JP5299673B2

JP5299673B2 - 吸気制御装置

Info

Publication number: JP5299673B2
Application number: JP2008235342A
Authority: JP
Inventors: 修靖三輪; 崇朝賀
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd; Aisin Corp
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 2008-09-12
Filing date: 2008-09-12
Publication date: 2013-09-25
Anticipated expiration: 2028-09-12
Also published as: JP2010065659A

Description

本発明は、吸気制御装置に関し、詳しくは、エンジンの燃焼室に空気を供給する吸気経路に備えたバルブの開弁のタイミングの設定により、吸気性能を改善する吸気制御装置に関する。

上記のように構成された吸気制御装置として特許文献１には、エンジンの燃焼室に通ずるインテークマニホールド１Ａに回転自在にロータリ弁３が備えられ、このロータリ弁３をギヤで減速する状態で駆動する駆動モータ１２が備えられ、これを制御する制御部１３が備えられた構成が示されている。制御部１３はマイクロコンピュータ等で構成され、エンジン回転センサからのエンジン回転情報、あるいは、アクセルポジションセンサからのアクセル踏み込み情報等が入力する。

この構成から、エンジン回転数が高速域、低速域、中速域の何れであるかを判定し、これら高速域と低速域と中速域とに対応してポペット弁２に対するロータリ弁３の開閉タイミングの位相を変化できる制御を行うことにより、吸気量を十分に保証し、体積効率の低下を未然に防止し、体積効率の向上を図れるものにしている。

上記のように構成された吸気制御装置として特許文献２には、吸気ポート１６に連なる通気経路部材３１にインパルスバルブ３２が回転自在に備えられ、これを駆動回転するステップモータでなるアクチュエータ５５が備えられた構成が示されている。この特許文献２では、吸気作動時にはエンジンの吸気行程の中期に開弁し、圧縮行程の初期に閉弁するようにアクチュエータ５５を制御する点が記載されている。

また、特許文献２では、アクチュエータ５５を一方向に間歇回転することにより開弁と閉弁とを行うように制御形態が設定されている。

特開平４‐１４８０２３号公報（〔実施例〕、図１〜図６）特開２００７‐１９２１７４号公報（段落番号〔０００８〜００２９〕、図１〜図７）

エンジンが吸気行程に移行した後の任意のタイミングで吸気系のバルブを開放するインパルス制御では、燃焼室内の負圧を利用して吸気性能を高めることが可能となる。しかしながら、ロータリバルブは回転により開弁と閉弁とを行う構造であるため、開弁作動が開始された後においてバルブの開弁が不充分な領域では、空気の流動に大きい抵抗が作用するため、吸気量が不充分となる。

そこで、特許文献２に記載されるように、ロータリバルブを間歇回転させることにより、この開弁作動で高速回転を実現することも考えられる。つまり、間歇的にロータリバルブを駆動回転するものでは、ロータリバルブを常時回転させるものと比較して、開弁のタイミングと閉弁のタイミングとを自由に設定できることから、高速での開弁が可能となる。

しかしながら、間歇的にロータリバルブを回転させるものでは、静止状態のバルブを高速で駆動するために高トルクを得る大型のアクチュエータを必要とし、この駆動のために大電流を必要とする等、エネルギーの消費も大きいものとなり改善の余地がある。

本発明の目的は、エンジンが吸気行程に移行した後にロータリバルブの開弁の制御により効率的な吸気を行い、エネルギーの無駄も低減できる吸気装置を合理的に構成する点にある。

本発明の特徴は、エンジンの燃焼室に空気を供給する吸気経路にロータリバルブを備え、このロータリバルブの駆動回転を行うアクチュエータを備え、エンジンの作動に基づいて前記アクチュエータを制御する開閉制御手段を備え、前記ロータリバルブが板状の弁体を備えて構成され、前記エンジンの単位時間あたりの回転数を検出する回転数検出手段を備えると共に、前記開閉制御手段は、前記回転数検出手段が取得した回転数が設定値未満である場合には、前記弁体を、この弁体の表面が空気の流れに対して平行となる全開姿勢に維持し、前記回転数検出手段が取得した回転数が設定値を超える場合には、前記弁体を連続回転させながら、エンジンの吸気行程における前記弁体の開弁のタイミングを設定し、かつ、開弁状態と閉弁状態とで成る１サイクルの回転作動における加減速により開弁時間を設定する点にある。

この構成により、エンジンが吸気行程に移行した後には、開閉制御手段で設定されるタイミングで開弁が行われる。また、回転数検出手段で取得した回転数が設定値を越える場合には弁体が常時回転するものであるため、例えば、間歇的に作動するものと比較してエネルギーの無駄がない。従って、エンジンが吸気行程に移行した後にロータリバルブの開弁の制御により効率的な吸気を行い、エネルギーの無駄も低減できる吸気装置が合理的に構成された。

本発明は、前記弁体が、前記閉弁状態に対応する閉領域から前記開弁状態に対応する開領域に亘って回転する際に、前記弁体の角速度を閉領域において加速しつつ開領域への移行が行われても良い。この構成によると、開領域に達した時点で弁体の角速度が既に加速されているため、開弁方向への作動が高速で行われ迅速な開放が可能となり、吸気に対して弁体から作用する抵抗を低減して吸気性能を向上できる。

本発明は、前記弁体が、前記閉弁状態に対応する閉領域から前記開弁状態に対応する開領域に亘って回転する際に、前記閉領域で前記弁体が回転する際の平均速度と、前記開領域において弁体が回転する際の平均速度との比率の変更により開弁時間の調節を行うように前記開閉制御手段の制御形態が設定されても良い。この構成によると、弁体の閉領域での平均速度と、弁体の開領域での平均速度との比率に対応して開弁時間の設定が実現する。

本発明は、前記エンジンの吸気作動を行う回転系としてのエンジンのクランク角を検出するクランク角検出手段と、前記アクチュエータとしての電動モータとを備え、前記開閉制御手段は、前記回転数検出手段で検出する回転数に対応して開弁のタイミングを決める角度情報を情報保存部から取得し、前記クランク角検出手段で検出するクランク角が前記情報保存部から取得した角度情報に達したタイミングで開弁が行われるように前記電動モータを駆動しても良い。この構成によると、エンジンの単位時間あたりの回転数が変動した場合でも、電動モータを制御することにより、情報保存部から取得した角度情報に基づいて開弁のタイミングの適切に設定できる。

本発明は、前記回転数検出手段で検出したエンジンの単位時間あたりの回転数が変化した場合に、前記開閉制御手段が、開弁時間を目標時間に維持するように閉弁時間の増減を行っても良い。この構成によると、例えば、エンジンの回転数が増大した場合でも、開弁時間を目標時間に維持できるので、吸気不足に陥ることもない。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
〔エンジンの構成〕
図１及び図２には自動車等の車両に備えられる４サイクル型のエンジンＥを示している。このエンジンＥの吸気経路には吸気のタイミングと吸気時間とを設定する吸気制御装置Ａが備えられている。また、排気経路の排気ガスのエネルギーで圧縮した空気を吸気として供給するターボチャージャーＢを備え、排気経路と吸気経路との間には排気ガスの一部を吸気経路に戻すＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）装置Ｃを備えている。

エンジンＥは、シリンダヘッド１、シリンダブロック２、クランクケース３、オイルパン４夫々を上下に重ね合わせ連結した構造を有している。シリンダブロック２に形成された複数のシリンダボアにはピストン５が摺動自在に収容され、クランクケース３に回転自在に支持したクランク軸６とピストン５とがコネクティングロッド７で連結されている。

シリンダヘッド１には燃焼室と吸気経路とを結ぶ位置に開閉自在な吸気バルブ１０を備え、燃焼室と排気経路とを結ぶ位置に開閉自在な排気バルブ１１を備えている。これらの上部位置には吸気バルブ１０と排気バルブ１１を独立して開閉作動させる一対のカムシャフト１２を備えている。シリンダヘッド１の吸気経路側には燃料噴射ノズル１３を備え、燃焼室には点火プラグ１４を備えている。

図面には示していないが、このエンジンＥではクランク軸６が１８０度回転作動した際に、４つのピストン５が夫々吸気行程、圧縮行程、燃焼行程、排気行程を行うように作動関係が設定されている。そして、これらの行程に連係して吸気バルブ１０と排気バルブ１１とを駆動するための駆動系がクランク軸６とカムシャフト１２との間に形成されている。

つまり、このエンジンＥでは、クランク軸６が７２０度回転（２回転）する間に４つのピストン５が順次吸気作動を行うように作動形態が設定されている。そのため、クランク軸６が１８０度だけ回転作動した際には４つのピストン５の何れか１つが必ず吸気を行い、他の１つのピストン５が必ず排気を行う。尚、４つのピストン５のうちの２つで同時に吸気を行うように作動パターンを設定しても良い。

シリンダヘッド１の一方の側面には、吸気バルブ１０を介して燃焼室に空気を供給するインテークマニホールド１５が連結され、シリンダヘッド１の他方の側面には、排気バルブ１１を介して燃焼室からの排気ガスを送り出すエキゾーストマニホールド１６が連結されている。

インテークマニホールド１５は単一の吸気管からの空気を燃焼室の数に対応して４つのブランチ部を有しており、これと同様に、エグゾーストマニホルドは複数の燃焼室に対応した４つのブランチ部を有している。

前記ターボチャージャーＢは、エキゾーストマニホールド１６からの排気ガスが供給されるタービン１７と、このタービン１７で駆動されることにより空気を吸引し加圧して吸気経路に送り出すコンプレッサー１８とで構成されている。

ＥＧＲ装置Ｃは、エキゾーストマニホールド１６から排気ガスの一部をインテークマニホールド１５に戻す還元経路２０と、この還元経路２０の中間において排気ガスを冷却するＥＧＲクーラ２１と、排気ガスの還元量を設定するＥＧＲバルブ２２とを備えている。

このＥＧＲ装置Ｃは、排気ガスの一部を燃焼室に供給することにより、排気ガスの主成分としての水蒸気、窒素、二酸化炭素を含み酸素濃度が低い排気ガスを吸気に混入させる構造を有している。この構造から、ＥＧＲ装置Ｃは、燃焼温度を低下させ、燃焼速度を低下させる結果、ＮＯｘの生成量を減少させるように機能する。

このエンジンＥの吸気経路には、ターボチャージャーＢのコンプレッサー１８からの空気が送られる供給管２３の中間に空気を冷却するインタークーラ２４と、吸気量を調節するスロットル２５と、スロットル２５からの空気を一時的に貯留するチャンバー２６とが、この順序で備えられている。また、この供給管２３の下流側の端部と、インテークマニホールド１５の外端位置との間に吸気制御装置Ａを構成するロータリバルブＡｒが備えられている。

このエンジンＥの排気経路には、ターボチャージャーＢのタービン１７からの排気ガスの浄化を行う排気浄化装置２７が備えられ、排気ガスは排気浄化装置２７で浄化された後に大気中に放出される。

このエンジンＥでは、前述したようにクランク軸６の回転によりピストン５が吸気行程、圧縮行程、燃焼行程、排気行程の夫々の行程を行う。つまり、吸気行程では吸気バルブ１０を開放して燃焼室に空気を吸引するとともに燃料噴射ノズル１３から燃料を噴射する。圧縮行程では吸気バルブ１０を閉じて混合気の圧縮を行い、次の燃焼行程では点火プラグ１４に給電することで圧縮状態の混合気を爆発的に燃焼させて駆動力を得る。この後の排気行程では排気バルブ１１を開放して燃焼室の燃焼ガスを排気ガスとして排出するように基本的な作動が設定されている。

〔吸気制御装置〕
吸気制御装置Ａは、ロータリバルブＡｒと、このロータリバルブＡｒの駆動回転を制御する開閉制御手段としての制御ユニットＡｃとで構成されている。

本発明のエンジンＥでは、前述した基本的な作動を行うものである。しかしながら、吸気行程において、吸気バルブ１０が開放し、かつ、ピストン５が吸気行程のための下降を開始した後の設定タイミングでロータリバルブＡｒを開弁作動させ燃焼室への吸気を行うように吸気制御装置Ａが制御を行う。

つまり、ピストン５が吸気行程に移行した後には燃焼室の負圧が増大する。従って、この負圧が所定値まで増大したタイミングで燃焼室に対して空気の供給を許すようにロータリバルブＡｒを作動させることにより、負圧の作用による過給効果で充分な吸気を実現する制御をインパルス制御と称している。

また、このインパルス制御では、ロータリバルブＡｒから燃焼室までのインテークマニホールド１５の長さや管径などによって効率的な吸気を行い得る時間の上限が決まり、この上限の時間が開弁時間として設定される。従って、ロータリバルブＡｒの開弁時間は決まった値になる。

この吸気制御装置Ａではインパルス制御においてロータリバルブＡｒを連続回転させながら、開弁作動を行う際には回転作動においてロータリバルブＡｒを加速させ、この直後の開弁状態において減速を開始する点に特徴を有する。この制御形態については後述する。

ロータリバルブＡｒは、図２及び図３に示すように、筒状となる吸気空間が形成された弁ケース３０と、この弁ケース３０に形成された断面形状が円形となる吸気空間に対して軸芯Ｐと同軸芯上に配置された軸体３１と、この軸体３１を介して回転自在に支持された円板状の弁体３２と、軸体３１を介して弁体３２を回転作動させるアクチュエータとしての電動モータ３３とを備えている。

図３に示すように、軸体３１の軸芯Ｐに沿う方向視において弁体３２の外端の回転軌跡に沿う滑らかな凹部が弁ケース３０の内面に形成され、弁体３２は閉領域Ｘで空気の流れを遮断し、開領域Ｙで空気の流れを許す。

電動モータ３３は、駆動信号に対応した回転速度（角速度）で回転作動可能なステッピングモータ等の同期モータ、あるいは、電力に対応した回転速度（角速度）を得ることが可能なＤＣモータが用いられている。出力軸３３Ａの回転位相を検出するためロータリエンコーダ等で成る回転角センサ３４備えられ、電動モータ３３の出力軸３３Ａと吸気制御装置Ａの軸体３１とが同軸芯上に配置され、この軸体３１と出力軸３３Ａとがジョイントによって連結されている。

また、回転角センサ３４として、電動モータ３３の出力軸３３Ａが予め設定された回転角度に達する毎に信号を出力する構造のセンサを用いても良い。この場合、センサが検出信号を出力する周期に基づいて電動モータ３３の回転速度を算出し、この回転速度と検出信号の出力タイミングとに基づいて出力軸３３Ａの回転位相（回転角）を取得するように回転角センサ３４又は制御ユニットＡｃが構成される。

エンジンＥのクランクケース３には、クランク軸６が所定の回転角度に達する毎に検出信号を出力するクランク角検出センサ３５を備えており、このクランク角検出センサ３５での検出信号に基づいて電動モータ３３を制御する制御ユニットＡｃを備えている。

制御ユニットＡｃは、エンジンＥを制御するＥＣＵの一部の機能を用いる、又は、専用のユニットとして構成される。この制御ユニットＡｃは、信号の処理を行うマイクロプロセッサと、情報の入出力を行うインタフェースと、情報を保存する半導体メモリとを備えると共に（これらは図面に示していない）、クランク角検出センサ３５からの検出信号に基づいて電動モータ３３の回転を制御するための回転制御系を備えている。

これにより制御ユニットＡｃは、ロータリバルブＡｒを連続回転させながら、エンジンＥの吸気行程におけるロータリバルブＡｒの開弁のタイミングを設定し、かつ、閉領域Ｘと開領域Ｙとで成る１サイクルの回転作動における弁体３２の加減速により開弁時間Ｔｙ（図６を参照）を設定するためのインパルス制御を実現する。

インパルス制御を実現するための回転制御系として、制御ユニットＡｃは、クランク角検出手段４１と、回転数検出手段４２と、加減速パターン設定手段４３と、情報保存部４４と、加減速パターンテーブル４５と、モータ制御回路４６とを備えている。

クランク角検出手段４１は、クランク角検出センサ３５からの検出信号の検出タイミングに基づいてクランク軸６のクランク角（クランク軸６の回転角度）を検出する。回転数検出手段４２は、クランク角検出センサ３５からの検出信号の検出周期に基づいて単位時間あたりのクランク軸６の回転数（クランク軸６の回転速度）を取得する。

この実施形態では、エンジンＥの吸気作動を行う回転系としてクランク軸６を回転角の検出対象としているが、このエンジンＥの吸気作動を行う回転系として吸気バルブ１０を制御するカムシャフト１２を回転角の検出対象としても良い。この場合、カムシャフト１２の回転角を計測するロータリエンコーダ等のセンサを備え、このセンサの計測結果を吸気制御装置Ａに入力するように制御系を構成しても良い。

情報保存部４４は、クランク軸６の単位時間あたりの回転数（回転速度）に対応した加減速パターンを保存するように半導体型の不揮発性メモリ等のストレージで構成されている。この加減速パターンは、クランク軸６の回転速度に拘わらず最良の吸気特性を現出するように設定されたものである。

つまり、加減速パターンは、クランク軸６の回転速度を複数想定し、このように想定した複数の回転速度に対応した数だけ情報保存部４４に保存されている。そして、クランク軸６の回転速度に対応したものを加減速パターン設定手段４３が情報保存部４４から取得する。

加減速パターンとは、クランク軸６の回転角に対応してロータリバルブＡｒの弁体３２を連続回転させて図３に示す閉領域Ｘと開領域Ｙとで成る１サイクル回転作動を行う際に、弁体３２が基準角度にある状態から設定時間が経過する毎の弁体３２の回転角を保存した構造の情報である。特に、弁体３２の加速度は、設定時間毎の回転角の増大として現れ、弁体３２の減速度は、設定時間毎の回転角の減少として現れる。

この加減速パターンが設定されることにより、弁体３２が閉領域Ｘから開領域Ｙに移行するタイミングと、弁体３２が開領域Ｙから閉領域Ｘに移行するタイミングと、１サイクルにおいて弁体３２が開領域Ｙに存在する開弁時間Ｔｙと、弁体３２が閉領域Ｘに存在する閉弁時間Ｔｘとが設定される。

尚、本発明では、加減速パターンとして、弁体３２が設定された回転角に達したタイミングでの角速度の情報を保存した構造のものであっても良い。また、この加減速パターンではクランク軸６の回転速度が高速になるほど、この回転速度に正比例して弁体３２が閉領域Ｘから開領域Ｙに移行した際の角速度が高速度化するものであるが、この角速度をクランク軸６の回転速度と正比例する値より高く設定しても良い。

具体的には、図６に示すように、弁体３２が回転する際において、閉領域Ｘから開領域Ｙに弁体３２の回転姿勢が移行するタイミングでは、閉領域Ｘにおいて加速が開始され、この加速状態のまま開領域Ｙに移行する。これにより、開領域Ｙでは既に弁体３２の角速度が加速した状態にある。そして、この開領域Ｙの中間において弁体３２が最も開放する回転姿勢に達すると弁体３２の回転の減速を行う。この後、弁体３２が閉領域Ｘに達した後にも減速を続け、この閉領域Ｘの中間において弁体３２の加速を開始する。

尚、１サイクルとはクランク軸６の１８０度の回転と対応している。そして、この加減速パターンでは、ピストン５が吸気行程に移行し、吸気バルブ１０も開放した状態から設定時間が経過した後に、弁体３２が閉領域Ｘから加速しながら開領域Ｙに達し、この開領域Ｙにおいて弁体３２の減速が開始されるように加減速パターンの情報が設定されている。

加減速パターン設定手段４３は、情報保存部４４に保存されている複数の加減速パターンから、クランク軸６の回転速度に対応した１つを抽出して加減速パターンテーブル４５に保存する処理を行う。展開の形態としては、加減速パターンテーブル４５のアドレスを時間に対応させ、各アドレスに回転角を示す情報が保存される。

従って、設定時間間隔でアドレスを指定することにより、その時間間隔毎における弁体３２の回転角が取得できる。このように加減速パターンテーブル４５から取得される弁体３２の回転角は設定時間間隔に対応した変位量であるので角速度を表すものであり、角速度の変化を生じているものでは角加速度を反映したものとなる。

モータ制御回路４６は、図面には示していないが、電動モータ３３に供給する電力を設定する電力制御系と、回転角センサ３４からフィードバックされる弁体３２の回転位相情報を取得するフィードバック処理系と、クランク角検出手段４１からクランク軸６の回転角度を取得するクランク角度参照系とを備えている。

このモータ制御回路４６では、クランク角が予め設定された基準角度から１８０度回転する際において、クランク軸６が設定角度回転する毎における弁体３２の目標回転角（目標角情報）を加減速パターンテーブル４５から取得し、この目標回転角とフィードバック処理系で取得する弁体３２の回転角とを一致させるように電動モータ３３に供給する電力を電力制御系が制御する。

また、電力制御系は、電動モータ３３が同期モータである場合には駆動信号の周波数を変更し、電動モータ３３がＤＣモータである場合には、ＰＷＭ制御等により電動モータ３３に供給する電力値を変更する。

尚、制御ユニットＡｃを構成するクランク角検出手段４１、回転数検出手段４２、加減速パターン設定手段４３夫々はソフトウエアで構成されるものであるが、これらをハードウエアで構成することや、ハードウエアとソフトウエアとの組み合わせで構成しても良い。

〔制御形態〕
この吸気制御装置の制御形態の概要を図４のフローチャートに示している。つまり、吸気制御が開始されるとクランク角検出センサ３５からの検出信号に基づいて、回転数検出手段４２がクランク軸６の単位時間あたりの回転数（回転速度）を取得し、この回転数が設定値未満である場合には、ロータリバルブＡｒの弁体３２の表面が空気の流れに対して平行となる全開姿勢に設定することで、最も空気抵抗が小さい状態を維持する（＃０１〜＃０３ステップ）。

この吸気制御ではアイドリングのようにエンジンＥが低速回転状態にある場合に、ロータリバルブＡｒを全開姿勢に維持することにより、電動モータ３３を無駄に駆動する制御を抑制している。

また、エンジンＥが設定値を超える場合には、回転数検出手段４２で取得したエンジンＥのクランク軸６の単位時間あたりの回転数（回転速度）に基づいて、加減速パターン設定手段４３が情報保存部４４から、回転速度に対応した加減速パターンを取得し、その加減速パターンを加減速パターンテーブル４５に展開保存し、この後、加減速制御が実行される（＃０４、＃１００ステップ）。

加減速制御は、図５に示す加減速制御ルーチン（＃１００ステップ）のサブルーチンとして設定されている。この加減速制御ルーチンでは、加減速パターンテーブル４５に展開保存された加減速パターンに基づいて１サイクルに対応する回転制御信号を設定し、このように設定された回転制御信号を電動モータ３３に出力する（＃１０１、＃１０２ステップ）。

この回転制御信号とは、１サイクルの回転作動時において、弁体３２の回転角度が加減速パターンに設定されている角度を得るために電動モータ３３に出力される制御信号である。具体的には、電動モータ３３が同期モータである場合には、加減速パターンに対応して周波数を変化させる制御信号が設定され、電動モータ３３がＤＣモータである場合には、加減速パターンに対応して電力を供給する制御信号が設定される。そして、この回転制御信号はクロック信号と同期して電動モータ３３に出力される。

次に、クランク角検出手段４１からクランク角を取得し、取得したクランク角に対応する弁体３２の目標回転角を加減速パターンテーブル４５から取得し、これと同時に、回転角センサ３４の検出信号に基づいて弁体３２の回転角を取得する。そして、弁体３２の目標回転角と、弁体３２の現在の回転角とを比較する（＃１０３〜＃１０５ステップ）。

このように弁体３２の目標回転角と、弁体３２の現在の回転角とを比較する処理は、１サイクルの作動内において複数回行われるため、この比較の処理は極めて短い時間内に行われる。

この比較の結果、弁体３２の回転角が目標回転角より遅れていることが判定された場合には、弁体３２の回転を増速させるための増速制御が行われ、弁体３２の回転角が目標回転角より進んでいることが判定された場合には、弁体３２の回転を減速させるための減速制御が行われる（＃１０６〜＃１０９ステップ）。

この増速制御あるいは減速制御を行う場合には、電動モータ３３を制御する制御信号の周波数を変更することや、電動モータ３３を制御する電力を変更することになる。この制御として、偏差の単位時間内の積分値、及び、この偏差の単位時間内の微分値に基づいてＰＩＤ制御等を行うものでも良い。

この加減速制御ルーチン（＃１００ステップ）の制御は、弁体３２が１サイクル作動することで終了し（＃１１０ステップ）、この後、吸気制御が再度行われることになり、この吸気制御において加減速制御ルーチン（＃１００ステップ）が再度実行される。

このように加減速制御が行われることにより、図６に示すように、開領域Ｙの初期には弁体３２の回転は加速しており、弁体３２の回転姿勢が開領域Ｙの略中央に達すると、減速を開始し、この弁体３２の減速を継続したまま弁体３２は閉領域Ｘに達する。弁体３２の回転姿勢が開領域Ｙの略中央に達した状態では、弁体３２の表面が空気の流れに対して平行となる全開姿勢となり、空気の流れに作用する抵抗が最も小さい状態となる。

つまり、この開弁時には高速で弁体３２を回転させることで空気の流れを抑制することなく迅速な空気の開始を実現すると共に、弁体３２が全開状態に達した時点で減速を開始するので、開領域Ｙにおいて弁体３２が全開状態にある時間を長くして吸引する空気に対して弁体３２から抵抗を作用させないものとなる。

次に、閉領域Ｘでは、この閉領域Ｘの略中央において弁体３２の姿勢が空気の流れと直交する姿勢に達した時点で減速を終了し、弁体３２の回転の加速を開始する。

このように、閉領域Ｘにおいて弁体３２の回転の加速を開始することにより、この弁体３２が開領域Ｙに達したタイミングにおいて、弁体３２は既に高速で回転作動する状態にあり、空気の流れを阻害する時間をできるだけ短縮して迅速な吸気を実現している。

図６では、横軸に時間を設定したものであるが、このグラフに代えて、横軸に弁体３２の回転角度を設定したもので、弁体３２の回転作動を説明することも可能である。

本発明では、クランク軸６の単位時間あたりの回転数（回転速度）が変化した場合でも弁体３２が１サイクルの回転作動を行う際に開領域Ｙでの弁体３２の角速度を変化させる制御を行うことで開弁時間Ｔｙを目標値に維持することで吸気量の均一化を実現している。

このように吸気量を目標値に維持する制御が行われた際の弁体３２の開度と、クランク軸の回転速度との関係を図７（ａ）、（ｂ）のグラフに示している。

つまり、クランク軸６が所定の回転速度で回転し、この回転に対応して弁体３２が１サイクルの回転作動を１回転時間Ｔｃで行った際に、弁体３２が同図に示す角速度で回転することにより、開領域Ｙでは目標とする開弁時間Ｔｙだけ開弁し、閉領域Ｘでは１回転時間Ｔｃの残余の閉弁時間Ｔｘだけ閉弁する。

次に、クランク軸６の回転速度が増大した場合には、弁体３２が１回転時間Ｔｃは短縮するものの、開領域Ｙでは増速前と同じ目標とする開弁時間Ｔｙだけ開弁し、閉領域Ｘでは１回転時間Ｔｃの残余の閉弁時間Ｔｘが増速前の閉弁時間Ｔｘより短縮する。

この制御では、閉領域Ｘの略中央のタイミングで弁体３２の角速度の加速が開始し、開領域Ｙの略中央のタイミングで弁体３２の角速度の減速が開始するように制御形態が設定されている。これに対して、クランク軸６の増速が検出された際には、例えば、図７（ａ）に示す如く、閉領域Ｘの略中央から外れたタイミングで弁体３２の加速を開始する制御が実行される。

つまり、この制御では、弁体３２の回転速度に拘わらず開弁時間Ｔｙを目標値に維持するように閉弁時間Ｔｘを増減する制御を行うことにより、吸気に要する時間を維持して吸気不足に陥る不都合を解消している。また、この閉弁時間Ｔｘを増減するために、閉領域Ｘにおいて弁体３２の角速度を増減するタイミングを変化させる制御が行われる。

〔実施形態の効果〕
このように本発明によると、エンジンＥが吸気行程に移行してピストン５が下降を開始した後には、燃焼室の負圧が高まった状態でロータリバルブＡｒを高速作動によって開弁状態に切り換えることで負圧を利用し燃焼室に対して充分な吸気を行うインパルス制御を実現する。

このインパルス制御では、ロータリバルブＡｒを連続回転させるとともに開領域Ｙでは弁体３２の角速度が増大するように回転作動の形態を設定しており、しかも、弁体３２が開領域Ｙに達した際には既に弁体３２が高速回転の状態にあるので、弁体３２を短時間のうちに開放方向に作動させて弁体３２に妨げられることなく効率的な空気の吸引を行えるものとなる。

また、弁体３２を連続回転させるものでありながら、１サイクルにおける弁体３２の角速度が変化するものであるため、開弁状態の時間と閉弁状態の時間とを任意に設定できるものにしている。

制御においては、クランク軸６の回転速度に対応する加減速パターンを用いるので、弁体３２の回転を制御するために既に設定されている加減速パターンを利用して、最適なタイミングで弁体３２の開弁と閉弁とを行い、必要とする開弁時間Ｔｙを維持する制御を行うことで、吸気不足を招くことがない。

〔別実施形態〕
本発明は、上記した実施の形態以外に以下のように構成しても良い。

（ａ）加減速パターンを用いずに、クランク軸６の回転速度に基づいて制御ユニットＡｃが演算を行うことにより、弁体３２が閉領域Ｘと開領域Ｙとで成る１サイクル回転作動を行う際の開弁のタイミング、弁体３２の角速度等の情報を取得するように制御形態を設定しても良い。

このように制御形態を設定することにより、加減速パターンの情報を設定する処理が不要になり、制御時の処理も単純化して高速処理が実現する。

（ｂ）加減速パターンに代えて、弁体３２が閉領域Ｘと開領域Ｙとで成る１サイクル回転作動を行う際の平均速度と、弁体３２開領域Ｙにおける平均速度とを設定する情報との組み合わせを用いるように制御形態を設定しても良い。

このように制御形態を設定することにより、開弁時間Ｔｙと閉弁時間Ｔｘとを比較的柔軟に変更することも可能となる。

（ｃ）クランク軸６の回転速度に基づいて開弁のタイミングと、閉弁のタイミングとを取得するテーブルを備えるように処理形態を設定しても良い。また、このようにテーブルを用いるものに加えて、開領域Ｙにおける弁体３２の角速度と、閉領域Ｘにおける弁体３２の角速度とを演算に基づいて設定するように処理形態を設定しても良い。

このように処理形態を設定することにより、クランク軸６の回転速度に対応した開弁のタイミングと閉弁のタイミングを最適に維持しながら、弁体３２の角速度を設定する処理を簡便に行える。

エンジンの吸排気系を模式的に示す図エンジンの構造と吸気制御装置の制御系とを示す図弁体の構造と閉領域と開領域とを示す図吸気制御のフローチャート加減速制御ルーチンのフローチャート弁体の角速度と開弁時間等の関係を示すタイミングチャート弁体の回転速度の変化時の開弁時間と閉弁時間との関係を示すタイミングチャート

符号の説明

６クランク軸・回転系
３２弁体
３３アクチュエータ・電動モータ
４１クランク角検出手段
４２回転数検出手段
４４情報保存部
Ａｒロータリバルブ
Ａｃ開閉制御手段（制御ユニット）
Ｅエンジン
Ｘ閉領域
Ｙ開領域
Ｔｘ閉弁時間
Ｔｙ開弁時間

Claims

エンジンの燃焼室に空気を供給する吸気経路にロータリバルブを備え、このロータリバルブの駆動回転を行うアクチュエータを備え、エンジンの作動に基づいて前記アクチュエータを制御する開閉制御手段を備え、前記ロータリバルブが板状の弁体を備えて構成され、前記エンジンの単位時間あたりの回転数を検出する回転数検出手段を備えると共に、
前記開閉制御手段は、前記回転数検出手段が取得した回転数が設定値未満である場合には、前記弁体を、この弁体の表面が空気の流れに対して平行となる全開姿勢に維持し、前記回転数検出手段が取得した回転数が設定値を超える場合には、前記弁体を連続回転させながら、エンジンの吸気行程における前記弁体の開弁のタイミングを設定し、かつ、開弁状態と閉弁状態とで成る１サイクルの回転作動における加減速により開弁時間を設定する吸気制御装置。
前記弁体が、前記閉弁状態に対応する閉領域から前記開弁状態に対応する開領域に亘って回転する際に、前記弁体の角速度を閉領域において加速しつつ開領域への移行が行われる請求項１記載の吸気制御装置。
前記弁体が、前記閉弁状態に対応する閉領域から前記開弁状態に対応する開領域に亘って回転する際に、前記閉領域で前記弁体が回転する際の平均速度と、前記開領域において弁体が回転する際の平均速度との比率の変更により開弁時間の調節を行うように前記開閉制御手段の制御形態が設定されている請求項１記載の吸気制御装置。
前記エンジンの吸気作動を行う回転系としてのエンジンのクランク角を検出するクランク角検出手段と、前記アクチュエータとしての電動モータとを備え、
前記開閉制御手段は、前記回転数検出手段で検出する回転数に対応して開弁のタイミングを決める角度情報を情報保存部から取得し、前記クランク角検出手段で検出するクランク角が前記情報保存部から取得した角度情報に達したタイミングで開弁が行われるように前記電動モータを駆動する請求項１〜３のいずれか一項に記載の吸気制御装置。
前記回転数検出手段で検出したエンジンの単位時間あたりの回転数が変化した場合に、前記開閉制御手段が、開弁時間を目標時間に維持するように閉弁時間の増減を行う請求項４記載の吸気制御装置。