JP2001159322A

JP2001159322A - エンジンの吸気装置

Info

Publication number: JP2001159322A
Application number: JP34355599A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Yano; 浩史矢野
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1999-12-02
Filing date: 1999-12-02
Publication date: 2001-06-12

Abstract

(57)【要約】【課題】電磁駆動式吸気弁を気筒毎に２個備えるエンジ
ンにおいて吸気弁の着座音，消費電力の低減及び耐久性
向上を図りつつ、安定度を確保し燃費を向上する。【解決手段】各吸気ポート５Ａ，５Ｂに燃料噴射弁７
Ａ，７Ｂを装着し、吸入空気量を１個の吸気弁の開弁で
賄える所定の運転条件で、吸気弁３Ａ，３Ｂを所定時間
ずつ交互に開弁動作させると共に、開弁された吸気弁に
対応する燃料噴射弁７Ａ又は７Ｂのみから燃料噴射す
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、開閉時期を任意に
制御自由な電磁駆動式の吸気弁を備えたエンジンにおい
て、吸気弁の着座音，消費電力の低減、耐久性の向上を
図った技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】吸気特性改善のため、開閉時期を任意に
制御自由な電磁駆動式の吸気弁を、気筒毎に２個ずつ備
えたものが提案されている（特開平７−１０２９８２号
公報等参照) 。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、電磁駆動式
の吸気弁は電磁吸着により発生する音が大きく、電力も
消費する。このため、吸入空気量が１つの吸気弁で賄え
る低・中速乃至低・中負荷領域では、気筒毎の一方の吸
気弁の作動を停止して運転することにより、吸気弁の発
生音、消費電力を低減し、かつ、耐久性向上を図ること
が考えられた。

【０００４】しかし、燃料は高負荷時の要求に応えて１
個の燃料噴射弁から２個の吸気ポートに同時に噴射され
るため、一方の吸気弁のみを停止し続けると、停止した
吸気弁の傘裏に燃料が溜まってしまう。このため、２個
の吸気弁を燃料噴射毎に交互に一方のみ開弁動作させ、
他方を作動停止することにより、前記燃料の溜まりを１
回分に留めることができるが、２個の吸気ポートへの燃
料噴射量の分配バラツキの影響が２倍になって生じる。
例えば、２個の吸気ポートに向けて噴射される燃料量が
４５と５５で合計１００の場合を想定すると、一方の吸
気弁の開弁時には、今回噴射された燃料量４５と前回噴
射されて吸気ポートに溜まっていた燃料量との合計９０
の燃料量がシリンダに供給され、他方の吸気弁の開弁時
には同様に今回噴射された５５の噴射量と前回噴射され
た５５の燃料量との合計１１０の燃料量が供給されるこ
とになり、９０と１１０の燃料量が交互に供給されるこ
ととなる。このように、サイクル毎に供給される燃料量
が大きく変動するため、エンジンの安定度がサイクル毎
に変動し、安定度が悪化する。

【０００５】なお、２個の吸気ポートへの燃料の分配
は、上記のように予め２個の吸気ポートに向けて２方向
に燃料噴射される燃料噴射弁を用いる他、１方向に向け
て燃料噴射する燃料噴射弁を用い、２個の吸気ポートの
分岐点の壁に向けて燃料を噴射させて燃料を分離させる
方式もあるが、この方式では、２つの吸気ポートへの噴
射量の分配バラツキはさらに大きくなり、かつ、吸気脈
動等運転状態による影響も大きく受けてしまう。

【０００６】本発明は、このような従来の課題に着目し
てなされたもので、所定運転条件で気筒毎の２個の吸気
ポートから交互に供給される燃料量の変動を抑制しつ
つ、電磁駆動式の吸気弁の着座音，消費電力を低減する
と共に耐久性を向上し、かつ、安定度向上により燃費も
向上できる内燃機関の吸気装置を提供することを目的と
する。

【０００７】

【課題を解決するための手段】このため、請求項１に係
る発明は、気筒毎に２個の吸気ポートを備え、各吸気ポ
ートに開閉時期を任意に制御自由な電磁駆動式の吸気弁
を備えたエンジンにおいて、各吸気ポートにそれぞれ燃
料噴射弁を設けると共に、所定の運転条件で２個の吸気
ポートの吸気弁を交互に一方のみを開弁動作させること
を特徴とする。

【０００８】請求項１に係る発明によると、吸入空気量
を１個の吸気弁の開弁で賄える低・中速乃至低・中負荷
領域などの所定の運転条件では、気筒毎の２個の電磁駆
動式吸気弁を交互に一方のみを開弁動作させることによ
り、着座音，消費電力を半減できると共に、吸気弁の耐
久性を向上することができる。

【０００９】一方、２個の吸気ポートにそれぞれ設けら
れる燃料噴射弁の製品毎の燃料噴射量特性のバラツキ
は、個々の燃料噴射弁の２個の吸気ポートへの燃料噴射
量の分配バラツキに比較して十分小さく管理されるの
で、各燃料噴射弁から２個の吸気ポートへの燃料噴射量
の分配バラツキを十分小さく抑えられる。これにより、
各吸気ポートから吸気弁を介して交互にシリンダに供給
される燃料量の変動を抑制でき、エンジンの安定度を向
上できると共に、該安定度向上により点火時期を進角さ
せて燃費を向上させることができる。

【００１０】また、請求項２に係る発明は、前記所定の
運転条件で２個の吸気ポートの吸気弁が所定時間毎に交
互に開弁動作することを特徴とする。

【００１１】請求項２に係る発明によると、各気筒の燃
料噴射毎に２個の吸気弁を交互に開弁動作することも可
能であるが、その場合、各回毎にシリンダへの吸気流入
方向が変化して逐次発生するスワールが相殺されてしま
い、安定したスワールを得にくくなる。該吸気弁を交互
に開弁動作するときの吸入空気量が少ない運転条件で
は、スワールにより燃料と空気との混合性を良くするこ
とが要求される。

【００１２】そこで、２個の吸気弁を所定時間毎に交互
に開弁動作することにより、一定時間は同一の吸気ポー
トから継続して吸気を流入させて安定したスワールを発
生させて良好な燃焼性能を確保できるようにする。

【００１３】また、請求項３に係る発明は、前記所定の
運転条件が成立する毎に２個の吸気ポートの吸気弁が交
互に開弁動作することを特徴とする。

【００１４】請求項３に係る発明によると、前記請求項
２で説明したのと同様の理由で所定の運転条件が成立す
る毎に２個の吸気ポートの吸気弁が交互に開弁動作する
ことにより、所定の運転条件が成立しつづけている間
は、同一の吸気ポートから継続して吸気を流入させて安
定したスワールを発生させて良好な燃焼性能を確保でき
るようにする。

【００１５】また、請求項４に係る発明は、吸気弁が開
弁されている吸気ポートに装着されている燃料噴射弁の
みから燃料噴射することを特徴とする。

【００１６】請求項４に係る発明によると、各気筒の燃
料噴射毎に２個の吸気弁を交互に開弁動作する場合は、
２個の燃料噴射弁を同時に噴射して今回の噴射燃料量と
前回の噴射燃料量とを合計した燃料量をシリンダに供給
することも可能であるが、それでも吸気ポートに１回分
の燃料の溜まりを生じる。

【００１７】請求項２，請求項３のように、ある期間、
一方の吸気ポートのみから燃料を供給する場合は、２個
の燃料噴射弁を同時噴射すると他方の吸気ポートに多量
の燃料が溜まってしまうこととなり、実質的に安定した
燃料供給が不可能となる。

【００１８】そこで、吸気弁が開弁されている一方の吸
気ポートに装着されている燃料噴射弁のみから燃料噴射
して、他方の燃料噴射弁からの燃料噴射を停止すること
により、他方の吸気ポートへの燃料の溜まりを防止して
安定した燃料供給を得ることが可能となる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を図に
基づいて説明する。一実施の形態を示す図１及び図２に
おいて、エンジン１には、気筒毎に２個の吸気弁３Ａ，
３Ｂ及び排気弁４Ａ，４Ｂと、これらに対応した吸気ポ
ート５Ａ，５Ｂ及び排気ポート６Ａ，６Ｂとを備える。
前記吸気弁３Ａ，３Ｂ及び排気弁４Ａ，４Ｂは、弁駆動
装置２により開閉を電子制御される。ここで、弁駆動装
置２は、少なくとも２つの吸気弁３Ａ，３Ｂについて
は、それぞれ独立して開閉を制御可能に構成されてい
る。

【００２０】一方、前記２個の吸気ポート５Ａ，５Ｂ
に、それぞれ同一規格の燃料噴射弁７Ａ，７Ｂが装着さ
れる。該燃料噴射弁７Ａ，７Ｂとしては、既述した２方
向に燃料噴射するもの、１方向に燃料噴射するもののい
ずれを使用してもよいが、各燃料噴射弁７Ａ，７Ｂから
噴射された燃料の全量が、吸気脈動等の運転状態に影響
されることなく対応する吸気ポート５Ａ，５Ｂに供給さ
れるように取付位置，方向を設定する。

【００２１】燃焼室８には点火栓９及び点火コイル10が
装着されている。また、エンジン本体には各気筒の基準
クランク角で基準信号を出力すると共に、微小クランク
角毎に単位角信号を出力するクランク角センサ11、吸入
空気流量を検出するエアフロメータ12、冷却水温度を検
出する水温センサ13などが装着される。が装着されてい
る。

【００２２】前記各種センサからの信号はコントロール
ユニット14に出力され、コントロールユニット14は、こ
れらの検出信号に基づいて前記燃料噴射弁７に燃料噴射
信号を出力して燃料噴射制御を行い、前記点火コイル10
に点火信号を出力して点火制御を行い、更に、前記弁駆
動装置２に弁駆動信号を出力して吸気弁３Ａ，３Ｂ及び
排気弁４Ａ，４Ｂの開閉を制御する。

【００２３】前記弁駆動装置２の構成を図３に示す。図
３において弁駆動装置２は、シリンダヘッド上に設けら
れる非磁性材料製のハウジング21と、吸気弁３Ａ，３Ｂ
（又は排気弁４Ａ，４Ｂ、以下吸気弁３Ａで代表する)
のステム31に一体に設けられてハウジング21内に移動自
由に収納されるアーマチュア22と、該アーマチュア22を
吸引して吸気弁３Ａを閉弁作動させる電磁力を発揮可能
なようにアーマチュア22の上面に対向する位置でハウジ
ング21内に固定配置される閉弁用電磁石23と、該アーマ
チュア22を吸引して吸気弁３Ａを開弁作動させる電磁力
を発揮可能なようにアーマチュア22の下面に対向する位
置でハウジング21内に固定配置される開弁用電磁石24
と、吸気弁３Ａの閉弁方向に向けてアーマチュア22を付
勢する閉弁側戻しバネ25と、吸気弁３Ａの開弁方向に向
けてアーマチュア22を付勢する開弁側戻しバネ26と、を
備えて構成される。そして、閉弁用電磁石23と開弁用電
磁石24とを共に消磁したときに、吸気弁３Ａは全開位置
と閉弁位置との間の略中央位置にあるように、閉弁側戻
しバネ25と開弁側戻しバネ26とのバネ力が設定され、閉
弁用電磁石23のみを励磁したときに吸気弁３Ａは閉弁
し、開弁用電磁石24のみを励磁したときに吸気弁３Ａは
開弁（全開) するように駆動される。

【００２４】前記弁駆動装置２による吸気弁３Ａ，３Ｂ
及び排気弁４Ａ，４Ｂの開閉時期は、エンジン１の運転
状態に基づいて所望の吸入空気量が得られるように、設
定された目標開閉時期となるように制御される。

【００２５】次に、本発明にかかる所定の運転条件での
吸気弁３Ａ，３Ｂ及び燃料噴射弁７Ａ，７Ｂの制御を、
図４〜図６のフローチャートに従って説明する。図４
は、吸気弁３Ａ，３Ｂ及び燃料噴射弁７Ａ，７Ｂの制御
を運転条件に応じて切り換えるためのフラグを設定する
ルーチンを示す。

【００２６】ステップ１では、吸入空気量が１つの吸気
弁で賄える低・中速乃至低・中負荷領域等の所定の運転
条件であるか否かを判定する。ステップ１で前記所定の
運転条件であると判定されたときは、ステップ２へ進
み、該判定がなされた初回であるか否かを判定し、初回
のときはステップ３へ進んで一方の吸気弁３Ａのみを開
弁動作させるようにフラグＦＫＡを１にセットし他方の
吸気弁３Ｂの開弁動作を停止させるようにフラグＦＫＢ
を０にリセットすると共に、該吸気弁３Ａが装着された
一方の吸気ポート５Ａに装着された燃料噴射弁７Ａのみ
を燃料噴射動作させるようにフラグＦＮＡを１にセット
し他方の燃料噴射弁７Ｂの燃料噴射動作を停止させるよ
うにフラグＦＮＢを０にリセットする。

【００２７】前記所定の運転条件であると判定された２
回目以降は、ステップ４へ進み、現在一方の吸気弁３Ａ
のみを開弁動作させているかを、フラグＦＫＡが１にセ
ットされているかで判定する。

【００２８】フラグＦＫＡが１にセットされていると判
定された場合は、ステップ５へ進んでこの状態が所定時
間Ｔを超えて継続したか否かを判定する。そして、所定
時間Ｔ以内のときは現状を維持するが、所定時間Ｔを超
えて継続したと判定された場合は、ステップ６へ進んで
今度は他方の吸気弁３Ｂのみを開弁動作させるようにフ
ラグＦＫＢを１にセットし吸気弁３Ａの開弁動作を停止
させるようにフラグＦＫＡを０にリセットすると共に、
前記他方の吸気弁３Ｂが装着された他方の吸気ポート５
Ｂに装着された燃料噴射弁７Ｂのみを燃料噴射動作させ
るようにフラグＦＮＢを１にセットし燃料噴射弁７Ａの
燃料噴射動作を停止させるようにフラグＦＮＡを０にリ
セットする。

【００２９】また、前記ステップ４でフラグＦＫＡが０
にセットされている、つまり他方の吸気弁３Ｂが開弁動
作されていると判定されたときは、ステップ７へ進んで
この状態が所定時間Ｔを超えて継続したか否かを判定
し、所定時間Ｔ以内のときは現状を維持するが、所定時
間Ｔを超えて継続したと判定された場合は、ステップ８
へ進んでフラグＦＫＡを１にセットしフラグＦＫＢを０
にリセットすると共に、フラグＦＮＡを１にセットしフ
ラグＦＮＢを０にリセットして、吸気弁３Ａのみの開弁
動作と燃料噴射弁５Ａのみの燃料噴射動作を行わせるよ
うに切り換える。

【００３０】また、前記ステップ１で所定の運転条件が
不成立と判定されたときは、ステップ９へ進み、２個の
吸気弁３Ａ，３Ｂを共に開弁動作させると共に、２個の
燃料噴射弁７Ａ, ７Ｂを共に燃料噴射動作させるため、
フラグＦＫＡ，ＦＫＢ，ＦＮＡ，ＦＮＢを全て１にセッ
トする。

【００３１】図５は、吸気弁の制御ルーチンを示す。ス
テップ11では、フラグＦＫＡ，ＦＫＢの値を読み込む。
ステップ12では吸気弁の開弁時期であるかを判定し、開
弁時期と判定された場合はステップ13へ進み、前記フラ
グＦＫＡ，ＦＫＢの値に応じて吸気弁を開弁動作する。
即ち、フラグＦＫＡが１，ＦＫＢが１の一方のみが１で
他方が０のときは、吸気弁３Ａ又は吸気弁３Ｂのみを開
弁動作し、フラグＦＫＡ，ＦＫＢが共に１のときは、吸
気弁３Ａ，３Ｂを同時に開弁動作する。

【００３２】ステップ14では吸気弁の閉弁時期であるか
を判定し、閉弁時期と判定された場合は、ステップ15へ
進んで開弁されていた吸気弁を閉弁する。図６は、燃料
噴射弁の制御ルーチンを示す。

【００３３】ステップ21では、フラグＦＮＡ，ＦＮＢの
値を読み込む。ステップ22では燃料噴射開始時期である
かを判定し、燃料噴射開始時期と判定された場合はステ
ップ23へ進み、前記フラグＦＮＡ，ＦＮＢの値に応じて
燃料噴射弁を開弁動作する。即ち、フラグＦＮＡが１，
ＦＮＢが１の一方のみが１で他方が０のときは、燃料噴
射弁７Ａ又は燃料噴射弁７Ｂのみを開弁して燃料噴射動
作し、フラグＦＮＡ，ＦＮＢが共に１のときは、燃料噴
射弁７Ａ, ７Ｂを同時に開弁動作する。

【００３４】ステップ24では燃料噴射終了時期であるか
を判定し、燃料噴射終了時期と判定された場合は、ステ
ップ25へ進んで開弁していた燃料噴射弁を閉弁して燃料
噴射を終了する。

【００３５】ここで、２個の燃料噴射弁７Ａ, ７Ｂを同
時に開弁する場合は、１個の燃料噴射弁５Ａ又は５Ｂを
開弁する場合に比較して設定された燃料噴射量（噴射パ
ルス幅) に対応する各燃料噴射弁の開弁時間を１／２に
制御し、各燃料噴射弁から半分ずつ燃料噴射させる。

【００３６】以上のような構成とすれば、吸入空気量を
１個の吸気弁の開弁で賄える低・中速乃至低・中負荷領
域などの所定の運転条件では、気筒毎の２個の吸気弁を
交互に一方のみを開弁動作させることにより、着座音，
消費電力を半減できると共に、吸気弁の耐久性を向上す
ることができる。

【００３７】また、気筒毎の２個の燃料噴射弁から各吸
気ポートへの燃料噴射量の分配バラツキは、これら燃料
噴射弁の製品バラツキで決まり十分小さく抑えられる。
これにより、各吸気ポートから吸気弁を介して交互にシ
リンダに供給される燃料量の変動を抑制でき、エンジン
の安定度を向上できると共に、図７に示すように、該安
定度向上により点火時期を進角させて燃費を向上させる
ことができる。

【００３８】また、２個の吸気弁を所定時間毎に交互に
開弁動作することにより、一定時間は同一の吸気ポート
から継続して吸気を流入させて安定したスワールを発生
させて良好な燃焼性能を確保できる。

【００３９】図８は、第２の実施の形態に係る吸気弁３
Ａ，３Ｂ及び燃料噴射弁７Ａ，７Ｂの制御を運転条件に
応じて切り換えるためのフラグを設定するルーチンを示
す。ステップ31では、吸入空気量が１つの吸気弁で賄え
る低・中速乃至低・中負荷領域等の所定の運転条件であ
るか否かを判定する。

【００４０】ステップ31で前記所定の運転条件であると
判定されたときは、ステップ32へ進み、該判定がなされ
た初回であるか否かを判定し、初回のときはステップ33
へ進んで前回所定の運転条件成立時に吸気弁３Ａ，３Ｂ
のいずれが開弁動作され、これに対応して燃料噴射弁７
Ａ, ７Ｂのいずれが燃料噴射動作されたかを、前回記憶
されたフラグＦの値により判別する。ここで、例えば、
フラグＦが１にセットされているときは前回吸気弁３Ａ
が開弁動作され、燃料噴射弁７Ａが燃料噴射動作され、
フラグＦが０にリセットされているときは前回吸気弁３
Ｂが開弁動作され、燃料噴射弁７Ｂが燃料噴射動作され
たとする。

【００４１】ステップ33でフラグＦが１にセットされて
いると判定されたときは、ステップ34へ進んでフラグＦ
を０にリセットすると共に、今回の所定の運転条件成立
時に吸気弁３Ｂのみを開弁動作させ、燃料噴射弁７Ｂの
みを燃料噴射動作させるようにフラグＦＫＡ＝０，ＦＫ
Ｂ＝１，ＦＮＡ＝０，ＦＮＢ＝１に設定する。

【００４２】また、ステップ33でフラグＦが０にリセッ
トされていると判定されたときは、ステップ35へ進んで
フラグＦを１にセットすると共に、今回の所定の運転条
件成立時に吸気弁３Ａのみを開弁動作させ、燃料噴射弁
７Ａのみを燃料噴射動作させるようにフラグＦＫＡ＝
１，ＦＫＢ＝０，ＦＮＡ＝１，ＦＮＢ＝０に設定する。

【００４３】また、所定の運転条件が連続して成立後の
２回目以降は現状を維持する。また、ステップ31で所定
の運転条件が不成立と判定された場合は、ステップ36へ
進んで、２個の吸気弁３Ａ，３Ｂを共に開弁動作させる
と共に、２個の燃料噴射弁７Ａ，７Ｂを共に燃料噴射動
作させるため、フラグＦＫＡ，ＦＫＢ，ＦＮＡ，ＦＮＢ
を全て１にセットする。

【００４４】吸気弁の制御及び燃料噴射弁の制御につい
ては、前記図５及び図６に従って同様に制御される。本
実施の形態では、所定の運転条件が成立する毎に、前回
成立時とは異なる吸気弁と燃料噴射弁を動作させるよう
に交互に動作させる構成としたため、所定の運転条件が
成立しつづけている間は、同一の吸気ポートから継続し
て吸気を流入させて安定したスワールを発生させて良好
な燃焼性能を確保することができる。

【００４５】但し、例えば、スワール以外の方法で燃料
と空気とを十分に混合させることができるように構成さ
れている場合などは、燃料噴射毎に気筒毎の２個の吸気
弁を交互に開弁動作する構成としてもよく、その場合、
２個の燃料噴射弁から同時に等量ずつ燃料噴射する構成
として、今回噴射された燃料と前回噴射されて吸気ポー
トに溜まった燃料との合計量をシリンダに供給するよう
な構成としてもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】一実施の形態に係るシステム構成図。

【図２】同上システム構成図の一部横断面図。

【図３】同上実施の形態における弁駆動装置の構成を示
す断面図。

【図４】第１の実施の形態に係る吸気弁開弁制御及び燃
料噴射制御のためのフラグ設定ルーチンを示すフローチ
ャート。

【図５】第１の実施の形態における吸気弁開弁制御ルー
チンを示すフローチャート。

【図６】第１の実施の形態における燃料噴射制御ルーチ
ンを示すフローチャート。

【図７】第２の実施の形態に係る係る吸気弁開弁制御及
び燃料噴射制御のためのフラグ設定ルーチンを示すフロ
ーチャート。

【図８】本発明の効果を従来例と比較して示す図。

【符号の説明】

１エンジン２弁駆動装置３Ａ，３Ｂ吸気弁５Ａ，５Ｂ吸気ポート７Ａ，７Ｂ燃料噴射弁 14 コントロールユニット

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｆ０２Ｂ 31/02 Ｆ０２Ｂ 31/02 ＨＦ０２Ｄ 43/00 ３０１Ｆ０２Ｄ 43/00 ３０１Ｊ３０１Ｚ 45/00 ３６６ 45/00 ３６６ＺＦ０２Ｍ 35/108 Ｆ０２Ｍ 69/00 ３６０Ｇ 69/00 ３６０ 35/10 ３０１Ｂ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】気筒毎に２個の吸気ポートを備え、各吸気
ポートに開閉時期を任意に制御自由な電磁駆動式の吸気
弁を備えたエンジンにおいて、各吸気ポートにそれぞれ燃料噴射弁を設けると共に、所
定の運転条件で２個の吸気ポートの吸気弁を交互に一方
のみを開弁動作させることを特徴とするエンジンの吸気
装置。
【請求項２】前記所定の運転条件で２個の吸気ポートの
吸気弁が所定時間毎に交互に開弁動作することを特徴と
する請求項１に記載のエンジンの吸気装置。
【請求項３】前記所定の運転条件が成立する毎に２個の
吸気ポートの吸気弁が交互に開弁動作することを特徴と
する請求項１に記載のエンジンの吸気装置。
【請求項４】吸気弁が開弁されている吸気ポートに装着
されている燃料噴射弁のみから燃料噴射することを特徴
とする請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載のエン
ジンの吸気装置。