JPH10288055A

JPH10288055A - 内燃機関の吸入空気量制御装置

Info

Publication number: JPH10288055A
Application number: JP9097302A
Authority: JP
Inventors: Hironao Kishi; 宏尚岸
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1997-04-15
Filing date: 1997-04-15
Publication date: 1998-10-27

Abstract

(57)【要約】【課題】低速低負荷時における吹き返し現象の発生を
抑制し、安定した機関燃焼状態を維持することができる
内燃機関の吸入空気量制御装置を提供する。【解決手段】吸気管１１は吸気マニホルド１１ａを介
してエンジン１の各気筒に設けられた吸気ポート９に接
続される。吸気管１１に、スロットルバルブ１９の上流
側及び下流側を接続するバイパス通路２２を設ける。バ
イパス通路２２にアイドリング時における吸入空気量を
調節するアイドルコントロールバルブ２３を設ける。吸
気マニホルド１１ａに吸気制御弁２４を設ける。ＥＣＵ
５１は、アイドリング運転時において、吸気制御弁２４
をバルブオーバラップ期間経過後に開弁制御するととも
に、吸気バルブ１３が閉弁してから所定期間経過後に閉
弁制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の吸入空
気量制御装置に係り、詳しくは、吸気通路に設けられた
第１の吸気制御弁と、内燃機関の各気筒に対応する吸気
通路に設けられた第２の吸気制御弁とを備えた内燃機関
の吸入空気量制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関においては、吸気バルブ及び排
気バルブの開閉時期が機関出力に大きな影響を与える。
例えば、高速高負荷において、吸気バルブ及び排気バル
ブが同時に開弁状態となるバルブオーバラップ期間を長
く設定することにより、吸入空気の慣性効果を利用した
体積効率の増大を図ることができ、機関出力を向上させ
ることができる。

【０００３】このようにバルブオーバラップ期間を長く
設定するために、従来より、図１１に示すようなシステ
ムが採用されている（例えば、特開平５−３４０２７５
号公報に記載された「内燃機関の吸気制御装置」等）。

【０００４】このシステムでは、内燃機関８０の燃焼室
８１に通じる吸気通路８２にスロットル弁８３が設けら
れるとともに、同弁８３の下流側に位置するサージタン
ク８２ａの下流側に、更に別の吸気制御弁８４が設けら
れている。燃焼室８１に開口する吸気ポート８５及び排
気ポート８６の近傍には、それら各ポート８５，８６を
開閉する吸気バルブ８７及び排気バルブ８８が設けられ
ている。そして、吸気バルブ８７の作動角は通常よりそ
の作動角が大きく設定されている（図１０（ａ）におい
て通常の吸気バルブにおけるリフト量を一点鎖線にて示
す）。

【０００５】図１０（ａ），（ｂ）は、上記システムに
おける各バルブ８７，８８のリフト量と、吸気制御弁８
４の開閉状態とをそれぞれ示している。また、同図１０
（ｃ）は、アイドリング時における吸気通路８２の内圧
変化を示している。

【０００６】こうしたシステムにおいて、内燃機関８０
が高速高負荷運転状態となった場合には、同図１０
（ｂ）に一点鎖線で示すように、少なくとも吸気バルブ
の開弁期間中は吸気制御弁８４が開弁状態となるよう
に、その開弁期間が長く設定される。従って、十分な吸
入空気量が確保されて機関出力の向上が図られることと
なる。

【０００７】これに対して、内燃機関８０がアイドリン
グ状態になった場合には、図１０（ｂ）に実線で示すよ
うに、吸気制御弁８４の開弁期間が短縮され、同弁８４
がより早いタイミングで閉弁される。その結果、燃焼室
８１に導入される吸入空気の量が制限されるため、所定
の回転速度でアイドリング運転を行うことができるよう
になる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記システ
ムにおいては図１０（ｃ）に示すように、吸気バルブ８
７が開弁する時期、即ちバルブオーバラップ期間の初期
において、吸気通路８２の内圧が急激に増大する傾向が
ある。これは、燃焼室８１及び排気通路８９内にある既
燃焼ガスが負圧に保持されていた吸気通路８２の内部に
流入する現象、いわゆる吹き返し現象が発生するためで
ある。この吹き返し現象は、内燃機関８０がアイドリン
グ時のように低速低負荷運転状態にあって、吸気通路８
２を通過する吸入空気の慣性力が小さい場合にのみ発生
する現象ではあるが、同従来のシステムにあっては、こ
のような吹き返し現象が発生することにより燃焼室８１
に多量の既燃焼ガスが残留してしまい、燃焼の不安定
化、更には失火を招くおそれがあった。

【０００９】本発明は、上記実情に鑑みてなされたもの
であり、その目的は、低速低負荷時における吹き返し現
象の発生を抑制し、安定した機関燃焼状態を維持するこ
とができる内燃機関の吸入空気量制御装置を提供するこ
とにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１記載の発明は、吸気バルブ及び排気バルブ
を備える内燃機関の吸気通路に設けられ、内燃機関の低
速低負荷運転時において同内燃機関に対する吸入空気の
供給を確保する第１の吸気制御弁と、第１の吸気制御弁
の下流側において、内燃機関の各気筒に対応する吸気通
路に設けられた第２の吸気制御弁と、内燃機関の運転状
態を検出する運転状態検出手段と、運転状態検出手段に
より内燃機関が低速低負荷運転状態にあると検出される
とき、吸気バルブ及び排気バルブがいずれも開弁状態と
なるバルブオーバラップ期間経過後に第２の吸気制御弁
を開弁制御するとともに、吸気バルブが閉弁してから所
定期間経過後に同第２の吸気制御弁を閉弁制御する制御
手段とを備えたことをその趣旨とする。

【００１１】上記構成においては、内燃機関が低速低負
荷運転状態になったときに、第２の吸気制御弁は、制御
手段によってバルブオーバラップ期間経過後に開弁制御
された後、吸気バルブが閉弁してから所定期間が経過し
た後に閉弁制御される。換言すれば、吸気バルブが閉弁
して燃焼室内の負圧が吸気通路内に伝播しなくなった状
態で、第２の吸気制御弁が所定期間の間、開弁状態に保
持される。その結果、上記所定期間の間に、吸気バルブ
と第２の吸気制御弁との間における吸気通路の内圧（以
下、「内圧Ｐ１」という）と、第２の吸気制御弁と第１
の吸気制御弁との間における吸気通路の内圧（以下、
「内圧Ｐ２」という）との差圧は減少して、両内圧Ｐ
１，Ｐ２は略等しくなる。

【００１２】ここで、吸気バルブが閉弁状態となってお
り、吸気通路内における吸入空気の実質的な移動が停止
していることから、吸気通路内において第１の吸気制御
弁より上流側部分の内圧、即ち、大気圧と、前記内圧Ｐ
２との差圧は極めて小さい。従って、前記内圧Ｐ１は前
記所定期間の間に大気圧に略等しくなるまで増加するこ
ととなる。

【００１３】次に、吸気バルブが開弁すると、即ち、バ
ルブオーバラップ期間に移行すると、燃焼室及び排気通
路中にある既燃焼ガスの一部が吸気通路側に流入しよう
とする。しかしながら、吸気通路の内圧Ｐ１は、第２の
吸気制御弁が閉弁状態となっているため、大気圧に略等
しい圧力に保持されている。従って、吸気通路の内圧Ｐ
１と燃焼室及び排気通路における内圧（排気圧）との差
圧が極めて小さい。その結果、既燃焼ガスは燃焼室側か
ら吸気通路側に殆ど移動することがなくなり、吹き返し
現象の発生が抑制される。尚、上記構成において、上記
第１の吸気制御弁としては、アイドリングコントロール
バルブ、電子制御式スロットルバルブ等がある。

【００１４】上記目的を達成するために、請求項２記載
の発明は、請求項１に記載した内燃機関の吸入空気量制
御装置において、制御手段は、運転状態検出手段により
内燃機関が低速低負荷運転状態にあると検出されると
き、第２の吸気制御弁が所定の中間開度をもって開弁状
態となるように同第２の吸気制御弁を制御するものであ
ることをその趣旨とする。

【００１５】上記構成において、第２の吸気制御弁の閉
弁期間中に、吸気バルブが開弁すると、燃焼室内の負圧
が伝播することにより吸気通路の内圧Ｐ１は略大気圧か
ら負圧に減少する。ここで、第２の吸気制御弁が開弁さ
れると、吸気通路から燃焼室側への吸入空気の流通が許
容されるようになるため、前記内圧Ｐ１が増加し始め
る。

【００１６】ここで、上記構成によれば、第２の吸気制
御弁が所定の中間開度をもって開弁状態とされるため、
同弁を通過する吸入空気の速度が同弁を全開にした場合
と比較して低下する。その結果、本発明によれば、請求
項１に記載した発明の作用に加えて、前記内圧Ｐ１の急
激な増加が抑えられ、吸気通路内における圧力脈動の発
生が抑制される。

【００１７】上記目的を達成するために、請求項３記載
の発明は、請求項１又は２に記載した内燃機関の吸入空
気量制御装置において、運転状態検出手段は、内燃機関
のアイドリング運転状態を低速低負荷運転状態として検
出するものであることをその趣旨とする。

【００１８】上記構成によれば、請求項１又は２に記載
した発明の作用に加えて、アイドリング時における吹き
返し現象の発生が抑えられる。

【００１９】

【発明の実施の形態】

［第１の実施形態］以下、本発明における内燃機関の吸
入空気量制御装置を車輌用ガソリンエンジンに適用した
第１の実施形態について図１〜図８に基づいて詳細に説
明する。

【００２０】図１は、車輌用ガソリンエンジンシステム
の概略構成を示している。車輌（図示略）に搭載された
エンジン１は、４気筒分のシリンダボア２ａを有するシ
リンダブロック２と、シリンダヘッド３とを備えてい
る。各シリンダボア２ａ内に上下動可能に設けられたピ
ストン４は、コンロッド５を介してクランクシャフト６
に連結されている。また、シリンダボア２ａの内部にお
いて、ピストン４とシリンダヘッド３とにより囲まれた
空間によって燃焼室７が形成されている。

【００２１】シリンダヘッド３には、各燃焼室７に対応
して点火プラグ８が設けられている。また、シリンダヘ
ッド３には、各燃焼室７に通じる吸気ポート９及び排気
ポート１０がそれぞれ設けられている。これら各ポート
９，１０は、各気筒に対応した分岐管（図１ではその一
つのみを示す）を備えた吸気マニホルド１１ａを介して
吸気管１１に接続されている。

【００２２】シリンダヘッド３には、吸気ポート９及び
排気ポート１０を開閉するための吸気バルブ１３及び排
気バルブ１４がそれぞれ設けられている。これら各バル
ブ１３，１４は、クランクシャフト６の回転に連動する
カムシャフト（図示略）により駆動されるようになって
いる。また、本実施形態における吸気バルブ１３は、そ
の作動角及びリフト量がいずれも大きく設定されてお
り、バルブオーバラップ量が大きく確保されている。

【００２３】吸気管１１の上流側にはエアクリーナ１５
が設けられており、同クリーナ１５によって吸気管１１
内に導入される吸入空気が清浄化される。吸気管１１の
途中にはサージタンク１６が設けられており、同タンク
１６によって吸気管１１を通過する吸入空気の脈動が平
滑化される。また、サージタンク１６の下流側におい
て、吸気ポート９の近傍には各気筒に対応して燃料噴射
用のインジェクタ１７がそれぞれ設けられている。この
インジェクタ１７には図示しない燃料タンクから燃料ポ
ンプによって所定圧力の燃料が供給されているようにな
っている。

【００２４】こうしたシステムにあって、エンジン１の
運転が開始されると、エアクリーナ１５を通過した吸入
空気は、吸気管１１内に導入される。吸入空気の導入と
同時に各インジェクタ１７から燃料が噴射されることに
より、その吸入空気と燃料とが混合され混合気となる。

【００２５】そして、エンジン１の吸入行程において、
吸気バルブ１３により吸気ポート９が開かれると、混合
気が同ポート９を通じて燃焼室７に取り込まれる。その
後、圧縮、膨張行程において、燃焼室７に取り込まれた
混合気が圧縮され点火プラグ８によって点火されること
により、その混合気が爆発・燃焼してエンジン１に駆動
力が得られる。

【００２６】また、エンジン１の排気行程において、排
気バルブ１４により排気ポート１０が開かれると、爆発
・燃焼後の排気ガスが同ポート１０を通じて排気管１２
内に導入される。排気管１２に導入された排気ガスは、
触媒コンバータ（図示略）等を通じて外部へ排出され
る。

【００２７】一方、吸気管１１においてサージタンク１
６の上流側には、図示しないアクセルペダルの操作に連
動して開閉駆動されるスロットルバルブ１９が設けられ
ている。スロットルバルブ１９の開度、即ちスロットル
開度ＴＡに応じて吸気管１１へ導入される吸入空気の量
（吸入空気量Ｑ）が調節される。

【００２８】スロットルバルブ１９の近傍には、スロッ
トル開度ＴＡを検出するためのスロットルセンサ３０が
設けられており、同センサ３０はスロットル開度ＴＡに
応じた検出信号を出力する。また、スロットルセンサ３
０はアイドルスイッチ３０ａを内蔵している。このアイ
ドルスイッチ３０ａは、スロットルバルブ１９が全閉位
置にあるときに、アイドリング信号ＩＤＳを「ＯＮ」と
して出力する。

【００２９】同じく吸気管１１には、サージタンク１６
内の内圧（吸気圧ＰＭ）を検出する吸気圧センサ３１が
設けられている。この吸気圧センサ３１は、吸気圧ＰＭ
に応じた検出信号を出力する。

【００３０】また、クランクシャフト６の近傍にはクラ
ンクセンサ３２が設けられ、カムシャフトの近傍には気
筒判別センサ３３が設けられている。後述する電子制御
装置５１はこれら各センサ３２，３３からの検出信号に
基づいてクランクシャフト６の回転速度、即ちエンジン
１の回転速度ＮＥと、クランクシャフトの回転角、即ち
クランク角度とをそれぞれ算出する。

【００３１】更に、シリンダブロック２には、エンジン
１を冷却する冷却水の温度（冷却水温ＴＨＷ）を検出す
る水温センサ３４が設けられいる。この水温センサ３４
は冷却水温ＴＨＷに応じた検出信号を出力する。

【００３２】また一方、吸気管１１には、スロットルバ
ルブ１９を迂回してその上流側と下流側とを連通するバ
イパス通路２２が設けられている。このバイパス通路２
２の途中には、リニアソレノイド式のアイドリングスピ
ードコントロールバルブ（以下、「ＩＳＣＶ」という）
２３が設けられている。ＩＳＣＶ２３は、電磁ソレノイ
ド２３ａに印加されるパルス信号のデューティ比に応じ
てバルブ２３ｂを変位させ、空気の流れる通路面積を調
節する電磁弁である。ＩＳＣＶ２３は、スロットルバル
ブ１９が全閉状態となるエンジン１のアイドリング時に
おいて、回転速度ＮＥを安定させるために作動する。Ｉ
ＳＣＶ２３が所定のパルス信号に基づいてデューティ制
御されることにより、バイパス通路２２を流れる空気量
が調節され、燃焼室７へ取り込まれる吸入空気量が調節
される。

【００３３】更に、吸気マニホルド１１ａには、各気筒
に対応した複数（４つ）の吸気制御弁２４が設けられて
いる。この吸気制御弁２４は、吸気マニホルド１１ａ内
で開閉され同マニホルド１１ａ内を通過する空気量を調
節するバタフライ弁２５と、同バタフライ弁２５を開閉
駆動するための電磁アクチュエータ２６とを備えてい
る。

【００３４】図２は、この吸気制御弁２４を示す模式図
であり、図３は電磁アクチュエータ２６に印加される電
圧（デューティ信号）をそれぞれ示している。エンジン
１が停止して、電磁アクチュエータ２６に対し電圧信号
が印加されなくなると（デューティ比Ｄtac が０％）、
図２に一点鎖線で示すようにバタフライ弁２５が所定開
度開いた状態となって、吸気制御弁２４は半開状態に保
持される。

【００３５】また、例えば、図３（ａ）に示すように、
電磁アクチュエータ２６に対して＋５Ｖの電圧が連続的
に印加されることにより、換言すれば、同アクチュエー
タ２６が＋１００％のデューティ比Ｄtac をもって通電
制御されることにより、バタフライ弁２５の開度は図２
に実線で示すように最大となって、吸気制御弁２４が全
開状態となる。

【００３６】一方、図３（ｂ）に示すように、電磁アク
チュエータ２６に対して−５Ｖの電圧が連続的に印加さ
れることにより、換言すれば、同アクチュエータ２６が
−１００％のデューティ比Ｄtac をもって通電制御され
ることにより、バタフライ弁２５の開度は図２に破線で
示すように最小となり、吸気制御弁２４が全閉状態とな
る。尚、吸気制御弁２４を開弁させない場合には、電磁
アクチュエータ２６が−１００％のデューティ比Ｄtac
をもって通電制御されており、同弁２４は全閉状態に保
持されている。

【００３７】更に、図３（ｃ）に示すように、電磁アク
チュエータ２６がａ％（０＜｜ａ｜＜１００）のデュー
ティ比Ｄtac をもって通電制御されることにより、バタ
フライ弁２５の開度は、図２に二点鎖線で示すように、
全開状態と全閉状態との中間位置に配置され、吸気制御
弁２４はデューティ比Ｄtac の大きさに応じた中間開度
に保持される。

【００３８】このように、吸気制御弁２４は、電磁アク
チュエータ２６に所定のデューティ比Ｄtac （−１００
％〜＋１００％）を有した電圧信号が印加されることに
より、その開度が全閉状態から全開状態の間の任意の開
度に調節されるようになっている。

【００３９】また、同システムには、上記各インジェク
タ１７、ＩＳＣＶ２３、吸気制御弁２４等を制御するた
めの電子制御装置（以下単に「ＥＣＵ」という）５１が
設けられている。以下、このＥＣＵ５１の電気的構成に
ついて図４のブロック図に従って説明する。

【００４０】ＥＣＵ５１は、中央処理装置（ＣＰＵ）５
２、所定の制御プログラム等を予め記憶した読み出し専
用メモリ（ＲＯＭ）５３、ＣＰＵ５２の演算結果等を一
時記憶するランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）５４、及
び記憶されたデータを保存するバックアップＲＡＭ５５
等と、これら各部５２〜５５と外部入力回路５７及び外
部出力回路５８等とをバス５９によって接続してなる論
理演算回路として構成されている。ＲＯＭ５３には、後
述する「吸入空気量制御ルーチン」等の制御プログラム
や各種関数データ等が予め記憶されている。

【００４１】外部入力回路５７には、前述したアイドル
スイッチ３０ａを含む各センサ３０〜３４等がそれぞれ
接続されている。外部出力回路５８には、各インジェク
タ１７、ＩＳＣＶ２３及び吸気制御弁２４の電磁ソレノ
イド２３ａ、電磁アクチュエータ２６がそれぞれ接続さ
れている。ＥＣＵ５１はエンジン１の吸入空気量制御等
を実行するために、センサ３０〜３４を含む各種センサ
からの出力信号に基づいてＩＳＣＶ２３及び吸気制御弁
２４を好適に制御する。

【００４２】次に、図５に示す「吸入空気量制御ルーチ
ン」を参照して、本実施形態における吸入空気量の制御
手順を説明する。ＥＣＵ５１はこの「吸入空気量制御ル
ーチン」における各処理を所定のクランク角度毎に繰り
返し実行する。

【００４３】ステップ１０１において、ＥＣＵ５１はア
イドルスイッチ３０ａからのアイドリング信号ＩＤＳが
「ＯＮ」であるか否かを判定する。ここで否定判定され
た場合、ＥＣＵ５１はエンジン１の運転状態がアイドリ
ング状態ではないことから処理をステップ１１１に移行
する。

【００４４】ステップ１１１において、ＥＣＵ５１はス
ロットルセンサ３０により検出されるスロットル開度Ｔ
Ａに基づいてエンジン１の運転状態が全負荷状態にある
か否か、換言すればスロットルバルブ１９が全開状態に
なっているか否かを判定する。ここで、肯定判定された
場合、ＥＣＵ５１は処理をステップ１１２に移行する。

【００４５】ステップ１１２において、ＥＣＵ５１は最
終開弁角度Ｔｏfin 及び最終閉弁角度Ｔｃfin をそれぞ
れ全負荷時に対応した各角度Ｔｏwot ，Ｔｃwotに設定
するとともに、デューティ比Ｄtac を＋１００％として
設定する。

【００４６】ここで、最終開弁角度Ｔｏfin は吸気制御
弁２４の開弁時期を決定するためのパラメータであり、
吸気バルブ１３が閉弁するクランク角度からこの最終開
弁角度Ｔｏfin を減算したものが実際に吸気制御弁２４
を開弁させる際のクランク角度になる。従って、この最
終開弁角度Ｔｏfin が大きくなるほど、吸気制御弁２４
がより早いタイミングで開弁することになる。

【００４７】また、最終閉弁角度Ｔｃfin は吸気制御弁
２４の閉弁時期を決定するためのパラメータであり、エ
ンジン１の膨張行程においてピストン４が下死点に位置
するときのクランク角度からこの最終閉弁角度Ｔｃfin
を減算したものが実際に吸気制御弁２４を閉弁させる際
のクランク角度になる。

【００４８】一方、ステップ１１１において否定判定さ
れた場合、ＥＣＵ５１は処理をステップ１１３に移行す
る。そして、ステップ１１３において、ＥＣＵ５１は最
終開弁角度Ｔｏfin 及び最終閉弁角度Ｔｃfin をそれぞ
れ部分負荷時に対応した各角度Ｔｏpt ，Ｔｃptに設定
するとともに、デューティ比Ｄtac を＋１００％として
設定する。

【００４９】これに対して、ステップ１０１において肯
定判定された場合、ＥＣＵ５１はエンジン１の運転状態
がアイドリング状態になったことから、処理をステップ
１０２に移行する。尚、このとき、スロットルバルブ１
９は全閉状態になるとともに、ＩＳＣＶ２３の開度がＥ
ＣＵ５１により制御されてバイパス通路２２にはアイド
リング運転を行うのに必要な空気が流通可能な状態にな
っている。

【００５０】ステップ１０２において、ＥＣＵ５１は最
終閉弁角度Ｔｃfin を１００°ＣＡ（クランク角）に設
定する。このように最終閉弁角度Ｔｃfin が１００°Ｃ
Ａに設定されることにより、吸気制御弁２４は吸気バル
ブ１３が閉弁してから所定期間経過後に閉弁されること
になり、この所定期間中に吸気バルブ１３と吸気制御弁
２４との間における吸気マニホルド１１ａの内圧は後述
するように略大気圧に等しくなるまで増加する。

【００５１】続くステップ１０３において、ＥＣＵ５１
はアイドリング運転時における目標回転速度ＴＮＥに基
づき最終開弁角度Ｔｏfin を算出する際の基準値となる
基準開弁角度Ｔｏbaseを算出する。ＲＯＭ５３には、こ
の目標回転速度ＴＮＥと基準開弁角度Ｔｏbaseとの関係
を示す関数データが記憶されており、ＥＣＵ５１はこの
関数データを基準開弁角度Ｔｏbaseを算出する際に参照
する。尚、目標回転速度ＴＮＥは、水温センサ３４によ
り検出される冷却水温ＴＨＷ等に基づいて別の制御ルー
チンにおいて設定されＲＡＭ５４に記憶されている。

【００５２】図６は上記関数データを示すグラフであ
る。同図に示すように、目標回転速度ＴＮＥが所定値Ｔ
ＮＥ１より大きい場合には、同回転速度ＴＮＥ大きくな
るほど、基準開弁角度Ｔｏbaseが大きく算出される。従
って、目標回転速度ＴＮＥが大きいほど、吸気制御弁２
４はより早いタイミングで開弁されることになる。

【００５３】また、目標回転速度ＴＮＥが所定値ＴＮＥ
１以下になった場合、基準開弁角度Ｔｏbaseは「０」と
して算出される。従って、最終開弁角度Ｔｏfin がこの
基準開弁角度Ｔｏbaseと等しく設定された場合（後述す
る補正開弁角度Ｔｏcor を「０」とした場合）には、吸
気バルブ１３が閉弁すると同時に吸気制御弁２４が開弁
されることとなる。即ち、吸気バルブ１３の開弁中、吸
気制御弁２４は閉弁していることになるが、この場合に
は、吸気マニホルド１１ａにおいて吸気制御弁２４と吸
気バルブ１３との間にある空気がアイドリング運転を行
うのに必要な吸入空気として燃焼室７に導入されること
になる。

【００５４】上記のようにステップ１０３において基準
開弁角度Ｔｏbaseを算出した後、ＥＣＵ５１は処理をス
テップ１０４に移行する。ステップ１０４において、Ｅ
ＣＵ５１は目標回転速度ＴＮＥから実際の回転速度ＮＥ
を減算した値を回転速度偏差△ＮＥとして設定した後、
処理をステップ１０５に移行する。

【００５５】ステップ１０５において、ＥＣＵ５１は回
転速度偏差△ＮＥに基づいて補正開弁角度Ｔｏcor を算
出する。この補正開弁角度Ｔｏcor は、アイドリング運
転時におけるエンジン１の回転速度ＮＥを目標回転速度
ＴＮＥに一致させるためのフィードバック補正値であ
り、後述するように、基準開弁角度Ｔｏbaseに対してこ
の補正開弁角度Ｔｏcor を加えた値が最終開弁角度Ｔｏ
fin として算出される。ＲＯＭ５３には、回転速度偏差
△ＮＥと補正開弁角度Ｔｏcor との関係を示す関数デー
タが記憶されており、ＥＣＵ５１は補正開弁角度Ｔｏco
r を算出する際にこの関数データを参照する。

【００５６】図７は、この関数データを示すグラフであ
る。同図に示すように、回転速度偏差△ＮＥが正の値で
ある場合、補正開弁角度Ｔｏcor も正の値として設定さ
れ同回転速度偏差△ＮＥが負の値である場合、補正開弁
角度Ｔｏcor も負の値として算出される。そして、回転
速度偏差△ＮＥが大きくなるほど、補正開弁速度Ｔｏco
r も大きく算出されるようになっている。

【００５７】従って、実際の回転速度ＮＥが目標回転速
度ＴＮＥを下回っている場合には、補正開弁角度Ｔｏco
r がより大きく算出されて吸気制御弁２４の開弁タイミ
ングが早められる。その結果、吸入空気量が増量され回
転速度ＮＥの上昇が図られる。これに対して、実際の回
転速度ＮＥが目標回転速度ＴＮＥを上回っている場合に
は、補正開弁角度Ｔｏcor がより小さく算出されて吸気
制御弁２４の開弁タイミングが遅らせられる。その結
果、吸入空気量が減量され回転速度ＮＥの低下が図られ
る。

【００５８】次に、ステップ１０６において、ＥＣＵ５
１は基準開弁角度Ｔｏbaseに対して補正開弁角度Ｔｏco
r を加えた角度を最終開弁角度Ｔｏfin として設定す
る。この最終開弁角度Ｔｏfin に基づいて吸気制御弁２
４を開弁させた場合、同弁２４は常に排気バルブ１４の
閉弁後、即ち、バルブオーバラップ期間後に開弁するよ
うに、前記基準開弁角度Ｔｏbase及び補正開弁角度Ｔｏ
cor の大きさがそれぞれ設定されている。

【００５９】続くステップ１０７において、ＥＣＵ５１
は前記デューティ比Ｄtac をａ％（本実施形態では、＋
１００％）に設定する。ステップ１０７，１１２，１１
３の処理を実行した後、ＥＣＵ５１は処理をステップ１
２０に移行する。このステップ１２０において、ＥＣＵ
５１は最終開弁時期Ｔｏfin 、最終閉弁時期Ｔｃfin 、
及びデューティ比Ｄtac に基づいて吸気制御弁２４の電
磁アクチュエータ２６を通電制御する。その結果、吸気
制御弁２４が開閉制御され、燃焼室７にはエンジン１の
運転状態に応じた所定量の吸入空気が導入される。そし
て、このステップ１２０の処理を実行した後、ＥＣＵ５
１は本ルーチンの処理を一旦終了する。

【００６０】次に、本実施形態における作用について説
明する。図８（ａ），（ｂ），（ｃ）は、エンジン１が
アイドリング運転状態になった場合における、吸気バル
ブ１３及び排気バルブ１４のリフト量、吸気制御弁２４
の開閉状態、及び吸気制御弁２４と吸気バルブ１３との
間における吸気マニホルド１１ａの内圧（以下、単に
「マニホルド圧Ｐ」という）をそれぞれ示している。

【００６１】エンジン１がアイドリング運転状態にある
場合には、前述したようにスロットルバルブ１９は全閉
状態になるとともに、ＩＳＣＶ２３の開度がＥＣＵ５１
により制御されてバイパス通路２２にはアイドリング運
転を行うのに必要な空気が流通可能な状態になってい
る。

【００６２】図８に示すタイミングｔ１において、排気
バルブが閉弁状態となることによりバルブオーバラップ
期間が終了する。このタイミングｔ１からタイミングｔ
２までの期間では、ピストン４の下動に伴って燃焼室７
の容積が増大するため、燃焼室７の内圧が減少するとと
もに、同図（ｃ）に示すように、その減少に伴ってマニ
ホルド圧Ｐも減少する。

【００６３】次に、タイミングｔ１から所定期間経過し
たタイミングｔ２において、吸気制御弁２４の電磁アク
チュエータ２６が通電制御されることにより、同弁２４
は全閉状態から全開状態になる。従って、バイパス通路
２２を通過した吸入空気は、同弁２４の上流側から下流
側に流れ、更に、燃焼室７内に導入される。その結果、
タイミングｔ２以降、燃焼室７の内圧及びマニホルド圧
Ｐは増加した後、振動する。

【００６４】タイミングｔ３において、吸気バルブ１３
が閉弁されることにより、燃焼室７内への吸入空気の導
入が停止される。従って、アイドリング運転に必要な吸
入空気は、吸気制御弁２４が開弁するタイミングｔ２か
ら吸気バルブ１３が閉弁されるタイミング３までの間に
燃焼室７内に導入されている。

【００６５】また、このように吸気バルブ１３が閉弁さ
れても、吸気制御弁２４は所定期間（タイミングｔ３〜
ｔ４）の間、全開状態に保持されている。従って、吸気
制御弁２４より下流側の吸気マニホルド１１ａは燃焼室
７内の圧力が伝播しない状態となって、その内部にバイ
パス通路２２を通過した空気が流入するようになる。そ
の結果、マニホルド圧Ｐは徐々に略大気圧と等しくなる
ように収束する。

【００６６】そして、吸気バルブ１３の閉弁タイミング
ｔ３から所定期間経過したタイミングｔ４において、吸
気制御弁２４は再び全閉状態になる。その結果、マニホ
ルド圧Ｐはタイミングｔ４以降、略大気圧に等しい一定
値に保持される。

【００６７】次のバルブオーバラップ期間の開始タイミ
ング、即ち、タイミングｔ５において、吸気バルブ１３
が再び開弁する。この際、吸気マニホルド１１ａの内圧
Ｐが燃焼室７及び排気管１４の内圧よりも相対的に小さ
い場合には、前述したような吹き返し現象が発生するお
それがある。

【００６８】この点、本実施形態によれば、吸気マニホ
ルド１１ａの内圧Ｐが略大気圧と等しい圧力に保持され
ているため、吸気マニホルド１１ａの内圧Ｐと排気圧と
の差圧が極めて小さく、燃焼室７側から吸気マニホルド
１１ａ側へ既燃焼ガスが逆流することがない。従って、
図８（ｃ）に示すように、タイミングｔ５においてマニ
ホルド圧Ｐの急激な増大は発生しない。

【００６９】以上説明したように、本実施形態によれ
ば、吹き返し現象の発生を防止して機関燃焼状態を安定
させることができ、安定したアイドリング運転を実現す
ることができるようになる。

【００７０】［第２の実施形態］次に、第２の実施形態
について、上記第１の実施形態との相違点を中心に説明
する。

【００７１】上記第１の実施形態では、前述した「吸入
空気量制御ルーチン」のステップ１０７において、デュ
ーティ比Ｄtac を「＋１００％」に設定するようにし
た。これに対して、本実施形態では、同ステップ１０７
においてデューティ比Ｄtac を例えば、「＋２０％」に
設定するようにしている。従って、吸気制御弁２４が開
弁する際、同弁２４の開度は全閉状態と全開状態との間
の中間開度（半開状態）に保持されることになる。

【００７２】図９（ａ），（ｂ），（ｃ）は、エンジン
１がアイドリング運転状態になった場合における、吸気
バルブ１３及び排気バルブ１４のリフト量、吸気制御弁
２４の開閉状態、及びマニホルド圧Ｐをそれぞれ示して
いる。

【００７３】同図９（ｂ）に示すように、タイミングｔ
２において、吸気制御弁２４が開弁することにより、バ
イパス通路２２を通過した吸入空気が、同弁２４の上流
側から下流側に流れ、更に、燃焼室７内に導入される。
その結果、燃焼室７の内圧及びマニホルド圧Ｐは増加す
る。

【００７４】ここで、上記第１の実施形態においては、
開弁時に吸気制御弁２４の開度を全開状態に保持するよ
うにしたため、吸気マニホルド１１ａ内の内圧Ｐが比較
的急激に増加する。このように内圧Ｐが急激に増加する
場合、吸気マニホルド１１ａ及び吸気管１１の内部に
は、吸気バルブ１３とスロットルバルブ１９との間を往
来する空気の疎密波（圧力波）が発生して圧力脈動が発
生する傾向がある。

【００７５】このため、吸気バルブ１３とスロットルバ
ルブ１９との間にあるサージタンク１６が共鳴体とな
り、同タンク１６から上記圧力脈動を起振力とした脈動
音が発生することが懸念される。

【００７６】また、上記のような圧力脈動の振幅が大き
くなると、吸気制御弁２４を閉弁することにより保持さ
れる吸気マニホルド１１ａの内圧Ｐがエンジン１のサイ
クル毎に変化し、燃焼室７に導入される吸入空気の量が
僅かに変動する可能性もあり得る。

【００７７】この点、本実施形態では吸気制御弁２４が
半開状態に保持されるため、吸気マニホルド１１ａ内に
おいて吸気制御弁２４の上流側から下流側へ流れる吸入
空気の流量が制限される。従って、吸気マニホルド１１
ａの内圧Ｐが急激に増加することがなくなるため、上記
圧力脈動を小さく抑えることができる。

【００７８】更に、吸気制御弁２４が半開状態に保持さ
れるため、吸気バルブ１３とスロットルバルブ１９との
間を往来する圧力波は殆ど発生しなくなる。即ち、発生
する圧力波の大部分は、吸気バルブ１３と吸気制御弁２
４との間を往来するものとなる。この圧力波は、吸気バ
ルブ１３と吸気制御弁２４との間にはサージタンク１６
が存在しないことから、その周波数が高くなって振幅が
極めて小さくなる。

【００７９】以上説明したように、本実施形態によれ
ば、圧力脈動を更に低減して、同脈動に起因した脈動音
を低減することができる。更に、圧力脈動に伴う吸入空
気量の変動を抑えることができ、機関燃焼状態を更に安
定化させることができる。

【００８０】また、本実施形態によれば、アイドリング
運転時に吸気制御弁２４を開弁させる際には、その開度
を中間開度に保持するようにしている。このため、図３
（ａ）と同図３（ｃ）との比較から明らかなように、吸
気制御弁２４を全開状態に保持するようにした場合と比
べて、同弁２４において消費される電力量を低減するこ
とができ、ひいてはエンジン１の燃費を向上させること
ができる。

【００８１】尚、以上説明した各実施形態は、以下に示
すようにその構成を変更することもできる。このような
構成によっても上記実施形態と同等の作用効果を奏する
ことができる。

【００８２】・上記各実施形態では、ＩＳＣＶ２３の開
度を制御することによりアイドリング運転時に必要な吸
入空気量を調節するようにした。これに対して、電子制
御式のスロットルバルブを採用し、同バルブの開度を制
御することにより、アイドリング運転時における吸入空
気量を調節するようにしてもよい。

【００８３】また、このような電子制御式のスロットル
バルブを採用した場合、同バルブは、アクセルペダルに
連結されず、ステップモータ（図示略）により開閉され
る。アクセルペダルの近傍にはアクセルセンサ（図示
略）が設けられ、同センサから運転者によるアクセルペ
ダルの踏込量、即ちアクセル開度に応じた検出信号がＥ
ＣＵ５１の外部入力回路５７に出力される。スロットル
バルブの開度（スロットル開度）は、アクセル開度及び
回転速度ＮＥ等に応じてステップモータが制御されるこ
とにより調節される。また、上記実施形態と異なりアイ
ドルスイッチはアクセルセンサに内蔵される。このアイ
ドルスイッチは、アクセルペダルの踏込量が「０」にな
った場合に、アイドリング信号ＩＤＳを「ＯＮ」として
外部入力回路５７に出力する。

【００８４】・上記各実施形態では、上記「吸入空気量
制御ルーチン」のステップ１０１において、アイドリン
グ信号ＩＤＳが「ＯＮ」であるか否かを判定することに
より、エンジン１がアイドリング運転状態であるか否か
を判定するようにした。これに対して、同ステップ１０
１において、例えば、回転速度ＮＥ及び吸気圧ＰＭに基
づいて、エンジン１が低負荷低速運転状態であるか否か
を判定するようにしてもよい。

【００８５】・上記各実施形態では、最終閉弁角度Ｔｃ
fin を１００°ＣＡに設定することにより、吸気バルブ
１３が閉弁してから所定期間経過後に吸気制御弁２４が
閉弁するようにした。ここで、最終開弁角度Ｔｃfin は
必ずしも１００°ＣＡに設定する必要はなく、例えば、
吸気制御弁２４の応答性や吸気制御弁２４の開弁中にお
けるマニホルド圧Ｐの増加率等を考慮して適宜変更する
ことができる。

【００８６】・上記第２の実施形態では、アイドリング
時において吸気制御弁２４を開弁させる際にデューティ
比Ｄtac を２０％に設定するようにしたが、このデュー
ティ比Ｄtac は、例えばアイドリング時に必要とされる
吸入空気量の大きさに応じて、−１００％＜Ｄtac ＜＋
１００％の範囲で適宜変更することができる。

【００８７】・上記第２の実施形態では、アイドリング
時において吸気制御弁２４を開弁させる際にデューティ
比Ｄtac （＋２０％）に応じた開度に即時に増加させる
ようにした。これに対して、吸気制御弁２４の開度を徐
々に増加させることもできる。このようにすれば、吸気
マニホルド１１ａにおける急激な内圧Ｐの増加を更に抑
えて、圧力脈動の発生を抑制することができる。

【００８８】

【発明の効果】請求項１記載の発明では、内燃機関が低
速低負荷運転状態にあると検出されたときに、第２の吸
気制御弁を吸気バルブ及び排気バルブがいずれも開弁状
態となるバルブオーバラップ期間経過後に開弁制御する
とともに、吸気バルブが閉弁してから所定期間経過後に
閉弁制御するようにしている。従って、吸気バルブが開
弁する際に、第２の吸気制御弁と吸気バルブとの間にお
ける吸気通路の内圧が略大気圧になっているため、燃焼
室側から吸気通路側への既燃焼ガスの移動が抑制され
る。その結果、本発明によれば、低速低負荷時における
吹き返し現象の発生を防止することができ、機関燃焼状
態の安定化を図ることができる。

【００８９】請求項２記載の発明では、内燃機関が低速
低負荷運転状態にあると検出されたときに、第２の吸気
制御弁を所定の中間開度をもって開弁させるようにして
いる。従って、吸気通路の内圧の急激な増加が抑えられ
て圧力脈動の発生が抑制される。その結果、本発明によ
れば、吸気通路内の圧力脈動に伴う脈動音を低減するこ
とができるとともに、同圧力脈動に伴う吸入空気量の変
動を抑えることができ、機関燃焼状態を更に安定化させ
ることができる。

【００９０】請求項３記載の発明では、内燃機関がアイ
ドリング運転状態になったときに同機関が低速低負荷運
転状態にあると検出するようにしている。従って、アイ
ドリング時における吹き返し現象の発生が抑えられる。
その結果、本発明によれば、請求項１又は２に記載した
発明の効果に加えて、内燃機関における安定したアイド
リング運転を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる吸入空気量制御装置の第１の実
施形態を示す概略構成図。

【図２】吸気制御弁の作動を模式的に示す略図。

【図３】吸気制御弁への駆動電圧印加態様を示す線図。

【図４】ＥＣＵ等の構成を示すブロック図。

【図５】第１の実施形態における吸入空気量制御手順を
示すフローチャート。

【図６】目標回転速度と基準開弁角度との関係を示すグ
ラフ。

【図７】回転速度偏差と補正開弁角度との関係を示すグ
ラフ。

【図８】第１の実施形態における吸入空気量制御態様を
示すタイミングチャート。

【図９】第２の実施形態における吸入空気量制御態様を
示すタイミングチャート。

【図１０】従来における吸入空気量制御態様を示すタイ
ミングチャート。

【図１１】従来における吸入空気量制御装置を示す概略
構成図。

【符号の説明】

１…エンジン、１１…吸気管、１１ａ…吸気マニホル
ド、１３…吸気バルブ、１４…排気バルブ、１９…スロ
ットルバルブ、２４…吸気制御弁、２５…バタフライ
弁、２６…電磁ソレノイド、３２…クランクセンサ、３
３…気筒判別センサ。

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＦ０２Ｄ 9/02 ３６１Ｆ０２Ｄ 9/02 ３６１Ｈ 41/08 ３１０ 41/08 ３１０

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】吸気バルブ及び排気バルブを備える内燃
機関の吸気通路に設けられ、前記内燃機関の低速低負荷
運転時において同内燃機関に対する吸入空気の供給を確
保する第１の吸気制御弁と、前記第１の吸気制御弁の下流側において、前記内燃機関
の各気筒に対応する吸気通路に設けられた第２の吸気制
御弁と、前記内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段
と、前記運転状態検出手段により前記内燃機関が低速低負荷
運転状態にあると検出されるとき、前記吸気バルブ及び
排気バルブがいずれも開弁状態となるバルブオーバラッ
プ期間経過後に前記第２の吸気制御弁を開弁制御すると
ともに、前記吸気バルブが閉弁してから所定期間経過後
に同第２の吸気制御弁を閉弁制御する制御手段とを備え
たことを特徴とする内燃機関の吸入空気量制御装置。
【請求項２】請求項１に記載した内燃機関の吸入空気
量制御装置において、前記制御手段は、前記運転状態検出手段により前記内燃
機関が低速低負荷運転状態にあると検出されるとき、前
記第２の吸気制御弁が所定の中間開度をもって開弁状態
となるように同第２の吸気制御弁を制御するものである
ことを特徴とする内燃機関の吸入空気量制御装置。
【請求項３】前記運転状態検出手段は、前記内燃機関
のアイドリング運転状態を前記低速低負荷運転状態とし
て検出するものであることを特徴とする請求項１又は２
記載の内燃機関の吸入空気量制御装置。