JP2006275030A - エンジンの吸気制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 バルブオーバーラップを実現可能なエンジンにおいて、オーバーラップ期間中の残留ガスの逆流を抑制する。
【解決手段】 第１および第２の気筒の吸気弁１６よりも上流側の吸気通路１１にそれぞれ設けられて各吸気通路１１を開閉する吸気制御弁２３と、各吸気制御弁２３の開閉を行うアクチュエータと、各吸気通路１１における吸気弁１６と吸気制御弁２３との間の弁間通路３５を互いに連通する連通路５１ａ，５１ｂとを具える。連通路５１ａ，５１ｂの利用により、弁間通路３５が吸気制御弁２３より上流の吸気通路１１よりも高圧にされ、オーバーラップ期間中の残留ガスの逆流が抑制される。
【選択図】 図２

Description

本発明は、吸気弁および排気弁がいずれも開いているオーバーラップを実現可能な動弁機構を搭載したエンジンの吸気制御装置に関し、特に、残留ガスの低減並びに残留ガスの掃気性の向上が意図されたものに関する。

従来、エンジンのクランクシャフトの回転に対するカムシャフトの回転の位相を変化させることにより、吸気弁や排気弁のバルブタイミング（開閉タイミング）を任意に変化させることのできる可変バルブタイミング機構が種々提案されている。

このような可変バルブタイミング機構では、掃気性の向上などを目的として、吸排気バルブがいずれも開いているオーバーラップ期間を設ける場合がある。しかし、このオーバーラップ期間に、排気ポート内の圧力が吸気ポート内の圧力よりも高い場合には、排気ポートに存在する残留ガスが、吸気ポート内に逆流する可能性がある。

このような残留ガスの逆流を抑制する手段として、特許文献１が開示する装置は、ターボチャージャの過給圧を高めて、オーバーラップ期間中の吸気圧を排気圧より高くし、これによって掃気を促進している。他方、特許文献２が開示する装置は、吸気弁と、この吸気弁の上流に設けたインパルス過給弁との間の領域に、２次空気ポンプで正圧を供給し、これによってオーバーラップ期間中の吸気圧を排気圧より高くし、掃気を促進している。

特開平１−１０４９２２号公報 特開２００３−１９３８４５号公報

しかし、特許文献１の装置は、ターボチャージャを利用するため、エンジン回転数あるいは負荷が低いときには応答性が悪い。また特許文献２の装置は、当該用途のための専用の２次空気ポンプを設ける必要があるため、製造コストおよび設置スペースに関して不利である。

そこで本発明の目的は、バルブオーバーラップを実現可能なエンジンにおいて、オーバーラップ期間中の残留ガスの逆流を抑制する新規な手段を提供することにある。

本発明の第１の態様は、第１および第２の気筒と、前記第１および第２の気筒のそれぞれについて吸気弁と排気弁との開弁特性を制御する動弁機構と、を具えたエンジンにおいて、第１および第２の気筒の前記吸気弁よりも上流側の吸気通路にそれぞれ設けられて当該各吸気通路を開閉する吸気制御弁と、前記各吸気制御弁の開閉を行うアクチュエータと、前記第１および第２の気筒の各吸気通路における前記吸気弁と前記吸気制御弁との間の弁間通路を互いに連通する連通路と、前記アクチュエータおよび前記動弁機構の作動を制御する制御手段と、を更に具えたことを特徴とするエンジンの吸気制御装置にある。

本発明においては、第１および第２の気筒の各弁間通路を互いに連通する連通路を設けたので、連通路を通じた弁間通路間の圧力の授受が可能となる。したがって、制御手段がアクチュエータおよび動弁機構を制御し、第１の気筒における吸気制御弁と吸気弁とを開閉することによって、第２の気筒におけるバルブオーバーラップ時に、第２の気筒の弁間通路を当該第２の気筒の前記吸気制御弁より上流の前記吸気通路に対して高圧にさせること可能になる。したがって、第２の気筒のオーバーラップ期間中の残留ガスの逆流が抑制される。本発明における第１および第２の気筒は、それぞれ単一でも複数でもよい。

本発明における動弁機構は、前記吸気弁または前記排気弁の開弁特性を制御することによりバルブオーバーラップ期間を変更可能であることとするのが好適である。

本発明における制御手段は、連通路を利用した各種の制御を行うことができるが、例えば、第１の気筒における圧縮行程中に、当該第１の気筒における前記吸気制御弁が全閉、当該第１の気筒における前記吸気弁が開、かつ第２の気筒における前記吸気弁および前記吸気弁が全閉の状態を実現する昇圧動作を行うのが好適である。このことによって、第１の気筒と連通された第２の気筒のオーバーラップ時に、連通路を介して第２の気筒の弁間通路を昇圧させ、当該第２の気筒における弁間通路を当該第２の気筒の前記吸気制御弁より上流の前記吸気通路に対して高圧にさせることが可能になる。

本発明における制御手段はまた、連通路を利用して、例えば、第１の気筒における吸気制御弁を、当該第１の気筒における吸気弁よりも遅く開弁させるインパルス過給動作を行うのが好適である。このことによって、第１の気筒に連通された第２の気筒のオーバーラップ時に、連通路を介して第２の気筒の弁間通路を昇圧させ、当該第２の気筒における弁間通路を当該第２の気筒の前記吸気制御弁より上流の前記吸気通路に対して高圧にさせることが可能になる。

本発明における連通路には、これを選択的に閉塞する閉塞手段を具えるのが特に好適である。閉塞手段を有する場合には、連通路を通じた圧力の供給を制御することが可能になるため、とくに単一の気筒について複数の連通路が設けられている場合に好適である。

本発明における閉塞手段としては、各種の弁装置を採用できるが、逆止弁あるいは電磁弁を用いるのが特に好適である。

エンジンが第１および第２の気筒を含む３以上の気筒を有する場合には、前記第２の気筒は、前記３以上の気筒のうち、前記第１の気筒における昇圧動作後に最初にバルブオーバーラップを生じる気筒とするのが特に好適である。この場合には、第１の気筒における昇圧動作から第２の気筒におけるバルブオーバーラップまでの圧力保持期間を短くすることができる。

本発明における制御手段はまた、前記第１の気筒の吸気行程の終了時点の近傍であって前記第１の気筒の前記昇圧動作の開始前に、前記第１の気筒の吸気弁が全閉かつ前記第１の気筒の吸気制御弁が開の状態を実現する第１の圧力回復動作を行うように、前記アクチュエータおよび前記動弁機構の作動を制御してもよい。この場合には、昇圧動作に先立って行われる第１の圧力回復動作の結果、吸気制御弁の上流側の空気によって、吸気経路における吸気弁と吸気制御弁との間の領域の圧力が回復されるので、昇圧動作を円滑に行うことができる。

制御手段はまた、前記第１の気筒の排気行程中であって前記第２の気筒の前記昇圧動作の開始前に、前記第１の気筒の吸気制御弁が開の状態を実現する第２の圧力回復動作を行うように、前記アクチュエータおよび前記動弁機構の作動を制御してもよい。この場合には、第１の圧力回復動作に比べて、吸気制御弁の動作タイミングを他の動作のタイミングから離すことができる可能性がある。しかしながら、本発明では第１および第２の昇圧動作の両者を実行してもよい。

以下、本発明の好適一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。

図１に、本実施形態に係るエンジンの制御装置の構成を概略的に示す。本実施形態において、エンジン１は車両用多気筒４サイクルガソリンエンジンであり（図では１気筒のみ示す）、ガソリンからなる燃料をインジェクタ１０から吸気通路１１内に噴射し、これによって形成された混合気をシリンダ１２内の燃焼室１３で点火プラグ１４によって着火させ、排気ガスを排気通路１７を通じて排出する構造となっている。なお、本発明はガソリンエンジンに限らずディーゼルエンジン等の他の型式のエンジンにも適用可能であり、燃料としてアルコールやＬＰＧ等の液化天然ガスなど代替燃料を用いるエンジンにも適用可能である。

吸気通路１１は、知られているように、互いに接続された吸気管、サージタンク、吸気マニホールド及び吸気ポート１５によって区画形成される。特にその下流側端部が吸気ポート１５によって区画形成され、吸気ポート１５の出口が吸気弁１６によって開閉される。インジェクタ１２は吸気ポート１５内に臨んで吸気通路１１に設けられ、吸気ポート１５内に向けて燃料を噴射する。排気通路１７は、知られているように、互いに接続された排気ポート１９、排気マニホールド、排気管及び触媒１８によって区画形成される。特にその上流側端部が排気ポート１９によって区画形成され、排気ポート１９の入口が排気弁２０によって開閉される。

動弁機構ＶＭは、吸気弁１６および排気弁２０を、エンジン１に同期して個別に任意の開度およびタイミングで制御することが可能な機構であり、吸気弁１６と排気弁２０とにそれぞれ個別に設けられたソレノイドを含んでいる。なお、このような構成に代えて、動弁機構ＶＭとしては例えば単一の弁に適用される２種類のカムを油圧によって切り替えることによってバルブタイミングおよびカムプロフィールを任意に変更できる可変バルブタイミング機構（VVT; Variable Valve Timing mechanism）を用いてもよい。動弁機構ＶＭは、吸気弁１６と排気弁２０とが同時に開くバルブオーバーラップを実現可能である。

触媒１８は排気管の途中に設けられて排気ガス中のＣＯ、ＨＣ、ＮＯｘ等の有害物質を除去する。なお触媒１８は本実施形態では三元触媒であるが、酸化触媒、ＮＯｘ触媒等であってもよい。触媒１８は複数個設けられてもよい。

吸気通路１１には、上流側から順にエアフローメータ２１、吸気絞り弁２２及び吸気制御弁２３が設けられている。吸気通路１１は、吸気制御弁２３の上流側で４つに分岐している。エアフローメータ２１は、これを通過する空気流量に応じた信号を制御手段としての電子制御ユニット（以下ＥＣＵという）１００に出力する。吸気絞り弁２２は本実施形態では電気作動式であり、その開度がＥＣＵ１００によって制御可能であるが、アクセルペダルと連動するようこれと機械的に連結されたものであってもよい。吸気制御弁２３については後に詳述する。このように、吸気通路１１においては、吸気弁１６の上流側に吸気制御弁２３が設けられ、吸気制御弁２３の上流側に吸気絞り弁２２が設けられる。また吸気弁１６と吸気制御弁２３との間にインジェクタ１０が設けられる。

シリンダ１２内にはピストン２４が往復動可能に収容されている。ピストン２４はコンロッド２５を介してクランク軸２６に連結される。エンジン始動のためのスタータ２７も設けられ、これは、エンジンの始動時に、クランク軸２６の端部に設けられたリングギヤに噛み合ってクランク軸２６を駆動する。

かかるエンジンの制御装置の電気的構成について述べる。ＥＣＵ１００には、前述のインジェクタ１０、点火プラグ１４、エアフローメータ２１、吸気絞り弁２２、吸気制御弁２３、スタータ２７のほか、クランク角センサ２８、酸素濃度センサ２９、アクセル開度センサ３０、ブレーキスイッチ３１、車速センサ３２が接続されている。

インジェクタ１０は、ＥＣＵ１００から出力されるオンオフ信号に基づいて開閉され、これによって燃料噴射を実行・停止する。点火プラグ１４は、ＥＣＵ１００から出力される点火信号に基づいて火花を放出する。

吸気絞り弁２２はバタフライ弁の形式であり、吸気通路１１内に配設された弁体３７と、弁体３７を駆動するロータリソレノイド等の電動アクチュエータ３８と、弁体３７の開度を検出するセンサ３９とを具える。そしてＥＣＵ１００は、通常、そのセンサ３９の開度値が、アクセル開度センサ３０の検出値に応じた値となるように、電動アクチュエータ３８を制御する。ここでアクセル開度センサ３０は、ドライバによるアクセルペダルの操作量（踏み込み量）に応じた信号をＥＣＵ１００に出力する。スタータ２７はＥＣＵ１００から出力されるオンオフ信号に基づいてオンオフされる。

クランク角センサ２８は、クランク軸２６の所定の位相間隔でパルス信号をＥＣＵ１００に出力する。ＥＣＵ１００はこのパルス信号に基づいて、クランク軸２６即ちエンジンの位相を検出すると共に、クランク軸２６の回転速度即ちエンジン回転速度を演算する。酸素濃度センサ２９は、排気ガス中の酸素濃度に応じた信号をＥＣＵ１００に出力する。

ＥＣＵ１００は、エンジン運転状態に応じて燃料噴射量、燃料噴射時期及び点火時期を制御する。即ち、ＥＣＵ１００は、主に、クランク角センサ２８の出力信号に基づいて得られるエンジン回転速度と、エアフローメータ２１の出力値に基づいて得られる空気量とから、予め記憶されたマップに基づき、インジェクタ１０における燃料噴射量及び燃料噴射時期と、点火プラグ１４における点火時期とを決定し、これら各値に基づいてインジェクタ１０及び点火プラグ１４を制御する。

吸気制御弁２３は、吸気通路１１内に配設された弁体３３と、弁体３３を駆動するロータリソレノイド等の電動アクチュエータ３４とを具える。なお弁体３３の開度を検出するセンサをさらに具えてもよい。吸気制御弁２３は、吸気絞り弁２２と異なり、その全閉時に吸気通路１１を完全に閉止し、吸気の通過を完全に遮断する密閉性の高い構造となっている。これに対し吸気絞り弁２２は、その全閉時に吸気通路１１を最大に絞るだけで、吸気の通過を許容する。また吸気制御弁２３の電動アクチュエータ３４は、吸気絞り弁２２の電動アクチュエータ３８よりも遥かに高速で作動可能であり、応答性が高く、弁体３３を例えば２、３msec以内に、クランク角の単位では１０°ＣＡ程度のオーダーで、開閉可能である。これにより、吸気制御弁２３は吸気弁１６の開閉と同期して開閉可能である。本実施形態では吸気制御弁２３がバタフライ弁形式となっているが、例えばシャッター弁等の他の形式であってもよい。

この吸気制御弁２３は、ＥＣＵ１００から電動アクチュエータ３４に出力される開度信号に応じて、全開から全閉まで、その開度が制御される。またこの吸気制御弁２３は各気筒毎にあるいは各ポート１５毎に設けられ、個々の気筒を単位として吸気制御弁２３が制御される。

本実施形態における吸気制御弁２３は、通常のエンジン運転時にいわゆるインパルス過給を実行するために使用される。このインパルス過給の概要は、例えば２００３年フランクフルトモーターショーにて Siemens VDO Automotive AG から９月９日にプレス発表された "Impulses for Greater Driving Fun" に詳述されている。このインパルス過給は、車両の走行中、追い越しなどでエンジンの急加速が必要なときに有効である。

インパルス過給を行う場合、吸気制御弁２３は、吸気弁１６の開弁よりも遅く開弁するように、例えば吸気弁１６の開弁期間の後期に開弁するように、制御される。この結果、吸気弁１６の開弁開始時期から吸気制御弁２３の開弁開始時期までの間に、吸気制御弁２３と吸気弁１６との間の吸気通路１１（以下これを弁間通路３５という）に負圧が形成され、この後吸気制御弁２３を瞬時に開弁することで、吸気制御弁２３の上流側に位置する吸気通路１１内の吸気が一気に燃焼室１３内に流れ込み、一種の慣性過給効果により多量の吸気を燃焼室１３内に充填することが可能となる。換言すれば、このインパルス過給においては、吸気制御弁２３の上下流側に形成される差圧と、吸気の慣性とを利用して、実質的な過給がなされることとなる。この過給は、前述のような吸気制御弁２３の制御を開始するのと同時に開始され、即ちアクセルペダルを踏み込んだのと同時に開始されるので、タービンの立ち上りを待つターボ過給よりも応答性に優れ、車両の加速遅れを解消するのに好適である。

図２に示されるように、本実施形態では、各気筒が複数の吸気弁１６を有し、このために各気筒の吸気通路１１（特に吸気ポート１５）が、吸気弁１６の近傍で２つに分岐している。そして、気筒♯１と気筒♯４の各弁間通路３５が、連通路５１ａによって互いに連通されている。また、気筒♯２と気筒♯３の各弁間通路３５が、連通路５１ｂによって互いに連通されている。なお、本実施形態のエンジン１では、「＃１，＃３，＃４，＃２」の順番で周期的に点火が行われ、気筒＃４は、気筒＃１の動作からクランク角３６０°遅れた位相で、気筒＃１と同様に動作し、気筒＃２は、気筒＃３の動作からクランク角３６０°遅れた位相で、気筒＃３と同様に動作する。

本実施形態におけるＥＣＵ１００は、上述したインパルス過給に係る制御のほかに、バルブオーバーラップ時に、弁間通路３５が当該燃焼室１３の排気ポート１９あるいは当該燃焼室１３の吸気制御弁２３の上流よりも高圧になるように、電動アクチュエータ３４および動弁機構ＶＭの作動を制御する。具体的には、ＥＣＵ１００は、気筒♯１〜♯４のうちの第１の気筒（例えば気筒♯１）における圧縮行程中に、当該第１の気筒における吸気制御弁２３が全閉、当該第１の気筒における吸気弁１６が開、かつ第２の気筒（例えば気筒＃４）における前記吸気弁および前記吸気弁が全閉の状態を実現する昇圧動作を行うように、アクチュエータ３４および動弁機構ＶＭの作動を制御する。このことによって、連通路５１ａを通じて第２の気筒の弁間通路３５が昇圧され、第２の気筒におけるオーバーラップ時に、当該第２の気筒の弁間通路３５が排気ポート１９あるいは吸気制御弁２３より上流の吸気通路１１に対して高圧にされる。

このために、ＥＣＵ１００は、エンジン回転数および吸入空気量に基づいて、吸気弁１６の基本的な開弁タイミング（クランク角）を算出する基本吸気タイミング算出部と、同じく吸入空気量およびエンジン回転数に基づいて、圧縮行程中の動弁機構ＶＭによる吸気弁１６の開閉タイミングを決定する圧縮行程開弁タイミング算出部と、を有する。

基本吸気タイミング算出部は、圧縮行程中の吸気弁１６の開弁（すなわち昇圧動作）が行われない通常の運転時に使用されるオーバーラップ通常マップ（図３）と、昇圧動作が行われる場合に用いられるオーバーラップ拡大マップ（図４）とを有する。オーバーラップ通常マップおよびオーバーラップ拡大マップは、いずれもエンジン回転数Ｎｅ、負荷（１気筒あたりの吸入空気量Ｇａ）、および吸気弁１６の開弁タイミングが互いに関連付けられて記憶されたデータファイルであるが、エンジン回転数および負荷が等しい場合には、オーバーラップ拡大マップにおいてより早いタイミングで吸気弁１６が開き、これによってより大きいオーバーラップ量（オーバーラップ期間）が実現されるように設定されている。

圧縮行程開弁タイミング算出部は、図５に示されるような特性の圧縮行程開弁タイミングマップを有する。この圧縮行程開弁タイミングマップは、エンジン回転数Ｎｅ、負荷（１気筒あたりの吸入空気量Ｇａ）、および圧縮行程中の吸気弁１６の開弁タイミングが互いに関連付けられて記憶されたデータファイルであって、この圧縮行程開弁タイミングマップの参照によって、圧縮行程中の吸気弁の開弁（すなわち昇圧動作）の実行の有無を含む圧縮行程中の開弁量（開度および開弁時間）が算出される。そして、この圧縮行程開弁タイミングマップにおける開弁量は、その昇圧動作によって実現される弁間通路３５内の吸気圧が、エンジン回転数Ｎｅおよび負荷（吸入空気量Ｇａ）に応じて推定される排気ポート１９あるいは吸気制御弁２３より上流の吸気通路１１内の圧力より常に高圧になるように設定されている。

なお、ＥＣＵ１００は更に、吸気弁１６の開閉タイミングに応じた吸気制御弁２３の開閉タイミングを定めた吸気制御弁タイミングマップを有し、電動アクチュエータ３４はＥＣＵ１００により、この吸気制御弁タイミングマップに従って制御される。

次に、本実施形態の動作について、図６に示されるフローチャートに従って説明する。ＥＣＵ１００は、まず、クランク角センサ２８や吸気圧センサ３０などの各センサの検出値、並びに電動アクチュエータ３４の負荷電流値や、スロットルモータ２３の動作位置によって検出されるスロットル開度などの、エンジン１０の運転状態を示す各種のパラメータを読み込む（Ｓ１０）。次に、電動アクチュエータ３４の負荷電流値に基づいて、吸気制御弁２３が正常であるかが判定される（Ｓ２０）。吸気制御弁２３が正常である場合には、次にエンジン１０の運転状態が吸気制御弁２３の動作範囲内であるかが判定される（Ｓ３０）。この判定は、例えばクランク角センサ２８の検出値に基づいて算出されるエンジン回転数が所定値（例えば３０００ｒｐｍ）以下であるかによって行われる。なお、吸気制御弁２３をどのような運転領域で動作（吸気弁１６の開閉タイミングと同期した開動作）させるかは、運転性能・燃費・エミッションなどの設計要求に応じて任意に定めることができる。

これらステップＳ２０およびＳ３０の両者で肯定の場合には、吸気制御弁動作フラグがオンされる（Ｓ４０）。この吸気制御弁動作フラグは、別途に行われる吸気制御弁２３の制御において参照され、吸気制御弁２３は、該フラグがオンの場合にのみ動作され、吸気弁１６と連動した一時的開動作による過給が行われることになる。なお、この吸気制御弁動作フラグは、ステップＳ２０およびＳ３０のいずれかで否定の場合にオフ（リセット）される（Ｓ７０）。

次に、ＥＣＵ１００では、吸気弁１６の圧縮行程開弁の実行範囲かが判定される（Ｓ５０）。この判定は、エンジン回転数および吸入空気量に基づく圧縮行程開弁タイミングマップ（図５）の参照によって行われ、図５においてハッチングで示される所定の運転領域において肯定される。

ステップＳ５０で肯定の場合には、次に、圧縮行程開弁実行フラグがオンされて（Ｓ６０）本ルーチンを終了する。なお、圧縮行程開弁実行フラグは、別途に行われる吸気弁１６の制御において参照される。具体的には、圧縮行程開弁実行フラグがオンの場合には、吸気弁１６の制御においてオーバーラップ拡大マップ（図４）が用いられてオーバーラップ量（オーバーラップ時間）が拡大され、かつ、圧縮行程開弁タイミングマップが参照されて、圧縮行程中の吸気弁１６の開弁すなわち昇圧動作が行われる。他方、圧縮行程開弁実行フラグがオフの場合には、吸気弁１６の制御においてオーバーラップ通常マップ（図３）が用いられて、通常のオーバーラップ量（オーバーラップ時間）が選択され、また、圧縮行程中の吸気弁１６の開弁すなわち昇圧動作は行われない。なお、この圧縮行程開弁実行フラグは、ステップＳ２０・Ｓ３０およびＳ５０のいずれかで否定の場合にオフ（リセット）される（Ｓ８０）。このように、吸気弁１６の圧縮行程開弁が実行される場合に、そうでない場合に比してオーバーラップ量（オーバーラップ時間）を拡大することとした目的は、圧縮行程開弁が行われる場合の掃気性を一層高めることにある。

以上の処理の結果、本実施形態では、図７に示されるように、吸気制御弁２３は、吸気弁１６の開弁時期ｔ０よりも遅く開弁（ｔ１）し、そして吸気弁１６の閉弁時期ｔ３の近傍で閉弁（ｔ２）するように、ＥＣＵ１００からの指令に基づき、電動アクチュエータ３４によって制御される。その結果、燃焼室１３に対して、上述したインパルス過給が行われることになる。

他方、本実施形態では、圧縮行程開弁タイミングマップに従って、当該気筒＃１の圧縮行程中に、吸気弁１６の一時的な開動作、すなわち、気筒＃１の吸気制御弁２３が全閉、気筒＃１の吸気弁１６が開、かつ気筒＃４の吸気制御弁２３・吸気弁１６が全閉の状態を実現する昇圧動作（ｔ４〜ｔ５）が行われることになる。この昇圧動作の終了（ｔ５）後、当該気筒♯１では圧縮上死点ＴＤＣ２の近傍で点火が行われて膨張行程に入るが、そのときには気筒＃１，＃４の吸気制御弁２３および吸気弁１６はいずれも閉じられており、気筒＃１の弁間通路３５が高圧に維持される。また、連通路５１ａによって気筒＃１に連通されている気筒＃４の弁間通路３５の圧力も、一時的に高圧にされる（矢印Ａ）。他方、気筒♯１の圧縮上死点ＴＤＣ２の近傍では、連通路５１ａによって気筒♯１に連通されている気筒＃４のバルブオーバーラップが行われる（ｔ１０〜ｔ１１）。その結果、本実施形態では、気筒＃４のバルブオーバーラップ時に、気筒＃４の弁間通路３５の圧力（すなわち、吸気制御弁下流圧）が、当該気筒＃４の排気ポート１９あるいは当該気筒＃４の吸気制御弁２３より上流の吸気通路１１よりも高圧になるようにされる。気筒＃１，＃４の弁間通路３５内の圧力は、気筒＃４のオーバーラップ（ｔ０）によって開放されることになる。

気筒＃４は、気筒＃１の動作からクランク角３６０°遅れた位相で、気筒＃１と同様に動作する。すなわち、気筒＃４の圧縮行程中に、気筒＃４の吸気弁１６の一時的な開動作である昇圧動作（ｔ１４〜ｔ１５）が行われ、その昇圧動作の開始後に、連通路５１ａによって気筒♯４に連通されている気筒＃１のバルブオーバーラップが行われる（ｔ０〜ｔ１）。気筒＃４における昇圧動作によって、気筒＃４の弁間通路３５、および連通路５１ａによって連通されている気筒＃１の弁間通路３５の圧力は、一時的に高圧にされる（矢印Ｂ）。その結果、気筒＃１のバルブオーバーラップ時（ｔ０〜ｔ１）に、気筒＃１の弁間通路３５の圧力（すなわち、吸気制御弁下流圧）が、当該気筒＃１の排気ポート１９あるいは当該気筒＃１の吸気制御弁２３より上流の吸気通路１１よりも高圧になるようにされる。

以上の動作と同様にして、図８に示されるように、３番目に点火が行われる気筒＃４、および４番目に点火が行われる気筒＃２についても、それぞれ圧縮行程中に吸気弁１６が開かれる昇圧動作と、これによる連通路５１ｂを通じた圧力の授受または確保とが繰り返し行われる。

以上のとおり、本実施形態では、第１および第２の気筒の各吸気通路における吸気弁１６と吸気制御弁２３との間の弁間通路３５を互いに連通する連通路５１ａ，５１ｂを設けたので、連通路５１ａ，５１ｂを通じた弁間通路３５間の圧力の授受が可能となる。したがって、ＥＣＵ１００が電動アクチュエータ３４および動弁機構ＶＭを制御し、第１および第２の気筒における吸気制御弁２３と吸気弁１６とを開閉することによって、第２の気筒におけるバルブオーバーラップ時に、第２の気筒の弁間通路３５を当該第２の気筒の排気ポート１９あるいは当該第２の気筒の吸気制御弁２３より上流の吸気通路１１に対して高圧にさせること可能になる。

また、本実施形態におけるＥＣＵ１００は、第１の気筒における圧縮行程中に、当該第１の気筒における吸気制御弁２３が全閉、吸気弁１６が開、かつ第２の気筒における吸気制御弁２３および吸気弁１６が全閉の状態を実現する昇圧動作を行う。このことによって、第１の気筒と連通された第２の気筒のオーバーラップ時に、連通路５１ａ，５１ｂを介して第２の気筒の弁間通路３５を昇圧させ、当該第２の気筒における弁間通路３５を当該第２の気筒の排気ポート１９あるいは吸気制御弁２３より上流の吸気通路１１に対して高圧にさせることが可能になる。

また、本実施形態におけるＥＣＵ１００はまた、第１の気筒における吸気制御弁２３を、当該第１の気筒における吸気弁よりも遅く開弁させるインパルス過給動作を行う。このことによって、第１の気筒に連通された第２の気筒のオーバーラップ時に、連通路を介して第２の気筒の弁間通路３５を昇圧させ、当該第２の気筒における弁間通路３５を当該第２の気筒の排気ポート１９あるいは吸気制御弁２３より上流の吸気通路１１に対して高圧にさせることが可能になる。

また、本実施形態では、４つの気筒＃１〜＃４のうち、連通路５１ａ，５１ｂによるある気筒の連通先を、当該ある気筒における昇圧動作後に最初にバルブオーバーラップを生じる気筒としたので、昇圧動作から第２の気筒におけるバルブオーバーラップまでの圧力保持期間を短くすることができ、弁間通路３５などの漏れに起因する圧力低下の影響を抑制することができる。なお、第１実施形態のようにエンジンが第１および第２の気筒を含む３以上の気筒を有する場合には、前記第２の気筒は、前記３以上の気筒のうち、前記第１の気筒における昇圧動作後に最初にバルブオーバーラップを生じる気筒とするのが特に好適である。

また本実施形態では、第１の気筒からの圧力の供給を受ける第２の気筒を、動作において第１の気筒からクランク角３６０°の位相差のある気筒としたので、単一の連通路５１ａ，５１ｂを２方向の圧力供給に、つまり第１の気筒から第２の気筒への圧力供給だけでなく、第２の気筒から第１の気筒への圧力供給にも利用することができ、かつ両方向の動作を対称にすることができる。

次に、本発明の第２実施形態について説明する。第２実施形態は、第１の気筒の吸気行程の終了時点の近傍であって第１の気筒の昇圧動作の開始前に、第１の気筒の吸気弁１６が全閉かつ第１の気筒の吸気制御弁２３が開の状態を実現する第１の圧力回復動作を行うように、ＥＣＵ１００が電動アクチュエータ３４および動弁機構ＶＭの作動を制御するものである。また、第２実施形態は、第１の気筒の排気行程中であって第１の気筒の昇圧動作の開始前に、第１の気筒の吸気制御弁２３が開の状態を実現する第２の圧力回復動作を行うように、ＥＣＵ１００が電動アクチュエータ３４および動弁機構ＶＭの作動を制御するものである。この目的のため、本実施形態のＥＣＵ１００における吸気制御弁タイミングマップは、吸気行程の終了後であって昇圧動作の開始前の所定時期、および排気行程中であって第２の気筒の圧縮行程中の昇圧動作前の所定時期に、それぞれ吸気制御弁２３が一次的に開かれるように設定されている。なお、第２実施形態の残余の構成は上記第１実施形態と同様であるため、その説明は省略する。

第２実施形態の動作について説明する。図９に示されるように、気筒＃１の吸気制御弁２３は、吸気弁１６の開弁時期（ｔ２０）よりも遅く開弁（ｔ２１）し、そして吸気弁１６の閉弁時期（ｔ２３）の近傍で閉弁（ｔ２２）するように、ＥＣＵ１００からの指令に基づき、電動アクチュエータ３４によって制御される。その結果、燃焼室１３に対して、上述したインパルス過給が行われることになる。

他方、本実施形態では、圧縮行程開弁タイミングマップに従って、当該燃焼室１３の圧縮行程中に、吸気弁１６の一時的な開動作、すなわち、吸気制御弁２３が全閉かつ吸気弁１６が開の状態を実現する昇圧動作（ｔ２４〜ｔ２５）が行われることになる。これらの動作は、上記第１実施形態と同様である。

ここで、本実施形態では、吸気行程の終了時点（ｔ２３）の近傍であって昇圧動作の開始（ｔ２４）前に、気筒＃１の吸気弁１６が全閉かつ吸気制御弁２３が開の状態を実現する第１の圧力回復動作（ｔ２３〜ｔ３１）を行うように、ＥＣＵ１００が電動アクチュエータ３４および動弁機構ＶＭの作動を制御する。この第１の圧力回復動作の結果、気筒＃１の吸気制御弁２３の上流側の空気によって、気筒＃１の弁間通路３５、およびこれと連通された気筒＃４の弁間通路３５の圧力が、概ね吸気通路１１内の平均圧（すなわち、インマニ平均圧）まで回復される。なお、本実施形態では第１の圧力回復動作の開始時点（ｔ２３）を吸気行程の終了時点と同時にしているが、両者は所定範囲内であれば同時でなくてもよい。

第１の圧力回復動作（ｔ２３〜ｔ３１）および昇圧動作（ｔ２４〜ｔ２５）の終了後、気筒＃１の圧縮上死点ＴＤＣ２を含む所定範囲内で、当該気筒＃１とペアになる気筒＃４におけるバルブオーバーラップが行われる。したがって、連通路５１ａを通じた圧力の供給により、気筒＃４におけるバルブオーバーラップ時に、気筒＃４の弁間通路３５の圧力（すなわち、吸気制御弁下流圧）が、当該気筒＃４の排気ポート１９あるいは吸気制御弁２３より上流の吸気通路１１よりも高圧になるようにされる。

また、本実施形態では、気筒＃１の排気行程中であって、気筒＃４の昇圧動作の開始前（ｔ２６〜ｔ２７）に、気筒＃１の吸気制御弁２３が開の状態を実現する第２の圧力回復動作を行うように、ＥＣＵ１００が電動アクチュエータ３４および動弁機構ＶＭの作動を制御する。この第２の圧力回復動作の結果、気筒＃１の吸気制御弁２３の上流側の空気によって、気筒＃１の弁間通路３５の圧力が、概ね吸気通路１１内の平均圧（すなわち、インマニ平均圧）まで回復される。なお、第２の圧力回復動作の開始時点（ｔ２６）および終了時点（ｔ２７）は、当該気筒＃１と連通されている気筒＃４で別途に行われる第１の圧力回復動作の開始時点および終了時点とそれぞれ同時でもよく、また所定範囲内であれば同時でなくてもよい。

気筒＃１における第２の圧力回復動作（ｔ２６〜ｔ２７）、気筒＃４における第１の圧力回復動作、および気筒＃４における昇圧動作（ｔ２４〜ｔ２５）の終了後、気筒＃１の排気上死点ＴＤＣ１を含む所定範囲内で、当該気筒＃１におけるバルブオーバーラップが行われる。したがって、気筒＃１におけるバルブオーバーラップ時に、気筒＃１の弁間通路３５の圧力（すなわち、吸気制御弁下流圧）が、当該気筒＃１の排気ポート１９あるいは当該気筒＃１の吸気制御弁２３より上流の吸気通路１１よりも高圧になるようにされる。

以上のとおり、第２実施形態では、昇圧動作に先立って行われる第１および第２の圧力回復動作の結果、吸気制御弁２３の上流側の空気によって、吸気経路における吸気弁１６と吸気制御弁２３との間の領域の圧力が、概ね吸気通路１１内の平均圧（すなわち、インマニ平均圧）まで回復される。そして、第１の圧力回復動作によって連通路５１ａを通じて他方の気筒（気筒＃４）の弁間通路３５の圧力が回復され、また第２の圧力回復動作によって当該気筒（気筒＃１）の弁間通路３５の圧力が回復されるので、これに続く昇圧動作（ｔ２４〜ｔ２５，ｔ２８〜ｔ２９）を円滑に行うことができ、また昇圧動作後の弁間通路３５を更に高圧にすることも可能となる。

次に、本発明の第３実施形態について説明する。第３実施形態は、図１０に示されるような３つの気筒＃１，＃２，＃３を具えたエンジンに本発明を適用したものであり、とくに、連通路を選択的に閉塞する閉塞手段を具えたものである。本実施形態では、気筒＃１と気筒＃３とを結ぶ連通路１５１ａ、気筒＃３と気筒＃２とを結ぶ連通路１５１ｂ、および気筒＃２と気筒＃１とを結ぶ連通路１５１ｃが設けられている。連通路１５１ａ，１５１ｂ，１５１ｃには、それぞれ閉塞手段として、逆止弁１５２ａ，１５２ｂ，１５２ｃが設けられている。これら逆止弁１５２ａ，１５２ｂ，１５２ｃによって、気筒＃１から＃３へ、気筒＃３から＃２へ、および気筒＃２から＃１へのガスの流通が許容されるが、これらの逆方向のガスの流通が阻止される（図１１）。

逆止弁１５２ａ，１５２ｂ，１５２ｃは、流れが正方向の場合でも逆止弁の前後に所定の圧力差がないと開かないような与圧機能ないし圧力制御機能を具える。すなわち、逆止弁１５２ａ，１５２ｂ，１５２ｃの弁体は、バネ等により、弁座に対して所定の設定圧で常時押し付けられている。このことによって、順方向に（例えば、気筒＃１から＃３に）供給した圧力ないし空気が、意図しない他の気筒に漏出（例えば、気筒＃３から＃２に）する作用が抑制される。

気筒＃２および気筒＃３は、気筒＃１の動作からそれぞれクランク角２４０°および４８０°遅れた位相で、気筒＃１と同様に動作する。なお、第３実施形態の残余の構成は上記第１実施形態と同様であるため、その説明は省略する。

第３実施形態の動作について説明する。図１２に示されるように、本実施形態では、圧縮行程開弁タイミングマップに従って、当該燃焼室１３の圧縮行程中に、吸気弁１６の一時的な開動作、すなわち、吸気制御弁２３が全閉かつ吸気弁１６が開の状態を実現する昇圧動作Ｃが行われる。この昇圧動作Ｃの内容は、上記第１実施形態における昇圧動作と同様である。

ここで、本実施形態では、昇圧動作Ｃによって気筒＃１の弁間通路３５内に蓄積された圧力が、連通路１５１ａを通じて、気筒＃３の弁間通路３５に供給される。したがって、気筒＃３におけるバルブオーバーラップ時に、気筒＃３の弁間通路３５の圧力（すなわち、吸気制御弁下流圧）が、当該気筒＃３の排気ポート１９あるいは当該気筒＃３の吸気制御弁２３より上流の吸気通路１１よりも高圧になるようにされる。

他方、連通路１５１ｃには逆止弁１５２ｃが設けられているので、気筒＃１の昇圧動作Ａによって生じた気筒＃１の弁間通路３５内の圧力が、連通路１５１ｃを通じて気筒＃２の弁間通路３５に供給されることはない（図１２中記号「×」は、逆止弁によって当該連通路が閉塞されていることを示す）。

以上と同様の動作が、気筒＃２，＃３について、それぞれ気筒＃１に対しクランク角２４０°および４８０°の位相遅れをもって周期的に行われ、連通路１５１ａ，１５１ｂ，１５１ｃを通じた圧力の授受が順次行われる。

以上のとおり、第３実施形態では、連通路１５１ａ，１５１ｂ，１５１ｃにこれを選択的に閉塞する閉塞手段を具えたので、連通路１５１ａ，１５１ｂ，１５１ｃを通じた圧力の供給を制御することが可能になる。このため、単一の気筒について複数の連通路が設けられている場合に、連通路を通じた圧力の供給先を好適に選択することが可能になる。

また、本実施形態では、連通路１５１ａ，１５１ｂ，１５１ｃを選択的に閉塞する閉塞手段を逆止弁１５２ａ，１５２ｂ，１５２ｃとしたので、簡易な構成で本発明に所期の効果を得ることができる。

また、本実施形態では、逆止弁１５２ａ，１５２ｂ，１５２ｃが上述した与圧機能ないし圧力制御機能を具えたので、順方向に（例えば、気筒＃１から＃３に）供給した圧力ないし空気が、意図しない他の気筒に漏出（例えば、気筒＃３から＃２に）する作用が抑制される。

なお、第３実施形態では閉塞手段を逆止弁１５２ａ，１５２ｂ，１５２ｃとしたが、閉塞手段はＥＣＵ１００によって制御される電磁弁であってもよい。この場合には、連通路を通じた圧力供給の制御可能性を促進することができる。

また、第３実施形態と同様の連通路および閉塞手段を、５つの気筒を有するエンジンに適用した場合における連通路内の空気の流れ方向は、図１３に示されるとおりである。図１３中、丸に囲まれた数字は点火順序を示す。矢印は、連通路の流れ方向であって、当該矢印の逆方向の流れが、閉塞手段（逆止弁・電磁弁または他の弁機構）によって阻止または抑制されることを示す。

なお、上記各実施形態では、主として昇圧動作によって得られた圧力を他の気筒に供給することとしたが、吸気制御弁および連通路を具えたエンジンにおいては、主としてインパルス過給によって得られた圧力を他の気筒に供給することも可能である。ただし、その場合には、インパルス過給による昇圧が吸気行程におけるものであるため、連通路による連通先の気筒は、その気筒の吸気行程後に最初にバルブオーバーラップを生じる気筒とするのが好適である。すなわち、そのような場合には、図１４に示される４気筒エンジンの例では、気筒＃１と気筒＃３、気筒＃３と気筒＃４、気筒＃４と気筒＃２、気筒＃２と気筒＃１をそれぞれ連通路によって連通している。その結果、一方の気筒（例えば気筒＃１）において吸気行程における昇圧動作Ｄが行われると、その直後に、これに連通された他方の気筒（例えば気筒＃３）のバルブオーバーラップが行われるので、昇圧動作Ｄから圧力供給先の気筒のバルブオーバーラップまでの時間が短く、吸気制御弁２３などからの空気漏れに起因する圧力低下を抑制できる。

連通路の接続先、および連通路に閉塞手段としての逆止弁を設ける必要があるか否かは、昇圧の時期、気筒数および点火順序に応じて異なる。例えば、図１５において、「圧縮行程での圧力発生」とは上述した昇圧動作Ｃ（圧縮行程における吸気弁１６の開弁）による他の気筒への圧力供給を示し、「吸気行程での圧力発生」とは、上述した昇圧動作Ｄすなわちインパルス過給（吸気行程における吸気制御弁２３の吸気弁１６に対して遅れた開弁）による他の気筒への圧力供給を示す。例えば、直列３気筒エンジンにおいて、上述した昇圧動作Ｃによる圧力発生と他の気筒への供給を行うためには、ある気筒と、その気筒に対して点火順序が２つ後（次の次）の気筒とを連通路によって連通する必要があり、また、その連通路には逆止弁が必要である。また、直列４気筒エンジンにおいて、上述した昇圧動作Ｄによる圧力発生と他の気筒への供給を行うためには、ある気筒と、その気筒に対して点火順序が２つ後（次の次）の気筒とを連通路によって連通する必要があるが、その連通路には逆止弁は不要である。なお、図１５は直列３気筒から直列６気筒までのエンジンについて説明しており、Ｖ型エンジンや水平対向エンジンでは別途の考察を行う必要がある。

なお、上述した各実施形態では本発明をポート噴射形式のガソリンエンジンに応用した場合について説明したが、本発明は筒内直噴形式のガソリンエンジンや、点火プラグを用いないディーゼルエンジン、さらには気体燃料エンジン、２サイクルエンジンなどの他の形式のエンジンにおいても有効であり、上記各実施形態の場合と同様な効果を得ることができることは言うまでもない。また、本発明は自然吸気式のエンジンのほか、ターボ過給機を具えたエンジンにも適用することができる。また、本発明は車両用以外のエンジンについても適用でき、かかる構成も本発明の範疇に属するものである。

本発明による吸気制御装置をポート噴射形式のガソリンエンジンに適用した一実施形態の概念図である。 本発明の第１実施形態の要部を示す概念図である。 オーバーラップ通常マップで設定される開弁タイミングの特性を示すグラフである。 オーバーラップ拡大マップで設定される開弁タイミングの特性を示すグラフである。 圧縮行程開弁タイミングマップで設定される圧縮行程開弁の実行領域を示すグラフである。 第１実施形態の動作を示すフローチャートである。 第１実施形態の動作を示すタイミングチャートである。 第１実施形態の動作を示すタイミングチャートである。 第２実施形態の動作を示すタイミングチャートである。 第３実施形態の要部を示す概念図である。 第３実施形態における点火順序と圧力供給方向とを示す概念図である。 第３実施形態の動作を全気筒について示すタイミングチャートである。 第３実施形態の変形例の直列５気筒エンジンにおける点火順序と圧力供給方向を示す概念図である。 また別の実施形態であってインパルス過給による昇圧動作を行う場合の動作を全気筒について示すタイミングチャートである。 各種の気筒数をもつエンジンについて本発明を適用した場合の連通路の接続先と逆止弁の必要性の有無の一例を表す図である。

符号の説明

１ エンジン
１０ インジェクタ
１１ 吸気通路
１３ 燃焼室
１４ 点火プラグ
１６ 吸気弁
２０ 排気弁
１９ 排気ポート
２１ 吸気管
２３ 吸気制御弁
３４ 電動アクチュエータ
１００ 制御装置

Claims (10)

1. 第１および第２の気筒と、前記第１および第２の気筒のそれぞれについて吸気弁と排気弁との開弁特性を制御する動弁機構と、を具えたエンジンにおいて、
   第１および第２の気筒の前記吸気弁よりも上流側の吸気通路にそれぞれ設けられて当該各吸気通路を開閉する吸気制御弁と、
   前記各吸気制御弁の開閉を行うアクチュエータと、
   前記第１および第２の気筒の各吸気通路における前記吸気弁と前記吸気制御弁との間の弁間通路を互いに連通する連通路と、
   前記アクチュエータおよび前記動弁機構の作動を制御する制御手段と、を更に具えたことを特徴とするエンジンの吸気制御装置。
2. 請求項１に記載のエンジンの吸気制御装置であって、前記動弁機構は、前記吸気弁または前記排気弁の開弁特性を制御することによりバルブオーバーラップ期間を変更可能であることを特徴とするエンジンの吸気制御装置。
3. 請求項１または２に記載のエンジンの吸気制御装置であって、
   前記制御手段は、前記第１の気筒における圧縮行程中に、当該第１の気筒における前記吸気制御弁が全閉、当該第１の気筒における前記吸気弁が開、かつ前記第２の気筒における前記吸気弁および前記吸気弁が全閉の状態を実現する昇圧動作を行うように、前記アクチュエータおよび前記動弁機構の作動を制御し、前記第２の気筒における前記吸気弁と前記排気弁とが同時に開くバルブオーバーラップ時に、当該第２の気筒における前記弁間通路を当該第２の気筒の前記吸気制御弁より上流の前記吸気通路に対して高圧にさせることを特徴とするエンジンの吸気制御装置。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載のエンジンの吸気制御装置であって、
   前記制御手段は、前記第１の気筒における前記吸気制御弁を、当該第１の気筒における吸気弁よりも遅く開弁させるインパルス過給動作を行うように、前記アクチュエータおよび前記動弁機構の作動を制御し、前記第２の気筒における前記吸気弁と前記排気弁とが同時に開くバルブオーバーラップ時に、当該第２の気筒における前記弁間通路を当該第２の気筒の前記吸気制御弁より上流の前記吸気通路に対して高圧にさせることを特徴とするエンジンの吸気制御装置。
5. 請求項１ないし４のいずれかに記載のエンジンの吸気制御装置であって、
   前記連通路を選択的に閉塞する閉塞手段を具えたことを特徴とするエンジンの吸気制御装置。
6. 請求項５に記載のエンジンの吸気制御装置であって、
   前記閉塞手段は逆止弁であることを特徴とするエンジンの吸気制御装置。
7. 請求項５に記載のエンジンの吸気制御装置であって、
   前記閉塞手段は電磁弁であることを特徴とするエンジンの吸気制御装置。
8. 請求項１ないし７のいずれかに記載のエンジンの吸気制御装置であって、
   前記エンジンは、前記第１および第２の気筒を含む３以上の気筒を有し、
   前記第２の気筒は、前記３以上の気筒のうち、前記第１の気筒における昇圧動作後に最初にバルブオーバーラップを生じる気筒であることを特徴とするエンジンの吸気制御装置。
9. 請求項１ないし８のいずれかに記載のエンジンの吸気制御装置であって、
   前記制御手段は、前記第１の気筒の吸気行程の終了時点の近傍であって前記第１の気筒の前記昇圧動作の開始前に、前記第１の気筒の吸気弁が全閉かつ前記第１の気筒の吸気制御弁が開の状態を実現する第１の圧力回復動作を行うように、前記アクチュエータおよび前記動弁機構の作動を制御することを特徴とするエンジンの吸気制御装置。
10. 請求項１ないし９のいずれかに記載のエンジンの吸気制御装置であって、
    前記制御手段は、前記第１の気筒の排気行程中であって前記第２の気筒の前記昇圧動作の開始前に、前記第１の気筒の吸気制御弁が開の状態を実現する第２の圧力回復動作を行うように、前記アクチュエータおよび前記動弁機構の作動を制御することを特徴とするエンジンの吸気制御装置。
    

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