JP2010090752A - 内燃機関の吸気装置 - Google Patents

Abstract

【課題】吸気管に環流される排気に起因する燃焼状態の悪化が生じることを抑制することのできる内燃機関の吸気装置を提供する。
【解決手段】この内燃機関の吸気装置は、排気の一部を環流するＥＧＲ装置４０を備える内燃機関についてその吸気流を制御するものであって吸気管２１に設けられて吸気流を調整するＴＣＶ２３と、ＴＣＶ２３の制御を行う制御装置５０とを備え、ＴＣＶ２３は、所定開度のときにその一部である弁先端部２３Ｔが吸気管２１に対するＥＧＲ管４１の導入部４４と最も近接したところに位置し、これにより導入部４４の吸気通路側の部位に同部位の吸気上流側及び吸気下流側よりも低圧の部位を形成するものであり、制御装置５０は、ＥＧＲガス量の減少要求があり且つＴＣＶ２３が所定開度にあるとき、減少要求が生じる前よりもＴＣＶ２３の弁先端部２３Ｔを導入部４４から離間させる方向にＴＣＶ２３を駆動する離間制御を行うものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、排気環流管により排気の一部を排気管から吸気管に環流する排気環流装置を備える内燃機関についてその吸気流を制御するものであって、吸気管に設けられて吸気流を調整する吸気流制御弁と、同制御弁の制御を行う制御装置とを備える内燃機関の吸気装置に関する。

車載内燃機関において、排気の一部を吸気管に環流する排気環流装置（以下、「ＥＧＲ装置」）を備えたものが知られている。
特許文献１に記載のように、ＥＧＲ装置は排気管の途中から吸気管に接続されるＥＧＲ管と、このＥＧＲ管の途中に設けられたＥＧＲバルブとによって構成され、同バルブの開度制御を通じて吸気管に送り込むＥＧＲガス量を調整する。

そして、吸気管に供給されたＥＧＲガスが燃焼室に送り込まれることにより、ＥＧＲガス中に含まれる二酸化炭素や水蒸気等の不燃性ガスによって混合気の燃焼温度が低減されるため、窒素酸化物の発生量が低減されることになる。

また、近年ではガソリンエンジンにおいて、爆発エネルギーの熱損失を低減し、燃費を向上させることにもＥＧＲ装置が利用されている。燃費向上には、環流するＥＧＲガスの大量確保及び機関状態に合わせた制御が必要とされる。
特開平１１−２１５８号公報

ところで、スロットルバルブが閉弁側に駆動される一方でＥＧＲバルブの開度が保持される制御が行われたときには、燃焼室に送り込まれる吸気量に対してＥＧＲガスの量が相対的に増えてしまうことになる。燃焼室に送り込まれる吸気量に対するＥＧＲガスの割合（以下、「ＥＧＲ率」）が過度に上昇すると、燃焼が不安定になるなどの問題が生じる。

こうした問題を回避するため、スロットルバルブが閉弁側に駆動されるときにＥＧＲバルブも併せて閉弁側に駆動してＥＧＲガス量を減少させることが考えられる。この場合、ＥＧＲガス量の減少要求に従ってＥＧＲバルブを閉弁側に駆動させることになるものの、一般的にＥＧＲバルブはスロットルバルブに比べて応答性が低い。また、ＥＧＲバルブが完全に閉じられても、そのときにＥＧＲ管中においてＥＧＲバルブ下流に残留しているＥＧＲガスは吸気管へと流入してしまうことになる。これはすなわち、ＥＧＲバルブの開閉がスロットルバルブの開閉と完全に同期したとしても、吸気量の減少に対してＥＧＲガスの減少が遅れを生じ、スロットルバルブが閉じた後のＥＧＲ率の一過的な上昇を避けられないことを示している。

特に運転者が急激なスロットルバルブの閉弁駆動をともなうアクセルペダルの操作を行ったときには、新気の量が急激に減少する一方、ＥＧＲバルブの駆動によるＥＧＲガス量の減少は新気の減少に対して遅れてしまうため、ＥＧＲ率が上昇する。ＥＧＲ率は失火発生と相関しており、ＥＧＲ率の上昇によって失火の発生を引き起こしてしまうことがある。すなわち、スロットルバルブの急閉制御においてＥＧＲ率の上昇を原因とする燃焼の不安定化が発生してしまうことが考えられる。

本発明はこのような実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、吸気管に環流される排気に起因する燃焼状態の悪化が生じることを抑制することのできる内燃機関の吸気装置を提供することにある。

以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
（１）請求項１に記載の発明は、排気環流管により排気の一部を排気管から吸気管に環流する排気環流装置を備える内燃機関についてその吸気流を制御するものであって、前記吸気管に設けられて吸気流を調整する吸気流制御弁と、同制御弁の制御を行う制御装置とを備える内燃機関の吸気装置において、前記吸気流制御弁は、所定開度のときにその一部である近接部が前記吸気管に対する前記排気環流管の開口部と最も近接したところに位置し、これにより前記開口部の吸気通路側の部位に同部位の吸気上流側及び吸気下流側よりも低圧の部位を形成するものであり、前記制御装置は、排気環流量の減少要求があり且つ前記吸気流制御弁が前記所定開度にあるとき、前記減少要求が生じる前よりも前記吸気流制御弁の近接部を前記開口部から離間させる方向に同制御弁を駆動する離間制御を行うものであることを要旨としている。

この発明によれば、吸気流制御弁が所定開度にあるとき、排気環流管の開口部の吸気通路側に低圧部が形成されるため、排気環流管がこれとは別の開度にあるときよりも排気環流量を増大させることが可能となる。すなわち、ベンチュリ効果により開口部の吸気通路側にある部位の圧力はその吸気上流側及び吸気下流側の圧力と比較して低くなるため、同部位を通過する吸気の流速が増大し、これにより排気環流管から吸気通路に環流される排気の量が増大するようになる。

このように、吸気流制御弁の操作により排気環流量を増大させることが可能となる反面、排気環流量の減少要求があり且つ吸気流制御弁が所定開度にあるとき、すなわちスロットルバルブの急激な閉弁操作等に基づいて排気環流量を減少させる要求が生じているにもかかわらず、吸気流制御弁による排気環流量の増大作用が最大限にまで高められた状態にあるときには、排気環流量の低減が十分になされないことに起因して燃焼状態の悪化をまねくことが懸念される。

上記発明ではこの点に鑑み、排気環流量の減少要求があり且つ吸気流制御弁が所定開度にあるときに吸気流制御弁の離間制御を行うようにしているため、すなわち吸気流制御弁による排気環流量の増大作用を低減させるようにしているため、吸気管に環流される排気に起因して燃焼状態の悪化が生じることを抑制することができるようになる。なお、吸気流制御弁の所定開度としては、特定の一の開度のみではなく、開口部の吸気通路側にある部位に実質的に同様の低圧状態を形成するその他の開度について、これらを含めることもできる。

（２）請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関の吸気装置において、前記吸気流制御弁は、その開閉動作に基づいて燃焼室内における渦流の発生態様を調整するものであることを要旨としている。

（３）請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の内燃機関の吸気装置において、前記吸気流制御弁は、前記渦流を大きくする方向に最大限まで駆動したときの開度を前記所定開度とするものであることを要旨としている。

（４）請求項４に記載の発明は、請求項２または３に記載の内燃機関の吸気装置において、前記吸気流制御弁は、前記渦流を小さくする方向に最大限まで駆動したとき、前記吸気管に設けられた収容部に収容されるものであることを要旨としている。

この発明によれば、吸気流制御弁が渦流を小さくする方向に最大限まで駆動されたとき、吸気通路を流れる吸気が同制御弁によって妨げられないようになる。すなわち、同状態における吸気流制御弁による圧力損失を低減することができるようになる。

（５）請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか一項に記載の内燃機関の吸気装置において、前記制御装置は、排気環流量の増大要求があるとき、同要求が生じる前よりも前記吸気流制御弁の開度を前記所定開度に近づけることを要旨としている。

この発明によれば、吸気流制御弁による排気環流量の増大作用が高められるため、他の条件が同一のもとでは排気環流量の増大要求が生じる前よりも排気環流量が増大し、これにより同要求に対してより速やかに応じることができるようになる。

（６）請求項６に記載の発明は、請求項１〜５のいずれか一項に記載の内燃機関の吸気装置において、前記排気環流装置は、前記排気環流管に設けられて排気環流量を調整する排気環流弁を備えるものであり、前記制御装置は、排気環流量の減少要求に基づいて前記排気環流弁が閉弁側に動作するとき、これにともない前記離間制御を行うものであることを要旨としている。

一般に、排気環流弁の応答性は低いため、排気環流量の減少要求に基づいて同環流弁の閉弁側への駆動がなされても、排気還流量が目標とするところに減少するまでには比較的長い時間を要する。この点、上記発明によれば、排気環流弁の閉弁側の動作にともない同環流弁よりも応答性の高い吸気流制御弁についてその離間制御を行うようにしているため、排気環流弁のみの動作を通じて排気環流量を減少させる場合と比較して、排気環流量を速やかに減少させることができるようになる。

（７）請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の内燃機関の吸気装置において、前記制御装置は、前記離間制御を実行した後、吸気量に対する排気環流量の割合が安定するまでは前記吸気流制御弁の開度を前記所定開度に近づけることを禁止する禁止制御を行うことを要旨としている。

この発明では、吸気量に対する排気環流量の割合が安定な値を示すまで吸気流制御弁の開度を維持することで、吸気量に対する排気環流量の割合が上昇することをより好適に抑制できるようになる。

（８）請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の内燃機関の吸気装置において、前記制御装置は、前記禁止制御を実行した後、吸気量に対する排気環流量の割合が安定したことに基づいて前記禁止制御を終了し、これにより前記吸気流制御弁の開度を前記所定開度に近づけることを許容することを要旨としている。

（９）請求項９に記載の発明は、請求項１〜８のいずれか一項に記載の内燃機関の吸気装置において、前記排気環流量の減少要求は前記吸気管の前記吸気流制御弁よりも上流に設けられて吸気量を制御する吸気量制御弁の急閉にともなうものであることを要旨としている。

この発明では、吸気量制御弁の急閉にともなって排気環流量減少要求が発生したときに、排気環流弁を閉側且つ吸気流制御弁を開側に駆動させて好適に排気環流量を減少させるようにしている。吸気量が減少したとき、吸気管に流入する排気環流量の減少が吸気量減少よりも遅れると排気環流量の割合が一過的に上昇してしまうことになる。特に吸気量制御弁が急閉したときには、この割合の上昇が起こりやすくなってしまうと考えられる。従って、吸気量制御弁の急閉にともなう排気環流量減少があったときに吸気流制御弁を開側に駆動することで、このようなときにも吸気量に対する排気環流量の割合の一過的な上昇を好適に抑制することが可能となる。

図１〜図４を参照して、本発明を具体化した一実施形態について説明する。
図１に示されるように、内燃機関１は、吸気と燃料との混合気を燃焼させる機関本体１０と、この機関本体１０の燃焼室１１に吸気管２１により吸気及び燃料を供給する吸気装置２０と、燃焼室１１での燃焼後のガスを排気管３１により外部に送り出す排気装置を備えている。さらに排気の一部を吸気管２１へと環流させる排気環流装置であるＥＧＲ装置４０と、内燃機関の各種装置を統括的に制御する制御装置５０とを備えて構成されている。

機関本体１０は、燃焼室１１での混合気の燃焼を通じて往復運動するピストン１４と、このピストン１４の往復運動を回転運動に変換するクランクシャフト１５と、吸気管２１と燃焼室１１との接続部を開閉する吸気弁１２と、排気管３１と燃焼室１１との接続部を開閉する排気弁１３とにより構成されている。

吸気装置２０は、燃焼室１１に接続される吸気管２１と、この吸気管２１の途中に設けられて吸気の通路面積を変更するスロットルバルブ２２と、タンブルコントロールバルブ（以下、「ＴＣＶ２３」）とにより構成されている。ＴＣＶ２３は、吸気管２１において同バルブ２２よりも下流側に設けられて燃焼室１１内の混合気にタンブル流を発生させるとともにその発生態様を調整するものである。なお、ＴＣＶ２３は各気筒の吸気ポートごとに設けられている。

ＥＧＲ装置４０は、排気管３１と吸気管２１とを接続するＥＧＲ管４１をその本体とし、排気管３１の途中に設けられた取込部４３及び吸気管２１の燃焼室近傍に設けられた導入部４４とによって、吸気管２１及び排気管３１をそれぞれ繋いでいる。ＥＧＲガスの吸気管２１への導入部４４の位置は、吸気管２１の燃焼室１１近傍に設けられたＴＣＶ２３の弁体の弁先端部２３Ｔによって吸気管２１の通路面積が絞られる絞り部２１Ｅに設定されている。なお導入部４４は吸気ポートごとに設けられたＴＣＶ２３についてそれぞれ設置されている。ＥＧＲ管４１の途中にはＥＧＲガスの吸気管２１への導入を制御するＥＧＲバルブ４２が設けられている。ＥＧＲ管４１は、このＥＧＲバルブ４２によって、排気管３１からＥＧＲバルブ４２までの上流側４１ＡとＥＧＲバルブ４２から吸気管２１までの下流側４１Ｂとに分けられる。

制御装置５０は、機関運転状態等をモニタする各種センサ、すなわちアクセルポジションセンサ５２及びスロットルポジションセンサ５３及びエアフロメータ５４及びＥＧＲポジションセンサ５５を含む各種センサと、これらセンサの出力に基づいて各装置の動作を制御する電子制御装置５１とにより構成されている。

アクセルポジションセンサ５２は、車両のアクセルペダル２４の踏み込み量（以下、「アクセル操作量ＡＰ」）に応じて出力が変化するものであり、アクセルペダルの付近に設けられている。またスロットルポジションセンサ５３は、スロットルバルブ２２の開度（以下、「スロットル開度ＴＡ」）に応じて出力が変化するものであり、スロットルバルブ２２の付近に設けられている。またエアフロメータ５４は、吸気管２１内を流通する吸入空気の流量（以下、「吸気量ＧＡ」）に応じて出力が変化するものであり、スロットルバルブ２２の吸気上流側に設けられている。またＥＧＲポジションセンサ５５は、ＥＧＲバルブ４２の開度（以下、「ＥＧＲ開度ＥＡ」）に応じて出力が変化するものであり、ＥＧＲバルブ４２の付近に設けられている。

電子制御装置５１は、上記各センサの出力に基づいて把握される機関運転状態をもとに、スロットルバルブ２２の動作を制御するスロットル制御、及びＥＧＲ装置４０の動作を制御するＥＧＲ制御、及びＴＣＶ２３の動作を制御するＴＣＶ制御等の各種制御を行う。

図２を参照して、吸気装置２０のＥＧＲガスの導入部４４付近の構成について詳しく説明する。
ＴＣＶ２３は、吸気管２１内の通路面積を変更する弁体２３Ｂと、この弁体２３Ｂの回転軸となるＴＣＶ軸２３Ａとにより構成されている。ＴＣＶ軸２３Ａは、吸気管２１の壁部に設けられて、内燃機関１に搭載された別途のアクチュエータにより駆動される。弁体２３Ｂは、吸気管２１の内周側の形状に対応した形状のものであって、最も閉弁側にあるときにも吸気管２１の壁面との間に吸気通路を維持することが可能な弁体として構成及び設置されている。また、その端部の一方がＴＣＶ軸２３Ａに取り付けられ、他方の端部（以下、「弁先端部２３Ｔ」）がＴＣＶ軸２３Ａよりも吸気通路の下流側に配置されている。

そして、アクチュエータによりＴＣＶ軸２３Ａとともに弁体２３Ｂが回転することにより、吸気管２１に対する弁体２３Ｂの回転位置すなわちＴＣＶ２３の開度（以下、「ＴＣＶ開度ＶＡ」）が変更される。ＴＣＶ開度ＶＡは、ＴＣＶ２３が設けられた部位の通路面積を最小の面積に維持する開度（以下、「最小開度ＶＡｍｉｎ」（図２の実線））と、ＴＣＶ２３が設けられた部位の通路面積を最大の面積に維持する開度（以下、「最大開度ＶＡｍａｘ」（図２の二点鎖線））との間で変更される。以降では、ＴＣＶ開度ＶＡについて最小開度ＶＡｍｉｎと最大開度ＶＡｍａｘとの間にあるいずれかの開度を「中間開度ＶＡｍｉｄ」とする。

ＴＣＶ開度ＶＡが最小開度ＶＡｍｉｎにあるとき、吸気管２１の壁面と弁先端部２３Ｔの周縁との間に形成される吸気通路の通路面積は最小の大きさとなり、燃焼室１１においてタンブル流の発生を促す度合は最も大きくなる。また、ＴＣＶ開度ＶＡが中間開度ＶＡｍｉｄにおいて最小開度ＶＡｍｉｎ側から最大開度ＶＡｍａｘ側に向けて変化するにつれて、吸気管２１の壁面と弁先端部２３Ｔの周縁との間に形成される吸気通路の通路面積は次第に増大し、燃焼室１１においてタンブル流の発生を促す度合は次第に小さくなる。そして、ＴＣＶ開度ＶＡが最大開度ＶＡｍａｘにあるとき、吸気管２１の壁面と弁先端部２３Ｔの周縁との間に形成される吸気通路の通路面積は最大の大きさとなり、燃焼室１１においてタンブル流の発生を促す度合は最も小さくなる。

ＴＣＶ開度ＶＡが最大開度ＶＡｍａｘにあるとき、弁体２３Ｂの全体が吸気管２１に設けられた収容部２１Ａ内に収容される。また、ＴＣＶ軸２３Ａは予めこの収容部２１Ａに収容された態様で設けられている。すなわち、ＴＣＶ２３の最大開度ＶＡｍａｘにおいてはその全体が収容部２１Ａに収容された状態にある。収容部２１Ａは、吸気通路から径方向外側に向けて突出する態様で形成されているため、収容部２１Ａに収容されたＴＣＶ２３は実質的に吸気管２１の壁面をなすものとなり、これにより吸気に対するＴＣＶ２３の抵抗は十分に小さなものに維持される。

ここで、吸気管２１においては、ＴＣＶ２３により通路面積が変更される吸気管２１の部位（以下、「絞り部２１Ｅ」）の通路面積は、ＴＣＶ開度ＶＡに応じて次の大きさに維持される。すなわち、弁先端部２３ＴがＴＣＶ軸２３Ａよりも下流側に位置する態様でＴＣＶ２３が設けられているため、ＴＣＶ開度ＶＡが中間開度ＶＡｍｉｄまたは最小開度ＶＡｍｉｎにあるとき、絞り部２１Ｅの最も上流側（ＴＣＶ軸２３Ａ側）において通路面積は最大となる。絞り部２１Ｅにおいて上流側から下流側に向けて通路面積は次第に減少し、絞り部２１Ｅの最も下流側（ＴＣＶ２３の弁先端部２３Ｔ側）において通路面積は最小となる。また、ＴＣＶ開度ＶＡが最大開度ＶＡｍａｘにあるとき、ＴＣＶ２３全体が吸気管２１の収容部２１Ａに収容されるため、絞り部２１Ｅにおいて通路面積は実質的に一定の大きさとなる。

ＥＧＲ装置４０の導入部４４は、最小開度ＶＡｍｉｎにあるＴＣＶ２３の弁先端部２３Ｔと最も近接するところに設けられているため、導入部４４の吸気通路側の通路面積はＴＣＶ開度ＶＡに応じて変更される。すなわちＴＣＶ２３は、最小開度ＶＡｍｉｎのときに近接部としての弁先端部２３Ｔの周縁が導入部４４と最も近接するところに位置し、これにより導入部４４の吸気通路側に絞りを形成する。この絞りは、吸気管２１内においてＴＣＶ２３により形成される絞り部２１Ｅのうち、通路面積が最も小さい部分に相当し、その圧力は吸気通路において同絞り部の上流側及び下流側にある圧力よりも低くなる。

以上にて説明したように、内燃機関１においては、ＴＣＶ２３が最小開度ＶＡｍｉｎのときに弁先端部２３Ｔの周縁と導入部４４とが最大限に近接した状態に維持されるよう、吸気管２１におけるＴＣＶ２３の取付位置と導入部４４の形成位置との関係が設定されている。そしてＴＣＶ２３が最小開度ＶＡｍｉｎにあるとき、ＴＣＶ開度ＶＡの変更にともない変化する吸気管２１ひいては燃焼室へと流入するＥＧＲガスの量（以下、「ＥＧＲガス量」とする）についての作用、すなわち導入部４４から吸気通路へのＥＧＲガス量を増大させる作用が最大限に高められた状態に維持される。

ここで、上述した絞り部２１Ｅ及びその近傍における通路面積及び圧力の詳細について説明する。なお以降では、弁先端部２３Ｔによって最も通路面積が小さくなる通路面を「絞り断面Ｒ１」とし、この絞り断面Ｒ１における圧力を「絞り圧力Ｐ１」とし、その通路面積を「絞り面積Ａ１」とする。また、ＴＣＶ軸２３Ａよりも上流側の領域の通路面を「上流断面Ｒ２」とし、この上流断面Ｒ２における圧力を「上流圧力Ｐ２」とし、その通路面積を「上流面積Ａ２」とする。そして、絞り断面Ｒ１よりも下流側の領域の通路面を「下流断面Ｒ３」とし、この下流断面Ｒ３の圧力を「下流圧力Ｐ３」とし、その通路面積を「下流面積Ａ３」とする。

ＴＣＶ２３が中間開度ＶＡｍｉｄまたは最小開度ＶＡｍｉｎにあるとき、各通路面積の関係は「Ａ２＞Ａ１」及び「Ａ３＞Ａ１」となる。このとき、ベンチュリ効果により各部位の圧力の関係は「Ｐ２＞Ｐ１」及び「Ｐ３＞Ｐ１」となる。また、燃焼室１１側の領域Ｒ３には燃焼室１１からの負圧が発生するとともに、吸気流の方向において下流となるため、通路面積Ａ１とＡ２とに違いがなければ「Ｐ２＞Ｐ３」の関係が成立することになる。従って、ＴＣＶ２３が閉側に移動しているとき、「Ｐ２＞Ｐ３＞Ｐ１」の関係が成立している。

Ａ１及びＰ１はＴＣＶ開度ＶＡの値によって変化するため、「Ａ１１＜Ａ１２」が成立するとき、Ａ１１及びＡ１２にそれぞれ対応するＲ１１（Ｐ１１）及びＲ１２（Ｐ１２）を考えてみる。「Ａ１１＜Ａ１２」であるということは、すなわちＡ１１はＴＣＶ開度ＶＡがＡ１２のときのＴＣＶ開度ＶＡよりも小さいということを示している。そしてこのとき、ベンチュリ効果により「Ｐ１１＜Ｐ１２」の関係が成り立つことになる。すなわち、ＴＣＶ２３が最大開度ＶＡｍａｘ側に移動することで、吸気管２１の同部分の圧力が低下する。

ＥＧＲガスの導入部４４と連通する部分の吸気管２１の圧力が低い（吸気管２１の負圧が大きい）と、ＥＧＲ管４１によって送られてきたＥＧＲガスは吸気管２１へと導入されやすくなる、すなわちＴＣＶ２３が閉側に移動することで、ＥＧＲガスの大量導入を行うことが可能となるのである。

一方で、ＥＧＲガスの導入を行わないときにはＴＣＶ２３を全開とすることでＰ１の圧力をＰ２と同等とし、ＥＧＲガスの導入を抑制することができる。さらにこのとき、吸気流の圧力損失も起こらないようにすることが可能である。従って、吸気管２１に流入するＥＧＲガス量をＴＣＶ２３の開度変更によっても制御することができる。特に、スロットル開度ＴＡが急激に減少する場合、これにともなって吸気量ＧＡも急激に減少することとなる。これに付随して発生するＥＧＲ率の上昇を抑制するべくＥＧＲガスの吸気管への導入停止あるいは導入量の減少の要求がなされたときには、ＥＧＲバルブ４２が閉弁側へ駆動することによってこの要求は実行されることになる。

ところで、このようなスロットルバルブ２２急閉時には、上述したように燃焼室１１へと導入される吸気量ＧＡは急激に減少することになる。一方で、ＥＧＲ管４１のスロットルバルブ２２と連動して閉じるＥＧＲバルブ４２よりもＥＧＲ管４１の下流側４１Ｂに既に流入していたＥＧＲガスはＥＧＲバルブ４２によっては遮断することができない。また、ＥＧＲバルブ４２が完全に閉じるのに必要な時間はスロットルバルブ２２が完全に閉じるのに必要な時間に比べて大きいため、この時間差分、吸気量ＧＡが減少した後もＥＧＲガスは吸気管２１への流入を続けることになる。しかし、このとき同時にＴＣＶ２３が開かれることで、すなわち絞り部２１Ｅの吸気管２１の圧力が比較的高くなる状況が生み出されることによって、吸気管２１へのＥＧＲガスの導入が妨げられ、結果として好適なＥＧＲ率の維持を実現することが可能となる。

図３を参照して、上述したＴＣＶ２３の制御を行う際の具体的な処理手順である「ＴＣＶ開度変更処理」について説明する。
運転者がアクセル操作量ＡＰ「大」の状態から急激に「最小」になるような運転を行った場合、これにともなってスロットル開度ＴＡを「大」から「最小」にするというスロットルバルブ２２の急閉要求がなされることとなる。ステップＳ１１にてスロットルバルブ２２急閉の旨判定されない場合は、本処理は終了する。

ステップＳ１１にてスロットルバルブ２２急閉の旨判定された場合は、ステップＳ１２へと進みＥＧＲバルブ４２を閉じる。さらにステップＳ１３においてＴＣＶ２３を最大開度ＶＡｍａｘまで開き、ＴＣＶ２３を最大開度ＶＡｍａｘに維持する。ＴＣＶ２３の開度が既に最大開度ＶＡｍａｘとなっているときは、同状態を維持するだけの作業を行う。

次にステップＳ１４にてＥＧＲ率が安定か否かの判定がなされる。ＥＧＲ率が安定か否かの判定基準としては、例えば実験値によるＥＧＲ率安定に十分な一定時間経過条件や、排気中の酸素濃度を測定する酸素センサの計測値が一定条件を満たしているか否かなどが挙げられる。ＥＧＲ率が安定する条件を満たさない旨判定した場合には、ステップＳ１３へと戻り、ＴＣＶ２３の開度維持を継続する。ＥＧＲ率が安定した旨判定された場合にはステップＳ１５へと進み、ＴＣＶ２３の開度維持を解除し、本処理は終了する。

図４を参照して、「ＴＣＶ開度変更処理」の実行態様の一例について説明する。なお同図においては、図３に示される「ＴＣＶ開度変更処理」が実行されない点を除いては、本実施形態の内燃機関１と同様の構成を有する内燃機関を想定し、この想定した内燃機関（以下、「仮想機関」）におけるＥＧＲガス量及びＥＧＲ率の変化を破線にて併せ示している。

時刻ｔ１１において、アクセル操作量ＡＰが所定踏み込み量から最小踏み込み量（アクセルペダル２４の開放）に向けて急激に変化したとすると、スロットル制御においてはこの変化に基づいて、スロットル開度ＴＡの目標値（以下、「目標開度ＴＡＴ」）として上記ペダル操作に応じた新たな目標開度ＴＡＴ（ここでは「最小開度ＴＡＬ」）が設定される。そして、実際のスロットル開度ＴＡをそのときの開度から最小開度ＴＡＬに変更すべくスロットルバルブ２２の閉弁操作が開始される。なお以下に説明する動作は、目標開度ＴＡＴを新たに設定することなく、アクセルペダル２４の操作にともないスロットル開度ＴＡが減少する場合についても同様のものとなる。

このとき、ＥＧＲ制御においては上記スロットル開度ＴＡの変更要求に基づいてＥＧＲガス量を減少させる要求が設定され、この要求の設定を受けてＥＧＲ開度ＥＡの目標値（以下、「目標開度ＥＡＴ」）として上記スロットル操作に応じた新たな目標開度ＥＡＴ（ここでは「最小開度ＥＡＬ」）が設定される。そして、実際のＥＧＲ開度ＥＡをそのときの開度から最小開度ＥＡＬに変更すべくＥＧＲバルブ４２の閉弁操作が開始される。

ここで、ＥＧＲバルブ４２の応答性はスロットルバルブ２２のそれよりも低いため、時刻ｔ１１においてスロットル開度ＴＡが目標開度ＴＡＴに向けて速やかに変更を開始するのに対し、ＥＧＲ開度ＥＡはスロットル開度ＴＡよりも若干遅れて目標開度ＥＡＴへの変更を開始するようになる。また、このように開度の開始時期にずれがあることに併せて、スロットルバルブ２２の閉弁速度がＥＧＲバルブ４２の閉弁速度よりも大きいことにより、スロットル開度ＴＡが最小開度ＴＡＬに到達した後において、ＥＧＲ開度ＥＡが最小開度ＥＡＬに到達するまでには比較的大きな時間が必要とされる。

さて、本実施形態の内燃機関１によれば、時刻ｔ１２でのＥＧＲバルブ４２の閉弁動作にともない、ＴＣＶ制御においてＴＣＶ２３の開弁操作が開始される。すなわち、ＥＧＲガス量の減少要求があること且つＴＣＶ開度ＶＡが最小開度ＶＡｍｉｎにあることに基づいて、ＴＣＶ開度ＶＡを最大開度ＶＡｍａｘにすべくＴＣＶ２３が開弁側に駆動される。

そして、ＴＣＶ開度ＶＡの最小開度ＶＡｍｉｎから最大開度ＶＡｍａｘへの変更にともない、すなわちＴＣＶ２３の弁先端部２３ＴがＥＧＲ装置４０の導入部４４から離間することにともない、導入部４４の吸気通路側の圧力はＴＣＶ開度ＶＡが最小開度ＶＡｍｉｎにあるときの圧力よりも大きいものとなる（吸気管２１の負圧が小さくなる）。これにより、このＴＣＶ２３の開弁操作がなされて以降のＥＧＲガス量について仮想機関のそれと比較をしてみると、ＥＧＲ開度ＥＡは同一であるものの仮想機関よりも小さい値を示す。また、仮想機関においてはＥＧＲバルブ４２の閉弁動作の開始後、ＥＧＲガス量が一時的に増大し、これにともないＥＧＲ率も増大する傾向を示すため、ＥＧＲ率が失火限界を超えることに起因して燃焼状態が不安定となる可能性が高くなる。

これに対して、本実施形態の内燃機関１によればＥＧＲバルブ４２の閉弁動作の開始後、ＴＣＶ２３の開弁操作を通じて導入部４４の吸気通路側の圧力が増大するため、ＥＧＲガス量が減少する度合は仮想機関を上回るものとなりＥＧＲ率の増大の度合は仮想機関を下回る。すなわち、ＥＧＲ率について要求値を基準とした変動の度合は、内燃機関１においては比較的小さな度合に維持されるのに対し、仮想機関においては失火限界を超える程度にまで変動する傾向を示す。またさらに、ＥＧＲバルブ４２の閉弁動作の開始後において、ＥＧＲガス量及びＥＧＲ率のそれぞれが要求値に安定するまでの期間について内燃機関１と仮想機関との間で比較をしてみると、いずれについても前者の方が短くなる傾向を示す。

ＴＣＶ開度ＶＡの最大開度ＶＡｍａｘ維持はＥＧＲ率が安定するまでは継続されるが、内燃機関の運転状態に応じて、例えばスロットル開度ＴＡが大きくなり、吸気量ＧＡが再び増大する状態となるまで継続される。あるいはＥＧＲ率が安定した後は、吸気量の増大を待たずとも時刻ｔ１３においてＴＣＶ開度ＶＡの最大開度ＶＡｍａｘ維持を解除し、中間開度ＶＡｍｉｄ及び最小開度ＶＡｍｉｎのいずれか適当な開度へと変更することも可能である（図中一点鎖線）。

［実施形態の効果］
以上詳述したように、本実施形態の内燃機関の吸気装置によれば以下に示す効果が得られるようになる。

（１）本実施形態の吸気装置では、ＴＣＶ２３が最大開度ＶＡｍａｘにあるとき、ＥＧＲ管４１の導入部４４の吸気通路側に低圧部が形成されるため、ＥＧＲ管４１がこれとは別の開度にあるときよりもＥＧＲガス量を増大させることが可能となる。すなわち、ベンチュリ効果により導入部４４の吸気通路側にある部位の圧力はその吸気上流側及び吸気下流側の圧力と比較して低くなるため、同部位を通過する吸気の流速が増大し、これによりＥＧＲ管４１から吸気通路に環流される排気の量が増大するようになる。

このように、ＴＣＶ２３の操作によりＥＧＲガス量を増大させることが可能となる反面、ＥＧＲガス量の減少要求があり且つＴＣＶ２３が最大開度ＶＡｍａｘにあるとき、すなわちスロットルバルブ２２の急激な閉弁操作等に基づいてＥＧＲガス量を減少させる要求が生じているにもかかわらず、ＴＣＶ２３によるＥＧＲガス量の増大作用が最大限にまで高められた状態にあるときには、ＥＧＲガス量の低減が十分になされないことに起因して燃焼状態の悪化をまねくことが懸念される。

本実施形態の吸気装置ではこの点に鑑み、ＥＧＲガス量の減少要求があり且つＴＣＶ２３が最大開度ＶＡｍａｘにあるときにＴＣＶ２３の離間制御を行うようにしている。すなわちＴＣＶ２３によるＥＧＲガス量の増大作用を低減させるようにしているため、吸気管２１に環流される排気に起因して燃焼状態の悪化が生じることを抑制することができるようになる。なお、このときのＴＣＶ２３の最大開度ＶＡｍａｘは、最大開度ＶＡｍａｘのみではなく、導入部４４の吸気通路側にある部位に実質的に同様の低圧状態を形成する中間開度ＶＡｍｉｄについて、これらを含めることもできる。

（２）本実施形態の吸気装置では、この発明によれば、ＴＣＶ２３が渦流を小さくする方向に最大限まで駆動されたとき、吸気通路を流れる吸気がこのＴＣＶ２３によって妨げられないようになる。すなわち、同状態におけるＴＣＶ２３による圧力損失を低減することができるようになる。

（３）一般に、ＥＧＲバルブ４２の応答性は低いため、ＥＧＲガス量の減少要求に基づいてＥＧＲバルブ４２の閉弁側への駆動がなされても、ＥＧＲガス量が目標とするところに減少するまでには比較的長い時間を要する。この点、本実施形態の吸気装置によれば、ＥＧＲバルブ４２の閉弁側の動作にともないＥＧＲバルブ４２よりも応答性の高いＴＣＶ２３についてその離間制御を行うようにしているため、ＥＧＲバルブ４２のみの動作を通じてＥＧＲガス量を減少させる場合と比較して、ＥＧＲガス量を速やかに減少させることができるようになる。

（４）本実施形態の吸気装置では、ＴＣＶ２３によるＥＧＲガス量の増大作用が高められるため、他の条件が同一のもとではＥＧＲガス量の増大要求が生じる前よりもＥＧＲガス量が増大し、これにより同要求に対してより速やかに応じることができるようになる。

（５）本実施形態の吸気装置では、吸気量に対するＥＧＲガス量の割合が安定な値を示すまでＴＣＶ２３の開度を維持することで、吸気量に対するＥＧＲガス量の割合が上昇することをより好適に抑制できるようになる。

（６）本実施形態の吸気装置では、スロットルバルブ２２の急閉にともなってＥＧＲガス量減少要求が発生したときに、ＥＧＲバルブ４２を閉側且つＴＣＶ２３を開側に駆動させて好適にＥＧＲガス量を減少させるようにしている。吸気量が減少したとき、吸気管２１に流入するＥＧＲガス量の減少が吸気量減少よりも遅れるとＥＧＲガス量の割合が一過的に上昇してしまうことになる。特にスロットルバルブ２２が急閉したときには、この割合の上昇が起こりやすくなってしまうと考えられる。従って、吸気量制御弁の急閉にともなうＥＧＲガス量減少があったときにＴＣＶ２３を開側に駆動することで、このようなときにも吸気量に対するＥＧＲガス量の割合の一過的な上昇を好適に抑制することが可能となる。

（その他の実施形態）
なお、本発明の実施態様は上記実施形態に限られるものではなく、例えば以下に示す態様をもって実施することもできる。

・上記実施形態では、ＴＣＶ開度ＶＡが最小開度ＶＡｍｉｎにあるとき、ＴＣＶ２３の周縁が導入部４４に最大限に近接した状態となるようＴＣＶ２３と導入部４４との関係を設定したが、最小開度ＶＡｍｉｎ以外の開度にてＴＣＶ２３の周縁を導入部４４に最大限に近接させることもできる。この場合には、同開度のときにＴＣＶ２３の周縁と導入部との間に低圧部が形成されることになるため、ＴＣＶ２３が同開度にあるときには、これとは別の開度にあるときよりもＥＧＲガス量を増大させることが可能となる。

・上記実施形態では、吸気管２１の収容部２１Ａと対向する壁面にＥＧＲ装置４０の導入部４４を形成したが、導入部４４の形成位置はこれに限られるものではない。例えば、図５に示すように、収容部２１Ａとは対向しない吸気管２１の壁面、すなわち収容部２１Ａと対向する壁面と収容部２１Ａとの間にある壁面について、これにＥＧＲ管４５の導入部４６を形成することもできる。

・上記実施形態では、ＴＣＶ２３の弁体２３Ｂとして吸気管２１内周の形状に対応した形状のものを想定したが、これに代えて、図６に示されるようなＴＣＶ２５を採用することもできる。ＴＣＶ２５は吸気管２１の壁面に設置されたＴＣＶ軸２６Ａと、ＴＣＶ軸２６Ａから延びる態様の第１弁体部２６Ｂ及び第２弁体部２７Ｂの間のＴＣＶ補助軸２７Ａとを備えている。ＴＣＶ軸２６Ａ及びＴＣＶ補助軸２７Ａにはそれぞれアクチュエータが備えられるなどして、互いに別の駆動を行うことができるものである。

さらに、ＴＣＶ２５が最小開度ＶＡｍｉｎのときに第２弁体部２７Ｂの一部と導入部４４とが最大限に近接した状態に維持されるよう、吸気管２１におけるＴＣＶ２５の取付位置と導入部４４の形成位置との関係が設定される。すなわち、最小開度ＶＡｍｉｎのときに近接部としての第２弁体部２７Ｂの一部が導入部４４と最も近接するところに位置し、これにより導入部４４の吸気通路が絞られる。いずれにしても、ＴＣＶの開閉駆動によって通路面積が絞られる吸気通路部分にＥＧＲガスの導入部が設定されるような吸気装置であれば、いずれの吸気装置においても本発明の適用は可能である。

・上記実施形態では、「ＴＣＶ開度変更処理」において、ＴＣＶ開度ＶＡが最小開度ＶＡｍｉｎにあるときにＴＣＶ２３を最大開度ＶＡｍａｘに変更する構成としたが、最小開度ＶＡｍｉｎに範囲をもたせることもできる。すなわち、導入部４４の吸気通路側にある部位の圧力について、これをＴＣＶ開度ＶＡが最小開度ＶＡｍｉｎに設定されたときと実質的に同様の圧力に維持する最小開度ＶＡｍｉｎ付近のその他の開度について、これを最小開度ＶＡｍｉｎとみなしてＴＣＶ２３の開弁操作を行うこともできる。

・上記実施形態では、「ＴＣＶ開度変更処理」において、ＥＧＲガス量減少要求があったときにＴＣＶ開度ＶＡが最小開度ＶＡｍｉｎにあるときには、ＴＣＶ開度ＶＡを最大開度ＶＡｍａｘに変更する構成としたが、これは最大開度ＶＡｍａｘに代えて、中間開度ＶＡｍｉｄの開度のいずれかを設定することも可能である。また、上記実施形態では特定の開度（最大開度ＶＡｍａｘ）にしたが、機関運転状態に応じて最大開度ＶＡｍａｘ及び中間開度ＶＡｍｉｄの範囲内にて可変設定することもできる。すなわち、ＴＣＶ開度ＶＡが大きくなるにつれてＥＧＲガス量を減少させる効果は高くなるため、そのときどきの機関運転状態に基づいて、要求される同効果の大きさを把握し、これに応じてＴＣＶ２３の開弁操作を行うこともできる。

・上記実施形態では、燃焼室１１へと通じる吸気通路に対して設置される複数のＴＣＶ２３のＴＣＶ軸２３Ａに接続されるアクチュエータを共通のものとして想定した。しかし、例えば一あるいはいくつかのＴＣＶ２３のＴＣＶ軸２３Ａに対して各別のアクチュエータを接続して制御することも可能である。

・上記実施形態では、ＥＧＲバルブ４２とＴＣＶ２３の連動制御をスロットルバルブ２２の急閉時に行うようにしたが、これはスロットルバルブ２２の急閉時に限らず、ＥＧＲガス量の減少要求があった場合にはいずれにおいても同様に実施することができる。すなわち、ＥＧＲガス量の減少要求に基づいてＴＣＶ２３を開くことで、ＥＧＲバルブ４２単独での制御よりも短時間で燃焼室１１に流入するＥＧＲガス量を減少させることができるようになる。また、ＥＧＲガス量を増加させたいときにはＴＣＶ２３を閉じることで、燃焼室１１に流入するＥＧＲガス量を増加させることができるようになる。

本発明の内燃機関の吸気装置を具体化した一実施形態について、同装置を搭載した内燃機関の構成を模式的に示す模式図。 同実施形態の吸気管の一部について、その断面構造を示す断面図。 同実施形態において実行される「ＴＣＶ開度変更処理」について、その処理手順を示すフローチャート。 同実施形態の「ＴＣＶ開度変更処理」について、その実行態様の一例を示すタイミングチャート。 同実施形態の変形例について、吸気管の一部の断面構造を示す断面図。 同実施形態の変形例について、吸気管の一部の断面構造を示す断面図。

符号の説明

１…内燃機関、１０…機関本体、１１…燃焼室、１２…吸気弁、１３…排気弁、１４…ピストン、１５…クランクシャフト、２０…吸気装置、２１…吸気管、２１Ａ…収容部、２１Ｅ…絞り部、２２…スロットルバルブ（吸気量制御弁）、２３…ＴＣＶ（吸気流制御弁）、２３Ａ，２６Ａ…ＴＣＶ軸、２３Ｂ…弁体、２３Ｔ…弁先端部（近接部）、２４…アクセルペダル、２５…ＴＣＶ、２６Ｂ…第１弁体部、２７Ａ…ＴＣＶ補助軸、２７Ｂ…第２弁体部、３１…排気管、４０…ＥＧＲ装置（排気環流装置）、４１，４５…ＥＧＲ管（排気環流管）、４２…ＥＧＲバルブ（排気環流弁）、４３…取込部、４４，４６…導入部（開口部）、５０…制御装置、５１…電子制御装置、５２…アクセルポジションセンサ、５３…スロットルポジションセンサ、５４…エアフロメータ、５５…ＥＧＲポジションセンサ。

Claims (9)

1. 排気環流管により排気の一部を排気管から吸気管に環流する排気環流装置を備える内燃機関についてその吸気流を制御するものであって、前記吸気管に設けられて吸気流を調整する吸気流制御弁と、同制御弁の制御を行う制御装置とを備える内燃機関の吸気装置において、
   前記吸気流制御弁は、所定開度のときにその一部である近接部が前記吸気管に対する前記排気環流管の開口部と最も近接したところに位置し、これにより前記開口部の吸気通路側の部位に同部位の吸気上流側及び吸気下流側よりも低圧の部位を形成するものであり、
   前記制御装置は、排気環流量の減少要求があり且つ前記吸気流制御弁が前記所定開度にあるとき、前記減少要求が生じる前よりも前記吸気流制御弁の近接部を前記開口部から離間させる方向に同制御弁を駆動する離間制御を行うものである
   ことを特徴とする内燃機関の吸気装置。
2. 請求項１に記載の内燃機関の吸気装置において、
   前記吸気流制御弁は、その開閉動作に基づいて燃焼室内における渦流の発生態様を調整するものである
   ことを特徴とする内燃機関の吸気装置。
3. 請求項２に記載の内燃機関の吸気装置において、
   前記吸気流制御弁は、前記渦流を大きくする方向に最大限まで駆動したときの開度を前記所定開度とするものである
   ことを特徴とする内燃機関の吸気装置。
4. 請求項２または３に記載の内燃機関の吸気装置において、
   前記吸気流制御弁は、前記渦流を小さくする方向に最大限まで駆動したとき、前記吸気管に設けられた収容部に収容されるものである
   ことを特徴とする内燃機関の吸気装置。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の内燃機関の吸気装置において、
   前記制御装置は、排気環流量の増大要求があるとき、同要求が生じる前よりも前記吸気流制御弁の開度を前記所定開度に近づける
   ことを特徴とする内燃機関の吸気装置。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の内燃機関の吸気装置において、
   前記排気環流装置は、前記排気環流管に設けられて排気環流量を調整する排気環流弁を備えるものであり、
   前記制御装置は、排気環流量の減少要求に基づいて前記排気環流弁が閉弁側に動作するとき、これにともない前記離間制御を行うものである
   ことを特徴とする内燃機関の吸気装置。
7. 請求項６に記載の内燃機関の吸気装置において、
   前記制御装置は、前記離間制御を実行した後、吸気量に対する排気環流量の割合が安定するまでは前記吸気流制御弁の開度を前記所定開度に近づけることを禁止する禁止制御を行う
   ことを特徴とする内燃機関の吸気装置。
8. 請求項７に記載の内燃機関の吸気装置において、
   前記制御装置は、前記禁止制御を実行した後、吸気量に対する排気環流量の割合が安定したことに基づいて前記禁止制御を終了し、これにより前記吸気流制御弁の開度を前記所定開度に近づけることを許容する
   ことを特徴とする内燃機関の吸気装置。
9. 請求項１〜８のいずれか一項に記載の内燃機関の吸気装置において、
   前記排気環流量の減少要求は前記吸気管の前記吸気流制御弁よりも上流に設けられて吸気量を制御する吸気量制御弁の急閉にともなうものである
   ことを特徴とする内燃機関の吸気装置。

Images