JP2016205251A

JP2016205251A - 内燃機関の吸気装置

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Publication number: JP2016205251A
Application number: JP2015088605A
Authority: JP
Inventors: 中坂　幸博; Yukihiro Nakasaka; 幸博中坂
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2015-04-23
Filing date: 2015-04-23
Publication date: 2016-12-08

Abstract

【課題】吸気通路内に定常的な負圧がほとんど発生しないときであっても蒸発燃料やブローバイガスを吸気通路内に吸引することができるようにする。【解決手段】内燃機関の吸気装置は、燃料タンク２２内の蒸発燃料又はクランクケース１内のブローバイガスを内燃機関の吸気通路内に放出するための放出通路２５と、吸気弁の開弁時期を変更可能な可変動弁機構とを具備する。放出通路は、吸気ポート８に連通するように構成される。吸気弁の開弁時期は、放出通路を介して蒸発燃料又はブローバイガスを吸気通路に放出することが要求されたときには、吸気弁の開弁時期が排気弁の閉弁時期よりも遅くなると共に吸気弁の開弁時期の吸気上死点からのクランク角度差が排気弁の閉弁時期の吸気上死点からのクランク角度差よりも大きくなるように設定される。【選択図】図５

Description

本発明は、内燃機関の吸気装置に関する。

従来から、内燃機関の吸気通路内に生成される負圧を利用して、燃料タンク内の蒸発燃料又はクランクケース内のブローバイガスを吸気通路に吸引するようにした内燃機関の吸気装置が知られている。

ところが、筒内に直接燃料を噴射する筒内噴射式内燃機関では、理論空燃比よりもリーンな空燃比で混合気の燃焼を行うことができるため、内燃機関の燃焼室へ多量の空気が供給されうる。このため、吸気通路に設けられたスロットルバルブを大きく開いた状態で内燃機関が運転されることになることから、斯かる内燃機関では、吸気通路内に大きな負圧が発生しにくい。したがって、上述したように吸気通路内に生成される負圧を利用して燃料タンク内の蒸発燃料等を吸気通路に吸引するようにしている場合には、蒸発燃料を燃料タンク内から吸気通路内に十分に吸引することができない。

このため、燃料タンク内の蒸発燃料を内燃機関の吸気通路内に放出するための放出通路を内燃機関の吸気ポートに連通するように構成された内燃機関の吸気装置が提案されている（例えば、特許文献１）。特許文献１によれば、放出通路を吸気ポートに連通させることにより、放出通路を介して燃料タンク内の蒸発燃料を吸気通路内に放出させることができるとされている。すなわち、吸気ポートの内径は吸気ポートに連結される吸気管の内径よりも小さく、また吸気ポートの末端は吸気弁により絞られている。このため、吸気ポート内では吸気ガスの流速が速くなり、よって吸気管内よりも負圧が大きくなり、これによって放出通路を介して燃料タンク内の蒸発燃料を吸気ポート内に放出することができるとされている。

特開２００３−４２００８号公報特開２００９−２５７２７８号公報特開２０００−４５８９２号公報

上述したように、放出通路を吸気ポートに連通させることにより、吸気管内（特に、サージタンク内）に定常的な負圧が発生しないときであっても蒸発燃料等を吸気ポート内に吸引させることができるようになる。しかしながら、この場合であっても、吸気ポート内を流れる吸気ガスによって生じる負圧はそれほど大きくないため、蒸発燃料やブローバイガスを十分に吸引することができるとはいえなかった。

そこで、上記課題に鑑みて、本発明の目的は、内燃機関の吸気通路内に定常的な負圧がほとんど発生しないときであっても蒸発燃料やブローバイガスを吸気通路内に吸引することができる内燃機関の吸気装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、第１の発明では、燃料タンク内の蒸発燃料又はクランクケース内のブローバイガスを内燃機関の吸気通路内に放出するための放出通路と、吸気弁の開弁時期を変更可能な可変動弁機構とを具備する内燃機関の吸気装置であって、前記放出通路は、前記吸気弁の吸気上流側であって前記吸気通路内に配置されたサージタンクよりも吸気下流側において前記吸気通路に連通するように構成され、前記放出通路を介して前記蒸発燃料又はブローバイガスを前記吸気通路に放出することが要求されたときには、前記吸気弁の開弁時期は、該吸気弁の開弁時期が排気弁の閉弁時期よりも遅くなると共に前記吸気弁の開弁時期の吸気上死点からのクランク角度差が前記排気弁の閉弁時期の吸気上死点からのクランク角度差よりも大きくなるように設定される、内燃機関の吸気装置が提供される。

本発明によれば、内燃機関の吸気通路内に定常的な負圧がほとんど発生しないときであっても蒸発燃料やブローバイガスを吸気通路内に吸引することができる。

図１は火花点火式内燃機関の側面断面図を示す。図２は図１に示す可変圧縮比機構Ａの分解斜視図である。図３は図解的に表した内燃機関の側面断面図である。図４には機関負荷に応じた要求吸入空気量等の変化を示す図である。図５は、クランク角と吸気弁及び排気弁のリフト量との関係を示す図である。図６は、吸気ポート内における吸気ガスの圧力変動を示すタイムチャートである。図７は、開閉弁の開閉処理の制御ルーチンを示すフローチャートである。図８は、第一実施形態の変形例における吸気装置の一部を概略的に示す平面図である。図９は火花点火式内燃機関の側面断面図を示す。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明では、同様な構成要素には同一の参照番号を付す。

＜内燃機関の構成＞
図１は火花点火式内燃機関の側面断面図を示す。
図１を参照すると、１はクランクケース、２はシリンダブロック、３はシリンダヘッド、４はピストン、５は燃焼室、６は燃焼室５の頂面中央部に配置された点火プラグ、７は吸気弁、８は吸気ポート、９は排気弁、１０は排気ポートをそれぞれ示す。吸気ポート８は吸気枝管１１を介してサージタンク１２に連結され、各吸気枝管１１にはそれぞれ対応する吸気ポート８内に向けて燃料を噴射するための燃料噴射弁１３が配置される。なお、燃料噴射弁１３は各吸気枝管１１に取付ける代りに各燃焼室５内に配置してもよい。

サージタンク１２は吸気管１４を介してエアクリーナ１５に連結され、吸気管１４内には、アクチュエータ１６によって駆動されるスロットル弁１７と、例えば熱線を用いたエアフロメータ１８とが配置される。サージタンク１２にはサージタンク１２内の圧力を検出する圧力センサ１９が配置される。吸気ポート８、吸気枝管１１、サージタンク１２、吸気管１４は吸気通路を形成する。加えて、吸気通路と、吸気通路に設けられた構成要素、例えば吸気弁７、スロットル弁１７、エアクリーナ１５等は、吸気装置を構成する。

また、燃料噴射弁１３は、燃料供給通路２１を介して燃料タンク２２に連通している。燃料タンク２２内の燃料が燃料ポンプ（図示せず）により燃料供給通路２１を介して燃料噴射弁１３に供給される。

燃料タンク２２は、蒸発燃料管２３を介してキャニスタ２４に接続される。キャニスタ２４は、燃料タンク２２内において蒸発した蒸発燃料（燃料蒸気）を補足するのに用いられる。キャニスタ２４の内部には吸着材として顆粒状の活性炭が充填されている。

キャニスタ２４には、二本の放出通路２５、２６が接続される。第一放出通路２５は、吸気ポート８に連通せしめられ（直接連結される）、第二放出通路２６は、サージタンク１２とスロットル弁１７との間の吸気通路（吸気管１４）に連通せしめられる（直接接続される）。第二放出通路２６は、サージタンク１２に連通せしめられてもよい。第一放出通路２５には、第一放出通路２５の開閉を行う第一開閉弁２７と、キャニスタ２４から吸気ポート８への流れは許可するが吸気ポート８からキャニスタ２４への流れは遮断する第一逆止弁２８とが設けられる。同様に、第二放出通路２６には、第二放出通路２６の開閉を行う第二開閉弁２９と、キャニスタ２４から吸気管１４への流れは許可するが吸気管１４からキャニスタ２４への流れは遮断する第二逆止弁３０とが設けられる。加えて、キャニスタ２４と、第一放出通路２５及び第二放出通路２６との間の通路には、通路内の炭化水素（ＨＣ）の濃度を検出するＨＣ濃度センサ３１が設けられる。

なお、図１に示した例では、第一放出通路２５は吸気ポート８に連通しているが、第一放出通路２５は、吸気弁７よりも吸気流れ方向上流側であってサージタンク１２よりも吸気流れ方向下流側の吸気通路であれば、吸気枝管１１等、吸気ポート８以外に連通されてもよい。

加えて、図１に示した実施形態ではクランクケース１とシリンダブロック２との連結部にクランクケース１とシリンダブロック２とのシリンダ軸線方向の相対距離を変化させることによりピストン４が圧縮上死点に位置するときの燃焼室５の容積を変更可能な可変圧縮比機構Ａが設けられている。さらに、図１に示した実施形態では、吸気弁７の開弁時期及び閉弁時期を独立して変更可能な可変バルブタイミング機構Ｂが設けられている。

電子制御ユニット（ＥＣＵ）４０はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス４１によって互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）４２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）４３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）４４、入力ポート４５及び出力ポート４６を具備する。エアフロメータ１８の出力信号及びＨＣ濃度センサ３１の出力信号は対応するＡＤ変換器４７を介して入力ポート４５に入力される。また、アクセルペダル３７にはアクセルペダル３７の踏込み量Ｌに比例した出力電圧を発生する負荷センサ３８が接続され、負荷センサ３８の出力電圧は対応するＡＤ変換器４７を介して入力ポート４５に入力される。さらに入力ポート４５にはクランク軸が例えば１５°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ３９が接続される。ＥＣＵ４０では、クランク角センサ３９の出力に基づいて機関回転数が算出せしめられる。一方、出力ポート４６は対応する駆動回路４８を介して点火プラグ６、燃料噴射弁１３、スロットル弁駆動用アクチュエータ１６、第一開閉弁２７、第二開閉弁２９、可変圧縮比機構Ａ及び可変バルブタイミング機構Ｂに接続される。したがって、ＥＣＵ４０は、点火プラグ６、燃料噴射弁１３、スロットル弁駆動用アクチュエータ１６、第一開閉弁２７、第二開閉弁２９、可変圧縮比機構Ａ及び可変バルブタイミング機構Ｂを制御する。

＜可変圧縮比機構の構成＞
次に、本実施形態の可変圧縮比機構Ａの構成について図２及び図３を参照して説明する。図２は図１に示す可変圧縮比機構Ａの分解斜視図を示しており、図３は図解的に表した内燃機関の側面断面図を示している。図２を参照すると、シリンダブロック２の両側壁の下方には互いに間隔を隔てた複数個のブロック側突出部５０が形成されている。各ブロック側突出部５０は、内側部５０ａと外側部５０ｂとから形成されている。各ブロック側突出部５０内にはそれぞれ断面円形のブロック側カム挿入孔５１が形成されている。これらブロック側カム挿入孔５１はシリンダの配列方向に平行になるように同一軸線上に形成される。特に、ブロック側カム挿入孔５１は、ブロック側突出部５０の内側部５０ａと外側部５０ｂとの間に形成される。ブロック側突出部５０がこのように内側部５０ａと外側部５０ｂとに分かれていることにより、ブロック側カム挿入孔５１内に後述するカムシャフト５４、５５を取り付けることができる。

一方、クランクケース１の上壁面上には互いに間隔を隔ててそれぞれ対応するブロック側突出部５０の間に嵌合せしめられる複数個のケース側突出部５２が形成されている。各ケース側突出部５２は、内側部５２ａと外側部５２ｂとから形成されている。また、外側部５２ｂ同士は、連結板５２ｃによって互いに連結されている。ケース側突出部５２の複数の外側部５２ｂと複数の連結板５２ｃは一つの部材になるように一体的に形成される。これら各ケース側突出部５２内にもそれぞれ断面円形のケース側カム挿入孔５３が形成されている。これらケース側カム挿入孔５３も、ブロック側カム挿入孔５１と同様にシリンダの配列方向に平行になるように同一軸線上に形成される。また、ケース側カム挿入孔５３も、ケース側突出部５２の内側部５２ａと外側部５２ｂとの間に形成される。ケース側突出部５２がこのように内側部５２ａと外側部５２ｂとに分かれていることにより、ケース側カム挿入孔５３内に後述するカムシャフト５４、５５を取り付けることができる。

また、可変圧縮比機構Ａは、図２に示したように作用軸として機能する一対のカムシャフト５４、５５を具備する。各カムシャフト５４、５５上には一つおきに各ケース側カム挿入孔５３内に回転可能に挿入されるケース側円形カム５８が固定されている。これらケース側円形カム５８は各カムシャフト５４、５５の回転軸線と共軸をなす。一方、各ケース側円形カム５８の両側には図３に示したように各カムシャフト５４、５５の回転軸線に対して偏心配置された偏心軸５７が延びており、この偏心軸５７上に別のブロック側円形カム５６が偏心して回転可能に取付けられている。図２に示したようにこれらブロック側円形カム５６は各ケース側円形カム５８の両側に配置されており、これらブロック側円形カム５６は対応する各ブロック側カム挿入孔５１内に回転可能に挿入されている。

図２に示したように各カムシャフト５４、５５をそれぞれ反対方向に回転させるために駆動モータ５９の回転軸６０にはそれぞれ螺旋方向が逆向きの一対のウォームギア６１、６２が取付けられており、これらウォームギア６１、６２と噛合するウォームホイール６３、６４がそれぞれ各カムシャフト５４、５５の端部に固定されている。この実施形態では駆動モータ５９を駆動することによってピストン４が圧縮上死点に位置するときの燃焼室５の容積を広い範囲に亘って変更することができる。

＜可変圧縮比機構による機械圧縮比の変更方法＞
図３（Ａ）に示すような状態から各カムシャフト５４、５５上に固定されたケース側円形カム５８を図３（Ａ）において矢印で示したように互いに反対方向に回転させると偏心軸５７が互いに離れる方向に移動する。このため、ブロック側円形カム５６がブロック側カム挿入孔５１内においてケース側円形カム５８とは反対方向に回転し、図３（Ｂ）に示したように偏心軸５７の位置が高い位置から中間高さ位置となる。次いで更にケース側円形カム５８を矢印で示した方向に回転させると図３（Ｃ）に示したように偏心軸５７は最も低い位置となる。

なお、図３（Ａ）、図３（Ｂ）、図３（Ｃ）には、それぞれの状態におけるケース側円形カム５８の中心ａと偏心軸５７の中心ｂとブロック側円形カム５６の中心ｃとの位置関係が示されている。

図３（Ａ）〜図３（Ｃ）を比較するとわかるように、クランクケース１とシリンダブロック２の相対距離はケース側円形カム５８の中心ａとブロック側円形カム５６の中心ｃとの距離によって定まる。そして、ケース側円形カム５８の中心ａとブロック側円形カム５６の中心ｃとの距離が大きくなるほどシリンダブロック２はクランクケース１から離れる。すなわち、可変圧縮比機構Ａは回転するカムを用いたクランク機構によりクランクケース１とシリンダブロック２との間の相対距離を変化させていることになる。そして、シリンダブロック２がクランクケース１から離れるとピストン４が圧縮上死点に位置するときの燃焼室５の容積は増大する。したがって、各カムシャフト５４、５５を回転させることによってピストン４が圧縮上死点に位置するときの燃焼室５の容積（以下、「燃焼室容積」という）を変更することができる。

特に、図３に示した例では、図３（Ａ）に示した状態と図３（Ｂ）に示した状態との間でシリンダブロック２はクランクケース１に対してＤ₁だけ相対移動せしめられ、図３（Ｂ）に示した状態と図３（Ｃ）に示した状態との間でシリンダブロック２はクランクケース１に対してＤ₂だけ相対移動せしめられる。

このようにカムシャフト５４、５５を回転させることによってピストン４が圧縮上死点に位置するときの燃焼室５の容積を変化させたとしても、圧縮行程時のピストン４の行程容積（ピストン４が吸気下死点から圧縮上死点まで移動するときに変化する燃焼室５の容積）は変化しない。したがって、（燃焼室容積＋行程容積）／燃焼室容積で表される機械圧縮比は、上述したように燃焼室容積を変化させることで、変化する。すなわち、本実施形態の可変圧縮比機構Ａによれば、駆動モータ５９によってカムシャフト５４、５５を回転させることによって、内燃機関の機械圧縮比を変更することができる。

＜機関負荷に応じた制御＞
次に図４を参照しつつ運転制御全般について説明する。
図４には機関負荷に応じた要求吸入空気量、吸気弁７の閉弁時期、機械圧縮比、膨張比、実圧縮比及びスロットル弁１７の開度の各変化が示されている。なお、本実施形態では触媒コンバータ２０内の三元触媒によって排気ガス中の未燃ＨＣ、ＣＯおよびＮＯ_xを同時に低減しうるように、通常、燃焼室５内における平均空燃比は排気通路に設けられた空燃比センサの出力信号に基づいて理論空燃比にフィードバック制御されている。

図４に示したように機関高負荷運転時には機械圧縮比は低くされる。このため、膨張比は低く、図４において実線で示したように吸気弁７の閉弁時期は早められている。また、このときには吸入空気量は多く、このときスロットル弁１７の開度は全開又はほぼ全開に保持されているのでポンピング損失は零となっている。

一方、図４において実線で示したように機関負荷が低くなるとそれに伴って吸入空気量を減少すべく吸気弁７の閉弁時期が遅くされる。またこのときには実圧縮比がほぼ一定に保持されるように図４に示される如く機関負荷が低くなるにつれて機械圧縮比が増大され、したがって機関負荷が低くなるにつれて膨張比も増大される。なお、このときにもスロットル弁１７は全開状態に保持されており、したがって燃焼室５内に供給される吸入空気量はスロットル弁１７によらずに吸気弁７の閉弁時期を変えることによって制御されている。このときにもポンピング損失は零となる。

このように機関高負荷運転状態から機関負荷が低くなるときには実圧縮比がほぼ一定のもとで吸入空気量が減少するにつれて機械圧縮比が増大せしめられる。すなわち、吸入空気量の減少に比例してピストン４が圧縮上死点に達したときの燃焼室５の容積が減少せしめられる。

機関負荷がさらに低くなると機械圧縮比はさらに増大せしめられ、機関負荷がやや低負荷寄りの中負荷Ｌ₁まで低下すると機械圧縮比は燃焼室５の構造上限界となる最大限界機械圧縮比に達する。機械圧縮比が最大限界機械圧縮比に達すると、機械圧縮比が最大限界機械圧縮比に達したときの機関負荷Ｌ₁よりも負荷の低い領域では機械圧縮比が最大限界機械圧縮比に保持される。したがって低負荷側の機関中負荷運転時及び機関低負荷運転時には、すなわち機関低負荷運転側では、機械圧縮比は最大となり、膨張比も最大となる。別の言い方をすると機関低負荷運転側では最大の膨張比が得られるように機械圧縮比が最大にされる。

一方、図４に示した実施形態では機関負荷がＬ₁まで低下すると吸気弁７の閉弁時期が燃焼室５内に供給される吸入空気量を制御しうる限界閉弁時期となる。吸気弁７の閉弁時期が限界閉弁時期に達すると吸気弁７の閉弁時期が限界閉弁時期に達したときの機関負荷Ｌ₁よりも負荷の低い領域では吸気弁７の閉弁時期が限界閉弁時期に保持される。

吸気弁７の閉弁時期が限界閉弁時期に保持されるともはや吸気弁７の閉弁時期の変化によっては吸入空気量を制御することができない。図４に示した実施形態では、このとき、すなわち吸気弁７の閉弁時期が限界閉弁時期に達したときの機関負荷Ｌ₁よりも負荷の低い領域ではスロットル弁１７によって燃焼室５内に供給される吸入空気量が制御され、機関負荷が低くなるほどスロットル弁１７の開度は小さくされる。

なお、図４において破線で示すように機関負荷が低くなるにつれて吸気弁７の閉弁時期を早めることによってもスロットル弁１７によらずに吸入空気量を制御することができる。

＜吸気管における負圧＞
ところで、一般に、燃料タンク２２内の蒸発燃料を吸気通路に放出するために、吸気通路内に定常的に生じる負圧が利用される。したがって、吸気通路内に定常的に生じる負圧によって燃料タンク２２内の蒸発燃料、又はキャニスタ２４内に補足された蒸発燃料が吸気通路内に吸引されることになる。

しかしながら、図４に示したような制御を行う内燃機関では、機関負荷がＬ１以上であるときには、スロットル弁１７の開度が全開又はほぼ全開のまま維持される。このため、機関負荷がＬ１以上である場合には、吸気通路内には定常的な負圧が発生しない。このように吸気通路内に定常的な負圧が発生しないと、燃料タンク２２内の蒸発燃料を吸気通路内に吸引することができない。

＜本実施形態における制御＞
そこで、本実施形態では、放出通路２５、２６を介して蒸発燃料を吸気通路に放出することが要求されたときには、吸気弁７の開弁時期が排気弁９の閉弁時期よりも遅くなると共に、吸気弁７の開弁時期の吸気上死点からのクランク角度差が排気弁９の閉弁時期の吸気上死点からのクランク角度差よりも大きくなるように吸気弁７の開弁時期を設定するようにしている。この様子を、図５に示す。

図５は、クランク角と吸気弁７及び排気弁９のリフト量との関係を示す図である。図５では、排気弁９の開弁時期がＥＶＯで、排気弁９の閉弁時期がＥＶＣで示されており、また、吸気弁７の開弁時期がＩＶＯで、排気弁９の閉弁時期がＩＶＣで示されている。蒸発燃料を吸気通路に放出することが要求されたときには、図５に示したように、吸気弁７の開弁時期ＩＶＯは排気弁９の閉弁時期ＥＶＣよりも遅い時期とされる。特に、図５に示した例では、排気弁９の閉弁時期ＥＶＣは吸気上死点ＴＤＣよりも早い時期とされ、一方、吸気弁７の開弁時期ＩＶＯは吸気上死点ＴＤＣよりも遅い時期とされる。

加えて、本実施形態では、蒸発燃料を吸気通路に放出することが要求されたときには、吸気弁７の開弁時期ＩＶＯと吸気上死点ＴＤＣとのクランク角度差ΔＩＮが、排気弁９の閉弁時期ＥＶＣと吸気上死点ＴＤＣとのクランク角度差ΔＥＸよりも大きくされる。この結果、吸気弁７が開弁されるときの燃焼室５内の圧力は、排気弁９が閉弁されるときの燃焼室５内の圧力よりも低くなる。排気弁９が閉弁されるときの燃焼室５内の圧力はほぼ大気圧になることから、吸気弁７が開弁されるときの燃焼室５内の圧力は大気圧よりも低い圧力となる。

図６は、或る気筒の吸気ポート８内における吸気ガスの圧力変動を示すタイムチャートである。図６に示した例では、スロットル弁１７が全開になっている場合の吸気ポート８内の圧力を示している。したがって、吸気弁７が開弁されないと、吸気ガスの圧力は大気圧とほぼ等しい圧力となる。また、図６は、吸気弁７の開弁時期ＩＶＯが図５を参照して説明したように制御されている場合を示している。

図６に示した例では、時刻ｔ₁において吸気弁７が開弁される。時刻ｔ₁において吸気弁７の開弁時には上述したように燃焼室５内に負圧が発生しているため、吸気ポート８内から吸気ガスが燃焼室５内に急激に流入する。このため、吸気ポート８内の圧力が急激に低下し、大きな負圧が発生する。その後、このようにして生じた圧力波がサージタンク１２の出口で反射し、結果的に吸気ポート８内には図６に示したように圧力脈動が発生する。したがって、吸気ポート８内には、吸気弁７の開弁直後に大きな負圧が発生した後にも、定期的に負圧が発生することになる。

ここで、上述したように、第一放出通路２５は、吸気ポート８に連通している。したがって、吸気ポート８内に大きな負圧が発生すると、キャニスタ２４に補足されている蒸発燃料を、すなわち燃料タンク２２内の蒸発燃料を吸気ポート８内に放出することができる。そして、本実施形態によれば、スロットル弁１７が全開になっていても、吸気弁７の開弁時期を上述したように制御することで、吸気ポート８内に大きな負圧を発生させることができる。したがって、本実施形態によれば、スロットル弁１７が全開になっていても、蒸発燃料を吸気通路内に放出することができる。

なお、図６に示したように、吸気弁７の開弁後には吸気ポート８内に生じる圧力脈動により、吸気ポート８内の圧力が正圧になるときがある。しかしながら、第一放出通路２５には第一逆止弁２８が設けられていることから、吸気ポート８内に正圧が発生しても、吸気ポート８内の吸気ガスがキャニスタ２４に向かって逆流することはない。

本実施形態では、蒸発燃料を吸気通路に放出することが要求されたときには、吸気弁７の開弁時期ＩＶＯは、クランク角度差ΔＩＮがクランク角度差ΔＥＸよりも大きくなる範囲内において、機関運転状態に応じて変更される。具体的には、機関回転数が低いほど吸気弁７の開弁時期ＩＶＯが遅角せしめられる。すなわち、機関回転数が高くなると吸気弁７の開弁速度が速くなり、燃焼室５内に急激に吸気ガスが流入し、よって吸気ポート８内に大きな負圧が形成されやすい。一方、機関回転数が低くなると、吸気弁７の開弁速度が遅くなり、燃焼室５内にゆっくりと吸気ガスが流入し、吸気ポート８内の負圧もそれほど大きくはなりにくい。そこで、本実施形態では、機関回転数が低いほど吸気弁７の開弁時期ＩＶＯを遅角させて、吸気ポート８内の負圧が大きくなるようにしている。

加えて、本実施形態では、機関負荷が高いほど、すなわち燃焼室５内への吸入空気量が多いほど、吸気弁７の開弁時期ＩＶＯが遅角せしめられる。すなわち、燃焼室５内への吸入空気量が多くなると、排気弁９の閉弁時に燃焼ガスが燃焼室５内から完全に流出せずに残ってしまう量が増大する。したがって、燃焼室５内への吸入空気量が多くなると排気弁９閉弁時の燃焼室５内の圧力が高くなり、この結果、吸気弁７の開弁時における燃焼室５内の圧力が高くなる。そこで、本実施形態では、機関負荷が高いほど吸気弁７の開弁時期ＩＶＯを遅角させて、吸気弁７開弁時における燃焼室５内の負圧を大きくし、これによって吸気ポート８内の負圧を大きくするようにしている。

＜フローチャート＞
図７は、開閉弁２７、２９の開閉処理の制御ルーチンを示すフローチャートである。図示した制御ルーチンは一定時間間隔の割り込みによって行われる。

まず、ステップＳ１１において、蒸発燃料の放出要求があるか否かが判定される。蒸発燃料の放出要求は、例えば、ＨＣ濃度センサ３１によって検出されたＨＣ濃度が、予め定められた限界値以上である場合になされる。或いは、第一放出通路２５及び第二放出通路２６との間の通路に通路内の蒸発燃料の圧力を検出する圧力センサ（図示せず）を設けると共に、この圧力センサによって検出された圧力が限界値以上である場合に放出要求がなされるようにしてもよい。ステップＳ１１において、蒸発燃料の放出要求がなされていないと判定された場合には制御ルーチンが終了せしめられる。

一方、ステップＳ１１において、蒸発燃料の放出要求があると判定された場合にはステップＳ１２へと進む。ステップＳ１２では、圧力センサ１９によって検出されたサージタンク１２内の圧力Ｐｉｎが予め定められた基準値Ｐｉｎｒｅｆ以下であるか否かが判定される。基準値Ｐｉｎｒｅｆは、サージタンク１２内の圧力が基準値Ｐｉｎｒｅｆ以下であれば、サージタンク１２内の負圧によって蒸発燃料を吸気通路内に十分に吸引することができるような圧力の最大値とされる。ステップＳ１２において、サージタンク１２内の圧力Ｐｉｎが予め定められた基準値Ｐｉｎｒｅｆ以下であると判定された場合、すなわちサージタンク１２内に大きな負圧が発生していると判定された場合には、ステップＳ１３へと進む。ステップＳ１３では、第一開閉弁２７が閉弁されると共に、次いで、ステップＳ１４では、第二開閉弁２９が開弁せしめられ、制御ルーチンが終了せしめられる。これにより、蒸発燃料は第二放出通路２６を介して吸気管１４内に放出される。

一方、ステップＳ１２において、サージタンク１２内の圧力Ｐｉｎが予め定められた基準値Ｐｉｎｒｅｆよりも大きいと判定された場合、すなわちサージタンク１２内に大きな負圧が発生していないと判定された場合には、ステップＳ１５へと進む。ステップＳ１５では、第一開閉弁２７が開弁されると共に、次いでステップＳ１６では、第二開閉弁２９が閉弁せしめられる。加えて、ステップＳ１７において、吸気弁７の開弁時期が遅角せしめられる。具体的には、吸気弁７の開弁時期ＩＶＯは、上述したように、クランク角度差ΔＩＮがクランク角度差ΔＥＸよりも大きい範囲内において、機関負荷及び機関回転数に基づいて設定される。その後、制御ルーチンが終了せしめられる。

＜変更例＞
次に、図８を参照して上記第一実施形態の変更例について説明する。図８は、本変形例における吸気装置の一部を概略的に示す平面図である。上記第一実施形態では、第一放出通路２５が吸気ポート８に連通されていたのに対して、本変形例では第一放出通路２５’が吸気枝管１１に連通せしめられる。

また、本実施形態では、第一放出通路２５’は、サージタンク１２から第一放出通路２５’の連通位置までの間の吸気枝管１１の容積Ｖが各気筒の行程容積の１／２以下になるように、好ましくは１／３以下になるように吸気枝管１１に連通せしめられる。ここで、行程容積とは、ピストンが上死点にあるときと下死点にあるときとの燃焼室容積の差に相当する容積である。

ここで、吸気枝管１１の形状の違い等により、気筒毎に吸気通路に吸引される蒸発燃料の量が異なる場合がある。このため、各気筒に対応する吸気通路内に放出された蒸発燃料をそのままその気筒にのみ供給するようにした場合、各気筒に供給される蒸発燃料の量は気筒間で異なった量となる。

一方、本変更例のように、第一放出通路２５’をサージタンク１２のすぐ下流側でサージタンク１２に隣接して吸気枝管１１に連通させることにより、吸気枝管１１に吸引された蒸発燃料の多くがサージタンク１２内まで逆流することになる。蒸発燃料がサージタンク１２まで戻ると、蒸発燃料がサージタンク１２内の空気中に分散するため、各気筒へ供給される吸気ガス中の蒸発燃料の濃度を比較的均一にすることができる。したがって、気筒間で蒸発燃料の濃度にバラツキが生じるのを抑制することができる。

＜第二実施形態＞
次に、図９を参照して本発明の第二実施形態に係る吸気装置について説明する。第二実施形態に係る吸気装置の構成及び制御は、以下で説明する点を除いて、基本的に第一実施形態に係る吸気装置の構成及び制御と同様である。図９は、第二実施形態における火花点火式内燃機関の側面断面図を示す。

図９に示したように、本実施形態では、クランクケース１にクランクケース１内のブローバイガスを流出させるための主放出通路７１が連通せしめられる。主放出通路７１には二本の放出通路７５、６が連通せしめられる。第一放出通路７５は、吸気ポート８に連通せしめられ、第二放出通路７６は、サージタンク１２とスロットル弁１７との間の吸気通路に連通せしめられる。第二放出通路７６は、サージタンク１２に連通せしめられてもよい。第一放出通路７５には、第一放出通路７５の開閉を行う第一開閉弁７７と、クランクケース１から吸気ポート８への流れは許可するが吸気ポート８からクランクケース１への流れは遮断する第一逆止弁７８とが設けられる。同様に、第二放出通路７６には、第二放出通路７６の開閉を行う第二開閉弁７９と、クランクケース１から吸気管１４への流れは許可するが吸気管１４からクランクケース１への流れは遮断する第二逆止弁８０とが設けられる。加えて、クランクケース１には、クランクケース１内のＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘ濃度センサ８１が設けられる。

なお、図９に示した例では、第一放出通路２５は吸気ポート８に連通しているが、第一放出通路２５は、吸気弁７よりも吸気流れ方向上流側であってサージタンク１２よりも吸気流れ方向下流側の吸気通路であれば、吸気枝管１１等、吸気ポート８以外に連通されてもよい。

このように構成された本実施形態の吸気装置においては、放出通路７５、７６を介してブローバイガスを吸気通路に放出することが要求されたときには、第一実施形態において蒸発燃料を吸気通路に放出することが要求されたときと同様な制御が行われる。したがって、放出通路７５、７６を介してブローバイガスを吸気通路に放出することが要求されたときには、吸気弁７の開弁時期は、吸気弁７の開弁時期が排気弁９の閉弁時期よりも遅くなると共に吸気弁７の開弁時期の吸気上死点からのクランク角度差が排気弁９の閉弁時期の吸気上死点からのクランク角度差よりも大きくなるように設定される。よって、本実施形態の吸気弁７の開弁時期は、第一実施形態と同様に制御される。加えて、本実施形態における開閉弁７７、７９の制御は第一実施形態の開閉弁２７、２９の制御と同様に行われる。

本実施形態では、ブローバイガスの吸気通路への放出要求は、例えば、ＮＯｘ濃度センサ８１によって検出されたＮＯｘ濃度が、予め定められた限界値以上である場合になされる。クランクケース１内にブローバイガスが増大するとこれに伴ってクランクケース内のＮＯｘ濃度が高くなるため、クランクケース１内のＮＯｘ濃度が高くなると、クランクケース１内にブローバイガスが増大していることがわかるためである。或いは、クランクケース１にクランクケース１内の圧力を検出する圧力センサ（図示せず）を設けると共に、この圧力センサによって検出された圧力が限界値以上である場合に放出要求がなされるようにしてもよい。

なお、本第二実施形態においても、上記第一実施形態の変更例と同様に、容積を考慮して第一放出通路７５の吸気通路との連通位置を設定するようにしてもよい。また、上記第一実施形態と第二実施形態とを組み合わせて、吸気ポート８又は吸気枝管１１に蒸発燃料用とブローバイガス用との二つの放出通路を連通させてもよい。或いは、吸気ポート８又は吸気枝管１１に一つの放出通路を連通させて、この放出通路を介して蒸発燃料及びブローバイガスを吸気通路内へ放出させるようにしてもよい。

加えて、上記実施形態では、内燃機関は可変圧縮比機構を有している。しかしながら、可変圧縮比機構を有していない内燃機関であっても、運転中に吸気通路内に負圧の発生しにくい内燃機関であれば、本発明の吸気装置を適用することが可能である。

１クランクケース
２シリンダブロック
７吸気弁
８吸気ポート
１１吸気枝管
１２サージタンク
１４吸気管
１７スロットル弁
２５第一放出通路
２６第二放出通路
２７第一開閉弁
２８第一逆止弁
２９第二開閉弁
３０第二逆止弁
４０ＥＣＵ

Claims

燃料タンク内の蒸発燃料又はクランクケース内のブローバイガスを内燃機関の吸気通路内に放出するための放出通路と、吸気弁の開弁時期を変更可能な可変動弁機構とを具備する内燃機関の吸気装置であって、
前記放出通路は、前記吸気弁の吸気上流側であって前記吸気通路内に配置されたサージタンクよりも吸気下流側において前記吸気通路に連通するように構成され、
前記放出通路を介して前記蒸発燃料又はブローバイガスを前記吸気通路に放出することが要求されたときには、前記吸気弁の開弁時期は、該吸気弁の開弁時期が排気弁の閉弁時期よりも遅くなると共に前記吸気弁の開弁時期の吸気上死点からのクランク角度差が前記排気弁の閉弁時期の吸気上死点からのクランク角度差よりも大きくなるように設定される、内燃機関の吸気装置。