JP6962214B2

JP6962214B2 - 車載内燃機関

Info

Publication number: JP6962214B2
Application number: JP2018008867A
Authority: JP
Inventors: 裕植田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2018-01-23
Filing date: 2018-01-23
Publication date: 2021-11-05
Anticipated expiration: 2038-01-23
Also published as: JP2019127864A

Description

本発明は、過給機を有する車載内燃機関に関する。

過給機を有する内燃機関では、過給機のコンプレッサが吸気通路に配置されている。そして、例えば特許文献１に記載の内燃機関は、吸気通路におけるコンプレッサよりも吸気上流の部分と吸気通路におけるコンプレッサよりも吸気下流の部分とを繋ぐバイパス通路、及び、バイパス通路に配置されているエアバイパスバルブを備えている。そして、過給機による過給時には、エアバイパスバルブが閉弁されているため、コンプレッサの駆動によって多くの吸入空気を気筒内に導入することができる。

ところで、過給機による過給が行われている状況下で内燃機関の出力軸の回転速度を急減させるときには、スロットルバルブが閉じられることがある。このような場合、エアバイパスバルブを開弁させることにより、吸気通路におけるコンプレッサよりも吸気下流の部分からバイパス通路を介してコンプレッサよりも吸気上流の部分に吸入空気を逃がし、吸気通路におけるコンプレッサとスロットルバルブとの間の部分の圧力が高くなりすぎることが抑制されるようになっている。

特開２０１６−８４７３７号公報特開平１０−１０３１７３号公報

例えば特許文献２に記載されているように、車両には、内燃機関が設置されるエンジンコンパートメントとは隔壁によって隔てられているフェンダ空間が設けられている。そして、過給機を有する内燃機関の吸気通路の吸気口がフェンダ空間内に配置されることがある。このような場合、上記のようにエアバイパスバルブを開弁させ、吸気通路におけるコンプレッサよりも吸気下流の部分からバイパス通路を介してコンプレッサよりも吸気上流の部分に吸入空気を逃がした場合、当該吸入空気が吸気口からフェンダ空間内に排出されることとなる。すると、この際に、吸気口を介したフェンダ空間内への吸入空気の排出に起因する異音が発生し、当該異音が車室内の乗員に伝わってしまうという知見を本願発明者が得た。

上記課題を解決するための車載内燃機関は、過給機のコンプレッサが配置されている吸気通路と、前記吸気通路内における前記コンプレッサよりも吸気上流の部分と前記コンプレッサよりも吸気下流の部分とを繋ぐバイパス通路と、前記バイパス通路に設けられているエアバイパスバルブと、を備え、隔壁によってエンジンコンパートメントとは隔てられているフェンダ空間内に、同フェンダ空間内と前記吸気通路内とを連通する吸気口が配置されている。この車載内燃機関は、前記吸気通路における前記吸気口と前記コンプレッサとの間に配置されており、且つ、前記吸気通路内と前記エンジンコンパートメント内とを連通する連通部と、前記吸気口を介した前記吸気通路内と前記フェンダ空間内との吸入空気の流通を許容する一方で前記連通部を介した前記吸気通路内と前記エンジンコンパートメント内との吸入空気の流通を規制する第１の状態、又は、前記吸気口を介した前記吸気通路内と前記フェンダ空間内との吸入空気の流通を規制する一方で前記連通部を介した前記吸気通路内と前記エンジンコンパートメント内との吸入空気の流通を許容する第２の状態となるように作動する開閉機構と、前記エアバイパスバルブが閉弁されているときには前記開閉機構が前記第１の状態となる一方で、前記エアバイパスバルブが開弁されているときには前記開閉機構が前記第２の状態となるように、前記開閉機構を制御する制御部と、を備える。

上記構成によれば、過給機による過給が行われているときには、エアバイパスバルブが閉弁されているため、開閉機構が第１の状態とされる。この場合、フェンダ空間内から吸気口を介して吸入空気が吸気通路内に流入する。そして、コンプレッサの駆動によって多くの吸入空気が内燃機関の気筒内に導入される。

一方、エアバイパスバルブが開弁されると、開閉機構が第２の状態とされる。すると、吸気通路内におけるコンプレッサよりも吸気下流の部分からバイパス通路を介してコンプレッサよりも吸気上流の部分に吸入空気が逃がされる。そして、こうした吸入空気が、吸気口ではなく連通部を介して吸気通路外に排出される。すなわち、吸入空気が連通部を介してエンジンコンパートメント内に排出される一方で、吸気口を介したフェンダ空間内への吸入空気の排出が規制される。そのため、エアバイパスバルブを開弁させた際に、吸気口を介してフェンダ空間内に吸入空気が排出されることに起因する異音の発生を抑制することができる。

実施形態の車載内燃機関の概略を示す構成図。（ａ），（ｂ）は、開閉機構が作動している様子を示す作用図。同車載内燃機関の制御装置が実行する処理ルーチンを説明するフローチャート。

以下、車載内燃機関の一実施形態を図１〜図３に従って説明する。
図１に示すように、内燃機関１０は、吸入空気及び燃料を含む混合気が燃焼される燃焼室１１と、燃焼室１１に導入する吸入空気が流れる吸気通路１２と、燃焼室１１で生成された排気が流れる排気通路１７とを備えている。排気通路１７内には過給機２０のタービン２２が設けられているとともに、吸気通路１２内には過給機２０のコンプレッサ２１が設けられている。そして、排気通路１７内を流れる排気によってタービン２２が駆動すると、タービン２２の駆動に同期してコンプレッサ２１が駆動する。これにより、過給機２０による過給が行われる。

吸気通路１２内におけるコンプレッサ２１よりも吸気下流の部分には、電子制御式のスロットルバルブ１３が設けられている。吸気通路１２におけるスロットルバルブ１３よりも吸気上流の部分には、コンプレッサ２１をバイパスするバイパス通路１４が設けられており、このバイパス通路１４には、電子制御式のエアバイパスバルブ１５が設けられている。バイパス通路１４の一端は吸気通路１２内におけるコンプレッサ２１よりも吸気上流の部分に接続されているとともに、バイパス通路１４の他端は吸気通路１２内におけるコンプレッサ２１よりも吸気下流の部分に接続されている。

また、吸気通路１２は、バイパス通路１４の一端の接続部分よりも吸気上流に配置されている吸気ダクト１２Ａを有している。吸気ダクト１２Ａには、フェンダ空間１２０内まで延出する延出管１２Ａ１が設けられている。なお、フェンダ空間１２０とは、隔壁の一例であるエンジンコンパートメントパネル１００によってエンジンコンパートメント１１０とは隔てられている空間のことである。このフェンダ空間１２０は、車両幅方向においてエンジンコンパートメント１１０よりも外側に配置されている。

この延出管１２Ａ１のうちのフェンダ空間１２０内に位置する部分には、フェンダ空間１２０内の吸入空気を吸気通路１２の上流端部を構成する吸気ダクト１２Ａ内に流入させるための吸気口１２Ａ２が設けられている。また、延出管１２Ａ１のうち、吸気口１２Ａ２よりも吸気下流であって、且つ、エンジンコンパートメント１１０内に位置する部分には、延出管１２Ａ１内、すなわち吸気通路１２内とエンジンコンパートメント１１０内とを連通する連通部１２Ａ３が設けられている。この連通部１２Ａ３の開口断面積は、吸気口１２Ａ２の開口断面積と略等しい。

本実施形態の内燃機関１０は、開閉機構３０を有している。開閉機構３０は、延出管１２Ａ１内に配置されている回転軸３１と、回転軸３１と一体回転する弁体３２と、回転軸３１を回転させるべく駆動するアクチュエータ３３とを有している。そして、開閉機構３０は、アクチュエータ３３の駆動によって、図２（ａ）に示す第１の状態、及び、図２（ｂ）に示す第２の状態となるように作動する。

すなわち、図２（ａ）に示すように開閉機構３０が第１の状態である場合、開閉機構３０は、弁体３２によって連通部１２Ａ３を閉塞する一方で、吸気口１２Ａ２を解放する。この場合、吸気口１２Ａ２を介した吸気ダクト１２Ａ内とフェンダ空間１２０内との連通が許容される一方で、連通部１２Ａ３を介した吸気ダクト１２Ａ内とエンジンコンパートメント１１０内との連通が規制される。

一方、図２（ｂ）に示すように開閉機構３０が第２の状態である場合、開閉機構３０は、弁体３２によって吸気口１２Ａ２を閉塞する一方で、連通部１２Ａ３を解放する。この場合、吸気口１２Ａ２を介した吸気ダクト１２Ａ内とフェンダ空間１２０内との連通が規制される一方で、連通部１２Ａ３を介した吸気ダクト１２Ａ内とエンジンコンパートメント１１０内との連通が許容される。

図１に示すように、内燃機関１０の制御装置４０は、スロットルバルブ１３、エアバイパスバルブ１５及び開閉機構３０の作動を制御する。すなわち、本実施形態では、制御装置４０が、開閉機構３０を制御する「制御部」として機能する。

次に、図３を参照し、開閉機構３０を制御すべく制御装置４０が実行する処理ルーチンについて説明する。この処理ルーチンは、所定の制御サイクル毎に実行される。
図３に示すように、本処理ルーチンにおいて、制御装置４０は、エアバイパスバルブ１５が閉弁しているか否かを判定する（Ｓ１１）。

エアバイパスバルブ１５は、基本的には閉弁している。ただし、コンプレッサ２１の駆動によって過給が行われている状況下で内燃機関１０の出力軸の回転速度を急激に減少させる際には、スロットルバルブ１３が閉弁されることがある。この場合、吸気通路１２内におけるコンプレッサ２１とスロットルバルブ１３との間の部分における圧力が高くなりすぎるおそれがあるため、エアバイパスバルブ１５が開弁されることがある。

そして、ステップＳ１１において、エアバイパスバルブ１５が閉弁している場合（ＹＥＳ）、制御装置４０は、開閉機構３０を第１の状態にし、吸気口１２Ａ２を解放させる一方で連通部１２Ａ３を閉塞させる（Ｓ１２）。その後、制御装置４０は、本処理ルーチンを一旦終了する。

一方、ステップＳ１１において、エアバイパスバルブ１５が開弁している場合（ＮＯ）、制御装置４０は、開閉機構３０を第２の状態にし、吸気口１２Ａ２を閉塞させる一方で連通部１２Ａ３を解放させる（Ｓ１３）。その後、制御装置４０は、本処理ルーチンを一旦終了する。

本実施形態の作用及び効果について説明する。
過給機２０による過給が行われているときには、エアバイパスバルブ１５が閉弁されているため、開閉機構３０が第１の状態とされる。この場合、フェンダ空間１２０内から吸気口１２Ａ２を介して吸入空気が吸気ダクト１２Ａ内に流入する。そして、コンプレッサ２１の駆動によって多くの吸入空気が、吸気通路１２内を介して燃焼室１１内に導入される。

一方、過給機２０による過給が行われている状況下で内燃機関１０の出力軸の回転速度を急激に減少させる際には、スロットルバルブ１３の開度が低くなる。すなわち、コンプレッサ２１によって加圧された吸入空気の燃焼室１１への導入がスロットルバルブ１３によって制限される。その結果、吸気通路１２内におけるコンプレッサ２１とスロットルバルブ１３との間の部分の圧力が高くなる。そこで、本実施形態では、エアバイパスバルブ１５が開弁され、吸気通路１２内におけるコンプレッサ２１よりも吸気下流の部分からバイパス通路１４を介してコンプレッサ２１よりも吸気上流の部分に吸入空気が逃がされる。これにより、吸気通路１２内におけるコンプレッサ２１とスロットルバルブ１３との間の部分の圧力が高くなりすぎることを抑制できる。

しかも、このようにエアバイパスバルブ１５が開弁されると、開閉機構３０の状態が第１の状態から第２の状態に移行する。すなわち、アクチュエータ３３の駆動によって弁体３２が回転する。これにより、吸気口１２Ａ２が弁体３２によって閉塞される一方で、連通部１２Ａ３が解放される。その結果、吸気通路１２内におけるコンプレッサ２１よりも吸気下流の部分からバイパス通路１４を介してコンプレッサ２１よりも吸気上流の部分に逃がされた吸入空気が、吸気口１２Ａ２ではなく連通部１２Ａ３を介して吸気通路１２外に排出される。すなわち、吸気ダクト１２Ａ内の吸入空気が連通部１２Ａ３を介してエンジンコンパートメント１１０内に排出される一方で、吸気ダクト１２Ａ内の吸入空気が吸気口１２Ａ２を介してフェンダ空間１２０内に排出されることが規制される。そのため、エアバイパスバルブ１５を開弁させた際に、吸気口１２Ａ２からフェンダ空間１２０内に吸入空気が排出されることに起因する異音の発生を抑制することができる。

本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
・上記実施形態では、１つの弁体３２によって、吸気口１２Ａ２の閉塞及び解放と、連通部１２Ａ３の閉塞及び解放とを行うことのできる開閉機構３０を採用していた。しかし、これに限らず、例えば吸気口１２Ａ２用の弁体と連通部１２Ａ３用の弁体とを有する機構を、開閉機構３０として採用するようにしてもよい。この場合、エアバイパスバルブ１５が閉弁されているときには、連通部１２Ａ３用の弁体によって連通部１２Ａ３を閉塞する一方で、吸気口１２Ａ２が解放される（第１の状態）。一方、エアバイパスバルブ１５が開弁されているときには、吸気口１２Ａ２用の弁体によって吸気口１２Ａ２を閉塞する一方で、連通部１２Ａ３が解放される（第２の状態）。

１０…内燃機関、１２…吸気通路、１２Ａ２…吸気口、１２Ａ３…連通部、１４…バイパス通路、１５…エアバイパスバルブ、２０…過給機、２１…コンプレッサ、３０…開閉機構、４０…制御装置、１００…エンジンコンパートメントパネル、１１０…エンジンコンパートメント、１２０…フェンダ空間。

Claims

過給機のコンプレッサが配置されている吸気通路と、前記吸気通路内における前記コンプレッサよりも吸気上流の部分と前記コンプレッサよりも吸気下流の部分とを繋ぐバイパス通路と、前記バイパス通路に設けられているエアバイパスバルブと、を備え、
隔壁によってエンジンコンパートメントとは隔てられているフェンダ空間内に、同フェンダ空間内と前記吸気通路内とを連通する吸気口が配置されている車載内燃機関において、
前記吸気通路における前記吸気口と前記コンプレッサとの間に配置されており、且つ、前記吸気通路内と前記エンジンコンパートメント内とを連通する連通部と、
前記吸気口を介した前記吸気通路内と前記フェンダ空間内との吸入空気の流通を許容する一方で前記連通部を介した前記吸気通路内と前記エンジンコンパートメント内との吸入空気の流通を規制する第１の状態、又は、前記吸気口を介した前記吸気通路内と前記フェンダ空間内との吸入空気の流通を規制する一方で前記連通部を介した前記吸気通路内と前記エンジンコンパートメント内との吸入空気の流通を許容する第２の状態となるように作動する開閉機構と、
前記エアバイパスバルブが閉弁されているときには前記開閉機構が前記第１の状態となる一方で、前記エアバイパスバルブが開弁されているときには前記開閉機構が前記第２の状態となるように、前記開閉機構を制御する制御部と、を備える
ことを特徴とする車載内燃機関。