JPH04370322A - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、内燃機関の各気筒に
それぞれ設定される吸気弁の他に、各気筒それぞれに連
通する吸気通路それぞれに吸気制御機構を設定するよう
にした内燃機関の吸気制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関の各気筒それぞれの吸気弁部に
連通される吸気通路に対して、各気筒それぞれと吸入空
気導入部とのを開閉する吸気制御機構を設け、内燃機関
の逆流を防止することが考えられている。

【０００３】内燃機関において、その吸気行程の開始時
には各気筒に設定される吸気弁および排気弁が同時に開
状態となるバルブオーバラップの状態が発生し、このバ
ルブオーパラップによって気筒内あるいは排気通路内の
既燃ガスが吸気通路に逆流する。したがって、吸気の充
填効率が低下するようになり、また燃焼状態の悪化によ
って燃費が悪くなる。

【０００４】このため、吸気弁に至る吸気通路に対して
この通路を開閉する吸気制御機構を設け、特にバルブオ
ーバラップの状態で吸気通路を閉じ、空気が逆流される
ことを阻止するようにして、吸気の充填効率を向上させ
るようにすると共に、内燃機関の出力トルクのアップ、
さらに燃費が向上が図られるようにしている。

【０００５】この様な吸気制御機構を弁機構によって構
成し、この吸気制御弁を各気筒にそれぞれ対応する吸気
通路に設定し、その各吸気制御弁を各々独立的にアクチ
ュエータによって開閉駆動するようにした吸気制御装置
が、例えば特開昭６２−２９４７１９号公報に示されて
いる。

【０００６】この様な吸気制御弁を用いて、各気筒それ
ぞれに対応して設定される吸気通路を開閉すると、この
吸気制御弁と気筒部に設定される吸気弁との間の圧力が
急激に変化する。このため、吸気制御弁の開閉に伴って
音が発生する等の不具合が生ずる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】この発明は上記のよう
な点に鑑みなされたもので、各気筒それぞれに対応する
吸気通路それぞれに吸気制御機構を設けるようにした場
合においても、この吸気制御機構と各気筒の吸気弁との
間の急激に圧力変化を抑制することができ、不要な雑音
等を発生することなく、吸気の充填効率や燃費が改善さ
れるようにした内燃機関の吸気制御装置を提供しようと
するものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明に係る内燃機関
の吸気制御装置は、各気筒それぞれの吸気弁部に連通さ
れる吸気通路それぞれに吸気制御機構を設定するもので
、この吸気制御機構はそれぞれ前記吸気通路を開閉する
位置およびその中間位置に駆動制御される制御弁を備え
、さらにこの制御弁が前記中間の位置に設定された状態
で吸気導入側と吸気弁側とを連通するバイパス通路が形
成されるようにしている。

【０００９】

【作用】すなわち、この様に構成される内燃機関の吸気
制御装置にあっては、前記制御弁を開位置に設定した状
態で吸気が全て吸気弁部に供給され、また閉位置に設定
することによって吸気通路が閉じられる。そして、制御
弁が中間位置に設定された状態では、空気導入側と気筒
との間は流量が制限されるバイパス通路を介して連通さ
れ、この中間位置の時間を制御することによって、この
制御弁下流（吸気弁側）への吸気の供給流量が制御され
、この下流側の圧力が任意に制御可能とされる。したが
って吸気制御弁を開閉しても、この制御弁と吸気弁との
間の圧力が急激に変化せず、制御弁の開閉に伴って雑音
が発生されることがなく、燃費も効果的に向上されるよ
うになる。

【００１０】

【実施例】以下、図面を参照してこの発明の一実施例を
説明する。図１は例えば４気筒のエンジン１１に対する
吸気制御装置を説明するためのもので、エンジン１１の
４つの気筒１２１　〜１２４　には、それぞれ吸気弁１
３１　〜１３４　、および排気弁１４１　〜１４４　が
設けられている。吸気弁１３１　〜１３４　部は、それ
ぞれ吸気通路１５１〜１５４　を介して吸気導入部１６
に連通され、また排気弁１４１〜１４４　部はそれぞれ
排気通路１７１　〜１７４を介して排気部１８に連通さ
れる。

【００１１】各気筒１２１　〜１２４　にそれぞれ吸入
空気を送る吸気通路１５１　〜１５４　には、それぞれ
吸気制御機構１９１　〜１９４　が設けられている。そ
して、吸入導入部１６からの吸入空気は、図示しないア
クセルペダルの操作によって駆動されるスロットル弁２
０を介して各吸気通路１５１　〜１５４　に分配され、
各吸気通路１５１　〜１５４　ではそれぞれ吸気制御機
構１９１　〜１９４　を介して、各気筒１２１　〜１２
４　部に供給される。

【００１２】ここで、各吸気制御機構１５１　〜１５４
　は、開位置および閉位置に切換え駆動される制御弁２
１１　〜２１４　を備えるもので、この制御弁２１１　
〜２１４　は、それぞれ開および閉位置の中間位置にも
切換え設定されるもので、それぞれ駆動機構２２１　〜
２２４によって切換え制御される。この吸気制御機構１
５１　〜１５４　は、それぞれバイパス通路２３１　〜
２３４　を備えるもので、制御弁２１１　〜２１４　の
開閉に応じて吸気通路１５１〜１５４　が開かれあるい
は閉じられる２つの状態が切換え設定され、またこの制
御弁２１１　〜２１４　が中間位置に設定された状態で
、バイパス通路２３１　〜２３４　を介して吸気の流通
路が形成され、吸入空気量が制限されるようにしている
。

【００１３】ここで、制御弁２１１　〜２１４　をそれ
ぞれ制御する駆動機構２２１　〜２２４　は、制御回路
２４から指令によって制御される。この制御回路２４は
、マイクロコンピュータ等によって構成され、演算部を
構成するＣＰＵ２４１　、プロクラムデータ等を記憶す
るＲＯＭ２４２　、演算データ等を記憶するＲＡＭ２４
３　、さらにデータの入出力を行う入出力部２４４　に
よって構成され、駆動機構２２１　〜２２４　は入出力
部２４４　からの出力によって制御される。

【００１４】この制御回路２４の入出力部２４４　には
、スロットル弁２０の開度センサ２５からの検出信号、
さらにエンジン１１のクランク角センサ２６、回転セン
サ２７、作動検出センサ２８、吸入空気量センサ２９、
負荷センサ３０、振動センサ３１、エミッション検出セ
ンサ３２等からのエンジン検出信号が供給されている。 そして、これら入力センサ信号に基づいてエンジン１１
の運転状況を判別し、燃料噴射量さらに点火角等のエン
ジン１１の電子制御データを演算するものである。

【００１５】図２および図３は吸気制御機構１９（１９
１　〜１９４）を取り出して示したもので、吸気通路１
５（１５１　〜１５４　）内にはバタフライ型の円形制
御弁２１（２１１　〜２１４　）が設けられている。こ
の制御弁２１は支持軸３５に一体的に取り付けられてい
る。この支持軸３５は、吸気通路１５を形成したマニホ
ルドにベアリング機構を介して回転自在に支持されてい
るもので、この支持軸３５の回転と共に制御弁２１が回
転駆動される。

【００１６】この制御弁２１は吸気通路１５の周囲に狭
いクリアランスを持って設定され、図３の（Ａ）に実線
で示すように制御弁２１を通路１５に直角にした第１の
状態でこの通路１５の空気の流れを止め、一点鎖線で示
すよう第２の状態で通路１５と平行に設定された状態で
通路１５の空気流通路を開く構造となっている。

【００１７】また、この制御弁２１は図３の（Ａ）で破
線で示すように、第１の状態と第２の状態の中間の第３
の状態に設定されるもので、この状態のときはバイパス
通路２３（２３１　〜２３４　）によって吸気通路１５
が連通されるようになっている。

【００１８】制御弁２１の支持軸３５は駆動機構２２（
２２１　〜２２４　）で回転駆動されるもので、この駆
動機構２２は一体的にした円筒状の磁石部材３６を備え
るもので、この磁石部材３６の外周部は、例えば４分割
してＮおよびＳの磁極が交互に形成されている。そして
、この磁石部材３６の周囲には支持軸３５を中心に対称
とされる位置に、一対の電磁コイル３７１　、３７２　
が設定され、またこの電磁コイル３７１　、３７２　と
９０°異なる位置にそれぞれ永久磁石３８１　、３８２
　が設定されている。

【００１９】図４は駆動機構２２を構成する電磁コイル
３７１　および３７２　に対する励磁電流回路を示すも
ので、それぞれ直列接続してトランジスタＴｒ１、Ｔｒ
２およびＴｒ３、Ｔｒ４のそれぞれ接続点の相互間に電
磁コイル３７１　を接続する。また、それぞれ直列接続
してトランジスタＴｒ５、Ｔｒ６およびＴｒ７、Ｔｒ８
のそれぞれ接続点の相互間に、電磁コイル３７２　を接
続する。このトランジスタＴｒ１とＴｒ２、Ｔｒ３とＴ
ｒ４、Ｔｒ５とＴｒ６、Ｔｒ７とＴｒ８のそれぞれ直列
回路には、スイッチ回路Ｓを介して直流電源Ｅが接続さ
れる。そして、これらトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ８、さ
らにスイッチ回路Ｓは、それぞれ制御回路２４からの指
令によって制御されるようにしている。

【００２０】すなわち、トランジスタＴｒ１とＴｒ４を
導通させた場合と、トランジスタＴｒ２とＴｒ３を導通
させた場合で、電磁コイル３７１　に流れる電流の方向
が反転され、またトランジスタＴｒ５とＴｒ８、Ｔｒ６
とＴｒ７の導通状態を選択することによって、電磁コイ
ル３７２　に流れる電流の方向が反転される。すなわち
、電磁コイル３７１および３７２　によって形成される
磁極の方向が反転制御されるものであり、またこの磁極
はスイッチ回路Ｓによってオン・オフされる。

【００２１】したがって、例えば電磁コイル３７１　に
よってＳ極が形成され、電磁コイル３７２によってＮ極
が構成されるように励磁電流の方向を設定すると、磁石
部材３６のＮ極が電磁コイル３７１　に対向し、同じく
Ｓ極が電磁コイル３７２　に対向されるようになって、
制御弁２１が例えば図３の（Ａ）に実線に示す第１の状
態に設定される。また、電磁コイル３７１　および３７
２　に逆方向の電流が供給されるようにすると、電磁コ
イル３７１　および３７２　の磁極が反転し、制御弁２
１は第１の状態から一点鎖線で示す第２の状態に移動す
る。すなわち、電磁コイル３７１および３７２　の励磁
電流の方向を切換えることによって、制御弁２１は吸気
通路１５を閉じる第１の状態と、この通路１５を開く第
２の状態との間で切換え駆動される。

【００２２】また、スイッチ回路Ｓを開いて電磁コイル
３７１　および３７２　に対する励磁電流回路を遮断す
ると、磁石部材３６は永久磁石３８１　および３８２　
によって設定される磁極によってその角度位置が設定さ
れ、制御弁２１は第１の状態と第２の状態の中間の破線
で示す第３の状態に設定される。したがって、吸気通路
１５はバイパス通路２３で連通され、吸入空気量が制限
される状態となる。

【００２３】エンジン１１の系統において、吸気弁１３
１　〜１３４と排気弁１４１　〜１４４　はエンジン１
１の高速回転時のバルブオーバラップが所定量となるよ
うにカム調整されているもので、この様な状態ではアイ
ドル回転等の低速回転時にはエンジン効率が悪化するこ
とがある。そこで、エンジン１１の回転速度の低下に伴
って吸気制御弁２１１〜２１４　の開弁時期を遅らせる
ことによって、実質的なバルブオーバラップを減少させ
、エンジン効率の低下を防止している。

【００２４】すなわちエンジン１１の高速回転域では、
吸気行程の開始時に吸気弁１３１　〜１３４と排気弁１
３１　　〜１３４　とのバルブオーバラップのタイミン
グで、吸気制御機構１９１〜１９４　の制御弁２１１　
〜２１４　を全開状態から全閉状態となるように電磁コ
イル３７１および３７２　の励磁電流を制御する。この
様な制御によって、気筒１２１　〜１２４　内および排
気通路１７１　〜１７４　の既燃ガスが吸気通路１５１
　〜１５４　に逆流されることが防止され、吸気充填効
率が高められる。

【００２５】これに対して、エンジン１１がアイドル運
転状態、若しくは市街地走行のような低速回転・低負荷
の運転領域の場合には、吸入空気量が少ないものである
ため、吸気制御機構１９１　〜１９４　の制御弁２１１
　〜２１４　は中間の状態から全閉の状態に切換えられ
る。したがって、この様な状態では吸入空気量の変動幅
が減少され、また制御応答性も向上されるようになる。 さらに、制御弁２１１　〜２１４　を中間位置に設定す
る状態では、電磁コイル３７１　、３７２　に電流を流
さないものであるため、電力消費を低減できる。

【００２６】図５は制御弁２１の開時間に対応する吸入
空気量の関係を示しているもので、Ａは吸気通路１５の
メイン通路を流れる空気量を示し、Ｂはバイパス通路２
３を流れる空気量を示している。

【００２７】すなわち、一定時間範囲に対応する空気量
は、メイン通路に比較してバイパス通路２３を流れる空
気量が非常に小さくなるものであるため、バイパス通路
２３を用いた開時間による吸入空気量の制御の高精度化
が可能となる。すなわち、同じ時間幅Δｔに対して、メ
イン通路の特性Ａの場合はΔＱＭの空気量変化に対して
、バイパス通路の制御による特性Ｂの場合は、ΔＱＭよ
り充分に小さいΔＱＢとなる。

【００２８】図６はエンジン１１における部分負荷制御
時の吸気制御機構の制御弁の動きと、吸気通路１５の圧
力を示している。この例では制御弁２１が開から閉、ま
たは閉から開になるときに吸気通路圧力が急激に変化し
、この圧力変化に伴った音が発生する。同様にエンジ１
１の全開運転時においても図７に示すように制御弁２１
の動作時に吸気通路圧力が急激に変化する。

【００２９】これに対して実施例で示した装置にあって
は、吸気制御機構１９１　〜１９４　の制御弁２１１　
〜２１４　にあっては、全開および全閉の位置の他に、
その中間の位置が設定される。したがって、図８で示す
ように低速回転・低負荷の状態のとき、および図９で示
す全開運転状態のときにおいても、制御弁２１が開から
閉となるときおよび閉から開となるときのいずれにおい
ても、吸気通路の圧力が急激に変化することがなく、不
要な音が発生することがない。

【００３０】図１０は吸気制御機構を用いた吸気圧制御
の流れを示している。まずステップ１０１　において、
アクセルの踏み込み量（負荷）の状態をスロットル開度
センサ２５から読み取り、さらに回転センサ２７からエ
ンジン１１の回転速度Ｎｅ　を読み取る。そして、ステ
ップ１０２　でアクセル踏み込み量に基づいて、全負荷
の状態か否かを判断する。

【００３１】ステップ１０２　で全負荷であると判断さ
れたならば、ステップ１０３　に進んで、吸気制御機構
の制御弁２１の開時期Ｔｏ　および閉時期Ｔｃ　を図１
１で示すような制御弁全開位置に対応するマップＡから
求め、ステップ１０４　で制御弁２１の全開・全閉位置
で制御を行う。

【００３２】ステップ１０２　で全負荷ではなく部分負
荷であると判断されたときは、ステップ１０５　に進ん
で図１１で示すマップＡ、および図１２で示す制御弁２
１の全閉位置に対応するマップＢから、制御弁２１のＴ
ｏａ、Ｔｃａ、Ｔｃｂを求める。ここで、Ｔｏａおよび
Ｔｃａは制御弁２１の全開および全閉制御での時間、Ｔ
ｏｂおよびＴｃｂは中間位置制御による制御時間を示す
ものであり、ステップ１０５　で制御態様を判断する。 具体的には、“Ｔｃｂ−Ｔｏｂ”が　　　　“３０／Ｎ
ｅ　”、すなわち吸気のＴＤＣからＢＤＣまでの時間（
吸気の時間）との比較で制御態様を選択し、ステップ１
０６　若しくは１０７　に進む。

【００３３】ステップ１０６　では吸気制御機構の制御
弁２１の開閉時期をＴｏａ、Ｔｃａに設定し、次のステ
ップ１０８　で吸気制御弁２１の開閉位置を全開位置に
設定する。またステップ１０７　では制御弁２１の開閉
時期をＴｏｂ、Ｔｃｂに設定し、ステップ１０９　で吸
気制御弁２１の開位置を中間位置に設定する。

【００３４】図４で示した電磁コイル３７１　、３７２
　に対する電流制御回路においては、励磁電流の方向を
トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ８によって切換え、電流量は
一定の状態であった。しかし、この励磁電流量も制御さ
れるようにすれば、図３の（Ａ）実線で示した第１の状
態、鎖線で示した第２の状態、およびその中間の破線で
示した第３の状態に限らず、第１の状態と第２の状態の
間であれば、任意の位置に制御弁２１を設定することが
可能となる。

【００３５】図１３はこの様な中間位置以外の位置に制
御弁２１を設定可能とされる場合に適する吸気制御機構
１９の構成を示すもので、制御弁２１の設定される、こ
の制御弁２１の回動する先端部の軌跡に対応した円筒型
の開口部４０に、その内壁面を広げる加工４１を施し、
この加工４１部でバイパス通路が形成されるようにする
。

【００３６】この様に構成すれば、制御弁２１を実線で
示す第１の状態に設定した状態で吸気通路１５が遮断さ
れ、鎖線で示す第２の状態で吸気通路１５を開放するも
のであり、さらにこの第１の状態と第２の状態との間の
第３の状態では、その角度位置に対応して単位時間当た
りの吸気空気量が設定されるようになる。すなわち、吸
入空気量を時間だけではなく、単位時間当たりの空気量
の変化に対応したパラメータが加わるようになり、制御
の自由度がさらに向上される。

【００３７】また、図８で示したように制御弁２１の制
御動作では、該当気筒が吸気行程に入ると制御弁２１は
中間位置から全開位置に駆動されるようにしたが、この
制御弁２１の動作を吸気行程に入っても中間位置に保持
し、その閉時期を遅らせるようににして必要な吸気量が
得られるようにしてもよい。この様な制御によって、吸
気行程にあるときの吸気流れが長時間にわたって持続さ
れ、内燃機関燃焼室内の混合気に対するスワール効果が
高められ、点火時の燃焼温度を高めて、良好な燃焼を実
現することができる。

【００３８】

【発明の効果】以上のようにこの発明に係る内燃機関の
吸気制御装置によれば、吸気制御機構の制御弁を、運転
状態に応じて全開、全閉、さらにその間の位置の３つの
状態に切換え制御できるものにであり、吸気効率が容易
に高められると共に吸入空気量制御が高精度に行える。 したがって、低速回転域において吸入空気量変動を防止
することができ、吸気の制御性のレベルが効果的に向上
される。また、吸気制御弁部での音の発生が防止され、
バイパス通路による流速変化を利用したスワールの上昇
も可能となる。ここで、バイパス通路が存在しない構成
の場合には、制御弁の微小な全開時間の誤差によって吸
入空気量に大きな誤差が生じ、制御弁の全開時間を高精
度に制御する必要があった。しかし、バイパス通路を形
成し、制御弁の中間位置でこのバイパス通路を用いた吸
気通路が形成されるようにすることによって、吸入空気
量制御が非常に簡易化され、吸入空気量制御の精度が容
易に向上されるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例に係る内燃機関の吸気制御
装置を説明する全体的な構成図。

【図２】上記実施例の吸気制御機構部を取り出して示す
断面図。

【図３】（Ａ）および（Ｂ）はそれぞれ図２で示した吸
気制御機構のａ−ａ線およびｂ−ｂ線に対応する断面図
。

【図４】上記吸気制御機構の電磁コイルの励磁制御回路
を説明する図。

【図５】制御弁の全開位置および中間位置における時間
と空気量との関係を示す図。

【図６】バイパス通路が無いときのエンジンの部分負荷
制御時の制御弁の動きと吸気通路の圧力を示す図。

【図７】同じく全負荷時のエンジンの部分負荷制御時の
制御弁の動きと吸気通路の圧力を示す図。

【図８】実施例で示した装置におけるエンジンの部分負
荷制御時の制御弁の動きと吸気通路の圧力を示す図。

【図９】同じく実施例装置における全負荷時のエンジン
の部分負荷制御時の制御弁の動きと吸気通路の圧力を示
す図。

【図１０】実施例装置の制御回路の動作の流れを示すフ
ローチャート。

【図１１】上記制御回路に記憶されたマップＡを示す図
。

【図１２】同じく上記制御回路に記憶されたマップＢを
示す図。

【図１３】この発明の他の実施例の吸気制御機構部を説
明する断面図。

【符号の説明】

１１…エンジン、１２、１２１　、１２２　、…吸気制
御機構、１３１　、１３２　、…吸気弁、１４１　、１
４２　、…排気弁、１５、１５１　、１５２　、…吸気
通路、１６…吸気導入部、１９、１９１　、１９２　、
…吸気制御機構、２０…スロットル弁、２１、２１１　
、２１２　、…制御弁、２２、２２１　、２２２　、…
駆動機構、２３、２３１　、２３２　…バイパス通路、
２４…制御回路、３５…支持軸、３６…磁石部材、３７
１　、３７２　…電磁コイル、３８１　、３８２　…永
久磁石。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　内燃機関の各気筒それぞれに設定され
   た吸気弁および排気弁と、前記吸気弁にそれぞれ連通さ
   れ、吸気導入部からの吸入空気が供給される前記気筒に
   それぞれ対応して設定された吸気通路と、この吸気通路
   それぞれの空気導入部側と前記排気弁との間に設けられ
   た各気筒それぞれに対応する吸気制御機構と、この吸気
   制御機構の空気通路を制御する制御手段とを具備し、前
   記吸気制御機構は前記吸気通路を開閉するように駆動制
   御される制御弁、およびこの制御弁の開位置と閉位置と
   の間の中間位置に設定された状態で前記空気導入部側と
   排気弁側とを連通するバイパス通路を備え、また前記制
   御手段は前記内燃機関の回転数に対応して、前記制御弁
   が前記中間位置に設定される時期を算出するバイパス通
   路形成時期演算手段を備えることを特徴とする内燃機関
   の吸気制御装置。