JP4640314B2 - エンジンの可変吸気バルブの作動制御装置 - Google Patents

エンジンの可変吸気バルブの作動制御装置

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Description

この発明は、エンジンの可変吸気バルブの作動を制御する装置に関する。
特許文献1に記載されたエンジンは、吸気系に2つの可変吸気バルブが設けられている。この可変吸気バルブをエンジン回転速度に応じて開閉することで、エンジンの低回転速度域においては吸気の脈動効果を利用して共鳴過給し、高回転速度域においては吸気の気柱慣性を利用して慣性過給する。
特開平11−148361号公報
ところで吸気系にはバキュームタンクが連通し、このバキュームタンクに貯圧された負圧を利用して可変吸気バルブを開閉する。このバキュームタンクから異音の発生があることが本件発明者らの鋭意研究によって明らかにされた。
本発明は、このような問題点に着目してなされたものであり、吸気系に連通したバキュームタンクから発生する異音を抑制する可変吸気バルブの作動制御装置を提供することを目的とする。
本発明は以下のような解決手段によって前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために本発明の実施形態に対応する符号を付するが、これに限定されるものではない。
本発明は、エンジン(1)の第1気筒群(1a)に連設された第1吸気通路(2a)と第2気筒群(1b)に連設された第2吸気通路(2b)とを連通/非連通する複数の可変吸気バルブ(11,12)と、前記第1吸気通路(2a)若しくは第2吸気通路(2b)に連通し、ワンウェイバルブ(30)を介してその吸気通路内の負圧を貯圧しておくバキュームタンク(20)とを備え、前記バキュームタンク(20)の負圧を利用して前記複数の可変吸気バルブ(11,12)の開閉を制御するエンジンの可変吸気バルブの作動制御装置であって、エンジン回転速度の上昇に合わせて前記複数の可変吸気バルブ(11,12)のすべてを開状態から閉弁状態にするときに、前記複数の可変吸気バルブ(11,12)の閉弁タイミングを異ならせるバルブ制御手段(ステップS11〜S17)を備えることを特徴とする。
本発明によれば、エンジン回転速度の上昇に合わせて複数の可変吸気バルブ(11,12)のすべてを開状態から閉弁状態にするときに、複数の可変吸気バルブ(11,12)の閉弁タイミングを異ならせるようにしたので、各可変吸気バルブの閉弁タイミングをズラすことができ、ワンウェイバルブから発生する異音を低減できるのである。
以下では図面等を参照して本発明を実施するための最良の形態について説明する。
(第1実施形態)
図1は、本発明によるエンジンの可変吸気バルブの作動制御装置の概要を説明するための模式図である。
V型エンジン1の吸気通路を形成するインテークマニフォールド10の内部は、隔壁13によって、第1容積室10aと、第2容積室10bと、に区画されている。第1容積室10aは、エンジン1の右バンク気筒群1aに連設された第1吸気通路2aと連通する。第2容積室10bは、エンジン1の左バンク気筒群1bに連設された第2吸気通路2bと連通する。
インテークマニフォールド10の内部の隔壁13には、第1可変吸気バルブ11と、第2可変吸気バルブ12と、が設けられる。第1可変吸気バルブ11及び第2可変吸気バルブ12は、初期状態では開いており、第1容積室10aと、第2容積室10bと、が連通している。エンジンが始動し回転速度が低いときには、まず第1可変吸気バルブ11及び第2可変吸気バルブ12の両方を閉弁する。そしてエンジン回転速度が高くなるにつれて、第1可変吸気バルブ11を開弁し、続いて第2可変吸気バルブ12も開弁して、両可変吸気バルブとも開弁する。このように作動することで、エンジンの低回転速度域においては吸気の脈動効果を利用して共鳴過給し、高回転速度域においては吸気の気柱慣性を利用して慣性過給することができる。
図2はバキュームタンクを示す図であり、図2(A)は縦断面図、図2(B)はワンウェイバルブ付近の隔壁を図2(A)の下方から見た図である。
インテークマニフォールド10には、バキュームタンク20が連設される。バキュームタンク20は、第1可変吸気バルブ11に近く、第2可変吸気バルブ12から離れた位置でインテークマニフォールド10と連通する。
バキュームタンク20の内部は、隔壁21によって、インテークマニフォールド10に連通するインマニ連通室20aと、負圧を保持する負圧保持室20bと、に分けられている。
隔壁21には、ワンウェイバルブ挿入孔21aと、通気孔21bと、が形成される。ワンウェイバルブ挿入孔21aには、ワンウェイバルブ30の脚部32が挿入される。通気孔21bは、ワンウェイバルブ挿入孔21aを中心として周囲に図2(B)では4個形成されている。
ワンウェイバルブ30は、通気孔21bを流れる空気量を制御するための傘部31と、ワンウェイバルブ30を隔壁21に固定するための脚部32とからなる。ワンウェイバルブ30は、シリコン樹脂性である。
脚部32は、隔壁21を貫通し、突起32aによってワンウェイバルブ30を隔壁21に固定する。脚部32の先端は尖形である。
傘部31は、周縁が極薄で中央が盛り上がった円盤形状であり、通気孔21bの上に載置される。インマニ連通室20aに負圧が発達し、負圧保持室20bとの差圧が大きくなると、傘部31がインマニ連通室20a側(図2(a)の上方)に反り返り、負圧保持室20bの空気が通気孔21bを介してインマニ連通室20aに流れる。インマニ連通室20aに負圧が小さいときには、傘部31が通気孔21bを塞ぐので、空気の流れが発生しない。このような構造によって、負圧保持室20bは、負圧を保持できる。
図3は、可変吸気バルブの作動を制御するためのシステム構成図である。
バキュームタンク20のインマニ連通室20aは、インテークマニフォールド10に連通する
バキュームタンク20の負圧保持室20bは、第1ソレノイド31及び第2ソレノイド32を介して可変吸気コントロールアクチュエータ33,34に連通する。第1ソレノイド31及び第2ソレノイド32が駆動すると、負圧保持室20bの負圧が可変吸気コントロールアクチュエータ33,34に導かれ、可変吸気バルブ11,12の開度が調整される。
第1ソレノイド31及び第2ソレノイド32は、コントローラ70によって駆動が制御される。
コントローラ70は中央演算装置(CPU)、読み出し専用メモリ(ROM)、ランダムアクセスメモリ(RAM)及び入出力インタフェース(I/Oインタフェース)を備えたマイクロコンピュータで構成される。コントローラ70を複数のマイクロコンピュータで構成してもよい。
可変吸気バルブの基本構成は以上である。ここで本発明の理解を容易にするために、本件発明者らが見いだした従来装置の問題点について説明する。
従来の可変吸気バルブは、バネ力によって開弁しており、エンジンが始動するとエンジンが低回転速度のときには、まず第1可変吸気バルブ11及び第2可変吸気バルブ12の両方を閉弁し、エンジン回転速度が高くなるにつれて、第1可変吸気バルブ11を開弁し、続いて第2可変吸気バルブ12も開弁して、両可変吸気バルブとも開弁する。すなわち図9に示すように、エンジン回転速度Bまでは第1可変吸気バルブ11及び第2可変吸気バルブ12の両方が開弁しており、エンジン回転速度Bを超えたら、第1可変吸気バルブ11及び第2可変吸気バルブ12の両方を閉弁する。そしてエンジン回転速度Cを超えたら第1可変吸気バルブ11を開弁し、エンジン回転速度Dを超えたら第2可変吸気バルブ12も開弁して、両可変吸気バルブとも開弁する。
このようにエンジン回転速度に応じて可変吸気バルブの開閉を制御することで、エンジンの低回転速度域においては吸気の脈動効果を利用して共鳴過給し、高回転速度域においては吸気の気柱慣性を利用して慣性過給する。
しかし、エンジン回転速度Bを超えて、第1可変吸気バルブ11及び第2可変吸気バルブ12の両方を同時に開弁状態から閉弁すると、負圧が急激に発達し、ワンウェイバルブ30の傘部31を捲り上げて通気孔21bを流れる空気によって気流音(ヒュ音)が発生するしてしまう、ということが発明者らの鋭意研究によって見いだされた。そこで発明者らは、第1可変吸気バルブ11及び第2可変吸気バルブ12の両方を開弁状態から閉弁するときに、両可変吸気バルブの閉弁タイミングに時間差を設けることによって、負圧の急激な発達を防止して気流音(ヒュ音)を生じさせないようにした。
ところが、この時間差が大きすぎては、ドライバがエンジンのトルク段差を感じてしまい、ドライバビリティの悪化につながる。そこで負荷(より具体的には燃料噴射パルス幅)及びエンジン回転速度に基づいて、時間差を適切に変えることで、気流音(ヒュ音)を防止するとともに、エンジンのトルク段差をドライバに感じさせない制御を可能にしたのである。
以下では、この内容についてさらに詳細に説明する。
図4は、6気筒エンジンの加速中の燃料噴射タイミング及び燃料噴射パルス幅の大きさを例示する図である。
本実施形態のV型6気筒エンジン1は、点火順序が#1→#2→#3→#4→#5→#6である。加速中は、各気筒への燃料噴射量が増大し、燃料噴射パルス幅が大きくなっている。燃料噴射量が増大すれば、インテークマニフォールド内部の負圧も発達する。
そこで本実施形態では、この燃料噴射パルス幅に着目し、燃料噴射パルス幅によって第1可変吸気バルブ11及び第2可変吸気バルブ12の閉弁タイミングに時間差を設けるようにした。より具体的には、あらかじめROMに格納された図5に示す特性のマップに基づいて第1可変吸気バルブ11及び第2可変吸気バルブ12をの開閉を制御するようにした。
以下ではコントローラの具体的な制御ロジックについて図6のフローチャートに沿って説明する。なおコントローラは本フローチャートを極短時間(例えば10ミリ秒又はそれ以下)の周期で繰り返し実行する。
ステップS11においてコントローラ70は、エンジン回転速度Neが基準速度Eを超えたか否かを判定する。超えたらステップS12へ処理を移行し、超えなければステップS13へ処理を移行する。
ステップS12においてコントローラ70は、燃料噴射パルス幅が基準パルス幅Pを超えたか否かを判定する。超えたらステップS14へ処理を移行し、超えなければステップS13へ処理を移行する。
ステップS13においてコントローラ70は、第1可変吸気バルブ11及び第2可変吸気バルブ12を両方とも開弁しておく。
ステップS14においてコントローラ70は、エンジン回転速度Neが基準速度Fを超えたか否かを判定する。超えたらステップS15へ処理を移行し、超えなければステップS16へ処理を移行する。
ステップS15においてコントローラ70は、燃料噴射パルス幅が基準パルス幅Qを超えたか否かを判定する。超えたらステップS17へ処理を移行し、超えなければステップS16へ処理を移行する。
ステップS16においてコントローラ70は、第1可変吸気バルブ11を閉弁するとともに、第2可変吸気バルブ12を開弁したままにしておく。
ステップS17においてコントローラ70は、第2可変吸気バルブ12も閉弁して、第1可変吸気バルブ11及び第2可変吸気バルブ12を両方とも閉弁する。
続いて図6のフローチャートにしたがって制御したときの作動について説明する。
エンジン回転速度Neが基準速度Eに達するまでは、S11→S13を繰り返し実行し、第1可変吸気バルブ11及び第2可変吸気バルブ12を両方とも開弁しておく。
エンジン回転速度Neが基準速度Eに達しても燃料噴射パルス幅が基準パルス幅Pを超えなければ、S11→S12→S13を実行し、第1可変吸気バルブ11及び第2可変吸気バルブ12を両方とも開弁しておく。
エンジン回転速度Neが基準速度Eに達し、かつ燃料噴射パルス幅が基準パルス幅Pを超えたら、エンジン回転速度Neが基準速度Fに達するまでは、S11→S12→S14→S16を繰り返し実行し、第1可変吸気バルブ11を閉弁するとともに、第2可変吸気バルブ12を開弁したままにしておく。
エンジン回転速度Neが基準速度Eに達し、かつ燃料噴射パルス幅が基準パルス幅Pを超え、さらにエンジン回転速度Neが基準速度Fに達しても燃料噴射パルス幅が基準パルス幅Qを超えなければ、S11→S12→S14→S15→S16を繰り返し実行し、第1可変吸気バルブ11を閉弁するとともに、第2可変吸気バルブ12を開弁したままにしておく。
エンジン回転速度Neが基準速度Eに達し、かつ燃料噴射パルス幅が基準パルス幅Pを超え、さらにエンジン回転速度Neが基準速度Fに達し、そして燃料噴射パルス幅が基準パルス幅Qを超えたら、S11→S12→S14→S15→S17と進んで、第2可変吸気バルブ12も閉弁して、第1可変吸気バルブ11及び第2可変吸気バルブ12を両方とも閉弁する。
このように、第1可変吸気バルブ11及び第2可変吸気バルブ12の両方バルブの開弁状態から(ステップS13)、第1可変吸気バルブ11及び第2可変吸気バルブ12の両方バルブの閉弁状態に移行するまでに(ステップS17)、一旦、第1可変吸気バルブ11を閉弁する(ステップS16)。
本実施形態によれば、以上の制御によって以下の効果が得られる。すなわち第1可変吸気バルブ11及び第2可変吸気バルブ12の両方バルブの開弁状態から(ステップS13)、第1可変吸気バルブ11及び第2可変吸気バルブ12の両方バルブの閉弁状態に移行するまでに(ステップS17)、一旦、第1可変吸気バルブ11を閉弁する(ステップS16)。このようにしたので、バキュームタンク20のインマニ連通室20aに負圧が急激に発達することを防止でき、気流音(ヒュ音)の発生を抑えることができる。
また、もし仮にバキュームタンク20との連通部から離れている第2可変吸気バルブ12から閉弁し、続いてバキュームタンク20との連通部に近い第1可変吸気バルブ11を閉弁しては、バルブ閉弁による負圧発達が略同時にワンウェイバルブ30に影響することも起こりうる。そこで本実施形態では、バキュームタンク20との連通部に近い第1可変吸気バルブ11を閉弁してから、バキュームタンク20との連通部から離れている第2可変吸気バルブ12から閉弁するようにした。このようにすることで、バルブ閉弁による負圧発達が同時にワンウェイバルブ30に影響することを、確実に防止できるのである。
さらに第1可変吸気バルブ11及び第2可変吸気バルブ12の開閉タイミングを、エンジン回転速度のみならず、負荷(燃料噴射パルス幅)にも応じて制御するようにした。上述のようにバキュームタンク20から発生する気流音(ヒュ音)はインテークマニフォールド10の負圧に依存するので、負荷(燃料噴射パルス幅)にも応じて制御することで、第1可変吸気バルブ11及び第2可変吸気バルブ12の開閉を、遅れすぎずかつ早すぎない適切なタイミングで制御できるのである。
(第2実施形態)
図7は、本発明によるエンジンの可変吸気バルブの作動制御装置の第2実施形態の制御を示すフローチャートである。
なお以下では前述した実施形態と同様の機能を果たす部分には同一の符号を付して重複する説明を適宜省略する。
ステップS21においてコントローラ70は、フラグF2がゼロであるか否かを判定する。フラグF2がゼロであればステップS22へ処理を移行し、ゼロでなければステップS30へ処理を移行する。なおフラグF2の初期値はゼロである。
ステップS22においてコントローラ70は、フラグF1がゼロであるか否かを判定する。フラグF1がゼロであればステップS23へ処理を移行し、ゼロでなければステップS27へ処理を移行する。なおフラグF1の初期値はゼロである。
ステップS23においてコントローラ70は、エンジン回転速度Neが基準速度Bを超えるか否かを判定する。超えなければステップS24へ処理を移行し、超えればステップS25へ処理を移行する。
ステップS24においてコントローラ70は、第1可変吸気バルブ11及び第2可変吸気バルブ12を両方とも開弁しておく。
ステップS25においてコントローラ70は、フラグF1に1をセットする。
ステップS26においてコントローラ70は、第1可変吸気バルブ11を閉弁するとともに、第2可変吸気バルブ12を開弁したままにしておく。
ステップS27においてコントローラ70は、次の燃料噴射パルスの入力があったか否かを判定する。入力があるまでは一旦処理を抜け、入力があればステップS28へ処理を移行する。
ステップS28においてコントローラ70は、フラグF1をリセットするとともに、フラグF2に1をセットする。
ステップS29においてコントローラ70は、カウンタをリセットする。
ステップS30においてコントローラ70は、カウンタをインクリメントする。
ステップS31においてコントローラ70は、カウンタが基準値S1を超えたか否かを判定する。超えるまでは一旦処理を抜け、超えたらステップS32へ処理を移行する。なお基準値S1は、あらかじめ実験によって適合しておき、ROMに格納しておく。なお基準値S1は、運転状態にかかわらず一定値にしも、また負荷(燃料噴射パルス幅)に応じた可変値であってもよい。
ステップS32においてコントローラ70は、フラグF2をリセットする。
ステップS33においてコントローラ70は、第2可変吸気バルブ12も閉弁して、第1可変吸気バルブ11及び第2可変吸気バルブ12を両方とも閉弁する。
図8は、第2実施形態のフローチャートを実行したときのタイミングチャートである。
エンジン回転速度Neが基準速度Bを超えるまでは、S21→S22→S23→S24を繰り返し、第1可変吸気バルブ11及び第2可変吸気バルブ12を両方とも開弁しておく。
エンジン回転速度Neが基準速度Bを超えたら、S23→S25→S26と進んで、第1可変吸気バルブ11を閉弁するとともに、第2可変吸気バルブ12を開弁したままにしておく。
次サイクルでは、S21→S22→S27と進み、次の燃料噴射パルス入力があったら、ステップS29でカウンタをリセットする。このタイミングが図8のタイミングt1である。
次サイクルでは、S21→S30と進んでタイマをインクリメントし、カウンタがS1を超えるまで、S21→S30→S31を繰り返し、カウンタがS1を超えたら、ステップS33において第2可変吸気バルブ12も閉弁して第1可変吸気バルブ11及び第2可変吸気バルブ12を両方とも閉弁する。このタイミングが図8のタイミングt2である。
本実施形態によれば、エンジンの回転速度Neが基準速度Bを超えたら、まず第1可変吸気バルブ11を閉弁し、所定の微少時間S1の経過後に第2可変吸気バルブ12も閉弁するようにした。このようにしても、バキュームタンク20のインマニ連通室20aに負圧が急激に発達することを防止でき、気流音(ヒュ音)の発生を抑えることができる。
また微少時間S1を1燃料噴射パルス幅よりも短くすることで、ドライバがエンジンのトルク段差を感じることがなく、ドライバビリティの悪化を防止できる。
以上説明した実施形態に限定されることなく、その技術的思想の範囲内において種々の変形や変更が可能であり、それらも本発明の技術的範囲に含まれることが明白である。
例えば、上記基準値はエンジン仕様に合わせて適宜決定すればよい。
また上記実施形態では、2つの可変吸気バルブを使用しているが、さらに多くの可変吸気バルブを使用してもよい。
さらに上記実施形態では、ノーマルオープンタイプの可変吸気バルブを使用し、第1可変吸気バルブ11及び第2可変吸気バルブ12を開弁状態から閉弁するときを例示して説明したが、ノーマルクローズタイプの可変吸気バルブを使用し、第1可変吸気バルブ11及び第2可変吸気バルブ12を閉弁状態から開弁するときであっても同様に気流音(ヒュ音)の発生を抑えることができドライバにエンジンのトルク段差を感じさせない、という効果を得ることができる。
本発明によるエンジンの可変吸気バルブの作動制御装置の概要を説明するための模式図である。 バキュームタンクを示す図である。 可変吸気バルブの作動を制御するためのシステム構成図である。 6気筒エンジンの加速中の燃料噴射タイミング及び燃料噴射パルス幅の大きさを例示する図である。 本発明によるエンジンの可変吸気バルブの作動制御装置の制御特性マップの一例を示す図である。 コントローラの制御ロジックを示すフローチャートである。 本発明によるエンジンの可変吸気バルブの作動制御装置の第2実施形態の制御を示すフローチャートである。 第2実施形態のフローチャートを実行したときのタイミングチャートである。 従来の可変吸気バルブの作動制御装置の制御特性マップの一例を示す図である。
符号の説明
1 エンジン
1a 右バンク気筒群(第1気筒群)
1b 左バンク気筒群(第2気筒群)
2a 第1吸気通路
2b 第2吸気通路
10 インテークマニフォールド
10a 第1容積室
10b 第2容積室
11 第1可変吸気バルブ
12 第2可変吸気バルブ
20 バキュームタンク
20a インマニ連通室
20b 負圧保持室
21 隔壁
21a ワンウェイバルブ挿入孔
21b 通気孔
30 ワンウェイバルブ
31 傘部
32 脚部
70 コントローラ(バルブ制御手段)
ステップS11〜S17 バルブ制御手段
ステップS21〜S33 バルブ制御手段

Claims (8)

  1. エンジンの第1気筒群に連設された第1吸気通路と第2気筒群に連設された第2吸気通路とを連通/非連通する複数の可変吸気バルブと、
    前記第1吸気通路若しくは第2吸気通路に連通し、ワンウェイバルブを介してその吸気通路内の負圧を貯圧しておくバキュームタンクと、
    を備え、前記バキュームタンクの負圧を利用して前記複数の可変吸気バルブの開閉を制御するエンジンの可変吸気バルブの作動制御装置であって、
    エンジン回転速度の上昇に合わせて前記複数の可変吸気バルブのすべてを開状態から閉弁状態にするときに、前記複数の可変吸気バルブの閉弁タイミングを異ならせるバルブ制御手段を備える、
    ことを特徴とするエンジンの可変吸気バルブの作動制御装置。
  2. 前記バルブ制御手段は、所定の低負荷領域又は低エンジン回転領域になったら一の可変吸気バルブを閉弁し、その低負荷領域よりも高負荷領域であってかつその低エンジン回転領域よりも高回転領域になったら次の可変吸気バルブを閉弁する、
    ことを特徴とする請求項1に記載のエンジンの可変吸気バルブの作動制御装置。
  3. 前記バルブ制御手段は、エンジンの回転速度及び燃料噴射パルス幅に応じて各可変吸気バルブを閉弁する、
    ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のエンジンの可変吸気バルブの作動制御装置。
  4. 前記バルブ制御手段は、所定の高負荷領域であってかつ高エンジン回転領域になったら一の可変吸気バルブを開弁し、その高負荷領域よりも低負荷領域又はその高エンジン回転領域よりも低回転領域になったら次の可変吸気バルブを開弁する、
    ことを特徴とする請求項1に記載のエンジンの可変吸気バルブの作動制御装置。
  5. 前記バルブ制御手段は、エンジンの回転速度及び燃料噴射パルス幅に応じて各可変吸気バルブを開弁する、
    ことを特徴とする請求項1又は請求項4に記載のエンジンの可変吸気バルブの作動制御装置。
  6. エンジンの第1気筒群に連設された第1吸気通路と第2気筒群に連設された第2吸気通路とを連通/非連通する複数の可変吸気バルブと、
    前記第1吸気通路若しくは第2吸気通路に連通し、ワンウェイバルブを介してその吸気通路内の負圧を貯圧しておくバキュームタンクと、
    を備え、前記バキュームタンクの負圧を利用して前記複数の可変吸気バルブの開閉を制御するエンジンの可変吸気バルブの作動制御装置であって、
    エンジン回転速度の上昇に合わせて前記複数の可変吸気バルブのすべてを、開状態から閉弁、若しくは閉状態から開弁するときに、一の可変吸気バルブの作動後に所定期間経過してから次の可変吸気バルブを作動させるバルブ制御手段を備える
    ことを特徴とするエンジンの可変吸気バルブの作動制御装置。
  7. 前記バルブ制御手段は、前記バキュームタンクとの連通部分の近くの可変吸気バルブほど早期に閉弁する、
    ことを特徴とする請求項1から請求項6までのいずれか1項に記載のエンジンの可変吸気バルブの作動制御装置。
  8. エンジンの第1気筒群に連設された第1吸気通路と第2気筒群に連設された第2吸気通路とを連通/非連通する複数の可変吸気バルブと、
    前記第1吸気通路若しくは第2吸気通路に連通し、ワンウェイバルブを介してその吸気通路内の負圧を貯圧しておくバキュームタンクと、
    を備え、前記バキュームタンクの負圧を利用して前記複数の可変吸気バルブの開閉を制御するエンジンの可変吸気バルブの作動制御装置であって、
    エンジン回転速度の上昇に合わせて前記複数の可変吸気バルブを、開状態から閉弁、若しくは閉状態から開弁するときに、前記複数の可変吸気バルブの制御タイミングを、気流音が生じないように異ならせるバルブ制御手段を備える、
    ことを特徴とするエンジンの可変吸気バルブの作動制御装置。
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