JP2017040238A - 内燃機関の吸気制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関の幅広い負荷領域においてノッキングを抑制させることができる内燃機関の吸気制御装置を提供すること。【解決手段】シリンダ５の外壁面の吸気ポート１１ａ、吸気ポート１１ｂ側に設置された第１ノックセンサ３１と、シリンダ５の外壁面の排気ポート２１ａ、排気ポート２１ｂ側に設置された第２ノックセンサ３２と、吸気ポート１１ａ、吸気ポート１１ｂそれぞれの吸気の流れを偏向させる方向制御弁１３ａ、方向制御弁１３ｂと、第１ノックセンサ３１と第２ノックセンサ３２の検出結果に基づいて方向制御弁１３ａ、方向制御弁１３ｂを回動させるＥＣＵ３と、を備える。【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関の吸気制御装置に関し、特に、吸気ポートを２つ備えた内燃機関の吸気制御装置に関する。

特許文献１では、吸気ポート内に設置された方向制御弁の向きを制御することで、ハーフスワール流を改善し、ノッキングを抑制させることが開示されている。

特許文献２では、エンジン負荷が高くない領域において、シリンダ壁面に排ガスを層状に分布させることで、シリンダ壁面からの冷却損失を抑制させ、熱効率を向上させることが開示されている。また、エンジン負荷が高い領域では、タンブル流を強化させることでノッキングを抑制させることが開示されている。

特開２００８−９５５０７号公報 特開２０１２−９２７６７号公報

しかしながら、特許文献１の内燃機関の吸気制御装置では、一定のノッキング抑制効果は得られるが、吸気弁のリフト量が小さい場合のみ方向制御弁を動かしてノッキングの抑制を図っているため、それ以外の状態でノッキングが起こった場合には対応できない。

また、特許文献２の内燃機関の吸気制御装置では、エンジン負荷が高い領域では一定のノッキング抑制効果が得られるものの、吸気弁及び排気弁の開閉タイミングによっては吸気の流れに偏りが生じてしまい、その場合にはノッキング抑制効果が得られない可能性があった。

そこで、本発明は、内燃機関の幅広い負荷領域においてノッキングを抑制させることができる内燃機関の吸気制御装置を提供することを目的としている。

上記課題を解決する内燃機関の吸気制御装置の発明の一態様は、一気筒当たり二つの吸気ポート及び吸気弁を有する内燃機関の吸気制御装置であって、内燃機関のシリンダブロックの吸気側に設置されて内燃機関のノッキングの発生を検出する第１ノックセンサと、内燃機関のシリンダブロックの排気側に設置されて内燃機関のノッキングの発生を検出する第２ノックセンサと、同一気筒の二つの吸気ポートのそれぞれに配置されて、回動することによって二つの吸気ポートのそれぞれの吸気の流れを変更させる二つの方向制御弁と、第１ノックセンサ及び第２ノックセンサの検出結果に基づいて方向制御弁を回動させる制御部と、を備えるものである。

このように本発明の一態様によれば、内燃機関の幅広い負荷領域においてノッキングを抑制させることができる。

図１は、本発明の一実施形態に係る内燃機関の吸気制御装置を示す図であり、その概念ブロック図である。 図２は、本発明の一実施形態に係る内燃機関の吸気制御装置を示す図であり、そのシリンダ上部から見た説明図である。 図３は、本発明の一実施形態に係る内燃機関の吸気制御装置を示す図であり、そのノックセンサのノック信号の一例を示した図である。 図４は、本発明の一実施形態に係る内燃機関の吸気制御装置を示す図であり、その吸気側でノッキングが発生した場合の方向制御弁の回動方法を示す図である。 図５は、本発明の一実施形態に係る内燃機関の吸気制御装置を示す図であり、その排気側でノッキングが発生した場合の方向制御弁の回動方法を示す図である。 図６は、本発明の一実施形態に係る内燃機関の吸気制御装置を示す図であり、その吸気制御処理手順を示すフローチャートである。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る内燃機関の吸気制御装置について詳細に説明する。

図１において、本発明の一実施形態に係る内燃機関の吸気制御装置を搭載した車両１は、内燃機関型のエンジン２と、制御部としてのＥＣＵ（Electronic Control Unit）３とを含んで構成される。

エンジン２には、気筒としてのシリンダ５が形成されている。シリンダ５には、このシリンダ５内を上下に往復動可能なピストン６が収納されている。また、シリンダ５の上部には、燃焼室７が設けられている。

エンジン２は、シリンダ５内でピストン６が往復する間に、吸気行程、圧縮行程、膨張行程および排気行程からなる一連の４行程を行なう、いわゆる４サイクルのエンジンである。

また、ピストン６は、不図示のコネクティングロッドを介してクランクシャフトと連結している。コネクティングロッドは、ピストン６の往復運動をクランクシャフトの回転運動に変換するようになっている。

また、燃焼室７の上部には、点火プラグ８が設けられている。点火プラグ８は、燃焼室７内に電極を突出させた状態で配設され、ＥＣＵ３によってその点火時期が調整されるようになっている。

燃焼室７の上部には、図２に示すように、２つの吸気ポート１１ａ、吸気ポート１１ｂと、２つの排気ポート２１ａ、排気ポート２１ｂが設けられている。図２は、エンジン２のシリンダ５を上から見た図である。

吸気ポート１１ａ、吸気ポート１１ｂは、合流して吸気管１４に接続されている。この吸気管１４の内部には、吸気ポート１１ａ、吸気ポート１１ｂと連通する吸気通路１４ａが形成されている。吸気ポート１１ａ、吸気ポート１１ｂは、燃焼室７と吸気通路１４ａとを連通するようになっている。

吸気ポート１１ａ、吸気ポート１１ｂには、それぞれ吸気弁１２ａ、吸気弁１２ｂが設けられている。吸気弁１２ａ、吸気弁１２ｂは、吸気通路１４ａと燃焼室７とを連通または遮断するように開閉されるようになっている。

吸気ポート１１ａ、吸気ポート１１ｂの合流部と吸気弁１２ａ、吸気弁１２ｂの間には、吸気ポート１１ａ、吸気ポート１１ｂそれぞれの吸気の流れを偏向させる方向制御弁１３ａ、方向制御弁１３ｂが設けられている。

方向制御弁１３ａ、方向制御弁１３ｂは、それぞれ回転軸１３１ａ、回転軸１３１ｂと、弁体１３２ａ、弁体１３２ｂとから構成されている。回転軸１３１ａ、回転軸１３１ｂは、その軸方向がピストン６の往復動方向と同じ方向で、ピストン６上面の水平方向と同じ方向の吸気ポート１１ａ、吸気ポート１１ｂの内壁間のほぼ中央位置に設置されている。

弁体１３２ａ、弁体１３２ｂは、それぞれ回転軸１３１ａ、回転軸１３１ｂの軸方向に沿って、回転軸１３１ａ、回転軸１３１ｂを挟んで平面状に設けられている。

方向制御弁１３ａ、方向制御弁１３ｂは、ＥＣＵ３の制御により、回転軸１３１ａ、回転軸１３１ｂを中心に回動するようになっている。通常の状態では、弁体１３２ａ、弁体１３２ｂが、その平面の水平方向がそれぞれ吸気ポート１１ａ、吸気ポート１１ｂの吸気の流れる方向と同じになるように制御されている。

吸気ポート１１ａ、吸気ポート１１ｂの吸気が流れる方向を吸気方向として、吸気方向の方向制御弁１３ａ、方向制御弁１３ｂより上流には、それぞれインジェクタ９ａ、インジェクタ９ｂが設けられている。インジェクタ９ａ、インジェクタ９ｂは、図示しない燃料タンクから燃料ポンプによって供給された燃料をそれぞれ吸気ポート１１ａ、吸気ポート１１ｂ内に噴射する。

一方、排気ポート２１ａ、排気ポート２１ｂは、合流して排気管２４に接続されている。この排気管２４の内部には、排気ポート２１ａ、排気ポート２１ｂと連通する排気通路２４ａが形成されている。

排気ポート２１ａ、排気ポート２１ｂには、排気弁２２ａ、排気弁２２ｂが設けられている。排気弁２２ａ、排気弁２２ｂは、排気通路２４ａと燃焼室７とを連通または遮断するように開閉されるようになっている。

シリンダ５の外壁面の吸気ポート１１ａ、吸気ポート１１ｂ側には、第１ノックセンサ３１が設置されている。シリンダ５の外壁面の排気ポート２１ａ、排気ポート２１ｂ側には、第２ノックセンサ３２が設置されている。第１ノックセンサ３１及び第２ノックセンサ３２は、エンジン２のノッキング振動を検出し、ノッキング振動の大きさに応じたノック信号を出力する。

図３は、ノック信号の一例を示した図である。図３に示すように、ノッキング振動が大きいほどノック信号の値が大きくなる。ＥＣＵ３は、第１ノックセンサ３１及び第２ノックセンサ３２のノック信号の最大値を検出する。

図１において、吸気通路１４ａには、電子制御式のスロットルバルブ１５が設けられている。スロットルバルブ１５は、ＥＣＵ３に電気的に接続されている。

スロットルバルブ１５は、ＥＣＵ３からの指令信号に応じてスロットル開度が制御されることで、エンジン２の吸入空気量を調整するようになっている。

ＥＣＵ３は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と、ＲＡＭ（Random Access Memory）と、ＲＯＭ（Read Only Memory）と、フラッシュメモリと、入力ポートと、出力ポートとを備えたコンピュータユニットによって構成されている。

ＥＣＵ３のＲＯＭには、各種制御定数や各種マップ等とともに、当該コンピュータユニットをＥＣＵ３として機能させるためのプログラムが記憶されている。すなわち、ＣＰＵがＲＯＭに記憶されたプログラムを実行することにより、当該コンピュータユニットは、ＥＣＵ３として機能する。

ＥＣＵ３の入力ポートには、上述の第１ノックセンサ３１、第２ノックセンサ３２に加え、クランク角センサ３３等の各種センサ類が接続されている。クランク角センサ３３は、クランクシャフトの回転角度を検知するようになっている。ＥＣＵ３は、クランク角センサ３３から入力される検知結果に基づきエンジン２の機関回転数であるエンジン回転数を算出することができる。

一方、ＥＣＵ３の出力側には、前述した点火プラグ８、インジェクタ９ａ、インジェクタ９ｂ、方向制御弁１３ａ、方向制御弁１３ｂ、スロットルバルブ１５、等の各種制御対象類が接続されている。

ＥＣＵ３は、運転者の操作によるアクセル開度に基づきエンジン２の要求負荷を算出し、その要求負荷に応じてエンジン２の吸入空気量や燃料噴射量や点火時期を算出する。そして、ＥＣＵ３は、算出した吸入空気量や燃料噴射量や点火時期になるようにスロットルバルブ１５やインジェクタ９ａ、インジェクタ９ｂや点火プラグ８を制御してエンジン２の運転状態を制御する。

ＥＣＵ３は、第１ノックセンサ３１及び第２ノックセンサ３２でノッキングを検出した場合、第１ノックセンサ３１のノック信号の最大値と、第２ノックセンサ３２のノック信号の最大値とを比較し、ノック信号の最大値の大きいノックセンサ側でノッキングが発生したと判定する。

ＥＣＵ３は、吸気側の第１ノックセンサ３１側でノッキングが発生していると判定した場合、方向制御弁１３ａ、方向制御弁１３ｂの吸気方向の下流側の弁体１３２ａ、弁体１３２ｂを互いに近づけるように回動させ、シリンダ５の中心部からシリンダ壁面へ向かう吸気の流れを強めるようにする。

すなわち、図４に示すように、方向制御弁１３ａ、方向制御弁１３ｂを矢印方向に点線の状態から実線の状態になるように回動させることにより、吸気ポート１１ａ、吸気ポート１１ｂから点火プラグ８近傍へ向かう太い実線の矢印のような吸気の流れが強められる。

ＥＣＵ３は、排気側の第２ノックセンサ３２側でノッキングが発生していると判定した場合、方向制御弁１３ａ、方向制御弁１３ｂの吸気方向の下流側の弁体１３２ａ、弁体１３２ｂを互いに遠ざけるように回動させ、シリンダ壁面からシリンダ５の中心部へ向かう吸気の流れを強めるようにする。

すなわち、図５に示すように、方向制御弁１３ａ、方向制御弁１３ｂを矢印方向に点線の状態から実線の状態になるように回動させることにより、シリンダ５の排気側から点火プラグ８近傍へ向かう太い実線の矢印のような吸気の流れが強められる。

以上のように構成された本実施形態に係る内燃機関の吸気制御装置による吸気制御処理について、図６を参照して説明する。なお、以下に説明する吸気制御処理は、第１ノックセンサ３１及び第２ノックセンサ３２においてノッキングが検出されると開始される。

ステップＳ１において、ＥＣＵ３は、ノック信号の最大値が吸気側の第１ノックセンサ３１のほうが大きいか否かを判定する。

ノック信号の最大値が吸気側のほうが大きいと判定した場合、ステップＳ２において、ＥＣＵ３は、吸気ポート１１ａ、吸気ポート１１ｂから点火プラグ８近傍へ向かう吸気の流れを強めるように、方向制御弁１３ａ、方向制御弁１３ｂを回動させる。

ノック信号の最大値が吸気側のほうが大きくないと判定した場合、ステップＳ３において、ＥＣＵ３は、排気側のシリンダ壁面から点火プラグ８近傍へ向かう吸気の流れを強めるように、方向制御弁１３ａ、方向制御弁１３ｂを回動させる。

このように、上述の実施形態では、第１ノックセンサ３１と第２ノックセンサ３２の検出結果に基づいて方向制御弁１３ａ、方向制御弁１３ｂを回動させるＥＣＵ３を備える。

これにより、ノッキングの検出状況に応じて方向制御弁１３ａ、方向制御弁１３ｂが回動される。このため、燃焼時に発生する火炎伝搬の偏りを解消してノッキングを抑制させることができる。

また、ＥＣＵ３は、第１ノックセンサ３１のノック信号の最大値が第２ノックセンサ３２のノック信号の最大値より大きい場合、シリンダ５の吸気側でノッキングが発生したと判定し、シリンダ５の中央部からシリンダ壁面へ向かう吸気の流れを強めるように方向制御弁１３ａ、方向制御弁１３ｂを回動させる。

これにより、シリンダ５の吸気側でノッキングが発生したと判定されると、シリンダ５の中央部からシリンダ壁面へ向かう吸気の流れを強めるように方向制御弁１３ａ、方向制御弁１３ｂが回動される。このため、燃焼時に発生する火炎伝搬の偏りを解消してノッキングを抑制させることができる。

また、ＥＣＵ３は、第１ノックセンサ３１のノック信号の最大値が第２ノックセンサ３２のノック信号の最大値より大きくない場合、シリンダ５の排気側でノッキングが発生したと判定し、排気側のシリンダ壁面からシリンダ５の中央部へ向かう吸気の流れを強めるように方向制御弁１３ａ、方向制御弁１３ｂを回動させる。

これにより、シリンダ５の排気側でノッキングが発生したと判定されると、排気側のシリンダ壁面からシリンダ５の中央部へ向かう吸気の流れを強めるように方向制御弁１３ａ、方向制御弁１３ｂが回動される。このため、燃焼時に発生する火炎伝搬の偏りを解消してノッキングを抑制させることができる。

本発明の実施形態を開示したが、当業者によっては本発明の範囲を逸脱することなく変更が加えられうることは明白である。すべてのこのような修正及び等価物が次の請求項に含まれることが意図されている。

１ 車両
２ エンジン（内燃機関）
３ ＥＣＵ（制御部）
５ シリンダ（気筒）
１１ａ、１１ｂ 吸気ポート
１２ａ、１２ｂ 吸気弁
１３ａ、１３ｂ 方向制御弁
３１ 第１ノックセンサ
３２ 第２ノックセンサ
３３ クランク角センサ
１３１ａ、１３１ｂ 回転軸
１３１ａ、１３２ｂ 弁体

Claims (3)

1. 一気筒当たり二つの吸気ポート及び吸気弁を有する内燃機関の吸気制御装置であって、
   前記内燃機関のシリンダブロックの吸気側に設置されて前記内燃機関のノッキングの発生を検出する第１ノックセンサと、
   前記内燃機関のシリンダブロックの排気側に設置されて前記内燃機関のノッキングの発生を検出する第２ノックセンサと、
   同一気筒の前記二つの吸気ポートのそれぞれに配置されて、回動することによって二つの前記吸気ポートのそれぞれの吸気の流れを変更させる二つの方向制御弁と、
   前記第１ノックセンサ及び前記第２ノックセンサの検出結果に基づいて前記方向制御弁を回動させる制御部と、を備える内燃機関の吸気制御装置。
2. 前記制御部は、前記第１ノックセンサ及び前記第２ノックセンサの検出結果に基づいて前記第１ノックセンサ側でノッキングが発生していると判定した場合、前記気筒中央部から前記気筒壁面へ向かう吸気の流れを強めるように前記方向制御弁を回動させる請求項１に記載の内燃機関の吸気制御装置。
3. 前記制御部は、前記第１ノックセンサ及び前記第２ノックセンサの検出結果に基づいて前記第２ノックセンサ側でノッキングが発生していると判定した場合、排気側の前記気筒壁面から前記気筒中央部へ向かう吸気の流れを強めるように前記方向制御弁を回動させる請求項１または２に記載の内燃機関の吸気制御装置。

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