JPH07174026A - 内燃機関の吸気制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 内燃機関の運転状態が変化しても安定した出
力を維持することのできる内燃機関の吸気制御装置を提
供する。 【構成】 クランクカウンタＣＣＮは３０°ＣＡ毎にイ
ンクリメントし、１から２４まで変化する。ＣＣＮ＝２
３となる時点からＣＣＮ＝１１となる時点まで（第１気
筒の吸気弁開弁期間を包含）、クランクカウンタＣＣＮ
がインクリメントする毎（３０°ＣＡ毎）に閉弁時期Ｔ
Ｃを算出し、その値に応じて閉弁カウンタＨＣＮをセッ
トし直す。そして、ＨＣＮ＝０となったとき、すなわち
ＣＣＮ＝６のときに算出された最新の閉弁時期ＴＣ６に
吸気制御弁２を閉弁する。このため、吸気制御弁２の閉
弁時期はそのときの内燃機関の運転状態に良好に対応す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、各気筒に連通する複数
の吸気通路毎に、該吸気通路を開閉する複数の吸気制御
弁を配設し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、吸気通路毎にこうした吸気制
御弁を設けることで、吸気の逆流を防止するといったこ
とが行われている。例えば、内燃機関の吸気行程開始時
には吸気弁と排気弁とが同時に開状態となる（いわゆる
バルブオーバーラップ）。すると排気通路の燃焼ガスが
吸気通路へ逆流して吸気の充填効率が低下したり、燃費
が悪化したりしてしまう。そこで、このような吸気制御
弁を設けて吸気の逆流を防止し、内燃機関の運転性能を
高めることが行われているのである（例えば、特開昭６
３−６５１３８号）。また、この吸気制御弁の開閉時期
は内燃機関の運転状態に応じて随時算出される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、この種の吸
気制御装置では、例えば特開平３−１２４９２５号公報
に記載のように、各吸気制御弁の開閉時期を７２０°Ｃ
Ａ手前の時点で算出し、これに基づいて各吸気制御弁を
駆動している。このため、内燃機関の運転状態が大きく
変化する加減速時などには、そのときの運転状態と吸気
制御弁の開閉時期とが対応しなくなり、内燃機関の出力
が不安定になることがあった。

【０００４】このような課題を解決するため、例えば、
各吸気制御弁の開閉時期を、その吸気制御弁が駆動され
る直前の排気行程などで算出することも考えられる。し
かしながら、この場合も加減速に伴う運転状態の変化に
追従しきれず、出力が不安定となる可能性がある。

【０００５】そこで、本発明は、内燃機関の運転状態が
変化しても安定した出力を維持することのできる内燃機
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。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達するために
なされた本発明は、図８に例示するように、内燃機関の
各気筒に連通する複数の吸気通路毎に配設され、該各吸
気通路を開閉する複数の吸気制御弁と、上記内燃機関の
運転状態を検出する運転状態検出手段と、該検出された
運転状態に基づき、上記吸気制御弁の開弁時期および閉
弁時期の少なくともいずれか一方を算出する算出手段
と、該算出された開弁時期または閉弁時期に基づき上記
各吸気制御弁を駆動する駆動手段と、を備えた内燃機関
の吸気制御装置において、上記算出手段が、上記内燃機
関の吸気弁開弁期間内に配設される上記開弁時期または
閉弁時期を、該吸気弁開弁期間中に複数回算出し、上記
駆動手段が、上記算出手段が算出した最新の開弁時期ま
たは閉弁時期に基づき上記各吸気制御弁を駆動すること
を特徴とする内燃機関の吸気制御装置を要旨としてい
る。

【０００７】

【作用】このように構成された本発明では、算出手段
は、内燃機関の吸気弁開弁期間内に配設される吸気制御
弁の開弁時期または閉弁時期を、次のように算出してい
る。すなわち、当該開弁時期または閉弁時期が配設され
る吸気弁開弁期間中に、運転状態検出手段が検出する内
燃機関の運転状態に基づいて複数回算出するのである。
すると、駆動手段は、上記算出手段が算出した最新の開
弁時期または閉弁時期に基づき各吸気制御弁を駆動す
る。

【０００８】このため、上記開弁時期または閉弁時期
が、その時期にきわめて近い時期に検出された運転状態
に対応したものとなる。また、上記開弁時期または閉弁
時期は、吸気弁の開弁期間内に配設されるので、内燃機
関の出力に直接影響を与える。従って、本発明では、各
吸気制御弁の開弁時期または閉弁時期をそのときの内燃
機関の運転状態に良好に対応させ、内燃機関の出力を安
定化することができる。

【０００９】

【実施例】以下、図面に基づき本発明の実施例を説明す
る。図１は、本発明の実施例の概略構成を表すブロック
図である。図１において、４気筒のエンジン１には第１
〜第４気筒５，６，７，８毎に吸気弁１１と排気弁１２
が設けられている。また、各吸気弁１１の上流位置の吸
気マニホールド１３は、各気筒５〜８に各々連通する四
本の吸気通路１３ａに分岐しており、各吸気通路１３ａ
内にはそれぞれ吸気制御弁２が設けられる。

【００１０】吸気制御弁２は、吸気通路１３ａ内に配設
されたバタフライ型の弁板２ａと、弁板２ａを９０°
（全開）から０°（全閉）までの任意の角度に揺動させ
る駆動手段としてのアクチュエータ２ｂとからなり、各
吸気通路１３ａを個々に開閉するものである。なお、本
実施例で使用した吸気制御弁２の構成は、例えば特開平
５−２２２９４０号に詳しいので、ここではその構成の
詳細な説明を省略する。

【００１１】また、吸気マニホールド１３の上流には、
図示しないアクセルペダルを介して操作されエンジン１
に吸入される空気量を調整するスロットルバルブ１４が
配設される。スロットルバルブ１４は、アクセルペダル
が操作されていないときも所定のクリアランスを有し、
アイドリングに必要な所定の吸気流路を確保可能に構成
されている。吸気制御弁２は、ＣＰＵ３１を内蔵した算
出手段としての制御回路３の、入出力部３２からの駆動
信号により開閉制御される。なお、制御回路３には、制
御プログラム記憶用のＲＯＭ３３および制御データ記憶
用のＲＡＭ３４が設けられる。

【００１２】エンジン１には、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３５、３０°ＣＡ（クランク角）
毎にパルス信号を出力する回転速度センサ３６、気筒毎
の燃焼温度を検出する燃焼温度センサ３７、気筒毎のノ
ッキングを検出するノックセンサ３８、アクセルの踏込
み量ＴＡ、すなわちエンジン１の負荷状態を検出するス
ロットルセンサ３９、エンジン１全体の吸入空気量を検
出する吸入空気量センサ４０、エミッションの状態を検
出するエミッションセンサ４１など、運転状態検出手段
としての種々のセンサが配設される。またスロットルバ
ルブ１４近傍には、スロットルバルブ１４のアイドル位
置を検出するアイドルスイッチを備え、スロットルバル
ブ１４の開度を検出するスロットルポジションセンサ４
２が配設される。

【００１３】本実施例では上記各センサからの信号に基
づいて各吸気制御弁２を開閉制御し、各気筒５〜８に吸
入される混合気量を調整することによってエンジン１の
出力を制御している。次にこのように構成された本実施
例の動作について説明する。図２は、実施例における吸
気制御弁２の制御パターンを表すタイムチャートであ
る。なお、図２では、第２気筒６，第４気筒８に関する
制御パターンを省略している。

【００１４】制御回路３は、クランク角センサ３５と回
転速度センサ３６との出力信号に基づき、次のように駆
動するクランクカウンタＣＣＮを構成している。すなわ
ち、図２に例示するようにクランクカウンタＣＣＮは、
第１気筒５の吸気行程上死点（ＴＤＣ）より５°ＣＡ手
前の時点でＣＣＮ＝１に設定され、続いて３０°ＣＡ毎
に１づつインクリメントする。そしてＣＣＮ＝２４の次
は再びＣＣＮ＝１に設定される。制御回路３では、吸気
行程中のＣＣＮ＝３の時点で、第１気筒５の吸気制御弁
２の開弁時期算出処理を実行している。この開弁時期算
出処理は、次の吸気行程における吸気制御弁２の開弁時
期を、エンジン１の回転数ＮＥなどに基づいて算出する
周知の処理である。

【００１５】なお、本実施例では、吸気制御弁２の開弁
時期を吸気弁１１の開弁時期より手前に設定している。
このため、吸気制御弁２の開弁時期は吸気弁１１の開弁
時期より手前であればよく、さほど正確な演算は必要な
い。従って、開弁時期算出処理はきわめて短時間で終了
し、後述の閉弁時期算出処理の間に割込処理として実行
される。また、第３気筒７の開弁時期算出処理は、図に
示すようにＣＣＮ＝９の時点で実行され、この他、第２
気筒６，第４気筒８の開弁時期算出処理は、ＣＣＮ＝２
１，１５の時点で実行される。

【００１６】一方、本実施例では、吸気制御弁２の閉弁
時期ＴＣを吸気弁１１の閉弁時期より手前に設定してお
り、この閉弁時期ＴＣはエンジン１の出力に直接影響を
与える。このため、閉弁時期算出処理は、前述の開弁時
期算出処理と異なり、エンジン１の運転状態に応じて厳
密に実行する必要がある。次に、本発明の主要部である
この閉弁時期算出処理について詳述する。

【００１７】図３は、制御回路３が実行する閉弁時期算
出処理のメインルーチンを表すフローチャートである。
なお、制御回路３は、クランクカウンタＣＣＮがインク
リメントする毎にこの処理を実行する。先ず、処理を開
始すると、ステップ１００，１０１にてＣＣＮ≧２３ま
たはＣＣＮ≦１１であるか否かを判断する。ステップ１
００またはステップ１０１で肯定判断するとステップ１
０２へ移行し、後述する第１気筒の閉弁時期算出ルーチ
ンを実行する。ここで、第１気筒５の吸気弁１１は、Ｃ
ＣＮ＝１となる直前に開弁し、ＣＣＮ＝９となる時点と
ＣＣＮ＝１０となる時点との中間で閉弁する。また、第
１気筒５の吸気制御弁２の閉弁時期もほぼこの期間に配
設される。そこで、上記吸気弁１１の開弁期間を包含す
るＣＣＮ＝２３からＣＣＮ＝１１に至る期間において、
第１気筒５の吸気制御弁２の閉弁時期を算出するのであ
る。

【００１８】ステップ１０２の次はステップ１０３へ移
行する。また、クランクカウンタＣＣＮの値が１２≦Ｃ
ＣＮ≦２２の範囲にあり、ステップ１００，１０１にて
共に否定判断した場合は直接ステップ１０３へ移行す
る。ステップ１０３では、クランクカウンタＣＣＮの値
が５≦ＣＣＮ≦１７の範囲にあるか否かを判断する。こ
の期間は第３気筒７の吸気弁１１の開弁期間を包含して
おり、ステップ１０３にて肯定判断した場合は、ステッ
プ１０４にて第３気筒の閉弁時期算出ルーチンを実行
し、続くステップ１０５へ移行する。また、ステップ１
０３にて否定判断した場合は直接ステップ１０５へ移行
する。

【００１９】以下同様に、ステップ１０５では１１≦Ｃ
ＣＮ≦２３（第４気筒８の吸気弁１１開弁期間を包含）
であるか否かを判断し、肯定判断したときのみ第４気筒
の閉弁時期算出ルーチンを実行する（ステップ１０
６）。また、ステップ１０７，１０８にてＣＣＮ≧１７
またはＣＣＮ≦５（第２気筒６の吸気弁１１開弁期間を
包含）であるか否かを判断し、肯定判断したときのみ第
２気筒の閉弁時期算出ルーチンを実行して（ステップ１
０９）処理を終了する。

【００２０】次に、前述の第１気筒の閉弁時期算出ルー
チンを、図４のフローチャートに基づき説明する。な
お、前述の第２〜第４気筒の閉弁時期算出ルーチンもこ
れとほぼ同様に構成されている。処理を開始すると、先
ず、ステップ１１１にて、第１気筒５の吸気制御弁２が
開弁中であるか否かを判断する。閉弁中であれば、閉弁
時期を算出する必要がないので、否定判断してそのまま
メインルーチンへ復帰する。また、開弁中であれば、肯
定判断して続くステップ１１３へ移行する。ステップ１
１３では、下記の表１に例示するようなマップを用い
て、エンジン１の回転数ＮＥと、アクセルの踏込み量Ｔ
Ａに応じた負荷状態とに対応する基本閉弁時期ＴＣＢＡ
ＳＥを算出する。なお、表１では、基本閉弁時期ＴＣＢ
ＡＳＥを吸気行程の下死点（ＢＤＣ）に対する進角量で
表している。

【００２１】

【表１】

【００２２】続くステップ１１５では、基本閉弁時期Ｔ
ＣＢＡＳＥを、以下の補正係数によって補正し、閉弁時
期ＴＣを算出する。すなわち、ステップ１１５では次式
により閉弁時期ＴＣを算出する。 ＴＣ＝ＴＣＢＡＳＥ+ＴＴＣ+ＦＴＣ+ＴＲＴＣ+ＢＴＣ+
ＮＴＣ+ＮＥＴＣ+ＴＤＣ 但し、ＴＴＣ ：過渡時の
Ａ／Ｆ補正進角量 ＦＴＣ ：燃焼温度の補正進角量 ＴＲＴＣ：トラクション制御の補正進角量 ＢＴＣ ：減速時の吸気ブレーキ制御の補正進角量 ＮＴＣ ：ノック時の補正進角量 ＮＥＴＣ：空気量制御の補正進角量 ＴＤＣ ：アクチュエータの経時変化補正進角量 続くステップ１１７では、現時点がステップ１１５にて
算出した閉弁時期ＴＣより手前であるか否かを判断す
る。閉弁時期ＴＣより手前である場合、肯定判断してス
テップ１２１へ移行し、現時点が閉弁時期ＴＣまで３０
°ＣＡ以内の時点にあるか否かを判断する。３０°ＣＡ
以内である場合、肯定判断してステップ１２３へ移行
し、現時点から閉弁時期ＴＣまでの時間に対応する値を
閉弁カウンタＨＣＮにセットしてメインルーチンへ復帰
する。すると、閉弁カウンタＨＣＮは、エンジン１が３
０°ＣＡ回転する時間より充分短い所定時間毎にデクリ
メントする。そして、ＨＣＮ＝０となると、制御回路３
は図示しない他のルーチンにより吸気制御弁２を駆動し
て閉弁する。

【００２３】例えば、図２に例示するように、ＣＣＮ＝
６となった時点で閉弁時期ＴＣ６を算出し、このＴＣ６
は次にＣＣＮ＝７となる時点より手前にあるとする。す
ると、ステップ１１７，１２１にて共に肯定判断し、そ
の時点からＴＣ６までの時間に対応する値を閉弁カウン
タＨＣＮにセットする。すると、閉弁カウンタＨＣＮは
徐々に減少し、時点ＴＣ６にてＨＣＮ＝０となる。これ
を受けて、制御回路３はアクチュエータ２ｂに駆動信号
を出力し、吸気制御弁２を閉弁するのである。

【００２４】図４に戻って、ステップ１１５にて算出し
た閉弁時期ＴＣが現時点より３０°ＣＡ以上先である場
合、ステップ１２１にて否定判断してそのままメインル
ーチンへ復帰する。これは、閉弁時期ＴＣが３０°ＣＡ
以上先であるので、次回の処理時に閉弁カウンタＨＣＮ
をセットすればよいからである。

【００２５】更に、ステップ１１５にて算出した閉弁時
期ＴＣが現時点より手前である場合、ステップ１１７に
て否定判断してステップ１２５へ移行し、吸気制御弁２
を即時閉弁する。これは、例えば次のような事態が発生
したときなされる処理である。すなわち、図５に例示す
るように、ＣＣＮ＝６となった時点で算出した閉弁時期
ＴＣ６が、その時点より３０°ＣＡ先のＣＣＮ＝７とな
る時点より先であったとする。前述したように、この場
合閉弁カウンタＨＣＮのセットは行わない。ところが、
その後エンジン１の運転状態が変化し、ＣＣＮ＝７とな
った時点で算出した閉弁時期ＴＣ７がその時点より手前
になったとする。すると、この場合、吸気制御弁２の閉
弁が既に手遅れになっているので、閉弁カウンタＨＣＮ
をセットせず、即座に閉弁するのである。

【００２６】このように構成された本実施例では、吸気
弁１１の開弁期間中、エンジン１の負荷，回転数などの
運転状態に基づき吸気制御弁２の閉弁時期ＴＣを３０°
ＣＡ毎に算出している。そして、算出された最新の閉弁
時期ＴＣに基づき、吸気制御弁２を駆動して閉弁するこ
とができるのである。このため、エンジン１の出力に直
接影響を与える吸気制御弁２の閉弁時期ＴＣを、そのと
きのエンジン１の運転状態に良好に対応させることがで
きる。従って、加減速時などのようにエンジン１の運転
状態が大きく変化する場合にも、追従性よく上記閉弁時
期ＴＣを制御して、安定したエンジン１の出力を維持す
ることができる。

【００２７】なお、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の態
様で実施することができる。例えば、図６のフローチャ
ートに例示するように、上記実施例の第１気筒の閉弁時
期算出ルーチンにおいてステップ１２１は省略してもよ
い。この場合、図７のタイムチャートに例示するよう
に、当該ルーチンの処理期間中、閉弁カウンタＨＣＮが
３０°ＣＡ毎にセットし直される。このように構成して
も、上記実施例と同様の作用・効果が得られる。なお、
このように構成した場合、当該ルーチンの処理期間中に
エンジン１の運転状態が変化すると、閉弁カウンタＨＣ
Ｎの値は図に示すように、３０°ＣＡ毎にスキップ状に
変化する。

【００２８】また、上記各実施例では、３０°ＣＡ毎に
吸気制御弁２の閉弁時期ＴＣを算出しているが、３０°
ＣＡに対応する時間はエンジン１の回転数ＮＥが増加す
るに伴って短くなる。このため、回転数ＮＥが高いと制
御回路３の負担が大きくなることがある。そこで、閉弁
時期ＴＣの演算周期を、例えば、ＮＥ＜２０００r.p.m.
のときは３０°ＣＡ毎、２０００r.p.m.≦ＮＥ＜４００
０r.p.m.のときは６０°ＣＡ毎、４０００r.p.m.≦ＮＥ
のときは９０°ＣＡ毎、などと順次変化させることによ
って、制御回路３の負担を軽減してもよい。また、閉弁
時期ＴＣの演算周期を時間によって設定してもよく、こ
の場合も同様の作用・効果が得られる。

【００２９】更に、上記各実施例では、各気筒の閉弁時
期算出ルーチンを当該気筒の吸気弁１１開弁以前から実
行しているが、開弁時期算出処理と同様、７２０°ＣＡ
前におおよその閉弁時期ＴＣを算出しておき、その閉弁
時期ＴＣより所定時間手前から閉弁時期算出ルーチンを
開始してもよい。この場合、制御回路３の負担を一層軽
減することができる。

【００３０】一方、上記各実施例では、吸気制御弁２の
閉弁時期ＴＣを複数回算出する例について説明したが、
吸気制御弁２の開弁時期が当該気筒の吸気弁１１開弁期
間中に配設される場合は、その開弁時期を厳密に算出し
なければならない。この場合も、上記各実施例の閉弁時
期算出処理と同様、吸気弁１１開弁期間中に開弁時期の
算出処理を複数回実行することにより、開弁時期をその
ときのエンジン１の運転状態に良好に対応させることが
できる。

【００３１】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明の内燃機関
の吸気制御装置では、内燃機関の出力に直接影響を与え
る各吸気制御弁の開弁時期または閉弁時期を、そのとき
の内燃機関の運転状態に良好に対応させることができ
る。このため、加減速時などのように内燃機関の運転状
態が大きく変化する場合にも、追従性よく上記開弁時期
または閉弁時期を制御して、安定した内燃機関の出力を
維持することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例の概略構成を表すブロック図である。

【図２】実施例の吸気制御弁制御パターンを表すタイム
チャートである。

【図３】実施例の閉弁時期算出処理のメインルーチンを
表すフローチャートである。

【図４】実施例の第１気筒の閉弁時期算出ルーチンを表
すフローチャートである。

【図５】その閉弁時期算出ルーチンで即時閉弁する場合
を表すタイムチャートである。

【図６】他の実施例の第１気筒の閉弁時期算出ルーチン
を表すフローチャートである。

【図７】その実施例の吸気制御弁制御パターンを表すタ
イムチャートである。

【図８】本発明の構成例示図である。

【符号の説明】

１…エンジン ２…吸気制御弁 ３
…制御回路 ５，６，７，８…気筒 １１…吸気弁 １
３…吸気マニホールド １３ａ…吸気通路 １４…スロットルバルブ ３
５…クランク角センサ ３６…回転速度センサ ３７…燃焼温度センサ
３８…ノックセンサ ３９…スロットルセンサ ４０…吸入空気量センサ ４
１…エミッションセンサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小浜 時男 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本電 装株式会社内 (72)発明者 吉松 昭夫 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内燃機関の各気筒に連通する複数の吸気
   通路毎に配設され、該各吸気通路を開閉する複数の吸気
   制御弁と、 上記内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段
   と、 該検出された運転状態に基づき、上記吸気制御弁の開弁
   時期および閉弁時期の少なくともいずれか一方を算出す
   る算出手段と、 該算出された開弁時期または閉弁時期に基づき上記各吸
   気制御弁を駆動する駆動手段と、 を備えた内燃機関の吸気制御装置において、 上記算出手段が、上記内燃機関の吸気弁開弁期間内に配
   設される上記開弁時期または閉弁時期を、該吸気弁開弁
   期間中に複数回算出し、 上記駆動手段が、上記算出手段が算出した最新の開弁時
   期または閉弁時期に基づき上記各吸気制御弁を駆動する
   ことを特徴とする内燃機関の吸気制御装置。