JP2006070849A

JP2006070849A - 内燃機関

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Publication number: JP2006070849A
Application number: JP2004257325A
Authority: JP
Inventors: Shigemitsu Iizaka; 重光飯坂
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2004-09-03
Filing date: 2004-09-03
Publication date: 2006-03-16

Abstract

【課題】ノックの発生および燃料の燃焼の悪化を抑制することができる内燃機関を提供すること。
【解決手段】燃焼室Ａ内の残留ガスを掃気する内燃機関１において、吸気弁３６ａおよび排気弁３６ｂがともに開弁するバルブオーバーラップを判断するバルブオーバーラップ判断部７４と、バルブオーバーラップ判断部７４により判断されたバルブオーバーラップ時に吸気経路４側から燃焼室Ａ内に空気を導入する空気導入装置６と、内燃機関１に供給される燃料の性状を判断する燃料性状判断部７６と、内燃機関１のノックの発生を取得するノック発生取得部７５と、を備え、空気導入装置６は、ノック発生取得部７５により内燃機関１のノックの発生が取得された場合に燃料性状判断部７６により判断された燃料の性状に基づいて、燃焼室Ａ内に導入する空気の導入量を調整する。
【選択図】図１

Description

この発明は、内燃機関に関し、更に詳しくは、吸気弁および排気弁がともに開弁するバルブオーバーラップ時に燃焼室内の残留ガスを掃気する内燃機関に関する。

一般に、乗用車、トラックなどの車両に搭載されるガソリンエンジンなどの内燃機関では、圧縮端温度、すなわち着火直前の燃焼室内の空気と燃料との混合ガスのガス温度が上昇するとノックが発生する虞がある。この圧縮端温度が上昇する原因としては、内燃機関の排気行程において燃焼室内から排気されずにこの燃焼室内に残留する排気ガス、すなわち残留ガスがある。この燃焼室内の残留ガスの残留ガス量が増加すると圧縮端温度が上昇し、内燃機関にノックが発生する虞が生じる。

そこで、従来の内燃機関では、この内燃機関の排気行程と吸気行程との間に、バルブオーバーラップ期間が設けられている。このバルブオーバーラップ期間においては、内燃機関の吸気経路と燃焼室との連通を行う吸気弁および内燃機関の排気経路と燃焼室との連通を行う排気弁がともに開弁する。これにより、このバルブオーバーラップ期間では、吸気経路の空気が燃焼室内に導入され、この燃焼室内の残留ガスが排気経路に掃気され、燃焼室内の残留ガス量が低下する。

しかし、このバルブオーバーラップ期間のみでは、燃焼室内の残留ガスが排気経路に十分に掃気することができない。図５−１は、残留ガス量と空気の導入量との関係を示す図である。同図に示すように、内燃機関内に導入される空気の導入量Ｉの増加に伴い、燃焼室内の残留ガスの残留ガス量Ｖが減少する。つまり、空気の導入量Ｉの増加に伴い、燃焼室内の残留ガスを排気経路に多く掃気することができる。そこで、特許文献１に示すように、バルブオーバーラップ時に吸気経路から加圧された空気を燃焼室内に導入する技術が提案されている。この特許文献１に示す従来の内燃機関は、バルブオーバーラップ期間において加圧された空気を吸気経路の吸気ポートと吸気弁とにより形成される開口部の排気経路の排気ポートに対して最も遠い位置から導入する。これにより、燃焼室内の残留ガスの掃気をより効率的に行うものである。

特開平１−９２５２２号公報

ところで、内燃機関に用いられる燃料は、種々の有機化合物により構成されており、揮発性を有するものである。この燃料には、沸点の低い燃料を多く含む軽質燃料と、沸点の高い燃料を多く含む重質燃料とが存在する。ここで、重質燃料は、軽質燃料と比較して揮発性が悪いため、微粒子化が困難である。また、重質燃料は、軽質燃料と比較して燃焼室内の空気との混合し難いものである。これらにより、内燃機関に供給される燃料が重質燃料である場合は、燃焼室内の混合ガスが点火プラグにより着火されて燃焼する際に後燃えが発生する。これは、重質燃料に含まれる沸点の高い燃料が混合ガスの燃焼過程の前半ではなく後半において燃焼するためである。従って、この後燃えのために混合ガスの燃料過程の後半において、燃焼室内のガス温度が上昇する。つまり、内燃機関に供給される燃料が重質燃料であると、排気行程において排気経路に排気される燃焼室内の排気ガスの温度が高くなる。

図５−２は、圧縮端温度と残留ガス量との関係を示す図である。同図に示すように、燃焼室内に残留する残留ガスの残留ガス量Ｖが一定量Ｖ１であると、内燃機関に供給される燃料が重質燃料ＨＦである場合の圧縮端温度ＴはＴ１となり、内燃機関に供給される燃料が軽質燃料ＬＦである場合の圧縮端温度ＴはＴ２となる。ここで、Ｔ１＞Ｔ２であるため、残留ガス量Ｖに対して内燃機関に供給される燃料が重質燃料ＨＦである場合は、燃焼室内の排気ガスの温度が重質燃料ＨＦにより高くなるので、軽質燃料ＬＦである場合よりも圧縮端温度Ｔが高くなる。

ここで、上述のように、内燃機関に供給される燃料が重質燃料である場合は、圧縮端温度が上昇し、圧縮端温度が極端に高くなり、内燃機関にノックが軽質燃料の場合よりもさらに発生する虞がある。従って、内燃機関に供給される燃料が軽質燃料である場合よりも、燃焼室内に導入される空気の導入量を増やす必要がある。しかしながら、内燃機関に供給される燃料が重質燃料であるとして空気の導入量を増やした場合は、実際に内燃機関に供給される燃料が軽質燃料であると、圧縮端温度が下降し、圧縮端温度が極端に低くなる虞がある。つまり、バルブオーバーラップ時における燃焼室内に空気を導入することで、圧縮端温度が極端に低くなり、燃料の燃焼が悪化する虞がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ノックの発生および燃料の燃焼の悪化を抑制することができる内燃機関を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、この発明では、燃焼室内の残留ガスを掃気する内燃機関において、前記内燃機関の吸気経路と当該燃焼室との連通を行う吸気弁および当該内燃機関の排気経路と当該燃焼室との連通を行う排気弁がともに開弁するバルブオーバーラップを判断するバルブオーバーラップ判断手段と、前記バルブオーバーラップ判断手段により判断されたバルブオーバーラップ時に前記吸気経路側から前記燃焼室内に空気を導入する空気導入手段と、前記内燃機関に供給される燃料の性状を判断する燃料性状判断手段と、を備え、前記空気導入手段は、前記燃料性状判断手段により判断された燃料の性状に基づいて、前記燃焼室内に導入する空気の導入量を調整することを特徴とする。

また、この発明では、上記内燃機関において、前記空気導入手段は、前記燃料性状判断手段により前記内燃機関に供給される燃料の性状を重質燃料であると判断された場合は、当該内燃機関に供給される燃料の性状が軽質燃料であると判断された場合よりも前記燃焼室内に導入する空気の導入量を多くすることを特徴とする。

これらの発明によれば、燃料性状判断手段により判断された内燃機関に供給される燃料の性状に基づいて、燃焼室内に導入する空気の導入量を調整し、燃焼室内の残留ガスの残留ガス量をこの内燃機関に供給される燃料の性状に対応した残留ガス量とすることができる。例えば、燃料性状判断手段により内燃機関に供給される燃料の性状が軽質燃料であると判断された場合は、重質燃料であると判断された場合よりも、燃焼室内に導入する空気の導入量を少なくする。従って、燃焼室内の残留ガスの残留ガス量は、重質燃料であると判断された場合よりも多くなり、圧縮端温度の極端な下降が抑制され、圧縮端温度が極端に低くなることが抑制される。これにより、内燃機関に供給された燃料の燃焼の悪化を抑制することができる。また、燃料性状判断手段により内燃機関に供給される燃料の性状が重質燃料であると判断された場合は、軽質燃料であると判断された場合よりも、燃焼室内に導入する空気の導入量を多くする。従って、燃焼室内の残留ガスの残留ガス量は、軽質燃料であると判断された場合よりも少なくなり、圧縮端温度の上昇が抑制され、圧縮端温度が極端に高くなることが抑制される。これにより、ノックの発生を抑制することができる。

また、この発明では、上記内燃機関において、前記内燃機関のノックの発生を取得するノック発生取得手段をさらに備え、前記燃料性状判断手段は、前記ノック発生取得手段により前記内燃機関のノックの発生が取得された場合に、当該内燃機関に供給される燃料の性状を判断することを特徴とする。

また、この発明では、上記内燃機関において、前記内燃機関の運転領域が当該内燃機関にノックが発生する領域であることを判断するノック発生領域判断手段をさらに備え、前記燃料性状判断手段は、前記ノック発生領域判断手段により前記内燃機関の運転領域が当該内燃機関にノックが発生する領域であると判断された場合に、当該内燃機関に供給される燃料の性状を判断することを特徴とする。

これらの発明によれば、ノック発生検出手段により内燃機関のノックの発生を取得、あるいはノック発生領域判断手段により内燃機関の運転領域がこの内燃機関にノックが発生する領域であると判断しなければ、燃料性状判断手段により内燃機関に供給される燃料の性状を判断せず、空気導入手段は燃焼室内に空気を導入しない。つまり、バルブオーバーラップ時であっても、内燃機関のノックの発生を取得、あるいは内燃機関の運転領域がこの内燃機関にノックが発生する領域であると判断しなければ、燃焼室内に空気は導入されない。従って、圧縮端温度が内燃機関にノックが発生する、あるいは発生するおそれがある温度まで上昇していない場合に、燃焼室内に空気を導入しないので、圧縮端温度の下降が抑制され、圧縮端温度が極端に低くなることを抑制することができる。これにより、内燃機関に供給された燃料の燃焼の悪化をさらに抑制することができる。

この発明にかかる内燃機関は、燃料性状判断手段により判断される内燃機関に供給される燃料の性状に基づいて燃焼室内に導入される空気の導入量を調整することで、ノックの発生および燃料の燃焼の悪化を抑制することができる。

以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、下記の実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記の実施例における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの或いは実質的に同一のものが含まれる。

図１は、実施例１にかかる内燃機関の構成例を示す図である。図１に示すように、この実施例１にかかる内燃機関１−１は、図１に示すように、内燃機関１−１に燃料を供給する燃料供給手段である燃料供給装置２と、複数の気筒（例えば、４気筒）により構成される内燃機関本体３と、内燃機関本体３に接続される吸気経路４と、この内燃機関本体３に接続される排気経路５と、空気導入手段である空気導入装置６と、内燃機関１−１の運転を制御する運転制御装置であるＥＣＵ（Engine Control Unit）７とにより構成されている。なお、８は、図示しないアクセルペダルのアクセル開度を検出するアクセルペダルセンサである。

燃料供給装置２は、燃料タンク２２内に貯留されている燃料であるガソリンを内燃機関１−１に供給するものである。この燃料供給装置２は、燃料噴射弁２１と、燃料タンク２２と、燃料ポンプ２３と、タンク内温度センサ２４と、ベーパ濃度センサ２５と、図示しない燃料配管とにより構成されている。燃料タンク２２内に貯留されているガソリンは、ＥＣＵ７からの燃料ポンプ駆動信号により駆動する燃料ポンプ２３により加圧され、図示しない燃料配管を介して燃料噴射弁２１に圧送される。燃料噴射弁２１は、後述する内燃機関本体３の図示しない各気筒の吸気ポート３２ａにそれぞれ配置されており、燃料ポンプ２３から圧送されたガソリンを後述する内燃機関本体３の吸気ポート３２ａ内に噴射するものである。燃料噴射弁２１の燃料噴射量や噴射タイミングなどの制御、すなわち噴射制御は、後述するＥＣＵ７により行われる。

ここで、タンク内温度センサ２４は、燃料タンク２２内に設けられており、燃料タンク２２内に貯留されている燃料の温度を検出するものであり、後述するＥＣＵ７に出力するものである。なお、タンク内温度センサ２４は、燃料の温度を検出するものに限られず、タンク内の蒸発燃料の温度を検出するものであっても良い。また、ベーパ濃度センサ２５は、燃料タンク２２内に設けられており、燃料タンク２２内に貯留されている燃料が蒸発することで、この燃料タンク２２内に充満する蒸発燃料の濃度を検出するものであり、後述するＥＣＵ７に出力するものである。なお、ベーパ濃度センサ２５は、燃料タンク２２内に充満する蒸発燃料の濃度を検出するものに限られず、燃料タンク２２と吸気経路４とを連通する図示しない蒸発燃料供給通路に設けられるチャコールキャニスタ内に充満する蒸発燃料の濃度を検出するものであっても良い。

内燃機関本体３は、シリンダブロック３１と、このシリンダブロック３１に固定されたシリンダヘッド３２と、気筒ごとに設けられるピストン３３およびコンロッド３４と、クランクシャフト３５と、バルブ装置３６と、気筒ごとに設けられる点火プラグ３７とにより構成されている。ここで、内燃機関本体３の各気筒には、各気筒のピストン３３と、シリンダブロック３１と、シリンダヘッド３２とにより燃焼室Ａが形成されている。シリンダヘッド３２には、吸気ポート３２ａおよび排気ポート３２ｂが気筒ごとに形成されており、それぞれ吸気経路４および排気経路５に接続されている。ピストン３３は、コンロッド３４に回転自在に支持されており、このコンロッド３４は、クランクシャフト３５に回転自在に支持されている。つまり、クランクシャフト３５は、ピストン３３が燃焼室Ａ内の空気と燃料の混合ガスが燃焼することにより、シリンダブロック３１内を往復運動することで回転するものである。

バルブ装置３６は、気筒ごとに設けられる吸気弁３６ａおよび排気弁３６ｂと、インテークカムシャフト３６ｃと、エキゾーストカムシャフト３６ｄとにより構成されている。吸気弁３６ａは、吸気ポート３２ａと燃焼室Ａとの間に配置され、インテークカムシャフト３６ｃが回転することにより往復運動を行う。また、排気ポート３２ｂは、排気ポート３２ｂと燃焼室Ａとの間に配置され、エキゾーストカムシャフト３６ｄが回転することにより往復運動を行う。インテークカムシャフト３６ｃおよびエキゾーストカムシャフト３６ｄは、図示しないタイミングチェーンを介してクランクシャフト３５に連結されており、このクランクシャフト３５の回転力が伝達され回転するものである。なお、内燃機関１−１は、上記バルブ装置３６の代わりに、インテークカムシャフト３６ｃが回転する際の位相を変化させることができる連続可変バルブタイミング装置などを備えていても良い。これにより、内燃機関１−１の運転領域に基づいてバルブオーバーラップ期間を変化させることができる。

点火プラグ３７は、気筒ごとに設けられており、ＥＣＵ７からの点火信号により、点火し、各気筒の燃焼室Ａ内の混合ガスを着火させるものである。点火プラグ３７の点火タイミングなどの制御、すなわち点火制御は、後述するＥＣＵ７により行われる。なお、３８は、ノック発生検出手段であるノックセンサである。このノックセンサ３８は、内燃機関１−１のノックの発生を例えばシリンダブロック３１の振動により電圧が変化する圧電素子に基づいて検出し、ＥＣＵ７に出力するものである。また、３９は、クランクシャフト３５の角度を検出し、ＥＣＵ７に出力するクランク角度センサである。

吸気経路４は、外部から空気を吸気し、この導入された空気を内燃機関本体３の各気筒の燃焼室Ａに導入するものである。この吸気経路４は、エアクリーナー４１と、エアフロメータ４２と、スロットルバルブ４３と、エアクリーナー４１から内燃機関本体３の吸気ポート３２ａまでを連通する吸気通路４４とにより構成されている。エアクリーナー４１により粉塵が除去された空気は、吸気通路４４および吸気ポート３２ａを介して、内燃機関本体３の燃焼室Ａに導入される。エアフロメータ４２は、この内燃機関本体３に導入、すなわち吸入される空気の吸入空気量を検出し、ＥＣＵ７に出力するものである。スロットルバルブ４３は、ステッピングモータなどのアクチュエータ４３ａにより駆動され、内燃機関本体３の各気筒の燃焼室Ａに吸気される吸入空気量を調整するものである。このスロットルバルブ４３の開度の制御、すなわちスロットルバルブ開度制御は、後述するＥＣＵ７により行われる。

また、排気経路５は、浄化触媒５１と、図示しない消音装置と、内燃機関本体３の排気ポート３２ｂから浄化触媒５１を介して消音装置までを連通する排気通路５２とにより構成されている。浄化触媒５１は、排気通路５２を開始して導入された排気ガスに含まれる有害物質を浄化するものであり、有害物質が浄化された排気ガスは、消音装置を介して外部に排気される。なお、図示は省略するが浄化触媒５１の上流側に位置する排気通路５２には、この排気通路５２に排気される排気ガスの空燃比を検出し、後述するＥＣＵ７に出力するＡ／Ｆセンサ、あるいはこの排気通路５２に排気される排気ガスの酸素濃度を検出し、後述するＥＣＵ７に出力するＯ_２センサが設けられている。

空気導入装置６は、空気導入手段であり、外部の空気を導入用ポンプ６１で加圧して、内燃機関本体３の吸気ポート３２ａ内に導入するものである。つまり、空気導入装置６は、バルブオーバーラップ時において、吸気経路４側から内燃機関本体３の各気筒の燃焼室Ａ内に加圧された空気を導入するものである。この空気導入装置６は、導入用ポンプ６１と、導入量調整弁６２と、導入用ポンプ６１から内燃機関本体３の各気筒の吸気ポート３２ａまでを連通する導入通路６３とにより構成されている。導入用ポンプ６１は、ＥＣＵ７からの導入用ポンプ駆動信号により駆動し、外部の空気を吸引し、加圧する。この加圧された空気は、導入通路６３を介して吸気ポート３２ａに圧送される。導入量調整弁６２は、ステッピングモータなどのアクチュエータ６２ａにより駆動され、バルブオーバーラップ時において、内燃機関本体３の各気筒の燃焼室Ａに導入される空気の導入量を調整するものである。この導入量調整弁６２の開度の制御、すなわち導入量調整弁開度制御は、後述するＥＣＵ７により行われる。なお、この空気導入装置６は、吸気ポート３２ａに加圧された空気を導入する場合に限られず、吸気経路４の吸気通路４４に加圧された空気を導入しても良い。また、導入用ポンプ６１は、例えば、ベルトやチェーンなどの連結手段によりクランクシャフト３５に連結することで、クランクシャフト３５の回転により回転するように構成しても良い。

ＥＣＵ７は、内燃機関１−１を運転制御し、この内燃機関１−１を種々の運転領域で運転するものであり、バルブオーバーラップ判断手段、燃料性状判断手段、ノック発生取得手段としての機能を備える。このＥＣＵ７には、内燃機関１−１が搭載された車両の各所に取り付けられたセンサから、各種入力信号が入力される。具体的には、クランクシャフト３５に取り付けられたクランク角度センサ３９により検出されたクランク角度、エアフロメータ４２により検出された吸入空気量、アクセルペダルセンサ８により検出されたアクセル開度、図示しないＡ／Ｆセンサにより検出された空燃比、ノックセンサ３８により検出された内燃機関１−１のノックの発生状態などがある。ＥＣＵ７は、これら入力信号および記憶部７３に記憶されている各種マップに基づいて各種出力信号を出力する。具体的には、燃料噴射弁２１の噴射制御を行う噴射信号、スロットルバルブ４３のスロットルバルブ開度制御を行うスロットルバルブ開度信号、点火プラグ３７の点火制御を行う点火信号、導入量調整弁６２の導入量調整弁開度制御を行う導入量調整弁開度信号、燃料ポンプ２３の駆動制御を行う燃料ポンプ駆動信号、導入用ポンプ６１の駆動制御を行う導入用ポンプ駆動信号などの出力信号などがある。

なお、燃料噴射弁２１から内燃機関１−１に供給される燃料噴射量は、これら入力信号のうちクランク角度から取得される機関回転数、吸入空気量、アクセル開度などに基づいて算出される。この燃料噴射量の算出は、上記入力信号と記憶部７３に記憶されている燃料噴射量マップとに基づいて算出しても良いし、上記入力信号と図示しないＡ／Ｆセンサにより検出された空燃比とに基づいて算出しても良い。

具体的に、このＥＣＵ７は、上記入力信号や出力信号の入出力を行う入出力ポート（Ｉ／Ｏ）７１と、処理部７２と、上記燃料噴射量マップなどの各種マップなどを格納する記憶部７３とにより構成されている。処理部７２は、メモリおよびＣＰＵ（Central Processing Unit）により構成され、少なくともバルブオーバーラップ判断手段であるバルブオーバーラップ判断部７４と、ノック発生取得手段であるノック発生取得部７５と、燃料性状判断手段である燃料性状判断部７６と、導入量制御部７７とにより構成されている。この処理部７２は、後述する実施例１にかかる空気導入装置６の導入量調整弁６２の導入量調整弁開度制御方法などに基づくプログラムをメモリにロードして実行することにより、導入量調整弁６２の導入量調整弁開度制御方法などを実現させるものであっても良い。また、記憶部７３は、フラッシュメモリ等の不揮発性のメモリ、ＲＯＭ（Read Only Memory）のような読み出しのみが可能な揮発性のメモリあるいはＲＡＭ（Random Access Memory）のような読み書きが可能な揮発性のメモリ、あるいはこれらの組み合わせにより構成することができる。また、この実施例１では、導入量調整弁６２の導入量調整弁開度制御方法をＥＣＵ７により実現させるが、これに限定されるものではなく、このＥＣＵ７とは個別に形成された制御装置により実現しても良い。

次に、実施例１にかかる内燃機関１−１の空気導入装置６の導入量調整弁６２の動作、すなわち導入量調整弁６２の導入量調整弁開度制御方法について説明する。図２は、実施例１にかかる導入量調整弁の動作フローを示す図である。まず、同図に示すように、ＥＣＵ７の処理部７２のバルブオーバーラップ判断部７４は、この内燃機関本体３のバルブ装置３６の吸気弁３６ａおよび排気弁３６ｂがともに開弁するバルブオーバーラップ時であるか否かを判断する（ステップＳＴ１０１）。具体的には、クランク角度センサにより検出されたクランクシャフト３５のクランク角度に基づいて判断する。ここで、バルブ装置３６の吸気弁３６ａおよび排気弁３６ｂは、上述のようにクランクシャフト３５の回転に対応して開閉弁を行う。つまり、クランクシャフト３５のクランク角度に基づいて吸気弁３６ａおよび排気弁３６ｂの開閉状態を取得することができる。従って、バルブオーバーラップ判断部７４は、検出されたクランクシャフト３５のクランク角度に基づいて吸気弁３６ａおよび排気弁３６ｂがともに開弁しているか否かを判断する。

なお、バルブ装置３６が連続可変バルブタイミング装置である場合は、内燃機関本体３に図示しないカムポジションセンサが備えられており、このカムポジションセンサは、インテークカムシャフト３６ｃの位置を検出し、ＥＣＵ７に出力する。従って、バルブオーバーラップ判断部７４は、このカムポジションセンサにより検出されたインテークカムシャフト３６ｃの位置に基づいて吸気弁３６ａが開弁しているか否かを判断し、検出されたクランクシャフト３５のクランク角度に基づいて排気弁３６ｂが開弁しているか否かを判断するようにしても良い。なお、バルブオーバーラップ判断部７４は、バルブオーバーラップ時でない場合は、バルブオーバーラップ時であると判断するまで、このステップＳＴ１０１を繰り返す。

次に、処理部７２のノック発生取得部７５は、バルブオーバーラップ判断部７４によりバルブオーバーラップ時であると判断された場合、この実施例１にかかる内燃機関１−１のノックの発生を取得したか否かを判断する（ステップＳＴ１０２）。具体的には、ノックセンサ３８が、内燃機関１−１のシリンダブロック３１の振動を検出し、ＥＣＵ７に出力する。そして、ノック発生取得部７５は、このノックセンサ３８から出力されるノック発生信号の特定周波数の強度に基づいて、内燃機関１−１にノックが発生したか否かを判断する。なお、ノック発生取得部７５は、内燃機関１−１のノックの発生を検出するまで、上記ステップＳＴ１０１およびステップＳＴ１０２を繰り返す。

次に、処理部７２のノック発生取得部７５により内燃機関１−１のノックの発生が取得された場合、燃料性状判断部７６は、内燃機関１−１に供給される燃料の性状が軽質燃料であるか否かを判断する（ステップＳＴ１０３）。具体的には、燃料性状判断部７６は、タンク内温度センサ２４により検出された燃料タンク２２内に貯留されている燃料の温度およびベーパ濃度センサ２５により検出された燃料タンク２２内に充満する蒸発燃料の濃度に基づいて、内燃機関１−１に供給される燃料が軽質燃料であるかを判断する。ここで、燃料タンク２２内に貯留されている燃料が重質燃料あるいは軽質燃料であるかにより、燃料の温度および蒸発燃料の濃度が変化する。例えば、燃料が重質燃料である場合は、燃料の温度が高くなり、蒸発燃料の濃度が低くなる。一方、燃料が軽質燃料である場合は、燃料の温度が低くなり、蒸発燃料の濃度が高くなる。従って、燃料性状判断部７６は、入力された燃料タンク２２内に貯留されている燃料の温度が所定温度以上であるか否かおよび入力された燃料タンク２２内に充満する蒸発燃料の濃度が所定濃度未満であるか否かにより、内燃機関に供給される燃料の性状を判断する。つまり、処理部７２の燃料性状判断部７６は、燃料タンク２２内に貯留されている燃料の温度が所定温度未満で、かつ燃料タンク２２内に充満する蒸発燃料の濃度が所定濃度以上である場合に内燃機関１−１に供給される燃料が軽質燃料であると判断し、燃料タンク２２内に貯留されている燃料の温度が所定温度以上で、かつ燃料タンク２２内に充満する蒸発燃料の濃度が所定濃度未満である場合に内燃機関１−１に供給される燃料が重質燃料であると判断する。

次に、処理部７２の導入量制御部７７は、燃料性状判断部７６が内燃機関に供給される燃料が軽質燃料であると判断された場合、バルブオーバーラップ時に燃焼室Ａ内に通常の導入量の空気を導入するために、この通常の導入量に対応する導入量調整弁６２の開度を算出し、導入量調整弁６２に導入量調整弁開度信号を出力する。この導入量調整弁開度信号に基づきアクチュエータ６２ａが駆動し、導入量調整弁６２は開弁され、導入用ポンプ６１により加圧された空気が吸気ポート３２ａを介して燃焼室Ａに導入される（ステップＳＴ１０４）。この燃焼室Ａに導入される通常の導入量の空気により、燃焼室Ａ内に残留する残留ガスは、排気ポート３２ｂを介して排気経路５に掃気される。ここで、通常の導入量とは、重質燃料であると判断された場合に燃焼室Ａ内に導入される空気の導入量よりも少ない量をいい、かつ燃焼室Ａ内に空気が導入された後の圧縮端温度の極端な下降を抑制できる量である。

次に、処理部７２の導入量制御部７７は、燃料性状判断部７６が内燃機関に供給される燃料が重質燃料であると判断された場合、バルブオーバーラップ時に燃焼室Ａ内に通常の導入量よりも多い導入量の空気を導入するために、この通常の導入量より多い導入量に対応する導入量調整弁６２の開度を算出し、導入量調整弁６２に導入量調整弁開度信号を出力する。この導入量調整弁開度信号に基づきアクチュエータ６２ａが駆動し、導入量調整弁６２は開弁され、導入用ポンプ６１により加圧された空気が吸気ポート３２ａを介して燃焼室Ａに導入される（ステップＳＴ１０５）。この燃焼室Ａに導入される通常の導入量よりも多い導入量の空気により、燃焼室Ａ内に残留する残留ガスは、排気ポート３２ｂを介して排気経路５に掃気される。ここで、通常の導入量よりも多い導入量とは、軽質燃料であると判断された場合に燃焼室Ａ内に導入される空気の導入量よりも多い量をいい、かつ燃焼室Ａ内に空気が導入された後の圧縮端温度の上昇を抑制できる量である。なお、導入量調整弁６２は、導入量制御部７７により算出された導入量の空気を燃焼室Ａ内に導入すると閉弁される。つまり、この実施例１にかかる内燃機関１−１の空気導入装置６の導入量調整弁６２は、この内燃機関１−１にノックが発生している場合は、バルブオーバーラップ時ごとに燃焼室Ａ内へ空気を導入することを繰り返す。

以上のように、上記実施例１にかかる内燃機関１−１では、処理部７２の燃料性状判断部７６により判断された内燃機関に供給される燃料の性状（軽質燃料、重質燃料）に基づいて、燃焼室Ａ内に導入する空気の導入量を調整することができる。従って、燃焼室Ａ内の残留ガスの残留ガス量をこの内燃機関１−１に供給される燃料の性状に対応した残留ガス量とすることができる。例えば、内燃機関に供給される燃料の性状が軽質燃料であると判断された場合、燃焼室Ａ内の残留ガスの残留ガス量は、重質燃料であると判断された場合よりも多くなる。従って、圧縮端温度の極端な下降が抑制され、圧縮端温度が極端に低くなることを抑制することができる。また、内燃機関１−１に供給される燃料の性状が重質燃料であると判断された場合、燃焼室内の残留ガスの残留ガス量は、軽質燃料であると判断された場合よりも少なくなる。従って、圧縮端温度の上昇が抑制され、圧縮端温度が極端に高くなることを抑制することができる。これらにより、内燃機関１−１に供給された燃料の燃焼の悪化を抑制することができ、ノックの発生を抑制することができる。

また、上記実施例１にかかる内燃機関１−１では、ノック発生取得部７５により内燃機関１−１のノックの発生を取得しなければ、燃料性状判断部７６による内燃機関に供給される燃料の性状の判断を行わず、空気導入装置６は燃焼室Ａ内に空気を導入しない。従って、バルブオーバーラップ時であっても、内燃機関１−１のノックの発生を取得しなければ、燃焼室Ａ内に空気は導入されないので、圧縮端温度が内燃機関１−１にノックが発生する温度まで上昇していない場合には、燃焼室Ａ内に空気を導入しないので、圧縮端温度の極端な下降が抑制され、圧縮端温度が極端に低くなることが抑制される。これにより、内燃機関に供給された燃料の燃焼の悪化を抑制することができる。また、ノック発生取得部７５により内燃機関１−１のノックの発生を取得しなければ、すなわち内燃機関１−１にノックが発生していない場合は、空気導入装置６の導入用ポンプ６１を駆動する必要がないため、燃費の向上を図ることができる。

なお、上記実施例１では、ノック発生取得手段であるノック発生取得部７５は、内燃機関本体３に取り付けられたノックセンサ３８から出力されるノック発生信号が入力されたか否かにより内燃機関１−１のノックの発生を取得するがこの発明はこれに限定されるものではない。例えば、このノックセンサ３８の代わりに内燃機関本体３の各気筒のすべてあるいは任意の燃焼室Ａ内のＣＯ_２濃度を検出する図示しないＣＯ_２濃度センサを設け、この燃焼室Ａ内のＣＯ_２濃度に基づいて内燃機関１−１のノックの発生を取得しても良い。具体的には、内燃機関１−１のノックの発生は、燃焼室Ａ内に残留する残留ガスの残留ガス量の増加が原因である。そこで、燃焼室Ａ内のＣＯ_２濃度が所定濃度以上である場合に、内燃機関１−１に実際にノックが発生していなくても、ノックが発生したと判断し、燃料性状判断部７６による内燃機関に供給される燃料の性状の判断を行い、燃料の性状に基づいた導入量の空気を空気導入装置６から燃焼室Ａ内に導入しても良い。

図３は、実施例２にかかる内燃機関の構成例を示す図である。図３に示す内燃機関１−２が図１に示す内燃機関１−１との異なる点は、ノックセンサ３８を備えず、ＥＣＵ７の処理部７２がノック発生取得部７５の代わりにノック発生領域判断部７８を有する点である。なお、図３に示す内燃機関１−２の基本的構成は、図１に示す内燃機関１−１の基本的構成と同様であるため、その説明は省略する。

ここで、実施例２にかかる内燃機関１−２の空気導入装置６の導入量調整弁６２の動作、すなわち導入量調整弁６２の導入量調整弁開度制御方法について説明する。図４は、実施例２にかかる導入量調整弁の動作フローを示す図である。なお、同図に示す内燃機関１−２の空気導入装置６の導入量調整弁６２の動作において、図２に示す内燃機関１−１の空気導入装置６の導入量調整弁６２の動作と同一部分は簡略化して説明する。まず、同図に示すように、ＥＣＵ７の処理部７２のバルブオーバーラップ判断部７４は、この内燃機関本体３のバルブ装置３６の吸気弁３６ａおよび排気弁３６ｂがともに開弁するバルブオーバーラップ時であるか否かを判断する（ステップＳＴ２０１）。

次に、処理部７２のノック発生領域判断部７８は、バルブオーバーラップ判断部７４によりバルブオーバーラップ時であると判断された場合、この実施例１にかかる内燃機関１−２の運転領域がこの内燃機関１−２にノックが発生する領域であるか否かを判断する（ステップＳＴ２０２）。一般に、内燃機関１−２の運転領域が高負荷領域であるとこの内燃機関１−２にノックが発生する虞がある。従って、ノック発生領域判断部７８は、内燃機関１−２の運転領域が高負荷領域であるか否かを判断することで、この内燃機関１−２にノックが発生する領域であるか否かを判断する。具体的には、ノック発生領域判断部７８は、クランク角度センサ３９により検出されたクランク角度から取得される機関回転数、アクセルペダルセンサ８により検出されたアクセル開度、エアフロメータ４２により検出された吸入空気量などと、ＥＣＵ７の記憶部７３に予め記憶されている内燃機関１−２の運転領域マップとに基づいて内燃機関１−２の運転領域が高負荷領域であるか否かを判断する。なお、ノック発生領域判断部７８は、内燃機関１−２の運転領域がこの内燃機関１−２にノックが発生する領域であると判断するまで、上記ステップＳＴ２０１およびステップＳＴ２０２を繰り返す。

次に、処理部７２のノック発生領域判断部７８により内燃機関１−２の運転領域がこの内燃機関１−２にノックが発生する領域であると判断された場合、燃料性状判断部７６は、内燃機関１−２に供給される燃料の性状が軽質燃料であるか否かを判断する（ステップＳＴ２０３）。

次に、処理部７２の導入量制御部７７は、燃料性状判断部７６が内燃機関に供給される燃料が軽質燃料であると判断された場合、導入量調整弁６２が通常の導入量に対応する開度で開弁し、通常の導入量の加圧された空気が燃焼室Ａに導入される（ステップＳＴ２０４）。一方、処理部７２の導入量制御部７７は、燃料性状判断部７６が内燃機関に供給される燃料が重質燃料であると判断された場合、導入量調整弁６２が通常の導入量より多い導入量に対応する開度で開弁し、通常の導入量より多い導入量の加圧された空気が燃焼室Ａに導入される（ステップＳＴ２０５）。

以上のように、上記実施例２にかかる内燃機関１−２では、上記実施例１にかかる内燃機関１−２と同様に、処理部７２の燃料性状判断部７６により判断された内燃機関に供給される燃料の性状（軽質燃料、重質燃料）に基づいて、燃焼室Ａ内に導入する空気の導入量を調整することができる。従って、燃焼室Ａ内の残留ガスの残留ガス量をこの内燃機関１−２に供給される燃料の性状に対応した残留ガス量とすることができる。これらにより、内燃機関１−２に供給された燃料の燃焼の悪化を抑制することができ、ノックの発生を抑制することができる。

また、上記実施例２にかかる内燃機関１−２では、ノック発生領域判断部７８により、内燃機関１−２の運転領域がこの内燃機関１−２にノックが発生する領域であるか否かを判断し、実際に内燃機関１−２にノックが発生したか否かを判断しないため、ノックセンサなどを用いる必要がない。従って、部品点数を削減することができ、内燃機関１−２の製造コストを削減することができる。

なお、上記実施例では、燃料性状判断手段である燃料性状判断部７６は、燃料タンク２２内に貯留されている燃料の温度および燃料タンク２２内に充満する蒸発燃料の濃度に基づいて、内燃機関１−１，１−２に供給される燃料の性状を判断するがこの発明はこれに限定されるものではない。例えば、内燃機関１−１，１−２の機関回転数に基づいて燃料の性状を判断しても良い。これは、内燃機関１−１，１−２に供給される燃料の性状が異なると内燃機関１−１，１−２の始動時における機関回転数が変化することを利用するものである。具体的には、特開２００３−２１４２４３号公報に示すように、燃料性状判断手段７６は、機関回転数に対する判定閾値を２値有し、検出されたクランク角度から取得される機関回転数がいずれの閾値よりも低い場合およびこの機関回転数が両閾値の間であり、かつ機関回転数変動が所定の閾値より大きい場合以外の場合に軽質燃料と判断しても良い。

また、上記実施例では、燃料性状判断手段である燃料性状判断部７６は、軽質燃料あるいは重質燃料であるか否かを判断するがこの発明はこれに限定されるものではない。例えば軽質燃料および重質燃料以外に、この軽質燃料と重質燃料との間となる標準燃料をも判断するようにしても良い。具体的には、燃料性状判断部７６は、燃料タンク２２内に貯留されている燃料の温度が所定温度未満で、かつ燃料タンク２２内に充満する蒸発燃料の濃度が所定濃度未満である場合、燃料タンク２２内に貯留されている燃料の温度が所定温度以上で、かつ燃料タンク２２内に充満する蒸発燃料の濃度が所定濃度以上である場合に標準燃料であると判断する。そして、導入量制御部７７は、燃料性状判断部７６が標準燃料であると判断する場合における燃焼室Ａに導入される空気の導入量を基準として、軽質燃料と判断される場合は少なく、重質燃料と判断される場合は多く燃焼室Ａに空気を導入するように空気導入装置６の導入量調整弁６２の開度を制御しても良い。

また、上記実施例では、燃料性状判断部７６は、重質燃料であると判断する場合に、この重質燃料が軽質燃料よりも沸点の高い燃料をどの程度含んでいるかを判断しても良い。この場合は、内燃機関１−１，１−２に供給される燃料の性状が軽質燃料である場合における燃料タンク２２内に貯留されている燃料の温度および燃料タンク２２内に充満する蒸発燃料の濃度に対して、重質燃料である場合における燃料タンク２２内に貯留されている燃料の温度の上昇および燃料タンク２２内に充満する蒸発燃料の濃度の低下を比として判断する。そして、導入量制御部７７は、燃料性状判断部７６が軽質燃料であると判断する場合における燃焼室Ａに導入される空気の導入量およびこの燃料性状判断部７６により判断された比に基づいて燃焼室Ａに導入する空気の導入量を増加してさせても良い。

さらに、上記実施例において、内燃機関１−１は、空気導入装置６を備えるが空気導入手段はこれに限定されるものではない。例えば、過給機（ターボチャージャー）を備える内燃機関１−１においては、この過給機を空気導入手段として用いることができる。具体的には、内燃機関１−１，１−２にノックが発生する領域（高負荷領域）において吸気経路４から燃焼室Ａ内に吸気される空気は、過給機により加圧された空気となる。従って、導入量制御部７７は、燃料性状判断部７６により判断された内燃機関１−１，１−２に供給される燃料の性状に基づいて、スロットルバルブ４３の弁解度を調整しても良い。この場合は、燃料性状判断部７６により重質燃料であると判断された場合は、軽質燃料であると判断された場合におけるスロットルバルブ４３の弁開度よりも大きい弁開度とする。

以上のように、この発明にかかる内燃機関は、バルブオーバーラップ時に燃焼室内に残留する残留ガスの掃気を行う内燃機関に有用であり、特に、ノックの発生および燃料の燃焼の悪化を抑制するのに適している。

実施例１にかかる内燃機関の構成例を示す図である。実施例１にかかる導入量調整弁の動作フローを示す図である。実施例２にかかる内燃機関の構成例を示す図である。実施例２にかかる導入量調整弁の動作フローを示す図である。残留ガス量と空気の導入量との関係を示す図である。圧縮端温度と残留ガス量との関係を示す図である。

符号の説明

１−１，１−２内燃機関
２燃料供給装置
２１燃料噴射弁
２２燃料タンク
２３燃料ポンプ
２４タンク内温度センサ
２５ベーパ濃度センサ
３内燃機関本体
３１シリンダブロック
３２シリンダヘッド
３２ａ吸気ポート
３２ｂ排気ポート
３３ピストン
３４コンロッド
３５クランクシャフト
３６バルブ装置
３６ａ吸気弁
３６ｂ排気弁
３７点火プラグ
３８ノックセンサ
３９クランク角度センサ
４吸気経路
４１エアクリーナー
４２エアフロメータ
４３スロットルバルブ
４４吸気通路
５排気経路
５１浄化触媒
５２排気通路
６空気導入装置（空気導入手段）
６１導入用ポンプ
６２導入量調整弁
６３導入通路
７ＥＣＵ（ノック発生取得手段、燃焼性状判断手段、バルブオーバーラップ判断手段）
７１入出力ポート
７２処理部
７３記憶部
８アクセルペダルセンサ

Claims

燃焼室内の残留ガスを掃気する内燃機関において、
前記内燃機関の吸気経路と当該燃焼室との連通を行う吸気弁および当該内燃機関の排気経路と当該燃焼室との連通を行う排気弁がともに開弁するバルブオーバーラップを判断するバルブオーバーラップ判断手段と、
前記バルブオーバーラップ判断手段により判断されたバルブオーバーラップ時に前記吸気経路側から前記燃焼室内に空気を導入する空気導入手段と、
前記内燃機関に供給される燃料の性状を判断する燃料性状判断手段と、
を備え、前記空気導入手段は、前記燃料性状判断手段により判断された燃料の性状に基づいて、前記燃焼室内に導入する空気の導入量を調整することを特徴とする内燃機関。
前記空気導入手段は、前記燃料性状判断手段により前記内燃機関に供給される燃料の性状を重質燃料であると判断された場合は、当該内燃機関に供給される燃料の性状が軽質燃料であると判断された場合よりも前記燃焼室内に導入する空気の導入量を多くすることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
前記内燃機関のノックの発生を取得するノック発生取得手段をさらに備え、
前記燃料性状判断手段は、前記ノック発生取得手段により前記内燃機関のノックの発生が取得された場合に、当該内燃機関に供給される燃料の性状を判断することを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関。
前記内燃機関の運転領域が当該内燃機関にノックが発生する領域であることを判断するノック発生領域判断手段をさらに備え、
前記燃料性状判断手段は、前記ノック発生領域判断手段により前記内燃機関の運転領域が当該内燃機関にノックが発生する領域であると判断された場合に、当該内燃機関に供給される燃料の性状を判断することを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関。