JP3774992B2 - エンジンの吸気制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、エンジンの吸気制御装置に関し、特に、運転条件に応じて成層燃焼と均質燃焼とを切り換えると共にスワール制御弁を備えたエンジンにおいて、燃焼切換時のスワール制御弁の制御技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ガソリンエンジン等の火花点火式エンジンにおいて、燃料を燃焼室内に直接噴射し、低・中負荷領域では、燃料を圧縮行程で噴射することにより点火プラグ付近のみに可燃混合気を層状に生成して成層燃焼を行い、これにより、空燃比を大幅にリーンとした燃焼を可能として燃費，排気浄化性能を大きく改善した技術が開発されている。
【０００３】
但し、該成層燃焼を行なう内燃機関でも、所定以上の高負荷領域では、限られたシリンダ容積で要求トルクを確保するためには、燃料を吸気行程で噴射して（別途吸気ポートに燃料噴射弁を設けるものも提案されている) 均質に混合した混合気を形成し、均質燃焼を行なう必要があり、したがって、成層燃焼と均質燃焼とを運転状態に応じて切り換えるようにしている。
【０００４】
また、前記成層燃焼には、燃焼室内に成層混合気を形成するために強いスワールの生成が要求され、このため、吸気ポート近傍にスワール制御弁を介装し、成層燃焼時には該スワール制御弁の開度を小さくして吸気流を絞り強いスワールを得るようにすることが提案されている。一方、前記均質燃焼時には、成層燃焼時ほど強いスワールの生成が要求されないため、成層燃焼時と均質燃焼時とでスワール制御弁の開度を切り換える必要がある。
【０００５】
従来、成層燃焼と均質燃焼とを切り換えるエンジンにおいて、スワール制御弁の開度を切換制御する技術としては、特開平７−２９３２６０号に開示されるようなものがある。
このものでは、成層燃焼時及びスロットル全開付近を除く高負荷運転領域での均質燃焼時にはスワール制御弁を閉じてスワールを発生させ、スロットル弁全開付近の高負荷運転領域での均質燃焼時にはスワール制御弁を全開としている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来例においては、均質全開燃焼から成層燃焼に切り換わる過渡時に実際の燃焼を切り換えると同時にスワール制御弁を成層燃焼用の開度に切換駆動しているため、スワール制御弁の動作遅れによって成層燃焼に必要な強さのスワールが得られず、燃焼が悪化することがあった。
【０００７】
本発明は、このような従来の課題に着目してなされたもので、燃焼方式に応じたスワール制御弁の開度が燃焼の切換当初から得られ、以て、切換当初から安定した燃焼が得られるようにしたエンジンの吸気制御装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項１に係る発明は図１に示すように、
均質燃焼と成層燃焼とを切り換えるエンジンの吸気系にスワール制御弁を介装し、該スワール弁の目標開度を前記燃焼毎に設定するエンジンの吸気制御装置において、ワール制御弁の均質燃焼と成層燃焼との切り換えに応じた目標開度の切換タイミングを、均質燃焼から成層燃焼への切換時にはエンジン運転状態に応じた均質燃焼から成層燃焼への切換の要求があったときに設定し、成層燃焼から均質燃焼への切換時にはエンジン運転状態に応じた均質燃焼から成層燃焼への切換の要求があった後に実際の燃焼が均質燃焼に切り換えられるときに設定する目標開度切換タイミング制御手段を設けたことを特徴とする。
【０００９】
既述したように成層燃焼時はスワール制御弁によるスワールの生成が必要である。ここで、均質燃焼から成層燃焼への切換時は、実際の燃焼の切換と同時にスワール制御弁を成層燃焼用の開度（例えば最小開度) に切換駆動すると動作遅れを生じてしまうので、実際の燃焼切換より早めに駆動開始して成層燃焼の開始時にはスワール制御弁が目標開度となっているようにすべきである。
【００１０】
一方、成層燃焼から均質燃焼への切換時は、燃焼の切換と同時にスワール制御弁を均質燃焼用の開度になるように開動作を開始すると、動作遅れを生じるため均質燃焼に対して切換当初少し強めのスワールが残留するが、均質燃焼の場合は燃焼悪化の問題はない。対して、スワール制御弁を実際の均質燃焼の切換より先に駆動開始すると、まだ、成層燃焼が行なわれているときにスワールが減じられることにより燃焼性が悪化してしまう。したがって、成層燃焼から均質燃焼への切換時は、燃焼の切換と同時にスワール制御弁を均質燃焼用の開度になるように切換開動作を開始すべきである。
【００１１】
以上のことから、前記目標開度切換タイミング制御手段により、均質燃焼と成層燃焼との切換方向によって異なるタイミングに設定することにより、成層燃焼中のスワール制御弁の開度を適正に制御することができ、以て、良好な燃焼を維持できる。
【００１２】
エンジンの運転状態に応じた燃焼の切換要求があっても、直ちに燃焼を切り換えることは、当量比の段差，これに伴うトルクの段差等により安定した切換を行なうことはできない。したがって、前記切換要求があった後、安定した切換が行なわれる。
そこで、均質燃焼から成層燃焼への切換時には、前記エンジン運転状態に応じた均質燃焼から成層燃焼への切換の要求があったときに設定して速やかにスワール制御弁の開度を成層燃焼用の開度とすることができ、また、成層燃焼から均質燃焼への切換時には実際の燃焼が均質燃焼に切り換えられるときに設定することにより、その前の成層燃焼中にスワール制御弁の開度が増大してスワール不足となることを防止できる。
【００１３】
また、請求項２に係る発明は、
前記目標開度切換タイミング制御手段は、スワール制御弁の目標開度をエンジン運転状態に応じた要求が均質燃焼で、かつ、実際の燃焼も均質燃焼に切り換えられているときのみ均質燃焼用の開度とし、それ以外のときは成層燃焼用の開度とすることを特徴とする。
【００１４】
このように開度の切換を設定するだけで、請求項１と同一のタイミングでスワール制御弁の切換が行なわれるので、同一の作用・効果を奏する。
また、請求項３に係る発明は、
理論空燃比での均質ストイキ燃焼と、理論空燃比よりリーンな空燃比での均質リーン燃焼と、成層燃焼とを切り換え、かつ、各燃焼の切換時に目標当量比を吸入空気量の位相に同期させる手段を備えたエンジンの吸気系にスワール制御弁を介装し、該スワール弁の目標開度を前記燃焼毎に設定するエンジンの吸気制御装置において、
前記スワール制御弁の前記各燃焼の切り換えに応じた目標開度の切換タイミングを、均質ストイキ燃焼又は均質リーン燃焼から成層燃焼への切換時にはエンジン運転状態に応じた均質燃焼から成層燃焼への切換の要求があったときに設定し、成層燃焼から均質リーン燃焼への切換時には実際の燃焼が均質燃焼に切り換えられるときに設定し、成層燃焼から均質ストイキ燃焼への切換時には目標当量比が所定値以上となったときに設定する目標開度切換タイミング制御手段を設けたことを特徴とする。
【００１７】
均質リーン燃焼と成層燃焼との間の切換タイミングは、請求項１の発明と同様の理由で、同様の作用・効果が得られる。
また、成層燃焼から均質ストイキ燃焼への切換時は、実際の燃焼が均質燃焼に切り換えられても、直ちにストイキ燃焼になるわけではなく、当量比が徐々にストイキの当量比（理論空燃比) に近づけられるので、該当量比がストイキ燃焼の当量比に近い所定の当量比以上になった段階で、該均質ストイキ燃焼用の開度に切り換えることで、良好な燃焼を維持できる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図に基づいて説明する。
図２は、本発明の一実施形態のシステム構成を示す。
アクセル開度センサ１は、ドライバによって操作されるアクセルペダルの開度を検出する。
【００１９】
クランク角センサ２は、単位クランク角毎のポジション信号及び気筒行程位相差毎の基準信号を発生し、前記ポジション信号の単位時間当りの発生数を計測することにより、あるいは前記基準信号発生周期を計測することにより、エンジン回転速度を検出できる。
エアフローメータ３は、エンジン４への吸入空気量を検出する。
【００２０】
水温センサ５は、エンジンの冷却水温度を検出する。
エンジン４には、燃料噴射信号によって駆動し、燃料を直接燃焼室内に噴射供給する燃料噴射弁６、燃焼室に装着されて点火を行う点火栓７が設けられる。該燃焼室内へ圧縮行程で燃料噴射することにより、層状燃焼によるリーン化が可能となり、空燃比を広範囲に可変制御することができる。また、高負荷条件では吸気行程で燃料噴射して均質燃焼を行い出力を確保するように、燃焼を切り換える。一方、エンジン４の吸気通路８には、スロットル弁９が介装され、該スロットル弁９の開度をＤＣモータ等により電子制御するスロットル弁制御装置10が備えられている。なお、スロットル弁９は、新気量を制御する新気量計量弁を構成する。
【００２１】
前記各種センサ類からの検出信号は、コントロールユニット11へ入力され、該コントロールユニット11は、前記センサ類からの信号に基づいて検出される運転状態に応じて前記スロットル弁制御装置10を介してスロットル弁９の開度を制御し、前記燃料噴射弁６を駆動して燃料噴射量 (燃料供給量) を制御し、点火時期を設定して該点火時期で前記点火栓７を点火させる制御を行う。
【００２２】
また、吸気通路８の吸気ポート部分に燃焼室内のスワール力を制御するように開度制御されるスワール制御弁12が備えられている。
そして、前記コントロールユニット11により、後述するようにして、アクセル開度θａとエンジン回転速度Ｎｅとに基づいて目標吸入空気量を演算し、該目標吸入空気量が得られるように前記スロットル弁制御装置10に駆動信号を出力してスロットル弁９の開度を制御すると共に、前記スワール制御弁12の開度を目標開度に制御する。ここで、該スワール制御弁12の開度によって吸気のスワール状態が変わるが、成層燃焼と均質燃焼とではそれぞれに適したスワール強さが異なり、例えば、高負荷条件で均質燃焼を行なう場合は、スワールの生成は不要であるのに対し、成層燃焼時には燃焼室内での成層混合気形成のため強いスワールを必要とする。このため、燃焼の切り換えによって、スワール制御弁12の目標開度を切り換える制御を行なう。
【００２３】
前記排気通路13には、排気中の特定成分例えば酸素の濃度を検出して混合気の空燃比を検出する空燃比センサ14が設けられる。
図３は、第１の実施形態における燃焼切換に対応したＳＣＶの開度切換タイミング制御を示す。
ステップ１では、エンジンの各種センサによる運転状態の検出値、例えば、アクセル操作量θａ，エンジン回転速度Ｎｅ，冷却水温度Ｔｗ等を読み込む。
【００２４】
ステップ２では、これら検出値に基づいて、成層燃焼，均質燃焼のいずれか適した方を選択する。
ステップ３では、前記選択された燃焼に切換要求が生じているか否かを判定する。ここで、実際の燃焼の切換タイミングについて説明する。前記ステップ１での運転状態に基づいて燃焼を切り換える要求が出ても、直ぐに燃焼状態を切り換えると吸入空気量の応答遅れによりトルクに段差がつくなどの不都合を生じるので、当量比を徐々に切換燃焼後の目標値に近づけるように変化させ、トルクに段差を生じることなく切換が可能なタイミングで実際の燃焼の切り換えを行なう。
【００２５】
そして、前記運転状態に基づく燃焼の切換要求が出たときに、第１目標燃焼状態フラグＦＳＴＲ１の値（例えば均質で０，成層で１) を切り換え、その後、実際の燃焼を切り換えるタイミングで第２目標燃焼状態フラグＦＳＴＲ２の値（同じく均質で０，成層で１) を切り換える。前記燃焼の切換要求が出ているときとは、該要求が出されてから実際に燃焼が切り換えられるまでの間、つまり、前記第１目標燃焼状態フラグＦＳＴＲ１の値と第２目標燃焼状態フラグＦＳＴＲ２の値とが不一致のときである。
【００２６】
前記ステップ３で燃焼切換の要求が生じていないと判定されたときは、ステップ４へ進み、現在の燃焼状態が均質燃焼であるか否かを判定する。そして、均質燃焼と判定された場合は、ステップ５へ進んで、該均質燃焼に応じてスワール制御弁12の目標開度を大きく設定し（高負荷時には全開とする) 、成層燃焼と判定された場合は、ステップ６へ進み該成層燃焼に応じてスワール制御弁12の目標開度ｔＳＣＶを小さい値に設定する。
【００２７】
一方、前記ステップ３で燃焼の切換要求が生じていると判定された場合、つまり、該要求が出されてから実際の燃焼が切り換えられるまでの間は、ステップ６へ進んでスワール制御弁12の目標開度を成層燃焼に応じた目標開度ｔＳＣＶに設定する。
図４は、上記と同一の制御ロジックを別の形態で実行した第２の実施形態のフローチャートを示したもので、ステップ11で、前記第１目標燃焼状態フラグＦＳＴＲ１と第２目標燃焼状態フラグＦＳＴＲ２が共に０であるか否かを判定し、そうである場合はステップ12へ進んで均質燃焼に応じたＳＣＶの目標開度ｔＳＣＶに設定し、そうでない場合はステップ13へ進んで成層燃焼に応じたＳＣＶの目標開度ｔＳＣＶに設定する。
を選択する。
【００２８】
また、図５に示す第３の実施形態に係るフローチャートに示すように、ステップ21で前記ステップ11と同様第１目標燃焼状態フラグＦＳＴＲ１と第２目標燃焼状態フラグＦＳＴＲ２が共に０であるか否かを判定し、そうである場合はステップ22へ進んで均質燃焼に応じたＳＣＶの目標開度ｔＳＣＶを設定したマップを選択し、そうでない場合はステップ23へ進んで成層燃焼に応じたＳＣＶの目標開度ｔＳＣＶを設定したマップを選択し、ステップ24でそれぞれのマップからエンジンの運転状態に応じて検索した目標開度ｔＳＣＶを設定するようにしてもよい。
【００２９】
以上の実施形態におけるスワール制御弁の燃焼切換に応じた目標開度の切換タイミングの制御をまとめると、成層燃焼から均質燃焼に切り換える場合は、該切換要求が出されてから実際の切換が行なわれるまでの間は、切換前の成層燃焼に応じた目標開度に維持され、実際の燃焼切換後に均質燃焼に応じた目標開度に切り換えられる。
【００３０】
一方、均質燃焼から成層燃焼に切り換える場合は、該切換要求と同時に成層燃焼に応じた目標開度に切り換えられ、実際の燃焼切換後も成層燃焼に応じた目標開度に設定されることとなる。
図６，図７は、上記各実施形態における燃焼切換時の様子を示したものである。
【００３１】
ＳＣＶの目標開度ｔＳＣＶが切り換えられても、ステップモータ等で駆動されるＳＣＶの開度が目標開度に切換終了するまでに遅れがある。そして、安定した成層燃焼を確保するためにはＳＣＶが目標開度（例えば最小開度) になっていて強いスワールの生成が必然であるのに対し、均質燃焼ではスワールの生成はそれより小さくてよいが、ＳＣＶの駆動動作遅れにより一時的に適正値より強いスワールが残留していても問題はない。
【００３２】
したがって、図６に示すように均質燃焼から成層燃焼への切換では、エンジン負荷等の運転状態から該切換が要求されると同時にＳＣＶを駆動して、実際の燃焼切換が行なわれるまでに、ＳＣＶの実際の開度ｒＳＣＶを目標開度ｔＳＣＶに切り換えておくことにより、成層燃焼への切換開始直後からＳＣＶにより適正な強度のスワールを生成して良好な成層燃焼を得ることができる。
【００３３】
一方、成層燃焼から均質燃焼への切換では、図７に示すように実際の燃焼が成層燃焼である間は、ＳＣＶの開度を成層燃焼用の目標開度ｔＳＣＶに維持し、均質燃焼に切換と同時に目標開度ｔＳＣＶを均質燃焼用の開度に増大する。実際のｒＳＣＶが均質燃焼用の目標開度ｔＳＣＶに切り換わるには駆動の遅れがあるが、既述したように、一時的に強めのスワールが残留する程度であり均質燃焼に影響を与えることはない。
【００３４】
図８は、均質燃焼でも理論空燃比で燃焼を行なう均質ストイキ燃焼と理論空燃比よりリーン（空燃比20程度) な均質リーン燃焼と成層燃焼とを切り換えるエンジンにおいて、均質ストイキ燃焼と成層燃焼との間で切換を行なう場合のＳＣＶ開度切換制御の実施形態のフローチャートを示す。
ステップ31〜ステップ34は、前記第１の実施形態のステップ１〜ステップ４と同様である。
【００３５】
ステップ34で、均質燃焼と判定と判定されたときはステップ35へ進み、目標燃焼状態が均質リーン燃焼であるか否（均質ストイキ燃焼) であるかを、運転状態に応じて設定されるフラグＦＬＥＡＮの値によって判定する。
そして、均質リーン燃焼であると判定されたときは、ステップ36へ進んで均質リーン燃焼に応じたＳＣＶの目標開度ｔＳＣＶhlを選択する。なお、均質リーン燃焼では、混合性を良くするため、ある程度のスワールを発生させるべく、成層燃焼用の開度（例えば最小開度) と均質ストイキ燃焼用の開度（例えば全開) との間の中間開度に設定する。
【００３６】
また、ステップ35で均質ストイキ燃焼と判定された場合は、ステップ37へ進み、当量比が均質ストイキ燃焼用のＳＣＶ開度（例えば全開) を許可する設定値以上になっているか否かを判定する。即ち、定常の均質ストイキ燃焼時つまり理論空燃比燃焼時では当然に当量比は前記設定値より大きい値となるようにしているが、成層燃焼から均質ストイキ燃焼への切り換え時には、トルクを滑らかに変化させるため、目標燃焼状態が均質ストイキ燃焼と判定され、実際の燃焼を均質燃焼に切り換えた後も当量比を徐々に増大して目標の理論空燃比に達するようにしている。このため、均質ストイキ燃焼の当量比に比較して当量比が小さ過ぎる場合、つまり、実際にはまだ均質リーン燃焼である場合に、ＳＣＶを均質ストイキ燃焼用の開度に切り換えてしまうと、スワールが弱過ぎて混合性が低下し、良好な燃焼が得られない。そこで、前記当量比が前記設定値以上となるまでは、ステップ36へ進んで、ＳＣＶを均質リーン燃焼用の目標開度ｔＳＣＶhlに設定し、設定値以上となってからステップ38へ進んで均質ストイキ燃焼用の目標開度ｔＳＣＶhsに切り換える。
【００３７】
また、ステップ31で燃焼切り換え要求が出されている場合、及びステップ32で実際の燃焼が成層燃焼と判定されている場合は、前記第１の実施形態で説明した理由により、ステップ39へ進んでＳＣＶとして成層燃焼用の目標開度ｔＳＣＶs を選択する。
図９，図10は、該第４の実施形態の燃焼切換時の様子を示したものである。
【００３８】
図９において均質ストイキ燃焼から成層燃焼への切換時は、まず、目標エンジントルクｔＴｅＯの減少に伴い目標燃焼状態が均質ストイキ燃焼から均質リーン燃焼に切り換わり（ＦＬＥＡＮ＝ストイキ→リーン) 、ここで、ＳＣＶの目標開度ｔＳＣＶが均質ストイキ燃焼用の目標開度ｔＳＣＶhsから均質リーン燃焼用の目標開度ｔＳＣＶhlに切り換わり、実際の開度ｒＳＣＶが目標開度ｔＳＣＶhlまで減少する。
【００３９】
このようにして、燃焼状態が均質ストイキ燃焼から均質リーン燃焼に切り換わると、これに応じてＳＣＶの目標開度も均質ストイキ燃焼用の目標開度ｔＳＣＶhsから均質リーン燃焼用の目標開度ｔＳＣＶhlに切り換わり、それぞれの燃焼に応じた適正なスワールを得て良好な燃焼状態を確保することができる。
次いで、エンジン運転状態の変化に応じて燃焼状態の切換要求が出され、第１目標燃焼状態フラグＦＳＴＲ１が均質燃焼から成層燃焼に切り換えられると、その時点でＳＣＶの目標開度ｔＳＣＶは、前記均質リーン燃焼用の目標開度ｔＳＣＶhlから成層燃焼用の目標開度ｔＳＣＶs に切り換えられ、実際の開度ｒＳＣＶが再度目標開度ｔＳＣＶs まで減少する。
【００４０】
このようにして、その後、目標当量比の減少により、実際の燃焼が均質燃焼から成層燃焼に切り換えられるときには、実際の開度ｒＳＣＶは成層燃焼用の目標開度ｔＳＣＶs に達しており、切換当初から成層燃焼に適した強いスワールを得て良好な成層燃焼に移行することができる。
一方、成層燃焼から均質ストイキ燃焼への切換時は、図10において目標エンジントルクｔＴｅＯの増大に応じて、まず、目標燃焼状態の切換要求が出されて第１目標燃焼状態フラグＦＳＴＲ１が成層燃焼から均質燃焼に切り換わり、次いで均質リーン燃焼から均質ストイキ燃焼への切換に応じてフラグＦＬＥＡＮがリーンからストイキに切り換わり、最後に実際の燃焼の切換に応じてフラグＦＳＴＲ２が成層燃焼から均質に切り換わるが、ＳＣＶの目標開度ｔＳＣＶは成層燃焼用の目標開度ｔＳＣＶs に維持される。
【００４１】
さらに目標エンジントルクｔＴｅＯの増大に伴い目標当量比ＴＦＢＹＡが増大して実際の均質ストイキ燃焼に近い設定値当量比ＴＦＢＹＡｏになったときに初めてＳＣＶの目標開度ｔＳＣＶを均質ストイキ燃焼用の目標開度ｔＳＣＶhsに切り換え、実際の開度ｒＳＣＶを前記目標開度ｔＳＣＶhs（例えば全開) まで増大させる。
【００４２】
即ち、実際の燃焼が成層燃焼である間は勿論のこと、均質燃焼に切り換えられてからも目標当量比が小さい過渡状態では、成層燃焼用の開度に維持することにより適度なスワールを発生させて良好な燃焼を維持する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の構成・機能を示すブロック図。
【図２】本発明の一実施形態のシステム構成を示す図。
【図３】第１の実施形態に係るＳＣＶの開度制御ルーチンを示すフローチャート。
【図４】第２の実施形態に係るＳＣＶの開度制御ルーチンを示すフローチャート。
【図５】第３の実施形態に係るＳＣＶの開度制御ルーチンを示すフローチャート。
【図６】第１〜第３の各実施形態における均質燃焼から成層燃焼への切換時における各状態量の変化を示すタイムチャート。
【図７】第１〜第３の各実施形態における成層燃焼から均質燃焼への切換時における各状態量の変化を示すタイムチャート。
【図８】第４の実施形態に係るＳＣＶの開度制御ルーチンを示すフローチャート。
第１〜第３の各実施形態における均質燃焼から成層燃焼への切換時における各状態量の変化を示すタイムチャート。
【図９】第４の各実施形態における均質ストイキ燃焼から成層燃焼への切換時における各状態量の変化を示すタイムチャート。
【図１０】第４の各実施形態における成層燃焼から均質ストイキ燃焼への切換時における各状態量の変化を示すタイムチャート。
【符号の説明】
１ アクセル開度センサ
２ クランク角センサ
３ エアフロメータ
４ エンジン
６ 燃料噴射弁
８ 吸気通路
９ スロットル弁
10 スロットル弁制御装置
11 コントロールユニット
12 スワール制御弁
【産業上の利用分野】
本発明は、エンジンの吸気制御装置に関し、特に、運転条件に応じて成層燃焼と均質燃焼とを切り換えると共にスワール制御弁を備えたエンジンにおいて、燃焼切換時のスワール制御弁の制御技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ガソリンエンジン等の火花点火式エンジンにおいて、燃料を燃焼室内に直接噴射し、低・中負荷領域では、燃料を圧縮行程で噴射することにより点火プラグ付近のみに可燃混合気を層状に生成して成層燃焼を行い、これにより、空燃比を大幅にリーンとした燃焼を可能として燃費，排気浄化性能を大きく改善した技術が開発されている。
【０００３】
但し、該成層燃焼を行なう内燃機関でも、所定以上の高負荷領域では、限られたシリンダ容積で要求トルクを確保するためには、燃料を吸気行程で噴射して（別途吸気ポートに燃料噴射弁を設けるものも提案されている) 均質に混合した混合気を形成し、均質燃焼を行なう必要があり、したがって、成層燃焼と均質燃焼とを運転状態に応じて切り換えるようにしている。
【０００４】
また、前記成層燃焼には、燃焼室内に成層混合気を形成するために強いスワールの生成が要求され、このため、吸気ポート近傍にスワール制御弁を介装し、成層燃焼時には該スワール制御弁の開度を小さくして吸気流を絞り強いスワールを得るようにすることが提案されている。一方、前記均質燃焼時には、成層燃焼時ほど強いスワールの生成が要求されないため、成層燃焼時と均質燃焼時とでスワール制御弁の開度を切り換える必要がある。
【０００５】
従来、成層燃焼と均質燃焼とを切り換えるエンジンにおいて、スワール制御弁の開度を切換制御する技術としては、特開平７−２９３２６０号に開示されるようなものがある。
このものでは、成層燃焼時及びスロットル全開付近を除く高負荷運転領域での均質燃焼時にはスワール制御弁を閉じてスワールを発生させ、スロットル弁全開付近の高負荷運転領域での均質燃焼時にはスワール制御弁を全開としている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来例においては、均質全開燃焼から成層燃焼に切り換わる過渡時に実際の燃焼を切り換えると同時にスワール制御弁を成層燃焼用の開度に切換駆動しているため、スワール制御弁の動作遅れによって成層燃焼に必要な強さのスワールが得られず、燃焼が悪化することがあった。
【０００７】
本発明は、このような従来の課題に着目してなされたもので、燃焼方式に応じたスワール制御弁の開度が燃焼の切換当初から得られ、以て、切換当初から安定した燃焼が得られるようにしたエンジンの吸気制御装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項１に係る発明は図１に示すように、
均質燃焼と成層燃焼とを切り換えるエンジンの吸気系にスワール制御弁を介装し、該スワール弁の目標開度を前記燃焼毎に設定するエンジンの吸気制御装置において、ワール制御弁の均質燃焼と成層燃焼との切り換えに応じた目標開度の切換タイミングを、均質燃焼から成層燃焼への切換時にはエンジン運転状態に応じた均質燃焼から成層燃焼への切換の要求があったときに設定し、成層燃焼から均質燃焼への切換時にはエンジン運転状態に応じた均質燃焼から成層燃焼への切換の要求があった後に実際の燃焼が均質燃焼に切り換えられるときに設定する目標開度切換タイミング制御手段を設けたことを特徴とする。
【０００９】
既述したように成層燃焼時はスワール制御弁によるスワールの生成が必要である。ここで、均質燃焼から成層燃焼への切換時は、実際の燃焼の切換と同時にスワール制御弁を成層燃焼用の開度（例えば最小開度) に切換駆動すると動作遅れを生じてしまうので、実際の燃焼切換より早めに駆動開始して成層燃焼の開始時にはスワール制御弁が目標開度となっているようにすべきである。
【００１０】
一方、成層燃焼から均質燃焼への切換時は、燃焼の切換と同時にスワール制御弁を均質燃焼用の開度になるように開動作を開始すると、動作遅れを生じるため均質燃焼に対して切換当初少し強めのスワールが残留するが、均質燃焼の場合は燃焼悪化の問題はない。対して、スワール制御弁を実際の均質燃焼の切換より先に駆動開始すると、まだ、成層燃焼が行なわれているときにスワールが減じられることにより燃焼性が悪化してしまう。したがって、成層燃焼から均質燃焼への切換時は、燃焼の切換と同時にスワール制御弁を均質燃焼用の開度になるように切換開動作を開始すべきである。
【００１１】
以上のことから、前記目標開度切換タイミング制御手段により、均質燃焼と成層燃焼との切換方向によって異なるタイミングに設定することにより、成層燃焼中のスワール制御弁の開度を適正に制御することができ、以て、良好な燃焼を維持できる。
【００１２】
エンジンの運転状態に応じた燃焼の切換要求があっても、直ちに燃焼を切り換えることは、当量比の段差，これに伴うトルクの段差等により安定した切換を行なうことはできない。したがって、前記切換要求があった後、安定した切換が行なわれる。
そこで、均質燃焼から成層燃焼への切換時には、前記エンジン運転状態に応じた均質燃焼から成層燃焼への切換の要求があったときに設定して速やかにスワール制御弁の開度を成層燃焼用の開度とすることができ、また、成層燃焼から均質燃焼への切換時には実際の燃焼が均質燃焼に切り換えられるときに設定することにより、その前の成層燃焼中にスワール制御弁の開度が増大してスワール不足となることを防止できる。
【００１３】
また、請求項２に係る発明は、
前記目標開度切換タイミング制御手段は、スワール制御弁の目標開度をエンジン運転状態に応じた要求が均質燃焼で、かつ、実際の燃焼も均質燃焼に切り換えられているときのみ均質燃焼用の開度とし、それ以外のときは成層燃焼用の開度とすることを特徴とする。
【００１４】
このように開度の切換を設定するだけで、請求項１と同一のタイミングでスワール制御弁の切換が行なわれるので、同一の作用・効果を奏する。
また、請求項３に係る発明は、
理論空燃比での均質ストイキ燃焼と、理論空燃比よりリーンな空燃比での均質リーン燃焼と、成層燃焼とを切り換え、かつ、各燃焼の切換時に目標当量比を吸入空気量の位相に同期させる手段を備えたエンジンの吸気系にスワール制御弁を介装し、該スワール弁の目標開度を前記燃焼毎に設定するエンジンの吸気制御装置において、
前記スワール制御弁の前記各燃焼の切り換えに応じた目標開度の切換タイミングを、均質ストイキ燃焼又は均質リーン燃焼から成層燃焼への切換時にはエンジン運転状態に応じた均質燃焼から成層燃焼への切換の要求があったときに設定し、成層燃焼から均質リーン燃焼への切換時には実際の燃焼が均質燃焼に切り換えられるときに設定し、成層燃焼から均質ストイキ燃焼への切換時には目標当量比が所定値以上となったときに設定する目標開度切換タイミング制御手段を設けたことを特徴とする。
【００１７】
均質リーン燃焼と成層燃焼との間の切換タイミングは、請求項１の発明と同様の理由で、同様の作用・効果が得られる。
また、成層燃焼から均質ストイキ燃焼への切換時は、実際の燃焼が均質燃焼に切り換えられても、直ちにストイキ燃焼になるわけではなく、当量比が徐々にストイキの当量比（理論空燃比) に近づけられるので、該当量比がストイキ燃焼の当量比に近い所定の当量比以上になった段階で、該均質ストイキ燃焼用の開度に切り換えることで、良好な燃焼を維持できる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図に基づいて説明する。
図２は、本発明の一実施形態のシステム構成を示す。
アクセル開度センサ１は、ドライバによって操作されるアクセルペダルの開度を検出する。
【００１９】
クランク角センサ２は、単位クランク角毎のポジション信号及び気筒行程位相差毎の基準信号を発生し、前記ポジション信号の単位時間当りの発生数を計測することにより、あるいは前記基準信号発生周期を計測することにより、エンジン回転速度を検出できる。
エアフローメータ３は、エンジン４への吸入空気量を検出する。
【００２０】
水温センサ５は、エンジンの冷却水温度を検出する。
エンジン４には、燃料噴射信号によって駆動し、燃料を直接燃焼室内に噴射供給する燃料噴射弁６、燃焼室に装着されて点火を行う点火栓７が設けられる。該燃焼室内へ圧縮行程で燃料噴射することにより、層状燃焼によるリーン化が可能となり、空燃比を広範囲に可変制御することができる。また、高負荷条件では吸気行程で燃料噴射して均質燃焼を行い出力を確保するように、燃焼を切り換える。一方、エンジン４の吸気通路８には、スロットル弁９が介装され、該スロットル弁９の開度をＤＣモータ等により電子制御するスロットル弁制御装置10が備えられている。なお、スロットル弁９は、新気量を制御する新気量計量弁を構成する。
【００２１】
前記各種センサ類からの検出信号は、コントロールユニット11へ入力され、該コントロールユニット11は、前記センサ類からの信号に基づいて検出される運転状態に応じて前記スロットル弁制御装置10を介してスロットル弁９の開度を制御し、前記燃料噴射弁６を駆動して燃料噴射量 (燃料供給量) を制御し、点火時期を設定して該点火時期で前記点火栓７を点火させる制御を行う。
【００２２】
また、吸気通路８の吸気ポート部分に燃焼室内のスワール力を制御するように開度制御されるスワール制御弁12が備えられている。
そして、前記コントロールユニット11により、後述するようにして、アクセル開度θａとエンジン回転速度Ｎｅとに基づいて目標吸入空気量を演算し、該目標吸入空気量が得られるように前記スロットル弁制御装置10に駆動信号を出力してスロットル弁９の開度を制御すると共に、前記スワール制御弁12の開度を目標開度に制御する。ここで、該スワール制御弁12の開度によって吸気のスワール状態が変わるが、成層燃焼と均質燃焼とではそれぞれに適したスワール強さが異なり、例えば、高負荷条件で均質燃焼を行なう場合は、スワールの生成は不要であるのに対し、成層燃焼時には燃焼室内での成層混合気形成のため強いスワールを必要とする。このため、燃焼の切り換えによって、スワール制御弁12の目標開度を切り換える制御を行なう。
【００２３】
前記排気通路13には、排気中の特定成分例えば酸素の濃度を検出して混合気の空燃比を検出する空燃比センサ14が設けられる。
図３は、第１の実施形態における燃焼切換に対応したＳＣＶの開度切換タイミング制御を示す。
ステップ１では、エンジンの各種センサによる運転状態の検出値、例えば、アクセル操作量θａ，エンジン回転速度Ｎｅ，冷却水温度Ｔｗ等を読み込む。
【００２４】
ステップ２では、これら検出値に基づいて、成層燃焼，均質燃焼のいずれか適した方を選択する。
ステップ３では、前記選択された燃焼に切換要求が生じているか否かを判定する。ここで、実際の燃焼の切換タイミングについて説明する。前記ステップ１での運転状態に基づいて燃焼を切り換える要求が出ても、直ぐに燃焼状態を切り換えると吸入空気量の応答遅れによりトルクに段差がつくなどの不都合を生じるので、当量比を徐々に切換燃焼後の目標値に近づけるように変化させ、トルクに段差を生じることなく切換が可能なタイミングで実際の燃焼の切り換えを行なう。
【００２５】
そして、前記運転状態に基づく燃焼の切換要求が出たときに、第１目標燃焼状態フラグＦＳＴＲ１の値（例えば均質で０，成層で１) を切り換え、その後、実際の燃焼を切り換えるタイミングで第２目標燃焼状態フラグＦＳＴＲ２の値（同じく均質で０，成層で１) を切り換える。前記燃焼の切換要求が出ているときとは、該要求が出されてから実際に燃焼が切り換えられるまでの間、つまり、前記第１目標燃焼状態フラグＦＳＴＲ１の値と第２目標燃焼状態フラグＦＳＴＲ２の値とが不一致のときである。
【００２６】
前記ステップ３で燃焼切換の要求が生じていないと判定されたときは、ステップ４へ進み、現在の燃焼状態が均質燃焼であるか否かを判定する。そして、均質燃焼と判定された場合は、ステップ５へ進んで、該均質燃焼に応じてスワール制御弁12の目標開度を大きく設定し（高負荷時には全開とする) 、成層燃焼と判定された場合は、ステップ６へ進み該成層燃焼に応じてスワール制御弁12の目標開度ｔＳＣＶを小さい値に設定する。
【００２７】
一方、前記ステップ３で燃焼の切換要求が生じていると判定された場合、つまり、該要求が出されてから実際の燃焼が切り換えられるまでの間は、ステップ６へ進んでスワール制御弁12の目標開度を成層燃焼に応じた目標開度ｔＳＣＶに設定する。
図４は、上記と同一の制御ロジックを別の形態で実行した第２の実施形態のフローチャートを示したもので、ステップ11で、前記第１目標燃焼状態フラグＦＳＴＲ１と第２目標燃焼状態フラグＦＳＴＲ２が共に０であるか否かを判定し、そうである場合はステップ12へ進んで均質燃焼に応じたＳＣＶの目標開度ｔＳＣＶに設定し、そうでない場合はステップ13へ進んで成層燃焼に応じたＳＣＶの目標開度ｔＳＣＶに設定する。
を選択する。
【００２８】
また、図５に示す第３の実施形態に係るフローチャートに示すように、ステップ21で前記ステップ11と同様第１目標燃焼状態フラグＦＳＴＲ１と第２目標燃焼状態フラグＦＳＴＲ２が共に０であるか否かを判定し、そうである場合はステップ22へ進んで均質燃焼に応じたＳＣＶの目標開度ｔＳＣＶを設定したマップを選択し、そうでない場合はステップ23へ進んで成層燃焼に応じたＳＣＶの目標開度ｔＳＣＶを設定したマップを選択し、ステップ24でそれぞれのマップからエンジンの運転状態に応じて検索した目標開度ｔＳＣＶを設定するようにしてもよい。
【００２９】
以上の実施形態におけるスワール制御弁の燃焼切換に応じた目標開度の切換タイミングの制御をまとめると、成層燃焼から均質燃焼に切り換える場合は、該切換要求が出されてから実際の切換が行なわれるまでの間は、切換前の成層燃焼に応じた目標開度に維持され、実際の燃焼切換後に均質燃焼に応じた目標開度に切り換えられる。
【００３０】
一方、均質燃焼から成層燃焼に切り換える場合は、該切換要求と同時に成層燃焼に応じた目標開度に切り換えられ、実際の燃焼切換後も成層燃焼に応じた目標開度に設定されることとなる。
図６，図７は、上記各実施形態における燃焼切換時の様子を示したものである。
【００３１】
ＳＣＶの目標開度ｔＳＣＶが切り換えられても、ステップモータ等で駆動されるＳＣＶの開度が目標開度に切換終了するまでに遅れがある。そして、安定した成層燃焼を確保するためにはＳＣＶが目標開度（例えば最小開度) になっていて強いスワールの生成が必然であるのに対し、均質燃焼ではスワールの生成はそれより小さくてよいが、ＳＣＶの駆動動作遅れにより一時的に適正値より強いスワールが残留していても問題はない。
【００３２】
したがって、図６に示すように均質燃焼から成層燃焼への切換では、エンジン負荷等の運転状態から該切換が要求されると同時にＳＣＶを駆動して、実際の燃焼切換が行なわれるまでに、ＳＣＶの実際の開度ｒＳＣＶを目標開度ｔＳＣＶに切り換えておくことにより、成層燃焼への切換開始直後からＳＣＶにより適正な強度のスワールを生成して良好な成層燃焼を得ることができる。
【００３３】
一方、成層燃焼から均質燃焼への切換では、図７に示すように実際の燃焼が成層燃焼である間は、ＳＣＶの開度を成層燃焼用の目標開度ｔＳＣＶに維持し、均質燃焼に切換と同時に目標開度ｔＳＣＶを均質燃焼用の開度に増大する。実際のｒＳＣＶが均質燃焼用の目標開度ｔＳＣＶに切り換わるには駆動の遅れがあるが、既述したように、一時的に強めのスワールが残留する程度であり均質燃焼に影響を与えることはない。
【００３４】
図８は、均質燃焼でも理論空燃比で燃焼を行なう均質ストイキ燃焼と理論空燃比よりリーン（空燃比20程度) な均質リーン燃焼と成層燃焼とを切り換えるエンジンにおいて、均質ストイキ燃焼と成層燃焼との間で切換を行なう場合のＳＣＶ開度切換制御の実施形態のフローチャートを示す。
ステップ31〜ステップ34は、前記第１の実施形態のステップ１〜ステップ４と同様である。
【００３５】
ステップ34で、均質燃焼と判定と判定されたときはステップ35へ進み、目標燃焼状態が均質リーン燃焼であるか否（均質ストイキ燃焼) であるかを、運転状態に応じて設定されるフラグＦＬＥＡＮの値によって判定する。
そして、均質リーン燃焼であると判定されたときは、ステップ36へ進んで均質リーン燃焼に応じたＳＣＶの目標開度ｔＳＣＶhlを選択する。なお、均質リーン燃焼では、混合性を良くするため、ある程度のスワールを発生させるべく、成層燃焼用の開度（例えば最小開度) と均質ストイキ燃焼用の開度（例えば全開) との間の中間開度に設定する。
【００３６】
また、ステップ35で均質ストイキ燃焼と判定された場合は、ステップ37へ進み、当量比が均質ストイキ燃焼用のＳＣＶ開度（例えば全開) を許可する設定値以上になっているか否かを判定する。即ち、定常の均質ストイキ燃焼時つまり理論空燃比燃焼時では当然に当量比は前記設定値より大きい値となるようにしているが、成層燃焼から均質ストイキ燃焼への切り換え時には、トルクを滑らかに変化させるため、目標燃焼状態が均質ストイキ燃焼と判定され、実際の燃焼を均質燃焼に切り換えた後も当量比を徐々に増大して目標の理論空燃比に達するようにしている。このため、均質ストイキ燃焼の当量比に比較して当量比が小さ過ぎる場合、つまり、実際にはまだ均質リーン燃焼である場合に、ＳＣＶを均質ストイキ燃焼用の開度に切り換えてしまうと、スワールが弱過ぎて混合性が低下し、良好な燃焼が得られない。そこで、前記当量比が前記設定値以上となるまでは、ステップ36へ進んで、ＳＣＶを均質リーン燃焼用の目標開度ｔＳＣＶhlに設定し、設定値以上となってからステップ38へ進んで均質ストイキ燃焼用の目標開度ｔＳＣＶhsに切り換える。
【００３７】
また、ステップ31で燃焼切り換え要求が出されている場合、及びステップ32で実際の燃焼が成層燃焼と判定されている場合は、前記第１の実施形態で説明した理由により、ステップ39へ進んでＳＣＶとして成層燃焼用の目標開度ｔＳＣＶs を選択する。
図９，図10は、該第４の実施形態の燃焼切換時の様子を示したものである。
【００３８】
図９において均質ストイキ燃焼から成層燃焼への切換時は、まず、目標エンジントルクｔＴｅＯの減少に伴い目標燃焼状態が均質ストイキ燃焼から均質リーン燃焼に切り換わり（ＦＬＥＡＮ＝ストイキ→リーン) 、ここで、ＳＣＶの目標開度ｔＳＣＶが均質ストイキ燃焼用の目標開度ｔＳＣＶhsから均質リーン燃焼用の目標開度ｔＳＣＶhlに切り換わり、実際の開度ｒＳＣＶが目標開度ｔＳＣＶhlまで減少する。
【００３９】
このようにして、燃焼状態が均質ストイキ燃焼から均質リーン燃焼に切り換わると、これに応じてＳＣＶの目標開度も均質ストイキ燃焼用の目標開度ｔＳＣＶhsから均質リーン燃焼用の目標開度ｔＳＣＶhlに切り換わり、それぞれの燃焼に応じた適正なスワールを得て良好な燃焼状態を確保することができる。
次いで、エンジン運転状態の変化に応じて燃焼状態の切換要求が出され、第１目標燃焼状態フラグＦＳＴＲ１が均質燃焼から成層燃焼に切り換えられると、その時点でＳＣＶの目標開度ｔＳＣＶは、前記均質リーン燃焼用の目標開度ｔＳＣＶhlから成層燃焼用の目標開度ｔＳＣＶs に切り換えられ、実際の開度ｒＳＣＶが再度目標開度ｔＳＣＶs まで減少する。
【００４０】
このようにして、その後、目標当量比の減少により、実際の燃焼が均質燃焼から成層燃焼に切り換えられるときには、実際の開度ｒＳＣＶは成層燃焼用の目標開度ｔＳＣＶs に達しており、切換当初から成層燃焼に適した強いスワールを得て良好な成層燃焼に移行することができる。
一方、成層燃焼から均質ストイキ燃焼への切換時は、図10において目標エンジントルクｔＴｅＯの増大に応じて、まず、目標燃焼状態の切換要求が出されて第１目標燃焼状態フラグＦＳＴＲ１が成層燃焼から均質燃焼に切り換わり、次いで均質リーン燃焼から均質ストイキ燃焼への切換に応じてフラグＦＬＥＡＮがリーンからストイキに切り換わり、最後に実際の燃焼の切換に応じてフラグＦＳＴＲ２が成層燃焼から均質に切り換わるが、ＳＣＶの目標開度ｔＳＣＶは成層燃焼用の目標開度ｔＳＣＶs に維持される。
【００４１】
さらに目標エンジントルクｔＴｅＯの増大に伴い目標当量比ＴＦＢＹＡが増大して実際の均質ストイキ燃焼に近い設定値当量比ＴＦＢＹＡｏになったときに初めてＳＣＶの目標開度ｔＳＣＶを均質ストイキ燃焼用の目標開度ｔＳＣＶhsに切り換え、実際の開度ｒＳＣＶを前記目標開度ｔＳＣＶhs（例えば全開) まで増大させる。
【００４２】
即ち、実際の燃焼が成層燃焼である間は勿論のこと、均質燃焼に切り換えられてからも目標当量比が小さい過渡状態では、成層燃焼用の開度に維持することにより適度なスワールを発生させて良好な燃焼を維持する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の構成・機能を示すブロック図。
【図２】本発明の一実施形態のシステム構成を示す図。
【図３】第１の実施形態に係るＳＣＶの開度制御ルーチンを示すフローチャート。
【図４】第２の実施形態に係るＳＣＶの開度制御ルーチンを示すフローチャート。
【図５】第３の実施形態に係るＳＣＶの開度制御ルーチンを示すフローチャート。
【図６】第１〜第３の各実施形態における均質燃焼から成層燃焼への切換時における各状態量の変化を示すタイムチャート。
【図７】第１〜第３の各実施形態における成層燃焼から均質燃焼への切換時における各状態量の変化を示すタイムチャート。
【図８】第４の実施形態に係るＳＣＶの開度制御ルーチンを示すフローチャート。
第１〜第３の各実施形態における均質燃焼から成層燃焼への切換時における各状態量の変化を示すタイムチャート。
【図９】第４の各実施形態における均質ストイキ燃焼から成層燃焼への切換時における各状態量の変化を示すタイムチャート。
【図１０】第４の各実施形態における成層燃焼から均質ストイキ燃焼への切換時における各状態量の変化を示すタイムチャート。
【符号の説明】
１ アクセル開度センサ
２ クランク角センサ
３ エアフロメータ
４ エンジン
６ 燃料噴射弁
８ 吸気通路
９ スロットル弁
10 スロットル弁制御装置
11 コントロールユニット
12 スワール制御弁
Claims (3)
- 均質燃焼と成層燃焼とを切り換えるエンジンの吸気系にスワール制御弁を介装し、該スワール弁の目標開度を前記燃焼毎に設定するエンジンの吸気制御装置において、ワール制御弁の均質燃焼と成層燃焼との切り換えに応じた目標開度の切換タイミングを、均質燃焼から成層燃焼への切換時にはエンジン運転状態に応じた均質燃焼から成層燃焼への切換の要求があったときに設定し、成層燃焼から均質燃焼への切換時にはエンジン運転状態に応じた均質燃焼から成層燃焼への切換の要求があった後に実際の燃焼が均質燃焼に切り換えられるときに設定する目標開度切換タイミング制御手段を設けたことを特徴とするエンジンの吸気制御装置。
- 前記目標開度切換タイミング制御手段は、スワール制御弁の目標開度をエンジン運転状態に応じた要求が均質燃焼で、かつ、実際の燃焼も均質燃焼に切り換えられているときのみ均質燃焼用の開度とし、それ以外のときは成層燃焼用の開度とすることを特徴とする請求項１に記載のエンジンの吸気制御装置。
- 理論空燃比での均質ストイキ燃焼と、理論空燃比よりリーンな空燃比での均質リーン燃焼と、成層燃焼とを切り換え、かつ、各燃焼の切換時に目標当量比を吸入空気量の位相に同期させる手段を備えたエンジンの吸気系にスワール制御弁を介装し、該スワール弁の目標開度を前記燃焼毎に設定するエンジンの吸気制御装置において、
前記スワール制御弁の前記各燃焼の切り換えに応じた目標開度の切換タイミングを、均質ストイキ燃焼又は均質リーン燃焼から成層燃焼への切換時にはエンジン運転状態に応じた均質燃焼から成層燃焼への切換の要求があったときに設定し、成層燃焼から均質リーン燃焼への切換時には実際の燃焼が均質燃焼に切り換えられるときに設定し、成層燃焼から均質ストイキ燃焼への切換時には目標当量比が所定値以上となったときに設定する目標開度切換タイミング制御手段を設けたことを特徴とするエンジンの吸気制御装置。
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