したと判断するものとされる。
【００２１】
このように、内燃機関の始動条件を特定すれば、本発明の作用、効果がより明確になる。
【００２２】
好ましくは、前記制御手段は、スタータスイッチがオンされたときに内燃機関を始動させるものとして判断するものとされる。
【００２３】
このように、内燃機関の始動時期を特定すれば、本発明の作用、効果がより明確になる。例えば、内燃機関を始動する前にサージタンクを減圧しているから、スタータスイッチをオンして内燃機関を始動させたときに、サージタンク内から内燃機関の燃焼室内へ空気が流入しにくくなって、内燃機関の始動直後に回転数のオーバーシュートを抑制または防止することが可能になる。
【００２４】
好ましくは、前記制御手段は、内燃機関を制御するエンジンＥＣＵを利用して構成することができる。
【００２５】
この場合、吸気装置専用の制御手段が不要であり、設備コストの低減に貢献できるようになる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、内燃機関の始動時に、回転数のオーバーシュートを抑制して車両搭乗者の不快感を軽減するとともに、バックファイアが発生しても個別吸気路からサージタンクへの火炎伝播を抑制または防止して吸気経路の耐久性向上を図ることが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明の実施形態を図面に示して説明する。図１から図５に本発明の一実施形態を示している。この実施形態では、吸気装置の使用対象となる内燃機関１として、例えば自動車等の車両に搭載される直列四気筒構造のガソリンエンジンを例に挙げている。
【００２８】
つまり、図１に示すように、内燃機関１は、シリンダブロック２に四つの気筒（シリンダ）＃１〜＃４が一直線上に並んで設けられている。
【００２９】
シリンダブロック２の各気筒＃１〜＃４には、それぞれピストン３・・・が往復移動可能に挿入されており、各気筒＃１〜＃４において各ピストン３の上端とシリンダヘッド４とで囲む空間が、それぞれ燃焼室５・・・とされる。
【００３０】
シリンダヘッド４には、吸気ポート４ａおよび排気ポート４ｂが各燃焼室５毎に対応して設けられている。吸気ポート４ａ、排気ポート４ｂにおける各燃焼室５側の開口は、吸気バルブ６、排気バルブ７で開閉されるようになっている。８は点火プラグである。
【００３１】
各吸気ポート４ａには、吸気装置１０が、また、各排気ポート４ｂには、エキゾーストマニホールド（図示、符号省略）がそれぞれ取り付けられる。
【００３２】
ここで、本発明に係る吸気装置１０の一実施形態の構成を詳しく説明する。
【００３３】
吸気装置１０は、シリンダヘッド４の各吸気ポート４ａ・・・に個別に連通連結される複数（四つ）の個別吸気路１１ａ〜１１ｄの上流側に、単一のサージタンク１２を連通連結した構成である。
【００３４】
個別吸気路１１ａ〜１１ｄは、その全体を一つの塊として形成することによってインテークマニホールドと呼ばれるものとされるが、この個別吸気路１１ａ〜１１ｄには、燃料を噴射するインジェクタ１５・・・が個別に取り付けられている。
【００３５】
単一のサージタンク１２には、外気導入路１３が連通連結されている。この外気導入路１３の吸気方向下流側には、図示省略のアクセルペダルの操作に基づいて開閉されるスロットルボディ１４が設置されており、このスロットルボディ１４より吸気方向上流にエアクリーナ（図示省略）等が取り付けられる。
【００３６】
さらに、サージタンク１２には、それとは別体の負圧タンク１６が連通路１７を介して連通連結されている。この連通路１７には、サージタンク１２と負圧タンク１６とを連通する状態または非連通とする状態とするためのバルブ１８が設けられている。このバルブ１８を閉じると、サージタンク１２と負圧タンク１６とが非連通状態に、また、バルブ１８を開くと、サージタンク１２と負圧タンク１６とが連通状態になる。
【００３７】
詳しくは、負圧タンク１６は、サージタンク１２と略同等の容積を有している。バルブ１８は、例えばバタフライ式の弁体を空気圧や電気モータ等の適宜のアクチュエータで直接的、あるいはワイヤー等を介して間接的に開閉される構成とされ、その開閉動作は制御手段２０によって適宜制御される。
【００３８】
この制御手段２０は、例えば内燃機関１の全般的な動作制御を行うエンジンＥＣＵで兼用されており、少なくとも内燃機関１の始動時におけるオーバーシュート対策およびバックファイア対策に関する処理を実行するようになっている。
【００３９】
つまり、制御手段２０は、図１に示すように、少なくとも圧力センサ２１、イグニッションスイッチ２２ならびにスタータスイッチ２３からの出力信号が入力されるようになっており、少なくとも、例えば図３に示すフローチャートに従い、圧力センサ２１、イグニッションスイッチ２２ならびにスタータスイッチ２３からの出力に基づきバルブ１８の開閉動作を制御することにより、内燃機関１の始動時におけるオーバーシュート対策およびバックファイア対策に関する処理を実行するようになっている。
【００４０】
なお、圧力センサ２１は、サージタンク１２内の圧力を検出するものである。また、イグニッションスイッチ２２およびスタータスイッチ２３は、一般的に公知のように車両運転者により操作されるイグニッションキー（図示省略）の二段階の捻り操作により順番にオンまたはオフされる。
【００４１】
ここで、上述した制御手段２０による処理について具体的に説明する。
【００４２】
内燃機関１の運転中は、通常、スロットルボディ１４の開度に応じて外気導入路１３から取り込まれてエアクリーナ（図示省略）で濾過された空気がサージタンク１２へ導入され、このサージタンク１２へ導入された空気が、個別吸気路１１ａ〜１１ｄにおいてインジェクタ１５・・・から噴射される燃料と混合されて内燃機関１の各燃焼室５へ送られ、燃焼される。
【００４３】
ここで、内燃機関１を運転停止すると、時間経過に伴い外部の空気が外気導入路１３からスロットルボディ１４部分の僅かな隙間を通過して個別吸気路１１ａ〜１１ｄ内に流入して吸気経路全体が大気圧になってしまう。
【００４４】
この状態において、例えばインジェクタ１５の噴射ノズルから燃料が僅かながらも滴下する等して個別吸気路１１ａ〜１１ｄ内で気化しているような状態になっていると、この個別吸気路１１ａ〜１１ｄから外気導入路１３に至るまでの吸気経路におけるＨＣ濃度が高くなってしまう。
【００４５】
このような状況において、内燃機関１を始動すると、例えば回転数が急激に上昇するといったオーバーシュートが発生して、車両搭乗者に不快感を与えるばかりか、バックファイアが発生すると、燃焼室５内の火炎でもって個別吸気路１１ａ〜１１ｄやサージタンク１２内に存在する燃料混じりの空気に着火しやすくなって吸気系の上流まで火炎が伝播するおそれがあり、吸気経路全体の耐久性を低下させる一因となる。
【００４６】
この実施形態では、上述したようなオーバーシュートを抑制または防止するとともに、バックファイアが発生したとしてもサージタンク１２内への火炎伝播を阻止するようにしているので、以下で詳しく説明する。
【００４７】
まず、例えば内燃機関１をアイドリング運転中で、車速ゼロ（走行停止状態）の状態、つまりサージタンク１２内の負圧が大きい状態のときに（ステップＳ１で肯定判定）、バルブ１８を開けてサージタンク１２と負圧タンク１６とを連通させるとともに、制御手段２０の内部タイマをスタートさせる（ステップＳ２）。これにより、負圧タンク１６内の気体がサージタンク１２に吸引されることになって、負圧タンク１６内が負圧状態とされる。こうして所定時間が経過すると（ステップＳ３で肯定判定）、バルブ１８を閉じることにより負圧タンク１６内を負圧状態に保持させる（ステップＳ４）。
【００４８】
この後、内燃機関１の運転が一旦停止されたとする（ステップＳ５）。この状態では、外気導入路１３からサージタンク１２までは外部の空気が徐々に導入されるものの、バルブ１８が閉じられているので、負圧タンク１６の内圧は不変に保たれる。
【００４９】
そして、内燃機関１を再度、始動するにあたって、まずイグニッションスイッチ２２がオンされることで始動条件が成立すると（ステップＳ６で肯定判定）、バルブ１８を開くとともに、制御手段２０の内部タイマをスタートさせる（ステップＳ７）。これにより、負圧タンク１６の負圧によりサージタンク１２内および個別吸気路１１ａ〜１１ｄ内の空気が負圧タンク１６に吸引されることになって、サージタンク１２内が減圧されることになる。
【００５０】
こうして所定時間が経過すると（ステップＳ８で肯定判定）、バルブ１８を閉じる（ステップＳ９）ことにより、サージタンク１２と負圧タンク１６とを非連通の状態に切り離す。
【００５１】
一方、所定時間が経過するまでの間（ステップＳ８で否定判定）は、スタータスイッチ２３がオンされるのを待ち、スタータスイッチ２３がオンされると（ステップＳ１０で肯定判定）、バルブ１８を閉じる（ステップＳ１１）ことにより、サージタンク１２と負圧タンク１６とを非連通の状態に切り離す。これと略同時に、スタータモータ（図示省略）を駆動することにより内燃機関１を始動させる。
【００５２】
このようにして内燃機関１を始動させると、その始動時に、サージタンク１２内および個別吸気路１１ａ〜１１ｄ内が負圧状態になっていて空気が存在していない関係より、従来例のようにサージタンク１２内および個別吸気路１１ａ〜１１ｄ内から燃焼室５へ大量の空気が導入されなくなるので、内燃機関１の回転数のオーバーシュートが抑制または防止されることになる。
【００５３】
このオーバーシュートは、例えば図４に示すように、アイドリング回転数Ｎｅ１より若干大きい適宜の設定回転数Ｎｅ２を越えると車両搭乗者の不快感が激しくなるので好ましくないが、前記設定回転数Ｎｅ２以下であれば許容範囲とされる。そこで、この実施形態では、前記オーバーシュートを前記設定回転数Ｎｅ２以下とし、車両搭乗者に不快感を与えないようにしている。
【００５４】
しかも、前記内燃機関１の始動前において、仮に、個別吸気路１１ａ〜１１ｄ内およびサージタンク１２内に存在している空気に、例えばインジェクタ５の噴射ノズルから滴下して気化した燃料等が混じっていて、ＨＣ濃度が高くなっているような場合であっても、上述した図３のステップＳ６〜Ｓ８までの始動前処理によって、サージタンク１２内および個別吸気路１１ａ〜１１ｄ内の燃料混じりの空気が負圧タンク１６に吸引されることになって、サージタンク１２内のＨＣ濃度がゼロまたは低い状態にされるので、内燃機関１を始動させたときに、仮にバックファイアが発生しても、燃焼室５内の火炎、衝撃、圧力が個別吸気路１１ａ〜１１ｄ内およびサージタンク１２内へ伝播することが阻止されることになる。
【００５５】
ちなみに、オーバーシュートの制限量、ならびにバックファイアによる二次的弊害の抑制度合いについては、サージタンク１２および個別吸気路１１ａ〜１１ｄ内の合計容積と負圧タンク１６の容積との比率や、バルブ１８の開時間等を特定することによって、適宜調整することが可能である。
【００５６】
以上説明したように、この実施形態に示す吸気装置１０によれば、内燃機関１の始動時における回転数のオーバーシュートならびにバックファイアによる二次的弊害を共に効果的に回避することが可能になる。
【００５７】
以下、本発明の他の実施形態を説明する。
【００５８】
（１）上記実施形態では、負圧タンク１６をサージタンク１２と別体とした例を挙げているが、一体的に形成することも可能である。
【００５９】
例えば図５に示すように、サージタンク１２は、略円筒形に形成され、その内部は、隔壁１２Ｃでもって軸方向に沿って半割りとされたような半円筒形の部屋１２Ａ，１２Ｂに仕切られている。
【００６０】
このうち、個別吸気路１１ａ〜１１ｄが存在する側の部屋１２Ａがサージタンク１２とされ、残りの部屋１２Ｂが負圧タンク１６とされ、隔壁１２Ｃには、バルブ１８が設けられている。
【００６１】
このような構成においても、バルブ１８の開閉動作の制御については上記実施形態と同様であり、上記実施形態と同様の作用、効果が得られる。
【００６２】
（２）上記（１）のように、負圧タンク１６をサージタンク１２と一体的に設ける場合の他の実施形態として、例えば図６に示すように構成することができる。
【００６３】
図６では、サージタンク１２は、略円筒形に形成され、その内部は、隔壁１２Ｃでもって軸方向に沿って半割りとされたような半円筒形の部屋１２Ａ，１２Ｂに仕切られている。
【００６４】
このうち、個別吸気路１１ａ〜１１ｄが連通連結される側の部屋１２Ａがサージタンク１２とされ、残りの部屋１２Ｂが負圧タンク１６とされる。
【００６５】
そして、両部屋１２Ａ，１２Ｂは、それらの外側に配設される連通管３０で連通連結され、この連通管３０の途中に、バルブ１８が設けられている。
【００６６】
このような構成においても、バルブ１８の開閉動作の制御については上記実施形態と同様であり、上記実施形態と同様の作用、効果が得られる。
【００６７】
（３）本発明は、いわゆるアイドリングストップを行う場合にも適用できる。この場合、内燃機関１の運転中に負圧タンク１６内を負圧状態にしておき、内燃機関１をアイドリングストップした後で、再始動時の条件が満たされたときに、バルブ１８を開いてサージタンク１２と負圧タンク１６とを連通させて負圧タンク１６内を負圧状態にする処理を行い、制御手段２０（例えばエンジンＥＣＵ）からスタータモータ（図示省略）へ与える駆動信号の出力に応答して図３に示すステップＳ１１の処理、つまりバルブ１８を閉じてサージタンク１２と負圧タンク１６とを非連通状態とする処理を行うようにすることができる。
【００６８】
この場合も、アイドリングストップしてから再始動するときに、内燃機関１の回転数のオーバーシュート現象を抑制または防止できて、バックファイアが発生したときでも燃焼室５内からの火炎、衝撃、圧力がサージタンク１２へ伝播することを回避できる。
【００６９】
なお、再始動の条件としては、公知のようにいろいろな項目があるが、例えば車両運転者がブレーキペダル（図示省略）を踏んでいる状態から離した状態へ移行した状況、車両運転者がアクセルペダル（図示省略）を踏んでいない状態から踏んだ状態へ移行した状況等が挙げられる。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明に係る内燃機関の吸気装置の一実施形態の概略構成を示す図である。
【図２】図１の吸気装置を平面的に見た図である。
【図３】図１の制御手段による内燃機関の動作説明に用いるフローチャートである。
【図４】内燃機関における始動時に発生するオーバーシュートを模式的に示すグラフである。
【図５】本発明に係る内燃機関の吸気装置の他の実施形態で、図１に対応する図である。
【図６】本発明に係る内燃機関の吸気装置のさらに他の実施形態で、図２に対応する図である。
【符号の説明】
【００７１】
１      内燃機関
４ａ    吸気ポート
５      燃焼室
１０      吸気装置
１１ａ〜１１ｄ    個別吸気路
１２      サージタンク
１３      外気導入路
１４      スロットルボディ
１５      インジェクタ
１６      負圧タンク
１７      連通路
１８      バルブ
２０      制御手段
２１      圧力センサ
２２      イグニッションスイッチ
２３      スタータスイッチ
【図１】
2007187122.tif 000003
【図２】
2007187122.tif 000004
【図３】
2007187122.tif 000005
【図４】
2007187122.tif 000006
【図５】
2007187122.tif 000007
【図６】
2007187122.tif 000008