JP3671508B2 - 内燃機関および内燃機関のヘッド構造 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関および内燃機関のヘッド構造に係り、特に、電磁駆動装置によって駆動される弁体を備える内燃機関、および、かかる内燃機関のヘッド構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、例えば実開平６０−１５５７０８号に開示される如く、電磁駆動装置によって駆動される弁体を備える内燃機関が知られている。上記従来の内燃機関は、電磁力によって吸気弁および排気弁を駆動する電磁駆動装置を備えている。かかる内燃機関においては、従来より吸気弁および排気弁を駆動する機構として一般的に使用されていたカム機構を設けることなく、電磁駆動装置を電気的に制御することにより、吸気弁および排気弁を適切に作動させることができる。
【０００３】
上記従来の内燃機関において、電磁駆動装置は、シリンダヘッドに固定されている。シリンダヘッドの上部には、ヘッドカバーが配設されている。電磁駆動装置は、シリンダヘッドとヘッドカバーとに隔成される空間の内部に収納されている。かかるヘッド構造によれば、電磁駆動装置を、塵や埃等の異物から保護することができる。従って、上記従来の内燃機関によれば、吸気弁および排気弁の作動について高い信頼性を確保することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
吸気弁および排気弁の駆動機構として従来より用いられていたカム機構は、上述した電磁駆動装置と同様に、シリンダヘッドとヘッドカバーとで隔成される空間の内部に収納される。かかるカム機構には、カムシャフトの軸受け部やカムとシートとの接触部等の如く、内燃機関の運転中に摺動の生ずる部分が形成されている。このため、吸気弁および排気弁の駆動機構としてカム機構を備える内燃機関においては、シリンダヘッドとヘッドカバーとで隔成される空間を、カム機構の摺動部に潤滑油を供給するための空間として用いることが必要である。
【０００５】
これに対して、吸気弁および排気弁の駆動機構として電磁駆動装置を用いる内燃機関においては、シリンダヘッドとヘッドカバーとで隔成される空間を、潤滑油を供給するための空間として用いる必要がない。従って、かかる内燃機関においては、必ずしもシリンダヘッドとヘッドカバーとで隔成される空間を、カム機構を備える内燃機関の場合と同様に密閉空間とする必要はない。
【０００６】
本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、シリンダヘッドとヘッドカバーとで隔成される空間を吸気通路の一部とすることにより空間の有効利用を図る内燃機関および内燃機関のヘッド構造を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的は、請求項１に記載する如く、電磁駆動装置によって駆動される弁体を備える内燃機関のヘッド構造であって、
シリンダブロックに固定され、かつ、前記電磁駆動装置を把持するシリンダヘッドと、
前記シリンダヘッドの、前記シリンダブロックの反対側に、内燃機関の吸入空気取り入れ口と、吸気ポートとの双方に連通するサージタンクを隔成する隔壁と、
を備えると共に、
前記電磁駆動装置を前記サージタンク内に流入した吸入空気により冷却すべく、該電磁駆動装置の少なくとも一部が前記サージタンクの内部に収納されて該サージタンクに晒されている内燃機関のヘッド構造により達成される。
【０００８】
本発明において、弁体は電磁駆動装置を動力源として作動する。電磁駆動装置は、無給油で円滑に作動することができる。従って、電磁駆動装置が動力源である場合、前記シリンダヘッドと前記隔壁とで隔成される空間に潤滑油を供給する必要がない。内燃機関の吸気通路内に生ずる吸気の脈動の影響を抑制するためには、吸気通路内にサージタンクを設けることが必要である。本発明においては、前記シリンダヘッドと前記隔壁とによってサージタンクを形成することにより、空間の有効利用が図られている。
【００１０】
本発明において、電磁駆動装置は、少なくともその一部がサージタンクに晒されている。サージタンクの内部には、内燃機関の運転中常に吸入空気の流速が生じている。このため、電磁駆動装置は、その運転中常に、内燃機関に吸入される空気によって冷却される。
【００１１】
更に、請求項２に記載する如く、電磁駆動装置によって駆動される吸気弁を備える内燃機関において、
シリンダブロックに固定され、かつ、前記電磁駆動装置を把持するシリンダヘッドと、
前記シリンダヘッドの、前記シリンダブロックの反対側に、内燃機関の吸入空気取り入れ口と、吸気ポートとの双方に連通するサージタンクを隔成する隔壁と、
前記吸入空気取り入れ口と、前記吸気ポートとの間に配設される空気濾過部材と、
アクセル開度を検出するアクセル開度検出手段と、
前記吸気弁の開閉時期が、前記アクセル開度に応じた吸入空気量を実現する時期となるように、前記電磁駆動装置を制御する吸入空気量制御手段と、
を備えると共に、
前記電磁駆動装置を前記サージタンク内に流入した吸入空気により冷却すべく、該電磁駆動装置の少なくとも一部が前記サージタンクの内部に収納されて該サージタンクに晒されている内燃機関は、吸気通路の小型化を図るうえで有効である。
【００１２】
本発明において、吸入空気取り入れ口から吸引された空気は、シリンダヘッドと隔壁との間に隔成されるサージタンク、および空気濾過部材を通過して吸気ポートに到達する。内燃機関には、吸気ポートから、吸気弁の開閉時期に応じた量の空気が流入される。前記吸入空気量制御手段は、アクセル開度検出手段の検出結果に基づいて吸気弁の開閉時期を制御する。その結果、内燃機関に供給される吸入空気の量は、アクセル開度に応じた流量に制御される。
また、本発明において、電磁駆動装置は、少なくともその一部がサージタンクに晒されている。サージタンクの内部には、内燃機関の運転中常に吸入空気の流速が生じている。このため、電磁駆動装置は、その運転中常に、内燃機関に吸入される空気によって冷却される。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の一実施例である内燃機関１０の全体構成図を示す。内燃機関１０は、シリンダブロック１２を備えている。シリンダブロック１２の内部には、シリンダ１４およびウォータジャケット１６が形成されている。内燃機関１０は、複数のシリンダを備えて内燃機関である。図１は、複数のシリンダのうち一のシリンダ１４のみを表している。シリンダ１４の内部にはピストン１８が配設されている。ピストン１８は、シリンダ１４の内部を、図１における上下方向に摺動することができる。
【００１４】
シリンダ１４の上部には、シリンダブロック２０が固定されている。シリンダブロック２０には、吸気ポート２２および排気ポート２４が形成されている。吸気ポート２２および排気ポート２４は、各気筒毎に２つずつ設けられている。図１には、２つの吸気ポートおよび２つの排気ポートのうち、一の吸気ポート２２および一の排気ポート２４のみが表されている。
【００１５】
シリンダヘッド２０の底面、ピストン１８の上面、およびシリンダ１４の側壁は、燃焼室２６を隔成している。上述した吸気ポート２２および排気ポート２４は、共に燃焼室２６に開口している。吸気ポート２２の、燃焼室２６側の開口端部、および排気ポート２４の燃焼室２６側の開口端部には、それぞれバルブシート２８，３０が形成されている。
【００１６】
シリンダヘッド２０には、バルブシート２８に着座することにより、またはバルブシート２８から離座することにより、吸気ポート２２と燃焼室２６との導通状態を制御する吸気弁３２が配設されている。吸気弁３２には、弁軸３４が連結されている。シリンダヘッド２０には、弁軸３４を摺動可能に把持するバルブガイド３６、および弁軸３４をその軸方向に往復運動させる電磁駆動装置３８が配設されている。
【００１７】
また、シリンダヘッド２０には、バルブシート３０に着座することにより、またはバルブシート３０から離座することにより、排気ポート２４と燃焼室２６との導通状態を制御する排気弁４０が配設されている。排気弁４０には、弁軸４２連結されている。シリンダヘッド２０には、弁軸４２を摺動可能に把持するバルブガイド４４、および弁軸４２をその軸方向に往復運動させる電磁駆動装置４６が配設されている。
【００１８】
電磁駆動装置３８および４６は、同一の構成を備えている。以下、図２を参照して、それらの代表例として、電磁駆動装置３８の構成および動作について説明する。図２は、電磁駆動装置３８の全体構成を表す断面図を示す。尚、図２において図１に示す構成部分と同一の部分については、同一の符号を付してその説明を省略する。
【００１９】
図２に示す如く、電磁駆動装置３８は、弁軸３４の上端部に固定されるプランジャホルダ４８を備えている。プランジャホルダ４８は、例えばステンレス鋼やチタン合金等の如く、硬度が高く、かつ、非磁性或いは低い磁気特性を示す材料で構成された部材であり、弁軸３４の軸方向に延在する円筒部４８ａと、円筒部４８ａのほぼ軸方向中央部に形成されたリング部４８ｂとを備えている。
【００２０】
プランジャホルダ４８の下端部には、ロアリテーナ５０が固定されている。ロアリテーナ５０の下部にはロアスプリング５２が配設されている。ロアスプリング５２の下端は、シリンダヘッド２０に当接している。ロアスプリング５２は、ロアリテーナ５０を、すなわちプランジャホルダ４８を、図２における上方へ向けて付勢する。
【００２１】
プランジャホルダ４８の上端部には、アッパーリテーナ５４が固定されている。アッパーリテーナ５４の上部には、アッパースプリング５６の下端部が当接している。アッパースプリング５６の周囲には、その外周を取り巻くように円筒状のアッパーキャップ５７が配設されている。更に、アッパースプリング５６の上端部は、アッパーキャップ５７に螺着されるアジャストボルト５８に当接している。アッパースプリング５６は、アッパーリテーナ５４を、すなわち、プランジャホルダ４８を、図２における下方へ向けて付勢する。
【００２２】
プランジャホルダ４８の、リング部４８ｂの外周には、プランジャ６０が接合されている。プランジャ６０は、Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｏ等をベース材料とする軟磁性材料で構成されたドーナツ状の部材である。プランジャ６０の上方には、第１電磁コイル６２及び第１コア６４が配設されている。また、プランジャ６０の下方には、第２電磁コイル６６及び第２コア６８が配設されている。第１コア６４および第２コア６８は、共に磁性材料で構成された部材であり、それぞれ第１電磁コイル６２または第２電磁コイル６６を収納するための環状溝６４ａ，６８ａと、それらの中央部を軸方向に貫通する貫通孔６４ｂ，６８ｂとを備えている。
【００２３】
第１コア６４の貫通孔６４ｂの一端（図１に於ける上端）には第１ベアリング７０が配設されている。また、第２コア６８の貫通孔６８ｂの一端（図１に於ける下端）には第２ベアリング７２が配設されている。貫通孔６４ｂ，６８ｂに挿入されるプランジャホルダ４８の円筒部４８ａは、これら第１ベアリング７０および第２ベアリング７２によって摺動可能に保持されている。
【００２４】
第１ベアリング７０および第２ベアリング７２は、共に潤滑油の給油を必要としない乾式ベアリングである。第１ベアリング７０および第２ベアリング７２は、例えば、ＳｉＣ、ＳｉＣとカーボンとの複合体、Ｓｉ3 Ｎ4 、Ｓｉ3 Ｎ4 とＢＮとの複合体、フッ素系樹脂、或いは固体潤滑材等を材料として形成することができる。
【００２５】
第１コア６４および第２コア６８の外周には、外筒７４が配設されている。第１コア６４および第２コア６８は、両者間に所定の間隔が確保されるように、外筒７４により保持されている。また、上述したアッパーキャップ５７は、第１コア６４の上端面に固定されている。そして、上述したアジャスタボルト５８は、プランジャ６０の中立位置が、第１コア６４と第２コア６８との中間点となるように調整されている。
【００２６】
電磁駆動装置３８において、第１電磁コイル６２および第２電磁コイル６６に励磁電流が供給されていない場合は、プランジャ６０がその中立位置、すなわち、第１コア６４と第２コア６８との中間部に維持される。プランジャ６０が中立位置に維持されている状況下で第１電磁コイル６２に励磁電流を流通させると、第１電磁コイル６２の内外周を還流する磁界が発生する。この磁界は、第１コア６４、プランジャ６０、および第１コア６４とプランジャ６０との間のエアギャップからなる磁気回路を流通する磁束を発生させる。上記の如く発生される磁束は、プランジャ６０を第１コア６４側へ吸引する吸引力、すなわち、吸気弁３２を図２において上方へ変位させる吸引力を発生させる。
【００２７】
プランジャ６０に対して上記の吸引力が作用すると、プランジャ６０は、吸気弁３２と共に、アッパスプリング５６の付勢力に抗って図２における上方へ向けて変位する。そして、その変位は、プランジャ６０が第１コア６４と当接するまで継続される。吸気弁３２は、プランジャ６０が第１コア６４と当接する場合にシリンダヘッド２０のバルブシート２８に着座する。以下、プランジャ６０が第１コア６４に当接する状態を閉弁状態と、また、閉弁状態下でのプランジャ６０の位置および吸気弁３２の位置を、共に閉弁位置と称す。
【００２８】
プランジャ６０が閉弁位置に保持されている状態から、第１電磁コイル６２に供給されていた励磁電流が遮断されると、プランジャ６０に作用していた電磁力が消滅する。その結果、アッパスプリング５６の付勢力に起因して、プランジャ６０が図１における下方へ向けて変位し始める。プランジャ６０の変位量が所定値に達した時点で、第２電磁コイル６６に適当な励磁電流を流通させると、今度はプランジャ６０を第２コア６８側へ吸引する吸引力、すなわち、吸気弁３２を図２において下方へ変位させる吸引力が発生する。
【００２９】
プランジャ６０に対して上記の吸引力が作用すると、プランジャ６０は、吸気弁３２と共に、ロアスプリング５２の付勢力に抗って図２における下方へ向けて変位する。そして、その変位は、プランジャ６０が第２コア６８と当接するまで継続される。以下、プランジャ６０が第２コア６８に当接する状態を開弁状態と、また、開弁状態下でのプランジャ６０の位置および吸気弁３２の位置を、共に開弁位置と称す。
【００３０】
上述の如く、電磁駆動装置３８によれば、第１電磁コイル６２に所定電流を供給することにより吸気弁３２を閉弁位置に変位させることができると共に、第２電磁コイル６６に所定電流を供給することにより吸気弁３２を開弁位置に変位させることができる。従って、電磁駆動装置３８によれば、第１電磁コイル６２と第２電磁コイル６６とに交互に励磁電流を供給することにより、吸気弁３２を、開弁位置と閉弁位置との間で繰り返し往復運動させることができる。
【００３１】
本実施例において、排気弁４０を駆動する電磁駆動装置４６にも、上述した電磁駆動装置３８と同様に、潤滑油の供給を必要としない乾式ベアリングが使用されている。従って、内燃機関１０においては、電磁駆動装置３８，４６に潤滑油を供給することなく、吸気弁３２および排気弁４０を共に円滑に作動させることができる。
【００３２】
図１に示す如く、内燃機関１０は、シリンダヘッド２０の上部にヘッドカバー７６を備えている。ヘッドカバー７６は、シリンダヘッド２０の上部に空間７８を隔成している。シリンダヘッド２０に固定される電磁駆動装置３８，４６の上端部は、空間７８の内部に収納されている。
【００３３】
ヘッドカバー７６には、吸気枝管８０に連通する枝管側開口部７６ａが形成されている。吸気枝管８０は、その一端において吸気ポート２２に連通している。また、吸気枝管８０には吸気ポート２２に向けて燃料を噴射するインジェクタ８２が配設されている。枝管側開口部、吸気枝管、およびインジェクタは、内燃機関１０が備える吸気ポートの数と同数だけ形成されている。図１は、それらの枝管側開口部、吸気枝管、およびインジェクタのうち、吸気ポート２２に対応するものだけを表している。
【００３４】
ヘッドカバー７６には、吸気通路８２に連通する吸入側開口部７６ｂが形成されている。吸気通路８２は、その一端においてエアフィルタ８４に連通している。エアフィルタ８４の内部には、フィルタエレメント８４ａが配設されている。また、エアフィルタ８４には、吸入空気取り入れ口８４ｂが設けられている。吸気通路８２には、吸入空気取り入れ口８４ｂから吸入され、フィルタエレメント８４ａによって濾過された空気のみが供給される。
【００３５】
フィルタエレメント８４の下流側には、エアフロメータ８６が配設されている。エアフロメータ８６は、吸気通路８２の内部を流通する吸入空気量に応じた電気信号を出力する。吸気通路８２の内部には、アクセルペダルと連動して作動するスロットルバルブ８８が配設されている。吸気通路８２の内部を流通する吸入空気量は、スロットルバルブ８８によって制御される。
【００３６】
シリンダヘッド２０に形成された排気ポート２４には、排気通路９０が連通している。排気通路９０には、Ｏ2 センサ９２が配設されている。Ｏ2 センサ９２は、排気通路９０の内部を流通する排気ガス中の酸素濃度に応じた電気信号を出力するセンサである。排気ガス中の酸素濃度は、燃焼室２６に供給される混合気の空燃比が理論空燃比に比してリッチである場合に希薄となり、一方、燃焼室２６に供給される混合気の空燃比が理論空燃比に比してリーンである場合に濃厚となる。Ｏ2 センサ９２は、かかる酸素濃度の変化に対応して、混合気がリッチである場合にハイ信号を出力し、また、混合気がリーンである場合にロー信号を出力する。
【００３７】
排気通路９０には、触媒装置９４を介してマフラー９６が連通されている。触媒装置９４は、排気ガス中に含有されるＣＯ，ＨＯ等の未燃成分を酸化し、また、ＮＯX 等の酸化物を還元することにより、排気ガスの浄化を図る装置である。内燃機関１０から排出される排気ガスは、触媒装置９４によって浄化され、更にマフラー９６により消音された後大気中に排出される。
【００３８】
以下、本実施例の特徴部について説明する。本実施例の内燃機関１０は、シリンダヘッド２０とヘッドカバー７６とによって隔成される空間７８をサージタンクとして機能させている点に特徴を有している。内燃機関の吸気系を構成する際には、複数の気筒間に生ずる吸気干渉を緩和するために、吸入空気取り入れ口と各気筒の吸気ポートとの間に、十分に大きな容量を有するサージタンクを設ける必要がある。
【００３９】
内燃機関において、吸気弁および排気弁を駆動する機構としてカム機構が用いられる場合には、シリンダヘッドの上部にカム機構を収納する空間を確保する必要がある。また、カム機構を円滑に作動させるためには、カムシャフトの軸受け部やカムとシートとの接触部等に潤滑油を供給する必要があるため、シリンダヘッドの上部に確保される空間は、外部から密封されている必要がある。従って、かかる構造が採られる場合には、本実施例の内燃機関１０の如く、シリンダヘッド２０の上部に、吸気通路８２および吸気枝管８０に連通する空間７８を形成することはできない。
【００４０】
これに対して、本実施例の内燃機関１０においては、電磁駆動装置３８，４６に潤滑油を供給する必要がない。従って、シリンダヘッド１０の上方で潤滑油の散布を行う必要がなく、空間７８を、吸気通路８２および吸気枝管８０に連通させても、その構造に起因する弊害は何ら生じない。また、内燃機関１０において、空間７８には、複数の気筒のそれぞれに対応して配設される電磁駆動装置３８，４６の全てがその内部に収納されるように、十分な容積が与えられる。このため、空間７８によれば、サージタンクに要求される機能、すなわち、複数の気筒間に生ずる吸気干渉を緩和する機能を十分に達成することができる。
【００４１】
このように、本実施例の構造によれば、シリンダヘッド２０の上部にサージタンクとして機能する空間７８を隔成することにより、無駄な空間の有効利用を図ることができる。従って、本実施例の構造によれば、シリンダヘッド２０の上部空間と異なる部位にサージタンクを設ける構造が採られる場合に比して、内燃機関１０をコンパクト化することができる。
【００４２】
また、内燃機関１０において、電磁駆動装置３８，４６は、その上端部近傍が空間７８に晒されている。電磁駆動装置３８，４６の運転中、すなわち、内燃機関１０の運転中は、空間７８の内部に常に空気の流れが生じている。このため、空間７８に晒されている電磁駆動装置３８，４６は、それらの運転中常に空冷される。このため、本実施例の構造によれば、電磁駆動装置３８，４６の冷却効果に関しても優れた利益を得ることができる。
【００４３】
内燃機関１０において燃焼室２６内に発生する排気ガスは、バルブガイド３６と弁軸３４との間、およびバルブガイド４４と弁軸４２との間等を通ってシリンダヘッド１０上部の空間７８に到達する場合がある。シリンダヘッド１０上部の空間７８が外部空間から密閉されているとすれば、上記の如く空間７８に到達した排気ガスは、その後空間７８内に蓄積される。これに対して、本実施例の構造によれば、空間７８に流出する排気ガスを、吸気枝管８０および吸気ポート２２を介して再び燃焼室２６内に流入させることができる。このように、本実施例の構造は、シリンダヘッド２０上部の空間７８を常に清浄な状態に維持し得るという点で、かかる空間が密封されているものに比して優れている。
【００４４】
尚、上記の実施例においては、吸気弁３２および排気弁４０が前記請求項１記載の「弁体」に、シリンダヘッド２０の上方が前記請求項１記載の「前記シリンダヘッドの、前記シリンダブロックの反対側」に、空間７８が前記請求項１および２記載の「サージタンク」に、また、ヘッドカバー７６が前記請求項１記載の「隔壁」に、それぞれ相当している。
【００４５】
次に、図３を参照して本発明の第２実施例である内燃機関１００について説明する。内燃機関１００は、電子制御ユニット１０１（以下、ＥＣＵ１０１と称す）を備えている。内燃機関１００は、後述の如くＥＣＵ１０１によって制御される。
【００４６】
内燃機関１００は、ヘッドカバー１０２を備えている。ヘッドカバー１０２には、吸気枝管８０に連通する枝管側開口部１０２ａが形成されている。ヘッドカバー１０２には、内燃機関１００が備える吸気ポートの数と同数の枝管側開口部が形成されている。図３は、それらの枝管側開口部のうち、吸気ポート２２に対応するものだけを表している。
【００４７】
ヘッドカバー１０２には、吸入空気取り入れ口１０２ｂが形成されている。また、ヘッドカバー１０２の内部にはフィルタエレメント１０４が配設されている。フィルタエレメント１０４は、ヘッドカバー１０２の内部空間を、吸入空気取り入れ口１０２ｂに連通する第１空間１０６と、枝管側開口部１０２ａに連通する第２空間１０８とに２分する。
【００４８】
ヘッドカバー１０２には、第２空間１０８の内圧を検出する大気圧センサ１１０、および第２空間１０８内部の温度を検出する吸気温センサ１１２が配設されている。大気圧センサ１１０および吸気温センサ１１２の出力信号は、ＥＣＵ１０１に供給される。ＥＣＵ１０１は、大気圧センサ１１０の出力信号に基づいて大気圧Ｐair を、また、吸気温センサ１１２の出力信号に基づいて内燃機関１００に吸入される空気の温度（吸気温ＴＨＡ）を検出する。
【００４９】
内燃機関１００は、燃焼室２６に生ずる燃焼圧Ｐfrに応じた電気信号を出力する燃焼圧センサ１１４、および内燃機関１００の機関回転数ＮＥに応じた周期でパルス信号を発生するＮＥセンサ１１６を備えている。燃焼圧センサ１１４およびＮＥセンサ１１６の出力信号は、Ｏ2 センサ９２の出力信号と同様に、ＥＣＵ１０１に供給されている。ＥＣＵ１０１は、燃焼圧センサ１１４、ＮＥセンサ１１６、およびＯ2 センサ９２の出力信号に基づいて内燃機関１００の運動状態を検出する。
【００５０】
また、ＥＣＵ１０１には、アクセル開度センサ１１８が接続されている。アクセル開度センサ１１８は、アクセルペダル１２０に連結されている。アクセル開度センサ１１８は、アクセル開度Ａacc に応じた電気信号を出力し、その信号をＥＣＵ１０１に供給する。ＥＣＵ１０１は、アクセル開度センサ１１８の出力信号に基づいて運転者のアクセル操作状態を検出する。
【００５１】
ＥＣＵ１０１は、運転者のアクセル操作の状態に応じて吸気弁３２の開閉時期を制御することにより、燃焼室２６に吸入される空気の量を運転者のアクセル操作の状態に応じた量に制御する。また、ＥＣＵ１０１は、吸入空気量、燃焼圧センサ１１４の出力値、およびＯ2 センサ９２の出力値に基づいて、所望の空燃比が得られるように燃料噴射量ＴＡＵを制御する。尚、ＥＣＵ１０１が実行する制御の内容については後に詳説する。
【００５２】
本実施例の内燃機関１００においては、シリンダヘッド２０、ヘッドカバー１０２およびフィルタエレメント１０４によって隔成される第２空間１０８がサージタンクとして機能している。すなわち、第２空間１０８は、フィルタエレメント１０４を介して吸入空気取り入れ口１０２ｂに連通していると共に、枝管側開口部１０２ａを介して吸気枝管８０に連通している。更に、第２空間１０８には、内燃機関１００が備える全ての電磁駆動装置３８，４６を収納し得る程度の十分な容積が与えられている。このため、第２空間１０８によれば、サージタンクに要求される機能、すなわち、複数の気筒間に生ずる吸気干渉を緩和する機能を十分に達成することができる。
【００５３】
また、内燃機関１００においては、上述の如く、エアフロメータ８６およびスロットルバルブ８８を用いることなく、吸入空気量を所望の値に制御し、かつ、その値を検知することができる。このため、内燃機関１００においては、その吸気系に必要とされる構成要素の全てをヘッドカバー１０２の内部に収納することが可能とされている。このように、本実施例の構造によれば、図１に示す内燃機関１０に比して更にコンパクトな内燃機関１００を実現することができる。
【００５４】
尚、電磁駆動装置３８，４６の冷却効果に関する利益、および、シリンダヘッド２０上部空間１０８を常に清浄に維持し得るという利益については、上記図１に示す内燃機関１０と同様に、本実施例の内燃機関１００によっても得ることができる。
【００５５】
以下、図４乃至図９を参照して、内燃機関１００の運動状態を制御すべくＥＣＵ１０１が実行する処理の内容について説明する。図４は、吸入空気量をアクセルペダル１２０の操作状態に応じた量に制御し、かつ、燃料噴射量を所望の空燃比を実現し得る量に制御するためにＥＣＵ１０１が実行する制御ルーチンの一例のフローチャートを示す。
【００５６】
図４に示すルーチンは、内燃機関１００のクランク角が基準クランク角に一致する毎に起動される。図４に示すルーチンが起動されると、先ずステップ２００において、吸気温センサ１１２から吸気温ＴＨＡを表す信号が読み込まれる。図５は、吸気温ＴＨＡと空気密度との関係示す。図５に示す如く、燃焼室２６に吸入される空気の密度は、吸気温ＴＨＡが高いほど低下する。上述の如く、ＥＣＵ１０１は吸気弁３２の開閉時期を制御することにより吸入空気量を制御する。ＥＣＵ１０１は、ＴＨＡが高温であるほど吸気弁３２の開弁時間を長く補正することにより、吸入空気量の質量流量が、空気密度の変化に影響されるのを防止する。
【００５７】
上記の処理が終了すると、次にステップ２０２の処理が実行される。ステップ２０２では、大気圧センサ１１０から、大気圧Ｐair を表す信号が読み込まれる。図６は、大気圧Ｐair と空気密度との関係を示す。図６に示す如く、燃焼室２６に吸入される空気の密度は、大気圧Ｐair が高圧であるほど高くなる。ＥＣＵ１０１は、Ｐair が高圧であるほど吸気弁３２の開弁時間を短く補正することにより、吸入空気量の質量流量が、大気圧の変化に影響されるのを防止する。
【００５８】
次に、ステップ２０４では、アクセル開度センサ１１８からアクセル開度Ａacc を表す信号が読み込まれる。アクセル開度Ａacc は、運転者が内燃機関１００に対して大きな出力を要求している場合に大きく、大きな出力を要求していない場合に小さくなる。
【００５９】
図７は、ＥＣＵ１０１において用いられる開弁基準値Ｔop0 とアクセル開度Ａacc との関係を表すマップの一例を示す。ＥＣＵ１０１は、図７に示すマップを参照してアクセル開度Ａacc に対する開弁基準値Ｔop0 を算出し、その開弁基準値Ｔop0 に基づいて吸気弁３２の開弁時間Ｔopを設定する。
【００６０】
図７に示す如く、開弁基準値Ｔop0 は、アクセル開度Ａacc が大きいほど長時間となる。このため、吸気弁３２の開弁時間Ｔopは、アクセル開度Ａacc が大きいほど、すなわち、内燃機関１００に対して要求されている出力が大きいほど長時間となる。
【００６１】
ところで、内燃機関１００は、各気筒に対して２つづつ吸気弁が配設されている。本実施例においては、図７に示す如く、アクセル開度Ａacc が所定開度Ａacc0に比して小さい領域を１弁作動領域、すなわち、２つの吸気弁のうち１つだけを開閉させる領域とし、また、アクセル開度Ａacc が所定開度Ａacc0以上となる領域を２弁作動領域、すなわち、２つの吸気弁を共に開閉させる領域としている。このため、内燃機関１００においては、吸入空気量が少量である領域から、吸入空気量が多量である領域まで、広範な範囲で吸入空気量を精度良く制御することができる。
【００６２】
ステップ２０４の処理が終了すると、次にステップ２０６において、ＮＥセンサ１１６から機関回転数ＮＥを表す信号が入力される。そして、続くステップ２０８において、吸気弁３２の開閉時期が設定される。吸気弁３２の開閉時期は、内燃機関１００の回転角が所定回転角に到達した後、内燃機関１００が更に所定回転角だけ回転する間吸気弁３２が開弁状態に維持されるように設定される。また、吸気弁３２が開弁状態に維持される時間（厳密には吸気弁３２を開弁状態に維持すべき開弁角）Ｔopは、図７に示すマップから得られた基準開弁時間Ｔop0 と、ＴＨＡおよびＰair に基づいて設定される補正係数Ｋとを乗算することにより求められる。
【００６３】
次にステップ２１０では、燃料噴射量ＴＡＵの基準値ＴＡＵ0 が演算される。図８は、ＥＣＵ１０１がＴＡＵ0 を演算する際に参照するマップの一例を示す。ＥＣＵ１０１は、アクセル開度Ａacc および機関回転数ＮＥに基づいて、内燃機関１００の燃焼室２６に吸入される混合気が所望の空燃比（本実施例においては理論空燃比）となるように基準値ＴＡＵ0 を演算する。そして、前回の処理時に設定された補正項δを基準値ＴＡＵ0 に加算することにより燃料噴射量ＴＡＵを求める。
【００６４】
ステップ２１１では、上記の如く設定された吸気弁３２の開弁時期および燃料噴射量ＴＡＵに対する燃焼圧Ｐfrを表す信号が燃焼圧センサ１１４から読み込まれる。また、続くステップ２１２では、上記の設定に従って生成された混合気の空燃比を表す信号がＯ2 センサ９２から読み込まれる。
【００６５】
吸入空気量および燃料噴射量が共に適正な値に制御されていれば、燃焼圧Ｐfrは、アクセル開度Ａacc に対応した適正値となり、かつ、空燃比は、ほぼ理論空燃比となる。従って、燃焼圧Ｐfrと適正値との大小関係、および、空燃比と理論空燃比との大小関係を比較すれば、吸入空気量の過不足状態、および燃料噴射量ＴＡＵの過不足状態を検知することができる。
【００６６】
上記の解析を実行すべく、先ずステップ２１４では、燃焼圧Ｐfrが適正値に過度に大きいか否かが判別される。その結果、燃焼圧Ｐfrが過度に大きいと判別される場合は、内燃機関１００に対して燃料または空気が過剰に供給されていると判断される。かかる判別がなされた場合は、更にステップ２１６において、空燃比が燃料リッチであるか否かが判別される。
【００６７】
上述の如く、Ｏ2 センサ９２は、排気ガス中の酸素濃度、すなわち、燃焼室２６に供給される混合気の空燃比に応じた出力信号を発するセンサである。図９は、Ｏ2 センサ９２の出力信号と混合気の空燃比との関係を示す。図９に示す如く、Ｏ2 センサ９２は、混合気の空燃比が理論空燃比に比して燃料リッチである場合はハイ出力（≧ＶH ）を、また、混合気の空燃比が理論空燃比に比して燃料リーンである場合はロー出力（≦ＶL ）をそれぞれ発生する。
【００６８】
ＥＣＵ１０１は、上記ステップ２１６において、Ｏ2 センサ９２の出力電圧がＶH 以上である場合に混合気が燃料リッチであると判別する。この場合ＥＣＵ１０１は、内燃機関１００に対して燃料が過剰に供給されていると判断し、続くステップ２１８で燃料噴射量ＴＡＵの補正項δを所定量だけ減量した後に、今回のルーチンを終了する。
【００６９】
一方、上記ステップ２１６で、Ｏ2 センサ９２の出力電圧がＶH より小さいと判別された場合は、混合気の空燃比が燃料リッチではないと判別される。この場合、ＥＣＵ１０１は、内燃機関１００に対して空気が過剰に供給されていると判断し、続くステップ２２０で吸気弁３２の開弁時間に関する補正項Ｋを所定量だけ減量した後に、今回のルーチンを終了する。
【００７０】
次に、上記ステップ２１４において、燃焼圧Ｐfrが過度に大きくないと判別された場合について説明する。かかる判別がなされた場合は、次にステップ２２２において、燃焼圧Ｐfrが過度に小さくないか否かが判別される。その結果、燃焼圧Ｐfrが過度に小さいと判別される場合は、燃料噴射量ＴＡＵまたは吸入空気量が不測していると判断される。かかる判別がなされた場合は、更にステップ２２４において、空燃比が燃料リーンであるか否かが判別される。
【００７１】
ステップ２２４において、Ｏ2 センサ９２の出力電圧がＶL 以下である場合は混合気が燃料リーンであると判別される。この場合ＥＣＵ１０１は、内燃機関１００に対して十分な燃料が供給されていないと判断し、続くステップ２２６で燃料噴射量ＴＡＵの補正項δを所定量だけ増量した後に、今回のルーチンを終了する。
【００７２】
一方、上記ステップ２２４で、Ｏ2 センサ９２の出力電圧がＶL より大きいと判別された場合は、混合気の空燃比が燃料リーンではないと判別される。この場合、ＥＣＵ１０１は、内燃機関１００に対して十分な空気が供給されていないと判断し、続くステップ２２８で吸気弁３２の開弁時間に関する補正項Ｋを所定量だけ増量した後に、今回のルーチンを終了する。
【００７３】
次に、上記ステップ２２２において、燃焼圧Ｐfrが過度に小さくないと判別された場合について説明する。本ルーチンにおいては、燃焼圧Ｐfrが適正な値である場合に上記の判別がなされる。この場合、次にステップ２３０で、混合気の空燃比が燃料リッチであるか否かが判別される。その結果、空燃比が燃料リッチであると判別された場合は、ステップ２３２において燃料噴射量ＴＡＵの補正項δが所定量だけ減量された後に、今回のルーチンが終了される。
【００７４】
一方、上記ステップ２３２において、混合気の空燃比が燃料リッチでないと判別された場合は、ステップ２３４において、更に空燃比が燃料リーンであるか否かが判別される。その結果、空燃比が燃料リーンであると判別された場合は、ステップ２３６において燃料噴射量ＴＡＵの補正項δが所定量だけ減量された後に、今回のルーチンが終了される。
【００７５】
上記の処理によれば、燃焼圧センサ１１４の出力信号、およびＯ2 センサ９２の出力信号に基づいて、吸入空気量および燃料噴射量ＴＡＵが、燃焼室２６に吸入される混合気の空燃比を理論空燃比近傍とし、かつ、アクセル開度Ａacc に応じた適正な燃焼圧Ｐfrを発生させる適正な値にフィードバック制御される。従って、内燃機関１００によれば、上記図１に示す内燃機関１０と同程度に、良好な排気エミッションと、優れた操作フィーリングとを得ることができる。このように、本実施例の構造によれば、内燃機関に特性上の悪影響を与えることなく、吸気系をコンパクト化することができる。
【００７６】
尚、上記の実施例においては、吸気弁３２および排気弁４０が前記請求項１記載の「弁体」に、シリンダヘッド２０の上方が前記請求項１記載の「前記シリンダヘッドの、前記シリンダブロックの反対側」に、第２空間１０８が前記請求項１記載の「サージタンク」に、また、ヘッドカバー１０２が前記請求項１および２記載の「隔壁」にそれぞれ相当している。また、上記の実施例においては、フィルタエレメント１０４が前記請求項２記載の空気濾過部材に、アクセル開度センサ１１８が前記請求項２記載のアクセル開度検出手段にそれぞれ相当している。更に、上記の実施例においては、ＥＣＵ１０１が上記ステップ２００〜２０８の処理を実行することにより前記請求項２記載の吸入空気量制御手段が実現される。
【００７７】
次に、図１０および図１１を参照して、本発明の第３実施例である内燃機関１３０について説明する。尚、図１０および図１１において、上記図１または図３に示す構成部分と同一の部分には、同一の符号を付してその説明を省略する。
図１０は、本実施例の内燃機関１３０の要部の構造を表す断面図を示す。内燃機関１３０は、シリンダヘッド１３２、電磁駆動装置１３４および１３６、およびへっどカバー１３８を備えている。電磁駆動装置１３４および１３６は、それぞれコネクタ１４０，１４２を備えている。コネクタ１４０の内部には電磁駆動装置１３４の第１電磁コイル６２および第２電磁コイル６６に接続されるターミナル１４０-1〜１４０-4が保持されている。また、コネクタ１４２の内部には電磁駆動装置１３６の第１電磁コイル６２および第２電磁コイル６６に接続されるターミナル１４２-1〜１４２-4が保持されている。
【００７８】
シリンダヘッド１３２は、これらのコネクタ１４０および１４２がその内部に収納することができるように設計されている。また、コネクタ１４０および１４２は、シリンダヘッド１３２の内部に電磁駆動装置１３４および１３６が収納された際に、コネクタ１４０および１４２の上端部がシリンダヘッド１３２の上方に突出するように設計されている。
【００７９】
ヘッドカバー１３８の内部には、吸音材１４３が貼付されていると共に、嵌合部１４４，１４６が形成されている。嵌合部１４４，１４６は上述したコネクタ１４０，１４２と嵌合する部材であり、その内部に、コネクタ１４０，１４２のターミナル１４０-1〜１４０-4，１４２-1〜１４２-4と電気的に接続されるターミナル１４４ａ，１４６ａを備えている。
【００８０】
ヘッドカバー１３８は、内燃機関１３０が備える全ての電磁駆動装置に対応して嵌合部を備えている。また、ヘッドカバー１３８は、その外側に、集中コネクタ１４８を備えている。嵌合部に内蔵される全てのターミナルは、ヘッドカバー１３８の内壁に沿って敷設され、集中コネクタ１４８に導かれている。従って、内燃機関１３０によれば、集中コネクタ１４８をワイヤーハーネスに接続させるだけで、全ての電磁駆動装置と外部装置とを接続状態とすることができる。このため、本実施例の構造によれば、内燃機関１３０の組み付け作業性の向上を図ることができる。
【００８１】
ところで、内燃機関１３０は、各気筒のそれぞれに対応して４つの電磁駆動装置を備えている。電磁駆動装置と集中コネクタ１４８との距離は、全ての電磁駆動装置についえ同一ではない。このため、集中コネクタ１４８と各電磁駆動装置との間に介在するターミナルの長さは、個々の電磁駆動装置に対して相違している。ターミナルの電気抵抗はその長さに比例する。従って、個々の電磁駆動装置に接続されるターミナルが、長さ以外の点で同一であるとすれば、個々の電磁駆動装置毎に異なる電圧の信号が供給されることになる。内燃機関１３０においては、個々の電磁駆動装置に接続されるターミナルの幅を異ならしめることにより、上記の不都合の発生を回避している。
【００８２】
図１１は、集中コネクタ１４８と、集中コネクタ１４８に導かれる複数のターミナル１５０-1〜１５０-6とを拡大して表した図を示す。図１１において、ターミナル１５０-1および１５０-2は、集中コネクタ１４８から最も離れた位置に存在する電磁駆動装置に接続されるターミナルである。また、ターミナル１５０-5および１５０-6は、最も集中コネクタ１４８に近接した位置に存在する電磁駆動装置に接続されるターミナルである。
【００８３】
ターミナル１５０-1〜１５０-6の電気抵抗は、それらの長さに比例すると共に、それらの断面積に反比例する。本実施例において、ターミナル１５０-1〜１５０-6の幅は、それらの電気抵抗が全て実質的に同一となるように、ターミナル１５０-1，１５０-2の幅がターミナル１５０-3，１５０-4の幅に比して広く、また、ターミナル１５０-3，１５０-4の幅がターミナル１５０-5，１５０-6の幅に比して広く設定されている。従って、本実施例の構造によれば、集中コネクタ１４８を用いつつ、全ての電磁駆動装置に対して均一な電圧を付与することができる。
【００８４】
ところで、本実施例の内燃機関１３０において、シリンダヘッド１３２とヘッドカバー１３８とで隔成される空間１５２は、上記図１に示す空間７８および上記図３に示す第２空間１０８と同様にサージタンクとして機能する。このため、本実施例の構造によっても、上述した第１および第２実施例の場合と同様に、コンパクトな吸気系を構成することができる。
【００８５】
尚、上記の実施例においては、吸気弁３２および排気弁４０が前記請求項１記載の「弁体」に、シリンダヘッド１３２の上方が前記請求項１記載の「前記シリンダヘッドの、前記シリンダブロックの反対側」に、空間１５２が前記請求項１および２記載の「サージタンク」に、また、ヘッドカバー１３８が前記請求項１記載の「隔壁」に、それぞれ相当している。
【００８６】
【発明の効果】
上述の如く、請求項１記載の発明によれば、シリンダヘッドと隔壁との間に隔成される空間を、内燃機関のサージタンクとして利用することができる。従って、本発明に係る内燃機関のヘッド構造によれば、エンジンルーム内の空間の利用効率を高めることができる。また、電磁駆動装置を、サージタンクの内部を流通する吸入空気によって冷却することができる。従って、本発明に係る内燃機関のヘッド構造によれば、内燃機関の運転中常に、電磁駆動装置を適切に冷却することができる。
【００８７】
請求項２記載の発明によれば、吸気通路内に、吸入空気量を測定するセンサ、および、吸入空気量を制御するスロットルバルブを設けることなく、内燃機関に供給される吸入空気の量を、運転者の操作量に応じた流量に制御することができる。従って、本発明に係る内燃機関によれば、内燃機関の吸気通路を極めてコンパクトに実現することができる。また、電磁駆動装置を、サージタンクの内部を流通する吸入空気によって冷却することができる。従って、本発明に係る内燃機関によれば、内燃機関の運転中常に、電磁駆動装置を適切に冷却することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例である内燃機関のシステム構成図である。
【図２】図１に示す内燃機関が備える電磁駆動装置の全体構成を表す断面図である。
【図３】本発明の第２実施例である内燃機関のシステム構成図である。
【図４】図３に示す電子制御ユニットにおいて実行される制御ルーチンの一例のフローチャートである。
【図５】空気密度と吸気温ＴＨＡとの関係を示す特性図である。
【図６】空気密度と大気圧Ｐair との関係を示す特性図である。
【図７】吸気弁の開弁時間の基準値Ｔop0 とアクセル開度Ａacc との関係を示す特性図である。
【図８】図３に示す電子制御ユニットにおいて燃料噴射量の基準値ＴＡＵ0 を算出する際に参照されるマップの一例である。
【図９】図３に示す内燃機関が備えるＯ2 センサの出力特性を表す図である。
【図１０】本発明の第３実施例である内燃機関の要部の構造を表す断面図である。
【図１１】図１０に示す内燃機関が備える集中コネクタの周辺構造を表す図である。
【符号の説明】
１０，１００，１３０ 内燃機関
１２ シリンダブロック
２０ シリンダヘッド
２２ 吸気ポート
２６ 燃焼室
３２ 吸気弁
３８，４６ 電磁駆動装置
４０ 排気弁
７６，１０２，１３８ ヘッドカバー
７６ａ，１０２ａ 枝管側開口部
７６ｂ 吸入側開口部
８０ 吸気枝管
８２ 吸気通路
８４ エアフィルタ
８４ａ，１０４ フィルタエレメント
８４ｂ，１０２ｂ 吸入空気取り入れ口
９２ Ｏ2 センサ
９４ 触媒装置
１０１ 電子制御ユニット（ＥＣＵ）
１０８ 第２空間
１１０ 大気圧センサ
１１２ 吸気温センサ
１１４ 燃焼圧センサ
１１６ ＮＥセンサ
１１８ アクセル開度センサ
１４０，１４２ コネクタ
１４４，１４６ 嵌合部
１４８ 集中コネクタ
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関および内燃機関のヘッド構造に係り、特に、電磁駆動装置によって駆動される弁体を備える内燃機関、および、かかる内燃機関のヘッド構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、例えば実開平６０−１５５７０８号に開示される如く、電磁駆動装置によって駆動される弁体を備える内燃機関が知られている。上記従来の内燃機関は、電磁力によって吸気弁および排気弁を駆動する電磁駆動装置を備えている。かかる内燃機関においては、従来より吸気弁および排気弁を駆動する機構として一般的に使用されていたカム機構を設けることなく、電磁駆動装置を電気的に制御することにより、吸気弁および排気弁を適切に作動させることができる。
【０００３】
上記従来の内燃機関において、電磁駆動装置は、シリンダヘッドに固定されている。シリンダヘッドの上部には、ヘッドカバーが配設されている。電磁駆動装置は、シリンダヘッドとヘッドカバーとに隔成される空間の内部に収納されている。かかるヘッド構造によれば、電磁駆動装置を、塵や埃等の異物から保護することができる。従って、上記従来の内燃機関によれば、吸気弁および排気弁の作動について高い信頼性を確保することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
吸気弁および排気弁の駆動機構として従来より用いられていたカム機構は、上述した電磁駆動装置と同様に、シリンダヘッドとヘッドカバーとで隔成される空間の内部に収納される。かかるカム機構には、カムシャフトの軸受け部やカムとシートとの接触部等の如く、内燃機関の運転中に摺動の生ずる部分が形成されている。このため、吸気弁および排気弁の駆動機構としてカム機構を備える内燃機関においては、シリンダヘッドとヘッドカバーとで隔成される空間を、カム機構の摺動部に潤滑油を供給するための空間として用いることが必要である。
【０００５】
これに対して、吸気弁および排気弁の駆動機構として電磁駆動装置を用いる内燃機関においては、シリンダヘッドとヘッドカバーとで隔成される空間を、潤滑油を供給するための空間として用いる必要がない。従って、かかる内燃機関においては、必ずしもシリンダヘッドとヘッドカバーとで隔成される空間を、カム機構を備える内燃機関の場合と同様に密閉空間とする必要はない。
【０００６】
本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、シリンダヘッドとヘッドカバーとで隔成される空間を吸気通路の一部とすることにより空間の有効利用を図る内燃機関および内燃機関のヘッド構造を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的は、請求項１に記載する如く、電磁駆動装置によって駆動される弁体を備える内燃機関のヘッド構造であって、
シリンダブロックに固定され、かつ、前記電磁駆動装置を把持するシリンダヘッドと、
前記シリンダヘッドの、前記シリンダブロックの反対側に、内燃機関の吸入空気取り入れ口と、吸気ポートとの双方に連通するサージタンクを隔成する隔壁と、
を備えると共に、
前記電磁駆動装置を前記サージタンク内に流入した吸入空気により冷却すべく、該電磁駆動装置の少なくとも一部が前記サージタンクの内部に収納されて該サージタンクに晒されている内燃機関のヘッド構造により達成される。
【０００８】
本発明において、弁体は電磁駆動装置を動力源として作動する。電磁駆動装置は、無給油で円滑に作動することができる。従って、電磁駆動装置が動力源である場合、前記シリンダヘッドと前記隔壁とで隔成される空間に潤滑油を供給する必要がない。内燃機関の吸気通路内に生ずる吸気の脈動の影響を抑制するためには、吸気通路内にサージタンクを設けることが必要である。本発明においては、前記シリンダヘッドと前記隔壁とによってサージタンクを形成することにより、空間の有効利用が図られている。
【００１０】
本発明において、電磁駆動装置は、少なくともその一部がサージタンクに晒されている。サージタンクの内部には、内燃機関の運転中常に吸入空気の流速が生じている。このため、電磁駆動装置は、その運転中常に、内燃機関に吸入される空気によって冷却される。
【００１１】
更に、請求項２に記載する如く、電磁駆動装置によって駆動される吸気弁を備える内燃機関において、
シリンダブロックに固定され、かつ、前記電磁駆動装置を把持するシリンダヘッドと、
前記シリンダヘッドの、前記シリンダブロックの反対側に、内燃機関の吸入空気取り入れ口と、吸気ポートとの双方に連通するサージタンクを隔成する隔壁と、
前記吸入空気取り入れ口と、前記吸気ポートとの間に配設される空気濾過部材と、
アクセル開度を検出するアクセル開度検出手段と、
前記吸気弁の開閉時期が、前記アクセル開度に応じた吸入空気量を実現する時期となるように、前記電磁駆動装置を制御する吸入空気量制御手段と、
を備えると共に、
前記電磁駆動装置を前記サージタンク内に流入した吸入空気により冷却すべく、該電磁駆動装置の少なくとも一部が前記サージタンクの内部に収納されて該サージタンクに晒されている内燃機関は、吸気通路の小型化を図るうえで有効である。
【００１２】
本発明において、吸入空気取り入れ口から吸引された空気は、シリンダヘッドと隔壁との間に隔成されるサージタンク、および空気濾過部材を通過して吸気ポートに到達する。内燃機関には、吸気ポートから、吸気弁の開閉時期に応じた量の空気が流入される。前記吸入空気量制御手段は、アクセル開度検出手段の検出結果に基づいて吸気弁の開閉時期を制御する。その結果、内燃機関に供給される吸入空気の量は、アクセル開度に応じた流量に制御される。
また、本発明において、電磁駆動装置は、少なくともその一部がサージタンクに晒されている。サージタンクの内部には、内燃機関の運転中常に吸入空気の流速が生じている。このため、電磁駆動装置は、その運転中常に、内燃機関に吸入される空気によって冷却される。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の一実施例である内燃機関１０の全体構成図を示す。内燃機関１０は、シリンダブロック１２を備えている。シリンダブロック１２の内部には、シリンダ１４およびウォータジャケット１６が形成されている。内燃機関１０は、複数のシリンダを備えて内燃機関である。図１は、複数のシリンダのうち一のシリンダ１４のみを表している。シリンダ１４の内部にはピストン１８が配設されている。ピストン１８は、シリンダ１４の内部を、図１における上下方向に摺動することができる。
【００１４】
シリンダ１４の上部には、シリンダブロック２０が固定されている。シリンダブロック２０には、吸気ポート２２および排気ポート２４が形成されている。吸気ポート２２および排気ポート２４は、各気筒毎に２つずつ設けられている。図１には、２つの吸気ポートおよび２つの排気ポートのうち、一の吸気ポート２２および一の排気ポート２４のみが表されている。
【００１５】
シリンダヘッド２０の底面、ピストン１８の上面、およびシリンダ１４の側壁は、燃焼室２６を隔成している。上述した吸気ポート２２および排気ポート２４は、共に燃焼室２６に開口している。吸気ポート２２の、燃焼室２６側の開口端部、および排気ポート２４の燃焼室２６側の開口端部には、それぞれバルブシート２８，３０が形成されている。
【００１６】
シリンダヘッド２０には、バルブシート２８に着座することにより、またはバルブシート２８から離座することにより、吸気ポート２２と燃焼室２６との導通状態を制御する吸気弁３２が配設されている。吸気弁３２には、弁軸３４が連結されている。シリンダヘッド２０には、弁軸３４を摺動可能に把持するバルブガイド３６、および弁軸３４をその軸方向に往復運動させる電磁駆動装置３８が配設されている。
【００１７】
また、シリンダヘッド２０には、バルブシート３０に着座することにより、またはバルブシート３０から離座することにより、排気ポート２４と燃焼室２６との導通状態を制御する排気弁４０が配設されている。排気弁４０には、弁軸４２連結されている。シリンダヘッド２０には、弁軸４２を摺動可能に把持するバルブガイド４４、および弁軸４２をその軸方向に往復運動させる電磁駆動装置４６が配設されている。
【００１８】
電磁駆動装置３８および４６は、同一の構成を備えている。以下、図２を参照して、それらの代表例として、電磁駆動装置３８の構成および動作について説明する。図２は、電磁駆動装置３８の全体構成を表す断面図を示す。尚、図２において図１に示す構成部分と同一の部分については、同一の符号を付してその説明を省略する。
【００１９】
図２に示す如く、電磁駆動装置３８は、弁軸３４の上端部に固定されるプランジャホルダ４８を備えている。プランジャホルダ４８は、例えばステンレス鋼やチタン合金等の如く、硬度が高く、かつ、非磁性或いは低い磁気特性を示す材料で構成された部材であり、弁軸３４の軸方向に延在する円筒部４８ａと、円筒部４８ａのほぼ軸方向中央部に形成されたリング部４８ｂとを備えている。
【００２０】
プランジャホルダ４８の下端部には、ロアリテーナ５０が固定されている。ロアリテーナ５０の下部にはロアスプリング５２が配設されている。ロアスプリング５２の下端は、シリンダヘッド２０に当接している。ロアスプリング５２は、ロアリテーナ５０を、すなわちプランジャホルダ４８を、図２における上方へ向けて付勢する。
【００２１】
プランジャホルダ４８の上端部には、アッパーリテーナ５４が固定されている。アッパーリテーナ５４の上部には、アッパースプリング５６の下端部が当接している。アッパースプリング５６の周囲には、その外周を取り巻くように円筒状のアッパーキャップ５７が配設されている。更に、アッパースプリング５６の上端部は、アッパーキャップ５７に螺着されるアジャストボルト５８に当接している。アッパースプリング５６は、アッパーリテーナ５４を、すなわち、プランジャホルダ４８を、図２における下方へ向けて付勢する。
【００２２】
プランジャホルダ４８の、リング部４８ｂの外周には、プランジャ６０が接合されている。プランジャ６０は、Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｏ等をベース材料とする軟磁性材料で構成されたドーナツ状の部材である。プランジャ６０の上方には、第１電磁コイル６２及び第１コア６４が配設されている。また、プランジャ６０の下方には、第２電磁コイル６６及び第２コア６８が配設されている。第１コア６４および第２コア６８は、共に磁性材料で構成された部材であり、それぞれ第１電磁コイル６２または第２電磁コイル６６を収納するための環状溝６４ａ，６８ａと、それらの中央部を軸方向に貫通する貫通孔６４ｂ，６８ｂとを備えている。
【００２３】
第１コア６４の貫通孔６４ｂの一端（図１に於ける上端）には第１ベアリング７０が配設されている。また、第２コア６８の貫通孔６８ｂの一端（図１に於ける下端）には第２ベアリング７２が配設されている。貫通孔６４ｂ，６８ｂに挿入されるプランジャホルダ４８の円筒部４８ａは、これら第１ベアリング７０および第２ベアリング７２によって摺動可能に保持されている。
【００２４】
第１ベアリング７０および第２ベアリング７２は、共に潤滑油の給油を必要としない乾式ベアリングである。第１ベアリング７０および第２ベアリング７２は、例えば、ＳｉＣ、ＳｉＣとカーボンとの複合体、Ｓｉ3 Ｎ4 、Ｓｉ3 Ｎ4 とＢＮとの複合体、フッ素系樹脂、或いは固体潤滑材等を材料として形成することができる。
【００２５】
第１コア６４および第２コア６８の外周には、外筒７４が配設されている。第１コア６４および第２コア６８は、両者間に所定の間隔が確保されるように、外筒７４により保持されている。また、上述したアッパーキャップ５７は、第１コア６４の上端面に固定されている。そして、上述したアジャスタボルト５８は、プランジャ６０の中立位置が、第１コア６４と第２コア６８との中間点となるように調整されている。
【００２６】
電磁駆動装置３８において、第１電磁コイル６２および第２電磁コイル６６に励磁電流が供給されていない場合は、プランジャ６０がその中立位置、すなわち、第１コア６４と第２コア６８との中間部に維持される。プランジャ６０が中立位置に維持されている状況下で第１電磁コイル６２に励磁電流を流通させると、第１電磁コイル６２の内外周を還流する磁界が発生する。この磁界は、第１コア６４、プランジャ６０、および第１コア６４とプランジャ６０との間のエアギャップからなる磁気回路を流通する磁束を発生させる。上記の如く発生される磁束は、プランジャ６０を第１コア６４側へ吸引する吸引力、すなわち、吸気弁３２を図２において上方へ変位させる吸引力を発生させる。
【００２７】
プランジャ６０に対して上記の吸引力が作用すると、プランジャ６０は、吸気弁３２と共に、アッパスプリング５６の付勢力に抗って図２における上方へ向けて変位する。そして、その変位は、プランジャ６０が第１コア６４と当接するまで継続される。吸気弁３２は、プランジャ６０が第１コア６４と当接する場合にシリンダヘッド２０のバルブシート２８に着座する。以下、プランジャ６０が第１コア６４に当接する状態を閉弁状態と、また、閉弁状態下でのプランジャ６０の位置および吸気弁３２の位置を、共に閉弁位置と称す。
【００２８】
プランジャ６０が閉弁位置に保持されている状態から、第１電磁コイル６２に供給されていた励磁電流が遮断されると、プランジャ６０に作用していた電磁力が消滅する。その結果、アッパスプリング５６の付勢力に起因して、プランジャ６０が図１における下方へ向けて変位し始める。プランジャ６０の変位量が所定値に達した時点で、第２電磁コイル６６に適当な励磁電流を流通させると、今度はプランジャ６０を第２コア６８側へ吸引する吸引力、すなわち、吸気弁３２を図２において下方へ変位させる吸引力が発生する。
【００２９】
プランジャ６０に対して上記の吸引力が作用すると、プランジャ６０は、吸気弁３２と共に、ロアスプリング５２の付勢力に抗って図２における下方へ向けて変位する。そして、その変位は、プランジャ６０が第２コア６８と当接するまで継続される。以下、プランジャ６０が第２コア６８に当接する状態を開弁状態と、また、開弁状態下でのプランジャ６０の位置および吸気弁３２の位置を、共に開弁位置と称す。
【００３０】
上述の如く、電磁駆動装置３８によれば、第１電磁コイル６２に所定電流を供給することにより吸気弁３２を閉弁位置に変位させることができると共に、第２電磁コイル６６に所定電流を供給することにより吸気弁３２を開弁位置に変位させることができる。従って、電磁駆動装置３８によれば、第１電磁コイル６２と第２電磁コイル６６とに交互に励磁電流を供給することにより、吸気弁３２を、開弁位置と閉弁位置との間で繰り返し往復運動させることができる。
【００３１】
本実施例において、排気弁４０を駆動する電磁駆動装置４６にも、上述した電磁駆動装置３８と同様に、潤滑油の供給を必要としない乾式ベアリングが使用されている。従って、内燃機関１０においては、電磁駆動装置３８，４６に潤滑油を供給することなく、吸気弁３２および排気弁４０を共に円滑に作動させることができる。
【００３２】
図１に示す如く、内燃機関１０は、シリンダヘッド２０の上部にヘッドカバー７６を備えている。ヘッドカバー７６は、シリンダヘッド２０の上部に空間７８を隔成している。シリンダヘッド２０に固定される電磁駆動装置３８，４６の上端部は、空間７８の内部に収納されている。
【００３３】
ヘッドカバー７６には、吸気枝管８０に連通する枝管側開口部７６ａが形成されている。吸気枝管８０は、その一端において吸気ポート２２に連通している。また、吸気枝管８０には吸気ポート２２に向けて燃料を噴射するインジェクタ８２が配設されている。枝管側開口部、吸気枝管、およびインジェクタは、内燃機関１０が備える吸気ポートの数と同数だけ形成されている。図１は、それらの枝管側開口部、吸気枝管、およびインジェクタのうち、吸気ポート２２に対応するものだけを表している。
【００３４】
ヘッドカバー７６には、吸気通路８２に連通する吸入側開口部７６ｂが形成されている。吸気通路８２は、その一端においてエアフィルタ８４に連通している。エアフィルタ８４の内部には、フィルタエレメント８４ａが配設されている。また、エアフィルタ８４には、吸入空気取り入れ口８４ｂが設けられている。吸気通路８２には、吸入空気取り入れ口８４ｂから吸入され、フィルタエレメント８４ａによって濾過された空気のみが供給される。
【００３５】
フィルタエレメント８４の下流側には、エアフロメータ８６が配設されている。エアフロメータ８６は、吸気通路８２の内部を流通する吸入空気量に応じた電気信号を出力する。吸気通路８２の内部には、アクセルペダルと連動して作動するスロットルバルブ８８が配設されている。吸気通路８２の内部を流通する吸入空気量は、スロットルバルブ８８によって制御される。
【００３６】
シリンダヘッド２０に形成された排気ポート２４には、排気通路９０が連通している。排気通路９０には、Ｏ2 センサ９２が配設されている。Ｏ2 センサ９２は、排気通路９０の内部を流通する排気ガス中の酸素濃度に応じた電気信号を出力するセンサである。排気ガス中の酸素濃度は、燃焼室２６に供給される混合気の空燃比が理論空燃比に比してリッチである場合に希薄となり、一方、燃焼室２６に供給される混合気の空燃比が理論空燃比に比してリーンである場合に濃厚となる。Ｏ2 センサ９２は、かかる酸素濃度の変化に対応して、混合気がリッチである場合にハイ信号を出力し、また、混合気がリーンである場合にロー信号を出力する。
【００３７】
排気通路９０には、触媒装置９４を介してマフラー９６が連通されている。触媒装置９４は、排気ガス中に含有されるＣＯ，ＨＯ等の未燃成分を酸化し、また、ＮＯX 等の酸化物を還元することにより、排気ガスの浄化を図る装置である。内燃機関１０から排出される排気ガスは、触媒装置９４によって浄化され、更にマフラー９６により消音された後大気中に排出される。
【００３８】
以下、本実施例の特徴部について説明する。本実施例の内燃機関１０は、シリンダヘッド２０とヘッドカバー７６とによって隔成される空間７８をサージタンクとして機能させている点に特徴を有している。内燃機関の吸気系を構成する際には、複数の気筒間に生ずる吸気干渉を緩和するために、吸入空気取り入れ口と各気筒の吸気ポートとの間に、十分に大きな容量を有するサージタンクを設ける必要がある。
【００３９】
内燃機関において、吸気弁および排気弁を駆動する機構としてカム機構が用いられる場合には、シリンダヘッドの上部にカム機構を収納する空間を確保する必要がある。また、カム機構を円滑に作動させるためには、カムシャフトの軸受け部やカムとシートとの接触部等に潤滑油を供給する必要があるため、シリンダヘッドの上部に確保される空間は、外部から密封されている必要がある。従って、かかる構造が採られる場合には、本実施例の内燃機関１０の如く、シリンダヘッド２０の上部に、吸気通路８２および吸気枝管８０に連通する空間７８を形成することはできない。
【００４０】
これに対して、本実施例の内燃機関１０においては、電磁駆動装置３８，４６に潤滑油を供給する必要がない。従って、シリンダヘッド１０の上方で潤滑油の散布を行う必要がなく、空間７８を、吸気通路８２および吸気枝管８０に連通させても、その構造に起因する弊害は何ら生じない。また、内燃機関１０において、空間７８には、複数の気筒のそれぞれに対応して配設される電磁駆動装置３８，４６の全てがその内部に収納されるように、十分な容積が与えられる。このため、空間７８によれば、サージタンクに要求される機能、すなわち、複数の気筒間に生ずる吸気干渉を緩和する機能を十分に達成することができる。
【００４１】
このように、本実施例の構造によれば、シリンダヘッド２０の上部にサージタンクとして機能する空間７８を隔成することにより、無駄な空間の有効利用を図ることができる。従って、本実施例の構造によれば、シリンダヘッド２０の上部空間と異なる部位にサージタンクを設ける構造が採られる場合に比して、内燃機関１０をコンパクト化することができる。
【００４２】
また、内燃機関１０において、電磁駆動装置３８，４６は、その上端部近傍が空間７８に晒されている。電磁駆動装置３８，４６の運転中、すなわち、内燃機関１０の運転中は、空間７８の内部に常に空気の流れが生じている。このため、空間７８に晒されている電磁駆動装置３８，４６は、それらの運転中常に空冷される。このため、本実施例の構造によれば、電磁駆動装置３８，４６の冷却効果に関しても優れた利益を得ることができる。
【００４３】
内燃機関１０において燃焼室２６内に発生する排気ガスは、バルブガイド３６と弁軸３４との間、およびバルブガイド４４と弁軸４２との間等を通ってシリンダヘッド１０上部の空間７８に到達する場合がある。シリンダヘッド１０上部の空間７８が外部空間から密閉されているとすれば、上記の如く空間７８に到達した排気ガスは、その後空間７８内に蓄積される。これに対して、本実施例の構造によれば、空間７８に流出する排気ガスを、吸気枝管８０および吸気ポート２２を介して再び燃焼室２６内に流入させることができる。このように、本実施例の構造は、シリンダヘッド２０上部の空間７８を常に清浄な状態に維持し得るという点で、かかる空間が密封されているものに比して優れている。
【００４４】
尚、上記の実施例においては、吸気弁３２および排気弁４０が前記請求項１記載の「弁体」に、シリンダヘッド２０の上方が前記請求項１記載の「前記シリンダヘッドの、前記シリンダブロックの反対側」に、空間７８が前記請求項１および２記載の「サージタンク」に、また、ヘッドカバー７６が前記請求項１記載の「隔壁」に、それぞれ相当している。
【００４５】
次に、図３を参照して本発明の第２実施例である内燃機関１００について説明する。内燃機関１００は、電子制御ユニット１０１（以下、ＥＣＵ１０１と称す）を備えている。内燃機関１００は、後述の如くＥＣＵ１０１によって制御される。
【００４６】
内燃機関１００は、ヘッドカバー１０２を備えている。ヘッドカバー１０２には、吸気枝管８０に連通する枝管側開口部１０２ａが形成されている。ヘッドカバー１０２には、内燃機関１００が備える吸気ポートの数と同数の枝管側開口部が形成されている。図３は、それらの枝管側開口部のうち、吸気ポート２２に対応するものだけを表している。
【００４７】
ヘッドカバー１０２には、吸入空気取り入れ口１０２ｂが形成されている。また、ヘッドカバー１０２の内部にはフィルタエレメント１０４が配設されている。フィルタエレメント１０４は、ヘッドカバー１０２の内部空間を、吸入空気取り入れ口１０２ｂに連通する第１空間１０６と、枝管側開口部１０２ａに連通する第２空間１０８とに２分する。
【００４８】
ヘッドカバー１０２には、第２空間１０８の内圧を検出する大気圧センサ１１０、および第２空間１０８内部の温度を検出する吸気温センサ１１２が配設されている。大気圧センサ１１０および吸気温センサ１１２の出力信号は、ＥＣＵ１０１に供給される。ＥＣＵ１０１は、大気圧センサ１１０の出力信号に基づいて大気圧Ｐair を、また、吸気温センサ１１２の出力信号に基づいて内燃機関１００に吸入される空気の温度（吸気温ＴＨＡ）を検出する。
【００４９】
内燃機関１００は、燃焼室２６に生ずる燃焼圧Ｐfrに応じた電気信号を出力する燃焼圧センサ１１４、および内燃機関１００の機関回転数ＮＥに応じた周期でパルス信号を発生するＮＥセンサ１１６を備えている。燃焼圧センサ１１４およびＮＥセンサ１１６の出力信号は、Ｏ2 センサ９２の出力信号と同様に、ＥＣＵ１０１に供給されている。ＥＣＵ１０１は、燃焼圧センサ１１４、ＮＥセンサ１１６、およびＯ2 センサ９２の出力信号に基づいて内燃機関１００の運動状態を検出する。
【００５０】
また、ＥＣＵ１０１には、アクセル開度センサ１１８が接続されている。アクセル開度センサ１１８は、アクセルペダル１２０に連結されている。アクセル開度センサ１１８は、アクセル開度Ａacc に応じた電気信号を出力し、その信号をＥＣＵ１０１に供給する。ＥＣＵ１０１は、アクセル開度センサ１１８の出力信号に基づいて運転者のアクセル操作状態を検出する。
【００５１】
ＥＣＵ１０１は、運転者のアクセル操作の状態に応じて吸気弁３２の開閉時期を制御することにより、燃焼室２６に吸入される空気の量を運転者のアクセル操作の状態に応じた量に制御する。また、ＥＣＵ１０１は、吸入空気量、燃焼圧センサ１１４の出力値、およびＯ2 センサ９２の出力値に基づいて、所望の空燃比が得られるように燃料噴射量ＴＡＵを制御する。尚、ＥＣＵ１０１が実行する制御の内容については後に詳説する。
【００５２】
本実施例の内燃機関１００においては、シリンダヘッド２０、ヘッドカバー１０２およびフィルタエレメント１０４によって隔成される第２空間１０８がサージタンクとして機能している。すなわち、第２空間１０８は、フィルタエレメント１０４を介して吸入空気取り入れ口１０２ｂに連通していると共に、枝管側開口部１０２ａを介して吸気枝管８０に連通している。更に、第２空間１０８には、内燃機関１００が備える全ての電磁駆動装置３８，４６を収納し得る程度の十分な容積が与えられている。このため、第２空間１０８によれば、サージタンクに要求される機能、すなわち、複数の気筒間に生ずる吸気干渉を緩和する機能を十分に達成することができる。
【００５３】
また、内燃機関１００においては、上述の如く、エアフロメータ８６およびスロットルバルブ８８を用いることなく、吸入空気量を所望の値に制御し、かつ、その値を検知することができる。このため、内燃機関１００においては、その吸気系に必要とされる構成要素の全てをヘッドカバー１０２の内部に収納することが可能とされている。このように、本実施例の構造によれば、図１に示す内燃機関１０に比して更にコンパクトな内燃機関１００を実現することができる。
【００５４】
尚、電磁駆動装置３８，４６の冷却効果に関する利益、および、シリンダヘッド２０上部空間１０８を常に清浄に維持し得るという利益については、上記図１に示す内燃機関１０と同様に、本実施例の内燃機関１００によっても得ることができる。
【００５５】
以下、図４乃至図９を参照して、内燃機関１００の運動状態を制御すべくＥＣＵ１０１が実行する処理の内容について説明する。図４は、吸入空気量をアクセルペダル１２０の操作状態に応じた量に制御し、かつ、燃料噴射量を所望の空燃比を実現し得る量に制御するためにＥＣＵ１０１が実行する制御ルーチンの一例のフローチャートを示す。
【００５６】
図４に示すルーチンは、内燃機関１００のクランク角が基準クランク角に一致する毎に起動される。図４に示すルーチンが起動されると、先ずステップ２００において、吸気温センサ１１２から吸気温ＴＨＡを表す信号が読み込まれる。図５は、吸気温ＴＨＡと空気密度との関係示す。図５に示す如く、燃焼室２６に吸入される空気の密度は、吸気温ＴＨＡが高いほど低下する。上述の如く、ＥＣＵ１０１は吸気弁３２の開閉時期を制御することにより吸入空気量を制御する。ＥＣＵ１０１は、ＴＨＡが高温であるほど吸気弁３２の開弁時間を長く補正することにより、吸入空気量の質量流量が、空気密度の変化に影響されるのを防止する。
【００５７】
上記の処理が終了すると、次にステップ２０２の処理が実行される。ステップ２０２では、大気圧センサ１１０から、大気圧Ｐair を表す信号が読み込まれる。図６は、大気圧Ｐair と空気密度との関係を示す。図６に示す如く、燃焼室２６に吸入される空気の密度は、大気圧Ｐair が高圧であるほど高くなる。ＥＣＵ１０１は、Ｐair が高圧であるほど吸気弁３２の開弁時間を短く補正することにより、吸入空気量の質量流量が、大気圧の変化に影響されるのを防止する。
【００５８】
次に、ステップ２０４では、アクセル開度センサ１１８からアクセル開度Ａacc を表す信号が読み込まれる。アクセル開度Ａacc は、運転者が内燃機関１００に対して大きな出力を要求している場合に大きく、大きな出力を要求していない場合に小さくなる。
【００５９】
図７は、ＥＣＵ１０１において用いられる開弁基準値Ｔop0 とアクセル開度Ａacc との関係を表すマップの一例を示す。ＥＣＵ１０１は、図７に示すマップを参照してアクセル開度Ａacc に対する開弁基準値Ｔop0 を算出し、その開弁基準値Ｔop0 に基づいて吸気弁３２の開弁時間Ｔopを設定する。
【００６０】
図７に示す如く、開弁基準値Ｔop0 は、アクセル開度Ａacc が大きいほど長時間となる。このため、吸気弁３２の開弁時間Ｔopは、アクセル開度Ａacc が大きいほど、すなわち、内燃機関１００に対して要求されている出力が大きいほど長時間となる。
【００６１】
ところで、内燃機関１００は、各気筒に対して２つづつ吸気弁が配設されている。本実施例においては、図７に示す如く、アクセル開度Ａacc が所定開度Ａacc0に比して小さい領域を１弁作動領域、すなわち、２つの吸気弁のうち１つだけを開閉させる領域とし、また、アクセル開度Ａacc が所定開度Ａacc0以上となる領域を２弁作動領域、すなわち、２つの吸気弁を共に開閉させる領域としている。このため、内燃機関１００においては、吸入空気量が少量である領域から、吸入空気量が多量である領域まで、広範な範囲で吸入空気量を精度良く制御することができる。
【００６２】
ステップ２０４の処理が終了すると、次にステップ２０６において、ＮＥセンサ１１６から機関回転数ＮＥを表す信号が入力される。そして、続くステップ２０８において、吸気弁３２の開閉時期が設定される。吸気弁３２の開閉時期は、内燃機関１００の回転角が所定回転角に到達した後、内燃機関１００が更に所定回転角だけ回転する間吸気弁３２が開弁状態に維持されるように設定される。また、吸気弁３２が開弁状態に維持される時間（厳密には吸気弁３２を開弁状態に維持すべき開弁角）Ｔopは、図７に示すマップから得られた基準開弁時間Ｔop0 と、ＴＨＡおよびＰair に基づいて設定される補正係数Ｋとを乗算することにより求められる。
【００６３】
次にステップ２１０では、燃料噴射量ＴＡＵの基準値ＴＡＵ0 が演算される。図８は、ＥＣＵ１０１がＴＡＵ0 を演算する際に参照するマップの一例を示す。ＥＣＵ１０１は、アクセル開度Ａacc および機関回転数ＮＥに基づいて、内燃機関１００の燃焼室２６に吸入される混合気が所望の空燃比（本実施例においては理論空燃比）となるように基準値ＴＡＵ0 を演算する。そして、前回の処理時に設定された補正項δを基準値ＴＡＵ0 に加算することにより燃料噴射量ＴＡＵを求める。
【００６４】
ステップ２１１では、上記の如く設定された吸気弁３２の開弁時期および燃料噴射量ＴＡＵに対する燃焼圧Ｐfrを表す信号が燃焼圧センサ１１４から読み込まれる。また、続くステップ２１２では、上記の設定に従って生成された混合気の空燃比を表す信号がＯ2 センサ９２から読み込まれる。
【００６５】
吸入空気量および燃料噴射量が共に適正な値に制御されていれば、燃焼圧Ｐfrは、アクセル開度Ａacc に対応した適正値となり、かつ、空燃比は、ほぼ理論空燃比となる。従って、燃焼圧Ｐfrと適正値との大小関係、および、空燃比と理論空燃比との大小関係を比較すれば、吸入空気量の過不足状態、および燃料噴射量ＴＡＵの過不足状態を検知することができる。
【００６６】
上記の解析を実行すべく、先ずステップ２１４では、燃焼圧Ｐfrが適正値に過度に大きいか否かが判別される。その結果、燃焼圧Ｐfrが過度に大きいと判別される場合は、内燃機関１００に対して燃料または空気が過剰に供給されていると判断される。かかる判別がなされた場合は、更にステップ２１６において、空燃比が燃料リッチであるか否かが判別される。
【００６７】
上述の如く、Ｏ2 センサ９２は、排気ガス中の酸素濃度、すなわち、燃焼室２６に供給される混合気の空燃比に応じた出力信号を発するセンサである。図９は、Ｏ2 センサ９２の出力信号と混合気の空燃比との関係を示す。図９に示す如く、Ｏ2 センサ９２は、混合気の空燃比が理論空燃比に比して燃料リッチである場合はハイ出力（≧ＶH ）を、また、混合気の空燃比が理論空燃比に比して燃料リーンである場合はロー出力（≦ＶL ）をそれぞれ発生する。
【００６８】
ＥＣＵ１０１は、上記ステップ２１６において、Ｏ2 センサ９２の出力電圧がＶH 以上である場合に混合気が燃料リッチであると判別する。この場合ＥＣＵ１０１は、内燃機関１００に対して燃料が過剰に供給されていると判断し、続くステップ２１８で燃料噴射量ＴＡＵの補正項δを所定量だけ減量した後に、今回のルーチンを終了する。
【００６９】
一方、上記ステップ２１６で、Ｏ2 センサ９２の出力電圧がＶH より小さいと判別された場合は、混合気の空燃比が燃料リッチではないと判別される。この場合、ＥＣＵ１０１は、内燃機関１００に対して空気が過剰に供給されていると判断し、続くステップ２２０で吸気弁３２の開弁時間に関する補正項Ｋを所定量だけ減量した後に、今回のルーチンを終了する。
【００７０】
次に、上記ステップ２１４において、燃焼圧Ｐfrが過度に大きくないと判別された場合について説明する。かかる判別がなされた場合は、次にステップ２２２において、燃焼圧Ｐfrが過度に小さくないか否かが判別される。その結果、燃焼圧Ｐfrが過度に小さいと判別される場合は、燃料噴射量ＴＡＵまたは吸入空気量が不測していると判断される。かかる判別がなされた場合は、更にステップ２２４において、空燃比が燃料リーンであるか否かが判別される。
【００７１】
ステップ２２４において、Ｏ2 センサ９２の出力電圧がＶL 以下である場合は混合気が燃料リーンであると判別される。この場合ＥＣＵ１０１は、内燃機関１００に対して十分な燃料が供給されていないと判断し、続くステップ２２６で燃料噴射量ＴＡＵの補正項δを所定量だけ増量した後に、今回のルーチンを終了する。
【００７２】
一方、上記ステップ２２４で、Ｏ2 センサ９２の出力電圧がＶL より大きいと判別された場合は、混合気の空燃比が燃料リーンではないと判別される。この場合、ＥＣＵ１０１は、内燃機関１００に対して十分な空気が供給されていないと判断し、続くステップ２２８で吸気弁３２の開弁時間に関する補正項Ｋを所定量だけ増量した後に、今回のルーチンを終了する。
【００７３】
次に、上記ステップ２２２において、燃焼圧Ｐfrが過度に小さくないと判別された場合について説明する。本ルーチンにおいては、燃焼圧Ｐfrが適正な値である場合に上記の判別がなされる。この場合、次にステップ２３０で、混合気の空燃比が燃料リッチであるか否かが判別される。その結果、空燃比が燃料リッチであると判別された場合は、ステップ２３２において燃料噴射量ＴＡＵの補正項δが所定量だけ減量された後に、今回のルーチンが終了される。
【００７４】
一方、上記ステップ２３２において、混合気の空燃比が燃料リッチでないと判別された場合は、ステップ２３４において、更に空燃比が燃料リーンであるか否かが判別される。その結果、空燃比が燃料リーンであると判別された場合は、ステップ２３６において燃料噴射量ＴＡＵの補正項δが所定量だけ減量された後に、今回のルーチンが終了される。
【００７５】
上記の処理によれば、燃焼圧センサ１１４の出力信号、およびＯ2 センサ９２の出力信号に基づいて、吸入空気量および燃料噴射量ＴＡＵが、燃焼室２６に吸入される混合気の空燃比を理論空燃比近傍とし、かつ、アクセル開度Ａacc に応じた適正な燃焼圧Ｐfrを発生させる適正な値にフィードバック制御される。従って、内燃機関１００によれば、上記図１に示す内燃機関１０と同程度に、良好な排気エミッションと、優れた操作フィーリングとを得ることができる。このように、本実施例の構造によれば、内燃機関に特性上の悪影響を与えることなく、吸気系をコンパクト化することができる。
【００７６】
尚、上記の実施例においては、吸気弁３２および排気弁４０が前記請求項１記載の「弁体」に、シリンダヘッド２０の上方が前記請求項１記載の「前記シリンダヘッドの、前記シリンダブロックの反対側」に、第２空間１０８が前記請求項１記載の「サージタンク」に、また、ヘッドカバー１０２が前記請求項１および２記載の「隔壁」にそれぞれ相当している。また、上記の実施例においては、フィルタエレメント１０４が前記請求項２記載の空気濾過部材に、アクセル開度センサ１１８が前記請求項２記載のアクセル開度検出手段にそれぞれ相当している。更に、上記の実施例においては、ＥＣＵ１０１が上記ステップ２００〜２０８の処理を実行することにより前記請求項２記載の吸入空気量制御手段が実現される。
【００７７】
次に、図１０および図１１を参照して、本発明の第３実施例である内燃機関１３０について説明する。尚、図１０および図１１において、上記図１または図３に示す構成部分と同一の部分には、同一の符号を付してその説明を省略する。
図１０は、本実施例の内燃機関１３０の要部の構造を表す断面図を示す。内燃機関１３０は、シリンダヘッド１３２、電磁駆動装置１３４および１３６、およびへっどカバー１３８を備えている。電磁駆動装置１３４および１３６は、それぞれコネクタ１４０，１４２を備えている。コネクタ１４０の内部には電磁駆動装置１３４の第１電磁コイル６２および第２電磁コイル６６に接続されるターミナル１４０-1〜１４０-4が保持されている。また、コネクタ１４２の内部には電磁駆動装置１３６の第１電磁コイル６２および第２電磁コイル６６に接続されるターミナル１４２-1〜１４２-4が保持されている。
【００７８】
シリンダヘッド１３２は、これらのコネクタ１４０および１４２がその内部に収納することができるように設計されている。また、コネクタ１４０および１４２は、シリンダヘッド１３２の内部に電磁駆動装置１３４および１３６が収納された際に、コネクタ１４０および１４２の上端部がシリンダヘッド１３２の上方に突出するように設計されている。
【００７９】
ヘッドカバー１３８の内部には、吸音材１４３が貼付されていると共に、嵌合部１４４，１４６が形成されている。嵌合部１４４，１４６は上述したコネクタ１４０，１４２と嵌合する部材であり、その内部に、コネクタ１４０，１４２のターミナル１４０-1〜１４０-4，１４２-1〜１４２-4と電気的に接続されるターミナル１４４ａ，１４６ａを備えている。
【００８０】
ヘッドカバー１３８は、内燃機関１３０が備える全ての電磁駆動装置に対応して嵌合部を備えている。また、ヘッドカバー１３８は、その外側に、集中コネクタ１４８を備えている。嵌合部に内蔵される全てのターミナルは、ヘッドカバー１３８の内壁に沿って敷設され、集中コネクタ１４８に導かれている。従って、内燃機関１３０によれば、集中コネクタ１４８をワイヤーハーネスに接続させるだけで、全ての電磁駆動装置と外部装置とを接続状態とすることができる。このため、本実施例の構造によれば、内燃機関１３０の組み付け作業性の向上を図ることができる。
【００８１】
ところで、内燃機関１３０は、各気筒のそれぞれに対応して４つの電磁駆動装置を備えている。電磁駆動装置と集中コネクタ１４８との距離は、全ての電磁駆動装置についえ同一ではない。このため、集中コネクタ１４８と各電磁駆動装置との間に介在するターミナルの長さは、個々の電磁駆動装置に対して相違している。ターミナルの電気抵抗はその長さに比例する。従って、個々の電磁駆動装置に接続されるターミナルが、長さ以外の点で同一であるとすれば、個々の電磁駆動装置毎に異なる電圧の信号が供給されることになる。内燃機関１３０においては、個々の電磁駆動装置に接続されるターミナルの幅を異ならしめることにより、上記の不都合の発生を回避している。
【００８２】
図１１は、集中コネクタ１４８と、集中コネクタ１４８に導かれる複数のターミナル１５０-1〜１５０-6とを拡大して表した図を示す。図１１において、ターミナル１５０-1および１５０-2は、集中コネクタ１４８から最も離れた位置に存在する電磁駆動装置に接続されるターミナルである。また、ターミナル１５０-5および１５０-6は、最も集中コネクタ１４８に近接した位置に存在する電磁駆動装置に接続されるターミナルである。
【００８３】
ターミナル１５０-1〜１５０-6の電気抵抗は、それらの長さに比例すると共に、それらの断面積に反比例する。本実施例において、ターミナル１５０-1〜１５０-6の幅は、それらの電気抵抗が全て実質的に同一となるように、ターミナル１５０-1，１５０-2の幅がターミナル１５０-3，１５０-4の幅に比して広く、また、ターミナル１５０-3，１５０-4の幅がターミナル１５０-5，１５０-6の幅に比して広く設定されている。従って、本実施例の構造によれば、集中コネクタ１４８を用いつつ、全ての電磁駆動装置に対して均一な電圧を付与することができる。
【００８４】
ところで、本実施例の内燃機関１３０において、シリンダヘッド１３２とヘッドカバー１３８とで隔成される空間１５２は、上記図１に示す空間７８および上記図３に示す第２空間１０８と同様にサージタンクとして機能する。このため、本実施例の構造によっても、上述した第１および第２実施例の場合と同様に、コンパクトな吸気系を構成することができる。
【００８５】
尚、上記の実施例においては、吸気弁３２および排気弁４０が前記請求項１記載の「弁体」に、シリンダヘッド１３２の上方が前記請求項１記載の「前記シリンダヘッドの、前記シリンダブロックの反対側」に、空間１５２が前記請求項１および２記載の「サージタンク」に、また、ヘッドカバー１３８が前記請求項１記載の「隔壁」に、それぞれ相当している。
【００８６】
【発明の効果】
上述の如く、請求項１記載の発明によれば、シリンダヘッドと隔壁との間に隔成される空間を、内燃機関のサージタンクとして利用することができる。従って、本発明に係る内燃機関のヘッド構造によれば、エンジンルーム内の空間の利用効率を高めることができる。また、電磁駆動装置を、サージタンクの内部を流通する吸入空気によって冷却することができる。従って、本発明に係る内燃機関のヘッド構造によれば、内燃機関の運転中常に、電磁駆動装置を適切に冷却することができる。
【００８７】
請求項２記載の発明によれば、吸気通路内に、吸入空気量を測定するセンサ、および、吸入空気量を制御するスロットルバルブを設けることなく、内燃機関に供給される吸入空気の量を、運転者の操作量に応じた流量に制御することができる。従って、本発明に係る内燃機関によれば、内燃機関の吸気通路を極めてコンパクトに実現することができる。また、電磁駆動装置を、サージタンクの内部を流通する吸入空気によって冷却することができる。従って、本発明に係る内燃機関によれば、内燃機関の運転中常に、電磁駆動装置を適切に冷却することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例である内燃機関のシステム構成図である。
【図２】図１に示す内燃機関が備える電磁駆動装置の全体構成を表す断面図である。
【図３】本発明の第２実施例である内燃機関のシステム構成図である。
【図４】図３に示す電子制御ユニットにおいて実行される制御ルーチンの一例のフローチャートである。
【図５】空気密度と吸気温ＴＨＡとの関係を示す特性図である。
【図６】空気密度と大気圧Ｐair との関係を示す特性図である。
【図７】吸気弁の開弁時間の基準値Ｔop0 とアクセル開度Ａacc との関係を示す特性図である。
【図８】図３に示す電子制御ユニットにおいて燃料噴射量の基準値ＴＡＵ0 を算出する際に参照されるマップの一例である。
【図９】図３に示す内燃機関が備えるＯ2 センサの出力特性を表す図である。
【図１０】本発明の第３実施例である内燃機関の要部の構造を表す断面図である。
【図１１】図１０に示す内燃機関が備える集中コネクタの周辺構造を表す図である。
【符号の説明】
１０，１００，１３０ 内燃機関
１２ シリンダブロック
２０ シリンダヘッド
２２ 吸気ポート
２６ 燃焼室
３２ 吸気弁
３８，４６ 電磁駆動装置
４０ 排気弁
７６，１０２，１３８ ヘッドカバー
７６ａ，１０２ａ 枝管側開口部
７６ｂ 吸入側開口部
８０ 吸気枝管
８２ 吸気通路
８４ エアフィルタ
８４ａ，１０４ フィルタエレメント
８４ｂ，１０２ｂ 吸入空気取り入れ口
９２ Ｏ2 センサ
９４ 触媒装置
１０１ 電子制御ユニット（ＥＣＵ）
１０８ 第２空間
１１０ 大気圧センサ
１１２ 吸気温センサ
１１４ 燃焼圧センサ
１１６ ＮＥセンサ
１１８ アクセル開度センサ
１４０，１４２ コネクタ
１４４，１４６ 嵌合部
１４８ 集中コネクタ
Claims (2)
- 電磁駆動装置によって駆動される弁体を備える内燃機関のヘッド構造であって、
シリンダブロックに固定され、かつ、前記電磁駆動装置を把持するシリンダヘッドと、
前記シリンダヘッドの、前記シリンダブロックの反対側に、内燃機関の吸入空気取り入れ口と、吸気ポートとの双方に連通するサージタンクを隔成する隔壁と、
を備えると共に、
前記電磁駆動装置を前記サージタンク内に流入した吸入空気により冷却すべく、該電磁駆動装置の少なくとも一部が前記サージタンクの内部に収納されて該サージタンクに晒されていることを特徴とする内燃機関のヘッド構造。 - 電磁駆動装置によって駆動される吸気弁を備える内燃機関において、
シリンダブロックに固定され、かつ、前記電磁駆動装置を把持するシリンダヘッドと、
前記シリンダヘッドの、前記シリンダブロックの反対側に、内燃機関の吸入空気取り入れ口と、吸気ポートとの双方に連通するサージタンクを隔成する隔壁と、
前記吸入空気取り入れ口と、前記吸気ポートとの間に配設される空気濾過部材と、
アクセル開度を検出するアクセル開度検出手段と、
前記吸気弁の開閉時期が、前記アクセル開度に応じた吸入空気量を実現する時期となるように、前記電磁駆動装置を制御する吸入空気量制御手段と、
を備えると共に、
前記電磁駆動装置を前記サージタンク内に流入した吸入空気により冷却すべく、該電磁駆動装置の少なくとも一部が前記サージタンクの内部に収納されて該サージタンクに晒されていることを特徴とする内燃機関。
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