(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
低回転域の少なくとも低負荷時に、空燃比を理論空燃比よりも大きい状態として燃焼を行わせるべく、燃料供給量は理論空燃比として運転する場合に必要とされる量と略同一の量に設定する一方、吸気充填量は理論空燃比として運転する場合に必要とされる量よりも多くなるようにしたエンジンの吸気装置であって、
スロットル弁をアクセルペダルに機械的に連結し、かつ、スロットル開度がアクセル開度に対し、両者が比例関係にある場合と比べてアクセルの中間開度域で大きくなるような非線形的関係となるように、スロットル弁をアクセルペダルに連動させるとともに、
上記スロットル弁より下流で吸気充填量を調節可能とする充填量可変手段と、
少なくともアクセルの中間開度域であって、空燃比を理論空燃比若しくはそれ以下の状態として燃焼を行わせる運転域において吸気充填量を抑えるべく上記充填量可変手段を制御する制御手段とを設けたことを特徴とするエンジンの吸気装置。
【請求項２】
上記充填量可変手段は、全閉時に吸気の流動を制御して気筒内に渦流を生成する吸気流動制御弁からなり、上記制御手段は、空燃比を理論空燃比よりも大きい状態として燃焼を行わせる運転域および空燃比を理論空燃比若しくはそれ以下の状態として燃焼を行わせる運転域の少なくも中低負荷側で上記吸気流動制御弁を全閉するように構成されていることを特徴とする請求項１記載のエンジンの吸気装置。
【請求項３】
高回転域で空燃比を理論空燃比若しくはそれ以下の状態として燃焼を行わせるものであって、上記制御手段は、高回転域の高負荷側において、エンジン回転数及び負荷の上昇に伴い上記吸気流動制御弁を徐々に開弁するように構成されていることを特徴とする請求項２記載のエンジンの吸気装置。
【請求項４】
上記制御手段は、高回転域の高負荷側において、スロットル弁の開弁に連動して上記吸気流動制御弁を徐々に開弁するように構成されていることを特徴とする請求項２記載のエンジンの吸気装置。
【請求項５】
上記吸気流動制御弁は、全閉時に吸気流動制御のための開口部を形成する欠切をその周辺部に有し、下流側が２つの通路に分岐するコモン部を有した吸気通路において、該コモン部よりも上流側に配置されるものであって、上記制御手段は、低回転域の高負荷側では上記吸気流動制御弁を開弁するように構成されていることを特徴とする請求項３又は４記載のエンジンの吸気装置。
【請求項６】
上記吸気流動制御弁の全閉状態において、上記開口部の大きさが吸気流動制御弁の配設部分における吸気通路面積の３０％以下となるように、上記切欠を形成したことを特徴とする請求項５記載のエンジンの吸気装置。
【請求項７】
上記吸気流動制御弁は、互いに独立して燃焼室に至る２つの通路を有する吸気通路において、一方側の通路に配置されるものであって、上記制御手段は、低回転域の高負荷側では上記吸気流動制御弁を開弁するように構成されていることを特徴とする請求項３又は４記載のエンジンの吸気装置。
【請求項８】
アクセルの中間開度域よりも小さい開度域で、スロットル弁の開度が上記比例関係に対して最も大きくなるようにスロットル弁の開度が設定されていることを特徴とする請求項１記載のエンジンの吸気装置。
【請求項９】
上記充填量可変手段は、上記吸気の固有振動数を切替可能に構成され、上記制御手段は、空燃比を理論空燃比よりも大きい状態として燃焼を行わせる運転域で吸気の固有振動数がエンジン回転数に同調し、空燃比を理論空燃比若しくはそれ以下の状態として燃焼を行わせる運転域の少なくとも中低負荷側で吸気の固有振動数がエンジン回転数に非同調するように上記充填量可変手段を制御することを特徴とする請求項１記載のエンジンの吸気装置。
【請求項１０】
上記制御手段は、高回転域の高負荷側では、吸気の固有振動数がエンジン回転数に同調するように上記充填量可変手段を制御することを特徴とする請求項９記載のエンジンの吸気装置。
【請求項１１】
上記充填量可変手段は、吸排気のオーバーラップを可変とする動弁可変手段からなり、上記制御手段は、空燃比を理論空燃比よりも大きい状態として燃焼を行わせる運転域では吸排気のオーバーラップを小さくする一方、空燃比を理論空燃比若しくはそれ以下の状態として燃焼を行わせる運転域では吸排気のオーバーラップを大きくすべく上記動弁可変手段を制御することを特徴とする請求項１記載のエンジンの吸気装置。
【請求項１２】
上記動弁可変手段は、カムの位相を変更することにより吸気弁開閉時期を可変とするものであって、上記制御手段は、空燃比を理論空燃比若しくはそれ以下の状態として燃焼を行わせる運転域では、ピストンが下死点もしくはその近傍にあるときに吸気弁を閉じるべく上記動弁可変手段を制御することを特徴とする請求項１１記載のエンジンの吸気装置。
【請求項１３】
エンジン総排気量に対するスロットル弁のボア総面積の比が１．６×１０-3以上となるように上記ボア総面積を設定したことを特徴とする請求項１記載のエンジンの吸気装置。
【請求項１４】
アクセル開度の低開度域において、アクセル開度に対するスロットル弁の開度が上記比例関係に設定されていることを特徴とする請求項１記載のエンジンの吸気装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、特定の運転領域において空燃比が理論空燃比よりも大きい状態で燃焼を行わせるようにした、いわゆる希薄燃焼（リーンバーン）エンジンに適用されるエンジンの吸気装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、自動車のエンジンにおいては、例えば、低回転・低負荷の運転域での空燃比を理論空燃比よりも大きい状態（リーンな状態）として燃焼を行わせ（リーン燃焼）、これにより燃焼性の改善を図るようにしたいわゆる希薄燃焼（リーンバーン）エンジンが一般に知られている。
【０００３】
この種のエンジンでは、通常、アクセルペダルの踏み込み量（アクセル開度）にスロットル弁開度、つまり吸気充填量を比例させつつ空燃比が理論空燃比となるようにして燃焼を行わせながら、上記のような特定の運転域でのみ上記比例関係に比してスロットル弁を開くようにして吸気充填量を増大させ、これによりリーン燃焼を行わせるようにしている。そのため、上記特定の運転域ではスロットル弁開度をアクセル開度から独立して調節する必要があり、一般には電気式のスロットル弁を用いることによってスロットル弁単独での開度調節を行い得るようにしている。
【０００４】
ところで、自動車のエンジンでは、アクセルペダル（以下、単にアクセルという）とスロットル弁を機械的に連結してスロットル弁の開閉をアクセル操作に完全に連動させるいわゆる完全連動型のスロットル弁を採用するエンジンも多く、この種のエンジンにおいても、リーン燃焼を行わせて燃費性の改善を図りたいという要求がある。
【０００５】
アクセル完全連動型のスロットル弁を採用するエンジンにおいてリーン燃焼を行わせる方法としては、アクセル開度と吸気充填量とが完全な比例関係となるようにした上で、吸気充填量に対して燃料供給量を少なくする方法か、逆に、燃料の供給量を確保した上で吸気充填量を増大させる、つまり、アクセル開度に対するスロットル開度の割合がアクセルの中間開度域で大きくなるように上記比例関係に対して非線形的に変化するように特殊なリンクを介してアクセルとスロットル弁とを連結することが考えられる。
【０００６】
ここで両者を比較すると、吸気充填量に対して燃料噴射量を少なくする方法では、リーン燃焼は達成されるものの、絶対的な燃料供給量の減少により、理論空燃比近傍での運転状態に比べて出力トルクが著しく低下することとなり好ましくない（図１１参照）。これに対し、特殊リンクを用いて吸気充填量を増加させる方法にれば、絶対的な燃料供給量を確保できるため理論空燃比での運転と同等の出力トルクを得ることができる。
【０００７】
そのため、アクセル完全連動型のスロットル弁を採用するエンジンにおいてリーン燃焼を行わせる場合には、一般に、特殊リンクを用いてアクセルとスロットル弁とを連結する方法が採用されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、アクセル完全連動型のスロットル弁を採用するエンジンでは、電気式のスロットル弁を用いるエンジンのように、特定の運転域でのみ吸気充填量を増加させることは不可能であり、全運転域において、アクセル開度に対するスロットル開度が上記のように非線形的に変化することとなる。
【０００９】
そのため、リーン燃焼が要求されない、例えば、高回転・中低負荷の運転域等では、必要以上の吸気が充填されて該吸気充填量に見合うだけの燃料が供給される結果、アクセル操作量に対して過大な出力トルクが発生することとなる（図１２の破線に示す）。そのため、特に、高回転の中低負荷側の運転域等、比較的加速が緩慢な運転域においては、アクセルの踏み込み量に対して運転者が予想していた以上の加速度が得られることとなり、これが却って運転者に違和感を与える結果となる。従って、運転中のこのような違和感を解消することが望まれる。
【００１０】
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、低回転・低負荷等の運転域でリーン燃焼を行わせるべく、アクセル開度に対するスロットル開度の割合が比例関係に対して大きくなるようにしたエンジンにおいて、低回転・低負荷等での出力トルクを確保しながら適切にリーン燃焼を行わせる一方、高回転・中低負荷域等において運転者に与える違和感を効果的に解消することができるエンジンの吸気装置を提供することを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、低回転域の少なくとも低負荷時に、空燃比を理論空燃比よりも大きい状態として燃焼を行わせるべく、燃料供給量は理論空燃比として運転する場合に必要とされる量と略同一の量に設定する一方、吸気充填量は理論空燃比として運転する場合に必要とされる量よりも多くなるようにしたエンジンの吸気装置であって、
スロットル弁をアクセルペダルに機械的に連結し、かつ、スロットル開度がアクセル開度に対し、両者が比例関係にある場合と比べてアクセルの中間開度域で大きくなるような非線形的関係となるように、スロットル弁をアクセルペダルに連動させるとともに、上記スロットル弁より下流で吸気充填量を調節可能とする充填量可変手段と、少なくともアクセルの中間開度域であって、空燃比を理論空燃比若しくはそれ以下の状態として燃焼を行わせる運転域において吸気充填量を抑えるべく上記充填量可変手段を制御する制御手段とを設けたものである。
【００１２】
この装置によれば、低回転の少なくとも低負荷時には、燃料供給量の減少を伴うことなく充分な吸気充填量を確保できる。そのため、空燃比を理論空燃比よりも大きい状態として燃焼を行わせながらも理論空燃比近傍での運転状態と同等の出力トルクを得ることができる。一方、高回転・中負荷の運転域等、空燃比を理論空燃比若しくはそれ以下の状態として燃焼を行わせる運転域では、充填量可変手段により吸気充填量を抑えつつ、該吸気充填量に見合う燃料を供給することで、アクセル操作量に対して過大なトルクが発生するという事態を回避することができる。そのため、アクセルペダルとスロットル弁とが機械的に連結されたエンジンであって、空燃比を理論空燃比よりも大きい状態として燃焼を行わせるようなエンジンに特に有用となる。
【００１３】
上記請求項１の装置においては、上記吸気通路に配設され、全閉により吸気の流動を制御して気筒内に渦流を生成する吸気流動制御弁を充填量制御手段として用い、空燃比を理論空燃比よりも大きい状態として燃焼を行わせる運転域および空燃比を理論空燃比若しくはそれ以下の状態として燃焼を行わせる運転域の少なくも中低負荷側で上記吸気流動制御弁を全閉するのが好ましい（請求項２）。これによれば、空燃比を理論空燃比よりも大きい状態として燃焼を行わせる運転域では、燃焼室にスワールやタンブル等の渦流を形成して燃焼性を高めることができ、一方、高回転の中低負荷の運転域等では、吸気流動制御弁が吸気抵抗となって吸気充填量が抑えられる。
【００１４】
この場合、高回転域で空燃比を理論空燃比若しくはそれ以下の状態として燃焼を行わせ、制御手段により、高回転域の高負荷側において、エンジン回転数及び負荷の上昇に伴い上記吸気流動制御弁を徐々に開弁するようにしたり（請求項３）、あるいはスロットル弁の開弁に連動して上記吸気流動制御弁を徐々に開弁する（請求項４）ようにするのが望ましい。このようにすれば、高回転域の高負荷側で出力トルクを稼ぐことが可能となる。
【００１５】
特に、上記吸気流動制御弁が、全閉時に吸気流動制御のための開口部を形成する欠切をその周辺部に有し、２つの通路に分岐して燃焼室に至るコモン部を有した吸気通路において、上記コモン部よりも上流側に配置されるものである場合には、低回転の高負荷側では上記吸気制御弁を開弁するように上記制御手段を構成するのが好ましい（請求項５）。こうすることで、低回転の高負荷域において吸気流動制御弁が吸気抵抗として作用するのを有効に防止することが可能となる。この場合、吸気流動制御弁の全閉状態において、上記開口部の大きさが吸気流動制御弁の配設部分における吸気通路面積の３０％以下となるように、上記切欠を形成するのが望ましい（請求項６）。
【００１６】
また、請求項３又４記載の装置において、上記吸気流動制御弁が、互いに独立して燃焼室に至る２つの通路を有する吸気通路において、一方側の通路に配置されるものである場合には、低回転域の高負荷側では上記吸気流動制御弁を開弁するように上記制御手段を構成するのが好ましい（請求項７）。こうすることで、低回転の高負荷域において吸気流動制御弁が吸気抵抗として作用するのを有効に防止することが可能となる。
【００１７】
請求項１記載のエンジンの吸気装置において、アクセルの中間開度域よりも小さい開度域で、アクセル開度に対するスロットル弁の開度が上記比例関係に対して最も大きくなるようにスロットル弁の開度を設定するようにすれば（請求項８）、低回転の低負荷側での吸気充填量を効果的に増大させることができ、該運転域において、適切に空燃比を理論空燃比よりも大きい状態として燃焼を行わせることが可能となる。
【００１８】
また、請求項１記載の装置において、上記吸気の固有振動数を切替できるように上記充填量可変手段を構成し、上記制御手段により、空燃比を理論空燃比よりも大きい状態として燃焼を行わせる運転域で吸気の固有振動数がエンジン回転数に同調し、空燃比を理論空燃比若しくはそれ以下の状態として燃焼を行わせる運転域の少なくとも中低負荷側で吸気の固有振動数がエンジン回転数に非同調するように上記充填量可変手段を制御するようにすれば（請求項９）、低回転の低負荷側では、吸気の動的過給効果により吸気の充填が促進され、高回転の中負荷等の運転域では、吸気の充填が抑えられる。この場合、高回転域の高負荷側では、制御手段により、吸気の固有振動数がエンジン回転数に同調するように上記充填量可変手段を制御するのが好ましい（請求項１０）。このようにすれば、高回転域の高負荷側でも吸気の動的過給効果が得られ、出力トルクを有効に高めることが可能となる。
【００１９】
また、請求項１記載の装置において、充填量可変手段として、吸排気のオーバーラップを可変とする動弁可変手段を設け、空燃比を理論空燃比よりも大きい状態として燃焼を行わせる運転域では吸排気のオーバーラップを小さくする一方、空燃比を理論空燃比若しくはそれ以下の状態として燃焼を行わせる運転域では吸排気のオーバーラップを大きくすべく上記動弁可変手段を制御するように制御手段を構成するようにすれば（請求項１１）、空燃比を理論空燃比よりも大きい状態として燃焼を行わせる運転域では燃焼性を高めることができ、空燃比を理論空燃比若しくはそれ以下の状態として燃焼を行わせる運転域では内部ＥＧＲの増大により吸気の充填を抑えることができるとともに、ＮＯｘ低減を図ることが可能となる。この場合、上記動弁可変手段としてカムの位相を変更することにより吸気弁開閉時期を可変とするものを採用するとともに、空燃比を理論空燃比若しくはそれ以下の状態として燃焼を行わせる運転域では、ピストンが下死点もしくはその近傍にあるときに吸気弁を閉じるべく上記動弁可変手段を制御するように制御手段を構成すれば（請求項１２）、空燃比を理論空燃比若しくはそれ以下の状態として燃焼を行わせる運転域において、効果的に吸気の充填を抑えることが可能となる。
【００２０】
なお、請求項１記載の装置においては、エンジン総排気量に対するスロットル弁のボア総面積の比が１．６×１０-3以上となるように上記ボア総面積を設定するのが好ましい（請求項１３）。
【００２１】
なお、低回転の低負荷側では、スロットル弁の開度差による吸気充填量の差が小さいため、アクセル開度の低開度域では、アクセル開度に対するスロットル弁の開度を上記比例関係に設定するようにしてもよい（請求項１４）。
【００２６】
【発明の実施の形態】
本発明の第１の実施の形態について図面を用いて説明する。
【００２７】
図１及び図２は本発明に係る吸気装置を適用したエンジンの一例を示している。この図において、エンジンは、エンジン本体１０と、このエンジン本体１０に接続される吸気通路１２及び排気通路１３等で構成されている。
【００２８】
上記吸気通路１２には、吸気方向の上流側から順にエアクリーナ１４、エアフローセンサ１５、スロットル弁１６及び吸気マニホールド１７等が配設されるとともに、上記スロットル弁１６をバイパスするＩＳＣ通路１８が設けられ、このＩＳＣ通路１８にＩＳＣバルブ１９が配設されている。
【００２９】
ここで、上記スロットル弁１６は、同図に示すように、アクセルペダル２０に機械的に連結されており、アクセルペダル２０の踏み込みに応じてスロットル弁１６が機械的に開閉されるように構成されている。特に、本実施形態では、図５に示すように、アクセルペダル２０の踏み込み量（アクセル開度という）に対してスロットル弁１６の開度（スロットル開度という）が一定の割合で変化する、つまり比例する（破線に示す）のではなく、同図の実線に示すように、比例関係に対して非線形的に変化するようにアクセルペダル２０とスロットル弁１６とが連結されている。より具体的には、低回転の低負荷域（後述する運転域Ｂ）において、理論空燃比で運転する場合の吸気充填量に対応するスロットル開度に比べて、同図に示すように、スロットル弁１６の極低開度域以外の部分でスロットル開度が大きくなり、かつスロットル中間開度域より若干小さい開度域でスロットル開度が最も大きくなるようにアクセルペダル２０とスロットル弁１６とが機械的に連結されている。
【００３０】
上記スロットル弁１６は図３（ａ）に示すように、フレーム２１に支持軸１６ａを介して回動自在に支持されており、この支持軸１６ａに第１リンク２２の一端側が接続されている。第１リンク２２の近傍には第２リンク２３が回転自在に支持されており、この第２リンク２３に形成された長孔からなる係合孔２３ａに第１リンク２２の連結軸２２ａが突入しているとともに、上記アクセルペダル２０と第２リンク２３とが連結ベルト２４を介して連結されている。そして、アクセルペダル２０が踏み込まれて連結ベルト２４が引張られると、これに応じて第２リンク２３及び第１リンク２２が回動し、これによりスロットル弁１６が開閉されるようになっている。
【００３１】
この際、第２リンク２３の回動に伴い係合孔２３ａに対する連結軸２２ａの係合位置が変位するように上記係合孔２３ａが形成されており、このような係合位置の変位によりスロットル弁１６の回動量が変化するようになっている。つまり、この孔形状が、上述のようにアクセル開度に対してスロットル開度を非線形的に変化させるように形成されている。
【００３２】
なお、上記スロットル弁１６においては、エンジン総排気量に対するスロットル弁１６のボア総面積の比が１．６×１０-3以上となるように上記ボア総面積が設定されている。
【００３３】
上記吸気通路１２は吸気マニホールド１７で複数の分岐通路１７ａに分岐されてエンジン本体１０の各気筒毎に設けられる後記吸気ポート４０にそれぞれ接続されており、図示の例では、エンジン本体１０に４つの気筒が設けられ、上記吸気通路１２が４つの分岐通路１７ａに分岐されてそれぞれ各吸気ポート４０に接続されている。
【００３４】
各分岐通路１７ａの下流端部分には、吸気の流動を制御して各気筒内に渦流を生成する吸気流動制御弁２５（以下、制御弁２５と略す）が配設されるとともに、この制御弁２５の下流側にインジェクタ２６が配設されている。各制御弁２５は、気筒列方向に延びる回動軸２７に共通して取付けられ、この軸２７を中心に全閉状態から全開状態にわたり回動可能となっている。そして、全閉状態において、各制御弁２５の周辺部に形成された図外の欠切により開口部分を形成し、該開口部分を介して吸気を導入することにより後述するように気筒内に吸気の渦流を生成するようになっている。
【００３５】
上記回動軸２７には、エア圧により作動するアクチュエータ２８が接続されている。このアクチュエータ２８はエア供給管２９を介して上記分岐通路１７ａよりも上流側で吸気マニホールド１７に接続されており、このエア供給管２９に介設された三方電磁バルブ３０の切替えによるエアの供給、遮断に応じて上記回動軸２７を作動、つまり回動させるようになっている。
【００３６】
一方、上記排気通路１３には、上流側から順にＯ2センサ３１、触媒装置３２及び図外のサイレンサ等が配設されている。触媒装置３２は、例えば三元触媒を備えており、排ガス中のＨＣ（炭化水素）、ＮＯｘ（窒素酸化物）等を吸収して排ガスを浄化するように構成されている。
【００３７】
上記エンジン本体１０は、シリンダブロックとその上部に設置されるシリンダヘッドとから構成されている。シリンダブロックのシリンダ３５内にはピストン３６が配設され、このピストン３６の上面とシリンダヘッドの下面との間に燃焼室３７を形成している。
【００３８】
また、エンジン本体１０には、燃焼室３７に開口する吸気ポート４０及び排気ポート４１が形成されており、吸気通路１２を構成する吸気マニホールド１７の各分岐通路１７ａがそれぞれ吸気ポート４０に接続される一方、各排気ポート４１に上記排気通路１３を構成する排気マニホールドがそれぞれ接続されている。
【００３９】
各吸気ポート４０は、上流ポート部から２つの下流ポート部４０ａ，４０ｂへ分岐するコモン部４０ｃを有しており、これら下流ポート部４０ａ，４０ｂが気筒列方向（図２では上下方向）に並んだ状態で各燃焼室３７に開口しているととともに、これら下流ポート部４０ａ，４０ｂがそれぞれ吸気弁４２により開閉されるようになっている。一方、排気ポート４１は、２つの上流ポート部４１ａ，４１ｂを有し、これら上流ポート部４１ａ，４１ｂが上記燃焼室３７に開口するとともに、排気弁４３によって開閉されるようになっている。なお、燃焼室３７の中央上部には点火プラグ４４が配設されている。
【００４０】
図１において５０は、エンジン制御用のＥＣＵ（コントロールユニット）であり、このＥＣＵ５０には、吸入空気量を検出する上記エアフローセンサ１５、エンジン冷却水の温度を検出する図外の水温センサ、上記Ｏ2センサ３１及び図外のクランク角センサ等からの信号が入力されている。
【００４１】
このＥＣＵ５０は、図示を省略するが、インジェクタ駆動回路を介して燃料の噴射噴射量を制御する手段と、上記三方電磁バルブ３０を介して制御弁２５を制御する手段とを含んでおり、空燃比の制御及び制御弁２５の開閉制御がこのＥＣＵ５０により行われるようになっている。
【００４２】
上記ＥＣＵ５０による空燃比の制御について図４に基づいて説明する。
【００４３】
同図は、エンジンの運転状態において、空燃比を理論空燃比として燃焼を行わせる運転域Ａと、空燃比を理論空燃比よりも大きい状態（リーン）として燃焼を行わせる運転域Ｂとを示している。
【００４４】
同図に示すように、予め設定された所定のエンジン回転数Ｎよりも高回転側の運転域（運転域Ａ）と、この回転数Ｎよりも若干低回転側の高負荷域（運転域Ａ′）では空燃比を理論空燃比とした状態で運転が行われ、これ以外の主に回転数Ｎより低回転の運転域（運転域Ｂ）では空燃比をリーンな状態として運転が行われる。なお、図中、ラインＩは、上記エンジンの全トルクを示している。
【００４５】
この場合、上記のエンジンではアクセルペダル２０とスロットル弁１６とが機械的に連結されて、スロットル開度に応じてスロットル開度が特定されるため、空燃比の制御は主に燃料噴射量の調節によって行われる。
【００４６】
燃料噴射量は、空燃比をリーンとする運転域Ｂでは、例えば、アクセル開度及びエンジン回転数に対応づけて予め設定、記憶されている要求燃料噴射量とされ、これ以外の運転域Ａ，Ａ′では、吸気充填量等の検出に基づき、運転状態に応じた要求噴射量が演算される。そして、要求噴射量と燃圧とに基づいてインジェクタ２６の開弁時間信号（パルス信号）のパルス幅が求められてインジェクタ駆動回路からインジェクタ２６に該パルス信号が出力されることにより所要量の燃料が噴射されるようになっている。
【００４７】
より詳しく説明すると、上記のエンジンでは、上述のようにアクセルペダル２０とスロットル弁１６が連結されることにより、運転域Ｂにおいて空燃比を理論空燃比とした状態で運転する場合に必要となる吸気充填量に対して吸気充填量が大きくなるようになっており（図５参照）、要求燃料噴射量は、運転域Ｂにおいて空燃比を理論空燃比として運転する場合に必要とされる量と略同一の量に設定されている。これにより、上記運転域Ｂにおいては、空燃比がリーンな状態で燃焼が行われることとなる。一方、運転域Ａ，Ａ′では、実際の吸気充填量等の変動を検出しつつ、これに基づき要求噴射量が演算されることにより、理論空燃比での燃焼が行われる。
【００４８】
また、ＥＣＵ５０による制御弁２５の制御を図４を用いて説明する次のようになる。すなわち、空燃比をリーンとする上記運転域Ｂと、空燃比を理論空燃比とする上記運転域Ａのうち主に中低負荷側の運転域（運転域Ｃ）では上記制御弁２５が全閉とされ、これ以外の運転域、すなわち上記運転域Ａのうち運転域Ｃを除く運転域および上記運転域Ａ′では、エンジン回転数およびエンジントルクの増加に伴い制御弁２５を徐々に開弁するようになっている。
【００４９】
次に、以上のようなエンジンの作用効果について説明する。
【００５０】
以上のエンジンによれば、上記運転域Ｂでは、上述のように空燃比をリーンな状態として運転が行われるため、低回転・低負荷域を含む上記運転域Ｂでの燃焼性が効果的に改善される。しかも、運転域Ｂでは、上述のように、該運転域Ｂにおいて理論空燃比で運転した場合の燃料噴射量と略同量の燃料を噴射するので、理論空燃比で運転する場合と略同等の出力トルクを得ることができる。
【００５１】
その上、運転域Ｂでは、上記制御弁２５が全閉とされることにより、上記燃焼室３７に渦流が形成されて、燃焼室３７での混合気の流動が効果的に促進され、これにより燃焼性が効果的に高められることとなる。
【００５２】
なお、上記の説明では具体的に説明していないが、例えば、上記下流ポート部４０ａ，４０ｂのうち一方側のポート部に対応するように欠切を形成し、制御弁２５の全閉時に主に一方側のポート部に偏って吸気を導入するようにすれば、燃焼室３７にスワールを形成することができる。また、欠切の位置、あるいは形状等に応じて、タンブル、あるいはスワールとタンブルとの複合的な渦流を生成することもできる。なお、上記切欠による開口部の大きさは、制御弁２５の配置部分の吸気通路面積の３０％以下の範囲に設定するのが望ましい。
【００５３】
一方、上記運転域Ａ，Ａ′においては、上述のように空燃比を理論空燃比として運転するため、出力トルクを充分に確保することができる。
【００５４】
ところで、上記のようにアクセルペダル２０を機械的にスロットル弁１６に連結したエンジンでは、負荷等の運転状態に関わらずアクセル開度に対してスロットル開度が特定され、しかも、空気充填量が理論空燃比に比して増加するようにスロットル開度が非線形的に変化するように設定されているので、上記運転域Ａ，Ａ′においては、理論空燃比に比して過剰に吸気が充填され、該吸気充填量に見合うだけの燃料が供給される結果、アクセル操作量に対して過大な出力トルクが発生するという懸念がある。
【００５５】
しかしながら、上記運転域Ａにおいて、特に、低中負荷側の運転域Ｃでは、上記制御弁２５が全閉とされるため上記のような事態が効果的に防止される。
【００５６】
すなわち、制御弁２５が全閉とされることで、これが吸気抵抗となって空気の充填量が抑制され、これに伴い燃料の供給量も抑えられることとなる。そのため、過大な出力トルクの発生が有効に回避され、例えば、過大な出力トルクが発生することによる弊害、すなわち、アクセルの踏み込み量に対して予想していた以上の加速度で車両が加速する等、運転者に違和感を与えるといった事態の発生を効果的に防止することができる。
【００５７】
なお、上記運転域Ａ，Ａ′のうち、上記運転域Ｃ以外の運転域については、制御弁２５を全閉とせずエンジン回転数の増加等に応じて徐々に制御弁２５を開くようにしているが、これは以下のような理由によるものである。
【００５８】
すなわち、アクセル開度に対する上記スロットル弁１６の開度は、図５に示すように、アクセル開度が大きい程、比例的に設定した場合のスロットル開度と差がなくなる、つまり、高回転・高負荷の運転域程、過剰に導入される吸気充填量が少なくなるため、必ずしも制御弁２５を全閉にする必要がなく、また、高回転・高負荷の運転域では、過大な出力トルクが発生する方が却って有利な場合もあるからである。また、高回転・高負荷の運転域では、上記のように運転者に与える加速感も低負荷域に比べて少ないこともその理由の一つである。
【００５９】
なお、このエンジンでは、上述のようにエンジン回転数Ｎよりも低回転側のほぼ全負荷域で制御弁２５を全閉するようにしているが、例えば、図６に示すように、上記運転域Ｂのうち高負荷域側の運転域Ｄで制御弁２５を適度に開くようにしてもよい。すなわち、低回転域であっても制御弁２５を全閉にすると、制御弁２５が吸気抵抗として作用し、出力トルクを得る上で不利になる場合がある。そのため、上記のように低回転域の高負荷側で制御弁２５を開いて上記のような吸気抵抗を軽減することにより、出力トルクを有効に高め得るようにしてもよい。
【００６０】
また、上記エンジンでは、吸気ポート４０のコモン部４０ｃ上流側に制御弁２５を設けているが、図７に示すように、各燃焼室３７に対して独立した一対の吸気ポート５２ａ，５２ｂを設けるとともに、吸気マニホールド１７に、各気筒に対応する一対の独立した分岐通路１７ｂ，１７ｃを設け、これら分岐通路１７ｂ，１７ｃをそれぞれ吸気ポート５２ａ，５２ｂに接続し、さらに、一方の分岐通路１７ｂに上記制御弁２５を配設するようにしてもよい。なお、この場合の制御弁２５には欠切は不要である。
【００６１】
これによれば、制御弁２５を全閉して、一方の下流ポート部４０ａに偏って吸気を導入することにより燃焼室３７にスワールを生成することができ、また、制御弁２５を吸気抵抗として利用することもできる。従って、この場合も、例えば、制御弁２５を図４に示すように制御することで、図１及び図２に示すエンジンと同様の作用効果を得ることができる。
【００６２】
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。
【００６３】
図８は、第２の実施の形態に係るエンジンを概略的に示している。なお、このエンジンも、基本構成は第１の実施の形態のエンジン（図１，２に示すエンジン）と同一であり、共通する箇所には同一の符号を付して説明を省略し、以下、上記第１の実施の形態のエンジンとの相違点について詳細に説明することとする。
【００６４】
このエンジンでは、上記吸気マニホールド１７の分岐通路１７ａに制御弁２５は設けられておらず、従って、これを作動させるアクチュエータ２８等も設けられていない。
【００６５】
一方、このエンジンでは、吸気弁４２を駆動するカムシャフトに、カムで吸気弁４２を作動させながらこのカムの位相を変える動弁可変装置５５が組み込まれており、これにより吸気弁４２による吸気時期が可変となっている。そして、このような吸気弁４２の吸気時期が上記ＥＣＵ５０により制御されるようになっている。具体的に説明すると、図９の実線に示すように、ピストンが上死点（ＴＤＣ）に達する若干早い位置から吸気弁４２を開いて下死点（ＢＤＣ）より充分に遅い位置で吸気弁４２を閉じ、これにより吸排気のオーバーラップを充分に小さくする第１吸気時期と、同図の破線に示すようにピストンが上死点（ＴＤＣ）に達するよりも充分早い位置から吸気弁４２を開いて下死点（ＢＤＣ）の近傍の位置で吸気弁４２を閉じ、これにより吸排気のオーバーラップを充分に大きくする第２の吸気時期とに吸気時期が切り替え可能となっている。
【００６６】
そして、例えば、図４に示す運転域Ｂにおいて、吸気時期が第１吸気時期となる一方、運転域Ａ，Ａ′において吸気時期が第２吸気時期となるように、上記動弁可変装置５５がＥＣＵ５０により制御されるようになっている。
【００６７】
すなわち、運転域Ｂでは、吸気時期を第１吸気時期に設定して吸排気のオーバーラップを小さくすることにより内部ＥＧＲを抑制し、空燃比をリーンにして運転を行う該運転域Ｂでの燃焼安定性を向上させるようになっている。一方、運転域Ａでは、吸気時期を第２吸気時期に設定して吸排気のオーバーラップを大きくすることにより、内部ＥＧＲの増大により吸気充填量を抑え、これにより過大な出力トルクが発生するのを回避するとともに、ＮＯｘの低減を図るようになっている。この場合、第２吸気時期では、上記のように下死点（ＢＤＣ）の近傍の位置で吸気弁４２を閉じるようにしているので、内部ＥＧＲの効果が高められつつ吸気の充填が効果的に抑制されることとなる。
【００６８】
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。
【００６９】
図１０は、第３の実施の形態に係るエンジンの要部断面を示している。なお、このエンジンも、基本構成は第１の実施の形態のエンジン（図１，２に示すエンジン）と同一であり、共通する箇所には同一の符号を付して説明を省略し、以下に、上記第１の実施の形態のエンジンとの相違点について詳細に説明する。
【００７０】
このエンジンの場合も、上記吸気マニホールド１７に制御弁２５は設けられておらず、従って、これを作動させるアクチュエータ２８等も設けられていない。
【００７１】
一方、このエンジンでは、上記スロットル弁１６の下流側にサージタンク５６が設けられ、このサージタンク５６とエンジン本体１０との間に吸気マニホールド１７が介設されている。
【００７２】
このエンジンに適用される吸気マニホールド１７は、同図に示すように、分岐通路１７ａに上記サージタンク５６と吸気ポート４０とを接続する主通路５７ａと、この主通路５７ａから分岐してサージタンク５６に至る短絡通路５７ｂとを有している。上記短絡通路５７ｂには、制御弁５８が介設され、この制御弁５８が短絡通路５７ｂを全閉する状態から全開する状態にわたって開閉可能となっている。つまり、制御弁５８が全閉の状態では、主通路５７ａを通って吸気が吸気ポート４０に至り、制御弁５８が全開の状態では、短絡通路５７ｂから主通路５７ａに吸気が流入してから吸気ポート４０に至るように構成されている。
【００７３】
そして、上記吸気マニホールド１７においては、高回転域においてのみ吸気の固有振動数がエンジン回転数と同調するように、上記制御弁５８を全開とした場合の吸気の経路長が設定される一方、低回転域においてのみ吸気の固有振動数がエンジン回転数と同調するように、上記制御弁５８を全閉とした場合の吸気の経路長が設定されている。
【００７４】
そして、例えば、図４に示す運転域Ｂにおいて制御弁５８を全閉、運転域Ａ，Ａ′において制御弁５８を全開とするとともに、運転域Ａのうち中低負荷側の運転域Ｃでは、制御弁５８を全閉とするように上記ＥＣＵ５０により制御弁５８の開閉が制御されるようになっている。
【００７５】
すなわち、運転域Ｂでは、制御弁５８を全閉して吸気の固有振動数をエンジン回転数に同調させることにより、吸気の動的過給効果が得られ、これにより吸気の充填が促進される。また、運転域Ａ（運転域Ｄを除く）、Ａ′においても、制御弁５８を全開として吸気の固有振動数をエンジン回転数に同調させることにより、同様に吸気の動的過給効果が得られ、これにより吸気の充填を促進させて出力トルクを高めることができる。一方、上記運転域Ｄについては、高回転の運転域であっても上記のように制御弁５８を全開とすることで、吸気の固有振動数をエンジン回転数に非同調させ、これにより吸気の充填を抑制して過大な出力トルクが発生するのを防止し得るようになっている。
【００７６】
ところで、上記各実施形態のエンジンは、本発明の吸気装置が適用されるエンジンの例であって、エンジン及び吸気装置の具体的な構成は、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【００７７】
例えば、図１０に示す第３の実施の形態では、吸気の充填を促進するために、各分岐通路１７ａにおいて吸気の固有振動数をエンジンの回転数に同調させることによる吸気の動的過給効果を利用するようにしているが、分岐通路同士の吸気の固有振動数を同調（共鳴同調）させることによる吸気の動的過給効果を利用して吸気の充填を促進するように構成するようにしてもよい。
【００７８】
例えば、高回転域において、分岐通路同士の吸気の固有振動数が共鳴同調するように吸気マニホールドを構成するとともに、各分岐通路に吸気流動制御弁を設けた構成が考えられる。これによれば、例えば、図４に示す運転域Ｂでは、上記吸気流動制御弁を全閉して気筒内に渦流を生成し、これにより燃焼性を高めることができる。また、運転域Ａ（運転域Ｄを除く）、Ａ′においては、吸気流動制御弁を全開として各分岐通路の吸気の固有振動数を共鳴同調させ、ことにより吸気の動的過給効果により吸気の充填を促進させて出力トルクを高めることができる。その一方、上記運転域Ｄでは、制御弁５８を全開とすることにより共鳴同調の効果を抑え、これにより吸気の充填を抑制して過大な出力トルクの発生を防止することができる。なお、この構成において、例えば、主に低回転域である運転域Ｂにおいても共鳴同調による吸気の動的過給効果が発揮されるように上記吸気マニホールドを構成してもよい。
【００７９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、低回転の少なくとも低負荷域で、空燃比を理論空燃比よりも大きくすべく、アクセル開度に対するスロットル弁の開度を比例関係に対して大きくなるようにしたエンジンの吸気装置において、充填量可変手段により、少なくともアクセルの中間開度域であって、空燃比が理論空燃比若しくはそれ以下の状態で燃焼を行わせる運転域で吸気充填量を抑えるようにしたので、例えば低回転の低負荷側等では、空燃比を理論空燃比よりも大きくしながらも出力トルクの低下を伴うことがなく、しかも、高回転の中低負荷の運転域等、空燃比を理論空燃比若しくはそれ以下の状態として燃焼を行わせる運転域では、アクセル操作量に対して過大な出力トルクが発生するといった事態の発生を有効に防止することができ、運転者に与える走行中の違和感を効果的に解消することができる。そのため、アクセルペダルとスロットル弁とをリンク機構を介して機械的に連結したエンジン等において、空燃比を理論空燃比よりも大きい状態として燃焼を行わせる場合等に特に有用となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る吸気装置が適用されるエンジン（第１の実施の形態）を示す正面模式図である。
【図２】上記エンジンを示す平面模式図である。
【図３】アクセルペダルとスロットル弁との連結構造を示す図で、（ａ）は閉弁時、（ｂ）は開弁時を示す図である。
【図４】上記エンジンにおける空燃比の制御及び吸気流動制御弁の制御を示す図である。
【図５】スロットル弁の開度特性を説明する図である。
【図６】上記エンジンにおける空燃比の制御及び吸気流動制御弁の制御の変形例を示す図である。
【図７】上記エンジンの変形例を示す平面模式図である。
【図８】本発明に係る吸気装置が適用されるエンジン（第２の実施の形態）を示す平面模式図である。
【図９】吸気時期を説明する図である。
【図１０】本発明に係る吸気装置が適用されるエンジン（第３の実施の形態）を示す平面模式図である。
【図１１】理論空燃比（λ＝１）の場合のトルク特性と、空燃比を理論空燃比よりも大きくした場合（λ＞１）のトルク特性を示す図である。
【図１２】アクセル完全連動型のスロットル弁を採用したエンジンにおける高回転・中低負荷域でのトルク特性を説明する図である。
【符号の説明】
１０  エンジン本体
１２  吸気通路
１３  排気通路
１６  スロットル弁
１７  吸気マニホールド
１７ａ  分岐通路
２０  アクセルペダル
２５  吸気流動制御弁
３５  シリンダ
３６  ピストン
３７  燃焼室
４０  吸気ポート
４０ａ，４０ｂ  下流ポート部
４１  排気ポート
４１ａ，４１ｂ  上流ポート部
４２  吸気弁
４３  排気弁
４４  点火プラグ
５０  ＥＣＵ
【図１】
0003975520.tif 000002
【図２】
0003975520.tif 000003
【図３】
0003975520.tif 000004
【図４】
0003975520.tif 000005
【図５】
0003975520.tif 000006
【図６】
0003975520.tif 000007
【図７】
0003975520.tif 000008
【図８】
0003975520.tif 000009
【図９】
0003975520.tif 000010
【図１０】
0003975520.tif 000011
【図１１】
0003975520.tif 000012
【図１２】
0003975520.tif 000013