JPH0745816B2

JPH0745816B2 - エンジンの吸気装置

Info

Publication number: JPH0745816B2
Application number: JP17877886A
Authority: JP
Inventors: 昇橋本; 定七吉岡; 彰士長尾; 俊治益田
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1986-07-31
Filing date: 1986-07-31
Publication date: 1995-05-17
Anticipated expiration: 2010-05-17
Also published as: JPS6336024A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、エンジンの吸気装置に関し、より詳しくはポ
ンピングロスを低減するようにしたものに関する。

（従来技術）エンジンの吸気通路に設けられたスロットル弁で吸気を
絞ることにより負荷制御を行なうようにしたエンジンに
あっては、特に絞り度合の大きい低負荷域で、吸気抵抗
によるポンピングロスが大きいという問題を有してい
る。

この問題に対して、例えば特開昭58−23245号公報に見
られるように吸気通路の下流部にタイミングバルブを設
け、このタイミングバルブで実質的な吸気充填量の制御
を行なうようにした吸気装置が提案されている。

この種の吸気装置によれば、タイミングバルブの開弁期
間で実質的な吸気充填量の制御がなされるため、低負荷
時のスロットル弁の絞り度合を小さくすることができ、
これによりポンピングロス低減効果が得られる。

また、上記特開昭58−23245号公報には、二次吸気通路
にエンジンの運転状態に応じて開閉されるシャッタバル
ブ（低負荷運転状態では閉、高負荷運電状態では開）を
配し、このシャッタバルブをバイパスする一次吸気通路
に上記タイミングバルブを配設するようにして、シャッ
タバルブが閉じられている低負荷運転状態ではタイミン
グバルブの開閉による吸気期間で吸気を行なう一方、シ
ャッタバルブが開けられている高負荷運転状態では主吸
気弁の開閉による吸気時期で吸気を行なうようにしたも
のが開示されている。

すなわち、このものは運転状態に応じてシャッタバルブ
を開閉することにより、吸気期間を低負荷用吸気期間と
高負荷用吸気期間とに変更し、低負荷運転状態ではポン
ピングロス低減効果を得る一方、高負荷運転状態では十
分なる吸気充填量を確保しようとするものである。

（考案が解決しようとする問題点）しかしながら、このようにエンジンの運転状態に応じて
吸気期間を変更するようにしたものでは、その吸気期間
の変更が低負荷用吸気期間から高負荷用吸気期間へなさ
れたときに、バルブ開弁有効期間が急激に増大するた
め、その過渡期において大きな吸気充填量の変化を伴
い、この結果、エンジンの発生トルクに大きな変動を生
ずるという問題がある。この問題に対して、低負荷用吸
気期間での運転領域を挟めることが考えられる。すなわ
ち、上記従来例で説明するならば、二次吸気通路を開閉
するシャッタバルブをより低負荷域から開かせて、つま
り充填量の少ない領域でシャッタバルブを開くようにし
てシャッタバルブ開弁に伴う吸気充填量の変動を小さく
することが考えられるが、このような手法を採るときに
は、ポンピングロス低減効果が得られる領域を狭める結
果となって好ましくない。

そこで本発明の目的は、ポンピングロス低減効果を得る
領域を狭めることなく吸気期間変更に伴うエンジンの発
生トルクの大きな変動を抑えるようにしたエンジンの吸
気装置を提供することにある。

（問題を解決するための手段、作用）かかる技術的課題を達成すべく、本発明にあっては、吸
気期間が低負荷用吸気期間から高負荷用吸気期間へ変更
された過渡期において、例えば点火時期、混合気の空燃
比等によりトルクの急激な増大を抑えるようにしたもの
である。

具体的には、エンジンの実質的な吸気期間が運転状態に
応じて可変とされ、低負荷運転状態では低負荷用吸気期
間に、高負荷運転状態では高負荷用吸気期間に変更さ
れ、前記低負荷用吸気期間は、その吸気完了時のシリンダ内
容積が高負荷用吸気期間のときよりも小さくなるよう
に、吸気完了時期が吸気工程の途中で且つ吸気下死点よ
りも早く又は吸気工程後に設定されて、該低負荷用吸気
期間により吸気充填量の実質的な制御を行なうようにさ
れたエンジンの吸気装置を前提として、第１図に示すよ
うに、前記低負荷用吸気期間から前記高負荷用吸気期間への吸
気期間の変更を検出する吸気期間変更検出手段と、該吸気期間検出手段からの信号を受け、吸気期間が低負
荷用吸気期間から高負荷用吸気期間へ変更された際に
は、エンジンの発生トルクの増大を抑えるトルク抑制手
段と、を備えた構成としてある。

（実施例）以下本発明の実施例を添付した図面に基づいて説明す
る。

第１実施例第２図において、１は多気筒とされたエンジン本体で、
エンジン本体１は、シリンダブロック２とシリンダヘッ
ド３並びにシリンダヘッドカバー４等で構成されてお
り、このエンジン本体１の各気筒５内にはピストン６が
嵌挿され、その上方に燃焼室７が形成され、燃焼室７に
は図示を省略した点火プラグが配設されている。

前記シリンダヘッド３には、燃焼室７に臨ませて１つの
吸気サポート８と１つの排気ポート９とが開口され、上
記吸気ポート８には吸気弁10が配設され、排気ポート９
には排気弁11が配設され、これらの弁10、11は動弁機構
12（第２図中、排気弁11については省略してある）を介
してエンジン出力軸に連係されて、エンジン回転に同期
したタイミングで開閉されるようになっている。吸気弁
10の動弁機構12については後に詳しく説明する。

上記吸気ポート８には、上流側から順にエアクリーナ1
3、エアフローメータ14、スロットルボディ15、サージ
タンク16、吸気マニホルド17が接続されて、これらの要
素によりエアクリーナ13から排気ポート８に至る吸気通
路18が構成され、この吸気通路18には、吸気弁10の上流
側に燃料噴射弁20が配設され、スロットルボディ15内に
はスロットル弁19が配設さており、このスロットル弁19
はアクセルペダル（図示省略）に機械的に連結されてい
る。

前記動弁機構12には、シリンダヘッド３内に設けられた
カムシャフト21と、このカムシャフト21に一体に設けら
れたカム群22と、ロッカーシャフト23に支承されたロッ
カーアーム24から概略構成されている（第２図中、排気
弁については省略してある）。

吸気弁11における動弁機構について、第３図乃至第５図
に基づいて以下に詳しく説明する。

上記カム群22は低速型22aと高速型22bの２種のカムを備
え、上記低速型カム22aは、バルブリフト量および開弁
期間を相対的に小さくするようにカムノーズが小さく形
成され、上記高速型カム22bは、開弁期間を相対的に大
きくするように、カムノーズが大きく形成されている
（第６図参照）。そして、上記ロッカーアーム24には、
両カム22a、22bと吸気弁10との連係を制御する制御機構
が設けられ、この制御機構は、吸気弁10を高速型カム22
aに連係する状態と、吸気弁10をる速型22bに連係する状
態とに切り替え可能となっている。

すなわち、ロッカーアーム24は高速型カム22bへの当接
部を有する第１のアーム25と低速型カム22aへの当接部
を有する第２のアーム26のに分割され、この両アーム2
5、26がロッカーシャフト23回りに相対回転可能に支承
されるとともにセレクタ27により接続状態と非接続状態
とに切替え可能とされている。

具体的には、セレクタ27は上記第１のアーム25（高速用
カムに当接する）に設けられ、このセレクタ27は、プラ
ンジャ28およびレバー部材29を備え、より具体的には次
のような構造となっている。すなわち、第４図に示すよ
うに、第１のアーム25の上部には第２のアーム26の上部
に向かって開口するガイド孔30が形成され、このガイド
孔30に上記プランジャ28が移動可能に収容され、このプ
ランジャ28の途中部には小径の係合部28aが形成され、
プランジャ28はガイド孔30内のスプリング31によって第
２のアーム26に当接するように付勢されている。

また、第１のアーム25の上部には、第５図に示すよう
に、上記レバー部材29がプランジャ28に直交してロッカ
ーシャフト23の軸方向に移動可能に支承されており、こ
のレバー部材29には、プランジャ28より若干大径のプラ
ンジャ挿通孔29aと上記係合部18に対応する大きさで上
記プランジャ挿通孔19に連なった係止孔29bとが形成さ
れている。上記レバー部材29の端部はロッカーシャフト
23の周囲に設けられた環状の油圧式のアクチュエータ32
にアーム29cを介して連結されており、このアクチュエ
ータ32に図外のオイルポンプかオイル通路33を介してオ
イルが供給されたときにはレバー部材29が後記ロック位
置に向けて作動され、アクチュエータ32からオイルがリ
リーフれたときはリターンスプリング34によりレバー部
材29が後記ロック位置に向けて作動されるようになって
いる。

こうして、上記レバー部材29の係止孔29bがプランジャ2
8の係合部28aから離脱してプランジャ挿通孔29aにプラ
ンジャ28が挿通される非ロック位置にレバー部材29があ
るときは、プランジャ28の摺動が許容されることにより
両アーム25、26の相対運動が許容され（このときが非接
続状態）、他方係止孔29bが係合部28aに係合するロック
位置にレバー部材29が作動されたときは、プランジャ28
の摺動が阻止されることにより、両アーム25、26の上部
が互いに接近する方向の相対運動が阻止される（このと
きが接続状態）。つまり、上記両アーム25、26が非接続
状態となったときは第２のアーム26を介して吸気弁10と
低速型カム22aとが連係され、一方両アーム25、26が接
続状態となったときは第１のアーム25を介して吸気弁10
が高速型カム22bに連係される。

この吸気弁10と連係するカム22a、22bの変更及び前記燃
料噴射弁20からの燃料噴射量の制御は、例えばマイクロ
コンピュータ等からなる制御回路40からの出力信号によ
り行なわれるようになっている。

すなわち、制御回路40には、前記エアフローメータ14か
らの吸入空気信号、クランク角センサ41からのクランク
角信号（エンジン回転数信号）、スロットル開度を検出
するスロットル開度センサ42からのスロットル開度信号
が入力され、一方制御回転40からは、前記アクチュエー
タ32に対するオイル通路33に設けられた制御バルブ43
（第５図参照）及び燃料噴射20へ信号が出力される。

制御回路40による概略的な制御内容について以下に説明
する。

先ずカム22a、22bの変更については、第７図に示すよう
に、エンジン回転数とスロットル開度とによって、低負
荷運転状態では低速型カム22aが吸気弁10と連係され、
高負荷運転状態では高速型カム22bが吸気弁10と連係さ
れるようになっている。そして、低速型カム22aにより
吸気弁10が駆動されるときには、その吸気期間が第６図
に一点鎖線で示すように、吸気上死点（TDC）から吸気
が開始され、吸気下死点（BDC）よりも前に吸気が完了
される、低負荷用吸気期間Ｌとされるようになってい
る。すなわち、低負荷運転状態ではピストン６が下降す
る吸気工程途中で吸気が完了されるようになっており、
これに対応してスロットル弁19の絞り度合を小さく設定
して、ポンピングロス低減効果を得るものとされてい
る。一方、高速型カム22bにより吸気弁10が駆動される
ときには、その吸気期間が、第６図に実線で示すよう
に、通常のエンジンと同様に吸気行程をいっぱいに使っ
て吸気がなされている高負荷用吸気期間Ｈとされるよう
になっている。

次に燃料噴射弁20から燃料噴射量は、制御回路40から出
力される信号のパルス幅によるいわゆるデューティ制御
とされ、燃料噴射の噴射時間（Ｔ）は、周知のように、
混合気を所定の空燃比（A/F）とすべく、吸入吸気量、
エンジン回転数等に基づいて算出されるようになってい
る。そして、前記カム22が低速型カム22aから高速型カ
ム22bに変更されたときには、吸気系の遅れを考慮した
所定時間t₁を経過した後、一定の時間t₂の間において、
燃料噴射量を減ずる補正が加えられるようになっている
（第８図参照）。

以上のことを前提として、その制御の一例を、第９図に
示すフローチャートに基づいて、より詳しく説明する。

先ず、ステップS1でイニシャライズ、ステップS2でエン
ジン回転数等のデータが入力された後、ステップS3にお
いて燃料噴射量（Ｔ）の演算処理が行なわれ、ステップ
S4へ進む。

ステップS4では、フラグＦが「１」であるか否かの判別
がなされ、最初にステップS4へ回ってきたときにはフラ
グＦが「０」であるので、ステップS5へ進む。フラグＦ
の意味については後に説明する。

ステップS5では、カム22が低速型カム22aから高速型カ
ム22bへ変更がなされたか否かの判別がなされ、変更が
ないときには、ステップS6を経てステップS7において、
前記ステップS3により算出された燃料噴射量（Ｔ）に応
じた燃料が噴射される。

前記ステップS5において、高速型カム22bへの変更がな
されたと判別されたときには、ステップS8へ進み、この
ステップS8がアクセルペダルの踏み込み速度の変化があ
る一定の加速度以上であるか否かの判別がなされ、アク
セルペダルが急激に踏み込まれたときには、前記ステッ
プS6、S7へ進んで燃料噴射の実行がなされる。一方、ア
クセルペダルの踏み込み速度の変化が所定の加速度より
小さいときには、ステップS9へ進んでフラグＦのセット
（Ｆ←１）が行なわれた後前記ステップS6、ステップS7
へ進む。ここにフラグＦは燃料噴射量の減算処理実行条
件成立の有無を示すもので、フラグＦが「１」にあると
きには条件成立を意味し、フラグＦが「０」にあるとき
には条件不成立を意味する。

すなわち、カム22が低速型カム22から高速型カム22bへ
変更され、且つアクセルペダルの変化速度が所定の加速
度より小さいときには、ステップS9においてフラグＦが
「１」とされて、前記ステップS4からステップS10へ移
行する。このステップS10では、条件成立からt₁時間経
過したことを条件として、ステップS11へ移行し、そし
てこのステップS11への移行からt₂時間経過するまで
は、ステップS11からステップS12へ進んで前記ステップ
S3で得られた燃料噴射量（Ｔ）が下記の式に基づいて減
算する処理が行なわれる。

Ｔ＝Ｔ×Ｋここに係数Ｋは、本実施例では１より小さな一定の値と
されている。

この演算処理は、燃料噴射（ステップS7）毎に新たなデ
ータに基づいて演出さた燃料噴射量（Ｔ）に対して行な
われる（ステップS2、３）。そして、この演算処理が所
定時間t₂行なわれた後、ステップS11からステップS13へ
移行して、フラグＦが「０」とされる。

したがって、カム22が高速型カム22bへ変更されたその
過渡期においては、第８図に示すように、所定時間t₂だ
け燃料噴射量（Ｔ）を減算する補正が加えられる結果、
高速型カム22bへの変更に伴う吸気充填量の急激なる変
化によるトルクの急増が、燃料噴射量を抑える（結果的
に混合気の空燃比がリーンとなる）ことにより、抑えら
れることとなる。このため、低速型カム22aでの低負荷
用吸気期間の下でポンピングロス低減効果を得る領域を
狭めるもでもなく、カム22の変更に伴う大きなトルクシ
ョックを抑えることができる。

また、本実施例では、アクセルペダルが急激に踏み込ま
れたときには、上記燃料噴射量（Ｔ）の減算補正がキャ
ンセルされることから（ステップS8）、要求に応じたト
ルクが得られることとなる。この場合のトルクショック
は、運転者にとって力強い感じを受けむしろ好ましいも
のである。

第２実施例第10図以後の図面は、本発明の第２実施例を示すもの
で、上記第１実施例と同一の要素には同一の符号に付し
てその説明を省略し、以下本実施例の特徴部分について
説明する。

第10図、第11図において、シリンダブロック２には、燃
焼室７に臨ませて一次吸気ポート50（第10図には図示せ
ず）と二次吸気ポート51並びに１つの排気ポート９とが
開口され、上記一次吸気ポート50には一次吸気便52（第
10図には図示せず）が配設され、上記二次吸気ポート50
には二次吸気弁53が配設されている。そして、吸気通路
18は、シリンダブロック２内に設けられた隔壁54により
２つのシリンダブロック内通路55、56に分岐されて、一
方のシリンダブロック内通路55（第10図には図示せず）
が一次吸気通路として前記一次吸気サポート50に挿通さ
れ、他方のシリンダブロック内通路56が二次吸気通路と
して前記二次吸気ポート51に連通され、この二次吸気通
路56にはシャッタバルブ57が設けられて、このシャッタ
バルブ57はアクチュエータ58により、第12図に示すよう
に所定未満の低負荷域では閉じられ、逆に高負荷域では
開けられるようになっている。すなわち、低負荷域では
二次吸気通路56が遮断されて一次吸気通路55から吸気が
行なわれ、高負荷域では二次吸気通路56が開かれて、一
次、二次両吸気通路55、56から吸気が行なわれるように
なっている。

また、一次吸気弁52と二次吸気弁53との開弁期間は、第
13図に示すように、一次吸気弁52が吸気行程の途中で閉
じるように設定されている。また、本実施例では、スロ
ットル弁19とアクセルペダル59とが電気的に連結されて
おり、スロットル弁19を開閉駆動するアクチュエータ60
は、制御回路40からの出力信号により制御されるように
なっている。

すなわち、制御回路40には、アクセルペダル59のアクセ
ル操作量を検出するアクセルセンサ61からアクセル操作
量信号等が入力され、一方制御回路40からは、前記スロ
ットル弁用アクチュエータ60の他、シャッタバルブ用ア
クチュエータ58へ信号が出力されるようになっている。

本実施例における制御内容の概略は、第14図に示すよう
にシャッタバルブ57が全閉状態から全開状態となる間に
おいて、その開き始めから、吸気の遅れ時間t₃経過した
後に、燃料噴射弁20からの燃料噴射量を減算する補正が
開始され、この減算補正は、第15図に示すように、シャ
ッタバルブの開度（θ）に応じてシャッタバルブの開度
（θ）が大きくなる程、その減算率を小さくするものと
されている。

以上のことを前提として、このような制御の一例を、第
16図に示すフローチャートに基づいて、より詳しく説明
する。

先ず、ステップS21でイニシャライズ、ステップS22でシ
ャッタバルブ開度（θ）等のデータが入力された後、ス
テップS23においてシャッタバルブ57が開いているか否
かの判別がなされ、ステップS24においてシャッタバル
ブ57が全開であるか否かの判別がなされる。すなわち、
シャッタバルブ57が開き始めたときから全開となる間に
おいては、ステップS25へ進み、このステップS25におい
てフラグＩが「１」とされる一方、シャッタバルブ57が
全開あるいは全開状態にあるときには、ステップS26へ
進んでフラグＩが「０」とされる。ここにフラグＩは、
燃料噴射量の減算処理実行条件成立の有無を示すもの
で、フラグＩが「１」にあるときには、条件成立を意味
し、フラグＩが「０」にあるときには条件不成立を意味
する。

その後、ステップS27において、燃料噴射量（Ｔ）の演
算が行なわれ、ステップS28へ進む。

ステップS28では、フラグＩが「１」であるか否かの判
別がなされ、フラグＩが「０」であるときには、条件不
成立であるとして、ステップS29を経てステップS30で、
前記ステップS27により算出された燃料噴射量（Ｔ）に
応じた燃料が噴射される。

前記ステップS28において、フラグＩが「１」、すなわ
ち燃料噴射量の減算処理実行条件が成立していると判別
されたときには、ステップS31へ進み、このステップS31
において、前記減算処理条件成立からT₃時間経過したこ
とを条件として、ステップS32へ移行する。このステッ
プS32では、前記ステップS3で得られた燃料噴射量
（Ｔ）を下記の式に基づいて減算する処理が行われる。

Ｔ＝Ｔ×α（θ）この減算処理は、燃料噴射（ステップS30）毎に新たな
データに基づいて算出された燃料噴射量Ｔに対して行な
われる（ステップS22、S27）。そして、シャッタバルブ
57が全開状態となったときには、ステップS26でフラグ
Ｉが「０」とされることから、上記減算補正を加えるこ
となくステップS28からステップS29、30へ進む。

第３実施例本実施例の機械的構成は上記第２実施例と同様であるの
でその説明を省略し、本実施例の制御内容を、第17図に
示す制御特性図に基づいて、以下に説明する。

本実施例では、アクセルペダル59の操作量がθ_１となっ
たときに、シャッタバルブ57が開き始めるものとされ、
このシャッタバルブ57は、アクセルペダル59の操作量に
応じて徐々にその開度が大きくなるようにされている。

そして、スロットル弁19は、アクセルペダル59の操作量
がシャッタバルブ57の開き始めるθ_１からθ_２の間（△
θ゜）、その開度が一定となるようにされている。

すなわち、本実施例では、シャッタバルブ57が開き始め
たときから△θ゜間において、スロット弁19の開度を一
定に保つことにより、吸気充填量の面からトルクの急激
なる増大を抑えることとされている。

以上、本発明の好ましい実施例を説明したが、吸気期間
変更の際の急激なトルク増大を抑制する手段としては、
空燃比の調整による他に、点火時期、排気ガス再循環
（EGR）のガス量を変えることによるものであってもよ
い。

（発明の効果）以上の説明から明らかなように、本発明によれば、吸気
期間を低負荷用吸気期間から高負荷用吸気期間に変更し
た際の吸入空気量の急増によるトルクの大きな変動が抑
えられるため、ポンピングロス低減効果の領域を狭める
ことなく大きなトルクショックの発生を防止することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の全体構成図、第２図乃至第９図は第１実施例を示すもので、第２図は第１実施例の全体系統図、第３図は吸気弁の動弁機構の部分正面図、第４図は第３図に示すIV−IV断面図、第５図は吸気弁の動弁機構の横断面図、第６図は低負荷用吸気期間と高負荷用吸気期間の関係を
示す吸気期間関係図、第７図は低速用カム（低負荷用吸気期間）と高速用カム
（高負荷用吸気期間）との運転領域を示す図、第８図は制御特性図、第９図は制御の一例を示すフローチャートである。第10図乃至第16図は第２実施例を示すもので、第10図は第２実施例の全体系統図（第11図に示すＸ−Ｘ
断面図）、第11図はエンジン本体の平面図、第12図は２次吸気通路を開閉するシャッタバルブの制御
を示す図、第13図は１次吸気弁と２次吸気弁の開弁期間を示す図、第14図は制御特性図、第15図は燃料減算率とシャッタバルブの開度との関係を
示す図、第16図は制御の一例を示すフローチャートである。第17図は第３実施例の制御特性図である。 1:エンジン本体 10:吸気弁 12:動弁機構 20:燃料噴射弁 22:カム群 22a:低速型カム 22b:高速型カム 40:制御回路 43:制御バルブ 50:1次吸気ポート 51:2次吸気ポート 52:1次吸気弁 53:2次吸気弁 57:シャッタバルブ L:低負荷用吸気期間 H:高負荷用吸気期間

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】エンジンの実質的な吸気期間が運転状態に
応じて可変とされて、低負荷運転状態では低負荷用吸気
期間に、高負荷運転状態では高負荷用吸気期間に変更さ
れ、前記低負荷用吸気期間は、その吸気完了時のシリンダ内
容積が高負荷用吸気期間のときよりも小さくなるよう
に、吸気完了時期が吸気工程の途中で且つ吸気下死点よ
りも早く又は吸気工程後に設定されて、該低負荷用吸気
期間により吸気充填量の実質的な制御を行なうようにさ
れたエンジンの吸気装置において、前記低負荷用吸気期間から前記高負荷用吸気期間への吸
気期間の変更を検出する吸気期間変更検出手段と、該吸気期間検出手段からの信号を受け、吸気期間が低負
荷用吸気期間から高負荷用吸気期間へ変更された際に
は、エンジン発生トルクの増大を抑えるトルク制御手段
と、を備えていことを特徴とするエンジンの吸気装置。