(57)【要約】      （修正有）【課題】火花点火エンジンの部分負荷時のポンピングロスの低減を図る。火花点火エンジンにおけるスロットルバルブ方式では、スロットル開度の少ない部分負荷領域で発生するポンピングロスを抑え、エンジンの効率の低下を防ぐ。【解決手段】多量のＥＧＲを行いながら正しい空燃比を得ることはこれまでのスロットルバルブ方式では困難であり、安定したエンジンの運転は不可能でした。本発明は正確に回転数を制御できる電動モーターにより容積型ブロア（ルーツブロア等）を駆動することで、その時のエンジン回転数において必要とするトルクを発生可能な質量の空気の供給を行い、それに燃料噴射装置を組み合わせ適量の燃料を噴射することでどのようなエンジン運転状況においても正しい空燃比の混合ガスを作り出すことで、大量のＥＧＲを行っても安定したエンジンの運転を行うことを可能とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＥＣＵにより制御される、以下の３つの機能要素を持つ火花点火エンジン。
正確に回転数を制御可能な電動モーターにより駆動される容積型ブロア（ルーツブロア等）と燃料噴射装置、ＥＧＲ制御バルブを持つエンジン。
エンジンの全回転域或いは一部の回転域においてエンジン出力の制御をブロアの回転数を変化させることによる供給空気量の増減とそれに合わせた燃料の供給（噴射）を行い運転に最適な量の２空燃比の混合気を作ることで行い、それに適量のＥＧＲを行うことでポンピングロスを低減させることを特徴とする火花点火エンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【００１】本発明は、火花点火エンジン（主として自動車用ガソリンエンジン）の構造に関するものである
【背景技術】従来、火花点火エンジンの回転数（出力）制御はスロットルバルブの開度でシリンダーへの空気量を制限することにより行われてきた、また最近ではスロットルバルブを廃しポンピングロスを低減するため給排気バルブのリフト量やリフトタイミングを変えることで出力制御を行う構造のエンジンが出現したが、そのためには非常に複雑で精密なな機構が必要であった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】一般的に火花で点火するガソリンエンジンは、スロットルバルブによる空気流量制御で出力制御を行っているため部分負荷領域では吸気官内の負圧によりポンピングロスが発生し燃費が悪化することは避けられなず、それを解決することが長年の課題だった。【０００７】以下にポンピングロスの発生するメカニズムを説明します。
注射器の先端を指で閉じピストンを引っ張ると強い抵抗がありますが、これがポンピングロスの発生原因です。
ここでエンジンの運転について以下のような理想的な状態を想定します、スロットルを完全に閉じ空気の流入は全く無く、燃料の供給もないとします、つまりエンジンブレーキ状態です（エンジンブレーキはポンピングロスの現れです）。
まず吸気行程では吸気バルブが開いていて負圧の吸気管からピストンが空気を吸い出そうとします、これは前記の注射器の場合と同じです、大きな力が必要です。
次の圧縮、膨張行程では吸気バルブ、排気バルブとも閉じており下死点から１回転し次の下死点まではエネルギーのやり取りはありません。
最後の排気行程の最初で排気バルブが開き排気バルブから負圧のエンジンシリンダー内に空気が流入しこの時点でエネルギーの損失が確定します、これがポンピングロスです。
注射器の例えで言うなら、指で先端を閉じピストンを引いて（エネルギーが必要）から指を離しシリンダー内に空気を入れ、先端を空けた状態でピストンを押し込み（この時はエネルギーは不要）再び先端を閉じ同じ動作を繰り返す。
ですから吸気管内の圧力が大気圧ならポンピングロスは発生しないことになります。
本発明は、出来るだけ大量のＥＧＲを行い吸気管内の負圧をなるべく大気圧に近づけることにより部分負荷時のポンピングロスを減らして、燃費を良くする構造及び方法を提供することにあります。
【課題を解決するための手段】
【０００８】大量のＥＧＲ（排気再循環）を行い、排気ガスを吸気管内に流入させることにより吸気管内の圧力を大気圧に等しくすればポンピングロスは発生しないことになります、しかしその状態ではスロットルバルブの前後の圧力差が無いのでピストンの引き下げ（吸入行程）による外気の吸気管内への空気の流入は不可能（不確定）になります。吸入空気量が不確定なので空気量に応じた燃料の供給も不可能となり正しい空燃比が得られず安定したエンジンの運転を行うことは出来ません。
そこでスロットルバルブによる流入空気量の制御を廃止し、容積型のブロアを回転数を正確に制御することの出来る電動モーターで駆動し必要な量だけの空気を吸気管内に強制的に供給する構造とします、つまり流入空気量の制御（エンジン出力の制御）をピストンの引き下げによる負圧とスロットルバルブの開度とのバランスで行うというパッシブな制御ではなく、その時のエンジン回転数において運転者の希望するトルクを発生させるために必要な量の空気を容積型ブロアをモーターで正確に回転させる（容積型ブロアの回転数＝供給空気量なので）ことにより供給するというアクティブな制御を行うことで決められた空気量を吸気管内に供給します。そして空気供給量に合わせた燃料をインジェクターで噴射することで設定された空燃比の混合気を吸気管内に確実に用意できことになります。
これにＥＧＲバルブ開度を制御しＥＧＲを最適量加えることで負圧の少ない混合ガスを吸気管内に作り出しエンジンの出力を制御を行うこととします。
この構造により、エンジンが正常な燃焼を行うのに最も必要な混合ガスの空気（酸素）と燃料の質量の比率（空燃比）をいかなる運転状態においてもＥＣＵが理想的な状態に維持することが可能になります。
実際の運転では、部分負荷領域においてＥＣＵはあるエンジン回転数においてその時のアクセルペダルの踏込み量（アクセルセンサ）で示される必要エンジントルクを発生させうる空気量と燃料をマップに合わせ吸気管内に供給し、その混合気に対し確実に点火できる範囲内で出来るだけ多くのＥＧＲガスを加える動作をするようにプログラムします、これにより最小のポンピングロスでの運転が可能になります。
これまで容積型ブロアを装備した火花点火エンジンは多数存在しましたが、その全てはクランク軸からベルトなどでブロアを駆動することで過給を行い出力を増加させることが目的であり、流入空気量の制御つまりエンジン出力の制御はスロットルバルブで行っていました、それらと比較すると容積形ブロアを使うという構造は似ていますが本発明とは目的が全く異なります。
本発明で使用する容積型ブロアは送風が目的なのでブロア駆動モーターは大きな出力を必要としません、さらにモーターの駆動能力と駆動電力に余裕があれば過給を行うことも出来ます。
エンジンの全回転域においてブロアによる空気供給は可能であるが、ある程度エンジンの回転数が上がってくればポンピングロスは無くなるのでブロアと並列に通常の電子制御スロットルを組み合わせ、エンジンの高回転領域ではブロアの回転を中止しスロットルにより空気量制御（エンジン出力制御）を行う構造にしても良い、この構造とすることによりブロアを小型化することができ大量の空気を必要とするエンジンの高回転時のブロア駆動電力も減らすことが出来ます。
【発明の効果】
【００１０】本発明により、ポンピングロスが減少し部分負荷領域でのエンジン効率（燃費）が良くなります。また大量のＥＧＲにより気筒温度が低下するのでＮＯＸの発生量も減少することになります。
同様な目的を持つバルブの開閉時期やリフト量を制御する方式に比べ遥かに構造が簡単で安価に製造できるので多くの車種に適応可能です。空気量、燃料、ＥＧＲガスの３者の量と割合を自在に制御可能なのでエンジン自体の圧縮比をこれまでより上げることでエンジン効率向上も期待出来るのでこの点でも有利となります。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】図１において本発明の実施例を示します。ＥＣＵはアクセルセンサから入力された運転者の意図するトルクを現在のエンジン回転数において発生させることが出来る空気質量と燃料を算出し、容積型ブロアの回転数を制御し吸気管内に設定された量の空気を正確に送り込みます、そしてその空気量に応じた最適な量の燃料をインジェクターで噴射するようにします。図１では噴射は吸気管内への噴射であるがシリンダー内への直接噴射することも可能です。同時にＥＧＲバルブを制御しＥＧＲを行います、これらの制御はＥＣＵ内のマップにより行われます。
ＥＣＵは大気圧センサや空気温度センサからの情報などでブロア駆動モーターの回転の補正を行うことで正確な質量の空気の供給を可能とし、それに合わせた燃料を噴射する。エンジンが正しい燃焼を行う範囲内でポンピングロスを最小とするようにＥＧＲバルブの制御を行うが、吸気管内圧力センサや燃焼センサ、ノックセンサ等の情報を元にＥＧＲバルブの開度をフィードバック制御、学習制御をしても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の構成を示す基本概念図である。
【図１】
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