JPH041420A - 内燃機関の吸気制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、内燃機関の各気筒に連通ずる吸気通路に吸気
制御弁を設け、該吸気制御弁を開閉して吸気を制御する
内燃機関の吸気制御装置ｌ：関する。

［従来の技術］ 内燃機関の吸気行程開始時には、バルブオーバラップに
よってシリンダや排気通銘内の既燃ガスが吸気通路へ逆
流し、吸気の充填効率が低下することがある。

そこで従来より、例えば特開平１−２６７３１６号公報
に記載の如く、内燃機関の各気筒に連通ずる吸気通路毎
に吸気制御弁を設け、これを開閉制御することにより、
吸気を制御して、吸気の充填効率の向上　延いては内燃
機関のトルクアップや燃費の向上を図ることが考えられ
ている。

［発明が解決しようとする課題］ この種の装置で（友吸気制御弁の開弁時期を制御するこ
とにより、内燃機関の構造により一義的に決定されるバ
ルブオーバーラツプ期間を任意に調整できるため、バル
ブオーバーラツプによる既燃ガスの吸気通路への逆流を
防止でき、吸気の充填効率を向上することができるよう
になるのであるが、例えば気筒内への吸気の流入量を制
御するために、吸気制御弁の閉弁時期を下死点もしくは
下死点より早い時期に制御すると、吸気制御弁の閉弁後
、吸気弁が閉弁するまでの間に、下死点後のピストンの
上昇によって吸気制御弁から吸気弁までの吸気通路内圧
力が正圧となってしまい、次の吸気行程開始時に吸気弁
を開いたときに、この正圧により吸気通路内に蓄積され
た燃料と空気との混合気である未燃ガスが排気通路に吹
抜け、排気管側より未燃ガスが多量に排出されてしまう
ことがあった そこで本発明は、吸気制御弁を内燃機関の下死点もしく
は下死点より早い時期に閉弁しても、次の吸気行程開始
時に未燃ガスが排気通路に吹き抜けることのない内燃機
関の吸気制御装置を提供することを目的としてなされた
。

［課題を解決するための手段コ 即ち上記目的を達するためになされた本発明は、内燃機
関の各気筒に連通する吸気通路毎に配設され、該吸気通
路を開放・閉鎖する吸気制御弁と、該吸気制御弁を開閉
駆動する駆動手段と、内燃機関の運転状態に応じて、上
記駆動手段に上記吸気制御弁を開放・閉鎖するための駆
動信号を出力する制御手段と、 を備えた内燃機関の吸気制御装置において、上記吸気制
御弁が上記吸気通路を閉鎖しているとき上記吸気制御弁
より下流の吸気通路内の圧力を所定圧に調整する圧力調
整手段を設けたことを特徴としている。

［作用］ 以上のように構成された本発明の吸気制御装置では　制
御手段が、内燃機関の運転状態に応じて、駆動手段に駆
動信号を出力することにより、吸気制御弁を開放・閉鎖
する。また吸気制御弁が吸気通路を閉鎖すると、圧力調
整手段が作動し、吸気制御弁より下流の吸気通路内の圧
力を所定圧に調整する。

［実施例］ 以下に本発明の実施例を図面に基づき説明する。

まず第１図は本発明が適用された実施例の内燃機関の制
御システムを表す概略構成図である。

図に示すように　本システムは、４気筒内燃機関（以下
、単にエンジンと呼２人）１の運転者により操作される
スロットル弁２より下流の吸気系１ａに配設された吸気
制御装置３、及びこれらを駆動制御する電子制御装置（
以下、単にＥＣＵと呼７ｓ”ｓ　　）　４から構成され
ている。

エンジン］は、４個の気筒５．　６．　７．　８を備え
、各気筒５〜８には、高速適合カムにより開閉される吸
気弁９，１０．．１１．１２が配設され、さらに、排気
弁１３，１４，１５．１６も設けられている。吸気系］
ａから分岐して各気筒５〜８に連通する吸気通路１７．
１８，１９．２０に１表各々、吸気制御弁２１．　２２
．　２．３．　２４が配設され、、これらの吸気制御弁
２１〜２４は、各々、駆動手段としてのアクチュエータ
２５．　２６．　２乙　２８により開閉駆動される。

ここで、吸気制御弁２１〜２４（表吸気弁９〜１２の開
閉とは独立して、エンジン回転速度の下降に従って実質
的にバルブオーバラップ期間が減少するようＥＣｔＪ４
の制御により駆動される。即ち、ＥＣＵ４は、エンジン
１が、最大トルクを出力可能な基準回転速度を上回る回
転速度で運転されているときは、吸気制御弁２１〜２４
を、吸気弁９〜１２の開期間とほぼ同じ期間に亘って開
弁状態に保持するか、又は、全期間に亘って開弁状態を
保持し、エンジン１が基準回転速度以下の回転速度で運
転されているとき（よ該回転速度に応じて短縮するよう
予め定められているバルブオーバラップ期間となるよう
に吸気制御弁２１〜２４を開弁制御する。

エンジン］（ヨ　検出器として、各気筒５〜８のピスト
ンが上死点（ＴＤＣ）に位置するときにパルス信号を出
力するクランク角センサ２９ａ、所定のクランク角毎（
例えば３０℃Ａ毎）にパルス信号を出力する回転速度セ
ンサ２９ｂ、気筒毎の空気Ｎを検出する空気」センサ（
例えば吸気管内圧力センサ）２９ｃ、　　及び内燃機関
の負荷状態を検出する負荷センサ（例えばスロットルセ
ンサ、アクセルセンサ）２９ｄを備える。

これら各センサからの検出信号はＥＣＵ４に入力さＬ　
　ＥＣＵ４は各吸気制御弁２１〜２２を開閉制御する。

ＥＣＵ４はＣＰＵ４ａ、ＲＯＭ４ｂ、ＲＡＭ４Ｃを中心
に論理演算回路として構成さ札　コモンバス４ｄを介し
て入出力部４ｅに接続され、、外部との入出力を行なう
。各センサからの検出信号は、入出力部４ｅからＣＰＵ
４ａに入力される。一方、ＣＰＬＪ４ａは、入出力部４
ｅを介して、アクチュエータ２５〜２８に吸気制御弁２
１〜２４を開閉するための制御信号を出力する。

吸気制御弁２１〜２４と、これらに対応するアクチュエ
ータ２５〜２８の構造は全て同一のため、吸気制御弁２
］及びアクチュエータ２５を一例として、以下に説明す
る。

第２図に示すように、吸気制御弁２］（よ吸気通路］７
内に、吸気通路］７の混合気流れ方向に対して垂直に設
けられ２一部が断面半円形に切り欠かれたシャフト３］
と、そのシャフト３］を軸支する軸受３３，３５と、そ
のシャフト３］の切り欠き部にボルト３７．３９で固定
されて、吸気通路１７内でそのシャフト３］を軸として
揺動可能な円盤状の可動板４］と、から構成されている
。

また第２図のＡ−Ａ線拡大断面図である第３図に示すよ
うに、可動板４］（表吸気通路１７の内径よりも大きな
径を有しており、吸気通路］７の内壁に（よ　可動弁４
１の外周４１ａの回転面３０１に対して、数μｍ〜数百
μｍのクリアランス３０２をもった凹部３０３が寸法α
以上の幅をもって形成されており、可動弁４１が吸気通
路］７の内壁に伏して非接触で揺動可能なようになされ
ている。尚そのクリアランス３０２は、可動弁４１の材
質を吸気通路１７の材質よりも硬いものにして、使用前
に擦り合わせを行うことで、数μｍ〜数百μｍというよ
うな微妙な制度となるようになされている。

一方、アクチュエータ２５は、所謂ＰＭ型のステッピン
グモータであり、第２図及び第２図のＢ−Ｂ線断面図で
ある第４図に示すように　外装としてケーシング４３が
用意され、、該ケーシング４３内には、前記シャフト３
］に連結されるシャフト４５と、シャフト４５の回りに
固設された、２極に磁化された永久磁石４７とを有し、
さらにケーシング４３の内壁に（よ　２相４極のコイル
５１゜５２．５３．５４が永久磁石４７を囲むように配
設されている。詳しくは、−相のコイル５１，５２は吸
気通路１７の混合気流れ方向に、また、他の相のコイル
５３．５４はそのコイル５１．　５２の配列方向と垂直
となる方向に、それぞれ配列されて、永久磁石４７を囲
んでいる。各コイル５１〜５４は、ケーシング４３の内
壁にボルト５７等で固定されたボビン５１ａ、５２ａ、
５３ａ、５４ａに１本のエナメル線を巻いた、モノファ
イラ巻の構成をしている。

このように構成されたアクチュエータの制御系を第５図
の回路図に示した。同図に示すように、各コイル５１〜
５４にｌ友抵抗器Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３、Ｒ４及びコンデン
サＣＩ、　　Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４がそれぞれ付設されてお
り、ＥＣＵ４から出力される制御信号により切り換えら
れる切換回路２５ａを介して、互いに対向する一相のコ
イル５］。

５２と他の相のコイル５３．５４との間で励磁を切り換
えるようにされている。

また次に第２図のＣ−Ｃ線拡大断面図である第６図に示
す如く、吸気制御弁２１の吸気通路］７への取付部分に
（よ吸気制御弁２１の可動板］４をバイパスするバイパ
ス通路６０が形成されている。そしてこのバイパス通路
６０には、可動板４］より下流（図における右側）の吸
気通路１７ａの内部圧力が、吸気制御弁２１より上流（
図における左側）の吸気通路１７ｂの内部圧力に対して
所定値以上大きくなると、バイパス通路６０を開いて、
吸気通路１７ｂの内部圧力を一定圧に制御する、チエツ
クバルブ６１及びスプリング６２よりなるリリーフ機構
６３が設けられている。

次に、ＥＣＵ４が実行する上記各吸気制御弁２１〜２４
の駆動制御について説明する。

まずＥＣＵ４は、前述のように吸気行程開始時のバルブ
オーバーラツプ期間を制御するため、各吸気制御弁２１
〜２４の開弁時期が、エンジン］の回転速度に応じて、
表−１に示すように、回転速度の上昇につれて、上死点
に対する進角量が大きくなるように、各アクチュエータ
２５〜２８に制御信号を出力して、各吸気制御弁２１〜
２４を開弁する。

表−１ 画表−１において、開弁時期は上死点に対する進角量を
示している。

また、Ｅ　ＣＵ　４１；＆　吸気制御弁２１〜２４の閉
弁時期が、エンジン１の回転速度及び負荷状態に応じて
、表−２に示す如くなるように、制御各アクチュエータ
２５〜２８に制御信号を出力して、吸気制御弁２１〜２
４を閉弁する。即ち、吸気行程時に各気筒に流入する空
気量は、空気密度に吸気時間を乗じることにより決定さ
れ、吸気制御弁を備えていない従来の内燃機関では、内
燃機関の機構によって一義的に決定される吸気弁の開閉
時期により吸気時間が一定であるため、スロットルバル
ブによって吸気通路内の空気密度を変化させることで吸
気量調整を行っていたが、本実施例で（上吸気ホ制御弁
２１〜２４の開閉時期を制御することにより吸気時間を
調整できるため、上記のように吸気弁の閉弁時期を制御
して、空気密度だけでなく吸気時間の調整も併せて行な
い、ポンピング損失の低減を図っているのである。

表−２ 画表−２において、閉弁時期は下死点に対する進角量を
示している。

次に上記のようにＥＣＵ４によって開弁時期及び閉弁時
期が制御される各吸気制御弁２１〜２４の開閉プロフィ
ールの一例を第７図に示し、この開閉プロフィールに治
って、吸気制御弁２１及びアクチュエータ２５の動作を
説明する。尚第７図は、エンジン１の低回転　全負荷域
での各吸気制御弁２１〜２４の開閉プロフィールを表す
ものである。

ＥＣＵ４が表−１に基づき吸気制御弁２１の開弁時期を
算出し、現在時刻がその算出した開弁時期に達すると、
ＥＣＬＪ４から吸気制御弁２１を開弁するための制御信
号が出力されて、切換回路２５ａが、コイル５１．５２
を励磁する位置に切り換えられる。するとコイル５］か
らコイル５２（もしくはコイル５２からコイル５］）へ
の磁束が流ね　永久磁石４７がその磁極で定まる所定の
方向（第５図、矢印Ｃ方向）に揺動し、このとき、その
永久磁石４７にシャフト３１．４５を介して連結された
可動板４１も同時に揺動する。その後、永久磁石４７（
よ　コイル５１．５２で定まる安定方向で揺動を停止し
て、可動板４］が吸気通路］７の混合気流れ方向に向け
られる。こうして、吸気通路１７は開放される。

一方、ＥＣＵ４が表−２に基づき吸気制御弁２］の閉弁
時期を算出し、現在時刻がその算出した閉弁時期に達す
ると、ＥＣＵ４から吸気制御弁２］を閉弁するための制
御信号が出力されて、切換回路２５ａが、コイル５３．
５４を励磁する位置に切り換えられる。すると可動板４
］が、コイル５３．５４で定まる安定方向で揺動を停止
して吸気通路］７の径方向に向けら札吸気通路１７が閉
鎖される。尚吸気通路１７が閉鎖されたときには、可動
板４１の外周４１８は前記凹部３０３に位置するが、可
動板４］が閉鎖時バウンディングしても前記凹部３０３
はバウンディング量以上の幅としているため、閉鎖状態
では可動板４１の外周４１ａは必ず凹部内に制御され５
可動板４］の外周４１ａが凹部内に位置する限り吸気通
路］７を確実に閉鎖された状態にすることができる。

以上説明したように、本実施例では、ＥＣＵ４が、エン
ジン１の回転速度に応じて各吸気制御弁２１〜２４の開
弁時期を制御すると共に、エンジン１の回転速度及び負
荷状態に応じて各吸気制御弁２１〜２４の閉弁時期を制
御する。また各吸気制御弁２１〜２４に、可動板４］を
バイパスするバイパス通路６０を形成し、このバイパス
通路６０にリリーフ機構６３を設けて、吸気制御弁２１
〜２４より下流の吸気圧力が吸気制御弁２１〜２４より
上流の吸気圧力に対して所定値以上高くならないように
している。

このため、本実施例によれば、単にバルブオーバーラツ
プによる吸気の逆流を防止できるだけでなく、各気筒５
〜８に流入する空気量を、ポンピング損失を低減しつつ
最適に制御することができ、また吸気制御弁２１〜２４
の閉弁時期が下死点もしくは下死点より早くなったとし
ても、次の吸気行程時に吸気弁９〜１２が開弁じたとき
、吸気通路内の未燃ガスが排気系に排出されるのを防止
できる。

以下、この理由について第８図を用いて説明する。尚第
８図はエンジンの低回転　全負荷域で、吸気制御弁が閉
となる近傍の吸気制御弁より下流側の吸気圧力（吸気制
御弁下流圧力）の挙動を示すものである。

まずエンジンの全負荷領域では、気筒内に大量の空気を
充填することが望ましく、その空気量を最大にするには
、吸気弁が閉じるとき、吸気慣性効果により発生する反
射波によって吸気制御弁下流圧力が正圧となっていれば
よい。しかし、エンジンにおいて、吸気弁の開閉時期は
固定であり、吸気慣性効果は吸気管形状により一義的に
決定されるため、吸気制御弁を備えていないエンジンで
１山　気筒内への吸入空気量が最大となるの（表特定の
エンジン回転速度領域のみとなり、この領域以外で（よ
気筒内に流入した空気が吸気系に逆流して、空気量が低
下してしまう（第８図に点線で示す）。

これに対して本実施例でく　エンジン全負荷運転時に（
上表−２から明かな如く、吸気制御弁下流圧力が最大と
なる下死点付近で吸気制御弁を閉弁するようにしている
ため、気筒内に流入した空気の吸気系への逆流を防止し
ているため、気筒内に流入する空気量を最大にすること
ができる（第８図に実線又は−点鎖線で示す）。

方このように吸気制御弁の閉弁した後、吸気弁が閉じる
までの間は、気筒内でのピストンの上昇によって、吸気
制御弁下流圧力が上昇するが、第８図に一点鎖線で示す
ようにこの圧力が上昇し過ぎると、次の吸気行程時に吸
気弁が開いたときに、吸気通路から気筒内に吸気制御弁
下流に蓄積されていた高圧の燃料混合気が急速に流入し
、このときバルブオーバーラツプによって排気弁も開弁
じているので、この燃料混合気がそのまま排気系に排出
されることとなる。

しかし本実施例では、吸気制御弁下流圧力は、吸気制御
弁に設けられたリリーフ機構によって、吸気制御弁の上
流側圧力に対して所定値だけ高くなるよう調圧されるた
め、吸気制御弁下流圧力は第８図に実線で示す如く常に
一定圧力となる。このため次の吸気行程時に吸気弁が開
いたときに燃料混合気が排気系に排出されるのを防止す
ることができる。また本実施例では、吸気制御弁下流圧
力を吸気制御弁の上流側圧力に対して所定値だけ高くな
るよう調圧しているため、吸気弁開弁後のバルブオーバ
ーラツプ期間において気筒内の既燃ガスを排気系に速や
かに排出させることもできる。

一方エンジンの部分負荷運転時のように吸気管負圧値が
高いときには、吸気制御弁は下死点に対して表−２で決
定される所定の進角量だけ早く閉じられるため、吸気制
御弁下流を吸気管負圧値に対して絶対圧の高い適当な負
圧に保持することができ、エンジンのポンピング損失を
低減できる。

ここで上記実施例では、チエツク弁６］とスプリング６
２とからなるリリーフ機構６３を吸気制御弁に設けるこ
とにより、吸気制御弁下流圧力の過上昇を防止するよう
にしたが、例えば第９図に示す如く、リリーフ機構６３
として絞り弁７１を用いてもよい。またリリーフ機構６
３は、必ずしも吸気制御弁に設ける必要はなく、例えば
第１０図に示す如く、各吸気制御弁２１〜２４より下流
の吸気通路にリリーフ機構８１〜８４を設け、このリリ
ーフ機構８１〜８４と吸気制御弁２１〜２４より上流の
吸気通路とをバイパス通路８６を介して連通ずるよう１
こしてもよい。また更に吸気制御弁下流圧力の過上昇を
防止するためには、必ずしもこうしたリリーフ機構を使
用する必要はなく、第１１図に示すように、ＥＣＵ４の
動作によって、吸気制御弁閉弁後、吸気弁が開弁するま
での間に、吸気制御弁を短期間開くようにしてもよい。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明の内燃機関の吸気制御装置
によれ（戯吸気制御弁が吸気通路を閉じているとき１：
、吸気制御弁より下流の吸気圧力を所定圧に調整する圧
力調整手段を備えているため、吸気制御弁が下死点もし
くは下死点より早く閉じら札吸気制御弁より下流の吸気
圧力が過上昇したとしても、その圧力を低下させ、次の
吸気行程時に吸気通路内の未燃ガスが排気系に排出され
るのを防止できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明が適用された実施例の内燃機関の制御シ
ステム全体の構成を表す概略構成図、第２図は吸気制御
弁の拡大断面図２第３図は第２図のＡ−Ａ線断面図、第
４図は第２図のＢ−Ｂ線断面図、第５図はステッピング
モータの駆動電気回路医第６図は第２図のＣ−Ｃ線断面
医第７図は吸気制御弁の開閉プロフィールを表す線図、
第８図はエンジン低回転、全負荷運転時の吸気制御弁閉
弁付近の吸気制御弁下流圧力の変化を表す線匝第９図は
吸気制御弁の構成例を表す拡大断面は第１０図は制御シ
ステムの他の構成例を表す概略構成図、第１１図は吸気
制御弁の他の開閉制御例を表す線図、である。 ］・・・エンジン　　３・・・吸気制御装置４・・・Ｅ
ＣＵ　（電子制御装置） １７、　１８．　１９．　２０・・・吸気通路２１、　
２２．　２３．　２４・・・吸気制御弁２５、　２６．
　２７．　２８・・・アクチュエータ６０．８６・・・
バイパス通路 ６１・・・チエツク弁　　　６２・・・スプリング６３
、　８１，８２，８３．　８４・・・リリーフ機構７］
・・・紋り弁

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 内燃機関の各気筒に連通する吸気通路毎に配設され、該
   吸気通路を開放・閉鎖する吸気制御弁と、該吸気制御弁
   を開閉駆動する駆動手段と、 内燃機関の運転状態に応じて、上記駆動手段に上記吸気
   制御弁を開放・閉鎖するための駆動信号を出力する制御
   手段と、 を備えた内燃機関の吸気制御装置において、上記吸気制
   御弁が上記吸気通路を閉鎖しているとき上記吸気制御弁
   より下流の吸気通路内の圧力を所定圧に調整する圧力調
   整手段を設けたことを特徴とする内燃機関の吸気制御装
   置。