JPH04350324A - 内燃機関の吸気装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は内燃機関の吸気装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】各気筒に夫々接続された各吸気枝管が合
流する吸気管にこの吸気管を開閉可能な単一の吸気制御
弁を設け、各吸気弁が開弁している期間内において吸気
制御弁を予め定められた期間だけ開弁せしめることによ
って気筒内に吸入される空気量を制御せしめるようにし
た内燃機関の吸気装置が公知である（特開昭６２−２７
６２１９号公報参照）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】この吸気装置において
、吸気制御弁の閉弁時期を制御せしめることによって気
筒内に吸入される空気量を制御せしめるようにすると、
低負荷時においては吸気制御弁の閉弁時期が早められポ
ンプ損失を低減せしめることができる。

【０００４】ところが、吸気制御弁を早期に閉弁せしめ
ると、断熱膨張期間が増大するために実質的な圧縮期間
が減少し、このため着火直前における混合気温度が低下
して燃焼が悪化する。この結果トルク変動が大きくなっ
て許容トルク変動を越えるという問題を生ずる。

【０００５】この対策として、吸入空気を加熱して燃焼
を改善することが考えられる。ところが、吸入空気の温
度が変動すると着火直前における混合気温度が変化する
ため、吸気温度に応じて吸気制御弁閉弁時期を制御しな
い場合、以下のような問題を生ずる。

【０００６】すなわち、吸気温度が低い場合に合わせて
吸気制御弁閉弁時期を遅角せしめておくと、着火直前に
おける混合気温度の低下を防止してトルク変動を低減す
ることができるが、吸気温度が高い場合においても吸気
制御弁閉弁時期が遅角せしめられたままであるためポン
プ損失の低減を十分に得られないという問題がある。

【０００７】一方、吸気温度が高い場合に合わせて吸気
制御弁閉弁時期を早めておくと、ポンプ損失の低減を十
分に得ることができるが、吸気温度が低い場合に燃焼が
悪化してトルク変動が許容トルク変動を越えるという問
題がある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
め本発明によれば、吸気通路を開閉可能な吸気制御弁を
吸気弁上流の吸気通路に設け、吸気弁が開弁している期
間内において吸気制御弁を予め定められた期間だけ開弁
せしめ吸気制御弁の閉弁時期を制御せしめることによっ
て気筒内に吸入される空気量を制御せしめるようにした
内燃機関において、気筒内に吸入される吸気を加熱する
ための加熱手段を設け、吸気の温度が低い程吸気制御弁
の閉弁時期を遅角せしめるように制御する制御手段を設
けている。

【０００９】

【作用】気筒内に吸入される空気は加熱手段によって加
熱される。吸気制御弁の閉弁時期は、吸気温度が低下す
るにつれて遅角せしめられる。従って吸気温度が低い場
合には吸気制御弁閉弁時期は遅くされるため着火直前に
おける混合気温度の低下を防止して燃焼を改善すること
ができる。一方、吸気温度が高い場合には吸気制御弁閉
弁時期は早められるためポンプ損失の低減効果を十分に
得ることができる。

【００１０】

【実施例】図１に４気筒ガソリン機関を示す。

【００１１】図１を参照すると、１〜４は第１〜第４気
筒、５〜８は吸気弁、９〜１２は各気筒１〜４に夫々接
続された第１〜第４吸気枝管を夫々示す。各吸気枝管９
〜１２は上流端でサージタンク１３に接続され、サージ
タンク１３はさらに吸気管１４に接続されている。第１
〜第４吸気枝管９〜１２には第１〜第４燃料噴射弁１５
〜１８が夫々配置され、各燃料噴射弁１５〜１８上流の
各吸気枝管９〜１２には、各吸気枝管９〜１２を全開ま
たは全閉可能な第１〜第４吸気制御弁１９〜２２が配置
される。

【００１２】吸気管１４の途中にはリンクレススロット
ル弁２３が設けられる。スロットル弁２３上流の吸気管
１４から吸気加熱管２４が分岐し、この吸気加熱管２４
は機関本体２５内を通過した後サージタンク１３の吸気
管１４接続部と反対側に接続される。サージタンク１３
接続部直前の吸気加熱管２４には吸気加熱管２４を全開
または全閉する開閉弁２６が配置される。

【００１３】図２には第１吸気制御弁１９の斜視図を示
す。図２を参照すると、吸気制御弁１９は、弁体１９ａ
と、弁体１９ａの上端および下端に夫々形成された上方
および下方ディスク状部１９ｂ，１９ｃと、下方ディス
ク状部１９ｃから下方に向かって延びると共にアクチュ
エータ２８（図４および図５参照）に連結される弁軸１
９ｄとを備えている。

【００１４】図４には第１吸気制御弁１９の弁体１９ａ
の開弁位置（図中実線で示す）と閉弁位置（図中一点鎖
線で示す）とを示す。弁体１９ａの断面形状は、中心部
から両端に向かうに従って徐々に先細となるように形成
されている。

【００１５】なお、第２〜第４吸気制御弁２０〜２２は
第１吸気制御弁１９と同様である。

【００１６】図４および図５には、吸気制御弁１９を駆
動するためのアクチュエータ２８の構造および動作を示
す。 図４を参照すると、アクチュエータ２８は、弁軸１９ｄ
（図２参照）に連結され回転可能な円柱状磁極２８ａと
、円柱状磁極２８ａに対して互いに反対側に配置された
第１および第２磁極２８ｂ，２８ｃと、円柱状磁極２８
ａに対して互いに反対側に配置されると共に第１および
第２磁極２８ｂ，２８ｃに対し夫々９０度離間して配置
された第３および第４磁極２８ｄ，２８ｅとを具備する
。第１、第２、第３、および第４磁極２８ｂ，２８ｃ，
２８ｄ，２８ｅはコイルに通電することによって磁化さ
れ、第１磁極２８ｂはＮ極に、第２磁極２８ｃはＳ極に
常に磁化されている。円柱状磁極２８ａは図示のように
Ｓ極とＮ極に磁化されている。第１吸気制御弁１９の開
弁時においては、第３磁極２８ｄはＳ極に、第４磁極２
８ｅはＮ極に夫々磁化される。これによって、円柱状磁
極２８ａは、円柱状磁極２８ａのＮ極が第２および第３
磁極２８ｃ，２８ｄの間に位置するようにして静止する
。

【００１７】一方、第１吸気制御弁１９の閉弁時におい
ては、図５に示されるように、第３磁極２８ｄがＮ極に
、第４磁極２８ｅがＳ極に磁化される。これによって円
柱状磁極２８ａは図中右回りに９０度だけ回転し、円柱
状磁極２８ａのＮ極が第２および第４磁極２８ｃ，２８
ｅの間に位置するようにして静止する。

【００１８】なお、第２〜第４吸気制御弁２０〜２２の
アクチュエータも同様である。

【００１９】再び図１を参照すると、電子制御ユニット
３０はディジタルコンピュータからなり、双方向性バス
３１によって相互に接続されたＲＯＭ（リードオンリメ
モリ）３２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）３３、
ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）３４、入力ポート３５お
よび出力ポート３６を具備する。

【００２０】サージタンク１３内の絶対圧を検出する圧
力センサ５０はＡＤ変換器４０を介して入力ポート３５
に接続される。サージタンク１３内の吸気温を検出する
吸気温センサ５１はＡＤ変換器４１を介して入力ポート
３５に接続される。アクセルペダル２９の踏込み量（以
下「アクセル開度」という）を検出するためのアクセル
開度センサ５２がＡＤ変換器４２を介して入力ポート３
５に接続される。クランクシャフトが所定のクランク角
回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ５
３は入力ポート３５に接続される。クランク角センサ５
３の出力パルスに基づいて機関回転数が計算される。

【００２１】一方、出力ポート３６は、駆動回路４３を
介してリンクレススロットル弁２３を駆動するためのア
クチュエータ５５に接続され、対応する各駆動回路４４
〜４７を介して第１〜第４吸気制御弁１９〜２２に夫々
接続され、駆動回路４８を介して開閉弁２６を開閉駆動
するためのアクチュエータ５６に接続される。

【００２２】次に図６を参照して吸気制御弁の制御につ
いて説明する。図６を参照すると、吸気制御弁は吸気弁
が開弁される前のθ１　において開弁せしめられ、θ２
　において閉弁せしめられる。クランク角θは図６にお
いて右に向かう程増大する（例えば、圧縮上死点でθは
０とする）。θ１　は固定値であり、θ２　は負荷の増
大に応じて増大する。吸気弁は吸気下死点直後のθ３　
で閉弁せしめられる。吸気弁および吸気制御弁が共に開
弁している期間内においてだけ気筒内に空気が流入する
ため吸気制御弁の閉弁時期θ２　を制御することによっ
て気筒内に供給される空気量を制御することができる。

【００２３】負荷が減少する程気筒内に供給される必要
空気量は少なくてよいため、吸気制御弁が早く閉弁せし
められ（すなわち、θ２　が減少せしめられ）、これに
よって、ポンプ損失を低減せしめることができる。なお
、θ１　は負荷の増大に応じて変動させてもよい。

【００２４】ところが、吸気制御弁を早期に閉弁せしめ
ると（低負荷時）、断熱膨張期間が増大するために実質
的な圧縮期間が減少し、このため着火直前における混合
気温度が低下して燃焼が悪化する。この結果トルク変動
が大きくなって許容トルク変動を越えるという問題を生
ずる。

【００２５】この対策として、吸入空気を加熱して燃焼
を改善することが考えられる。ところが、吸入空気の温
度が変動すると着火直前における混合気温度が変化する
ため、吸気温度に応じて吸気制御弁閉弁時期を制御しな
い場合、以下のような問題を生ずる。

【００２６】すなわち、吸気温度が低い場合に合わせて
吸気制御弁閉弁時期を遅角せしめておくと、着火直前に
おける混合気温度の低下を防止してトルク変動を低減す
ることができるが、吸気温度が高い場合においても吸気
制御弁閉弁時期が遅角せしめられたままであるためポン
プ損失の低減を十分に得られないという問題がある。

【００２７】一方、吸気温度が高い場合に合わせて吸気
制御弁閉弁時期を早めておくと、ポンプ損失の低減を十
分に得ることができるが、吸気温度が低い場合に燃焼が
悪化してトルク変動が許容トルク変動を越えるという問
題がある。

【００２８】そこで本実施例では吸気を加熱すると共に
、吸気の温度が低い程吸気制御弁閉弁時期を遅角せしめ
るようにしている。

【００２９】図１を参照すると、開閉弁２６は全負荷時
においては全閉とされる。このため、全負荷時には、吸
気加熱管２４から吸入空気は流入せず、全吸入空気はス
ロットル弁２３を介して流入する。従って、吸入空気は
加熱されないため、吸入空気の流入質量を増大せしめて
高出力を得ることができる。また、この場合には吸気制
御弁の閉弁時期は遅いため、着火直前における混合気温
度を十分に高めることができ、斯くして良好な燃焼が得
られる。従って吸気加熱を行なう必要はない。

【００３０】一方、全負荷時以外の部分負荷時において
は、開閉弁２６は全開せしめられる。これによって多量
の吸入空気が吸気加熱管２４を通って流入するため吸気
が加熱される。なお、この場合に、吸気加熱管２４を介
して十分な量の吸気を供給できるように、吸気加熱管２
４の径は十分に大きくされている。

【００３１】図７には吸気温９０℃におけるアクセル開
度θＡおよび機関回転数Ｎｅ　と、吸気制御弁閉弁時期
θ２　との関係を示す。吸気制御弁閉弁時期θ２　はア
クセル開度θＡすなわち負荷の増大に応じて増大（遅角
）せしめられ、機関回転数Ｎｅ　が高くなると増大せし
められる。 本実施例においては、吸入空気量は、スロットル弁２３
の開度によって制御せしめられるサージタンク圧力と、
吸気制御弁閉弁時期θ２　とによって制御せしめられる
。図７の場合、吸気温度Ｔが比較的高い場合であるため
、アクセル開度全閉近傍のθＡ１　以上においてはスロ
ットル弁２３は全開状態とされる。θＡ１　より小さい
場合においてスロットル弁２３を全開として吸気制御弁
閉弁時期θ２　を早めるようにすると、着火直前におけ
る混合気温度が低下するために燃焼が悪化してトルク変
動が許容トルク変動を越える。従って本実施例ではθＡ
１　より小さい領域では、トルク変動が最大許容トルク
変動（許容トルク変動のうち最大のトルク変動）となる
ように吸気制御弁閉弁時期θ２　を遅角せしめている。 これによって着火直前における混合気温度の低下を防止
して燃焼を改善することができ、トルク変動を低減する
ことができる。

【００３２】また、吸気制御弁閉弁時期θ２　の遅角量
に応じてスロットル弁２３を絞ってサージタンク圧力を
低下せしめ、これによって同一アクセル開度では吸入空
気量が一定となるようにしている。従って同一アクセル
開度では同一の出力を得ることができる。トルク変動が
最大許容トルク変動となるように吸気制御弁閉弁時期を
遅角せしめているため、スロットル弁２３の絞り量を最
小とすることができ、このためポンプ損失の増大を小さ
く押さえることができる。このため、十分なポンプ損失
低減効果を得ることができる。

【００３３】着火直前における混合気温度は吸気温度に
よって変動する。このため、トルク変動を最大許容トル
ク変動に維持してポンプ損失を最小とするためには吸気
温度に応じて吸気制御弁閉弁時期を制御せしめる必要が
ある。

【００３４】図７で求めた吸気制御弁閉弁時期θ２　は
吸気温度９０℃の場合であるため、実際の吸気温度に基
づいて図８に示す関係から吸気制御弁閉弁時期を温度補
正する。

【００３５】図８には、吸気温度Ｔおよびアクセル開度
θＡと、吸気制御弁閉弁時期θ２　との関係を示す。吸
気制御弁閉弁時期θ２　は、吸気温度Ｔが低い程遅角（
増大）せしめられる。これによって、吸気温度Ｔが低い
場合には、吸気制御弁閉弁時期θ２　を遅くして燃焼を
改善してトルク変動を低減することができると共に、吸
気温度Ｔが高い場合には、吸気制御弁閉弁時期θ２　を
早くしてポンプ損失を低減せしめることができる。

【００３６】吸気温度Ｔが低い程吸気制御弁閉弁時期θ
２　が遅角せしめられるという傾向は、機関負荷（アク
セル開度）が小さい程著しく、機関負荷が所定負荷より
より大きくなると吸気温度の影響を受けなくなる。図８
における吸気制御弁閉弁時期θ２　は、各吸気温度およ
び各アクセル開度において、トルク変動が最大許容トル
クとなるように決められている。

【００３７】これによって燃焼を改善してトルク変動を
低減することができると共にポンプ損失を低減せしめて
燃費の向上を図ることができる。

【００３８】図９にはアクセル開度θＡおよび機関回転
数Ｎｅ　と、基本スロットル開度θＴとの関係を示す。 基本スロットル開度θＴはアクセル開度θＡの増大に応
じて増大し、機関回転数Ｎｅ　が高くなると図中点線の
ように矢印の方向に移動する。

【００３９】図１０には、アクセル開度θＡ、吸気温度
Ｔ、および機関回転数Ｎｅ　と、サージタンク目標圧力
Ｐ０　との関係を示す。サージタンク目標圧力Ｐ０　は
、吸気制御弁閉弁時期θ２　の遅角量の増大に応じて低
下し、これによって同一アクセル開度では吸入空気量が
一定となるように定められている。

【００４０】サージタンク目標圧力Ｐ０　はアクセル開
度θＡの増大に応じて増大し、機関回転数Ｎｅ　が高く
なるにつれて増大する。吸気温度Ｔが低下する程吸気制
御弁閉弁時期はθ２　遅角せしめられるため、同一アク
セル開度で吸入空気量を一定とするには吸気温度Ｔが低
下する程サージタンク目標圧力Ｐ０　も低下せしめられ
る。

【００４１】図９に基づいて求められた基本スロットル
開度θＴは、サージタンク圧力が目標サージタンク圧力
Ｐ０　となるように補正されてスロットル開度制御が実
行される。このようにスロットル開度をサージタンク圧
力に基づいて補正しているために、スロットル弁の精度
や組付け精度等に影響されることなく、サージタンク圧
力をサージタンク目標圧力に制御することができる。

【００４２】図１１には吸気制御弁閉弁時期θ２　およ
び目標スロットル開度θＴＡを計算するためのルーチン
を示す。このルーチンは一定クランク角毎の割込みによ
って実行される。

【００４３】図１１を参照すると、まずステップ６０に
おいて、図７に示すアクセル開度θＡおよび機関回転数
Ｎｅ　に基づくマップから吸気制御弁閉弁時期θ２　が
求められる。次いでステップ６１で、図８に示す関係に
基づいて吸気制御弁閉弁時期θ２　が温度補正される。 ステップ６２では、図９に示すアクセル開度θＡと機関
回転数Ｎｅ　に基づくマップから基本スロットル開度θ
Ｔが求められる。 ステップ６３では、次式に基づいて目標スロットル開度
θＴＡが計算される。 θＴＡ＝θＴ・Ｆ ここで、Ｆはサージタンク圧力を目標サージタンク圧力
Ｐ０　にフィードバック制御するためのフィードバック
補正係数である。

【００４４】以上のようにして求められたθ２　および
θＴＡに基づいて、吸気制御弁およびスロットル弁が制
御される。

【００４５】図１２にはフィードバック補正係数Ｆを計
算するためのルーチンを示す。このルーチンは一定時間
毎の割込みによって実行される。フィードバック補正係
数Ｆの値は１．０を中心として振れる。

【００４６】図１２を参照すると、まずステップ７０に
おいて、図１０に示すアクセル開度θＡ、吸気温度Ｔ、
および機関回転数Ｎｅ　に基づくマップからサージタン
ク目標圧力Ｐ０　が求められる。ステップ７１では圧力
センサ５０によって検出されたサージタンク圧力Ｐ（絶
対圧）がＰ０　＋ΔＰ以下か否か判定される。ここでΔ
Ｐはサージタンク目標圧力Ｐ０　の許容範囲である。

【００４７】Ｐ＞Ｐ０　＋ΔＰの場合、ステップ７２に
進み、フィードバック補正係数Ｆがαだけ減じられる。 ここで、αは１より小さい正の値である。Ｐ≦Ｐ０　＋
ΔＰの場合、ステップ７３に進み、サージタンク圧力Ｐ
がＰ０　−ΔＰ以上か否か判定される。Ｐ＜Ｐ０　−Δ
Ｐの場合、ステップ７４に進み、フィードバック補正係
数Ｆがβだけ加算される。ここで、βは１より小さい正
の値であり、αに等しくてもよい。Ｐ≧Ｐ０　−ΔＰの
場合、フィードバック補正係数Ｆは現状の値に維持され
る。

【００４８】

【発明の効果】燃焼を改善してトルク変動を低減するこ
とができると共に、ポンプ損失を低減せしめて燃費の向
上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を採用した４気筒内燃機関の全体図であ
る。

【図２】吸気制御弁の斜視図である。

【図３】吸気制御弁の弁体の開弁位置と閉弁位置を示す
図である。

【図４】吸気制御弁開弁時におけるアクチュエータを示
す図である。

【図５】吸気制御弁閉弁時におけるアクチュエータを示
す図である。

【図６】吸気弁および吸気制御弁の開閉時期を示す線図
である。

【図７】アクセル開度θＡおよび機関回転数Ｎｅ　と、
吸気制御弁閉弁時期θ２　との関係を示す線図である。

【図８】吸気温度Ｔおよびアクセル開度θＡと、吸気制
御弁閉弁時期θ２　との関係を示す線図である。

【図９】アクセル開度θＡおよび機関回転数Ｎｅ　と、
基本スロットル開度θＴとの関係を示す線図である。

【図１０】アクセル開度θＡ、吸気温度Ｔ、および機関
回転数Ｎｅ　と、サージタンク目標圧力Ｐ０　との関係
を示す線図である。

【図１１】吸気制御弁閉弁時期θ２　および目標スロッ
トル開度θＴＡを計算するためのフローチャートである
。

【図１２】フィードバック補正係数Ｆを計算するための
フローチャートである。

【符号の説明】

５〜８…吸気弁 １９〜２２…吸気制御弁 ２４…吸気加熱管 ３０…電子制御ユニット ５１…吸気温センサ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　吸気通路を開閉可能な吸気制御弁を吸
   気弁上流の前記吸気通路に設け、前記吸気弁が開弁して
   いる期間内において前記吸気制御弁を予め定められた期
   間だけ開弁せしめ前記吸気制御弁の閉弁時期を制御せし
   めることによって気筒内に吸入される空気量を制御せし
   めるようにした内燃機関において、気筒内に吸入される
   吸気を加熱するための加熱手段を設け、吸気の温度が低
   い程前記吸気制御弁の閉弁時期を遅角せしめるように制
   御する制御手段を設けた内燃機関の吸気装置。