JP2008025562A - 内燃機関用制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関への負荷が高負荷域の場合であっても、吸気ガスを気筒内へ短期間に流入させて、ポンプ損失を低減させることができ、構成および制御が簡単な内燃機関用制御装置を得る。
【解決手段】内燃機関の吸気弁４近傍の吸気通路に設けられ、吸気弁４から気筒１内への吸気量を調節するソレノイドバルブ２と、クランク角検出信号から回転数を算出し、回転数とアクセル踏み込み量とから所望の吸気量を算出し、ソレノイドバルブ２を動作させて吸気量を調節するコントロールユニット１１とを備え、コントロールユニット１１は、ソレノイドバルブ２の開期間または開口面積のうち少なくとも一方を内燃機関に対する負荷に応じて変化させ、吸気弁４の開時期より先にソレノイドバルブ２を動作させて吸気通路を開き、次サイクルでの吸気弁４の閉時期より先にソレノイドバルブ２を動作させて吸気通路を閉じる。
【選択図】図１

Description

この発明は、吸気通路に備えた弁を制御して吸気弁から気筒内へ吸気される吸気ガスの吸気量を調節する内燃機関用制御装置に関する。

従来、内燃機関の吸気弁近傍の吸気通路にシャッターバルブが設けられ、このシャッターバルブをバイパスする副吸気通路にロータリーバルブが設けられており、内燃機関への負荷が高負荷域の場合には、シャッターバルブを開けて気筒内へ流入する吸気ガスの吸気量を調節し、アイドリング時などの極低負荷域および低負荷域の間の場合には、シャッターバルブを閉じロータリーバルブの開期間の位相のみを制御して、ロータリーバルブと吸気弁との開期間のオーバーラップ量を変化させて気筒内へ流入する吸気ガスの吸気量を調節する内燃機関用制御装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開昭６２−１０１８６８号公報

しかしながら、このものの場合、２つの吸気通路があり、両流路には吸気量を制御する弁がそれぞれ設けられているので、構成および制御が複雑でさらに製造コストが高くなるという問題点があった。
また、内燃機関への負荷が高負荷域の場合には、シャッターバルブは開くものの、高速の開閉制御ができず、１サイクルの間は常にシャッターバルブが開いたままであるので、要求された吸気量以上の吸気ガスの流入を防ぐために、シャッターバルブの開度は小さく制御される。その結果、吸気ガスを気筒内へ短期間に流入させることができず、気筒内での吸気量が不足してポンプ損失が増大してしまうという問題点があった。

この発明は、上述のような問題点を解決することを課題とするものであって、その目的は、構成および制御が簡単で製造コストが低減され、さらに、内燃機関への負荷が高負荷域の場合であっても、吸気ガスを気筒内へ短期間に流入させ、気筒内の圧力と大気圧であるピストンを挟んだクランク軸側の空間の圧力との差を低減させることで、ポンプ損失を低減させることができる内燃機関用制御装置を提供するものである。

この発明に係る内燃機関用制御装置は、内燃機関の吸気弁近傍の吸気通路に設けられ、前記吸気弁から気筒内への吸気量を調節する弁装置と、クランク角検出信号から内燃機関の回転数を算出し、前記回転数とアクセル踏み込み量とから所望の前記吸気量を算出し、前記弁装置を制御して、前記吸気量を調節するコントロールユニットとを備え、前記コントロールユニットは、前記弁装置の開期間または前記弁装置の開口面積のうち少なくとも一方を内燃機関に対する負荷に応じて変化させ、前記吸気弁の開時期より先に前記弁装置を動作させて前記吸気通路を開き、次サイクルでの前記吸気弁の閉時期より先に前記弁装置を動作させて前記吸気通路を閉じる。

この発明に係る内燃機関用制御装置によれば、構成および制御が簡単で製造コストが低減され、さらに、内燃機関への負荷が高負荷域の場合であっても、吸気ガスを気筒内へ短期間に流入させ、気筒内に必要な吸気量の吸気ガスを流入させ、気筒内の圧力と大気圧であるピストンを挟んだクランク軸側の空間の圧力との差を低減させることで、ポンプ損失を低減させることができる。

以下、この発明の各実施の形態を図に基づいて説明するが、各図において、同一または相当の部材、部位については、同一符号を付してある。
実施の形態１．
図１は実施の形態１に係る内燃機関用制御装置を示す構成図、図２（ａ）は図１のソレノイドバルブ２の断面図、図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ−Ａ線に沿って視た矢視断面図である。
内燃機関は、気筒１と、気筒１内への吸気量を調節する弁装置であるソレノイドバルブ２と、燃料噴射量および燃料噴射時期を調節する燃料噴射弁３と、気筒１内へ流入する吸気ガスの吸気量および吸気時期を調節する吸気弁４と、気筒１内から排気される排気ガスの排気量および排気時期を調節する排気弁５と、気筒１内の混合気を燃焼させるための火花を発生させる点火プラグ６とを備えている。
ソレノイドバルブ２の下流側の吸気管１６には、ソレノイドバルブ下流部２ａが設けられている。
ソレノイドバルブ２の上流側の吸気通路には、一時的に空気を溜めるサージタンク７が設けられている。このサージタンク７はソレノイドバルブ２を介して気筒１と連通されている。ここで、サージタンク７内に溜められている空気の圧力は、大気圧Ｐと同じである。
サージタンク７の上流側の吸気通路内には、サージタンク７へ流入する吸気量を検出するエアフローセンサ８が設けられている。

気筒１内には、クランク軸９ａが設けられており、このクランク軸９ａの近傍には、クランク角検出信号を生成するクランク角センサ１０が設けられている。また、気筒１内には、クランク軸９ａと連結し、気筒１内を往復運動するピストン９ｂが設けられ、このピストン９ｂの反クランク軸９ａ側の気筒１内には、燃焼空間である気筒内空間１ａが形成されている。

ソレノイドバルブ２、エアフローセンサ８、クランク角センサ１０および図示しないアクセルセンサは、コントロールユニット１１と電気的に接続されている。
コントロールユニット１１は、気筒１内に要求される吸気量である要求吸気量とエンジン回転数をパラメータとしたソレノイドバルブ２の閉時期の値を持つソレノイドバルブ制御用のマップを内部に備えている。

ソレノイドバルブ２は、弁本体であるプランジャ１２、励磁コイル１３、バネ１４およびブラケット１５を有している。
ブラケット１５は、図２（ｂ）に示すように、吸気管１６によって２点で支持されている。
励磁コイル１３は、ブラケット１５の内部に配設されている。
プランジャ１２とブラケット１５との間には、バネ１４がプランジャ１２を反ブラケット１５側に付勢して設けられている。
吸気管１６の内壁面には、弁座１７が形成されており、プランジャ１２が弁座１７に当接する。

ソレノイドバルブ２は、励磁コイル１３に電圧を印加して電磁力を発生させ、バネ１４の力に対抗してプランジャ１２をブラケット１５側へ引き寄せて、開弁する。励磁コイル１３への電圧の印加を解除すると、バネ１４の力によりプランジャ１２は、反ブラケット１５側に移動し、弁座１７と再び当接して、ソレノイドバルブ２は閉弁する。
また、励磁コイル１３に導通する電流値を変化させることで、プランジャ１２のリフト量が変化し、プランジャ１２と弁座１７との間の開口面積が調節される。
ソレノイドバルブ２が閉弁すると、吸気ガスはソレノイドバルブ下流部２ａに流入しない。

ソレノイドバルブ２は、上述したように導通する電流値を変化させることでプランジャ１２のリフト量を変化させることができるので、ソレノイドバルブ２の開口面積を変化させることができる。また、ソレノイドバルブ２は、電圧を印加するタイミングおよび電圧の解除のタイミングを変化させることで、ソレノイドバルブ２の閉時期、開時期および開期間を変化させることができる。

次に、実施の形態１に係る内燃機関用制御装置の動作について説明する。
コントロールユニット１１には、クランク角センサ１０からクランク角信号が入力され、エアフローセンサ８から吸気量検査信号が入力され、図示しないアクセルセンサからアクセル踏み込み量が入力される。
コントロールユニット１１は、入力されたアクセル踏み込み量とクランク角検出信号から算出したエンジン回転数とから、マップを用いて要求吸気量を算出する。
さらに、コントロールユニット１１は、算出された要求吸気量およびエンジン回転数から、マップを用いてソレノイドバルブ２の閉時期を算出し、ソレノイドバルブ２へソレノイドバルブ制御信号を出力して気筒１に流入する吸気量を調節する。
その後、コントロールユニット１１は、エアフローセンサ８から検出したサージタンク７へ流入した吸気量およびエンジン回転数を用いて、気筒１内に流入した吸気量を算出し、上記で算出した要求吸気量と比較した上で、再びソレノイドバルブ２へソレノイドバルブ制御信号を出力して気筒１内に流入する吸気量を調節する。
なお、ソレノイドバルブ２の開時期はＩＶＯ（吸気弁４の開時期）より先になるように設定する。

次に、ソレノイドバルブ制御用のマップの設定について説明する。
ソレノイドバルブ２の閉時期は、各エンジン回転数に対する要求吸気量の値によって以下の通りになる。
吸気弁４を閉じた状態で、ソレノイドバルブ下流部２ａの吸気圧力が大気圧Ｐとなるソレノイドバルブ２から流入した吸気量をコレクト吸気量といい、要求吸気量が、このコレクト吸気量以下で、ソレノイドバルブ２がＩＶＯより先に閉じる場合、つまり、内燃機関への負荷が極低負荷域から低負荷域までの間では、気筒１内に流入する吸気量が要求吸気量となるように、ソレノイドバルブ２は、ＩＶＯより先で、ソレノイドバルブ下流部２ａに要求吸気量の吸気ガスが溜まった時点に閉時期が設定される。
また、要求吸気量がコレクト吸気量以上である場合、つまり、中負荷域から高負荷域までの間では、気筒１内に流入する吸気量が要求吸気量となるように、ソレノイドバルブ２は、ＩＶＯの後で、要求吸気量の吸気ガスが気筒１内に溜まった時点に閉時期が設定される。
なお、要求吸気量に対するソレノイドバルブ２の閉時期の設定値は、各エンジン回転数で、上記の内容に従った実機試験等を実施して求めたものである。

次に、一般的なポンプ損失の原因について説明する。
図３は、内燃機関への負荷が低負荷域の場合の気筒内空間１ａの筒内圧力と筒内容積との関係の中で気筒内空間１ａが大気圧Ｐ以下となる部分を拡大した図である。
Ｌｂ（実線）は、実施の形態１に係る内燃機関用制御装置のときの気筒内空間１ａの筒内圧力と筒内容積との関係を示している。
Ｌ１ｂ（二点鎖線）は、サージタンク７の上流側の吸気通路にスロットルバルブを設け、このスロットルバルブの開度調節によって吸気量を調節する従来装置（以下、第１の従来装置とする。）のときの気筒内空間１ａの筒内圧力と筒内容積との関係を示している。
Ｌ２ｂ（破線）は、内燃機関の吸気弁４近傍の吸気通路に設けられたシャッターバルブと、このシャッターバルブをバイパスする副吸気通路に設けられたロータリーバルブとを用いて吸気量を調節する従来装置（以下、第２の従来装置とする。）のときの気筒内空間１ａの筒内圧力と筒内容積との関係を示している。

クランク室１ｂは、内部の気圧が常に大気圧Ｐであるので、気筒内空間１ａの圧力が負圧の状態でピストン９ｂを押し下げると、負の仕事が発生し、逆に気筒内空間１ａの圧力が負圧の状態でピストン９ｂを押し上げると、正の仕事が発生する。
ポンプ損失は、負の仕事から正の仕事を差し引いたものであり、図３に示すＬｂ、Ｌ１ｂおよびＬ２ｂに囲まれたそれぞれの面積である。

次に、実施の形態１に係る内燃機関用制御装置を用いた時のポンプ損失について説明する。
図４は、実施の形態１に係る内燃機関用制御装置を用いたときのソレノイドバルブ２の開口面積とクランク角との関係を示しており、縦軸がソレノイドバルブ２の開口面積、横軸がクランク軸である。
Ａ（実線）は、極低負荷域の場合のソレノイドバルブ２の開閉、Ｂ（破線）は、低負荷域の場合のソレノイドバルブ２の開閉、Ｃ（二点鎖線）は、高負荷域の場合のソレノイドバルブ２の開閉を示し、Ｇは、ソレノイドバルブ２が最も開弁した時の面積である。
図５は、ソレノイドバルブ２の開口面積が図４の状態におけるソレノイドバルブ下流部２ａの吸気圧力とクランク角との関係を示しており、縦軸がソレノイドバルブ下流部２ａの吸気圧力、横軸がクランク軸である。
Ｐａ（実線）は極低負荷域の場合を示し、Ｐｂ（破線）は低負荷域の場合を示し、Ｐｃ（二点鎖線）は高負荷域の場合を示している。

図６は、高負荷域の場合の気筒内空間１ａの筒内圧力と筒内容積との関係の中の気筒内空間１ａが大気圧Ｐ以下となる部分を拡大した図であり、Ｌｃ（実線）は実施の形態１に係る内燃機関用制御装置を用いたときであり、Ｌ１ｃ（二点鎖線）は第１の従来装置を用いたときであり、Ｌ２ｃ（破線）は第２の従来装置を用いたときのものである。
高負荷域の場合は、ソレノイドバルブ２の開口面積がＩＶＣ（吸気弁４の閉時期）の直後から次のＩＶＣの直前であるソレノイドバルブ２の閉時期ＣＴｃまでの間が全開Ｇとなっており、ＩＶＣからＣＴｃまでの間は、ソレノイドバルブ下流部２ａの吸気圧力がほぼ大気圧Ｐとなる。したがって、図６に示すように、気筒内空間１ａの筒内圧力と筒内容積との関係を示したＬｃに囲まれた面積が小さくなっており、ポンプ損失が低減する。

低負荷域の場合は、ソレノイドバルブ２の開口面積がＩＶＣの直後からソレノイドバルブ２の閉時期ＣＴｂまでの間が全開Ｇとなっている。ソレノイドバルブ２の開期間がある程度の長さ以上であるので、ＩＶＯより先に、ソレノイドバルブ下流部２ａには吸気圧力がほぼ大気圧Ｐとなるほどの吸気が充填されている。したがって、図３に示すように、気筒内空間１ａの筒内圧力と筒内容積との関係を示したＬｃに囲まれた面積が小さくなっており、ポンプ損失が低減する。

図７は、極低負荷域の場合の気筒内空間１ａの筒内圧力と筒内容積との関係の中の気筒内空間１ａが大気圧Ｐ以下となる部分を拡大した図であり、Ｌａ（実線）は実施の形態１に係る内燃機関用制御装置を用いたときであり、Ｌ１ａ（二点鎖線）は第１の従来装置を用いたときであり、Ｌ２ａ（破線）は第２の従来装置を用いたときのものである。
極低負荷域の場合は、ソレノイドバルブ２の開口面積がＩＶＣの直後からソレノイドバルブ２の閉時期ＣＴａまでの間が全開Ｇとなっている。ソレノイドバルブ２の開期間を短くし、要求以上の吸気がソレノイドバルブ２の上流側の吸気通路からソレノイドバルブ下流部２ａへ流入しない。したがって、ソレノイドバルブ下流部２ａの容積を小さく設計する必要がなくなり、ソレノイドバルブ２をエンジンブロック内に設けなくてもよく、製造コストを低減させることができる。
図７に示すように、ＬａとＬ２ａとは、ほとんど同じグラフである。このことから、極低負荷域において、実施の形態１に係る内燃機関用制御装置を用いたときと第２の従来装置を用いたときとでは、ポンプ損失の差はない。

以上説明したように、実施の形態１に係る内燃機関用制御装置によると、吸気流路が１つであり、吸気量を調節する弁も１つとなり、構成および制御が簡単で、製造コストも低減させることができる。
また、アイドリング時など内燃機関への負荷が低負荷域の場合では、ＩＶＯより先にソレノイドバルブ下流部２ａに要求吸気量が溜まった時点で、ソレノイドバルブ２が閉じるので、ソレノイドバルブ下流部２ａの吸気圧力Ｐｂは、ソレノイドバルブ２の閉時期までにほぼ大気圧Ｐとなり、ポンプ損失が低減する。

また、高負荷域では、ＩＶＯの後に気筒１内に吸気された吸気ガスの量が要求吸気量となった時点でソレノイドバルブ２が閉じるので、ソレノイドバルブ下流部２ａの吸気圧力Ｐｃは、ＩＶＯからソレノイドバルブ２の閉時期までがほぼ大気圧Ｐとなり、ポンプ損失を低減させることができる。

また、コントロールユニット１１は、マップを用いて、エンジンの回転数およびアクセル踏み込み量をパラメータとして要求吸気量を算出し、さらに、マップを用いて、エンジンの回転数と要求吸気量をパラメータとして、内燃機関への負荷が高負荷域、低負荷域、極低負荷域のそれぞれの場合にあわせて、ソレノイドバルブ２を制御して、ポンプ損失を低減させることができる。

また、極低負荷域の場合に、ソレノイドバルブ２の開期間を短くし、要求吸気量以上の吸気ガスがソレノイドバルブ２の上流側の吸気通路からソレノイドバルブ下流部２ａへ流入するのを防ぐので、ソレノイドバルブ下流部２ａの容積を小さくする必要がない。したがって、ソレノイドバルブ２をエンジンブロック内に設ける必要がなく、製造コストを低減させることができる。

実施の形態２．
実施の形態２に係る内燃機関用制御装置では、ソレノイドバルブ２の開期間を固定し、開期間の位相または開口面積のうち少なくとも一方を変化させて、気筒１内に流入する吸気ガスの吸気量を調節する。
まず、開期間の位相および開口面積を変化させて、気筒１内に流入する吸気ガスの吸気量を調節する場合について説明する。
図８は、実施の形態２に係る内燃機関用制御装置のソレノイドバルブ２の開口面積とクランク角との関係を示している。
Ｄ（実線）は極低負荷域の場合のソレノイドバルブ２の開口面積、Ｅ（破線）は低負荷域の場合のソレノイドバルブ２の開口面積、Ｆ（二点鎖線）は高負荷域の場合のソレノイドバルブ２の開口面積を示し、Ｇは、ソレノイドバルブ２が最も開弁した時の面積である。
ＤとＦとの関係は、ソレノイドバルブ２の開期間を一定にした状態で、開口面積を変化させること示している。
ＥとＦとの関係は、ソレノイドバルブ２の開期間を一定にした状態で、開時期を進角または遅角してソレノイドバルブ２の開期間の位相を変化させることを示している。
ＣＴｆは高負荷域の場合のソレノイドバルブ２の閉時期を示している。
図９は、ソレノイドバルブ２の開口面積が図５の状態におけるソレノイドバルブ下流部２ａの吸気圧力とクランク角との関係を示している。
Ｐｄ（実線）は極低負荷域の場合を示し、Ｐｅ（破線）は低負荷域の場合を示し、Ｐｆ（二点鎖線）は高負荷域の場合を示している。

内燃機関への負荷が高負荷域の場合、開期間の位相を変化させてソレノイドバルブ２と吸気弁４との開期間のオーバーラップ量を調節する。ソレノイドバルブ下流部２ａの吸気圧力は、ＩＶＯからソレノイドバルブ２の閉時期ＣＴｆまでの間、ほぼ大気圧Ｐとなる。
前サイクルのＩＶＣからＩＶＯまでのソレノイドバルブ２の開口面積Ｆは、実施の形態１に係る内燃機関用制御装置のものと異なるものの、ＩＶＯからＩＶＣまでのソレノイドバルブ２の開口面積Ｆは同等であり、実施の形態１のものと同様にソレノイドバルブ下流部２ａの吸気圧力Ｐｆは、ＩＶＯからソレノイドバルブ２の閉時期までの間がほぼ大気圧Ｐとなるので、ポンプ損失は、実施の形態１のものと同等となる。

低負荷域の場合、ソレノイドバルブ２の開口面積Ｅは、ソレノイドバルブ２の開期間中に全開Ｇとなり、吸気弁４との開期間のオーバーラップ量がゼロになるように、ＩＶＯより先にソレノイドバルブ２が閉まる。このとき、ソレノイドバルブ下流部２ａの吸気圧力Ｐｅは、吸気圧力がほぼ大気圧Ｐとなるほどの吸気ガスが充填されるので、低負荷域におけるポンプ損失は、実施の形態１のものと同等である。

極低負荷域の場合、ソレノイドバルブ２の開口面積Ｄは、要求以上の吸気ガスがソレノイドバルブ２の上流からソレノイドバルブ下流部２ａへ流入しないように小さくなっている。また、ソレノイドバルブ２の開期間が固定されているので、極低負荷域におけるソレノイドバルブ２の開期間は実施の形態１のものよりも長くなっている。
このとき、ソレノイドバルブ下流部２ａの吸気圧力Ｐｄは、燃焼に必要な吸気量のみの吸気ガスが流入されているので、大気圧Ｐ以下となる。したがって、実施の形態１のものと同様に、ソレノイドバルブ下流部２ａの容積を小さくする必要がない。

なお、ソレノイドバルブ２の開期間の位相および開口面積は、要求吸気量とエンジン回転数をパラメータとしたソレノイドバルブ制御用のマップを用いて制御する。

次に、ソレノイドバルブ２の開期間および開期間の位相を固定し、開口面積のみを調節した場合について説明する。
図１０は、実施の形態２に係る内燃機関用制御装置において、ソレノイドバルブ２の開口面積のみを調節したときの、ソレノイドバルブ２の開口面積とクランク軸との関係をしめした図である。
Ｉ（実線）は、極低負荷域の場合のソレノイドバルブ２の開口面積、Ｊ（破線）は、低負荷域の場合のソレノイドバルブ２の開口面積、Ｋ（二点鎖線）は、高負荷域の場合のソレノイドバルブ２の開口面積を示している。
Ｇは、ソレノイドバルブ２が最も開弁した時の面積である。
Ｍは、ソレノイドバルブ２の開口面積の開期間中の最小面積である。

図１０の開口面積が最小面積Ｍよりも大きい部分を注視して、ＪとＫとを比較すると、実施の形態１と同様に閉時期のみを変更してソレノイドバルブ２の制御がなされ、内燃機関への負荷が高負荷域および低負荷域の場合に適した吸気量に調節している。
ＩとＪとを比較すると、開口面積のみを変更してソレノイドバルブ２の制御がなされ、極低負荷域の場合に適した吸気量を調整している。また、ソレノイドバルブ２の開期間が固定されているので、極低負荷域におけるソレノイドバルブ２の開期間は実施の形態１のものよりも長くなっている。
この内燃機関用制御装置の場合、吸気弁４の開期間に、常にソレノイドバルブ２の開口面積が最小面積Ｍ以上であるため、吸気弁４の開期間中は、ソレノイドバルブ２の上流からソレノイドバルブ下流部２ａを介して気筒１内へ吸気ガスが流入する。したがって、実施の形態１のものよりも、吸気ガスが流入する時間が長くなり、要求された吸気量に達するまでの間に気筒内空間１ａの吸気圧力が大気圧Ｐ以下となってしまいポンプ損失の低減効果が減少するものの、ソレノイドバルブ２の制御を簡単に行うことができる。

以上説明したように、実施の形態２に係る内燃機関用制御装置によると、ソレノイドバルブ２の開期間を固定した場合でも、ソレノイドバルブ２の開期間の位相と開口面積を調節することで、極低負荷域でのソレノイドバルブ２の開期間が実施の形態１よりも長くなるので、実施の形態１よりもソレノイドバルブ２の開閉の応答速度が遅くてもポンプ損失を低減させることができる。

また、ソレノイドバルブ２の開期間および開期間の位相を固定した場合でも、ソレノイドバルブ２の開口面積を調節することで、極低負荷域でのソレノイドバルブ２の開期間が実施の形態１よりも長くなるので、実施の形態１よりもソレノイドバルブ２の開閉の応答速度が遅くてもポンプ損失を低減させることができる。

実施の形態３．
実施の形態３に係る内燃機関用制御装置のコントロールユニット１１は、要求吸気量とエンジン回転数とをパラメータとしたソレノイドバルブ２の閉時期の値と、ソレノイドバルブ２の後述する第１の開き速度、第２の開き速度および閉じ速度の値とを持つマップをさらに備え、ソレノイドバルブ２へソレノイドバルブ制御信号を出力して気筒１に流入する吸気量を調節する。
第１の開き速度は、ＩＶＯの直前に、ソレノイドバルブ下流部２ａが大気圧Ｐとなる開き速度である。
第２の開き速度は、ソレノイドバルブ２が開弁するときの最大駆動速度であり、閉じ速度は、ソレノイドバルブ２が閉弁するときの最大駆動速度である。
また、ソレノイドバルブ２の上流側の吸気管１６には、ソレノイドバルブ上流部２ｂが設けられている。
その他の構成は、実施の形態１と同様である。

次に、内燃機関への負荷の違いによるソレノイドバルブ２の開口面積の変化について説明する。
まず、低負荷域の場合について説明する。
ここで、低負荷域とは、算出された要求吸気量が実施の形態１で説明したコレクト吸気量よりも少ないときの内燃機関への負荷の領域とする。
図１１は、実施の形態３に係る内燃機関用制御装置の低負荷域の場合のソレノイドバルブ２の開口面積とクランク角との関係を示す図である。
図１１の中で、Ｉａ（二点鎖線）は要求吸気量がコレクト吸気量の半分程度の場合のソレノイドバルブ２の開口面積の変化を示し、Ｉｂ（実線）は要求吸気量がコレクト吸気量の場合のソレノイドバルブ２の開口面積の変化を示している。
ソレノイドバルブ２の開時期（Ｉ１）をＩＶＣと同時にし、ソレノイドバルブ２の閉時期（Ｉ３）をＩＶＯと同時にし、Ｉ１からソレノイドバルブ２の開口面積が最大となる時期（Ｉ２）までは、ソレノイドバルブ２をゆっくり開いて流路面積を徐々に増大させ、Ｉ２からＩ３までは、ソレノイドバルブ２をゆっくり閉じて流路面積を徐々に縮小させる。Ｉ１からＩ２までの流路面積が増大する速度と、Ｉ２からＩ３までの流路面積が縮小する速度は同じ速度に設定している。
なお、流路面積の増大させる速度および縮小させる速度は、要求吸気量に応じて決められる。
このようにすることで、ＩＶＯまでに、要求吸気量をソレノイドバルブ下流部２ａに流入させるとともに、ソレノイドバルブ２の開期間をなるべく長くすることができ、ソレノイドバルブ２の開閉速度をできるだけ遅くすることができる。
その結果、ソレノイドバルブ２の急激な開閉によりソレノイドバルブ上流部２ｂで発生する圧力脈動を低減させることができる。
なお、図１１では、ソレノイドバルブ２の開時期（Ｉ１）をＩＶＣと同時にしているが、ソレノイドバルブ２の開期間が十分長くとれるのであれば、ソレノイドバルブ２の開時期（Ｉ１）をＩＶＣの後に設定してもよく、また、ＩＶＣよりも前でも吸気弁４がほぼ閉じている時期にソレノイドバルブ２の開時期（Ｉ１）を設定してもよい。

次に、中負荷域の場合について説明する。
ここで、中負荷域とは、コレクト吸気量よりも要求吸気量が大きく、ソレノイドバルブ２の開時期をＩＶＣと同時にし、ＩＶＯと同時にソレノイドバルブ下流部２ａが大気圧Ｐとなり、ＩＶＯと同時に閉じ速度で流路面積の縮小を開始して閉じたときのソレノイドバルブ下流部２ａに溜められた吸気量より、要求吸気量が小さいときの内燃機関への負荷の領域とする。
図１２は、中負荷域の場合のソレノイドバルブ２の開口面積とクランク角との関係を示す図である。
図１２の中で、Ｊａ（二点鎖線）はＩＶＯのときに、ソレノイドバルブ下流部２ａが大気圧Ｐより小さい場合のソレノイドバルブ２の開口面積の変化を示し、Ｊｂ（実線）はＩＶＯのときに、ソレノイドバルブ下流部２ａが大気圧Ｐとなる場合のソレノイドバルブ２の開口面積の変化を示している。
中負荷域の中で、吸気量が最大となる場合は、Ｊｂに示すように、ソレノイドバルブ２の開時期（Ｊ１）をＩＶＣと同時にし、ソレノイドバルブ２の開口面積が最大となる時期（Ｊ２）をＩＶＯと同時にし、ソレノイドバルブ２の開時期からＩＶＯまでの間、つまりＪ１からＪ２までの間では、ＩＶＯのときにソレノイドバルブ下流部２ａが大気圧Ｐとなるようにソレノイドバルブ２をゆっくり開く。
また、ＩＶＯからソレノイドバルブ２の閉時期（Ｊ３）、つまり、Ｊ２からＪ３までの間では、最大駆動速度である閉じ速度でソレノイドバルブ２を閉じる。
中負荷域の中で、最大吸気量であるＪｂよりも少ない場合は、Ｊａに示すように、Ｊ１からソレノイドバルブ２の開口面積が最大となる時期（Ｊ４）までの間では、Ｊｂの場合よりもゆっくりとソレノイドバルブ２を開き、ＩＶＯの時に、ソレノイドバルブ下流部２ａが大気圧Ｐより低い圧力となるようにし、さらにＩＶＯからソレノイドバルブ２の閉時期（Ｊ５）、つまり、Ｊ４からＪ５までの間では、Ｊｂと同様に、最大駆動速度である閉じ速度でソレノイドバルブ２を閉じる。
これにより、Ｊｂよりも少ない吸気量をソレノイドバルブ下流部２ａに溜めることができる。
ソレノイドバルブ２の開時期をＩＶＣと同時に設定することで、ソレノイドバルブ２の開時期からＩＶＯまでの間をできるだけ長くすることができ、ソレノイドバルブ２の開き速度をより遅くして、ソレノイドバルブ上流部２ｂに発生する圧力脈動を低減させることができる。
また、ＩＶＯから最大駆動速度でソレノイドバルブ２を閉じるので、吸気弁４およびソレノイドバルブ２の両方が開いているオーバーラップ期間を短くでき、吸気ガスを気筒１内へ短期間に流入させることができ、その結果、ポンプ損失を低減させることができる。
なお、図１２では、ソレノイドバルブ２の開時期（Ｊ１）をＩＶＣと同時にしているが、ソレノイドバルブ２の開時期（Ｊ１）からＩＶＯまでの期間を十分長くとれるのであれば、ソレノイドバルブ２の開時期（Ｊ１）をＩＶＣの後に設定してもよく、また、ＩＶＣよりも前でも吸気弁４がほぼ閉じている時期にソレノイドバルブ２の開時期（Ｊ１）を設定してもよい。

次に、中負荷域でのソレノイドバルブ上流部２ｂの圧力脈動の変化について説明する。
図１３は、中負荷域の場合のソレノイドバルブ上流部２ｂの圧力脈動とクランク角との関係を示している。
Ｊｃ（実線）は実施の形態３に係る内燃機関用制御装置を用いたものであり、Ｊｄ（二点鎖線）は最大駆動速度で、ソレノイドバルブ２を開閉させたものである。
Ｊｄの場合、ソレノイドバルブ２の開き速度が速いので、ソレノイドバルブ２を開いたときにソレノイドバルブ上流部２ｂからソレノイドバルブ２を介してソレノイドバルブ下流部２ａへ急激に吸気ガスが流入する。その結果、ソレノイドバルブ上流部２ｂに大きな圧力脈動が発生する。
一方、Ｊｃの場合、ソレノイドバルブ２の開き速度ができるだけ遅く設定されているので、ソレノイドバルブ上流部２ｂからソレノイドバルブ２を介してソレノイドバルブ下流部２ａへ流入する吸気ガスの量が制限され、Ｊｄと比較して、ソレノイドバルブ上流部２ｂで発生する圧力脈動が低減される。
Ｊｃにおいて、ソレノイドバルブ２の閉じ速度は、最大駆動速度であるので、ソレノイドバルブ上流部２ｂで発生する圧力脈動が増大しているものの、Ｊｄと比較して低減される。

次に、中負荷域での内燃機関用制御装置のポンプ損失の変化について説明する。
図１４は、中負荷域の場合の筒内容積と筒内圧力との関係の中で、気筒１内の圧力が大気圧Ｐ以下となる部分を拡大した図である。
Ｊｅ（実線）は実施の形態３に係る内燃機関用制御装置における中負荷域での気筒１内の筒内容積と筒内圧力との関係を示し、Ｊｆ（二点鎖線）は、最大開口面積を小さくし、ＩＶＯから次サイクルのＩＶＣまでの間にゆっくりと流路面積を縮小させて閉じたときの気筒１内の筒内容積と筒内圧力との関係を示している。
ＪｅのＪ６→Ｊ７→Ｊ８→Ｊ６で囲まれた面積で示されるポンプ損失は、ＪｆのＪ６→Ｊ９→Ｊ１０→Ｊ６で囲まれた面積で示されるポンプ損失よりも小さい。

次に、高負荷域の場合について説明する。
ここで、高負荷域とは、中負荷域のときの要求吸気量よりも大きく、ソレノイドバルブ２の開時期をＩＶＣと同時にし、ＩＶＯと同時にソレノイドバルブ下流部２ａが大気圧Ｐとなり、ＩＶＯの後に、上述した第２の開き速度でソレノイドバルブ２の流路面積を増大させ、その後、上述した閉じ速度でソレノイドバルブ２の流路面積を縮小させ、ソレノイドバルブ２の閉時期をＩＶＣの直前としたときのソレノイドバルブ下流部２ａに溜められた吸気量より、要求吸気量が小さいときの内燃機関への負荷の領域とする。
図１５は、高負荷域の場合のソレノイドバルブ２の開口面積とクランク角との関係を示す図である。
図１５の中で、Ｋａ（実線）は高負荷域のときのソレノイドバルブ２の開口面積の変化を示し、Ｋｂ（実線と点線）は高負荷域のときの中で吸気量が最大となるときのソレノイドバルブ２の開閉を示し、Ｋｃ（二点鎖線）は、１サイクル通して、ソレノイドバルブ２の開口面積が最大のままとなる全負荷域のときを示している。
ＫａおよびＫｂに示すように、ソレノイドバルブ２の開時期（Ｋ１）をＩＶＣと同時にし、ソレノイドバルブ２の開時期からＩＶＯまでの間、つまりＫ１からＫ２までの間では、ＩＶＯのときのソレノイドバルブ下流部２ａが大気圧Ｐとなるようにソレノイドバルブ２をゆっくり開く。
また、ＩＶＯからソレノイドバルブ２の閉時期、つまり、ＫａのＫ２→Ｋ３→Ｋ４（実線）または、ＫｂのＫ２→Ｋ５→Ｋ６（実線と点線）に示すように、第２の開き速度でソレノイドバルブ２の流路面積を増大させ、閉じ速度でソレノイドバルブ２の流路面積を縮小させる。
高負荷域では、要求吸気量に合わせて、ソレノイドバルブ２の閉時期を変更し、ソレノイドバルブ２の閉時期がＩＶＣと同時の場合に、吸気量が最大となる。
ソレノイドバルブ２の開時期をＩＶＣと同時にし、ＩＶＯに達した時点で、ソレノイドバルブ下流部２ａが大気圧Ｐとなるようにソレノイドバルブ２を開くので、ソレノイドバルブ２の開時期からＩＶＯまでの間をできるだけ長くし、ソレノイドバルブ２の開き速度をより遅くすることができ、ソレノイドバルブ上流部２ｂに発生する圧力脈動を低減させることができる。
また、ＩＶＯからソレノイドバルブ２の閉時期までの間に、ソレノイドバルブ２を最大駆動速度である第２の開き速度で流路面積を増大させ、その後、最大駆動速度である閉じ速度で流路面積を縮小させるので、吸気弁４およびソレノイドバルブ２がともに開いているオーバーラップ期間では、ソレノイドバルブ２の開口面積を大きくして、ソレノイドバルブ２での吸気の抵抗を小さくなり、また、吸気弁４とソレノイドバルブ２とのオーバーラップ期間を短くなる。その結果、吸気ガスを気筒１内へ短時間に流入させて、ポンプ損失を低減させる。

なお、高負荷域では、図１５のＫ２から急激にソレノイドバルブ２の開口面積を増大させるが、Ｋ２の時点でソレノイドバルブ上流部２ｂおよびソレノイドバルブ下流部２ａは、大気圧Ｐなので、ソレノイドバルブ２で急激に吸気ガスの流れが変化することはなく、大きな圧力脈動は発生しない。
また、図１５では、ソレノイドバルブ２の開時期（Ｋ１）をＩＶＣと同時にしているが、ソレノイドバルブ２の開時期（Ｋ１）からＩＶＯまでの期間を十分長くとれるのであれば、ソレノイドバルブ２の開時期（Ｋ１）をＩＶＣの後に設定してもよく、また、ＩＶＣよりも前でも吸気弁４がほぼ閉じている時期にソレノイドバルブ２の開時期（Ｋ１）を設定してもよい。

全負荷域では、要求吸気量が非常に大きいので、吸気弁４の開期間の途中でソレノイドバルブ２を閉じて気筒１内に流入する吸気量を制限する必要がなく、ソレノイドバルブ２の開閉制御を実施しない場合であっても吸気弁４の開期間において、ソレノイドバルブ下流部２ａは大気圧Ｐとなるので、ポンプ損失は小さい。さらに、ソレノイドバルブ２の開閉制御は、圧力脈動が発生する原因である。以上のことから、全負荷では、Ｋｃに示すように、ソレノイドバルブ２の開閉制御を行わず、１サイクルを通して、ソレノイドバルブ２を全開にする。

以上説明したように、実施の形態３に係る内燃機関用制御装置によると、内燃機関への負荷が中負荷域の場合には、吸気弁４の開時期より先に第１の開き速度でゆっくりとソレノイドバルブ２を動作させて吸気通路の流路面積を増大させ、吸気弁４の開時期と同時に、吸気通路内の圧力を大気圧Ｐにし、第１の開き速度より速い閉じ速度で短期間に吸気通路の流路面積を縮小させるので、ソレノイドバルブ上流部２ｂに発生する圧力脈動を低減させるとともに、内燃機関に発生するポンプ損失を低減させることができる。

また、内燃機関への負荷が高負荷域の場合には、吸気弁４の開時期より先に第１の開き速度でゆっくりとソレノイドバルブ２を動作させて吸気通路の流路面積を増大させ、吸気弁４の開時期と同時に、吸気通路内の圧力を大気圧Ｐにし、吸気弁４の開時期の後に第１の開き速度より速い第２の開き速度で短期間に吸気通路の流路面積を増大させて、その後、第１の開き速度より速い閉じ速度で短期間に吸気通路の流路面積を縮小させるので、ソレノイドバルブ上流部２ｂに発生する圧力脈動を低減させるとともに内燃機関に発生するポンプ損失を低減させることができる。

また、第１の開き速度は、吸気弁４の開時期より先にソレノイドバルブ２を動作させて吸気通路を開き、吸気弁４の開時期の直前に吸気通路が大気圧Ｐとなる開き速度であるので、ソレノイドバルブ２の開閉動作を遅くなり、ソレノイドバルブ上流部２ｂに発生する圧力脈動を低減させることができる。

また、第２の開き速度および閉じ速度は、ソレノイドバルブ２の最大駆動速度であるので、ソレノイドバルブ２および吸気弁４の両方が開いているオーバーラップ期間が短くなり、ポンプ損失を低減させることができる。

また、コントロールユニット１１は、要求吸気量が、コレクト吸気量より多い場合には、その要求吸気量に合わせて、ソレノイドバルブ２を制御するので、圧力脈動の低減およびポンプ損失の低減を効果的に行うことができる。

また、コントロールユニット１１は、要求吸気量が、ソレノイドバルブ２を開いたままにして次のサイクルでの吸気弁４の閉時期までに得られる吸気量と同等の場合には、ソレノイドバルブ２の開閉制御を行わず、ソレノイドバルブ２を開いたままにするので、ソレノイドバルブ２の開閉により発生する圧力脈動を低減させることができる。

なお、上記各実施の形態では、弁装置としてソレノイドバルブ２を例にして説明したが、勿論このものに限らず、ソレノイドバルブ２と同程度またはそれ以上の応答速度で開閉を調節できるものであればよい。

実施の形態１に係る内燃機関用制御装置の構成図である。 図２（ａ）は図１のソレノイドバルブの断面図、図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ−Ａ線に沿って視た矢視断面図である。 低負荷域の場合の気筒内の圧力と容積との関係を示す図である。 図１のソレノイドバルブの開口面積とクランク角との関係を示す図である。 図４のときのソレノイドバルブ下流部の吸気圧力とクランク角との関係を示す図である。 高負荷域の場合の気筒内の圧力と容積との関係を示す図である。 極低負荷域の場合の気筒内の圧力と容積との関係を示す図である。 実施の形態２に係る内燃機関用制御装置のソレノイドバルブの開期間のみを固定したときのソレノイドバルブの開口面積とクランク角との関係を示す図である。 図５のときのソレノイドバルブ下流部の吸気圧力とクランク角との関係を示す図である。 実施の形態２に係る内燃機関用制御装置のソレノイドバルブの開期間と開期間の位相を固定したときのソレノイドバルブの開口面積とクランク角との関係を示す図である。 実施の形態３に係る内燃機関用制御装置の低負荷域の場合のソレノイドバルブの開口面積とクランク角との関係を示す図である。 中負荷域の場合のソレノイドバルブの開口面積とクランク角との関係を示す図である。 中負荷域の場合のソレノイドバルブ上流部の圧力脈動とクランク角との関係を示す説明図である。 中負荷域の場合の内燃機関用制御装置の気筒内の圧力と容積との関係を示す図である。 高負荷域の場合のソレノイドバルブの開口面積とクランク角との関係を示す図である。

符号の説明

１ 気筒、１ａ 気筒内空間、１ｂ クランク室、２ ソレノイドバルブ、２ａ ソレノイドバルブ下流部、２ｂ ソレノイドバルブ上流部、３ 燃料噴射弁、４ 吸気弁、５ 排気弁、６ 点火プラグ、７ サージタンク、８ エアフローセンサ、９ａ クランク軸、９ｂ ピストン、１０ クランク角センサ、１１ コントロールユニット、１２ プランジャ、１３ 励磁コイル、１４ バネ、１５ ブラケット、１６ 吸気管、１７ 弁座。

Claims (11)

1. 内燃機関の吸気弁近傍の吸気通路に設けられ、前記吸気弁から気筒内への吸気量を調節する弁装置と、
   クランク角検出信号から内燃機関の回転数を算出し、前記回転数とアクセル踏み込み量とから所望の前記吸気量を算出し、前記弁装置を制御して、前記吸気量を調節するコントロールユニットとを備え、
   前記コントロールユニットは、前記弁装置の開期間または前記弁装置の開口面積のうち少なくとも一方を内燃機関に対する負荷に応じて変化させ、前記吸気弁の開時期より先に前記弁装置を動作させて前記吸気通路を開き、次サイクルでの前記吸気弁の閉時期より先に前記弁装置を動作させて前記吸気通路を閉じることを特徴とする内燃機関用制御装置。
2. 前記コントロールユニットは、前記開期間の位相を内燃機関に対する負荷に応じて変化させることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関用制御装置。
3. 前記コントロールユニットは、前記吸気弁の開時期より先に所望の前記吸気量が前記弁本体より下流側に溜まった場合に、前記弁本体を閉じさせることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の内燃機関用制御装置。
4. 前記コントロールユニットは、前記吸気弁の開時期の後に所望の前記吸気量が前記気筒に満たされた場合に、前記弁本体を閉じさせることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の内燃機関用制御装置。
5. 前記コントロールユニットは、前記回転数と前記所望の前記吸気量とをパラメータとしたマップを基に前記弁装置を制御することを特徴とする請求項１ないし請求項４の何れか１項に記載の内燃機関用制御装置。
6. 前記コントロールユニットは、前記吸気弁の開時期より先に前記弁装置を動作させて前記吸気通路を開き、第１の開き速度で前記吸気通路の流路面積を増大させ、前記吸気弁の開時期より後に前記第１の開き速度より速い速度で前記吸気通路の流路面積を縮小させることを特徴とする請求項１ないし請求項５の何れか１項に記載の内燃機関用制御装置。
7. 前記コントロールユニットは、前記吸気弁の開時期より先に前記弁装置を動作させて前記吸気通路を開き、第１の開き速度で前記吸気通路の流路面積を増大させ、前記吸気弁の開時期より後に前記第１の開き速度より速い第２の開き速度で前記吸気通路の流路面積を増大させて、その後、前記第１の開き速度より速い閉じ速度で前記吸気通路の流路断面積を縮小させることを特徴とする請求項１ないし請求項５の何れか１項に記載の内燃機関用制御装置。
8. 前記第１の開き速度は、前記吸気弁の前記開時期の直前に、前記弁本体より下流側が大気圧となる開き速度であることを特徴とする請求項６または請求項７に記載の内燃機関用制御装置。
9. 前記第２の開き速度および前記閉じ速度は、前記弁装置の最大駆動速度であることを特徴とする請求項６ないし請求項８の何れか１項に記載の内燃機関用制御装置。
10. 前記コントロールユニットは、前記吸気弁を閉じたまま前記弁本体の下流側を大気圧にしたときの前記弁本体より下流側に溜まった前記吸気量より、所望の前記吸気量が多い場合に、前記弁装置の制御を行うことを特徴とする請求項６ないし請求項９の何れか１項に記載の内燃機関用制御装置。
11. 前記コントロールユニットは、前記弁装置の閉時期を前記吸気弁の閉時期とほぼ同時にしたときの前記気筒に満たされた前記吸気量が、所望の前記吸気量と等しくなる場合に、前記弁装置の開閉制御を停止し、前記弁装置の前記開口面積を一定にすることを特徴とする請求項６ないし請求項１０の何れか１項に記載の内燃機関用制御装置。

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