JPH02199220A - 可変長吸気管の制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、エンジンの低速回転から高速回転まで全運転
状態に応じて吸気管圧力が最大になるよう吸気管長を制
御することにより、全運転領域に亘って最大体積効率を
維持して出力を向上できるようにした可変長吸気管の制
御装置に関する。

〔従来の技術〕

一般に、エンジンの出力向上を図るために、エンジンの
低速回転域では吸気管長を長くし、中・高速回転域では
吸気管長を短かくすることが望ましい。

そこで従来、例えば特開昭６０−１９９１４号公報、お
よび特開昭６０−１３２０２３号公報に示すように、回
転数センサによりエンジンの回転数を検出して吸気管長
を可変にした先行技術が知られている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、エンジンの体積効率を向上させるために
は、吸気管内の動的効果、すなわち慣性効果を広範囲な
エンジンの運転状態に応じて最適に制御しなければなら
ないが、上述した従来の先行技術では、いずれも運転条
件に対して所定の吸気管長に設定するため、エンジン回
転数によって一義的に吸気管長を制御するだけのもので
あるから、刻々変化するエンジンの運転状態に合わせた
高精度な最適吸気管長に微調整することができず、最適
な吸気管長で運転されているとは限らないなどの不安定
さがあり、しかも応答性が悪いという問題がある。

本発明は、上述した問題点を課題として提案されたもの
で、自動車用エンジンの可１変長吸気管装置において、
吸気管内の圧力変動、吸気カムの開き角タイミング等に
応じて、制御装置で演算処理した後、駆動装置により吸
気管長を制御し、全運転領域に亘って最大限に慣性効果
を活用し、高い体積効率を得ることにより出力を向上で
きるようにした可変長吸気管の制御装置を提供すること
を目「白とするものである。

〔課題を解決するための手段〕 この目的を達成するために、本発明は、エンジンの吸気
ポート上流側に連通した吸気管の上流側をエアチャンバ
内に延設すると共に、上記エアチャンバ内吸気管にステ
ッピングモータの正転または逆転によって吸気管長を可
変とした可変長吸気管を設置してなる可変長吸気管装置
を有するエンジンにおいて、上記エンジンの吸気バルブ
近傍に設置された吸気管圧力センサと、吸気カム開き角
を検出する吸気カム開き角検出センサ、および吸気管長
最長検出センサからの信号を受けて最適な吸気管長を演
算処理する制御装置とからなり、上記吸気カム開き角検
出センサから得られた吸気カム開き角により、このとき
の吸気管圧力が最大となるよう吸気管長を制御すること
を特徴とするものである。

〔作　　　用〕

このような構成では、エンジンの運転中、吸気ポート内
の吸気バルブ近傍の吸気管圧力と、吸気カムのカム開き
タイミングと、その時点での吸気管長などの各信号を受
けて制御装置により演算処理されると共に、駆動装置に
より吸気管圧力が最大となるよう最適な吸気管長に制御
されるものである。

したがって、エンジンの全運転領域において、最適な吸
気管長に設定された時点における吸気管圧力が最大であ
るから、吸気カムが開いた瞬間に多量の新気が燃焼室に
導入されて高い体積効率を得ることができる。

〔実　施　例〕

以下、本発明の実施例を添付した図面に基づいて詳細に
説明する。

第１図は、本発明による可変長吸気管の制御装置を示す
概略構成図である。図において、符号１はシリンダブロ
ック２、シリンダヘッド３からなるエンジン本体であり
、上記シリンダプロ・ツク２の各気筒２ａには図示しな
いクランク軸によりコネクティングロッド４を介して上
下に摺動するピストン５が設置されている。

また、上記シリンダヘッド３の燃焼室６には吸気ポート
７および排気ポート８が連通されており、上記吸気ポー
ト７と排気ポート８の開口部にはそれぞれ所定のタイミ
ングで開動作する吸気バルブ９と排気バルブｌＯが設置
されている。

上記吸気ポート７の上流側には、スロットル弁１１ｂを
有するスロットルボデー１１ａを介して吸気管１１の一
端側が連通されており、この吸気管１１の他端側には、
半径Ｒ１の曲率を有する弧状に湾曲した湾曲部１１ｃが
形成され、この湾曲部１１ｃが可変吸気装置１２のエア
チャンバ１３内に延在している。

上記エアチャンバ１３は多気筒エンジンの場合のシリン
ダ列方向に拡張された容積を有し、エアクリーナ１４よ
り吸入された空気が吸入管１５を介して導入されるよう
になっている。そして、上記エアチャンバ１３内の湾曲
した吸気管１１の曲率中心部には、第２図に示すように
、シリンダ列方向に平行な駆動軸１Ｂがエアチャンバ１
３の側壁１３ａ　、　Ｌ３ａに設けた軸受１７を介して
回転自在に軸支されている。

また、上記駆動軸【６には、駆動軸ＩＢを曲率中心とし
て半径Ｒ２の曲率を有する弧状に湾曲したエアダクト（
可変長吸気管）　１ｇがステ一部ｌｅａを介して設置さ
れており、上記エアダクト１８の基端部１８ａが、上記
吸気管１１の湾曲部ｌｉｅの開口端より内部に摺動自在
に配設されている。ここで１．Ｌ記駆動軸１６の一側端
には後述する制御装置３０からの信号を受けて正逆回転
するステッピングモータ１９が設置されており、上記駆
動軸１６の回転によってエアダクト１８の基端部１８ａ
が吸気管［１の湾曲部１１ｃの内部に摺動され、吸気管
１１の湾曲部１．１ｃの端部ｌｉｄより延長されるエア
ダクト１８の吸気管長１、ｎが可変にできるようになっ
ている。

また、上記エアダクト１８の先端部１．８ｂがベルマウ
ス状に形成されていてエアチャン、バ１３内に開口して
おり、吸気管長λｎが最長（ｆｌ　ｗａｘ）時でも、吸
気管１１の湾曲部ｌｉｅの端部より外れないように図示
しないストッパが設けられている。

さらに、上記エアチャンバ１３内の側壁１３ａの所定位
置には、電磁ピックアンプなどからなる吸気管長最長検
出センサ２０か設置されており、上記吸気管長最長検出
センサ２０が駆動軸１６に固設した突起２１の位置を検
出したとき、上記エアダクト１８の吸気管長Ｌｎが最長
（Ｊｌ　ｍａｘ）状態を検出し、この信号が制御装置３
０に出力されるようになっている。

一方、上記エンジンｌの吸気ポート７より燃焼室６内に
導入される吸気の吸気管圧力を検出するため、各気筒の
吸気ポート７の吸気バルブ９近傍に吸気管圧力センサ２
２がそれぞれ設置さｍており、この吸気管圧力センサ２
２がらの出力信号が制御装置３０に出力される。

また、上記エンジン１のクランクシャフト２３に設けら
れたクランクロータ２４にはクランク角ヲ検出するクラ
ンク角検出センサ２５が対向して設置されていると共に
、カムシャフト２６のカムロータ２７には気筒判別を行
なうためのカム角センサ２８が対向して設置されており
、」二記クランク角センサ２５゜およびカム角センサ２
８からなる吸気カム開き角検出センサからの出力信号が
それぞれ制御装置３ｏに人力される。

上記制御装置３ｏは、吸気管圧力センサ２２．クランク
角検出センサ２５．カム角センサ２８．イグニッション
スイッチ２９．および吸気管長最長検出センサ２０から
の出力信号を受けて演算処理し、上記ステッピングモー
タ１９に正転または逆転の駆動信号を出力するものであ
る。

ここで上記制御装置３ｏは、入出力インターフェイスの
Ｉ１０ポート３０ａ、Ｉ１０ポート３０ａがらの信号を
処理するＣＰＵ３０ｂ、制御プログラムなどが格納され
ているＲＯＭメモリ３０ｃ　、データを一時記憶するＲ
ＡＭメモリ３０ｄ等がらなり、所定のプログラムにした
がってステッピングモータ１９の駆動力を演算処理し、
その駆動信号を駆動回路３０ｅより出力してステッピン
グモータ１９を正転または逆転するようになっている。

一方、上記エンジンｌが４気筒の場合、第３図に示すよ
うにクランクロータ２４には、＃１．　　＃２気筒吸気
カム開き角検出用突起（スリットでもよい）２４ａと、
＃３，３４気筒吸気カム開き角検出用突起２４ｂとが設
けられており、また、カムロータ２７には、点火順序＃
１．　　＃３．＃２．＃４にしたがって各気筒を判別す
るための気筒ｔす別用突起（スリットテモヨイ）２７ａ
（１個）　、　２７ｂ（３個）。

２７ｃ（２個）　、　２７ｄ（４個）が設けられている
。

また、上記クランクロータ２４の突起２４ａ　、　２４
ｂを検出したクランク角センサ２５からのクランクパル
ス信号、およびカムロータ２７の突起２７ａないし２７
ｄを検出したカム角センサ２８からのカムパルス信号は
、第４図のタイミングチャートに示すように設定されて
おり、カムパルス群におけるカムパルス数が対応気筒番
号を表わし、カムパルス群の次に人力されるクランクパ
ルスが上記カムパルス数で表わされた対応気筒の吸気カ
ム開き角χ１を表わすよう設定されている。

そして、第５図は上記吸気ポート７内の吸気管圧力の変
動と吸気カム角との関係を示すものであり、クランク角
検出センサ２５とカム角センサ２８がら得られた対応気
筒のカム開き角χ１の信号をトリがとして、対応気筒に
おける吸気バルブ９の近傍に設置されている吸気管圧力
センサ２２がらの出力信号をサンプリングしてカム開き
角χ１の際の吸気管圧力を検出し、６気筒における吸気
カム開き角χ１の際の吸気管圧力を平均化処理し、この
ときの吸気管圧力Ｐ１が最大となるようにステッピング
モータ１９を駆動して吸気管長１ｎを変更することかで
きるようになっている。

以下、このように構成された制御装置の作動を第６図に
示すブロック図および第７図に示すフローチャートに基
づいて説明する。

まず、イグニッションスイッチ２９がＯＮされると、エ
ンジンが始動され、制御装置３０の始動判定手段３１に
て始動状態が判定されて、ステッピングモータ駆動手段
３２からステッピングモータ１９に正転信号が出力され
る。上記ステッピングモータ１９が正転駆動されると、
ステップＳ１で駆動軸１６の回転によってエアダクト１
Ｂが第１図の時計回り方向に回転され、エアチャンバ１
３の側壁１３ａに設置された吸気管長最長検出センサ２
０に駆動軸１Ｂの突起２１が対向し、吸気管長最長検出
センサ２０から吸気管長最長判定手段３３へ信号が出力
される。これによって吸気管長最長判定手段３３では吸
気管長Ｊｔｎが最長ｊ！　ｌ１ａｘであると判定し、ス
テッピングモータ駆動手段３２を介してステッピングモ
ータ１９へ駆動停止信号を出力してステッピングモータ
１９を吸気管長最長の位置で停止するため、エンジン始
動時は吸気管長Ｊｌｎを最長とし、以後は始動判定手段
３１による吸気管長制御は行なわず、ステップＳ２、以
降で制御される。

次にステップＳ２では、上記クランク角検出センサ２５
からの出力信号（クランクパルス）およびカム角センサ
２８からの出力信号（カムパルス）を気筒判別手段３４
に読込み気筒判別を行う。すなわち、上記気筒判別手段
３４では、第４図のタイミングチャートに示すようにク
ランクパルスが入力されてから次のクランクパルスが入
力されるまでのカムパルス群におけるカムパルス数をカ
ウントすることにより気筒判別を行い、吸気管圧力算出
手段３５へ気筒判別信号を出力する。上記吸気管圧力算
出手段３５は、クランク角センサ２８の出力信号（クラ
ンクパルス）に同期してトリガ手段３Ｂから出力される
トリガ信号により、上記気筒判別手段３４にて気筒判別
された対応気筒における吸気管圧力センサ２２からの出
力信号を読込み、１サイクル（エンジン７２０＠回転）
における各気筒の吸気カムの開き角χ１の際の吸気管圧
力をサンプリングし、これを平均化処理することで、吸
気カム角がカム開き角χ１であるときの吸気管圧力Ｐ１
を算出する。

なお、吸気カム角がカム開き角χ１であるときの吸気管
圧力Ｐ１の算出を簡略化するため、１つの気筒における
吸気ポート７にのみ、吸気バルブ９の直上流の吸気管圧
力Ｐ１を検出する吸気管圧力センサ２２を設置すると共
に、カムロータ２７に、上記１つの気筒におけるカム開
き角χ１に対応する部位（＃１気筒）にのみ突起または
スリット状の被検出部を設置し、これを吸気カム開き角
検出センサとしてのカム角センサ２８によって検出して
、これを上記吸気管圧力センサ２２からの出力信号を読
込む際のトリガ信号として用いるようにしても良く、こ
れによればクランク角検出センサ２５．および制御装置
８０のトリガ手段３６と気筒判別手段３４が不要となり
簡略化される。

次いで、ステップＳ８では、上記ステップＳ２で算出さ
れた吸気カム開き角χ１のときの吸気管圧“力Ｐ１を、
比較基準データＰ。、Ｄとして記憶手段（ＲＡ　Ｍ　）
３０ｄヘメモリすると共に、吸気管圧力比較手段３８へ
出力され、上記吸気管圧力比較手段３８では吸気管圧力
算出手段３５から新たに入力される吸気管圧力Ｐ１と記
憶手段３０ｄにメモリされた比較基準データＰ　ＯＬＤ
との比較がなされる。

次にステップＳ４に進み、吸気管圧力比較手段３８から
の出力信号がステッピングモータ駆動手段３２に入力さ
れ、このステッピングモータ駆動手段３２からステッピ
ングモータ１９へ１ピツチ逆転させる信号が出力され、
エアダクト１８を第１図の反時計回り方向に所定角度回
転して吸気管長Ａｎを１ピッチ短かくする。次いでステ
ップＳ５へ進み、新たにカム角がカム開き角の際の吸気
管圧力センサ２２からの出力信号によってカム開き角χ
１の時の吸気管圧力Ｐ１を算出する。そしてステップＳ
６で上記ステップＳ３でメモリした記憶手段３ｏｄの比
較基準データＰ　ＯＬＤと、ステップＳ５で算出された
吸気管圧力Ｐ１とが吸気管圧力比較手段３８で比較され
、Ｐ　ＯＬＤ≦Ｐ１の場合にはステップＳ４に戻り、ス
テッピングモータ駆動手段３２からの出力信号によりス
テッピングモータ■９を介して吸気管長１ｎをさらに１
ピッチ短かくする。一方、上記ステップＳ６でＰｏｔｏ
＞ＰＩ　と判定された場合にはステップＳ７へ進み、吸
気管長最長検出センナ２０の出力信号を吸気管長最長判
定手段３３に読込み、吸気管長１ｎが最長状態か否かを
判定する。

そして、吸気管長Ａｎが最長状態と判定された場合には
ステップＳ４へ戻り、前述したと同様の動作により吸気
管長を１ピッチ短かくする。一方、吸気管長１ｎが最長
状態でないと判定された場合にはステップＳ７からステ
ップＳ８へ進む。

ステップＳ８ではステッピングモータ駆動手段３２を介
してステッピングモータ１９へ駆動信号を出力。

し、ステッピングモータ１９を１ピツチ正転させ、エア
ダクト１８を第２図の時計回り方向に所定角度回動して
吸気管長ｊ！ｎを１ピッチ長くしてステップＳ９へ進み
、新たに吸気カム開き角χ１の吸気管圧力Ｐ１を求めて
ステップＳＩＯへ進む。

上記ステップＳｌＯでは、上記ステップＳ３にて記憶手
段３０ｄヘメモリした比較基準データＰ。ＬＤと、ステ
ップＳ９にて吸気管長２ｎを１ピッチ長くした後に検出
された吸気カム開き角χ１の時の吸気管圧力Ｐ１とが吸
気管圧力比較手段３８で比較され、Ｐｏ１．ｏ＞Ｐｌの
場合にはステップＳ８へ戻りステッピングモータ駆動手
段３２からの出力信号によりステッピングモータ１９を
介して吸気管長ｊ！ｎをさらに１ピッチ長くするが、Ｐ
　ＯＬＤ≦Ｐ１の場合にはステップＳ２に戻り、新たに
吸気カム開き角χ１の際の吸気管圧力Ｐ１を求めてステ
ップＳ３にて記憶手段３７にメモリされている比較基準
データＰ。ＬＤをステップＳ２で求めた吸気管圧力Ｐ１
で更新する。

したがって、吸気カム角が開き角χ１の時の吸気管圧力
Ｐ１が最大となるよう吸気管長Ｊ！、ｎが制御されて、
いずれの運転状態においても吸気の体積効率が向上し、
エンジン出力の向上を図ることができる。

〔発明の効果〕

以上詳細に説明したように、本発明によれば、吸気ポー
ト内の吸気バルブ近傍に設置した吸気管圧力と、吸気カ
ムのカム開き角タイミングと、その時点での吸気管長な
どの各信号を受けて制御装置により演算処理し、それに
基づいて吸気管圧力が最大となるよう最適な吸気管長に
制御してなるものであり、吸気カムが開く際に吸気管圧
力が高くなれば、カム開き時に多量の新気が流れ込み、
体積効率を大幅に向上することができる。

また、エンジン始動時は吸気管長を最長に設定すると共
に、運転状態に応じて吸気カム開き角に応じた吸気管圧
力が最大になるように全運転領域における最適な吸気管
長に変更することにより体積効率を高めることができる
のでエンジンの出力を向上できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による可変長吸気管の制御装置を示す概
略構成図、第２図は第１図の■−■断面図、第３図はク
ランクロータとカムロータとの関係を示す説明図、第４
図はカムパルスとクランクパルスとの関係を示すタイミ
ングチャート図、第５図はエンジンの吸気バルブ近傍の
吸気管圧力センサ、第６図は本発明による制御装置の機
能を示すブロック図、第７図は本発明の詳細な説明する
制御装置のフローチャート図である。 ■・・・エンジン、３・・・シリンダヘッド、７・・・
吸気ポート、９・・・吸気バルブ、１１・・・吸気管、
ｌｉｅ・・・湾曲部、１２・・・可変吸気装置、■３・
・・エアチャンバ、１６・・・駆動軸、１８・・・エア
ダクト、１９・・・ステッピングモータ、２０・・・吸
気管長最長検出センサ、２２・・・吸気管圧力センサ、
２５．２８・・・吸気カム開き角検出センサ（クランク
角検出センサ、カム角センサ）、３ｏ・・・制御装置。 特許出願人　　　　富士重工業株式会社代理人　弁理士
　　小　橋　信　滓 量

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　エンジンの吸気ポート上流側に連通した吸気管の上流
   側をエアチャンバ内に延設すると共に、上記エアチャン
   バ内吸気管にステッピングモータの正転または逆転によ
   って吸気管長を可変とした可変長吸気管を設置してなる
   可変長吸気管装置を有するエンジンにおいて、 上記エンジンの吸気バルブ近傍に設置された吸気管圧力
   センサと、吸気カム開き角を検出する吸気カム開き角検
   出センサ、および吸気管長最長検出センサからの信号を
   受けて最適な吸気管長を演算処理する制御装置とからな
   り、 上記吸気カム開き角検出センサから得られた吸気カム開
   き角により、このときの吸気管圧力が最大となるよう吸
   気管長を制御することを特徴としてなる可変長吸気管の
   制御装置。