JP2005171941A - 内燃機関の吸気制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】吸気制御弁の開閉による過給を開始する際の最初のサイクルにおける過渡的なノッキングを回避する。
【解決手段】サージタンクからシリンダへ至る各気筒別の吸気通路に、該吸気通路を遮断し得る吸気制御弁が配設されており、吸気行程の途中まで閉じておき、吸気行程途中で開くことにより生じた負圧波が正圧波となって戻ってくるタイミングで再び閉じることにより、過給効果が得られる。モード切替直後の最初のサイクルでは、吸気制御弁の閉時期ＩＣＶＣを僅かに遅角させることで、過給圧Ｐ１を定常時の過給圧よりも抑制する。従って、最初のサイクルのノッキングが回避される。吸気通路内に保持される圧力Ｐ１により、次サイクルにおいては残留ガスの掃気作用が得られ、ノッキングは生じにくくなる。
【選択図】図４

Description

この発明は、内燃機関の吸気制御装置に関し、特に、吸気系の気筒毎に吸気制御弁を有し、その開閉作動による吸気脈動効果によって過給作用を与え、機関の充填効率を高めるようにした内燃機関の吸気制御装置に関する。

内燃機関においては、吸気系の上流に配設されたサージタンクと各気筒との間の気筒別の吸気通路の通路長（吸気管長）を適切に設定することで、吸気通路内の圧力脈動により機関の充填効率を高めることが可能なことが知られている。しかしながら、この過給効果は、吸気通路内の圧力脈動が吸気弁の閉時期に正圧となるように同調する機関回転速度付近に限定される。より幅広い運転領域において充填効率の向上効果を得るためには吸気管長を変化させる必要があり、例えば、各気筒に長さの異なる吸気通路を２種類用意し、高速または低速といった機関の運転条件によってこれらを選択的に使用する技術等が知られている。

これとは別に、各気筒の吸気弁とサージタンクの間の吸気通路に該吸気通路を遮断可能な吸気制御弁を設け、この吸気制御弁を吸気行程中に適切なタイミングで開閉制御することにより、気筒別の吸気通路内に圧力脈動を生じさせ、機関の充填効率を向上させる技術が、例えば特許文献１等に開示されている。このタイプの吸気制御装置においては、吸気制御弁の開閉時期を機関の運転状態に応じて適切に制御することで、幅広い運転条件下において、充填効率を増大することが可能となる。

その作動原理および作用効果を概説すると、特に機関回転速度が低速の場合において、吸気行程前半においては吸気制御弁を閉としてシリンダ内および吸気通路に負圧を形成し、吸気行程終盤において吸気制御弁を開弁する。すると、負圧波は吸気通路を上流に進み、サージタンクで正圧となって反射する。この反射波が吸気弁付近まで戻ってきた時期に吸気制御弁を再び閉弁すれば、正圧が吸気通路内に保持される。従って、開弁状態にある吸気弁を介して連通している気筒に対し過給作用が行われる。加えて、吸気弁閉弁後においても、吸気制御弁の閉状態を継続して吸気通路内に正圧を保持することで、次サイクルにおけるバルブオーバラップ期間中に燃焼室内の残留ガスを掃気する効果が得られ、混合気温度の低下によるノッキング抑制効果も期待することができる。
特開２０００−２４８９４６号公報

前述の原理による作用効果は、機関が定常状態にある場合には十分に得られるものであるが、吸気行程中の吸気制御弁の開閉によって生じる過給効果つまり充填効率向上作用は、その吸気行程が含まれるサイクル自体において得られるの対し、残留ガス掃気によるノッキング抑制効果は、次サイクルに及ぼす効果である、という特徴がある。従って、機関が過渡状態となり、吸気制御弁を開閉していない制御モードから吸気制御弁の開閉による過給が開始された際には、過給効果が直ちに有効となるのに対し、残留ガス掃気効果が有効となるまでには１サイクル分の遅れが存在することになる。

例えば、吸気制御弁の制御モードとして、機関が高負荷状態にあるときには、上記吸気制御弁の開閉制御により充填効率を高めると同時に残留ガスの掃気を促進する充填効率向上モードを実行し、機関が低負荷状態にあるときには、過給効果は不要であるため吸気制御弁は常に開状態で固定して、残留ガスについても内部ＥＧＲとして活用する常時開モードを実行するものとした場合、加速時に、機関の運転状態が、吸気制御弁を開閉しない常時開モードから充填効率を高めるための充填効率向上モードへと移行した際に、その最初のサイクルに着目すると、過給効果により機関の充填効率は高められるものの、該サイクルでは残留ガスの掃気効果は得られない。従って、このサイクルについては、混合気の温度は高くなり、高負荷かつ高温な状態が発生する。この結果、一時的なノッキング発生の懸念があり、不快な打音の発生や、機関の耐久性に影響を生じる可能性がある。

この発明は、上記のように機関の運転状態の変化に応じて吸気制御弁の制御モードが変更される場合において、直後の１サイクルでは残留ガスの掃気効果が得られないことに起因する過渡的なノッキングの発生を回避することを目的とする。

この発明に係る内燃機関の吸気制御装置は、吸気弁上流の気筒別の吸気通路内に該吸気通路を遮断可能な吸気制御弁を有するとともに、内燃機関の運転状態に応じて上記吸気制御弁の作動状態を複数の制御モードに切り替えて制御する吸気制御弁制御手段を備えており、上記制御モードとして、少なくとも、充填効率向上モードと非過給モードとを有している。

上記充填効率向上モードでは、吸気行程の途中で上記吸気制御弁を開閉して吸気弁閉時期における吸気通路内の圧力を目標過給圧に高めるとともに吸気弁閉弁後も吸気通路内が正圧に保持されるように、上記吸気制御弁の開閉時期が制御される。

つまり、吸気行程の途中までは吸気制御弁は閉じており、ピストンの下降に伴って負圧が発達する。吸気行程の途中の所定の開時期に吸気制御弁が開くと、負圧波が上流に進み、かつサージタンクで正圧となって反射してくるので、吸気弁付近の吸気通路内圧力が高まったときに吸気制御弁を閉じることにより、過給効果が得られる。また、吸気制御弁が閉じた後も吸気通路内圧力は正圧に保持されるので、次のサイクルのバルブオーバラップ期間に、残留ガスの掃気効果が得られる。

特に本発明においては、上記非過給モードから上記充填効率向上モードへと切り替わったときの各気筒の最初のサイクルにおいて、上記吸気制御弁の開閉時期が、吸気弁閉時期における吸気通路内圧力が上記目標過給圧よりも低く抑制され、かつ吸気弁閉弁後の吸気通路内圧力がモード切替前の吸気弁閉弁後の吸気通路内圧力よりも高くなるように、制御される。これにより、最初のサイクルにおける過給作用が抑制され、かつ次サイクルに対する掃気作用は、十分に得られる。従って、切替直後の過渡的なノッキングの発生が回避される。

また本発明の第２の態様によれば、上記非過給モードから上記充填効率向上モードへと切り替わったときの各気筒の最初のサイクルについて、点火時期が、充填効率向上モードにおける通常の点火時期よりも遅角補正される。これにより、その最初のサイクルにおけるノッキングの発生が容易に回避される。

この発明によれば、過渡時に非過給モードから充填効率向上モードへと切り替わって吸気制御弁の開閉による過給が開始されたときに、残留ガスの掃気作用の１サイクル分の遅れに起因する過渡的なノッキングの発生を確実に回避することができる。

以下、図面に基づいて本発明の一実施例について説明する。

図１は、この発明を、内燃機関として４サイクルガソリン機関の吸気制御装置に適用した一実施例を示している。この内燃機関は、シリンダ１内を摺動するピストン２によって画成された燃焼室３に対し、吸気通路７および排気通路８が接続されており、吸気通路７の燃焼室３側の開口端を、ポペット弁からなる吸気弁５が開閉し、かつ排気通路８の燃焼室３側の開口端を、同じくポペット弁からなる排気弁６が開閉している。これらの吸気弁５および排気弁６は、クランクシャフト４の回転に同期して回転する図示せぬカムシャフトによってそれぞれ開閉駆動され、従って、クランクシャフト４の回転に同期して開閉される。これらの開閉時期は、一般的な４サイクルガソリン機関と特に変わりはなく、吸気弁５は、吸気上死点の少し前に開弁し、吸気下死点の少し後に閉弁する。燃焼室３の中心部には、点火プラグ９が配置されている。また、上記クランクシャフト４のクランク角度を検出するクランク角センサ１４が設けられている。

気筒別に設けられている上記吸気通路７の吸気弁５上流側には、過給効果を得るために吸気通路７を遮断し得る吸気制御弁１７が設けられている。この吸気制御弁１７は、吸気制御弁駆動装置１７ａによって１サイクル中の任意の時期に応答性良く開閉可能な構成であり、例えば電磁石により開閉するフラップ弁あるいはバタフライバルブ型の弁などから構成されている。なお、この吸気制御弁１７は、各気筒毎に独立した吸気通路７の各々に設けられているものであり、吸気制御弁１７の配設位置は、吸気管長が慣性過給効果を得る上で最適となるように設定されている。

各気筒毎に独立した吸気通路７は、上記吸気制御弁１７の上流側において、各気筒に共通のサージタンク１６に接続されている。このサージタンク１６の吸気入口には、吸気通路面積を任意に調整可能なバタフライバルブ型のスロットル弁１８が配設されている。このスロットル弁１８は、モータ等のスロットル弁駆動装置１８ａにより開度が制御されるいわゆる電子制御スロットル弁である。

また、燃料噴射弁１０が各気筒毎に吸気通路７に配設されており、負荷つまり吸入空気量に応じた量の燃料が噴射される。上記燃料噴射弁１０は、上記吸気制御弁１２より下流側の通路部分７ａに位置し、吸気弁５を指向するように配置されている。

上記吸気制御弁１７の開閉やスロットル弁１８の開度、さらには、上記燃料噴射弁１０からの燃料噴射量、点火プラグ９の点火時期、等は、エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）１１によって制御される。このエンジンコントロールユニット１１には、クランク角センサ１４の検出信号や水温センサ１３の検出信号、ノッキングによるシリンダブロックの振動を検出するノックセンサ１５の検出信号などが入力されるほか、運転者により操作されるアクセルペダルに設けられたアクセルペダルセンサ１２からのアクセル開度信号が入力されている。

図２は、上記吸気制御弁１７の制御モード切替のための制御マップを示す。上記吸気制御弁１７の制御モードは、基本的に、機関回転速度Ｎｅと負荷Ｔｅとに基づいて切り替えられるようになっており、主に、機関低中速の高負荷域において、充填効率向上を目的とする充填効率向上モードとして１サイクル中に開閉制御される。そして、機関高速域では吸気制御弁１７を使用しなくても吸気脈動による充填効率向上効果が得られること、また低負荷においては充填効率を向上させる必要が無いことから、吸気制御弁１７は、常時開モードとなり、吸気制御弁１７は、常に開状態に維持される。従って、例えば図中のＡ点からＢ点へと加速すると、吸気制御弁１７の制御モードが、常時開モードから充填効率向上モードへと移行することになる。

まず初めに、図３を参照して、吸気制御弁１７の制御モードが充填効率向上モードである場合の吸気制御弁１７の開閉時期ならびに吸気圧力の時間推移を説明する。なお、この図３は、内燃機関が充填効率向上モードの領域内で定常運転されている場合を示している。この充填効率向上モードにおいては、吸気制御弁１７は、各サイクル中において図中に示すように吸気行程の途中で１回開閉される。図の「吸気ポート圧」は、吸気制御弁１７と吸気弁５の間の吸気通路７（通路部分７ａ）の圧力（より厳密には吸気弁５直前の圧力）を示しており、その時間推移を図に準じて説明すると、当該気筒が圧縮〜燃焼〜膨張行程にある間は、吸気制御弁１７と吸気弁５は共に閉状態であり、吸気通路７の通路部分７ａには前サイクルによる正圧が保持されている。この正圧は、吸気ポート壁面への伝熱による温度低下や吸気制御弁１７からの微量の漏れにより徐々に低下することがあるものの、バルブオーバラップ時期まで保持される。所定の吸気弁開時期（ＩＶＯ）において吸気弁５が開弁すると、通路部分７ａに保持されていた圧力により、燃焼室３内に残留する既燃ガスが排気弁６を介して排気通路８へと押し出され、残留ガスの掃気が行われる。その後、吸気行程に入り、ピストン２が下降するに従い、吸気制御弁１７より下流側の通路部分７ａには負圧が発達する。吸気制御弁開時期（ＩＣＶＯ）にて吸気制御弁１７が開弁すると、通路部分７ａおよびシリンダ１内に発生していた負圧が圧力波となって吸気通路７を上流に向かって伝播する。負圧波は、サージタンク１６で正圧となって反射し、再び通路部分７ａおよびシリンダ１へと戻ってくる。正圧波が通路部分７ａに戻ってきたタイミング（吸気制御弁閉時期（ＩＣＶＣ））で吸気制御弁１７を閉弁すれば、この正圧によってシリンダ１内により多量の新気を充填することができ、過給効果が得られる。

なお、もしもそのまま吸気制御弁１７を閉弁しなければ、図中に点線で示すように、圧力振動が繰り返されることになる。

吸気弁５は、所定の吸気弁閉時期（ＩＶＣ）において閉弁する。この吸気弁５が閉弁した後も、吸気制御弁１７を閉弁状態のまま維持することで、図示するように通路部分７ａ内に正圧Ｐ１を保持することができ、次サイクルにおいて、残留ガスを掃気する効果を発生する。

定常状態における吸気制御弁１７の開時期ＩＣＶＯおよび閉時期ＩＣＶＣは、充填効率を高めるための最適なタイミングが機関の運転状態によって異なるので、例えば機関回転速度に対するテーブルとしてエンジンコントロールユニット１１内に予め記憶させておくことで、常に最適に制御することができる。なお、必ずしも過給圧が常に最大となるように制御する必要はなく、目標過給圧に沿うように、適宜なタイミングに設定することが可能である。

ところで、前述したように、吸気制御弁１７の開閉動作による過給効果は、吸気制御弁１７が作動した当該サイクル自体において直ちに得られるのに対し、吸気制御弁閉時期ＩＣＶＣ以降の通路部分７ａ内に正圧Ｐ１を保持して残留ガスを掃気する効果は、あくまでも次サイクルに対する効果である。そのため、吸気制御弁１７の制御モードが、図２に示すＡ点からＢ点への加速のように、常時開モードから充填効率向上モードへと移行した際に、そのモード切替直後の最初のサイクル（各気筒の最初のサイクル）においては、過給効果により充填効率は向上するものの、残留ガスの掃気効果は得られず、負荷の増大と混合気温度の上昇とによって、一時的にノッキング発生の懸念がある。

図４および図５は、このような問題に対処するために、制御モード切替直後の各気筒の最初のサイクルに対してなされる制御の第１実施例を示している。

図４は、図３と同様に、吸気制御弁１７の開閉時期ならびに吸気圧力の時間推移を示しているが、特に、制御モードが常時開モードから充填効率向上モードに切り替えられた後の最初のサイクルの挙動を示す。なお、図では、制御モード切替のタイミングは示されていないが、制御モードの切替に伴って吸気制御弁１７が閉弁し、少なくとも吸気弁５の開時期ＩＶＯよりも前に吸気制御弁１７が閉じている。このとき、通路部分７ａの圧力Ｐ０は、ほぼ大気圧である。

この第１実施例においては、図示するように、最初のサイクルにおける吸気制御弁１７の開時期ＩＣＶＯおよび閉時期ＩＣＶＣは、図３に示した充填効率向上モードにおける通常の開閉時期に比較して、閉時期ＩＣＶＣが僅かに遅角した特性となる。但し、吸気弁閉時期ＩＶＣよりも吸気制御弁閉時期ＩＣＶＣが遅れることはない。つまり、定常時であれば、吸気制御弁１７の閉時期ＩＣＶＣは、過給効果を大とするために、例えば図３のように圧力振動が最大圧となる時点で閉じるように設定されるのであるが、切替時の最初のサイクルにおいては、吸気制御弁１７の閉時期ＩＣＶＣを、この定常時における設定よりも僅かに遅角することで、吸気制御弁閉時期ＩＣＶＣにおける圧力を、定常時よりも低く抑制する。これに伴い、吸気弁閉時期ＩＶＣにおける圧力つまりシリンダ１内の過給圧が、定常時の目標である過給圧よりも低くなり、負荷の増大が抑えられるため、ノッキングの発生を回避することができる。

一方、定常時におけるものよりも低いとは言え、この過給圧が吸気弁５の閉弁後も吸気通路７（通路部分７ａ）内に保持されるので、次サイクルにおいては、前述した図３の場合と同様に、バルブオーバラップ期間に残留ガスの掃気効果が得られ、混合気温度が抑制される。従って、次サイクルからは掃気によるノッキング抑制効果を得ることができるため、吸気制御弁１７の効果を最大限に生かした過給を十分に行なうことができる。つまり、最初のサイクルの吸気弁５閉弁後の通路部分７ａ内の圧力Ｐ１が、モード切替前の吸気弁５閉弁後の通路部分７ａ内の圧力Ｐ０よりも高くなるように、吸気制御弁閉時期ＩＣＶＣが制御される。

吸気制御弁閉時期ＩＣＶＣの遅角量は、定常時における吸気制御弁閉時期ＩＣＶＣに対して所定値を加える手法が簡便であるが、機関回転速度に応じた遅角量をテーブルとして参照しても良いし、最初のサイクル用の遅角した閉時期をテーブルとして保持し、最初のサイクルのみ閉時期ＩＣＶＣとしてその値を参照しても良い。

図５は、上記第１実施例の制御の流れを示すフローチャートである。この図５の制御ルーチンは、ステップＳ０１から開始され、まずステップＳ０２にて各種センサからの信号を読み込み、ステップＳ０３でこれらの情報に基づいて機関の運転状態が総合的に判断される。ステップ０４では、機関の運転状態に応じて、例えば図２の制御マップに基づいて、吸気制御弁１７の制御モードが判断される。ステップＳ０５において、制御モードが常時開モードであればステップＳ１６へと進み、吸気制御弁１７を常時開とするための設定が行われる。

ステップＳ１７で制御モードが充填効率向上モードであった場合には、ステップＳ０６へと進み、吸気制御弁１７の開時期ＩＣＶＯと閉時期ＩＣＶＣとが、機関回転速度に対するテーブルからそれぞれ読み込まれる。ステップＳ０７では、吸気制御弁１７の制御モードが充填効率向上モードに移行してから各気筒の最初のサイクルであるかどうかが判断され、最初のサイクルと判断された場合には、ステップＳ０８に進み、ステップＳ０６にて設定された定常時の閉時期ＩＣＶＣに対して遅角補正が行われる。ステップＳ２０では、上記のようにして設定された値に基づき、実際に吸気制御弁１７が駆動制御される。従って、充填効率向上モードへのモード切替後の最初のサイクルでは、図４に例示するようなタイミングで吸気制御弁１７が開閉され、充填効率向上モードのその後のサイクルでは、図３に例示するようなタイミングで吸気制御弁１７が開閉される。また、常時開モードであれば、吸気制御弁１７の開閉は行われず、常に開状態に保持される。

以上のように、本実施例によれば、吸気制御弁１７の閉時期ＩＣＶＣを制御モード移行時の最初の１サイクルにおいて定常時よりも遅角制御することにより、最初のサイクルの過給圧を抑制してノッキングの発生を防止するとともに、通路部分７ａ内に正圧を保持して次サイクルの残留ガス掃気効果が得られ、それ以降は、大きな過給圧にて十分な加速トルクを得るとともに、ノッキングの発生を回避することが可能となる。

次に、図６のフローチャートは、上記第１実施例の処理を一部変更した第２実施例を示している。この実施例は、最初のサイクルでのノッキングの回避のために点火時期の遅角を併用するようにしたものであって、ステップＳ０７で、充填効率向上モードに移行してから各気筒の最初のサイクルであると判断された場合には、ステップＳ０８に進み、ステップＳ０６にて設定された定常時の閉時期ＩＣＶＣに対して遅角補正が行われるとともに、ステップＳ０９において、当該気筒の点火時期が、充填効率向上モードでの定常時の点火時期（換言すれば２サイクル目以降の点火時期）よりも遅角して設定される。上記の点火時期の遅角補正量としては、前述した閉時期ＩＣＶＣの遅角量と同様に、一定量でもよく、運転状態に応じた値であってもよく、あるいは遅角補正後の点火時期そのものをマップに割り付けた形としてもよい。なお、他のステップの処理は、図５のものと特に変わりがないので、その説明は省略する。

このように点火時期補正を組み合わせた第２実施例によれば、制御モードが充填効率向上モードに移行した後の最初のサイクルにおけるノッキングが確実に回避される。また、最初のサイクルのノッキングが生じにくくなるので、それだけ吸気制御弁閉時期ＩＣＶＣの遅角による過給圧の抑制代を小さく設定することができる。例えば、図４の圧力Ｐ１がより高くなるように、吸気制御弁閉時期ＩＣＶＣの遅角量を小さくすることができ、ノッキングを回避しつつ加速の立ち上がりを向上できる。また、圧力Ｐ１を高くすることで、次サイクルの掃気作用も向上する。

次に、図７に基づいて本発明の第３実施例を説明する。本実施例は、制御モード切替時の最初のサイクルにおいて、吸気制御弁１７の閉時期ＩＣＶＣを定常時よりも遅角制御する場合に、その閉時期ＩＣＶＣを吸気弁５の閉時期ＩＶＣよりも遅角側とする点が、第１実施例に対して異なる。

図７に示すように、制御モード切替直後の最初のサイクルにおいては、吸気制御弁１７の閉時期ＩＣＶＣが定常時（図３参照）の閉時期ＩＣＶＣよりも比較大きく遅角し、吸気弁５の閉時期ＩＶＣよりも遅れ側となる。特に、吸気制御弁１７の閉時期ＩＣＶＣにおける通路部分７ａ内の圧力Ｐ１が、上記吸気弁閉時期ＩＶＣにおける通路部分７ａ内の圧力（つまり過給圧）Ｐ２よりも高くなるように、上記吸気制御弁１７の閉時期ＩＣＶＣが制御される。

このように吸気制御弁１７の閉時期ＩＣＶＣを吸気弁５の閉時期ＩＶＣよりも遅角することで、吸気弁閉時期ＩＶＣにおける過給圧Ｐ２よりも吸気弁閉時期ＩＶＣ後に吸気通路７内に保持される圧力Ｐ１を高くすることが可能となり、最初のサイクルに対する過給効果を抑制しつつ、次サイクルの残留ガス掃気効果を高く得ることが可能となる。

ここで、吸気制御弁１７の開弁期間の間、吸気通路７内の圧力は図のように脈動するが、吸気制御弁１７の閉時期ＩＣＶＣを、圧力脈動の２回目の正圧波のタイミングとすれば、次サイクルの掃気のために保持される圧力Ｐ１が高くなり、最大限の残留ガス掃気効果を得ることができる。この吸気制御弁閉時期ＩＣＶＣは、前述のように機関運転状態に応じたテーブルもしくはマップに記憶させておくことも有効であるが、下記のより簡便な手法により閉時期ＩＣＶＣを決定することも可能である。

すなわち、定常時における吸気制御弁１７の開弁期間（ＩＣＶＯ〜ＩＣＶＣの期間）は、過給効果を最大とするためには、吸気制御弁１７の開放により発生した負圧波がサージタンク１６で正圧波となって反射し、吸気弁５近傍に戻ってくるまでの時間に一致するように設定される。従って、最初のサイクルにおいては、この開弁期間を定常時の略３倍とすれば、正圧波が逆に負圧波となって戻り、もう一度正圧波となって戻ってくる時期、すなわち２回目の正圧波のピークが閉時期ＩＣＶＣとなる。

この第３実施例に係る制御フローチャートは、図５に示したものと特に変わりがないので、ここでは図を省略する。第３実施例では、前述したステップＳ０８における吸気制御弁１７の閉時期遅角量が、遅角した閉時期ＩＣＶＣが吸気弁５の閉時期ＩＶＣよりも後になるように、予めテーブルにて設定されている。あるいは、吸気制御弁１７の閉時期ＩＣＶＣを、吸気制御弁１７の開弁期間が定常時の３倍となるように設定する場合には、ステップＳ０６にて設定済みである吸気制御弁１７の開時期・閉時期から開弁期間を演算し、これを３倍して再び開弁時期に加算することで、遅角した閉時期を求めるようにすれば良い。

以上のように、本実施例によれば、吸気制御弁１７の閉時期ＩＣＶＣを制御モード移行時の最初の１サイクルにおいて遅角制御することにより、過給圧Ｐ２を抑制してノッキングの発生を防止するとともに、通路部分７ａに保持される正圧Ｐ１がより大きくなるため、次サイクルの残留ガス掃気効果が大きくなる利点がある。

次に、本発明の第４実施例について説明する。本実施例は、制御モード切替時の最初のサイクルにおいて、吸気制御弁１７の閉時期ＩＣＶＣを定常時よりも遅角制御する際に、その開時期ＩＣＶＯも同時に遅角する点が、第３実施例に対して異なる。図８は、第４実施例における吸気制御弁１７の開閉タイミングと、通路部分７ａ内の圧力履歴を示す。

この実施例では、吸気制御弁１７の開時期ＩＣＶＯおよび閉時期ＩＣＶＣを共に同じ遅角量だけ遅角するようにしている。従って、吸気制御弁１７の開弁期間（ＩＣＶＯ〜ＩＣＶＣの期間）は、定常時（図３参照）と変わりがなく、その開弁期間（ＩＣＶＯ〜ＩＣＶＣ）の間に、吸気弁５の閉時期ＩＶＣが位置する。すなわち、負圧波がサージタンク１６で正圧波となって戻ってくるまでの期間は同じ機関回転速度であれば略一定であるので、吸気制御弁１７の開弁期間を一定に保ちつつ開時期ＩＣＶＯおよび閉時期ＩＣＶＣを共に遅角することで、定常時と同様に、閉時期ＩＣＶＣに１回目の正圧波のピークを同期させることができる。そのため、吸気弁５の閉時期ＩＶＣにおける過給圧Ｐ２を低く抑制しつつ、通路部分７ａ内に保持される圧力Ｐ１を最大化し、次サイクルの残留ガス掃気効果を最も有効に得ることが可能となる。

図９は、第４実施例に係る制御の流れを示すフローチャートである。このフローチャートも既に説明した各実施例におけるフローチャートと類似しているので、共通する部分の説明は省略する。前述した図５のフローチャートでは、ステップＳ０６にて設定された吸気制御弁１７の閉時期ＩＣＶＣを、ステップＳ０８で補正する構成となっているが、第４実施例においては、吸気制御弁１７の開時期ＩＣＶＯと閉時期ＩＣＶＣの双方を遅角する構成であることから、制御モードが充填効率向上モードである場合の定常時用の開閉時期テーブルと最初のサイクル用の開閉時期テーブルとが、それぞれ別個に用意されている。そして、ステップＳ０６にて設定された開閉時期を、制御モード切替後の最初のサイクルであればステップＳ０８にて遅角補正用の開閉時期テーブルから設定し直すようにしている。

以上のように、第４実施例によれば、吸気制御弁１７の閉時期ＩＣＶＣを制御モード移行時の最初の１サイクルにおいて遅角制御することにより、最初のサイクルの過給圧Ｐ２を抑制してノッキングの発生を防止するとともに、圧力脈動の最初の正圧ピークの圧力Ｐ１を吸気通路７内に保持することが可能であり、次サイクルの残留ガス掃気効果がより大きくなる利点がある。

次に、図１０のフローチャートは、この発明の第５実施例を示している。この実施例は、充填効率向上モードへの切替後の最初のサイクルについて、吸気制御弁１７の開閉時期は変化させずに、点火時期を遅角補正することで、ノッキングの抑制を図ったものである。

すなわち、ステップＳ０７で、充填効率向上モードに移行してから各気筒の最初のサイクルであると判断された場合には、ステップＳ０８に進み、当該気筒の点火時期を、充填効率向上モードでの定常時の点火時期（換言すれば２サイクル目以降の点火時期）よりも遅角側に補正する。上記の点火時期の遅角補正量としては、前述した閉時期ＩＣＶＣの遅角量と同様に、一定量でもよく、運転状態に応じた値であってもよく、あるいは遅角補正後の点火時期そのものをマップに割り付けた形としてもよい。なお、他のステップの処理は、前述した図５等と特に変わりがないので、その説明は省略する。

このように点火時期の遅角によりノッキングを回避する本実施例によれば、吸気制御弁１７の開閉は、定常時と同様に、例えば図３のように実行される。従って、吸気弁５の閉時期ＩＶＣの後に通路部分７ａ内に保持される圧力は非常に高く、次サイクルに対する残留ガス掃気効果が大きくなる。なお、最初のサイクルの過給圧は高いが、点火時期の遅角により確実にノッキングを回避することが可能である。

以上の各実施例では、図２のように、吸気制御弁１７の制御モードとして、充填効率向上モードと常時開モードとを備えるものとして説明したが、これら以外にも、吸気制御弁１７の制御モードとして、例えば吸気行程前半では開とし、吸気行程中盤で閉弁することで、シリンダ１に入る実質的な吸気量を制限しつつポンプロスを低減するモード（ポンプロス低減モード）などを設けることも可能である。このようなポンプロス低減モードから充填効率向上モードへの切替時においても、本発明は同様に適用可能である。

本発明に係る吸気制御装置を備えた内燃機関のシステム構成図。 吸気制御弁の制御モードの割り付けを示す特性図。 定常時の開閉時期等を示すタイミングチャート。 第１実施例における最初のサイクルの開閉時期等を示すタイミングチャート。 第１実施例の制御の流れを示すフローチャート。 第２実施例の制御の流れを示すフローチャート。 第３実施例における最初のサイクルの開閉時期等を示すタイミングチャート。 第４実施例における最初のサイクルの開閉時期等を示すタイミングチャート。 第４実施例の制御の流れを示すフローチャート。 第５実施例の制御の流れを示すフローチャート。

符号の説明

１…シリンダ
２…ピストン
５…吸気弁
７…吸気通路
１１…ＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）
１６…サージタンク
１７…吸気制御弁

Claims (13)

1. 吸気弁上流の気筒別の吸気通路内に該吸気通路を遮断可能な吸気制御弁を有するとともに、内燃機関の運転状態に応じて上記吸気制御弁の作動状態を複数の制御モードに切り替えて制御する吸気制御弁制御手段を備えた内燃機関の吸気制御装置において、
   上記制御モードとして、少なくとも、充填効率向上モードと非過給モードとを有し、
   上記充填効率向上モードでは、吸気行程の途中で上記吸気制御弁を開閉して吸気弁閉時期における吸気通路内の圧力を目標過給圧に高めるとともに吸気弁閉弁後も吸気通路内が正圧に保持されるように、上記吸気制御弁の開閉時期が制御され、さらに、
   上記非過給モードから上記充填効率向上モードへと切り替わったときの各気筒の最初のサイクルにおいては、上記吸気制御弁の開閉時期が、吸気弁閉時期における吸気通路内圧力が上記目標過給圧よりも低く抑制され、かつ吸気弁閉弁後の吸気通路内圧力がモード切替前の吸気弁閉弁後の吸気通路内圧力よりも高くなるように、制御されることを特徴とする内燃機関の吸気制御装置。
2. 上記非過給モードは、上記吸気制御弁が常に開状態に維持される常時開モードであることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の吸気制御装置。
3. 上記非過給モードは、上記吸気制御弁を予め開いておき吸気行程の途中で閉じるポンプロス低減モードであることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の吸気制御装置。
4. 上記の最初のサイクルにおける上記吸気制御弁の開閉時期は、充填効率向上モードにおける通常の開閉時期に比較して、吸気制御弁の閉時期が遅角した特性となることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の内燃機関の吸気制御装置。
5. 上記の最初のサイクルにおける吸気制御弁の閉時期は、吸気弁閉時期よりも遅角していることを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の吸気制御装置。
6. 上記の最初のサイクルにおける吸気制御弁の閉時期における吸気通路内圧力が、上記吸気弁閉時期における吸気通路内圧力よりも高くなるように、上記吸気制御弁の閉時期が制御されることを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の吸気制御装置。
7. 上記の最初のサイクルにおける吸気制御弁の閉時期が、吸気弁の閉時期後に吸気通路内圧力が最初の極大値となる時期に、制御されることを特徴とする請求項５または６に記載の内燃機関の吸気制御装置。
8. 上記の最初のサイクルにおける上記吸気制御弁の閉時期は、該吸気制御弁の開弁期間が、充填効率向上モードにおける通常の開閉時期による開弁期間の略３倍となるように制御されることを特徴とする請求項４〜７のいずれかに記載の内燃機関の吸気制御装置。
9. 上記の最初のサイクルにおける上記吸気制御弁の閉時期の遅角と併せて、吸気制御弁の開時期が充填効率向上モードにおける通常の開時期よりも遅角した特性となることを特徴とする請求項４〜７のいずれかに記載の内燃機関の吸気制御装置。
10. 上記の最初のサイクルにおいては、点火時期が、充填効率向上モードにおける通常の点火時期よりも遅角補正されることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の内燃機関の吸気制御装置。
11. 吸気弁上流の気筒別の吸気通路内に該吸気通路を遮断可能な吸気制御弁を有するとともに、内燃機関の運転状態に応じて上記吸気制御弁の作動状態を複数の制御モードに切り替えて制御する吸気制御弁制御手段を備えた内燃機関の吸気制御装置において、
    上記制御モードとして、少なくとも、充填効率向上モードと非過給モードとを有し、
    上記充填効率向上モードでは、吸気行程の途中で上記吸気制御弁を開閉して吸気弁閉時期における吸気通路内の圧力を目標過給圧に高めるとともに吸気弁閉弁後も吸気通路内が正圧に保持されるように、上記吸気制御弁の開閉時期が制御され、さらに、
    上記非過給モードから上記充填効率向上モードへと切り替わったときの各気筒の最初のサイクルにおいては、点火時期が、充填効率向上モードにおける通常の点火時期よりも遅角補正されることを特徴とする内燃機関の吸気制御装置。
12. 上記非過給モードは、上記吸気制御弁が常に開状態に維持される常時開モードであることを特徴とする請求項１１に記載の内燃機関の吸気制御装置。
13. 上記非過給モードは、上記吸気制御弁を予め開いておき吸気行程の途中で閉じるポンプロス低減モードであることを特徴とする請求項１１に記載の内燃機関の吸気制御装置。
    

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