(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
低負荷条件で、吸気系に介装されたスロットル弁の開度を、該スロットル弁の前後差圧又は前後圧力比を所定値一定に維持するように制御しつつ吸気弁の閉時期を負荷の増加に応じて吸入空気量増加方向に制御して吸入空気量最大となる時期まで制御し、高負荷条件では、前記吸気弁の閉時期を吸入空気量最大となる時期に維持しつつ、前記スロットル弁の開度を前記低負荷条件で吸入空気量最大となるときの所定開度から負荷の増加に応じて開度を増加するように制御することを特徴とするエンジンの吸気制御装置。
【請求項２】
低負荷条件で、吸気系に介装されたスロットル弁の開度を、該スロットル弁の前後差圧又は前後圧力比を所定値一定に維持するように制御しつつ、高負荷条件で前記スロットル弁の開度を前記低負荷条件で吸入空気量最大となるときの所定開度から負荷の増加に応じて開度を増加するように制御するスロットル制御手段と、
目標吸入空気量を得るように、低負荷条件で、吸気弁の閉時期を負荷の増加に応じて吸入空気量増加方向に制御して吸入空気量最大となる時期まで制御し、高負荷条件で、前記吸気弁の閉時期を吸入空気量最大となる時期に維持する吸気弁閉時期設定手段と、
を含んで構成したことを特徴とするエンジンの吸気制御装置。
【請求項３】
低負荷条件で、スロットル弁下流の吸気負圧を導入して作動する負圧アクチュエータにスロットル弁を連係させ、吸気負圧の増大によってスロットル弁の開度を増大させてスロットル弁の前後差圧を一定に維持する一方、高負荷条件で、アクセル操作に連動する機構をスロットル弁に連係させ、前記負圧アクチュエータの動作と無関係にスロットル弁の開度を増大制御することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のエンジンの吸気制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンの吸気制御装置に関し、詳しくは、スロットル弁の開度と吸気弁の閉時期とを制御して吸気制御を行う技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
スロットル弁によって吸入空気量を制御するエンジンでは、スロットル弁の絞り損失を伴い、これにより、燃費を悪化させている。これを改善するため、スロットル弁を無くし、吸気弁の閉時期を制御して吸気を大気圧状態で取り入れつつ吸入空気量を制御するようにしたエンジンが提案されている（特開平８−２４６８２３号公報参照) 。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来例のようにスロットル弁を無くして吸気弁の閉時期で吸入空気量を制御する方式では吸気負圧が発生しないため、ＥＧＲ，キャニスタからの蒸発燃料のパージ，クランクケース内からのブローバイガスのパージなどを吸気負圧によって吸気系に吸引処理することが困難となる。
【０００４】
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、吸気弁の閉時期とスロットル弁の開度とを適切に制御することにより、吸入空気量を制御しつつ、所定の低負荷条件では適度な大きさの吸気負圧を確保して、該吸気負圧を利用したＥＧＲ，蒸発燃料，ブローバイガス等の吸引処理を行えるようにしたエンジンの吸気制御装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【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、
低負荷条件で、吸気系に介装されたスロットル弁の開度を、該スロットル弁の前後差圧又は前後圧力比を所定値一定に維持するように制御しつつ吸気弁の閉時期を負荷の増加に応じて吸入空気量増加方向に制御して吸入空気量最大となる時期まで制御し、高負荷条件では、前記吸気弁の閉時期を吸入空気量最大となる時期に維持しつつ、前記スロットル弁の開度を前記低負荷条件で吸入空気量最大となるときの所定開度から負荷の増加に応じて開度を増加するように制御することを特徴とする。
また、請求項２に係る発明は、
低負荷条件で、吸気系に介装されたスロットル弁の開度を、該スロットル弁の前後差圧又は前後圧力比を所定値一定に維持するように制御しつつ、高負荷条件で前記スロットル弁の開度を前記低負荷条件で吸入空気量最大となるときの所定開度から負荷の増加に応じて開度を増加するように制御するスロットル制御手段と、
目標吸入空気量を得るように、低負荷条件で、吸気弁の閉時期を負荷の増加に応じて吸入空気量増加方向に制御して吸入空気量最大となる時期まで制御し、高負荷条件で、前記吸気弁の閉時期を吸入空気量最大となる時期に維持する吸気弁閉時期設定手段と、
を含んで構成したことを特徴とする。
【０００６】
請求項１または請求項２に係る発明によると、
低負荷条件では、スロットル弁の前後差圧又は前後圧力比を所定値一定に維持するようにスロットル弁の開度が制御され、吸気弁の閉時期は負荷の増加に応じて吸入空気量増加方向に制御して吸入空気量最大となる時期まで制御される。
そして、それより吸入空気量を増大する高負荷条件では、吸気弁の閉時期を吸入空気量最大となる時期（吸気下死点）に維持し、スロットル弁の開度を前記低負荷条件で吸入空気量最大となるときの所定開度から負荷の増加に応じて開度を増加させて吸入空気量を増加するように制御する。
したがって、低負荷条件では、スロットル弁の前後差圧又は前後圧力比が所定値一定に維持されることにより、吸気負圧を利用したＥＧＲ，キャニスタからの蒸発燃料のパージ，クランクケースからのブローバイガスのパージ等を支障なく実行することができる。
【０００７】
また、吸気負圧が所定以上大きくならないので（吸気負圧の大きさをいうときは負圧の絶対値の大きさをいうこととする。以下同様) 、スロットル弁の絞り損失を最小限に留めて燃費改善効果も確保することができる。
そして、このように低負荷条件と高負荷条件とで、吸気弁閉時期制御とスロットル弁開度とを切り換えることにより、連続的に吸入空気量を制御することができる。
【００１１】
また、請求項３に係る発明は、
低負荷条件で、スロットル弁下流の吸気負圧を導入して作動する負圧アクチュエータにスロットル弁を連係させ、吸気負圧の増大によってスロットル弁の開度を増大させてスロットル弁の前後差圧を一定に維持する一方、高負荷条件で、アクセル操作に連動する機構をスロットル弁に連係させ、前記負圧アクチュエータの動作と無関係にスロットル弁の開度を増大制御することを特徴とする。
【００１２】
請求項３に係る発明によると、低負荷条件では、吸気負圧が増大するとスロットル弁開度を増大するように作動する負圧アクチュエータにより、スロットル弁の前後差圧を一定に維持するようにスロットル弁開度が制御される。高負荷条件では、スロットル弁がアクセル操作に連動して負圧アクチュエータの動作と無関係に開度が増大制御される。
【００１３】
このようにすれば、電制スロットル装置を備えることなく、メカ機構のみでスロットル弁の開度を所望の特性に制御することができる。
【００１６】
【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２において、エンジン１には、弁駆動装置２により開閉を電子制御される吸気弁３及び排気弁４が装着されている。各気筒の吸気ポート５には、燃料噴射弁６が装着され、燃焼室７には点火栓８及び点火コイル９が装着されている。
【００１７】
また、エンジン１の吸気通路10には、スロットル弁11が介装され、該スロットル弁11の開度をＤＣモータ等により電子制御するスロットル弁制御装置12が備えられている。
各種センサ類として、ドライバによって操作されるアクセルペダルの開度を検出するアクセル開度センサ13、単位クランク角毎のポジション信号及び気筒行程位相差毎の基準信号を発生し、前記ポジション信号の単位時間当りの発生数を計測することにより、あるいは前記基準信号発生周期を計測することにより、エンジン回転速度を検出できるクランク角センサ14、エンジン１への吸入空気量を検出するエアフローメータ15、エンジンの冷却水温度を検出する水温センサ16、エンジン１の排気通路17に装着されて排気中の特定成分例えば酸素の濃度を検出して混合気の空燃比を検出する空燃比センサ18、スロットル弁11の開度を検出するスロットルセンサ19などが設けられる。
【００１８】
前記各種センサ類からの信号はコントロールユニット20に出力され、コントロールユニット20は、これらの検出信号に基づいて前記燃料噴射弁６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９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３及び排気弁４の開閉を制御すると共に、前記スロットル弁制御装置12に駆動信号を出力してスロットル弁11の開度を制御する。
【００１９】
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３（又は排気弁４、以下吸気弁３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３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３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３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３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３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３は閉弁し、開弁用電磁石24のみを励磁したときに吸気弁３は開弁（全開) するように駆動される。
【００２０】
以下に、前記コントロールユニット20による前記弁駆動装置２を介しての吸気弁３の閉時期制御及びスロットル弁制御装置12を介してのスロットル弁11の開度制御について説明する。
図４は、第１の実施の形態の制御ブロック図を示す。
即ち、ブロック１では、アクセル開度センサ13により検出されるアクセル開度に応じたスロットル弁のアクセル開度分ＴＡＰＯと、クランク角センサ14からの信号に基づいて検出されるエンジン回転速度Ｎｅとを入力して、スロットル弁11の基本開度ＢＡＰを算出する。
【００２１】
ブロック２では、前記基本開度ＢＡＰとアクセル開度分ＴＡＰＯとを入力し、いずれか大きい方を選択する。そして、該選択された開度を目標開度ＴＴＰＯとしてスロットル弁11の開度を制御する。
一方、ブロック３では、エンジン回転速度Ｎｅとアクセル開度分ＴＡＰＯとを入力して目標吸入空気量に見合った吸気弁３の目標閉時期ＩＶＣを算出し、吸気弁３の閉時期を制御する。
【００２２】
図５は、前記第１の実施の形態のより詳細な制御のフローチャートを示す。
ステップ（図ではＳと記す。以下同様) １では、スロットル開度のアイドル回転速度制御分ＩＳＣを算出する。具体的には、アイドル運転と判定されるときには、アイドル回転速度が目標値となるようにフィードバック制御値と補機負荷補正分とを加算した値とし、非アイドル運転と判定されるときには、フィードバック補正値の固定値と補機負荷補正分とダッシュポット補正分とを加算した値と、吸気負圧を所定値以下に保持するように設定されるＢＣＶ（ブーストコントロールバルブ) 分とのいずれか大きい値を選択して設定される。
【００２３】
ステップ２では、アクセル開度ＡＰＯと前記アイドル回転速度制御分ＩＳＣとを加算した値をアクセル開度分ＴＡＰＯとして算出する。
ステップ３では、前記アクセル開度分ＴＡＰＯとエンジン回転速度Ｎｅとに基づいて、図６下段に示すようなマップからの検索等により、スロットル弁の基本開度ＢＡＰを算出する。ここで、該基本開度ＢＡＰは、吸気負圧が略−50ｍｍＨｇに維持されるようなスロットル弁の開度として算出される。
【００２４】
ステップ４では、前記基本開度ＢＡＰとアクセル開度分ＴＡＰＯを比較し、いずれか大きい値の方を選択する。
ステップ４で基本開度ＢＡＰが選択された場合はステップ５へ進んで、該基本開度ＢＡＰに、スロットルセンサのオフセット，スロットル弁11の詰まり等の学習値ＴＡＳを加算した値を最終的なスロットル弁11の目標開度ＴＴＰＯとして算出し、ステップ４でアクセル開度分ＴＡＰＯが選択された場合はステップ６へ進んで、該アクセル開度分ＴＡＰＯに、前記学習値ＴＡＳを加算した値を目標開度ＴＴＰＯとして算出する。
【００２５】
ステップ７では、前記アクセル開度分ＴＡＰＯとエンジン回転速度Ｎｅとに基づいて図７に示すようなマップ（吸気下死点前に吸気弁を閉じる早閉じ特性と吸気下死点後に吸気弁を閉じる遅閉じ特性とを示す) からの検索等により、吸気弁３の目標閉時期ＩＶＣを算出する。ここで、目標閉時期ＩＶＣは、アクセル開度分ＴＡＰＯとエンジン回転速度Ｎｅとに基づいて決定される運転状態に対応した目標トルクに見合った目標吸入空気量が得られるように算出されるが、前記ステップ４で基本開度ＢＡＰが選択されるときの吸気負圧が略所定値（−50ｍｍＨｇ) に維持される場合は、スロットル弁11開度を所定開度未満に維持しながら、目標閉時期ＩＶＣは吸入空気量が最大となる範囲まで変化するように設定される。一方、ステップ４でアクセル開度分ＴＡＰＯが選択されるときの吸気負圧が所定値以下の場合は、目標閉時期ＩＶＣは吸入空気量最大となる時期つまり吸気下死点に固定され、吸入空気量の増大制御はスロットル弁11の開度制御によって行う。
【００２６】
ステップ８では、前記スロットル弁11の目標開度ＴＴＰＯ及び吸気弁３の目標閉時期ＩＶＣを、それぞれスロットル弁制御装置12及び弁駆動装置２に出力する。これにより、スロットル弁11の開度が目標開度ＴＴＰＯとなり、吸気弁３の閉時期が目標閉時期ＩＶＣとなるように制御される。
ここで、本発明におけるスロットル制御手段は、前記スロットル弁制御装置12と上記フローにおけるスロットル弁開度制御機能が相当し、同じく吸気弁閉時期制御手段は、前記弁駆動装置２と上記フローにおける吸気弁閉時期制御機能が相当する。
【００２７】
図８は、前記制御を実行したときのアクセル開度，エンジン回転速度に対する吸気負圧Ｂｏｏｓｔ，スロットル弁開度ＴＶＯ，吸気弁閉時期ＩＶＣの特性を示す。
このようにすれば、所定未満の低負荷条件では、スロットル弁11の開度を制御して吸気負圧つまりスロットル弁11の前後差圧を略所定値に維持することにより、吸気負圧を利用したＥＧＲ，キャニスタからの蒸発燃料のパージ，クランクケースからのブローバイガスのパージ等を支障なく実行することができると共に、低負荷時でも吸気負圧を所定圧より大きくならないようにして、スロットル弁の絞り損失を最小限に留めて燃費を向上することができる。
【００２８】
図９は、前記スロットル弁11の開度制御と同様の機能を、メカ機構のみで実現したスロットル弁制御装置の実施の形態を示す。図２と同一機能を有する構成要素には同一の符号を付す。本実施の形態では、該スロットル弁制御装置がスロットル制御手段に相当する。
図９において、スロットル弁11の下流側の吸気通路10から負圧ホース31を介して取り出した吸気負圧がダイアフラム式の負圧アクチュエータ32の圧力作動室32ａに導かれる。該圧力作動室32ａには、ケース壁とダイアフラム32ｂとの間に圧縮スプリング32ｃが介装され、該ダイアフラム32ｂに連結されたロッド32ｄの端部が、スロットル弁11の回転軸に連結されたレバー33の揺動端部に相対回転自由に軸支される。また、図示しないアクセルペダルにアクセルワイヤ34を介して連結するアクセルドラム35が、前記スロットル弁11の回転軸に相対回転自由に軸支される。該アクセルドラム35に形成した係合部35ａが、該アクセルドラム35のスロットル弁11の開き方向と同一の回転方向の動きによって前記レバー33の端縁部に固定されたストッパ軸33ａと連係自由になっている。
【００２９】
作用を説明すると、前記負圧アクチュエータ32は、スロットル弁11下流の吸気負圧が増大すると前記圧縮スプリング32ｃが縮んでロッド32ｄが引き込まれ、スロットル弁11の開度を増大させる。これにより、吸気負圧が減少するので、負圧アクチュエータ32は、吸気負圧を略所定値（−50ｍｍＨｇ) 一定に保持する機能を有する。一方、前記アクセルドラム35は、前記負圧アクチュエータ32により吸気負圧が略所定値（−50ｍｍＨｇ) 一定に保持されるときのスロットル弁11の開度付近までアクセル開度が増大したときに、前記係合部34ａがストッパ軸33ａと連係し、それ以上アクセル開度が増大すると、負圧アクチュエータ32のロッド32ｄを圧縮スプリング32ｃの付勢力に抗して引き込ませつつ、スロットル弁11をアクセル開度に連動した開度に強制的に開弁する。
【００３０】
したがって、アクセル開度が所定開度以下の低負荷条件では、スロットル弁11の開度は、吸気負圧を略所定値一定に保持するように制御され、アクセル開度が所定開度を超える高負荷条件では、スロットル弁11の開度が増大制御される。一方、吸気弁３の閉時期は、アクセル開度が前記所定開度になるところで吸入空気量最大となる閉時期つまり吸気下死点となるように制御し、所定開度を超える高負荷条件では該閉時期（吸気下死点) で固定するように制御する。
【００３１】
このようにすれば、電制スロットル装置を設けることなく、簡易な構成で低コストなスロットル弁制御装置で前記第１の実施の形態と同一の機能を実現することができる。
次に、第３の実施の形態について説明する。この実施の形態では、低負荷条件のみならず高負荷条件も吸気弁の閉時期で吸入空気量を可変制御するようにしたものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の構成・機能を示すブロック図。
【図２】一実施の形態に係るシステム構成図。
【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】同上実施の形態における制御ブロック図。
【図５】同上実施の形態における吸気制御ルーチンのフローチャート。
【図６】同上実施の形態に使用されるスロットル弁の基本開度特性などを示す図。
【図７】同上実施の形態に使用される吸気弁閉時期の特性を示す図。
【図８】同上実施の形態における各部の状態を示す図。
【図９】第２の実施の形態におけるスロットル弁制御装置を示す図。
【符号の説明】
１      内燃機関
２      弁駆動装置
３      吸気弁
10      吸気通路
11      スロットル弁
12      スロットル弁制御装置
13      アクセル開度センサ
14      クランク角センサ
19      スロットルセンサ
20      コントロールユニット
31      負圧ホース
32      負圧アクチュエータ
33      レバー
34      アクセルワイヤ
35      アクセルドラム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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