JP2006161633A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 筒内でタンブル流を生じさせる内燃機関において、筒内でタンブル流を確実に強化するとともに、ポンピングロスの発生を抑止する。
【解決手段】 所定のタイミングで開くことで内燃機関１０の筒内にガスを送る吸気バルブ３６と、内燃機関１０の吸気通路１２に設けられ、内燃機関１０の筒内に送られる吸気流の流れを制御する可変気流制御弁３４と、吸気バルブ３６の開度に応じて、可変気流制御弁３４の開き量を制御する制御手段と、を備える。吸気バルブ３６の開度に応じて吸気流の流れを制御することが可能となるため、筒内に理想的なタンブル流を形成することができ、また、ポンピングロスの発生を抑えることが可能となる。
【選択図】 図２

Description

この発明は、内燃機関の制御装置に関し、特に、吸気流の流れを制御する気流制御弁を備えた内燃機関に適用して好適である。

従来、例えば特開平６−２２１１６８号公報には、内燃機関の筒内に導入される吸気流に縦渦（タンブル流）が発生するように、吸気通路に吸気制御弁を設けた構成が開示されている。

特開平６−２２１１６８号公報

しかしながら、筒内に送られる吸気流は、吸気バルブのリフトの状態に応じて変動する。このため、上記公報のように、吸気通路に吸気制御弁を設けた場合であっても、吸気バルブのリフトの状態を考慮していない場合は、吸気流を最適に制御することができず、筒内にタンブル流を確実に形成することは困難である。

特に、タンブル流を強化するため吸気流の流れを絞ると、吸気抵抗が大きくなり、ポンピングロスが増大するという弊害が発生する。そして、タンブル流の生じ易さ、および吸気抵抗（ポンピングロス）の大小は、ともに吸気バルブのリフトの状態に応じて変動する。従って、吸気バルブのリフトを考慮していない場合は、タンブル流、およびポンピングロスを最適な状態にすることは困難である。

この発明は、上述のような問題を解決するためになされたものであり、筒内でタンブル流を生じさせる内燃機関において、筒内でタンブル流を確実に強化するとともに、ポンピングロスの発生を抑止することを目的とする。

第１の発明は、上記の目的を達成するため、所定のタイミングで開くことで内燃機関の筒内にガスを送る吸気バルブと、内燃機関の吸気通路に設けられ、内燃機関の筒内に送られる吸気流の流れを制御する可変気流制御弁と、前記吸気バルブの開度に応じて、前記可変気流制御弁の開き量を制御する制御手段と、を備えたことを特徴とする。

第２の発明は、第１の発明において、前記制御手段は、前記吸気バルブのリフト量が小さいときは前記可変気流制御弁の開き量を少なくし、前記吸気バルブのリフト量が大きいときは前記可変気流制御弁の開き量を大きくすることを特徴とする。

第３の発明は、第１又は第２の発明において、前記制御手段は、内燃機関が高負荷域で運転されるほど前記可変気流制御弁の開き量を大きくすることを特徴とする。

第４の発明は、第１〜第３の発明のいずれかにおいて、前記制御手段は、吸気行程の後半において、機関回転数が高いほど前記可変気流制御弁の開き量を大きくすることを特徴とする。

第５の発明は、第１〜第４の発明のいずれかにおいて、運転状態に応じて前記吸気バルブの最大リフト量を可変する可変リフト機構を備えた内燃機関において、前記制御手段は、前記最大リフト量が大きくなるほど、前記可変気流制御弁の開き量を大きくすることを特徴とする。

第６の発明は、第１〜第５の発明のいずれかにおいて、運転状態に応じて前記吸気バルブがリフトしているタイミングを可変する可変タイミング機構を備えた内燃機関において、前記制御手段は、前記吸気バルブがリフトしているタイミングが可変された場合は、前記可変気流制御弁を開くタイミングを可変することを特徴とする。

第７の発明は、第１の発明において、前記吸気バルブは、吸気行程の下死点が過ぎた後の所定のタイミングで閉じられ、前記制御手段は、吸気行程の下死点が過ぎたタイミングで、前記可変気流制御弁の開き量を最大にすることを特徴とする。

第８の発明は、第１の発明において、吸気通路に燃料を噴射する燃料噴射弁を備え、吸気行程以外の所定のタイミングで前記燃料噴射弁から燃料を噴射する内燃機関において、前記制御手段は、吸気行程で前記吸気バルブが開かれた直後のタイミングでは、前記可変気流制御弁の開き量を最大にすることを特徴とする。

第１の発明によれば、吸気バルブの開度に応じて可変気流制御弁の開き量を制御するため、吸気バルブの開度に応じて吸気流の流れを制御することが可能となる。従って、吸気流の流れを最適に制御することが可能となり、筒内に理想的なタンブル流を形成することができ、また、ポンピングロスの発生を抑えることが可能となる。

第２の発明によれば、吸気バルブのリフト量が小さいときは可変気流制御弁の開き量を少なくするため、筒内のタンブル流を強化することができる。また、吸気バルブのリフト量が大きいときは可変気流制御弁の開き量を大きくするため、ポンピングロスの発生を抑えることが可能となる。

第３の発明によれば、内燃機関が高負荷域で運転されるほど前記可変気流制御弁の開き量を大きくするため、吸入空気量が多くなる高負荷域の運転ほどポンピングロスの発生を抑えることができる。

第４の発明によれば、吸気行程の後半で最も吸入空気量が多くなり、また、吸入空気量は機関回転数の増加に応じて多くなるため、吸気行程の後半において、機関回転数が高いほど可変気流制御弁の開き量を大きくすることで、ポンピングロスを確実に抑えることが可能となる。

第５の発明によれば、吸気バルブの最大リフト量を可変する可変リフト機構を備えた内燃機関において、最大リフト量が大きくなるほど、可変気流制御弁の開き量を大きくするため、可変気流制御弁の開き量を吸入空気量に応じた最適な量に設定することができる。

第６の発明によれば、吸気バルブがリフトしているタイミングを可変する可変タイミング機構を備えた内燃機関において、吸気バルブがリフトしているタイミングが可変された場合は、可変気流制御弁を開くタイミングを可変するため、吸気バルブがリフトしているタイミングに合わせて可変気流制御弁を開くタイミングを設定することができる。

第７の発明によれば、吸気バルブが吸気行程の下死点が過ぎた後の所定のタイミングで閉じられる内燃機関、すなわち、ポンピングロスを低減して燃費を向上させるため、吸気バルブを遅閉じにして運転される内燃機関において、吸気行程の下死点が過ぎたタイミングで、可変気流制御弁の開き量を最大にするため、可変気流制御弁によって抵抗を受けることなく、筒内の混合気を吸気通路に戻すことができる。従って、ポンピングロスを確実に低減することが可能となる。

第８の発明によれば、吸気行程以外の所定のタイミングで燃料噴射弁から燃料を噴射する内燃機関において、吸気行程で吸気バルブが開かれた直後のタイミングでは、可変気流制御弁の開き量を最大にするため、吸気バルブを開いた瞬間に吸気通路の上流に向かって流れた燃料が可変気流制御弁の下流側に付着、または滞留してしまうことを抑止できる。

以下、図面に基づいてこの発明のいくつかの実施の形態について説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。なお、以下の実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明の各実施形態に係る内燃機関の制御装置及びその周辺の構造を説明するための図である。内燃機関１０には吸気通路１２および排気通路１４が連通している。吸気通路１２は、上流側の端部にエアフィルタ１６を備えている。エアフィルタ１６には、吸気温ＴＨＡ（すなわち外気温）を検出する吸気温センサ１８が組みつけられている。また、排気通路１４には排気浄化触媒３２が配置されている。

エアフィルタ１６の下流には、エアフロメータ２０が配置されている。エアフロメータ２０の下流には、スロットルバルブ２２が設けられている。スロットルバルブ２２の近傍には、スロットル開度ＴＡを検出するスロットルセンサ２４と、スロットルバルブ２２が全閉となることでオンとなるアイドルスイッチ２６とが配置されている。

スロットルバルブ２２の下流には、サージタンク２８が設けられている。また、サージタンク２８の更に下流には、内燃機関１０の吸気ポートに燃料を噴射するための燃料噴射弁３０が配置されている。

燃料噴射弁３０の下流には、吸気通路１２から内燃機関１０の筒内に入る吸気流の流れを制御する可変気流制御弁３４が設けられている。可変気流制御弁３４は、不図示のアクチュエータによって駆動される。

内燃機関１０は、吸気バルブ３６および排気バルブ３８を備えている。吸気バルブ３６には、吸気バルブ３６のリフト量または作用角を可変するための可変機構４８が接続されている。また、内燃機関１０の筒内には、点火プラグ４２が設けられている。更に、筒内には、その内部を往復運動するピストン４４が設けられている。

図１に示すように、本実施形態の制御装置はＥＣＵ（Electronic Control Unit）４０を備えている。ＥＣＵ４０には、上述した各種センサおよび燃料噴射弁３０、可変気流制御弁３４、可変機構４８に加えて、車速ＳＰＤを検出する車速センサ４６、冷却水温を検出する水温センサ５０などが接続されている。

本実施形態の内燃機関１０は、吸気通路１２の上側から吸気流を点火プラグ４２側に流すことで、筒内にタンブル流を形成し、燃焼促進を図るようにしている。図２は、内燃機関１０の筒内（燃焼室）と、吸気バルブ３６、排気バルブ３８の近傍を詳細に示す模式図である。図２に示すように、可変気流制御弁３４は、支点３４ａを中心として回転することで、開度（図２中に示す角度θ）が可変するように構成されている。従って、可変気流制御弁３４によれば、内燃機関１０の筒内への吸気流の流れを制御することができる。なお、開度θは可変気流制御弁３４が全開の状態で０となる。すなわち、可変気流制御弁３４の「開き量」は、開度θが小さくなるほど大きくなる。

本実施形態では、吸気バルブ３６のリフト量と連動して、可変気流制御弁３４の開度θが変動するように可変気流制御弁３４が制御される。図３は、吸気バルブ３６のリフト量および可変気流制御弁３４の開度θと、クランク角との関係を示す特性図である。ここで、図３は、主としてアイドリング〜常用回転域で内燃機関１０が運転される場合の特性を示している。図３に示すように、吸気バルブ３６は、吸気行程の上死点（吸気ＴＤＣ）近傍のクランク角位置で開き始め、吸気行程の下死点（吸気ＢＤＣ）を過ぎたクランク角位置で閉じられる。

可変気流制御弁３４の開度θは、吸気バルブ３６が開く以前のタイミングでは９０°に設定されている。従って、この状態では、可変気流制御弁３４が最も閉じられた状態となる。

吸気バルブ３６がリフトを開始すると、可変気流制御弁３４の開度θは９０°から減少し、吸気バルブ３６のリフト量が最大となるタイミングでθ＝θ１（最小値）となる。この状態では、可変気流制御弁３４が最も開いた状態となる。その後、吸気バルブ３６が閉弁方向に動いてリフト量が減少していくと、開度θの値は増加し、吸気バルブ３６が閉じたタイミングでθ＝９０°となる。これにより、可変気流制御弁３４は最も閉じられた状態となる。

図４は、吸気バルブ３６の開き始めのタイミング、または吸気バルブ３６が閉じる直前のタイミングにおける吸気流の流れを示す模式図である。この状態では、吸気バルブ３６のリフト量が小さいため、図３で説明したように、可変気流制御弁３４の開度θの値が９０°近傍の大きな値に設定されている。従って、図４に示すように、可変気流制御弁３４は十分に閉じられている。

これにより、吸気流が可変気流制御弁３４によって遮られ、図４中に実線で示すように、吸気流は吸気通路１２の上側を流れ、点火プラグ４２に近い側から筒内へ入る。従って、可変気流制御弁３４の下流において吸気流が吸気通路１２の下側を流れることがなく、吸気流が図４中に破線で示す方向に流れてしまうことを抑止できる。

吸気バルブ３６のリフト量が小さい場合に可変気流制御弁３４を開いてしまうと、図４中に破線で示す方向に吸気流が流れてしまう。この場合、筒内での気流の流れに乱れが生じ、筒内でタンブル流を形成することが困難となる。本実施形態によれば、図４中に破線で示す方向に吸気流が流れることを抑止できるため、図４中に実線で示す方向に流れる吸気流によって、筒内で理想的なタンブル流を形成することが可能となる。従って、タンブル流を強化することができ、燃焼速度を速くして筒内の燃焼状態を良好にすることが可能となる。

図５は、吸気バルブ３６のリフト量が最大となるタイミングでの吸気流の流れを示す模式図である。吸気バルブ３６のリフト量が大きくなると、筒内への吸入空気量が多くなるため、可変気流制御弁３４が閉じた状態に設定されていると、ポンピングロスが発生しまう。本実施形態では、図３で説明したように、吸気バルブ３６のリフト量が最大となるタイミングでは、可変気流制御弁３４の開度θがθ１とされ、可変気流制御弁３４が十分に開かれるため、可変気流制御弁３４によって吸気流の流れが阻害されることがない。従って、ポンピングロスの発生を抑止することができる。また、図５に示すように、可変気流制御弁３４を全開とせずに、θ１だけ閉じることで、吸気通路１２の上側に吸気流を流すことができる。従って、吸気流は点火プラグ４２に近い側から筒内へ入ることとなり、筒内のタンブル流を強化することができる。

なお、図４に示すように、吸気バルブ３６のリフト量が十分に小さい場合は、筒内への吸入空気量が少ないため、ポンピングロスが発生することはない。

図６は、図３と同様に、吸気バルブ３６のリフト量および可変気流制御弁３４の開度θと、クランク角との関係を示す特性図であって、内燃機関１０が高回転域及び高負荷域で運転される場合の特性を示している。図６に示すように、高回転域又は高負荷域の運転では、吸気バルブ３６のリフト量が０の場合は可変気流制御弁３４の開度θが９０°よりも小さいθ２に設定される。そして、吸気バルブ３６のリフト量が最大の場合は、可変気流制御弁３４の開度θが０に設定される。このように、高回転域又は高負荷域の運転では吸入空気量が多くなるため、図３の場合よりも全体的に可変気流制御弁３４を開き側に設定するようにしている。

高回転域又は高負荷域の運転においても、吸気バルブ３６のリフト量に応じて可変気流制御弁３４の開度θを可変し、吸入空気量の増加に応じて開度θを小さくすることで、吸気流を吸気通路１２の上側に流すことができ、筒内のタンブル流を強化することができる。特に高負荷域の運転では、タンブル流の強化によって燃焼を促進させることで、ノッキングの発生を抑えることができる。また、高回転域又は高負荷域の運転では、筒内への吸入空気量がアイドリング〜常用回転域に比べて多くなるため、図３の場合よりも全体的に可変気流制御弁３４を大きく開くことで、ポンピングロスを低減することが可能となる。

以上説明したように実施の形態１によれば、吸気バルブ３６のリフト量と連動させて可変気流制御弁３４の開度を可変し、リフト量が小さい場合は可変気流制御弁３４を閉じるようにしたため、筒内のタンブル流を強化することができ、燃焼促進を達成することが可能となる。また、リフト量が大きい場合は可変気流制御弁３４を大きく開くようにしたため、ポンピングロスの発生を抑えることが可能となる。

実施の形態２．
次に、本発明の実施の形態２について説明する。図７及び図８は、実施の形態２における可変気流制御弁３４の駆動方法を示す特性図である。

吸気行程では、吸気バルブ３６が開いている間、筒内にガソリンと空気の混合気が送り込まれるが、吸気の脈動などの要因から、吸気行程の後半で筒内への吸入空気量が最も多くなる。特に、エンジン（機関）回転数が高くなるほど、この傾向は顕著になる。

このため、実施の形態２では、吸気行程の後半、吸気バルブ３６が閉じる以前のタイミングで可変気流制御弁３４を実施の形態１よりも大きく開くようにしている。これにより、吸入空気量が最も多くなるタイミングで吸気抵抗を低減することができ、ポンピングロスの発生を抑えることが可能となる。

図７は、実施の形態２において、吸気バルブ３６のリフト量および可変気流制御弁３４の開度θと、クランク角との関係を示す特性図である。図７に示すように、実施の形態２では、エンジン回転数に応じて、吸気バルブ３６が閉じるタイミング（吸気ＢＤＣ近傍）での可変気流制御弁３４の開度特性を可変するようにしている。

すなわち、エンジン回転数が高くなる程、吸気バルブ３６が閉じるタイミング近傍での可変気流制御弁３４の開度θｘの値が小さな値に設定される。図８は、エンジン回転数と開度θ_Ｘとの関係を示す特性図である。図８に示すように、エンジン回転数が低い場合は実施の形態１の図６と同様に開度θ_Ｘはθ２に設定される。そして、エンジン回転数が高くなる程、開度θ_Ｘは小さな値に設定される。これにより、エンジン回転数が高い場合ほど、可変気流制御弁３４が大きく開かれることとなり、吸入空気量が最も多くなるタイミングでポンピングロスの発生を抑止することができる。

以上説明したように実施の形態２によれば、吸気行程の後半、吸気バルブ３６が閉じるタイミングの近傍で、エンジン回転数が高くなるほど可変気流制御弁３４を大きく開くようにしたため、最も吸入空気量が多くなるタイミングで、ポンピングロスが発生することを抑止できる。これにより、機関効率を高めることが可能となる。また、実施の形態１と同様に、吸気バルブ３６のリフトに応じて可変気流制御弁３４の開度を可変するため、筒内に確実にタンブル流を形成することが可能となる。

実施の形態３．
次に、本発明の実施の形態３について説明する。図９及び図１０は、実施の形態３における可変気流制御弁３４の駆動方法を示す特性図である。

実施の形態３では、内燃機関１０の運転状態に応じて、可変機構４８によって吸気バルブ３６のリフト量が可変される。図９は、実施の形態３において、吸気バルブ３６のリフト量および可変気流制御弁３４の開度θと、クランク角との関係を示す特性図である。

図９に示すように、実施の形態３では、吸気バルブ３６のリフト量の特性において、特性Ａ、特性Ｂ、特性Ｃで示すようにリフト量が可変され、最大リフト量Ｌｍａｘが変更される。例えば、低回転域では、吸入空気量が少ないため最大リフト量Ｌｍａｘが小さな値に設定される（特性Ｃ）。また、高回転域では、吸入空気量が多くなるため最大リフト量Ｌｍａｘが大きな値に設定される（特性Ａ）。

そして、実施の形態３では、吸気バルブ３６の最大リフト量Ｌｍａｘを可変した場合、図９に特性Ｄ〜Ｆで示すように、可変気流制御弁３４の開度を可変するようにしている。ここで、可変気流制御弁３４の特性Ｄは吸気バルブの特性Ａに対応している。同様に特性Ｅは特性Ｂに、特性Ｆは特性Ｃにそれぞれ対応している。このように、吸気バルブ３６の最大リフト量Ｌｍａｘが小さくなる程、最大リフト量Ｌｍａｘが発生するタイミングでの可変気流制御弁３４の開度θ１が小さな値に設定される。

図１０は、吸気バルブ３６の最大リフト量Ｌｍａｘと、開度θ１との関係を示す特性図である。図１０に示すように、最大リフト量Ｌｍａｘが大きくなる程、可変気流制御弁３４の開度θ１は小さな値に設定される。

これにより、高回転域での運転時など最大リフト量Ｌｍａｘが大きい場合は、最大リフト量Ｌｍａｘが小さい場合に比べて可変気流制御弁３４が大きく開かれることになる。従って、筒内への吸入空気量が多い場合に、ポンピングロスを低減することができる。

また、最大リフト量Ｌｍａｘが小さい場合は、図４で説明したように、吸気通路１２の下側（図４中の破線の方向）に吸気流が流れ易くなる。本実施形態では、最大リフト量Ｌｍａｘが小さい場合は、可変気流制御弁３４の開度θを大きくするため、可変気流制御弁３４が十分に閉じられる。従って、筒内のタンブル流を強化することができる。

以上説明したように実施の形態３によれば、吸気バルブ３６のリフト量を可変する機構を備えた内燃機関１０において、最大リフト量Ｌｍａｘが大きくなる程、可変気流制御弁３４を大きく開くようにしたため、高回転域など吸入空気量が多くなる運転状態において、ポンピングロスが発生してしまうことを抑止できる。また、最大リフト量Ｌｍａｘが小さく、吸入空気量が少ない場合は、可変気流制御弁３４を閉じるようにしたため、筒内に確実にタンブル流を形成することができる。

実施の形態４．
次に、本発明の実施の形態４について説明する。図１１は、実施の形態４における可変気流制御弁３４の駆動方法を示す特性図である。

実施の形態４では、内燃機関１０の運転状態に応じて、可変機構４８によって吸気バルブ３６のバルブタイミング（作用角）が可変される。図１１は、実施の形態４において、吸気バルブ３６のリフト量および可変気流制御弁３４の開度θと、クランク角との関係を示す特性図である。

図１１に示すように、実施の形態４では、吸気バルブ３６のリフト量の特性において、運転状態に応じて特性Ｇ、特性Ｈ、特性Ｉで示すようにバルブタイミングが可変される。ここで、特性Ｇでは吸気バルブ３６の閉弁タイミングが遅角側に設定され、特性Ｉでは閉弁タイミングが進角側に設定され、特性Ｈでは特性Ｇと特性Ｉの間に閉弁タイミングが設定されている。

そして、実施の形態４では、吸気バルブ３６のリフト特性を変更した場合は、図１１中に特性Ｊ、特性Ｋ、特性Ｌで示すように、可変気流制御弁３４を閉じるタイミングを変更し、吸気バルブ３６の閉弁タイミングに合わせて可変気流制御弁３４が閉じるように制御を行う。ここで、可変気流制御弁３４の特性Ｊは吸気バルブが特性Ｇでリフトする場合に対応している。同様に特性Ｋは吸気バルブが特性Ｈでリフトする場合に、特性Ｌは吸気バルブが特性Ｉでリフトする場合にそれぞれ対応している。すわなち、吸気バルブ３６を閉じるタイミングを進角側に移行させた場合（特性Ｇ→特性Ｉ）は、可変気流制御弁３４を閉じるタイミングを進角側（特性Ｊ→特性Ｌ）に移行させている。

このように、吸気バルブ３６の閉じるタイミングを進角側に移行した場合は、可変気流制御弁３４の閉じ側の開度特性を進角側に移行させることで、吸気バルブ３６が開いているクランク角の区間で可変気流制御弁３４の開度を可変することができる。従って、吸気バルブ３６がリフトするタイミングに合わせて可変気流制御弁３４の開度を可変することが可能である。

以上説明したように実施の形態４によれば、可変バルブタイミング機構を備えた内燃機関１０において、バルブタイミングの変更に伴って、可変気流制御弁３４の開度を可変する区間を変更するようにしたため、吸気バルブ３６がリフトするタイミングに合わせて可変気流制御弁３４の開度を可変することができる。従って、バルブタイミングを可変した場合であっても、筒内に確実にタンブル流を形成することができ、また、ポンピングロスの発生を抑えることができる。

実施の形態５．
次に、本発明の実施の形態５について説明する。図１２は、実施の形態５における可変気流制御弁３４の駆動方法を示す特性図である。

実施の形態５では、ポンピングロスを低減して燃費を向上させるため、吸気バルブ３６を遅閉じにして内燃機関１０が運転される。すなわち、実施の形態５の内燃機関１０は、いわゆるミラーサイクルによって運転されるものである。図１２は、実施の形態５において、吸気バルブ３６のリフト量および可変気流制御弁３４の開度θと、クランク角との関係を示す特性図である。

ミラーサイクルで運転される内燃機関１０では、ポンピングロスを低減して燃費を向上させるため、吸気バルブ３６が吸気行程の下死点（BDC）よりも遅角側で閉じられる。これにより、ピストン４４の位置が吸気行程の下死点（BDC）を過ぎたタイミングの近傍で、筒内へ吸入した混合気が吸気通路１２側へ戻され、ポンピングロスが低減される。

このようなミラーサイクルで運転される内燃機関１０において、ピストン４４の位置が吸気行程の下死点（BDC）を過ぎたタイミングで可変気流制御弁３４が閉じていると、筒内から吸気通路１２へ排出される混合気の流れの障害となる。このため、本実施形態では、吸気行程の下死点を過ぎたタイミングで可変気流制御弁３４の開度θを０とし、可変気流制御弁３４を全開状態にする。これにより、吸気行程の下死点（BDC）を過ぎたタイミングで、吸気通路１２に排出された混合気の流れが可変気流制御弁３４によって遮られてしまうことを回避できる。

以上説明したように実施の形態５によれば、ポンピングロスを低減して燃費を向上させるため、吸気バルブ３６を遅閉じにして運転される内燃機関１０において、ピストン４４の位置が吸気行程の下死点（BDC）に到達したタイミングで可変気流制御弁３４を全開にするようにしたため、可変気流制御弁３４によって抵抗を受けることなく、筒内の混合気を吸気通路１２に戻すことができる。従って、筒内から吸気通路１２へ確実に混合気を送ることができ、ポンピングロスを確実に低減することが可能となる。また、実施の形態１と同様に、吸気バルブ３６のリフトに応じて可変気流制御弁３４の開度を可変するようにしたため、筒内に確実にタンブル流を形成することができ、ポンピングロスを低減することが可能となる。

実施の形態６．
次に、本発明の実施の形態６について説明する。図１３及び図１４は、実施の形態６における可変気流制御弁３４の駆動方法を示す特性図である。

実施の形態６では、ポート噴射を行う内燃機関１０において、吸気非同期噴射により燃料噴射弁３０から燃料が噴射される。すなわち、吸気バルブ３６が閉じているタイミングで燃料が噴射され、噴射された燃料は、吸気行程で筒内へ送られる。

非同期噴射により燃料が噴射される内燃機関１０では、吸気通路１２内の負圧によって、吸気行程で吸気バルブ３６が開かれた瞬間に一時的に筒内から吸気通路１２に向かう流れ（残留ガスの吹き返し）が生じる。その後、ピストン４４の下降に伴って、吸気通路１２に予め噴射されていた燃料と空気が筒内に吸入される。

図１５は、吸気バルブ３６が開かれた瞬間に吸気通路に流れが生じる様子を示す模式図である。図１５中に矢印で示すように、吸気バルブ３６が開かれた瞬間には、筒内から吸気通路１２に向かう流れが生じる。

この際、可変気流制御弁３４が閉じた状態（開度θ＝９０°）にあると、図１５（ａ）に示すように、予め噴射されて吸気通路１２内に存在する燃料が可変気流制御弁３４の下流側に付着したり、燃料が可変気流制御弁３４の下流側に滞留してしまうことが想定される。この場合、ピストン４４の下降に伴って吸気通路１２から筒内へ向かう流れが生じたとしても、可変気流制御弁３４の下流側に付着、または滞留した燃料が十分に筒内に送り込まれないことが想定される。特に、上述した各実施形態で説明したように、吸気バルブ３６の開き始めでは可変気流制御弁３４は十分に閉じられているため、可変気流制御弁３４の下流側では流れが生じにくくなり、付着、滞留した燃料が筒内に導入され難くなる。

このため、実施の形態６では、図１３に示すように、吸気バルブ３６を開いた直後のタイミングでは、可変気流制御弁３４の開度θ＝０とし、可変気流制御弁３４を全開に開くようにしている。これにより、図１５（ｂ）に示すように、吸気バルブ３６を開いた瞬間に吸気通路１２を上流に向かって流れた燃料は、可変気流制御弁３４の下流側に付着、滞留することがなく、上流に流れた燃料は、ピストン４４の下降とともに吸気流の流れにのって吸気通路１２の下流に流れ、筒内に吸入される。従って、想定した所望の燃料量、空気量を筒内に送ることが可能である。

図１４は、本実施形態の他の例を示す特性図である。図１４においても同様に、吸気バルブ３６を開いた直後のタイミングで可変気流制御弁３４の開度θ＝０としている。図１３と図１４とでは、吸気バルブ３６を開く以前のタイミングでの可変気流制御弁３４の開度が相違している。すなわち、図１３では、吸気バルブ３６を開く以前のタイミングで可変気流制御弁３４の開度を９０°としているが、図１４では、吸気バルブ３６を開く以前のタイミングで可変気流制御弁３４の開度を０としている。従って、図１３では、吸気行程の終了後、可変気流制御弁３４の開度θは９０°の状態が維持されるが、図１４では、吸気行程の終了後、可変気流制御弁３４の開度θが０とされる。

図１３及び図１４のいずれの場合においても、吸気バルブ３６が開かれた後は、吸気バルブ３６のリフトに応じて可変気流制御弁３４の開度を可変するため、筒内に確実にタンブル流を形成することができ、ポンピングロスを低減することが可能となる。

以上説明したように実施の形態６によれば、非同期噴射を行う内燃機関において、吸気バルブ３６を開いた直後のタイミングで可変気流制御弁３４を全開にするようにしたため、吸気バルブ３６を開いた瞬間に吸気通路１２の上流に向かって流れた燃料が可変気流制御弁３４の下流側に付着、または滞留してしまうことを抑止できる。従って、予め吸気通路１２に噴射された所望の燃料量を確実に筒内に送ることが可能となる。

なお、上述した各実施形態は、それぞれ単独で実施しても良いし、各実施形態を適宜組み合わせて実施しても良い。

また、上述した各実施形態では、吸気通路１２に燃料を噴射するポート燃料噴射弁を備えた機関について説明したが、実施の形態１〜５については、筒内に直接燃料を噴射する機関に適用しても良い。

本発明の各実施形態に係る内燃機関の制御装置及びその周辺の構造を説明するための図である。 内燃機関の筒内（燃焼室）と、吸気バルブ、排気バルブの近傍を詳細に示す模式図である。 実施の形態１において、吸気バルブのリフト量および可変気流制御弁の開度θと、クランク角との関係を示す特性図である。 吸気バルブの開き始めのタイミング、または吸気バルブが閉じる直前のタイミングにおける吸気流の流れを示す模式図である。 吸気バルブのリフト量が最大となるタイミングでの吸気流の流れを示す模式図である。 実施の形態１において、吸気バルブのリフト量および可変気流制御弁の開度θと、クランク角との関係を示す特性図であって、内燃機関が高回転域で運転される場合の特性を示す模式図である。 実施の形態２において、吸気バルブのリフト量および可変気流制御弁の開度θと、クランク角との関係を示す特性図である。 エンジン回転数と開度θ_Ｘとの関係を示す特性図である。 実施の形態３において、吸気バルブのリフト量および可変気流制御弁の開度θと、クランク角との関係を示す特性図である。 吸気バルブの最大リフト量Ｌｍａｘと、開度θ１との関係を示す特性図である。 実施の形態４において、吸気バルブのリフト量および可変気流制御弁の開度θと、クランク角との関係を示す特性図である。 実施の形態５において、吸気バルブのリフト量および可変気流制御弁の開度θと、クランク角との関係を示す特性図である。 実施の形態６において、吸気バルブのリフト量および可変気流制御弁の開度θと、クランク角との関係を示す特性図である。 実施の形態６において、吸気バルブのリフト量および可変気流制御弁の開度θと、クランク角との関係を示す特性図である。 吸気バルブが開かれた瞬間に吸気通路に流れが生じる様子を示す模式図である。

符号の説明

１０ 内燃機関
１２ 吸気通路
３４ 可変気流制御弁
３６ 吸気バルブ
４８ 可変機構

Claims (8)

1. 所定のタイミングで開くことで内燃機関の筒内にガスを送る吸気バルブと、
   内燃機関の吸気通路に設けられ、内燃機関の筒内に送られる吸気流の流れを制御する可変気流制御弁と、
   前記吸気バルブの開度に応じて、前記可変気流制御弁の開き量を制御する制御手段と、
   を備えたことを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記制御手段は、前記吸気バルブのリフト量が小さいときは前記可変気流制御弁の開き量を少なくし、前記吸気バルブのリフト量が大きいときは前記可変気流制御弁の開き量を大きくすることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記制御手段は、内燃機関が高負荷域で運転されるほど前記可変気流制御弁の開き量を大きくすることを特徴とする請求項１又は２記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記制御手段は、吸気行程の後半において、機関回転数が高いほど前記可変気流制御弁の開き量を大きくすることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
5. 運転状態に応じて前記吸気バルブの最大リフト量を可変する可変リフト機構を備えた内燃機関において、
   前記制御手段は、前記最大リフト量が大きくなるほど、前記可変気流制御弁の開き量を大きくすることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
6. 運転状態に応じて前記吸気バルブがリフトしているタイミングを可変する可変タイミング機構を備えた内燃機関において、
   前記制御手段は、前記吸気バルブがリフトしているタイミングが可変された場合は、前記可変気流制御弁を開くタイミングを可変することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
7. 前記吸気バルブは、吸気行程の下死点が過ぎた後の所定のタイミングで閉じられ、
   前記制御手段は、吸気行程の下死点が過ぎたタイミングで、前記可変気流制御弁の開き量を最大にすることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の制御装置。
8. 吸気通路に燃料を噴射する燃料噴射弁を備え、吸気行程以外の所定のタイミングで前記燃料噴射弁から燃料を噴射する内燃機関において、
   前記制御手段は、吸気行程で前記吸気バルブが開かれた直後のタイミングでは、前記可変気流制御弁の開き量を最大にすることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の制御装置。

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