(57)【要約】【課題】スロットル弁を備えた内燃機関において、加速時における吸入空気量の応答性を改善することが可能な内燃機関の制御装置を提供する。【解決手段】スロットル弁１１が吸気通路３に設けられた内燃機関１に適用される制御装置において、第１ピストン２３が挿入される第１シリンダ２１と、第１ピストン２３と連動して動作する第２ピストン２７が挿入される第２シリンダ２２とを有し、吸気通路３で生じる負圧を利用して第２シリンダ２２内に形成される加圧室２８Ａ、２８Ｂに圧縮空気を作る空気圧縮装置２０を備え、内燃機関１の減速時に、加圧室２８Ａ、２８Ｂに圧縮空気を作り、内燃機関１の加速時に、加圧室２８Ａ、２８Ｂの圧縮空気を吸気通路３に導入する。【選択図】図２
2009041550.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸入空気量を調整するためのスロットル弁が吸気通路に設けられた内燃機関に適用される制御装置において、
第１シリンダと、第２シリンダと、前記第１シリンダに往復動可能に挿入されて前記スロットル弁よりも下流の吸気通路と連通する減圧室を前記第１シリンダ内に形成する第１ピストンと、前記第２シリンダに往復動可能に挿入されて前記スロットル弁よりも下流の吸気通路及び前記内燃機関の燃焼室の少なくともいずれか一方が設定される導入対象部と連通する加圧室を前記第２シリンダ内に形成し、前記減圧室の容積を減少させる方向への前記第１ピストンの移動に伴って前記加圧室の容積を減少させる方向に移動するように前記第１ピストンと連動して動作する第２ピストンと、前記スロットル弁よりも下流の吸気通路と前記減圧室とを連通させる減圧状態と前記スロットル弁よりも下流の吸気通路と前記減圧室との連通を遮断するとともに前記減圧室を大気圧環境に開放する開放状態とに前記第１シリンダの状態を切り替え可能な第１の状態切替手段と、前記導入対象部と前記加圧室との連通を遮断して前記加圧室を外部から閉じられた状態に維持する圧縮状態と前記導入対象部と前記加圧室とを連通させる導入状態とに前記第２シリンダの状態を切り替え可能な第２の状態切替手段と、前記加圧室の容積を減少させる方向に移動した前記第２ピストンが反対方向に移動しないように前記第２ピストンを所定位置に保持する保持手段と、を備えた空気圧縮手段と、
前記内燃機関の減速時に、前記第２シリンダの状態が前記圧縮状態に切り替わるように前記第２の状態切替手段を制御するとともに前記第１シリンダの状態が前記減圧状態に切り替わるように前記第１の状態切替手段を制御し、前記第２ピストンが前記所定位置に移動した時点で前記保持手段に前記第２ピストンを保持させる空気圧縮処理を実行し、前記内燃機関の加速時に、前記第２シリンダの状態が前記導入状態に切り替わるように前記第２状態切替手段を制御する空気導入処理を実行する制御手段と、を備えていることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記内燃機関は、前記スロットル弁よりも下流の吸気通路内に燃料を噴射する燃料噴射弁を備え、
前記導入対象部として前記スロットル弁よりも下流の吸気通路が設定され、
前記燃料噴射弁から噴射された燃料の流れと重なる方向に空気が方向付けて噴射されるように形成された噴射孔を有し、前記スロットル弁よりも下流の吸気通路に設けられて前記加圧室と接続される空気噴射ノズルをさらに備えていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記空気噴射ノズルは、前記燃料噴射弁と一体に設けられることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記制御手段は、前記内燃機関の加速時であり、かつ前記燃料噴射弁から燃料が噴射されているときに前記空気導入処理を実行することを特徴とする請求項２又は３に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記内燃機関は、前記燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴射弁を備え、
前記導入対象部として前記燃焼室が設定され、
前記燃料噴射弁には、前記燃焼室内にスワール流又はタンブル流が形成されるように前記燃焼室内に空気を方向付けて導く噴射孔を有し、かつ前記加圧室と接続される空気噴射ノズルが一体に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
前記内燃機関は、前記スロットル弁よりも下流の吸気通路と接続され、前記吸気通路で生じた負圧を利用して動作する負圧動作手段を備え、
前記スロットル弁よりも下流の吸気通路の圧力を検出する圧力検出手段と、前記圧力検出手段の検出結果に基づいて前記制御手段が前記空気圧縮処理を実行しても前記スロットル弁よりも下流の吸気通路の圧力が前記負圧動作手段の動作に必要な所定圧力未満に維持されるか否か判定する判定手段と、前記判定手段により前記スロットル弁よりも下流の吸気通路の圧力が前記所定圧力以上になると判定された場合に前記制御手段による前記空気圧縮処理の実行を禁止する実行禁止手段と、をさらに備えていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、吸入空気量を調整するスロットル弁を備えた内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の要求トルクを気筒毎に算出し、この要求トルクに対応して気筒毎の吸気量とその吸気量に対応する燃料噴射量とを個別に演算して気筒毎に設けられたスロットル弁と燃料噴射弁とをそれぞれ操作し、内燃機関のトルクが増減するときはこれに対応して気筒毎の吸気量を吸気行程順に逐次増減制御する内燃機関の制御装置が知られている（特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−１６３９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の内燃機関のように要求トルクに応答して燃料噴射量及び吸気量（以下、吸入空気量と称することもある。）を適切に変化させる、いわゆるトルクデマンド技術においては、逐次変化する内燃機関の要求トルクに応答して燃料噴射量及び吸入空気量がそれぞれ迅速に変化することが要求される。特に要求トルクの増加が要求される内燃機関の加速時などは吸入空気量の速やかな増加が要求される。しかしながら、周知のようにスロットル弁で吸入空気量を調整する場合は、空気の慣性などに影響され、スロットル弁の開度を変更してから実際に気筒に流入する吸入空気量が変化するまでに遅れが生じるため、要求トルクに対する吸入空気量の応答性が悪い。
【０００５】
そこで、本発明は、スロットル弁を備えた内燃機関において、加速時における吸入空気量の応答性を改善することが可能な内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の内燃機関の制御装置は、吸入空気量を調整するためのスロットル弁が吸気通路に設けられた内燃機関に適用される制御装置において、第１シリンダと、第２シリンダと、前記第１シリンダに往復動可能に挿入されて前記スロットル弁よりも下流の吸気通路と連通する減圧室を前記第１シリンダ内に形成する第１ピストンと、前記第２シリンダに往復動可能に挿入されて前記スロットル弁よりも下流の吸気通路及び前記内燃機関の燃焼室の少なくともいずれか一方が設定される導入対象部と連通する加圧室を前記第２シリンダ内に形成し、前記減圧室の容積を減少させる方向への前記第１ピストンの移動に伴って前記加圧室の容積を減少させる方向に移動するように前記第１ピストンと連動して動作する第２ピストンと、前記スロットル弁よりも下流の吸気通路と前記減圧室とを連通させる減圧状態と前記スロットル弁よりも下流の吸気通路と前記減圧室との連通を遮断するとともに前記減圧室を大気圧環境に開放する開放状態とに前記第１シリンダの状態を切り替え可能な第１の状態切替手段と、前記導入対象部と前記加圧室との連通を遮断して前記加圧室を外部から閉じられた状態に維持する圧縮状態と前記導入対象部と前記加圧室とを連通させる導入状態とに前記第２シリンダの状態を切り替え可能な第２の状態切替手段と、前記加圧室の容積を減少させる方向に移動した前記第２ピストンが反対方向に移動しないように前記第２ピストンを所定位置に保持する保持手段と、を備えた空気圧縮手段と、前記内燃機関の減速時に、前記第２シリンダの状態が前記圧縮状態に切り替わるように前記第２の状態切替手段を制御するとともに前記第１シリンダの状態が前記減圧状態に切り替わるように前記第１の状態切替手段を制御し、前記第２ピストンが前記所定位置に移動した時点で前記保持手段に前記第２ピストンを保持させる空気圧縮処理を実行し、前記内燃機関の加速時に、前記第２シリンダの状態が前記導入状態に切り替わるように前記第２状態切替手段を制御する空気導入処理を実行する制御手段と、を備えていることにより、上述した課題を解決する（請求項１）。
【０００７】
周知のように内燃機関の減速時はスロットル弁が閉じられるため、スロットル弁よりも下流の吸気通路（以下、弁下流通路と称することがある。）の圧力が大気圧よりも低下して負圧になる。そのため、内燃機関の減速時に第１シリンダの状態を減圧状態に切り替えて減圧室を弁下流通路と連通させることにより、減圧室の圧力を低下させて第１ピストンを減圧室の容積が減少する方向に移動させることができる。また、これにより第２ピストンを加圧室の容積が減少する方向に移動させることができる。この際、第２シリンダの状態は圧縮状態に切り替えられているので、予め加圧室に空気を導入しておくことにより第２ピストンにてこの加圧室の空気を圧縮し、圧縮空気を作ることができる。そして、第２ピストンは所定位置に移動した時点で保持手段によりその所定位置に保持されるので、内燃機関が減速状態から他の状態に移行しても加圧室内に圧縮空気を保持し続けることができる。一方、内燃機関の加速時は、第２シリンダの状態が導入状態に切り替えられて加圧室と弁下流通路とが連通されるので、加圧室内の圧縮空気を弁下流通路に導入することができる。そのため、燃焼室に流入する空気量を迅速に増加させることができる。このように本発明の制御装置によれば、内燃機関の減速時に吸気通路で生じる負圧を利用して圧縮空気を作り、内燃機関の加速時にその圧縮空気を弁下流通路に導入することができるので、燃焼室に流入する空気量を迅速に増加させることができる。そのため、加速時における吸入空気量の応答性を改善することができる。
【０００８】
本発明の制御装置の一形態において、前記内燃機関は、前記スロットル弁よりも下流の吸気通路内に燃料を噴射する燃料噴射弁を備え、前記導入対象部として前記スロットル弁よりも下流の吸気通路が設定され、前記燃料噴射弁から噴射された燃料の流れと重なる方向に空気が方向付けて噴射されるように形成された噴射孔を有し、前記スロットル弁よりも下流の吸気通路に設けられて前記加圧室と接続される空気噴射ノズルをさらに備えていてもよい（請求項２）。このような空気噴射ノズルから圧縮空気を導入することにより、燃料噴射弁から噴射された燃料の微粒化を促進させることができる。
【０００９】
この形態において、前記空気噴射ノズルは、前記燃料噴射弁と一体に設けられていてもよい（請求項３）。この場合、空気噴射ノズルをコンパクトに配置することができる。
【００１０】
また、前記制御手段は、前記内燃機関の加速時であり、かつ前記燃料噴射弁から燃料が噴射されているときに前記空気導入処理を実行してもよい（請求項４）。このように燃料噴射弁から燃料が噴射される時期に合わせて圧縮空気を導入することにより、確実に燃料の微粒化を促進させることができる。
【００１１】
本発明の制御装置の一形態において、前記内燃機関は、前記燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴射弁を備え、前記導入対象部として前記燃焼室が設定され、前記燃料噴射弁には、前記燃焼室内にスワール流又はタンブル流が形成されるように前記燃焼室内に空気を方向付けて導く噴射孔を有し、かつ前記加圧室と接続される空気噴射ノズルが一体に設けられていてもよい（請求項５）。この場合、空気噴射ノズルから導入された圧縮空気によって燃焼室内にスワール流又はタンブル流が形成されるので、吸入空気量を迅速に増加できるとともに内燃機関の燃焼状態を改善することができる。
【００１２】
本発明の制御装置の一形態において、前記内燃機関は、前記スロットル弁よりも下流の吸気通路と接続され、前記吸気通路で生じた負圧を利用して動作する負圧動作手段を備え、前記スロットル弁よりも下流の吸気通路の圧力を検出する圧力検出手段と、前記圧力検出手段の検出結果に基づいて前記制御手段が前記空気圧縮処理を実行しても前記スロットル弁よりも下流の吸気通路の圧力が前記負圧動作手段の動作に必要な所定圧力未満に維持されるか否か判定する判定手段と、前記判定手段により前記スロットル弁よりも下流の吸気通路の圧力が前記所定圧力以上になると判定された場合に前記制御手段による前記空気圧縮処理の実行を禁止する実行禁止手段と、をさらに備えていてもよい（請求項６）。この場合、吸気通路の負圧によって確実に負圧動作手段を動作させることができる。
【発明の効果】
【００１３】
以上に説明したように、本発明の制御装置によれば、内燃機関の減速時に吸気通路で生じる負圧を利用して圧縮空気を作り、内燃機関の加速時にその圧縮空気を弁下流通路に導入するので、吸入空気量を迅速に増加させることができる。そのため、内燃機関の加速時における吸入空気量の応答性を改善することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１は、本発明の一形態に係る制御装置が組み込まれた内燃機関の要部を示している。図１の内燃機関（以下、エンジンと称することがある。）１は、車両に走行用動力源として搭載されるものであり、複数の気筒２が適宜のレイアウトで並べられた火花点火式内燃機関として構成されている。なお、図１では一つの気筒２のみを示している。各気筒２には吸気通路３及び排気通路４がそれぞれ接続されている。各気筒２には不図示のクランク軸にコンロッド６を介して連結されたピストン５が往復運動可能な状態で挿入されている。また、各気筒２には不図示の点火プラグがその電極部を突出させるようにして気筒２の略中心線上に設けられている。各気筒２に形成される燃焼室７と吸気通路３との間は吸気弁８にて開閉され、燃焼室７と排気通路４との間は排気弁９にて開閉される。吸気弁８及び排気弁９の開閉駆動は周知の動弁機構によって実行される。なお、これらは周知のエンジンと同様でよいため、詳細な説明は省略する。
【００１５】
吸気通路３には、吸気濾過用のエアフィルタ１０と、吸入空気量を調整するためのスロットル弁１１と、吸気通路３内に燃料を噴射する燃料噴射弁としてのインジェクタ１２と、スロットル弁よりも下流の吸気通路３である弁下流通路３ａの圧力に対応する信号を出力する圧力検出手段としての圧力センサ１３とが設けられている。また、吸気通路３には、吸気通路３で生じた負圧を利用してエンジン１が搭載された車両のブレーキの制動力を増加させる負圧動作手段としてのブレーキブースタ１４が接続されている。
【００１６】
また、エンジン１は、空気を圧縮して圧縮空気を作る空気圧縮手段としての空気圧縮装置２０と、空気圧縮装置２０の圧縮空気を吸気通路３内に噴射する空気噴射ノズル１５とを備えている。空気噴射ノズル１５は、インジェクタ１２から噴射された燃料Ｆと重なる方向に圧縮空気Ａを方向付けて噴射するように形成された噴射孔（不図示）を備えている。このように空気噴射ノズル１５を設けることにより、弁下流通路３ａが本発明の導入対象部に対応する。
【００１７】
図２を参照して空気圧縮装置２０について説明する。図２に示したように空気圧縮装置２０は、第１シリンダ２１及び第２シリンダ２２を備えている。第１シリンダ２１内には、第１シリンダ２１内を往復動可能なように第１ピストン２３が挿入されている。第１シリンダ２１の両方の端部２１ａ、２１ａは閉塞部材２４によってそれぞれ閉塞されている。そのため、第１シリンダ２１内には第１ピストン２３によって一対の減圧室２５Ａ、２５Ｂが形成される。以降、図２の左側の減圧室を第１減圧室２５Ａと称し、図２の右側の減圧室を第２減圧室２５Ｂと称することがある。各閉塞部材２４には、第１ピストン２３の移動が閉塞部材２４から所定の距離で止まるように閉塞部材２４から第１シリンダ２３内に向かって突出するクリアランス保持機構２６がそれぞれ設けられている。第２シリンダ２２内には、第２シリンダ２２内を往復動可能なように第２ピストン２７が挿入されている。第２ピストン２７は第１ピストン２３の移動に伴って第１ピストン２３の移動方向と同じ方向に連動して動作するように第１ピストン２３と連結されている。第２シリンダ２２の両方の端部２２ａもそれぞれ閉塞部材２４で閉塞されており、第２シリンダ２２内には第２ピストン２７によって一対の加圧室２８Ａ、２８Ｂが形成されている。以降、図２の左側の加圧室を第１加圧室２８Ａと称し、図２の右側の加圧室を第２加圧室２８Ｂと称することがある。第２シリンダ２２の各端部２２ａに設けられる閉塞部材２４にも第１シリンダ２１と同様に、第２ピストン２７の移動が閉塞部材２４から所定の距離で止まるように閉塞部材２４から第１シリンダ２３内に向かって突出するクリアランス保持機構２６がそれぞれ設けられている。
【００１８】
第１シリンダ２１の各減圧室２５Ａ、２５Ｂは、減圧通路２９によって弁下流通路３ａと接続されている。減圧通路２９は、２つの分岐通路３０Ａ、３０Ｂとこれら分岐通路３０Ａ、３０Ｂが分岐部２９ａにてそれぞれ接続される共通通路３１とを備えている。図２に示したように一方の分岐通路３０Ａは第１減圧室２５Ａに、他方の分岐通路３０Ｂは第２減圧室２５Ｂにそれぞれ接続される。また、図１に示したように共通通路３１は弁下流通路３ａに接続される。共通通路３１には、共通通路３１を開閉する第１開閉弁３２が設けられる。一方の分岐通路３０Ａには開弁状態において分岐通路３０Ａを大気圧環境に開放し、閉弁状態において分岐通路３０Ａを大気圧環境から遮断する第１大気圧開放弁３３が設けられる。他方の分岐通路３０Ｂにも第１大気圧開放弁３３と同様の弁が第２大気圧開放弁３４として設けられる。分岐部２９ａには、共通通路３１と一方の分岐通路３０Ａとを連通させて弁下流通路３ａと第１減圧室２５Ａとを連通させる第１位置Ｐ１と共通通路３１と一方の分岐通路３０Ｂとを連通させて弁下流通路３ａと第２減圧室２５Ｂとを連通させる第２位置Ｐ２との間で切り替え可能な切替弁３５が設けられている。
【００１９】
第２シリンダ２２の各加圧室２８Ａ、２８Ｂは、導入通路３６Ａ、３６Ｂによってそれぞれ空気噴射ノズル１５と接続されている。すなわち、第１加圧室２８Ａは導入通路３６Ａ及び空気噴射ノズル１５を介して弁下流通路３ａと連通し、第２加圧室２８Ｂは導入通路３６Ｂ及び空気噴射ノズル１５を介して弁下流通路３ａと連通している。導入通路３６Ａには、第１大気圧開放弁３３と同様の弁が第３大気圧開放弁３７として設けられるとともに、導入通路３６Ａを開閉する第２開閉弁３８が設けられている。導入通路３６Ｂにも同様に、第１大気圧開放弁３３と同様の弁が第４大気圧開放弁３９として設けられるとともに、導入通路３６Ｂを開閉する第３開閉弁４０が設けられている。
【００２０】
図２に示したように第１シリンダ２１の左側の端部２１ａ及び第２シリンダ２２の左側の端部２２ａには、第１ピストン２３及び第２ピストン２７をクリアランス保持機構２６と接触する所定位置に保持可能な保持手段としての第１ピストン保持機構４１、４１がそれぞれ設けられている。ピストン保持機構４１としては、例えばシリンダ内にピンを突入させてピストンを所定位置に保持する機構が設けられる。また、ピストンに外部から磁力をかけてピストンを所定位置に保持する電磁ロック機構でもよい。第１シリンダ２１の右側の端部２１ａ及び第２シリンダ２２の右側の端部２２ａにも同様に、第１ピストン２３及び第２ピストン２７をクリアランス保持機構２６と接触する所定位置に保持可能な保持手段としての第２ピストン保持機構４２、４２がそれぞれ設けられている。なお、第２ピストン保持機構４２も第１ピストン保持機構４１と同様のものが設けられる。
【００２１】
次に図２〜図５を参照して空気圧縮装置２０の動作について説明する。図２に示した空気圧縮装置２０は、第２加圧室２８Ｂに圧縮空気が保持されている状態を示している。図２に示したように空気圧縮装置２０の第１開閉弁３２、第２開閉弁３８、及び第３開閉弁４０はそれぞれ閉じられ、切替弁３５は第２位置Ｐ２に切り替えられている。また、第１〜第４大気圧開放弁３３、３４、３７、３９はそれぞれ閉じられている。第２ピストン２７は、第２シリンダ２２の左側の端部２２ａに設けられたクリアランス保持機構２６と接触する所定位置に第２ピストン保持機構４２によって保持されている。第１ピストン２３も同様に第１シリンダ２１の左側の端部２１ａに設けられたクリアランス保持機構２６と接触する所定位置に第２ピストン保持機構４２によって保持されている。図２の状態においては、第１減圧室２５Ａの圧力は大気圧であり、第２減圧室２５Ｂの圧力は負圧すなわち大気圧以下の圧力である。また、第１加圧室２８Ａの圧力は大気圧であり、第２加圧室２８Ｂの圧力は圧縮空気が保持されているため大気圧よりも高い圧力である。以降、このように第１加圧室２８Ａ又は第２加圧室２８Ｂに圧縮空気が保持されている状態を加圧保持状態と称することがある。
【００２２】
図３は、図２に示した加圧保持状態から第３開閉弁４０を開けた状態の空気圧縮装置２０を示している。なお、空気圧縮装置２０に設けられる他の弁は図２と同じ状態に維持される。このように第３開閉弁４０を開けることにより、第２加圧室２８Ｂに保持されていた圧縮空気を空気噴射ノズル１５の噴射孔から弁下流通路３ａ内に噴射させることができる。以降、図３に示した状態を圧縮空気導入状態と称することがある。
【００２３】
空気圧縮装置２０の状態を圧縮空気供給状態に変更し、第２加圧室２８Ｂに保持されていた圧縮空気が空気噴射ノズル１５から噴射して第２加圧室２８Ｂの圧力がほぼ大気圧に低下した後は、図４に示したように第３開閉弁４０を閉じる。また、第２大気圧開放弁３４及び第４大気圧開放弁３９をそれぞれ開ける。さらに、切替弁３５を第１位置Ｐ１に切り替える。なお、空気圧縮装置２０の他の部分の状態は図３に示した圧縮空気導入状態と同じ状態に維持される。この状態では、第２減圧室２５Ｂ及び第２加圧室２８Ｂがそれぞれ大気圧環境に開放される。また、第１開閉弁３２を開弁することにより第１減圧室２５Ａと弁下流通路３ａとを連通させることができる。以下、図４に示した状態を圧縮準備状態と称することがある。
【００２４】
図５は、図４に示した圧縮準備状態から第１開閉弁３２を開弁するとともに第２ピストン保持機構４２による第１ピストン２３及び第２ピストン２７の保持をそれぞれ解除した状態である空気圧縮状態を示している。圧縮準備状態から空気圧縮状態への切り替えは、スロットル弁１１が閉じられて弁下流通路３ａの圧力が負圧になるとき、例えばエンジン１の減速時などに行われる。このように弁下流通路３ａの圧力が負圧のときに第１開閉弁３２を開弁するとともに各ピストン２３、２７の保持を解除することにより、第１減圧室２５Ａを減圧させて第１ピストン２３を図５に矢印で示したように右側に移動させ、第２ピストン２７によって第１加圧室２８Ａの空気を圧縮することができる。その後、図５に示したように第２ピストン２７が第２シリンダ２２の右側の端部２２ａに設けられたクリアランス保持機構２６に接触する所定位置まで移動すると第１ピストン保持機構４１によって第１ピストン２３及び第２ピストン２７がそれぞれその所定位置に保持される。そして、第１開閉弁３２、第２大気圧開放弁３４、及び第４大気圧開放弁３９がそれぞれ閉弁される。これにより、第１加圧室２８Ａに圧縮空気を保持することができる。
【００２５】
このように空気圧縮装置２０の各弁３２〜３５、３７〜４０、及びピストン保持機構４１、４２の動作を制御することにより、第２加圧室２８Ｂに保持されていた圧縮空気を弁下流通路３ａに導入し、その後弁下流通路３ａの負圧を利用して第１加圧室２８Ａの空気を圧縮することができる。そして、図２に示した状態とは左右を反転させた加圧保持状態に空気圧縮装置２０の状態を切り替えることができる。
【００２６】
以上では、第２加圧室２８Ｂの圧縮空気を弁下流通路３ａに導入し、その後第１加圧室２８Ａの空気を圧縮する手順を説明したが、上述した図２〜図５の手順を図２において左右を反転させた位置に設けられている弁にてそれぞれ同様に実行することにより、第１加圧室２８Ａの圧縮空気を弁下流通路３ａに導入し、その後第２加圧室２８Ｂの空気を圧縮することができる。そして、第２ピストン２７が第２シリンダ２２の左側の端部２２ａに設けられたクリアランス保持機構２６に接触する所定位置まで移動した状態で第２ピストン２７を第２ピストン保持機構４２で保持させることにより、第２加圧室２８Ｂに圧縮空気を保持することができる。すなわち、空気圧縮装置２０の状態を図２に示した加圧保持状態に再度切り替えることができる。
【００２７】
このように第１開閉弁３２、第１大気圧開放弁３３、第２大気圧開放弁３４、及び切替弁３５によって第１ピストン２１の状態を弁下流通路３ａと減圧室２５Ａ、２５Ｂとを連通させる減圧状態と弁下流通路３ａと減圧室２５Ａ、２５Ｂとの連通を遮断するとともに減圧室２５Ａ、２５Ｂを大気圧環境に開放する開放状態とに切り替えることができるので、これらの弁３２〜３５が本発明の第１の状態切替手段に相当する。また、第２ピストン２２の状態は、第３大気圧開放弁３７、第２開閉弁３８、第４大気圧開放弁３９、及び第３開閉弁４０によって弁下流通路３ａと加圧室２８Ａ、２８Ｂとの連通を遮断して加圧室２８Ａ、２８Ｂを外部から閉じられた状態に維持する圧縮状態と弁下流通路３ａと加圧室２８Ａ、２８Ｂとを連通させる導入状態と切り替えられるので、これらの弁３７〜４０が本発明の第２の状態切替手段に相当する。
【００２８】
空気圧縮装置２０の各弁３２〜３５、３７〜４０及びピストン保持機構４１、４２の動作は、エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）５０にてそれぞれ制御される。ＥＣＵ５０は、マイクロプロセッサ及びその動作に必要なＲＡＭ、ＲＯＭ等の周辺機器を含んだコンピュータとして構成され、エンジン１に設けられた各種のセンサの出力信号に基づいてスロットル弁１１、及びインジェクタ１２等の動作を制御してエンジン１の運転状態を制御する周知のコンピュータユニットである。ＥＣＵ５０は、例えば運転者によってアクセル開度が変更された場合に変更後のアクセル開度に応じた量の吸気が気筒に吸入されるようにスロットル弁１１の開度を制御する。ＥＣＵ５０に接続されるセンサとしては、例えばエンジン１の機関回転速度（回転数）に対応する信号を出力するクランク角センサ５１、及びアクセル開度に対応する信号を出力するアクセル開度センサ５２等がある。また、ＥＣＵ５０には圧力センサ１３も接続される。その他にもＥＣＵ５０には各種センサが接続されるが、それらの図示は省略した。
【００２９】
図６は、ＥＣＵ５０が空気圧縮装置２０の各弁３２〜３５、３７〜４０及びピストン保持機構４１、４２の動作をそれぞれ制御して空気圧縮装置２０の状態を切り替えるために実行する空気圧縮装置制御ルーチンを示している。図６の制御ルーチンは、エンジン１の運転中に所定の周期で繰り返し実行される。図６の制御ルーチンを実行することにより、ＥＣＵ５０が本発明の制御手段として機能する。
【００３０】
図６の制御ルーチンにおいてＥＣＵ５０は、まずステップＳ１１でエンジン１の運転状態を取得する。エンジン１の運転状態としては、例えばアクセル開度、及び弁下流通路３ａの圧力などが取得される。続くステップＳ１２においてＥＣＵ５０は、エンジン１が加速中か否か判断する。この判断は、例えばアクセル開度の変化に基づいて行えばよく、例えばアクセルが開けられた場合にエンジン１が加速中と判断する。また、ＥＣＵ５０が路面状態などに応じてスロットル弁１１をフィードバック制御している場合は、例えばスロットル弁１１を開き側に制御されたときにエンジン１が加速中と判断してもよい。
【００３１】
エンジン１が加速中と判断した場合はステップＳ１３に進み、ＥＣＵ５０は第２開閉弁３８又は第３開閉弁４０を開弁させ、第１加圧室２８Ａ又は第２加圧室２８Ｂに保持されていた圧縮空気を弁下流通路３ａに導入する空気導入処理を実行する。この際、例えば第２開閉弁３８又は第３開閉弁４０を開弁する前の空気圧縮装置２０の状態が図２に示した加圧圧縮状態の場合は第３開閉弁４０を開弁させ、空気圧縮装置２０の状態を図３に示した圧縮空気導入状態に切り替える。次のステップＳ１４においてＥＣＵ５０は、空気圧縮装置２０の状態を圧縮準備状態に切り替える圧縮準備処理を実行する。その後、今回の制御ルーチンを終了する。
【００３２】
エンジン１が加速中ではないと判断した場合はステップＳ１５に進み、ＥＣＵ５０はエンジン１が減速中か否か判断する。エンジン１が減速中か否かは、アクセル開度及びエンジン１の回転数で判断すればよく、例えばアクセル開度がほぼ全閉であり、かつエンジン１の回転数が低下している場合に減速中と判断する。エンジン１が減速中ではないと判断した場合は今回の制御ルーチンを終了する。
【００３３】
一方、エンジン１が減速中と判断した場合はステップＳ１６に進み、ＥＣＵ５０は弁下流通路３ａの圧力（以下、吸気圧と称することがある。）が、予め設定した判定圧未満か否か判断する。空気圧縮装置２０の状態を空気圧縮状態に切り替えると第１開閉弁３２が開弁されるため、吸気圧が上昇する。この際、吸気圧が過度に上昇するとブレーキブースタ１４の動作に影響を及ぼすおそれがある。そこで、判定圧には、例えば空気圧縮装置２０の状態を空気圧縮状態に切り替えた時点における吸気圧がブレーキブースタ１４の動作に必要な圧力以下になる圧力を設定する。吸気圧が判定圧以上と判断した場合は今回の制御ルーチンを終了する。この処理を実行することによってＥＣＵ５０が本発明の判定手段として機能する。また、吸気圧が判定圧以上と判断した場合は制御ルーチンを終了し、空気圧縮装置２０の状態を空気圧縮状態に切り替えることを禁止するので、ＥＣＵ５０が本発明の実行禁止手段として機能する。
【００３４】
一方、吸気圧が判定圧未満と判断した場合はステップＳ１７に進み、ＥＣＵ５０は空気圧縮装置２０の状態を空気圧縮状態に切り替えて第１加圧室２８Ａ又は第２加圧室２８Ｂの空気を圧縮し、その後空気圧縮装置２０の状態を加圧保持状態に切り替える空気圧縮処理を実行する。その後、今回の制御ルーチンを終了する。
【００３５】
このようにエンジン１の加速が要求された場合、空気圧縮装置２０から圧縮空気を弁下流通路３ａに導入することにより、気筒２に流入する空気量を迅速に増加させることができる。そのため、エンジン１の加速時における吸入空気量の応答性を改善することができる。圧縮空気は、空気噴射ノズル１５の噴射孔から噴射されるため、インジェクタ１２から噴射された燃料を拡散させ、燃料の微粒化を促進させることができる。
【００３６】
なお、弁下流通路３ａへの圧縮空気の導入は、エンジン１の加速が要求され、かつインジェクタ１２から燃料が噴射されているときに行ってもよい。この場合、インジェクタ１２から噴射された燃料に圧縮空気を確実に重ならせることができるため、燃料の微粒化をより促進させることができる。
【００３７】
本発明は、上述した形態に限定されることなく、種々の形態にて実施することができる。例えば、本発明が適用される内燃機関は、吸気通路に燃料を噴射するいわゆるポート噴射式内燃機関に限定されない。気筒内に燃料を直接噴射するいわゆる直噴式内燃機関に本発明を適用してもよい。この場合、例えば空気噴射ノズルをインジェクタと一体に設け、その空気噴射ノズルには燃焼室内にスワール流又はタンブル流が形成されるように燃焼室内に圧縮空気を方向付けて導く噴射孔を設ける。このように燃焼室内に圧縮空気を導くことにより、吸入空気量の応答性を改善するとともに内燃機関の燃焼状態を改善することができる。なお、空気噴射ノズルを吸気通路に設ける場合も空気噴射ノズルをインジェクタと一体に設けてもよい。この場合、空気噴射ノズルをコンパクトに配置することができる。
【００３８】
また、本発明が適用される内燃機関は、火花点火内燃機関に限定されない。本発明はディーゼル内燃機関に適用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の一形態に係る制御装置が組み込まれた内燃機関の要部を示す図。
【図２】加圧保持状態の空気圧縮装置を拡大して示す図。
【図３】圧縮空気導入状態の空気圧縮装置を示す図。
【図４】圧縮準備状態の空気圧縮装置を示す図。
【図５】空気圧縮状態の空気圧縮装置を示す図。
【図６】ＥＣＵが実行する空気圧縮装置制御ルーチンを示すフローチャート。
【符号の説明】
【００４０】
１  内燃機関
２  気筒
３  吸気通路
３ａ  弁下流通路（導入対象部）
７  燃焼室
１１  スロットル弁
１２  インジェクタ（燃料噴射弁）
１３  圧力センサ（圧力検出手段）
１４  ブレーキブースタ（負圧動作手段）
１５  空気噴射ノズル
２０  空気圧縮装置（空気圧縮手段）
２１  第１シリンダ
２２  第２シリンダ
２３  第１ピストン
２５Ａ、２５Ｂ  減圧室
２７  第２ピストン
２８Ａ、２８Ｂ  加圧室
３２  第１開閉弁（第１の状態切替手段）
３３  第１大気圧開放弁（第１の状態切替手段）
３４  第２大気圧開放弁（第１の状態切替手段）
３５  切替弁（第１の状態切替手段）
３７  第３大気圧開放弁（第２の状態切替手段）
３８  第２開閉弁（第２の状態切替手段）
３９  第４大気圧開放弁（第２の状態切替手段）
４０  第３開閉弁（第２の状態切替手段）
４１  第１ピストン保持機構（保持手段）
４２  第２ピストン保持機構（保持手段）
５０  エンジンコントロールユニット（制御手段、判定手段、実行禁止手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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