JPH04287830A - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は吸気制御弁を用いた内燃
機関の吸気制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より内燃機関の各気筒の吸気通路に
吸気制御弁を設けて吸入空気量を制御し、部分負荷時の
燃費を向上させる吸気制御装置がある（例えば特開昭６
３−６５１３８号）。従来の吸気制御装置における吸気
制御弁の開閉制御と吸気通路の上流部における圧力との
関係を図１３に例示する。図示のように、従来装置では
吸気制御弁を用いて吸気行程の早期に吸気通路を閉鎖す
るから、スロットルバルブを全開（ＷＯＴ）にしてほぼ
大気圧の空気を必要な量だけ吸入できる。したがって、
負圧の空気の吸入により発生する損失いわゆるポンピン
グロスを大幅に低減することができる。また、吸気行程
の途中で吸気制御弁により吸気通路を閉鎖するから、シ
リンダに充填した空気が吸気通路へ逆流するのを防止で
き、空気の充填効率を高めることができる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来装置では、吸気制御弁を開く際に起きる気柱振動によ
り吸気音が発生するという問題がある。即ち、図１３に
示したように吸気制御弁が吸気行程の早期に吸気通路を
閉鎖するから、吸気行程終了時には吸気通路の上流部の
圧力が大気圧から負圧へと大きく低下する。このため圧
縮行程の途中で吸気制御弁を次の吸気行程に備えて開く
と、吸気制御弁を挟んだ前後の空間の大きな圧力差、つ
まり吸気通路上流部の大きく低下した負圧とスロットル
バルブ側の大気圧との間の大きな圧力差により気柱振動
が起き吸気音が発生するのである。

【０００４】本発明の内燃機関の吸気制御装置は、上記
課題を解決し、吸気音を低減することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段及び作用】本発明の内燃機
関の吸気制御装置は、図１に例示するように、内燃機関
の各気筒の吸気通路に設けた吸気制御弁を吸気制御弁制
御手段により所定のタイミングで開閉して吸入空気量を
制御する内燃期間の吸気制御装置において、前記吸気制
御弁制御手段による前記吸気制御弁の開弁動作の平均速
度を低減する開弁速度低減手段を設けたことを特徴とす
る。

【０００６】なお、開弁速度低減手段としては、例えば
吸気制御弁の開弁状態を半開もしくは全閉から若干開い
た開状態に制御する開制御手段が含まれる。上記構成の
内燃機関の吸気制御装置は、吸気制御弁制御手段による
吸気制御弁の開弁動作の平均速度を開弁速度低減手段が
低減（例えば吸気制御弁の開弁状態を半開もしくは全閉
から若干開いた状態に制御）するから、吸気制御弁の前
後の空間の大きな圧力差つまり吸気通路上流部の大きく
低下した負圧とスロットルバルブ側の略大気圧との間の
大きな圧力差が徐々に解消される。したがって、吸気制
御弁の開弁にともない発生する気柱振動が小さくなり吸
気音が低減する。

【０００７】

【実施例】以下、本発明の一実施例を説明する。本実施
例の吸気制御装置が搭載されるエンジンのシステム構成
を図２に示す。

【０００８】図２に示すように、エンジンのシステム構
成は、４気筒エンジン１と、このエンジン１の吸気系１
ａに設けた吸気制御部３、およびこれらを制御する電子
制御装置（以下単にＥＣＵという）５などから構成され
る。

【０００９】エンジン１は４個の気筒７を備える。各気
筒７には高速適合カムによって開閉されるインテークバ
ルブ９と、エキゾーストバルブ１１とが設けられる。エ
ンジン１の吸気系１ａには圧力調整弁としてのスロット
ルバルブ１３が配設される。スロットルバルブ１３はス
ロットルアクチュエータ１５の駆動制御によりスロット
ル開度を変更する。各エキゾーストバルブ１１には排気
管１ｂが接続される。

【００１０】吸気系１ａから分岐して設けた各吸気ポー
ト１７は各気筒７に連通する。吸気ポート１７の各々の
内部には吸気制御弁１９が設けられる。各吸気制御弁１
９はアクチュエータ２１の駆動制御により気筒毎に独立
して吸気ポート１７の開度を変更する。吸気ポート１７
の上流部１７ａには、燃料を噴射するインジェクタ２３
が設けられている。

【００１１】エンジン１には、検出器として各種のセン
サ類が備えられる。例えば、各気筒７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２５がある。また、所定のクランク角度
毎にパルス信号を出力する回転速度センサ２７、気筒毎
にトルクあるいは燃焼を検出するセンサ２９（例えば筒
内圧センサ、トルクセンサ、ノックセンサ）、気筒毎に
空気量を検出するセンサ３１（例えば吸気管内圧力セン
サ）、負荷状態を検出する負荷検出手段３３（例えばス
ロットルセンサ、アクセルセンサ）、騒音あるいは振動
を検出する騒音・振動検出手段３５、エミッションの状
態を検出するエミッション検出手段３７などがある。

【００１２】さらに、エンジン１には各種制御手段が備
えられる。例えば、インジェクタ２３による噴射量およ
び噴射時期を制御する噴射制御手段３９、点火時期を制
御する点火時期制御手段４１、吸気の過給を行なう過給
手段４３、運転状態に応じて学習制御を行なう学習制御
手段４５、吸気の加熱を行なう吸気加熱手段４７、冷却
水の温度を調整する冷却水温調整手段４９がある。

【００１３】ＥＣＵ５はＣＰＵ５ａ、ＲＯＭ５ｂ、ＲＡ
Ｍ５ｃを中心に算術論理回路として構成されており、コ
モンバス５ｄを介して入出力部５ｅに接続され、外部と
の入出力を行なう。上記各センサ２５〜３７からの検出
信号及び上記各制御手段４１〜４９からの信号は入出力
部５ｅからＣＰＵ５ａに入力される。ＣＰＵ５ａは入出
力部５ｅを介してスロットルアクチュエータ１５、吸気
制御弁１９のアクチュエータ２１、過給手段４３、吸気
加熱手段４７に制御信号を出力する。また、ＥＣＵ５は
上記クランク角センサ２５と回転速度センサ２７との信
号に基づいて、各気筒７のインテークバルブ９の開閉期
間を検出する。

【００１４】次に、吸気制御弁１９およびアクチュエー
タ２１を図３ないし図５により説明する。図３は吸気制
御弁１９とアクチュエータ２１の構造を示す断面図、図
４は図３における４−４線で切断した断面図、図５は吸
気制御弁１９の動作を示す説明図である。図３に示すよ
うに、吸気制御弁１９は吸気ポート１７内部に設けたバ
タフライ型の円形弁板５０である。円形弁板５０は支軸
５１により回動自在に支持されており、吸気ポート１７
の壁面に対し極めて狭いクリアランスを持ちながら非接
触で支軸５１を中心に揺動する（図５参照）。なお、支
軸５１の一端はベアリング５３により吸気ポート１７に
支持され、支軸５１の他端はアクチュエータ２１に連結
されている。

【００１５】アクチュエータ２１は、支軸５７、磁石部
材５９、電磁コイル６１，６３、永久磁石６５，６７な
どを備える。支軸５７はケーシング５５内に回動自在に
支持されており、上記吸気制御弁１９の支軸５１に連結
される。支軸５７の外周に磁石部材５９が嵌着されてい
る。磁石部材５９には周方向に関し対称に異極となる磁
極が形成される。一対の電磁コイル６１，６３は、上記
磁石部材５９を間において対向させた状態でケーシング
５５の内壁に設けられている。また、一対の永久磁石６
５，６７は、上記磁石部材５９を間において対向しかつ
上記一対の電磁コイル６１，６３と直交する状態で、ケ
ーシング５５の内壁に設けられている。

【００１６】次に、電磁コイル６１，６３の制御回路を
説明する。図６に示すように、制御回路は４個のＦＥＴ
７０Ａ，７０Ｂ，７０Ｃ，７０Ｄ（トランジスタでも可
）、直流電源７１等を備えた公知のチョッパ駆動を行な
う回路である。ＥＣＵ５側にこの制御回路のドライバ（
図示せず）が備えられる。上記電磁コイル６１，６３の
一端は直列に接続される。電磁コイル６１の他端はＦＥ
Ｔ７０ＡとＦＥＴ７０Ｂとの間に接続され、電磁コイル
６３の他端はＦＥＴ７０ＣとＦＥＴ７０Ｄとの間に接続
される。

【００１７】上記制御回路により制御される吸気制御弁
１９は基本的に以下のように動作する。図７のタイミン
グチャートにドライバの入力信号とＦＥＴ７０Ａ〜Ｄの
ソース電圧と駆動電圧との関係を示す。ドライバに電圧
レベルの高い「Ｈ」信号が入力されると、ドライバはＦ
ＥＴ７０Ｂ，７０Ｃのソース電圧を電圧レベルの低い「
Ｌ」レベルにし、ＦＥＴ７０Ａのソース電圧を電圧レベ
ルの高い「Ｈ」レベルにすると共に、ＦＥＴ７０Ｄのソ
ース電圧を「Ｈ」，「Ｌ」レベルの間でＰＷＭ制御によ
り切り替える制御を実行する。したがって、正の駆動電
圧が印加されることになり、図６中のａ点からｂ点の側
にｄｕｔｙ比（期間Ｔ２と期間Ｔ３との比）で決まる大
きさの電流が流れて、電磁コイル６１，６３が電流の大
きさに応じた磁力を発生する。そして、電磁コイル６１
，６３により形成される磁極と、永久磁石６５，６７に
よって形成される磁極とにより決まる位置まで磁石部材
５９は揺動する。この結果、磁石部材５９に一体の支軸
５７が揺動し、円筒弁体５０は図５に２点鎖線で示す全
開位置の側に揺動する。揺動量（開安定位置）はｄｕｔ
ｙ比を変えることで変更される。

【００１８】また、ドライバに電圧レベルの低い「Ｌ」
信号が入力されると、ドライバはＦＥＴ７０Ａ，７０Ｄ
のソース電圧を「Ｌ」レベルにし、ＦＥＴ７０Ｃのソー
ス電圧を「Ｈ」レベルにすると共に、ＦＥＴ７０Ｂのソ
ース電圧を「Ｈ」，「Ｌ」レベルの間でＰＷＭ制御によ
り切り替える制御を実行する。したがって、負の駆動電
圧が印加されることになり、図６中のｂ点からａ点の側
にｄｕｔｙ比（期間Ｔ５と期間Ｔ６との比）で決まる大
きさの電流が流れて磁石部材５９は逆方向に揺動する。 この結果、円筒弁体５０は図５に２点鎖線で示す全閉位
置の側に揺動する。揺動量（閉安定位置）はｄｕｔｙ比
を変えることで変更される。

【００１９】さらに、電磁コイル６１，６３への通電を
遮断すると磁石部材５９は永久磁石６５，６７の磁極の
みによって保持される。したがって、円筒弁体５０は図
５に実線で示すように中立位置（半開位置）に揺動して
安定する。中立位置は、アクチュエータ２１に無通電時
のコギングトルク（ディテンドトルク）によるロータマ
グネット及び制御の安定した位置である。

【００２０】したがって、以上の構成においては、開安
定位置は期間Ｔ２と期間Ｔ３との比により決まり期間Ｔ
２が長いと全開状態となり、期間Ｔ２を短くするにした
がって半開状態に近づいた位置で安定することになる。 そして、無通電つまり期間Ｔ２＝０とすると中立位置、
即ち半開状態となる。開度が中立位置と全閉位置との間
にある開位置とする場合には、期間Ｔ５，Ｔ６の比を変
更する。期間Ｔ６を長くするにしたがって全閉状態に近
づいた位置で安定することになる。このようにｄｕｔｙ
比を変更すれば吸気制御弁１９を任意の開度にすること
ができる。

【００２１】なお、期間Ｔ１，Ｔ４は吸気制御弁１９の
立ち上がり特性を決める。また、図７のトライバ入力信
号は、ＥＣＵ５からドライバに入力される信号であって
、円筒弁体５０の揺動方向を開側・閉側のうちから選択
する信号である。

【００２２】以上説明した構成を有する吸気制御装置の
作用を以下に説明する。気筒毎の吸入空気量Ｑは気筒毎
に空気量を検出するセンサ３１からの入力信号（吸気圧
力Ｐ）と、アクチュエータ２１へ出力される吸気制御弁
１９の制御信号（吸気時間Ｔ）とに基づき求められるが
、これらのうち吸気圧力Ｐはスロットルバルブ１３の開
度により決められ、吸気時間Ｔは吸気制御弁１９および
吸気弁９により決められる。スロットルバルブ１３の開
度とアクセル踏込量との関係を図８に示す。図示のよう
に実施例ではアクセル踏込量が所定値以上になるとスロ
ットルバルブ１３の開度が一定値に抑えられる設定がな
されている。吸気制御弁１９の基本的な閉弁時期につい
ては表１のごとく設定されている。表１に示すように、
負荷に応じて吸気制御弁の閉弁時期は基本的に調整され
る。表１において閉弁時期は下死点に対する進角量を示
す。なお、吸気制御弁１９は吸気弁（インテークバルブ
）９の開弁前に開弁される。また、上記制御は吸気制御
弁１９で吸気弁９の閉弁時期を実質的に制御するもので
あるが、吸気弁９の開時間内で吸気制御弁を開閉するこ
とで実吸気時間を制御する構成であってもよい。

【００２３】

【表１】

【００２４】上記表１のごとく吸気制御弁１９の閉弁時
期は基本的に与えられるが、こうした閉弁時期に対して
、吸気制御弁１９の開閉制御は以下のごとく実行される
。図９にアクチュエータ２１の駆動電圧のタイミングチ
ャート、図１０にインテークバルブ９と吸気制御弁１９
との動作のタイミングチャートを示す。なお、図１０に
は比較のため従来装置による吸気制御弁の動作を２点鎖
線Ｃで示した。

【００２５】制御回路（図６）の基本的な動作に関連し
て先に説明したように、印加する駆動電圧のパターンに
より吸気制御弁１９の開度は任意に設定される。実施例
では図９に示すパターンの駆動電圧が印加され、吸気制
御弁１９が制御される。図９に示す駆動電圧の印加パタ
ーンのうちでＡパターンは吸気制御弁１９を所定の平均
速度で開弁させると共に所定開度で安定させるパターン
、Ｂパターンは吸気制御弁１９を閉弁させ全閉状態で保
持させるパターンである。印加する駆動電圧はこれらＡ
パターンとＢパターンとの繰り返しである。

【００２６】Ａパターンの前半のＡ１部では負の駆動電
圧が所定ｄｕｔｙ比（期間Ｔ７とＴ８との比）で印加さ
れる。負の駆動電圧を印加する期間Ｔ８は、全閉時（Ｂ
パターン）における負の駆動電圧を印加する期間Ｔ６よ
りも短い。したがって、期間Ａ１部では、図１０の線図
Ａに示すように、吸気制御弁１９は全閉から若干開いた
状態で一旦停止し、小さな開度のまま保持される。期間
Ａ１部終了後のＡパターンではまず長い期間Ｔ１があり
、以降所定ｄｕｔｙ比（期間Ｔ２と期間Ｔ３の比）で正
の駆動電圧が印加される。したがって、図１０の線図Ａ
に示すように先の期間Ａ１部にて小さな開度で保持され
ていた吸気制御弁１９は期間Ｔ１のうちに応答性よく開
弁し、以降ｄｕｔｙ比（期間Ｔ２と期間Ｔ３との比）で
決まる開度で安定する。そして、所定時間後に期間Ａパ
ターンが終了すると、期間Ｂパターンに移る。Ｂパター
ンでは、まず長い期間Ｔ４があり、以降所定ｄｕｔｙ比
（Ｔ５とＴ６の比）で負の駆動電圧が印加される。した
がって、図１０に示すように、所定開度で安定していた
吸気制御弁１９は期間Ｔ４により応答性よく閉弁し、以
降全閉状態に保持される。

【００２７】以上のように吸気制御弁１９が開閉制御さ
れる場合に見られる吸気ポート上流部１７ａの圧力変動
を図１１に示す。期間１サイクルの制御では次の現象が
起こる。即ち、各気筒７の吸気行程の途中で各吸気制御
弁１９が吸気ポート１７を閉鎖するから、上流部１７ａ
の圧力は大気圧から負圧へと大きく降下し、ピストンの
下死点で最小値となる。その後、ピストンが上昇するた
めに圧力は大気側に若干戻っていくが、インテークバル
ブ９を閉じると上流部１７ａの圧力は大きく低下した負
圧で保持される。こうしてインテークバルブ９が閉とな
った後、次の吸気行程のために吸気制御弁１９は再び開
かれる。吸気制御弁１９は最初に上述のごとく小さな開
度で開弁して一旦停止する。この間に、吸気ポート１７
のスロットルバルブ１３側から空気が上流部１７ａに徐
々に流れ込み、上流部１７ａの圧力は緩やかに上昇し、
大気圧近傍の圧力に回復する。この後、吸気制御弁１９
が所定開度まで開いて安定する。この時点では既に、吸
気制御弁１９の前後の圧力を比較すると上流部１７ａの
圧力は大気圧近傍に回復しており、スロットルバルブ側
の圧力（大気圧）との差がほとんど無い状態となってい
る。この結果、吸気制御弁１９の開弁に伴う気柱振動の
程度は大幅に低減し、吸気音が極めて小さくなる。

【００２８】以上説明した内燃機関の吸気制御装置によ
れば、吸気制御弁１９の開弁に際して最初に小さな開度
で一旦停止して吸気制御弁１９の前後の圧力差をほとん
ど解消することができるから、吸気制御弁１９の開弁に
ともなう気柱振動の程度が大幅に低減し吸気音が極めて
小さくなるという効果を奏する。

【００２９】また、吸気制御弁１９の開弁時に最初に設
ける小さな開度として半開状態を設定したり、あるいは
開安定位置として半開状態を設定するならば、半開状態
は無通電で維持できるから、吸気制御弁１９の駆動にか
かる消費電力を低減できる。

【００３０】なお、吸入空気量の少ない部分負荷時では
開安定位置として全閉から若干開いた状態としてもよい
。以上実施例を説明したが、本発明は実施例に何等限定
されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲に
おいて種々なる態様で実施し得ることは勿論である。 例えば、吸気制御弁としては、特開昭６３−６５１３８
号公報に記載されている複数毎の板材の移動により吸気
通路を開閉する構成を用いてもよい。スロットルバルブ
４０を全開あるいは全開に近い状態にして吸気制御弁を
徐々に開く構成以外にも、吸気制御弁の開弁速度の低減
をスロットルバルブ４０の開度の制御と組み合わせて実
現する構成としてもよい。

【００３１】また、実施例ではｄｕｔｙ制御により吸気
制御弁１９をまず小さな開度で一旦停止し、後に所定開
度まで開く構成を示したが、この外にも３段階以上にわ
たって徐々に開度を拡げながら所定開度まで開くことで
開弁の平均速度を低減する構成、開弁速度そのものを低
減して開度を連続的にゆっくりと拡げる構成（図１０の
線図Ｂ）など種々の制御が適用できる。例えば、図１２
に示すように、電源７１とＦＥＴ７０Ａ，７０Ｃとの間
にＥＣＵ５が切換制御するスイッチ７３を設け、スイッ
チ７３の接点状態によって電源７１の電圧がそのまま印
加される状態と、電源７１の電圧が抵抗器７５により降
下されて印加される状態とを切換可能にする構成として
もよい。この構成では、実施例の図９に示した期間Ａ１
部においてスイッチ７３を切り替えて抵抗器７１を介し
低下した駆動電圧を印加する。こうして吸気制御弁１９
の開度を小さく抑えておく。そして、期間Ａ１経過後に
スイッチ７３を切り替えることで電源７１の電圧をその
まま印加し、吸気制御弁１９の開度を所定値まで広げる
。

【００３２】

【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ば、吸気制御弁制御手段による吸
気制御弁の開弁動作の平均速度を開弁速度低減手段が低
減するから、吸気制御弁の前後の圧力差を徐々に解消す
ることができ、吸気制御弁の開弁にともない生ずる気柱
振動が小さくなって吸気音を低減することができるとい
う効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の基本的構成を例示するブロック図であ
る。

【図２】本発明の一実施例である吸気制御装置を適用し
たエンジンのシステム全体を示すブロック図である。

【図３】吸気制御弁の構造を示す断面図である。

【図４】図３を４−４線で切断した断面図である。

【図５】吸気制御弁の構造を示す説明図である。

【図６】吸気制御弁のアクチュエータの制御回路を示す
回路図である。

【図７】吸気制御弁のアクチュエータの制御回路の入力
信号と駆動電圧との関係を示すタイミングチャートであ
る。

【図８】スロットル開度とアクセル踏込量との関係を示
すグラフである。

【図９】吸気制御弁の駆動電圧の態様を示す説明図であ
る。

【図１０】吸気制御弁の動作を示すタイミングチャート
である。

【図１１】吸気制御弁の動作と吸気ポート上流部の圧力
との関係を示すタイミングチャートである。

【図１２】他の実施例としての吸気制御弁のアクチュエ
ータの制御回路を示す回路図である。

【図１３】従来装置における吸気制御弁の動作と吸気ポ
ート上流部の圧力との関係を示すタイミングチャートで
ある。

【符号の説明】

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　内燃機関の各気筒の吸気通路に設けた
   吸気制御弁を吸気制御弁制御手段により所定のタイミン
   グで開閉して吸入空気量を制御する内燃機関の吸気制御
   装置において、前記吸気制御弁制御手段による前記吸気
   制御弁の開弁動作の平均速度を低減する開弁速度低減手
   段を設けたことを特徴とする内燃機関の吸気制御装置。