JP2900702B2

JP2900702B2 - 内燃機関の吸気制御装置

Info

Publication number: JP2900702B2
Application number: JP4128447A
Authority: JP
Inventors: 祐一外薗; 雅信山下
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1992-05-21
Filing date: 1992-05-21
Publication date: 1999-06-02
Anticipated expiration: 2014-06-02
Also published as: JPH05321676A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、機関低速・低負荷時に
は燃焼室内スワールを生成させるスワールモード、機関
低速・高負荷時には吸気吹き返しを防止する吹き返し防
止モード、高速時には大量の吸気を燃焼室に供給させる
高速時モードの３つのモードを選択的に切り換える内燃
機関の吸気制御装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】高速時の吸気量を通過させることのでき
る吸気主通路と、スワール生成用の吸気副通路と、途中
に吸気上流から下流への流れのみを許容する一方弁を設
置した一方向通路とを備え、機関低速・低負荷時には吸
気副通路を、機関低速・高負荷時は一方向通路を、高速
時は吸気主通路をそれぞれ選択する内燃機関の吸気制御
装置が本出願人によって提案されている（特願平４−９
３７１号）。

【０００３】このような内燃機関の吸気制御装置では、
低速・低負荷時には吸気副通路からの吸気流によるスワ
ール流で以て燃焼を改善し、低速・高負荷時にはその時
に顕著となる吸気吹き返しを一方向通路に設けた一方弁
にて防止し、充填効率の低下を防ぎ、高速時にはその時
に必要な大量の吸気を燃焼室に供給することができる。

【０００４】図６によって従来の吸気制御装置を説明す
ると、２はシリンダヘッド、４は燃焼室、５は吸気弁、
８は燃料噴射弁、９は吸気ポート、１０は吸気管であ
る。吸気管１０は次の３つの通路から構成されている。
第１の通路は吸気主通路１４であって、高速時に必要な
量の空気が通過できる通路径を有している。燃料噴射弁
８より上流側の吸気主通路１４内には、回動可能な吸気
制御弁２１Ｐが設置されている。

【０００５】第２の通路は吸気制御弁２１Ｐをバイパス
する通路１５Ｐであって、その途中には吸気上流から下
流への流れのみを許容するリード弁１９Ｐが設けられて
いる。このリード弁１９Ｐは小流量（機関低速・低負荷
時程度の流量）の時には開弁されずに、所定流量（機関
低速・高負荷時程度の流量）の時に開弁されるような弾
性力を有している。

【０００６】第３の通路は上流開口部を吸気制御弁２１
Ｐの近傍に有し、その下流開口部を燃焼室４内にスワー
ル流を生成すべく吸気ポート９に有する吸気副通路１３
Ｐである。

【０００７】吸気制御弁２１Ｐは図示しない駆動装置に
て、その位置を３段階に停止させることができる。まず
その第１段停止位置Ｌ（図中点線）をとることで、吸気
副通路１３Ｐの上流開口部が吸気制御弁２１Ｐの上流に
位置される。第２段停止位置Ｍ（図中１点鎖線）をとる
ことで、吸気副通路１３Ｐの上流開口部は吸気制御弁２
１Ｐの下流に位置される。尚、吸気制御弁２１Ｐが第
１、第２段位置をとる時は、共に吸気主通路１４が閉塞
されるようになっている。そして、第３段停止位置Ｎ
（図中の実線）は吸気主通路１４を連通状態となす位置
である。

【０００８】そして、駆動装置は、吸気制御弁２１Ｐ
を、機関低速・低負荷時には第１段停止位置に、機関低
速・高負荷時には第２段停止位置に、機関高速時には第
３段停止位置をとるように図示しない制御手段にて制御
されている。

【０００９】以上のような吸気制御装置の作用を説明す
る。吸気制御弁２１Ｐが第１段停止位置Ｌをとる機関低
速低負荷時には、リード弁１９Ｐがそれ自身の弾性力で
閉弁されているため、吸気流は全て吸気副通路１３Ｐに
流れ、従って燃焼室内にスワールを生成できる。

【００１０】吸気制御弁２１Ｐが第２段停止位置Ｍをと
る機関低速高負荷時は、吸気副通路１３Ｐの上流開口部
が吸気制御弁２１Ｐの下流になるが、その時の吸気流量
でリード弁１９Ｐが開弁されるため、吸気上流からの吸
気流はリード弁１９Ｐを介して通路１５Ｐを経由し、吸
気ポート９内から燃焼室に達することになる。そして、
低速高負荷時に著しくなる吸気吹き返しは、リード弁１
９Ｐによってその流れを阻止されるのである。

【００１１】機関高速時は吸気制御弁２１Ｐが第３段停
止位置Ｎをとり、高速時に要求される大吸気量が燃焼室
内に供給される。

【００１２】このように、吸気制御弁２１Ｐの位置を３
段階に制御することで吸気系を３つのモードに切り換え
ることができる。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、吸気制御弁
２１Ｐを３段階に切り換えるには、吸気制御弁２１Ｐ駆
動用のアクチュエータに例えばステップモータを用い、
そのステップ数を３段階に制御することが考えられる。
しかし、ステップ数を３段階にすることで制御が複雑に
なったり、ステップモータ自体にコストがかかるという
問題を生じる。

【００１４】一方、ステップモータを用いないで３つの
モードで吸気系を切り換えるには、吸気制御弁を２つ設
けてそれぞれを電磁ソレノイドで開閉制御することも考
えられるが、この場合は吸気制御弁を２つ設けることで
構造が複雑になったり、高速時の吸気圧損が増大するの
で好ましくない。

【００１５】そこで本発明の解決せんとする目的は、開
閉制御される吸気制御弁と、吸気絞り弁とを利用して吸
気系を３つのモードに切り換え、吸気制御弁の制御を簡
略にすることである。

【００１６】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
めに本発明における内燃機関の吸気制御装置では、機関
燃焼室に通じるとともに機関高速時に必要な吸気量を通
過させることのできる吸気主通路を有し、前記吸気主通
路の内部には吸気絞り弁を有し、前記吸気絞り弁の開度
が所定値以下の時にはその上流開口部が前記吸気絞り弁
の上流に位置されその下流開口部は燃焼室内にスワール
を生成すべく設置された吸気副通路を有するとともに、
それ自身が第１の位置にある時は吸気主通路及び吸気副
通路を共に連通状態にし、第２の位置にある時には前記
吸気絞り弁下流の吸気主通路及び吸気副通路を遮断する
吸気制御弁手段を有し、第２の位置にある前記吸気制御
弁手段を迂回して燃焼室内に吸気を供給するとともにそ
の内部には吸気上流から下流への流れのみを許容する一
方弁手段を設置した一方向通路を有し、更に前記吸気制
御弁手段を、機関高速時または機関低速時であっても前
記吸気絞り弁の開度が前記所定値以下の時は第１の位置
に制御し、機関低速時且つ吸気絞り弁の開度が前記所定
値以上である時には第２の位置に制御することを特徴と
している。

【００１７】

【作用】機関低速時で且つ吸気絞り弁が前記所定開度以
下であれば、吸気副通路の上流開口部が吸気絞り弁上流
に位置され、しかも前記吸気制御弁が第１の位置に制御
されるので、吸気流は全て吸気副通路より燃焼室に供給
される。

【００１８】機関低速時で且つ吸気絞り弁が前記所定開
度以上であれば、前記吸気制御弁は第２の位置に制御さ
れ、従って吸気流は一方向通路を介して燃焼室に供給さ
れる。

【００１９】機関高速時は前記吸気絞り弁が第１の位置
に制御され、吸気絞り弁の開度が前記所定値以上であれ
ば吸気流は吸気主通路より燃焼室に供給される。

【００２０】このように、第１の位置と第２の位置とに
切り換えられる吸気制御弁手段と吸気絞り弁とが協働し
て吸気系を３つのモードに切り換えることができる。

【００２１】

【実施例】図１により本発明に基づく実施例を説明す
る。尚、従来技術と同一の構成のものは図６と同じ番号
を付して説明を省略する。１はシリンダブロック、３は
ピストン、６は排気弁、７は点火プラグである。また、
Ｄは分岐集合部であって、吸気上流から流入する吸気流
は分岐集合部Ｄから図示しない他の気筒へも分配されて
いる。

【００２２】吸気弁５を介して燃焼室４に通じる吸気主
通路１４の通路断面積は、高速時の吸気量を通過させる
ことができるように設定されている。一方、吸気主通路
１４に並行して吸気副通路１３が設けられている。吸気
副通路１３は吸気主通路１４に比較して小さい断面積を
有するものであるが低負荷時の吸気量を通過させるには
十分な断面積を与えられている。

【００２３】吸気副通路１３の下流開口部１３ａは燃焼
室４内にスワールを生成可能に設置（例えば下流開口部
１３ａは燃焼室４ボア接線方向に向かって開口されてよ
い）され、その上流は吸気副通路デリバリ１３Ｄにて図
示しない他気筒からの吸気副通路と合流し、更に第１上
流開口部１３１と第２上流開口部１３２とに分岐され、
吸気管１０内に設けられた吸気絞り弁２２の近傍に開口
されている。吸気絞り弁２２はアクセルペダル２４に連
動され、アクセルペダル２４の踏み込み量に応じて吸気
絞り弁２２の開度が制御される。

【００２４】ここで、第１上流開口部１３１は常時吸気
絞り弁２２の上流に位置されるように、第２上流開口部
１３２は吸気絞り弁２２の開度が全閉時（図中実線）に
は吸気絞り弁２２の下流になり、開度が大きくなるにつ
れて徐々に吸気絞り弁２２の上流に位置する部分が増加
し、所定開度２２Ａ（点線）の時に第２上流開口部１３
２が全て吸気絞り弁２２の上流になるよう設けられてい
る。なお、吸気絞り弁２２が所定開度２２Ａに達するま
で吸気絞り弁２２のまわりの隙間から吸気流がリークす
ることのないよう吸気絞り弁２２周りには球面加工２２
Ｂが施されている。つまり、所定開度２２Ａ以上になる
までは吸気絞り弁２２が回動されても吸気主通路１４は
閉塞されたままである。

【００２５】吸気主通路１４と吸気副通路１３とは吸気
流線方向に延設される隔壁１１にて互いに分離されてい
る（この様子は図２にも示されている）。隔壁１１の一
部には連通路１４ａが設けられ、連通路１４ａにて吸気
主通路１４と吸気副通路１３が互いに連通されている。
更に、連通路１４ａを閉塞状態（以下第１の位置：実
線）・連通状態（以下第２の位置：点線）に切り換える
吸気制御弁２１が連通路１４ａ内に、シャフト２１０に
て回動可能に設置されている。２５は吸気制御弁２１の
駆動アクチュエータとしての電磁ソレノイドである。電
磁ソレノイド２５は機関回転数を検出するＮＥセンサ２
７とスロットル開度を検出する負荷センサ２８から得ら
れた検出値をもとに制御手段２９にてＯＮ／ＯＦＦ制御
されて吸気制御弁２１を第１の位置と第２の位置とで切
り換えている。

【００２６】また、この実施例では第１上流開口部１３
１、第２下流開口部１３２間の吸気副通路１３内にはス
テップモータ２６にて開度制御される周知のアイドルス
ピード制御弁２３が設置されており、アイドル運転時に
機関回転数が所望の値に保たれるように制御手段２９に
よってその開度が制御されている。

【００２７】連通路１４ａの図面上方には吸気制御弁２
１より上流の吸気主通路１４から分岐開口部２０にて分
岐し、吸気制御弁２１下流の合流部１６にて吸気主通路
１４と合流する通路１５が形成されている。分岐開口部
２０はステー部材２０ａにて上流側と下流側に分離され
ている。分岐開口部２０の上流側部分、下流側部分それ
ぞれには吸気主通路１４から通路１５への流れのみを許
容するリード弁１９がその一端をボルト１７にて固定さ
れ取りつけられている。以下通路１５を一方向通路と呼
ぶことにする。

【００２８】リード弁１９の設置状態を、図１中のＸ−
Ｘ断面図の図３にて示す。分岐開口部２０の上流側、下
流側それぞれには、リード弁１９が３枚ずつ取りつけら
れている。分岐開口部２０の上流側、下流側からリード
弁１９を介して流れる吸気量は、機関低速・高負荷時に
十分な量となるように設定されている。尚、図３中のは
１点鎖線は、連通路１４ａを示している。

【００２９】更に、図１のＹ−Ｙ断面図の図４に、吸気
副通路１３と吸気主通路１４と一方向通路１５が示され
ている。吸気制御弁２１は、実線の第１の位置と点線の
第２の位置とを選択的にとるよう制御される。

【００３０】吸気制御弁２１におけるシャフト２１０の
片側には大面部２１１を、反対側には小面部２１２を有
している。大面部２１１及び小面部２１２は、吸気制御
弁２１が第２の位置の時においてそれぞれ吸気主通路１
４、吸気副通路１３を遮断するに十分な形状をしてい
る。吸気制御弁２１の長さＡは吸気主通路１４の上壁１
４Ｕから吸気副通路１３の下壁１３Ｌまでの距離から吸
気制御弁２１が回動に必要なクリアランスを差し引いた
値で決められてよい。

【００３１】吸気制御弁２１が第１の位置の時には、連
通路１４ａを閉塞することができる。吸気制御弁２１に
より連通路１４ａを閉塞している様子が図３中に示され
ている（図３中の点線が第１の位置をとる吸気制御弁２
１である）。この実施例では、連通路１４ａの開口部は
吸気制御弁２１の長さＡとほぼ同一であるが、連通路１
４ａの開口部は小面部２１２の回動を妨げず且つ吸気制
御弁２１が第２の位置にある時に連通路１４ａが閉塞さ
れれば大きさはこの限りでない。

【００３２】次に制御フローを説明する。このプログラ
ムは所定時間毎に発生する時間割り込みルーチンであ
る。図５によると、５０１はプログラムの開始点で、５
０２でＮＥセンサ２７や負荷センサ２８からの検出値
（それぞれＮ、Ｌ）を読み込んでいる。なお、Ｌ₀は吸
気絞り弁２２が図１中の点線のような開度２２Ａをとる
時の負荷センサ２８の検出値である。５０３ではＮが所
定値Ｎ₀（およそ４０００回転程度でよい）に比較して
小さいか否かを判定している。ＹＥＳであれば次のステ
ップ５０４にてＬが所定値Ｌ₀に比較して大きいか否か
を判定している。ＹＥＳであればステップ５０５にて吸
気制御弁２１を第２の位置にするよう電磁ソレノイド２
５に制御信号を発する。

【００３３】一方、ステップ５０３にてＮＯの場合はス
テップ５０７にて吸気制御弁２１を第１の位置するよう
電磁ソレノイド２５に制御信号を発する。ステップ５０
４にてＮＯの場合はステップ５０６にてその時のＬ、Ｎ
に見合った開度をアイドル制御弁２３がとるようステッ
プモータ２６に制御信号を発する。尚、ステップ５０６
においては、吸気絞り弁２２が全閉（アイドル）時であ
ればアイドル制御弁２３の開度は機関回転数Ｎがアイド
ル維持回転数近傍に収束するように制御され、また吸気
絞り弁２２が全閉時でないならアイドルスピード制御弁
２３は全開の開度をとるよう制御される。そして、ステ
ップ５０７にて吸気制御弁２１を第１の位置するよう電
磁ソレノイド２５に制御信号を発する。

【００３４】ステップ５０５、５０７を経てステップ５
０８にて本ルーチンを終了する。

【００３５】以上のように構成された実施例では、機関
のアイドル運転時には吸気絞り弁２２は全閉（図中で実
線）されており、またアイドル回転数は所定値Ｎ₀に比
較して低いので、吸気制御弁２１は図中実線のように第
１の位置をとるよう制御される。この状態では吸入空気
は吸気副通路１３の第１上流開口部１３１からアイドル
スピード制御弁２３にて流量を制御されて吸気副通路１
３から燃焼室４内に吸入され、燃焼室４内にスワール流
を形成する。

【００３６】アイドル状態から低負荷運転へ移行し、吸
気絞り弁２２の開度が増大すると、第２上流開口部１３
２が吸気絞り弁２２の上流に位置するようになる。吸気
絞り弁２２の開度が所定値Ｌ₀以下の低負荷運転域で且
つ機関回転数が所定値Ｎ₀以下であれば、吸気絞り弁２
２は球面加工２２Ｂにより吸気主通路１４を閉塞させた
ままであるとともに、吸気制御弁２１がアイドル時と同
様、第１の位置に保持されたままであり、やはり燃焼室
４内にスワール流を形成できる。そして、この時は第２
上流開口部１３２から流入する空気量が第１上流開口部
１３１から流入する空気量に加えられるので、アイドル
時に比較して吸入空気量を増大させることができる。

【００３７】吸気絞り弁２２を更に踏み込み吸気絞り弁
２２開度Ｌが所定値Ｌ₀以上になると、機関回転数が所
定値Ｎ₀以下であれば、吸気制御弁２１は第２の位置を
とるよう制御される。この時に吸気主通路１４と吸気副
通路１３は共に吸気制御弁２１にて閉塞され、一方向通
路１５のリード弁１９を通過して流入する吸気のみが燃
焼室４内に吸入される。低速高負荷時は吸気吹き返しが
著しくなるものの、吸気制御弁２１が第２の位置にある
ために吹き返し流は一方向通路１５内を逆流しようとし
てもリード弁１９によって上流に吹き抜けることがなく
なる。

【００３８】機関回転数Ｎが所定値Ｎ₀以上になると、
吸気制御弁２１が再び第１の位置に制御される。この
時、吸気絞り弁２２の開度が所定値Ｌ₀以上の高負荷運
転時であれば、吸気主通路１４は連通状態となり、従っ
て高速時に必要な吸入空気量を燃焼室４内に供給でき
る。

【００３９】また、本実施例では、機関高速・低負荷運
転時（回転数がＮ₀以上で吸気絞り弁２２開度Ｌが所定
値Ｌ以下の時）は吸気副通路１３を通過した吸気が燃焼
室４内に流入され、燃焼室内にスワールを生成すること
になる。これにより、従来の３モード吸気系に比較して
高速・低負荷時の燃焼が改善される。特に本実施例を車
両用内燃機関に適用した場合では、高い車速で定常走行
をする時のような機関高速・低負荷運転時に燃焼改善効
果が得られ、燃費の向上が期待できるのである。

【００４０】以上の実施例では、ひとつの吸気制御弁２
１で吸気主通路１４と吸気副通路１３とを同時に閉塞・
連通切換をしていたが、別の実施例として図１のような
連通路１４ａを特に設けず、吸気主通路１４と吸気副通
路１３内とをそれぞれ閉塞できる第１バルブ、第２バル
ブを設け、第１、第２バルブそれぞれを、一方が開弁さ
れている時は他方も開弁され（第１の位置）、逆に一方
が閉弁されている時は他方も閉弁され（第２の位置）る
ようにギヤリンク機構等にて連動させ、第１の位置、第
２の位置の切換制御を図５の制御フローに従わせても本
願発明の範中である。

【００４１】

【発明の効果】吸気主通路内に１つだけ設けた吸気制御
弁を第１の位置と第２の位置とに切り換えるだけで３モ
ード吸気系を達成することができ、従って吸気制御弁の
駆動アクチュエータの構造及びその制御機構を簡単にで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例におけるシステム図。

【図２】図１のＷ−Ｗ断面図。

【図３】図１のＸ−Ｘ断面図。

【図４】図１のＹ−Ｙ断面図。

【図５】本実施例の制御フローチャート。

【図６】従来技術図面。

【符号の説明】

９・・・・・・吸気ポート１３・・・・・吸気副通路１４・・・・・吸気主通路１５・・・・・一方向通路１９・・・・・リード弁２１・・・・・吸気制御弁２２・・・・・吸気絞り弁２３・・・・・アイドルスピード制御弁

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】機関燃焼室に通じるとともに機関高速時
に必要な吸気量を通過させることのできる吸気主通路を
有し、前記吸気主通路の内部には吸気絞り弁を有し、前
記吸気絞り弁の開度が所定値以下の時にはその上流開口
部が前記吸気絞り弁の上流に位置されその下流開口部は
燃焼室内にスワールを生成すべく設置された吸気副通路
を有するとともに、それ自身が第１の位置にある時は吸
気主通路及び吸気副通路を共に連通状態にし、第２の位
置にある時には前記吸気絞り弁下流の吸気主通路及び吸
気副通路を遮断する吸気制御弁手段を有し、第２の位置
にある前記吸気制御弁手段を迂回して燃焼室内に吸気を
供給するとともにその内部には吸気上流から下流への流
れのみを許容する一方弁手段を設置した一方向通路を有
し、更に前記吸気制御弁手段を、機関高速時または機関
低速時であっても前記吸気絞り弁の開度が前記所定値以
下の時は第１の位置に制御し、機関低速時且つ吸気絞り
弁の開度が前記所定値以上である時には第２の位置に制
御することを特徴とする内燃機関の吸気制御装置。