JP2012132323A - 内燃機関の吸気装置 - Google Patents

Abstract

【課題】燃焼室内の吸気の一部が吸気通路側に吹き戻される場合に、より単純な構成で、吹戻しガスが燃焼室に直接、吸入されるのを防止し、それにより、ノッキングの発生を抑制することができる内燃機関の吸気装置を提供する。
【解決手段】吸気装置１は、燃焼室８に接続された第１吸気通路１１と、第１吸気通路１１から分岐し、燃焼室８に接続された第２吸気通路１４と、第１および第２吸気通路１１、１４をそれぞれ開閉するための第１および第２吸気弁１５、１６と、第１吸気通路１１の分岐部１１ｃよりも上流側および下流側にそれぞれ設けられた過給装置１２および冷却装置１３を備える。第２吸気弁１６の開弁タイミングは、第１吸気弁１５の開弁タイミングよりも遅角側に設定され、第２吸気弁１６の閉弁タイミングは、第１吸気弁１５の閉弁タイミングよりも遅角側で、圧縮行程内に設定されている。
【選択図】図７

Description

本発明は、燃焼室に吸気を供給するための内燃機関の吸気装置に関する。

従来、内燃機関の吸気装置として、例えば特許文献１に開示されたものが知られている。この内燃機関は、吸気行程において開弁した吸気弁が圧縮行程の途中で閉弁することにより、開弁状態の吸気弁を介して気筒内の吸気の一部が吸気通路側に戻されるように構成された、いわゆるミラーサイクルエンジンである。吸気通路には、上流側から順に、過給機および冷却器が設けられている。吸気通路には、過給機と冷却器の間から分岐し、冷却器の下流側に合流するバイパス通路が接続されている。また、吸気通路には、冷却器とバイパス通路の合流部との間に、上流側への吸気の流れを阻止する第１逆止弁が設けられている。さらに、バイパス通路には、下流側への吸気の流れを阻止する第２逆止弁が設けられている。

以上の構成の吸気装置では、吸気行程において、吸気弁が開弁することにより、過給機で過給された吸気が、冷却器で冷却された状態で、気筒内に供給される。また、吸気弁の開弁状態が圧縮行程の途中まで保たれることによって、気筒内に供給された吸気の一部が吸気通路側に吹き戻される。この吹戻しガスは、吸気ポートから、吸気通路のうちのバイパス通路の合流部よりも下流側の部分を通ってバイパス通路に流入し、さらに吸気通路の冷却器よりも上流側に送られる。第２逆止弁は、このようなバイパス通路への吹戻しガスの流入を許容するとともに、気筒側への吹戻しガスの逆流を防止する。また、第１逆止弁は、吸気通路の冷却器側への吹戻しガスの流入を防止する。

特許第３８７７４５６号公報

上述したように、この従来の吸気装置では、吸気ポートと、吸気通路のうちのバイパス通路の合流部よりも下流側の部分が、気筒内に吸気を供給するための通路としても、吹戻しガスが流入する通路としても、兼用されている。このため、吹戻しガスが、これらの兼用された通路部分に残留し、次回の吸気行程において、冷却器を通った吸気とともに気筒内に供給される。吹戻しガスは、高温状態の気筒内で暖められているので、その温度は、冷却器で冷却された吸気の温度よりも高い。したがって、冷却器による吸気の冷却効果を十分に得ることができず、ノッキングが発生するおそれがある。また、吹戻しガスの流れを制御するために、吸気通路およびバイパス通路に第１および第２逆止弁をそれぞれ設ける必要があるため、構成が複雑化してしまう。

本発明は、以上のような課題を解決するためになされたものであり、燃焼室に供給された吸気の一部が吸気通路側に吹き戻される場合に、より単純な構成で、吹戻しガスが燃焼室に直接、吸入されるのを防止し、それにより、ノッキングの発生を抑制することができる内燃機関の吸気装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、請求項１に係る内燃機関の吸気装置は、内燃機関２の燃焼室８に接続された第１吸気通路１１と、第１吸気通路１１から分岐し、燃焼室８に接続された第２吸気通路１４と、燃焼室８に臨むように設けられ、吸気行程において第１吸気通路１１を開放することによって、燃焼室８に吸気を供給する第１吸気弁１５と、燃焼室８に臨むように設けられ、第２吸気通路１４を開閉するための第２吸気弁１６と、第１吸気通路１１の第２吸気通路１４が分岐する分岐部１１ｃよりも上流側に設けられ、吸気を過給するための過給装置（実施形態における（以下、本項において同じ）過給機１２）と、第１吸気通路１１の分岐部よりも下流側に設けられ、過給装置によって過給された吸気を冷却するための冷却装置（インタークーラ１３）と、を備え、第２吸気弁１６の開弁タイミングは、第１吸気弁１５の開弁タイミングよりも遅角側に設定され、第２吸気弁１６の閉弁タイミングは、第１吸気弁１５の閉弁タイミングよりも遅角側で、圧縮行程内に設定されていることを特徴とする。

この内燃機関の吸気装置によれば、吸気は、第１吸気通路を通り、過給装置で過給され、冷却装置で冷却された状態で、吸気行程において第１吸気弁が開弁することによって、燃焼室に供給される。第２吸気弁は、第１吸気弁が開弁した後に開弁する。また、第１吸気弁が閉弁した後、圧縮行程において第２吸気弁が閉弁する。このように第２吸気弁が圧縮行程の途中まで開弁状態に保たれることによって、燃焼室内の吸気の一部が第２吸気通路に吹き戻される。これにより、内燃機関の有効圧縮比が膨張比よりも小さくなることで、燃焼室内の吸気の温度の上昇が抑制され、ノッキングの発生を抑制することができる。

その後、次回の燃焼サイクルの吸気行程において第１吸気弁が開弁することにより、第１吸気通路内の吸気が燃焼室に流入し、それに伴い、第２吸気通路に吹き戻されていた吹戻しガスが、第１吸気通路の冷却装置よりも上流側に引き込まれ、戻される。これにより、吹戻しガスが第２吸気通路から燃焼室に直接、吸入されること（以下「吹戻しガスの再吸入」という）が防止されるとともに、吹戻しガスを、冷却装置で冷却した後に燃焼室に供給でき、それにより、ノッキングの発生をさらに抑制することができる。また、従来のような吹戻しガスの流れを制御するための逆止弁は不要であり、構成をより単純化することができる。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の内燃機関の吸気装置において、第２吸気弁１６の開弁タイミングは、第１吸気弁１５の閉弁タイミングよりも遅角側で、圧縮行程内に設定されていることを特徴とする。

この構成によれば、第２吸気弁は、吸気行程では閉弁状態に保たれ、第１吸気弁が閉弁した後、圧縮行程において初めて開弁する。これにより、吸気行程における吹戻しガスの再吸入を確実に防止することができる。

請求項３に係る発明は、請求項１または２に記載の内燃機関の吸気装置において、第２吸気弁１６の開弁タイミングおよび閉弁タイミングを変更可能な可変動弁機構１７と、内燃機関２が所定の高負荷運転状態であるか否かを判定する高負荷運転状態判定手段（ＥＣＵ７、ステップ１およびステップ１１）と、内燃機関２が所定の高負荷運転状態であると判定されているときに（ステップ１およびステップ１１：ＹＥＳ）、第２吸気弁１６の開弁タイミングおよび閉弁タイミングを、第１吸気弁１５の開弁タイミングから閉弁タイミングまでの開弁期間内になるように変更する開閉弁タイミング変更手段（ＥＣＵ７、ステップ３およびステップ１７）と、をさらに備えることを特徴とする。

この構成によれば、内燃機関が所定の高負荷運転状態であると判定されているときには、開閉弁タイミング変更手段による設定・変更に基づき、可変動弁機構により第２吸気弁の開弁および閉弁タイミングを変更することによって、第２吸気弁が第１吸気弁の開弁期間内で開閉される。それにより、吸気は、第１および第２吸気通路の双方を介して燃焼室に供給される。したがって、内燃機関が高負荷運転状態のときに、吸気量を十分に確保し、運転者の所望の出力を確保でき、ドライバビリティを向上させることができる。

請求項４に係る発明は、請求項３に記載の内燃機関の吸気装置において、第１吸気通路１１の冷却装置よりも下流側と第２吸気通路１４に接続された連通路３２と、連通路３２を開閉するための第１開閉弁３３と、第２吸気通路１４の連通路３２との接続部１４ｃよりも上流側の部分を開閉するための第２開閉弁３４と、内燃機関２が所定の高負荷運転状態でないと判定されているときに（ステップ１１：ＮＯ）、第１開閉弁３３を閉弁するとともに（ステップ１２）、第２開閉弁３４を開弁し（ステップ１３）、所定の高負荷運転状態であると判定されているときに（ステップ１１：ＹＥＳ）、第１開閉弁３３を開弁するとともに（ステップ１５）、第２開閉弁３４を閉弁する開閉弁制御手段（ＥＣＵ７、ステップ１６）と、をさらに備えることを特徴とする。

この構成によれば、第１吸気通路の冷却装置よりも下流側と第２吸気通路に接続された連通路が設けられ、この連通路に第１開閉弁が設けられ、第２吸気通路の連通路との接続部よりも上流側に第２開閉弁が設けられている。内燃機関が所定の高負荷運転状態でないと判定されているときには、連通路が第１開閉弁によって閉鎖されるとともに、第２吸気通路が第２開閉弁によって開放される。この状態では、第１および第２吸気通路の実質的な構成は、請求項１または２に係る発明と同じになる。したがって、内燃機関が高負荷運転状態でないときには、圧縮行程において吸気を吹き戻すとともに、この吹戻しガスを含めて冷却された吸気のみを燃焼室に供給できるなど、請求項１または２に係る発明と同様の作用を得ることができる。

一方、内燃機関が所定の高負荷運転状態であると判定されているときには、連通路が第１開閉弁によって開放されるとともに、第２吸気通路が第２開閉弁によって閉鎖され、また、請求項３の構成により、第２吸気弁は第１吸気弁の開弁期間内で開閉する。これにより、過給装置で過給された吸気は、冷却装置で冷却された後、第１吸気通路を介して燃焼室に供給されるとともに、開放された連通路とその下流側の第２吸気通路を介して燃焼室に供給される。したがって、内燃機関が高負荷運転状態のときには、請求項３と同様、吸気量を十分に確保することができる。また、分岐部を介した第１吸気通路から第２吸気通路への吸気の流入は、第２開閉弁によって阻止されるので、冷却装置で冷却された吸気のみを燃焼室に供給でき、ノッキングの発生をさらに抑制することができる。

請求項５に係る発明は、請求項１または２に記載の内燃機関の吸気装置において、第１吸気弁１５の弁体１５ａの径は、第２吸気弁１６の弁体１６ａの径よりも大きいことを特徴とする。

この構成によれば、第１吸気弁の弁体の径が第２吸気弁の弁体の径よりも大きいので、例えば内燃機関が高負荷運転状態のときに、第１吸気弁を介して燃焼室に供給される吸気のみで、吸気量を十分に確保することができる。その結果、運転者の所望の出力を確保でき、ドライバビリティを向上させることができる。

実施形態による吸気装置を適用した内燃機関を模式的に示す図である。 第１実施形態の吸気装置を模式的に示す図である。 第１実施形態の吸気装置を制御する制御装置を示すブロック図である。 制御装置で実行される吸気制御処理を示すフローチャートである。 吸気制御処理で用いられるマップである。 （ａ）吸気制御処理において設定される内燃機関の低負荷運転時用の第１および第２吸気弁と排気弁のバルブタイミングを示す図、（ｂ）同図（ａ）のバルブタイミングの設定によって燃焼室に流入する吸気の流量を示す図である。 図６（ａ）のバルブタイミングによって得られる吸気の流れを示す図である。 吸気制御処理において設定される高負荷運転時用の第１および第２吸気弁と排気弁のバルブタイミングを示す図である。 図８のバルブタイミングによって得られる吸気の流れを示す図である。 第１実施形態の比較例について、（ａ）低負荷運転時用の第１および第２吸気弁と排気弁のバルブタイミングを示す図、（ｂ）同図（ａ）のバルブタイミングの設定によって燃焼室に流入する吸気の流量を示す図である。 第１実施形態および比較例について、内燃機関が低負荷運転状態のときに燃焼室に供給される吸気の温度を示す図である。 第２実施形態の吸気装置を模式的に示す図である。 第２実施形態の吸気装置を制御する制御装置を示すブロック図である。 制御装置で実行される吸気制御処理を示すフローチャートである。 低負荷運転状態における吸気の流れを示す図である。 高負荷運転状態における吸気の流れを示す図である。 図６（ａ）とは異なる低負荷運転時用のバルブタイミングを示す図である。 図６（ａ）および図１７とは異なる低負荷運転時用のバルブタイミングを示す図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。図１に示す、本発明の吸気装置を適用した内燃機関（以下「エンジン」という）２は、例えば４つの気筒３（１つのみ図示）を有する直列４気筒タイプのガソリンエンジンであり、車両（図示せず）に搭載されている。

エンジン２の各気筒３には、ピストン４およびシリンダヘッド５が設けられており、ピストン４とシリンダヘッド５の間には、燃焼室８が形成されている。シリンダヘッド５には、燃焼室８に臨むように燃料噴射弁（以下「インジェクタ」という）９が取り付けられている。インジェクタ９から噴射される燃料噴射量ＱＩＮＪおよび燃料噴射時期は、ＥＣＵ７からの制御信号によって制御される（図３参照）。

図２に示すように、本発明の第１実施形態による吸気装置１は、第１および第２吸気通路１１、１４を備えている。第１吸気通路１１は、シリンダヘッド５に形成され、燃焼室８に開口する第１吸気ポート１１ａと、第１吸気ポート１１ａに接続された第１吸気管１１ｂで構成されている。第１吸気ポート１１ａには、これを開閉する第１吸気弁１５が設けられている。

第２吸気通路１４は、シリンダヘッド５に形成され、燃焼室８に開口する第２吸気ポート１４ａと、第１吸気管１１ｂから分岐し、第２吸気ポート１４ａに接続された第２吸気管１４ｂで構成されている。第２吸気ポート１４ａには、これを開閉する第２吸気弁１６が設けられている。第１吸気ポート１１ａおよび第１吸気管１１ｂの通路面積は、第２吸気ポート１４ａおよび第２吸気管１４ｂのそれよりも大きく、それに応じて、第１吸気弁１５の弁体１５ａの径は、第２吸気弁１６の弁体１６ａの径より大きくなっている。

シリンダヘッド５には２つの排気ポート１９ａが形成され、各排気ポート１９ａに排気管１９ｂが接続されており、それぞれの排気ポート１９ａおよび排気管１９ｂによって、排気通路１９が構成されている。各排気ポート１９ａには、これを開閉する排気弁１８が設けられている。

第１吸気管１１ｂには過給機１２およびインタークーラ１３が設けられている。過給機１２は、第１吸気管１１ｂの第２吸気管１４ｂが分岐する分岐部１１ｃよりも上流側に配置されたコンプレッサ１２ａと、排気管１９ｂに配置された可変ベーン付きのタービン（図示せず）と、コンプレッサ１２ａとタービンを連結するシャフト（図示せず）を有している。過給機１２は、排気管１９ｂを流れる排ガスによりタービンが回転駆動されるのに伴い、これと一体のコンプレッサ１２ａが回転することによって、燃焼室８に供給される空気（以下「吸気」という）を加圧する過給動作を行う。

インタークーラ１３は、第１吸気管１１ｂの分岐部１１ｃよりも下流側に配置されている。インタークーラ１３は、例えば水冷式のものであり、過給機１２の過給動作によって温度が上昇した吸気を冷却する。

排気弁１８は、排気カムシャフト２０ａおよび排気カム２０ｂなどを有するカム式の動弁機構２０によって駆動され、クランクシャフト６の回転に従って排気カムシャフト２０ａが回転するのに伴い、排気カム２０ｂのカムプロフィールによる一定のバルブタイミングおよびリフトで開閉される。図示しないが、第１吸気弁１５もまた、カム式の動弁機構によって駆動され、吸気カムのカムプロフィールによる一定のバルブタイミングおよびリフトで開閉される。

図６（ａ）などに示すように、排気弁１８の開弁タイミングは、排気行程の開始直前に設定され、閉弁タイミングは排気行程の終了直後に設定されている。また、第１吸気弁１５の開弁タイミングは、吸気行程の開始直前に設定され、閉弁タイミングは吸気行程の終了時に設定されている。

これに対し、第２吸気弁１６は、可変動弁機構１７によって駆動される。この可変動弁機構１７は、吸気弁１５と一体のアーマチュアと、これを吸着し、駆動する上下一対の電磁石（いずれも図示せず）とを有する電磁アクチュエータを備え、さらにリフト（最大揚程）を変更するための機構を組み合わせたものである。ＥＣＵ７からの制御信号により、２つの電磁石の励磁・非励磁のタイミングを制御することによって、第２吸気弁１６が駆動されるとともに、その開弁タイミング、閉弁タイミングおよびリフトがそれぞれ自在に変更される。

クランクシャフト６には、クランク角センサ２１が設けられている。クランク角センサ２１は、クランクシャフト６の回転に伴い、パルス信号であるＣＲＫ信号およびＴＤＣ信号を、所定クランク角（例えばそれぞれ３０°、１８０°）ごとにＥＣＵ７に出力する。ＥＣＵ７は、ＣＲＫ信号に基づき、エンジン２の回転数（以下「エンジン回転数」という）ＮＥを算出する。また、ＥＣＵ７には、アクセル開度センサ２２から、車両のアクセルペダル（図示せず）の踏込み量（以下「アクセル開度」という）ＡＰを表す検出信号が出力される。

ＥＣＵ７は、Ｉ／Ｏインターフェース、ＣＰＵ、ＲＡＭおよびＲＯＭ（いずれも図示せず）などから成るマイクロコンピュータで構成されている。上述したセンサ２１、２２からの検出信号は、Ｉ／ＯインターフェースでＡ／Ｄ変換や整形がなされた後、ＣＰＵに入力される。ＥＣＵ７は、これらの入力信号に応じ、ＲＯＭに記憶された制御プログラムに従って、エンジン２の運転状態を判別するとともに、判別した運転状態に応じて、吸気装置１を含むエンジン２の動作を制御する。

図４は、ＥＣＵ７で実行される吸気制御処理を示すフローチャートである。本処理は所定時間ごとに実行される。まず、ステップ１（「Ｓ１」と図示。以下同じ）では、エンジン２が高負荷運転領域にあるか否かを判別する。この判別は、エンジン回転数ＮＥおよび燃料噴射量ＱＩＮＪに応じ、図５に示すマップに基づいて行われる。このマップでは、高負荷運転領域は、燃料噴射量ＱＩＮＪが大きな所定の領域に設定され、低負荷運転領域は、燃料噴射量ＱＩＮＪがより小さな所定の領域に設定されている。なお、燃料噴射量ＱＩＮＪは、エンジン回転数ＮＥおよび要求トルクＰＭＣＭＤに基づいて設定される。また、要求トルクＰＭＣＭＤは、エンジン回転数ＮＥおよびアクセル開度ＡＰに基づいて設定される。

ステップ１の答がＮＯで、エンジン２が低負荷運転領域にあるときには、第２吸気弁１６のバルブタイミングを低負荷用バルブタイミング（Ｖ／Ｔ）に設定し（ステップ２）、本処理を終了する。図６（ａ）に示すように、この低負荷用バルブタイミングでは、第２吸気弁１６の開弁タイミングおよび閉弁タイミングはいずれも、前述した第１吸気弁１５の閉弁タイミングよりも遅角側で、圧縮行程内に設定されている。また、第２吸気弁１６のリフトは、第１吸気弁１５のリフトよりも小さく設定されている。

一方、ステップ１の答がＹＥＳで、エンジン２が高負荷運転領域にあるときには、第２吸気弁１６のバルブタイミングを高負荷用バルブタイミング（Ｖ／Ｔ）に設定し（ステップ３）、本処理を終了する。図８に示すように、この高負荷用バルブタイミングは、第１吸気弁１５と同じに設定されている。すなわち、第２吸気弁１６の開弁および閉弁タイミングは、第１吸気弁１５のそれとまったく同じで、吸気行程の開始直前および終了時に設定されており、第２吸気弁１６のリフトも第１吸気弁１５とまったく同じである。

次に、図６〜図１１を参照しながら、上述した第１実施形態の吸気制御によって得られる動作を、その比較例とともに説明する。この比較例は、エンジン２が低負荷運転状態のときに、第１および第２吸気弁１５、１６の開弁タイミングを吸気行程の開始直前に設定し、両吸気弁１５、１６の閉弁タイミングを圧縮行程の途中に設定するとともに、両吸気弁１５、１６のリフトを互いに同じ大きさに設定した場合を示している。

第１実施形態では、図７に矢印で示すように、第１吸気管１１ｂに導入された吸気は、過給機１２で過給された後、インタークーラ１３で冷却される。このように過給・冷却された吸気は、吸気行程の開始直前において第１吸気弁１５が開弁することによって、第１吸気通路１１を介して燃焼室８に供給される（同図の矢印Ａ）。その後、第１吸気弁１５は、吸気行程の終了時に閉弁し、第１吸気通路１１を介した燃焼室８への吸気の供給が終了する。以上の燃焼室８への吸気の供給によって、燃焼室８に流入する吸気の流量（以下「吸気量」という）は、図６（ｂ）に示すように推移する。

また、エンジン２が低負荷運転状態のときには、第２吸気弁１６は、図６（ａ）に示す低負荷用バルブタイミングに設定されていることで、圧縮行程において開弁する。これにより、燃焼室８内の吸気の一部が、第２吸気通路１４（第２吸気ポート１４ａおよび第２吸気管１４ｂ）に吹き戻される（図７の矢印Ｂ）。その後、第２吸気弁１６が圧縮行程の途中で閉弁することによって、その吹き戻された吸気（以下「吹戻しガス」という）は、第２吸気通路１４に閉じ込められ、残留する。図６（ｂ）では、この吹戻しガスの流量を負の吸気量として表しており、上述した第２吸気弁の開閉動作によって、同図（ｂ）に示すように推移する。このように、圧縮行程において燃焼室８内の吸気の一部が第２吸気通路１４に吹き戻されることによって、エンジン２の有効圧縮比が膨張比よりも小さくなることで、燃焼室８内の吸気の温度の上昇が抑制され、ノッキングの発生を抑制することができる。

また、次回の燃焼サイクルの吸気行程において第１吸気弁１５が開弁することにより、第１吸気通路１１内の吸気が燃焼室８に流入するのに伴い、第２吸気通路１４内の吹戻しガスが、分岐部１１ｃを介して、第１吸気通路１１のインタークーラ１３よりも上流側に引き込まれ、戻される（図７の矢印Ｃ）。この間、第２吸気弁１６は閉弁状態に保たれるので、吸気行程における吹戻しガスの再吸入を確実に防止することができる。また、第１吸気通路１１に流入した吹戻しガスは、インタークーラ１３で冷却された後、第１吸気通路１１を介して燃焼室８に供給される。以上により、エンジン２が低負荷運転状態のときに、インタークーラ１３で冷却された吸気のみを燃焼室８に供給でき、ノッキングの発生をさらに抑制することができる。また、以上の結果、燃焼室８に供給される吸気の温度（以下「供給吸気温度」という）は、比較的低くなっている。さらに、従来のような吹戻しガスの流れを制御するための逆止弁は不要であり、それにより、構成をより単純化することができる。

一方、エンジン２が高負荷運転状態のときには、第２吸気弁１６は、図８に示す高負荷用バルブタイミングに設定されていることで、第１吸気弁１５と同じ開閉弁タイミングおよびリフトで開閉する。このため、図９に示すように、過給機１２で過給された吸気は、第１吸気通路１１を介して燃焼室８に供給されるとともに、分岐部１１ｃから第２吸気通路１４を介して燃焼室８に供給される。このように、高負荷運転状態では、第１および第２吸気通路１１、１４の双方を介して吸気を燃焼室８に供給するので、吸気量を十分に確保でき、ドライバビリティを向上させることができる。

さらに、第１吸気弁１５の弁体１５ａの径が第２吸気弁１６の弁体１６ａの径より大きいので、高負荷運転状態において、第１吸気弁１５を介して燃焼室８に供給される吸気のみで、吸気量を十分に確保することができる。その結果、運転者の所望の出力を確保でき、ドライバビリティを向上させることができる。

これに対し、前述した比較例では、図１０（ａ）に示すように、エンジン２が低負荷運転状態のときに、吸気行程における第１および第２吸気弁１５、１６の開弁により燃焼室８に供給された吸気の一部は、第１および第２吸気弁１５、１６が圧縮行程の途中まで開き続けることによって、第１および第２吸気通路１１、１４の双方に吹き戻される。その後、この吹戻しガスは、第１および第２吸気弁１５、１６が閉弁することによって、第１吸気通路１１のうちのインタークーラ１３よりも下流側の部分、および、第２吸気通路１４にそれぞれ閉じこめられ、残留する。

以上の結果、吸気量は図１０（ｂ）に示すように推移する。また、上述したように残留した吹戻しガスは、次回の燃焼サイクルの吸気行程において、第１および第２吸気弁１５、１６が開弁することによって、インタークーラ１３で冷却されずに燃焼室８に再吸入される。以上の結果、比較例の供給吸気温度は、第１実施形態のそれよりもかなり高くなっている。

次に、図１２〜図１６を参照しながら、本発明の第２実施形態による吸気装置３１について説明する。なお、同図では、第１実施形態の吸気装置１と同じ構成部品については、同じ符号が付されている。

図１２に示すように、吸気装置３１は、吸気装置１に、連通路３２、第１開閉弁３３および第２開閉弁３４を付加したものである。連通路３２は、第１吸気管１１ｂのインタークーラ１３よりも下流側と第２吸気管１４ｂに接続され、これらを連通しており、第１開閉弁３３は連通路３２に設けられている。第２開閉弁３４は、第２吸気管１４ｂの連通路３２との接続部１４ｃよりも上流側の部分に設けられている。

第１および第２開閉弁３３、３４には、第１および第２アクチュエータ３５、３６がそれぞれ連結されている（図１３参照）。第１および第２開閉弁３３、３４は、ＥＣＵ７からの制御信号により第１および第２アクチュエータ３５、３６を介して駆動され、第１および第２吸気通路１１、１４をそれぞれ開放または閉鎖する。

図１４は、本実施形態による吸気制御処理を示すフローチャートである。本処理は所定時間ごとに実行される。まず、ステップ１１では、第１実施形態のステップ１と同様にして、エンジン２が高負荷運転領域にあるか否かを判別する。

ステップ１１の答がＮＯで、エンジン２が低負荷運転領域にあるときには、第１アクチュエータ３５を介して第１開閉弁３３を閉弁する（ステップ１２）とともに、第２アクチュエータ３６を介して第２開閉弁３４を開弁する（ステップ１３）。次に、第２吸気弁１６のバルブタイミングを、第１実施形態と同様、図６（ａ）に示す低負荷用バルブタイミングに設定し（ステップ１４）、本処理を終了する。

一方、ステップ１１の答がＹＥＳで、エンジン２が高負荷運転領域にあるときには、第１開閉弁３３を開弁する（ステップ１５）とともに、第２開閉弁３４を閉弁する（ステップ１６）。次に、第２吸気弁１６のバルブタイミングを、第１実施形態と同様、図８に示す高負荷用バルブタイミングに設定し（ステップ１７）、本処理を終了する。

次に、図１５および図１６を参照しながら、上述した吸気制御によって得られる動作を説明する。エンジン２が低負荷運転状態のときには、図１５に示すように、連通路３２が第１開閉弁３３によって閉鎖されるとともに、第２吸気管１４ｂが第２開閉弁３４によって開放される。また、吸気装置１と同様、第２吸気弁１６のバルブタイミングは、図６（ａ）に示す低負荷用バルブタイミングに設定される。

この状態では、第１および第２吸気通路１１、１４の実質的な構成と第１および第２吸気弁１５、１６のバルブタイミングは、第１実施形態における低負荷運転状態と同じになる。したがって、圧縮行程において吸気を吹き戻すとともに、この吹戻しガスを含めて冷却された吸気のみを燃焼室８に供給できるなど、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

一方、エンジン２が高負荷運転状態のときには、図１６に示すように、第１開閉弁３３が開弁し、第２開閉弁３４が閉弁するとともに、第２吸気弁１６は、図８に示す高負荷用バルブタイミングに設定されることで、第１吸気弁１５と同じ開閉弁タイミングおよびリフトで開閉する。これにより、過給機１２で過給された吸気は、インタークーラ１３で冷却された後、第１吸気通路１１を介して燃焼室８に供給されるとともに、開放された連通路３２とその下流側の第２吸気通路１４を介して、燃焼室８に供給される。このように、高負荷運転状態では、第１および第２吸気通路１１、１４の双方を介して吸気が燃焼室８に供給されるので、吸気量を十分に確保でき、ドライバビリティを向上させることができる。また、分岐部１１ｃを介した第１吸気通路１１から第２吸気通路１４への吸気の流入は、第２開閉弁３４によって阻止されるので、インタークーラ１３で冷却された吸気のみを燃焼室８に供給でき、ノッキングの発生をさらに抑制することができる。

なお、本発明は、説明した実施形態に限定されることなく、種々の態様で実施することができる。例えば、実施形態では、低負荷運転用の第２吸気弁１６の開弁タイミングは、圧縮行程内に設定されているが、第１吸気弁１５の開弁タイミングよりも遅角側であればよく、例えば、図１７に示すように吸気行程の終了直前に設定してもよい。また、実施形態では、第１吸気弁１５の閉弁タイミングは吸気行程の終了時に設定されているが、第２吸気弁１６の閉弁タイミングよりも進角側であればよく、例えば、図１８に示すように、圧縮行程において、第２吸気弁１６の開弁タイミングよりも遅角側で、かつ第２吸気弁１６の閉弁タイミングよりも進角側に設定してもよい。以上のような設定によっても、圧縮行程における吸気の吹き戻しを支障なく行うことができる。

また、第２実施形態では、高負荷運転用の第２吸気弁１６の開弁および閉弁タイミングは、第１吸気弁１５と同じであるが、第１吸気弁１５の開弁期間内である限り、第１吸気弁１５の開弁および閉弁タイミングと異なるように変更してもよい。

さらに、実施形態では、第１吸気通路１１の通路面積および第１吸気弁１５の弁体１５ａの径が、第２吸気通路１４の通路面積および第２吸気弁１６の弁体１６ａの径よりも大きいが、両者を互いに同じに設定してもよい。

さらに、実施形態は、本発明を車両に搭載されたガソリンエンジンに適用した例であるが、本発明は、これに限らず、ガソリンエンジン以外のディーゼルエンジンなどの各種のエンジンに適用してもよく、また、車両用以外のエンジン、例えば、クランク軸を鉛直に配置した船外機などのような船舶推進機用エンジンにも適用可能である。その他、本発明の趣旨の範囲内で、細部の構成を適宜、変更することが可能である。

１ 吸気装置
２ エンジン（内燃機関）
７ ＥＣＵ（高負荷運転状態判定手段、開閉弁タイミング変更手段および開閉弁制御 手段）
８ 燃焼室
１１ 第１吸気通路
１１ｃ 分岐部
１２ 過給機（過給装置）
１３ インタークーラ（冷却装置）
１４ 第２吸気通路
１４ｃ 接続部
１５ 第１吸気弁
１５ａ 第１吸気弁の弁体
１６ 第２吸気弁
１６ａ 第２吸気弁の弁体
１７ 可変動弁機構
３１ 吸気装置
３２ 連通路
３３ 第１開閉弁
３４ 第２開閉弁

Claims (5)

1. 内燃機関の燃焼室に接続された第１吸気通路と、
   当該第１吸気通路から分岐し、前記燃焼室に接続された第２吸気通路と、
   前記燃焼室に臨むように設けられ、吸気行程において前記第１吸気通路を開放することによって、前記燃焼室に吸気を供給する第１吸気弁と、
   前記燃焼室に臨むように設けられ、前記第２吸気通路を開閉するための第２吸気弁と、
   前記第１吸気通路の前記第２吸気通路が分岐する分岐部よりも上流側に設けられ、吸気を過給するための過給装置と、
   前記第１吸気通路の前記分岐部よりも下流側に設けられ、前記過給装置によって過給された吸気を冷却するための冷却装置と、を備え、
   前記第２吸気弁の開弁タイミングは、前記第１吸気弁の開弁タイミングよりも遅角側に設定され、前記第２吸気弁の閉弁タイミングは、前記第１吸気弁の閉弁タイミングよりも遅角側で、圧縮行程内に設定されていることを特徴とする内燃機関の吸気装置。
2. 前記第２吸気弁の前記開弁タイミングは、前記第１吸気弁の前記閉弁タイミングよりも遅角側で、前記圧縮行程内に設定されていることを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関の吸気装置。
3. 前記第２吸気弁の前記開弁タイミングおよび前記閉弁タイミングを変更可能な可変動弁機構と、
   前記内燃機関が所定の高負荷運転状態であるか否かを判定する高負荷運転状態判定手段と、
   前記内燃機関が前記所定の高負荷運転状態であると判定されているときに、前記第２吸気弁の前記開弁タイミングおよび前記閉弁タイミングを、前記第１吸気弁の前記開弁タイミングから前記閉弁タイミングまでの開弁期間内になるように変更する開閉弁タイミング変更手段と、
   をさらに備えることを特徴とする、請求項１または２に記載の内燃機関の吸気装置。
4. 前記第１吸気通路の前記冷却装置よりも下流側と前記第２吸気通路に接続された連通路と、
   当該連通路を開閉するための第１開閉弁と、
   前記第２吸気通路の前記連通路との接続部よりも上流側の部分を開閉するための第２開閉弁と、
   前記内燃機関が前記所定の高負荷運転状態でないと判定されているときに、前記第１開閉弁を閉弁するとともに、前記第２開閉弁を開弁し、前記所定の高負荷運転状態であると判定されているときに、前記第１開閉弁を開弁するとともに、前記第２開閉弁を閉弁する開閉弁制御手段と、
   をさらに備えることを特徴とする、請求項３に記載の内燃機関の吸気装置。
5. 前記第１吸気弁の弁体の径は、前記第２吸気弁の弁体の径よりも大きいことを特徴とする、請求項１ないし４のいずれか記載の内燃機関の吸気装置。

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