JP4917626B2 - 内燃機関の吸気装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の吸気装置に関するものである。

従来、内燃機関の吸気管の吸気通路をシリンダに入る前に２本に分けて、一方に第１吸気制御弁を設けるとともに他方に第２吸気制御弁を設け、各制御弁の開き始めるタイミングをずらして低回転速度から高回転速度に至る全領域での運転性能を向上させるようにしたものがある（特許文献１参照）。かかる技術では、第１吸気制御弁と第２吸気制御弁を順次開弁する制御が実行されている。

また、２つの吸気制御弁を設けた場合には、特に各吸気制御弁の開度の違いに対しても吸入空気量を正確に求めることが高精度な制御を行う上で重要になる。吸気制御弁として例えばバタフライ弁を用いた場合にはその開度を角度センサ（開度センサ）で検出し、その検出開度に基づき吸入空気量を推定する技術が開示されている（特許文献２参照）。

特開昭６３−２０１３３６号公報 実公平５−１７４０２号公報

吸気制御弁の開度変化に対する吸気制御弁下流における吸気圧力（もしくはエンジンの１気筒あたりの吸入空気量または出力トルク）の変化量はエンジン回転数が低いほど大きく、一方、エンジン回転数が高いほど小さくなる。第１吸気制御弁を小さな開度から徐々に開いていくと、臨界圧力を超えた付近以降は吸気圧力の増加率が低下し、漸近的にある値に収束する、いわゆるサチュレート状態となる。この吸気圧力の収束値はエンジン回転数が高いほど低くなる。そして、この吸気圧力の収束値に対応する第１吸気制御弁の開度（有効開度）は、エンジン回転数が高いほど大きくなる。

従来技術のように、第１吸気制御弁を常に予め設定された所定の開度（例えば、全開）まで開いた後に、第２吸気制御弁を開弁するシーケンスとした場合、第１吸気制御弁の開度が達成できる吸気圧力増加率の収束値近傍に到達しているにもかかわらず、第２吸気制御弁が開弁しない事態が生ずる。この結果、サチュレート状態が継続することとなり、エンジントルクの無反応領域が発生する。車両を運転する乗員はアクセルを踏み込んでも車両が加速しないと感じるため、運転のフィーリングが悪化するおそれがあった。かかる現象は加速時だけでなく、減速時にも生じていた。

本発明は、かかる課題を鑑み、第１吸気制御弁に続いて第２吸気制御弁が開弁するときに吸気圧力（吸入空気量）の変化が停滞した状態の発生を防止する内燃機関の吸気装置を提供することを目的とする。

本発明は、内燃機関の吸気装置である。この装置は、第１吸気通路と、前記第１吸気通路を通過する吸入空気量を制御する第１吸気制御弁と、前記第１吸気通路における前記第１吸気制御弁の上流と下流とに連通する第２吸気通路と、前記第２吸気通路を通過する吸入空気量を制御する第２吸気制御弁と、を備えている。この装置は、前記第１吸気制御弁と前記第２吸気制御弁を順次開弁するよう制御する。そして、前記第１吸気制御弁が前記内燃機関の回転数に基づいた所定有効開度または前記所定有効開度よりも小さい判定開度まで開弁したとき、前記第２吸気制御弁を開弁する制御手段を備えることを特徴としている。

かかる構成によれば、第２吸気制御弁が開弁するときの第１吸気制御弁の開度は、内燃機関（エンジン）回転数に基づいた所定の開度と設定されている。この所定の開度は、第２吸気制御弁が開弁したときに吸入空気量の変化をほぼ連続的に推移させるように設定されているため、第１吸気制御弁によるサチュレート状態の継続を防止することができる。

本発明は、内燃機関の吸気装置において、目標吸入空気量を算出する手段と、前記内燃機関の回転数に応じた前記第１吸気制御弁の所定有効開度を算出する手段と、前記第１吸気制御弁が前記所定有効開度でありかつ前記第２吸気制御弁が全閉相当開度である場合の仮定吸入空気量を算出する手段と、前記目標吸入空気量が前記仮定吸入空気量を超えているか判定する第１判定手段と、前記第１吸気制御弁の開度が前記所定有効開度または前記所定有効開度よりも小さい第１判定開度以上か判定する第２判定手段と、前記第１判定手段および前記第２判定手段の双方が肯定された場合に前記第２吸気制御弁の開弁を許可する許可判定手段と、前記許可判定後に、前記目標吸入空気量が前記仮定吸入空気量以下となり且つ前記第１吸気制御弁の開度が前記所定有効開度または前記所定有効開度よりも小さい第２判定開度未満となる取消条件が成立するまで前記許可判定を継続し、前記取消条件成立後に前記許可判定を取り消す許可取消手段と、を備える構成とすることもできる。

かかる構成によれば、前記許可判定後に機関回転数の上昇によって所定有効開度が増加し第１吸気制御弁の開度が当該増加後の所定有効開度よりも小さくなった場合においても、前記取消条件が成立するまで前記許可判定は継続されるため、機関回転数の上昇時に第２吸気制御弁が全閉してしまう又は第２吸気制御弁が一定開度で停滞してしまうことを防ぎ、第２吸気制御弁の安定した作動を実現させることができる。

前記構成において、前記所定有効開度は、前記第１吸気制御弁の開度の変化に対する前記第１吸気通路を流れる吸入空気量の変化が所定の割合以下の開度範囲に設定されていることが好ましい。かかる構成によれば、所定有効開度の近傍では、第１吸気制御弁の開度に対する吸入空気量の変化の感度が低いため、吸入空気量の変化を連続的にすることが容易となり、所定有効開度を正確に設定することができる。

前記構成は、前記内燃機関は複数の気筒を備えており、前記第２吸気制御弁は各気筒ごとに備えられた多連スロットル弁であり、前記第１吸気制御弁は単一のスロットル弁である、いわゆる多連スロットル式エンジンに適用することが好適である。また、前記所定の開度は前記内燃機関の回転数の上昇に伴い大きくなるよう構成することが好適である。

かかる構成によって、吸入空気量の流量が少ない第１吸気通路に備えられた第１吸気制御弁の制御の精度向上を図ることができ、一方吸入空気量の流量が多い第２吸気通路に備えられた第２吸気制御弁の制御の応答性向上を図ることができる。また、エンジン回転数の上昇に伴う吸入空気量の増加に対応した応答性遅れの少ない吸気制御をすることができる。

前記構成は、前記第２吸気制御弁が開弁している間、前記第１吸気制御弁は前記所定有効開度に制御され、前記回転数の変化に応じて前記所定有効開度が変化するように構成することができる。かかる構成によって第２吸気制御弁の開弁に伴い内燃機関の回転数が変化した場合であっても、第１吸気制御弁の所定有効開度は変化した回転数に応じた開度とすることができる。

また、前記構成は、前記第２吸気制御弁が全閉相当開度まで閉弁したとき、前記第１吸気制御弁を前記所定有効開度よりも閉弁側に駆動する制御手段をさらに備えるように構成することができる。かかる構成によって、開弁時の制御と同様に、車両の減速時における閉弁時の際に生ずるサチュレート状態を抑制することができる

本発明によれば、第１吸気制御弁に続いて第２吸気制御弁が開弁するときに吸気圧力（吸入空気量）の変化が抑制もしくは停滞した状態を緩和する内燃機関の吸気装置を提供することができる。

本発明の第１実施形態にかかる内燃機関における吸気装置の要部を示す模式図である。 吸気装置の要部ブロック図である。 本発明の第１実施形態にかかる第１吸気制御弁および第２吸気制御弁の制御要領を示すフロー図である。 本発明の第１実施形態にかかる第１吸気制御弁および第２吸気制御弁の制御要領を示すフロー図である。 従来の第１吸気制御弁の開度と、第２吸気制御弁の開度と、内燃機関への吸入空気量（吸気圧力）との関係を表すタイムチャートである。 本発明の一実施形態にかかる第１吸気制御弁の開度と、第２吸気制御弁の開度と、内燃機関への吸入空気量（吸気圧力）との関係を表すタイムチャートである。 本発明の第１実施形態にかかる第１吸気制御弁の所定の開度を設定するマップの一例であり、（ａ）は有効開度の設定のための説明図、（ｂ）は回転数に対する有効開度のチャートである。 本発明の第１実施形態にかかるマップの一例であり、（ａ）は第１吸気制御弁の開度−吸入空気量線図であり、（ｂ）は第２吸気制御弁の開度−吸入空気量線図である。 本発明の第２実施形態にかかる第１吸気制御弁および第２吸気制御弁の制御要領を示すフロー図である。 エンジン回転数の上昇に伴う、第１吸気制御弁の有効開度に相当する空気量と、目標吸入空気量との関係を表すタイムチャートである。 エンジン回転数の上昇に伴う、第１吸気制御弁の有効開度に対する実開度の挙動を表すタイムチャートである。

［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態を、図面を参照しながら説明する。図１は本実施形態が適用された内燃機関における吸気装置の要部を示す模式図である。図示例の内燃機関は例えば直列５気筒エンジンある。

図１を参照すると、各シリンダＣＬ１〜５の各吸気ポートには第１吸気通路１と第２吸気通路２とがそれぞれ連通している。両吸気通路１，２は上流側で１本の吸気ダクト３に連通している。吸気ダクト３の上流にはエアフィルタ４が設けられており、吸入空気（新気）はエアフィルタ４から吸入ダクト３へ吸入される。なお、吸気ダクト３には吸気流量を計測するためのエアフローメータ５が設けられており、両吸気通路１，２はエアフローメータ５の下流側で分岐されている。

第１吸気通路１は吸気ダクト３から分岐された１本の通路として設けられている。この１本の通路には、たとえばバタフライバルブからなる第１吸気制御弁６が設けられている。その後、第１吸気通路１は２段階に分岐されて各シリンダＣＬ１〜５の各吸気ポートに連通している。第１吸気制御弁６は５気筒に対して１つのみ設けられている。

第２吸気通路２は吸気ダクト３から分岐された後には１本の通路となるエアチャンバからシリンダＣＬ１〜５毎に分岐されて各吸気ポートに連通している。分岐部分すなわちシリンダＣＬ１〜５ごとに、たとえばバタフライバルブからなる第２吸気制御弁７が設けられている。

なお、図示例では、各吸気制御弁６，７はドライブ・バイ・ワイヤで制御され、第１吸気制御弁６は対応するアクチュエータ８により、各第２吸気制御弁７は互いに連動するように１つのアクチュエータ９により、それぞれ開閉制御されるようになっている。第１吸気制御弁６とアクチュエータ８との間には第１吸気制御弁６の開度を検出する第１開度センサ１０が設けられ、各第２吸気制御弁７とアクチュエータ９との間には第２吸気制御弁７の開度を検出する第２開度センサ１１が設けられている。

また、各アクチュエータ８，９を制御する制御装置（ＥＣＵ）１００が設けられており、そのＥＣＵ１００には前記した各開度センサ１０，１１からの開度検出信号と、エアフローメータ５からの上流側空気流量検出信号とがそれぞれ入力している。さらに、ＥＣＵ１００には、アクセルペダル（図示せず）からのアクセル信号ＡＣＬと、エンジン回転センサ（図示せず）からの回転数Ｎｅと、吸気圧センサ（図示せず）からの吸気圧Ｐｂと、大気圧センサ（図示せず）からの大気圧Ｐａの各信号がそれぞれ入力されている。ＥＣＵ１００ではそれらの信号に応じて各吸気制御弁６，７を制御する。

次に、図２の要部ブロック図を参照して本実施形態にかかる吸気装置について説明する。なお、図２では１つのシリンダＣＬ１について代表して示すが、他のシリンダについても同様であり、同様に適用される。

本実施形態の吸気装置は、ＥＣＵ１００によって実現できる。ＥＣＵ１００は、一種のコンピュータであり、演算を実行するプロセッサ（ＣＰＵ）、各種データを一時記憶する記憶領域およびプロセッサによる演算の作業領域を提供するランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）、プロセッサが実行するプログラムおよび演算に使用する各種のデータが予め格納されている読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、およびプロセッサによる演算の結果およびエンジン系統の各部から得られたデータのうち保存しておくものを格納する書き換え可能な不揮発性メモリを備えている。不揮発性メモリは、システム停止後も常時電圧供給されるバックアップ機能付きＲＡＭで実現することができる。

ＥＣＵ１００の吸気制御機能は、前記した回転数Ｎｅの信号と、第１開度センサ１０が検出した第１吸気制御弁６の開度θ１の信号と、第２開度センサ１１が検出した第２吸気制御弁７の開度θ２の信号と、を受け取る入力インタフェース１２０と、第１吸気制御弁開度補正部１０１と、第２吸気制御弁開度判定部１０２と、制御信号等を第１吸気制御弁６のアクチュエータ８および第２吸気制御弁７のアクチュエータ９へ出力する出力インタフェース１２１と、から構成されている。そして、ＥＣＵ１００は、第１吸気制御弁開度補正部１０１と、第２吸気制御弁開度判定部１０２の機能を実現させるようにプログラムされている。

入力インタフェース１２０は、ＥＣＵ１００とエンジン系統の各部とのインタフェース部であり、エンジン系統の様々な箇所から送られてくる車両の運転状態を示す情報を受け取って信号処理を行い、アナログ情報はデジタル信号に変換し、これらをＥＣＵ１００の第１吸気制御弁開度補正部１０１と、第２吸気制御弁開度判定部１０２および動力機関系統の制御機器へ受け渡す。図１、２では、一部しか示していないが、これに限定されるものではなく、その他種々の情報が入力される。

第１吸気制御弁開度補正部１０１は、回転数Ｎｅの信号を入力し、たとえば、ＥＣＵ１００のメモリに格納されたマップを参照して、回転数Ｎｅに基づく有効開度（所定有効開度）θｕの信号を算出する。そして、第１吸気制御弁開度補正部１０１は、第１吸気制御弁６の開度θ１の信号を入力し、開度θ１が算出された有効開度θｕになるように制御信号をアクチュエータ８へ出力する。開度θ１が有効開度θｕになったとき、第１吸気制御弁開度補正部１０１は、アクチュエータ９へ第２吸気制御弁７を開動作する旨の制御信号をアクチュエータ９へ出力する。

第２吸気制御弁開度判定部１０２は、第２吸気制御弁７の開度θ２の信号も入力し、第２吸気制御弁７が開閉しているか否かを判定し、判定結果の信号を第１吸気制御弁開度補正部１０１へ送出する。第１吸気制御弁開度補正部１０１は、第２吸気制御弁の開閉状況によって、第１吸気制御弁６の開動作の制御信号を調整する。かかるプロセスについての詳細は後記する。

出力インタフェース１２１は、ＥＣＵ１００によって算出された制御指令を吸気装置へ出力する機能を有する。しかしながらこれに限定するものではなく出力インタフェース１２１には、他のコントローラ等を接続することもできる。

次に、図３および図４のフロー図を参照して、吸気装置による制御の例を説明する。図３を参照すると、ステップＳＴ１でスロットル目標開度設定処理を行う。そのスロットル目標開度設定処理について図４のフロー図を参照して説明する。

図４を参照すると、ステップＳＴ１ａではアクセル信号ＡＣＬの大きさ（踏み込み量）に基づいて要求吸入空気量Ｇｄを算出する。なお、アクセル信号ＡＣＬの大きさの変化に対する要求吸入空気量Ｇｄの変化はリニアであって良い。次のステップＳＴ１ｂで要求吸入空気量Ｇｄとアイドルに必要な吸入空気量Ｇｉとを加算した目標吸入空気量Ｇｐを算出する。ここで、Ｇｐは１気筒あたりの吸入空気量である。

次のステップＳＴ１ｃにおいて、ＥＣＵ１００の第１吸気制御弁開度補正部１０１は、エンジン回転センサが検出した回転数Ｎｅを取得する。そして、第１吸気制御弁開度補正部１０１は、取得された回転数Ｎｅに基づき、ＥＣＵ１００のメモリに格納されたマップ（ステップＳＴ１ｅ）を参照して、第１吸気制御弁６の有効開度（所定有効開度）θｕを設定し、その信号を算出する（ステップＳＴ１ｄ）。

ここで、図５〜７を参照して、マップとしてＥＣＵ１００のメモリに格納されたエンジンの回転数Ｎｅと有効開度θｕとの関係を説明する。図５は従来の第１吸気制御弁の開度と、第２吸気制御弁の開度と、内燃機関への吸入空気量（もしくは吸気圧力または出力トルク）との関係を表すタイムチャートである。図６は本実施形態にかかる第１吸気制御弁の開度と、第２吸気制御弁の開度と、内燃機関への吸入空気量（もしくは吸気圧力または出力トルク）との関係を表すタイムチャートである。図７は本実施形態にかかる第１吸気制御弁の所定の開度を設定するマップの一例であり、（ａ）は有効開度の設定のための説明図、（ｂ）は回転数に対する有効開度のチャートである。

図５は、例えば特許文献１等で開示されている多連スロットル式エンジンにおいて、エンジン回転数が高い場合における、第１吸気制御弁と第２吸気制御弁の開度動作のタイムチャートに、内燃機関への吸入空気量（吸気圧力）の推移を併せて示している。

図５を参照すると、エンジン回転数が高い場合には、吸気圧力の変化量が第１吸気制御弁の臨界圧力を超えるため、領域ＳＡで示される、いわゆるサチュレート状態が発生する。

その後、第１吸気制御弁は開弁動作を停止して、第２吸気制御弁の開弁に伴い吸入空気量は急激に増加する。その結果、吸入空気量（吸気圧力）は、第１吸気制御弁の開弁に伴う立ち上がりの変化ＴＲ１と、第２吸気制御弁の開弁前のサチュレート状態の領域ＳＡと、その後第２吸気制御弁の開弁に伴う大きな変化ＴＲ２と、の３段階の変化となり、連続的な推移とならない。この領域ＳＡは、エンジントルクの無反応領域となり、車両を運転する乗員がアクセルを踏み込んでも車両が加速しないと感じ、運転のフィーリングを悪化させるおそれがあった。かかる現象は加速時だけでなく、図５の右半分のチャートに示すように減速時にも生じていた。

次に、図６は、本実施形態において、エンジン回転数が高い場合における、第１吸気制御弁と第２吸気制御弁の開度動作のタイムチャートに、内燃機関への吸入空気量（もしくは吸気圧力または出力トルク）の推移を併せて示した図５と同様なチャートである。

図６を参照すると、本実施形態はサチュレート状態になる前の第１吸入制御弁が有効開度（所定の開度）のときに、ＥＣＵ１００から第２吸気制御弁へ開弁指令が送られている。かかる構成によって、図５に示した従来技術の領域ＳＡのような現象は発生せず、吸入空気量（吸気圧力）は連続的に推移する。そのためアクセル踏込量に対する吸入空気量もしくは吸気圧力または出力トルクの反応が鈍化することを防止できる。

有効開度は、サチュレート状態になる前の、第１吸気制御弁の開度の変化に対する第１吸気通路を流れる吸入空気量の変化が所定の割合以下となる開度に設定されている。かかる開度の範囲内に有効開度が設定されることによって、第１吸気制御弁の開度に対する吸入空気量の変化の感度が低いため、吸入空気量の変化を連続的にすることが容易となり、所定の開度を正確に設定することができる。

次に、図７の（ａ）は内燃機関の吸気圧力ＰＢＡのタイムチャートを示しており、各二点鎖線Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆは、この順で、回転数Ｎｅが低回転の場合から高回転の場合の吸気圧力ＰＢＡの推移を表している。例えば、回転数Ｎｅが最も低い場合の吸気圧力ＰＢＡの推移は二点鎖線Ａで示され、回転数Ｎｅが最も高い場合の吸気圧力ＰＢＡの推移は一点鎖線Ｆで示されている。二点鎖線Ｂ〜Ｆの途中から分岐している実線ＣＢ，ＣＣ，ＣＤ，ＣＥ，ＣＦは、第１吸気制御弁が有効開度に到達して、第２吸気制御弁が開弁されて増加した吸気圧力ＰＢＡの推移を示している。実線が分岐した以降の二点鎖線は、たとえば特許文献１に開示されている従来技術のように、第２吸気制御弁が開弁するときの第１吸気制御弁の開度を常に同じものとした場合の吸気圧力ＰＢＡの推移である。なお、前記したように、吸気圧力ＰＢＡはエンジン1気筒あたりの吸入空気量あるいは出力トルクとみなすことができる。

図７（ａ）を参照すると、回転数Ｎｅが低い二点鎖線Ａにおいては、第２吸気制御弁の開弁動作に伴って吸入空気量が増加したときにでも、吸気圧力ＰＢＡの変化はほぼ連続的に推移させることができる。

しかしながら、二点鎖線Ｂに対応する回転数Ｎｅを超えると、吸気圧力ＰＢＡの推移の中に、吸気圧力ＰＢＡがサチュレートした状態の領域ＳＡを生じさせる。本実施形態では、吸気圧力ＰＢＡの推移が領域ＳＡに到達する前の変化点Ｐを検出し、この変化点Ｐに対応する第１吸気制御弁の開度を取得した。この開度が有効開度となり、第１吸気制御弁の開度が有効開度になったときに、第２吸気制御弁を開弁することによって、吸気圧力ＰＢＡがサチュレートした状態の領域ＳＡの発生を防止することができる。

図７（ｂ）は、前記した変化点Ｐにおける第１吸気制御弁の有効開度θｕを回転数Ｎｅごとにサンプリングしてプロットしたチャートの例である。このチャートをマップとしてＥＣＵ１００のメモリに格納することができる。なお、図７（ｂ）のマップの例は標準大気圧のマップとなっているが、例えば図７（ａ）において、開度または吸気圧力（吸入空気量）を実大気圧に基づいて補正して図７（ｂ）のマップを作成することもできる。

図４を再び参照すると、次のステップＳＴ１ｆでは目標吸入空気量Ｇｐが前記した有効開度θｕに対応する有効開度相当吸入空気量Ｇｕより大きいか否かを判別し、大きいと判定された場合にはステップＳＴ１ｇに進み、小さいと判定された場合にはステップＳＴ１ｈに進む。なお、Ｇｕは１気筒あたりの有効開度相当吸入空気量である。

ここで図８を参照して、吸気制御弁の開度と吸入空気量との関係に基づき有効開度相当吸入空気量Ｇｕを説明する。図８は標準大気圧におけるものであり、（ａ）は第１吸気制御弁の開度−吸入空気量線図であり、（ｂ）は第２吸気制御弁の開度−吸入空気量線図である。なお、図８の縦軸は、１気筒あたりの吸入空気量を表している。図８（ａ）を参照すると、例えば開度θｘの時に第１吸入空気量Ｇｘとなる。第１吸気制御弁６は先に開く弁であり、主としてアイドリング時や低速回転時における吸入空気量の制御を行うために用いられる。

また、第１吸気制御弁６は全閉から全開まで開閉可能にされているが、制御に用いられる開度領域を、図に示されるようにアイドリング用の最小開度から所定の有効開度θｕまでとすると良い。なお、有効開度θｕは図７（ｂ）のように設定される。

最小開度で最小吸入空気量Ｇｓとなり、有効開度θｕで有効開度相当吸入空気量Ｇｕとなり、その間での開度θｘに対応して第１吸入空気量Ｇｘが求められる。また、回転速度Ｎｅの違いでその値は変わるため、回転速度別に複数のマップＭＡＰ１が用意されており、回転速度Ｎｅに応じて１つのマップが用いられる。ここでＭＡＰ１は第２吸気制御弁６が全閉状態であることを前提としている。マップの数は任意であり、マップ間を補間すると良い。

第２吸気制御弁７の開度に対応する吸入空気量は、図８（ｂ）に示されるマップＭＡＰ２から求められる。マップＭＡＰ２も数は任意であり、マップ間を補間すると良い。図８（ｂ）の横軸は第２吸気制御弁７の開度であり、縦軸が吸入空気量である。図では、第１吸気制御弁６が有効開度θｕの場合の第２吸気制御弁７の開度変化における吸入空気量の変化が実線により示されており、第１吸気制御弁６が最小開度の場合の第２吸気制御弁７の開度変化における吸入空気量の変化が二点鎖線により示されている。なお、図のθ２ｘは第２吸気制御弁７の目標開度であり、以降のステップで設定される。

ステップＳＴ１ｇでは第１吸気制御弁６の目標開度θｘを有効開度θｕに設定し、次のステップＳＴ１ｉで、実回転速度から選択されたＭＡＰ２に基づいて第２吸気制御弁７の目標開度θ２ｘを設定する。また、ステップＳＴ１ｈではＭＡＰ１に基づき目標吸入空気量Ｇｐに対応する第１吸気制御弁６の開度θｘを設定し、次のステップＳＴ１ｊで、第２吸気制御弁７の目標開度θ２ｘを０度に設定する。なお、ＭＡＰ１およびＭＡＰ２は、前記したように標準大気圧のマップとなっているが、これらのマップで求めた開度またはマップに用いる吸入空気量を実大気圧に基づいて補正することもできる。

各ステップＳＴ１ｉ・１ｊの次のステップＳＴ１ｋでは目標吸入空気量Ｇｐの今回値Ｇｐ（ｎ）が前回値Ｇｐ（ｎ−１）よりも大きいか否かを判別し、大きいと判定された場合にはステップＳＴ１ｍに進み、変わらないか小さいと判定された場合にはステップＳＴ１ｎに進む。ステップＳＴ１ｍではスロットル増加フラグＦを１とし、ステップＳＴ１ｎではスロットル増加フラグＦを０として図４のフローを終了する。

再び図３を参照すると、ステップＳＴ２に進み、そこでスロットル増加フラグＦが１であるか否かを判別する。スロットル増加フラグＦは、ステップＳＴ１で設定された目標開度が前回よりも開き側の場合を１とする。スロットル増加フラグＦ２が１であると判定された場合にはステップＳＴ３に進む。

ステップＳＴ３では、第２吸気制御弁７の目標開度が０度（全閉）より大きいか否かを判別する。ステップＳＴ１でアイドリング状態や低速走行の場合に相当するようなアクセルペダルの踏み込み量だった場合には第１吸気制御弁６の有効開度θｕの範囲内で運転可能であり、そのような目標開度の場合には第２吸気制御弁７の開度は０度と設定される。ステップＳＴ３で第２吸気制御弁７の目標開度が０度より大きいと判定された場合にはステップＳＴ４に進む。

ステップＳＴ４では第１吸気制御弁６の実開度（検出開度）θ１が有効開度θｕに該当する（θ１≧θｕ）か否かを判別する。第１吸気制御弁６の実開度θ１が有効開度θｕに該当すると判定された場合にはステップＳＴ５に進む。第１吸気制御弁６の実開度θ１が有効開度θｕに達しており、開き側に駆動制御する場合には第２吸気制御弁７を開く制御を行う場合であり、ステップＳＴ５で第２吸気制御弁７を目標開度θ２ｘまで駆動し、本ルーチンを終了する。ここで、検出開度の誤差等の影響を考慮して、ステップＳＴ４における判定開度を有効開度θｕそのものとせずに有効開度θｕより所定開度小さい判定開度を用いても良い。

上記ステップＳＴ３で第２吸気制御弁７の目標開度が０度であると判定された場合にはステップＳＴ６に進む。この場合には第２吸気制御弁７を開くほどの目標開度が設定されなかった場合であり、ステップＳＴ６で、第１吸気制御弁６を目標開度θｘに駆動し、本ルーチンを終了する。

また上記ステップＳＴ４で第１吸気制御弁６の実開度θ１が有効開度θｕに達していないと判定された場合にはステップＳＴ７に進む。この場合にはステップＳＴ３で第２吸気制御弁７を開くと判定されていることから、ステップＳＴ７で第１吸気制御弁６を有効開度θｕに駆動し、本ルーチンを終了する。

上記ステップＳＴ２でスロットル増加フラグＦが０であると判定された場合にはステップＳＴ８に進む。この場合には閉じ側に駆動する場合であり、ステップＳＴ８では第２吸気制御弁７の実開度（検出開度）θ２が０度（全閉）より大きいか否かを判別する。ステップＳＴ８で第２吸気制御弁７の実開度θ２が０度であると判定された場合には、第２吸気制御弁７が全閉であり、その場合の制御対象は第１吸気制御弁６となることから、ステップＳＴ９では第１吸気制御弁６を目標開度θｘに駆動し、本ルーチンを終了する。

ステップＳＴ８で第２吸気制御弁７の実開度θ２が０度より大きいと判定された場合にはステップＳＴ１０に進む。この場合には、第２吸気制御弁７が開いている状態であることから先に第２吸気制御弁７を全閉側に駆動するために、ステップＳＴ１０で第２吸気制御弁７を目標開度θ２ｘに駆動し、さらにステップＳＴ１１で第1吸気制御弁６を有効開度θｕに設定して本ルーチンを終了する。

なお、ステップＳＴ８で実開度θ２を０度より大きいか否かを判定しているが、第２開度センサ１１の精度のばらつきを考慮して、０度よりも大きい所定の全閉相当開度以下となっているか否かを判定するようにしても良い。この場合、全閉相当開度以下であると判定された場合にはステップＳＴ９を実行し、全閉相当開度を越えていると判定された場合にはステップＳＴ１０を実行する。

それぞれ、次の制御サイクルではステップＳＴ１から再開することになる。例えばステップＳＴ７に進んだ場合には第１吸気制御弁６を有効開度θｕに駆動するが、その場合には第２吸気制御弁７を目標開度θ２ｘに駆動する場合であり、次のサイクルでステップＳＴ５に進み、第２吸気制御弁７を開く駆動制御を行うことになる。同様にステップＳＴ１０に進んだ場合に第２吸気制御弁７を全閉にする目標開度が設定されていたら、まず第２吸気制御弁７を全閉にし、次のサイクルでステップＳＴ９に進んで第１吸気制御弁６を閉じる駆動制御を行うことになる。

このように、本実施形態では、順次開閉する場合にはステップＳＴ２以降で制御するようにしており、これらの切替制御を行う開制御切り替え手段と閉制御切り替え手段とは、制御装置ＥＣＵ内の回路またはプログラムにより構成されていて良い。かかるプロセスとすることによって、第２吸気制御弁７の状態に応じて、第１吸気制御弁６および第２吸気制御弁７を適切に制御し、吸気圧力（吸入空気量）がサチュレートした状態の領域ＳＡの発生を防止することができる。

［第２実施形態］
次に図９〜図１１を参照して、本発明の第２実施形態について説明する。図９は、本実施形態にかかる第１吸気制御弁および第２吸気制御弁の制御要領を示すフロー図である。図１０は、エンジン回転数の上昇に伴う、第１吸気制御弁の有効開度に相当する空気量と、目標吸入空気量との関係を表すタイムチャートであり、図における目標吸入空気量および有効開度相当吸入空気量は１気筒あたりの吸入空気量を表している。図１１は、エンジン回転数の上昇に伴う、第１吸気制御弁の有効開度に対する実開度の挙動を表すタイムチャートである。

図９を参照すると、ステップＳＴ２０１において、ＥＣＵ１００の第１吸気制御弁開度補正部１０１は、エンジン回転センサが検出した回転数Ｎｅを取得する。そして、第１吸気制御弁開度補正部１０１は、取得された回転数Ｎｅに基づき、ＥＣＵ１００のメモリに格納されたマップ（ステップＳＴ２０３）を参照して、第１吸気制御弁６の有効開度（所定有効開度）θｕを設定し、その信号を算出する（ステップＳＴ２０２）。ステップＳＴ２０３で参照するマップは、前記した第１実施形態と同様に、図７（ｂ）に示す変化点Ｐにおける第１吸気制御弁の有効開度θｕを回転数Ｎｅごとにサンプリングしてプロットしたチャートが適用される（第１吸気制御弁の所定有効開度を算出する手段）。

次のステップＳＴ２０４では、アクセル信号ＡＣＬの大きさ（踏み込み量）に基づいて要求吸入空気量Ｇｄを算出する。なお、アクセル信号ＡＣＬの大きさの変化に対する要求吸入空気量Ｇｄの変化はリニアであって良い。そして、要求吸入空気量Ｇｄとアイドルに必要な吸入空気量Ｇｉとを加算した目標吸入空気量Ｇｐを算出する（目標吸入空気量を算出する手段）。

次のステップＳＴ２０５では、エンジン回転数Ｎｅおよび有効開度θｕのマップを参照して有効開度相当吸入空気量Ｇｕを検索する（仮定吸入空気量を算出する手段）。ここで、図１０を参照すると、第１吸気制御弁６がある有効開度θｕのとき、第１吸気制御弁６を通過する空気量は、エンジン回転数Ｎｅに応じて変化する。この空気量が有効開度相当吸入空気量Ｇｕであり、図１０に相当するタイムチャートが、有効開度θｕに基づき設定されたマップとして用いることができる。なお、図１０に示すように破線を境にして、有効開度相当吸入空気量Ｇｕは目標吸入空気量Ｇｐを下回り、図示しない第２吸気制御弁７が開弁する制御が実行される。

次のステップＳＴ２０６では、第２吸気制御弁７の開度θ２がθ２ｈと比較される。θ２ｈはしきい値であり、ほぼ０付近の開度が設定されている。θ２がθ２ｈよりも小さいとき（ステップＳＴ２０６：Ｎｏ）、第２吸気制御弁７は閉弁状態であるため、目標吸入空気量Ｇｐとエンジン回転数Ｎｅに基づくマップを参照して、第１吸気制御弁６の開度θ１を検索する（ステップＳＴ２０７）。このマップは前記した図８と同様であり、目標吸入空気量Ｇｐに応じて、第１吸気制御弁６の開度θ１がプロットされているものである。また、回転速度Ｎｅの違いでその値は変わるため、回転速度別に複数のマップＭＡＰ１が用意されており、回転速度Ｎｅに応じて１つのマップが用いられる。マップの数は任意であり、マップ間を補間すると良い。θ２がθ２ｈよりも大きいとき（ステップＳＴ２０６：Ｙｅｓ）、第２吸気制御弁７は開弁状態であるため、第１吸気制御弁６の開度θ１は有効開度θｕとされる（ステップＳＴ２０８）。

次のステップＳＴ２０９では、フラグＦが１か否かが判断される。フラグＦは初期値としては０が設定されており、後記するプロセスにおいて１もしくは０が設定される。このフラグＦは、図１０に示す目標吸入空気量Ｇｐが有効開度相当吸入空気量Ｇｕ以上となる領域（破線より右側の領域）において、第１吸気制御弁６の開度θ１が有効開度θｕを超えたときにフラグＦを１としている。

ここで、図１１を参照して、本実施形態における第１吸気制御弁６の開弁制御について説明する。図１１は、エンジン回転数Ｎｅの上昇に伴う、有効開度θｕに対して設定された第１吸気制御弁目標開度θｏに応じた第１吸気制御弁実開度θ１の挙動を示している。図１１を参照すると、点線で示す有効開度θｕに基づき、破線で示す第１吸気制御弁目標開度θｏとなるように第１吸気制御弁６が制御される。第１吸気制御弁６は、第１吸気制御弁目標開度θｏの動きに追従して開弁され、実線で示す第１吸気制御弁実開度θ１のように開弁する。垂直の破線は図１０の破線と同じであり、破線を境にして、有効開度相当吸入空気量Ｇｕは目標吸入空気量Ｇｐを下回り、第２吸気制御弁７が開弁する制御が実行される。

本実施形態では、後記するプロセスにおいて、有効開度θｕとともに第１判定開度θｕｈと第２判定開度θｕＬとを新たに設けている。吸気制御弁の開度センサの検出誤差の影響によって、目標とする制御開度（例えば、第１吸気制御弁目標開度θｏ）と検出された実際の開度（例えば、第１吸気制御弁実開度θ１）との間に、定常的な誤差を生ずる場合がある。この定常的な誤差を考慮してそれぞれの判定開度が設定されており、先ず第１判定開度θｕｈは有効開度θｕより僅かに小さい開度としている（θｕｈ＜θｕ）。ただし、上述した誤差を無視できるような場合（例えば誤差が0と見なせる場合あるいは上記誤差を考慮した補正が既に検出開度に施されている場合など）には第１判定開度θｕｈとして有効開度θｕを用いても良い（θｕｈ＝θｕ）。一方、検出された実際の開度は、目標とする制御開度の信号に対して、通常時間的な遅れをもって作動する。この時間遅れによって第２吸気制御弁７が開閉を繰り返すハンチング現象を生ずることを防止するために、前記した第１判定開度θｕｈよりも小さな開度の第２判定開度θｕＬを設定している（θｕＬ＜θｕｈ）。ただし、応答性が高く、時間遅れが小さいときには、第１判定開度θｕｈと第２判定開度θｕＬとを同じ開度に設定することもできる（θｕＬ＝θｕｈ）。

再び、図９を参照してプロセスを説明する。フラグＦが１と判断されると（ステップＳＴ２０９：Ｙｅｓ）、目標吸入空気量Ｇｐと有効開度相当吸入空気量Ｇｕとが比較される（第１判定手段：ステップＳＴ２１０）。目標吸入空気量Ｇｐが有効開度相当吸入空気量Ｇｕよりも大きければ（ステップＳＴ２１０：Ｎｏ）、フラグＦを１に設定する（ステップＳＴ２１４）。図１０を参照すると、破線で示した境界を超え、目標吸入空気量Ｇｐが有効開度θｕに開弁された第１吸気制御弁６の空気流量を超えるため、フラグＦを１として、第２吸気制御弁７の開弁制御が実行される。開弁制御にあたっては、目標吸入空気量Ｇｐとエンジン回転数Ｎｅに基づくマップを参照して、第２吸気制御弁７の開度θ２が検索されて（ステップＳＴ２１５）、本プロセスは終了する。このマップは前記した図８と同じであり、目標吸入空気量Ｇｐに応じて、第２吸気制御弁７の開度θ２がプロットされているものである。また、回転速度Ｎｅの違いでその値は変わるため、回転速度別に複数のマップＭＡＰ２が用意されており、回転速度Ｎｅに応じて１つのマップが用いられる。マップの数は任意であり、マップ間を補間すると良い。

目標吸入空気量Ｇｐが有効開度相当吸入空気量Ｇｕよりも小さければ（ステップＳＴ２１０：Ｙｅｓ）、第１吸気制御弁実開度θ１が第２判定開度θｕＬと比較される（第２判定手段：ステップＳＴ２１１）。第１吸気制御弁実開度θ１が第２判定開度θｕＬと等しい、もしくは大きければ（ステップＳＴ２１１：Ｙｅｓ）、フラッグＦを１に設定し（ステップＳＴ２１４）、図８（ｂ）に示す目標吸入空気量Ｇｐとエンジン回転数Ｎｅに基づくマップを参照して、第２吸気制御弁７の開度θ２が検索されて（ステップＳＴ２１５）、本プロセスは終了する。

第１吸気制御弁実開度θ１が第２判定開度θｕＬより小さい場合（ステップＳＴ２１１：Ｎｏ）、フラグＦは０に設定される（ステップＳＴ２１６）。第２吸気制御弁７の開度θ２は０に設定され（ステップＳＴ２１７）、本プロセスは終了する。

フラグＦが０と判断されると（ステップＳＴ２０９：Ｎｏ）、目標吸入空気量Ｇｐと有効開度相当吸入空気量Ｇｕとが比較される（第１判定手段：ステップＳＴ２１２）。目標吸入空気量Ｇｐが有効開度相当吸入空気量Ｇｕよりも小さければ（ステップＳＴ２１２：Ｎｏ）、フラグＦは０に設定される（ステップＳＴ２１６）。第２吸気制御弁７の開度θ２は０に設定され（ステップＳＴ２１７）、本プロセスは終了する。

目標吸入空気量Ｇｐが有効開度相当吸入空気量Ｇｕよりも大きければ（ステップＳＴ２１２：Ｙｅｓ）、第１吸気制御弁実開度θ１が第１判定開度θｕｈと比較される（第２判定手段：ステップＳＴ２１３）。第１吸気制御弁実開度θ１が第１判定開度θｕｈと等しい、もしくは大きければ（ステップＳＴ２１３：Ｙｅｓ）、フラグＦを１に設定し（ステップＳＴ２１４）、図８（ｂ）に示す目標吸入空気量Ｇｐとエンジン回転数Ｎｅに基づくマップを参照して、第２吸気制御弁７の開度θ２が検索されて（ステップＳＴ２１５）、本プロセスは終了する。

第１吸気制御弁実開度θ１が第１判定開度θｕｈより小さい場合（ステップＳＴ２１３：Ｎｏ）、フラグＦは０に設定される（ステップＳＴ２１６）。第２吸気制御弁７の開度θ２は０に設定され（ステップＳＴ２１７）、本プロセスは終了する。

かかるプロセスを具現化することにより、第１実施形態と同様に、第２吸気制御弁７の状態に応じて、第１吸気制御弁６および第２吸気制御弁７を適切に制御し、吸気圧力（吸入空気量）がサチュレートした状態の領域ＳＡの発生を防止することができる。さらに、本実施形態では、ＳＴ２１２；ＹｅｓとＳＴ２１３；Ｙｅｓの条件に基づき第２吸気制御弁７の開弁を許可する許可判定フラグFを１に設定する許可判定手段と、フラグFが１に設定された後、ＳＴ２１０；ＮｏとＳＴ２１１；Ｎｏの条件に基づきフラグＦを０（初期状態）とする許可取消手段とを備えている。したがって、フラグＦが１に設定された後に、機関回転数Ｎｅの上昇によって有効開度θuが増加し、当該有効開度θuよりも第１吸気制御弁6の検出開度θ１が一時的に小さくなった場合においても、ＳＴ２１０；ＮｏとＳＴ２１１；Ｎｏの条件が成立するまでフラグＦは１に継続して設定され、例えばフラグＦ＝１且つＧｐ＞Ｇｕであれば第１吸気制御弁6の検出開度θ１を確認しない構成となるので、機関回転数Ｎｅの上昇に伴う有効開度θuの増大時に、第２吸気制御弁７が全閉してしまう又は第２吸気制御弁７が一定開度で停滞してしまうことを防ぎ、加速時における第２吸気制御弁７の安定した作動を実現させることができる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこのような実施形態に限定されることはなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において改変して用いることができる。たとえば、所定の高応答要求条件（例えばスイッチ操作によりスポーツモードが選択された場合、気筒数可変制御が行われる場合、変速操作時など）が成立する場合に、第１吸気制御弁と第２吸気制御弁を同時に開弁または閉弁する制御手段を本発明に付加してもよい。

１ 第１吸気通路
２ 第２吸気通路
６ 第１吸気制御弁
７ 第２空気制御弁
８，９ アクチュエータ
１０、１１ 開度センサ
１００ ＥＣＵ
１０１ 第１吸気制御弁開度補正部
１０２ 第２吸気制御弁開度判定部
１２０ 入力インタフェース
１２１ 出力インタフェース

Claims (6)

1. 第１吸気通路と、前記第１吸気通路を通過する吸入空気量を制御する第１吸気制御弁と、前記第１吸気通路における前記第１吸気制御弁の上流と下流とに連通する第２吸気通路と、前記第２吸気通路を通過する吸入空気量を制御する第２吸気制御弁とを備え、前記第１吸気制御弁の開度が所定値に達した時に前記第２吸気制御弁を順次開くようにした内燃機関の吸気装置において、
   前記第１吸気制御弁の開度の変化に対する前記第１吸気通路を流れる吸入空気量の変化が所定の割合以下となり、吸入空気量がサチュレート状態となる開度を所定有効開度とし、
   前記内燃機関の回転数に応じて前記所定有効開度を算出し、前記第１吸気制御弁が前記所定有効開度または前記所定有効開度よりも小さい判定開度まで開弁したとき、前記第２吸気制御弁を開弁する制御手段を備えることを特徴とする内燃機関の吸気装置。
2. 第１吸気通路と、前記第１吸気通路を通過する吸入空気量を制御する第１吸気制御弁と、前記第１吸気通路における前記第１吸気制御弁の上流と下流とに連通する第２吸気通路と、前記第２吸気通路を通過する吸入空気量を制御する第２吸気制御弁とを備え、前記第１吸気制御弁の開度が所定値に達した時に前記第２吸気制御弁を順次開くようにした内燃機関の吸気装置において、
   前記第１吸気制御弁の開度の変化に対する前記第１吸気通路を流れる吸入空気量の変化が所定の割合以下となり、吸入空気量がサチュレート状態となる開度を所定有効開度とし、
   目標吸入空気量を算出する手段と、前記内燃機関の回転数に応じて前記所定有効開度を算出する手段と、前記第１吸気制御弁が前記所定有効開度であり且つ前記第２吸気制御弁が全閉相当開度である場合の仮定吸入空気量を算出する手段と、前記目標吸入空気量が前記仮定吸入空気量を超えているか判定する第１判定手段と、前記第１吸気制御弁の開度が前記所定有効開度または前記所定有効開度よりも小さい第１判定開度以上か判定する第２判定手段と、前記第１判定手段および前記第２判定手段の双方が肯定された場合に前記第２吸気制御弁の開弁を許可する許可判定手段と、
   前記許可判定後に、前記目標吸入空気量が前記仮定吸入空気量以下となり、かつ、前記第１吸気制御弁の開度が前記所定有効開度または前記所定有効開度よりも小さい第２判定開度未満となる取消条件が成立するまで前記許可判定を継続し、前記取消条件成立後に前記許可判定を取り消す許可取消手段と、を備える内燃機関の吸気装置。
3. 前記内燃機関は複数の気筒を備えており、
   前記第２吸気制御弁は各気筒ごとに備えられた多連スロットル弁であり、
   前記第１吸気制御弁は単一のスロットル弁である、ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の内燃機関の吸気装置。
4. 前記所定有効開度は前記内燃機関の回転数の上昇に伴い大きくする、ことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つの項に記載の内燃機関の吸気装置。
5. 前記第２吸気制御弁が開弁している間、前記第１吸気制御弁は前記所定有効開度に制御され、前記内燃機関の回転数の変化に応じて前記所定有効開度を変化させることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１つの項に記載の内燃機関の吸気装置。
6. 前記第２吸気制御弁が全閉相当開度まで閉弁したとき、前記第１吸気制御弁を前記所定有効開度よりも閉弁側に駆動する制御手段をさらに備えることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１つの項に記載の内燃機関の吸気装置。

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