JP2017115646A - 吸気温度制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】吸気温度制御装置につきエンジンに導入される高温空気の温度低下を抑えること。【解決手段】外気入口６ａを含む吸気通路４と、エンジン１に比較的近い位置にて吸気通路４に設けられる電子スロットル装置７と、排気通路５により加熱された高温空気を吸気通路４へ導入する高温空気通路４３と、高温空気通路４３に設けられる高温空気弁４４と、電子制御装置（ＥＣＵ）６０とを備える。高温空気通路４３の出口４３ｂは、電子スロットル装置７より下流の吸気通路４に接続される。ＥＣＵ６０は、エンジン１の運転状態に応じて、外気入口６ａからの外気、高温空気通路４３からの高温空気又は外気と高温空気との混合空気を選択的にエンジン１に導入するために、電子スロットル装置７及び高温空気弁４４を制御する。【選択図】図１

Description

この発明は、吸気通路を介してエンジンに導入される吸気の温度を制御する吸気温度制御装置に係り、外気入口からの外気と、高温空気通路からの高温空気又は外気と高温空気との混合空気をエンジンへ選択的に流すように構成した吸気温度制御装置に関する。

従来、この種の技術として、例えば、下記の特許文献１に記載された技術が知られている。この技術は、図６にエンジンルームの一部を概略図に示すように、エンジン８１の吸気通路８２に設けられ、エンジン８１から比較的離れた位置に配置されたエアクリーナ８３と、エアクリーナ８３に外気を導入する第１の導入通路８４と、エアクリーナ８３に高温空気を導入する第２の導入通路８５と、第１の導入通路８４からの外気導入と第２の導入通路８５からの高温空気導入とを切り替える吸気切替機構８６とを備える。第２の導入通路８５の入口は、エンジン８１の排気マニホルド８７の近傍にて、同マニホルド８７の周囲の高温空気を内部へ導入するように構成される。ここで、エアクリーナ８３より下流の吸気通路８２には、スロットルボディ（スロットル弁）８８、サージタンク８９及び吸気マニホルド９０が順次配置されている。従って、これらの部品８８〜９０は、エアクリーナ８３に比べてエンジン８１に比較的近い位置に配置されている。

特開２００７−１７０２５１号公報

ところが、特許文献１に記載の技術では、第２の導入通路８５の出口がエンジン８１から比較的離れたエアクリーナ８３に接続されている。そのため、吸気切替機構８６の切り替えによって高温空気がエアクリーナ８３に導入され、その下流の吸気通路８２へ流れても、エンジン８１までの経路が長いことから、高温空気がエンジン８１に導入されるまでの間に、その熱が奪われて高温空気の温度が低下するおそれがあった。その結果、エンジン８１に導入される高温空気の効果が薄れるおそれがあった。この問題を回避するには、エアクリーナ８３に導入される高温空気の温度を上げたり、吸気通路８２に断熱材を設けたりすることが考えられるが、それらの対策には付加的なコストがかかってしまう。

また、この種の装置では、外気、高温空気又はそれらの混合空気の違いにかかわらず、エンジン制御を実行するために、エンジンに導入される吸気量を正確に検出する必要がある。

この発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、エンジンに導入される高温空気の温度低下を抑えることを可能とした吸気温度制御装置を提供することにある。この発明の別の目的は、上記目的に加え、エンジンに導入される吸気量を正確に求めることを可能とした吸気温度制御装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、エンジンに吸気を導入するための吸気通路と、吸気通路は、外気を導入するための外気入口を含むことと、エンジンに比較的近い位置にて吸気通路に設けられ、吸気通路を流れる吸気量を調節するための吸気量調節弁と、入口と出口を含み、高温空気を吸気通路に導入するための高温空気通路とを備え、外気入口からの外気、高温空気通路からの高温空気又は外気と高温空気との混合空気を選択的にエンジンに導入することによりエンジンに導入される吸気の温度を制御する吸気温度制御装置であって、高温空気を吸気通路へ導入するために高温空気通路の出口が吸気量調節弁より下流の吸気通路に接続されることと、高温空気通路には、高温空気通路を流れる高温空気量を調節するための高温空気弁が設けられることと、エンジンの運転状態に応じて、外気入口からの外気、高温空気通路からの高温空気又は外気と高温空気との混合空気を選択的にエンジンに導入するために、吸気量調節弁及び高温空気弁を制御するための制御手段とを備えたことを趣旨とする。

上記発明の構成によれば、エンジンの運転時には、高温空気が高温空気通路へ流れる。ここで、吸気通路に設けられた吸気量調節弁と高温空気通路に設けられた高温空気弁のそれぞれが、エンジン１の運転状態に応じて制御される。これにより、外気入口からの外気、高温空気通路からの高温空気又はその外気とその高温空気との混合空気が選択的にエンジンに導入される。また、高温空気を吸気通路へ導入するために、高温空気通路の出口が、エンジンに比較的近い位置に配置された吸気量調節弁より下流の吸気通路に接続される。従って、高温空気通路の出口からエンジンまでの経路が比較的短くなり、高温空気がエンジンに導入されるまでの間に高温空気から奪われる熱が少なくなる。

上記目的を達成するために、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、外気入口から吸気通路へ導入される外気の温度を検出するための外気温度検出手段と、吸気量調節弁より下流の吸気通路における吸気の温度を検出するための吸気温度検出手段と、吸気量調節弁より下流の吸気通路における吸気の圧力を検出するための吸気圧力検出手段と、エンジンの回転速度を検出するための回転速度検出手段と、エンジンの運転時に、吸気圧力検出手段及び回転速度検出手段の検出結果に基づいてエンジンが要求する要求吸気量を算出すると共に、少なくとも外気温度検出手段、吸気温度検出手段及び回転速度検出手段の検出結果に基づいてエンジンが要求する要求高温空気量を算出し、算出された要求吸気量及び要求高温空気量に基づいて高温空気弁の第１目標開度と吸気量調節弁の第２目標開度を算出するための目標開度算出手段とを更に備え、制御手段は、算出された第１目標開度に基づき高温空気弁を制御すると共に、算出された第２目標開度に基づき吸気量調節弁を制御することを趣旨とする。

上記発明の構成によれば、請求項１に記載の発明の作用に加え、エンジンの運転状態、すなわち、吸気量調節弁より下流の吸気通路における圧力と、エンジンの回転速度とに基づいてエンジンが要求する要求吸気量が算出される。また、エンジンの運転状態、すなわち、外気入口から吸気通路へ導入される外気の温度、吸気量調節弁より下流の吸気通路における吸気の温度及びエンジンの回転速度に基づいてエンジンが要求する要求高温空気量が算出される。そして、算出された要求吸気量及び要求高温空気量に基づいて高温空気弁の第１目標開度と吸気量調節弁の第２目標開度が算出され、その算出された第１目標開度に基づき高温空気弁が制御されると共に、算出された第２目標開度に基づき吸気量調節弁が制御される。これにより、外気入口からの外気、高温空気通路からの高温空気又はその外気とその高温空気との混合空気が選択的にエンジンに導入される。

上記目的を達成するために、請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、吸気量調節弁を流れる外気量を検出するための外気量検出手段と、エンジンの運転時に、吸気圧力検出手段による検出結果と、算出された第１目標開度とに基づいて高温空気通路から吸気通路へ導入される高温空気量を推定するための高温空気量推定手段と、エンジンの運転時に、外気量検出手段により検出される外気量と、推定された高温空気量とを加算することによりエンジンに導入される吸気量を算出するための吸気量算出手段とを更に備えたことを趣旨とする。

上記発明の構成によれば、請求項２に記載の発明の作用に加え、エンジンの運転時に、吸気量調節弁より下流の吸気通路における吸気の圧力と、算出された第１目標開度とに基づいて高温空気通路から吸気量調節弁より下流の吸気通路へ導入される高温空気量が推定される。そして、外気量検出手段により検出される外気量と、推定された高温空気量とを加算することにより、エンジンに導入される吸気量が算出される。従って、高温空気量を検出するための専用の検出手段を設けることなく、エンジンに導入される吸気量が得られる。

上記目的を達成するために、請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、吸気量調節弁を流れる外気量を検出するための外気量検出手段と、高温空気通路を流れる高温空気量を検出するための高温空気量検出手段と、エンジンの運転時に、外気量検出手段により検出される外気量と、高温空気量検出手段により検出される高温空気量とを加算することによりエンジンに導入される吸気量を算出するための第２の吸気量算出手段とを更に備えたことを趣旨とする。

上記発明の構成によれば、請求項１に記載の発明の作用に加え、外気量が外気量検出手段により検出され、高温空気量が高温空気量検出手段により検出され、それら検出された外気量と高温空気量との加算結果が吸気量として算出される。

請求項１に記載の発明によれば、エンジンに導入される吸気の温度が外気、高温空気又は混合空気との間で切り替えられ、その吸気温度をエンジンの運転状態に適した温度に制御することができる。また、エンジンに導入される高温空気の温度低下を抑えることができ、吸気温度制御に対する高温空気の熱的効果を高めることができる。

請求項２に記載の発明によれば、エンジンに導入される吸気の温度が外気、高温空気又は混合空気との間で切り替えられ、その吸気温度をエンジンの運転状態に適した温度に制御することができる。また、吸気通路を流れる高温空気の温度低下を抑えることができ、高温空気の熱的効果を確保することができる。

請求項３に記載の発明によれば、請求項２に記載の発明の効果に加え、吸気温度制御装置において、構成部品の増加を押さえながらエンジンに導入される吸気量を正確に求めることができる。

請求項４に記載の発明によれば、請求項３に記載の発明の効果に対し、吸気温度制御装置において、エンジンに導入される吸気量を精度良く求めることができる。

第１実施形態に係り、ガソリンエンジンシステムを示す概略構成図。 第１実施形態に係り、吸気温度制御の内容を示すフローチャート。 第１実施形態に係り、吸気量算出処理の内容を示すフローチャート。 第２実施形態に係り、ガソリンエンジンシステムを示す概略構成図。 第２実施形態に係り、吸気量算出処理の内容を示すフローチャート。 従来例に係り、エンジンルームの一部を示す概略図。

＜第１実施形態＞
以下、この発明の吸気温度制御装置を具体化した第１実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。

図１に、この実施形態のガソリンエンジンシステムを概略構成図により示す。この実施形態で、自動車に搭載されるエンジン１は、４サイクルのレシプロエンジンであり、４つの気筒２と、クランクシャフト３とを含む。エンジン１には、エンジン１に吸気を導入するための吸気通路４と、エンジン１から排気を導出するための排気通路５とが設けられる。吸気通路４には、その上流側から順にエアクリーナ６、電子スロットル装置７及び吸気マニホルド８が配置される。ここで、エアクリーナ６は、エンジン１から比較的離れた位置に配置され、電子スロットル装置７及び吸気マニホルド８の順でエンジン１に近付いて配置される。すなわち、電子スロットル装置７及び吸気マニホルド８は、エンジン１に比較的近い位置に配置される。電子スロットル装置７は、モータ等（図示略）により駆動される開度可変な電動弁より構成され、バタフライ式のスロットル弁７ａと、スロットル弁７ａの開度（スロットル開度）ＴＡを検出するためのスロットルセンサ６１とを含む。吸気マニホルド８は、サージタンク８ａと、サージタンク８ａから各気筒２へ分岐する４つの分岐通路８ｂとを含む。エアクリーナ６は、外気を導入するための外気入口６ａを含む。電子スロットル装置７は、吸気通路４を流れる吸気量を調節し、特に外気入口６ａからエアクリーナ６に導入される外気量を調節するようになっている。排気通路５は、排気マニホルド９と、排気を浄化するための触媒コンバータ１０とを含む。

エンジン１は、シリンダブロック１１とシリンダヘッド１２とを含む。シリンダブロック１１は各気筒２を含み、各気筒２にはピストン１３が設けられる。各ピストン１３は、コンロッド１４を介してクランクシャフト３に連結される。各気筒２にて、ピストン１３とシリンダヘッド１２との間には燃焼室１５が形成される。シリンダブロック１１の下側には、オイルパン１６を含むクランクケース１７が設けられる。シリンダヘッド１２には、各気筒２の燃焼室１５に連通する吸気ポート１８と排気ポート１９が形成される。各吸気ポート１８は、それぞれ吸気マニホルド８の分岐通路８ｂに通じる。各排気ポート１９は、それぞれ排気マニホルド９に通じる。各吸気ポート１８には、吸気弁２０が、各排気ポート１９には、排気弁２１がそれぞれ設けられる。各吸気弁２０及び各排気弁２１は、クランクシャフト３の回転に連動して、つまりは、各ピストン１３の上下動に連動して、ひいてはエンジン１の一連の作動行程（吸気行程、圧縮行程、爆発行程、排気行程）に連動して、周知の動弁機構２２により開閉駆動される。

シリンダヘッド１２には、各気筒２のそれぞれに対応して、各吸気ポート１８へ燃料を噴射するためのインジェクタ２３が設けられる。各インジェクタ２３は、燃料供給装置（図示略）から供給される燃料を噴射するように構成される。各燃焼室１５には、吸気行程等に、インジェクタ２３から噴射される燃料と吸気ポート１８から吸入される空気とにより可燃混合気が形成される。この実施形態では、各気筒２が排気行程となるときにインジェクタ２３から燃料が噴射されるようになっている。

シリンダヘッド１２は、その上部を覆うヘッドカバー２４が設けられる。ヘッドカバー２４及びシリンダヘッド１２には、各気筒２のそれぞれに対応して点火プラグ２５が設けられる。各点火プラグ２５は、イグニションコイル２６から出力される点火信号を受けてスパーク動作する。両部品２５，２６は、各燃焼室１５にて可燃混合気に点火する点火装置を構成する。各燃焼室１５の中の可燃混合気は、圧縮行程で各点火プラグ２５のスパーク動作により爆発・燃焼し、爆発行程が経過する。燃焼後の排気は、排気行程で各燃焼室１５から排気ポート１９、排気マニホルド９及び触媒コンバータ１０を経て外部へ排出される。このように各燃焼室１５における可燃混合気の燃焼等に伴い、各ピストン１３が上下運動して一連の作動行程が進行し、クランクシャフト３が回転することにより、エンジン１に動力が得られる。

このエンジン１には、燃焼室１５から排気通路５へ排出される排気の一部を排気還流ガス（ＥＧＲガス）として吸気通路４へ流して各燃焼室１５へ還流させる排気還流装置（ＥＧＲ装置）３１が設けられる。このＥＧＲ装置３１は、ＥＧＲガスを流す排気還流通路（ＥＧＲ通路）３２と、そのＥＧＲ通路３２を流れるＥＧＲガス量を調節するための排気還流弁（ＥＧＲ弁）３３と、ＥＧＲ通路３２を流れるＥＧＲガスを冷却するための排気還流クーラ（ＥＧＲクーラ）３４とを備える。ＥＧＲ弁３３は、モータ等により駆動される開度可変な電動弁より構成される。

ＥＧＲ通路３２の入口側は、触媒コンバータ１０より下流の排気通路５に接続される。ＥＧＲ通路３２の出口側は、電子スロットル装置７より下流の吸気通路４（吸気マニホルド８）に接続される。

この実施形態では、エンジン１の付属装置として、吸気温度制御装置４１を備える。この吸気温度制御装置４１は、外気、高温空気又は外気と高温空気との混合空気を吸気通路４の下流側（吸気マニホルド８）へ選択的に流して各燃焼室１５に導入することにより、各燃焼室１５に導入される吸気の温度を制御するようになっている。この装置４１は、シリンダヘッド１２の近傍であって排気通路５（排気マニホルド９）の周囲で高温となった高温空気を回収するためのカバー状のシュラウド４２と、そのシュラウド４２により回収された高温空気を電子スロットル装置７より下流の吸気通路４（吸気マニホルド８）へ導くための高温空気通路４３とを備える。この実施形態では、エンジン１の近傍に位置する排気マニホルド９は加熱手段の一例に相当し、その排気マニホルド９で加熱された高温空気がシュラウド４２により回収されて高温空気通路４３へ流れるようになっている。高温空気通路４３は、高温空気入口４３ａと高温空気出口４３ｂを含む。高温空気入口４３ａは、排気マニホルド９の近傍にてシュラウド４２に接続される。高温空気出口４３ｂは、電子スロットル装置７より下流の吸気通路４（サージタンク８ａ）に接続される。高温空気通路４３には、同通路４３を流れる高温空気量を調節するための高温空気弁４４と、異物を捕集するためのフィルタ４５が設けられる。高温空気弁４４は、モータ等により駆動される開度可変な電動弁より構成され、例えば、バタフライ式の弁体４４ａを含む。

この実施形態の吸気温度制御装置４１は、電子スロットル装置７と高温空気弁４４の開度を制御することにより、エンジン１の各燃焼室１５へ導入される吸気の温度を制御することができる。すなわち、高温空気弁４４を全閉とし、電子スロットル装置７（スロットル弁７ａ）を開弁することで、高温空気通路４３からの高温空気が遮断され、外気入口６ａからの外気が吸気通路４を介して吸気として各燃焼室１５に導入される（外気導入時）。このときの外気導入量（吸気量）は、電子スロットル装置７の開度を制御することで調節される。この外気導入時に各燃焼室１５に導入される吸気の温度は、そのときの外気温度を反映して最も低くなる。一方、電子スロットル装置７を全閉とし、高温空気弁４４を開弁することで、外気入口６ａからの外気が遮断され、高温空気通路４３からの高温空気が吸気通路４を介して吸気として各燃焼室１５に導入される（高温空気導入時）。このときの高温空気導入量（吸気量）は、高温空気弁４４の開度を制御することで調節される。この高温空気導入時に各燃焼室１５に導入される吸気の温度は、高温空気の温度を反映して最も高くなる。また、電子スロットル装置７と高温空気弁４４をそれぞれ全閉以外の任意の開度に制御することで、外気入口６ａからの外気と高温空気通路４３からの高温空気との混合空気が、吸気通路４を介して吸気として各燃焼室１５に導入される（混合空気導入時）。このときの混合空気導入量（吸気量）と温度は、電子スロットル装置７と高温空気弁４４の開度を制御することで調節される。この混合空気導入時に各燃焼室１５に導入される吸気の温度は、外気温度と高温空気温度との中間的な温度となる。

この吸気温度制御装置４１によれば、高温空気導入時には、吸気温度を高温にして、吸気マニホルド８の暖機を促進することができる。これにより、吸気マニホルド８に導入されたＥＧＲガスによる凝縮水の発生を抑えることができる。一方、外気導入時には、吸気温度を外気温度を反映した適度な温度にして、吸気中の酸素密度を安定化させて吸気効率を向上させることができる。これにより、エンジン１の燃焼効率を向上させることができ、エンジン１のノッキング抑制を図ることができる。また、混合空気導入時には、吸気温度をエンジン１の運転状態に応じた最適な温度に制御することができる。

この実施形態では、各燃焼室１５から漏れ出たブローバイガスがクランクケース１７及びヘッドカバー２４の中に蓄積されるようになっている。クランクケース１７の中とヘッドカバー２４の中は、シリンダブロック１１に形成された連通路１１ａを介して連通する。従って、各燃焼室１５からクランクケース１７へ漏れ出たブローバイガスは、連通路１１ａを介してヘッドカバー２４の中へ流れるようになっている。この実施形態で、クランクケース１７とヘッドカバー２４が、ブローバイガスを蓄積するブローバイガス蓄積部を構成する。これ以降において、ブローバイガス蓄積部、すなわち、クランクケース１７及びヘッドカバー２４のことを「クランクケース１７等」と言う。

この実施形態では、クランクケース１７等に蓄積されたブローバイガスを、エンジン１へ還元するためのブローバイガス還元装置が設けられる。すなわち、この装置は、ブローバイガス還元通路５１と、ＰＣＶ（ポジティブ・クランクケース・ベンチレーション）弁５２と、新気導入通路５３とを備える。ブローバイガス還元通路５１は、ヘッドカバー２４と吸気通路４との間に設けられ、ヘッドカバー２４から吸気通路４（サージタンク８ａ）へブローバイガスを流してエンジン１の各燃焼室１５へ還元するようになっている。この還元通路５１の入口は、ＰＣＶ弁５２を介してヘッドカバー２４に接続される。ＰＣＶ弁５２は、圧力感応式の機械式弁より構成され、ブローバイガス還元通路５１を流れるブローバイガス量を調節するようになっている。ブローバイガス還元通路５１の出口は、サージタンク８ａに接続される。新気導入通路５３は、ヘッドカバー２４と吸気通路４との間に設けられ、クランクケース１７等の中へ換気のために新気を導入するようになっている。この新気導入通路５３の入口は、エアクリーナ６の近傍の吸気通路４に接続され、同通路５３の出口は、ヘッドカバー２４に接続される。

エンジン１に設けられる各種センサ６１〜６９は、エンジン１の運転状態を検出するための運転状態検出手段を構成する。運転席に設けられたアクセルペダル２７には、アクセルセンサ６２が設けられる。アクセルセンサ６２は、アクセルペダル２７の操作量である踏み込み角度をアクセル開度ＡＣＣとして検出し、その検出値に応じた電気信号を出力する。エンジン１に設けられた水温センサ６３は、シリンダブロック１１の内部を流れる冷却水の温度（冷却水温度）ＴＨＷを検出し、その検出値に応じた電気信号を出力する。エンジン１に設けられた回転速度センサ６４は、クランクシャフト３の回転速度（エンジン回転速度）ＮＥを検出し、その検出値に応じた電気信号を出力する。回転速度センサ６４は、本発明の回転速度検出手段に相当する。電子スロットル装置７より上流の吸気通路４に設けられたエアフローメータ６５は、電子スロットル装置７を流れる外気量ＣＧａを検出し、その検出値に応じた電気信号を出力する。エアフローメータ６５は、本発明の外気量検出手段の一例に相当する。排気通路５に設けられた酸素センサ６６は、排気通路５へ導出される排気中の酸素濃度（出力電圧）Ｏｘを検出し、その検出値に応じた電気信号を出力する。エアクリーナ６に設けられた外気温センサ６７は、エアクリーナ６へ導入される外気の温度（外気温度）ＴＨＡＭを検出し、その検出値に応じた電気信号を出力する。外気温センサ６７は、本発明の外気温度検出手段の一例に相当する。サージタンク８ａに設けられた吸気圧センサ６８は、電子スロットル装置７より下流の吸気通路４（サージタンク８ａ）における吸気圧力ＰＭを検出し、その検出値に応じた電気信号を出力する。吸気圧センサ６８は、本発明の吸気圧力検出手段の一例に相当する。また、サージタンク８ａに設けられた吸気温センサ６９は、電子スロットル装置７より下流の吸気通路４（サージタンク８ａ）における吸気温度ＴＨＡを検出し、その検出値に応じた電気信号を出力する。吸気温センサ６９は、本発明の吸気温度検出手段の一例に相当する。

このエンジンシステムは、エンジン１の運転を制御するための電子制御装置（ＥＣＵ）６０を備える。ＥＣＵ６０には、各種センサ６１〜６９がそれぞれ接続される。また、ＥＣＵ６０には、電子スロットル装置７、各インジェクタ２３、各イグニションコイル２６、ＥＧＲ弁３３及び高温空気弁４４がそれぞれ接続される。ＥＣＵ６０は、本発明の制御手段、目標開度算出手段、高温空気量推定手段及び吸気量算出手段の一例に相当する。

この実施形態で、ＥＣＵ６０は、各種センサ６１〜６９からの出力信号に基づき燃料噴射制御、点火時期制御、ＥＧＲ制御及び吸気温度制御等を実行するために、電子スロットル装置７、各インジェクタ２３、各イグニションコイル２６、ＥＧＲ弁３３及び高温空気弁４４をそれぞれ制御する。ここで、燃料噴射制御とは、エンジン１の運転状態に応じて各インジェクタ２３を制御することにより、燃料噴射量及びその噴射タイミングを制御することである。点火時期制御とは、エンジン１の運転状態に応じて各イグニションコイル２６を制御することにより、各点火プラグ２５による点火時期を制御することである。ＥＧＲ制御とは、エンジン１の運転状態に応じてＥＧＲ弁３３を制御することにより、各燃焼室１５へ還流されるＥＧＲ流量を制御することである。吸気温度制御とは、エンジン１の運転状態に応じて、外気入口６ａからの外気、高温空気通路４３からの高温空気又は外気と高温空気との混合空気を選択的にエンジン１の各燃焼室１５に導入するために、電子スロットル装置７及び高温空気弁４４を制御することであり、これにより各燃焼室１５に導入される吸気の温度を制御することである。

周知のようにＥＣＵ６０は、中央処理装置（ＣＰＵ）、各種メモリ、外部入力回路及び外部出力回路等を備える。メモリには、エンジン１の各種制御に関する所定の制御プログラムが格納される。ＣＰＵは、入力回路を介して入力される各種センサ６１〜６９の検出信号に基づき、所定の制御プログラムに基づいて前述した各種制御を実行する。

次に、この実施形態における吸気温度制御について詳しく説明する。図２に、その吸気温度制御の内容をフローチャートにより示す。処理がこのルーチンへ移行すると、ステップ１００で、ＥＣＵ６０は、各種センサ等６２〜６５，６７〜６９の検出値に基づき、アクセル開度ＡＣＣ、冷却水温度ＴＨＷ、エンジン回転速度ＮＥ、外気温度ＴＨＡＭ、吸気圧力ＰＭ及び吸気温度ＴＨＡをそれぞれ取り込む。

次に、ステップ１１０で、ＥＣＵ６０は、取り込まれたアクセル開度ＡＣＣと別途算出したアイドル・スピード・コントロール要求流量（ＩＳＣ要求流量）ＤＩＳＣに基づき、エンジン１が要求する要求吸気量ＤＧａを算出する。ＥＣＵ６０は、例えば、所定のマップを参照することにより、この要求吸気量ＤＧａを算出することができる。

次に、ステップ１２０で、ＥＣＵ６０は、取り込まれたアクセル開度ＡＣＣ、冷却水温度ＴＨＷ、エンジン回転速度ＮＥ、外気温度ＴＨＡＭ及び吸気温度ＴＨＡに基づき、エンジン１が要求する吸気温度を得るための要求高温空気量ＤＨＧａを算出する。ＥＣＵ６０は、例えば、所定のマップを参照することにより、この要求高温空気量ＤＨＧａを算出することができる。ここで、エンジン１の運転状態によっては、要求高温空気量ＤＨＧａが「０」になったり、最大値になったり、又は、「０」と最大値の間の中間値になったりすることがある。

次に、ステップ１３０で、ＥＣＵ６０は、算出された要求高温空気量ＤＨＧａに基づき、高温空気弁４４に係る目標高温空気開度ＴＶＯを決定する。ＥＣＵ６０は、例えば、所定のマップを参照することにより、この目標高温空気開度ＴＶＯを決定することができる。この目標高温空気開度ＴＶＯは、本発明の第１目標開度の一例に相当する。

次に、ステップ１４０で、ＥＣＵ６０は要求吸気量ＤＧａから要求高温空気量ＤＨＧａを減算することにより、要求外気量ＤＣＧａを算出する。ここで、エンジン１の運転状態に応じた要求高温空気量ＤＨＧａによっては、要求外気量ＤＣＧａが「０」になったり、最大値になったり、又は、「０」と最大値の間の中間値になったりすることがある。

次に、ステップ１５０で、ＥＣＵ６０は、算出された要求外気量ＤＣＧａに基づき、電子スロットル装置７に係る目標スロットル開度ＴＴＡを決定する。ＥＣＵ６０は、例えば、所定のマップを参照することにより、この目標スロットル開度ＴＴＡを決定することができる。この目標スロットル開度ＴＴＡは、本発明の第２目標開度の一例に相当する。

そして、ステップ１６０で、ＥＣＵ６０は、エンジン１の各燃焼室１５に導入される吸気の温度を制御するために、電子スロットル装置７を目標スロットル開度ＴＴＡに、高温空気弁４４を目標高温空気開度ＴＶＯにそれぞれ制御する。その後、ＥＣＵ６０は、処理をステップ１００へ戻す。

上記制御によれば、ＥＣＵ６０は、エンジン１の運転状態に応じて、外気入口６ａからエアクリーナ６へ導入され電子スロットル装置７を流れる外気、高温空気通路４３から吸気通路４（サージタンク８ａ）へ流れる高温空気又はその外気とその高温空気との混合空気を選択的にエンジン１の各燃焼室１５に導入するために、電子スロットル装置７及び高温空気弁４４を制御するようになっている。また、ＥＣＵ６０は、エンジン１の運転時に、吸気圧センサ６８及び回転速度センサ６４の検出結果（吸気圧力ＰＭ及びエンジン回転速度ＮＥ）に基づいてエンジン１が要求する要求吸気量ＤＧａを算出すると共に、少なくとも外気温センサ６７、吸気温センサ６９及び回転速度センサ６４の検出結果（外気温度ＴＨＡＭ、吸気温度ＴＨＡ及びエンジン回転速度ＮＥ）に基づいてエンジン１が要求する要求高温空気量ＤＨＧａを算出し、算出された要求吸気量ＤＧａ及び要求高温空気量ＤＨＧａに基づいて高温空気弁４４の目標高温空気開度ＴＶＯと電子スロットル装置７の目標スロットル開度ＴＴＡを算出し、算出された目標高温空気開度ＴＶＯに基づき高温空気弁４４を制御すると共に、算出された目標スロットル開度ＴＴＡに基づき電子スロットル装置７を制御するようになっている。

上記したようにこの実施形態では、電子スロットル装置７を流れる外気、高温空気通路４３を流れる高温空気又はその外気とその高温空気との混合空気が、選択的に各燃焼室１５に導入されるようになっている。従って、従前のように燃料噴射制御や点火時期制御等のエンジン制御のために必要となる吸気量Ｇａは、単にエアフローメータ６５で検出される検出値のみで正確に求めることはできない。

そこで、この実施形態では、外気、高温空気又はそれらの混合空気の違いにかかわらず、エンジン制御を実行するために、各燃焼室１５に導入される吸気量Ｇａを正確に検出するために、ＥＣＵ６０が所定の吸気量算出処理を実行するようになっている。図３に、この吸気量算出処理の内容をフローチャートにより示す。

処理がこのルーチンへ移行すると、ステップ２００で、ＥＣＵ６０は、エアフローメータ６５及び吸気圧センサ６８の検出値に基づき外気量ＣＧａ及び吸気圧力ＰＭを取り込む。

次に、ステップ２１０で、ＥＣＵ６０は、上記の吸気温度制御で算出された目標高温空気開度ＴＶＯを取り込む。

次に、」ステップ２２０で、ＥＣＵ６０は、取り込まれた吸気圧力ＰＭと目標高温空気開度ＴＶＯに基づき高温空気量ＨＧａを推定する。ＥＣＵ６０は、例えば、所定のマップを参照することにより、この高温空気量ＨＧａを推定することができる。

そして、ステップ２３０で、ＥＣＵ６０は、取り込まれた外気量ＣＧａに推定された高温空気量ＨＧａを加算することにより、エンジン１の各燃焼室１５に導入される吸気量Ｇａを算出する。その後、ＥＣＵ６０は、処理をステップ２００へ戻す。

上記処理によれば、ＥＣＵ６０は、エンジン１の運転時に、吸気圧センサ６８による検出結果と、算出された目標高温空気開度ＴＶＯとに基づいて高温空気通路４３から吸気通路４（サージタンク８ａ）へ導入される高温空気量ＨＧａを推定するようになっている。また、ＥＣＵ６０は、エンジン１の運転時に、エアフローメータ６５により検出される外気量ＣＧａと、推定された高温空気量ＨＧａとを加算することにより、エンジン１に導入される吸気量Ｇａを算出するようになっている。

以上説明したこの実施形態における吸気温度制御装置によれば、エンジン１の運転時には、排気マニホルド９の周囲で加熱された高温空気がシュラウド４２により捕集されて高温空気通路４３へ流れる。ここで、吸気通路４に設けられた電子スロットル装置７の開度と高温空気通路４３に設けられた高温空気弁４４の開度がそれぞれエンジン１の運転状態に応じて制御される。すなわち、エンジン１の運転状態、すなわち、電子スロットル装置７より下流の吸気通路４（吸気マニホルド８）における吸気圧力ＰＭと、エンジン回転速度ＮＥとに基づいてエンジン１が要求する要求吸気量ＤＧａが算出される。また、エンジン１の運転状態、すなわち、外気入口６ａから吸気通路４へ導入される外気温度ＴＨＡＭ、電子スロットル装置７より下流の吸気通路４（吸気マニホルド８）における吸気温度ＴＨＡ及びエンジン回転速度ＮＥに基づいてエンジン１が要求する要求高温空気量ＤＨＧａが算出される。そして、算出された要求吸気量ＤＧａ及び要求高温空気量ＤＨＧａに基づいて高温空気弁４４の目標高温空気開度ＴＶＯと電子スロットル装置７の目標スロットル開度ＴＴＡが算出され、その算出された目標高温空気開度ＴＶＯに基づき高温空気弁４４が制御されると共に、その算出された目標スロットル開度ＴＴＡに基づき電子スロットル装置７が制御される。これにより、外気入口６ａからの外気、高温空気通路４３からの高温空気又はその外気とその高温空気との混合空気が選択的にエンジン１の各燃焼室１５に導入される。このため、エンジン１の各燃焼室１５に導入される吸気の温度が外気、高温空気又は混合空気との間で切り替えられ、その吸気温度をエンジン１の運転状態に適した温度に制御することができる。この結果、例えば、エンジン１の冷間始動時には、高温空気を吸気として各燃焼室１５に導入することで、エンジン１の燃費とエミッションを向上させることができる。また、エンジン１の暖機完了後には、比較的低温の外気を各燃焼室１５に導入することで、各燃焼室１５における空気の密度低下を抑えることができ、空燃比を適正に調整することができる。

また、この実施形態では、従来の装置とは異なり、高温空気を吸気通路４へ導入するために、高温空気通路４３の高温空気出口４３ｂが、エンジン１から離れたエアクリーナ６ではなく、エンジン１に比較的近い位置に配置された電子スロットル装置７より下流の吸気通路４（吸気マニホルド８）に接続される。従って、その高温空気出口４３ｂからエンジン１までの経路が比較的短くなり、高温空気が各燃焼室１５に導入されるまでの間に高温空気から奪われる熱が少なくなる。このため、エンジン１の各燃焼室１５に導入される高温空気の温度低下を抑えることができ、吸気温度制御に対する高温空気の熱的効果を高めることができる。

また、この実施形態では、エンジン１の運転時に、検出される吸気圧力ＰＭと、算出された目標高温空気開度ＴＶＯとに基づいて高温空気通路４３から吸気マニホルド８へ導入される高温空気量ＨＧａが推定される。そして、エアフローメータ６５により検出される外気量ＣＧａと、推定された高温空気量ＨＧａとを加算することにより、エンジン１に導入される吸気量Ｇａが算出される。従って、高温空気量ＨＧａを検出するための専用の検出手段を設けることなく、エンジン１に導入される吸気量Ｇａが得られる。このため、この吸気温度制御装置４１において、構成部品の増加を押さえながらエンジン１の各燃焼室１５に導入される吸気量を正確に求めることができる。

＜第２実施形態＞
次に、この発明の吸気温度制御装置を具体化した第２実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。

なお、以下の説明において、第１実施形態と同等の構成要素については同一の符号を付して説明を省略し、異なった点を中心に説明する。

この実施形態では、吸気温度制御装置４１の電気的な構成の点で第１実施形態と構成が異なる。図４に、この実施形態のガソリンエンジンシステムを概略構成図により示す。図４のエンジンシステムは、高温空気通路４３に、同通路４３を流れる高温空気量ＨＧａを検出するため高温エアフローメータ７０が設けられる点で、図１のエンジンシステムと構成が異なる。高温エアフローメータ７０は、その検出値に応じた電気信号をＥＣＵ６０へ向けて出力するようになっている。高温エアフローメータ７０は、本発明の高温空気量検出手段の一例に相当する。

図５に、この実施形態における吸気量算出処理の内容をフローチャートにより示す。処理がこのルーチンへ移行すると、ステップ３００で、ＥＣＵ６０は、エアフローメータ６５及び高温エアフローメータ７０の検出値に基づき外気量ＣＧａ及び高温空気量ＨＧａ取り込む。

そして、ステップ３１０で、ＥＣＵ６０は、それぞれ取り込まれた外気量ＣＧａと高温空気量ＨＧａを加算することにより、エンジン１の各燃焼室１５に導入される吸気量Ｇａを算出する。その後、ＥＣＵ６０は、処理をステップ３００へ戻す。

上記処理によれば、ＥＣＵ６０は、エンジン１の運転時に、エアフローメータ６５により検出される外気量ＣＧａと、高温エアフローメータ７０により検出される高温空気量ＨＧａと加算することにより、エンジン１に導入される吸気量Ｇａを算出するようになっている。

従って、この実施形態では、外気量ＣＧａがエアフローメータ６５により検出され、高温空気量ＨＧａが高温エアフローメータ７０により検出され、それら検出された外気量ＣＧａと高温空気量ＨＧａとの加算結果が吸気量Ｇａとして算出される。このため、吸気温度制御装置４１において、エンジン１の各燃焼室１５に導入される吸気量Ｇａを精度良く求めることができる。その他の作用効果は、第１実施形態のそれと基本的に同じである。

なお、この発明は前記各実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱することのない範囲で構成の一部を適宜に変更して実施することができる。

（１）前記各実施形態では、エンジン１の近傍に位置する排気通路５（排気マニホルド９）を加熱手段として使用したが、電気ヒータ等を加熱手段として使用することもできる。

（２）前記各実施形態では、本発明をＥＧＲ装置３１を備えたエンジンシステムに具体化したが、本発明をＥＧＲ装置を持たないエンジンシステムに具体化することもできる。

（３）前記各実施形態では、本発明をブローバイガス還元装置を備えたエンジンシステムに具体化したが、本発明をブローバイガス還元装置を持たないエンジンシステムに具体化することもできる。

この発明は、ガソリンエンジンシステムやディーゼルエンジンシステムに利用することができる。

１ エンジン
４ 吸気通路
５ 排気通路
６ エアクリーナ
６ａ 外気入口
８ 吸気マニホルド
４３ 高温空気通路
４３ａ 高温空気入口
４３ｂ 高温空気出口
４４ 高温空気弁
６０ ＥＣＵ（制御手段、目標開度算出手段、高温空気量推定手段、吸気量算出手段、第２の吸気量算出手段）
６４ 回転速度センサ（回転速度検出手段）
６５ エアフローメータ（外気量検出手段）
６７ 外気温センサ（外気温度検出手段）
６８ 吸気圧センサ（吸気圧力検出手段）
６９ 吸気温センサ（吸気温度検出手段）
７０ 高温エアフローメータ（高温空気量検出手段）

Claims (4)

1. エンジンに吸気を導入するための吸気通路と、
   前記吸気通路は、外気を導入するための外気入口を含むことと、
   前記エンジンに比較的近い位置にて前記吸気通路に設けられ、前記吸気通路を流れる吸気量を調節するための吸気量調節弁と、
   入口と出口を含み、高温空気を前記吸気通路に導入するための高温空気通路と
   を備え、前記外気入口からの前記外気、前記高温空気通路からの前記高温空気又は前記外気と前記高温空気との混合空気を選択的に前記エンジンに導入することにより前記エンジンに導入される前記吸気の温度を制御する吸気温度制御装置であって、
   前記高温空気を前記吸気通路へ導入するために前記高温空気通路の前記出口が前記吸気量調節弁より下流の前記吸気通路に接続されることと、
   前記高温空気通路には、前記高温空気通路を流れる高温空気量を調節するための高温空気弁が設けられることと、
   前記エンジンの運転状態に応じて、前記外気入口からの前記外気、前記高温空気通路からの前記高温空気又は前記外気と前記高温空気との混合空気を選択的に前記エンジンに導入するために、前記吸気量調節弁及び前記高温空気弁を制御するための制御手段と
   を備えたことを特徴とする吸気温度制御装置。
2. 前記外気入口から前記吸気通路へ導入される前記外気の温度を検出するための外気温度検出手段と、
   前記吸気量調節弁より下流の前記吸気通路における吸気の温度を検出するための吸気温度検出手段と、
   前記吸気量調節弁より下流の前記吸気通路における吸気の圧力を検出するための吸気圧力検出手段と、
   前記エンジンの回転速度を検出するための回転速度検出手段と、
   前記エンジンの運転時に、前記吸気圧力検出手段及び前記回転速度検出手段の検出結果に基づいて前記エンジンが要求する要求吸気量を算出すると共に、少なくとも前記外気温度検出手段、前記吸気温度検出手段及び前記回転速度検出手段の検出結果に基づいて前記エンジンが要求する要求高温空気量を算出し、算出された前記要求吸気量及び前記要求高温空気量に基づいて前記高温空気弁の第１目標開度と前記吸気量調節弁の第２目標開度を算出するための目標開度算出手段と
   を更に備え、前記制御手段は、算出された前記第１目標開度に基づき前記高温空気弁を制御すると共に、算出された前記第２目標開度に基づき前記吸気量調節弁を制御する
   ことを特徴とする請求項１に記載の吸気温度制御装置。
3. 前記吸気量調節弁を流れる外気量を検出するための外気量検出手段と、
   前記エンジンの運転時に、前記吸気圧力検出手段による検出結果と、算出された前記第１目標開度とに基づいて前記高温空気通路から前記吸気通路へ導入される前記高温空気量を推定するための高温空気量推定手段と、
   前記エンジンの運転時に、前記外気量検出手段により検出される外気量と、推定された前記高温空気量とを加算することにより前記エンジンに導入される吸気量を算出するための吸気量算出手段と
   を更に備えたことを特徴とする請求項２に記載の吸気温度制御装置。
4. 前記吸気量調節弁を流れる外気量を検出するための外気量検出手段と、
   前記高温空気通路を流れる高温空気量を検出するための高温空気量検出手段と、
   前記エンジンの運転時に、前記外気量検出手段により検出される外気量と、前記高温空気量検出手段により検出される高温空気量とを加算することにより前記エンジンに導入される吸気量を算出するための第２の吸気量算出手段と
   を更に備えたことを特徴とする請求項１に記載の吸気温度制御装置。

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