(57)【要約】【課題】吸気バルブの作動タイミングを調整することなく、内燃機関をミラーサイクルで運転することを可能とする吸気制御装置および吸気制御方法を提供する。【解決手段】本発明の一態様による吸気制御装置は、内燃機関の吸気を制御する吸気制御装置において、前記内燃機関の吸気工程において、前記内燃機関の吸気系に備えられたスロットルバルブの開度を開方向または閉方向の何れかに制御し、前記吸気工程後、前記スロットルバルブの開度を初期化する制御部（１１）を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の吸気を制御する吸気制御装置において、
前記内燃機関の吸気工程において、前記内燃機関の吸気系に備えられたスロットルバルブの開度を開方向または閉方向の何れかに変化させ、前記吸気工程後、前記スロットルバルブの開度を初期化する制御部を備えたことを特徴とする吸気制御装置。
【請求項２】
前記制御部は、
前記吸気工程において、前記スロットルバルブの開度を閉方向に変化させ、前記吸気工程の後、次回の吸気工程の開始前に、前記スロットルバルブの開度を元の状態に戻すことを特徴とする請求項１に記載の吸気制御装置。
【請求項３】
前記制御部は、
吸気バルブが開かれた状態で、前記スロットルバルブの開度を閉方向に変化させ、前記吸気バルブが閉じられた状態で、次回の吸気工程の開始前に、前記スロットルバルブの開度を元の状態に戻すことを特徴とする請求項２に記載の吸気制御装置。
【請求項４】
前記制御部は、
前記吸気工程において、前記スロットルバルブの開度をリターンスプリングによって閉方向に変化させることを特徴とする請求項２または３に記載の吸気制御装置。
【請求項５】
前記制御部は、
前記吸気工程の後、次回の吸気工程の開始前までの期間において、前記スロットルバルブの開度をアクチュエータによって元の状態に戻すことを特徴とする請求項２から４の何れか１項に記載の吸気制御装置。
【請求項６】
前記制御部は、
前記吸気工程において、前記スロットルバルブの開度を開方向に変化させ、前記吸気工程の後、次回の吸気工程の開始前に、前記スロットルバルブの開度を元の状態に戻すことを特徴とする請求項１に記載の吸気制御装置。
【請求項７】
前記制御部は、
吸気バルブが開かれた状態で、前記スロットルバルブの開度を開方向に変化させ、前記吸気バルブが閉じられた状態で、次回の吸気工程の開始前に、前記スロットルバルブの開度を元の状態に戻すことを特徴とする請求項６に記載の吸気制御装置。
【請求項８】
内燃機関の吸気を制御する吸気制御方法において、
前記内燃機関の吸気工程において、前記内燃機関の吸気系に備えられたスロットルバルブの開度を開方向または閉方向の何れかに変化させ、前記吸気工程後、前記スロットルバルブの開度を初期化することを特徴とする吸気制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の吸気制御装置に関し、特に、ミラーサイクルでの運転を可能とする吸気制御装置および吸気制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、オットーサイクルで運転する内燃機関が一般に知られている（例えば、特許文献１参照）。オットーサイクルで運転する内燃機関では、圧縮比と膨張比は等しくなる。これに対し、実質的に圧縮比よりも膨張比を大きくして熱効率を改善するミラーサイクルで運転する内燃機関（以下、「ミラーサイクル機関」と称す。）が知られている。ミラーサイクル機関では、吸気バルブの遅閉じまたは早閉じにより、吸気量を減らすことにより、実質的に圧縮比よりも膨張比を大きくしている。四輪車両において普及しているミラーサイクル機関は、吸気バルブを閉じるタイミングを遅らせる遅閉じ方式が主流である。遅閉じ方式のミラーサイクル機関では、吸気工程においてピストンが下死点に到達した後、一定期間、吸気バルブを開いた状態に維持することにより、シリンダ内の混合気の一部を吸気ポート側に逆流させて吸気量を減らしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平５−１８７２３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
遅閉じ方式または早閉じ方式のミラーサイクル機関によれば、吸気バルブの作動タイミングを調整する必要があり、吸気バルブの制御系が複雑になる。特に、小排気量の二輪車両の場合、制御用のデバイスを搭載するためのスペースが限られている上、四輪と同様の遅閉じ方式または早閉じ方式を採用すると、装置構成が複雑化し、コストが上昇する。
【０００５】
本発明は、吸気バルブの作動タイミングを調整することなく、内燃機関をミラーサイクルで運転することを可能とする吸気制御装置および吸気制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様による吸気制御装置は、内燃機関の吸気を制御する吸気制御装置において、前記内燃機関の吸気工程において、前記内燃機関の吸気系に備えられたスロットルバルブの開度を開方向または閉方向の何れかに変化させ、前記吸気工程後、前記スロットルバルブの開度を初期化する制御部を備えたことを特徴とする吸気制御装置の構成を有する。
この構成によれば、吸気工程の途中で、スロットルバルブの開度を変化させるため、吸気バルブが開いていても、吸気工程の全行程のうちの一部の工程で吸気が限定的に行われる。このため、吸気工程の全行程にわたって吸気を行う場合に比較して実質的な圧縮比を下げることができる。従って、吸気バルブの作動タイミングによらず、実質的に圧縮比よりも膨張比を大きくすることができ、内燃機関をミラーサイクルで運転することが可能になる。
【０００７】
前記吸気制御装置において、例えば、前記制御部は、前記吸気工程において、前記スロットルバルブの開度を閉方向に変化させ、前記吸気工程の後、次回の吸気工程の開始前に、前記スロットルバルブの開度を元の状態に戻すことを特徴とする。この構成によれば、吸気工程の全行程のうち、スロットルバルブが閉じるまでの一部の工程で吸気が限定的に行われる。このため、吸気工程の全行程にわたって吸気を行う場合に比較して実質的な圧縮比を下げることができる。
【０００８】
前記吸気制御装置において、例えば、前記制御部は、吸気バルブが開かれた状態で、前記スロットルバルブの開度を閉方向に変化させ、前記吸気バルブが閉じられた状態で、次回の吸気工程の開始前に、前記スロットルバルブの開度を元の状態に戻すことを特徴とする。この構成によれば、吸気バルブが開かれた状態にある吸気工程の全行程のうち、スロットルバルブが閉じるまでの一部の工程で吸気が限定的に行われる。このため、吸気工程の全行程にわたって吸気を行う場合に比較して実質的な圧縮比を下げることができる。
【０００９】
前記吸気制御装置において、例えば、前記制御部は、前記吸気工程において、前記スロットルバルブの開度をリターンスプリングによって閉方向に変化させることを特徴とする。この構成によれば、吸気工程において、スロットルバルブの開度をリターンスプリングによって瞬時に閉状態に切り替えることができる。
【００１０】
前記吸気制御装置において、例えば、前記制御部は、前記吸気工程の後、次回の吸気工程の開始前までの期間において、前記スロットルバルブの開度をアクチュエータによって元の状態に戻すことを特徴とする。この構成によれば、前記吸気工程の後、スロットルバルブの開度をアクチュエータによって徐々に元の状態に戻すことができる。
【００１１】
前記吸気制御装置において、例えば、前記制御部は、前記吸気工程において、前記スロットルバルブの開度を開方向に変化させ、前記吸気工程の後、次回の吸気工程の開始前に、前記スロットルバルブの開度を元の状態に戻すことを特徴とする。この構成によれば、吸気工程の全行程のうち、スロットルバルブが開いた後の一部の工程で吸気が限定的に行われる。このため、吸気工程の全行程にわたって吸気を行う場合に比較して実質的な圧縮比を下げることができる。
【００１２】
前記吸気制御装置において、例えば、前記制御部は、吸気バルブが開かれた状態で、前記スロットルバルブの開度を開方向に変化させ、前記吸気バルブが閉じられた状態で、次回の吸気工程の開始前に、前記スロットルバルブの開度を元の状態に戻すことを特徴とする。この構成によれば、吸気バルブが開かれた状態にある吸気工程の全行程のうち、スロットルバルブが開いた後の一部の工程で吸気が限定的に行われる。このため、吸気工程の全行程にわたって吸気を行う場合に比較して実質的な圧縮比を下げることができる。
【００１３】
本発明の一態様による吸気制御方法は、内燃機関の吸気を制御する吸気制御方法において、前記内燃機関の吸気工程において、前記内燃機関の吸気系に備えられたスロットルバルブの開度を開方向または閉方向の何れかに変化させ、前記吸気工程後、前記スロットルバルブの開度を初期化することを特徴とする吸気制御方法の構成を有する。
この構成によれば、吸気工程の途中で、スロットルバルブの開度が変化するため、吸気バルブが開いていても、吸気工程の全行程のうちの一部の工程で吸気が限定的に行われる。このため、吸気工程の全行程にわたって吸気を行う場合に比較して実質的な圧縮比を下げることができる。従って、吸気バルブの作動タイミングによらず、実質的に圧縮比よりも膨張比を大きくすることができ、内燃機関をミラーサイクルで運転することが可能になる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の一態様によれば、吸気バルブの作動タイミングを調整することなく、内燃機関をミラーサイクルで運転することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１実施形態による吸気制御装置の適用例を説明するための図である。
【図２】本発明の第１実施形態による吸気制御装置の制御動作を説明するための図であり、内燃機関の行程とスロットルバルブ開度との関係の一例を説明するための図である。
【図３】本発明の第１実施形態による吸気制御装置の制御動作を説明するための図であり、スロットルバルブの開度とスロットルバルブの吸気通路面積との関係の一例を説明するための図であり、（Ａ）は、スロットルバルブ開度に対する吸気通路面積の特性の一例を示す特性図であり、（Ｂ）は、スロットルバルブ開度および吸気通路面積Ｓとスロットルバルブの弁体との対応関係の一例を説明するための図である。
【図４】本発明の第１実施形態による吸気制御装置の制御動作を説明するための図であり、スロットルバルブ開度と吸気量との関係の一例を説明するための図である。
【図５】本発明の第２実施形態による吸気制御装置の制御動作を説明するための図であり、内燃機関の行程とスロットルバルブ開度との関係の一例を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
[第１実施形態]
以下、図面を参照して本発明の第１実施形態を説明する。
（構成の説明）
図１は、本発明の第１実施形態による吸気制御装置１の適用例を説明するための図である。吸気制御装置１は、内燃機関１００の吸気を制御するものであり、内燃機関１００のスロットルバルブ１０８の開度を制御するための制御部１１を備えている。制御部１１は、内燃機関１００の吸気工程において、スロットルバルブ１０８の開度を開方向または閉方向の何れかに変化させ、吸気工程後、スロットルバルブ１０８の開度を初期化する。ここで、「開方向」とは、スロットルバルブ１０８の開度が増加する方向を指し、「閉方向」とは、スロットルバルブ１０８の開度が減少する方向を指す。具体的には、後述する図３（Ｂ）において、矢印Ｐにより示されるように、スロットルバルブ１０８の弁体１０９が吸気流の流路と平行になる状態（即ち、弁体１０９が開いた状態）に向かうときの弁体１０９の回転方向がスロットルバルブ１０８の開方向に対応している。また、図３（Ｂ）の矢印Ｑにより示されるように、弁体１０９が吸気流の流路と直交する状態（即ち、弁体１０９が閉じた状態）に向かうときの弁体１０９の回転方向がスロットルバルブ１０８の閉方向に対応している。第１実施形態では、制御部１１は、吸気工程において、スロットルバルブ１０８の開度を閉方向に変化させ、吸気工程の後、次の吸気工程の開始前に、スロットルバルブ１０８の開度を初期化して元の通常の状態における開度に戻す。ここで、通常の状態における開度とは、ミラーサイクルではなく、オットーサイクルでの通常運転を行う場合のスロットルバルブ１０８の開度を指す。
【００１７】
吸気制御装置１には、アクセルペダル２に連動するように設けられたアクセル開度センサ３からのアクセル開度信号ＳＡが入力される。また、内燃機関１００のスロットルバルブ１０８の弁体１０９には、変速機５を介してモータ４の回転軸が結合されている。ただし、変速機５を省略し、モータ４の回転軸を弁体１０９に結合してもよい。吸気制御装置１は、アクセル開度センサ３からのアクセル開度信号ＳＡに基づいてモータ４の駆動制御を実施することにより、スロットルバルブ１０８の開度を制御する。また、吸気制御装置１には、スロットルバルブ１０８の弁体１０９に連動するように設けられたスロットル開度センサ６からのスロットル開度信号ＳＳがフィードバック信号として入力される。
【００１８】
内燃機関１００に備えられたスロットルバルブ１０８の弁体１０９は、リターンスプリング１１１により全閉位置に戻される向きに付勢されている。アクセルペダル２の操作量（踏み込み量）を増やすと、モータ４が変速機５を介して弁体１０９を駆動することにより、弁体１０９が開いてスロットルバルブ１０８の開度が増加する。逆に、アクセルペダル２の操作量を減らすと、スロットルバルブ１０８の開度が減少する。
【００１９】
内燃機関１００は、ピストン１０１がシリンダ１０２の内部を２往復する間に、吸気工程、圧縮工程、燃焼行程、排出工程が一巡する４サイクルエンジンである。シリンダ１０２の上部に位置するシリンダヘッド（符号なし）には、吸気ポート１０３の出口を開閉する吸気バルブ１０４と、排気ポート１１２の入口を開閉する排気バルブ１１３とが設けられている。吸気バルブ１０４は、カム１０５揺動されて吸気工程において開かれ、排気バルブ１１３は、カム１１４により揺動されて排気工程において開かれる。
【００２０】
吸気ポート１０３には、燃料を噴射するインジェクタ１０６が設けられている。インジェクタ１０６による燃料の噴射量は図示しないエンジンコントローラにより制御される。インジェクタ１０６の上流側（吸気の上流）には、インテークマニホールド１０７が設けられ、更にその上流側にはスロットルバルブ１０８が設けられている。スロットルバルブ１０８のハウジング部をなすスロットルチャンバ（符号なし）には、吸気量を調整するための弁体１０９が取り付けられた弁軸１１０が枢支されている。弁軸１１０の一方の延出端部には変速機５の出力軸が結合され、弁軸１１０の他方の延出端部には、スロットル開度センサ６が結合されている。
【００２１】
また、弁軸１１０には、弁体１０９を全閉位置に弾発的に戻すためのリターンスプリング１１１が設けられている。このようなリターンスプリング１１１の取り付け例は、本願と同一出願人による例えば特開２００３−１８９５４２号公報に開示されている。制御部１１がモータ４に通電することによりモータ４が回転し、モータ４の回転が変速機５で減速されて弁軸１１０に伝達され、弁体１０９が開弁駆動され、モータ４への通電をオフすると、リターンスプリング１１１の弾発力により弁体１０９が全閉位置まで強制的に戻されるものとなっている。
【００２２】
（動作の説明）
次に、図２から図４を参照して、本発明の第１実施形態による吸気制御装置１の動作を説明する。
図２は、吸気制御装置１の制御動作を説明するための図であり、内燃機関１００の各行程とスロットルバルブ開度φとの関係の一例を説明するための図である。図２において、横軸は、ピストン１０１の往復運動に対応したクランクシャフト（図示なし）の回転角θを表し、縦軸は、ピストン１０１の位置を表している。図３は、同じく吸気制御装置１の制御動作を説明するための図であり、スロットルバルブ開度φと吸気通路面積Ｓとの関係の一例を説明するための図である。ここで、図３（Ａ）は、スロットルバルブ開度φに対する吸気通路面積Ｓの特性の一例を示す特性図である。図３（Ａ）において、横軸は、スロットルバルブ１０８の開度φ（即ち、スロットルバルブ開度φ）を表し、縦軸は、スロットルバルブ１０８の吸気通路面積Ｓを表している。また、図３（Ｂ）は、図１に示すスロットルバルブ１０８の拡大図であって、図３（Ａ）に示すスロットルバルブ開度φおよび吸気通路面積Ｓと図１に示すスロットルバルブ１０８の弁体１０９の回転角との間の対応関係を説明するための図である。図３（Ａ）の例に示すスロットルバルブ開度φは、図３（Ｂ）に示すように、スロットルバルブ１０８の弁体１０９の回転角（０〜９０度）によって表されている。本実施形態では、弁体１０９が吸気流の流路に対して直交した状態（全閉状態）にある場合の弁体１０９の回転角は０度であり、弁体１０９が吸気流の流路に対して平行な状態（全開状態）にある場合の弁体１０９の回転角は９０度である。ただし、実際には、その構造上、弁体１０９の回転角が０度付近であれば、スロットルバルブ１０８は全閉状態になり、弁体１０９の回転角が９０度付近であれば、スロットルバルブ１０８は全開状態になる。図４は、同じく吸気制御装置１の制御動作を説明するための図であり、スロットルバルブ開度φと吸気量Ａとの関係の一例を説明するための図である。
【００２３】
概略的には、吸気制御装置１の制御部１１は、吸気工程の開始時点でスロットルバルブ１０８が通常の開状態となるようにスロットルバルブ１０８の開度φを制御し、吸気工程の途中でスロットルバルブ１０８を閉方向に変化させることにより、スロットルバルブ１０８の開度φを減少させて吸気工程での吸気量Ａを抑制する。
【００２４】
図２を参照して詳細に動作を説明する。図２において、横軸は、内燃機関１００のピストン１０１の往復運動に対応したクランクシャフト（図示なし）の回転角θを表している。図２の例では、吸気工程から排出工程までの期間に対応して、クランクシャフトの２回転に相当する０から７２０°の回転角が回転角θとして繰り返し表記されている。また、図２の例では、吸気工程および燃焼行程は、ピストン１０１が上死点から下死点まで移動する期間に相当し、圧縮工程および排出工程は、ピストン１０１が下死点から上死点まで移動する期間に相当するものとしている。ただし、各工程と回転角θとの関係は、図２の例に限定されず、内燃機関１００をミラーサイクルで運転することができる範囲で任意に設定できる。
【００２５】
図２において、吸気工程の間、吸気バルブ１０４（図１）は開き、排気バルブ１１３（図１）は閉じた状態で、ピストンは上死点から下死点に向かって動く。また、圧縮工程の間、吸気バルブ１０４および排気バルブ１１３は何れも閉じた状態で、ピストン１０１は下死点から上死点に向かって動く。また、燃焼行程の間、吸気バルブ１０４および排気バルブ１１３は何れも閉じた状態でピストンは上死点から下死点に向かって動く。また、排気工程の間、吸気バルブ１０４は閉じ、排気バルブ１１３は開いた状態で、ピストンは下死点から上死点に向かって動く。
【００２６】
回転角θが０°付近となる時点、即ち吸気工程が開始する時点では、スロットルバルブ１０８の開度φは、制御部１１により開状態を示す通常の開度φｏｐｅｎに設定されており、回転角θが所定の回転角θｃｌｏｓｅに到達するまで、開度φｏｐｅｎに保たれる。本実施形態では、開度φｃｌｏｓｅは、スロットルバルブ１０８が全閉状態になったときの開度（即ち、０度）であるものとするが、この例に限らず、ミラーサイクルでの運転を可能とする限度において、開度φｃｌｏｓｅは、吸気流が発生し得る開度であってもよい。開度φｏｐｅｎは、例えばアクセルペダル２の操作量を示すアクセル開度信号ＳＡに基づいて制御部１１により決定される。制御部１１は、スロットルバルブ１０８の開度φに応じて弁体１０９の回転角を制御することにより、スロットルバルブ１０８のハウジング部をなすスロットルチャンバ内部の吸気通路面積Ｓ（即ち、吸気流の進行方向から見たときの弁体１０９の投影面積）を調整する。図３（Ａ）に例示するように、スロットルバルブ１０８の開度φが上昇するに従って吸気通路面積Ｓが増加する。吸気通路面積Ｓが増加すると、吸気量Ａが増える。この場合、図３（Ｂ）に例示するように、スロットルバルブ１０８の弁体１０９が開方向Ｐに回転することにより、スロットルバルブ１０８の開度φが増加し、吸気通路断面積Ｓが増加する結果、吸気量Ａが増える。逆にスロットルバルブ１０８の開度φが低下して吸気通路面積Ｓが減少すると、吸気量Ａが減少する。この場合、図３（Ｂ）に例示するように、スロットルバルブ１０８の弁体１０９が閉方向Ｑに回転することにより、スロットルバルブ１０８の開度φが減少し、吸気通路断面積Ｓが減少する結果、吸気量Ａが減る。なお、スロットルバルブ１０８の開度φと吸気通路面積Ｓとの関係は図３の例に限定されるものではなく、任意に設定し得る。
【００２７】
上述のように吸気工程の開始時点でスロットルバルブ１０８の開度φが開度φｏｐｅｎに設定された状態から、吸気工程の進行に伴って吸気バルブ１０４が開かれ、ピストン１０１が上死点から下死点に向かって移動すると、シリンダ１０２内に発生する負圧によりスロットルバルブ１０８を通過した吸気流が吸気ポート１０３を通じてシリンダ１０２の内部に導入される。このとき、図示しないエンジンコントローラにより、吸気量に応じた燃料の噴射量が計算される。そして、吸気ポート１０３を通過する吸気流に対しインジェクタ１０６により燃料が噴射され、空気と燃料の混合気がシリンダ１０２の内部に送り込まれる。ここで、図４の上段に破線で示すように、吸気工程において、回転角θが０からθｃｌｏｓｅまでの期間、スロットルバルブ１０８の開度φを通常（定常運転時）の開度φｏｐｅｎに設定した場合、図４の下段に破線で示すように、吸気量Ａは、吸気工程における回転角θの進行に伴って徐々に増加した後、吸気工程の中間点から徐々に減少する傾向を示す。なお、吸気量Ａの多い吸気工程の途中までは、スロットルバルブ１０８の開度φを通常値よりも高いく設定することにより、吸気ロスを低減させることができる。
【００２８】
吸気工程において回転角θが所定の回転角θｃｌｏｓｅに到達すると、制御部１１は、吸気バルブ１０４が開かれた状態で、リターンスプリング１１１の弾発力によりスロットルバルブ１０８の弁体１０９を、スロットルバルブ１０８が閉じる閉方向に回転させ、これにより、図４の上段に破線で示すように、スロットルバルブ１０８の開度φを、開状態を示す開度φｏｐｅｎから閉状態を示す開度φｃｌｏｓｅに変化させる。即ち、制御部１１は、ピストン１０１の位置が吸気工程において、所定の位置にあると判断すると、図示しないアクチュエータを正回転動作させて回転駆動力を抑制させ、リターンスプリング１１１の弾発力を利用して、スロットルバルブ１０８の開度φが所定の開度φｃｌｏｓｅになるまでスロットルバルブ１０８を閉じる制御を開始する。
【００２９】
また、制御部１１は、吸気工程において、スロットルバルブ１０８の開度φが概ね所定の開度φｃｌｏｓｅに到達したと判断すると、アクチュエータの正回転動作を停止させて回転駆動力を抑制させ、リターンスプリング１１１を介して、スロットルバルブ１０８を閉じる動作を停止させる。図２の例では、スロットルバルブ１０８の開度φは、回転角θが回転角θｃｌｏｓｅとなる時点で開度φｏｐｅｎから減少を開始し、吸気工程が終了する時点（即ち、回転角θが１８０°付近となる時点）で開度φｃｌｏｓｅに到達している。
【００３０】
ここで、回転角θが所定の回転角θｃｌｏｓｅに到達すると、上述のようにスロットルバルブ１０８が閉状態に制御される結果、図４の下段に破線で示すように、吸気量Ａが急激に減少する。図４では、開度φを開度φｏｐｅｎに維持した場合の吸気量Ａが一点鎖線で示されている。図４から理解されるように、開度φを開度φｏｐｅｎに維持した場合の吸気量Ａ（一点鎖線）に比較して、開度φを開度φｏｐｅｎから開度φｃｌｏｓｅに変化させた場合の吸気量Ａ（破線）が低下し、吸気工程における吸気量Ａの総量（積分値）が減少する。
【００３１】
このようにスロットルバルブ１０８の開度φを開度φｏｐｅｎから開度φｃｌｏｓｅに変化させた場合、開度φｏｐｅｎに維持した場合に比較して混合気の量が減少するため、内燃機関１００の出力が低下し、その回転数が低下する。このため、内燃機関１００の回転数を、開度φｏｐｅｎに維持した場合と同様の回転数に維持する必要がある場合、図４の上段に実線で示すように、吸気工程において、回転角θが０からθｃｌｏｓｅまでの期間、開状態を示す開度φを、上述の定常運転時の開度φｏｐｅｎよりも大きい開度φｏｐｅｎ２に上昇させることにより、図４の下段に実線で示すように、吸気量Ａを増やせばよい。
【００３２】
続いて、回転角θが１８０°付近に到達すると、吸気バルブ１０４が閉じられ、圧縮工程が開始され、ピストン１０１が上昇を開始する。制御部１１は、吸気工程の後、圧縮工程から排気工程の期間、図示しないアクチュエータによって、スロットルバルブ１０８の開度φを開方向に徐々に戻す。即ち、制御部１１は、吸気バルブ１０４が閉じられた状態で、アクチュエータによりスロットルバルブ１０８の弁体１０９を、閉方向とは反対に、スロットルバルブが開く開方向に回転させ、スロットルバルブ１０８の開度φを、閉状態を示す開度φｃｌｏｓｅから開状態を示す通常の開度φｏｐｅｎに徐々に切り替え、スロットルバルブ１０８を閉じる動作を停止させる。
【００３３】
制御部１１は、スロットルバルブ１０８を閉じる動作を停止させた後、吸気バルブ１０４が閉じられ、吸気工程が終了したと判断すると、図示しないアクチュエータを逆回転動作させ、リターンスプリング１１１を介して、スロットルバルブ１０８の開度φを徐々に開いて元の通常の開度φｏｐｅｎまで戻す動作を開始する。スロットルバルブ１０８の開度φを徐々に開く動作は、圧縮工程から排出工程までの間、続けられる。ここで、圧縮工程では、ピストン１０１は下死点から上死点まで上昇する。この場合、シリンダ１０２の内容積の変化量の観点からすれば、圧縮比（＝排気体積／圧縮体積）は従来のオットーサイクルと同様であるが、上述の吸気工程においてシリンダ１０２に導入される混合気の量に着目すれば、実質的な圧縮比は低下する。
【００３４】
続いて、回転角θが３６０°付近に到達し、ピストン１０１が上死点付近に到達すると、図示しない点火プラグにより、圧縮された混合気に対する着火が行われ、内燃機関１００の工程が燃焼工程に進む。燃焼行程では、ピストン１０１は上死点から下死点に向かって下降する。続いて、回転角θが５４０°付近に到達すると、排気バルブ１１３が開かれ、ピストン１０１が下降を開始し、内燃機関１００の工程が排気工程に進む。
【００３５】
排気工程では、ピストン１０１が下死点から上死点に向けて上昇し、シリンダ１０２の内部の燃焼ガスを排気する。回転角θが０°付近に戻ると、スロットルバルブ１０８の開度φは所定の開度φｏｐｅｎに初期化された状態になる。ただし、開度φｏｐｅｎの値は、前述したように、例えばアクセルペダル２の操作量に応じて逐次変化する。制御部１１は、ピストン１０１の位置が排気工程の上死点に到達したと判断すると、図示しないアクチュエータの逆回転動作を停止させ、リターンスプリング１１１を介して、スロットルバルブ１０８を開く動作を停止させる。
【００３６】
このように、制御部１１は、前述した吸気工程において吸気バルブ１０４が開かれた状態で、スロットルバルブ１０８の開度φを閉方向に変化させ、圧縮工程と燃焼行程において吸気バルブ１０４が閉じられた状態で、次回の吸気工程の開始前に、スロットルバルブ１０８の開度φを元の状態に戻す。ピストン１０１の位置が吸気工程の下死点に到達するまでに、スロットルバルブ１０８の開度φは所定の開度φｏｐｅｎに到達するように設定されている。回転角θが０°付近（即ち７２０°付近）に戻ると、制御部１１は、ピストン１０１の位置が吸気工程における所定の位置に到達したと判断し、再び上述した吸気工程から排気工程までの一連の制御を繰り返し実施する。
【００３７】
上述した工程のうち、吸気工程に着目すれば、シリンダ１０２に導入される混合気の量は、圧縮比を小さくした場合と同様の量になる。また、シリンダ１０２の内容積に着目すれば、圧縮比（＝排気体積／圧縮体積）と膨張比（＝膨張体積／吸気体積）は等しい。従って、吸気工程においてシリンダ１０２に導入される混合気の量に関し、圧縮比よりも膨張比を大きくした場合と同様の結果が得られ、ミラーサイクルで運転することができる。従って、内燃機関１００の熱効率を改善することが可能になる。また、アクセルペダル２の操作量に応じて開状態を示す開度φｏｐｅｎの値が変化した場合であっても、同様に圧縮比よりも膨張比を大きくした場合と同様の効果が得られるため、ミラーサイクルでの運転を維持することができる。
【００３８】
換言すれば、吸気工程の途中から吸気工程が終了するまでの間、スロットルバルブ１０８の開度φを閉じる制御を開始し、シリンダ１０２の内部に導入される吸気量は減少する。また、圧縮工程の開始から排気工程が終了するまでの間、スロットルバルブ１０８は徐々に開く。すなわち、吸気バルブ１０４が閉じている状態で、スロットルバルブの開度φを所定の開度に戻す。そのため、吸気工程後の工程（圧縮、燃焼、排気）において、スロットルバルブ１０８の開度φが、膨張比や圧縮比に影響を及ぼすことがない。さらに、吸気工程においては、スロットルバルブ１０８の開度φが途中で通常の開度φｏｐｅｎから所定の開度φｃｌｏｓｅまで閉じられるため、吸気量Ａが減少することにより、相対的に膨張比が増加する。従って、内燃機関１００本体の圧縮比を低下させることなく、実質的に膨張比を増加させることができるので、燃焼効率が向上する。
【００３９】
上述した第１実施形態の主な特徴をまとめる。
・吸気工程の途中でスロットルバルブ１０８の開度φを変化させ、スロットルバルブ１０８を急速に閉じる。この場合、リターンスプリング１１１の弾発力を利用してスロットルバルブ１０８を閉じることにより、スロットルバルブ１０８の開度φの制御時の応答性を損なうことなく、モータの負担を軽減する。吸気速度の速い領域で開度φを通常値より大きくすることにより、吸気損失を低減することができる。
・吸気工程の終了後、次回の吸気工程までの間に、アクチュエータを用いてスロットルバルブ１０８の開度φを徐々に元に戻す。吸気工程後の圧縮工程から排気工程にわたってスロットルバルブ１０８の開度φを徐々に戻すことにより、アクチュエータをモータで駆動するための十分な時間を確保することができる。これによりモータの小型化を図ることが可能になる。
【００４０】
以上、第１実施形態によれば、吸気工程の全行程のうちの一部の工程で吸気を限定的に行い、吸気工程の残りの期間で吸気を制限することにより、吸気工程の全行程にわたって吸気を行う場合に比較して吸気量を減らし、実質的な圧縮比を下げることができる。従って、スロットルバルブ１０８の開閉タイミングを定める回転角θｃｌｏｓｅと、スロットルバルブの開度φとを制御することにより、吸気バルブの作動タイミングを調整することなく、実質的に圧縮比よりも膨張比を大きくすることができる。このため、内燃機関１００をミラーサイクルで運転することが可能になり、燃費を向上させることが可能になる。
【００４１】
また、第１実施形態によれば、吸気工程においてスロットルバルブ１０８の開度φがリターンスプリング１１１によって急速に閉じられるので、モータに加わる負担を減少させることができる。加えて、リターンスプリング１１１を用いず、モータによって直接的にスロットルバルブ１０８を閉じる場合に比べ、スロットルバルブ１０８の開度φを切り替える際の応答性を改善することができる。
また、第１実施形態によれば、スロットルバルブ１０８の開度φがアクチュエータによって徐々に開けられるため、アクチュエータの動作に必要な時間を確保することができ、アクチュエータを駆動するためのモータの小型化を図ることが可能になる。
【００４２】
また、第１実施形態によれば、カム１０５，１１４を駆動するためのカムシャフトの位相制御デバイスを用いることなく、ミラーサイクルを実現することができる。即ち、吸気バルブ１０４の作動タイミングを調整することなく、ミラーサイクルを実現することができる。
また、スロットルバルブ１０８の開閉のタイミングとスロットルバルブ１０８の開度φを制御することにより、圧縮比に対する相対的な膨張比を適正に制御することができる。また、吸気工程でのスロットルバルブ１０８の開度φを大きくすれば、吸気ロスを低減させることができる。また、スロットルバルブ１０８の開閉時期と開度の調整により、フレキシブルな吸気制御が可能になる。
【００４３】
[第２実施形態]
次に、図５を参照して、本発明の第２実施形態を説明する。
図５は、本発明の第２実施形態による吸気制御装置の制御動作を説明するための図であり、内燃機関の行程とスロットルバルブ開度との関係の一例を説明するための図である。
上述の第１実施形態では、吸気工程の途中でスロットルバルブ１０８の開度φを閉方向に変化させたが、第２実施形態では、吸気工程の途中でスロットルバルブ１０８の開度φを開方向に変化させる。その他については、上述した第１実施形態と同様である。
【００４４】
第２実施形態では、吸気工程において回転角θが所定の回転角θｏｐｅｎに到達すると、制御部１１は、吸気バルブが開かれた状態で、図示しないアクチュエータによりスロットルバルブ１０８の弁体１０９を、スロットルバルブが開く方向（開方向）に回転させ、スロットルバルブ１０８の開度φを、閉状態を示す開度φｃｌｏｓｅから開状態を示す開度φｏｐｅｎに切り替える。
【００４５】
そして、吸気工程の後、次回の吸気工程の開始前に、スロットルバルブ１０８の開度φを元の状態に戻す。即ち、制御部１１は、吸気バルブ１０４が閉じられた状態で、リターンスプリング１１１の弾発力を利用してスロットルバルブ１０８の弁体１０９を、開方向とは反対に、スロットルバルブが閉じる方向（閉方向）に徐々に回転させ、スロットルバルブ１０８の開度φを、開状態を示す開度φｏｐｅｎから閉状態を示す開度φｃｌｏｓｅに徐々に切り替える。これにより、シリンダ１０２の内部に導入される混合気の量は、第１実施形態と同様に膨張比を圧縮比よりも大きくした場合と同様の量になる。
【００４６】
図５を参照して更に説明すると、第２実施形態では、回転角θが０°付近になって吸気工程が開始する時点では、スロットルバルブ１０８の開度φは、制御部１１により、概ね閉状態を示す開度φｃｌｏｓｅの近傍の値になっている。吸気工程が開始した後、回転角θが所定の回転角θｏｐｅｎに到達した時点で、スロットルバルブ１０８の開度θは所定の開度φｃｌｏｓｅに到達する。従って、第２実施形態では、吸気工程において、回転角θが０°付近から所定の回転角θｏｐｅｎに到達するまでの期間、スロットルバルブ１０８の開度φは概ね閉状態を示す開度φｃｌｏｓｅの近傍に維持され、スロットルバルブ１０８は概ね閉じられた状態とされる。
【００４７】
吸気工程において、回転角θが所定の回転角θｏｐｅｎに到達すると、制御部１１は、図示しないアクチュエータにより弁体１０９を急速に開方向（弁体１０９が開く方向）に回転させ、スロットルバルブ１０８の開度φを、閉状態を示す開度φｃｌｏｓｅから開状態を示すφｏｐｅｎに急速に変化させる。スロットルバルブ１０８の開度φが開度φｏｐｅｎに変化すると、スロットルバルブ１０８に吸気流が発生し、シリンダ１０２の内部に混合気が導入される。回転角θが１８０°付近に到達すると、吸気バルブ１０４が閉じられて吸気工程が終了する。制御部１１は、吸気工程の後、次回の吸気工程の開始前までの期間において、リターンスプリング１１１の弾発力を利用して弁体１０９を徐々に閉方向（弁体１０９が閉じる方向）に回転させ、スロットルバルブ１０８の開度φを閉方向に徐々に戻す。この場合、必要に応じてリターンスプリング１１１による弁体１０９の回転の速度を抑制するための例えばダンパーが設けられる。
【００４８】
このように、第２実施形態では、吸気工程の途中でスロットルバルブ１０８の開度φを開方向に制御することにより、吸気工程での吸気量Ａを抑制している。従って、第１実施形態と同様に、吸気バルブ１０４の作動タイミングを調整することなく、実質的に圧縮比よりも膨張比を大きくすることができ、内燃機関１００をミラーサイクルで運転させて燃費を向上させることが可能になる。
【００４９】
上述した第１実施形態および第２実施形態では、本発明を吸気制御装置として表現したが、本発明は、吸気制御方法として表現することもできる。この場合、本発明による吸気制御方法は、内燃機関１００の吸気を制御する吸気制御方法において、内燃機関１００の吸気工程において、内燃機関１００の吸気系に備えられたスロットルバルブ１０８の開度φを開方向または閉方向の何れかに変化させ、上記吸気工程後、スロットルバルブ１０８の開度φを初期化することを特徴とする吸気制御方法として表現することができる。この吸気制御方法によれば、上述の第１実施形態および第２実施形態による吸気制御装置と同様に、吸気バルブ１０４の作動タイミングを調整することなく、実質的に圧縮比よりも膨張比を大きくすることができ、内燃機関をミラーサイクルで運転することが可能になる。
【００５０】
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で任意の変形や修正が可能である。
【符号の説明】
【００５１】
１…吸気制御装置
２…アクセルペダル
３…アクセル開度センサ
４…モータ
５…変速機
６…スロットル開度センサ
１１…制御部
１００…内燃機関
１０１…ピストン
１０２…シリンダ
１０３…吸気ポート
１０４…吸気バルブ
１０５…カム（吸気）
１０６…インジェクタ
１０７…インテークマニホールド
１０８…スロットルバルブ
１０９…弁体
１１０…弁軸
１１１…リターンスプリング
１１２…排気ポート
１１３…排気バルブ
１１４…カム（排気）
【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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