JPH0385326A - 内燃機関の吸気制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明（上　内燃機関の吸気制御装置に関するもので、
詳しくは吸気制御装置を用いた制動機構に関するもので
ある。

［従来の技術及びその課題］ 従棗　この種の制動機構として、例えｌｆ、　　特開昭
５５−８７８３５号公報に記載されたようなバルブタイ
ミング可変機構を利用したものが知られている。この装
置は　吸気弁を開閉する駆動機構に可変カムを用い、こ
の可変カムのカム位置を油圧機構で変更する構成を備え
、所定の減速状態を検出したとき１：、該駆動機構のカ
ムの切り替え１；より吸気弁を全開保持することにより
、エンジンブレーキ効果を発揮させるととも１：、燃費
の節減や排気の浄化を図ったものである。

しかし、この技術で（よ　カムを切り替える機構に油圧
機構を用いており、そのため、構成が複雑になるだけで
なく、油圧ポンプの振動や電磁弁の振動が大きく、さら
に　油圧ポンプの故障に刻処するには複雑なフェールセ
ーフ機能を必要とする等の問題があつム　さら１：、こ
の装置で１よ　油圧機構の駆動力でカムの切り替えを行
っているために、カム位置を短時間に切り替えることが
できず、そのため応答性に優れたエンジンブレーキを得
ることができなかつＬ　また、カム位置は各気筒同時に
閉動作に入るために吸入サイクル毎の細かな制御が困難
であるという問題もあった 一方、他の従来の技術として、特開昭６２−２３７０３
０号公報に記載されているミラーサイクルエンジンを利
用したものも知られている。すなわち、このエンジン（
友　スロットルバルブの絞り損失を低減することを主目
的とし、スロットルバルブの代わりに　高負荷時に開作
動されるシャッタパルプを大径の吸気通路に配設すると
共１：、シャッタパルプをバイパスする小径のバイパス
通路を設け、このバイパス通路にクランク軸またはカム
軸の回転によって開閉作動されるロータリパルプよりな
るタイミングパルプを設けたものである。

この装置で（よ　さらにタイミングパルプを設けたこと
に伴い、シリンダ側の吸気通路の吸気圧が上昇し、減速
時におけるエンジンブレーキ力が低減するが、これを防
止するために吸気通路の上流側に開閉弁を設け、減速時
に開閉弁より下流側が負圧になるように開閉弁を閉じ方
向へ制御する機構も備えている。しかし、この装置で（
表　吸気通路の上流側に単一の開閉弁を設けただけであ
るために　大きなブレーキ力を安定して得ることができ
ず、しかもブレーキの効きがよくないという問題があっ
た 本発明（友　上記従来の技術の問題を解決することを課
題とし、吸気弁と別体１ス　かつ各気筒毎に設けた吸気
制御弁を開閉し、シリンダとピストンとによるエキスパ
ンダ効果を利用した機構を用いることにより、簡単な構
成で、かつ優れた応答性を有し、その上　大きなエンジ
ンブレーキの効果を得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する。

［課題を解決するための手段］ 前記課題を解決するためになされた本発明（友第１図に
示すように 内燃機関Ａの各気筒Ｂに通じる吸気通路Ｃに各々設けら
れ、　機械式の吸気弁に対して上流側の該吸気通路Ｃを
開閉可能な電気式の吸気制御弁りと、内燃機関への減速
状態を検出する減速状態検出手段Ｅと、 この減速状態検出手段Ｅの検出信号に基づいて、所定減
速状態か否かを判定する減速判定手段Ｆと、この減速判
定手段「にて減速状態と判定したとき１：、吸気行程前
に吸気制御弁りの少なくとも１を各吸気通路Ｃ毎に独立
に全開制御する制御手段Ｇと、 を備えたことを特徴とする。

［作用１ 本発明による吸気制御弁Ｄ　ｌ＆　　内燃機関Ａの運転
状態等に基づいて所望の機関出力となるように開閉制御
さ札　調節される。

また　本発明で（↓　この吸気制御弁りが内燃機関Ａの
減速状態に応じて制動力を発揮するようにも使用される
。すなわち、減速状態検出手段Ｅにて検出された減速状
態が減速判定手段Ｆに入力さ札　ここで所定減速状態と
判定された場合に（よその結果が制御手段Ｇに入力され
る。制御手段Ｇ（表　吸気通路Ｃに対して吸気行程前の
時点にて、吸気制御弁りのうち１つ以上が閉じられるべ
く制御を行なう。これにより、機械式の吸気弁が開かれ
ても、気筒内に空気が流入しないで、吸気制御弁りより
下流の吸気通路Ｃ及び気筒Ｂ内（上　密閉状態となる。

この状態で、ピストンが下死点方向へ作動するため、当
該気筒Ｂはエキスパンダーとして機能し、エネルギーを
吸収し、制動力を生じる。

このような動作において、本発明で１戴　制動開始直後
の吸気行程の気筒Ｂから制動効果が発揮されるため応答
性がよく、　しかも減速要求の大小に応じて全閉する吸
気制御弁りの数を調節することにより、エンジンブレー
キ力を漸次滑らかに得ることができる。したがって、降
板時等にも好適な細やかなエンジンブレーキ力に設定さ
れることになる。

［実施例］ 次１：、本発明の好適な実施例を図面に基づいて詳細に
説明する０本発明にかかる実施例である吸気制御装置が
搭載されている内燃機関のシステム構成を第２図に示す
。

同図に示すよう１：、本システム（よ　４気筒内燃機関
１、この内燃機関１の吸気系１ａに配設された吸気制御
部２、これらを制御する電子制御装置（以下、単にＥＣ
Ｕとも呼−Ｓ；　　）　３、及びセンサ群４等から構成
されている。

内燃機関１（上　４個の気筒５．　６．　７．　８を備
え、各気筒５〜８に１．ｔ、高速適合カム１：より内燃
機関１の回転に連動して開閉される吸気弁９，１０．１
１．１２が配設さ札　さら１：、排気弁１３゜１４．１
５．１６が設けられている。

吸気系１ａ内で分岐して各気筒５〜８に連通する吸気ボ
ート１７．　１８．　１９，２０に（友　各々吸気制御
弁２１，２２，２３．２４が配設さ札これらの吸気制御
弁２１〜２４．（−１それぞれアクチュエータ２７．２
８，２９．３０により開閉駆動される。すなわち、吸気
制御弁２１〜２４１上吸気弁９〜１２の開閉とは独立し
て、ＥＣＵ３によりアクチュエータ２７〜３０を介して
開閉駆動される。

上記センサ群４に【友　各気筒５〜８の図示しないピス
トンが上死点（ＴＤＣ）に位置するときにパルス信号を
出力するクランク角センサ３１．所定のクランク角毎に
パルス信号を出力する回転速度センサ（回転角センサも
兼ねる）３２、アクセルペダルの踏込量を検出するアク
セル開度センサ３３、内燃機関１の水温を検出する水温
センサ３４等があり、これらの信号はＥＣＵ３に入力さ
れる。

ＥＣＵ３はＣＰＵ４１．ＲＯＭ４２．ＲＡＭ４３を中心
に論理演算回路として構成さ札　コモンバス４４を介し
て入出力部４５に接続されて、外部との入出力を行うこ
とにより、上述した吸気制御弁２１〜２４の開閉制御を
行う。

次１：、吸気制御弁２１〜２４およびアクチュエータ２
７〜３０の構成及び作動について説明する。

なお、これらは同一の構成であるので、吸気制御弁２１
及びアクチュエータ２７にて説明する。

第３図に示すよう１：、吸気制御弁２１（よ　吸気ボー
ト１７内に　吸気ボート１７の混合気流れ方向に対し垂
直方向を回転軸として設けられ、　一部が断面半円形に
切り欠かれたシャフト５１と、そのシャフト５１を軸支
する軸受５３，５５と、そのシャフト５１の切り欠き部
にボルト５７．５９で固定されて、吸気ポート１７内で
そのシャフト５１を軸として揺動可能な円盤状の可動板
６１とを主要な構成としている。なお、第３図のＡ−Ａ
線拡大断面図である第４図（こ示すよう１：、可動板６
１（友　吸気ボート１７の内径よりも大きな径を有して
おり、揺動時に　吸気ポート１７の内壁に形成された衝
突部としてのリング状の段部１７ａ（二衝突してその動
きが停止するようになされている。なお、その衝突時の
可動板６１の方向が、吸気ポートの混合気の流れ方向に
対して所定角度θ（本実施例の場合、６７．５＠である
。）と成るように　段部１７ａの位置および可動板６１
の径が定められている。

一方、アクチュエータ２７［；Ｌ　　いわゆるＰＭ型の
ステッピングモータであり、第３図および第３図のＢ−
Ｂ線断面図である第５図に示すよう１：。

外装としてケーシング６３が用意さ札　該ケーシング６
３内に（友　前記シャフト５１に連結されるシャフト６
５と、シャフト６５の回りに固設されｆ：、２極に磁化
された永久磁石６７とを有し、さらにケーシング６３の
内壁に（よ　２相４極のコイル７１，７２，７３．７４
が永久磁石６７を囲むように配設されている。詳しく（
ヨ　　−相のコイル７１．７２は吸気ポート１７の混合
気流れ方向に、また　他の相のコイル７３．７４はその
コイル７１．７２０配列方向と垂直となる方向１：、そ
れぞれ配列されて、永久磁石６７を囲んでいる。コイル
７１〜７４（上　ケーシング６３の内壁にボルト７７等
で固定されたボビン７１ａ、　　７２ａ、７３ａ、７４
ａに１本のエナメル線を巻いた、モノファイラ巻の構成
をしている。

なお、可動板６１の揺動可能範囲（よ　可動板６１の開
放時の安定位置を定めるコイル７２．７４の配列方向か
ら段部１７ａに衝突するまでの所定角度θであるが、こ
の所定角度θ（九　可動板６１の開放時の安定位置を定
めるコイル７１．７２の配列方向と可動板６１の閉鎖時
の安定位置を定めるコイル７３．７４の配列方向との成
す角９０’よりも小さくなるように構成されている。

以上のように構成された吸気制御弁２１およびアクチュ
エータ２７の動作を次に説明する。

ＥＣＬＪ３により、コイル７１．７２が励磁する位置に
切り換えられると、コイル７１からコイル７２（もしく
はコイル７２からコイル７１）への磁束が流れ　永久磁
石６７がその磁極で定まる閉じ方向に揺動し、このとき
、その永久磁石６７にシャフト５１．６５を介して連結
された可動板６］も同時に揺動する。その後、永久磁石
６７１上コイル７１．７２で定まる安定方向で揺動を停
止して、可動板６１が吸気ボート１７の混合気流れ方向
に向けられる。こうして、吸気ボート１７は開放される
。

一方、　ＥＣＵ３により、コイル７３．７４が励磁する
位置に切り換えられると、コイル７３からコイル７４（
もしくはコイル７４からコイル７３１）への磁束が流れ
　永久磁石６７がその磁極で定まる開き方向に揺動し、
このとき、その永久磁石６７に連結された可動板６１も
同時に揺動する。

そして、永久磁石６７がその揺動の際に既述した所定角
度θだけ回転したとき１：、可動板６１は吸気ボート１
７の内壁に形成された段部１７ａに衝突する。こうして
、吸気ボー）１７１友　可動板６１により閉鎖される。

再び、第３図に戻り、既述した吸気制御弁２１の軸受５
３の上部に１上　可動板６１の回転速度を検出する弁回
転速度センサ７９が設けられている。

この弁回転速度センサ７９（上　シャフト５１に連結さ
れる永久磁石を内部に有し、その周囲に複数のコイルが
配置された構成をしており、そのコイルに発生する電流
信号から可動板６１の回転速度が検出される。なお、こ
の弁回転速度センサ７９の検出信号ＩＬＥｃＵ３に入力
されて、各種の吸気制御に用いられることになるが、本
明細書では特にこれらの制御について触れるものではな
いため、第２図においてはその弁回転速度センサ７９の
記載を省略している。

次１：、上記ＥＣＬＪ３にて実行される吸気制御弁２１
〜２４による制動制御について第６図のフローチャート
を用いて説明する。

まず、最初のステップ１００にて、エンジンの回転速度
センサ３２に基づいてエンジン回転数が読み込まれると
共に、アクセル開度センサ３３に基づいてアクセル開度
が読み込まれる。続くステップ１０５で（友　上記ステ
ップ１００にて読み込まれたエンジン回転数により求め
た減速取　つまり回転数の時間的変化の割合及びアクセ
ル開度に基づいて、車両が減速状態であるか否かについ
て判定される。すなわち、アクセル開度が全開状態にな
いか、エンジン回転数の減速率が所定値以下でない場合
には定常走行にあると判定さね　ステップ１１０へ移行
する。一方、アクセル開度が全閉状態と判定さ札　かつ
エンジン回転数の減速率が所定値以下と判定されたとき
に　所定の減速状態に達したと判定さ札　ステップ１２
０へ進む。

ここで（よ　まず、通常の走行状態であるとしてステッ
プＭＯに移行した場合について説明すると、後述するブ
レーキ制御処理の実行中であることを示すフラグＦＢの
判定が実行される。最初の実行処理で（友　初期設定に
よりフラグＦＢｈ（Ｏにリセットされているからステッ
プ１１５へ進み、通常の吸気制御処理が実行される。こ
の吸気制御処理（よアクチュエータ２７〜３０に制御信
号を送ることにより、吸気制御弁２１〜２４の開度を調
整する制御である。この制御について（友　例え（Ｌ　
特願昭６３−２３７４３７号に詳しいから説明を省略す
る。一方、ステップ１０５にて所定の減速状態であると
判定された場合に（友　ステップ１２０へ進み、フラグ
Ｆを１にセットした後に　ブレーキ制御の実行処理が行
われる。この処理（上　例え（ヱ第７図のフローチャー
トのごとく実行される。第７図において、まず、ステッ
プ２００にて、フラグＦＢの判定が行われるが、ここで
（よ　既にブレーキ制御の実行処理の条件が成立してい
るから、肯定判断さね　ステップ２０５へ進む。ステッ
プ２０５で（よ　エンジン回転数の減速率に対応して閉
じる吸気制御弁２１〜２４の設定個数Ｎが定められる、
この設定個数Ｎ　ｌ＆　　減速率の割合が大きいほど多
くするようになっている。

次のステップ２１５でｌ；Ｅ、　　現時点で閉じている
吸気制御弁２１〜２４の個数ｎが設定個数Ｎより大きい
か否かの判定が行わ札　否定判定の場合に（よ　ステッ
プ２２０へ進み、現在のクランク角に基づいて、その直
後に吸気行程に入る吸気制御弁２１〜２４が閉じている
か否かの判定が行わ孔開じていない場合に（よ　ステッ
プ２２５に進み、吸気制御弁２１〜２４のうちの該当す
るものを全問にする。その後にステップ２３０に進み、
個数ｎがインクリメントされる。すなわち、ステップ２
１５〜２３０にて吸気制御弁２１〜２４が設定個数Ｎだ
け吸気行程直前に順次閉弁される。なお、ステップ２３
５１１　　個数ｎをリセットする処理である。

そして、第６図に戻ってステップ１０５にてエンジン回
転数センサとアクセル開度センサにより減速状態が終了
したと判定された場合に（上　ステップ１１０からステ
ップ１２５へ進み、次の吸気行程から、吸気制御弁２１
〜２４をすべて全開させ、かつフラグ「Ｂをリセットす
る復帰処理が行わ札　その後にステップ１１５の通常の
吸気制御処理へ移行する。

このように　上記実施例によれ（ｆＳ　　吸気行程前の
時点にて、吸気制御弁２１〜２４のうち１つ以上が閉じ
られると、吸気弁９〜１２がカムの作動により開かれて
も、気筒５〜８内に空気が流入しないで、気筒５〜８及
び吸気制御弁２１〜２４より下流の吸気通路は密閉状態
となる。この状態で、ピストンが下死点方向へ作動する
ため、当該気筒５〜８はエキスパンダーとして機能し、
エネルギーを吸収し、エンジンブレーキの効果を発揮す
る。

本実施例のブレーキ効果について、従来技術と対比して
第８図を用いて説明する。第８図において、縦軸にエン
ジンブレーキ効果を表すエンジンの負トルクを、横軸に
時間を示し、実線にて本実施例を、破線にてテーパカム
駆動型可変バルブタイミング装置による従来の技術を示
し、−点鎖線にて燃料カットによる従来の技術を示す。

これから明らかなように　従来のテーバカム駆動型可変
パルプタイミング装置で（上　制動開始指令から全閉状
態まで過渡状態が長いことから応答性がよくなく、一方
燃料噴射カットではブレーキ効果が小さく、これに対し
て、本実施例で（よ　制動開始指令の次の吸気行程の気
筒から制動効果が発揮されるため応答性がよく、　しか
も減速の要求の大小に応じて全閉する吸気制御弁２１〜
２４の数が多くなることから、大きなエンジンブレーキ
力を漸次滑らかに得ることができる。したがって本実施
例で（よ　エンジン負荷及び回転数の減速率に併せて、
各気筒単位毎に細かな制御が行われるので、降板時等に
も好適なエンジンブレーキの状態に設定されることにな
る。

しかも、本実施例で（上　第９図（Ｂ）に示すよう１：
、エンジンブレーキ力が生じる行程（よ　吸入行程及び
膨張行程の２行程であり、第９図（Ａ）に示す従来の技
術の燃料カットの場合の吸気行程だけのブレーキ力と比
べて２倍と大きい。

また、本実施例で（友　全閉された気筒内に（よ燃料が
供給されないため、燃焼が起こらず、エンジンブレーキ
の効きが良好になり、　しかも、口Ｃ３ＣＯ等の排気ガ
スも大幅に低減されるという副次的効果もある。

上記実施例で（友　吸気制御弁２１〜２４のアクチュエ
ータ２７〜３０として、ステップモータ型のものを用い
たが、第１０図のようなＰＺＴによるストローク型のア
クチュエータでもよＬ％、　　すなわち、このアクチュ
エータの駆動回路６０１にＥＣ，ＬＪ３からのハイレベ
ル信号が入力されると、駆動回路６０１から圧電体６０
２に所定の電圧が印加さ札　圧電体６０２は伸長する。

これによりピストン６０３は図中左側へ移動し、さらに
油密室６０４の油は圧力を受け、プランジャ６０５を図
中左側へ移動させる。このときのプランジャ６０５の移
動（友　圧電体６０２の伸長に対して、　［ピストン６
０３の直径／プランジャ６０５の直径］の２乗倍であり
、圧電体４０２の伸長量が増幅されてプランジャ６０５
へ伝達される。このプランジャ６０５の図中左方向への
動きにより、ラック６０６も図中左方向へ動き、ビニオ
ン６０７が回転する。また同時にリターンスプリング６
０８を縮める。このビニオン６０７の回転運動に連動し
て弁体６０９も回転し、吸気ポート６１０を閉鎖する。

逆にＥＣＵ３からロウレベル信号が入力されれ（ヱ　圧
電体６０２は収縮し、リターンスプリング６０８により
ラック６０６が図中右方向へ移動される。この結果、ビ
ニオン６０７が逆回転して弁体６０９が戻り、吸気ボー
ト６１０を開放する。

このように　ステップモータ型と同様に吸気調整の機能
及びエンジンブレーキ機能を果たすことができる。

［発明の効果］ 以上説明したよう１：、本発明の吸気制御弁（上内燃機
関の運転状態等に基づいて所望の機関出力となるように
開閉制御されるだけでなく、内燃機関の減速状態に応じ
て吸気行程前の時点にて、そのうちの１つ以上が閉じら
れる制御が行われる。

したがって、吸気弁が開かれても、気筒内に空気が流入
しないで、吸気制御弁より下流の吸気通路及び気筒内が
密閉状態となり、閉じられた気筒はエキスパンダーとし
て機能して制動力を生じる。

このような制動作用において、制動開始指令の次の吸気
行程の気筒から効果が発揮されるため応答性がよく、し
かも減速要求の大小に応じて全閉する吸気制御弁の数を
調節することにより、エンジンブレーキカを漸次滑らか
に得ることができ、よって、降板時等にも好適な制動状
態に設定することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基本的構成の一例を示す構成は　第２
図は本発明の一実施例にかかる吸気制御装置及びその周
辺装置を示す構成は　第３図は吸ネ 気制御弁を示す断面は　再４図は第３図のＡ−Ａ線の断
面は　第５図は第３図のＢ−Ｂ線の断面は第６図及び第
７図は本実施例のブレーキ制御処理を示すフローチャー
ト、第８図は本実施例の作用・効果を示すグラフ、第９
図は同実施例の作用を示す説明諷　第１０図は他の実施
例の吸気制御弁を示す断面図である。 Ａ・・・内燃機関　　Ｂ・・・気筒　　Ｃ・・・吸気通
路Ｄ・・・吸気制御弁　　Ｅ・・・減速状態検出手段「
・・・減速判定手段　Ｇ・・・制御手段１・・・内燃機
関　　１ａ・・・吸気系３・・・電子制御装置（ＥＣＵ
）　　９〜１２・・・吸気弁１３〜１６・・・排気弁　
　２１〜２４・・・吸気制御弁３２・・・回転速度セン
サ ３３・・・アクセル開度センサ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 内燃機関の各気筒に通じる吸気通路に各々設けられ、機
   械式の吸気弁に対して上流側の該吸気通路を開閉可能な
   電気式の吸気制御弁と、 内燃機関の減速状態を検出する減速状態検出手段と、 この減速状態検出手段の検出信号に基づいて、所定減速
   状態か否かを判定する減速判定手段と、この減速判定手
   段にて減速状態と判定したときに、吸気行程前に吸気制
   御弁の少なくとも１を各吸気通路毎に独立に全閉制御す
   る制御手段と、を備えたことを特徴とする内燃機関の吸
   気制御装置。