JPH062550A - 内燃機関の吸気制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 内燃機関の広い回転数範囲において慣性過給
によるトルク増大を可能にすると共に、ポンピングロス
を低減する。 【構成】 内燃機関１の各気筒２には図示実施例の場合
は２本づつの吸気管４が設けられており、それらはＥＣ
Ｕ７の指令を受ける吸気制御弁５によって、それぞれ１
回の吸気行程のうちに複数回開閉される。吸気管４内の
吸気流は圧力脈動をすることになるが、吸気制御弁５の
複数回の開閉を、機関１の回転数に関連して変化する吸
気流の圧力脈動と同期させることにより圧力脈動が増幅
される。そして吸気行程の終わりにおいて、圧力脈動に
より燃焼室１０内の圧力が最大になる瞬間を狙って吸気
制御弁５の最終回の閉弁を行えば、効率よく圧力脈動を
過給に利用することができ、複数回の開閉によってポン
ピングロスも生じない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関の吸気制御装
置に係り、特に、吸気管に吸気制御弁を設けて吸気の体
積効率を向上させ、トルクを増大させる装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関の吸気管における吸気の圧力脈
動を利用して慣性過給を行い、機関の出力（トルク）を
高めることは古くから行われており、主として吸気管の
長さによって決まる吸気の圧力脈動により、燃焼室内の
圧力が高くなったときに吸気弁が閉じるように吸気管の
長さ等を設定するが、吸気管の長さは一定で、吸気弁の
閉弁時期も普通は特別の手段を設けない限り変更するこ
とができないため、慣性過給を利用することができる回
転数範囲は狭く、また、低回転数域では吸気の圧力脈動
が小さくて過給効果が上がらないのが普通である。そこ
で可及的に広い回転数範囲で強い慣性過給を行うことが
できるように改良した技術の一つが特開昭６２−８７６
１１号公報に記載されている。この従来技術は、吸気管
内にロータリーバルブを設け、吸気行程の初期にロータ
リーバルブが閉弁状態になるように設定し、吸気の開始
時期を遅らせた後にロータリーバルブを開弁させること
により、負圧となった燃焼室に流れ込む吸入空気によっ
て生じる吸気の圧力脈動を利用して慣性過給を行うもの
である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来技術においては、
比較的広い回転数範囲において吸気の圧力脈動を利用し
て慣性過給を行うことが可能となり、それによって出力
を高めることができる反面、吸気流に大きい圧力脈動を
起こさせるためには、燃焼室の負圧が十分に高まった後
にロータリーバルブが開弁するように設定する必要があ
るので、ロータリーバルブが閉弁している期間が長くな
り、その結果、機関のポンピングロスが増大して出力の
向上を妨げ、ひいては燃費を増大することになる。従来
技術においてはこの問題に対処するため、ロータリーバ
ルブに対して並列にバイパス弁を設け、所定の条件でバ
イパス弁が開いてロータリーバルブによる作用が無効に
なるようにしている。このように従来技術においては、
慣性過給に利用することができる吸気管内の圧力脈動の
強さと、機関のポンピングロスという一見相容れない２
つの条件の兼ね合いから、十分に大きい圧力脈動を発生
させることができないという問題がある。

【０００４】また、連続的に回転するロータリーバルブ
では、開弁時期と閉弁時期とを相互に無関係に自由に変
更することができないから、従来技術による吸気装置に
よっては、広い回転数範囲において最適の開弁時期と最
適の閉弁時期となるようにロータリーバルブの開閉制御
を行うことが難しいという問題もある。本発明は、従来
技術に見られるこれらの問題を解決することを、本発明
の解決課題とするものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記の課題を
解決するための手段として、内燃機関の各気筒の吸気管
の途中に開弁時期及び閉弁時期をそれぞれ独立に変更す
ることができる吸気制御弁を設けると共に、前記機関の
所定の回転数範囲において前記各気筒の１回の吸気行程
に対して前記吸気制御弁を複数回開閉制御することがで
きる制御装置を設けることによって、前記吸気管内の吸
気の圧力脈動を増幅して前記機関の燃焼室への吸気量を
増大させるように構成したことを特徴とする内燃機関の
吸気制御装置を提供する。

【０００６】

【作用】本発明において使用される吸気制御弁は、開弁
時期及び閉弁時期をそれぞれ独立に変更することができ
るので、機関の広い回転数範囲にわたって吸気管内の圧
力脈動を利用して、燃焼室に供給される吸気量を増大さ
せ得る。それに加えて、比較的低い所定の回転数範囲に
おいては、制御装置が各気筒の１回の吸気行程に対して
吸気制御弁を複数回開閉させ、しかも、その開閉のタイ
ミングを脈動の周期と同期させることにより圧力脈動を
増幅し得るので、吸気行程の終わりにおいて、圧力脈動
によって燃焼室内の吸気の圧力が最大になった瞬間を狙
って吸気制御弁を閉弁させるという制御を行うことによ
り、慣性過給としては最大の過給効率をあげることが可
能になる。

【０００７】

【実施例】図１に本発明の一実施例としての吸気制御装
置を備えた内燃機関１の全体構成を示すと共に、図２に
その一部の断面図を示す。内燃機関１の各気筒２に至る
１気筒当り２本設けられた吸気管４内には、それぞれ吸
気制御弁５が配設されており、吸気制御弁５は電子式制
御装置（ＥＣＵ）７の出力信号によって制御される駆動
手段８により開閉駆動される。なお、各吸気管４の気柱
振動数は約６０Hz程度である。図２に拡大して示したよ
うに、内燃機関１の各気筒２は２本の吸気管４の他に各
１本の排気管１２を有し、それぞれが各気筒の燃焼室に
開口する位置に吸気弁３と排気弁１１が設けられてい
る。図中、９はピストン、１０は燃焼室を示す。

【０００８】各気筒２の点火プラグ１３は共通のディス
トリビュータ１４に接続され、ディストリビュータ１４
はＥＣＵ７により点火時期が調整されるイグナイタ１５
に接続されている。図２に示すように、吸気管４の壁４
ａの一部には、ＥＣＵ７により噴射制御されるインジェ
クタ１６が設けてあり、ＥＣＵ７はエンジン回転数セン
サ、アクセル開度センサ、水温センサ等のセンサ群６の
信号を受けて必要な出力信号を発する。

【０００９】図３に吸気制御弁５の構造を例示する。弁
体３１は弁板とその上下に形成された円形フランジ３１
ａ，３１ｂとからなり、その中心を貫通する回転軸３２
は最下部にピニオンギア３２ａが設けてあり、上下位置
を軸受３３及び３４により支持されている。図４に吸気
制御弁５のために設けられる駆動手段８の構成を例示す
る。駆動手段８は、油タンク５０、ポンプ５１、レギュ
レータ５２、ＥＣＵ７の指令により油路を切り替えるバ
ルブ５３からなる油圧制御装置と、吸気管４の壁４ａの
一部に取付けられ、吸気制御弁５の回転軸３２のピニオ
ンギア３２ａと噛み合うラック部５４ａを中央に持つピ
ストン５４、ピストンの図中左側において壁４ａ内に空
間として形成された油圧室５４ｂ，ピストン５４を保持
しかつ摺動可能とするためにピストン５４の両側に設け
られたブッシュ５５と、ピストン５４をストッパ５８に
向って押圧するリターンスプリング５６等からなってい
る。

【００１０】内燃機関１の運転状態において、ＥＣＵ７
から吸気制御弁７を閉じる指令が出ると、バルブ５３は
ポンプ５１とピストン５４の油圧室５４ｂとを導通させ
る。そのため、ピストン５４は左端部に油圧を受け、リ
ターンスプリング５６に抗してストッパ５７に接触する
まで移動する。ピストン５４のラック部５４ａが移動す
る結果、それと噛み合っているピニオン３２ａが回転
し、その回転が回転軸３２によって吸気制御弁５に伝え
られてそれを回転させるので、吸気制御弁５は吸気管４
を閉塞する。ＥＣＵ７から吸気制御弁５を開く指令が出
ると、バルブ５３は油タンク５０とピストン５４の油圧
室５４ｂとを導通させるので、ピストン５４はリターン
スプリング５６に押されてストッパ５８に接触するまで
移動する。従って、ラック部５４ａによりピニオン３２
ａ及び吸気制御弁５は回転して吸気管４を開放する。な
お、本実施例では吸気制御弁５の開・閉時間をそれぞれ
２．０msec及び１．７msecとしている。

【００１１】ＥＣＵ７による吸気制御弁５の開閉制御を
実現する制御プログラムのフローチャートを図５に例示
する。ステップ１０１において、吸気管４の上流に設け
た図示しないスロットル弁に付設されているスロットル
開度センサが検出するスロットル開度（Ｐａ）を読み込
み、スロットルが全開である場合にはステップ１０２か
らステップ１０３へ進む。ステップ１０３においてエン
ジン回転数Ｎｅを読み込み、Ｎｅ≦１５００rpmである
場合にはステップ１０５へ進んで慣性過給制御を開始す
る。即ち、ステップ１０６においてＥＣＵ７のリードオ
ンリメモリ（ＲＯＭ）に内蔵されているマップから、エ
ンジン回転数Ｎｅ及びスロットル開度Ｐａに対応する吸
気制御弁５の作動時期を読み込み、更にステップ１０７
で現在のクランク角を読み込んで、クランク角がマップ
から読み込んだ作動時期に達した時に、ステップ１０８
において制御信号を発生し、バルブ５３を切り換えて、
吸気制御弁５を閉弁させ、或いは開弁させて、吸気管４
を流れる吸気流を断続する。吸気制御弁５の開閉のさせ
方については後に詳述する。

【００１２】上記ステップ１０４においてＮｅ＞１５０
０rpm である場合には、ステップ１０９へ進み、更にＮ
ｅ≦３０００rpm の場合にはステップ１１０へ進んで、
可変バルブタイミング制御を開始する。即ち、この場合
も前述の慣性過給制御の場合のステップ１０６と同様
に、ステップ１１１においてマップから可変バルブタイ
ミング制御に適した吸気制御弁５の作動時期を読み込
み、それ以後はステップ１０７及びステップ１０８に進
んでバルブ５３を切り換え、吸気制御弁５を閉弁、或い
は開弁させて吸気管４を流れる吸気流を断続する。この
場合も吸気制御弁５の開閉のさせ方については後に詳述
する。

【００１３】上記ステップ１０９においてＮｅ＞３００
０rpm である場合にはステップ１１２へ進み、吸気制御
弁５が吸入空気の圧損を生じることがないように制御を
行なわず、吸気制御弁５を全開にする。また、上記ステ
ップ１０２においてスロットルが全開でないと判定され
た場合、部分負荷と判断して制御を行なわず、吸気制御
弁５を全開にする。

【００１４】ところで、前記ステップ１０５以降におい
て慣性過給制御というのは、図６及び図７に示されてい
るように、吸気制御弁５を吸入行程の始めに閉じてお
き、燃焼室１０内の負圧が高まったところで開弁して吸
気管４内に強い圧力脈動を発生させると共に、２回目以
後の開閉作動を圧力脈動の周期に同期させて１〜数回の
開閉作動をさせることにより、圧力脈動を増長（吸気行
程中に吸気制御弁５を複数回開閉させることができる場
合）させ、燃焼室１０内の圧力が最大となった時に吸気
制御弁５を閉じ、体積効率を向上させるという、吸気制
御弁５の開閉制御のモードのことである。吸気制御弁５
の作動回数は、吸気弁３の開時間ＴＩ，吸気管４の気柱
振動周期ＴＦにより決定される。

【００１５】更に具体的に説明すると、まず１．７５Ｔ
Ｆ＜ＴＩの時は、吸気制御弁５の制御回数は１回とす
る。図６（ａ）に示されるように、吸気制御弁５は内燃
機関１の吸気行程初期において閉じているので、ピスト
ン９の下降により燃焼室１０内に負圧が発生する。その
後の適時に図６（ｂ）のように吸気制御弁５を開弁する
ことにより、吸気管４の上流から燃焼室１０内へ空気を
導き、図６（ｃ）のような開弁状態で吸気管４内に吸気
の圧力脈動を発生させる。この場合、ピストン９が下死
点近傍に来たときに吸気管４内の圧力が最大となるよう
に前記の開弁時期を設定する。そして、下死点近傍で図
６（ｄ）のように吸気制御弁５を閉じる。このように操
作することによって、吸気制御弁５から下流側の吸気管
４内及び燃焼室１０内の吸気の圧力は高い状態で保持さ
れ、慣性過給効果が得られる。

【００１６】次に、１．７５ＴＦ＞ＴＩの時は、１回の
吸入行程における制御回数は複数回とする。１．７５Ｔ
Ｆ≦ＴＩの時に示した吸気制御弁５の開閉動作を、図７
に示すように、吸気管４内の吸気の脈動が同調して重畳
されるように、複数回繰り返すことにより、機関１のポ
ンピングロスが増大するのを抑制しながら吸気管４内の
圧力脈動の増大を図る。そしてこの場合も、ピストン９
が下死点近傍にあり、しかも吸気管４内の圧力が最大と
なった時に吸気制御弁５を閉じる。この場合は特に、圧
力脈動が同調して共振により脈動が増幅されるので、よ
り高い慣性過給効果が得られる。

【００１７】以上の制御により、増大された吸気の圧力
脈動が最大となった時を狙って吸気制御弁５を閉じるこ
とにより体積効率が向上し、内燃機関１の出力が向上す
る。この実施例の利点は、ＥＣＵ７の設定次第で吸気制
御弁５の開閉のタイミングを自由に、しかも簡単に調整
することができる点にあり、それによって、機関１のい
ろいろな運転状態において常に最大の慣性過給効果をあ
げることができる。

【００１８】図５のステップ１１０以降における可変バ
ルブタイミング制御というのは、吸気行程の始めから吸
気制御弁５を開いており自由に吸気を行なわせるが、こ
の時も吸気管４の長さ等に応じた周期の脈動が生じるの
で、吸気制御弁５をピストン９の下死点近傍の、しかも
燃焼室１０内の圧力が最高となった瞬間に閉じ、体積効
率を向上させてトルクアップを図る制御モードのことで
ある。吸気制御弁５の閉弁時期（１回の吸気行程におい
て数回開閉する場合は最終回の閉弁時期）は、低速域で
は吸気の慣性が小さいため、下死点を過ぎて比較的長い
間（通常４０°程度）吸気弁３が開いていると、吸気が
燃焼室１０から吸気管４内へ逆流して体積効率が低下す
るので、吸気制御弁５を下死点通過後速やかに閉じて体
積効率を向上させることによりトルクを増大させるが、
比較的高速の回転領域では可変バルブタイミング制御を
行なうので、吸気制御弁５の閉弁時期は、同じ下死点近
傍とは言っても低速域の場合よりは遅くなる。なお、図
８にエンジン回転数Ｎｅ＝１０００〜１５００rpm の慣
性過給制御を、１５００〜３０００rpm の範囲で可変バ
ルブタイミング制御を行った時の体積効率を示す。

【００１９】図９に本発明の第２実施例を示す。前述の
第１実施例では、図１に示したように全ての吸気管４に
吸気制御弁５を設けて、それらをＥＣＵ７によって開閉
制御するように構成しているが、図９の第２実施例で
は、各気筒２に２本づつ設けられている吸気管４の一方
のみに第１実施例と同様な吸気制御弁５を設け、他の１
本には内燃機関１’の回転数が低いときに閉じるバルブ
１７を設けている。この実施例においては、低回転時に
バルブ１７を閉じて吸気管４の数を減少させることによ
り、燃焼状態を改善する一方、吸気制御弁５を開閉して
慣性過給制御や可変バルブタイミング制御を行って吸気
の体積効率の向上を図り、トルクを増大させることがで
きる。

【００２０】

【発明の効果】本発明を実施することにより、内燃機関
の広い回転数範囲にわたって吸気管内の圧力脈動による
過給効果を利用することが可能になり、ポンピングロス
や燃費悪化を伴うことなく、機関のトルク（出力）を増
大させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例としての内燃機関の全体構
成を示す断面図である。

【図２】第１実施例の内燃機関の一部を拡大して示す断
面図である。

【図３】吸気制御弁を例示する斜視図である。

【図４】第１実施例における要部である吸気制御装置を
示す一部断面図である。

【図５】第１実施例についての制御例を示すフローチャ
ートである。

【図６】本発明による慣性過給の作用を順次に説明する
作動状態図である。

【図７】吸気制御弁の複数回開閉の作用効果を説明する
ために、吸気管内の圧力脈動の変化を順次に示す線図で
ある。

【図８】本発明の効果を例示する線図である。

【図９】本発明の第２実施例としての内燃機関の全体構
成を示す断面図である。

【符号の説明】

１，１’…内燃機関 ２…各気筒 ３…吸気弁 ４…吸気管 ５…吸気制御弁 ７…電子式制御装置（ＥＣＵ） ８…駆動手段 １０…燃焼室 １１…排気弁

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管の途中に開弁
   時期及び閉弁時期をそれぞれ独立に変更することができ
   る吸気制御弁を設けると共に、前記機関の所定の回転数
   範囲において前記各気筒の１回の吸気行程に対して前記
   吸気制御弁を複数回開閉制御することができる制御装置
   を設けることによって、前記吸気管内の吸気の圧力脈動
   を増幅して前記機関の燃焼室への吸気量を増大させるよ
   うに構成したことを特徴とする内燃機関の吸気制御装
   置。