JP2009228632A - 可変吸気制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】吸入通路内に溜まった水分が凍結して吸気通路が閉塞されるのを防止することができる可変吸気制御装置を提供すること。
【解決手段】吸気管６１と、可変吸気弁６２と、アクチュエータ６４とを備えた可変吸気制御装置６において、吸気管６１が、吸入空気を通す第１の吸入空気通路６１ｃと第１の吸入空気通路６１ｃより短い第２の吸入空気通路６１ｄとを有し、アクチュエータ６４が、第１の吸入空気通路６１ｃと第２の吸入空気通路６１ｄとを切り替えるよう可変吸気弁６２の開閉を制御するとともに、ＥＧＲ装置により排気ガスが吸気管６１内に還流された状態で、かつ第１の吸入空気通路６１ｃが閉で第２の吸入空気通路６１ｄが開の短通路状態が１時間になったとき、１秒間、第１の吸入空気通路６１ｃが開で第２の吸入空気通路６１ｄが閉の長通路状態になるよう可変吸気弁６２の開閉を制御することを特徴とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、内燃機関の吸気管の吸気管長を可変とする可変吸気弁を備えた可変吸気制御装置に関する。

一般に、内燃機関の吸気管に吸入された吸入空気は、吸気バルブの開閉動作により吸気通路内で脈動流となることが知られている。吸入空気は、吸気バルブが閉じるとき、吸気バルブの近傍でその慣性力により圧縮され、閉じた吸気バルブより上流側のサージタンクの方向に高速で押し戻される。そして、圧縮されて押し戻された吸入空気がサージタンクに到達すると、サージタンクで圧縮されて吸気バルブの方向に再び押し戻されるので、吸入空気は、吸気通路内で脈動流となる。

この圧縮された吸入空気が、吸気バルブの閉状態の直前、すなわち吸入行程終了直前に再び吸気バルブに戻るよう運転状態に応じて吸気管長やサージタンクなどの吸気通路を変化させると、気筒内に吸入される吸入空気量を増大させることができ、内燃機関のトルクの向上を実現できる。このような吸気慣性効果を利用して内燃機関のトルクの向上を図った可変吸気制御装置が知られている。

また、一般に、内燃機関の気筒内の燃焼状態が良くなり燃焼温度が高温になると、窒素酸化物（ＮＯｘ：Ｎｉｔｒｏｇｅｎ Ｏｘｉｄｅ）の発生量が増加する傾向があるので、排気ガスの一部を吸気通路内に還流させて吸入空気中に混入させることにより燃焼温度を下げてＮＯｘの発生量を低減させるＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）装置が知られている。このＥＧＲ装置を兼ね備えた可変吸気制御装置も知られている。

従来、この種の可変吸気制御装置として、吸気通路を有する吸気管と、排気通路を有する排気管と、排気通路から吸気通路に排気ガスを還流させるよう排気還流通路を有する排気還流管と、排気還流制御バルブとを含み、さらに、吸気管長を変化させるよう負圧アクチュエータが連結された制御弁と、制御弁の開閉を制御するＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）を含んで構成されたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

従来の可変吸気制御装置においては、電子制御ユニットにより排気還流制御バルブの開弁量を制御し、運転状態に応じて排気管から吸気管に向けて還流される排気ガスの量を調節して気筒における燃焼温度を最適値まで低下させ、排気ガス中に含有されるＮＯｘを低減するようにしている。また、機関回転数ＮＥが低い低回転領域では、電子制御ユニットにより制御弁をオン状態とし吸気管長を比較的長い状態にするとともに、機関回転数ＮＥが高い高回転領域では、電子制御ユニットにより制御弁をオフ状態とし吸気管長を比較的短い状態にして、低回転領域で要求される吸気特性と、高回転領域で要求される吸気特性との両立を図っている。
特開平９−１３７７３０号公報

しかしながら、前述のような従来の可変吸気制御装置にあっては、内燃機関の種類や運転状態によって異なるが、排気通路から吸気通路に還流される排気ガスは比較的高い温度、例えば、８０℃ないし２００℃となっている。これに対し、吸気通路内の吸入空気は、内燃機関の外部環境によって異なるが、比較的低い温度、例えば、−１０℃ないし３０℃となっている。このように、比較的低い温度の吸入空気に比較的高い温度の排気ガスが混入すると、排気ガスの温度が低下し、排気ガスの飽和水蒸気量が減少し、排気ガスに含まれている水蒸気が結露して、可変吸気制御装置内の吸入空気の吸入口近傍に溜まってしまうことがある。このような結露水が溜まるのを防止するため、排気還流管にＥＧＲクーラを設け、排気ガスを冷却することにより排気ガス中の水分を除去するという、いわゆる除湿を行うことが考えられるが、十分に除湿することは困難である。

可変吸気制御装置内の吸入空気の吸入口近傍に溜まった結露水は、内燃機関の外部環境が０℃以下の低温の場合には、凍結してしまう。また、可変吸気制御装置内の吸入空気中の水蒸気や水滴が０℃以下の吸気管の内壁面にぶつかり、氷となって付着する着氷が発生してしまう。このような場合には、結露水の凍結や着氷によって吸入空気の吸入口を閉塞することがあり、内燃機関を始動させることができないという問題があった。

本発明は、前述のような従来における問題を解決し、以下の目的を達成することを課題とする。すなわち、本発明は、吸入通路内に溜まった水分が凍結して吸気通路が閉塞されるのを防止することができる可変吸気制御装置を提供することを目的とする。

本発明に係る可変吸気制御装置は、上記目的達成のため、（１）内燃機関の排気ガス還流装置から還流された排気ガスが含まれる吸入空気を通す吸気管と、前記吸気管の吸気管長を可変とする可変吸気弁と、前記可変吸気弁を制御する制御手段と、を備えた可変吸気制御装置において、前記吸気管が、吸入空気を通す第１の吸入空気通路と前記第１の吸入空気通路より短い第２の吸入空気通路とを有し、前記制御手段が、第１の吸入空気通路と前記第２の吸入空気通路とを切り替えるよう前記可変吸気弁を制御するとともに、前記排気ガス還流装置により前記排気ガスが前記吸気管内に還流された状態で、かつ前記第１の吸入空気通路が閉鎖されるとともに、前記第２の吸入空気通路が開通する短通路状態が所定の長期間になったとき、所定の短期間の間、前記第１の吸入空気通路が開通するとともに、前記第２の吸入空気通路が閉鎖される長通路状態になるよう前記可変吸気弁を制御することを特徴とする。

この構成により、短通路状態が維持され長通路状態に切り替わらないようなときでも、強制的に可変吸気弁を閉の状態に切り替わり、所定の短期間の間だけ長通路状態になり、可変吸気制御装置内に溜まった結露水は、吸入空気により下流側に吸い出されて除去される。所定の短期間の間だけ強制的に切り替えて、所定の短期間経過後に元の短通路状態に復帰させるので、内燃機関の運転状態に影響を与えることはない。
また、排気ガス還流装置により排気ガスが吸気管内に還流された状態で、かつ前記第１の吸入空気通路が閉鎖されるとともに、前記第２の吸入空気通路が開通する短通路状態が所定の長期間になったとき、すなわち、最も結露水が溜まり易く、吸い出されるのに適した量が変吸気制御装置内に溜まったタイミングで結露水を除去するようにしているので、効果的に水分除去処理が行われる。その結果、吸入通路内に溜まった水分が凍結して吸気通路が閉塞されるのが防止される。

上記（１）に記載の可変吸気制御装置においては、（２）前記可変吸気弁が開のとき、前記短通路状態となり、前記可変吸気弁が閉のとき、前記長通路状態となるよう構成する。

この構成により、可変吸気弁の開閉という簡単な構成と簡易な制御で、短通路状態から長通路状態への切り替えを確実に行うことができる。

上記（１）または（２）に記載の可変吸気制御装置においては、（３）前記所定の長期間が、０．５時間ないし１．５時間であり、前記所定の短期間が、１秒間ないし３秒間であることが好ましい。

この構成により、排気ガス還流装置により排気ガスが前記吸気管内に還流された状態で、かつ第１の吸入空気通路が閉鎖されるとともに、第２の吸入空気通路が開通する短通路状態であると認識してから、積算時間が０．５時間ないし１．５時間になったときに、可変吸気制御装置内に溜まった結露水を除去するようにしているので、効果的に水分除去処理を行うことができる。すなわち、最も結露水が溜まり易いタイミングで長通路状態に切り替えて水分を除去しているので確実に水分を除去することができる。また、１秒間ないし３秒間だけ強制的に長通路状態に切り替え、元の短通路状態に復帰させるので、内燃機関の運転状態に影響を与えることなく効果的に水分を除去することができる。

上記（１）ないし（３）に記載の可変吸気制御装置においては、（４）前記制御手段が、前記内燃機関の始動時に前記所定の短期間の間、前記長通路状態になるよう前記可変吸気弁を制御することが好ましい。

この構成により、内燃機関の始動時に所定の短期間の間、長通路状態になり、内燃機関の始動時前に可変吸気制御装置内に溜まった結露水などの水分が吸入空気により下流側に吸い出されて除去されるので、運転開始前に効果的に可変吸気制御装置内の水分を除去することができる。

本発明によれば、吸入通路内に溜まった水分が凍結して吸気通路が閉塞されるのを防止することができる可変吸気制御装置を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係る可変吸気制御装置６が適用される内燃機関の構成図であり、図２は、可変吸気制御装置６が適用される内燃機関の断面図であり、図３は、可変吸気制御装置６の模式図である。

まず、構成について説明する。
可変吸気制御装置６は、車両に搭載され内燃機関としてのガソリンエンジン１の一部を構成している。

図１および図２に示すように、ガソリンエンジン１は、例えば、Ｖ型６気筒エンジンで構成され、エンジン本体２と、エンジン本体２に燃料を供給する燃料供給装置３と、エアクリーナ４と、スロットルバルブ５と、可変吸気制御装置６と、排気マニホールド７、８と、排気管１１、１２と、エンジン本体２から排出される排気ガスの一部を可変吸気制御装置６内に還流させる排気ガス還流装置としてのＥＧＲ装置１３、１４と、排気管１１、１２に設けられた排気ガス後処理装置１５、１６と、制御手段としてのＥＣＵ１７とを含んで構成されている。

ガソリンエンジン１においては、排気管、ＥＧＲ装置、排気ガス後処理装置は、それぞれ気筒毎に設けられているので、図示しない他の気筒毎に設けられた構成要素をも含んで構成されている。図示しない他の気筒毎に設けられた構成要素は、図１に示す構成要素と同様に構成されているので、その説明を省略し、以下、図１に示す各構成要素について詳細に説明する。なお、内燃機関は、単気筒、水平対向の多気筒、直列多気筒のガソリンエンジン、ディーゼルエンジンなどのＶ型６気筒のガソリンエンジン以外のものでもよい。また、燃料は、アルコール燃料などのガソリン以外の燃料であってもよい。

エンジン本体２は、シリンダ部２１、２２と、ピストン２３、２４と、吸気バルブ２５、２６と、排気バルブ２７、２８と、インジェクタ３１、３２と、点火装置３３、３４とを含んで構成されている。これらの各構成要素自体は公知であるので、これ以上詳述しない。

燃料供給装置３は、燃料を貯蔵する燃料タンク３ａと、燃料ポンプ３ｂと、燃料ポンプ３ｂとインジェクタ３１、３２とをそれぞれ接続する燃料供給管３ｃ、３ｄと、燃料供給管３ｃ、３ｄに設けられ燃料を浄化するフューエルフィルタ３ｅと、燃料タンク３ａ内から発生するガソリン蒸気を吸着するためのチャコールキャニスタ３ｆとを含んで構成されている。燃料タンク３ａ内の燃料は、燃料ポンプ３ｂにより燃料供給管３ｃ、３ｄ、フューエルフィルタ３ｅを介してインジェクタ３１、３２に供給されるようになっている。

エアクリーナ４は、エレメント４ａおよびエレメント４ａを収容するケース４ｂからなり、エレメント４ａを通過する新気を浄化するようになっている。

スロットルバルブ５は、例えば、バタフライバルブなどの絞り弁からなり、エアクリーナ４を通過した新気のエンジン内部への流入量を調整するようになっている。

図３に示すように、可変吸気制御装置６は、吸気管６１と、吸気管６１の吸気管長を可変とする可変吸気弁６２と、吸気管６１に連結されたサージタンク６３と、可変吸気弁６２を制御する制御手段としてのアクチュエータ６４と、ＶＳＶ（Ｖａｃｕｕｍ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ Ｖａｌｖｅ）６５と、負圧タンク６６と、可変吸気弁６２とアクチュエータ６４とを連結しアクチュエータ６４の動作を可変吸気弁６２に伝達するリンク６７と、アクチュエータ６４とＶＳＶ６５とを連結する配管６８と、ＶＳＶ６５と負圧タンク６６とを連結する配管６９と、サージタンク６３と負圧タンク６６とを連結する配管７１とを含んで構成されている。

吸気管６１は、排気ガス還流装置から還流された排気ガスが含まれる吸入空気を通す吸気通路６１ａを有する配管からなり、吸気口６１ｂから新気を吸入するようになっている。また、吸気管６１は、サージタンク６３から供給された吸入空気を通す一点鎖線で示す第１の吸入空気通路６１ｃと、第１の吸入空気通路６１ｃより短い一点鎖線で示す第２の吸入空気通路６１ｄとを有し、第１の吸入空気通路６１ｃと第２の吸入空気通路６１ｄとが可変吸気弁６２によって切り替えられるようになっている。吸気口６１ｂから吸入された新気は、吸気通路６１ａを流通し、エアクリーナ４によって浄化され、スロットルバルブ５を介してサージタンク６３内に流入するようになっている。

可変吸気弁６２は、図示しないシリンダヘッドに回動可能に支持された回動軸６２ａと、回動軸６２ａに固定され回動軸６２ａとともに回動する弁体６２ｂと、回動軸６２ａに連結されアクチュエータ６４に印加された負圧によって動作する図示しない回動機構と、弁体６２ｂを囲むシリンダヘッドの内壁面によって形成される吸入空気通路６２ｃとを含んで構成されている。この吸入空気通路６２ｃは、第２の吸入空気通路６１ｄの一部を構成している。

可変吸気弁６２が開のとき、吸気管６１における第１の吸入空気通路６１ｃが閉鎖され、第２の吸入空気通路６１ｄが開通して短通路状態となる。他方、可変吸気弁６２が閉のとき、吸気管６１における第１の吸入空気通路６１ｃが開通され、第２の吸入空気通路６１ｄが閉鎖されて長通路状態となる。

この短通路状態になったとき、吸気管長が短くなり、長通路状態になったとき、吸気管長が長くなるよう構成されている。この吸気管長は、可変吸気制御装置６における第１の吸入空気通路６１ｃおよび第２の吸入空気通路６１ｄの各長さを表しており、第１の吸入空気通路６１ｃおよび第２の吸入空気通路６１ｄを流通する吸入空気の脈動が伝播する吸気通路の実質的な長さを表している。具体的には、吸入空気は、エンジン本体２の吸気バルブ２５が閉じるとき、吸気バルブ２５の近傍でその慣性力により圧縮され、閉じた吸気バルブ２５より上流側のサージタンク６３の方向に高速で押し戻される。そして、圧縮されて押し戻された吸入空気がサージタンク６３に到達すると、サージタンク６３で圧縮されて吸気バルブ２５の方向に再び押し戻されることにより、吸入空気に脈動流が発生するので、吸気管長は、吸気バルブ２５とサージタンク６３との間の長さを表すことになる。

第１の吸入空気通路６１ｃおよび第２の吸入空気通路６１ｄの一方端部は、図示しないシリンダヘッドの吸気ポートと連通しており、吸入空気は、第１の吸入空気通路６１ｃおよび第２の吸入空気通路６１ｄを流通して各気筒に流入するようになっている。

サージタンク６３は、吸気管６１から流入する吸入空気を溜めるサージタンク室６３ａを含んで構成されており、サージタンク室６３ａは、吸気管６１の吸気通路６１ａと連通している。また、サージタンク室６３ａは、可変吸気弁６２の吸入空気通路６２ｃと連通しており、可変吸気弁６２が開のとき、サージタンク室６３ａと第２の吸入空気通路６１ｄとが連通するようになっている。サージタンク６３が、吸気管６１と各気筒の間に設けられているので、吸気管６１と各気筒との間に生ずる吸気脈動が緩和され、各気筒に均一な適量の吸気量の吸入空気が供給されるようになっている。

アクチュエータ６４は、可変吸気弁６２の開閉を駆動する駆動機構からなり、配管６８を介して負圧が加わると駆動するようになっている。駆動機構の駆動力は、リンク６７を介して可変吸気弁６２に伝達されるようになっている。

ＶＳＶ６５は、ＥＣＵ１７から送られる駆動信号に応じて動作する電磁弁からなり、ＥＣＵ１７からオン信号が送られている場合には、アクチュエータ６４と負圧タンク６６とを導通状態とし、ＥＣＵ１７からオン信号が送られていない場合には、アクチュエータ６４と負圧タンク６６とを遮断した状態でアクチュエータ６４を大気に開放するようになっている。

負圧タンク６６は、負圧の吸入空気を貯留するタンク部６６ａと、逆止弁６６ｂとを含んで構成されており、タンク部６６ａは、配管７１を介してサージタンク６３と連結され、サージタンク６３内の負圧の吸入空気がタンク部６６ａ内部に流入するようになっている。逆止弁６６ｂは、タンク部６６ａからサージタンク６３へ向かう空気の流れのみを許容する一方向弁で構成されている。タンク部６６ａの内圧がサージタンク６３の内圧に比べて低い場合には、逆止弁６６ｂは、閉弁状態で維持され、タンク部６６ａの内圧がサージタンク６３の内圧に比べて高い場合には、タンク部６６ａからサージタンク６３へ空気が流動するので、タンク部６６ａの高い内圧がサージタンク６３内の低圧にまで低下するようになっている。

タンク部６６ａ内に適切な負圧が蓄えられているとき、ＶＳＶ６５に対してＥＣＵ１７からオン信号が送られると、負圧タンク６６とアクチュエータ６４とが導通状態となり、リンク６７を介して、可変吸気弁６２が開の状態で維持される。他方、タンク部６６ａ内に適切な負圧が蓄えられていないとき、またはＶＳＶ６５に対してＥＣＵ１７からオン信号が送られていないとき、負圧タンク６６とアクチュエータ６４とが遮断状態となり、リンク６７を介して、可変吸気弁６２が閉の状態で維持される。

なお、リンク６７の構造を変え、負圧タンク６６とアクチュエータ６４とが導通状態となったとき、可変吸気弁６２を閉の状態で維持し、負圧タンク６６とアクチュエータ６４とが遮断状態となったとき、可変吸気弁６２を開の状態で維持するようにしてもよい。

図１および図２に示すように、排気マニホールド７は、図示しないシリンダヘッドの各気筒の排気ポート出口に連結する多岐管部と、多岐管を集合させた集合管部と、連結部とを含んで構成されており、単一の排気管１１に連結されている。排気マニホールド８も、排気マニホールド７と同様に構成されており、単一の排気管１２に連結されている。

排気管１１は、排気マニホールド７の集合管部から排出される排気ガスを大気に放出させる配管からなり、排気通路を有し、一端が集合管部に連結されている。この集合管部とＥＧＲ装置１３とが連結されており、排気ガスの一部が吸気管６１に導入されるようになっている。また、この排気管１１には、排気ガス後処理装置１５が設けられており、排気ガス中の有害物質が除去されるようになっている。また、排気管１１には、排気ガス後処理装置１５の下流側に図示しないマフラーなどの消音装置が設けられている。

排気管１２も、排気管１１同様に構成されており、集合管部とＥＧＲ装置１４とが連結されており、排気ガスの一部が吸気管６１に導入されるようになっている。排気管１２には、排気ガス後処理装置１６が設けられており、排気ガス中の有害物質が除去されるようになっている。また、排気管１２には、排気管１１同様に排気ガス後処理装置１６の下流側に図示しないマフラーなどの消音装置が設けられている

ＥＧＲ装置１３は、ＥＧＲ管８１と、ＥＧＲバルブ８２と、ＥＧＲクーラ８３とを含んで構成されており、排気マニホールド７の排気通路内の排気ガスの一部を吸気管６１の吸気通路６１ａ内に還流させて吸入空気中に混入させることにより、気筒内の燃焼温度を下げてＮＯｘの発生量を低減させるようになっている。

ＥＧＲ管８１は、ＥＧＲ通路８１ａを有しており、ＥＧＲ管８１の吸気管６１側には、ＥＧＲバルブ８２が設けられ、ＥＧＲ管８１の排気マニホールド７側には、ＥＧＲクーラ８３が設けられている。ＥＧＲバルブ８２は、その開度がＥＣＵ１７により制御され、吸気通路６１ａ内に還流される排気ガスの量を調整するようになっている。また、ＥＧＲクーラ８３により、還流される排気ガスの温度が下げられ、その密度が高められるようになっている。

ＥＧＲ装置１４も、ＥＧＲ装置１３と同様に構成され、排気マニホールド８の排気通路内の排気ガスを吸気管６１の吸気通路６１ａ内に、ＥＧＲ管８５、ＥＧＲクーラ８６およびＥＧＲバルブ８７を介して還流させるようになっている。

排気ガス後処理装置１５は、図示しないＮＳＲ（ＮＯｘ Ｓｔｒａｇｅ−Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）触媒と、ＤＰＮＲ（Ｄｉｅｓｅｌ Ｐａｔｉｃｕｌａｔｅ−ＮＯｘ Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）触媒と、酸化触媒とからなる触媒と、排気温センサ、空燃比センサとを含んで構成されている。
ＮＳＲ触媒は、ＮＯｘ吸蔵物質を含んで構成されており、排気空燃比がリーンの時に排気ガス中のＮＯｘを吸蔵し、排気空燃比がリッチになった時に吸蔵していたＮＯｘを還元させて排気ガス中のＮＯｘを低減するようになっている。ＤＰＮＲ触媒は、排気ガスに含まれるすすなどのＰＭ（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｍａｔｔｅｒ）を酸化させる性能を有するＮＯｘ吸蔵還元触媒が塗布された多孔質セラミックからなり、排気ガス中のＰＭを捕集し、これを排気ガス中のＮＯｘと同時に浄化させるようになっている。これらの浄化の際には、ＰＭが酸化されるとともに、ＣＯ（一酸化炭素）やＨＣ（炭化水素）も酸化され、ＮＯｘが還元される。酸化触媒は、各種ガスに対して酸化活性のある白金、パラジウムなどの触媒金属からなり、排気ガス中の有害物質、例えば、ＨＣを酸化させ二酸化炭素および水蒸気に分解処理するようになっている。
排気ガス後処理装置１６も、排気ガス後処理装置１５と同様に構成されている。

ＥＣＵ１７は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、処理プログラムなどを記憶するＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、一時的にデータを記憶するＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、バッテリを電源として作動し書換え可能な不揮発性のメモリからなるＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃａｌｌｙ Ｅｒａｓａｂｌｅ ａｎｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、Ａ／Ｄ変換器やバッファ等を含む入力インターフェース回路および駆動回路等を含む出力インターフェース回路を含んで構成されている。

ＥＣＵ１７の入力インターフェース回路には、図示しないＥＧＲバルブ開度センサ、リーンセンサ、スロットル開度センサ、クランクポジションセンサ、吸入空気圧センサ、吸入空気量センサなどのセンサがそれぞれ接続されており、これらのセンサから出力される情報は、入力インターフェース回路を介してＥＣＵ１７に取り込まれるようになっている。ＥＣＵ１７においては、クランクポジションセンサなどのエンジン本体２の回転数を検知するセンサからの情報に基づいてエンジン本体２の回転数（ｒｐｍ）が求められるようになっている。また、スロットル開度センサ、吸入空気量センサ、アクセルポジションセンサおよびクランクポジションセンサなどのエンジン本体２の出力に関する情報に基づいて、エンジン本体２の可変吸気弁６２の開閉タイミングが制御されるようになっている。

次に、本発明の実施の形態に係る可変吸気制御装置６内に溜まった水分を除去する水分除去処理を行う可変吸気弁の制御について説明する。
図４は、本発明の実施の形態に係る可変吸気制御装置６の水分除去処理を示すフローチャートである。図５は、可変吸気制御装置６の模式図であり、可変吸気制御装置６が短通路状態で、サージタンク６３の底面部６３ｂに結露水が溜まった状態を示し、図６は、可変吸気制御装置６が長通路状態で、サージタンク６３の底面部６３ｂに溜まった結露水が除去された状態を示す。

本実施の形態に係る可変吸気制御装置６は、図２に示すように、ＥＧＲ装置１３、１４を備えているので、その内部に水が溜まってしまうことがある。すなわち、排気マニホールド７、８から吸気管６１に還流される排気ガスが、比較的高い８０℃ないし２００℃となっているのに対し、吸気通路６１ａ内の吸入空気は、比較的低い−１０℃ないし３０℃となっている。このように、低い温度の吸入空気に高い温度の排気ガスが混入すると、排気ガスの飽和水蒸気量が減少し、排気ガスに含まれている水蒸気が結露して、可変吸気制御装置６内のサージタンク６３の底面部６３ｂに結露水が溜まってしまうことがある。

特に、エンジン本体２が高負荷運転時には、吸気脈動効果を高めるため可変吸気弁６２が開の状態が維持されるので、サージタンク６３の底面部６３ｂに結露水が溜まり易い。
この場合、可変吸気制御装置６が摂氏０度以下になると結露水が氷結してしまい吸気通路が閉塞されてエンジン本体２の始動が不能となるおそれがある。また、エンジン本体２の始動時には、サージタンク６３の底面部６３ｂに水滴が溜まっていることがあり、これらの結露水や水滴を除去して、エンジン本体２のスムースな始動を可能にするとともに、吸気通路内の吸入空気の流通をよくする必要がある。そのため、サージタンク６３の底面部６３ｂに溜まった水分を除去するよう、以下の水分除去処理が必要となる。

図４に示す可変吸気制御装置６の水分除去処理は、次のように行われる。
まず、図示しないバッテリを電源として動作しているＥＣＵ１７がエンジン本体２が始動されたか否かを所定の間隔で監視し、始動したエンジン本体２が始動時であるかを判断する（ステップＳ１）。所定の間隔は、寒冷地仕様、暖地仕様などの車種や、ガソリンエンジンの仕様、特性などにより適宜選択され、例えば、１分間隔ないし数分間隔であることが好ましい。エンジン本体２が始動されたか否かは、ガソリンエンジン１を構成する図示しないイグニッションスイッチがオンになったか否かで判断される。なお、エンジン本体２の機関回転数が所定回転数であるか否か、エンジン本体２の油圧が所定油圧であるか否かなどの他の手段により判断してもよい。

ステップＳ１において、エンジン本体２が始動されたと判断された場合には、ＥＣＵ１７が、図３に示す可変吸気制御装置６のＶＳＶ６５に対してオン信号を送らないので、負圧タンク６６とアクチュエータ６４とが遮断状態となり、リンク６７を介して可変吸気弁６２が閉の状態で所定の短期間として１秒間ないし３秒間、好ましくは１秒間、維持される（ステップＳ２）。可変吸気弁６２が閉であると、第１の吸入空気通路６１ｃが開通するとともに、第２の吸入空気通路６１ｄが閉鎖される長通路状態になる。このとき、図５に示すように、サージタンク６３の底面部６３ｂに結露水が溜まった状態から、図６に示すように、可変吸気制御装置６が長通路状態となり、サージタンク６３の底面部６３ｂに溜まった結露水が吸入空気により下流側に吸い出されることにより、除去される。

ステップＳ２の場合、切り替え時間を１秒間ないし３秒間としたのは、切り替え時間が１秒間未満であると、サージタンク６３の底面部６３ｂに溜まった結露水を十分に除去しきれないことがあり、３秒間を超えると、例えば、エンジン本体２の暖機運転時などに適した吸気脈動効果が減衰してしまうおそれがあるからである。
ステップＳ１において、エンジン本体２が始動時でないと判断された場合には、ステップＳ２に進む。

続いて、ＥＣＵ１７が、ＥＧＲバルブ８２の開閉および可変吸気弁の開閉を、１分間隔で監視し、ＥＧＲバルブ８２が開であり、かつ可変吸気弁が開であるか否かを判断する（ステップＳ３）。ＥＧＲバルブ８２が開であり、かつ可変吸気弁が開でないと判断した場合には、ステップＳ１に戻り、エンジン本体２が停止するまで継続してＥＣＵ１７がエンジン本体２の状態を監視する。

ＥＧＲバルブ８２が開であり、かつ可変吸気弁６２が開であると判断した場合には、ＥＣＵ１７がタイマのカウントを開始させ、その積算時間が所定の長期間としての０．５時間ないし１．５時間、好ましくは、１時間になったか否かを判断する（ステップＳ４）。
ＥＧＲバルブ８２が開であり、かつ可変吸気弁６２が開のときは、排気マニホールド７、８から吸気管６１に排気ガスが還流されている状態であり、ＥＣＵ１７が、図３に示す可変吸気制御装置６のＶＳＶ６５に対してオン信号を送り、負圧タンク６６とアクチュエータ６４とを導通状態とし、リンク６７を介して可変吸気弁６２が開の状態を維持した状態となっている。

この可変吸気弁６２が開であると、第１の吸入空気通路６１ｃが閉鎖されるとともに、第２の吸入空気通路６１ｄが開通し短通路状態になるので、エンジン本体２が高負荷運転時に適した吸気脈動効果が得られる。積算時間を０．５時間ないし１．５時間としたのは、積算時間が０．５時間未満であると、サージタンク６３の底面部６３ｂに溜まった結露水が除去を要するほど多くないことがあり、水分除去処理が煩雑となるおそれがあり、１．５時間を超えると溜まった結露水が多くなり除去に時間がかかるおそれがあるからである。

ＥＣＵ１７において、積算時間が１時間になったと判断したときは、ＥＣＵ１７が、図３に示す可変吸気制御装置６のＶＳＶ６５に対してオン信号の送信を停止し、負圧タンク６６とアクチュエータ６４とを遮断状態とし、リンク６７を介して可変吸気弁６２を閉の状態に所定の短期間としての１秒間ないし３秒間、好ましくは１秒間だけ強制的に切り替え（ステップＳ５）、短期間経過後に元の短通路状態に復帰させる。この可変吸気弁６２が閉であると、第２の吸入空気通路６１ｄが閉塞されるので、第１の吸入空気通路６１ｃが開通し長通路状態になるので、図５に示すサージタンク６３の底面部６３ｂに溜まった結露水が、図６に示すように、吸入空気により下流側に吸い出されることにより、除去される。なお、強制的に可変吸気弁６２を閉の状態に切り替えるようにしたのは、本実施の形態に係るエンジン本体２の適合上、スロットルバルブ５の開度が一定以上開かないと、短通路状態が維持され長通路状態に切り替わらないからである。

ステップＳ５の場合、切り替え時間を１秒間ないし３秒間としたのは、切り替え時間が１秒間未満であると、サージタンク６３の底面部６３ｂに溜まった結露水を十分に除去しきれないことがあり、３秒間を超えると、例えば、エンジン本体２の高負荷運転時に適した吸気脈動効果が減衰してしまうおそれがあるからである。

このように、本実施の形態に係る可変吸気制御装置６は、前述のように構成されているので、以下のような効果が得られる。すなわち、可変吸気制御装置６は、ＥＧＲ装置１３から還流された排気ガスが含まれる吸入空気を通す吸気管６１と、吸気管６１の吸気管長を可変とする可変吸気弁６２と、１分間隔で監視するＥＣＵの指令により可変吸気弁６２を制御するアクチュエータ６４とを含んで構成されている。この吸気管６１が、吸入空気を通す第１の吸入空気通路６１ｃと第２の吸入空気通路６１ｄとを有し、アクチュエータ６４が、第１の吸入空気通路６１ｃと第２の吸入空気通路６１ｄとを切り替えるよう可変吸気弁６２を制御するとともに、ＥＧＲ装置１３により排気ガスが吸気管６１内に還流された状態で、かつ第１の吸入空気通路６１ｃが閉鎖されるとともに、第２の吸入空気通路６１ｄが開通する短通路状態が１時間になったとき、およびエンジン本体２の始動時に、１秒間、第１の吸入空気通路６１ｃが開通するとともに、第２の吸入空気通路６１ｄが閉鎖される長通路状態になるよう可変吸気弁６２を制御するよう構成されている。

その結果、本実施の形態に係るエンジン本体２のスロットルバルブ５の開度が一定以上開かないと、短通路状態が維持され長通路状態に切り替わらないようなときでも、強制的に可変吸気弁６２を閉の状態に切り替えて、１秒間だけ長通路状態にし、サージタンク６３の底面部６３ｂに溜まった結露水を吸入空気により下流側に吸い出すことにより除去することができる。１秒間だけ強制的に切り替え、１秒経過後に元の短通路状態に復帰させるので、例えば、エンジン本体２の始動時の暖機運転の際などに適した吸気脈動効果が減衰してしまうことがなく、また、エンジン本体２の高負荷運転時などに適した吸気脈動効果が減衰してしまうこともない。このような、長通路状態に切り替えるか否かの判断は、ＥＣＵ１７が、ＥＧＲバルブ８２が開であり、かつ可変吸気弁６２が開である短通路状態と認識してから、積算時間が１時間になったときに、サージタンク６３の底面部６３ｂに溜まった結露水を除去するようにしているので、効果的に水分除去処理を行うことができる。すなわち、最も結露水が溜まり易く、吸い出されるのに適した量が変吸気制御装置内に溜まったタイミングで、長通路状態に切り替えて水分を除去しているので確実に水分を除去することができる。また、ＥＣＵ１７は、１分間隔で可変吸気弁６２が開の短通路状態であるか否かを監視しているので、確実に水分除去処理を行うことができ、吸入通路内に溜まった水分が凍結して吸気通路が閉塞されるのを防止することができる。

本実施の形態に係る可変吸気制御装置６の水分除去処理においては、ステップＳ１でエンジン本体２が始動時であると判断されたときは、ステップＳ２で可変吸気弁６２を閉の状態で維持するよう制御する場合について説明したが、本発明に係る可変吸気制御装置においては、エンジンの低負荷運転時に可変吸気弁が閉の状態であることが多い車種などの場合には、エンジンが始動時のときに可変吸気弁を閉の状態で維持するよう制御しなくてもよい。すなわち、可変吸気制御装置の水分除去処理をステップＳ３ないしステップＳ５の内容で実行するようにしてもよい。

また、本実施の形態に係る可変吸気制御装置６においては、可変吸気弁６２の制御をサージタンク６３内の負圧を利用したアクチュエータ６４により行う場合について説明したが、発明に係る可変吸気制御装置においては、変吸気弁の制御を他の手段により行うようにしてもよい。例えば、変吸気弁の回動軸を回動させる駆動装置を設け、この駆動装置を制御手段により制御するようにしてもよい。

以上説明したように、本発明に係る可変吸気制御装置においては、可変吸気弁が開の短通路状態から、強制的に可変吸気弁が閉の長通路状態に切り替えて、１秒間だけ長通路状態にし、可変吸気制御装置内に溜まった結露水を吸入空気により下流側に吸い出すことにより除去することができる。その結果、吸入通路内に溜まった水分が凍結して吸気通路が閉塞されるのを防止することができる可変吸気制御装置を提供することができ、内燃機関の可変吸気制御装置全般に有用である。

本発明の実施の形態に係る可変吸気制御装置が適用される内燃機関の構成図である。 本発明の実施の形態に係る可変吸気制御装置が適用される内燃機関の断面図である。 本発明の実施の形態に係る可変吸気制御装置の模式図である。 本発明の実施の形態に係る可変吸気制御装置の水分除去処理を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態に係る可変吸気制御装置の模式図であり、可変吸気制御装置が短通路状態で、サージタンクの底面部に結露水が溜まった状態を示す。 本発明の実施の形態に係る可変吸気制御装置の模式図であり、可変吸気制御装置が長通路状態で、サージタンクの底面部に溜まった結露水が除去された状態を示す。

符号の説明

１ ガソリンエンジン（内燃機関）
２ エンジン本体（内燃機関）
３ 燃料供給装置
４ エアクリーナ
５ スロットルバルブ
６ 可変吸気制御装置
７、８ 排気マニホールド
１１、１２ 排気管
１３、１４ ＥＧＲ装置
１５、１６ 排気ガス後処理装置
１７ ＥＣＵ（制御手段）
６１ 吸気管
６１ｃ 第１の吸入空気通路
６１ｄ 第２の吸入空気通路
６２ 可変吸気弁
６３ サージタンク
６４ アクチュエータ（制御手段）
６５ ＶＳＶ
６６ 負圧タンク
６７ リンク
６８、６９、７１ 配管
８１ ＥＧＲ管
８２ ＥＧＲバルブ
８３ ＥＧＲクーラ
８５ ＥＧＲ管
８６ クーラ
８７ ＥＧＲバルブ

Claims (4)

1. 内燃機関の排気ガス還流装置から還流された排気ガスが含まれる吸入空気を通す吸気管と、前記吸気管の吸気管長を可変とする可変吸気弁と、前記可変吸気弁を制御する制御手段と、を備えた可変吸気制御装置において、
   前記吸気管が、吸入空気を通す第１の吸入空気通路と前記第１の吸入空気通路より短い第２の吸入空気通路とを有し、
   前記制御手段が、第１の吸入空気通路と前記第２の吸入空気通路とを切り替えるよう前記可変吸気弁を制御するとともに、前記排気ガス還流装置により前記排気ガスが前記吸気管内に還流された状態で、かつ前記第１の吸入空気通路が閉鎖されるとともに、前記第２の吸入空気通路が開通する短通路状態が所定の長期間になったとき、所定の短期間の間、前記第１の吸入空気通路が開通するとともに、前記第２の吸入空気通路が閉鎖される長通路状態になるよう前記可変吸気弁を制御することを特徴とする可変吸気制御装置。
2. 前記制御手段が、前記可変吸気弁が開のとき、前記短通路状態となり、前記可変吸気弁が閉のとき、前記長通路状態となるよう制御することを特徴とする請求項１に記載の可変吸気制御装置。
3. 前記所定の長期間が、０．５時間ないし１．５時間であり、前記所定の短期間が、１秒間ないし３秒間であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の可変吸気制御装置。
4. 前記制御手段が、前記内燃機関の始動時に前記所定の短期間の間、前記長通路状態になるよう前記可変吸気弁を制御することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１の請求項に記載の可変吸気制御装置。

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