JPH07166900A - 内燃機関の吸気制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 安価な吸気制御弁を用いてコストダウンを図
ることができる内燃機関の吸気制御装置を提供すること
にある。 【構成】 エンジン１の各気筒の吸気ポート９〜１２に
は吸気制御弁１３〜１６が設けられている。又、休止気
筒２，５の吸気ポート９，１２には排気還流用通路４６
が設けられ、その途中には還流通路開閉弁４８が設けら
れている。休止気筒の吸気制御弁１３，１６及び還流通
路開閉弁４８にはバキュームモータを用いた吸気制御弁
（又は開閉弁）が使用され、又、稼働気筒の吸気制御弁
１４，１５にはインテークバルブ６の開閉周期に同期し
て作動し、当該気筒への吸気状態を制御するロータリー
ソレノイド型アクチュエータを用いた吸気制御弁が使用
されている。エンジン１の運転条件に応じて休止気筒
２，５での燃料カットが行われるとともに吸気制御弁１
３，１６が閉じられ、さらに、排気が還流される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、内燃機関の吸気制御
装置に係り、詳しくは、内燃機関のインテークバルブと
別体に各気筒に連通する吸気通路毎に配置された複数の
吸気制御弁を有する内燃機関の吸気制御装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】従来より内燃機関の吸気制御装置が知ら
れている。これは、多気筒内燃機関における各気筒の吸
気通路毎に吸気制御弁を設け、回転数、負荷状態に応じ
て開閉時期を制御することにより、低回転域でのトルク
向上、また部分負荷時のポンピングロス低減による燃費
向上を実現するものである。又、この内燃機関の吸気制
御装置を使って、さらなる燃費の向上を目的とした可変
気筒制御を実現することが提案されている（例えば、特
開平３−７０８２８号公報）。その中で、特開平４−８
６３２６号公報のように、開閉駆動手段として９０°揺
動型のロータリーソレノイド型アクチュエータを用いて
吸気制御弁の弁体を開閉させるものがある。このロータ
リーソレノイド型アクチュエータは、１サイクルに一回
以上開閉を行う本システムの仕様を満足させるものであ
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、ロータリー
ソレノイド型アクチュエータを用いて可変気筒制御を行
おうとすると、ロータリーソレノイド型アクチュエータ
は高価でありコストが高くなるという問題があった。

【０００４】そこで、この発明の目的は、安価な吸気制
御弁を用いてコストダウンを図ることができる内燃機関
の吸気制御装置を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この発明は、複数の気筒
を有し、内燃機関の運転条件に応じて特定気筒の燃焼を
休止させ、かつ、休止気筒でのポンピングロス低減のた
め排気を還流させるようにした内燃機関に用いられ、各
気筒の吸気通路に設けられた吸気制御弁を制御する吸気
制御装置であって、前記特定休止気筒の吸気通路に設け
られた開閉弁からなる第１の吸気制御弁と、前記特定休
止気筒以外の気筒の吸気通路に設けられ、内燃機関のイ
ンテークバルブの開閉周期に同期して作動し、当該気筒
への吸気状態を制御する第２の吸気制御弁とを備えた内
燃機関の吸気制御装置をその要旨とする。

【０００６】又、前記第１の吸気制御弁を、バキューム
モータを用いた吸気制御弁としてもよい。

【０００７】

【作用】内燃機関の運転条件に応じて特定気筒の燃焼が
休止される。このとき、休止気筒においては開閉弁から
なる第１の吸気制御弁が閉じられる。それ以外の時に
は、第１の吸気制御弁が開かれる。一方、特定気筒の燃
焼を休止させない稼働気筒においては、第２の吸気制御
弁がインテークバルブの開閉周期に同期して作動し、当
該気筒への吸気状態が制御される。このように、休止気
筒用の吸気制御弁は高速にて開閉動作する必要がないの
で、構造が簡単で安価な開閉弁からなる第１の吸気制御
弁が使用されるとともに、稼働気筒用の吸気制御弁には
高速応答性を有する第２の吸気制御弁が使用される。

【０００８】

【実施例】以下、この発明を具体化した一実施例を図面
に従って説明する。図１には、本実施例の内燃機関の吸
気制御装置の概略を示す。４気筒ガソリン内燃機関（以
下、エンジンという）１は４つの気筒２，３，４，５が
備えられている。各気筒２，３，４，５には高速適合カ
ムによって開閉されるインテークバルブ６とエキゾース
トバルブ７とがそれぞれ設けられている。エンジン１の
吸気系１ａにはスロットルバルブ８が配設されている。

【０００９】吸気系１ａから分岐して設けた各吸気ポー
ト（吸気通路）９，１０，１１，１２は各気筒２，３，
４，５に連通している。吸気ポート９，１０，１１，１
２の各々には吸気制御弁１３，１４，１５，１６が設け
られている。各吸気制御弁１３，１４，１５，１６は気
筒毎に独立して吸気ポート９，１０，１１，１２の開度
を変更する。吸気ポート９，１０，１１，１２の下流部
には、燃料を噴射するインジェクタ１７が設けられてい
る。

【００１０】エンジン１には検出器として各種のセンサ
類が備えられている。例えば、各気筒のピストン上死点
（ＴＤＣ）に位置するときパルス信号を出力するクラン
ク角センサ１８がある。又、所定のクランク角度毎にパ
ルス信号を出力する回転速度センサ１９、吸入空気量を
検出するエアフローメータ２０、スロットルバルブ８の
開度を検出するスロットル開度センサ２１等がある。

【００１１】電子制御ユニット（以下、ＥＣＵという）
２２はＣＰＵ２３、ＲＯＭ２４、ＲＡＭ２５を中心に算
術演算回路として構成されており、コモンバス２６を介
して入出力部２７に接続され、外部との入出力を行う。
上記各センサ１８，１９，２０，２１からの検出信号は
入出力部２７からＣＰＵ２３に入力される。ＣＰＵ２３
は入出力部２７を介して吸気制御弁１３，１４，１５，
１６に制御信号を出力するとともに、各インジェクタ１
７に制御信号を出力する。

【００１２】このインジェクタ１７による燃料噴射制御
において、ＣＰＵ２３はエアフローメータ２０による吸
入空気量や回転速度センサ１９によるエンジン回転数等
に応じて燃料噴射量を算出して、この燃料噴射量となる
ようにインジェクタ１７から燃料を噴射させる。さら
に、ＣＰＵ２３はスロットル開度センサ２１によるスロ
ットルバルブ８の開度の正方向の変化により加速か否か
判定し、加速時には燃料増量を行うようになっている。

【００１３】又、本エンジン１においては、エンジン１
の運転条件に応じて特定気筒の燃焼を休止させる、いわ
ゆる、可変気筒制御を行っている。この可変気筒制御時
には燃焼を休止する気筒（休止気筒）に対しては燃料カ
ットが行われる。本実施例では、可変気筒制御の際の休
止気筒として１番気筒（＃１）２と４番気筒（＃４）５
が予め決められており、稼働気筒として２番気筒（＃
２）３と３番気筒（＃３）４が予め決められている。

【００１４】そして、休止気筒である１番気筒（＃１）
２と４番気筒（＃４）５においては、排気を同気筒（＃
１，＃４）に還流するための排気還流用通路４６が設け
られている。即ち、１番気筒（＃１）２の吸気ポート９
での吸気制御弁１３の下流側、及び、４番気筒（＃４）
５の吸気ポート１２での吸気制御弁１６の下流側には、
排気還流用通路４６の一端が接続されるとともに、排気
還流用通路４６の他端がエンジン１の１番気筒（＃１）
２の排気管４７に接続されている。よって、エンジン１
の排気が排気還流用通路４６を通って１番気筒（＃１）
２と４番気筒（＃４）５とに還流できるようになってい
る。又、排気還流用通路４６の途中には還流通路開閉弁
４８が設けられ、この還流通路開閉弁４８により排気還
流用通路４６が開閉される。

【００１５】１番気筒（＃１）２に用いられる吸気制御
弁１３と４番気筒（＃１）５に用いられる吸気制御弁１
６と還流通路開閉弁４８には、バキュームモータを用い
た吸気制御弁（又は開閉弁）が使用されている。又、２
番気筒（＃２）３に用いられる吸気制御弁１４と３番気
筒（＃３）４に用いられる吸気制御弁１５には、ロータ
リーソレノイド型アクチュエータを用いた吸気制御弁が
使用されている。

【００１６】２番気筒（＃２）３に用いられる吸気制御
弁１４と３番気筒（＃３）４に用いられる吸気制御弁１
５の詳細を図２，３，４，５を用いて説明する。図２に
は全体構成を示し、図３は図２のＡ−Ａ断面図であり、
図４は図２のＢ−Ｂ断面図であり、図５は電気的構成を
示す。

【００１７】図２に示すように、吸気マニホールド２８
内にはバタフライ型の円形弁体２９が設けられている。
この弁体２９は支軸３０にネジ固定されており、回動し
て開閉するようになっている。円形弁体２９は図３に示
すように、吸気マニホールド２８壁に対して非常に狭い
クリアランスをもって非接触で揺動する構造となってい
る。支軸３０はベアリングにより吸気マニホールド２８
壁に支持され、その端部は下方の駆動部内に延びてい
る。

【００１８】駆動部のケーシング３１内に延びた支軸３
０の円形外周には磁石部材３２が嵌着されており、この
磁石部材３２には周方向対称に異極となるように磁極が
形成されている。又、図４に示すように、ケーシング３
１の内壁には、磁石部材３２に対向する、一対の電磁コ
イル３３ａ，３３ｂと、一対の永久磁石３４ａ，３４ｂ
とが配置されている。

【００１９】図５は、電磁コイル３３ａ，３３ｂの制御
回路を示している。電源３５に対し２つのトランジスタ
Ｔｒ１，Ｔｒ２が直列に接続されるとともにトランジス
タＴｒ１，Ｔｒ２に対し、直列接続されたトランジスタ
Ｔｒ３，Ｔｒ４が並列に接続され、その直列回路の中間
点ａとｂとの間に電磁コイル３３ａが接続されている。
同様に、電源３５に対し２つのトランジスタＴｒ５，Ｔ
ｒ６が直列に接続されるとともにトランジスタＴｒ５，
Ｔｒ６に対し、直列接続されたトランジスタＴｒ７，Ｔ
ｒ８が並列に接続され、その直列回路の中間点ｃとｄと
の間に電磁コイル３３ｂが接続されている。又、各トラ
ンジスタＴｒ１〜Ｔｒ８のベース端子は、ＥＣＵ２２に
接続されている。

【００２０】従って、ＥＣＵ２２（ＣＰＵ２３）はトラ
ンジスタＴｒ１，Ｔｒ４，トランジスタＴｒ５，Ｔｒ８
をオンすることにより電磁コイル３３ａ，３３ｂによっ
て形成される磁極と、永久磁石３４ａ，３４ｂによって
形成される磁極とにより決定される位置まで磁石部材３
２を回動させる。磁石部材３２の回動により、支軸３０
が９０°回動し、弁体２９は図３の一点鎖線に示す全開
位置に回動する。そして、この状態から、ＥＣＵ２２
（ＣＰＵ２３）はトランジスタＴｒ２，Ｔｒ３，トラン
ジスタＴｒ６，Ｔｒ７をオンすることにより磁石部材３
２を９０°回動させ、弁体２９は図３の実線に示す全閉
位置に回動される。

【００２１】次に、１番気筒（＃１）２に用いられる吸
気制御弁１３と４番気筒（＃４）５に用いられる吸気制
御弁１６と還流通路開閉弁４８の詳細を図６を用いて説
明する。

【００２２】吸気マニホールド（又は排気還流用通路）
３６内には弁体３７が配置され、その弁体３７の一端が
軸３８により回動可能に支持されている。又、吸気マニ
ホールド３６上には中空状のバキュームモータケース３
９が固定されている。このバキュームモータケース３９
内はダイアフラム４０が配置され、このダイアフラム４
０によりバキュームモータケース３９内が大気圧室Ｒ１
と圧力調整室Ｒ２とに区画されている。又、ダイアフラ
ム４０の中央部には軸支持部材４１が固定され、軸支持
部材４１には下方に延びるロッド４２の一端が固定され
ている。ロッド４２の下端は弁体３７の中央部に軸支さ
れている。バキュームモータケース３９内における圧力
調整室Ｒ２にはスプリング４５が配置され、同スプリン
グ４５により軸支持部材４１（ダイアフラム４０）が下
方に付勢されている。又、バキュームモータケース３９
内における圧力調整室Ｒ２は空気導入口４３と連通して
おり、この空気導入口４３は電磁切換弁４４に接続され
ている。この電磁切換弁４４には、大気圧通路と吸気負
圧通路とが接続されている。

【００２３】そして、ＥＣＵ２２（ＣＰＵ２３）による
電磁切換弁４４の切り換え制御により、図６に示すよう
に、空気導入口４３と大気圧通路とを連通状態にした
り、図７に示すように、空気導入口４３と吸気負圧通路
とを連通状態にすることができる。図６に示す空気導入
口４３と大気圧通路との連通状態においては、大気圧室
Ｒ１と圧力調整室Ｒ２とが共に大気圧となり、スプリン
グ４５の付勢力により軸支持部材４１を下方に押し、ロ
ッド４２を介して弁体３７が下方に押されて閉弁状態と
なる。一方、図７に示す空気導入口４３と吸気負圧通路
との連通状態においては、圧力調整室Ｒ２が負圧となり
ダイアフラム４０がスプリング４５の付勢力に抗して上
動して、軸支持部材４１及びロッド４２を介して弁体３
７を上方に移動し開弁状態となる。

【００２４】このように、電磁切換弁４４の切り換え制
御により弁体３７を開閉して開弁状態と閉弁状態にする
ことができる。次に、このように構成した内燃機関の吸
気制御装置の作用を説明する。

【００２５】図８には、ＣＰＵ２３が処理するフローチ
ャートを示し、図９にはその時のタイムチャートを示
す。図９においては、各気筒（＃１〜＃４）における１
サイクル中の吸気制御弁の開弁期間、燃料噴射量、及
び、還流通路開閉弁４８の開閉動作を示す。

【００２６】ＣＰＵ２３は図８のステップ１０１でスロ
ットルバルブ８の開度が正方向に変化したかにより加速
か否か判定し、加速時にはステップ１０２で加速制御を
行う。つまり、図９のｔ１のタイミング以前において
は、全ての気筒でインジェクタ１７による燃料増量を行
うとともに、全ての気筒で吸気制御弁１３，１４，１
５，１６を全開とする。さらに、還流通路開閉弁４８を
全閉にする。

【００２７】又、ＣＰＵ２３は図８のステップ１０１で
加速でないと、ステップ１０３に移行して可変気筒制御
領域か否か判定する。この可変気筒制御領域の判定は図
１０に示すマップを参照することにより行われる。この
マップは、エンジン回転数とスロットル開度との関係に
おいて、低負荷・低回転時のハッチング部分が可変気筒
制御領域となっている。そして、ＣＰＵ２３はステップ
１０３で可変気筒制御領域でないと、ステップ１０４に
移行して通常制御を実行する。つまり、図９のｔ１〜ｔ
２の期間においては、全ての気筒において吸入空気量や
エンジン回転数等に応じた燃料噴射量をインジェクタ１
７から噴射させる。又、１番気筒（＃１）２に用いられ
る吸気制御弁１３と４番気筒（＃４）５に用いられる吸
気制御弁１６とを全開にするとともに、２番気筒（＃
２）３に用いられる吸気制御弁１４と３番気筒（＃３）
４に用いられる吸気制御弁１５とを、エンジン１のイン
テークバルブ６の開閉周期に同期して開閉制御してエン
ジン回転数およびスロットル開度（負荷）に応じて吸気
状態を制御する。ここで、吸気状態の制御としては、例
えば、吸気開始時期、吸気終了時期、吸気期間、吸気通
路開度等を制御する。

【００２８】尚、ＣＰＵ２３はクランク角センサ１８に
よるクランク角と回転速度センサ１９によるエンジン回
転数に基づいて２番気筒（＃２）３の吸気制御弁１４と
３番気筒（＃３）４の吸気制御弁１５の開閉期間を設定
するようになっている。

【００２９】又、通常制御時には、ＣＰＵ２３は還流通
路開閉弁４８を全閉とする。ＣＰＵ２３は図８のステッ
プ１０３で可変気筒制御領域内にあると、ステップ１０
５で可変気筒制御を行う。つまり、図９のｔ２のタイミ
ング以後においては、２番気筒（＃２）３と３番気筒
（＃３）４に対しては燃料増量を行うとともに、１番気
筒（＃１）２と４番気筒（＃４）５に対しては燃料カッ
トを行う。又、１番気筒（＃１）２に用いられる吸気制
御弁１３と４番気筒（＃４）５に用いられる吸気制御弁
１６とを全閉にするとともに、２番気筒（＃２）３に用
いられる吸気制御弁１４と３番気筒（＃３）４に用いら
れる吸気制御弁１５とを、エンジン１のインテークバル
ブ６の開閉周期に同期して開閉制御して吸気状態を制御
する。ここで、休止気筒である１番気筒（＃１）２と４
番気筒（＃４）５とが全閉にされるので、未燃焼ガスが
そのまま排気側に流出するのが回避される。又、可変気
筒制御時には、ＣＰＵ２３は還流通路開閉弁４８を全開
にする。よって、排気の還流によりポンピングロスも低
減される。

【００３０】このように本実施例では、エンジン１の運
転条件（エンジン回転数、スロットル開度）に応じて特
定気筒の燃焼を休止させ、かつ、休止気筒でのポンピン
グロス低減のため排気を還流させるようにしたエンジン
１に用いられ、各気筒の吸気ポート９〜１２（吸気通
路）に設けられた吸気制御弁１３〜１６を制御する吸気
制御装置であって、休止気筒（＃１，＃４）には開閉弁
からなる第１の吸気制御弁（即ち、バキュームモータを
用いた吸気制御弁）を使用し、又、稼働気筒（＃２，＃
３）にはインテークバルブ６の開閉周期に同期して作動
し、当該気筒への吸気状態を制御する第２の吸気制御弁
（即ち、ロータリーソレノイド型アクチュエータを用い
た吸気制御弁）を使用した。

【００３１】つまり、エンジン１の運転条件に応じて特
定気筒の燃焼が休止されるが、このとき、休止気筒（＃
１，＃４）においては開閉弁からなる第１の吸気制御弁
が閉じられる。それ以外の時には、第１の吸気制御弁が
開かれる。一方、稼働気筒（＃２，＃３）においては、
第２の吸気制御弁がインテークバルブ６の開閉周期に同
期して作動し、当該気筒への吸気状態が制御される。こ
のように、休止気筒用の吸気制御弁は高速にて開閉動作
する必要がないので、構造が簡単で安価な開閉弁からな
る第１の吸気制御弁が使用されるとともに、稼働気筒
（＃２，＃３）用の吸気制御弁には高速応答性を有する
第２の吸気制御弁が使用される。

【００３２】従って、休止気筒用の第１の吸気制御弁に
構造が簡単で安価なバキュームモータを用いた吸気制御
弁を使用することにより、全ての気筒にロータリーソレ
ノイド型アクチュエータを用いた吸気制御弁を使用した
場合に比べコストダウンを図ることができる。又、ＥＣ
Ｕのハードの簡素化が図れるとともにソフトの演算負荷
も軽減できることとなる。

【００３３】尚、この発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、例えば、バキュームモータを用いた吸気制
御弁の代わりに、バキュームコントロールバルブ（ＶＣ
Ｖ）やバキュームスイッチングバルブ（ＶＳＶ）を用い
てもよい。

【００３４】又、使用するエンジン（内燃機関）は、４
気筒に限ることはなく、２，３気筒あるいは５気筒以上
でもよい。

【００３５】

【発明の効果】以上詳述したようにこの発明によれば、
安価な吸気制御弁を用いてコストダウンを図ることがで
きる優れた効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施例の内燃機関の吸気制御装置の概略図で
ある。

【図２】稼働気筒用の吸気制御弁の断面図である。

【図３】図２のＡ−Ａ断面図である。

【図４】図２のＢ−Ｂ断面図である。

【図５】電磁コイルの制御回路図である。

【図６】休止気筒用の吸気制御弁の断面図である。

【図７】休止気筒用の吸気制御弁の動作を示す断面図で
ある。

【図８】作用を説明するためのフローチャートである。

【図９】作用を説明するためのタイムチャートである。

【図１０】可変気筒制御領域を示すマップである。

【符号の説明】

１ エンジン ６ インテークバルブ ９，１０，１１，１２ 吸気通路としての吸気ポート １３，１４，１５，１６ 吸気制御弁 ４６ 排気還流用通路 ４８ 還流通路開閉弁

───────────────────────────────────────────────────── 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

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の気筒を有し、内燃機関の運転条件
   に応じて特定気筒の燃焼を休止させ、かつ、休止気筒で
   のポンピングロス低減のため排気を還流させるようにし
   た内燃機関に用いられ、各気筒の吸気通路に設けられた
   吸気制御弁を制御する吸気制御装置であって、 前記特定休止気筒の吸気通路に設けられた開閉弁からな
   る第１の吸気制御弁と、 前記特定休止気筒以外の気筒の吸気通路に設けられ、内
   燃機関のインテークバルブの開閉周期に同期して作動
   し、当該気筒への吸気状態を制御する第２の吸気制御弁
   とを備えたことを特徴とする内燃機関の吸気制御装置。
2. 【請求項２】 前記第１の吸気制御弁は、バキュームモ
   ータを用いた吸気制御弁である請求項１に記載の内燃機
   関の吸気制御装置。