JP2010163874A - 内燃機関の吸気装置 - Google Patents

Abstract

【課題】多気筒内燃機関の各気筒に対応する分岐吸気制御弁とそれをバイパスするバイパス吸気制御弁とを備える吸気装置の高応答要求時の応答性を高める。
【解決手段】多気筒内燃機関ＥＮＧの各気筒ＣＬ１〜ＣＬ５別に接続された分岐路２ａにそれぞれ第２吸気制御弁７を設け、第２吸気制御弁をバイパスする第１吸気通路１に第１吸気制御弁６を設け、それぞれを開閉制御するアクチュエータ８・９を設け、シフトダウン等の運転状態に応じて高応答要求の有無を判定する高応答性判定部１９を設ける。開閉弁制御時に高応答性が要求されている場合には各制御弁を同時に開閉する。複数の第２吸気制御弁の応答性が１つの第１吸気制御弁より悪くても、応答性の高い第１吸気制御弁が開くため、応答性の高い開閉弁制御を行うことができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、各気筒に接続された複数の分岐路のそれぞれに設けられた複数の分岐吸気制御弁と、分岐吸気制御弁をバイパスするように設けられた１つのバイパス吸気制御弁とを有する内燃機関の吸気装置に関するものである。

従来、多気筒内燃機関において、共通の吸気路から分岐された複数の分岐路を各気筒に接続し、各分岐路に分岐吸気制御弁をそれぞれ設けた多連スロットル式内燃機関があり、さらに吸気路から分岐路の絞弁の下流に至るバイパス路を設け、バイパス路に低負荷時の空気量を調整するバイパス吸気制御弁を設けたものがある（例えば特許文献１参照）。

特開昭６３−２０１３３６号公報

上記したような多連スロットル式内燃機関の複数の分岐吸気制御弁をアクチュエータで駆動するようにしたものがある（ドライブ・バイ・ワイヤ）。しかしながら、複数の分岐吸気制御弁を同時に駆動することや、上記特許文献１にも図示されているようにバイパス吸気制御弁に対して分岐吸気制御弁が大きいこと等により、分岐吸気制御弁の応答性が低いという問題がある。

分岐吸気制御弁の応答性を高めるためには駆動ゲインを上げることが考えられる。一方、全閉開度状態をデフォルト開度とし、全閉開度状態では弁の可動部分をストッパで止めるようにすると、分岐吸気制御弁の全閉側駆動による弁側部材のストッパへの衝当が両部材の負担となる。衝当時の衝撃力は駆動ゲインにより左右されることから、ストッパ等への負担軽減のためには駆動ゲインを高めることができず、応答性を高めることができないという問題があった。

このような課題を解決して、多気筒内燃機関の各気筒に接続された分岐路に分岐吸気制御弁を設ける共に分岐制御弁をバイパスするバイパス路にバイパス吸気制御弁を設けた吸気装置において分岐吸気制御弁の応答性を高めるために、本発明に於いては、共通の吸気路（３）から分岐されて多気筒内燃機関（ＥＮＧ）の各気筒（ＣＬ１〜ＣＬ５）にそれぞれ接続された複数の分岐路（２ａ）と、前記分岐路（２ａ）を通過する吸入空気量を制御するべく前記複数の分岐路（２ａ）にそれぞれ設けられた複数の分岐吸気制御弁（７）と、前記吸気路（３）から前記複数の分岐路（２ａ）における前記分岐吸気制御弁（７）の下流にそれぞれ至るバイパス路（１）と、前記バイパス路（１）を通過して前記複数の分岐路（２ａ）に流入する吸入空気量を制御する１つのバイパス吸気制御弁（６）とを備える内燃機関の吸気装置において、前記内燃機関の高応答性が要求されているか否かを判別する高応答要求判定手段（１９）と、前記分岐吸気制御弁（７）と前記バイパス吸気制御弁（６）との各開度を検出すると共に各開閉制御を行う吸気弁制御手段（１８）とを有し、前記吸気弁制御手段（１８）が、開弁制御時に、前記高応答性が要求されていないと前記高応答要求判定手段（１９）により判定されかつ前記バイパス吸気制御弁（６）が全開相当開度まで開いていることが検出された場合には前記分岐吸気制御弁（７）を開く制御を行い、前記高応答性が要求されていると前記高応答要求判定手段（１９）により判定された場合には前記分岐吸気制御弁（７）と前記バイパス吸気制御弁（６）とを同時に開く制御を行い、または、前記吸気弁制御手段（１８）が、閉弁制御時に、前記高応答性が要求されていないと前記高応答要求判定手段（１９）により判定されかつ前記分岐吸気制御弁（７）が最小開度まで閉じていることが検出された場合には前記バイパス吸気制御弁（６）を閉じる制御を行い、前記高応答性が要求されていると前記高応答要求判定手段（１９）により判定された場合には前記分岐吸気制御弁（７）と前記バイパス吸気制御弁（６）とを同時に閉じる制御を行うものとした。

特に、前記内燃機関（ＥＮＧ）の運転状態とアクセル操作量との少なくとも一方に基づいて要求吸気量を算出する要求吸気量算出手段（２０）と、前記分岐吸気制御弁（７）と前記バイパス吸気制御弁（６）との各開度に応じて予測吸気量を算出する予測空気量算出手段（１６）とを備え、上記開弁制御時に、前記吸気弁制御手段（１８）は、前記バイパス吸気制御弁（６）が全開相当開度でありかつ前記分岐吸気制御弁（７）が最小開度である場合の予測吸気量を前記要求吸気量が越える場合に前記分岐吸気制御弁（７）を開く制御を行い、また、上記閉弁制御時に、前記吸気弁制御手段（１８）は、前記バイパス吸気制御弁（６）が全開相当開度でありかつ前記分岐吸気制御弁（７）が最小開度である場合の予測吸気量を前記要求吸気量が下回る場合には前記バイパス吸気制御弁（６）を閉じる制御を行うと良い。

また、前記内燃機関（ＥＮＧ）が自動変速機（ＳＦＴ）を備え、前記高応答要求判定手段（１９）が、上記開弁制御時に前記自動変速機（ＳＦＴ）がパーキングまたはニュートラルに選択されかつアクセル操作されている場合に前記高応答性が要求されていると判定し、あるいは、上記閉弁制御時に前記自動変速機（ＳＦＴ）がシフトダウン操作された場合に前記高応答性が要求されていると判定すると良い。

また、上記開弁制御時と閉弁制御時とにおいて、通常の応答性による運転を行う通常走行モードと当該通常走行よりも高応答性による運転を行う高応答性モードとの少なくとも２つのモードを手動により選択可能なモード選択手段（ＳＷ）が設けられ、前記高応答要求判定手段（１９）が、前記モード選択手段（ＳＷ）により前記高応答性モードが選択された場合には前記高応答性が要求されていると判定し、また、前記内燃機関（ＥＮＧ）が、稼働気筒数を増減する可変気筒手段（ＶＣ）を有し、前記高応答要求判定手段（１９）が、前記可変気筒手段（ＶＣ）により前記稼働気筒数を増減する場合には前記高応答性が要求されていると判定し、また、前記分岐吸気制御弁（７）と前記バイパス吸気制御弁（６）とはバタフライ弁からなり、前記バイパス吸気制御弁（６）の開口面積が前記分岐吸気制御弁（７）の開口面積よりも小さく、また、前記分岐吸気制御弁（７）のデフォルト開度は全閉開度に設定され、前記バイパス吸気制御弁（６）のデフォルト開度は、全閉開度と全開開度との間の所定開度に設定されていると良い。

このように本発明によれば、開弁制御時に、内燃機関の高応答性が要求されている場合には分岐吸気制御弁とバイパス吸気制御弁とを同時に開くことにより、複数の分岐吸気制御弁の応答性が１つのバイパス吸気制御弁より悪くても、応答性の高いバイパス制御弁が開き、応答性の高い開弁制御を行うことができる。また、閉弁制御時にも同様であり、応答性の高いバイパス制御弁が閉じることにより、応答性の高い閉弁制御を行うことができる。

特に、開弁制御時に、運転状態とアクセル操作量との少なくとも一方に基づいて算出された要求吸気量が、分岐吸気制御弁が最小開度である場合の予測空気量を越えていた場合にはバイパス吸気制御弁の状態にかかわらず分岐吸気制御弁を開くことにより、速やかな開弁制御を行うことができる。同様に、閉弁制御時に、分岐吸気制御弁が最小開度である場合の予測吸気量を要求吸気量が下回る場合にはバイパス吸気制御弁を閉じることにより、速やかな閉弁制御を行うことができる。

また、自動変速機がパーキングまたはニュートラルに選択されかつアクセル操作されている場合に高応答性とすることにより速やかに機関回転を上昇させることができ、また、自動変速機がシフトダウン操作された場合に高応答性とすることにより速やかなエンジンブレーキに対応できる。

また、開弁制御時と閉弁制御時とにおいて、高応答性モードを選択可能として、高応答性モードが選択された場合には高応答性の制御を行うとすることにより、運転者の意志に応じて随時高応答性の制御を行うことができる。また、可変気筒エンジンにおいて気筒数を変える場合に高応答性とすることにより、気筒数変更時の切替制御を速やかに行うことができる。また、吸気制御弁をバタフライ弁とすることにより開口面積を径の大きさで容易に設定でき、バイパス吸気制御弁の開口面積を分岐吸気制御弁よりも小さくすることにより、複数配設されていることにより応答性を高めることが困難な分岐吸気制御弁に対して１つだけでありかつ小さなバイパス吸気制御弁の応答性は高いことから、バイパス吸気制御弁に対する開閉制御により高応答性を容易に達成し得る。また、分岐吸気制御弁のデフォルト開度を全閉開度とし、バイパス吸気制御弁のデフォルト開度を全閉開度ではなく所定開度とすることにより、分岐吸気制御弁の全閉開度を設定するストッパとの損傷軽減のために駆動ゲインを上げることができずに分岐吸気制御弁の応答性を高めることができない場合であっても、バイパス吸気制御弁の開閉制御により高応答性を実現することができる。

本発明が適用された内燃機関における吸気装置の要部を示す模式図である。 吸気装置の要部ブロック図である。 （ａ）は第１吸気制御弁の開度−吸入空気量線図であり、（ｂ）は第２吸気制御弁の開度−吸入空気量線図である。 第１吸気制御弁および第２吸気制御弁の制御要領を示すフロー図である。 スロットル目標開度設定処理の制御要領を示すフロー図である。 高応答性要求時の制御要領を示すフロー図である。 高応答性要求時の制御要領を示す波形図である。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。図１は本発明が適用された内燃機関における吸気装置の要部を示す模式図である。図示例の内燃機関は例えば直列５気筒エンジンである。

図示例の内燃機関ＥＮＧの吸気装置には、共通の吸気路としての吸気ダクト３から分岐されたバイパス路としての第１吸気通路１と分岐路としての第２吸気通路２とがそれぞれ設けられている。吸気ダクト３の上流にはエアフィルタ４が設けられ、吸気ダクト３には吸気流量を計測するためのエアフローメータ５が設けられており、各吸気通路１・２はエアフローメータ５の下流側で分岐されている。なお、第１吸気通路１は、第２吸気通路２の上流端と下流端との間を連通するバイパス路として設けられている。

第１吸気通路１の下流側は、徐々に分岐数が増大し（図示例では2段階）、最終的に各シリンダ（気筒）ＣＬ１〜５と同数の各バイパス分岐路１ａに分岐されて各シリンダ（気筒）ＣＬ１〜５の各吸気ポートにそれぞれ接続されている。第２吸気路２の下流側も各シリンダ（気筒）ＣＬ１〜５と同数の各分岐路２ａに分岐されて各シリンダ（気筒）ＣＬ１〜５の各吸気ポートにそれぞれ接続されている。

第１吸気通路１には、分岐前の１本の通路の段階で例えばバタフライ弁からなるバイパス吸気制御弁としての第１吸気制御弁６が設けられている。第１吸気制御弁６は５気筒に対して１つのみ設けられており、第１吸気通路１を通る吸気空気は第１吸気制御弁６の開度により制御される。第２吸気通路２も吸気ダクト３から分岐された後には１本の通路となるエアチャンバから分岐された各分岐路２ａに例えばバタフライ弁からなる分岐吸気制御弁としての第２吸気制御弁７がそれぞれ設けられている。

なお、図示例の吸気装置では、各吸気制御弁６・７はドライブ・バイ・ワイヤで制御され、第１吸気制御弁６は対応するアクチュエータ８により、各第２吸気制御弁７は互いに連動するように連結された上で１つのアクチュエータ９により、それぞれ開閉制御されるようになっている。第１吸気制御弁６とアクチュエータ８との間には第１吸気制御弁６の開度を検出する第１弁開度検出手段としての第１開度センサ１０が設けられ、各第２吸気制御弁７とアクチュエータ９との間には第２吸気制御弁７の開度を検出する第２弁開度検出手段としての第２開度センサ１１が設けられている。

また、各アクチュエータ８・９を制御する制御装置ＥＣＵが設けられており、その制御装置ＥＣＵには上記各開度センサ１０・１１からの開度検出信号と、エアフローメータ５からの上流側空気流量検出信号とがそれぞれ入力している。制御装置ＥＣＵには、アクセルペダル（図示せず）からのアクセル信号ＡＣＬと、モード選択手段としてのモード切替スイッチ（図示せず）からの切り替え信号ＳＷと、可変気筒手段（図示せず）からの稼働気筒数を増減する気筒数増減信号ＶＣが入力していると共に、エンジン回転センサ（図示せず）からの回転速度Ｎｅと、吸気圧センサ（図示せず）からの吸気圧Ｐｂと、大気圧センサ（図示せず）からの大気圧Ｐａとの各信号がそれぞれ入力している。さらに、自動変速機を備えた自動車の場合にはそのシフト位置信号ＳＦＴが入力している。

制御装置ＥＣＵ内には、上記各信号に応じて各吸気制御弁６・７を制御する吸気弁制御手段としての吸気弁制御部１８と、高応答要求判定手段としての高応答性要求判断部１９と、要求吸気量算出手段としての要求吸気量算出部２０とが設けられている。なお、吸気弁制御部１８と高応答性要求判断部１９と要求吸気量算出部２０とはＩＣ回路により構成されたり、ＣＰＵのプログラムにより構成されたりして良い。

次に、図２の要部ブロック図を参照して本吸気装置における吸気量の算出要領について説明する。なお、図２では１つのシリンダＣＬ１について代表して示すが、他のシリンダについても同様であり、同様に適用される。

まず図２に示されるように、制御装置ＥＣＵ内には、第１開度センサ１０からの信号が入力しかつ第１吸入空気量Ｇｘを求める第１推定手段としての第１推定部１２と、第１推定部１２からの第１吸入空気量Ｇｘの値が入力しかつ比率Ｒを求める比率算出手段としての比率算出部１３と、第２開度センサ１１からの信号が入力しかつ第２吸入空気量Ｇ２ｓを求める第２推定手段としての第２推定部１４と、第２開度センサ１１からの信号に基づいて第３吸入空気量Ｇ２ｕを求める第３推定手段としての第３推定部１５と、比率算出部１３と第２推定部１４と第３推定部１５とからの各値が入力しかつ吸入空気量（予測吸気量）Ｇａを算出する予測空気量算出手段としての予測空気量算出部１６と、予測空気量算出部１６から入力される吸入空気量Ｇａに基づいて吸気装置の制御における異常判定および制御の補正を行う判定・補正部１７とが設けられている。なお、これらはＩＣ回路により構成されたり、ＣＰＵのプログラムにより構成されたりして良い。

第１推定部１２における第１吸入空気量Ｇｘは図３（ａ）に示されるマップＭＡＰ１から求められる。図３（ａ）では横軸が第１吸気制御弁６の開度であり、縦軸が吸入空気量であり、例えば開度θｘの時に第１吸入空気量Ｇｘとなる。第１吸気制御弁６は先に開く弁であり、主としてアイドリング時や低速回転時における吸入空気量の制御を行うために用いられる。

また、第１吸気制御弁６は全閉から全開まで開閉可能にされているが、制御に用いられる開度領域を、図に示されるようにアイドリング用の最小開度から所定の有効開度θｕまでとすると良い。最小開度は全閉開度と全開開度との間の所定開度である。有効開度θｕは第１吸気制御弁６の開度がそれ以上増大しても吸入空気量の増大変化が所定の割合以下となる僅かな変化にしかならない開度であり、例えば実験に基づきエンジンの回転速度Ｎｅに応じて予め設定される。なお、そのような特性はエンジン特性にもよるため、全開相当開度として有効開度θｕに限られず全開開度そのものを用いても良い。

第１吸気制御弁６では、最小開度で最小吸入空気量Ｇｓとなり、有効開度θｕで第２最小吸入空気量Ｇｕとなり、その間での開度θｘに対応して第１吸入空気量Ｇｘが求められる。また、回転速度Ｎｅの違いでその値は変わるため、任意の回転速度別に複数のマップＭＡＰ１が用意されており、回転速度Ｎｅに応じて１つのマップが用いられる。マップの数は任意であり、マップ間の回転速度に対してはマップ間を補間して求めると良い。

比率算出部１３では、第１推定部１２からの第１吸入空気量Ｇｘと第２最小吸入空気量Ｇｕと最小吸入空気量Ｇｓとにより比率Ｒを次式により算出する。
Ｒ＝（Ｇｘ−Ｇｓ）／（Ｇｕ−Ｇｓ） …（１）
比率Ｒは、式（１）から分かるように、開度領域の範囲（最小〜θｕ）内における吸入空気量の変化量に対する現在の吸入空気量（Ｇｘ）の比率となる。

第２推定部１４における第２吸入空気量Ｇ２ｓ、および第３推定部１５における第３吸入空気量Ｇ２ｕは図３（ｂ）に示されるマップＭＡＰ２から求められる。マップＭＡＰ２も数は回転速度別に任意であり、マップ間の回転速度に対してはマップ間を補間して求めると良い。図３（ｂ）の横軸は第２吸気制御弁７の開度であり、縦軸が吸入空気量である。図では、第１吸気制御弁６が有効開度θｕの場合の第２吸気制御弁７の開度変化における吸入空気量の変化が実線により示されており、第１吸気制御弁６が最小開度の場合の第２吸気制御弁７の開度変化における吸入空気量の変化が二点鎖線により示されている。第２推定部１４では、現在の第２吸気制御弁７が例えば開度θ２ｘの場合には二点鎖線から第２吸入空気量Ｇ２ｓを求める。第３推定部１５では、現在の第２吸気制御弁７の開度θ２ｘと実線とにより第３吸入空気量Ｇ２ｕを求める。

そして、予測空気量算出部１６では、推定される吸入空気量Ｇａを次式により算出する。
Ｇａ＝（Ｇ２u−Ｇ２ｓ）×Ｒ＋Ｇ２ｓ …（２）
第２吸気制御弁７が開く場合には、第１吸気制御弁６は最小開度と全開との間にあり、また上記したように有効開度θｕ以上では僅かな変化しかないことから、第１吸気制御弁６の開度による影響としては最小開度と有効開度θｕとの間とみなして良く、その範囲での第２吸気制御弁７による吸入空気量の変化は図３（ｂ）の実線と二点鎖線との間になる。その間を上記比率Ｒで比例配分し、最小値となる第２吸入空気量Ｇ２ｓに加算することにより高精度な吸入空気量Ｇａを算出することができる。

なお、第１吸気制御弁６が最小開度状態であれば図３（ｂ）の二点鎖線となり、有効開度θｓ状態であれば実線となる。このように、第１吸気制御弁６がどのような状態にあっても第２吸気制御弁７の開度θ２ｘから吸入空気量Ｇａを算出することができる。

次に、上記吸気装置による制御の例を図４および図５のフロー図を参照して以下に示す。まず、ステップＳＴ１でスロットル目標開度設定処理を行う。そのスロットル目標開度設定処理について図５のフロー図を参照して示す。

図５のステップＳＴ１ａでは、要求吸気量算出部２０によりアクセル信号ＡＣＬの大きさ（踏み込み量）に基づいて要求吸入空気量（要求吸気量）Ｇｄを算出する。なお、アクセル信号ＡＣＬの大きさの変化に対する要求吸入空気量Ｇｄの変化はリニアであって良い。次のステップＳＴ１ｂで要求吸入空気量Ｇｄとアイドルに必要な吸入空気量Ｇｉとを加算した目標吸入空気量Ｇｐを算出し、次のステップＳＴ１ｃでは目標吸入空気量Ｇｐが第２最小吸入空気量Ｇｕより大きいか否かを判別し、大きいと判定された場合にはステップＳＴ１ｄに進み、小さいと判定された場合にはステップＳＴ１ｅに進む。

ステップＳＴ１ｄでは第１吸気制御弁６の目標開度θｘをマップＭＡＰ１の有効開度θｕに設定し、次のステップＳＴ１ｆで、実回転速度から選択されたマップＭＡＰ２に基づいて第２吸気制御弁７の目標開度θ２ｘを設定する。なお、目標開度θ２ｘの設定にはマップＭＡＰ２のうち図３（ｂ）の実線が参照される。また、ステップＳＴ１ｅではマップＭＡＰ１に基づき目標吸入空気量Ｇｐに対応する第１吸気制御弁６の開度θｘを設定し、次のステップＳＴ１ｇで、第２吸気制御弁７の目標開度θ２ｘを０度に設定する。

各ステップＳＴ１ｆ・１ｇの次のステップＳＴ１ｈでは目標吸入空気量Ｇｐの今回値Ｇｐ（ｎ）が前回値Ｇｐ（ｎ−１）よりも大きいか否かを判別し、大きいと判定された場合にはステップＳＴ１ｉに進み、変わらないか小さいと判定された場合にはステップＳＴ１ｊに進む。ステップＳＴ１ｉではスロットル増加フラグＦ２を１とし、ステップＳＴ１ｊではスロットル増加フラグＦ２を０として図５のフローを終了する。

図４のステップＳＴ２では高応答フラグＦ１が０であるか否かを判別する。高応答フラグＦ１は、図示例では図１のモード切り替え信号ＳＷが入力されているか否かに対応する。モードとしては、応答性を良くした走行に対応するためのスポーツモードが考えられるが、ノーマルモードとエコノミーモードとの切り替え（例えば気筒数を増減する気筒数可変制御）なども考えられ、より応答性を良くするモードが選択された場合に高応答フラグＦ１を１にする。また、稼働気筒数を増減する気筒数増減信号ＶＣが入力された場合も高応答フラグＦ１を１にする。

ステップＳＴ２で高応答フラグＦ１が１であると判定された場合にはステップＳＴ３に進む。ステップＳＴ３では、後述する高い応答性を実現するための開閉制御を行う。

一方、ステップＳＴ２で高応答フラグＦ１が０であると判定された場合にはステップＳＴ４に進み、そこでスロットル増加フラグＦ２が１であるか否かを判別する。スロットル増加フラグＦ２は、ステップＳＴ１で設定された目標開度が前回よりも開き側の場合を１とする。スロットル増加フラグＦ２が１であると判定された場合にはステップＳＴ５に進む。

ステップＳＴ５では、第２吸気制御弁７の目標開度が０度（全閉）より大きいか否かを判別する。ステップＳＴ１でアイドリング状態や低速走行の場合に相当するようなアクセルペダルの踏み込み量だった場合には第１吸気制御弁６の有効開度θｕの範囲内で運転可能であり、そのような目標開度の場合には第２吸気制御弁７の開度は０度と設定される。ステップＳＴ５で第２吸気制御弁７の目標開度が０度より大きいと判定された場合にはステップＳＴ６に進む。

ステップＳＴ６では第１吸気制御弁６の実開度（検出開度）θ１が有効開度θｕに該当する（θ１≧θｕ）か否かを判別する。第１吸気制御弁６の実開度θ１が有効開度θｕに該当すると判定された場合にはステップＳＴ７に進む。第１吸気制御弁６の実開度θ１が有効開度θｕに達しており、開き側に駆動制御する場合には第２吸気制御弁７を開く制御を行う場合であり、ステップＳＴ７で第２吸気制御弁７を目標開度θ２ｘまで駆動し、本ルーチンを終了する。

上記ステップＳＴ５で第２吸気制御弁７の目標開度が０度であると判定された場合にはステップＳＴ８に進む。この場合には第２吸気制御弁７を開くほどの目標開度が設定されなかった場合であり、ステップＳＴ８で、第１吸気制御弁６を目標開度θｘに駆動し、本ルーチンを終了する。

また上記ステップＳＴ６で第１吸気制御弁６の実開度θ１が有効開度θｕに達していないと判定された場合にはステップＳＴ９に進む。この場合にはステップＳＴ５で第２吸気制御弁７を開くと判定されていることから、ステップＳＴ９で第１吸気制御弁６を有効開度θｕに駆動し、本ルーチンを終了する。

上記ステップＳＴ４でスロットル増加フラグＦ２が０であると判定された場合にはステップＳＴ１０に進む。この場合には閉じ側に駆動する場合であり、ステップＳＴ１０では第２吸気制御弁７の実開度（検出開度）θ２が０度（全閉）より大きいか否かを判別する。ステップＳＴ１０で第２吸気制御弁７の実開度θ２が０度であると判定された場合には、第２吸気制御弁７が全閉であり、その場合の制御対象は第１吸気制御弁６となることから、ステップＳＴ１１では第１吸気制御弁６を目標開度θｘに駆動し、本ルーチンを終了する。

ステップＳＴ１０で第２吸気制御弁７の実開度θ２が０度より大きいと判定された場合にはステップＳＴ１２に進む。この場合には、第２吸気制御弁７が開いている状態であることから先に第２吸気制御弁７を全閉側に駆動するために、ステップＳＴ１２で第２吸気制御弁７を目標開度θ２ｘに駆動し、本ルーチンを終了する。

なお、ステップＳＴ１０で実開度θ２を０度より大きいか否かを判定しているが、第２開度センサ１１の精度のばらつきを考慮して、０度よりも大きい所定の全閉相当開度以下となっているか否かを判定するようにしても良い。この場合、全閉相当開度以下であると判定された場合にはステップＳＴ１１を実行し、全閉相当開度を越えていると判定された場合にはステップＳＴ１２を実行する。

それぞれ、次の制御サイクルではステップＳＴ１から再開することになる。例えばステップＳＴ９に進んだ場合には第１吸気制御弁６を有効開度θｕに駆動するが、その場合には第２吸気制御弁７を目標開度θ２ｘに駆動する場合であり、次のサイクルでステップＳＴ７に進み、第２吸気制御弁７を開く駆動制御を行うことになる。同様にステップＳＴ１２に進んだ場合に第２吸気制御弁７を全閉にする目標開度が設定されていたら、まず第２吸気制御弁７を全閉にし、次のサイクルでステップＳＴ１１に進んで第１吸気制御弁６を閉じる駆動制御を行うことになる。

次に、上記ステップＳＴ３での高応答性要求時の制御要領について図６を参照して説明する。まずステップＳＴ２１でスロットル増加フラグＦ２が１であるか否かを判別し、１（開側）であると判定された場合にはステップＳＴ２２に進み、ステップＳＴ２２ではシフトダウンか否かを判別し、シフトダウンでは無い場合にはステップＳＴ２３に進む。ステップＳＴ２３ではシフト位置がパーキング（Ｐ）またはニュートラル（Ｎ）であるか否かを判別し、パーキング（Ｐ）またはニュートラル（Ｎ）以外の場合にはステップＳＴ２４に進む。

ステップＳＴ２４では、要求吸入空気量Ｇｄが第１吸気制御弁６の有効開度θｕにおける第２最小吸入空気量Ｇｕよりも大きいか否かを判別し、大きい場合にはステップＳＴ２５に進み、小さい場合にはステップＳＴ２６に進む。ステップＳＴ２５では第１吸気制御弁６を有効開度θｕにする駆動制御を行ってステップＳＴ２７に進む。

ステップＳＴ２７では第１吸気制御弁６の実開度（検出開度）θ１が有効開度θｕに達したか否かを判別し、達していない場合にはステップＳＴ２８に進む。また、ステップＳＴ２６では第１吸気制御弁６を目標開度θｘにする駆動制御を行って、ステップＳＴ２８に進む。

ステップＳＴ２７を経てステップＳＴ２８に進んだ場合は、要求吸入空気量Ｇｄが第２最小吸入空気量Ｇｕよりも大きいため、第１吸気制御弁６の開度設定を最大開度相当の有効開度θｕにしたが、未だ有効開度θｕになっていない場合である。また、ステップＳＴ２６を経てステップＳＴ２８に進んだ場合は、要求吸入空気量Ｇｄが第２最小吸入空気量Ｇｕよりも小さいため、第１吸気制御弁６の開度設定を目標開度θｘにした場合である。そのようにして進んだステップＳＴ２８では、制御対象が第１吸気制御弁６であることから第２吸気制御弁７に対しては初期値（＝０）を設定して、本ルーチンを終了する。

このように、第１吸気制御弁６が有効開度θｕに至るまでは、先ず第１吸気制御弁６のみの制御を行う。

ステップＳＴ２７で第１吸気制御弁６の実開度（検出開度）θ１が有効開度θｕに達したと判定された場合にはステップＳＴ２９に進む。その場合には第１吸気制御弁６が設計値の最大開度に達した場合であることから、第２吸気制御弁７による制御を行うべく、その第２要求吸気空気量Ｇｄ２を、上記要求吸気空気量Ｇｄから第１吸気制御弁６の最大値となる第２最小吸入空気量Ｇｕを減算して求めて、ステップＳＴ３０に進む。ステップＳＴ３０では、マップから第２要求吸気空気量Ｇｄ２に応じた目標開度θ２ｘを求め、第２吸気制御弁７を目標開度θ２ｘにする駆動制御を行って、本ルーチンを終了する。

このように、ステップＳＴ２４からの制御では、先ず第１吸気制御弁６を制御し、第１吸気制御弁６が有効開度θｕに達したら第２吸気制御弁７の制御を行うという、順次制御を行う。

一方、ステップＳＴ２２でシフトダウンであると判定されたり、ステップＳＴ２３でパーキング（Ｐ）またはニュートラル（Ｎ）にシフトされていると判定された場合にはステップＳＴ３１に進む。これらの場合には高応答性が要求されていると判断する。

なお、シフトダウン時には、自動変速機の変速応答性を高めるために機関回転数を迅速に目標回転数にする高応答性が要求されるが、その他、シフト位置がドライブの場合でもアクセル踏み込み量が所定以上に大きく操作された場合にも高応答性が要求されたとしても良い。また、本実施の形態では、高応答モードが選択され、さらにシフトダウンや、シフト位置がパーキングやニュートラルを選択されている状態でのアクセル操作が行われた場合などを高応答性の条件としたが、それぞれ独立して設定しても良い。その場合には、ステップＳＴ２でそれらのいずれかである判定されたらステップＳＴ３１に進む。

先ずステップＳＴ３１では、ステップＳＴ２４と同様に要求吸入空気量Ｇｄが第１吸気制御弁６の有効開度θｕにおける第２最小吸入空気量Ｇｕよりも大きいか否かを判別し、小さい場合にはステップＳＴ３２に進み、大きい場合にはステップＳＴ３３に進む。

ステップＳＴ３２に進んだ場合には、要求吸入空気量Ｇｄが第２最小吸入空気量Ｇｕよりも小さいため第１吸気制御弁６のみの開弁量で対応できることから、ステップＳＴ２６と同様に第１吸気制御弁６を目標開度θｘにする駆動制御を行って、本ルーチンを終了する。この場合には、応答性の高い第１吸気制御弁６の制御で対応可能であり、高応答性の要求に何等問題なく対応し得る。

ステップＳＴ３３に進んだ場合には、要求吸入空気量Ｇｄが第２最小吸入空気量Ｇｕよりも大きいため第１吸気制御弁６のみの開弁量では対応できないため、第１吸気制御弁６を最大開度相当の有効開度θｕにする駆動制御を行ってステップＳＴ３４に進む。同時に第２吸気制御弁７による制御を行うべく、ステップＳＴ３４では、上記要求吸気空気量Ｇｄから第１吸気制御弁６の最大値となる第２最小吸入空気量Ｇｕを減算して第２要求吸気空気量Ｇｄ２を求めて、ステップＳＴ３５に進む。ステップＳＴ３５では、マップから第２要求吸気空気量Ｇｄ２に応じた目標開度θ２ｘを求め、第２吸気制御弁７を目標開度θ２ｘにする駆動制御を行って、本ルーチンを終了する。

このステップＳＴ３３〜ＳＴ３５の流れは制御サイクルの１サイクル中で行われるため、第１吸気制御弁６を最大開度相当の有効開度θｕにすると共に第２吸気制御弁７を要求空気量に応じた目標開度θ２ｘにする設定を瞬時に行うことになる。これにより、応答性の高い第１吸気制御弁６を開くと同時に第２吸気制御弁７を開き始めることから、第２吸気制御弁７の応答性が低くても開弁制御初期には第１吸気制御弁６の開弁により応答性の高い吸気を行うことができ、第１吸気制御弁６が全開相当に達した頃には第２吸気制御弁７も開き始めていることから、全体として応答性の高い開弁制御を行うことができる。

なお、図７にステップＳＴ３３〜ＳＴ３５による開弁要領および空気量の変化を示す。図において、１段目には第１吸気制御弁６の指令値となる目標開度を実線で示すと共に実開度変化を破線で示し、２段目には第２吸気制御弁７の指令値となる目標開度を実線で示すと共に実開度変化を破線で示し、３段目には実空気量の変化を実線で示している。また、２段目には順次制御時の第２吸気制御弁７の実開度変化を二点鎖線で示し、３段目には順次制御時の実空気量の変化を二点鎖線で示している。

ステップＳＴ３３〜ＳＴ３５による制御の場合には図７に示されるように、第１および第２吸気制御弁６・７に対する指令（目標開度信号）が同時に出されるため、第２吸気制御弁７は第１吸気制御弁６の開弁を待たずに開き始めるため、第２吸気制御弁７の応答性が多少低くても開弁初期は応答性の高い第１吸気制御弁６の開弁により実空気量を確保でき、高応答性を実現し得る。それに対して図の二点鎖線に示されるように、第１吸気制御弁６が所定量開いてから第２吸気制御弁７が開き始める場合には実空気量の増大曲線が遅れて増えるようになり高応答性を実現できない。

上記では開弁制御における高応答性について説明したが、本発明は閉弁制御にも適用し得るものである。図６のステップＳＴ２１でスロットル増加フラグＦ２が０であると判定された場合には閉弁駆動制御となり、その場合にはステップＳＴ３６に進む。ステップＳＴ３６ではステップＳＴ３１と同様に要求吸入空気量Ｇｄが第１吸気制御弁６の有効開度θｕにおける第２最小吸入空気量Ｇｕよりも大きいか否かを判別し、小さい場合にはステップＳＴ３７に進む。要求吸入空気量Ｇｄが第２最小吸入空気量Ｇｕよりも大きい場合には、第１吸気制御弁６の開弁だけでは要求吸入空気量Ｇｄに不足するため、第２吸気制御弁７を要求吸入空気量Ｇｄに応じた開度まで閉弁するべくステップＳＴ１０に進む。

それに対して要求吸入空気量Ｇｄが第２最小吸入空気量Ｇｕよりも小さい場合には、第２吸気制御弁７を全閉にするだけでは要求吸入空気量Ｇｄまで小さくすることができず、第１吸気制御弁６も閉弁駆動する必要がある。ステップＳＴ３７に進んだ場合には、上記したように高応答性が要求されていることから、第２吸気制御弁７を閉じてから第１吸気制御弁６を閉じる順次制御では応答遅れが生じるため、両制御弁６・７を同時に閉弁駆動し、本ルーチンを終了する。なお、第２吸気制御弁７は全閉（＝０）にするが、第１吸気制御弁６は目標開度θｘにする駆動制御を行うものであって良い。

このようにステップＳＴ３に進んだ場合には、要求吸入空気量Ｇｄに応じて第１吸気制御弁６と第２吸気制御弁７とを同時に開いたり、同時に閉じたりすることができ、いずれにしても同時に開閉することから、高い応答性による開閉制御を行うことができる。また、順次開閉する場合にはステップＳＴ４以降で制御するようにしており、ステップＳＴ２・３により同時駆動と順次駆動との切り替え制御を行うことができる。これらの切替制御は、制御装置ＥＣＵ内の回路またはプログラムにより構成されていて良い。

この高応答性の制御は、上記したように高応答性の判断として稼働気筒数を増減する気筒数増減信号ＶＣの入力の場合にも適用し得る。その場合に高応答性の制御を行うことにより、稼働気筒数の変化時に速やかに変化した気筒数での運転に入ることができる効果を奏し得る。

また、各制御弁６・７をバタフライ弁とすることにより開口面積の違いを径の大きさの違いで容易に設計でき、第１吸気制御弁６の弁体の径を第２吸気制御弁７の弁体の径よりも小さくすることにより、複数配設されかつ１つのアクチュエータ９で駆動されていることにより応答性を高めることが困難な第２吸気制御弁７に対して、１つだけでありかつ小径の第１吸気制御弁６の応答性は高いことから、同時開閉において第１吸気制御弁６の応答性が高く、弁開閉の高応答性を容易に達成し得る。

なお、本発明は、クランク軸を鉛直方向とした船外機などのような船舶推進機用エンジンにも適用可能である。

１ 第１吸気通路（バイパス路）
２ａ 分岐路
３ 吸気ダクト（共通の吸気路）
６ 第１吸気制御弁（バイパス吸気制御弁）
７ 第２空気制御弁（分岐吸気制御弁）
１６ 予測空気量算出部（予測空気量算出手段）
１８ 吸気弁制御部（吸気弁制御手段）
１９ 高応答性判定部（高応答要求判定手段）
２０ 要求吸気量算出部（要求吸気量算出手段）
ＣＬ１〜ＣＬ５ 気筒
ＥＮＧ 内燃機関
ＳＦＴ シフト位置信号（自動変速機）
ＳＷ 切り替え信号（モード選択手段）
ＶＣ 気筒数増減信号（可変気筒手段）

Claims (10)

1. 共通の吸気路から分岐されて多気筒内燃機関の各気筒にそれぞれ接続された複数の分岐路と、前記分岐路を通過する吸入空気量を制御するべく前記複数の分岐路にそれぞれ設けられた複数の分岐吸気制御弁と、前記吸気路から前記複数の分岐路における前記分岐吸気制御弁の下流にそれぞれ至るバイパス路と、前記バイパス路を通過して前記複数の分岐路に流入する吸入空気量を制御する１つのバイパス吸気制御弁とを備える内燃機関の吸気装置において、
   前記内燃機関の高応答性が要求されているか否かを判別する高応答要求判定手段と、前記分岐吸気制御弁と前記バイパス吸気制御弁との各開度を検出すると共に各開閉制御を行う吸気弁制御手段とを有し、
   前記吸気弁制御手段が、開弁制御時に、前記高応答性が要求されていないと前記高応答要求判定手段により判定されかつ前記バイパス吸気制御弁が全開相当開度まで開いていることが検出された場合には前記バイパス吸気制御弁を開く制御を行い、前記高応答性が要求されていると前記高応答要求判定手段により判定された場合には前記分岐吸気制御弁と前記バイパス吸気制御弁とを同時に開く制御を行うことを特徴とする内燃機関の吸気装置。
2. 前記内燃機関の運転状態とアクセル操作量との少なくとも一方に基づいて要求吸気量を算出する要求吸気量算出手段と、前記分岐吸気制御弁と前記バイパス吸気制御弁との各開度に応じて予測吸気量を算出する予測空気量算出手段とを備え、
   前記吸気弁制御手段は、前記バイパス吸気制御弁が全開相当開度でありかつ前記分岐吸気制御弁が最小開度である場合の予測吸気量を前記要求吸気量が越える場合には前記分岐吸気制御弁を開く制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の吸気装置。
3. 前記内燃機関が自動変速機を備え、
   前記高応答要求判定手段が、前記自動変速機がパーキングまたはニュートラルに選択されかつアクセル操作されている場合に前記高応答性が要求されていると判定することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の内燃機関の吸気装置。
4. 前記内燃機関が自動変速機を備え、
   前記高応答要求判定手段が、前記自動変速機がシフトダウン操作された場合に前記高応答性が要求されていると判定することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の内燃機関の吸気装置。
5. 共通の吸気路から分岐されて多気筒内燃機関の各気筒にそれぞれ接続された複数の分岐路と、前記分岐路を通過する吸入空気量を制御するべく前記複数の分岐路にそれぞれ設けられた複数の分岐吸気制御弁と、前記吸気路から前記複数の分岐路における前記分岐吸気制御弁の下流にそれぞれ至るバイパス路と、前記バイパス路を通過して前記複数の分岐路に流入する吸入空気量を制御する１つのバイパス吸気制御弁とを備える内燃機関の吸気装置において、
   前記内燃機関の高応答性が要求されているか否かを判別する高応答要求判定手段と、前記分岐吸気制御弁と前記バイパス吸気制御弁との各開度を検出すると共に各開閉制御を行う吸気弁制御手段とを有し、
   前記吸気弁制御手段が、閉弁制御時に、前記高応答性が要求されていないと前記高応答要求判定手段により判定されかつ前記分岐吸気制御弁が最小開度まで閉じていることが検出された場合には前記バイパス吸気制御弁を閉じる制御を行い、前記高応答性が要求されていると前記高応答要求判定手段により判定された場合には前記分岐吸気制御弁と前記バイパス吸気制御弁とを同時に閉じる制御を行うことを特徴とする内燃機関の吸気装置。
6. 前記内燃機関の運転状態とアクセル操作量との少なくとも一方に基づいて要求吸気量を算出する要求吸気量算出手段と、前記分岐吸気制御弁と前記バイパス吸気制御弁との各開度に応じて予測吸気量を算出する予測空気量算出手段とを備え、
   前記吸気弁制御手段は、前記バイパス吸気制御弁が全開相当開度でありかつ前記分岐吸気制御弁が最小開度である場合の予測吸気量を前記要求吸気量が下回る場合には前記バイパス吸気制御弁を閉じる制御を行うことを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の吸気装置。
7. 通常の応答性による運転を行う通常走行モードと当該通常走行よりも高応答性による運転を行う高応答性モードとの少なくとも２つのモードを手動により選択可能なモード選択手段が設けられ、
   前記高応答要求判定手段が、前記モード選択手段により前記高応答性モードが選択された場合には前記高応答性が要求されていると判定することを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の内燃機関の吸気装置。
8. 前記内燃機関が、稼働気筒数を増減する可変気筒手段を有し、
   前記高応答要求判定手段が、前記可変気筒手段により前記稼働気筒数を増減する場合には前記高応答性が要求されていると判定することを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の内燃機関の吸気装置。
9. 前記分岐吸気制御弁と前記バイパス吸気制御弁とはバタフライ弁からなり、
   前記バイパス吸気制御弁の開口面積が前記分岐吸気制御弁の開口面積よりも小さいことを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の内燃機関の吸気装置。
10. 前記分岐吸気制御弁のデフォルト開度は全閉開度に設定され、
    前記バイパス吸気制御弁のデフォルト開度は、全閉開度と全開開度との間の所定開度に設定されていることを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれかに記載の内燃機関の吸気装置。

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