JP2502319B2 - 内燃機関の吸気制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の目的 ［産業上の利用分野］ 本発明は、内燃機関の各気筒の吸気弁と別体に該吸気
弁に対応して各気筒に連通する吸気通路に配設された吸
気制御弁の開閉時期制御および開度制御に有効な内燃機
関の吸気制御装置に関する。

［従来の技術］ 一般に、普通の内燃機関では、吸気行程を迎えた気筒
は、該吸気行程の開始時に、インテークバルブとエキゾ
ーストバルブとが共に開弁状態になる期間、所謂バルブ
オーバラップ期間を有する。ところが、該バルブオーバ
ラップ期間には、燃焼室内部から開弁しているインテー
クバルブを介して吸気通路に排気の吹き返しが生じる。

このような不具合点に対する対策として、内燃機関の
インテークバルブとエキゾーストバルブとのバルブオー
バラップ期間を調節する技術が知られている。例えば、
内燃機関の回転運動に連動するカムにより開閉するスラ
イド弁を吸気通路に配設して該スライド弁の開閉時間を
調節する（米国特許第4,363,302号）、内燃機関の吸気
通路に配設されて吸気圧力にしたがって動作するリード
弁により吸気の逆流を阻止する（米国特許第4,422,416
号）等が提案されている。

［発明が解決しようとする問題点］ しかし、かかる従来技術には以下のような問題点があ
り未だ充分なものではなかった。すなわち、 （１）スライド弁やリード弁を吸気通路内部に配設する
と、吸気通路の有効断面積が減少して流動抵抗の増加を
招くので、特に多量の混合気流入時には、該混合気の圧
力損失を増大させてしまうという問題点があった。

（２） また、内燃機関の回転運動に連動するカム機構
により開閉するスライド弁を吸気通路に配設すると、内
燃機関の回転速度を低下させるための減速機構や差動機
構等を併設する必要があり、装置の大型化を招くと共
に、既存の内燃機関に装備するには多くの改造を必要と
し、構造が複雑になるという問題もあった。

（３） さらに、スライド弁の開度時期、閉弁時期は内
燃機関の回転速度だけに応じて一意的に決定されるた
め、内燃機関の広範囲に亘る運転状態に充分対応でき
ず、装置の汎用性、制御特性に制限が生じ、制御精度も
低下してしまうという問題点もあった。

（４） また、吸気圧力にしたがって動作するリード弁
は、開弁時には吸気通路の流動抵抗を増加させると共
に、閉弁時には応答性が悪いので、特に、頻繁に過渡状
態で運転される車両用の内燃機関等に適用しても、充分
な吸気制御を実現できないという問題もあった。

（５） さらに、リード弁はその弾性変形により開閉動
作するため、長期間に亘って使用すると、経年変化や劣
化等に起因して該リード弁を構成する材質の弾性特性も
変化し、確実に吸気通路を開閉できなくなるので、装置
の信頼性・耐久性が低いという問題点もあった。

（６） また、従来のスライド弁、リード弁を使用した
吸気制御装置は、何れも、吸気通路を全開・全閉の２段
階に切り換える機能しかなく、例えば、吸気通路の開度
調節等により、気筒に流入する混合気の流れを旋回させ
たり、所定の乱れを与えるといった燃焼状態まで考慮し
た高度な制御はできないという問題もあった。

本発明は、内燃機関の充填効率の向上および熱効率の
改善に好適な内燃機関の吸気制御装置の提供を目的とす
る。

発明の構成 ［問題点を解決するための手段］ 上記問題を解決するためになされた本発明は、第１図
に例示するように、 内燃機関M1の各気筒に連通する吸気通路毎に配設さ
れ、回動可能に並設された複数の可動部材から成り、該
可動部材を軸支する各軸回りの各可動部材の連動によ
り、上記各吸気通路の開口面積を連続的に変更する吸気
制御弁M2と、 該吸気制御弁M2が、外部から指令された目標時期に、
しかも、外部から指示される目標開度となるように、上
記吸気制御弁M2を回動する駆動手段M3と、 上記内燃機関M1の、少なくとも回転速度および負荷を
検出する運転状態検出手段M4と、 該運転状態検出手段M4の検出した回転速度が低下した
ときは、少なくとも、上記吸気制御弁M2の開弁時期を、
上記回転速度の低下に応じて遅延して目標開弁時期を算
出する目標時期算出手段M5と、 上記運転状態検出手段M4の検出した負荷が減少したと
きは、該負荷の減少に応じて上記吸気制御弁M2の開度を
減少補正し、一方、上記負荷が増加したときは、該負荷
の増加に応じて上記吸気制御弁M2の開度を増加補正し、
目標開度を算出する目標開度算出手段M6と、 上記目標時期算出手段M5の算出した目標開弁時期に応
じた指令および上記目標開度算出手段M6の算出した目標
開度に応じた指示を上記駆動手段M3に出力する制御手段
M7と、 を備えたことを特徴とする内燃機関の吸気制御装置を要
旨とするものである。

ここで、吸気制御弁M2とは、内燃機関M1の各気筒に連
通する吸気通路毎に配設され、回動可能に並設された複
数の可動部材から成り、該可動部材を軸支する各軸回り
の各可動部材の連動により、上記各吸気通路の開口面積
を連続的に変更するものである。例えば、一旦を回転軸
に固定し、該回転軸と一体に回動する複数の可動板の組
合せにより実現できる。また、例えば、上記複数の回転
軸を吸気通路の流れ方向に沿って、所定間隔づつづらせ
て配設すると、開度制御により混合気の流れを旋回流に
変更できるので、極めて有効である。

駆動手段M3とは、吸気制御弁M2が、外部から指令され
た目標時期に、しかも、外部から指示される目標開度と
なるように、吸気制御弁M2を回動するものである。例え
ば、外部からの励磁・非励磁により往復運動するソレノ
イド、該ソレノイドの往復運動を回転運動に変換するラ
ックとピニオンとからなる変換機構等により実現でき
る。ここでは、ソレノイドとリターンスプリングとの組
合せでも良いし、逆方向に摺動する２組のソレノイドを
組み合わせても良い。また、例えば、上記ソレノイドと
該ソレノイドのストロークを増加可能な油圧アクチュエ
ータとの組合せ、あるいは、外部から印加される電圧に
応じて伸縮するPZT等の圧電素子からなる駆動部および
該駆動部の変位を増大する油圧アクチュエータから構成
してもよい。

運転状態検出手段M4とは、内燃機関M1の、少なくとも
回転速度および負荷を検出するものである。例えば、ク
ランク軸、もしくは、カムシャフトの回転速度を検出す
るクランク角センサ、回転速度センサ、吸気管圧力を検
出する吸気圧センサ等により実現できる。また、例え
ば、吸気圧センサに代えて、吸入空気量を計測するエア
フロメータ等の吸入空気量センサ、あるいは、スロット
ルバルブの開度を検出するスロットルポジションセンサ
等により負荷を検出することもできる。

目標時期算出手段M5とは、運転状態検出手段M4の検出
した回転速度が低下したときは、少なくとも、吸気制御
弁M2の開度時期を、回転速度の低下に応じて遅延して目
標開度時期を算出するものである。例えば、回転速度が
予め定められた基準回転速度を上回ったときは、内燃機
関の仕様に基づいて定まる所定開弁時期および所定閉弁
時期を目標時期とし、一方、回転速度が予め定められた
基準回転速度以下ときは、該回転速度の低下に応じてイ
ンテークバルブとエキゾーストバルブとのバルブオーバ
ラップ期間が短縮されるよう吸気制御弁の開弁時期を遅
角補正し、さらに、該吸気制御弁の閉弁時期を進角補正
するよう構成できる。このような演算は、例えば、所定
の演算式に基づいて行なってもよいし、予め算出された
マップに従って求めても良い。

目標開度算出手段M6とは、運転状態検出手段M4の検出
した負荷が減少したときは、該負荷の減少に応じて吸気
制御弁M2の開度を減少補正し、一方、負荷が増加したと
きは、該負荷の増加に応じて吸気制御弁M2の開度を増加
補正し、目標開度を算出するものである。この演算は、
例えば、所定の演算式に基づいて行なってもよいし、予
め算出されたマップに従い、随時補間計算を行なって目
標開度を求めることもできる。

制御手段M7とは、目標時期算出手段M5の算出した目標
開弁時期に応じた指令および目標開度算出手段M6の算出
した目標開度に応じた指示を駆動手段M3に出力するもの
である。例えば、目標開弁時期に目標開度を達成可能
な、励磁電流の通電、もしくは、高電圧の印加を行なう
よう構成できる。

上記目標時期算出手段M5、目標開度算出手段M6および
制御手段M7は、例えば、各々独立したディスクリートな
論理回路により実現できる。また、例えば、周知のCPU,
ROM,RAMおよびその他の周辺回路素子と共に論理演算回
路として構成され、予め定められた処理手順に従って上
記各手段を実現するものであってもよい。

［作用］ 本発明の内燃機関の吸気制御装置は、第１図に例示す
るように、運転状態検出手段M4の検出した内燃機関M1の
回転速度が低下したときは、少なくとも、内燃機関M1の
各気筒に連通する吸気通路毎に配設され、回動可能に並
設された複数の可動部材から成り、該可動部材を軸支す
る各軸回りの各可動部材の連動により、上記各吸気通路
の開口面積を連続的に変更する吸気制御弁M2の開弁時期
を、目標時期算出手段M5は、上記回転速度の低下に応じ
て遅延して目標開弁時期を算出し、目標開度算出手段M6
は、上記運転状態検出手段M4の検出した上記内燃機関M1
の負荷が減少したときは、該負荷の減少に応じて上記吸
気制御弁M2の開度を減少補正し、一方、上記負荷が増加
したときは、該負荷の増加に応じて上記吸気制御弁M2の
開度を増加補正し、目標開度を算出し、上記目標時期算
出手段M5の算出した目標開弁時期に応じた指令および上
記目標開度算出手段M6の算出した目標開度に応じた指示
を制御手段M7が駆動手段M3に出力するよう働く。

すなわち、内燃機関M1の高速回転時には吸気制御弁の
開弁時期を進角させてバルブオーバラップ期間を予め定
められた所定期間に設定し、一方、低速回転時には吸気
制御弁の開弁時期を遅角させてバルブオーバラップ期間
を短縮補正し、さらに、内燃機関M1の高負荷時には、吸
気制御弁開度を増加補正して気筒内に流入する流れの流
動抵抗を減少し、一方、軽負荷時には、吸気制御弁開度
を減少補正して気筒内に流入する流れを旋回させて乱れ
を与えるのである。

従って、本発明の内燃機関の吸気制御装置は、低速回
転時にはバルブオーバラップ期間を吸気制御弁M2の開弁
時期の遅角により短縮し、該期間の排気の吹き返しを防
止すると共に、軽負荷時には吸気通路の流路を吸気制御
弁M2の開度を減少して湾曲させることにより、気筒に流
入する混合気を旋回させるよう働く。

以上のように本発明の各構成要素が作用することによ
り、本発明の技術的課題が解決される。

［実施例］ 次に本発明の好適な実施例を図面に基づいて詳細に説
明する。本発明の一実施例であるエンジンの吸気制御装
置のシステム構成を第２図に示す。

同図に示すように、エンジンの吸気制御装置１は、４
気筒エンジン２、該エンジン２の吸気系2aに配設された
吸気制御部３およびこれらを制御する電子制御装置（以
下、単にECUと呼ぶ。）４から構成されている。

上記エンジン２は、４個の気筒5,6,7,8を備え、各気
筒5,6,7,8には、高速適合カムにより開閉されるインテ
ークバルブ9,10,11,12が配設され、さらに、エキゾース
トバルブ13,14,15,16も設けられている。上記吸気系2a
のインテークマニホールドから分岐して上記各気筒5,6,
7,8に連通する吸気ポート17,18,19,20には、各々吸気制
御弁21,22,23,24が配設され、これらの吸気制御弁21,2
2,23,24は、各々アクチュエータ25,26,27,28により開閉
駆動される。ここで、上記吸気制御弁21,22,23,24は、
上記インテークバルブ9,10,11,12の開閉とは独立して、
回転速度の下降に従って実質的にバルブオーバラップ期
間が減少するよう上記ECU4の制御により開閉駆動され
る。すなわち、高速適合カム使用のエンジン２が、最大
トルクを出力可能な基準回転速度を上回る回転速度で運
転されているときは、吸気制御弁21,22,23,24を、上記
インテークバルブ9,10,11,12の開期間とほぼ同じ期間に
亘って開弁状態に保持し、一方、上記基準回転速度以下
の回転速度で運転されているときは、該回転速度に応じ
て短縮するよう予め定められているバルブオーバラップ
期間となるように上記吸気制御弁21,22,23,24を開閉す
る制御が行われる。

エンジンの吸気制御装置１は、検出器として、各気筒
5,6,7,8の図示しないピストンが上死点（TDC）に位置す
るときにパルス信号を出力するクランク角センサ29a、
所定のクランク角毎にパルス信号を出力する回転速度セ
ンサ29b、エンジン２のノッキング発生を検出するノッ
クセンサ29c、エンジン２の吸気管圧力を検出する吸気
圧センサ29d、吸気管2bに配設されて吸入空気量を調節
するスロットルバルブ2cの開度を検出するスロットルポ
ジションセンサ29eを備える。

上記各センサの信号はECU4に入力され、該ECU4はエン
ジン２を制御する。

ECU4はCPU4a,ROM4b,RAM4cを中心に論理演算回路とし
て構成され、コモンバス4dを介して入出力部4eに接続さ
れ、外部との入出力を行なう。上記各センサの検出信号
は、入出力部4eからCPU4aに入力される。一方、CPU4a
は、入出力部4eを介して、上記アクチュエータ25,26,2
7,28に制御信号を出力する。

上記吸気制御弁21,22,23,24と、これらに対応するア
クチュエータ25,26,27,28の構造は全て同一のため、吸
気制御弁21およびアクチュエータ25を一例として説明す
る。

第３図に示すように、吸気制御弁21は、エンジン２の
図示しないピストンの摺動方向とほぼ平行な方向であっ
て吸気の流れ方向に沿って所定量づつ位置を斜めにずら
して、吸気ポート17内部に回動自在に架設された３本の
シャフト31A,31B,31C、および該シャフト31A,31B,31Cに
その一端部を固定した可動板32A,32B,32Cから構成され
ている。上記シャフト31A,31B,31Cの周囲にはピニオン
ギヤ33A,33B,33Cが刻設されており、また、該シャフト3
1A,31B,31Cと当接する上記可動板32A,32B,32Cの固定さ
れていない側の他端部内面にはゴム等から成る緩衝部材
32a,32b,32cが、気密性の保持とたたき音を防止するた
めに装着されている。さらに、上記シャフト31A,31B,31
Cの周囲に刻設されたピニオンギヤ33A,33B,33Cは、アク
チュエータ25により往復運動するロッド35に刻設された
ラック35aと歯合している。

一方、アクチュエータ25は、ハウジング41内部に、PZ
T等の圧電素子積層体であるピエゾスタック42、上記吸
気制御弁21に接続されたロッド35に連設されたピストン
43を備え、該ピストン43の基部43aと上記ピエゾスタッ
ク42および上記ハウジング41により形成される油室44に
は作動油が封入され、さらに、上記ピストン43はスプリ
ング45により、同図に矢印Ａで示す方向に付勢される構
成をなす。また、上記ロッド35は、上記シャフト31A,31
B,31Cの架設位置に合わせて、吸気の流れ方向に対し
て、所定角度傾斜させて配設されている。

次に、上記吸気制御弁21とアクチュエータ25との作動
を説明する。上記ピエゾスタック42に電圧が印加されて
いないときは、スプリング45の付勢力により、ピストン
43は、同図に矢印Ａで示す方向に移動し、ロッド35も同
図に矢印Ａで示す方向に移動する。従って、吸気制御弁
21のロッド35に刻設されたラック35aおよびピニオンギ
ヤ33A,33B,33Cを介して、シャフト31A,31B,31Cが時計方
向に回動し、上記可動板32A,32B,32Cも該シャフト31A,3
1B,31Cを中心に時計方向に回転し、吸気制御弁21は吸気
ポート17の開度を減少するか、もしくは、全閉にする。
一方、上記ピエゾスタック42に電圧が印加されたとき
は、該ピエゾスタック42に伸張により油室44内部の油圧
は高圧になるので、該高圧により、スプリング45の付勢
力に抗して、ピストン43は、同図に矢印Ｂで示す方向に
移動し、ロッド35も同図に矢印Ｂで示す方向に移動す
る。従って、吸気制御弁21のロッド35に刻設されたラッ
ク35aおよびピニオンギヤ33A,33B,33Cを介して、シャフ
ト31A,31B,31Cが反時時計方向に回動し、上記可動板32
A,32B,32Cも該シャフト31A,31B,31Cを中心に反時計方向
に回転し、吸気制御弁21は吸気ポート17の開度を拡大、
もしくは、全開にする。

次に、上記ECU4が実行する吸気制御処理を、第４図の
フローチャートに基づいて説明する。本吸気制御処理
は、ECU4の起動に伴って開始される。

まず、ステップ100では、エンジン２の回転速度およ
び負荷（吸気管圧力等）を読み込む処理が行われる。続
くステップ110では、現在のエンジン２の回転速度が基
準回転速度4,500［r.p.m.］以下であるか否かを判定
し、肯定判断されるとステップ120に、一方、否定判断
されるとステップ140に各々進む。ここで、基準回転速
度の値は、現在使用されている高速適合カムが最大充填
効率を達成可能な回転速度であって、本実施例では4,50
0［r.p.m.］であるが、エンジンの仕様が異なる場合
は、そのエンジン固有の回転速度に設定する。現在の回
転速度が4,500［r.p.m.］以下であると判定されたとき
に実行されるステップ120では、現在の回転速度Neか
ら、第５図に示すマップに従って、バルブオーバーラッ
プ期間を演算する処理を行なった後、ステップ130に進
む。ステップ130では、現在の回転速度Neから、第６図
に示すマップに基づいて、吸気制御弁21,22,23,24を閉
弁する時期の進角度を算出する処理を行なった後、ステ
ップ160に進む。

一方、上記ステップ110で、現在の回転速度が基準回
転速度4,500［r.p.m.］を上回ると判定されたときに実
行されるステップ140では、バルブオーバーラップ期間
を22.5［゜］の一定値に固定する処理が行われる。続く
ステップ150では、吸気制御弁21,22,23,24を閉弁する時
期の進角度を０［゜］に設定する処理を行なった後、上
記ステップ160に進む。ここで、バルブオーバーラップ
期間および吸気制御弁21,22,23,24を閉弁する時期の進
角度は、高速適合カムが最大充填効率を達成可能な値で
あって、本実施例では各々22.5［゜］および０［゜］で
あるが、一般にエンジンの仕様に応じて異なる。上記ス
テップ130、あるいは、ステップ150に続いて実行される
ステップ160では、現在の負荷から、第７図に示すマッ
プに基づいて、吸気制御弁21,22,23,24の開度を算出す
る処理が行われる。続くステップ170では、インテーク
バルブ9,10,11,12と吸気制御弁21,22,23,24との実際の
バルブオーバラップ期間を、上記ステップ120、130、も
しくは、ステップ140、150で求めたバルブオーバラップ
期間に、また、吸気制御弁21,22,23,24の開度をステッ
プ160で算出した開度とするように、アクチュエータ25,
26,27,28に制御信号を出力する処理を行った後、一旦、
本吸気制御処理を終了する。以後、本吸気制御処理は、
上記ステップ100〜170を繰り返して実行する。

次に、上記制御の様子の一例を、第８図のタイミング
チャートにしたがって説明する。同図に示すように、ク
ランク角θ１からθ２の間が、インテークバルブ９とエ
キゾーストバルブ13とが共に開弁する、所謂バルブオー
バラップ期間である。エンジン回転速度が基準回転速度
より高いときは、バルブオーバラップ期間延長のため、
吸気制御弁21の開弁時期は進角され、最大の場合はクラ
ンク角θ１（同図に一点鎖線で示す。）まで進角され
る。また、このとき、吸気制御弁21の閉弁時期は遅角さ
れ、最大の場合はクランク角θ４（同図に一点鎖線で示
す。）まで遅角される。このように、吸気制御弁21とイ
ンテークバルブ９とは、ほぼ同時期に開弁し、同時期に
閉弁する。一方、エンジン回転速度が基準回転速度より
低いときは、バルブオーバラップ期間短縮のため、吸気
制御弁21の開弁時期は遅角され、最大の場合はクランク
角θ２（同図に一点鎖線で示す。）まで遅角される。ま
た、このとき、吸気制御弁21の閉弁時期は進角され、最
大の場合はクランク角θ３（同図に下死点［BDC］とし
て示す。）まで遅角される。このように、吸気制御弁21
はインテークバルブ９が開弁した後に開弁し、インテー
クバルブ９が閉弁する前に閉弁する。

また、エンジンの軽負荷時には、吸気制御弁21の開度
は減少補正（同図に二点鎖線で示す。）され、一方、高
負荷時には、吸気制御弁21の開度は増加補正（同図に二
点鎖線で示す。）される。以後、上記のような吸気制御
が継続される。

なお本実施例において、エンジン２が内燃機関M1に、
吸気制御弁21,22,23,24が吸気制御弁M2に、アクチュエ
ータ25,26,27,28が駆動手段M3に、クランク角センサ29a
と回転速度センサ29bと吸気圧センサ29dとが運転状態検
出手段M4に、各々該当する。また、ECU4および該ECU4の
実行する処理の内、ステップ120が目標時期算出手段M5
として、ステップ160が目標開度算出手段M6として、ス
テップ170が制御手段M7として、各々機能する。

以上説明したように本実施例によれば、吸入空気の流
れ方向に沿って配設された複数の可動板から構成した吸
気制御弁の開閉時期および開度を制御するため、エンジ
ン２の高速回転時にはインテークバルブと吸気制御弁と
の開弁時期をほぼ同一に設定すると、充分な吸気通路面
積を確保できるので、吸入空気の圧力損失の低減により
充填効率を向上できると共に、エンジン２の軽負荷時に
は吸気制御弁の開度を減少するため、気筒に流入する混
合気に乱れを与え、旋回流を生じさせられるので、エン
ジンの熱効率を向上できる。すなわち、第９図に示すよ
うに、エンジン２が軽負荷時にあるときは、吸気制御弁
21の可動板32A,32B,32Cの開度を小さくすると、吸気ポ
ート17からインテークバルブ９を介して流入する混合気
（同図に矢印Ｃで示す。）が気筒５内部で旋回流、所謂
スワールとなる。このようにして生じる適度のスワール
は、気筒５内部の燃焼を安定させるのみならず、例え
ば、論理空燃比より希薄な混合気、あるいは、循環され
た排気を大量に含む混合気が流入しても、安定した燃焼
状態の維持を可能にする。また、第10図に示すように、
エンジン２が高負荷時にあるときは、吸気制御弁21の可
動板32A,32B,32Cの開度を全開にすると、吸気ポート17
からインテークバルブ９を介して流入する混合気（同図
に矢印Ｄで示す。）が気筒５内部に、ほとんど流動抵抗
を受けることなく、速やかに流入するので、エンジン２
の充填効率を高めることが可能になり、高トルクを出力
させることができる。

また、各可動板32A,32B,32Cを支持するシャフト31A,3
1B,31Cが吸気通路の流れ方向に沿って所定量斜めにずら
せて配設されているので、３枚の可動板32A,32B,32Cを
ロッド35で等距離移動させるだけて、好適な旋回流を発
生できる。

さらに、各可動板32A,32B,32Cの先端部とシャフト31
A,31B,31Cとの当接部には緩衝部材32a,32b,32cが装着さ
れているので、閉弁時には吸入空気の流れを確実に封止
できると共に、インテークバルブの開閉時期と吸気制御
弁の開閉時期とを好適な時間差を生じるように制御する
と、気筒へ混合気が吸い込まれるときに生じる吸込音、
気筒内部の爆発音、インテークバルブのたたき音および
吸気制御弁のたたき音等、運転者にとって不快な各種の
騒音の伝達を抑制できる。

また、アクチュエータ25に接続されたロッド35と可動
板32A,32B,32Cを固定したシャフト31A,31B,31Cとが、ロ
ッド35に配設されたラック35aとシャフト31A,31B,31Cの
外周に刻設されたピニオンギヤ33A,33B,33Cとの歯合に
より結合する構成をなすので、アクチュエータ25の往復
運動が確実に可動板32A,32B,32Cに伝達され、該可動板3
2A,32B,32Cを正確に回転させられるので、吸気制御弁21
の作動が迅速になり、その応答性・追従性も向上する。

さらに、専用のアクチュエータ25,26,27,28により吸
気制御弁21,22,23,24の開閉時期と開度とを調節するの
で、吸気制御の自由度が高まり、制御精度も一層向上す
る。

また、吸気制御弁21,22,23,24およびアクチュエータ2
5,26,27,28の構造が比較的簡単で、その作動も確実であ
るため、吸気制御装置の信頼性・耐久性も高まる。

さらに、所謂ミラーサイクル（Atkinson Cycle）を
実現できるため、エンジン２の吸気行程におけるポンプ
損失を低減できると共に、圧縮温度低下によりノッキン
グの発生を抑制でき、エンジンの熱効率等の性能も向上
する。なお、圧縮比も低下させられるので、始動性も改
善できる。

また、エンジン２の各気筒毎の出力を独立に制御でき
るため、例えば、路面摩擦係数の低い走行路での急制動
時、もしくは、急発進時等には、吸気制御弁21,22,23,2
4の閉弁により所定気筒の出力を所定量低下させること
により、アンチスキッド制御、あるいは、加速スリップ
制御等を実行できると共に、さらに、例えば、所謂リン
クレススロットル、あるいは、所謂オートクルーズ装置
を備えた車両に応用して、障害防止用のフェイルセイフ
機能をはたすこともできる。

なお、例えば、上述した実施例のアクチュエータ25に
代えて、第11図に示すようなアクチュエータ25Aを使用
しても良い。すなわち、アクチュエータ25Aを、閉弁用
アクチュエータ25Dおよび開弁用アクチュエータ25Uを組
合せ、両アクチュエータ25D,25Uは各々ケーシング66D,6
6U、該ケーシング66D,66Uに内蔵されたソレノイド67D,6
7U、該ソレノイド67Dの励磁に応じて同図に矢印Ｅで示
す方向に可動するムーブメント68Dおよび上記ソレノイ
ド67Uの励磁に応じて同図に矢印Ｆで示す方向に可動す
るムーブメント68Uから構成することもできる。

このように構成した場合は、アクチュエータ25Aを、
閉弁用アクチュエータ25Dおよび開弁用アクチュエータ2
5Uを組合せて構成したため、ソレノイドの消費電力を低
減でき、発熱量も減るので耐久性も向上し、しかも、開
閉時はソレノイドによる直接駆動のため、応答性・追従
性もより一層向上する。

また、例えば、上述した実施例のアクチュエータ25に
代えて、第12図に示すようなアクチュエータ25Bを使用
しても良い。すなわち、アクチュエータ25Bは、ハウジ
ング71内部に、エンジンオイルが導入されるオイル室72
および外部から印加される電圧に応じて上記オイル室72
内部の油圧を制御する油圧制御部73を備えている。

オイル室72は、高圧のエンジンオイルを導入する高圧
ポート74aを有する高圧室74、上記オイル室72内部のエ
ンジンオイルを外部に流出する低圧ポート75aを有する
低圧室75、上記高圧室74と低圧室75との間に位置して内
部の油圧が上記油圧制御部73により制御される油圧制御
室76から構成されている。上記高圧室74と油圧制御室76
とは、中心部に両室を連通する連通孔71aが穿設された
壁体71bにより区画されている。また、上記低圧室75と
油圧制御室76とは、中心部に両室を連通する連通孔71c
が穿設された壁体71dにより区画されている。上記油圧
制御室76内部には、ロッド35と結合され、中央部近傍に
絞り77aが穿設されて上記高圧室74と油圧制御室76との
圧力差に応じて摺動するピストン77、該ピストン77を上
記高圧室74側に付勢するスプリング77bが配設されてい
る。また、上記低圧室75内部には、上記油圧制御部73に
より駆動される弁体78が配設され、該弁体78が、上記低
圧室75と油圧制御室76とを接続する壁体71dの連通孔71c
を開閉して、油圧制御室76内部の圧力を制御するよう構
成されている。

一方、油圧制御部73は、上記弁体78に接続された可動
体73a、該可動体73aをオイル室72側に付勢するスプリン
グ73b、該可動体73aを上記スプリング73bの付勢力に抗
して同図矢印Ｈ方向に移動させるソレノイド73cから構
成されている。

上記ソレノイド73cの非励磁時には、可動体73aはスプ
リング73bによりオイル室72方向に付勢されているた
め、弁体78が壁体71dの連通孔71cを遮断するので、油圧
制御室76内部の油圧は高圧室74内部の油圧とほぼ等しい
高圧になる。このため、ピストン77はスプリング77bの
付勢力により壁体71bに当接され、ロッド35は、同図の
矢印Ｇ方向に移動後、停止する。一方、ソレノイド73c
の励磁時には、可動体73aがスプリング73bの付勢力に抗
して図中矢印Ｈ方向に移動し、弁体78が壁体71dの連通
孔71cを開放するので、油圧制御室76内部の作動油が低
圧室75内部に流入し、油圧制御室76内部の油圧は急激に
低下する。このため、ピストン77は、高圧室74内部の油
圧により、スプリング77bの付勢に抗して図中矢印Ｈ方
向に移動し、ロッド35も、同図の矢印Ｈ方向に移動す
る。

従って、上記アクチュエータ25Bを使用した構成をと
っても、上述した実施例と同様に、所定開閉時期に所定
開度で吸気制御弁21を速やかに駆動できる。

さらに、例えば、上述した実施例のアクチュエータ25
に代えて、第13図に示すようなアクチュエータ25Cを使
用しても良い。すなわち、アクチュエータ25Cは、ハウ
ジング81内部に、作動油が導入される油室82および外部
から印加される電圧に応じて上記油室82内部の油圧を制
御する油圧制御部83を備えている。

油室82は、高圧の作動油を導入する高圧ポート84aを
有する高圧室84、上記油室82内部の作動油を外部に流出
する低圧ポート85aを有する低圧室85、上記高圧室84と
低圧室85との間に位置して内部の油圧が上記油圧制御部
83により制御される油圧制御室86から構成されている。
上記高圧室84と油圧制御室86とは、中心部に両室を連通
する連通孔81aが穿設された壁体81bにより区画されてい
る。また、上記低圧室85と油圧制御室86とは、中心部に
両室を連通する連通孔81cが穿設された壁体81dにより区
画されている。上記油圧制御室86内部には、ロッド35と
結合され、中央部近傍に絞り87aが穿設されて上記高圧
室84と油圧制御室86との圧力差に応じて摺動するピスト
ン87、該ピストン87を上記高圧室84側に付勢するスプリ
ング87bが配設されている。また、上記低圧室85内部に
は、上記油圧制御部83により駆動される弁体88が配設さ
れ、該弁体88が、上記低圧室85と油圧制御室86とを接続
する壁体81dの連通孔81cを開閉して、油圧制御室86内部
の圧力を制御するよう構成されている。

一方、油圧制御部83は、上記弁体88に接続された可動
体83a、該可動体83aを油圧制御部83側に付勢するスプリ
ング83b、該可動体83aを上記スプリング83bの付勢力に
抗して同図Ｉ方向に移動させるピエゾスタック83cから
構成されている。

上記ピエゾスタック83cに電圧が印加されていないと
きには、可動体83aはスプリング83bにより油圧制御部83
方向に付勢されているため、弁体88が壁体81dの連通孔8
1cを遮断するので、油圧制御室86内部の油圧は高圧室84
内部の油圧とほぼ等しい高圧になる。このため、ピスト
ン87はスプリング87bの付勢力により壁体81bに当接さ
れ、ロッド35は、同図の矢印Ｉ方向に移動後、停止す
る。一方、ピエゾスタック83cに電圧が印加されている
ときには、可動体83aがスプリング83bの付勢力に抗して
図中矢印Ｉ方向に移動し、弁体88が壁体81dの連通孔81c
を開放するので、油圧制御室86内部の作動油が低圧室85
内部に流入し、油圧制御室86内部の油圧は急激に低下す
る。このため、ピストン87は、高圧室84内部の油圧によ
り、スプリング87bの付勢に抗して図中矢印Ｊ方向に移
動し、ロッド35も、同図の矢印Ｊ方向に移動する。 従
って、上記アクチュエータ25Cを使用した構成をとって
も、上述した実施例と同様に、吸気制御弁21の開閉時期
制御および開度制御を良好な応答性で、しかも、正確に
実現できる。

以上本発明のいくつかの実施例について説明したが、
本発明はこのような実施例に何等限定されるものではな
く、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々なる
態様で実施し得ることは勿論である。

発明の効果 以上詳記したように本発明の内燃機関の吸気制御装置
は、内燃機関の高速回転時には吸気制御弁の開弁時期を
進角させてバルブオーバラップ期間を予め定められた所
定期間に設定し、一方、低速回転時には吸気制御弁の開
弁時期を遅角させてバルブオーバラップ期間を短縮補正
し、さらに、内燃機関の高負荷時には、吸気制御弁開度
を増加補正して気筒内に流入する流れの流動抵抗を減少
し、一方、軽負荷時には、吸気制御弁開度を減少補正し
て気筒内に流入する流れに乱れを与えるよう構成されて
いる。このため、低速回転時におけるバルブオーバラッ
プ期間での排気の吹き返しを充分抑制できると共に、軽
負荷時における吸気通路内部の流れを旋回させながら気
筒に流入させられるので、内燃機関の充填効率の向上と
熱効率の向上とを好適に両立できるという優れた効果を
奏する。このことは、内燃機関を広範囲の運転状態で運
転しても、常時高いトルク特性が得られると共に、安定
した燃焼状態を維持できるので、特に有効である。

また、吸気制御弁を簡単な構成にしたため、吸気通路
の断面積が減少しないので、吸気通路における圧力損失
を少なく保持でき、しかも、内燃機関本体を大きく改造
することなく搭載できる。

さらに、並設された複数の可動部材から構成された吸
気制御弁を、制御手段から指令される目標開弁時期に、
しかも、指示される目標開度に従って駆動手段が回動す
るので、吸気制御の応答性・追従性が向上する。このこ
とは、例えば、過渡状態で頻繁に運転される車両用の内
燃機関等に適用すると、充分な吸気制御を実現でき、特
に顕著な効果を示す。

また、内燃機関の駆動系とは独立した駆動手段により
吸気制御弁を回動して吸気制御を行なうので、内燃機関
の広範囲に亘る運転状態に好適に適応でき、装置の汎用
性も高まると共に、その制御特性も拡大し、制御精度も
著しく向上する。

さらに、確実で、しかも、正確な吸気通路の開閉時期
制御および開度制御を実現できるので、装置の信頼性・
耐久性が飛躍的に高まる。

また、従来のオットーサイクルやサバテサイクル等に
代えて、所謂ミラーサイクル（Atkinson Cycle）を実
現できるため、内燃機関の吸気行程におけるポンプ損失
を低減できると共に、圧縮温度低下によりノッキングの
発生を抑制でき、内燃機関としての熱効率等の性能も向
上する。なお、圧縮比が低下するので、始動性も改善さ
れる。

さらに、内燃機関の各気筒毎の出力を任意に制御でき
るため、例えば、所定気筒の出力を走行状態に応じて所
定量低下させて、スリップ制御、加速スリップ制御等を
実現する等、内燃機関のみならず各種の制御に本装置を
応用できるという利点も生じる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の内容を概念的に例示した基本的構成
図、第２図は本発明一実施例のシステム構成図、第３図
は同じくその吸気制御弁およびアクチュエータの構造を
示す部分断面図、第４図は同じくその制御を示すフロー
チャート、第５図、第６図および第７図は同じくそのマ
ップを示すグラフ、第８図は同じくその制御の様子を示
すタイミングチャート、第９図および第10図は同じくそ
の動作を示す説明図、第11図は他の一実施例におけるア
クチュエータの断面図、第12図はその他の一実施例にお
けるアクチュエータの断面図、第13図はさらに他の一実
施例におけるアクチュエータの断面図である。 M1……内燃機関、M2……吸気制御弁 M3……駆動手段、M4……運転状態検出手段 M5……目標時期算出手段 M6……目標開度算出手段、M7……制御手段 １……エンジンの吸気制御装置 ２……エンジン ３……吸気制御部 ４……電子制御装置（ECU） 4a……CPU 21,22,23,24……吸気制御弁 25,26,27,28……アクチュエータ 29a……クランク角センサ 29b……回転速度センサ 29d……吸気圧センサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 野村 由利夫 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本 電装株式会社内 (72)発明者 伊奈 敏和 愛知県西尾市下羽角町岩谷14番地 株式 会社日本自動車部品総合研究所内

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内燃機関の各気筒に連通する吸気通路毎に
   配設され、回動可能に並設された複数の可動部材から成
   り、該可動部材を軸支する各軸回りの各可動部材の連動
   により、上記各吸気通路の開口面積を連続的に変更する
   吸気制御弁と、 該吸気制御弁が、外部から指令された目標時期に、しか
   も、外部から指示される目標開度となるように、上記吸
   気制御弁を回動する駆動手段と、 上記内燃機関の、少なくとも回転速度および負荷を検出
   する運転状態検出手段と、 該運転状態検出手段の検出した回転速度が低下したとき
   は、少なくとも、上記吸気制御弁の開弁時期を、上記回
   転速度の低下に応じて遅延して目標開弁時期を算出する
   目標時期算出手段と、 上記運転状態検出手段の検出した負荷が減少したとき
   は、該負荷の減少に応じて上記吸気制御弁の開度を減少
   補正し、一方、上記負荷が増加したときは、該負荷の増
   加に応じて上記吸気制御弁の開度を増加補正し、目標開
   度を算出する目標開度算出手段と、 上記目標時期算出手段の算出した目標開弁時期に応じた
   指令および上記目標開度算出手段の算出した目標開度に
   応じた指示を上記駆動手段に出力する制御手段と、 を備えたことを特徴とする内燃機関の吸気制御装置。