JP4397262B2 - 気筒休止内燃機関のスロットル装置 - Google Patents

気筒休止内燃機関のスロットル装置 Download PDF

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Description

本発明は、気筒休止内燃機関におけるスロットル装置に関する。
運転者のアクセル操作動が電気的に伝達されて開閉する電子制御式スロットルバルブを備えた内燃機関の場合、スロットルバルブが開き状態のままとなるような電子制御系の異常があると、フェイルセーフの処理として燃料カットが行われ内燃機関がオーバーランするのを防止している。
しかし、スロットルバルブが閉じ側へ戻らない限り、フェイルセーフの処理が続けられることになり、燃料カットが必要以上に続けられると、ドライバビリティを悪化させるばかりでなく内燃機関の稼動停止に至る。
そこで、内燃機関の吸気通路にこの電子制御式スロットルバルブとともに運転者のアクセル操作動が機械的に伝達されて開閉する機械制御式スロットルバルブが直列に配設された例がある(特許文献1参照)。
特許第2998492号公報
電子制御式スロットルバルブと機械制御式スロットルバルブが吸気通路に直列に配設されることで、電子制御式スロットルバルブにおける制御系の異常に対して、機械制御式スロットルバルブの操作でオーバーランを防止するとともに燃料カットを規制して機関停止を回避することができるようにしている。
しかし、吸気通路に電子制御式スロットルバルブと機械制御式スロットルバルブが直列に配設されるので、吸気管長が長くなり、小型車両への搭載が困難であるとともに、所望の出力が得にくくなる。
また、複数のスロットルを有する内燃機関については、その全てのスロットルのそれぞれに対して電子制御式スロットルバルブと機械制御式スロットルバルブを配設しなければならず、構造が複雑となるとともにコスト高となる。
本発明は、かかる点に鑑みなされたもので、その目的とする処は、気筒休止内燃機関において簡単な構造で電子制御式スロットルバルブにおける制御系の異常に対処できるスロットル装置を安価に供する点にある。
課題を解決するための手段および効果
上記目的を達成するために、本請求項1記載の発明は、一部の気筒を休止可能な4つの気筒が車幅方向に並ぶ並列気筒の気筒休止内燃機関において、各気筒の吸気ポートに連結される吸気管が互いに隣接しながら同一方向に延出し、互いに隣接する常時稼動気筒と互いに隣接する休止可能気筒とが交互に配列され、互いに隣接する常時稼動気筒の各吸気ポートに連結される各吸気管が両常時稼動気筒の間にオフセットして互いに近づいて後方に配設され、互いに隣接する休止可能気筒の各吸気ポートに連結される各吸気管がオフセットすることなく真っ直ぐ後方配設され、前記常時稼動気筒の吸気ポートに連結される吸気管には運転者のアクセル操作動が機械的に伝達されて開閉する機械制御式スロットルバルブが設けられ、前記休止可能気筒の吸気ポートに連結される吸気管には運転者のアクセル操作動が電気的に伝達されて開閉する電子制御式スロットルバルブが設けられ、前記機械制御式スロットルバルブの吸気管を貫通するバルブ軸の隣り合う前記電子制御式スロットルバルブが設けられる吸気管側に突出した端部にスロットルワイヤにより回動する作動板が嵌着され、前記電子制御式スロットルバルブの吸気管を貫通するバルブ軸の隣り合う前記機械制御式スロットルバルブが設けられる吸気管側端部にスロットルモータの駆動軸が連結される気筒休止内燃機関のスロットル装置とした。

常時稼動気筒の吸気ポートに連結される吸気管には機械制御式スロットルバルブが設けられ、休止可能気筒の吸気ポートに連結される吸気管には電子制御式スロットルバルブが設けられるので、各吸気管に1つずつスロットルバルブが配設される簡単な構造であり、低コストである。
電子制御式スロットルバルブの制御系に異常が生じても、運転者のアクセル操作動が機械的に伝達されて開閉する機械制御式スロットルバルブの操作で常時稼動気筒を制御することで、燃料カットを規制して走行を可能とし、良好なドライバビリティも維持することができる。
請求項6記載の発明は、請求項1から請求項5までのいずれか1項記載の気筒休止内燃機関のスロットル装置において、前記電子制御式スロットルバルブの制御系に異常が検出されたときに、前記休止可能気筒を休止状態に制御することを特徴とする。
電子制御式スロットルバルブの制御系に異常が検出されたとき、電子制御式スロットルバルブが設けられた休止可能気筒を休止状態として出力を停止させることで、オーバーランを生じさせることなく機械制御式スロットルバルブが設けられた常時稼動気筒のみの稼動を行うことができる。
以下、本発明の一実施の形態について図1ないし図5に基づき説明する。
本実施の形態に係る気筒休止内燃機関1は、自動二輪車に搭載される水冷4ストロークサイクルの並列4気筒内燃機関であり、4つの気筒が車幅方向(左右方向)に並ぶように配置される。
ここで、各気筒を右側から順に1番気筒C1,2番気筒C2,3番気筒C3,4番気筒C4とする(図2参照)。
右側の1番気筒C1と2番気筒C2が常時稼動気筒であり、左側の3番気筒C3と4番気筒C4が休止可能気筒である。
該内燃機関1のシリンダブロック2が、上記4つの気筒C1,C2,C3,C4を構成しており、各シリンダボアにピストン4が昇降自在に嵌挿されている。
図1に示すように、シリンダブロック2に重ねて結合されるシリンダヘッド3には、ピストン4の頂面に対向して凹出した燃焼室5が形成され、同燃焼室5に開口する吸気ポート6と排気ポート7が、ともに2本ずつ形成されている。
2本の吸気ポート6は、燃焼室5の開口から後方へ斜め上向きに延出しており、2本の排気ポート7は、燃焼室5の開口から前方へ斜め上向きに延出している(図1参照)。
吸気ポート6の燃焼室5への開口は、昇降自在に摺動する吸気バルブ11の弁体が開閉し、排気ポート7の燃焼室5への開口は、昇降自在に摺動する排気バルブ12の弁体が開閉する。
図1は、休止可能気筒である4番気筒C4の断面図であり、吸気バルブ11および排気バルブ12それぞれにバルブ休止機構20が設けられている。
吸気バルブ11のバルブステム11aの上端部に設けられ吸気動弁カム13に当接して上下する有底円筒状のバルブリフタ21内には、軸方向に摺動自在にピンホルダ22が嵌合されている。
ピンホルダ22は、バルブステム11aを挿通する挿通孔と同挿通孔と直交する摺動孔とを有し、摺動孔にはスライドピン23が摺動自在に嵌挿され、同スライドピン23は一端を戻しばね24により付勢され、他端には油圧室25が形成されるとともに同油圧室25に備えられたストッパピン26に当接するようになっている。
スライドピン23には、戻しばね24により付勢されてストッパピン26に当接して停止した状態で前記ピンホルダ22の挿通孔と同軸に連通する収容孔23aが形成されている。
ピンホルダ22の摺動孔の前記油圧室25には、シリンダヘッド3内の油路27が連通している。
したがって、該バルブ休止機構20は、スライドピン23に作用する油圧が低圧であるときの非作動時には、戻しばね24の付勢力によりスライドピン23は、ストッパピン26に当接して停止し、ピンホルダ22の挿通孔に挿通されているバルブステム11aの上端部が収容孔23aに収容可能状態にあり、よって吸気動弁カム13の回転によりバルブリフタ21がピンホルダ22ともに押圧されて下降しても、バルブステム11aの上端部は収容孔23aに収容されて、吸気バルブ11には押圧力は作用せず閉弁状態が維持される休止状態となる。
一方、スライドピン23に作用する油圧が高圧であるときの作動時には、圧油により戻しばね24の付勢力に抗してスライドピン23は摺動してピンホルダ22の挿通孔の開口を閉塞するので、挿通孔に挿通されているバルブステム11aの上端部がスライドピン23に当接し、よって吸気動弁カム13の回転によりバルブリフタ21がピンホルダ22ともに押圧されて下降すると、スライドピン23を介して吸気バルブ11に押圧力が作用して吸気ポート6を開弁し、バルブリフタ21の往復動に従って吸気バルブ11が開閉作動する。
以上のようなバルブ休止機構20が、排気動弁カム14により作動する排気バルブ12にも吸気バルブ11と同様に設けられており、気筒休止時にはすべてのバルブ休止機構20が作動して吸気バルブ11と排気バルブ12の全4バルブが吸気ポート6と排気ポート7を閉弁状態とする。
また、片側の吸気バルブ11と排気バルブ12の2バルブを休止状態とすることもできる。
3番気筒C3も4番気筒C4と同じ気筒休止機構20を備えている。
そして、常時稼動気筒である1番気筒C1と2番気筒C2は、片側の吸気バルブ11と排気バルブ12に同じバルブ休止機構20が設けられていて、片側2バルブを休止状態とすることができる。
図2に示すように、気筒C1(C2,C3,C4)の燃焼室5の開口から延出する右側の吸気ポート6a(6a,6a,6a)と左側の吸気ポート6b(6b,6b,6b)は、上流側で集合して1本の吸気集合ポートとなり、同吸気集合ポートに吸気管8(8,8,8)が連結される。
同様に気筒C1(C2,C3,C4)の燃焼室5の開口から延出する右側の排気ポート7a(7a,7a,7a)と左側の排気ポート7b(7b,7b,7b)も、下流側で1本に集合して図示されない排気管に連結される。
各吸気管8(8,8,8,8)の吸気通路途中には、それぞれバタフライ型のスロットルバルブ9(9,9,9,9)が配設されている。
常時稼動気筒である右側の1番気筒C1と2番気筒C2の吸気ポート6は、シリンダボア内にスワールを生じさせるスワールポートであり、シリンダ内周面に沿って吸気を導入してスワールを生じさせる。
右側の吸気ポート6aが左寄りに延出し、左側の吸気ポート6bが略真っ直ぐ若干左寄り後方へ延出して両ポートが集合して吸気管8に連結されているので、吸気管8は1番気筒C1と2番気筒C2のシリンダボア間にオフセットした位置に配設されている。
2番気筒C2の左右の吸気ポート6b,6aは、1番気筒C1の吸気ポート6a,6bと左右対称に形成されている。
左側の吸気ポート6bは右寄りに延出し、右側の吸気ポート6aは略真っ直ぐに若干右寄り後方へ延出して両ポートが集合して吸気管8に連結されているので、吸気管8は1番気筒C1と2番気筒C2のシリンダボア間にオフセットし吸気管8に近づいて配設され、このように互いに近づいた吸気管8と吸気管8とは一体に形成されている。
この一体に形成された吸気管8と吸気管8とを1本のバルブ軸1012が左右水平方向に貫通し、回動自在に軸支され、このバルブ軸1012にスロットルバルブ9,9の弁体が固着されて、バルブ軸1012と一体にスロットルバルブ9,9が旋回して吸気通路を開閉する。
この常時稼動気筒である右側の1番気筒C1と2番気筒C2の吸気管8と吸気管8に設けられたスロットルバルブ9,9は、機械制御式スロットルバルブである。
バルブ軸1012の吸気管8の側壁を貫通して突出した左端に作動板16が嵌着されており、図3に示すようにスロットルグリップ(図示せず)から延びる2本の開き側と閉じ側のスロットルワイヤ17,18が作動板16に結着している。
作動板16は、バルブ軸1012を介して一体のスロットルバルブ9,9が吸気通路を閉じる方向にスプリング(図示せず)によって付勢されている。
スロットルワイヤ17,18は、吸気管8の上部に下端を固着されたブラケット19にそのアウタ17a,18aの端部が係止されており、アウタ17a,18aの端部から突出したインナ17b,18bが作動板20の円周部に互いに反対方向に巻き掛けられて先端が作動板20に結着されている。
したがって、スロットルグリップのアクセル操作で開き側スロットルワイヤ17のインナ17bが引かれ、閉じ側スロットルワイヤ18のインナ18bが押されると、作動板20がスプリングの付勢力に抗して回動し、作動板20と一体のスロットルバルブ9,9が吸気通路を開く方向に回動する。
スロットルグリップの操作加減でスロットルワイヤ17,18を介してスロットルバルブ開度が制御される機械制御式スロットルバルブである。
他方、休止可能気筒である左側の3番気筒C3と4番気筒C4の吸気ポート6は、シリンダボア内にスワールを生じさせないストレートポートであり、3番気筒C3の右側の吸気ポート6aと左側の吸気ポート6bは、左右対称の形状をしており、両ポートが集合して吸気管8に連結されているので、吸気管8は3番気筒C3の真っ直ぐ後方に配設されている。
4番気筒C4についても、その吸気ポート6a,6bおよび吸気管8は、3番気筒C3の吸気ポート6a,6bおよび吸気管8と同じ形状および構成となっている。
したがって吸気管8は4番気筒C4の真っ直ぐ後方に配設され、吸気管8と離れており、吸気管8と吸気管8とは別体で形成されている。
この休止可能気筒である左側の3番気筒C3と4番気筒C4の吸気管8と吸気管8に設けられるスロットルバルブ9,9は、電子制御式スロットルバルブである。
すなわち、吸気管8を左右水平方向に貫通したバルブ軸10にスロットルバルブ9の弁体が固着されており、吸気管8の右側面にスロットルモータM3が取付けられ、スロットルモータMの駆動軸が同軸のバルブ軸10の右端に連結され、吸気管8の左側面にはスロットルバルブ開度センサSが取付けられ、スロットルバルブ開度センサSの作動軸が同軸のバルブ軸10の左端に連結されている。
また、4番気筒Cの吸気管8に設けられるバルブ軸10,スロットルバルブ9,スロットルモータM,スロットルバルブ開度センサSは、上記3番気筒C3の吸気管8のバルブ軸10,スロットルバルブ9,スロットルモータM,スロットルバルブ開度センサSと左右対称に構成されている。
以上のように、常時稼動気筒である1番気筒C1と2番気筒C2に連結される吸気管8,8には機械制御式スロットルバルブ9,9が設けられ、休止可能気筒である3番気筒C3と4番気筒C4に連結される吸気管8,8には電子制御式スロットルバルブ9,9が設けられている。
電子制御式スロットルバルブ9,9を制御する電子スロットル制御装置の制御系ブロック図の概略を図4に示す。
コンピュータの電子制御ユニットECU30によりスロットルモータM,Mが駆動制御される。
ECU30のスロットル制御手段31は、スロットルグリップの操作量を検出するスロットルグリップ開度センサ40の検出値を基準値として入力し、前記スロットルバルブ開度センサS,Sの検出値を入力してスロットルモータM,Mをフィードバック制御する。
また、ECU30は、電子スロットル制御装置が正常に機能しているか否か、制御系の異常の有無を判定する異常判定手段32を備えるとともに、この異常判定手段32により異常有りと判定されたときに、フェールセーフを実行するフェールセーフ実行手段33を有する。
異常判定手段32には、前記スロットルグリップ開度センサ40および車速センサ41、機関回転数センサ42さらにスロットルバルブ開度センサS,Sから各検出信号が入力され、異常の有無が判定される。
以下、図5のフローチャートに従って本気筒休止内燃機関1の電子スロットル制御装置におけるフェールセーフ制御手順を説明する。
まず、スロットルグリップ開度センサ40が検出したスロットルグリップ開度、車速センサ40が検出した車速、機関回転数センサ42が検出した機関回転数、スロットルバルブ開度センサS,Sが検出したスロットル開度を順次読込む(ステップ1〜4)。
そして、これらの検出信号から、車速または機関回転数に対してスロットルグリップ開度に基づく指示信号どおりにスロットルバルブ9,9が作動しているかどうかを判定する(ステップ5)。
すなわち、スロットルバルブ9,9への指示開度(目標開度)とスロットルバルブ開度センサS,Sが検出したスロットルバルブ9,9の実開度との差が適正範囲内にあるか否かを判定する。
ステップ5で指示開度と実開度の差が適正範囲内にあり正常と判定されたときは、そのまま処理を終了し、再びステップ1から処理を繰り返す。
しかし、ステップ5で指示開度と実開度の差が適正範囲になく異常と判定されたときは、ステップ6に飛んでフェールセーフが実行される。
すなわち異常判定手段32から異常判定信号がフェールセーフ実行手段33に出力され、フェールセーフ実行手段33によりフェールセーフが実行される。
本気筒休止内燃機関1におけるフェールセーフは、電子制御式スロットルバルブ9,9が備えられた休止可能気筒である3番気筒C3と4番気筒C4を気筒休止させるものである。
なお、異常判定があったときは、フェールセーフ実行手段33からスロットル制御手段31にも指令信号を出力し、スロットル制御手段31によるスロットルモータM,Mへの給電をカットするなどの制御を行う。
したがって、常時稼動気筒である1番気筒C1と2番気筒C2は稼動が続行され、休止可能気筒である3番気筒C3と4番気筒C4の吸気バルブ11が吸気ポート6a,6b,6a,6bを閉塞し、スロットルモータM,Mへの給電もカットしてスロットルバルブ9,9も吸気通路を閉塞して気筒休止状態とする。
休止可能気筒C3,C4を休止状態として出力を停止させることで、オーバーランを生じさせることがなく、機械制御式スロットルバルブが設けられた常時稼動気筒C1,C2のみの稼動で走行ができる。
燃料カットによる機関停止もなく、ドライバビリティも良好に維持できる。
電子制御式スロットルバルブにさらに直列に機械制御式スロットルバルブを設ける必要がなく、構造が簡単で低コストである。
なお、本内燃機関1は、前記したように常時稼動気筒である1番気筒C1と2番気筒C2の各々片側の吸気バルブ11と排気バルブ12にバルブ休止機構20が設けられていて、片側2バルブを休止状態とすることができる。
1番気筒C1についてみると左側の吸気ポート6bの開口を開閉する吸気バルブ11および同吸気バルブ11と対称に位置する排気バルブ12にバルブ休止機構20が備えられて2バルブを休止可能である。
同左側の吸気ポート6bと右側の吸気ポート6aとの間には連通孔15が形成されている。
連通孔15は、左側の吸気ポート6bから右側の吸気ポート6aの若干上流側に向けて斜めに穿孔されており、左側の吸気ポート6bがバルブ休止機構20により吸気バルブ11で閉塞された休止状態で同閉塞した吸気バルブ11の弁体に溜まる燃料を吸気ポート6bに向かった吸気が掻き出すようにして連通孔15から右側の吸気ポート6aに導出することができる。
また、左側の吸気バルブ11の休止で左側の吸気ポート6bが閉塞されると、連通孔15からの吸気の流れを合流して右側の吸気ポート(スワールポート)6aの吸気の流れだけが燃焼室5に流入するので、左側の吸気ポート6bからの吸気の流入に邪魔されることなく、シリンダボア内により一層スワールを発生させることができ、希薄燃焼を効率良く行い燃費の低減を図ることができる。
2番気筒C2についても同様で、右側の吸気ポート6aの開口を開閉する吸気バルブ11および同吸気バルブ11と対称に位置する排気バルブ12がバルブ休止機構20を備えてバルブ休止可能であり、右側の吸気ポート6aと左側の吸気ポート6bとの間に斜めに連通孔15が穿設されている。
同連通孔15により片側休止時に2番気筒C2の燃料溜まりを解消し、スワールを助長することができる。
本発明の一実施の形態に係る気筒休止内燃機関のシリンダヘッドおよびその近傍の側断面図である。 図1におけるII−II線に沿って切断した断面図である。 図2におけるIII矢視図である。 電子スロットル制御装置の概略制御系ブロック図である。 電子スロットル制御装置におけるフェールセーフ制御手順を示すフローチャートである。
符号の説明
1…内燃機関、2…シリンダブロック、3…シリンダヘッド、4…ピストン、5…燃焼室、6,6a,6b,6a,6b,6a,6b,6a,6b…吸気ポート、7…排気ポート、8,8,8,8,8…吸気管、9,9,9,9,9…スロットルバルブ、1012,10,10…バルブ軸、11…吸気バルブ、12…排気バルブ、13…吸気動弁カム、14…排気動弁カム、15,15…連通孔、16…作動板、17,18…スロットルワイヤ、19…ブラケット、
20…バルブ休止機構、21…バルブリフター、22…ピンホルダ、23…スライドピン、24…戻しばね、25…油圧室、26…ストッパピン、27…油路、
30…ECU、31…スロットル制御手段、32…異常判定手段、33…フェールセーフ実行手段、40…スロットルグリップ開度センサ、41…車速センサ、42…機関回転数センサ、
C1…1番気筒、C2…2番気筒、C3…3番気筒、C4…4番気筒、
,M…スロットルモータ、S,S…スロットルバルブ開度センサ。

Claims (7)

  1. 一部の気筒を休止可能な4つの気筒が車幅方向に並ぶ並列気筒の気筒休止内燃機関において、
    各気筒の吸気ポートに連結される吸気管が互いに隣接しながら同一方向に延出し、
    互いに隣接する常時稼動気筒と互いに隣接する休止可能気筒とが交互に配列され、
    互いに隣接する常時稼動気筒の各吸気ポートに連結される各吸気管が両常時稼動気筒の間にオフセットして互いに近づいて後方に配設され
    互いに隣接する休止可能気筒の各吸気ポートに連結される各吸気管がオフセットすることなく真っ直ぐ後方配設され
    前記常時稼動気筒の吸気ポートに連結される吸気管には運転者のアクセル操作動が機械的に伝達されて開閉する機械制御式スロットルバルブが設けられ、
    前記休止可能気筒の吸気ポートに連結される吸気管には運転者のアクセル操作動が電気的に伝達されて開閉する電子制御式スロットルバルブが設けられ、
    前記機械制御式スロットルバルブの吸気管を貫通するバルブ軸の隣り合う前記電子制御式スロットルバルブが設けられる吸気管側端部にスロットルワイヤにより回動する作動板が嵌着され、
    前記電子制御式スロットルバルブの吸気管を貫通するバルブ軸の隣り合う前記機械制御式スロットルバルブが設けられる吸気管側端部にスロットルモータの駆動軸が連結されることを特徴とする気筒休止内燃機関のスロットル装置。
  2. 前記常時稼動気筒の吸気ポートは、シリンダボア内にスワールを生じさせるスワールポートであり、
    前記休止可能気筒の吸気ポートは、シリンダボア内にスワールを生じさせないストレートポートであることを特徴とする請求項1記載の気筒休止内燃機関のスロットル装置。
  3. 互いに隣接する前記常時稼動気筒の各吸気ポートに連結される各吸気管が互いに近づいて一体に形成され、
    前記互いに隣接する休止可能気筒の各吸気ポートに連結される各吸気管が互いに離れて別体に形成されることを特徴とする請求項1または請求項2記載の気筒休止内燃機関のスロットル装置。
  4. 前記電子制御式スロットルバルブの吸気管を貫通するバルブ軸の隣り合う前記電子制御式スロットルバルブ側端部にスロットルバルブ開度センサの作動軸が連結されることを特徴とする請求項3記載の気筒休止内燃機関のスロットル装置。
  5. 互いに隣り合う前記機械制御式スロットルバルブの各吸気管を貫通するバルブ軸が共通の1本のバルブ軸で構成されていることを特徴とする請求項1から請求項4までのいずれか1項記載の気筒休止内燃機関のスロットル装置。
  6. 前記電子制御式スロットルバルブの制御系に異常が検出されたときに、前記休止可能気筒を休止状態に制御することを特徴とする請求項1から請求項5までのいずれか1項記載の気筒休止内燃機関のスロットル装置。
  7. 前記休止可能気筒にはバルブ休止機構が設けられ、
    前記電子制御式スロットルバルブの制御系に異常が検出されると、前記電子制御式スロットルバルブを閉塞して気筒休止状態とすることを特徴とする請求項6記載の気筒休止内燃機関のスロットル装置。
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