(57)【要約】      （修正有）【課題】内部ＥＧＲと呼ばれる現象に起因する気筒内の温度の上昇を抑制し、さらにノッキングの発生を抑制する。【解決手段】複数の気筒を有するとともに、各気筒において吸気弁及び排気弁を同時に開弁するバルブオーバーラップ期間が存在する内燃機関たるエンジンにおいて、一の気筒の吸気ポートと他の気筒の排気ポートとを連結する排気ガス還流通路、前記排気ガス再循環通路上に設けられそれぞれ任意に開閉制御可能な２つの排気ガス還流制御バルブ、及び前記排気ガス還流通路中の前記２つの排気ガス還流制御バルブの間の部位に設けられた容積部を備えた排気ガス再循環装置と、吸気行程にある前記一の気筒の吸気ポートから負圧を容積部に蓄圧し、排気行程かつバルブオーバーラップ期間より前の期間に前記容積部に蓄圧された負圧を前記他の気筒の排気ポートに開放すべく前記排気ガス再循環装置の２つの排気ガス還流制御バルブの制御を行う。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の気筒を有するとともに、各気筒において吸気弁及び排気弁を同時に開弁するバルブオーバーラップ期間が存在する内燃機関において、
一の気筒の吸気ポートと他の気筒の排気ポートとを連結する排気ガス還流通路、前記排気ガス再循環通路上に設けられそれぞれ任意に開閉制御可能な２つの排気ガス還流制御バルブ、及び前記排気ガス還流通路中の前記２つの排気ガス還流制御バルブの間の部位に設けられた容積部を備えた排気ガス再循環装置と、
吸気行程にある前記一の気筒の吸気ポートから負圧を容積部に蓄圧し、排気行程かつバルブオーバーラップ期間より前の期間に前記容積部に蓄圧された負圧を前記他の気筒の排気ポートに開放すべく前記排気ガス再循環装置の２つの排気ガス還流制御バルブの制御を行う制御装置と
を有することを特徴とする内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の気筒を有するとともに、各気筒において吸気弁及び排気弁を同時に開弁するバルブオーバーラップ期間が存在する内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、複数の気筒を有するとともに、各気筒において吸気弁及び排気弁を同時に開弁するバルブオーバーラップ期間が存在する内燃機関は広く採用されてきている（例えば、特許文献１を参照）。このような内燃機関において、前記バルブオーバーラップ期間では、排気ガス内の圧力が吸気ポート内の圧力より高くなることが多い。このとき、気筒内に残留している排気ガスが吸気ポート側に逆流する内部ＥＧＲと呼ばれる現象が発生する。
【０００３】
しかして、上述したような内部ＥＧＲと呼ばれる現象が発生すると、吸気ポート側に逆流した排気ガスは吸気行程において再び気筒内に流入する。この排気ガスの温度は新気より高いので、新気のみを気筒内に導入させた場合と比較して気筒内の温度が高くなり、ノッキングが発生しやすくなるという問題が存在する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−２２６３１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は以上の点に着目し、内部ＥＧＲと呼ばれる現象に起因する気筒内の温度の上昇を抑制することにより、ノッキングの発生を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
すなわち本発明の内燃機関は、複数の気筒を有するとともに、各気筒において吸気弁及び排気弁を同時に開弁するバルブオーバーラップ期間が存在する内燃機関において、一の気筒の吸気ポートと他の気筒の排気ポートとを連結する排気ガス還流通路、前記排気ガス再循環通路上に設けられそれぞれ任意に開閉制御可能な２つの排気ガス還流制御バルブ、及び前記排気ガス還流通路中の前記２つの排気ガス還流制御バルブの間の部位に設けられた容積部を備えた排気ガス再循環装置と、吸気行程にある前記一の気筒の吸気ポートから負圧を容積部に蓄圧し、排気行程かつバルブオーバーラップ期間より前の期間に前記容積部に蓄圧された負圧を前記他の気筒の排気ポートに開放すべく前記排気ガス再循環装置の２つの排気ガス還流制御バルブの制御を行う制御装置とを有することを特徴とする。
【０００７】
このようなものであれば、バルブオーバーラップ期間より前の期間に、前記容積部に蓄圧された負圧が排気ポートに開放されることにより、バルブオーバーラップ期間における排気ポートの圧力が低くなり、内部ＥＧＲの発生を抑制することができる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、内部ＥＧＲの発生を抑制することができるので、内部ＥＧＲに起因する気筒内の温度の上昇もまた抑制することができる。従って、気筒内の温度の上昇によるノッキングの発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施形態の構成を示す概略平面図。
【図２】同実施形態に係る内燃機関の１気筒の概略構成を示す構成説明図。
【図３】同実施形態に係る制御装置が行う制御の手順を示すフローチャート。
【図４】同実施形態に係る作用説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の一実施形態について、図１〜図４を参照しつつ以下に述べる。
【００１１】
本実施形態の内燃機関たるエンジン１００は、例えば自動車に搭載されるものである。また、このエンジン１００は、複数の気筒、より具体的には３気筒、すなわち第１〜第３の気筒２ａ〜２ｃを有する自然吸気式のものであり、図１に全体の構成、図２に第１の気筒２ａの構成をそれぞれ概略的に示すようなものである。
【００１２】
このエンジン１００は、吸気系１、第１〜第３の気筒２ａ〜２ｃ及び排気系５を備えている自然吸気エンジンである。以下の記載及び図面において、第１〜第３の気筒２ａ〜２ｃを区別せず総称して示す場合は、「気筒２」と称する。
【００１３】
吸気系１には、図１及び図２に示すように、図示しないアクセルペダルに応じて開閉するスロットル弁１１が設けてあり、そのスロットル弁１１の下流には、サージタンク１３を一体に有する吸気マニホルド１２が取り付けてある。
【００１４】
気筒２の上部に形成される燃焼室２３の天井部には、図２に示すように、点火プラグ９が取り付けてある。吸気マニホルド１２の吸気ポート側端部には、燃料噴射弁３が取り付けてある。これら点火プラグ８及び燃料噴射弁３は、後述する制御装置４により制御される。吸入空気は、前記吸気マニホールド１２から吸気弁２１を介して気筒２内に吸入される。前記吸気弁２１は、吸気カムシャフト２６の回転動作に連動して開閉動作を行う。
【００１５】
また、排気系５には、図２に示すように、燃焼室２３から排気弁２４を介して排出された排気ガス中の酸素濃度を測定するためのＯ2センサ５１が、図示しないマフラに至るまでの管路に配設された三元触媒５２の上流の位置に取り付けられている。前記排気弁２４は、排気カムシャフト２７の回転動作に連動して開閉動作を行う。また、前記三元触媒５２は、所定温度以上で活性化し、炭化水素及び一酸化炭素の酸化と、窒素酸化物の還元とを同時に行う、車両用の内燃機関に搭載されるものとして周知のものである。
【００１６】
さらに、このエンジン１００は、図２に示すように、吸気弁２１の開閉タイミングを変更するための機構である可変動弁機構６を備えている。この可変動弁機構６は、吸気弁２１を駆動するための前記吸気カムシャフト２６の変位角（位相角）を、アクチュエータ６１によって連続的に変更可能に構成しているとともに、前記吸気カムシャフト２６のリフト量を変更可能である。このアクチュエータ６１は、後述する制御装置４により制御される。
【００１７】
加えて、このエンジン１００は、図１に示すように、第１〜第３の排気ガス再循環装置（以下、第１〜第３のＥＧＲ装置７１〜７３と称する）を備えている。第１のＥＧＲ装置７１は、図１に示すように、第３の気筒２ｃの２つの吸気ポート２ｃ１のうち一方と、第１の気筒２ａの排気ポート２ａ２のうち一方とを連結する第１の排気ガス還流通路（以下、第１のＥＧＲ通路７１１と称する）と、前記第１のＥＧＲ通路７１１上に設けられそれぞれ任意に開閉制御可能な第１及び第２の排気ガス還流制御バルブ（以下、第１及び第２のＥＧＲバルブ７１２、７１３と称する）と、前記第１のＥＧＲ通路７１１中の前記第１及び第２のＥＧＲバルブ７１２、７１３の間の部位に設けられた第１の容積部７１４とを備えている。ここで、第１のＥＧＲ通路７１１、第３の気筒２ｃの２つの吸気ポート２ｃ１のうち一方、及び第１の気筒２ａの２つの排気ポート２ａ１のうち一方からそれぞれ分岐させて設けている。また、前記第１のＥＧＲバルブ７１２は、前記第１の容積部７１４より下流側すなわち第３の気筒２ｃ側に設けている。一方、前記第２のＥＧＲバルブ７１３は、前記第１の容積部７１４より上流側すなわち第１の気筒２ａ側に設けている。また、第１の容積部７１４は、第１のＥＧＲ通路７１１の他の部位よりも大径である。第２のＥＧＲ装置７２は、図１に示すように、第１の気筒２ａの２つの吸気ポート２ａ１のうち一方と、第２の気筒２ｂの排気ポート２ｂ２のうち一方とを連結する第２の排気ガス還流通路（以下、第２のＥＧＲ通路７２１と称する）と、前記第２のＥＧＲ通路７２１上に設けられそれぞれ任意に開閉制御可能な第３及び第４の排気ガス還流制御バルブ（以下、第３及び第４のＥＧＲバルブ７２２、７２３と称する）と、前記第２のＥＧＲ通路７２１中の前記第３及び第４のＥＧＲバルブ７２２、７２３の間の部位に設けられた第２の容積部７２４とを備えている。ここで、第２のＥＧＲ通路７２１は、第１の気筒２ａの２つの吸気ポート２ａ１のうち一方、及び第２の気筒２ｂの２つの排気ポート２ｂ１のうち一方からそれぞれ分岐させて設けている。また、前記第３のＥＧＲバルブ７２２は、前記第２の容積部７２４より下流側すなわち第１の気筒２ａ側に設けている。一方、前記第４のＥＧＲバルブ７２３は、前記第２の容積部７２４より上流側すなわち第２の気筒２ｂ側に設けている。また、第２の容積部７２４は、第２のＥＧＲ通路７２１の他の部位よりも大径である。第３のＥＧＲ装置７３は、図１に示すように、第２の気筒２ｂの２つの吸気ポート２ｂ１のうち一方と、第３の気筒２ｃの排気ポート２ｃ２のうち一方とを連結する第３の排気ガス還流通路（以下、第３のＥＧＲ通路７３１と称する）と、前記第３のＥＧＲ通路７３１上に設けられそれぞれ任意に開閉制御可能な第５及び第６の排気ガス還流制御バルブ（以下、第５及び第６のＥＧＲバルブ７３２、７３３と称する）と、前記第３のＥＧＲ通路７３１中の前記第５及び第６のＥＧＲバルブ７３２、７３３の間の部位に設けられた第３の容積部７３４とを備えている。ここで、第３のＥＧＲ通路７３１は、第２の気筒２ｂの２つの吸気ポート２ｂ１のうち一方、及び第３の気筒２ｃの２つの排気ポート２ｃ１のうち一方からそれぞれ分岐させて設けている。また、前記第５のＥＧＲバルブ７３２は、前記第３の容積部７３４より下流側すなわち第２の気筒２ｂ側に設けている。一方、前記第６のＥＧＲバルブ７３３は、前記第３の容積部７３４より上流側すなわち第３の気筒２ｃ側に設けている。また、第３の容積部７３４は、第３のＥＧＲ通路７３１の他の部位よりも大径である。ここで、第１〜第６のＥＧＲバルブ７１１、７１２、７２１、７２２、７３１、７３２は、後述する制御装置４により制御される。
【００１８】
制御装置４は、中央演算処理装置４１と、記憶装置４２と、入力インターフェース４３と、出力インターフェース４４とを具備してなるマイクロコンピュータシステムを主体に構成されている。中央演算処理装置４１は、記憶装置４２に格納された後述のプログラムを実行して、エンジン１００の運転制御を行うものである。そしてエンジン１００の運転制御を行うために必要な情報が入力インターフェース４３を介して中央演算処理装置４１に入力されるとともに、中央演算処理装置４１は出力インターフェース４４を介して制御のための信号を燃料噴射弁３、点火プラグ８、可変動弁機構９等に出力する。具体的には、入力インターフェース４３には、吸気マニホールド１２に流入する空気流量Ｆを検出するためのエアフローメータ８１から出力させる空気流量信号ａ、エンジン回転数Ｎｅ及び各気筒のクランク位置をそれぞれ検出するためのカムポジションセンサ８２から出力される気筒判別信号ｂ、クランク角度基準位置信号ｃ及びエンジン回転数信号ｄ、エンジン１００の冷却水温を検出するための水温センサ８３から出力される水温信号ｅ、上記したＯ2センサ５１から出力される電圧信号ｆ、スロットルバルブ１１の開度すなわちスロットル開度θを検出するためのスロットル開度センサ８４から出力される開度信号ｇなどが入力される。一方、出力インターフェース４４からは、スパークプラグ８に対して点火信号ｍ、燃料噴射弁３に対して燃料噴射信号ｎ、可変動弁機構６のアクチュエータ６１に対して開閉タイミング信号ｏ、第１〜第３のＥＧＲ装置の第１〜第６のＥＧＲバルブ７１１、７１２、７２１、７２２、７３１、７３２に対して開閉信号ｐ等が出力されるようになっている。
【００１９】
すなわち、制御装置４は、エンジン１００の運転制御に必要な各種情報ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇを入力インタフェース４３を介して取得し、それらに基づいて吸気量や要求燃料噴射量、点火時期等を演算する。そして、演算結果に対応した各種制御信号ｍ、ｎ、ｏ、ｐを出力インタフェース４４を介して印加する。
【００２０】
ここで、制御装置４の記憶装置４２には、中央演算処理装置４１が実行することにより、第１のＥＧＲ装置７１に対して、吸気行程にある前記第３の気筒２ｃの吸気ポート２ｃ１から負圧を第１の容積部７１４に蓄圧し、排気行程かつバルブオーバーラップ期間より前の期間に前記第１の容積部７１４に蓄圧された負圧を前記第１の気筒２ａの排気ポート２ａ２に開放すべく前記第１及び第２のＥＧＲバルブ７１２、７１３の制御を行う第１のＥＧＲ制御プログラムが内蔵されている。この第１のＥＧＲ制御プログラムによる制御の手順についてフローチャートである図３及び作用説明図である図４を参照しつつ以下に述べる。
【００２１】
まず、第３の気筒２ｃが吸気行程に移行したか否かを判定する（Ｓ１）。第３の気筒２ｃが吸気行程に移行している際には、次いで、減速運転状態にあるか否かを判定する（Ｓ２）。この判定は、開度信号ｇが示すスロットルバルブ１１の開度θに基づき行う。すなわち、前記スロットルバルブ１１の開度θが一定速度以上で減少した場合、または前記スロットルバルブ１１の開度θが０である場合に減速運転状態と判定する。減速運転状態にない場合には、第３の気筒２ｃの吸気ポート２ｃ１から負圧を第１の容積部７１４に蓄圧すべく、第１のバルブ７１２を第１の所定期間Ｔ1だけ開弁し（Ｓ３）、再び閉弁する（Ｓ４）。ここで、前記第１の所定期間Ｔ1とは、第３の気筒２ｃの吸気行程の開始時刻すなわち第３の気筒２ｃのピストン２８が吸気側上死点に達する時刻から、第１の気筒２ａの排気行程の開始時刻すなわち第１の気筒２ａのピストン２８が排気側下死点に達する時刻までの期間である。次いで、第１の気筒２ａにおける排気行程のバルブオーバーラップ期間より前の第２の所定期間が開始した際に（Ｓ５）、前記第１の容積部７１４に蓄圧された負圧を前記第１の気筒２ａの排気ポート２ａ２に開放すべく、第２のバルブ７１３をこの第２の所定期間Ｔ2中だけ開弁し（Ｓ６）、再び閉弁する（Ｓ７）。ここで、前記第２の所定期間Ｔ2とは、第１の気筒２ａにおける排気行程のバルブオーバーラップ期間の開始時刻から予め設定した所定クランク角の間の期間である。一方、第３の気筒２ｃが吸気行程に移行していない場合、及び内燃機関が減速運転状態にある場合には、このＥＧＲ制御プログラムの以降の処理は実行せず、第１及び第２のバルブ７１２、７１３は閉弁したままとする。
【００２２】
上述した制御において、図４に示すように、第２のバルブ７２１を開弁している期間中すなわち第２の所定期間Ｔ2中は、前記第１の容積部７１４に蓄圧された負圧が前記第１の気筒２ａの排気ポート２ａ２に開放されると同時に、前記第１の気筒２ａの排気ポート２ａ２から排気ガスが前記第１の容積部７１４内に導入される。そして、第３の気筒２ｃが再び吸気行程にある状態となった際すなわち第１の所定期間Ｔ1が再び開始した際には、第３の気筒２ｃの吸気ポート２ｃ１から負圧を容積部７１４に蓄圧すると同時に、容積部７１４内に導入されていた排気ガスが第３の気筒２ｃの吸気ポート２ｃ１に還流する。
【００２３】
さらに、制御装置４の記憶装置４２には、中央演算処理装置４１が実行することにより、第２のＥＧＲ装置７２に対して、吸気行程にある前記第１の気筒２ａの吸気ポート２ａ１から負圧を第２の容積部７２４に蓄圧し、排気行程かつバルブオーバーラップ期間より前の期間に前記第２の容積部７２４に蓄圧された負圧を前記第２の気筒２ｂの排気ポート２ｂ２に開放すべく前記第３及び第４のＥＧＲバルブ７２２、７２３の制御を行う第２のＥＧＲ制御プログラム、及び、第３のＥＧＲ装置７３に対して、吸気行程にある前記第２の気筒２ｂの吸気ポート２ｂ１から負圧を第３の容積部７３４に蓄圧し、排気行程かつバルブオーバーラップ期間より前の期間に前記第３の容積部７３４に蓄圧された負圧を前記第３の気筒２ｃの排気ポート２ｃ２に開放すべく前記第５及び第６のＥＧＲバルブ７３２、７３３の制御を行う第３のＥＧＲ制御プログラムも内蔵されている。これら第２及び第３のＥＧＲ制御プログラムによる制御、及びその制御に係る作用は、前述した第１のＥＧＲ制御プログラムによるものと同様であるので、説明は省略する。
【００２４】
以上に述べたように、本実施形態によれば、制御装置４により、第１のＥＧＲ装置７１に対して、吸気行程にある第３の気筒２ｃの吸気ポート２ｃ１から負圧を容積部７１４に蓄圧し、排気行程かつバルブオーバーラップ期間より前の期間に前記容積部７１４に蓄圧された負圧を第１の気筒２ａの排気ポート２ａ２に開放すべく、第１のＥＧＲ装置７１に備えた第１及び第２の排気ガス還流制御バルブ７１２、７１３の制御を行うので、第１の気筒２ａのバルブオーバーラップ期間における排気ポート２ａ２の圧力が低くなり、第１の気筒２ａにおける内部ＥＧＲの発生を抑制することができる。従って、内部ＥＧＲに起因する第１の気筒２ａ内の温度の上昇を抑制することにより、第１の気筒内の温度の上昇によるノッキングの発生を抑制することができる。
【００２５】
さらに本実施形態では、制御装置４により、第２及び第３のＥＧＲ装置７２、７３に対しても同様の制御を行っているので、第２及び第３の気筒２ｂ、２ｃにおける内部ＥＧＲの発生も抑制することができる。従って、内部ＥＧＲに起因する第２及び第３の気筒２ｂ、２ｃ内の温度の上昇も抑制でき、第１の気筒２ｂ、２ｃ内の温度の上昇によるノッキングの発生も抑制することができる。
【００２６】
加えて、燃費が最高となる点火タイミングで点火を行った場合、従来の構成ではノッキングが発生しやすくなるので、従来は燃費が最高となる点火タイミングより遅角させた点火タイミングで点火することを余儀なくされているところ、本実施形態の構成によれば上述したようにノッキングの発生が抑制されるので、燃費が最高となる点火タイミングで点火を行うことができ、従って燃費の向上も図ることができる。
【００２７】
そして、各気筒２ａ〜２ｃの吸気行程が開始するタイミングごとに第１〜第３のＥＧＲ装置７１〜７３それぞれによる外部ＥＧＲ制御の実施の有無を判定するので、減速時における気筒内の失火を抑制することもできる。
【００２８】
なお、本発明は、以上に述べた実施形態に限らない。
【００２９】
例えば、上述した実施形態では、３気筒を有する自然吸気式の内燃機関に対して本発明を適用しているが、２気筒又は４気筒以上を有する内燃機関に本発明を適用してもよく、また、ターボチャージャー等の過給器を有する内燃機関に本発明を適用してもよい。
【００３０】
また、上述した実施形態では、全ての気筒の吸気ポートをそれぞれ他の気筒の排気ポートに接続している、換言すれば気筒数と同数のＥＧＲ装置を設けているが、１以上で気筒数より少ない数のＥＧＲ装置を設けた場合であっても、吸気ポートに排気ガスの還流を受ける気筒については上述した本発明の効果を得ることができる。さらに、上述した実施形態では、排気ガス還流通路、第１のＥＧＲ装置７１では第１のＥＧＲ通路７１１が、一の気筒、第１のＥＧＲ装置７１では第３の気筒２ｃの２つの吸気ポート２ｃ１のうち一方と、他の気筒、第１のＥＧＲ装置７１では第１の気筒２ａの２つの吸気ポート２ａ１のうち一方とを連通するものであるが、第３の気筒２ｃの他方の吸気ポート２ｃ１と第１の気筒２ａの他方の吸気ポート２ａ１とを連通するＥＧＲ通路を別途設けてもよい。一方、上述した実施形態では、一の気筒の２つの吸気ポートのうち一方、及び他の気筒の２つの排気ポートのうち一方からそれぞれ分岐させて排気ガス還流通路を設けているが、一の気筒の２つの吸気ポートのうち一方に、他の気筒の２つの排気ポートのうち一方からの排気ガスの全量が還流され、一の気筒への新気の供給は他の吸気ポートのみから行うようにしてもよい。
【００３１】
加えて、排気ガス再循環装置の排気ガス還流通路及び容積部の一部又は全部を空気流等により冷却する、あるいは排気ガス還流通路中に排気ガスクーラ（ＥＧＲクーラ）を設ける等の方法により、気筒内に還流される排気ガスの温度を低下させる構成を採用すると、さらに効果的に内部ＥＧＲに起因するノッキングの発生を抑制できる。
【００３２】
その他、本発明の趣旨を損ねない範囲で種々に変形してよい。
【符号の説明】
【００３３】
１００…エンジン（内燃機関）
２ａ、２ｂ、２ｃ…第１〜第３の気筒
２ａ１、２ｂ１、２ｃ１…吸気ポート
２ａ２、２ｂ２、２ｃ２…排気ポート
２１…吸気弁
２４…排気弁
４…制御装置
７１、７２、７３…第１〜第３のＥＧＲ装置（排気ガス再循環装置）
７１１、７２１、７３１…第１〜第３のＥＧＲ通路（排気ガス還流通路）
７１２、７１３、７２２、７２３、７３２、７３３…第１〜第６のＥＧＲバルブ（排気ガス還流制御バルブ）
７１４、７２４、７３４…第１〜第３の容積部（容積部）
【図１】
2013155653.tif 000003
【図２】
2013155653.tif 000004
【図３】
2013155653.tif 000005
【図４】
2013155653.tif 000006