(57)【要約】【課題】本発明は、吸気バルブの閉弁タイミングを遅角させることにより膨脹比を高める内燃機関において、気筒の吸気量を好適に調整することができる技術の提供を課題とする。【解決手段】本発明は、気筒毎に独立した吸気通路内において吸気の流れ方向へ延在する板状の部材であって下流側端部が前記吸気通路の内壁面に対して回動自在に取り付けられた第１部材と、吸気の流れ方向へ延在する板状の部材であって下流側端部が前記第１部材の上流側端部と回動自在に連結されるとともに上流側端部が吸気通路の内壁面に対して回動自在且つ吸気の流れ方向に沿ってスライドに取り付けられた第２部材と、第２部材の上流側端部を吸気の流れ方向に沿ってスライドさせる駆動部と、を備えるようにした。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
気筒毎に独立した吸気通路内において吸気の流れ方向へ延在する板状の部材であって、下流側端部が前記吸気通路の内壁面に対して回動自在に取り付けれた第１部材と、
前記吸気通路内において吸気の流れ方向へ延在する板状の部材であって、下流側端部が前記第１部材の上流側端部と回動自在に連結されるとともに、上流側端部が前記吸気通路の内壁面に対して回動自在且つ吸気の流れ方向に沿ってスライド自在に取り付けられた第２部材と、
前記第２部材の上流側端部を吸気の流れ方向に沿ってスライドさせる駆動部と、
を備える内燃機関の吸気量調整装置。
【請求項２】
請求項１において、前記第１部材は、前記第２部材に比べ、吸気の流れ方向の寸法が大きく形成される内燃機関の吸気量調整装置。
【請求項３】
請求項１に記載の吸気量調整装置と、
気筒間における吸気量の差を検出する検出部と、
前記検出部により気筒間における吸気量の差が検出されたときに、吸気量が相対的に多い気筒の吸気通路における第２部材の上流側端部を下流側へスライドさせるべく駆動部を制御する制御部と、
を備える内燃機関の吸気量調整システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の吸気量を調整する技術に関し、特に個々の気筒の吸気量を調整する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両などに搭載される内燃機関として、ピストンが上死点に位置するときの気筒内の容積（燃焼室容積）とピストンが下死点に位置するときの気筒内の容積との比（機械圧縮比）を変更する可変圧縮比機構、及び燃焼室容積と吸気バルブが閉弁したときの気筒内の容積との比（有効圧縮比）を変更する可変動弁機構を備え、内燃機関の負荷が低いときに機械圧縮比を高めつつ有効圧縮比を低下させることにより、膨脹比を可及的に高める内燃機関が知られている（たとえば、特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−３０３４２３号公報
【特許文献２】特開２００９−１０２９９４号公報
【特許文献３】特開２００９−２５７１７４号公報
【特許文献４】特開２００６−０７７６１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、複数の気筒を有する多気筒内燃機関においては、気筒間で吸気量がばらつく場合がある。気筒間における吸気量の差を解消する方法としては、気筒毎に独立した吸気通路（たとえば、吸気ポート、又はインテークマニフォルドの枝管）に設けられた気流制御弁を利用して、吸気量が相対的に多い気筒の吸気量を減少させる方法が考えられる。
【０００５】
その際、気流制御弁として、フラップ式の弁やバタフライ式の弁が用いられると、吸気の流れが弁体の表面や通路壁面から剥離して滞る可能性がある。その結果、内燃機関のポンプ損失が増加し、燃料消費率が悪化する可能性もある。また、上記したような高膨張比の内燃機関においては、有効圧縮比を低下させる際に気筒内のガスが吸気通路へ逆流することになるが、気流制御弁によって逆流量が過少になる可能性もある。
【０００６】
本発明は、上記したような実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、内燃機関のポンプ損失の増加を少なく抑えつつ、気筒の吸気量を好適に調整することができる技術の提供にある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記した課題を解決するために、以下のような手段を採用した。すなわち、本発明に係わる内燃機関の吸気量調整装置は、
気筒毎に独立した吸気通路内において吸気の流れ方向へ延在する板状の部材であって、下流側端部が前記吸気通路の内壁面に対して回動自在に取り付けられた第１部材と、
前記吸気通路内において吸気の流れ方向へ延在する板状の部材であって、下流側端部が前記第１部材の上流側端部と回動自在に連結されるとともに、上流側端部が前記吸気通路の内壁面に対して回動自在且つ吸気の流れ方向に沿ってスライド自在に取り付けられた第２部材と、
前記第２部材の上流側端部を吸気の流れ方向に沿ってスライドさせる駆動部と、
を備えるようにした。
【０００８】
このように構成された吸気量調整装置によると、駆動部により第２部材の上流側端部が最も上流寄りにスライドされたときに、第１部材及び第２部材が吸気の流れ方向と平行な態勢になる。つまり、吸気の流れ方向において、第１部材及び第２部材の表面は、吸気通路の内壁面と略面一な状態になる。その結果、吸気通路の通路断面積は最大となる。
【０００９】
上記した状態から第２部材の上流側端部が下流側へスライドされると、第１部材の上流側端部と第２部材の下流側端部が相対的に回動しつつ吸気通路の内壁面から離間する。つまり、第１部材と第２部材とは連結部分を中心にして略への字型に折れ曲がった形状となる。その場合、吸気通路の通路断面積が縮小するため、気筒内へ導入される吸気量が減少する。
【００１０】
その際、吸気通路の通路断面積は、第２部材の上流側端部から下流側端部（連結部分）にかけて連続的に縮小し、第１部材の上流側端部（連結部分）から下流側端部にかけて連続的に拡大する。そのため、第２部材の上流側端部より上流から流れてきた吸気は、吸気通路の内壁面から第２部材の表面に沿って連続的に流れ、次いで第２部材の表面から第１部材の表面に沿って連続的に流れ、さらに第１部材の表面から吸気通路の内壁面に沿って連続的に流れる。このように吸気が各表面から剥離せずに滑らかに流れると、内燃機関のポンプ損失の増加を少なく抑えつつ吸気量を減少させることができる。
【００１１】
また、吸気バルブの閉弁タイミングを遅角させることにより気筒内のガスを吸気通路へ逆流させる場合は、逆流ガスが上記した経路を滑らかに逆流するため、逆流量が過少になる事態を回避することも可能となる。
【００１２】
ここで、第１部材は、第２部材に比べ、吸気の流れ方向（吸気通路の軸方向）の寸法が大きく形成されてもよい。その場合、吸気の流れ方向に対する第１部材の傾斜角度は、吸気の流れ方向に対する第２部材の傾斜角度より小さくなる。その結果、順流方向（吸気通路から気筒内へ流れる向き）における実流路径は、逆流方向（気筒内から吸気通路へ流れる向き）における実流路径より小さくなる。言い換えれば、逆流方向における実流路径は、順流方向における実流路径より大きくなる。
【００１３】
よって、気筒内から吸気通路へ逆流するガス量の低下を少なく抑えつつ、吸気通路から気筒内へ流れる吸気量を減少させることが可能となる。
【００１４】
次に、本発明に係わる内燃機関の吸気量調整装置は、気筒間における吸気量のばらつきを解消する吸気量調整システムに適用することもできる。その場合、吸気量調整システムは、上記した吸気量調整装置と、気筒間における吸気量の差を検出する検出部と、検出部により気筒間における吸気量の差が検出されたときに吸気量が相対的に多い気筒の吸気量が減少するように吸気量調整装置を制御する制御部と、を備えるようにしてもよい。
【００１５】
なお、吸気量が相対的に多い気筒の吸気量を減少させる具体的な方法としては、吸気量が相対的に多い気筒の吸気通路に配置された第２部材の上流側端部を下流側へスライドさせる方法を用いることができる。
【００１６】
このようなシステムによれば、内燃機関のポンプ損失の増加を少なく抑えつつ吸気量の気筒間差を解消することができる。さらに、吸気バルブの閉弁タイミングを遅角させることにより膨脹比を高める内燃機関においては、気筒内から逆流するガス量の過剰な減少を抑えつつ、吸気量の気筒間差を解消することも可能になる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、内燃機関のポンプ損失の増加を少なく抑えつつ、気筒の吸気量を好適に調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係わる吸気量調整装置を適用する内燃機関の概略構成を示す図である。
【図２】吸気量調整装置の構成を示す縦断面図である。
【図３】枝管の横断面を示す図である。
【図４】吸気量調整装置の動作を示す縦断面図である。
【図５】第１部材と第２部材の傾斜角度を示す図である。
【図６】気筒間における吸気量差を解消する際に実行される制御ルーチンを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の具体的な実施形態について図面に基づいて説明する。本実施形態に記載される構成部品の寸法、材質、形状、相対配置等は、特に記載がない限り発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【００２０】
図１は、本発明を適用する内燃機関の概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、複数の気筒を具備した４ストローク・サイクルの内燃機関である。なお、図１においては、複数の気筒のうち１つの気筒のみが図示されている。
【００２１】
内燃機関１は、シリンダブロック２と、シリンダヘッド３と、クランクケース４とを備えている。シリンダブロック２には、複数の気筒（シリンダ）５が形成されている。各気筒５には、ピストン６が摺動自在に挿入されている。ピストン６は、クランクケース４に回転自在に支持されたクランクシャフト７とコネクティングロッド８を介して連結されている。
【００２２】
ここで、シリンダブロック２は、クランクケース４に対してシリンダ軸方向に進退自在に支持されている。クランクケース４には、シリンダブロック２を進退駆動する駆動部９が取り付けられている。駆動部９がシリンダブロック２を進退させると、燃焼室１０の容積が変化し、それに伴って内燃機関１の機械圧縮比が変化する。
【００２３】
次に、シリンダヘッド３には、吸気ポート１１と排気ポート１２が形成されている。シリンダヘッド３には、吸気ポート１１の開口端を開閉する吸気バルブ１３と、排気ポート１２の開口端を開閉する排気バルブ１４が取り付けられている。これら吸気バルブ１３及び排気バルブ１４は、インテークカムシャフト１５及びエキゾーストカムシャフト１６により各々開閉駆動される。
【００２４】
インテークカムシャフト１５には、吸気バルブ１３の開閉時期を変更する可変動弁機構１７が取り付けられている。可変動弁機構１７は、例えば、クランクシャフト７に対するインテークカムシャフト１５の位相を変更する機構であり、油圧あるいはバッテリ出力（電力）を駆動源として作動する。
【００２５】
シリンダヘッド３には、燃焼室１０内の混合気に着火するための点火プラグ１８と、吸気ポート１１内へ燃料を噴射するための燃料噴射弁１９とが取り付けられている。燃料噴射弁１９から噴射された燃料は、吸気バルブ１３が開弁したときに新気（空気）とともに燃焼室１０内へ流入し、点火プラグ１８により着火及び燃焼せしめられる。燃焼室１０内で燃焼されたガス（既燃ガス）は、排気バルブ１４が開弁したときに排気ポート１２へ排出される。
【００２６】
また、シリンダヘッド３には、インテークマニフォルドの枝管１１０が接続されている。枝管１１０は気筒５毎に独立して設けられ、それら４本の枝管１１０と４つの気筒５の吸気ポート１１とがそれぞれ連通されている。各枝管１１０には、吸気ポート１１へ流入する吸気の量を調整する吸気量調整装置２４が設けられている。吸気量調整装置２４の構成については後述する。
【００２７】
このように構成された内燃機関１には、該内燃機関１の運転状態を制御するための電子制御ユニット（ＥＣＵ）２０が併設されている。ＥＣＵ２０には、クランクポジションセンサ２１、アクセルポジションセンサ２２、筒内圧センサ２３等の各種センサの出力信号が入力されるようになっている。
【００２８】
クランクポジションセンサ２１は、クランクシャフト７の回転位置に相関した電気信号を出力するセンサである。アクセルポジションセンサ２２は、アクセルペダルの操作量（アクセル開度）に相関した電気信号を出力するセンサである。筒内圧センサ２３は、気筒５内の圧力に相関した電気信号を出力するセンサであり、各気筒５に設けられている。
【００２９】
また、ＥＣＵ２０は、上記した駆動部９、点火プラグ１８、燃料噴射弁１９、可変動弁機構１７に加え、吸気量調整装置２４が電気的に接続されている。ＥＣＵ２０は、上記した各種センサの出力信号に基づいて駆動部９、点火プラグ１８、燃料噴射弁１９、可変動弁機構１７、及び吸気量調整装置２４を制御する。
【００３０】
例えば、ＥＣＵ２０は、内燃機関１が低負荷運転状態にあるときの熱効率を高めるために、高膨張比制御を行う。高膨張比制御では、ＥＣＵ２０は、内燃機関１の機械圧縮比を高めるべく駆動部９を制御するとともに、内燃機関１の有効圧縮比を低下させるべく可変動弁機構１７を制御する。
【００３１】
詳細には、ＥＣＵ２０は、シリンダブロック２が下死点方向へ変位するように駆動部９を制御するとともに、吸気バルブ１３の閉弁時期が圧縮行程半ばまで遅角するように可変動弁機構１７を制御する。
【００３２】
このような高膨張比制御が行われると、有効圧縮比がノッキングを回避し得る範囲に保たれたまま、膨脹比を高めることが可能となる。
【００３３】
また、ＥＣＵ２０は、４つの気筒５に導入される吸気量が均等になるように、吸気量調整装置２４を制御する。すなわち、ＥＣＵ２０は、気筒５間において吸気量の差が発生したときに、相対的に吸気量が多い気筒５に対応した吸気量調整装置２４を制御することにより、該気筒５の吸気量を減少させる。
【００３４】
ところで、吸気量調整装置２４として、フラップ式の弁機構やバタフライ式の弁機構が採用された場合は、吸気の流れが弁体の表面や通路内壁面から剥離して滞る可能性がある。その結果、内燃機関１のポンプ損失が増加し、燃料消費率が悪化する可能性もある。また、上記したような高膨張比制御が実施された場合は、気筒５内のガスが枝管１１０へ逆流することになるが、その際の逆流量が過少になる可能性もある。特に、フラップ式の弁機構が採用された場合は、逆流量が著しく減少する可能性がある。
【００３５】
そこで、本実施例の吸気量調整装置２４は、図２に示すような構成を採用した。ここで、図２に基づいて吸気量調整装置２４の構成について説明する。なお、図２中の矢印αは、吸気の流れ方向（枝管１１０から気筒５内へ向かう方向）を示すものとする。
【００３６】
枝管１１０の床面には、吸気の流れ方向に延在する略長方形の窪み１１０ａが設けられている。なお、窪み１１０ａの幅（吸気の流れ方向と直行する方向の寸法）は、図３に示すように、枝管１１０の床面１１０ｂの幅ｗ１と同等に設定されている。
【００３７】
前記した窪み１１０ａには、２枚の板状部材２４０，２４１が吸気の流れ方向に沿って直列に配置されている。その際、板状部材２４０，２４１の厚さは、前記窪み１１０ａの深さと同等に設定され、枝管１１０の内壁面と板状部材２４０，２４１の表面とが略面一で連続するようになっている。板状部材２４０，２４１の幅は、窪み１１０ａの幅と同等に設定されている。２枚の板状部材２４０，２４１の長さ（吸気の流れ方向の寸法）は、それら板状部材２４０，２４１の合計が窪み１１０ａの長さと略同等に設定されている。ただし、２枚の板状部材２４０，２４１のうち、吸気の流れ方向における下流側に位置する板状部材（第１部材）２４０の長さは、上流側に位置する板状部材（第２部材）２４１より長く設定されている。
【００３８】
前記した第１部材２４０の下流側端部は窪み１１０ａの下流側端部と第１支持部材２４２を介して連結され、それにより第１部材２４０の下流側端部の位置決めがなされている。第１支持部材２４２は、第１部材２４０の下流側端部を支点（支軸）として該第１部材２４０を回動自在に支持する部材である。
【００３９】
前記した第２部材２４１の上流側端部は、第２支持部材２４３によって支持されている。第２支持部材２４３は、第２部材２４１の上流側端部を支点（支軸）として該第２部材２４１を回動自在に支持するとともに、第２部材２４１の上流側端部を吸気の流れ方向へスライド自在に支持する部材である。
【００４０】
前記第１部材２４０の上流側端部と前記第２部材２４１の下流側端部とは、連結部材２４４を介して連結されている。連結部材２４４は、該連結部材２４４を支点（支軸）として第１部材２４０と第２部材２４１とを相対回動自在に連結する部材である。言い換えられると、第１部材２４０と第２部材２４１とは連結部材２４４を介してリンク機構を構成している。
【００４１】
また、枝管１１０には、前記した第２支持部材２４３を吸気の流れ方向へスライドさせるアクチュエータ（駆動部）２４５を備えている。アクチュエータ２４５は、ＥＣＵ２０によって電気的に制御されるようになっている。
【００４２】
以下、吸気量調整装置２４の動作について図４に基づいて説明する。アクチュエータ２４５が前記第２支持部材２４３を吸気の流れ方向（図４中の矢印βが示す方向）へスライドさせると、前記した連結部材２４４が第２支持部材２４３と同方向へ変位しつつ床面１１０ｂから離間する。すなわち、連結部材２４４は、斜め上方（図４中の矢印γが示す方向）へ持ち上げられることになる。その結果、第１部材２４０と第２部材２４１は、図２に示したような略平面状に連なった状態から略への字型に屈曲した状態となる。
【００４３】
このように吸気量調整装置２４が動作すると、枝管１１０内の通路断面積が縮小するため、枝管１１０から吸気ポート１１及び気筒５内へ流れる吸気量が減少する。なお、枝管１１０内の通路断面積は、第２部材２４１の上流側端部から下流側端部にかけて連続的に縮小し、次いで第１部材２４０の上流側端部から下流側端部にかけて連続的に拡大している。そのため、第２部材２４１の上流側端部より上流から流れてきた吸気は、枝管１１０の床面１１０ｂから第２部材２４１の表面に沿って連続的に流れ、次いで第２部材２４１の表面から第１部材２４０の表面に沿って連続的に流れ、さらに第１部材２４０の表面から枝管１１０の床面１１０ｂに沿って連続的に流れる。このように吸気が各表面から剥離せずに滑らかに流れると、内燃機関１のポンプ損失の増加を少なく抑えつつ吸気量を減少
させることができる。
【００４４】
また、吸気バルブの閉弁タイミングを遅角させることにより気筒内のガスを吸気通路へ逆流させる場合は、逆流ガスが上記した経路を滑らかに逆流するため、逆流量が過少になる事態を回避することも可能となる。さらに、第１部材２４０の長さが第２部材２４１より長いため、図５に示すように、吸気の流れ方向に対する第１部材２４０の傾斜角度θ１は、吸気の流れ方向に対する第２部材２４１の傾斜角度θ２より小さくなる。その結果、順流方向（図５中の矢印αが示す方向）における実流路径は、逆流方向（図５中の矢印αが示す方向と逆方向）における実流路径より小さくなる。言い換えれば、逆流方向における実流路径が順流方向における実流路径より大きくなる。その結果、気筒５内から枝管１１０へ逆流するガス量の低下を少なく抑えつつ、枝管１１０から気筒５内へ流れる吸気量を減少させることが可能となる。
【００４５】
したがって、本実施例の吸気量調整装置２４によれば、内燃機関１のポンプ損失の増加や高膨張比制御実行時の逆流量の低下を少なく抑えつつ、気筒５内へ導入される吸気量を減少させることができる。
【００４６】
なお、本実施例では、吸気量調整装置２４が枝管１１０の床面１１０ｂに配置される例について述べたが、枝管１１０の天井面あるいは側面に配置されてもよい。また、本実施例では、吸気量調整装置２４が枝管１１０内に配置される例について述べたが、吸気ポート１１内に配置されてもよい。
【００４７】
次に、上記した吸気量調整装置２４を備えた内燃機関においては、ＥＣＵ２０が図６に示すような制御ルーチンを実行することにより、本発明に係わる吸気量調整システムを成立させることも可能である。図６は、気筒５間における吸気量のばらつきを解消する際にＥＣＵ２０が実行する制御ルーチンを示すフローチャートである。この制御ルーチンは、予めＥＣＵ２０のＲＯＭに記憶されているルーチンであり、ＥＣＵ２０によって周期的に実行される。
【００４８】
図６の制御ルーチンでは、ＥＣＵ２０は、先ずＳ１０１において気筒５間における吸気量差を検出するための処理（吸気量差検出処理）を実行する。具体的には、ＥＣＵ２０は、同一の運転条件下（機関回転数及び機関負荷が同等となる運転状態）において、複数サイクルの平均筒内圧を演算する。その際、ＥＣＵ２０は、点火プラグ１８が作動した直後に筒内圧センサ２３が検出した値（燃焼圧）を用いて平均筒内圧を演算する。続いて、ＥＣＵ２０は、４つの気筒５の平均筒内圧の相対差を演算する。そして、相対差が予め定められた許容値を超えている場合は、気筒５間において吸気量差が発生していると判定（検出）する。なお、ＥＣＵ２０がＳ１０１の処理を実行することにより、本発明に係わる検出部が実現される。
【００４９】
Ｓ１０２では、ＥＣＵ２０は、前記Ｓ１０１において気筒５内の吸気量差が検出されたか否かを判別する。Ｓ１０２において否定判定された場合は、ＥＣＵ２０は、本ルーチンの実行を終了する。一方、Ｓ１０２において肯定判定された場合は、ＥＣＵ２０は、Ｓ１０３へ進む。
【００５０】
Ｓ１０３では、ＥＣＵ２０は、吸気量調整処理を実行する。具体的には、ＥＣＵ２０は、吸気量が相対的に多い気筒５（平均筒内圧が相対的に高い気筒５）の吸気量を減少させるべく、各気筒５の吸気量調整装置２４を制御する。すなわち、吸気量が相対的に多い気筒５の吸気量調整装置２４について、第２支持部材２４３を順流方向へスライドさせるべくアクチュエータ２４５を制御する。その際のスライド量（窪み１１０ａの上流側端部を起点としたスライド量）は、対象気筒５の平均筒内圧と最少気筒（平均筒内圧が最も低い
気筒）の平均筒内圧との差ΔＣＰをパラメータとして決定される。なお、スライド量と前記差ΔＣＰとの関係は、予め実験などを利用した適合処理によって求めておくことが好ましい。このような方法により吸気量調整処理が実行されると、４つの気筒５の吸気量を最少気筒の吸気量に揃えることができる。なお、ＥＣＵ２０がＳ１０３の処理を実行することにより、本発明に係わる制御部が実現される。
【００５１】
このようにＥＣＵ２０が図６の制御ルーチンを実行することにより、内燃機関１のポンプ損失の増加及び高膨張比制御実行時の逆流量の低下を少なく抑えつつ、吸気量の気筒間差を解消することができる。
【符号の説明】
【００５２】
１     内燃機関
２     シリンダブロック
３     シリンダヘッド
４     クランクケース
５     気筒
６     ピストン
７     クランクシャフト
８     コネクティングロッド
１１   吸気ポート
１２   排気ポート
１３   吸気バルブ
１５   インテークカムシャフト
１７   可変動弁機構
１８   点火プラグ
１９   燃料噴射弁
２０   ＥＣＵ
２１   クランクポジションセンサ
２２   アクセルポジションセンサ
２３   筒内圧センサ
２４   吸気量調整装置
１１０ 枝管
１１０ｂ      床面
２４０ 第１部材
２４１ 第２部材
２４２ 第１支持部材
２４３ 第２支持部材
２４４ 連結部材
２４５ アクチュエータ
【図１】
2012002214.tif 000003
【図２】
2012002214.tif 000004
【図３】
2012002214.tif 000005
【図４】
2012002214.tif 000006
【図５】
2012002214.tif 000007
【図６】
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