JP2004245063A - 内燃機関の可変吸気装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関の可変吸気装置において、制御弁の開閉領域を適正に設定することでトルク向上効果を効率良く発生させると共に出力特性や排ガス性能の低下を抑制する。
【解決手段】吸気管２２にサージタンク３２を連通すると共にサブタンク３２を連通して吸気制御弁３３を設け、ＥＣＵ３６は、エンジン回転数の上昇に応じて増加する負荷設定値を設定し、エンジン負荷がこの負荷設定値以上の領域を吸気制御弁３３の閉作動領域に設定する。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の運転状態に応じて吸気管長を変更することで、吸気効率を向上させるようにした内燃機関の可変吸気装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関の運転状態に応じて吸気管長を変更して吸気効率を向上させる可変吸気装置としては、特許文献１がある。
【０００３】
【特許文献１】
実公平２−０４７２３５号公報
【０００４】
この特許文献１に記載された「多気筒内燃機関の吸気装置」は、吸気管にサージタンクを設けると共に、このサージタンクの下流側に連通路及び吸気制御弁を設け、この吸気制御弁を機関の高負荷・低中速回転域で閉じ、その他の運転域で開くように制御し、機関の広範囲な運転域にわたって吸気脈動を利用した高い体積効率を得ることで、吸気効率を向上させるものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上述した従来の「多気筒内燃機関の吸気装置」にあっては、スロットル開度が大きいと内燃機関は高負荷状態であるため、吸気管及び連通路の内圧は高く、吸気制御弁は閉じており、この状態からスロットル開度が閉じてくると、機関は低負荷側に移行して吸気管の内圧が下がる。このとき、吸気制御弁は閉じられているものの、連通路に対して吸気管が低圧となるため、この連通路内の空気が吸い出されて吸気管に漏れてしまい、エアフローセンサが検出した吸入空気量と連通路の下流側の吸入空気量との間に誤差が発生し、最適な燃料噴射制御ができないという問題がある。
【０００６】
そして、このような吸気制御弁の閉止時に連通路から吸気管に空気が漏れてしまう問題は、内燃機関の回転速度が高くなるほど大きく影響するものであり、出力特性や排ガス性能の低下となって表れる。そこで、吸気制御弁の閉領域をできるだけ狭くすることが考えられるが、前述した従来の技術では、吸気制御弁を開く条件としてのスロットル開度が機関の回転速度に対して一定である。そのため、吸気制御弁が閉じているときのトルク向上効果の高い低回転領域でも吸気制御弁の閉領域を狭くすることとなり、トルク向上効果を適正に発揮させることができないという問題が発生してしまう。
【０００７】
本発明はこのような問題を解決するものであって、制御弁の開閉領域を適正に設定することでトルク向上効果を効率良く発生させると共に出力特性や排ガス性能の低下を抑制した内燃機関の可変吸気装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために請求項１の発明の内燃機関の可変吸気装置では、吸気管にサージタンクを連通すると共に燃焼室との連通距離がサージタンクより短くなるようにサブタンクを連通し、吸気管とサブタンクとの連通部に制御弁を設け、また、サージタンクの上流の吸入空気量検出手段と、吸入空気量検出手段の検出結果に応じた燃料を噴射する燃料噴射制御手段と、内燃機関の負荷を検出する負荷検出手段と、内燃機関の回転速度を検出する回転速度検出手段とを設け、制御弁制御手段が、回転速度検出手段が検出する回転速度の上昇に応じて増加する負荷設定値を設定すると共に負荷検出手段が検出した負荷がこの負荷設定値以上の時に制御弁を閉作動させるようにしている。
【０００９】
従って、内燃機関の回転速度の上昇に応じて増加する負荷設定値を設定し、この機関の負荷が負荷設定値以上の時に制御弁を閉作動させるため、比較的低回転領域では、負荷に対する制御弁の閉領域を広めに設定し、トルク向上効果を効率良く発生させることができる一方、比較的高回転領域では、負荷に対する制御弁の閉領域を狭めに設定し、制御弁からの漏れに起因した出力特性や排ガス性能の低下を最小限に止めることができる。
【００１０】
請求項２の発明の内燃機関の可変吸気装置では、制御弁制御手段は、回転速度検出手段が検出する回転速度が所定回転速度以上の領域では、負荷検出手段が検出した負荷に拘わらず制御弁を開作動させるようにしている。従って、内燃機関の高回転領域での十分な出力特性を確保しながら、低中回転領域では制御弁の閉動作による弊害を最小限としながら、制御弁の閉動作によるトルク向上効果を効率良く得ることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００１２】
図１に本発明の一実施形態に係る内燃機関の可変吸気装置の概略構成、図２に吸気制御弁の開閉領域を表すグラフ、図３に本実施形態の内燃機関の可変吸気装置による制御のフローチャート、図４に本実施形態の内燃機関の可変吸気装置における制御のタイムチャートを示す。
【００１３】
本実施形態の内燃機関の可変吸気装置において、図１に示すように、車両に搭載されるエンジン１１は火花点火式ガソリンエンジンであって、シリンダブロック１２上にはシリンダヘッド１３が締結され、このシリンダブロック１２にピストン１４が上下動自在に嵌合している。そして、シリンダブロック１２の下部にはクランクシャフト１５が回転自在に支持され、このクランクシャフト１５とピストン１４とがコネクティングロッド１６により連結されている。
【００１４】
シリンダブロック１２とシリンダヘッド１３とピストン１４によって燃焼室１７が構成され、この燃焼室１７の両側に吸気ポート１８及び排気ポート１９が連通されており、この吸気ポート１８及び排気ポート１９に吸気バルブ２０と排気バルブ２１の先端部が臨み、燃焼室１７と各ポート１８，１９との開閉を行うことができるようになっている。そして、吸気ポート１８には吸気管２２が、排気ポート１９には水平な排気管２３がそれぞれ連結されている。
【００１５】
各吸気管２２には気筒ごとにインジェクタ２４が装着されると共に、シリンダヘッド１３に点火プラグ２５が装着されている。そして、このエンジン１１には各気筒の所定のクランク位置でクランク角信号を出力するクランク角センサ２６が設けられ、クランク角センサ２６はエンジン回転速度を検出可能となっている。更に、吸気管２２の上流端部にはエアクリーナ２７が取付けられており、この吸気管２２には電子制御スロットル弁２８が取付けられると共に、このスロットル弁２８の開度を検出するスロットルポジションセンサ２９が取付けられ、スロットル弁２８の上流側には吸入空気量を検出するエアフローセンサ３０が取付けられている。
【００１６】
また、吸気管２２の中途部にはサージタンク３１が設けられると共に、この吸気管２２にはサージタンク３１の上流側に位置して燃焼室１７に対する連通距離がこのサージタンク３１より短くなるようにサブタンク３２が連結されている。そして、吸気管２２とサブタンク３２との連通部にはこの連通部を開閉する吸気制御弁３３が設けられている。
【００１７】
更に、エンジン１１には、ＥＧＲ機構として、排気管２３と吸気管２２のサージタンクとを連結して排気を吸気へ再循環させるＥＧＲ通路３４が設けられると共に、このＥＧＲ通路３４にＥＧＲ弁３５が設けられている。
【００１８】
車両にはエンジン１１などを制御するエンジンの電子制御ユニット（ＥＣＵ）３６が設けられ、このＥＣＵ３６には、入出力装置、制御プログラムや制御マップ等の記憶を行う記憶装置、中央処理装置及びタイマやカウンタ類が具備されており、このＥＣＵ３６によりエンジン１１の総合的な制御が実施される。
【００１９】
即ち、前述したクランク角センサ２６が検出したエンジン回転数、スロットルポジションセンサ２９が検出したスロットル開度、エアフローセンサ３０が検出した吸入空気量などの運転状態情報がＥＣＵ３６に入力される。ＥＣＵ３６は、このエンジン回転数、スロットル開度、吸入空気量などの運転状態情報に基づいて燃料噴射量、点火時期、排ガス還流時期等を決定し、インジェクタ２４、点火プラグ２５、スロットル弁２８、ＥＧＲ弁３５等を駆動制御する。この場合、クランク角センサ２６が回転速度検出手段として機能し、クランク角センサ２６及びスロットルポジションセンサ２９が負荷検出手段として機能し、エアフローセンサ３０が吸入空気量検出手段として機能し、インジェクタ２４及びＥＣＵ３６が燃料噴射制御手段として機能する。
【００２０】
また、本実施形態にて、エンジン１１の高負荷・低中速回転域では吸気制御弁３３を閉じることで吸気管長を実質的に長くし、吸気脈動の干渉を発生させずに体積効率を上昇させる一方、その他の運転域で吸気制御弁３３を開くことで吸気管長を実質的に短くし、吸気脈動の干渉を利用して閉じたときより体積効率を高くし、エンジン１１の広範囲な運転領域にわたって吸気効率を向上させるようにしている。
【００２１】
そして、ＥＣＵ（制御弁制御手段）３６は、クランク角センサ２６が検出するエンジン１１の回転速度の上昇に応じて増加する負荷設定値を設定すると共に、クランク角センサ２６が検出したエンジン回転数とスロットルポジションセンサ２９が検出したスロットル開度に基づいて算出されたエンジン負荷がこの負荷設定値以上の時に、吸気制御弁３３を閉作動させるようにしている。また、ＥＣＵ３６は、クランク角センサ２６が検出するエンジン１１の回転数が所定回転数以上の領域では、算出されたエンジン負荷に拘わらず吸気制御弁３３を開作動させるようにしている。
【００２２】
即ち、図２（ａ）に示すように、エンジン回転数（エンジン回転速度）に対する体積効率（行程容積に対する１サイクル中に吸入した新気の体積の割合）を表すマップから吸気制御弁３３の開領域と閉領域が設定されている。この場合、エンジン回転数の上昇に応じて体積効率が上昇する負荷設定値が設定されており、吸気制御弁３３の閉領域は、この負荷設定値以上で且つスロットル弁２８の全開時の体積効率以下の領域であると共に、所定のエンジン回転数設定値以下の領域となっている。
【００２３】
また、図２（ｂ）に示すように、エンジン回転数（エンジン回転速度）に対するスロットル開度を表すマップから吸気制御弁３３の開領域と閉領域を設定するようにしてもよい。この場合も、エンジン回転数の上昇に応じてスロットル開度が上昇する負荷設定値が設定されており、吸気制御弁３３の閉領域は、この負荷設定値以上で且つスロットル弁２８の全開の開度以下の領域であると共に、所定のエンジン回転数設定値以下の領域となっている。
【００２４】
なお、吸気制御弁３３の開領域と閉領域を設定するマップは、上述した２つのマップの形態に限らず、エンジン回転数に対するエンジン負荷のマップであればよく、エンジン負荷としては、前述した体積効率やスロットル開度の他、吸入空気量や筒内圧などであってもよい。
【００２５】
ここで、上述した本実施形態の内燃機関の可変吸気装置におけるＥＣＵ３６の制御を図３のフローチャート並びに図４のタイムチャートに基づいて詳細に説明する。
【００２６】
図３に示すように、ステップＳ１にて、ＥＣＵ３６は、クランク角センサ２６が検出したエンジン回転数を取り込み、ステップＳ２にて、ＥＣＵ３６は、エアフローセンサ３０が検出した吸入空気量などに基づいて算出した体積効率を読み込み、ステップＳ３にて、ＥＣＵ３６は、エンジン回転数及びスロットルポジションセンサ２９が検出したスロットル開度に基づいて算出したエンジン負荷を読み込む。
【００２７】
ステップＳ４では、図２（ａ）に示すエンジン回転数に対する体積効率のマップから吸気制御弁３３の開閉領域を設定し、ＥＣＵ３６はこの吸気制御弁３３に開指示または閉指示を出す。ステップＳ５では、吸気制御弁３３に開指示が出されたかどうかを判定し、閉指示が出されていれば、何もしないでこのルーチンを抜ける。
【００２８】
一方、ステップＳ５にて、吸気制御弁３３に開指示が出されていれば、ステップＳ６にて、ＥＣＵ３６は吸気制御弁３３を開操作し、ステップＳ７にて、エンジン回転数と負荷に基づいてＥＧＲ弁３５の開度を算出し、ＥＧＲ弁３５の開度を算出した運転状態に基づく開度に制御すると共に、ＥＧＲ弁３５開度に応じて点火時期を進角制御する。
【００２９】
従って、エンジン回転数の上昇に応じて増加するエンジン負荷（体積効率、スロットル開度など）の設定値を設定し、吸気制御弁３３の閉領域を、この負荷設定値以上で且つ最大負荷（スロットル弁２８の全開時の体積効率、スロットル開度）以下の領域とすることで、エンジン１１の低回転領域では吸気制御弁３３の閉領域を広めに設定してトルク向上効果を発揮させることができる一方、高回転領域では吸気制御弁３３の閉領域を狭めに設定して吸気制御弁３３からの漏れに起因した出力特性や排ガス性能の低下を最小限に止めることができる。
【００３０】
この現象を詳細に説明すると、図４に示すように、ドライバがアクセルペダルを踏み込んでスロットル開度が大きくて吸入空気量が多いとき、エンジン１１は高負荷状態であるため、吸気管２２及びサブタンク３２の比較的内圧は高く、吸気制御弁３３は閉じている。この状態からドライバがアクセルペダルの踏み込みを少なくしてスロットル開度が閉じて吸入空気量が低下していくと、エンジン１１は低負荷となるために吸気管２２の内圧が下がる。このとき、吸気制御弁３３が閉のままであると、低圧の吸気管２２と比較的高圧のサブタンク３２との差圧によりサブタンク３２内の空気が吸い出されて吸気管２２に漏れて内圧が二点鎖線で示すように若干上昇し、推定吸入空気量と実際の吸入空気量との間に誤差が発生してします。
【００３１】
そこで、本実施形態では、吸気制御弁３３の閉領域をエンジン回転数の上昇に応じて増加する負荷設定値以上としており、スロットル開度が小さくなってエンジン負荷が負荷設定値以下になると吸気制御弁３３が開くため、吸気管２２とサブタンク３２とがほぼ同圧となり、吸気管２２の内圧は実線で示すように正規なものとなり、推定吸入空気量と実際の吸入空気量との誤差はなくなる。
【００３２】
このように本実施形態の内燃機関の可変吸気装置にあっては、吸気管２２にサージタンク３２を連通すると共にサブタンク３２を連通して吸気制御弁３３を設け、ＥＣＵ３６は、エンジン回転数の上昇に応じて増加する負荷設定値を設定し、エンジン負荷がこの負荷設定値以上の領域を吸気制御弁３３の閉作動領域に設定している。
【００３３】
従って、エンジン１１の比較的低回転領域では、吸気制御弁３３の閉領域を広めに設定することで、トルク向上効果を効率良く発生させることができる一方、比較的高回転領域では、吸気制御弁３３の閉領域を狭めに設定することで、吸気制御弁３３からの空気の漏れに起因した出力特性や排ガス性能の低下を最小限に止めることができる。
【００３４】
また、エンジン回転数が所定回転数以上の領域では、エンジン負荷に拘わらず吸気制御弁３３を開作動させるようにしている。従って、エンジン１１の高回転領域での十分な出力特性を確保しながら、低中回転領域では制御弁の閉動作による弊害を最小限としながら、吸気制御弁３３の閉動作によるトルク向上効果を効率良く得ることができる。
【００３５】
【発明の効果】
以上、実施形態において詳細に説明したように請求項１の発明の内燃機関の可変吸気装置によれば、吸気管にサージタンクを連通すると共に燃焼室との連通距離がサージタンクより短くなるようにサブタンクを連通し、吸気管とサブタンクとの連通部に制御弁を設け、また、サージタンクの上流の吸入空気量検出手段と、吸入空気量検出手段の検出結果に応じた燃料を噴射する燃料噴射制御手段と、内燃機関の負荷を検出する負荷検出手段と、内燃機関の回転速度を検出する回転速度検出手段とを設け、制御弁制御手段が、回転速度検出手段が検出する回転速度の上昇に応じて増加する負荷設定値を設定すると共に負荷検出手段が検出した負荷がこの負荷設定値以上の時に制御弁を閉作動させるので、内燃機関の回転速度の上昇に応じて増加する負荷設定値を設定し、この機関の負荷が負荷設定値以上の時に制御弁を閉作動させるため、比較的低回転領域では、負荷に対する制御弁の閉領域を広めに設定し、トルク向上効果を効率良く発生させることができる一方、比較的高回転領域では、負荷に対する制御弁の閉領域を狭めに設定し、制御弁からの漏れに起因した出力特性や排ガス性能の低下を最小限に止めることができる。
【００３６】
請求項２の発明の内燃機関の可変吸気装置によれば、制御弁制御手段は、回転速度検出手段が検出する回転速度が所定回転速度以上の領域では、負荷検出手段が検出した負荷に拘わらず制御弁を開作動させるので、内燃機関の高回転領域での十分な出力特性を確保しながら、低中回転領域では制御弁の閉動作による弊害を最小限としながら、制御弁の閉動作によるトルク向上効果を効率良く得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る内燃機関の可変吸気装置の概略構成図である。
【図２】吸気制御弁の開閉領域を表すグラフである。
【図３】本実施形態の内燃機関の可変吸気装置による制御のフローチャートである。
【図４】本実施形態の内燃機関の可変吸気装置における制御のタイムチャートである。
【符号の説明】
１１ エンジン（内燃機関）
１７ 燃焼室
１２ 点火プラグ
２２ 吸気管
２４ インジェクタ（燃料噴射制御手段）
２６ クランク角センサ（回転速度検出手段、負荷検出手段）
２８ スロットル弁
２９ スロットルポジションセンサ（負荷検出手段）
３０ エアフローセンサ（吸入空気量検出手段）
３１ サージタンク
３２ サブタンク
３３ 吸気制御弁
３６ 電子制御ユニット、ＥＣＵ（燃料噴射制御手段、制御弁制御手段）

Claims (2)

1. 一端部が内燃機関の燃焼室に連通して他端部がサージタンクに連通する吸気管と、前記燃焼室に対する連通距離が前記サージタンクより短くなるように前記吸気管に連通するサブタンクと、前記吸気管と前記サブタンクとの連通部に設けられて該連通部を開閉する制御弁と、前記サージタンクの上流に設けられた吸入空気量検出手段と、該吸入空気量検出手段の検出結果に応じた燃料を噴射する燃料噴射制御手段と、前記内燃機関の負荷を検出する負荷検出手段と、前記内燃機関の回転速度を検出する回転速度検出手段と、該回転速度検出手段が検出する回転速度の上昇に応じて増加する負荷設定値が設定されると共に前記負荷検出手段が検出した負荷が該負荷設定値以上の時に前記制御弁を閉作動させる制御弁制御手段とを具えたことを特徴とする内燃機関の可変吸気装置。
2. 請求項１記載の内燃機関の可変吸気装置において、前記制御弁制御手段は、前記回転速度検出手段が検出する回転速度が所定回転速度以上の領域では、前記負荷検出手段が検出した負荷に拘わらず前記制御弁を開作動させることを特徴とする内燃機関の可変吸気装置。

Images