JPH05332145A - 内燃機関の吸気制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 吸気時のポンピング損失の低減効果の減少を
抑制するとともに、気筒内のスワールを持続することの
可能な吸気制御装置を提供する。 【構成】 アクセルペダル１１４の踏み込み量Ａｃを負
荷センサ２１５から、内燃機関回転数Ｎｅを回転数セン
サ２１６から制御部２２０に入力する。制御部において
はＡｃおよびＮｅに基づき吸気制御弁１１２の閉弁時期
を決定する。第１の発明にあっては吸気制御弁閉弁以後
も吸気制御弁は全閉せず吸気が供給され気筒内のスワー
ルが消失することを防止する。第２の発明にあっては吸
気制御弁閉弁後でも、バイパス通路によって供給される
吸気によってスワールが生成される。

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制御装置
に係わり、特に吸入空気量を制御する吸気制御弁を備え
る内燃機関の吸気制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】吸気弁を介して燃焼室に燃焼用空気を供
給する吸気通路に吸気制御弁を配置し、低負荷運転時に
は吸気弁開弁後に吸気制御弁を開弁し吸気弁閉弁前に吸
気制御弁を閉弁せしめる内燃機関の吸気制御装置は公知
である（例えば特開平２−１３０２２０公報参照）。

【０００３】上記に提案されているにように低負荷運転
時に吸気弁閉弁前に吸気制御弁を閉弁することによりい
わゆるポンピング損失を低減することが可能となる。し
かしながら吸気制御弁を早期に閉弁してしまうと気筒内
に空気が供給されないために、気筒内の乱れが減衰して
燃焼性が悪化する。この燃焼性の悪化を防止するため
に、本出願人は吸気制御弁の開度を全開より小とする代
わりに開弁時間を長くして吸気量を確保するとともに気
筒内の乱れを持続させる制御装置を提案している（特願
平３−３２１８４４）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、吸気制
御弁の開度を全開より絞ることは、いわゆるスロットル
弁を排して吸気制御弁を設置する本来の狙いである吸気
時のポンピング損失の低減効果を減少させることにな
る。本発明はかかる問題点に鑑みなされたものであっ
て、吸気時のポンピング損失の低減効果の減少を抑制す
るとともに、気筒内の乱れを持続することの可能な吸気
制御装置を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】第１の発明にかかる内燃
機関の吸気制御装置は、内燃機関の気筒に空気を供給す
るための吸気通路を開閉する吸気制御弁と、吸気制御弁
を吸気開始前に開弁させ吸気上死点以降かつ吸気弁閉弁
前の所定閉弁時期に閉弁させるとともに所定閉弁時期を
内燃機関運転状態に応じて変更する吸気制御弁制御手段
と、少なくとも所定閉弁時期が予め定められた所定時期
よりも吸気上死点側となる時には吸気制御弁を迂回し吸
気制御弁下流に吸入空気を供給するバイパス手段を備え
る。

【０００６】第２の発明においては、バイパス手段が吸
気制御弁閉弁以降にバイパス手段によって供給される吸
気によって気筒内にスワールが発生するように構成され
る。

【０００７】

【作用】第１の発明によれば、吸気制御弁を開弁する場
合は全開状態で開弁されるために吸気時のポンピング損
失は低減される。ともに吸気制御弁閉弁以降もバイパス
手段により吸気の供給が続行されるために気筒内に発生
する空気の乱れが保持され良好な燃焼性が維持される。

【０００８】第２の発明によれば、吸気制御弁が閉弁さ
れた後にもバイパス手段を介して吸入される空気はスワ
ールを生成できるので良好な燃焼性が維持される。

【０００９】

【実施例】図１は本発明にかかる内燃機関の吸気制御装
置の実施例の構成図であって、シリンダブロック１０
１、ピストン１０２およびシリンダヘッド１０３に囲ま
れて燃焼室１０４が構成される。燃焼室１０４には吸気
弁１０５から燃焼用混合気が供給され、燃焼後の排気ガ
スが排気弁１０７から排気される。

【００１０】各気筒の吸気ポート１０６に接続される吸
気枝管１０８は共通のサージタンク１０９に接続され、
サージタンク１０９はエアフローメータ１１０を介して
エアクリーナ１１１に連結されている。吸気枝管１０８
の内部には各気筒に流入する空気量を調整する吸気制御
弁１１２が設置されており、この吸気制御弁１１２はア
クチュエータ１１３によって開閉制御される。

【００１１】そしてこのアクチュエータ１１３には制御
部１２０から開度指令信号が供給される。制御部１２０
はいわゆるマイクロコンピュータシステムとして構成さ
れており双方向バス１２１によって相互に接続されたＲ
ＯＭ１２２、ＲＡＭ１２３、ＣＰＵ１２４、入力ポート
１２５および出力ポート１２６を具備する。

【００１２】エアフローメータ１１０は吸入空気量に比
例した電圧を発生し、この電圧はＡＤ変換器１２７によ
ってディジタル信号に変換された後入力ポート１２５を
介して制御部１２０に読み込まれる。またアクセルペダ
ル１１４には踏み込み量に比例した電圧を発生する負荷
センサ１１５が取り付けられており、負荷センサ１１５
の出力電圧はＡＤ変換器１２８によってディジタル信号
に変換された後入力ポート１２５を介して制御部１２０
に読み込まれる。

【００１３】さらに入力ポート１２５には内燃機関回転
数に比例した周波数のパルスを発振する回転数センサ１
１６が接続され、内燃機関回転数が制御部１２０に読み
込まれる。図２はエンジンの１つの気筒の上面図であっ
て、吸気弁１０５および排気弁１０７をそれぞれ２個づ
つ備えている。

【００１４】第１の発明にあっては、吸気枝管１０８内
に設置された吸気制御弁１１２はアクチュエータ１１３
によって、全開位置（イ）および全閉位置（ロ）の他に
第３の位置（ハ）に制御される。即ち第３の位置（ハ）
にあるときは吸気制御弁は全閉とはならずに、吸気制御
弁をバイパスして吸気が供給される。

【００１５】図３は第１の発明で使用される吸気制御弁
制御ルーチンのフローチャートであって、例えば３０゜
である所定の回転角度毎に実行される。ステップ３１で
内燃機関回転数Ｎｅ、アクセル踏み込み量Ａｃ、吸気制
御弁操作時期θおよび吸入吸気量Ｑを読み込む。ステッ
プ３２で内燃機関回転数Ｎｅの関数として決定される所
定の吸入空気量Ｑlimit を求める。

【００１６】図４は所定の吸入空気量Ｑlimit を決定す
るためのグラフであって、横軸に内燃機関回転数Ｎｅ、
縦軸に所定の吸入空気量Ｑlimit をとる。即ちこの所定
の吸入空気量Ｑlimit は、それ以下の吸入空気量であれ
ば吸気制御弁が早期に閉弁してしまうため気筒内の乱れ
が減衰してしまう限界の空気吸入量である。

【００１７】次にステップ３３で内燃機関回転数Ｎｅと
アクセル踏み込み量Ａｃとの関数として、吸気制御弁の
閉弁時期θｃを決定する。図５は運転気筒閉弁時期θｃ
を決定するためのグラフであって、横軸にアクセルペダ
ル踏み込み量Ａｃ、縦軸に閉弁時期θｃをとる。なおパ
ラメータは内燃機関回転数Ｎｅである。

【００１８】即ちアクセルペダル踏み込み量Ａｃが大き
いほど、即ち内燃機関の出力を増加させるほど、吸入空
気量を多くする必要があるため吸気制御弁の閉弁時期θ
ｃを遅くする。ただし吸気弁１０５の閉弁時期以上に遅
くしても意味はないため、あるアクセルペダル踏み込み
量以上では閉弁時期は飽和特性を示す。

【００１９】さらに同じアクセルペダル踏み込み量Ａｃ
であっても内燃機関回転数Ｎｅが高いほど多量の空気を
必要とするために、内燃機関回転数Ｎｅが高いほど閉弁
時期θｃを遅くする。ステップ３４で吸気制御弁操作時
期θが閉弁時期θｃより小であるか否かを判定して、肯
定判定されれば、ステップ３５に進み吸気制御弁１１２
の開度ψを全開に設定してステップ３９に進む。

【００２０】ステップ３４で否定判定されれば、ステッ
プ３６に進み実際の吸入空気量Ｑが所定の吸入空気量Ｑ
limit より小であるか否かを判定する。ステップ３６で
肯定判定されれば、即ち実際の吸入空気量Ｑが所定の吸
入空気量Ｑlimit より小であれば、吸気制御弁が早期に
閉弁してしまい気筒内の乱れが減衰してしまうおそれが
あると判定して、ステップ３７に進み吸気制御弁１１２
の開度ψを全閉開度でない所定の開度ψｃ（図２参照）
に設定してステップ３９に進む。

【００２１】ステップ３６で否定判定されれば、即ち実
際の吸入空気量Ｑが所定の吸入空気量Ｑlimit より大で
あれば、吸気制御弁の閉弁時期は上死点ＴＤＣ以後十分
遅い時期に閉弁するため気筒内の乱れは維持されるもの
としてステップ３８に進み吸気制御弁１１２の開度ψを
全閉開度に設定してステップ３９に進む。そしてステッ
プ３９で吸気制御弁開度ψを出力してアクチュエータ１
１３を駆動して吸気制御弁１１２の開度をψに制御して
このルーチンを終了する。

【００２２】なお吸気制御弁１１２は吸気弁１０５が閉
弁した後の適切な時期に全閉とする必要がある。これは
圧縮行程に移行した時に混合気が吸気管に逆流すること
を防止する必要があるからである。図６は本発明による
吸気弁および吸気制御弁の開閉タイミング図であって、
横軸に内燃機関の回転カム角度を、縦軸に吸気弁および
吸気制御弁の開度をとる。

【００２３】即ち点線（イ）は吸入空気量Ｑが所定の吸
入空気量Ｑlimit である場合の吸気制御弁の開度を示
し、上死点ＴＤＣより前の所定時期θｏで全開となり、
上死点ＴＤＣ後の所定の閉弁時期θｃlimit で閉弁す
る。一点鎖線（ロ）は吸入空気量Ｑが所定の吸入空気量
Ｑlimit より大である場合の吸気制御弁の開度を示し、
上死点ＴＤＣより前の所定時期θｏで全開となり、所定
の閉弁時期θｃlimit より後で全閉となる。

【００２４】実線（ハ）は吸入空気量Ｑが所定の吸入空
気量Ｑlimit より小である場合の吸気制御弁の開度を示
し、上死点ＴＤＣより前の所定時期θｏ近傍で全開とな
り、所定の閉弁時期θｃlimit より前に閉弁するが全閉
とはならずに所定の開度ψｃに保持され、気筒内に乱れ
を発生させる。図７は第２の発明を適用した場合の１つ
の気筒の上面図であって、吸気制御弁１１２を中間開度
としてバイパス路を確保するのではなく、吸気制御弁１
１２全閉後にも気筒に吸気を供給することのできるサー
ジタンク１０９と吸気弁１０５とを接続するバイパス通
路６０１を設ける。

【００２５】このバイパス通路６０１は吸気が気筒の内
壁に沿って噴出し気筒内にスワールが発生するように開
口する。図８は第２の発明で使用される第２の吸気制御
弁制御ルーチンであって、吸気制御弁１１２全閉後もバ
イパス通路６０１によって吸気が供給されるため第１の
吸気制御弁制御ルーチンからステップ３２、３６および
３７が除去されている。

【００２６】即ちステップ３１で内燃機関回転数Ｎｅ、
アクセル踏み込み量Ａｃおよび吸気制御弁操作時期θを
読み込む。次にステップ３３で内燃機関回転数Ｎｅとア
クセル踏み込み量Ａｃとの関数として、吸気制御弁の閉
弁時期θｃを決定する。ステップ３４で吸気制御弁操作
時期θが閉弁時期θｃより小であるか否かを判定して、
肯定判定されれば、ステップ３５に進み吸気制御弁１１
２の開度ψを全開に設定してステップ３９に進む。

【００２７】ステップ３４で否定判定されれば、ステッ
プ３８に進み吸気制御弁１１２の開度ψを全閉開度に設
定してステップ３９に進む。そしてステップ３９で吸気
制御弁開度ψを出力してアクチュエータ１１３を駆動し
て吸気制御弁１１２の開度をψに制御してこのルーチン
を終了する。なおバイパス通路７０１には電磁弁７０２
あるいはリード弁のような逆止弁７０３が設置される。

【００２８】電磁弁７０２あるいは逆止弁７０３を設置
する目的は第１の発明において、吸気弁１０５が閉弁し
た後の適切な時期に吸気制御弁１１２を全閉とする目的
と同様であり、圧縮行程に移行した時に混合気が吸気管
に逆流することを防止するためである。そして電磁弁７
０２を適用した場合は制御部１２０から閉弁指令を出力
する必要がある。

【００２９】図９は電磁弁７０２を開閉するための電磁
弁制御ルーチンのフローチャートであって、図８に示す
第２の吸気制御弁制御ルーチンに引き続いて実行され
る。ステップ９１で内燃機関回転数Ｎｅおよび吸入空気
量Ｑを読み込む。ステップ９２で内燃機関回転数Ｎｅの
関数として決定される所定の吸入空気量Ｑlimit を求め
る。

【００３０】ステップ９３で吸気制御弁操作時期θが閉
弁時期θｃより小であるか否かを判定して、否定判定さ
れればステップ９４に進む。ステップ９４で吸入空気量
Ｑが所定の吸入空気量Ｑlimit より小であるか否かを判
定する。ステップ９３で肯定判定された場合、およびス
テップ９４で否定判定された場合はステップ９５に進
み、電磁弁７０２の閉指令を出力する。

【００３１】ステップ９４で肯定判定された場合はステ
ップ９６に進み、電磁弁７０２に開指令を出力すること
により、気筒内の吸気が確保される。

【００３２】

【発明の効果】第１の発明によれば、内燃機関のポンピ
ング損失を低減するために吸気制御弁が設置された内燃
機関において、低負荷で運転されているために吸気制御
弁を比較的早期に閉弁した以後にも吸気制御弁を完全に
閉弁せずに所定の開度に維持することによって気筒内の
スワールが消失してしまうことを防止できる。

【００３３】第２の発明によれば、吸気制御弁全閉後に
バイパス通路を介して供給される吸気によって気筒内に
スワールがより良く形成されるようにバイパス通路が設
置されるので、低負荷で運転中であっても燃焼性が悪化
することが防止される。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明の実施例の構成図である。

【図２】図２は第１の発明における気筒の上面図であ
る。

【図３】図３は第１の吸気制御弁制御ルーチンのフロー
チャートである。

【図４】所定吸入空気量を決定するためのグラフであ
る。

【図５】閉弁時期を決定するためのグラフである。

【図６】図６は吸気弁および吸気制御弁の開閉タイミン
グ図である。

【図７】図７は第２の発明における気筒の上面図であ
る。

【図８】図８は第２の吸気制御弁制御ルーチンのフロー
チャートである。

【図９】図９は第２の発明で使用される電磁弁制御ルー
チンのフローチャートである。

【符号の説明】

１０１…内燃機関 １０２…ピストン １０３…シリンダヘッド １０４…燃焼室 １０５…吸気弁 １０６…吸気ポート １０７…排気弁 １０８…吸気枝管 １０９…サージタンク １１０…エアーフローメータ １１１…エアクリーナ １１２…吸気制御弁 １１３…アクチュエータ １１４…アクセルペダル １１５…負荷センサ １１６…回転数センサ １２０…制御部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内燃機関の気筒に空気を供給するための
   吸気通路を開閉する吸気制御弁と、 該吸気制御弁を吸気開始前に開弁させ、吸気上死点以降
   かつ吸気弁閉弁前の所定閉弁時期に閉弁させるととも
   に、該所定閉弁時期を内燃機関運転状態に応じて変更す
   る吸気制御弁制御手段を備える内燃機関の吸気制御装置
   において、 少なくとも所定閉弁時期が予め定められた所定時期より
   も吸気上死点側となる時には、該吸気制御弁を迂回し、
   該吸気制御弁下流に吸入空気を供給するバイパス手段を
   備える内燃機関の吸気制御装置。
2. 【請求項２】 前記バイパス手段が吸気制御弁閉弁以降
   に該バイパス手段によって供給される吸気によって気筒
   内にスワールが発生するように構成された、請求項１に
   記載の内燃機関の吸気制御装置。