JP2001295673A

JP2001295673A - 分割吸気系を備えた内燃機関

Info

Publication number: JP2001295673A
Application number: JP2000112661A
Authority: JP
Inventors: Nobuaki Kashiwanuma; 信明栢沼
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2000-04-13
Filing date: 2000-04-13
Publication date: 2001-10-26

Abstract

(57)【要約】【課題】吸気系を主吸気系と副吸気系に分割し、副吸気
系の圧力及び副吸気弁の開閉時期を変化させることによ
り燃焼改善、吸気の体積効率向上を可能とした内燃機関
を提供する。【解決手段】吸気ポートを複数設け、その内の少なくと
も一つは主吸気弁７０ａにより開閉される主吸気系の吸
気ポート７ａであり、この主吸気系の吸気ポート７ａに
は燃料供給装置を設置し、他の少なくとも一つは副吸気
弁７０ｂにより開閉される副吸気系の吸気ポート７ｂで
あり、この副吸気系の吸気ポート７ｂは過給器１０を備
えた加圧空気供給通路２７に接続され、前記副吸気弁７
０ｂは排気行程後半又は／及び吸気行程後半に吸気ポー
ト７ｂを開くと共に、停止機構によって作動を停止する
ことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は分割吸気系を備えた
内燃機関に関し、特にコールドスタート時及び高負荷時
における燃焼改善等を図るものに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、通常の吸気系に加えて副吸気系を
備え、内燃機関の排気行程から吸気行程にかけて副吸気
系からシリンダ内に加圧空気を供給するようにし、加圧
空気の供給源としてエアポンプを設置した強制掃気機関
が特開昭５３−８６９１８号公報で公知である。この強
制掃気機関は、機関の排気行程から吸気行程にかけてシ
リンダ内に加圧空気を供給することで残留ガスを追い出
し、新気の吸入量を増やし、また機関の出力を向上させ
ること等を目的としている。

【０００３】上記装置では機関吸入空気量とシリンダ内
残留ガス割合に着目し、残留ガスの変動に対応して適正
な掃気用空気を供給できるように、機関の運転状態に応
じて作動するようにしている。そのため前記エアポンプ
の吐出空気をサージタンクに蓄圧し、このサージタンク
の空気を圧力調整器を介して比例減圧して副吸気系に供
給する流量制御弁を設けている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし上記の従来の強
制掃気機関は残留ガスをシリンダ内から追い出すことの
みを目的とし、常時、副吸気系には内燃機関の排気行程
から吸気行程にかけて、流量制御弁を介してシリンダ内
に加圧空気が供給されるものである。

【０００５】そのため残留ガス掃気の際に、排気ガスの
空燃比が空気過剰となりＮＯｘの生成量が増加する問題
がある。また加圧空気の供給によって空気流量は調整さ
れるものの、加圧空気の供給は排気行程から吸気行程に
かけての一定時期に常時行われる構成である。

【０００６】しかしながら内燃機関が暖気された状態に
あり、また低負荷時には副吸気系の流量制御弁を作動さ
せる必要性は少なくなり、このような場合は、上述のよ
うなＮＯｘ低減の観点からも流動制御弁の作動を停止さ
せることが望ましい。

【０００７】一方では流量制御弁の作動時期をコントロ
ールすることで、より運転状況に即した多様性のある対
応が可能となる。例えば排気行程から吸気行程にかけて
のみでなく、吸気行程後半にも副吸気系に新気を供給で
きるようにすれば、コールドスタート時の燃焼改善、ま
たは高負荷時における吸入空気量の体積効率向上による
出力向上が期待できる。しかしながら上述の従来の装置
では流量制御弁の作動停止及び開閉時期の変更は不可能
であり、またこれらの点について前記特開昭５３−８６
９１８号公報には開示がない。

【０００８】本発明はかかる事情に鑑みてなされたもの
であり、副吸気系の圧力及び副吸気弁の開閉時期を変化
させることにより、燃焼改善、体積効率向上を可能とし
た内燃機関を提供することを課題とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は上記の課題を達
成するために以下のような構成とした。すなわち、吸気
ポートを複数設け、その内の少なくとも一つは主吸気弁
により開閉される主吸気系の吸気ポートであり、この主
吸気系の吸気ポートには燃料供給装置を設置し、他の少
なくとも一つは副吸気弁により開閉される副吸気系の吸
気ポートであり、この副吸気系の吸気ポートは過給器を
備えた加圧空気供給通路に接続され、前記副吸気弁は排
気行程後半又は／及び吸気行程後半に吸気ポートを開く
と共に、停止機構によって作動を停止することができる
ことを特徴とする。

【００１０】本発明では、主吸気弁による吸気に副吸気
弁による吸気が付加されるので、従来のように吸気効率
を良好にするために吸気弁と排気弁の開弁状態を重複さ
せる必要がなく、前記主吸気弁と前記排気弁の開弁状態
をオーバーラップさせる必要がなくなる。このとき主吸
気弁の開弁時期を遅らせることで、シリンダ内の燃料の
排気系への吹き抜けが防止でき、同時にシリンダ内の残
留ガスの吸気系への吹き返しも防止できる。

【００１１】ただし主吸気弁の開弁時期は、これを従来
のタイミングに設定しても差し支えない。また本発明で
は副吸気弁の開閉時期を調節する可変動弁機構を備える
ようにすることができる。この可変動弁機構によって、
運転状況に応じた、より適切な吸気のコントロールが可
能となる。

【００１２】前記過給器は一定圧の過給空気を供給する
ことができるものであればよく、エアポンプ、ターボチ
ャージャーまたはスーパーチャージャー等の公知のもの
を使用することができ、特に限定されるものではない。

【００１３】本発明では、副吸気弁は停止機構を備え、
必要なときのみ作動させることができる。例えば、コー
ルドスタート時（例えば水温４０℃以下のとき）に副吸
気弁を開弁して、排気行程後半と吸気行程後半に新気を
供給することで、シリンダ内に吸気乱れを生じさせて燃
焼を改善させることができる。このとき排気ガスの空燃
比が高くなるので未燃ＨＣが燃焼する。すると排気ガス
温度が上昇して排気通路に設けた触媒の暖気性が向上す
る。

【００１４】また高負荷時（全負荷時）に副吸気弁を開
弁することにより、吸気行程後半に新気がシリンダ内に
導入されるときは、体積効率が向上し機関出力の増大が
図られる。そして排気行程の後半に新気がシリンダ内に
導入されると、前記と同様に、排気ガスの空燃比が高く
なるため、未燃ＨＣが燃焼して排気ガス温が上昇するの
で、触媒の浄化性能が向上する。

【００１５】さらに燃焼後の排気ガスを新気の導入によ
って強制的に掃気するので、いわゆるノッキングの発生
を抑制することができる。この場合、原則としては副吸
気弁について、排気行程後半の開閉時期と吸気行程後半
の開閉時期をそれぞれ独立して制御する必要はない。し
かしこれらを独立して制御できるものとして、吸気行程
後半に開閉する副吸気弁の作動に関しては、排気行程後
半の作動が停止機構によって停止されている間であって
も常時開閉作動するものとしてもよい。このようにすれ
ば吸気の乱れが常に生じて燃焼が改善されるので出力の
向上につながる。

【００１６】副吸気弁の開閉時期を調整する可変動弁機
構を備える場合は、吸気行程後半における副吸気弁の開
弁時期は、機関の低回転時には早めに、また高回転時に
は遅くすることで、より体積効率が向上の効果が増大す
る。

【００１７】また前記可変動弁機構によって、内燃機関
の冷間時には排気行程後半の副吸気弁の開弁時期を早め
ると、チャンバー内での燃焼が促進され、また高負荷時
における機関の高回転時には開弁時期を早めることで、
掃気の効果を増大させることができる。

【００１８】本発明では、上述のように副吸気弁の停止
機構によって必要時以外、特に低負荷時には副吸気弁の
作動を停止させることができるので、従来のように排気
行程後半に新気が常に導入されて排気ガスの空燃比がリ
ーンとなる結果、ＮＯｘを多く発生させるような事態が
回避される。

【００１９】副吸気弁の停止機構による作動停止及び可
変動弁機構による開閉時期の調整は、副吸気弁を電磁駆
動機構によって作動させることで容易に達成できるが、
他の公知の吸排気弁の停止機構及び可変動弁機構を採用
することが可能である。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る分割吸気系を
備えた内燃機関の具体的な実施態様について図面に基づ
いて説明する。

【００２１】図１は、本発明に係る内燃機関の概略構成
を示す側面図、図２はその平面図である。内燃機関１は
４サイクルのガソリンエンジンであり、複数の気筒２を
備えるとともに、これらの複数の気筒２及び冷却水路１
ｃが形成されたシリンダブロック１ｂと、このシリンダ
ブロック１ｂの上部に固定されたシリンダヘッド１ａと
を備えている。

【００２２】前記シリンダブロック１ｂには、機関出力
軸であるクランクシャフト４が回転自在に支持され、こ
のクランクシャフト４は、各気筒２内に摺動自在に装填
されたピストン３と連結されている。

【００２３】前記ピストン３の上方には、ピストン３の
頂面とシリンダヘッド１ａの壁面とに囲まれた燃焼室５
が形成されている。前記シリンダヘッド１ａには、燃焼
室５に臨むよう点火栓６が取り付けられ、この点火栓６
には、この点火栓６に駆動電流を印加するためのイグナ
イタ６ａが接続されている。

【００２４】前記シリンダヘッド１ａには、２つの吸気
ポート７ａ、７ｂの開口端と、二つの排気ポート８の開
口端とが燃焼室５に臨むよう形成されている。前記吸気
ポート７ａ、７ｂ及び排気ポート８ａの各開口端は、シ
リンダヘッド１ａに進退自在に支持された主吸気弁７０
ａ、副吸気弁７０ｂ及び排気弁８０によって開閉され
る。これら主吸気弁７０ａは、シリンダヘッド１ａに回
転自在に支持されるインテーク側カムシャフト１１によ
り、また副吸気弁７０ｂは、カムシャフト１２により、
それぞれ進退駆動される。また排気弁８０は、図示しな
いエキゾースト側カムシャフトにより進退駆動される。

【００２５】また主吸気系には各気筒２内に燃料を噴射
する燃料噴射弁９を、主吸気系の吸気ポート７内に具備
しており、他方、副吸気系の吸気ポート７ｂには、過給
器１０を配置した加圧空気供給通路２７が接続されてい
る。この過給器１０はエアポンプであり過給圧が一定の
ものであるが、これを機関回転数、または負荷（吸気管
負圧）によって変化するようにしてもよい。すなわち機
関回転数が高くなり、また負荷が高くなったときは、こ
れらに同期して過給圧が上昇するものでもよい。

【００２６】なお、本実施の形態では吸気系の主吸気弁
７０ａと副吸気弁７０ｂを、一つのシリンダ２について
それぞれ一つずつ設ける構成としているが、吸排気弁の
数は特に限定されるものではなく、例えば図５に示すよ
うに吸気系を主吸気弁を２個、副吸気弁を１個とした構
成としてもよい。

【００２７】前記インテーク側カムシャフト１１、カム
シャフト１２及び図示しないエキゾースト側カムシャフ
トは、図示しないタイミングベルトを介してクランクシ
ャフト４と連結され、クランクシャフト４の回転が前記
タイミングベルトを介して前記インテーク側カムシャフ
ト１１、カムシャフト１２及びエキゾースト側カムシャ
フトに伝達される。

【００２８】ところで前記副吸気弁７０ｂは、次のよう
な停止機構によって停止させるこができる。停止機構と
しては、例えばカムシャフト１２と、油圧ピストンを内
蔵した副吸気弁７０ｂを作動させるロッカーアームとか
らなる機構を採用できる。このロッカーアームは前記油
圧ピストンが油圧により作動しない状態では、カムシャ
フト１２との連結が解除されており、副吸気弁７０ｂを
開閉作動させることなく空振りを続ける。前記油圧ピス
トンの油圧回路に設けられたバルブは、内燃機関１の運
転状態を制御する電子制御ユニット（Electronic Contr
ol Unit：ＥＣＵ、以下ＥＣＵと称する）４０からの指
令によって開く。ピストンに油が流入してこれが加圧さ
れると、ピストンの移動によってロッカーアームとカム
シャフト１２がピンによって互いに連結され、副吸気弁
７０ｂの開閉作動を開始するものである。かかる機構に
よって副吸気弁７０ｂの作動と停止を制御することがで
きる。

【００２９】また副吸気弁７０ｂの停止を任意に実行す
るには、クランクシャフト４に連動するカムシャフト１
２の回転により作動し、クランクシャフト４の回転に同
期して作動する構造ではなく、直接にはクランクシャフ
ト４の回転に同期せず、独立したコントロールが可能な
電磁駆動弁を採用すれば、吸気弁の作動及び停止をいつ
でも自由にコントロールできる。電磁駆動弁は、磁力を
利用して吸気弁を開閉駆動する電磁駆動式の動弁機構を
備えたものである。すなわち、少なくとも副吸気弁７０
ｂを作動させる機構として、シリンダヘッド１ａに設け
られた電磁石によって副吸気弁７０ｂを駆動させる電磁
駆動機構を採用することができる。

【００３０】なお、少なくとも副吸気弁７０ｂについて
は、後述するように開閉時期の制御を実施し、かつ前記
の停止機構による作動停止を容易に実現させるものとし
て、電磁駆動機構を採用することが可能である。

【００３１】ここで、副吸気弁７０ｂについて採用可能
な電磁駆動機構の具体的構成について述べる。図３は副
吸気側の電磁駆動弁の構成を示す断面図である。図面に
おいて内燃機関１のシリンダヘッド１ａは、シリンダブ
ロック１ｂの上面に固定されるロアヘッド１１０と、こ
のロアヘッド１１０の上部に設けたアッパヘッド１１１
とを備える。

【００３２】前記ロアヘッド１１０には吸気ポート７ｂ
が形成され、吸気ポート７ｂの燃焼室５側の開口端に
は、副吸気弁７０ｂの弁体７００が着座する弁座１２０
が設けられている。

【００３３】ロアヘッド１１０には、吸気ポート７ｂの
内壁面からこのロアヘッド１１０の上面にかけて断面円
形の貫通孔７０４が形成され、この貫通孔７０４には副
吸気弁７０ｂの弁軸７０１を進退自在に案内する筒状の
バルブガイド１１２が挿入されている。

【００３４】またアッパヘッド１１１は第１コア３０１
及び第２コア３０２が嵌入される断面円形のコア取付孔
１１４が設けられ、このコア取付孔１１４には、軟磁性
体からなる環状の第１コア３０１と第２コア３０２とが
所定の間隙３０３をおいて軸方向に直列に嵌挿されてい
る。

【００３５】さらに第１コア３０１の上方には筒状のア
ッパキャプ３０５が設けられ、これはその下端に形成し
たフランジ部３０５ａにボルト３０４を貫通させてアッ
パヘッド１１の上面に固定される。このときフランジ部
３０５ａを含むアッパキャップ３０５の下端が第１コア
３０１の上面周縁部に当接し、これを保持することで第
１コア３０１がアッパヘッド１１に固定される。

【００３６】一方、第２コア３０２の下部には環状のロ
アキャップ３０７が設けられ、その外周にはボルト３０
６が貫通し、前記径小部１４ａと径大部１４ｂの段部に
おける下向きの段差面に固定される。このときロアキャ
ップ３０７が第１コア３０２の下面周縁部に当接し、こ
れを保持することで第１コア３０１がアッパヘッド１１
に固定される。

【００３７】前記第１コア３０１の前記間隙３０３側の
面に形成した溝部内は、第１の電磁コイル３０８が装着
されており、他方、前記第２コア３０２の間隙３０３側
の面には同様に第２の電磁コイル３０９が装着され、こ
れらに第１の電磁コイル３０８と第２の電磁コイル３０
９は互いに向き合って配置されている。

【００３８】前記間隙３０３の中間には、軟磁性体から
なる環状のアーマチャ３１１が配置されている。このア
ーマチャ３１１の中心から上下方向に延出し、その上部
の基端が前記第１コア３０１の中心を通ってその上方の
アッパキャップ３０５内まで至るとともに、その下方の
先端部が第２コア３０２の中心を通ってその下方の径大
部１４ｂ内に至る円柱状のアーマチャシャフト３１０が
設けられ、このアーマチャシャフト３１０は軸方向に進
退自在に保持されている。

【００３９】前記アッパキャップ３０５内に延出したア
ーマチャシャフト３１０の基端には円板状のアッパリテ
ーナ３１２が接合されるとともに、前記アッパキャップ
３０５の上部開口部にはアジャストボルト３１３が螺着
され、これらアッパリテーナ３１２とアジャストボルト
３１３との間には、アッパスプリング３１４が介在して
いる。

【００４０】一方、前記大径部１２ｂ内に延出したアー
マチャシャフト３１０の先端部は、副吸気弁７０ｂの弁
軸７０１の基端部７０２と当接している。この基端部７
０２の外周には円盤状のロアリテーナ７０３が接合され
ており、そのロアリテーナ７０３の下面とロアヘッド１
１０の上面との間には、ロアスプリング３１６が介在し
ている。

【００４１】このように構成された副吸気側の電磁駆動
機構では、第１の電磁コイル３０８及び第２の電磁コイ
ル３０９に励磁電流が印加されていないときは、アーマ
チャシャフト３１０がアッパスプリング３１４による下
方（すなわち、副吸気弁７０ｂを開弁させる方向）への
付勢力と、副吸気弁７０ｂがロアスプリング３１６によ
る上方（すなわち、副吸気弁７０ｂを閉弁させる方向）
への付勢力が作用し、その結果、アーマチャシャフト３
１０及び副吸気弁７０ｂが互いに当接して所定の位置に
弾性支持された状態、いわゆる中立状態に保持される。

【００４２】前記した吸気側電磁駆動機構では、第１の
電磁コイル３０８に励磁電流が印加されると、第１コア
３０１と第１の電磁コイル３０８とアーマチャ３１１と
の間に、このアーマチャ３１１を第１コア３０１側へ変
位させる方向の電磁力が発生し、第２の電磁コイル３０
９に励磁電流が印加されると、第２コア３０２と第２の
電磁コイル３０９とアーマチャ３１１との間に前記アー
マチャ３１１を前記第２コア３０２側へ変位させる方向
の電磁力が発生する。

【００４３】したがって吸気側電磁駆動機構では、第１
の電磁コイル３０８と第２の電磁コイル３０９とに交互
に励磁電流が印加されることにより、アーマチャ３１１
が進退し、以て弁体７００が開閉駆動されることにな
る。その際、第１の電磁コイル３０８及び第２の電磁コ
イル３０９に対する励磁電流の印加タイミングと励磁電
流の大きさを変更することにより、副吸気弁７０ｂの開
閉タイミングを制御することが可能となる。

【００４４】なお、上記の電磁駆動機構に代わって、副
吸気弁７０ｂのカムリフト量及び開閉時期を変化させる
ため、次のような可変動弁機構を設けることができる。
すなわち、例えば、副吸気弁７０ｂのカムリフト量及び
開閉時期を変化させるために、タイミングベルトで駆動
される部分とカムシャフト１２に固定される部分とを分
割して、その間に設けた内外周ヘリカルスプラインを油
圧で軸方向に移動させることにより両者の位相を異なら
せるもの、またカムと吸排気弁との間に油圧室を設け、
この油圧室内の油量をソレノイドバルブ等で調整するも
の、等の種々の公知の可変動弁システムを採用すること
ができる。

【００４５】次に図１及び図２に示すように、第１吸気
管１６はサージタンク１７に接続され、このサージタン
ク１７には上流側吸気管１８が接続され、この上流側吸
気管１８は、吸気中の塵や埃等を取り除くためのエアク
リーナボックス１９と接続している。

【００４６】前記サージタンク１７には、サージタンク
１７内の圧力に対応した電気信号を出力するバキューム
センサ２０が取り付けられる。また前記上流側吸気管１
８には、この上流側吸気管１８内の空気流量を調節する
スロットル弁２１が取り付けられる。このスロットル弁
２１には、ステップモータ等からなり印加電力の大きさ
に応じて前記スロットル弁２１を開閉駆動するスロット
ル用アクチュエータ２２と、前記スロットル弁２１の開
度に対応した電気信号を出力するスロットルポジション
センサ２３と、アクセルペダル２４に機械的に接続され
このアクセルペダル２４の操作量に対応した電気信号を
出力するアクセルポジションセンサ２５とが取り付けら
れている。前記スロットル弁２１の上流の上流側吸気管
１８には、この内部を流れる新気の質量（吸入空気量）
に対応した電気信号を出力するエアフロメータ２６が設
けられている。

【００４７】一方、内燃機関１の各排気ポート１８は、
前記シリンダヘッド１ａに取り付けられた各排気枝管８
ａと連通している。前記排気枝管８ａは、図示しない排
気浄化触媒を介して排気管８に接続されている。

【００４８】この内燃機関１は、クランクシャフト２３
の端部に取り付けられたタイミングロータ１３ａとタイ
ミングロータ１３ａ近傍のシリンダブロック１ｂに取り
付けられた電磁ピックアップ１３ｂとからなるクランク
ポジションセンサ１３を備えている。

【００４９】また内燃機関１には、内部に形成された冷
却水路１ｃを流れる冷却水の温度を検出する水温センサ
１４を備えている。前記ＥＣＵ４０には、スロットルポ
ジションセンサ２３、アクセルポジションセンサ２５、
エアフローメータ２６、クランクポジションセンサ１
３、水温センサ５２等の各種センサが電気配線を介して
接続され、各センサの出力信号がＥＣＵ４０に入力され
るようになっている。

【００５０】前記ＥＣＵ４０には、バキュームセンサ２
０、スロットルポジションセンサ２３、アクセルポジシ
ョンセンサ２５、エアフロメータ２６、クランクポジシ
ョンセンサ１３、水温センサ１４等の各種センサが電気
配線を介して接続される。

【００５１】ＥＣＵ４０は、前記各種センサからの出力
信号をパラメータとして内燃機関１の運転状態等を判定
し、その判定結果に応じてイグナイタ６ａ、燃料噴射弁
９、等の制御を行う。

【００５２】ここで、ＥＣＵ４０は、図４に示すよう
に、双方向性バス４００によって相互に接続されたＣＰ
Ｕ４０１とＲＯＭ４０２とＲＡＭ４０３とバックアップ
ＲＡＭ４０４と入力ポート４０５と出力ポート４０６と
を備えるとともに、前記入力ポート４０５に接続された
Ａ／Ｄコンバータ（Ａ／Ｄ）４０７を備えている。

【００５３】前記入力ポート４０５は、クランクポジシ
ョンセンサ１３のようにデジタル信号形式の信号を出力
するセンサの出力信号を入力し、それらの出力信号をＣ
ＰＵ４０１あるいはＲＡＭ４０３へ送信する。

【００５４】前記入力ポート４０５は、スロットルポジ
ションセンサ２３、アクセルポジションセンサ２５、エ
アフローメータ２６、バキュームセンサ２０、水温セン
サ１４のようにアナログ信号形式の信号を出力するセン
サの出力信号をＡ／Ｄ４０７を介して入力し、それらの
出力信号をＣＰＵ４０１やＲＡＭ４０３へ送信する。

【００５５】前記出力ポート４０６は、前記ＣＰＵ４０
１から出力される制御信号をイグナイタ６ａ、燃料噴射
弁９等へ送信する。前記ＲＯＭ４０２は、燃料噴射量を
決定するための燃料噴射量制御ルーチン、燃料噴射時期
を決定するための燃料噴射時期制御ルーチン、副吸気弁
７０ｂの開閉時期を決定する副吸気弁開閉時期制御ルー
チン、各気筒２の点火栓６の点火時期を決定するための
点火時期制御ルーチン、スロットル弁２１の開度を決定
するためのスロットル開度制御ルーチン等のアプリケー
ションプログラムを記憶している。

【００５６】前記ＲＯＭ４０２は、前記したアプリケー
ションプログラムに加え、各種の制御マップを記憶して
いる。前記した制御マップは、例えば、内燃機関１の運
転状態と燃料噴射量との関係を示す燃料噴射量制御マッ
プ、内燃機関１の運転状態と燃料噴射時期との関係を示
す燃料噴射時期制御マップ、内燃機関１の運転状態と主
吸気弁７０ａ、排気弁８０の開閉時期との関係を示す主
吸気弁及び排気弁開閉時期制御マップ、内燃機関１の運
転状態と副排気弁７０ｂの開閉時期との関係を示す副吸
気開閉時期制御マップ、内燃機関１の運転状態と各点火
栓６の点火時期との関係を示す点火時期制御マップ、内
燃機関１の運転状態とスロットル弁２１の開度との関係
を示すスロットル開度制御マップ等である。

【００５７】前記ＲＡＭ４０３は、各センサの出力信号
やＣＰＵ４０１の演算結果等を記憶する。前記演算結果
は、例えば、クランクポジションセンサ１３の出力信号
に基づいて算出される機関回転数等である。前記ＲＡＭ
４０３に記憶される各種のデータは、クランクポジショ
ンセンサ１３が信号を出力する度に最新のデータに書き
換えられる。

【００５８】前記バックアップＲＡＭ４５は、内燃機関
１の運転停止後もデータを保持する不揮発性のメモリで
あり、各種制御に係る学習値等を記憶する。前記ＣＰＵ
４０１は、前記ＲＯＭ４０２に記憶されたアプリケーシ
ョンプログラムに基づいて動作し、副吸気弁開閉制御の
他、燃料噴射制御、排気弁開閉制御、点火制御等を実行
する。

【００５９】以下、本実施の形態に係る副吸気弁の開閉
時期等の制御について図６を参照して説明する。図６に
おいて、３４は副吸気弁７０ｂの開閉状態を示す。同様
に３２は排気弁８０の開閉状態を示し、３３は主吸気弁
７０ａの開閉状態を示している。図６では、排気弁８０
はピストン３が下死点（ＢＤＣ）の直前にあるときに開
き始め、上死点（ＴＤＣ）を過ぎると閉じられる。一
方、主吸気弁７０ａはピストン３が上死点（ＴＤＣ）に
達した時に開き始め、下死点（ＢＤＣ）を過ぎた時に閉
じられる。

【００６０】図示のように副吸気弁７０ｂは、コールド
スタート時及び高負荷時には次のように制御される。先
ずピストン３が上死点（ＴＤＣ）に達して排気弁８０が
閉じられる前の排気行程後半に開かれ、次の主吸気弁７
０ａが開かれる吸気行程前半に閉じられる。次にピスト
ン３が下死点（ＢＤＣ）に達して主吸気弁７０ａが閉じ
られる前の吸気行程後半に開かれ、主吸気弁７０ａが閉
じられた後に閉じられる。このとき過給器１０は副吸気
弁７０ｂの開閉に同期して作動する。ＥＣＵ４０は、副
吸気弁７０ｂの開弁持には過給器駆動機構３１に信号を
送り、過給器１０を作動させる。

【００６１】上述のようにコールドスタート時（例えば
水温４０℃以下のとき）には、排気行程後半と吸気行程
後半に副吸気弁７０ｂが開弁するが、コールドスタート
時であるか否かは、水温センサ１４からの信号によりＥ
ＣＵ４０が判断し、副吸気弁７０ｂの開弁指示を副吸気
弁７０ｂの駆動機構３１に与える。

【００６２】副吸気弁７０ｂが吸気行程後半に開弁する
ことによって、過給空気がシリンダ２内に流入して吸気
乱れが生じるので燃焼が改善される。また副吸気弁７０
ｂの排気行程後半の開弁によって排気ガスがリーンとな
り、未燃ＨＣが燃焼して排気ガス温が上昇する。よって
暖気性が高まり触媒も早く活性温度に達することができ
る。

【００６３】続いて高負荷時における副吸気弁７０ｂの
開弁制御について述べる。先ず低負荷時には副吸気弁７
０ｂの作動は停止させる。すなわち副吸気弁７０ｂによ
る排気の強制掃気、また新気の吸入による体積効率の向
上による機関出力の向上を図る必要性は少ない。また排
気行程後半の吸気によって空燃比がリーンとなることに
よるＮＯｘの発生を抑制するため、主吸気弁７０ａ及び
排気弁８０を通常の作動状態に維持し、副吸気弁７０ｂ
の作動は停止させておくことが望ましい。

【００６４】一方、燃料が多く供給される機関の低速高
負荷時及び高速高負荷時には、図６に示すように排気行
程の後半（一部吸気行程前半）に副吸気弁７０ｂを開弁
させることにより、シリンダ２内に過給空気を送り込む
と排気ガスがリーン化して未燃ＨＣが燃焼し、かつ排気
ガス温の上昇によって触媒の浄化性能向上が図られる。
また燃焼ガスの強制掃気によってノッキングの発生が抑
えられる。この場合は排気ガス中に未燃ＨＣが多く存在
する状況、すなわち空燃比はリッチであるので、排気行
程後半に過給空気を送り込んでもＮＯｘの発生量は少な
い。

【００６５】さらに図６に示すように、吸気行程の後半
（一部圧縮行程前半）で副吸気弁７０ｂを開弁すること
で、シリンダ２内に過給空気を送り込むと、吸入される
新気の体積効率が向上して内燃機関１の出力向上が達成
される。このときより多くの新気を吸入するために、排
気弁がまだ開弁している時期（排気行程後半）に吸気弁
を開く、いわゆる吸・排気弁の開弁時期をオーバーラッ
プさせる必要がなくなるので、従来よりも主排気弁７０
ａの開弁時期を遅らせることができる。

【００６６】このように本発明の内燃機関では、主排気
弁７０ａの開弁時期を遅らせることで燃料の排気系への
吹き抜けが防止されると共に、残留ガスの吸気系への吹
き返しも防止されることになり、特に高速高負荷時には
有効である。

【００６７】なお機関が高負荷時であるか否かは、アク
セルポジションセンサ２５からの信号によりＥＣＵ４０
が判断し、アクセル開度が所定以上であれば高負荷時で
あるとして副吸気弁７０ｂを開弁させる。ＥＣＵ４０は
高負荷時であると判断すると副吸気弁７０ｂの駆動機構
３１に信号を送り、これを作動させる。

【００６８】また副吸気弁７０ｂを排気行程の後半と吸
気行程の後半に開弁するように制御する場合、必要に応
じて排気行程の後半と吸気行程の後半の開弁時期等をそ
れぞれ独立して制御することも可能である。例えば、吸
気行程後半における副吸気弁７０ｂの開弁が常時行われ
るようにすると、吸気の乱れを生成して燃焼を向上させ
る効果がある。

【００６９】以下、上述の内燃機関１の制御を図７、図
８のフローチャートを用いて説明する。図７は本実施の
形態における副吸気弁７０ｂの開閉制御のフローチャー
トであり、内燃機関１のコールドスタート時には副吸気
弁７０ｂを開弁させる制御ルーチンである。

【００７０】このルーチンは、ＥＣＵ２０により一定時
間毎の割込みによって実行される。図７を参照すると、
先ずステップ１００で水温が４０℃以下であるか否かが
判断される。副吸気弁の開弁は、例えば、始動時であっ
て水温が４０℃以下である場合である。ステップ１００
で副吸気弁の開弁条件が成立していないと判定される
と、この制御を終了する。

【００７１】一方、ステップ１００で副吸気弁の開弁条
件が成立していると判断されるときはステップ１０１に
進み、排気行程後半及び吸気行程後半に副吸気弁を開弁
する。吸気行程後半の副吸気弁の開弁によって吸気乱れ
が生じて燃焼が改善される。

【００７２】また排気行程後半の副吸気弁の開弁によっ
て、排気ガスがリーンとなり未燃ＨＣの燃焼促進が図ら
れ、また触媒の暖気性が向上する。次いで、ステップ１
０２で水温が４０℃以上に達したか否かが判断される。
水温が４０℃以上に達したと判断されれば、この制御を
終了する。

【００７３】他方、ステップ１０２で水温≦４０℃であ
ると判定されたときは、ステップ１０１に戻り、排気行
程後半及び吸気行程後半に副吸気弁を開弁する動作を継
続する。次にステップ１０２において水温が４０℃以上
に達したと判断されれば、この制御を終了する。

【００７４】図８は、内燃機関の高負荷時に実施される
副吸気弁７０ｂの開弁制御のフローチャートである。こ
のルーチンは、ＥＣＵ４０により一定時間毎の割込みに
よって実行される。

【００７５】図８を参照すると、先ずステップ２００で
は、アクセルポジションセンサ２５によって測定される
アクセル開度によって、機関が高負荷の状態であるか否
かが判断される。高負荷ではないと判断されるときはこ
のルーチンを抜ける。

【００７６】一方、高負荷であると判断されるときはス
テップ２０１に進み、排気行程後半と吸気行程後半に副
吸気弁７０ｂを開弁させる。吸気行程後半の副吸気弁の
開弁によって吸気乱れが生じて燃焼が改善され機関出力
が向上する。

【００７７】また排気行程後半の副吸気弁の開弁によっ
て、排気ガスがリーンとなり未燃ＨＣの燃焼促進が図ら
れ、また触媒の浄化性能向上とノッキングの防止が図ら
れる。

【００７８】次いで、ステップ２０２で高負荷の状態が
継続しているか否かが判断される。高負荷でないと判断
されればこの制御を終了する。他方、ステップ１０２で
高負荷状態にあると判定されたときは、ステップ２０１
に戻り、排気行程後半及び吸気行程後半に副吸気弁を開
弁する動作を継続する。次にステップ２０２において再
び高負荷状態であるか否かが判断され、高負荷でないと
判断されれば、この制御を終了する。

【００７９】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、吸気系が
分割されて副吸気系の圧力と吸気時期を主吸気系と異な
るように作動させることができるので、燃焼改善及び吸
気の体積効率の向上が達成される。

【００８０】また副吸気弁は停止機構を有するので、低
温時や高負荷時等の必要時にのみ、副吸気弁を開弁する
ことで、余分なＮＯｘの発生量を減らすことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の内燃機関の概略構成を示す全体側面図
である。

【図２】本発明の内燃機関の概略構成を示す全体平面図
である。

【図３】副吸気弁の電磁駆機構の構造を示す断面図であ
る。

【図４】ＥＣＵの内部構成を示すブロック図である。

【図５】本発明の他の実施の形態に係る内燃機関の概略
構成を示す全体平面図である。

【図６】吸気弁、副吸気弁及び排気弁の開閉時期を示す
図である。

【図７】コールド時の副吸気弁の開弁制御のフローチャ
ート図である。

【図８】高負荷時の副吸気弁の開弁制御のフローチャー
ト図である。

【符号の説明】

１・・・内燃機関２・・・気筒３・・・ピストン４・・・クランクシャフト６・・・点火栓７ａ、７ｂ・・・吸気ポート８ａ・・・排気ポート９・・・燃料噴射弁１３・・・クランクポジションセンサ４０・・・ＥＣＵ７０ａ・・・主吸気弁７０ｂ・・・副吸気弁８０・・・排気弁

───────────────────────────────────────────────────── 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 37/00 ３０２Ｆ０２Ｂ 37/00 ３０２ＡＦターム(参考） 3G005 GB17 GD07 GD14 HA08 HA09 JA53 3G018 AA05 AB07 AB08 AB09 AB11 CA16 DA34 DA36 DA38 DA41 DA48 DA51 EA02 EA11 EA16 EA17 FA01 FA02 FA07 FA08 FA12 FA22 GA06 GA08 3G092 AA01 AA05 AA11 AA13 AA18 AB02 CB02 DA01 DA05 DA07 DA09 DA11 DA14 DB02 DB03 DC03 DG02 DG05 DG09 EA26 EA27 FA02 FA16 FA17 FA18 FA24 GA01 GA06 HA01Z HA05Z HA06Z HA13X HE03Z HE08Z HF08Z

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】吸気ポートを複数設け、その内の少なくと
も一つは主吸気弁により開閉される主吸気系の吸気ポー
トであり、この主吸気系の吸気ポートには燃料供給装置
を設置し、他の少なくとも一つは副吸気弁により開閉さ
れる副吸気系の吸気ポートであり、この副吸気系の吸気
ポートは過給器を備えた加圧空気供給通路に接続され、
前記副吸気弁は排気行程後半又は／及び吸気行程後半に
開弁されると共に、停止機構によって作動を停止するこ
とができることを特徴とする分割吸気系を備えた内燃機
関。
【請求項２】前記主吸気弁と前記排気弁は、互いに開弁
状態が重複しないように開弁時期が設定されている請求
項１に記載の分割吸気系を備えた内燃機関。
【請求項３】前記副吸気弁の開閉時期を調節する可変動
弁機構を備えた請求項１または２に記載の分割吸気系を
備えた内燃機関。