JP2521040B2 - エンジンの吸気装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、吸気通路を高負荷用吸気通路と低負荷用吸
気通路とで構成し、高負荷用吸気通路に低負荷時に閉作
動するシャッターバルブを設ける一方、低負荷用吸気通
路にタイミングバルブを設け、低負荷域ではタイミング
バルブ閉時期を吸気ポート閉時期より早くすることによ
り吸気量を制御するようにしたエンジンの吸気装置の改
良に関するものである。

（従来技術） 従来より、スロットルバルブの開度調整によって吸気
量を制御するエンジンの場合には、特に低負荷域におい
て絞り抵抗に伴うポンピングロスがあってエンジンの燃
費性能を向上する際の大きな障害となっている。そし
て、このポンピングロスを低減するエンジンとして、所
定タイミングで開閉作動される吸気ポート近傍の吸気通
路にタイミングバルブを設け、エンジンの運転状態に応
じて上記タイミングバルブの開閉時期を調整し、上記吸
気ポートおよびタイミングバルブの開時期の長短で吸気
量を制御するようにし、吸気の絞り抵抗をなくしてポン
ピングロスの低減を図り燃費性能を向上するようにした
エンジンが提案されている（例えば、特開昭58-23245号
参照）。

また、上記先行例においては、吸気通路を高負荷用通
路と低負荷用通路に構成し、低負荷用通路に前記タイミ
ングバルブを介装する一方、高負荷用通路には低負荷時
に閉じるシャッターバルブを介装し、低負荷域のポンピ
ングロスを軽減するとともに、タイミングバルブの小型
化を図ってその信頼性の向上を得るようにし、さらに、
低負荷用吸気通路をスワールを生成するのに適した通路
構造として燃焼性の向上を図ることがきるものである。

しかして、上記先行例のタイミングバルブとシャッタ
ーバルブとを備えたエンジンにおいては、低負荷時には
シャッターバルブを閉じる一方、タイミングバルブを吸
気弁の閉時期より早く閉じてポンピングロスを低減して
いるが、上記タイミングバルブの開閉タイミングは一定
に設定して、スロットルバルブの開度によって吸気量を
制御していることから、負荷の増大に伴ってシャッター
バルブが開き始めた際、または、逆に負荷の低下に応じ
てシャッターバルブが閉じた際に、吸気量が急激に変動
することになってトルクショックが発生して運転性に悪
影響を与える恐れがある。

（発明の目的） 本発明は上記事情に鑑み、低負荷時には低負荷用吸気
通路に設けたタイミングバルブのタイミング変更により
ポンピングロスの低減を図りつつ吸気量の制御を行い、
負荷の増減に対応してシャッターバルブを開閉作動する
際の吸気量の急変動を防止するようにしたエンジンの吸
気装置を提供することを目的とするものである。

（発明の構成） 本発明の吸気装置は、吸気通路の下流側部分を各気筒
に対する高負荷用吸気通路と低負荷用吸気通路とで構成
し、高負荷用吸気通路に低負荷時に閉作動するシャッタ
ーバルブを設けるとともに、低負荷用吸気通路にタイミ
ングバルブを設け、低負荷時には上記シャッターバルブ
を閉じ該タイミングバルブのタイミングを変更してその
閉時期を吸気ポート閉時期より早くして吸気量を減らす
ように制御するとともに、吸気通路の上流側集合部分に
設けられたスロットルバルブの開度を、前記タイミング
バルブによる吸気量に対応する所定最小開度に設定し、
高負荷時には負荷に応じて該スロットルバルブの開度を
変更して吸気量を制御するとともに前記シャッターバル
ブを全開とする制御装置を設けたことを特徴とするもの
である。

（発明の効果） 本発明によれば、シャッターバルブを閉じた低負荷時
には、スロットルバルブは所定開度に開き、負荷に応じ
てタイミングバルブのタイミングを変更することでポン
ピングロスを低減しつつ吸気量を制御し、負荷の増大に
応じてシャッターバルブが開く場合にはタイミングバル
ブの制御による吸気量とスロットルバルブ開度による吸
気量とが略一致し、その後の負荷増大に対してはスロッ
トルバルブの開度変更によって吸気量を制御するように
したことにより、シャッターバルブを開閉作動させる時
の吸気量変化を防止でき、トルクショックの発生がなく
良好な運転状態を得ることができるものである。

（実施例） 以下、図面により本発明の実施例を説明する。第１図
は本発明の吸気装置を備えたエンジンの全体構成図であ
る。

エンジン本体１の各気筒のシリンダヘッド２とシリン
ダブロック３間のピストン４上部に形成される燃焼室５
に対し、吸気バルブ６によって開閉される吸気ポート
７、および排気バルブ８によって開閉される排気ポート
９がそれぞれ開口されている。

上記吸気ポート７に連通して吸気を供給する吸気通路
10は、上流側からエアクリーナ11、吸気量を検出する吸
気量センサ12、サージタンク13を備え、このサージタン
ク13下流から各気筒に対して分岐し、通路面積の大きい
高負荷用吸気通路10aと、通路面積が狭くスワール生成
用に形成された低負荷用吸気通路10bとで構成されてい
る。また、上記各気筒の高負荷用吸気通路10aには燃料
を噴射する燃料噴射ノズル16が配設されている。

上記高負荷用吸気通路10aの途中にはシャッターバル
ブ17が介装される一方、低負荷用吸気通路10bの途中に
はタイミングバルブ18が介装され、さらに、サージタン
ク上流側の集合部分の吸気通路10にスロットルバルブ14
が介装されてる。

上記タイミングバルブ18はエンジン回転に同期して回
転駆動される筒状に形成され、このタイミングバルブ18
には低負荷用吸気通路10bを開閉する開口部18aが形成さ
れている。なお、このタイミングバルブ18の内部空間は
多気筒エンジンの他の気筒に対する開口部18aと連通し
ており、１つの気筒の開口部18aが下流側低負荷用吸気
通路10bと連通した開状態にある時に、該内部空間は他
の気筒の開口部18aを介して上流側の低負荷用吸気通路1
0bに連通されて、吸気が供給されるものである。

上記タイミングバルブ18のクランク角に対する位相す
なわち吸気ポート７に対する開閉タイミングは、タイミ
ング制御手段19によって可変に構成されている。また、
上記スロットルバルブ14の開度は開度制御手段15によっ
て調整され、シャッターバルブ17はアクチュエータ20に
よって開閉作動される。

そして、上記開度制御手段15、タイミング制御手段19
およびアクチュエータ20には、コントローラ21からの制
御信号が出力され、運転状態に応じてスロットルバルブ
14、タイミングバルブ18およびシャッターバルブ17の作
動を制御するものである。また、上記コントローラ21
は、燃料噴射ノズル16に燃料噴射信号を出力して燃料噴
射量および噴射時期を制御するとともに、ブリードエア
通路22の開閉弁23に制御信号を出力して、燃料噴射時期
に対応してブリードエアを供給するように制御するもの
である。

上記コントローラ21には、エンジンの運転状態を検出
する信号として、前記吸気量センサ12からの吸気量信
号、クランク角センサ24からのクランク角信号（エンジ
ン回転数信号）、アクセルセンサ25からのアクセル信
号、ブーストセンサ26からの吸気圧力信号、および水温
センサ27からの冷却水温信号等が入力される。

スロットルバルブ14の開度調整、タイミングバルブ18
の開閉タイミングおよびシャッターバルブ17の開閉の基
本制御は、アクセル操作量等に対応した負荷状態に応
じ、低負荷時にはシャッターバルブ17を閉じ、スロット
ルバルブ14は所定開度で開き、所定負荷以上で上記シャ
ッターバルブ17を開作動し、負荷に応じてスロットルバ
ルブ14の開度を調整して吸気量を制御するものである。
一方、吸気ポート７はクランク角に対して一定の時期に
開閉され、タイミングバルブ18は低負荷時には吸気ポー
ト７より早く開いて早く閉じるものである。これによ
り、低負荷時には燃焼室５への吸気の供給はタイミング
バルブ18および吸気ポート７の両方が開いたオーバーラ
ップ期間に行われる。そして、上記タイミングバルブ18
の開閉タイミングはエンジンの運転状態に応じて、負荷
の上昇に伴って遅れるように制御され、両バルブ6,18が
開いたオーバーラップ期間すなわち吸気期間が長くなる
ようにして吸気量を増加するものである。

前記コントローラ21による制御を、第２図のフローチ
ャート（要部のみ示す）に沿って説明する。スタート
後、コントローラ21は、ステップS1でクランク角センサ
24の信号に基づくエンジン回転数Ｎおよびクランク角C
a、吸気量センサ12からの吸入空気量Qaをそれぞれ読み
込む。ステップS2で上記吸入空気量Qaとエンジン回転数
Ｎより燃料噴射パルス幅Peを演算し、ステップS3でこの
燃料噴射パルス幅Peとエンジン回転数Ｎよりタイミング
バルブ18のタイミングを演算し、吸気ポート７とのオー
バーラップ量Ａを求める。

そして、ステップS4で上記タイミングバルブ18のタイ
ミングに基づくオーバーラップ量Ａが所定値Ao以上か否
か判定する。低負荷時でオーバーラップ量Ａが所定値Ao
未満のNO時には、ステップS9でシャッターバルブ17を閉
作動するとともに、ステップS10でスロットルバルブ14
を所定最小開度に閉作動する。そして、ステップS11で
タイミングバルブ18のタイミング制御手段19に対して前
記ステップS3で求めたタイミング信号を出力して所定の
遅れ状態に駆動するものである。

一方、前記ステップS3で求めたオーバーラップ量Ａが
所定値Ao以上でステップS4の判定がYESの時には、ステ
ップS5に進んでアクセルセンサ25からアクセル操作量を
読み込み、このアクセル操作量に応じてステップS6でス
ロットルバルブ14の開度を演算し、ステップS7でその開
度にスロットルバルブ14を開作動する。これとともに、
ステップS8でシャッターバルブ17を全閉状態から全開状
態に開作動する。そして、ステップS11でタイミングバ
ルブ18のタイミング制御手段19に前記ステップS3の演算
に基づく制御信号を出力するものである。

上記制御において、第３図に斜線で示す範囲がタイミ
ングバルブ18のタイミング変更域であり、タイミングバ
ルブ18のタイミングを燃料噴射パルスPeとエンジン回転
数Ｎに応じて決定するについて、PeもしくはＮの増大に
応じてタイミングは遅れ側に移行するものであって、こ
のタイミングが最大遅れ状態θ_１より所定値前の鎖線で
示す所定の遅れタイミングθ_０すなわちオーバーラップ
量Ａが所定値Aoとなると、スロットルバルブ14をアクセ
ル操作量に応じて開作動開始するとともに、シャッター
バルブ17を開作動するものである。上記により、タイミ
ングバルブ18の作動による吸気量の増加とスロットルバ
ルブ14の作動による吸気量の増加への移行が滑かに行え
る。

すなわち、低負荷時にシャッターバルブ17が閉じてい
る状態におけるスロットルバルブ14の開度を、タイミン
グバルブ18の前記所定遅れタイミングθ_０におけるオー
バーラップ量Aoでの吸気量に対応する最小開度に設定し
ておくと、シャッターバルブ17を開作動させる時の吸気
量変化がなく移行できる。つまり、タイミングバルブ18
の作動による吸気量変化においては、スロットルバルブ
14は上記最小開度でも吸気の抵抗とならず、タイミング
バルブ18のオーバーラップ量Ａに応じて吸気量が制御さ
れ、所定遅れタイミングθ_０となった際には、スロット
ルバルブ14が吸気量を支配するようになり、このときシ
ャッターバルブ17を開作動させても吸気量変化を起こさ
ないものである。

上記構成により、低負荷用吸気通路10bに設けたタイ
ミングバルブ18のタイミング変更によってポンピングロ
スを低減しつつ吸気量を制御し、この低負荷時のスロッ
トルバルブ14の開度は所定最小開度に設定しておき、シ
ャッターバルブ17を開いてスロットルバルブ14による吸
気量制御に移行する際の吸気量変動が生じないようにし
たものである。

なお、スロットルバルブ14、シャッターバルブ17およ
びタイミングバルブ18の制御は、コントローラによら
ず、機械的な連係手段で制御するようにしてもよいもの
である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における吸気装置を備えたエ
ンジンの概略構成図、 第２図はコントローラの作動を説明するためのフローチ
ャート図、 第３図は運転状態に応じたタイミングバルブのタイミン
グ特性を示す特性図である。 １……エンジン本体、４……ピストン ６……吸気バルブ、７……吸気ポート 10……吸気通路 10a……高負荷用吸気通路 10b……低負荷用吸気通路 14……スロットルバルブ 15……開度制御手段 17……シャッターバルブ 18……タイミングバルブ 19……タイミング制御手段 20……アクチュエータ 21……コントローラ

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】吸気通路の下流側部分を各気筒に対する高
   負荷用吸気通路と低負荷用吸気通路とで構成し、高負荷
   用吸気通路に低負荷時に閉作動するシャッターバルブを
   設けるとともに、低負荷用吸気通路にタイミングバルブ
   を設け、低負荷時には上記シャッターバルブを閉じ該タ
   イミングバルブのタイミングを変更してその閉時期を吸
   気ポート閉時期より早くして吸気量を減らすように制御
   するとともに、吸気通路の上流側集合部分に設けられた
   スロットルバルブの開度を、前記タイミングバルブによ
   る吸気量に対応する所定最小開度に設定し、高負荷時に
   は負荷に応じて該スロットルバルブの開度を変更して吸
   気量を制御するとともに前記シャッターバルブを全開と
   する制御装置を設けたことを特徴とするエンジンの吸気
   装置。