JPH04358720A - 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に開
閉可能な吸気制御弁を夫々設け、吸気弁が開弁している
期間内において対応する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６２−２９４７１９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、
スロットル弁による絞り損失を無くせるためポンプ損失
を低減せしめることができる。

【０００４】ところが、吸入空気量が比較的少ない機関
運転領域においては吸気制御弁が早期に閉弁せしめられ
るために、断熱膨脹期間が増大し、このため実質的な圧
縮期間が減少し、着火直前における混合気温度が低下し
て燃焼が悪化するという問題を生ずる。この結果、ポン
プ損失低減による燃費向上が十分に得られないという問
題を生ずる。

【０００５】

【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
せしめることによってシリンダ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、シリンダ内
の既燃ガスが吸気通路に逆流するように、吸気弁および
排気弁が共に開弁しているオーバラップ期間を定め、吸
気制御弁上流の吸気通路内に予め定められた量の既燃ガ
スが逆流するようにオーバラップ期間において吸気制御
弁を予め定められた期間開弁せしめた後吸気弁開弁期間
内において吸気制御弁を再び予め定められた期間開弁せ
しめてシリンダ内に空気を吸入せしめる制御手段を備え
ている。

【０００６】

【作用】オーバラップ期間内において吸気制御弁が予め
定められた期間開弁せしめられ、吸気制御弁上流の吸気
通路内に予め定められた量の既燃ガスが逆流せしめられ
る。これによって吸気通路内の空気を加熱することがで
きる。次いで吸気弁開弁期間内において再び吸気制御弁
を予め定められた期間開弁せしめると加熱された空気が
シリンダ内に流入しシリンダ内の混合気温度を高めるこ
とができる。

【０００７】

【実施例】図１および図２には多気筒ガソリン機関の１
つの気筒を示す。

【０００８】図１および図２を参照すると、１はシリン
ダブロック、２はシリンダヘッド、３はシリンダ室、４
は吸気ポート、５は排気ポート、６は一対の吸気弁、７
は一対の排気弁を夫々示す。吸気ポート４は吸気枝管８
を介してサージタンク９に接続される。吸気ポート４直
前の吸気枝管８には、吸気ポート４内に燃料を噴射する
ための燃料噴射弁１０が配置される。サージタンク９と
燃料噴射弁１０との間の吸気枝管８内には、吸気枝管８
を開閉するための吸気制御弁１１が配置される。吸気制
御弁１１は吸気制御弁下方に設けられたアクチュエータ
１２によって駆動制御せしめられる。

【０００９】図３には吸気制御弁１１の斜視図を示す。 図３を参照すると、吸気制御弁１１は、弁体１１ａと、
弁体１１ａ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１１ｂ，１１ｃと、下方ディスク状
部１１ｃから下方に向かって延びると共にアクチュエー
タ１２（図１参照）に連結される弁軸１１ｄとを備えて
いる。

【００１０】図４には吸気制御弁１１の弁体１１ａ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１１ａ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。

【００１１】図５および図６には、アクチュエータ１２
の構造および動作を示す。図５を参照すると、アクチュ
エータ１２は、弁軸１１ｄ（図３参照）に連結され回転
可能な円柱状磁極１２ａと、円柱状磁極１２ａ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１２ｂ，
１２ｃと、円柱状磁極１２ａ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１２ｂ，１２ｃ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１
２ｄ，１２ｅとを具備する。 第１、第２、第３、および第４磁極１２ｂ，１２ｃ，１
２ｄ，１２ｅはコイルに通電することによって磁化され
、第１磁極１２ｂはＮ極に、第２磁極１２ｃはＳ極に常
に磁化されている。円柱状磁極１２ａは図示のようにＳ
極とＮ極に磁化されている。吸気制御弁１１の開弁時に
おいては、第３磁極１２ｄはＳ極に、第４磁極１２ｅは
Ｎ極に夫々磁化される。これによって、円柱状磁極１２
ａは、円柱状磁極１２ａのＮ極が第２および第３磁極１
２ｃ，１２ｄの間に位置するようにして静止する。

【００１２】一方、吸気制御弁１１の閉弁時においては
、図６に示されるように、第３磁極１２ｄがＮ極に、第
４磁極１２ｅがＳ極に磁化される。これによって円柱状
磁極１２ａは図中右回りに９０度だけ回転し、円柱状磁
極１２ａのＮ極が第２および第４磁極１２ｃ，１２ｅの
間に位置するようにして静止する。

【００１３】再び図１を参照すると、電子制御ユニット
２０はディジタルコンピュータからなり、双方向性バス
２１によって相互に接続されたＲＯＭ（リードオンリメ
モリ）２２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）２３、
ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）２４、入力ポート２５お
よび出力ポート２６を具備する。

【００１４】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３０は
入力ポート２５に接続される。クランク角センサ３０の
出力パルスに基づいて機関回転数が計算される。また、
アクセルペダル１５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ペダルセンサ３１が
ＡＤ変換器２７を介して入力ポート２５に接続される。 また、吸気枝管８内の吸気温を検出するための吸気温セ
ンサ３２がＡＤ変換器２８を介して入力ポート２５に接
続される。

【００１５】一方、出力ポート２６は駆動回路２９を介
してアクチュエータ１２に接続される。

【００１６】次に図７を参照して従来の吸気制御弁の制
御について説明する。図７では、クランク角θは圧縮上
死点で０とされ、図において右に向かう程増大する。排
気弁は排気下死点直前のθＥＯで開弁せしめられ吸気上
死点直後のθＥＣで閉弁せしめられる。吸気弁は吸気上
死点直前のθＩＯで開弁せしめられ、吸気下死点後のθ
ＩＣで閉弁せしめられる。従って、排気弁および吸気弁
が共に開弁しているオーバラップ期間は短期間である。 吸気制御弁は排気弁が開弁される前のθ１　において開
弁せしめられ、吸気弁開弁後のθ２　において閉弁せし
められる。θ１　は固定値であり、θ２　は負荷の増大
に応じて増大する。なお、θ１　は負荷の増大に応じて
変動させてもよい。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シリンダ内に空気が流入す
るため吸気制御弁の閉弁時期θ２　を制御することによ
ってシリンダ内に供給される空気量を制御することがで
きる。

【００１７】このように制御するとスロットル弁による
絞り損失を無くせるためポンプ損失を低減せしめること
ができる。

【００１８】ところが、吸入空気量が比較的少ない機関
運転領域においては吸気制御弁が早期に閉弁せしめられ
るために、断熱膨張期間が増大し、このため実質的な圧
縮期間が減少し、着火直前における混合気温度が低下し
て燃焼が悪化するという問題を生ずる。この結果、ポン
プ損失低減による燃費向上が十分に得られないという問
題を生ずる。

【００１９】そこで本実施例では、シリンダ内の既燃ガ
スが吸気ポート内に逆流するようにオーバラップ期間（
吸気弁および排気弁が共に開弁している期間）を定め、
吸気制御弁が早期に閉弁せしめられるために、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機関運転
領域（以下「燃焼悪化領域」という）においては、オー
バラップ期間の前半において吸気制御弁を開弁状態とし
て吸気制御弁上流の吸気枝管に既燃ガスを逆流せしめて
吸気を加熱し、その後吸気弁開弁期間において吸気制御
弁を開弁せしめて加熱された吸気をシリンダ内に吸入せ
しめるようにしている。

【００２０】図８には、機関回転数Ｎｅ　およびアクセ
ル開度θＡ（機関負荷を示す）に基づいて燃焼悪化領域
（領域Ｉ）を示す。機関回転数Ｎｅ　の上昇に伴なって
燃焼が安定するために、機関回転数の上昇に伴なって領
域Ｉに属する負荷は小さくなる。図８において領域Ｉの
上側の領域ＩＩは着火直前における混合気温度の低下が
なく良好な燃焼が得られる領域である。

【００２１】図９には本実施例の吸排気弁の開閉弁時期
および吸気制御弁の制御を示す。排気弁の開閉弁時期は
従来と同様であり、θＥＯで開弁しθＥＣで閉弁する。 吸気弁開弁時期は従来に比較して早められ、排気下死点
後排気下死点近傍のθＩＯで開弁せしめられる。吸気弁
の閉弁時期は従来と同様であり、θＩＯで閉弁せしめら
れる。従って、オーバラップ期間は従来と比較して長く
なる。このため、オーバラップ期間においてシリンダ内
の既燃ガスは吸気ポートに逆流する。

【００２２】機関運転状態が図８の領域Ｉにある場合、
吸気制御弁は図９の領域Ｉのように制御される。すなわ
ち、吸気制御弁は排気弁開弁前のθ３　で開弁されオー
バラップ期間内のθ４　で閉弁される。θ３　は固定値
であって、吸気弁開弁前であれば排気弁開弁後であって
もよい。θＩＯで吸気弁が開弁せしめられるとシリンダ
室３内の既燃ガスが吸気制御弁１１上流の吸気枝管８内
に流入し吸気枝管８内の空気が加熱される。この加熱は
、吸気温センサ３２によって検出される吸気温が目標吸
気温となるようにθ４　を制御することによって制御さ
れる。すなわち、θ４　を早くすれば吸気枝管内に逆流
する既燃ガス量は減少するために空気の加熱量は減少し
、θ４　を遅くすると空気の加熱量は増大する。

【００２３】図１０には、機関回転数Ｎｅ　とアクセル
開度θＡに基づいて目標吸気温を示す。目標吸気温は、
各機関運転状態において最小燃費とするための吸気温で
ある。目標吸気温は機関回転数Ｎｅ　およびアクセル開
度θＡの増大に伴なって低下する。

【００２４】図９に示されるようにオーバラップ期間の
前半で既燃ガスを吸気枝管内に逆流せしめるのは、少量
の既燃ガスによって空気を加熱するためである。すなわ
ち、オーバラップ期間後半におけるよりも前半における
既燃ガスの温度が高いために少量の既燃ガスで空気を加
熱することができ、このため新気量の制御が容易となる
。

【００２５】次いで吸気上死点近傍のθ５　で吸気制御
弁を再び開弁せしめ、吸気弁閉弁前のθ６　で閉弁せし
める。これによって目標吸気温に加熱された空気がシリ
ンダ室３内に流入する。このため領域Ｉにおいても、着
火直前における混合気温度が低下することなく良好な燃
焼を得ることができる。この結果、ポンプ損失低減効果
を十分に得ることができ燃費を低減せしめることができ
る。また、既燃ガスを逆流せしめるため、内部ＥＧＲに
よってＮＯｘ　を低減せしめることができる。

【００２６】吸入空気量はθ５　およびθ６　を制御す
ることによって制御される。この際、既燃ガスの逆流分
だけ吸入空気が多く流入せしめられる。θ５　は例えば
吸気上死点前１０°および吸気上死点後３０°の範囲で
変化せしめられる。

【００２７】図１１には、機関回転数Ｎｅ　とアクセル
開度θＡに基づいてθ５　を示す。θ５　は機関回転数
Ｎｅ　およびアクセル開度θＡの減少に伴なって遅くさ
れる。従って、低負荷の場合にはθ５は遅くされるため
θ６　も遅くなり、このためシリンダ室３内に吸入され
る吸気温の低下を低減することができる。なお、θ５　
およびθ６　を遅くすることによるポンプ損失低減効果
の減少は無視し得るものである。

【００２８】図１２には、機関回転数Ｎｅ　とアクセル
開度θＡに基づいてθ６　を示す。θ６　は機関回転数
Ｎｅ　およびアクセル開度θＡの減少に伴なって早くさ
れる。

【００２９】機関運転状態が図８の領域ＩＩにある場合
、吸気制御弁は図９の領域ＩＩのように制御される。す
なわち、吸気制御弁はオーバラップ期間内のθ７　で開
弁せしめられ吸気弁閉弁直後のθ８　で閉弁せしめられ
る。領域ＩＩは高負荷であるためにできるだけ多量の空
気を吸入する必要がある。θ８　は固定値であり、θ７
　は以下のように制御される。

【００３０】図１３には機関回転数Ｎｅ　とθ７　の関
係を示す。θ７　は機関回転数Ｎｅ２　の直前までは排
気弁閉弁時期θＥＣに等しく、機関回転数がＮｅ２　に
等しくなると吸気弁開弁時期θＩＯ直後のθＸ　とされ
る。Ｎｅ２　から機関回転数が増大するにつれてθ７　
は遅角せしめられ、機関回転数がＮｅ４　以上でθ７　
は再びθＥＣと等しくなる。

【００３１】図１４には図１３に示した機関回転数　Ｎ
ｅ１〜Ｎｅ４　における排気ポート圧の変化を示す。機
関回転数Ｎｅ１　では、オーバラップ期間に負圧波が戻
ってくるがオーバラップ期間の終期に排気ポート圧が正
圧となるため、吸気制御弁を開弁せしめるとシリンダ室
内の既燃ガスが逆流するおそれがあり、このため吸気制
御弁をオーバラップ期間終了時θＥＣに開弁せしめる（
図１３参照）。機関回転数の増大と共に排気ポートに負
圧波が到達する時期が遅れ、機関回転数Ｎｅ２　におい
て、オーバラップ期間の終期においても排気ポート圧が
正圧とならず、θＥＣにおいて大気圧となる。従って機
関回転数Ｎｅ２　のときには、オーバラップ期間におい
て排気ポート圧が負圧になり始めるθＸにおいて吸気制
御弁を開弁せしめる。すなわち、オーバラップ期間にお
いて排気ポート圧が負圧となっている場合に吸気制御弁
を開弁せしめるようにしているため良好な掃気効果を得
ることができ、多量の空気をシリンダ室内に吸入せしめ
ることができる。さらに機関回転数の増大に伴なって、
排気ポート圧が負圧になり始めるクランク角が遅れ（例
えばＮｅ３）、これに応じて吸気弁開弁時期も遅角せし
める。機関回転数Ｎｅ４　において、排気ポート圧が負
圧になり始めるクランク角がオーバラップ期間終了時期
θＥＣと等しくなるため、このときには吸気制御弁をθ
ＥＣにおいて開弁せしめる。さらに機関回転数の増大に
よって排気ポート圧が負圧になり始めるクランク角は遅
れるが、吸気制御弁開弁時期はθＥＣで一定とされる。 なお、Ｎｅ２　およびＮｅ４　は排気管長等の排気系諸
元によって決定される。

【００３２】図１５にはθ４　，θ５　，θ６　および
θ７　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。

【００３３】図１５を参照すると、まずステップ４０に
おいて、図８に示すマップから機関運転状態が領域Ｉに
あるか否か判定される。機関運転状態が領域Ｉにある場
合、ステップ４１に進み図１６に示すマップから第１回
目吸気制御弁閉弁時期θ４　が求められる。

【００３４】図１６には、機関回転数Ｎｅ　とアクセル
開度θＡに基づいてθ４　を示す。θ４　は機関回転数
Ｎｅ　およびアクセル開度θＡの増大に伴なって早くさ
れる。これは、Ｎｅ　およびθＡが増大する程燃焼が安
定するため既燃ガスの逆流量が少なくてよいためである
。

【００３５】再び図１５を参照すると、ステップ４２で
θ４　にＦを乗じることによってθ４　が補正される。 ここでＦは吸気温を目標吸気温Ｔ０　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。ステッ
プ４３では図１１に示す関係に基づいて第２回吸気制御
弁開弁時期θ５　が求められる。ステップ４４では図１
２に示す関係に基づいて第２回吸気制御弁閉弁時期θ６
　が求められる。

【００３６】一方、ステップ４０で機関運転状態が領域
ＩＩにあると判定されたとき、ステップ４５に進み、図
１３に示す関係に基づいて吸気制御弁開弁時期θ７　が
求められる。

【００３７】図１７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。

【００３８】図１７を参照すると、まずステップ５０に
おいて、図１０に示す関係から目標吸気温Ｔ０　が求め
られる。 ステップ５１では吸気温センサ３２によって検出された
吸気温ＴがＴ０　＋ΔＴ以下か否か判定される。ここで
ΔＴは目標吸気温Ｔ０　の許容範囲である。

【００３９】Ｔ＞Ｔ０　＋ΔＴの場合、ステップ５２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。Ｔ≦Ｔ０　＋
ΔＴの場合、ステップ５３に進み、吸気温ＴがＴ０　−
ΔＴ以上か否か判定される。Ｔ＜Ｔ０　−ΔＴの場合、
ステップ５４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。Ｔ≧Ｔ０　−ΔＴ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。

【００４０】図１８には吸気制御弁の制御を実行するた
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。

【００４１】図１８を参照すると、ステップ６０におい
て機関運転状態が、図８の領域Ｉ内にあるか否か判定さ
れる。機関運転状態が領域Ｉ内にあると判定されたとき
にはステップ６１に進みクランク角θがθ３　に等しい
か否か判定される。θ＝θ３　のとき、ステップ６２に
進み吸気制御弁が開弁せしめられる。θがθ３　に等し
くないときステップ６２はスキップされる。ステップ６
３ではクランク角θがθ４　に等しいか否か判定される
。θ＝θ４　のとき、ステップ６４に進み吸気制御弁が
閉弁せしめられる。θがθ４　に等しくないとき、ステ
ップ６４はスキップされる。

【００４２】ステップ６５ではθがθ５　に等しいか否
か判定される。θ＝θ５　のとき、ステップ６６に進み
吸気制御弁が開弁せしめられる。θがθ５　に等しくな
いとき、ステップ６６はスキップされる。ステップ６７
ではθがθ６　に等しいか否か判定される。θ＝θ６　
のとき、ステップ６８に進み吸気制御弁が閉弁せしめら
れる。θがθ６　に等しくないとき、ステップ６８はス
キップされる。

【００４３】一方、ステップ６０において、機関運転状
態が領域ＩＩにあると判定されたとき、ステップ６９に
進み、クランク角θがθ７　に等しいか否か判定される
。θ＝θ７　のとき、ステップ７０に進み吸気制御弁が
開弁せしめられる。θがθ７　に等しくないとき、ステ
ップ７０はスキップされる。ステップ７１ではθがθ８
　に等しいか否か判定される。θ＝θ８　のとき、ステ
ップ７２に進み吸気制御弁が閉弁せしめられる。θがθ
８　に等しくないとき、ステップ７２はスキップされる
。

【００４４】

【発明の効果】シリンダ内の混合気温度を高めて燃焼を
改善することができ、これによってポンプ損失低減によ
る燃費向上を十分に得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の吸気装置を備えた内燃機関の縦断面図
である。

【図２】図１の平面断面図である。

【図３】吸気制御弁の斜視図である。

【図４】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５】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６】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７】吸気制御弁の従来の制御を示す線図である。

【図８】燃焼悪化領域（領域Ｉ）を示す線図である。

【図９】本発明の実施例の吸気制御弁の制御を示す線図
である。

【図１０】機関回転数Ｎｅ　およびアクセル開度θＡと
、目標吸気温Ｔ０　との関係を示す線図である。

【図１１】機関回転数Ｎｅ　およびアクセル開度θＡと
、第２回吸気制御弁開弁時期θ５　との関係を示す線図
である。

【図１２】機関回転数Ｎｅ　およびアクセル開度θＡと
、第２回吸気制御弁閉弁時期θ６　との関係を示す線図
である。

【図１３】機関回転数Ｎｅ　と吸気制御弁開弁時期θ７
　との関係を示す線図である。

【図１４】各機関回転数における排気ポート圧の変化を
示す線図である。

【図１５】θ４　，θ５　，θ６　およびθ７　を計算
するためのフローチャートである。

【図１６】機関回転数Ｎｅ　およびアクセル開度θＡと
、第１回吸気制御弁閉弁時期θ４　との関係を示す線図
である。

【図１７】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。

【図１８】吸気制御弁の制御を実行するためのフローチ
ャートである。

【符号の説明】

３…シリンダ室 ４…吸気ポート ６…吸気弁 ７…排気弁 ８…吸気枝管 １１…吸気制御弁

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
   間だけ開弁せしめることによってシリンダ内に吸入され
   る空気量を制御せしめるようにした内燃機関において、
   シリンダ内の既燃ガスが前記吸気通路に逆流するように
   、前記吸気弁および排気弁が共に開弁しているオーバラ
   ップ期間を定め、前記吸気制御弁上流の前記吸気通路内
   に予め定められた量の既燃ガスが逆流するように前記オ
   ーバラップ期間において前記吸気制御弁を予め定められ
   た期間開弁せしめた後前記吸気弁開弁期間内において前
   記吸気制御弁を再び予め定められた期間開弁せしめてシ
   リンダ内に空気を吸入せしめる制御手段を備えた内燃機
   関の吸気装置。